(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電圧を直流電圧に変換して出力するＡＣ−ＤＣコンバータと、
該ＡＣ−ＤＣコンバータの出力が供給される駆動回路と該駆動回路から所定周波数の交流電力が供給される送電コイルとからなる送電装置と、
該送電コイルから電磁誘導を用いて非接触で電力伝送される受電コイルと該受電コイルに誘導される電圧を整流して得られる出力電圧を検出する検出回路とを備えた受電装置とからなり、
該ＡＣ−ＤＣコンバータは、
該交流電圧が供給される整流平滑回路と、
１次巻線および２次巻線を有するトランスと、
該整流回路の出力部に該１次巻線と直列接続されるスイッチ回路と、
該２次巻線の出力を整流して得られる該直流電圧を検出する検出手段と、
該検出手段から供給される信号に基づいて該スイッチ回路を駆動するスイッチ制御回路とを備え、
該検出手段は、
該直流電圧を分圧する複数の電圧検出抵抗を有し、
該検出回路の検出信号に基づいて、
該出力電圧が安定するように該直流電圧を制御し、
該検出信号により、該電圧検出抵抗の一部を可変させて、
該電圧検出抵抗により分圧された電圧に基づいて、
該直流電圧が可変するように該スイッチ回路を制御する
ことを特徴とする非接触電力伝送装置。
【請求項２】
前記検出信号が、
前記駆動回路および前記送電コイルが設けられた前記送電装置を介して前記ＡＣ−ＤＣコンバータに供給される請求項１に記載の非接触電力伝送装置。
【請求項３】
前記ＡＣ−ＤＣコンバータと前記送電装置が、コネクタを介して着脱可能である
請求項２に記載の非接触電力伝送装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は非接触で電力を伝送する非接触電力伝送装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話やデジタルカメラ、ノートパソコンなどの電子機器に対して非接触で電力を伝送する方式が普及してきている。送電装置に内蔵される送電コイルから発生する交流磁場により、電子機器に内蔵される受電コイルに電力を伝送する。受電コイルに供給された電力は整流平滑回路を介して二次電池などの負荷に供給される。電子機器が使用する電力量によって負荷が変動するため、送電コイルから受電コイルに伝送される電力を制御して、出力電圧を安定化する必要がある。
【０００３】
特許文献１には、送電コイルに供給する電圧を制御する電源制御回路を備えた非接触電力伝送装置が記載されている。図３は、従来の非接触電力伝送装置の回路図を示す図である。商用電源などの電源から交流電圧ＡＣが供給されるＡＣ−ＤＣコンバータ５０と、送電装置６０および受電装置７０を備える。
【０００４】
送電装置６０は、駆動回路６１、送電コイル６２、電圧可変回路６３、通信手段６４および制御回路６５を備える。また、受電装置７０は、受電コイル７１、整流平滑回路７２、検出回路７３および通信手段７４を備える。
【０００５】
ＡＣ−ＤＣコンバータ５０は、交流電力を直流電力に変換して電圧可変回路６３に供給する。電圧可変回路６３は、供給された直流電力の電圧などを変換し、駆動回路６１に供給する。駆動回路６１は、供給された電圧を交流電力に変換して送電コイル６２に供給する。受電コイル７１は、電磁誘導作用により送電コイル６２から電力を受電する。受電コイル７１に誘導される交流電力は、整流平滑回路３２により整流され出力電圧Ｖｏが得られる。検出回路７３は、出力電圧Ｖｏを基準電圧と比較し、通信手段７４、６４を介して検出信号を制御回路６５に送信する。一例として、通信手段７４は発光ダイオード、通信手段６４はフォトトランジスタにより構成される。制御回路６５は、検出信号に基づいて出力電圧Ｖｏを所定値に安定するように、電圧可変回路６３から送電コイル６２に供給する直流電力を可変制御する。このようにして、出力電圧Ｖｏを制御している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−６５７４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、このような非接触電力伝送装置において、ＡＣ−ＤＣコンバータ５０の損失に加えて、電圧可変回路６３の損失が発生するため、効率が悪くなるという問題があった。出力電圧Ｖｏを制御する方法として、送電コイル６２に供給する交流電力の発振周波数を変化させるという方法もある。しかし、出力電圧Ｖｏを安定化するためには、発振周波数を大幅に変化させる必要があるため、発振周波数が雑音端子電圧規格の周波数範囲に入ってしまい、ノイズフィルタを大型化する必要がある。また、発振周波数が最適な条件から外れてしまい、電力伝送効率が低下してしまうという問題があった。
【０００８】
本発明はこのような問題を考慮してなされたものであり、ＡＣ−ＤＣコンバータを用いる場合に損失を低減し、効率を改善した非接触電力伝送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】
【０００９】
本発明はこのような目的を達成するため、交流電圧を直流電圧に変換して出力するＡＣ−ＤＣコンバータと、該ＡＣ−ＤＣコンバータの出力が供給される駆動回路と、該駆動回路から所定周波数の交流電力が供給される送電コイルと、該送電コイルから電磁誘導を用いて非接触で電力伝送される受電コイルと、該受電コイルの出力電圧を検出する検出回路とを備え、該検出回路の検出信号に基づいて該ＡＣ−ＤＣコンバータの出力が一定になるように制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によると、ＡＣ−ＤＣコンバータを用いたときに、送電回路における損失を低減し、効率を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１の実施例に係る非接触電力伝送装置の回路図
【図２】本発明の第２の実施例に係る非接触電力伝送装置の回路図
【図３】従来の非接触電力伝送装置の回路図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１に本発明の第１の実施例に係る非接触電力伝送装置の回路図を示す。商用電源などの電源から交流電圧ＡＣが供給されるＡＣ−ＤＣコンバータ１０と、送電装置２０および受電装置３０を備える。ＡＣ−ＤＣコンバータ１０と送電装置２０には、それぞれ正端子Ｖ、ＧＮＤ端子Ｇ、信号端子Ｓが設けられており、各端子同士はそれぞれケーブルによりコネクタ接続されている。
【００１３】
ＡＣ−ＤＣコンバータ１０は、整流平滑回路１１、スイッチ回路１２、１次巻線および２次巻線を有するトランス１３、整流回路１４、検出手段１５およびスイッチ制御回路１６を備える。送電装置２０は、駆動回路２１、送電コイル２２、フォトトランジスタ２３およびＰＮＰ型デジタルトランジスタ２４を備える。受電装置３０は、受電コイル３１、整流平滑回路３２、検出回路３３および発光ダイオード３４を備える。
【００１４】
整流平滑回路１１は、商用電源などの電源から供給される交流電圧ＡＣを整流平滑する。スイッチ回路１２は、整流平滑回路１１から供給される直流電圧を交流電圧に変換して、トランス１３の１次巻線に供給する。トランス１３の２次巻線に誘起される電圧は、整流回路１４によって整流され、直流電圧Ｖｉが得られる。直流電圧Ｖｉは、各正端子Ｖを介して駆動回路２１に供給される。駆動回路２１は、直流電圧Ｖｉを所定の周波数の交流電圧に変換し、得られた交流電圧を送電コイル２２に供給する。受電コイル３１は、電磁誘導作用により送電コイル２２から電力を受電する。受電コイル３１に誘導される交流電力は、整流平滑回路３２によって整流平滑され、出力電圧Ｖｏが得られる。出力電圧Ｖｏは、二次電池などの負荷（図示せず）に供給される。
【００１５】
検出回路３３は、出力電圧Ｖｏと基準電圧を比較して得られる検出信号を発光ダイオード３４を介してフォトトランジスタ２３に送信する。フォトトランジスタ２３のコレクタ端子はデジタルトランジスタ２４のベース端子に、フォトトランジスタ２３のエミッタ端子はデジタルトランジスタ２４のコレクタ端子に接続されている。また、デジタルトランジスタ２４のエミッタ端子は送電装置２０の信号端子Ｓに、デジタルトランジスタ２４のコレクタ端子は送電装置２０のＧＮＤ端子Ｇに接続されている。
【００１６】
ＡＣ−ＤＣコンバータ１０の検出手段１５の構成について説明する。検出手段１５は、発光ダイオードＬＥＤとフォトトランジスタＰＴからなるフォトカプラ、シャントレギュレータＳＲおよび分圧抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３を備える。分圧抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３は、ＡＣ−ＤＣコンバータ１０の正端子ＶとＧＮＤ端子Ｇの間に直列接続されている。発光ダイオードＬＥＤのアノード端子は、抵抗を介してＡＣ−ＤＣコンバータ１０の正端子Ｖに接続されている。発光ダイオードＬＥＤのカソード端子は、シャントレギュレータＳＲのカソード端子に接続されている。シャントレギュレータＳＲのアノード端子は、ＡＣ−ＤＣコンバータ１０のＧＮＤ端子Ｇに接続されている。シャントレギュレータＳＲのリファレンス端子は、分圧抵抗Ｒ１とＲ２間に接続されている。また、ＡＣ−ＤＣコンバータ１０の信号端子Ｓは、分圧抵抗Ｒ２とＲ３間に接続されている。すなわち、分圧抵抗Ｒ３の両端は、各正端子Ｖおよび各ＧＮＤ端子Ｇを介してデジタルトランジスタ２４の主電流路に接続される構成となっている。フォトトランジスタＰＴは、スイッチ制御回路１６に接続されている。スイッチ制御回路１６は、フォトトランジスタＰＴに供給される信号に基づいて、スイッチ回路１２を制御する。
【００１７】
次に、出力電圧Ｖｏの制御動作について説明する。検出回路３３は、出力電圧Ｖｏと基準電圧を比較検出する。出力電圧Ｖｏが所定の基準電圧より低くなると、発光ダイオード３４からフォトトランジスタ２３に信号が送信され、デジタルトランジスタ２４がオンとなる。すると、分圧抵抗Ｒ３の両端が短絡されるため、シャントレギュレータＳＲのリファレンス端子に供給される電圧が低くなる。これを発光ダイオードＬＥＤとフォトトランジスタＰＴからなるフォトカプラで検出し、スイッチ制御回路１６は、ＡＣ−ＤＣコンバータ１０の出力である直流電圧Ｖｉが上昇するようにスイッチ回路１２を制御する。直流電圧Ｖｉが上昇すれば、送電コイル２２から受電コイル３１に伝送される電力が増加するため、出力電圧Ｖｏも増加する。
【００１８】
他方、出力電圧Ｖｏが所定の基準電圧より高くなると、発光ダイオード３４からフォトトランジスタ２３には信号が送信されず、デジタルトランジスタ２４がオフとなる。すると、分圧抵抗Ｒ３の両端がオープンとなるため、シャントレギュレータＳＲのリファレンス端子に供給される電圧が高くなる。これを発光ダイオードＬＥＤとフォトトランジスタＰＴからなるフォトカプラで検出し、スイッチ制御回路１６は、ＡＣ−ＤＣコンバータ１０の出力である直流電圧Ｖｉが下降するようにスイッチ回路１２を制御する。直流電圧Ｖｉが下降すれば、送電コイル２２から受電コイル３１に伝送される電力が減少するため、出力電圧Ｖｏも減少する。負荷が変動し、送電装置３０の出力電圧Ｖｏが変動した場合でも、このような動作を繰り返して出力電圧Ｖｏが安定するように制御される。
【００１９】
このように、出力電圧Ｖｏの変化に応じてＡＣ−ＤＣコンバータ１０の出力を直接制御することにより、送電装置２０内の電圧可変回路を省くことができ、送電装置２０を小型化することができる。また、従来生じていた電圧可変回路における損失をなくすことができるため、回路全体の効率を改善することができる。また、送電コイル２２に供給される交流電圧の発振周波数を大幅に変化させずに出力電圧Ｖｏを制御できる。そのため、基本周波数が雑音端子電圧規格の周波数範囲の下限値である１５０ｋＨｚ以下に設定可能となり、ノイズフィルタが大型化するのを抑制できる。また、第３高調波がＡＭラジオ周波数帯域に入らないためノイズ面で有利である。また、発振周波数が最適な条件から外れてしまうこともなくなる。
【００２０】
検出回路３３から供給される検出信号に応じて、ＡＣ−ＤＣコンバータ１０の出力である直流電圧Ｖｉを検出している分圧抵抗の一部を変化させている。この抵抗変化に応じて、スイッチ回路１２を制御し、ＡＣ−ＤＣコンバータ１０の出力である直流電圧Ｖｉを変化させている。また、検出手段１５には、発光ダイオードＬＥＤとフォトトランジスタＰＴからなるフォトカプラが設けられており、トランス１３の１次巻線と２次巻線との間は絶縁された構成になっている。よって、検出信号はＡＣ−ＤＣコンバータ１０の２次回路の制御信号となるため安全規格面で制約を受けない。また、単に分圧抵抗Ｒ１〜Ｒ３の一部を変化させているため、回路構成が簡易で付加部品が少なくてすむ。
【００２１】
次に、図２に本発明の第２の実施例に係る非接触電力伝送装置の回路図を示す。なお、第１の実施例と同じ機能を有する部位には同じ符号を付し、説明は省略する。送電装置２０は、駆動回路２１、送電コイル２２、復調回路２６、マイコン２７および制御回路２８を備える。受電装置３０は、受電コイル３１、整流平滑回路３２、検出回路３３、マイコン３６および変調回路３７を備える。
【００２２】
検出回路３３は、出力電圧Ｖｏと基準電圧を比較して得られる検出信号をマイコン３６に送信する。マイコン３６は、検出信号に基づいて変調回路３７を制御する。変調回路３７は、検出信号を変調し、受電コイル３１に重畳する。受電コイル３１に重畳した変調信号は送電コイル２２の電圧変化として現れる。この電圧変化を送電コイル２２の一方に接続された復調回路２６で復調して検出信号を得る。復調した検出信号は、マイコン２７に送信される。マイコン２７は、検出信号を制御回路２８および信号端子Ｓを介して検出手段１５に供給する。
【００２３】
次に、出力電圧Ｖｏが所定の基準電圧より低くなると、制御回路２８は分圧抵抗Ｒ３の両端を短絡する。すると、シャントレギュレータＳＲのリファレンス端子に供給される電圧が低くなり、これを発光ダイオードＬＥＤとフォトトランジスタＰＴからなるフォトカプラで検出する。そして、スイッチ制御回路１６は、ＡＣ−ＤＣコンバータ１０の出力である直流電圧Ｖｉが上昇するようにスイッチ回路１２を制御する。
【００２４】
他方、出力電圧Ｖｏが所定の基準電圧より高くなると、制御回路２８は分圧抵抗Ｒ３の両端をオープンとする。すると、シャントレギュレータＳＲのリファレンス端子に供給される電圧が高くなり、これを発光ダイオードＬＥＤとフォトトランジスタＰＴからなるフォトカプラで検出する。そして、スイッチ制御回路１６は、ＡＣ−ＤＣコンバータ１０の出力である直流電圧Ｖｉが下降するようにスイッチ回路１２を制御する。第１の実施例と同様に、出力電圧Ｖｏが変動した場合でも、このような動作を繰り返して出力電圧Ｖｏが安定するように制御される。
【００２５】
出力電圧Ｖｏを制御するためには、出力電圧Ｖｏと基準電圧を比較して得られる検出信号を受電装置３０から送電装置２０に送信する必要がある。第１の実施例では、発光ダイオード３４とフォトトランジスタ２３を、第２の実施例では、マイコン２７、３６、変調回路３７、復調回路２６を用いて検出信号の送受信を行っている。検出信号の送受信する方法はこれらに限定されるものではなく、非接触で送受信できるのであればどのような方法を用いてもよい。
【００２６】
出力電圧Ｖｏを検出する検出回路３３から供給される検出信号は、送電装置２０を介してＡＣ−ＤＣコンバータ１０に供給される。これにより、ＡＣ−ＤＣコンバータ１０と受電装置３０間で直接信号をやり取りする必要がない。また、ＡＣ−ＤＣコンバータ１０と送電装置２０には、直流電圧Ｖｉを供給するための正端子ＶおよびＧＮＤ端子Ｇ、検出信号を送受信するための信号端子Ｓが設けられている。コネクタによって各端子間を着脱可能に構成し、各端子間をまとめて１本のケーブルで接続することで、端子間のケーブルを複数用意する必要はない。
【符号の説明】
【００２７】
１０  ＡＣ−ＤＣコンバータ
１１  整流平滑回路
１２  スイッチ回路
１３  トランス
１４  整流回路
１５  検出手段
１６  スイッチ制御回路
２０  送電装置
２１  駆動回路
２２  送電コイル
２３  フォトトランジスタ
２４  ＰＮＰ型デジタルトランジスタ
２６  復調回路
２７  マイコン
２８  制御回路
３０  受電装置
３１  受電コイル
３２  整流平滑回路
３３  検出回路
３４  発光ダイオード
３６  マイコン
３７  変調回路
【図１】
0005571012.tif 000002
【図２】
0005571012.tif 000003
【図３】
0005571012.tif 000004