(57)【要約】  送電装置（１０１）から受電装置（１０２）へ電力伝送するワイヤレス電力伝送システム（１００）において、受電装置（１０２）は、アノード同士が接続されたダイオード（Ｄ１，Ｄ２）及びカソード同士が接続されたダイオード（Ｄ３，Ｄ４）から構成されたダイオードブリッジと、ダイオード（Ｄ１，Ｄ２）それぞれに並列接続された、半導体スイッチ素子（Ｑ５，Ｑ６）及びキャパシタ（Ｃａ，Ｃｂ）からなる直列回路と、半導体スイッチ素子（Ｑ５，Ｑ６）のゲートに変調信号を入力する制御回路（３０）とを有する。送電装置（１０１）は、入力端子（ＩＮ１）から入力される直流電流の変化に基づいて変調信号を読み取るコントローラ（１０）を有する。これにより、電力伝送を中断することなく受電装置から送電装置に対してデータを送信でき、出力電圧の変動を低減でき、電力伝送特性の低下を抑制することを可能にするワイヤレス電力伝送システムを提供する。
2014103430.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力される直流電圧から変換した交流電圧を送電部に印加する送電装置と、
前記送電部に交流電圧が印加されることにより受電部に誘起される交流電圧を、整流および平滑することにより直流電圧に変換する受電装置と、
を備え、
前記受電装置は、
アノード同士が接続された第１・第２のダイオード、および、カソード同士が接続された第３・第４のダイオードから構成されたダイオードブリッジと、
前記第１および第２のダイオードそれぞれに並列接続された、半導体スイッチ素子およびキャパシタからなる第１の直列回路、または、前記第３および第４のダイオードそれぞれに並列接続された、半導体スイッチ素子およびキャパシタからなる第２の直列回路の少なくとも一方と、
前記半導体スイッチ素子の制御端子に変調信号を入力する制御手段と、
を有し、
前記送電装置は、送電電流の変化に基づいて前記変調信号を読み取る信号読取手段を有する、
ワイヤレス電力伝送システム。
【請求項２】
前記送電装置は、
ＤＣ−ＡＣインバータと、
前記ＤＣ−ＡＣインバータにより変換された交流電圧を昇圧して前記送電部に印加する昇圧回路と、
を備えた、請求項１に記載のワイヤレス電力伝送システム。
【請求項３】
前記信号読取手段は、前記送電装置に入力される電流の変化から前記送電電流の変化を検出する、請求項１または２に記載のワイヤレス電力伝送システム。
【請求項４】
前記受電装置は、前記第１の直列回路および前記第２の直列回路の両方を有している、
請求項１から３の何れかに記載のワイヤレス電力伝送システム。
【請求項５】
前記送電部は、送電側アクティブ電極および送電側パッシブ電極を有し、
前記受電部は、
前記送電側アクティブ電極と間隙を介して対向する受電側アクティブ電極と、
前記送電側パッシブ電極と間隙を介して対向し、または直接接触する受電側パッシブ電極と、
を有し、
前記送電側アクティブ電極および前記受電側アクティブ電極が対向して電界結合することにより、前記送電装置から前記受電装置へ電力伝送する、
請求項１から４の何れかに記載のワイヤレス電力伝送システム。
【請求項６】
前記送電部は高周波電流が通電される送電側コイルを有し、
前記受電部は、電磁誘導によって高周波電流が誘導される受電側コイルを有し、
前記送電側コイルおよび前記受電側コイルが磁界結合することにより、前記送電装置から前記受電装置へ電力伝送する、
請求項１から４の何れかに記載のワイヤレス電力伝送システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、受電装置から送電装置へのデータ通信を可能とするワイヤレス電力伝送システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
代表的なワイヤレス電力伝送システムとして、送電装置の一次コイルから受電装置の二次コイルへ磁界を利用して電力を伝送する磁界結合方式の電力伝送システムが知られている。このシステムでは、磁界結合で電力を伝送する場合、各コイルを通る磁束の大きさが起電力に大きく影響するため、一次コイルと二次コイルとの相対位置関係に高い精度が要求される。また、コイルを利用するため、装置の小型化が難しい。【０００３】
一方、特許文献１に開示されているような電界結合方式のワイヤレス電力伝送システムも提案されている。このシステムでは、送電装置の結合電極から受電装置の結合電極に電界を介して電力が伝送される。この方式は、結合電極の相対位置の要求精度が比較的緩く、また、結合電極の小型化及び薄型化が可能である。【０００４】
特許文献１に記載の送電装置は、高周波高電圧発生回路、パッシブ電極及びアクティブ電極を備えている。受電装置は、高周波高電圧負荷回路、パッシブ電極及びアクティブ電極を備えている。そして、送電装置のアクティブ電極と受電装置のアクティブ電極とが距離を置いて近接することにより、この二つの電極同士が電界結合する。送電装置のパッシブ電極、送電装置のアクティブ電極、受電装置のアクティブ電極及び受電装置のパッシブ電極は、それらが互いに平行に配置されている。【０００５】
このワイヤレス電力伝送システムにおいて、送電装置と受電装置との間でデータ通信を行い、受電装置の状況（例えば充電量等）を送電装置へ送信する必要がある場合がある。この場合、例えば、送電装置と受電装置との間で伝送される交流電圧または交流電流に変調をかけて電力伝送と同時に通信を行う方式が考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特表２００９−５３１００９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、磁界結合方式および電界結合方式の何れにおいても、交流電圧などを変調する際、単に抵抗負荷による負荷変調を行うと、変調操作によって出力電圧が変動してしまうため、受電装置から送電装置へのデータ送信時に、電力伝送を中断させる必要がある。また、変調部で電力が消費されてしまい、電力伝送効率が低下するといった問題があった。【０００８】
そこで、本発明の目的は、負荷変調による出力電圧の変動を抑え、かつ電力伝送効率を低下させることなく、送電装置と受電装置とのデータ通信を可能にするワイヤレス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】
【０００９】
本発明に係るワイヤレス電力伝送システムは、入力される直流電圧から変換した交流電圧を送電部に印加する送電装置と、前記送電部に交流電圧が印加されることにより受電部に誘起される交流電圧を、整流および平滑することにより直流電圧に変換する受電装置と、を備え、前記受電装置は、アノード同士が接続された第１・第２のダイオード、および、カソード同士が接続された第３・第４のダイオードから構成されたダイオードブリッジと、前記第１および第２のダイオードそれぞれに並列接続された、半導体スイッチ素子およびキャパシタからなる第１の直列回路、または、前記第３および第４のダイオードそれぞれに並列接続された、半導体スイッチ素子およびキャパシタからなる第２の直列回路の少なくとも一方と、前記半導体スイッチ素子の制御端子に変調信号を入力する制御手段と、を有し、前記送電装置は、送電電流の変化に基づいて前記変調信号を読み取る信号読取手段を有することを特徴とする。【００１０】
この構成では、第１および第２の直列回路それぞれの半導体スイッチを同時にオンオフすることで、受電装置側の負荷の軽重を変化させることができる。受電装置は、送電装置へ送信するデータに応じて負荷の軽重を変化させて、送電装置における送電電流を変化させる。例えばデータ「１」を送電装置へ送信する場合には、受電装置側の負荷を高負荷状態にし、データ「０」を送信する場合には低負荷状態にする。そして送電装置で送電電流の変化を読み取り、受電装置側の負荷状態の変化を検出することで、データ「１」、「０」を判別する。これにより、受電装置から送電装置への負荷変調によるデータ通信が可能となる。この場合、従来の抵抗負荷変調による場合と比べて、出力電圧の変動を抑え、かつ電力伝送効率を改善することができる。【００１１】
前記送電装置は、ＤＣ−ＡＣインバータと、前記ＤＣ−ＡＣインバータにより変換された交流電圧を昇圧して前記送電部に印加する昇圧回路とを備えた構成が好ましい。【００１２】
前記信号読取手段は、前記送電装置に入力される電流の変化から前記送電電流の変化を検出する構成が好ましい。この構成では、直流電流の変化から変調信号を読み取るため、複雑な信号処理を必要としない。【００１３】
前記受電装置は、前記第１の直列回路および前記第２の直列回路の両方を有していてもよい。この構成では、受電装置で４状態（００，０１，１０，１１）のデータを生成することができ、受電装置から送電装置へ高いレートで情報を送信できる。【００１４】
前記送電部は、送電側アクティブ電極および送電側パッシブ電極を有し、前記受電部は、前記送電側アクティブ電極と間隙を介して対向する受電側アクティブ電極と、前記送電側パッシブ電極と間隙を介して対向し、または直接接触する受電側パッシブ電極と、を有し、前記送電側アクティブ電極および前記受電側アクティブ電極が対向して電界結合することにより、前記送電装置から前記受電装置へ電力伝送する構成でもよい。【００１５】
この構成では、電界結合による電力伝送において、データ通信が可能となる。【００１６】
前記送電部は高周波電流が通電される送電側コイルを有し、前記受電部は、電磁誘導によって高周波電流が誘導される受電側コイルを有し、前記送電側コイルおよび前記受電側コイルが磁界結合することにより、前記送電装置から前記受電装置へ電力伝送する構成でもよい。【００１７】
この構成では、磁界結合による電力伝送において、データ通信が可能となる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、従来の抵抗負荷変調による場合と比べて、出力電圧の変動を抑え、かつ電力伝送効率を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施形態１に係るワイヤレス電力伝送システムの回路図
【図２】ワイヤレス電力伝送システムの概略図
【図３】送電装置のコントローラを説明するためのブロック図
【図４】実施形態１における電圧波形および電流波形を示す図
【図５】ワイヤレス電力伝送システムの駆動周波数を２５５ｋＨｚとした場合の電圧波形および電流波形を示す図
【図６】ワイヤレス電力伝送システムの駆動周波数を２９５ｋＨｚとした場合の電圧波形および電流波形を示す図
【図７】スイッチ素子およびキャパシタの直列回路を一つのみ設けた場合の電圧波形および電流波形を示す図
【図８】実施形態２に係るワイヤレス電力伝送システムの回路図
【図９】ワイヤレス電力伝送システムの概略図
【図１０】実施形態２に係るワイヤレス電力伝送システムの別の例の回路図
【図１１】実施形態３に係るワイヤレス電力伝送システムの回路図
【図１２】実施形態３における電圧波形および電流波形を示す図
【発明を実施するための形態】
【００２０】
（実施形態１）
図１は実施形態１に係るワイヤレス電力伝送システムの回路図である。図２はワイヤレス電力伝送システムの概略図である。
【００２１】
本実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム１００は、送電装置１０１と受電装置１０２とで構成されている。受電装置１０２は負荷ＲＬを備えている。この負荷ＲＬは二次電池である。そして、受電装置１０２は、その二次電池を備えた、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は受電装置１０２が載置され、この受電装置１０２の二次電池を充電するための充電台である。
【００２２】
送電装置１０１は、図２に示すように、ＡＣアダプタ１１０を介して電源１２０に接続されている。電源１２０は、例えばＡＣ１００Ｖ〜２３０Ｖの家庭用コンセントである。ＡＣアダプタ１１０は、ＡＣ１００Ｖ〜２３０ＶをＤＣ５Ｖまたは１２Ｖへ変換して送電装置１０１へ出力する。送電装置１０１は入力された直流電圧Ｖｉｎを電源として動作する。送電装置１０１は、直流電圧Ｖｉｎを交流電圧Ｖａｃに変換して昇圧トランスＴ１で昇圧する。そして、送電装置１０１は、昇圧した交流電圧をアクティブ電極１４およびパッシブ電極１５間に印加する。この交流電圧の周波数は１００ｋＨｚから１０ＭＨｚである。
【００２３】
受電装置１０２はアクティブ電極２４およびパッシブ電極２５を備えている。アクティブ電極２４およびパッシブ電極２５は、受電装置１０２を送電装置１０１に載置した場合に、送電装置１０１のアクティブ電極１４およびパッシブ電極１５と間隙を介して対向する。なお、パッシブ電極１５，２５は直接接触していてもよい。アクティブ電極１４およびパッシブ電極１５間に電圧が印加されることで、対向配置となったアクティブ電極１４，２４間に電界が生じ、この電界を介して電力が送電装置１０１から受電装置１０２へ伝送される。受電装置１０２は、電力伝送により誘起される交流電圧を降圧トランスＴ２で降圧した後、二次側回路２０Ａに印加し、二次側回路２０Ａで整流および平滑される。
【００２４】
図１に戻り、送電装置１０１の入力端子ＩＮ１，ＩＮ２には、電流検出用の抵抗Ｒ１、電圧検出用の分圧抵抗Ｒ２，Ｒ３を介して、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４からなるＤＣ−ＡＣインバータ回路が接続されている。スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４はｎ型ＭＯＳ−ＦＥＴである。スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２が直列接続され、スイッチ素子Ｑ３，Ｑ４が直列接続されている。また、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２の接続点とスイッチ素子Ｑ３，Ｑ４の接続点とには、昇圧トランスＴ１の１次コイルが接続されている。
【００２５】
スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４はドライバ１１から制御信号がゲートに印加される。ドライバ１１は、コントローラ１０からの駆動信号に応じて、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。
【００２６】
昇圧トランスＴ１の２次コイルにはアクティブ電極１４およびパッシブ電極１５が接続されていて、昇圧トランスＴ１により昇圧された交流電圧がアクティブ電極１４およびパッシブ電極１５に印加される。また、２次コイルにはキャパシタＣ１が並列に接続されていて、キャパシタＣ１は、昇圧トランスＴ１の漏れインダクタＬleakと直列共振回路を形成している。
【００２７】
コントローラ１０は、送電装置１０１における送電電流および送電電圧などを検知し、送電の可否を判断し、ドライバ１１の制御信号を生成する。また、スイッチ素子Ｑ１〜Ｑ４のデューティ比などを変更させて送電電力の変更などを行う。コントローラ１０については後に詳述する。
【００２８】
受電装置１０２のアクティブ電極２４およびパッシブ電極２５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Ｃ２が並列接続されていて、並列共振回路を形成している。降圧トランスＴ２の２次コイルには、ダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４から形成されたダイオードブリッジが接続されている。
【００２９】
より詳しくは、ダイオードＤ１は、そのカソードがダイオードＤ４のアノードと接続され、アノードがダイオードＤ２のアノードと接続されている。ダイオードＤ４は、そのカソードがダイオードＤ３のカソードと接続され、ダイオードＤ２は、そのカソードがダイオードＤ３のアノードと接続されている。そして、ダイオードＤ１，Ｄ４の接続点、およびダイオードＤ２，Ｄ３の接続点は、降圧トランスＴ２の２次コイルに接続されている。
【００３０】
また、ダイオードＤ３，Ｄ４の接続点は、平滑キャパシタＣ３およびＤＣ−ＤＣコンバータ２０を介して出力端子ＯＵＴ１に接続されている。ダイオードＤ１，Ｄ２の接続点は出力端子ＯＵＴ２に接続されている。出力端子ＯＵＴ１，ＯＵＴ２には、二次電池である負荷ＲＬが接続されている。
【００３１】
また、受電装置１０２は、受電装置１０２から送電装置１０１へのデータ送信を行うための通信回路を備えている。通信回路は、スイッチ素子Ｑ５，Ｑ６、キャパシタＣａ，Ｃｂおよびドライバ回路２１を有している。スイッチ素子Ｑ５，Ｑ６はｎ型ＭＯＳ−ＦＥＴである。スイッチ素子Ｑ５は、ドレインがキャパシタＣａを介してダイオードＤ１，Ｄ４の接続点に接続され、ソースがダイオードＤ１，Ｄ２の接続点に接続されている。また、スイッチ素子Ｑ６は、ソースがダイオードＤ１，Ｄ２の接続点に接続され、ドレインがキャパシタＣｂを介してダイオードＤ２，Ｄ３の接続点に接続されている。すなわち、キャパシタＣａとスイッチ素子Ｑ５の直列回路がダイオードＤ１に並列接続され、キャパシタＣｂとスイッチ素子Ｑ６の直列回路がダイオードＤ２に並列接続された構成となる。
【００３２】
キャパシタＣａとスイッチ素子Ｑ５の直列回路、および、キャパシタＣｂとスイッチ素子Ｑ６の直列回路は、本発明に係る「第１の直列回路」に相当する。
【００３３】
スイッチ素子Ｑ５，Ｑ６は、そのゲートがドライバ回路２１を介して制御回路（本発明の制御手段）３０に接続されている。制御回路３０は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２０に流れる電流、出力端子ＯＵＴ１，ＯＵＴ２から出力される電圧を検知し、受電装置１０２の状況、例えば二次電池の充電容量などを検出する。そして、制御回路３０は、検出した充電容量の情報を送電装置１０１へ送信するために、変調信号を生成して出力する。出力された変調信号はドライバ回路２１を介してスイッチ素子Ｑ５，Ｑ６それぞれのゲートへ印加され、スイッチ素子Ｑ５，Ｑ６は同時にオンオフする。
【００３４】
スイッチ素子Ｑ５，Ｑ６が同時にオンされた場合、ダイオードＤ１，Ｄ２がキャパシタＣａ，Ｃｂでバイパスされた状態となり、スイッチ素子Ｑ５，Ｑ６が同時にオフされた場合、オープン状態となる。すなわち、スイッチ素子Ｑ５，Ｑ６のオンオフにより、受電装置１０２側での送電装置１０１側から見た負荷インピーダンスが変化する。この負荷インピーダンスを変化させることで、二値データを受電装置１０２から送電装置１０１へ送信する。例えばデータ「１」を送電装置１０１へ送信する場合には、受電装置１０２側での送電装置１０１側から見た負荷インピーダンスを第1の状態（例えばＨレベル）にし、データ「０」を送信する場合には第２の状態（例えばＬレベル）にする。第１の状態の場合、送電装置１０１での送電電流は大きくなり、第２の状態の場合、送電装置１０１での送電電流は小さくなる。
【００３５】
送電装置１０１では、コントローラ１０がこの送電電流、すなわち、入力端子ＩＮ１から入力される直流電流の変化を読み取ることで、データ「１」、「０」を判別することができる。これにより、コントローラ１０は、受電装置１０２から送信された情報、例えば二次電池の充電容量などの情報を取得する。
【００３６】
図３は送電装置１０１のコントローラ１０を説明するためのブロック図である。コントローラ１０は、ＩＤＣ検知部１０Ａと、信号読取部１０Ｂと、ＶＡＣ検知部１０Ｃと、Ｖｉｎ検知部１０Ｄと、異常判定部１０Ｅとを有している。
【００３７】
ＩＤＣ検知部１０Ａは直流電流ＩＤＣを検知する。具体的には、ＩＤＣ検知部１０Ａは、抵抗Ｒ１の両端電圧に基づいて、入力端子ＩＮ１から入力される直流電流を検知する。信号読取部１０Ｂは、ＩＤＣ検知部１０Ａが検知した直流電流ＩＤＣの値を読み取る。直流電流ＩＤＣは、受電装置１０２側のスイッチ素子Ｑ５，Ｑ６のオンオフに応じて変化する。信号読取部１０Ｂは、変化分から受電装置１０２側で作り出された二値データを読み取り、受電装置１０２から送信された情報、例えば二次電池の充電容量などの情報を読み取る。信号読取部１０Ｂは、直流電流ＩＤＣの変化から送信されたデータを読み取るため、コントローラ１０において複雑な信号処理を必要としない。
【００３８】
ＶＡＣ検知部１０Ｃは送電電圧ＶＡＣを検知する。Ｖｉｎ検知部１０Ｄは入力端子ＩＮ１，ＩＮ２から入力された直流電圧Ｖｉｎを検知する。異常判定部１０Ｅは、ＶＡＣ検知部１０Ｃが検知した送電電圧ＶＡＣおよびＶｉｎ検知部１０Ｄが検知した直流電圧Ｖｉｎに基づいて、システムの異常を検知する。例えば送電装置１０１に異常物が載置された場合、送電電圧ＶＡＣの変動量から、異常判定部１０Ｅは異常と判定する。
【００３９】
コントローラ１０は、信号読取部１０Ｂが読み取った情報、または異常判定部１０Ｅによる判定結果に基づいてＰＷＭ信号の生成を調整し、そのＰＷＭ信号をドライバ１１に出力することで、スイッチ素子Ｑ１〜Ｑ４のスイッチング制御を行い、または、ドライバ１１の動作を停止して、スイッチ素子Ｑ１〜Ｑ４をオフにして、電力伝送を停止する。
【００４０】
図４は実施形態１における電圧波形および電流波形を示す図である。図４では、上から順に、ダイオードブリッジの出力電圧、スイッチ素子Ｑ５，Ｑ６のゲート・ソース電圧、直流電流ＩＤＣの波形である。図４から読み取れるように、スイッチ素子Ｑ５，Ｑ６がオンオフされることで、直流電流ＩＤＣの波形は方形波に近い変調波形となっている。コントローラ１０は、この変調された直流電流ＩＤＣを検知することで、受電装置１０２側で作られた二値データを読み取る。また、スイッチ素子Ｑ５，Ｑ６がオンオフされても、ダイオードブリッジからの出力電圧におけるリップルは小さい。これは、送電装置１０１側に共振回路を備え、受電装置１０２側にも共振回路を備え、互いに容量結合し、結合共振周波数（固有周波数）の中央付近で動作させていること、並びに、共振回路を含む変調部と負荷回路とはダイオードブリッジで直流的に切り離されていることによるためである。
【００４１】
このように、本実施形態では、出力電圧のリップル成分を抑えつつ、さらに給電した状態で、受電装置１０２から送電装置１０１へのデータ通信が可能となる。
【００４２】
次に、実施形態１に係るワイヤレス電力伝送システム１００の駆動周波数の依存性について説明する。上述の図４は、受電装置１０２側の共振周波数をワイヤレス電力伝送システム１００の駆動周波数２７５ｋＨｚに設定した場合の電圧波形および電流波形を示す図である。図５は、ワイヤレス電力伝送システム１００の駆動周波数を２５５ｋＨｚとした場合の電圧波形および電流波形を示す図である。図６は、ワイヤレス電力伝送システム１００の駆動周波数を２９５ｋＨｚとした場合の電圧波形および電流波形を示す図である。
【００４３】
図４と、図５および図６とを対比してわかるように、受電装置１０２側の共振周波数をワイヤレス電力伝送システム１００の駆動周波数に設定した場合、出力電圧は他よりも大きい。さらに、駆動周波数が共振周波数よりも低い場合（図５）、変調度は劣化する。したがって、受電装置１０２側の共振周波数は、ワイヤレス電力伝送システム１００の駆動周波数に設定することが好ましい。
【００４４】
次に、受電装置１０２側にスイッチ素子およびキャパシタの直列回路を一つのみ設けた場合と、本実施形態の場合との対比について説明する。図７は、スイッチ素子Ｑ６およびキャパシタＣｂの直列回路を一つのみ設けた場合の電圧波形および電流波形を示す図である。図７では、上から順に、ダイオードブリッジの出力電圧、スイッチ素子Ｑ５のゲート・ソース電圧、直流電流ＩＤＣの波形である。この場合、ダイオードＤ１を介してキャパシタＣａによるバイパス経路が形成され、ダイオードＤ２に対してはバイパス経路が形成されなくなる。したがって、スイッチ素子Ｑ５をオンした場合、一方の整流作用がなくなるので、図７に示すように、直流電流ＩＤＣの波形は非対称となり、出力電圧のリップルも大きくなる。
【００４５】
以上のように、実施形態１に係るワイヤレス電力伝送システム１００は、ダイオードブリッジの二つのダイオードＤ１，Ｄ２それぞれに対し、スイッチ素子およびキャパシタの直列回路を並列に接続して、そのスイッチ素子を同時にオンオフすることで、出力電圧に生じるリップル成分を少なくしつつ、受電装置１０２から送電装置１０１へデータを送信することができる。
【００４６】
（実施形態２）
図８は実施形態２に係るワイヤレス電力伝送システムの回路図である。図９はワイヤレス電力伝送システムの概略図である。実施形態１に係るワイヤレス電力伝送システム１００は、電界結合による電力伝送を行っているのに対し、実施形態２に係るワイヤレス電力伝送システム１００Ａは磁界結合により電力伝送を行っている。
【００４７】
送電装置１０１Ａにおいて、昇圧トランスＴ１の２次コイルに送電側結合用コイル（本発明の送電側コイル）１６が接続されている。送電側結合用コイル１６は、キャパシタＣ１と直列共振回路を形成している。受電装置１０２Ａにおいて、送電側結合用コイル１６との電磁誘導によって高周波電流が誘導される受電側結合用コイル（本発明の受電側コイル）２６が、降圧トランスＴ２の１次コイルに接続されている。受電側結合用コイル２６は、キャパシタＣ２と並列共振回路を形成している。送電装置１０１Ａおよび受電装置１０２Ａの他の構成は実施形態１と同様である。直列共振回路の交流電流ＩＡＣの検出部を設け、コントローラ１０に入力している。
【００４８】
コントローラ１０は、図３で説明した各機能部に加え、ＩＡＣ検知部を備えている。そして、コントローラ１０の異常判定部は、ＩＤＣ検知部が検知した直流電流ＩＤＣもしくはＶＡＣ検知部が検知した送電電圧ＶＡＣ（または、ＩＡＣ検知部が検知した送電交流電流ＩＡＣ）、およびＶｉｎ検知部が検知した直流電圧Ｖｉｎに基づいて、システムの異常を検知する。例えば送電装置に異常物が載置された場合、直流電流ＩＤＣの変動量もしくは送電電圧ＶＡＣの変動量（または送電交流電流ＩＡＣの変動量）から、異常判定部は異常と判定する。
【００４９】
実施形態２に係るワイヤレス電力伝送システム１００Ａも、実施形態１と同様に、スイッチ素子Ｑ５，Ｑ６を同時にオンオフすることで、受電装置１０２Ａから送電装置１０１Ａへのデータが送信される。このように、送電装置１０１Ａと受電装置１０２Ａとが磁界結合による電力伝送が行われる場合であっても、電力伝送を中断することなく、データ送信することが可能である。また、出力電圧に生じるリップルを低減しつつ、受電装置１０２Ａから送電装置１０１Ａへのデータ通信が可能となる。
【００５０】
図１０は、実施形態２に係るワイヤレス電力伝送システム１００Ａの別の例の回路図である。この例のワイヤレス電力伝送システム１００Ｂでは、送電装置１０１Ｂは昇圧トランスを有さず、送電側結合用コイル１６の一端は、直列共振回路を形成するキャパシタＣ４を介して、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２の接続点に接続され、他端はスイッチ素子Ｑ３，Ｑ４の接続点に接続されている。
【００５１】
また、受電装置１０２Ｂは降圧トランスを有さず、受電側結合用コイル２６の一端はダイオードＤ１，Ｄ２の接続点に接続され、他端はダイオードＤ３，Ｄ４の接続点に接続されている。また、受電側結合用コイル２６はキャパシタＣ５と並列共振回路を形成している。
【００５２】
（実施形態３）
図１１は実施形態３に係るワイヤレス電力伝送システムの回路図である。実施形態３に係るワイヤレス電力伝送システム１００Ｃが備える送電装置１０１は実施形態１と同様である。また、受電装置１０２Ｃは、実施形態１に係る受電装置１０２のダイオードＤ２，Ｄ４それぞれに、スイッチ素子Ｑ７とキャパシタＣｃとの直列回路、およびスイッチ素子Ｑ８とキャパシタＣｄとの直列回路をそれぞれ並列接続した構成である。実施形態１，２では、二値データを受電装置から送電装置へ送信しているのに対し、実施形態３では、４レベル（四値）のデータを送信することが可能であり、高いレートでの情報の送信が可能である。
【００５３】
スイッチ素子Ｑ７とキャパシタＣｃとの直列回路、およびスイッチ素子Ｑ８とキャパシタＣｄとの直列回路は、本発明に係る「第２の直列回路」に相当する。
【００５４】
スイッチ素子Ｑ７，Ｑ８はｐ型ＭＯＳ−ＦＥＴであり、ゲートには、バッファ回路２２を介して制御回路３０から変調信号が印加される。なお、スイッチ素子Ｑ７，Ｑ８はｎ型ＭＯＳ−ＦＥＴであってもよい。この場合、スイッチ素子Ｑ７，Ｑ８を駆動するためにはブートストラップ回路を設ける。
【００５５】
図１２は実施形態３における電圧波形および電流波形を示す図である。図１２では、上から順に、スイッチ素子Ｑ５，Ｑ６のゲート・ソース電圧、スイッチ素子Ｑ７，Ｑ８のゲート・ソース電圧、ダイオードブリッジの出力電圧、直流電流ＩＤＣの波形である。この例では、スイッチ素子Ｑ５，Ｑ６とスイッチ素子Ｑ７，Ｑ８とで４レベルの負荷変調を繰り返していて、直流電流ＩＤＣの波形は、４状態の方形波を有する変調波形となっている。また、ダイオードブリッジからの出力電圧におけるリップルも小さい。
【００５６】
このように、ワイヤレス電力伝送システム１００ＣのダイオードブリッジそれぞれのダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４にスイッチ素子とキャパシタとの直列回路を並列接続し、異なる周波数でスイッチング制御することで、四値データを送信することが可能となる。なお、スイッチ素子Ｑ５，Ｑ６とキャパシタＣａ，Ｃｂとの直列回路を設けず、スイッチ素子Ｑ７，Ｑ８とキャパシタＣｃ，Ｃｄとの直列回路のみ設けた構成としてもよい。
【符号の説明】
【００５７】
１０−コントローラ（信号読取手段）
１０Ａ−ＩＤＣ検知部
１０Ｂ−信号読取部（信号読取手段）
１０Ｃ−ＶＡＣ検知部
１０Ｄ−Ｖｉｎ検知部
１０Ｅ−異常判定部
１１−ドライバ
１４−アクティブ電極（送電部）
１５−パッシブ電極（送電部）
１６−送電側結合用コイル（送電部、送電側コイル）
２０−ＤＣ−ＤＣコンバータ
２４−アクティブ電極（受電部）
２５−パッシブ電極（受電部）
２６−受電側結合用コイル（受電部、受電側コイル）
３０−制御回路（制御手段）
１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ−ワイヤレス電力伝送システム
１０１，１０１Ａ，１０１Ｂ−送電装置
１０２，１０２Ａ，１０２Ｂ，１０２Ｃ−受電装置
１１０−ＡＣアダプタ
１２０−電源
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃａ，Ｃｂ，Ｃｃ，Ｃｄ−キャパシタ
Ｄ１−ダイオード（第１のダイオード）
Ｄ２−ダイオード（第２のダイオード）
Ｄ３−ダイオード（第３のダイオード）
Ｄ４−ダイオード（第４のダイオード）
Ｑ５，Ｑ６，Ｑ７，Ｑ８−スイッチ素子（半導体スイッチ素子）
Ｔ１−昇圧トランス
Ｔ２−降圧トランス
ＩＮ１，ＩＮ２−入力端子
ＯＵＴ１，ＯＵＴ２−出力端子
ＲＬ−負荷
【図１】
2014103430.tif 000003
【図２】
2014103430.tif 000004
【図３】
2014103430.tif 000005
【図４】
2014103430.tif 000006
【図５】
2014103430.tif 000007
【図６】
2014103430.tif 000008
【図７】
2014103430.tif 000009
【図８】
2014103430.tif 000010
【図９】
2014103430.tif 000011
【図１０】
2014103430.tif 000012
【図１１】
2014103430.tif 000013
【図１２】
2014103430.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成26年12月15日(2014.12.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力される直流電圧から変換した交流電圧を送電部に印加する送電装置と、
前記送電部に交流電圧が印加されることにより受電部に誘起される交流電圧を、整流および平滑することにより直流電圧に変換する受電装置と、
を備え、
前記受電装置は、
アノード同士が接続された第１・第２のダイオード、および、カソード同士が接続された第３・第４のダイオードから構成されたダイオードブリッジと、
前記第１および第２のダイオードそれぞれに並列接続された、半導体スイッチ素子およびキャパシタからなる第１の直列回路、または、前記第３および第４のダイオードそれぞれに並列接続された、半導体スイッチ素子およびキャパシタからなる第２の直列回路の少なくとも一方と、
前記半導体スイッチ素子の制御端子に変調信号を入力する制御手段と、
前記受電部に接続された受電側共振回路と、
を有し、
前記送電装置は、
送電電流の変化に基づいて前記変調信号を読み取る信号読取手段と、
前記送電部に接続された送電側共振回路と、
を有し、
前記交流電圧の周波数は、前記送電側共振回路および前記受電側共振回路による結合共振周波数に基づき設定される、
ワイヤレス電力伝送システム。
【請求項２】
前記送電装置は、
ＤＣ−ＡＣインバータと、
前記ＤＣ−ＡＣインバータにより変換された交流電圧を昇圧して前記送電部に印加する昇圧回路と、
を備えた、請求項１に記載のワイヤレス電力伝送システム。
【請求項３】
前記信号読取手段は、前記送電装置に入力される電流の変化から前記送電電流の変化を検出する、請求項１または２に記載のワイヤレス電力伝送システム。
【請求項４】
前記受電装置は、前記第１の直列回路および前記第２の直列回路の両方を有している、
請求項１から３の何れかに記載のワイヤレス電力伝送システム。
【請求項５】
前記送電部は、送電側アクティブ電極および送電側パッシブ電極を有し、
前記受電部は、
前記送電側アクティブ電極と間隙を介して対向する受電側アクティブ電極と、
前記送電側パッシブ電極と間隙を介して対向し、または直接接触する受電側パッシブ電極と、
を有し、
前記送電側アクティブ電極および前記受電側アクティブ電極が対向して電界結合することにより、前記送電装置から前記受電装置へ電力伝送する、
請求項１から４の何れかに記載のワイヤレス電力伝送システム。
【請求項６】
前記送電部は高周波電流が通電される送電側コイルを有し、
前記受電部は、電磁誘導によって高周波電流が誘導される受電側コイルを有し、
前記送電側コイルおよび前記受電側コイルが磁界結合することにより、前記送電装置から前記受電装置へ電力伝送する、
請求項１から４の何れかに記載のワイヤレス電力伝送システム。
【国際調査報告】
2014103430.tif 000015
2014103430.tif 000016