(57)【要約】【課題】簡易な構成で電圧に対する耐性の高い、半導体を用いたスイッチ回路及び該スイッチ回路を備える送電装置を提供する。【解決手段】本発明に係るスイッチ回路は、第一の入出力端子と第二の入出力端子との間に、エミッタ同士又はコレクタ同士が互いに接続されている一対のトランジスタが接続されている。エミッタ同士が接続されている場合、コレクタと第一の入出力端子、第二の入出力端子との間に第一のダイオードが、エミッタと第一の入出力端子、第二の入出力端子との間に逆極性の第二のダイオードが、それぞれ接続されている。コレクタ同士が接続されている場合、エミッタと第一の入出力端子、第二の入出力端子との間に第三のダイオードが、コレクタと第一の入出力端子、第二の入出力端子との間に逆極性の第四のダイオードが、それぞれ接続されている。【選択図】図１
2014003562.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の入出力端子と第二の入出力端子との間に、エミッタ同士又はコレクタ同士が互いに接続されている一対のトランジスタが接続され、
該一対のトランジスタのエミッタ同士が接続されている場合、コレクタと前記第一の入出力端子との間、及びコレクタと前記第二の入出力端子との間に、それぞれ電流の流れる方向に極性を有する第一のダイオードが、エミッタと前記第一の入出力端子との間、及びエミッタと前記第二の入出力端子との間に、前記第一のダイオードとは逆極性の第二のダイオードが、それぞれ接続され、
前記一対のトランジスタのコレクタ同士が接続されている場合、エミッタと前記第一の入出力端子との間、及びエミッタと前記第二の入出力端子との間に、それぞれ電流の流れる方向に極性を有する第三のダイオードが、コレクタと前記第一の入出力端子との間、及びコレクタと前記第二の入出力端子との間に、前記第三のダイオードとは逆極性の第四のダイオードが、それぞれ接続され、
前記一対のトランジスタのベースに供給される電流を制御回路で制御することより前記一対のトランジスタのオンオフの切り換えを制御することを特徴とするスイッチ回路。
【請求項２】
前記制御回路の代わりに、前記一対のトランジスタのベースとエミッタとの間に、前記一対のトランジスタのオンオフを切り換えるオンオフスイッチが接続され、
前記一対のトランジスタのベースとコレクタとの間に、それぞれ抵抗素子が接続されていることを特徴とする請求項１に記載のスイッチ回路。
【請求項３】
前記一対のトランジスタは、それぞれ同極性に直列に接続された複数のトランジスタで構成された２つのトランジスタ列であり、前記オンオフスイッチを接続する場合には、トランジスタ列内の隣接するトランジスタのベース同士が抵抗素子を介して互いに接続されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のスイッチ回路。
【請求項４】
少なくとも受動電圧と、該受動電圧より高い能動電圧を発する電源回路と、
複数の送電電極と、
該送電電極ごとに受動電圧又は能動電圧のいずれかを供給するよう前記電源回路との接続状態を切り換える、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のスイッチ回路と、
該スイッチ回路の切り換えを制御する制御回路と
を備え、
少なくとも２つの前記スイッチ回路の第二の入出力端子が前記送電電極に接続され、
一方の前記スイッチ回路の第一の入出力端子には能動電圧が供給され、他方の前記スイッチ回路の第一の入出力端子には受動電圧が供給されることを特徴とする送電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スイッチ回路及び該スイッチ回路を備える電界結合型の電力伝送システムの送電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、非接触で電力を伝送する電子機器が多々開発されている。非接触で電力を伝送する方式として、送電ユニット及び受電ユニットの小型化の観点から、容量結合型の電力伝送システムが採用される機会が増えている。
【０００３】
例えば特許文献１には、送電ユニット側に送電電極を格子状に配置してあり、受電ユニットに設けてある受電電極に対向する位置の送電電極に対して電力を供給するようスイッチ回路で切り換えることができる電力伝送システム（容量結合型充電器）が開示されている。図１６は、従来の容量結合型充電器の構成を示す模式図である。
【０００４】
図１６では、送電台（送電装置）１の携帯端末（受電装置）２を載置する面に格子状に配置された矩形状の結合電極４のうち、受電装置２が載置される領域の結合電極４に通電するよう電源回路１００との接続状態をスイッチ回路１０４で切り換えている。これにより、通電された結合電極４は送電電極として機能する。また、特許文献２には、半導体素子を用いた交流スイッチ回路が開示されている。図１７は、従来の交流スイッチ回路の構成を示す例示図である。
【０００５】
図１７（ａ）は、逆並列サイリスタを用いた従来の交流スイッチ回路の例示図である。サイリスタＳＣＲ１、ＳＣＲ２に付与されるゲート信号により、端子Ｕと端子Ｘとの間に印加される交流の位相を制御する。しかし、図１７（ａ）に示す交流スイッチ回路の応答は速くない。図１７（ｂ）は、トランジスタとダイオードとを用いた従来の交流スイッチ回路の例示図である。
【０００６】
図１７（ｂ）に示すスイッチ回路ＳＷ１、ＳＷ２では、トランジスタＴｒ１とダイオードＤ１１とが直列に接続され、トランジスタＴｒ１とダイオードＤ１２とが逆並列に接続されている。同様に、トランジスタＴｒ２とダイオードＤ２１とが直列に接続され、トランジスタＴｒ２とダイオードＤ２２とが逆並列に接続されている。端子Ｕから端子Ｘの方向に流れる電流はトランジスタＴｒ１をオンオフ制御することで、端子Ｘから端子Ｕの方向に流れる電流はトランジスタＴｒ２をオンオフ制御することで、それぞれ導通を制御している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】欧州特許出願公開第１６８９０６２号明細書
【特許文献２】特開昭６１−２３４６２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、容量結合型の電力伝送システムにおいて、電源回路１００との接続状態を切り換えるスイッチ回路１０４には、数百Ｖ〜数ｋＶ程度の高電圧に対する耐性が要求される。半導体スイッチで対応する場合、特殊なプロセスが必要であったり、サイズが大きくなったり、安価で小型化されたスイッチ回路を構成することが困難であるという問題点があった。
【０００９】
また、半導体素子を用いて交流スイッチ回路ＳＷ１、ＳＷ２を構成する場合、例えば交流スイッチ回路ＳＷ１、ＳＷ２を構成するトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２の端子間の浮遊容量が大きくなり、端子Ｕと端子Ｘとの間が容量短絡されるおそれがあった。このため、送電電極に高い電圧を供給した場合、送電電極をオフ状態に切り換えることができないおそれがあるという問題点があった。
【００１０】
確実に高い電圧に対する耐性を確保するには、例えばリードスイッチ、リレー等を採用せざるを得ず、装置全体として小型化、低コスト化が困難になるという問題点もあった。
【００１１】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、簡易な構成で電圧に対する耐性の高い、半導体を用いたスイッチ回路及び該スイッチ回路を備える送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】
【００１２】
上記目的を達成するために本発明に係るスイッチ回路は、第一の入出力端子と第二の入出力端子との間に、エミッタ同士又はコレクタ同士が互いに接続されている一対のトランジスタが接続され、該一対のトランジスタのエミッタ同士が接続されている場合、コレクタと前記第一の入出力端子との間、及びコレクタと前記第二の入出力端子との間に、それぞれ電流の流れる方向に極性を有する第一のダイオードが、エミッタと前記第一の入出力端子との間、及びエミッタと前記第二の入出力端子との間に、前記第一のダイオードとは逆極性の第二のダイオードが、それぞれ接続され、前記一対のトランジスタのコレクタ同士が接続されている場合、エミッタと前記第一の入出力端子との間、及びエミッタと前記第二の入出力端子との間に、それぞれ電流の流れる方向に極性を有する第三のダイオードが、コレクタと前記第一の入出力端子との間、及びコレクタと前記第二の入出力端子との間に、前記第三のダイオードとは逆極性の第四のダイオードが、それぞれ接続され、前記一対のトランジスタのベースに供給される電流を制御回路で制御することより前記一対のトランジスタのオンオフの切り換えを制御することを特徴とする。
【００１３】
上記構成では、一対のトランジスタのベースに供給する電流を制御回路で制御することにより、一対のトランジスタのオンオフを切り換えることができるので、制御回路による電流の制御に応じて交流電流のオンオフを制御することが可能となる。また、トランジスタとダイオードとを直列に接続することにより浮遊容量を抑制することができるので、高電圧・高周波の信号が入力された場合であってもスイッチ回路として正しく動作することが可能となる。
【００１４】
また、本発明に係るスイッチ回路は、前記制御回路の代わりに、前記一対のトランジスタのベースとエミッタとの間に、前記一対のトランジスタのオンオフを切り換えるオンオフスイッチが接続され、前記一対のトランジスタのベースとコレクタとの間に、それぞれ抵抗素子が接続されていることが好ましい。
【００１５】
上記構成では、オンオフスイッチの操作により交流電流のオンオフを制御することができる。また、トランジスタとダイオードとを直列に接続することにより浮遊容量を抑制することができるので、高電圧・高周波の信号が入力された場合であってもスイッチ回路として正しく動作することが可能となる。
【００１６】
また、本発明に係るスイッチ回路は、前記一対のトランジスタは、それぞれ同極性に直列に接続された複数のトランジスタで構成された２つのトランジスタ列であり、前記オンオフスイッチを接続する場合には、トランジスタ列内の隣接するトランジスタのベース同士が抵抗素子を介して互いに接続されていることが好ましい。
【００１７】
上記構成では、複数のトランジスタが直列に接続されていることから浮遊容量を大きく抑制することができ、高電圧・高周波の信号が入力された場合であってもスイッチ回路として正しく動作することが可能となる。
【００１８】
次に、上記目的を達成するために本発明に係る送電装置は、少なくとも受動電圧と、該受動電圧より高い能動電圧を発する電源回路と、複数の送電電極と、該送電電極ごとに受動電圧又は能動電圧のいずれかを供給するよう前記電源回路との接続状態を切り換える、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のスイッチ回路と、該スイッチ回路の切り換えを制御する制御回路とを備え、少なくとも２つの前記スイッチ回路の第二の入出力端子が前記送電電極に接続され、一方の前記スイッチ回路の第一の入出力端子には能動電圧が供給され、他方の前記スイッチ回路の第一の入出力端子には受動電圧が供給されることを特徴とする。
【００１９】
上記構成では、トランジスタとダイオードとを直列に接続することにより浮遊容量を抑制することができるスイッチ回路を備えているので、リードスイッチ、リレー等を採用する必要がなく、送電装置全体として小型化することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明に係るスイッチ回路では、一対のトランジスタのベースに供給する電流を制御回路で制御することにより、一対のトランジスタのオンオフを切り換えることができるので、制御回路による電流の制御に応じて交流電流のオンオフを制御することが可能となる。また、トランジスタとダイオードとを直列に接続することにより浮遊容量を抑制することができるので、高電圧・高周波の信号が入力された場合であってもスイッチ回路として正しく動作することが可能となる。また、本発明に係るスイッチ回路を、非接触の電力伝送システムの送電装置に備えることにより、リードスイッチ、リレー等を採用する必要がなく、送電装置全体として小型化することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施の形態１に係るスイッチ回路の概略構成を示す模式回路図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係るスイッチ回路の、オンオフスイッチを接続した場合の概略構成を示す模式回路図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係るスイッチ回路の他の構成を示す模式回路図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係るスイッチ回路の、オンオフスイッチを接続した場合の他の構成を示す模式回路図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係るスイッチ回路の、２つのトランジスタ列及びオンオフスイッチを接続した場合の概略構成を示す模式回路図である。
【図６】本発明の実施の形態２に係るスイッチ回路の概略構成を示す模式回路図である。
【図７】本発明の実施の形態２に係るスイッチ回路の、オンオフスイッチを接続した場合の概略構成を示す模式回路図である。
【図８】本発明の実施の形態２に係るスイッチ回路の、オンオフスイッチを接続した場合の他の構成を示す模式回路図である。
【図９】本発明の実施の形態２に係るスイッチ回路の他の構成を示す模式回路図である。
【図１０】本発明の実施の形態２に係るスイッチ回路の、オンオフスイッチを接続した場合の他の構成を示す模式回路図である。
【図１１】本発明の実施の形態２に係るスイッチ回路の、オンオフスイッチを接続した場合の他の構成を示す模式回路図である。
【図１２】本発明の実施の形態１に係るスイッチ回路の、電源を接続した場合の概略構成を示す模式回路図である。
【図１３】本発明の実施の形態３に係るスイッチ回路を備える送電装置を用いた電力伝送システムの構成を模式的に示すブロック図である。
【図１４】本発明の実施の形態３に係る送電装置を用いた電力伝送システムの等価回路図である。
【図１５】本発明の実施の形態３に係る送電装置のスイッチ回路の接続状態の例示図である。
【図１６】従来の容量結合型充電器の構成を示す模式図である。
【図１７】従来の交流スイッチ回路の構成を示す例示図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態に係るスイッチ回路及び該スイッチ回路を備える送電装置を用いた電力伝送システムについて、図面を用いて具体的に説明する。以下の実施の形態は、特許請求の範囲に記載された発明を限定するものではなく、実施の形態の中で説明されている特徴的事項の組み合わせの全てが解決手段の必須事項であるとは限らないことは言うまでもない。
【００２３】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係るスイッチ回路の概略構成を示す模式回路図である。本実施の形態１に係るスイッチ回路は、第一の入出力端子Ｐ１と第二の入出力端子Ｐ２との間に一対のＮＰＮ型のトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２が接続されている。
【００２４】
図１の例では、一対のＮＰＮ型のトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２のエミッタ同士が接続されており、コレクタはそれぞれ第一の入出力端子Ｐ１、第二の入出力端子Ｐ２へ接続されている。トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２のコレクタと第一の入出力端子Ｐ１、第二の入出力端子Ｐ２との間には、それぞれ電流の流れる方向に極性を有する第一のダイオードＤ１、Ｄ２が接続されている。また、トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２のエミッタと第一の入出力端子Ｐ１、第二の入出力端子Ｐ２との間には、第一のダイオードＤ１、Ｄ２とは逆極性の第二のダイオードＤ３、Ｄ４が接続されている。
【００２５】
トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２のベース端子Ｐ３、Ｐ４には、制御回路１０２が接続されており、トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２のベースに供給される電流を制御回路１０２で制御することにより、トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２のオンオフを切り換える。すなわち、制御回路１０２により、ベース端子Ｐ３、Ｐ４にオフ信号が供給された場合には交流電流が遮断され、オン信号が供給された場合には交流電流が流れる。
【００２６】
もちろん、制御回路１０２の代わりに、オンオフスイッチを接続しても良い。図２は、本発明の実施の形態１に係るスイッチ回路の、オンオフスイッチを接続した場合の概略構成を示す模式回路図である。
【００２７】
図２の例では、図１と同様に、一対のＮＰＮ型のトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２のエミッタ同士が接続されており、コレクタはそれぞれ第一の入出力端子Ｐ１、第二の入出力端子Ｐ２へ接続されている。トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２のコレクタと第一の入出力端子Ｐ１、第二の入出力端子Ｐ２との間には、それぞれ電流の流れる方向に極性を有する第一のダイオードＤ１、Ｄ２が接続されている。また、トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２のエミッタと第一の入出力端子Ｐ１、第二の入出力端子Ｐ２との間には、第一のダイオードＤ１、Ｄ２とは逆極性の第二のダイオードＤ３、Ｄ４が接続されている。
【００２８】
トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２のベースは、それぞれ第一の入出力端子Ｐ１、第二の入出力端子Ｐ２に接続されるとともに、互いに接続されている。トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２のベースとコレクタとの間には、それぞれ抵抗素子Ｒ１、Ｒ２が接続されている。
【００２９】
オンオフスイッチＳ１は、トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２のベースとエミッタとの間に接続されており、トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２のベースに供給される電流を制御する。すなわち、オンオフスイッチＳ１がオン状態となった場合に交流電流が遮断され、オフ状態となった場合に交流電流が流れる。
【００３０】
また、トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２はＮＰＮ型のトランジスタに限定されるものではなく、ＰＮＰ型のトランジスタであっても良い。図３は、本発明の実施の形態１に係るスイッチ回路の他の構成を示す模式回路図である。図３に示すスイッチ回路は、第一の入出力端子Ｐ１と第二の入出力端子Ｐ２との間に一対のＰＮＰ型のトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２が接続されている。
【００３１】
図３の例では、一対のＰＮＰ型のトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２のエミッタ同士が接続されており、コレクタはそれぞれ第一の入出力端子Ｐ１、第二の入出力端子Ｐ２へ接続されている。トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２のコレクタと第一の入出力端子Ｐ１、第二の入出力端子Ｐ２との間には、それぞれ電流の流れる方向に極性を有する第一のダイオードＤ１、Ｄ２が接続されている。また、トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２のエミッタと第一の入出力端子Ｐ１、第二の入出力端子Ｐ２との間には、第一のダイオードＤ１、Ｄ２とは逆極性の第二のダイオードＤ３、Ｄ４が接続されている。
【００３２】
トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２のベース端子Ｐ３、Ｐ４には、制御回路１０２が接続されており、トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２のベースに供給される電流を制御回路１０２で制御することにより、トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２のオンオフを切り換える。すなわち、制御回路１０２により、ベース端子Ｐ３、Ｐ４にオフ信号が供給された場合には交流電流が遮断され、オン信号が供給された場合には交流電流が流れる。
【００３３】
もちろん、制御回路１０２の代わりに、オンオフスイッチを接続しても良い。図４は、本発明の実施の形態１に係るスイッチ回路の、オンオフスイッチを接続した場合の他の構成を示す模式回路図である。
【００３４】
図４の例では、図３と同様に、一対のＰＮＰ型のトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２のエミッタ同士が接続されており、コレクタはそれぞれ第一の入出力端子Ｐ１、第二の入出力端子Ｐ２へ接続されている。トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２のコレクタと第一の入出力端子Ｐ１、第二の入出力端子Ｐ２との間には、それぞれ電流の流れる方向に極性を有する第一のダイオードＤ１、Ｄ２が接続されている。また、トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２のエミッタと第一の入出力端子Ｐ１、第二の入出力端子Ｐ２との間には、第一のダイオードＤ１、Ｄ２とは逆極性の第二のダイオードＤ３、Ｄ４が接続されている。
【００３５】
トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２のベースは、それぞれ第一の入出力端子Ｐ１、第二の入出力端子Ｐ２に接続されるとともに、互いに接続されている。トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２のベースとコレクタとの間には、それぞれ抵抗素子Ｒ１、Ｒ２が接続されている。
【００３６】
オンオフスイッチＳ１は、トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２のベースとエミッタとの間に接続されており、トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２のベースに供給される電流を制御する。すなわち、オンオフスイッチＳ１がオン状態となった場合に交流電流が遮断され、オフ状態となった場合に交流電流が流れる。
【００３７】
以上のように本実施の形態１によれば、一対のトランジスタのベースに供給される電流を制御回路で制御することにより、一対のトランジスタのオンオフを切り換えることが可能となる。また、トランジスタとダイオードとを直列に接続することにより浮遊容量を抑制することができるので、高電圧・高周波の信号が入力された場合であってもスイッチ回路として正しく動作することが可能となる。
【００３８】
なお、本実施の形態１では、一対のトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２を接続する場合を例に挙げて説明しているが、複数のトランジスタをそれぞれ同極性に直列に接続したトランジスタ列を、一対のトランジスタとして接続しても良い。図１に示すように、制御回路１０２を接続する場合、各トランジスタ列の複数のトランジスタのベースはそれぞれベース端子Ｐ３、Ｐ４に接続する。
【００３９】
また、制御回路１０２の代わりにオンオフスイッチを接続する場合、トランジスタ列内の隣接するトランジスタのベース同士が抵抗素子を介して互いに接続される。図５は、本発明の実施の形態１に係るスイッチ回路の、２つのトランジスタ列及びオンオフスイッチを接続した場合の概略構成を示す模式回路図である。
【００４０】
図５に示すように、一対のトランジスタとして、複数のトランジスタＴｒ３、Ｔｒ４、・・・、Ｔｒ１が、それぞれ同極性に直列に接続されたトランジスタ列と、複数のトランジスタＴｒ６、Ｔｒ５、・・・、Ｔｒ２が、それぞれ該トランジスタ列とは逆極性に直列に接続されたトランジスタ列とが、第一の入出力端子Ｐ１と第二の入出力端子Ｐ２との間に接続されている。なお、各トランジスタ列内の隣接するトランジスタのベースは、抵抗素子Ｒ１、・・・、Ｒ４を介して接続されている。
【００４１】
このように複数のトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６を直列に接続することで、内部容量を大きく低減することができ、オンオフスイッチＳ１をオン状態とした場合に確実に交流電流を遮断することが可能となる。
【００４２】
（実施の形態２）
図６は、本発明の実施の形態２に係るスイッチ回路の概略構成を示す模式回路図である。本実施の形態２に係るスイッチ回路は、第一の入出力端子Ｐ１と第二の入出力端子Ｐ２との間に一対のＮＰＮ型のトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２が接続されている。
【００４３】
図６の例では、実施の形態１とは異なり、一対のＮＰＮ型のトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２のコレクタ同士が接続されており、エミッタはそれぞれ第一の入出力端子Ｐ１、第二の入出力端子Ｐ２へ接続されている。トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２のエミッタと第一の入出力端子Ｐ１、第二の入出力端子Ｐ２との間には、それぞれ電流の流れる方向に極性を有する第三のダイオードＤ５、Ｄ６が接続されている。また、トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２のコレクタと第一の入出力端子Ｐ１、第二の入出力端子Ｐ２との間には、第三のダイオードＤ５、Ｄ６とは逆極性を有する第四のダイオードＤ７、Ｄ８が接続されている。
【００４４】
トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２のベース端子Ｐ３、Ｐ４には、制御回路１０２が接続されており、トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２のベースに供給される電流を制御回路１０２で制御することにより、トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２のオンオフを切り換える。すなわち、制御回路１０２により、ベース端子Ｐ３、Ｐ４にオフ信号が供給された場合には交流電流は遮断され、オン信号が供給された場合には交流電流が流れる。
【００４５】
もちろん、制御回路１０２の代わりに、オンオフスイッチを接続しても良い。図７は、本発明の実施の形態２に係るスイッチ回路の、オンオフスイッチを接続した場合の概略構成を示す模式回路図である。
【００４６】
図７の例では、図６と同様に、一対のＮＰＮ型のトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２のコレクタ同士が接続されており、エミッタはそれぞれ第一の入出力端子Ｐ１、第二の入出力端子Ｐ２へ接続されている。トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２のエミッタと第一の入出力端子Ｐ１、第二の入出力端子Ｐ２との間には、それぞれ電流の流れる方向に極性を有する第三のダイオードＤ５、Ｄ６が接続されている。また、トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２のコレクタと第一の入出力端子Ｐ１、第二の入出力端子Ｐ２との間には、第三のダイオードＤ５、Ｄ６とは逆極性の第四のダイオードＤ７、Ｄ８が接続されている。
【００４７】
トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２のベースは、それぞれ第一の入出力端子Ｐ１、第二の入出力端子Ｐ２に接続されるとともに、互いに接続されている。トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２のベースとコレクタとの間には、抵抗素子Ｒ１、Ｒ２が、それぞれ接続されている。
【００４８】
オンオフスイッチＳ２、Ｓ３は、トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２のベースとエミッタとの間に、それぞれ接続されており、トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２のベースに供給される電流を制御する。すなわち、オンオフスイッチＳ２、Ｓ３が両方ともオン状態となった場合に交流電流が遮断され、両方ともオフ状態となった場合に交流電流が流れる。
【００４９】
なお、オンオフスイッチＳ２、Ｓ３と第三のダイオードＤ５、Ｄ６とは図７に示すように並列に接続されていても良いし、直列に接続されていても良い。図８は、本発明の実施の形態２に係るスイッチ回路の、オンオフスイッチを接続した場合の他の構成を示す模式回路図である。
【００５０】
図８の例でも、図６と同様に、一対のＮＰＮ型のトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２のコレクタ同士が接続されており、エミッタはそれぞれ第一の入出力端子Ｐ１、第二の入出力端子Ｐ２へ接続されている。トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２のエミッタと第一の入出力端子Ｐ１、第二の入出力端子Ｐ２との間には、それぞれ電流の流れる方向に極性を有する第三のダイオードＤ５、Ｄ６が接続されている。また、トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２のコレクタと第一の入出力端子Ｐ１、第二の入出力端子Ｐ２との間には、第三のダイオードＤ５、Ｄ６とは逆極性の第四のダイオードＤ７、Ｄ８が接続されている。
【００５１】
トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２のベースは、それぞれ第一の入出力端子Ｐ１、第二の入出力端子Ｐ２に接続されるとともに、互いに接続されている。トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２のベースとコレクタとの間には、それぞれ抵抗素子Ｒ１、Ｒ２が接続されている。
【００５２】
オンオフスイッチＳ２、Ｓ３は、トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２のベースとエミッタとの間に、それぞれ接続されており、トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２のベースに供給される電流を制御する。すなわち、オンオフスイッチＳ２、Ｓ３が両方ともオン状態となった場合に交流電流が遮断され、両方ともオフ状態となった場合に交流電流が流れる。
【００５３】
また、トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２は、ＮＰＮ型のトランジスタに限定されるものではなく、ＰＮＰ型のトランジスタであっても良い。図９は、本発明の実施の形態２に係るスイッチ回路の他の構成を示す模式回路図である。図９に示すスイッチ回路は、第一の入出力端子Ｐ１と第二の入出力端子Ｐ２との間に一対のＰＮＰ型のトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２が接続されている。
【００５４】
図９の例では、一対のＰＮＰ型のトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２のコレクタ同士が接続されており、エミッタはそれぞれ第一の入出力端子Ｐ１、第二の入出力端子Ｐ２へ接続されている。トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２のエミッタと第一の入出力端子Ｐ１、第二の入出力端子Ｐ２との間には、それぞれ電流の流れる方向に極性を有する第三のダイオードＤ５、Ｄ６が接続されている。また、トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２のコレクタと第一の入出力端子Ｐ１、第二の入出力端子Ｐ２との間には、第三のダイオードＤ５、Ｄ６とは逆極性の第四のダイオードＤ７、Ｄ８が接続されている。
【００５５】
トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２のベース端子Ｐ３、Ｐ４には、制御回路１０２が接続されており、トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２のベースに供給される電流を制御回路１０２で制御することにより、トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２のオンオフを切り換える。すなわち、制御回路１０２により、ベース端子Ｐ３、Ｐ４にオフ信号が供給された場合には交流電流が遮断され、オン信号が供給された場合には交流電流が流れる。
【００５６】
もちろん、制御回路１０２の代わりに、オンオフスイッチを接続しても良い。図１０は、本発明の実施の形態２に係るスイッチ回路の、オンオフスイッチを接続した場合の他の構成を示す模式回路図である。
【００５７】
図１０の例では、図９と同様に、一対のＰＮＰ型のトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２のコレクタ同士が接続されており、エミッタはそれぞれ第一の入出力端子Ｐ１、第二の入出力端子Ｐ２へ接続されている。トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２のエミッタと第一の入出力端子Ｐ１、第二の入出力端子Ｐ２との間には、それぞれ電流の流れる方向に極性を有する第三のダイオードＤ５、Ｄ６が接続されている。また、トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２のコレクタと第一の入出力端子Ｐ１、第二の入出力端子Ｐ２との間には、第三のダイオードＤ５、Ｄ６とは逆極性の第四のダイオードＤ７、Ｄ８が接続されている。
【００５８】
トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２のベースは、それぞれ第一の入出力端子Ｐ１、第二の入出力端子Ｐ２に接続されるとともに、互いに接続されている。トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２のベースとコレクタとの間には、それぞれ抵抗素子Ｒ１、Ｒ２が接続されている。
【００５９】
オンオフスイッチＳ２、Ｓ３は、トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２のベースとエミッタとの間に、それぞれ接続されており、トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２のベースに供給される電流を制御する。すなわち、オンオフスイッチＳ２、Ｓ３が両方ともオン状態となった場合に交流電流が遮断され、両方ともオフ状態となった場合に交流電流が流れる。
【００６０】
なお、オンオフスイッチＳ２、Ｓ３と第三のダイオードＤ５、Ｄ６とは図１０に示すように並列に接続されていても良いし、直列に接続されていても良い。図１１は、本発明の実施の形態２に係るスイッチ回路の、オンオフスイッチを接続した場合の他の構成を示す模式回路図である。
【００６１】
図１１の例でも、図１０と同様に、一対のＰＮＰ型のトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２のコレクタ同士が接続されており、エミッタはそれぞれ第一の入出力端子Ｐ１、第二の入出力端子Ｐ２へ接続されている。トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２のエミッタと第一の入出力端子Ｐ１、第二の入出力端子Ｐ２との間には、それぞれ電流の流れる方向に極性を有する第三のダイオードＤ５、Ｄ６が接続されている。また、トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２のコレクタと第一の入出力端子Ｐ１、第二の入出力端子Ｐ２との間には、第三のダイオードＤ５、Ｄ６とは逆極性の第四のダイオードＤ７、Ｄ８が接続されている。
【００６２】
トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２のベースは、それぞれ第一の入出力端子Ｐ１、第二の入出力端子Ｐ２に接続されるとともに、互いに接続されている。トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２のベースとコレクタとの間には、それぞれ抵抗素子Ｒ１、Ｒ２が接続されている。
【００６３】
オンオフスイッチＳ２、Ｓ３は、トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２のベースとエミッタとの間に、それぞれ接続されており、トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２のベースに供給される電流を制御する。すなわち、オンオフスイッチＳ２、Ｓ３が両方ともオン状態になった場合に交流電流が遮断され、両方ともオフ状態となった場合に交流電流が流れる。
【００６４】
以上のように本実施の形態２によれば、一対のトランジスタのベースに供給される電流を制御回路で制御することにより、一対のトランジスタのオンオフを切り換えることが可能となる。また、トランジスタとダイオードとを直列に接続することにより浮遊容量を抑制することができるので、高電圧・高周波の信号が入力された場合であってもスイッチ回路として正しく動作することが可能となる。
【００６５】
なお、本実施の形態２では、一対のトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２が接続されている場合を例に挙げて説明しているが、実施の形態１と同様に、複数のトランジスタを、それぞれ同極性に直列に接続したトランジスタ列を、一対のトランジスタとして接続しても良い。複数のトランジスタを直列に接続することで、内部容量を大きく低減することができ、オンオフスイッチＳ２、Ｓ３を両方ともオフ状態とした場合に確実に交流を遮断することが可能となる。
【００６６】
また、上述した実施の形態１及び２において、電源（電源回路）１００を介して制御回路１０２をベース端子Ｐ３、Ｐ４に接続しても良い。図１２は、本発明の実施の形態に係るスイッチ回路の、電源１００を接続した場合の概略構成を示す模式回路図である。図１２では、図１に示す構成のスイッチ回路を用いているが、特にこれに限定されるものではなく、上述したどの構成のスイッチ回路を用いても良い。
【００６７】
図１２に示すように、直流電源１１０にＮＰＮ型のトランジスタＴｒ９を介して制御回路１０２が接続されており、容量素子Ｃ９、ダイオードＤ９、抵抗素子Ｒ９を接続することにより電源１００が構成されている。トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２のベースに供給される電流を制御回路１０２で制御することにより、トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２のオンオフを切り換える。すなわち、制御回路１０２により、ベース端子Ｐ３、Ｐ４にオフ信号が供給された場合には交流電流が遮断され、オン信号が供給された場合には交流電流が流れる。
【００６８】
（実施の形態３）
図１３は、本発明の実施の形態３に係るスイッチ回路を備える送電装置を用いた電力伝送システムの構成を模式的に示すブロック図である。図１４は、本発明の実施の形態３に係る送電装置を用いた電力伝送システムの等価回路図である。図１３及び図１４に示すように、電源（電源回路）１００の比較的高電位である能動端子９１に実施の形態１又は２のいずれかのスイッチ回路１０４を介して第一の能動電極１１ａが接続され、比較的低電位である受動端子９２に実施の形態１又は２のいずれかのスイッチ回路１０４を介して第一の受動電極１１ｐが接続されている。また、電源１００は、少なくとも受動電圧と、受動電圧より高い能動電圧とを発する高電圧高周波電源(交流電源)であり、低電圧高周波電源１１１、及び低電圧高周波電源の出力電圧を昇圧する昇圧／共振回路１０５で構成されている。
【００６９】
低電圧高周波電源１１１は、直流電源１１０、インピーダンス切替部１０８及び直流交流変換素子１１４で構成されている。直流電源１１０は、所定の直流電圧（例えばＤＣ５Ｖ）を供給する。駆動制御部１０３及び直流交流変換素子１１４は、電源１００を電源として、例えば１００ｋＨｚ〜数１０ＭＨｚの高周波電圧を発生する。昇圧／共振回路１０５は、昇圧トランスＴＧ及びインダクタＬＧにより構成され、高周波電圧を昇圧して第一の能動電極１１ａに供給する。容量ＣＧは、第一の受動電極１１ｐと第一の能動電極１１ａとの間の結合容量を示している。インダクタＬＧと容量ＣＧとにより直列共振回路が形成される。Ｉ／Ｖ検出器１０１は、電源１００から供給された直流電圧値ＤＣＶ及び直流電流値ＤＣＩを検出して制御部１０２へ渡す。制御部（制御回路）１０２は、後述のとおりＩ／Ｖ検出器１０１、交流電圧計１０６の出力に基づいて駆動制御部１０３の動作を制御する。
【００７０】
制御部１０２は、Ｉ／Ｖ検出器１０１で検出した直流電圧値ＤＣＶを取得し、取得した直流電圧値ＤＣＶの周波数特性を解析して、受電装置２が載置されているか否かを検知する。具体的には、直流電源１１０の出力インピーダンスを切り替えるインピーダンス切替部１０８により定電流に切り替えて、受電装置２が載置されて送電を開始するまでは電源１００を定電流電源として動作させ、比較的低電圧にて周波数掃引する。
【００７１】
周波数掃引した場合、受電装置２が載置されていない状態では共振周波数が発生しないので、直流電圧値ＤＣＶに極大値は生じない。すなわち単位周波数当たりの直流電圧値ＤＣＶの変動量が所定値より大きくなる周波数は存在しない。
【００７２】
一方、受電装置２が載置された場合には、載置された受電装置２ごとに固有の共振周波数が発生するので、電源１００から見た受電装置２のインピーダンスが極大となり、共振周波数の近傍にて直流電圧値ＤＣＶは極大値となる。すなわち、単位周波数当たりの直流電圧値ＤＣＶの変動量が所定値より大きくなる周波数が存在するので、該周波数を検出して、受電装置２が載置されたことを検知することができる。受電装置２が載置されたことを検知した場合、インピーダンス切替部１０８により電源１００を定電圧電源に切り替えて、検出した共振周波数を動作周波数として設定することができる。
【００７３】
交流電圧計１０６は、昇圧／共振回路１０５の出力電圧の交流電圧値ＡＣＶを検出して制御部１０２へ渡す。制御部１０２は、交流電圧計１０６で検出した交流電圧値ＡＣＶを取得して、交流電圧値ＡＣＶの変動を監視する。
【００７４】
また、制御部１０２は、取得した交流電圧値ＡＣＶが一定の電圧値を超えた過電圧である場合には駆動制御部１０３へ電力伝送の停止指示を送信して送電を停止する。また、制御部１０２は、直流電流値ＤＣＩが所定値より小さくなった場合には充電が完了したと判断して、送電を停止する。  
【００７５】
制御部１０２は、電力伝送の開始指示／停止指示を駆動制御部１０３へ送信し、駆動制御部１０３が直流交流変換素子１１４にて直流電圧を交流電圧へＤＣ−ＡＣ変換させる。直流交流変換素子１１４は、駆動制御部１０３の出力に応じて昇圧／共振回路１０５へ交流電圧を供給する。
【００７６】
昇圧／共振回路１０５は、供給された交流電圧を昇圧して、スイッチ回路１０４を介して、送電電極１１（第一の能動電極１１ａ、第一の受動電極１１ｐ）に供給する。図１３では簡略化しているが、スイッチ回路１０４は、送電電極１１ごとに設けてある。送電装置１の送電電極１１は、受電装置２の受電電極２１（第二の能動電極２１ａ、第二の受動電極２１ｐ）との間で容量結合し、電力を伝送する。受電装置２の受電電極２１には、降圧トランスＴＬ及びインダクタＬＬにより構成される降圧／共振回路２０１が接続されている。容量ＣＬは、第二の受動電極２１ｐと第二の能動電極２１ａとの間の容量を示している。インダクタＬＬと容量ＣＬとにより直列共振回路が形成されている。直列共振回路は、固有の共振周波数を有している。容量ＣＭは、送電電極１１との結合容量を示している。
【００７７】
受電装置２は、伝送された電力を降圧／共振回路２０１で降圧し、整流器２０２で整流して、整流電圧で負荷回路（二次電池）２０３を充電する。
【００７８】
本実施の形態３では、送電電極１１ごとに能動電圧又は受動電圧のいずれかを供給するよう、スイッチ回路１０４により切り換える。能動電圧が供給された送電電極１１は、第一の能動電極１１ａとして機能する。受動電圧が供給された送電電極１１は、第一の受動電極１１ｐとして機能する。
【００７９】
図１５は、本発明の実施の形態３に係る送電装置１のスイッチ回路１０４の接続状態の例示図である。図１５に示すように、複数の送電電極１１を、受電装置２を載置する面にアレイ状に配置している。そして、受電装置２が載置されている送電電極１１と載置されていない送電電極１１とで、電源１００との接続状態を変えて能動電圧又は受動電圧のいずれかを供給する。
【００８０】
図１５の例では、送電モジュール１ａと送電モジュール１ｂとで、それぞれ接続する電源１００が相違する。すなわち、送電モジュール１ａは、電源１００ａと制御部１０２ａとを備えており、送電モジュール１ｂは、電源１００ｂと制御部１０２ｂとを備えている。
【００８１】
少なくとも２つのスイッチ回路１０４の第二の入出力端子Ｐ２が、一の送電電極１１に接続されている。２つのスイッチ回路１０４は、それぞれ制御部１０２ａ、１０２ｂの指示により、電源１００ａ、１００ｂとの接続状態を切り換える。そして、一方のスイッチ回路１０４の第一の入出力端子Ｐ１は、電源１００ａ（又は１００ｂ）の能動端子８１と接続され、他方のスイッチ回路１０４の第一の入出力端子Ｐ１は、電源１００ａ（又は１００ｂ）の受動端子８２と接続されている。すなわち、一方のスイッチ回路１０４の第一の入出力端子Ｐ１には能動電圧が供給され、他方のスイッチ回路１０４の第一の入出力端子Ｐ１には受動電圧が供給される。
【００８２】
送電電極１１ごとに、能動端子８１に接続されているスイッチ回路１０４をオフ状態（交流電流が流れる状態）にするか、受動端子８２に接続されているスイッチ回路１０４をオフ状態（交流電流が流れる状態）にするかを切り換えることにより、送電電極１１ごとに能動電圧を供給するか、受動電圧を供給するかを切り換えることができる。なお、一の送電電極１１に接続するスイッチ回路１０４は、２つ以上であれば良い。
【００８３】
以上のように本実施の形態３によれば、送電装置の送電電極が、それぞれ第一の能動電極、第一の受動電極として機能するよう、実施の形態１又は２に係るスイッチ回路により切り換えることができる。そして、トランジスタとダイオードとを直列に接続することにより浮遊容量を抑制することができるスイッチ回路を備えているので、リードスイッチ、リレー等を採用する必要がなく、送電装置全体として小型化することができる。
【００８４】
その他、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨の範囲内であれば多種の変形、置換等が可能であることは言うまでもない。例えば上述した実施の形態１乃至３ではトランジスタを用いてスイッチ回路を構成しているが、サイリスタ、ＦＥＴ等の他の半導体素子を用いても同様のスイッチ回路を構成することができる。
【符号の説明】
【００８５】
１  送電装置
２  受電装置
１１  送電電極
１１ａ  第一の能動電極
１１ｐ  第一の受動電極
２１  受電電極
２１ａ  第二の能動電極
２１ｐ  第二の受動電極
９１  能動端子
９２  受動端子
１００  電源（電源回路）
１０２、１０２ａ  制御部（制御回路）
１０４  スイッチ回路
Ｄ１、Ｄ２  第一のダイオード
Ｄ３、Ｄ４  第二のダイオード
Ｄ５、Ｄ６  第三のダイオード
Ｄ７、Ｄ８  第四のダイオード
Ｐ１  第一の入出力端子
Ｐ２  第二の入出力端子
Ｐ３、Ｐ４  ベース端子
Ｒ１〜Ｒ５  抵抗素子
Ｓ１〜Ｓ３  オンオフスイッチ
Ｔｒ１〜Ｔｒ６  トランジスタ
【図１】
2014003562.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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