JPWO2012121371A1 - 受電装置及びそれを用いた非接触電力伝送システム - Google Patents

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Abstract

【課題】電力の利用効率の向上を図ることのできる受電装置を提供すること。【解決手段】非接触電力伝送システム１００における受電装置２０は、送電装置１０から伝送されてきた電力を受電する受電アンテナ回路３２と、受電アンテナ回路３２で受電した電力を整流する整流回路４０と、受電アンテナ回路３２の受電周波数を変更するための周波数変更回路７０と、周波数変更回路７０を駆動する駆動回路８０とを備えている。受電アンテナ回路３２は２つの端子Ｌａ，Ｌｂを有している。周波数変更回路７０は、回路中心（センタータップＣＴ）に対して対称な回路構造を有するものであり、端子Ｌａ，Ｌｂ間に接続されている。整流回路４０は、単相ブリッジ整流回路である。整流回路４０のグランド端子は、周波数変更回路７０の回路中心（センタータップＣＴ）に接続されている。

Description

本発明は、充電器などの送電装置と携帯電子機器などに搭載する受電装置との間におい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し、特に受電装置に関する。
例えば、１つの送電装置から複数の受電装置に対して非接触で電力を伝送する場合、受電装置毎に必要とする電力が異なっている場合がある。また、受電装置における負荷の状態が変化することにより、当該受電装置に必要な電力量が変わる場合もある。この場合、受電装置にて電力制御を行う必要がある。電力制御をおこなう受電装置を備える非接触電力伝送システムは、例えば、特許文献１に開示されている。特許文献１の受電装置は、整流回路として半波整流回路を備えている。
特開２００５−２７８４００号公報、実施の形態６〜９
しかし、特許文献１の受電装置には、電力の利用効率が低いといった問題がある。
本発明は、電力の利用効率の向上を図ることのできる受電装置を提供することを目的とする。
本発明は、第１の受電装置として、
非接触電力伝送システムにおいて送電装置から伝送されてきた電力を受電する受電アンテナ回路と、共振コンデンサと、前記受電アンテナ回路で受電した電力を整流する整流回路と、前記受電アンテナ回路の受電周波数を変更するための周波数変更回路と、前記周波数変更回路を駆動する駆動回路とを備える受電装置であって、
前記受電アンテナ回路は２つの端子を有しており、
前記共振コンデンサは、前記受電アンテナ回路の２つの前記端子間に接続されており、
前記整流回路は、単相ブリッジ整流回路であり、前記受電アンテナ回路の２つの前記端子にそれぞれ接続される入力端子とグランド端子と整流した直流電圧を出力する整流出力端子とを有しており、
前記周波数変更回路は、一端を前記受電アンテナ回路の一方の端子に接続された第１インピーダンスと、一端を前記受電アンテナ回路の他方の端子に接続された第２インピーダンスと、前記第１インピーダンスの他端と前記第２インピーダンスの他端との間に接続された半導体スイッチ回路とを備えており、
前記半導体スイッチ回路は、回路中点としてセンタータップを有すると共に前記センタータップに対して対称な回路構造を有するものであり、
前記センタータップは、前記整流回路の前記グランド端子に接続されており、
前記駆動回路は、前記整流出力端子に接続されて前記直流電圧に応じて前記半導体スイッチ回路をオンするものである
受電装置を提供する。
また、本発明は、第２の受電装置として、第１の受電装置であって、
前記第１インピーダンスと前記第２インピーダンスとは互いに等しい静電容量を有するコンデンサである
受電装置を提供する。
また、本発明は、第３の受電装置として、第１又は第２の受電装置であって、
前記駆動回路は、前記整流出力端子から出力された前記直流電圧が所定値に達すると前記半導体スイッチ回路をオンさせるものである
受電装置を提供する。
また、本発明は、第４の受電装置として、第３の受電装置であって、
前記駆動回路は、前記直流電圧の変動感知用のツェナーダイオードを備えており、
前記所定値は、前記ツェナーダイオードの降伏電圧である
受電装置を提供する。
また、本発明は、第５の受電装置として、第４の受電装置であって、
前記ツェナーダイオードのアノードは、前記半導体スイッチ回路に接続されている
受電装置を提供する。
また、本発明は、第６の受電装置として、第４の受電装置であって、
前記駆動回路は、前記ツェナーダイオードのアノードと前記半導体スイッチ回路との間に接続された駆動電圧生成回路であって、前記ツェナーダイオードが降伏した際に前記半導体スイッチ回路を駆動する駆動電圧を生成する駆動電圧生成回路を更に備えている
受電装置を提供する。
また、本発明は、第７の受電装置として、第６の受電装置であって、
前記駆動電圧生成回路は、入出力関係においてヒステリシスを有する
受電装置を提供する。
また、本発明は、第８の受電装置として、第６の受電装置であって、
前記駆動電圧生成回路は、前記ツェナーダイオードが降伏した際に前記半導体スイッチ回路にパルスを前記駆動電圧として供給する
受電装置を提供する。
また、本発明は、第９の受電装置として、第３の受電装置であって、
前記駆動回路は、基準電圧を生成する基準電圧生成回路と、前記基準電圧及び前記整流した直流電圧に応じて前記半導体スイッチ回路を駆動するヒステリシスコンパレータとを備える
受電装置を提供する。
また、本発明は、第１０の受電装置として、第１乃至第８のいずれかの受電装置であって、
前記半導体スイッチ回路は少なくとも２つのＮｃｈのＦＥＴを有しており、
前記２つのＦＥＴのゲートは互いに電気的に接続されており、
前記２つのＦＥＴのソースは互いに接続されており、
前記センタータップは、前記ソース間の接続点から引き出されている
受電装置を提供する。
また、本発明は、第１１の受電装置として、第１乃至第８のいずれかの受電装置であって、
前記半導体スイッチ回路は少なくとも２つのｎｐｎ型のバイポーラトランジスタを有しており、
前記２つのバイポーラトランジスタのベースは互いに電気的に接続されており、
前記２つのバイポーラトランジスタのエミッタは、互いに接続されており、
前記センタータップは、前記エミッタ間の接続点から引き出されている
受電装置を提供する。
また、本発明は、第１の非接触電力伝送システムとして、第１乃至第１１のいずれかの受電装置と、送電装置とを備える
非接触電力伝送システムを提供する。
本発明によれば、整流回路として、単相ブリッジ整流回路を用いることとした。これにより、受電電力の利用効率を高めることができる。
回路中点に対して対称な回路構造を有するように周波数変更回路を構成した。また、受電アンテナ回路に対して受電周波数の変更用の第１インピーダンス及び第２インピーダンスをそれぞれ接続した。これにより、周波数調整を行う場合には、正の波形（正成分）及び負の波形（負成分）に対してバランスの良い調整を行うことができる。なお、受電周波数とは、電力受電のための受電アンテナ回路を含む共振回路の共振周波数である。
周波数変更回路の半導体スイッチ回路の回路中点（センタータップ）を整流回路のグランド端子に接続することとした（即ち、センタータップの電位を整流回路による整流後の電圧のグランド電位と共通にした）。これにより、半導体スイッチ回路の駆動用に新たに別の電源系を準備する必要がない。
駆動回路にツェナーダイオードを設け、それを整流後の直流電圧の変動感知用の素子として用いている。これにより、整流後の直流電圧を単に分圧した場合と比較して、周波数変更回路の動作を制御しやすい。
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の回路構成を模式的に示す図である。 図１の非接触電力伝送システムにおける送電電力と受電電圧との関係を示すグラフである。 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の回路構成を模式的に示す図である。 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の回路構成を模式的に示す図である。 本発明の第４の実施の形態による非接触電力伝送システムの回路構成を模式的に示す図である。 受電装置における周波数変更回路の変形例を示す図である。
（第１の実施の形態）
図１を参照すると、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１００は、非接触充電器などの送電装置１０と、送電装置１０から伝送されてきた電力を受電する受電装置２０とを備えている。
送電装置１０は、電力を送電する送電アンテナ回路１２と、送電アンテナ回路１２に接続され交流磁界を発生させるための制御部１４とを備えている。
受電装置２０は、送電装置１０から伝送されてきた電力を受電する受電アンテナ回路３２と、受電アンテナ回路３２の２つの端子Ｌａ、Ｌｂ間に接続されたコンデンサ３４と、受電アンテナ回路３２で受電した電力を整流する整流回路４０と、整流回路４０で整流した電力を平滑化する平滑回路５０と、平滑化された電力を供給される負荷６０と、受電アンテナ回路３２における受電周波数を変更するための周波数変更回路７０と、周波数変更回路７０を駆動する駆動回路８０とを備えている。かかる構成においては、受電アンテナ回路３２とコンデンサ３４と周波数変更回路７０からなる共振回路の共振周波数が実質的に受電アンテナ回路３２における受電周波数となる。本実施の形態において、受電周波数の初期値は、送電アンテナ回路１２から送電されてきた電力を最も多く受電することのできる周波数に設定されている。
本実施の形態による整流回路４０は、４つのダイオードを用いて構成された単相ブリッジ整流回路である。整流回路４０の２つの入力端子Ｖｉａ、Ｖｉｂは、受電アンテナ回路３２の２つの端子Ｌａ、Ｌｂに夫々接続されている。整流回路４０は、更に、整流後の直流電圧を出力する整流出力端子Ｖｄと、整流後の直流電圧のグランド電位を出力するグランド端子ＧＮＤとを有している。本実施の形態による平滑回路５０は、コンデンサであり、その両端は整流出力端子Ｖｄ及びグランド端子ＧＮＤに接続されている。
負荷６０は、受電装置２０が搭載される電子機器のＤＣ−ＤＣコンバータ等のシステム負荷を模擬したものである。負荷６０は、状況に応じて軽くなったり重くなったり変化する。負荷６０が重い状態において受電効率を最も高くしていた（初期の受電周波数を送電装置１０側と合わせていた）とすると、負荷６０が軽くなったときには受電電圧が高くなりすぎてしまう。このような場合に、本実施の形態においては、負荷６０に供給される受電電圧を減らすため、周波数変更回路７０の状態を変更し、それによって受電アンテナ回路３２を含む共振回路の共振周波数（受電周波数）を初期値からずらしている。これにより、受電電圧は、必要以上に高くならない。
詳しくは、本実施の形態による周波数変更回路７０は、第１インピーダンス７２ａと、第２インピーダンス７２ｂと、半導体スイッチ回路７４と、抵抗７６とを備えている。第１インピーダンス７２ａ及び第２インピーダンス７２ｂは、いずれもコンデンサであり、互いに等しい静電容量を有している。第１インピーダンス７２ａの一端は受電アンテナ回路３２の端子Ｌａに接続されており、第２インピーダンス７２ｂの一端は受電アンテナ回路３２の端子Ｌｂに接続されている。半導体スイッチ回路７４は、第１インピーダンス７２ａの他端と第２インピーダンス７２ｂの他端との間に接続されている。半導体スイッチ回路７４は、回路中心としてセンタータップＣＴを有しており、センタータップＣＴに対して対称な回路構成を有している。このことから理解されるように、周波数変更回路７０も回路中心（この場合、半導体スイッチ回路７４のセンタータップＣＴ）に対して対称な回路構成を有している。抵抗７６は、半導体スイッチ回路７４をオンにするための電圧を生じさせるためのものである。なお、本実施の形態におけるセンタータップＣＴは、整流回路４０のグランド端子ＧＮＤに接続されている。
図示された半導体スイッチ回路７４は、２つのＮｃｈのＦＥＴ７４ａ、７４ｂを有している。これらＦＥＴ７４ａ、７４ｂはボディダイオードを有している。ＦＥＴ７４ａ、７４ｂのゲートＧは互いに電気的に接続されており、ＦＥＴ７４ａ、７４ｂのソースＳも互いに電気的に接続されている。上述したセンタータップＣＴは、ＦＥＴ７４ａのソースＳとＦＥＴ７４ｂのソースＳとの接続点から引き出されている。抵抗７６は、ＦＥＴ７４ａ、７４ｂのソースＳとゲートＧとの間に接続されている。
このような構成の周波数変更回路７０は、ＦＥＴ７４ａ、７４ｂがオンのときとオフのときとで、異なる等価回路で表現される。具体的には、ＦＥＴ７４ａ、７４ｂがオンのとき、周波数変更回路７０の等価回路は、ＦＥＴ７４ａ、７４ｂの若干のオン抵抗と第１インピーダンス７２ａ及び第２インピーダンス７２ｂを直列に接続した回路となる。一方、ＦＥＴ７４ａ、７４ｂがオフのとき、周波数変更回路７０の等価回路は、ＦＥＴ７４ａ、７４ｂの寄生容量と第１インピーダンス７２ａ及び第２インピーダンス７２ｂを直列に接続した回路となる。即ち、受電アンテナ回路３２の端子Ｌａ、Ｌｂ間に接続されるインピーダンスは、ＦＥＴ７４ａ、７４ｂがオンのときとオフのときとで異なることとなり、従って、受電周波数も異なることとなる。本実施の形態においては、上述したように、ＦＥＴ７４ａ、７４ｂがオフのとき受電効率を最も高くしてあることから、ＦＥＴ７４ａ、７４ｂがオンにすると意図的に受電効率を下げることができる。
周波数変更回路７０の半導体スイッチ回路７４をどのような場合に駆動するかを決めているのが駆動回路８０である。この駆動回路８０は、整流後の直流電圧の変動を感知して半導体スイッチ回路７４のオンオフ切り替えを行う。
このことから理解されるように、駆動回路８０は、整流回路４０の整流出力端子Ｖｄと半導体スイッチ回路７４との間に接続されている。具体的には、本実施の形態による駆動回路８０は、整流後の直流電圧の変動感知用のツェナーダイオードＺＤｓのみからなるものである。ツェナーダイオードＺＤｓのカソードは整流回路４０の整流出力端子Ｖｄに接続されており、ツェナーダイオードＺＤｓのアノードは半導体スイッチ回路７４のＦＥＴ７４ａ、７４ｂのゲートＧに接続されている。
整流後の直流電圧がツェナーダイオードＺＤｓの降伏電圧以上となると（即ち、ツェナーダイオードＺＤｓが降伏すると）、駆動回路８０から周波数変更回路７０に電圧が供給され、抵抗７６の両端に電圧が生じる。ここで、本実施の形態においては、このとき抵抗７６の両端に生じる電圧をＦＥＴ７４ａ、７４ｂのゲート−ソース間電圧Ｖｇｓ以上になるように設定してあることから、ＦＥＴ７４ａ、７４ｂがオンになる。本実施の形態においては、ツェナーダイオードＺＤｓの降伏電圧を抑制したい受電電圧に設定していることから、受電電圧が抑制したい電圧に達すると、ツェナーダイオードＺＤｓが降伏し、周波数変更回路７０は受電周波数を初期値からずらして受電電力を下げる。
図２に示されるように、重負荷の場合には送電電力が高くなっても受電電圧は低いが（ｃ）、軽負荷の場合に受電周波数の調整を行わないと受電電圧が高くなってしまう（ａ）。本実施の形態のように、軽負荷時には受電周波数を初期値からずらすこととすると、受電電圧が必要以上に高くなってしまうことを抑えることができる（ｂ）。
（第２の実施の形態）
図３を参照すると、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１０２は、受電装置２２の駆動回路８２の構成を除き、上述した第１の実施の形態による非接触電力伝送システム１００（図１参照）と同じ構成を備えている。図１と図３とにおいて共通する構成要素には同じ参照符号を付すこととし、それらの構成要素については説明を省略する。即ち、以下においては、駆動回路８２とそれに基づく動作の違い等についてのみ説明することとする。
図３に示されるように、駆動回路８２は、整流後の直流電圧の変動感知用のツェナーダイオードＺＤｓと、ツェナーダイオードＺＤｓが降伏した際に半導体スイッチ回路７４を駆動する駆動電圧（この実施の形態においてはＦＥＴ７４ａ、７４ｂをオンさせる電圧）を生成する駆動電圧生成回路９２とを備えている。ツェナーダイオードＺＤｓのカソードには第１の実施の形態と同様に整流後の直流電圧が与えられている。即ち、ツェナーダイオードＺＤｓのカソードは整流出力端子Ｖｄに接続されている。一方、ツェナーダイオードＺＤｓのアノードは、第１の実施の形態とは異なり、周波数変更回路７０には接続されていない。本実施の形態においては、ツェナーダイオードＺＤｓのアノードと周波数変更回路７０との間に駆動電圧生成回路９２が設けられている。
この駆動電圧生成回路９２は、入出力にヒステリシスを有するものである。詳しくは、駆動電圧生成回路９２は、２つのトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２と、５つの抵抗Ｒ１〜Ｒ５と、２つのツェナーダイオードＺＤｃ、ＺＤｐとを備えるものである。抵抗Ｒ１は、トランジスタＴｒ１のベースとツェナーダイオードＺＤｓのアノードとを接続しており、抵抗Ｒ２は、整流出力端子ＶｄとトランジスタＴｒ１のコレクタとの間に接続されている。抵抗Ｒ３は、整流出力端子ＶｄとトランジスタＴｒ２のコレクタとの間に接続されている。即ち、整流後の直流電圧はトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２の電源としても利用されている。抵抗Ｒ４は、トランジスタＴｒ１のベースとグランドとの間に接続されており、抵抗Ｒ５は、トランジスタＴｒ１のエミッタとグランドとの間に接続されている。トランジスタＴｒ２のベースはトランジスタＴｒ１のコレクタに接続されており、トランジスタＴｒ２のエミッタはトランジスタＴｒ１のエミッタと接続されている。ツェナーダイオードＺＤｐのカソードはトランジスタＴｒ２のコレクタに接続されており、ツェナーダイオードＺＤｐのアノードはグランドに接続されている。ツェナーダイオードＺＤｃのカソードはトランジスタＴｒ２のコレクタに接続されており、ツェナーダイオードＺＤｃのアノードは半導体スイッチ回路７４に接続されている。
ツェナーダイオードＺＤｓが降伏すると、トランジスタＴｒ１のベースに電圧が発生する。抵抗Ｒ１は、トランジスタＴｒ１のベース電流を制限すると共に、抵抗Ｒ４と共にトランジスタＴｒ１のベースの入力電圧を調整する。トランジスタＴｒ１がオンするのは、グランドに対するトランジスタＴｒ１のエミッタの電位ＶＥと、トランジスタＴｒ１のスイッチに必要なトランジスタＴｒ１のベース−エミッタ間電圧ＶＢＥとの和（ＶＥ＋ＶＢＥ）以上の電圧がトランジスタＴｒ１のベースに供給されたときである。抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ４は、ツェナーダイオードＺＤｓが降伏した際に、トランジスタＴｒ１がオンするような電圧を供給するように選択されている。
本実施の形態においては、トランジスタＴｒ１がオフのときはトランジスタＴｒ２はオンになっているが、トランジスタＴｒ１がオンになると、トランジスタＴｒ２はオフになる。ここで、抵抗Ｒ２は抵抗Ｒ３よりも大きく、抵抗Ｒ３は抵抗Ｒ５よりも大きく設定されている。また、抵抗Ｒ５は抵抗Ｒ２よりもかなり小さい値に設定されている。具体的には、トランジスタＴｒ１がオンでトランジスタＴｒ２がオフのとき、トランジスタＴｒ１のエミッタ電位ＶＥは抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ５との関係に基づいて抵抗Ｒ５の両端に発生した電圧となるので、グランド電位に近くなる。一方、トランジスタＴｒ１がオフでトランジスタＴｒ２がオンのときトランジスタＴｒ１のエミッタ電位ＶＥは、トランジスタＴｒ２から抵抗Ｒ５に流れ込んでいた電流によって決まる。そのため、トランジスタＴｒ１のエミッタ電位ＶＥは、トランジスタＴｒ１がオンのときとオフのときとで異なることとなる。従って、トランジスタＴｒ１の閾値もトランジスタＴｒ１がオフからオンになるとき（即ち、トランジスタＴｒ２がオンからオフになるとき）と、トランジスタＴｒ１がオンからオフになるとき（即ち、トランジスタＴｒ２がオフからオンになるとき）とで異なる。
トランジスタＴｒ２がオンのとき、周波数変更回路７０の半導体スイッチ回路７４には、ツェナーダイオードＺＤｃを介して、抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ５とで分圧した電圧が供給される。本実施の形態においては、この際の電圧は半導体スイッチ回路７４をオンさせるために必要とされる電圧よりも低く設定されている。そのため、トランジスタＴｒ２がオンのとき、受電周波数は初期値のままである。
ツェナーダイオードＺＤｓが降伏してトランジスタＴｒ２がオフになると、ツェナーダイオードＺＤｐにより決まる電圧がツェナーダイオードＺＤｃを介して供給される。即ち、本実施の形態においては、ツェナーダイオードＺＤｓが降伏した際に周波数変更回路７０に供給される電圧はほぼ一定となる。このツェナーダイオードＺＤｐで定まる電圧は、本実施の形態においては、確実に半導体スイッチ回路７４をオンさせることのできる値に定められている。そのため、ツェナーダイオードＺＤｐで定まる電圧が周波数変更回路７０に供給されると半導体スイッチ回路７４がオンになり、受電電圧の引き下げのための受電周波数の調整が行われる。
上述したように、トランジスタＴｒ２がオフのときに抵抗Ｒ５の両端に生じる電圧はかなり小さいことから、トランジスタＴｒ１の閾値は、事実上、トランジスタＴｒ１のスイッチングに必要なトランジスタＴｒ１のベース−エミッタ間電圧ＶＢＥ程度となる。従って、トランジスタＴｒ２がオフになったことで受電電圧が下げられていった結果、トランジスタＴｒ１のベースの電位がベース−エミッタ間電圧ＶＢＥより大きい場合にはトランジスタＴｒ１はオンした状態を保つが、ベース−エミッタ間電圧ＶＢＥより小さくなるとトランジスタＴｒ１がオフになり、トランジスタＴｒ２がオンになる。即ち、駆動電圧生成回路９２の入力（トランジスタＴｒ１のベースに与えられる電圧）と出力（トランジスタＴｒ２のコレクタ電位、正確には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。従って、ツェナーダイオードＺＤｓの降伏により生じる一時的な電圧降下に反応するのではなく、受電周波数の調整により受電電圧の引き下げがしっかりと行われた後に、受電周波数を初期値に戻すことができる。
このように、本実施の形態においては、駆動電圧生成回路９２の入出力にヒステリシスを持たせたことから、ツェナーダイオードＺＤｓが降伏した際に周波数変更回路７０の半導体スイッチ回路７４に対して、受電周波数調整の効果が出るまでの間、ほぼ一定の電圧を供給することとしている。従って、本実施の形態によれば、半導体スイッチ回路７４の駆動を確実に行うことができる。
なお、整流後の直流電圧の値が極めて高い値になってしまうと、半導体スイッチ回路７４が壊れてしまう恐れがある。そこで、本実施の形態おいては、半導体スイッチ回路７４を構成するＦＥＴ７４ａ、７４ｂの耐電圧よりもツェナーダイオードＺＤｐの降伏電圧を低くしている。そのため、整流後の直流電圧が高くなりかけたとしても、ＦＥＴ７４ａ、７４ｂに高電圧がかかって破壊されてしまうといったことを避けることができる。
（第３の実施の形態）
図４を参照すると、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１０４は、受電装置２４の駆動回路８４の構成を除き、上述した第１の実施の形態による非接触電力伝送システム１００（図１参照）と同じ構成を備えている。図１と図４とにおいて共通する構成要素には同じ参照符号を付すこととし、それらの構成要素については説明を省略する。即ち、以下においては、駆動回路８４とそれに基づく動作の違い等についてのみ説明することとする。
本実施の形態による駆動回路８４は、第２の実施の形態と同様、駆動電圧生成回路９４を備えるものである。但し、ツェナーダイオードＺＤｓが降伏した際に、第２の実施の形態による駆動電圧生成回路９２がほぼ一定の電圧を周波数変更回路７０の半導体スイッチ回路７４に供給するものであったのに対して、本実施の形態による駆動回路８４の駆動電圧生成回路９４は電圧パルスを周波数変更回路７０の半導体スイッチ回路７４に供給するものである。
詳しくは、駆動電圧生成回路９４は、３つのオペアンプＯＰ１〜ＯＰ３と、９つの抵抗Ｒ１〜Ｒ９と、コンデンサＣ１と、２つのツェナーダイオードＺＤ１、ＺＤ２とを備えている。
抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２とは分圧回路を構成しており、分圧された電圧はオペアンプＯＰ１の反転入力端子に供給される。ツェナーダイオードＺＤ１は分圧回路（Ｒ１＋Ｒ２）の下側の基準電位をグランドから持ちあげるためのものである。これにより、分圧回路（Ｒ１＋Ｒ２）から出力される分圧値の変動を抑えることができる。抵抗Ｒ６と抵抗Ｒ７も分圧回路を構成しており、分圧された電圧はオペアンプＯＰ２の非反転入力端子に供給される。ツェナーダイオードＺＤ２は分圧回路（Ｒ６＋Ｒ７）の下側の基準電位をグランドから持ち上げるためのものである。これにより、分圧回路（Ｒ６＋Ｒ７）から出力される分圧値の変動も抑えることができる。
オペアンプＯＰ１と抵抗Ｒ３及びＲ４はシュミット回路を構成しており、オペアンプＯＰ２と抵抗Ｒ５とコンデンサＣ１は積分回路を構成している。シュミット回路から出力される矩形波は積分回路にて積分され、三角波となる。
オペアンプＯＰ３は比較器として用いられている。ツェナーダイオードＺＤｓが降伏するとオペアンプＯＰ３の非反転入力端子には抵抗Ｒ８と抵抗Ｒ９とで分圧した電圧が基準電圧として入力される。オペアンプＯＰ３は、オペアンプＯＰ３の反転入力端子に入力された三角波を基準電圧と比較することにより、基準電圧に応じたＰＷＭ変調を行ってパルス波形を半導体スイッチ回路７４に供給する。
かかる構成によると、半導体スイッチ回路７４をパルス駆動することになることから、受電周波数をリニアに変更することもできる。
（第４の実施の形態）
図５を参照すると、本発明の第４の実施の形態による非接触電力伝送システム１０６は、受電装置２６の駆動回路８６の構成を除き、上述した第１の実施の形態による非接触電力伝送システム１００（図１参照）と同じ構成を備えている。図１と図５とにおいて共通する構成要素には同じ参照符号を付すこととし、それらの構成要素については説明を省略する。即ち、以下においては、駆動回路８６とそれに基づく動作の違い等についてのみ説明することとする。
本実施の形態による駆動回路８６は、基準電圧を生成する基準電圧生成回路９６と、基準電圧及び整流後の電圧に応じて半導体スイッチ回路７４の駆動を行うヒステリシスコンパレータ９８とを備えている。
詳しくは、基準電圧生成回路９６は、２つの抵抗Ｒ１及びＲ２を備えている。ヒステリシスコンパレータ９８は、オペアンプＯＰと、３つの抵抗Ｒ３〜Ｒ５とを備えている。図５に示されるように、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２とは電源電圧を分圧する分圧回路を構成している。分圧された電源電圧は、基準電圧としてオペアンプＯＰの反転入力端子に供給される。抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ４は、整流後の電圧を分圧する分圧回路を構成している。分圧された整流後の電圧は、オペアンプＯＰの非反転入力端子に供給される。本実施の形態によるオペアンプＯＰは比較器として用いられている。即ち、整流後の電圧が基準電圧よりも高くなったとき、オペアンプＯＰは半導体スイッチ回路７４をオンする。これにより、受電電圧の引き下げのための受電周波数の調整が行われる。その後、受電電圧の引き下げが行われることにより整流後の電圧が基準電圧よりも一定値以下となったとき、オペアンプＯＰは、半導体スイッチ回路７４をオフする。この一定値は、抵抗Ｒ５によって決められる。即ち、抵抗Ｒ５は、オペアンプＯＰにヒステリシスを持たせている。これにより、ノイズ等のわずかな電圧差でオペアンプＯＰが動作することを防ぐことができる。
以上、複数の実施の形態を掲げて本発明について具体的に説明してきたが、本発明はこれらに限定されるものではない。
例えば、上述した実施の形態において周波数変更回路７０は、いずれも一段のものであったが、複数段の周波数変更回路７０を並列に接続することとしてもよい。その場合において、各周波数変更回路７０の動作タイミングを異ならせることとし受電電圧の制御を複数に分けて行うこととしてもよい。
また、上述した周波数変更回路７０はＦＥＴ７４ａ、７４ｂを備えるものであったが、例えば、ＦＥＴ７４ａ、７４ｂに代えてバイポーラトランジスタを用いることとしてもよい。
具体的には、図６に示されるように、周波数変更回路１７０は、第１インピーダンス１７２ａ及び第２インピーダンス１７２ｂと、半導体スイッチ回路１７４と、抵抗１７６及び電流制限抵抗１７８を備えている。このうち、第１インピーダンス１７２ａ及び第２インピーダンス１７２ｂと抵抗１７６は、夫々、第１インピーダンス７２ａ及び第２インピーダンス７２ｂと抵抗７６と同じである。
半導体スイッチ回路１７４は、２つのｎｐｎ型のバイポーラトランジスタ１７４ａ、１７４ｂを有している。バイポーラトランジスタ１７４ａのベースＢとバイポーラトランジスタ１７４ｂのベースＢとは互いに電気的に接続されている。また、バイポーラトランジスタ１７４ａのエミッタＥとバイポーラトランジスタ１７４ｂのエミッタＥも互いに電気的に接続されており、その接続点からセンタータップＣＴが引き出されている。これらバイポーラトランジスタ１７４ａ、１７４ｂはボディダイオードを有しており、上述したＦＥＴ７４ａ、７４ｂと同様の機能を提供するものである。電流制限抵抗１７８は、ツェナーダイオードＺＤｓが降伏した際に、バイポーラトランジスタ１７４ａ、１７４ｂのベースＢに流れる電流を制限するためのものである。
かかる半導体スイッチ回路１７４を有する周波数変更回路１７０を上述した第１乃至第３の実施の形態による周波数変更回路７０と置き換えることとしてもよい。
（第５の実施の形態）
上述した実施の形態においては、受電装置の過電圧を防止することを主目的としていたが、本発明の実施の形態はこれに限られない。以下に説明する第５の実施の形態は、第２乃至第４の実施の形態における整流後電圧を所望の定電圧として出力させるように回路定数を調整したものである。回路構成は第２乃至第４の実施の形態と同じもの（図３乃至図５の夫々を参照）であってもよいし、整流後にダイオードと平滑コンデンサを用いて電圧の平滑化を行うこととしても良い。
整流後電圧の最大値はツェナーダイオードＺＤｓの降伏電圧によって設定することが出来る。また、駆動電圧生成回路９２、９４（図３及び図４参照）が入出力にヒステリシスを有することから整流後電圧は一定電圧範囲内に保たれる。
整流後電圧が高くなると、ツェナーダイオードＺＤｓが降伏し、ＦＥＴ７４ａ、７４ｂ（図３等参照）がオンし、インピーダンスが切り替わり、整流後電圧が下がる。整流後電圧が低くなると、ツェナー降伏が解除され、ＦＥＴ７４ａ、７４ｂがオフし、インピーダンスが切り替わり、整流後電圧が上がる。この動作からインピーダンスがサイクル的に切り替わる。整流後電圧はこのサイクルで一定電圧範囲内に保たれる。
ツェナーダイオードＺＤｓは整流回路４０の後に配置され、整流後電圧を検出する。一定範囲内に保たれる整流後電圧は、ダイオードと、平滑コンデンサとを介すことで、電圧変動が少なくなる。これにより、より安定した定電圧をＤＣ−ＤＣコンバータ等の負荷６０へ出力することが出来る。
本構成では安定した定電圧出力ができることから定電圧出力回路を構成することができる。また、負荷の大きさに関わらず、ＤＣ−ＤＣコンバータ等のシステム負荷に電圧変換部を含めない構成にすることが出来る。
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。
１０ 送電装置
１２ 送電アンテナ回路
１４ 制御部
２０、２２、２４、２６ 受電装置
３２ 受電アンテナ回路
Ｌａ、Ｌｂ 端子
３４ コンデンサ
４０ 整流回路（単相ブリッジ整流回路）
Ｖｉａ、Ｖｉｂ 入力端子
Ｖｄ 整流出力端子
ＧＮＤ グランド端子
５０ 平滑回路
６０ 負荷
７０ 周波数変更回路
７２ａ 第１インピーダンス（コンデンサ）
７２ｂ 第２インピーダンス（コンデンサ）
７４ 半導体スイッチ回路
７４ａ ＦＥＴ
７４ｂ ＦＥＴ
ＣＴ センタータップ
７６ 抵抗
８０、８２、８４、８６ 駆動回路
ＺＤｓ （変動感知用の）ツェナーダイオード
９２、９４ 駆動電圧生成回路
９６ 基準電圧生成回路
９８ ヒステリシスコンパレータ
ＺＤｐ、ＺＤｃ、ＺＤ１、ＺＤ２ ツェナーダイオード
Ｒ１〜Ｒ９ 抵抗
Ｔｒ１、Ｔｒ２ トランジスタ
ＯＰ、ＯＰ１〜ＯＰ３ オペアンプ
Ｃ１ コンデンサ
１７０ 周波数変更回路
１７２ａ 第１インピーダンス（コンデンサ）
１７２ｂ 第２インピーダンス（コンデンサ）
１７４ 半導体スイッチ回路
１７４ａ バイポーラトランジスタ
１７４ｂ バイポーラトランジスタ
１７６ 抵抗
１７８ 電流制限抵抗
１００、１０２、１０４、１０６ 非接触電力伝送システム

Claims (12)

  1. 非接触電力伝送システムにおいて送電装置から伝送されてきた電力を受電する受電アンテナ回路と、共振コンデンサと、前記受電アンテナ回路で受電した電力を整流する整流回路と、前記受電アンテナ回路の受電周波数を変更するための周波数変更回路と、前記周波数変更回路を駆動する駆動回路とを備える受電装置であって、
    前記受電アンテナ回路は２つの端子を有しており、
    前記共振コンデンサは、前記受電アンテナ回路の２つの前記端子間に接続されており、
    前記整流回路は、単相ブリッジ整流回路であり、前記受電アンテナ回路の２つの前記端子にそれぞれ接続される入力端子とグランド端子と整流した直流電圧を出力する整流出力端子とを有しており、
    前記周波数変更回路は、一端を前記受電アンテナ回路の一方の端子に接続された第１インピーダンスと、一端を前記受電アンテナ回路の他方の端子に接続された第２インピーダンスと、前記第１インピーダンスの他端と前記第２インピーダンスの他端との間に接続された半導体スイッチ回路とを備えており、
    前記半導体スイッチ回路は、回路中点としてセンタータップを有すると共に前記センタータップに対して対称な回路構造を有するものであり、
    前記センタータップは、前記整流回路の前記グランド端子に接続されており、
    前記駆動回路は、前記整流出力端子に接続されて前記直流電圧に応じて前記半導体スイッチ回路をオンするものである
    受電装置。
  2. 請求項１記載の受電装置であって、
    前記第１インピーダンスと前記第２インピーダンスとは互いに等しい静電容量を有するコンデンサである
    受電装置。
  3. 請求項１又は請求項２記載の受電装置であって、
    前記駆動回路は、前記整流出力端子から出力された前記直流電圧が所定値に達すると前記半導体スイッチ回路をオンさせるものである
    受電装置。
  4. 請求項３記載の受電装置であって、
    前記駆動回路は、前記直流電圧の変動感知用のツェナーダイオードを備えており、
    前記所定値は、前記ツェナーダイオードの降伏電圧である
    受電装置。
  5. 請求項４記載の受電装置であって、
    前記ツェナーダイオードのアノードは、前記半導体スイッチ回路に接続されている
    受電装置。
  6. 請求項４記載の受電装置であって、
    前記駆動回路は、前記ツェナーダイオードのアノードと前記半導体スイッチ回路との間に接続された駆動電圧生成回路であって、前記ツェナーダイオードが降伏した際に前記半導体スイッチ回路を駆動する駆動電圧を生成する駆動電圧生成回路を更に備えている
    受電装置。
  7. 請求項６記載の受電装置であって、
    前記駆動電圧生成回路は、入出力関係においてヒステリシスを有する
    受電装置。
  8. 請求項６記載の受電装置であって、
    前記駆動電圧生成回路は、前記ツェナーダイオードが降伏した際に前記半導体スイッチ回路にパルスを前記駆動電圧として供給する
    受電装置。
  9. 請求項３記載の受電装置であって、
    前記駆動回路は、基準電圧を生成する基準電圧生成回路と、前記基準電圧及び前記整流した直流電圧に応じて前記半導体スイッチ回路を駆動するヒステリシスコンパレータとを備える
    受電装置。
  10. 請求項１乃至請求項９のいずれかに記載の受電装置であって、
    前記半導体スイッチ回路は少なくとも２つのＮｃｈのＦＥＴを有しており、
    前記２つのＦＥＴのゲートは互いに電気的に接続されており、
    前記２つのＦＥＴのソースは互いに接続されており、
    前記センタータップは、前記ソース間の接続点から引き出されている
    受電装置。
  11. 請求項１乃至請求項９のいずれかに記載の受電装置であって、
    前記半導体スイッチ回路は少なくとも２つのｎｐｎ型のバイポーラトランジスタを有しており、
    前記２つのバイポーラトランジスタのベースは互いに電気的に接続されており、
    前記２つのバイポーラトランジスタのエミッタは、互いに接続されており、
    前記センタータップは、前記エミッタ間の接続点から引き出されている
    受電装置。
  12. 請求項１乃至請求項１１のいずれかに記載の受電装置と、送電装置とを備える
    非接触電力伝送システム。
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