特許 7046758 非接触給電装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-03-25

(45)【発行日】2022-04-04

(54)【発明の名称】非接触給電装置

(51)【国際特許分類】

   H02J 50/12 20160101AFI20220328BHJP

   H02J 50/40 20160101ALI20220328BHJP

   H02M 7/48 20070101ALI20220328BHJP

【ＦＩ】

H02J50/12

H02J50/40

H02M7/48 A

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2018146825

(22)【出願日】2018-08-03

(65)【公開番号】P2020022330

(43)【公開日】2020-02-06

【審査請求日】2021-03-25

(73)【特許権者】

【識別番号】000102692

【氏名又は名称】ＮＴＮ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100095267

【弁理士】

【氏名又は名称】小島 高城郎

(74)【代理人】

【識別番号】100124176

【弁理士】

【氏名又は名称】河合 典子

(72)【発明者】

【氏名】羽田 正二

【審査官】佐藤 卓馬

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１１－１０１５７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－００５８４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１６／０８４５２４（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｊ ５０／１２

Ｈ０２Ｊ ５０／４０

Ｈ０２Ｍ ７／４８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

磁界共振方式の非接触給電装置において、
少なくとも１つの一次コイルと少なくとも１つの二次コイルとを有するトランスと、
１つの前記二次コイルを給電コイルとし、前記給電コイルとコンデンサにより構成される共振回路と、
前記トランスにおける相互誘導により前記給電コイルに交流電流が流れるように、前記一次コイル又は前記給電コイル以外の二次コイルをスイッチング駆動するスイッチング部と、を備え、
直流電圧が入力される前記スイッチング部が、
前記一次コイルに交互に逆向きに電流が流れるように、前記一次コイルをスイッチング駆動可能な回路を有し、
１つの前記トランスにおいて、前記一次コイルと前記スイッチング部との組合せが複数組設けられており、各前記スイッチング部に別個の入力電圧が入力されることを特徴とする非接触給電装置。

【請求項2】

磁界共振方式の非接触給電装置において、
少なくとも１つの一次コイルと少なくとも１つの二次コイルとを有するトランスと、
１つの前記二次コイルを給電コイルとし、前記給電コイルとコンデンサにより構成される共振回路と、
前記トランスにおける相互誘導により前記給電コイルに交流電流が流れるように、前記一次コイル又は前記給電コイル以外の二次コイルをスイッチング駆動するスイッチング部と、を備え、
第１及び第２の入力端に交流電圧が入力される前記スイッチング部が、
前記第１の入力端にそれぞれ一端が接続された第１及び第２のスイッチング素子と、
前記第２の入力端にそれぞれ一端が接続された第３及び第４のスイッチング素子と、
前記第１～第４の各スイッチング素子とそれぞれ並列に配置され前記入力端へ向かう電流を通過可能とする第１～第４の整流要素と、を有し、
前記トランスが、前記給電コイル以外の別の二次コイルを有し、
前記第１及び第４のスイッチング素子の各他端が前記別の二次コイルの終端及び始端にそれぞれ接続されると共に、前記第２及び第３のスイッチング素子の各他端が前記一次コイルの始端及び終端にそれぞれ接続されており、
前記第１の入力端に正の入力電圧が印加されるとき、前記第１及び第２のスイッチング素子が背反的にオンオフ制御されると共に前記第３及び第４のスイッチング素子はオフに維持され、かつ、
前記第２の入力端に正の入力電圧が印加されるとき、前記第３及び第４のスイッチング素子が背反的にオンオフ制御されると共に前記第１及び第２のスイッチング素子はオフに維持されることを特徴とする非接触給電装置。

【請求項3】

１つの前記トランスにおいて、前記一次コイル及び前記別の二次コイルと前記スイッチング部との組合せが複数組設けられており、各前記スイッチング部に別個の入力電圧が入力されることを特徴とする請求項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、磁界共振方式の非接触給電装置に関する。

【背景技術】

【0002】

有線接続を介さずに電力を伝送する非接触電力伝送システムが知られている（特許文献１、２、３等）。非接触電力伝送システムは、電力を供給する側の給電装置と、受け取る側の受電装置とから構成される。

【0003】

多様な方式の１つとして磁界共振方式が知られている。磁界共振方式では、給電側と受電側のそれぞれにコイルとコンデンサを含む互いに同調する共振回路が設けられる。同調時のコイル間の磁界共振により電力が授受される。従来の給電装置におけるコイルとコンデンサを含む共振回路では、共振回路のコイルを含む電流路を、スイッチング素子を用いて導通又は遮断するスイッチング駆動を行うことにより共振を発生させている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１８－００７４６２号公報

【文献】特許第６２６９３７５号明細書

【文献】特許第６２７８０１２号明細書

【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、従来の磁界共振方式における給電装置の共振回路は、共振回路を構成するコイルとコンデンサの値によって伝送される電力量が決定されるため、小型で大容量の給電装置を実現することが困難であった。また、給電側の電力供給源の状況に応じて電力量を自在に調整することはできなかった。

【0006】

以上の現状から、本発明は、磁界共振方式の非接触給電装置において、小型で大容量とすることを可能とし、また、伝送される電力量を調整可能とすることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記の目的を達成するべく、本発明は、以下の構成を提供する。
・ 本発明の態様は、磁界共振方式の非接触給電装置において、
少なくとも１つの一次コイルと少なくとも１つの二次コイルとを有するトランスと、
１つの前記二次コイルを給電コイルとし、前記給電コイルとコンデンサにより構成される共振回路と、
前記トランスにおける相互誘導により前記給電コイルに交流電流が流れるように、前記一次コイル又は前記給電コイル以外の二次コイルをスイッチング駆動するスイッチング部と、を備え、
直流電圧が入力される前記スイッチング部が、
前記一次コイルに交互に逆向きに電流が流れるように、前記一次コイルをスイッチング駆動可能な回路を有し、
１つの前記トランスにおいて、前記一次コイルと前記スイッチング部との組合せが複数組設けられており、各前記スイッチング部に別個の入力電圧が入力されることを特徴とする。
・ 本発明の別の態様は、磁界共振方式の非接触給電装置において、
少なくとも１つの一次コイルと少なくとも１つの二次コイルとを有するトランスと、
１つの前記二次コイルを給電コイルとし、前記給電コイルとコンデンサにより構成される共振回路と、
前記トランスにおける相互誘導により前記給電コイルに交流電流が流れるように、前記一次コイル又は前記給電コイル以外の二次コイルをスイッチング駆動するスイッチング部と、を備え、
第１及び第２の入力端に交流電圧が入力される前記スイッチング部が、
前記第１の入力端にそれぞれ一端が接続された第１及び第２のスイッチング素子と、
前記第２の入力端にそれぞれ一端が接続された第３及び第４のスイッチング素子と、
前記第１～第４の各スイッチング素子とそれぞれ並列に配置され前記入力端へ向かう電流を通過可能とする第１～第４の整流要素と、を有し、
前記トランスが、前記給電コイル以外の別の二次コイルを有し、
前記第１及び第４のスイッチング素子の各他端が前記別の二次コイルの終端及び始端にそれぞれ接続されると共に、前記第２及び第３のスイッチング素子の各他端が前記一次コイルの始端及び終端にそれぞれ接続されており、
前記第１の入力端に正の入力電圧が印加されるとき、前記第１及び第２のスイッチング素子が背反的にオンオフ制御されると共に前記第３及び第４のスイッチング素子はオフに維持され、かつ、
前記第２の入力端に正の入力電圧が印加されるとき、前記第３及び第４のスイッチング素子が背反的にオンオフ制御されると共に前記第１及び第２のスイッチング素子はオフに維持されることを特徴とする。さらにこの態様では、１つの前記トランスにおいて、前記一次コイル及び前記別の二次コイルと前記スイッチング部との組合せが複数組設けられており、各前記スイッチング部に別個の入力電圧が入力されることが、好適である。

【発明の効果】

【0008】

本発明により、磁界共振方式の非接触給電装置において小型で大容量とすることができ、かつ、電力供給量を自在に調整することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、本発明の非接触給電装置の第１の実施形態の回路例を概略的に示す。

【図2】図２は、図１の回路におけるタイミング図である。

【図3】図３（ａ）は、図１の回路において、グループＡのスイッチング素子のオン期間に流れる電流を、（ｂ）はグループＢのスイッチング素子のオン期間に流れる電流を概略的に示す。

【図4】図４は、第１の実施形態の変形形態の回路例を概略的に示す。

【図5】図５は、第１の実施形態の別の変形形態の回路例を概略的に示す。

【図6】図６は、第１の実施形態のさらに別の変形形態の回路例を概略的に示す。

【図7】図７は、本発明の非接触給電装置の第２の実施形態の回路例を概略的に示す。

【図8】図８（ａ）は、図７の回路においてモードＩのとき流れる電流を、（ｂ）はモードIIのとき流れる電流をそれぞれ概略的に示す。

【図9】図９（ａ）は、図７の回路においてモードIIIのとき流れる電流を、（ｂ）はモードIVのとき流れる電流をそれぞれ概略的に示す。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、実施例を示した図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
（１）第１の実施形態
（１－１）第１の実施形態の回路構成
図１は、本発明の非接触給電装置の第１の実施形態の回路例を概略的に示した図である。
図１には、非接触給電装置１０に加えて、模式的に受電装置２０も示している。給電装置１０と受電装置２０の間の点線は、無線接続であることを示している。

【0011】

給電装置１０は、一次コイルＮ１と二次コイルＮ２を有するトランスＴを有する（トランスのコイルの巻き始端を黒丸で示す）。トランスＴの二次コイルＮ２には、コンデンサＣが接続されている。二次コイルＮ２とコンデンサＣは、所定の共振周波数をもつ共振回路を構成する。共振周波数は、例えば数十ｋＨｚ～数百ｋＨｚである。この回路例では、二次コイルＮ２が、給電装置１０における給電コイルに相当する。トランスＴは、疎結合とすることが好適である。

【0012】

一次側の入力端１、２には、直流電圧（Ｖ_＋－Ｖ_－）が印加される。この直流電圧が一次コイルＮ１に印加されると、一次コイルＮ１に電流が流れる。この一次コイルＮ１に流れる電流は、所定の周波数で交互に反対向きに流れるようにスイッチング制御される。このスイッチング制御は、入力端１、２と一次コイルＮ１の間に設けられたスイッチング部により行われる。スイッチング制御の周波数は、基本的に、トランスＴの二次側に設けられた共振回路の共振周波数と同じに設定する。

【0013】

図１のスイッチング部は、基本的にフルブリッジ回路を構成している。このフルブリッジ回路は、４個のスイッチング素子Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２を有する。各スイッチング素子は、ここでは一例としてＮチャネルＭＯＳＦＥＴである。スイッチング素子Ａ１、Ａ２が、同時にオンオフ制御される第１のグループ（以下「グループＡ」と称する）を構成し、スイッチング素子Ｂ１、Ｂ２が、同時にオンオフ制御される第２のグループ（以下「グループＢ」と称する）を構成する。

【0014】

スイッチング部の各スイッチング素子は、制御端であるゲートに印加される制御電圧によりオンオフ制御される。オンオフ制御電圧は、通常、ＰＷＭ信号である。ＰＷＭ信号の周波数は、二次側の共振回路の共振周波数に合わせて設定される。グループＡのスイッチング素子は、制御電圧Ｖ_Ａによりオンオフ制御され、グループＢのスイッチング素子は、制御電圧Ｖ_Ｂによりオンオフ制御される。図示しないが、ＰＷＭ信号を生成する制御部が別途設けられている。

【0015】

正の入力端１と一次コイルＮ１の始端の間に、スイッチング素子Ａ１が直列接続されている。一次コイルＮ１の終端と負の入力端２の間に、逆流防止ダイオードＤＡ１とスイッチング素子Ａ２が直列接続されている。

【0016】

同様に、正の入力端１と一次コイルＮ１の終端との間に、スイッチング素子Ｂ１が直列接続されている。一次コイルＮ１の始端と負の入力端２との間に、逆流防止ダイオードＤＢ１とスイッチング素子Ｂ２が直列接続されている。

【0017】

図１のスイッチング部は、基本的なフルブリッジ回路とは異なり、一次コイルＮ１を含む電流路に逆流防止ダイオードＤＡ１、ＤＢ１がそれぞれ直列接続されている。逆流防止ダイオードＤＡ１、ＤＢ１の極性は、スイッチング素子Ａ１、Ａ２、Ｂ１及びＢ２のボディダイオードのそれとは逆向きである。

【0018】

逆流防止ダイオードＤＡ１、ＤＢ１は、図１に示した位置以外に、入力端１と入力端２の間の電流路上のいずれかの位置に直列に挿入することができる。

【0019】

好適には、逆流防止ダイオードＤＡ１、ＤＢ１は、スイッチング素子Ａ１とスイッチング素子Ｂ１のドレイン同士の接続点と、スイッチング素子Ａ２とスイッチング素子Ｂ２のソース同士の接続点の間の電流路にそれぞれ挿入される。言い換えると、逆流防止ダイオードＤＡ１は、グループＡのスイッチング素子のオン期間電流が専ら流れる電流路に直列に挿入され、一方、逆流防止ダイオードＤＢ１は、グループＢのスイッチング素子のオン期間電流が専ら流れる電流路に直列に挿入されることが好適である。

【0020】

なお、入力端１、２の少なくとも一方のライン上にダイオードを挿入した場合も逆流防止機能を実現できる。しかしながら、入力ライン上に逆流防止ダイオードを挿入した場合、スイッチング素子がオンからオフとなったときにリカバリ電流を生じる点で不利である。但し、ファーストリカバリダイオード（ＦＲＤ）、シリコンカーバイト（ＳＩＣ）を用いたショットキーダイオード等を用いた場合は、これらの入力ライン上に逆流防止ダイオードを挿入することも可能である。

【0021】

（１－２）第１の実施形態の回路動作
図２及び図３を参照して、図１の非接触給電装置の動作を説明する。
図２は、図１の回路の各構成要素における波形の一例を示したタイミング図である。図２（ａ）はグループＡのスイッチング素子のオンオフ制御電圧Ｖ_Ａの波形、（ｂ）はグループＢのスイッチング素子のオンオフ制御電圧Ｖ_Ｂの波形、（ｃ）は一次コイルＮ１の両端電圧波形、（ｄ）は、二次コイル（以下「給電コイル」と称する）Ｎ２の電流波形（但し、イメージ的波形）を示している。

【0022】

図２（ａ）（ｂ）に示すように、フルブリッジ回路に含まれるグループＡのスイッチング素子とグループＢのスイッチング素子とは、互いに背反的にオンオフ制御される。但し、グループＡとグループＢのスイッチング素子が同時にオンになると、入力電圧が短絡するので適宜のデッドタイムを設けている。双方のグループのオン期間の長さは同じであり、オフ期間の長さも同じである。周波数は、二次側の共振回路の共振周波数に一致させる。

【0023】

図３（ａ）は、図１の回路において、Ａグループのスイッチング素子がオンであり、かつ、Ｂグループのスイッチング素子がオフである期間（「モードＡ」と称する）に流れる電流を概略的に示している。電流は、矢印付き実線で示している。

【0024】

一次側において、スイッチング素子Ｂ１、Ｂ２がオフになり、スイッチング素子Ａ１、Ａ２がオンになると、一次コイルＮ１の始端に正の入力電圧が印加され、電流ｉａ１が流れる。

【0025】

一次コイルＮ１に電流ｉａ１が流れると、相互誘導により給電コイルＮ２に起電力を生じる。この起電力は、給電コイルＮ２の始端が正となる向きであり、図示のように電流ｉａ２が流れる。電流ｉａ２は、コンデンサＣにも流れる。

【0026】

図３（ｂ）は、図１の回路において、Ａグループのスイッチング素子がオフであり、かつ、Ｂグループのスイッチング素子がオンである期間（「モードＢ」と称する）に流れる電流を示している。

【0027】

一次側において、スイッチング素子Ａ１、Ａ２がオフになり、スイッチング素子Ｂ１、Ｂ２がオンになると、一次コイルＮ１の終端に正の入力電圧が印加され、電流ｉｂ１が流れる。一次コイルＮ１において、電流ｉｂ１は、図３（ａ）の電流ｉａ１とは逆向きに流れる。

【0028】

一次コイルＮ１に電流ｉｂ１が流れると、相互誘導により給電コイルＮ２に起電力を生じる。この起電力は、給電コイルＮ２の終端が正となる向きであり、電流ｉｂ２が流れる。電流ｉｂ２は、図３（ａ）の電流ｉｂ１とは逆向きであり、コンデンサＣにも流れる。

【0029】

上記の通り、モードＡとモードＢでは、互いに対称的な電流が流れる。一次コイルＮ１がスイッチング駆動されることにより、モードＡとモードＢが交互に繰り返される。その繰り返し周波数は、給電コイルＮ２とコンデンサＣの共振周波数と一致している。この結果、二次側の共振回路は、一次側から駆動されることにより自由共振を行うようになる。それに応じて、受電装置２０においても共振を生じ、受電装置２０が電力を受け取る。

【0030】

ここで図２（ｃ）を参照する。ＡモードからＢモードへ、又はその逆に移行するとき、一次コイルＮ１は一時的に電流が遮断されることにより逆起電力を生じる。例えばＢモードからＡモードに移行するときは、一次コイルＮ１の終端側が正電位となる逆起電力が発生する。仮に、ダイオードＤＢ１が無い場合を想定すると、この逆起電力により、入力端２→スイッチング素子Ｂ２→スイッチング素子Ｂ１→入力端１の経路で還流が流れ、入力側に電力が戻される。しかしながら、ここでは、ダイオードＤＢ１により還流が阻止される。ＡモードからＢモードに移行する際も同様であり、ダイオードＤＡ１により還流が阻止される。

【0031】

図２（ｃ）に示すように、ＡモードからＢモードに移行する際、又は、ＢモードからＡモードに移行する際、一次コイルＮ１に大きなスパイク電圧が生じる。このスパイク電圧は、ダイオードＤＢ１、ＤＡ１が無い場合すなわち還流があるに比べて大きい。このスパイク電圧に寄与する電力は、相互誘導により、二次側の給電コイルＮ２に電力として伝達される。

【0032】

従って、ダイオードＤＡ１、ダイオードＤＢ１により還流が阻止されることで、より大きな電力を給電することが可能となる。これにより、給電装置１０の電力伝達効率が向上する。

【0033】

本発明の非接触給電装置１０は、トランスＴを設けることによって、共振周波数で駆動されるコイルすなわち一次コイルＮ１と、実際に共振して給電するコイルすなわち給電コイルＮ２とを分離することを実現している。

【0034】

一次側のスイッチング駆動構成が、二次側の共振回路と直接的に接続されていないので、一次側において電力供給源を自由に選択することが可能となり、非接触給電において能動的な電力供給が可能となる（後述する図４に例示）。また、トランスＴの一次コイルＮ１と給電コイルＮ２の巻数比の設定により、給電コイルＮ２の電圧を必要に応じて変更することが可能である。これにより、非接触給電装置を小型で大容量とすることが可能となる。従来は、スイッチング駆動されるコイルと、給電コイルが同じコイルであったので、大容量とすることが困難であった。

【0035】

二次側の共振回路は、安定した共振状態になると自由共振を行うようになる。従って共振周波数の拡散が低減される。いわゆるＱ値が高くなる。

【0036】

また、本発明では、一次側のスイッチング駆動において、二次側の共振に合わせたゼロクロススイッチングを行う必要がない。従来は、スイッチング駆動されるコイルと共振するコイルが同じコイルであったので、共振電流がゼロ点を横切るタイミングでスイッチングのオンオフを切り替える制御を行う必要があった。図２（ｄ）の給電コイルＮ２の電流例に示すように、共振電流がゼロ点を横切るタイミングと、スイッチング素子のオンオフのタイミングが精確に一致していなくとも、共振回路は自由な共振状態を持続することができる。従って、本発明では、従来に比べてスイッチング制御が容易であり、制御部の構成を簡素化することができる。

【0037】

（１－３）第１の実施形態の変形形態
図４は、第１の実施形態の変形形態の回路例を概略的に示す。
図４の回路では、トランスＴが３つの一次コイルＮ１１、Ｎ１２、Ｎ１３を備えている。一次コイルＮ１１、Ｎ１２、Ｎ１３の各々は、図１の回路に示したものと同様のスイッチング部によりそれぞれ同様に駆動可能である。ここでは、一次コイルＮ１１のスイッチング部の入力端には、風力発電システム１０からの発電出力が入力される。二次コイルＮ１２のスイッチング部の入力端には、太陽光発電システム２０からの発電出力が入力される。二次コイルＮ１３のスイッチング部の入力端には、系統電源３０から入力される。なお、交流を出力する電力供給源の場合は、整流した後に各入力端に入力される。

【0038】

図４の回路においては、各電力供給源の電力発生状況に応じて、及び／又は、受電装置２０の電力需要状況に応じて、一次コイルＮ１１、Ｎ１２、Ｎ１３のいずれかのスイッチング駆動を停止したり、開始したりすることができる。このように本発明では、非接触給電において能動的な電力供給が可能となる。

【0039】

図５は、第１の実施形態の別の変形形態の回路例を概略的に示す。図５の回路では、一次コイルを３つの部分Ｎ１１、Ｎ１２、Ｎ１３に区切る中間タップをスイッチＳにより切り替えることにより、一次コイルの巻数を段階的に変えることができる。これにより、二次コイルＮ２との巻数比を選択することができる。

【0040】

図６は、第１の実施形態のさらに別の変形形態の回路例を概略的に示す。図１の回路におけるスイッチング部は、一次コイルＮ１に交互に逆向きに電流が流れるように、一次コイルＮ１を共振周波数にてスイッチング駆動可能な回路であればよい。従って、スイッチング部は、フルブリッジ回路に限られない。

【0041】

図６（ａ）は、図１の回路におけるスイッチング部を、フルブリッジ回路に替えてプッシュプル回路とした構成である。プッシュプル回路では、一次コイルを第１の一次コイルＮ１１と第２の一次コイルＮ１２の２つの部分に分割して用いる。この場合、グループＡはスイッチング素子Ａ１のみ、グループＢはスイッチング素子Ｂ１のみである。各スイッチング素子と一次コイルＮ１１、Ｎ１２との間に、各スイッチング素子のボディダイオードに対して逆方向に直列接続された逆流防止ダイオードＤＡ１、ＤＢ１が挿入配置されている。回路動作については、図１の回路と同様である。

【0042】

図６（ｂ）の構成例は、図１の回路におけるスイッチング部を、フルブリッジ回路に替えてハーフブリッジ回路とした構成である。ハーフブリッジ回路では、グループＡはスイッチング素子Ａ１のみを含みかつコンデンサＣＡと直列接続され、グループＢはスイッチング素子Ｂ１のみを含みかつコンデンサＣＢと直列接続されている。各スイッチング素子と一次コイルＮ１との間に、各スイッチング素子のボディダイオードに対して逆方向に直列接続された逆流防止ダイオードＤＡ１、ＤＢ１が挿入配置されている。回路動作については、図１の回路と同様である。

【0043】

（２）第２の実施形態
（２－１）第２の実施形態の回路構成
図７は、本発明の非接触給電装置の第２の実施形態の回路例を概略的に示した図である。図７には、模式的に受電装置２０も示している。

【0044】

非接触給電装置１０Ａは、一次コイルＮ１と、２つの二次コイルＮ２、Ｎ３を有するトランスＴを有する（トランスのコイルの巻き始端を黒丸で示す）。トランスＴの二次コイルＮ２には、コンデンサＣが接続されている。二次コイルＮ２とコンデンサＣは、所定の共振周波数をもつ共振回路を構成する。二次コイルＮ２が、非接触給電における給電コイルに相当する。トランスＴは、疎結合とすることが好適である。

【0045】

第２の実施形態では、トランスＴの二次側に給電コイルＮ２以外の別の二次コイルＮ３が設けられている。一次コイルＮ１と二次コイルＮ３は、基本的に同じ巻数とする。一次コイルＮ１及び二次コイルＮ３と、給電コイルＮ２との巻数比は、必要に応じて設定することができる。

【0046】

一次側の入力端１、２には、交流電圧ｖinが印加される。この交流電圧ｖinの周波数は、二次側の共振回路の共振周波数に比べて低周波である。その周波数は、例えば数十Ｈｚ程度であり、例えば系統電源の５０Ｈｚ又は６０Ｈｚである。

【0047】

図７の回路におけるスイッチング部は、並列接続されたスイッチング素子と整流要素との組合せが、４組配置されている。スイッチング素子は、ここではＮチャネルＭＯＳＦＥＴである。整流要素はここではダイオードである。各ダイオードの極性は、各ＦＥＴのボディダイオードと同じ向きである。好適には各ダイオードが設けられる。各ダイオードを設けない場合は、各ＦＥＴのボディダイオードが同じ役割を果たすことができる。

【0048】

第１のスイッチング素子Ａ３はダイオードＤＡ３と、第２のスイッチング素子Ｂ３はダイオードＤＢ３と、第３のスイッチング素子Ａ４はダイオードＤＡ４と、第４のスイッチング素子Ｂ４はダイオードＤＢ４とそれぞれ並列接続されている。

【0049】

入力端１には、第１のスイッチング素子Ａ３及び第２のスイッチング素子Ｂ３の各々の一端（ドレイン）がそれぞれ接続されている。入力端２には、第３のスイッチング素子Ａ４及び第４のスイッチング素子の各々の一端（ドレイン）がそれぞれ接続されている。

【0050】

第１のスイッチング素子Ａ３の他端（ソース）は、二次コイルＮ３の終端に接続されている。第２のスイッチング素子Ｂ３の他端（ソース）は、一次コイルＮ１の始端に接続されている。第３のスイッチング素子Ａ４の他端（ソース）は、一次コイルＮ１の終端に接続されている。第４のスイッチング素子Ｂ４の他端（ソース）は、二次コイルＮ３の始端に接続されている。

【0051】

スイッチング部の各スイッチング素子は、制御端であるゲートに印加される制御電圧によりオンオフ制御される。オンオフ制御電圧は、通常、ＰＷＭ信号である。ＰＷＭ信号の周波数は、二次側の共振回路に合わせて設定される。スイッチング素子Ａ３は制御電圧Ｖ_Ａ３により、スイッチング素子Ｂ３は制御電圧Ｖ_Ｂ３によりそれぞれオンオフ制御される。スイッチング素子Ａ４は制御電圧Ｖ_Ａ４により、スイッチング素子Ｂ４は制御電圧Ｖ_Ｂ４によりそれぞれオンオフ制御される。図示しないが、ＰＷＭ信号を生成する制御部が別途設けられる。

【0052】

（２－２）第２の実施形態の回路動作
図８及び図９を参照して、図７の非接触給電装置の回路動作を説明する。

【0053】

図８（ａ）（ｂ）は、図７の回路において、入力端１に正の入力電圧ｖinが印加されるときの動作を示している。すなわち、入力電圧ｖinの位相が、入力端１が高電位、入力端２が低電位となるときに流れる電流を概略的に示している。このとき、第１スイッチング素子Ａ３と第２スイッチング素子Ｂ３が互いに背反的にオンオフ制御される。このオンオフ制御のためのＰＷＭ信号の周波数は、共振周波数と同じである。第３スイッチング素子Ａ４及び第４スイッチング素子Ｂ４は双方ともオフに維持される。

【0054】

図８（ａ）は、スイッチング素子Ａ３がオン、スイッチング素子Ｂ３がオフのモードＩにおける電流を示している。モードＩでは、入力電圧ｖinが二次コイルＮ３に印加される。入力電圧ｖinによる電流ｉａ３は、入力端１→スイッチング素子Ａ３→二次コイルＮ３（終端→始端）→ダイオードＤＡ４→入力端２の経路で流れる。

【0055】

この電流ｉａ３が二次コイルＮ３に流れることによって、相互誘導により給電コイルＮ２に起電力を生じる。この起電力は、給電コイルＮ２の終端が正である。よって、給電コイルＮ２に電流ｉａ４が図示のように流れる。

【0056】

図８（ｂ）は、スイッチング素子Ａ３がオフ、スイッチング素子Ｂ３がオンのモードIIにおける電流を示している。モードIIでは、入力電圧ｖinが一次コイルＮ１に印加される。入力電圧ｖinによる電流ｉｂ３は、入力端１→スイッチング素子Ｂ３→一次コイルＮ１（始端→終端）→ダイオードＤＢ４→入力端２の経路で流れる。

【0057】

この電流ｉｂ３が一次コイルＮ１に流れることによって、相互誘導により給電コイルＮ２に起電力を生じる。この起電力は、給電コイルＮ２の始端が正であり、モードＩのときとは逆向きである。よって、給電コイルＮ２に電流ｉｂ４が図示のように流れる。

【0058】

なお、モードＩの終了時にスイッチング素子Ａ３がオフになると二次コイルＮ３に逆起電力が生じるが、スイッチング素子Ａ４がオフでありかつダイオードＤＡ４（及びスイッチング素子Ａ４のボディダイオード）が逆バイアスであるので、入力側への還流は流れない。

【0059】

同様に、モードIIの終了時にスイッチング素子Ｂ３がオフになると一次コイルＮ１に逆起電力が生じるが、スイッチング素子Ｂ４がオフでありかつダイオードＤＢ４（及びスイッチング素子Ｂ４のボディダイオード）が逆バイアスであるので、入力側への還流は流れない。

【0060】

図９（ａ）（ｂ）は、図７の回路において、入力端２に正の入力電圧ｖinが印加されるときの動作を示している。すなわち、入力電圧ｖinの位相が、入力端１が低電位、入力端２が高電位となるときに流れる電流を概略的に示している。このとき、第３のスイッチング素子Ａ４と第４のスイッチング素子Ｂ４が互いに背反的にオンオフ制御される。このオンオフ制御のためのＰＷＭ信号の周波数は、共振周波数と同じである。第１のスイッチング素子Ａ３及び第２のスイッチング素子Ｂ３は双方ともオフに維持される。

【0061】

図９（ａ）は、スイッチング素子Ａ４がオン、スイッチング素子Ｂ４がオフのモードIIIにおける電流を示している。モードIIIでは、入力電圧ｖinが二次コイルＮ３に印加される。入力電圧ｖinによる電流ｉａ５は、入力端２→スイッチング素子Ａ４→二次コイルＮ３（始端→終端）→ダイオードＤＡ３→入力端１の経路で流れる。

【0062】

この電流ｉａ５が二次コイルＮ３に流れることによって、相互誘導により給電コイルＮ２に起電力を生じる。この起電力は、給電コイルＮ２の始端が正である。よって、給電コイルＮ２に電流ｉａ６が図示のように流れる。

【0063】

図９（ｂ）は、スイッチング素子Ａ４がオフ、スイッチング素子Ｂ４がオンのモードIVにおける電流を示している。モードIVでは、入力電圧ｖinが一次コイルＮ１に印加される。入力電圧ｖinによる電流ｉｂ５は、入力端２→スイッチング素子Ｂ４→一次コイルＮ１（終端→始端）→ダイオードＤＢ３→入力端１の経路で流れる。

【0064】

この電流ｉｂ５が一次コイルＮ１に流れることによって、相互誘導により給電コイルＮ２に起電力を生じる。この起電力は、給電コイルＮ２の終端が正であり、モードIIIのときとは逆向きである。よって、給電コイルＮ２に電流ｉｂ６が図示のように流れる。

【0065】

モードＩ、IIのときと同様に、モードIII、IVにおいてもスイッチング素子Ａ４、Ｂ４がオフになると二次コイルＮ３、Ｎ１に逆起電力が生じるが、スイッチング素子Ａ３、Ｂ３がオフでありかつダイオードＤＡ３、ＤＢ３（及びスイッチング素子Ａ３、Ｂ３の各ボディダイオード）が逆バイアスであるので、入力側への還流は流れない。

【0066】

入力電圧ｖinが正弦波交流の場合、位相が０°～１８０°の間は図８に示したモードＩとモードIIが繰り返され、位相１８０°～３６０°の間は図９に示したモードIIIとモードIVが繰り返される。なお、入力電圧ｖinの位相は、図示しない制御部により検知され、制御部は、検知結果に応じて各スイッチング素子に適切なＰＷＭ信号を出力する。これにより、給電コイルＮ２とコンデンサＣからなる共振回路は、共振周波数の交流電流が流れて共振する。この共振回路は、スイッチング部により直接スイッチング駆動されず、トランスＴの相互誘導を介して駆動されるので、実質的に自由共振を行うことができる。

【0067】

第２の実施形態においても第１の実施形態と同様に、スイッチング部のスイッチング制御において、共振回路の交流電流のゼロ点に精確に合わせるゼロクロススイッチングの必要がない。これにより制御部をシンプルとすることができる。

【0068】

第２の実施形態においても、図４に示した実施例と同様に、１つのトランスＴにおいて、一次コイルＮ１及び二次コイルＮ３とスイッチング部との組合せを複数組設けることができる。それら複数のスイッチング部の各々には、別個の電力供給源からの入力電圧を入力することができる。

【符号の説明】

【0069】

１０、１０Ａ 給電装置
Ｔ トランス
Ｎ１、Ｎ１１、Ｎ１２、Ｎ１３ 一次コイル（駆動コイル）
Ｎ２ 二次コイル（給電コイル）
Ｎ３ 二次コイル（駆動コイル）
Ｃ コンデンサ
Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２ スイッチング素子（ＭＯＳＦＥＴ）
Ａ３、Ｂ３、Ａ４、Ｂ４ スイッチング素子（ＭＯＳＦＥＴ）
ＤＡ１、ＤＢ１ 逆流防止ダイオード
ＤＡ３、ＤＢ３、ＤＡ４、ＤＢ４ ダイオード
２０ 受電装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】