特開 2024-127575 非接触給電装置

(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】P2024127575

(43)【公開日】2024-09-20

(54)【発明の名称】非接触給電装置

(51)【国際特許分類】

   H02J 50/12 20160101AFI20240912BHJP

   H02J 50/60 20160101ALI20240912BHJP

【ＦＩ】

H02J50/12

H02J50/60

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023036813

(22)【出願日】2023-03-09

(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】100133835

【弁理士】

【氏名又は名称】河野 努

(74)【代理人】

【識別番号】100114018

【弁理士】

【氏名又は名称】南山 知広

(72)【発明者】

【氏名】中尾 悟朗

(72)【発明者】

【氏名】野村 篤司

(72)【発明者】

【氏名】田畑 謙一

(57)【要約】

【課題】受電側の出力電圧を一定の範囲内に保ちつつ、電力伝送効率を向上することが可能な非接触給電装置を提供する。
【解決手段】非接触給電装置の受電装置３は、受信コイル２１を含み、非接触給電装置の送電装置２の送信コイル１４から電力を受電する共振回路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２３と、受信コイル２１と電磁結合可能に配置される共振抑制コイル２５を有する。受電装置３のスイッチ制御回路２７は、整流回路２３から出力される電圧に応じて共振抑制コイル２５の短絡及び開放を制御する。送電装置２の制御回路１９は、電流検出回路１８により検出されたインバータ１３の第１のスイッチング素子１３－２に流れる電流に基づいて推定した、共振抑制コイル２５が短絡されている期間に関するデューティ比が所定の許容範囲に収まるように電力供給回路１０から送信コイル１４へ供給される交流電力の電圧を制御する。
【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、
フルブリッジ状あるいはハーフブリッジ状に接続された複数のスイッチング素子を有するインバータを含み、交流電力を前記送信コイルへ供給する電力供給回路と、
前記複数のスイッチング素子のうちの第１のスイッチング素子に流れる電流を検出する電流検出回路と、
前記電力供給回路から前記送信コイルに供給される交流電力の電圧を制御する制御回路と、を有し、
前記受電装置は、
受信コイルと、前記受信コイルと接続される共振コンデンサとを有し、前記送電装置の前記送信コイルを流れる電流に対して共振することで前記送信コイルから電力を受電する共振回路と、
前記共振回路を介して受電した電力を整流する整流回路と、
前記整流回路から出力される電力の出力電圧を測定する電圧検出回路と、
前記受信コイルと電磁結合可能に配置される共振抑制コイルと、
前記共振抑制コイルと接続され、前記共振抑制コイルの短絡または開放を切り替え可能なスイッチ回路と、
前記出力電圧の測定値が所定の上限閾値以上になると前記共振抑制コイルを短絡するよう前記スイッチ回路を制御し、前記出力電圧の測定値が、前記所定の上限閾値よりも低い所定の下限閾値以下になると前記共振抑制コイルを開放するよう前記スイッチ回路を制御するスイッチ制御回路と、を有し、
前記送電装置の前記制御回路は、前記電流検出回路により検出された電流に基づいて前記共振抑制コイルが短絡されている期間に関するデューティ比を推定し、推定したデューティ比が所定の許容範囲に収まるように、前記電力供給回路から前記送信コイルに供給される交流電力の電圧を制御する、
非接触給電装置。

【請求項2】

前記送電装置は、
前記電力供給回路と前記送信コイルの一端との間に接続される第１のコンデンサと、
前記電力供給回路と前記送信コイルの一端または他端と前記電力供給回路との間に接続される第１のコイルと、
前記第１のコンデンサに一端が接続され、他端が前記送信コイルの他端と接続される第２のコンデンサとをさらに有し、
前記電力供給回路から前記送信コイルへ供給される交流電力の周波数は、前記受電装置の前記共振回路の共振周波数を含む所定の周波数範囲に含まれるよう設定される、請求項１に記載の非接触給電装置。

【請求項3】

前記送電装置の前記制御回路は、前記受電装置の前記共振抑制コイルが開放される期間が所定の閾値よりも長い場合、前記電力供給回路から前記送信コイルへ供給される交流電力の電圧を上昇させるよう前記電力供給回路を制御し、一方、前記デューティ比が前記所定の許容範囲の上限よりも大きく、かつ、前記共振抑制コイルが開放される期間が前記所定の閾値以下である場合、前記電力供給回路から前記送信コイルへ供給される交流電力の電圧を低下させるよう前記電力供給回路を制御する、請求項１または２に記載の非接触給電装置。

【請求項4】

前記送電装置の前記制御回路は、前記受電装置の前記共振抑制コイルが短絡される期間における、前記第１のスイッチング素子に流れる電流の平均値が所定の検出閾値よりも大きい場合、前記送信コイルから前記受信コイルへの電力伝送に影響される異物が有ると判定する、請求項１または２に記載の非接触給電装置。

【請求項5】

前記受電装置は移動体に搭載され、前記送電装置の前記送信コイルは、前記移動体の移動経路上に設置される、請求項１または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】

非接触給電技術を利用した給電装置（以下、単に非接触給電装置と呼ぶ）では、一次側（送電側）のコイルと二次側（受電側）のコイル間の位置関係が変動すると、その二つのコイル間の結合度が変化する。その結果として、受電側の装置から負荷回路への出力電圧も変動する。場合によっては、負荷回路への出力電圧が過剰に上昇して、受電側の装置または負荷回路などに故障を生じるおそれがある。そこで、出力電圧が過度に上昇することを抑制しつつ、エネルギー損失を抑制する技術が提案されている（特許文献１を参照）。

【0004】

特許文献１に開示された非接触電力伝送装置では、受電側の装置において、送電側の装置の送信コイルから電力を受電するための受信コイルと電磁結合可能に配置される共振抑制コイルが設けられる。そして、受信コイルを含む共振回路から出力された電力を整流回路にて整流して得られる出力電圧の測定値が所定の上限閾値以上となると共振抑制コイルが短絡されるとともに、出力電圧異常信号が送電側の装置へ送信される。そして送電側の装置では、出力電圧異常信号を受け取ると、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の少なくとも一方が変更される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１９－１７６５６５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

上記の技術では、受電側の装置と接続される負荷回路の抵抗値が変動しても受電側の装置からの出力電圧を略一定に保つ、いわゆる定電圧出力動作を維持するためには、送信コイルに供給される交流電力の周波数及び電圧の両方を制御することがもとめられる。そのため、電力伝送中においても送信コイルと受信コイルの位置関係が頻繁に変動するような動作環境下では、送信コイルに供給される交流電力の周波数及び電圧の制御が追い付かず、その結果として出力電圧を一定に保てなくなるとともに十分な電力伝送効率を維持することが困難になるおそれがある。

【0007】

そこで、本発明は、受電側の出力電圧を一定の範囲内に保ちつつ、電力伝送効率を向上することが可能な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】

【0008】

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、フルブリッジ状あるいはハーフブリッジ状に接続された複数のスイッチング素子を有するインバータを含み、交流電力を送信コイルへ供給する電力供給回路と、インバータの複数のスイッチング素子のうちの第１のスイッチング素子に流れる電流を検出する電流検出回路と、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制御回路とを有する。また、受電装置は、受信コイルと、受信コイルと接続される共振コンデンサとを有し、送電装置の送信コイルを流れる電流に対して共振することで送信コイルから電力を受電する共振回路と、共振回路を介して受電した電力を整流する整流回路と、整流回路から出力される電力の出力電圧を測定する電圧検出回路と、受信コイルと電磁結合可能に配置される共振抑制コイルと、共振抑制コイルと接続され、共振抑制コイルの短絡または開放を切り替え可能なスイッチ回路と、出力電圧の測定値が所定の上限閾値以上になると共振抑制コイルを短絡するようスイッチ回路を制御し、出力電圧の測定値が、所定の上限閾値よりも低い所定の下限閾値以下になると共振抑制コイルを開放するようスイッチ回路を制御するスイッチ制御回路とを有する。そして送電装置の制御回路は、電流検出回路により検出された電流に基づいて共振抑制コイルが短絡されている期間に関するデューティ比を推定し、推定したデューティ比が所定の許容範囲に収まるように、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。
係る構成を有することにより、この非接触給電装置は、受電側の出力電圧を一定の範囲内に保つことを可能としつつ、電力伝送効率を向上することができる。

【0009】

この非接触給電装置の送電装置は、電力供給回路と送信コイルの一端との間に接続される第１のコンデンサと、電力供給回路と送信コイルの一端または他端と電力供給回路との間に接続される第１のコイルと、第１のコンデンサに一端が接続され、他端が送信コイルの他端と接続される第２のコンデンサとをさらに有することが好ましい。そして電力供給回路から送信コイルへ供給される交流電力の周波数は、受電装置の共振回路の共振周波数を含む所定の周波数範囲に含まれるように設定されることが好ましい。
係る構成を有することにより、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動しても、定電圧出力動作することが可能となる。

【0010】

また、送電装置の制御回路は、受電装置の共振抑制コイルが開放される期間が所定の閾値よりも長い場合、電力供給回路から送信コイルへ供給される交流電力の電圧を上昇させるよう電力供給回路を制御し、一方、デューティ比が所定の許容範囲の上限よりも大きく、かつ、共振抑制コイルが開放される期間が所定の閾値以下である場合、電力供給回路から送信コイルへ供給される交流電力の電圧を低下させるよう電力供給回路を制御する、ことが好ましい。
係る構成を有することにより、この非接触給電装置は、出力電圧を一定の範囲に維持するとともに、共振抑制コイルが短絡される際に消費される電力を低減させることができる。

【0011】

さらに、送電装置の制御回路は、受電装置の共振抑制コイルが短絡される期間における、第１のスイッチング素子に流れる電流の平均値が所定の検出閾値よりも大きい場合、送信コイルから受信コイルへの電力伝送に影響される異物が有ると判定することが好ましい。
係る構成を有することにより、この非接触給電装置は、電力伝送に影響される異物を精度良く検出することができる。

【0012】

さらに、受電装置は移動体に搭載され、送電装置の送信コイルは、移動体の移動経路上に設置されることが好ましい。
係る構成を有することにより、この非接触給電装置は、移動体が移動経路に沿って移動する際に移動体へ給電することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【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3】出力電圧と、共振抑制コイルの短絡及び開放と、送信コイルに供給される交流電力の入力電圧と、スイッチ回路に流れる電流の関係の一例を示す図である。

【図4】共振抑制コイルが短絡されているときの、インバータのスイッチング素子に流れる電流の波形の一例を示す図である。

【図5】（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、共振抑制コイルが短絡されているときに送信コイルに流れる電流の波形、及び、共振抑制コイルが開放されているときにインバータのスイッチング素子に流れる電流の波形の一例を示す図である。

【図6】電流検出回路の回路図である。

【図7】入力電圧の制御の動作フローチャートである。

【図8】実施形態または変形例による非接触給電装置が移動体の電力供給システムとして利用される場合のシステム概要図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

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。この非接触給電装置では、受電側の装置（以下、単に受電装置と呼ぶ）が、受電用のコイル（以下、受信コイルと呼ぶ）とともに、その受信コイルと電磁結合可能なように設けられた共振抑制用のコイル（以下、単に共振抑制コイルと呼ぶ）を有する。そして受電装置に設けられる整流回路からの出力電圧が所定の上限閾値以上となると、受電装置は、共振抑制コイルを短絡して受信コイルを含む共振回路の共振条件を変化させることで出力電圧を低下させる。逆に、出力電圧が所定の下限閾値以下となると、受電装置は、共振抑制コイルを開放することで、共振回路の共振条件を元に戻して出力電圧を上昇させる。一方、送電側の装置（以下、単に送電装置と呼ぶ）は、送電用のコイル（以下、送信コイルと呼ぶ）に対して交流電力を供給するインバータの何れかのスイッチング素子に流れる電流を検出し、検出した電流に基づいて、共振抑制コイルの短絡と開放の繰返し周期に対する、共振抑制コイルが短絡されているオン期間の比であるデューティ比（以下、共振抑制コイルの短絡に関するデューティ比、あるいは、共振抑制コイルが短絡されている期間に関するデューティ比と呼ぶことがある）を推定する。そして送電装置は、推定したデューティ比が所定の許容範囲に収まるように、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で、共振抑制コイル短絡時の損失を軽減する。これにより、この非接触給電装置は、受電側の出力電圧を一定の範囲に保ちつつ、電力伝送効率を向上することを可能とする。

【0015】

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、第１のコンデンサ１５と、第２のコンデンサ１６と、第１のコイル１７と、電流検出回路１８と、制御回路１９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、整流平滑回路２３と、電圧検出回路２４と、共振抑制コイル２５と、スイッチ回路２６と、スイッチ制御回路２７とを有する。そして受電装置３は負荷回路４と接続され、受電装置３が受電して、直流に変換された電力は、負荷回路４へ出力される。

【0016】

先ず、送電装置２について説明する。
電力供給回路１０は、所定の駆動周波数、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、全波整流回路１１と、力率改善回路１２と、インバータ１３とを有する。

【0017】

全波整流回路１１は、所定の脈流電圧を持つ電力を供給する。そのために、全波整流回路１１は、ブリッジ型に接続された４個のダイオードを有し、商用の交流電源と接続される。そして全波整流回路１１は、その交流電源から供給された交流電力を整流して脈流電圧を持つ電力に変換し、その電力を力率改善回路１２へ出力する。

【0018】

力率改善回路１２は、全波整流回路１１から出力された電力を、制御回路１９からの制御に応じた電圧を持つ直流電力に変換して出力する。したがって、交流電源、全波整流回路１１及び力率改善回路１２により、直流電源が構成される。

【0019】

力率改善回路１２の構成は、制御回路１９からの制御によって出力電圧を調整可能な様々な力率改善回路の何れかと同様の構成とすることができる。本実施形態では、力率改善回路１２は、全波整流回路１１の正極側出力端子に対して一端において直列に接続されるコイルと、そのコイルの他端とインバータ１３との間において、コイルからインバータ１３へ向かう方向が順方向となるように接続されるダイオードを有する。力率改善回路１２は、さらに、コイルとダイオードの間に一端が接続され、他端が全波整流回路１１の負極側出力端子に接続されるスイッチング素子と、そのスイッチング素子とダイオードを挟んで並列に接続される平滑コンデンサを有する。そして制御回路１９がスイッチング素子のオン／オフのデューティ比を制御することで、力率改善回路１２から出力される電圧が制御される。

【0020】

インバータ１３は、力率改善回路１２から出力された直流電力を、スイッチング素子１３－１～１３－４のオン／オフの切替周期に相当する駆動周波数を持つ交流電力に変換する。そしてインバータ１３は、その交流電力を、第１のコンデンサ１５、第２のコンデンサ１６及び第１のコイル１７を介して送信コイル１４へ出力する。

【0021】

そのために、インバータ１３は、４個のスイッチング素子１３－１～１３－４を有する。そして４個のスイッチング素子１３－１～１３－４のそれぞれは、例えば、nチャネル型のMOSFETとすることができる。インバータ１３は、いわゆるフルブリッジ回路として構成される。すなわち、スイッチング素子１３－１及びスイッチング素子１３－２は、全波整流回路１１の正極側出力端子と負極側出力端子との間に、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、全波整流回路１１の正極側に、スイッチング素子１３－１が接続され、一方、全波整流回路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を介して全波整流回路１１の正極側出力端子と接続され、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を介して全波整流回路１１の負極側出力端子と接続される。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、第１のコイル１７及び第１のコンデンサ１５を介して送信コイル１４の一端に接続される。

【0022】

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を介して全波整流回路１１の正極側出力端子と負極側出力端子との間に直列に接続される。また、全波整流回路１１の正極側に、スイッチング素子１３－３が接続され、一方、全波整流回路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を介して全波整流回路１１の正極側出力端子と接続され、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を介して全波整流回路１１の負極側出力端子と接続される。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。

【0023】

また、スイッチング素子１３－１～１３－４のそれぞれのゲート端子は、制御回路１９と接続される。さらに、各スイッチング素子のゲート端子は、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は、制御回路１９からの制御信号にしたがって交互にオン／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、交互にオン／オフが切り替えられる。これにより、力率改善回路１２から供給された直流電力は、各スイッチング素子のオン／オフの切替周期に相当する駆動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。

【0024】

なお、インバータ１３は、上記の実施形態に限られない。例えば、インバータ１３は、２個のスイッチング素子がハーフブリッジ状に接続されたハーフブリッジ回路として構成されてもよい。

【0025】

第１のコイル１７は、第１のコンデンサ１５とともにインバータ１３と送信コイル１４の間に直列に接続される。すなわち、第１のコイル１７の一端は、インバータ１３の二つの出力端子のうちの一方、すなわち、スイッチング素子１３－１のソース端子とスイッチング素子１３－２のドレイン端子の間に接続に接続され、第１のコイル１７の他端は第１のコンデンサ１５の一端と接続される。また、第１のコンデンサ１５の他端は送信コイル１４の一端に接続される。なお、第１のコイル１７は、送信コイル１４及び受電装置３が有する各コイルと電磁結合しないように配置されることが好ましい。

【0026】

さらに、第２のコンデンサ１６は、その一端が第１のコイル１７の他端と第１のコンデンサ１５の一端との間に接続され、他端が送信コイル１４の他端、及び、インバータ１３の他方の出力端子、すなわち、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のドレイン端子に接続される。

【0027】

第１のコンデンサ１５、第２のコンデンサ１６及び第１のコイル１７が上記のように設けられることで、送信コイル１４に供給される電圧の位相に対する、送信コイル１４に流れる電流の位相の遅れが、インバータ１３の各スイッチング素子におけるスイッチングロスを軽減するように調整される。さらに、送信コイル１４と受信コイル２１間の結合度によらず、非接触給電装置１が定電圧出力動作することが可能となる。

【0028】

なお、第１のコイル１７の接続位置は上記の例に限られない。第１のコイル１７は、送信コイル１４とインバータ１３との間において、第１のコンデンサ１５が接続される側とは逆側に接続されてもよい。すなわち、第１のコイル１７は、送信コイル１４の第１のコンデンサ１５が接続される一端とは反対側の一端と、インバータ１３のスイッチング素子１３－３とスイッチング素子１３－４との間に接続されてもよい。

【0029】

送信コイル１４は、電力供給回路１０のインバータ１３から、第１のコイル１７及び第１のコンデンサ１５を介して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。

【0030】

電流検出回路１８は、インバータ１３が有する複数のスイッチング素子の何れかに流れる電流を検出する。なお、電流検出回路１８が電流を検出するスイッチング素子を、説明の便宜上、第１のスイッチング素子と呼ぶことがある。本実施形態では、電流検出回路１８は、インバータ１３のスイッチング素子１３－２と全波整流回路１１の負極側出力端子との間に接続される。そして電流検出回路１８は、スイッチング素子１３－２がオンとなったときに、スイッチング素子１３－２に流れる電流を検出し、検出した電流値を制御回路１９へ出力する。すなわち、本実施形態では、スイッチング素子１３－２が第１のスイッチング素子となる。なお、電流検出回路１８の詳細については後述する。

【0031】

なお、電流検出回路１８の接続位置は上記の例に限られない。電流検出回路１８は、インバータ１３のスイッチング素子１３－４と全波整流回路１１の負極側出力端子との間に接続され、スイッチング素子１３－４に流れる電流を検出してもよい。この場合、スイッチング素子１３－４が第１のスイッチング素子となる。あるいは、電流検出回路１８は、インバータ１３のスイッチング素子１３－１と全波整流回路１１の正極側出力端子との間に接続され、スイッチング素子１３－１に流れる電流を検出してもよい。この場合、スイッチング素子１３－１が第１のスイッチング素子となる。同様に、電流検出回路１８は、インバータ１３のスイッチング素子１３－３と全波整流回路１１の正極側出力端子との間に接続され、スイッチング素子１３－３に流れる電流を検出してもよい。この場合、スイッチング素子１３－３が第１のスイッチング素子となる。また、インバータ１３が二つのスイッチング素子で構成されるハーフブリッジ回路である場合、電流検出回路１８は、全波整流回路１１の負極側に設けられるスイッチング素子と、全波整流回路１１の負極側出力端子との間に接続されればよい。この場合、負極側に設けられるスイッチング素子が第１のスイッチング素子となる。あるいは、電流検出回路１８は、全波整流回路１１の正極側に設けられるスイッチング素子と、全波整流回路１１の正極側出力端子との間に接続されればよい。この場合、正極側に設けられるスイッチング素子が第１のスイッチング素子となる。

【0032】

制御回路１９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、各スイッチング素子への制御信号を出力するための駆動回路とを有する。そして制御回路１９は、電流検出回路１８により検出された電流値に基づいて、受電装置３の共振抑制コイル２５の短絡に関するデューティ比を推定し、推定したデューティ比に応じて、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電圧を制御する。なお、制御回路１９によるデューティ比の推定及び電圧制御の詳細については後述する。

【0033】

さらに、制御回路１９は、インバータ１３から送信コイル１４に供給される交流電力の周波数が所定の駆動周波数となるように、インバータ１３の４個のスイッチング素子１３－１～１３－４のオン／オフを制御する。すなわち、制御回路１９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、所定の駆動周波数に対応する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を制御する。なお、それぞれのスイッチング素子の組が同時にオンとなり、交流電源が短絡されることを防止するために、制御回路１９は、それぞれのスイッチング素子の組のオン／オフを切り替える際に、全てのスイッチング素子がオフとなるデッドタイムを設けてもよい。

【0034】

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２３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２３の他方の入力端子に接続される。

【0035】

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から電力を受電する。そして受信コイル２１は、共振コンデンサ２２を介して、受電した電力を整流平滑回路２３へ出力する。そのために、共振回路２０の共振周波数が、送信コイル１４に流れる交流電流の駆動周波数と略等しくなるように、受信コイル２１のインダクタンス及び共振コンデンサ２２の静電容量が設定される。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。

【0036】

共振コンデンサ２２は、受信コイル２１と直列に接続される。すなわち、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、他端で整流平滑回路２３と接続される。そして共振コンデンサ２２は、送信コイル１４を流れる電流に対して受信コイル２１とともに共振することで受電した電力を整流平滑回路２３へ出力する。

【0037】

整流平滑回路２３は、整流回路の一例であり、共振回路２０と接続される、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と、全波整流回路の出力側に設けられる平滑コンデンサとを有する。そして整流平滑回路２３は、共振回路２０から出力された交流電力を整流し、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２３は、その直流電力を、負荷回路４に出力する。

【0038】

電圧検出回路２４は、整流平滑回路２３の出力側の両端子間の電圧、すなわち、受電装置３から負荷回路４への出力電圧を所定の周期ごとに測定する。電圧検出回路２４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２４は、その出力電圧の測定値を表す電圧検出信号をスイッチ制御回路２７へ出力する。

【0039】

共振抑制コイル２５は、共振回路２０の受信コイル２１と電磁結合可能に設けられる。例えば、共振抑制コイル２５と受信コイル２１とは、同一の芯線に対して巻き付けられる。なお、受信コイル２１の巻き数と共振抑制コイル２５の巻き数は等しくてもよく、あるいは、異なっていてもよい。また共振抑制コイル２５の両端は、それぞれ、スイッチ回路２６と接続される。そして共振抑制コイル２５がスイッチ回路２６により短絡されると、共振抑制コイル２５は受信コイル２１と電磁結合し、共振回路２０の共振周波数が変化する。そのため、共振回路２０からの出力電圧が過度に上昇しても、共振抑制コイル２５が短絡されることで、送電装置２から受電装置３へ伝送される電力が低下するので、共振回路２０からの出力電圧も低下する。

【0040】

一方、スイッチ回路２６が共振抑制コイル２５の両端を開放すると、共振抑制コイル２５は、送信コイル１４と受信コイル２１間の共振に関与しなくなり、送電装置２から受電装置３への電力伝送に影響しなくなる。

【0041】

スイッチ回路２６は、共振抑制コイル２５の両端と接続され、スイッチ制御回路２７からの制御信号に応じて共振抑制コイル２５を短絡するか、開放するかを切り替える。すなわち、スイッチ回路２６は、スイッチ制御回路２７からオンとなる制御信号を受信している間、共振抑制コイル２５を短絡する。一方、スイッチ回路２６は、スイッチ制御回路２７からオフとなる制御信号を受信している間、共振抑制コイル２５の両端を開放する。

【0042】

スイッチ回路２６は、例えば、リレー回路を有する。スイッチ制御回路２７がリレー回路をオンにすると共振抑制コイル２５が短絡される。一方、スイッチ制御回路２７がリレー回路をオフにすると共振抑制コイル２５の両端が開放される。

【0043】

また、スイッチ回路２６は、共振抑制コイル２５の両端間に直列に接続される、二つのnチャネル型のMOSFETを有してもよい。この場合、二つのMOSFETは、互いのソース端子同士が接続され、ドレイン端子が共振抑制コイル２５の両端のそれぞれと接続されるように配置される。また二つのMOSFETのゲート端子はスイッチ制御回路２７と接続される。そしてスイッチ制御回路２７から、オンとなる制御信号に相当する、相対的に高い電圧が二つのMOSFETのゲート端子に印加されると、各MOSFETのソース－ドレイン間を電流が流れることが可能となるので、共振抑制コイル２５は短絡される。一方、スイッチ制御回路２７から、オフとなる制御信号に相当する、相対的に低い電圧が二つのMOSFETのゲート端子に印加されると、各MOSFETのソース－ドレイン間を電流が流れなくなり、かつ、二つのMOSFETのボディダイオードも互いに逆向きとなっているため、それぞれのボディダイオードを通じても電流は流れない。そのため、共振抑制コイル２５の両端は開放される。

【0044】

なお、二つのMOSFETは、互いのドレイン端子同士が接続され、ソース端子が共振抑制コイル２５の両端のそれぞれと接続されるように配置されてもよい。この例でも、スイッチ制御回路２７から、オンとなる制御信号に相当する、相対的に高い電圧が二つのMOSFETのゲート端子に印加されると、共振抑制コイル２５は短絡される。一方、スイッチ制御回路２７から、オフとなる制御信号に相当する、相対的に低い電圧が二つのMOSFETのゲート端子に印加されると、共振抑制コイル２５の両端は開放される。

【0045】

スイッチ制御回路２７は、所定の周期ごとに、電圧検出回路２４から受け取った出力電圧の測定値に基づいて、スイッチ回路２６のオン／オフを制御する。そのために、スイッチ制御回路２７は、例えば、出力電圧の上限閾値及び下限閾値を記憶するメモリ回路と、出力電圧の測定値とそれら閾値とを比較するための演算回路と、スイッチ回路２６のオン／オフを制御するための制御回路を有する。

【0046】

スイッチ制御回路２７は、出力電圧の測定値が所定の上限閾値以上となるとスイッチ回路２６をオンにして共振抑制コイル２５を短絡する。これにより、スイッチ制御回路２７は、共振回路２０の共振周波数を変化させることで出力電圧を低下させる。一方、出力電圧の測定値が所定の下限閾値以下となると、スイッチ制御回路２７は、スイッチ回路２６をオフにして共振抑制コイル２５を開放する。これにより、スイッチ制御回路２７は、共振回路２０の共振周波数を元に戻すことで出力電圧を上昇させる。このようにスイッチ回路２６のオン／オフが制御されることで、共振抑制コイル２５の短絡と解放とが繰り返されるとともに、出力電圧は、下限閾値と上限閾値とで規定される許容範囲に収まるように調整される。なお、上限閾値は、例えば、負荷回路４の動作に支障を生じない出力電圧の上限値に１未満の安全係数（例えば、0.9～0.97）を乗じた値に設定される。また、下限閾値は、上限閾値よりも低い値、かつ、負荷回路４の動作に支障を生じない出力電圧の下限値に１より大きい安全係数（例えば、1.03～1.1）を乗じた値に設定される。

【0047】

以下、非接触給電装置１の出力電圧特性について説明する。

【0048】

図２は、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２において、横軸は、周波数を表し、縦軸は、出力電圧を表す。また、このシミュレーションにおいて、受電装置３の共振抑制コイル２５は開放され、電力伝送に影響しないものとした。そして第１のコンデンサ１５の静電容量を40.0nFとし、第２のコンデンサ１６の静電容量を45.6nFとした。また、第１のコイル１７のインダクタンスを70.0μHとした。さらに、送信コイル１４のインダクタンスを160μHとし、受信コイル２１のインダクタンスを80.0μHとした。さらにまた、共振コンデンサ２２の静電容量を44.8nFとした。また、送電側の巻き線抵抗値及び受電側の巻き線抵抗値を0.13Ωとした。さらにまた、インバータ１３が出力し、かつ、送信コイル１４に印加される交流電力の電圧Vinを310Vとした。グラフ２０１は、送信コイル１４と受信コイル２１の結合度k=0.11、負荷回路４の出力負荷抵抗値を20Ωとしたときの出力電圧の周波数特性を表す。またグラフ２０２は、結合度k=0.11、負荷回路４の出力負荷抵抗値を2kΩ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２０３は、結合度k=0.22、負荷回路４の出力負荷抵抗値を20Ω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２０４は、結合度k=0.22、負荷回路４の出力負荷抵抗値を2kΩとしたときの出力電圧の周波数特性を表す。グラフ２０１～グラフ２０４に示されるように、受電装置３の共振回路２０の共振周波数f1(=84.6kHz)において、負荷回路４の出力負荷抵抗値が変化しても、出力電圧が一定に保たれていることが分かる。さらに、結合度kが変化しても、共振周波数f1において、出力電圧の周波数特性は極大値を有し、かつ、他の極値となる周波数よりも、周波数変動に対する出力電圧の変動が緩やかとなっていることが分かる。そのため、インバータ１３の駆動周波数を共振回路２０の共振周波数f1を含む所定の周波数範囲（例えば、0.97*f1～1.03*f1の範囲）内の周波数に設定することで、非接触給電装置１は、定電圧出力動作することができる。また、電力伝送中において送信コイル１４と受信コイル２１間の相対的な位置関係が変動してそれらコイル間の結合度が変化しても、非接触給電装置１は、駆動周波数を上記の所定の周波数範囲内の周波数に設定することで、電力伝送効率をある程度維持することができる。さらに、送信コイル１４と受信コイル２１間の結合度が変化しても、非接触給電装置１は、駆動周波数を変更することなく、送信コイル１４に供給される交流電力の電圧を調整するだけで出力電圧を一定の範囲に維持することができる。

【0049】

次に、制御回路１９による、共振抑制コイル２５の短絡に関するデューティ比の推定及び電力供給回路１０から送信コイル１４に供給される交流電力の電圧制御の詳細について説明する。そのために、先ず、共振抑制コイル２５の短絡及び開放と、電力の損失の関係について説明する。

【0050】

図３は、出力電圧と、共振抑制コイル２５の短絡及び開放と、送信コイル１４に供給される交流電力の電圧（以下、入力電圧と呼ぶことがある）と、スイッチ回路２６に流れる電流の関係の一例を示す図である。図３において、横軸は時間を表す。また、波形３０１及び波形３０２は、それぞれ、出力電圧の時間変化と、共振抑制コイル２５の短絡及び開放の状態の時間変化を表す。さらに、波形３０３は、入力電圧の時間変化を表し、波形３０４は、スイッチ回路２６に流れる電流の時間変化を表す。

【0051】

波形３０１～波形３０３に示されるように、入力電圧が低下するほど、出力電圧が下限閾値ThLから上限閾値ThUまで上昇するのに要する時間、すなわち、共振抑制コイル２５が開放されているオフ期間Toffは長くなる。また、負荷回路４の負荷が一定であれば、出力電圧が上限閾値ThUから下限閾値ThLまで低下するのに要する時間、すなわち、共振抑制コイル２５が短絡されているオン期間Tonは一定である。したがって、入力電圧が低下するほど、繰返し周期T(=Toff+Ton)は長くなり、その結果として、共振抑制コイル２５の短絡に関するデューティ比D(=Ton/T)も小さくなる。そして波形３０４に示されるように、デューティ比Dが小さいほど、繰返し周期T中においてスイッチ回路２６に電流が流れる期間の比も短くなる。さらに、入力電圧の低下に伴って、スイッチ回路２６に流れる電流値も小さくなる。したがって、入力電圧が低下するほど、共振抑制コイル２５が短絡されている間に共振抑制コイル２５及びスイッチ回路２６に流れる電流による損失が軽減される。このことから、デューティ比Dが小さくなるように入力電圧が制御されることが好ましい。ただし、入力電圧を低下させ過ぎると、出力電圧が下限閾値ThLを超えることができなくなり、負荷回路４の動作に支障が生じるおそれがある。さらに、繰返し周期Tが長くなり過ぎると、送信コイル１４と受信コイル２１間の位置関係に変動が生じたときに入力電圧を適切に追従させることが困難となる。そこで、デューティ比Dはある程度以上の大きさを有するように入力電圧は制御されることが好ましい。

【0052】

さらに、制御回路１９は、オフ期間Toffの長さが一定の長さ以下となるように入力電圧Vinを制御することが好ましい。これにより、電力伝送中に送信コイル１４と受信コイル２１間の位置関係に変動が生じるといった理由により出力電圧が許容範囲から外れた状態となっても、そのような状態が継続する時間が過度に長くなることが防止される。

【0053】

図４は、共振抑制コイル２５が短絡されているときの、インバータ１３のスイッチング素子に流れる電流の波形の一例を示す図である。図４において、横軸は時間を表し、縦軸は電流値を表す。そして波形４００は、スイッチング素子に流れる電流の時間変化を表す。

【0054】

本実施形態では、送電装置２は、電力供給回路１０と送信コイル１４との間に、第１のコイル１７、第１のコンデンサ１５及び第２のコンデンサ１６が設けられることで、波形４００は、電流波形の繰返し周期中に２回の極点を有するものとなっている。その結果として、電流波形の波高値を低くすることが可能となり、送電側での電力損失が軽減される。

【0055】

以上により、制御回路１９は、デューティ比Dに基づいて電力供給回路１０から送信コイル１４へ供給される交流電力の入力電圧を制御することで、出力電圧を一定の範囲に保つことができるとともに、電力の損失を軽減することができる。

【0056】

次に、デューティ比Dの推定について説明する。

【0057】

図５（ａ）及び図５（ｂ）は、それぞれ、共振抑制コイル２５が短絡されているときにインバータ１３のスイッチング素子に流れる電流の波形、及び、共振抑制コイル２５が開放されているときにインバータ１３のスイッチング素子に流れる電流の波形の一例を示す図である。図５（ａ）及び図５（ｂ）において、横軸は時間を表し、縦軸は電流値を表す。また、図５（ａ）に示される波形５０１は、共振抑制コイル２５が短絡されているときのインバータ１３のスイッチング素子１３－２（この例では、第１のスイッチング素子に相当）に流れる電流の波形を表し、図５（ｂ）に示される波形５０２は、共振抑制コイル２５が開放されているときの第１のスイッチング素子に流れる電流の波形を表す。なお、波形５０１及び波形５０２は、第１のスイッチング素子がオンにされている期間の波形、すなわち、インバータ１３の駆動周波数に相当する期間の半分に相当する波形である。

【0058】

共振抑制コイル２５が短絡されている間、送電装置２から受電装置３への電力伝送は停止されている。そのため、受電側で消費される電力はほぼ０になる。したがって、送電側における有効電力もほぼ０になる。その結果として、波形５０１に示されるように、共振抑制コイル２５が短絡されている間、第１のスイッチング素子に流れる電流の平均値はほぼ０になる。

【0059】

これに対して、共振抑制コイル２５が開放されることで送電装置２から受電装置３への電力伝送が行われていると、受電側で電力が消費されることになる。したがって、送電側における有効電力も増加する。その結果として、波形５０２に示されるように、共振抑制コイル２５が開放されることで電力伝送が行われている間、第１のスイッチング素子に流れる電流の平均値は正の値を有することになる。

【0060】

このことから、制御回路１９は、第１のスイッチング素子に流れる電流の平均値が所定の閾値未満となっている期間を、共振抑制コイル２５が短絡されているオン期間Tonとして計時する。さらに、制御回路１９は、第１のスイッチング素子に流れる電流の平均値がその所定の閾値以上となっている期間を、共振抑制コイル２５が開放されているオフ期間Toffとして計時する。そして制御回路１９は、計時したオフ期間Tonとオフ期間Toffとに基づいて、共振抑制コイル２５の短絡に関するデューティ比D(=Ton/(Ton+Toff))を推定すればよい。

【0061】

図６は、電流検出回路１８の回路図である。電流検出回路１８は、４個の抵抗R1～R4と、コンデンサC1と、オペアンプAMPとを有する。抵抗R1は、インバータ１３のスイッチング素子１３－２と、力率改善回路１２を介して全波整流回路１１の負極側出力端子との間に接続される。また、抵抗R2は、抵抗R1とスイッチング素子１３－２の間にその一端が接続され、他端がオペアンプAMPの正極側入力端子に接続される。さらに、コンデンサC1は、その一端が抵抗R2の他端とオペアンプAMPの正極側入力端子との間に接続され、他端が力率改善回路１２を介して全波整流回路１１の負極側出力端子に接続される。さらに、抵抗R3は、その一端がオペアンプAMPの負極側入力端子に接続され、他端が力率改善回路１２を介して全波整流回路１１の負極側出力端子に接続される。さらにまた、抵抗R4は、抵抗R3の一端とオペアンプAMPの負極側入力端子との間に接続され、他端がオペアンプAMPの出力側端子に接続される。そしてオペアンプAMPの出力側端子は、制御回路１９に接続される。

【0062】

スイッチング素子１３－２がオンとなっている間、送信コイル１４に流れる電流は抵抗R1により電圧に変換される。そして変換された電圧は、抵抗R2及びコンデンサC1により構成される積分回路により、高周波がフィルタリングされ、かつ、所定のサンプリング期間にわたって積分された値となってオペアンプAMPの正極側入力端子に入力される。オペアンプAMP、抵抗R3及び抵抗R4は、非反転増幅回路を構成し、抵抗R3と抵抗R4とに応じた増幅率で入力された電圧を増幅する。そしてオペアンプAMPの出力側端子から、入力された電圧を増幅して得られた電圧が制御回路１９へ出力される。このように、電流検出回路１８は、送信コイル１４に流れる電流に応じた電圧値を出力する。したがって、電流検出回路１８から出力された電圧値のサンプリング期間にわたる平均値は、そのサンプリング期間にわたる、送信コイル１４に流れる電流の平均値に対応する。なお、サンプリング期間は、インバータ１３の駆動周波数に相当する周期の半分以上の長さを持つように設定される。さらに、サンプリング期間は、共振抑制コイル２５の繰返し周期よりも十分に短い期間、例えば、想定される繰返し周期の最小値の1/100～1/1000以下の長さに設定されることが好ましい。制御回路１９は、個々のサンプリング期間について、そのサンプリング期間における、電流検出回路１８から出力された電圧値の平均値をもとめる。そして制御回路１９は、その平均値が所定の閾値以上であるサンプリング期間について、共振抑制コイル２５が開放されていると推定し、一方、その平均値が所定の閾値未満であるサンプリング期間について、共振抑制コイル２５が短絡されていると推定すればよい。制御回路１９は、共振抑制コイル２５が開放されていると推定したサンプリング期間が連続する期間をオフ期間とし、共振抑制コイル２５が短絡されていると推定したサンプリング期間が連続する期間をオン期間とすればよい。これにより、制御回路１９は、オン期間Ton及びオフ期間Toffを精度良く計測することが可能となり、その結果として、共振抑制コイル２５の短絡に関するデューティ比を精度良く推定することが可能となる。

【0063】

図７は、制御回路１９による入力電圧の制御の動作フローチャートである。制御回路１９は、下記の動作フローチャートに従って電力供給回路１０を制御すればよい。

【0064】

制御回路１９は、電流検出回路１８により検出された、インバータ１３の第１のスイッチング素子を流れる電流に基づいて共振抑制コイル２５が開放されているオフ期間Toff及び共振抑制コイル２５の短絡に関するデューティ比Dを推定する（ステップＳ１０１）。そして制御回路１９は、推定した共振抑制コイル２５が開放されているオフ期間Toffの長さが所定の閾値Th（例えば、1sec）よりも長いか否か判定する（ステップＳ１０２）。オフ期間Toffの長さが閾値Thよりも長い場合（ステップＳ１０２－Ｙｅｓ）、制御回路１９は、入力電圧Vinを上昇させるように電力供給回路１０を制御する（ステップＳ１０３）。本実施形態では、制御回路１９は、力率改善回路１２のスイッチング素子のデューティ比を大きくする。これにより、オフ期間Toffが短くなること、及び、オフ期間Toffの短縮によりデューティ比Dは大きくなることが予想される。そして制御回路１９は、所定時間（例えば、1秒～数秒）経過後にステップＳ１０１以降の処理を繰り返す。

【0065】

一方、オフ期間Toffの長さが閾値Th以下である場合（ステップＳ１０２－Ｎｏ）、制御回路１９は、推定した共振抑制コイル２５の短絡に関するデューティ比Dが予め設定された許容上限値以下か否か判定する（ステップＳ１０４）。上記のように、デューティ比Dは小さい方が好ましいので、デューティ比Dに対する許容上限値は、0.3以下、好ましくは、0.2もしくは0.15に設定されることが好ましい。

【0066】

デューティ比Dが許容上限値以下である場合（ステップＳ１０４－Ｙｅｓ）、制御回路１９は、力率改善回路１２のスイッチング素子のデューティ比を変更しない。すなわち、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入力電圧Vinはそのまま維持される。そして制御回路１９は、所定時間経過後にステップＳ１０１以降の処理を繰り返す。一方、デューティ比Dが許容上限値よりも大きい場合（ステップＳ１０４－Ｎｏ）、制御回路１９は、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入力電圧Vinを低下させるように電力供給回路１０を制御する（ステップＳ１０５）。本実施形態では、制御回路１９は、力率改善回路１２のスイッチング素子のデューティ比を小さくする。これにより、オフ期間Toffが長くなることでデューティ比Dは小さくなることが予想される。そして制御回路１９は、所定時間経過後にステップＳ１０１以降の処理を繰り返す。

【0067】

なお、入力電圧Vinを電力供給回路１０から供給可能な交流電力の電圧の最大値に設定しても、電流検出回路１８により検出された電流の平均値が略０となる期間が所定時間以上継続する場合、受電装置３は、送電装置２からの電力を受電しない位置へ移動したと想定される。そこで制御回路１９は、入力電圧Vinを所定の待機電圧値まで低下させてもよい。なお、待機電圧値は、通常の電力伝送時における入力電圧よりも低い値に設定される。

【0068】

以上に説明してきたように、この非接触給電装置では、受電装置において共振回路の共振を抑制するための共振抑制コイルが設けられ、その共振抑制コイルの短絡及び開放を切り替えることで、電力伝送中に送電側のコイルと受電側のコイル間の結合度が変動しても、出力電圧を一定の範囲内に保つことができる。さらに、この非接触給電装置は、送電用のコイルに交流電力を供給するインバータが有する何れかのスイッチング素子に流れる電流に基づいて共振抑制コイルの短絡に関するデューティ比を送信コイルに流れる電流に基づいて推定する。そしてこの非接触給電装置は、推定したデューティ比に基づいて、送電用のコイルに供給される交流電力の入力電圧を制御することで、共振抑制コイルが短絡されているときの電力損失を軽減することができる。その結果として、この非接触給電装置は、送電装置と受電装置間の通信を利用せずに、電力伝送効率を向上することができる。

【0069】

なお、負荷回路４の負荷が軽減されると、共振抑制コイル２５が短絡されたときの出力電圧の低下が緩やかとなり、オン期間Tonが長くなる。その結果として、スイッチ回路２６に電流が流れる期間が長くなり、スイッチ回路２６の発熱量が過度に増大してしまう可能性がある。

【0070】

そこで変形例によれば、制御回路１９は、計時したオン期間が所定の許容上限長よりも長い場合、電力供給回路１０から送信コイル１４へ供給される交流電力の入力電圧が所定の待機電圧値まで低下するように、電力供給回路１０の力率改善回路１２のスイッチング素子のデューティ比を制御してもよい。

【0071】

制御回路１９は、入力電圧を待機電圧値まで低下させた後、計時したオン期間が所定の許容上限長以下にまで短くなると、再度図７に示される動作フローチャートに従って電力供給回路１０及び入力電圧を制御すればよい。

【0072】

また、計時したオン期間が所定の許容上限長よりも長い場合、制御回路１９は、オフ期間Toffの長さが一定長以下という制限を解除して、入力電圧Vinを低下させるよう、電力供給回路１０を制御してもよい。すなわち、制御回路１９は、計時したオン期間が所定の許容上限長以下になるまで、入力電圧Vinを低下させてもよい。

【0073】

この変形例によれば、非接触給電装置は、スイッチ回路２６の発熱を抑制できるので、負荷回路４の負荷が軽減しても安全に電力伝送を継続することができる。

【0074】

また、送信コイル１４と受信コイル２１の電力伝送に影響される、導電性を有する異物（例えば、金属製の小片）が存在する場合、共振抑制コイル２５が短絡されていても、その異物により電力が消費されることになる。そのため、オン期間においても、インバータ１３の各スイッチング素子を流れる電流による有効電力が増加することになる。そこで他の変形例によれば、制御回路１９は、オン期間に含まれる各サンプリング期間についての電流検出回路１８から出力された電圧の平均値を所定の検出閾値と比較する。この電圧の平均値は、オン期間においてインバータ１３の第１のスイッチング素子に流れる電流の平均値に相当する。検出閾値は、オン期間／オフ期間の判定に利用される上記の閾値よりも小さい値に設定される。そしてその電圧の平均値が検出閾値よりも大きい場合、制御回路１９は、異物が存在すると判定し、インバータ１３の各スイッチング素子をオフに保つことで電力供給回路１０から送信コイル１４への電力供給を停止する。さらに、制御回路１９は、他の機器（図示せず）へ、異物が検出されたことを示す異常信号を通知してもよい。この変形例によれば、制御回路１９は、電力伝送に影響される異物を精度良く検出できるとともに、その異物により非接触給電装置に異常が生じることを防止できる。なお、検出閾値は、電力供給回路１０から送信コイル１４へ供給される交流電力の入力電圧が高くなるほど、大きい値に設定されることが好ましい。そのために、例えば、力率改善回路１２のスイッチング素子のデューティ比と第２の閾値との関係を表す参照テーブルが、制御回路１９が有するメモリに予め記憶される。そして制御回路１９は、その参照テーブルと、力率改善回路１２のスイッチング素子のデューティ比とを参照することで、第２の閾値を決定すればよい。これにより、制御回路１９は、異物の検出精度をより向上することができる。

【0075】

また、受電装置３の共振回路２０は、受信コイル２１と共振コンデンサ２２とが並列共振するように互いに並列に接続されてもよい。さらに、受電装置３において、共振回路２０と整流平滑回路２３の間に、受信コイル２１と直列に接続される別のコイルが設けられてもよい。また、電力伝送中において、送電装置２と受電装置３間の位置関係の変動が無視できる程度の場合には、送電装置２において、第１のコイル１７及び第２のコンデンサ１６は省略されてもよい。

【0076】

さらに、送電装置２の電力供給回路１０は、力率改善回路１２の代わりに、昇降圧比が可変なDC-DCコンバータを有していてもよい。また、DC-DCコンバータに、直流電力が直接入力されてもよい。そして制御回路１９は、上記の実施形態と同様に、共振抑制コイル２５の短絡に関するデューティ比に応じてDC-DCコンバータの昇降圧比を制御することで、電力供給回路１０から送信コイル１４へ供給される交流電力の入力電圧を制御してもよい。

【0077】

上記の実施形態または変形例による非接触給電装置は、Automatic Guided Vehicle(AGV)といった移動体への電力供給において好適に利用される。

【0078】

図８は、上記の実施形態または変形例による非接触給電装置が移動体の電力供給システムとして利用される場合の概要図である。受電装置３は、移動体８００に搭載される。一方、送電装置２は、移動体８００の移動経路に沿って配置される。例えば、送信コイル１４は、移動体８００の移動経路８１０上の床面に設置される。なお、送信コイル１４は、移動体８００が一時停止する位置、あるいは、移動体８００の移動速度が所定速度以下となる位置に設けられることが好ましい。一方、受信コイル２１は、移動体の下部において床面と対向するように搭載される。送電装置２は一つに限られず、複数の送電装置２が、移動経路８１０上の互いに異なる位置に設置されてもよい。図８に示される例では、３個の送電装置２が図示されており、各送電装置２の送信コイル１４は、移動経路８１０の延伸方向に沿って一列に並べられている。なお、複数の送電装置２が設置される場合、各送電装置２の送信コイル１４は、移動経路８１０の延伸方向と直交する方向に並べられてもよく、格子状あるいは千鳥足状に並べられてもよい。

【0079】

移動体８００が何れかの送電装置２の送信コイル１４が設けられた位置を通過する際に、送信コイル１４と受信コイル２１とが電磁結合可能となり、送電装置２から受電装置３へ電力伝送される。そして受電装置３にて受電された電力は、移動体８００に搭載された各種の機器を動作させるため、あるいは、移動体８００自体を動作させるために利用される。その際、制御回路１９は、上記の実施形態または変形例にしたがって電力供給回路１０から送信コイル１４へ供給される交流電力の入力電圧を制御すればよい。これにより、電力伝送中において移動体８００が移動していても、送電装置２は、高い電力伝送効率にて移動体８００に搭載された受電装置３へ電力を伝送することができる。

【0080】

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】

【0081】

１ 非接触給電装置
２ 送電装置
１０ 電力供給回路
１１ 全波整流回路
１２ 力率改善回路
１３ インバータ
１３－１～１３－４ スイッチング素子
１４ 送信コイル
１５ 第１のコンデンサ
１６ 第２のコンデンサ
１７ 第１のコイル
１８ 電流検出回路
１９ 制御回路
３ 受電装置
２０ 共振回路
２１ 受信コイル
２２ 共振コンデンサ
２３ 整流平滑回路
２４ 電圧検出回路
２５ 共振抑制コイル
２６ スイッチ回路
２７ スイッチ制御回路
４ 負荷回路
８００ 移動体

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】