(57)【要約】【課題】受電装置の配置状態や障害物の存在を専用のセンサを設けることなく検出して、安定な非接触電力伝送を可能とする。【解決手段】送電コイル２を含む送電共振器を有する送電装置１と、受電コイル４を含む受電共振器を有する受電装置２とを備えた非接触電力伝送装置。送電装置は、送電共振器に供給する高周波電力の大きさ及び周波数の設定を制御する送電側制御部１３と、送電コイル両端の共振電圧を検出する共振電圧検出部１２と、記憶部１４とを備える。送電側制御部は、所定の高周波電力を送電共振器に供給して共振電圧検出部の出力に基づき送電共振器の共振電圧周波数特性を検出する機能を有し、記憶部は、無負荷時の共振電圧周波数特性を記憶する。電力伝送の開始時に、送電側制御部は、送電開始前の共振電圧周波数特性を測定し、無負荷時の特性と比較して、その比較結果に応じた電力伝送動作の制御を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
送電コイル及び共振容量により構成された送電共振器を有する送電装置と、受電コイル及び共振容量により構成された受電共振器を有する受電装置とを備え、前記送電コイルと前記受電コイル間の作用を介して前記送電装置から前記受電装置へ電力を伝送する非接触電力伝送装置において、
前記送電装置が、前記送電共振器に供給する高周波電力の大きさ及び周波数の設定を制御する送電側制御部と、前記送電コイル両端の共振電圧を検出する共振電圧検出部と、記憶部とを備え、
前記送電側制御部は、所定の高周波電力を前記送電共振器に供給して、前記共振電圧検出部の検出出力に基づき前記送電共振器の共振電圧周波数特性を検出する機能を有し、
前記記憶部は、前記受電装置の非配置状態で測定された無負荷時の前記共振電圧周波数特性を記憶し、
電力伝送の開始時に、前記送電側制御部は、送電開始前の前記共振電圧周波数特性を測定し、前記記憶部に記憶された前記無負荷時の共振電圧周波数特性と比較して、その比較結果に応じた電力伝送動作の制御を行うことを特徴とする非接触電力伝送装置。
【請求項２】
前記送電側制御部は、前記送電開始前の共振電圧周波数特性を測定する際は、前記高周波電力を、通常の電力伝送中に設定する前記高周波電力よりも小さく設定するように制御する請求項１に記載の非接触電力伝送装置。
【請求項３】
前記送電側制御部は、前記共振電圧周波数特性を検出するときに、前記高周波電力を一定の大きさに設定し、かつ周波数をスイープさせながら前記送電共振器に供給するように制御する請求項１に記載の非接触電力伝送装置。
【請求項４】
前記送電側制御部は、前記送電開始前の共振電圧周波数特性が、（ａ）前記無負荷時の共振電圧周波数特性に相当する場合、（ｂ）前記無負荷時の共振電圧周波数特性のピーク周波数ｆ０と同様の周波数であってより低い電圧のピークを有する場合、または（ｃ）単峰特性で前記ピーク周波数ｆ０と異なる周波数にピークを有する場合は、送電を停止する制御を行う請求項１に記載の非接触電力伝送装置。
【請求項５】
前記送電側制御部は、前記送電開始前の共振電圧周波数特性が双峰特性を示した場合は、前記高周波電力の周波数を双峰特性のピークの一方に設定して送電を開始するように制御する請求項１に記載の非接触電力伝送装置。
【請求項６】
前記送電装置と前記受電装置は、相互に情報通信を行うための送電側応答部及び受電側応答部を各々備え、
前記送電側制御部は、前記送電開始前の共振電圧周波数特性が、前記無負荷時の共振電圧周波数特性のピーク周波数ｆ０と同等の周波数であって、より低い電圧のピークを有する場合に、前記周波数ｆ０で小電力の送電を行い、前記小電力の送電に応じて、前記受電装置から受電中であることを示す応答を受信した場合は送電電力を増大させて通常の電力で送電を継続し、応答が無い場合は送電を停止するように制御する請求項１に記載の非接触電力伝送装置。
【請求項７】
前記受電装置の受電回路は、伝送される高周波の電力を整流し直流電力に変換する検波回路と、検波した出力電圧を一定に保つ制御を行う受電電圧調整部と、蓄電部とを備え、
前記受電電圧調整部は、降圧型のＤＣ−ＤＣコンバータを備え、前記検波回路の検波電圧が設定値以上とならないように、前記ＤＣ−ＤＣコンバータにより前記蓄電部に検波電力を伝送する制御を行う請求項１に記載の非接触電力伝送装置。
【請求項８】
前記受電回路は、前記蓄電部の充電電圧を検出し、検出された前記充電電圧が設定値を超えたときに、前記ＤＣ−ＤＣコンバータの変換動作を抑制するように構成された請求項７に記載の非接触電力伝送装置。
【請求項９】
前記受電装置は、受電電力を負荷に流して消費する過電圧制限部を備え、
前記過電圧制限部は、前記検波回路の検波電圧が前記設定値を超えたときに動作して、余分の受電電力を負荷に流して消費する請求項７に記載の非接触電力伝送装置。
【請求項１０】
前記ＤＣ−ＤＣコンバータは、前記蓄電部が満充電となったときに、変換動作を停止するように構成された請求項９に記載の非接触電力伝送装置。
【請求項１１】
前記ＤＣ−ＤＣコンバータと前記蓄電部の間に、前記蓄電部から前記ＤＣ−ＤＣコンバータへの電力の逆流を防止する保護部が挿入された請求項７に記載の非接触電力伝送装置。
【請求項１２】
前記保護部を流れる電流が順方向であるか否かを検出し、順方向であることを検出した場合に、前記保護部を短絡させる短絡制御部を備えた請求項１１に記載の非接触電力伝送装置。
【請求項１３】
送電コイル及び共振容量により構成された送電共振器を有する送電装置と、受電コイル及び共振容量により構成された受電共振器を有する受電装置とを用い、前記送電コイルと前記受電コイル間の作用を介して前記送電装置から前記受電装置へ電力を伝送する非接触電力伝送方法において、
電力の大きさ及び周波数を所定の状態に設定した高周波電力を前記送電共振器に供給し、前記送電コイル両端の電圧を検出して、その検出出力に基づいて前記送電共振器の共振電圧周波数特性を検出する特性測定ステップと、
前記受電装置が配置されていない状態で前記特性測定ステップによって測定された無負荷時の共振電圧周波数特性を記憶するステップと、
電力伝送の開始に際して、前記特性測定ステップによって送電開始前の前記共振電圧周波数特性を検出し、前記記憶した前記無負荷時の共振電圧周波数特性と比較して、その比較結果に応じた電力伝送動作の制御を行うステップとを備えたことを特徴とする非接触電力伝送方法。
【請求項１４】
電力伝送に際して、先ず小電力で送電を行いながら前記特性測定ステップを実行して、前記送電開始前の共振電圧周波数特性を測定し、
前記送電開始前の共振電圧周波数特性が双峰特性の場合、そのピーク周波数に合わせた周波数の高周波電力を送電し、
前記送電開始前の共振電圧周波数特性が単峰特性で、そのピーク周波数が記憶した前記無負荷時の共振電圧周波数特性のピーク周波数ｆ０と同等の場合は、前記小電力で送電を継続して前記受電装置からの応答を待ち、応答が無い場合は送電を停止し、
前記送電開始前の共振電圧周波数特性が単峰特性で、そのピーク周波数が前記無負荷時の共振電圧周波数特性のピーク周波数ｆ０とは異なる場合は送電を停止する請求項１３に記載の非接触電力伝送方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、送電コイルと受電コイル間の電力の伝送を、非接触（ワイヤレス）で行う非接触電力伝送装置及び非接触電力伝送方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
非接触で電力を伝送する方法として、電磁誘導を利用した電磁誘導型、電界または磁界共鳴を利用した電界・磁界共鳴型、数ＧＨｚの電波によるマイクロ波送電型、あるいは可視光領域の電磁波によるレーザ送電型が知られている。この中で既に実用化されているのは、電磁誘導型であり、トランス結合を利用した簡易な回路構成で実現可能であるなどの優位性はあるが、送電距離が短いという課題もある。
【０００３】
送電距離が短くても非接触での電力伝送の利点として、送電側と受電側との間に空隙があっても、また、間に非磁性、非金属の物体が介在しても電力を伝送できることが挙げられる。例えば、非金属の壁とか窓のガラス等を間に置いても、それに穴を開けることなく電力が伝送できる。しかし、送電側と受電側の距離を大きくすると、磁束等が発散して受電側に導かれる量が少なくなり、効率よく電力を供給することが困難となってくる。
【０００４】
そこで、最近になって２ｍ程度の近距離伝送が可能な電界・磁界共鳴型の電力伝送が注目を浴びてきた。このうち、電界共鳴型の場合、伝送経路中に手などを入れると、人体が誘電体であるため、エネルギーを熱として吸収して誘電体損失を生じる。これに対して磁界共鳴型の場合、人体がエネルギーをほとんど吸収せず、誘電体損失を避けられる。この点から磁界共鳴型に対する注目度が上昇してきている。
【０００５】
図８は、従来の磁界共鳴を利用した非接触電力伝送装置の一般的な構成の概略を示した図である。送電装置１は、ループコイル２ａと送電用共振コイル２ｂを組み合わせた送電コイル、受電装置３は、ループコイル４ａと受電用共振コイル４ｂを組み合わせた受電コイルを備えている。送電装置１のループコイル２ａには高周波電力ドライバーを含む給電回路５が接続され、ＡＣ１００Ｖ等の交流電源６の電力を送電可能な高周波電力に変換して供給する。受電装置３のループコイル４ａには、整流器を含む受電回路７を介して例えば充電池等の負荷８が接続されている。
【０００６】
ループコイル２ａは、給電回路５から供給される電気信号により励起され、電磁誘導により送電用共振コイル２ｂに電気信号を伝送する誘電素子である。送電用共振コイル２ｂはループコイル２ａから出力された電気信号に基づいて磁界を発生させる。この送電用共振コイル２ｂは、共振周波数ｆ０＝１／｛２π（ＬＣ）1/2｝（Ｌは送電用共振コイル２ｂのインダクタンスで、Ｃは浮遊容量を示す）において磁界強度が最大となる。送電用共振コイル２ｂに供給された電力は、磁界共鳴により受電用共振コイル４ｂに非接触で伝送される。伝送された電力は、受電用共振コイル４ｂから電磁誘導によりループコイル４ａへ伝送され、受電回路７の整流器により整流されて負荷８に供給される。この場合、送電用共振コイル２ｂが構成する送電共振回路と、受電用共振コイル４ｂが構成する受電共振回路の共振周波数は同一に設定され、コイル間距離やループコイル間距離を調整し整合をとることにより、効率のよい電力伝送を行うことができる。
【０００７】
このような磁界共鳴を利用した非接触電力伝送装置であれば、通常の住居等に用いられている厚い壁を介在させた非接触電力伝送が可能である。但し、その様な場合には、屋内の送電側から容易に行き来できない屋外に受電装置を設置する機会も増加する。そのため、送電装置と受電装置の相互位置関係の視認や確認が困難であり、装置の取り付けや運転開始に困難を伴うことになる。例えば、送電を開始する際に、相手の受電装置が配置されているのか、又は、充電可能な位置に設置されているのか不明であれば、送電を不用意に開始できない。また、金属などが送電装置と受電装置の間の空間に存在すると、磁場の影響により金属が異常に加熱したり、電力伝送効率が低下したりする可能性がある。
【０００８】
この問題に関連して、特許文献１には、送電コイルの近傍に磁界強度を測定するセンサを配置することが開示されている。すなわち、磁界強度センサにより、壁越しでの非接触電力伝送を行う際に双峰特性等の特性を検出し、それに応じて伝送を制御する。双峰特性の場合、２つピーク周波数の内、高い側の周波数で電力を転送すれば、送電と受電コイル間の磁界強度が最低となる。従って、この状態に設定することにより、壁等を通した適切な電力伝送が可能であることが示唆されている。
【０００９】
特許文献１の記載によれば、磁界強度測定センサ出力により双峰特性等が得られれば相手側が存在するものと判断でき、更に、高域側の周波数で送電すれば、送電コイルと受電コイルの間に磁界強度が最低となる部分が生じるので、壁越しでの給電に好適であると判断できることが示唆される。
【００１０】
また、特許文献２には、送電側の電力供給コイルの背面に磁性体を、受電側の電力取出コイルの背面にも磁性体を配置した構成が開示されている。これにより、磁界の分布を、より双方の送電コイルと受電コイル側に変位させて強い結合を発生させることが可能となり、電力の伝送効率が向上する。特許文献２ではこのような構成により、壁等に送電部を埋め込む例が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２０１０−２３９８４７号公報
【特許文献２】特開２０１０−２３９８４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
特許文献１の構成によれば、電界強度測定センサを送受電コイルとは別に設置する必要があり、コスト増加や構成の煩雑さを招く。更には、磁界強度が最低の部分を壁の部分に設定することは、電界強度が高くなる部分を壁の中央に設定することに相当するので、壁が誘電体として作用する場合は誘電体損失を生じ、伝送効率の低下を招くことになる。従って、伝送効率の向上が困難な構成となり、無線給電に好適な方法とは言い難い。
【００１３】
また、特許文献２の構成の場合は、送電装置に対して壁を挟んだ受電装置の配置を検出する手段についての開示はない。そのため、受電装置が電力伝送に適切な状態に配置されているか否かを判断することができない。従って、壁を挟んだ状態での電力の伝送効率を向上させるためには有効であっても、受電装置の設置状態が不適切であれば、それを生かすことができなくなる。
【００１４】
このように特許文献１、２ともに、壁を介して給電を行うために有効な方法が開示されているが、コスト増加となる磁界強度測定センサを設けることなく、受電装置の設置状態を判定し、また送受電装置間に金属が存在するか否かを検出する方法について示唆するものではない。
【００１５】
従って本発明は、送電装置に対する受電装置の配置状態や、非接触電力伝送の障害となる金属などの異物の存在を、専用のセンサを設けることなく簡単な構成で検出可能であって、壁を隔てて相手側を視認できなくても、安定な電力伝送が可能な非接触電力伝送装置及び非接触電力伝送方法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】
【００１６】
本発明の非接触電力伝送装置は、基本的には、送電コイル及び共振容量により構成された送電共振器を有する送電装置と、受電コイル及び共振容量により構成された受電共振器を有する受電装置とを備え、前記送電コイルと前記受電コイル間の作用を介して前記送電装置から前記受電装置へ電力を伝送するように構成される。
【００１７】
上記課題を解決するために、本発明の非接触電力伝送装置は、前記送電装置が、前記送電共振器に供給する高周波電力の大きさ及び周波数の設定を制御する送電側制御部と、前記送電コイル両端の共振電圧を検出する共振電圧検出部と、記憶部とを備え、前記送電側制御部は、所定の高周波電力を前記送電共振器に供給して、前記共振電圧検出部の検出出力に基づき前記送電共振器の共振電圧周波数特性を検出する機能を有し、前記記憶部は、前記受電装置の非配置状態で測定された無負荷時の前記共振電圧周波数特性を記憶し、電力伝送の開始時に、前記送電側制御部は、送電開始前の前記共振電圧周波数特性を測定し、前記記憶部に記憶された前記無負荷時の共振電圧周波数特性と比較して、その比較結果に応じた電力伝送動作の制御を行うことを特徴とする。
【００１８】
本発明の非接触電力伝送方法は、基本的には、送電コイル及び共振容量により構成された送電共振器を有する送電装置と、受電コイル及び共振容量により構成された受電共振器を有する受電装置とを用い、前記送電コイルと前記受電コイル間の作用を介して前記送電装置から前記受電装置へ電力を伝送する方法である。
【００１９】
上記課題を解決するために、本発明の非接触電力伝送方法は、電力の大きさ及び周波数を所定の状態に設定した高周波電力を前記送電共振器に供給し、前記送電コイル両端の電圧を検出して、その検出出力に基づいて前記送電共振器の共振電圧周波数特性を検出する特性測定ステップと、前記受電装置が配置されていない状態で前記特性測定ステップによって測定された無負荷時の共振電圧周波数特性を記憶するステップと、電力伝送の開始に際して、前記特性測定ステップによって送電開始前の前記共振電圧周波数特性を検出し、前記記憶した前記無負荷時の共振電圧周波数特性と比較して、その比較結果に応じた電力伝送動作の制御を行うステップとを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、専用のセンサを設けることなく、通常の非接触電力伝送に必要な機能のための送電側制御部及び共振電圧検出部に記憶部を加えた簡単な構成で、送電装置に対する受電装置の配置状態や、非接触電力伝送の障害となる金属などの異物の存在を検出することが可能である。これにより、非接触電力伝送を行う前に、送電開始前の共振電圧周波数特性を測定し、記憶部に記憶された無負荷時の共振電圧周波数特性と比較して、その結果に応じた電力伝送動作の制御を行うことにより、壁を隔てて相手側を視認できなくても、安定な電力伝送が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】実施の形態１における非接触電力伝送装置の構成を示すブロック図
【図２】同非接触電力伝送装置の共振電圧の周波数特性を説明する波形図
【図３】実施の形態２における非接触電力伝送装置を構成する受電装置の構成を示すブロック図
【図４Ａ】実施の形態３における非接触電力伝送装置の送電装置に含まれる給電回路を構成する出力回路の構成例を示す回路図
【図４Ｂ】同送電装置に含まれる共振電圧検出部の構成例を示す回路図
【図５Ａ】同送電装置に含まれる共振電圧検出部の他の構成例を示す回路図
【図５Ｂ】同送電装置のケーブル延長型の構成例を示す概念図
【図６】実施の形態３におけるケーブル延長型の受電装置の構成例を示す概念図
【図７】実施の形態４における受電装置に含まれる受電電圧調整部の構成例を示す回路図
【図８】従来例における非接触電力伝送装置の構成を示す模式図
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明の非接触電力伝送装置は、上記構成を基本として、以下のような態様を採ることができる。
【００２３】
すなわち、前記送電側制御部は、前記送電開始前の共振電圧周波数特性を測定する際は、前記高周波電力を、通常の電力伝送中に設定する前記高周波電力よりも小さく設定するように制御する。これにより、送電コイルと受電コイルが結合していない場合等に、送電コイルの無負荷状態によって、送電共振器の共振電圧が共振容量の許容電圧値を超えてしまうことを回避することができる。
【００２４】
また、前記送電側制御部は、前記共振電圧周波数特性を検出するときに、前記高周波電力を一定の大きさに設定し、かつ周波数をスイープさせながら前記送電共振器に供給するように制御する。
【００２５】
また、前記送電側制御部は、前記送電開始前の共振電圧周波数特性が、（ａ）前記無負荷時の共振電圧周波数特性に相当する場合、（ｂ）前記無負荷時の共振電圧周波数特性のピーク周波数ｆ０と同様の周波数であってより低い電圧のピークを有する場合、または（ｃ）単峰特性で前記ピーク周波数ｆ０と異なる周波数にピークを有する場合は、送電を停止する制御を行う。これにより、非接触電力伝送には不適合な状態で送電を開始することにより、不都合な事態が発生することを回避することができる。
【００２６】
また、前記送電側制御部は、前記送電開始前の共振電圧周波数特性が双峰特性を示した場合は、前記高周波電力の周波数を双峰特性のピークの一方に設定して送電を開始するように制御する。これにより、非接触電力伝送には適切な状態で送電を行うことができる。
【００２７】
また、前記送電装置と前記受電装置は、相互に情報通信を行うための送電側応答部及び受電側応答部を各々備え、前記送電側制御部は、前記送電開始前の共振電圧周波数特性が、前記無負荷時の共振電圧周波数特性のピーク周波数ｆ０と同等の周波数であって、より低い電圧のピークを有する場合に、前記周波数ｆ０で小電力の送電を行い、前記小電力の送電に応じて、前記受電装置から受電中であることを示す応答を受信した場合は送電電力を増大させて通常の電力で送電を継続し、応答が無い場合は送電を停止するように制御する。これにより、非接触電力伝送には適切な状態を確認して送電を行うことができる。
【００２８】
また、前記受電装置の受電回路は、伝送される高周波の電力を整流し直流電力に変換する検波回路と、検波した出力電圧を一定に保つ制御を行う受電電圧調整部と、蓄電部とを備え、前記受電電圧調整部は、降圧型のＤＣ−ＤＣコンバータを備え、前記検波回路の検波電圧が設定値以上とならないように、前記ＤＣ−ＤＣコンバータにより前記蓄電部に検波電力を伝送する制御を行う。これにより、良好な伝送効率を維持して非接触電力伝送を行うことができる。
【００２９】
また、前記受電回路は、前記蓄電部の充電電圧を検出し、検出された前記充電電圧が設定値を超えたときに、前記ＤＣ−ＤＣコンバータの変換動作を抑制するように構成される。
【００３０】
また、前記受電装置は、受電電力を負荷に流して消費する過電圧制限部を備え、前記過電圧制限部は、前記検波回路の検波電圧が前記設定値を超えたときに動作して、余分の受電電力を負荷に流して消費する。これにより、受電コイルの検波出力が上昇してＤＣ−ＤＣコンバータの定格入力電圧を超えてしまうことによる回路の破損を回避できる。
【００３１】
この場合、前記ＤＣ−ＤＣコンバータは、前記蓄電部が満充電となったときに、変換動作を停止するように構成することができる。過電圧制限部の作用により、検波電圧の上昇によるＤＣ−ＤＣコンバータ回路の破損を回避できるからである。
【００３２】
また、前記ＤＣ−ＤＣコンバータと前記蓄電部の間に、前記蓄電部から前記ＤＣ−ＤＣコンバータへの電力の逆流を防止する保護部が挿入される。
【００３３】
また、前記保護部を流れる電流が順方向であるか否かを検出し、順方向であることを検出した場合に、前記保護部を短絡させる短絡制御部を備える。
【００３４】
本発明の非接触電力伝送方法は、上記構成を基本として、以下のような態様を採ることができる。
【００３５】
すなわち、電力伝送に際して、先ず小電力で送電を行いながら前記特性測定ステップを実行して、前記送電開始前の共振電圧周波数特性を測定し、前記送電開始前の共振電圧周波数特性が双峰特性の場合、そのピーク周波数に合わせた周波数の高周波電力を送電し、前記送電開始前の共振電圧周波数特性が単峰特性で、そのピーク周波数が記憶した前記無負荷時の共振電圧周波数特性のピーク周波数ｆ０と同等の場合は、前記小電力で送電を継続して前記受電装置からの応答を待ち、応答が無い場合は送電を停止し、前記送電開始前の共振電圧周波数特性が単峰特性で、そのピーク周波数が前記無負荷時の共振電圧周波数特性のピーク周波数ｆ０とは異なる場合は送電を停止する。
【００３６】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。以下の実施の形態は本発明を具現化するための一例を示したものであり、これに限定されるものではない。
【００３７】
＜実施の形態１＞
図１は、実施の形態１における磁界共鳴型の非接触電力伝送装置を示すブロック図である。図１を参照して、本実施の形態による構成及びその動作を説明する。なお、図８に示した従来例の非接触電力伝送装置と同様の要素については、同一の参照番号を付して説明の繰り返しを簡略化する。
【００３８】
共鳴給電によれば、送電共振回路と受電共振回路が同じ周波数で共振することにより、距離が遠くても効率よく送電できる。この共振の状態は、共振回路どうしの結合状態や、金属の有無による周囲状況により変化する。本発明の特徴は、その共振状態を判定し、それに応じて給電を制御する構成を有することである。
【００３９】
図１において、送電装置１は、給電回路５により交流電源（ＡＣ１００Ｖ）６の電力を送電可能な高周波電力に変換して電力を伝送する。送電コイル２及び受電コイル４は共振回路（送電共振器、受電共振器）を含み、その共振回路に関わる動作等が後述される。
【００４０】
給電回路５には送電電力設定部１０が接続され、給電回路５が給電する電力の大きさを設定する機能を有する。給電回路５が送電する高周波電力を可変とするためには、高周波電力をブリッジ回路等のスイッチング回路で生成する構成を採ることができる。その場合、高周波電力を可変とする手段としては、回路に印加する電圧を変化させるＰＡＭ制御、或いはスイッチング回路の駆動パルスのデューティ比を変更するＰＷＭ制御のいずれを採用してもよい。以下の記載では簡単のため、ＰＡＭ制御により電力を可変とする構成を例として説明する。なお、実際に送電される電力は、給電電圧を固定していても負荷の状態により変化するが、ここでは、給電電力を変更可能なように構成する手段として送電電力設定部１０を用いる。
【００４１】
給電回路５にはさらに、その高周波発信回路の周波数を変更して高周波電力の周波数を設定する送電周波数設定部１１が接続されている。共振電圧検出部１２は、送電コイル２の共振回路の共振電圧を検出して、送電側制御部１３に供給する。送電側制御部１３は、送電装置１の送電動作全般の制御を行うために設けられ、共振電圧検出部１２からの検出信号等の情報を用いて、送電電力設定部１０及び送電周波数設定部１１による設定を制御する機能を有する。また、送電側制御部１３には、記憶部１４が接続され、共振電圧検出部１２の検出出力に基づいて得られる、共振回路の共振電圧の周波数特性（以下、「共振電圧周波数特性」と記述する）を保存する。送電側制御部１３にはさらに、受電装置３との通信を行うための送電側応答部１５が接続され、受電装置３の状態に関する情報を受け取ることができる。
【００４２】
受電装置３の受電コイル４は、図８に示した構成と同様、受電用共振コイルとループコイルを有し、受電用共振コイルの共振により発生した磁界を介してループコイルに電力を伝搬させる。そのループコイル出力から、受電回路７に設けた不図示の検波回路により略直流の受電電力を発生させる。受電用共振コイルは浮遊容量Ｃとの組合わせにより共振回路を構成するが、受電用共振コイルに共振用容量を接続して共振回路を構成してもよい。その場合、容量の耐電圧を考慮して受電回路７を構成する必要がある（送電側の共振容量についても同様）。
【００４３】
受電回路７には受電検出部１６が接続され、送電コイル２から電力が伝送されて受電電力が発生した状態を検出する。受電側応答部１７は、送電側応答部１５と通信を行うために設けられ、受電検出部１６からの情報を送電側に送信する。受電回路７は出力端子１８に電力を出力すると共に、キャパシタ或いは２次電池等で構成された蓄電部１９に電力を供給する。
【００４４】
蓄電部１９は、出力端子１８からの出力が増大した場合や、受電コイル４への給電電力が減少して受電回路７から出力端子１８への電力供給が不足する場合に、電力を供給して出力を安定化させるために設けられる。但し、送電装置１から受電装置３への必要電力の供給制御の応答が十分早い場合は、出力端子１８が必要とする電力を瞬時に可変し供給して出力の安定化が可能であるため、蓄電部１９を必要としない場合もある。本実施の形態では、受電回路７の負荷の一部として取り扱う。
【００４５】
送電装置１は、無負荷時の共振電圧周波数特性を、以下のようにして測定するように構成される。すなわち、送電装置１の単独の状態で、送電電力設定部１０により送電電力を小さめで一定に設定して、給電回路５から送電コイル２に送電する。さらに、送電周波数設定部１１により送電電力の周波数を変化（スイープ）させながら、共振電圧検出部１２により共振電圧を検出する。これにより、周波数対共振電圧の特性を測定し、これを無負荷時の共振電圧周波数特性として記憶部１４に記憶する。
【００４６】
上述の測定に際して、送電電力を低めに設定するのは、以下の理由により。つまり、送電コイル２と受電コイル４が結合していない場合は、送電コイル２単体での無負荷Ｑの共振特性が現れる。その際のＱは高い場合が多いので、共振した場合には共振回路の共振電圧が上昇する。これは、送電コイル２の共振回路を送電用共振コイルと共振容量で構成した場合、共振回路に供給する高周波電圧の約Ｑ倍の電圧が発生することである。この状態では高周波電圧の大きさによっては共振電圧が共振容量の許容電圧値を超えてしまい、共振容量が破損する可能性がある。
【００４７】
これを回避するためには、無負荷の場合の共振電圧が素子の破損を回避する範囲に抑制されるように、電力を低減して給電回路５から送り出せばよい。このような送電電力の値は、共振器や高周波ドライバーの構成により変化する。従って、実際の運用にあたっては、予め共振電圧検出部１２の出力等により、共振回路電圧が共振回路を構成する素子の耐圧以下であることを確認しつつ、例えば耐圧の１／２程度の共振電圧が発生する供給電圧の値やＰＷＭ制御のデューティ値を求める。この値を設定することで、低めの送電電力を設定することができる。
【００４８】
次に、送電装置１から受電装置３への送電を開始する際の、送電装置１全体の動作の流れに即して説明する。先ず、送電開始にあたり、交流電源６からの電力の供給を受けて、不図示の電源供給部から各部の回路へ電源が供給され、送電装置１の動作が開始される。これにより、送電側制御部１３は、送電電力設定部１０を制御して低めの給電電力を発生させる。同時に、送電周波数設定部１１を制御して、送電コイル２に含まれる共振回路の共振周波数を含む周波数領域で周波数をスイープさせる。これに伴い、共振電圧検出部１２が出力する検出電圧を測定する。このようにして得られた周波数対共振電圧の特性を、「送電開始前の共振電圧周波数特性」とする。
【００４９】
送電装置１の送電用共振コイルから発生した磁界が、受電装置３の受電用共振コイルに鎖交するなどにより結合した場合には、結合状態や共振コイル周辺の状況により、共振電圧周波数特性が変化する。変化の例を図２に示し、この変化に応じて、上記構成の非接触電力伝送装置が給電開始の制御を選択する態様について、以下に説明する。
【００５０】
図２において、横軸は送電周波数設定部１１で設定した送電電力の周波数、縦軸は共振電圧検出部１２で検出した共振電圧を示す。周波数ｆ０は、送電コイル２に内蔵されている共振回路、及び受電コイル４に内蔵されている共振回路の共振周波数である。共振電圧周波数特性は、送電コイル２と受電コイル４との位置関係や、周辺における金属の有無により変化する。図２の曲線ａ〜ｅが示す周波数特性は、それぞれの位置関係等の状態に対応する。位置関係等の状態と各曲線ａ〜ｅとの対応について、それらの状態が検出された場合の制御方法も含めて説明する。
【００５１】
［曲線ａ：受電装置３や金属が近くにない状態］
共振回路に負荷が接続されていない場合、すなわち無負荷Ｑが示す周波数特性である。ｆ０付近で急峻なピークを有する。この特性を無負荷時の共振電圧周波数特性として記憶部１４に記憶する。この特性が出現した場合、受電装置３が存在しない可能性があるので、周波数ｆ０かつ小電力で送電を行う。それに応じて、受電検出部１６が電力を受電していることを検出し、受電側応答部１７から送電側応答部１５への応答が発生したときに、初めて送電電力を増大させる。応答が無い場合は、受電装置３が存在しないものと判断し、送電を停止する。
【００５２】
［曲線ｂ：送電コイル２と受電コイル４の距離が近付き結合が強くなった状態］
ピークが２つ出現する双峰特性の共振電圧周波数特性を示す。この特性が出現した場合、受電装置３が存在し、且つ、受電可能な距離にあることを示している。従って、周波数を双峰特性のいずれかのピークの周波数に設定した後、送電電力を上昇させて給電を開始する。
【００５３】
［曲線ｃ：送電コイル２と受電コイル４の距離が更に近付き結合が強くなった状態］
双峰特性のピーク周波数が曲線ｂの場合に比べて更に離れた共振電圧周波数特性である。この特性が出現した場合、受電装置３が存在し、曲線ｂの場合に比べてより近くに配置されていて受電可能な距離にあることを示している。この場合も、周波数を双峰特性のピークの周波数に設定した後、送電電力を上昇させて給電を開始する。
【００５４】
［曲線ｄ：送電コイル２と受電コイル４の距離が遠いがコイル間の結合が存在する状態］
相手が存在しない無負荷Ｑの場合のピークよりも、ピーク電圧が低下することにより判別できる共振電圧周波数特性である。この場合、送電が可能な場合が多いので、周波数ｆ０かつ小電力で送電を行う。それに応じて、受電検出部１６が電力を受電していることを検出し、更に受電側応答部１７から送電側応答部１５への応答が発生したときに、初めて送電電力を上昇させる。応答が無い場合は受電装置３が無いと判断し、送電を停止する。
【００５５】
［曲線ｅ：単峰特性でピーク周波数がｆ０と異なる状態］
これは、送電コイル２の近辺に金属が存在する場合を示す。金属での渦電流損失により共振回路のＱ値が低下するので、曲線ａの特性の場合よりもピークが低下する。更に、周辺の透磁率が金属の存在により高くなるので、共振回路の共振コイルのインダクタンスが上昇して、ピーク周波数が低下する。このような場合に送電を行うと、金属の渦電流損失により発熱する可能性があるので、送電を停止する。
【００５６】
以上のように、共振電圧周波数特性を送電開始前に測定することにより、「送電開始前の共振電圧周波数特性」に基づいて、送電が可能か否か、すなわち、非接触電力伝送に対する適合度を容易に判定できる。これにより、壁を挟んで相手側の視認等が不可能な場合でも、適切に送電を開始できる。
【００５７】
更に、曲線ａ、ｄ、ｅの周波数特性が現れた場合には送電を禁止することを条件とすれば、受電装置３からの応答が無い場合でも、送電を安全に開始できる。
【００５８】
ただし、出力端子１８に負荷が接続されていない場合や、蓄電部１９に十分蓄電された場合は、それ以上の給電が不必要である。従って、受電回路７によりその状態を検出して、受電側応答部１７により送電側応答部１５に対して送電不要であることを通知する。これを検出した送電側制御部１３により送電電力を遮断、或いは、低下させることにより、電力伝送を安全に且つ効率よく実施できる。
【００５９】
以上のように、本実施の形態によれば、共振電圧周波数特性を参照しつつ送電開始等の判定を行う。これにより、壁を挟んだ送電のような送電コイル２と受電コイル４の相互配置の視認が出来ない場合でも、安全に非接触電力伝送を行うことが可能である。
【００６０】
＜実施の形態２＞
図３は、実施の形態２における磁界共鳴型の非接触電力伝送装置を構成する受電装置３を示すブロック図である。なお、図３において、図８や図１に示した構成と同様の要素については、同一の参照番号を付して、説明の繰り返しを省略する。
【００６１】
実施の形態１では、電力伝送に不適当な状態の時には送電の停止や送電電力の低減を行うことで、電力伝送の安全性を確保する構成を示した。これに対して、本実施の形態は、蓄電部１９の保護手段や、受電回路７の保護手段等を設けることにより、電力伝送中の安全と伝送効率をより向上させた構成を特徴とする。従って、本実施の形態は受電装置３の構成に特徴があるので、受電装置３の構成のみを示す図３を参照して説明する。
【００６２】
送電装置から伝送され受電コイル４で受けた電力は、受電回路７で検波し直流電力に変換する。受電回路７に接続された過電圧制限部２０は、受電コイル４からの電力を受電した際に過大な電圧が受電回路７に印加されないように制限する。具体例としては、検波回路に対して、検波電力を消費するように、抵抗による負荷や、負荷抵抗を負荷として接続させるためのＳＷ用のＦＥＴを受電回路７に接続する。そして、受電回路７の破損が生じるような高い電圧となる場合には、余分の受電電力を、負荷抵抗やＳＷ用のＦＥＴのオン抵抗などにより消費させる。すなわち、検波電圧検出部（不図示）により一定電圧以上となったことを検出した場合は、負荷抵抗をＦＥＴで構成されるＳＷで通電することにより、一定電圧以上になることを防止する。
【００６３】
この過電圧制限部２０としては、例えば、ツェナーダイオードを用いた簡便な構成例を採用できる。すなわち、ツェナーダイオードと抵抗を直列接続し、検波した電圧を印加し、抵抗の両端の電圧をＦＥＴのゲートに印加する。検波した電圧が一定電圧となりダイオードが通電を開始すると、抵抗に電圧が発生するので、この電圧によりＦＥＴをオンさせる。
【００６４】
この構成では、ＦＥＴゲート電圧が上昇してＦＥＴが導通を開始するが、余剰電力以上に通電電流が流れるとＦＥＴのゲート電圧が低下する。このため、余剰電力を消費する程度の状態で、ＦＥＴのオンとオフの中間の動作点で、ＦＥＴを動作させることになる。これにより、ＦＥＴ自体も負荷抵抗と同じようなオーダーの抵抗として動作する。従って、負荷抵抗とＦＥＴの抵抗で電力を消費し、ＦＥＴ自体も発熱することになる。これを回避するためには、ＦＥＴをオンとオフの両方の状態でのみ動作させ、負荷抵抗で大部分の余剰電力を消費させる構成とする必要がある。これには、ＦＥＴの駆動パルスを生成し、ＰＷＭ制御で負荷抵抗に余剰電力を消費させる回路構成が適しているが、詳細は省略する。
【００６５】
受電回路７にはさらに、受電電圧設定部２１が接続され、伝送効率を向上させるために受電コイル４からの出力電圧を一定に保つ制御を行う。受電電圧設定部２１の動作は、受電側制御部２２により、最適な受電電圧に調整するように制御される。
【００６６】
非接触電力伝送装置において伝送効率を上昇させるためには、送電コイル２と受電コイル４間を伝送路として見た場合、送電側の出力インピーダンスと受電側の入力インピーダンスを整合させる必要がある。高周波電力をＦＥＴによるスイッチングで発生させる場合、ＦＥＴのオン抵抗が出力インピーダンスに相当するが、受電側も同様に一定の入力インピーダンスと見なせるように構成する必要がある。
【００６７】
すなわち、受電側も整合した一定の抵抗と見なせるように回路で構成すると、インピーダンスマッチングがとれて効率が向上する。一般に、商用の交流電源から直流出力等を生成する場合、入力である交流電源側の力率を改善し、一定の抵抗と見なせるように回路を構成する、ＰＦＣ回路（力率制御回路）が一般に使用されている。この場合、商用電源の周波数である５０Ｈｚとか６０Ｈｚの周波数の１０倍以上の周波数でＦＥＴ等のＳＷ素子をスイッチングさせ、電力の変換を行っている。
【００６８】
この手法を適用し、抵抗と見なせるように受電回路７を構成する場合、元々、１００ｋＨｚのような高周波電力を非接触給電で伝送させるので、１０ＭＨｚ以上の周波数でＳＷ素子をオンオフ制御させる必要がある。しかし、現状では１０ＭＨｚ以上の駆動周波数でＳＷ素子を効率よく制御し、ＰＦＣ回路を構成することは非常に困難であり、次善の策を取らざるを得ない。
【００６９】
そこで、伝送される高周波の電力をダイオードブリッジ等による検波回路で整流し直流電力に変換する際に、検波した出力電圧を一定に保ちつつ受電する構成とする。これにより、一定の電力が伝送される場合には一定の電圧と電流が受電側に現れ、一定のインピーダンスが接続された状態と見なせるように構成すれば、インピーダンスマッチングに準じた伝送系を構築できることになる。従って、このような回路構成を利用して、送電電力に応じて検波電圧を最適に変更することにより、伝送効率の向上を図ることが可能となる。
【００７０】
詳細は後述するが、このような構成例として、インダクタを用いて降圧型ＤＣ−ＤＣコンバータを構成し、検波電圧が一定値以上とならないようにインダクタを介して検波電力を蓄電部に伝送する構成を採用できる。これにより、受電側では検波電圧を一定に保ちつつ、蓄電部側では一定電流が流入するようになるので、伝送電力等に応じて蓄電部１９への定電流充電が実施できることとなる。
【００７１】
このような構成で、検波電圧を調整することにより伝送回路の整合を取れば、伝送効率の向上と共に、蓄電部の充電を適切に行うことが出来る。
【００７２】
但し、蓄電部１９が満充電となって、ＤＣ−ＤＣコンバータにそれ以上の電流を流す必要が無くなった場合、受電コイル４の検波出力から電力が流出しなくなるので、検波電圧が上昇する。このような場合、ＤＣ−ＤＣコンバータの定格入力電圧を超えてしまうことにより、回路が破損する恐れがある。そこで、上述の過電圧制限部２０による余分の電力消費が機能して電圧の上昇を抑えることにより、回路の保護が可能となる。
【００７３】
通常は、この保護機能の動作中に、図１に示した受電側応答部１７から送電側応答部１５への通信により、送電電力を低下、或いは停止させて、より安全な電力伝送が実現できるように構成する。
【００７４】
以上のような受電電力が過大な場合とは逆の場合、すなわち、受電コイル４を介して伝送される電力が低下、或いは中断した場合について、以下に説明する。この場合、受電回路が降圧型のＤＣ−ＤＣコンバータで構成されていることに起因する問題が発生する。通常、降圧型ＤＣ−ＤＣコンバータは電圧の高い入力側から電圧の低い出力側に電力を伝送するように構成されている。このため、入力側が低い電圧となると、蓄電部１９からの電力が受電回路７のＤＣ−ＤＣコンバータを逆流する。このような場合、蓄電部１９から大電力が流入し、回路の焼損等の危険がある。この保護を行うため、逆流防止用のダイオード等から構成される保護回路２３を、受電回路７と蓄電部１９の間に挿入する。
【００７５】
なお、ダイオードで逆流防止を行う場合、順方向の電圧降下により電力のロスが発生する。そのため、電流が順方向に流れていることを検出した場合、ダイオードを短絡して効率の低下を防ぐ短絡制御部２４を設けることが望ましい。
【００７６】
＜実施の形態３＞
実施の形態１に示したように、共振電圧の周波数特性を測定し、給電開始の制御に用いる場合、共振電圧自体がｋＶオーダーの電圧となる事態に対処する必要がある。本実施の形態は、そのような条件に適した、共振電圧周波数特性を検出するための簡単な構成を提供するものである。
【００７７】
図１の構成においては、送電コイル２の共振回路部分の共振電圧を共振電圧検出回路１２で検出し、送電側制御部１３に伝達する。本実施の形態に基づくこの部分の具体的な構成について、図４Ａ、図４Ｂを参照して説明する。図４Ａは、給電回路５を構成する出力回路５ａを示し、所謂、フルブリッジ回路によるスイッチングによって高周波電力を生成する構成となっている。図４Ｂに示す共振電圧検出回路１２は、両波検波方式で構成された例を示し、ｋＶオーダーの高周波電圧をマイコン等で扱える直流電圧に変換する。
【００７８】
図４Ａに示した出力回路５ａでは、電源２５から供給される電圧を、模式的に示したＦＥＴ等で構成されたスイッチ（ＳＷ）２６ａ〜２６ｄによりスイッチングして、負荷２７に流れる電流の向きを切換える。ＳＷ２６ａ〜２６ｄは、不図示の制御回路からの駆動出力によりオン、オフが制御される。ＳＷ２６ａとＳＷ２６ｄがオンした場合は負荷２７に矢印方向の電流が流れ、ＳＷ２６ｂとＳＷ２６ｃがオンした場合は逆方向に流れ、このスイッチングの繰り返しにより高周波電力が生成される。また、電源２５の電圧を可変とすることにより、出力電力を調整するＰＡＭ制御を行う。電源２５の電圧の設定は、図１に示した送電電力設定部１０により行われる。
【００７９】
図４Ｂに示すように、図４Ａに示した出力回路５ａ（２８はグランド）に対して、送電コイル２の共振回路を構成する共振用コイル２９及び共振用コンデンサ３０が接続される。これにより、出力回路５ａからの出力に対する直列共振回路が構成される。共振した場合には、接続部３１に高い共振電圧が発生する。なお、図８に於いて送電コイルとしてループコイル２ａと送電用共振コイル２ｂを組み合わせたものを示して説明したが、ここでは、共振作用を有し且つ共振電圧の検出が容易に行えるようにする為、コイルとコンデンサを直列に接続して電力を供給する直列共振回路で送電コイルを構成する例を示した。図８の例では送電用共振コイル２ｂが送電回路側と電気的に分離しているので、送電回路側が共振電圧を検出する為には、電気的な接続を新たに別系統で設定する必要がある。これに対して、直列共振回路で構成する場合は、出力回路５ａと共振回路は元々電気的に接続されている構成である為、共振電圧を検出し、それを制御部に伝達する回路を構築することが容易となる。
【００８０】
接続部３１には、メグオーム単位の高抵抗３２を介して、共振電圧検出回路１２における検波用ダイオード３３ａ、３３ｂが接続されている。検波用ダイオード３３ａ、３３ｂには、検波電圧を蓄積するコンデンサ３４ａ、３４ｂ、分圧用抵抗３５ａ、３５ｂが接続されている。抵抗３５ａと抵抗３５ｂの接続点に、バイアス電圧源３６が接続され（３７はグランド）ている。接続部３１が＋側の電圧の場合、ほぼ高抵抗３２と抵抗３５ａの分圧比で分圧された電圧がコンデンサ３４ａに蓄積され、−側の電圧の場合は同様に、コンデンサ３４ｂに蓄積され、両波検波となる。両波検波された電圧は、抵抗３８ａ、３８ｂ、３９ａ、３９ｂを介してオペアンプ４０に入力されて増幅され、出力端子４１に共振電圧検出部１２の検出出力として出力される。
【００８１】
図４Ｂには、両波検波の共振電圧検出回路１２の構成例を示したが、片側のみの検波で共振電圧を検出してもよい。その例を、図５Ａに共振電圧検出回路１２ａとして示す。同図において、図１、図４Ａ、図４Ｂと同一の参照番号を付した構成要素は、同一の構成及び作用を有するものであり、説明の繰り返しを省略する。この片側検波の構成は、図４Ｂに示した両波検波回路の一部を取り出した構成に相当するので、詳細な説明は省くが、グランド３７と出力端子４１の間に検出電圧が発生する。
【００８２】
また、送電コイル２を含む一部の要素を、送電装置１の他の要素と分離して、コネクタ付のケーブルで相互に接続した構成とすることにより、更に利便性が向上する。そのような構成の例を、図５Ｂに、ケーブル延長送電装置４４として示す。図５Ａに示す端子４２ａ、４２ｂ、４３ａ、４３ｂは、図５Ｂの構成に用いるコネクタ接続構造との対応を判り易くするために示したものである。この送電装置４４では、送電コイル２と共振電圧検出部１２ａを組合せた送電コイルモジュール４５が、残りの他の部分である送電装置本体部４６から切り離されて、ケーブル４７により接続される。
【００８３】
送電コイルモジュール４５の中には、共振用コイル２９と共振用コンデンサ３０で構成される共振回路と、共振電圧検出部１２ａを設ける。共振回路に接続される配線４７は、シールド４８を設けた構造とすれば、外部への妨害を軽減できる。また検出電圧を導くケーブルも同時に被覆４９内に収容して１本のケーブルとし、送電装置本体部４６と送電コイルモジュール４５を、コネクタ５０ａ、５０ｂを介して簡便に接続可能なように構成すれば、ケーブル類を纏めることができる。
【００８４】
送電コイルモジュール４５は、内蔵される回路部分が僅かであるため、薄い構造になる。これにより、壁越しに電力伝送を行う際に、コイルの設置場所の自由度が増大し、使い勝手の優れた送電装置となる。
【００８５】
上述の送電装置４４と同様、受電装置３も、ケーブルを用いて分離し延長した構造とすることができる。図６にその構成例を、ケーブル延長受電装置５１として示す。同図において、図１と同一の参照番号を付した構成要素は、同一の構成及び作用を有する要素であり、説明の繰り返しを省略する。
【００８６】
この受電装置５１では、受電コイル４と検波回路を組み合わせた受電コイルモジュール５２が、残りの他の部分である受電装置本体部５３から切り離されて、ケーブル５４で接続される。受電コイルモジュール５２には、受電用共振コイル４ｂと共振用コンデンサ５５で構成される共振回路と、ループコイル４ａと、検波回路５６を設置する。検波回路５６は、図に回路記号で示すように、ダイオードブリッジと平滑コンデンサで構成され、受電した電力を直流電力に変換し、ケーブル５４を介して受電装置本体部５３に供給する。
【００８７】
受電装置本体部５３に含まれる受電電圧調整部５７は、図３に示した受電回路７の一部及び受電電圧設定部２１の機能を含み、検波回路５６の出力である受電電圧を一定に保ちつつ、蓄電部１９に充電するとともに出力端子１８に電力を出力する。受電コイルモジュール５２の検波回路５６に接続された２本の電力線は、ケーブル５４、及びコネクタ５８ａ、５８ｂを介して、受電装置本体部５３に接続される。ケーブル５４は、被覆５９で覆われている。
【００８８】
受電コイルモジュール５２は、内蔵される回路部分が僅かであるため、薄型に形状を設定可能である。それにより、壁越し等での設置場所の自由度が向上し、使い勝手のよい受電装置を構築できる。
【００８９】
なお、送電コイルモジュール４５や受電コイルモジュール５２に収納されている共振コイルは、送受電間の間隔が広くなるほどコイル径を大きくする必要がある。そのため、壁の厚さに応じて、送電コイルモジュール４５や受電コイルモジュール５２を複数種類用意し、上述のようにコネクタを介して送電装置本体部４６及び受電装置本体部５３と接続する構成として、取り換えて使用可能とすることが望ましい。これにより、種々の種類の壁に直ちに対応でき、設置工事等での利便性が向上する。それぞれの共振回路の周波数を合わせておけば、特に調整する必要は無く、使い勝手も良好となる。
【００９０】
＜実施の形態４＞
受電回路電圧設定ＤＤコンバータ５７について、図７を参照して、具体的な構成及び動作を説明する。同図において図５、図６と同一番号の構成要素は、同一の構成及び作用を有するものであり、説明の繰り返しを省略する。
【００９１】
この受電電圧調整部５７には、図６に示したループコイル４ａに現われる電圧を検波回路５６で検波した受電電力が、コネクタ５８ｂを経由して伝達される。この回路では、ＳＷ回路６０、インダクタ６１、ＰＷＭ制御回路６２、及びフライホイールダイオード６４により、降圧型のＤＣ−ＤＣコンバータ回路が構成される。ＰＷＭ制御回路６２には、ＰＷＭ制御を行うための制御信号が制御入力部６３を介して入力される。
【００９２】
抵抗６５及び６６は、検波回路５６からの入力電圧を分圧するために設けられる。抵抗６５、６６により分圧した電圧は、＋側と−側の入力端子を有するアンプ６７の−側に入力される。アンプ６７の＋側には、第１基準電圧源６８の電圧が入力される。アンプ６７の出力は、信号加算用のダイオード６９、及び信号加算用の抵抗７０を介して制御入力部６３に入力される。
【００９３】
インダクタ６１の出力側は、ダイオード７１を介して出力端子１８及び蓄電部１９に供給される。ダイオード７１は、図３の構成における保護回路２３と同様、逆流防止用に設けられる。ダイオード７１の出力側にはまた、抵抗７２及び７３が接続されており、蓄電部１９の電圧を分圧する。抵抗７２、７３により分圧した電圧は、＋側と−側の入力端子を有するアンプ７４の＋側に入力される。アンプ７４の−側には、第２基準電圧源７５の電圧が入力される。アンプ７４の出力は、信号加算用のダイオード７６を介して制御入力部６３に入力される。
【００９４】
ＰＷＭ制御回路６２のスイッチング制御信号によりＳＷ回路６０のオンオフ制御が行われ、オンの状態では、インダクタ６１を経由して蓄電部１９に電流が流れ、インダクタ６１に磁界のエネルギーを蓄積する。オフの状態では、グランドとフライホイールダイオード６４を経由して、インダクタ６１に溜まった磁界のエネルギーを放出するように電流が蓄電部１９に流れる。この動作に基づき、ＳＷ回路６０のオンオフ制御により、コネクタ５８ｂの端子側の高電圧の電力を、蓄電部１９側の低電圧の電力に変換するＤＣ−ＤＣ変換動作を行う。
【００９５】
通常、ＰＷＭ制御回路６２はＩＣ化されており、定電圧制御のＤＣ−ＤＣ変換動作の場合、出力電圧を抵抗分割して印加した制御入力部６３の電圧が、不図示のＩＣ内部の基準電圧より低い場合、即ち出力電圧が低下した場合には、ＳＷ回路６０のオンオフ制御を実施し、インダクタ６１を介して出力に電力を供給して出力電圧を上昇させる。逆に、低い場合には制御を停止し出力電圧の上昇を阻止することにより、出力電圧を一定に保つ制御動作を行う。
【００９６】
以上のように、制御入力部６３の電圧によりＤＣ−ＤＣ変換動作の実行、停止を行うが、この制御信号の生成方法を変更することにより、入力電圧を一定に保つような制御を行ったり、蓄電部に十分蓄電された場合に充電を停止する定電圧充電制御を行ったりするように構成できる。
【００９７】
これについて、図７におけるＤＣ−ＤＣコンバータ回路以外の構成要素も含めた回路の動作を説明することにより、以下詳述する。先ず、蓄電部１９の電圧が満充電の電圧より低い場合は、抵抗７２と抵抗７３の分圧電圧は第２基準電圧源７５の電圧よりも低いので、アンプ７４の出力はＬｏｗとなり、ダイオード７６は逆極性となる。従って、制御入力部６３の電圧は低下せず、ＰＷＭ制御回路６２へのアンプ７４からの制御は行われない。
【００９８】
次に、コネクタ５８ｂの端子側の電圧が上昇し、抵抗６５と抵抗６６の分圧電圧が、第１基準電圧源６８の電圧をオーバーすると、アンプ６７の出力は低下する。これが、ダイオード６９、抵抗７０を経由して制御入力部６３に入力され、制御入力部６３が低電圧となる。これにより、ＰＷＭ制御回路６２はＳＷ回路６０のオンオフ制御を開始し、ＤＣ−ＤＣ変換動作を行う。このため、コネクタ５８ｂの端子側から電力が蓄電部１９に流れるようになり、検波回路５６の出力電圧は低下する。この動作が継続すると分圧電圧は更に低下し、遂に電圧が第１基準電圧源６８の電圧を下回るとアンプ６７の出力は上昇するのでＤＣ−ＤＣ変換動作が停止する。このような制御を繰り返すことにより、検波回路５６の出力電圧が一定に保たれる。
【００９９】
このような構成で、第１基準電圧源６８の電圧を可変にすると、それに応じて検波電圧が変化する。図３に示した受電電圧設定部２１において、この基準電源６８をマイコンのＤＡ出力端子、或いはＰＷＭ出力による電圧設定手段とすることにより、受電電圧の任意の設定が可能となる。
【０１００】
一方、このようなＤＣ−ＤＣ変換動作を行うと、検波回路５６の受電電力に応じた電流が蓄電部１９に流入し、受電電力が一定であれば、ある程度一定の電流で充電する定電流充電（ＣＣ充電）が行われることになる。これにより蓄電部１９の電圧が上昇し、抵抗７２と抵抗７３の分圧電圧が第２基準電圧源７５の電圧より高くなると、抵抗７２、７３の分圧電圧はアンプ７４の＋端子に接続されているので、アンプ７４の出力は上昇する。そのため、信号加算用のダイオード７６を経由して制御入力部６３の電圧が上昇し、ＤＣ−ＤＣ変換動作が抑制されることになる。この結果、一定電圧以上の充電を停止する定電圧充電（ＣＶ充電）動作が実行される。
【０１０１】
なお、ダイオード７６に信号加算用抵抗７０と同様の抵抗を直列に接続すれば、定電流充電から定電圧充電への切り替え特性を調整できるが、詳細は省略する。
【０１０２】
また、蓄電部１９が満充電となった場合、ＤＣ−ＤＣ変換動作が停止するので、検波回路５６からの電力の流出がなくなり、電圧が上昇する。その場合は、前述したように過電圧制限部２０で制限するか、あるいは受電側応答部１７により、送電側応答部１５へ送電停止信号等を送り、満充電とならないように充電を停止する等の動作を行う。これにより、出力が安定で、安全な非接触電力伝送装置を構成できる。
【０１０３】
なお、送電側応答部１５及び受電側応答部１７には、負荷通信方式や、ＺｉｇＢｅｅ等の別の周波数を使った周知の通信方法を用いることができるが、詳細は省略する。
【産業上の利用可能性】
【０１０４】
本発明の非接触電力伝送装置は、受電装置の位置を視認できない状況にあっても、送電装置の共振電圧周波数特性に基づき受電装置の設置状況や金属の有無などを判別でき、安全な電力伝送が可能であるため、空調機器や電気自動車などに対する非接触電力伝送に好適である。
【符号の説明】
【０１０５】
１、４４  送電装置
２  送電コイル
２ａ、４ａ  ループコイル
２ｂ  送電用共振コイル
３、５１  受電装置
４  受電コイル
４ｂ  受電用共振コイル
５  給電回路
５ａ  出力回路
７  受電回路
８、２７  負荷
１０  送電電力設定部
１１  送電周波数設定部
１２  共振電圧検出部
１３  送電側制御部
１４  記憶部
１５  送電側応答部
１６  受電検出部
１７  受電側応答部
１８、４１  出力端子
１９  蓄電部
２０  過電圧制限部
２１  受電電圧設定部
２２  受電側制御部
２３  保護回路
２４  短絡制御部
２６ａ〜２６ｄ  スイッチ（ＳＷ）
２８、３７  グランド
２９  共振用コイル
３０、５５  共振用コンデンサ
３６  バイアス電圧源
４５  送電コイルモジュール
４６  送電装置本体部
４７、５４  ケーブル
４８  シールド
４９、５９  被覆
５０ａ、５０ｂ、５８ａ、５８ｂ  コネクタ
５２  受電コイルモジュール
５３  受電装置本体部
５６  検波回路
５７  受電電圧調整部
６０  ＳＷ回路
６１  インダクタ
６２  ＰＷＭ制御回路
６３  制御入力部
６４  フライホイールダイオード
６８  第１基準電圧源
７５  第２基準電圧源
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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