JPWO2017061192A1

JPWO2017061192A1 - 受電装置

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Abstract

ワイヤレス電力給電システムは、送電装置（２００）から電力を受電する受電部（１０）と、前記受電部（１０）と負荷回路（２０）との間に設けられ、受電部（１０）の出力電圧を充電する蓄電部（３０）とを有し、負荷回路（２０）の入力電圧が第１しきい値を下回った場合に、蓄電部（３０）を負荷回路（２０）から遮断する遮断回路（４０）を備える。また、負荷回路の入力電圧が第２しきい値以上になった場合に、蓄電部（３０）を急速充電する急速充電回路（５０）を備える。

Description

本発明は、送電装置から電力を受電して負荷回路へ電源電圧を供給する受電装置に関し、特に、受電電圧の変動が激しい受電装置に関する。

マウスパッドから非接触で電力を給電するワイヤレスマウスの非接触給電システムが特許文献１に示されている。

マウスパッドに備える送電コイルから磁束が発生し、その磁束が受電コイルに鎖交することで受電し動作するワイヤレス受電マウスにおいて、マウスが一時的にマウスパッドから電力を受けられない位置に外れると受電電力が低下し、マウスへ供給する電源電圧が低下する。電源電圧が所定の電圧を下回ると、マウス内に備えられた制御ＩＣを含む負荷回路がリセットされるので、マウスの動作が不連続となり、操作性が非常に低下する。

そこで、特許文献１に示されるワイヤレスマウスの非接触給電システムでは、マウスパッドに設けられた複数のコイルからマウスの位置に対応する１つの給電コイルを選択する給電用選択手段と、受電コイルを介して受電した電力を電気二重層キャパシタ（以下、「EDLC」）に充電する回路とを備える。この構成により、マウスパッドからの受電時にEDLCに電荷が充電され、マウスパッドから受電できないときには、EDLCから負荷回路に電力が供給される。

特開２００９−２７１８４６号公報

EDLCのような蓄電手段は、瞬間的な、または短時間の電力の遮断に際してマウスの動作を維持できる。しかしEDLCを設けた場合に、マウスパッドから受電した受電電力よりもEDLCへ充電する電力が大きいと、負荷回路に供給する電圧の立ち上がりが緩やかとなり、マウスの起動に時間を要する起動遅延になる場合がある。また、受電電力が一時的に低下するとEDLCから負荷回路に電力を供給するが、EDLCの蓄電量が減り、負荷に供給される電圧が低下すると、マウスの動作が停止する。負荷に供給される電圧がゼロになる前に受電電力が増加して、負荷に供給される電圧が上昇した場合、マウスの動作が停止したまま再開できない誤動作になる場合がある。

上述事象はワイヤレスマウスの非接触給電システムに限るものではなく、送電装置から受電装置への電力給電システムにおいて、受電電圧が不安定になり得る電力給電システムに共通する。

本発明の目的は、受電電圧の変動に伴う負荷回路の起動遅延または誤動作を防止した受電装置を提供することにある。

（１）本発明のワイヤレス電力受電システムは、送電装置から電力を受電する受電部と、前記受電部と負荷回路との間に設けられ、前記受電部の出力電圧を充電する蓄電部とを有する受電装置であって、負荷回路の入力電圧が第１しきい値を下回った場合に、前記蓄電部を前記負荷回路から遮断する遮断回路を備えたことを特徴とする。

上記構成によれば、負荷回路の入力電圧（受電部の出力電圧）が次第に低下し、第１しきい値を下回った場合に、蓄電部が負荷回路から遮断されることにより、蓄電部から負荷回路への電源電圧供給が遮断される。これにより、負荷回路は不安定な電源電圧が続くことによる誤動作が回避される。

（２）前記遮断回路は、前記蓄電部に直列接続された第１スイッチ素子を備えることが好ましい。これにより、蓄電部の無駄な電荷放電が無く、その後の蓄電部の接続時にその電圧から蓄電を開始できる。すなわち接続直後から蓄電部の電圧を有効に利用できるため起動に要する時間を短縮できる。

（３）上記（１）または（２）において、前記入力電圧が前記第１しきい値よりも高い第２しきい値を上回った場合に、前記蓄電部に供給する電流を増加する急速充電回路を備えることが好ましい。これにより、蓄電部への急速充電を開始しても、負荷回路へ速やかに電源電圧を供給でき、且つ急速充電によって蓄電部の電圧が速やかに上昇するので、直後の受電電力の低下に対応できる。

（４）上記（２）において、前記入力電圧が前記第１しきい値よりも高い第２しきい値を上回った場合に、前記蓄電部に供給する電流を増加する急速充電回路を備え、前記急速充電回路は、前記抵抗素子に並列接続された第２スイッチ素子を備えることが好ましい。これにより、第２スイッチを導通させるだけで急速充電が可能となる。すなわち、簡素な回路で構成できる。

（５）上記（４）において、前記入力電圧を検出する分圧回路と、前記入力電圧が第２しきい値を上回ったときオンして前記第１スイッチ素子および前記第２スイッチ素子をオンするスイッチ回路と、前記スイッチ回路のオンにより前記分圧回路の分圧比を切り替えて、前記入力電圧が前記第１しきい値を下回ったとき前記スイッチ回路をオフする分圧比切替回路と、を更に備える。このことにより、入力電圧を検出する単一の回路を用いながら、入力電圧の２つのしきい値で、蓄電部から負荷回路への電源電圧の供給／遮断の切替と、急速充電の実行／停止の切替を行うことができる。

（６）上記（４）または（５）において、前記第２スイッチ素子に並列接続された抵抗素子を備えることが好ましい。これにより、抵抗素子は補充電電流経路を構成する。蓄電部３０が化学二次電池で構成される場合は、過放電状態から充電する際に微小な充電電流から充電することが好ましい。

（７）上記（１）から（６）のいずれかにおいて、前記蓄電部は、電気二重層キャパシタを含むことが好ましい。一般に、電気二重層キャパシタは化学二次電池に比べて内部抵抗が低いので、充電時間を短くでき、断続的な電力受電の状況下でも蓄電部への充電が速やかに行われる。また、電気二重層キャパシタは化学二次電池に比べて体積エネルギー密度および重量エネルギー密度が高いので、小型軽量の受電装置に適用できる。

（８）上記（１）から（７）のいずれかにおいて、例えば前記受電部は、前記送電装置からワイヤレスで電力を受電する。これにより、受電電力の変動に伴う負荷回路の起動遅延または誤動作が効果的に防止される。

（９）上記（８）において、前記負荷回路は例えばマウスの回路であり、前記受電部は、マウスパッドに設けられた前記送電装置から電力を受電する構成としてもよい。

本発明によれば、受電電圧の変動に伴う負荷回路の起動遅延または誤動作を防止した受電装置が構成される。

図１Ａは第１の実施形態に係る、ワイヤレス受電装置１００Ａと送電装置２００とで構成されるワイヤレス電力給電システムのブロック図である。図１Ｂは第１の実施形態に係る、ワイヤレス受電装置１００Ｂと送電装置２００とで構成されるワイヤレス電力給電システムのブロック図である。図２は受電部１０の回路図である。図３は、負荷回路２０の入力電圧に応じた、遮断回路４０および急速充電回路５０の動作を表すフローチャートである。図４は負荷回路２０の入力電圧に応じた、遮断回路４０および急速充電回路５０の動作を表すテーブルである。図５は第２の実施形態に係るワイヤレス受電装置の、遮断回路および急速充電回路の回路図である。図６は負荷回路２０の入力電圧Ｖｉｎおよび蓄電部３０の充電電圧（両端電圧）Ｖｃの波形図である。図７は第３の実施形態に係るワイヤレス受電装置の、遮断回路および急速充電回路の回路図である。図８は第４の実施形態に係るワイヤレス受電装置の、遮断回路および急速充電回路の回路図である。図９は第５の実施形態に係るワイヤレス受電装置の、遮断回路および急速充電回路の回路図である。図１０は第６の実施形態に係るワイヤレス受電装置の、遮断回路および急速充電回路の回路図である。図１１は第７の実施形態に係るワイヤレス受電装置の、遮断回路および急速充電回路の回路図である。図１２は、第８の実施形態に係るワイヤレス受電装置の、遮断回路および急速充電回路の回路図である。図１３（Ａ）（Ｂ）は、第８の実施形態に係るワイヤレス受電装置が備えるトランジスタＱ１の状態に応じた、分圧比切替回路６１の分圧比切替について示す図である。図１４は、負荷回路の入力電圧Ｖｉｎに応じた、トランジスタＱ１、ＦＥＴＱ２，Ｑ６の状態遷移を表すフローチャートである。図１５は負荷回路の入力電圧Ｖｉｎに応じた、蓄電部３０の接続／遮断の状態遷移を表す図である。図１６は負荷回路の入力電圧Ｖｉｎおよび蓄電部３０の充電電圧（両端電圧）Ｖｃの波形図である。図１７は第９の実施形態に係るワイヤレス受電装置の、遮断回路および急速充電回路の回路図である。図１８は第１０の実施形態に係る電力給電システムのブロック図である。

以降、図を参照して幾つかの具体的な例を挙げて、本発明を実施するための複数の形態を示す。各図中には同一箇所に同一符号を付している。要点の説明または理解の容易性を考慮して、便宜上実施形態を分けて示すが、異なる実施形態で示した構成の部分的な置換または組み合わせが可能である。第２の実施形態以降では第１の実施形態と共通の事柄についての記述を省略し、異なる点についてのみ説明する。特に、同様の構成による同様の作用効果については実施形態毎には逐次言及しない。

《第１の実施形態》
図１Ａは第１の実施形態に係る、ワイヤレス受電装置１００Ａと送電装置２００とで構成されるワイヤレス電力給電システムのブロック図である。図１Ｂは第１の実施形態に係る、ワイヤレス受電装置１００Ｂと送電装置２００とで構成されるワイヤレス電力給電システムのブロック図である。送電装置２００は例えばマウスパッドであり、ワイヤレス受電装置は、マウスパッドからワイヤレスで電力を受電するワイヤレスマウスである。

図１に示すワイヤレス受電装置１００Ａは、送電装置２００からワイヤレスで電力を受電する受電部１０と、受電部１０で受電された電力を消費する負荷回路２０とを備える。受電部１０と負荷回路２０との間には、受電部１０の出力電圧を充電する蓄電部３０が設けられている。また、負荷回路２０の入力電圧が第１しきい値を下回った場合に、蓄電部３０を負荷回路から遮断する遮断回路４０が設けられている。

受電部１０は、送電装置２００の送電部２１１と磁界結合、電界結合、または電磁界結合することによって、ワイヤレスで電力を受電する。受電部１０は共鳴部１１、整流平滑回路１２および電圧安定化回路１３で構成される。

遮断回路４０は、蓄電部３０に直列接続されるスイッチＳＷ１と、負荷回路２０の入力電圧を第１しきい値と比較してスイッチＳＷ１を制御する電圧検出回路４１とを備える。

急速充電回路５０は、蓄電部３０に直列接続された抵抗Ｒｃ、抵抗Ｒｃに並列接続されたスイッチＳＷ２、負荷回路２０の入力電圧を第２しきい値と比較してスイッチＳＷ２を制御する電圧検出回路５１とを備える。

図１Ｂに示すワイヤレス受電装置１００Ｂは、図１Ａに示したワイヤレス受電装置１００Ａとは、遮断回路４０の構成および急速充電回路５０の構成が異なる。ワイヤレス受電装置１００Ｂにおいては、負荷回路の入力電圧（受電部１０の出力電圧）Ｖｉｎのラインから基準電位（グランド）まで、遮断回路４０、蓄電部３０、急速充電回路５０の順に、これらが直列接続されている。その他の構成はワイヤレス受電装置１００Ａと同じである。

図１Ａに示すワイヤレス受電装置１００Ａ、図１Ｂに示すワイヤレス受電装置１００Ｂはいずれも同様に動作する。

図２は受電部１０の回路図である。共鳴部１１は受電コイルＬｓ１，Ｌｓ２，Ｌｓ３とキャパシタＣｒｓ１，Ｃｒｓ２，Ｃｒｓ３とを備える。受電コイルＬｓ１とキャパシタＣｒｓ１とで第１共振回路が構成され、受電コイルＬｓ２とキャパシタＣｒｓ２とで第２共振回路が構成され、受電コイルＬｓ３とキャパシタＣｒｓ３とで第３共振回路が構成される。

整流平滑回路１２は、ダイオードＤｒおよびキャパシタＣｏ１で構成され、上記の共振回路の電圧を整流し、平滑する。

電圧安定化回路１３は、正特性サーミスタＰＴＣ、ツェナーダイオードＺＤｐ、ダイオードＤｐ、およびＤＣ−ＤＣコンバータＣＮＶで構成される。正特性サーミスタＰＴＣは過電流時または過熱時の流入電流を制限し、ツェナーダイオードＺＤｐは受電電圧の上限電圧を定める。ダイオードＤｐはＤＣ−ＤＣコンバータＣＮＶの入力部に流れる還流電流の経路となる。

ＤＣ−ＤＣコンバータＣＮＶは、非安定直流電圧を入力し、出力電圧と基準電圧との比較によるフィードバック制御により、安定化直流電圧を出力する。

図３は、負荷回路２０の入力電圧に応じた、遮断回路４０および急速充電回路５０の動作を表すフローチャートである。また、図４は負荷回路２０の入力電圧に応じた、遮断回路４０および急速充電回路５０の動作を表すテーブルである。

負荷回路の入力電圧（受電部１０の出力電圧）Ｖｉｎと第１しきい値Ｖｔｈ１、第２しきい値Ｖｔｈ２との高低関係による遮断回路４０および急速充電回路５０の動作の一例は次のとおりである。

［ＳＷ１のＯＮ条件］
Ｖｉｎ≧Ｖｔｈ１（３．９Ｖ）
［ＳＷ２のＯＮ条件］
Ｖｉｎ≧Ｖｔｈ２（４．０Ｖ）
例えば、Ｖｉｎの定格電圧は５．０Ｖであり、Ｖｔｈ１＝３．９Ｖ、Ｖｔｈ２＝４．０Ｖである。

受電を開始すれば、負荷回路２０の入力電圧Ｖｉｎは急速に上昇する。Ｖｉｎが負荷回路２０の動作可能な電圧に達すると、負荷回路２０は動作を開始する。Ｖｉｎが４．０Ｖを超えると、スイッチＳＷ１，ＳＷ２共にＯＮ状態になる。そのことにより、蓄電部３０は急速充電が開始される。この時点のＶｉｎ（＝４．０Ｖ）は負荷回路には十分な電圧であるので、蓄電部３０へ充電電流が流れ始めることでＶｉｎの上昇が緩慢になったり、電圧Ｖｉｎが一旦低下したりすることはなく、負荷回路の誤動作が抑制される。

その後、受電電力が低下または停止すると、蓄電部３０は放電に転じ、蓄電部３０の充電電圧が負荷回路２０の入力電圧Ｖｉｎを維持する。その後、蓄電部３０の電圧は次第に低下する。負荷回路２０の入力電圧Ｖｉｎが３．９Ｖ未満になると、スイッチＳＷ１がＯＦＦ状態になって、蓄電部３０は遮断される（切り離される）。このことにより、Ｖｉｎは急速に低下する。したがって、負荷回路に不十分な電圧Ｖｉｎが印加され続けることがなく、負荷回路の誤動作が防止される。また、その後の受電開始によるＶｉｎの上昇時に負荷回路はパワーオンリセットが作動し、正常に起動することとなる。また、上記スイッチＳＷ１がＯＦＦ状態になって、蓄電部３０が切り離されることにより、蓄電部３０の無駄な電荷放電が無く、その後の蓄電部の接続時に、その電圧から蓄電を開始できる。すなわち接続直後から蓄電部３０の電圧を有効に利用できる。

なお、図２では、共鳴部１１に３組の共振回路を備える例を示したが、共鳴部に１組の共振回路を備える構成であっても同様に適用でき、同様の作用効果を奏する。また、４組以上備えてもよい。また、図２では、整流平滑回路１２に共振回路毎にダイオード（Ｄｒ１，Ｄｒ２，Ｄｒ３）を備える例を示したが、整流平滑回路１２に１つの整流回路を備える構成であっても同様に適用でき、同様の作用効果を奏する。例えば、図２において、受電コイルＬｓ１とキャパシタＣｒｓ１とで共鳴部を構成し、ダイオードＤｒ１とキャパシタＣｏ１とで整流平滑回路１２を構成してもよい。

また、図２では、電圧安定化回路１３に、正特性サーミスタＰＴＣ、ツェナーダイオードＺＤｐおよびダイオードＤｐを備えた例を示したが、これらは必須ではなく、いずれかが、または全部が無くてもよい。

本実施形態では、位置が頻繁に移動するような受電装置の例としてマウスを挙げたが、送電装置からワイヤレスで電力を受電する、玩具、ゲーム機のコントローラ等にも同様に適用でき、同様の効果を奏する。

《第２の実施形態》
第２の実施形態では、第１の実施形態で図１Ａ、図１Ｂに示した回路のうち、遮断回路４０および急速充電回路５０の具体的な回路の例を示す。

図５は第２の実施形態に係るワイヤレス受電装置の、遮断回路および急速充電回路の回路図である。図５においては、負荷回路２０を抵抗Ｒｏで表している。また、蓄電部３０は、EDLCと抵抗との並列回路の組が２組直列接続されたものである。

抵抗Ｒ１１，Ｒ１２は電圧検出回路４１を構成している。また、抵抗Ｒ３１，Ｒ３２は電圧検出回路５１を構成している。トランジスタＱ１、抵抗Ｒ２およびＦＥＴＱ２はスイッチＳＷ１を構成している。また、トランジスタＱ３および抵抗Ｒ３３はスイッチＳＷ２を構成している。図５においては、ＦＥＴＱ２のボディダイオードおよび寄生容量についても表している。

なお、抵抗ＲｃにダイオードＤｃを並列接続している。このダイオードＤｃは、蓄電部３０の放電電流経路を構成し、抵抗Ｒｃは補充電電流経路を構成する。蓄電部３０が化学二次電池で構成される場合は、蓄電部３０を過放電状態から充電する際に微小な充電電流から充電することが望ましい。上記抵抗Ｒｃによる補充電電流経路を急速充電電流が流れる経路に並列接続することにより、急速充電以外の期間で蓄電部３０を補充電できる。

図５に示した回路の動作は次のとおりである。

Ｖｉｎが第１しきい値電圧Ｖｔｈ１（３．９Ｖ）以上になると、トランジスタＱ１のベース・エミッタ電流が流れ、Ｑ１はＯＮし、それにより、Ｑ１→Ｒ２→ＦＥＴＱ２のボディダイオードの経路で電流が流れ、Ｑ２のゲート・ソース間電圧が高くなってＱ２はＯＮする。

Ｖｉｎが第２しきい値電圧Ｖｔｈ２（４．０Ｖ）以上になると、トランジスタＱ３のベース・エミッタ電流が流れ、Ｑ３はＯＮする。Ｑ３のＯＮにより、ＤＣ−ＤＣコンバータＣＮＶ→Ｑ３→Ｒ３３→３０→Ｑ２の経路で急速充電電流が流れる。

蓄電部３０の放電時は、３０→Ｄｃ→Ｒｏ→Ｑ２→３０の経路で放電電流が流れる。

Ｖｉｎが第１しきい値電圧Ｖｔｈ１（３．９Ｖ）未満になると、Ｑ２はＯＦＦして、蓄電部３０の電圧は遮断され、Ｖｉｎは急速に低下する。また、蓄電部３０の電荷は保持される。

図６は負荷回路２０の入力電圧Ｖｉｎおよび蓄電部３０の充電電圧（両端電圧）Ｖｃの波形図である。時刻ｔ１で受電が開始されると、負荷回路２０の入力電圧Ｖｉｎは急速に上昇し、Ｖｉｎが４．０Ｖを超えた時点では、Ｑ２，Ｑ３共にＯＮ状態である。Ｑ２，Ｑ３が共にＯＮであることにより、蓄電部３０は急速充電される。Ｖｉｎが負荷回路２０の動作可能な電圧に達すると、負荷回路２０は動作を開始する。

時刻ｔ１以降、蓄電部３０の充電電圧Ｖｃは時刻ｔ１から上昇し、Ｖｉｎに漸近する。

その後の時刻ｔ２で受電が停止すると、蓄電部３０は放電に転じる。その状態で、ＦＥＴＱ２のＯｎ抵抗による電圧降下およびダイオードＤｃの順方向電圧による電圧降下により負荷回路２０への入力電圧Ｖｉｎは約４．４Ｖになる。

その後、蓄電部３０の電圧は次第に低下し、それに伴い、Ｖｉｎも低下する。Ｖｉｎが３．９Ｖ未満になると、Ｑ２はＯＦＦ状態になって、蓄電部３０は遮断される（切り離される）。このことにより、Ｖｉｎは急速に低下する。したがって、負荷回路に不十分な電圧Ｖｉｎが印加され続けることがなく、負荷回路の誤動作が防止される。また、その後の受電開始によるＶｉｎの上昇時に負荷回路はパワーオンリセットが作動し、正常に起動することとなる。

《第３の実施形態》
第３の実施形態では、第２の実施形態とは異なる、遮断回路４０および急速充電回路５０の具体的な回路の例を示す。

図７は第３の実施形態に係るワイヤレス受電装置の、遮断回路および急速充電回路の回路図である。図５に示したワイヤレス受電装置とは、電圧検出回路５１の基準電位側接続点が異なる。本実施形態においては、電圧検出回路５１の基準電位側をＤＣ−ＤＣコンバータＣＮＶおよび負荷回路２０のグランドに接続している。

本実施形態によれば、急速充電回路用の電圧検出回路５１が遮断回路用のＦＥＴＱ２での電圧降下の影響を受けない。そのため、Ｖｉｎの上昇時に、より高い精度で急速充電を開始できる。

《第４の実施形態》
第４の実施形態では、急速充電回路のスイッチにＦＥＴを用いた例を示す。

図８は第４の実施形態に係るワイヤレス受電装置の、遮断回路および急速充電回路の回路図である。図７に示したワイヤレス受電装置とは、急速充電回路の構成が異なる。本実施形態においては、トランジスタＱ４、抵抗Ｒ５１，Ｒ５２、ＦＥＴＱ５によって、急速充電回路用のスイッチ（図１ＡのＳＷ２参照）を構成している。

Ｖｉｎが第２しきい値電圧Ｖｔｈ２（４．０Ｖ）以上になると、トランジスタＱ４のベース・エミッタ電流が流れ、Ｑ４はＯＮする。Ｑ４のＯＮにより、ＦＥＴＱ５のゲート電位が低下し、Ｑ５はＯＮする。これにより、ＤＣ−ＤＣコンバータＣＮＶ→Ｑ５→３０→Ｑ２の経路で急速充電電流が流れる。

図５、図７に示したような、バイポーラトランジスタ、すなわち電流駆動型のトランジスタを用いる場合と比べて、バイアス抵抗（図８の例では抵抗Ｒ５１，Ｒ５２）を高抵抗にでき、そのことで、バイアス抵抗による電力損失を低減できる。

《第５の実施形態》
第５の実施形態では、急速充電回路のスイッチにＮチャンネルＦＥＴを用いた例を示す。また、急速充電回路のＦＥＴと遮断回路用のＦＥＴとの接続形態が第４の実施形態とは異なる例を示す。

図９は第５の実施形態に係るワイヤレス受電装置の、遮断回路および急速充電回路の回路図である。本実施形態においては、トランジスタＱ３、ＦＥＴＱ６によって、急速充電回路用のスイッチ（図１Ａ、図１ＢのＳＷ２参照）を構成している。ＦＥＴＱ６はＦＥＴＱ２と同様にＮチャンネルＦＥＴである。

Ｖｉｎが第２しきい値電圧Ｖｔｈ２（４．０Ｖ）以上になると、トランジスタＱ３のベース・エミッタ電流が流れ、Ｑ３はＯＮする。Ｑ３のＯＮにより、ＦＥＴＱ６のゲート電位が上昇し、Ｑ６はＯＮする。これにより、ＤＣ−ＤＣコンバータＣＮＶ→３０→Ｑ６→Ｑ２の経路で急速充電電流が流れる。

一般に、ＰチャンネルＦＥＴに比べてＮチャンネルＦＥＴの方がＯＮ抵抗が低いので、本実施形態によれば、急速充電回路５０での電力損失をより低減できる。

《第６の実施形態》
第６の実施形態では、急速充電回路と遮断回路の電圧検出回路を共用する例を示す。

図１０は、第６の実施形態に係るワイヤレス受電装置の、遮断回路および急速充電回路の回路図である。本実施形態においては、抵抗Ｒ１１，Ｒ１２による電圧検出回路４１は急速充電回路用の電圧検出回路であり、且つ遮断回路の電圧検出回路である。本実施形態においては、第１しきい値電圧Ｖｔｈ１と第２しきい値電圧Ｖｔｈ２は同一値（例えば３．９５Ｖ）である。

Ｖｉｎが第２しきい値電圧Ｖｔｈ２（３．９５Ｖ）以上になると、トランジスタＱ１のベース・エミッタ電流が流れ、Ｑ１はＯＮする。Ｑ１のＯＮにより、Ｑ１→Ｒ２→ＦＥＴＱ２のボディダイオードの経路で電流が流れ、Ｑ２のゲート・ソース間電圧が高くなってＱ２はＯＮする。また、ＦＥＴＱ６のゲート電位が上昇し、Ｑ６はＯＮする。これにより、ＤＣ−ＤＣコンバータＣＮＶ→３０→Ｑ６→Ｑ２の経路で急速充電電流が流れる。

Ｖｉｎが第１しきい値電圧Ｖｔｈ１（３．９５Ｖ）未満になると、トランジスタＱ１はＯＦＦし、それにより、Ｑ２，Ｑ６はＯＦＦする。

本実施形態によれば、回路素子数が低減でき、小型化、低コスト化できる。

《第７の実施形態》
第７の実施形態では、遮断回路にバイポーラトランジスタを用いた例を示す。

図１１は第７の実施形態に係るワイヤレス受電装置の、遮断回路および急速充電回路の回路図である。図５に示したワイヤレス受電装置とは、遮断回路の構成が異なる。本実施形態においては、トランジスタＱ１，Ｑ２、抵抗Ｒ２，Ｒ１３、ダイオードＤ２によって、遮断回路用のスイッチ（図１ＡのＳＷ１参照）を構成している。ここで、抵抗Ｒ１３はトランジスタＱ２のベース電流を制限し、ダイオードＤ２はトランジスタＱ２のベース電流経路を構成する。この遮断回路以外の構成は、第２の実施形態で図５に示した回路と同じである。

Ｖｉｎが第１しきい値電圧Ｖｔｈ１（３．９Ｖ）以上になると、トランジスタＱ１のベース・エミッタ電流が流れ、Ｑ１はＯＮし、それにより、Ｑ１→Ｒ１３→Ｑ２→ダイオードＤ２の経路で電流が流れ、Ｑ２のベース・エミッタ電流が流れ、Ｑ２はＯＮする。

蓄電部３０の放電時は、３０→Ｄｃ→Ｒｏ→Ｑ２→３０の経路で放電電流が流れる。Ｖｉｎが第１しきい値電圧Ｖｔｈ１（３．９Ｖ）未満になると、Ｑ１，Ｑ２はＯＦＦして、蓄電部３０の電圧は遮断され、Ｖｉｎは急速に低下する。また、蓄電部３０の電荷は保持される。

このように、遮断回路のスイッチをバイポーラトランジスタで構成してもよい。遮断回路のスイッチをバイポーラトランジスタに変更することは、図７〜図１０のいずれのワイヤレス受電装置についても同様に適用できる。

《第８の実施形態》
第８の実施形態では、入力電圧を検出する単一の回路を用いながら、入力電圧の２つのしきい値で、蓄電部から負荷回路への電源電圧の供給／遮断の切替と、急速充電の実行／停止の切替を行う受電装置の例を示す。

図１２は、第８の実施形態に係るワイヤレス受電装置の、遮断回路および急速充電回路の回路図である。第６の実施形態で図１０に示した回路とは、分圧比切替回路６１を備える点で異なる。また、電圧検出回路４１は、入力電圧Ｖｉｎが第２しきい値電圧Ｖｔｈ２（４．０）Ｖ以上でトランジスタＱ１をＯＮする。その他の構成は第６の実施形態で示した回路と同じである。

図１２において、抵抗Ｒ１１，Ｒ１２による電圧検出回路４１は急速充電回路用の電圧検出回路であり、且つ遮断回路の電圧検出回路である。しかし、本実施形態においては、第１しきい値電圧Ｖｔｈ１と第２しきい値電圧Ｖｔｈ２は異なる。

分圧比切替回路６１は、抵抗Ｒ４１，Ｒ４２による抵抗分圧回路と、抵抗Ｒ４１に対して並列接続される、抵抗Ｒ１、ダイオードＤ１およびトランジスタＱ１の直列回路を備えている。また、分圧比切替回路６１は、抵抗Ｒ１１，Ｒ１２に直列接続されたシャントレギュレータＳＲ、このシャントレギュレータＳＲの基準電圧入力端とカソード端との間に接続されたキャパシタＣ１を備えている。

図１２に示す回路の動作は次のとおりである。

抵抗Ｒ４１，Ｒ４２による分圧電圧はシャントレギュレータＳＲの基準電圧として入力される。そのため、シャントレギュレータＳＲのアノード・カソード間に流れる電流は、基準電圧に応じて定まる。基準電圧が上昇する程、アノード・カソード間電流は増大する。

入力電圧Ｖｉｎが第２しきい値電圧Ｖｔｈ２（４．０Ｖ）以上になると、トランジスタＱ１のベース・エミッタ間電圧がしきい値を超えて、Ｑ１はＯＮする。

Ｑ１のＯＮにより、Ｑ１→Ｒ２→ＦＥＴＱ２のボディダイオードの経路で電流が流れ、Ｑ２のゲート・ソース間電圧が高くなってＱ２はＯＮする。また、ＦＥＴＱ６のゲート電位が上昇し、Ｑ６はＯＮする。これにより、ＤＣ−ＤＣコンバータＣＮＶ→３０→Ｑ６→Ｑ２の経路で急速充電電流が流れる。

一方、上記トランジスタＱ１のＯＮにより、トランジスタＱ１、ダイオードＤ１、抵抗Ｒ１の直列回路が抵抗Ｒ４１に並列接続されることになる。

図１３（Ａ）（Ｂ）は、上記トランジスタＱ１の状態に応じた、分圧比切替回路６１の分圧比切替について示す図である。トランジスタＱ１がＯＦＦであると、図１３（Ａ）に示すように、分圧比切替回路６１の分圧比は、抵抗Ｒ４１，Ｒ４２により定まる分圧比となる。この状態でトランジスタＱ１がＯＮするしきい値は第２しきい値電圧Ｖｔｈ２（４．０Ｖ）である。トランジスタＱ１がＯＮであると、図１３（Ｂ）に示すように、分圧比切替回路６１の分圧比は、実質的に抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ４１の並列回路と抵抗Ｒ４２とにより定まる分圧比となる。この状態でトランジスタＱ１がＯＦＦするしきい値は第１しきい値電圧Ｖｔｈ１（３．９Ｖ）である。

図１４は、負荷回路の入力電圧Ｖｉｎに応じた、トランジスタＱ１、ＦＥＴＱ２，Ｑ６の状態遷移を表すフローチャートである。また、図１５は負荷回路の入力電圧Ｖｉｎに応じた、蓄電部３０の接続／遮断の状態遷移を表す図である。

入力電圧Ｖｉｎが第２しきい値電圧Ｖｔｈ２（４．０Ｖ）以上になると、トランジスタＱ１はＯＮし、それにより、Ｑ２，Ｑ６はＯＮする。すなわち蓄電部３０が接続される。その後、入力電圧Ｖｉｎが３．９Ｖ未満になるまで、この接続状態は維持される。入力電圧Ｖｉｎが第１しきい値Ｖｔｈ１（３．９Ｖ）未満になると、トランジスタＱ１はＯＦＦし、それにより、Ｑ２，Ｑ６はＯＦＦする。すなわち蓄電部３０が遮断される。

上述の分圧比切替回路６１の分圧比切替動作により、蓄電部３０の接続／遮断の状態遷移にヒステリシスが生じる。なお、キャパシタＣ１は負帰還回路であり、シャントレギュレータＳＲの動作安定化のために設けている。

図１６は負荷回路の入力電圧Ｖｉｎおよび蓄電部３０の充電電圧（両端電圧）Ｖｃの波形図である。時刻ｔ１で受電が開始されると、負荷回路の入力電圧Ｖｉｎは急速に上昇し、Ｖｉｎが４．０Ｖを超えた時点でＱ２，Ｑ６共にＯＮ状態となって、蓄電部３０は急速充電される。

その後の時刻ｔ２で受電が停止すると、蓄電部３０は放電に転じる。その状態で、ＦＥＴＱ２，Ｑ６は共にＯＮ状態であるので、ＦＥＴのボディダイオードによる電圧降下はない。第２の実施形態で図６に示した波形図と対比すると、ｔ２以降でのＶｉｎの電圧降下が無いことがわかる。

本実施形態によれば、急速充電回路用の電圧検出回路と遮断回路用の電圧検出回路とを個別に備える必要がないので、部品数の削減による小型化、低コスト化が図れる。また、蓄電部３０の放電状態で、ＦＥＴのボディダイオードによる電圧降下はないので、その分、蓄電部３０の放電時間（使用可能時間）を長時間化できる。

《第９の実施形態》
第９の実施形態では、第８の実施形態で示した例とは分圧比切替回路の構成が異なる例を示す。

図１７は第９の実施形態に係るワイヤレス受電装置の、遮断回路および急速充電回路の回路図である。本実施形態の回路が備える分圧比切替回路６２は、図１２に示した分圧比切替回路６１におけるシャントレギュレータＳＲをトランジスタＱ７に代えたものである。

図１７において、抵抗Ｒ４１，Ｒ４２による分圧電圧はトランジスタＱ７のベース・エミッタ間に入力される。そのため、トランジスタＱ７に流れるコレクタ電流は、ベース電圧に応じて定まる。ベース電圧が上昇する程、コレクタ電流は増大する。

入力電圧Ｖｉｎが第２しきい値電圧Ｖｔｈ２（例えば４．０Ｖ）以上になると、トランジスタＱ１のベース・エミッタ電流が流れ、トランジスタＱ１はＯＮする。トランジスタＱ１が一旦ＯＮすると、分圧比切替回路６２の分圧比は変化し、入力Ｖｉｎが３．９Ｖ未満になるまで、この接続状態は維持される。入力電圧Ｖｉｎが第１しきい値Ｖｔｈ１（３．９Ｖ）未満になると、トランジスタＱ１はＯＦＦし、それにより、Ｑ２，Ｑ６はＯＦＦする。

分圧比切替回路６２の上記の動作により、回路全体は第８の実施形態と同様に作用する。

《第１０の実施形態》
第１０の実施形態では、ワイヤレスマウス以外の電力給電システムについて示す。

図１８は第８の実施形態に係る電力給電システムのブロック図である。第１の実施形態で図１Ａ、図１Ｂに示したワイヤレス電力給電システムとは異なり、受電装置１０８は送電装置２０８に直接接続されている。送電装置２００は例えば自動車や自転車の発電機（オルタネータ）である。この発電機から発生される電圧は、エンジンの回転数等に応じて大きく変動する。受電装置１０８の負荷回路２０は、例えば自動車や自転車のライトである。

受電装置１０８の受電部１０は整流平滑回路１２と電圧安定化回路１３で構成されている。送電装置２０８がダイナモのように直流電圧を発生する発電機である場合には、整流平滑回路１２は不要である。遮断回路４０および急速充電回路５０の構成は第１の実施形態で示したものと同じである。

本実施形態で示したように、本発明の受電装置はワイヤレス受電装置に限るものではなく、送電装置から受電装置への電力給電システムにおいて、使用形態によって受電電圧が不安定になり得る電力給電システムに適用できる。

なお、蓄電部３０はEDLCを含むものに限らず、化学二次電池やその他のキャパシタで構成されている場合でも、本発明は適用できる。

最後に、上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではない。当業者にとって変形および変更が適宜可能である。例えば、異なる実施形態で示した構成の部分的な置換または組み合わせが可能である。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、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が含まれることが意図される。

ＣＮＶ…ＤＣ−ＤＣコンバータ
Ｃｏ１…キャパシタ
Ｃｒｓ１，Ｃｒｓ２，Ｃｒｓ３…キャパシタ
Ｄｃ，Ｄｐ，Ｄ１，Ｄ２…ダイオード
Ｄｒ１，Ｄｒ２，Ｄｒ３…ダイオード
Ｌｓ１，Ｌｓ２，Ｌｓ３…受電コイル
ＰＴＣ…正特性サーミスタ
Ｑ１，Ｑ３，Ｑ４，Ｑ７…トランジスタ
Ｑ２，Ｑ５，Ｑ６…ＦＥＴ
Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ１３…抵抗
Ｒ１，Ｒ２…抵抗
Ｒ３１，Ｒ３２，Ｒ３３…抵抗
Ｒ４１，Ｒ４２…抵抗
Ｒ５１，Ｒ５２…抵抗
Ｒｃ…抵抗
Ｒｏ…負荷回路
ＳＷ１，ＳＷ２…スイッチ
Ｖｃ…充電電圧
Ｖｉｎ…負荷回路の入力電圧
Ｖｔｈ１…第１しきい値
Ｖｔｈ２…第２しきい値
ＺＤｐ…ツェナーダイオード
１０…受電部
１１…共鳴部
１２…整流平滑回路
１３…電圧安定化回路
２０…負荷回路
３０…蓄電部
４０…遮断回路
４１…電圧検出回路
５０…急速充電回路
５１…電圧検出回路
６１，６２…分圧比切替回路
１００Ａ，１００Ｂ…ワイヤレス受電装置
１０８…受電装置
２００…送電装置
２０８…送電装置
２１１…送電部

Claims

送電装置から電力を受電する受電部と、前記受電部と負荷回路との間に設けられ、前記受電部の出力電力を充電する蓄電部とを有する受電装置であって、
前記負荷回路の入力電圧が第１しきい値を下回った場合に、前記蓄電部を前記負荷回路から遮断する遮断回路を備えたことを特徴とする受電装置。
前記遮断回路は、前記蓄電部に直列接続された第１スイッチ素子を備える、請求項１に記載の受電装置。
前記入力電圧が前記第１しきい値よりも高い第２しきい値を上回った場合に、前記蓄電部に供給する電流を増加する急速充電回路を備える、請求項１または２に記載の受電装置。
前記入力電圧が前記第１しきい値よりも高い第２しきい値を上回った場合に、前記蓄電部に供給する電流を増加する急速充電回路を備え、
前記急速充電回路は、前記蓄電部に直列接続された第２スイッチ素子を備える、請求項２に記載の受電装置。
前記入力電圧を検出する分圧回路と、
前記入力電圧が第２しきい値を上回ったときオンして前記第１スイッチ素子および前記第２スイッチ素子をオンするスイッチ回路と、
前記スイッチ回路のオンにより前記分圧回路の分圧比を切り替えて、前記入力電圧が前記第１しきい値を下回ったとき前記スイッチ回路をオフする分圧比切替回路と、
を更に備える、請求項４に記載の受電装置。
前記第２スイッチ素子に並列接続された抵抗素子を備える、請求項４または５に記載の受電装置。
前記蓄電部は、電気二重層キャパシタを含む、請求項１から６のいずれかに記載の受電装置。
前記受電部は、前記送電装置からワイヤレスで電力を受電する、請求項１から７のいずれかに記載の受電装置。
前記負荷回路はマウスの回路であり、前記受電部は、マウスパッドに設けられた前記送電装置から電力を受電する、請求項８に記載の受電装置。