JP2016152650A - 電力伝送装置及び電力伝送システム - Google Patents

Abstract

【課題】駆動回路の駆動周波数を送電部のインダクタンス，容量で決まる共鳴周波数に自動的に調整し、前記インダクタンスや容量のバラつきに対して効率や電力の低下を抑制可能な電力送信装置を提供する。【解決手段】電源ＶＩＮとグランドとの間に接続される２つのパワースイッチ１及び２の直列回路を有してなるパワースイッチ部３により、無線信号で２次側に電力を伝送する送電部１９に駆動電流を供給する。ドライバ４は、入力される矩形波信号に基づいてパワースイッチ１及び２に駆動信号を出力する。１次側電流情報出力部８は、送電部１９に流れる電流を検出し、その電流に相当する情報を出力する。駆動信号生成部９は、その電流情報を参照することで、送電部１９に流れる電流がゼロに達するタイミングを基準として信号レベルが変化する矩形波信号を生成し、ドライバ４に出力する。【選択図】図１

Description

本発明は、コイル及びコンデンサを有してなる送電部が発生させる無線信号により受電側に電力を伝送する電力伝送装置，及びその電力伝送装置を備えてなる電力伝送システムに関する。

特許文献１には、４つのＦＥＴ（ＱＭＰ１，ＱＭＰ２，ＱＭＮ１，ＱＭＮ２）で構成されるＨブリッジ回路の出力端子間にＬＣ並列回路を構成し、そのＬＣ並列回路に供給する電源の周波数をＬ、Ｃで決まる共鳴周波数に自動的に一致させて２次側に電力を送信する構成が開示されている。

米国特許第７５５８０８０号明細書

しかしながら、特許文献１の構成では、大きな電流が流れる４つのＦＥＴのドレイン−ソース間電圧がほぼ正弦波状に変化するため、これらのスイッチング損失が大きくなり効率が低下するという問題がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、スイッチング損失が小さい構成にて電源の動作周波数を共鳴周波数に調整する機能を追加することで、より高い効率で受電側に電力を送信できる電力送信装置，及びその電力伝送装置を備えてなる電力伝送システムを提供することにある。

請求項１記載の電力伝送装置によれば、電源とグランドとの間に接続される２つのスイッチング素子の直列回路を有してなるスイッチング素子部によって、無線信号により受電側に電力を伝送する送電部に駆動電流を供給する。駆動回路は、入力される矩形波信号に基づいて前記スイッチング素子に駆動信号を出力する。電流情報出力部は、送電部に流れる電流を検出し、その電流に相当する情報を出力する。そして、矩形波信号生成部は、その電流情報を参照することで、送電部に流れる電流がゼロに達するタイミングを基準として信号レベルが変化する矩形波信号を生成し、駆動回路に出力する。

このように構成すれば、送電部の両端電圧と送電部に流れる電流の位相ズレを抑制でき、前記矩形波信号の周波数は、送電部の入力インピーダンスの虚部がゼロとなる周波数である共鳴周波数に自動的に調整される。したがって、コイルのインダクタンスやコンデンサの容量のバラつきによる効率や電力の低下を抑制可能となる。また、送電部に流れる電流がゼロに達する前に駆動回路の出力を切替えれば、共鳴周波数より高い周波数で動作させることができ、前記電流がゼロに達した後に駆動回路の出力を切替えれば、共鳴周波数より低い周波数で動作させることが可能である。

請求項２２記載の電力伝送システムによれば、請求項１から２１の何れか一項に記載の電力伝送装置と、その電力伝送装置の送電部より無線信号で送信された電力を受電する受電部と、この受電部に並列に接続される負荷とを有する受電装置とを備えてなる。したがって、本発明の電力伝送装置と、当該装置により送信された電力を受電する装置とによって電力伝送システムを構成できる。

第１実施形態であり、電力伝送システムの構成を示す図 １次側電流情報検出部の構成例のバリエーションを示す図 駆動信号生成部の詳細構成を示す図 駆動信号生成部の動作タイミングチャート 第２実施形態であり、駆動信号生成部の詳細構成を示す図 駆動信号生成部の動作タイミングチャート パルス幅制限部の動作タイミングチャート 第３実施形態であり、電力伝送システムの構成を示す図 動作シミュレーションにおいて、各信号間に設定した遅延時間を示す図 動作周波数のシミュレーション結果を示す図 伝送電力のシミュレーション結果を示す図 伝送効率のシミュレーション結果を示す図 第４実施形態であり、電力伝送システムの構成を示す図 起動信号生成部の動作タイミングチャート 第５実施形態であり、電力伝送システムの構成を示す図

（第１実施形態）
図１に示すように、電源ＶＩＮとグランドとの間には、２つのパワースイッチ（ＳＷ，スイッチング素子）１及び２の直列回路が接続されており、パワースイッチ部（スイッチング素子部）３が構成されている。パワースイッチ１，２は、例えばＮチャネルＭＯＳＦＥＴなどである。パワースイッチ１，２の導通制御端子（例えば、ゲート）には、ドライバ４（駆動回路）より制御信号ＶＧＨ，ＶＧＬが与えられる。

パワースイッチ１及び２の共通接続点とグランドとの間には、コンデンサ５，抵抗６及びコイル７からなる送電部１９並びに１次側電流情報出力部８の直列回路が接続されている。尚、抵抗５は抵抗素子によるものと、配線に含まれる抵抗分との和を示している。１次側電流情報出力部８は、上記の直列回路に流れる電流の情報を検出して駆動信号生成部９（矩形波信号生成部）に出力する。駆動信号生成部９は、入力される情報に基づいて矩形波信号ＯＳＣを生成し、ドライバ４に出力する。ドライバ４は、矩形波信号ＯＳＣに基づいてパワースイッチ１及び２を排他的に且つ交互にオンオフするように制御信号ＶＧＨ，ＶＧＬを生成する。以上が１次側の電力伝送装置１０（１次側回路）を構成している。

２次側には、全波整流器１１（負荷）の入力端子側に、コイル１２，抵抗１３及びコンデンサ１４の直列回路である受電部２０が接続されている。抵抗１３は、抵抗６と同じく抵抗素子と配線の抵抗分の和である。尚、抵抗素子を加えるか否かは任意で、加えないこともある。全波整流器１１は、４つのダイオード１５ａ〜１５ｄをブリッジ接続して構成されている。

全波整流器１１の出力端子間には、平滑コンデンサ１６（負荷）及び電流源のシンボルで示す負荷１７が並列に接続されている。以上の２次側の構成において、負荷１７を除いたものが受電装置１８（２次側回路）を構成している。そして、１次側の電力伝送装置１０から２次側の受電装置１８には、磁界共鳴方式により電力が伝送され、これらが電力伝送システムを構成している。

図２に示すように、１次側電流情報出力部８は、送電部１９に流れる１次側電流Ｉを、例えば抵抗素子Ｒ，コンデンサＣ，インダクタンス（コイル）Ｌ等に通電して検出する構成とする。抵抗素子Ｒを用いた場合、その端子電圧Ｖの１次側電流Ｉに対する位相差は０°になる。また、コンデンサＣを用いた場合上記位相差は９０°遅れとなり、インダクタンスＬを用いた場合上記位相差は９０°進みとなる。更に、抵抗素子Ｒ及びインダクタンスＬの並列回路又は直列回路を用いても良い。この場合、端子電圧Ｖの位相は１次側電流Ｉに対して進み、その位相差は任意に調整可能である。

尚、コンデンサＣを用いた９０°遅れ位相となる場合でも、振幅極性が逆方向に変化するゼロクロスタイミングを検出すれば、その後に到来する１次側電流Ｉのゼロクロスタイミングを捉えることができる。

図３に示すように、駆動信号生成部９は、コンパレータ２１（Ｌ，Ｈ），遅延回路２２（Ｌ，Ｈ），ＮＯＴゲート２３（Ｌ，Ｈ），ＡＮＤゲート２４（Ｌ，Ｈ）及びＳＲフリップフロップ２５で構成されている。コンパレータ２１Ｌの非反転入力端子及びコンパレータ２１Ｈの反転入力端子には、１次側電流情報出力部８からの入力信号ＩＮが与えられる。コンパレータ２１Ｌの反転入力端子には、図４（ａ）に示すように、入力信号ＩＮの電圧波形のゼロクロス点より僅かに低いレベルに設定された閾値ＶＴＬが与えられ、コンパレータ２１Ｈの非反転入力端子には、同じく図４（ａ）に示すように、入力信号ＩＮの電圧波形のゼロクロス点より僅かに高いレベルに設定された閾値ＶＴＨが与えられる。

コンパレータ２１Ｌの出力端子は、ＡＮＤゲート２４Ｌの一方の入力端子及び遅延回路２２Ｌの入力端子に接続されている。遅延回路２２Ｌの出力端子は、ＮＯＴゲート２３Ｌを介してＡＮＤゲート２４Ｌの他方の入力端子に接続されている。そして、ＡＮＤゲート２４Ｌの出力端子は、ＳＲフリップフロップ２５のセット端子Ｓに接続されている。コンパレータ２１Ｈ側の構成は上記と対称であり、ＡＮＤゲート２４Ｈの出力端子は、ＳＲフリップフロップ２５のリセット端子Ｒに接続されている。そして、ＳＲフリップフロップ２５の出力端子Ｑから矩形波信号ＯＳＣが出力される。

尚、遅延回路２２Ｌ，ＮＯＴゲート２３Ｌ及びＡＮＤゲート２４Ｌはセット信号出力部２６を構成し、遅延回路２２Ｈ，ＮＯＴゲート２３Ｈ及びＡＮＤゲート２４Ｈはリセット信号出力部２７を構成している。

次に、本実施形態の作用について説明する。尚、説明を簡単にするため、電力伝送装置１０の送電部１９には既に電流が発生しているものとする。この時、１次側電流Ｉに相当する入力信号ＩＮは、図４（ａ）に示すように正弦波状に変化する。コンパレータ２１Ｌの出力信号は、入力信号ＩＮのレベルが閾値ＶＴＬを超えるとハイレベルに変化するので、ＡＮＤゲート２４Ｌの出力信号もハイレベルになる。そして、遅延回路２２Ｌに設定されている遅延時間が経過すると、ＡＮＤゲート２４Ｌの一方の入力端子がローレベルになるので、ＡＮＤゲート２４Ｌの出力信号は上記遅延時間だけハイレベルになる。これがＳＲフリップフロップ２５へのＳＥＴ信号となり（図４（ｂ）参照）、矩形波信号ＯＳＣが立ち上がる（図４（ｄ）参照）。

一方、コンパレータ２１Ｈの出力信号は、入力信号ＩＮのレベルが閾値ＶＴＨを下回るとハイレベルに変化する。すると、コンパレータ２１Ｌ側と同様の動作により、ＡＮＤゲート２４Ｈの出力信号は遅延回路２４Ｈの遅延時間だけハイレベルになる。これがＳＲフリップフロップ２５へのＲＥＳＥＴ信号となり（図４（ｃ）参照）、矩形波信号ＯＳＣが立ち下がる（図４（ｄ）参照）。

すなわち、コンパレータ２１Ｌ側は、入力信号ＩＮが負のレベルからゼロクロス点に達する直前のタイミングでＳＥＴ信号を出力し、コンパレータ２１Ｈ側は、入力信号ＩＮが正のレベルからゼロクロス点に達する直前のタイミングでＲＥＳＥＴ信号を出力する。その結果、矩形波信号ＯＳＣは、入力信号ＩＮがゼロクロス点に達する直前のタイミングで二値レベルが変化するように出力される。

以上のように本実施形態によれば、電源ＶＩＮとグランドとの間に接続される２つのパワースイッチ１及び２の直列回路を有してなるパワースイッチ部３により、無線信号で２次側に電力を伝送する送電部１９に駆動電流を供給する。ドライバ４は、入力される矩形波信号に基づいてパワースイッチ１及び２に駆動信号を出力する。

１次側電流情報出力部８は、送電部１９に流れる電流を検出し、その電流に相当する情報を出力する。そして、駆動信号生成部９は、その電流情報を参照することで、送電部１９に流れる電流がゼロに達するタイミングを基準として信号レベルが変化する矩形波信号を生成し、ドライバ４に出力する。

このように構成すれば、送電部１９の両端電圧と送電部１９に流れる電流の位相ズレを抑制でき、前記矩形波信号の周波数は、送電部１９の入力インピーダンスの虚部がゼロとなる周波数である共鳴周波数に自動的に調整される。したがって、コイル７のインダクタンスやコンデンサ５の容量のバラつきによる効率や電力の低下を抑制可能となる。また、送電部１９に流れる電流がゼロに達する前にドライバ４の出力を切替えれば、共鳴周波数より高い周波数で動作させることができ、前記電流がゼロに達した後にドライバ４の出力を切替えれば、共鳴周波数より低い周波数で動作させることが可能である。

そして、駆動信号生成部９は、１次側電流情報出力部８が出力する電圧信号がゼロになる直前のタイミングを検出して動作する。この場合、１次側電流情報出力部８を、コイルＬを備えるか、又は抵抗素子Ｒ及びコイルＬの直列回路又は並列回路を備える構成とすれば、１次側電流Ｉよりも進み位相となる電圧信号を電流情報として出力できる。またこの場合、コイルＬを、送電部１９を構成するコイル７と共通にすれば部品数を削減できる。更に、１次側電流情報出力部８を、コンデンサＣを備える構成とすれば、１次側電流Ｉよりも遅れ位相となる電圧信号電流情報として出力できる。そしてこの場合も、コンデンサＣを、送電部１９を構成するコンデンサ５と共通にすれば部品数を削減できる。

（第２実施形態）
以下、第１実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、異なる部分について説明する。図５に示すように、第２実施形態の駆動信号生成部３１（矩形波信号生成部）は、１つのコンパレータ２１を用いており、その非反転入力端子に入力信号ＩＮが、反転入力端子には閾値として０Ｖ（グランドレベル）がそれぞれ与えられている。コンパレータ２１の出力信号は、直接及びＮＯＴゲート３２を介してパルス幅制限部３３に入力されている。

パルス幅制限部３３において、電源とグランドとの間には、抵抗素子３４（Ｌ，Ｈ）及びＮチャネルＭＯＳＦＥＴ３５（Ｌ，Ｈ）の直列回路が接続されており、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ３５（Ｌ，Ｈ）には並列にコンデンサ３６（Ｌ，Ｈ）が接続されている。コンパレータ２１の出力端子は、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ３５Ｌのゲートに接続されており、ＮＯＴゲート３２の出力端子は、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ３５Ｈのゲートに接続されている。そして、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ３５（Ｌ，Ｈ）のドレインにはＮＯＴゲート３７（Ｌ，Ｈ）の入力端子が接続されている。ＮＯＴゲート３７（Ｌ，Ｈ）は、駆動信号生成部９におけるコンパレータ２１（Ｌ，Ｈ）を置き換えたもので、ＮＯＴゲート３７（Ｌ，Ｈ）の出力端子以降の構成は、駆動信号生成部９と同じである。

尚、第１実施形態のセット信号出力部２６にパルス幅制限部３３及びＮＯＴゲート３７Ｌを加えたものがセット信号出力部２６Ａを構成し、同リセット信号出力部２７にパルス幅制限部３３並びにＮＯＴゲート３２及び３７Ｌを加えたものがリセット信号出力部２７Ａを構成している。

次に、第２実施形態の作用について説明する。図６は図４相当図であり、駆動信号生成部３１では、コンパレータ２１が入力信号ＩＮを閾値０Ｖと比較しているので、入力信号ＩＮが負のレベルからゼロに達するタイミングでＳＥＴ信号を出力し、入力信号ＩＮが正のレベルからゼロに達するタイミングでＲＥＳＥＴ信号を出力する。その結果、矩形波信号ＯＳＣは、入力信号ＩＮがゼロに達するタイミングで二値レベルが変化するように出力される。

また、駆動信号生成部３１は、パルス幅制限部３３を設けたことで以下のように動作する。図７に示すように、（ａ）コンパレータ２１の出力信号がハイレベルに変化すると（時点（１））、ＦＥＴ３５ＬがターンオンしてＮＯＴゲート３７Ｌの入力端子は直ちにローレベルに変化する。それに伴い、（ｂ）ＮＯＴゲート３７Ｌの出力信号ＩＮ＿ＳＥＴは直ちにハイレベルに変化するので（時点（２））、（ｄ）ＳＥＴ信号が発生し（ｆ）矩形波信号ＯＳＣが立ち上がる（時点（３））。

この時、ＮＯＴゲート３２の出力信号はローレベルに変化してＦＥＴ３５Ｈをターンオフさせるが、その間に抵抗素子３４Ｈを介してコンデンサ３６Ｈを充電し切ることができないため、ＮＯＴゲート３７Ｈの入力端子はハイレベルにならない。したがって、信号ＩＮ＿ＲＥＳＥＴはハイレベルを維持する。

この直後に、図７（ａ）に示すように、コンパレータ２１の出力信号が例えばノイズの影響を受けて一瞬ローレベルに変化したとする（時点（４））。この時、信号ＩＮ＿ＲＥＳＥＴはハイレベルを維持しており、コンパレータ２１の出力信号の立下りに対して、信号ＩＮ＿ＲＥＳＥＴの立ち上りは生成されない。したがって、矩形波信号ＯＳＣはハイレベルを維持することになり、上記ローレベル変化の影響を受けることが無い。

コンパレータ２１の出力信号が、上記一瞬のローレベル変化後に立上ると（時点（５））、ＦＥＴ３５Ｈが継続的にターンオフするので、コンデンサ３６Ｈが抵抗素子３４Ｈを介して充電されて、ＮＯＴゲート３７Ｈの入力端子はハイレベルになる。したがって、時点（５）から遅れたタイミングで信号ＩＮ＿ＲＥＳＥＴはローレベルに変化する。

その後、時点（６）でコンパレータ２１の出力信号がローレベルに変化し、矩形波信号ＯＳＣがローレベルに立ち下がった直後に時点（７）で一瞬だけハイレベルに変化した場合も、上記と同様の動作が信号ＩＮ＿ＳＥＴ側に作用する。したがって、信号ＩＮ＿ＳＥＴはハイレベルを維持し、信号の立上り変化が生じないため、ハイレベル変化の影響も受けることが無い。

以上のように第２実施形態によれば、駆動信号生成部３１は、１次側電流情報出力部８が出力する電圧信号がゼロになるタイミングを検出して動作する。この場合、１次側電流情報出力部８を、抵抗素子Ｒを備える構成とすれば、１次側電流Ｉと同位相となる電圧信号を電流情報として出力することができる。

更に、駆動信号生成部３１に、電流の振幅がゼロに達するタイミングの間隔が下限時間未満になった際に、矩形波信号のレベルを変化させないように制限するパルス幅制限部３３を備えたので、コンパレータ２１の出力信号が例えばノイズの影響を受けて一瞬ローレベルに変化しても、その影響が及ばないようにキャンセルできる。

（第３実施形態）
図８に示すように、第３実施形態の電力伝送装置４１は、１次側電流情報出力部８を抵抗素子Ｒ＿ＯＳＣで構成し、駆動信号発生部４２を第３実施形態のコンパレータ２１のみで構成したものである。この電力伝送装置４１について同図中に示す各素子定数等を与え、動作周波数，伝送電力及び伝送効率についてシミュレーションを行った。

電源ＶＩＮの電圧は１０Ｖ，送電部１９と２次側回路の定数は等しく、容量は３．２８ｎＦ，抵抗値は０．６２Ω，インダクタンスは１．９３μＨ，抵抗素子Ｒ＿ＯＳＣの抵抗値は０．１Ω，１次側−２次側間のコイル結合係数は０．９，平滑コンデンサ１６の端子電圧は２５Ｖ，コンパレータ２１の信号伝搬遅延時間は１０ｎｓである。尚、図９に示すように、矩形波信号ＯＳＣの変化に対しドライバ４が出力する制御信号ＶＧＨ，ＶＧＬのエッジ変化の遅延時間（１）〜（４）は、何れも１０ｎｓに設定している。

送電部１９を構成するコイル７及びコンデンサ５のＬ、Ｃの素子値が±１０％変動した場合でも、図１０に示す電力伝送装置４１の動作周波数は、共鳴周波数（変動０％で２ＭＨｚ）の変化に追従して変化している。また、図１１に示すように、伝送電力はＬ、Ｃの素子値変動に対して約３．３Ｗでほぼ一定であり、図１２に示すように、伝送効率もほぼ８０％で一定となっている。
以上のように第３実施形態によれば、駆動信号発生部４２をコンパレータ２１のみで簡単に構成できる。

（第４実施形態）
図１３に示すように、第４実施形態の電力伝送装置５１は、第３実施形態の電力伝送装置４１に起動信号生成部５２（初期駆動信号出力部）を加えたものである。この起動信号生成部５２より出力される信号によって送電部１９の発振動作を開始させる。起動信号生成部５２は、遅延回路５３，ＮＯＴゲート５４，ＡＮＤゲート５５及び５６並びにＯＲゲート５７で構成されている。遅延回路５３の入力端子並びにＡＮＤゲート５５及び５６の入力端子の一方には、外部より起動信号ＣＮＴが入力される。

遅延回路５３の出力端子はＮＯＴゲート５４を介してＡＮＤゲート５５の入力端子の他方に接続されている。ＡＮＤゲート５５の出力端子は、ＯＲゲート５７の入力端子の一方に接続されており、ＯＲゲート５７の入力端子の他方は、駆動信号生成部４２（コンパレータ２１）の出力端子に接続されている。ＯＲゲート５７の出力端子は、ＡＮＤゲート５６の入力端子の他方に接続されており、ＡＮＤゲート５６の出力端子がドライバ４の入力端子に接続されている。尚、遅延回路５３，ＮＯＴゲート５４及びＡＮＤゲート５５は、パルス信号発生部５８を構成している。

次に、第４実施形態の作用について説明する。図１４に示すように、（ａ）起動信号ＣＮＴのレベルがローからハイに変化すると（時点（１））、（ｂ）ＡＮＤゲート５５からは、遅延回路５３に設定されている遅延時間のハイレベルパルス幅を有する信号ＴＲＧ（トリガパルス）が出力される（時点（２））。すると、信号ＴＲＧは、ＡＮＤゲート５６を介してドライバ４に入力される（（ｃ）信号ＤＲＶ＿ＩＮ，時点（３））。

ドライバ４は、信号ＤＲＶ＿ＩＮがハイレベルになると、パワースイッチ１側をオンにして送電部１９に通電を行う。すると、送電部１９に減衰振動が発生して１次側電流情報出力部８の抵抗素子Ｒ＿ＯＳＣに電流が流れ始める（（ｄ），時点（４））。そして、（ｅ）駆動信号生成部４２は、１次側電流の最初のゼロクロス点を検出して矩形波信号ＯＳＣを立ち上げる。

時点（５）で信号ＴＲＧはローレベルになるが、以降は矩形波信号ＯＳＣが、ＯＲゲート５７及びＡＮＤゲート５６を介し信号ＤＲＶ＿ＩＮとして出力されるので、送電部１９の振動は減衰せずに継続される。

以上のように第４実施形態によれば、起動信号生成部５２は、駆動信号生成部４２の動作を開始させるための初期駆動信号ＤＲＶ＿ＩＮを、パルス信号として出力する。具体的には、起動信号ＣＮＴが入力されたタイミングで信号ＴＲＧを発生させるパルス発生部５８と、駆動信号生成部４２により生成される矩形波信号ＯＳＣと、信号ＴＲＧとのＯＲ信号を出力するＯＲゲート５７と、起動信号ＣＮＴが入力されると、前記ＯＲ信号をドライバ４に出力するＡＮＤゲート５６とを備えて構成した。これにより、送電部１９の発振動作を開始させて電力の送信を行うことができる。

（第５実施形態）
図１５に示すように、第５実施形態の電力伝送装置６１は、第４実施形態の起動信号生成部５２を、起動信号生成部６２（初期駆動信号出力部）に置き換えたもので、第４実施形態と同様に、起動信号生成部６２より出力される信号によって送電部１９の発振動作を開始させる。起動信号生成部６２は、発振器６３及びＰＷＭ選択部６４（信号選択部）で構成されている。ＰＷＭ選択部６４の入力端子の一方は、発振器６３の出力端子に接続されており、入力端子の他方は、駆動信号発生部４２の出力端子に接続されている。

発振器６３は、矩形波の発振信号ＥＸＴ−ＯＳＣを出力する。発振信号ＥＸＴ−ＯＳＣの周波数は、標準の共鳴周波数２．０ＭＨｚ付近に設定されている。ＰＷＭ選択部６４の入力選択端子には、外部より入力される選択信号ＳＥＬが入力される。そして、ＰＷＭ選択部６４の出力端子は、ドライバ４の入力端子に接続されている。

次に、第５実施形態の作用について説明する。ＰＷＭ選択部６４は、選択信号ＳＥＬがローレベルの場合は発振信号ＥＸＴ−ＯＳＣを選択しているので、ドライバ４には、信号ＤＲＶ＿ＩＮとして発振信号ＥＸＴ−ＯＳＣが出力される。これにより、１次側電流情報出力部８の抵抗素子Ｒ＿ＯＳＣに電流が流れ始め、駆動信号発生部４２は、１次側電流の最初のゼロクロス点を検出して矩形波信号ＯＳＣを立ち上げる。その後、選択信号ＳＥＬがハイレベルになると、ＰＷＭ選択部６４は、矩形波信号ＯＳＣ側を選択するので、以降は矩形波信号ＯＳＣが信号ＤＲＶ＿ＩＮとして出力されてドライバ４の駆動周波数は自動的に共鳴周波数に調整される。

以上のように第５実施形態によれば、矩形波状の発振信号ＥＸＴ−ＯＳＣを出力する発振器６３と、その発振信号ＥＸＴ−ＯＳＣと、矩形波信号生成部４２により生成される矩形波信号とを選択してドライバ４に出力するＰＷＭ選択部６４とを備え、入力される選択信号ＳＥＬに応じて、起動時にはＰＷＭ選択部６４により発振信号ＥＸＴ−ＯＳＣを選択して、スイッチング素子部３により送電部１９に電流を発生させるようにした。したがって、第４実施形態と同様の効果が得られる。

本発明は上記した、又は図面に記載した実施形態にのみ限定されるものではなく、以下のような変形又は拡張が可能である。
第１実施形態の駆動信号生成部９に、パルス幅制限部３３を設けても良い。
受電装置１８の負荷として、全波整流器１１及び平滑コンデンサ１６に替えて、抵抗素子を配置しても良い。
スイッチング素子は、ＭＯＳＦＥＴに限ることなく、バイポーラトランジスタやＩＧＢＴなどでも良い。

図面中、１及び２はパワースイッチ（スイッチング素子）、３はパワースイッチ部（スイッチング素子部）、４はドライバ（駆動回路）、５はコンデンサ、７はコイル、８は１次側電流情報出力部、９は駆動信号生成部（矩形波信号生成部）、１０は電力伝送装置、１１は全波整流器（負荷）、１２はコイル、１４はコンデンサ、１６は平滑コンデンサ（負荷）、１９は送電部、１８は受電装置、２０は受電部、２１はコンパレータ、２５はＳＲフリップフロップ、２６はセット信号出力部、２７はリセット信号出力部である。

Claims (24)

1. コイル（７）及びコンデンサ（５）を有してなり、無線信号を発生させて受電側に電力を伝送する送電部（１９）と、
   電源とグランドとの間に接続される２つのスイッチング素子（１，２）の直列回路を少なくとも１つ以上有して構成され、前記送電部に駆動電流を供給するスイッチング素子部（３）と、
   入力される矩形波信号に基づいて、前記スイッチング素子にそれぞれ駆動信号を出力する駆動回路（４）と、
   前記送電部に流れる電流を検出し、前記電流に相当する情報（以下、電流情報と称す）を出力する電流情報出力部（８）と、
   前記電流情報を参照することで、前記送電部に流れる電流がゼロに達するタイミングを基準として信号レベルが変化する矩形波信号を生成し、前記駆動回路に出力する矩形波信号生成部（９，３１，４２）とを備えることを特徴とする電力伝送装置。
2. 前記電流情報出力部は、前記送電部に流れる電流と同位相となる電圧信号を、前記電流情報として出力することを特徴とする請求項１記載の電力伝送装置。
3. 前記電流情報出力部は、抵抗素子（Ｒ）を有していることを特徴とする請求項２記載の電力伝送装置。
4. 前記電流情報出力部は、前記送電部に流れる電流よりも進み位相となる電圧信号を、前記電流情報として出力することを特徴とする請求項１記載の電力伝送装置。
5. 前記電流情報出力部は、コイル（Ｌ）を有していることを特徴とする請求項４記載の電力伝送装置。
6. 前記電流情報出力部は、抵抗素子（Ｒ）及びコイルの直列回路又は並列回路を有していることを特徴とする請求項５記載の電力伝送装置。
7. 前記コイルは、前記送電部を構成するコイルと共通であることを特徴とする請求項５又は６記載の電力伝送装置。
8. 前記電流情報出力部は、前記送電部に流れる電流よりも遅れ位相となる電圧信号を、前記電流情報として出力することを特徴とする請求項１記載の電力伝送装置。
9. 前記電流情報出力部は、コンデンサ（Ｃ）を有していることを特徴とする請求項８記載の電力伝送装置。
10. 前記コンデンサは、前記送電部を構成するコンデンサと共通であることを特徴とする請求項９記載の電力伝送装置。
11. 前記矩形波信号生成部（３１）は、前記電流情報出力部が出力する電圧信号がゼロになるタイミングを検出して動作することを特徴とする請求項２から１０の何れか一項に記載の電力伝送装置。
12. 前記矩形波信号生成部（９）は、前記電流情報出力部が出力する電圧信号がゼロになる直前のタイミングを検出して動作することを特徴とする請求項２から１０の何れか一項に記載の電力伝送装置。
13. 前記矩形波信号生成部（９，４２）は、前記電圧信号を閾値と比較するコンパレータ（２１）を有していることを特徴とする請求項１１又は１２記載の電力伝送装置。
14. 前記矩形波信号生成部（９，３１）は、前記コンパレータの出力信号の変化に基づいてセット信号及びリセット信号をそれぞれ出力するセット信号出力部（２６，２６Ａ）及びリセット信号出力部（２７，２７Ａ）と、
    前記セット信号及び前記リセット信号が入力されることで前記矩形波信号を生成するＳＲフリップフロップ（２５）とを備えることを特徴とする請求項１３記載の電力伝送装置。
15. 前記矩形波信号生成部は、前記電流の振幅がゼロに達するタイミングの間隔が下限時間未満になった際に、前記矩形波信号のレベルを変化させないように制限するパルス幅制限部（３３）を備えることを特徴とする請求項１から１４の何れか一項に記載の電力伝送装置。
16. 前記矩形波信号生成部（３１）は、１つのコンパレータ（２１）を有し、
    前記セット信号出力部（２６Ａ）は、前記コンパレータの出力信号の正転信号に基づいて前記セット信号を生成し、
    前記リセット信号出力部（２７Ａ）は、前記コンパレータの出力信号の反転信号に基づいて前記リセット信号を生成し、
    前記パルス幅制限部は、前記正転信号及び前記反転信号の立上りの変化を、同立下りの変化よりも遅延させるように構成されていることを特徴とする請求項１４を引用する請求項１５記載の電力伝送装置。
17. 前記パルス幅制限部は、前記正転信号と前記反転信号とに対応して設けられる、電源とグランドとの間に接続される抵抗素子（３４）及びコンデンサ（３６）の直列回路と、前記コンデンサに並列に接続されるスイッチング素子（３５）とで構成され、
    前記スイッチング素子の導通制御端子には、それぞれ対応する前記正転信号，前記反転信号が入力されることを特徴とする請求項１６項記載の電力伝送装置。
18. 起動信号が入力されると、前記スイッチング素子部により前記送電部に電流を発生させるための初期駆動信号を前記駆動回路に出力する初期駆動信号出力部（５２）を備えることを特徴とする請求項１から１７の何れか一項に記載の電力伝送装置。
19. 前記初期駆動信号出力部（５２）は、前記初期駆動信号を、パルス信号として出力することを特徴とする請求項１８記載の電力伝送装置。
20. 前記初期駆動信号出力部は、前記起動信号が入力されたタイミングでトリガパルスを発生させるパルス発生部（５８）と、
    前記矩形波信号生成部により生成される矩形波信号と、前記トリガパルスとのＯＲ信号を出力するＯＲゲート（５７）と、
    前記起動信号が入力されると、前記ＯＲ信号を前記駆動回路に出力するＡＮＤゲート（５６）とを備えることを特徴とする請求項１９記載の電力伝送装置。
21. 矩形波状の発振信号を出力する発振器（６３）と、
    前記発振信号と、前記矩形波信号生成部により生成される矩形波信号とを選択して前記駆動回路に出力する信号選択部（６４）とを備え、
    入力される選択信号に応じて、起動時には前記信号選択部により前記発振信号を選択することで前記スイッチング素子部により前記送電部に電流を発生させるように構成されていることを特徴とする請求項１から１７の何れか一項に記載の電力伝送装置。
22. 請求項１から２１の何れか一項に記載の電力伝送装置と、
    前記電力伝送装置の送電部より無線信号で送信された電力を受電する受電部（２０）と、この受電部に並列に接続される負荷とを有する受電装置とを備えてなることを特徴とする電力伝送システム。
23. 前記負荷は、整流器と、コンデンサとを備えていることを特徴とする請求項２２記載の電力伝送システム。
24. 前記負荷は、抵抗であることを特徴とする請求項２２記載の電力伝送システム。

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