JP6417243B2 - 充電装置 - Google Patents

Description

本発明は、交流電流の流れる配線の回りに発生する磁界から電力を電磁誘導で抽出する装置に係わり、特にその抽出した電力が過電力の場合の部品保護に好適な充電装置に関する。

例えば、特許文献１には、交流電流に基づき電線の回りに発生する磁界をトランスにより電力に変換し、この変換された電力を整流器により直流に変換し、そして、この変換された直流に基づく電力を電力貯蔵装置に蓄える技術が記載されている。

また、例えば、特許文献２には、２次側回路の整流部と平滑部との間に過電圧保護部を設け、過電圧発生を検出すると２次側回路を短絡する技術が記載されている。さらに、短絡に基づく１次側回路の電流変化または電圧変化を検出部で検出し、その検出に基づき、１次側回路の電源を制御部がオフする技術も記載されている。

特開２０００−２４５０７８号公報 特開２０１２−４４７６２号公報

前述した特許文献１の技術では、交流電流の流れる配線の回りに発生する磁界から電磁誘導で電力を抽出することが可能である。しかし、特許文献１には、抽出した電力を使用する負荷に対して、負荷が必要とする電力以上の電力を抽出した場合の部品保護などの対処の仕方が示されていなかった。

また、前述した特許文献２の技術では、交流電流の流れる配線を１次側とした場合、１次側回路の送電をオフすることはできず、長時間に渡り２次側回路の保護部が短絡状態となる。このため、保護部では短絡時に発熱し、またその熱により保護部が故障する可能性が高くなる課題があった。さらに、必要としている充電電流以上に１次側から電流が供給されているため、１次側電力を無駄に消費する課題があった。すなわち、特許文献２では、２次側回路の保護部が働き、短絡したときの長時間動作の熱破壊防止に１次側回路をオフしており、２次側回路だけで処理できていない課題があった。

本発明の目的は、負荷が必要とする電力以上の電力を抽出した場合の部品保護を２次側回路だけで発熱なく行う充電装置を提供するものである。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記の通りである。

（１）充電装置は、交流電流の流れる配線から電力を抽出する抽出部と、前記抽出部の出力インピーダンスとインピーダンス整合をとる整合部と、前記抽出部で抽出した抽出電力を交流から直流に整流する整流部と、バッテリと、前記整流部で整流された整流抽出電力を利用して前記バッテリに充電する充電部と、制御部と、を有する。前記制御部で、インピーダンス整合状態である第１の状態から、インピーダンス整合状態でない第２の状態に前記整合部のインピーダンスを調整する。

（２）充電装置は、ギャップ長を調整できるトロイダルコアで構成され、交流電流の流れる配線から電力を抽出する抽出部と、前記抽出部の出力インピーダンスとインピーダンス整合をとる整合部と、前記抽出部で抽出した抽出電力を交流から直流に整流する整流部と、バッテリと、前記整流部で整流された整流抽出電力を利用して前記バッテリに充電する充電部と、制御部と、を有する。前記制御部は、前記トロイダルコアのギャップ長を、最短状態の第１の長さから、最短状態でない第２の長さに調整する。

本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、以下の通りである。

すなわち、負荷が必要とする電力以上の電力を抽出した場合の部品保護を２次側回路だけで発熱なく行うことができる。このため、保護用部品を小形化でき、且つ、１次側電力を無駄に消費することがない。

本発明の実施の形態１に係る充電装置の構成の一例を示すブロック図である。 図１に示す充電装置における整合部の動作の一例を示す説明図である。 （ａ）（ｂ）（ｃ）は図１に示す充電装置の動作の一例を示す説明図である。 図１に示す充電装置における制御部の制御フローの一例を示すフローチャートである。 （ａ）（ｂ）（ｃ）は図１に示す充電装置の動作の別の一例を示す説明図である。 図１に示す充電装置における制御部の制御フローの別の一例を示すフローチャートである。 図１に示す充電装置における整合部の動作の別の一例を示す説明図である。 図１に示す充電装置における整合部の構成の一例を示す回路図である。 図１に示す充電装置における保護部の構成の一例を示す回路図である。 本発明の実施の形態２に係る充電装置の構成の一例を示すブロック図である。 本発明の実施の形態３に係る充電装置の構成の一例を示すブロック図である。 図１１に示す充電装置における保護部の構成の一例を示す回路図である。 本発明の実施の形態４に係る充電装置の構成の一例を示すブロック図である。 図１３に示す充電装置における保護部の構成の一例を示す回路図である。 本発明の実施の形態５に係る充電装置の構成の一例を示すブロック図である。 図１５に示す充電装置における抽出部の動作の一例を示す説明図である。 図１５に示す充電装置における制御部の制御フローの一例を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態６に係る充電装置の構成の一例を示すブロック図である。 （ａ）（ｂ）（ｃ）は図１８に示す充電装置の動作の一例を示す説明図である。 図１８に示す充電装置における制御部の制御フローの一例を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態７に係る充電装置における制御部の制御フローの一例を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態７に係る充電装置における制御部の制御フローの別の一例を示すフローチャートである。

以下の実施の形態においては、便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらは互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。また、以下の実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。

さらに、以下の実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。

［実施の形態の概要］
まず、実施の形態の概要について説明する。本実施の形態の概要では、一例として、括弧内に実施の形態の対応する構成要素の符号等を付して説明する。

（１）充電装置は、交流電流の流れる配線から電力を抽出する抽出部（１０１）と、前記抽出部の出力インピーダンスとインピーダンス整合をとる整合部（１０２）と、前記抽出部で抽出した抽出電力を交流から直流に整流する整流部（１０３）と、バッテリ（１０５）と、前記整流部で整流された整流抽出電力を利用して前記バッテリに充電する充電部（１０４）と、制御部（１０６）と、を有する。前記制御部で、インピーダンス整合状態である第１の状態から、インピーダンス整合状態でない第２の状態に前記整合部のインピーダンスを調整する。

（２）充電装置は、ギャップ長を調整できるトロイダルコアで構成され、交流電流の流れる配線から電力を抽出する抽出部（１５０１）と、前記抽出部の出力インピーダンスとインピーダンス整合をとる整合部（１００２）と、前記抽出部で抽出した抽出電力を交流から直流に整流する整流部（１０３）と、バッテリ（１０５）と、前記整流部で整流された整流抽出電力を利用して前記バッテリに充電する充電部（１０４）と、制御部（１０６）と、を有する。前記制御部は、前記トロイダルコアのギャップ長を、最短状態の第１の長さから、最短状態でない第２の長さに調整する。

以下、上述した実施の形態の概要に基づいた各実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号または関連する符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、本発明は、実施の形態を説明するための図示例に限定されるものではない。

［実施の形態１］
本実施の形態１に係る充電装置について、図１〜図９を用いて説明する。

＜充電装置の構成＞
まず、本実施の形態１に係る充電装置の構成を、図１を用いて説明する。図１は、本実施の形態１に係る充電装置の構成の一例を示すブロック図である。図１では、交流電流の流れる配線として商用周波数５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの商用電源からの商用電流の流れる商用電源線を考え、商用電源線の回りに発生する磁界から電力を電磁誘導で抽出してその電力をバッテリに充電する充電装置の構成を示している。

充電装置は、抽出部１０１と、整合部１０２と、整流部１０３と、充電部１０４と、バッテリ１０５と、制御部１０６と、保護部１０７とで構成される。

抽出部１０１は、交流電流の流れる配線である商用電源線１００に取り付けられ、この商用電源線１００から電力を抽出する抽出部である。この抽出部１０１による動作は、充電方法における抽出ステップの動作である。

整合部１０２は、抽出部１０１に接続され、この抽出部１０１の出力インピーダンスとインピーダンス整合をとる整合部である。この整合部１０２による動作は、充電方法における整合ステップの動作である。

整流部１０３は、抽出部１０１に接続された整合部１０２に接続され、この抽出部１０１で抽出して整合部１０２でインピーダンス整合がとられた抽出電力を交流から直流に整流する整流部である。この整流部１０３による動作は、充電方法における整流ステップの動作である。

充電部１０４は、保護部１０７を介して整流部１０３に接続され、この整流部１０３で整流された整流抽出電力を利用してバッテリ１０５に充電する充電部である。この充電部１０４による動作は、充電方法における充電ステップの動作である。

バッテリ１０５は、充電部１０４に接続され、この充電部１０４により充電されるバッテリである。このバッテリ１０５には、例えばモータや電燈などの負荷が接続されている。

制御部１０６は、充電部１０４の入力側（監視線１０８）および出力側（監視線１０９）に接続され、さらに、充電部１０４および整合部１０２に接続され、この整合部１０２におけるインピーダンス整合のためのインピーダンス調整を行う制御部である。また、制御部１０６は、保護部１０７にも接続され、この保護部１０７に対して充電部１０４を保護するための保護制御信号を出力する制御部でもある。この制御部１０６による動作は、充電方法における制御ステップの動作である。

保護部１０７は、整流部１０３と充電部１０４との間に接続されると共に制御部１０６に接続され、この制御部１０６からの保護制御信号で充電部１０４の前段を短絡して充電部１０４を保護する保護部である。この保護部１０７による動作は、充電方法における保護ステップの動作である。

図１において、抽出部１０１は、例えばトロイダルコア１０１ａの中心に商用電源線１００を通し、トロイダルコア１０１ａに巻き線１０１ｂを巻きつけることで構成される。この構成により、巻き線１０１ｂの両端に起電力を生じさせることができる。トロイダルコア１０１ａの材料は比透磁率が大きく、磁気飽和を起こしにくい材料、商用周波数では例えばケイ素鋼などを使用する。また、トロイダルコア１０１ａはドーナツ形の例を示している。

巻き線１０１ｂで生じた起電力は、整合部１０２で巻き線１０１ｂの出力インピーダンスとインピーダンス整合をとることで、最大電力を抽出することができる。この抽出された電力は商用周波数の交流であり、整流部１０３で整流されて直流となり、保護部１０７を介して充電部１０４に入力される。そして、充電部１０４は、入力された直流をバッテリ１０５の充電特性に合わせるような充電電流、充電電圧として、バッテリ１０５を充電する。

＜整合部の動作＞
図１に示した充電装置における整合部１０２の動作を、図２を用いて説明する。図２は、充電装置における整合部１０２の動作の一例を示す説明図である。図２では、整合部１０２の入力インピーダンスと抽出電力との関係を示したものであり、横軸に整合部１０２の入力インピーダンス、縦軸に抽出電力を示している。

整合部１０２の入力インピーダンスが抽出部１０１の出力インピーダンス、すなわち巻き線１０１ｂの出力インピーダンスと等しくなったときに整合点２０１となり、最大電力が抽出される。

整合部１０２は、制御部１０６から制御を受け、入力インピーダンスを変化させる機能２０２,２０３を持つ。最も入力インピーダンスの低い点２０４から最も入力インピーダンスの高い点２０５まで可変することができる。整合点２０１は点２０４と点２０５の間のインピーダンスにある。最も入力インピーダンスの低い点２０４や最も入力インピーダンスの高い点２０５では整合点２０１よりも抽出できる電力が少なくなる。なお、整合部１０２の出力インピーダンスと整流部１０３の入力インピーダンスとは、常に整合がとれているものとする。

図２において、整合点２０１の状態は、インピーダンス調整における整合状態（第１の状態）である。最も入力インピーダンスの低い点２０４や最も入力インピーダンスの高い点２０５の状態は、整合状態でない第２の状態である。また、第１の状態には、整合状態に近い点も含めることもある。また、第２の状態には、整合点２０１を除いた点２０４,２０５の方向への途中の各点も含めることもある。

＜充電部と制御部の動作、整合部および保護部と制御部の動作＞
図１に示した充電装置における充電部１０４と制御部１０６の動作を、図３を用いて説明する。図３は、充電装置の動作の一例を示す説明図である。図３は、充電部１０４の入出力の電圧、電流、電力の状態を示したものである。

図３（ｃ）は、バッテリ１０５へ充電するバッテリ電圧Ｖ［Ｂ］３０４とバッテリ電流Ｉ［Ｂ］３０５を示している。バッテリ１０５が完全に放電されている状態とすれば、充電部１０４は、まず充電部１０４の出力である充電電流Ｉ［Ｃ］を電流値Ｉ［Ｏ］に設定した定電流動作を行う。その後、バッテリ電圧Ｖ［Ｂ］が、定電流動作から定電圧動作に切り替える閾値の電圧である電圧値Ｖ［Ｏ］になったら、定電流動作から、満充電と考える電圧値Ｖ［Ｅ］より少し高い電圧であるＶ［Ｄ］の電圧値に、充電部１０４の出力である充電電圧Ｖ［Ｃ］を設定し、定電圧動作に移行する。バッテリ電圧Ｖ［Ｂ］が電圧値Ｖ［Ｅ］になったら満充電状態になったと判断し、充電動作を停止する。これらの動作は、バッテリ電圧Ｖ［Ｂ］を監視線１０９により制御部１０６が測定、監視することで、充電部１０４を制御する。

次に、整合部１０２および保護部１０７と制御部１０６の動作を、図３を用いて説明する。図３（ａ）は、充電部１０４に供給される抽出電力Ｐ［ｘ］３０１と充電部１０４が必要とする必要電力Ｐ［ｎ］３０２を示している。

図３（ａ）に示す抽出電力Ｐ［ｘ］３０１は、抽出部１０１で抽出され、整合部１０２、整流部１０３、保護部１０７を介して充電部１０４に入力されたものである。図３（ａ）の例では、抽出電力Ｐ［ｘ］３０１は一定の電力Ｐ１としている。必要電力Ｐ［ｎ］３０２は、図３（ｃ）のバッテリ電圧Ｖ［Ｂ］３０４とバッテリ電流Ｉ［Ｂ］３０５の積であり、定電流期間である時刻ｔ１から時刻ｔ２までは、バッテリ電圧Ｖ［Ｂ］３０４の上昇に伴って必要電力Ｐ［ｎ］３０２は大きくなる。定電圧期間である時刻ｔ２から時刻ｔ３までは、バッテリ電圧Ｖ［Ｂ］３０４の上昇が緩やかになり、またバッテリ電流Ｉ［Ｂ］３０５も減少してくるので、全体としては必要電力Ｐ［ｎ］３０２はだんだん少なくなる。満充電となった時刻ｔ３以降は、電力は必要なくなる。

図３（ｂ）は、充電部１０４の入力電圧である供給電圧Ｖ［Ｓ］３０３を示したものであり、監視線１０８により制御部１０６が測定、監視している。図３（ａ）で示すように、抽出電力Ｐ［ｘ］３０１は一定の電力Ｐ１であるとすれば、定電流期間である時刻ｔ１から時刻ｔ２は、抽出電力Ｐ［ｘ］３０１と必要電力Ｐ［ｎ］３０２との差分の電圧となり、電圧は減少していき、時刻ｔ２で最小値となる。その後、定電圧期間である時刻ｔ２から時刻ｔ３は、抽出電力Ｐ［ｘ］３０１と必要電力Ｐ［ｎ］３０２との差分が大きくなるため、その差分に応じて電圧は高くなっていく。

ここで、満充電となる時刻ｔ３は、制御部１０６が監視線１０９によりバッテリ電圧Ｖ［Ｂ］を測定、監視し、バッテリ電圧Ｖ［Ｂ］が電圧値Ｖ［Ｅ］になったことにより制御部１０６が認識する。この時、バッテリ電流Ｉ［Ｂ］は電流値Ｉ［Ｅ］になる。制御部１０６は、時刻ｔ３で満充電となったことを認識し、整合部１０２に対して整合状態をずらすように指示を出す。図２でいえば、整合点２０１であったところから点２０４または点２０５に移動するように制御する。これにより、抽出電力は減少し、図３（ａ）に示すように抽出電力Ｐ［ｘ］３０１は電力Ｐ０に減少し、図３（ｂ）に示す供給電圧Ｖ［Ｓ］３０３も減少する。

制御部１０６は、整合部１０２に対して整合状態をずらすように指示を出したあと、保護部１０７に対して保護をｏｎにするように指示を出す。保護部１０７は、これを受け、時刻ｔ４に回路をシャントする。図３（ｂ）に示す供給電圧Ｖ［Ｓ］３０３は保護部１０７がシャントしたため、電圧がなくなり０になる。

もし、満充電となった時刻ｔ３以降、整合部１０２の整合をずらさなかった場合は、供給電圧Ｖ［Ｓ］３０３の電圧は上がり続け、部品が故障する限界の設定電圧Ｖ［Ｈ］を超えてしまう。また、整合部１０２の整合をずらさなかった場合に保護部１０７をシャントした場合は、抽出電力Ｐ［ｘ］３０１の電力Ｐ１を全て保護部１０７で電流を流すことになり、電流量が多く発熱し、保護部１０７が破壊する可能性が高い。

＜制御部の制御フロー＞
図３の場合の動作を、図４を用いて詳細に説明する。図４は、充電装置における制御部１０６の制御フローの一例を示すフローチャートである。

ステップ４０１において、制御部１０６による制御がスタートする。

ステップ４０２において、制御部１０６は、整合部１０２を制御して、抽出部１０１で生じた起電力を最大電力で抽出できるように、図２におけるインピーダンス整合点２０１にインピーダンス調整する。

ステップ４０３において、制御部１０６で、監視線１０９によりバッテリ電圧Ｖ［Ｂ］を測定する。

ステップ４０４において、制御部１０６は、現在のバッテリ１０５の充電状況を判断するために、バッテリ電圧Ｖ［Ｂ］が、充電部１０４を定電流動作から定電圧動作に切り替える閾値の電圧である電圧値Ｖ［Ｏ］に対して大きいか小さいかを比較する。

ステップ４０４の結果、バッテリ電圧Ｖ［Ｂ］が電圧値Ｖ［Ｏ］より小さい場合、バッテリ１０５はかなり放電しており定電流動作の領域であると判断され、ステップ４０５において、制御部１０６は、充電部１０４を制御して、充電電流Ｉ［Ｃ］を電流値Ｉ［Ｏ］に設定した定電流動作とし、バッテリ１０５を充電させる。このあと、バッテリ１０５の充電状況を判断するためにステップ４０３に戻る。

ステップ４０４の結果、バッテリ電圧Ｖ［Ｂ］が電圧値Ｖ［Ｏ］以上の場合、バッテリ１０５はあまり放電しておらず定電圧動作の領域であると判断され、ステップ４０６において、制御部１０６は、充電部１０４を制御して、満充電と考える電圧値Ｖ［Ｅ］より少し高い電圧であるＶ［Ｄ］に充電電圧Ｖ［Ｃ］を設定して定電圧動作とし、バッテリ１０５を充電させる。

ステップ４０７において、バッテリ１０５が満充電になったかどうかを判断するために、制御部１０６で、監視線１０９によりバッテリ電圧Ｖ［Ｂ］を測定する。

ステップ４０８において、バッテリ電圧Ｖ［Ｂ］の電圧が、満充電と考える電圧値Ｖ［Ｅ］に対して大きいか小さいかを比較し、バッテリ電圧Ｖ［Ｂ］が電圧値Ｖ［Ｅ］未満の場合、バッテリ１０５は満充電でないと判断され、ステップ４０３へ戻る。

ステップ４０８の結果、バッテリ電圧Ｖ［Ｂ］が電圧値Ｖ［Ｅ］以上の場合、ステップ４０９において、バッテリ１０５は満充電であると判断される。

ステップ４１０において、バッテリ１０５は満充電なので電力は必要なく、必要電力Ｐ［ｎ］は０となる。ここで、制御部１０６は、バッテリ１０５の充電電圧が満充電を示す電圧値Ｖ［Ｅ］以上になったことをトリガとして、整合部１０２に対して整合状態をずらすように指示を出す。図２でいえば、整合点２０１であったところから点２０４または点２０５に移動するように制御する。これにより、抽出電力Ｐ［ｘ］は減少し、抽出電力Ｐ［ｘ］は電力Ｐ０に減少する。なお、整合状態をずらす場合、点２０４であっても点２０５であっても同様に抽出電力Ｐ［ｘ］は減少するが、点２０５、すなわち入力インピーダンスを上げた場合は抽出電力Ｐ［ｘ］の抽出電力が減少する途中過程などに整合部１０２の入力電圧が非常に高くなる可能性があり、整合部１０２の部品を故障させる場合が考えられる。したがって、一般的には、点２０４、すなわち入力インピーダンスを下げる方向に整合をずらす。

ステップ４１１において、制御部１０６は、整合部１０２に対して整合状態をずらすように指示を出したあと、保護部１０７に対して保護をｏｎにするように指示を出す。保護部１０７は、これを受け、回路をシャントする。なお、制御部１０６が保護部１０７に対して保護をｏｎにするように指示を出す前に、制御部１０６は供給電圧Ｖ［Ｓ］を監視線１０８により測定し、供給電圧Ｖ［Ｓ］が十分下がったことを確認してから保護部１０７に対して保護をｏｎにするように指示を出してもよい。

ステップ４１２において、バッテリ１０５の充電状態を常時確認するために、制御部１０６で、監視線１０９によりバッテリ電圧Ｖ［Ｂ］を測定する。

ステップ４１３において、バッテリ電圧Ｖ［Ｂ］の電圧が、満充電と考える電圧値Ｖ［Ｅ］に対して大きいか小さいかを比較し、バッテリ電圧Ｖ［Ｂ］が電圧値Ｖ［Ｅ］以上の場合、バッテリ１０５は満充電であると判断され、ステップ４１２に戻り、バッテリ１０５の充電状態の監視モードに入る。バッテリ電圧Ｖ［Ｂ］が電圧値Ｖ［Ｅ］未満の場合、バッテリ１０５は満充電でないと判断され、バッテリ１０５の充電状態の監視モードから外れ、ステップ４０２へ戻り、抽出部１０１で生じた起電力を最大電力で抽出できるようにする。

図１には図示していないが、バッテリ１０５にはモータや電燈などの負荷が接続されており、常時、バッテリ１０５の電力を消費する可能性がある。したがって、ステップ４１２、ステップ４１３のバッテリ１０５の充電状態の監視モードが必要になる。

図１、図２、図３、図４で示したバッテリ１０５の満充電時の保護部１０７の保護方法によれば、整合部１０２で整合状態からずらして抽出電力を少なくしたあと、保護部１０７をｏｎしてシャントするので、保護部１０７に流れる電流が少なくなり、保護部１０７が異常に発熱することがなく、保護部１０７が壊れることがない効果がある。また、整合部１０２で整合状態をずらして抽出電力を少なくすることで、商用電源線１００に流れる電力を無駄に消費することがない効果がある。

＜抽出部で抽出される電力が想定よりも大きくなった場合の保護動作＞
次に、商用電源線１００に流れる電流が多くなるなどして、抽出部１０１で抽出される電力が想定よりも大きくなった場合について、図１の充電装置の保護動作を図５、図６、図７を用いて説明する。図５は充電装置の動作の別の一例を示す説明図であり、図６は充電装置における制御部１０６の制御フローの一例を示すフローチャートであり、図７は整合部の動作の別の一例を示す説明図である。

図５は、充電部１０４の前後の電力、電圧、電流の状態を示したものである。図５（ａ）に示す抽出電力Ｐ［ｘ］５０１は、抽出部１０１で抽出され、整合部１０２、整流部１０３、保護部１０７を介して充電部１０４に入力されたものである。図５（ａ）の例では、抽出電力Ｐ［ｘ］５０１は一定の電力Ｐ２であるが、図３（ａ）に示す電力Ｐ１よりも大きな値である。図５（ｂ）は、充電部１０４に入力される供給電圧Ｖ［Ｓ］を示し、監視線１０８により制御部１０６で測定、監視される。図５（ｃ）は、充電部１０４の出力であるバッテリ電圧Ｖ［Ｂ］、バッテリ電流Ｉ［Ｂ］を示し、バッテリ電圧Ｖ［Ｂ］は監視線１０９により制御部１０６で測定、監視される。

図５の場合の動作を、図６を用いて詳細に説明する。図６に示す制御部１０６の制御フローのフローチャートにおいて、図４と同一符号は同一内容を表し、説明は省略する。

ステップ６０１において、制御部１０６による制御がスタートする。

ステップ４０２後のステップ６０２において、制御部１０６で、監視線１０８により供給電圧Ｖ［Ｓ］を測定する。

ステップ６０３において、制御部１０６は、供給電圧Ｖ［Ｓ］が充電部１０４を構成する部品の故障する限界の電圧より少し低い設定電圧Ｖ［Ｈ］に対して大きいか小さいかを比較する。この結果、供給電圧Ｖ［Ｓ］が設定電圧Ｖ［Ｈ］より小さい場合は、故障しないと判断してステップ４０３に移り、以下、図４と同様の処理を行う。

ステップ６０３の結果、供給電圧Ｖ［Ｓ］が設定電圧Ｖ［Ｈ］より大きい場合は、ステップ６０４において、故障の可能性があると判断する。

ステップ６０５において、制御部１０６は、供給電圧Ｖ［Ｓ］が過電圧を示す電圧値Ｖ［Ｈ］以上になったことをトリガとして、整合部１０２に対して整合状態から少し（入力インピーダンスｄ）ずらすように指示を出す。この指示に基づく整合部１０２の動作を、図７を用いて説明する。図７は、整合部１０２の入力インピーダンスと抽出電力との関係を示したものであり、横軸に整合部１０２の入力インピーダンス、縦軸に抽出電力を示している。

図７の例では、整合点２０１であったところから点２０４の方向に入力インピーダンスｄだけ小さくする。その結果、抽出部１０１での抽出電力は減少する。この処理を行った後、ステップ６０２に戻る。ステップ６０２、ステップ６０３、ステップ６０４、ステップ６０５を繰り返すことで、最終的に供給電圧Ｖ［Ｓ］を設定電圧Ｖ［Ｈ］より小さくする。図５（ｂ）の５０２に供給電圧Ｖ［Ｓ］の推移を示す。設定電圧Ｖ［Ｈ］より小さくなるまで繰り返され、図５（ｂ）の５０２、図７の例では３回繰り返されており、図７に示すように入力インピーダンスをｄずつ３回下げていき、抽出電力をだんだん下げ、最終的に設定電圧Ｖ［Ｈ］より小さくなるまで繰り返される。

図１、図５、図６、図７で示した抽出部１０１で抽出される電力が想定よりも大きくなった場合の保護方法によれば、整合部１０２で整合状態から段階的に少しずつずらして抽出電力を少なくするので、バッテリ１０５に受電するのに必要な充電電力を維持したまま充電部１０４を構成する部品が故障する限界電圧より供給電圧を下げることができる効果がある。

＜整合部の構成＞
図８は、整合部１０２の構成の一例を示す回路図である。図８は、π型のインピーダンスマッチング回路の例である。整合部１０２は、スイッチ８０１、コンデンサ８０２ａ，８０２ｂ，８０２ｃ，８０２ｄ、インダクタ８０３、コンデンサ８０４、および、制御信号入力端子８０５で構成される。整合部１０２において、インダクタ８０３の一端が抽出部１０１に接続され、他端が整流部１０３に接続されている。インダクタ８０３の一端とグランドとの間に、４回路のスイッチ８０１とコンデンサ８０２ａ，８０２ｂ，８０２ｃ，８０２ｄが接続されている。インダクタ８０３の他端とグランドとの間に、コンデンサ８０４が接続されている。

コンデンサ８０２ａ，８０２ｂ，８０２ｃ，８０２ｄは、スイッチ８０１で制御信号入力端子８０５から入力される制御部１０６からの制御信号によりそれぞれ選択される。コンデンサ８０２ａ，８０２ｂ，８０２ｃ，８０２ｄの容量を、例えばそれぞれＣ、２Ｃ、４Ｃ、８Ｃとすれば、スイッチ８０１の選択により、容量Ｃから容量１５Ｃまで容量Ｃ単位での可変ステップとすることが可能である。

インダクタ８０３のインダクタンスとコンデンサ８０４の容量は、コンデンサ８０２ａ，８０２ｂ，８０２ｃ，８０２ｄで可変可能な容量の最小値と最大値との間で、整合部１０２の入力インピーダンスが、図２における整合点２０１と、例えば点２０４を含むような値に設定する。

スイッチ８０１は、図８ではスイッチを４回路しか示していないが、更にスイッチ回路を増やすことも可能である。また、スイッチ８０１およびコンデンサ８０２ａ，８０２ｂ，８０２ｃ，８０２ｄと並列に、インダクタ８０３におけるコンデンサ８０４の接続されているのとは反対側の端子とグランド間にコンデンサを配置し、スイッチ８０１とコンデンサ８０２ａ，８０２ｂ，８０２ｃ，８０２ｄの容量調整は配置したコンデンサ容量の補正用としてもよい。更に、スイッチ８０１およびコンデンサ８０２ａ，８０２ｂ，８０２ｃ，８０２ｄと、コンデンサ８０４を入れ替えた配置としてもよい。また更に、コンデンサ８０４もスイッチとコンデンサで構成し、制御部１０６で制御してもよい。

以上により、スイッチ８０１の選択を制御部１０６で制御することにより、入力インピーダンスを変化させることができる。

＜保護部の構成＞
図９は、保護部１０７の構成の一例を示す回路図である。保護部１０７は、ＦＥＴ９０１、抵抗９０２、コンデンサ９０３、ダイオード９０４、ダイオード９０５、抵抗９０６、抵抗９０７、制御信号入力端子９０８、および、信号線９０９で構成される。保護部１０７において、信号線９０９は整流部１０３と充電部１０４との間に接続されている。信号線９０９とグランドとの間に、ＦＥＴ９０１が接続されている。ＦＥＴ９０１のゲートとグランドとの間に、抵抗９０２とコンデンサ９０３が並列に接続されている。信号線９０９とグランドとの間に、抵抗９０７と抵抗９０６が直列に接続されている。抵抗９０７と抵抗９０６との接続点から、ダイオード９０５が順方向でＦＥＴ９０１のゲートに接続されている。制御信号入力端子９０８から、ダイオード９０４が順方向でＦＥＴ９０１のゲートに接続されている。

まず、信号線９０９の過電圧保護動作を説明する。信号線９０９の電圧Ｖを抵抗９０７と抵抗９０６とで分圧した電圧により、ダイオード９０５に電流が流れ、コンデンサ９０３に電荷が蓄積し、コンデンサ９０３の電圧がＦＥＴ９０１のゲート電圧ＶＧのスレッシュホールドを越えると、ＦＥＴ９０１がオンし、信号線９０９をシャントする。すなわち、抵抗９０７と抵抗９０６との分圧比で信号線９０９の過電圧値を設定する。抵抗９０２とコンデンサ９０３は、その定数によって決まる時定数でコンデンサ９０３にたまった電荷が放電し、ＦＥＴ９０１をオフにする。

制御信号入力端子９０８に、ダイオード９０４を介してＦＥＴ９０１のゲート電圧ＶＧのスレッシュホールドを越える制御電圧を制御部１０６から与えることで、保護部１０７のＦＥＴ９０１をオンさせて、制御部１０６から信号線９０９をシャントさせることができる。

図９の保護部１０７の構成によれば、ダイオード９０４，９０５で、過電圧保護動作の電圧と制御部１０６からの制御電圧の逆流をそれぞれ防ぎ、簡単な構成で信号線９０９の過電圧保護動作に加えて制御部１０６から保護動作を制御できる効果がある。

＜実施の形態１の効果＞
以上説明した本実施の形態１に係る充電装置によれば、バッテリ１０５に接続された負荷が必要とする電力以上の電力を抽出した場合の部品保護を２次側回路だけで発熱なく行うことができる。このため、保護用部品を小形化でき、且つ、１次側電力を無駄に消費することがない。すなわち、図１の充電装置の構成によれば、バッテリ１０５の満充電時や、抽出部１０１で抽出される電力が想定よりも大きくなった場合に、整合部１０２の入力インピーダンスを制御して抽出電力を少なくすることで、保護部１０７に流れる電流を少なくして保護部１０７が異常に発熱することをなくし、保護部１０７が壊れることを防ぐことができる。また、整合部１０２で整合状態をずらして抽出電力を少なくすることで、商用電源線１００に流れる電力を無駄に消費することを防ぐことができる。詳細には、以下の通りである。

（１）充電装置は、抽出部１０１、整合部１０２、整流部１０３、充電部１０４、バッテリ１０５および制御部１０６を有することで、制御部１０６により、インピーダンス調整を、整合状態の第１の状態（点２０１）から、整合状態でない第２の状態（点２０４,２０５）にすることで、抽出電力を少なくして充電装置を過電圧から保護することができる。

（２）充電装置は、さらに保護部１０７を有することで、制御部１０６が第１の状態から第２の状態にすることで抽出電力を少なくしたあとに、保護部１０７により、充電部１０４の前段を短絡して充電部１０４を過電圧から保護することができる。

（３）上記（１）（２）において、制御部１０６により、バッテリ１０５の充電電圧（Ｖ［Ｂ］）を監視し、充電電圧がバッテリ１０５の満充電を示す第１の電圧値（Ｖ［Ｅ］）以上になったことをトリガとして、第１の状態から第２の状態にすることができる。または、制御部１０６により、充電部１０４の入力電圧である供給電圧（Ｖ［Ｓ］）を監視し、供給電圧が過電圧を示す第２の電圧値（Ｖ［Ｈ］）以上になったことをトリガとして、第１の状態から第２の状態にすることができる。または、制御部１０６により、整合部１０２の入力インピーダンスを調整することで、第１の状態から第２の状態にすることができる。この結果、第１の状態から第２の状態にすることで、抽出電力を少なくして充電装置を過電圧から保護することができる。

［実施の形態２］
本実施の形態２に係る充電装置について、図１０を用いて説明する。本実施の形態２では、前記実施の形態１と異なる点を主に説明する。

図１０は、本実施の形態２に係る充電装置の構成の一例を示すブロック図である。図１０では、交流電流の流れる配線として商用周波数５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの商用電源からの商用電流の流れる商用電源線を考え、商用電源線の回りに発生する磁界から電力を電磁誘導で抽出してその電力をバッテリに充電する充電装置の別の構成を示している。図１０において、図１と同一符号は同一機能を表す。

図１０に示す充電装置では、整合部１００２は、図１の整合部１０２で行っていた制御部１０６から入力インピーダンスを調整する機能を除いたもので、整合部１００２の前段のブロック、図１０では抽出部１０１と、整合部１００２の後段のブロック、図１０では整流部１０３との間のインピーダンスマッチングを行う。そして、整流部１０３と保護部１０７との間に、整流部１０３から見た負荷インピーダンスが制御部１０６からの制御信号で調整可能な負荷調整部１００１を設ける。この負荷調整部１００１による動作は、充電方法における負荷調整ステップの動作である。

負荷調整部１００１の負荷インピーダンスを変化させると、整合部１００２から後段を見た出力インピーダンスが整流部１０３を介して変化し、その出力インピーダンスの変化は結果的に整合部１００２の入力インピーダンスを変化させる。すなわち、負荷調整部１００１の負荷インピーダンスを変化させることで、図２または図７で説明した整合部１０２の入力インピーダンスと抽出電力との関係を、整合部１００２でも実現できる。したがって、図４または図６の制御フローのフローチャートを用いることで、図１と同様の効果を得ることが可能である。すなわち、制御部１０６は、負荷調整部１００１の入力インピーダンスである負荷インピーダンスを調整することで、整合状態の第１の状態から整合状態でない第２の状態にすることができる。

負荷調整部１００１の構成は、図８と同様の構成で実現可能である。すなわち、スイッチ、コンデンサ、インダクタなどで構成されるπ型のインピーダンスマッチング回路などで実現できる。

図１０の構成によれば、整流部１０３で整流を行った後段の直流となったところの負荷調整部１００１で負荷インピーダンスの調整を行うため、虚数領域での解析を考慮しなくてよくなり、回路構成が簡単になる効果がある。また、負荷調整部１００１の出力インピーダンスを、定電圧源などを用いることで低インピーダンスとし、負荷調整部１００１の後段のインピーダンス変化を受けにくくする構成をとることが可能である。

なお、図１０の構成では、整合部１００２では制御部１０６からの制御を行わないとしたが、図１の整合部１０２とし、制御を併用することも可能である。

［実施の形態３］
本実施の形態３に係る充電装置について、図１１〜図１２を用いて説明する。本実施の形態３では、前記実施の形態１，２と異なる点を主に説明する。

図１１は、本実施の形態３に係る充電装置の構成の一例を示すブロック図である。図１１では、交流電流の流れる配線として商用周波数５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの商用電源からの商用電流の流れる商用電源線を考え、商用電源線の回りに発生する磁界から電力を電磁誘導で抽出してその電力をバッテリに充電する充電装置の別の構成を示している。図１１において、図１０と同一符号は同一機能を表す。

図１１に示す充電装置では、保護部１１０１は、図１０の負荷調整部１００１と保護部１０７の機能を一つにしたものである。

保護部１１０１の構成の一例を図１２に示す。図１２は、保護部１１０１の構成の一例を示す回路図であり、図９と同一符号は同一機能を表す。図１２では、ＦＥＴ９０１と信号線９０９との間に可変抵抗１２０１を配置する。可変抵抗１２０１は、制御部１０６からの制御信号を制御信号入力端子１２０２から入力することで、可変抵抗１２０１の抵抗値を可変することができる。

通常は、可変抵抗１２０１の抵抗値は０Ωとなっており、図９と同様に過電圧保護動作を行っている。負荷インピーダンスを変化させる場合は、制御部１０６から抵抗値設定の制御信号を制御信号入力端子１２０２から入力することで、可変抵抗１２０１に抵抗値を設定する。そして、制御信号入力端子９０８に、ダイオード９０４を介してＦＥＴ９０１のゲート電圧ＶＧのスレッシュホールドを越える制御電圧を制御部１０６から与えることで、保護部１１０１のＦＥＴ９０１をオンさせて、信号線９０９とグランドとの間に可変抵抗１２０１を接続し、設定した抵抗値の負荷とする。必要であれば、そのあと、可変抵抗１２０１の抵抗値を制御部１０６からの制御信号を制御信号入力端子１２０２から入力して調整する。

特に、バッテリ１０５の満充電時の制御フローを示す図４のステップ４１０の整合ずらしの場合、可変抵抗１２０１の抵抗値を０ΩのままＦＥＴ９０１をオンにし、整合部１００２の入力インピーダンスを図２の点２０４にして抽出電力を少なくするとともに、信号線９０９をシャントさせることができる。

図１１の構成によれば、図１２のような過電圧保護と共通の簡単な構成で負荷インピーダンスを変化させることができ、整合部１００２の入力インピーダンスを調整できる効果がある。なお、ダイオード９０４を介した制御信号入力端子９０８からの制御部１０６からの制御電圧を調整することで、ＦＥＴ９０１に可変抵抗１２０１の機能とシャントの機能を持たせ、可変抵抗１２０１をなくすこと、すなわち、図９の構成のまま、負荷インピーダンスを変化させ、整合部１００２の入力インピーダンスを調整することも可能である。

なお、図１１の構成では、整合部１００２では制御部１０６からの制御を行わないとしたが、図１の整合部１０２とし、制御を併用することも可能である。

［実施の形態４］
本実施の形態４に係る充電装置について、図１３〜図１４を用いて説明する。本実施の形態４では、前記実施の形態１〜３と異なる点を主に説明する。

図１３は、本実施の形態４に係る充電装置の構成の一例を示すブロック図である。図１３では、交流電流の流れる配線として商用周波数５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの商用電源からの商用電流の流れる商用電源線を考え、商用電源線の回りに発生する磁界から電力を電磁誘導で抽出してその電力をバッテリに充電する充電装置の別の構成を示している。図１３において、図１０と同一符号は同一機能を表す。

図１３に示す充電装置では、保護部１３０１を整合部１００２の前段に配置し、保護機能と抽出部１０１との整合をずらす機能を持たせたものである。

保護部１３０１の構成の一例を図１４に示す。図１４は、保護部１３０１の構成の一例を示す回路図であり、図９、図１２と同一符号は同一機能を表す。図１４では、信号線１４０２とグランドとの間に可変抵抗１２０１とリレー１４０１を配置する。可変抵抗１２０１は、制御部１０６からの制御信号を制御信号入力端子１２０２から入力することで、可変抵抗１２０１の抵抗値を可変することができる。

リレー１４０１は、通常オフになっており、このとき、抽出部１０１と整合部１００２とは整合がとれており、図２、図７の整合点２０１となっている。

整合をずらす場合は、制御部１０６から抵抗値設定の制御信号を制御信号入力端子１２０２から入力することで、可変抵抗１２０１に抵抗値を設定し、そして、制御信号入力端子９０８にリレー１４０１をオンにする制御電圧を制御部１０６から与えることでリレー１４０１をオンさせて、信号線１４０２とグランドとの間に可変抵抗１２０１を接続し、設定した抵抗値の負荷とする。必要であれば、そのあと、可変抵抗１２０１の抵抗値を、制御部１０６からの制御信号を制御信号入力端子１２０２から入力して調整する。

特に、バッテリ１０５の満充電時の制御フローを示す図４のステップ４１０の整合ずらしの場合、可変抵抗１２０１の抵抗値を０Ωとしてリレー１４０１をオンにし、保護部１３０１の入力インピーダンスを図２の点２０４にして抽出電力を少なくするとともに、信号線１４０２をシャントさせることができる。すなわち、バッテリ１０５の満充電時の保護のみに特化すれば、可変抵抗１２０１を省略できる。

図１３の構成によれば、図１４のような簡単な構成で負荷インピーダンスを変化させることができ、抽出部１０１との整合を調整できる効果がある。

なお、図１３の構成では、整合部１００２では制御部１０６からの制御を行わないとしたが、図１の整合部１０２とし、制御を併用することも可能である。また、図１０や図１１の実施の形態と併用することも可能である。

［実施の形態５］
本実施の形態５に係る充電装置について、図１５〜図１７を用いて説明する。本実施の形態５では、前記実施の形態１〜４と異なる点を主に説明する。

図１５は、本実施の形態５に係る充電装置の構成の一例を示すブロック図である。図１５では、交流電流の流れる配線として商用周波数５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの商用電源からの商用電流の流れる商用電源線を考え、商用電源線の回りに発生する磁界から電力を電磁誘導で抽出してその電力をバッテリに充電する充電装置の別の構成を示している。図１５において、図１０と同一符号は同一機能を表す。

図１５に示す充電装置では、抽出部１５０１は、商用電源線１００に取り付けられ、ギャップ長を調整できるトロイダルコア１５０１ａの中心に商用電源線１００を通し、トロイダルコア１５０１ａに巻き線１５０１ｂを巻きつけることで構成される。この構成により、巻き線１５０１ｂの両端に起電力を生じさせることができる。１５０１ｃはトロイダルコア１５０１ａのギャップを示す。

図１５の例では、抽出部１５０１のトロイダルコア１５０１ａに制御部１０６からの制御信号により、ギャップ１５０１ｃのギャップ長を調整できる機能を設けたものである。

図１６は、抽出部１５０１の動作の一例を示す説明図である。図１６では、トロイダルコア１５０１ａのギャップ長と抽出電力との関係を示したものであり、横軸にギャップ長、縦軸に抽出電力を示している。一般的に、ギャップ長を大きくすると比透磁率が小さくなり、その結果、抽出電力は少なくなる。点１６０１はギャップ長を最も狭めたときであり、抽出電力は最大である。点１６０２はギャップ長を最も広げたときであり、抽出電力は最小となる。δは、ギャップ長を少しずつ広げるときの長さである。

図１６において、点１６０１のギャップ長は、ギャップ長が最短状態の長さ（第１の長さ）である。点１６０２のギャップ長は、最短状態でない第２の長さである。また、第１の長さには、最短状態に近い長さも含めることもある。また、第２の長さには、点１６０１を除いた点１６０２の方向への途中の各長さも含めることもある。第１の長さから第２の長さにすることで、抽出電力を少なくして充電装置を過電圧から保護することができる。

図１５に示す充電装置において、バッテリ１０５の満充電時や、抽出部１５０１で抽出される電力が想定よりも大きくなった場合の制御フローを図１７に示す。図１７は、充電装置の動作の一例を示すフローチャートであり、図６と同一符号は同一内容を表す。

ほとんどの動作は図６で説明した動作と同様であり、異なる点は以下の３点である。

ステップ６０１後のステップ１７０１において、ギャップ長を最小とする。図１６でいえば点１６０１とし、抽出電力を最大にする。なお、このとき抽出部１５０１と整合部１００２とは整合のとれた状態である。

ステップ４０９後のステップ１７０２において、図６ではステップ４１０で整合部１０２の整合をずらしていたのに対し、図１７ではギャップ長を最大とする。図１６でいえば点１６０２とし、抽出電力を最小にする。

ステップ６０４後のステップ１７０３において、図６ではステップ６０５で整合部１０２の整合を少しずらしていたのに対し、図１７ではギャップ長を少し広げる。図１６では、ギャップ長が最小の点１６０１からギャップ長をδだけ広げる。その結果、抽出部１５０１での抽出電力は減少する。この処理を行った後、ステップ６０２に戻る。ステップ６０２、ステップ６０３、ステップ６０４、ステップ１７０３を繰り返すことで、最終的に供給電圧Ｖ［Ｓ］を設定電圧Ｖ［Ｈ］より小さくする。

図１５の構成によれば、トロイダルコア１５０１ａのギャップ長を最小にしたときが抽出部１５０１の抽出電力の最大値、トロイダルコア１５０１ａのギャップ長を最大にしたときが抽出部１５０１の抽出電力の最小値となり、また、一般的にその間は単調減少となるため、抽出電力の増減の制御を行いやすい効果がある。

なお、図１５の構成では、整合部１００２では制御部１０６からの制御を行わないとしたが、図１の整合部１０２とし、制御を併用することも可能である。また、図１０、図１１や図１３の実施の形態と併用することも可能である。

［実施の形態６］
本実施の形態６に係る充電装置について、図１８〜図２０を用いて説明する。本実施の形態６では、前記実施の形態１〜５と異なる点を主に説明する。

図１８は、本実施の形態６に係る充電装置の構成の一例を示すブロック図である。図１８では、交流電流の流れる配線として商用周波数５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの商用電源からの商用電流の流れる商用電源線を考え、商用電源線の回りに発生する磁界から電力を電磁誘導で抽出してその電力をバッテリに充電する充電装置の別の構成を示している。図１８において、図１０と同一符号は同一機能を表す。

図１８に示す充電装置では、商用電源線１００の電流量を測定する電流検出部１８０１を設ける。電流検出部１８０１は、商用電源線１００に取り付け、商用電源線１００に流れる電流値を測定する。この電流検出部１８０１による動作は、充電方法における電流検出ステップの動作である。測定した商用電源線１００に流れる電流値は監視線１８０２により制御部１０６に入力される。制御部１０６では、測定した商用電源線１００に流れる電流値から抽出部１０１で抽出される抽出電力に換算し、さらに、抽出部１０１で抽出され、整合部１００２、整流部１０３、負荷調整部１００１、保護部１０７を介して充電部１０４に入力される抽出電力Ｐ［ｘ］に換算する。

図１８の構成で、商用電源線１００に流れる電流が多くなるなどして、抽出部１０１で抽出される電力が想定よりも大きくなった場合について、図１９、図２０、図７を用いて説明する。

図１９は、充電部１０４前後の電力、電圧、電流の状態を示し、図５と同一符号は同一機能を表す。図１９（ａ）に示す抽出電力Ｐ［ｘ］５０１は、整合部１００２、整流部１０３、負荷調整部１００１、保護部１０７を介して充電部１０４に入力されたものである。

図５、図６では充電部１０４に入力される供給電圧Ｖ［Ｓ］を示し、監視線１０８により制御部１０６で測定、監視しているが、図１９、図２０では商用電源線１００に流れる電流値を監視線１８０２により制御部１０６で測定、監視する。そして、制御部１０６では、測定した商用電源線１００に流れる電流値から抽出部１０１で抽出される抽出電力に換算し、さらに、抽出部１０１で抽出され、整合部１００２、整流部１０３、負荷調整部１００１、保護部１０７を介して充電部１０４に入力される抽出電力Ｐ［ｘ］に換算する。

図１９の場合の動作を、図２０を用いて詳細に説明する。図２０に示す制御部１０６の制御フローのフローチャートにおいて、図６と同一符号は同一内容を表し、説明は省略する。

ステップ４０２後のステップ２００１において、制御部１０６で、監視線１８０２により制御部１０６で測定、監視し、測定した商用電源線１００に流れる電流値から抽出部１０１で抽出される抽出電力に換算し、さらに、抽出部１０１で抽出され、整合部１００２、整流部１０３、負荷調整部１００１、保護部１０７を介して充電部１０４に入力される抽出電力Ｐ［ｘ］に換算する。

ステップ２００２において、制御部１０６は、抽出電力Ｐ［ｘ］が充電部１０４を構成する部品の故障する限界の電圧より少し低い設定電力Ｐ［Ｈ］に対して大きいか小さいかを比較する。この結果、抽出電力Ｐ［ｘ］が設定電力Ｐ［Ｈ］より小さい場合は、故障しないと判断してステップ４０３に移り、以下、図４と同様の処理を行う。

ステップ２００２の結果、抽出電力Ｐ［ｘ］が設定電力Ｐ［Ｈ］より大きい場合は、ステップ２００３において、故障の可能性があると判断する。そして、ステップ６０５において、制御部１０６は、商用電源線１００に流れる電流値が抽出電力Ｐ［ｘ］の過抽出（設定電力Ｐ［Ｈ］）を示す電流値以上になったことをトリガとして、負荷調整部１００１に対して負荷インピーダンスを少し変化させ、整合状態から少しずらすように指示を出す。その結果、抽出部１０１での抽出電力は減少する。この処理を行った後、ステップ２００１に戻る。

ステップ２００１、ステップ２００２、ステップ２００３、ステップ６０５を繰り返すことで、最終的に抽出電力Ｐ［ｘ］を設定電力Ｐ［Ｈ］より小さくする。図１９（ａ）の５０１に抽出電力Ｐ［ｘ］の推移を示す。設定電力Ｐ［Ｈ］より小さくなるまで繰り返され、図１９（ａ）の５０１、図７の例では３回繰り返されており、図７に示すように入力インピーダンスをｄずつ３回下げていき、抽出電力をだんだん下げ、最終的に設定電力Ｐ［Ｈ］より小さくなるまで繰り返される。

図１８、図１９、図２０、図７で示した抽出部１０１で抽出される電力が想定よりも大きくなった場合の保護方法によれば、負荷調整部１００１で整合状態から段階的に少しずつずらして抽出電力を少なくするので、バッテリ１０５に受電するのに必要な充電電力を維持したまま充電部１０４を構成する部品が故障する限界電圧より供給電圧を下げることができる効果がある。

なお、図１８の構成では、整合部１００２では制御部１０６からの制御を行わないとしたが、図１の整合部１０２とし、制御を併用することも可能である。また、監視線１０８を用いた図１０、図１１や図１３、さらに図１５の実施の形態と併用することも可能である。

［実施の形態７］
本実施の形態７に係る充電装置について、図２１〜図２２を用いて説明する。本実施の形態７は、前記実施の形態１〜６に適用可能であり、図１、図１０、図１１、図１３、図１５、図１８の構成に適用する制御である。

図２１は、商用電源線１００に最初、電流が流れておらず、充電装置を設置後に電流を流すようにした場合の制御部１０６の制御フローの一例を示すフローチャートである。商用電源線１００に急に大電流が流れると、抽出部１０１で突発的な大電流を誘発する可能性がある。

ステップ２１０１において、制御部１０６による制御がスタートする。

ステップ２１０２において、図１０、図１１、図１３、図１８の構成では、制御部１０６は、負荷調整部１００１の負荷インピーダンスを変化させることで整合部１００２の入力インピーダンスを変化させ整合状態からずらす。また、図１の構成では、制御部１０６は、整合部１０２の入力インピーダンスを変化させ整合状態からずらす。図２でいえば、例えば点２０４とする。これにより、抽出部１０１での抽出電力を少なくする。

ステップ２１０３において、商用電源線１００に商用電流が流れ出したかどうかを観測する。図１８の構成では、電流検出部１８０１で測定した電流値を監視線１８０２により制御部１０６に取り込む。図１、図１０、図１１、図１３の構成では、充電部１０４の入力電圧である供給電圧を監視線１０８により制御部１０６に取り込む。

ステップ２１０４において、監視線１８０２による電流値または監視線１０８による供給電圧の値から、商用電源線１００に商用電流が流れ出したかどうかを判断する。例えば、ある閾値と比較し、それ以上の値となった場合に商用電流が流れ出したと判断する。電流が流れていないとの判断のときはステップ２１０４に戻り、商用電流が流れ出したかどうかの監視を繰り返す。

ステップ２１０５において、商用電流が流れ出したとの判断のときは、充電処理を開始する。すなわち、図４、図６、図２０のスタート（ステップ４０１またはステップ６０１）に移り、整合調整（ステップ４０２）以下を行う。なお、整合調整を徐々に行うことで、商用電流が流れ出したときの影響を受けにくくすることが可能である。

ステップ２１０６において、商用電源線１００の商用電流が停止したかどうかの監視モードに入る。電流が停止した場合は、ステップ２１０２に戻る。

図２２は、商用電源線１００に最初、電流が流れておらず、充電装置を設置後に電流を流すようにした場合の制御部１０６の制御フローの別の一例を示すフローチャートである。図２２は、図１５の構成に対応させたフローチャートであり、図２１と同一符号は同一内容を表し、説明は省略する。

ステップ２１０１後のステップ２２０１において、抽出部１５０１のトロイダルコア１５０１ａのギャップ長を最大にする。図１６でいえば点１６０２とし、抽出部１５０１での抽出電力を少なくする。

ステップ２１０４の結果、商用電流が流れ出したとの判断のときは、ステップ２２０２において、充電処理を開始する。すなわち、図１７のスタート（ステップ６０１）に移り、ギャップ長を最小とする処理（ステップ１７０１）以下を行う。なお、ギャップ長を最大から最小にするときは、徐々にギャップ長を調整することで、商用電流が流れ出したときの影響を受けにくくすることが可能である。

図２１、図２２の制御フローによれば、商用電源線１００に最初、電流が流れておらず、充電装置を設置後に大電流が流れた場合でも、抽出部１０１または抽出部１５０１に突発的な大電流を誘発することがなく、後段のブロックを保護することができる効果がある。

［付記］
本発明は、充電方法として、以下の特徴を有する。

（１）交流電流の流れる配線の回りに発生する磁界から電力を電磁誘導で抽出してバッテリに充電する充電装置における充電方法であって、
抽出部が前記交流電流の流れる配線から電力を抽出する抽出ステップと、
整合部が前記抽出ステップの出力インピーダンスとインピーダンス整合をとる整合ステップと、
整流部が前記抽出ステップで抽出した抽出電力を交流から直流に整流する整流ステップと、
充電部が前記整流ステップで整流された整流抽出電力による供給電圧を利用して充電電圧を作り、前記充電電圧で前記バッテリに充電する充電ステップと、
制御部が前記整合ステップにおけるインピーダンス整合のためのインピーダンス調整を行う制御ステップと、
を有し、
前記制御ステップでは、前記インピーダンス調整を、整合状態である第１の状態から、整合状態でない第２の状態にすることで前記抽出電力を少なくして前記充電装置を過電圧から保護する、充電方法。

（２）前記（１）に記載の充電方法において、
さらに、保護部が前記抽出電力または前記整流抽出電力を短絡する保護ステップを有し、
前記制御ステップで前記第１の状態から前記第２の状態にすることで前記抽出電力を少なくしたあとに、前記保護ステップでは、前記抽出電力または前記整流抽出電力を短絡する、充電方法。

（３）前記（１）に記載の充電方法において、
前記制御ステップでは、前記バッテリの充電電圧を監視し、前記充電電圧がバッテリの満充電を示す第１の電圧値以上になったことをトリガとして、前記第１の状態から前記第２の状態にする、充電方法。

（４）前記（１）に記載の充電方法において、
前記制御ステップでは、前記供給電圧を監視し、前記供給電圧が過電圧を示す第２の電圧値以上になったことをトリガとして、前記第１の状態から前記第２の状態にする、充電方法。

（５）前記（１）に記載の充電方法において、
さらに、電流検出部が前記交流電流の流れる配線の電流量を測定する電流検出ステップを有し、
前記制御ステップでは、前記電流検出ステップでの前記電流量を監視し、前記電流量が前記抽出電力の過抽出を示す第１の電流値以上になったことをトリガとして、前記第１の状態から前記第２の状態にする、充電方法。

（６）前記（１）に記載の充電方法において、
前記制御ステップでは、前記整合ステップの入力インピーダンスを調整することで、前記第１の状態から前記第２の状態にする、充電方法。

（７）前記（１）に記載の充電方法において、
さらに、前記整流ステップのあとに負荷調整ステップを有し、
前記制御ステップでは、前記負荷調整ステップでの入力インピーダンスである負荷インピーダンスを調整することで、前記第１の状態から前記第２の状態にする、充電方法。

（８）交流電流の流れる配線の回りに発生する磁界から電力を電磁誘導で抽出してバッテリに充電する充電装置における充電方法であって、
ギャップ長を調整できるトロイダルコアで構成された抽出部が前記交流電流の流れる配線から電力を抽出する抽出ステップと、
整合部が前記抽出ステップの出力インピーダンスとインピーダンス整合をとる整合ステップと、
整流部が前記抽出ステップで抽出した抽出電力を交流から直流に整流する整流ステップと、
充電部が前記整流ステップで整流された整流抽出電力による供給電圧を利用して充電電圧を作り、前記充電電圧で前記バッテリに充電する充電ステップと、
制御部が前記トロイダルコアのギャップ長の調整を行う制御ステップと、
を有し、
前記制御ステップでは、前記トロイダルコアのギャップ長を、最短状態の第１の長さから、最短状態でない第２の長さにすることで前記抽出電力を少なくして前記充電装置を過電圧から保護する、充電方法。

（９）前記（８）に記載の充電方法において、
さらに、保護部が前記抽出電力または前記整流抽出電力を短絡する保護ステップを有し、
前記制御ステップで前記第１の長さから前記第２の長さにすることで前記抽出電力を少なくしたあとに、前記保護ステップでは、前記抽出電力または前記整流抽出電力を短絡する、充電方法。

（１０）前記（８）に記載の充電方法において、
前記制御ステップでは、前記バッテリの充電電圧を監視し、前記充電電圧がバッテリの満充電を示す第１の電圧値以上になったことをトリガとして、前記第１の長さから前記第２の長さにする、充電方法。

（１１）前記（８）に記載の充電方法において、
前記制御ステップでは、前記供給電圧を監視し、前記供給電圧が過電圧を示す第２の電圧値以上になったことをトリガとして、前記第１の長さから前記第２の長さにする、充電方法。

（１２）前記（８）に記載の充電方法において、
さらに、電流検出部が前記交流電流の流れる配線の電流量を測定する電流検出ステップを有し、
前記制御ステップでは、前記電流検出ステップでの前記電流量を監視し、前記電流量が前記抽出電力の過抽出を示す第１の電流値以上になったことをトリガとして、前記第１の長さから前記第２の長さにする、充電方法。

以上、本発明者によってなされた発明をその実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。

前記実施の形態は、本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施の形態の構成の一部を他の実施の形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施の形態の構成に他の実施の形態の構成を加えることも可能である。また、各実施の形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。また、各実施の形態の構成を組み合わせることが可能である。

１００…商用電源線、１０１…抽出部、１０１ａ…トロイダルコア、１０１ｂ…巻き線、１０２…整合部、１０３…整流部、１０４…充電部、１０５…バッテリ、１０６…制御部、１０７…保護部、１００１…負荷調整部、１００２…整合部、１１０１…保護部、１３０１…保護部、１５０１…抽出部、１５０１ａ…トロイダルコア、１５０１ｂ…巻き線、１５０１ｃ…ギャップ、１８０１…電流検出部。

Claims (10)

1. 交流電流の流れる配線から電力を抽出する抽出部と、
   前記交流電流の流れる配線の電流量を測定する電流検出部と、
   前記抽出部の出力インピーダンスとインピーダンス整合をとる整合部と、
   前記抽出部で抽出した抽出電力を交流から直流に整流する整流部と、
   バッテリと、
   前記整流部で整流された整流抽出電力を利用して前記バッテリに充電する充電部と、
   前記充電部の前段を短絡させる保護部と、
   制御部と、
   を有し、
   前記制御部は、前記電流検出部の前記電流量を監視し、前記電流量が前記抽出電力の過抽出を示す第１の電流値以上になったことをトリガとして、インピーダンス整合状態である第１の状態から、インピーダンス整合状態でない第２の状態に前記整合部のインピーダンスを調整したあと、前記保護部を制御し、前記充電部の前段を短絡させる、充電装置。
2. 請求項１に記載の充電装置において、
   前記制御部は、前記バッテリの充電電圧を監視し、前記充電電圧がバッテリの満充電を示す第１の電圧値以上になったことをトリガとして、前記第１の状態から前記第２の状態にする、充電装置。
3. 請求項１に記載の充電装置において、
   前記制御部は、前記充電部の入力電圧である供給電圧を監視し、前記供給電圧が過電圧を示す第２の電圧値以上になったことをトリガとして、前記第１の状態から前記第２の状態にする、充電装置。
4. 請求項１に記載の充電装置において、
   前記制御部は、前記整合部の入力インピーダンスを調整することで、前記第１の状態から前記第２の状態にする、充電装置。
5. 請求項１に記載の充電装置において、
   さらに、前記整流部の後段に負荷調整部を有し、
   前記制御部は、前記負荷調整部の入力インピーダンスである負荷インピーダンスを調整することで、前記第１の状態から前記第２の状態にする、充電装置。
6. ギャップ長を調整できるトロイダルコアで構成され、交流電流の流れる配線から電力を抽出する抽出部と、
   前記抽出部の出力インピーダンスとインピーダンス整合をとる整合部と、
   前記抽出部で抽出した抽出電力を交流から直流に整流する整流部と、
   バッテリと、
   前記整流部で整流された整流抽出電力を利用して前記バッテリに充電する充電部と、
   制御部と、
   を有し、
   前記制御部は、前記トロイダルコアのギャップ長を、最短状態の第１の長さから、最短状態でない第２の長さに調整する、充電装置。
7. 請求項６に記載の充電装置において、
   さらに、前記充電部の前段を短絡させる保護部を有し、
   前記制御部で前記トロイダルコアのギャップ長を前記第１の長さから前記第２の長さに調整したあとに、前記保護部を制御し、前記充電部の前段を短絡させる、充電装置。
8. 請求項６に記載の充電装置において、
   前記制御部は、前記バッテリの充電電圧を監視し、前記充電電圧がバッテリの満充電を示す第１の電圧値以上になったことをトリガとして、前記第１の長さから前記第２の長さにする、充電装置。
9. 請求項６に記載の充電装置において、
   前記制御部は、前記充電部の入力電圧である供給電圧を監視し、前記供給電圧が過電圧を示す第２の電圧値以上になったことをトリガとして、前記第１の長さから前記第２の長さにする、充電装置。
10. 請求項６に記載の充電装置において、
    さらに、前記交流電流の流れる配線の電流量を測定する電流検出部を有し、
    前記制御部は、前記電流検出部の前記電流量を監視し、前記電流量が前記抽出電力の過抽出を示す第１の電流値以上になったことをトリガとして、前記第１の長さから前記第２の長さにする、充電装置。

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