JP2012034426A - 無接点電力伝送装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電源が供給可能な電圧および電流が規格で定められている場合でも送電効率を向上可能な無接点電力伝送装置を提供する。
【解決手段】電源端子１２，１４は、供給可能な電圧および電流が規格で定められた電源（たとえばＵＳＢ端子）に接続される。マイクロコントローラ２０は、受電装置５０のインピーダンス変更部５８の動作に応じて無接点電力伝送装置１０に生じる電圧Ｖの変動を検出する。そして、マイクロコントローラ２０は、無接点電力伝送装置１０から受電装置５０への送電効率が最大となるときの電圧変動の値に電圧変動の検出値が一致するように、ＤＣ／ＡＣコンバータ１６から一次コイル１８へ供給される交流電力の周波数を調整する。
【選択図】図１

Description

この発明は、無接点電力伝送装置に関し、特に、供給可能な電圧および電流が規格で定められた電源から電力を受けて受電装置へ非接触で電力を伝送する無接点電力伝送装置に関する。

特開２０１０−２２０７６号公報（特許文献１）は、携帯用電子機器等に内蔵される二次電池を充電する充電装置に利用可能な無接点（非接触）電力伝送装置を開示する。この無接点電力伝送装置では、発振回路の出力に基づき一次側（送電側）巻線が交流駆動されて、一次側巻線に対向された二次側（受電側）巻線へ電力が伝送される。そして、二次側（受電側）巻線に誘起された交流が直流に変換されて二次電池が充電される。ここで、この無接点電力伝送装置においては、電源から一次側巻線に供給される入力電力が最大となる発振周波数が探索され、その発振周波数で発振回路を動作させる。

この無接点電力伝送装置によれば、部品のばらつきや、一次側巻線と二次側巻線とに位置ずれ等があったとしても、入力電力が最大となる周波数で発振回路が動作するように制御されるので、送電効率を向上させることができるとされる（特許文献１参照）。

特開２０１０−２２０７６号公報

上記の無接点電力伝送装置では、直流電源から一次側巻線へ電力が供給され、この入力電力が最大となるように送電周波数が調整される。ここで、電源が供給可能な電圧および電流が規格で定められている場合（たとえば、ＵＳＢ端子を電源に用いる場合など）、上記の無接点電力伝送装置では、そのような規格を守ることができず、あるいは規格の範囲で送電効率が最大とならない可能性がある。

また、上記のような無接点電力伝送装置では、一般的に、発振周波数制御回路内にＰＬＬ（Phase Locked Loop）が設けられ、また、検出回路等においてオペアンプが用いられる。ここで、これらのＰＬＬおよびオペアンプをマイクロコントローラで実現できれば、装置を小型化することが可能である。しかしながら、特に、オペアンプをマイクロコントローラに実装すると、増幅率が小さいために検出回路等で微小な変化を検出できず、その結果、種々の制御を精度よく実現できないという問題がある。

そこで、この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、電源が供給可能な電圧および電流が規格で定められている場合でも送電効率を向上可能な無接点電力伝送装置を提供することである。

また、この発明の別の目的は、ＰＬＬおよびオペアンプをマイクロコントローラで実現することによって装置を小型化可能な無接点電力伝送装置を提供することである。

この発明によれば、無接点電力伝送装置は、供給可能な電圧および電流が規格で定められた電源から電力を受けて受電装置へ非接触で電力を伝送する。受電装置は、二次巻線と、インピーダンス変更部とを含む。二次巻線は、無接点電力伝送装置から受電するためのものである。インピーダンス変更部は、予め定められた負荷を受電経路に接続することによって上記負荷の非接続時に対して無接点電力伝送装置に電圧変動を生じさせるためのものである。そして、無接点電力伝送装置は、一次巻線と、電力変換器と、電圧変動検出部と、制御装置とを備える。一次巻線は、二次巻線へ電力を伝送するためのものである。電力変換器は、上記電源から供給される電力を交流に変換して一次巻線へ供給する。電圧変動検出部は、受電装置のインピーダンス変更部の動作に応じて無接点電力伝送装置に生じる電圧変動を検出するためのものである。制御装置は、無接点電力伝送装置から受電装置への送電効率が最大となるときの電圧変動の値に電圧変動検出部の検出値が一致するように、電力変換器から一次巻線へ供給される交流電力の周波数を調整する。

好ましくは、制御装置は、マイクロコントローラによって構成される。マイクロコントローラは、増幅部と、端子とを含む。増幅部は、電圧変動検出部の出力信号を増幅する。端子は、増幅部の出力を増大可能な電流を上記電源から受ける。

さらに好ましくは、上記端子は、電圧変動検出部により電圧変動の検出が行なわれるとき、上記電源から受ける電流をマイクロコントローラ内に入力する。

好ましくは、無接点電力伝送装置は、上記電源と上記端子との間に接続される抵抗素子をさらに備える。

好ましくは、マイクロコントローラは、周波数を調整するためのＰＬＬ部をさらに含む。

好ましくは、上記電源は、ＵＳＢ端子である。
また、この発明によれば、無接点電力伝送装置は、供給可能な電圧および電流が規格で定められた電源から電力を受けて受電装置へ非接触で電力を伝送する。受電装置は、二次巻線と、インピーダンス変更部とを含む。二次巻線は、無接点電力伝送装置から受電するためのものである。インピーダンス変更部は、予め定められた負荷を受電経路に接続することによって上記負荷の非接続時に対して無接点電力伝送装置に電圧変動を生じさせるためのものである。そして、無接点電力伝送装置は、一次巻線と、電力変換器と、電圧変動検出部と、マイクロコントローラとを備える。一次巻線は、二次巻線へ電力を伝送するためのものである。電力変換器は、上記電源から供給される電力を交流に変換して一次巻線へ供給する。電圧変動検出部は、受電装置のインピーダンス変更部の動作に応じて無接点電力伝送装置に生じる電圧変動を検出するためのものである。マイクロコントローラは、電圧変動検出部の検出値に基づいて、電力変換器から一次巻線へ供給される交流電力の周波数を調整する。ここで、マイクロコントローラは、周波数を調整するためのＰＬＬ部と、電圧変動検出部の出力信号を増幅するための増幅部と、増幅部の出力を増大可能な電流を上記電源から受ける端子とを含む。

好ましくは、上記端子は、電圧変動検出部により電圧変動の検出が行なわれるとき、上記電源から受ける電流をマイクロコントローラ内に入力する。

好ましくは、無接点電力伝送装置は、上記電源と上記端子との間に接続される抵抗素子をさらに備える。

好ましくは、上記電源は、ＵＳＢ端子である。
好ましくは、マイクロコントローラは、調整部をさらに含む。調整部は、無接点電力伝送装置から受電装置への送電効率が最大となるときの電圧変動の値に電圧変動検出部の検出値が一致するように、電力変換器から一次巻線へ供給される交流電力の周波数を調整する。

この発明においては、無接点電力伝送装置から受電装置への送電効率が最大となるときの電圧変動の値に電圧変動検出部の検出値が一致するように、電力変換器から一次巻線へ供給される交流電力の周波数が調整される。これにより、電源の規格の範囲で送電効率を最大にできる。したがって、この発明によれば、電源が供給可能な電圧および電流が規格で定められている場合でも送電効率を向上させることができる。

また、この発明においては、電圧変動検出部の出力信号を増幅するための増幅部がマイクロコントローラに含まれるところ、マイクロコントローラは、増幅部の出力を増大可能な電流を電源から受ける端子をさらに含む。これにより、電圧変動検出部の出力信号を増幅する機能をマイクロコントローラに取り込んでも電圧変動を十分に検出できる。また、マイクロコントローラは、周波数を調整するためのＰＬＬ部もさらに含む。したがって、この発明によれば、オペアンプおよびＰＬＬをマイクロコントローラで実現することによって装置を小型化することができる。

この発明の実施の形態による無接点電力伝送装置および無接点電力伝送装置から電力を受ける受電装置の全体構成図である。 一次コイルに発生する伝送電圧を示した図である。 受電装置のインピーダンス変更部が動作したときの電圧変動と送電効率との関係を示した図である。 図１に示すマイクロコントローラの構成を機能的に説明する機能ブロック図である。 無接点電力伝送装置から受電装置への送電中におけるマイクロコントローラの処理手順を説明するためのフローチャートである。 一次コイルの電圧を検出する電圧センサを備える無接点電力伝送装置の構成を説明するための図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

図１は、この発明の実施の形態による無接点電力伝送装置および無接点電力伝送装置から電力を受ける受電装置の全体構成図である。図１を参照して、無接点電力伝送装置１０は、電源端子１２，１４と、ＤＣ／ＡＣコンバータ１６と、一次コイル１８と、マイクロコントローラ２０と、電源ラインＰＬ１，ＰＬ２と、抵抗素子２２，２６と、制御端子２４とを備える。

電源端子１２，１４は、図示されない電源から電力を受けるための端子である。電源端子１２，１４に接続される電源は、供給可能な電圧および電流が規格で定められており、この実施の形態では、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）端子が用いられる。すなわち、電源端子１２，１４は、ＵＳＢの正極端子および負極端子にそれぞれ接続される。なお、一例として、ＵＳＢ２．０では、５Ｖ／５００ｍＡの電源供給が規格で定められている。

ＤＣ／ＡＣコンバータ１６は、マイクロコントローラ２０からの制御信号ＰＷＭＣに基づいて、電源端子１２，１４に接続された電源（ＵＳＢ端子）から供給される電力を交流に変換して一次コイル１８へ供給する。ＤＣ／ＡＣコンバータ１６は、たとえば、４個の電力用半導体スイッチング素子（以下、単に「スイッチング素子」と称する。）から成るフルブリッジ回路や、２個のスイッチング素子から成るハーフブリッジ回路等によって構成される。一次コイル１８は、ＤＣ／ＡＣコンバータ１６から交流電力を受け、電磁誘導作用によって受電装置５０の二次コイル５２へ電力を伝送する。

マイクロコントローラ２０は、ＤＣ／ＡＣコンバータ１６を駆動するためのＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号を生成し、その生成されたＰＷＭ信号を制御信号ＰＷＭＣとしてＤＣ／ＡＣコンバータ１６へ出力する。ここで、マイクロコントローラ２０は、電源端子１２，１４に接続される電源の規格を満たす範囲で無接点電力伝送装置１０から受電装置５０への送電効率が最大となるように、ＤＣ／ＡＣコンバータ１６から一次コイル１８へ供給される交流電力の周波数を調整する。なお、マイクロコントローラ２０は、予め格納されたプログラムの実行によるソフトウェア処理によってこれらの機能を実現する。マイクロコントローラ２０の詳細な機能については、後ほど説明する。

抵抗素子２２は、ＤＣ／ＡＣコンバータ１６と電源端子１４との間の電源ラインＰＬ２に設けられる。電源端子１４は接地されている。そして、抵抗素子２２とＤＣ／ＡＣコンバータ１６との間のノードＮＤにおける電圧Ｖがマイクロコントローラ２０において検出される。この電圧Ｖは、無接点電力伝送装置１０から受電装置５０への送電中に、受電装置５０のインピーダンス変更部５８（後述）の動作に応じて無接点電力伝送装置１０に生じた電圧変動を検出するためのものである。そして、後述のように、この電圧Ｖの検出値を用いて電圧変動ΔＶが算出される。すなわち、抵抗素子２２およびマイクロコントローラ２０は、受電装置５０のインピーダンス変更部５８の動作に応じて無接点電力伝送装置１０に生じた電圧変動を検出する電圧変動検出部を構成する。

制御端子２４には、抵抗素子２６を介して電源端子１２が接続される。制御端子２４は、マイクロコントローラ２０に設けられる増幅部の出力を増大可能な電流を電源端子１２に接続された電源から受けるための入力端子である。一例として、マイクロコントローラ２０のＧＰＩＯ（General Purpose Input/Output）端子等を制御端子２４として用いることができる。この制御端子２４は、受電装置５０のインピーダンス変更部５８の動作に応じて無接点電力伝送装置１０に生じる電圧変動の検出が行なわれるときに、電源端子１２に接続された電源から供給される電流をマイクロコントローラ２０内に入力するように制御される。抵抗素子２６は、制御端子２４と電源端子１２との間に設けられ、電源端子１２から制御端子２４へ短絡電流が流れるのを防止する。

一方、無接点電力伝送装置１０から伝送された電力を受ける受電装置５０は、二次コイル５２と、整流回路５４と、バッテリ５６と、インピーダンス変更部５８とを含む。二次コイル５２は、電磁誘導作用によって無接点電力伝送装置１０の一次コイル１８から受電し、その受けた電力を整流回路５４へ出力する。整流回路５４は、二次コイル５２から受ける交流電力を整流してバッテリ５６へ出力する。バッテリ５６は、整流回路５４から出力される電力を蓄える。

インピーダンス変更部５８は、予め定められた負荷（図示せず）を受電経路に接続することによって、その負荷の非接続時に対して無接点電力伝送装置１０に電圧変動を生じさせるために設けられる。この実施の形態では、一例として、インピーダンス変更部５８は、整流回路５４とバッテリ５６との間に設けられ、整流回路５４とバッテリ５６との間の電路に、予め定められた負荷を所定の頻度で接続する。

インピーダンス変更部５８において受電経路に負荷が接続されると、受電系のインピーダンスが変化することにより無接点電力伝送装置１０に電圧変動が生じる。そこで、たとえば、受電装置５０の種別毎にインピーダンス変更部５８の動作頻度を予め定めておき、無接点電力伝送装置１０において電圧変動の頻度を検出することによって、無接点電力伝送装置１０において受電装置５０の種別を認識することが可能となる。

なお、上述のように、インピーダンス変更部５８の動作に応じて無接点電力伝送装置１０に生じる電圧変動は、無接点電力伝送装置１０においてノードＮＤの電圧Ｖに基づいて検出される。そして、この実施の形態では、インピーダンス変更部５８の動作に応じて無接点電力伝送装置１０に生じるこの電圧変動の値を用いて、無接点電力伝送装置１０から受電装置５０への送電効率が最大となるように、ＤＣ／ＡＣコンバータ１６から一次コイル１８へ供給される交流電力の周波数が調整される。以下、この周波数調整の考え方について説明する。

図２は、受電装置５０のインピーダンス変更部５８の動作に応じて無接点電力伝送装置１０に生じる電圧変動を説明するための図である。図２を参照して、縦軸は、一次コイル１８に発生する伝送電圧を示し、線Ｌは、伝送電圧（交流）の包絡線を示す。上述のように、電源端子１２，１４に接続される電源は、供給可能な電圧および電流が規格で定められている。そして、ここでは、電源が規格を満たす範囲で送電効率が最大となるように伝送周波数（ＤＣ／ＡＣコンバータ１６から一次コイル１８へ供給される交流電力の周波数）が調整されているものとする。

受電装置５０のインピーダンス変更部５８が動作すると（負荷接続によるインピーダンス変更）、受電系のインピーダンスが変化することにより送電効率が低下し、伝送電圧がΔＶａだけ低下する。すなわち、インピーダンス変更部５８が動作すると、インピーダンス変更部５８の非動作時に対して電圧変動ΔＶａが生じる。そして、この実施の形態では、この電圧変動ΔＶａの大きさが送電効率の良否に応じて変化することを利用する。

図３は、受電装置５０のインピーダンス変更部５８が動作したときの電圧変動ΔＶａと送電効率との関係を示した図である。図３を参照して、ｒｅｆΔＶａは、電源端子１２，１４に接続される電源が規格を満たす範囲で送電効率が最大となるように伝送周波数が調整されている場合に、インピーダンス変更部５８が動作したときの電圧変動を示す。送電効率が最大となるように伝送周波数が調整されているときは、インピーダンス変更部５８が動作したときの電圧変動はｒｅｆΔＶａであり、電圧変動がｒｅｆΔＶａと一致しない場合には、送電効率が最大となるように伝送周波数が調整されていないことを示す。

そこで、この実施の形態では、受電装置５０のインピーダンス変更部５８が動作したときの無接点電力伝送装置１０における電圧変動について、送電効率が最大となるように伝送周波数が調整されているときの電圧変動の値ｒｅｆΔＶａを予め求めておく。そして、無接点電力伝送装置１０から受電装置５０への送電中にインピーダンス変更部５８が動作したときに生じる電圧変動がｒｅｆΔＶａに一致するように、無接点電力伝送装置１０においてＤＣ／ＡＣコンバータ１６から一次コイル１８へ供給される交流電力の周波数を調整することとしたものである。

なお、このような手法としたのは、電源端子１２，１４に接続される電源について、供給可能な電圧および電流が規格で定められているからである。すなわち、電源端子１２，１４に接続される電源に制約がなければ、背景技術で説明したように、一次コイル１８へ供給される電力が最大となるように周波数を調整すればよい。しかしながら、この実施の形態では、供給可能な電圧および電流が規格で定められた電源（ＵＳＢ端子等）が用いられるので、背景技術で説明した上記手法では送電効率が最大とならない可能性がある。そこで、この実施の形態では、無接点電力伝送装置１０から受電装置５０への送電中にインピーダンス変更部５８が動作したときに無接点電力伝送装置１０に生じる電圧変動に基づいて伝送周波数を調整する手法を採用したものである。

なお、この実施の形態では、受電装置５０のインピーダンス変更部５８が動作したときに無接点電力伝送装置１０に生じる電圧変動について、抵抗素子２２（図１）を設けることによって検出される、直流部での電圧Ｖの変動を上記電圧変動として検出する。受電装置５０のインピーダンス変更部５８が動作すると、インピーダンスの変化に応じてＤＣ／ＡＣコンバータ１６および一次コイル１８に流れる電流が変動し、抵抗素子２２に流れる電流が変動することによって電圧Ｖも変動する。そこで、インピーダンス変更部５８が動作したときに無接点電力伝送装置１０に生じる電圧変動として電圧Ｖの変動を用いることができる。

図４は、図１に示したマイクロコントローラ２０の構成を機能的に説明する機能ブロック図である。図４を参照して、マイクロコントローラ２０は、電圧変動算出部１０２と、入力制御部１０４と、増幅部１０６と、周波数調整部１０８と、ＰＬＬ部１１０と、ＰＷＭ制御部１１２とを含む。

電圧変動算出部１０２は、ノードＮＤ（図１）の電圧Ｖを検出する。そして、電圧変動算出部１０２は、電圧Ｖの検出値に基づいて、受電装置５０のインピーダンス変更部５８の動作に応じて生じる電圧Ｖの変動を示す電圧変動ΔＶを算出し、その算出値を増幅部１０６へ出力する。また、電圧変動算出部１０２は、インピーダンス変更部５８の動作に応じて電圧変動ΔＶが生じると、その旨を入力制御部１０４へ通知する。

入力制御部１０４は、インピーダンス変更部５８の動作に応じて電圧変動ΔＶが生じた旨の通知を電圧変動算出部１０２から受けると、制御端子２４が電源端子１２（図１）から受ける電流をマイクロコントローラ２０内に入力するように電流入力を制御する。たとえば、制御端子２４にリレーを設け、インピーダンス変更部５８の動作に応じて電圧変動ΔＶが生じた旨の通知を電圧変動算出部１０２から受けると、入力制御部１０４はそのリレーをオンにする。

増幅部１０６は、電圧変動算出部１０２の出力信号を増幅して周波数調整部１０８へ出力する。ここで、インピーダンス変更部５８の動作に応じて電圧変動ΔＶが生じると、制御端子２４からマイクロコントローラ２０内に電流が入力されることによって増幅部１０６における増幅率が増大する。

この増幅部１０６は、従来、マイクロコントローラ２０の外部においてオペアンプにより実現していた増幅機能を、マイクロコントローラ２０内に取り込んだものである。一般的には、マイクロコントローラ内に設けられる増幅部の増幅率は小さい。そこで、この実施の形態では、インピーダンス変更部５８の動作に応じて電圧変動ΔＶが生じたときに限り制御端子２４からマイクロコントローラ２０内に電流を供給することによって、増幅部１０６の増幅率を増大させる。これにより、電圧変動ΔＶの検出精度を確保しつつ装置の小型化を実現できる。

周波数調整部１０８は、無接点電力伝送装置１０から受電装置５０への送電効率が最大となるように、ＤＣ／ＡＣコンバータ１６から一次コイル１８へ供給される交流電力の周波数（すなわち送電周波数）を調整する。より詳しくは、周波数調整部１０８は、電源端子１２，１４（図１）に接続される電源の規格の範囲で送電効率が最大となるように伝送周波数が調整されているときの電圧変動ΔＶの値を示すｒｅｆΔＶに電圧変動ΔＶの検出値が一致するように周波数を調整する。なお、ｒｅｆΔＶの値は、オフラインで予め求めておく。そして、周波数調整部１０８は、増幅部１０６から受ける電圧変動ΔＶの検出値が予め定められたｒｅｆΔＶに一致するように、ＰＬＬ部１１０へ出力される基準周波数を変更する。

ＰＬＬ部１１０は、周波数調整部１０８から受ける基準周波数に一致した発振信号を生成してＰＷＭ制御部１１２へ出力する。このＰＬＬ部１１０も、従来、マイクロコントローラ２０の外部において位相比較器や電圧制御発振器（ＶＣＯ）等により実現していた機能を、マイクロコントローラ２０内に取り込んだものである。これにより、無接点電力伝送装置１０をさらに小型化できる。

ＰＷＭ制御部１１２は、ＤＣ／ＡＣコンバータ１６から一次コイル１８へ供給される交流電力の周波数（伝送周波数）がＰＬＬ部１１０から受ける信号の周波数に一致するように、ＤＣ／ＡＣコンバータ１６を駆動するためのＰＷＭ信号を生成する。そして、ＰＷＭ制御部１１２は、その生成したＰＷＭ信号を制御信号ＰＷＭＣとしてＤＣ／ＡＣコンバータ１６へ出力する。

図５は、無接点電力伝送装置１０から受電装置５０への送電中におけるマイクロコントローラ２０の処理手順を説明するためのフローチャートである。なお、このフローチャートに示される一連の処理は、一定時間毎または所定の条件成立時にメインルーチンから呼出されて実行される。

図５を参照して、ＤＣ／ＡＣコンバータ１６から一次コイル１８へ供給される交流電力の周波数ｆにつき、マイクロコントローラ２０は、現在設定されている周波数ｆが下限周波数ｆＬから上限周波数ｆＨまでの範囲にあるか否かを判定する（ステップＳ１０）。周波数ｆが下限周波数ｆＬから上限周波数ｆＨまでの範囲にあると判定されると（ステップＳ１０においてＹＥＳ）、マイクロコントローラ２０は、ノードＮＤ（図１）の電圧Ｖに基づいて、受電装置５０のインピーダンス変更部５８（図１）の動作に応じて生じる電圧Ｖの変動を示す電圧変動ΔＶを算出する（ステップＳ２０）。

一方、ステップＳ１０において周波数ｆが下限周波数ｆＬ以下または上限周波数ｆＨ以上であると判定されると（ステップＳ１０においてＮＯ）、マイクロコントローラ２０は、ＤＣ／ＡＣコンバータ１６の動作を停止させることによって無接点電力伝送装置１０から受電装置５０への送電を停止する（ステップＳ３０）。その後、マイクロコントローラ２０は、ステップＳ６０（後述）へ処理を移行する。

ステップＳ２０において電圧変動ΔＶが算出されると、マイクロコントローラ２０は、電圧変動ΔＶの絶対値が予め定められた値δ１よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ４０）。なお、この値δ１は、受電装置５０のインピーダンス変更部５８の動作に応じて電圧変動ΔＶが生じたか否かを判定するためのしきい値である。

電圧変動ΔＶの絶対値が値δ１よりも大きいと判定されると（ステップＳ４０においてＹＥＳ）、インピーダンス変更部５８の動作に応じて電圧変動ΔＶが生じたものと判断され、マイクロコントローラ２０は、制御端子２４からの入電を許可する（ステップＳ５０）。一方、ステップＳ４０において電圧変動ΔＶの絶対値が値δ１以下であると判定されると（ステップＳ４０においてＮＯ）、インピーダンス変更部５８は動作していないものと判断され、マイクロコントローラ２０は、制御端子２４からの入電を不許可とする（ステップＳ６０）。そして、ステップＳ６０の後は、マイクロコントローラ２０は、ステップＳ１２０へ処理を移行する。

ステップＳ５０において制御端子２４からの入電が許可されると、マイクロコントローラ２０は、ステップＳ２０において算出された電圧変動ΔＶと予め求められた値ｒｅｆΔＶとの差の絶対値が値δ２よりも小さいか否かを判定する（ステップＳ７０）。なお、上述のように、ｒｅｆΔＶは、無接点電力伝送装置１０から受電装置５０への送電効率が最大となるように伝送周波数が調整されているときの電圧変動ΔＶであり、オフラインで予め求められる。また、値δ２は、電圧変動ΔＶがｒｅｆΔＶに一致したか否かを判定するためのしきい値である。

ステップＳ７０において電圧変動ΔＶとｒｅｆΔＶとの差の絶対値が値δ２以上であると判定されると（ステップＳ７０においてＮＯ）、マイクロコントローラ２０は、電圧変動ΔＶがｒｅｆΔＶに一致するように、ＤＣ／ＡＣコンバータ１６から一次コイル１８へ供給される交流電力の周波数ｆを調整する（ステップＳ８０）。その後、マイクロコントローラ２０は、ステップＳ１０へ処理を戻す。

一方、ステップＳ７０において電圧変動ΔＶとｒｅｆΔＶとの差の絶対値が値δ２よりも小さいと判定されると（ステップＳ７０においてＹＥＳ）、マイクロコントローラ２０は、無接点電力伝送装置１０から受電装置５０への送電を継続するようにＤＣ／ＡＣコンバータ１６を制御する（ステップＳ９０）。

次いで、マイクロコントローラ２０は、受電装置５０のバッテリ５６（図１）が満充電状態まで充電されたか否かを判定する（ステップＳ１００）。無接点電力伝送装置１０において受電装置５０のバッテリ５６の満充電を判定する手法としては、たとえば、受電装置５０においてバッテリ５６が満充電になるとインピーダンス変更部５８に所定の動作を行なわせ、無接点電力伝送装置１０において電圧変動ΔＶを検出することによりバッテリ５６の満充電を判定可能である。あるいは、バッテリ５６が満充電になると受電装置５０において受電経路を電気的に遮断し、それに伴なう電圧変動ΔＶを無接点電力伝送装置１０において検出することにより満充電を判定してもよい。

そして、ステップＳ１００においてバッテリ５６が満充電であると判定されると（ステップＳ１００においてＹＥＳ）、マイクロコントローラ２０は、ＤＣ／ＡＣコンバータ１６の動作を停止させることによって無接点電力伝送装置１０から受電装置５０への送電を停止する（ステップＳ１１０）。なお、バッテリ５６が満充電ではないと判定されたときは（ステップＳ１００においてＮＯ）、マイクロコントローラ２０は、ステップＳ１２０へ処理を移行する。

以上のように、この実施の形態においては、無接点電力伝送装置１０から受電装置５０への送電効率が最大となるときの電圧変動ΔＶを示すｒｅｆΔＶに電圧変動ΔＶの検出値が一致するように、ＤＣ／ＡＣコンバータ１６から一次コイル１８へ供給される交流電力の周波数ｆが調整される。これにより、電源端子１２，１４に接続される電源の規格の範囲で送電効率を最大にできる。したがって、この実施の形態によれば、電源が供給可能な電圧および電流が規格で定められている場合でも送電効率を向上させることができる。

また、この実施の形態においては、電圧変動ΔＶの検出値を増幅するための増幅部１０６がマイクロコントローラ２０に含まれるところ、マイクロコントローラ２０は、増幅部１０６の出力を増大可能な電流を電源から受ける制御端子２４をさらに含む。これにより、電圧変動ΔＶの検出値を増幅する機能をマイクロコントローラ２０に取り込んでも電圧変動ΔＶを十分に検出できる。また、マイクロコントローラ２０は、周波数ｆを調整するためのＰＬＬ部１１０もさらに含む。したがって、この実施の形態によれば、オペアンプおよびＰＬＬをマイクロコントローラ２０で実現することによって無接点電力伝送装置１０を小型化することができる。

なお、上記の実施の形態においては、無接点電力伝送装置１０において抵抗素子２２を設け（図１）、ノードＮＤの電圧Ｖに基づいて、受電装置５０のインピーダンス変更部５８に応じて無接点電力伝送装置１０に生じる電圧変動を検出するものとしたが、これに代えて、一次コイル１８の電圧を検出し、その検出値に基づいて上記電圧変動を検出してもよい。

図６は、一次コイル１８の電圧を検出する電圧センサを備える無接点電力伝送装置の構成を説明するための図である。図６を参照して、無接点電力伝送装置１０Ａは、図１に示した無接点電力伝送装置１０の構成において、抵抗素子２２を備えずに電圧センサ２８を備え、マイクロコントローラ２０に代えてマイクロコントローラ２０Ａを備える。

電圧センサ２８は、一次コイル１８の電圧Ｖａを検出し、その検出値をマイクロコントローラ２０Ａへ出力する。マイクロコントローラ２０Ａは、電圧Ｖａの検出値に基づいて、ＤＣ／ＡＣコンバータ１６から一次コイル１８へ供給される交流電力の周波数を調整する。

たとえば、マイクロコントローラ２０Ａは、電圧Ｖａについて図２に示したような包絡線を算出し、その包絡線の変動に基づいて電圧変動ΔＶａを算出する。そして、その算出された電圧変動ΔＶａが予め定められたｒｅｆΔＶａに一致するように、マイクロコントローラ２０Ａは、ＤＣ／ＡＣコンバータ１６から一次コイル１８へ供給される交流電力の周波数を調整する。なお、ｒｅｆΔＶａは、送電効率が最大となるように周波数が調整されているときの電圧変動ΔＶａの値であり、オフラインで予め求められる。

なお、上記において、一次コイル１８および二次コイル５２は、それぞれこの発明における「一次巻線」および「二次巻線」の一実施例に対応し、ＤＣ／ＡＣコンバータ１６は、この発明における「電力変換器」の一実施例に対応する。また、抵抗素子２２および電圧変動算出部１０２は、この発明における「電圧変動検出部」の一実施例を形成し、電圧センサ２８も、この発明における「電圧変動検出部」の一実施例に対応する。さらに、制御端子２４は、この発明における「端子」の一実施例に対応し、抵抗素子２６は、この発明における「抵抗素子」の一実施例に対応する。また、さらに、周波数調整部１０８は、この発明における「調整部」の一実施例に対応する。

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明による無接点電力伝送装置は、ゲーム機のリモコンや携帯用電子機器等に搭載されるバッテリを充電する際に利用することができる。

１０，１０Ａ 無接点電力伝送装置、１２，１４ 電源端子、１６ ＤＣ／ＡＣコンバータ、１８ 一次コイル、２０，２０Ａ マイクロコントローラ、２２，２６ 抵抗素子、２４ 制御端子、２８ 電圧センサ、５０ 受電装置、５２ 二次コイル、５４ 整流回路、５６ バッテリ、５８ インピーダンス変更部、１０２ 電圧変動算出部、１０４ 入力制御部、１０６ 増幅部、１０８ 周波数調整部、１１０ ＰＬＬ部、１１２ ＰＷＭ制御部、ＰＬ１，ＰＬ２ 電源ライン。

Claims (11)

1. 供給可能な電圧および電流が規格で定められた電源から電力を受けて受電装置へ非接触で電力を伝送する無接点電力伝送装置であって、前記受電装置は、前記無接点電力伝送装置から受電するための二次巻線と、予め定められた負荷を受電経路に接続することによって前記負荷の非接続時に対して前記無接点電力伝送装置に電圧変動を生じさせるためのインピーダンス変更部とを含み、前記無接点電力伝送装置は、
   前記二次巻線へ電力を伝送するための一次巻線と、
   前記電源から供給される電力を交流に変換して前記一次巻線へ供給する電力変換器と、
   前記受電装置のインピーダンス変更部の動作に応じて当該無接点電力伝送装置に生じる電圧変動を検出するための電圧変動検出部と、
   当該無接点電力伝送装置から前記受電装置への送電効率が最大となるときの前記電圧変動の値に前記電圧変動検出部の検出値が一致するように、前記電力変換器から前記一次巻線へ供給される交流電力の周波数を調整する制御装置とを備える、無接点電力伝送装置。
2. 前記制御装置は、マイクロコントローラによって構成され、
   前記マイクロコントローラは、
   前記電圧変動検出部の出力信号を増幅するための増幅部と、
   前記増幅部の出力を増大可能な電流を前記電源から受ける端子とを含む、請求項１に記載の無接点電力伝送装置。
3. 前記端子は、前記電圧変動検出部により前記電圧変動の検出が行なわれるとき、前記電源から受ける電流を前記マイクロコントローラ内に入力する、請求項２に記載の無接点電力伝送装置。
4. 前記電源と前記端子との間に接続される抵抗素子をさらに備える、請求項２または請求項３に記載の無接点電力伝送装置。
5. 前記マイクロコントローラは、前記周波数を調整するためのＰＬＬ部をさらに含む、請求項２から請求項４のいずれかに記載の無接点電力伝送装置。
6. 前記電源は、ＵＳＢ端子である、請求項１から請求項５のいずれかに記載の無接点電力伝送装置。
7. 供給可能な電圧および電流が規格で定められた電源から電力を受けて受電装置へ非接触で電力を伝送する無接点電力伝送装置であって、前記受電装置は、前記無接点電力伝送装置から受電するための二次巻線と、予め定められた負荷を受電経路に接続することによって前記負荷の非接続時に対して前記無接点電力伝送装置に電圧変動を生じさせるためのインピーダンス変更部とを含み、前記無接点電力伝送装置は、
   前記二次巻線へ電力を伝送するための一次巻線と、
   前記電源から供給される電力を交流に変換して前記一次巻線へ供給する電力変換器と、
   前記受電装置のインピーダンス変更部の動作に応じて当該無接点電力伝送装置に生じる電圧変動を検出するための電圧変動検出部と、
   前記電圧変動検出部の検出値に基づいて、前記電力変換器から前記一次巻線へ供給される交流電力の周波数を調整するマイクロコントローラとを含み、
   前記マイクロコントローラは、
   前記周波数を調整するためのＰＬＬ部と、
   前記電圧変動検出部の出力信号を増幅するための増幅部と、
   前記増幅部の出力を増大可能な電流を前記電源から受ける端子とを含む、無接点電力伝送装置。
8. 前記端子は、前記電圧変動検出部により前記電圧変動の検出が行なわれるとき、前記電源から受ける電流を前記マイクロコントローラ内に入力する、請求項７に記載の無接点電力伝送装置。
9. 前記電源と前記端子との間に接続される抵抗素子をさらに備える、請求項７または請求項８に記載の無接点電力伝送装置。
10. 前記電源は、ＵＳＢ端子である、請求項７から請求項９のいずれかに記載の無接点電力伝送装置。
11. 前記マイクロコントローラは、当該無接点電力伝送装置から前記受電装置への送電効率が最大となるときの前記電圧変動の値に前記電圧変動検出部の検出値が一致するように、前記電力変換器から前記一次巻線へ供給される交流電力の周波数を調整する調整部をさらに含む、請求項７から請求項１０のいずれかに記載の無接点電力伝送装置。

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