CN106063078A - 受电装置、非接触电力传输系统以及充电方法 - Google Patents

受电装置、非接触电力传输系统以及充电方法 Download PDF

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Abstract

受电装置(12)具备受电谐振电路(LC2)、受电线圈(L3)、负载(LD)以及电流限制部(SW1)，受电装置(12)以非接触方式接收所传输的电力。受电谐振电路(LC2)包括用于集聚送电谐振电路(LC1)中产生的交变磁场的磁通的集磁通线圈(L2)，该送电谐振电路(LC1)包括用于以非接触方式传输电力的传输线圈(L1)。受电线圈(L3)不与受电谐振电路(LC2)电连接，而与集磁通线圈(L2)磁耦合。负载(LD)与受电线圈(L3)电连接。电流限制部(SW1)用于使在集磁通线圈(L2)中实质上没有电流流过。根据本方式，在不对负载供给电力的情况下，能够降低无用的电力消耗。

Description

受电装置、非接触电力传输系统以及充电方法
技术领域
本公开涉及一种以非接触方式接收所传输的电力的受电装置、以非接触方式传输电力的非接触电力传输系统以及充电方法。
背景技术
以往的电磁感应方式的非接触电力传输系统具备送电装置以及受电装置，该送电装置包括用于以非接触方式传输电力的传输线圈，该受电装置包括用于以非接触方式接收电力的受电线圈。该非接触电力传输系统通过将使传输线圈中产生的磁通与受电线圈交链，来从送电装置向受电装置以非接触方式传输电力。
近年来，使用电磁谐振的磁场共振方式的非接触电力传输系统受到关注(参照专利文献1)。在磁场共振方式的非接触电力传输系统中，受电装置还包括用于集聚传输线圈中产生的磁通的集磁通线圈。受电线圈与集磁通线圈强力地磁耦合。受电线圈经由集磁通线圈来接收从传输线圈传输的电力。
在磁场共振方式的非接触电力传输系统中，传输线圈与集磁通线圈分别构成谐振电路。通过像这样具备谐振电路，磁场共振方式的非接触电力传输系统相比于电磁感应方式的非接触电力传输系统延长了电力的传输距离。
专利文献1：日本特开2011-45151号公报
发明内容
非接触电力传输系统的受电装置包括与受电线圈电连接的负载，受电线圈所接收到的电力被供给到负载。
然而，在上述以往的专利文献1所记载的非接触电力传输系统中，没有充分研究不对负载供给电力的情况。
本公开是为了解决上述问题点而完成的，其目的在于提供一种在不对负载供给电力的情况下能够降低无用的电力消耗的受电装置、非接触电力传输系统以及充电方法。
为了解决上述问题点，本公开的一个方式所涉及的受电装置具备受电谐振电路、受电线圈、负载以及电流限制部。受电谐振电路包括用于集聚送电谐振电路中产生的交变磁场的磁通的集磁通线圈，该送电谐振电路包括用于以非接触方式传输电力的传输线圈。受电线圈不与受电谐振电路电连接，而与集磁通线圈磁耦合。负载与受电线圈电连接。电流限制部用于使在集磁通线圈中实质上没有电流流过。
根据本公开，在不对负载供给电力的情况下，能够降低无用的电力消耗。
附图说明
图1是概要性地示出第1实施方式的非接触电力传输系统的电路的图。
图2是概要性地示出第1实施方式的非接触电力传输系统的结构的图。
图3A是传输线圈的俯视图。
图3B是传输线圈的剖视图。
图4是集磁通线圈和受电线圈的剖视图。
图5是概要性地示出电设备被载置于送电装置的状态的剖视图。
图6是示出充电器的动作的时序图。
图7是示出开关元件的接通断开的时序图。
图8是概要性地示出第2实施方式的非接触电力传输系统的电路的图。
图9是概要性地示出第3实施方式的非接触电力传输系统的电路的图。
图10是概要性地示出第4实施方式的非接触电力传输系统的电路的图。
图11是概要性地示出第4实施方式的非接触电力传输系统的动作的时序图。
图12是概要性地示出第5实施方式的非接触电力传输系统的电路的图。
图13是概要性地示出第6实施方式的非接触电力传输系统的电路的图。
图14是概要性地示出第7实施方式的非接触电力传输系统的电路的图。
图15是概要性地示出第7实施方式的非接触电力传输系统的动作的时序图。
图16是概要性地示出第8实施方式的非接触电力传输系统的动作的时序图。
具体实施方式
一般地，在非接触电力传输系统中，当不需要向负载供给电力时，将设置于受电线圈与负载之间的电力供给开关断开来停止向负载的电力供给。例如，在负载是二次电池的情况下，当二次电池为满充电时，为了防止过充电而将电力供给开关断开来停止向二次电池的电力供给。
然而，在使用集磁通线圈的磁场共振方式的非接触电力传输系统中，在将电力供给开关断开来停止了向二次电池的电力供给时，如果以送电装置的插头插入到插座的状态被放置，则继续进行从传输线圈向集磁通线圈的电力传输，即使在没有进行充电时送电装置的输入电流也以与充电时大致相同的程度持续流过。
当电力供给开关被断开时，从传输线圈传输到集磁通线圈的电力不被负载(二次电池)消耗，因此没有去处。因此，与电力被负载所消耗的情况相比，流过集磁通线圈的电流增大。其结果导致受电装置无用地消耗电力，并且送电装置的待机电力没有充分被降低。
本公开的第1方式所涉及的受电装置具备受电谐振电路、受电线圈、负载以及电流限制部。受电谐振电路包括用于集聚送电谐振电路中产生的交变磁场的磁通的集磁通线圈，该送电谐振电路包括用于以非接触方式传输电力的传输线圈。受电线圈不与受电谐振电路电连接，而与集磁通线圈磁耦合。负载与受电线圈电连接。电流限制部用于使在集磁通线圈中实质上没有电流流过。
根据本方式，利用受电谐振电路的集磁通线圈来集聚送电谐振电路中产生的交变磁场的磁通。因此，受电谐振电路能够从送电谐振电路高效地接收电力。
通过受电谐振电路所接收到的电力而在集磁通线圈中产生的交变磁场的磁通与受电线圈交链。其结果，受电线圈能够经由集磁通线圈来接收从传输线圈传输的电力。
在不进行向负载的电力供给的情况下，能够通过电流限制部使得在集磁通线圈中实质上没有电流流过，从而能够降低受电谐振电路中的无用的电力消耗。
本公开的第2方式所涉及的受电装置除了第1方式以外，例如还具备：电力供给开关，其设置于受电线圈与负载之间；以及电流控制部，其控制电流限制部。
负载是通过被供给对受电线圈中产生的交流电力进行整流所得到的直流电力而被充电的二次电池。也可以是，电流限制部被电流控制部控制，在电力供给开关被接通的期间内，该电流限制部不限制流过集磁通线圈的电流，在电力供给开关被断开的期间内，该电流限制部使得在集磁通线圈中实质上没有电流流过。
根据本方式，在电力供给开关被接通的期间内，流过集磁通线圈的电流不被限制。因此，通过来自受电线圈的电力供给对二次电池充电。
在电力供给开关被断开的期间内，通过电流限制部使得在集磁通线圈中实质上没有电流流过。因而，能够降低包括集磁通线圈的受电谐振电路中的无用的电力消耗。
本公开的第3方式所涉及的受电装置除了第2方式以外，例如还具备对电力供给开关的接通断开进行控制的开关控制部。也可以是，开关控制部判定二次电池是否满充电，在二次电池满充电的情况下，将电力供给开关断开。
根据本方式，开关控制部能够在二次电池满充电的情况下将电力供给开关断开，来可靠地停止充电电流。
本公开的第4方式所涉及的受电装置除了第2方式或第3方式以外，例如还具备对电力供给开关进行脉冲宽度调制控制的脉冲宽度调制控制部。也可以是，电流限制部被电流控制部控制，在通过脉冲宽度调制控制将电力供给开关断开的期间内，使得在集磁通线圈中实质上没有电流流过。
根据本方式，当通过脉冲宽度调制控制来接通断开电力供给开关时，根据脉冲宽度调制控制的接通占空比来控制二次电池的充电。
在通过脉冲宽度调制控制将电力供给开关接通的期间内，电流流过集磁通线圈。因此，从受电线圈向二次电池供给根据接通占空比被控制的电力。在通过脉冲宽度调制控制将电力供给开关断开的期间内，在集磁通线圈中实质上没有电流流过，从而能够降低包括集磁通线圈的受电谐振电路中的无用的电力消耗。
在本公开的第5方式所涉及的受电装置中，第2方式至第4方式所涉及的电流限制部包括与受电线圈电连接且不与受电谐振电路电连接的开关元件。开关元件用于使在受电线圈中实质上没有电流流过。
根据本方式，通过开关元件，能够使得在受电线圈、集磁通线圈中均实质上没有电流流过。其结果，能够降低受电谐振电路中的无用的电力消耗。
在本公开的第6方式所涉及的受电装置中，第5方式所涉及的开关元件是N沟道金属氧化物半导体场效应晶体管。第5方式所涉及的电流限制部还包括与金属氧化物半导体场效应晶体管串联连接的二极管。二极管的阳极与受电线圈的一端连接，二极管的阴极与金属氧化物半导体场效应晶体管的漏极连接。金属氧化物半导体场效应晶体管的源极与受电线圈的另一端连接。
根据本方式，开关元件是金属氧化物半导体场效应晶体管，因此能够通过简单的结构实现小型的装置。金属氧化物半导体场效应晶体管中内置有等效的寄生二极管(体二极管)，因此当只连接金属氧化物半导体场效应晶体管时，不能进行整流。
因此，以与体二极管反向串联的方式将二极管连接于金属氧化物半导体场效应晶体管，将得到的串联电路连接于受电线圈的两端。为了易于驱动金属氧化物半导体场效应晶体管而将金属氧化物半导体场效应晶体管连接于受电线圈的接地侧。
根据本方式，只在金属氧化物半导体场效应晶体管导通时受电线圈的两端被短路，能够使得在受电线圈、集磁通线圈中均实质上没有电流流过。
本公开的第7方式所涉及的受电装置除了第5方式以外，还具备将受电线圈中产生的交流电力转换为直流电力的整流平滑电路。在本方式中，开关元件例如是源极连接于整流平滑电路与负载之间的接地侧且漏极连接于整流平滑电路与负载之间的整流平滑电路的正电压侧的N沟道金属氧化物半导体场效应晶体管。
根据本方式，金属氧化物半导体场效应晶体管中内置有体二极管，但是整流平滑电路只输出正电压，因此电流不流过体二极管。因此，只在金属氧化物半导体场效应晶体管导通时，受电线圈和整流平滑电路的两端被短路。
其结果，在受电线圈中实质上没有电流流过。将金属氧化物半导体场效应晶体管配置于整流平滑电路与负载之间，因此不需要与金属氧化物半导体场效应晶体管串联连接的二极管。开关元件是金属氧化物半导体场效应晶体管，因此能够通过简单的结构实现小型的装置。
本公开的第8方式所涉及的受电装置还具备对电力供给开关和开关元件进行控制的控制电路。开关元件是具有用于对开关元件进行控制的第1控制端子的第1半导体开关。电力供给开关是具有用于对电力供给开关进行控制的第2控制端子的第2半导体开关。
控制电路包括：第1晶体管，其连接于第1控制端子与接地之间，当该第1晶体管导通时使第1半导体开关断开；第2晶体管，其连接于第2控制端子与接地之间，当该第2晶体管导通时使第2半导体开关接通；以及晶体管控制部，其包括与第1晶体管的控制端子及第2晶体管的控制端子连接的输出端子。
晶体管控制部从输出端子输出使第1晶体管和第2晶体管导通的导通信号或者使第1晶体管和第2晶体管截止的截止信号。
根据本方式，当从晶体管控制部的输出端子输出导通信号时，第1半导体开关被断开，第2半导体开关被接通。当从晶体管控制部的输出端子输出截止信号时，第1半导体开关被接通，第2半导体开关被断开。
其结果，能够进行控制以使对开关元件的接通断开进行控制的信号的波形为对电力供给开关的接通断开进行控制的信号的波形的反转波形。另外，能够将从晶体管控制部的输出端子输出的信号通用于开关元件的接通断开和电力供给开关的接通断开。其结果，能够简化晶体管控制部的结构。
本公开的第9方式所涉及的非接触电力传输系统具备送电装置以及第1方式至第8方式的任一方式所涉及的受电装置。送电装置包括送电谐振电路以及向送电谐振电路供给交流电力的驱动电路。
根据本方式，在不进行向负载的电力供给的情况下，能够通过电流限制部使得在集磁通线圈中实质上没有电流流过，从而能够降低受电谐振电路中的无用的电力消耗。
当在集磁通线圈中实质上没有电流流过时，送电谐振电路中产生的交变磁场的磁通不被受电谐振电路的集磁通线圈集聚。其结果，从驱动电路向送电谐振电路供给的交流电力下降。因而，在不进行向负载的电力供给的情况下，能够降低送电装置的驱动电路中的待机电力。
在本公开的第10方式所涉及的非接触充电系统的充电方法中，该非接触充电系统具备：送电装置，其包括具有用于以非接触方式传输电力的传输线圈的送电谐振电路；以及受电装置，其包括受电谐振电路、受电线圈、二次电池、电力供给开关以及开关元件。
在上述受电装置中，受电谐振电路具有集磁通线圈，该集磁通线圈用于集聚送电谐振电路中产生的交变磁场的磁通。受电线圈与集磁通线圈磁耦合。二次电池与受电线圈电连接。电力供给开关设置于受电线圈与二次电池之间。当开关元件被接通时，使得在集磁通线圈中实质上没有电流流过。
本充电方法包括以下步骤：充电步骤，将开关元件断开并将电力供给开关接通，来开始对二次电池进行充电；脉冲宽度调制控制步骤，从二次电池接近满充电的规定时间点起，对开关元件和电力供给开关进行脉冲宽度调制控制；以及充电完成步骤，当二次电池为满充电时，将开关元件接通并将电力供给开关断开。
在脉冲宽度调制控制步骤中，在接通电力供给开关的期间内开关元件被断开，在断开电力供给开关的期间内开关元件被接通。
根据本方式，在开始二次电池的充电时，开关元件被断开，电力供给开关被接通。因此，流过集磁通线圈的电流不被限制，从而能够进行从受电线圈向二次电池的电力供给。
从二次电池接近满充电的规定时间点起，开关元件和电力供给开关被进行脉冲宽度调制控制。根据脉冲宽度调制控制，在接通电力供给开关的期间内开关元件被断开，在断开电力供给开关的期间内开关元件被接通。
因而，在二次电池被充电的期间内，流过集磁通线圈的电流不被限制。因此，二次电池被适当地充电。在二次电池不被充电的期间内，流过集磁通线圈的电流被限制。因此，能够降低集磁通线圈中的无用的电力消耗。
当二次电池为满充电时，开关元件被接通，电力供给开关被断开，通过电力供给开关的断开而停止从受电线圈向二次电池的电力供给。
其结果，能够防止二次电池的过充电。通过开关元件的接通来限制流过集磁通线圈的电流。因此，能够降低集磁通线圈中的无用的电力消耗。
(实施方式)
以下，参照附图来说明本公开的实施方式。以下的实施方式是将本公开具体化的一例，而并不是对本公开的技术范围进行限定。在各附图中，对相同的结构要素使用相同的标记。
(第1实施方式)
图1是概要性地示出第1实施方式的非接触电力传输系统10的电路的图。图2是概要性地示出第1实施方式的非接触电力传输系统10的结构的图。如图1、图2所示，第1实施方式的非接触电力传输系统10(非接触充电系统的一例)具备充电器11(送电装置的一例)以及没有与充电器11电连接的电设备12(受电装置的一例)。
如图2所示，充电器11经由布线线缆21而与适配器22连接。适配器22包括整流电路、DC-DC转换器等公知的电源电路。当适配器22的插头23被插入到商用交流电源AC 100V的插座24时，适配器22构成直流电源Vcc。在本实施方式中，直流电源Vcc例如输出DC 5V。
在图1中，充电器11具备开关元件Q1～Q4、传输线圈L1、电容器C1、控制部13以及栅极电阻R1～R4。
在第1实施方式中，作为开关元件Q1、Q2，使用了P沟道金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)，作为开关元件Q3、Q4，使用了N沟道MOSFET。开关元件Q1～Q4的栅极分别经由栅极电阻R1～R4而与控制部13连接。振荡电路14(驱动电路的一例)包括开关元件Q1～Q4、控制部13以及栅极电阻R1～R4。
传输线圈L1是用于向电设备12传输电力的线圈。电容器C1与传输线圈L1串联连接。送电谐振电路LC1包括传输线圈L1和电容器C1。送电谐振电路LC1串联连接于连接点K21与连接点K22之间，其中，连接点K21在开关元件Q1与开关元件Q3之间，连接点K22在开关元件Q2与开关元件Q4之间。
控制部13对开关元件Q1～Q4的接通断开进行控制。控制部13交替地重复进行接通开关元件Q1、Q4且断开开关元件Q2、Q3和断开开关元件Q1、Q4且接通开关元件Q2、Q3。控制部13例如以驱动频率Fc＝400kHz使开关元件Q1～Q4接通断开的动作。由此，交流电力被供给到送电谐振电路LC1，从而在传输线圈L1中产生交变磁通。
如图2所示，电设备12在第1实施方式中例如是电动牙刷。电设备12具备集磁通线圈L2、电容器C2、受电线圈L3、二极管D1、电容器C3、负载LD、开关元件SW1、SW2、电阻R11、R12以及控制部15。
集磁通线圈L2集聚传输线圈L1中产生的交变磁场的磁通。电容器C2与集磁通线圈L2连接。受电线圈L3与集磁通线圈L2磁耦合。受电谐振电路LC2包括集磁通线圈L2和电容器C2。集磁通线圈L2接收传输线圈L1中产生的磁通，并将该磁通传递到受电线圈L3。如图1所示，受电谐振电路LC2没有与受电线圈L3等电连接。
二极管D1的阳极与受电线圈L3的一端L31连接。在二极管D1的阴极与受电线圈L3的另一端L32之间连接有电容器C3。二极管D1是对受电线圈L3的交流电力进行整流的整流电路。电容器C3使由二极管D1整流后的电力平滑。即，二极管D1和电容器C3构成整流平滑电路25(参照图2)，将交流电力转换为直流电力。
负载LD在第1实施方式中例如是锂离子电池或镍氢电池等二次电池。在以下中，负载LD还被称为二次电池SB。利用通过电容器C3平滑后的直流电力对二次电池SB充电。
开关元件SW1、SW2在第1实施方式中例如是机械式继电器。控制部15对开关元件SW1、SW2的接通断开进行控制。开关元件SW1(电流限制部的一例)与受电线圈L3并联连接。即，开关元件SW1连接于连接点K3与连接点K4之间，其中，连接点K3在受电线圈L3的一端L31与二极管D1的阳极之间，连接点K4在受电线圈L3的另一端L32与二次电池SB的负极之间。当开关元件SW1被接通时，受电线圈L3被短路。
开关元件SW2(电力供给开关的一例)连接于连接点K1与二次电池SB的正极之间，该连接点K1在二极管D1的阴极与电容器C3之间。当开关元件SW2被接通时，能够进行对二次电池SB的充电，当开关元件SW2被断开时，停止对二次电池SB的充电。
电阻R11、R12的串联电路与二次电池SB并联连接。即，电阻R11、R12的串联电路连接于同二次电池SB的正极连接的连接点K11与同二次电池SB的负极连接的连接点K12之间。电阻R11与电阻R12之间的连接点K2与控制部15连接。根据本结构，二次电池SB的端子电压被电阻R11、R12分压，分压所得到的电压Vd被输入到控制部15。
控制部15(电流控制部的一例、开关控制部的一例)基于电压Vd来判定二次电池SB是否满充电。当控制部15判定为二次电池SB满充电时，将开关元件SW1接通，并且将开关元件SW2断开。当控制部15判定为二次电池SB不是满充电时，将开关元件SW1断开，并且将开关元件SW2接通。
图3A是传输线圈L1的俯视图。图3B是传输线圈L1的剖视图。图4是集磁通线圈L2和受电线圈L3的剖视图。图5是概要性地示出电设备12被载置于充电器11的状态的剖视图。
如图3A、图3B所示，传输线圈L1例如是将铜线卷成漩涡状而形成的矩形的平面状线圈。如图3A、图3B所示，平板状的磁性体(例如铁氧体)31以平行于传输线圈L1的磁通交链面的方式与传输线圈L1接近配置。
如图4所示，集磁通线圈L2和受电线圈L3例如是将铜线绕截面为H字状的磁性体(例如铁氧体)41的中心轴卷成漩涡状而形成的线圈。如图4所示，集磁通线圈L2与受电线圈L3被配置为相互重叠。通过这种配置，集磁通线圈L2与受电线圈L3磁耦合。
如图5所示，集磁通线圈L2位于与受电线圈L3相比更靠电设备12的外侧的位置。也就是说，如图5所示，当电设备12的壳体52被载置于充电器11的顶板51上时，集磁通线圈L2被配置于比受电线圈L3更靠近传输线圈L1的位置。
以使送电谐振电路LC1的谐振频率F1例如为350kHz左右的方式设定了传输线圈L1的电感和电容器C1的容量。以使受电谐振电路LC2的谐振频率F2例如为400kHz左右的方式设定了集磁通线圈L2的电感和电容器C2的容量。
如上所述，控制部13以驱动频率Fc＝400kHz使开关元件Q1～Q4接通断开。因而，驱动频率Fc与受电谐振电路LC2的谐振频率F2被设定为大致相等的值。
在本实施方式中，驱动频率Fc与受电谐振电路LC2的谐振频率F2被设定为大致相等的值，但是也可以是稍微不同的值。例如也可以是，由于受电谐振电路LC2的部件偏差等而结果使驱动频率Fc与受电谐振电路LC2的谐振频率F2成为相差2％左右的值。
图6是示出充电器11的动作的时序图。图6的部分(a)示出开关元件Q1的接通断开。图6的部分(b)示出开关元件Q2的接通断开。图6的部分(c)示出开关元件Q3的接通断开。图6的部分(d)示出开关元件Q4的接通断开。图6的部分(e)示出流过传输线圈L1的电流波形。图7是示出开关元件SW1、SW2的接通断开的时序图。
以下，使用图1、图6、图7来说明第1实施方式的非接触电力传输系统10的动作。
首先，如图7所示，控制部15在动作开始时将开关元件SW1断开并将开关元件SW2接通。在该状态下，商用交流电源的AC 100V通过适配器22转换为DC 5V。该DC 5V被施加到由开关元件Q1～Q4构成的全桥电路。
如图6的部分(a)～(d)所示，根据从控制部13经由栅极电阻R1～R4而输入的栅极电压，以周期2.5μsec(也就是说驱动频率Fc＝400kHz)将开关元件Q1～Q4接通断开。通过开关元件Q1～Q4的动作，如图6的部分(e)所示，向传输线圈L1供给高频的交流电流，从而传输线圈L1被励磁。
传输线圈L1中产生的磁通与集磁通线圈L2及受电线圈L3交链，从而在集磁通线圈L2和受电线圈L3中分别产生交变电力。此时，包括集磁通线圈L2和电容器C2的受电谐振电路LC2的谐振频率F2(在本实施方式中为F2＝400kHz)与驱动频率Fc(在本实施方式中为Fc＝400kHz)一致。因此，与受电线圈L3相比，集磁通线圈L2的交链的磁通强，产生的交变电力大。
通过集磁通线圈L2中产生的交变电力而产生磁通，并向受电线圈L3供给磁通。如图5所示，集磁通线圈L2同受电线圈L3之间的距离与传输线圈L1同受电线圈L3之间的距离相比充分短。因而，集磁通线圈L2同受电线圈L3之间的耦合系数与传输线圈L1同受电线圈L3之间的耦合系数相比充分大。因此，高效地进行从集磁通线圈L2向受电线圈L3的磁通的供给。
在动作开始时开关元件SW1是断开的，因此开关元件SW1对受电线圈L3没有影响。因而，利用与受电线圈L3交链的磁通来产生交变电力。通过二极管D1对该交变电力进行整流，通过电容器C3使整流后的电力平滑。在动作开始时开关元件SW2是接通的，因此利用通过电容器C3平滑后的电力对二次电池SB充电。
控制部15检测被电阻R11、R12分压而得到的电压Vd。当电压Vd达到预先决定的基准电压Vf时，控制部15判定为二次电池SB满充电。如图7所示，当控制部15在时刻T1判定为二次电池SB满充电时，将开关元件SW1接通，并且将开关元件SW2断开。
这样，在时刻T1，开关元件SW2被断开，停止向二次电池SB的电力供给。其结果，防止二次电池SB的过充电。
根据图1和图2可知，当适配器22的插头23被插入到插座24的状态继续时，传输线圈L1中的磁通继续产生。即使开关元件SW2被断开，该状态也继续。因而，在维持开关元件SW1断开的情况下，集磁通线圈L2中的交变电力也继续产生。
而且，当开关元件SW2被断开时，集磁通线圈L2中产生的交变电力不被负载(二次电池)LD消耗。因此，集磁通线圈L2中产生的交变电力没有去处。因而，在维持开关元件SW1断开的情况下，与充电中相比流过集磁通线圈L2的电流增大。因此，在受电谐振电路LC2(集磁通线圈L2和电容器C2)中消耗无用的电力，电设备12的壳体52的温度上升。
为了避免该状况，在第1实施方式中，在时刻T1，开关元件SW2被断开，同时开关元件SW1被接通。通过开关元件SW1的作用，受电线圈L3的两端(L31、L32)之间被短路，从而受电线圈L3中不流过电流。
于是，集磁通线圈L2以与集磁通线圈L2的两端之间被短路的情况同样的方式进行动作，集磁通线圈L2中也不流过电流。这是由于，集磁通线圈L2与受电线圈L3之间的磁耦合系数大，因此集磁通线圈L2受到受电线圈L3大的影响。
根据第1实施方式，即使在充电器11的传输线圈L1中的磁通继续产生的情况下，也降低受电谐振电路LC2(集磁通线圈L2和电容器C2)中的无用的电力消耗。
与二次电池SB的充电时相比，在开关元件SW1接通时流过传输线圈L1的电流大幅下降。根据第1实施方式，在电设备12被载置于充电器11且二次电池SB不被充电的状态下，能够降低充电器11中产生的待机电力。
(第2实施方式)
图8是概要性地示出第2实施方式的非接触电力传输系统10的电路的图。在第2实施方式中，开关元件SW1的连接位置与第1实施方式不同。以下，以与第1实施方式的不同点为中心来说明第2实施方式。
在第1实施方式中，如图1所示，开关元件SW1与二极管D1的阳极侧连接。也就是说，当开关元件SW1被接通时，将受电线圈L3的两端(L31、另一端L32)之间短路。
与此相对，在第2实施方式中，如图8所示，开关元件SW1与二极管D1的阴极侧连接。即，开关元件SW1连接于连接点K5与连接点K4之间，该连接点K5在二极管D1的阴极与连接点K1之间。根据本结构，当开关元件SW1被接通时，将受电线圈L3的另一端L32与二极管D1的阴极之间短路。因而，在第2实施方式中，即使开关元件SW1被接通，也有与二极管D1的正向电压的量相当的电流流过受电线圈L3。
因此，少许电流流过受电线圈L3，集磁通线圈L2中也流过少量电流。但是，与不设置开关元件SW1的情况相比，流过集磁通线圈L2的电流充分小。因而，在第2实施方式中，也与第1实施方式同样地，能够降低集磁通线圈L2和电容器C2中的无用的电力消耗，能够降低充电器11中产生的待机电力。
此外，在本说明书中，“在集磁通线圈L2中实质上没有电流流过”除了包括在集磁通线圈L2中完全没有电流流过的情况以外，还包括以下情况：不会使集磁通线圈L2和电容器C2过度发热的程度的微弱的电流流过集磁通线圈L2。即，“在集磁通线圈L2中实质上没有电流流过”意味着“流过集磁通线圈L2的电流值是0或0附近的值”。
(第3实施方式)
图9是概要性地示出第3实施方式的非接触电力传输系统10的电路的图。在第3实施方式中，对第2实施方式附加了电阻。以下，以与第2实施方式的不同点为中心来说明第3实施方式。
在第3实施方式中，如图9所示，开关元件SW1与第2实施方式(参照图8)同样地与二极管D1的阴极侧连接。即，开关元件SW1连接于连接点K5与连接点K4之间。并且，在第3实施方式中，在开关元件SW1与连接点K4之间串联连接有电阻值低(例如10Ω)的电阻R13。
在第2实施方式中，如上所述，与二极管D1的正向电压的量相应的电流持续流过开关元件SW1。与此相对，在第3实施方式中，与开关元件SW1串联地插入有电阻R13。因而，能够利用电阻R13来降低由于二极管D1的正向电压而流过开关元件SW1的电流。因此，开关元件SW1能够降低无用的电力消耗。
(第4实施方式)
图10是概要性地示出第4实施方式的非接触电力传输系统10的电路的图。下面，以与第1实施方式的不同点为中心来说明第4实施方式。
在第4实施方式中，代替构成直流电源Vcc的适配器22(参照图2)，充电器11具备将从商用交流电源PS输入的交流电力转换为直流电力的整流电路BD1以及使整流后的电力平滑的电容器C0。整流电路BD1是由4个二极管构成的桥型的全波整流电路。
在第4实施方式中，商用交流电源PS的AC 100V被整流电路BD1整流并通过电容器C0平滑后被转换为DC 141V。该DC 141V被施加于由开关元件Q1～Q4构成的全桥电路。除此以外的充电器11的结构和动作与第1实施方式～第3实施方式相同。
在第4实施方式中，电设备12具备二极管D2和半导体开关Q5(开关元件的一例)来代替第1实施方式(参照图1)的开关元件SW1，具备半导体开关Q6(电力供给开关的一例)和晶体管Q7来代替开关元件SW2。
如图10所示，作为半导体开关Q5，使用了N沟道MOSFET，作为半导体开关Q6，使用了P沟道MOSFET。二极管D2的阳极连接于受电线圈L3的一端L31与二极管D1的阳极之间的连接点K3。
二极管D2的阴极与半导体开关Q5的漏极连接。半导体开关Q5的源极连接于受电线圈L3的另一端L32与二次电池SB的负极之间的连接点K4。半导体开关Q5的栅极经由栅极电阻而与控制部15连接。
半导体开关Q6(第2半导体开关的一例)的源极连接于二极管D1的阴极与电容器C3的连接点K1。半导体开关Q5的漏极与连接点K11(二次电池SB的正极)连接。半导体开关Q6的栅极(第2控制端子的一例)经由栅极电阻而与例如NPN双极型的晶体管Q7(第2晶体管的一例)的集电极连接。
半导体开关Q6的源极与半导体开关Q6的栅极经由电阻而相互连接。晶体管Q7的发射极连接于受电线圈L3的另一端L32与二次电池SB的负极之间的连接点K6。晶体管Q7的基极与控制部15连接。
如图10所示，MOSFET就其构造而言在源极-漏极之间内置有等效的寄生二极管(体二极管)。因此，在第4实施方式中，与半导体开关Q5的体二极管反向地连接有二极管D2。由此，构成为只在半导体开关Q5导通时电流流过半导体开关Q5。
控制部15与第1实施方式同样地进行动作。即，控制部15基于电压Vd来判定二次电池SB是否满充电。当控制部15判定为二次电池SB满充电时，将半导体开关Q5接通，并且将半导体开关Q6断开。当控制部15判定为二次电池SB不是满充电时，将半导体开关Q5断开，并且将半导体开关Q6接通。
控制部15通过输出信号SG1、SG2来控制半导体开关Q5、Q6的接通断开。即，当从控制部15输出高电平的信号SG1时，半导体开关Q5被接通。当从控制部15输出高电平的信号SG2时，晶体管Q7导通。当晶体管Q7导通时，半导体开关Q6被接通。
图11是概要性地示出第4实施方式的非接触电力传输系统10的动作的时序图。图11概要性地示出从控制部15输出的信号SG1、SG2的信号电平。使用图10、图11来说明第4实施方式的非接触电力传输系统10的动作。
控制部15在动作开始时，如图11所示那样输出低电平的信号SG1并且输出高电平的信号SG2，来将半导体开关Q5断开并且将半导体开关Q6接通。在该状态下，第4实施方式的非接触电力传输系统10与第1实施方式同样地进行动作。
控制部15检测被电阻R11、R12分压而得到的电压Vd。当电压Vd达到预先决定的基准电压Vf时，控制部15判定为二次电池SB满充电。
如图11所示，当控制部15在时刻T1判定为二次电池SB满充电时，将信号SG1切换为高电平并且将信号SG2切换为低电平，来将半导体开关Q5接通并且将半导体开关Q6断开。
根据第4实施方式，与第1实施方式同样地进行动作，从而能够得到与第1实施方式同样的效果。
(第5实施方式)
图12是概要性地示出第5实施方式的非接触电力传输系统10的电路的图。在第5实施方式中，不具备第4实施方式(参照图10)的二极管D2，半导体开关Q5的连接位置与第4实施方式不同。第5实施方式的除此以外的结构和动作与第4实施方式相同。以下，以与第4实施方式的不同点为中心来说明第5实施方式。
如图12所示，在第5实施方式中，半导体开关Q5的源极连接于与二次电池SB的负极连接的连接点K4。半导体开关Q5的漏极连接于连接点K5，该连接点K5在二极管D1的阴极即整流电路的正电压侧的输出端子与二次电池SB的正极侧的连接点K1之间。
即，半导体开关Q5是源极与整流电路的接地侧连接且漏极与整流电路的正电压侧连接的N沟道MOSFET。
这样，在第5实施方式中，半导体开关Q5的漏极与二极管D1的阴极侧连接。因而，在半导体开关Q5断开的情况下，电流不流过半导体开关Q5的内置二极管。
因此，第5实施方式(参照图12)的电路结构不需要如第4实施方式(参照图10)那样的二极管D2。根据第5实施方式，与第4实施方式相比能够简化电路结构。
(第6实施方式)
图13是概要性地示出第6实施方式的非接触电力传输系统10的电路的图。在第6实施方式中，代替第5实施方式(参照图12)的半导体开关Q5的栅极电阻而具备例如NPN双极型的晶体管Q8。第6实施方式的除此以外的结构和动作与第5实施方式相同。以下，以与第5实施方式的不同点为中心来说明第6实施方式。
半导体开关Q5(第1半导体开关的一例)的栅极(第1控制端子的一例)与晶体管Q8(第1晶体管的一例)的集电极连接。晶体管Q8的集电极经由上拉电阻而与连接点K5连接。晶体管Q8的发射极连接于连接点K4与连接点K6之间的连接点K7。
晶体管Q8的基极(控制端子的一例)连接于控制部15(晶体管控制部的一例)与晶体管Q7的基极(控制端子的一例)之间的连接点K8。即，从控制部15的输出端子16向连接点K8输出的信号被施加于晶体管Q7的基极和晶体管Q8的基极。晶体管Q7、Q8和控制部15构成控制电路的一例。
当从控制部15的输出端子16向连接点K8输出高电平的信号时，与第4实施方式(参照图10)同样地，晶体管Q7导通。当晶体管Q7导通时，半导体开关Q6(第2半导体开关的一例)被接通。当从控制部15向连接点K8输出高电平的信号时，晶体管Q8导通，从而半导体开关Q5被断开。
当从控制部15向连接点K8输出低电平的信号时，与第4实施方式(参照图10)同样地，晶体管Q7截止，从而半导体开关Q6被断开。当从控制部15向连接点K8输出低电平的信号时，晶体管Q8截止，从而半导体开关Q5被接通。
这样，在第6实施方式的电路结构中，控制部15能够使将半导体开关Q5接通(或断开)的控制信号与将半导体开关Q6断开(或接通)的控制信号共用一个信号。在该情况下，控制部15只要将与图11所示的信号SG2相同的信号输出到连接点K8即可。因而，能够简化控制部15的控制结构。
(第7实施方式)
图14是概要性地示出第7实施方式的非接触电力传输系统10的电路的图。在第7实施方式中，对第4实施方式(参照图10)附加了用于检测二次电池SB的充电电流的电流检测电阻。第7实施方式的除此以外的结构与第4实施方式相同。以下，以与第4实施方式的不同点为中心来说明第7实施方式。
在第7实施方式中，在二次电池SB的负极与受电线圈L3的另一端L32之间连接有电流检测电阻R14。作为电流检测电阻R14的一端的二次电池SB的负极侧的连接点K9与控制部15连接。
在二次电池SB的充电过程中，控制部15基于连接点K9的电压来检测二次电池SB的充电电流。控制部15通过恒流恒压充电方式对二次电池SB充电。在第7实施方式中，二次电池SB也可以是通过恒流恒压充电方式被适当地充电的锂离子电池。
图15是概要性地示出第7实施方式的非接触电力传输系统10的动作的时序图。图15概要性地示出由控制部15检测的电压Vd和半导体开关Q5、Q6的接通断开。
控制部15检测被电阻R11、R12分压而得到的电压Vd。如图15所示，从开始充电起直到电压Vd达到预先决定的基准电压Vf为止，控制部15输出低电平的信号SG1来使半导体开关Q5稳定地断开，输出高电平的信号SG2来使半导体开关Q6稳定地接通。
通过该控制，二次电池SB被恒流充电，直到在时刻T2电压Vd达到基准电压Vf为止。从充电开始到时刻T2为止相当于充电步骤的一例。
当在时刻T2电压Vd达到基准电压Vf时，控制部15以使电压Vd维持为基准电压Vf的方式对二次电池SB进行恒压充电。
控制部15(脉冲宽度调制(PWM)控制部的一例)从时刻T2起输出PWM控制信号作为信号SG1、SG2来对半导体开关Q5、Q6进行PWM控制，以对二次电池SB进行恒压充电。从控制部15输出的PWM控制信号被设定为预先决定的频率(例如20Hz)。
如图15所示，控制部15输出如下的PWM控制信号：对半导体开关Q5的接通断开进行控制的信号的波形为对半导体开关Q6的接通断开进行控制的信号的波形的反转波形。也就是说，在半导体开关Q5断开的期间内，半导体开关Q6被接通，在半导体开关Q5接通的期间内，半导体开关Q6被断开。
控制部15对二次电池SB进行着恒压充电，因此当充电进行时，充电电流逐渐下降。也就是说，当充电进行时，半导体开关Q6的接通占空比(半导体开关Q5的断开占空比)逐渐下降。
控制部15检测二次电池SB的充电电流，当检测出的充电电流小于规定值时，控制部15判定为二次电池SB满充电。如图15所示，当在时刻T3判定为二次电池SB满充电时，控制部15输出低电平的信号SG2，来将半导体开关Q6稳定地断开，从而停止对二次电池SB的充电。
控制部15输出高电平的信号SG1，来将半导体开关Q5稳定地接通，从而将受电线圈L3短路。由于受电线圈L3的短路而使得在集磁通线圈L2中实质上没有电流流过。从时刻T2到时刻T3为止相当于PWM控制步骤的一例，时刻T3以后相当于充电完成步骤的一例。
这样，在第7实施方式中，在二次电池SB接近满充电的时刻T2，从恒流充电切换为恒压充电。因而，在第7实施方式中，能够通过恒流恒压充电方式适当地对二次电池SB充电。
在第7实施方式中，在半导体开关Q6被进行PWM控制时，还对半导体开关Q5进行PWM控制，半导体开关Q6的断开期间为半导体开关Q5的接通期间。
由此，在二次电池SB没有被充电的期间，在集磁通线圈L2中实质上没有电流流过。其结果，能够降低受电谐振电路LC2(集磁通线圈L2和电容器C2)中的无用的电力消耗，还能够降低二次电池SB没有被充电的期间内的充电器11中的电力。
第7实施方式的电路结构对第4实施方式(参照图10)的电路附加了电流检测电阻，但是也可以代替上述方式而对第5实施方式(参照图12)或第6实施方式(参照图13)的电路附加电流检测电阻。在对第6实施方式(参照图13)的电路附加电流检测电阻的情况下，控制部15只要输出与图15的信号SG2相同的信号即可。
第7实施方式的电路结构也可以代替上述方式而对第1实施方式(参照图1)、第2实施方式(参照图8)或第3实施方式(参照图9)的电路附加电流检测电阻。在这些情况下，控制部15只要对开关元件SW1以与半导体开关Q5同样的方式进行PWM控制并且对开关元件SW2以与半导体开关Q6同样的方式进行PWM控制即可。
(第8实施方式)
图16是概要性地示出第8实施方式的非接触电力传输系统10的动作的时序图。图16概要性地示出由控制部15检测的电压Vd和半导体开关Q5、Q6的接通断开。
第8实施方式的非接触电力传输系统10的电路结构例如与第7实施方式(参照图14)相同。以下，以与第7实施方式的不同点为中心来说明第8实施方式的动作。
当开始对二次电池SB充电时，控制部15基于连接点K9的电压来检测二次电池SB的充电电流。在检测出的充电电流大于规定值的情况下，控制部15如图16所示那样从动作开始时起输出作为PWM控制信号的信号SG1、SG2。
控制部15与第7实施方式同样地输出如下的PWM控制信号：对半导体开关Q5的接通断开进行控制的信号的波形为对半导体开关Q6的接通断开进行控制的信号的波形的反转波形。
在图16中，控制部15在从动作开始时起到电压Vd达到基准电压Vf的时刻T4为止的期间内，将半导体开关Q6的接通占空比(半导体开关Q5的断开占空比)设为固定值(例如80％)。由此，控制部15在从动作开始时起到时刻T4为止的期间内对二次电池SB进行恒流充电。
在时刻T4以后，控制部15与第7实施方式同样地对二次电池SB进行恒压充电。由此，与第7实施方式同样地，半导体开关Q6的接通占空比(半导体开关Q5的断开占空比)逐渐下降。
时刻T4以后的动作与第7实施方式同样地进行。即，当充电电流小于规定值时，控制部15判定为二次电池SB满充电。如图16所示，当在时刻T5判定为二次电池SB满充电时，控制部15输出低电平的信号SG2，来使半导体开关Q6稳定地断开，从而停止对二次电池SB的充电。控制部15输出高电平的信号SG1，来使半导体开关Q5稳定地接通，从而将受电线圈L3短路。由于受电线圈L3的短路而使得在集磁通线圈L2中实质上没有电流流过。
例如考虑以下情况：由于充电器11与电设备12被配置为与设计规格相比更接近，而导致从充电器11向电设备12的送电电力过大。在该情况下，二次电池SB的充电电流大于规定值。但是，根据第8实施方式，当二次电池SB的充电电流大于规定值时，对半导体开关Q5、Q6进行PWM控制。由此，能够适当地进行二次电池SB的充电控制。
还考虑以下情况：由于在充电器11与电设备12之间夹有金属异物而导致充电电流大于规定值。根据第8实施方式，对半导体开关Q5、Q6进行PWM控制，从而能够降低金属异物的发热。
(其它)
(1)在上述第1实施方式～第3实施方式中，将开关元件SW1连接于受电线圈L3的两端之间。在上述第4实施方式～第6实施方式中，将半导体开关Q5连接于受电线圈L3的两端之间。也可以代替上述方式而将开关元件SW1或半导体开关Q5连接于集磁通线圈L2的两端之间。但是，受电谐振电路LC2的阻抗会增大，因此上述第1实施方式～第6实施方式是优选的。
(2)在上述实施方式中，负载LD被设为了二次电池。代替二次电池，负载LD只要是通过从受电线圈L3供给的电力进行动作的负载即可。
(3)在上述第4实施方式～第6实施方式中，作为半导体开关Q5，使用了MOSFET。也可以代替MOSFET而将双极晶体管用作半导体开关Q5。在该情况下，双极晶体管不内置体二极管，因此不需要第4实施方式(参照图10)的二极管D2。
(4)在上述实施方式中，充电器11的送电谐振电路LC1的驱动电路由使用4个开关元件Q1～Q4的全桥电路构成。然而，也可以代替该方式而由使用2个开关元件的半桥电路构成。
(5)在上述实施方式中，作为电设备12，例示了电动牙刷。但是，上述实施方式能够应用于除电动牙刷以外的理发美容相关的小型家电、例如电动剃须刀、电动脱毛器等。
产业上的可利用性
如以上那样，本公开能够在各种非接触供电装置、非接触受电装置以及非接触电力传输系统中应用。
附图标记说明
10：非接触电力传输系统；11：充电器；12：电设备；13、15：控制部；14：振荡电路；D1、D2：二极管；L1：传输线圈；L2：集磁通线圈；L3：受电线圈；LC1：送电谐振电路；LC2：受电谐振电路；LD：负载；Q5、Q6：半导体开关；SW1、SW2：开关元件。

Claims (10)

1.一种受电装置，具备：
受电谐振电路，其包括用于集聚送电谐振电路中产生的交变磁场的磁通的集磁通线圈，该送电谐振电路包括用于以非接触方式传输电力的传输线圈；
受电线圈，其不与所述受电谐振电路电连接，而与所述集磁通线圈磁耦合；
负载，其与所述受电线圈电连接；以及
电流限制部，其用于使在所述集磁通线圈中实质上没有电流流过。
2.根据权利要求1所述的受电装置，其特征在于，还具备：
电力供给开关，其设置于所述受电线圈与所述负载之间；以及
电流控制部，其控制所述电流限制部，
所述负载是通过被供给对所述受电线圈中产生的交流电力进行整流所得到的直流电力而被充电的二次电池，
所述电流控制部控制所述电流限制部，使得在所述电力供给开关被断开的期间内在所述集磁通线圈中实质上没有电流流过。
3.根据权利要求2所述的受电装置，其特征在于，
还具备对所述电力供给开关进行控制的开关控制部，
所述开关控制部判定所述二次电池是否满充电，当判定为所述二次电池满充电时，所述开关控制部将所述电力供给开关断开。
4.根据权利要求2所述的受电装置，其特征在于，
还具备对所述电力供给开关进行脉冲宽度调制控制的脉冲宽度调制控制部，
所述电流控制部控制所述电流限制部，使得在通过所述脉冲宽度调制控制将所述电力供给开关断开的期间内在所述集磁通线圈中实质上没有电流流过。
5.根据权利要求2所述的受电装置，其特征在于，
所述电流限制部包括与所述受电线圈电连接且不与所述受电谐振电路电连接的开关元件，所述开关元件用于使在所述受电线圈中实质上没有电流流过。
6.根据权利要求5所述的受电装置，其特征在于，
所述开关元件是N沟道金属氧化物半导体场效应晶体管，
所述电流限制部还包括与所述金属氧化物半导体场效应晶体管串联连接的二极管，
所述二极管的阳极与所述受电线圈的一端连接，
所述二极管的阴极与所述金属氧化物半导体场效应晶体管的漏极连接，
所述金属氧化物半导体场效应晶体管的源极与所述受电线圈的另一端连接。
7.根据权利要求5所述的受电装置，其特征在于，
还具备对所述受电线圈中产生的交流电力进行整流的整流电路，
所述开关元件是源极与所述整流电路的接地侧连接且漏极与所述整流电路的正电压侧连接的N沟道金属氧化物半导体场效应晶体管。
8.根据权利要求5所述的受电装置，其特征在于，
还具备对所述电力供给开关和所述开关元件进行控制的控制电路，
所述开关元件是具有用于对所述开关元件进行控制的第1控制端子的第1半导体开关，
所述电力供给开关是具有用于对所述电力供给开关进行控制的第2控制端子的第2半导体开关，
所述控制电路包括：
第1晶体管，其连接于所述第1控制端子与接地之间，当该第1晶体管导通时，将所述第1半导体开关断开；
第2晶体管，其连接于所述第2控制端子与接地之间，当该第2晶体管导通时，将所述第2半导体开关接通；以及
晶体管控制部，其包括与所述第1晶体管的控制端子及所述第2晶体管的控制端子连接的输出端子，
所述晶体管控制部从所述输出端子输出使所述第1晶体管和所述第2晶体管导通的导通信号或者使所述第1晶体管和所述第2晶体管截止的截止信号。
9.一种非接触电力传输系统，具备：
根据权利要求1所述的受电装置；以及
送电装置，其包括所述送电谐振电路以及向所述送电谐振电路供给交流电力的驱动电路。
10.一种非接触充电系统的充电方法，所述非接触充电系统具备：
送电装置，其包括具有用于传输电力的传输线圈的送电谐振电路；以及
受电装置，其包括受电谐振电路、受电线圈、二次电池、电力供给开关以及开关元件，
在该受电装置中，所述受电谐振电路具有用于集聚所述送电谐振电路中产生的交变磁场的磁通的集磁通线圈，所述受电线圈与所述集磁通线圈磁耦合，所述二次电池与所述受电线圈电连接，所述电力供给开关设置于所述受电线圈与所述二次电池之间，并且，所述开关元件当被接通时使得在所述集磁通线圈中实质上没有电流流过，该充电方法包括以下步骤：
充电步骤，将所述开关元件断开并且将所述电力供给开关接通，来开始对所述二次电池充电；
脉冲宽度调制控制步骤，从所述二次电池接近满充电的规定时间点起，对所述开关元件和所述电力供给开关进行脉冲宽度调制控制；以及
充电完成步骤，当所述二次电池为满充电时，将所述开关元件接通并且将所述电力供给开关断开，
其中，在所述脉冲宽度调制控制步骤中，在接通所述电力供给开关的期间内，所述开关元件被断开，在断开所述电力供给开关的期间内，所述开关元件被接通。
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