(57)【要約】【課題】２次側コイルなどの温度上昇を低減させ、効率よく二次電池の充電を行う。【解決手段】ワイヤレス給電システムＷＰＳは、電力を送信する送電部ＰＴＢと、該電力送信部から送信した電力を非接触によって受信し、受信側負荷に電力を供給する受電部ＰＲＢとを有する。電力送信部ＰＴＢは、印加される交流電圧に基づいて磁界を発生させる送電コイルＰＴＣを有する。電力受信部ＰＲＢは、送電コイルＰＴＣが発生させた磁界から、電磁誘導によって誘導電圧を発生させる受電コイルＰＲＣと、その受電コイルＰＲＣが発生した誘導電圧を整流、および平滑化する整流部ＲＥＣと、整流部ＲＥＣから出力された直流電圧を降圧する電圧降圧部ＣＯＮとを有する。また、送電コイルＰＴＣと受電コイルＰＲＣとの巻き線比は１：ｎであり、ｎは１より大きい整数となっている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力を送信する電力送信部と、
前記電力送信部から送信した電力を非接触によって受信し、受信側負荷に電力を供給する電力受信部と、を有し、
前記電力送信部は、
印加される交流電圧に基づいて磁界を発生させる送電コイルを有し、
前記電力受信部は、
前記送電コイルが発生させた磁界から、電磁誘導によって誘導電圧を発生させる受電コイルと、
前記受電コイルが発生した誘導電圧を整流、および平滑化する整流部と、
前記整流部から出力された直流電圧を降圧する電圧降圧部と、を有し、
前記送電コイルと前記受電コイルとの巻き線比は、１：ｎであり、前記ｎは１より大きい整数である、ワイヤレス給電システム。
【請求項２】
請求項１記載のワイヤレス給電システムにおいて、
前記電圧降圧部は、前記整流部から出力される電圧を、ほぼ１／ｎ倍の電圧に降圧する、ワイヤレス給電システム。
【請求項３】
請求項１記載のワイヤレス給電システムにおいて、
前記電圧降圧部は、前記整流部から出力される電圧を、ほぼ一定の電圧に降圧する、ワイヤレス給電システム。
【請求項４】
請求項１記載のワイヤレス給電システムにおいて、
前記ｎは、２〜３である、ワイヤレス給電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワイヤレス給電システムに関し、例えば、携帯型電子デバイスのワイヤレス充電に適用可能な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話やデジタルカメラなどの携帯型電子デバイスには、電気の磁場を利用し、電磁誘導によって非接触にて充電する、いわゆるワイヤレス充電によるコードレス充電器が使用できるものがある。
【０００３】
このワイヤレス充電によるコードレス充電器としては、例えばワイヤレス給電技術に関する業界団体であるＷＰＣ（World Power Consortium）が制定したＱｉ規格のプロトコルによって定義された電磁誘導タイプのワイヤレス給電システムが知られている。
【０００４】
この種のワイヤレス給電システムは、１次コイル、および２次コイルを有している。これら１次コイル、および２次コイルは、電磁誘導による送電に用いられるコイルである。１次コイルは、送電コイルであり、充電台や充電ステーションなどの送電側に設けられている。２次コイルは、受電コイルであり、受電側となる携帯型電子デバイス本体に設けられた構成となっている。
【０００５】
また、１次コイルと２次コイルとの巻き線比は、１：１となっており、１次コイルからワイヤレス送電され、２次コイルを介して受け取った交流電力を整流して充電電圧として利用する構成となっている。
【０００６】
なお、この種のワイヤレス充電技術については、例えば電力供給器のスイッチング電源部から輻射される磁界によって、小電力無線機のコイルを誘導させて取り出される出力をＡＣ／ＤＣ変換して充電電流として蓄電池に供給するものがある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平０７−１７０６６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところが、上記のようなワイヤレス給電システムによる充電技術では、次のような問題点があることが本発明者により見い出された。
【０００９】
携帯型電子デバイスにおいては、二次電池の大容量化や充電時間の短縮のために充電電流を増加させる要求が強くなっている。上記したようにコイルの巻き線比が１：１の場合には、簡単のために損失分を考えないと、１次コイル側の消費電流と同じ電流が２次コイルや該２次コイルから出力電圧を整流する整流回路などに流れることなる。
【００１０】
携帯型電子デバイスに多く用いられる二次電池であるリチウムイオン電池は、低温（例えば１０℃以下）の環境下、あるいは高温（例えば４５℃以上）の環境下では、充電効率が低下してしまう。よって、リチウムイオン電池を効率よく充電する場合には、温度管理が重要となる。
【００１１】
しかしながら、充電電流を増加させた場合、該充電電流の増加に伴う損失量も多くなってしまい、その結果、２次側コイルの温度が上昇してしまう。その温度上昇の影響から、リチウムイオン電池が高温となり、充電効率が低下してしまい、充電時間が長くなってしまうという問題がある。
【００１２】
その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【００１４】
一実施の形態によるワイヤレス給電システムは、以下のような特徴を有するものである。
【００１５】
ワイヤレス給電システムは、電力を送信する電力送信部と、該電力送信部から送信した電力を非接触によって受信し、受信側負荷に電力を供給する電力受信部と、を有する。
【００１６】
電力送信部は、印加される交流電圧に基づいて磁界を発生させる送電コイルを有する。電力受信部は、送電コイルが発生させた磁界から、電磁誘導によって誘導電圧を発生させる受電コイルと、該受電コイルが発生した誘導電圧を整流、および平滑化する整流部と、該整流部から出力された直流電圧を降圧する電圧降圧部とを有する。また、送電コイルと受電コイルとの巻き線比は、１：ｎであり、該ｎは、１より大きい整数である。
【発明の効果】
【００１７】
上記一実施の形態によれば、充電効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施の形態１によるワイヤレス給電システムにおける基本構成の一例を示す説明図である。
【図２】図１のワイヤレス給電システムの、より具体的な構成例を示す説明図である。
【図３】本発明者が検討した送電コイルと受電コイルとの巻き線比が１：１であるワイヤレス給電システムの構成例を示す説明図である。
【図４】損失が抑えられる仕組みを説明する説明図である。
【図５】受電コイルの線径を細くする仕組みを説明する説明図である。
【図６】本実施の形態２による定電圧タイプのワイヤレス給電システムにおける構成の一例を示す説明図である。
【図７】本実施の形態３による一定比降圧タイプのワイヤレス給電システムの構成の一例を示す説明図である。
【図８】図７のワイヤレス給電システムに設けられた制御回路によるバッテリの充電制御の電圧プロファイル／電流プロファイルの一例を示す説明図である。
【図９】本実施の形態３による定電圧タイプのワイヤレス給電システムの構成の一例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。
【００２０】
また、以下の実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。
【００２１】
さらに、以下の実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。
【００２２】
同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは特に明示した場合および原理的に明らかにそうではないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。
【００２３】
また、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。なお、図面をわかりやすくするために平面図であってもハッチングを付す場合がある。
【００２４】
（実施の形態１）
〈実施の形態の概要〉
本実施の形態の概要は、電力送信部（送電部ＰＴＢ）、および電力受信部（受電部ＰＲＢ）を有するワイヤレス給電システム（ワイヤレス給電システムＷＰＳ）である。電力送信部は、電力を送信し、電力受信部は、電力送信部から送信した電力を非接触によって受信し、受信側負荷（バッテリＢＡＴ）に電力を供給する。
【００２５】
電力送信部は、印加される交流電圧に基づいて磁界を発生させる送電コイル（送電コイルＰＴＣ）を有する。また、電力受信部は、受電コイル（受電コイルＰＲＣ）、整流部（整流部ＲＥＣ）、および電圧降圧部（電圧降圧部ＣＯＮ）を有する。
【００２６】
送電コイルと受電コイルとの巻き線比は、１：ｎである。そして、ｎは、１より大きい整数である。
【００２７】
以下、上記した概要に基づいて、実施の形態を詳細に説明する。
【００２８】
〈ワイヤレス給電システムの構成例〉
図１は、実施の形態１によるワイヤレス給電システムにおける基本構成の一例を示す説明図である。
【００２９】
ワイヤレス給電システムＷＰＳは、図１に示すように、送電部ＰＴＢ、および受電部ＰＲＢから構成されている。送電部ＰＴＢは、充電台、あるいは充電ステーションなどに設けられており、受電部ＰＲＢは、充電される携帯電話やデジタルカメラなどの携帯型電子デバイスに設けられている。
【００３０】
携帯型電子デバイスを充電する際には、該電子デバイスを充電台、あるいは充電ステーションなどに載置することにより、電磁誘導、いわゆる近接電磁誘導方式によって非接触にて充電が行われる。
【００３１】
送電部ＰＴＢは、電源制御部ＰＳＣ、ドライバ部ＤＲＶ、および送電コイルＰＴＣを有する。受電部ＰＲＢは、受電コイルＰＲＣ、整流部ＲＥＣ、電圧降圧部ＣＯＮ、および充電制御部ＣＣＲを有する。
【００３２】
電源制御部ＰＳＣは、入力される交流電圧を直流電圧に変換してスイッチング用電源ＶＤＳをドライバ部ＤＲＶに出力するとともに、スイッチング信号ＳＳを生成し、ドライバ部ＤＲＶに出力する。
【００３３】
ドライバ部ＤＲＶは、例えばＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）−ＦＥＴ（Field Effect Transistor）などのトランジスタを有し、電源制御部ＰＳＣから出力されるスイッチング信号ＳＳに基づいて、該電源制御部ＰＳＣが生成したスイッチング用電源ＶＤＳをスイッチングし、送電コイルＰＴＣを駆動する。
【００３４】
送電コイルＰＴＣ、および受電コイルＰＲＣにて、誘導結合による電力伝送が行われる。ドライバ部ＤＲＶによって送電コイルＰＴＣが駆動されることにより、該送電コイルＰＴＣを通る交流が磁界を発生させる。その結果、受電コイルＰＲＣに誘導電圧が発生する。
【００３５】
整流部ＲＥＣは、例えばダイオードブリッジ回路、およびコンデンサなどの平滑化回路などからなり、受電コイルＰＲＣが発生した交流電圧を直流電圧に変換して平滑化する。電圧降圧部ＣＯＮは、整流部ＲＥＣが変換した直流電圧の電圧レベルを下げる、すなわち電圧を降下させる。電圧降圧部ＣＯＮから出力される降圧電圧は、充電制御部ＣＣＲに入力される。
【００３６】
充電制御部ＣＣＲには、リチウムイオン電池などの二次電池であるバッテリＢＡＴが接続されている。この充電制御部ＣＣＲは、バッテリＢＡＴの充電制御を行い、入力された降圧電圧をバッテリＢＡＴに充電電圧として供給する。
【００３７】
〈送電コイル、および受電コイルの構成例〉
ここで、送電コイルＰＴＣ、および受電コイルＰＲＣの構成について説明する。
【００３８】
ワイヤレス給電システムＷＰＳにおいて、１次コイルである送電コイルＰＴＣと２次コイルである受電コイルＰＲＣとの巻き線比は、１：ｎとなっている。ｎは、１より大きい整数である。
【００３９】
これにより、受電コイルＰＲＣの両端に発生する電圧は、送電コイルＰＴＣ側のｎ倍の電圧となる。例えば、送電コイルＰＴＣと受電コイルＰＲＣとの巻き線比を１：３とした場合、消費電力が同じであれば、送電コイルＰＴＣと受電コイルＰＲＣとの巻き線比が１：１の場合と比較して、受電コイルＰＲＣの両端に発生する電圧が約３倍となるので、電流量を約１／３に低減することができる。
【００４０】
この電流の削減の効果は、電流の２乗にて効くことになるので、受電コイルＰＲＣでの発熱が許される限りおいて、線材の直径を細く、すなわち抵抗値を大きくして受電コイルＰＲＣの厚さを薄くすることが可能であり、小型化や薄型化などが要求される携帯型の電子デバイスに有効である。
【００４１】
受電コイルＰＲＣの巻き線比ｎが大きくなるほど、電流量を低減することが可能となるが、ｎが大きくなるに従って受電コイルＰＲＣの両端に発生する電圧も高くなってしまう。この電圧が高くなると、整流部ＲＥＣや電圧降圧部ＣＯＮにおける耐圧が問題となる。そこで、これら回路の耐圧を考慮すると、送電コイルＰＴＣと受電コイルＰＲＣとの巻き線比は、例えば１：２程度から１：３程度とするとことが好ましい。
【００４２】
しかしながら、整流部ＲＥＣや電圧降圧部ＣＯＮ、あるいは後述する整流部ＲＥＣや電圧降圧部ＣＯＮを有する受電ＩＣなどの耐圧に余裕がある場合には、ｎの値を３よりも大きくするようにしてもよい。
【００４３】
このように、ｎを大きくして電流量を低減することによって、電力損失、すなわち発熱を低く抑えることができる。その結果、バッテリＢＡＴの充電を安定して効率よく行うことができる。
【００４４】
〈ワイヤレス給電システムの具体的な構成例〉
図２は、図１のワイヤレス給電システムの、より具体的な構成例を示す説明図である。
【００４５】
図２は、一定比降圧タイプのワイヤレス給電システムにおける構成の一例を示す説明図である。
【００４６】
この場合、ワイヤレス給電システムＷＰＳは、整流部ＲＥＣが整流した直流電圧を一定降圧比により降圧して出力し、充電制御部ＣＣＲに供給する。この一定比降圧タイプのワイヤレス給電システムＷＰＳは、図２に示すように、送電部ＰＴＢ、および受電部ＰＲＢから構成されている。送電部ＰＴＢにおける構成は、図１の送電部ＰＴＢと同様である。
【００４７】
また、受電部ＰＲＢの構成は、図１の電圧降圧部ＣＯＮとして、ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮａが設けられている。その他の受電部ＰＲＢにおける構成については、図１と同様であるので説明は省略する。
【００４８】
ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮａは、整流部ＲＥＣが整流した直流電圧を降圧して出力する。このＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮａは、降圧比が一定であり、その降圧比は、受電コイルＰＲＣにおける巻き線比とほぼ同じとしている。
【００４９】
よって、送電コイルＰＴＣと受電コイルＰＲＣとの巻き線比が１：ｎの場合には、入力された直流電圧を１／ｎ程度に降圧して出力する。例えば、送電コイルＰＴＣと受電コイルＰＲＣとの巻き線比が１：３の場合には、入力された直流電圧の電圧レベルを１／３程度に降圧して出力する。
【００５０】
〈ワイヤレス給電システムの動作例〉
続いて、図２のワイヤレス給電システムＷＰＳにおける動作の一例について説明する。
【００５１】
前述したように、送電コイルＰＴＣと受電コイルＰＲＣとの巻き線比が１：ｎである場合、受電コイルＰＲＣの両端には、送電コイルＰＴＣ側のｎ倍の電圧が発生する。
【００５２】
そして、整流部ＲＥＣは、送電コイルＰＴＣに発生した交流電圧を整流し、直流電圧を生成する。続いて、ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮａによって、整流部ＲＥＣから出力される直流電圧を降圧する。
【００５３】
ここで、ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮａは、前述したように入出力電圧の降圧比が１／ｎに設定されているので、該ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮａから出力される降圧電圧は、送電コイルＰＴＣ側で発生した電圧とほぼ同じ電圧に変換される。
【００５４】
ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮａによって降圧された電圧は、充電制御部ＣＣＲに入力され、該充電制御部ＣＣＲの制御に基づいて、バッテリＢＡＴが充電される。
【００５５】
なお、図２のワイヤレス給電システムＷＰＳにおける構成の例では、充電制御部ＣＣＲを介してバッテリＢＡＴに充電を行ってるが、例えばＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮａから出力される降圧電圧を充電制御部ＣＣＲを経由せずに、直接、電子デバイス側に供給することも可能である。
【００５６】
この場合、携帯電話やスマートフォンなどの電子デバイスには、バッテリＢＡＴの充電制御を行う充電制御モジュールなどが搭載されているものがあり、その充電制御モジュールに降圧電圧部ＣＯＮから出力される降圧電圧を供給し、該充電制御モジュールの充電制御によってバッテリＢＡＴの充電が行われる。
【００５７】
〈本発明者の検討によるワイヤレス給電システムの構成例〉
ここで、送電コイルと受電コイルとの巻き線比が１：１であるワイヤレス給電システムにおいてバッテリに充電する際の電力とほぼ同じ電力によって、図２に示したワイヤレス給電システムＷＰＳによりバッテリＢＡＴを充電する場合について考える。
【００５８】
図３は、本発明者が検討した送電コイルと受電コイルとの巻き線比が１：１であるワイヤレス給電システムＷＰＳ５０の構成例を示す説明図である。
【００５９】
この場合、ワイヤレス給電システムＷＰＳ５０は、図３に示すように、送電部を構成する電源制御部ＰＳＣ５０、ドライバ部ＤＲＶ５０、および送電コイルＰＴＣ５０と、受電部を構成する受電コイルＰＲＣ５０、整流部ＲＥＣ５０、および充電制御部ＣＣＲ５０を有する。
【００６０】
ここでは、送電コイルＰＴＣ５０と受電コイルＰＲＣ５０との巻き線比は、１：１となっており、該受電コイルＰＲＣ５０の両端に発生する電圧は、送電コイルＰＴＣ５０側とほぼ同じ電圧となる。
【００６１】
受電コイルＰＲＣ５０の両端に発生した交流電圧は、整流部ＲＥＣ５０によって直流電圧に変換され、充電制御部ＣＣＲに入力される。充電制御部ＣＣＲには、リチウムイオン電池などの二次電池であるバッテリＢＡＴが接続されている。この充電制御部ＣＣＲは、バッテリＢＡＴの充電制御を行い、入力された電圧をバッテリＢＡＴに充電電圧として供給する。
【００６２】
ここで、図３のワイヤレス給電システムＷＰＳ５０と図２のワイヤレス給電システムＷＰＳとが、いずれもほぼ同じ程度電力を取り扱う。しかしながら、図２のワイヤレス給電システムＷＰＳにおける受電コイルＰＲＣと整流部ＲＥＣとに印加される電圧は、図３のワイヤレス給電システムＷＰＳ５０よりもｎ倍程度高い電圧となる。
【００６３】
よって、これら受電コイルＰＲＣと整流部ＲＥＣとに流れる電流は、図３のワイヤレス給電システムＷＰＳ５０と比較して１／ｎ程度に減少する。このように電流量を減少させることにより、受電コイルＰＲＣや整流部ＲＥＣにおける損失を大幅に抑圧することが可能となる。
【００６４】
〈損失が抑えられる仕組み〉
図４は、損失が抑えられる仕組みの説明図である。図４（ａ）は、図３のワイヤレス給電システムＷＰＳ５０の受電部を示しており、図４（ｂ）は、図２のワイヤレス給電システムＷＰＳの受電部ＰＲＢを示している。
【００６５】
巻き線比が１：１の図３のワイヤレス給電システムＷＰＳ５０において、図４（ａ）に示すように、受電コイルＰＲＣ５０の損失となる抵抗を抵抗ｒ１（Ω）とすると、該受電コイルＰＲＣ５０における損失は、損失（Ｗ）＝Ｉ2×ｒ１となる。また、整流部ＲＥＣ５０の損失となる抵抗を抵抗ｒ２（Ω）とすると、該整流部ＲＥＣ５０における損失は、損失（Ｗ）＝Ｉ2×ｒ２となる。よって、損失の合計は、損失（Ｗ）＝Ｉ2×ｒ１＋Ｉ2×ｒ２となる。
【００６６】
一方、本実施の形態における図２のワイヤレス給電システムＷＰＳでは、受電コイルＰＲＣに発生する電圧が、送電コイルＰＴＣに印加される電圧のｎ倍となるので、流れる電流は、Ｉ／ｎ（ここで、ｎは巻き線比）となる。よって、図４（ｂ）に示すように、受電コイルＰＲＣの損失となる抵抗を抵抗ｎｒ１（Ω）とすると、該受電コイルＰＲＣにおける損失（Ｗ）は、（Ｉ／ｎ）2×ｎｒ１となる。
【００６７】
また、整流部ＲＥＣの損失となる抵抗を抵抗ｒ２（Ω）とすると、該整流部ＲＥＣにおける損失は、損失（Ｗ）＝（Ｉ／ｎ）2×ｒ２となる。受電コイルＰＲＣと整流部ＲＥＣとの損失の合計は、損失（Ｗ）＝Ｉ2／ｎ×ｒ１＋（Ｉ／ｎ）2×ｒ２となる。
【００６８】
ここで、ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮａの損失を加えても、流れる電流値が大きくなると、受電コイルＰＲＣ、および整流部ＲＥＣの損失が巻線比ｎで減じる効果が大きくなって、図３のワイヤレス給電システムＷＰＳ５０と同じ線材、および線径によって巻き線数を増加させた場合であっても、図２のワイヤレス給電システムＷＰＳでは、電流量が低減することによって損失が抑えられることになる。
【００６９】
〈コイルの線径を細くできる仕組み〉
また、受電コイルＰＲＣは、流れる電流が１／ｎ程度に減少するために、該受電コイルＰＲＣの線径を細くすることができる。
【００７０】
図５は、受電コイルの線径を細くする仕組みの説明図である。図５（ａ）は、図３のワイヤレス給電システムＷＰＳ５０の受電部を示しており、図５（ｂ）は、図２のワイヤレス給電システムＷＰＳの受電部ＰＲＢを示している。
【００７１】
図５（ａ）に示す巻き線比が１：１の図３のワイヤレス給電システムＷＰＳ５０における損失は、図４（ａ）と同様である。一方、本実施の形態における図２のワイヤレス給電システムＷＰＳにおいて、線径を細くした受電コイルＰＲＣの場合には、図５（ｂ）に示すように、受電コイルＰＲＣの抵抗をｎ2ｒ１（Ω）とすると、受電コイルＰＲＣの損失は、損失（Ｗ）＝（Ｉ／ｎ）2×ｎ2×ｒ１＝Ｉ2×ｒ１で図５（ａ）と同等となる。一方、整流部ＲＥＣの損失は、図４（ｂ）と同様に（Ｉ／ｎ）2×ｒ２となる。
【００７２】
よって、図５（ａ）のワイヤレス給電システムＷＰＳ５０における受電コイルＰＲＣ５０と同じ損失を許容できる場合には、ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮａの損失を加えても、流れる電流値が大きくなると、受電コイルＰＲＣ、および整流部ＲＥＣの損失が巻線比ｎで減じる効果が大きくなって、コイルの抵抗値を増加させて線径を細くすることができる。
【００７３】
それにより、線径を細くすることによって巻数が多くなっても、巻き線を同心円状に巻いた場合は、コイルの厚さを薄くすることができ、厚さ制約がある場合などのコイル実装にメリットを生じさせることができる。
【００７４】
以上により、受電コイルＰＲＣや整流部ＲＥＣにおける損失を大幅に抑圧することが可能となり、バッテリＢＡＴの充電効率を向上させることができる。
【００７５】
（実施の形態２）
本実施の形態２では、図１のワイヤレス給電システムＷＰＳにおけるより具体的な他の構成例について説明する。
【００７６】
〈ワイヤレス給電システムの構成例〉
図６は、本実施の形態２における定電圧タイプのワイヤレス給電システムにおける構成の一例を示す説明図である。
【００７７】
この場合、ワイヤレス給電システムＷＰＳは、整流部ＲＥＣが整流した直流電圧を予め設定されるほぼ一定の電圧レベルまで降圧して出力し、充電制御部ＣＣＲに供給する。この定電圧タイプのワイヤレス給電システムＷＰＳは、図６に示すように、送電部ＰＴＢ、および受電部ＰＲＢから構成されている。送電部ＰＴＢにおける構成は、前記実施の形態１における図１の送電部ＰＴＢと同様である。
【００７８】
また、受電部ＰＲＢの構成は、前記実施の形態１における図１の電圧降圧部ＣＯＮとして、ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮｂが設けられている。その他の受電部ＰＲＢにおける構成については、図１と同様であるので説明は省略する。
【００７９】
ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮｂは、整流部ＲＥＣが整流した直流電圧を予め設定される電圧レベルまで降圧して出力する。このＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮｂは、整流部ＲＥＣから出力される直流電圧の電圧レベルに拘わらず、ほぼ一定電圧レベルの降圧電圧を出力する。
【００８０】
〈ワイヤレス給電システムの動作例〉
以下、図６のワイヤレス給電システムＷＰＳにおける動作の一例について説明する。
【００８１】
前記実施の形態１における図２と同様に、送電コイルＰＴＣと受電コイルＰＲＣとの巻き線比が１：ｎである場合、受電コイルＰＲＣの両端には、送電コイルＰＴＣ側のｎ倍の電圧が発生する。
【００８２】
整流部ＲＥＣは、送電コイルＰＴＣに発生した交流電圧を整流し、直流電圧を生成する。そして、ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮｂによって、整流部ＲＥＣから出力される直流電圧を降圧する。ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮｂは、整流部ＲＥＣから出力される直流電圧を降圧して出力するが、その出力電圧は、ほぼ一定となるように定電圧制御を行う。
【００８３】
ここで、図３の巻き線比が１：１であるワイヤレス給電システムにおいてバッテリに充電する際の電力とほぼ同じ電力によって、図６に示したワイヤレス給電システムＷＰＳによりバッテリＢＡＴを充電する場合について考える。
【００８４】
この場合においても、図２のワイヤレス給電システムＷＰＳほどではないものの、受電コイルＰＲＣと整流部ＲＥＣとに流れる電流は、前記実施の形態１の図３に示したワイヤレス給電システムＷＰＳ５０と比べて少なくすることができる。
【００８５】
以上により、受電コイルＰＲＣや整流部ＲＥＣにおける損失を大幅に抑圧することが可能となる。また、受電コイルＰＲＣは、流れる電流が１／ｎ程度に減少するために、該受電コイルＰＲＣの線径を細くすることができる。
【００８６】
これにより、巻数が多くなっても、巻き線を同心円状に巻いた場合は、コイルの厚さを薄くすることができ、厚さ制約がある場合などのコイル実装にメリットを有することとなる。
【００８７】
（実施の形態３）
実施形態３に係るワイヤレス給電システムは、整流部から出力された直流電圧を降圧する電圧降圧部（電圧降圧部ＣＯＮａ）が、整流部から出力される電圧を、ほぼ１／ｎ倍の電圧に降圧する。
【００８８】
以下、上記した概要に基づいて、実施の形態を詳細に説明する。
【００８９】
〈ワイヤレス給電システムのより詳細な構成例〉
本実施の形態３では、前記実施の形態１の図２における一定比降圧タイプのワイヤレス給電システムのより詳細な構成について説明する。
【００９０】
図７は、本実施の形態３による一定比降圧タイプのワイヤレス給電システムの構成の一例を示す説明図である。
【００９１】
このワイヤレス給電システムＷＰＳは、図７に示すように、送電部ＰＴＢ、および受電部ＰＲＢから構成されている。送電部ＰＴＢは、図２の送電部ＰＴＢと同様に、電源制御部ＰＳＣ、ドライバ部ＤＲＶ、および送電コイルＰＴＣを有する。これら電源制御部ＰＳＣ、ドライバ部ＤＲＶ、および送電コイルＰＴＣは、図２と同様であるので、説明は省略する。
【００９２】
電源制御部ＰＳＣは、入力される交流電圧を直流電圧に変換してスイッチング用電源ＶＤＳとしてドライバ部ＤＲＶに出力するとともに、スイッチング信号ＳＳを生成し、ドライバ部ＤＲＶに出力する。
【００９３】
送電電力の制御は、後述する制御回路ＣＴＲから出力される制御信号に基づいて行われる。この制御信号は、負荷変調によって通信が行われる。電源制御部ＰＳＣは、制御信号によって、スイッチング用電源ＶＤＳの電圧、スイッチング周波数、あるいはスイッチング信号ＳＳのデュティ比などを変化させることによって電力制御が行われる。
【００９４】
受電部ＰＲＢは、受電コイルＰＲＣ、整流部ＲＥＣ、ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮａ、制御回路ＣＴＲ、クランプ部ＣＬＰ、および負荷変調部ＬＭＤを有する。また、整流部ＲＥＣ、ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮａ、制御回路ＣＴＲ、クランプ部ＣＬＰ、および負荷変調部ＬＭＤは、例えば受電ＩＣなどの半導体集積回路装置として構成されている。
【００９５】
なお、ここでは、受電ＩＣに制御回路ＣＴＲを設けた構成としたが、例えば電子デバイスなどが有するマイクロコンピュータなどに該制御回路ＣＴＲの機能を持たせる構成としてもよい。
【００９６】
受電部ＰＲＢにおける整流部ＲＥＣ、およびＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮａについては、前記実施の形態１における図２と同様であるので説明は省略する。制御回路ＣＴＲは、整流部ＲＥＣから出力される直流電圧、およびＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮａから出力される降圧電圧の電圧レベルをモニタする。そして、電圧のモニタ値がある設定値よりも大きくなると、ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮａから出力される降圧電圧が異常であると判定し、異常判定信号を出力する。
【００９７】
また、制御回路ＣＴＲは、ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮａから出力される電圧、および電流をモニタし、バッテリＢＡＴが必要となる電力と実際に供給されている電力差分を制御信号として出力する。
【００９８】
制御回路ＣＴＲからの制御信号を受け取った電源制御部ＰＳＣは、電力差分をなくすように送電電力を調整し、バッテリＢＡＴが最適な充電となるように制御を行う。
【００９９】
〈バッテリの充電プロファイル例〉
図８は、図７のワイヤレス給電システムに設けられた制御回路によるバッテリの充電制御の電圧プロファイル／電流プロファイルの一例を示す説明図である。
【０１００】
制御回路ＣＴＲは、バッテリＢＡＴの電池電圧、および充電電流が図８に示す電圧プロファイルと電流プロファイルに近づくように制御信号を生成して電源制御部ＰＳＣに出力し、ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮａから出力される降圧電圧を制御する。
【０１０１】
これにより、バッテリＢＡＴは、最適な充電管理が行われる。クランプ部ＣＬＰは、制御回路ＣＴＲから出力された異常判定信号を受け取ると、受電コイルＰＲＣからの出力電圧を遮断する。
【０１０２】
負荷変調部ＬＭＤは、制御回路ＣＴＲから出力される制御信号を負荷変調する回路であり、図示しない変調用コンデンサ、あるいは図示しない抵抗などをオン、オフすることによって、送電コイルＰＴＣに現れる電圧、あるいは電流を変動させる。電源制御部ＰＳＣでは、負荷変調部ＬＭＤによって変動された電圧、あるいは電流を検出し、通信が行われる。
【０１０３】
〈ワイヤレス給電システムの動作例〉
続いて、図７のワイヤレス給電システムＷＰＳの動作について説明する。
【０１０４】
このワイヤレス給電システムＷＰＳにおいて、送電コイルＰＴＣと受電コイルＰＲＣとの巻き線比が１：ｎとなっている。巻き線比が１：ｎである場合、受電コイルＰＲＣの両端には、送電コイルＰＴＣ側のｎ倍の電圧が発生する。
【０１０５】
ｎ倍の電圧となった交流電圧は、整流部ＲＥＣによって整流され、平滑化されて直流電圧を生成する。続いて、ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮａによって、整流部ＲＥＣから出力される直流電圧を降圧する。
【０１０６】
このＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮａは、入出力電圧の降圧比が１／ｎに設定されているので、該ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮａから出力される降圧電圧は、送電コイルＰＴＣ側で発生した電圧とほぼ同じ電圧となる。
【０１０７】
ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮａによって降圧された降圧電圧は、バッテリＢＡＴに出力され、該バッテリＢＡＴが充電される。制御回路ＣＴＲでは、ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮａから出力される電圧、および電流をモニタしており、バッテリＢＡＴの充電電圧、および充電電流が、図８に示した電圧プロファイルと電流プロファイルとになるように制御が行われる。
【０１０８】
ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮａから出力される電圧、すなわち充電電圧が、図８の電圧プロファイルよりも低くなると、ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮａから出力される電圧が高くなるように制御信号が出力される。
【０１０９】
この図７のワイヤレス給電システムＷＰＳにおいても、受電コイルＰＲＣや整流部ＲＥＣに流れる電流を低減することができるので、損失を大幅に抑圧することができる。また、受電コイルＰＲＣや整流部ＲＥＣの損失が低減することにより、受電コイルＰＲＣの温度上昇を抑えることができる。
【０１１０】
受電コイルＰＲＣなどの温度上昇に伴うバッテリＢＡＴの温度上昇も抑えることができるので、効率よく充電を行うことができる。
【０１１１】
また、受電コイルＰＲＣや整流部ＲＥＣの損失を低減するので、バッテリＢＡＴの充電時間を短縮するため充電電流を増加させても、該バッテリＢＡＴへの温度による影響を低減することができる。
【０１１２】
さらに、前記実施の形態２と同様に、受電コイルＰＲＣの線径を細くすることが可能となり、厚さ制約がある場合などのコイル実装にメリットを有する。
【０１１３】
（実施の形態４）
実施の形態４に係るワイヤレス給電システムは、電圧降圧部（電圧降圧部ＣＯＮｂ）が、整流部から出力された直流電圧を電圧を、ほぼ一定の電圧に降圧する。
【０１１４】
以下、上記した概要に基づいて、実施の形態を詳細に説明する。
【０１１５】
〈ワイヤレス給電システムのより詳細な構成例〉
本実施の形態４においては、前記実施の形態２の図６における定電圧タイプのワイヤレス給電システムのより詳細な構成について説明する。
【０１１６】
図９は、本実施の形態３による定電圧タイプのワイヤレス給電システムの構成の一例を示す説明図である。
【０１１７】
このワイヤレス給電システムＷＰＳは、図９に示すように、送電部ＰＴＢ、および受電部ＰＲＢから構成されている。送電部ＰＴＢは、前記実施の形態１における図２の送電部ＰＴＢと同様に、電源制御部ＰＳＣ、ドライバ部ＤＲＶ、および送電コイルＰＴＣを有する。これらドライバ部ＤＲＶ、および送電コイルＰＴＣは、図２と同様であるので、説明は省略する。
【０１１８】
電源制御部ＰＳＣは、入力される交流電圧を直流電圧に変換してスイッチング用電源ＶＤＳとしてドライバ部ＤＲＶに出力するとともに、スイッチング信号ＳＳを生成し、ドライバ部ＤＲＶに出力する。
【０１１９】
送電電力の制御は、前記実施の形態３の図７と同様に、制御回路ＣＴＲから出力される制御信号に基づいて行われる。この制御信号は、負荷変調によって通信が行われる。電源制御部ＰＳＣは、制御信号によって、スイッチング用電源ＶＤＳの電圧、スイッチング周波数、あるいはスイッチング信号ＳＳのデュティ比などを変化させることによって電力制御が行われる。
【０１２０】
また、受電部ＰＲＢは、受電コイルＰＲＣ、整流部ＲＥＣ、ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮｂ、制御回路ＣＴＲ、クランプ部ＣＬＰ、および負荷変調部ＬＭＤを有する。また、整流部ＲＥＣ、ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮｂ、制御回路ＣＴＲ、クランプ部ＣＬＰ、および負荷変調部ＬＭＤは、受電ＩＣとして半導体集積回路装置などよって構成されている。
【０１２１】
受電部ＰＲＢにおいて、整流部ＲＥＣ、およびＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮｂについては、前記実施の形態２における図６と同様であるので説明は省略する。制御回路ＣＴＲは、整流部ＲＥＣから出力される直流電圧、およびＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮｂから出力される降圧電圧の電圧レベルをモニタし、ある設定値よりも大きくなると、ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮｂから出力される降圧電圧の電圧異常であると判定し、異常判定信号を出力する。
【０１２２】
ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮｂから出力される降圧電圧は、電源管理部ＰＭＣに入力される。電源管理部ＰＭＣは、例えばパワーマネージメントＩＣなどであり、携帯電話などの電子デバイスに設けられている。
【０１２３】
電源管理部ＰＭＣは、ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮｂが生成した降圧電圧から各種の電源電圧を生成し、それらの電源電圧を管理して電子デバイスが有する各機能モジュールなどに供給する。
【０１２４】
さらに、電源管理部ＰＭＣは、ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮｂが生成した降圧電圧から、充電用電源ＶＣＨＧを生成してバッテリＢＡＴに供給し、バッテリの充電動作、およびその管理を行う。電源管理部ＰＭＣは、充電用電源ＶＣＨＧを図８に示した電圧プロファイル、および電流プロファイルとなるように充電制御を行う。
【０１２５】
制御回路ＣＴＲは、ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮｂから出力される電圧、および電流をモニタし、ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮｂから出力される電圧がほぼ一定出力となるように制御信号を出力する。
【０１２６】
制御回路ＣＴＲからの制御信号を受け取った電源制御部ＰＳＣは、制御信号に基づいて、送電電力を調整する。
【０１２７】
クランプ部ＣＬＰは、制御回路ＣＴＲから出力された異常判定信号を受け取ると、受電コイルＰＲＣからの出力電圧を遮断する。負荷変調部ＬＭＤは、制御回路ＣＴＲから出力される制御信号を負荷変調する回路であり、図示しない変調用コンデンサ、あるいは抵抗などをオン、オフすることによって、送電コイルＰＴＣに現れる電圧、あるいは電流を変動させる。電源制御部ＰＳＣでは、負荷変調部ＬＭＤによって変動された電圧、あるいは電流を検出し、通信が行われる。
【０１２８】
〈ワイヤレス給電システムの動作例〉
続いて、図９のワイヤレス給電システムＷＰＳの動作について説明する。
【０１２９】
このワイヤレス給電システムＷＰＳにおいて、送電コイルＰＴＣと受電コイルＰＲＣとの巻き線比は１：ｎとなっている。巻き線比が１：ｎである場合、受電コイルＰＲＣの両端には、送電コイルＰＴＣ側のｎ倍の電圧が発生する。
【０１３０】
ｎ倍の電圧となった交流電圧は、整流部ＲＥＣによって整流され、平滑化されて直流電圧を生成する。続いて、ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮｂによって、整流部ＲＥＣから出力される直流電圧を降圧する。
【０１３１】
このＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮｂから出力される降圧電圧は、ほぼ一定の電圧レベルとなるように定電圧制御を行う。ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮｂによって降圧された電圧は、電源管理部ＰＭＣに入力される。そして、電源管理部ＰＭＣが生成した充電用電源ＶＣＨＧによってバッテリＢＡＴが充電される。
【０１３２】
制御回路ＣＴＲでは、ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮｂから出力される電圧、および電流をモニタしており、ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮｂから出力される降圧電圧が予め設定された電圧レベルの範囲内となるように制御信号を出力する。
【０１３３】
以上によっても、受電コイルＰＲＣや整流部ＲＥＣに流れる電流を低減することができるので、損失を大幅に抑圧することができる。また、受電コイルＰＲＣの温度上昇を抑えることができ、それに伴うバッテリＢＡＴの温度上昇も抑えることができるので、効率よく充電を行うことができる。
【０１３４】
また、受電コイルＰＲＣや整流部ＲＥＣの損失を低減するので、バッテリＢＡＴの充電時間を短縮するため充電電流を増加させても、該バッテリＢＡＴへの温度による影響を低減することができる。
【０１３５】
さらに、前記実施の形態２と同様に、受電コイルＰＲＣの線径を細くすることが可能となり、厚さ制約がある場合などのコイル実装にメリットを有する。
【０１３６】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【符号の説明】
【０１３７】
ＷＰＳ  ワイヤレス給電システム
ＰＴＢ  送電部
ＰＲＢ  受電部
ＰＳＣ  電源制御部
ＤＲＶ  ドライバ部
ＰＴＣ  送電コイル
ＰＲＣ  受電コイル
ＲＥＣ  整流部
ＣＯＮ  電圧降圧部
ＣＯＮａ  ＤＣ／ＤＣコンバータ
ＣＯＮｂ  ＤＣ／ＤＣコンバータ
ＣＣＲ  充電制御部
ＣＴＲ  制御回路
ＣＬＰ  クランプ部
ＬＭＤ  負荷変調部
ＰＭＣ  電源管理部
ＢＡＴ  バッテリ
ＷＰＳ５０  ワイヤレス給電システム
ＰＳＣ５０  電源制御部
ＤＲＶ５０  ドライバ部
ＰＴＣ５０  送電コイル
ＰＲＣ５０  受電コイル
ＲＥＣ５０  整流部
ＣＣＲ５０  充電制御部
【図１】
2014168365.tif 000003
【図２】
2014168365.tif 000004
【図３】
2014168365.tif 000005
【図４】
2014168365.tif 000006
【図５】
2014168365.tif 000007
【図６】
2014168365.tif 000008
【図７】
2014168365.tif 000009
【図８】
2014168365.tif 000010
【図９】
2014168365.tif 000011