JP2016063693A - 受電装置、非接触電力伝送システム及び充電方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】負荷に電力が供給されない場合にも動作が好適に行われる。【解決手段】本発明の一態様は、伝送された電力を非接触で受け取る受電装置であって、電力を伝送するための伝送コイルを含む送電共振回路で発生する交番磁界の磁束を、送電共振回路と非接触で集めるための集磁束コイルを含む受電共振回路と、受電共振回路と電気的に接続されず、集磁束コイルと磁気的に結合された受電コイルと、受電コイルと電気的に接続された負荷と、集磁束コイルに流れる電流を０又は０近傍に制限する電流制限部と、を備える。【選択図】図１
Description
本発明は、伝送された電力を非接触で受け取る受電装置、非接触で電力を伝送する非接触電力伝送システム、及び充電方法に関するものである。
従来の電磁誘導方式の非接触電力伝送システムは、電力を伝送するための伝送コイルを含む送電装置と、電力を受け取るための受電コイルを含む受電装置とを備える。この非接触電力伝送システムは、伝送コイルに発生させた磁束を受電コイルに鎖交することにより、送電装置から受電装置に非接触で電力を伝送する。
また、近年、電磁共振を用いた磁界共鳴方式の非接触電力伝送システムが注目されている（特許文献１参照）。磁界共鳴方式の非接触電力伝送システムでは、受電装置は、伝送コイルで発生する磁束を集めるための集磁束コイルをさらに含む。受電コイルは、集磁束コイルと強く磁気結合している。受電コイルは、集磁束コイルを介して、伝送コイルから伝送される電力を受け取る。磁界共鳴方式の非接触電力伝送システムでは、伝送コイルと集磁束コイルとは、それぞれ共振回路を構成する。このように共振回路を備えることにより、磁界共鳴方式の非接触電力伝送システムは、電磁誘導方式に比べて、電力の伝送距離を延ばしている。
非接触電力伝送システムの受電装置は、受電コイルと電気的に接続された負荷を含み、受電コイルが受け取った電力は、負荷に供給される。
しかしながら、上記従来の特許文献１に記載の非接触電力伝送システムでは、負荷に電力が供給されない場合については、十分に検討されていない。
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、負荷に電力が供給されない場合にも動作が好適に行われる受電装置、非接触電力伝送システム及び充電方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明の一態様は、電力を伝送するための伝送コイルを含む送電共振回路で発生する交番磁界の磁束を、前記送電共振回路と非接触で集めるための集磁束コイルを含む受電共振回路と、前記受電共振回路と電気的に接続されず、前記集磁束コイルと磁気的に結合された受電コイルと、前記受電コイルと電気的に接続された負荷と、前記集磁束コイルに流れる電流を０又は０近傍に制限する電流制限部と、を備えるものである。
本発明によれば、負荷に電力が供給されない場合にも動作が好適に行われる。
一般に、非接触電力伝送システムにおいて、負荷への電力供給が不要になると、受電コイルと負荷との間に設けられた電力供給スイッチをオフにして、負荷への電力供給を停止する。例えば、負荷が二次電池の場合、二次電池が満充電になると、電力供給スイッチをオフにして二次電池への電力供給を停止する。これによって、二次電池が過充電になるのを防止している。
しかしながら、集磁束コイルを用いる磁界共鳴方式の非接触電力伝送システムでは、電力供給スイッチをオフにして二次電池への電力供給を停止したときに、送電装置のプラグがコンセントに差し込まれた状態で放置されると、伝送コイルから集磁束コイルへは電力伝送が継続され、送電装置の入力電流は、充電していないときも、充電しているときと同じくらい流れ続ける。
伝送コイルから集磁束コイルに伝送された電力は、電力供給スイッチがオフにされていると、負荷（二次電池）で消費されず、電力の行き場がなくなり、集磁束コイルに流れる電流は、電力が負荷で消費される場合に比べて増大する。その結果、受電装置が発熱するとともに、送電装置の待機電力が十分に低減されない。
本発明の一態様は、電力を伝送するための伝送コイルを含む送電共振回路で発生する交番磁界の磁束を、前記送電共振回路と非接触で集めるための集磁束コイルを含む受電共振回路と、前記受電共振回路と電気的に接続されず、前記集磁束コイルと磁気的に結合された受電コイルと、前記受電コイルと電気的に接続された負荷と、前記集磁束コイルに流れる電流を０又は０近傍に制限する電流制限部と、を備えるものである。
本態様によれば、送電共振回路で発生する交番磁界の磁束は、受電共振回路の集磁束コイルによって集められる。このため、受電共振回路は、送電共振回路から高効率で電力を受け取ることができる。受電コイルは、集磁束コイルと磁気的に結合されている。したがって、受電共振回路が受け取った電力により集磁束コイルに発生する交番磁界の磁束は、受電コイルに鎖交する。その結果、受電コイルは、集磁束コイルを介して、伝送コイルから伝送される電力を受け取ることができる。集磁束コイルに流れる電流は、電流制限部によって０又は０近傍に制限される。このため、受電共振回路が過度に発熱するのを防止することが可能になる。
また、上記態様において、例えば、前記受電コイルと前記負荷との間に設けられた電力供給スイッチと、前記電流制限部を制御する電流制御部と、をさらに備え、前記負荷は、前記受電コイルに発生する交流電力が整流された直流電力が供給されて充電される二次電池であり、前記電流制御部は、前記電流制限部を制御して、前記電力供給スイッチがオンにされている間は、前記電流制限部に前記集磁束コイルに流れる電流を制限させず、前記電力供給スイッチがオフにされている間は、前記電流制限部に前記集磁束コイルに流れる電流を０又は０近傍に制限させるとしてもよい。
本態様によれば、電力供給スイッチがオンにされている間は、集磁束コイルに流れる電流が制限されない。このため、受電コイルからの電力供給により二次電池が充電される。一方、電力供給スイッチがオフにされている間は、電流制限部によって、集磁束コイルに流れる電流が０又は０近傍に制限される。したがって、二次電池に供給されないため行き場のなくなった電力によって、集磁束コイルを含む受電共振回路が過度に発熱することが防止される。
また、上記態様において、例えば、前記電力供給スイッチのオンオフを制御するスイッチ制御部をさらに備え、前記スイッチ制御部は、前記二次電池が満充電になったか否かを判定し、前記二次電池が満充電になったと判定すると、前記電力供給スイッチをオフにするとしてもよい。
本態様によれば、スイッチ制御部は、二次電池が満充電になったと判定すると、電力供給スイッチをオフにする。したがって、二次電池が満充電になると、確実に充電電流を停止できる。
また、上記態様において、例えば、前記電力供給スイッチをＰＷＭ制御によりオンオフさせるＰＷＭ制御部をさらに備え、前記電流制御部は、前記電流制限部を制御して、前記ＰＷＭ制御による前記電力供給スイッチのオン期間は、前記電流制限部に前記集磁束コイルに流れる電流を制限させず、前記ＰＷＭ制御による前記電力供給スイッチのオフ期間は、前記電流制限部に前記集磁束コイルに流れる電流を０又は０近傍に制限させるとしてもよい。
本態様によれば、電力供給スイッチがＰＷＭ制御によりオンオフされると、二次電池の充電が、ＰＷＭ制御のオンデューティ比によって制御される。ＰＷＭ制御による電力供給スイッチのオン期間には、集磁束コイルに流れる電流が制限されない。このため、受電コイルから二次電池に、オンデューティ比によって制御された電力が供給される。一方、ＰＷＭ制御による電力供給スイッチのオフ期間には、集磁束コイルに流れる電流が０又は０近傍に制限される。したがって、二次電池に供給されないため行き場のなくなった電力によって、集磁束コイルを含む受電共振回路が過度に発熱することが防止される。
また、上記態様において、例えば、前記電流制限部は、前記受電コイルと電気的に接続され、かつ前記受電コイルに流れる電流を０又は０近傍に制限するスイッチ素子を含み、前記受電共振回路と電気的に接続されていないとしてもよい。
本態様によれば、電流制限部は、受電共振回路と電気的に接続されていない。このため、受電共振回路は、効率良く共振する。その結果、受電共振回路は、送電共振回路から高効率で電力を受け取ることができる。電流制限部は、受電コイルと電気的に接続され、かつ受電コイルに流れる電流を０又は０近傍に制限するスイッチ素子を含む。一方、受電コイルは、集磁束コイルと磁気的に結合されている。このため、受電コイルに流れる電流がスイッチ素子により０又は０近傍に制限されると、集磁束コイルに流れる電流も、０又は０近傍に制限される。その結果、受電共振回路が過度に発熱するのを防止することができる。
また、上記態様において、例えば、前記スイッチ素子は、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴであり、前記電流制限部は、前記ＭＯＳＦＥＴに直列接続されたダイオードをさらに含み、前記ダイオードのアノードは、前記受電コイルの一端に接続され、前記ダイオードのカソードは、前記ＭＯＳＦＥＴのドレインに接続され、前記ＭＯＳＦＥＴのソースは、前記受電コイルの他端に接続されているとしてもよい。
本態様によれば、スイッチ素子は、ＭＯＳＦＥＴであるため、簡素な構成で小型の装置を実現できる。ＭＯＳＦＥＴには、等価的な寄生ダイオード（ボディーダイオード）が内蔵されているため、ＭＯＳＦＥＴのみを接続すると整流ができなくなる。そのため、ＭＯＳＦＥＴにダイオードをボディーダイオードと反対の向きに直列に接続して、その直列回路を受電コイルの両端に接続する。そのときにＭＯＳＦＥＴの駆動をしやすいように受電コイルのグランド側にＭＯＳＦＥＴを接続するようにする。このように構成することで、ＭＯＳＦＥＴがオンのときのみ、受電コイルの両端が短絡される。これによって、受電コイルに流れる電流が０又は０近傍に制限される。その結果、集磁束コイルに流れる電流が０又は０近傍に制限される。
また、上記態様において、例えば、前記スイッチ素子は、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴであり、前記受電コイルに発生する交流電力の整流後に、前記ＭＯＳＦＥＴが配置され、前記ＭＯＳＦＥＴのソースは、整流後のグランド側に接続され、前記ＭＯＳＦＥＴのドレインは、整流後の正電圧側に接続されるとしてもよい。
本態様によれば、ＭＯＳＦＥＴには、ボディーダイオードが内蔵されているが、整流後は正電圧しか出力されないため、ボディーダイオード側には電流が流れない。このため、ＭＯＳＦＥＴがオンのときのみ、受電コイル及び整流する部分の両端が短絡される。その結果、受電コイルに流れる電流が０又は０近傍に制限される。整流後にＭＯＳＦＥＴを配置しているため、ＭＯＳＦＥＴに直列に接続するダイオードを必要としない。また、スイッチ素子は、ＭＯＳＦＥＴであるため、簡素な構成で小型の装置を実現できる。
また、上記態様において、例えば、前記電力供給スイッチ及び前記スイッチ素子のオンオフを制御する制御回路をさらに備え、前記スイッチ素子は、前記スイッチ素子のオンオフを制御するための第１制御端子を有する第１半導体スイッチであり、前記電力供給スイッチは、前記電力供給スイッチのオンオフを制御するための第２制御端子を有する第２半導体スイッチであり、前記制御回路は、前記第１制御端子とグラウンドラインとの間に接続され、オンにされると前記第１半導体スイッチをオフにする第１トランジスタと、前記第２制御端子とグラウンドラインとの間に接続され、オンにされると前記第２半導体スイッチをオンにする第２トランジスタと、前記第１トランジスタの制御端子及び前記第２トランジスタの制御端子に接続された出力端子を含むトランジスタ制御部と、を含み、前記トランジスタ制御部は、前記第１トランジスタ及び前記第２トランジスタをオンにするオン信号又は前記第１トランジスタ及び前記第２トランジスタをオフにするオフ信号を、前記出力端子から出力するとしてもよい。
本態様によれば、トランジスタ制御部の出力端子からオン信号が出力されると、第１半導体スイッチがオフにされ、第２半導体スイッチがオンにされる。トランジスタ制御部の出力端子からオフ信号が出力されると、第１半導体スイッチがオンにされ、第２半導体スイッチがオフにされる。その結果、スイッチ素子のオンオフ及び電力供給スイッチのオンオフを互いに逆に制御することができる。また、トランジスタ制御部の出力端子から出力される信号を、スイッチ素子のオンオフ及び電力供給スイッチのオンオフに共用することができる。その結果、トランジスタ制御部の構成を簡素化できる。
本発明の他の態様は、上記各態様のいずれかの受電装置と、前記送電共振回路と、前記送電共振回路に交流電力を供給する駆動回路と、を含む送電装置と、を備えるものである。
本態様によれば、送電共振回路に交流電力が供給されると、交番磁界の磁束が送電共振回路に発生する。送電共振回路で発生する交番磁界の磁束は、受電共振回路の集磁束コイルによって集められる。このため、受電共振回路は、送電共振回路から高効率で電力を受け取ることができる。受電コイルは、集磁束コイルと磁気的に結合されている。したがって、受電共振回路が受け取った電力により集磁束コイルに発生する交番磁界の磁束は、受電コイルに鎖交する。その結果、受電コイルは、集磁束コイルを介して、伝送コイルから伝送される電力を受け取ることができる。集磁束コイルに流れる電流は、電流制限部によって０又は０近傍に制限される。このため、例えば負荷への電力供給が行われない場合に、集磁束コイルに流れる電流を０又は０近傍に制限することによって、受電共振回路が過度に発熱するのを防止することが可能になる。
また、集磁束コイルに流れる電流が０又は０近傍に制限されると、送電共振回路で発生する交番磁界の磁束は、受電共振回路の集磁束コイルによって集められなくなる。その結果、駆動回路から送電共振回路に供給される交流電力が低下する。したがって、例えば負荷への電力供給が行われない場合に、集磁束コイルに流れる電流を０又は０近傍に制限することによって、送電装置の駆動回路における待機電力を低減することが可能になる。
本発明のさらに他の態様は、電力を伝送するための伝送コイルを有する送電共振回路を含む送電装置と、前記送電共振回路で発生する交番磁界の磁束を前記送電共振回路と非接触で集めるための集磁束コイルを有する受電共振回路、前記集磁束コイルと磁気的に結合された受電コイル、前記受電コイルと電気的に接続された二次電池、前記受電コイルと前記二次電池との間に設けられた電力供給スイッチ、及びオンにされると前記集磁束コイルに流れる電流を０又は０近傍に制限するスイッチ素子を含む受電装置と、を備える非接触充電システムの充電方法であって、前記スイッチ素子をオフにし、前記電力供給スイッチをオンにして前記二次電池の充電を開始する充電ステップと、前記二次電池が満充電に近づいた所定時点から、前記スイッチ素子及び前記電力供給スイッチをＰＷＭ制御するＰＷＭ制御ステップと、前記二次電池が満充電になると、前記スイッチ素子をオンにし、前記電力供給スイッチをオフにする充電完了ステップと、を含み、前記ＰＷＭ制御ステップでは、前記電力供給スイッチのオン期間は、前記スイッチ素子のオフ期間とされ、前記電力供給スイッチのオフ期間は、前記スイッチ素子のオン期間とされるものである。
本態様によれば、二次電池の充電開始時に、スイッチ素子がオフにされ、電力供給スイッチがオンにされる。このため、集磁束コイルに流れる電流が制限されず、受電コイルから二次電池への電力供給が可能となる。その結果、二次電池が充電される。
二次電池が満充電に近づいた所定時点から、スイッチ素子及び電力供給スイッチがＰＷＭ制御される。ＰＷＭ制御では、電力供給スイッチのオン期間は、スイッチ素子のオフ期間とされ、電力供給スイッチのオフ期間は、スイッチ素子のオン期間とされる。したがって、二次電池が充電される期間は、集磁束コイルに流れる電流が制限されない。このため、二次電池が好適に充電される。一方、二次電池が充電されない期間は、集磁束コイルに流れる電流が制限される。このため、二次電池に供給されずに行き場がなくなった電力により、集磁束コイルが過度に発熱することが防止される。
二次電池が満充電になると、スイッチ素子がオンにされ、電力供給スイッチがオフにされる。したがって、電力供給スイッチのオフにより受電コイルから二次電池への電力供給が停止される。その結果、二次電池が過充電になるのを防止することができる。また、スイッチ素子のオンにより、集磁束コイルに流れる電流が制限される。このため、二次電池に供給されずに行き場がなくなった電力により、集磁束コイルが過度に発熱することが防止される。
（実施の形態）
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施の形態は、本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。また、各図面において、同じ構成要素については同じ符号が用いられている。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施の形態は、本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。また、各図面において、同じ構成要素については同じ符号が用いられている。
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態の非接触電力伝送システム１０の回路を概略的に示す図である。図２は、第１実施形態の非接触電力伝送システム１０の構成を概略的に示す図である。図１、図２に示されるように、第１実施形態の非接触電力伝送システム１０（非接触充電システムの一例）は、充電器１１（送電装置の一例）と、電気機器１２（受電装置の一例）とを備える。
図１は、第１実施形態の非接触電力伝送システム１０の回路を概略的に示す図である。図２は、第１実施形態の非接触電力伝送システム１０の構成を概略的に示す図である。図１、図２に示されるように、第１実施形態の非接触電力伝送システム１０（非接触充電システムの一例）は、充電器１１（送電装置の一例）と、電気機器１２（受電装置の一例）とを備える。
図２に示されるように、充電器１１には、配線コード２１を介してアダプタ２２が接続されている。アダプタ２２は、整流回路、ＤＣ−ＤＣコンバータ等の公知の電源回路を含む。アダプタ２２のプラグ２３が商用交流電源ＡＣ１００Ｖのコンセント２４に差し込まれると、アダプタ２２は、直流電源Ｖｃｃを構成する。直流電源Ｖｃｃは、この実施形態では、例えばＤＣ５Ｖを出力する。
図１において、充電器１１は、直流電源Ｖｃｃの出力電圧をオンオフするスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４と、伝送コイルＬ１と、コンデンサＣ１と、制御部１３と、ゲート抵抗Ｒ１〜Ｒ４とを備える。
この第１実施形態では、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２として、Ｐチャネル金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）が用いられ、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４として、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴが用いられている。スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のゲートは、それぞれ、ゲート抵抗Ｒ１〜Ｒ４を介して制御部１３に接続されている。スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４、制御部１３、ゲート抵抗Ｒ１〜Ｒ４により発振回路１４（駆動回路の一例）が構成されている。
伝送コイルＬ１は、電力を電気機器１２に伝送するためのコイルである。コンデンサＣ１は、伝送コイルＬ１と直列に接続されている。この伝送コイルＬ１とコンデンサＣ１とにより送電共振回路ＬＣ１が構成されている。この送電共振回路ＬＣ１は、スイッチング素子Ｑ１とスイッチング素子Ｑ３との接続点Ｋ２１と、スイッチング素子Ｑ２とスイッチング素子Ｑ４との接続点Ｋ２２との間に直列に接続されている。
制御部１３は、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のオンオフを制御する。制御部１３は、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ４のオン及びスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３のオフと、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ４のオフ及びスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３のオンとを交互に繰り返す。制御部１３は、例えば駆動周波数Ｆｃ＝４００ｋＨｚで、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４をオンオフさせている。これによって、直流電力が交互に反転して交流電力が送電共振回路ＬＣ１に供給される。その結果、伝送コイルＬ１には交番磁束が発生する。
電気機器１２は、図２に示されるように、この第１実施形態では、例えば電動歯ブラシである。電気機器１２は、集磁束コイルＬ２と、コンデンサＣ２と、受電コイルＬ３と、ダイオードＤ１と、コンデンサＣ３と、負荷ＬＤと、スイッチ素子ＳＷ１，ＳＷ２と、抵抗Ｒ１１，Ｒ１２と、制御部１５とを備える。
集磁束コイルＬ２は、伝送コイルＬ１で発生した交番磁界による磁束を集めるコイルである。コンデンサＣ２は、集磁束コイルＬ２に接続されている。受電コイルＬ３は、集磁束コイルＬ２と磁気的に結合されている。集磁束コイルＬ２とコンデンサＣ２とにより受電共振回路ＬＣ２が構成されている。集磁束コイルＬ２は、伝送コイルＬ１で発生した磁束を受け取り、受電コイルＬ３に受け渡す。図１に示されるように、受電共振回路ＬＣ２は、受電コイルＬ３等と電気的に接続されていない。
ダイオードＤ１のアノードは、受電コイルＬ３の一端Ｌ３１に接続されている。ダイオードＤ１のカソードと、受電コイルＬ３の他端Ｌ３２との間に、コンデンサＣ３が接続されている。ダイオードＤ１は、受電コイルＬ３の交流電力を整流する。コンデンサＣ３は、ダイオードＤ１により整流された電力を平滑する。これにより、交流電力が直流電力に変換される。ダイオードＤ１及びコンデンサＣ３により整流平滑回路２５（図２）が構成される。図１に示されるように、充電器１１と電気機器１２とは、電気的に接続されていない。
負荷ＬＤは、この第１実施形態では例えば、リチウムイオン電池又はニッケル水素電池などの二次電池である。以下では、負荷ＬＤは二次電池ＬＤとも称される。二次電池ＬＤは、コンデンサＣ３により平滑された直流電力により充電される。
スイッチ素子ＳＷ１，ＳＷ２は、第１実施形態では、例えば機械的リレーである。スイッチ素子ＳＷ１，ＳＷ２のオンオフは、制御部１５により制御される。スイッチ素子ＳＷ１（電流制限部の一例）は、受電コイルＬ３と並列に接続されている。すなわち、スイッチ素子ＳＷ１は、受電コイルＬ３の一端Ｌ３１とダイオードＤ１のアノードとの間の接続点Ｋ３と、受電コイルＬ３の他端Ｌ３２と二次電池ＬＤの負極との間の接続点Ｋ４との間に接続されている。スイッチ素子ＳＷ１がオンにされると、受電コイルＬ３は、短絡される。
スイッチ素子ＳＷ２（電力供給スイッチの一例）は、ダイオードＤ１のカソードとコンデンサＣ３との接続点Ｋ１と、二次電池ＬＤの正極との間に接続されている。スイッチ素子ＳＷ２がオンにされると、二次電池ＬＤの充電が可能になり、スイッチ素子ＳＷ２がオフにされると、二次電池ＬＤの充電が停止される。
抵抗Ｒ１１，Ｒ１２の直列回路は、二次電池ＬＤと並列に接続されている。すなわち、抵抗Ｒ１１，Ｒ１２の直列回路は、二次電池ＬＤの正極に接続された接続点Ｋ１１と、二次電池ＬＤの負極に接続された接続点Ｋ１２との間に接続されている。抵抗Ｒ１１と抵抗Ｒ１２との接続点Ｋ２は、制御部１５に接続されている。この構成により、二次電池ＬＤの端子電圧が抵抗Ｒ１１，Ｒ１２によって分圧された電圧Ｖｄが、制御部１５に入力される。
制御部１５（電流制御部の一例、スイッチ制御部の一例）は、電圧Ｖｄに基づき、二次電池ＬＤが満充電になっているか否かを判定する。制御部１５は、二次電池ＬＤが満充電になっていると判定すると、スイッチ素子ＳＷ１をオンにし、スイッチ素子ＳＷ２をオフにする。制御部１５は、二次電池ＬＤが満充電になっていないと判定すると、スイッチ素子ＳＷ１をオフにし、スイッチ素子ＳＷ２をオンにする。
図３Ａは、伝送コイルＬ１の平面図である。図３Ｂは、伝送コイルＬ１の断面図である。図４は、集磁束コイルＬ２及び受電コイルＬ３の断面図である。図５は、電気機器１２が充電器１１に載置された状態を概略的に示す断面図である。
伝送コイルＬ１は、図３Ａ、図３Ｂに示されるように、例えば銅線が渦巻状に巻かれて形成された、矩形の平面状コイルである。図３Ａ、図３Ｂに示されるように、伝送コイルＬ１の磁束鎖交面と平行に、平板状の磁性体（例えばフェライト）３１が、伝送コイルＬ１に近接して配置されている。
集磁束コイルＬ２及び受電コイルＬ３は、図４に示されるように、例えば断面Ｈ字状の磁性体（例えばフェライト）４１の中心軸の周りに銅線が渦巻状に巻かれて形成されたコイルである。図４に示されるように、集磁束コイルＬ２と受電コイルＬ３とは、互いに重ねられて配置されている。このような配置により、集磁束コイルＬ２と受電コイルＬ３とは、磁気的に結合している。
図５に示されるように、受電コイルＬ３よりも集磁束コイルＬ２の方が電気機器１２の外側に位置している。つまり、図５に示されるように、充電器１１の天板５１の上に電気機器１２の筐体５２が載置されると、受電コイルＬ３より集磁束コイルＬ２の方が、伝送コイルＬ１に近い位置に配置される。
送電共振回路ＬＣ１の共振周波数Ｆ１は、例えば３５０ｋＨｚ程度になるように、伝送コイルＬ１のインダクタンス及びコンデンサＣ１の容量が設定されている。受電共振回路ＬＣ２の共振周波数Ｆ２は、例えば４００ｋＨｚ程度になるように、集磁束コイルＬ２のインダクタンス及びコンデンサＣ２の容量が設定されている。
上述のように、制御部１３は、駆動周波数Ｆｃ＝４００ｋＨｚで、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４をオンオフさせている。したがって、駆動周波数Ｆｃと受電共振回路ＬＣ２の共振周波数Ｆ２とは、ほぼ等しい値に設定されている。なお、本実施形態では、駆動周波数Ｆｃと受電共振回路ＬＣ２の共振周波数Ｆ２とが、ほぼ等しい値に設定されているが、多少異なる値になってもよい。例えば受電共振回路ＬＣ２の部品ばらつき等によって、駆動周波数Ｆｃと受電共振回路ＬＣ２の共振周波数Ｆ２とは、結果的に、２％程度異なる値になってもよい。
図６は、充電器１１の動作を示すタイミングチャートである。図６のセクション（ａ）は、スイッチング素子Ｑ１のオンオフを示す。図６のセクション（ｂ）は、スイッチング素子Ｑ２のオンオフを示す。図６のセクション（ｃ）は、スイッチング素子Ｑ３のオンオフを示す。図６のセクション（ｄ）は、スイッチング素子Ｑ４のオンオフを示す。図６のセクション（ｅ）は、伝送コイルＬ１に流れる電流波形を示す。図７は、スイッチ素子ＳＷ１，ＳＷ２のオンオフを示すタイミングチャートである。図１、図６、図７を用いて、第１実施形態の非接触電力伝送システム１０の動作が説明される。
まず、制御部１５は、動作開始時には、図７に示されるように、スイッチ素子ＳＷ１をオフにし、スイッチ素子ＳＷ２をオンにする。この状態で、商用交流電源のＡＣ１００Ｖがアダプタ２２によりＤＣ５Ｖに変換される。このＤＣ５Ｖがスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４から構成されるフルブリッジ回路に印加される。
そして、図６のセクション（ａ）〜（ｄ）に示されるように、制御部１３からゲート抵抗Ｒ１〜Ｒ４を介して入力されるゲート電圧に応じて、周期２．５μｓｅｃ（つまり駆動周波数Ｆｃ＝４００ｋＨｚ）でスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４がオンオフ動作を行う。このスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のオンオフ動作によって、伝送コイルＬ１には、図６のセクション（ｅ）に示されるように、高周波の交流電流が供給されて、伝送コイルＬ１が励磁される。
伝送コイルＬ１において発生した磁束が、集磁束コイルＬ２と受電コイルＬ３とに鎖交し、これらの集磁束コイルＬ２と受電コイルＬ３とにそれぞれ交番電力が発生する。このとき、集磁束コイルＬ２とコンデンサＣ２とで構成される受電共振回路ＬＣ２の共振周波数Ｆ２（本実施形態ではＦ２＝４００ｋＨｚ）が、駆動周波数Ｆｃ（本実施形態ではＦｃ＝４００ｋＨｚ）と一致している。このため、受電コイルＬ３に比べて、集磁束コイルＬ２の方が、鎖交する磁束は強く、発生する交番電力は大きくなる。
集磁束コイルＬ２で発生した交番電力によって磁束が発生し、受電コイルＬ３に磁束を供給する。図５に示されるように、集磁束コイルＬ２と受電コイルＬ３との距離は、伝送コイルＬ１と受電コイルＬ３との距離に比べて十分短い。したがって、集磁束コイルＬ２と受電コイルＬ３との間の結合係数は、伝送コイルＬ１と受電コイルＬ３との間の結合係数と比べて十分に大きい。このため、集磁束コイルＬ２から受電コイルＬ３への磁束の供給は効率的に行われる。
動作開始時には、スイッチ素子ＳＷ１がオフにされているため、スイッチ素子ＳＷ１による受電コイルＬ３への影響はない。したがって、受電コイルＬ３に鎖交した磁束により交番電力が発生する。この交番電力がダイオードＤ１により整流され、コンデンサＣ３により平滑される。動作開始時には、スイッチ素子ＳＷ２がオンにされているため、コンデンサＣ３により平滑された電力により、二次電池ＬＤが充電される。
制御部１５は、抵抗Ｒ１１，Ｒ１２により分圧された電圧Ｖｄを検出する。制御部１５は、電圧Ｖｄが予め定められた基準電圧Ｖｆに達すると、二次電池ＬＤが満充電になったと判定する。制御部１５は、図７に示されるように、時刻Ｔ１で二次電池ＬＤが満充電になったと判定すると、スイッチ素子ＳＷ１をオンに切り替え、スイッチ素子ＳＷ２をオフに切り替える。
このように、時刻Ｔ１に、スイッチ素子ＳＷ２がオフに切り替えられる。このため、二次電池ＬＤへの電力供給が停止される。その結果、二次電池ＬＤが過充電になることが防止される。
一方、図１及び図２から分かるように、アダプタ２２のプラグ２３がコンセント２４に差し込まれた状態が継続されると、伝送コイルＬ１における磁束の発生は継続される。この状態は、スイッチ素子ＳＷ２がオフにされても変わらない。したがって、スイッチ素子ＳＷ１がオフのまま維持される場合には、集磁束コイルＬ２における交番電力の発生も継続される。
ところが、スイッチ素子ＳＷ２がオフにされると、集磁束コイルＬ２で発生した交番電力は、負荷（二次電池）ＬＤによって消費されなくなる。このため、集磁束コイルＬ２で発生した交番電力の行き場がなくなる。したがって、スイッチ素子ＳＷ１がオフのまま維持される場合には、集磁束コイルＬ２に流れる電流は、充電中に比べて増大する。このため、受電共振回路ＬＣ２（集磁束コイルＬ２及びコンデンサＣ２）が発熱する。その結果、電気機器１２の筐体５２の温度が上昇する。
しかしながら、この第１実施形態では、時刻Ｔ１にスイッチ素子ＳＷ２がオフに切り替えられるのと同時に、スイッチ素子ＳＷ１がオンに切り替えられる。したがって、スイッチ素子ＳＷ１により、受電コイルＬ３の一端Ｌ３１及び他端Ｌ３２の間が短絡される。このため、受電コイルＬ３に流れる電流が０になる。すると、集磁束コイルＬ２は、集磁束コイルＬ２の両端間が短絡されたのと同じように動作する。つまり、集磁束コイルＬ２に流れる電流も０になる。これは、集磁束コイルＬ２と受電コイルＬ３との磁気結合係数が大きいため、集磁束コイルＬ２は、受電コイルＬ３の影響を大きく受けるからである。
その結果、第１実施形態では、充電器１１の伝送コイルＬ１における磁束の発生が継続された場合でも、受電共振回路ＬＣ２（集磁束コイルＬ２及びコンデンサＣ２）が過度に発熱することが防止される。
また、スイッチ素子ＳＷ１がオンのときに伝送コイルＬ１に流れる電流は、二次電池ＬＤの充電中に比べて大きく低下する。その結果、第１実施形態によれば、充電器１１に電気機器１２が載置され、かつ二次電池ＬＤが充電されない状態において、充電器１１で発生する待機電力を低減することができる。
（第２実施形態）
図８は、第２実施形態の非接触電力伝送システム１０の回路を概略的に示す図である。第２実施形態では、スイッチ素子ＳＷ１の接続位置が、第１実施形態と異なる。以下、第１実施形態との相違点を中心に、第２実施形態が説明される。
図８は、第２実施形態の非接触電力伝送システム１０の回路を概略的に示す図である。第２実施形態では、スイッチ素子ＳＷ１の接続位置が、第１実施形態と異なる。以下、第１実施形態との相違点を中心に、第２実施形態が説明される。
第１実施形態では、図１に示されるように、スイッチ素子ＳＷ１は、ダイオードＤ１のアノード側に接続されている。つまり、スイッチ素子ＳＷ１は、オンにされると、受電コイルＬ３の一端Ｌ３１と他端Ｌ３２との間を短絡する。
これに対して、第２実施形態では、図８に示されるように、スイッチ素子ＳＷ１は、ダイオードＤ１のカソード側に接続されている。すなわち、スイッチ素子ＳＷ１は、ダイオードＤ１のカソードと接続点Ｋ１との間の接続点Ｋ５と、接続点Ｋ４との間に接続されている。この構成によって、スイッチ素子ＳＷ１は、オンにされると、受電コイルＬ３の他端Ｌ３２とダイオードＤ１のカソードとの間を短絡する。したがって、第２実施形態では、スイッチ素子ＳＷ１がオンにされても、ダイオードＤ１の順方向電圧の分だけ受電コイルＬ３に電流が流れる。
このため、受電コイルＬ３に流れる電流は、０にはならない。その結果、集磁束コイルＬ２に流れる電流も、０にはならない。しかし、集磁束コイルＬ２に流れる電流は、０近傍の十分に小さい値になる。したがって、第２実施形態でも、第１実施形態と同様に、集磁束コイルＬ２及びコンデンサＣ２が過度に発熱するのを防止することができる。また、充電器１１で発生する待機電力を低減することができる。
本明細書において、「集磁束コイルＬ２に流れる電流が０近傍の値」とは、正確に０でなくてもよく、集磁束コイルＬ２及びコンデンサＣ２が過度に発熱しない程度の電流値を含む。
（第３実施形態）
図９は、第３実施形態の非接触電力伝送システム１０の回路を概略的に示す図である。第３実施形態では、第２実施形態に抵抗が付加されている。以下、第２実施形態との相違点を中心に、第３実施形態が説明される。
図９は、第３実施形態の非接触電力伝送システム１０の回路を概略的に示す図である。第３実施形態では、第２実施形態に抵抗が付加されている。以下、第２実施形態との相違点を中心に、第３実施形態が説明される。
第３実施形態では、図９に示されるように、スイッチ素子ＳＷ１は、第２実施形態（図８）と同様に、ダイオードＤ１のカソード側に接続されている。すなわち、スイッチ素子ＳＷ１は、接続点Ｋ５と接続点Ｋ４との間に接続されている。さらに、第３実施形態では、スイッチ素子ＳＷ１と接続点Ｋ４との間に直列に、低い抵抗値（例えば１０Ω）の抵抗Ｒ１３が接続されている。
第２実施形態では、上述のように、ダイオードＤ１の順方向電圧の分だけスイッチ素子ＳＷ１に電流が流れ続ける。これに対して、第３実施形態では、スイッチ素子ＳＷ１と直列に抵抗Ｒ１３が挿入されている。したがって、ダイオードＤ１の順方向電圧によりスイッチ素子ＳＷ１に流れる電流を抵抗Ｒ１３により低減することができる。このため、スイッチ素子ＳＷ１が発熱するのを防止できる。その結果、スイッチ素子ＳＷ１の故障を未然に防止できる。
（第４実施形態）
図１０は、第４実施形態の非接触電力伝送システム１０の回路を概略的に示す図である。以下、第１実施形態との相違点を中心に、第４実施形態が説明される。
図１０は、第４実施形態の非接触電力伝送システム１０の回路を概略的に示す図である。以下、第１実施形態との相違点を中心に、第４実施形態が説明される。
第４実施形態では、充電器１１は、直流電源Ｖｃｃを構成するアダプタ２２（図２）に代えて、商用交流電源ＰＳから入力される交流電力を直流電力に変換する整流回路ＢＤ１と、整流された電力を平滑するコンデンサＣ０とを備える。整流回路ＢＤ１は、４つのダイオードによりブリッジ形の全波整流回路を構成する。
第４実施形態では、商用交流電源ＰＳのＡＣ１００Ｖが、整流回路ＢＤ１により整流され、コンデンサＣ０により平滑されて、ＤＣ１４１Ｖに変換され、このＤＣ１４１Ｖがスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４から構成されるフルブリッジ回路に印加される。その他の充電器１１の構成及び動作は、第１〜第３実施形態と同じである。
また、第４実施形態では、電気機器１２は、第１実施形態（図１）のスイッチ素子ＳＷ１に代えて、ダイオードＤ２及び半導体スイッチＱ５（スイッチ素子の一例）を備え、スイッチ素子ＳＷ２に代えて、半導体スイッチＱ６（電力供給スイッチの一例）及びトランジスタＱ７を備える。
図１０に示されるように、半導体スイッチＱ５としてＮチャネルＭＯＳＦＥＴが用いられ、半導体スイッチＱ６としてＰチャネルＭＯＳＦＥＴが用いられている。ダイオードＤ２のアノードは、受電コイルＬ３の一端Ｌ３１とダイオードＤ１のアノードとの間の接続点Ｋ３に接続されている。ダイオードＤ２のカソードは、半導体スイッチＱ５のドレインに接続されている。半導体スイッチＱ５のソースは、受電コイルＬ３の他端Ｌ３２と二次電池ＬＤの負極との間の接続点Ｋ４に接続されている。半導体スイッチＱ５のゲートは、ゲート抵抗を介して、制御部１５に接続されている。
半導体スイッチＱ６（第２半導体スイッチの一例）のソースは、ダイオードＤ１のカソードとコンデンサＣ３との接続点Ｋ１に接続されている。半導体スイッチＱ５のドレインは、接続点Ｋ１１（二次電池ＬＤの正極）に接続されている。半導体スイッチＱ６のゲート（第２制御端子の一例）は、ゲート抵抗を介して、例えばＮＰＮバイポーラ型のトランジスタＱ７（第２トランジスタの一例）のコレクタに接続されている。半導体スイッチＱ６のソースと半導体スイッチＱ６のゲートとは、抵抗を介して互いに接続されている。トランジスタＱ７のエミッタは、受電コイルＬ３の他端Ｌ３２と二次電池ＬＤの負極との間の接続点Ｋ６に接続されている。トランジスタＱ７のベースは、制御部１５に接続されている。
図１０に示されるように、ＭＯＳＦＥＴは、その構造上、ソース−ドレイン間に、等価的な寄生ダイオード（ボディダイオード）を内蔵する。そこで、第４実施形態では、半導体スイッチＱ５のボディダイオードと逆向きにダイオードＤ２が接続されている。これによって、半導体スイッチＱ５がオンのときにのみ、半導体スイッチＱ５に電流が流れるように構成されている。
制御部１５は、第１実施形態と同様に動作する。すなわち、制御部１５は、電圧Ｖｄに基づき、二次電池ＬＤが満充電になっているか否かを判定する。制御部１５は、二次電池ＬＤが満充電になっていると判定すると、半導体スイッチＱ５をオンにし、半導体スイッチＱ６をオフにする。制御部１５は、二次電池ＬＤが満充電になっていないと判定すると、半導体スイッチＱ５をオフにし、半導体スイッチＱ６をオンにする。
制御部１５は、信号ＳＧ１，ＳＧ２により半導体スイッチＱ５，Ｑ６のオンオフを制御する。すなわち、制御部１５からハイレベルの信号ＳＧ１が出力されると、半導体スイッチＱ５がオンにされる。また、制御部１５からハイレベルの信号ＳＧ２が出力されると、トランジスタＱ７がオンにされる。トランジスタＱ７がオンにされると、半導体スイッチＱ６がオンにされる。
図１１は、第４実施形態の非接触電力伝送システム１０の動作を概略的に示すタイミングチャートである。図１１は、制御部１５から出力される信号ＳＧ１，ＳＧ２の信号レベルを概略的に示す。図１０、図１１を用いて、第４実施形態の非接触電力伝送システム１０の動作が説明される。
まず、制御部１５は、動作開始時には、図１１に示されるように、ローレベルの信号ＳＧ１を出力し、ハイレベルの信号ＳＧ２を出力する。これによって、制御部１５は、半導体スイッチＱ５をオフにし、半導体スイッチＱ６をオンにする。この状態で、第４実施形態の非接触電力伝送システム１０は、第１実施形態と同様に動作する。
制御部１５は、抵抗Ｒ１１，Ｒ１２により分圧された電圧Ｖｄを検出する。制御部１５は、電圧Ｖｄが予め定められた基準電圧Ｖｆに達すると、二次電池ＬＤが満充電になったと判定する。制御部１５は、図１１に示されるように、時刻Ｔ１で二次電池ＬＤが満充電になったと判定すると、信号ＳＧ１をハイレベルに切り替え、信号ＳＧ２をローレベルに切り替える。この信号レベルの切り替えによって、半導体スイッチＱ５はオンに切り替えられ、半導体スイッチＱ６はオフに切り替えられる。
その結果、第４実施形態では、第１実施形態と同様に動作し、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
（第５実施形態）
図１２は、第５実施形態の非接触電力伝送システム１０の回路を概略的に示す図である。第５実施形態では、第４実施形態（図１０）のダイオードＤ２を備えておらず、半導体スイッチＱ５の接続位置が第４実施形態と異なっている。第５実施形態のその他の構成及び動作は、第４実施形態と同様である。以下、第４実施形態との相違点を中心に、第５実施形態が説明される。
図１２は、第５実施形態の非接触電力伝送システム１０の回路を概略的に示す図である。第５実施形態では、第４実施形態（図１０）のダイオードＤ２を備えておらず、半導体スイッチＱ５の接続位置が第４実施形態と異なっている。第５実施形態のその他の構成及び動作は、第４実施形態と同様である。以下、第４実施形態との相違点を中心に、第５実施形態が説明される。
図１２に示されるように、第５実施形態では、半導体スイッチＱ５のドレインは、ダイオードＤ１のカソードと接続点Ｋ１との間の接続点Ｋ５に接続されている。
このように、第５実施形態では、半導体スイッチＱ５のドレインが、ダイオードＤ１のカソード側に接続されている。したがって、半導体スイッチＱ５がオフの場合に、半導体スイッチＱ５の内蔵ダイオードに電流が流れることはない。このため、第５実施形態（図１２）の回路構成では、第４実施形態（図１０）のようなダイオードＤ２が不要になっている。その結果、第５実施形態では、第４実施形態に比べて、回路構成を簡素にすることができる。
（第６実施形態）
図１３は、第６実施形態の非接触電力伝送システム１０の回路を概略的に示す図である。第６実施形態では、第５実施形態（図１２）の半導体スイッチＱ５のゲート抵抗に代えて例えばＮＰＮバイポーラ型のトランジスタＱ８を備える。第６実施形態のその他の構成及び動作は、第５実施形態と同様である。以下、第５実施形態との相違点を中心に第６実施形態が説明される。
図１３は、第６実施形態の非接触電力伝送システム１０の回路を概略的に示す図である。第６実施形態では、第５実施形態（図１２）の半導体スイッチＱ５のゲート抵抗に代えて例えばＮＰＮバイポーラ型のトランジスタＱ８を備える。第６実施形態のその他の構成及び動作は、第５実施形態と同様である。以下、第５実施形態との相違点を中心に第６実施形態が説明される。
半導体スイッチＱ５（第１半導体スイッチの一例）のゲート（第１制御端子の一例）は、トランジスタＱ８（第１トランジスタの一例）のコレクタに接続されている。トランジスタＱ８のコレクタは、プルアップ抵抗を介して、接続点Ｋ５に接続されている。トランジスタＱ８のエミッタは、接続点Ｋ４と接続点Ｋ６との間の接続点Ｋ７に接続されている。トランジスタＱ８のベース（制御端子の一例）は、制御部１５（トランジスタ制御部の一例）とトランジスタＱ７のベース（制御端子の一例）との間の接続点Ｋ８に接続されている。すなわち、制御部１５の出力端子１６から接続点Ｋ８に出力される信号は、トランジスタＱ７，Ｑ８の両方のベースに印加される。トランジスタＱ７，Ｑ８及び制御部１５は、制御回路の一例を構成する。
制御部１５の出力端子１６から接続点Ｋ８にハイレベルの信号が出力されると、第４実施形態（図１０）と同様に、トランジスタＱ７がオンにされる。トランジスタＱ７がオンにされると、半導体スイッチＱ６（第２半導体スイッチの一例）がオンにされる。また、制御部１５から接続点Ｋ８にハイレベルの信号が出力されると、トランジスタＱ８がオンにされる。トランジスタＱ８がオンにされると、半導体スイッチＱ５がオフにされる。
一方、制御部１５から接続点Ｋ８にローレベルの信号が出力されると、第４実施形態（図１０）と同様に、トランジスタＱ７がオフにされる。トランジスタＱ７がオフにされると、半導体スイッチＱ６がオフにされる。また、制御部１５から接続点Ｋ８にローレベルの信号が出力されると、トランジスタＱ８がオフにされる。トランジスタＱ８がオフにされると、半導体スイッチＱ５がオンにされる。
このように、第６実施形態の回路構成では、制御部１５は、半導体スイッチＱ５をオン（またはオフ）にする制御信号と、半導体スイッチＱ６をオフ（またはオン）にする制御信号とを、１つの信号で共用することができる。この場合、制御部１５は、図１１に示される信号ＳＧ２と同じ信号を接続点Ｋ８に出力すればよい。したがって、制御部１５の制御構成を簡素化することができる。
（第７実施形態）
図１４は、第７実施形態の非接触電力伝送システム１０の回路を概略的に示す図である。第７実施形態では、第４実施形態（図１０）に、二次電池ＬＤの充電電流を検出するための電流検出抵抗が付加されている。第７実施形態のその他の構成は、第４実施形態と同様である。以下、第４実施形態との相違点を中心に、第７実施形態が説明される。
図１４は、第７実施形態の非接触電力伝送システム１０の回路を概略的に示す図である。第７実施形態では、第４実施形態（図１０）に、二次電池ＬＤの充電電流を検出するための電流検出抵抗が付加されている。第７実施形態のその他の構成は、第４実施形態と同様である。以下、第４実施形態との相違点を中心に、第７実施形態が説明される。
第７実施形態では、二次電池ＬＤの負極と受電コイルＬ３の他端Ｌ３２との間に、電流検出抵抗Ｒ１４が接続されている。電流検出抵抗Ｒ１４の一端である二次電池ＬＤの負極側の接続点Ｋ９は、制御部１５に接続されている。
制御部１５は、二次電池ＬＤの充電中に、接続点Ｋ９の電圧に基づき、二次電池ＬＤの充電電流を検出する。制御部１５は、定電流定電圧充電方式により、二次電池ＬＤを充電する。第７実施形態では、二次電池ＬＤは、定電流定電圧充電方式によって好適に充電されるリチウムイオン電池であってもよい。
図１５は、第７実施形態の非接触電力伝送システム１０の動作を概略的に示すタイミングチャートである。図１５は、制御部１５により検出される電圧Ｖｄ及び半導体スイッチＱ５，Ｑ６のオンオフを概略的に示す。
制御部１５は、抵抗Ｒ１１，Ｒ１２により分圧された電圧Ｖｄを検出する。制御部１５は、図１５に示されるように、充電開始から電圧Ｖｄが予め定められた基準電圧Ｖｆに達するまで、ローレベルの信号ＳＧ１を出力して半導体スイッチＱ５を定常的にオフにし、ハイレベルの信号ＳＧ２を出力して半導体スイッチＱ６を定常的にオンにする。この制御により、時刻Ｔ２に電圧Ｖｄが基準電圧Ｖｆに達するまで、二次電池ＬＤは、定電流充電される。充電開始から時刻Ｔ２までが充電ステップの一例に相当する。
時刻Ｔ２に電圧Ｖｄが基準電圧Ｖｆに達すると、制御部１５は、電圧Ｖｄが基準電圧Ｖｆに維持されるように、二次電池ＬＤを定電圧充電する。制御部１５（ＰＷＭ制御部の一例）は、二次電池ＬＤを定電圧充電するために、時刻Ｔ２から、信号ＳＧ１，ＳＧ２としてＰＷＭ制御信号を出力して、半導体スイッチＱ５，Ｑ６をＰＷＭ制御する。制御部１５から出力されるＰＷＭ制御信号は、予め定められた周波数（例えば２０Ｈｚ）に設定されている。
ＰＷＭ制御では、制御部１５は、図１５に示されるように、半導体スイッチＱ５，Ｑ６のオン期間及びオフ期間が互いに逆になるように、ＰＷＭ制御信号を出力する。つまり、半導体スイッチＱ５のオフ期間は、半導体スイッチＱ６のオン期間とされ、半導体スイッチＱ５のオン期間は、半導体スイッチＱ６のオフ期間とされる。
制御部１５は、二次電池ＬＤを定電圧充電しているため、充電が進むと、充電電流は徐々に低下する。つまり、充電が進むと、半導体スイッチＱ６のオンデューティ比（半導体スイッチＱ５のオフデューティ比）は、徐々に低下する。
制御部１５は、二次電池ＬＤの充電電流を検出し、検出した充電電流が所定値未満になると、二次電池ＬＤが満充電になったと判定する。図１５に示されるように、時刻Ｔ３に二次電池ＬＤが満充電になったと判定すると、制御部１５は、ローレベルの信号ＳＧ２を出力し、半導体スイッチＱ６を定常的にオフにして、二次電池ＬＤの充電を停止する。また、制御部１５は、ハイレベルの信号ＳＧ１を出力し、半導体スイッチＱ５を定常的にオンにして、受電コイルＬ３を短絡する。受電コイルＬ３の短絡によって、集磁束コイルＬ２に流れる電流が０又は０近傍に制限される。時刻Ｔ２から時刻Ｔ３までがＰＷＭ制御ステップの一例に相当し、時刻Ｔ３以降が充電完了ステップの一例に相当する。
このように、第７実施形態では、二次電池ＬＤが満充電に近づいた時刻Ｔ２に、定電流充電から定電圧充電に切り替えられる。したがって、第７実施形態では、定電流定電圧充電方式によって、二次電池ＬＤを好適に充電することができる。
また、第７実施形態では、半導体スイッチＱ６がＰＷＭ制御されるときに、半導体スイッチＱ５もＰＷＭ制御して、半導体スイッチＱ６のオフ期間は、半導体スイッチＱ５のオン期間としている。この制御によって、二次電池ＬＤが充電されていない期間は、集磁束コイルＬ２に流れる電流が０又は０近傍になる。その結果、受電共振回路ＬＣ２（集磁束コイルＬ２及びコンデンサＣ２）の発熱を防止できる。また、二次電池ＬＤが充電されていない期間の充電器１１における電力を低減できる。
なお、第７実施形態の回路構成は、第４実施形態（図１０）の回路に電流検出抵抗を付加しているが、代替的に、第５実施形態（図１２）又は第６実施形態（図１３）の回路に電流検出抵抗を付加してもよい。第６実施形態（図１３）の回路に電流検出抵抗を付加する場合には、制御部１５は、図１５の信号ＳＧ２と同じ信号を出力すればよい。
代替的に、第７実施形態の回路構成は、第１実施形態（図１）、第２実施形態（図８）、又は第３実施形態（図９）の回路に電流検出抵抗を付加してもよい。これらの場合には、制御部１５は、スイッチ素子ＳＷ１を半導体スイッチＱ５と同様にＰＷＭ制御し、スイッチ素子ＳＷ２を半導体スイッチＱ６と同様にＰＷＭ制御すればよい。
（第８実施形態）
図１６は、第８実施形態の非接触電力伝送システム１０の動作を概略的に示すタイミングチャートである。図１６は、制御部１５により検出される電圧Ｖｄ及び半導体スイッチＱ５，Ｑ６のオンオフを概略的に示す。第８実施形態の非接触電力伝送システム１０の回路構成は、例えば第７実施形態（図１４）と同じである。以下、第７実施形態との相違点を中心に第８実施形態の動作が説明される。
図１６は、第８実施形態の非接触電力伝送システム１０の動作を概略的に示すタイミングチャートである。図１６は、制御部１５により検出される電圧Ｖｄ及び半導体スイッチＱ５，Ｑ６のオンオフを概略的に示す。第８実施形態の非接触電力伝送システム１０の回路構成は、例えば第７実施形態（図１４）と同じである。以下、第７実施形態との相違点を中心に第８実施形態の動作が説明される。
制御部１５は、二次電池ＬＤの充電を開始すると、接続点Ｋ９の電圧に基づき、二次電池ＬＤの充電電流を検出する。制御部１５は、検出した充電電流が所定値より大きい場合には、図１６に示されるように、動作開始時から、信号ＳＧ１，ＳＧ２として、ＰＷＭ制御信号を出力する。ＰＷＭ制御では、制御部１５は、第７実施形態と同様に、半導体スイッチＱ５，Ｑ６のオン期間及びオフ期間が互いに逆になるように、ＰＷＭ制御信号を出力する。
図１６において、制御部１５は、動作開始時から、電圧Ｖｄが基準電圧Ｖｆに達する時刻Ｔ４までの間、半導体スイッチＱ６のオンデューティ比（半導体スイッチＱ５のオフデューティ比）を一定値（例えば８０％）とする。これによって、制御部１５は、動作開始時から時刻Ｔ４までの間、二次電池ＬＤを定電流充電する。
時刻Ｔ４以降は、制御部１５は、第７実施形態と同様に、二次電池ＬＤを定電圧充電する。これによって、第７実施形態と同様に、半導体スイッチＱ６のオンデューティ比（半導体スイッチＱ５のオフデューティ比）は、徐々に低下する。
時刻Ｔ４以降の動作は、第７実施形態と同様に行われる。すなわち、制御部１５は、充電電流が所定値未満になると、二次電池ＬＤが満充電になったと判定する。図１６に示されるように、時刻Ｔ５に二次電池ＬＤが満充電になったと判定すると、制御部１５は、ローレベルの信号ＳＧ２を出力し、半導体スイッチＱ６を定常的にオフにして、二次電池ＬＤの充電を停止する。また、制御部１５は、ハイレベルの信号ＳＧ１を出力し、半導体スイッチＱ５を定常的にオンにして、受電コイルＬ３を短絡する。受電コイルＬ３の短絡によって、集磁束コイルＬ２に流れる電流が０又は０近傍に制限される。
例えば、充電器１１と電気機器１２とが、設計仕様に比べて近接して配置されたことに起因して、充電器１１から電気機器１２への送電電力が過大になることが考えられる。この場合には、二次電池ＬＤの充電電流が所定値より大きくなる。しかし、第８実施形態によれば、二次電池ＬＤの充電電流が所定値より大きくなると、半導体スイッチＱ５，Ｑ６をＰＷＭ制御している。これによって、二次電池ＬＤの充電制御を好適に行うことができる。
また、充電器１１と電気機器１２との間に、金属の異物が挟み込まれたことに起因して、充電電流が所定値より大きくなることも考えられる。その場合、第８実施形態によれば、半導体スイッチＱ５，Ｑ６はＰＷＭ制御される。このため、金属の異物の発熱を低減することが可能となる。
（その他）
（１）上記第１〜第３実施形態では、受電コイルＬ３の両端間にスイッチ素子ＳＷ１を接続している。また、上記第４〜第６実施形態では、受電コイルＬ３の両端間に半導体スイッチＱ５を接続している。代替的に、集磁束コイルＬ２の両端間に、スイッチ素子ＳＷ１又は半導体スイッチＱ５を接続してもよい。但し、受電共振回路ＬＣ２のインピーダンスが増大することになるため、上記第１〜第６実施形態の方が好ましい。
（１）上記第１〜第３実施形態では、受電コイルＬ３の両端間にスイッチ素子ＳＷ１を接続している。また、上記第４〜第６実施形態では、受電コイルＬ３の両端間に半導体スイッチＱ５を接続している。代替的に、集磁束コイルＬ２の両端間に、スイッチ素子ＳＷ１又は半導体スイッチＱ５を接続してもよい。但し、受電共振回路ＬＣ２のインピーダンスが増大することになるため、上記第１〜第６実施形態の方が好ましい。
（２）上記各実施形態では、負荷ＬＤは、二次電池としている。代替的に、負荷ＬＤは、受電コイルＬ３から供給される電力により動作する負荷であればよい。
（３）上記第４〜第６実施形態では、半導体スイッチＱ５として、ＭＯＳＦＥＴが用いられている。代替的に、半導体スイッチＱ５として、バイポーラトランジスタが用いられてもよい。この場合には、バイポーラトランジスタは、ボディダイオードを内蔵しないため、第４実施形態（図１０）のダイオードＤ２は不要になる。
（４）上記各実施形態において、充電器１１の送電共振回路ＬＣ１の駆動回路は、４個のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４を用いたフルブリッジ回路で構成されているが、代替的に、２個のスイッチング素子を用いたハーフブリッジ回路で構成されてもよい。
（５）上記各実施形態では、電気機器１２は電動歯ブラシを例示したが、これに限られない。電気機器１２として、例えば、主に洗面所の周囲で使用される電動シェーバーまたは電動脱毛器をはじめとする一般に理美容家電と言われる小物家電を適用してもよい。
本発明に係る受電装置、非接触電力伝送システム及び充電方法は、負荷に電力が供給されない場合に、受電共振回路の発熱を防止することができる受電装置、非接触電力伝送システム及び充電方法として有用である。
１０ 非接触電力伝送システム
１１ 充電器
１２ 電気機器
１４ 発振回路
１５ 制御部
Ｄ１，Ｄ２ ダイオード
Ｌ１ 伝送コイル
Ｌ２ 集磁束コイル
Ｌ３ 受電コイル
ＬＣ１ 送電共振回路
ＬＣ２ 受電共振回路
ＬＤ 負荷
Ｑ５，Ｑ６ 半導体スイッチ
ＳＷ１，ＳＷ２ スイッチ素子
１１ 充電器
１２ 電気機器
１４ 発振回路
１５ 制御部
Ｄ１，Ｄ２ ダイオード
Ｌ１ 伝送コイル
Ｌ２ 集磁束コイル
Ｌ３ 受電コイル
ＬＣ１ 送電共振回路
ＬＣ２ 受電共振回路
ＬＤ 負荷
Ｑ５，Ｑ６ 半導体スイッチ
ＳＷ１，ＳＷ２ スイッチ素子
Claims (10)
- 電力を伝送するための伝送コイルを含む送電共振回路で発生する交番磁界の磁束を、前記送電共振回路と非接触で集めるための集磁束コイルを含む受電共振回路と、
前記受電共振回路と電気的に接続されず、前記集磁束コイルと磁気的に結合された受電コイルと、
前記受電コイルと電気的に接続された負荷と、
前記集磁束コイルに流れる電流を０又は０近傍に制限する電流制限部と、
を備える受電装置。 - 前記受電コイルと前記負荷との間に設けられた電力供給スイッチと、
前記電流制限部を制御する電流制御部と、
をさらに備え、
前記負荷は、前記受電コイルに発生する交流電力が整流された直流電力が供給されて充電される二次電池であり、
前記電流制御部は、前記電流制限部を制御して、前記電力供給スイッチがオンにされている間は、前記電流制限部に前記集磁束コイルに流れる電流を制限させず、前記電力供給スイッチがオフにされている間は、前記電流制限部に前記集磁束コイルに流れる電流を０又は０近傍に制限させる、
請求項１に記載の受電装置。 - 前記電力供給スイッチのオンオフを制御するスイッチ制御部をさらに備え、
前記スイッチ制御部は、前記二次電池が満充電になったか否かを判定し、前記二次電池が満充電になったと判定すると、前記電力供給スイッチをオフにする、
請求項２に記載の受電装置。 - 前記電力供給スイッチをＰＷＭ制御によりオンオフさせるＰＷＭ制御部をさらに備え、
前記電流制御部は、前記電流制限部を制御して、前記ＰＷＭ制御による前記電力供給スイッチのオン期間は、前記電流制限部に前記集磁束コイルに流れる電流を制限させず、前記ＰＷＭ制御による前記電力供給スイッチのオフ期間は、前記電流制限部に前記集磁束コイルに流れる電流を０又は０近傍に制限させる、
請求項２又は３に記載の受電装置。 - 前記電流制限部は、前記受電コイルと電気的に接続され、かつ前記受電コイルに流れる電流を０又は０近傍に制限するスイッチ素子を含み、前記受電共振回路と電気的に接続されていない、
請求項２〜４のいずれか１項に記載の受電装置。 - 前記スイッチ素子は、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴであり、
前記電流制限部は、前記ＭＯＳＦＥＴに直列接続されたダイオードをさらに含み、
前記ダイオードのアノードは、前記受電コイルの一端に接続され、
前記ダイオードのカソードは、前記ＭＯＳＦＥＴのドレインに接続され、
前記ＭＯＳＦＥＴのソースは、前記受電コイルの他端に接続されている、
請求項５に記載の受電装置。 - 前記スイッチ素子は、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴであり、
前記受電コイルに発生する交流電力の整流後に、前記ＭＯＳＦＥＴが配置され、
前記ＭＯＳＦＥＴのソースは、整流後のグランド側に接続され、
前記ＭＯＳＦＥＴのドレインは、整流後の正電圧側に接続される、
請求項５に記載の受電装置。 - 前記電力供給スイッチ及び前記スイッチ素子のオンオフを制御する制御回路をさらに備え、
前記スイッチ素子は、前記スイッチ素子のオンオフを制御するための第１制御端子を有する第１半導体スイッチであり、
前記電力供給スイッチは、前記電力供給スイッチのオンオフを制御するための第２制御端子を有する第２半導体スイッチであり、
前記制御回路は、
前記第１制御端子とグラウンドラインとの間に接続され、オンにされると前記第１半導体スイッチをオフにする第１トランジスタと、
前記第２制御端子とグラウンドラインとの間に接続され、オンにされると前記第２半導体スイッチをオンにする第２トランジスタと、
前記第１トランジスタの制御端子及び前記第２トランジスタの制御端子に接続された出力端子を含むトランジスタ制御部と、
を含み、
前記トランジスタ制御部は、前記第１トランジスタ及び前記第２トランジスタをオンにするオン信号又は前記第１トランジスタ及び前記第２トランジスタをオフにするオフ信号を、前記出力端子から出力する、
請求項５に記載の受電装置。 - 請求項１〜８のいずれか１項に記載の受電装置と、
前記送電共振回路と、前記送電共振回路に交流電力を供給する駆動回路と、を含む送電装置と、
を備える非接触電力伝送システム。 - 電力を伝送するための伝送コイルを有する送電共振回路を含む送電装置と、
前記送電共振回路で発生する交番磁界の磁束を前記送電共振回路と非接触で集めるための集磁束コイルを有する受電共振回路、前記集磁束コイルと磁気的に結合された受電コイル、前記受電コイルと電気的に接続された二次電池、前記受電コイルと前記二次電池との間に設けられた電力供給スイッチ、及びオンにされると前記集磁束コイルに流れる電流を０又は０近傍に制限するスイッチ素子を含む受電装置と、
を備える非接触充電システムの充電方法であって、
前記スイッチ素子をオフにし、前記電力供給スイッチをオンにして前記二次電池の充電を開始する充電ステップと、
前記二次電池が満充電に近づいた所定時点から、前記スイッチ素子及び前記電力供給スイッチをＰＷＭ制御するＰＷＭ制御ステップと、
前記二次電池が満充電になると、前記スイッチ素子をオンにし、前記電力供給スイッチをオフにする充電完了ステップと、
を含み、
前記ＰＷＭ制御ステップでは、前記電力供給スイッチのオン期間は、前記スイッチ素子のオフ期間とされ、前記電力供給スイッチのオフ期間は、前記スイッチ素子のオン期間とされる、
充電方法。
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