JP2022142089A - 電圧切替回路、送電装置、および無線電力伝送システム - Google Patents

Abstract

【課題】半導体スイッチを閉じたときに生じる突入電流を抑制する。
【解決手段】電圧切替回路は、第１電圧を出力する第１直流電源と負荷との間に接続される第１半導体スイッチと、前記第１直流電源と負荷との間に接続される第２半導体スイッチであって、前記第１半導体スイッチに並列に接続された第２半導体スイッチと、前記第１半導体スイッチおよび前記第２半導体スイッチと前記負荷との間において前記負荷に並列に接続されるコンデンサと、前記第１半導体スイッチおよび前記第２半導体スイッチを駆動する駆動回路と、を備える。前記駆動回路は、前記負荷に前記第１電圧を印加するとき、前記第１半導体スイッチおよび前記第２半導体スイッチを、異なる位相で間欠的に開閉する間欠駆動を行うことによって前記コンデンサを充電した後、前記第１半導体スイッチおよび前記第２半導体スイッチの少なくとも一方を閉状態に固定する。
【選択図】図１０

Description

本開示は、電圧切替回路、送電装置、および無線電力伝送システムに関する。

近年、携帯電話機および電気自動車などの移動性を伴う機器に、無線すなわち非接触で電力を伝送する無線電力伝送技術の開発が進められている。無線電力伝送技術には、磁界結合方式および電界結合方式などの種々の方式がある。

磁界結合方式による無線電力伝送システムでは、送電コイルと受電コイルとが対向した状態で、送電コイルから受電コイルに無線で電力が伝送される。これに対し、電界結合方式による無線電力伝送システムでは、２つ以上の送電電極と２つ以上の受電電極とが対向した状態で、送電電極から受電電極に無線で電力が伝送される。電界結合方式による無線電力伝送システムは、例えば床面に設けられた複数の送電電極から、バッテリなどの負荷を備えた移動体に電力を供給する用途で用いられ得る。

特許文献１は、電界結合方式の無線電力伝送システムの例を開示している。特許文献１に開示されたシステムでは、電極間の容量結合を利用して、送電装置から移動中の移動体に無線で電力が伝送される。送電装置は、交流電力を出力する送電回路と、送電回路に接続された送電電極群とを備える。送電装置は、送電電極群が配置されたエリアに移動体が存在しない状態においては、微弱な電力を送出し、移動体の到来を待機するモードで動作する。具体的には、送電装置は、移動体における受電電極群が送電電極群に対向する位置に到達した場合に生じる送電回路内の電気的応答に基づいて、移動体の受電電極群が送電電極群に対向した状態を検知する。送電装置は、その状態を検知すると、送電回路から出力する電力を増加させ、移動体への電力伝送を開始する。

一方、特許文献２－４は、半導体スイッチを含む電源回路において、半導体スイッチを閉じたときに生じる突入電流を抑制する技術の例を開示している。

国際公開第２０２０／２４１６７７号 特開２０１２－１９６４０号公報 特開２０１５－３５８４７号公報 国際公開第２０１７／０９４０９５号

本開示は、出力電圧を変化させるために半導体スイッチを閉じたときに生じる突入電流を、過度の発熱を生じさせることなく抑制することを可能にする新規な技術を提供する。

電圧切替回路は、第１電圧を出力する第１直流電源と負荷との間に接続される。前記電圧切替回路は、前記第１直流電源と前記負荷との間に接続される第１半導体スイッチと、前記第１直流電源と負荷との間に接続される第２半導体スイッチであって、前記第１半導体スイッチに並列に接続された第２半導体スイッチと、前記第１半導体スイッチおよび前記第２半導体スイッチと前記負荷との間において前記負荷に並列に接続されるコンデンサと、前記第１半導体スイッチおよび前記第２半導体スイッチを駆動する駆動回路と、を備える。前記駆動回路は、前記負荷に前記第１電圧を印加するとき、前記第１半導体スイッチおよび前記第２半導体スイッチを、異なる位相で間欠的に開閉する間欠駆動を行うことによって前記コンデンサを充電した後、前記第１半導体スイッチおよび前記第２半導体スイッチの少なくとも一方を閉状態に固定する。

本開示の包括的または具体的な態様は、システム、装置、方法、集積回路、コンピュータプログラム、または記録媒体で実現されてもよい。あるいは、システム、装置、方法、集積回路、コンピュータプログラムおよび記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。

本開示の実施形態によれば、出力電圧を変化させるために半導体スイッチを閉じたときに生じる突入電流を、過度の発熱を生じさせることなく抑制することができる。

図１は、電界結合方式による無線電力伝送システムの一例を模式的に示す図である。 図２は、図１に示す無線電力伝送システムの概略的な構成を示す図である。 図３は、電界結合方式による無線電力伝送システムの一例を模式的に示す図である。 図４は、図３に示す無線電力伝送システムの概略的な構成を示す図である。 図５は、無線電力伝送システムの利用例を模式的に示す図である。 図６Ａは、移動体２００が送電電極シート１２０Ｓに沿って走行するときの送電制御の例を説明するための第１の図である。 図６Ｂは、移動体２００が送電電極シート１２０Ｓに沿って走行するときの送電制御の例を説明するための第１の図である。 図６Ｃは、移動体２００が送電電極シート１２０Ｓに沿って走行するときの送電制御の例を説明するための第１の図である。 図７は、送電回路の構成例を示す図である。 図８は、突入電流を抑制する電圧切替回路の第１の構成例を示す図である。 図９は、突入電流を抑制する電圧切替回路の第２の構成例を示す図である。 図１０は、本開示の例示的な実施形態による電圧切替回路の構成を模式的に示す図である。 図１１は、第１ゲート駆動信号Ｓ１および第２ゲート駆動信号Ｓ２の時間変化の例を模式的に示す図である。 図１２は、数値実験において用いられた比較例における電圧切替回路の回路構成を示す図である。 図１３は、数値実験において用いられた実施形態における電圧切替回路の回路構成を示す図である。 図１４は、図１２に示す比較例における数値実験の結果を示す図である。 図１５は、図１３に示す実施形態における数値実験の結果を示す図である。 図１６は、図１３に示す構成において、一方の半導体スイッチのみを間欠的に駆動する比較例における数値実験の結果を示す図である。 図１７は、互いに並列に接続された３つの半導体スイッチを備える電圧切替回路の例を示す図である。 図１８は、図１７に示すゲート駆動信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３の時間波形の例を示す図である。 図１９は、無線電力伝送システムの構成例を示すブロック図である。 図２０は、インバータ回路の構成例を模式的に示す図である。 図２１Ａは、整合回路の第１の例を示す図である。 図２１Ｂは、整合回路の第２の例を示す図である。 図２１Ｃは、整合回路の第３の例を示す図である。 図２１Ｄは、整合回路の第４の例を示す図である。 図２２は、整流回路の構成例を模式的に示す図である。 図２３は、受電電極と送電電極との重なりの程度と動作モードの切り替えタイミングとの関係を模式的に示す図である。 図２４は、移動体が送電電極に進入するとき時のタイムシーケンスの例を示す図である。 図２５Ａは、送電電極が壁などの側面に敷設された例を示す図である。 図２５Ｂは、送電電極が天井に敷設された例を示す図である。

（本開示の基礎となった知見）
本開示の実施形態を説明する前に、本開示の基礎となった知見を説明する。

図１は、電界結合方式による無線電力伝送システムの一例を模式的に示す図である。「電界結合方式」とは、複数の送電電極を含む送電電極群と複数の受電電極を含む受電電極群との間の電界結合（「容量結合」とも称する。）により、送電電極群から受電電極群に、無線（すなわち非接触）で電力が伝送される伝送方式をいう。簡単のため、送電電極群および受電電極群の各々が、２つの電極の対によって構成される例をまず説明する。

図１に示す無線電力伝送システムは、移動体２００に無線で電力を伝送するシステムである。この例における移動体２００は、無人搬送車（Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｇｕｉｄｅｄ Ｖｅｈｉｃｌｅ：ＡＧＶ）である。移動体２００は、例えば工場または倉庫において物品の搬送に用いられ得る。このシステムでは、床面３０に平板状の一対の送電電極１２０ａ、１２０ｂが配置されている。一対の送電電極１２０ａ、１２０ｂは、第１の方向（図１におけるＹ方向）に延びた形状を有する。一対の送電電極１２０ａ、１２０ｂには、送電回路から交流電力が供給される。

移動体２００は、一対の送電電極１２０ａ、１２０ｂに対向する一対の受電電極を備える。移動体２００は、送電電極１２０ａ、１２０ｂから伝送された交流電力を、一対の受電電極によって受け取る。受け取った電力は、移動体２００が備えるモータ、二次電池（バッテリ）、または蓄電用のキャパシタなどの負荷に供給される。これにより、移動体２００の充電または駆動が行われる。

図１には、互いに直交するＸ、Ｙ、Ｚ方向を示すＸＹＺ座標が示されている。以下の説明では、図示されているＸＹＺ座標を用いる。送電電極１２０ａ、１２０ｂが延びる方向をＹ方向、送電電極１２０ａ、１２０ｂの表面に垂直な方向をＺ方向、Ｙ方向およびＺ方向に垂直な方向をＸ方向とする。Ｘ方向は、送電電極１２０ａ、１２０ｂが並ぶ方向である。なお、本願の図面に示される構造物の向きは、説明のわかりやすさを考慮して設定されており、本開示の実施形態が現実に実施されるときの向きをなんら制限するものではない。また、図面に示されている構造物の全体または一部分の形状および大きさも、現実の形状および大きさを制限するものではない。

図２は、図１に示す無線電力伝送システムの概略的な構成を示す図である。無線電力伝送システムは、送電装置１００と、受電装置である移動体２００とを備える。

送電装置１００は、一対の送電電極１２０ａ、１２０ｂと、送電電極１２０ａ、１２０ｂに交流電力を供給する送電回路１１０とを備える。送電回路１１０は、例えば、インバータ回路を含む交流出力回路である。送電回路１１０は、電源４００から供給された電力を、電力伝送用の交流電力に変換して一対の送電電極１２０ａ、１２０ｂに出力する。電源４００は、例えば、周波数が５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ、電圧が１００Ｖ、１２０Ｖ、２００Ｖ、または２４０Ｖの交流電力を出力する商用交流電源であり得る。送電回路１１０は、電源４００から供給される交流電力を直流電力に変換するコンバータ回路と、コンバータ回路から出力される直流電力を送電用の交流電力に変換するインバータ回路とを含み得る。送電回路１１０は、送電電極１２０ａ、１２０ｂとインバータ回路との間に、インピーダンス整合のための整合回路を備えていてもよい。

移動体２００は、一対の受電電極２２０ａ、２２０ｂと、受電回路２１０と、負荷２３０とを備える。受電回路２１０は、受電電極２２０ａ、２２０ｂが受け取った交流電力を負荷２３０が要求する他の形態の電力に変換して負荷２３０に供給する。受電回路２１０は、負荷２３０が要求する所定の電圧の直流電力または所定の周波数および電圧の交流電力を出力する。受電回路２１０は、例えば整流回路およびインピーダンス整合回路などの、各種の回路を含み得る。負荷２３０は、例えばモータ、蓄電用のキャパシタ、または二次電池などの、電力を消費または蓄積する機器、およびそれらの機器を制御する回路を含み得る。一対の送電電極１２０ａ、１２０ｂと、一対の受電電極２２０ａ、２２０ｂとの間の電界結合により、両者が対向した状態で電力が無線で伝送される。

送電電極１２０ａ、１２０ｂおよび受電電極２２０ａ、２２０ｂの各々は、２つ以上の部分に分割されていてもよい。例えば、図３および図４に示すような構成を採用してもよい。

図３および図４は、送電電極群および受電電極群の各々が４つの電極を含む無線電力伝送システムの例を示す図である。この例では、送電装置１００は、２つの第１送電電極１２０ａと、２つの第２送電電極１２０ｂとを備える。２つの第１送電電極１２０ａおよび２つの第２送電電極１２０ｂは、第２の方向（図３におけるＸ方向）に沿って交互に並んでいる。移動体２００も同様に、２つの第１受電電極２２０ａと、２つの第２受電電極２２０ｂとを備える。２つの第１受電電極２２０ａおよび２つの第２受電電極２２０ｂも、交互に並んでいる。電力伝送時には、２つの第１受電電極２２０ａは、２つの第１送電電極１２０ａにそれぞれ対向し、２つの第２受電電極２２０ｂは、２つの第２送電電極１２０ｂにそれぞれ対向する。

送電回路１１０は、交流電力を出力する２つの端子を備えている。一方の端子は、２つの第１送電電極１２０ａに接続され、他方の端子は、２つの第２送電電極１２０ｂに接続される。電力が伝送されるとき、送電回路１１０は、２つの第１送電電極１２０ａに第１の電圧を印加し、２つの第２送電電極１２０ｂに、第１の電圧とは逆の位相の第２の電圧を印加する。これにより、４つの送電電極を含む送電電極群と４つの受電電極を含む受電電極群との間の電界結合によって電力が無線で伝送される。このような構成によれば、隣り合う任意の２つの送電電極の境界上の漏洩電界を抑制する効果を得ることができる。このように、送電装置１００および移動体２００の各々において、送電または受電を行う電極の数は２個に限定されない。

以下の実施形態では、図１および図２に示すように、送電装置１００が２つの送電電極を備え、移動体２００が２つの受電電極を備えた構成を主に説明する。以下の各実施形態において、送電電極群および受電電極群の各々は、図３および図４に例示されるように、２つよりも多くの電極を含んでいてもよい。いずれの場合も、ある瞬間に第１の電圧が印加される電極と、第１の電圧とは逆の位相の第２の電圧が印加される電極とが交互に並ぶように配置される。ここで「逆の位相」とは、位相差が１８０度である場合に限らず、位相差が９０度から２７０度の範囲内である場合を含むものと定義する。以下の説明において、送電装置１００が備える複数の送電電極を区別せずに「送電電極１２０」と称し、移動体２００が備える複数の受電電極を区別せずに「受電電極２２０」と称することがある。

上記のような無線電力伝送システムによれば、移動体２００は、送電電極１２０に沿って移動しながら、無線で電力を受け取ることができる。移動体２００は、送電電極１２０と受電電極２２０とが近接して対向した状態を保ちながら、送電電極１２０に沿って移動することができる。これにより、移動体２００は、例えばバッテリまたはキャパシタ等の蓄電デバイスを充電しながら移動することができる。

図５は、無線電力伝送システムの利用例を模式的に示す図である。この例における無線電力伝送システムは、倉庫内で利用される。このシステムは、複数の送電装置１００と、複数の移動体２００とを含む。各送電装置１００は、２つの送電電極１２０を含む送電電極シート１２０Ｓと、図２に示す送電回路１１０とを備える。倉庫には、複数の列を構成する複数の棚４０が設けられている。棚４０の列の間に複数の送電電極シート１２０Ｓが配置されている。各送電電極シート１２０Ｓにおける２つの送電電極１２０には、送電回路１１０から交流電力が供給される。各移動体２００は、倉庫内を所定の経路に沿って自動で走行し、棚４０に収納された物品をピックアップし、所定の場所に搬送する作業を行う。各移動体２００は、例えば二次電池および駆動用の電気モータを備える。各移動体２００は、二次電池に蓄積された電気エネルギで駆動用電気モータを駆動することによって走行する。各移動体２００は、送電電極シート１２０Ｓが配置されたエリア（以下、「送電エリア」と称する。）を走行するとき、二次電池の充電を行う。すなわち、各移動体２００は、送電電極１２０から送出される電力を受電電極２２０で受け取り、その電力で二次電池を充電しながら走行する。これにより、蓄電量の不足によって走行不能になることなく、搬送作業を継続することができる。

このようなシステムにおいて、移動体２００は、送電電極シート１２０Ｓが配置された送電エリアへの進入と送電エリアからの離脱とを繰り返す。このため、各送電装置１００は、検知モードと伝送モードの２つのモードを切り替えて動作する。送電装置１００は、移動体２００が送電エリアに存在しないときには、微弱な電力を送電電極１２０から出力し、移動体２００の接近を検知する検知モードで動作する。送電装置１００は、送電回路１１０内の電流または電圧などの計測値に基づいて、移動体２００の接近を検知することができる。送電装置１００は、移動体２００の接近を検知すると、送電電極１２０から出力する電力を増加させ、移動体２００への電力伝送を行う伝送モードに移行する。移動体２００が送電電極シート１２０Ｓ上を走行している間、送電装置１００は伝送モードで動作する。移動体２００が送電エリアから離脱すると、送電装置１００は、伝送モードから検知モードに切り替え、次の移動体２００の到来を待機する。

図６Ａから図６Ｃは、移動体２００が送電電極シート１２０Ｓに沿って走行するときの送電制御の例を説明するための図である。図６Ａは、移動体２００が送電電極シート１２０Ｓが配置された送電エリアに向かって走行している状況を示している。図６Ｂは、移動体２００の受電電極２２０が送電電極１２０に対向し始めた状況を示している。図６Ｃは、移動体２００が送電エリアを通過した後の状況を示している。

図６Ａに示すように、移動体２００が送電電極シート１２０Ｓに向かって走行しているとき、送電装置１００は検知モードで動作する。検知モードにおいて、送電回路１１０は、微弱な電力を送電電極１２０に供給する。例えば、送電回路１１０は、３．３Ｖ～１２Ｖなどの比較的低電圧の直流電圧を交流電圧に変換して送電電極１２０に印加する。その状態で、送電回路１１０は、送電回路１１０内の所定の箇所における電流または電圧などの値を計測し、計測値の変動に基づき、移動体２００の接近を検知する。

図６Ｂに示すように、移動体２００の受電電極２２０が送電電極１２０に対向し始めると、送電電極１２０と受電電極２２０との間の結合容量の増加に伴い、送電回路１１０内の電流および電圧の計測値が変化する。送電回路１１０は、その変化に基づき、移動体２００の受電電極２２０が送電電極１２０に対向したことを検知する。例えば、送電回路１１０内の所定の箇所の電流の計測値が所定の閾値を超えた場合に、移動体２００の受電電極２２０が送電電極１２０に対向したと判断することができる。送電回路１１０は、受電電極２２０が送電電極１２０に対向したことを検知すると、検知モードから伝送モードに切り替える。伝送モードにおいて、送電回路１１０は、比較的高電圧（例えば、２００Ｖ）の交流電力（例えば１．５ｋＷ）を送電電極１２０に出力する。検知モードから伝送モードへの切り替えは、例えば送電回路１１０内の電圧切替回路に含まれるスイッチを切り替えることによって行われ得る。以後、移動体２００が送電エリアを通過するまで、伝送モードによる送電が行われる。移動体２００が送電エリアを走行している間、送電回路１１０は、送電回路１１０内の電流または電圧などの計測値に基づいて、移動体２００が送電エリアを通過したか否かを判断する。例えば、送電回路１１０内の所定の箇所の電流の計測値が、所定の閾値を下回った場合に、移動体２００が送電エリアを通過したと判断することができる。

図６Ｃに示すように、移動体２００が送電エリアを通過すると、送電回路１１０は、伝送モードから検知モードに切り替える。送電回路１１０は、送電回路１１０内のスイッチを切り替え、出力電圧を、例えば２００Ｖから１２Ｖに低下させることにより、伝送モードから検知モードに切り替える。以後、次の移動体２００が送電エリアに接近するまで、送電回路１１０は検知モードで動作し、移動体２００の到来を待機する。

図７は、上記の動作を行う送電回路１１０の回路構成の例を示す図である。図７の例における送電回路１１０は、電圧切替回路１３０（「電源装置」とも称する。）と、インバータ回路１６０とを含む。インバータ回路１６０は、電圧切替回路１３０と、２つの送電電極１２０との間に接続されている。インバータ回路１６０は、電圧切替回路１３０から出力された直流電力を交流電力に変換して出力する。なお、インバータ回路１６０と送電電極１２０との間に、インピーダンス整合のための整合回路を設けてもよい。

電圧切替回路１３０は、伝送モード用の第１直流電源１３１と、半導体スイッチ１３２と、ゲート駆動回路１３５と、検知モード用の第２直流電源１３６と、ダイオード１３７と、電解コンデンサ１３９とを含む。第１直流電源１３１、第２直流電源１３６、および電解コンデンサ１３９は、インバータ回路１６０と並列に接続されている。ダイオード１３７は、第２直流電源１３６に直列に接続され、第２直流電源１３６への電流の逆流を防止する。半導体スイッチ１３２は、第１直流電源１３１と第２直流電源１３６との間に接続されている。電解コンデンサ１３９は、第２直流電源１３６とインバータ回路１６０との間に並列に接続されている。電解コンデンサ１３９は、第１直流電源１３１または第２直流電源１３６から出力される直流電圧を平滑化し、一定の電圧の直流電圧をインバータ回路１６０に供給する。

第１直流電源１３１および第２直流電源１３６は、例えば図２に示す外部の交流電源４００から出力された交流電力を直流電力に変換して出力するＡＣ－ＤＣコンバータ回路であり得る。第１直流電源１３１および第２直流電源１３６は、例えば、交流電源４００に接続された整流回路と、ＤＣ－ＤＣコンバータ回路とを含み得る。第１直流電源１３１は、伝送モード用の比較的高い電圧Ｖ１（例えば２００Ｖ）の第１直流電力を出力する。第２直流電源１３６は、検知モード用の比較的低い電圧Ｖ２（例えば３．３～１２Ｖ）の第２直流電力を出力する。第２直流電源１３６は、第１直流電源１３１に接続されたＤＣ－ＤＣコンバータを含んでいてもよい。その場合、第２直流電力は、第１直流電源１３１からＤＣ－ＤＣコンバータを介して出力される。半導体スイッチ１３２は、検知モードと伝送モードとを切り替えるためのスイッチである。図７に示す半導体スイッチ１３２は、Ｎチャネル型ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor）である。半導体スイッチ１３２のソースは、ダイオード１３７、電解コンデンサ１３９、およびインバータ回路１６０に接続されている。半導体スイッチ１３２のドレインは、第１直流電源１３１に接続されている。半導体スイッチ１３２のゲートは、ゲート駆動回路１３５に接続されている。半導体スイッチ１３２は、ゲート駆動回路１３５から入力されるゲート駆動信号によって制御される。なお、半導体スイッチ１３２は、Ｎチャネル型ＭＯＳＦＥＴに限らず、例えばＰチャネル型ＭＯＳＦＥＴまたはＩＧＢＴ（Insulated-Gate Bipolar Transistor）などの他の種類の半導体スイッチであってもよい。

図７の例におけるゲート駆動回路１３５は、検知モードにおいて、半導体スイッチ１３２を開状態（オフ）にし、伝送モードにおいて、半導体スイッチ１３２を閉状態（オン）にするゲート駆動信号を出力する。これにより、検知モードにおいては、第２直流電源１３６から電解コンデンサ１３９およびインバータ回路１６０に、比較的小さい直流電流Ｉ０が流れる。一方、伝送モードにおいては、第１直流電源１３１から電解コンデンサ１３９およびインバータ回路１６０に比較的大きい直流電流Ｉ１が流れる。

このようなシステムにおいて、検知モードから伝送モードに切り替えるために半導体スイッチ１３２をオンにしたときに、大きい突入電流（例えば１００Ａ以上）が流れ、半導体スイッチ１３２などの回路素子が破壊される可能性がある。特に、図５に示す例のように、移動体２００が送電電極１２０が配置されたエリアへの進入と離脱とを繰り返すシステムにおいては、半導体スイッチ１３２のオン／オフの切り替えが繰り返され、突入電流が頻繁に発生する。その結果、半導体スイッチ１３２などの回路素子への負担が大きくなり、故障する可能性がより高くなる。

突入電流を抑制するために、例えば図８または図９に示す構成を採用する対策が考えられる。図８は、突入電流を抑制する電圧切替回路１３０の第１の構成例を示す図である。図８に示す電圧切替回路１３０は、互いに並列に接続された第１半導体スイッチ１３２Ａおよび第２半導体スイッチ１３２Ｂを備えている。第１半導体スイッチ１３２Ａには、制限抵抗１３３が直列に接続されている。第１半導体スイッチ１３２Ａは、第１ゲート駆動回路１３５Ａによって駆動され、第２半導体スイッチ１３２Ｂは、第２ゲート駆動回路１３５Ｂによって駆動される。第１直流電源１３１、第２直流電源１３６、ダイオード１３７、および電解コンデンサ１３９の構成は、図７の例と同様である。

図８の例では、検知モードから伝送モードに切り替わるとき、まず、第１ゲート駆動回路１３５Ａが第１半導体スイッチ１３２Ａをオンにし、第２ゲート駆動回路１３５Ｂが第２半導体スイッチ１３２Ｂをオフにする。このとき、第１直流電源１３１から、第１半導体スイッチ１３２Ａおよび制限抵抗１３３を介して電流が流れる。制限抵抗１３３の働きにより、過度の突入電流が流れることなく、電解コンデンサ１３９が充電される。電解コンデンサ１３９が十分に充電されたタイミングで、第１ゲート駆動回路１３５Ａは第１半導体スイッチ１３２Ａをオフに切り替え、第２ゲート駆動回路１３５Ｂは第２半導体スイッチ１３２Ｂをオンに切り替える。これにより、伝送モードに移行する。以後、第２半導体スイッチ１３２Ｂを経由して負荷（すなわちインバータ回路１６０等）に電力伝送用の直流電力が供給される。

図８に示す構成では、突入電流を十分に抑制するために、抵抗値の大きい制限抵抗１３３が設けられる。発熱を抑えるために、例えばメタルクラッド抵抗のような、放熱性を考慮したヒートシンクを備える抵抗器が制限抵抗１３３として用いられ得る。しかし、そのような抵抗器は大型であるため、電圧切替回路１３０のサイズが大きくなってしまうという課題がある。

図９は、突入電流を抑制する電圧切替回路１３０の第２の構成例を示す図である。図９に示す電圧切替回路１３０は、図７に示す電圧切替回路１３０と同一の回路構成を備えるが、半導体スイッチ１３２の駆動方法が図７の例とは異なる。図９の例では、検知モードから伝送モードに切り替えるとき、ゲート駆動回路１３５は、まず、ゲート駆動信号を短い周期（例えば１００～５００マイクロ秒程度）で変動させて半導体スイッチ１３２のオンとオフとを高速で切り替える間欠駆動を行う。このようにゲート駆動信号をオン／オフさせることで半導体スイッチ１３２のオン抵抗を制御し、前述の制限抵抗と同じ効果が得られる。これにより、過度の突入電流が流れることなく、電解コンデンサ１３９が充電される。電解コンデンサ１３９が十分に充電されたタイミングで、ゲート駆動回路１３５は、半導体スイッチ１３２をオンに固定する。これにより、伝送モードに移行する。以後、半導体スイッチ１３２を経由して負荷（例えばインバータ回路１６０等）に電力伝送用の直流電力が供給される。

図９の例では、半導体スイッチ１３２のオン抵抗の高さに起因する発熱を抑制するために、間欠駆動の時間が必然的に長くなり、伝送モードへの切り替えに要する時間が長くなるという課題がある。半導体スイッチ１３２の発熱は、電圧の切り替えが最初の一度だけであれば、大きな問題とはならない。しかし、図５に示すような走行中の移動体に給電するシステムにおいては、何度も電圧の切り替えが発生するため、発熱の課題が顕著である。発熱が繰り返された場合、適切な放熱設計が施されていなければ半導体スイッチ１３２が故障するリスクが高くなる。

間欠駆動時のゲート駆動信号の１周期当たりのオン時間の比（すなわちデューティ比）を小さくすれば、半導体スイッチ１３２に電流が流れる時間を短くして損失を低減できるため、半導体スイッチ１３２の発熱を抑えることができ、故障のリスクを低減できる。しかし、デューティ比を小さくすると、電解コンデンサ１３９の充電に要する時間が長くなる。そのため、走行中の移動体に給電するシステムにおいては、伝送モードにおける無線給電時間の短縮につながり、好ましくない。

本発明者らは、上記の考察に基づき、上記の課題を解決するための電圧切替回路の構成を検討した。本発明者らは、並列に接続された複数の半導体スイッチを、異なる位相で間欠駆動することにより、熱負荷を分散しながら突入電流を抑制できることに想到し、本開示の技術を完成させた。

以下、本開示の実施形態の概要を説明する。

本開示の一実施形態による電圧切替回路は、第１半導体スイッチと、第２半導体スイッチと、コンデンサと、駆動回路とを備える。前記第１半導体スイッチは、第１直流電源と負荷との間に接続される。前記第２半導体スイッチは、前記第１直流電源と前記負荷との間に接続され、かつ前記第１半導体スイッチに並列に接続される。前記コンデンサは、前記第１半導体スイッチおよび前記第２半導体スイッチと前記負荷との間において前記負荷に並列に接続される。前記駆動回路は、前記第１半導体スイッチおよび前記第２半導体スイッチを駆動する。前記駆動回路は、前記負荷に前記第１電圧を印加するとき、前記第１半導体スイッチおよび前記第２半導体スイッチを、異なる位相で間欠的に開閉する間欠駆動を行うことによって前記コンデンサを充電した後、前記第１半導体スイッチおよび前記第２半導体スイッチの少なくとも一方を閉状態（すなわち導通状態）に固定する。

上記の構成によれば、前記駆動回路は、前記負荷に前記第１電圧を印加するとき、前記第１半導体スイッチおよび前記第２半導体スイッチを、異なる位相で間欠的に開閉する間欠駆動を行う。このような動作により、第１半導体スイッチと第２半導体スイッチとでコンデンサ等の回路素子に大きい突入電流が流れることを抑制しつつ、熱負荷を分散しながらコンデンサへの充電を実現できる。その結果、電圧切替回路は、回路素子の破壊のリスクを低減しながらコンデンサの充電を実現できる。

また、電圧切替回路は、２つの半導体スイッチを異なる位相で駆動する（すなわち、２つの半導体スイッチの駆動タイミングをずらす）ことで、２つの半導体スイッチの独立した制御が可能となる。このため、半導体スイッチの閾値の違いや寄生インダクタンス、寄生容量の違いに起因する突入電流の違いを考慮した制御が可能となる。

上記の電圧切替回路は、前述のような無線電力伝送システムにおいて使用され得るが、必ずしもそのような用途で使用されるとは限らない。電圧切替回路は、出力電圧を変化させる任意の用途で使用され得る。例えば、負荷に第１電圧を印加する状態と負荷に電圧を印加しない状態とを切り替える電源回路に上記の電圧切替回路の構成を適用してもよい。

上記の電圧切替回路が前述のような無線電力伝送システムにおいて使用される場合、「負荷」は、例えばインバータ回路および送電電極などの、電圧切替回路の後段に接続される回路要素であり得る。電圧切替回路が他の用途で使用される場合、「負荷」は、使用時に直流電圧が印加される任意の機器であり得る。

前記電圧切替回路は、前記第１直流電源をさらに備えていてもよい。あるいは、前記第１直流電源は、前記電圧切替回路の外部の要素であってもよい。言い換えれば、電圧切替回路は、第１直流電源を内蔵した状態で製造または販売されてもよいし、第１直流電源を含まない状態で製造または販売されてもよい。

前記電圧切替回路は、前記第１半導体スイッチおよび前記第２半導体スイッチと前記コンデンサとの間において、前記コンデンサに並列に接続された第２直流電源およびダイオードをさらに備えていてもよい。前記ダイオードは、前記第２直流電源に直列に接続され、前記第２直流電源から前記負荷に向かう電流を通過させる。前記駆動回路は、前記負荷に前記第２電圧を印加するとき、前記第１半導体スイッチおよび前記第２半導体スイッチの両方を開状態（すなわち非導通状態）にする。

上記の構成によれば、負荷に第２電圧が印加される状態と、負荷に第１電圧が印加される状態とを切り替えることができる。負荷に印加される電圧を第２電圧から第１電圧に増加させるときに、第１半導体スイッチおよび第２半導体スイッチが間欠的に駆動される。これにより、負荷に印加される電圧を第２電圧から第１電圧に増加させるときに生じ得る突入電流を抑制することができる。

前記駆動回路は、前記間欠駆動を行うとき、前記第１半導体スイッチが閉状態のときに前記第２半導体スイッチを開状態にし、前記第１半導体スイッチが開状態のときに前記第２半導体スイッチを閉状態にする動作を繰り返してもよい。このような制御により、動作を安定化させ、熱負荷の分散および突入電流の抑制を効果的に行うことができる。

前記電圧切替回路は、前記第２直流電源から出力される電流を計測する電流計測器をさらに備えていてもよい。前記駆動回路は、前記電流計測器の計測値に基づいて、前記間欠駆動を開始してもよい。例えば、前記駆動回路は、前記計測値が第１閾値を超えたときに前記間欠駆動を開始してもよい。このような制御により、例えば前述の移動体への無線電力伝送システムにおいて、移動体の接近を検知して間欠駆動を開始する動作が可能になる。

前記電流計測器は、前記第１直流電源から出力される電流をさらに計測してもよい。前記駆動回路は、前記間欠駆動を開始した後、前記第１直流電源から出力される電流の計測値に基づいて、前記間欠駆動を終了してもよい。例えば、前記駆動回路は、前記第１直流電源から前記コンデンサに電流が流れているときに、前記電流の計測値が前記第１閾値よりも大きい第２閾値を超えたときに前記間欠駆動を終了してもよい。このような制御により、例えば前述の移動体への無線電力伝送システムにおいて、移動体における受電電極が送電電極と十分に重なったときに間欠駆動を終了して出力電圧を第１電圧に固定する動作が可能になる。

前記電圧切替回路は、前記コンデンサの電圧を計測する電圧計測器をさらに備えていてもよい。前記駆動回路は、前記間欠駆動を開始した後、前記第１直流電源から出力される電流によって充電された前記コンデンサの電圧の計測値に基づいて、前記間欠駆動を終了してもよい。

前記駆動回路は、前記間欠駆動を開始してから、予め設定された時間が経過したとき、前記間欠駆動を終了してもよい。例えば、前述の移動体への無線電力伝送システムにおいて、間欠駆動を開始してから受電電極が送電電極と十分に重なるまでの時間を予め記録しておき、その時間が経過したときに間欠駆動を終了して出力電圧を第１電圧に固定する、といった動作が可能である。

前記電圧切替回路は、移動体と、前記移動体に無線で電力を伝送する送電装置と、を備える無線電力伝送システムにおいて用いられ得る。前記送電装置は、前記電圧切替回路と、前記電圧切替回路から出力された直流電力を交流電力に変換するインバータ回路と、前記交流電力を空間に送出する複数の送電電極とを備え得る。前記移動体は、複数の送電電極から無線で電力を受け取る複数の受電電極を備え得る。前記駆動回路は、前記第１半導体スイッチおよび前記第２半導体スイッチの両方を開いた状態で、前記移動体が前記複数の送電電極に接近することに伴う前記複数の受電電極と前記複数の送電電極との重なり面積の増加を前記電流計測器の計測値に基づいて検出し、前記複数の受電電極が前記複数の送電電極に重なり始めたタイミングで前記間欠駆動を開始し、前記複数の受電電極の面積に対する前記複数の受電電極と前記複数の送電電極との重なり面積の割合が閾値を超えたとき、前記間欠駆動を終了してもよい。

上記の構成によれば、受電電極が送電電極に重なり始めたタイミングで間欠駆動が開始され、受電電極の面積に対する受電電極と送電電極との重なり面積の割合が閾値（例えば８０％以上）を超えたとき、間欠駆動が終了する。その後、第１電圧が負荷（例えばインバータ回路等）に印加される。このような動作により、移動体の接近を検知するモードと、移動体に大電力を伝送するモードとの切り替えを効率的に行うことができる。

前記駆動回路は、前記間欠駆動を開始してからの経過時間と前記重なり面積の割合との対応関係を規定するデータと、前記間欠駆動を開始してからの経過時間とに基づいて、前記間欠駆動を終了するタイミングを決定してもよい。前記間欠駆動を開始してからの経過時間と、前記重なり面積の割合との対応関係を規定するデータは、例えば電圧切替回路の内部または外部の記憶装置に予め記録され得る。この構成は、例えば送電電極に沿って移動する移動体の速度が既知である場合に有効である。このような構成により、受電電極と送電電極とが十分に重なったときに間欠駆動を終了して大電力を伝送するモードに適時に移行することができる。

なお、上記の各例における駆動回路は、複数の回路の集合体であってもよい。例えば、半導体スイッチがＭＯＳＦＥＴである場合、ＭＯＳＦＥＴにゲート駆動信号を入力するゲート駆動回路と、当該ゲート駆動回路を制御する制御回路との組み合わせが「駆動回路」として機能し得る。

本開示の他の実施形態による送電装置は、移動体に無線で電力を伝送する。前記送電装置は、本開示のいずれかの実施形態による電圧切替回路と、前記電圧切替回路から出力された直流電力を交流電力に変換するインバータ回路と、前記交流電力を空間に送出する複数の送電電極とを備える。

本開示のさらに他の実施形態による無線電力伝送システムは、上記の送電装置と、前記複数の送電電極から無線で電力を受け取る複数の受電電極を備える移動体と、を備える。

本開示における「移動体」は、前述の無人搬送車（ＡＧＶ）のような車両に限定されず、電力によって駆動される任意の可動物体を意味する。移動体には、例えば、電気モータおよび１以上の車輪を備える電動車両が含まれる。そのような車両は、例えば、前述のＡＧＶ、搬送ロボット、電気自動車（ＥＶ）、電動カート、電動車椅子であり得る。本開示における「移動体」には、車輪を有しない可動物体も含まれる。例えば、二足歩行ロボット、マルチコプターなどの無人航空機（Ｕｎｍａｎｎｅｄ Ａｅｒｉａｌ Ｖｅｈｉｃｌｅ：ＵＡＶ、所謂ドローン）、および有人の電動航空機、およびエレベータも、「移動体」に含まれる。受電装置は、このような移動体に限らず、例えば携帯電話機のような電子機器に搭載されてもよい。

以下、本開示のより具体的な実施形態を説明する。ただし、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明および実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になることを避け、当業者の理解を容易にするためである。なお、発明者は、当業者が本開示を十分に理解するために添付図面および以下の説明を提供するのであって、これらによって特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。以下の説明において、同一または類似する機能を有する構成要素については、同じ参照符号を付している。

（実施形態）
図１０は、本開示の例示的な実施形態による電圧切替回路１３０（「電源装置」とも称する。）の構成を模式的に示す図である。この電圧切替回路１３０は、第１直流電源１３１と、第１半導体スイッチ１３２Ａと、第２半導体スイッチ１３２Ｂと、第２直流電源１３６と、ダイオード１３７と、電解コンデンサ１３９と、ゲート駆動回路１３５とを備える。第１直流電源１３１は、第１電圧Ｖ１を出力する。第２直流電源１３６は、第１電圧よりも低い第２電圧Ｖ２を出力する。なお、本実施形態における電圧切替回路１３０は、第１直流電源１３１および第２直流電源１３６を含んでいるが、これらの一方または両方が電圧切替回路１３０の外部の要素であってもよい。

図１０に示す電圧切替回路１３０は、図８の例とは異なり、制限抵抗１３３を備えておらず、２つの半導体スイッチ１３２Ａおよび１３２Ｂが、単一のゲート駆動回路１３５によって駆動される。

なお、単一のゲート駆動回路１３５は１出力ではあるが、その出力の位相を反転させて２出力とする出力段を設けた駆動回路ＩＣであってもよい。さらにこの２出力のデッドタイムを調整できるＩＣであってもよい。

第１半導体スイッチ１３２Ａは、第１直流電源１３１と負荷１９０との間に接続される。第２半導体スイッチ１３２Ｂは、第１直流電源１３１と負荷１９０との間に接続され、かつ第１半導体スイッチ１３２Ａに並列に接続されている。負荷１９０は、例えば図７に示すインバータ回路１６０および送電電極１２０等の、電圧切替回路１３０の後段に接続される回路要素に相当する。電解コンデンサ１３９は、第１半導体スイッチ１３２Ａおよび第２半導体スイッチ１３２Ｂと負荷１９０との間において負荷１９０に並列に接続されている。第２直流電源１３６およびダイオード１３７は、第１半導体スイッチ１３２Ａおよび第２半導体スイッチ１３２Ｂと電解コンデンサ１３９との間において、電解コンデンサ１３９に並列に接続されている。ダイオード１３７は、第２直流電源１３６に直列に接続され、第２直流電源１３６から負荷１９０に向かう電流を通過させる。

この電圧切替回路１３０は、例えば図１から図６Ｃを参照して説明した無線電力伝送システムにおいて使用され得る。なお、電圧切替回路１３０は、無線電力伝送システム以外の用途でも使用され得る。例えば、単に電源のオン／オフのみを切り替える用途でも使用され得る。その場合、第２直流電源１３６およびダイオード１３７は省略され得る。

以下、特に断らない限り、電圧切替回路１３０が前述の無線電力伝送システムにおいて使用されるものとする。ゲート駆動回路１３５は、検知モードにおいて、第１半導体スイッチ１３２Ａおよび第２半導体スイッチ１３２Ｂの両方を開（オフ）状態にし、負荷１９０に第２電圧を印加する。検知モードから伝送モードに移行するとき、すなわち、負荷１９０に印加する電圧を第２電圧Ｖ２から第１電圧Ｖ１に増加させるとき、ゲート駆動回路１３５は、まず、第１半導体スイッチ１３２Ａおよび第２半導体スイッチ１３２Ｂを、異なる位相で間欠的に開閉する間欠駆動を行う。具体的には、ゲート駆動回路１３５は、第１半導体スイッチ１３２Ａおよび第２半導体スイッチ１３２Ｂの各々に入力するゲート駆動信号を、短い周期で入力してオンとオフとを高速で切り替える。このとき、第１半導体スイッチ１３２Ａに入力する第１ゲート駆動信号Ｓ１と、第２半導体スイッチ１３２Ｂに入力する第２ゲート駆動信号Ｓ２とで、位相に差異を設ける。これにより、第１半導体スイッチ１３２Ａおよび第２半導体スイッチ１３２Ｂの熱負荷を分散しながら突入電流を抑制することができる。

また、このような動作により、位相制御により並列接続された２つの半導体スイッチ１３２Ａ、１３２Ｂの独立した制御が可能となる。このため、各々の半導体スイッチの閾値、寄生インダクタンス、または寄生容量等の違いに起因する突入電流の違いを考慮した制御が可能となる。

ゲート駆動回路１３５は、間欠駆動によって電解コンデンサ１３９を充電した後、第１半導体スイッチ１３２Ａおよび第２半導体スイッチ１３２Ｂの少なくとも一方を閉状態に固定する。これにより、負荷１９０に第１電圧Ｖ１を印加する伝送モードに移行する。

図１１は、第１ゲート駆動信号Ｓ１および第２ゲート駆動信号Ｓ２の時間変化の例を模式的に示す図である。この例では、第１ゲート駆動信号Ｓ１の位相と第２ゲート駆動信号Ｓ２の位相とが逆である。すなわち、第１ゲート駆動信号Ｓ１のパルスが立ち上がるタイミングと、第２ゲート駆動信号Ｓ２のパルスが立ち上がるタイミングとが半周期ずれている。このため、第１半導体スイッチ１３２Ａおよび第２半導体スイッチ１３２Ｂは、短い周期Ｔで交互にオンになる。周期Ｔは、例えば１００マイクロ秒（μｓ）程度であり得る。周期Ｔは、ゲート駆動信号がｈｉｇｈ状態になる１回のオン時間Ｔｏｎと、ゲート駆動信号がｌｏｗ状態になる１回のオフ時間Ｔｏｆｆとの和である。オン時間Ｔｏｎは、例えば２５μｓ程度に設定され、オフ時間Ｔｏｆｆは、例えば７５μｓ程度に設定され得る。なお、オン時間Ｔｏｎおよびオフ時間Ｔｏｆｆは、この例に限定されず、用途に応じて任意に設定され得る。

ゲート駆動回路１３５は、第１ゲート駆動信号および第２ゲート駆動信号をそれぞれ出力する第１出力端子１３５ａおよび第２出力端子１３５ｂを備える。ゲート駆動回路１３５は、例えば、外部の制御回路から入力された制御信号（例えばＰＷＭ信号）に基づいて第１ゲート駆動信号Ｓ１を生成し、第１ゲート駆動信号Ｓ１の位相を反転させることにより、第２ゲート駆動信号Ｓ２を生成することができる。ゲート駆動回路１３５は、第１ゲート駆動信号Ｓ１を第１出力端子１３５ａから出力し、第２ゲート駆動信号Ｓ２を第２出力端子１３５ｂから出力する。この構成により、ゲート駆動回路１３５は、間欠駆動を行うとき、第１半導体スイッチ１３２Ａが閉状態のときに第２半導体スイッチ１３２Ｂを開状態にし、第１半導体スイッチ１３２Ａが開状態のときに第２半導体スイッチ１３２Ｂを閉状態にする動作を繰り返す。

ゲート駆動回路１３５は、上記の間欠駆動によって電解コンデンサ１３９が十分に充電されたタイミングで、間欠駆動を終了し、第１半導体スイッチ１３２Ａおよび第２半導体スイッチ１３２Ｂの一方または両方をオンに固定する。電解コンデンサ１３９が十分に充電されたか否かは、例えば電圧切替回路１３０内の電流、または電圧切替回路１３０から出力される電流の計測値に基づいて判断され得る。その場合、電圧切替回路１３０の内部または外部に電流計測器が設けられる。電流計測器は、第１直流電源１３１または第２直流電源１３６から出力され、電解コンデンサ１３９または負荷１９０に流入する電流を計測する。ゲート駆動回路１３５は、電流計測器の計測値に基づいて、間欠駆動を開始したり終了したりすることができる。例えば、ゲート駆動回路１３５は、電流計測器によって計測された第２直流電源から出力される電流の計測値に基づいて、間欠駆動を開始してもよい。また、ゲート駆動回路１３５は、間欠駆動を開始した後、電流計測器によって計測された第１直流電源１３１から出力された電流の計測値に基づいて、間欠駆動を終了してもよい。あるいは、ゲート駆動回路１３５は、間欠駆動を開始してから、予め設定された時間が経過したとき、間欠駆動を終了してもよい。

電圧切替回路１３０は、電解コンデンサ１３９の電圧を計測する電圧計測器をさらに備えていてもよい。ゲート駆動回路１３５は、間欠駆動を開始した後、電圧計測器によって計測された、第１直流電源から出力される電流によって充電された電解コンデンサ１３９の電圧の計測値に基づいて間欠駆動を終了してもよい。

ゲート駆動回路１３５は、間欠駆動を終了すると、第１半導体スイッチ１３２Ａおよび第２半導体スイッチ１３２Ｂの一方または両方をオンに固定する。これにより、伝送モードに移行する。以後、第１半導体スイッチ１３２Ａおよび第２半導体スイッチ１３２Ｂの一方または両方を経由して負荷１９０に第１電圧Ｖ１が印加される。

このように、本実施形態におけるゲート駆動回路１３５は、第１半導体スイッチ１３２Ａと第２半導体スイッチ１３２Ｂを、共通のゲート駆動信号（ただし位相が異なる）で制御する。このため、簡単な構成のゲート駆動回路１３５で、熱負荷を分散しながら突入電流を抑制することができる。２つの半導体スイッチ１３２Ａおよび１３２Ｂを用いることにより、図９に示す例と比較して、間欠駆動に要する時間を短縮することができる。このため、検知モードから伝送モードに切り替えるまでの時間を短縮し、充電効率を向上させることができる。

また、本実施形態においては、図８に示すような制限抵抗１３３を設けることなく、突入電流を抑制することができる。このため、電圧切替回路１３０を小型化することができる。

なお、本実施形態においても、図８に示す例のように、制限抵抗を設けてもよい。制限抵抗は、第１半導体スイッチ１３２Ａおよび第２半導体スイッチ１３２Ｂの一方または両方に直列に接続され得る。制限抵抗を設ける場合、制限抵抗を用いない場合に比べて電圧切替回路１３０の小型化が難しくなるが、図８に示した従来例と比較して、より小さい抵抗を用いることが可能となる。そして、電圧切替回路１３０は、制限抵抗を用いることにより、突入電流の抑制効果をより高めることができる。

さらに、本実施形態のように、第１半導体スイッチ１３２Ａと第２半導体スイッチ１３２Ｂとをオンにするタイミングをずらすことにより、回路内で過渡的に大電流が発生することを抑制することができる。このため、半導体スイッチの並列駆動時の課題を解決し、スイッチング動作を安定化させ、発熱および突入電流を効果的に抑制することができる。

次に、本実施形態における電圧切替回路１３０による効果をより詳細に説明する。本発明者らは、本実施形態の電圧切替回路１３０の効果を検証する数値実験を行った。数値実験では、図９に示す比較例の構成と、本実施形態の電圧切替回路１３０の構成のそれぞれについて、間欠駆動が行われているときの突入電流の大きさを評価した。

図１２は、数値実験において用いられた比較例における電圧切替回路１３０の回路構成を示す図である。この構成は、第２直流電源１３６およびダイオード１３７が省略され、半導体スイッチ１３２にゲート抵抗１３４が接続されている点を除き、図９に示す構成と同様である。本実験では、第１直流電源１３１は２００Ｖの直流電圧源であり、ゲート抵抗１３４の抵抗値は３．５ｋΩであり、電解コンデンサ１３９の容量は９００μＦであり、電圧切替回路１３０は２０Ωの負荷１９０に接続されているものとした。負荷１９０は、例えば図７に示すインバータ回路１６０および送電電極１２０等に相当する。半導体スイッチ１３２のゲートに入力されるゲート駆動パルスの周期は１００μｓ（オン時間：２５μｓ、オフ時間：７５μｓ）とした。

図１３は、数値実験において用いられた本実施形態における電圧切替回路１３０の回路構成を示す図である。この構成は、第２直流電源１３６およびダイオード１３７が省略され、第１半導体スイッチ１３２Ａおよび第２半導体スイッチ１３２Ｂにゲート抵抗１３４Ａおよび１３４Ｂがそれぞれ接続されている点を除き、図１０に示す構成と同様である。第１直流電源１３１、電解コンデンサ１３９、および負荷１９０のパラメータは図１２の構成と同じである。ゲート抵抗１３４Ａおよび１３４Ｂのそれぞれの抵抗値は７ｋΩとした。図１３の構成では、並列に接続された２つの半導体スイッチ１３２Ａおよび１３２Ｂが交互に間欠駆動される。半導体スイッチ１３２Ａおよび１３２Ｂの各々に入力されるゲート駆動パルスの周期は１００μｓ（オン時間：２５μｓ、オフ時間：７５μｓ）とした。

図１４は、図１２に示す構成において、半導体スイッチ１３２を間欠的に駆動しているときの電解コンデンサ１３９に流入する電流と、電解コンデンサ１３９の電圧の時間変化の例を示している。この例では、最大で約１５０Ａの突入電流が発生した。駆動開始から１ｍｓまでの半導体スイッチ１３２の平均損失は１５Ｗであった。電解コンデンサ１３９の電圧は、約１５ｍｓで飽和した。半導体スイッチ１３２として一般的に用いられるＭＯＳＦＥＴの安全動作領域（Safety Operating Area: ＳＯＡ）および熱抵抗を考慮すると、この構成では、半導体スイッチ１３２への熱負荷が大きく、故障のリスクが大きいことが確認された。

図１５は、図１３に示す実施形態の構成において、２つの半導体スイッチ１３２を交互に間欠的に駆動しているときの電解コンデンサ１３９に流入する電流と、電解コンデンサ１３９の電圧の時間変化の例を示している。図１５の下の図は、上の図において長方形で囲まれた部分を拡大した図である。この例では、突入電流は最大でも８０Ａ以下に抑えられている。また、半導体スイッチ１３２Ａおよび１３２Ｂのそれぞれの駆動開始から１ｍｓまでの平均損失は２．８Ｗであった。電解コンデンサ１３９の電圧は、図１４に示す比較例と同様、約１５ｍｓで飽和し、充電が完了することがわかる。このように、本実施形態の構成によれば、突入電流および発熱を抑制することができ、かつ短時間充電を実現できることが確認された。

本発明者らは、比較のため、図１３に示す実施形態と同じ条件で、一方の半導体スイッチ１３２Ａのみを駆動した比較例についても解析を行った。図１６は、当該比較例において、半導体スイッチ１３２Ａを間欠的に駆動しているときの電解コンデンサ１３９に流入する電流と、電解コンデンサ１３９の電圧の時間変化の例を示している。この例では、突入電流および損失は低く抑えられる。しかし、充電電圧に関しては、１５ｍｓの時点で半分程度の充電しかできていないことがわかる。この構成では、電流量が小さすぎて充電に長い時間を要することが確認された。

以上の結果から、本実施形態のように、互いに並列に接続された半導体スイッチ１３２Ａおよび１３２Ｂを並列に配置し、それらを交互に間欠的に駆動することにより、突入電流および発熱を効果的に抑制することができ、かつ電解コンデンサ１３９を短時間で充電できることが確認された。これにより、例えば前述の無線電力伝送システムに適用した場合に、検知モードから伝送モードへの切り替えを短時間で実行することが可能である。これにより、突入電流を十分に抑制しつつ、検知モードから伝送モードへの切替を短時間に実行することで、移動体が走行中に充電する時間を十分に確保することができる。

次に、本実施形態における電圧切替回路１３０の変形例を説明する。

上記の実施形態では、電圧切替回路１３０は、２つの半導体スイッチ１３２Ａおよび１３２Ｂを備えている。半導体スイッチの数は２つに限らず、３つ以上であってもよい。

図１７は、互いに並列に接続された３つの半導体スイッチ１３２Ａ、１３２Ｂ、１３２Ｃを備える電圧切替回路１３０の例を示す図である。この例では、ゲート駆動回路１３５は、３つの半導体スイッチ１３２Ａ、１３２Ｂ、１３２Ｃのゲートにゲート駆動信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３をそれぞれ入力する。ゲート駆動回路１３５は、負荷に第１電圧Ｖ１を印加するとき、まず、３つの半導体スイッチ１３２Ａ、１３２Ｂ、１３２Ｃを交互に間欠的に駆動する。この間欠駆動によって電解コンデンサ１３９が十分に充電されたタイミングで、ゲート駆動回路１３５は、間欠駆動を終了し、半導体スイッチ１３２Ａ、１３２Ｂ、１３２Ｃのいずれか１つ以上を閉状態に固定する。

図１８は、ゲート駆動信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３の時間波形の例を示す図である。この例におけるゲート駆動信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３は、３分の１周期ずつ位相がずれている。各ゲート駆動信号のデューティ比（Ｔｏｎ／Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆ）は、この例では約３３％である。このため、３つの半導体スイッチ１３２Ａ、１３２Ｂ、１３２Ｃがオンになるタイミングは異なる。このような制御により、個々の半導体スイッチの制御を簡単にし、かつ熱負荷をさらに分散させながら、突入電流を抑制し、短時間で電解コンデンサ１３９を充電することができる。

電圧切替回路１３０は、４つ以上の半導体スイッチを備えていてもよい。４つ以上のスイッチを交互に間欠駆動することにより、熱負荷をさらに分散させることが可能である。

次に、電圧切替回路１３０を無線電力伝送システムの送電装置に適用した実施形態を説明する。無線電力伝送システムは、図１から図６Ｃに示す例と同様、移動体に無線で電力を伝送するシステムである。無線電力伝送システムは、１台以上の送電装置と、１台以上の移動体とを備える。

図１９は、無線電力伝送システムの構成例を示すブロック図である。この無線電力伝送システムは、送電装置１００と、移動体２００とを備える。図１９には、無線電力伝送システムの外部の要素である交流電源４００も示されている。

送電装置１００は、送電回路１１０と、２つの送電電極１２０と、計測器１４０と、送電制御回路１５０とを備える。送電回路１１０は、電圧切替回路１３０と、インバータ回路１６０と、整合回路１８０とを備える。

電圧切替回路１３０は、交流電源４００から出力された交流電力を直流電力に変換してインバータ回路１６０に変換後の直流電力を供給する。電圧切替回路１３０は、例えば図１０、または図１７に示す構成を備える。電圧切替回路１３０におけるゲート駆動回路１３５は、送電制御回路１５０によって制御される。

インバータ回路１６０は、電圧切替回路１３０から出力された直流電力を交流電力に変換して出力する。図２０は、インバータ回路１６０の構成例を模式的に示す図である。この例では、インバータ回路１６０は、４つのスイッチング素子を含むフルブリッジ型のインバータ回路である。各スイッチング素子は、例えばＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴ、またはＧａＮ等のトランジスタによって実現され得る。各スイッチング素子は、送電制御回路１５０によって制御される。送電制御回路１５０は、各スイッチング素子のオン（導通）およびオフ（非導通）の状態を制御する制御信号を出力するゲートドライバと、ゲートドライバに駆動信号を出力させるマイクロコントローラ（ＭＣＵ）等のプロセッサとを備え得る。送電制御回路１５０は、各スイッチング素子のオンおよびオフの状態を制御することにより、インバータ回路１６０から所望の周波数および電圧を有する交流電力を出力させる。図示されるフルブリッジ型のインバータ回路の代わりに、ハーフブリッジ型のインバータ回路、または、Ｅ級などの他の種類の発振回路を用いてもよい。

電力伝送の周波数は、例えば５０Ｈｚ～３００ＧＨｚ、ある例では２０ｋＨｚ～１０ＧＨｚ、他の例では２０ｋＨｚ～２０ＭＨｚ、さらに他の例では８０ｋＨｚ～１４ＭＨｚに設定され得る。ただしこれらの周波数範囲に限定されない。

整合回路１８０は、インバータ回路１６０と送電電極１２０との間のインピーダンスを整合させる。図２１Ａから図２１Ｄは、整合回路１８０の構成例を示す図である。

図２１Ａは、整合回路１８０の第１の例を示す図である。この例における整合回路１８０は、第１のインダクタＬｔ１と、第２のインダクタＬｔ２と、キャパシタＣｔ１とを備える。第１のインダクタＬｔ１は、送電電極１２０ａと、インバータ回路１６０の第１の端子６０ａとの間に直列回路素子として接続される。第２のインダクタＬｔ２は、送電電極１２０ｂと、インバータ回路１６０の第２の端子６０ｂとの間に直列回路素子として接続される。キャパシタＣｔ１は、送電電極１２０ａとインダクタＬｔ１との間の配線と、送電電極１２０ｂとインダクタＬｔ２との間の配線との間に並列回路素子として接続される。

第１のインダクタＬｔ１と第２のインダクタＬｔ２とは磁気的に結合する。これらのインダクタの結合係数ｋは、例えば－１＜ｋ＜０を満足する値に設定され得る。第１のインダクタＬｔ１および第２のインダクタＬｔ２は、コモンモードチョークフィルタとしての機能を果たすことが可能である。その場合、電力伝送に用いられる周波数、および低次の高調波帯域でのコモンモードノイズを低減することができる。そのような構成では、第１のインダクタＬｔ１、第２のインダクタＬｔ２、および第１のキャパシタＣｔ１によって構成される共振器を「コモンモードチョーク共振器」と称することがある。

図２１Ｂは、整合回路１８０の第２の例を示す図である。この整合回路１８０は、図２１Ａに示す構成に加えて、第２のキャパシタＣｔ２と、第３のキャパシタＣｔ３と、第３のインダクタＬｔ３とをさらに備える。第２のキャパシタＣｔ２は、第１のインダクタＬｔ１と第１の端子６０ａとの間に直列回路素子として接続される。第３のキャパシタＣｔ３は、第２のインダクタＬｔ２と第２の端子６０ｂとの間に直列回路素子として接続される。第３のインダクタＬｔ３は、第１のインダクタＬｔ１と第２のキャパシタＣｔ２との間の配線と、第２のインダクタＬｔ２と第３のキャパシタＣｔ３との間の配線との間に並列回路素子として接続される。この構成は、図２１Ａに示す整合回路１８０の構成の前段に、対称的な回路構成を有するハイパスフィルタが追加された構成であると言える。このような構成によれば、伝送効率をさらに向上させることができる。

図２１Ｃは、整合回路１８０の第３の例を示す図である。この整合回路１８０は、図２１Ａに示す構成に加えて、第２のキャパシタＣｔ２と、第３のインダクタＬｔ３とをさらに備える。第２のキャパシタＣｔ２は、第１のインダクタＬｔ１と第１の端子６０ａとの間に直列回路素子として接続される。第３のインダクタＬｔ３は、第１のインダクタＬｔ１と第２のキャパシタＣｔ２との間の配線と、第２のインダクタＬｔ２と第２の端子６０ｂとの間の配線との間に並列回路素子として接続される。この構成は、図２１Ａに示す整合回路１８０の構成の前段に、非対称な回路構成を有するハイパスフィルタが追加された構成であると言える。図２１Ｂの構成と比較して、回路の正負対称性は低下するが素子数を削減することが可能である。このような構成によっても伝送効率をさらに向上させることができる。

図２１Ｄは、整合回路１８０の第４の例を示す図である。この整合回路１８０は、図２１Ａに示す構成に加えて、第３のインダクタＬｔ３と、第２のキャパシタＣｔ２とをさらに備える。第３のインダクタＬｔ３は、第１のインダクタＬｔ１と第１の端子６０ａとの間に直列回路素子として接続される。第２のキャパシタＣｔ２は、第１のインダクタＬｔ１と第３のインダクタＬｔ３との間の配線と、第２のインダクタＬｔ２と第２の端子６０ｂとの間の配線との間に並列回路素子として接続される。この構成は、図２１Ａに示す整合回路１８０の構成の前段に、非対称な回路構成を有するローパスフィルタが追加された構成であると言える。このような構成によっても伝送効率をさらに向上させることができる。

以上の各例における整合回路１８０は、図示されている回路素子以外にも、他の回路素子、例えばフィルタ機能を果たす回路網などを含んでいてもよい。また、各図において、１つのインダクタまたは１つのキャパシタとして表現された素子は、複数のインダクタまたは複数のキャパシタの集合体であってもよい。

計測器１４０は、電圧切替回路１３０の出力電流を計測する電流計測器と、電圧切替回路１３０の出力電圧を計測する電圧計測器とを含み得る。送電制御回路１５０は、計測器１４０によって計測された電流の変化に基づいて、移動体２００の接近を検知し、前述の検知モードから伝送モードに移行することができる。送電制御回路１５０は、計測器１４０によって計測された電圧、すなわち、図１０に示す電解コンデンサ１３９の電圧の計測値に基づいて検知モードから伝送モードに移行するタイミングを決定してもよい。送電制御回路１５０は、電圧切替回路１３０におけるゲート駆動回路１３５に、モードの切り替えを指示する制御信号を送る。ゲート駆動回路１３５は、送電制御回路１５０からの制御信号に応答して、ゲート駆動信号を生成して各半導体スイッチに入力する。なお、計測器１４０は、電圧切替回路１３０に含まれていてもよい。その場合、計測器１４０は、例えばコンデンサ１３９に流入する電流およびコンデンサ１３９の電圧の少なくとも一方を計測してもよい。また、ゲート駆動回路１３５が送電制御回路１５０の一部または全部の機能を兼ねていてもよい。

移動体２００は、複数の受電電極２２０と、受電回路２１０と、充放電制御回路３１０と、電気モータ３２０と、蓄電デバイス３３０とを備える。受電回路２１０は、整合回路２８０と、整流回路２６０とを備える。

整合回路２８０は、受電電極２２０と整流回路２６０との間のインピーダンスを整合させる。整合回路２８０は、例えば図２１Ａから図２１Ｄを参照して説明した整合回路１８０と同様の構成を備え得る。移動体２００における整合回路２８０には、図２１Ａから図２１Ｄの各構成例において入力側（図の左側）と出力側（図の右側）とを反転させた構成を採用することができる。

整流回路２６０は、整合回路２８０から出力された交流電力を直流電力に変換する。図２２は、整流回路２６０の構成例を模式的に示す図である。この例における整流回路２６０は、ダイオードブリッジと平滑コンデンサとを含む全波整流回路である。整流回路２６０は、例えば半波整流回路などの、他の構成を有していてもよい。整流回路２６０は、受け取った交流エネルギーを蓄電デバイス３３０およびモータ３２０などの負荷が利用可能な直流エネルギーに変換する。

充放電制御回路３１０は、受電回路２１０と蓄電デバイス３３０との間に接続され、蓄電デバイス３３０の充電および放電を制御する。

電気モータ３２０は、充放電制御回路３１０に接続され、蓄電デバイス３３０に蓄積されたエネルギーによって駆動される。モータ３２０は、例えば直流モータ、永久磁石同期モータ、誘導モータ、ステッピングモータ、またはリラクタンスモータなどの、任意のモータであり得る。モータ３２０は、シャフトおよびギア等を介して移動体の車輪を回転させ、移動体２００を移動させる。モータの種類に応じて、整流回路、インバータ回路、インバータ制御回路などの、各種の回路がモータ３２０の前段に設けられ得る。

蓄電デバイス３３０は、例えば二次電池または蓄電用のキャパシタであり得る。二次電池として、例えばリチウムイオン電池またはニッケル水素電池を用いることができる。蓄電用のキャパシタは、例えば電気二重層キャパシタまたはリチウムイオンキャパシタなどの、高容量かつ低抵抗のキャパシタであり得る。移動体２００は、キャパシタまたは二次電池に蓄えられた電力によってモータ３２０を駆動して移動する。

本実施形態における移動体２００の筐体、送電電極１２０、および受電電極２２０のそれぞれのサイズは、特に限定されないが、例えば以下のサイズに設定され得る。各送電電極１２０の長さ（すなわちＹ方向のサイズ）は、例えば５０ｃｍ～２０ｍの範囲内に設定され得る。各送電電極１２０のそれぞれの幅（すなわちＸ方向のサイズ）は、例えば５ｃｍ～２ｍの範囲内に設定され得る。移動体２００の筐体の移動方向および横方向におけるそれぞれのサイズは、例えば２０ｃｍ～５ｍの範囲内に設定され得る。送電電極１２０から同時に２台以上の移動体２００に給電できるように、移動体２００の筐体の移動方向におけるサイズは、各送電電極１２０の長さの半分未満に設定されてもよい。受電電極２２０ａの長さ（すなわち移動方向におけるサイズ）は、例えば５ｃｍ～２ｍの範囲内に設定され得る。受電電極２２０ａの幅（すなわち横方向におけるサイズ）は、例えば２ｃｍ～２ｍの範囲内に設定され得る。送電電極１２０間のギャップ、および受電電極２２０間のギャップは、例えば１ｍｍ～４０ｃｍの範囲内に設定され得る。但し、これらの数値範囲に限定されない。

次に、検知モードにおいて送電装置１００が移動体２００の接近を検知し、伝送モードに切り替える動作をより詳細に説明する。

図２３は、移動体２００の受電電極２２０と、送電装置１００の送電電極１２０との重なりの程度と動作モードの切り替えタイミングとの関係を模式的に示す図である。図２３には、受電電極２２０と送電電極１２０との重なりの程度と、ゲート駆動信号および電源電圧（すなわち電解コンデンサ１３９の電圧）の時間変化との関係も例示されている。

検知モードにおいて、図２３の（１）に示すように、送電電極１２０が配置された送電エリア内に移動体２００が進入すると、受電電極２２０と送電電極１２０との重なりが発生する。すると、計測器１４０によって計測された電流または電圧の計測値が増加する。送電制御回路１５０は、この電流または電圧の増加を検知すると、電圧切替回路１３０におけるゲート駆動回路１３５に、各半導体スイッチの間欠駆動の開始を指示する。ゲート駆動回路１３５は、この指示に従い、各半導体スイッチを間欠駆動する。間欠駆動に伴い、電解コンデンサ１３９が徐々に充電され、電源電圧が次第に増加する。図２３の（２）に示すように、受電電極２２０が送電電極１２０に完全に重なると、送電制御回路１５０は、間欠駆動を終了し、伝送モードに移行するようにゲート駆動回路１３５に指示する。ゲート駆動回路１３５は、この指示を受けて、間欠駆動を終了し、半導体スイッチのいずれかまたは全部を閉状態に固定する。これにより、伝送モードに移行する。

図２４に移動体２００が送電電極１２０に進入するときのタイムシーケンスの例を示す。この例では、受電電極２２０のＹ軸方向の長さを０．６ｍとし、送電電極１２０のＹ軸方向の長さを４ｍと仮定している。また、検知モードにおいて第２直流電源１３６から出力される電圧を１２Ｖと設定し、移動体２００が電極重なりがない場所に位置するときの検知モード電流を３５ｍＡとしている（図２４におけるシーケンス（１））。この状態から、図２３の（１）の状態のように、移動体２００が送電電極１２０上に進入した場合、重なり面積が増加し、検知モードでの電流が増加し始める（シーケンス（２））。この場合の検知電流は電極同士の重なり面積が大きくなるにつれて増加する。例えば図２４の例では重なり面積が８０％のときに検知モードの電流値が１０倍の３５０ｍＡとなっている。この値を閾値として設定することで、検知モード電流に基づいて、重なり面積が８０％に達したときに伝送モードへ移行させることができる（シーケンス（２）から（３））。なお、図２４の例では伝送モード時の電圧は２００Ｖと仮定している。

伝送モード移行後は半導体スイッチ１３２Ａおよび１３２Ｂの交互間欠駆動により突入電流を抑制しつつ、速やかに電解コンデンサ１３９を充電する。電解コンデンサ１３９の充電完了後、間欠駆動を終了し、半導体スイッチ１３２Ａおよび１３２Ｂの少なくとも一方をオン（閉）にすることにより、インバータ動作を開始し無線電力伝送を開始できる状態になる（シーケンス（３）から（４））。

このように、本実施形態においては、検知モードにおける電流値に基づいて送電電極１２０と受電電極２２０との重なり面積を推定することが可能である。その重なり面積に応じた検知電流を閾値として設定しておき、検知電流が設定された閾値に達したとき、伝送モード移行時の間欠駆動開始トリガーとすることができる。

図２４の例では、移動体２００の走行速度を２ｍ/ｓと仮定している。また、Ｙ軸方向の受電電極２２０の長さを０．６ｍ（６０ｃｍ）、送電電極１２０の長さを４ｍと仮定している。この場合、受電電極２２０が送電電極１２０と重なり始める図２３（１）の状態から２４０ｍｓ後に８０％の重なりとなる。この状態を検知モードでの電流値の閾値（３５０ｍＡ）で検知して、間欠駆動モードで移行している。

間欠駆動終了のタイミングは、電解コンデンサ１３９に流入する電流や電圧を計測器１４０によってモニタリングすることで、その突入電流抑制と充電状態を確認して決めることも可能である。

つまり、伝送モード移行直後の２００Ｖ印加時の電解コンデンサ１３９の充電電圧を測定し、充電が完了したことを検知して間欠駆動を終了することができる。また、伝送モード移行直後の突入電流が十分小さくなったことを測定値から確認し、それを間欠駆動終了のトリガーとすることができる。

ただし、本実施形態における間欠駆動では、図１５に示したように、例えば１５ｍｓ程度の短い時間内に電解コンデンサ１３９の充電が完了する。よって、この時間以上間欠駆動モードを持続すれば突入電流を抑制できる。

図２４の例では、間欠駆動にかかる時間を２０ｍｓに設定している。よって、図２３（１）の重なりが発生した状態から２６０ｍｓ後に間欠駆動が終了し、伝送モードへ移行し無線電力伝送を開始することになる。その時の重なり面積は約８７％である。

このように、本実施形態においては必ずしも重なり面積１００％の状態において伝送モードを開始しなくてもよい。無線電力伝送が成立し、システム設計（ロバスト設計）上可能であれば、例えば８０％以上の重なり面積で伝送モードを開始してもよい。

このようなシーケンスで伝送モードを開始することで、走行中給電時間を確保しより効率的な無線電力伝送による給電を実現できる。

よって、重なり面積の割合は、例えば移動体２００の走行速度と時間とから、推定することができる。間欠駆動を開始してからの経過時間と、重なり面積の割合との対応関係を規定するデータを予め記憶装置に記録しておいてもよい。その場合、送電制御回路１５０またはゲート駆動回路１３５は、当該データと、間欠駆動を開始してからの経過時間とに基づいて、間欠駆動を終了するタイミングを決定してもよい。

なお、間欠駆動の終了期間は、上記の経過時間により制御することができるが、電解コンデンサの充電電圧や電流値をモニタリングする上記手法と組み合わせてもよい。

本実施形態によれば、計測器１４０によって計測された電流または電圧に基づいて、間欠駆動の期間が決定され得る。伝送モードに移行した後は、電解コンデンサ１３９が十分に充電されているので、過度の突入電流が流れることなく、すぐに伝送モードによる本送電を開始することができる。

以上の実施形態では、送電電極１２０は、地面または床面に敷設されているが、送電電極１２０は、壁などの側面、または天井などの上面に敷設されていてもよい。送電電極１２０が敷設される場所および向きに応じて、移動体２００の受電電極２２０の配置および向きが決定される。

図２５Ａは、送電電極１２０が壁などの側面に敷設された例を示している。この例では、受電電極２２０は、移動体２００の側方に配置される。図２５Ｂは、送電電極１２０が天井に敷設された例を示している。この例では、受電電極２２０は、移動体２００の天板に配置される。これらの例のように、送電電極１２０および受電電極２２０の配置には様々なバリエーションがある。

本開示の実施形態における無線電力伝送システムは、前述のように、例えば倉庫または工場内における物品の搬送用のシステムとして利用され得る。移動体２００は、物品を積載する荷台を有し、工場内を自律的に移動して物品を必要な場所に搬送する台車として機能する。しかし、本開示における無線電力伝送システムおよび移動体は、このような用途に限らず、他の様々な用途に利用され得る。例えば、移動体は、ＡＧＶに限らず、他の産業機械、サービスロボット、電気自動車、マルチコプター（ドローン）等であってもよい。無線電力伝送システムは、工場または倉庫に限らず、例えば、店舗、病院、家庭、道路、滑走路その他のあらゆる場所で利用され得る。

本開示の技術は、電力によって駆動される任意の機器に利用できる。例えば、無人搬送車（ＡＧＶ）などの電動の移動体に無線で電力を伝送する送電装置に利用できる。

３０ 床面
４０ 棚
１００ 送電装置
１１０ 送電回路
１２０ 送電電極
１２０Ｓ 送電電極シート
１３０ 電圧切替回路
１３１ 第１直流電源
１３２ 半導体スイッチ
１３３ 制限抵抗
１３４ ゲート抵抗
１３５ ゲート駆動回路
１３６ 第２直流電源
１３７ ダイオード
１３９ 電解コンデンサ
１４０ 計測器
１５０ 送電制御回路
１６０ インバータ回路
１８０ 整合回路
１９０ 負荷
２００ 移動体
２１０ 受電回路
２２０ 受電電極
２３０ 負荷
２６０ 整流回路
２８０ 整合回路
３１０ 充放電制御回路
３２０ 電気モータ
３３０ 蓄電デバイス
４００ 電源

Claims (11)

1. 第１直流電源と負荷との間に接続される第１半導体スイッチと、
   前記第１直流電源と前記負荷との間に接続される第２半導体スイッチであって、前記第１半導体スイッチに並列に接続された第２半導体スイッチと、
   前記第１半導体スイッチおよび前記第２半導体スイッチと前記負荷との間において前記負荷に並列に接続されるコンデンサと、
   前記第１半導体スイッチおよび前記第２半導体スイッチを駆動する駆動回路と、
   を備え、
   前記駆動回路は、前記負荷に前記第１電圧を印加するとき、前記第１半導体スイッチおよび前記第２半導体スイッチを、異なる位相で間欠的に開閉する間欠駆動を行うことによって前記コンデンサを充電した後、前記第１半導体スイッチおよび前記第２半導体スイッチの少なくとも一方を閉状態に固定する、
   電圧切替回路。
2. 前記駆動回路は、前記間欠駆動を行うとき、前記第１半導体スイッチが閉状態のときに前記第２半導体スイッチを開状態にし、前記第１半導体スイッチが開状態のときに前記第２半導体スイッチを閉状態にする動作を繰り返す、請求項１に記載の電圧切替回路。
3. 前記第１直流電源
   をさらに備える請求項１または２に記載の電圧切替回路。
4. 前記第１半導体スイッチおよび前記第２半導体スイッチと前記コンデンサとの間において、前記コンデンサに並列に接続された第２直流電源およびダイオード
   をさらに備え、
   前記ダイオードは、前記第２直流電源に直列に接続され、前記第２直流電源から前記負荷に向かう電流を通過させ、
   前記駆動回路は、前記負荷に前記第２電圧を印加するとき、前記第１半導体スイッチおよび前記第２半導体スイッチの両方を開状態にする、
   請求項１から３のいずれかに記載の電圧切替回路。
5. 前記第２直流電源から出力される電流を計測する電流計測器をさらに備え、
   前記駆動回路は、前記電流計測器の計測値に基づいて、前記間欠駆動を開始する、
   請求項４に記載の電圧切替回路。
6. 前記電流計測器は、前記第１直流電源から出力される電流をさらに計測し、
   前記駆動回路は、前記間欠駆動を開始した後、前記第１直流電源から出力される電流の計測値に基づいて、前記間欠駆動を終了する、
   請求項５に記載の電圧切替回路。
7. 前記コンデンサの電圧を計測する電圧計測器をさらに備え、
   前記駆動回路は、前記間欠駆動を開始した後、前記第１直流電源から出力される電流によって充電された前記コンデンサの電圧の計測値に基づいて、前記間欠駆動を終了する、
   請求項５に記載の電圧切替回路。
8. 前記駆動回路は、前記間欠駆動を開始してから、予め設定された時間が経過したとき、前記間欠駆動を終了する、請求項１から４のいずれかに記載の電圧切替回路。
9. 移動体と、前記移動体に無線で電力を伝送する送電装置と、を備える無線電力伝送システムであって、
   前記送電装置は、電圧切替回路と、前記電圧切替回路から出力された直流電力を交流電力に変換するインバータ回路と、前記交流電力を空間に送出する複数の送電電極と、を備え、
   前記移動体は、複数の送電電極から無線で電力を受け取る複数の受電電極を備え、
   前記電圧切替回路は、
   第１電圧を出力する第１直流電源と負荷との間に接続され、
   前記第１直流電源と前記負荷との間に接続される第１半導体スイッチと、
   前記第１直流電源と負荷との間に接続される第２半導体スイッチであって、前記第１半導体スイッチに並列に接続された第２半導体スイッチと、
   前記第１半導体スイッチおよび前記第２半導体スイッチと前記負荷との間において前記負荷に並列に接続されるコンデンサと、
   前記第１半導体スイッチおよび前記第２半導体スイッチを駆動する駆動回路と、
   を備え、
   前記駆動回路は、
   前記負荷に前記第１電圧を印加するとき、前記第１半導体スイッチおよび前記第２半導体スイッチを、異なる位相で間欠的に開閉する間欠駆動を行うことによって前記コンデンサを充電した後、前記第１半導体スイッチおよび前記第２半導体スイッチの少なくとも一方を閉状態に固定し、
   前記第１半導体スイッチおよび前記第２半導体スイッチの両方を開いた状態で、
   前記移動体が前記複数の送電電極に接近することに伴う前記複数の受電電極と前記複数の送電電極との重なり面積の増加を前記電流計測器の計測値に基づいて検出し、
   前記複数の受電電極が前記複数の送電電極に重なり始めたタイミングで前記間欠駆動を開始し、
   前記複数の受電電極の面積に対する前記複数の受電電極と前記複数の送電電極との重なり面積の割合が閾値を超えたとき、前記間欠駆動を終了する、
   無線電力伝送システム。
10. 前記駆動回路は、前記間欠駆動を開始してからの経過時間と、前記重なり面積の割合との対応関係を規定するデータと、前記間欠駆動を開始してからの経過時間とに基づいて、前記間欠駆動を終了するタイミングを決定する、請求項９に記載の無線電力伝送システム。
11. 移動体に無線で電力を伝送する送電装置であって、
    電圧切替回路と、
    前記電圧切替回路から出力された直流電力を交流電力に変換するインバータ回路と、
    前記交流電力を空間に送出する複数の送電電極と、
    を備え、
    前記電圧切替回路は、
    第１電圧を出力する第１直流電源と負荷との間に接続され、
    前記第１直流電源と前記負荷との間に接続される第１半導体スイッチと、
    前記第１直流電源と負荷との間に接続される第２半導体スイッチであって、前記第１半導体スイッチに並列に接続された第２半導体スイッチと、
    前記第１半導体スイッチおよび前記第２半導体スイッチと前記負荷との間において前記負荷に並列に接続されるコンデンサと、
    前記第１半導体スイッチおよび前記第２半導体スイッチを駆動する駆動回路と、
    を備え、
    前記駆動回路は、
    前記負荷に前記第１電圧を印加するとき、前記第１半導体スイッチおよび前記第２半導体スイッチを、異なる位相で間欠的に開閉する間欠駆動を行うことによって前記コンデンサを充電した後、前記第１半導体スイッチおよび前記第２半導体スイッチの少なくとも一方を閉状態に固定する、
    送電装置。

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