(57)【要約】  過電圧が生じた場合に回路素子を保護しつつ、通常動作時において無効電力による損失の発生を抑えたワイヤレス受電装置及びワイヤレス電力伝送装置を提供すること。  ワイヤレス受電装置２００は、整流回路２２０の出力電圧を検知する受電側電圧検知部２３０と、受電側共振回路２１０の出力部と整流回路２２０の出力部との間に接続されたスイッチング素子ＳＷ５，ＳＷ６と、受電側共振回路２１０の出力部とスイッチング素子ＳＷ５，ＳＷ６の間に挿入される整流素子Ｄ５，Ｄ６と、を有する短絡回路２４０と、受電側電圧検知部２３０が検知した出力電圧の値があらかじめ設定された基準電圧値を超えたとき、スイッチング素子ＳＷ５，ＳＷ６を動作させる制御回路２５０と、を備える。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワイヤレス送電装置からワイヤレスにて電力を受電するワイヤレス受電装置であって、
送電側からの電力をワイヤレスに受電する受電コイルと、前記受電コイルに接続される受電側共振コンデンサと、を有する受電側共振回路と、
前記受電コイルが受電した電力を整流して負荷に出力する整流回路と、
前記整流回路の出力電圧を検知する受電側電圧検知部と、
前記受電側共振回路の出力部と前記整流回路の出力部との間に接続されるスイッチング素子と、前記受電側共振回路の出力部と前記スイッチング素子との間に挿入される整流素子と、を有する短絡回路と、
前記受電側電圧検知部が検知した出力電圧の値があらかじめ設定された基準電圧値を超えたとき、前記スイッチング素子を動作させる制御回路と、を備えることを特徴とするワイヤレス受電装置。
【請求項２】
前記整流回路は、４つのダイオードがフルブリッジ接続されたブリッジ型回路と、前記ブリッジ型回路が並列に接続された平滑コンデンサと、を有する請求項１に記載のワイヤレス受電装置。
【請求項３】
前記制御回路は、前記スイッチング素子を動作させるのと同時または直後に送電動作を停止させる停止信号をワイヤレス送電装置に送信することを特徴とする請求項１または２に記載のワイヤレス受電装置。
【請求項４】
前記受電側共振回路の出力部と前記整流回路の入力部との間に挿入される変圧回路をさらに備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のワイヤレス受電装置。
【請求項５】
前記受電側共振回路の出力部と前記整流回路の入力部との間に挿入されるインダクタ回路をさらに備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のワイヤレス受電装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載のワイヤレス受電装置と、ワイヤレス送電装置を備え、前記ワイヤレス送電装置は、受電側に電力をワイヤレスにて送電する送電コイルと、前記送電コイルに接続される送電側共振コンデンサとで構成される送電側共振回路と、入力直流電力を交流電力に変換して前記送電コイルに供給する電力変換回路と、を有することを特徴とするワイヤレス電力伝送装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワイヤレス受電装置及びワイヤレス電力伝送装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、電気自動車の充電池を充電するための技術としてワイヤレス電力伝送装置が提案されている。ワイヤレス電力伝送装置にはいくつかの方式があり、特に上記のような用途には磁気共鳴方式が用いられている。【０００３】
このようなワイヤレス電力伝送装置として、たとえば特許文献１では、直流電力を交流電力に変換して給電コイルに送出するインバータ回路と、給電コイル、および、該給電コイルと並列に設けられた第１キャパシタにより形成される、第１のＬＣ並列共振部と、受電コイル、および、該受電コイルと並列に設けられた第２キャパシタにより形成される、第２のＬＣ並列共振部と、受電コイルから受取る交流電力を直流電力に変換する整流回路を有するワイヤレス給電システムが提案されている。【０００４】
ところで、ワイヤレス電力伝送装置においては、送電中に過電圧等の異常が生じることがあり、このような異常から回路素子を保護するために保護回路を搭載することが知られている。たとえば、特許文献２では整流回路を過電圧から保護する、スイッチング素子を用いた短絡回路が提案されている。特許文献２に開示されている短絡回路は、整流回路の出力電圧を監視し、あらかじめ設定された基準電圧値を超えた出力電圧の値を検知した時、スイッチング素子が動作して回路を短絡し、過電圧から整流回路以降の回路素子を保護している。この短絡回路に用いられるスイッチング素子は半導体素子が使用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１４−０３３４９９号公報
【特許文献２】特開平１１−０２７８７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献２に開示されているスイッチング素子として利用される半導体素子は構造的に寄生容量を持っている。この寄生容量は、スイッチング素子がオフしている状態では受電側共振回路の両端に接続されるループを構成し、この寄生容量に電流が流れることによって無効電力が生じて力率が悪化するという問題がある。つまり、同じ電力を得ようとすると電流を多く流さなければならないので電力損失が発生する。【０００７】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、過電圧が生じた場合に回路素子を保護しつつ、通常動作時における無効電力による電力損失の発生を抑えたワイヤレス受電装置及びワイヤレス電力伝送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】
【０００８】
本発明に係るワイヤレス受電装置は、ワイヤレス送電装置からワイヤレスにて電力を受電するワイヤレス受電装置であって、送電側からの電力をワイヤレスに受電する受電コイルと、受電コイルに接続される受電側共振コンデンサと、を有する受電側共振回路と、受電コイルが受電した電力を整流して負荷に出力する整流回路と、整流回路の出力電圧を検知する受電側電圧検知部と、受電側共振回路の出力部と整流回路の出力部との間に接続されるスイッチング素子と、受電側共振回路の出力部とスイッチング素子との間に挿入される整流素子と、を有する短絡回路と、受電側電圧検知部が検知した出力電圧の値があらかじめ設定された基準電圧値を超えたとき、スイッチング素子を動作させる制御回路と、を備えることを特徴とする。【０００９】
本発明によれば、受電側電圧検知部が検知した出力電圧の値があらかじめ設定された基準電圧値を超えたとき、短絡回路のスイッチング素子を動作させる。そのため、受電側共振回路の受電コイルの両端が短絡される。その結果、発生した過電圧が受電側共振回路よりも後段へ出力されず、受電側共振回路よりも後段の回路素子を保護することができる。また、受電側共振回路の出力部とスイッチング素子との間に挿入される整流素子を備えるために、スイッチング素子の寄生容量への電流の経路が遮断されるとともに、寄生容量の放電が抑制される。これにより、通常動作時における無効電力による電力損失の発生を抑えることができる。【００１０】
好ましくは、整流回路は、４つのダイオードがフルブリッジ接続されたブリッジ型回路と、ブリッジ型回路が並列に接続された平滑コンデンサと、を有するとよい。この場合、電源の利用効率を高めることができる。【００１１】
好ましくは、制御回路がスイッチング素子を動作させるのと同時または直後に送電動作を停止させる停止信号をワイヤレス送電装置に送信するように構成するとよい。この場合、受電側電圧検知部が検知した出力電圧の値があらかじめ設定された基準電圧値を超えたとき、ワイヤレス送電装置の動作が停止するため、ワイヤレス電力伝送装置全体の回路素子を保護することができる。また、ワイヤレス送電装置の動作が停止することにより、短絡回路への電流印加時間が抑制されるため、短絡回路を保護できる。【００１２】
好ましくは、受電側共振回路の出力部と整流回路の入力部との間に変圧回路をさらに備えるとよい。この場合、過電圧が生じた場合に回路素子を保護しつつ、通常動作時に変圧回路の変圧比を変えることで１つの受電側共振回路から所望の電圧・電流を出力することが可能となる。【００１３】
好ましくは、受電側共振回路の出力部と整流回路の入力部との間にインダクタ回路をさらに備えるとよい。この場合、過電圧が生じた場合に回路素子を保護しつつ、通常動作時におけるノイズ抑制が可能となる。【００１４】
本発明に係るワイヤレス電力伝送装置は、上記ワイヤレス受電装置と、ワイヤレス送電装置を備えることを特徴とする。本発明によれば、過電圧が生じた場合に回路素子を保護しつつ、通常動作時における無効電力による電力損失の発生を抑えたワイヤレス電力伝送装置を提供することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、過電圧が生じた場合に回路素子を保護しつつ、通常動作時における無効電力による電力損失の発生を抑えたワイヤレス受電装置及びワイヤレス電力伝送装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置を負荷と共に示す回路構成図である。
【図２】従来のワイヤレス電力伝送装置に係るワイヤレス受電装置を負荷と共に示す回路構成図である。
【図３】図２における受電側共振回路と短絡回路の閉ループによる電流経路を示す回路構成図の一部拡大図である。
【図４】図１における受電側共振回路と短絡回路の閉ループによる電流経路を示す回路構成図の一部拡大図である。
【図５ａ】図１における短絡回路のスイッチング素子がオフの場合の電流経路を示す回路構成図の一部拡大図である。
【図５ｂ】図１における短絡回路のスイッチング素子がオンの場合の電流経路を示す回路構成図の一部拡大図である。
【図６】本発明の第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置の保護動作を示すフローチャートである。
【図７】本発明の第２実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置を負荷と共に示す回路構成図である。
【図８ａ】図７における整流回路のスイッチング素子がオフの場合の電流経路を示す回路構成図の一部拡大図である。
【図８ｂ】図７における短絡回路のスイッチング素子がオンの場合の電流経路を示す回路構成図の一部拡大図である。
【図９】本発明の第３実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置を負荷と共に示す回路構成図である。
【図１０】本発明の第３実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置の保護動作を示すフローチャートである。
【図１１】本発明の第４実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置におけるワイヤレス受電装置を負荷と共に示す回路構成図である。
【図１２】本発明の第５実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置におけるワイヤレス受電装置を負荷と共に示す回路構成図である。
【図１３】本発明の第６実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置におけるワイヤレス受電装置を負荷と共に示す回路構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
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。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。
【００１８】
（第１実施形態）
まず、図１を参照して、本発明の第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置Ｓ１の構成について説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置を負荷と共に示す回路構成図である。
【００１９】
ワイヤレス電力伝送装置Ｓ１は、図１に示されるように、ワイヤレス送電装置１００と、ワイヤレス受電装置２００と、を有する。
【００２０】
ワイヤレス送電装置１００は、電源１１０と、電力変換回路１２０と、送電側共振回路１３０と、を有する。電源１１０は、直流電力を電力変換回路１２０に供給する。電源１１０としては、直流電力を出力するものであれば特に制限されず、商用交流電源を整流・平滑した直流電源、あるいはスイッチングコンバータ等のスイッチング電源装置などが挙げられる。
【００２１】
電力変換回路１２０は、電力変換部１２１と、スイッチ駆動部１２２を有する。この電力変換回路１２０は、電源１１０から供給される直流電力を交流電力に変換する機能を有している。より具体的には、電力変換部１２１としては、複数のスイッチング素子がブリッジ接続されたスイッチング回路から構成される。本実施形態では、４つのスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４を用いたフルブリッジ型回路となっている。スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４としては、例えば、ＭＯＳ−ＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ−Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）やＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などの素子が挙げられる。各スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４は、スイッチ駆動部１２２から供給されるＳＷ制御信号ＳＧ１〜ＳＧ４に応じて各スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４をオン・オフ制御することにより、電源１１０から供給される入力直流電力を交流電力に変換する。この電力変換回路１２０により変換された交流電力は、後述する送電コイルＬ１に供給される。
【００２２】
送電側共振回路１３０は、送電コイルＬ１と、送電側共振コンデンサＣ１０，Ｃ１１を有する。送電コイルＬ１は、複数の細い導体素線を撚りあわせたリッツ線又は単線を用いて形成されている。送電コイルＬ１としては、平面コイルやソレノイドコイルなどが挙げられる。この送電コイルＬ１は、送電側共振コンデンサＣ１０，Ｃ１１とともにＬＣ共振回路を形成している。送電側共振コンデンサＣ１０，Ｃ１１は複数のコンデンサが直並列に接続されて形成され、ＬＣ共振回路の共振周波数を調整する機能を有している。送電側共振コンデンサＣ１０は、送電コイルＬ１の一方端に直列に接続され、送電側共振コンデンサＣ１１は、送電コイルＬ１の他方端に直列に接続されている。この送電側共振コンデンサＣ１０，Ｃ１１として利用されるコンデンサとしてはセラミックコンデンサなどが挙げられる。なお、本実施形態では、送電コイルＬ１に送電側共振コンデンサＣ１０，Ｃ１１がそれぞれ直列に接続される構成となっているがこれに限られることなく、例えば、送電コイルＬ１に送電側共振コンデンサＣ１０のみが直列に接続されていてもよく、送電コイルＬ１に送電側共振コンデンサＣ１０のみが並列に接続されていてもよく、あるいは、送電コイルＬ１に送電側共振コンデンサＣ１０が直列に接続され、送電側共振コンデンサＣ１１が並列に接続される構成としてもよい。このように構成される送電側共振回路１３０の送電コイルＬ１は、電力変換回路１２０で変換された交流電力をワイヤレスにて後述するワイヤレス受電装置２００に送電する。
【００２３】
ワイヤレス受電装置２００は、受電側共振回路２１０と、整流回路２２０と、受電側電圧検知部２３０と、短絡回路２４０と、制御回路２５０を、有する。ここで、ワイヤレス送電装置１００の送電側共振回路１３０とワイヤレス受電装置２００の受電側共振回路２１０は、磁気的に結合しており、電力変換回路１２０から送電側共振回路１３０の送電コイルＬ１に供給された交流電力が近接磁界効果によって受電側共振回路２１０の後述する受電コイルＬ２に誘導起電力が励起される。すなわち、ワイヤレス受電装置２００は、ワイヤレス送電装置１００からの電力をワイヤレスにて受電することとなる。
【００２４】
受電側共振回路２１０は、受電コイルＬ２と、受電側共振コンデンサＣ２０、Ｃ２１を有する。受電コイルＬ２は、複数の細い導体素線を撚りあわせたリッツ線又は単線を用いて形成されている。受電コイルＬ２としては、平面コイルやソレノイドコイルなどが挙げられる。この受電コイルＬ２は、受電側共振コンデンサＣ２０、Ｃ２１とともにＬＣ共振回路を形成している。受電側共振コンデンサＣ２０、Ｃ２１は複数のコンデンサが直並列に接続されて形成され、ＬＣ共振回路の共振周波数を調整する機能を有している。受電側共振コンデンサＣ２０は、受電コイルＬ２の一方端に直列に接続され、受電側共振コンデンサＣ２１は、受電コイルＬ２の他方端に直列に接続されている。この受電側共振コンデンサＣ２０，Ｃ２１として利用されるコンデンサとしてはセラミックコンデンサなどが挙げられる。なお、本実施形態では、受電コイルＬ２に受電側共振コンデンサＣ２０、Ｃ２１がそれぞれ直列に接続される構成となっているがこれに限られることなく、例えば、受電コイルＬ２に受電側共振コンデンサＣ２０のみが直列に接続されていてもよく、受電コイルＬ２に受電側共振コンデンサＣ２０のみが並列に接続されていてもよく、あるいは、受電コイルＬ２に受電側共振コンデンサＣ２０が直列に接続され、受電側共振コンデンサＣ２１が並列に接続される構成としてもよい。このように構成される受電側共振回路２１０の受電コイルＬ２は、ワイヤレス送電装置１００からの交流電力をワイヤレスで受電する。
【００２５】
整流回路２２０は、受電側共振回路２１０の受電コイルＬ２が受電した電力を整流して負荷ＲＬに出力する。本実施形態においては、整流回路２２０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ブリッジ型回路と、このブリッジ型回路に並列に接続された平滑コンデンサＣ２から構成されている。すなわち、整流回路２２０は、受電側共振回路２１０から供給される交流電力を全波整流する機能を備えている。本実施形態では、ダイオードＤ１のアノードとダイオードＤ２のカソードの中点に受電側共振回路２１０の一方の出力端が接続され、ダイオードＤ３のアノードとダイオードＤ４のカソードの中点に受電側共振回路２１０の他方の出力端が接続されてブリッジ型回路が構成されている。平滑コンデンサＣ２は、整流された電圧を平滑して直流電圧を生成する。なお、本実施形態では、整流回路２２０は、全波整流回路を用いているがこれに制限されず、１つのダイオードとダイオードのカソードに並列に接続された平滑コンデンサを有する半波整流回路や、２つのダイオードと２つのダイオードのそれぞれのカソードに並列に接続された平滑コンデンサを有するセンタータップ回路か構成されていても構わない。整流回路２２０が全波整流回路から構成されている場合、電源の利用効率を高めることができる。
【００２６】
受電側電圧検知部２３０は、整流回路２２０の出力電圧を検知する。より具体的には、整流回路２２０の出力電圧を分圧・増幅などといった手法を用いて低電圧の信号に変換し、この信号を用いて出力電圧を検知している。受電側電圧検知部２３０は、あらかじめ設定された基準電圧値と、検知した出力電圧を比較して、出力電圧が基準電圧値を超えると、出力信号ＳＧ５を後述する制御回路２５０に送信する。
【００２７】
短絡回路２４０は、受電側電圧検知部２３０が検知した整流回路２２０の出力電圧があらかじめ設定された基準電圧値を超えた場合、受電コイルＬ２の両端を短絡させる機能を有している。具体的には短絡回路２４０は、ダイオードＤ２とダイオードＤ４を短絡させる機能を有している。この短絡回路２４０は、制御回路２５０から送信される駆動信号ＳＧ６に基づいて、短絡動作が行われる。短絡回路２４０は、スイッチング素子ＳＷ５，ＳＷ６と整流素子Ｄ５，Ｄ６から構成される。
【００２８】
スイッチング素子ＳＷ５，ＳＷ６は、受電側共振回路２１０の出力部と整流回路２２０の出力部との間に接続されている。より具体的には、スイッチング素子ＳＷ５は、ダイオードＤ４に並列に接続され、スイッチング素子ＳＷ６は、ダイオードＤ２に並列に接続されている。スイッチング素子ＳＷ５，ＳＷ６は、後述する制御回路２５０からの駆動信号ＳＧ６を受けて、オン・オフする機能を備えている。つまり、スイッチング素子ＳＷ５，ＳＷ６がオンされると、ダイオードＤ２，Ｄ４が短絡され、整流回路２２０に電圧が生じなくなる。逆に、スイッチング素子ＳＷ５，ＳＷ６がオフされると、整流回路２２０は４つのダイオードＤ１〜Ｄ４がフルブリッジ接続された全波整流回路として機能することとなる。なお、本実施形態ではスイッチング素子ＳＷ５，ＳＷ６としてＭＯＳ−ＦＥＴを用いたが、これに限られることなく、たとえばＩＧＢＴなどの素子でもよい。
【００２９】
整流素子Ｄ５，Ｄ６は、受電側共振回路２１０の出力部とスイッチング素子ＳＷ５，ＳＷ６との間に挿入されている。整流素子Ｄ５，Ｄ６としては、ダイオードが挙げられる。本実施形態では、整流素子Ｄ５は、スイッチング素子ＳＷ５と直列接続されており、アノードがブリッジ型回路の入力部、すなわちダイオードＤ４のカソードに接続され、カソードがスイッチング素子ＳＷ５のドレインに接続されている。整流素子Ｄ６は、スイッチング素子ＳＷ６と直列接続されており、アノードがブリッジ型回路の入力部、すなわちダイオードＤ２のカソードに接続され、カソードがスイッチング素子ＳＷ６のドレインに接続されている。
【００３０】
制御回路２５０は、短絡回路２４０の動作を制御している。具合的には、受電側電圧検知部２３０からの出力信号ＳＧ５を受信すると、スイッチング素子ＳＷ５，ＳＷ６に駆動信号ＳＧ６を供給し、スイッチング素子ＳＷ５，ＳＷ６をオンするように制御する。
【００３１】
次に、図２〜図４を参照して、本発明の第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置Ｓ１における受電側共振回路２１０と短絡回路２４０が構成する閉ループにおける電流経路と従来のワイヤレス電力伝送装置Ｓ２における受電側共振回路４１０と短絡回路４４０が構成する閉ループの電流経路の違いについて詳細に説明する。図２は、従来のワイヤレス電力伝送装置を負荷とともに示す回路構成図である。図３は、図２における短絡回路のスイッチング素子がオフの場合の受電側共振回路と短絡回路の閉ループによる電流経路を示す回路構成図の一部拡大図である。図４は、図１における短絡回路のスイッチング素子がオフの場合の受電側共振回路と短絡回路の閉ループによる電流経路を示す回路構成図の一部拡大図である。ここで、スイッチング素子ＳＷ５，ＳＷ６，ＳＷ１１，ＳＷ１２は、スイッチング素子の寄生容量とスイッチの並列接続による等価的なモデルを示している。
【００３２】
まず、従来のワイヤレス電力伝送装置Ｓ２の構成について説明する。従来のワイヤレス伝送装置Ｓ２は、図２に示されるように、ワイヤレス送電装置３００と、ワイヤレス受電装置４００と、を有する。ワイヤレス送電装置３００は、直流電力を電力変換回路３２０に供給する電源３１０と、４つのスイッチング素子ＳＷ７〜ＳＷ１０をブリッジ接続した電力変換部３２１と、ＳＷ制御信号ＳＧ７〜ＳＧ１０を供給してスイッチング素子ＳＷ７〜ＳＷ１０のオン・オフ動作を制御するスイッチ駆動部３２２から構成され、直流電力を交流電力に変換する電力変換回路３２０と、送電コイルＬ３と送電側共振コンデンサＣ３０、Ｃ３１から構成され、送電コイルＬ３から交流電力をワイヤレスにて送電する送電側共振回路３３０を有する。ワイヤレス受電装置４００は、受電コイルＬ４と受電側共振コンデンサＣ４０、Ｃ４１から構成され、受電コイルＬ４にてワイヤレス送電装置３００からワイヤレスにて送電された交流電力を受電する受電側共振回路４１０と、４つのダイオードＤ７〜Ｄ１０がフルブリッジ接続されたブリッジ型回路と、ブリッジ型回路に並列に接続された平滑コンデンサＣ４とで構成され、受電した交流電力を整流する整流回路４２０と、整流回路４２０の出力電圧の値を検知する受電側電圧検知部４３０と、受電側共振回路４１０の両端を短絡させる短絡回路４４０と、短絡回路４４０の動作を制御する制御回路４５０を有する。短絡回路４４０は、整流回路４２０のダイオードＤ８のカソードに接続されるスイッチング素子ＳＷ１２とダイオードＤ１０のカソードに接続されるスイッチング素子ＳＷ１１から構成され、制御回路４５０が受電側電圧検知部４３０からの出力信号ＳＧ１３を受信するとスイッチング素子ＳＷ１１，ＳＷ１２に駆動信号ＳＧ１４を供給し、スイッチング素子ＳＷ１１，ＳＷ１２をオンに制御する。
【００３３】
図３に示すように、従来のワイヤレス電力伝送装置Ｓ２においては、受電側共振回路４１０から流れる電流ＩＬ、ＩＮは、電流の流れを遮るものがないことから、スイッチング素子ＳＷ１１，ＳＷ１２を経由して再び受電側共振回路４１０へ帰還する経路となる。このとき、スイッチング素子ＳＷ１１，ＳＷ１２の寄生容量に電流が流れることによって無効電力が生じて力率が悪化するという問題がある。つまり、同じ電力を得ようとすると電流を多く流さなければならないので電力損失が発生する。一方、図４に示すように、本発明の第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置Ｓ１においては、受電側共振回路２１０から流れる電流ＩＬ、ＩＮは、短絡回路２４０のダイオードＤ５，Ｄ６によって、スイッチング素子ＳＷ５，ＳＷ６への経路を遮断され、寄生容量の放電も行われなくなる。これは回路的に開放と等価であり、電流ＩＬ、ＩＮがスイッチング素子ＳＷ５，ＳＷ６に流れないようになっている。このため、スイッチング素子ＳＷ５，ＳＷ６の寄生容量による無効電力の発生を抑えることができる。したがって、通常動作時における無効電力による電力損失の発生を抑えることができる。なお、受電側共振回路が直列共振回路で構成される場合、通常動作時において寄生容量によって共振周波数のズレが生じるが、本実施形態では整流素子Ｄ５，Ｄ６によって寄生容量を介した受電側共振回路２１０への電流経路を遮断しているため、スイッチング素子ＳＷ５，ＳＷ６の寄生容量による受電側共振回路２１０の共振周波数への影響を抑えることができる。
【００３４】
続いて、図５ａおよび図５ｂを参照して本発明の第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置Ｓ１における、短絡回路２４０のスイッチング素子ＳＷ５，ＳＷ６がオンの場合とオフの場合の電流経路について説明する。図５ａは、図１における短絡回路のスイッチング素子がオフ状態のときの整流回路と短絡回路を流れる電流の経路を示した図である。図５ｂは、図１における短絡回路のスイッチング素子がオン状態のときの整流回路と短絡回路を流れる電流の経路を示した図である。
【００３５】
まず、スイッチング素子ＳＷ５，ＳＷ６がオフ状態について説明する。図５ａに示されるように、整流回路２２０を流れる交流電流の電流経路のうち、一方の電流経路は受電コイルＬ２からダイオードＤ１、平滑コンデンサＣ２及び負荷ＲＬ、ダイオードＤ４を経由して帰還する経路となり、他方の電流経路は受電コイルＬ２からダイオードＤ３、平滑コンデンサＣ２及び負荷ＲＬ、ダイオードＤ２を経由して帰還する経路となる。このとき、整流回路２２０を流れる交流電流の双方の電流経路において、上述したようにダイオードＤ５，Ｄ６の作用により短絡回路２４０へは電流が流れない。
【００３６】
続いて、スイッチング素子ＳＷ５，ＳＷ６がオン状態の場合について説明する。図５ｂに示されるように、整流回路２２０を流れる交流電流の電流経路のうち一方は受電コイルＬ２からダイオードＤ５、スイッチング素子ＳＷ５およびダイオードＤ２を経由して帰還する経路となり、他方の電流経路は受電コイルＬ２からダイオードＤ６、スイッチング素子ＳＷ６およびダイオードＤ４を経由して帰還する経路となる。この場合、整流回路２２０の出力には電流が流れないため、整流回路２２０から後段の回路素子を異常から保護することができる。
【００３７】
次に、図６のフローチャートを参照して、本実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置Ｓ１の異常時における保護動作について詳細に説明する。図６は、本発明の第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置の保護動作を示すフローチャートである。
【００３８】
まず、ワイヤレス電力伝送装置Ｓ１において、ワイヤレス送電装置１００からワイヤレス受電装置２００にワイヤレスにて電力の伝送が開始されると、受電側電圧検知部２３０によって、整流回路２２０の出力電圧の値が常時検知される。（ステップＳ１０１）
【００３９】
続いて、受電側電圧検知部２３０は、ステップＳ１０１で検知した出力電圧の値をあらかじめ設定された基準電圧値と比較する。（ステップＳ１０２）
【００４０】
ステップＳ１０１で検知した出力電圧の値とあらかじめ設定された基準電圧値を比較した結果、ステップＳ１０１で検知した出力電圧の値があらかじめ設定された基準電圧値を超えた場合（ステップＳ１０２Ｙ）、受電側電圧検知部２３０から出力信号ＳＧ５が制御回路２５０に出力される。（ステップＳ１０３）一方、ステップＳ１０１で検知した出力電圧の値とあらかじめ設定された基準電圧値を比較した結果、ステップＳ１０１で検知した出力電圧の値があらかじめ設定された基準電圧値を超えない場合（ステップＳ１０２Ｎ）、ステップＳ１０１に戻り、ステップＳ１０１からステップＳ１０２の動作が繰り返し実行される。
【００４１】
続いて、制御回路２５０は、出力信号ＳＧ５を受信すると、スイッチング素子ＳＷ５，ＳＷ６に駆動信号ＳＧ６を供給し、スイッチング素子ＳＷ５，ＳＷ６がオンするように制御する。（ステップＳ１０４）
【００４２】
続いて、スイッチング素子ＳＷ５，ＳＷ６がオンに制御されると、整流回路２２０のダイオードＤ２、Ｄ４は短絡される。（ステップＳ１０５）整流回路２２０のダイオードＤ２，Ｄ４がスイッチング素子ＳＷ５，ＳＷ６によって短絡されることによって受電側共振回路２１０からの電流経路がダイオードＤ５からスイッチング素子ＳＷ５、ダイオードＤ２を経由して受電側共振回路２１０へ帰還する経路とダイオードＤ６からスイッチング素子ＳＷ６、ダイオードＤ４を経由して受電側共振回路２１０に帰還する経路の２つとなる。このとき、整流回路２２０の出力側には電流が流れないため整流回路２２０から後段の回路素子を異常から保護することができる。
【００４３】
以上のように、本実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置Ｓ１では、受電側電圧検知部２３０が検知した出力電圧の値があらかじめ設定された基準電圧値を超えたとき、短絡回路２４０のスイッチング素子ＳＷ５，ＳＷ６を動作させる。そのため、整流回路２２０のダイオードＤ２，Ｄ４が短絡される。その結果、発生した過電圧が受電側共振回路２１０よりも後段へ出力されず、受電側共振回路２１０よりも後段の回路素子を保護することができる。また、受電側共振回路２１０の出力部とスイッチング素子ＳＷ５，ＳＷ６との間に挿入される整流素子Ｄ５，Ｄ６を備えるために、スイッチング素子ＳＷ５，ＳＷ６の寄生容量への電流の経路が遮断されるとともに、寄生容量の放電が抑制される。これにより、通常動作時における無効電力による電力損失の発生を抑えることができる。
【００４４】
（第２実施形態）
次に、図７を参照して、本発明の第２実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置Ｓ３の構成について説明する。図７は、本発明の第２実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置を負荷とともに示す回路構成図である。
【００４５】
ワイヤレス電力伝送装置Ｓ３は、第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置Ｓ１と同様に、ワイヤレス送電装置１００と、ワイヤレス受電装置２００と、を有する。ワイヤレス送電装置１００は、電源１１０と、電力変換回路１２０と、送電側共振回路１３０と、を有し、ワイヤレス受電装置２００は、受電側共振回路２１０と、整流回路２２０と、受電側電圧検知部２３０、短絡回路５４０、制御回路２５０と、を有する。電源１１０、電力変換回路１２０、送電側共振回路１３０、受電側共振回路２１０、整流回路２２０、受電側電圧検知部２３０、制御回路２５０の構成は、第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置Ｓ１と同様である。本実施形態では第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置Ｓ１の短絡回路２４０に代えて、短絡回路５４０を備えている点において、第１実施形態と相違する。以下、第１実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００４６】
短絡回路５４０は、短絡回路２４０と同様に、受電側電圧検知部２３０が検知した整流回路２２０の出力電圧があらかじめ設定された基準電圧値を超えた場合、受電コイルＬ２の両端を短絡させる機能を有している。具体的には短絡回路５４０は、ダイオードＤ２とダイオードＤ４を短絡させる機能を有している。この短絡回路５４０は、制御回路２５０から送信される駆動信号ＳＧ６に基づいて、短絡動作が行われる。短絡回路５４０は、図７に示されるように、整流素子Ｄ５，Ｄ６とスイッチング素子ＳＷ１３から構成される。なお、整流素子Ｄ５，Ｄ６の構成は、第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置Ｓ１と同様である。
【００４７】
スイッチング素子ＳＷ１３は、受電側共振回路２１０の出力部と整流回路２２０の出力部との間に接続されている。具体的には、スイッチング素子ＳＷ１３は、整流素子Ｄ５，Ｄ６のカソードにそれぞれ接続されている。本実施形態では、スイッチング素子ＳＷ１３は、ＭＯＳ−ＦＥＴから構成されている。したがって、整流素子Ｄ５のカソードとＤ６のカソードがスイッチング素子ＳＷ１３のドレインに並列に接続される。スイッチング素子ＳＷ１３は、制御回路２５０からの駆動信号ＳＧ６を受けて、オン・オフする機能を備えている。つまり、スイッチング素子ＳＷ１３がオンされると、ダイオードＤ２，Ｄ４が短絡され、整流回路２２０に電圧が生じなくなる。逆に、スイッチング素子ＳＷ１３がオフされると、整流回路２２０は４つのダイオードＤ１〜Ｄ４がフルブリッジ接続された全波整流回路として機能することとなる。なお、本実施形態では、スイッチング素子ＳＷ１３としてＭＯＳ−ＦＥＴを用いたが、これに限られることなく、たとえばＩＧＢＴなどの素子でもよい。
【００４８】
続いて、図８ａおよび図８ｂを参照して、本発明の第２実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置Ｓ３における、短絡回路５４０のスイッチング素子ＳＷ１３がオンの場合とオフの場合の電流経路について説明する。図８ａは、図７における短絡回路のスイッチング素子がオフ状態のときの整流回路と短絡回路を流れる電流の経路を示した図である。図８ｂは、図７における短絡回路のスイッチング素子がオン状態のときの整流回路と短絡回路を流れる電流の経路を示した図である。
【００４９】
まず、スイッチング素子ＳＷ１３がオフ状態について説明する。図８ａに示されるように、整流回路２２０を流れる交流電流の電流経路のうち、一方の電流経路は受電コイルＬ２からダイオードＤ１、平滑コンデンサＣ２及び負荷ＲＬ、ダイオードＤ４を経由して帰還する経路となり、他方の電流経路は受電コイルＬ２からダイオードＤ３、平滑コンデンサＣ２及び負荷ＲＬ、ダイオードＤ２を経由して帰還する経路となる。また、短絡回路５４０の電流経路は、ダイオードＤ５，Ｄ６によって整流回路２２０の入力部への電流の帰還が遮断される。さらに、スイッチング素子ＳＷ１３にはダイオードＤ５，Ｄ６によって全波整流された直流電圧が印加されることから、スイッチング素子ＳＷ１３の寄生容量は絶縁と等価とみなせるため、ことによってスイッチング素子ＳＷ１３の寄生容量の放電が行われなくなり、スイッチング素子ＳＷ１３を流れる電流経路も存在しない。つまり、整流回路２２０の入力部から短絡回路５４０へ流れる電流経路はないということになる。
【００５０】
続いて、スイッチング素子ＳＷ１３がオン状態の場合について説明する。図８ｂに示されるように、整流回路２２０を流れる交流電流の電流経路のうち、一方の電流経路は受電側共振回路２１０からダイオードＤ５、スイッチング素子ＳＷ１３およびダイオードＤ２を経由して帰還する経路となり、他方の電流経路は受電側共振回路２１０からダイオードＤ６、スイッチング素子ＳＷ１３およびダイオードＤ４を経由して帰還する経路となる。この場合、整流回路２２０の出力には、電流が流れないため整流回路２２０から後段の回路素子を異常から保護することができる。
【００５１】
以上のように、本実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置Ｓ３では、受電側電圧検知部２３０が検知した出力電圧の値があらかじめ設定した基準電圧値を超えたとき、短絡回路５４０のスイッチング素子ＳＷ１３を動作させる。そのため、受電側共振回路２１０の受電コイルＬ２の両端が短絡される。その結果、発生した過電圧が受電側共振回路２１０よりも後段へ出力されず、受電側共振回路２１０よりも後段の回路素子を保護することができる。また、受電側共振回路２１０の出力部とスイッチング素子ＳＷ１３との間に挿入される整流素子Ｄ５，Ｄ６を備えるために、スイッチング素子ＳＷ５，ＳＷ６の寄生容量への電流の経路が遮断されるとともに、寄生容量の放電が抑制される。これにより、通常動作時における無効電力による電力損失の発生を抑えることができる。
【００５２】
また、本実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置Ｓ３においては、短絡回路５４０を構成するスイッチング素子の個数が１つであるため、装置の省スペース化、簡素化を図ることができる。
【００５３】
（第３実施形態）
次に、図９を参照して、本発明の第３実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置Ｓ４の構成について説明する。図９は、本発明の第３実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置を負荷とともに示す回路構成図である。
【００５４】
ワイヤレス電力伝送装置Ｓ４は、第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置Ｓ１と同様に、ワイヤレス送電装置１００と、ワイヤレス受電装置２００と、を有する。ワイヤレス送電装置１００は、電源１１０と、電力変換回路１２０と、送電側共振回路１３０と、を有し、ワイヤレス受電装置２００は、受電側共振回路２１０と、整流回路２２０と、受電側電圧検知部２３０、短絡回路２４０、制御回路２５０と、を有する。電源１１０、電力変換回路１２０、送電側共振回路１３０、受電側共振回路２１０、整流回路２２０、受電側電圧検知部２３０、制御回路２５０の構成は、第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置Ｓ１と同様である。本実施形態では、第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置Ｓ１の電力変換回路１２０に代えて、電力変換回路６２０を備えている点、第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置Ｓ１の制御回路２５０に代えて、制御回路７５０を備えている点において。第１実施形態と相違する。以下、第１実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００５５】
電力変換回路６２０は、図９に示されるように、電力変換部１２１と、スイッチ駆動部１２２と、電力制御部１２３と、を有する。電力変換部１２１、スイッチ駆動部１２２の構成は、第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置Ｓ１と同様である。
【００５６】
電力制御部１２３は、電力変換回路６２０の機能を停止させ、ワイヤレス送電装置１００の送電動作を停止させる機能を有する。具体的には、後述するワイヤレス受電装置２００の制御回路７５０から供給される停止信号ＳＧ１５を受信すると、電力変換部１２１の動作を停止させる。なお、本実施形態では、スイッチ駆動部１２２と電力制御部１２３を別々の構成としているが、これらはどちらか片方が両方の機能を有してもよい。
【００５７】
制御回路７５０は、制御回路２５０と同様に、短絡回路２４０の動作を制御している。本実施形態では、上記機能に加えて、電力制御部１２３を制御する機能を有している。具合的には、受電側電圧検知部２３０からの出力信号ＳＧ５を受信すると、スイッチング素子ＳＷ５，ＳＷ６に駆動信号ＳＧ６を供給し、スイッチング素子ＳＷ５，ＳＷ６をオンするように制御し、さらに、スイッチング素子ＳＷ５，ＳＷ６に駆動信号ＳＧ６を供給したと同時または直後に停止信号ＳＧ１５を電力制御部１２３に送信し、ワイヤレス送電装置１００の送電動作を停止するように制御する。
【００５８】
次に、図１０のフローチャートを参照して、本実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置Ｓ４の異常時における保護動作について詳細に説明する。図１０は、本発明の第３実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置の保護動作を示すフローチャートである。
【００５９】
図１０において、ステップＳ１０１〜ステップＳ１０５までは第１実施形態と同様の動作のため、ここでは説明を省略する。
【００６０】
制御回路７５０は、スイッチング素子ＳＷ５，ＳＷ６がオンに制御されると同時または直後にワイヤレス送電装置１００の電力制御部１２３に対して停止信号ＳＧ１５を送信する。（ステップＳ１０６）
【００６１】
続いて、電力制御部１２３は、停止信号ＳＧ１５を受信すると電力変換回路６２０の動作を停止させワイヤレス送電装置１００の送電動作を停止させる。（ステップＳ１０７）
【００６２】
以上のように、本実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置Ｓ４では、受電側電圧検知部２３０が検知した出力電圧の値があらかじめ設定された基準電圧値を超えたとき、短絡回路２４０のスイッチング素子ＳＷ５，ＳＷ６を動作させる。そのため、整流回路２２０のダイオードＤ２，Ｄ４が短絡される。その結果、発生した過電圧が受電側共振回路２１０よりも後段へ出力されず、受電側共振回路２１０よりも後段の回路素子を保護することができる。また、受電側共振回路２１０の出力部とスイッチング素子ＳＷ５，ＳＷ６との間に挿入される整流素子Ｄ５，Ｄ６を備えるために、スイッチング素子ＳＷ５，ＳＷ６の寄生容量への電流の経路が遮断されるとともに、寄生容量の放電が抑制される。これにより、通常動作時における無効電力による電力損失の発生を抑えることができる。
【００６３】
さらに、本実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置Ｓ４においては、制御回路７５０がスイッチング素子ＳＷ５，ＳＷ６を動作させるのと同時または直後に送電動作を停止させる停止信号ＳＧ１５をワイヤレス送電装置１００に送信するように構成している。そのため、受電側電圧検知部２３０が検知した出力電圧の値があらかじめ設定された基準電圧値を超えたとき、ワイヤレス送電装置１００の動作が停止する。したがって、ワイヤレス電力伝送装置Ｓ４全体の回路素子を保護することができる。また、ワイヤレス送電装置１００の動作が停止することにより、短絡回路２４０への電流印加時間が抑制されるため、短絡回路２４０を保護できる。
【００６４】
（第４実施形態）
次に、図１１を参照して、本発明の第４実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置の構成について説明する。図１１は、本発明の第４実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置におけるワイヤレス受電装置を負荷とともに示す回路構成図である。
【００６５】
第４実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置は、第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置Ｓ１と同様に、ワイヤレス送電装置１００と、ワイヤレス受電装置２００と、を有する。ここで、第４実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置におけるワイヤレス送電装置１００は、第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置Ｓ１におけるワイヤレス送電装置１００と同様のため説明は省略する。第４実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置におけるワイヤレス受電装置２００は、受電側共振回路２１０と、変圧回路２６０と、整流回路２２０と、受電側電圧検知部２３０と、短絡回路２４０と、制御回路２５０と、を有する。受電側共振回路２１０、整流回路２２０、受電側電圧検知部２３０、短絡回路２４０、制御回路２５０の構成は、第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置Ｓ１と同様である。本実施形態では、ワイヤレス受電装置２００が変圧回路２６０を備えている点において、第１実施形態と相違する。以下、第１実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００６６】
変圧回路２６０は、受電側共振回路２１０の出力部と整流回路２２０の入力部との間に挿入されている。この変圧回路２６０は、受電側共振回路２１０の出力する電圧を所望の値に変圧して整流回路２２０に出力する。本実施形態においては、変圧回路２６０は、１次巻線Ｌｐと２次巻線Ｌｓを有するトランスである。１次巻線Ｌｓと２次巻線Ｌｐは、複数の細い導体素線を撚りあわせたリッツ線又は単線を用いて形成されている。ここで、１次巻線Ｌｐと２次巻線Ｌｓは磁気的に結合しており、１次巻線Ｌｐと２次巻線Ｌｓの巻数比により１次巻線Ｌｐに印加される電圧と２次巻線Ｌｓに印加される電圧を変化させることができる。すなわち、変圧回路２６０は、受電側共振回路２１０の出力する電圧を１次巻線Ｌｐと２次巻線Ｌｓの巻数比に応じた電圧に変化させ、整流回路２２０に出力する機能を備えている。本実施形態では、１次巻線Ｌｐの一方端に受電側共振回路２１０の一方の出力端が接続され、１次巻線Ｌｐの他方端に受電側共振回路２１０の一方の出力端が接続される。さらに、２次巻線Ｌｓの一方端はダイオードＤ１のアノードとダイオードＤ２のカソードの中点に接続され、２次巻線Ｌｓの他方端はダイオードＤ３のアノードとダイオードＤ４のカソードの中点に接続される。
【００６７】
本実施形態では、受電側共振回路２１０の出力部と整流回路２２０の入力部との間に変圧回路２６０が挿入されている。そのため、短絡回路２４０のスイッチング素子ＳＷ５，ＳＷ６がオフ状態の場合、整流回路２２０を流れる交流電流の電流経路のうち、一方の電流経路は受電コイルＬ２から変圧回路２６０、ダイオードＤ１、平滑コンデンサＣ２及び負荷ＲＬ、ダイオードＤ４、変圧回路２６０を経由して帰還する経路となり、他方の電流経路は受電コイルＬ２から変圧回路２６０、ダイオードＤ３、平滑コンデンサＣ２及び負荷ＲＬ、ダイオードＤ２、変圧回路２６０を経由して帰還する経路となる。また、短絡回路２４０のスイッチング素子ＳＷ５，ＳＷ６がオン状態の場合、整流回路２２０を流れる交流電流の電流経路のうち、一方の電流経路は受電コイルＬ２から変圧回路２６０、ダイオードＤ５、スイッチング素子ＳＷ５、ダイオードＤ２、変圧回路２６０を経由して帰還する経路となり、他方の電流経路は受電コイルＬ２から変圧回路２６０、ダイオードＤ６、スイッチング素子ＳＷ６、ダイオードＤ４、変圧回路２６０を経由して帰還する経路となる。
【００６８】
以上のように、本実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置では、受電側共振回路２１０の出力部と整流回路２２０の入力部との間に変圧回路２６０をさらに備えている。そのため、過電圧が生じた場合に回路素子を保護しつつ、通常動作時に変圧回路２６０の変圧比を変えることで１つの受電側共振回路２１０から所望の電圧・電流を出力することが可能となる。
【００６９】
（第５実施形態）
次に、図１２を参照して、本発明の第５実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置の構成について説明する。図１２は、本発明の第５実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置におけるワイヤレス受電装置を負荷とともに示す回路構成図である。
【００７０】
第５実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置は、第４実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置と同様に、ワイヤレス送電装置１００と、ワイヤレス受電装置２００と、を有する。第５実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置におけるワイヤレス送電装置１００は、第４実施形態と同様に、第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置Ｓ１におけるワイヤレス送電装置１００と同様のため説明は省略する。第４実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置におけるワイヤレス受電装置２００は、受電側共振回路２１０と、変圧回路２６０と、整流回路２２０と、受電側電圧検知部２３０と、短絡回路６４０と、制御回路２５０と、を有する。受電側共振回路２１０、変圧回路２６０、整流回路２２０、受電側電圧検知部２３０、制御回路２５０の構成は、第４実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置と同様である。本実施形態では、ワイヤレス受電装置２００が短絡回路２４０に代えて短絡回路６４０を備えている点において、第４実施形態と相違する。以下、第４実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００７１】
短絡回路６４０は、受電側電圧検知部２３０が検知した整流回路２２０の出力電圧があらかじめ設定された基準電圧値を超えた場合、受電コイルＬ２の両端を短絡させる機能を有している。具体的には短絡回路６４０は、受電側共振コンデンサＣ２０と受電側共振コンデンサＣ２１との間を短絡させる機能を有している。この短絡回路６４０は、制御回路２５０から送信される駆動信号ＳＧ６に基づいて、短絡動作が行われる。短絡回路２４０は、スイッチング素子ＳＷ１４，ＳＷ１５と整流素子Ｄ１１，Ｄ１２から構成される。
【００７２】
スイッチング素子ＳＷ１４，ＳＷ１５は、受電側共振回路２１０の出力部と整流回路２２０の出力部との間に接続されている。より具体的には、スイッチング素子ＳＷ１４，ＳＷ１５は、それぞれ受電側共振回路２１０の出力部と変圧回路２６０の入力部との間に並列に接続されている。スイッチング素子ＳＷ１４，ＳＷ１５は、制御回路２５０からの駆動信号ＳＧ６を受けて、オン・オフする機能を備えている。つまり、スイッチング素子ＳＷ１４，ＳＷ１５がオンされると、受電側共振回路２１０の出力部の両端が短絡され、整流回路２２０に電圧が生じなくなる。逆に、スイッチング素子ＳＷ１４，Ｓ１５がオフされると、変圧回路２６０は受電側共振回路２１０の出力する電圧を所望の値に変圧して整流回路２２０に出力し、整流回路２２０は４つのダイオードＤ１〜Ｄ４がフルブリッジ接続された全波整流回路として機能することとなる。なお、本実施形態ではスイッチング素子ＳＷ１４，ＳＷ１５としてＭＯＳ−ＦＥＴを用いたが、これに限られることなく、たとえばＩＧＢＴなどの素子でもよい。
【００７３】
整流素子Ｄ１１，Ｄ１２は、受電側共振回路２１０の出力部とスイッチング素子ＳＷ１４，ＳＷ１５との間に挿入されている。整流素子Ｄ１１，Ｄ１２としては、ダイオードが挙げられる。本実施形態では、整流素子Ｄ１１は、スイッチング素子ＳＷ１４と直列接続されており、アノードがスイッチング素子ＳＷ１４のドレインに接続され、カソードが受電側共振回路２１０の出力部、すなわち受電側共振コンデンサＣ２０に接続されている。整流素子Ｄ１２は、スイッチング素子ＳＷ１５と直列接続されており、アノードが受電側共振回路２１０の出力部、すなわち受電側共振コンデンサＣ２０に接続され、カソードがスイッチング素子ＳＷ１５のドレインに接続されている。
【００７４】
本実施形態では、受電側共振回路２１０の出力部と変圧回路２６０の入力部との間に短絡回路６４０が並列に挿入されている。そのため、短絡回路６４０のスイッチング素子ＳＷ１４，ＳＷ１５がオフ状態の場合、整流回路２２０を流れる交流電流の電流経路のうち、一方の電流経路は受電コイルＬ２から変圧回路２６０、ダイオードＤ１、平滑コンデンサＣ２及び負荷ＲＬ、ダイオードＤ４、変圧回路２６０を経由して帰還する経路となり、他方の電流経路は受電コイルＬ２から変圧回路２６０、ダイオードＤ３、平滑コンデンサＣ２及び負荷ＲＬ、ダイオードＤ２、変圧回路２６０を経由して帰還する経路となる。また、短絡回路６４０のスイッチング素子ＳＷ１４，ＳＷ１５がオン状態の場合、整流回路２２０を流れる交流電流の電流経路のうち、一方の電流経路は受電コイルＬ２からスイッチング素子ＳＷ１４、ダイオードＤ１１を経由して帰還する経路となり、他方の電流経路は受電コイルＬ２からダイオードＤ１２、スイッチング素子ＳＷ１５を経由して帰還する経路となる。
【００７５】
以上のように、本実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置では、受電側共振回路２１０の出力部と整流回路２２０の入力部との間に変圧回路２６０をさらに備えている。そのため、過電圧が生じた場合に回路素子を保護しつつ、通常動作時に変圧回路２６０の変圧比を変えることで１つの受電側共振回路２１０から所望の電圧・電流を出力することが可能となる。また、本実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置においては、短絡回路６４０を受電側共振回路２１０の出力部と変圧回路２６０の入力部との間に挿入しているため、過電圧が生じた場合に変圧回路２６０以降の回路素子を保護することができる。
【００７６】
（第６実施形態）
次に、図１３を参照して、本発明の第６実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置の構成について説明する。図１３は、本発明の第６実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置におけるワイヤレス受電装置を負荷とともに示す回路構成図である。
【００７７】
第６実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置は、第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置Ｓ１と同様に、ワイヤレス送電装置１００と、ワイヤレス受電装置２００と、を有する。ここで、第６実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置におけるワイヤレス送電装置１００は、第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置Ｓ１におけるワイヤレス送電装置１００と同様のため説明は省略する。第６実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置におけるワイヤレス受電装置２００は、受電側共振回路２１０と、インダクタ回路２７０と、整流回路２２０と、受電側電圧検知部２３０と、短絡回路２４０と、制御回路２５０と、を有する。受電側共振回路２１０、整流回路２２０、受電側電圧検知部２３０、短絡回路２４０、制御回路２５０の構成は、第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置Ｓ１と同様である。本実施形態では、ワイヤレス受電装置２００がインダクタ回路２７０を備えている点において、第１実施形態と相違する。以下、第１実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００７８】
インダクタ回路２７０は、受電側共振回路２１０の出力部と整流回路２２０の入力部との間に挿入されている。本実施形態においては、インダクタ回路２７０は、インダクタＬ５，Ｌ６を有する。インダクタＬ５，Ｌ６は、ある周波数以上の周波数に対する大きな抵抗としての機能、コモンモードノイズを除去する機能を有する。これにより、インダクタＬ５，Ｌ６は、受電側共振回路２１０からの出力に重畳するノイズを減衰、または遮断して、整流回路２２０に出力する機能を備えている。本実施形態では、インダクタＬ５の一方端は、受電側共振回路２１０の一方の出力端が接続され、インダクタＬ５の他方端は、ダイオードＤ３のアノードとダイオードＤ４のカソードの中点に接続されている。さらに、インダクタＬ６の一方端は、受電側共振回路２１０の他方の出力端が接続され、インダクタＬ６の他方端は、ダイオードＤ１のアノードとダイオードＤ２のカソードの中点に接続されている。インダクタＬ５，Ｌ６としては、ノーマルモードのノイズを抑制させるノーマルモードチョークコイル、コモンモードのノイズを抑制させるコモンモードチョークコイルが挙げられる。
【００７９】
本実施形態では、受電側共振回路２１０の出力部と整流回路２２０の入力部との間にインダクタ回路２７０が挿入されている。そのため、短絡回路２４０のスイッチング素子ＳＷ５，ＳＷ６がオフ状態の場合、整流回路２２０を流れる交流電流の電流経路のうち、一方の電流経路は受電コイルＬ２から、インダクタＬ６、ダイオードＤ１、平滑コンデンサＣ２及び負荷ＲＬ、ダイオードＤ４、インダクタＬ５を経由して帰還する経路となり、他方の電流経路は受電コイルＬ２からインダクタＬ５、ダイオードＤ３、平滑コンデンサＣ２及び負荷ＲＬ、ダイオードＤ２、インダクタＬ６を経由して帰還する経路となる。また、短絡回路２４０のスイッチング素子ＳＷ５，ＳＷ６がオン状態の場合、整流回路２２０を流れる交流電流の電流経路のうち、一方の電流経路は受電コイルＬ２からインダクタＬ５、ダイオードＤ５、スイッチング素子ＳＷ５、ダイオードＤ２、インダクタＬ６を経由して帰還する経路となり、他方の電流経路は受電コイルＬ２からインダクタＬ６、ダイオードＤ６、スイッチング素子ＳＷ６、ダイオードＤ４、インダクタＬ５を経由して帰還する経路となる。
【００８０】
以上のように、本実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置では、受電側共振回路２１０の出力部と整流回路２２０の入力部との間にインダクタ回路２７０をさらに備えている。そのため、過電圧が生じた場合に回路素子を保護しつつ、通常動作時におけるノイズ抑制が可能となる。
【００８１】
なお、上述の第６実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置における特徴的構成ならびに機能は、第４及び第５実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置に適用しても構わない。
【符号の説明】
【００８２】
Ｓ１〜Ｓ４…ワイヤレス電力伝送装置、１００…ワイヤレス送電装置、１１０…電源、１２０，６２０…電力変換回路、１２１…電力変換部、１２２…スイッチ駆動部、１２３…電力制御部、１３０…送電側共振回路、２００…ワイヤレス受電装置、２１０…受電側共振回路、２２０…整流回路、２３０…受電側電圧検知部、２４０，５４０、６４０…短絡回路、２５０，７５０…制御回路、２６０…変圧回路、２７０…インダクタ回路、３００…ワイヤレス送電装置、３１０…電源、３２０…電力変換回路、３２１…電力変換部、３２２…スイッチ駆動部、３３０…送電側共振回路、４００…ワイヤレス受電装置、４１０…受電側共振回路、４２０…整流回路、４３０…受電側電圧検知部、４４０…短絡回路、４５０…制御回路、ＳＷ１〜ＳＷ１５…スイッチング素子、Ｃ２，Ｃ４…平滑コンデンサ、Ｃ１０，Ｃ１１，Ｃ３０，Ｃ３１…送電側共振コンデンサ、Ｃ２０，Ｃ２１，Ｃ４０，Ｃ４１…受電側共振コンデンサ、Ｌ１，Ｌ３…送電コイル、Ｌ２，Ｌ４…受電コイル、Ｌｐ…１次巻線、Ｌｓ…２次巻線、L５，Ｌ６…インダクタ、Ｄ１〜Ｄ１２…整流素子（ダイオード）、ＳＧ１〜ＳＧ４，ＳＧ７〜ＳＧ１０…ＳＷ制御信号、ＳＧ５，ＳＧ１３…出力信号、ＳＧ６，ＳＧ１４…駆動信号、ＳＧ１５…停止信号。
【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５ａ】
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【図５ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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