(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力を送電または受電する送受電コイルと、
前記送受電コイルと共振回路を構成する共振容量と、
前記送受電コイルへ送電電力を出力するとともに前記送受電コイルから受電電力を入力される送受電回路と、
前記送受電回路を介して前記送受電コイルに前記送電電力を供給する電源部と、
前記送受電回路を介した前記送電電力の供給と前記受電電力の出力とを切り替えるスイッチ回路と、
前記スイッチ回路を制御する制御回路と、
を備え、
前記スイッチ回路は、第１のP型電界効果トランジスタと第２のP型電界効果トランジスタとを有し、
前記第１のP型電界効果トランジスタと前記第２のP型電界効果トランジスタは、ドレイン側同士で直列に接続されるとともに、ゲートは並列に接続され、前記第１のP型電界効果トランジスタのソース側は、第１のダイオードを介して前記ゲートに接続され、前記第２のP型電界効果トランジスタのソース側は、第２のダイオードを介して前記ゲートに接続され、
前記スイッチ回路は、前記受電電力の前記電源部への入力を防止することを特徴とする非接触送受電装置。
【請求項２】
請求項１に記載の非接触送受電装置であって、
複数の前記送受電コイルと、
前記制御回路の制御に基づいて、前記複数の送受電コイルのうち一つの前記送受電コイルを前記送受電回路に電気的に接続する複数のスイッチ回路と、
前記送電電力を変調するとともに前記受電電力を復調する変復調回路と、
を備え、
前記制御回路は、前記変復調回路の変調および復調に基づいて、前記複数のスイッチ回路により前記送受電回路に電気的に接続された前記送受電コイルの送電効率を算出し、当該算出した送電効率に基づいて送電に用いる送受電コイルを選択することを特徴とする非接触送受電装置。
【請求項３】
請求項１に記載の非接触送受電装置であって、
前記送受電回路は、スイッチング素子と送電周波数においてインピーダンスが十分大きいインダクタンス値となるチョークコイルが直列接続されたアンプを有することを特徴とする非接触送受電装置。
【請求項４】
請求項１に記載の非接触送受電装置であって、
送電する対象装置と通信する通信回路、を備え、
前記送受電回路は、前記送受電コイルに出力する前記送電電力の大きさを調整する電源制御回路を有し、
前記電源制御回路は、前記制御回路が前記通信回路を介して前記対象装置と通信した信号に基づき前記対象装置を認証した場合に、前記送受電コイルに出力する前記送電電力の大きさを大きくすることを特徴とする非接触送受電装置。
【請求項５】
請求項１に記載の非接触送受電装置であって、
前記送受電回路と前記送受電コイルとの間に少なくとも第１と第２の容量と第１のインダクタを有するπ型のローパスフィルタを備え、
前記ローパスフィルタは、第１と第２の容量の値を切り換えることにより、前記送受電回路と前記送受電コイル間のインピーダンス整合を制御可能であることを特徴とする非接触送受電装置。
【請求項６】
電力を送電または受電する送受電コイルと、
前記送受電コイルと共振回路を構成する共振容量と、
前記送受電コイルへ送電電力を出力するとともに前記送受電コイルから受電電力を入力される送受電回路と、
前記送受電回路を介して前記送受電コイルに前記送電電力を供給する電源部と、
前記送受電回路を介した前記送電電力の供給と前記受電電力の出力とを切り替えるスイッチ回路と、
前記スイッチ回路を制御する制御回路と、
を備え、
前記送受電コイルは、外側送受電コイルと、前記外側送受電コイルの内周側に設けられた内側送受電コイルと、を有し、
前記スイッチ回路は、前記内側送受電コイルの一端と前記共振容量を介して直列に接続される第１のスイッチ回路および並列に接続される第２のスイッチ回路と、前記外側送受電コイルの一端と直列接続される第３のスイッチ回路と、を有し、
前記外側送受電コイルの他端および前記内側送受電コイルの他端は、接地され、
前記制御回路は、前記第１のスイッチ回路および前記第２のスイッチ回路および前記第３のスイッチ回路をオン状態またはオフ状態とするための制御信号を出力し、
前記送受電コイルは、前記制御信号に基づき、直列共振方式と磁気共鳴方式とのいずれかに切り替わり、
前記スイッチ回路は、前記受電電力の前記電源部への入力を防止することを特徴とする非接触送受電装置。
【請求項７】
請求項６に記載の非接触送受電装置であって、
前記送受電コイルは、前記第１のスイッチ回路がオン状態および前記第２のスイッチ回路がオフ状態および前記第３のスイッチ回路がオフ状態である場合に、前記直列共振方式となり、
前記第１のスイッチ回路がオフ状態および前記第２のスイッチ回路がオン状態および前記第３のスイッチ回路がオン状態である場合に、前記磁気共鳴方式となることを特徴とする非接触送受電装置。
【請求項８】
電力を送電または受電する送受電コイルと、
前記送受電コイルと共振回路を構成する共振容量と、
前記送受電コイルへ送電電力を出力するとともに前記送受電コイルから受電電力を入力される送受電回路と、
前記送受電回路を介して前記送受電コイルに前記送電電力を供給する電源部と、
前記送受電回路を介した前記送電電力の供給と前記受電電力の出力とを切り替えるスイッチ回路と、
前記スイッチ回路を制御する制御回路と、
を備え、
前記送受電回路は、前記電源部からの前記送電電力を前記送受電コイルに出力する送電回路と、前記送受電コイルで受電した前記受電電力を出力する受電回路と、を有し、
前記スイッチ回路は、前記送電回路に電気的に接続された送電側スイッチ回路と、前記受電回路に電気的に接続された受電側スイッチ回路と、を有し、
前記制御回路は、前記送電側スイッチ回路および前記受電側スイッチ回路をオンまたはオフにするための制御信号を出力し、
前記送受電コイルは、電力を送電するための送電コイルと、前記送電コイルの内周側に設けられた受電コイルと、を有し、前記制御信号に基づいて、前記送電回路から出力された前記送電電力を送電し、または、送電された電力を磁気共鳴により受電し、
前記送電コイルは、前記共振容量と共振回路を構成し、
前記送電側スイッチ回路の一端は前記送電コイルと前記送電回路との間に電気的に接続されるとともに、前記送電側スイッチ回路の他端は接地され、
前記送電コイルの一端は前記共振容量を介して前記送電回路に電気的に接続されるとともに、前記送電コイルの他端は接地され、
前記受電コイルの両端は、前記受電回路に接続され、
前記受電側スイッチ回路は、前記受電回路と前記受電コイルの一端との間で直列接続され、
前記スイッチ回路は、前記受電電力の前記電源部への入力を防止することを特徴とする非接触送受電装置。
【請求項９】
請求項８に記載の非接触送受電装置であって、
前記送電コイルは、前記送電側スイッチ回路および前記受電側スイッチ回路がオフ状態の場合に、前記送電回路からの前記送電電力を送電し、
前記受電コイルは、前記送電側スイッチ回路および前記受電側スイッチ回路がオン状態の場合に、磁気共鳴により送電された電力を受電することを特徴とする非接触送受電装置。
【請求項１０】
電力を送電または受電する送受電コイルと、
前記送受電コイルと共振回路を構成する共振容量と、
前記送受電コイルへ送電電力を出力するとともに前記送受電コイルから受電電力を入力される送受電回路と、
前記送受電回路を介して前記送受電コイルに前記送電電力を供給する電源部と、
前記送受電回路を介した前記送電電力の供給と前記受電電力の出力とを切り替えるスイッチ回路と、
前記スイッチ回路を制御する制御回路と、
平板状の非金属性筺体と、
を備え、
前記非金属性筺体は、第１の面側に設けた前記送受電コイルと、
前記第１の面に置かれた送電対象と通信をする通信回路と、
前記通信回路の通信に基づいて、前記送受電コイルからの送電を開始させる制御部と、
前記第１の面と対向した第２の面側に設けた、前記第１の面側に設けた前記送受電コイルの数より多い複数の前記送受電コイルと、
前記第１の面と前記第２の面との間に設けられた磁性体シートと、
を備え、
前記スイッチ回路は、前記受電電力の前記電源部への入力を防止することを特徴とする非接触送受電装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の非接触送受電装置であって、
前記第１の面側に設けた前記送受電コイルは、メガヘルツ帯の周波数で送受電し、
前記第２の面側に設けた前記送受電コイルは、キロヘルツ帯の周波数で送受電することを特徴とする非接触送受電装置。
【請求項１２】
請求項１０に記載の非接触送受電装置であって、
前記非金属性筺体は、電力を出入力する出入力端子を備えることを特徴とする非接触送受電装置。
【請求項１３】
請求項１０に記載の非接触送受電装置であって、
前記非金属性筺体の面の向きを検出する重力センサを備え、
前記第１の面側に設けた前記送受電コイルと前記第２の面側に設けた前記送受電コイルは、前記重力センサが検出した面の向きに基づいて、送電モードと受電モードが切り替わることを特徴とする非接触送受電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁界結合を用いて非接触により電力の送電および受電を行う非接触送受電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
本技術分野の背景技術として、国際公開２０１２／１３３４４６号公報（特許文献１）がある。この特許文献１には、「本発明に係る一実施形態のワイヤレス給受電装置１００は、給受電コイル１１と、給受電コイルと共振回路を構成するための給受電コンデンサ１２と、給受電コイル１１と電磁結合する結合コイル１３と、給受電コイル１１から送電するための交流電力の調整、及び、給受電コイル１１によって受電する交流電力の調整のうちの少なくとも何れか一方の調整を行う電力調整部２０と、電力調整部２０に対する給受電コイル１１、給受電コンデンサ１２、及び、結合コイル１３の接続を切り替える切替部３０と、切替部３０を制御する切替制御部４０とを備える。」と記載されている（要約参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開２０１２／１３３４４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１では、送受電のモードに応じて給受電コイルの接続関係を切り替えることで、磁界共鳴結合あるいは直列共振での送受電を行っている。しかしながら、前記特許文献１では、送受電コイルでの切替えのほかに、電力調整部での切替えも必要となり、回路構成が複雑となる。
【０００５】
また、例えば携帯端末などを想定した場合、受電モード時は搭載のバッテリに充電を行い、送電モード時は搭載のバッテリから他の受電装置に充電を行うことから、受電モード時も送電回路に搭載バッテリの電圧が印加されている。この状態では、受電モード時に受電した受電電圧が送電モード時の電源電圧より高くなる場合があり、受電電圧による電流が送電側回路に流れて非接触送受電装置が故障する可能性がある。
【０００６】
また、特許文献１では、送受電のモードに応じて給受電コイルの接続関係を切り替えることで、磁界共鳴結合あるいは直列共振での送受電を行っているが、受電機能部と送電機能部でそれぞれのインピーダンスが異なる場合、送電モード時あるいは受電モード時にインピーダンス整合が不十分となり伝送効率が低下するという課題がある。また、受電の負荷状態によっても受電機能部のインピーダンスが変動するため、受電部の負荷状態によっても伝送効率が低下する課題がある。
【０００７】
そこで、本発明では、受電時の受電電圧（電力）による電流が送電電源側に逆流することを防止しつつ送受電効率のよい非接触送受電装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。  
本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、本発明の一例を挙げるならば、電力を送電または受電する送受電コイルと、送受電コイルと共振回路を構成する共振容量と、送受電コイルへ送電電力を出力するとともに送受電コイルから受電電力を入力される送受電回路と、送受電回路を介して送受電コイルに送電電力を供給する電源部と、送受電回路を介した送電電力の供給と受電電力の出力とを切り替えるスイッチ回路と、スイッチ回路を制御する制御回路と、を備え、スイッチ回路は、受電電力の電源部への入力を防止することを特徴とする非接触送受電装置である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、電時の受電電圧（電力）による電流が送電電源側に逆流することを防止しつつ送受電効率のよい非接触送受電装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１の実施形態における非接触送受電装置の回路構成の一例である。
【図２】第２の実施形態における非接触送受電装置の回路構成の一例である。
【図３Ａ】第３の実施形態における非接触送受電装置の回路構成の一例である。
【図３Ｂ】図３Aにおけるスイッチ回路の構成の一例である。
【図４】第４の実施形態における非接触送受電装置の回路構成の一例である。
【図５】第５の実施形態における非接触送受電装置の回路構成の一例である。
【図６】第６の実施形態における非接触送受電装置の回路構成の一例である。
【図７】第７の実施形態における非接触送受電装置の回路構成の一例である。
【図８Ａ】第８の実施形態における非接触送受電装置を上側から見た図である。
【図８Ｂ】第８の実施形態における非背触送受電装置を下側から見た図である。
【図９】第９の実施形態の非接触送受電装置においてMHｚ帯の周波数で送電する場合を示した図である。
【図１０】第９の実施形態の非接触送受電装置においてｋHｚ帯の周波数で送電する場合を示した図である。
【図１１】第１０の実施形態における非接触送受電装置の一例である。
【図１２】第１１の実施形態における非接触送受電装置の一例である。
【図１３】第１２の実施形態における非接触送受電装置の一例である。
【図１４】第１３の実施形態における非接触送受電装置の一例である。
【図１５】第１４の実施形態における非接触送受電装置の一例である。
【図１６】各実施形態の非接触送受電装置が送受電を開始するまでの動作を示す制御フローの一例である。
【図１７】第１５の実施形態における非接触送受電装置の一例である。
【図１８】第１６の実施形態における非接触送受電装置の一例である。
【図１９】従来の送受電回路の一例を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
近年、無線給電においては、マイクロ波などの電波を用いるものや磁界結合を用いた電磁誘導方式などが検討されている。しかしながら、マイクロ波による無線給電は、伝送距離に優れるものの伝送効率に改善の余地があり実用化には至っていない。これに対し、電磁誘導方式による無線給電は、伝送距離が数ｃｍ程度であるが送受電に用いられるコイルの伝送効率は９０％程度の高い効率が得られていることから、磁界結合による電力の伝送に期待が集まっている。
【００１２】
現在、磁界結合に用いられる送電周波数としては、１００ｋＨｚ帯、４００ｋＨｚ帯、６.７８ＭＨｚ帯および１３.５６ＭＨｚ帯などが考えられている。
【００１３】
図１９は、従来の送電と受電の双方向の非接触充電が可能な送受電装置の構成を示したもので、送電と受電のどちらの動作も行うことが可能な構成となっている。なお、図の無線給電の方式は、ＷＰＣ（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  Ｐｏｗｅｒ  Ｃｏｎｓｏｒｔｉｕｍ）規格のものであり、送電周波数は１００ｋＨｚ帯である。
【００１４】
従来の非接触送受電装置の回路は、電圧調整が可能な電源１０１と、ゲートドライブ入力端子１０２、１０３と、電界効果トランジスタ１０４、１０５と、整流用ダイオード１０６、１０７と、共振容量１１０と、送受電コイル１１１と、平滑容量１２２と、整流電圧出力端子１２５、１２６と、を有している。ここで、図１９においては、送電モードと受電モードの非接触送受電装置を示しており、共通する構成については説明の省略のため同一の数字に（’）をつけて表示している。
【００１５】
整流用ダイオード１０６が並列に接続された電界効果トランジスタ１０４のソース、および、整流用ダイオード１０７が並列に接続された電界効果トランジスタ１０５のドレインの接続点は、共振容量１１０を介して送受コイル１１１が接続される。また、電界効果トランジスタ１０４のドレインと電界効果トランジスタ１０５のソースには電源１０１が接続される。
【００１６】
また、整流用ダイオード１０６’が並列に接続された電界効果トランジスタ１０４’のドレイン、および、整流用ダイオード１０７’が並列に接続された電界効果トランジスタ１０５’のソースは、平滑容量１２２に並列に接続されるとともに、整流電圧出力端子１２５、１２６に接続される。
【００１７】
図１９において、ゲートドライブ入力端子１０２、１０３に入力された送電周波数に等しい信号を印加することで、送受電コイル１１１には送電周波数で共振するスイッチング電流が流れ、強い磁界が発生する。この磁界を送受電コイル１１１‘により受電し、整流用ダイオード１０６’と１０７’で構成される倍電圧整流回路により整流電圧出力端子１２５、１２６の両端に整流電圧が出力される。
【００１８】
このとき、整流電圧出力端子１２５、１２６の両端に電圧を印加するとともに、ゲートドライブ入力端子１０２’、１０３’に送電周波数の信号が入力されると、送受電コイル１１１’からは送電電力が出力される。送電の電力は、電源１０１の電圧により調整される。図の回路では送電される送電周波数は１００ｋＨｚ程度となっている。
【００１９】
以上のように、電源電圧とゲートにスイッチング電圧を印加することで受電回路が送電回路に変更することが可能となっており、逆に送電回路から受電回路への変更も可能となっている。
【００２０】
しかしながら、図１９に示す従来の方式では、送電周波数が１００ｋＨｚ帯の場合を想定しており、６.７８ＭＨｚ帯や１３.５６ＭＨｚ帯などの比較的周波数の高い方式での送受電回路構成が考慮されていない。また、図１９では、送受電コイルは直列共振構成のため、送電時も受電時も直列共振による伝送となるが、一般的な非接触給電では、送電のアンプや受電側の整流出力に接続される電源回路のインピーダンス整合性を考慮すると、送電は直列共振、受電は並列共振とする構成が望ましい。このため、図１９の送受電回路では、送電時と受電時で異なる共振回路構成にできない。
【００２１】
また、携帯端末などの携帯機器などでは小型、薄型化が進んだ反面、充電の時のコネクタ接続が煩わしい状況にあり、無線給電による充電の要求が高まっている。
【００２２】
しかしながら、携帯機器などでは小型、薄型化に伴い、バッテリ容量の不足から通話中などにバッテリ切れが発生することが予想される。この時、例えば他の携帯端末に搭載された非接触充電回路が非接触の充電器となり、バッテリ切れの端末に非接触で充電することができれば不用意なバッテリ切れをなくすことが可能となる。  以上説明したように、充電対象機器の対応周波数や充電したい状況に応じて利用可能であり、また、小型な非接触送受電装置が望まれている。また、受電時の受電電圧による電流が送電電源側に逆流することを抑止可能な保護機能付加に伴う伝送効率低下の少ない非接触送受電装置が望まれている。
【００２３】
さらに、共振周波数の調整が可能で送電時と受電時でインピーダンス整合の調整を可能とすることにより、送電時あるいは受電時の伝送効率の低下を抑えることができる非接触送受電装置や負荷状態によりインピーダンス整合が変動した場合でも伝送効率の低下の少ない非接触送受電装置が望まれている。
【００２４】
以降、本発明における非接触送受電装置の実施形態について述べる。
［第１の実施形態］
本実施形態における非接触送受電装置の回路構成について図１を用いて説明する。図１は、本実施形態における非接触送受電装置の回路構成の一例を示している。
【００２５】
本実施形態における非接触送受電装置は、制御回路１０８と、変復調回路１０９と、スイッチ回路１７１、１７２、２３０と、共振容量１７３と、送受電コイル１１１、１７４を有する。さらに、スイッチ回路２３０は、スイッチ端子２３１、２３２と、スイッチ制御端子２３３より構成される。その他、図１９の従来技術で示した非接触送受電装置の回路構成と同じ働きを行う部分は同一符号を付し説明を省略する。また、送電側と受電側で対称形となる同じ回路構成部分については同一符号を付し、受電側には末尾にダッシュ（’）を付す。
【００２６】
図１９の従来技術で示した非接触送受電装置の回路構成と本実施形態との異なる点について、以下に説明する。本実施形態では、電源１０１は、スイッチ回路２３０を介して送電側のハーフブリッジ回路出力の電界効果トランジスタ１０４のドレインに接続されるとともに、整流電圧出力端子１２５に接続され、さらに、送電側のハーフブリッジ回路出力の電界効果トランジスタ１０４のソースと電界効果トランジスタ１０５のドレインの接続点に変復調回路１０９を接続している。
【００２７】
また、本実施形態では、スイッチ回路１７１を介して共振容量１１０と送受電コイル１１１を接続し、スイッチ回路１７２を介して共振容量１７３と送受電コイル１７４を接続している。また、制御回路１０８は変復調回路１０９に接続されている。制御回路１０８は、送電側のスイッチ回路２３０をオン状態にすることで電源１０１の電圧を送電側のハーフブリッジ回路出力の電界効果トランジスタ１０４のドレインに供給するとともに、ゲートドライブ端子１０２、１０３にドライブ信号を印加する。
【００２８】
ここで、スイッチ回路をオン状態にするとは、接点を閉じることに加え、電界効果トランジスタのソースとドレインとの間に電流が流れる状態にすることを含むものとする。また、スイッチ回路をオフ状態にするとは、接点を開くことに加え、電界効果トランジスタのソースとドレインとの間に電流が流れない状態にすることを含むものとする。
【００２９】
また、各実施形態の説明において、送電モードである非接触送受電装置を送電装置、また、受電モードである非接触送受電装置を受電装置という場合がある。
【００３０】
制御回路１０８‘は、受電側のスイッチ回路２３０‘をオフ状態にすることで、受電側のハーフブリッジ回路の電界効果トランジスタのドレインとソース間に接続された整流用ダイオード１０６’、１０７‘により、整流された受電電力を整流電圧出力端子１２５’、１２６‘に出力するように制御する。
【００３１】
なお、スイッチ回路２３０は、受電の整流電圧が電源１０１より高くなった場合に、受電電力が電源１０１側に逆流することを抑止しているが、逆流防止用のダイオードを用いない構成のため、送電時の電力損失が少ない非接触送受電装置が得られる。従って、スイッチ回路２３０により、簡易な回路構成で送受電の切り替えを行うことができ、また、受電時の受電電圧による電流が送電電源側に逆流することを抑止する保護機能を低損失で実現することができる。スイッチ回路２３０の詳細については、後述する。
【００３２】
また、本実施形態の非接触送受電装置で送電する場合、スイッチ回路１７１および１７２により送電するコイルを制御回路１０８により選択可能となっている。同様に、受電する場合、スイッチ回路１７１‘および１７２’により受電するコイルを制御回路１０８‘により選択可能となっている。
【００３３】
送電動作時も受電動作時も、コイル数はそれぞれ２つであるが、さらに多くのコイルがあってもよい。また、受電動作時の変復調回路１０９‘では、負荷変調を行い充電電力の反射波を用いて送電側と認証や充電制御のための制御を行う。一方、送電動作時の変復調回路１０９では、受電側からの変調信号を復調し、制御回路１０８により送電電力調整などの充電制御を行う。
【００３４】
また、送電あるいは受電に用いるコイルをスイッチ回路で選択することが可能のため、送電動作をするに際し、受電動作をする非接触送受電装置の置かれた位置において送受電コイルの結合が最も強くなるように送電するコイルの選択をすることが可能となる。
【００３５】
なお、送受電コイルの選択方法の一例として、送受電コイルを切り替えた場合の受電装置の受電電力値を変復調回路１０９‘により送信してもらい、送電装置の制御回路１０８において、受電電力と送電電力の比で求められ電源効率が最も高くなるように送受電コイルの組み合わせを決定すればよい。
【００３６】
以上の構成では、送電と受電が可能であり、さらに充電制御、認証に必要な通信が可能であり、送電コイルに対し受電のコイルの置き方がより自由に置くことができる送受電回路を得ることができる。
【００３７】
さらに、送受装置に複数のコイルを用いて最も結合するコイルを選択可能な構成とすることでコイル間結合が密結合となるため、伝送距離が比較的短い１００ｋＨｚ帯であっても伝送効率低下の少ない非接触送受電装置を得ることができるため、送受電装置１８の１００ｋＨｚの送受電回路に用いることも可能である。
［第２の実施形態］
本実施形態の非接触送受電装置の回路構成について、図２を用いて説明する。図２は、本実施形態における非接触送受電装置の回路構成の一例を示す。
【００３８】
本実施形態の非接触送受電装置は、ゲートドライブ入力端子１３１と、チョークコイル１３２と、電界効果トランジスタ１３３と、整流用ダイオード１３４と、容量１３５、１３７と、インダクタ１３６と、ローパスフィルタ１３８と、共振容量１３９と、送受電コイル１４０と、制御回路１４１と、通信回路１４２と、アンテナ１４３と、を有する。
【００３９】
電界効果トランジスタ１３３のドレイン側は、チョークコイル１３２を介し電圧調整が可能な電源１０１に接続されている。電界効果トランジスタ１３３のドレイン−ソース間には整流用ダイオード１３４と容量１３５が並列に接続されている。電界効果トランジスタ１３３のドレイン側は、インダクタ１３６と容量１３７を介しローパスフィルタ１３８に接続される。ローパスフィルタ１３８は、共振容量１３９と送受電コイル１４０とに接続される。
【００４０】
また、通信回路１４２は、アンテナ１４３と制御回路１４１に接続される。制御回路１４１は、ゲートドライブ入力端子１３１にドライブ信号を送り、電界効果トランジスタ１３３を制御する。
【００４１】
図２に示すように、回路構成が対称形であるため、受電側の重複する部分の説明は省略する。
【００４２】
まず、本実施形態の非接触送受電装置が送電する場合について説明する。図の送電回路はＥ級アンプと呼ばれるスイッチアンプが用いられており、チョークコイル１５８は、送電周波数においてリアクタンス値が無限大と見なせるほど大きい値を選ぶことで、送電信号への影響なく電界効果トランジスタ１３３のドレインに電源供給を行っている。
【００４３】
また、電界効果トランジスタ１３３がオフ状態のときは、容量１３５、１３７とインダクタ１３６により共振回路を構成することから、このときの共振周波数をｆ１、一方、電界効果トランジスタ１３３がオン状態のときは、容量１３７とインダクタ１３６による共振回路となるため、この共振周波数をｆ２とし、送電周波数をｆ０とすると、ｆ２＜ｆ０＜ｆ１の関係が成り立つように容量１３５、１３７とインダクタ１３６の値を選んでいる。
【００４４】
上記条件においてゲートドライブ入力端子１３１にドライブ信号を入力して電界効果トランジスタ１３３にスイッチ動作させると、電界効果トランジスタ１３３のドレイン側から効率よく送電信号（電力）が出力される。これにより、送電コイル１４０からは強い磁界が発生し、電力を送電する。
【００４５】
次に、受電する場合について説明する。送電周波数と同じ周波数で受電を行った場合、容量１３５’、１３７’とインダクタ１３６’による共振周波数ｆ１と、容量１３７’とインダクタ１３６’による共振周波数ｆ２と、受電の周波数ｆ０には、ｆ２＜ｆ０＜ｆ１の関係が成り立つことから、ダイオード１３４‘により効率よく整流された整流電圧が整流電圧出力端子１２５’、１２６’より出力される。
【００４６】
このように、本実施形態の非接触送受電装置での送受電動作において、ゲートドライブ入力端子１３１‘に対し、ドライブ信号の印加をストップし、送電コイル１４０‘より受電を行うとチョークコイル１３２’より整流電圧が発生するため、可逆の動作が可能となる。また、このアンプ構成はＥ級のスイッチアンプであるので、ＭＨｚ帯の比較的高い周波数まで動作可能となっている。
【００４７】
また、通信回路１４２は、受電側の通信回路１４２‘と通信を行うことで、認証と送電の際の送電電力制御や受電装置に搭載したバッテリの充電が終了した場合に送電をストップさせるなどの制御を制御回路１４１により行う。
【００４８】
以上の構成では、従来は１００ＫＨｚ程度のスイッチ動作であったが、Ｅ級アンプを用いることでＭＨｚ帯において動作可能な送受電回路を得ることができる。さらに、送受電装置１８のＭＨｚ帯の送受電回路にも適用が可能である。
［第３の実施形態］
本実施形態では、図２で示した非接触送受電装置の回路構成における電源回路と制御回路の構成の一例について、図３Aを用いて説明する。図３Aは、本実施形態における非接触送受電装置の回路構成の一例を示している。
【００４９】
本実施形態における非接触送受電装置は、電源・制御部２００を有する。電源・制御部２００は、ドライバ回路２０１と、平滑容量２０２と、制御出力端子２０５、２０６、２０７と、ダイオード２０８、２１３と、電源回路２０９と、制御回路２１０と、通信回路２１１と、アンテナ２１２と、ドレイン接続端子２１４と、電源制御回路２１７と、電源端子２２４と、ドライブ信号出力端子２２５と、送電側スイッチ回路２３０ａと、受電側スイッチ回路２３０ｂと、スイッチ端子２３１、２３２と、スイッチ制御端子２３３とを有する。図４で示した第３の実施形態における非接触送受電装置の回路構成と同じ構成および動作を行うものは、同じ符号を付し説明を省略する。
【００５０】
電源端子２２４から電源制御回路２１７に電力が供給されると、電源制御回路２１７の電圧出力は、送電側スイッチ回路２３０ａとチョークコイル１３２を介してドレイン接続端子２１４に入力される。送電側スイッチ回路２３０ａとチョークコイル１３２の接続点は、接地容量１２２を介して高周波接地されるなお、チョークコイル１３２は送電周波数においてリアクタンス値が無限大と見なせるほど大きい値を選ぶことで、送電信号への影響なく電界効果トランジスタ１３３のドレインに電源供給を行っている。
【００５１】
また、この接続点には、受電動作している場合には、ドレイン接続端子２１４から整流された電圧（電力）が出力されるため、受電動作用の電源回路２０９に接続される。電源回路２０９では、入力された受電電圧を一定の電圧値に変換し、受電側スイッチ回路２３０ｂを介して整流電圧出力端子１２５、１２６から受電電圧として出力する。
【００５２】
ドレイン接続端子２１４は、Ｅ級の送電アンプである電界効果トランジスタ１３３のドレイン側に接続される。電界効果トランジスタ１３３のゲートは、ドライブ信号出力端子２２５を介してドライバ回路２０１に接続される。ドライバ回路２０１は、電源制御回路２１７から電源が供給されるとともに、制御回路２１０により制御される。送電動作の場合、制御回路２１０は、ドライバ回路２０１を制御し、送電周波数で電界効果トランジスタ１３３をスイッチ（駆動）させる。
【００５３】
制御回路２１０は、電源回路２０９、通信回路２１１、受電側スイッチ回路２３０ａ、受電側スイッチ回路２３０ｂを制御する。制御回路２１０は、送受電される電力経路を切り替えて制御するために、制御出力端子２０５、２０６、２０７を備えている。
【００５４】
次に、本実施形態における非接触送受電装置が送電を行う場合について説明する。送電モードの場合、電源端子２２４に送電のための電圧が印加することで、電源制御回路２１７からダイオード２１３を介して制御回路２１０、通信回路２１２に電圧を供給する。制御回路２１０は、電源回路２０９および受電側スイッチ回路２３０ｂをオフにする一方、送電側スイッチ回路２３０ａとドライブ回路２０１をオンにする。これにより、電界効果トランジスタ１３３は駆動されるので、非接触送受電装置は、送受電コイル１４０から送電を開始する。
【００５５】
この時の送電は、送電コイルの近くに対象となる受電装置（図示せず）が置かれた場合に、受電装置の通信回路が動作するのに必要な程度の電力の大きさで行う。また、送電側の通信回路２１２は、対象となる受電装置と通信を行うためビーコン信号などを送信する。
【００５６】
なお、このときの送電とビーコン信号の送信は連続であっても間欠動作であってもよい。通信回路２１２から対象となる受電装置の通信回路に信号を送信し、受電装置の通信回路から返信があった場合、制御回路２１０は対象の受電装置に対して認証を行う。制御回路２１０は、受電装置に充電が必要と判断した場合は、電源制御回路２１７により、ドレイン接続端子２１４を介して電界効果トランジスタ１３３に印加する電圧を上げることで送電電力をアップさせ、受電装置の充電を開始する。
【００５７】
これにより、受電モードの非接触送受電装置側にいきなり大きな電力を送ることによる故障を防止することができる。また、受電装置がすでに満充電である場合の過充電を防止することができる。
【００５８】
電源制御回路２１０は、充電中には、受電装置から充電中の受電電力量や満充電になったか等の充電の状態を、受電装置の通信回路から通信回路２１２を介して受信し、適切な送電電力で送電するなどの制御を行う。そして、満充電に達した場合、電源制御回路２１７は送電電力を下げて、または、送電を止めて充電を完了する。
【００５９】
なお、充電の場合は一般的には送電コイルは上向きに、受電の場合は下向きに置かれることから、送受電装置の向きをセンサ等により検出することで送電モードか受電モードかを切り替えてもよい。また、利用者が図示しない入力装置などを用いて送電モードか受電モードかを設定してもよい。送電モードとなった場合には、上述したように、受電装置側の通信回路が動作する程度の電力を受電装置に送電するとともに、受電装置と通信するためのビーコン信号を通信回路２１１に送信する。
【００６０】
次に、受電を行う場合の動作について説明する。非接触送受電装置が受電モードの場合、非接触送受電装置に搭載されているバッテリなどから電源端子２２４に電圧を印加し、制御回路２１０、通信回路２１１を動作させる。制御回路２１０は、送電側スイッチ回路２３０ａとドライバ回路２０１をオフにする一方、電源回路２０９、スイッチ回路２３０ｂをオンにする。
【００６１】
通信回路２１１は、送電装置からのビーコン信号等の受信を行う。通信回路２１１は、ビーコン信号を受信した場合、送電装置側の通信回路と認証を行う。認証が完了した場合、送電装置からの送電電力は、送受電コイル１４０を介して受電される。受電された電力は、整流用ダイオード１３４により整流され、チョークコイル１３２を介して電源回路２０９に入力される。
【００６２】
入力された電力は、一定の電圧に変換され、受電側スイッチ回路２３０ｂを介して整流電圧出力端子１２５、１２６により出力される。そして、送受電装置に搭載されたバッテリ（図示せず）などに充電される。そして充電が満充電となった場合は通信回路２１１を介して送電装置に充電の完了を通知して充電を完了する。
【００６３】
以上は電源端子２２４に電圧が印加された場合であるが、非接触送受電装置のバッテリが空の状態などにより、電源端子２２４に電圧ほとんど印加されていない場合の受電の動作について説明する。
【００６４】
電源端子２２４に電圧が印加されていない、または、バッテリ電圧が不十分な状態では、制御回路２１０、通信回路２１１がオンできないため、他の送電装置との通信ができない。しかし、送電モードの非接触送受電装置の送受電コイルからは受電モードの非接触送受電装置側の通信回路がオン状態となるだけの送電電力が送電されている。
【００６５】
そのため、送電モードの非接触送受電装置の送電コイル上に受電モードの非接触送受電装置を置くことにより、整流用ダイオード１３４からの整流電圧を電源回路２０９とダイオード２０８を介して供給することが可能である。これにより、制御回路２１０および通信回路２１１をオンにすることができるので、送電装置と通信が可能となり受電を行うことができる。
【００６６】
なお、電源制御回路２１７から制御回路２１０への電圧供給について、ダイオード２０８を介して行っているのは、電源制御回路２１７からの電圧による電流が電源回路２０９側に逆流しないようするためである。同様に電源回路２０９からの電圧による電流が電源制御回路２１７側に逆流しないようにダイオード２１３を挿入している。
【００６７】
このようにダイオード２０８、２１３を挿入しているのは、受電時に電源端子２２４に電圧が印加されている場合にこの経路によっても電流が逆流してしまうことを防ぐためである。なお、ここに流れる電流は小さく損失が小さいことから、電界効果トランジスタではなくダイオードを用いることで回路構成を簡略化している。
【００６８】
次に、本実施形態において、送電側スイッチ回路２３０ａと受電側スイッチ回路２３０ｂを電界効果トランジスタ等で構成した実施形態について説明する。図３Bは、図３Aにおける送電側スイッチ回路２３０aと受電側スイッチ回路２３０ｂ（単にスイッチ回路という。）の構成の一例を示したものである。
【００６９】
図３Bに示すように、スイッチ回路は、Ｐ型電界効果トランジスタ２１８、２１９と、接地抵抗２２０、２３８と、ゲート抵抗２２１、２２２と、Ｎ型電界効果トランジスタ２２３と、バイアス抵抗２３４、２３６と、ダイオード２３５、２３７を有する。その他、図３Ａと同じ動作を行うものは同じ符号を付し説明を省略する。
【００７０】
Ｐ型電界効果トランジスタ２１８、２１９は、それぞれドレイン側同士で接続され、接地抵抗２２０を介して接地される。P型電界効果トランジスタ２１８、２１９のゲートは、それぞれゲート抵抗２２１、２２２を介して共通接続点に接続され、その共通接続点は、各ソース端よりそれぞれバイアス抵抗２３４、２３６とダイオード２３５、２３７を介して各ゲートにソース電圧を印加する構成となっている。
【００７１】
また、共通接続点は、ソース側が接地されたＮ型電界効果トランジスタ２２３のドレインが接続される。N型電界効果トランジスタ２２３のゲートは、接地抵抗２３８により接地されるとともにスイッチ制御端子２３３に接続される。
【００７２】
以上の構成では、スイッチ端子２３１、２３２に接続されたそれぞれのソースに電位差が発生した場合、どちらか電位の高いほうの電圧が抵抗とダイオードを介して各ゲートに加わる。そのため、どちらかのソース端子の電圧が高い状態でも、Ｎ型電界効果トランジスタ２２３のゲートがローレベルのとき、Ｐ型電界効果トランジスタ２１８、２１９のゲートとソース間電圧はほぼ０Ｖとなるため、スイッチ端子２３１、２３２間はオフ状態となる。
【００７３】
このため、電源制御回路２１７からの電圧がスイッチ端子２３１に印加された状態（送電モード）であるにもかかわらず送受電コイル１４０から受電を行った場合に、受電した整流電圧が電源電圧より高くなったとしても、上述したスイッチ回路を用いることで、受電した整流電圧の電源側への逆流を抑え、非接触送受電装置の故障を防止することが可能となる。
【００７４】
さらに、P型電界効果トランジスタ２１８、２１９の共通接続されたドレイン電位が、P型電界効果トランジスタ２１８、２１９がオフ状態の時に不確定となり、ノイズなどの影響でP型電界効果トランジスタ２１８、２１９が誤って誤動作しないようにドレインを接地抵抗２２０により接地するとともに、各ゲートはゲート抵抗２２１、２２２を介して電圧を印加している。
【００７５】
すなわち、スイッチ回路２３０は、非接触送受電装置の故障を防止する回路保護部としての機能を有するのである。
【００７６】
なお、送電時はＮ型電界効果トランジスタ２２３のゲートにハイレベルの電圧を印加するとＰ型電界効果トランジスタ２１８、２１９のゲートとソース間電圧は負電圧が加わり、さらに、しきい値電圧（負の値）よりも小さくなると電界効果トランジスタ２１８、２１９はオン状態となるので送電が可能となる。なお、スイッチ回路２３０に用いられている電界効果トランジスタは、エンハンスメント型が用いられる。
【００７７】
以上、本実施形態によれば、スイッチ回路２３０ａ、２３０ｂには逆流防止用として一般的に用いられるダイオードに比べオン抵抗がほとんど無視できる電界効果トランジスタでスイッチ回路を構成しているので、ここでの損失が少なく電源効率に優れた非接触送受電装置を得ることができる。
［第４の実施形態］
本実施形態における非接触送受電装置の回路構成について、図４を用いて説明する。図４は本実施形態における非接触送受電装置の回路構成の一例を示す。
【００７８】
本実施形態における非接触送受電装置は、ゲートドライブ入力端子２４１、２４２と、Ｎチャネル型の電界効果トランジスタ２４３、２４４と、整流用ダイオード２４５、２４６と、Ｅ級アンプの共振回路を構成する容量２４７、２４８と、チョークコイル２４９と、中間タップつきのトランス２５０と、電界効果トランジスタ２４３、２４４で発生する高調波が送受電コイル１４０より漏洩することを抑えるためのローパスフィルタを構成する容量２５２、２５４と、インダクタ２５３と、共振容量１３９とを有している。なお、容量２４７、２４８は、Ｅ級アンプにおいて送電周波数に共振させるための共振容量であり、容量２５２、２５４は、Ｅ級アンプで発生した高調波を抑圧するためのフィルタ容量であり、同じ容量であるがその目的は異なるものである。
【００７９】
電界効果トランジスタ２４３、２４４はソース側同士が接続される。また、電界効果トランジスタ２４３、２４４のドレイン−ソース間には、それぞれ整流用ダイオード２４５、２４６と容量２４７、２４８とが並列に接続される。
【００８０】
電界効果トランジスタ２４３、２４４のソース側は接地され、さらにドレイン側は中間タップがある側のトランス２５０の両端に接続される。また、トランス２５０の中間タップは、チョークコイル２４９を介して電圧調整が可能な電源１０１に接続される。
【００８１】
中間タップがないトランス２５１側は、容量２５２とインダクタ２５３、容量２５４で構成されるπ型のローパスフィルタを介して共振容量１３９と送受電コイル１４０に接続される。
【００８２】
受電側は、送電側と構成が一緒のため、説明を省略する。
【００８３】
以上の構成は、プッシュプルタイプのE級アンプである。まず、本実施形態の非接触送受電装置で送電する場合について説明する。主に容量２４７、２４８とタップ付きトランス２５０のインダクタンス値により定まるスイッチ周波数と共振容量１３９と送受電コイルの１４０による共振周波数とが等しい場合に、ゲートドライブ入力端子２４１、２４２から互いに逆相となる送電周波数の信号を印加してスイッチ動作を行うと、中間タップ付きトランス２５０からは効率よく送電電力が出力され、送電コイル１４０からは強い磁界が発生する。なお、容量２５２、２５４およびインダクタ２５３により構成されるローパスフィルタは、電界効果トランジスタ２４３、２４４で発生する高調波の漏洩を抑止している。
【００８４】
次に、本実施形態の非接触送受電装置で受電する場合について説明する。送受電コイル１４０‘と共振容量１３９’による共振周波数、および、容量２４７‘、２４８‘と中間タップ付きトランス２５０’による共振周波数が、送電された電力の周波数と等しい値となる場合に、送電された電力は、送受電コイル１４０‘から受電されると、効率よく整流用ダイオード２４５’、２４６‘に印加される。この印加された電圧は、整流用ダイオード２４５’、２４６‘によって整流され、整流電圧出力端子１２５’、１２６‘に出力される。
【００８５】
なお、送電時と受電時では送受電コイル１４０との整合インピーダンスが異なることが考えられる。この場合、送受電コイル１４０と後段の回路との整合を送電時と受電時でインピーダンス整合を切り替える必要がある。この場合、容量２５２、２５４およびインダクタ２５３により構成されるローパスフィルタの容量２５２、２５４の値を送電時と受電時で調整することでインピーダンス整合を取ることは可能である。
【００８６】
具体的には、容量と直列に電界効果トランジスタによるスイッチ回路を付加した直列接続体を複数並列に接続し、これらの電界効果トランジスタをオンオフして容量値を可変することで整合の調整を行うことは可能である。
【００８７】
また、送電時と受電時の送受電コイル１４０の共振周波数調整は共振容量１３９と並列にトリマコンデンサなどを付加しておけば調整は可能である。なお、これら共振周波数の調整は、送電時と受電時では回路が対称で送電時と受電時で同じ共振回路を用いていることから送電時か受電時のどちらかで調整を行えばよい。
【００８８】
以上、本実施形態の非接触送受装置路では、第４の実施形態で示した非接触送受電装置と比較すると、プッシュプル構成となっているため、整流用ダイオードに印加される電圧も半分となる。従って、整流用ダイオードには耐圧が低く低損失なものを使うことができるとともに、高効率、低損失な送受電回路を得ることができる。
［第５の実施形態］
本実施形態における非接触送受電装置の回路構成について、図５を用いて説明する。図５は、本実施形態における非接触送受電装置の回路構成の一例を示したものである。
【００８９】
本実施形態の非接触送受電装置の回路構成は、送電コイル３０１と、負荷コイル３０２と、共振容量３０３と、容量３０４、３１６、３２１、３２３と、インダクタ３２２と、Ｎ型電界効果トランジスタ３０５、３０７、３１３、３１５、３３１、３３３と、接地抵抗３０６、３１４、３３２と、ゲート抵抗３０９、３１０、３１７、３１８、３３４、３３５と、調整容量３３０と、バッテリ３３６と、を有する。その他、第２の実施形態における非接触送受電装置の回路構成と重複する部分については同じ符号を付し説明を省略する。
【００９０】
送電コイル３０１と共振容量３０３は直列に接続され、共振回路を構成している。共振回路は送電周波数で共振する。Ｎ型電界効果トランジスタ３３１と３３２は、それぞれのソース側が接続されている。共振回路は、N型電界効果トランジスタ３３１のドレイン側に接続され、N型電界効果トランジスタ３３３のドレイン側は、ローパスフィルタ１３８に接続される。
【００９１】
Ｎ型電界効果トランジスタ３３１のドレイン側は、調整容量３３０により接地され、ソースはＮ型電界効果トランジスタ３３３のソースと共通接続されるとともに、接地抵抗３３２により接地される。N型電界効果トランジスタ３３１、３３３のゲートは、それぞれゲート抵抗３３４、３３５を介して電源制御回路部２００の制御出力端子２０６に接続され、Ｎ型電界効果トランジスタ３３３のドレインはローパスフィルタ１３８に接続される。
【００９２】
Ｎ型電界効果トランジスタ３０５のドレインは、容量３０４を介して共振回路に接続される。N型電界効果トランジスタ３０５と３０７は、ソース側同士で接続され、Ｎ型電界効果トランジスタ３０７のドレイン側は接地される。また、N型電界効果トランジスタ３０５、３０７のソースは、接地抵抗３０６を介して接地される。N型電界効果トランジスタ３０５、３０７のゲートは、それぞれゲート抵抗３０９、３１０を介して制御出力端子２０５に接続される。
【００９３】
負荷コイル３０２の一端は接地され、他端はソースが共通接続されたＮ型電界効果トランジスタ３１３、３１５の両ドレイン間および容量３１６を介してローパスフィルタ１３８に接続される。Ｎ型電界効果トランジスタ３１３、３１５のソースは、接地抵抗３１４によりＧＮＤに接続される。Ｎ型電界効果トランジスタ３１３、３１５のゲートはそれぞれゲート抵抗３１７、３１８を介して制御出力端子２０７に接続される。
【００９４】
電源制御回路部２００の整流電圧出力端子１２５、１２６はバッテリ３３６に接続される。なお、バッテリ３３６の電源を送電に用いたい場合は、電源端子２２４を整流電圧出力端子１２５に接続しても良い。
【００９５】
次に、本実施形態の非接触送受電装置で、整合が取り易い直列共振構成で送電する場合について説明する。電源制御回路部２００は、制御出力端子２０７をローレベルとして、受電側スイッチ回路を構成するＮ型電界効果トランジスタ３１３、３１５をオフ状態とすることにより、負荷コイル３０２とローパスフィルタ１３８間の接続をオープン状態とする。
【００９６】
また、電源制御回路部２００は、制御出力端子２０５をローレベルとして、第１送電側スイッチ回路を構成するＮ型電界効果トランジスタ３０５、３０７をオフ状態に、制御出力端子２０６をハイレベルとして、第２送電側スイッチ回路を構成するＮ型電界効果トランジスタ３３１、３３３をオン状態とする。これにより、送電コイル３０１と共振容量３０３で構成される直列共振回路がローパスフィルタ１３８に接続される。
【００９７】
また、電源制御回路部２００は、ドレイン接続端子２１４より電界効果トランジスタ１３３のドレインに電源電圧を印加するとともに、ドライブ信号出力端子２２５からのドライブ信号により電界効果トランジスタ１３３をスイッチ動作（駆動）させる。これにより、電源制御回路２００から入力される電圧が、ローパスフィルタ１３８を介して送電コイル３０１より送電される。
【００９８】
上記送電の状態において、受電装置との距離が離れて置かれた場合や、送電コイルの中心からずれているなどして送受電のコイル間結合が小さく、伝送効率が劣化している場合において、共振構成を切り替える動作について説明する。
【００９９】
電源制御回路部２００は、第１送電側スイッチ回路から構成されるＮチャネル型の電界効果トランジスタ３０５、３０７をオンにし、受電側スイッチ回路を構成するＮチャネル型の電界効果トランジスタ３１３、３１５をオン状態、Ｎチャネル型の電界効果トランジスタ３３１、３３３をオフにする。このような動作を行うことにより、送電コイル３０１と共振容量３０３による共振回路がローパスフィルタ１３８側に対してオープン状態となり、代りに負荷コイル３０２がローパスフィルタ１３８に接続される。これにより、送電電力は負荷コイル３０２から磁気的結合により送電コイル３０１と共振容量３０３による共振回路に給電され、そこから受電装置に送電されるので、磁気共鳴方式となる。このため、コイル間の結合が低下した状態でもコイル間効率低下はより小さくすることができる。
【０１００】
なお、これらの切り替えは、電源制御回路部２００が電力の送電効率を監視し、この送電効率が予め定めた値以下になった場合に、直列共振の構成から磁気共鳴方式の構成に切り替えとなるようにしてもよいし、ユーザが手動で切り替えられるようにしてもよい。
【０１０１】
以上の構成において、送電コイル３０１と共振容量３０３による共振周波数は、磁気共鳴方式と直列共振構成では、若干ずれが発生することが考えられる。この場合、容量３０４の値により共振周波数のずれを微調整することが可能である。また、インピーダンス整合も磁気共鳴方式と直列共振構成では、どちらかの構成において整合状態が十分取れない場合が考えられる。このとき、送受電コイル１３０と共振容量１３９による共振回路部分で電力反射が発生するため、伝送効率が低下する。
【０１０２】
これについては、インピーダンス整合も兼ねたローパスフィルタ１３８の容量３２１に調整容量３３０を並列に付加することで、直列共振構成の場合は、調整容量３３０の値を調整することで、ローパスフィルタ１３８によりインピーダンス整合を調整することが可能となる。磁気共鳴方式では調整容量３３０の両端はショート状態となるため、磁気共鳴方式のときに他の定数によりインピーダンス整合を最適化しておき、直列共振時には、共振容量３３０で調整すればよい。
【０１０３】
また、送電の構成が直列共振もしくは磁気共鳴方式どちらが効率的に優れているかは、受電の電力量の値を通信回路により受電装置から送信してもらい送電の電力量と比較することで伝送効率が分かるため、共振構成を切り替えた場合に、伝送効率のより高いほうを選択することが可能である。さらに、受電側についても共振構成が切替え可能であれば、送電装置側から受電装置の共振構成を切り替えるように指示を出してその時の電力効率を比較すれば受電側も効率の優れる共振回路構成を選択することが可能である。
【０１０４】
次に、本実施形態の非接触送受電装置において受電を行う場合について、整合が取れ易い磁気共鳴（並列共振）構成での動作について説明する。
【０１０５】
電源制御回路部２００は、第２送電側スイッチ回路を構成するＮ型電界効果トランジスタ３３１、３３３をオフ状態とすることにより、送電コイル３０１とローパスフィルタ１３８間の接続をオープン状態とする。電源制御回路部２００は、第１送電側スイッチ回路を構成するＮ型電界効果トランジスタ３０５、３０７をオン状態に、受電側スイッチ回路を構成するＮチャネル型の電界効果トランジスタ３１３、３１５をオン状態とし、負荷コイル３０２とローパスフィルタ１３８を電気的に接続して磁気共鳴方式の構成にする。
【０１０６】
この構成により、送電コイル３０１と共振容量３０３による共振で受電した電力を磁気的結合により負荷コイル３０２から受電される。受電された電圧は、ローパスフィルタ１３８を介して整流用ダイオード１３４により整流される。
【０１０７】
上記受電の状態において、受電のバッテリ３３６が空に近い状態で充電電力が必要な場合、等価的に受電回路の負荷抵抗が小さくなるため、受電の回路構成が磁気共鳴方式の構成ではインピーダンスが高いので整合面で不利となる。このとき、インピーダンスの低い共振回路に切り替える動作について説明する。
【０１０８】
電源制御回路部２００は、第１送電側スイッチ回路を構成するＮ型電界効果トランジスタ３０５、３０７をオフ状態とし、第２送電側スイッチ回路を構成するＮチャネル型の電界効果トランジスタ３３１、３３３をオン状態とし、Ｎチャネル型の電界効果トランジスタ３１３、３１５をオフ状態とする。このような動作を行うことにより、送電コイル３０１と共振容量３０３による直列共振回路がローパスフィルタ１３８に接続され、バッテリ３３６に対してインピーダンスの低い直列共振回路での充電が可能となる。
【０１０９】
以上、本実施形態によれば、送受電コイルの構成が一般的に整合の取り易い、送電が直列共振、受電が磁気共鳴方式（並列共振）構成となる双方向に送受電が可能な非接触送受電装置が得られる。
【０１１０】
さらに、本実施形態によれば、コイルの結合状態や受電の負荷の状態に応じて共振構成を切り替えることが可能である。そのため、状態や条件による伝送効率劣化が少なく、さらに、受電した整流電圧が電源側に逆流することを抑止する保護回路付加による効率低下の少ない、使い勝手の良い非接触送受電装置を得ることができる。
［第６の実施形態］
本発明における送受電装置の第６の実施形態について、図６を用いて説明する。図６は、非接触送受電装置の回路構成の一例を示している。本実施形態では、送電回路と受電回路を別の構成とすることで、送電電力と受電電力の衝突を回避するようにしている。
【０１１１】
図６において、本実施形態における非接触送受電装置は、送電コイル３０１と負荷コイル３０２を有する送受電コイルと、共振容量３０３と、容量３１２と、主に電界効果トランジスタ１３３により構成される送電アンプにより送電を行う送電回路と、電界効果トランジスタ３０５、３０７により構成される送電側スイッチ回路と、主に整流用ダイオード３２５、３２６、３２７、３２８から構成される受電回路と、電界効果トランジスタ３１３、３１５により構成される受電側スイッチ回路と、を有している。負荷コイル３０２は、送電コイル３０１の内側に、送電コイル３０１と磁気的に結合するように配置されている。
【０１１２】
共振容量３０３は、送電コイル３０１と直列に接続され、共振回路を形成する。送電回路は、フィルタ回路１３８と、送電アンプと、電源１０１を有する。送電回路は、電源１０１から供給される電力を送電アンプによりスイッチ動作により増幅した後、フィルタ回路１３８を通して送電コイルに出力する。送電コイル３０１は、送電回路から出力された電力を送電する。
【０１１３】
なお、フィルタ回路１３８にはローパスフィルタを用いることにより、送電アンプで発生した高調波の抑圧を行うとともに送電アンプと、送電コイル３０１と共振容量３０３による共振回路との整合を図ることで、高周波の電力の送電を効率よく行うことができる。
【０１１４】
送電側スイッチ回路は、ソースを共有する電界効果トランジスタ３０５、３０７を有している。電界効果トランジスタ３０５、３０７のそれぞれのゲートには、抵抗３０９、３１０に接続されている。抵抗３０９、３１０は、ゲート電圧端子３１１に接続され、図示しない制御部の制御に応じてゲート電圧を印加する。電界効果トランジスタ３０５、３０７のソースは、抵抗３０６を介して接地されている。電界効果トランジスタ３０７のドレインは、容量３０８を介して接地されている。電界効果トランジスタ３０５のドレインは、容量３０４を介して共振容量３０３および送電回路に接続されている。
【０１１５】
受電側スイッチ回路は、ソース同士が接続された電界効果トランジスタ３１３、３１５を有している。電界効果トランジスタ３１３、３１５のそれぞれのゲートは、抵抗３５１、３５２が接続されている。抵抗３５１、３５２は、ゲート電圧端子３５４に接続され、図示しない制御部の制御により電圧を印加される。電界効果トランジスタ３１３、３１５のソースは、抵抗３１４を介して接地される。
【０１１６】
送電コイル３０１の外周には負荷コイル３０２が配置され、共振容量３１２に接続される。受電容量３１２、３１６は、電界効果トランジスタ３１３、３１５のドレインにそれぞれ接続される。
【０１１７】
受電回路は、フィルタ回路３２０と、整流回路と、出力端子１２５、１２６を有する。フィルタ回路は、容量３１６と負荷コイル３０２に接続される。フィルタ回路３２０は、容量３３１、３３４、インダクタ３３２、３３３を有する。整流回路は、整流用ダイオード３２５、３２６、３２７、３２８を有する。出力端子１２５、１２６は、負荷コイル３０２で受電した電力を出力する。
【０１１８】
なお、フィルタ回路３２０にローパスフィルタを用いれば、整流回路で発生する高調波が負荷コイル３０２より再放射されることを抑止するとともに負荷コイル３０２と整流回路とのインピーダンス整合も兼ねることから高調波漏洩が抑止され、さらに、受電効率が上がる。また、整流回路には、順方向電圧が低く整流効率の良いショットキーダイオードによる全波整流回路を用いることで、整流時の損失が少なく低リップルな直流電力を得ることができる。このため、例えば、受電電力を用いてセンサなどに給電を行う場合に、給電効率の向上が期待できるとともに、低リップルであれば精度のよいセンシングが可能となる。。
【０１１９】
次に、図６において、送電動作について説明する、送電アンプからの信号は、フィルタ回路１３８によりアンプから発生する高調波を減衰させ、共振容量３０３に入力される。このとき、ゲート電圧端子３１１、３１９には、電界効果トランジスタ３０５、３０７、３１３、３１５をオフ状態とするように制御部が制御する。
【０１２０】
これにより、電界効果トランジスタ３０５、３０７のインピーダンスが高くなるため無視することができるので、送電コイル３０１から電力が送電される。また、電界効果トランジスタ３１３、３１５のインピーダンスも高くなるため負荷コイルの影響は無視でき、より送電効率を上げることができる。
【０１２１】
一方、受電を行う場合は、制御部の制御によりゲート電圧端子３１１をオン状態とすることで、送電コイル３０１と共振容量３０３による共振回路を構成するとともに、送電回路のローパスフィルタ１３８はショート状態となるため共振回路から切り離される。さらに、ゲート電圧端子３１９もオン状態とすると、負荷コイル３０２と受電回路側が接続されることから、受電回路は磁気共鳴コイル構成となるため、負荷コイル３０２からは効率よく送電電力を受信することができる。
【０１２２】
本実施形態では、送電時は、送電コイル３０１と共振容量３０３による直列共振により送電を行い、受電時は、送電コイル３０１と共振容量３０３による共振回路において受電した電力を負荷コイル３０２により磁気的結合により整流回路に受電を行う磁気共鳴方式のコイル構成となるようにしている。磁気共鳴方式は並列共振と近い動作をするため、送電と異なった共振構成が実現可能である。このため、例えば、整流電圧出力端子１２５、１２６以降に接続されるＤＣ−ＤＣコンバータ回路等において、負荷変動による生じるインピーダンス変動に対し、より整合性に優れた送受電回路を得ることができる。
【０１２３】
ここで、送電側が低インピーダンスの直列共振、受電側が高いインピーダンスの並列共振もしくは磁気共鳴が用いられる理由について説明する。送電側については、スイッチ方式の送電アンプの出力インピーダンスは、５０Ω以下の比較的低い値であり、また、負荷抵抗や送電電力による変動も少ないため、送電コイルには、直列共振回路を用いたほうが整合を取り易い。なお、図６において受電側のコイルがない状態では送電コイル３０１と共振容量３０３間はショート状態となるが、このとき、ローパスフィルタ１３８はインダクタ３２２と容量３２３の並列回路が送電アンプ負荷となる。ここで、インダクタ３２２と容量３２３が送電周波数で並列共振となる定数とすることで、受電コイルがない状態でも送電コイル３０１と共振容量３０３による直列共振により、送電アンプに過電流が流れないようにしている。
【０１２４】
一方、受電側は、負荷により整流回路の入力インピーダンスの変化が大きく、例えば、受電電力が１Ｗ以下の負荷が軽い場合は、整流回路の入力インピーダンスは１００Ω以上であるが、数Ｗ程度の電力受電となるとインピーダンスは２０Ω以下となりインピーダンスの変動が大きい。このため、受電コイルにインピーダンスが低い直列共振回路を用いた場合、負荷が軽い場合は受電側コイルのインピーダンスをローパスフィルタ３２０において高くなるようにインピーダンス変換を行ってと整合を取る必要があるが、負荷が重くなった場合には逆にインピーダンスを下げて整合を取る必要がある。上記の変換をローパスフィルタ３２０で行うのには回路が複雑となる。このため、受電側は、並列共振や磁気共鳴方式によりインピーダンスを一旦高くしてからローパスフィルタ３２０でインピーダンスを低くしたほうが回路も簡単な構成で整合が取り易くなる。さらに、コイル間距離変動によるコイル間のインピーダンス変動対しても整合が取り易い。このため、一般的には、送電は直列共振構成、受電は並列共振構成が多く用いられている。
【０１２５】
以上、本実施形態では、送電を直列共振、受電を磁気共鳴方式とすることで負荷変動やコイル間距離変動により生じるインピーダンス変動に対し、より整合性に優れた送受電回路を得ることができる。
［第７の実施形態］
本発明における第２の実施形態について、図７を用いて説明する。なお、重複する部分については、以下説明は省略する。
【０１２６】
図７は、本実施形態における非接触送受電装置の回路構成の一例を示す。本実施形態における非接触送受電装置は、送受電コイル３４１と、共振容量３４２と、送電側スイッチ回路と、送電回路と、受電側スイッチ回路と、受電回路と、を有する。
【０１２７】
送受電コイル３４１は、中間タップを有している。送受電コイル３４１の一端は接地されている。また、その送受電コイル３４１の一端と中間タップは、容量３４４とインダクタンス３４５と容量３４６で構成されるローパスフィルタを介し、整流用ダイオード３５５が並列、整流用ダイオード３５６が直列に接続され、倍電圧整流回路を構成している。
【０１２８】
なお、図７で示した第２の実施形態では、整流回路には、ダイオードブリッジによる全波整流回路を用いていたが、図７では倍電圧整流回路を用いることで、ダイオードを４素子から２素子に削減でき、さらに、整流回路の片側のＧＮＤがフィルタ回路と共通となることから、ローパスフィルタのインダクタを1素子を減らすことができるので、回路を簡略化することができる。なお、図７においても全波整流回路を用いることも可能である。
【０１２９】
また、ローパスフィルタと整流回路間には、容量３４７、３５３が互いにソースが共通の電界効果トランジスタ３４８、３５０のドレインの両端に接続されている。これらの電界効果トランジスタ３４８、３５０は、受電側スイッチ回路に含まれている。電界効果トランジスタ３４８、３５０のソースは抵抗３４９で接地されるとともに、ゲートはそれぞれ抵抗３５１、３５２を介してゲート電圧端子３５４に接続されている。
【０１３０】
まずは、送電動作を行う場合について説明する。制御部の制御により、ゲート電圧端子３５４に電圧を印加して受電側のスイッチ回路をオン状態とすることで、ローパスフィルタは容量３４４とインダクタンス３４５の並列接続となる。これにより、この並列に接続された共振回路の共振周波数が送電周波数に等しければ、ローパスフィルタ以降のの受電回路の影響は無視することができる。さらに、ゲート電圧端子３１１には電圧を印加せず送電側のスイッチ回路をオフ状態とすることで、送電アンプからの送電電力が送受電コイル３４１と共振容量３４２による直列共振回路より送電可能となる。
【０１３１】
次に受電動作について説明する。制御部の制御により、ゲート電圧端子３１１に電圧を印加して送電側スイッチ回路をオン状態とすることで、共振容量３４２と送電コイル３４１が並列共振となる共振回路を構成する。さらに、送受電コイル３４１の中間タップから信号（電力）を取り出すことで、受電側でも並列共振となる共振回路の構成となる。このとき、ゲート電圧端子３５４に電圧を印加せずに受電側スイッチ回路をオフ状態とすることで、受電された信号は、ローパスフィルタ３４３を介しそのまま整流用ダイオード３５５、３５６による倍電圧整流によって出力端子１２５、１２６から整流電圧が出力される。
【０１３２】
従来の送受電回路では、送受電で回路構成が対称であるため、コイルの共振回路構成は送受電とも直列共振回路となる。しかしながら、本実施形態の非接触送受電装置の回路構成では、送電を直列共振、受電を並列共振とすることで図６で示した第１の実施の形態と同様に、負荷変動やコイル間距離変動により生じるインピーダンス変動に対し、より整合性に優れた送受電回路を得ることができる。さらに、送受電コイルは、負荷コイルが不要で１つのコイルで構成できることからコイルの小型化が可能となる。
【０１３３】
なお、以上で説明した実施形態はそれぞれの構成を置き換えることが可能であることはいうまでもない。例えば、実施形態１で説明した、複数の送受電コイルの中から使用する送受電コイルを選択する構成や変復調回路の構成は、他の実施形態に適用してもよい。このように、技術的にあきらかである範囲で各実施形態を組合わせても良い。
［第８の実施形態］
次に、説明した各実施形態の非接触送受電装置の回路を搭載した装置の実施形態について説明していく。なお、以降の各実施形態における送受電回路部や通信回路部は、上述した各実施形態における送受電回路（送電回路と受電回路）や通信回路であることはいうまでもない。また、それらの制御や通信は、各実施形態における、制御回路、通信回路等の回路構成が行っていることはいうまでもない。
【０１３４】
例えば、非接触送受電装置を用いた充電台にノート型パソコンを置いて充電する場合、充電回路をノート型パソコンに搭載する必要がある。そのため、ノート型パソコンを買い替える場合には、充電回路部分も買い替えることになるため、その分コストが余分にかかるとともに、ノート型パソコン自体も大きくなってしまう。
【０１３５】
さらに、ノート型パソコンがないと他の無線充電機器に充電ができない上、ノート型パソコン自体に非接触による充電ができないなど使い勝手性がよくないという課題がある。さらに、送電側と受電側で非接触給電の周波数が異なる場合の対応も考慮されていない。
【０１３６】
このように、非接触送受電装置を搭載することで置き換えの際にコストがかさむ、ノート型パソコン自体が大きくなってしまう、ノート型パソコンがないと他の機器に充電ができない、ノート型パソコン自体に非接触による充電ができないという課題に対して検討を行った。
【０１３７】
非接触充電では、送電側の送電回路と充電される側の受電回路が必要となる。送電側は充電エリアが広い方が対象機器の置き方や複数充電など使い勝手性はよくなるが、その反面、必然的に送電コイルの形状が大きくなるため、充電台の置き場所の確保が必要となるので、単に充電エリアが広ければよいとは言い切れない。このため、従来のノート型パソコンの開閉可能な蓋体部分に送電回路を搭載すれば、充電エリアの拡大と省スペース化の両立が図れる。しかし、上記課題があることから、コストや使い勝手性の面でよいとは言えない。
【０１３８】
また、充電される側である携帯端末やノート型パソコン、ウェアラブル機器などを考えると、コストや実装スペース等の制限からすべての機器に非接触充電回路が搭載されるとは限らないので、例えばファーストフード店などで非接触充電器があっても非接触給電が搭載されていない機器は充電を行うことはできない。
【０１３９】
以上のような利用シーンを考えた場合、非接触充電器としては、機器に搭載せずに平面形状で送電と受電の両方が行える非接触送受電装置（非接触送受電パッド）を用いる構成とすることで上記課題を解決することが可能となる。
【０１４０】
上記構成において、非接触送受電装置に対して、例えば、パソコンのＵＳＢコネクタ（メス側）に接続あるいはＡＣ１００ＶコンセントよりＡＣ電源を加えた場合、非接触送受電装置は送電動作を行い、他の充電回路（受電側）が搭載された携帯端末やノート型パソコンなどの充電を行うことができる。
【０１４１】
この時、非接触送受電装置には例えば２.４ＧＨｚ帯のＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）などの無線通信回路を搭載し、受電側機器と通信を行うことで、充電対象の機器かどうかの認証と送電電力制御などの充電制御を行う。
【０１４２】
また、非接触送受電装置をノート型パソコンのＤＣ電源入力（ＤＣプラグ端子）に接続すると例えばファーストフード店などに備えられた非接触充電器に置くことで受電装置として動作を行うことができる。そのため、非接触充電回路を搭載していないノート型パソコンでも非接触充電器から充電することが可能となる。
【０１４３】
さらに、非接触充電回路を搭載していない携帯端末などでもＵＳＢコネクタ（オス側）に接続することで充電が可能となる。このため、送受電装置からはケーブルを介して電力をもらう側と電力を供給する側のコネクタを複数有する構成となっている。
【０１４４】
さらに、ＭＨｚ帯とｋＨｚ帯で送電周波数が異なる非接触充電規格に対しては、ＭＨｚ帯の送電と受電を行うコイルと、ｋＨｚ帯の送電と受電を行うコイルを設け、平面形状の非金属筺体の片面にはＭＨｚ帯の送電と受電を行うコイルを、他の面にはｋＨｚ帯の送電と受電を行うコイルを実装する構成とすることで少なくとも２方式の無線給電規格に対応できるようにしている。
【０１４５】
このときのコイルの大きさの一例を示すとＭＨｚ帯では、１５ｃｍ×２０ｃｍ程度の大きさのコイルを用い、送受電周波数としては６.７８ＭＨｚである。また、ｋＨｚ帯ではコイルの大きさとしては比較的小さい直径２８ｍｍ程度の円形のコイルを複数並べる構成としている。一般的にはＭＨｚ帯の伝送では、コイルのＱ値が２００前後と比較的高い値であるため、受電側コイルの大きさに対し送電側コイルを大きくしても（すなわち、コイル間の結合係数ｋが小さくなっても）コイル間の伝送特性の劣化は小さい。
【０１４６】
これはコイル間の効率はコイルのＱ値と結合係数ｋの積が大きいほど高いため、コイルのＱ値が高ければ、結合係数ｋが多少小さくなってもある程度のコイル間効率が得られるためである。一方、コイルのＱ値は、コイルのリアクタンス値とコイルの抵抗との比で求められるが、ｋＨｚ帯の伝送では、周波数が低いため、コイルのリアクタンス値が大きく取れないことからＱ値は５０以下の低い値となっている。
【０１４７】
このため、受電側コイルの大きさに対して送電側コイルを大きくした場合、ＭＨｚ帯に比べコイル間効率は大きく低下するので、送電側のコイル形状を大きくすることはできない。このことから、ｋＨｚ帯のコイルは小型のコイルを複数並べて配置するとともに、受電端末が置かれた部分の送電コイルのみが動作するようにすることでコイル間の効率低下を抑えている。
【０１４８】
なお、ｋＨｚ帯のコイルの配置は互いのコイルの一部が重複する構成としてもよい。これは、例えば端末側の受電コイルが送電コイルの境目に置かれた場合、コイル間の結合係数ｋが下がり効率が低下するが、隣り合うコイルが互いに重複した場合、コイル間の結合係数ｋの低下は小さく抑えられるので、置き場所による効率低下を小さく抑えることができる。
【０１４９】
さらに、非接触送受電装置で下面側となったコイルで受電を行い、上面側となったコイルにより給電を行うことにより、例えば、机に搭載された非接触送電器とノート型パソコンに搭載された非接触受電器で互いに伝送周波数が異なった場合であっても、上記の送受電装置を用いることで方式変換が可能となる。
【０１５０】
以下、本実施形態について、図８Ａ、８Ｂ用いて説明する。なお、本発明を説明するための各図において、同一の機能を有するものは、なるべく同一の符号を付けて、その繰り返しの説明は省略する。
【０１５１】
図８Ａ、Ｂには、本実施形態における非接触送受電装置を示しており、図８Ｂ、は図８Ａで示した非接送受電電装置を上下反対の面で見た図である。なお、ここでいう上下は説明するために一義的に表現しているだけであり、上下の方向を限定するものではない。
【０１５２】
非接触送受電装置１８は、平面形状の非金属筺体１と、ＭＨｚ帯の送受電コイル２と、負荷コイル３と、ＭＨｚ帯の共振容量４と、ｋＨｚ帯の共振容量５と、ＡＣアダプタ入力用のＤＣジャック６と、ＡＣコンセントケーブル接続端子７と、磁性体シート８と、送受電回路部９と、通信回路１０と、重力センサ１１と、オスタイプのＵＳＢコネクタ１２と、メスタイプのＵＳＢコネクタ１３と、直流の電源供給で用いられるＤＣプラグ１４と、、電源ケーブル１５と、ＡＣ１００Ｖのプラグ１６と、、ＡＣアダプタ１７を有する。
【０１５３】
平面形状の非金属筺体１の表面には、ＭＨｚ帯の数ターンの巻き数から成る送受電コイル２と、送受電コイル２と送受電周波数に等しい周波数で共振する共振容量４が直列に接続される。送受電コイル２の外周には、１ターンの負荷コイルが実装され、これらのコイル端は、裏面側に搭載された送受電回路部９に接続されている。また、平面形状の非金属筺体１の表面の隅には、通信回路１０と重力センサ１１が実装されている。
【０１５４】
平面形状の非金属筺体１の表面のコイルと裏面側コイル間には、磁性体シート８を挟む構造となっている。この構造は、表側と裏側の互いのコイル間の磁気的結合を抑止する役割を果たしている。
【０１５５】
また、電源ケーブル１５の先にはオスタイプのＵＳＢコネクタ１２、メスタイプのＵＳＢコネクタ１３およびＤＣプラグ１４などの入出力部が枝状に分かれて接続され、他端は平面形状の非金属筺体１の外周部で固定され、図示していないが送受電回路部９に接続されている。
【０１５６】
一方、送受電装置１８の裏面側である図１（Ｂ）には、ｋＨｚ帯の数１０ターンから成り共振容量５が接続された送受電コイル１９が複数配置されている。共振容量５は送受電周波数で送受電コイル１９と共振するように値が選ばれており、これらコイルは、図示されていないが送受電回路部９に接続されている。
【０１５７】
図８Bでは、送受電コイル１９の同士の間隔は少し離れたで実装されているが、コイル同士の境界面での効率低下を抑えるためにコイル同士が重複して実装されてもよい。また、ＡＣアダプタ入力用のＤＣジャック６は、ＡＣアダプタにより電源が供給され送電動作を行うための端子であり、ＡＣコンセントケーブル接続端子７は、１００ＶのＡＣ電源を用いて送電動作を行うための端子である。
【０１５８】
以上の構成において、非接触送受電装置１８をから携帯端末などに充電するための送電動作について説明する。
【０１５９】
送受電装置１８のＵＳＢコネクタ（オス）１２を例えばノート型パソコンのＵＳＢコネクタ（メス）に接続すると送受電回路部９、無線通信部１０および重力センサ１１に電源が供給される。このとき、重力センサ１１は、ＭＨｚ帯側かｋＨｚ帯側のどちらが上を向いているか判定を行う。そして、上を向いている側のコイルから送電電力を受電側端末（図示せず）に搭載されている通信回路が動作する程度の電力で送電を行う。
【０１６０】
このとき、充電対象の端末が非接触送受電装置１８の上に置かれた場合、通信回路部１０と端末側の無線通信部が通信を行い、充電の対象端末であるか認証を行う。非接触送受電装置１８は、対象の端末であれば、充電に必要な電力を送受電コイル３より送電する。このとき、送電に必要な電力量等の制御は無線通信部１０により端末側と通信を行うことで制御を行う。
【０１６１】
以上は、ＵＳＢコネクタからの給電であったが、ＡＣ１００Ｖのプラグ１６をＡＣコンセントケーブル接続端子７に接続するとＡＣ１００Ｖ電源から、ＡＣアダプタ１７をＡＣアダプタ入力用のＤＣジャック６に接続すればＡＣアダプタから給電される。
【０１６２】
なお、これら電源が同時に接続された場合、例えば、各電源の直流出力に逆流阻止用のダイオードを付加することで、ＡＣ１００Ｖ電源、ＡＣアダプタ、ＵＳＢ電源の順に電圧の高いほうから優先的に電源を供給することが可能となる。
【０１６３】
次に、非接触送受電装置１８を用いてファーストフード店などに設置された非接触充電器より電力を受電してノート型パソコンなどに充電行う際の受電動作について説明する。設置された非接触充電器は、連続あるいは一定周期で受電端末が充電器に置かれたときに、受電端末に搭載されている通信回路が動作する程度の比較的弱い電力を給電している。これにより、非接触送受電装置１８が備えられた非接触給電器に置かれると、非接触給電器からの弱電力は、送受電コイル２と共振容量４による共振回路により共振電流を流す。そして、その共振電流による磁界を送受電コイル２の外周に実装された負荷コイル３により受電電力が取り出され、送受電回路部９に入力される。
【０１６４】
この受電電力により、送受電装置の無線通信回路１０がオン状態となり、設置された非接触充電器の通信部と送受電装置の通信部１０が通信を行う。この通信により充電の対象端末であるか認証し、充電に必要な電力を送電される。このとき、送電に必要な電力量等の制御は非接触充電器と通信部１０で通信を行うことで制御を行う。
【０１６５】
なお、通信部には２.４ＧＨｚ帯のＢｌｕｅｔｏｏｔｈに限らずＺｉｇＢｅｅ（登録商標）や無線ＬＡＮであってもよい。また、ｋＨｚ帯での非接触充電では、複数のコイルを配置するため、同じｋＨｚ帯であっても非接触充電規格が異なるコイルを並べても良い。
【０１６６】
以上の構成とすることにより、送電回路がノート型パソコンと別体となることで、携帯端末に加え、ノート型パソコンも充電可能となる。更に、周波数の異なる方式の充電も可能となるので、使い勝手性の良い非接触送受電装置を得ることができる。
［第９の実施形態］
次に、本実施形態における非接触送受電装置について、図９および図１０を用いて説明する。図９は、本実施形態における非接触送受電装置において、MHｚ帯の周波数で送電する場合を示している。図１０は、本実施形態における非接触送受電装置において、kHｚ帯の周波数で送電する場合を示している。
【０１６７】
なお、説明が重複する部分については省略する。
【０１６８】
本実施形態における非接触送受電装置１８は、ノート型パソコン２１に接続されている。図９では、ＭＨｚ帯の非接触充電に対応した携帯端末２２とＭＨｚ帯の非接触充電に対応したデジタルカメラ２３が非接触送受電装置１８の上に置かれている。また、図１０では、ｋＨｚ帯の非接触充電に対応した携帯端末２４が非接触送受電装置１８の上に置かれている。
【０１６９】
図９は、送受電装置１８のＭＨｚ帯のコイルを用いてノート型パソコン２１のＵＳＢ端子から電源の供給を行いながら携帯端末２２およびデジタルカメラ２３の２台の機器を非接触により充電を行っている状況を示したものである。図９では、ＵＳＢコネクタ（オス）１２をノート型パソコン２１のＵＳＢ端子との接続により、送受電回路部９、無線通信部１０、重力センサ１１に電力が給電される。
【０１７０】
非接触送受電装置１８は、重力センサ１１がＭＨｚ帯側のコイルが上面にあることを検知した場合に、端末側の無線通信回路がオンとなる程度の電力を送電する。これにより、送受電装置１８の上に置かれた携帯端末２２およびデジタルカメラ２３は、無線通信回路がオン状態となるので、認証を行う。非接触送受電装置１８は、認証した後、充電に必要な電力を送電する。
【０１７１】
なお、携帯端末２２とデジタルカメラ２３が同時に置かれた場合でも、または、先に１台置かれた状態で２台目が追加された場合でも、非接触送受電装置１８は、再度端末の認証からスタートするので充電端末の追加も可能である。
【０１７２】
また、電源ケーブル１５の先に接続されたＵＳＢコネクタ（メス）１３、ＤＣプラグ１４、ＵＳＢコネクタ（メス）は、枝状に分岐されており、コネクタ間の距離が制限される。このため、例えば、ＵＳＢコネクタ（オス）１２とＵＳＢコネクタ（メス）１３が誤って同時に接続しにくい構成となっている。
【０１７３】
図１０は図９に対し、非接触送受電装置１８を上下逆さまにしたものであり、図において、ｋＨｚ帯の送受電コイル１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄ、１９ｅが上側にきている。
【０１７４】
図において、重力センサ１１は、ｋＨｚ帯側が上となったことを検知することで、ｋＨｚ帯の送電コイルをオン状態にする。このとき、充電対象となる携帯端末２４に最も近い距離である送受電コイル１９aがオン状態となり送電が開始される。このとき、対象の端末との距離がいちばん近いコイルを検知する方法として、例えば、送受電コイルを１９ａ〜１９ｅまで１つずつオン状態とし、その時の送電アンプに流れる電流が最も大きいものを選択すればよい。
【０１７５】
以上の構成とすることにより、ＭＨｚ帯とｋＨｚ帯の両方式に対応できる上、それぞれのコイルを両面に実装したことで省スペース化を図ることができ、使い勝手性のよい非接触送受電装置を得ることができる。
［第１０の実施形態］
本実施形態の非接触送受電装置について、図１１を用いて説明する。非接触送受電装置１８は、蓋体部分が閉じた状態のノート型パソコン２５の蓋体部分に置かれている。また、ノート型パソコンのＡＣアダプタ１７はパソコン本体を分岐して送受電装置１８のＤＣジャック６に接続されている。非接触送受電装置１８は無線通信装置がオン状態となる程度の弱い電力で給電している。非接触送受電装置１８は、対象となる携帯端末２２やデジタルカメラ２３が非接触送受電装置１８の上に置かれると、認証後、充電がスタートする。
【０１７６】
以上の構成では、ノート型パソコンであり、蓋体部分に送受電装置１８を置くことができるので充電時の省スペース化が図れる。なお、ノート型パソコンを使用する場合はパソコンに周囲に置いておくことでパソコンの使用と並行して携帯端末などの充電を行うことが可能となる。
［第１１の実施形態］
本実施形態の非接触送受電装置について、図１２を用いて説明する。非接触充電回路が搭載されたノート型パソコン２６は、受電コイル２７を有している。非接触送受電装置１８は、商用の１００Ｖコンセント２８に接続される。
【０１７７】
図１２において、携帯端末の充電では数Ｗ程度であるが、ノート型パソコンの充電では数１０Ｗ程度必要となるため、送電のための電力として、ＡＣ１００Ｖのプラグ１６を送受電装置１８に接続することにより、商用の１００Ｖコンセントからの電力を取ることができる。さらに、アダプタＡＣ１７を用いても送電に用いる電力を得ることができるため、ノート型パソコンのように充電電力の大きい機器に対しての充電にも対応可能な送受電装置を得ることができる。
［第１２の実施形態］
本実施形態の非接触送受電装置について、図１３を用いて説明する。図１３において、非接触充電非対応の携帯端末３１は、非接触送受電装置１８に接続される。非接触送受電装置１８は、ＵＳＢの変換コネクタ３７を有し、充電台３２の上に置かれる。充電第３２は、送電コイル３３と、共振容量３４と、送電回路部３５と、通信回路３６と、を有する充電台３２は、ＡＣ１００Ｖのコンセント３８に接続される。
【０１７８】
共振容量３４は、送電コイル３３と送電周波数で共振する値であり、送電コイル３３と直列に接続され、さらに、送電回路部３５に接続されている。また、充電台３２の隅には通信回路３６が実装されている。また、送受電装置１８は、ＵＳＢ変換コネクタ３７を介して非接触充電非対応の携帯端末３１の充電用のＵＳＢ端子に接続されている。
【０１７９】
充電台３２は、通信装置がオン状態となる程度の弱い電力を送電しているため、非接触送受電装置１８が充電台３２の上に置かれると、通信回路１０がオン状態となり充電台側の通信回路３６と通信を開始する。そして、充電台は、認証完了後、送電コイル３３から送電電力を非接触送受電装置１８に送電し、非接触送受電装置１８に接続された非接触充電非対応の携帯端末３１の充電が開始される。
【０１８０】
以上の構成では、送受電装置１８を用いることにより非接触充電非対応の機器でも充電台からの充電が可能となる。
［第１３の実施形態］
本実施形態の非接触送受電装置について、図１４を用いて説明する。図１４において、ｋＨｚ帯の非接触充電に対応した携帯端末３７は、非接触送受電装置１８の上に置かれている。充電台３２の送電コイル３３からはＭＨｚ帯として例えば６.７８ＭＨｚの周波数で電力を送電している。
【０１８１】
非接触送受電装置１８が充電台３２の上に置かれると、非接触送受電装置１８の通信回路がオン状態となり、認証後、充電台３２は非接触送受電装置１８に送電を開始する。このとき、非接触送受電装置１８は、充電台３２から受電した電力を用いて筺体上面のｋＨｚ帯のコイルを動作させる。
これにより、ｋＨｚ帯の非接触充電に対応した携帯端末３７が近づいた場合、非接触送受電装置１８は、複数あるｋＨｚ帯のコイルのうち、最も距離の近い送受電コイルをオン状態として送電を開始することができる。
【０１８２】
なお、ｋＨｚ帯の充電での認証、充電の制御には送電電力の反射波を用いる負荷変調方式を用いている（図示せず）。
【０１８３】
以上の構成では、充電台と携帯端末で非接触充電の規格が異なる場合であっても、送受電装置１８により送電信号を携帯端末の非接触給電の周波数に変換することにより非接触充電が可能となる。
［第１４の実施形態］
本実施形態における非接触送受電装置について、図１５を用いて説明する。図１５には、非接触充電用の送電コイルが複数搭載された机４１を示している。
【０１８４】
非接触送受電装置１８が、机４１の送電コイル３３の上に置かれた場合、無線通信回路により認証が行われ、非接触充電が開始される。このとき、送受電装置１８のＤＣプラグ１４をノート型パソコン２１のＤＣジャックに接続することで非接触充電に非対応のノートＰＣへの充電が可能となる。
【０１８５】
さらに、ノート型パソコンを送受電装置１８の上に置いて操作を行えば充電スペースの確保も不要となる。さらに、送受電装置とノート型パソコンは電源ケーブルにより接続されているため、充電を行いながらケーブルの長さ分だけノート型パソコンを移動することができるため、使い勝手性の向上が可能となる。
［非接触送受電装置の送受電動作の説明］
次に、これまでの実施形態における非接触送受電装置が、送電あるいは受電を開始するまでの動作を示す制御フローチャートについて、図１６を用いて説明する。まず、送受電装置１８により送電が開始されるまでの動作を以下説明する。
【０１８６】
非接触送受電装置１８が備えているプラグおよびコネクタのうち、送電に用いるプラグあるいはコネクタが電源に接続されているかを検出する（Ｓ１）。もし、接続されているならば、重力センサで検知された上面側コイルに通信回路がオン状態となるようなレベルで送電を開始する（Ｓ２）。ここで、もし、充電対象の端末が置かれた場合、無線通信機がオン状態となり通信がスタートするまで検出を続ける（Ｓ３）。
【０１８７】
端末が検出されると認証と充電が必要か通信回路により通信を行う（Ｓ４）。もし、通信により充電が必要と分かれば充電をスタートする（Ｓ５）。もし、非対象もしくは充電の必要がなければ表示や音によりアラートを出力して送電をストップする（Ｓ６）。
【０１８８】
次に、非接触送受電装置１８を用いて他の充電台からの電力により受電が開始されるまでと、送受電装置１８を介して他の非接触充電規格への充電が開始されるまでの動作を以下説明する。
【０１８９】
送受電装置１８が備えているプラグおよびコネクタのうち、送電に用いるプラグあるいはコネクタが接続されていない（Ｓ１）場合は、裏側にあるコイルに無線通信回路が動作するレベルの電力受電がないかレベルを検出する（Ｓ７）。もし、受電があった場合は、ＵＳＢコネクタのメス側１３とＤＣジャック１４に電圧を出力する（Ｓ８）。
【０１９０】
もし、出力電圧に対し電流が流れることを電流センサ等により検出された場合は、そのまま受電を継続する（Ｓ１０）、もし、電流が流れていない場合は、表側のコイルに対象機器に搭載された無線通信回路がオン状態となるレベルで送電を行う（Ｓ１１）。対象端末が置かれて通信がスタートするまで検出を継続する（Ｓ１２）。もし、通信が開始されたら認証と充電が必要か確認し（Ｓ１３）、充電対象であれば送電を開始し（Ｓ１４）、充電の対象外または充電が不要の場合は表示や音などによりアラートを出して送電をストップする。
【０１９１】
以上の動作は、Ｓ１からＳ６送電を開始するまでの動作であり、Ｓ７〜Ｓ１０が他の充電台からの電力を受電する動作、Ｓ１１からＳ１５が受電した電力を他の非接触給電の機器に送電を開始するまでの動作となる。
［第１５の実施形態］
本実施形態における非接触送受電装置について、図１７を用いて説明する。図１７において、１７０１、１７０２が電気自動車、１７０３、１７０４が送受電回路、１７０５、１７０７は送受電コイル、１７０６、１７０８は容量である。
【０１９２】
電気自動車１７０１．１７０２には送受電回路１７０３、１７０４が搭載されている。一方、道路側の非接触送受電装置には、送受電コイル１７０５、１７０７が実装され、容量１７０６、１７０８により送電周波数に等しい周波数で共振する直列共振回路が繋がった構成となっている。このとき、例えば、電気自動車１７０１から電気自動車１７０２にバッテリの供給を行う場合、電気自動車１７０１搭載された送受電回路１７０３から送受電コイル１７０５に、さらに送受電コイル１７０７から電気自動車１７０２搭載された送受電回路１７０４に給電される。
【０１９３】
以上の構成では、直列共振コイル同士を繋げた場合、送受電コイルを搭載した電気自動車間での給電が比較的簡単な構成で行うことが可能である。
［第１６の実施形態］
本実施形態における非接触送受電装置について、図１８を用いて説明する。図１８において、１８０１が無人航空機、１８０２は送受電回路部、１８０３、１８０７、１８０９は通信回路、１８０４は送受電コイルを内蔵したプロペラガイド、１８０５は支柱、１８０６は受電回路を搭載したセンサ、１８０８は送電装置である。
【０１９４】
図１８は、無人航空機１８０１を用いて橋などの構築物に設置されたセンサに非接触充電を行いながらセンサデータを取得後、着陸場所に戻り、無人航空機を非接触で充電しながら取得データの転送を行う様子を示している。無人航空機１８０１が着陸場所に近づくと、無線回路１８０３と送電側の無線回路１８０９が通信を開始し、着陸後、非接触給電により、無人航空機１８０１に充電を行いながら通信回路によりデータ伝送を行う。
【０１９５】
次に橋などの支柱１８０５に設置されたセンサにデータ取得に向かった場合の動作として、送受電回路１８０２と、送受電回路１８０２とコイル部分が接続されているプロペラガイド１８０４により、受電回路を搭載したセンサ１８０６に無線給電を行いながら無線回路によりデータを取得する。
【０１９６】
以上の構成では、無人航空機に送受電回路を用いることで、無人航空機への非接触充電とセンサへの非接触給電が共通のコイルで行えるので小型化、軽量化が実現可能である。
【０１９７】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【０１９８】
また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、ＳＳＤ（Solid State Drive）等の記録装置、または、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に置くことができる。
また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。
【符号の説明】
【０１９９】
１…平面形状の非金属筺体、２…ＭＨｚ帯の送受電コイル、３…負荷コイル、４…ＭＨｚ帯の共振容量、５…ｋＨｚ帯の共振容量、６…ＤＣジャック、７…コンセントケーブル接続端子、８…磁性体シート、９、１８０２…送受電回路部、１０、３６、１４２、１６４、２１１、１８０３、１８０７、１８０９…通信回路、１１…重力センサ、１２…オスタイプのＵＳＢコネクタ、１３…オスタイプのＵＳＢコネクタ、１４…ＤＣプラグ、１５…電源ケーブル、１６…ＡＣプラグ、１７…ＡＣアダプタ、１８…送受電装置、２１、２５、２６…ノート型パソコン、２２、２４、３１、３７…携帯端末、２３…デジタルカメラ
、７…受電コイル２８…１００Ｖコンセント、３２…充電台、３３…送電コイル、３４…共振容量、３５…送電回路部、３７…ＵＳＢ変換コネクタ、３８…コンセントプラグ、１０１…可変電圧電源、１０２、１０３、１３１、２４１、２４２…ゲートドライブ入力端子、１０４、１０５、１３３、１５９、２１８、２１９、２２３、２４３、２４４、３０５、３０７、３１３、３１５、３３１、３３３、３４８、３５０…電界効果トランジスタ、１０６、１０７、１３４、２０８、２１３、２３５、２３７、２４５、２４６、３２５、３２６、３２７、３２８、３５５、３５６…ダイオード、１０８、１４１、２１０…制御回路、１０９…変復調回路、１１０、１３９、３０３、３４２、１７３、１７０６、１７０８…共振容量、１１１、１４０、３４１、１７０３、１７０４、１７０５、１７０７…送受信コイル、１２２…平滑コンデンサ、１２５、１２６…整流電圧出力端子、１３２、２４９…チョークコイル、１３５、１３７、２４７、２４８、２５２、２５４、３０４、３０８、３１２、３１６、３２１、３２４、３４４、３４６、３４７…容量、１３６、２５３、３２２、３２３、３４５…インダクタ、１３８、３２０…ローパスフィルタ、１４３、２１２…アンテナ、１７１、１７２、２３０…スイッチ回路、２００…電源・制御部
２０１…ドライバ回路、２０５、２０６、２０７…制御出力端子、２０９…電源回路、２１４…ドレイン接続端子、２１７…電源制御回路、２２０、２３８、３０６、３１４、３３２、３４９…接地抵抗、２２１、２２２、３０９、３１０、３１７、３１８、３３４、３３５、３５１、３５２…ゲート抵抗、２２４…電源端子、２２５…ドライブ信号出力端子、２３１、２３２…スイッチ端子、２３３…スイッチ制御端子、２３４、２３６…バイアス抵抗、２５０…中間タップ付きトランス、３０１…送電コイル、３０２…負荷コイル
１７０１、１７０２…電気自動車、１７０３、１７０４…送受電コイル、１８０１…無人航空機、１８０４…送受電コイルを内蔵したプロペラガイド、１８０５…支柱、１８０６…受電回路を搭載したセンサ、１８０８…送電装置
【図１】
0006678494.tif 000002
【図２】
0006678494.tif 000003
【図３Ａ】
0006678494.tif 000004
【図３Ｂ】
0006678494.tif 000005
【図４】
0006678494.tif 000006
【図５】
0006678494.tif 000007
【図６】
0006678494.tif 000008
【図７】
0006678494.tif 000009
【図８Ａ】
0006678494.tif 000010
【図８Ｂ】
0006678494.tif 000011
【図９】
0006678494.tif 000012
【図１０】
0006678494.tif 000013
【図１１】
0006678494.tif 000014
【図１２】
0006678494.tif 000015
【図１３】
0006678494.tif 000016
【図１４】
0006678494.tif 000017
【図１５】
0006678494.tif 000018
【図１６】
0006678494.tif 000019
【図１７】
0006678494.tif 000020
【図１８】
0006678494.tif 000021
【図１９】
0006678494.tif 000022