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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】特開2019-208315(P2019-208315A)
(43)【公開日】2019年12月5日
(54)【発明の名称】非接触給電装置
(51)【国際特許分類】
   H02J 50/12 20160101AFI20191108BHJP
   H02J 50/80 20160101ALI20191108BHJP
【FI】
   H02J50/12
   H02J50/80
【審査請求】未請求
【請求項の数】5
【出願形態】OL
【全頁数】21
(21)【出願番号】特願2018-102568(P2018-102568)
(22)【出願日】2018年5月29日
(71)【出願人】
【識別番号】000002945
【氏名又は名称】オムロン株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100099759
【弁理士】
【氏名又は名称】青木 篤
(74)【代理人】
【識別番号】100123582
【弁理士】
【氏名又は名称】三橋 真二
(74)【代理人】
【識別番号】100114018
【弁理士】
【氏名又は名称】南山 知広
(74)【代理人】
【識別番号】100119987
【弁理士】
【氏名又は名称】伊坪 公一
(74)【代理人】
【識別番号】100133835
【弁理士】
【氏名又は名称】河野 努
(72)【発明者】
【氏名】中尾 悟朗
(72)【発明者】
【氏名】河合 佑介
(72)【発明者】
【氏名】野村 篤司
(72)【発明者】
【氏名】財津 俊行
(72)【発明者】
【氏名】上松 武
(57)【要約】
【課題】受電側の装置と接続される負荷回路の負荷の変動による、出力電圧の変動を抑制できる非接触給電装置を提供する。
【解決手段】非接触給電装置1の送電装置2は、受電装置3へ電力を供給する送信コイル14と、送信コイル14に対して交流電力を供給する電力供給回路10とを有する。一方、受電装置3は、送電装置2からの電力を受信する受信コイル21と、受信コイル21と直列に接続される共振コンデンサ22とを有する共振回路20と、共振回路20から出力される電力を整流する整流回路24と、共振回路20と整流回路24との間に、共振回路20と並列に接続されるコイル23とを有する。
【選択図】図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
送電装置と、前記送電装置から非接触で電力伝送される受電装置とを有する非接触給電装置であって、
前記送電装置は、
前記受電装置へ電力を供給する送信コイルと、
前記送信コイルに対して交流電力を供給する電力供給回路とを有し、
前記受電装置は、
前記送電装置からの電力を受信する受信コイルと、前記受信コイルと直列に接続される共振コンデンサとを有する共振回路と、
前記共振回路から出力される電力を整流する整流回路と、
前記共振回路と前記整流回路の間に、前記共振回路と並列に接続される第1のコイルと、
を有する非接触給電装置。
【請求項2】
前記電力供給回路は、前記送信コイルに供給される交流電力のスイッチング周波数及び電圧を調整可能であり、
前記送電装置は、
前記受電装置から、前記非接触給電装置が定電圧出力動作しているか否か、及び、前記共振回路の出力電圧の測定値が所定の電圧の許容範囲内に含まれるか否かを表す判定情報を含む信号を受信する第1の通信器と、
前記判定情報に応じて、前記電力供給回路から前記送信コイルに供給される前記交流電力のスイッチング周波数及び電圧を制御する制御回路とをさらに有し、
前記受電装置は、
前記共振回路から出力される電力の出力電圧を測定して当該出力電圧の測定値を求める電圧検出回路と、
前記出力電圧の測定値に基づいて、前記非接触給電装置が定電圧出力動作しているか否か、及び、前記共振回路の出力電圧の測定値が前記所定の電圧の許容範囲内に含まれるか否かを判定する定電圧判定回路と、
前記判定情報を含む信号を前記送電装置へ送信する第2の通信器とをさらに有する、請求項1に記載の非接触給電装置。
【請求項3】
前記制御回路は、前記判定情報が、前記非接触給電装置が定電圧出力動作していないことを表す場合、前記受電装置の前記整流回路と接続される負荷回路の抵抗が変化しても前記出力電圧の測定値が変化しなくなるように、前記電力供給回路から前記送信コイルに供給される前記交流電力のスイッチング周波数を制御する、請求項2に記載の非接触給電装置。
【請求項4】
前記制御回路は、前記判定情報が、前記非接触給電装置が定電圧出力動作していることを表し、かつ、前記共振回路の出力電圧の測定値が前記所定の電圧の許容範囲内に含まれないことを表す場合、前記共振回路の出力電圧の測定値が前記所定の電圧の許容範囲内に含まれるように、前記電力供給回路から前記送信コイルに供給される前記交流電力の電圧を制御する、請求項3に記載の非接触給電装置。
【請求項5】
前記受電装置は、
前記共振回路と前記整流回路との間に、前記共振回路と並列に接続される第2のコイルと、
前記第2のコイルを短絡するか否かを切り替え可能な短絡回路とをさらに有し、
前記定電圧判定回路は、前記非接触給電装置が定電圧出力動作している場合において、前記送電装置から前記第2の通信器を介して通知された、前記電力供給回路から前記送信コイルに供給される前記交流電力のスイッチング周波数に応じて前記短絡回路を制御する、請求項2に記載の非接触給電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、非接触給電装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来より、金属の接点などを介さずに、空間を通じて電力を伝送する、いわゆる非接触給電(ワイヤレス給電とも呼ばれる)技術が研究されている。
【0003】
非接触給電技術の一つとして、電磁誘導により給電する方式が知られている。電磁誘導により給電する方式では、一次直列二次並列コンデンサ方式(以下、SP方式と呼ぶ)が利用される(例えば、非特許文献1を参照)。SP方式では、一次側(送電側)に、トランスの一部として動作する送信コイルと直列にコンデンサが接続され、二次側(受電側)に、トランスの他の一部として動作する受信コイルと並列にコンデンサが接続される。
【0004】
SP方式では、受電側の受信コイル及びコンデンサにより構成される共振回路が並列共振するために、共振回路からの出力は定電流出力となる。
【0005】
また、SP方式において、受電側の共振回路のコイルに対して直列に接続されるリアクトルを設ける技術が提案されている(例えば、非特許文献1及び特許文献1を参照)。なお、この技術による方式は、SPL方式と呼ばれることもある。SPL方式が採用された非接触給電装置では、伝送される電力の高調波成分が低減されて理想変圧器特性が得られるので、力率が改善され、その結果として、電力伝送効率が向上する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開2015−42051号公報
【非特許文献】
【0007】
【非特許文献1】渡辺他、「一方向非接触給電から拡張容易な双方向非接触給電システム」、電気学会論文誌D、IEEJ Transactions on Industry Applications、Vol.133、No.7、pp.707-713、2013年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
一方、一般的な電子機器は定電圧で制御されるため、非接触給電装置は、受電側にて一定の電圧が出力されるよう動作することが好ましい。そこで、受電側にて、一定の電圧を出力可能な一次直列二次直列コンデンサ方式(以下、SS方式と呼ぶ)の非接触給電装置も研究されている。SS方式では、送電側において、トランスの一部として動作する送信コイルと直列にコンデンサが接続され、受電側においても、トランスの他の一部として動作する受信コイルと直列にコンデンサが接続される。
【0009】
しかしながら、SS方式が採用される場合でも、受電側の装置と接続される負荷回路の負荷の変動による、受電側の装置から出力される電圧の変動が十分に抑制されないことがある。
【0010】
そこで、本発明は、受電側の装置と接続される負荷回路の負荷の変動による、出力電圧の変動を抑制できる非接触給電装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0011】
本発明の一つの形態として、送電装置と、送電装置から非接触で電力伝送される受電装置とを有する非接触給電装置が提供される。この非接触給電装置において、送電装置は、受電装置へ電力を供給する送信コイルと、送信コイルに対して交流電力を供給する電力供給回路とを有する。一方、受電装置は、送電装置からの電力を受信する受信コイルと、受信コイルと直列に接続される共振コンデンサとを有する共振回路と、共振回路から出力される電力を整流する整流回路と、共振回路と整流回路の間に、共振回路と並列に接続されるコイルとを有する。
係る構成を有することにより、この非接触給電装置は、受電側の装置と接続される負荷回路の負荷の変動による、出力電圧の変動を抑制することができる。
【0012】
この非接触給電装置において、送電装置の電力供給回路は、送信コイルに供給される交流電力のスイッチング周波数及び電圧を調整可能であり、送電装置は、受電装置から非接触給電装置が定電圧出力動作しているか否か、及び、共振回路の出力電圧が所定の電圧の許容範囲内に含まれるか否かを表す判定情報を含む信号を受信する第1の通信器と、その判定情報に応じて、電力供給回路から送信コイルに供給される交流電力のスイッチング周波数及び電圧を制御する制御回路とをさらに有することが好ましい。そして受電装置は、共振回路から出力される電力の出力電圧を測定してその出力電圧の測定値を求める電圧検出回路と、出力電圧の測定値に基づいて、非接触給電装置が定電圧出力動作しているか否か、及び、その測定値が所定の電圧の許容範囲に含まれるか否かを判定する定電圧判定回路と、非接触給電装置が定電圧出力動作しているか否か、及び、その測定値が所定の電圧の許容範囲に含まれるか否かを表す判定情報を含む信号を送電装置へ送信する第2の通信器とをさらに有することが好ましい。
係る構成を有することで、この非接触給電装置は、送信コイルと受信コイル間の結合度が変化しても、定電圧出力動作を継続することができる。
【0013】
この場合において、送電装置の制御回路は、判定情報が定電圧出力動作していないことを表す場合、受電装置の整流回路と接続される負荷回路の抵抗が変化しても出力電圧の測定値が変化しなくなるように、電力供給回路から送信コイルに供給される交流電力のスイッチング周波数を制御することが好ましい。
係る構成を有することで、この非接触給電装置は、定電圧出力動作する、送信コイルに印加される交流電力の周波数を正確に検出できる。
【0014】
また、この場合において、送電装置の制御回路は、判定情報が定電圧出力動作していることを表し、かつ、出力電圧の測定値が所定の電圧の許容範囲内に含まれないことを表す場合、出力電圧の測定値が所定の電圧の許容範囲内に含まれるように、電力供給回路から送信コイルに供給される交流電力の電圧を制御することが好ましい。
係る構成を有することで、この非接触給電装置は、送信コイルと受信コイル間の結合度が一定でない場合でも、受電装置の共振回路からの出力電圧を一定にできる。
【0015】
あるいは、この非接触給電装置において、受電装置は、共振回路と整流回路との間に、共振回路と並列に接続される第2のコイルと、第2のコイルを短絡するか否かを切り替え可能な短絡回路とをさらに有することが好ましい。この場合において、定電圧判定回路は、非接触給電装置が定電圧出力動作している場合において、送電装置から第2の通信器を介して通知された、送電装置の電力供給回路から送信コイルに供給される交流電力のスイッチング周波数に応じて短絡回路を制御することが好ましい。
係る構成を有することで、この非接触給電装置は、送信コイルと受信コイル間の結合度が変化しても、受電側の装置と接続される負荷回路の負荷の変動による、出力電圧の変動をより適切に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【0016】
図1】本発明の一つの実施形態に係る非接触給電装置の概略構成図である。
図2】本実施形態に係る受電装置の等価回路図である。
図3】本実施形態による非接触給電装置の出力電圧の周波数特性のシミュレーション結果の一例を示す図である。
図4図3に示されたシミュレーションにおいて、結合度に応じて送信コイルに印加する電圧を変化させたときの、出力電圧の周波数特性のシミュレーション結果の一例を示す図である。
図5図4に示されたシミュレーションでの、結合度ごとの、定電圧出力動作するスイッチング周波数における、負荷回路の抵抗値と出力電圧の関係を示すテーブルを表す図である。
図6】比較例として、共振回路と整流平滑回路間のコイルが無い場合について、図4に示されたシミュレーションでの、結合度ごとの、定電圧出力動作するスイッチング周波数における、負荷回路の抵抗値と出力電圧の関係を示すテーブルを表す図である。
図7】変形例による受電装置の概略構成図である。
図8】(a)及び(b)は、それぞれ、変形例による、電力供給回路の回路図である。
【発明を実施するための形態】
【0017】
以下、本発明の一つの実施形態による非接触給電装置を、図を参照しつつ説明する。発明者は、SS方式の非接触給電装置では、受電側の共振回路から出力される交流電力が整流回路により整流されて負荷回路へ供給される場合、負荷回路の負荷の変動が生じると、共振回路から出力される交流電力の電圧(以下、単に出力電圧と呼ぶことがある)の変動を十分に抑制できない場合があることに着目した。そして発明者は、出力電圧の変動が、整流回路を構成するダイオードの寄生容量に起因することを見出した。
【0018】
そこで、この非接触給電装置では、受電側の装置が、受信コイルと共振コンデンサとが直列共振するように構成された共振回路と整流回路との間に、共振回路と並列に接続されるコイルを有する。これにより、この非接触給電装置は、整流回路を構成するダイオードの寄生容量による、伝送される電力に対する共振への影響を軽減して、負荷回路の負荷変動による出力電圧の変動を抑制する。
【0019】
なお、本明細書において、定電圧出力動作とは、出力電圧の変動が、非接触給電装置に接続される負荷回路の仕様などに応じて定められる電圧の許容変動範囲(例えば、所定の電圧基準値の±10%に相当する範囲)内に収まるように、非接触給電装置が動作することをいう。
【0020】
図1は、本発明の一つの実施形態に係る非接触給電装置の概略構成図である。図1に示されるように、非接触給電装置1は、送電装置2と、送電装置2から空間を介して非接触で電力伝送される受電装置3とを有する。送電装置2は、電力供給回路10と、送信コイル14と、通信器15と、ゲートドライバ16−1、16−2と、制御回路17とを有する。一方、受電装置3は、受信コイル21及び共振コンデンサ22を有する共振回路20と、コイル23と、整流平滑回路24と、負荷回路27と、電圧検出回路28と、定電圧判定回路29と、通信器32とを有する。なお、本実施形態による非接触給電装置の方式を、Non-resonant-Series with L(NSL)方式と呼ぶ。
【0021】
先ず、送電装置2について説明する。
電力供給回路10は、調節可能なスイッチング周波数、及び、調節可能な電圧を持つ交流電力を送信コイル14へ供給する。そのために、電力供給回路10は、電源11と、力率改善回路12と、4個のスイッチング素子13−1〜13−4とを有する。
【0022】
電源11は、所定の脈流電圧を持つ電力を供給する。そのために、電源11は、商用の交流電源と接続され、その交流電源から供給された交流電力を整流するための全波整流回路を有する。
【0023】
力率改善回路12は、電源11から出力された電力の電圧を、制御回路17からの制御に応じた電圧に変換して出力する。そのために、力率改善回路12は、例えば、電源11の正極側端子から順に直列に接続されるコイルL及びダイオードDと、コイルLとダイオードDの間にドレイン端子が接続され、電源11の負極側端子にソース端子が接続されたnチャネル型のMOSFETであるスイッチング素子SWと、ダイオードDを挟んでスイッチング素子SWと並列に接続される平滑コンデンサCを有する。またスイッチング素子SWのゲート端子は、ゲートドライバ16−1と接続される。さらに、力率改善回路12は、電源11の正極側端子と負極側端子との間に直列に接続される二つの抵抗R1、R2を有する。この抵抗R1、R2は、ダイオードDと平滑コンデンサCとの間に、平滑コンデンサCと並列に接続される。そして抵抗R1と抵抗R2間の電圧が、ダイオードDから出力される電圧を表すものとして、制御回路17により測定される。
【0024】
制御回路17により指示されたデューティ比にしたがって、かつ、ダイオードDから出力される電流波形の軌跡が、電源11から供給される電圧の軌跡と一致するように、ゲートドライバ16−1がスイッチング素子SWのオン/オフを制御することにより、力率改善回路12は、力率改善動作を実行する。そしてスイッチング素子SWがオンとなるデューティ比が高くなるほど、ダイオードDから出力される電圧は高くなる。
【0025】
ダイオードDから出力される電圧は、平滑コンデンサCにより平滑化されて、4個のスイッチング素子13−1〜13−4を介して送信コイル14へ供給される。
【0026】
なお、力率改善回路12は、上記の構成に限られず、制御回路17からの制御によって出力電圧を調整可能な他の構成を有していてもよい。
【0027】
4個のスイッチング素子13−1〜13−4は、例えば、nチャネル型のMOSFETとすることができる。そして4個のスイッチング素子13−1〜13−4のうち、スイッチング素子13−1とスイッチング素子13−2は、電源11の正極側端子と負極側端子との間に、力率改善回路12を介して直列に接続される。また本実施形態では、電源11の正極側に、スイッチング素子13−1が接続され、一方、電源11の負極側に、スイッチング素子13−2が接続される。そしてスイッチング素子13−1のドレイン端子は、力率改善回路12を介して電源11の正極側端子と接続され、スイッチング素子13−1のソース端子は、スイッチング素子13−2のドレイン端子と接続される。また、スイッチング素子13−2のソース端子は、力率改善回路12を介して電源11の負極側端子と接続される。さらに、スイッチング素子13−1のソース端子、及び、スイッチング素子13−2のドレイン端子は、送信コイル14の一端に接続され、スイッチング素子13−2のソース端子は、スイッチング素子13−4を介して送信コイル14の他端に接続される。
【0028】
同様に、4個のスイッチング素子13−1〜13−4のうち、スイッチング素子13−3とスイッチング素子13−4は、スイッチング素子13−1及びスイッチング素子13−2と並列に、かつ、力率改善回路12を介して電源11の正極側端子と負極側端子との間に直列に接続される。また、電源11の正極側に、スイッチング素子13−3が接続され、一方、電源11の負極側に、スイッチング素子13−4が接続される。そしてスイッチング素子13−3のドレイン端子は、力率改善回路12を介して電源11の正極側端子と接続され、スイッチング素子13−3のソース端子は、スイッチング素子13−4のドレイン端子と接続される。また、スイッチング素子13−4のソース端子は、力率改善回路12を介して電源11の負極側端子と接続される。さらに、スイッチング素子13−3のソース端子、及び、スイッチング素子13−4のドレイン端子は、送信コイル14の他端に接続される。
【0029】
また、各スイッチング素子13−1〜13−4のゲート端子は、ゲートドライバ16−2を介して制御回路17と接続される。さらに、各スイッチング素子13−1〜13−4のゲート端子は、オンとなる電圧が印加されたときにそのスイッチング素子がオンとなることを保証するために、それぞれ、抵抗を介して自素子のソース端子と接続されてもよい。そして各スイッチング素子13−1〜13−4は、制御回路17からの制御信号にしたがって、調整可能なスイッチング周波数にてオン/オフが切り替えられる。本実施形態では、スイッチング素子13−1とスイッチング素子13−4とがオンとなっている間、スイッチング素子13−2とスイッチング素子13−3とがオフとなり、逆に、スイッチング素子13−2とスイッチング素子13−3とがオンとなっている間、スイッチング素子13−1とスイッチング素子13−4とがオフとなるように、スイッチング素子13−1とスイッチング素子13−4の組と、スイッチング素子13−2とスイッチング素子13−3との組について交互にオン/オフが切り替えられる。これにより、電源11から力率改善回路12を介して供給された直流電力は、各スイッチング素子のスイッチング周波数を持つ交流電力に変換されて、送信コイル14に供給される。
【0030】
そして送信コイル14は、電力供給回路10から供給された交流電力を、空間を介して受電装置3の共振回路20へ伝送する。
【0031】
なお、本実施形態による送電装置2は、SS方式の非接触給電装置と異なり、送信コイル14と直列または並列に接続されるコンデンサを有さない。そのため、本実施形態による非接触給電装置1は、送電側の共振を利用しない。すなわち、送信コイル14には、送信コイル14が共振しないスイッチング周波数を持つ交流電力が供給される。そのため、送電装置2は、送信コイル14を流れる電流が増大することによるジュール損失を抑制できる。
【0032】
通信器15は、第1の通信器の一例であり、受電装置3の通信器32から無線信号を受信する度に、その無線信号から、非接触給電装置1が定電圧出力動作しているか否かなどを表す判定情報を取り出して、制御回路17へ出力する。そのために、通信器15は、例えば、所定の無線通信規格に準じて無線信号を受信するアンテナと、その無線信号を復調する通信回路とを有する。なお、所定の無線通信規格は、例えば、ISO/IEC 15693、ZigBee(登録商標)、あるいはBluetooth(登録商標)とすることができる。
【0033】
ゲートドライバ16−1は、制御回路17から、力率改善回路12のスイッチング素子SWのオン/オフを切り替える制御信号を受信し、その制御信号に応じて、スイッチング素子SWのゲート端子に印加する電圧を変化させる。すなわち、ゲートドライバ16−1は、スイッチング素子SWをオンにする制御信号を受け取ると、スイッチング素子SWのゲート端子に、スイッチング素子SWがオンとなる相対的に高い電圧を印加する。一方、ゲートドライバ16−1は、スイッチング素子SWをオフにする制御信号を受け取ると、スイッチング素子SWのゲート端子に、スイッチング素子SWがオフとなる、相対的に低い電圧を印加する。これにより、ゲートドライバ16−1は、制御回路17により指示されたタイミングで力率改善回路12のスイッチング素子SWのオン/オフを切り替える。
【0034】
ゲートドライバ16−2は、制御回路17から、各スイッチング素子13−1〜13−4のオン/オフを切り替える制御信号を受信し、その制御信号に応じて、各スイッチング素子13−1〜13−4のゲート端子に印加する電圧を変化させる。すなわち、ゲートドライバ16−2は、スイッチング素子13−1及びスイッチング素子13−4をオンにする制御信号を受け取ると、スイッチング素子13−1のゲート端子及びスイッチング素子13−4のゲート端子に、スイッチング素子13−1及びスイッチング素子13−4がオンとなる相対的に高い電圧を印加する。これにより、電源11からの電流が、スイッチング素子13−1、送信コイル14及びスイッチング素子13−4を介して流れるようになる。一方、ゲートドライバ16−2は、スイッチング素子13−1及びスイッチング素子13−4をオフにする制御信号を受け取ると、スイッチング素子13−1のゲート端子及びスイッチング素子13−4のゲート端子に、スイッチング素子13−1及びスイッチング素子13−4がオフとなり、電源11からの電流がスイッチング素子13−1及びスイッチング素子13−4を流れなくなる、相対的に低い電圧を印加する。ゲートドライバ16−2は、スイッチング素子13−2及びスイッチング素子13−3についても同様に、ゲート端子に印加する電圧を制御する。したがって、スイッチング素子13−1及びスイッチング素子13−4がオフとなり、スイッチング素子13−2及びスイッチング素子13−3がオンとなると、電源11からの電流が、スイッチング素子13−3、送信コイル14及びスイッチング素子13−2を介して流れるようになる。
【0035】
制御回路17は、例えば、不揮発性のメモリ回路及び揮発性のメモリ回路と、演算回路と、他の回路と接続するためのインターフェース回路とを有する。そして制御回路17は、通信器15から判定情報を受け取る度に、その判定情報に応じて、電力供給回路10から送信コイル14に供給される交流電力のスイッチング周波数及び電圧を制御する。
【0036】
そのために、本実施形態では、制御回路17は、スイッチング素子13−1及びスイッチング素子13−4の組とスイッチング素子13−2及びスイッチング素子13−3の組とが交互にオンとなり、かつ、スイッチング周波数に対応する1周期内でスイッチング素子13−1及びスイッチング素子13−4の組がオンとなっている期間とスイッチング素子13−2及びスイッチング素子13−3の組がオンとなっている期間とが等しくなるように、各スイッチング素子13−1〜13−4を制御する。なお、制御回路17は、スイッチング素子13−1及びスイッチング素子13−4の組とスイッチング素子13−2及びスイッチング素子13−3の組が同時にオンとなり、電源11が短絡されることを防止するために、スイッチング素子13−1及びスイッチング素子13−4の組とスイッチング素子13−2及びスイッチング素子13−3の組のオン/オフを切り替える際に、両方のスイッチング素子の組がオフとなるデッドタイムを設けてもよい。
【0037】
また、制御回路17は、スイッチング周波数と、そのスイッチング周波数にて定電圧出力となる、送信コイル14への印加電圧に相当する、力率改善回路12のスイッチング素子SWのオン/オフ制御のデューティ比との関係を表す参照テーブルを参照して、スイッチング周波数に応じたデューティ比を選択する。そして制御回路17は、そのデューティ比と、力率改善回路12のダイオードDからの出力電圧の変化に応じて、スイッチング素子SWのオン/オフを切り替えるタイミングを決定し、そのタイミングを表す制御信号をゲートドライバ16−1へ出力する。
【0038】
さらに、通信器15が受電装置3からの無線信号を受信できない場合、受電装置3は、送電装置2から電力供給を受けることができる位置に存在しない、すなわち、送電装置2は待機状態にあると想定される。そこでこの場合、制御回路17は、スイッチング素子SWのオン/オフ制御のデューティ比を設定可能な最小値としてもよい。あるいは、制御回路17は、比較的短い一定期間(例えば、数秒程度)、スイッチング素子SWのオン/オフ制御のデューティ比を予め設定された値として電力供給回路10を動作させ、その後、比較的長い期間(例えば、数分程度)、各スイッチング素子をオフに保って電力供給回路10から送信コイル14への電力供給を停止するといった制御を繰り返す、いわゆるバーストモードで電力供給回路10を制御してもよい。これにより、送電装置2が待機状態となっている間、送信コイル14に印加される電圧も設定可能な最小値となるので、エネルギーの損失が抑制される。
【0039】
なお、制御回路17による、スイッチング周波数及び送信コイル14への印加電圧の制御の詳細については後述する。
【0040】
次に、受電装置3について説明する。
共振回路20は、受信コイル21と共振コンデンサ22とが直列に接続されるLC共振回路である。そして共振回路20が有する受信コイル21の一端が、共振コンデンサ22を介して整流平滑回路24の一方の入力端子に接続される。また、受信コイル21の他端が、整流平滑回路24の他方の入力端子に接続される。
【0041】
受信コイル21は、共振コンデンサ22とともに、送電装置2の送信コイル14に流れる交流電流と共振することで、送信コイル14から電力を受信する。そして受信コイル21は、共振コンデンサ22を介して、受信した電力を整流平滑回路24へ出力する。なお、受信コイル21の巻き数と、送電装置2の送信コイル14の巻き数は同一でもよく、あるいは、異なっていてもよい。
【0042】
共振コンデンサ22は、その一端で受信コイル21の一端と接続され、他端でコイル23の一端及び整流平滑回路24の一方の入力端子と接続される。そして共振コンデンサ22は、受信コイル21とともに、受電した電力に対して共振し、受信した電力を整流平滑回路24へ出力する。
【0043】
コイル23は、共振回路20と整流平滑回路24との間に接続される。本実施形態では、コイル23は、共振回路20と並列となるように、この例では、受信コイル21と並列となるように、その一端で共振回路20の共振コンデンサ22及び整流平滑回路24の一方の入力端子と接続され、他端で受信コイル21及び整流平滑回路24の他方の入力端子と接続される。そしてコイル23が設けられることにより、整流平滑回路24を構成するダイオードの寄生容量による、伝送された電力に対する共振への影響が軽減される。
【0044】
整流平滑回路24は、整流回路の一例であり、ブリッジ接続された4個のダイオードを有する全波整流回路25と平滑コンデンサ26とを有し、共振回路20により受信された電力を整流し、かつ、平滑化して、直流電力に変換する。そして整流平滑回路24は、その直流電力を、負荷回路27に出力する。
【0045】
電圧検出回路28は、整流平滑回路24の両端子間の出力電圧を所定の周期ごとに測定する。整流平滑回路24の両端子間の出力電圧は、共振回路20の出力電圧と1対1に対応するので、整流平滑回路24の両端子間の出力電圧の測定値は、間接的に共振回路20の出力電圧の測定値となる。電圧検出回路28は、例えば、直流電圧を検出できる公知の様々な電圧検出回路の何れかとすることができる。そして電圧検出回路28は、その出力電圧の測定値を表す電圧検出信号を定電圧判定回路29へ出力する。
【0046】
定電圧判定回路29は、電圧検出回路28から受け取った出力電圧の測定値に基づいて、非接触給電装置1が定電圧出力動作しているか否か、及び、出力電圧の測定値が、定電圧出力動作が行われているときの電圧の許容範囲内に含まれているか否か判定する。そして定電圧判定回路29は、その判定結果を通信器32へ通知する。そのために、定電圧判定回路29は、例えば、電圧の許容範囲を記憶するメモリ回路と、出力電圧の測定値と電圧の許容範囲とを比較する演算回路とを有する判定回路30を有する。
【0047】
さらに、定電圧判定回路29は、整流平滑回路24と負荷回路27との間に接続される、MOSFETといったスイッチング素子31を有する。このスイッチング素子31は、オフとなると整流平滑回路24から負荷回路27へ電流が流れないようにし(すなわち、負荷回路27の交流等価抵抗値Rac=∞)、一方、オンとなると整流平滑回路24から負荷回路27へ電流が流れるようにする。そして定電圧判定回路29の判定回路30は、出力電圧の測定値が、電圧の許容範囲から外れている間、所定の周期でスイッチング素子31のオン/オフを切り替える。これにより、その所定の周期で、整流平滑回路24と接続される、負荷回路27を含む回路全体の抵抗値が変化する。したがって、判定回路30は、スイッチング素子31のオン/オフを切り替えながら、出力電圧の測定値が略一定となるか否かを判定することで、非接触給電装置1が定電圧出力動作しているか否かを判定できる。そこで、判定回路30は、所定の周期でスイッチング素子31のオン/オフを切り替えても出力電圧の測定値が略一定となっている間、非接触給電装置1が定電圧出力動作していることを通信器32へ通知する。
【0048】
また、判定回路30は、出力電圧の測定値が所定の周期よりも長い一定期間の間、非接触給電装置1が定電圧出力動作している場合、スイッチング素子31のオン/オフの切り替えを停止して、オンとなる状態を維持する。そして判定回路30は、出力電圧の測定値が電圧の許容範囲に含まれるか否か判定し、その判定結果を通信器32へ通知する。
【0049】
その際、判定回路30は、出力電圧の測定値が所定の周期よりも長い一定期間の間、電圧の許容範囲に含まれる場合、非接触給電装置1が定電圧出力動作しており、かつ、出力電圧の測定値が電圧の許容範囲内であることを表す判定結果を通信器32へ通知する。
【0050】
なお、変形例によれば、定電圧判定回路29は、整流平滑回路24に対して、負荷回路27と並列に接続される抵抗を有していてもよい。この場合、スイッチング素子31は、その抵抗と直列、かつ、負荷回路27と並列となるように設けられてもよい。この場合には、出力電圧の測定値が電圧の許容範囲に含まれる間、判定回路30は、スイッチング素子31をオフにする。一方、出力電圧の測定値が電圧の許容範囲から外れると、上記の実施形態と同様に、判定回路30は、所定の周期でスイッチング素子31のオン/オフを切り替えればよい。この変形例によれば、非接触給電装置1が定電圧出力動作していない場合にも、負荷回路27への電力供給が継続される。
【0051】
さらに他の変形例によれば、上記の抵抗と並列、かつ、負荷回路27と直列に、MOSFETといった第2のスイッチング素子が設けられてもよい。この場合、出力電圧の測定値が電圧の許容範囲に含まれる間、判定回路30は、第2のスイッチング素子をオンにして、負荷回路27への電力供給を可能とする。一方、出力電圧の測定値が電圧の許容範囲から外れると、判定回路30は、第2のスイッチング素子をオフにして、負荷回路27への電力供給を停止してもよい。これにより、送電装置2においてスイッチング周波数が調整されている間に、受電した電力の電圧が過度に高くなっても、その過度に高い電圧が負荷回路27に印加されることが防止される。
【0052】
通信器32は、第2の通信器の一例であり、所定の送信周期ごとに、定電圧判定回路29の判定回路30から受け取った判定結果に応じて、非接触給電装置1が定電圧出力動作しているか否か、及び、出力電圧の測定値が電圧の許容範囲に含まれるか否かを表す判定情報を含む無線信号を生成し、その無線信号を送電装置2の通信器15へ向けて送信する。そのために、通信器32は、例えば、所定の無線通信規格に準じて無線信号を生成する通信回路と、その無線信号を出力するアンテナとを有する。なお、所定の無線通信規格は、通信器15と同様に、例えば、ISO/IEC 15693、ZigBee(登録商標)、あるいはBluetooth(登録商標)とすることができる。
【0053】
以下、非接触給電装置1において、出力電圧の変動が抑制される理由について説明する。
【0054】
図2は、受電装置3の等価回路図である。この等価回路100において、Lは、共振回路20の受信コイル21のインダクタンスである。Csは、受電装置3の共振回路20における、受信コイル21と並列に接続される共振コンデンサ22の静電容量である。Lpは、コイル23のインダクタンスである。Cdは、整流平滑回路24を構成するダイオードの寄生容量である。なお、一般に、Cd << Csである。そしてRacは、負荷回路27の抵抗値Roの交流等価抵抗値であり、Rac=(8/π2)×Roで表される。
【0055】
非接触給電では、電力伝送効率は、送信コイルと受信コイル間の結合度kと、共振/共鳴の強さの指標であるQ値に応じて変動する。すなわち、結合度kが大きくなると、力率が1に近づくため、電力伝送効率は向上する。また、Q値が大きくなっても、力率が1に近づくため、電力伝送効率は向上する。そして、受信コイル21と整流平滑回路24を構成するダイオードの寄生容量Cdに着目すると、等価回路100に示されるように、受信コイル21と寄生容量Cdとは、並列に接続される関係となるので、伝送される電力に対して、RLC並列共振回路として動作することが分かる。この場合、受信コイル21と寄生容量Cdとから構成されるRLC並列共振回路のQ値は次式で表される。
【数1】
【0056】
(1)式から、負荷回路27の交流等価抵抗値Racが大きくなるにつれて、Q値も大きくなることが分かる。そのため、コイル23が無ければ、負荷回路27の交流等価抵抗値Racが大きくなるにつれて、寄生容量Cdの電力伝送ヘの寄与も大きくなり、その結果として、出力電圧の変動が大きくなる。
【0057】
一方、本実施形態では、共振回路20及び整流平滑回路24のそれぞれに対して並列にコイル23が接続されている。そのため、コイル23と寄生容量Cdによっても並列共振回路が形成されるので、この並列共振回路によるインピーダンスが生じる。このインピーダンスは、コイル23のインダクタンスLpと寄生容量Cdとの積に応じた共振周波数に近づくほど大きくなり、その共振周波数では、理論上、インピーダンスは無限大となる。これにより、コイル23と寄生容量Cdによる並列共振回路に流れる電流も少なくなる。その結果、受電装置2の回路は、受信コイル21と共振コンデンサ22と、負荷回路27とによる直列共振回路として近似できる。そして、この直列共振回路の共振周波数では、負荷回路27の交流等価抵抗値RacによるQ値への影響が小さくなり、出力電圧は、結合度kと送信コイル14に印加される電圧に応じて決定される値に近づく。そのため、負荷回路27の交流等価抵抗値Racの増加による出力電圧の上昇が抑制される。その結果として、負荷回路27の交流等価抵抗値Racの変動による出力電圧の変動が抑制される。
【0058】
以下、非接触給電装置1の動作の詳細について説明する。
【0059】
本実施形態では、送電装置2の制御回路17は、通信器15から受け取った判定情報に基づいて、非接触給電装置1が定電圧出力動作を継続するように、電力供給回路10から送信コイル14に供給される交流電力のスイッチング周波数及び電圧を制御する。
【0060】
図3は、本実施形態による非接触給電装置1の出力電圧の周波数特性のシミュレーション結果の一例を示す図である。図3において、横軸は、周波数を表し、縦軸は、出力電圧を表す。なお、このシミュレーションでは、送信コイル14と受信コイル21とが結合して、1:1の理想トランスを形成するものとした。また、送信コイル14のインピーダンスL1=174μH、共振コンデンサ22の静電容量Cs=20nF、送電側の巻き線抵抗値Ri=0.1Ω、受電側の巻き線抵抗値Ris=0.1Ω、コイル23のインピーダンスLp=160μH、整流平滑回路24を構成するダイオードの寄生容量Cd=1nF、送信コイル14に印加される電圧Vin=300V、負荷回路27の抵抗値Ro=10Ω(Rac≒8.1Ω)とした。グラフ301は、結合度k=0.15、負荷回路27の交流等価抵抗値をRacとしたときの出力電圧の周波数特性を表す。またグラフ302は、結合度k=0.15、負荷回路27の交流等価抵抗値を(100*Rac)としたときの出力電圧の周波数特性を表す。また、グラフ303は、結合度k=0.3、負荷回路27の交流等価抵抗値をRacとしたときの出力電圧の周波数特性を表す。またグラフ304は、結合度k=0.3、負荷回路27の交流等価抵抗値を(100*Rac)としたときの出力電圧の周波数特性を表す。さらに、グラフ305は、結合度k=0.6、負荷回路27の交流等価抵抗値をRacとしたときの出力電圧の周波数特性を表す。またグラフ306は、結合度k=0.6、負荷回路27の交流等価抵抗値を(100*Rac)としたときの出力電圧の周波数特性を表す。
【0061】
図3に示されるように、結合度kが変化しない条件下で、負荷回路27の交流等価抵抗値Racが変化しても出力電圧が略一定となる(すなわち、定電圧出力となる)、周波数と出力電圧の組み合わせは、結合度ごとに(図のポイント311〜313の3通り)存在する。したがって、負荷回路27の抵抗値の変化に対して非接触給電装置1を定電圧出力動作させることができることが分かる。さらに、ポイント311〜313で示される通り、負荷回路27の交流等価抵抗値Racの変動に関して定電圧出力となるときの出力電圧は、結合度に応じて互いに異なっているものの、この出力電圧の差は、送信コイル14に印加する電圧を調節することで、結合度によらず、略一定の出力電圧とすることができる。
【0062】
図4は、図3に示されたシミュレーションにおいて、結合度に応じて送信コイル14に印加する電圧を変化させたときの、出力電圧の周波数特性のシミュレーション結果の一例を示す図である。図4において、横軸は、周波数を表し、縦軸は、出力電圧を表す。グラフ401は、結合度k=0.15、負荷回路27の交流等価抵抗値をRac、送信コイル14に印加される電圧をVinとしたときの出力電圧の周波数特性を表す。またグラフ402は、結合度k=0.15、負荷回路27の交流等価抵抗値を(100*Rac)、送信コイル14に印加される電圧をVinとしたときの出力電圧の周波数特性を表す。また、グラフ403は、結合度k=0.3、負荷回路27の交流等価抵抗値をRac、送信コイル14に印加される電圧を(0.5*Vin)としたときの出力電圧の周波数特性を表す。またグラフ404は、結合度k=0.3、負荷回路27の交流等価抵抗値を(100*Rac)、送信コイル14に印加される電圧を(0.5*Vin)としたときの出力電圧の周波数特性を表す。さらに、グラフ405は、結合度k=0.6、負荷回路27の交流等価抵抗値をRac、送信コイル14に印加される電圧を(0.25*Vin)としたときの出力電圧の周波数特性を表す。またグラフ406は、結合度k=0.6、負荷回路27の交流等価抵抗値を(100*Rac)、送信コイル14に印加される電圧を(0.25*Vin)としたときの出力電圧の周波数特性を表す。
【0063】
図3に示されたポイント311〜313に対応する、結合度kが変化しない条件下で、負荷回路27の交流等価抵抗値Racが変化しても出力電圧が略一定となる(すなわち、定電圧出力となる)、周波数と出力電圧の組み合わせは、ポイント411〜413の3通りとなる。そしてポイント411〜413のそれぞれの出力電圧は、互いに略等しい。
【0064】
以上により、負荷回路27の交流等価抵抗値Rac及び結合度の何れが変動しても、送信コイル14に印加する交流電力のスイッチング周波数及び電圧を適切に調節することで、出力電圧が略一定に保たれることが分かる。
【0065】
図5は、ポイント411〜413での負荷回路27の抵抗値と出力電圧の関係を示すテーブルである。テーブル500では、結合度k=0.15,0.3,0.6のそれぞれについて、負荷回路27の交流等価抵抗値Racが略8.1Ω(Ro=10Ω)の時の出力電圧と、略810Ω(Ro=1kΩ)のときの出力電圧とが示される。なお、図4と同様に、k=0.15のとき、送信コイル14に印加される電圧をVin=300Vとし、k=0.3のとき、送信コイル14に印加される電圧を(0.5*Vin)とし、k=0.6のとき、送信コイル14に印加される電圧を(0.25*Vin)とした。
【0066】
図6は、比較例として、コイル23が存在しない場合における、ポイント411〜413での負荷回路27の抵抗値と出力電圧の関係を示すテーブルである。テーブル600では、結合度k=0.15,0.3,0.6のそれぞれについて、負荷回路27の交流等価抵抗値Racが略8.1Ωの時の出力電圧と、810Ωのときの出力電圧とが示される。なお、図4と同様に、k=0.15のとき、送信コイル14に印加される電圧をVin=300Vとし、k=0.3のとき、送信コイル14に印加される電圧を(0.5*Vin)とし、k=0.6のとき、送信コイル14に印加される電圧を(0.25*Vin)とした。
【0067】
テーブル500とテーブル600から明らかなように、コイル23が追加されることで、負荷回路27の抵抗値の変動による、出力電圧の変動が抑制されていることが分かる。
【0068】
また、制御回路17は、定電圧出力動作を達成するために、下記のように送信コイル14に印加される交流電力のスイッチング周波数及び電圧を制御する。
【0069】
受電装置3から通信器15を介して受けとった無線信号に含まれる判定情報において、非接触給電装置1が定電圧出力動作していないことが示されている場合、制御回路17は、交流電力のスイッチング周波数を所定の周波数領域内で変化させる。所定の周波数領域は、例えば、送電装置2から受電装置3への給電が行われる場合における、送信コイル14と受信コイル21間の想定される結合度の最小値において定電圧出力となる周波数を下限とし、送信コイル14と受信コイル21間の想定される結合度の最大値において定電圧出力となる周波数を上限とする周波数領域とすることができる。
【0070】
制御回路17は、スイッチング周波数を変化させる際、所定の周波数領域の下限から上限まで順にスイッチング周波数を高くしてもよく、あるいは、逆に、所定の周波数領域の上限から下限まで順にスイッチング周波数を低くしてもよい。その際、制御回路17は、受電装置3の定電圧判定回路29が出力電圧が略一定となったか否かを調べることができるように、定電圧判定回路29の判定回路30がスイッチング素子31のオンとオフを切り替える周期よりも長い期間、同じスイッチング周波数を保つように、ステップ状にスイッチング周波数を変化させることが好ましい。
【0071】
なお、制御回路17は、スイッチング周波数を調整している間、送信コイル14に印加する電圧を下限の電圧にまで低下させることが好ましい。これにより、受電装置3に供給される電力の電圧が過度に高くなることが抑制される。
【0072】
制御回路17は、受電装置3から通信器15を介して受けとった無線信号に含まれる判定情報において、出力電圧の測定値が電圧の許容範囲には含まれないものの、負荷回路の抵抗が変化しても略一定となること、すなわち、定電圧出力動作が行われていることが示されていると、それ以降、スイッチング周波数を一定に保つ。そして次に、制御回路17は、スイッチング周波数と、そのスイッチング周波数において結合度によらず一定の電圧出力となる、力率改善回路12のスイッチング素子SWのオン/オフ制御のデューティ比との関係を示す参照テーブルを参照して、そのデューティ比を決定する。そして制御回路17は、そのデューティ比に従って力率改善回路12のスイッチング素子SWのオン/オフを切り替えるよう、ゲートドライバ16−1を制御する。これにより、共振回路20からの出力電圧が電圧の許容範囲に含まれるように、すなわち、結合度によらずに一定の電圧が出力されるように、送信コイル14に印加される電圧が調整される。そして制御回路17は、受電装置3から通信器15を介して受けとった無線信号に含まれる判定情報において、出力電圧の測定値が電圧の許容範囲に含まれることが示されると、送信コイル14に供給される交流電力のスイッチング周波数及び電圧を一定に保つ。
【0073】
なお、制御回路17は、上記の参照テーブルを参照してデューティ比を決定する代わりに、受電装置3から通信器15を介して受けとった無線信号に含まれる判定情報において、出力電圧の測定値が電圧の許容範囲に含まれることが示されるようになるまで、徐々にデューティ比を変化させてもよい。
【0074】
以上に説明してきたように、この非接触給電装置は、受電側において、共振回路と整流回路との間に、共振回路と並列に接続されるコイルを設ける。これにより、この非接触給電装置は、整流回路を構成するダイオードの寄生容量による、電力伝送への影響を軽減して、負荷回路の負荷の変動による出力電圧の変動を抑制できる。
【0075】
なお、図3及び図4に示されるように、送信コイル14と受信コイル21間の結合度が変化すると、非接触給電装置1が定電圧出力動作することが可能な、送信コイル14に印加される交流電力のスイッチング周波数も変化する。そしてスイッチング周波数が変化するにつれて、コイル23と整流平滑回路24を構成するダイオードの寄生容量とで形成されるLC並列共振回路のインピーダンスも変化する。このことから、出力電圧の変動をより効果的に抑制するためには、結合度あるいは送信コイル14に印加される交流電力のスイッチング周波数に応じて、コイル23のインダクタンスも変化することが好ましい。
【0076】
図7は、この変形例による受電装置の概略構成図である。図7に示されるように、この変形例による受電装置4は、受信コイル21及び共振コンデンサ22を有する共振回路20と、3個のコイル23−1〜23−3と、整流平滑回路24と、負荷回路27と、電圧検出回路28と、定電圧判定回路29と、通信器32と、2個のリレー33−1、33−2とを有する。受電装置4は、例えば、上記の実施形態における送電装置2にとともに、非接触給電装置を構成する。
【0077】
この変形例による受電装置4は、図1に示される受電装置3と比較して、共振回路20と整流平滑回路24との間に3個のコイル23−1〜23−3を有する点、二つのリレー33−1、33−2を有する点、及び、定電圧判定回路29が有する判定回路30及び通信器32の動作の一部が異なる。そこで以下では、この相違点及び関連部分について説明する。受電装置4のその他の構成要素については、上記の実施形態における対応する構成要素の説明を参照されたい。
【0078】
3個のコイル23−1〜23−3は、共振回路20と整流平滑回路24の間において、互いに直列に、かつ、共振回路20及び整流平滑回路24と並列に接続される。なお、コイル23−1〜23−3のそれぞれのインダクタンスは、同一であってもよく、あるいは、互いに異なっていてもよい。
【0079】
2個のリレー33−1、33−2は、それぞれ、短絡回路の一例であり、リレー33−1はコイル23−1に対して並列に設けられ、リレー33−2はコイル23−2に対して並列に設けられる。そしてリレー33−1は、オンとなることでコイル23−1を短絡する。同様に、リレー33−2は、オンとなることでコイル23−2を短絡する。そしてリレー33−1、33−2のオン/オフは、判定回路30により制御される。このように、リレー33−1、33−2のオン/オフが切り替えられることで、コイル23−1〜23−3と整流平滑回路24を構成するダイオードの寄生容量Cdとによる並列共振回路が共振する周波数が変化する。すなわち、リレー33−1及びリレー33−2の何れもオフであれば、その並列共振回路の共振周波数は、コイル23−1〜23−3のインダクタンスの和と寄生容量Cdとの積に応じた値となる。また、リレー33−1がオフであり、リレー33−2がオンであれば、その並列共振回路の共振周波数は、コイル23−1のインダクタンスとコイル23−3のインダクタンスの和と寄生容量Cdとの積に応じた値となる。さらに、リレー33−1がオンであり、リレー33−2がオフであれば、その並列共振回路の共振周波数は、コイル23−2のインダクタンスとコイル23−3のインダクタンスの和と寄生容量Cdとの積に応じた値となる。そしてリレー33−1及びリレー33−2の何れもオンであれば、その並列共振回路の共振周波数は、コイル23−3のインダクタンスと寄生容量Cdとの積に応じた値となる。したがって、リレー33−1、33−2のオン/オフを切り替えることで、同じ周波数に対する、コイル23−1〜23−3と整流平滑回路24を構成するダイオードの寄生容量Cdとによる並列共振回路のインピーダンスを変更できる。
【0080】
通信器32は、図1に示される送電装置2と受電装置4とを含む非接触給電装置において、その非接触給電装置が定電圧出力動作しているときに、送電装置2の通信器15から、送信コイル14に供給される交流電力のスイッチング周波数を表す情報を含む無線信号を受信すると、その情報を判定回路30へわたす。なお、送電装置2の制御回路17は、受電装置4から通信器15を介して受けとった無線信号に含まれる判定情報において、出力電圧の測定値が電圧の許容範囲に含まれることが示されると、送信コイル14に供給される交流電力のスイッチング周波数を表す情報を含む無線信号を通信器15に送信させればよい。
【0081】
判定回路30は、自装置が有する不揮発性の半導体メモリに、非接触給電装置が定電圧出力動作するときのスイッチング周波数とリレー33−1、33−2のオン/オフの状態との対応関係を表す参照テーブルを記憶する。なお、この参照テーブルにおいて、リレー33−1、33−2のオン/オフの状態は、対応するスイッチング周波数において、負荷回路27の負荷変動による出力電圧の変動を最も抑制できるように、例えば、シミュレーションにより、あるいは、実験により、予め決定されればよい。例えば、スイッチング周波数が上昇するにつれて、コイル23−1〜23−3と整流平滑回路24を構成するダイオードの寄生容量Cdとによる並列共振回路の共振周波数も高くなるように、オンとなるリレーの数が増加するように設定される。そして判定回路30は、非接触給電装置が定電圧出力動作をしている場合において、送電装置2から、通信器32を介して送信コイル14に供給される交流電力のスイッチング周波数を通知されると、参照テーブルを参照して、通知されたスイッチング周波数についてリレー33−1、33−2のそれぞれについてオン/オフの何れとするかを決定する。そして判定回路30は、その決定に従って、リレー33−1、33−2のオン/オフを制御する。
【0082】
この変形例によれば、受電装置4を含む非接触給電装置は、定電圧出力動作時において送信コイルに供給される交流電力のスイッチング周波数に応じて、すなわち、送信コイルと受信コイル間の結合度に応じて、共振回路と整流平滑回路間に接続される少なくとも一つのコイルを短絡するか否かを切り替える。そのため、この非接触給電装置は、整流平滑回路を構成するダイオードの寄生容量による、伝送される電力への影響をより効率良く打ち消せるので、負荷回路の負荷変動による出力電圧の変動をより適切に抑制できる。
【0083】
なお、コイル23−1〜23−3は、共振回路20と整流平滑回路24の間において、互いに並列となるように設けられてもよい。この場合も、コイル23−1、23−2が短絡されるか否かで、同じ周波数に対する、コイル23−1〜23−3と整流平滑回路24を構成するダイオードの寄生容量Cdとによる並列共振回路のインピーダンスは変化する。したがって、上記の変形例と同様に、判定回路30が、非接触給電装置が定電圧出力動作するときのスイッチング周波数に応じて、リレー33−1、33−2のオン/オフを制御すればよい。
【0084】
また、共振回路20と整流平滑回路24の間において、互いに直列に、あるいは互いに並列に、かつ、共振回路20の受信コイル21及び整流平滑回路24と並列に接続されるコイルの数は3個に限られず、2個あるいは4個以上であってもよい。そしてそれら複数のコイルのうちの一つを除いて、並列に接続されるリレーが設けられればよい。そして各リレーのオン/オフは、上記の変形例と同様に、判定回路30が、非接触給電装置が定電圧出力動作するときのスイッチング周波数に応じて制御すればよい。
【0085】
他の変形例によれば、送電装置において、送信コイルに交流電力を供給する電力供給回路は、スイッチング周波数及び送信コイルに印加する電圧を可変に調節できる回路であれば、上記の実施形態及び変形例とは異なる回路構成を持っていてもよい。
【0086】
図8(a)及び図8(b)は、それぞれ、変形例による、電力供給回路の回路図である。
【0087】
図8(a)に示される電力供給回路110は、電源11と、力率改善回路12と、二つのスイッチング素子13−1及びスイッチング素子13−2と、送信コイル14と直列に接続される、直流遮断用のコンデンサ131とを有する。なお、この変形例においても、各スイッチング素子は、例えば、nチャネル型のMOSFETとすることができる。また、力率改善回路12は、例えば、上記の実施形態における力率改善回路12と同一とすることができる。
【0088】
この変形例では、スイッチング素子13−1とスイッチング素子13−2は、電源11の正極側端子と負極側端子との間に直列に接続される。また、電源11の正極側に、スイッチング素子13−1が接続され、一方、電源11の負極側に、スイッチング素子13−2が接続される。そしてスイッチング素子13−1のドレイン端子は、電源11の正極側端子と力率改善回路12を介して接続され、スイッチング素子13−1のソース端子は、スイッチング素子13−2のドレイン端子と接続される。また、スイッチング素子13−2のソース端子は、電源11の負極側端子と力率改善回路12を介して接続される。さらに、スイッチング素子13−1のソース端子、及び、スイッチング素子13−2のドレイン端子は、送信コイル14の一端に接続され、スイッチング素子13−2のソース端子は、コンデンサ131を介して送信コイル14の他端に接続される。また、各スイッチング素子のゲート端子は、ゲートドライバ16−2と接続される。
【0089】
この変形例では、ゲートドライバ16−2が、制御回路から制御信号に従って、スイッチング素子13−1とスイッチング素子13−2のオン/オフを交互に切り替えればよい。すなわち、スイッチング素子13−1がオンとなり、スイッチング素子13−2がオフとなる場合には、電源11から力率改善回路12及びスイッチング素子13−1を介して送信コイル14へ電流が流れ、コンデンサ131が充電される。一方、スイッチング素子13−1がオフとなり、スイッチング素子13−2がオンとなる場合には、コンデンサ131が放電して、コンデンサ131から送信コイル14及びスイッチング素子13−2を介して電流が流れる。したがって、この変形例では、制御回路が、受電装置3から受信した判定情報に応じて、ゲートドライバ16−2を介して、スイッチング素子13−1とスイッチング素子13−2のオン/オフを切り替えるスイッチング周波数を制御すればよい。
【0090】
図8(b)に示される電力供給回路120も、電力供給回路110と同様に、電源11と、力率改善回路12と、二つのスイッチング素子13−1及びスイッチング素子13−2と、送信コイル14と直列に接続されるコンデンサ131とを有する。ただし、電力供給回路120は、電力供給回路110と比較して、送信コイル14の一端が電源11の正極側端子と力率改善回路12を介して接続され、送信コイル14の他端がコンデンサ131を介してスイッチング素子13−1のソース端子、及び、スイッチング素子13−2のドレイン端子と接続される。
【0091】
この変形例でも、ゲートドライバ16−2が、制御回路から制御信号に従って、スイッチング素子13−1とスイッチング素子13−2のオン/オフを交互に切り替えればよい。
【0092】
なお、図8(a)に示される電力供給回路110及び図8(b)に示される電力供給回路120について、スイッチング周波数が調整される周波数範囲において送信コイル14とコンデンサ131とが共振回路として動作しないよう、送信コイル14とコンデンサ131の共振周波数は、受電装置の共振回路の共振周波数及びスイッチング周波数が調整される周波数範囲の下限周波数よりも小さくなるように、コンデンサ131の静電容量が設定されることが好ましい。
【0093】
また、図1に示される実施形態において、電力供給回路110及び電力供給回路120と同様に、送信コイル14と直列に接続される、直流遮断用のコンデンサが設けられてもよい。ただしこの場合も、スイッチング周波数が調整される周波数範囲において送信コイル14とコンデンサとが共振回路として動作しないよう、送信コイル14とコンデンサの共振周波数は、受電装置3の共振回路20の共振周波数及びスイッチング周波数が調整される周波数範囲の下限周波数よりも小さくなるように、コンデンサの静電容量が設定されることが好ましい。
【0094】
また、送電装置2の通信器15と受電装置3の通信器32とを有線にて接続することが可能な場合には、通信器15及び通信器32は、それぞれ、判定情報を含む信号を有線にて通信可能な通信回路を有していればよい。
【0095】
さらに、上記の実施形態または変形例による受電装置が有する整流回路は、同期整流回路であってもよい。
【0096】
このように、当業者は、本発明の範囲内で、実施される形態に合わせて様々な変更を行うことができる。
【符号の説明】
【0097】
1 非接触給電装置
2 送電装置
10、110、120 電力供給回路
11 電源
12 力率改善回路
13−1〜13−4 スイッチング素子
14 送信コイル
15 通信器
16−1、16−2 ゲートドライバ
17 制御回路
3、4 受電装置
20 共振回路
21 受信コイル
22 共振コンデンサ
23、23−1〜23−3 コイル
24 整流平滑回路
25 全波整流回路
26 平滑コンデンサ
27 負荷回路
28 電圧検出回路
29 定電圧判定回路
30 判定回路
31 スイッチング素子
32 通信器
33−1、33−2 リレー
111 交流電源
131 コンデンサ
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8