(57)【要約】【構成】送電装置１０から伝送された交流電圧は、受電側アクティブ電極Ｅ３および受電側パッシブ電極Ｅ４によって受電される。降圧トランス２２は、受電された交流電圧のピーク値を１０００Ｖから７Ｖに降圧し、全波整流回路２４および平滑コンデンサＣ０は降圧されたピーク値を有する交流電圧を整流平滑して５Ｖの直流電圧を生成する。レギュレータ２６は昇圧機能を有し、整流平滑された直流電圧を５Ｖから１９．５Ｖに昇圧する。昇圧された直流電圧は、コネクタＣＮ１およびＣＮ２を介して負荷装置３０に供給される。【効果】昇圧による電力損失は、降圧による電力損失よりも小さい。このため、昇圧機能を利用して直流電圧の大きさを調整することで、給電効率の低下が抑制される。【選択図】図１
2014023408.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送電装置から伝送された交流電圧を受電する受電手段、
前記受電手段によって受電された交流電圧のピーク値を抑制する変圧手段、
前記変圧手段によって抑制されたピーク値を有する交流電圧を整流平滑して直流電圧を生成する整流平滑手段、および
少なくとも昇圧機能を有し、前記整流平滑手段によって生成された直流電圧の大きさを負荷に適合する大きさに調整する調整手段を備える、受電装置。
【請求項２】
前記送電装置は一対の送電電極を備え、
前記受電手段は前記一対の送電電極と容量結合される一対の受電電極に相当する、請求項１記載の受電装置。
【請求項３】
前記調整手段は昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータに相当する、請求項１または２記載の受電装置。
【請求項４】
前記調整手段は昇降圧型ＤＣ−ＤＣコンバータに相当する、請求項１または２記載の受電装置。
【請求項５】
前記負荷を着脱自在に装着する装着手段をさらに備える、請求項１ないし４のいずれかに記載の受電装置。
【請求項６】
交流電圧を送電する送電装置と前記交流電圧を受電する受電装置とによって形成される電力伝送システムであって、
前記受電装置は、
前記交流電圧のピーク値を抑制する変圧手段、
前記変圧手段によって抑制されたピーク値を有する交流電圧を整流平滑して直流電圧を生成する整流平滑手段、および
少なくとも昇圧機能を有し、前記整流平滑手段によって生成された直流電圧の大きさを負荷に適合する大きさに調整する調整手段を備える、電力伝送システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、受電装置に関し、特に電力電送システムに適用され、送電装置から供給された交流電圧のピーク値を抑制し、かつ抑制されたピーク値を有する交流電圧を整流して直流電圧を生成する、受電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のこの種の受電装置の一例が特許文献１に開示されている。この背景技術によれば、受電装置に設けられた２次側コイルが充電装置に設けられた１次側コイルの交番磁束と鎖交し、これによって２次側コイルに交番電力が発生する。この交番電力は全波整流回路と２つのコンデンサとによって整流平滑される。整流平滑によって生成された直流電力は、ＤＣ／ＤＣコンバータによって降圧された後に二次電池に供給される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１１５０３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、背景技術では、整流平滑された直流電力を二次電池の充電に適するように降圧するため、給電効率が低下するという問題がある。
【０００５】
それゆえに、この発明の主たる目的は、給電効率の低下を抑えることができる、受電装置を提供することである。
【０００６】
この発明の他の目的は、給電効率の低下を抑えることができる、電力伝送システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に従う受電装置(20：実施例で相当する参照符号。以下同じ)は、送電装置(10)から伝送された交流電圧を受電する受電手段(E3~E4)、受電手段によって受電された交流電圧のピーク値を抑制する変圧手段(22)、変圧手段によって抑制されたピーク値を有する交流電圧を整流平滑して直流電圧を生成する整流平滑手段(24, C0)、および少なくとも昇圧機能を有し、整流平滑手段によって生成された直流電圧の大きさを負荷(32)に適合する大きさに調整する調整手段(26)を備える。
【０００８】
好ましくは、送電装置は一対の送電電極(E1~E2)を備え、受電手段は一対の送電電極と容量結合される一対の受電電極に相当する。
【０００９】
好ましくは、調整手段は昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータに相当する。
【００１０】
好ましくは、調整手段は昇降圧型ＤＣ−ＤＣコンバータに相当する。
【００１１】
好ましくは、負荷を着脱自在に装着する装着手段(CN1~CN2)がさらに備えられる。
【００１２】
この発明に従う電力伝送システム(100)は、交流電圧を送電する送電装置(10)と交流電圧を受電する受電装置(20)とによって形成される電力伝送システム(100)であって、受電装置は、交流電圧のピーク値を抑制する変圧手段(22)、変圧手段によって抑制されたピーク値を有する交流電圧を整流平滑して直流電圧を生成する整流平滑手段(24, C0)、および少なくとも昇圧機能を有し、整流平滑手段によって生成された直流電圧の大きさを負荷(32)に適合する大きさに調整する調整手段(26)を備える。
【発明の効果】
【００１３】
受電された交流電圧は、ピーク値を抑制された後、整流平滑によって直流電圧に変換される。変換された直流電圧の大きさは、少なくとも昇圧機能を有する調整手段によって、負荷に適合する大きさに調整される。負荷に適合する大きさが整流平滑された直流電圧の大きさを上回る場合、直流電圧の大きさは昇圧機能によって調整される。昇圧による電力損失は降圧による電力損失よりも小さいため、昇圧機能を利用して直流電圧の大きさを調整する場合に給電効率の低下が抑制される。
【００１４】
この発明の上述の目的，その他の目的，特徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳細な説明から一層明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】この発明の一実施例の構成を示す回路図である。
【図２】図１実施例に適用されるレギュレータの構成の一例を示す回路図である。
【図３】図１実施例の使用状態の一例を示す図解図である。
【図４】図１実施例に適用されるレギュレータの構成の他の一例を示す回路図である。
【図５】図１実施例の使用状態の他の一例を示す図解図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１を参照して、この実施例の非接触電力伝送システム１００は、送電側アクティブ電極Ｅ１および送電側パッシブ電極Ｅ２が設けられた送電装置１０と、受電側アクティブ電極Ｅ３および受電側パッシブ電極Ｅ４が設けられた受電装置２０とによって形成される。受電側アクティブ電極Ｅ３および受電側パッシブＥ４が送電側アクティブ電極Ｅ１および送電側パッシブ電極Ｅ２とそれぞれ対向するように受電装置２０を送電装置１０に近づけると、受電装置２０が送電装置１０と電界結合される。これによって、送電装置１０の電力が受電装置２０に伝送される。
【００１７】
送電装置１０において、交流電源１４のプラス端およびマイナス端はそれぞれ、昇圧トランス１２を形成する一次巻線Ｎｐ１の一方端および他方端と接続される。また、昇圧トランス１２を形成する二次巻線Ｎｓ１の一方端および他方端はそれぞれ、送電側アクティブ電極Ｅ１および送電側パッシブ電極Ｅ２と接続される。
【００１８】
交流電源１４は、ピーク値が１００Ｖの交流電圧を生成する。昇圧トランス１２を形成する一次巻線Ｎｐ１および二次巻線Ｎｓ１の巻き数比は１：１０であり、交流電源１４によって生成された交流電圧のピーク値は昇圧トランス１２によって１０００Ｖまで昇圧される。送電側アクティブ電極Ｅ１および送電側パッシブ電極Ｅ２には、こうして昇圧された１０００Ｖの交流電圧が印加される。
【００１９】
受電装置２０において、受電側アクティブ電極Ｅ３および受電側パッシブ電極Ｅ４はそれぞれ、降圧トランス２２を形成する一次巻線Ｎｐ２の一方端および他方端と接続される。また、降圧トランス２２を形成する二次巻線Ｎｓ２の一方端および他方端はそれぞれ、全波整流回路２４を形成する入力端子Ｔ１およびＴ２と接続される。
【００２０】
ここで、一次巻線Ｎｐ２および二次巻線Ｎｓ２の巻き数比は１０００：７に設定される。この結果、受電側アクティブ電極Ｅ３および受電側パッシブ電極Ｅ４に印加された交流電圧のピーク値は、１０００Ｖから７Ｖに降圧される。
【００２１】
全波整流回路２４において、入力端子Ｔ１にはダイオードＤ１のアノードおよびダイオードＤ２のカソードが接続され、入力端子Ｔ２にはダイオードＤ３のアノードおよびダイオードＤ４のカソードが接続される。ダイオードＤ１のカソードはダイオードＤ３のカソードと接続され、ダイオードＤ３のアノードはダイオードＤ４のアノードと接続される。
【００２２】
出力端子Ｔ３はダイオードＤ１のカソードとダイオードＤ３のカソードとの接続点に設けられ、出力端子Ｔ４はダイオードＤ３のアノードとダイオードＤ４のアノードとの接続点に設けられる。これによって、全波整流された正極性の電圧が出力端子Ｔ３に現れ、０Ｖの電圧が出力端子Ｔ４に現れる。
【００２３】
出力端子Ｔ３およびＴ４の間には、平滑コンデンサＣ０が設けられる。したがって、全波整流回路２４から出力された直流電圧は平滑コンデンサＣ０によって平滑される。平滑コンデンサＣ０の両端には、５Ｖの直流電圧が現れる。レギュレータ２６は昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータに相当し、平滑コンデンサＣ０によって平滑された５Ｖの直流電圧はレギュレータ２６によって１９．５Ｖまで昇圧される。
【００２４】
レギュレータ２６の一方出力端および他方出力端はそれぞれ、コネクタＣＮ１およびＣＮ２と接続される。負荷装置３０には、コネクタＣＮ３およびＣＮ４と負荷３２とが設けられる。コネクタＣＮ３およびＣＮ４はそれぞれ、着脱自在にコネクタＣＮ１およびＣＮ２と接続される。負荷３２の一方端および他方端はそれぞれ、コネクタＣＮ３およびＣＮ４と接続される。したがって、レギュレータ２６によって生成された１９．５Ｖの直流電圧は、コネクタＣＮ３およびＣＮ４がコネクタＣＮ１およびＣＮ２と接続されたときに負荷３２に供給される。
【００２５】
レギュレータ２６は、図２に示すように構成される。入力端子Ｔ１１およびＴ１２はそれぞれ、平滑コンデンサＣ０の一方端および他方端と接続される。入力端子Ｔ１１はまたインダクタＬ１の一方端と接続され、インダクタＬ１の他方端は電界効果型のトランジスタ（以下、単に「トランジスタ」と言う。）Ｑ１およびＱ２のドレインと接続される。
【００２６】
トランジスタＱ１のソースは入力端子Ｔ１２および出力端子Ｔ１４と接続され、トランジスタＱ２のソースは出力端子Ｔ１３と接続される。トランジスタＱ２のソースとトランジスタＱ１のソースとの間には、平滑コンデンサＣ１が設けられ、さらに直列接続された抵抗Ｒ１およびＲ２が設けられる。出力端子Ｔ１３およびＴ１４はそれぞれ、図１に示すコネクタＣＮ１およびＣＮ２と接続される。
【００２７】
コントローラ２６１は、抵抗Ｒ２の端子電圧が所望の電圧（＝１９．５Ｖ＊Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２））を示すようにトランジスタＱ１のオンデューティ比を決定し、決定されたオンデューティ比でトランジスタＱ１をオン／オフするとともに、デッドタイムを確保しつつ相補的にトランジスタＱ２をオン／オフする。これによって、トランジスタＱ２のソースにパルス電圧が現れ、このパルス電圧が平滑コンデンサＣ１によって平滑される。平滑された電圧は、１９．５Ｖを示す。
【００２８】
図３を参照して、負荷装置３０としてはたとえばノート型のパーソナルコンピュータ（以下、単に「ノートＰＣ」と言う）が想定される。また、送電装置１０および受電装置２０の各々は板状に形成され、送電装置１０は受電装置２０の上に配置される。これによって、送電側アクティブ電極Ｅ１および送電側パッシブ電極Ｅ２が受電側アクティブ電極Ｅ３おび受電側パッシブ電極Ｅ４と容量結合される。
【００２９】
図示は省略するが、コネクタＣＮ１およびＣＮ２は受電装置２０の上面に設けられ、コネクタＣＮ３およびＣＮ４はノートＰＣ３０の下面に設けられる。ノートＰＣ３０が受電装置２０の上面に配置され、コネクタＣＮ１およびＣＮ２がコネクタＣＮ３およびＣＮ４と接続されると、１９．５Ｖの直流電圧が受電装置２０からノートＰＣ３０に供給される。
【００３０】
以上の説明から分かるように、送電装置１０から伝送された交流電圧は、受電側アクティブ電極Ｅ３および受電側パッシブ電極Ｅ４によって受電される。降圧トランス２２は、受電された交流電圧のピーク値を１０００Ｖから７Ｖに降圧し、全波整流回路２４および平滑コンデンサＣ０は降圧されたピーク値を有する交流電圧を整流平滑して５Ｖの直流電圧を生成する。レギュレータ２６は昇圧機能を有し、整流平滑された直流電圧を５Ｖから１９．５Ｖに昇圧する。昇圧された直流電圧は、コネクタＣＮ１およびＣＮ２を介して負荷装置３０に供給される。昇圧による電力損失は、降圧による電力損失よりも小さい。このため、昇圧機能を利用して直流電圧の大きさを調整することで、給電効率の低下が抑制される。
【００３１】
また、負荷装置３０に直流電圧を供給している途中で送電装置１０と受電装置２０との容量結合が解除されると、全波整流回路２４の出力電圧つまりレギュレータ２６の入力電圧が上昇し、これによってレギュレータ２６に設けられたコントローラ２６２が破壊されるおそれがある。この実施例では、降圧トランス２２の巻き数比を調整することでレギュレータ２６の入力電圧が５Ｖまで下げられるため、このような破壊のリスクを抑えることができる。
【００３２】
なお、この実施例では、レギュレータ２６として図２に示す昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータを採用するようにしているが、これに代えて図４に示す昇降圧型ＤＣ−ＤＣコンバータを採用するようにしてもよい。
【００３３】
図４を参照して、入力端子Ｔ１１およびＴ１２はそれぞれ、図１に示す平滑コンデンサＣ０の一方端および他方端と接続される。入力端子Ｔ１１はトランジスタＱ１１のドレインと接続され、トランジスタＱ１１のソースはインダクタＬ１１の一方端およびトランジスタＱ１２のソースと接続され、トランジスタＱ１２のドレインは平滑コンデンサＣ１１の一方端および出力端子Ｔ１３と接続される。インダクタＬ１１の他方端は入力端子Ｔ１２および出力端子Ｔ１４と接続され、平滑コンデンサＣ１１の他方端も入力端子Ｔ１２および出力端子Ｔ１４と接続される。出力端子Ｔ１３およびＴ１４の間には、互いに直列接続された抵抗Ｒ１１およびＲ１２が設けられる。また、出力端子Ｔ１３およびＴ１４はそれぞれ、図１に示すコネクタＣＮ２およびＣＮ１と接続される。
【００３４】
コントローラ２６２は、抵抗Ｒ１１の端子電圧が所望の電圧（＝１９．５Ｖ＊Ｒ１１／（Ｒ１１＋Ｒ１２）または３．０Ｖ＊Ｒ１１／（Ｒ１１＋Ｒ１２））を示すようにトランジスタＱ１１のオンデューティ比を決定し、決定されたオンデューティ比でトランジスタＱ１１をオン／オフするとともに、デッドタイムを確保しつつ相補的にトランジスタＱ１２をオン／オフする。これによって、インダクタＬ１１の両端にパルス電圧が現れ、このパルス電圧が平滑コンデンサＣ１１によって平滑される。平滑された電圧は、１９．５Ｖまたは３．０Ｖを示す。
【００３５】
昇降圧型ＤＣ−ＤＣコンバータを採用した場合、負荷装置３０としてはノートＰＣまたはスマートフォンが想定される。図示は省略するが、コネクタＣＮ１およびＣＮ２は受電装置２０の上面に設けられ、コネクタＣＮ３およびＣＮ４はノートＰＣ３０の下面およびスマートフォン３０の下面に設けられる。
【００３６】
ノートＰＣ３０が受電装置２０の上面に配置され、コネクタＣＮ１およびＣＮ２がコネクタＣＮ３およびＣＮ４と接続されると、１９．５Ｖの直流電圧が受電装置２０からノートＰＣ３０に供給される。これに対して、スマートフォン３０が受電装置２０の上面に配置され、コネクタＣＮ１およびＣＮ２がコネクタＣＮ３およびＣＮ４と接続されると、３．０Ｖの直流電圧が受電装置２０からスマートフォン３０に供給される。
【符号の説明】
【００３７】
１０  …送電装置
１２  …昇圧トランス
２０  …受電装置
２４  …全波整流回路
２６  …レギュレータ
３０  …負荷装置
３２  …負荷
１００  …非接触電力伝送システム
【図１】
2014023408.tif 000003
【図２】
2014023408.tif 000004
【図３】
2014023408.tif 000005
【図４】
2014023408.tif 000006
【図５】
2014023408.tif 000007