(57)【要約】【課題】  受電コイル側の直流出力電圧や直流出力電流が急激に変化した場合に、電源装置から受電コイル側を見たときのインピーダンスの急激な変化を抑えて、送電コイル側の各回路素子を保護すること。【解決手段】  ワイヤレス受電装置１０８は、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４をオン・オフ制御する制御部１７０と、を含み、制御部１７０がスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４を制御することにより、出力検出部１５０からの信号が第1のしきい値に達した時に、ブリッジ型回路１４０が整流回路として動作する整流型ループ電流モードと、ブリッジ型回路１４０が受電コイル１３０を短絡する短絡回路として動作する短絡型ループ電流モードとが交互に切り替わる電圧クランプモードで動作する。【選択図】図２
2014079107.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送電コイルからワイヤレスにて送電される交流電力を受電コイルにて受電する装置であって、
前記受電コイルと、
ブリッジ型に接続された整流素子および前記受電コイルを短絡するスイッチング素子を備えるブリッジ型回路と、
前記ブリッジ型回路に接続された平滑回路と、
前記平滑回路からの出力電圧または出力電流を検出する出力検出部と、
前記スイッチング素子をオン・オフ制御する制御部と、
を含み、
前記制御部が前記スイッチング素子を制御することにより、前記出力検出部からの信号が第1のしきい値に達した時に、前記ブリッジ型回路が整流回路として動作する整流型ループ電流モードと、前記ブリッジ型回路が前記受電コイルを短絡する短絡回路として動作する短絡型ループ電流モードとが交互に切り替わる電圧クランプモードで動作する非接触受電装置。
【請求項２】
前記整流型ループ電流モードで動作する通常動作モードを有し、前記制御部が前記スイッチング素子を制御することにより、前記検出信号が前記第１のしきい値に達した時に、前期通常動作モードから前記電圧クランプモードへと切り替わる請求項１に記載の非接触受電装置。
【請求項３】
前記スイッチング素子は前記整流素子に並列接続され、
前記通常動作モードにおいて、前記ブリッジ型回路が同期整流回路として動作する請求項２に記載の非接触受電装置。
【請求項４】
前記スイッチング素子は前記整流素子に並列接続され、
前記電圧クランプモードにおいて、前記ブリッジ型回路がダイオード整流回路として動作する請求項２に記載の非接触受電装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記電圧クランプモードにおいて、前記出力検出部からの信号が、前記第１のしきい値とは異なる第２のしきい値となるように、前記整流型ループ電流モードと前記短絡型ループ電流モードの切り替え周期を調整すると請求項１から４にいずれかに記載の非接触受電装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかに記載の非接触受電装置と、
前記送電コイルと、前記送電コイルに交流電力を供給する電源装置と、を含む、非接触給電装置と、
からなる非接触電力伝送システム。
【請求項７】
前記電圧クランプモードを所定時間継続した後に、前記非接触受電装置の動作を制限する請求項６に記載の非接触電力伝送システム。
【請求項８】
前記出力検出部からの信号が第１のしきい値に達した時に、前記非接触受電装置から前記非接触給電装置に、前記非接触給電装置の動作を制限する給電動作制限信号を送信する請求項６に記載の非接触電力伝送システム。
【請求項９】
前記給電動作制限信号を送信した後に、前記非接触受電装置の動作を制限する請求項８に記載の非接触電力伝送システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非接触送電された電力を受電するための非接触受電装置、および、非接触電力伝送システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
電源ケーブルを用いることなく、例えば電気自動車や携帯機器に、外部から電力を非接触で供給する非接触給電技術が注目されている。
【０００３】
特許文献１には、トランスの１次コイル（送電コイル）側に設けられ、充電用直流電源を周波数変換して充電用交流電源（電源装置）を生成して１次コイルに印加するインバータ回路を備えた充電器（非接触給電装置）と、トランスの２次コイル（受電コイル）側に設けられ、二次コイルに発生する誘導電圧を整流し充電のための直流電源を生成する整流回路と、直流電源の電圧（直流出力電圧）をチェックして、予め定めた基準電圧値を検知した時、駆動信号を出力する電圧チェック回路と、駆動信号に応答して二次コイルの端子間を短絡させる短絡回路（２次コイル、整流回路、電圧チェック回路、短絡回路を含む非接触受電装置）を備えた車両からなる充電装置（非接触電力伝送システム）が開示されている。そして、この充電装置では、直流電源の電圧が異常上昇した場合に、二次コイルの端子間を短絡させることにより、直流電源の電圧の異常上昇が抑えられ、二次コイル側の各回路素子を保護できることが記載されている。
【０００４】
より具体的には、特許文献１に開示されている整流回路は、４個のダイオードよりなるブリッジ型回路にて構成され、低圧ライン側の２個のダイオードには、それぞれトランジスタが並列に接続されるように備えられている。それぞれのトランジスタはコントローラからの駆動信号によりオン・オフ制御され、直流電源の電圧が異常に上昇した場合に、二次コイルの端子間を短絡している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−２７８７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１では、充電のための直流電源の電圧（平滑回路により生成された直流出力電圧）が異常上昇した場合、整流回路に備えられたトランジスタをオンの状態にすることにより、直流電源電圧の異常上昇を抑えているが、その結果、直流電源の電圧は異常上昇した後に急激に低下してゼロに近い値となる。このため、充電用直流電源（非接触給電装置）からトランスの二次コイル（受電コイル）側を見たときのインピーダンスは急激に変化する。従って、一次コイル（送電コイル）側の各回路素子（非接触給電装置を構成する、インバータに含まれるスイッチング素子等の回路素子）に印加される電圧や、各回路素子を流れる電流も急激に変化する。すなわち、インピーダンスの急激な変化は、一次コイル（送電コイル）側の各回路素子の破損を引き起こすおそれがある。
【０００７】
そこで、本発明は、受電コイル側の直流出力電圧や直流出力電流が急激に変化した場合に、電源装置から受電コイル側を見たときのインピーダンスの急激な変化を抑えて、送電コイル側の各回路素子を保護することのできる非接触受電装置、及び、非接触電力伝送システム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】
【０００８】
本発明に係る非接触受電装置は、送電コイルからワイヤレスにて送電される交流電力を受電コイルにて受電する装置である。この非接触受電装置は、受電コイルと、ブリッジ型に接続された整流素子および受電コイルを短絡するスイッチング素子を備えるブリッジ型回路と、ブリッジ型回路に接続された平滑回路と、平滑回路からの出力電圧または出力電流を検出する出力検出部と、スイッチング素子をオン・オフ制御する制御部と、を含み、制御部がスイッチング素子を制御することにより、出力検出部からの信号が第1のしきい値に達した時に、ブリッジ型回路が整流回路として動作する整流型ループ電流モードと、ブリッジ型回路が受電コイルを短絡する短絡回路として動作する短絡型ループ電流モードとが交互に切り替わる電圧クランプモードで動作する。
【０００９】
この非接触受電装置によれば、受電コイル側の直流出力電圧や直流出力電流が急激に変化した場合に、電源装置から受電コイル側を見たときのインピーダンスの急激な変化を抑えて、送電コイル側の各回路素子を保護することができる。
【００１０】
また、この非接触受電装置によれば、整流型ループ電流モードで動作する通常動作モードを有し、制御部は、検出信号が第１のしきい値に達した時に、通常動作モードから電圧クランプモードへと切り替えてもよい。
【００１１】
また、この非接触受電装置によれば、スイッチング素子は整流素子に並列接続され、通常動作モードにおいて、ブリッジ型回路が同期型の整流回路として動作することができる。
【００１２】
また、この非接触受電装置によれば、スイッチング素子は整流素子に並列接続され、電圧クランプモードにおいて、ブリッジ型回路がダイオード型の整流回路として動作することができる。
【００１３】
また、この非接触受電装置によれば、制御部は、電圧クランプモードにおいて、出力検出部からの信号が、第１のしきい値とは異なる第２のしきい値となるように、整流型ループ電流モードと短絡型ループ電流モードの切り替え周期を調整してもよい。
【００１４】
本発明における非接触電力伝送システムは、上述した非接触受電装置と、送電コイルと、送電コイルに交流電力を供給する電源装置と、を含む、非接触給電装置と、を備える。
【００１５】
また、この非接触電力伝送システムによれば、電圧クランプモードを所定時間継続した後に、非接触受電装置の動作を制限してもよい。
【００１６】
また、この非接触電力伝送システムによれば、出力検出部からの信号が第１のしきい値に達した時に、非接触受電装置から非接触給電装置に、非接触給電装置の動作を制限する給電動作制限信号を送信してもよい。
【００１７】
また、この非接触電力伝送システムによれば、給電動作制限信号を送信した後に、非接触受電装置の動作を制限してもよい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、非接触受電装置の直流出力電圧や直流出力電流が急激に変化した場合に、電源装置から受電コイル側を見たときのインピーダンスの急激な変化を抑えて、送電コイル側の各回路素子を保護することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】第１の実施形態に係る非接触電力伝送システムのシステム構成ブロック図である。
【図２】第１の実施形態に係る非接触電力伝送システムのシステム詳細図である。
【図３】通常動作モードの動作を説明するための波形図であり、図３（Ａ）は、受電コイルにより受電された交流電圧の波形であり、図３（Ｂ）は、スイッチング素子のタイミング波形である。
【図４】通常動作モードにおけるループ電流の説明図である。
【図５】第１の実施形態に係る非接触電力伝送システムの動作を説明する概略図である。
【図６】電圧クランプモードにおけるループ電流の説明図である。
【図７】電圧クランプモードにおけるループ電流の説明図である。
【図８】第２の実施形態に係る非接触電力伝送システムのシステム詳細図である。
【図９】変形例に係る非接触電力伝送システムの動作を説明する概略図である。
【図１０】送電側インピーダンスＺｔの変化を示す概略図である。
【図１１】ループ電流の説明図であり、図１１（Ａ），（Ｂ）は整流型ループ電流モードにおけるループ電流の説明図であり、図１１（Ｃ），（Ｄ）は短絡型ループ電流モードにおけるループ電流の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態を説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。
【００２１】
[第１の実施形態]
図１は、本発明の第１の実施形態に係る非接触電力伝送システム１００のシステム構成ブロック図であり、図２は非接触電力伝送システム１００の詳細なシステム構成図である。図１および図２に示す非接触電力伝送システム１００は、非接触給電装置１０４と非接触受電装置１０８を備え、非接触給電装置１０４から非接触受電装置１０８へ非接触（ワイヤレス）で電力伝送を行うものである。
【００２２】
（構成例）
非接触給電装置１０４は、送電コイル１２０と、送電コイルに交流電力を供給する電源装置１１０とを含む。非接触受電装置１０８は、受電コイル１３０と、受電キャパシタ１３２と、ブリッジ型回路１４０と、平滑回路１４２と、制御部１７０と、出力検出部１５０と、受電電圧検出部１６０と、受電装置動作制限部１８０を含む。
【００２３】
電源装置１１０は、交流電力を送電コイル１２０に供給する。送電コイル１２０は送電キャパシタ（図示せず）とともに送電側ＬＣ共振回路を形成している。電源装置１１０は、送電コイル１２０に、その周波数がｆｏである交流電流（例えば、方形波または正弦波の電流）を供給する。電源装置１１０は、例えば、スイッチングコンバータやスイッチングインバータ等のスイッチング電源装置である。送電コイル１２０のインダクタンスと受電キャパシタ１３２のキャパシタンスは、送電側ＬＣ共振回路の共振周波数が交流電流の周波数ｆｏに略一致するように設定されている。なお、送電キャパシタを用いることなく、周波数ｆｏの交流電流を送電コイル１２０に供給してもよい。
【００２４】
受電コイル１３０は受電キャパシタ１３２とともに受電側ＬＣ共振回路を形成している。受電コイル１３０のインダクタンスと受電キャパシタ１３２のキャパシタンスは、受電側ＬＣ共振回路の共振周波数が交流電流の周波数ｆｏに略一致するように設定されている。なお、受電キャパシタ１３２は必ずしも用いなくてもよい。
【００２５】
ブリッジ型回路１４０は、４つのダイオード（整流素子）Ｄ１〜Ｄ４がフルブリッジ接続された回路構成をしており、これらのダイオードＤ１〜Ｄ４にはそれぞれ並列にスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４が接続されている。この例では、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４は全てＮチャンネルのＭＯＳ−ＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor）により構成されている。このブリッジ型回路１４０は、定常時に受電コイル１３０により受電された交流電流Ｉ１を整流する。
【００２６】
受電コイル１３０の一端は受電キャパシタの一端と接続される。スイッチング素子ＳＷ１のゲートには、制御信号ＳＧ１が供給され、ソースが受電キャパシタ１３２の他端に、ドレインがスイッチング素子ＳＷ３のドレインに接続される。スイッチング素子ＳＷ２のゲートには制御信号ＳＧ２が供給され、ソースがスイッチング素子ＳＷ４のソースに、ドレインが受電キャパシタ１３２の一端に接続される。スイッチング素子ＳＷ３のゲートには制御信号ＳＧ３が供給され、ソースが受電コイル１３０の他端に、ドレインが後述する平滑キャパシタＣ１の一端および出力端子Ｔ１に接続される。スイッチング素子ＳＷ４のゲートには制御信号ＳＧ４が供給され、ソースが平滑キャパシタＣ１の他端および出力端子Ｔ２に、ドレインが受電コイル１３０の他端に接続される。ダイオードＤ１は、アノードがスイッチング素子ＳＷ１のソースに接続され、カソードがスイッチング素子ＳＷ１のドレインに接続されている。ダイオードＤ２は、アノードがスイッチング素子ＳＷ２のソースに接続され、カソードがスイッチング素子ＳＷ２のドレインに接続されている。ダイオードＤ３は、アノードがスイッチング素子ＳＷ３のソースに接続され、カソードがスイッチング素子ＳＷ３のドレインに接続されている。ダイオードＤ４は、アノードがスイッチング素子ＳＷ４のソースに接続され、カソードがスイッチング素子ＳＷ４のドレインに接続されている。これにより、ブリッジ型回路１４０の入力側の一端と他端は受電コイル１３０の一端および他端にそれぞれ接続されている。ブリッジ型回路１４０の出力側の一端と他端は、出力端子Ｔ１とＴ２にそれぞれ接続されている。
【００２７】
なお、スッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４として、ＭＯＳ−ＦＥＴではなくＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）を用いてもよい。スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４としてＭＯＳ−ＦＥＴを用いた場合には、ダイオードＤ１〜Ｄ４をそれぞれ、このＭＯＳ−ＦＥＴの寄生ダイオードから構成することが可能である。
【００２８】
平滑回路１４２は平滑キャパシタＣ１を含み、ブリッジ型回路１４０の後段に接続される。平滑キャパシタＣ１の一端は出力端子Ｔ１に接続され、平滑キャパシタＣ１の他端は出力端子Ｔ２に接続されている。すなわち平滑キャパシタＣ１はブリッジ型回路１４０に並列に接続されている。この平滑回路１４２は、ブリッジ型回路１４０により整流された電圧を平滑して直流電圧を生成する。生成された直流電圧は、非接触受電装置１０８の出力端子Ｔ１、Ｔ２から負荷（図示せず）に出力して供給される。
【００２９】
出力検出部１５０は、出力電圧検出部１５２と出力電流検出部１５４を含む。出力電圧検出部１５２は、平滑回路１４２により生成された直流電圧、すなわち出力端子Ｔ１，Ｔ２間の直流出力電圧Ｖ０を検出し、検出した直流出力電圧Ｖ０から直流電圧出力信号ＳＶ０を発生させる。ここで、出力電圧検出部１５２での電圧検出には、例えば分圧回路や電圧検出トランスが用いられる。出力電流検出部１５４は、平滑回路１４２により生成された直流出力電流Ｉ０を検出し、検出した直流出力電流Ｉ０から直流電流出力信号ＳＩ０を発生させる。ここで、出力電流検出部１５４での電流検出には、例えばカレントトランスや電流センサが用いられる。なお、出力検出部１５０は、出力電圧検出部１５２と出力電流検出部１５４の少なくとも一方を含んでいればよい。
【００３０】
受電電圧検出部１６０は、受電コイル１３０により受電された交流電圧（受電電圧Ｖ１）を検出し、検出した受電電圧Ｖ１から受電電圧信号ＳＶ１を発生させる。受電電圧信号ＳＶ１は、後述する整流型ループ電流モードや短絡型ループ電流モードにおけるスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４のオン・オフ制御のために利用される。受電電圧検出部１６０での電圧検出には、例えば分圧回路や電圧検出トランスが用いられる。
【００３１】
制御部１７０は、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４に対してそれぞれ制御信号ＳＧ１〜ＳＧ４を供給し、これらスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４をオン・オフ制御する。制御信号ＳＧ１〜ＳＧ４はスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４を駆動する駆動信号である。また、制御部１７０は、後述する受電装置動作制限部１８０に、受電動作制限要求信号ＳＬ１を発生させてもよい。後述するように、制御部１７０は、出力検出部１５０が検出する直流出力電圧Ｖ０と直流出力電流Ｉ０の少なくとも一方に基づいて、通常動作モードと電圧クランプモードとを切り替えるようにブリッジ型回路１４０を制御する。更に、制御部１７０が、電圧クランプモードにおいて整流型ループ電流モードと短絡型ループ電流モードとを交互に切り替えるようにブリッジ型回路１４０を制御することにより直流出力電圧Ｖ０または直流出力電流Ｉ０を調整する。
【００３２】
受電装置動作制限部１８０は、受電動作制限要求信号ＳＬ１に基づき非接触受電装置１０８を停止状態あるいは待機状態にする。受電動作制限要求信号ＳＬ１が受電装置動作制限部１８０に送られると、受電装置動作制限部１８０は、例えば、非接触受電装置１０８の外部に設けられている主電源から、非接触受電装置１０８を機械式スイッチにより切り離す。これにより、非接触受電装置１０８に供給する電力を完全に遮断して停止状態にする。或いは、受電装置動作制限部１８０は、例えば、非接触受電装置１０８を起動させるのに必要な最小限の電力を制御部１７０に供給する。これにより、非接触受電装置１０８の起動のために必要な電力のみが供給されている待機状態にする。
【００３３】
非接触給電装置１０４では、電源装置１１０が送電コイル１２０に交流電力を供給することによって、送電コイル１２０と受電コイル１３０との誘導結合に基づき、送電コイル１２０から受電コイル１３０に電力供給が行われる。誘導結合は、例えば電磁誘導作用による誘導結合でもよいし、磁場共振作用による誘導結合でもよい。非接触受電装置１０８では、受電コイル１３０は、送電コイル１２０からワイヤレスで送電される交流電力を受電する。ブリッジ型回路１４０および平滑回路１４２は、受電コイル１３０により受電された交流電圧Ｖ１を整流および平滑して生成された直流出力電圧Ｖ０を、出力端子Ｔ１、Ｔ２から負荷（図示せず）に出力して供給する。
【００３４】
（「整流型ループ電流モード」と「短絡型ループ電流モード」）
以上のような構成の非接触電力伝送システム１００の動作について説明する前に、まず、図１１に関連して、「整流型ループ電流モード」と「短絡型ループ電流モード」の２つのモードについて説明する。「整流型ループ電流モード」と「短絡型ループ電流モード」は、非接触受電装置１０８の動作モードを、非接触受電装置１０８にて形成されるループ電流のタイプで分類したものである。
【００３５】
整流型ループ電流モードは、非接触受電装置１０８が、受電コイル１３０、ブリッジ型回路１４０および平滑キャパシタＣ１とで形成される閉ループ回路を流れるループ電流を生じさせる動作モードである。整流型ループ電流モードで生じるループ電流は、具体的には、図１１（Ａ）に示される第1の整流型ループ電流や、図１１（Ｂ）に示される第２の整流型ループ電流で表される。
【００３６】
図１１（Ａ）に示されるように、制御部１７０が、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４をオン・オフ制御することにより、受電コイル１３０、受電キャパシタ１３２、スイッチング素子ＳＷ１またはダイオードＤ１、平滑キャパシタＣ１、スイッチング素子ＳＷ４またはダイオードＤ４を順に通るループ電流Ｌ１Ａが流れる。このループ電流が第１の整流型ループ電流である。
【００３７】
図１１（Ｂ）に示されるように、制御部１７０が、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４をオン・オフ制御することにより、受電コイル１３０、スイッチング素子ＳＷ３またはダイオードＤ３、平滑キャパシタＣ１、スイッチング素子ＳＷ２またはダイオードＤ２、受電キャパシタ１３２を順に通るループ電流Ｌ１Ｂが流れる。このループ電流が第２の整流型ループ電流である。
【００３８】
短絡型ループ電流モードは、非接触受電装置１０８が、受電コイル１３０とブリッジ型回路１４０とで形成される閉ループ回路を流れるループ電流を生じさせる動作モードである。短絡型ループ電流モードで生じるループ電流は、具体的には、図１１（Ｃ）に示される第1の短絡型ループ電流や、図１１（Ｄ）に示される第２の短絡型ループ電流で表される。短絡型ループ電流モードは、受電コイル１３０（または受電キャパシタ１３２を備える場合には受電ＬＣ共振回路）の両端を短絡する短絡モードである。
【００３９】
図１１（Ｃ）に示されるように、制御部１７０が、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４をオン・オフ制御することにより、受電コイル１３０、受電キャパシタ１３２、スイッチング素子ＳＷ１（及びダイオードＤ１）、スイッチング素子ＳＷ３を順に通るループ電流Ｌ２Ａが流れる。このループ電流が第1の短絡型ループ電流Ｌ１である。
【００４０】
図１１（Ｄ）に示されるように、制御部１７０が、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４をオン・オフ制御することにより、受電コイル１３０、スイッチング素子ＳＷ４、スイッチング素子ＳＷ２またはダイオードＤ２、受電キャパシタ１３２を順に通るループ電流Ｌ２Ｂが流れる。このループ電流が第２の短絡型ループ電流Ｌ２である。
【００４１】
（非接触電力伝送システムの動作）
次に、非接触電力伝送システム１００の動作について説明する。まず、非接触電力伝送システムの動作を、通常動作モードおよび電圧クランプモードに分けて説明する。通常動作モードは、非接触受電装置２０２の出力端子Ｔ１，Ｔ２から負荷（図示せず）に直流電力を供給する定常時の動作モードである。電圧クランプモードは、異常時（例えば、負荷の不具合で、出力端子Ｔ１，Ｔ２間の直流出力電圧Ｖ０が急激に上昇して過電圧となったり、直流出力電流Ｉ０が急激に上昇して過電流となったりした時）に、ブリッジ型回路１４０のスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４を制御して所定の出力電圧になるように調整するモードである。以下、直流出力電圧Ｖ０が過電圧となった場合を例にして、非接触電力伝送システム１００の動作を説明する。受電コイル１３０を流れる交流電流（受電電流Ｉ１）の向きは、図２に示される矢印の向きを第１の方向、第１の方向と反対方向を第２の方向とする。
【００４２】
（１．通常動作モードにおける動作）
図１および図２に示される非接触電力伝送システム１００の非接触受電装置１０８は、定常時には通常動作モードで動作する。通常動作モードでは、直流出力電圧Ｖ０は、その電圧値が所定の範囲に入るように調整されて負荷に供給される。
【００４３】
図３（Ａ）は、非接触電力伝送システム１００の通常動作モードにおける受電コイル１３０により受電された交流電圧Ｖ１の波形を、図３（Ｂ）は、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４の制御信号ＳＧ１〜ＳＧ４のタイミング波形を示している。この例では、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４は、そのゲートに印加された制御信号ＳＧ１〜ＳＧ４が高レベル（Ｈｉｇｈ）の時にオン状態となり、低レベル（Ｌｏｗ）の時にオフ状態となる。
【００４４】
通常動作モードでは、制御部１７０からの制御信号ＳＧ１〜ＳＧ４によって、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４が図３（Ｂ）で示されるタイミングでオン・オフ制御される。これにより、ブリッジ型回路１４０は、受電コイル１３０を流れる交流電流Ｉ１を整流する整流回路として機能する。具体的には、図３（Ａ）に示されるように、受電コイル１３０に印加される電圧が正（＋）の期間Ｔ１１では、制御部１７０からの制御信号ＳＧ１〜ＳＧ４によって、スイッチング素子ＳＷ１およびＳＷ４が共にオン状態に、スイッチング素子ＳＷ２およびＳＷ３が共にオフ状態となる。そして、受電コイル１３０にかかる電圧が負（−）の期間Ｔ１２では、制御部１７０からの制御信号ＳＧ１〜ＳＧ４によって、スイッチング素子ＳＷ１およびＳＷ４が共にオフ状態に、スイッチング素子ＳＷ２およびＳＷ３が共にオン状態となる。このように、受電電圧Ｖ１に基づいて、スイッチング素子ＳＷ１およびＳＷ４とスイッチング素子ＳＷ２およびＳＧ３のオン・オフは交互に切り替わる。但し、オン・オフを切り替える際には、スイッチング素子ＳＷ１とＳＷ２とが同時にオン状態に、またはスイッチング素子ＳＷ３とＳＷ４とが同時にオン状態とならないように、デッドタイムｔｄを設けている。
【００４５】
以下、通常動作モードでの期間Ｔ１１，Ｔ１２の各期間での電流ルートを詳細に説明する。通常動作モードにおける期間Ｔ１１と期間Ｔ１２とで規定される交流電流Ｉ１の周期を交流周期Ｐ１とする。受電電圧検出部１６０は、受電電圧Ｖ１を検出する。この受電電圧Ｖ１の情報（例えば、電圧の大きさ、或いは、電圧の位相）に基づいて、制御部１７０は、非接触受電装置１０８の受電コイル１３０を流れる受電電流Ｉ１が第１の方向に流れているのか、第２の方向に流れているのかを判別できる。そして、制御部１７０は、各期間に応じた制御信号ＳＧ１〜ＳＧ４を生成しスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４にそれぞれ供給する。  
【００４６】
（１−２．通常動作モードにおける詳細動作）
受電電流Ｉ１が第１の方向に流れる期間Ｔ１１では、制御部１７０は、高レベルに固定された制御信号ＳＧ１，ＳＧ４を生成しスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ４にそれぞれ供給し、低レベルに固定された制御信号ＳＧ２、ＳＧ３を生成しスイッチング素子ＳＷ２，ＳＷ３にそれぞれ供給する。この時、図４（Ａ）に示されるように、受電コイル１３０、受電キャパシタ１３２、スイッチング素子ＳＷ１、平滑キャパシタＣ１、スイッチング素子ＳＷ４を順に通るループ電流Ｌ１１が流れる。また、期間Ｔ１１に含まれるデッドタイムｔｄの期間では、制御部１７０は、低レベルに固定された制御信号ＳＧ１〜ＳＧ４を生成しスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４にそれぞれ供給する。この時、受電コイル１３０、受電キャパシタ１３２、ダイオードＤ１、平滑キャパシタＣ１、ダイオードＤ４を順に通るループ電流Ｌ１１が流れる。期間Ｔ１１におけるループ電流Ｌ１１は図１１（Ａ）に示される整流型ループ電流モードの第１の整流型ループ電流Ｌ１Ａである。期間Ｔ１１では、ブリッジ型回路１４０は同期整流回路として機能する。
【００４７】
受電電流Ｉ１が第２の方向に流れる期間Ｔ１２では、制御部１７０は、低レベルに固定された制御信号ＳＧ１、ＳＧ４を生成しスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ４にそれぞれ供給し、高レベルに固定された制御信号ＳＧ２，ＳＧ３を生成しスイッチング素子ＳＷ２，ＳＷ３にそれぞれ供給する。この時、図４（Ｂ）に示されるように、受電コイル１３０、スイッチング素子ＳＷ３、平滑キャパシタＣ１、スイッチング素子ＳＷ２、受電キャパシタ１３２を順に通るループ電流Ｌ１２が流れる。また、期間Ｔ１２に含まれるデッドタイムｔｄの期間では、制御部１７０は、低レベルに固定された制御信号ＳＧ１〜ＳＧ４を生成しスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４にそれぞれ供給する。この時、受電コイル１３０、ダイオードＤ３、平滑キャパシタＣ１、ダイオードＤ２、受電キャパシタ１３２を順に通るループ電流が流れる。期間Ｔ１２におけるループ電流Ｌ１２は、図１１（Ｂ）に示される、整流型ループ電流モードにおける第２の整流型ループ電流Ｌ１Ｂである。期間Ｔ１２では、ブリッジ型回路１４０は同期整流回路として機能する。
【００４８】
期間Ｔ１１およびＴ１２において、制御部１７０は、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４にそれぞれ低レベルに固定された制御信号を常に供給することにより、ブリッジ型回路１４０をダイオード整流回路として機能させてもよい。この場合にも、期間Ｔ１１におけるループ電流は、図１１（Ａ）に示される整流型ループ電流モードにおける第１の整流型ループ電流Ｌ１Ａ電流ルートである。また、期間Ｔ１２におけるループ電流Ｌ１２は、図１１（Ｂ）に示される、整流型ループ電流モードにおける第２の整流型ループ電流Ｌ１Ｂである。
【００４９】
ブリッジ型回路１４０がダイオード整流回路として機能する場合には、後述する電圧クランプモード動作のためのみにスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４を設けることが要求される。一方、ブリッジ型回路１４０が同期整流回路として機能する場合には、ブリッジ型回路１４０のスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４は、通常動作モード動作と電圧クランプモード動作の双方の動作に対して利用されるため、スイッチング素子の利用効率が高くなる。また、ブリッジ型回路１４０が同期整流回路として機能する場合には、ダイオード整流回路として機能する場合よりも非接触受電装置１０８の伝送効率を高めることができる。
【００５０】
通常動作モードでは、期間Ｔ１１および期間Ｔ１２に整流型ループ電流モードを連続的に継続することにより、出力端子Ｔ１，Ｔ２から負荷に直流電力を供給する。
【００５１】
（２．電圧クランプモードにおける動作）
次に、図５に関連して、電圧クランプモードにおける動作を説明する。図５（Ａ）は、図１および図２の非接触受電装置１０８の、通常動作モード及び電圧クランプモードにおける直流出力電圧Ｖ０の変化を示している。図１および図２の非接触受電装置１０８の、通常動作モード及び電圧クランプモードにおける制御信号ＳＧ１〜ＳＧ４のタイミング波形を示している。
【００５２】
例えば、負荷に何らかの異常が発生して出力端子Ｔ１，Ｔ２間が電気的にオープン状態となった場合、直流出力電圧Ｖ０は急激に上昇する。電源装置１１０から受電コイル１３０側を見たときのインピーダンス（送電側インピーダンスＺｔ）は直流出力電圧Ｖ０に比例するため、送電側インピーダンスＺｔも急激に大きくなる。図５（Ａ）に示されるように、時刻ｔ１において出力検出部１５０からの直流出力電圧Ｖ０が第１のしきい値を越えた時に、制御部１７０は、通常動作モードから電圧クランプモードに非接触受電装置１０８の動作を移行させる（切り替える）。なお、制御部１７０は、直流出力電圧Ｖ０が第１のしきい値以上となった時に、通常動作モードから電圧クランプモードに非接触受電装置１０８の動作を移行させてもよい。
【００５３】
電圧クランプモードでは、制御部１７０は、制御信号ＳＧ１〜ＳＧ４によってスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４がオン・オフ制御されることにより、短絡型ループ電流モードと整流型ループ電流モードとを交互に切り替える。これにより、急激に上昇した直流出力電圧Ｖ０を所定の電圧値にクランプする。すなわち、ブリッジ型回路１４０は、直流出力電圧Ｖ０を調整する電圧調整回路として機能する。
【００５４】
受電電流Ｉ１が第１の方向に流れる期間Ｔ２１では、制御部１７０は、期間Ｔ２１１に形成される短絡型ループ電流モードと期間Ｔ２１２に形成される整流型ループ電流モードとを交互に切り替えるようにスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４を制御する。受電コイル１３０を流れる交流電流Ｉ１が第２の方向に流れる期間Ｔ２２では、制御部１７０は、期間Ｔ２２１に形成される短絡型ループ電流モードと期間Ｔ２２２に形成される整流型ループ電流モードとを交互に切り替えるようにスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４を制御する。なお、図５（Ｂ）に示されるタイミング波形ではデッドタイムは省略されている。
【００５５】
以下、電圧クランプモードでの各期間Ｔ２１１，Ｔ２１２，Ｔ２２１，Ｔ２２２における電流ルートを詳細に説明する。                                          
【００５６】
（２−２．電圧クランプモードにおける詳細動作）
電圧クランプモードでは、短絡型ループ電流モードと整流型ループ電流モードとが交互に切り替えられる。期間Ｔ２１１と期間Ｔ２１２とで規定される動作モード切り替え周期をＰ２１、期間Ｔ２２１と期間Ｔ２２２とで規定される動作モード切り替え周期をＰ２２で表すと、切り替え周期Ｐ２１およびＰ２２は交流周期Ｐ１よりも小さい。また、切り替え周期Ｐ２１（またはＰ２２）の正の整数倍が交流周期Ｐ１となるように切り替え周期が定められている。これにより、各期間を定めるための基準信号を発生しやすくなる。また、通常動作モードと電圧クランプモードとを同期させることが容易になる。
【００５７】
期間Ｔ２１１では、制御部１７０は、高レベルに固定された制御信号ＳＧ１，ＳＧ３を生成しスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ３にそれぞれ供給する。また、低レベルに固定された制御信号ＳＧ２，ＳＧ４を生成しスイッチング素子ＳＷ２，ＳＷ４にそれぞれ供給する。この時、図６（Ａ）に示されるように、受電コイル１３０、受電キャパシタ１３２、スイッチング素子ＳＷ１またはダイオードＤ１、スイッチング素子ＳＷ３を順に通るループ電流Ｌ２１１が流れる。なお、制御部１７０はスイッチング素子ＳＷ１に低レベルの制御信号ＳＧ１を供給してもよい。期間Ｔ２１１におけるループ電流Ｌ２１１は、図１１（Ｃ）  に示される閉ループ型ループ電流モードにおける第1の短絡型ループ電流Ｌ２Ａである。
【００５８】
期間Ｔ２１２では、制御部１７０は、高レベルに固定された制御信号ＳＧ１，ＳＧ４を生成しスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ４にそれぞれ供給する。また、低レベルに固定された制御信号ＳＧ２，ＳＧ３を生成しスイッチング素子ＳＷ２，ＳＷ３にそれぞれ供給する。この時、図６（Ｂ）に示されるように、受電コイル１３０、受電キャパシタ１３２、スイッチング素子ＳＷ１またはダイオードＤ１、平滑キャパシタＣ１、スイッチング素子ＳＷ４またはダイオードＤ４を順に通るループ電流Ｌ２１２が流れる。従って、この期間では、ブリッジ型回路１４０は同期整流回路として機能する。なお、スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ４に低レベルの制御信号ＳＧ１，ＳＧ４を供給してブリッジ回路１４０がダイオード整流回路として機能してもよい。期間Ｔ２１２におけるループ電流Ｌ２１２は、図１１（Ａ）に示される整流型ループ電流モードの第１の整流型ループ電流Ｌ１Ａである。
【００５９】
以上のように、第1の短絡型ループ電流Ｌ２Ａと第１の整流型ループ電流Ｌ１Ａが交互に切り替えられる電圧クランプモード（第１の電圧クランプモード）では、スイッチング素子ＳＷ１オン状態に固定され、スイッチング素子ＳＷ２がオフ状態に固定されたまま、スイッチング素子ＳＷ３とＳＷ４が周期Ｔ２１で互い違いにオン・オフを繰り返すように制御部１７０により制御される。なお、スイッチング素子ＳＷ１およびＳＷ４はオフ状態に固定されていてもよく、この場合、ブリッジ型回路１４０はダイオード整流回路として機能するため、ダイオードＤ１およびＤ４での損失も利用して直流出力電圧Ｖ０の調整ができる。
【００６０】
期間Ｔ２２１では、制御部１７０は、高レベルに固定された制御信号ＳＧ２，ＳＧ４を生成しスイッチング素子ＳＷ２，ＳＷ４にそれぞれ供給する。また、低レベルに固定された制御信号ＳＧ１，ＳＧ３を生成しスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ３にそれぞれ供給する。この時、図７（Ａ）に示されるように、受電コイル１３０、スイッチング素子ＳＷ４、スイッチング素子またはダイオードＤ２、受電キャパシタ１３２を順に通るループ電流Ｌ２２１が流れる。なお、制御部１７０はスイッチング素子ＳＷ２に低レベルの制御信号ＳＧ２を供給してもよい。期間Ｔ２２１におけるループ電流Ｌ２２１は、図１１（Ｄ）に示される閉ループ型ループ電流モードにおける第２の短絡型ループ電流Ｌ２Ｂである。
【００６１】
期間Ｔ２２２では、制御部１７０は、高レベルに固定された制御信号ＳＧ２，ＳＧ３を生成しスイッチング素子ＳＷ２，ＳＷ３にそれぞれ供給する。制御部１７０は、低レベルに固定された制御信号ＳＧ１，ＳＧ４を生成しスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ４にそれぞれ供給する。この時、図７（Ｂ）に示されるように、受電コイル１３０、スイッチング素子ＳＷ３またはダイオードＤ３、平滑キャパシタＣ１、スイッチング素子ＳＷ２またはダイオードＤ２を順に通るループ電流Ｌ２２２が流れる。従って、この期間では、ブリッジ型回路１４０は同期整流回路として機能する。なお、スイッチング素子ＳＷ２，ＳＷ３に低レベルの制御信号ＳＧ２，ＳＧ３を供給してブリッジ回路１４０がダイオード整流回路として機能してもよい。期間Ｔ２２２におけるループ電流Ｌ２２２は、図１１（Ｂ）に示される整流型ループ電流モードの第２の整流型ループ電流Ｌ１Ｂである。
【００６２】
上記のように、第２の短絡型ループ電流Ｌ２Ｂと第２の整流型ループ電流Ｌ１Ｂが交互に切り替えられる電圧クランプモード（第２の電圧クランプモード）では、スイッチング素子ＳＷ１がオフ状態に固定され、スイッチング素子ＳＷ２がオン状態に固定されたまま、スイッチング素子ＳＷ３とＳＷ４が周期Ｔ２２で互い違いにオン・オフを繰り返すように制御部１７０により制御される。なお、スイッチング素子ＳＷ２およびＳＷ３はオフ状態に固定されていてもよく、この場合、ブリッジ型回路１４０はダイオード整流回路として機能するため、ダイオードＤ１およびＤ４での損失も利用して直流出力電圧Ｖ０の調整ができる。
【００６３】
電圧クランプモードでは、整流型ループ電流モードと短絡型ループ電流モードを周期Ｐ２１（またはＰ２２）にて交互に切り替える動作を継続する。
【００６４】
（２−４．電圧クランプモードの基本的な作用）
非接触電力伝送システム１００は通常動作モードで動作している場合、直流出力電圧Ｖ０は、その電圧値が所定の範囲に入るように調整されているため、送電側インピーダンスＺｔも所定の範囲に調整されている。時刻ｔ１において、非接触受電装置１０８は通常動作モードから電圧クランプモードに移行する。電圧クランプモードにおける短絡型ループ電流モードは、受電コイル１３０（または受電キャパシタ１３２を備える場合には受電ＬＣ共振回路）の両端を短絡する短絡モードであるため、整流型ループ電流モードと短絡型ループ電流モードを切り替える動作を継続することにより直流出力電圧Ｖ０を低下させることができる。
【００６５】
時刻ｔ１において第１のしきい値を超えた直流出力電圧Ｖ０は、Δｔ（Δｔ＝ｔ２−ｔ１）経過後に第２のしきい値まで低下する。従って、図１０に示されるように、送電側インピーダンスＺｔは、Δｔ経過後に第２のしきい値に応じたインピーダンス値に変化する。一方、従来のように、受電コイル１３０を短絡し続けることにより直流出力電圧Ｖ０を急激に低下させた場合にはインピーダンスＺｔも急激に低下する。一方、本実施形態の非接触電力伝送システム１００では、非接触受電装置１０８を電圧クランプモードで動作させるため、従来例よりも送電側インピーダンスＺｔの急激な低下を抑えることができる。
【００６６】
非接触受電装置１０８を電圧クランプモードで動作させることにより、送電コイル１２０側の各回路素子にかかる電圧や各回路素子に流れる電流の急激な変化を従来よりも抑えることができる。そして、従来よりも各回路素子を保護することができる。特に、第２のしきい値が、定常時における直流出力電圧Ｖ０の調整値に相当する値に定められていると、送電側インピーダンスＺｔが定常動作時と大きく変わらなくなり好ましい。なお、送電コイル１２０側の各回路素子とは、電源装置のインバータに含まれるスイッチング素子等の半導体素子や、キャパシタ素子等の受動素子であり非接触給電装置１０４を構成する回路素子である。
【００６７】
（２−５．電圧クランプモードのその他の動作および作用）
図５（Ａ），（Ｂ）に示されるように、時刻ｔ２において、直流出力電圧Ｖ０が第２のしきい値以下となると、制御部１７０は、電圧クランプモードにおける切り替え周期を調整して、直流電圧出力信号ＳＶ０が第２のしきい値を保つようにする。調整された切り替え周期（期間Ｔ２１１´と期間Ｔ２１２´で規定される切り替え周期Ｐ２１´、または期間Ｔ２２１´と期間Ｔ２２２´で規定される切り替え周期Ｐ２２´）は、切り替え周期Ｐ２１（または切り替え周期Ｐ２２）よりも大きく、かつ、交流周期Ｐ１よりも小さい。これにより、送電側インピーダンスＺｔもほぼ一定に保たれるため、送電コイル１２０側の各回路素子にかかる電圧や各回路素子に流れる電流の変化が更に抑えられ、送電コイル側１２０側の各回路素子を更に効果的に保護することができる。
【００６８】
電圧クランプモードにおいて、制御部１７０は、切り替え周期Ｐ２１，Ｐ２２を連続的に或いは離散的に可変させて直流出力電圧Ｖ０を調整することもできる。離散的に可変させる場合にも、切り替え周期Ｐ２１（またはＰ２２）の正の整数倍が交流周期Ｐ１となるように切り替え周期が定められているのが好ましい。
【００６９】
非接触電力伝送システム１００は、時刻ｔ２から所定時間（Δｔ２ｃ）経過後に非接触受電装置１０８の動作を制限する。制御部１７０は、出力電圧が第２のしきい値を保つ時間Δｔ２ｃの情報を予め保有し、時刻ｔ３（ｔ３＝ｔ２＋Δｔ２ｃ）まで電圧クランプモードを継続する。時刻ｔ３で、制御部１７０は、受電動作制限要求信号ＳＬ１を受電装置動作制限部１８０に送り非接触受電装置１０８の動作を制限する。制御部１７０は、非接触受電装置１０８を電圧クランプモードで動作させた後にその装置の動作を制限するため、電圧クランプモードで動作させたことによる利点が得られるだけでなく、非接触受電装置１０８を安全に停止状態或いは待機状態にすることができる。そして、非接触受電装置１０８の各回路素子を保護することができる。
【００７０】
非接触電力伝送システム１００は、時刻ｔ１から所定時間（Δｔ１ｃ）経過後に非接触受電装置１０８の動作を制限してもよい。この場合、Δｔ１ｃは電圧クランプモードの継続時間を示す。直流出力電圧Ｖ０が第２のしきい値まで下がるのに時間がかかる場合にも、制御部１７０は、非接触受電装置１０８を電圧クランプモードで動作させた後にその装置の動作を強制的に制限するため、電圧クランプモードで動作させたことによる利点が得られるだけでなく、非接触受電装置１０８を安全に停止状態或いは待機状態にすることができる。従って、非接触受電装置１０８の各回路素子をも保護することができる。
【００７１】
制御部１７０は、電圧クランプモードを所定時間（Δｔ＋Δｔ１ｃまたはΔｔ２ｃ）継続した後に、高レベルに固定された制御信号ＳＧ１〜ＳＧ４を生成しスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４に供給してもよい。この場合、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４の全てがオン状態となり、出力電圧は素早くゼロボルト（０Ｖ）に近づく。このようにして非接触受電装置１０８の動作を制限してもよく、この場合にも、電圧クランプモードで動作させたことによる利点が得られるだけでなく、非接触受電装置１０８を安全に停止状態或いは待機状態にすることができる。従って、非接触受電装置１０８の各回路素子をも保護することができる。
【００７２】
[第２の実施形態]
図８は、本発明の第２の実施形態に係る非接触電力伝送システム１００Ｂのシステム構成図である。図８に示す非接触電力伝送システム１００Ｂは、非接触給電装置１０４Ｂと非接触受電装置１０８Ｂを備え、非接触給電装置１０４Ｂから非接触受電装置１０８Ｂへ非接触（ワイヤレス）で電力伝送を行うものである。第２の実施形態における非接触電力伝送システム１００Ｂには、非接触給電装置１０４Ｂに、給電側受信部２２０と給電側装置動作制限部２１０が追加される。また、非接触受電装置１０８Ｂには受電側送信部２３０が追加される。その他の点は第１の実施形態と同様である。
【００７３】
給電装置動作制限部２１０は、給電動作制限要求信号ＳＬ３に基づき非接触給電装置１０４Ｂを停止状態あるいは待機状態にするための手段である。例えば、給電動作制限要求信号ＳＬ３が給電装置動作制限部２１０に入力されると、給電装置動作制限部２１０は、例えば、非接触給電装置１０４Ｂの外部に設けられている主電源から、非接触給電装置１０４Ｂを機械式スイッチにより切り離す。或いは、例えば、起動に必要な最小限の電力のみを非接触給電装置１０４Ｂに供給する。これにより、非接触給電装置１０４Ｂの起動のために必要な電力のみが供給されている待機状態にする。また、給電装置動作制限部２１０は、例えば、電源装置１１０から送電コイル１２０に供給する交流電力を小さくする。これにより、非接触給電装置１０４Ｂを待機状態にする。
【００７４】
受電側送信部２３０は、制御部１７０からの給電側動作指示信号ＳＬ２に基づき、非接触給電装置１０４へ給電動作制限要求信号ＳＬ１１を送信するための通信装置を備えた送信機である。受電側送信部２３０には、例えば無線ＬＡＮの親機が備えられている。
【００７５】
給電側受信部２２０は、受電側送信部２３０から送信された給電動作制限要求信号ＳＬ１１を受信するための通信装置を備えた受信機である。給電側受信部２２０には、例えば無線ＬＡＮの子機が備えられている。
【００７６】
この第２の実施形態の非接触電力伝送システム１００Ｂでは、第１の実施形態の非接触電力伝送システム１００と同様の利点を得ることができるだけでなく、更に次の利点も有する。
【００７７】
非接触電力伝送システム１００Ｂの非接触受電装置１０８Ｂは、第１の実施の形態における非接触電力伝送システム１００と同様に、時刻ｔ１において、出力検出部１５０からの直流出力電圧Ｖ０が第１のしきい値を越えた時に、通常動作モードから電圧クランプモードに切り替えて動作する。非接触電力伝送システム１００Ｂの非接触受電装置１０８Ｂは、直流出力電圧Ｖ０が第１のしきい値を越えた後に、制御部１７０は給電側動作指示信号ＳＬ２を発生させる。受電側送信部２３０は、給電側動作指示信号ＳＬ２に基づき、非接触給電装置１０４へ給電動作制限要求信号ＳＬ１１を送信する。
【００７８】
非接触給電装置１０４Ｂは、受電側送信部２３０から送信された給電動作制限要求信号ＳＬ１１を給電側受信部２２０で受信する。そして、給電装置動作制限部２１０は、給電側受信部２２０により発生された給電動作制限要求信号ＳＬ３を受取ることにより、給電装置動作制限部２１０は非接触給電装置１０４Ｂの動作を制限する。
【００７９】
以上のような手順で、非接触給電装置１０４Ｂの動作を制限する場合、給電動作制限要求信号ＳＬ１１を送受信するための通信手順を処理するための時間が必要とされる。このため、時刻ｔ１において過電圧を検出した後に、制御部１７０が直ちに給電側動作指示信号ＳＬ２を受電側送信部２３０に送ったとしても、非接触給電装置１０４Ｂの動作を直ちに制限することは困難である。もし、非接触受電装置１０８が電圧クランプモードで動作しないとすると、過電圧状態が継続することから、非接触給電装置１０４Ｂの動作を制限するまでの期間に、非接触給電装置１０４Ｂの各回路部品の破損を引き起こすおそれがある。
【００８０】
これに対して本実施形態のように、非接触受電装置１０８が電圧クランプモードで動作した場合には、直流出力電圧Ｖ０を低下させつつ、給電動作制限要求信号ＳＬ１１を送受信できる。従って、電圧クランプモードで動作させたことによる利点が得られるだけでなく、非接触給電装置１０４Ｂを安全に停止状態或いは待機状態にすることができる。そして、送電コイル１２０側の各回路素子を更に保護することができる。
【００８１】
第１の実施形態と同様に、制御部１７０は、電圧クランプモードを所定時間（Δｔ１ｃまたはΔｔ＋Δｔ２ｃ）継続した後に、非接触受電装置１０８の動作を制限してもよい。これにより、非接触給電装置１０４Ｂを安全に停止状態或いは待機状態にすることができるだけでなく、非接触受電装置１０８Ｂも安全に停止状態或いは待機状態にすることができる。そして、非接触給電装置１０４Ｂの各回路素子を保護することができるだけでなく、非接触受電装置１０８Ｂの各回路素子も保護することができる。
【００８２】
［変形例］
第１および第２の実施の形態では、非接触受電装置１０８は、電圧クランプモードを継続した後に、非接触受電装置１０８の動作を制限していたが、これに限らない。例えば、図９に示されるように、出力検出部１５０からの検出値が第１のしきい値を超えて電圧クランプモードで動作した際に、所定時間（例えば１５ｍｓｅｃ）以内に、検出値が第３のしきい値以下になるという条件を満たした場合には、電圧クランプモードから通常動作モードに移行させるようにしてもよい。ここで、第３のしきい値は、第２のしきい値よりも大きく第１のしきい値よりも小さな値である。この場合にも、第１および第２の実施の形態と同様の利点が得られる。
【００８３】
以上のように、本実施形態等では、制御部が前記スイッチング素子を制御することにより、ブリッジ型回路が整流回路として動作する整流型ループ電流モードと、ブリッジ型回路が受電コイルを短絡する短絡回路として動作する短絡型ループ電流モードとが交互に切り替わる電圧クランプモードで動作するため、受電コイル側の直流出力電圧や直流出力電流が急激に変化した場合に、電源装置から受電コイル側を見たときのインピーダンスを急激な変化を抑えて、送電コイル側の各回路素子を保護することができる。
【００８４】
本実施形態等では、スイッチング素子は前記整流素子に並列接続されているので、通常動作モードにおいて、このスイッチング素子を利用してブリッジ型回路が同期整流回路として動作することができ、部品の利用効率を高めることができる。また、通常動作モードでは非接触受電装置の伝送効率を高めることができる。
【００８５】
本実施形態等では、整流型ループ電流モードと短絡型ループ電流モードの切り替え周期を調整することにより、出力検出部からの信号を調整するため、電源装置から受電コイル側を見たときのインピーダンスが安定し、送電コイル側の各回路素子を更に保護することができる。
【００８６】
本実施形態等では、電圧クランプモードを所定時間継続した後に、非接触受電装置の動作を制限しているため、受電コイル側の各回路素子を保護することができる。
【００８７】
本実施形態等では、非接触受電装置は、電圧クランプモードと共に、非接触給電装置に、非接触給電装置の動作を制限する給電動作制限信号を送信するため、非接触給電装置を安全に動作停止または待機状態にできる。
【００８８】
以上、実施の形態および変形例を挙げて本発明を説明したが、本発明はこれらの実施の形態等には限定されず、種々の変形が可能である。
【００８９】
本実施の形態では、制御部１７０は、直流出力電圧Ｖ０を検出して、それに基づいて通常動作モードから電圧クランプモードに非接触受電装置１０８，１０８Ｂの動作を移行させたがこれに限らない。例えば、平滑回路１４２により平滑された直流出力電流Ｉ０を検出して、直流出力電流Ｉ０の検出値に基づいて、通常動作モードから電圧クランプモードに切り替えて動作させてもよい。この場合、所定のしきい値（第１のしきい値）は、第２のしきい値より小さな値としてもよい。電圧クランプモードにより直流出力電流Ｉ０を第２のしきい値に近づけるようにしてもよい。すなわち、出力検出部１５０の検出値が第1のしきい値に達した時に、電圧クランプモードで動作させればよい。
【００９０】
また、本実施の形態では、整流回路としてブリッジ型回路１４０を用い、ブリッジ型回路１４０の整流素子Ｄ１〜Ｄ４にそれぞれスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４を並列接続させていたがこれに限らない。例えば、ブリッジ型回路１４０の整流素子Ｄ３，Ｄ４にのみスイッチング素子ＳＷ３，ＳＷ４が並列接続されていてもよい。この場合も、スイッチング素子ＳＷ３，ＳＷ４のオン・オフ制御により整流型ループ電流モードと短絡型ループ電流モードでの動作が可能となる。また、例えばスイッチング素子は、フルブリッジ接続された整流素子Ｄ１〜Ｄ４による整流出力を短絡するように並列に接続されていてもよい。具体的には、ブリッジ回路１４０と出力端子Ｔ１，Ｔ２との間であって、かつ、平滑キャパシタＣ１に並列にスイッチング素子が設けられていてもよい。この場合にも、スイッチング素子のオン・オフ制御により、受電コイル１３０を短絡することが可能となり、整流型ループ電流モードと短絡型ループ電流モード（受電コイル短絡モード）での動作が可能となる。すなわち、スイッチ素子のオン・オフ制御により、受電コイル１３０を短絡するスイッチング素子が設けられていればよい。
【００９１】
また、本実施の形態では、受電コイル１３０と受電キャパシタ１３２とが直列に接続されてＬＣ共振回路を形成するように設けられていたがこれに限らない。例えば、受電キャパシタ１３２は受電コイル１３０に並列に接続されてＬＣ共振回路を形成するように設けられていてもよい。また、例えば、受電キャパシタ１３２を用いずに、受電コイル１３０の後段にブリッジ型回路２を接続してもよい。
【符号の説明】
【００９２】
１００，１０１Ｂ…非接触電力伝送システム、１０４，１０４Ｂ…非接触給電装置、１１０…電源装置、１２０…送電コイル、１０８，１０８Ｂ…非接触受電装置、１３０…受電コイル、１３２…受電キャパシタ、１４０…ブリッジ型回路、１４２…平滑回路、１５０…出力検出部、１５２…出力電圧検出部、１５４…出力電流検出部、１６０…受電電圧検出部、１７０…制御部、１８０…受電装置動作制限部、２１０…給電装置動作制限部、２２０… 給電側受信部、２３０…受電側送信部、ＳＧ１〜ＳＧ４…ＳＷ制御信号、ＳＷ１〜ＳＷ４…スイッチング素子、Ｄ１〜Ｄ４…ダイオード、Ｃ１…平滑用コンデンサ、Ｖ０…直流出力電圧、Ｖ１…受電電圧、Ｉ０…直流出力電流、Ｉ１…受電電流、ＳＶ０…直流電圧出力信号、ＳＶ１…受電電圧信号、ＳＩ０…直流電流出力信号、Ｔ１，Ｔ２…出力端子、ＳＬ１，ＳＬ１１，ＳＬ２，ＳＬ３…動作制限要求信号、Ｔ１１，Ｔ１２…通常動作モードでの期間、Ｔ２１１，Ｔ２１２，Ｔ２２１，Ｔ２２２，Ｔ２１１´，Ｔ２１２´，Ｔ２２１´，Ｔ２２２´…電圧クランプモードでの期間
【図１】
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【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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