(57)【要約】【課題】適正に整流回路の入力インピーダンスを最適値に維持することができる受電装置を提供する。【解決手段】受電コイル１１は、交流電力を送電する送電コイル２ｃから非接触で送電される交流電力を受電する。ブリッジ整流回路２０は、受電コイル１１により受電した交流電力を直流電力に整流し当該直流電力を負荷部３に供給する。調整キャパシタ群４０は、ブリッジ整流回路２０に並列に接続され、ブリッジ整流回路２０から負荷部３に供給される直流電力を充電する。スイッチ部５０は、調整キャパシタ群４０とブリッジ整流回路２０との接続をオン又はオフに切り替える。検出部７０は、負荷部３に供給される直流電力の電圧及び電流を検出する。制御部８０は、検出部７０により検出された電圧及び電流に基づいてスイッチ部５０を制御し調整キャパシタ群４０に充電される充電量を調整する。【選択図】図１
2019058035.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電力を送電する送電コイルから非接触で送電される前記交流電力を受電する受電コイルと、
前記受電コイルにより受電した前記交流電力を直流電力に整流し当該直流電力を負荷部に供給する整流回路と、
前記整流回路に並列に接続され、前記整流回路から前記負荷部に供給される前記直流電力を充電するキャパシタ部と、
前記キャパシタ部と前記整流回路との接続をオン又はオフに切り替えるスイッチ部と、
前記負荷部に供給される前記直流電力の電圧及び電流を検出する検出部と、
前記検出部により検出された前記電圧及び前記電流に基づいて前記スイッチ部を制御し前記キャパシタ部に充電される充電量を調整する制御部と、
を備えることを特徴とする受電装置。
【請求項２】
前記整流回路は、第１ダイオード、第２ダイオード、第３ダイオード、及び、第４ダイオードを有し、前記キャパシタ部は、第１キャパシタ、及び、第２キャパシタを有し、前記スイッチ部は、第１スイッチ、及び、第２スイッチを有し、
前記整流回路は、前記第１及び前記第２ダイオードが順方向に直列に接続され、前記第３及び前記第４ダイオードが順方向に直列に接続され、順方向の前記第１及び第２ダイオードと順方向の前記第３及び第４ダイオードとが並列に接続され、
前記キャパシタ部は、前記第１キャパシタが前記第３ダイオードに並列に接続され、前記第２キャパシタが前記第４ダイオードに並列に接続され、
前記スイッチ部は、前記第１スイッチが前記第３ダイオード及び前記負荷部の接続点と前記第１キャパシタとの間に接続され、前記第２スイッチが前記第４ダイオード及び前記負荷部の接続点と前記第２キャパシタとの間に接続され、
前記受電コイルは、当該受電コイルの一端が前記第１ダイオードと前記第２ダイオードとの接続点に接続され、当該受電コイルの他端が前記第３ダイオードと前記第４ダイオードとの接続点に接続され、
前記制御部は、前記検出部により検出された前記電圧及び前記電流に基づいて、前記第１スイッチ及び前記第２スイッチを制御し前記第１キャパシタ及び前記第２キャパシタに充電される充電量を調整する請求項１に記載の受電装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記第１キャパシタ又は前記第２キャパシタのいずれか一方に印加される負荷電圧に基づいて前記第１スイッチ及び前記第２スイッチを制御する請求項２に記載の受電装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記負荷部のインピーダンスが増加した場合、前記キャパシタ部の充電量を相対的に多くし、前記負荷部のインピーダンスが減少した場合、前記キャパシタ部の充電量を相対的に少なくする請求項１〜３のいずれか１項に記載の受電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、受電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、受電装置として、例えば、特許文献１には、交流電力を受電する受電コイルと、受電コイルにより受電した交流電力を直流電力に整流し当該直流電力を負荷部に供給する整流回路と、整流回路と負荷部との間に設けられる可変容量キャパシタとを備える非接触電力受電装置が開示されている。この非接触電力受電装置は、負荷部のインピーダンスの変化に応じて可変容量キャパシタの静電容量を調整することにより、整流回路の入力インピーダンスを最適値に維持する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１７−１１２７６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上述の特許文献１に記載の非接触電力受電装置は、例えば、整流回路の入力インピーダンスを最適値に維持する場合に可変容量キャパシタを用いている。この可変容量キャパシタには、例えば、極板の位置関係を機械的に可変させるバリアブルキャパシタや、ダイオードの寄生容量を利用するバリキャップ（バラクタ）等がある。非接触電力受電装置は、バリアブルキャパシタにおいてはサイズが大型化する傾向があり、バリキャップ（バラクタ）においては調整可能な容量が小さくなる傾向があり、整流回路の入力インピーダンスを最適値に維持する上で更なる改善の余地がある。
【０００５】
そこで、本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、適正に整流回路の入力インピーダンスを最適値に維持することができる受電装置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】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る受電装置は、交流電力を送電する送電コイルから非接触で送電される前記交流電力を受電する受電コイルと、前記受電コイルにより受電した前記交流電力を直流電力に整流し当該直流電力を負荷部に供給する整流回路と、前記整流回路に並列に接続され、前記整流回路から前記負荷部に供給される前記直流電力を充電するキャパシタ部と、前記キャパシタ部と前記整流回路との接続をオン又はオフに切り替えるスイッチ部と、前記負荷部に供給される前記直流電力の電圧及び電流を検出する検出部と、前記検出部により検出された前記電圧及び前記電流に基づいて前記スイッチ部を制御し前記キャパシタ部に充電される充電量を調整する制御部と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
上記受電装置において、前記整流回路は、第１ダイオード、第２ダイオード、第３ダイオード、及び、第４ダイオードを有し、前記キャパシタ部は、第１キャパシタ、及び、第２キャパシタを有し、前記スイッチ部は、第１スイッチ、及び、第２スイッチを有し、前記整流回路は、前記第１及び前記第２ダイオードが順方向に直列に接続され、前記第３及び前記第４ダイオードが順方向に直列に接続され、順方向の前記第１及び第２ダイオードと順方向の前記第３及び第４ダイオードとが並列に接続され、前記キャパシタ部は、前記第１キャパシタが前記第３ダイオードに並列に接続され、前記第２キャパシタが前記第４ダイオードに並列に接続され、前記スイッチ部は、前記第１スイッチが前記第３ダイオード及び前記負荷部の接続点と前記第１キャパシタとの間に接続され、前記第２スイッチが前記第４ダイオード及び前記負荷部の接続点と前記第２キャパシタとの間に接続され、前記受電コイルは、当該受電コイルの一端が前記第１ダイオードと前記第２ダイオードとの接続点に接続され、当該受電コイルの他端が前記第３ダイオードと前記第４ダイオードとの接続点に接続され、前記制御部は、前記検出部により検出された前記電圧及び前記電流に基づいて、前記第１スイッチ及び前記第２スイッチを制御し前記第１キャパシタ及び前記第２キャパシタに充電される充電量を調整することが好ましい。
【０００８】
上記受電装置において、前記制御部は、前記第１キャパシタ又は前記第２キャパシタのいずれか一方に印加される負荷電圧に基づいて前記第１スイッチ及び前記第２スイッチを制御することが好ましい。
【０００９】
上記受電装置において、前記制御部は、前記負荷部のインピーダンスが増加した場合、前記キャパシタ部の充電量を相対的に多くし、前記負荷部のインピーダンスが減少した場合、前記キャパシタ部の充電量を相対的に少なくすることが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る受電装置は、整流回路に並列に接続され、当該整流回路から負荷部に供給される直流電力を充電するキャパシタ部を備える。そして、受電装置は、負荷部のインピーダンスの変化に応じてキャパシタ部に充電される充電量を調整することで、適正に整流回路の入力インピーダンスを最適値に維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、実施形態に係る受電装置の構成例を示す回路図である。
【図２】図２は、実施形態に係るスイッチオン／オフ信号と負荷電圧との関係を示す図である。
【図３】図３は、実施形態に係る負荷部のインピーダンスと整流回路の入力インピーダンスとの関係を示す図である。
【図４】図４は、実施形態に係る受電装置の動作例を示すフローチャートである。
【図５】図５は、実施形態の変形例１に係る受電装置の構成例を示す回路図である。
【図６】図６は、実施形態の変形例１等に係る第１及び第２スイッチの動作例を示すシーケンスチャートである。
【図７】図７は、実施形態の変形例２に係る受電装置の構成例を示す回路図である。
【図８】図８は、実施形態の変形例３に係る受電装置の構成例を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成は適宜組み合わせることが可能である。また、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。
【００１３】
〔実施形態〕
実施形態に係る受電装置１について説明する。受電装置１は、図１に示すように、送電装置２と共に電力伝送システム１００を構成する。電力伝送システム１００は、例えば、ＥＶ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｖｅｈｉｃｌｅ）、ＰＨＥＶ（Ｐｌｕｇ・ｉｎ  Ｈｙｂｒｉｄ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｖｅｈｉｃｌｅ）等に適用される。電力伝送システム１００は、例えば、ＥＶ、ＰＨＥＶ等に受電装置１が搭載され、外部の送電装置２から供給される電力を受電装置１により受電してバッテリを充電する。なお、電力伝送システム１００は、バッテリの充電の他に、車両のシート、ドア等の可動部で非接触給電を必要とする部分への給電に適用してもよい。
【００１４】
電力伝送システム１００は、送電側共振回路２ｂと受電側共振回路１０とを介して磁気共鳴等により非接触で電力を伝送する。電力伝送システム１００は、例えば、送電側共振回路２ｂに流れる交流電流による磁界の振動が、同じ周波数で共振する受電側共振回路１０に伝わる磁気共鳴により電力を伝送する。本実施形態では、電力伝送システム１００は、受電装置１に設けられた調整キャパシタ群４０の充電量を調整することで、受電装置１におけるブリッジ整流回路２０の入力インピーダンスを最適値に維持するものである。
【００１５】
送電装置２は、非接触で電力を送電する装置である。送電装置２は、交流電源２ａと、送電側共振回路２ｂとを備える。交流電源２ａは、送電側共振回路２ｂに接続され、当該送電側共振回路２ｂに交流電力を供給する。送電側共振回路２ｂは、送電コイル２ｃと、共振コンデンサ２ｄとを有し、送電コイル２ｃと共振コンデンサ２ｄとが直列に接続された回路である。送電側共振回路２ｂは、送電コイル２ｃが受電装置１の受電コイル１１に対向して設けられ、磁気共鳴等により送電コイル２ｃを介して非接触で電力を送電する。
【００１６】
受電装置１は、受電側共振回路１０を介して非接触で電力を受電する装置である。受電装置１は、受電側共振回路１０と、整流回路としてのブリッジ整流回路２０と、固定キャパシタ群３０と、キャパシタ部としての調整キャパシタ群４０と、スイッチ部５０と、平滑回路６０と、検出部７０と、制御部８０とを備える。
【００１７】
受電側共振回路１０は、受電コイル１１と、共振コンデンサ１２とを有し、受電コイル１１と共振コンデンサ１２とが直列に接続された回路である。受電側共振回路１０は、受電コイル１１が送電装置２の送電コイル２ｃに対向して設けられ、磁気共鳴等により受電コイル１１を介して非接触で電力を受電する。
【００１８】
ブリッジ整流回路２０は、交流電力を直流電力に全波整流する回路である。ブリッジ整流回路２０は、受電側共振回路１０に接続され、当該受電側共振回路１０により受電した交流電力を直流電力に整流する。そして、ブリッジ整流回路２０は、負荷部３に接続され、整流した直流電力を固定キャパシタ群３０、調整キャパシタ群４０、平滑回路６０を介して負荷部３に供給する。ブリッジ整流回路２０は、第１ダイオードＤ１と、第２ダイオードＤ２と、第３ダイオードＤ３と、第４ダイオードＤ４とを備える。ブリッジ整流回路２０は、第１ダイオードＤ１と第２ダイオードＤ２とが順方向に直列に接続され、第３ダイオードＤ３と第４ダイオードＤ４とが順方向に直列に接続される。そして、ブリッジ整流回路２０は、順方向の第１及び第２ダイオードＤ１、Ｄ２と順方向の第３及び第４ダイオードＤ３、Ｄ４とが並列に接続される。ブリッジ整流回路２０は、受電コイル１１の一端１１ａが第１ダイオードＤ１と第２ダイオードＤ２との接続点に接続され、当該受電コイル１１の他端１１ｂが第３ダイオードＤ３と第４ダイオードＤ４との接続点に接続される。ブリッジ整流回路２０は、受電コイル１１の一端１１ａから供給される電力が第１ダイオードＤ１を介して負荷部３に供給される。また、ブリッジ整流回路２０は、受電コイル１１の他端１１ｂから供給される電力が第３ダイオードＤ３を介して負荷部３に供給される。
【００１９】
固定キャパシタ群３０は、電力を充放電する静電容量部である。固定キャパシタ群３０は、ブリッジ整流回路２０と調整キャパシタ群４０との間に設けられ、ブリッジ整流回路２０に並列に接続される。固定キャパシタ群３０は、ブリッジ整流回路２０から負荷部３に供給される直流電力を充電し、充電した直流電力を放電する。固定キャパシタ群３０は、第１固定キャパシタＣｆｕと、第２固定キャパシタＣｆｌとを有する。固定キャパシタ群３０は、第１固定キャパシタＣｆｕが第３ダイオードＤ３に並列に接続され、第２固定キャパシタＣｆｌが第４ダイオードＤ４に並列に接続される。固定キャパシタ群３０は、ブリッジ整流回路２０に入力される交流電流の方向が変化し当該交流電流が相対的に小さくなる期間において、固定キャパシタ群３０に充電された電圧によりブリッジ整流回路２０から見える負荷部３の電圧を相殺する。この相殺により、受電装置１は、受電コイル１１から見たブリッジ整流回路２０の入力インピーダンスの増加を抑制することができる。
【００２０】
調整キャパシタ群４０は、電力を充放電する静電容量部である。調整キャパシタ群４０は、固定キャパシタ群３０と平滑回路６０との間に設けられ、ブリッジ整流回路２０に並列に接続される。調整キャパシタ群４０は、ブリッジ整流回路２０から負荷部３に供給される直流電力を充電し、充電した直流電力を放電する。調整キャパシタ群４０は、第１調整キャパシタＣｖｕと、第２調整キャパシタＣｖｌとを有する。調整キャパシタ群４０は、第１調整キャパシタＣｖｕが第３ダイオードＤ３に並列に接続され、第２調整キャパシタＣｖｌが第４ダイオードＤ４に並列に接続される。調整キャパシタ群４０は、ブリッジ整流回路２０に入力される交流電流の方向が変化し当該交流電流が相対的に小さくなる期間において、調整キャパシタ群４０に充電された電圧によりブリッジ整流回路２０から見える負荷部３の電圧を相殺する。この相殺により、受電装置１は、受電コイル１１から見たブリッジ整流回路２０の入力インピーダンスの増加を抑制することができる。調整キャパシタ群４０は、負荷部３のインピーダンスの変化に応じて、後述する制御部８０により充電量が調整される。
【００２１】
スイッチ部５０は、回路の電気的な接続をオン又はオフに切り替える回路である。スイッチ部５０は、例えば、調整キャパシタ群４０とブリッジ整流回路２０との接続をオン又はオフに切り替える。スイッチ部５０は、第１スイッチＳｖｕと、第２スイッチＳｖｌとを有する。第１及び第２スイッチＳｖｕ、Ｓｖｌは、バイポーラトランジスタやＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等により構成される。第１スイッチＳｖｕは、第３ダイオードＤ３及び負荷部３の接続点と第１調整キャパシタＣｖｕとの間に接続される。第１スイッチＳｖｕは、制御部８０に接続され、当該制御部８０から出力されるスイッチオン信号又はスイッチオフ信号に基づいて、第１調整キャパシタＣｖｕと第３ダイオードＤ３との電気的な接続をオン又はオフする。第１スイッチＳｖｕは、オンした場合、第１調整キャパシタＣｖｕと第３ダイオードＤ３とを電気的に接続する。第１スイッチＳｖｕは、オフした場合、第１調整キャパシタＣｖｕと第３ダイオードＤ３との電気的な接続を解除する。なお、第１スイッチＳｖｕには、放電用のダイオードＤ５が並列に設けられているが、このダイオードＤ５を省略してもよい。第２スイッチＳｖｌは、第４ダイオードＤ４及び負荷部３の接続点と第２調整キャパシタＣｖｌとの間に接続される。第２スイッチＳｖｌは、制御部８０に接続され、当該制御部８０から出力されるスイッチオン信号又はスイッチオフ信号に基づいて、第２調整キャパシタＣｖｌと第４ダイオードＤ４との電気的な接続をオン又はオフする。第２スイッチＳｖｌは、オンした場合、第２調整キャパシタＣｖｌと第４ダイオードＤ４とを電気的に接続する。第２スイッチＳｖｌは、オフした場合、第２調整キャパシタＣｖｌと第４ダイオードＤ４との電気的な接続を解除する。なお、第２スイッチＳｖｌには、放電用のダイオードＤ６が並列に設けられているが、このダイオードＤ６を省略してもよい。
【００２２】
平滑回路６０は、負荷部３に供給される直流電流（脈流）を平滑化する回路である。平滑回路６０は、調整キャパシタ群４０と負荷部３との間に設けられる。平滑回路６０は、平滑コンデンサ６１を有し、当該平滑コンデンサ６１が負荷部３に並列に接続される。平滑回路６０は、平滑コンデンサ６１により負荷部３に供給される直流電流（脈流）を平滑化する。
【００２３】
検出部７０は、電圧及び電流を検出する回路である。検出部７０は、例えば、負荷部３に供給される直流電力の電圧及び電流を検出する。検出部７０は、電圧検出部７１と、電流検出部７２とを有する。電圧検出部７１は、例えば、オペアンプ７３を介して負荷部３に並列に接続される。電圧検出部７１は、オペアンプ７３により差動出力された電圧信号に基づいて電圧を検出する。電圧検出部７１は、後述するインピーダンス算出部８１に接続され、検出した電圧である検出電圧をインピーダンス算出部８１に出力する。電流検出部７２は、平滑回路６０と負荷部３の陽極側との間に設けられ、平滑回路６０から負荷部３に流れる電流を検出する。電流検出部７２は、インピーダンス算出部８１及びインピーダンス比算出部８３に接続され、検出した電流である検出電流をインピーダンス算出部８１及びインピーダンス比算出部８３に出力する。
【００２４】
制御部８０は、スイッチ部５０を制御する回路である。制御部８０は、ＣＰＵ、記憶部を構成するＲＯＭ、ＲＡＭ及びインターフェースを含む周知のマイクロコンピュータを主体とする電子回路を含んで構成される。制御部８０は、例えば、検出部７０により検出された検出電圧及び検出電流に基づいてスイッチ部５０を制御し、調整キャパシタ群４０に充電される充電量を調整する。つまり、制御部８０は、負荷部３のインピーダンスの変化に応じて調整キャパシタ群４０に充電される充電量を調整する。制御部８０は、例えば、負荷部３のインピーダンスが増加した場合、調整キャパシタ群４０の充電量を相対的に多くし、負荷部３のインピーダンスが減少した場合、調整キャパシタ群４０の充電量を相対的に少なくする。この制御により、制御部８０は、図３に示すように、ブリッジ整流回路２０の入力インピーダンスを最適値（一例として５Ω程度）に維持することができる。なお、図３は、縦軸がブリッジ整流回路２０の入力インピーダンスであり、横軸が負荷部３のインピーダンスである。図３においては、実施形態に係るブリッジ整流回路２０の入力インピーダンスと、比較例に係るブリッジ整流回路２０の入力インピーダンスとを示している。比較例は、実施形態のように調整キャパシタ群４０に充電される充電量を調整しない例である。比較例は、負荷部３のインピーダンスが増加するに従って、ブリッジ整流回路２０の入力インピーダンスも増加している。制御部８０は、インピーダンス算出部８１と、最適インピーダンス設定部８２と、インピーダンス比算出部８３と、設定キャパシタ容量算出部８４と、最大キャパシタ容量設定部８５と、キャパシタ容量比算出部８６と、閾値電圧算出部８７と、第１及び第２コンパレータ８８、８９とを有する。
【００２５】
インピーダンス算出部８１は、負荷部３のインピーダンスを算出する回路である。インピーダンス算出部８１は、電圧検出部７１及び電流検出部７２に接続される。インピーダンス算出部８１は、電圧検出部７１から出力される検出電圧及び電流検出部７２から出力される検出電流に基づいて負荷部３のインピーダンスを算出する。インピーダンス算出部８１は、インピーダンス比算出部８３に接続され、算出した負荷部３のインピーダンスをインピーダンス比算出部８３に出力する。
【００２６】
最適インピーダンス設定部８２は、受電コイル１１から見た最適なインピーダンスである最適インピーダンスを設定する回路である。最適インピーダンス設定部８２は、予め最適インピーダンスを保持している。この最適インピーダンスは、例えば、送電コイル２ｃ及び受電コイル１１のインピーダンスや、送電コイル２ｃと受電コイル１１との結合係数等により決定される。最適インピーダンス設定部８２は、インピーダンス比算出部８３に接続され、最適インピーダンスをインピーダンス比算出部８３に出力する。
【００２７】
インピーダンス比算出部８３は、インピーダンス比を算出する回路である。インピーダンス比算出部８３は、電圧検出部７１、電流検出部７２、インピーダンス算出部８１、及び、最適インピーダンス設定部８２に接続される。インピーダンス比算出部８３は、電圧検出部７１から出力される検出電圧及び電流検出部７２から出力される検出電流に基づいて負荷部３に供給される電力である負荷電力を算出する。また、インピーダンス比算出部８３は、インピーダンス算出部８１から出力される負荷部３のインピーダンスと最適インピーダンス設定部８２から出力される最適インピーダンスとに基づいて、負荷部３のインピーダンスと最適インピーダンスとの比率（負荷部３のインピーダンス÷最適インピーダンス）であるインピーダンス比を算出する。インピーダンス比算出部８３は、設定キャパシタ容量算出部８４に接続され、インピーダンス比、負荷電力、及び、検出電圧を設定キャパシタ容量算出部８４に出力する。
【００２８】
設定キャパシタ容量算出部８４は、キャパシタの容量を算出する回路である。設定キャパシタ容量算出部８４は、例えば、インピーダンス比、負荷電力、及び、検出電圧に基づいて、第１及び第２調整キャパシタＣｖｕ、Ｃｖｌの容量である設定キャパシタ容量を算出する。設定キャパシタ容量算出部８４は、例えば、インピーダンス比、負荷電力、及び、検出電圧をパラメータとする近似式により設定キャパシタ容量を算出する。具体的には、設定キャパシタ容量算出部８４は、インピーダンス比をＺｏｕｔ／Ｚｉｎとし、負荷電力をＰｌとし、検出電圧をＶｌとし、設定キャパシタ容量をＣｐとした場合、以下の式（１）により設定キャパシタ容量を算出する。式（１）において、例えば、関数ｈ（ｘ）は２次式であり、関数ｇ（ｘ）は４次式であり、関数ｆ（ｘ）は１次式である。設定キャパシタ容量算出部８４は、キャパシタ容量比算出部８６に接続され、算出した設定キャパシタ容量をキャパシタ容量比算出部８６に出力する。
Ｃｐ＝ｈ（Ｚｏｕｔ／Ｚｉｎ，ｇ（Ｖｌ，ｆ（Ｐｌ）））・・・式（１）
【００２９】
最大キャパシタ容量設定部８５は、最大キャパシタ容量を設定する回路である。最大キャパシタ容量設定部８５は、例えば、調整キャパシタ群４０における第１調整キャパシタＣｖｕの最大キャパシタ容量と第２調整キャパシタＣｖｌの最大キャパシタ容量とを予め保持している。最大キャパシタ容量設定部８５は、さらに、第１固定キャパシタＣｆｕの容量と第２固定キャパシタＣｆｌの容量とを予め保持している。最大キャパシタ容量設定部８５は、キャパシタ容量比算出部８６に接続され、第１調整キャパシタＣｖｕの最大キャパシタ容量、第２調整キャパシタＣｖｌの最大キャパシタ容量、第１固定キャパシタＣｆｕの容量、及び、第２固定キャパシタＣｆｌの容量をキャパシタ容量比算出部８６に出力する。
【００３０】
キャパシタ容量比算出部８６は、キャパシタ容量比を算出する回路である。キャパシタ容量比算出部８６は、例えば、設定キャパシタ容量算出部８４から出力された設定キャパシタ容量と、最大キャパシタ容量設定部８５から出力された第１及び第２調整キャパシタＣｖｕ、Ｃｖｌの最大キャパシタ容量と、第１及び第２固定キャパシタＣｆｕ、Ｃｆｌの容量とに基づいて第１及び第２調整キャパシタＣｖｕ、Ｃｖｌのキャパシタ容量比を算出する。キャパシタ容量比算出部８６は、閾値電圧算出部８７に接続され、算出した第１及び第２調整キャパシタＣｖｕ、Ｃｖｌのキャパシタ容量比を閾値電圧算出部８７に出力する。
【００３１】
閾値電圧算出部８７は、第１閾値電圧Ｖｔｈを算出する回路である。閾値電圧算出部８７は、キャパシタ容量比算出部８６及び電圧検出部７１に接続され、キャパシタ容量比算出部８６から第１及び第２調整キャパシタＣｖｕ、Ｃｖｌのキャパシタ容量比が出力され、電圧検出部７１から検出電圧が出力される。そして、閾値電圧算出部８７は、第１及び第２調整キャパシタＣｖｕ、Ｃｖｌのキャパシタ容量比と検出電圧とに基づいて、第１及び第２調整キャパシタＣｖｕ、Ｃｖｌの第１閾値電圧Ｖｔｈを算出する。具体的には、設定キャパシタ容量をＣｐとし、第１及び第２調整キャパシタＣｖｕ、Ｃｖｌの最大キャパシタ容量をＣｖとし、第１及び第２固定キャパシタＣｆｕ、Ｃｆｌの容量をＣｆとし、検出電圧をＶとする。この場合、第１及び第２調整キャパシタＣｖｕ、Ｃｖｌのキャパシタ容量比が（Ｃｐ−Ｃｆ）／Ｃｖとなり、以下の式（２）により第１及び第２調整キャパシタＣｖｕ、Ｃｖｌの目標とする充電電圧Ｖ１、つまり第１閾値電圧Ｖｔｈが求められる。
Ｖ１＝Ｖ×（Ｃｐ−Ｃｆ）／Ｃｖ  ・・・式（２）
【００３２】
閾値電圧算出部８７は、第１及び第２コンパレータ８８、８９に接続され、第１調整キャパシタＣｖｕの第１閾値電圧Ｖｔｈを第１コンパレータ８８に出力し、第２調整キャパシタＣｖｌの第１閾値電圧Ｖｔｈを第２コンパレータ８９に出力する。
【００３３】
第１及び第２コンパレータ８８、８９は、二つの電圧を比較した結果を出力する回路である。第１コンパレータ８８は、第１入力端子８８ａが閾値電圧算出部８７に接続され、第２入力端子８８ｂがオペアンプ８８ｃを介して第１固定キャパシタＣｆｕに接続され、出力端子が第１スイッチＳｖｕに接続される。第１コンパレータ８８は、閾値電圧算出部８７から出力される第１調整キャパシタＣｖｕの第１閾値電圧Ｖｔｈと第１調整キャパシタＣｖｕに印加される負荷電圧とを比較した結果（スイッチオン信号又はスイッチオフ信号）を第１スイッチＳｖｕに出力する。第１コンパレータ８８は、例えば、図２に示すように、第１調整キャパシタＣｖｕに印加される負荷電圧が第１調整キャパシタＣｖｕの第１閾値電圧Ｖｔｈ以上の場合、スイッチオフ信号を第１スイッチＳｖｕに出力する。また、第１コンパレータ８８は、例えば、第１調整キャパシタＣｖｕに印加される負荷電圧が第１調整キャパシタＣｖｕの第１閾値電圧Ｖｔｈ未満の場合、スイッチオン信号を第１スイッチＳｖｕに出力する。
【００３４】
第２コンパレータ８９は、第１入力端子８９ａが閾値電圧算出部８７に接続され、第２入力端子８９ｂが第２固定キャパシタＣｆｌに接続され、出力端子が第２スイッチＳｖｌに接続される。第２コンパレータ８９は、閾値電圧算出部８７から出力される第２調整キャパシタＣｖｌの第１閾値電圧Ｖｔｈと第２調整キャパシタＣｖｌに印加される負荷電圧とを比較した結果を第２スイッチＳｖｌに出力する。第２コンパレータ８９は、例えば、図２に示すように、第２調整キャパシタＣｖｌに印加される負荷電圧が第２調整キャパシタＣｖｌの第１閾値電圧Ｖｔｈ以上の場合、スイッチオフ信号を第２スイッチＳｖｌに出力する。また、第２コンパレータ８９は、例えば、第２調整キャパシタＣｖｌに印加される負荷電圧が第２調整キャパシタＣｖｌの第１閾値電圧Ｖｔｈ未満の場合、スイッチオン信号を第２スイッチＳｖｌに出力する。
【００３５】
次に、図４を参照して受電装置１の動作例について説明する。受電装置１は、電圧及び電流を検出する（ステップＳ１）。例えば、電圧検出部７１は、負荷部３に供給される直流電力の電圧を検出し、電流検出部７２は、負荷部３に供給される直流電力の電流を検出する。次に、受電装置１は、負荷部３のインピーダンスを算出する（ステップＳ２）。例えば、インピーダンス算出部８１は、電圧検出部７１から出力される検出電圧及び電流検出部７２から出力される検出電流に基づいて負荷部３のインピーダンスを算出する。次に、受電装置１は、インピーダンス比を算出する（ステップＳ３）。例えば、インピーダンス比算出部８３は、負荷部３のインピーダンスと最適インピーダンスとに基づいてインピーダンス比を算出する。次に、受電装置１は、設定キャパシタ容量を算出する（ステップＳ４）。例えば、設定キャパシタ容量算出部８４は、インピーダンス比、負荷電力、及び、検出電圧に基づいて、第１及び第２調整キャパシタＣｖｕ、Ｃｖｌの設定キャパシタ容量を算出する。次に、受電装置１は、キャパシタ容量比を算出する（ステップＳ５）。例えば、キャパシタ容量比算出部８６は、設定キャパシタ容量と第１及び第２調整キャパシタＣｖｕ、Ｃｖｌの最大キャパシタ容量と第１及び第２固定キャパシタＣｆｕ、Ｃｆｌの容量とに基づいて第１及び第２調整キャパシタＣｖｕ、Ｃｖｌのキャパシタ容量比を算出する。次に、受電装置１は、第１及び第２調整キャパシタＣｖｕ、Ｃｖｌにおける電圧の閾値として第１閾値電圧Ｖｔｈを算出する（ステップＳ６）。例えば、閾値電圧算出部８７は、第１及び第２調整キャパシタＣｖｕ、Ｃｖｌのキャパシタ容量比と検出電圧とに基づいて、第１及び第２調整キャパシタＣｖｕ、Ｃｖｌの第１閾値電圧Ｖｔｈを算出する。次に、受電装置１は、第１閾値電圧Ｖｔｈを設定する（ステップＳ７）。例えば、閾値電圧算出部８７は、第１閾値電圧Ｖｔｈを第１及び第２コンパレータ８８、８９に出力する。次に、受電装置１は、負荷電圧が第１及び第２調整キャパシタＣｖｕ、Ｃｖｌの第１閾値電圧Ｖｔｈ以上であるか否かを判定する（ステップＳ８）。例えば、第１コンパレータ８８は、負荷電圧が第１調整キャパシタＣｖｕの第１閾値電圧Ｖｔｈ以上の場合（ステップＳ８；Ｙｅｓ）、第１スイッチＳｖｕをオフし（ステップＳ９）、第１調整キャパシタＣｖｕへの充電を停止して処理を終了する（上述のステップＳ１から同様の処理を繰り返す。）。また、第１コンパレータ８８は、負荷電圧が第１調整キャパシタＣｖｕの第１閾値電圧Ｖｔｈ未満の場合（ステップＳ８；Ｎｏ）、第１スイッチＳｖｕをオンし（ステップＳ１０）、第１調整キャパシタＣｖｕへ直流電力を充電して処理を終了する。
【００３６】
以上のように、実施形態に係る受電装置１は、受電コイル１１と、ブリッジ整流回路２０と、調整キャパシタ群４０と、スイッチ部５０と、検出部７０と、制御部８０とを備える。受電コイル１１は、交流電力を送電する送電コイル２ｃから非接触で送電される交流電力を受電する。ブリッジ整流回路２０は、受電コイル１１により受電した交流電力を直流電力に整流し当該直流電力を負荷部３に供給する。調整キャパシタ群４０は、ブリッジ整流回路２０に並列に接続され、ブリッジ整流回路２０から負荷部３に供給される直流電力を充電する。スイッチ部５０は、調整キャパシタ群４０とブリッジ整流回路２０との接続をオン又はオフに切り替える。検出部７０は、負荷部３に供給される直流電力の電圧及び電流を検出する。制御部８０は、検出部７０により検出された電圧及び電流に基づいてスイッチ部５０を制御し調整キャパシタ群４０に充電される充電量を調整する。
【００３７】
この構成により、受電装置１は、検出部７０により検出された電圧及び電流に基づいて負荷部３のインピーダンスを求めることができる。受電装置１は、負荷部３のインピーダンスの変化に応じて調整キャパシタ群４０に充電される充電量を調整することにより、ブリッジ整流回路２０の入力インピーダンスを最適値に維持することができる。つまり、受電装置１は、受電コイル１１側から見た負荷部３側のインピーダンスを最適値に維持することができる。この結果、受電装置１は、電力伝送効率の低下を抑制することができる。受電装置１は、調整キャパシタ群４０の充電量を調整することにより、調整キャパシタ群４０の容量を実質的に可変とすることができる。この構成により、受電装置１は、従来のバリアブルキャパシタと比較してサイズが大型化することや製造コストが増加することを抑制でき、従来のバリキャップ（バラクタ）と比較して調整可能な容量が小さくなることを抑制できる。このように、受電装置１は、簡易且つ低コストに構成し、広範囲且つ連続的にインピーダンスを調整することができる。
【００３８】
上記受電装置１において、ブリッジ整流回路２０は、第１ダイオードＤ１、第２ダイオードＤ２、第３ダイオードＤ３、及び、第４ダイオードＤ４を有する。調整キャパシタ群４０は、第１調整キャパシタＣｖｕ、及び、第２調整キャパシタＣｖｌを有する。スイッチ部５０は、第１スイッチＳｖｕ、及び、第２スイッチＳｖｌを有する。そして、ブリッジ整流回路２０は、第１及び第２ダイオードＤ１、Ｄ２が順方向に直列に接続され、第３及び第４ダイオードＤ３、Ｄ４が順方向に直列に接続され、順方向の第１及び第２ダイオードＤ１、Ｄ２と順方向の第３及び第４ダイオードＤ３、Ｄ４とが並列に接続される。調整キャパシタ群４０は、第１調整キャパシタＣｖｕが第３ダイオードＤ３に並列に接続され、第２調整キャパシタＣｖｌが第４ダイオードＤ４に並列に接続される。スイッチ部５０は、第１スイッチＳｖｕが第３ダイオードＤ３及び負荷部３の接続点と第１調整キャパシタＣｖｕとの間に接続され、第２スイッチＳｖｌが第４ダイオードＤ４及び負荷部３の接続点と第２調整キャパシタＣｖｌとの間に接続される。受電コイル１１は、当該受電コイル１１の一端１１ａが第１ダイオードＤ１と第２ダイオードＤ２との接続点に接続され、当該受電コイル１１の他端１１ｂが第３ダイオードＤ３と第４ダイオードＤ４との接続点に接続される。制御部８０は、検出部７０により検出された電圧及び電流に基づいて、第１スイッチＳｖｕ及び第２スイッチＳｖｌを制御し第１調整キャパシタＣｖｕ及び第２調整キャパシタＣｖｌに充電される充電量を調整する。この構成により、受電装置１は、負荷部３のインピーダンスの変化に応じて第１及び第２調整キャパシタＣｖｕ、Ｃｖｌに充電される充電量を調整することにより、ブリッジ整流回路２０の入力インピーダンスを最適値に維持することができる。
【００３９】
上記受電装置１において、制御部８０は、負荷部３のインピーダンスが増加した場合、調整キャパシタ群４０の充電量を相対的に多くし、負荷部３のインピーダンスが減少した場合、調整キャパシタ群４０の充電量を相対的に少なくする。この構成により、受電装置１は、負荷部３のインピーダンスの増減に応じて調整キャパシタ群４０に充電される充電量を増減することにより、ブリッジ整流回路２０の入力インピーダンスを最適値に維持することができる。
【００４０】
〔変形例〕
次に、実施形態の変形例１〜３について説明する。なお、変形例１〜３は、実施形態と同等の構成要素には同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。変形例１に係る受電装置１Ａは、第１コンパレータ８８が、第１調整キャパシタＣｖｕに印加される負荷電圧の代わりに第２調整キャパシタＣｖｌに印加される負荷電圧に基づいて第１スイッチＳｖｕを制御する点で実施形態に係る受電装置１と異なる。ここで、第１調整キャパシタＣｖｕに印加される負荷電圧と第２調整キャパシタＣｖｌに印加される負荷電圧とは、一方の負荷電圧が増加すると他方の負荷電圧が減少し、一方の負荷電圧が減少すると他方の負荷電圧が増加するように対照的に変化する。この対称的に変化する事象を利用すれば、片方の負荷電圧に基づいて第１及び第２スイッチＳｖｕ、Ｓｖｌの両方を制御することができる。つまり、受電装置１Ａは、第１調整キャパシタＣｖｕ又は第２調整キャパシタＣｖｌのいずれか一方に印加される負荷電圧に基づいて第１及び第２スイッチＳｖｕ、Ｓｖｌを制御する。受電装置１Ａは、例えば、第２調整キャパシタＣｖｌに印加される負荷電圧に基づいて第１スイッチＳｖｕを制御するための第２閾値電圧Ｖｔｈｕを求める演算器８８ｄを有する。演算器８８ｄは、電圧検出部７１から出力される検出電圧から、閾値電圧算出部８７から出力される第１閾値電圧Ｖｔｈを減算して第２閾値電圧Ｖｔｈｕ（図６参照）を求める。演算器８８ｄは、求めた第２閾値電圧Ｖｔｈｕを第１コンパレータ８８に出力する。
【００４１】
第１コンパレータ８８は、図５に示すように、第１入力端子８８ａが第２固定キャパシタＣｆｌに接続され、第２入力端子８８ｂが演算器８８ｄに接続され、出力端子が第１スイッチＳｖｕに接続される。第１コンパレータ８８は、演算器８８ｄから出力される第２閾値電圧Ｖｔｈｕと第２調整キャパシタＣｖｌに印加される負荷電圧とを比較した結果を第１スイッチＳｖｕに出力する。第１コンパレータ８８は、例えば、図６に示すように、当該負荷電圧が第２閾値電圧Ｖｔｈｕ以上の場合（例えば、時刻ｔ４〜時刻ｔ５の間）、スイッチオン信号を第１スイッチＳｖｕに出力する。また、第１コンパレータ８８は、例えば、負荷電圧が第２閾値電圧Ｖｔｈｕ未満の場合（例えば、時刻ｔ１〜時刻ｔ４の間）、スイッチオフ信号を第１スイッチＳｖｕに出力する。
【００４２】
第２コンパレータ８９は、実施形態１と同様に、第１入力端子８９ａが閾値電圧算出部８７に接続され、第２入力端子８９ｂが第２固定キャパシタＣｆｌに接続され、出力端子が第２スイッチＳｖｌに接続される。第２コンパレータ８９は、閾値電圧算出部８７から出力される第２調整キャパシタＣｖｌの第１閾値電圧Ｖｔｈと第２調整キャパシタＣｖｌに印加される負荷電圧とを比較した結果を第２スイッチＳｖｌに出力する。第２コンパレータ８９は、例えば、図６に示すように、当該負荷電圧が第２調整キャパシタＣｖｌの第１閾値電圧Ｖｔｈ以上の場合（例えば、時刻ｔ３〜時刻ｔ６の間）、スイッチオフ信号を第２スイッチＳｖｌに出力する。また、第２コンパレータ８９は、例えば、負荷電圧が第２調整キャパシタＣｖｌの第１閾値電圧Ｖｔｈ未満の場合（例えば、時刻ｔ２〜時刻ｔ３の間）、スイッチオン信号を第２スイッチＳｖｌに出力する。
【００４３】
以上のように、実施形態の変形例１に係る受電装置１Ａは、第１調整キャパシタＣｖｕ又は第２調整キャパシタＣｖｌのいずれか一方に印加される負荷電圧に基づいて第１及び第２スイッチＳｖｕ、Ｓｖｌを制御する。この構成により、受電装置１Ａは、実施形態の受電装置１と比較して、第１調整キャパシタＣｖｕに印加される負荷電圧を検出するために必要なオペアンプ８８ｃを省略することができるので、ハードウェアの耐圧性を向上でき、部品点数や製造コストを削減することができる。
【００４４】
次に、実施形態の変形例２に係る受電装置１Ｂについて説明する。変形例２に係る受電装置１Ｂは、固定キャパシタ群３０を有していない点で変形例１に係る受電装置１Ａと異なる。変形例２に係る受電装置１Ｂにおいて、第１コンパレータ８８は、図７に示すように、第１入力端子８８ａが第３ダイオードＤ３と第４ダイオードＤ４との接続点に接続され、第２入力端子８８ｂが演算器８８ｄに接続され、出力端子が第１スイッチＳｖｕに接続される。第１コンパレータ８８は、演算器８８ｄから出力される第２閾値電圧Ｖｔｈｕと第２調整キャパシタＣｖｌに印加される負荷電圧とを比較した結果を第１スイッチＳｖｕに出力する。第１コンパレータ８８は、上述の図６に示すように、当該負荷電圧が第２閾値電圧Ｖｔｈｕ以上の場合、スイッチオン信号を第１スイッチＳｖｕに出力する。また、第１コンパレータ８８は、例えば、負荷電圧が第２閾値電圧Ｖｔｈｕ未満の場合、スイッチオフ信号を第１スイッチＳｖｕに出力する。
【００４５】
以上のように、実施形態の変形例２に係る受電装置１Ｂは、固定キャパシタ群３０を有していないので、変形例１の受電装置１Ａ等と比較して、部品点数や製造コストを削減することができる。
【００４６】
次に、実施形態の変形例３に係る受電装置１Ｃについて説明する。変形例３に係る受電装置１Ｃは、図８に示すように、第１調整キャパシタＣｖｕ、第１コンパレータ８８、及び、演算器８８ｄを有していない点で変形例２に係る受電装置１Ｂと異なる。変形例３に係る受電装置１Ｃにおいて、第２コンパレータ８９は、変形例２等と同様に、第１入力端子８９ａが閾値電圧算出部８７に接続され、第２入力端子８９ｂが第３ダイオードＤ３と第４ダイオードＤ４との接続点に接続され、出力端子が第２スイッチＳｖｌに接続される。第２コンパレータ８９は、閾値電圧算出部８７から出力される第２調整キャパシタＣｖｌの第１閾値電圧Ｖｔｈと第２調整キャパシタＣｖｌに印加される負荷電圧とを比較した結果を第２スイッチＳｖｌに出力する。第２コンパレータ８９は、上述の図６に示すように、当該負荷電圧が第２調整キャパシタＣｖｌの第１閾値電圧Ｖｔｈ以上の場合、スイッチオフ信号を第２スイッチＳｖｌに出力する。また、第２コンパレータ８９は、例えば、負荷電圧が第２調整キャパシタＣｖｌの第１閾値電圧Ｖｔｈ未満の場合、スイッチオン信号を第２スイッチＳｖｌに出力する。
【００４７】
以上のように、実施形態の変形例３に係る受電装置１Ｃは、第１調整キャパシタＣｖｕ、第１コンパレータ８８、及び、演算器８８ｄを有していないので、変形例２の受電装置１Ｂ等と比較して、部品点数や製造コストを削減することができる。
【００４８】
なお、受電装置１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃは、非接触給電に適用する例について説明したが、ＤＣＤＣコンバータの２次側の装置に適用してもよい。
【符号の説明】
【００４９】
１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ  受電装置
２ｃ  送電コイル
３  負荷部
１１  受電コイル
１１ａ  一端
１１ｂ  他端
２０  ブリッジ整流回路（整流回路）
４０  調整キャパシタ群（キャパシタ部）
５０  スイッチ部
７０  検出部
８０  制御部
Ｃｖｕ  第１調整キャパシタ（第１キャパシタ）
Ｃｖｌ  第２調整キャパシタ（第２キャパシタ）
Ｄ１  第１ダイオード
Ｄ２  第２ダイオード
Ｄ３  第３ダイオード
Ｄ４  第４ダイオード
Ｓｖｕ  第１スイッチ
Ｓｖｌ  第２スイッチ
【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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