JP2020072604A - 非接触給電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】受電側の装置が有する共振回路に生じる電圧が過度に上昇することを抑制できる非接触給電装置を提供する。【解決手段】非接触給電装置１の受電装置３は、送電装置２からの電力を受信する受信コイル２１と、受信コイル２１と直列に接続される共振コンデンサ２２とを有する共振回路２０と、共振回路２０を介して受信した電力を整流する第１の整流回路２３と、第１の整流回路２３と接続され、第１の整流回路２３から出力される電圧を平滑化する平滑コンデンサ２４と、受信コイル２１と電磁結合可能に配置されるサブコイル２５と、サブコイル２５と平滑コンデンサ２４との間に接続され、かつ、サブコイル２５に生じる電圧を整流することで得られる電圧が平滑コンデンサ２４の両端子間電圧よりも高い場合にサブコイル２５に生じる電圧に応じた電力を平滑コンデンサ２４へ出力する第２の整流回路２６とを有する。【選択図】図１

Description

本発明は、非接触給電装置に関する。

従来より、金属の接点などを介さずに、空間を通じて電力を伝送する、いわゆる非接触給電（ワイヤレス給電とも呼ばれる）技術が研究されている。

非接触給電技術を利用した給電装置（以下、単に非接触給電装置と呼ぶ）では、一次側（送電側）のコイルと二次側（受電側）のコイル間の位置関係が変動すると、その二つのコイル間の結合度が変化する。その結果として、受電側の装置から負荷回路への出力電圧も変動する。場合によっては、負荷回路への出力電圧が過剰に上昇して、受電側の装置または負荷回路などに故障を生じるおそれがある。そこで、出力電圧が過度に上昇することを抑制する技術が提案されている（例えば、特許文献１及び２を参照）。

例えば、特許文献１には、受電側に、受電共振コイルと磁気結合したコントロールコイルを含む共振抑制回路を設け、出力電圧を監視して、コントロールコイルをスイッチにより短絡、開放する方法で共振動作を抑制することが提案されている。また、特許文献２には、給電側の一次コイルを複数の部分コイルに分割し、一次コイルに直列接続される直列コンデンサを複数の直列部分コンデンサに分割し、一次部分コイルと直列部分コンデンサとを交互に直列接続することで、一次コイルの端子間電圧をそれらを分割しないときに比べて低下させる技術が提案されている。

特開２０１５−６５７２４号公報 特開２０１１−１７６９１４号公報

しかしながら、特許文献１に開示された技術では、受電側の共振回路は、受電共振コイルと並列に接続されるコンデンサを有し、送電側のコイルに流れる電流に対して並列共振する。受電側の共振回路が並列共振する場合は高効率を得るための出力インピーダンスは大きくなることが知られており、高効率を得るためには出力電圧を大きく設定することが求められる。またこの技術では、受電側の整流回路のダイオードに流れる電流の導通角度が狭くなり、その結果として、受電側における力率が低下するとともに、高調波ノイズが誘発される。

また、特許文献２に開示された技術では、発生する電圧そのものは抑制されないため、送電側及び受電側のコンデンサに印加される電圧の総和は大きくなる。そのため、送電側及び受電側のコンデンサとして、耐電圧が高いものを用いることが求められる。さらに、送電側にて、複数のコンデンサと複数のコイルとを交互に直列接続するため、送電側の回路が大型化することが避けられない。

そこで、本発明は、受電側の装置が有する共振回路に生じる電圧が過度に上昇することを抑制できる非接触給電装置を提供することを目的とする。

本発明の一つの形態として、送電装置と、送電装置から非接触で電力伝送される受電装置とを有する非接触給電装置が提供される。この非接触給電装置において、送電装置は、受電装置へ電力を供給する送信コイルと、送信コイルに対して、交流電力を供給する電力供給回路とを有する。受電装置は、送電装置からの電力を受信する受信コイルと、受信コイルと直列に接続される共振コンデンサとを有する共振回路と、共振回路を介して受信した電力を整流する第１の整流回路と、第１の整流回路と接続され、第１の整流回路から出力される電圧を平滑化する平滑コンデンサと、受信コイルと電磁結合可能に配置されるサブコイルと、サブコイルと平滑コンデンサとの間に接続され、かつ、サブコイルに生じる電圧を整流することで得られる第１の電圧が平滑コンデンサの両端子間電圧よりも高い場合にサブコイルに生じる電圧に応じた電力を平滑コンデンサへ出力する第２の整流回路とを有する。
本発明に係る非接触給電装置は、このような構成を有することにより、受電側の装置が有する共振回路に生じる電圧が過度に上昇することを抑制できる。

この非接触給電装置において、受電装置は、第２の整流回路と平滑コンデンサの間に接続され、かつ第１の電圧に対して逆バイアスされるツェナーダイオードをさらに有することが好ましい。
これにより、非接触給電装置は、受信コイルの巻き数が少ない場合でも、非接触給電装置が定電圧出力動作する際の電力伝送効率の低下を抑制しつつ、共振回路に生じる電圧が過度に上昇することを抑制できる。

あるいは、この非接触給電装置において、受電装置は、サブコイルと第２の整流回路との間に接続され、かつ、サブコイルに生じる電圧に対して逆バイアスされるツェナーダイオードをさらに有することが好ましい。
これにより、非接触給電装置は、受信コイルの巻き数が少ない場合でも、非接触給電装置が定電圧出力動作する際の電力伝送効率の低下を抑制しつつ、共振回路に生じる電圧が過度に上昇することを抑制できる。

また、この非接触給電装置において、受電装置は、サブコイルと接続され、サブコイルの短絡または開放を切り替え可能な第１のスイッチ回路と、平滑コンデンサからの出力電圧を測定してその出力電圧の測定値を求める電圧検出回路と、出力電圧の測定値が第１の上限閾値以上となると、サブコイルを短絡するよう第１のスイッチ回路を制御する判定回路とをさらに有することが好ましい。
これにより、非接触給電装置は、送信コイルと受信コイル間の結合度の変動により出力電圧が過度に上昇することを抑制して、受電装置及び受電装置と接続される負荷回路が故障することを防止できる。

この場合において、受電装置は、一端が共振コンデンサと第１の整流回路との間に接続され、他端が受信コイルの共振コンデンサと接続されていない方の端子と接続され、共振回路の短絡または開放を切り替え可能な第２のスイッチ回路をさらに有し、判定回路は、出力電圧の測定値が第１の上限閾値よりも高い第２の上限閾値以上となると、共振回路を短絡するよう第２のスイッチ回路を制御することが好ましい。
これにより、非接触給電装置は、サブコイルの巻き数に対する受信コイルの巻き数の比が大きい場合でも、送信コイルと受信コイル間の結合度の変動により出力電圧が過度に上昇することを抑制して、受電装置及び受電装置と接続される負荷回路が故障することを防止できる。さらに、非接触給電装置は、共振回路に過度な短絡電流が流れることを防止できる。

本発明の他の形態によれば、送電装置と、送電装置から非接触で電力伝送される受電装置とを有する非接触給電装置が提供される。この非接触給電装置において、送電装置は、受電装置へ電力を供給する送信コイルと、送信コイルに対して、交流電力を供給する電力供給回路とを有する。そして受電装置は、送電装置からの電力を受信する受信コイルと、受信コイルと直列に接続される共振コンデンサとを有する共振回路と、受信コイルと電磁結合可能に配置されるサブコイルと、サブコイルと接続され、かつ、サブコイルに生じる電圧が所定の電圧値を超えるとインダクタンスが低下する可飽和リアクトルとを有する。
本発明の他の形態に係る非接触給電装置は、このような構成を有することにより、受電側の装置が有する共振回路に生じる電圧が過度に上昇することを抑制できる。

本発明の一つの実施形態に係る非接触給電装置の概略構成図である。 （ａ）は、比較例として、サブコイルが無い場合における、非接触給電装置が電力供給動作を開始してからの受信コイルに掛かる電圧の時間変化のシミュレーション結果を示す図である。（ｂ）は、本実施形態による非接触給電装置が電力供給動作を開始してからの受信コイルに掛かる電圧の時間変化のシミュレーション結果を示す図である。 （ａ）は、比較例として、サブコイルが無い場合における、非接触給電装置が電力供給動作を開始してからの平滑コンデンサから負荷回路へ出力される電圧の時間変化のシミュレーション結果を示す図である。（ｂ）は、本実施形態による非接触給電装置が電力供給動作を開始してからの平滑コンデンサから負荷回路へ出力される電圧の時間変化のシミュレーション結果を示す図である。 本実施形態による非接触給電装置の垂下特性を表すシミュレーション結果を示す図である。 変形例による受電装置の概略構成図である。 他の変形例による受電装置の概略構成図である。 さらに他の変形例による受電装置の概略構成図である。 さらに他の変形例による受電装置の概略構成図である。

以下、本発明の一つの実施形態による非接触給電装置を、図を参照しつつ説明する。この非接触給電装置では、受電側の装置が、受電用の共振回路が有する、コンデンサと直列に接続される受信コイルとともに、その受信コイルと電磁結合可能なように設けられ、かつ、受信コイルの巻き数よりも少ない巻き数を持つサブコイルを有する。そしてサブコイルの両端子は、整流回路と接続され、その整流回路の両端子は、それぞれ、共振回路からの出力電圧を平滑化するための平滑コンデンサの両端子と接続される。これにより、この非接触給電装置は、受電側の装置の共振回路の共振周波数と一致する周波数を持つ交流電力が送信コイルに供給される状態で電力供給を開始した場合でも、サブコイルから整流回路を介して平滑コンデンサへ電流が流れることで、共振回路に過大な電圧が印加されることを防止する。

図１は、本発明の一つの実施形態に係る非接触給電装置の概略構成図である。図１に示されるように、非接触給電装置１は、送電装置２と、送電装置２から空間を介して非接触で電力伝送される受電装置３とを有する。送電装置２は、電力供給回路１０と、送信コイル１４と、コンデンサ１５と、通信器１６と、ゲートドライバ１７−１、１７−２と、制御回路１８とを有する。一方、受電装置３は、受信コイル２１及び共振コンデンサ２２を有する共振回路２０と、第１の整流回路２３と、平滑コンデンサ２４と、サブコイル２５と、第２の整流回路２６と、負荷回路２７と、電圧検出回路２８と、スイッチング素子２９と、判定回路３０と、通信器３１とを有する。非接触給電装置１は、送電側における共振を利用しないものの、いわゆる一次直列二次直列コンデンサ方式（以下、ＳＳ方式と呼ぶ）と同様の構成を有するため、定電圧出力動作することが可能となっている。

先ず、送電装置２について説明する。
電力供給回路１０は、調節可能なスイッチング周波数、及び、調節可能な電圧を持つ交流電力を送信コイル１４へ供給する。そのために、電力供給回路１０は、電源１１と、力率改善回路１２と、４個のスイッチング素子１３−１〜１３−４とを有する。

電源１１は、所定の脈流電圧を持つ電力を供給する。そのために、電源１１は、商用の交流電源と接続され、その交流電源から供給された交流電力を整流するための全波整流回路を有する。

力率改善回路１２は、電源１１から出力された電力の電圧を、制御回路１８からの制御に応じた電圧に変換して出力する。そのために、力率改善回路１２は、例えば、電源１１の正極側端子から順に直列に接続されるコイルL及びダイオードDと、コイルLとダイオードDの間にドレイン端子が接続され、電源１１の負極側端子にソース端子が接続されたnチャネル型のMOSFETであるスイッチング素子SWと、ダイオードDを挟んでスイッチング素子SWと並列に接続される平滑コンデンサCを有する。またスイッチング素子SWのゲート端子は、ゲートドライバ１７−１と接続される。さらに、力率改善回路１２は、電源１１の正極側端子と負極側端子との間に直列に接続される二つの抵抗R1、R2を有する。この抵抗R1、R2は、ダイオードDと平滑コンデンサCとの間に、平滑コンデンサCと並列に接続される。そして抵抗R1と抵抗R2間の電圧が、ダイオードDから出力される電圧を表すものとして、制御回路１８により測定される。

制御回路１８により指示されたデューティ比にしたがって、かつ、ダイオードDから出力される電流波形の軌跡が、電源１１から供給される電圧の軌跡と一致するように、ゲートドライバ１７−１がスイッチング素子SWのオン／オフを制御することにより、力率改善回路１２は、力率改善動作を実行する。そしてスイッチング素子SWがオンとなるデューティ比が高くなるほど、ダイオードDから出力される電圧は高くなる。

ダイオードDから出力される電圧は、平滑コンデンサCにより平滑化されて、４個のスイッチング素子１３−１〜１３−４を介して送信コイル１４へ供給される。

なお、力率改善回路１２は、上記の構成に限られず、制御回路１８からの制御によって出力電圧を調整可能な他の構成を有していてもよい。

４個のスイッチング素子１３−１〜１３−４は、例えば、nチャネル型のMOSFETとすることができる。そして４個のスイッチング素子１３−１〜１３−４のうち、スイッチング素子１３−１とスイッチング素子１３−２は、電源１１の正極側端子と負極側端子との間に、力率改善回路１２を介して直列に接続される。また本実施形態では、電源１１の正極側に、スイッチング素子１３−１が接続され、一方、電源１１の負極側に、スイッチング素子１３−２が接続される。そしてスイッチング素子１３−１のドレイン端子は、力率改善回路１２を介して電源１１の正極側端子と接続され、スイッチング素子１３−１のソース端子は、スイッチング素子１３−２のドレイン端子と接続される。また、スイッチング素子１３−２のソース端子は、力率改善回路１２を介して電源１１の負極側端子と接続される。さらに、スイッチング素子１３−１のソース端子、及び、スイッチング素子１３−２のドレイン端子は、コンデンサ１５を介して送信コイル１４の一端に接続され、スイッチング素子１３−２のソース端子は、スイッチング素子１３−４を介して送信コイル１４の他端に接続される。

同様に、４個のスイッチング素子１３−１〜１３−４のうち、スイッチング素子１３−３とスイッチング素子１３−４は、スイッチング素子１３−１及びスイッチング素子１３−２と並列に、かつ、力率改善回路１２を介して電源１１の正極側端子と負極側端子との間に直列に接続される。また、電源１１の正極側に、スイッチング素子１３−３が接続され、一方、電源１１の負極側に、スイッチング素子１３−４が接続される。そしてスイッチング素子１３−３のドレイン端子は、力率改善回路１２を介して電源１１の正極側端子と接続され、スイッチング素子１３−３のソース端子は、スイッチング素子１３−４のドレイン端子と接続される。また、スイッチング素子１３−４のソース端子は、力率改善回路１２を介して電源１１の負極側端子と接続される。さらに、スイッチング素子１３−３のソース端子、及び、スイッチング素子１３−４のドレイン端子は、送信コイル１４の他端に接続される。

また、各スイッチング素子１３−１〜１３−４のゲート端子は、ゲートドライバ１７−２を介して制御回路１８と接続される。さらに、各スイッチング素子１３−１〜１３−４のゲート端子は、オンとなる電圧が印加されたときにそのスイッチング素子がオンとなることを保証するために、それぞれ、抵抗を介して自素子のソース端子と接続されてもよい。そして各スイッチング素子１３−１〜１３−４は、制御回路１８からの制御信号にしたがって、調整可能なスイッチング周波数にてオン／オフが切り替えられる。本実施形態では、スイッチング素子１３−１とスイッチング素子１３−４とがオンとなっている間、スイッチング素子１３−２とスイッチング素子１３−３とがオフとなり、逆に、スイッチング素子１３−２とスイッチング素子１３−３とがオンとなっている間、スイッチング素子１３−１とスイッチング素子１３−４とがオフとなるように、スイッチング素子１３−１とスイッチング素子１３−４の組と、スイッチング素子１３−２とスイッチング素子１３−３との組について交互にオン／オフが切り替えられる。これにより、電源１１から力率改善回路１２を介して供給された直流電力は、各スイッチング素子のスイッチング周波数を持つ交流電力に変換されて、送信コイル１４に供給される。

そして送信コイル１４は、電力供給回路１０から供給された交流電力を、空間を介して受電装置３の共振回路２０へ伝送する。

コンデンサ１５は、送信コイル１４と直列に接続され、送信コイル１４に流れる直流電流を遮断する。なお、コンデンサ１５の静電容量は、送信コイル１４とコンデンサ１５とにより形成される共振回路の共振周波数が、電力供給回路１０から送信コイル１４に供給される交流電力のスイッチング周波数の調整範囲に含まれる周波数と異なるように、すなわち、電力供給回路１０から送信コイル１４に供給される交流電力に対して送信コイル１４とコンデンサ１５とにより形成される共振回路が共振しないように設定されることが好ましい。また、コンデンサ１５は省略されてもよい。

通信器１６は、受電装置３の通信器３１から無線信号を受信する度に、その無線信号から、非接触給電装置１が定電圧出力動作しているか否かなどを表す判定情報を取り出して、制御回路１８へ出力する。そのために、通信器１６は、例えば、所定の無線通信規格に準じて無線信号を受信するアンテナと、その無線信号を復調する通信回路とを有する。なお、所定の無線通信規格は、例えば、ISO/IEC 15693、ZigBee（登録商標）、あるいはBluetooth（登録商標）とすることができる。

ゲートドライバ１７−１は、制御回路１８から、力率改善回路１２のスイッチング素子SWのオン／オフを切り替える制御信号を受信し、その制御信号に応じて、スイッチング素子SWのゲート端子に印加する電圧を変化させる。すなわち、ゲートドライバ１７−１は、スイッチング素子SWをオンにする制御信号を受け取ると、スイッチング素子SWのゲート端子に、スイッチング素子SWがオンとなる相対的に高い電圧を印加する。一方、ゲートドライバ１７−１は、スイッチング素子SWをオフにする制御信号を受け取ると、スイッチング素子SWのゲート端子に、スイッチング素子SWがオフとなる、相対的に低い電圧を印加する。これにより、ゲートドライバ１７−１は、制御回路１８により指示されたタイミングで力率改善回路１２のスイッチング素子SWのオン／オフを切り替える。

ゲートドライバ１７−２は、制御回路１８から、各スイッチング素子１３−１〜１３−４のオン／オフを切り替える制御信号を受信し、その制御信号に応じて、各スイッチング素子１３−１〜１３−４のゲート端子に印加する電圧を変化させる。すなわち、ゲートドライバ１７−２は、スイッチング素子１３−１及びスイッチング素子１３−４をオンにする制御信号を受け取ると、スイッチング素子１３−１のゲート端子及びスイッチング素子１３−４のゲート端子に、スイッチング素子１３−１及びスイッチング素子１３−４がオンとなる相対的に高い電圧を印加する。これにより、電源１１からの電流が、スイッチング素子１３−１、送信コイル１４及びスイッチング素子１３−４を介して流れるようになる。一方、ゲートドライバ１７−２は、スイッチング素子１３−１及びスイッチング素子１３−４をオフにする制御信号を受け取ると、スイッチング素子１３−１のゲート端子及びスイッチング素子１３−４のゲート端子に、スイッチング素子１３−１及びスイッチング素子１３−４がオフとなり、電源１１からの電流がスイッチング素子１３−１及びスイッチング素子１３−４を流れなくなる、相対的に低い電圧を印加する。ゲートドライバ１７−２は、スイッチング素子１３−２及びスイッチング素子１３−３についても同様に、ゲート端子に印加する電圧を制御する。したがって、スイッチング素子１３−１及びスイッチング素子１３−４がオフとなり、スイッチング素子１３−２及びスイッチング素子１３−３がオンとなると、電源１１からの電流が、スイッチング素子１３−３、送信コイル１４及びスイッチング素子１３−２を介して流れるようになる。

制御回路１８は、例えば、不揮発性のメモリ回路及び揮発性のメモリ回路と、演算回路と、他の回路と接続するためのインターフェース回路とを有する。そして制御回路１８は、通信器１６から異常電圧発生情報を受け取ると、電力供給回路１０から送信コイル１４に供給される交流電力のスイッチング周波数及び電圧の制御を開始する。その後、制御回路１８は、通信器１６から判定情報を受け取る度に、その判定情報に応じて、電力供給回路１０から送信コイル１４に供給される交流電力のスイッチング周波数及び電圧を制御する。

そのために、本実施形態では、制御回路１８は、スイッチング素子１３−１及びスイッチング素子１３−４の組とスイッチング素子１３−２及びスイッチング素子１３−３の組とが交互にオンとなり、かつ、スイッチング周波数に対応する１周期内でスイッチング素子１３−１及びスイッチング素子１３−４の組がオンとなっている期間とスイッチング素子１３−２及びスイッチング素子１３−３の組がオンとなっている期間とが等しくなるように、各スイッチング素子１３−１〜１３−４を制御する。なお、制御回路１８は、スイッチング素子１３−１及びスイッチング素子１３−４の組とスイッチング素子１３−２及びスイッチング素子１３−３の組が同時にオンとなり、電源１１が短絡されることを防止するために、スイッチング素子１３−１及びスイッチング素子１３−４の組とスイッチング素子１３−２及びスイッチング素子１３−３の組のオン／オフを切り替える際に、両方のスイッチング素子の組がオフとなるデッドタイムを設けてもよい。

また、制御回路１８は、スイッチング周波数と、そのスイッチング周波数にて定電圧出力となる、送信コイル１４への印加電圧に相当する、力率改善回路１２のスイッチング素子SWのオン／オフ制御のデューティ比との関係を表す参照テーブルを参照して、スイッチング周波数に応じたデューティ比を選択する。そして制御回路１８は、そのデューティ比と、力率改善回路１２のダイオードDからの出力電圧の変化に応じて、スイッチング素子SWのオン／オフを切り替えるタイミングを決定し、そのタイミングを表す制御信号をゲートドライバ１７−１へ出力する。

さらに、通信器１６が受電装置３からの無線信号を受信できない場合、受電装置３は、送電装置２から電力供給を受けることができる位置に存在しない、すなわち、送電装置２は待機状態にあると想定される。そこでこの場合、制御回路１８は、スイッチング素子SWのオン／オフ制御のデューティ比を設定可能な最小値としてもよい。これにより、送電装置２が待機状態となっている間、送信コイル１４に印加される電圧も設定可能な最小値となるので、エネルギーの損失が抑制される。

なお、制御回路１８による、スイッチング周波数及び送信コイル１４への印加電圧の制御の詳細については後述する。

次に、受電装置３について説明する。
共振回路２０は、互いに直列に接続される受信コイル２１と共振コンデンサ２２とからなるＬＣ共振回路である。そして共振回路２０が有する受信コイル２１の一端が共振コンデンサ２２を介して第１の整流回路２３の一方の入力端子に接続される。また、受信コイル２１の他端が、第１の整流回路２３の他方の入力端子に接続される。

受信コイル２１は、共振コンデンサ２２とともに、送電装置２の送信コイル１４に流れる交流電流と共振することで、送信コイル１４から電力を受信する。そして受信コイル２１は、共振コンデンサ２２を介して、受信した電力を第１の整流回路２３へ出力する。なお、受信コイル２１の巻き数と、送電装置２の送信コイル１４の巻き数は同一でもよく、あるいは、異なっていてもよい。

共振コンデンサ２２は、受信コイル２１と直列に接続される。すなわち、共振コンデンサ２２は、その一端で受信コイル２１の一端と接続され、他端で第１の整流回路２３と接続される。そして共振コンデンサ２２は、受信コイル２１とともに共振することで受信した電力を第１の整流回路２３へ出力する。

第１の整流回路２３は、例えば、ブリッジ接続された４個のダイオードを有する全波整流回路とすることができる。第１の整流回路２３の入力側の二つの端子の一方は、共振コンデンサ２２と接続され、入力側の二つの端子の他方は、受信コイル２１と接続される。また、第１の整流回路２３の出力側の二つの端子の一方は、平滑コンデンサ２４の一端と接続され、出力側の二つの端子の他方は、平滑コンデンサ２４の他端と接続される。そして第１の整流回路２３は、共振回路２０から出力された交流電力を整流して脈流電力に変換する。

平滑コンデンサ２４は、第１の整流回路２３または第２の整流回路２６から出力された脈流電力を平滑化して、直流電力に変換する。そして平滑コンデンサ２４は、その直流電力を、負荷回路２７へ出力する。そのために、平滑コンデンサ２４の一端は、第１の整流回路２３の出力側の二つの端子の一方、第２の整流回路２６の出力側の二つの端子の一方、及び、負荷回路２７の一端と接続される。また、平滑コンデンサ２４の他端は、第１の整流回路２３の出力側の二つの端子の他方、第２の整流回路２６の出力側の二つの端子の他方、及び、負荷回路２７の他端と接続される。

サブコイル２５は、共振回路２０の受信コイル２１と電磁結合可能に設けられる。例えば、サブコイル２５と受信コイル２１とは、同一の芯線に対して巻き付けられる。またサブコイル２５の両端は、それぞれ、第２の整流回路２６の二つの入力端子と接続される。また、サブコイル２５の巻き数n_sが受信コイル２１の巻き数n_mよりも少なくなるように、サブコイル２５の巻き数n_sは設定される。さらに、サブコイル２５の巻き数n_sに対する受信コイル２１の巻き数n_mの比(n_m/n_s)は、サブコイル２５の想定される電圧波高最大値が、負荷回路２７の仕様に応じて設定される、負荷回路２７への入力電圧、すなわち、非接触給電装置１が定電圧出力動作を実行しているときの平滑コンデンサ２４からの出力電圧以下となるように設定されることが好ましい。これにより、例えば、非接触給電装置１が電力伝送を開始したときに、共振回路２０が共振するスイッチング周波数を持つ交流電力が送信コイル１４に供給されるといった場合でも、伝送された電力の一部がサブコイル２５から第２の整流回路２６を介して平滑コンデンサ２４へ流れるので、共振回路２０に過度な電圧が掛かることが抑制される。一方、非接触給電装置１が定電圧出力動作を継続している場合のように、共振回路２０から第１の整流回路２３及び平滑コンデンサ２４を介して負荷回路２７へ出力される電力の電圧がある程度の大きさとなる場合には、平滑コンデンサ２４の両端子間電圧の方が、サブコイル２５の両端子間に掛かる電圧による、第２の整流回路２６の二つの出力端子間の電圧よりも高くなるので、サブコイル２５から平滑コンデンサ２４へは電流は流れない。そのため、非接触給電装置１が定電圧出力動作を継続している場合には、サブコイル２５は、その定電圧出力動作に影響しない。

第２の整流回路２６は、例えば、ブリッジ接続された４個のダイオードを有する全波整流回路とすることができる。なお、第２の整流回路２６は、他の形式の整流回路であってもよい。第２の整流回路２６の入力側の二つの端子の一方は、サブコイル２５の一端と接続され、その二つの端子の他方は、サブコイル２５の他端と接続される。また、第２の整流回路２６の出力側の二つの端子の一方は、平滑コンデンサ２４の一端と接続され、出力側の二つの端子の他方は、平滑コンデンサ２４の他端と接続される。そして第２の整流回路２６は、サブコイル２５の両端子間に掛かる電圧に応じた、第２の整流回路２６の出力側の二つの端子間の電圧が平滑コンデンサ２４の両端子間電圧よりも高い場合に、サブコイル２５から出力された電力を平滑コンデンサ２４へ出力する。

電圧検出回路２８は、平滑コンデンサ２４の両端子間の出力電圧を所定の周期ごとに測定する。平滑コンデンサ２４の両端子間の出力電圧は、非接触給電装置１が電力供給を開始した直後といった、サブコイル２５から平滑コンデンサ２４へ電流が流れるとき以外は、共振回路２０の出力電圧と１対１に対応するので、平滑コンデンサ２４の両端子間の出力電圧の測定値は、間接的に共振回路２０の出力電圧の測定値となる。電圧検出回路２８は、例えば、直流電圧を検出できる公知の様々な電圧検出回路の何れかとすることができる。そして電圧検出回路２８は、その出力電圧の測定値を表す電圧検出信号を判定回路３０へ出力する。

スイッチング素子２９は、例えば、MOSFETであり、平滑コンデンサ２４と負荷回路２７との間に接続される。スイッチング素子２９は、オフとなると平滑コンデンサ２４から負荷回路２７へ電流が流れないようにし、一方、オンとなると平滑コンデンサ２４から負荷回路２７へ電流が流れるようにする。

判定回路３０は、電圧検出回路２８から受け取った出力電圧の測定値が、定電圧出力動作が行われているときの電圧の許容範囲内に含まれているか否か判定する。そして判定回路３０は、その判定結果を通信器３１へ通知する。

そのために、判定回路３０は、例えば、電圧の許容範囲を記憶するメモリ回路と、出力電圧の測定値を、電圧の許容範囲のそれぞれと比較する演算回路と、スイッチング素子２９のオン／オフを制御するための制御回路を有する。

さらに、判定回路３０は、出力電圧の測定値が、電圧の許容範囲から外れている間、所定の周期でスイッチング素子２９のオン／オフを切り替える。これにより、その所定の周期で、平滑コンデンサ２４と接続される、負荷回路２７を含む回路全体の抵抗値が変化する。したがって、判定回路３０は、スイッチング素子２９のオン／オフを切り替えながら、出力電圧の測定値が略一定となるか否かを判定することで、非接触給電装置１が定電圧出力動作しているか否かを判定できる。そこで、判定回路３０は、所定の周期でスイッチング素子２９のオン／オフを切り替えても出力電圧の測定値が略一定となっている間、非接触給電装置１が定電圧出力動作していることを通信器３１へ通知する。

また、判定回路３０は、出力電圧の測定値が、所定の周期よりも長い一定期間の間、略一定となっている場合、スイッチング素子２９のオン／オフの切り替えを停止して、オンとなる状態を維持する。そして判定回路３０は、出力電圧の測定値が電圧の許容範囲に含まれるか否か判定し、その判定結果を通信器３１へ通知する。

その際、判定回路３０は、出力電圧の測定値が所定の周期よりも長い一定期間の間、電圧の許容範囲に含まれる場合、非接触給電装置１が定電圧出力動作しており、かつ、出力電圧の測定値が電圧の許容範囲内であることを表す判定結果を通信器３１へ通知する。

なお、変形例によれば、受電装置３は、平滑コンデンサ２４に対して、負荷回路２７と並列に接続される抵抗を有していてもよい。この場合、スイッチング素子２９は、その抵抗と直列、かつ、負荷回路２７と並列となるように設けられてもよい。この場合には、出力電圧の測定値が電圧の許容範囲に含まれる間、判定回路３０は、スイッチング素子２９をオフにする。一方、出力電圧の測定値が電圧の許容範囲から外れると、上記の実施形態と同様に、判定回路３０は、所定の周期でスイッチング素子２９のオン／オフを切り替えればよい。この変形例によれば、非接触給電装置１が定電圧出力動作していない場合にも、負荷回路２７への電力供給が継続される。

通信器３１は、判定回路３０から受け取った判定結果に応じて、非接触給電装置１が定電圧出力動作しているか否か、及び、出力電圧の測定値が電圧の許容範囲に含まれるか否かを表す判定情報を含む無線信号を生成し、その無線信号を送電装置２の通信器１６へ向けて送信する。そのために、通信器３１は、例えば、所定の無線通信規格に準じて無線信号を生成する通信回路と、その無線信号を出力するアンテナとを有する。なお、所定の無線通信規格は、通信器１６と同様に、例えば、ISO/IEC 15693、ZigBee（登録商標）、あるいはBluetooth（登録商標）とすることができる。

以下、非接触給電装置１の動作の詳細について説明する。最初に、共振回路２０に対する過大な電圧の抑制について説明する。

本実施形態における、受電装置３の共振回路２０のように、コイルとコンデンサとが直列共振するRLC直列共振回路の場合、その共振回路における、共振のピークの鋭さを表すQ値は、次式で表される。
ここで、Rは共振回路の抵抗値であり、Cは共振回路の静電容量であり、Lは共振回路のインダクタンスである。またω₀は、共振回路に流れる電流の周波数f₀に対応する角周波数であり、ω₀=2πf₀である。（１）式から明らかなように、抵抗値Rが小さいほど、Q値は大きくなる。そのため、非接触給電装置１が給電動作を開始した場合のように、平滑コンデンサ２４に電荷がほとんど溜まっていない場合には、共振回路２０と接続される回路の見掛けの抵抗値が非常に小さくなるので、Q値は非常に大きくなる。したがって、サブコイル２５がなければ、共振回路２０が共振する周波数を持つ交流電力が送信コイル１４に供給されると、共振回路２０に過大な電圧が掛かるおそれがある。

しかし、本実施形態では、受信コイル２１と電磁結合するようにサブコイル２５が設けられているため、受信コイル２１の巻き数とサブコイル２５の巻き数の比、及び、受信コイル２１とサブコイル２５間の結合度に応じた電圧がサブコイル２５に生じる。そのため、受信コイル２１に掛かる電圧が上昇し、その結果としてサブコイル２５に生じる電圧に応じた、第２の整流回路２６の二つの出力端子間の電圧（すなわち、第２の整流回路２６の出力電圧）が、平滑コンデンサ２４の両端子間電圧よりも高くなると、サブコイル２５から第２の整流回路２６を介して平滑コンデンサ２４へ電流が流れる。すなわち、サブコイル２５から第２の整流回路２６を介して平滑コンデンサ２４へ電力が出力される。その結果として、共振回路２０の共振が抑制されるので、受信コイル２１に掛かる電圧が過度に上昇することが抑制される。一方、非接触給電装置１が定電圧出力動作を継続している場合のように、共振回路２０から第１の整流回路２３及び平滑コンデンサ２４を介して負荷回路２７へ出力される電力の電圧がある程度の大きさとなる場合には、平滑コンデンサ２４の両端子間電圧の方が、サブコイル２５の両端子間に掛かる電圧による、第２の整流回路２６の二つの出力端子間の電圧よりも高くなるので、サブコイル２５から平滑コンデンサ２４へは電流は流れない。そのため、非接触給電装置１が定電圧出力動作を継続している場合には、サブコイル２５は、その定電圧出力動作に影響しない。

図２（ａ）は、比較例として、サブコイル２５が無い場合における、非接触給電装置１が電力供給動作を開始してからの受信コイル２１に掛かる電圧の時間変化のシミュレーション結果を示す図である。図２（ｂ）は、本実施形態による、非接触給電装置１が電力供給動作を開始してからの受信コイル２１に掛かる電圧の時間変化のシミュレーション結果を示す図である。なお、このシミュレーションにおいて、送信コイル１４の巻き数を16、送信コイル１４のインダクタンスを70μH、コンデンサ１５の静電容量を0.4μFとした。また、受信コイル２１の巻き数を30、受信コイル２１のインダクタンスを229μH、共振コンデンサ２２の静電容量を16.5nFとし、送信コイル１４と受信コイル２１間の結合度を0.41とした。さらに、サブコイル２５の巻き数を2、サブコイル２５のインダクタンスを1.1μHとし、受信コイル２１とサブコイル２５間の結合度を0.64とした。また、非接触給電装置１の定電圧出力動作時における、平滑コンデンサ２４から負荷回路２７へ出力される電圧を35V、負荷回路２７に流れる電流を3.5Aとした。そして、送信コイル１４に供給される交流電力のスイッチング周波数を89.35kHzとした。

図２（ａ）及び図２（ｂ）において、横軸は、非接触給電装置１が電力供給動作を開始してからの経過時間を表し、縦軸は、受信コイル２１に掛かる電圧を表す。そして図２（ａ）において、波形２０１は、比較例における、受信コイル２１に掛かる電圧の時間変化を表す。また、図２（ｂ）において、波形２０２は、本実施形態による、受信コイル２１に掛かる電圧の時間変化を表す。波形２０１と波形２０２とを比較すると、サブコイル２５を設けることで、受信コイル２１に掛かる電圧の最大値が抑制されるとともに、受信コイル２１に掛かる電圧が急激に増加することが抑制されることが分かる。

図３（ａ）は、比較例として、サブコイル２５が無い場合における、非接触給電装置１が電力供給動作を開始してからの平滑コンデンサ２４から負荷回路２７へ出力される電圧の時間変化のシミュレーション結果を示す図である。図３（ｂ）は、本実施形態による、非接触給電装置１が電力供給動作を開始してからの平滑コンデンサ２４から負荷回路２７へ出力される電圧の時間変化のシミュレーション結果を示す図である。図３（ａ）及び図３（ｂ）におけるシミュレーションでは、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示されるシミュレーションと同じ条件を適用した。

図３（ａ）及び図３（ｂ）において、横軸は、非接触給電装置１が電力供給動作を開始してからの経過時間を表し、縦軸は、平滑コンデンサ２４から負荷回路２７へ出力される電圧を表す。そして図３（ａ）において、波形３０１は、比較例における、平滑コンデンサ２４から負荷回路２７へ出力される電圧の時間変化を表す。また、図３（ｂ）において、波形３０２は、本実施形態による、平滑コンデンサ２４から負荷回路２７へ出力される電圧の時間変化を表す。波形３０１と波形３０２とを比較すると、サブコイル２５を設けることで、過度な電圧が負荷回路２７へ出力されることなく、かつ、平滑コンデンサ２４から負荷回路２７へ出力される電圧が一定の電圧に収束する時間も短くて済むことが分かる。

図４は、本実施形態による非接触給電装置１の垂下特性を表すシミュレーション結果を示す図である。図４におけるシミュレーションでは、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示されるシミュレーションと同じ条件を適用した。図４において、横軸は平滑コンデンサ２４から負荷回路２７へ出力される電流を表し、縦軸は平滑コンデンサ２４から負荷回路２７へ出力される電圧を表す。そして波形４０１は、非接触給電装置１の垂下特性を表す。波形４０１に示されるように、平滑コンデンサ２４から負荷回路２７へ出力される電流が一定以上大きくなると、急激に平滑コンデンサ２４から負荷回路２７へ出力される電圧が低下することが分かる。このことから、非接触給電装置１は、送電装置２において送信コイル１４に供給される交流電力を制御することなく、受電装置３のみで過電流に対する保護を行えることが分かる。そのため、送電装置２と受電装置３間の通信に何らかの障害が生じている場合でも、非接触給電装置１は、負荷回路２７に過度な電流が流れることを防止できる。

次に、非接触給電装置１が定電圧出力動作を行うための制御について説明する。

本実施形態では、送電装置２の制御回路１８は、通信器１６から、出力電圧の測定値が許容範囲から外れていることを表す判定情報を受け取ると、非接触給電装置１が定電圧出力動作することが可能となるように、送信コイル１４に供給される交流電力のスイッチング周波数及び電圧の調整を開始する。そして制御回路１８は、通信器１６から受け取った判定情報に基づいて、非接触給電装置１が定電圧出力動作を再開するまで、電力供給回路１０から送信コイル１４に供給される交流電力のスイッチング周波数及び電圧を調整する。

上述したように、本実施形態による非接触給電装置１は、送電側における共振を利用しないものの、いわゆるＳＳ方式と同様の構成を有する。このことから、非接触給電装置１の出力電圧の周波数特性は、ＳＳ方式の非接触給電装置の出力電圧の周波数特性と類似したものとなる。

そこで、制御回路１８は、定電圧出力動作を達成するために、下記のように送信コイル１４に印加される交流電力のスイッチング周波数及び電圧を制御する。

通信器１６から出力電圧の測定値が許容範囲から外れていることを表す通知を受け取ると、制御回路１８は、交流電力のスイッチング周波数を所定の周波数領域内で変化させる。所定の周波数領域は、例えば、送電装置２から受電装置３への給電が行われる場合における、送信コイル１４と受信コイル２１間の想定される結合度の最小値において定電圧出力となる周波数を下限とし、送信コイル１４と受信コイル２１間の想定される結合度の最大値において定電圧出力となる周波数を上限とする周波数領域とすることができる。

制御回路１８は、スイッチング周波数を変化させる際、所定の周波数領域の下限から上限まで順にスイッチング周波数を高くしてもよく、あるいは、逆に、所定の周波数領域の上限から下限まで順にスイッチング周波数を低くしてもよい。その際、制御回路１８は、受電装置３の判定回路３０が、出力電圧の測定値が略一定となったか否かを調べることができるように、判定回路３０がスイッチング素子２９のオンとオフを切り替える周期よりも長い期間、同じスイッチング周波数を保つように、ステップ状にスイッチング周波数を変化させることが好ましい。

制御回路１８は、受電装置３から通信器１６を介して受けとった無線信号に含まれる判定情報において、出力電圧の測定値が電圧の許容範囲には含まれないものの、負荷回路２７の抵抗が変化しても略一定となることが示されていると、それ以降、スイッチング周波数を一定に保つ。そして次に、制御回路１８は、スイッチング周波数と、そのスイッチング周波数において結合度によらず一定の電圧出力となる、力率改善回路１２のスイッチング素子SWのオン／オフ制御のデューティ比との関係を示す参照テーブルを参照して、そのデューティ比を決定する。そして制御回路１８は、そのデューティ比に従って力率改善回路１２のスイッチング素子SWのオン／オフを切り替えるよう、ゲートドライバ１７−１を制御する。これにより、共振回路２０からの出力電圧が電圧の許容範囲に含まれるように、すなわち、結合度によらずに一定の電圧が出力されるように、送信コイル１４に印加される電圧が調整される。そして制御回路１８は、受電装置３から通信器１６を介して受けとった無線信号に含まれる判定情報において、出力電圧の測定値が電圧の許容範囲に含まれることが示されると、送信コイル１４に供給される交流電力のスイッチング周波数及び電圧を一定に保つ。

なお、制御回路１８は、上記の参照テーブルを参照してデューティ比を決定する代わりに、受電装置３から通信器１６を介して受けとった無線信号に含まれる判定情報において、出力電圧の測定値が電圧の許容範囲に含まれることが示されるようになるまで、徐々にデューティ比を変化させてもよい。

また、エネルギー伝送効率を向上するためには、送電装置２の電力供給回路１０及び送信コイル１４が継続してソフトスイッチング（誘導性）動作することが好ましい。電力供給回路１０及び送信コイル１４がソフトスイッチング動作するためには、送信コイル１４を流れる電流の位相が印加される電圧の位相よりも遅れることが好ましい。これにより、例えば、スイッチング素子１３−１及びスイッチング素子１３−４がオンとなる際に、スイッチング素子１３−１のソース端子からドレイン端子へ向かって電流が流れることになるので、電力供給回路１０及び送信コイル１４がソフトスイッチング動作することとなり、スイッチングロスの発生が抑制される。

以上に説明してきたように、この非接触給電装置は、受電装置の共振回路の受信コイルと電磁結合するようにサブコイルを設けるとともに、サブコイルに生じる電圧を整流して平滑コンデンサを出力可能なように、サブコイルと平滑コンデンサとを整流回路を介して接続する。これにより、この非接触給電装置は、送電側にて送信コイルに供給される交流電力を制御することなく、受電装置の共振回路に過度な電圧が掛かることを抑制できる。そのため、この非接触給電装置は、受電装置において、過電圧に対する保護を行いながら、電力供給動作を継続することができる。さらに、この非接触給電装置は、送電装置と受電装置間の通信に依存することなく、受電装置において過度な電流が流れることを防止できる。

なお、受信コイル２１の巻き数n_mが比較的少ない（例えば、n_m<30）ために、サブコイル２５の巻き数n_sに対する受信コイル２１の巻き数n_mの比を微調整することができないことがある。このような場合、サブコイル２５の巻き数n_sが１ターン分増減するだけで、受信コイル２１に掛かる電圧に対してサブコイル２５に生じる電圧が大きく変動する。そのため、サブコイル２５の巻き数n_sを比較的大きくすると、非接触給電装置１が定電圧出力動作可能な場合でも、サブコイル２５に生じる電圧に応じた、第２の整流回路２６からの出力電圧が、平滑コンデンサ２４の両端子間電圧よりも高くなることがある。その結果、サブコイル２５から平滑コンデンサ２４へ電流が流れて共振回路２０の共振を抑制してしまい、電力伝送効率が低下する。一方、サブコイル２５の巻き数n_sを１ターン分だけ減らすだけでも、サブコイル２５から平滑コンデンサ２４へ電流が流れることが可能となる、受信コイル２１に掛かる電圧は大きく上昇するので、過電圧に対する共振回路２０の保護が不十分となるおそれがある。

そこで、変形例によれば、第２の整流回路２６と平滑コンデンサ２４との間にツェナーダイオードを設けることで、非接触給電装置１が定電圧出力動作を行っている間に、サブコイル２５から平滑コンデンサ２４へ電力が出力され難くなるようにしてもよい。

図５は、この変形例による受電装置の概略構成図である。なお、簡単化のために、図５では、負荷回路２７、電圧検出回路２８、スイッチング素子２９、判定回路３０及び通信器３１の図示は省略される。この変形例による受電装置４は、図１に示される受電装置３と比較して、第２の整流回路２６の正極側の出力端子と平滑コンデンサ２４との間にツェナーダイオード４１を有する点で相違する。そこで、以下では、ツェナーダイオード４１及び関連部分について説明する。受電装置４のその他の構成要素については、上記の実施形態における対応する構成要素の説明を参照されたい。

ツェナーダイオード４１は、第２の整流回路２６からの出力電圧に対して逆バイアスされるよう、そのカソード端子が第２の整流回路２６の正極側の出力端子と接続され、アノード端子が平滑コンデンサ２４と接続される。これにより、サブコイル２５に生じる電圧に応じた、第２の整流回路２６から出力される電圧が、平滑コンデンサ２４の両端子間電圧にツェナーダイオード４１の降伏電圧を加算した値よりも大きい場合に限り、サブコイル２５から第２の整流回路２６及びツェナーダイオード４１を介して平滑コンデンサ２４へ電流が流れる。そのため、サブコイル２５から平滑コンデンサ２４へ電流が流れることが可能となる、サブコイル２５に生じる電圧が、ツェナーダイオード４１が無い場合よりも高くできる。その結果として、サブコイル２５の巻き数n_sを比較的大きくしても、非接触給電装置１が定電圧出力動作しているときにサブコイル２５から平滑コンデンサ２４へ電流が流れることが防止される。そのため、この変形例によれば、非接触給電装置は、受信コイル２１の巻き数が比較的少ない場合でも、電力伝送効率の低下を抑制しつつ、共振回路２０を過電圧から適切に保護することができる。

なお、図５に示される変形例において、ツェナーダイオード４１の代わりに、二つのツェナーダイオードが、サブコイル２５に生じる電圧に対して逆バイアスされるよう、サブコイル２５の一端と第２の整流回路２６の一方の入力端子の間に接続されてもよい。この場合には、その二つのツェナーダイオードは、互いのアノード端子同士が接続され、一方のツェナーダイオードのカソード端子がサブコイル２５の一端と接続され、かつ、他方のツェナーダイオードのカソード端子が第２の整流回路２６の一方の入力端子と接続されればよい。この場合も、図５に示される変形例と同様の効果が得られる。

また他の変形例によれば、平滑コンデンサ２４からの出力電圧に応じて、サブコイル２５を短絡するか開放するかを切り替えることで、送信コイル１４と受信コイル２１間の結合度の変化に応じた電圧の過度な上昇を抑制して、受電装置及び負荷回路２７が保護されるようにしてもよい。

図６は、他の変形例による受電装置の概略構成図である。この変形例による受電装置５は、図１に示される受電装置３と比較して、サブコイル２５を短絡するか開放するかを切り替えるためのスイッチ回路５１を有する点、及び、判定回路３０が、スイッチ回路５１のオン／オフの切り替えを制御する点で相違する。そこで、以下では、スイッチ回路５１及びその関連部分について説明する。受電装置５のその他の構成要素については、上記の実施形態における対応する構成要素の説明を参照されたい。

スイッチ回路５１は、例えば、リレーあるいはMOSFETを有する。スイッチ回路５１の一端は、サブコイル２５の一端と第２の整流回路２６の入力側の一方の端子との間に接続され、スイッチ回路５１の他端は、サブコイル２５の他端と第２の整流回路２６の入力側の他方の端子との間に接続される。

判定回路３０は、電圧検出回路２８により得られた、出力電圧の測定値を上限閾値（第１の上限閾値）と比較し、その結果に応じてスイッチ回路５１のオン／オフを切り替える。すなわち、判定回路３０は、出力電圧の測定値が上限閾値以上となると、スイッチ回路５１をオンにして、サブコイル２５を短絡し、一方、出力電圧の測定値が上限閾値未満になると、スイッチ回路５１をオフにして、サブコイル２５を開放する。なお、上限閾値は、非接触給電装置が定電圧出力動作するときの負荷回路２７に印加される電圧よりも高い値、特に、許容範囲の上限値以上の値に設定されることが好ましい。なお、判定回路３０は、出力電圧の測定値が上限閾値以上となったことを、通信器３１を介して送電装置２の通信器１６へ通知してもよい。この場合も、送電装置２の制御回路１８は、通信器１６から出力電圧の測定値が上限閾値以上となったことを通知されると、定電圧出力動作を維持するときと同様に、電力供給回路１０から送信コイル１４へ供給される交流電力のスイッチング周波数及び電力を制御してもよい。

スイッチ回路５１がオンとなってサブコイル２５が短絡されると、共振回路２０の共振周波数が変化する。そのため、共振回路２０からの出力電圧が過度に上昇しても、サブコイル２５が短絡されることで、送電装置２から受電装置３へ伝送される電力が低下するので、共振回路２０からの出力電圧も低下する。そのため、この変形例によれば、非接触給電装置は、送信コイル１４と受信コイル２１間の結合度の変動に応じた、受信コイル２１に掛かる電圧の上昇を抑制できる。そのため、この非接触給電装置は、共振回路からの出力電圧が過度に上昇して受電装置または負荷回路が故障することを防止できる。

さらに他の変形例によれば、サブコイル２５を短絡するためのスイッチ回路５１に加えて、電圧検出回路２８により得られた、出力電圧の測定値に応じて、共振回路２０を短絡するためのスイッチ回路が設けられてもよい。

図７は、さらに他の変形例による受電装置の概略構成図である。この変形例による受電装置６は、図６に示される受電装置５と比較して、共振回路２０を短絡するか開放するかを切り替えるためのスイッチ回路６１を有する点、及び、判定回路３０が、スイッチ回路６１のオン／オフの切り替えを制御する点で相違する。そこで、以下では、スイッチ回路６１及びその関連部分について説明する。受電装置６のその他の構成要素については、上記の実施形態または変形例における対応する構成要素の説明を参照されたい。

スイッチ回路６１は、例えば、リレーあるいはMOSFETを有する。スイッチ回路６１の一端は、共振コンデンサ２２の一端と第１の整流回路２３の入力側の一方の端子との間に接続され、スイッチ回路６１の他端は、受信コイル２１の共振コンデンサ２２とは反対側の一端と第１の整流回路２３の入力側の他方の端子との間に接続される。

判定回路３０は、電圧検出回路２８により得られた、出力電圧の測定値を第２の上限閾値と比較し、その結果に応じてスイッチ回路６１のオン／オフを切り替える。すなわち、判定回路３０は、出力電圧の測定値が第２の上限閾値以上となると、スイッチ回路６１をオンにして共振回路２０を短絡し、一方、出力電圧の測定値が第２の上限閾値未満になると、スイッチ回路６１をオフにして、共振回路２０を開放する。なお、第２の上限閾値は、スイッチ回路５１のオン／オフを切り替えるための判定に用いられる上限閾値よりも高い値に設定されることが好ましい。これにより、共振回路２０が短絡されるよりも前にサブコイル２５が短絡されるので、過度な短絡電流が共振回路２０に流れることが防止される。

スイッチ回路６１がオンとなって共振回路２０が短絡されると出力電圧も低下する。そのため、この変形例においても、非接触給電装置は、送信コイル１４と受信コイル２１間の結合度の変動に応じた、受信コイル２１に掛かる電圧の上昇を抑制できる。したがって、この非接触給電装置は、共振回路からの出力電圧が過度に上昇して受電装置または負荷回路が故障することを防止できる。またこの変形例による非接触給電装置は、サブコイル２５の巻き数に対する受信コイル２１の巻き数の比が大きく、かつ、負荷回路２７による負荷抵抗が大きい場合のように、サブコイル２５を短絡するだけでは平滑コンデンサ２４からの出力電圧を目標となる電圧（例えば、定電圧出力動作時における、平滑コンデンサ２４からの出力電圧）まで低下させられない場合でも、平滑コンデンサ２４からの出力電圧を目標となる電圧まで低下させることができる。

さらに他の変形例によれば、サブコイル２５は可飽和リアクトルと接続されてもよい。

図８は、この変形例による受電装置の概略構成図である。なお、簡単化のために、図８では、負荷回路２７、電圧検出回路２８、スイッチング素子２９、判定回路３０及び通信器３１の図示は省略される。この変形例による受電装置７は、図１に示される受電装置３と比較して、第２の整流回路２６の代わりに可飽和リアクトル７１を有し、かつ、サブコイル２５と平滑コンデンサ２４とが接続されない点で相違する。そこで、以下では、可飽和リアクトル７１及び関連部分について説明する。受電装置７のその他の構成要素については、上記の実施形態における対応する構成要素の説明を参照されたい。

この変形例では、可飽和リアクトル７１の一端は、サブコイル２５の一端と接続され、可飽和リアクトル７１の他端は、サブコイル２５の他端と接続される。そしてこの変形例では、受信コイル２１に掛かる電圧がある程度以上上昇することで、サブコイル２５に生じる電圧も上昇して可飽和リアクトル７１が飽和する電圧値を超えると、可飽和リアクトル７１のインダクタンスが低下してサブコイル２５が短絡される。その結果として、共振回路２０の共振周波数が変化するので、受信コイル２１に掛かる電圧も低下する。そのため、この変形例でも、非接触給電装置は、送電側にて送信コイルに供給される交流電力を制御することなく、受電装置の共振回路に過度な電圧が掛かることを抑制できる。

なお、上記の実施形態または各変形例において、送電装置２が有する、送信コイル１４に交流電力を供給する電力供給回路は、スイッチング周波数及び送信コイル１４に印加する電圧を可変に調節できる回路であれば、上記の実施形態とは異なる回路構成を持っていてもよい。

また、上記の実施形態または各変形例による非接触給電装置は、ＳＳ方式に従って動作してもよい。すなわち、送電装置２の送信コイル１４とコンデンサ１５とにより構成される共振回路は、電力供給回路から送信コイル１４に供給される交流電力のスイッチング周波数の調整範囲内の何れかの周波数において共振するように、送信コイル１４のインダクタンス及びコンデンサ１５の静電容量が設定されてもよい。

また、上記の実施形態または各変形例において、送電装置の通信器と受電装置の通信器とを有線にて接続することが可能な場合には、各通信器は、判定情報などを含む信号を有線にて通信可能な通信回路を有していればよい。

さらに、上記の実施形態、または、図５または図８に示される変形例において、非接触給電装置が電力伝送を実行している間、送信コイル１４と受信コイル２１間の結合度が一定となるように送電装置と受電装置とが配置される場合には、送電装置２の通信器１６、及び、受電装置の電圧検出回路２８、スイッチング素子２９、判定回路３０及び通信器３１は省略されてもよい。この場合には、送電装置２の制御回路１８は、受電装置の平滑コンデンサ２４から負荷回路２７に出力される電圧が所定の電圧となるよう、送信コイル１４と受信コイル２１間の結合度に応じたスイッチング周波数及び電圧を持つ交流電力が送信コイル１４に供給されるように電力供給回路１０を制御すればよい。このように、送電装置２と受電装置３間で通信が行われなくても、非接触給電装置は、共振回路に過度な電圧が掛かることを防止できる。

このように、当業者は、本発明の範囲内で、実施される形態に合わせて様々な変更を行うことができる。

１ 非接触給電装置
２ 送電装置
１０ 電力供給回路
１１ 電源
１２ 力率改善回路
１３−１〜１３−４ スイッチング素子
１４ 送信コイル
１５ コンデンサ
１６ 通信器
１７−１、１７−２ ゲートドライバ
１８ 制御回路
３〜７ 受電装置
２０ 共振回路
２１ 受信コイル
２２ 共振コンデンサ
２３ 第１の整流回路
２４ 平滑コンデンサ
２５ サブコイル
２６ 第２の整流回路
２７ 負荷回路
２８ 電圧検出回路
２９ スイッチング素子
３０ 判定回路
３１ 通信器
４１ ツェナーダイオード
５１、６１ スイッチ回路
７１ 可飽和リアクトル

Claims (6)

1. 送電装置と、前記送電装置から非接触で電力伝送される受電装置とを有する非接触給電装置であって、
   前記送電装置は、
   前記受電装置へ電力を供給する送信コイルと、
   前記送信コイルに対して、交流電力を供給する電力供給回路と、
   を有し、
   前記受電装置は、
   前記送電装置からの電力を受信する受信コイルと、前記受信コイルと直列に接続される共振コンデンサとを有する共振回路と、
   前記共振回路を介して受信した電力を整流する第１の整流回路と、
   前記第１の整流回路と接続され、前記第１の整流回路から出力される電圧を平滑化する平滑コンデンサと、
   前記受信コイルと電磁結合可能に配置されるサブコイルと、
   前記サブコイルと前記平滑コンデンサとの間に接続され、かつ、前記サブコイルに生じる電圧を整流することで得られる第１の電圧が前記平滑コンデンサの両端子間電圧よりも高い場合に前記サブコイルに生じる電圧に応じた電力を前記平滑コンデンサへ出力する第２の整流回路と、
   を有する非接触給電装置。
2. 前記受電装置は、前記第２の整流回路と前記平滑コンデンサの間に接続され、かつ前記第１の電圧に対して逆バイアスされるツェナーダイオードをさらに有する、請求項１に記載の非接触給電装置。
3. 前記受電装置は、前記サブコイルと前記第２の整流回路との間に接続され、かつ、前記サブコイルに生じる電圧に対して逆バイアスされるツェナーダイオードをさらに有する、請求項１に記載の非接触給電装置。
4. 前記受電装置は、
   前記サブコイルと接続され、前記サブコイルの短絡または開放を切り替え可能な第１のスイッチ回路と、
   前記平滑コンデンサからの出力電圧を測定して当該出力電圧の測定値を求める電圧検出回路と、
   前記出力電圧の測定値が第１の上限閾値以上となると、前記サブコイルを短絡するよう前記第１のスイッチ回路を制御する判定回路と、
   をさらに有する請求項１に記載の非接触給電装置。
5. 前記受電装置は、一端が前記共振コンデンサと前記第１の整流回路との間に接続され、他端が前記受信コイルの前記共振コンデンサと接続されていない方の端子と接続され、前記共振回路の短絡または開放を切り替え可能な第２のスイッチ回路をさらに有し、
   前記判定回路は、前記出力電圧の測定値が前記第１の上限閾値よりも高い第２の上限閾値以上となると、前記共振回路を短絡するよう前記第２のスイッチ回路を制御する、請求項４に記載の非接触給電装置。
6. 送電装置と、前記送電装置から非接触で電力伝送される受電装置とを有する非接触給電装置であって、
   前記送電装置は、
   前記受電装置へ電力を供給する送信コイルと、
   前記送信コイルに対して、交流電力を供給する電力供給回路と、
   を有し、
   前記受電装置は、
   前記送電装置からの電力を受信する受信コイルと、前記受信コイルと直列に接続される共振コンデンサとを有する共振回路と、
   前記受信コイルと電磁結合可能に配置されるサブコイルと、
   前記サブコイルと接続され、かつ、前記サブコイルに生じる電圧が所定の電圧値を超えるとインダクタンスが低下する可飽和リアクトルと、
   を有する非接触給電装置。