JP2018085833A - 無線給電装置、無線受電装置、無線電力伝送システム及び無線給電方法 - Google Patents

Abstract

【目的】通信動作と給電動作との切り替え時における電力の途絶やクロックの途絶を抑えることが可能な無線給電装置を提供する。【構成】送電コイルを有し、送電コイルに交流磁界を発生させることにより無線通信と無線給電とを切り替えつつ行う無線給電装置であって、送電コイルに通信用駆動電流を供給する通信用駆動回路と、送電コイルに電力供給用駆動電流を供給する電力供給用駆動回路と、を有し、無線通信時には、通信用駆動回路を動作させるとともに電力供給用駆動回路の動作を停止し、通信用駆動電流を送電コイルに供給して交流磁界を発生させ、無線給電時には、通信用駆動回路及び電力供給用駆動回路をともに動作させ、通信用駆動電流及び電力供給用駆動電流を送電コイルに供給して交流磁界を発生させる。【選択図】図１

Description

本発明は、無線給電装置、無線受電装置、無線電力伝送システム及び無線給電方法に関する。

近年、時計等のウェアラブル機器やＩＣカード（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）等へ電力を供給するにあたり、非接触で電力を伝送する無線電力伝送システムが提案されている。かかる無線電力伝送システムでは、送電装置側のコイル（送電コイル）と受電装置側のコイル（受電コイル）とを対向するように配置して電力の伝送を行う。このような無線電力伝送の交流磁界として、送電側と受電側の位置の自由度が大きい１３．５６ＭＨｚの周波数の交流磁界を用いた無線電力伝送システムの実用化が望まれている。

無線電力伝送システムでは、送電側装置と受電側装置とが近接するだけで磁界結合が生じる。従って、無線電力伝送システムでは、コネクタ形状等により本来の接続先とは異なる相手への電力伝送を防止可能なケーブル接続による電力伝送とは異なり、送電側装置と受電側装置との間で情報のやりとりを行う必要がある。

１３．５６ＭＨｚの周波数の交流磁界を用いた電力伝送システムでは、給電と同じ周波数及び同じコイル経路を用いて情報のやりとり（無線通信）行うが、無線通信と給電とでは必要な電力強度が異なる。具体的には、通信を行う場合には必要な電力が１ｍＷ〜１０ｍＷ程度であるのに対し、給電には１ｍＷ〜１０Ｗと広い範囲の電力強度が必要となる。このため、一つの駆動回路で無線通信及び給電を行うことは困難である。そこで、無線通信と給電とを時分割で切り替えつつ、信号の送受信及び電力の伝送を行う電力伝送システムが提案されている（例えば、特許文献１）。

特開２０１４−７９０９１号公報

送電側装置において通信用と給電用とで送電回路を切り替える構成では、切り替え時に電力の途絶やクロックの途絶が生じるため、受電側装置の動作が困難となる。例えば、磁界の瞬断や波形の歪みが起こると、受電側装置の通信や情報処理において誤動作が生じる場合がある。誤動作の発生を防ぐためには、受電側に蓄電池及びクロック発生回路を別途設ける必要があり、サイズ増やコスト増になるという問題があった。また、受電側装置における負荷回路が二次電池の場合には、受電側装置にも電源があることになるが、二次電池が完全放電してしまった場合に給電起動ができなくなってしまう。また、交流信号の急激な振幅変動により、他の装置に干渉を与えるという問題がある。

また、受電側装置では、通信に必要な電力と給電に必要な電力とが大きく異なるため、ひとつの受電回路では電力効率が悪い。そこで、送電側装置と同様、受電側装置において通信用の受電回路と給電用の受電回路とを設けて切り替えを行うと、切り替え時の電力の途絶やクロックの途絶により安定な動作ができないという問題があった。

本発明に係る無線給電装置は、送電コイルを有し、前記送電コイルに交流磁界を発生させることにより無線通信と無線給電とを切り替えつつ行う無線給電装置であって、前記送電コイルに通信用駆動電流を供給する通信用駆動回路と、前記送電コイルに電力供給用駆動電流を供給する電力供給用駆動回路と、を有し、前記無線通信時には、前記通信用駆動回路を動作させるとともに前記電力供給用駆動回路の動作を停止し、前記通信用駆動電流を前記送電コイルに供給して前記交流磁界を発生させ、前記無線給電時には、前記通信用駆動回路及び前記電力供給用駆動回路をともに動作させ、前記通信用駆動電流及び前記電力供給用駆動電流を前記送電コイルに供給して前記交流磁界を発生させることを特徴とする。

また、本発明に係る無線受電装置は、受電コイルを有し、前記受電コイルが受けた交流磁界により得られた交流電圧に基づいて、無線通信と無線受電とを切り替えつつ行う無線受電装置であって、前記直流電圧に応じて動作し、前記直流電圧を安定化して前記無線通信を行うための通信用動作電圧を得る通信用安定化回路と、前記直流電圧を安定化して前記無線受電の受電電力を得る電力供給用安定化回路と、前記通信用動作電圧に応じて動作し、前記無線通信を行うとともに、前記電力供給用安定化回路の動作を制御する通信制御回路と、を有することを特徴とする。

また、本発明に係る無線電力伝送システムは、送電コイルを有する無線給電装置と受電コイルを有する無線受電装置とを含み、交流磁界による前記送電コイルと前記受電コイルとの磁界結合に基づいて、無線通信と無線給電とを切り替えつつ行う無線電力伝送システムであって、前記無線給電装置は、前記送電コイルに通信用駆動電流を供給する通信用駆動回路と、前記送電コイルに電力供給用駆動電流を供給する電力供給用駆動回路と、を有し、前記無線受電装置は、前記交流磁界により得られた交流電圧を整流して直流電圧を得る整流回路と、前記直流電圧に応じて動作し、前記直流電圧を安定化して前記無線通信を行うための通信用動作電圧を得る通信用安定化回路と、前記直流電圧を安定化して前記無線受電の受電電力を得る電力供給用安定化回路と、前記通信用動作電圧に応じて動作し、前記無線通信を行うとともに、前記電力供給用安定化回路の動作を制御する通信制御回路と、を有し、前記無線給電装置は、前記無線通信時には、前記通信用駆動回路を動作させるとともに前記電力供給用駆動回路の動作を停止し、前記通信用駆動電流を前記送電コイルに供給して前記交流磁界を発生させ、前記無線給電時には、前記通信用駆動回路及び前記電力供給用駆動回路をともに動作させ、前記通信用駆動電流及び前記電力供給用駆動電流を前記送電コイルに供給して前記交流磁界を発生させることを特徴とする。

また、本発明に係る無線給電方法は、送電コイルと、前記送電コイルに通信用駆動電流を供給する通信用駆動回路と、前記送電コイルに電力供給用駆動電流を供給する電力供給用駆動回路と、を有し、前記送電コイルに交流磁界を発生させることにより無線通信と無線給電とを切り替えつつ行う無線給電装置における無線給電方法であって、前記通信用駆動回路を動作させるとともに前記電力供給用駆動回路の動作を停止し、前記通信用駆動電流を前記送電コイルに供給して前記交流磁界を発生させるステップと、前記通信用駆動回路及び前記電力供給用駆動回路をともに動作させ、前記通信用駆動電流及び前記電力供給用駆動電流を前記送電コイルに供給して前記交流磁界を発生させるステップと、を含むことを特徴とする。

また、本発明に係る無線電力伝送システムは、送電コイルを有する無線給電装置と受電コイルを有する無線受電装置とを含み、交流磁界による前記送電コイルと前記受電コイルとの磁界結合に基づいて、無線通信と無線給電とを切り替えつつ行う無線電力伝送システムであって、前記無線給電装置は、前記送電コイルに通信用駆動電流を供給する通信用駆動回路と、前記送電コイルに電力供給用駆動電流を供給する電力供給用駆動回路と、前記電力供給用駆動電流を測定する電流測定回路と、を有し、前記無線受電装置は、前記受電コイル及び共振キャパシタからなる共振回路と、前記共振キャパシタの容量を変更する容量変更回路と、を有し、前記無線受電装置は、前記無線給電装置において測定された前記電力供給用駆動電流の電流値が所定の閾値の範囲を超えていた場合に、前記共振キャパシタの容量を変更することを特徴とする。

また、本発明に係る無線受電装置は、受電コイルを有し、前記受電コイルが受けた交流磁界により得られた交流電圧を整流した電圧を受給電圧として得る無線受電装置であって、前記受電コイル及び共振キャパシタからなる共振回路と、前記共振キャパシタの容量を変更する容量変更回路と、前記受給電圧を受ける供給ラインと、前記供給ラインに流れる電流と前記受給電圧とを測定して受電電力を算出する電流電圧測定回路と、を有し、算出された前記受電電力が所定の閾値の範囲を超えていた場合に、前記共振キャパシタの容量を変更することを特徴とする。

本発明に係る無線給電装置によれば、通信動作と給電動作との切り替え時における電力の途絶やクロックの途絶を抑えることが可能となる。

実施例１の無線給電装置１０及び無線受電装置２０を含む無線電力伝送システム１００の構成を示す回路図である。 電力供給用駆動回路及び通信用駆動回路をＣＭＯＳトランジスタから構成した場合の無線電力伝送システム１００の構成を示す回路図である。 実施例１の無線給電装置１０の送電コイルＴＣに流れる交流電流の波形を示す図である。 実施例２の無線給電装置１０及び無線受電装置２０を含む無線電力伝送システム２００の構成を示す回路図である。 実施例３の無線給電装置３０の構成を示す回路図である。 実施例３の無線給電装置３０による定数変更のタイミングの一例を示すタイムチャートである。 タイミング回路３１を有しない場合における定数変更のタイミングを比較例として示すタイムチャートである。 実施例４の無線給電装置３０の構成を示す回路図である。 送電コイルＴＣに流す高周波電流の振幅を段階的に変化させた場合の波形の例を示す波形図である。 送電コイルＴＣに流す高周波電流の振幅を疑似ランダムパターンに従うように変化させた場合の波形の例を示す波形図である。 実施例４の無線給電装置３０の変形例の構成を示す回路図である。 実施例５の無線電力伝送システム５００の構成を示す回路図である。 実施例５の無線給電装置１０及び無線受電装置２０の動作を示すフローチャートである。 実施例６の無線電力伝送システム６００の構成を示す回路図である。 実施例６の無線受電装置２０が行う過大磁界検出処理の動作を示すフローチャートである。 実施例３において、駆動スイッチ３３をシングルエンド型として構成した場合の無線給電装置３０の構成を示す回路図である。

以下、本発明の実施例について、図面を参照して説明する。なお、以下の各実施例における説明及び添付図面においては、実質的に同一又は等価な部分には同一の参照符号を付している。

図１は、本発明に係る無線給電装置１０及び無線受電装置２０を含む無線電力伝送システム１００の構成を示す回路図である。無線電力伝送システム１００では、無線給電装置１０に設けられている送電コイルＴＣと、無線受電装置２０に設けられている受電コイルＲＣとの間の磁気結合によって、無線給電装置１０側から無線受電装置２０に電力を伝送する。

無線給電装置１０は、送電側共振回路１１、電力供給用駆動回路１２及び通信用駆動回路１３を含む。

送電側共振回路１１は、並列接続された共振キャパシタＣ１及び送電コイルＴＣから構成されている。送電側共振回路１１は、共振周波数が例えば１３．５６ＭＨｚに設定されており、電力供給用駆動回路１２及び通信用駆動回路１３から交流駆動電流の供給を受けて交流磁界を発生させる。送電側共振回路１１には、電力供給用駆動回路１２及び通信用駆動回路１３が並列に接続されている。

電力供給用駆動回路１２及び通信用駆動回路１３は、送電側共振回路１１の共振周波数と略等しい１３．５６ＭＨｚの高周波の交流駆動電流を夫々生成し、駆動ラインＬ１及びＬ２を介して送電側共振回路１１に供給する。電力供給用駆動回路１２は、第１駆動部１２ａ及び第２駆動部１２ｂから構成されている。同様に、通信用駆動回路１３は、第１駆動部１３ａ及び第２駆動部１３ｂから構成されている。

無線受電装置２０は、受電側共振回路２１、整流回路２２及び負荷回路２３を含む。無線受電装置２０は、無線給電装置１０が生成した交流磁界からクロック信号を抽出し、抽出したクロック信号を動作クロックとして動作を行う。

受電側共振回路２１は、並列接続された共振キャパシタＣ２及び受電コイルＲＣから構成されている。受電側共振回路１１は、共振周波数が例えば１３．５６ＭＨｚに設定されており、無線給電装置１０の送電コイルＴＣが発生させた交流磁界により受電コイルＲＣと送電コイルＴＣとが磁気結合し、当該交流磁界に対応した電圧値を有する交流電圧をラインＬ３及びＬ４に印加する。

整流回路２２は、４つの整流用のダイオードＤ１〜Ｄ４が接続されたダイオードブリッジ及び平滑用のキャパシタＳＣを含む。整流回路２２は、ラインＬ３及びＬ４に印加された交流電圧を全波整流及び平滑化して直流電圧を生成し、ラインＬ５及びＬ６を介して負荷回路２３に供給する。

負荷回路２３は、整流回路２２により平滑化された直流電圧の供給を受ける。負荷回路２３は、例えば二次電池を充電する充電回路、或いはＩＣカード等の各種電子機器の電源回路である。

図２は、電力供給用駆動回路１２及び通信用駆動回路１３をＣＭＯＳトランジスタから構成した場合の無線給電装置１０及び無線受電装置２０を含む無線電力伝送システム１００の構成を示す図である。

電力供給用駆動回路１２の第１駆動部１２ａは、第１チャネル型（第１導電型）のトランジスタであるＰＭＯＳトランジスタＭ１（以下、単にトランジスタＭ１と称する）及び第２チャネル型（第２導電型）のトランジスタであるＮＭＯＳトランジスタＭ２（以下、単にトランジスタＭ２と称する）から構成されている。トランジスタＭ１のソースには電源電位ＶＤＤが印加され、トランジスタＭ２のソースには接地電位ＧＮＤが印加されている。トランジスタＭ１及びＭ２のドレインは、互いに接続されるとともに、ラインＬ１に接続されている。

電力供給用駆動回路１２の第２駆動部１２ｂは、第１チャネル型（第１導電型）のトランジスタであるＰＭＯＳトランジスタＭ３（以下、単にトランジスタＭ３と称する）及び第２チャネル型（第２導電型）のトランジスタであるＮＭＯＳトランジスタＭ４（以下、単にトランジスタＭ４と称する）から構成されている。トランジスタＭ３のソースには電源電位ＶＤＤが印加され、トランジスタＭ４のソースには接地電位ＧＮＤが印加されている。トランジスタＭ３及びＭ４のドレインは、互いに接続されるとともに、ラインＬ２に接続されている。

通信用駆動回路１３の第１駆動部１３ａは、第１チャネル型（第１導電型）のトランジスタであるＰＭＯＳトランジスタＭ５（以下、単にトランジスタＭ５と称する）及び第２チャネル型（第２導電型）のトランジスタであるＮＭＯＳトランジスタＭ６（以下、単にトランジスタＭ６と称する）から構成されている。トランジスタＭ５のソースには電源電位ＶＤＤが印加され、トランジスタＭ６のソースには接地電位ＧＮＤが印加されている。トランジスタＭ５及びＭ６のドレインは、互いに接続されるとともに、トランジスタＭ１及びＭ２のドレインに接続され、ラインＬ１に接続されている。

通信用駆動回路１３の第２駆動部１３ｂは、第１チャネル型（第１導電型）のトランジスタであるＰＭＯＳトランジスタＭ７（以下、単にトランジスタＭ７と称する）及び第２チャネル型（第２導電型）のトランジスタであるＮＭＯＳトランジスタＭ８（以下、単にトランジスタＭ８と称する）から構成されている。トランジスタＭ７のソースには電源電位ＶＤＤが印加され、トランジスタＭ８のソースには接地電位ＧＮＤが印加されている。トランジスタＭ７及びＭ８のドレインは、互いに接続されるとともに、トランジスタＭ３及びＭ４のドレインに接続され、ラインＬ２に接続されている。

通信用駆動回路１３を構成するトランジスタＭ５、Ｍ６、Ｍ７及びＭ８のゲートには、無線給電装置１０の通信動作時及び給電動作時の双方において、１３．５６ＭＨｚの交流電圧信号（交流電圧振幅）が供給される。

一方、電力供給用駆動回路１２を構成するトランジスタＭ１、Ｍ２、Ｍ３及びＭ４のゲートには、無線給電装置の通信動作時と給電動作時とで、異なる信号が供給される。具体的には、通信動作時には、ＰＭＯＳトランジスタであるトランジスタＭ１及びＭ３のゲートにはＨレベルの固定値を有する信号が供給され、ＮＭＯＳトランジスタであるトランジスタＭ２及びＭ４のゲートにはＬレベルの固定値を有する信号が供給される。これにより、電力供給用駆動回路１２はオフ状態となり、出力がハイインピーダンス状態となる。給電動作時には、トランジスタＭ１、Ｍ２、Ｍ３及びＭ４のゲートには、１３．５６ＭＨｚの交流電圧信号が供給される。これにより、電力供給用駆動回路１２はオン状態となる。

電力供給用駆動回路１２及び通信用駆動回路１３は、単一の半導体ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）チップに形成されていても良く、複数の半導体ＩＣチップに分割して形成されていても良い。通信用駆動回路１３のトランジスタを集積回路内のトランジスタとし、電力供給用駆動回路１２のトランジスタを外付けの個別部品のトランジスタで構成することもできる。また、電力供給用駆動回路１２をさらに複数のトランジスタの並列接続として構成し、一部を集積回路内、残りを外付け部品としても良い。

次に、本実施例の無線電力伝送システム１００における無線給電装置１０及び無線受電装置２０の動作について説明する。

［通信動作時］
無線給電装置１０及び無線受電装置２０は、給電のための電力伝送を行う前に、所定の相手方であることや給電が必要かどうかを確認し、送るべき電力量や時間などの情報を送受信するための通信動作を行う必要がある。

まず、無線給電装置１０において、通信用駆動回路１３を構成するトランジスタＭ５、Ｍ６、Ｍ７及びＭ８のゲートに、１３．５６ＭＨｚの交流電圧信号を供給する。これにより、通信用駆動回路１３が動作し、ラインＬ１及びＬ２に１３．５６ＭＨｚの交流信号（交流振幅）を出力する。

一方、電力供給用駆動回路１２を構成するトランジスタＭ１及びＭ３のゲートをＨレベルに固定し、トランジスタＭ２及びＭ４のゲートをＬレベルに固定する。これにより、電力供給用駆動回路１２はオフ状態となり、出力が遮断状態（ハイインピーダンス状態）となる。

図３は、送電コイルＴＣに流れる交流電流の波形を示す図である。通信用駆動回路１３の動作により、送電コイルＴＣには、比較的振幅の小さい１３．５６ＭＨｚの交流電流が流れる。これにより、送電コイルＴＣには１３．５６ＭＨｚの交流磁界が発生する。

無線受電装置２０の受電コイルＲＣは送電コイルＴＣと磁気結合し、受電コイルＲＣには１３．５６ＭＨｚの交流磁界に応じた高周波電流が流れる。受電側共振回路２１は、当該交流磁界に対応した電圧値を有する交流電圧をラインＬ３及びＬ４に印加し、整流回路２２はこれを全波整流及び平滑化して直流電圧を生成する。無線受電装置２０は、この直流電圧（直流電力）を用いて通信や情報処理を行うことできる。

［給電動作時］
無線給電装置１０の通信用駆動回路１３を構成するトランジスタＭ５、Ｍ６、Ｍ７及びＭ８のゲートには、引き続き１３．５６ＭＨｚの交流電圧信号を供給する。これにより、通信用駆動回路１３は動作を継続する。

一方、電力供給用駆動回路１２を構成するトランジスタＭ１、Ｍ２、Ｍ３及びＭ４のゲートにも、１３．５６ＭＨｚの交流電圧信号を供給する。これにより、電力供給用駆動回路１２が動作し、ラインＬ１及びＬ２に１３．５６ＭＨｚの交流信号（交流振幅）を出力する。

従って、通信用駆動回路１３及び電力供給用駆動回路１２は並列動作した状態となり、ほぼ同位相の１３．５６ＭＨｚの交流信号を発生させる。従って、送電コイルＴＣには、図３に示すように、比較的振幅の大きい１３．５６ＭＨｚの交流電流が流れる。これにより、送電コイルＴＣには１３．５６ＭＨｚの交流磁界が発生する。

無線受電装置２０の受電側共振回路２１は、当該交流磁界に対応した電圧値を有する交流電圧をラインＬ３及びＬ４に印加し、整流回路２２はこれを全波整流及び平滑化して直流電圧を生成する。従って、無線受電装置２０では、通信動作時よりも大きな直流電圧が得られ、当該直流電圧を用いて負荷回路２３に給電することができる。

以上のように、本実施例の無線電力伝送システム１００では、通信動作時には通信用駆動回路１３を動作させて交流磁界を生成し、給電動作時には通信用駆動回路１３及び電力供給用駆動回路１２を並列動作させて交流磁界を生成する。従って、通信用と電力供給用とで駆動回路を択一的に切り替える場合とは異なり、交流電流の振幅を連続的に変化させ、交流磁界を途絶させることなく通信動作から給電動作に移行することができる。

これにより、無線受電装置２０は、交流磁界から連続して電力供給を受けることができ、さらに交流磁界から動作クロックを安定して得ることができる。

また、無線給電装置１０が交流磁界を連続的に送出することにより、交流電流の急激な変化による不要輻射や他の装置への干渉を低減することができる。

なお、通信用駆動回路１３及び電力供給用駆動回路１２に入力される交流信号に位相の誤差（例えば、＋／−２０度程度）が存在する場合であっても、送電コイルＴＣは共振キャパシタＣ１とともに送電側共振回路１１として動作するため、フライホイール効果によって、高周波振幅が欠けたり割れたりといった誤動作につながる影響を抑えることができる。

また、電力供給用駆動回路１２の一部又は全部を集積回路として構成することにより、駆動回路を構成するトランジスタにおける電力損失による発熱を分散して、集積回路の過熱を防止することができる。

図４は、本発明の実施例２の無線電力伝送システム２００の構成を示す回路図である。無線電力伝送システム２００は、無線給電装置１０及び無線受電装置２０から構成されている。無線電力伝送システム２００では、実施例１の無線電力伝送システム１００と同様、無線給電装置１０に設けられている送電コイルＴＣと、無線受電装置２０に設けられている受電コイルＲＣとの間の磁気結合によって、無線給電装置１０から無線受電装置２０に電力を伝送する。

無線給電装置１０は、送電側共振回路１１及び交流信号源１６を含む。

送電側共振回路１１は、並列接続された共振キャパシタＣ１及び送電コイルＴＣから構成されている。送電側共振回路１１は、共振周波数が例えば１３．５６ＭＨｚに設定されており、交流信号源１６から交流信号の供給を受けて交流磁界を発生させる。

交流信号源１６は、１３．５６ＭＨｚの交流信号を生成し、ラインＬ１及びＬ２を介して送電側共振回路１１に供給する。

無線受電装置２０は、受電側共振回路２１、整流回路２２、電力供給用安定化回路２４、通信用安定化回路２５及び通信／制御回路２６を含む。

受電側共振回路２１は、並列接続された共振キャパシタＣ２及び受電コイルＲＣから構成されている。受電側共振回路２１は、共振周波数が例えば１３．５６ＭＨｚに設定されており、無線給電装置１０の送電コイルＴＣが発生させた交流磁界により受電コイルＲＣと送電コイルＴＣとが磁気結合し、当該交流磁界に対応した電圧値を有する交流電圧をラインＬ３及びＬ４に印加する。

整流回路２２は、４つの整流用のダイオードＤ１〜Ｄ４が接続されたダイオードブリッジ及び平滑用のキャパシタＳＣを含む。整流回路２２は、ラインＬ３及びＬ４に印加された交流電圧を全波整流及び平滑化して直流電圧を生成し、ラインＬ５及びＬ６に印加する。

電力供給用安定化回路２４は、ラインＬ５と給電端子ＰＴとの間に接続されている。電力供給用安定化回路２４は、ラインＬ５に印加された直流電圧を一定にして給電端子ＰＴに供給するための安定化回路であり、例えばシリーズレギュレータから構成されている。給電端子ＰＴには、負荷としての電源が接続されている。電力供給用安定化回路２４は、通信／制御回路２６の制御に応じて、通信動作時にはオフ状態、給電動作時にはオン状態となる。

通信用安定化回路２５は、ラインＬ５に印加された直流電圧を一定にして通信／制御回路２６に供給するための安定化回路であり、例えばシリーズレギュレータから構成されている。通信用安定化回路２５は、通信動作時及び給電動作時を通じてオン状態に制御される。

通信／制御回路２６は、ラインＬ３、Ｌ４及び受電側共振回路２１を介して、無線給電装置１０との間で通信（情報の送受信）を行う。また、通信／制御回路２６は、電力供給用安定化回路２４をオン又はオフに制御する処理を行う。通信／制御回路２６は、通信用安定化回路２５から供給された直流電圧を動作電圧としてこれらの動作を行う。

次に、本実施例の無線受電装置２０の動作について説明する。

まず、無線給電装置１０から交流磁界が印加されていない状態では、無線給電装置２０は動作を停止している。

［通信動作時］
次に、無線給電装置１０により交流磁界の印加が開始されると、無線給電装置２０の受電コイルＲＣと無線給電装置１０の送電コイルＴＣとが磁気結合し、受電コイルＲＣに１３．５６ＭＨｚの交流磁界に応じた高周波電流が流れる。受電側共振回路２１により、ラインＬ３及びＬ４には交流電圧が印加される。整流回路２２は、ラインＬ３及びＬ４に印加された交流電圧を全波整流及び平滑化して直流電圧を生成する。この直流電圧により、通信用安定化回路２５が起動する。

通信用安定化回路２５は、整流回路２２により生成された直流電圧を安定化した電圧を通信／制御回路２６に供給する。これにより、通信／制御回路２６が起動する。一方、電力供給用安定化回路２４はオフ状態に制御される。

通信／制御回路２６は、ラインＬ３及びＬ４を介して交流磁界からクロック信号を抽出し、抽出したクロック信号を動作クロックとして、無線給電装置１０との間の通信（情報の送受信）を行う。

［給電動作時］
無線給電装置１０が給電のための交流磁界の印加を開始すると、通信／制御回路２６は、電力供給用安定化回路２４をオン状態とする。電力供給用安定化回路２４は、ラインＬ５に印加された直流電圧を一定にした電圧を給電端子ＰＴに印加する。これにより、負荷としての電源に給電端子ＰＴを介して電力が供給される。

以上のように、本実施例の無線受電装置２０は、無線給電装置１０からの交流磁界の印加に応じて通信用安定化回路２５が動作し、通信／制御回路２６を起動させる。そして、通信／制御回路２６が電力供給用安定化回路２４を制御してオン状態とする。これにより、電力がない状態から無線受電装置２０を起動することができる。

また、電力供給のための安定化回路は大電力を扱うため素子サイズが大きく、オン状態では給電をしない場合にもアイドル電流を消費するが、本実施例によれば通信動作時には電力供給用安定化回路２４をオフ状態とするため、アイドル電流を抑制することができる。

また、電力供給用安定化回路２４がオフ状態であっても通信用安定化回路２５は動作するため、無線給電装置１０から印加された交流磁界が小さな磁界であっても通信動作を行うことができる。

また、給電動作時にも通信用安定化回路２５は動作を続けるため、通信動作及び給電動作の切り替え時においても、通信／制御回路２６は安定して動作を行うことができる。

図５は、本発明の実施例３の無線給電装置３０の構成を示す回路図である。無線給電装置３０は、タイミング回路３１、定数設定回路３２及び駆動スイッチ３３を含む。設定入力端子ＳＴ１及びＳＴ２には、駆動スイッチの動作（すなわち、送電コイルＴＣへの電流送出動作）を制御して送電コイルＴＣに流れる高周波電流の振幅を設定するための設定信号が入力される。

駆動スイッチ３３は、ラインＬ１に接続された第１スイッチ回路３３−１及びラインＬ２に接続された第２スイッチ回路３３−２からなる差動スイッチ回路である。第１スイッチ回路３３−１はスイッチＳＷ１及びＳＷ２から構成され、第２スイッチ回路３３−２はスイッチＳＷ３及びＳＷ４から構成されている。第１スイッチ回路３３−１及び第２スイッチ回路３３−２は、一端に電源電圧ＶＤＤの印加を受け、他端に接地電位ＧＮＤの印加を受ける。

スイッチＳＷ１及びＳＷ４は、駆動スイッチ制御信号の供給を受けてオン又はオフとなり、送電コイルＴＣの第１方向であるプラス方向（図中上から下へ）に電流を流す正極側スイッチである。スイッチＳＷ２及びＳＷ３は、駆動スイッチ制御信号の供給を受けてオン又はオフとなり、送電コイルＴＣの第１方向とは反対方向の第２方向であるマイナス方向（図中下から上へ）に電流を流す負極側スイッチである。以下の説明では、正極側スイッチに供給する駆動スイッチ制御信号を正極性パルス、負極側スイッチに供給する駆動スイッチ制御信号を負極性パルスと称する。

駆動スイッチ３３において、これらの正極側スイッチ及び負極側スイッチが相補的にオン又はオフとなることにより、送電コイルＴＣに高周波電流が流れる。

定数設定回路３２は、正極側設定回路３２ａ及び負極側設定回路３２ｂから構成されている。正極側設定回路３２ａは、タイミング回路３１の正極側フリップフロップ３１ａ−１〜３１ａ−ｎによるタイミング調整を経て供給された設定信号に基づいて、駆動スイッチ３３の正極側スイッチＳＷ１及びＳＷ４の動作を規定するための定数（例えば、正極性パルスのパルス幅）を設定する。かかる定数設定により、送電コイルＴＣのプラス方向に流れる電流の電流量が設定される。正極側設定回路３２ａは、クロック入力端子ＣＴから入力された１３．５６ＭＨｚの交流クロック信号（以下、単に交流クロック信号と称する）を動作クロックとして動作を行う。

負極側設定回路３２ｂは、タイミング回路３１の負極側フリップフロップ３１ｂ−１〜３１ｂ−ｎによるタイミング調整を経て供給された設定信号に基づいて、駆動スイッチ３３の負極側スイッチＳＷ２及びＳＷ３の動作を規定するための定数（例えば、負極性パルスのパルス幅等）を設定する。かかる定数設定により、送電コイルＴＣのマイナス方向に流れる電流の電流量が設定される。負極側設定回路３２ｂは、交流クロック信号をインバータＩＶにより反転した反転クロック信号（以下、単に反転クロック信号と称する）を動作クロックとして動作を行う。

タイミング回路３１は、設定入力端子ＳＴ１及びＳＴ２に入力された設定信号を遅延させて定数設定回路３２に供給することにより、定数設定回路３２による定数設定処理のタイミング調整（時間調整）を行う回路である。タイミング回路３１は、正極側フリップフロップ３１ａ−１〜３１ａ−ｎ（ｎ：自然数）及び負極側フリップフロップ３１ｂ−１〜３１ｂ−ｎから構成されている。正極側フリップフロップ３１ａ−１〜３１ａ−ｎは、反転クロック信号を動作クロックとして動作を行う。負極側フリップフロップ３１ｂ−１〜３１ｂ−ｎは、交流クロック信号を動作クロックとして動作を行う。

本実施例の無線給電装置３０では、正極側設定回路３２ａ及び負極側設定回路３２ｂに設定信号が供給されるタイミングをタイミング回路３１が調整することにより、正極側設定回路３２ａ及び負極側設定回路３２ｂにおける定数設定（すなわち、定数変更）のタイミングを調整することができる。

従って、例えば正極性パルス及び負極性パルスのパルス幅を定数として変更する場合、正極性パルスがＬレベル（すなわち、正極側スイッチがオフ）のときに正極性パルスの定数変更を行い、負極性パルスがＬレベル（すなわち、負極側スイッチがオフ）のときに負極性パルスの定数変更を行うことができる。

図６は、かかる定数変更のタイミングの例を示すタイムチャートである。ここでは、１３．５６ＭＨｚの交流クロック信号（図中、ＣＳとして示す）、正極性パルス（図中、ＰＰとして示す）、負極性パルス（図中、ＮＰとして示す）、設定入力端子ＣＴに入力される設定信号の設定データ（図中、ＳＤとして示す）、正極性パルスの設定データ（図中、ＰＤとして示す）及び負極性パルスの設定データ（図中、ＮＤとして示す）の時間変化を示している。

例えば、定数を旧設定データから新設定データに変更するため設定信号が、タイミングＡにおいて設定入力端子ＳＴ１及びＳＴ２に入力された場合、タイミング回路３１はこれを遅延させて正極側設定回路３２ａ及び負極側設定回路３２ｂに供給する。これにより、正極性パルス及び負極性パルスの設定データ（例えば、パルス幅）の変更を、夫々について最適なタイミングで行うことができる。例えば、正極性パルスの設定データの変更タイミングを図に示すタイミングＢとすることにより、正極性パルスの定数変更を正極性パルスがＬレベルの期間に行うことができる。また、負極性パルスの設定データの変更タイミングを図に示すタイミングＣとすることにより、負極性パルスの定数変更を負極性パルスがＬレベルの期間に行うことができる。

図７は、本発明のようなタイミング回路３１を有しない場合を比較例として示すタイムチャートである。設定データを旧設定データから新設定データに変更する設定信号がタイミングＡにおいて設定入力端子ＳＴ１及びＳＴ２に入力された場合、正極側設定回路３２ａによる設定データの変更もこれに応じたタイミングで行われる。従って、そのタイミングによっては、正極性パルスがＨレベルの期間に正極性パルスの設定データが変更され、正極性パルスの出力結果（図中、ＰＲとして示す）の波形にひずみが生じる。その結果、送電コイルＴＣに流れる高周波電流にもひずみが生じてしまう。

本実施例の無線給電装置３０によれば、このような波形のひずみを生じさせることなく、正極性パルス及び負極性パルスの定数を変更させることができる。従って、送電コイルＴＣに流れる高周波電流の振幅変更を行う場合にも安定的な磁界を発生させ、受電側（無線受電装置）に電力及びクロックを安定して供給することができる。また、正極性パルス、負極性パルス及び高周波電流の波形のひずみは、不要輻射による他装置への干渉や電源変動による誤作動の原因となるため、本実施例の無線給電装置３０によりこれらを低減することが可能となる。

図８は、本発明の実施例４の無線給電装置の構成を示す図である。本実施例の無線給電装置は、図５に示した実施例３の無線給電装置３０における駆動スイッチ３３を並列接続された複数のトランジスタから構成し、定数設定回路３２がその複数のトランジスタのうち電流送出時にオンとなるトランジスタの数（並列数）を定数として設定するように構成されたものである。また、タイミング回路３１は、夫々３つずつの正極側フリップフロップ及び負極側フリップフロップ（すなわち、ｎ＝３）から構成されている。

定数設定回路３２は、正極側フリップフロップ３１ａ−１〜３１ａ−３からの出力信号（すなわち、設定入力端子ＳＴ１〜ＳＴ３に入力された設定信号をタイミング調整した信号）と交流クロック信号との論理積からなる信号を出力するアンド回路ＡＤ１、負極側フリップフロップ３１ｂ−１〜３１ｂ−３からの出力信号（すなわち、設定入力端子ＳＴ４〜ＳＴ６に入力された設定信号をタイミング調整した信号）と反転クロック信号との論理積からなる信号を出力するアンド回路ＡＤ２、負極側フリップフロップ３１ｂ−１〜３１ｂ−３からの出力信号と反転クロック信号との論理積からなる信号を出力するアンド回路ＡＤ３、及び正極側フリップフロップ３１ａ−１〜３１ａ−３からの出力信号と交流クロック信号との論理積からなる信号を出力するアンド回路ＡＤ４から構成されている。

駆動スイッチ３３は、ＰＭＯＳトランジスタであるトランジスタＭ１１、Ｍ１２及びＭ１３の並列接続とＮＭＯＳトランジスタであるトランジスタＭ１４、Ｍ１５及びＭ１６の並列接続とからなる第１スイッチ回路と、ＰＭＯＳトランジスタであるトランジスタＭ２１、Ｍ２２及びＭ２３の並列接続とＮＭＯＳトランジスタであるトランジスタＭ２４、Ｍ２５及びＭ２６の並列接続とからなる第２スイッチ回路と、から構成されている。

トランジスタＭ１１〜１３及びＭ２４〜Ｍ２６は、送電コイルＴＣのプラス方向に電流を流す正極側スイッチトランジスタである。一方、トランジスタＭ１４〜１６及びＭ２１〜Ｍ２３は、送電コイルＴＣのマイナス方向に電流を流す負極側スイッチトランジスタである。

トランジスタＭ１１、Ｍ１２及びＭ１３のゲートには、アンド回路ＡＤ１の各出力信号（すなわち、フリップフロップ３１ａ−１〜３１ａ−３からの出力信号と交流クロック信号との論理積からなる信号）を反転した信号が供給される。トランジスタＭ１４、Ｍ１５及びＭ１６のゲートには、アンド回路ＡＤ２の各出力信号（すなわち、フリップフロップ３１ｂ−１〜３１ｂ−３からの出力信号と反転クロック信号との論理積からなる信号）が供給される。

トランジスタＭ２１、Ｍ２２及びＭ２３のゲートには、アンド回路ＡＤ３の各出力信号（すなわち、フリップフロップ３１ｂ−１〜３１ｂ−３からの出力信号と反転クロック信号との論理積からなる信号）を反転した信号が供給される。トランジスタＭ２４、Ｍ２５及びＭ２６のゲートには、アンド回路ＡＤ４の各出力信号（すなわち、フリップフロップ３１ａ−１〜３１ａ−３からの出力信号と交流クロック信号との論理積からなる信号）が供給される。

設定入力端子ＳＴ１〜ＳＴ３に入力された設定信号に基づいて、トランジスタＭ１１〜１３及びＭ２４〜Ｍ２６のうちオン状態となって電流を送出するトランジスタが選択される。すなわち、設定信号に応じて、電流送出時にオンとなるトランジスタの数（並列数）が変化する。これにより、送電コイルＴＣのプラス方向に流れる電流の電流量が変化する。

同様に、設定入力端子ＳＴ４〜ＳＴ６に入力された設定信号に基づいて、トランジスタＭ１４〜１６及びＭ２１〜Ｍ２３のうちオン状態となって電流を送出するトランジスタが選択される。すなわち、設定信号に応じて、電流送出時にオンとなるトランジスタの数（並列数）が変化する。これにより、送電コイルＴＣのマイナス方向に流れる電流の電流量が変化する。

従って、電流送出時にオンとなるトランジスタの数を段階的に変化させるように設定信号を入力することにより、図９に示すように、送電コイルＴＣに流す高周波電流の振幅を段階的に変化させることが可能となる。

また、図１０に示すように、送電コイルＴＣに流す高周波電流の振幅を疑似ランダムパターンに従うように変化させることも可能である。例えば、シフトレジスタを用いたランダムパターン発生回路や、ルックアップテーブル、デルタシグマ回路等により疑似ランダムパターンを生成し、これを設定入力端子ＳＴ１〜ＳＴ６に入力して電流送出時にオンとなるトランジスタの数を変化させることにより、高周波電流の振幅を疑似ランダムパターンで変化させることができる。

また、これらとは異なり、トランジスタ数や正極性パルス及び負極性パルスのパルス幅を規則的に変化させても良い。また、時間軸方向の変化のパターンを等時的としても良く、時間間隔をランダムとしても良い。

図１１は、本実施例の無線給電装置３０の変形例を示す図である。図１１の無線給電装置は、図５に示した無線給電装置３０において、定数設定回路３２が駆動スイッチ３３を構成するトランジスタのゲートに供給する正極性パルス及び負極性パルス（以下、これらをゲートパルスと称する）の幅を定数として設定（変更）するように構成されたものである。また、タイミング回路３１は、夫々２つずつの正極側フリップフロップ及び負極側フリップフロップ（すなわち、ｎ＝２）から構成されている。

定数設定回路３２は、正極側フリップフロップ３１ａ−１及び３１ａ−２からの出力信号（すなわち、設定入力端子ＳＴ１及びＳＴ２に入力された設定信号をタイミング調整した信号）に基づいて交流クロック信号を遅延させた遅延クロック信号と交流クロック信号との論理積からなる信号を出力する正極側設定回路３２ａ、及び負極側フリップフロップ３１ｂ−１及び３１ｂ−２からの出力信号（すなわち、設定入力端子ＳＴ３及びＳＴ４に入力された設定信号をタイミング調整した信号）に基づいて反転クロック信号を遅延させた遅延反転クロック信号と反転クロック信号との論理積からなる信号を出力する負極側設定回路３２ｂから構成されている。

駆動スイッチ３３は、ＰＭＯＳトランジスタであるトランジスタＭ１７及びＮＭＯＳトランジスタであるトランジスタＭ１８からなる第１スイッチ回路と、ＰＭＯＳトランジスタであるトランジスタＭ２７及びＮＭＯＳトランジスタであるトランジスタＭ２８からなる第２スイッチ回路と、から構成されている。

トランジスタＭ１７及びＭ２８は、送電コイルＴＣのプラス方向に電流を流す正極側スイッチトランジスタである。一方、トランジスタＭ１８及びＭ２７は、送電コイルＴＣのマイナス方向に電流を流す負極側スイッチトランジスタである。

トランジスタＭ１７のゲートには正極側設定回路３２ａからの出力信号を反転した信号が正極性パルスとして供給され、トランジスタＭ１８のゲートには負極側設定回路３２ｂからの出力信号が負極性パルスとして供給される。トランジスタＭ２７のゲートには負極側設定回路３２ｂからの出力信号を反転した信号が負極性パルスとして供給され、トランジスタＭ２８のゲートには正極側設定回路３２ａからの出力信号が正極性パルスとして供給される。

正極側設定回路３２ａ及び負極側設定回路３２ｂの出力信号は、設定入力端子ＳＴ１〜ＳＴ４に入力された設定信号に基づいて、そのパルス幅が変化する。すなわち、トランジスタＭ１７、Ｍ１８、Ｍ２７及びＭ２８のゲートに印加されるゲートパルスのパルス幅が設定信号に応じて変化することになる。これにより、送電コイルＴＣのプラス方向及びマイナス方向に流れる電流の電流量が変化する。

従って、これらのパルス幅を段階的に変化させるように設定信号を入力することにより、図９に示すように、送電コイルＴＣに流す高周波電流の振幅を段階的に変化させることが可能となる。また、パルス幅を疑似ランダムパターンに従って変化させるように設定信号を入力することにより、図１０に示すように、送電コイルＴＣに流す高周波電流の振幅を疑似ランダムパターンで変化させることが可能となる。

以上のように、本実施例の無線給電装置３０によれば、設定入力端子に入力する設定信号に応じて、高周波信号の振幅を滑らかに変化させることができる。従って、通信の開始及び終了、電力供給の開始及び終了、電力レベルの変更、通信時のＡＳＫ変調、負荷変調において、高周波信号の変化を滑らかにすることにより、電源系への雑音の混入、不要輻射による他装置への干渉を抑えることができる。また、受電側（無線受電装置）に電力及びクロックを安定して供給することができる。

また、本実施例の無線給電装置３０では、トランジスタの数やトランジスタのゲートに供給されるゲートパルスのパルス幅を規則的又はランダムに変化させることにより、送電振幅の調整を細かく行うことができる。さらに、交流クロック信号として高精度のクロック信号を用いることにより、時間軸方向において高い精度で送電振幅を制御することが可能となる。

また、本実施例の無線給電装置３０によれば、送電側の電力を調整することにより、無駄な電力損失を減らすことができる。さらに、トランジスタのゲートに供給されるゲートパルスのパルス幅を調整して、各トランジスタがオン状態となる期間を短くすることにより、電源グランド間のスイッチが同時にオンすることによる貫通電流を抑制して、無駄な電力消費を抑えることができる。

図１２は、本発明の実施例５の無線電力伝送システム５００の構成を示す回路図である。実施例１と同様、無線電力伝送システム５００は無線給電装置１０及び無線受電装置２０から構成され、無線給電装置１０に設けられている送電コイルＴＣと無線受電装置２０に設けられている受電コイルＲＣとの間の磁気結合によって、無線給電装置１０側から無線受電装置２０に電力を伝送する。

本実施例の無線給電装置１０は、電力供給用駆動回路１２において、電流測定回路５１を有する。電流測定回路５１は、第１駆動部１２ａ及び第２駆動部１２ｂにおける駆動電流の電流値を測定する。

本実施例の無線給電装置１０は、送電コイルＴＣに導体片等の異物が近接しているか否かを判定する機能を有する。すなわち、送電コイルＴＣに異物が近接していると、異物に電磁誘導による高周波電流が流れ、駆動電流の電流値が変化する。従って、無線給電装置１０は、電流測定回路５１が測定した駆動電流の電流値に基づいて、送電コイルＴＣに異物が近接しているか否かを判定することができる。

本実施例の無線受電装置２０は、受電側共振回路２１において、共振変更回路５２を有する。共振変更回路５２は、スイッチＳＷ５及びキャパシタＣ３から構成されている。スイッチＳＷ５がオンになると、キャパシタＣ３が受電コイルＲＣに並列に接続された状態となる。これにより、受電側共振回路２１における共振キャパシタの容量が変更される。無線受電装置２０は、無線給電装置１０による異物検出動作の際に、スイッチＳＷ５をオンにして共振キャパシタの容量の変更を行う。

次に、本実施例の無線給電装置１０及び無線受電装置２０の動作について、図１３のフローチャートを参照して説明する。

まず、無線給電装置１０及び無線受電装置２０が起動する。無線給電装置１０の通信用駆動回路１３の動作により送電コイルＴＣに交流磁界が発生し、無線給電装置１０から無線受電装置２０に通信のための電力伝送及びクロック供給が行われる。無線給電装置１０及び無線受電装置２０は、通信動作を開始する（ステップＳ１０１、２０１）。

次に、無線給電装置１０の電力供給用駆動回路１２が動作し、給電のための電力伝送を開始する（ステップＳ１０２）。無線受電装置２０は、電力の受電を開始する（ステップＳ２０２）。この状態で、無線受電装置２０は、所定時間の経過を待つ（ステップＳ２０３）。

無線給電装置１０の電流測定回路５１は、駆動電流の電流値の測定を行い、測定された電流値があらかじめ設定しておいた第１の設定閾値の範囲内（例えば、５０ｍＡ以上６０ｍＡ以内）であるか否かを判定する（ステップＳ１０３）。

第１の設定閾値の範囲内ではないと判定すると（ステップＳ１０３：Ｎｏ）、異物があると判定し（ステップＳ１０６）、無線給電装置１０は給電のための電力伝送を終了し、送電電力を通信動作状態のレベルに減少させて、通信動作に戻る（ステップＳ１０７）。これに応じて、無線受電装置２０も受電動作を終了し、通信動作に戻る。

一方、測定された駆動電流の電流値が第１の設定閾値の範囲内であると判定すると（ステップＳ１０３：Ｙｅｓ）、無線受電装置２０は共振変更回路５２のスイッチＳＷ５をオンにし、受電側共振回路２１における共振キャパシタの容量を変更する（ステップＳ２０４）。これにより、駆動負荷が変化する。無線受電装置２０は、この状態で所定時間の経過を待つ（ステップＳ２０５）。

無線給電装置１０の電流測定回路５１は、あらためて駆動電流の電流値の測定を行い、測定された電流値があらかじめ設定しておいた第２の設定閾値の範囲内（例えば、４０ｍＡ以上５０ｍＡ以内）であるか否かを判定する（ステップＳ１０４）。

第２の設定閾値の範囲内ではないと判定すると（ステップＳ１０４：Ｎｏ）、異物があると判定し（ステップＳ１０６）、無線給電装置１０は給電のための電力伝送を終了し、送電電力を通信動作状態のレベルに減少させて、通信動作に戻る（ステップＳ１０７）。これに応じて、無線受電装置２０も受電動作を終了し、共振変更回路５２のスイッチＳＷ５をオフにして通信動作に戻る。

一方、測定された駆動電流の電流値が第２の設定閾値の範囲内であると判定すると（ステップＳ１０４：Ｙｅｓ）、無線受電装置２０は共振変更回路５２のスイッチＳＷ５をオフにし、受電側共振回路２１における共振キャパシタの容量を元に戻す（ステップＳ２０６）。無線給電装置１０は、異物なしと判定し、送電電力を設定して電力供給を行う（ステップＳ１０５）。無線受電装置２０は、これに応じて電力を受電する（ステップＳ２０７）。所定の電力供給を実行した後、無線給電装置１０は給電のための電力伝送を終了し、通信動作に戻る（ステップＳ１０７）。これに応じて無線受電装置２０も電力の受電を終了し、通信動作に戻る（ステップＳ２０８）。

以上の動作により、本実施例の無線給電装置１０及び無線受電装置２０は、送電コイルＴＣに異物が近接しているか否かを判定する。駆動電流の測定による異物検出を、共振変更回路５２のスイッチＳＷ５をオフにした状態とオンにした状態とで行うことにより、無線受電装置２０において異物検出のために共振変更回路のスイッチＳＷ５をオンとした際に受電電力が不足することによる誤動作の発生を防止し、動作を安定して継続することが可能となる。

図１４は、本発明の実施例６の無線電力伝送システム６００の構成を示す回路図である。実施例１と同様、無線電力伝送システム６００は無線給電装置１０及び無線受電装置２０から構成され、無線給電装置１０に設けられている送電コイルＴＣと無線受電装置２０に設けられている受電コイルＲＣとの間の磁気結合によって、無線給電装置１０側から無線受電装置２０に電力を伝送する。

本実施例の無線受電装置２０は、ラインＬ５及びＬ６において電圧及び電流を測定する電圧／電流測定回路５３を有する。無線受電装置２０は、測定した電圧値及び電流値に基づいて、過大な磁界が発生しているか否かを判定する機能を有する。

また、無線受電装置２０は、実施例５と同様、スイッチＳＷ５及びキャパシタＣ３から構成される共振変更回路５２を有する。スイッチＳＷ５がオンになることにより、キャパシタＣ３が受電コイルＲＣに並列に接続され、受電側共振回路２１における共振キャパシタの容量が変更される。無線受電装置２０は、過大磁界検出処理において、送電コイルＴＣ及び受電コイルＲＣの磁界結合のマッチングをずらして受電電力の低減を図るため、スイッチＳＷ５をオンにして共振キャパシタの容量の変更を行う。

次に、本実施例の無線受電装置２０が行う過大磁界検出処理の動作について、図１５のフローチャートを参照して説明する。

まず、無線受電装置２０の許容電力損失に基づいて、受電電力についての設定閾値（例えば１ワット）をあらかじめ設定しておく。

無線受電装置２０は、無線給電装置１０から伝送された電力を受電する。電圧／電流測定回路５３は、ラインＬ５及びＬ６における電圧値及び電流値を測定し、測定した値に基づいて演算（電圧×電流）を行い、受電電力を算出する（ステップＳ３０１）。そして、無線受電装置２０は、算出した受電電力があらかじめ設定した設定閾値を超えているか否かを判定する（ステップＳ３０２）。

受電電力が設定閾値を超えていない場合（ステップＳ３０２：Ｎｏ）、正常動作であると判定して処理を終了し、受電動作に戻る（ステップＳ３０３）。

一方、受電電力が設定閾値を超えている場合（ステップＳ３０２：Ｙｅｓ）、無線受電装置２０は、磁界結合のマッチングをずらして受電電力の低減を図るため、共振変更回路５２のスイッチＳＷ５をオンにして共振キャパシタの容量を変更する（ステップＳ３０４）。これにより、駆動負荷が変化する。この間、無線給電装置１０からの電力及びクロックの供給は継続して行われ、無線受電装置２０の通信回路及び制御回路（図示せず）は動作を継続する。

電圧／電流測定回路５３は、あらためて電圧値及び電流値を測定し、測定した値に基づいて演算（電圧×電流）を行い、受電電力を算出する（ステップＳ３０５）。そして、無線受電装置２０は、算出した受電電力があらかじめ設定した設定閾値を超えているか否かを判定する（ステップＳ３０６）。

受電電力が設定閾値を超えていない場合（ステップＳ３０６：Ｎｏ）、過大磁界の状態であり且つ共振キャパシタの容量の変更により過大磁界からの保護が成功したと判定して処理を終了し、受電動作に戻る（ステップＳ３０８）。

一方、受電電力が設定閾値を超えている場合（ステップＳ３０６：Ｙｅｓ）、過大磁界の状態であり且つ過大磁界からの保護が失敗したと判定する（ステップＳ３０７）。無線受電装置２０は、ヒューズ溶断など他の保護手段による保護に移行する。

以上のように、本実施例の無線受電装置２０は、受電電力が閾値を超えていた場合に過大磁界が発生していると判定し、共振キャパシタの容量を変更する。そして、共振キャパシタの容量を変更した状態で再び受電電力が閾値を超えていた場合に他の保護手段による保護に移行する。

過大磁界が印加された場合に、すぐにクランプや短絡といった手段を用いると無線受電装置の通信回路及び制御回路の動作のための電力やクロックも喪失してしまい、起動と保護動作とを繰り返すような望ましくない状態となるが、本実施例の無線受電装置２０によれば、共振キャパシタの容量を変更することにより過大磁界の状態でもある領域までは通信回路及び制御回路が動作を継続することができ、安定且つ安全に動作を行うことができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、上記実施例では、送電側共振回路及び受電側共振回路を差動回路としているが、いずれかあるいは双方をシングルエンド回路としても良い。すなわち、送電コイルの一端をグランド（ＧＮＤ）に接続し、他端に駆動回路を接続しても良い。また、受電コイルの一端をグランドに接続し、他端に整流回路を接続しても良い。

また、上記実施例３では、駆動スイッチ３３が差動型である場合を例として説明した。しかし、図１６に示す無線給電装置３０のように、駆動スイッチ３３をシングルエンド型として構成しても良い。

また、上記実施例では、送電側共振回路及び受電側共振回路が、夫々コイル（送電コイル、受電コイル）と共振キャパシタと並列に接続した並列共振回路として構成されているが、直列共振回路等の他の回路方式としても良い。

また、通信動作と給電動作との切り替え時における高周波電流の振幅変化のみでなく、通信時にＡＳＫ変調信号を送出する手段として階段状のレベル変化を使っても良い。

また、上記実施例２（図４）では、１つの整流回路を用いているが、電力供給用と通信用とで２つの整流回路を用いても良い。例えば、入力側で回路を分岐させ、一方を電力供給用安定化回路に接続し、他方を通信用安定化回路に接続しても良い。

また、上記実施例４では、タイミング回路を１３．５６ＭＨｚの交流クロック信号の正相及び逆相で動作するフリップフロップで構成しているが、タイミング回路の構成はこれに限られない。例えば、他のクロック周波数の交流クロック信号を用いても良く、遅延素子を用いても良い。すなわち、ロジック回路で一般的に行われるタイミング調整手段を用いることができる。

１０ 無線給電装置
１１ 送電側共振回路
１２ 電力供給用駆動回路
１３ 通信用駆動回路
１６ 交流信号源
２０ 無線受電装置
２１ 受電側共振回路
２２ 整流回路
２３ 負荷回路
２４ 電力供給用安定化回路
２５ 通信用安定化回路
２６ 通信／制御回路
３０ 無線給電装置
３１ タイミング回路
３２ 定数設定回路
３３ 駆動スイッチ

Claims (13)

1. 送電コイルを有し、前記送電コイルに交流磁界を発生させることにより無線通信と無線給電とを切り替えつつ行う無線給電装置であって、
   前記送電コイルに通信用駆動電流を供給する通信用駆動回路と、
   前記送電コイルに電力供給用駆動電流を供給する電力供給用駆動回路と、
   を有し、
   前記無線通信時には、前記通信用駆動回路を動作させるとともに前記電力供給用駆動回路の動作を停止し、前記通信用駆動電流を前記送電コイルに供給して前記交流磁界を発生させ、
   前記無線給電時には、前記通信用駆動回路及び前記電力供給用駆動回路をともに動作させ、前記通信用駆動電流及び前記電力供給用駆動電流を前記送電コイルに供給して前記交流磁界を発生させる
   ことを特徴とする無線給電装置。
2. 前記通信用駆動回路及び前記電力供給用駆動回路は、前記送電コイルに並列に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の無線給電装置。
3. 前記通信用駆動回路及び前記電力供給用駆動回路の各々は、
   前記送電コイルの第１方向に電流を流す第１のスイッチ部及び前記送電コイルの前記第１方向とは反対方向である第２方向に電流を流す第２のスイッチ部からなり、前記第１スイッチ部及び前記第２スイッチ部が相補的にオン又はオフとなることにより前記送電コイルに交流電流を流す駆動スイッチ部と、
   前記交流電流の振幅を設定するための設定信号に応じて前記第１スイッチ部を制御し、前記送電コイルの前記第１方向に流す電流の電流量を変化させる正極側変更回路と、
   前記設定入力信号に応じて前記第２スイッチ部を制御し、前記送電コイルの前記第２方向に流す電流の電流量を変化させる負極側変更回路と、
   前記送電コイルの前記第１方向に流す電流の電流量を前記正極側変更回路が変化させるタイミングと前記送電コイルの前記第２方向に流す電流の電流量を前記負極側定数変更回路が変化させるタイミングとを調整するタイミング調整回路と、
   を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の無線給電装置。
4. 前記タイミング調整回路は、
   前記第１スイッチ部がオフとなるタイミングで前記正極側変更回路が前記送電コイルの前記第１方向に流す電流の電流量を変化させるようにタイミング調整を行い、
   前記第２スイッチ部がオフとなるタイミングで前記負極側変更回路が前記送電コイルの前記第２方向に流す電流の電流量を変化させるようにタイミング調整を行う、
   ことを特徴とする請求項３に記載の無線給電装置。
5. 前記正極側変更回路及び前記負極側変更回路は、前記交流電流の振幅が段階的に変化するように前記送電コイルに流す電流の電流量を変化させることを特徴とする請求項３又は４に記載の無線給電装置。
6. 前記正極側変更回路及び前記負極側変更回路は、前記交流電流の振幅が疑似ランダムパターンに応じて変化するように前記送電コイルに流す電流の電流量を変化させることを特徴とする請求項３又は４に記載の無線給電装置。
7. 前記第１スイッチ部及び前記第２スイッチ部の各々は、並列接続された複数のトランジスタから構成され、
   前記正極側変更回路は、前記設定入力信号に応じて、前記第１スイッチ部の前記複数のトランジスタのうち前記第１方向への電流送出時にオンとなるトランジスタの数を変化させ、
   前記負極側変更回路は、前記設定入力信号に応じて、前記第２スイッチ部の前記複数のトランジスタのうち前記第２方向への電流送出時にオンとなるトランジスタの数を変化させる、
   ことを特徴とする請求項３乃至６のいずれか１に記載の無線給電装置。
8. 前記第１スイッチ部は、ゲートに正極性パルスの印加を受けてオン又はオフとなる第１トランジスタを含み、
   前記第２スイッチ部は、ゲートに負極性パルスの印加を受けてオン又はオフとなる第２トランジスタを含み、
   前記正極側変更回路は、前記設定入力信号に応じて、前記正極性パルスのパルス幅を変化させ、
   前記負極側変更回路は、前記設定入力信号に応じて、前記負極性パルスのパルス幅を変化させる、
   ことを特徴とする請求項３乃至６のいずれか１に記載の無線給電装置。
9. 受電コイルを有し、前記受電コイルが受けた交流磁界により得られた交流電圧に基づいて、無線通信と無線受電とを切り替えつつ行う無線受電装置であって、
   前記交流電圧を整流して直流電圧を得る整流回路と、
   前記直流電圧に応じて動作し、前記直流電圧を安定化して前記無線通信を行うための通信用動作電圧を得る通信用安定化回路と、
   前記直流電圧を安定化して前記無線受電の受電電力を得る電力供給用安定化回路と、
   前記通信用動作電圧に応じて動作し、前記無線通信を行うとともに、前記電力供給用安定化回路の動作を制御する通信制御回路と、
   を有することを特徴とする無線受電装置。
10. 送電コイルを有する無線給電装置と受電コイルを有する無線受電装置とを含み、交流磁界による前記送電コイルと前記受電コイルとの磁界結合に基づいて、無線通信と無線給電とを切り替えつつ行う無線電力伝送システムであって、
    前記無線給電装置は、
    前記送電コイルに通信用駆動電流を供給する通信用駆動回路と、
    前記送電コイルに電力供給用駆動電流を供給する電力供給用駆動回路と、
    を有し、
    前記無線受電装置は、
    前記交流磁界により得られた交流電圧を整流して直流電圧を得る整流回路と、
    前記直流電圧に応じて動作し、前記直流電圧を安定化して前記無線通信を行うための通信用動作電圧を得る通信用安定化回路と、
    前記直流電圧を安定化して前記無線受電の受電電力を得る電力供給用安定化回路と、
    前記通信用動作電圧に応じて動作し、前記無線通信を行うとともに、前記電力供給用安定化回路の動作を制御する通信制御回路と、
    を有し、
    前記無線給電装置は、
    前記無線通信時には、前記通信用駆動回路を動作させるとともに前記電力供給用駆動回路の動作を停止し、前記通信用駆動電流を前記送電コイルに供給して前記交流磁界を発生させ、
    前記無線給電時には、前記通信用駆動回路及び前記電力供給用駆動回路をともに動作させ、前記通信用駆動電流及び前記電力供給用駆動電流を前記送電コイルに供給して前記交流磁界を発生させる
    ことを特徴とする無線電力伝送システム。
11. 送電コイルと、前記送電コイルに通信用駆動電流を供給する通信用駆動回路と、前記送電コイルに電力供給用駆動電流を供給する電力供給用駆動回路と、を有し、前記送電コイルに交流磁界を発生させることにより無線通信と無線給電とを切り替えつつ行う無線給電装置における無線給電方法であって、
    前記通信用駆動回路を動作させるとともに前記電力供給用駆動回路の動作を停止し、前記通信用駆動電流を前記送電コイルに供給して前記交流磁界を発生させるステップと、
    前記通信用駆動回路及び前記電力供給用駆動回路をともに動作させ、前記通信用駆動電流及び前記電力供給用駆動電流を前記送電コイルに供給して前記交流磁界を発生させるステップと、
    を含むことを特徴とする無線給電方法。
12. 送電コイルを有する無線給電装置と受電コイルを有する無線受電装置とを含み、交流磁界による前記送電コイルと前記受電コイルとの磁界結合に基づいて、無線通信と無線給電とを切り替えつつ行う無線電力伝送システムであって、
    前記無線給電装置は、
    前記送電コイルに通信用駆動電流を供給する通信用駆動回路と、
    前記送電コイルに電力供給用駆動電流を供給する電力供給用駆動回路と、
    前記電力供給用駆動電流を測定する電流測定回路と、
    を有し、
    前記無線受電装置は、
    前記受電コイル及び共振キャパシタからなる共振回路と、
    前記共振キャパシタの容量を変更する容量変更回路と、
    を有し、
    前記無線受電装置は、
    前記無線給電装置において測定された前記電力供給用駆動電流の電流値が所定の閾値の範囲を超えていた場合に、前記共振キャパシタの容量を変更する
    ことを特徴とする無線電力伝送システム。
13. 受電コイルを有し、前記受電コイルが受けた交流磁界により得られた交流電圧を整流した電圧を受給電圧として得る無線受電装置であって、
    前記受電コイル及び共振キャパシタからなる共振回路と、
    前記共振キャパシタの容量を変更する容量変更回路と、
    前記受給電圧を受ける供給ラインと、
    前記供給ラインに流れる電流と前記受給電圧とを測定して受電電力を算出する電流電圧測定回路と、
    を有し、
    算出された前記受電電力が所定の閾値の範囲を超えていた場合に、前記共振キャパシタの容量を変更する
    ことを特徴とする無線受電装置。

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