JP5276755B1 - 送電装置、受電装置、非接触電力伝送システム、及び、非接触電力伝送システムにおける送電電力の制御方法 - Google Patents

Abstract

非接触電力伝送システム１は、送電装置４と受電装置７を備える。送電装置４は、受電装置７に対して搬送波に載せて交流電力を送電する。受電装置７は、当該受電装置７の負荷を変化させて受電アンテナ２０の共振周波数を変化させて交流電力の受電を制御する。送電装置４は、受電装置７の負荷の変化に応じて交流電力の搬送波に重畳された変調信号を検出し、検出した変調信号に基づいて交流電力の送電制御を行う。

Description

本発明は、送電装置から受電装置に対して非接触で電力を伝送する非接触電力伝送システムに関する。例えば、受電装置は携帯電子機器であり、送電装置はその携帯電子機器に対する充電器である。

受電装置側の負荷が想定していた負荷と比較して低すぎると、受電電圧が高くなりすぎてしまい、受電装置内の部品が破壊されてしまう可能性がある。

特許文献１は、かかる問題を解決するための手段として、受電電圧を送電装置にフィードバックして送電装置側からの送電電力を制御する非接触電力伝送システムを開示している。この非接触電力伝送システムは、送電装置から受電装置への電力伝送に使用されるコイル対（トランス：アンテナ対）と、受電装置から送電装置へのフィードバック信号の伝送に使用される補助コイル対（補助トランス：補助アンテナ対）とを備えている。

特許文献２は、電圧制御を行う制御回路を有する受電装置（２次側装置）を開示している。特許文献２の受電装置は、受電電圧を送電装置にフィードバックすることなく、代わりに、受電電圧に応じて負荷を変えることにより受電電圧レベルを適正値に近づけるよう制御している。

特開２００８−２６３７７９号公報 特開２００５−２７８４００号公報、実施の形態６、図８

特許文献１の非接触電力伝送システムでは、フィードバック信号が受電装置から送電装置に送られてから送電装置が送電電力の制御を行う。即ち、受電装置において低負荷に起因した過電圧が発生してから制御されるまでの間に一定時間が経過してしまう。そのため、その間に過電圧により受電装置内の部品が破壊されてしまう恐れがある。

特許文献２の受電装置を含む非接触電力伝送システムでは、上述した特許文献１の非接触電力伝送システムの有する問題は生じない。しかし、送電装置は受電装置における制御を知ることはできず、従って、非効率的な電力伝送が行われていたとしても適正化することができない。

そこで、本発明は、受電電圧の制御をタイムラグなく行うと共に、受電電圧の状態を送電装置に伝達して送電電力を適正レベルに制御することのできる非接触電力伝送システムを提供することを目的とする。

本発明の一の側面は、受電装置に対して交流電力を搬送波に載せて送電する送電装置であって、
前記受電装置は、前記受電装置の負荷を変化させて前記交流電力の前記搬送波に変調信号を重畳可能なものであり、
前記送電装置は：
送電アンテナと；
前記送電アンテナを駆動して、前記交流電力を前記搬送波に載せて送電するドライバ回路と；
前記ドライバ回路を制御する送電制御回路と；
前記ドライバ回路と前記送電アンテナの間に設けられ、前記ドライバ回路の出力インピーダンスと前記送電アンテナのインピーダンスを整合させる整合回路と；
前記交流電力の前記搬送波に重畳された前記変調信号を検出して前記送電制御回路に伝達する検出回路と；
を備えており、前記送電制御回路は、前記変調信号に基づいて前記ドライバ回路の制御を行う、送電装置を提供する。

また、本発明の他の側面は、上述した送電装置と、受電装置とを備える非接触電力伝送システムであって、
前記受電装置は：
受電アンテナと；
前記受電アンテナにより受電した前記交流電力を整流して直流電力に変換する整流回路と；
前記整流回路の出力電圧を検出する電圧検出回路と；
前記電圧検出回路の出力に応じて負荷を変化させることにより前記受電アンテナの共振周波数を変化させて前記交流電力の受電を制御すると共に前記交流電力の前記搬送波に前記変調信号を重畳する共振周波数変更回路と；
を備えている
非接触電力伝送システムを提供する。

更に、本発明の他の側面は、
受電装置と当該受電装置に対して搬送波に載せて交流電力を送電する送電装置とを備える非接触電力伝送システムにおける送電電力の制御方法であって、
前記受電装置が当該受電装置の負荷を変化させて前記受電装置における受電電力を制御する第１処理と、
前記受電装置の負荷の変化に応じて前記交流電力の前記搬送波に重畳された変調信号を前記送電装置が検出し、検出した前記変調信号に基づいて前記送電電力の制御を行う第２処理と
を備える、送電電力の制御方法を提供する。

本発明の非接触電力伝送システムによれば、受電装置に対して負荷を変化させることで受電電圧の制御を行わせると共に、受電電圧の制御に伴って負荷変調により交流電力の搬送波に重畳された変調信号に基づいて送電電力の制御を更に行うことができる。従って、本発明によれば、タイムラグのない受電電圧制御と効率的な電力伝送制御とを両立することができる。

加えて、本発明においては、上述した負荷変調による変調信号をフィードバック信号としており、フィードバック信号伝送専用の系を別途設ける必要がないことから、本発明の非接触電力伝送システムは、特許文献１の非接触電力伝送システムと比較して簡易な構成とすることができ、従って安価に構築することができる。

添付の図面を参照しながら下記の最良の実施の形態の説明を検討することにより、本発明の目的が正しく理解され、且つその構成についてより完全に理解されるであろう。

本発明の第１の実施の形態による非接触電力伝送システムを示すブロック図である。 図１の非接触電力伝送システムにおける検波回路を示す回路図である。 図１の非接触電力伝送システムにおける共振周波数変更回路を示す回路図である。 図１の非接触電力伝送システムにおける電圧検出回路を示す回路図である。 図１の非接触電力伝送システムにおけるフィードバック信号波形等を模式的に示した図である。上段は搬送波に変調信号を重畳したフィードバック信号波形を模式的に示し、下段は検波回路の出力波形を模式的に示す。 本発明の第２の実施の形態による非接触電力伝送システムを示すブロック図である。 図１の非接触電力伝送システムにおけるドライバ回路及び電流モニタ回路を示す回路図である。 本発明の第３の実施の形態による非接触電力伝送システムを示すブロック図である。 図８の非接触電力伝送システムにおけるフィードバック信号波形を模式的に示した図である。上段は搬送波に変調信号及び付加的な変調信号を重畳した波形を模式的に示し、下段のＡは第１の帯域通過フィルタの出力波形（変調信号）を模式的に示し、下段のＢは第２の帯域通過フィルタの出力波形（付加的な変調信号）を模式的に示す。 図８の非接触電力伝送システムの送電装置の変形例を示すブロック図である。

本発明については多様な変形や様々な形態にて実現することが可能であるが、その一例として、図面に示すような特定の実施の形態について、以下に詳細に説明する。図面及び実施の形態は、本発明をここに開示した特定の形態に限定するものではなく、添付の請求の範囲に明示されている範囲内においてなされる全ての変形例、均等物、代替例をその対象に含むものとする。

（第１の実施の形態）
図１に示されるように、本発明の第１の実施の形態による非接触電力伝送システム１は、送電装置４と受電装置７とを備えている。

送電装置４は、電力を送電する送電アンテナ１０と、送電アンテナ１０を駆動するドライバ回路１２と、ドライバ回路１２を制御して送電制御を行う送電制御回路１１と、送電アンテナ１０とドライバ回路１２のインピーダンス整合を行う整合回路１３と、受電装置７が送信する変調信号（フィードバック信号：後述）を検波するための検波回路１４を備えている。

ここで、送電制御回路１１はＣＰＵ（図示せず）等を含み、送電電源回路（図示せず）の出力電力を制御し、ドライバ回路１２を駆動するパルス信号を生成する。

送電アンテナ１０は、受電装置７の受電アンテナ２０と電磁的に結合して受電装置７に電力を送電するとともに、受電装置７から送信される変調信号を受信する。送電アンテナ１０には、例えばプリント基板上に印刷したループコイルを用いることができる。

ドライバ回路１２は、主として図示しないバイポーラトランジスタや電界効果トランジスタ（以下、ＦＥＴ）で構成され、送電制御回路１１で生成したパルス信号に従い、送電電力波形を生成する。換言すると、ドライバ回路１２は、送電アンテナ１０を駆動して、交流電力を搬送波に載せて受電装置７に送電する。

整合回路１３は、主として図示しないコンデンサで構成され、送電アンテナ１０のインピーダンスと受電アンテナ２０のインピーダンスを整合させる。

検波回路１４は、受電装置７が発信する変調信号を検出し、フィードバック信号として受信する。検出した変調信号は、送電制御回路１１に伝達され、送電制御に利用される。検波回路１４には、例えばダイオードを用いた包絡線検波回路を用いることができる。

具体的には、図２に示されるように、本実施の形態による検波回路１４は、アノードを送電アンテナ１０に接続されると共にカソードを送受信制御回路１１に接続されたダイオード１５と、ダイオード１５のアノードとグランドとの間に接続されたコイル１６と、ダイオード１５のカソードとグランドとの間に接続された抵抗１７及びコンデンサ１８とを備えている。

図１を再び参照すると、受電装置７は、送電装置４からの交流電力を受電する受電アンテナ２０と、受電アンテナ２０の共振周波数を変化させる共振周波数変更回路２１と、受電アンテナ２０で受電した交流電力を整流して直流電力に変換する整流回路２２と、整流回路２２の出力電圧を検出する電圧検出回路２３と、受電装置７から電力を供給される負荷２４とを備えている。

ここで、受電アンテナ２０は、送電アンテナ１０と電磁的に結合して送電装置４から電力を受電するとともに、送電装置４へ変調信号（後述）を送信する。受電アンテナ２０には、例えばプリント基板にレイアウトしたループコイル等を用いることができる。

共振周波数変更回路２１は、少なくともコンデンサとＦＥＴと抵抗をそれぞれ複数個組み合わせて構成される。

具体的には、図３に示されるように、本実施の形態による共振周波数変更回路２１は、第１のインピーダンス４１と、第２のインピーダンス４２と、第３のインピーダンス４３と、ＦＥＴ４４、４５と、抵抗４６とを備えている。

本実施の形態において、第１のインピーダンス４１、第２のインピーダンス４２及び第３のインピーダンス４３は、いずれもコンデンサであり、第２のインピーダンス４２と第３のインピーダンス４３は互いに静電容量が等しい。

第２のインピーダンス４２の一端はＦＥＴ４４のドレインに接続されており、第２のインピーダンス４２の他端は受電アンテナ２０の端子ａ１に接続されている。同様に、第３のインピーダンス４３の一端はＦＥＴ４５のドレインに接続されており、第３のインピーダンス４３の他端は受電アンテナ２０の端子ａ２に接続されている。

ＦＥＴ４４、４５のゲート同士、ソース同士は互いに接続されており、ソースからセンタータップＣＴが引き出されている。抵抗４６はＦＥＴ４４、４５のゲート−ソース間に接続され、センタータップＣＴはグランドに接続されている。

即ち、共振周波数変更回路２１は、回路中心としてセンタータップＣＴを有し、センタータップＣＴに対して対称である。

ＦＥＴ４４、４５がオンのとき、共振周波数変更回路２１は、第２のインピーダンス４２と第３のインピーダンス４３とＦＥＴのオン抵抗に起因する等価直列抵抗を直列に接続した回路と、第１のインピーダンス４１とを並列接続してなる回路と等価である。

一方、ＦＥＴ４４、４５がオフのとき、共振周波数変更回路２１は、第２のインピーダンス４２及び第３のインピーダンス４３とＦＥＴ４４、４５に起因する寄生容量を直列に接続した回路と、第１のインピーダンス４１とを並列接続してなる回路と等価である。

このように、ＦＥＴ４４、４５がオンのときとオフのときで受電アンテナ２０の端子ａ１、ａ２間に接続されるインピーダンスが変化するので、共振周波数も変化する。

本実施の形態においては、ＦＥＴ４４、４５がオフのとき受電効率が最も高くなるようにインピーダンスを調整し、ＦＥＴ４４、４５をオンのときは受電電圧が下がる構成とする。

即ち、負荷２４が重いときに受電効率が最大になるように共振周波数をあらかじめ設定し、負荷２４が軽くなって受電電圧が上昇したときに共振周波数変更回路２１が動作して共振周波数を切り替える構成とする。共振周波数が切り替わることにより受電効率が下がり、受電電圧も下がる。

この共振周波数変更回路２１は、端子ｂ１、ｂ２において整流回路２２に接続されている。

整流回路２２は、４つのダイオードを用いて構成された単層ブリッジ整流回路である。即ち、本実施の形態による整流回路２２は、全波整流回路であり、特許文献２のものと比較して、効率のよいものである。整流回路２２は、整流出力端子Ｖｄとグランド端子（図示せず）とを更に有している。整流出力端子Ｖｄは、電圧検出回路２３と負荷２４に接続されており、グランド端子は、前述の共振周波数変更回路２１のセンタータップＣＴに接続されている。

電圧検出回路２３はヒステリシス特性を持ち、少なくとも複数のトランジスタと、抵抗、及びツェナーダイオードにより構成される。

具体的には、図４に示されるように、本実施の形態による電圧検出回路２３は、ツェナーダイオードＺＤｓと、ゲート駆動回路６０とを備えている。

図示されたゲート駆動回路６０は、バイポーラトランジスタ６１、６２と、抵抗Ｒ１〜Ｒ５と、ツェナーダイオードＺＤｃ、ＺＤｐとを備えている。ゲート駆動回路６０は、駆動電源として整流後の直流電圧（即ち、整流回路２２の出力電圧）を利用する。整流回路２２の出力電圧が過度に高い場合、ＦＥＴ４４、４５が破壊される可能性があるので、ツェナーダイオードＺＤｐの降伏電圧は共振周波数変更回路２１で使用するＦＥＴのゲート−ソース間の耐電圧以下とすることが望ましい。

バイポーラトランジスタ６１のベースとツェナーダイオードＺＤｓのアノードの中間には抵抗Ｒ１が接続され、整流出力端子Ｖｄとバイポーラトランジスタ６１のコレクタとの中間には抵抗Ｒ２が接続されている。また、整流出力端子Ｖｄとバイポーラトランジスタ６２のコレクタとの間に抵抗Ｒ３が接続され、バイポーラトランジスタ６１のベースとグランド端子ＧＮＤとの間には抵抗Ｒ４が接続され、バイポーラトランジスタ６１のエミッタとグランド端子ＧＮＤとの間には抵抗Ｒ５が接続されている。

バイポーラトランジスタ６２のベースはバイポーラトランジスタ６１のコレクタに接続され、バイポーラトランジスタ６２のエミッタはバイポーラトランジスタ６１のエミッタに接続されている。

ツェナーダイオードＺＤｐのカソードはバイポーラトランジスタ６２のコレクタに接続され、アノードはグランド端子ＧＮＤに接続されている。ツェナーダイオードＺＤｃのカソードはバイポーラトランジスタ６２のコレクタに接続され、アノードは端子ｃ１としてＦＥＴ４４、４５に接続されている。

例えば負荷２４が軽くなったことから整流後の直流電圧が上昇し、ツェナーダイオードＺＤｓの降伏電圧を超える電圧が印加されると、ツェナーダイオードＺＤｓが降伏する。このとき、バイポーラトランジスタ６１のベースに印加される電圧は、整流後の直流電圧からツェナーダイオードＺＤｓによる電圧降下分を抵抗Ｒ１とＲ４で分圧して決まる。

バイポーラトランジスタ６１のベースに印加される電圧が、グランド端子ＧＮＤに対するバイポーラトランジスタ６１のエミッタ電位ＶＥと、バイポーラトランジスタ６１のスイッチに必要なバイポーラトランジスタ６１のベース−エミッタ間電圧ＶＢＥとの和（ＶＥ＋ＶＢＥ）以上になると、ベースに電流が流れ出してバイポーラトランジスタ６１がオンとなる。本実施の形態においては、ツェナーダイオードＺＤｓが導通するときにバイポーラトランジスタ６１がオンとなるように抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ４で選択する。

バイポーラトランジスタ６１と、バイポーラトランジスタ６２のオン／オフは互いに反転する。即ち、バイポーラトランジスタ６１がオフのとき、バイポーラトランジスタ６２はオンであり、バイポーラトランジスタ６１がオンのときは、バイポーラトランジスタ６２はオフである。

バイポーラトランジスタ６１がオンのとき、バイポーラトランジスタ６１のエミッタ電位ＶＥは抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ５との分圧比と整流後の直流電圧で決まる。

一方、バイポーラトランジスタ６１がオフのとき、バイポーラトランジスタ６１のエミッタ電位ＶＥは、抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ５の分圧比と整流後の直流電圧で決まる。

即ち、バイポーラトランジスタ６１がオンのときとオフのときで、バイポーラトランジスタ６１のエミッタ電位ＶＥを変えることができる。

本実施の形態において、抵抗Ｒ２を抵抗Ｒ３よりも大きく、抵抗Ｒ３を抵抗Ｒ５よりも大きく設定し、抵抗Ｒ５を抵抗Ｒ２よりも十分小さい値に設定すると、バイポーラトランジスタ６１がオンのときに、エミッタ電位ＶＥはよりグランド電位に近くなる。

バイポーラトランジスタ６２がオンのとき、図３に示される共振周波数変更回路２１のＦＥＴ４４、４５には、整流後の直流電圧を抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ５とで分圧した電圧からツェナーダイオードＺＤｃによる電圧降下を差し引いた電圧が印加される。本実施の形態において、この電圧は、ＦＥＴ４４、４５をオンさせるために必要な電圧よりも低く設定されている。即ち、バイポーラトランジスタ６２がオンのとき、共振周波数は初期値のままである。

ツェナーダイオードＺＤｓの降伏電圧を超える電圧が印加されて、バイポーラトランジスタ６２がオフになると、ＦＥＴ４４、４５のゲート−ソース間にはツェナーダイオードＺＤｐの降伏電圧からツェナーダイオードＺＤｃによる電圧降下を差し引いた電圧が印加される。

即ち、ツェナーダイオードＺＤｓの降伏電圧を超える電圧が印加されるとき、ＦＥＴ４４、４５のゲート−ソース間に印加される電圧はほぼ一定にある。本実施の形態において、この電圧は、ＦＥＴ４４、４５を確実にオンさせることのできる値に設定されている。即ち、ＦＥＴ４４、４５がオンになると、共振周波数変更回路２１は受電電圧を引下げるため共振周波数を切替える。

ここで、抵抗Ｒ２を抵抗Ｒ５よりも十分大きくすると、バイポーラトランジスタ６２がオフのときに抵抗Ｒ５の両端に生じる電圧が整流出力端子Ｖｄの電圧に比べて十分小さくなることから、バイポーラトランジスタ６１の閾値は、事実上、バイポーラトランジスタ６１のスイッチングに必要なバイポーラトランジスタ６１のベース−エミッタ間電圧ＶＢＥ程度となる。

このとき、バイポーラトランジスタ６２がオフになったことで受電電圧が低下しても、バイポーラトランジスタ６１のベース電圧がベース−エミッタ間電圧ＶＢＥより大きい場合にはバイポーラトランジスタ６１はオンした状態を保たれ、ベース電圧がベース−エミッタ間電圧ＶＢＥより小さくなって始めてバイポーラトランジスタ６１がオフになり、バイポーラトランジスタ６２がオンになる。

以上から、ゲート駆動回路６０の入力、即ちバイポーラトランジスタ６１のベースに印加される電圧と、ゲート駆動回路６０の出力、即ちツェナーダイオードＺＤｃのアノード電位との間の関係にはヒステリシスがあることが分かる。従って、共振周波数変更回路２１は一時的な電圧降下に反応するのではなく、共振周波数を切り替えることで受電電圧が十分下がった後で、共振周波数を初期値に戻すことができる。

このように、ゲート駆動回路６０の入出力にヒステリシスを持たせることで、ツェナーダイオードＺＤｓの降伏電圧を超える電圧が印加されるときに共振周波数調整の効果が出るまでの間、ＦＥＴ４４、４５を確実に駆動できる。

以上説明したように、整流回路２２で直流に変換した電圧が所定の閾値を越えると共振周波数変更回路２１が動作し、共振周波数が切り替わる。共振周波数が切り替わることにより受電電圧が下降し、閾値を下回ると共振周波数変更回路２１が動作を停止して、共振周波数は元に戻り、受電電圧が上昇する。このように、本実施の形態においては、受電装置７側において整流後の直流電圧に基づいて受電電圧の制御を行うことから、特許文献１の場合に懸念されるようなタイムラグに起因した素子等の破壊といった問題が生じない。

加えて、上記の共振周波数の切り替え動作（即ち負荷変更動作）を繰り返すことにより、電圧検出回路２３は共振周波数変更回路２１をパルス的に駆動する。このパルス周期は受電電圧に依存し、受電電圧が高ければパルス周期は短くなり、受電電圧が低ければパルス周期は長くなる。即ち、電圧検出回路２３と共振周波数変更回路２１により生成されるパルス信号を受電電圧に対応したパルス幅変調信号として利用できる。このパルス幅変調信号は、共振周波数変更回路２１のオンオフによる負荷変調信号（フィードバック信号）として搬送波に重畳され、送電装置４に送信される（図５（ａ）参照）。検波回路１４は、この変調信号を検波して（図５（ｂ）参照）送電制御回路１１に伝達する。これにより、送電制御回路１１は、検波回路１４から伝達された変調信号に基づいてドライバ回路１２を制御し、より効率的な、即ち、より無駄の少ない電力伝送を行うことができる。

このように、本実施の形態においては、フィードバック信号の伝送専用の系を必要としないことから構成を簡易なものとすることができる。また、電力伝送用の周波数とフィードバック信号伝送用の周波数とが別である場合には、フィードバック信号用のノイズ対策を行う必要があるが、本実施の形態においてはそのようなノイズ対策を施す必要もない。従って、本実施の形態によれば、安価な非接触電力伝送システムを得ることができる。

（第２の実施の形態）
図６に示されるように、本発明の第２の実施の形態による非接触電力伝送システム２は、送電装置５と受電装置８とを備えている。以下、上述した第１の実施の形態との相違点について説明する。

送電装置５は、電力を送電する送電アンテナ１０と、送電アンテナ１０を駆動するドライバ回路１２と、ドライバ回路１２を制御して送電制御を行う送電制御回路１１と、送電アンテナ１０とドライバ回路１２のインピーダンス整合を行う整合回路１３とに加え、ドライバ回路１２に入力される電流を監視する電流モニタ回路８０を備えている。

ここで、電流モニタ回路８０は、抵抗やカレントトランスと、増幅回路等とにより構成され、ドライバ回路１２に入力される電流に応じた電圧を出力する。

図７にドライバ回路１２と電流モニタ回路８０との具体例を模式的に示す。ドライバ回路１２は、電源ラインＶｐに接続される抵抗８１と、抵抗８１に接続されるチョークコイル８２と、チョークコイル８２に接続されると共に送電制御回路１１に制御される駆動ＦＥＴ８３とを備えている。電流モニタ回路８０は、抵抗８１の両端における降下電圧からドライバ回路１２に入力される電流の変化を変調信号として検出して送電制御回路１１に伝達する。

第１の実施の形態と同様、受電装置８において負荷２４が軽くなって受電電圧が上昇すると、共振周波数変更回路２１が動作して共振周波数を切り替える。このとき、共振周波数変更回路２１の動作に連動して、送電装置５のドライバ回路１２に入力される電流が変動する。送電制御回路１１は、この電流の変動を変調信号（フィードバック信号）として電流モニタ回路８０から受けることにより、共振周波数変更回路２１の動作の有無を監視し、且つ、共振周波数変更回路２１の動作に基づいた送電制御を行うことができる。また、簡易な構成で、送電電圧の制御を実現することができる。

（第３の実施の形態）
図８に示されるように、本発明の第３の実施の形態による非接触電力伝送システム３は、送電装置６と受電装置９とを備えている。以下、第１の実施の形態との相違点について説明する。

送電装置６は、電力を送電する送電アンテナ１０と、送電アンテナ１０を駆動するドライバ回路１２と、ドライバ回路１２を制御して送電制御を行う送電制御回路１１と、送電アンテナ１０とドライバ回路１２のインピーダンス整合を行う整合回路１３とに加え、変調信号を検波するための検波回路１４と、検波回路１４の出力に接続された第１の帯域通過フィルタ７２ａ及び第２の帯域通過フィルタ７２ｂとを備えている。検波回路１４の入力は送電アンテナ１０に接続する。第１の帯域通過フィルタ７２ａと第２の帯域通過フィルタ７２ｂは、互いに異なる周波数特性を有している。第１の帯域通過フィルタ７２ａは、受電装置９が搬送波に重畳する変調信号の周波数帯域（第１の周波数帯域）に対応し、第２の帯域通過フィルタ７２ｂは、負荷変調回路７４が搬送波に重畳する付加的な変調信号（後述）の周波数帯域（第２の周波数帯域）に対応するように調整される。

一方、受電装置９は、送電装置４からの交流電力を受電する受電アンテナ２０と、受電アンテナ２０の共振周波数を変化させる共振周波数変更回路２１と、受電アンテナ２０で受電した交流電力を整流して直流電力に変換する整流回路２２と、整流回路２２の出力電圧を検出する電圧検出回路２３とに加え、搬送波に付加的な変調信号を重畳する負荷変調回路７４を含めた２次側の受電制御を行う受電制御回路７６と、受電電圧を安定化する電源回路７５を備えている。

受電制御回路７６は、ＣＰＵ（図示せず）などを含み、受電装置９の制御及び負荷変調回路７４の駆動を行う。

負荷変調回路７４は、主としてコンデンサ（図示せず）とＦＥＴと抵抗により構成され、受電制御回路７６の出力信号に従い搬送波に付加的な変調信号を重畳する。この負荷変調回路７４は、図３に示される共振周波数変更回路２１と同様の構成とすることができる。加えて、第２のインピーダンス４２及び第３のインピーダンス４３を抵抗素子に置換えても良い。

受電制御回路７６の出力に応じて共振周波数変更回路２１のＦＥＴ４４、４５をオン／オフすることで受電アンテナ２０の共振周波数及び受電アンテナ２０のインピーダンスを変更すると、上述したように、搬送波に変調信号が重畳される。

同様に、受電制御回路７６の出力に応じて負荷変調回路７４を動作させて受電アンテナ２０の共振周波数及び受電アンテナ２０のインピーダンスを変更すると、搬送波に付加的な変調信号が重畳される。

本実施の形態において、共振周波数変更回路２１が搬送波に重畳する変調信号の周波数帯域（第１の周波数帯域）と、負荷変調回路７４により重畳される付加的な変調信号の周波数の周波数帯域（第２の周波数帯域）とは互いに異なるよう設計されている。

図９（ａ）に示されるように、送電装置６には変調信号Ａと付加的な変調信号Ｂとが搬送波に重畳された状態で送られてくる。これを第１の帯域通過フィルタ７２ａ及び第２の帯域通過フィルタ７２ｂで夫々処理することにより、変調信号Ａ及び付加的な変調信号Ｂが互いに独立した信号波形として検出され、送電制御回路１１に伝達される（図９（ｂ）参照）。

これにより、例えば受電装置９が受電電圧のフィードバックを変調信号として搬送波に重畳すると共にその受電装置９のＩＤ情報等を付加的な変調信号として同時に搬送波に重畳して送電装置６に送り、送電装置６がＩＤ情報等に基づいてどの受電装置９に関する制御を行っているのか認識した状態で、送電電力を制御することが出来る。

なお、第１の帯域通過フィルタ７２ａと第２の帯域通過フィルタ７２ｂのように複数の帯域通過フィルタを設ける代わりに、図１０に示されるように、周波数特性を切り替えることのできる１つの帯域通過フィルタ７２ｃを用い、その帯域通過フィルタ７２ｃの周波数特性を切り替えることで変調信号と付加的な変調信号をそれぞれ受信してもよい。

本発明は、例えば、携帯電話機、電気剃刀、デジタルカメラ等の携帯可能な電子機器に搭載された二次電池を充電するための非接触電力伝送システムに適用することができる。

本発明は２０１１年９月２２日に日本国特許庁に提出された日本特許出願第２０１１−２０７７３６号及び２０１２年４月１７日に日本国特許庁に提出された日本特許出願第２０１２−０９３７６９号に基づいており、その内容は参照することにより本明細書の一部をなす。

本発明の最良の実施の形態について説明したが、当業者には明らかなように、本発明の精神を逸脱しない範囲で実施の形態を変形することが可能であり、そのような実施の形態は本発明の範囲に属するものである。

１，２，３ 非接触電力伝送システム
４，５，６，６ａ 送電装置
７，８，９ 受電装置
１０ 送電アンテナ
１１ 送電制御回路
１２ ドライバ回路
１３ 整合回路
１４ 検波回路
１５ ダイオード
１６ コイル
１７ 抵抗
１８ コンデンサ
２０ 受電アンテナ
２１ 共振周波数変更回路
２２ 整流回路
２３ 電圧検出回路
２４ 負荷
４１ 第１のインピーダンス
４２ 第２のインピーダンス
４３ 第３のインピーダンス
４４，４５ ＦＥＴ
４６ 抵抗
６０ ゲート駆動回路
６１，６２ バイポーラトランジスタ
７２ａ 第１の帯域通過フィルタ
７２ｂ 第２の帯域通過フィルタ
７２ｃ 帯域通過フィルタ
７４ 負荷変調回路
７５ 電源回路
７６ 受電制御回路
８０ 電流モニタ回路
８１ 抵抗
８２ チョークコイル
８３ 駆動ＦＥＴ
ＣＴ センタータップ
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５ 抵抗
ａ１，ａ２，ｂ１，ｂ２，ｃ１ 端子
ＧＮＤ グランド端子
ＺＤｃ，ＺＤｐ，ＺＤｓ ツェナーダイオード
Ａ 変調信号
Ｂ 付加的な変調信号
Ｖｄ 整流出力端子
Ｖｐ電源ライン

Claims (11)

1. 受電装置に対して交流電力を搬送波に載せて送電する送電装置であって、
   前記受電装置は、前記受電装置の負荷を変化させて前記交流電力の前記搬送波に変調信号を重畳可能なものであり、
   前記送電装置は：
   送電アンテナと；
   前記送電アンテナを駆動して、前記交流電力を前記搬送波に載せて送電するドライバ回路と；
   前記ドライバ回路を制御する送電制御回路と；
   前記ドライバ回路と前記送電アンテナの間に設けられ、前記ドライバ回路の出力インピーダンスと前記送電アンテナのインピーダンスを整合させる整合回路と；
   前記交流電力の前記搬送波に重畳された前記変調信号を検出して前記送電制御回路に伝達する検出回路と；
   を備えており、前記送電制御回路は、前記変調信号に基づいて前記ドライバ回路の制御を行うものであり、
   前記変調信号は、第１の周波数帯域に属する周波数を有しており、
   前記受電装置は、前記変調信号と異なる第２の周波数帯域に属する周波数を有する付加的な変調信号を前記交流電力の前記搬送波に更に重畳可能なものであり、
   前記検出回路は、前記送電アンテナに接続された検波回路と、前記検波回路に接続され前記第１の周波数帯域を通過させる第１の帯域通過フィルタと、前記検波回路に接続され前記第２の周波数帯域を通過させる第２の帯域通過フィルタとを備えており、
   前記第１の帯域通過フィルタ及び前記第２の帯域通過フィルタは、夫々、フィルタ出力を前記送電制御回路に伝達し、
   前記送電制御回路は、前記フィルタ出力にも基づいた送電制御を行う
   送電装置。
2. 受電装置に対して交流電力を搬送波に載せて送電する送電装置であって、
   前記受電装置は、前記受電装置の負荷を変化させて前記交流電力の前記搬送波に変調信号を重畳可能なものであり、
   前記送電装置は：
   送電アンテナと；
   前記送電アンテナを駆動して、前記交流電力を前記搬送波に載せて送電するドライバ回路と；
   前記ドライバ回路を制御する送電制御回路と；
   前記ドライバ回路と前記送電アンテナの間に設けられ、前記ドライバ回路の出力インピーダンスと前記送電アンテナのインピーダンスを整合させる整合回路と；
   前記交流電力の前記搬送波に重畳された前記変調信号を検出して前記送電制御回路に伝達する検出回路と；
   を備えており、前記送電制御回路は、前記変調信号に基づいて前記ドライバ回路の制御を行うものであり、
   前記変調信号は、第１の周波数帯域に属する周波数を有しており、
   前記受電装置は、前記変調信号と異なる第２の周波数帯域に属する周波数を有する付加的な変調信号を前記交流電力の前記搬送波に更に重畳可能なものであり、
   前記検出回路は、前記送電アンテナに接続された検波回路と、前記検波回路に接続された前記第１の周波数帯域と前記第２の周波数帯域とで切替可能な帯域通過フィルタとを備えており、
   前記帯域通過フィルタは、フィルタ出力を前記送電制御回路に伝達し、
   前記送電制御回路は、前記フィルタ出力にも基づいた送電制御を行う
   送電装置。
3. 請求項１又は請求項２記載の送電装置であって、
   前記検出回路は、前記送電アンテナに接続された検波回路を備えており、
   前記検波回路は、前記変調信号を検波して検波結果を前記送電制御回路に伝達する
   送電装置。
4. 請求項３記載の送電装置であって、
   前記検出回路は、前記ドライバ回路に接続され、前記ドライバ回路に入力される電流をモニタする電流モニタ回路を備えており、
   前記電流モニタ回路は、前記変調信号を前記電流の変化として検出し、検出結果を前記送電制御回路に伝達する
   送電装置。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の送電装置と、受電装置とを備える非接触電力伝送システムであって、
   前記受電装置は：
   受電アンテナと；
   前記受電アンテナにより受電した前記交流電力を整流して直流電力に変換する整流回路と；
   前記整流回路の出力電圧を検出する電圧検出回路と；
   前記電圧検出回路の出力に応じて負荷を変化させることにより前記受電アンテナの共振周波数を変化させて前記交流電力の受電を制御すると共に前記交流電力の前記搬送波に対して前記第１の周波数帯域に属する周波数を有する前記変調信号を重畳する共振周波数変更回路と；
   前記変調信号と異なる第２の周波数帯域に属する周波数を有する付加的な変調信号を前記交流電力の前記搬送波に重畳する負荷変調回路と；
   前記負荷変調回路を制御する負荷変調制御回路と；
   を備えている
   非接触電力伝送システム。
6. 請求項５記載の非接触電力伝送システムであって、
   前記受電装置の前記共振周波数変更回路は、コンデンサ素子と、前記電圧検出回路の出力に応じて前記コンデンサ素子と前記アンテナを接続／切断するスイッチとを備えている
   非接触電力伝送システム。
7. 請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の送電装置から前記交流電力を受電する受電装置であって、
   受電アンテナと；
   前記受電アンテナにより受電した前記交流電力を整流して直流電力に変換する整流回路と；
   前記整流回路の出力電圧を検出する電圧検出回路と；
   前記電圧検出回路の出力に応じて負荷を変化させることにより前記受電アンテナの共振周波数を変化させて前記交流電力の受電を制御すると共に前記交流電力の前記搬送波に対して前記第１の周波数帯域に属する周波数を有する前記変調信号を重畳する共振周波数変更回路と；
   前記変調信号と異なる第２の周波数帯域に属する周波数を有する付加的な変調信号を前記交流電力の前記搬送波に重畳する負荷変調回路と；
   前記負荷変調回路を制御する負荷変調制御回路と；
   を備えている
   受電装置。
8. 請求項７記載の受電装置であって、
   前記共振周波数変更回路は、コンデンサ素子と、前記電圧検出回路の出力に応じて前記コンデンサ素子と前記アンテナを接続／切断するスイッチとを備えている
   受電装置。
9. 受電装置と当該受電装置に対して搬送波に載せて交流電力を送電する送電装置とを備える非接触電力伝送システムにおける送電電力の制御方法であって、
   前記受電装置が当該受電装置の負荷を変化させて前記受電装置における受電電力を制御する第１処理と、
   前記受電装置の負荷の変化に応じて前記交流電力の前記搬送波に重畳された変調信号を前記送電装置が検出し、検出した前記変調信号に基づいて前記送電電力の制御を行う第２処理と
   を備えており、
   前記変調信号は、第１周波数帯域に属するものであり、
   前記第１処理は、前記第１周波数帯域と異なる第２周波数帯域に属する周波数を有する付加的な変調信号を前記交流電力の前記搬送波に対して更に重畳する処理を含んでおり、
   前記第２処理は、前記第１周波数帯域と前記第２周波数帯域の双方に対応可能な帯域通過フィルタを用いて当該帯域通過フィルタの前記対応可能な周波数帯域を前記第１周波数帯域として前記変調信号を受信する処理と、前記帯域通過フィルタの前記対応可能な周波数帯域を前記第２周波数帯域として前記付加的な変調信号を受信する処理とを含んでおり、前記変調信号と前記付加的な変調信号とに基づいて前記送電電力の制御を行う
   送電電力の制御方法。
10. 受電装置と当該受電装置に対して搬送波に載せて交流電力を送電する送電装置とを備える非接触電力伝送システムにおける送電電力の制御方法であって、
    前記受電装置が当該受電装置の負荷を変化させて前記受電装置における受電電力を制御する第１処理と、
    前記受電装置の負荷の変化に応じて前記交流電力の前記搬送波に重畳された変調信号を前記送電装置が検出し、検出した前記変調信号に基づいて前記送電電力の制御を行う第２処理と
    を備えており、
    前記変調信号は、第１周波数帯域に属するものであり、
    前記第１処理は、前記第１周波数帯域と異なる第２周波数帯域に属する周波数を有する付加的な変調信号を前記交流電力の前記搬送波に対して更に重畳する処理を含んでおり、
    前記第２処理は、前記第１周波数帯域に対応可能な第１帯域通過フィルタを用いて前記変調信号を取得する処理と、前記第２周波数帯域に対応可能な第２帯域通過フィルタを用いて前記付加的な変調信号を取得する処理とを含んでおり、前記変調信号と前記付加的な変調信号とに基づいて前記送電電力の制御を行う
    送電電力の制御方法。
11. 請求項９又は請求項１０記載の送電電力の制御方法であって、
    前記受電装置は、受電アンテナと、前記受電アンテナにより受電した前記交流電力を整流して直流電力に変換する整流回路とを備えており、
    前記第１処理は、前記整流回路の前記出力電圧が低いときと高いときとで異なるパルス周期を有するパルス幅変調信号を出力する処理と、前記パルス幅変調信号を受けて前記負荷を変化させ、前記受電アンテナの共振周波数を変化させる処理とを含んでいる
    送電電力の制御方法。

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