JPWO2015053246A1 - ワイヤレス電力伝送システム - Google Patents

Abstract

アクティブ電極（１３，２３）、パッシブ電極（１４，２４）それぞれが電界結合して送電装置（１０１）から受電装置（２０１）へ電力が伝送されるワイヤレス電力伝送システム（１）において、送電装置（１０１）は、昇圧トランスの２次コイル（ｎ１２）と、キャパシタ（Ｃ１）とを含む並列共振回路（ＲＣ１）を有する。受電装置（２０１）は、キャパシタ（Ｃ２）と、圧電トランス（２２）に含まれるインダクタンス成分（Ｌｐ）及びキャパシタンス成分（Ｃｐ）とを含む直列共振回路（ＲＣ２）、並びに、キャパシタ（Ｃ３）及びインダクタ（Ｌ１）を含む並列共振回路（ＲＣ３）とを有する。並列共振回路（ＲＣ１）、直列共振回路（ＲＣ２）、及び並列共振回路（ＲＣ３）それぞれの共振周波数は同じであり、送電装置（１０１）の電圧発生回路の発生する高周波高電圧の周波数は、その共振周波数に設定する。

Description

本発明は、電界結合方式により送電装置から受電装置へ電力を伝送するワイヤレス電力伝送システムに関する。

電界結合方式のワイヤレス電力伝送システムでは、送電装置と受電装置との電極同士を互いに対向させて電極同士を電界結合させ、その電界結合により送電装置から受電装置へ電力を伝送する。一般に電力伝送系の伝送効率を高める手法では、低損失な共振回路を組み込むことが有効である。この共振回路は、送電装置及び受電装置の結合部の静電容量とインダクタとで構成される。このような共振回路が組み合わされた場合、共振回路のＱ値は、殆どインダクタのＤＣＲで定まる。そのため、小型且つ低損失なインダクタの実現が課題になる。

そこで、インダクタに、圧電デバイス（圧電共振子、圧電トランス）を用いることが考えられる。しかしながら、圧電デバイスは小型低損失であるものの、周波数特性が急峻であり、且つ負荷変動時に変圧比（受電装置側電圧と送電装置側電圧との比）が大きく変動するという課題がある。

特許文献１には、受電装置での降圧に圧電トランスを用いたワイヤレス電力伝送システムが開示されている。特許文献１に係る電力伝送システムでは、受電装置に第１の共振回路、及び第２の共振回路を構成し、送電装置で発生させる高周波高電圧の周波数を、これら二つの共振回路が結合する複合共振による二つの共振周波数の間に設定している。これにより、受電装置の負荷変動又は駆動周波数変動が生じる場合の受電装置側電圧と送電装置側電圧との比を安定化できるようにしている。

国際公開２０１２／１７２９２９号パンフレット

送電装置側電圧は受電装置の負荷変動によって変動する。このため、特許文献１では、送電装置側電圧が一定となるように送電装置側電圧を検出し、送電装置で発生させる高周波高電圧の発生電圧を帰還制御している。したがって、特許文献１では、送電装置側電圧を検出する電圧検出回路、及び帰還制御用のコントローラ等が必要となる。また、送電装置側電圧の変動が大きい場合、帰還制御を正常に動作させないと、伝送効率が低下する、又は、安定した出力電圧が得られない等の問題が生じるおそれがある。そこで、本発明者は、負荷変動に伴う送電装置側電圧の変動を抑えることができる回路構成を見出した。

本発明の目的は、受電装置の負荷変動に伴う送電装置側電圧の変動を抑えることができるワイヤレス電力伝送システムを提供することにある。

本発明は、交流電圧発生回路と、１次コイル及び２次コイルを有し、前記交流電圧発生回路からの電圧を伝送する第１トランスと、前記第１トランスで誘起された電圧が印加される送電側アクティブ電極、及び送電側パッシブ電極とを備える送電装置と、受電側アクティブ電極と、受電側パッシブ電極と、前記受電側アクティブ電極、及び前記受電側パッシブ電極に誘起される電圧を伝送する第２トランスと、前記第２トランスで誘起された電圧を供給する負荷回路とを備える受電装置と、を備え、前記送電側アクティブ電極、及び前記受電側アクティブ電極が電界結合し、並びに、前記送電側パッシブ電極、及び前記受電側パッシブ電極それぞれが電界結合又は直接導通することにより前記送電装置から前記受電装置へ電力が伝送されるワイヤレス電力伝送システムにおいて、前記送電装置は、前記２次コイルと、前記送電側アクティブ電極及び前記送電側パッシブ電極の間に生じる又は接続された送電側キャパシタンス成分とで構成される第１の並列共振回路を有し、前記受電装置は、第１の直列共振回路と第２の並列共振回路とを有し、前記第１の直列共振回路は、前記受電側アクティブ電極と前記受電側パッシブ電極との間に生じる又は接続された第１インダクタンス成分及び第１キャパシタンス成分が直列接続された構成を含み、前記第２の並列共振回路は、第２キャパシタンス成分と第２インダクタンス成分とが並列接続された構成を含み、前記第１の並列共振回路、前記第１の直列共振回路、及び前記第２の並列共振回路それぞれの共振周波数は同じであり、前記交流電圧発生回路の発生する高周波高電圧の周波数は、前記共振周波数に設定されていることを特徴とする。

この構成では、送電装置の交流電圧発生回路と、受電装置の負荷回路との間に、共振周波数を同じにした第１の並列共振回路、第１の直列共振回路、及び第２の並列共振回路が接続される構成となり、高周波高電圧の周波数を各共振回路の共振周波数に設定することで、交流電圧発生回路と、受電装置の負荷回路との間での電圧変動を抑制できる。これにより、受電装置の負荷変動に伴う送電装置側電圧の変動を抑えることができる。

前記送電装置は、前記第１トランスの１次コイルに直列接続された送電側キャパシタと、前記送電側キャパシタと前記１次コイルとで構成される第２の直列共振回路と、を備え、前記第２の直列共振回路の共振周波数は、前記第１の並列共振回路、前記第１の直列共振回路、及び前記第２の並列共振回路それぞれの共振周波数と同じであることが好ましい。

この構成では、送電装置の交流電圧発生回路と、受電装置の負荷回路との間に、共振周波数を同じにした第２の直列共振回路、第１の並列共振回路、第１の直列共振回路、及び第２の並列共振回路が接続される構成となり、高周波高電圧の周波数を各共振回路の共振周波数に設定することで、交流電圧発生回路と、受電装置の負荷回路との間での電圧変動を抑制できる。これにより、受電装置の負荷変動に伴う送電装置側電圧の変動を抑えることができる。

前記第２トランスは、前記受電側アクティブ電極に接続された第１入力部と、前記受電側パッシブ電極に接続された第２入力部と、第１出力部と、第２出力部とを有して、前記第１入力部と前記第２入力部との間に印加される電圧を伝送して前記第１出力部と前記第２出力部との間へ出力し、前記第１インダクタンス成分、前記第１キャパシタンス成分、及び前記第２キャパシタンス成分を含む圧電トランスであり、前記受電装置は、前記第２キャパシタンス成分に並列に接続された並列インダクタを備え、前記第２インダクタンス成分は、前記並列インダクタのインダクタンス成分であることが好ましい。

この構成では、負荷変動による圧電トランスの出力電圧の変動を抑えられるため、後段に接続する負荷の入力電圧範囲を狭くすることができる。

また、圧電トランスを高効率動作させるためには、圧電トランスへの入力電圧に含まれる高調波成分を除去する必要がある。圧電トランスにスプリアス周波数が印加される場合、圧電トランスの不要共振と結合して効率低下する（発熱が生じる）おそれがある。このため、各共振回路の共振周波数を駆動周波数近傍に設定することで、スプリアス周波数成分が圧電トランスに印加されることを防止できる。

前記受電装置は、前記負荷回路へ供給される電流を検出する電流検出回路と、前記電流検出回路が検出した電流が閾値を超えた場合、前記負荷回路への電流の供給を遮断する制御回路と、を備えることが好ましい。

この構成では、負荷回路の過電流保護ができる。また、圧電トランスを用いている場合には、圧電トランスの熱暴走を防ぐことができる。

本発明によれば、受電装置の負荷変動に伴う送電装置側電圧の変動を抑えることができ、受電装置側の出力電圧の変動を抑えることができる。

実施形態１に係るワイヤレス電力伝送システムの回路図 図１に示すワイヤレス電力伝送システムの等価回路図 負荷変動させた場合の送電電圧の特性を示す図 負荷変動させた場合の出力電圧の特性を示す図 実施形態２に係るワイヤレス電力伝送システムの回路図 負荷変動させた場合の送電電圧の特性を示す図 負荷変動させた場合の出力電圧の特性を示す図 実施形態３に係るワイヤレス電力伝送システムの回路図 実施形態４に係るワイヤレス電力伝送システムの回路図 図９のワイヤレス電力伝送システムにおいて負荷変動させた場合の送電電圧の特性を示す図 送電装置に並列共振回路を構成していない場合における、負荷変動させたときの送電電圧の特性を示す図 実施形態５に係るワイヤレス電力伝送システムの回路図 負荷変動させた場合の送電電圧の特性を示す図

（実施形態１）
図１は、実施形態１に係るワイヤレス電力伝送システム１の回路図である。

ワイヤレス電力伝送システム１は、送電装置１０１と受電装置２０１とを備えている。送電装置１０１には受電装置２０１が載置される。送電装置１０１及び受電装置２０１はそれぞれ、アクティブ電極１３，２３及びパッシブ電極１４，２４を備えていて、送電装置１０１に受電装置２０１が載置される場合、アクティブ電極１３，２３同士、パッシブ電極１４，２４同士それぞれが対向する。その状態で、送電装置１０１は、電界結合を利用して受電装置２０１へ電力を伝送する。

送電装置１０１は、電圧発生回路１１及び昇圧トランスＴ１を備えている。電圧発生回路１１は、商用電源に接続されたＡＣアダプタにより交流電圧（ＡＣ１００Ｖ〜２３０Ｖ）から変換された直流電圧（例えばＤＣ１９Ｖ）を、ＤＣ−ＡＣインバータ回路で交流電圧に変換し、出力する。

昇圧トランスＴ１は、１次コイルｎ１１と２次コイルｎ１２とを備えている。昇圧トランスＴ１は、本発明の第１トランスに相当する。１次コイルｎ１１は電圧発生回路１１に接続されている。２次コイルｎ１２は、アクティブ電極１３及びパッシブ電極１４に接続されている。昇圧トランスＴ１は、電圧発生回路１１から出力された高周波電圧を昇圧し、アクティブ電極１３及びパッシブ電極１４へ印加する。

アクティブ電極１３及びパッシブ電極１４の間には、キャパシタＣ１が接続されている。このキャパシタＣ１は、アクティブ電極１３及びパッシブ電極１４の間に生じる容量、昇圧トランスＴ１の巻線間浮遊容量等を含む。キャパシタＣ１は、昇圧トランスＴ１の２次コイルｎ１２とにより並列共振回路を構成している。

受電装置２０１は、キャパシタＣ２、圧電トランス２２、インダクタＬ１及び負荷回路ＲＬ１を備えている。キャパシタＣ２は、アクティブ電極２３及びパッシブ電極２４の間に接続される。このキャパシタＣ２は、アクティブ電極２３及びパッシブ電極２４の間に生じる容量を含む。

圧電トランス２２は、アクティブ電極２３に接続される第１入力部Ｅ２１と、パッシブ電極２４に接続される第２入力部Ｅ２２と、負荷回路ＲＬ１に接続される第１出力部Ｅ２３、第２出力部Ｅ２４とを有している。第１入力部Ｅ２１はアクティブ電極２３に、第２入力部Ｅ２２はパッシブ電極２４に、第１出力部Ｅ２３は負荷ＲＬ１の一端に、第２出力部Ｅ２４は負荷ＲＬ１の他端に、それぞれ接続されている。圧電トランス２２は、アクティブ電極２３及びパッシブ電極２４に誘起される電圧が、第１入力部Ｅ２１と第２入力部Ｅ２２との間に印加されると、その電圧を降圧して、第３出力部Ｅ２３と第４出力部Ｅ２４の間から出力する。ここで、圧電トランスは４つの電極Ｅ２１，Ｅ２２，Ｅ２３，Ｅ２４を有しているが、第２入力部Ｅ２２と第２出力部Ｅ２４とを接続して（共通電極として）、３端子構造にしてもよい。

この圧電トランス２２は、後述するが、キャパシタンス成分とインダクタンス成分を有している。そして、インダクタンス成分はキャパシタＣ２とによって直列共振回路を構成している。また、インダクタＬ１は、圧電トランス２２の第３電極Ｅ２３と第４電極Ｅ２４とに接続されている。圧電トランス２２のキャパシタンス成分は、このインダクタＬ１とによって並列共振回路を構成している。

負荷回路ＲＬ１は、整流平滑回路、充電回路及び二次電池等を含む。負荷回路ＲＬ１は、圧電トランス２２により降圧された電圧が供給され、その電圧を整流平滑し、二次電池を充電する。

図２は、図１に示すワイヤレス電力伝送システム１の等価回路図である。この図２では、送電装置１０１の電圧発生回路１１等の一部の図示は省略している。

昇圧トランスＴ１の２次コイルｎ１２は、キャパシタＣ１とで並列共振回路ＲＣ１を構成している。キャパシタＣ１は、本発明に係る送電側キャパシタンス成分に相当する。並列共振回路ＲＣ１は、本発明に係る第１の並列共振回路に相当する。

圧電トランス２２は、インダクタンス成分Ｌｐ、キャパシタンス成分Ｃｉ，Ｃｐ，Ｃ３、抵抗Ｒｐ、及び理想変圧器Ｔｐで表される。キャパシタンス成分Ｃｉは圧電トランス２２の等価入力容量である。キャパシタンス成分Ｃ３は圧電トランス２２の等価出力容量である。キャパシタンス成分Ｃｐ、及びインダクタンス成分Ｌｐは電気機械的なパラメータである。圧電トランス２２の共振周波数は主にキャパシタンス成分Ｃｐとインダクタンス成分Ｌｐによる共振回路の共振で定まる。電気エネルギー変換は弾性振動を介するため、圧電トランス２２は、圧電体セラミックスの弾性波伝搬速度と寸法とで決まる固有共振周波数を有する。

この圧電トランス２２のインダクタンス成分Ｌｐ及びキャパシタンス成分Ｃｉ，Ｃｐは、キャパシタＣ２とによって直列共振回路ＲＣ２を構成している。この直列共振回路ＲＣ２の回路定数によって直列共振回路ＲＣ２の共振周波数が定まる。直列共振回路ＲＣ２は、本発明に係る第１の直列共振回路に相当する。キャパシタンス成分Ｃｉ，Ｃｐ及びキャパシタＣ２のキャパシタンスは、本発明に係る第１キャパシタンス成分に相当する。また、インダクタンス成分Ｌｐは、本発明に係る第１インダクタンス成分に相当する。

なお、並列共振回路ＲＣ１、直列共振回路ＲＣ２を構成するキャパシタンス成分には、結合に寄与する電極（１３，２３，１４，２４）間に生じる寄生容量も含む（４つの電極１３，２３，１４，２４ののうち２つの電極間のキャパシタの組み合わせを全て含む）。

また、圧電トランス２２のキャパシタンス成分Ｃ３は、インダクタＬ１とによって並列共振回路ＲＣ３を構成している。キャパシタンス成分Ｃ３のキャパシタンスとインダクタＬ１のインダクタンスとによって並列共振回路ＲＣ３の共振周波数が定まる。並列共振回路ＲＣ３は、本発明に係る第２の並列共振回路に相当する。キャパシタンス成分Ｃ３は、本発明に係る第２キャパシタンス成分に相当する。インダクタＬ１は、本発明に係る並列インダクタ、及び第２インダクタンス成分に相当する。

並列共振回路ＲＣ１、直列共振回路ＲＣ２、及び並列共振回路ＲＣ３それぞれは、共振周波数が同じに定数設定されている。本実施形態では、共振周波数は５５０ｋＨｚとするそして、電圧発生回路１１の発生する高周波高電圧の周波数は、その共振周波数に定められる。なお、±１０％範囲内の数値であれば、並列共振回路ＲＣ１、直列共振回路ＲＣ２、及び並列共振回路ＲＣ３それぞれの共振周波数は同じと見なすことができる。そして、共振周波数において、並列共振回路ＲＣ１と並列共振回路ＲＣ３とはハイインピーダンス（極大）となり、直列共振回路ＲＣ２はローインピーダンス（極小）となる。このため、並列共振回路ＲＣ１と、直列共振回路ＲＣ２と、並列共振回路ＲＣ３とが接続された電圧発生回路１１と負荷回路ＲＬ１との間での電圧変動は小さい。したがって、受電装置２０１側での負荷変動が生じても、送電装置１０１における送電電圧ＡＣＶを一定にできる。送電電圧ＡＣＶは、アクティブ電極１３及びパッシブ電極１４間電圧である。

共振周波数を駆動周波数に近接させているので、圧電トランス２２に入力される電圧波形は正弦波状に近づく。並列共振回路ＲＣ１及びアクティブ電極１３，２３、パッシブ電極１４，２４により、駆動周波数以外の周波数成分の電圧が圧電トランス２２に入力するのを抑制できる。これにより、圧電トランス２２での電圧波形の歪による損失を低減でき、効率よく電圧変換（降圧）できる。そして、送電電圧ＡＣＶと出力電圧Ｖoutとの電圧変換の変動が少ないので、送電電圧ＡＣＶを一定にすることで、負荷回路ＲＬ１への出力電圧Ｖoutを一定にできる。また、並列共振回路ＲＣ１は並列共振回路であるから、直列共振回路ＲＣ２とは異なり、受電装置２０１側での負荷変動により生じる過度な電圧が圧電トランス２２に印加されることはない。これにより、圧電トランス２２の振動速度の過度な上昇を抑制できる。

図３は、負荷変動させた場合の送電電圧ＡＣＶの特性を示す図である。図３は、横軸を駆動周波数［ｋＨｚ］、縦軸を送電電圧ＡＣＶ［Ｖ］として、負荷を１０、２１．５、４６、１００、２００、２１５、４６４、１０００Ωと変化させた場合の特性を示す。各特性は略同じであるため、図中では重なって表示されている。図に示す通り、周波数５５０ｋＨｚ近傍（図中破線丸印）において、負荷変動があっても、送電電圧ＡＣＶの変動は小さい。

図４は、負荷変動させた場合の出力電圧Ｖoutの特性を示す図である。出力電圧Ｖoutは、負荷回路ＲＬ１へ供給される電圧である。図４は、横軸を駆動周波数［ｋＨｚ］、縦軸を出力電圧Ｖout［Ｖ］として、負荷を１０、２１．５、４６、１００、２００、２１５、４６４、１０００Ωと変化させた場合の特性を示す。図に示す通り、周波数５５０ｋＨｚ近傍（図中破線丸印）において、負荷変動があっても、出力電圧Ｖoutは略一定である。

このように、受電装置２０１の並列共振回路ＲＣ１、送電装置１０１の直列共振回路ＲＣ２及び並列共振回路ＲＣ３それぞれの共振周波数を同じにして、電圧発生回路１１の発生する高周波高電圧の周波数を、その共振周波数に設定することで、負荷変動にかかわらず、送電電圧ＡＣＶの変動を小さくできる。これにより、出力電圧Ｖoutをほぼ一定にできる。また、圧電トランス２２の振動波形を略正弦波状に近づけることができ、圧電トランス２２における電圧変換を効率よく行うことができる。

また、圧電トランス２２への入力電圧が高調波成分を含む場合（方形波（パルス）状の波形など）、圧電トランス２２の入力側にさらにローパスフィルタを設けて、入力電圧の高調波成分を除去する必要があるが、このローパスフィルタの周波数特性により、圧電トランス２２にスプリアス周波数が印加される場合がある。この場合、圧電トランス２２に発熱が生じるおそれがある。このため、電圧発生回路１１の発生する高周波高電圧の周波数を、各共振回路ＲＣ１，ＲＣ２，ＲＣ３の共振周波数に設定することで、スプリアス周波数が圧電トランス２２に印加されることを防止できる。

（実施形態２）
図５は実施形態２に係るワイヤレス電力伝送システム２の回路図である。本実施形態では、送電装置１０２に直列共振回路ＲＣ４がさらに構成されている点で実施形態１と相違する。受電装置２０１は、実施形態１と同様である。

送電装置１０２の電圧発生回路１１と、昇圧トランスＴ１の１次コイルｎ１１との間には、キャパシタＣ４が設けられている。キャパシタＣ４は、本発明に係る送電側キャパシタに相当する。このキャパシタＣ４は昇圧トランスＴ１の１次コイルｎ１１（２次コイルｎ１２を短絡した場合のインダクタンスと共振させる）とによって、直列共振回路ＲＣ４を構成している。この直列共振回路ＲＣ４は、実施形態１で説明した並列共振回路ＲＣ１、直列共振回路ＲＣ２及び並列共振回路ＲＣ３と同じ共振周波数（５５０ｋＨｚ）に設定されている。

電圧発生回路１１の発生する高周波高電圧の周波数は、並列共振回路ＲＣ１、直列共振回路ＲＣ２、並列共振回路ＲＣ３、及び直列共振回路ＲＣ４の共振周波数と同じに設定されている。この場合、共振周波数において、並列共振回路ＲＣ１と並列共振回路ＲＣ３とはハイインピーダンス（略∞）となり、直列共振回路ＲＣ２と直列共振回路ＲＣ４とはローインピーダンス（略０）となる。このため、直列共振回路ＲＣ４と、並列共振回路ＲＣ１と、直列共振回路ＲＣ２と、並列共振回路ＲＣ３とが接続された電圧発生回路１１と負荷回路ＲＬ１との間での電圧変動は小さい。したがって、受電装置２０１側での負荷変動が生じても、送電装置１０２における送電電圧ＡＣＶの変動は小さい。

図６は、負荷変動させた場合の送電電圧ＡＣＶの特性を示す図である。図７は、負荷変動させた場合の出力電圧Ｖoutの特性を示す図である。図６は図３に相当する図であり、図７は図４に相当する図である。図６に示す通り、周波数５５０ｋＨｚ近傍（図中破線丸印）において、負荷変動があっても、送電電圧ＡＣＶはほぼ一定である。また、図７に示す通り、周波数５５０ｋＨｚ近傍（図中破線丸印）において、負荷変動があっても、出力電圧Ｖoutはほぼ一定である。

以上のように、本実施形態では、送電装置１０２に、直列共振回路ＲＣ４及び並列共振回路ＲＣ１を構成し、受電装置２０１に、直列共振回路ＲＣ２及び並列共振回路ＲＣ３を構成している。そして、これら並列共振回路ＲＣ１、直列共振回路ＲＣ２、並列共振回路ＲＣ３及び直列共振回路ＲＣ４それぞれの共振周波数を同じにし、電圧発生回路１１の発生する高周波高電圧の周波数を、その共振周波数に設定している。これにより、負荷変動にかかわらず、送電電圧ＡＣＶの変動を小さくできる。これにより、出力電圧Ｖoutを一定にできる。圧電トランス２２に入力される電圧波形を正弦波状に近づけることができ、圧電トランス２２における電圧変換を効率よく行うことができる。

（実施形態３）
図８は、実施形態３に係るワイヤレス電力伝送システム３の回路図である。本実施形態において、送電装置１０２は実施形態２と同じである。

受電装置２０２は、圧電トランス２２、アクティブ電極２３及びパッシブ電極２４を備えている。圧電トランス２２は、アクティブ電極２３及びパッシブ電極２４に誘起された電圧を降圧する。この圧電トランス２２には、共振用のインダクタＬ１が接続されて、さらに、整流用のダイオードブリッジＤＢと、平滑用のインダクタＬ２及びキャパシタＣ５とが接続されている。ダイオードブリッジＤＢ、インダクタＬ２及びキャパシタＣ５で整流平滑された電圧は、負荷回路ＲＬ２に供給される。この負荷回路ＲＬ２は、充電回路及び二次電池を含む。

受電装置２０２の出力と負荷との間には、スイッチ素子ＳＷが設けられている。スイッチ素子ＳＷは制御部２５により開閉される。スイッチ素子ＳＷと制御部２５とは、本発明に係る制御回路に相当する。

負荷回路ＲＬ２の基準電位側には、電流検出用の抵抗Ｒ１が設けられている。制御部２５は、抵抗Ｒ１により負荷回路ＲＬ２に流れる電流を検出する。制御部２５は、検出した電流が閾値を超えた場合、スイッチ素子ＳＷをオフにする。これにより、負荷回路ＲＬ２へ流れる電流が遮断され、受電装置２０２での過電流を防止できる。圧電トランス２２は、振動速度と出力電流とに相関関係があるため、過電流を防止することで、圧電トランス２２の熱暴走を防止するなど、圧電トランス２２を保護できる。なお、スイッチ素子ＳＷは受電装置２０２の整流用のダイオードブリッジＤＢより前段に配置してもよい。この場合は交流対応のスイッチ素子ＳＷを設ける。

（実施形態４）
図９は、実施形態４に係るワイヤレス電力伝送システム４の回路図である。実施形態１では、受電装置の降圧部に圧電トランスを用いているが、本実施形態では、受電装置２０３の降圧部に巻線トランスを用いている。なお、送電装置１０１は、実施形態１と同じである。

受電装置２０３は、１次コイルｎ２１と、２次コイルｎ２２とを有する降圧トランスＴ２を備えている。降圧トランスＴ２は、本発明に係る第２トランスに相当する。１次コイルｎ２１は、一端がアクティブ電極２３に接続され、他端がパッシブ電極２４に接続されている。この１次コイルｎ２１の漏れインダクタンスＬ_leakは、キャパシタＣ２とによって直列共振回路ＲＣ５を構成している。降圧トランスＴ２の２次コイルｎ２２は、負荷回路ＲＬ１に接続されている。この２次コイルｎ２２には、キャパシタＣ６が並列に接続されていて、２次コイルｎ２２とキャパシタＣ６とにより、並列共振回路ＲＣ６を構成している。漏れインダクタンスのほか、直列共振用コイルを別途挿入してもよい。

キャパシタＣ２は、本発明に係る受電側第１キャパシタ、及び第１キャパシタンス成分に相当し、キャパシタＣ６は、本発明に係る受電側第２キャパシタ、及び第２キャパシタンス成分に相当する。漏れインダクタンスＬ_leakは、本発明に係る第１インダクタンス成分に相当する。２次コイルｎ２２は、本発明に係る第２インダクタンス成分に相当する。直列共振回路ＲＣ５は、本発明に係る第１の直列共振回路に相当する。並列共振回路ＲＣ６は、本発明に係る第２の並列共振回路に相当する。

また、実施形態１で説明したように、送電装置１０１には、昇圧トランスＴ１の２次コイルｎ１２とキャパシタＣ１とによって並列共振回路ＲＣ１が構成されている。

送電装置１０１の並列共振回路ＲＣ１と、直列共振回路ＲＣ５と、並列共振回路ＲＣ６とは、それぞれ同じ共振周波数が設定されている。そして、電圧発生回路１１の発生する高周波高電圧の周波数を、その共振周波数（３００ｋＨｚ）に設定している。これにより、実施形態１と同様、受電装置２０３側での負荷変動が生じても、送電装置１０１における送電電圧ＡＣＶを一定にできる。

図１０は、図９のワイヤレス電力伝送システム４において負荷変動させた場合の送電電圧ＡＣＶの特性を示す図である。図１１は、送電装置１０１に並列共振回路を構成していない場合における、負荷変動させたときの送電電圧ＡＣＶの特性を示す図である。図１０、及び図１１では、負荷を１、２．１５、４．６、１０、２１．５、４６．４、１００Ωと変化させた場合の特性を示す。

図１０と図１１とを対比すると、負荷変動があった場合、図１０に示す、周波数３００ｋＨｚ近傍での送電電圧ＡＣＶの変動Ｘ１は、図１１に示す変動Ｘ２よりも小さい。すなわち、本実施形態では、実施形態１と同様に、受電装置２０３の降圧部に巻線トランスを用いても、負荷変動に伴う送電電圧ＡＣＶの変動を抑えることができる。

（実施形態５）
図１２は、実施形態５に係るワイヤレス電力伝送システム５の回路図である。本実施形態に係る送電装置１０２は、実施形態２と同様に、並列共振回路ＲＣ１と直列共振回路ＲＣ４とが構成されている。詳しくは、電圧発生回路１１と昇圧トランスＴ１の１次コイルｎ１１との間には、キャパシタＣ４が設けられている。このキャパシタＣ４と昇圧トランスＴ１の１次コイルｎ１１とによって、直列共振回路ＲＣ４が構成されている。受電装置２０３は、実施形態４と同様であるため、説明は省略する。

送電装置１０２に構成された直列共振回路ＲＣ４及び並列共振回路ＲＣ１、並びに、受電装置２０３に構成された直列共振回路ＲＣ５及び並列共振回路ＲＣ６は、同じ共振周波数（３００ｋＨｚ）に設定されている。そして、電圧発生回路１１の発生する高周波高電圧の周波数は、この共振周波数（３００ｋＨｚ）と同じに設定されている。これにより、実施形態２と同様、受電装置２０３側での負荷変動が生じても、送電装置１０２における送電電圧ＡＣＶを一定にできる。

図１３は、負荷変動させた場合の送電電圧ＡＣＶの特性を示す図である。図１３に示す通り、周波数３００ｋＨｚ近傍（図中破線丸印）において、負荷変動があっても、送電電圧ＡＣＶの変動は小さい。このように、本実施形態では、負荷変動にかかわらず、送電電圧ＡＣＶを一定にすることができる。

なお、上述の実施形態ではワイヤレス電力伝送システムは、パッシブ電極１４，２４同士を対向させて電界結合させる構成としているが、直接導通させる構成であってもよい。また、送電装置は昇圧トランスを備え、受電装置は降圧トランスを備えているが、これに限らない。送電装置及び受電装置は、昇降圧しない絶縁型トランスを備えていてもよい。

１，２，３，４，５…ワイヤレス電力伝送システム
１１…電圧発生回路（交流電圧発生回路）
１３，２３…アクティブ電極
１４，２４…パッシブ電極
２２…圧電トランス
２５…制御部
１０１，１０２…送電装置
２０１，２０２，２０３…受電装置
Ｃ１…キャパシタ（送電側キャパシタンス成分）
Ｃ２…キャパシタ（受電側第１キャパシタ、第１キャパシタンス成分）
Ｃ３…キャパシタンス成分（第２キャパシタンス成分）
Ｃ４…キャパシタ（送電側キャパシタ）
Ｃｉ…キャパシタンス成分（第１キャパシタンス成分）
Ｃｐ…キャパシタンス成分（第１キャパシタンス成分）
Ｃ５…キャパシタ
Ｃ６…キャパシタ（受電側第２キャパシタ、第２キャパシタンス成分）
ＤＢ…ダイオードブリッジ
Ｅ２１…第１入力部
Ｅ２２…第２入力部
Ｅ２３…第１出力部
Ｅ２４…第２出力部
Ｌ１，Ｌ２…インダクタ
Ｌ_leak…漏れインダクタンス（第１インダクタンス成分）
Ｌｐ…インダクタンス成分（第１インダクタンス成分）
ｎ１１…１次コイル
ｎ１２…２次コイル
ｎ２１…１次コイル
ｎ２２…２次コイル（第２インダクタンス成分）
Ｒ１…抵抗（電流検出回路）
ＲＣ１…並列共振回路（第１の並列共振回路）
ＲＣ２…直列共振回路（第１の直列共振回路）
ＲＣ３…並列共振回路（第２の並列共振回路）
ＲＣ４…直列共振回路（第２の直列共振回路）
ＲＣ５…直列共振回路（第１の直列共振回路）
ＲＣ６…並列共振回路（第２の並列共振回路）
ＲＬ１，ＲＬ２…負荷回路
Ｒｐ…抵抗
ＳＷ…スイッチ素子
Ｔ１…昇圧トランス（第１トランス）
Ｔ２…降圧トランス（第２トランス）
Ｔｐ…理想変圧器

Claims (4)

1. 交流電圧発生回路と、１次コイル及び２次コイルを有し、前記交流電圧発生回路からの電圧を伝送する第１トランスと、前記第１トランスで誘起された電圧が印加される送電側アクティブ電極、及び送電側パッシブ電極とを備える送電装置と、
   受電側アクティブ電極と、受電側パッシブ電極と、前記受電側アクティブ電極、及び前記受電側パッシブ電極に誘起される電圧を伝送する第２トランスと、前記第２トランスで誘起された電圧を供給する負荷回路とを備える受電装置と、
   を備え、前記送電側アクティブ電極、及び前記受電側アクティブ電極が電界結合し、並びに、前記送電側パッシブ電極、及び前記受電側パッシブ電極それぞれが電界結合又は直接導通することにより前記送電装置から前記受電装置へ電力が伝送されるワイヤレス電力伝送システムにおいて、
   前記送電装置は、
   前記２次コイルと、前記送電側アクティブ電極及び前記送電側パッシブ電極の間に生じる又は接続された送電側キャパシタンス成分とで構成される第１の並列共振回路を有し、
   前記受電装置は、
   第１の直列共振回路と第２の並列共振回路とを有し、
   前記第１の直列共振回路は、
   前記受電側アクティブ電極と前記受電側パッシブ電極との間に生じる又は接続された第１インダクタンス成分及び第１キャパシタンス成分が直列接続された構成を含み、
   前記第２の並列共振回路は、
   第２キャパシタンス成分と第２インダクタンス成分とが並列接続された構成を含み、
   前記第１の並列共振回路、前記第１の直列共振回路、及び前記第２の並列共振回路それぞれの共振周波数は同じであり、
   前記交流電圧発生回路の発生する高周波高電圧の周波数は、前記共振周波数に設定されている、
   ワイヤレス電力伝送システム。
2. 前記送電装置は、
   前記第１トランスの１次コイルに直列接続された送電側キャパシタと、
   前記送電側キャパシタと前記１次コイルとで構成される第２の直列共振回路と、
   を備え、
   前記第２の直列共振回路の共振周波数は、前記第１の並列共振回路、前記第１の直列共振回路、及び前記第２の並列共振回路それぞれの共振周波数と同じである、
   請求項１に記載のワイヤレス電力伝送システム。
3. 前記第２トランスは、
   前記受電側アクティブ電極に接続された第１入力部と、前記受電側パッシブ電極に接続された第２入力部と、第１出力部と、第２出力部とを有して、前記第１入力部と前記第２入力部との間に印加される電圧を伝送して前記第１出力部と前記第２出力部との間へ出力し、前記第１インダクタンス成分、前記第１キャパシタンス成分、及び前記第２キャパシタンス成分を含む圧電トランス
   であり、
   前記受電装置は、
   前記第２キャパシタンス成分に並列に接続された並列インダクタ
   を備え、
   前記第２インダクタンス成分は、前記並列インダクタのインダクタンス成分である、
   請求項１又は２に記載のワイヤレス電力伝送システム。
4. 前記受電装置は、
   前記負荷回路へ供給される電流を検出する電流検出回路と、
   前記電流検出回路が検出した電流が閾値を超えた場合、前記負荷回路への電流の供給を遮断する制御回路と、
   を備える、請求項１から３の何れかに記載のワイヤレス電力伝送システム。

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