(57)【要約】【課題】トランスの結合度・漏れインダクタンスにかかわらず、高効率の誘導給電システム、受電装置及び制御方法を提供する。【解決手段】誘導給電システム１０は、交流電源ＶＳと一次コイルＬ１と直列回路を備える給電装置１１と、二次コイルＬ２と磁気エネルギー回生スイッチ１００と整流器ＤＢと負荷ＬＤと無線制御装置２０１，２０２とを備える受電装置１２と、から構成される。交流電源ＶＳから一次コイルＬ１に電流が流れることにより、一次コイルＬ１に磁場が発生し、この磁場によって、二次コイルＬ２に電流が流れる。無線制御装置２０１，２０２が、一次コイルＬ１に流れる電流に基づいて磁気エネルギー回生スイッチ１００を制御することにより、二次コイルＬ２の漏れインダクタンスＬｓが変化しても，常に磁気エネルギー回生スイッチ１００のコンデンサＣＭ１，ＣＭ２をもって共振を維持させる。【選択図】図１
2011239655.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源に直列に接続される第１のコイルと、
前記第１のコイルに電磁的に結合する第２のコイルと、
少なくとも１つのコンデンサと少なくとも１つの自己消弧型素子とを備え、前記第２のコイルと負荷との間に接続され、前記第１のコイルと前記第２のコイルとの電磁的な結合における漏れインダクタンスに蓄積された磁気エネルギーを、前記自己消弧型素子のオン・オフに対応して、前記コンデンサに電荷の形で静電エネルギーとして回生する磁気エネルギー回生スイッチと、
前記第１のコイルに流れる電流を検知する電流検知手段と、
前記電流検知手段の検出した電流の情報に基づいて前記磁気エネルギー回生スイッチの前記自己消弧型素子のオン・オフを制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする誘導給電システム。
【請求項２】
前記コンデンサのキャパシタンスと、前記漏れインダクタンスと、で定まる共振周波数は、前記交流電源の出力周波数より低い、
ことを特徴とする請求項１に記載の誘導給電システム。
【請求項３】
前記電流の情報は、前記第１のコイルに流れる電流の方向であり、
前記制御手段は、前記電流検知手段の検知する電流の流れる方向の切り替わりに同期して前記磁気エネルギー回生スイッチの前記自己消弧型素子のオン・オフを制御する、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の誘導給電システム。
【請求項４】
前記電流検知手段は、前記第１のコイルに流れる電流を、電磁結合によって非接触で検知する、
ことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の誘導給電システム。
【請求項５】
前記電流検知手段が検知した電流の情報を、前記制御手段に無線で送信する信号伝達手段を更に備え、
前記制御手段は、前記信号伝達手段から受信した前記電流の情報に基づいて、前記磁気エネルギー回生スイッチの前記自己消弧型素子のオン・オフを制御する、
ことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の誘導給電システム。
【請求項６】
前記磁気エネルギー回生スイッチは、第１と第２の交流端子と、第１と第２の直流端子と、第１と第２のダイオードと、第１と第２の自己消弧型素子と、第１と第２のコンデンサと、を備え、前記第１の交流端子には前記第１のダイオードのアノードと前記第２のダイオードのカソードとが、前記第１の直流端子には前記第１のダイオードのカソードと前記第１のコンデンサの１方の極とが、前記第２の交流端子には前記第１のコンデンサの他方の極と前記第２のコンデンサの１方の極とが、前記第２の直流端子には前記第２のダイオードのアノードと前記第２のコンデンサの他方の極とが、接続され、前記第１のダイオードには前記第１の自己消弧型素子が、前記第２のダイオードには前記第２の自己消弧型素子が、並列に接続された、縦型のハーフブリッジ型磁気エネルギー回生スイッチであり、
当該縦型のハーフブリッジ型磁気エネルギー回生スイッチは、前記第１の交流端子に前記第２のコイルの１方の極が接続され、前記第２の交流端子と前記第２のコイルの他方の極との間に前記負荷が接続され、
前記制御手段は、前記第１と第２の自己消弧型素子のオン・オフを制御する、
ことを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の誘導給電システム。
【請求項７】
前記磁気エネルギー回生スイッチは、第１と第２の交流端子と、第１と第２の直流端子と、第１と第２のダイオードと、第１と第２の自己消弧型素子と、第１と第２のコンデンサと、を備え、前記第１の交流端子には前記第１のダイオードのアノードと前記第２のダイオードのカソードとが、前記第１の直流端子には前記第１のダイオードのカソードと前記第１のコンデンサの１方の極とが、前記第２の交流端子には前記第１のコンデンサの他方の極と前記第２のコンデンサの１方の極とが、前記第２の直流端子には前記第２のダイオードのアノードと前記第２のコンデンサの他方の極とが、接続され、前記第１のダイオードには前記第１の自己消弧型素子が、前記第２のダイオードには前記第２の自己消弧型素子が、並列に接続された、縦型のハーフブリッジ型磁気エネルギー回生スイッチであり、
当該縦型のハーフブリッジ型磁気エネルギー回生スイッチは、前記第１の交流端子に前記第２のコイルの１方の極が接続され、
前記第２の交流端子に接続された第１の交流入力端子と、前記第２のコイルの他方の極に接続された第２の交流入力端子と、前記負荷の一端に接続される第１の直流出力端子と、前記負荷の他端に接続される第２の直流出力端子と、を備え、前記第１と第２の交流入力端子から入力された交流電力を整流して、前記第１と第２の直流出力端子から出力する整流器を更に備え、
前記制御手段は、前記第１と第２の自己消弧型素子のオン・オフを制御する、
ことを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の誘導給電システム。
【請求項８】
前記縦型のハーフブリッジ型磁気エネルギー回生スイッチは、更に、第３と第４のダイオードを備え、該第３のダイオードのアノードは前記第２の交流端子に、カソードは前記第１の直流端子に、接続され、前記第４のダイオードのアノードは前記第２の直流端子に、カソードは前記第２の交流端子に接続される、
ことを特徴とする請求項６または７に記載の誘導給電システム。
【請求項９】
前記磁気エネルギー回生スイッチは、第１と第２の交流端子と、第１と第２の直流端子と、第１乃至第４のダイオードと、第１乃至第４の自己消弧型素子と、コンデンサと、を備え、前記第１の交流端子には、前記第１のダイオードのアノードと前記第２のダイオードのカソードとが、前記第２の交流端子には、前記第３のダイオードのアノードと前記第４のダイオードのカソードとが、前記第１の直流端子には、前記第１のダイオードのカソードと前記第３のダイオードのカソードと前記コンデンサの１方の極とが、前記第２の直流端子には、前記第２のダイオードのアノードと前記第４のダイオードのアノードと前記コンデンサの他方の極とが、接続され、前記第１のダイオードに前記第１の自己消弧型素子が、前記第２のダイオードに前記第２の自己消弧型素子が、前記第３のダイオードに前記第３の自己消弧型素子が、前記第４のダイオードに前記第４の自己消弧型素子が、並列に接続され、前記第１の交流端子に前記第２のコイルの１方の極が接続され、前記第２の交流端子と前記第２のコイルの他方の極との間に前記負荷が接続される、フルブリッジ型磁気エネルギー回生スイッチであり、
前記制御手段は、前記第１乃至第４の自己消弧型素子のオン・オフを制御する、
ことを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の誘導給電システム。
【請求項１０】
前記磁気エネルギー回生スイッチは、第１と第２の交流端子と、第１と第２の直流端子と、第１乃至第４のダイオードと、第１乃至第４の自己消弧型素子と、コンデンサと、を備え、前記第１の交流端子には、前記第２のコイルの１方の極と前記第１のダイオードのアノードと前記第２のダイオードのカソードとが、前記第２の交流端子には、前記第３のダイオードのアノードと前記第４のダイオードのカソードとが、前記第１の直流端子には、前記第１のダイオードのカソードと前記第３のダイオードのカソードと前記コンデンサの１方の極とが、前記第２の直流端子には、前記第２のダイオードのアノードと前記第４のダイオードのアノードと前記コンデンサの他方の極とが、接続され、前記第１のダイオードに前記第１の自己消弧型素子が、前記第２のダイオードに前記第２の自己消弧型素子が、前記第３のダイオードに前記第３の自己消弧型素子が、前記第４のダイオードに前記第４の自己消弧型素子が、並列に接続され、前記第１の交流端子に前記第２のコイルの１方の極を接続される、フルブリッジ型磁気エネルギー回生スイッチであり、
前記第２の交流端子に接続された第１の交流入力端子と、前記第２のコイルの他方の極に接続された第２の交流入力端子と、前記負荷の一端に接続される第１の直流出力端子と、前記負荷の他端に接続される第２の直流出力端子と、を備え、前記第１と第２の交流入力端子から入力された交流電力を整流して、前記第１と第２の直流出力端子から出力する整流器を更に備え、
前記制御手段は、前記第１乃至第４の自己消弧型素子のオン・オフを制御する、
ことを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の誘導給電システム。
【請求項１１】
前記磁気エネルギー回生スイッチは、第１と第２の交流端子と、第１と第２の直流端子と、第１乃至第４のダイオードと、第１乃至第４の自己消弧型素子と、コンデンサと、を備え、前記第１の交流端子には、前記第１のダイオードのアノードと前記第２のダイオードのカソードとを、前記第２の交流端子には、前記第３のダイオードのアノードと前記第４のダイオードのカソードとを、前記第１の直流端子には、前記第１のダイオードのカソードと前記第３のダイオードのカソードと前記コンデンサの１方の極とを、前記第２の直流端子には、前記第２のダイオードのアノードと前記第４のダイオードのアノードと前記コンデンサの他方の極とを、接続され、前記第１のダイオードに前記第１の自己消弧型素子が、前記第２のダイオードに前記第２の自己消弧型素子が、前記第３のダイオードに前記第３の自己消弧型素子が、前記第４のダイオードに前記第４の自己消弧型素子が、並列に接続され、前記第１と第２の交流端子の間に前記第２のコイルが接続され、前記第１と第２の直流端子の間に前記負荷が接続される、フルブリッジ型磁気エネルギー回生スイッチであり、
前記制御手段は、前記第１乃至第４の自己消弧型素子のオン・オフを制御する、
ことを特徴とする請求項１乃至５の何れか1項に記載の誘導給電システム。
【請求項１２】
前記負荷から、前記コンデンサの１方の極へ流れる電流を遮断するダイオードを更に備える、
ことを特徴とする請求項１１に記載の誘導給電システム。
【請求項１３】
交流電源に直列に接続される第１のコイルに電磁的に結合する第２のコイルと、
コンデンサと自己消弧型素子とを備え、前記第２のコイルと負荷との間に接続され、前記第１のコイルと前記第２のコイルとの結合における漏れインダクタンスに蓄積された磁気エネルギーを、前記自己消弧型素子のオン・オフに対応して、前記コンデンサに電荷の形で静電エネルギーとして回生する磁気エネルギー回生スイッチと、
前記第１のコイルに流れる電流を検知する電流検知手段の検知した電流の情報に基づいて前記磁気エネルギー回生スイッチの前記自己消弧型素子のオン・オフを制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする受電装置。
【請求項１４】
コンデンサと自己消弧型素子とを備え、交流電源に直列に接続された第１のコイルと電磁的に結合する第２のコイルと、負荷と、の間に接続され、前記第１のコイルと前記第２のコイルとの結合における漏れインダクタンスに蓄積された磁気エネルギーを、前記自己消弧型素子のオン・オフに対応して、前記コンデンサに電荷の形で静電エネルギーとして回生する磁気エネルギー回生スイッチの前記自己消弧型素子を制御する制御方法であって、
前記第１のコイルに流れる電流に基づいて、前記磁気エネルギー回生スイッチの自己消弧型素子のオン・オフを制御する、
ことを特徴とする制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、誘導給電システム、受電装置、及び、制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ワイヤレスで給電する方法は、様々研究されている。
例えば、テスラコイルや共振変圧器のように、トランスの漏れインダクタンスとキャパシタを共振させることによって、効率よく電力をワイヤレス給電する方法がすでに知られている。
ただし、漏れインダクタンスとキャパシタンスとを共振させる方法は、トランスの結合度・漏れインダクタンスが変化すると、共振周波数が変化し、漏れインダクタンスとキャパシタンスとが共振しなくなり、効率よく電力を伝送できなくなる可能性がある。
【０００３】
ところで、可変容量の直列コンデンサのような働きをする磁気エネルギー回生電流スイッチというものがすでに知られている（例えば、特許文献１に記載）。この磁気エネルギー回生スイッチは、磁気エネルギー回生スイッチを構成する自己消弧型素子のスイッチングのタイミングを制御することにより、電流位相を制御する。これによって、磁気エネルギー回生電流スイッチは可変容量の直列コンデンサとして機能することができる。
【０００４】
そこで、共振変圧器のキャパシタとして磁気エネルギー回生スイッチを用い、刻々と変化する漏れインダクタンスと常に共振するように磁気エネルギー回生スイッチを制御することよって、漏れインダクタンスが変化しても、効率よく、電力をワイヤレスで伝送することができる、と考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２５２０４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１に記載されているような磁気エネルギー回生スイッチを用いる場合、刻々と変化する漏れインダクタンスに対して、常に電流位相を制御する必要があり、スイッチングの制御が複雑になってしまう、という問題があった。
【０００７】
本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたもので、簡易な制御で、トランスの結合度・漏れインダクタンスにかかわらず、交流電源から電力をワイヤレスで負荷に高効率で供給可能な、ＭＥＲＳを用いた誘導給電システム、受電装置及び制御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】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明の第１の観点に係る誘導給電システムは、
交流電源に直列に接続される第１のコイルと、
前記第１のコイルに電磁的に結合する第２のコイルと、
少なくとも１つのコンデンサと少なくとも１つの自己消弧型素子とを備え、前記第２のコイルと負荷との間に接続され、前記第１のコイルと前記第２のコイルとの電磁的な結合における漏れインダクタンスに蓄積された磁気エネルギーを、前記自己消弧型素子のオン・オフに対応して、前記コンデンサに電荷の形で静電エネルギーとして回生する磁気エネルギー回生スイッチと、
前記第１のコイルに流れる電流を検知する電流検知手段と、
前記電流検知手段の検出した電流の情報に基づいて前記磁気エネルギー回生スイッチの前記自己消弧型素子のオン・オフを制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００９】
例えば、前記コンデンサのキャパシタンスと、前記漏れインダクタンスと、で定まる共振周波数は、前記交流電源の出力周波数より低い。
【００１０】
例えば、前記電流の情報は、前記第１のコイルに流れる電流の方向であり、
前記制御手段は、前記電流検知手段の検知する電流の流れる方向の切り替わりに同期して前記磁気エネルギー回生スイッチの前記自己消弧型素子のオン・オフを制御する。
【００１１】
例えば、前記電流検知手段は、前記第１のコイルに流れる電流を、電磁結合によって非接触で検知する。
【００１２】
例えば、前記電流検知手段が検知した電流の情報を、前記制御手段に無線で送信する信号伝達手段を更に備え、
前記制御手段は、前記信号伝達手段から受信した前記電流の情報に基づいて、前記磁気エネルギー回生スイッチの前記自己消弧型素子のオン・オフを制御する。
【００１３】
例えば、前記磁気エネルギー回生スイッチは、第１と第２の交流端子と、第１と第２の直流端子と、第１と第２のダイオードと、第１と第２の自己消弧型素子と、第１と第２のコンデンサと、を備え、前記第１の交流端子には前記第１のダイオードのアノードと前記第２のダイオードのカソードとが、前記第１の直流端子には前記第１のダイオードのカソードと前記第１のコンデンサの１方の極とが、前記第２の交流端子には前記第１のコンデンサの他方の極と前記第２のコンデンサの１方の極とが、前記第２の直流端子には前記第２のダイオードのアノードと前記第２のコンデンサの他方の極とが、接続され、前記第１のダイオードには前記第１の自己消弧型素子が、前記第２のダイオードには前記第２の自己消弧型素子が、並列に接続された、縦型のハーフブリッジ型磁気エネルギー回生スイッチであり、
当該縦型のハーフブリッジ型磁気エネルギー回生スイッチは、前記第１の交流端子に前記第２のコイルの１方の極が接続され、前記第２の交流端子と前記第２のコイルの他方の極との間に前記負荷が接続され、
前記制御手段は、前記第１と第２の自己消弧型素子のオン・オフを制御する。
【００１４】
例えば、前記磁気エネルギー回生スイッチは、第１と第２の交流端子と、第１と第２の直流端子と、第１と第２のダイオードと、第１と第２の自己消弧型素子と、第１と第２のコンデンサと、を備え、前記第１の交流端子には前記第１のダイオードのアノードと前記第２のダイオードのカソードとが、前記第１の直流端子には前記第１のダイオードのカソードと前記第１のコンデンサの１方の極とが、前記第２の交流端子には前記第１のコンデンサの他方の極と前記第２のコンデンサの１方の極とが、前記第２の直流端子には前記第２のダイオードのアノードと前記第２のコンデンサの他方の極とが、接続され、前記第１のダイオードには前記第１の自己消弧型素子が、前記第２のダイオードには前記第２の自己消弧型素子が、並列に接続された、縦型のハーフブリッジ型磁気エネルギー回生スイッチであり、
当該縦型のハーフブリッジ型磁気エネルギー回生スイッチは、前記第１の交流端子に前記第２のコイルの１方の極が接続され、
前記第２の交流端子に接続された第１の交流入力端子と、前記第２のコイルの他方の極に接続された第２の交流入力端子と、前記負荷の一端に接続される第１の直流出力端子と、前記負荷の他端に接続される第２の直流出力端子と、を備え、前記第１と第２の交流入力端子から入力された交流電力を整流して、前記第１と第２の直流出力端子から出力する整流器を更に備え、
前記制御手段は、前記第１と第２の自己消弧型素子のオン・オフを制御する。
【００１５】
例えば、前記縦型のハーフブリッジ型磁気エネルギー回生スイッチは、更に、第３と第４のダイオードを備え、該第３のダイオードのアノードは前記第２の交流端子に、カソードは前記第１の直流端子に、接続され、前記第４のダイオードのアノードは前記第２の直流端子に、カソードは前記第２の交流端子に接続される。
【００１６】
例えば、前記磁気エネルギー回生スイッチは、第１と第２の交流端子と、第１と第２の直流端子と、第１乃至第４のダイオードと、第１乃至第４の自己消弧型素子と、コンデンサと、を備え、前記第１の交流端子には、前記第１のダイオードのアノードと前記第２のダイオードのカソードとが、前記第２の交流端子には、前記第３のダイオードのアノードと前記第４のダイオードのカソードとが、前記第１の直流端子には、前記第１のダイオードのカソードと前記第３のダイオードのカソードと前記コンデンサの１方の極とが、前記第２の直流端子には、前記第２のダイオードのアノードと前記第４のダイオードのアノードと前記コンデンサの他方の極とが、接続され、前記第１のダイオードに前記第１の自己消弧型素子が、前記第２のダイオードに前記第２の自己消弧型素子が、前記第３のダイオードに前記第３の自己消弧型素子が、前記第４のダイオードに前記第４の自己消弧型素子が、並列に接続され、前記第１の交流端子に前記第２のコイルの１方の極が接続され、前記第２の交流端子と前記第２のコイルの他方の極との間に前記負荷が接続される、フルブリッジ型磁気エネルギー回生スイッチであり、
前記制御手段は、前記第１乃至第４の自己消弧型素子のオン・オフを制御する。
【００１７】
例えば、前記磁気エネルギー回生スイッチは、第１と第２の交流端子と、第１と第２の直流端子と、第１乃至第４のダイオードと、第１乃至第４の自己消弧型素子と、コンデンサと、を備え、前記第１の交流端子には、前記第２のコイルの１方の極と前記第１のダイオードのアノードと前記第２のダイオードのカソードとが、前記第２の交流端子には、前記第３のダイオードのアノードと前記第４のダイオードのカソードとが、前記第１の直流端子には、前記第１のダイオードのカソードと前記第３のダイオードのカソードと前記コンデンサの１方の極とが、前記第２の直流端子には、前記第２のダイオードのアノードと前記第４のダイオードのアノードと前記コンデンサの他方の極とが、接続され、前記第１のダイオードに前記第１の自己消弧型素子が、前記第２のダイオードに前記第２の自己消弧型素子が、前記第３のダイオードに前記第３の自己消弧型素子が、前記第４のダイオードに前記第４の自己消弧型素子が、並列に接続され、前記第１の交流端子に前記第２のコイルの１方の極を接続される、フルブリッジ型磁気エネルギー回生スイッチであり、
前記第２の交流端子に接続された第１の交流入力端子と、前記第２のコイルの他方の極に接続された第２の交流入力端子と、前記負荷の一端に接続される第１の直流出力端子と、前記負荷の他端に接続される第２の直流出力端子と、を備え、前記第１と第２の交流入力端子から入力された交流電力を整流して、前記第１と第２の直流出力端子から出力する整流器を更に備え、
前記制御手段は、前記第１乃至第４の自己消弧型素子のオン・オフを制御する。
【００１８】
例えば、前記磁気エネルギー回生スイッチは、第１と第２の交流端子と、第１と第２の直流端子と、第１乃至第４のダイオードと、第１乃至第４の自己消弧型素子と、コンデンサと、を備え、前記第１の交流端子には、前記第１のダイオードのアノードと前記第２のダイオードのカソードとを、前記第２の交流端子には、前記第３のダイオードのアノードと前記第４のダイオードのカソードとを、前記第１の直流端子には、前記第１のダイオードのカソードと前記第３のダイオードのカソードと前記コンデンサの１方の極とを、前記第２の直流端子には、前記第２のダイオードのアノードと前記第４のダイオードのアノードと前記コンデンサの他方の極とを、接続され、前記第１のダイオードに前記第１の自己消弧型素子が、前記第２のダイオードに前記第２の自己消弧型素子が、前記第３のダイオードに前記第３の自己消弧型素子が、前記第４のダイオードに前記第４の自己消弧型素子が、並列に接続され、前記第１と第２の交流端子の間に前記第２のコイルが接続され、前記第１と第２の直流端子の間に前記負荷が接続される、フルブリッジ型磁気エネルギー回生スイッチであり、
前記制御手段は、前記第１乃至第４の自己消弧型素子のオン・オフを制御する。
【００１９】
例えば、前記負荷から、前記コンデンサの１方の極へ流れる電流を遮断するダイオードを更に備える。
【００２０】
上記目的を達成するため、本発明の第２の観点に係る受電装置は、
交流電源に直列に接続される第１のコイルに電磁的に結合する第２のコイルと、
コンデンサと自己消弧型素子とを備え、前記第２のコイルと負荷との間に接続され、前記第１のコイルと前記第２のコイルとの結合における漏れインダクタンスに蓄積された磁気エネルギーを、前記自己消弧型素子のオン・オフに対応して、前記コンデンサに電荷の形で静電エネルギーとして回生する磁気エネルギー回生スイッチと、
前記第１のコイルに流れる電流を検知する電流検知手段の検知した電流の情報に基づいて前記磁気エネルギー回生スイッチの前記自己消弧型素子のオン・オフを制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする。
【００２１】
上記目的を達成するため、本発明の第３の観点に係る制御方法は、
コンデンサと自己消弧型素子とを備え、交流電源に直列に接続された第１のコイルと電磁的に結合する第２のコイルと、負荷と、の間に接続され、前記第１のコイルと前記第２のコイルとの結合における漏れインダクタンスに蓄積された磁気エネルギーを、前記自己消弧型素子のオン・オフに対応して、前記コンデンサに電荷の形で静電エネルギーとして回生する磁気エネルギー回生スイッチの前記自己消弧型素子を制御する制御方法であって、
前記第１のコイルに流れる電流に基づいて、前記磁気エネルギー回生スイッチの自己消弧型素子のオン・オフを制御する、
ことを特徴とする制御方法。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、簡易な制御で、トランスの結合度・漏れインダクタンスにかかわらず、交流電源から電力をワイヤレスで負荷に高効率で供給可能な、ＭＥＲＳを用いた誘導給電システム、受電装置及び制御方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明に係る誘導給電システムの構成を示す図である。
【図２Ａ】図１の誘導給電システムの動作を説明するための図である。
【図２Ｂ】図１の誘導給電システムの動作を説明するための図である。
【図２Ｃ】図１の誘導給電システムの動作を説明するための図である。
【図２Ｄ】図１の誘導給電システムの動作を説明するための図である。
【図３Ａ】図１の誘導給電システムにおいて、漏れインダクタンスが変化した場合の、誘導給電される電力の変化を説明するための図である。
【図３Ｂ】図１の誘導給電システムにおいて、漏れインダクタンスが変化した場合の、誘導給電される電力の変化を説明するための図である。
【図３Ｃ】図１の誘導給電システムにおいて、漏れインダクタンスが変化した場合の、誘導給電される電力の変化を説明するための図である。
【図３Ｄ】図１の誘導給電システムにおいて、漏れインダクタンスが変化した場合の、誘導給電される電力の変化を説明するための図である。
【図４】図１の誘導給電システムの応用例を示す図である。
【図５Ａ】図４の誘導給電システムの動作を説明するための図である。
【図５Ｂ】図４の誘導給電システムの動作を説明するための図である。
【図５Ｃ】図４の誘導給電システムの動作を説明するための図である。
【図５Ｄ】図４の誘導給電システムの動作を説明するための図である。
【図６】図４の誘導給電システムの応用例を示す図である。
【図７】従来の共振変圧器の例を示す回路図である。
【図８】図７の従来の共振変圧器における、漏れインダクタンスが変化した場合の、誘導給電される電力の変化を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態に係る誘導給電システムを、図面を参照しつつ説明する。
【００２５】
（実施形態１）
図１に示すように、本実施形態に係る誘導給電システム１０は、給電装置１１と、受電装置１２と、から構成される。給電装置１１は、交流電源ＶＳと、一次コイルＬ１と、電流センサＣＴと、無線制御装置２０１とから構成され、受電装置１２は、二次コイルＬ２と、漏れインダクタンスＬｓと、磁気エネルギー回生スイッチ１００と、整流器ＤＢと、平滑コンデンサＣｓと、負荷ＬＤと、無線制御装置２０２と、から構成される。
【００２６】
磁気エネルギー回生スイッチ１００は、縦型のハーフブリッジ型磁気エネルギー回生スイッチであり、第１と第２の交流端子ＡＣ１，ＡＣ２と、第１と第２の直流端子ＤＣ１，ＤＣ２と、第１のダイオードＤ１と第１の自己消弧型素子Ｓ１との並列回路から構成される第１の逆導通型半導体スイッチＳＷ１と、第２のダイオードＤ２と第２の自己消弧型素子Ｓ２との並列回路から構成される第２の逆導通型半導体スイッチＳＷ２と、第３と第４のダイオードＤ３，Ｄ４と、第１と第２のコンデンサＣＭ１，ＣＭ２と、から構成される。
交流端子ＡＣ１にはダイオードＤ１のアノードとダイオードＤ２のカソードとが、直流端子ＤＣ１にはダイオードＤ１のカソードとコンデンサＣＭ１の正極とダイオードＤ３のカソードとが、交流端子ＡＣ２にはコンデンサＣＭ１の負極とコンデンサＣＭ２の正極とダイオードＤ３のアノードとダイオードＤ４のカソードとが、直流端子ＤＣ２にはダイオードＤ２のアノードと前記第２のコンデンサＣＭ２の負極とダイオードＤ４のアノードとが、接続されている。
【００２７】
整流器ＤＢは、第１と第２の交流入力端子Ｉ１，Ｉ２と、第１と第２の直流出力端子Ｏ１，Ｏ２と、４つのダイオードＤ５乃至Ｄ８と、を備える。交流入力端子Ｉ１にはダイオードＤ５のアノードとダイオードＤ６のカソードとが、交流入力端子Ｉ２にはダイオードＤ７のアノードとダイオードＤ８のカソードとが、直流出力端子Ｏ１にはダイオードＤ５のカソードとダイオードＤ７のカソードとが、直流出力端子Ｏ２にはダイオードＤ６のアノードとダイオードＤ８のアノードが接続されている。
【００２８】
交流電源ＶＳは、一次コイルＬ１と直列回路を形成し、交流電流を一次コイルＬ１に供給する。本実施形態において、交流電源ＶＳは、１００Ａ，２５キロＨｚの交流電流源である。交流電源ＶＳは、例えば、実用的に普及しているものであるが，負荷に寄らず誘導コイルに所定の交流電流が流れるように出力電流をフィードバック制御する、サイン波電圧型インバータ電源である。
【００２９】
一次コイルＬ１は一端が接地されている。
一次コイルＬ１は、交流電源ＶＳから供給された電流によって磁場を発生させる。本実施形態において一次コイルＬ１のインダクタンスは、２１．６８マイクロＨである。
【００３０】
二次コイルＬ２は、一次コイルと電磁的に結合し、一次コイルＬ１から発生する磁場によって電流が誘起され、一次コイルＬ１を介して交流電源ＶＳから電力を誘導給電される。
一次コイルの他端から一端への向きに電流が流れる場合、二次コイルの他端から一端の向きに電流が誘起され、一次コイルの一端から他端への向きに電流が流れる場合、二次コイルの一端から他端の向きに電流が誘起される。
本実施形態において二次コイルＬ２のインダクタンスは、２１．６８マイクロＨである。
【００３１】
漏れインダクタンスＬｓは、一次コイルＬ１と二次コイルＬ２との結合における漏れインダクタンスである。なお、図中の一次コイルＬ１、二次コイルＬ２、及び漏れインダクタンスＬｓはもっとも簡単なトランス結合のモデルである。漏れインダクタンスＬｓは、一端が二次コイルＬ２の一端に、他端が磁気エネルギー回生スイッチ１００の交流端子ＡＣ１に接続されている（実際には、漏れインダクタンスＬｓが存在するわけでは無く，二次コイルＬ２の一端が交流端子ＡＣ１に接続されている）。
漏れインダクタンスＬｓのインダクタンスは、一次コイルＬ１と二次コイルＬ２の物理的位置によって変化する。例えば一次コイルＬ１と二次コイルＬ２との距離が遠い場合は、漏れインダクタンスＬｓのインダクタンスは大きく（結合度は低い）、例えば距離が近い場合は漏れインダクタンスＬｓのインダクタンスは小さい（結合度は高い）。
【００３２】
磁気エネルギー回生スイッチ１００の自己消弧型素子Ｓ１，Ｓ２はゲートＧ１，Ｇ２を備え、ゲートＧ１，Ｇ２にオン信号が入力されるとオンになり、ゲートＧ１，Ｇ２にオフ信号が入力されるとオフになる。
自己消弧型素子Ｓ１，Ｓ２がオンになると、ダイオード部Ｄ１，Ｄ２は短絡され、逆導通型半導体スイッチＳＷ１，ＳＷ２が順逆両方向にオンになる。自己消弧型素子Ｓ１，Ｓ２がオフになると、ダイオード部Ｄ１，Ｄ２が機能し、逆導通型半導体スイッチＳＷ１，ＳＷ２はダイオードＤ１，Ｄ２の導通方向に対して逆方向がオフになる。
逆導通型半導体スイッチＳＷ１，ＳＷ２は、例えば、Ｎチャンネル型シリコンＭＯＳＦＥＴ（ＭＯＳＦＥＴ：Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ−Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）であり、ダイオードＤ１，Ｄ２は逆導通型半導体スイッチＳＷ１，ＳＷ２の寄生ダイオードである。
【００３３】
磁気エネルギー回生スイッチ１００は、自己消弧型素子Ｓ１，Ｓ２のオン・オフに対応して、漏れインダクタンスＬｓに蓄積された磁気エネルギーを回収し、コンデンサＣＭ１，ＣＭ２に電荷の形で静電エネルギーとして蓄積する（回生する）。
コンデンサＣＭ１のキャパシタンスと二次コイルＬ２のインダクタンスとで定まる共振周波数が交流電源ＶＳの出力周波数よりはるかに低くなるように（例えば１０分の１）、コンデンサＣＭ１のキャパシタンスは予め調整されている。つまり、コンデンサＣＭ１のキャパシタンスと漏れインダクタンスＬｓとで定まる共振周波数は、常に、交流電源ＶＳの出力周波数より低くなるように予め調整されている。コンデンサＣＭ２のキャパシタンスは、コンデンサＣＭ１のキャパシタンスとほぼ同値になるように、予め調整されている。
【００３４】
本実施形態においてコンデンサＣＭ１，ＣＭ２のキャパシタンスはどちらも１０マイクロＦである。なお、コンデンサＣＭ１，ＣＭ２に蓄積する電圧の脈動が５％程度以下であることが好ましく、また、コンデンサＣＭ１，ＣＭ２のキャパシタンスはもっと小さい値であっても効果は十分である。
【００３５】
整流器ＤＢは、交流入力端子Ｉ１が磁気エネルギー回生スイッチ１００の交流端子ＡＣ２に、交流入力端子Ｉ２が二次コイルＬ２の他端及び接地点に接続されている。
整流器ＤＢは、交流入力端子Ｉ１，Ｉ２から入力された交流電力を整流して直流出力端子Ｏ１，Ｏ２から直流電力を出力する。
【００３６】
平滑コンデンサＣｓは、整流器ＤＢの直流出力端子Ｏ１，Ｏ２間に、負荷ＬＤと並列に接続されている。平滑コンデンサＣｓは、整流器ＤＢから供給された直流電力を平滑して、負荷ＬＤに供給する。
負荷ＬＤは、例えば、バッテリーである。
【００３７】
電流センサＣＴは、一次コイルＬ１を流れる電流を検出し、検出した電流を電圧に変換して無線制御装置２０１に出力する。電流センサＣＴは、例えば、計器用変流器（ＣＴ：Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｔｒａｎｓｆｏｍｅｒ）である。
なお、理解を容易にするために、以下、一次コイルＬ１の他端から一端への方向（図１中の矢印の方向）を正の方向、一次コイルＬ１の一端から他端への方向を負の方向と呼ぶ。
【００３８】
無線制御装置２０１，２０２は、信号を無線で伝達する無線通信機２５０ａ，２５０ｂを備える。
無線制御装置２０１は、無線通信機２５０ａとコンパレータ等から構成される。無線制御装置２０１は、電流センサＣＴから電圧を入力されると、その電圧の正・負を調べて、一次コイルＬ１に流れる電流の正・負を判断する。無線制御装置２０１は、判断した電流正負情報ＣＤを電波信号に変換して無線通信機２５０ｂに送信する。
【００３９】
無線制御装置２０２は、無線通信機２５０ｂとＮＯＴ回路等から構成される。無線通信機２５０ｂが無線通信機２５０ａから電波信号を受信すると、電流センサＣＴで検知された電流正負情報ＣＤを抽出し、抽出した電流正負情報ＣＤに基づいて、ゲートＧ１，Ｇ２にゲート信号ＳＧ１，ＳＧ２を出力する。
詳細には、無線制御装置２０２は、電流正負情報ＣＤが正（一次コイルに流れる電流が正の方向）ならば、ゲート信号ＳＧ２をオン信号に、ゲート信号ＳＧ１をオフ信号にする。電流正負情報ＣＤが負（一次コイルに流れる電流が負の方向）ならば、無線制御装置２０２は、ゲート信号ＳＧ２をオフ信号に、ゲート信号ＳＧ１をオン信号にする。
【００４０】
次に、上記構成を有する誘導給電システム１０の動作について図２Ａ乃至２Ｄを参照して説明する。図２Ａ乃至２Ｄにおいて、矢印は、電流の流れる方向を示す。なお、図中において、無線通信機２５０ａ，２５０ｂの表記は省略されている。
【００４１】
初期状態は、交流電源ＶＳから流れる電流が一次コイルＬ１の一端から他端の方向（上記負の方向）に流れており、二次コイルＬ２の他端から一端に電流が流れており、ゲート信号ＳＧ１がオフ信号で（自己消弧型素子Ｓ１がオフ）、ゲート信号ＳＧ２がオン信号であり（自己消弧型素子Ｓ２がオン）、コンデンサＣＭ１，ＣＭ２に電荷が蓄積されている、後述のフェイズＰ４（図２Ｄ）の状態であるとして説明する。
【００４２】
［フェイズＰ１］
時刻Ｔ１０で、交流電源ＶＳから流れる電流の向きが切り替わり、一次コイルＬ１の他端から一端への方向（上記正の方向）へ電流が流れ始めたとする。すると、無線制御装置２０１，２０２は、ゲート信号ＳＧ１をオン信号に、ゲート信号ＳＧ２をオフ信号に切り替える。自己消弧型素子Ｓ１はオンし、自己消弧型素子Ｓ２はオフする。
すると、自己消弧型素子Ｓ２を流れる電流は遮断され、漏れインダクタンスＬｓを流れる電流は、図２Ａに示すように、オンの自己消弧型素子Ｓ１及びダイオードＤ１を介してコンデンサＣＭ１の正極に流れ込む。コンデンサＣＭ１の負極から流れ出す電流は、整流器ＤＢを介して、平滑コンデンサＣｓと負荷ＬＤに供給され、二次コイルＬ２及び漏れインダクタンスＬｓを流れる。
このように、漏れインダクタンスＬｓに流れる電流は、コンデンサＣＭ１によって遮断される。これによりコンデンサＣＭ１は、漏れインダクタンスＬｓに蓄積されていた磁気エネルギーを回収し、電荷の形で静電エネルギーとして蓄積する。
また、一次コイルＬ１に流れる電流により発生する磁場によって、二次コイルＬ２の他端から一端の向き（図２Ａの矢印の向き）に電流が誘起され、電力が供給される。この電力も、コンデンサＣＭ１の正極に流入し、コンデンサＣＭ１を充電する。
【００４３】
［フェイズＰ２］
コンデンサＣＭが、漏れインダクタンスＬｓの磁気エネルギーを回収し終わる時刻Ｔ２０において、コンデンサＣＭ１は静電エネルギーの放電を始める。コンデンサＣＭ１の正極から流れ出す電流は、図２Ｂに示すように、オンの自己消弧型素子Ｓ１を介して漏れインダクタンスＬｓ，二次コイルＬ２を流れ、整流器ＤＢを介して、平滑コンデンサＣｓと負荷ＬＤに供給され、コンデンサＣＭ１の負極に流入する。
このように、コンデンサＣＭ１が静電エネルギーを放電することにより、漏れインダクタンスＬｓに電流が流れ、漏れインダクタンスＬｓは再び磁気エネルギーを蓄積する。
この間も、一次コイルＬ１から二次コイルＬ２に電力が供給される。この電力は、二次コイルＬ２の他端から一端に向かって（図２Ｂの矢印とは逆の向きに）流れ、オンの逆導通型半導体スイッチＳＷ１を介して、コンデンサＣＭ１に蓄積される。ただし、この電力よりも、コンデンサＣＭ１の正極から流れ出す電力の方が多いため、合計の電流は、図２Ｂの矢印に示すように流れる。
【００４４】
［フェイズＰ３］
交流電源ＶＳから流れ出す電流の方向が切り替わる（上記正の方向から負の方向に切り替わる）時刻Ｔ３０において、無線制御装置２０１，２０２は、ゲート信号ＳＧ１をオフ信号、ゲート信号ＳＧ２をオン信号に切り替える。自己消弧型素子Ｓ１はオフに、自己消弧型素子Ｓ２はオンになる。
自己消弧型素子Ｓ１を流れる電流は遮断され、漏れインダクタンスＬｓを流れる電流は、図２Ｃに示すように、二次コイルＬ２と、整流器ＤＢと、平滑コンデンサＣｓ及び負荷ＬＤとを介し、コンデンサＣＭ２の正極に流れ込む。コンデンサＣＭ２の負極から流れ出す電流は、オンの自己消弧型素子Ｓ２及びダイオードＤ２を介し、漏れインダクタンスＬｓに戻る。
このように、漏れインダクタンスＬｓに流れる電流は、コンデンサＣＭ２によって遮断される。そのため、漏れインダクタンスＬｓに蓄積されていた磁気エネルギーは、コンデンサＣＭ２に、電荷の形で静電エネルギーとして回収される。
また、一次コイルＬ１に流れる電流により発生する磁場によって、二次コイルＬ２の一端から他端の向き（図２Ｃの矢印の向き）に電流が誘起され、電力が供給される。この電力も、コンデンサＣＭ２の正極に流入し、コンデンサＣＭ２を充電する。
【００４５】
［フェイズＰ４］
コンデンサＣＭが漏れインダクタンスＬｓの磁気エネルギーを回収し終わる時刻Ｔ４０において、コンデンサＣＭ２は静電エネルギーの放電を始める。コンデンサＣＭ２の正極から流れ出す電流は、図２Ｄに示すように、整流器ＤＢを介して、平滑コンデンサＣｓと負荷ＬＤに供給され、二次コイルＬ２，漏れインダクタンスＬｓを通り、オンの自己消弧型素子Ｓ２を介して、コンデンサＣＭ２の負極に流入する。
このように、コンデンサＣＭ２が静電エネルギーを放電することによって漏れインダクタンスＬｓに電流が流れ、漏れインダクタンスＬｓに磁気エネルギーが戻される。
この間も、一次コイルＬ１から二次コイルＬ２に電力が供給される。この電力は、二次コイルＬ２の一端から他端に向かって（図２Ｄの矢印とは逆の向きに）流れ、整流器ＤＢを介して、平滑コンデンサＣｓと負荷ＬＤに供給され、交流端子ＡＣ２を通ってコンデンサＣＭ２の正極に流れ込む。ただし、この電力よりも、コンデンサＣＭ２の正極から流れ出す電力の方が多いため、その合計の電流は図２Ｄの矢印の向きに流れる。
【００４６】
交流電源ＶＳから供給される電流の方向が切り替わる時刻Ｔ５０において、電流は、再び、上記フェイズＰ１の経路で流れ出す。
【００４７】
受電装置１２は、以上の動作を繰り返して、交流電源ＶＳから電力を受信し、その電力を負荷に供給する。
【００４８】
このように、上記フェイズＰ１において、コンデンサＣＭ１は、漏れインダクタンスＬｓに蓄積された磁気エネルギーを回収し、静電エネルギーとして蓄積し、上記フェイズＰ２において、放電することにより、回収された磁気エネルギーを漏れインダクタンスＬｓに戻している。すなわち、上記フェイズＰ１，Ｐ２において漏れインダクタンスＬｓとコンデンサＣＭ１とは直列共振をしている。同様に、上記フェイズＰ３，Ｐ４において、漏れインダクタンスＬｓとコンデンサＣＭ２とは直列共振している。
つまり、漏れインダクタンスＬｓは、上記フェイズＰ１乃至Ｐ４を繰り返すことによって、常に共振状態である。よって、給電装置１１に対して受電装置１２の入力インピーダンスの虚部はほぼ０になる。そのため、受電装置１２が給電装置１１から受電する電力の力率はほぼ１になり、交流電源ＶＳから、効率よく電力を受電することができる。
【００４９】
上記構成の誘導給電システム１０において、交流電源ＶＳから出力される電流Ｉｉｎに対する、ゲート信号ＳＧ１とコンデンサＣＭ１の電圧Ｖｃｍ１と、ゲート信号ＳＧ２とコンデンサＣＭの電圧Ｖｃｍ２と、電圧Ｖｃｍ１と電圧Ｖｃｍ２との合計の電圧Ｖｃｍと、負荷ＬＤに供給される電力Ｗと、の関係は、図３Ａ乃至３Ｄに示すようになる。
【００５０】
なお、図３Ａは、漏れインダクタンスＬｓが１０マイクロＨの場合の、電流Ｉｉｎ，ゲート信号ＳＧ１，電圧Ｖｃｍ１，ゲート信号ＳＧ２，電圧Ｖｃｍ２，電圧Ｖｃｍ，電力Ｗの時間変化を示すもので、横軸はそれぞれに共通の時間軸である。図３Ｃは、実際にシミュレーションにおいて、漏れインダクタンスＬｓが１０マイクロＨの場合の上記関係を求めたものである。
また、図３Ｃは、漏れインダクタンスＬｓが２０マイクロＨの場合の、電流Ｉｉｎ，ゲート信号ＳＧ１，電圧Ｖｃｍ１，ゲート信号ＳＧ２，電圧Ｖｃｍ２，電圧Ｖｃｍ，電力Ｗの時間変化を示すもので、横軸はそれぞれに共通の時間軸である。図３Ｄは、実際にシミュレーションにおいて、漏れインダクタンスＬｓが２０マイクロＨの場合の上記関係を求めたものである。
なお、図３Ａ，３Ｂの時間軸に表記されているＴ００乃至Ｔ５０は、上記フェイズＰ１乃至Ｐ４の時刻Ｔ００乃至Ｔ５０に対応する。
【００５１】
上述のように、漏れインダクタンスＬｓが１０マイクロＨの場合（図３Ａ，３Ｂ）も、漏れインダクタンスＬｓが２０マイクロＨの場合（図３Ｃ，３Ｄ）も、ゲート信号ＳＧ１は、交流電源ＶＳの出力が正の間（例えば、時刻Ｔ１０〜Ｔ３０）はオン信号、負の間（例えば、時刻Ｔ３０〜Ｔ５０）はオフ信号に制御され、コンデンサＣＭ１はゲート信号ＳＧ１がオンの間に充放電し、ゲート信号ＳＧ１がオフの間は電圧Ｖｃｍ１が変化しない。ただし、放電が完了する前に、ゲート信号ＳＧ１はオフ信号に切り替えられるため、電圧Ｖｃｍ１には電圧が残っている。
同様に、ゲート信号ＳＧ２は、交流電源ＶＳの出力が正の間（例えば、時刻Ｔ１０〜Ｔ３０）はオフ信号、負の間（例えば、時刻Ｔ３０〜Ｔ５０）はオン信号に制御され、コンデンサＣＭ２はゲート信号ＳＧ２がオンの間に充放電する。ただし、放電が完了する前に、ゲート信号ＳＧ２はオフ信号に切り替えられるため、電圧Ｖｃｍ２には電圧が残っている。
【００５２】
このように、自己消弧型素子Ｓ１，Ｓ２のオン・オフに対応して、コンデンサＣＭ１，ＣＭ２と漏れインダクタンスＬｓとが共振している。その共振周期は、自己消弧型素子Ｓ１，Ｓ２のオン・オフの周期、すなわち、交流電源ＶＳの出力の周期に同期している。そのため、漏れインダクタンスＬｓが変化したとしても、コンデンサＣＭ１，ＣＭ２と、漏れインダクタンスＬｓとの共振周期は変化しない。そのため、図３Ａ乃至３Ｄに示すように、本実施形態においては負荷ＬＤに供給される電力Ｗは、漏れインダクタンスＬｓに依らずに、およそ７６０ワットで変化はほとんどない。
【００５３】
次に、比較のために、従来から知られている共振変圧器において、漏れインダクタンスＬｓが変化した場合について図７，８を参照して説明する。
図７は、従来から知られている共振変圧器の例を示すものである。図８は、図７に示す共振変圧器において、トランスの結合度が変化した場合の、１次側から２次側へ給電される電力の変化をシミュレーションした結果を示すものである。
【００５４】
図７に例示する共振変圧器９００は、誘導給電システム１０において、交流電源ＶＳを交流電圧源に、磁気エネルギー回生スイッチ１００及び無線制御装置２０１，２０２を、共振コンデンサＣｄに置き換えたものである。他の構成は、誘導給電システム１０と同様である。
【００５５】
例えば、共振変圧器９００において、共振コンデンサＣｄが、１０マイクロＨの漏れインダクタンスＬｓと共振するように調整されている、とする（ここでは共振コンデンサＣｄのキャパシタンスは０．９マイクロＦ）。この場合、漏れインダクタンスＬｓが１０マイクロＨから２０マイクロＨに変化したとすると、漏れインダクタンスＬｓと共振コンデンサＣｄの共振はなくなり、一次コイルＬ１から二次コイルＬ２に給電される電力は，図８に示すように、７６０Ｗから６７４Ｗへと大きく減少する。
【００５６】
以上説明したように、本実施形態にかかる誘導給電システム１０は、交流電源ＶＳの出力電流の正・負の切り替わりに同期して自己消弧型素子Ｓ１，Ｓ２をオン・オフさせることによって、コンデンサＣＭ１，ＣＭ２と漏れインダクタンスＬｓとを常に共振させることができる。
従って、一次コイルＬ１と二次コイルＬ２との結合度にかかわらず、給電装置１１から受電装置１２に給電される電力の力率はほぼ１になり、受電装置１２は、交流電源ＶＳから、効率よく電力を受信することができる。
【００５７】
これまでのＭＥＲＳの応用は，ＭＥＲＳのコンデンサの共振周波数が電源の出力周波数に対し、ほぼ同じか、高く設定されていた。
しかし、本発明では、コンデンサＣＭの共振周波数は交流電源ＶＳの出力周波数より十分低い、すなわち十分大きなキャパシタンスのコンデンサが選択されている。それによって、受電装置１２は、常に９０度進み位相でＭＥＲＳを制御することによって最大の電力を受電できる。
この９０度進みの位相信号は、給電装置１１側の電流の正・負信号に同期しているため、電流センサＣＴの出力から得ることができる。
従って、一次コイルＬｓに流れる電流の正・負に基づいて自己消弧型素子Ｓ１，Ｓ２のオン・オフを制御するという簡易な制御で、漏れインダクタンスＬｓを常に共振させることができる。
【００５８】
また、一次コイルＬ１に流れる電流の正・負は、無線通信によって、無線制御装置２０１から、無線制御装置２０２に送信されるため、給電装置１１と受電装置１２とは、完全にワイヤレスにすることができる。
【００５９】
（実施形態２）
上記実施形態１では、縦ハーフブリッジ型の磁気エネルギー回生スイッチを用いた場合を説明した。しかし、フルブリッジ型の磁気エネルギー回生スイッチを用いてもよい。
【００６０】
本実施形態に係る誘導給電システム２０は、図４に示すように、縦ハーフブリッジ型の磁気エネルギー回生スイッチ１００を、フルブリッジ型の磁気エネルギー回生スイッチ１１０に置き換えたものである。他の構成は、上記実施形態１にかかる誘導給電システム１０と同様の構成をしている。
【００６１】
磁気エネルギー回生スイッチ１１０は、磁気エネルギー回生スイッチ１００において、上記コンデンサＣＭ１，ＣＭ２の代わりに、直流端子ＤＣ１−ＤＣ２間にコンデンサＣＭを接続し、ダイオードＤ３に並列に自己消弧型素子Ｓ３を、ダイオードＤ４に並列に自己消弧型素子Ｓ４を接続したものである。
【００６２】
自己消弧型素子Ｓ３，Ｓ４はゲートＧ３，Ｇ４を備え、ゲートＧ３には、上記ゲート信号ＳＧ２が供給され、ゲートＧ４には、上記ゲート信号ＳＧ１が供給される。
【００６３】
次に上記構成の誘導給電システム２０の動作を、図５Ａ乃至５Ｄを参照して説明する。
【００６４】
一次コイルＬ１に流れる電流が正の時、ゲート信号ＳＧ１がオン信号でゲート信号ＳＧ２がオフ信号であるため、図５Ａ，５Ｂに示すように、自己消弧型素子Ｓ１，Ｓ４がオン、自己消弧型素子Ｓ２，Ｓ３がオフである。
この時、漏れインダクタンスＬｓの一端から他端の向きに流れる電流は、オンの自己消弧型素子Ｓ１及びダイオードＤ１と、オンの自己消弧型素子Ｓ４及びダイオードＤ４と、を介してコンデンサＣＭを充電する。
漏れインダクタンスＬｓの他端から一端の向きに流れる電流は、図５Ｂに示すように、オンの自己消弧型素子Ｓ１と、オンの自己消弧型素子Ｓ４と、を介してコンデンサＣＭを放電する。
【００６５】
一次コイルＬ１に流れる電流が負の時、ゲート信号ＳＧ１がオフ信号でゲート信号ＳＧ２がオン信号であるため、図５Ｃ，Ｄに示すように、自己消弧型素子Ｓ１，Ｓ４がオフ、自己消弧型素子Ｓ２，Ｓ３がオンである。
この時、漏れインダクタンスＬｓの他端から一端の向きに流れる電流は、オンの自己消弧型素子Ｓ３及びダイオードＤ３と、オンの自己消弧型素子Ｓ２及びダイオードＤ２と、を介してコンデンサＣＭを充電する。
漏れインダクタンスＬｓの一端から他端の向きに流れる電流は、図５Ｄに示すように、オンの自己消弧型素子Ｓ３と、オンの自己消弧型素子Ｓ２と、を介してコンデンサＣＭを放電する。
【００６６】
このように、コンデンサＣＭは、自己消弧型素子Ｓ１乃至Ｓ４のオン・オフに対応して、漏れインダクタンスＬｓと共振する。
【００６７】
以上説明したように、本実施形態にかかる誘導給電システム２０は、交流電源ＶＳの出力電流の正・負に基づいて自己消弧型素子Ｓ１乃至Ｓ４をオン・オフさせることによって、コンデンサＣＭと漏れインダクタンスＬｓとを共振させる。
従って、漏れインダクタンスＬｓは、常に共振状態であるため、一次コイルＬ１と二次コイルＬ２との結合度にかかわらず、給電装置１１から受電装置１２に給電される電力の力率はほぼ１になり、受電装置１２は、交流電源ＶＳから、効率よく電力を受信することができる。
【００６８】
（実施形態３）
上記実施形態１，２では、交流端子ＡＣ１，ＡＣ２から供給される交流電力を、整流器ＤＢで整流することによって、負荷ＬＤに直流電力を供給した。しかし、整流器ＤＢを用いることは、部品数が増加する。そのため、整流器ＤＢを用いずに、負荷ＬＤに直流電力を供給する、という点で改善の余地がある。
本実施形態にかかる誘導給電システム３０は、上記実施形態２において、整流器ＤＢを用いないで、負荷ＬＤに直流電力を供給するものである。
【００６９】
本実施形態にかかる誘導給電システム３０は、図６に示すように、整流器ＤＢの代わりに、ダイオードＤＲを備える。
【００７０】
ダイオードＤＲと負荷ＬＤとの直列回路は、直流端子ＤＣ１−ＤＣ２間に接続され、ダイオードＤＲは、負荷ＬＤからコンデンサＣＭの正極への向きの電流を遮断するように接続される。他の構成は、誘導給電システム２０と、同じである。
ただし、負荷ＬＤからコンデンサＣＭの正極への向きの電流が発生しない場合は、ダイオードＤＲは必要ない。
【００７１】
上記実施形態２と同様に、コンデンサＣＭには直流電圧が発生する。この電圧が負荷ＬＤに印加される。
【００７２】
以上説明したように、本実施形態にかかる誘導給電システム３０は、磁気エネルギー回生スイッチの直流端子ＤＣ１−ＤＣ２間に負荷ＬＤを接続することによって、整流器を用いずに、負荷ＬＤに直流電力を供給することができる。
また、ダイオードＤＲによって、負荷ＬＤからコンデンサＣＭの正極への向きの電流は遮断されるため、負荷ＬＤとしてバッテリーを充電することができる。
【００７３】
なお、本発明は、上記第１乃至第３の実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような、種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態における各設定値は１例であり、様々な設定が可能である。また、上述の実施形態に記載した構成の全てを備える必要はなく、所期の目的を達成できるならば、一部の構成の組み合わせであってもよい。
【００７４】
例えば、上記無線制御回路２０１，２０２は、それぞれ、無線通信部２５０ａ，２５０ｂを備えた電子回路である、として説明した。しかし、無線制御回路２０１，２０２は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）と、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ），ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）等の記憶手段を備えたマイクロコンコントローラなどのコンピュータと、無線通信部と、の組み合わせであってもよい。
この場合は、例えば、上述したゲート信号を出力するようなプログラムを、予めマイコンに記憶させればよい。
【００７５】
例えば、上記逆導通型半導体スイッチＳＷ１，ＳＷ２は、ＮチャンネルＭＯＳＦＥＴに限定されない。逆導通型半導体スイッチＳＷ１，ＳＷ２は、通常のバイポーラトランジスタとダイオードとから構成してもよいし、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｙ−ｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）やサイリスタから構成してもよい。その他、任意のスイッチング用の素子とダイオードとから構成されていてもよい。
また、自己消弧型素子Ｓ１乃至Ｓ４が、ＮチャンネルＭＯＳＦＥＴ等の素子であってもよい。
【００７６】
また、上記実施形態１乃至３では、一次コイルＬ１を流れる電流の正負、すなわち電流の流れる方向に基づいて、磁気エネルギー回生スイッチ１００，１１０の自己消弧型素子のオン・オフを制御した。しかし、正負ではなく、位相やその電流値等に基づいて磁気エネルギー回生スイッチ１００，１１０の自己消弧型素子のオン・オフを制御してもよい。
例えば、一次コイルＬ１を流れる電流のピークから、所定時間（例えば、交流電源ＶＳの１周期を３６０度とした時の９０度に相当する時間）後に自己消弧型素子のオン・オフを切り替えてもよい。
【００７７】
また、上記実施形態では、無線制御装置２０１と無線制御装置２０２とは、電波による無線通信で接続されていたが、赤外線などによる光無線通信や、マイクロ波信号や音波による無線通信であってもよい。
また、無線制御装置２０１と無線制御装置２０２が有線で接続されていても、無線制御装置２０２に電流センサＣＴの出力が直接入力されていてもよい。なお、電流センサＣＴは、非接触で一次コイルＬ１に流れる電流の正・負を検知できるため、無線制御装置２０１と無線制御装置２０２とが有線で接続されていても、無線制御装置２０２に電流センサＣＴの出力が直接入力されていても、非接触給電を行うことが可能である。
【００７８】
また、交流電源ＶＳは、他のシステムで既に使用されているような、商用電源の出力電圧を電流源に変換したものでもよい。
【００７９】
また、上記実施形態１，２において、磁気エネルギー回生スイッチ１００のダイオードＤ３，Ｄ４には電流が流れていない。そのため、ダイオードＤ３，Ｄ４はなくてもよい。
また、上記実施形態１，２において、逆導通型半導体スイッチＳＷ１，ＳＷ２のうち、ダイオードＤ１，Ｄ２のみに電流が流れることがないため、ダイオードＤ１，Ｄ２はなくてもよい。しかし、自己消弧型素子Ｓ１，Ｓ２が共にオフになると、ダイオードＤ１，Ｄ２のみに電流が流れる可能性がある。そのため、ダイオードＤ１，Ｄ２はあることが好ましい。同様に、上記実施形態３において、磁気エネルギー回生スイッチ１１０のダイオードＤ１乃至Ｄ４はあることが好ましい。
また、上記実施形態１，２において、平滑コンデンサＣｓはなくてもよい。
また、整流器ＤＢもなくてもよい。ただし、この場合、負荷ＬＤには交流電力が供給される。
【００８０】
また、漏れインダクタンスＬｓに直列に、更に、コイルを備えても良い。
【００８１】
また、本発明は、様々なことに利用可能である。
例えば、上記受電装置１２を携帯端末に組み込めば、その携帯端末は、給電装置１１から、ワイヤレスでかつ高効率でバッテリーを充電することができる。
【００８２】
また、トランスの結合度に関わらず高効率でワイヤレス給電が可能なため、移動するもの、例えば、自動車に組み込むことも有効である。例えば、道路に、上記給電装置１１を組み込み、自動車に上記受電装置１２を組み込むことで、その自動車は、走行中にバッテリーの充電を行うことができる。
【符号の説明】
【００８３】
１０，２０，３０  誘導給電システム
１１  給電装置
１２  受電装置
１００，１１０  磁気エネルギー回生スイッチ
ＡＣ１，ＡＣ２  交流端子
ＤＣ１，ＤＣ２  直流端子
ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４  逆導通型半導体スイッチ
Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５，Ｄ６，Ｄ７，Ｄ８，ＤＲ  ダイオード
Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４  自己消弧型素子
Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４  ゲート
ＣＭ，ＣＭ１，ＣＭ２  コンデンサ
２０１，２０２  無線制御装置
２５０ａ，２５０ｂ  無線通信機
ＳＧ１，ＳＧ２  ゲート信号
Ｌ１  一次コイル
Ｌ２  二次コイル
ＶＳ  交流電源
ＬＤ  負荷
ＤＢ  整流器
Ｃｓ  平滑コンデンサ
ＣＴ  電流センサ
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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