特許 5989285 電力伝送装置、高周波電源及び高周波整流回路

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】5989285

(24)【登録日】2016年8月19日

(45)【発行日】2016年9月7日

(54)【発明の名称】電力伝送装置、高周波電源及び高周波整流回路

(51)【国際特許分類】

   H02J 50/12 20160101AFI20160825BHJP

   H02M 5/297 20060101ALI20160825BHJP

【ＦＩ】

   H02J50/12

   H02M5/297

【請求項の数】9

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2016-525627(P2016-525627)

(86)(22)【出願日】2016年1月22日

(86)【国際出願番号】JP2016051886

【審査請求日】2016年4月21日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】591036457

【氏名又は名称】三菱電機エンジニアリング株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100123434

【弁理士】

【氏名又は名称】田澤 英昭

(74)【代理人】

【識別番号】100101133

【弁理士】

【氏名又は名称】濱田 初音

(74)【代理人】

【識別番号】100199749

【弁理士】

【氏名又は名称】中島 成

(74)【代理人】

【識別番号】100188880

【弁理士】

【氏名又は名称】坂元 辰哉

(74)【代理人】

【識別番号】100197767

【弁理士】

【氏名又は名称】辻岡 将昭

(74)【代理人】

【識別番号】100201743

【弁理士】

【氏名又は名称】井上 和真

(72)【発明者】

【氏名】阿久澤 好幸

【審査官】 大手 昌也

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１５／０８１０６５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１４／０２５２８７７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２０１３−１９５７２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５２−０７７６５７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｊ ３／００− ５／００、５０／００−５０／９０、

Ｈ０２Ｍ ５／００− ７／９８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

商用交流が入力され、当該商用交流を、当該商用交流の電圧振幅の半分の電圧で正電圧方向にオフセットする入力回路、及び前記入力回路によりオフセットされた電力を前記商用交流の周波数よりも高い周波数の電力に変換するインバータを有する高周波電源と、
前記インバータにより変換された電力を伝送する共振型送信アンテナと、
前記共振型送信アンテナにより伝送された電力を受信する共振型受信アンテナと、
前記共振型受信アンテナにより受信された電力を全波整流する全波整流回路、及び前記全波整流回路により全波整流された電力を、前記商用交流の電圧振幅の半分の電圧で負電圧方向にオフセットする出力回路を有する高周波整流回路と
を備えた電力伝送装置。

【請求項2】

前記インバータは、Ｅ級型のインバータである
ことを特徴とする請求項１記載の電力伝送装置。

【請求項3】

前記全波整流回路は、ブリッジ整流回路である
ことを特徴とする請求項１記載の電力伝送装置。

【請求項4】

前記共振型送信アンテナと前記共振型受信アンテナは、磁界共鳴、電界共鳴又は電磁誘導により電力伝送を行う
ことを特徴とする請求項１記載の電力伝送装置。

【請求項5】

前記共振型送信アンテナと前記共振型受信アンテナは等価的に１点接続された
ことを特徴とする請求項１記載の電力伝送装置。

【請求項6】

前記共振型送信アンテナ及び前記共振型受信アンテナの両方又はどちらか一方は２個以上のコイルから構成された
ことを特徴とする請求項１記載の電力伝送装置。

【請求項7】

前記共振型送信アンテナは固定部に設置され、
前記共振型受信アンテナは、停止した際又は移動中に前記固定部と対向する移動体に設置された
ことを特徴とする請求項１記載の電力伝送装置。

【請求項8】

商用交流が入力されて電力伝送を行って当該商用交流と同じ周波数の交流を出力する電力伝送装置に用いられる高周波電源であって、
前記商用交流が入力され、当該商用交流を、当該商用交流の電圧振幅の半分の電圧で正電圧方向にオフセットする入力回路と、
前記入力回路によりオフセットされた電力を前記商用交流の周波数よりも高い周波数の電力に変換するインバータと
を有することを特徴とする高周波電源。

【請求項9】

商用交流が入力されて電力伝送を行って当該商用交流と同じ周波数の交流を出力する電力伝送装置に用いられる高周波整流回路であって、
入力された電力を全波整流する全波整流回路と、
前記全波整流回路により全波整流された電力を、前記商用交流の電圧振幅の半分の電圧で負電圧方向にオフセットすることで前記交流を得る出力回路と
を有することを特徴とする高周波整流回路。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、商用交流が入力されて電力伝送を行って当該商用交流と同じ周波数の交流を出力する電力伝送装置、高周波電源及び高周波整流回路に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来から、商用交流が入力されて無線電力伝送を行う電力伝送装置が知られている（例えば特許文献１参照）。特許文献１に開示された電力伝送装置（無接触給電設備）では、まず、ブリッジ接続された整流ダイオードを有するコンバータは、入力された商用交流を直流へ変換する。そして、インバータは、当該直流を高周波交流（１０ｋＨｚ）に変換する。この変換された高周波交流は、誘電線路（送受信アンテナ）によって無接触電力伝送される。そして、ブリッジ接続された整流ダイオードを有するコンバータは、当該伝送された高周波交流を直流へ変換する。そして、インバータは、当該直流を高周波交流に変換し、負荷となるモータに出力している。

【0003】

図９は、従来の電力伝送装置をより一般的な機能ブロックに変更し、負荷が商用交流で動作する機器である場合の構成を示した図である。
図９に示す電力伝送装置では、まず、ＡＣ／ＤＣコンバータ１０１は、入力された商用交流（図９では５０Ｈｚ）を直流へ変換する。そして、ＤＣ／ＡＣインバータ１０２は、当該直流を高周波交流（図９では６．７８ＭＨｚ）へ変換する。この変換された高周波交流は、共振型送受信アンテナ１０３，１０４によって非接触電力伝送される。そして、ＡＣ／ＤＣ整流回路１０５は、当該伝送された高周波交流を直流へ変換する。そして、ＤＣ／ＡＣインバータ１０６は、当該直流を上記商用交流と同じ周波数の交流（図９では５０Ｈｚ）に変換し、負荷へ出力している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平２００５−１６２１１９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、従来の電力伝送装置では、図９に示すように、送信側にＡＣ／ＤＣコンバータ１０１を設け、受信側にＤＣ／ＡＣインバータ１０６を設ける必要がある。そのため、装置全体が大型化、重量化、高コスト化するという課題がある。
また、従来の構成では、入力された電力に対して直流への変換と周波数変換を繰り返すため、装置全体における入出力の電力伝送効率が低く、発熱量が多くなるため、その放熱のためのヒートシンク構造が大型化する。よって、これによっても、装置全体が大型化、重量化、高コスト化するという課題がある。

【0006】

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、ＡＣ／ＤＣコンバータ及びＤＣ／ＡＣインバータを用いずに、商用交流が入力されて電力伝送を行って当該商用交流と同じ周波数の交流を出力することができる電力伝送装置、高周波電源及び高周波整流回路を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0007】

この発明に係る電力伝送装置は、商用交流が入力され、当該商用交流を、当該商用交流の電圧振幅の半分の電圧で正電圧方向にオフセットする入力回路、及び入力回路によりオフセットされた電力を商用交流の周波数よりも高い周波数の電力に変換するインバータを有する高周波電源と、インバータにより変換された電力を伝送する共振型送信アンテナと、共振型送信アンテナにより伝送された電力を受信する共振型受信アンテナと、共振型受信アンテナにより受信された電力を全波整流する全波整流回路、及び全波整流回路により全波整流された電力を、商用交流の電圧振幅の半分の電圧で負電圧方向にオフセットする出力回路を有する高周波整流回路とを備えたものである。

【発明の効果】

【0008】

この発明によれば、上記のように構成したので、ＡＣ／ＤＣコンバータ及びＤＣ／ＡＣインバータを用いずに、商用交流が入力されて電力伝送を行って当該商用交流と同じ周波数の交流を出力することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】この発明の実施の形態１に係る電力伝送装置の構成例を示す図である。

【図2】この発明の実施の形態１における送信装置の回路構成例を示す図である。

【図3】この発明の実施の形態１における入力回路の別の回路構成例を示す図である。

【図4】この発明の実施の形態１における受信装置の回路構成例を示す図である。

【図5】図５Ａ〜図５Ｃは、この発明の実施の形態１における送信装置の動作例を説明する図である。

【図6】図６Ａ〜図６Ｃは、この発明の実施の形態１における受信装置の動作例を説明する図である。

【図7】この発明の実施の形態１に係る電力伝送装置の適用例を示す図であり、送信装置を固定部に設け、受信装置を移動体に設けた場合の側面図である。

【図8】この発明の実施の形態１における共振型送信アンテナと共振型受信アンテナを有線接続した場合の構成例を示す図である。

【図9】従来の電力伝送装置の構成例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る電力伝送装置の構成例を示す図である。
電力伝送装置は、商用交流が入力されて電力伝送を行って当該商用交流と同じ周波数の交流を出力するものである。なお、商用交流としては、国内外で使用されている標準の周波数（５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）の交流、工業用として使用されている周波数の交流等の、低周波数の交流が挙げられる。また以下では、電力伝送装置が無線電力伝送を行う場合を例に説明を行う。

【0011】

この電力伝送装置は、図１に示すように、送信側ＡＣ／ＡＣコンバータ（高周波電源）１、共振型送信アンテナ２、共振型受信アンテナ３及び受信側ＡＣ／ＡＣコンバータ（高周波整流回路）４を備えている。なお、送信側ＡＣ／ＡＣコンバータ１及び共振型送信アンテナ２は送信装置５を構成し、共振型受信アンテナ３及び受信側ＡＣ／ＡＣコンバータ４は受信装置６を構成している。

【0012】

送信側ＡＣ／ＡＣコンバータ１は、上記商用交流（図１では５０Ｈｚ）が入力され、当該商用交流を、当該商用交流の周波数の振幅変調を持ち、当該商用交流の周波数よりも高い周波数（図１では６．７８ＭＨｚ）の電力に変換するものである。この送信側ＡＣ／ＡＣコンバータ１は、入力回路１１、インバータ１２及び共振整合回路１３を有している。

【0013】

入力回路１１は、上記商用交流が入力され、当該商用交流を、当該商用交流の電圧振幅の半分の電圧で正電圧方向にオフセットするものである。この入力回路１１によりオフセットされた電力は、インバータ１２に出力される。

【0014】

インバータ１２は、入力回路１１から出力された電力を、上記高い周波数でスイッチングすることで、当該高い周波数の電力に変換するものである。このインバータ１２により変換された電力は、共振整合回路１３を介して共振型送信アンテナ２に出力される。

【0015】

共振整合回路１３は、インバータ１２の出力インピーダンスと共振型送信アンテナ２の入力インピーダンスとの整合を取る（共振型送信アンテナ２との間で共振条件を合わせる）ものである。なお、共振整合回路１３は、共振整合回路１３を構成する各素子の定数が固定である固定整合型、各素子の定数が可変である可変整合型、各素子の定数が自動で可変されて整合を取る自動整合型の何れであってもよい。

【0016】

共振型送信アンテナ２は、インバータ１２により変換された電力を入力して共振動作を行い、非放射型の電磁界を近傍に発生させることで、共振型受信アンテナ３に対して電力伝送を行う共振型の電力送信アンテナである。

【0017】

共振型受信アンテナ３は、共振型送信アンテナ２からの非放射型の電磁界と共振結合動作を行うことで電力を受信する共振型の電力受信アンテナである。この共振型受信アンテナ３により受信された電力は、受信側ＡＣ／ＡＣコンバータ４の後述する共振整合回路４１を介して全波整流回路４２に出力される。

【0018】

なお、共振型送信アンテナ２と共振型受信アンテナ３との間の電力の無線伝送方式は特に限定されるものではなく、磁界共鳴による方式、電界共鳴による方式、電磁誘導による方式の何れであってもよい。

【0019】

受信側ＡＣ／ＡＣコンバータ４は、共振型受信アンテナ３により受信された電力を、上記商用交流と同じ周波数（図１では５０Ｈｚ）の交流に変換するものである。この受信側ＡＣ／ＡＣコンバータ４は、共振整合回路４１、全波整流回路４２及び出力回路４３を有している。

【0020】

共振整合回路４１は、共振型受信アンテナ３の出力インピーダンスと全波整流回路４２の入力インピーダンスとの整合を取る（共振型受信アンテナ３との間で共振条件を合わせる）ものである。なお、共振整合回路４１は、共振整合回路４１を構成する各素子の定数が固定である固定整合型、各素子の定数が可変である可変整合型、各素子の定数が自動で可変されて整合を取る自動整合型の何れであってもよい。

【0021】

全波整流回路４２は、共振型受信アンテナ３により受信された電力を全波整流するものである。この全波整流回路４２により全波整流された電力は、出力回路４３に出力される。

【0022】

出力回路４３は、全波整流回路４２により全波整流された電力を、上記商用交流の電圧振幅の半分の電圧で負電圧方向にオフセットするものである。これにより、上記商用交流と同じ周波数の交流を得ることができる。この出力回路４３により得られた電力は、負荷（不図示）に出力される。

【0023】

次に、送信装置５の具体的な回路構成例について、図２を参照しながら説明する。
図２はこの発明の実施の形態１における送信装置５の回路構成例を示す図である。なお図２では、送信装置５の入力端に、商用交流を出力する商用交流源７が接続された場合を示している。また図２では、インバータ１２としてＥ級型のインバータを用いた場合を示している。

【0024】

まず、送信側ＡＣ／ＡＣコンバータ１の回路構成例について説明する。
図２では、送信側ＡＣ／ＡＣコンバータ１の入力回路１１は、直流電源Ｖｄｃ１及びコンデンサＣ１１により構成されている。直流電源Ｖｄｃ１は、電圧が上記商用交流の電圧振幅の半分の値である直流を出力するものである。この直流電源Ｖｄｃ１は、プラス端子が商用交流源７のマイナス端子に接続されている。また、コンデンサＣ１１は、一端が商用交流源７のプラス端子に接続され、他端が直流電源Ｖｄｃ１のマイナス端子に接続されている。この直流電源Ｖｄｃ１を有する入力回路１１によって、上記商用交流を、当該商用交流の電圧振幅の半分の電圧で正電圧方向にオフセット（＋１／２・Ｖｉｎｐ−ｐ）することができる。

【0025】

また、送信側ＡＣ／ＡＣコンバータ１のインバータ１２は、インダクタＬ１１、共振回路素子（コンデンサＣ１２，Ｃ１３及びインダクタＬ１２）及びスイッチング素子Ｑ１１により構成されている。

【0026】

インダクタＬ１１は、入力回路１１から入力された電力を、スイッチング素子Ｑ１１の動作毎に一時的に保持する働きをするものである。このインダクタＬ１１は、一端が商用交流源７のプラス端子及びコンデンサＣ１１の一端に接続されている。

【0027】

共振回路素子（コンデンサＣ１２，Ｃ１３及びインダクタＬ１２）は、スイッチング素子Ｑ１１のスイッチング動作を共振スイッチング動作とさせるものである。すなわち、この共振回路素子により、スイッチング素子Ｑ１１のスイッチング動作が、Ｉｄｓ電流とＶｄｓ電圧積によるスイッチング損失が最も小さくなるように、ＺＶＳ（ゼロボルテージスイッチング）が成立するように、スイッチング条件が設定されている。

【0028】

コンデンサＣ１２は、一端がインダクタＬ１１の他端に接続され、他端が直流電源Ｖｄｃ１のマイナス端子に接続されている。また、インダクタＬ１２は、一端がインダクタＬ１１の他端に接続されている。また、コンデンサＣ１３は、一端がインダクタＬ１２の他端に接続されている。

【0029】

スイッチング素子Ｑ１１は、上記高い周波数でスイッチング動作を行うものである。このスイッチング素子Ｑ１１は、ドレイン端子がインダクタＬ１１の他端に接続され、ソース端子が直流電源Ｖｄｃ１のマイナス端子に接続されている。

【0030】

また、送信側ＡＣ／ＡＣコンバータ１の共振整合回路１３は、コンデンサＣ１４，Ｃ１５及びインダクタＬ１３により構成されている。
コンデンサＣ１４は、一端がコンデンサＣ１３の他端に接続され、他端が直流電源Ｖｄｃ１のマイナス端子に接続されている。また、インダクタＬ１３は、一端がコンデンサＣ１３の他端に接続されている。また、コンデンサＣ１５は、一端がインダクタＬ１３の他端に接続され、他端が直流電源Ｖｄｃ１のマイナス端子に接続されている。

【0031】

次に、共振型送信アンテナ２の回路構成例について説明する。
図２では、共振型送信アンテナ２は、コンデンサＣ１６，Ｃ１７及びインダクタＬ１４により構成されている。このコンデンサＣ１６，Ｃ１７及びインダクタＬ１４は共振型送信アンテナ２の共振条件を設定するものである。なお、インダクタＬ１４は、共振型送信アンテナ２の共振条件を設定する機能の他、アンテナとしても兼用されている。

【0032】

コンデンサＣ１６は、一端がインダクタＬ１３の他端に接続されている。また、コンデンサＣ１７は、一端が直流電源Ｖｄｃ１のマイナス端子に接続されている。また、インダクタＬ１４は、一端がコンデンサＣ１６の他端に接続され、他端がコンデンサＣ１７の他端に接続されている。

【0033】

また図２では、入力回路１１を直流電源Ｖｄｃ１から構成した場合を示したが、この直流電源Ｖｄｃ１を例えば図３に示す回路に変更してもよい。この図３に示す回路は、スイッチング素子Ｑ１２，Ｑ１３、コンデンサＣ１８、電位差検出部１４及び負帰還制御部１５により構成されている。
スイッチング素子Ｑ１２は、ソース端子がスイッチング素子Ｑ１３のソース端子に接続され、ドレイン端子が商用交流源７のマイナス端子に接続されている。また、スイッチング素子Ｑ１３は、ドレイン端子がインバータ１２のリターンライン１６に接続されている。また、コンデンサＣ１８は、一端がスイッチング素子Ｑ１２のドレイン端子に接続され、他端がスイッチング素子Ｑ１３のドレイン端子に接続されている。また、電位差検出部１４は、スイッチング素子Ｑ１２のドレイン端子とスイッチング素子Ｑ１３のドレイン端子との間の電位差を検出するものである。また、負帰還制御部１５は、電位差検出部１４により検出された電位差と基準電圧Ｖｒｅｆ（＝オフセット電圧Ｖｄｃ１）とを比較することで、Ｈレベル又はＬレベルの信号をスイッチング素子Ｑ１２のゲート端子及びスイッチング素子Ｑ１３のゲート端子に出力するものである。この図３に示す回路から成る入力回路１１によっても、上記商用交流を、当該商用交流の電圧振幅の半分の電圧で正電圧方向にオフセットすることができる。

【0034】

次に、受信装置６の具体的な回路構成例について、図４を参照しながら説明する。
図４はこの発明の実施の形態１における受信装置６の回路構成例を示す図である。なお図４では、全波整流回路４２としてブリッジ整流回路を用いた場合を示している。

【0035】

まず、共振型受信アンテナ３の回路構成例について説明する。
図４では、共振型受信アンテナ３は、インダクタＬ２１及びコンデンサＣ２１，Ｃ２２により構成されている。このインダクタＬ２１及びコンデンサＣ２１，Ｃ２２は共振型受信アンテナ３の共振条件を設定するものである。なお、インダクタＬ２１は、共振型受信アンテナ３の共振条件を設定する機能の他、アンテナとしても兼用されている。
インダクタＬ２１は、一端にコンデンサＣ２１が接続され、他端にコンデンサＣ２２が接続されている。

【0036】

次に、受信側ＡＣ／ＡＣコンバータ４の回路構成例について説明する。
図４では、受信側ＡＣ／ＡＣコンバータ４の共振整合回路４１は、インダクタＬ２２及びコンデンサＣ２３により構成されている。
インダクタＬ２２は、一端がコンデンサＣ２１の他端に接続されている。また、コンデンサＣ２３は、一端がインダクタＬ２２の他端に接続され、他端がコンデンサＣ２２の他端に接続されている。

【0037】

また、受信側ＡＣ／ＡＣコンバータ４の全波整流回路４２は、整流ダイオードＤ２１〜Ｄ２４及びコンデンサＣ２４により構成されている。

【0038】

整流ダイオードＤ２１〜Ｄ２４は、ブリッジ接続され、共振型受信アンテナ３から入力された電力を全波整流するものである。
整流ダイオードＤ２１〜Ｄ２４は、整流ダイオードＤ２１のカソード及び整流ダイオードＤ２３のアノードがインダクタＬ２２の他端に接続され、整流ダイオードＤ２２のカソード及び整流ダイオードＤ２４のアノードがコンデンサＣ２２の他端に接続されている。

【0039】

コンデンサＣ２４は、整流ダイオードＤ２１〜Ｄ２４により全波整流された電力を、交流成分（図６Ｂに示す波形）を残しつつ平滑するものである。すなわち、コンデンサＣ２４の容量は、出力波形に交流成分（図の例は商用交流と同じ５０Ｈｚ）が残る程度の小さな値に設定されている。このコンデンサＣ２４は、一端が整流ダイオードＤ２３のカソード及び整流ダイオードＤ２４のカソードに接続され、他端が整流ダイオードＤ２１のアノード及び整流ダイオードＤ２２のアノードに接続されている。

【0040】

また、受信側ＡＣ／ＡＣコンバータ４の出力回路４３は、スイッチング素子Ｑ２１及び直流電源Ｖｄｃ２により構成されている。直流電源Ｖｄｃ２は、電圧が商用交流の電圧振幅の半分の値である直流を出力するものである。
スイッチング素子Ｑ２１は、ドレイン端子が整流ダイオードＤ２３のカソード及び整流ダイオードＤ２４のカソードに接続され、ソース端子が整流ダイオードＤ２１のアノード及び整流ダイオードＤ２２のアノードに接続されている。また、直流電源Ｖｄｃ２は、マイナス端子がスイッチング素子Ｑ２１のソース端子に接続されている。この直流電源Ｖｄｃ２を有する出力回路４３によって、全波整流回路４２により全波整流された電力を、上記商用交流（＝出力される交流）の電圧振幅の半分の電圧で負電圧方向にオフセット（−１／２・Ｖｏｕｔｐ−ｐ）することができる。

【0041】

なお、受信側ＡＣ／ＡＣコンバータ４の一対の出力端子のうち、ＨＯＴ端子はスイッチング素子Ｑ２１のドレイン端子に接続され、ＲＴＮ端子は直流電源Ｖｄｃ２のプラス端子に接続されている。
また、受信側ＡＣ／ＡＣコンバータ４の出力回路４３についても、送信側ＡＣ／ＡＣコンバータ１の入力回路１１と同様に、直流電源Ｖｄｃ２を図３に示すような回路に変更してもよい。

【0042】

次に、上記のように構成された電力伝送装置の動作例について、図１〜６を参照しながら説明する。なお以下では、電力伝送装置に入力される上記商用交流の周波数を５０Ｈｚとし、電力伝送装置で用いる上記高い周波数を６．７８ＭＨｚとした場合を例に説明を行う。
まず、送信装置５では、送信側ＡＣ／ＡＣコンバータ１の入力回路１１は、商用交流源７から５０Ｈｚの商用交流Ｖｉｎ（ＡＣ）が入力されると（図５Ａ）、当該商用交流を、当該商用交流の電圧振幅の半分の電圧Ｖｄｃ１で正電圧方向にオフセットする。

【0043】

そして、インバータ１２は、入力回路１１からの電力を６．７８ＭＨｚの電力に変換する（図５Ｂ）。ここで、スイッチング素子Ｑ１１により６．７８ＭＨｚでスイッチングされたドレイン−ソース間電圧Ｖｄｓ（Ｑ１１）のピークは、５０Ｈｚのサイン波状に変化する。なお、図５Ｂにおいて、実線で示す波形（ハッチングされた部分に含まれる波形）は、インバータ１２により変換された電力（６．７８ＭＨｚ）の波形を示し、破線で示す波形は、当該電力のピークの軌跡（５０Ｈｚ）を示している。

【0044】

そして、共振型送信アンテナ２は、５０Ｈｚの振幅変調を持つ６．７８ＭＨｚの電力（伝送波）を伝送する（図５Ｃ）。なお、図５Ｃにおいて、実線で示す波形（ハッチングされた部分に含まれる波形）は、共振型送信アンテナ２により伝送される電力（６．７８ＭＨｚ）の波形を示し、破線で示す波形は、当該電力のピークの軌跡（５０Ｈｚ）を示している。

【0045】

一方、受信装置６では、共振型受信アンテナ３は、共振型送信アンテナ２により伝送された５０Ｈｚの振幅変調を持つ６．７８ＭＨｚの電力（伝送波）を受信する（図６Ａ）。なお図６Ａに示す波形は、図５Ｃに示す波形と同一である。

【0046】

そして、受信側ＡＣ／ＡＣコンバータ４の全波整流回路４２は、共振型受信アンテナ３により受信された電力を全波整流する（図６Ｂ）。これにより、コンデンサＣ２４の電圧Ｖ（Ｃ２４）は、正電圧方向にオフセットされた５０Ｈｚのサイン波状に整流された値となる。

【0047】

そして、出力回路４３は、全波整流回路４２により全波整流された電力を、上記商用交流の電圧振幅の半分の電圧Ｖｄｃ２で負電圧方向にオフセットする。この際、電圧Ｖｄｃ２に対してコンデンサＣ２４の電圧Ｖ（Ｃ２４）の値が小さくなるのに従い、スイッチング素子Ｑ２１のドレイン−ソース間を線形的にオンさせる。これにより、受信装置６の出力は、電力伝送装置に入力された商用電力の周波数である５０Ｈｚと同じ周波数のサイン波となる（図６Ｃ）。

【0048】

次に、実施の形態１に係る電力伝送装置の適用例について、図７を参照しながら説明する。なお図７では、固定部５１が道路面の場合を示し、送信装置５のうちの共振型送信アンテナ２及び受信装置６のうちの共振型受信アンテナ３のみを図示している。
実施の形態１に係る電力伝送装置の適用例としては、共振型送信アンテナ２を道路面や駐車場等の固定部５１に設置し、共振型受信アンテナ３を、停止した際又は移動中に固定部５１と対向する車両等の移動体５２に設置することが可能である。なお、図７に示すように、固定部５１が道路面である場合には、共振型送信アンテナ２は、移動体５２の走行方向に沿って複数設けられる。これにより、移動体５２が固定部５１に対向して停止又は移動している際に共振型送信アンテナ２から共振型受信アンテナ３に電力伝送を行うことができ、移動体５２に電力を供給することができる。

【0049】

なお上記では、共振型送信アンテナ２を単一のコイルから構成した場合について示した。しかしながら、これに限るものではなく、共振型送信アンテナ２を、２個以上のコイルで構成してもよく、例えば給電用コイル及び共鳴用コイルから構成してもよい。
同様に、上記では、共振型受信アンテナ３を単一のコイルから構成した場合について示した。しかしながら、これに限るものではなく、共振型受信アンテナ３を、２個以上のコイルで構成してもよく、例えば給電用コイル及び共鳴用コイルから構成してもよい。

【0050】

また上記では、共振型送信アンテナ２と共振型受信アンテナ３との間の電力の伝送方式が無線伝送方式であるとして説明を行った。しかしながら、これに限るものではなく、例えば図８に示すように、共振型送信アンテナ２と共振型受信アンテナ３とを等価的に１点接続となるよう導線８で接続した接触型の共振結合伝送としてもよい。なお図８では、送信装置５のうちの共振型送信アンテナ２及び受信装置６のうちの共振型受信アンテナ３のみを図示している。

【0051】

また上記では、インバータ１２としてＥ級型のインバータを用いた場合を示した。しかしながら、これに限るものではなく、入力された電力を、上記高い周波数でスイッチングすることで、当該高い周波数の電力に変換するインバータであればよい。例えば、インバータ１２として、ブリッジ型のインバータ、Ｄ級型のインバータ、ＤＥ級型のインバータを用いてもよい。

【0052】

また上記では、全波整流回路４２としてダイオード型のブリッジ整流回路を用いた場合を示した。しかしながら、これに限るものではなく、入力された電力を全波整流する回路であればよい。例えば、整流ダイオードＤ２１〜Ｄ２４に代えて電界効果トランジスタ（ＦＥＴ：Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を用いて全波整流回路４２を構成してもよい。

【0053】

また上記では、インバータ１２の外部に共振整合回路１３を設けた場合を示した。しかしながら、これに限るものではなく、インバータ１２に共振整合回路１３を内蔵してもよい。例えば、共振整合回路１３が固定整合型の場合にはインバータ１２に内蔵し、可変整合型又は自動整合型の場合にはインバータ１２の外部回路として設けてもよい。
また上記では、全波整流回路４２の外部に共振整合回路４１を設けた場合を示した。しかしながら、これに限るものではなく、全波整流回路４２に共振整合回路４１を内蔵してもよい。例えば、共振整合回路４１が固定整合型の場合には全波整流回路４２に内蔵し、可変整合型又は自動整合型の場合には全波整流回路４２の外部回路として設けてもよい。

【0054】

以上のように、この実施の形態１によれば、商用交流が入力され、当該商用交流を、当該商用交流の電圧振幅の半分の電圧で正電圧方向にオフセットする入力回路１１、及び入力回路１１によりオフセットされた電力を商用交流の周波数よりも高い周波数の電力に変換するインバータ１２を有する送信側ＡＣ／ＡＣコンバータ１と、インバータ１２により変換された電力を伝送する共振型送信アンテナ２と、共振型送信アンテナ２により伝送された電力を受信する共振型受信アンテナ３と、共振型受信アンテナ３により受信された電力を全波整流する全波整流回路４２、及び全波整流回路４２により全波整流された電力を、商用交流の電圧振幅の半分の電圧で負電圧方向にオフセットする出力回路４３を有する受信側ＡＣ／ＡＣコンバータ４とを備えたので、ＡＣ／ＤＣコンバータ１０１及びＤＣ／ＡＣインバータ１０６を用いずに、商用交流が入力されて電力伝送を行って当該商用交流と同じ周波数の交流を出力することができる。その結果、従来構成に対してシステム全体を小型化、軽量化、低コスト化することができる。

【0055】

また、従来構成では送信側で電力の変換を２度（直流への変換と周波数変換）行い、受信側で電力の変換を２度（直流への変換と周波数変換）行っている。それに対し、実施の形態１に係る電力伝送装置では、送信側で、入力された商用交流に対して電力の変換を１度（周波数変換）行い、受信側でも電力の変換を１度（整流）行っている。よって、従来構成に対して変換効率は高くなり、装置全体における入出力の電力伝送効率を高めることができる。このように、実施の形態１に係る電力伝送装置では、従来構成に対して、装置全体における入出力の電力伝送効率を高めることができ、発熱量が小さくなるため、その放熱のためのヒートシンク構造を小型化できる。これによっても、従来構成に対して装置全体を小型化、軽量化、低コスト化することができる。
なお、実施の形態１に係る電力伝送装置は、部品点数が少ないため、小電力型の電力伝送装置への適用がより有効である。

【0056】

また、このように、装置全体の小型化、軽量化、低コスト化を図りつつ、商用交流の無線電力伝送が可能となるため、既存の商用交流で動作する機器（負荷）に対して、非接触電力伝送システムを容易に構成することができる。よって、非接触電力伝送用の受電機能を内蔵した機器の登場を待たずに非接触電力伝送の実用化と普及に効果がある。

【0057】

なお、本願発明はその発明の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。

【産業上の利用可能性】

【0058】

この発明に係る電力伝送装置は、ＡＣ／ＤＣコンバータ及びＤＣ／ＡＣインバータを用いずに、商用交流が入力されて電力伝送を行って当該商用交流と同じ周波数の交流を出力することができるため、商用交流が入力されて電力伝送を行って当該商用交流と同じ周波数の交流を出力する電力伝送装置等に用いるのに適している。

【符号の説明】

【0059】

１ 送信側ＡＣ／ＡＣコンバータ（高周波電源）、２ 共振型送信アンテナ、３ 共振型受信アンテナ、４ 受信側ＡＣ／ＡＣコンバータ（高周波整流回路）、５ 送信装置、６ 受信装置、７ 商用交流源、８ 導線、１１ 入力回路、１２ インバータ、１３ 共振整合回路、１４ 電位差検出部、１５ 負帰還制御部、１６ リターンライン、４１ 共振整合回路、４２ 全波整流回路、４３ 出力回路、５１ 固定部、５２ 移動体。

【要約】

商用交流が入力され、当該商用交流を、当該商用交流の電圧振幅の半分の電圧で正電圧方向にオフセットする入力回路（１１）、及び入力回路（１１）によりオフセットされた電力を商用交流の周波数よりも高い周波数の電力に変換するインバータ（１２）を有する送信側ＡＣ／ＡＣコンバータ（１）と、インバータ（１２）により変換された電力を伝送する共振型送信アンテナ（２）と、共振型送信アンテナ（２）により伝送された電力を受信する共振型受信アンテナ（３）と、共振型受信アンテナ（３）により受信された電力を全波整流する全波整流回路（４２）、及び全波整流回路（４２）により全波整流された電力を、商用交流の電圧振幅の半分の電圧で負電圧方向にオフセットする出力回路（４３）を有する受信側ＡＣ／ＡＣコンバータ（４）とを備えた。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】