JP6427983B2 - 非接触給電システムおよび非接触受電装置 - Google Patents

Description

この発明は、非接触給電システムおよび非接触受電装置に関し、特に、共振回路を含む受電装置を備える非接触給電システムおよびこの非接触受電装置に関する。

従来、共振回路を含む受電装置を備える非接触給電装置（非接触給電システム）が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

上記特許文献１には、１次側（給電装置側）から２次側（受電装置側）に非接触で電力の供給を行う非接触給電装置が開示されている。この非接触給電装置では、２次側（受電装置側）には、２次巻線（コイル）と共振用のコンデンサとからなる共振回路と、過飽和リアクトルと非共振用のコンデンサとからなる過電圧保護回路とが設けられている。そして、共振用のコンデンサと非共振用のコンデンサとは、過飽和リアクトルを介して接続されている。この過電圧保護回路では、２次側（受電装置側）の受電電圧値が設定した電圧値以上になる場合に、過飽和リアクトルに流れる電流値が大きくなり、過飽和リアクトルのインピーダンスが略０になる。これにより、過飽和リアクトルを介して共振用のコンデンサと非共振用のコンデンサとが接続（短絡）された状態（共振用のコンデンサと非共振用のコンデンサとが並列接続された状態）になるように構成されている。その結果、２次側（受電装置側）の共振回路の共振周波数が変化（シフト）して、受電電圧値が小さくなるので、２次側の回路部品を保護することが可能である。

特開２００１−２６８８２３号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の非接触給電装置では、２次側（受電装置側）の受電電圧値が設定した電圧値よりも小さい場合にも、過飽和リアクトルに電流が流れてしまうため、電力損失が発生するという問題点がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、電力損失が発生するのを抑制しながら、受電装置の回路部品を保護することが可能な非接触給電システムおよびこの非接触受電装置を提供することである。

この発明の第１の局面による非接触給電システムは、給電装置と、給電装置から共鳴方式により非接触で電力を受電する受電装置と、を備え、受電装置は、受電コイルと共振コンデンサとを有する共振回路と、リアクタンス素子と、オンされることにより、共振回路とリアクタンス素子とを接続するスイッチ素子と、共振回路の受電コイルを介して給電装置から受電した電力の受電電圧値が、所定のしきい値以上の場合には、スイッチ素子をオンする信号をスイッチ素子に出力するスイッチ制御部と、を含み、共振コンデンサは、受電コイルに直列に接続された第１コンデンサと、受電コイルに並列に接続された第２コンデンサと、を有し、リアクタンス素子は、第１コンデンサに直列に接続された第１リアクタンス素子と、第２コンデンサに直列に接続された第２リアクタンス素子と、を有する。

この発明の第１の局面による非接触給電システムでは、上記のように、共振回路の受電コイルを介して給電装置から受電した電力の受電電圧値が、所定のしきい値以上の場合には、スイッチ素子をオンする信号をスイッチ素子に出力するスイッチ制御部を設ける。これにより、受電電圧値が所定のしきい値以上の場合にのみ、リアクタンス素子が共振回路の一部を構成するように、共振回路とリアクタンス素子とをスイッチ素子により接続することができる。すなわち、受電電圧値が所定のしきい値よりも小さい場合には、リアクタンス素子には、電流が流れない。したがって、受電電圧値が所定のしきい値よりも小さい場合にリアクタンス素子に電流が流れないので、電力損失が発生するのを抑制しながら、受電装置の回路部品を保護することができる。

上記第１の局面による非接触給電システムにおいて、好ましくは、スイッチ制御部は、受電電圧値が、所定のしきい値よりも小さくなった場合には、スイッチ素子をオフすることにより、共振回路とリアクタンス素子との接続を切断するように構成されている。このように構成すれば、共振回路とリアクタンス素子とを接続することにより変化させた共振周波数を、元の共振周波数に戻すことができる。その結果、受電電圧値が所定のしきい値よりも小さくなった場合には、元の共振周波数の共振回路により効率的な受電を行うことが可能な状態にすることができる。

上記第１の局面による非接触給電システムにおいて、好ましくは、スイッチ制御部は、受電電圧値を検出するとともに、検出された受電電圧値が、所定のしきい値以上の場合には、スイッチ素子をオンする信号をスイッチ素子に出力するように構成されている。このように構成すれば、スイッチ制御部により受電電圧値を検出して、共振回路とリアクタンス素子とを、容易に、リアクタンス素子が共振回路の一部を構成するように接続させることができる。

上記第１の局面による非接触給電システムにおいて、好ましくは、リアクタンス素子は、コンデンサにより構成されている。このように構成すれば、リアクタンス素子がコンデンサよりも比較的大きい素子であるコイルにより構成される場合と比べて、受電装置の回路を小型化することができる。

この場合、好ましくは、コンデンサにより構成されるリアクタンス素子の静電容量値は、共振コンデンサの静電容量値よりも大きい。このように構成すれば、リアクタンス素子が共振回路の一部を構成するように、共振回路とコンデンサにより構成されるリアクタンス素子とを接続させた際に、容易に、共振回路の共振周波数を変化させることができる。

上記第１の局面による非接触給電システムにおいて、好ましくは、受電装置は、受電した受電電圧を変圧するための昇降圧回路をさらに含み、所定のしきい値は、昇降圧回路の耐電圧値よりも小さい値である。ここで、一般的に、昇降圧回路の耐電圧値は、他の回路部品よりも小さいことが多いため、受電装置の回路部品に大きな電圧（受電電圧）が印加された場合に、昇降圧回路が破壊されやすい。そこで、上記のように受電装置の回路部品を保護するための所定のしきい値を昇降圧回路の耐電圧値よりも小さい値になるように構成すれば、受電装置の全体の回路部品を保護することができる。

この発明の第２の局面による非接触受電装置は、給電装置から共鳴方式により非接触で電力を受電する受電コイルと、共振コンデンサとを有する共振回路と、リアクタンス素子と、オンされることにより、共振回路とリアクタンス素子とを接続するスイッチ素子と、共振回路の受電コイルを介して給電装置から受電した電力の受電電圧値が、所定のしきい値以上の場合には、スイッチ素子をオンする信号をスイッチ素子に出力するスイッチ制御部と、を備え、共振コンデンサは、受電コイルに直列に接続された第１コンデンサと、受電コイルに並列に接続された第２コンデンサと、を有し、リアクタンス素子は、第１コンデンサに直列に接続された第１リアクタンス素子と、第２コンデンサに直列に接続された第２リアクタンス素子と、を有する。

この発明の第２の局面による非接触受電装置では、上記のように、共振回路の受電コイルを介して給電装置から受電した電力の受電電圧値が、所定のしきい値以上の場合には、スイッチ素子をオンする信号をスイッチ素子に出力するスイッチ制御部を設ける。これにより、第２の局面による非接触受電装置においても、電力損失が発生するのを抑制しながら、受電装置の回路部品を保護することができる。

本発明によれば、上記のように、電力損失が発生するのを抑制しながら、受電装置の回路部品を保護することが可能な非接触給電システムおよびこの非接触受電装置を提供することができる。

本発明の第１〜第３実施形態による非接触給電システムの全体構成を示す図である。 本発明の第１実施形態による非接触給電システムの受電装置の回路構成を示す回路図である。 本発明の第１実施形態による受電装置においてスイッチ部がオン状態の場合における共振回路の等価回路を説明するための図である。 本発明の第１実施形態による受電装置の共振周波数と受電電圧値との関係を説明するための図である。 本発明の第２実施形態による非接触給電システムの受電装置の回路構成を示す回路図である。 本発明の第３実施形態による非接触給電システムの受電装置の回路構成を示す回路図である。

以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。

（第１実施形態）
まず、図１を参照して、本発明の第１実施形態による非接触給電システム１００の構成について説明する。

本発明の第１実施形態による非接触給電システム１００は、図１に示すように、給電装置１と、受電装置２とを備えている。なお、受電装置２は、本発明の「非接触受電装置」の一例である。

非接触給電システム１００では、給電装置１と受電装置２とは、磁界共鳴方式により非接触で電力を受給（給電および受電）するように構成されている。非接触給電システム１００は、たとえば、自動車のダッシュボードや商用の飲食施設のテーブルなどに設置された給電装置１と、非接触で電力を受電可能な電子機器（たとえば、スマートフォンやデジタルカメラ）としての受電装置２とにより構成される。なお、上記した給電装置１と受電装置２との組み合わせは一例であり、非接触給電システム１００は、上記した組み合わせ以外の給電装置１と受電装置２とにより構成されてもよい。

図１に示すように、給電装置１は、電源部１１と、共振回路１２と、通信部１３と、制御部１４とを含んでいる。

電源部１１は、商用電源９０から電力が供給されるとともに、所定の周波数の交流電力を、共振回路１２に供給するように構成されている。

共振回路１２は、給電コイルＬ１と、共振コンデンサＣ１とを有し、電源部１１から供給される交流電力の所定の周波数と略同一の共振周波数で共振するように構成されている。また、共振回路１２では、給電コイルＬ１は、電源部１１から所定の周波数の交流電力が供給されることにより、受電装置２に非接触で給電を行うための磁界を発生するように構成されている。これにより、給電装置１は、共振回路１２により受電装置２に非接触で電力を給電するように構成されている。

通信部１３は、所定の規格（たとえば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）規格）に基づいて受電装置２と無線通信するように構成されている。給電装置１は、通信部１３を介して受電装置２から受電電圧に関する情報などを取得するように構成されている。

制御部１４は、ＣＰＵと、ＲＯＭおよびＲＡＭなどの記憶部とを含み、給電装置１の各構成要素を制御するように構成されている。制御部１４は、通信部１３を介して取得された受電電圧に関する情報に基づいて、受電装置２に給電する電力の電圧値（給電電圧値）を制御するように構成されている。

図１および図２に示すように、受電装置２は、共振回路２１と、整流部２２と、昇降圧回路２３と、負荷２４と、リアクタンス部２５と、スイッチ部２６と、受電電圧監視回路２７と、通信部２８と、制御部２９とを含んでいる。なお、受電電圧監視回路２７は、本発明の「スイッチ制御部」の一例である。

共振回路２１は、受電コイルＬ２と、直列共振コンデンサＣ２と、並列共振コンデンサＣ３とを有している。直列共振コンデンサＣ２および並列共振コンデンサＣ３は、それぞれ、受電コイルＬ２に直列および並列に接続されている。また、共振回路２１は、給電装置１の共振回路１２の共振周波数と略同一の共振周波数で共振するように構成されている。すなわち、非接触給電システム１００は、給電装置１の電源部１１の交流電力の所定の周波数と、給電装置１の共振回路１２の共振周波数と、受電装置２の共振回路２１の共振周波数とが略同一になるように構成されている。なお、直列共振コンデンサＣ２は、本発明の「共振コンデンサ」および「第１コンデンサ」の一例である。また、並列共振コンデンサＣ３は、本発明の「共振コンデンサ」および「第２コンデンサ」の一例である。

また、共振回路２１では、受電コイルＬ２は、給電装置１の共振回路１２の給電コイルＬ１で発生された磁界により非接触で電力を受電するように構成されている。この際、共振回路２１では、共振回路２１の共振周波数と略同一の周波数を有する交流電力が発生する。

整流部２２は、４つのダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３およびＤ４を含むブリッジ整流回路により構成されており、共振回路２１で発生した交流電力を直流電力に整流するように構成されている。また、整流部２２は、整流した直流電力を昇降圧回路２３に供給するとともに、整流した直流電力の電圧値（受電電圧値）の情報を制御部２９に出力するように構成されている。

昇降圧回路２３は、ＤＣ／ＤＣコンバータを含み、整流部２２から供給された直流電力の電圧値を所定の電圧値に昇圧または降圧して、負荷２４に電力を供給するように構成されている。

負荷２４は、充放電可能な２次電池を含んでいる。２次電池としての負荷２４は、昇降圧回路２３から供給された電力により充電されるように構成されている。なお、負荷２４は、充放電可能な２次電池以外の負荷を含んでいてもよい。

リアクタンス部２５は、２つのコンデンサＣ４およびＣ５を有している。コンデンサＣ４は、一方側の電極が共振回路２１の直列共振コンデンサＣ２と直列に接続されている。また、コンデンサＣ５は、一方側の電極が共振回路２１の並列共振コンデンサＣ３と直列に接続されている。なお、コンデンサＣ４は、本発明の「リアクタンス素子」および「第１リアクタンス素子」の一例である。また、コンデンサＣ５は、本発明の「リアクタンス素子」および「第２リアクタンス素子」の一例である。

また、コンデンサＣ４およびＣ５の静電容量値は、それぞれ、直列共振コンデンサＣ２および並列共振コンデンサＣ３の静電容量値よりも大きくなるように構成されている。ここで、コンデンサＣ４およびＣ５の静電容量値は、直列共振コンデンサＣ２および並列共振コンデンサＣ３の静電容量値の２倍以上に構成されることが好ましい。

スイッチ部２６は、２つのＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｅｒ）Ｑ１およびＱ２を有している。なお、ＦＥＴＱ１およびＱ２は、共に、本発明の「スイッチ素子」の一例である。

ＦＥＴＱ１は、ドレイン（Ｄ）がコンデンサＣ４の他方側の電極に接続されている。また、ＦＥＴＱ１は、ソース（Ｓ）が接地されており、ゲート（Ｇ）が配線Ｂ１を介して受電電圧監視回路２７に接続されている。

ＦＥＴＱ２は、ドレインがコンデンサＣ５の他方側の電極に接続されている。また、ＦＥＴＱ２は、ソースが接地されており、ゲートが配線Ｂ２を介して受電電圧監視回路２７に接続されている。

ここで、第１実施形態では、スイッチ部２６は、ＦＥＴＱ１がオンされることによりコンデンサＣ４が、ＦＥＴＱ２がオンされることによりコンデンサＣ５がそれぞれ共振回路２１の一部を構成するように、共振回路２１とリアクタンス部２５のコンデンサＣ４およびＣ５とを接続するように構成されている。具体的には、スイッチ部２６は、ＦＥＴＱ１およびＦＥＴＱ２がオンされる（オン状態になる）ことにより、リアクタンス部２５のコンデンサＣ４およびＣ５が共振回路２１の一部を構成して、図３に示す共振回路２１ａと等価な回路を構成するように、共振回路２１とリアクタンス部２５のコンデンサＣ４およびＣ５とを接続するように構成されている。

また、第１実施形態では、受電電圧監視回路２７は、整流部２２から昇降圧回路２３に供給される直流電力の電圧値を、共振回路２１の受電コイルＬ２を介して給電装置１から受電した電力の受電電圧値（Ｖｒ）として検出するように構成されている。そして、受電電圧監視回路２７は、検出された受電電圧値が、所定の第１しきい値（たとえば、１０Ｖ）以上の場合には、スイッチ部２６のＦＥＴＱ１およびＱ２をオンする信号を、それぞれ、配線Ｂ１およびＢ２を介してＦＥＴＱ１およびＱ２に出力するように構成されている。ここで、この所定の第１しきい値は、受電装置２の回路部品を保護することが可能な値であり、この第１実施形態では、昇降圧回路２３の耐電圧値（たとえば、昇降圧回路２３を構成する回路部品のうち最も定格電圧値の低い回路部品の定格電圧値）よりも小さい値になるように構成されている。なお、所定の第１しきい値は、本発明の「所定のしきい値」の一例である。

また、受電電圧監視回路２７は、検出された受電電圧値が、所定の第１しきい値よりも小さい所定の第２しきい値（たとえば、８Ｖ）以下の場合には、スイッチ部２６のＦＥＴＱ１およびＱ２をオンする信号を出力しないように構成されている。また、受電電圧回路２７は、ＦＥＴＱ１およびＱ２をオフ状態からオン状態にする場合のしきい値（所定の第１しきい値）と、オン状態からオフ状態にする場合のしきい値（所定の第２しきい値）とが異なるように（ヒステリシスを有するように）構成されている。これにより、受電電圧監視回路２７によるスイッチ部２６のＦＥＴＱ１およびＱ２のスイッチング動作が頻繁に行われるのを抑制することが可能になる。

また、受電電圧監視回路２７は、端子Ｔ２と、９つの抵抗Ｒ１〜Ｒ９と、２つのコンデンサＣ６およびＣ７と、ダイオードＤ５と、シャントレギュレータＩＣ１と、バイポーラ型のトランジスタＱ３とを有している。

端子Ｔ２は、整流部２２から昇降圧回路２３の間に設けられる端子Ｔ１と図示しない配線により接続されている。この端子Ｔ２により、受電電圧回路２７は、整流部２２から昇降圧回路２３に供給される直流電力の電圧値を、受電電圧値（Ｖｒ）として検出するように構成されている。

抵抗Ｒ１は、一端が端子Ｔ２に接続され、他端が抵抗Ｒ２の一端に直列に接続されている。抵抗Ｒ２の他端は、トランジスタＱ３のエミッタ（Ｅ）に接続されている。また、抵抗Ｒ３は、一端が抵抗Ｒ２の他端とトランジスタＱ３のエミッタとに接続されおり、他端が抵抗Ｒ４と接続されている。

抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ３との間の配線には、ダイオードＤ５およびコンデンサＣ６が接続されている。ダイオードＤ５は、出力端が抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ３との間の配線に接続され、入力端が接地されている。また、コンデンサＣ６は、一方側の電極が抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ３との間の配線に接続され、他方側の電極が接地されている。

抵抗Ｒ５は、一端が端子Ｔ２に接続され、他端が抵抗Ｒ６の一端に直列に接続されている。抵抗Ｒ６の他端は、抵抗Ｒ７の一端とシャントレギュレータＩＣ１の入力端とに接続されている。抵抗Ｒ７の他端は、接地されている。ここで、抵抗Ｒ５〜Ｒ７は、分圧回路を形成しており、端子Ｔ２から入力された受電電圧を抵抗Ｒ５〜Ｒ７の抵抗値に応じて分圧した状態で、シャントレギュレータＩＣ１の入力端に印加するように構成されている。

抵抗Ｒ６とシャントレギュレータＩＣ１との間の配線には、コンデンサＣ７および抵抗Ｒ８が接続されている。コンデンサＣ７は、一方側の電極が抵抗Ｒ６とシャントレギュレータＩＣ１との間の配線に接続され、他方側の電極が接地されている。抵抗Ｒ８は、一端が抵抗Ｒ６とシャントレギュレータＩＣ１との間の配線に接続されており、他端がトランジスタＱ３のコレクタ（Ｃ）と抵抗Ｒ９との間の配線に接続されている。

トランジスタＱ３のコレクタは、抵抗Ｒ９の一端に接続されている。抵抗Ｒ９の他端は、接地されている。トランジスタＱ３のコレクタと抵抗Ｒ９との間の配線には、ＦＥＴＱ１およびＱ２と受電電圧回路２７とを接続するための配線Ｂ１およびＢ２が設けられている。

シャントレギュレータＩＣ１の出力端は、抵抗Ｒ４を介して、トランジスタＱ３のベース（Ｂ）に接続されている。そして、シャントレギュレータＩＣ１は、端子Ｔ２から所定の第１しきい値以上の受電電圧値が入力された場合には、出力端からトランジスタＱ３のベースにトランジスタＱ３をオンする信号を出力するように構成されている。

また、シャントレギュレータＩＣ１は、端子Ｔ２から所定の第２しきい値以下の受電電圧値が入力されている場合には、出力端からトランジスタＱ３のベースにトランジスタＱ３をオンする信号を出力しないように構成されている。また、シャントレギュレータＩＣ１は、端子Ｔ２から所定の第１しきい値以上の受電電圧値が入力された後、所定の第２しきい値以下に受電電圧値が小さくなるまで、出力端からトランジスタＱ３のベースにトランジスタＱ３をオンする信号の出力を維持するように構成されている。

図１に示すように、通信部２８は、所定の規格（たとえば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）規格）に基づいて給電装置１と無線通信するように構成されている。受電装置２は、通信部２８を介して給電装置１に受電電圧に関する情報などを送信するように構成されている。

制御部２９は、ＣＰＵと、ＲＯＭおよびＲＡＭなどの記憶部とを含み、受電装置２の各構成要素を制御するように構成されている。また、制御部２９は、通信部２８を介して受電電圧に関する情報を給電装置１に送信する制御を行うことによって、給電装置１から受電装置２に給電する電力の電圧値（給電電圧値）を制御するように構成されている。

次に、図２〜図４を参照して、受電装置２の受電動作について説明する。ここでは、受電した受電電圧値が所定の第１しきい値以上になる場合について説明する。

まず、給電装置１（図１参照）から受電装置２への給電が開始される。この際、受電装置２の制御部２９により通信部２８を介して給電装置１に給電電圧値を大きくする指示が行われる。そして、給電装置１において給電電圧値を大きくする制御が行われることにより、受電装置２の受電する受電電圧値が大きくなる。

そして、受電装置２の受電する受電電圧値が所定の第１しきい値以上になった場合には、受電電圧監視回路２４からスイッチ部２６にＦＥＴＱ１およびＱ２をオンする信号が出力される。具体的には、受電電圧監視回路２４では、シャントレギュレータＩＣ１からトランジスタＱ３のベースにトランジスタＱ３をオンする信号が出力される。その結果、トランジスタＱ３のエミッタからコレクタに電流が流れるとともに、コレクタから配線Ｂ１およびＢ２を介して、ＦＥＴＱ１およびＱ２のゲートに信号が出力される。これにより、ＦＥＴＱ１およびＱ２がオンされる。

そして、ＦＥＴＱ１およびＱ２がオンされた場合には、受電装置２の共振回路２１は、図３に示すように、共振回路２１ａと等価な回路となる。ここで、ＦＥＴＱ１およびＱ２がオフ状態における共振回路２１の共振周波数ｆａは、受電コイルＬ２のインダクタンスをＬ、直列共振コンデンサＣ２および並列共振コンデンサＣ３の合成静電容量値をＣａとすると、下記の式（１）により表される。

ここで、合成静電容量値Ｃａは、直列共振コンデンサＣ２の静電容量値をａ、並列共振コンデンサＣ３の静電容量値をｂとすると、下記の式（２）により表される。

そして、ＦＥＴＱ１およびＱ２がオン状態における共振回路２１の共振周波数ｆｂ（共振回路２１ａと等価な回路としての共振回路２１の共振周波数）は、直列共振コンデンサＣ２、並列共振コンデンサＣ３、コンデンサＣ４およびＣ５の合成静電容量値をＣｂとすると、下記の式（３）により表される。

ここで、合成静電容量値Ｃｂは、コンデンサＣ４の静電容量値をｃ、コンデンサＣ５の静電容量値をｄとすると、下記の式（４）により表される。

そして、Ｃａ＜Ｃｂとなるので、ｆａ＞ｆｂとなる。したがって、受電装置２の共振回路２１の共振周波数は、ＦＥＴＱ１およびＱ２がオンされることにより、小さくなる方向に変化（シフト）する。

この場合、図４に示すように、共振回路２１の共振周波数が変化するのに応じて、受電電圧値がＶａからＶｂまで小さくなる。その結果、受電装置２の回路部品を保護することが可能である。

一方、受電装置２の受電する受電電圧値が所定の第１しきい値以上になった場合には、制御部２９により通信部２８を介して給電装置１に給電電圧値を小さくする指示が行われる。すなわち、共振回路２１の共振周波数が変化するのと並行して、給電装置１において給電電圧値を小さくする制御も行われる。

その後、受電電圧値が所定の第２しきい値以下になるまでは、シャントレギュレータＩＣ１からトランジスタＱ３をオンする信号の出力が維持される。したがって、受電電圧値が所定の第２しきい値以下になるまでは、ＦＥＴＱ１およびＱ２のオン状態が維持される。そして、受電電圧値が所定の第２しきい値以下になった場合には、シャントレギュレータＩＣ１からトランジスタＱ３をオンする信号が出力されなくなるので、ＦＥＴＱ１およびＱ２がオフ状態となる。その結果、共振回路２１とコンデンサＣ４およびＣ５との接続が切断される。したがって、共振回路２１の共振周波数は、変化させた共振周波数ｆｂから元の共振周波数ｆａに戻る。

第１実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

第１実施形態では、上記のように、共振回路２１の受電コイルを介して給電装置１から受電した電力の受電電圧値が、所定の第１しきい値以上の場合には、ＦＥＴＱ１およびＱ２をオンする信号をＦＥＴＱ１およびＱ２に出力する受電電圧監視回路２７を設ける。これにより、受電電圧値が所定の第１しきい値以上の場合にのみ、コンデンサＣ４およびＣ５が共振回路２１の一部を構成するように、共振回路２１とコンデンサＣ４およびＣ５とをＦＥＴＱ１およびＱ２により接続することができる。すなわち、受電電圧値が所定の第１しきい値よりも小さい場合には、コンデンサＣ４およびＣ５には、電流が流れない。したがって、受電電圧値が所定の第１しきい値よりも小さい場合にコンデンサＣ４およびＣ５に電流が流れないので、電力損失が発生するのを抑制しながら、受電装置２の回路部品を保護することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、受電電圧監視回路２７は、受電電圧値が、所定の第１しきい値よりも小さくなった場合には、ＦＥＴＱ１およびＱ２をオフすることにより、共振回路２１とコンデンサＣ４およびＣ５との接続を切断するように構成されている。このように構成すれば、共振回路２１とコンデンサＣ４およびＣ５とを接続することにより変化させた共振周波数（すなわち、共振周波数ｆｂ）を、元の共振周波数（すなわち、共振周波数ｆａ）に戻すことができる。その結果、受電電圧値が所定の第１しきい値よりも小さくなった場合には、元の共振周波数の共振回路２１により効率的な受電を行うことが可能な状態にすることができる。

また、第１実施形態では、上記のように、受電電圧監視回路２７は、受電電圧値を検出するとともに、検出された受電電圧値が、所定の第１しきい値以上の場合には、ＦＥＴＱ１およびＱ２をオンする信号をＦＥＴＱ１およびＱ２に出力するように構成されている。このように構成すれば、受電電圧監視回路２７により受電電圧値を検出して、共振回路２１とコンデンサＣ４およびＣ５とを、容易に、コンデンサＣ４およびＣ５が共振回路２１の一部を構成するように接続させることができる。

また、第１実施形態では、上記のように、コンデンサＣ４およびＣ５は、コンデンサにより構成されている。このように構成すれば、コンデンサＣ４およびＣ５がコンデンサよりも比較的大きい素子であるコイルにより構成される場合と比べて、受電装置２の回路を小型化することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、コンデンサにより構成されるコンデンサＣ４およびＣ５の静電容量値は、共振コンデンサの静電容量値よりも大きい。このように構成すれば、コンデンサＣ４およびＣ５が共振回路２１の一部を構成するように、共振回路２１とコンデンサにより構成されるコンデンサＣ４およびＣ５とを接続させた際に、容易に、共振回路２１の共振周波数を変化させることができる。

また、第１実施形態では、上記のように、受電装置２は、受電した受電電圧を変圧するための昇降圧回路２３をさらに含み、所定の第１しきい値は、昇降圧回路２３の耐電圧値よりも小さい値である。ここで、一般的に、昇降圧回路２３の耐電圧値は、他の回路部品よりも小さいことが多いため、受電装置２の回路部品に大きな電圧（受電電圧）が印加された場合に、昇降圧回路２３が破壊されやすい。そこで、上記のように受電装置２の回路部品を保護するための所定の第１しきい値を昇降圧回路２３の耐電圧値よりも小さい値になるように構成すれば、受電装置２の全体の回路部品を保護することができる。

（第２実施形態）
次に、図１および図５を参照して、第２実施形態について説明する。この第２実施形態では、共振回路の直列共振コンデンサおよび並列共振コンデンサがそれぞれ別個のコンデンサに接続された上記第１実施形態の構成とは異なり、直列共振コンデンサおよび並列共振コンデンサが共通（１つ）のコンデンサに接続される例について説明する。なお、上記第１実施形態と同一の構成については、同じ符号を付してその説明を省略する。

本発明の第２実施形態による非接触給電システム２００は、図１に示すように、受電装置１０２を備えている。受電装置１０２には、リアクタンス部１２５と、スイッチ部１２６とが設けられている。リアクタンス部１２５には、コンデンサＣ１０４が設けられている。スイッチ部１２６には、ＦＥＴＱ１０１が設けられている。なお、コンデンサＣ１０４は、本発明の「リアクタンス素子」の一例である。また、ＦＥＴＱ１０１は、本発明の「スイッチ素子」の一例である。

第２実施形態では、コンデンサＣ１０４は、一方側の電極が共振回路２１の直列共振コンデンサＣ２および並列共振コンデンサＣ３と直列に接続されている。また、コンデンサＣ１０４は、他方側の電極がＦＥＴＱ１０１のドレイン（Ｄ）に接続されている。

ＦＥＴＱ１０１のソース（Ｓ）は、接地されている。また、ＦＥＴＱ１０１のゲート（Ｇ）は、受電電圧監視回路２７と接続されている。そして、ＦＥＴＱ１０１は、上記第１実施形態のＦＥＴＱ１およびＱ２と同様に、受電電圧値が所定の第１しきい値以上の場合には、受電電圧監視回路２７によりオンされるように構成されている。

なお、第２実施形態のその他の構成は、上記第１実施形態と同様である。

第２実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

第２実施形態では、上記のように、受電電圧値が所定の第１しきい値以上の場合には、ＦＥＴＱ１０１をオンする信号をＦＥＴＱ１０１に出力する受電電圧監視回路２７を設ける。これにより、上記第１実施形態と同様に、電力損失が発生するのを抑制しながら、受電装置１０２の回路部品を保護することができる。

また、第２実施形態では、上記のように、直列共振コンデンサＣ２および並列共振コンデンサＣ３を共通（１つ）のコンデンサＣ１０４に接続する。これにより、直列共振コンデンサＣ２および並列共振コンデンサＣ３を別個のコンデンサに接続する場合に比べて、回路部品の点数が増加するのを抑制することができる。その結果、受電装置１０２の回路をより小型化することができる。

なお、第２実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。

（第３実施形態）
次に、図１および図６を参照して、第３実施形態について説明する。この第３実施形態では、共振回路が直列共振コンデンサおよび並列共振コンデンサを有した上記第１および第２実施形態とは異なり、共振回路が直列共振コンデンサのみを有する例について説明する。なお、上記第１および第２実施形態と同一の構成については、同じ符号を付してその説明を省略する。

本発明の第３実施形態による非接触給電システム３００は、図１に示すように、受電装置２０２を備えている。受電装置２０２には、共振回路２２１と、リアクタンス部２２５と、スイッチ部２２６とが設けられている。リアクタンス部２２５には、コンデンサＣ２０４が設けられている。スイッチ部２２６には、ＦＥＴＱ２０１が設けられている。なお、コンデンサＣ２０４は、本発明の「リアクタンス素子」の一例である。また、ＦＥＴＱ２０１は、本発明の「スイッチ素子」の一例である。

第３実施形態では、共振回路２２１は、受電コイルＬ２０２と、受電コイルＬ２０２に直列に接続される直列共振コンデンサＣ２０２とを有している。第３実施形態では、上記第１および第２実施形態とは異なり、共振回路２２１には、並列共振コンデンサが設けられていない。共振回路２２１のように、受電コイルＬ２０２と直列共振コンデンサＣ２０２とのみの場合にも、共振することは可能である。なお、直列共振コンデンサＣ２０２は、本発明の「共振コンデンサ」の一例である。

コンデンサＣ２０４は、一方側の電極が共振回路２２１の直列共振コンデンサＣ２０２と直列に接続されている。また、コンデンサＣ２０４は、他方側の電極がＦＥＴＱ２０１のドレイン（Ｄ）に接続されている。

ＦＥＴＱ２０１のソース（Ｓ）は、接地されている。また、ＦＥＴＱ２０１のゲート（Ｇ）は、受電電圧監視回路２７と接続されている。そして、ＦＥＴＱ２０１は、上記第１および第２実施形態のＦＥＴＱ１、Ｑ２およびＱ１０１と同様に、受電電圧値が所定の第１しきい値以上の場合には、受電電圧監視回路２７によりオンされるように構成されている。

なお、第３実施形態のその他の構成は、上記第１実施形態と同様である。

第３実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

第３実施形態では、上記のように、受電電圧値が所定の第１しきい値以上の場合には、ＦＥＴＱ２０１をオンする信号をＦＥＴＱ２０１に出力する受電電圧監視回路２７を設ける。これにより、上記第１および第２実施形態と同様に、電力損失が発生するのを抑制しながら、受電装置２０２の回路部品を保護することができる。

また、第３実施形態では、上記のように、並列共振コンデンサを共振回路２０２に設けない。これにより、直列共振コンデンサＣ２および並列共振コンデンサＣ３の両方を設ける場合に比べて、回路部品の点数が増加するのを抑制することができる。その結果、受電装置２０２の回路をより小型化することができる。

なお、第３実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。

なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更（変形例）が含まれる。

たとえば、上記第１〜第３実施形態では、磁界共鳴方式により非接触で電力を受給するように非接触給電システム１００（２００、３００）に本発明を適用した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明は、磁界共鳴方式以外の共鳴方式により非接触で電力を受給する非接触給電システムに適用してもよい。たとえば、電界共鳴方式の非接触給電システムに適用してもよい。

また、上記第１〜第３実施形態では、本発明のリアクタンス素子としてコンデンサ（Ｃ４、Ｃ５、Ｃ１０４およびＣ２０４）を用いた例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明は、リアクタンス素子としてコンデンサ以外のリアクタンス素子を用いてもよい。たとえば、リアクタンス素子としてコイルを用いてもよい。

また、上記第１〜第３実施形態では、本発明のスイッチ素子としてＦＥＴ（Ｑ１、Ｑ２、Ｑ１０１およびＱ２０１）を用いた例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、スイッチ素子としてＦＥＴ以外のスイッチ素子を用いてもよい。たとえば、スイッチ素子としてバイポーラ型のトランジスタを用いてもよい。

また、上記第１実施形態では、受電電圧値が所定の第２しきい値以下の場合には、スイッチ部２６のＦＥＴＱ１およびＱ２をオンする信号を出力しないように受電電圧監視回路２７を構成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、受電電圧値が所定の第１しきい値よりも小さい場合に、スイッチ部のＦＥＴをオンする信号を出力しないように受電電圧監視回路を構成してもよい。

また、上記第１〜第３実施形態では、本発明のスイッチ制御部を受電電圧監視回路２７により構成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、スイッチ制御部をマイコンやＣＰＵにより構成してもよい。

また、上記第１実施形態では、所定の第１しきい値を昇降圧回路２３の耐電圧値よりも小さい値とした例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、受電装置の回路部品を保護することが可能な値であれば、所定の第１しきい値を昇降圧回路の耐電圧値よりも小さい値以外の値としてもよい。

１ 給電装置
２、１０２、２０２ 受電装置
２１ 共振回路
２３ 昇降圧回路
２７ 受電電圧監視回路（スイッチ制御部）
１０、１１０、２１０ 非接触給電システム本体
１００、２００、３００ 非接触給電システム
Ｃ２、Ｃ２０２ 直列共振コンデンサ（共振コンデンサ）
Ｃ３ 並列共振コンデンサ（共振コンデンサ）
Ｃ４、Ｃ５、Ｃ１０４、Ｃ２０４ コンデンサ（リアクタンス素子）
Ｌ２、Ｌ２０２ 受電コイル
Ｑ１、Ｑ２、Ｑ１０１、Ｑ２０１ ＦＥＴ（スイッチ素子）

Claims (7)

1. 給電装置と、
   前記給電装置から共鳴方式により非接触で電力を受電する受電装置と、を備え、
   前記受電装置は、
   受電コイルと共振コンデンサとを有する共振回路と、
   リアクタンス素子と、
   オンされることにより、前記共振回路と前記リアクタンス素子とを接続するスイッチ素子と、
   前記共振回路の前記受電コイルを介して前記給電装置から受電した電力の受電電圧値が、所定のしきい値以上の場合には、前記スイッチ素子をオンする信号を前記スイッチ素子に出力するスイッチ制御部と、を含み、
   前記共振コンデンサは、前記受電コイルに直列に接続された第１コンデンサと、前記受電コイルに並列に接続された第２コンデンサと、を有し、
   前記リアクタンス素子は、前記第１コンデンサに直列に接続された第１リアクタンス素子と、前記第２コンデンサに直列に接続された第２リアクタンス素子と、を有する、非接触給電システム。
2. 前記スイッチ制御部は、前記受電電圧値が、所定のしきい値よりも小さくなった場合には、前記スイッチ素子をオフすることにより、前記共振回路と前記リアクタンス素子との接続を切断するように構成されている、請求項１に記載の非接触給電システム。
3. 前記スイッチ制御部は、前記受電電圧値を検出するとともに、検出された前記受電電圧値が、所定のしきい値以上の場合には、前記スイッチ素子をオンする信号を前記スイッチ素子に出力するように構成されている、請求項１または２に記載の非接触給電システム。
4. 前記リアクタンス素子は、コンデンサにより構成されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の非接触給電システム。
5. 前記コンデンサにより構成されるリアクタンス素子の静電容量値は、前記共振コンデンサの静電容量値よりも大きい、請求項４に記載の非接触給電システム。
6. 前記受電装置は、受電した受電電圧を変圧するための昇降圧回路をさらに含み、
   前記所定のしきい値は、前記昇降圧回路の耐電圧値よりも小さい値である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の非接触給電システム。
7. 給電装置から共鳴方式により非接触で電力を受電する受電コイルと、共振コンデンサとを有する共振回路と、
   リアクタンス素子と、
   オンされることにより、前記共振回路と前記リアクタンス素子とを接続するスイッチ素子と、
   前記共振回路の前記受電コイルを介して前記給電装置から受電した電力の受電電圧値が、所定のしきい値以上の場合には、前記スイッチ素子をオンする信号を前記スイッチ素子に出力するスイッチ制御部と、を備え、
   前記共振コンデンサは、前記受電コイルに直列に接続された第１コンデンサと、前記受電コイルに並列に接続された第２コンデンサと、を有し、
   前記リアクタンス素子は、前記第１コンデンサに直列に接続された第１リアクタンス素子と、前記第２コンデンサに直列に接続された第２リアクタンス素子と、を有する、非接触受電装置。

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