JP7003708B2

JP7003708B2 - 非接触給電装置

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Publication number: JP7003708B2
Application number: JP2018020131A
Authority: JP
Inventors: 篤司野村; 悟朗中尾; 佑介河合; 俊行財津
Original assignee: Omron Corp
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 2018-02-07
Filing date: 2018-02-07
Publication date: 2022-01-21
Anticipated expiration: 2038-02-07
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Description

本発明は、非接触給電装置に関する。

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。

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する技術が提案されている（例えば、特許文献１及び２を参照）。

例えば、特許文献１には、受電側に、受電共振コイルと磁気結合したコントロールコイルを含む共振抑制回路を設け、出力電圧を監視して、コントロールコイルをスイッチにより短絡、開放する方法で共振動作を抑制することが提案されている。また、特許文献２には、非接触電力伝送システムの受電アンテナと整流回路とを有する受電装置において、受電アンテナに、受電コイルと、受電コイルに電磁的に結合した共鳴コイルと、共鳴コイルに電磁的に結合した調整コイルと、調整コイルのインピーダンス切替手段とを設けることが提案されている。

特開２０１５－６５７２４号公報特開２０１２－１３９０３３号公報

しかしながら、特許文献１に開示された技術及び特許文献２に開示された技術では、送電側のコイルと受電側のコイル間の結合度が変化しなければ、出力電圧の上昇に伴う送電側のコイルと受電側のコイル間の共振の抑制と、出力電圧の低下に伴うその共振の抑制の解除とが繰り返されることとなる。このように、電力伝送されない期間が断続的に生じるにもかかわらず、送電側の装置は電力伝送動作を継続する。また、受電側のコイルと電磁結合するように設けられたコイルが短絡されることで力率が低下する。その結果として、電力伝送効率が低下して、電力伝送に伴うエネルギー損失が増大してしまう。

そこで、本発明は、受電側の装置からの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できる非接触給電装置を提供することを目的とする。

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、交流電力を供給し、かつ、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を調整可能な電力供給回路と、受信装置から出力電圧異常信号を受信する第１の通信器と、第１の通信器が出力電圧異常信号を受信すると、電力供給回路から送信コイルに供給される交流電力のスイッチング周波数及び電圧の少なくとも一方を変更する制御回路とを有する。また受電装置は、送電装置からの電力を受信する受信コイルと、受信コイルと並列に接続される共振コンデンサとを有する共振回路と、共振回路を介して受信した電力を整流する整流回路と、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、整流回路から出力される電力の出力電圧を測定して出力電圧の測定値を求める電圧検出回路と、第１の通信器と通信可能な第２の通信器と、出力電圧の測定値が所定の上限閾値以上となると、共振抑制コイルを短絡するようスイッチ回路を制御するとともに、第２の通信器に前記出力電圧異常信号を送信させる判定回路とを有する。
本発明に係る非接触給電装置は、このような構成を有することにより、受電側の装置からの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できる。

この非接触給電装置において、受電装置の判定回路は、送電装置の制御回路が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の変更を開始すると、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。
これにより、非接触給電装置は、出力電圧の過度な上昇による受電装置または受電装置と接続される負荷回路の故障を防止しつつ、送信コイルが効率良く電力伝送可能なスイッチング周波数及び電圧を探索することができる。

また、受電装置は、共振回路と整流回路の間に接続されるコイルをさらに有することが好ましい。この場合において、送電装置の制御回路は、第１の通信器が出力電圧異常信号を受信すると、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。
これにより、非接触給電装置は、一旦、出力電圧が上昇しても、スイッチング周波数を制御することで、定電圧出力動作を再開することができる。

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。（ａ）～（ｄ）は、それぞれ、スイッチ回路の一例を示す図である。共振抑制コイルが開放されたときの非接触給電装置の等価回路図である。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。変形例による、電力供給回路の回路図である。他の変形例による受電装置の構成図である。さらに他の変形例による受電装置の構成図である。

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、受電側の装置が、受電用の受信コイルとともに、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。そして受電側の装置からの出力電圧が所定の閾値以上となると、受電側の装置は、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とともに、送電側の装置へ出力電圧が所定の閾値以上となったことを通知する。送電側の装置は、その通知を受信すると、送電側の送信コイルに印加される交流電力の周波数及び電圧を制御して、受電側の装置から出力される電圧を所定の電圧に調整する。すなわち、非接触給電装置は、定電圧出力動作を維持するよう、送電側の送信コイルに印加される交流電力の周波数及び電圧を制御する。また受電側の装置は、送信コイルに印加される交流電力の周波数及び電圧が開始されるまで、共振抑制コイルの短絡状態を保つ。これにより、この非接触給電装置は、受電側の装置からの出力電圧が過度に上昇することを抑制しつつ、継続的な電力伝送を可能として、エネルギー損失を抑制する。

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、スイッチング素子２９と、判定回路３０と、共振抑制コイル３１と、スイッチ回路３２と、通信器３３とを有する。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

通信器１５は、受電装置３の通信器３３から無線信号を受信する度に、その無線信号から、受電装置３の整流平滑回路２４からの出力電圧が過度に上昇したことを表す異常電圧発生情報、または、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。

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。

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。

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から異常電圧発生情報を受け取ると、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の制御を開始する。その後、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。

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。

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。

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。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。

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。

次に、受電装置３について説明する。
共振回路２０は、互いに並列に接続される受信コイル２１と共振コンデンサ２２とからなる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の一端に接続されるとともに、コイル２３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の他端が共振コンデンサ２２の他端に接続されるとともに、整流平滑回路２４の他方の入力端子に接続される。

受信コイル２１は、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及びコイル２３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。

共振コンデンサ２２は、その一端で受信コイル２１の一端及びコイル２３と接続され、他端で受信コイル２１の他端及び整流平滑回路２４と接続される。そして共振コンデンサ２２は、受信コイル２１にて受信した電力を、コイル２３を介して整流平滑回路２４へ出力する。

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、受信コイル２１と直列となるように、その一端で共振回路２０の受信コイル２１及び共振コンデンサ２２と接続され、他端で整流平滑回路２４と接続される。そしてコイル２３は、共振回路２０からの電力を整流平滑回路２４へ出力する。なお、このコイル２３が設けられることにより、受電した電力の高調波成分が抑制される。

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、かつ、コイル２３を介して受け取った電力を整流し、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。

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判定回路３０へ出力する。

スイッチング素子２９は、例えば、MOSFETであり、整流平滑回路２４と負荷回路２７との間に接続される。スイッチング素子２９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、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。

判定回路３０は、電圧検出回路２８から受け取った出力電圧の測定値が所定の上限閾値以上となっているか否か判定する。そしてその測定値が上限閾値以上となっている場合、共振抑制コイル３１を短絡するよう、スイッチ回路３２を制御するとともに、出力電圧の測定値が上限閾値以上となったこと、すなわち、出力電圧が過度に上昇したことを通信器３３へ通知する。これにより、判定回路３０は、出力電圧の測定値が上限閾値に達すると直ちに共振回路２０の共振周波数を変更して送電装置２と受電装置３間で伝送される電力を低下させ、その結果として共振回路２０からの出力電圧を低下させることができる。なお、上限閾値は、負荷回路２７及び受電装置３が故障しない電圧の上限値またはその上限値から所定のオフセット値を減じた値とすることができる。

さらに、判定回路３０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及び電圧が制御されている間、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出力電圧の測定値が含まれているか否か判定する。そして判定回路３０は、その判定結果を通信器３３へ通知する。なお、電圧の許容範囲の上限は、上記の上限閾値以下に設定されることが好ましい。

そのために、判定回路３０は、例えば、電圧の許容範囲を記憶するメモリ回路と、出力電圧の測定値を、上限閾値及び電圧の許容範囲のそれぞれと比較する演算回路と、スイッチング素子２９及びスイッチ回路３２のオン／オフを制御するための制御回路を有する。なお、判定回路３０は、出力電圧の測定値を上限閾値と比較し、その結果に応じてスイッチ回路３２のオン／オフを切り替えるための回路として、特許文献１に記載のコントロールコイルのオン／オフの制御に用いられる回路と同様の回路を有していてもよい。この場合、スイッチ回路３２をオンにする電圧よりも、スイッチ回路３２をオフにする電圧は低く設定されてもよい。

さらに、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２９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２９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２９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３３へ通知する。

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２９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３３へ通知する。

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３３へ通知する。

なお、変形例によれば、判定回路３０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２９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２９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２９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。

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。

共振抑制コイル３１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３１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。また共振抑制コイル３１の両端は、それぞれ、スイッチ回路３２と接続される。そして共振抑制コイル３１がスイッチ回路３２により短絡されると、共振抑制コイル３１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３１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。なお、受信コイル２１の巻き数と共振抑制コイル３１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。

一方、スイッチ回路３２が共振抑制コイル３１の両端を開放すると、共振抑制コイル３１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。

スイッチ回路３２は、共振抑制コイル３１の両端と接続され、判定回路３０からの制御信号に応じて共振抑制コイル３１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３２は、判定回路３０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３１を短絡する。一方、スイッチ回路３２は、判定回路３０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３１の両端を開放する。

図２（ａ）～図２（ｄ）は、それぞれ、スイッチ回路３２の一例を示す図である。図２（ａ）に示される例では、スイッチ回路３２はリレーを有する。判定回路３０がリレーをオンにすると共振抑制コイル３１が短絡される。一方、判定回路３０がリレーをオフにすると共振抑制コイル３１の両端が開放される。

図２（ｂ）に示される例では、スイッチ回路３２は、共振抑制コイル３１の両端間に直列に接続される、二つのnチャネル型のMOSFETを有する。そして二つの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３１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のゲート端子は判定回路３０と接続される。そして判定回路３０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３１は短絡される。一方、判定回路３０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３１の両端は開放される。

図２（ｃ）に示される例でも、図２（ｂ）に示される例と同様に、スイッチ回路３２は、共振抑制コイル３１の両端間に直列に接続される、二つのnチャネル型のMOSFETを有する。ただし、図２（ｃ）に示される例では、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３１の両端のそれぞれと接続されるように配置される。この例でも、判定回路３０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３１は短絡される。一方、判定回路３０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３１の両端は開放される。

図２（ｄ）に示される例では、スイッチ回路３２は、共振抑制コイル３１の両端間に直列に接続される、nチャネル型のMOSFETとダイオードとを有する。MOSFETのドレイン端子は共振抑制コイル３１の一端と接続され、ソース端子は、ダイオードのアノード端子と接続される。そしてMOSFETのゲート端子は判定回路３０と接続される。またダイオードのカソード端子は共振抑制コイル３１の他端と接続される。この例でも、判定回路３０から、オンとなる制御信号に相当する電圧がMOSFETのゲート端子に印加されると、共振抑制コイル３１は短絡される。一方、判定回路３０から、オフとなる制御信号に相当する電圧がMOSFETのゲート端子に印加されると、共振抑制コイル３１の両端は開放される。なお、この例では、MOSFETがオンとなっても、ダイオードからMOSFET側へ流れる電流は遮断されるので、共振抑制コイル３１を流れる交流電流の周期のうちの1/2の期間では、共振抑制コイル３１は、共振回路２０の共振に影響しない。しかしこの場合でも、送電装置２から受電装置３へ伝送される電力は低下するので、共振回路２０からの出力電圧は低下する。

通信器３３は、判定回路３０から、出力電圧の測定値が上限閾値以上となったことを通知されると、その通知内容を表す異常電圧発生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。また通信器３３は、出力電圧の測定値が上限閾値以上となってから、定電圧出力動作が再開されるまで、所定の送信周期ごとに、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３３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。

以下、非接触給電装置１の動作の詳細について説明する。

本実施形態では、送電装置２の制御回路１７は、通信器１５から異常電圧発生情報を受け取ると、非接触給電装置１が定電圧出力動作することが可能となるように、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の調整を開始する。そして制御回路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再開するまで、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調整する。

ここで、本実施形態による非接触給電装置は、送電側における共振を利用しない。このことから、非接触給電装置１の出力電圧の周波数特性は、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、いわゆるＳＰＬ方式の非接触給電装置において、送信コイルと直列接続されるコンデンサの静電容量を大きくして、送電側の共振回路の共振周波数を低下させたときの出力電圧の周波数特性と類似したものとなる。

図３は、共振抑制コイル３１が開放されたときの非接触給電装置１の等価回路図である。この等価回路１００において、送電側の送信コイル１４と受電側の共振回路２０の受信コイル２１とが結合して、n:1の理想トランスを形成するものとする。Lr及びLmは、送電側の送信コイル１４の漏れインダクタンス及び励磁インダクタンスである。なお、送電側の送信コイル１４のインダクタンスLpは、(Lm+Lr)と等しく、送信コイル１４と受信コイル２１間の結合度をkとすると、Lr=(1-k)Lp、Lm=kLpである。また、Riは、送電側の巻線抵抗値であり、Risは、受電側の巻線抵抗値である。Cpは、受電側の共振回路２０における、受信コイル２１と並列接続される共振コンデンサ２２の静電容量である。Lopは、受信コイル２１と直列接続されるコイル２３のインダクタンスである。そしてRacは、負荷回路２７の交流等価抵抗値であり、Rac=(8/π²)×Roで表される。

図４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４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、Lp=174μH、Cp=20nF、Lop=3Lp、Ri=Ris=0.3Ω、n=1、Vin=200V、Ro=200Ω(Rac≒162.1Ω)とした。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(10*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４０３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４０４は、結合度k=0.3、負荷回路２７の交流等価抵抗値を(10*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４０５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４０６は、結合度k=0.6、負荷回路２７の交流等価抵抗値を(10*Rac)としたときの出力電圧の周波数特性を表す。

図４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４１１～４１３の３通り）存在する。したがって、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を送信コイル１４に印加しても、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４１１～４１３で示される通り、負荷回路２７の抵抗値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。

図５は、図４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５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５０１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５０２は、結合度k=0.15、負荷回路２７の交流等価抵抗値を(10*Rac) 、送信コイル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５０３は、結合度k=0.3、負荷回路２７の交流等価抵抗値をRac、送信コイルに印加される電圧を(0.47*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５０４は、結合度k=0.3、負荷回路２７の交流等価抵抗値を(10*Rac) 、送信コイルに印加される電圧を(0.47*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５０５は、結合度k=0.6、負荷回路２７の交流等価抵抗値をRac、送信コイルに印加される電圧を(0.19*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５０６は、結合度k=0.6、負荷回路２７の交流等価抵抗値を(10*Rac) 、送信コイルに印加される電圧を(0.19*Vin)としたときの出力電圧の周波数特性を表す。

図４に示されたポイント４１１～４１３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５１１～５１３の３通りとなる。そしてポイント５１１～５１３のそれぞれの出力電圧は、互いに略等しい。

以上により、負荷回路２７の抵抗値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。

そこで、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。

通信器１５から異常電圧発生情報を受け取ると、制御回路１７は、送信コイル１４に印加される交流電力の電圧を下限の電圧まで低下させる。これにより、受電装置３側では、共振抑制コイル３１が開放されても、共振回路２０からの出力電圧が低下し、上限閾値以下となる。その後、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。

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の判定回路３０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、判定回路３０がスイッチング素子２９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。

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。

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。

また、エネルギー伝送効率を向上するためには、送電装置２の電力供給回路１０及び送信コイル１４が継続してソフトスイッチング（誘導性）動作することが好ましい。電力供給回路１０及び送信コイル１４がソフトスイッチング動作するためには、送信コイル１４を流れる電流の位相が印加される電圧の位相よりも遅れることが好ましい。これにより、例えば、スイッチング素子１３－１及びスイッチング素子１３－４がオンとなる際に、スイッチング素子１３－１のソース端子からドレイン端子へ向かって電流が流れることになるので、電力供給回路１０及び送信コイル１４がソフトスイッチング動作することとなり、スイッチングロスの発生が抑制される。

以上に説明してきたように、この非接触給電装置は、受電装置の共振回路からの出力電圧が上限閾値上になると、共振回路の受信コイルと電磁結合可能な共振抑制コイルを短絡することで共振回路の共振周波数を変化させて伝送される電力を低下させるとともに、送電装置に出力電圧が上限閾値上になったことを通知して、送電装置にて送信コイル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、定電圧出力動作となるよう変化させる。そのため、この非接触給電装置は、共振回路からの出力電圧が過度に上昇して受電装置または負荷回路が故障することを防止しつつ、継続的な電力伝送を可能として、エネルギー損失を抑制できる。

変形例によれば、送電装置２において、送信コイル１４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１４に印加する電圧を可変に調節できる回路であれば、上記の実施形態とは異なる回路構成を持っていてもよい。

図６は、変形例による、電力供給回路の回路図である。

図６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。

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。

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。

また、上記の実施形態において、電力供給回路１１０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。これにより、電力伝送において送信側の共振が利用されないので、送信コイル１４と受信コイル２１間の結合度が低い場合でも、電力伝送効率の低下が抑制される。また、共振抑制コイル３１が短絡されて、共振回路２０の共振が抑制されている場合でも、送信側の共振が利用されないので、入力インピーダンスがある程度大きな値となり、送信コイル１４に流れる電流が小さくなる。その結果としてエネルギーの損失が抑制される。

さらに、上記の実施形態または変形例において、受信コイル２１とコイル２３との間に、直流遮断用のコンデンサが設けられてもよい。

図７は、さらに他の変形例による受電装置４の構成図である。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、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、スイッチング素子２９と、判定回路３０と、共振抑制コイル３１と、スイッチ回路３２と、通信器３３と、出力コイル３４と、コンデンサ３５とを有する。この変形例による受電装置４は、上記の実施形態における受電装置３と比較して、出力コイル３４及びコンデンサ３５を有する点と、共振回路２０と整流平滑回路２４との接続関係が異なる。そこで以下では、これらの相違点及び関連する事項について説明する。

この変形例では、共振回路２０は、整流平滑回路２４とは独立に設けられる。その代わり、共振回路２０の受信コイル２１と電磁結合可能なように出力コイル３４が設けられる。出力コイル３４とコイル２３との間に、出力コイル３４と直列に直流遮断用のコンデンサ３５が接続される。そして出力コイル３４は、コンデンサ３５及びコイル２３を介して整流平滑回路２４と接続される。なお、受信コイル２１の巻き数と出力コイル３４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。

この変形例でも、送電装置２から受電装置３へ電力伝送される際、送信コイル１４を流れる電流と共振回路２０とが共振する。しかし、この変形例では、伝送された電力は、共振回路２０を介して、受信コイル２１と電磁結合された出力コイル３４から取り出される。

この変形例においても、上記の実施形態と同様に、判定回路３０は、電圧検出回路２８により測定された出力電圧の測定値が上限閾値以上となると、共振抑制コイル３１を短絡するようにスイッチ回路３２を制御するとともに、通信器３３を介して送電装置２へ異常電圧発生情報を通知すればよい。これにより、この変形例による受電装置４も、共振回路からの出力電圧が過度に上昇して受電装置または負荷回路が故障することを防止しつつ、継続的な電力伝送を可能として、エネルギー損失を抑制できる。なお、この変形例においても、異常電圧発生情報が通知されると、送電装置の制御回路は、上記の実施形態と同様に、送信コイルに印加する交流電力のスイッチング周波数及び電圧を制御して、非接触給電装置が定電圧出力動作を再開できるようにすればよい。

図８は、さらに他の変形例による受電装置５の構成図である。この変形例による受電装置５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、スイッチング素子２９と、判定回路３０と、共振抑制コイル３１と、スイッチ回路３２と、通信器３３とを有する。この変形例による受電装置５は、上記の実施形態における受電装置３と比較して、共振回路２０が整流平滑回路２４と接続される代わりに、共振抑制コイル３１が整流平滑回路２４と接続される点で異なる。そこで以下では、これらの相違点及び関連する事項について説明する。

この変形例でも、共振回路２０は、整流平滑回路２４とは独立に設けられる。その代わり、共振回路２０の受信コイル２１と電磁結合可能なように設けられた共振抑制コイル３１が、コイル２３を介して整流平滑回路２４と接続される。そしてスイッチ回路３２の一端は、共振抑制コイル３１の一端とコイル２３との間に接続され、スイッチ回路３２の他端は、共振抑制コイル３１の他端と接続される。なお、受信コイル２１の巻き数と共振抑制コイル３１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。

この変形例でも、送電装置２から受電装置３へ電力伝送される際、送信コイル１４と共振回路２０とが共振する。しかし、この変形例では、伝送された電力は、共振回路２０を介して、受信コイル２１と電磁結合された共振抑制コイル３１から取り出される。

この変形例においても、上記の実施形態と同様に、判定回路３０は、電圧検出回路２８により測定された出力電圧の測定値が上限閾値以上となると、共振抑制コイル３１を短絡するようにスイッチ回路３２を制御するとともに、通信器３３を介して送電装置２へ異常電圧発生情報を通知すればよい。これにより、この変形例による受電装置５も、共振回路からの出力電圧が過度に上昇して受電装置または負荷回路が故障することを防止しつつ、継続的な電力伝送を可能として、エネルギー損失を抑制できる。なお、この変形例においても、異常電圧発生情報が通知されると、送電装置の制御回路は、上記の実施形態と同様に、送信コイルに印加する交流電力のスイッチング周波数及び電圧を制御して、非接触給電装置が定電圧出力動作を再開できるようにすればよい。

なお、受電装置５において、共振抑制コイル３１の一端とスイッチ回路３２の一端との間に、直流遮断用のコンデンサが設けられてもよい。あるいは、共振抑制コイル３１の一端と接続されるスイッチ回路３２の一端とコイル２３との間に、直流遮断用のコンデンサが設けられてもよい。この場合も、判定回路３０は、共振抑制コイル３１を短絡するようスイッチ回路３２を制御することで、共振回路２０の共振周波数を変化させることができるので、出力電圧の測定値が上限閾値以上となったときに即座に伝送される電力を低下させて、受電装置または負荷回路が故障することを防止できる。

さらに他の変形例によれば、判定回路３０は、タイマ回路を有していてもよい。この場合、判定回路３０は、共振抑制コイル３１が短絡されてからの経過時間をタイマ回路により計時し、送電装置２の制御回路１７が送信コイル１４に印加する交流電力の電圧を低下させるのに要する所定期間を経過した時点で共振抑制コイル３１の両端を開放するよう、スイッチ回路３２を制御するとともに、スイッチング素子２９のオン／オフ制御を開始してもよい。あるいは、送電装置２の通信器１５と受電装置３の通信器３３とが双方向に通信可能に構成されてもよい。この場合には、送電装置２の制御回路１７が、送信コイル１４に印加する交流電力の電圧を低下させると、制御回路１７は、通信器１５を介してその旨を受電装置３の通信器３３へ通知してもよい。そして受電装置３の判定回路３０は、通信器３３を介して送信コイル１４に印加する交流電力の電圧を低下させたことが通知されると、共振抑制コイル３１の両端を開放するよう、スイッチ回路３２を制御するとともに、スイッチング素子２９のオン／オフ制御を開始してもよい。
この変形例でも、非接触給電装置は、共振回路からの出力電圧が過度に上昇して受電装置または負荷回路が故障することを防止しつつ、継続的な電力伝送を可能として、エネルギー損失を抑制できる。

さらに他の変形例によれば、共振回路２０と整流平滑回路２４の間に接続されるコイル２３及びスイッチング素子２９は省略されてもよい。この場合には、送電装置２の制御回路１７は、通信器１５を介して異常電圧発生情報を受け取ると、送信コイル１４に印加する交流電力の電圧を、共振回路２０からの出力電圧が上限閾値未満となるまで低下させればよい。またこの場合には、送電装置２の電力供給回路は、送信コイル１４に印加する交流電力の電圧を調整可能な様々な回路の何れかとすることができる。

また、送電装置２の通信器１５と受電装置３の通信器３３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３３は、それぞれ、判定情報など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。

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。

１非接触給電装置
２送電装置
１０、１１０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、５受電装置
２０共振回路
２１受信コイル
２２コンデンサ
２３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スイッチング素子
３０判定回路
３１共振抑制コイル
３２スイッチ回路
３３通信器
３４出力コイル
３５コンデンサ
１３１コンデンサ

Claims

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、交流電力を供給し、かつ、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の少なくとも一方を調整可能な電力供給回路と、
前記受電装置から出力電圧異常信号を受信する第１の通信器と、
前記第１の通信器が前記出力電圧異常信号を受信すると、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の少なくとも一方を変更する制御回路とを有し、
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、前記受信コイルと並列に接続される共振コンデンサとを有する共振回路と、
前記共振回路を介して受信した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接続されるコイルと、
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、
前記整流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、
前記第１の通信器と通信可能な第２の通信器と、
前記出力電圧の測定値が所定の上限閾値以上となると、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するとともに、前記第２の通信器に前記出力電圧異常信号を送信させる判定回路と、
を有し、
前記送電装置の前記制御回路は、前記第１の通信器が前記出力電圧異常信号を受信すると、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非接触給電装置。
前記受電装置の前記判定回路は、前記送電装置の前記制御回路が前記交流電力のスイッチング周波数及び電圧の前記少なくとも一方の変更を開始すると、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、請求項１に記載の非接触給電装置。