(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
送電側結合部が、受電装置の受電側結合部と電界結合又は磁界結合して、前記受電装置へ電力を伝送する送電装置において、
直流電圧入力部と、
前記直流電圧入力部に接続され、前記直流電圧入力部からの直流電圧で充電されるキャパシタと、
前記直流電圧入力部に接続され、直流電圧を交流電圧に変換して前記交流電圧を前記送電側結合部へ出力する直流交流変換部と、
前記キャパシタに蓄電された電荷を放電する放電部と、
前記直流交流変換部を駆動することで、前記交流電圧を前記送電側結合部へ出力させる第１制御部と、
前記放電部を駆動することで前記キャパシタを放電させる第２制御部と、
を備え、
前記第１制御部は、前記第２制御部により前記放電部が駆動され、前記放電部の駆動が停止された後、前記直流交流変換部を駆動する、
送電装置。
【請求項２】
前記直流交流変換部は、少なくとも直列接続された２つのスイッチ素子を有するブリッジ回路であり、
前記放電部は、前記２つのスイッチ素子であり、
前記第２制御部は、前記２つのスイッチ素子を同時にオンオフする、
請求項１に記載の送電装置。
【請求項３】
前記直流交流変換部は、少なくとも直列接続された２つのスイッチ素子を有するブリッジ回路であり、
前記放電部は、前記２つのスイッチ素子であり、
前記第２制御部は、前記２つのスイッチ素子を同時にオンオフする、
請求項１に記載の送電装置。
【請求項４】
前記受電側結合部は、受電側第１電極及び受電側第２電極を有し、
前記送電側結合部は、送電側第１電極及び送電側第２電極を有し、
前記送電側第１電極は、前記受電側第１電極と間隙をおいて対向し、
前記送電側第２電極は、前記受電側第２電極と間隙をおいて対向又は直接接触し、
前記直流交流変換部は、前記送電側第１電極及び前記送電側第２電極へ交流電圧を出力する、
請求項１から３の何れかに記載の送電装置。
【請求項５】
前記送電側結合部は送電側コイルを有し、
前記受電側結合部は、前記送電側コイルと磁界結合する受電側コイルを有し、
前記直流交流変換部は、前記送電側コイルへ交流電圧を出力する、
請求項１から３の何れかに記載の送電装置。
【請求項６】
送電装置が有する送電側結合部と、受電装置が有する受電側結合部とが電界結合又は磁界結合して、前記送電装置から前記受電装置へ電力を伝送する電力伝送システムにおいて、
前記送電装置は、
直流電圧入力部と、
前記直流電圧入力部に接続され、前記直流電圧入力部からの直流電圧で充電されるキャパシタと、
前記直流電圧入力部に接続され、直流電圧を交流電圧に変換して前記交流電圧を前記送電側結合部へ出力する直流交流変換部と、
前記キャパシタに蓄電された電荷を放電する放電部と、
前記直流交流変換部を駆動することで、前記交流電圧を前記送電側結合部へ出力させる第１制御部と、
前記放電部を駆動することで前記キャパシタを放電させる第２制御部と、
を備え、
前記第１制御部は、前記第２制御部により前記放電部が駆動され、前記放電部の駆動が停止された後、前記直流交流変換部を駆動する、
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、電界結合又は磁界結合を利用して、受電装置へ電力を伝送する送電装置、及び電力伝送システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
送電装置と受電装置とを電界結合又は磁界結合させることで、送電装置から受電装置へワイヤレスで電力伝送する電力伝送システムが知られている。この電力伝送システムでは、電力伝送開始前の待機時に、送電装置に受電装置が載置されているか否かを判別する必要がある。例えば、特許文献１には、受電装置が送電装置に載置されているか否かを判定する電力伝送システムが開示されている。【０００３】
特許文献１では、送電装置において、待機時にＤＣ−ＡＣインバータ回路のスイッチング回路へ定電流を供給し、スイッチング回路のスイッチング周波数を掃引している。そして、スイッチング回路に印加される電圧の周波数特性を測定し、電圧値の極大の有無を判定する。極大値が有れば、送電装置に受電装置が載置されていると判定する。【０００４】
ＤＣ−ＡＣインバータ回路のスイッチング回路の入力側には、スイッチング回路への入力電圧の変動を抑制するためのキャパシタが接続されていることがある（例えば、特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２０１３／０７７０８６号
【特許文献２】国際公開第２０１４／１２５７３２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献２において、送電装置の待機時にスイッチ回路が駆動していない場合、キャパシタは充電され続ける。そして、キャパシタが充電された状態で、特許文献１に記載のように、受電装置の載置の有無を判定するためにスイッチ回路を駆動させた場合、充電されたキャパシタにより、入力電圧が高い状態でスイッチ回路が駆動する。このため、スイッチ回路の駆動開始時において、過渡的にスイッチング回路からの出力電圧のオーバーシュートが発生する。このオーバーシュートにより、送電装置と受電装置との結合強度が上昇する。この結果、待機時に、結合部からの不要な電界又は磁界の漏えい（不要輻射）が生じ、この漏えいが他の機器へ影響を及ぼすおそれがある。【０００７】
そこで、本発明の目的は、電界及び磁界の不要輻射を低減する送電装置、及び電力伝送システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る送電装置は、送電側結合部が、受電装置の受電側結合部と電界又は磁界結合して、前記受電装置へ電力を伝送する送電装置において、直流電圧入力部と、前記直流電圧入力部に接続されたキャパシタと、前記キャパシタに接続され、直流電圧を交流電圧に変換し、前記交流電圧を前記送電側結合部へ出力する直流交流変換部と、前記キャパシタに蓄電された電荷を放電する放電部と、前記直流交流変換部を駆動する第１制御部と、前記放電部を駆動する第２制御部と、を備え、前記第１制御部は、前記第２制御部が前記放電部を駆動した後、前記直流交流変換部を駆動することを特徴とする。【０００９】
この構成では、放電部によりキャパシタに蓄電された電荷を放電し、所定の電圧にまで低下させた後、直流交流変換部を駆動するため、入力電力が高い状態で直流交流変換部の駆動が開始されることを防止でき、この結果、直流交流変換部の出力電圧にオーバーシュートが発生することを抑制できる。これにより、不要輻射を低減することができる。【００１０】
前記放電部は、抵抗及びスイッチ素子の直列回路であり、前記キャパシタに並列接続され、前記第２制御部は、前記スイッチ素子をオンオフすることが好ましい。【００１１】
この構成では、簡易な構成でキャパシタに蓄電された電荷を放電できる。【００１２】
前記直流交流変換部は、少なくとも直列接続された２つのスイッチ素子を有するブリッジ回路であり、前記放電部は、前記２つのスイッチ素子であり、前記第２制御部は、前記２つのスイッチ素子を同時にオンオフすることが好ましい。【００１３】
この構成では、既存の構成を放電部として利用することで、別途放電部を設けることなく、キャパシタに蓄電された電荷を放電できる。【００１４】
前記送電側結合部は、送電側第１電極及び送電側第２電極を有し、前記受電側結合部は、受電側第１電極及び受電側第２電極を有し、前記送電側第１電極は、前記受電側第１電極と間隙をおいて対向し、前記送電側第２電極は、前記受電側第２電極と間隙をおいて対向又は直接接触し、前記直流交流変換部は、前記送電側第１電極及び前記送電側第２電極へ交流電圧を出力することが好ましい。【００１５】
この構成では、電界結合を利用した電力伝送の場合、送電側第１電極及び送電側第２電極での電界強度の上昇を防止し、不要な電界輻射を抑制できる。【００１６】
前記送電側結合部は送電側コイルを有し、前記受電側結合部は、前記送電側コイルと磁界結合する受電側コイルを有し、前記直流交流変換部は、前記送電側コイルへ交流電圧を出力することが好ましい。【００１７】
この構成では、磁界結合を利用した電力伝送の場合、送電側コイルでの電界強度の上昇を防止し、不要な磁界輻射を抑制できる。【００１８】
本発明は、送電装置が有する送電側結合部と、受電装置が有する受電側結合部とが電界又は磁界結合して、前記送電装置から前記受電装置へ電力を伝送する電力伝送システムにおいて、前記送電装置は、直流電圧入力部と、前記直流電圧入力部に接続されたキャパシタと、前記キャパシタに接続され、直流電圧を交流電圧に変換し、前記交流電圧を前記送電側結合部へ出力する直流交流変換部と、前記キャパシタに蓄電された電荷を放電する放電部と、前記直流交流変換部を駆動する第１制御部と、前記放電部を駆動する第２制御部と、を備え、前記第１制御部は、前記第２制御部が前記放電部を駆動した後、前記直流交流変換部を駆動することを特徴とする。【００１９】
この構成では、放電部によりキャパシタに蓄電された電荷を放電した後、直流交流変換部を駆動するため、入力電力が高い状態で直流交流変換部の駆動が開始されることを防止でき、この結果、直流交流変換部の出力電圧にオーバーシュートが発生することを抑制できる。これにより、不要な電界又は磁界の漏えいを低減することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、直流交流変換部を駆動する際に、放電部によりキャパシタに蓄電された電荷を放電することで、直流交流変換部の出力電圧にオーバーシュートが発生することを抑制できる。これにより、不要な電界又は磁界の漏えいを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】実施形態１に係る電力伝送システムの回路図
【図２】制御回路が有する機能を示すブロック図
【図３】ＤＣ−ＡＣインバータ回路への入力電圧と、アクティブ電極及びパッシブ電極に印加される出力電圧との波形を示す図
【図４】図３との対比のために、放電回路を備えない場合の入力電圧と出力電圧との波形を示す図
【図５】制御回路が実行する処理を示すフローチャート
【図６】別の例の電力伝送システムの回路図
【図７】実施形態２に係る電力伝送システムの回路図
【図８】実施形態３に係る電力伝送システムが備える送電装置の回路図
【発明を実施するための形態】
【００２２】
（実施形態１）
図１は、実施形態１に係る電力伝送システム１の回路図である。
【００２３】
本実施形態に係る電力伝送システム１は、送電装置１０１と受電装置２０１とを備えている。受電装置２０１は負荷回路ＲＬを備えている。この負荷回路ＲＬは、二次電池及び充電回路を含む。受電装置２０１は、例えば携帯電子機器である。携帯電子機器としては携帯電話機、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）、携帯音楽プレーヤ、ノート型ＰＣ、デジタルカメラなどが挙げられる。送電装置１０１には受電装置２０１が載置される。そして、送電装置１０１は、載置された受電装置２０１の二次電池を充電する。
【００２４】
なお、本実施形態では、負荷回路ＲＬは受電装置２０１内に設けられているが、負荷回路ＲＬは、例えば受電装置２０１の外部に設けられていてもよいし、受電装置２０１に対し着脱可能であってもよい。
【００２５】
送電装置１０１はアクティブ電極１５及びパッシブ電極１６を備えている。受電装置２０１はアクティブ電極２５及びパッシブ電極２６を備えている。アクティブ電極２５及びパッシブ電極２６それぞれは、アクティブ電極１５及びパッシブ電極１６それぞれと略同面積を有している。送電装置１０１を受電装置２０１へ載置した場合、アクティブ電極１５，２５同士が対向し、パッシブ電極１６，２６同士が対向する。送電装置１０１において、アクティブ電極１５及びパッシブ電極１６間に交流電圧が印加された場合、対向配置となったアクティブ電極１５，２５間、パッシブ電極１６，２６間それぞれに電界が生じ、この電界を介して送電装置１０１から受電装置２０１へ電力が伝送される。なお、パッシブ電極１６，２６は直接接触していてもよい。
【００２６】
アクティブ電極１５は、本発明に係る「送電側結合部」及び「送電側第１電極」に相当する。また、パッシブ電極１６は、本発明に係る「送電側結合部」及び「送電側第２電極」に相当する。アクティブ電極２５は、本発明に係る「受電側結合部」及び「受電側第１電極」に相当する。また、パッシブ電極２６は、本発明に係る「受電側結合部」及び「受電側第２電極」に相当する。
【００２７】
送電装置１０１は直流電圧源Ｖｉｎを備えている。直流電圧源Ｖｉｎは、商用電源に接続されるＡＣアダプタであり、送電装置１０１はこの直流電圧源Ｖｉｎを電源として動作する。ＡＣアダプタは、例えば、ＡＣ１００Ｖ〜２４０ＶをＤＣ１９Ｖへ変換する。直流電圧源Ｖｉｎは、本発明に係る「直流電圧入力部」に相当する。
【００２８】
直流電圧源Ｖｉｎには、ＤＣ−ＡＣインバータ回路１０が接続されている。ＤＣ−ＡＣインバータ回路１０は、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４からなるスイッチ回路と、スイッチ回路の入力側に接続されたキャパシタＣ１とを有している。スイッチ回路は、本発明に係る「直流交流変換部」及び「ブリッジ回路」に相当する。
【００２９】
キャパシタＣ１は、直流電圧源Ｖｉｎの実効的な内部抵抗を低くして、直流電圧源Ｖｉｎからの直流電圧を安定してスイッチ回路へ入力するための素子である。スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４はｎ型ＭＯＳ−ＦＥＴである。スイッチ回路は、直列接続されたスイッチ素子Ｑ１，Ｑ２と、直列接続されたスイッチ素子Ｑ３，Ｑ４とが並列接続されたフルブリッジ回路である。
【００３０】
スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２の接続点とスイッチ素子Ｑ３，Ｑ４の接続点とは、昇圧トランスＴ１の１次コイルに接続されている。ＤＣ−ＡＣインバータ回路１０は、後述の制御回路１２により、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ４とスイッチ素子Ｑ２，Ｑ３とが交互にオンオフされ、直流電圧を交流電圧に変換し、その交流電圧を昇圧トランスＴ１へ出力する。
【００３１】
このＤＣ−ＡＣインバータ回路１０と直流電圧源Ｖｉｎの間には、並列接続された電流制限抵抗Ｒ１及びバイパススイッチ１３が設けられている。電流制限抵抗Ｒ１のインピーダンスは、電流制限抵抗Ｒ１から負荷回路ＲＬ側を視たインピーダンスより十分に大きい。バイパススイッチ１３は制御回路１２によりオンオフ制御される。バイパススイッチ１３がオンの場合、ＤＣ−ＡＣインバータ回路１０へ低入力抵抗状態で電源電圧（定電圧）が印加される。バイパススイッチ１３がオフの場合、負荷回路ＲＬ側のインピーダンスよりも大きい電流制限抵抗Ｒ１によりＤＣ−ＡＣインバータ回路１０に実質的に定電流が供給される。
【００３２】
また、ＤＣ−ＡＣインバータ回路１０の入力側には、電圧検出用の分圧抵抗Ｒ３，Ｒ４が接続されている。制御回路１２は、分圧抵抗Ｒ３，Ｒ４からＤＣ−ＡＣインバータ回路１０への入力電圧ＤＣＶを検出する。制御回路１２は、バイパススイッチ１３をオフにしてＤＣ−ＡＣインバータ回路１０へ定電流を供給した状態で入力電圧ＤＣＶを検出する。そして、電力伝送を行う前の待機時において、受電装置２０１が送電装置１０１に載置されているかの判定（以下、載置判定と言う）を、検出した入力電圧ＤＣＶに基づいて行う。また、制御回路１２は、検出した入力電圧ＤＣＶを基に、電力伝送のための駆動周波数を設定し、その周波数でスイッチ素子Ｑ１〜Ｑ４をスイッチングする。制御回路１２については後に詳述する。
【００３３】
さらに、ＤＣ−ＡＣインバータ回路１０の入力側には放電回路１１が接続されている。放電回路１１は、本発明に係る「放電部」に相当する。放電回路１１は、抵抗Ｒ２と放電用スイッチ１１Ｓとの直列回路であり、ＤＣ−ＡＣインバータ回路１０のキャパシタＣ１に並列接続されている。放電用スイッチ１１Ｓは制御回路１２によりオンオフされる。制御回路１２は、ＤＣ−ＡＣインバータ回路１０の駆動前に、放電用スイッチ１１Ｓをオンする。これにより、キャパシタＣ１から抵抗Ｒ２及び放電用スイッチ１１Ｓの放電経路に電流が流れる。このように、簡易な構成の放電回路１１を設けることで、キャパシタＣ１に蓄電された電荷を放電できる。制御回路１２は、放電用スイッチ１１Ｓをオフにした後、ＤＣ−ＡＣインバータ回路１０を駆動する。これにより、入力電圧が高い状態でＤＣ−ＡＣインバータ回路１０の駆動を開始されることを防止でき、この結果、ＤＣ−ＡＣインバータ回路１０の出力電圧にオーバーシュートが発生することを抑制できる。
【００３４】
なお、放電回路１１は、抵抗Ｒ２を備えず、放電用スイッチ１１Ｓのみから構成されていてもよい。ただし、放電回路１１は抵抗Ｒ２を備えることで、放電用スイッチ１１Ｓの最大定格電流を超えないように電流制限できる。
【００３５】
昇圧トランスＴ１は、ＤＣ−ＡＣインバータ回路１０により変換された交流電圧を昇圧する。昇圧トランスＴ１の２次コイルは、直列共振回路１４を介してアクティブ電極１５及びパッシブ電極１６へ接続されている。昇圧トランスＴ１は、昇圧した交流電圧を、アクティブ電極１５及びパッシブ電極１６へ印加する。
【００３６】
直列共振回路１４は、昇圧トランスＴ１の２次コイルに並列接続されたキャパシタＣ２と、昇圧トランスＴ１の漏れインダクタンスＬleak（又は実部品のインダクタ）とから形成されている。キャパシタＣ２は、実部品であってもよいし、２次コイルに生じる寄生容量であってもよい。
【００３７】
受電装置２０１のアクティブ電極２５及びパッシブ電極２６には、降圧トランスＴ２の１次コイルが接続されている。この１次コイルにはキャパシタＣ３が並列接続されている。キャパシタＣ３は、降圧トランスＴ２の１次コイルの励磁インダクタンスと並列共振回路２４を形成している。
【００３８】
並列共振回路２４は、効率よく電力伝送が行えるようにするために、送電装置１０１の直列共振回路１４と共振周波数が略同じとなるように設定されている。送電装置１０１に受電装置２０１を載置すると、直列共振回路１４と並列共振回路２４とは結合共振（複合共振）する。そして、送電装置１０１から受電装置２０１への電力伝送における駆動周波数は、直列共振回路１４及び並列共振回路２４の共振周波数近傍に定められる。
【００３９】
降圧トランスＴ２の２次コイルには整流平滑回路２３が接続されている。整流平滑回路２３は、例えば、ダイオードブリッジ及び平滑キャパシタである。整流平滑回路２３には、電力変換回路２２が接続されている。電力変換回路２２は、例えば、ＤＣ−ＤＣコンバータであり、整流平滑回路２３により整流された電圧を、安定化された所定の電圧に変換する。電力変換回路２２には負荷回路ＲＬが接続されている。
【００４０】
以下に、制御回路１２について詳述する。
【００４１】
図２は、制御回路１２が有する機能を示すブロック図である。制御回路１２は、ＤＣＶ検出部１２１、放電用スイッチ制御部１２２、バイパススイッチ制御部１２３、スイッチ回路制御部１２４、載置判定部１２５及び駆動周波数設定部１２６を有している。
【００４２】
ＤＣＶ検出部１２１は、分圧抵抗Ｒ３，Ｒ４から、ＤＣ−ＡＣインバータ回路１０への入力電圧ＤＣＶを検出する。
【００４３】
放電用スイッチ制御部１２２は、放電用スイッチ１１Ｓをオンオフする。放電用スイッチ制御部１２２は、本発明に係る「第２制御部」に相当する。放電用スイッチ制御部１２２は、載置判定を行う前に放電用スイッチ１１Ｓをオンする。これにより、キャパシタＣ１に蓄電された電荷は放電される。また、放電用スイッチ制御部１２２は、ＤＣＶ検出部１２１が検出した入力電圧ＤＣＶに基づいて放電を終了するか否かを判定し、終了する場合には、放電用スイッチ１１Ｓをオフする。放電を終了する場合とは、例えば、入力電圧ＤＣＶがしきい値以下となった場合である。
【００４４】
バイパススイッチ制御部１２３は、バイパススイッチ１３をオンオフする。バイパススイッチ制御部１２３は、載置判定の際、バイパススイッチ１３をオフする。この場合、ＤＣ−ＡＣインバータ回路１０には略定電流が供給される。また、バイパススイッチ制御部１２３は、受電装置２０１へ電力伝送する際、バイパススイッチ１３をオンする。この場合、ＤＣ−ＡＣインバータ回路１０に定電圧が印加される。
【００４５】
また、バイパススイッチ制御部１２３は、放電用スイッチ制御部１２２が放電用スイッチ１１Ｓをオンにする際、バイパススイッチ１３をオフにする。この場合、電流制限抵抗Ｒ１により、直流電圧源Ｖｉｎからの電流が放電回路１１へ無駄に流れることを制限できる。
【００４６】
スイッチ回路制御部１２４は、スイッチ素子Ｑ１〜Ｑ４をＰＷＭ制御する。スイッチ回路制御部１２４は、本発明に係る「第１制御部」に相当する。スイッチ回路制御部１２４は、バイパススイッチ制御部１２３がバイパススイッチ１３をオンしたときに、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ４と、スイッチ素子Ｑ２，Ｑ３とを交互にオンオフする。スイッチ回路制御部１２４は、載置判定を行う場合、固定周波数でスイッチ素子Ｑ１，Ｑ４と、スイッチ素子Ｑ２，Ｑ３とを交互にオンオフする。電力伝送を行う場合、後述の駆動周波数設定部１２６で設定された周波数で、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ４と、スイッチ素子Ｑ２，Ｑ３とを交互にオンオフする。
【００４７】
載置判定部１２５は、受電装置２０１が送電装置１０１に載置されているかを判定する。送電装置１０１に受電装置２０１を載置すると、共振回路１４，２４が結合して、入力インピーダンスの周波数特性には、複合共振による周波数ピークが複数現れる。入力インピーダンスは、ＤＣ−ＡＣインバータ回路１０への入力電流と、入力電圧ＤＣＶとから算出できる。したがって、載置判定部１２５は、バイパススイッチ１３がオフのときにＤＣＶ検出部１２１が検出した入力電圧ＤＣＶに変化があった場合に、受電装置２０１が載置されたと判定する。
【００４８】
なお、載置判定部１２５は、ＤＣ−ＡＣインバータ回路１０への入力電流、又は、アクティブ電極１５及びパッシブ電極１６に印加される出力電圧ＡＣＶを検出して、その変化に基づいて、受電装置２０１の載置の有無を判定してもよい。
【００４９】
駆動周波数設定部１２６は、電力伝送時におけるＤＣ−ＡＣインバータ回路１０の駆動周波数を設定する。上述のように、送電装置１０１に受電装置２０１を載置すると、共振回路１４，２４が結合し、複合共振による周波数ピークが複数現れる。駆動周波数設定部１２６は、入力電圧ＤＣＶを随時検出し、複合共振による二つの共振周波数（周波数ピーク）の間に駆動周波数を設定する。
【００５０】
以上のように、本実施形態に係る送電装置１０１は放電回路１１を備え、載置判定を行う際に、放電用スイッチ１１Ｓをオンして、キャパシタＣ１に蓄電された電荷を放電している。これにより、ＤＣ−ＡＣインバータ回路１０への入力電圧を低くして、ＤＣ−ＡＣインバータ回路１０からの出力電圧にオーバーシュートが発生することを防止又は抑制できる。
【００５１】
図３は、ＤＣ−ＡＣインバータ回路１０への入力電圧ＤＣＶと、アクティブ電極１５及びパッシブ電極１６に印加される出力電圧ＡＣＶとの波形を示す図である。図４は、図３との対比のために、放電回路を備えない場合の入力電圧ＤＣＶと出力電圧ＡＣＶとの波形を示す図である。
【００５２】
図３に示すように、放電開始前の入力電圧ＤＣＶは約１８Ｖである。これは、待機状態でＤＣ−ＡＣインバータ回路１０が駆動していないときに、キャパシタＣ１が充電されているからである。この状態で、放電用スイッチ制御部１２２が放電用スイッチ１１Ｓをオンすることで、キャパシタＣ１に蓄電された電荷が放電され、入力電圧ＤＣＶは低下する。入力電圧ＤＣＶが２Ｖを下回ったときに、放電用スイッチ制御部１２２は放電用スイッチ１１Ｓをオフにする。スイッチ回路制御部１２４は、固定周波数でスイッチ回路をＰＷＭ制御する。
【００５３】
放電用スイッチ１１Ｓがオフになることで、放電されたキャパシタＣ１には再び充電される。このため、入力電圧ＤＣＶは、緩やかに増加する。その後、入力電圧ＤＣＶは定常状態となる。そして、スイッチ回路制御部１２４がスイッチ回路のＰＷＭ制御を終了すると、キャパシタＣ１は充電され続けるため、入力電圧ＤＣＶは増加する。このように、スイッチ回路のＰＷＭ制御を開始する前に、キャパシタＣ１に蓄電された電荷を放電することで、出力電圧ＡＣＶにオーバーシュートが発生することがない。
【００５４】
これに対し、キャパシタＣ１に蓄電された電荷を放電することなく、スイッチ回路のＰＷＭ制御を開始した場合、入力電圧ＤＣＶが高い状態（図４では１８Ｖ）で、スイッチ回路がＰＷＭ制御されることになる。したがって、出力電圧ＡＣＶにオーバーシュートが発生する。その後、入力電圧ＤＣＶの低下と共に、オーバーシュートが発生した出力電圧ＡＣＶも減少し、定常状態となる。出力電圧ＡＣＶにオーバーシュートが発生すると、ＤＣ−ＡＣインバータ回路１０の後段の昇圧トランスＴ１、アクティブ電極１５及びパッシブ電極１６に高電圧が印加されるため、コイル及び電極周りの電界強度及び磁界強度が上昇し、電界及び磁界の不要輻射が大きくなる。
【００５５】
このように、放電回路１１を設け、スイッチ回路のＰＷＭ制御開始前に、ＤＣ−ＡＣインバータ回路１０のキャパシタＣ１に蓄電された電荷を放電することで、出力電圧ＡＣＶにオーバーシュートが発生することを抑制できる。その結果、待機時に生じる不要な電界及び磁界の漏えいを抑制できる。
【００５６】
図５は、制御回路１２が実行する処理を示すフローチャートである。制御回路１２は、例えば、送電装置１０１の電源が投入されたときに、図５に示す処理を開始する。
【００５７】
バイパススイッチ制御部１２３は、載置判定及び周波数掃引を低い電圧で行うために、バイパススイッチ１３をオフにして、ＤＣ−ＡＣインバータ回路１０へ定電流を供給する（Ｓ１１）。次に、制御回路１２の放電用スイッチ制御部１２２は、放電用スイッチ１１Ｓをオンにする（Ｓ１２）。これにより、ＤＣ−ＡＣインバータ回路１０のキャパシタＣ１に蓄電された電荷は放電される。なお、放電用スイッチ１１Ｓをオンにする際、バイパススイッチ１３をオフにして、電流制限抵抗Ｒ１により、直流電圧源Ｖｉｎからの電流が放電回路１１へ流れることを制限するようにしてもよい。
【００５８】
次に、放電用スイッチ制御部１２２は、放電を終了するか否かを判定する（Ｓ１３）。放電用スイッチ制御部１２２は、ＤＣＶ検出部１２１が検出した入力電圧ＤＣＶがしきい値以下（例えば、図３の場合では２Ｖ）となった場合に、放電を終了すると判定する。放電を終了しない場合（Ｓ１３：ＮＯ）、制御回路１２はＳ１３の処理を実行する。放電を終了する場合（Ｓ１３：ＹＥＳ）、放電用スイッチ制御部１２２は、放電用スイッチ１１Ｓをオフにする（Ｓ１４）。これにより、キャパシタＣ１に蓄電された電荷の放電は終了する。
【００５９】
次に、載置判定部１２５は、送電装置１０１に受電装置２０１が載置されたか否かを判定する（Ｓ１５）。詳しくは、スイッチ回路制御部１２４は固定周波数でスイッチ回路をスイッチング制御する。ＤＣＶ検出部１２１は入力電圧ＤＣＶを検出する。載置判定部１２５は、検出した入力電圧ＤＣＶに変化があったか否かを判定する。変化があった場合に、載置判定部１２５は受電装置２０１が載置されたと判定する。
【００６０】
受電装置２０１が載置されていないと判定した場合（Ｓ１５：ＮＯ）、制御回路１２はＳ１５の処理を実行する。受電装置２０１が載置されていると判定した場合（Ｓ１５：ＹＥＳ）、スイッチ回路制御部１２４は、スイッチング周波数を掃引して、ＤＣ−ＡＣインバータ回路１０を駆動する（Ｓ１６）。
【００６１】
制御回路１２は、電力伝送を開始するか否かを判定する（Ｓ１７）。上述したように、正規の受電装置２０１を送電装置１０１に載置した場合、共振回路１４，２４が結合して、複合共振による入力インピーダンスの周波数ピークが複数現れる。駆動周波数設定部１２６は、複合共振による二つの共振周波数の間に駆動周波数を設定し、電力伝送を開始する。
【００６２】
電力伝送を開始しない場合（Ｓ１７：ＮＯ）、制御回路１２はＳ１６の処理を実行する。電力伝送を開始する場合（Ｓ１７：ＹＥＳ）、バイパススイッチ制御部１２３は、バイパススイッチ１３をオンにして、ＤＣ−ＡＣインバータ回路１０へ定電圧を供給し（Ｓ１８）、スイッチ回路制御部１２４は、駆動周波数設定部１２６が設定した周波数で、ＤＣ−ＡＣインバータ回路１０を駆動し、電力伝送処理を実行する（Ｓ１９）。
【００６３】
電力伝送は、例えば、受電装置２０１が送電装置１０１から取り外され、又は、受電装置２０１から通信により二次電池である負荷回路ＲＬが満充電となったことを通知された場合等に終了する。電力伝送を終了する際には、スイッチ回路制御部１２４は、ＤＣ−ＡＣインバータ回路１０の駆動を停止する。その後、制御回路１２は、Ｓ１１の処理を実行し、再度ＤＣ−ＡＣインバータ回路１０のキャパシタＣ１を放電し、出力電圧ＡＣＶにオーバーシュートが発生することを抑制する。
【００６４】
なお、本処理は、例えば、送電装置１０１の電源がオフされるなどした場合、終了する。また、本処理では、載置判定終了後に、駆動周波数を設定しているが、載置判定と駆動周波数の設定とを同時に行うようにしてもよい。例えば、スイッチング周波数を掃引して、ＤＣ−ＡＣインバータ回路１０を駆動し、複合共振による入力インピーダンスの周波数ピークが複数現れた場合、制御回路１２は、送電装置１０１に受電装置２０１が載置されていると判定し、複合共振による二つの共振周波数の間に駆動周波数を設定する。この場合、処理を簡略化できる。なお、載置判定と駆動周波数の設定とを別々に行った場合、載置判定では、固定周波数でＤＣ−ＡＣインバータ回路１０を駆動するため、載置判定の時間は短い。
【００６５】
以上説明したように、本実施形態では、ＤＣ−ＡＣインバータ回路１０の駆動前にキャパシタＣ１に蓄電された電荷を放電する。これにより、出力電圧ＡＣＶにオーバーシュートが発生することを抑制でき、その結果、待機時の不要な電界又は磁界の漏えいを低減することができる。
【００６６】
なお、本実施形態では、ＤＣ−ＡＣインバータ回路１０は、４つのスイッチ素子Ｑ１〜Ｑ４を備えたフルブリッジ回路としているが、これに限らない。
【００６７】
図６は、別の例の電力伝送システムの回路図である。この例では、ＤＣ−ＡＣインバータ回路１０が有するスイッチ回路は、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２と、キャパシタＣ４，Ｃ５とからなるハーフブリッジ回路である。この場合、制御回路１２は、スイッチ素子Ｑ１とスイッチ素子Ｑ２とを交互にオンオフする。なお、他の構成は、図１と同じであるため、説明は省略する。
【００６８】
この例であっても、ＤＣ−ＡＣインバータ回路１０の駆動前にキャパシタＣ１に蓄電された電荷を放電することにより、出力電圧ＡＣＶにオーバーシュートが発生することを抑制でき、その結果、待機時の不要な電界又は磁界の漏えいを低減することができる。
【００６９】
（実施形態２）
図７は、実施形態２に係る電力伝送システム２の回路図である。
【００７０】
本実施形態に係る電力伝送システム２では、送電装置１０２が備える結合用コイル１７と、受電装置２０２が備える結合用コイル２７とが磁界結合することで、送電装置１０２から受電装置２０２へ電力が伝送される。結合用コイル１７は、本発明に係る「送電側コイル」に相当し、結合用コイル２７は、本発明に係る「受電側コイル」に相当する。
【００７１】
送電装置１０２では、結合用コイル１７にキャパシタＣ６が接続され、直列共振回路１８を形成している。また、受電装置２０２では、結合用コイル２７にキャパシタＣ７が接続され、直列共振回路２８を形成している。直列共振回路１８，２８は共振周波数が略同じとなるように設定されている。
【００７２】
他の構成は、実施形態１と同じであるため、説明は省略する。
【００７３】
この構成において、仮に放電回路１１が設けられておらず、キャパシタＣ１を放電せずにＤＣ−ＡＣインバータ回路１０を駆動した場合、出力電圧ＡＣＶにオーバーシュートが発生する。そして、結合用コイル１７に高電圧が印加され、結合用コイル１７の磁界強度、結合用コイル１７及びキャパシタＣ６間の電界強度が上昇し、不要な磁界及び電界が発生する。そこで、放電回路１１を設け、ＤＣ−ＡＣインバータ回路１０のキャパシタＣ１に蓄電された電荷を放電することで、出力電圧ＡＣＶにオーバーシュートが発生することを抑制し、その結果、待機時に生じる不要な電界及び磁界の漏えいを抑制できる。
【００７４】
（実施形態３）
図８は、実施形態３に係る電力伝送システムが備える送電装置１０３の回路図である。本実施形態に係る送電装置１０３は、独立した放電回路を備えていない点で、実施形態１に係る送電装置１０１と相違する。送電装置１０３は、キャパシタＣ１を放電する場合、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２、又は、スイッチ素子Ｑ３，Ｑ４を同時にオンする。スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２（又はスイッチ素子Ｑ３，Ｑ４）をオンすることで、キャパシタＣ１からスイッチ素子Ｑ１，Ｑ２（又はスイッチ素子Ｑ３，Ｑ４）に電流が流れることで、キャパシタＣ１に蓄電された電荷は放電される。なお、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２、Ｑ３，Ｑ４のすべてを同時にオンすることで、キャパシタＣ１に蓄電された電荷を放電してもよい。
【００７５】
このように、本実施形態では、ＤＣ−ＡＣインバータ回路１０のスイッチ回路を放電回路として用いることで、送電装置１０３に別途放電回路を設ける必要がない。また、スイッチ素子Ｑ１〜Ｑ４はＭＯＳ−ＦＥＴであり、ゲート・ソース間電圧の大きさを制御することにより、ドレイン・ソース間に流れる電流を制御できる。このため、キャパシタＣ１を放電する際に、スイッチ素子Ｑ１〜Ｑ４からなる放電経路に流れる電流を制限できる。その結果、大電流が流れることによりスイッチ素子Ｑ１〜Ｑ４が破損することを抑制できる。
【符号の説明】
【００７６】
１，２…電力伝送システム
１０…ＤＣ−ＡＣインバータ回路
１１…放電回路
１１Ｓ…放電用スイッチ
１２…制御回路
１３…バイパススイッチ
１４…直列共振回路
１５…アクティブ電極
１６…パッシブ電極
１７…結合用コイル
１８…直列共振回路
２２…電力変換回路
２３…整流平滑回路
２４…並列共振回路
２５…アクティブ電極
２６…パッシブ電極
２７…結合用コイル
２８…直列共振回路
１０１，１０２，１０３…送電装置
１２１…ＤＣＶ検出部
１２２…放電用スイッチ制御部
１２３…バイパススイッチ制御部
１２４…スイッチ回路制御部
１２５…載置判定部
１２６…駆動周波数設定部
２０１，２０２…受電装置
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４，Ｃ５，Ｃ６，Ｃ７…キャパシタ
Ｌleak…インダクタンス
Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４…スイッチ素子
Ｒ１…電流制限抵抗
Ｒ２…抵抗
Ｒ３，Ｒ４…分圧抵抗
ＲＬ…負荷回路
Ｔ１…昇圧トランス
Ｔ２…降圧トランス
Ｖｉｎ…直流電圧源
【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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