JP6157878B2 - 非接触電力伝送システム - Google Patents

Description

本発明は、携帯機器等に搭載された受電装置に非接触で電力伝送を行う非接触電力伝送システムに関する。

電磁誘導等の現象を利用し、非接触で電力伝送を行う試みがなされている。

特許文献１の特に段落００４２には、非接触で電力伝送を行うと共に、受電装置側の信号制御回路により受電コイルから送電コイルへの通信を確立し、非接触送電の電力を調整することで受電装置内の定電圧回路を省略する提案が記載されている。

特開２０１２−５１８５号公報

特許文献１では、受電装置側に過剰な電力が伝送された場合、受電装置を保護するために送電電力を調整する通信信号が送電装置側に伝達されるまでの間は、過剰な電力から受電装置を充分に保護できないという課題がある。

従って本発明の目的は、受電装置を過剰な電力伝送から迅速に保護する非接触電力伝送システムを提供することにある。

本発明は、上記課題を、送電部を有する送電装置、並びに共振回路部を有する受電部、共振周波数変更回路部、及び負荷を有する受電装置を備え、前記送電部から前記受電部へ非接触で電力伝送が行われ、前記共振周波数変更回路部により受電部から送電部に送電量抑制信号が送信されたときには、まず前記共振周波数変更回路部による前記送電量抑制信号の発生動作が行われることにより前記共振周波数変更回路部を介した前記負荷への伝送電力が抑制され、さらに前記送電部が前記受電部からの前記送電量抑制信号を受信することにより前記送電部から前記受電部への送電電力を減少させることで前記負荷への伝送電力が抑制される非接触電力伝送システムであって、前記送電量抑制信号の大きさをＳ１とし、前記送電量抑制信号とは周波数の異なる信号である送電量増加信号の大きさをＳ２とし、信号検出閾値をＮ１、Ｎ２とすると、前記負荷は前記受電部に接続され、前記送電部から前記受電部への送電が開始され、前記負荷への送電が確立した後、Ｓ１のみがＮ１を上回った場合には前記送電部からの送電電力を一定量減少させ、Ｓ２のみがＮ２を上回った場合には前記送電電力を一定量増加させ、いずれにも該当しない場合には前記送電電力を維持することを特徴とする非接触電力伝送システムにより解決する。

なお、送電装置が前記受電部より電力伝送を受けてから前記負荷への電力伝送が確立されるまでの間を含む時間を待機時間として、前記送電装置は、送電開始から前記待機時間が経過するまでは上限電力に到達するまで一定時間毎に一定量の送電電力量を増加させる非接触電力伝送システムが望ましい。

また、前記送電量抑制信号の大きさをＳ１とし、前記送電量抑制信号とは周波数の異なる信号である送電量増加信号の大きさをＳ２とし、信号検出閾値をそれぞれＮ１、Ｎ２とすると、前記負荷は前記受電部に接続され、前記送電部から前記受電部への送電が開始され、前記負荷への送電が確立した後、Ｓ１のみがＮ１を上回った場合には前記送電部からの送電電力を一定量減少させ、Ｓ２のみがＮ２を上回った場合には前記送電電力を一定量増加させ、いずれにも該当しない場合には前記送電電力を維持する非接触電力伝送システムが望ましい。

受電装置を過剰な電力伝送から保護するばかりではなく、送電装置からの伝送電力量が不足している場合の調整も行うことができるからである。

また、前記送電装置は、さらに前記送電部への電力供給を行う交流電力発生回路部と、電流検出回路部と、送電量抑制信号成分のみ通過するフィルタと、送電量増加信号成分のみ通過するフィルタを有し、前記交流電力発生回路部から前記送電部への電力供給経路に前記電流検出回路部を配し、前記電流検出回路部からの電流検出信号を前記送電量抑制信号成分のみ通過するフィルタへ通過させることにより送電量抑制信号を検出し、前記電流検出回路部からの電流検出信号を前記送電量増加信号成分のみ通過するフィルタへ通過させることにより送電量増加信号を検出する非接触電力伝送システムが望ましい。

また、前記受電装置は、さらに整流回路部と、スイッチ部と、平滑コンデンサを有し、前記共振周波数変更回路部とは、半導体スイッチにより異なるインピーダンスへ切り替えるインピーダンス切替回路部であり、前記送電部から前記受電部へ伝送される交流電力の周波数ｆｐは一定であり、前記受電部は周波数ｆｐを共振点とするＬＣ共振回路を構成し、前記受電部は前記インピーダンス切替回路部及び前記整流回路部と並列接続され、前記整流回路部は前記スイッチ部を介して前記平滑コンデンサ及び前記負荷と並列接続され、前記送電量抑制信号とは、前記インピーダンス切替回路部のインピーダンスの切り替えに連動する前記受電部の共振周波数の変動で発生する前記送電部への信号であり、前記送電量増加信号とは、前記スイッチ部の開閉動作で発生する前記送電部への負荷変調信号である非接触電力伝送システムが望ましい。

また、前記送電量抑制信号の周波数は、前記送電量増加信号の周波数よりも低い非接触電力伝送システムが望ましい。

また、前記送電部とは送電コイル部であり、前記受電部とは受電コイル部であり、前記送電コイル部と前記受電コイル部が電磁結合し、電磁誘導により前記送電装置から前記受電装置へ非接触で電力伝送が行われる非接触電力伝送システムが望ましい。

また、前記受電装置は過電圧保護回路部を有し、定電圧回路部を有していない非接触電力伝送システムが望ましい。

本発明によって、受電装置を過剰な電力伝送から迅速に保護する非接触電力伝送システムを提供することが可能となる。

本発明における非接触電力伝送システムの実施形態１を示す回路ブロック図である。 本発明における非接触電力伝送システムの実施形態２を示す回路ブロック図である。 図２における制御回路部１８の入力信号振幅の周波数分布を示す図である。図３（ａ）は上限電圧Ｖｕを超えた場合、図３（ｂ）は下限電圧Ｖｄ以上、上限電圧Ｖｕ以下の場合、図３（ｃ）は、電圧検出回路部２５の検出電圧が下限電圧Ｖｄ未満の場合、図３（ｄ）は下限電圧Ｖｄ以上、上限電圧Ｖｕ以下であるが下限電圧Ｖｄよりも低く上限電圧Ｖｕを設定している場合を示している。 本発明における非接触電力伝送システムの実施形態３を示す回路ブロック図である。 図４における制御回路部１８の入力信号振幅の周波数分布を示す図であり、電圧検出回路部２５の検出電圧が下限電圧Ｖｄ以上、上限電圧Ｖｕ未満の場合を示している。 本発明における非接触電力伝送システムの実施形態４を示す回路ブロック図である。 本発明における非接触電力伝送システムの実施形態４のタイムチャートを示す図である。

（実施形態１）
図１は、本発明における非接触電力伝送システムの実施形態１を示す回路ブロック図である。

送電装置１側の出力電圧が調整可能な直流電源部１１より交流電力発生回路部１２へ電力が供給され、変換された交流電力はインピーダンス整合回路１３を介して送電コイル１４に送電される。

さらに、送電コイル１４と電磁結合することにより受電装置２側の受電コイル２１に非接触で送電される。

ここで、インピーダンス切替回路部２２の半導体スイッチなどにより構成されたスイッチＳＷ１が遮断されている場合は、受電コイル２１はコンデンサＣ０と共振回路を構成し、スイッチＳＷ１が導通している場合は、受電コイル２１とコンデンサＣ０及びインピーダンス切替回路部２２のコンデンサＣ１、Ｃ２により共振回路を構成することとなるため、スイッチＳＷ１により受電コイル２１と並列接続されるインピーダンス、及び共振回路の共振点を切り替えることができる。

上記共振回路に蓄積された電力は、整流回路部２３に伝わり、整流された直流電力が負荷２４に送電される。

ここで、送電コイル１４から受電コイル２１へ送電される交流電力の周波数ｆｐに受電コイル２１とコンデンサＣ０による共振回路の共振点を合わせておき、スイッチＳＷ１を常時は遮断しておく。

さらに整流回路部２３から負荷２４へ送電される直流電力の電圧を、電圧検出回路部２５により検出できるよう結線する。

電圧検出回路部２５の検出電圧が負荷２４の上限電圧Ｖｕを超える場合には、電圧検出回路部２５からの制御によりスイッチＳＷ１を導通させ、周波数ｆｐから共振回路の共振点を外すことで、負荷２４への送電を抑制させる。

逆に電圧検出回路部２５の検出電圧が負荷２４の上限電圧Ｖｕ以下の場合には、電圧検出回路部２５からの制御によりスイッチＳＷ１を遮断させ、周波数ｆｐから共振回路の共振点を合わせることで、負荷２４への送電量を回復させる。

このようにしてスイッチＳＷ１の導通と遮断が繰り返され、その周波数をｆｐｕとすると、受電コイル２１のインピーダンスも周波数ｆｐｕで時間変化し、電磁結合している送電コイル１４のインピーダンスも同じ周波数ｆｐｕで時間変化する。なお、上限電圧Ｖｕに達する時間が短くなり、過剰な電力伝送にさらされる頻度を少なくするため、スイッチＳＷ１を導通させる基準となる検出電圧を上限電圧Ｖｕに、遮断させる基準となる検出電圧を上限電圧Ｖｕよりも低く設定することにより、ヒステリシスを持たせることが望ましい。また、スイッチＳＷ１の導通と遮断の基準となる検出電圧の差を調整することにより、周波数ｆｐｕを調整することが可能である。

ここで、送電装置１側の直流電源部１１から交流電力発生回路部１２への接続導体に流れる電流値を電流検出回路部１５で検出し、信号増幅回路部１６及び周波数ｆｐｕの信号以外を減衰させるｆｐｕバンドパスフィルタ１７を介して制御回路部１８に信号が伝達され、制御回路部１８で周波数ｆｐｕの信号の大きさＳ１が閾値Ｎ１を超えた場合には、制御回路部１８が直流電源部１１から交流電力発生回路部１２へ送電する電力を抑制する制御を行う。電力の抑制は、送電コイル１４からの送電電力にも反映され、最終的には負荷２４へ送電される電力がさらに抑制される。なお、閾値Ｎ１を超えたことの判定は、ツェナーダイオードやコンパレータを用いた回路などにより行うことができる。

すなわち本発明は、送電部となる送電コイル１４を有する送電装置１と、共振回路部を有する受電部となる受電コイル２１と、共振周波数変更回路部となるインピーダンス切替回路部２２と、負荷２４を有する受電装置２を備え、送電コイル１４から受電コイル２１へ非接触で電力伝送が行われ、インピーダンス切替回路部２２により受電コイル２１から送電コイル１４に周波数ｆｐｕの送電量抑制信号が送信されたときには、まずインピーダンス切替回路部２２による周波数ｆｐｕの送電量抑制信号の発生動作が行われることによりインピーダンス切替回路部２２を介した負荷２４への伝送電力が抑制され、さらに送電コイル１４が受電コイル２１からの周波数ｆｐｕの送電量抑制信号を受信することにより送電コイル１４から受電コイル２１への送電電力を減少させることで負荷２４への伝送電力が抑制される非接触電力伝送システムの実施形態を取り得る。

インピーダンス切替回路部２２の動作により負荷２４への伝送電力量は一般的には減少するが、その動作により生じる信号が送電コイル１４に伝達されたときに送電量抑制信号であるとして送電量も減少させれば、負荷２４を迅速かつ確実に過剰な電力から保護すると共に、負荷２４への電力伝送に寄与しない余分な電力の送電を抑制することで、電力伝送効率を高めることができる。

すなわち、負荷２４に過剰な電力が伝送された場合に、インピーダンス切替回路部２２の動作により負荷２４への伝送電力を迅速に抑制し、さらに送電量抑制信号が送電コイル１４に伝達されることで送電コイル１４からの伝送電力量がさらに減少するため、負荷２４への伝送電力量はさらに抑制される。

ここで、送電量抑制信号を繰り返し送信することで送電コイル１４からの送電電力量を一定量ごと繰り返し減少させることもできるため、送電コイル１４からの伝送電力量を必要な電力量にまで抑制するよう調整することができる。

（実施形態２）
図２は、本発明における非接触電力伝送システムの実施形態２を示す回路ブロック図である。

実施形態１における図１とは、送電装置１側の信号増幅回路部１６と制御回路部１８の間にｆｐｄバンドパスフィルタ１７１を設け、受電装置２側の整流回路部２３と負荷２４の間に半導体スイッチなどにより構成されたスイッチＳＷ２と平滑コンデンサＣ３を設けている点が異なる。

ここで、非接触電力伝送時は、スイッチＳＷ２を常時導通としておく。

整流回路部２３の出力電圧を検出する電圧検出回路部２５の検出電圧が負荷２４の必要とする下限電圧Ｖｄ未満である場合はスイッチＳＷ２を遮断し、負荷２４及び平滑コンデンサＣ３を切り離すことで高インピーダンスとなり、電圧検出回路部２５の検出電圧が上昇する。ここで、負荷２４に送電されなかった電力の一部は受電コイル２１とコンデンサＣ０による共振回路に蓄積され、スイッチＳＷ２を導通させたときに負荷２４に送電される。

電圧検出回路部２５の検出電圧が負荷２４の必要とする下限電圧Ｖｄ以上である場合は、スイッチＳＷ２を導通させることで負荷２４及び平滑コンデンサＣ３が接続され低インピーダンスとなり、電圧検出回路部２５の検出電圧が低下する。

このようにしてスイッチＳＷ２の導通と遮断が繰り返されることで、受電コイル２１のインピーダンスが周波数ｆｐｄで時間変化し、電磁結合している送電コイル１４のインピーダンスも同じ周波数ｆｐｄで時間変化する。

ここで、スイッチＳＷ２を導通させる基準となる検出電圧を、遮断させる基準となる検出電圧より高く設定し、ヒステリシスを持たせた上で、基準となる検出電圧の差により周波数ｆｐｄを調整することができる。

さらに、実施形態１と同様に送電コイル１４のインピーダンス変化を電流検出回路部１５で検出し、信号増幅回路部１６及び周波数ｆｐｄの信号以外を減衰させるｆｐｄバンドパスフィルタ１７１を介して制御回路部１８に信号が伝達され、制御回路部１８で周波数ｆｐｄの信号の大きさＳ２が閾値Ｎ２を超えた場合には、制御回路部１８が直流電源部１１から交流電力発生回路部１２へ送電する電力を増加させる制御を行う。電力の増加は、送電コイル１４からの送電電力にも反映され、最終的には負荷２４へ送電される電力が増加する。

ここで、負荷２４のインピーダンスが高く、送電コイル１４に充分なインピーダンス変化をさせることができない場合は、スイッチＳＷ２を整流回路部２３と負荷２４の間に直列接続するのではなく、スイッチＳＷ２と抵抗などの低インピーダンス部を直列接続したものを、負荷２４と共に整流回路部２３に並列接続するよう構成すればよい。

なお、本実施例の非接触電力伝送システムは、実施形態１で述べたようなスイッチＳＷ１による負荷２４への過剰な電力の伝送を抑制する機能も有している。

図３は、図２における制御回路部１８の入力信号振幅の周波数分布を示す図である。図３（ａ）は電圧検出回路部２５の検出電圧が下限電圧Ｖｄ未満の場合、図３（ｂ）は下限電圧Ｖｄ以上、上限電圧Ｖｕ未満の場合、図３（ｃ）は上限電圧Ｖｕ以上の場合、図３（ｄ）は下限電圧Ｖｄ以上上限電圧Ｖｕ未満であるが下限電圧Ｖｄよりも低く上限電圧Ｖｕを設定している場合を示している。

本実施形態における非接触電力伝送システムは、受電装置２における負荷２４への送電電力を電圧検出回路部２５の検出電圧で監視している。

二次電池の充電や電子機器の駆動などのため、負荷２４にとって必要な電力が不足した場合には電圧検出回路部２５の検出電圧が下限電圧Ｖｄを下回り、図３（ａ）のような周波数ｆｐｄの信号が受電コイル２１、送電コイル１４を介して送電装置１の制御回路部１８まで伝達され、信号の大きさＳ２が閾値Ｎ２を超えれば送電コイル１４からの送電電力を増加させるよう制御する。

負荷２４にとって過不足なく必要な電力が供給されている場合は、電圧検出回路部２５の検出電圧は下限電圧Ｖｄと上限電圧Ｖｕの間にあるため、図３（ｂ）のように送電装置１の制御回路部１８まで伝達される信号はなく、閾値Ｎ１、Ｎ２以下のノイズのみとなる。従って、送電コイル１４からの送電電力は維持される。

負荷２４にとって過剰な電力が供給された場合には電圧検出回路部２５の検出電圧が上限電圧Ｖｕを超え、図３（ｃ）のような周波数ｆｐｕの信号が受電コイル２１、送電コイル１４を介して送電装置１の制御回路部１８まで伝達され、信号の大きさＳ１が閾値Ｎ１を超えれば制御回路部１８が送電コイル１４からの送電電力を抑制するよう制御する。

ここで、受電コイル２１とインピーダンス切替回路部２２による共振回路のインピーダンスが切り替えられた場合には、共振回路からの充放電が起こるが、このような充放電には時定数があるため、インピーダンス切替回路部２２の動作により発生する送電量抑制信号の周波数ｆｐｕには上限がある。

一方、送電量増加信号を発生させるために行われるスイッチＳＷ２の開閉動作により電圧の変動が発生する。このような電圧の変動を平滑コンデンサＣ３で吸収するが、平滑コンデンサＣ３の静電容量にも限度があることから、送電量増加信号の周波数ｆｐｄには下限がある。

さらに、送電量抑制信号と送電量増加信号の周波数が一致すると信号の判別が困難となる。

従って、送電量増加信号の周波数は、送電量抑制信号の周波数よりも高いことが望ましく、信号の判別をより確実に行う上では、送電量増加信号の周波数は、送電量抑制信号の周波数の１０倍よりも高いことが、より望ましい。

なお、下限電圧Ｖｄよりも低く上限電圧Ｖｕを設定することもできる。この場合は、電圧検出回路部２５の検出電圧が下限電圧Ｖｄと上限電圧Ｖｕの間にあるときでも図３（ｄ）のように周波数ｆｐｕで大きさＳ１の信号と周波数ｆｐｄで大きさＳ２の信号の両方が制御回路部１８に検出されることとなるが、この場合は図３（ｂ）の場合と同様に送電コイル１４からの送電電力を維持するよう制御する。

すなわち本発明は、送電量抑制信号の大きさをＳ１と、送電量抑制信号とは周波数の異なる信号である送電量増加信号の大きさをＳ２と、信号検出閾値をＮ１、Ｎ２とすると、負荷は受電コイルに接続され、送電コイルから受電コイルへの送電が開始され、負荷への送電が確立した後、Ｓ１のみが閾値Ｎ１を上回った場合には送電コイルからの送電電力を一定量減少させ、Ｓ２のみが閾値Ｎ２を上回った場合には送電電力を一定量増加させ、いずれにも該当しない場合には送電電力を維持する非接触電力伝送システムの実施形態を取り得る。なお、Ｎ１とＮ２は同じ値でも良い。

また、本発明は、送電装置１が、さらに送電コイル１４への電力供給を行う交流電力発生回路部１２と、電流検出回路部１５と、送電量抑制信号を通過させるｆｐｕバンドパスフィルタ１７と、送電量増加信号を通過させるｆｐｄバンドパスフィルタ１７１を有し、交流電力発生回路部１２から送電コイル１４への電力供給経路に電流検出回路部１５を配し、電流検出回路部１５からの電流検出信号をｆｐｕバンドパスフィルタ１７へ通過させることにより送電量抑制信号を検出し、電流検出回路部１５からの電流検出信号をｆｐｄバンドパスフィルタ１７１へ通過させることにより送電量増加信号を検出する非接触電力伝送システムの実施形態を取り得る。

また、本発明は、受電装置２が、さらに整流回路部２３と、スイッチＳＷ２と、平滑コンデンサＣ３と、半導体スイッチなどのスイッチＳＷ１により異なるインピーダンスへ切り替えるインピーダンス切替回路部２２を有し、送電コイル１４から受電コイル２１へ伝送される交流電力の周波数ｆｐは一定であり、受電コイル２１は周波数ｆｐを共振点とするＬＣ共振回路を構成し、受電コイル２１はインピーダンス切替回路部２２及び整流回路部２３と並列接続され、整流回路部２３はスイッチＳＷ２を介して平滑コンデンサＣ３及び負荷２４と並列接続され、送電量抑制信号とは、インピーダンス切替回路部２２のインピーダンスの切り替えに連動する受電コイル２１の共振周波数の変動で発生する送電コイル１４への信号であり、送電量増加信号とは、スイッチＳＷ２の開閉動作で発生する送電コイル１４への負荷変調信号である非接触電力伝送システムの実施形態を取り得る。

インピーダンス切替回路部２２により共振点が外されると、負荷２４へ送電される電力が減少するため、送電装置１からの送電電力を減少させる送電量抑制信号に適している、このように構成することで、送電量抑制信号を発生させただけで負荷２４への送電電力が抑制され、送電装置１の送電量減少との相乗効果により、受電装置２と負荷２４を過剰な電力から迅速に保護することができる。

スイッチＳＷ２の開閉により受電コイル２１のインピーダンスは変動するが、スイッチＳＷ２が負荷２４への電力伝送を遮断している間に受電コイル２１、コンデンサＣ０による共振回路に電力が蓄積され、蓄積された電力がスイッチＳＷ２の通電動作により平滑コンデンサＣ３を介して負荷２４に伝送されるため、スイッチＳＷ２の動作による負荷２４への送電電力の低下の影響は小さく、送電装置１からの送電電力を増加させる送電量増加信号に適している。

（実施形態３）
図４は、本発明における非接触電力伝送システムの実施形態３を示す回路ブロック図である。

実施形態２における図２とは、信号増幅回路部１６と制御回路部１８の間にｆｓｂアクティブフィルタ１７２を設けている点が異なる。

上記構成により、異物３が送電コイル１４と受電コイル２１の間に入り込むことにより送電コイル１４に起こる周波数成分ｆｓｂのインピーダンス変動を制御回路部１８により検出した場合には、異常発生を知らせる警報を発したり、送電コイル１４からの送電を停止したりするなどの措置を取ることができる。

図５は、図４における制御回路部１８の入力信号振幅の周波数分布を示す図であり、電圧検出回路部２５の検出電圧が下限電圧Ｖｄ以上、上限電圧Ｖｕ未満の場合を示している。

図５は異物挿入による周波数ｆｓｂで大きさＳ０の信号が閾値Ｎ０を超えているため検出されている様子を示している。

（実施形態４）
図６は、本発明における非接触電力伝送システムの実施形態４を示す回路ブロック図である。

実施形態３における図４とは、送電装置１側に発振回路部１９１、信号変調部１９２、保護回路部１９３を設けている点が異なる。なお、異物の記載は省略している。なお、図６では送電に用いるアンテナと通信に用いるアンテナは送電アンテナ１４で共用しているが、共用せずに通信に用いるアンテナを送電アンテナ１４とは別のアンテナとしても良い。さらに、受電に用いるアンテナと通信に用いるアンテナは受電アンテナ２１で共用しているが、共用せずに通信に用いるアンテナを受電アンテナ２１とは別のアンテナとしても良い。

本実施形態では、電力伝送を行わない期間は、スイッチＳＷ１を遮断の状態にしておき、スイッチＳＷ２も遮断の状態にしておくことで送電装置１から受電装置２への信号の送信が可能となる。

この場合、送信信号は、送電装置１側の発振回路部１９１で発生させた周波数ｆｐの交流電圧を信号変調部１９２により交流信号電圧に変調し、保護回路部１９３を介して送電コイル１４に交流信号が伝達される。

交流信号は送電コイル１４と電磁結合している受電装置２側の受電コイル２１に伝達され、保護回路部２６１、整合回路部２６２を介して受信回路部２６３により信号が検出される。なお、受信回路部２６３で負荷変調を行うことにより、送信部へ信号を送信することで相互に通信を行ってもよい。

ここで、予めスイッチＳＷ１を遮断しておくことにより、受電コイル２１とコンデンサＣ０による共振回路の共振点が信号の周波数ｆｐと一致し、スイッチＳＷ２を遮断しておくことにより、整流回路部２３の出力インピーダンスを高くすることができるため、電圧検出回路部２５により検出される信号電圧が充分に確保され、高感度の信号受信が可能となる。

信号の送信が終了し、電力伝送が開始され、ツェナーダイオード等によって構成した保護回路部１９４、２６１により送信部を構成する発振回路部１９１、信号変調部１９２、整合回路部１９３、受信部を構成する整合回路部２６２、受信回路部２６３への過電圧が遮断され、保護される。

ここで、送電装置１から受電装置２へ伝送される電力は、一定時間毎に一定量増加させるよう、なだらかに増加させる。このことにより、保護回路部１９４、２６１による過電圧遮断動作の応答遅れがあったとしても送信部及び受信部を保護する上で問題とはならない。

この際、スイッチＳＷ２が遮断されていることによる整流回路部２３の出力インピーダンスの高さに起因し、スイッチＳＷ１の導通と遮断による受電コイル２１のインピーダンス変動が小さくなるため、送電コイル１４のインピーダンス変動はほとんど起こらない。従って、送電装置１の制御回路部１８が送電量抑制信号を受け取ることができない場合があり得る。

しかし、待機時間中に電圧検出回路部２５が上限電圧Ｖｕを超える電圧を検出した場合でも、スイッチＳＷ１を導通させることで受電コイル２１からの受電を抑制し、受電装置２内部の電圧を下げることができる。

そして、所定の待機時間が経過した後にスイッチＳＷ２を導通状態とする。これにより負荷２４への電力伝送が始まる。

図７は、本発明における非接触電力伝送システムの実施形態４のタイムチャートを示す図である。

すなわち、図６における送電コイル１４から受電コイル２１への非接触送電電力、電圧検出回路部２５の検出電圧、スイッチＳＷ１、ＳＷ２の導通と遮断に関するタイムチャートを図７は示している。

まず、電力伝送の予告などのために、送電装置から受電装置へ信号の送信を行う。この際、既に述べた通り、受信感度を上げるため、スイッチＳＷ１、ＳＷ２は遮断されている。この期間は、図７における送信期間に対応する。

なお、必要でなければ、上記電力伝送前の送信を行わなくとも良い。

次に、送電装置から受電装置への非接触電力伝送が開始される。

この際の送電電力は、初期の送電電力から予め設定された上限電力Ｐｓｔまで、一定時間毎に一定量を徐々に増加させる。徐々に増加させることで、受電装置側の保護回路による過電圧保護の応答遅れによる不具合を防ぐことができる。

ここで、負荷が二次電池などの場合は、電力伝送を受けるまでに所定の待機時間を要する場合がある。そこで、電力伝送開始して、所定の待機時間が経過した後にスイッチＳＷ２が導通状態とする。スイッチＳＷ２が導通するまでの期間は、図７における漸次増加、接続待機の期間に対応する。

なお、上限電力Ｐｓｔは、スイッチＳＷ１とスイッチＳＷ２が遮断しているときに受電装置内部で過電圧による不具合が起こらず、後にスイッチＳＷ２が導通した場合に負荷が必要とする最小限の電力を供給できるように設定することが望ましい。

次に、スイッチＳＷ２が導通すれば、負荷まで電力が伝送される。この期間は、図７における負荷接続の期間に対応する。

ここで、負荷の変化や送電装置と受電装置の位置関係の変化などにより負荷への送電電力が不足し、検出電圧が下限電圧Ｖｄを下回る場合（ａ、ｄの期間）は、スイッチＳＷ２が周波数ｆｐｄで導通と遮断を繰り返すことにより送電装置からの送電電力を増加させ、負荷への送電電力が過剰となり、検出電圧が上限電圧Ｖｕを超える場合（ｂ、ｃの期間）は、スイッチＳＷ１が周波数ｆｐｕで導通と遮断を繰り返すことにより送電装置からの送電電力を減少させる。

このことにより、受電装置側の上記検出電圧は一定の電圧に保たれる。

すなわち本発明は、受電コイルより電力伝送を受けてから負荷への電力伝送が確立されるまでの間を含む時間を待機時間として、送電装置は、送電開始から待機時間が経過するまでは上限電力に到達するまで一定時間毎に一定量増加させる非接触電力伝送システムの実施形態を取り得る。

また、本発明は、受電装置が過電圧保護回路部を有し、定電圧回路部を有していない非接触電力伝送システムの実施形態を取り得る。

１ 送電装置
２ 受電装置
３ 異物
１１ 直流電源部
１２ 交流電力発生回路部
１３ インピーダンス整合回路
１４ 送電コイル
１５ 電流検出回路部
１６ 信号増幅回路部
１７、１７１ バンドパスフィルタ
１８ 制御回路部
２１ 受電コイル
２２ インピーダンス切替回路部
２３ 整流回路部
２４ 負荷
２５ 電圧検出回路部
１７２ アクティブフィルタ
１９１ 発振回路部
１９２ 信号変調部
１９３ 整合回路部
１９４ 保護回路部
２６１ 保護回路部
２６２ 整合回路部
２６３ 受信回路部
Ｃ０、Ｃ１、Ｃ２ コンデンサ
Ｃ３ 平滑コンデンサ
Ｎ０、Ｎ１、Ｎ２ 閾値
Ｓ０、Ｓ１、Ｓ２ 信号の大きさ
Ｖｄ 下限電圧
Ｖｕ 上限電圧
Ｐｓｔ 上限電力
ＳＷ１、ＳＷ２ スイッチ
ｆｐ、ｆｐｕ、ｆｐｄ、ｆｓｂ 周波数

Claims (6)

1. 送電部を有する送電装置、
   並びに共振回路部を有する受電部、
   共振周波数変更回路部、
   整流回路部、
   スイッチ部、
   平滑コンデンサ、
   及び負荷を有する受電装置を備え、
   前記送電部から前記受電部へ非接触で電力伝送が行われ、
   前記共振周波数変更回路部により受電部から送電部に送電量抑制信号が送信されたときには、
   まず前記共振周波数変更回路部による前記送電量抑制信号の発生動作が行われることにより前記共振周波数変更回路部を介した前記負荷への伝送電力が抑制され、
   さらに前記送電部が前記受電部からの前記送電量抑制信号を受信することにより前記送電部から前記受電部への送電電力を減少させることで前記負荷への伝送電力が抑制される非接触電力伝送システムであって、
   前記送電量抑制信号の大きさをＳ１とし、
   前記送電量抑制信号とは周波数の異なる信号である送電量増加信号の大きさをＳ２とし、信号検出閾値をＮ１、Ｎ２とすると、
   前記負荷は前記受電部に接続され、
   前記送電部から前記受電部への送電が開始され、前記負荷への送電が確立した後、
   Ｓ１のみがＮ１を上回った場合には前記送電部からの送電電力を一定量減少させ、
   Ｓ２のみがＮ２を上回った場合には前記送電電力を一定量増加させ、
   いずれにも該当しない場合には前記送電電力を維持し、
   前記共振周波数変更回路部とは、半導体スイッチにより異なるインピーダンスへ切り替えるインピーダンス切替回路部であり、
   前記送電部から前記受電部へ伝送される交流電力の周波数ｆｐは一定であり、
   前記受電部は周波数ｆｐを共振点とするＬＣ共振回路を構成し、
   前記受電部は前記インピーダンス切替回路部及び前記整流回路部と並列接続され、
   前記整流回路部は前記スイッチ部を介して前記平滑コンデンサ及び前記負荷と並列接続され、
   前記送電量抑制信号とは、前記インピーダンス切替回路部のインピーダンスの切り替えに連動する前記受電部の共振周波数の変動で発生する前記送電部への信号であり、
   前記送電量増加信号とは、前記スイッチ部の開閉動作で発生する前記送電部への負荷変調信号であることを特徴とする非接触電力伝送システム。
2. 前記受電部より電力伝送を受けてから前記負荷への電力伝送が確立されるまでの間を含む時間を待機時間として、
   前記送電装置は、送電開始から前記待機時間が経過するまでは上限電力に到達するまで一定時間毎に一定量の送電電力量を増加させることを特徴とする請求項１に記載の非接触電力伝送システム。
3. 前記送電装置は、
   さらに前記送電部への電力供給を行う直流電源部と、
   電流検出回路部と、
   前記送電量抑制信号成分のみ通過するフィルタと、
   前記送電量増加信号成分のみ通過するフィルタを有し、
   前記直流電源部から前記送電部への電力供給経路に前記電流検出回路部を配し、
   前記電流検出回路部からの電流検出信号を前記送電量抑制信号成分のみ通過するフィルタへ通過させることにより前記送電量抑制信号を検出し、
   前記電流検出回路部からの電流検出信号を前記送電量増加信号成分のみ通過するフィルタへ通過させることにより前記送電量増加信号を検出することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の非接触電力伝送システム。
4. 前記送電量抑制信号の周波数は、前記送電量増加信号の周波数よりも低いことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の非接触電力伝送システム。
5. 前記送電部とは送電コイル部であり、
   前記受電部とは受電コイル部であり、
   前記送電コイル部と前記受電コイル部が電磁結合し、電磁誘導により前記送電装置から前記受電装置へ非接触で電力伝送が行われることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の非接触電力伝送システム。
6. 前記受電装置は過電圧保護回路部を有し、定電圧回路部を有していないことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の非接触電力伝送システム。
   

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