WO2011065254A1

WO2011065254A1 - 非接触電力伝送装置

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Publication number: WO2011065254A1
Application number: PCT/JP2010/070360
Authority: WO
Inventors: 浩康北村; 恭平加田
Original assignee: パナソニック電工株式会社
Priority date: 2009-11-24
Filing date: 2010-11-16
Publication date: 2011-06-03
Also published as: JP2011114885A; TW201136088A; CN102754304A; US20120201054A1; EP2506394A1; CA2777582A1; KR20120068907A

Abstract

　非接触電力伝送装置は、スイッチング素子（FET1:2:3:4）と、該スイッチング素子に電気的に接続された１次コイル（L1）とを含む共振回路（10）を備える。共振回路（10）は、スイッチング素子のスイッチングを通じて、該共振回路（10）の抵抗値に応じた交番電力を１次コイルに誘起させる。非接触電力伝送装置はさらに、１次コイルに発生した交番磁束と交差する位置で交番電力を１次コイルから非接触で受電する２次コイル（L2）を備える。１次側制御装置（13）は、スイッチング素子のオン／オフ制御を行うとともに、２次コイルに伝達すべき情報に基づいて共振回路（10）の抵抗値を変更することにより、１次コイルに誘起される交番電力の振幅を変調する。２次側制御装置（24）は、２次コイルに受電された交番電力の振幅の変化から、該２次コイルに伝達された情報を復調する。

Description

非接触電力伝送装置

　本発明は、電磁誘導を利用して機器間の電力伝送を非接触にて行う非接触電力伝送装置に関する。

　従来より、例えば携帯電話やデジタルカメラ等の携帯機器にその電源として内蔵される２次電池（バッテリ）を非接触で充電する非接触電力伝送装置が知られている。この装置では、携帯機器及びこれに対応する専用の充電器にそれぞれ充電用の電力を授受する１次コイルと２次コイルとを設け、それら両コイルによる電磁誘導により充電器から携帯機器に交番電力を伝送するとともに、携帯機器側でこれを直流電力に変換して２次電池の充電を行うようになっている。

　このような非接触充電においては、充電器と携帯機器との間で相互が適合するものかどうかの認証を充電動作前に行うことが誤動作等を防止する上で望ましい。そこで、例えば特許文献１においては、充電器から携帯機器に交番電力を送電する際に、この交番電力を所定の周波数で周波数変調することにより、認証等のための情報を交番電力に重畳するようにしている。そして、携帯機器は、充電器から周波数変調されて送電された交番電力を受電するとともに、この周波数変調された交番電力の復調を通じて上記認証等のための情報を受信するようにしている。

　このように特許文献１に記載の装置によれば、充電器から携帯機器に送電される交番電力に認証等のための情報が重畳されることから、充電器と携帯機器との間で通信を行う上で別途の通信機器を設ける必要もなく、構成上の簡略化が図られるようになる。

特開２００８－２９５１９１号公報

　ところで、構成上の簡略化が図られるとはいえ、こうした交番電力の周波数変調及び復調を通じて充電器と携帯機器との間で通信を行うためには、電力変換回路の他に周波数変調及び復調のための専用回路の搭載が必要であり、その簡略化にも自ずと限界がある。すなわち、非接触電力伝送装置としての構成上の簡略化を図る上では、なお改良の余地を残すものとなっている。

　本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、非接触にて電力伝送を行うにあたり、より簡易な構成のもとに１次コイルと２次コイルとの間での情報の伝達を実現することのできる非接触電力伝送装置を提供することにある。

　本発明の第１の態様は、非接触電力伝送装置である。該装置は、スイッチング素子と、該スイッチング素子に電気的に接続された１次コイルとを含む共振回路であって、前記スイッチング素子のスイッチング動作を通じて該共振回路の抵抗値に応じた交番電力を前記１次コイルに誘起させる共振回路と、前記１次コイルに発生した交番磁束と交差する位置で前記交番電力を前記１次コイルから非接触で受電する２次コイルと、前記１次コイルに前記交番電力が誘起されるように前記スイッチング素子のオン／オフ制御を行うとともに、前記２次コイルに伝達すべき情報に基づいて前記共振回路の抵抗値を変更することにより、前記１次コイルに誘起される交番電力の振幅を変調する１次側制御装置と、前記１次コイルでの交番電力の振幅の変化に応じて前記２次コイルに受電された交番電力の振幅の変化から、前記２次コイルに伝達された前記情報を復調する２次側制御装置とを備える。

　この構成では、上記共振回路の抵抗値が変化した場合には、スイッチング素子によるスイッチング動作を通じて上記１次コイルに誘起される交番電力の振幅も変化する。このため、共振回路の抵抗値を２次コイルに伝達すべき情報に応じて変更することにより、１次コイル及び２次コイルには、この情報に応じて変化した振幅を有する交番電力が誘起されるようになる。すなわち、交番電力の誘起とその誘起される電力（電圧）の振幅変調とが同時に行われるようになる。これにより、上記２次コイルに誘起される交番電力の振幅の変化を１次コイルから伝達された情報として復調するようにすれば、非接触にて電力伝達を行うにあたり、より簡易な構成のもとに１次コイルと２次コイルとの間での情報の伝達を実現することができるようになる。さらには、上記交番電力の伝送及び情報の伝達にかかる１次側及び２次側制御装置による制御も容易となる。

　本発明の第２の態様は、１次コイルに誘起された電力を非接触で２次コイルに送信するための送電回路である。送電回路は、スイッチング素子と、該スイッチング素子に電気的に接続された前記１次コイルとを含む共振回路であって、前記スイッチング素子のスイッチング動作を通じて該共振回路の抵抗値に応じた交番電力を前記１次コイルに誘起させる共振回路と、前記１次コイルに前記交番電力が誘起されるように前記スイッチング素子のオン／オフ制御を行うとともに、前記２次コイルに伝達すべき情報に基づいて前記共振回路の抵抗値を変更することにより、前記１次コイルに誘起される交番電力の振幅を変調する１次側制御装置とを備える。この構成によれば、上記した第１の態様の非接触電力伝送装置に適した送電回路を提供することができる。

本発明にかかる非接触電力伝送装置の第１の実施の形態について、その構成を示す回路ブロック図。（ａ）は、図１の非接触電力伝送装置において１次コイルに誘起される交番電力（電圧）の推移例を示すタイムチャート。（ｂ）は、２次コイルに誘起される交番電力（電圧）の推移例を示すタイムチャート。（ｃ）は、２次コイルに誘起された電圧が全波整流されて２次側制御装置に取り込まれる直流電圧の推移例を示すタイムチャート。本発明にかかる非接触電力伝送装置の第２の実施の形態について、その構成を示すブロック図。図３の非接触電力伝送装置を構成するスイッチング素子（ＦＥＴ：電界効果トランジスタ）のオン抵抗特性例を示すグラフ。（ａ）は、図３の非接触電力伝送装置においてスイッチング素子の制御電圧（ゲート電圧）に印加される制御電圧（ゲート電圧）の推移例を示すタイムチャート。（ｂ）は、１次コイルに誘起される交番電力（電圧）の推移例を示すタイムチャート。（ｃ）は、２次コイルに誘起される交番電力（電圧）の推移例を示すタイムチャート。（ｄ）は、２次コイルに誘起された電圧が全波整流されて２次側制御装置に取り込まれる直流電圧の推移例を示すタイムチャート。変形例の非接触電力伝送装置による情報の伝達手順及び電力の伝送手順の一例を示すシーケンス図。（ａ）は、スイッチング素子のオン抵抗を変更するために用いられる可変抵抗回路を備えた非接触電力伝送装置の送電回路を示す回路ブロック図であり、（ｂ）（ｃ）は可変抵抗回路の構成例を示す回路図である。

　（第１の実施の形態）
　以下、本発明にかかる非接触電力伝送装置を具体化した第１の実施の形態について図１及び図２を参照して説明する。この実施の形態の装置は、電源（負荷）としての２次電池を備えたデジタルカメラ、シェーバ、ノート型パーソナルコンピュータ等の携帯機器と、この携帯機器の２次電池に非接触で電力を供給する充電器とを有している。

　まず、図１に示すように、この非接触電力伝送装置において、上記充電器には、交番電力を生成する回路としてのフルブリッジ複合共振回路１０が搭載されている。このフルブリッジ複合共振回路１０では、電界効果トランジスタからなるスイッチング素子ＦＥＴ１～ＦＥＴ４によるフルブリッジ回路１１の中点位置に、交番電力が供給される１次コイルＬ１を含む共振回路１２（共振部）が接続されている。一方、上記携帯機器には、上記フルブリッジ複合共振回路１０により１次コイルＬ１に誘起された交番電力を２次コイルＬ２を介して受電し、この受電した交番電力を直流電力に変換して電源であるとともに負荷でもある２次電池２３に供給する２次側回路２０が搭載されている。

　このうち、充電器に搭載されたフルブリッジ複合共振回路１０では、マイクロコンピュータからなる１次側制御装置１３により制御電圧（ゲート電圧）がゲート抵抗Ｒ１～Ｒ４を介して各スイッチング素子ＦＥＴ１～ＦＥＴ４に印加されることによって、それらスイッチング素子ＦＥＴ１～ＦＥＴ４のオン／オフ制御が行われる。すなわち、同図１に例示したフルブリッジ回路１１にあっては、スイッチング素子ＦＥＴ1及びＦＥＴ４とスイッチング素子ＦＥＴ２及びＦＥＴ３とが上記ゲート電圧に応じて交互にオン／オフされることにより、電源Ｅ１から常時供給されている直流電力によって、上記共振回路１２の１次コイルＬ１に交番電力が誘起されるようになる。すなわち、共振回路１０及び１次側制御装置１３は、１次コイルＬ１に誘起された電力を非接触で２次コイルＬ２に送信するための送電回路として設けられている。なお、このときに共振回路１２を通じて発振される交番電力の発振周波数は１００～２００ｋＨｚ程度であり、上記スイッチング素子ＦＥＴ１～ＦＥＴ４のオン／オフ時間の割合であるディーティ比は「９５％」程度に設定されているとする。

　そして、こうした発振により１次コイルＬ１から発生する交番磁束を携帯機器側の２次コイルＬ２に交差させることにより、１次コイルＬ１に誘起された交番電力を２次コイルＬ２に受電させ、該２次コイルＬ２を介して上記充電器にて生成した電力を携帯機器に伝送する。ちなみに、上記共振回路１２において、１次コイルＬ１に直列に接続されているコンデンサＣ１は、ゼロ電流スイッチングをさせるためにあり、スイッチング素子ＦＥＴ１～ＦＥＴ４のターンオフ時のスイッチング損失を低減している。また、１次コイルＬ１に並列に接続されているコンデンサＣ２は、ゼロ電圧スイッチングをさせるためにあり、スイッチング素子ＦＥＴ１～ＦＥＴ４のターンオン時のスイッチング損失を低減している。

　また、第１の実施の形態においては、上記１次コイルＬ１と各スイッチング素子ＦＥＴ１～ＦＥＴ４との間に、所定の抵抗値からなる抵抗素子Ｒ７～Ｒ１０と開閉器ＳＷ１～ＳＷ４との並列回路が電気的に挿入されている。そして、第１の実施の形態では、各開閉器ＳＷ１～ＳＷ４の開閉状態が充電器から携帯機器に伝達すべき情報に基づき上記１次側制御装置１３によって併せて制御されることにより、共振回路１２を含むフルブリッジ複合共振回路１０の抵抗値が変更される。すなわち、１次側制御装置１３による開閉制御を通じて各開閉器ＳＷ１～ＳＷ４が開状態とされることによって、１次コイルＬ１と各スイッチング素子ＦＥＴ１～ＦＥＴ４との間に抵抗素子Ｒ７～Ｒ１０が電気的に介在された状態とされ、フルブリッジ複合共振回路１０の抵抗値が増大する。これにより、各スイッチング素子ＦＥＴ１～ＦＥＴ４を介して上記１次コイルＬ１に誘起される電圧が低下し、１次コイルＬ１に誘起される交番電力（電圧）の振幅が低下するようになる。逆に、上記各開閉器ＳＷ１～ＳＷ４が閉状態とされた場合には、１次コイルＬ１と各スイッチング素子ＦＥＴ１～ＦＥＴ４との間に電気的に介在された各抵抗素子Ｒ７～Ｒ１０がバイパス（非介在）された状態となり、１次コイルＬ１に誘起される交番電力（電圧）の振幅も本来の高い状態に維持される。すなわち、上記各開閉器ＳＷ１～ＳＷ４の開閉制御を通じて上記１次コイルＬ１に誘起される交番電力（電圧）が振幅変調されるようになる。

　一方、上記２次コイルＬ２を介してこのような交番電力が受電される２次側回路２０には、上記フルブリッジ複合共振回路１０と当該２次側回路２０とのインピーダンス整合を行うためのコンデンサＣ３が２次コイルＬ２に並列に接続されている。そして、２次コイルＬ２により受電された交番電力は、このコンデンサＣ３を介してダイオードＤ１～Ｄ４からなる全波整流回路２１に入力され、この全波整流回路２１により全波整流されることによって直流電力に変換される。こうした全波整流回路２１の出力端子２１ａ及び２１ｂには、平滑用のコンデンサＣ４、及び全波整流回路２１により変換された直流電力（電圧）を昇圧するＤＣ－ＤＣコンバータ２２がそれぞれ並列に接続されており、この昇圧された電力（電圧）が負荷としての上記２次電池２３に供給（充電）される。

　他方、上記全波整流回路２１により全波整流された直流電力（電圧）は、ダイオードＤ５、抵抗素子Ｒ５及びＲ６、コンデンサＣ５を順に介して、マイクロコンピュータからなる２次側制御装置２４にも取り込まれる。この２次側制御装置２４は、上記全波整流された直流電圧のレベルの変化、すなわち上記変調された振幅の変化を監視して、上述した充電器側から携帯機器側に伝達すべき情報、例えば８ビット等からなる充電器ＩＤを復調する部分である。

　非接触電力伝送装置としてのこのような構成によれば、１次コイルＬ１と２次コイルＬ２との電磁結合を通じて、充電器で生成された交流電力を非接触で携帯機器に送電することができるようになる。また、こうした充電器と携帯機器との間では、電力の供給対象とする上記２次電池２３の充電にあたり、この２次電池２３が搭載される携帯機器の規格が充電器の規格に適合しているかといった認証用の情報の授受が可能であることが望ましい。そこで、第１の実施の形態では、上記フルブリッジ複合共振回路１０の抵抗値の変更を通じて１次コイルＬ１に誘起される交番電力の振幅を変調し、上記２次側制御装置２４を通じてこれを復調することにより、充電器と携帯機器との間での情報の伝達を可能としている。

　次に、上記１次側制御装置１３による交番電力の振幅の変調態様について図２を参照して説明する。なお、この図２において、図２（ａ）は、１次コイルＬ１に誘起される交番電力の推移例を示しており、図２（ｂ）は、２次コイルＬ２に誘起される交番電力の推移例を示している。また、図２（ｃ）は、上記２次側制御装置２４に取り込まれる直流電力の電圧値の推移を示している。

　すなわち、図２（ａ）に示すように、１次コイルＬ１に誘起される交番電力は、各開閉器ＳＷ１～ＳＷ４の切り替えを通じて上記各抵抗素子Ｒ７～Ｒ１０がバイパス（非介在）とされている間は振幅Ａ１ａのもとに推移する（図２（ａ）期間Ｔ１）。また、図２（ｂ）に示すように、２次コイルＬ２には、この１次コイルＬ１に誘起された交番電力の振幅Ａ１ａに応じて振幅Ａ２ａの交番電力が誘起されるようになる（図２（ｂ）期間Ｔ１）。これにより、図２（ｃ）に示すように、２次コイルＬ２に誘起されて上記全波整流回路２１により全波整流された直流電力の電圧値は電圧Ｖａとなる（図２（ｃ）期間Ｔ１）。そして、この直流電力を取り込む２次側制御装置２４は、その電圧値Ｖａが上記各抵抗素子Ｒ７～Ｒ１０の抵抗の介在／非介在（バイパス）を識別する閾値Ｖ_０を超えたか否かの判断に基づき、充電器から伝達された情報が論理レベル「Ｈ」あるいは論理レベル「Ｌ」のいずれであるかの判定を行う。すなわち、期間Ｔ１においては、１次側制御装置１３から伝達された情報が論理レベル「Ｈ」であると判断される。

　一方、上記各開閉器ＳＷ１～ＳＷ４による切り替えを通じて各抵抗素子Ｒ７～Ｒ１０が介在されると、図２（ａ）に示すように、上記共振回路１２に流れる電流の減少（印加される電圧の低下）に伴って１次コイルＬ１に誘起される交番電力の振幅が上記振幅Ａ１ａから振幅Ａ１ｂへと低下する（図２（ａ）期間Ｔ２）。また、図２（ｂ）に示すように、このとき２次コイルＬ２に誘起される交番電力の振幅も、１次コイルＬ１に誘起される交番電力の振幅の低下に伴って振幅Ａ２ａから振幅Ａ２ｂへと低下する（図２（ｂ）期間Ｔ２）。これにより、上記２次側制御装置２４に取り込まれる直流電力の電圧値も電圧Ｖａから電圧Ｖｂへと低下するようになる（図２（ｃ）期間Ｔ２）。そして、この電圧値Ｖｂが上記閾値Ｖ_０よりも低いことから、２次側制御装置２４は、期間Ｔ２において１次側制御装置１３から伝達された情報が論理レベル「Ｌ」であると判定する。

　このように、第１の実施の形態では、上記各開閉器ＳＷ１～ＳＷ４による各抵抗素子Ｒ７～Ｒ１０の介在／非介在（バイパス）の切り替えを通じてフルブリッジ複合共振回路１０の抵抗値を変更することにより、１次コイルＬ１及び２次コイルＬ２に誘起される交番電圧の振幅を変調し、かつこの変調した振幅を上記２次側制御装置２４による復調を通じて上記情報の伝達を行うことができるようにしている。なお、第１の実施の形態では、上記抵抗値の変更を通じた交番電力の振幅の変調により、１次コイルＬ１から２次コイルＬ２に伝達すべき情報を上述のように例えば８ビットの情報に変調することとしている。これにより、上記各スイッチング素子ＦＥＴ１～ＦＥＴ４のオン／オフによる電力伝送と振幅の変復調とを同時に行うことができるようになり、非接触電力伝送装置の構成のさらなる簡略化が図られるようになる。

　以上説明したように、第１の実施の形態にかかる非接触電力伝送装置によれば、以下の効果が得られるようになる。
　（１）１次コイルＬ１から２次コイルＬ２への情報の伝達を、フルブリッジ複合共振回路１０の抵抗値の変化に応じて変化する１次コイルＬ１及び２次コイルＬ２に各々誘起される交番電力の振幅の変化に基づき行うこととした。このため、１次コイルＬ１から２次コイルＬ２への情報の伝達を行う上で、各スイッチング素子ＦＥＴ１～ＦＥＴ４のオン／オフ制御を通じた電力伝送と１次コイルＬ１から２次コイルＬ２への情報の伝達とを同時に行うことができるようになる。これにより、非接触にて電力伝送を行うにあたり、より簡易な構成のもとに１次コイルＬ１と２次コイルＬ２との間での情報の伝達を実現することができるようになるとともに、上記交番電力の伝送及び情報の伝達にかかる制御も容易となる。

　（２）充電器に設ける共振回路を、４つのスイッチング素子ＦＥＴ１～ＦＥＴ４からなるフルブリッジ回路１１の中点位置に、１次コイルＬ１を含む共振回路１２が接続されたフルブリッジ複合共振回路１０として構成することとした。これにより、フルブリッジ回路１１を構成するスイッチング素子ＦＥＴ１～ＦＥＴ４のオン／オフ制御を通じて生成された交番電力の伝送効率が好適に高められるようになる。

　（３）共振回路１２を含むフルブリッジ複合共振回路１０の抵抗値を、１次コイルＬ１を含む共振回路１２とフルブリッジ回路１１の各スイッチング素子ＦＥＴ１～ＦＥＴ４との間に電気的に介在された各抵抗素子Ｒ７～Ｒ１０の介在／非介在（バイパス）を切り替える各開閉器ＳＷ１～ＳＷ４による開閉制御を通じて変更することとした。これにより、フルブリッジ複合共振回路１０の抵抗値をより高い自由度のもとに変更することができるようになり、ひいては、こうした抵抗値の変更による上記交番電力の振幅の変調にかかる自由度が高められるようになる。

　（４）上記スイッチング素子ＦＥＴ１～ＦＥＴ４を、電界効果トランジスタによって構成することとした。これにより、それらスイッチング素子ＦＥＴ１～ＦＥＴ４のオン／オフ制御を通じた交番電力の生成とその振幅の変調とをより容易に実現することができるようになる。なお、上記開閉器ＳＷ１～ＳＷ４についても、これを電界効果トランジスタ等のスイッチング素子にて実現できることはいうまでもない。

　（第２の実施の形態）
　以下、本発明にかかる非接触電力伝送装置の第２の実施の形態について図３～図５を参照して説明する。なお、この第２の実施の形態は、フルブリッジ複合共振回路１０の抵抗値の変更を、各スイッチング素子ＦＥＴ１～ＦＥＴ４のオン時に導通状態となるトランジスタ素子の２つの電流端子間の抵抗値（オン抵抗の値）の変更として行うものであり、その基本的な構成は先の第１の実施の形態と共通になっている。よって、それら各要素についての重複する説明は割愛する。

　図３は、先の図１に対応する図として、第２の実施の形態の非接触電力伝送装置についてその概略構成を示したものである。
　すなわち、この図３に示すように、第２の実施の形態の非接触電力伝送装置では、先の開閉器ＳＷ１～ＳＷ４及び上記抵抗素子Ｒ７～Ｒ１０が割愛されている。そして、各スイッチング素子ＦＥＴ１～ＦＥＴ４に印加される制御電圧としてのゲート電圧の電圧値が、充電器側から携帯機器側に伝達すべき情報に基づき１次側制御装置１３によって調整されることにより、それらスイッチング素子のオン抵抗の値が変更され、フルブリッジ複合共振回路１０の抵抗値が変更される。図４は、こうした各スイッチング素子ＦＥＴ１～ＦＥＴ４のオン抵抗の特性例を示す。

　この図４に実線Ｌ１として示すように、スイッチング素子ＦＥＴ１～ＦＥＴ４に印加されるゲート電圧の電圧値が例えば電圧Ｖ１であるときには、スイッチング素子ＦＥＴ１～ＦＥＴ４のオン抵抗は抵抗値Ｒａに保たれる。一方、同図４に実線Ｌ２として示すように、スイッチング素子ＦＥＴ１～ＦＥＴ４に印加されるゲート電圧の電圧値が電圧Ｖ１から電圧Ｖ２へと低下すると（Ｖ２＜Ｖ１）、スイッチング素子ＦＥＴ１～ＦＥＴ４のオン抵抗値は抵抗値Ｒａから抵抗値Ｒｂへと増大するようになる（抵抗値Ｒｂ＞Ｒａ）。

　そこで、第２の実施の形態では、こうしたスイッチング素子ＦＥＴ１～ＦＥＴ４の特性に鑑み、上記１次側制御装置１３が出力するゲート電圧の電圧値の調整を通じて、すなわち、スイッチング素子ＦＥＴ１～ＦＥＴ４のオン抵抗値の変更を通じて上記１次コイルＬ１に誘起される交番電力の振幅変調を行うこととする。

　以下、第２の実施の形態の非接触電力伝送装置による情報の伝達態様について図５を参照して説明する。なお、この図５において図５（ａ）は、スイッチング素子ＦＥＴ１～ＦＥＴ４に印加されるゲート電圧（制御電圧）の推移例を示している（便宜上、時間軸を拡大して図示）。また、図５（ｂ）は、１次コイルＬ１に誘起される交番電力の推移例を、図５（ｃ）は、２次コイルＬ２に誘起される交番電力の推移例を、図５（ｄ）は、上記２次側制御装置２４に取り込まれる直流電力の電圧値の推移を示している。

　すなわち、図５（ａ）に示すように、各スイッチング素子ＦＥＴ１～ＦＥＴ４に、先の図４に示した特性に基づき上記電圧値Ｖ１のゲート電圧が印加されているとすると、それら各スイッチング素子ＦＥＴ１～ＦＥＴ４のオン抵抗が抵抗値Ｒａとなる。これにより、図５（ｂ）に期間Ｔ１として示すように、１次コイルＬ１に誘起される交番電力は、振幅Ａ１ａのもとに推移する。また、図５（ｃ）に示すように、２次コイルＬ２には、この１次コイルＬ１に誘起された交番電力の振幅Ａ１ａに応じて振幅Ａ２ａの交番電力が誘起されるようになる（図５（ｃ）期間Ｔ１）。これにより、図５（ｄ）に示すように、２次側制御装置２４には、電圧Ｖａの直流電力が取り込まれるようになる（図５（ｄ）期間Ｔ１）。２次側制御装置２４は、この直流電力の電圧Ｖａと、上記１次側制御装置１３によるゲート電圧の電圧値が上記電圧Ｖ１及び上記電圧Ｖ２のいずれであるかを識別するための閾値Ｖ_０とを比較して、電圧Ｖａが閾値Ｖ_０を超えているか否かの判断に基づき、充電器から伝達された情報が論理レベル「Ｈ」あるいは論理レベル「Ｌ」のいずれであるかを判定する。すなわち、期間Ｔ１においては、１次側制御装置１３から伝達された情報が論理レベル「Ｈ」であると判断される。

　一方、上記１次側制御装置１３によるゲート電圧（制御電圧）の調整を通じて各スイッチング素子ＦＥＴ１～ＦＥＴ４に印加されるゲート電圧の値が上記電圧Ｖ１から電圧Ｖ２へと低下されているとすると、これに伴って各スイッチング素子ＦＥＴ１～ＦＥＴ４のオン抵抗が上記抵抗値Ｒａから上記抵抗値Ｒｂへと増大するように変化する（図４）。このため、図５（ｂ）に示すように、各スイッチング素子ＦＥＴ１～ＦＥＴ４のオン抵抗の増大に伴って１次コイルＬ１に誘起される交番電力の振幅は上記振幅Ａ１ａから振幅Ａ１ｂへと低下する（図５（ｂ）期間Ｔ２）。また、図５（ｃ）に示すように、２次コイルＬ２に誘起される交番電力の振幅も、１次コイルＬ１に誘起される交番電力の振幅の低下に伴って振幅Ａ２ａから振幅Ａ２ｂへと低下する（図５（ｃ）期間Ｔ２）。これにより、上記２次側制御装置２４に取り込まれる直流電力の電圧値も電圧Ｖａから電圧Ｖｂへと低下するようになる。そして、この電圧Ｖｂが上記閾値Ｖ_０よりも低いことから、２次側制御装置２４は、期間Ｔ２において１次側制御装置１３から伝達された情報が論理レベル「Ｌ」であると判定する。

　このように、第２の実施の形態では、各スイッチング素子ＦＥＴ１～ＦＥＴ４に印加されるゲート電圧の電圧値の調整を通じてそれら各スイッチング素子ＦＥＴ１～ＦＥＴ４のオン抵抗値を変更することにより、１次コイルＬ１に誘起される交番電力の振幅を変調するようにしている。すなわち、１次コイルＬ１から２次コイルＬ２への上記情報の伝達を１次側制御装置１３によって印加される各スイッチング素子ＦＥＴ１～ＦＥＴ４へのゲート電圧の電圧値の変更として行うようにしている。これによっても、上記スイッチング素子ＦＥＴ１～ＦＥＴ４のオン／オフによる電力伝送とその振幅の変復調とを同時に行うことができるようになり、非接触電力伝送装置の構成の簡略化が図られるようになる。

　以上説明したように、第２の実施の形態にかかる非接触電力伝送装置によっても、先の第１の実施の形態による前記（１）、（２）、及び（４）に準じた効果が得られるとともに、前記（３）の効果に代えて以下の効果が得られるようになる。

　（３Ａ）フルブリッジ複合共振回路１０の抵抗値の変更を、各スイッチング素子ＦＥＴ１～ＦＥＴ４のオン抵抗値の変更によって実現することとした。これにより、スイッチング素子ＦＥＴ１～ＦＥＴ４そのものの特性を活かす態様で、フルブリッジ複合共振回路１０の抵抗値の変更が可能となる。また、各スイッチング素子ＦＥＴ１～ＦＥＴ４のオン抵抗値の変更を、制御電圧であるゲート電圧の電圧値の変更によって行うため、フルブリッジ複合共振回路１０の抵抗値の変更を通じた上記交番電力の振幅変調を、より簡易な構成のもとに実現することができるようにもなる。

　（他の実施の形態）
　なお、上記各実施の形態は、以下のような形態をもって実施することもできる。
　・上記各実施の形態では、充電器から携帯機器へ、すなわち１次コイルＬ１から２次コイルＬ２へ充電器ＩＤ等の情報を伝達する場合についてのみ言及した。しかし、図１あるいは図３に例示した装置においては、
（ａ）携帯機器が更に、上記２次コイルＬ２に誘起される交番電力（電圧）の振幅を２次側制御装置２４からの指令のもとに変調することのできる回路を備えてもよく、
（ｂ）充電器が更に、２次コイルＬ２での交番電力（電圧）の振幅（変調された振幅）の変化を抽出する回路を備えるとともに、１次側制御装置１３が、この抽出された交番電力（電圧）の振幅変化から上記携帯機器側で変調された情報を復調する機能を備えてもよい。

　このような機能拡張を行うことで、これら充電器及び携帯機器に図６に例示するような相互通信機能を持たせることもできる。
　すなわち図６に示すように、ステップＳ１０１において充電器に携帯機器が設置されると、上記２次側制御装置２４を起動させるための電力が１次コイルＬ１と２次コイルＬ２との電磁結合を通じて２次側回路２０に送電される（ステップＳ１０２）。

　こうして、２次側回路２０に送電された電力が２次側制御装置２４に供給されることにより、２次側制御装置２４が起動される（ステップＳ１０３）。そして、この起動された２次側制御装置２４により、該２次側制御装置２４が起動した旨を示す起動信号を１次側制御装置１３に伝達するための上記変調が２次コイルＬ２を介して行われる。

　１次側制御装置１３は、こうした変調による起動信号を、上記１次コイルＬ１に誘起されている交番電力（電圧）の振幅の変化として抽出し、この抽出された起動信号の復調を行う。このようにして、携帯機器から充電器への情報としての起動信号の伝達が行われる（ステップＳ１０４）。

　１次側制御装置１３（充電器）は、２次側制御装置２４（携帯機器）から起動信号を受け取ると、充電器の規格等を示す認証用の情報である例えば８ビットからなる充電器ＩＤを示す情報を、上述した１次コイルＬ１に誘起される交番電力の振幅の変化として充電器から携帯機器へ伝達する（ステップＳ１０５）。

　この充電器ＩＤを示す情報が携帯機器に伝達されると、この情報が上記２次側制御装置２４により復調される。この復調を通じて充電器の規格等が携帯機器の規格等に適合した機器であると判断されることにより、例えば８ビットからなる携帯機器ＩＤを示す情報と同携帯機器に対する充電を許可する旨を示す情報（充電許可信号）とが上記２次コイルＬ２を介した変調により携帯機器から充電機器へと伝達される（ステップＳ１０６）。

　こうして１次側制御装置１３は、充電器に設置された携帯機器が同充電器の規格に適合したものであるとして、上記２次電池２３に対する電力供給を行う（ステップＳ１０７）。これにより、１次コイルＬ１と２次コイルＬ２との間での情報の伝達に基づくそれらコイルＬ１及びＬ２間の電力の伝送を的確に行うことができるようになり、ひいては、こうした電力による２次電池への充電を高い信頼性のもとに行うことができるようになる。

　・上記各実施の形態、並びに上記変形例（拡張例）では、１次コイルＬ１と２次コイルＬ２との間で伝達すべき情報に８ビットからなる情報を用いることとしたが、この情報のビット数は任意であり、例えば４ビット、あるいは１６ビット等からなる情報を採用するようにしてもよい。

　・上記第２の実施の形態では、上記１次側制御装置１３自体が出力する制御電圧の電圧値の調整を通じて各スイッチング素子ＦＥＴ１～ＦＥＴ４のオン抵抗を変更することとした。これに限らず、図７（ａ）に示すように、上記１次側制御装置１３と各スイッチング素子ＦＥＴ１～ＦＥＴ４の制御電圧印加端子（ゲート端子）との間に可変抵抗回路Ｒ１１～Ｒ１４を挿入してもよい。図７（ｂ）及び図７（ｃ）に例示するように、可変抵抗回路Ｒ１１～Ｒ１４の各々（ここでは、可変抵抗回路Ｒ１１の構成のみを示す）は、直列もしくは並列接続された複数の抵抗素子とそれら抵抗素子の合成抵抗を可変とする１つ以上の開閉器とを備えるものとすることができる。１次側制御装置１３は、各可変抵抗回路Ｒ１１～Ｒ１４の開閉器の開閉制御を通じて各スイッチング素子ＦＥＴ１～ＦＥＴ４に印加される制御電圧（ゲート電圧）の電圧値を変更するようにしてもよい。これにより、スイッチング素子の制御電圧の電圧値の変更を通じた上記オン抵抗の変更、ひいては、フルブリッジ複合共振回路の抵抗値の変更をより高い自由度のもとに行うことができるようになる。

　・上記各実施の形態、並びに上記変形例（拡張例）では、スイッチング素子ＦＥＴ１～ＦＥＴ４として電界効果トランジスタを用いることとした。この他、上記交番電力を生成する回路を構成するスイッチング素子としては、各種電力用トランジスタを用いることも可能である。

　・上記各実施の形態、並びに上記変形例（拡張例）では、共振回路を、スイッチング素子によるフルブリッジ回路１１の中点位置に、１次コイルＬ１を含む共振回路が接続されたフルブリッジ複合共振回路１０として構成した。これに限らず、上記共振回路１０は、スイッチング素子と、該スイッチング素子に電気的に接続された１次コイルＬ１を含むその他の回路構成でもよい。例えば、共振回路１０は、フルブリッジ回路１１の代わりに、単一のスイッチング素子を使用して１次コイルＬ１に交番電力を誘起させてもよい。

　・上記各実施の形態、並びに上記変形例（拡張例）では、１次コイルＬ１を含む共振回路及び上記１次側制御装置１３を充電器に搭載することとし、２次コイルＬ２及び上記２次側制御装置２４を携帯機器に搭載することとした。しかし、１次コイルＬ１を含む共振回路及び上記１次側制御装置１３の搭載対象、あるいは、２次コイルＬ２及び上記２次側制御装置２４の搭載対象は、これら充電器や携帯機器には限られない。要は、携帯を要しない機器間であっても、１次コイルＬ１に誘起される交番電力の変調を通じて、および／または２次コイルＬ２に誘起される交番電力の変調を通じて、１次コイルＬ１と２次コイルＬ２との間で各種情報を伝達することを意図するものであれば本発明の適用は可能である。

Claims

　非接触電力伝送装置であって、
　スイッチング素子と、該スイッチング素子に電気的に接続された１次コイルとを含む共振回路であって、前記スイッチング素子のスイッチング動作を通じて、該共振回路の抵抗値に応じた交番電力を前記１次コイルに誘起させる共振回路と、
　前記１次コイルに発生した交番磁束と交差する位置で前記交番電力を前記１次コイルから非接触で受電する２次コイルと、
　前記１次コイルに前記交番電力が誘起されるように前記スイッチング素子のオン／オフ制御を行うとともに、前記２次コイルに伝達すべき情報に基づいて前記共振回路の抵抗値を変更することにより、前記１次コイルに誘起される交番電力の振幅を変調する１次側制御装置と、
　前記１次コイルでの交番電力の振幅の変化に応じて前記２次コイルに受電された交番電力の振幅の変化から、前記２次コイルに伝達された前記情報を復調する２次側制御装置と
を備える非接触電力伝送装置。
　前記共振回路は、複数のスイッチング素子によるフルブリッジ回路と、該フルブリッジ回路の中点位置に電気的に接続され、前記１次コイルを含む共振部とからなるフルブリッジ複合共振回路であり、前記１次側制御装置は、前記フルブリッジ複合共振回路の抵抗値を変更することにより、前記１次コイルに誘起される交番電力の振幅を変調する、請求項１に記載の非接触電力伝送装置。
　請求項２に記載の非接触電力伝送装置において、
　前記１次コイルを含む共振部と前記フルブリッジ回路の各スイッチング素子との間には、所定の抵抗値を有する抵抗素子と開閉器との並列回路が電気的に接続されており、前記１次側制御装置は、各開閉器の開閉制御を通じて前記フルブリッジ複合共振回路の抵抗値を変更する、非接触電力伝送装置。
　請求項２に記載の非接触電力伝送装置において、
　前記フルブリッジ回路の各スイッチング素子は、可変オン抵抗を有するように構成されており、前記１次側制御装置は、各スイッチング素子のオン抵抗の値を変えることで前記フルブリッジ複合共振回路の抵抗値を変更する、非接触電力伝送装置。
　前記１次側制御装置は、各スイッチング素子に印加される制御電圧の電圧値を変更することで前記各スイッチング素子のオン抵抗の値を変更する、請求項４に記載の非接触電力伝送装置。
　前記１次側制御装置と前記各スイッチング素子の制御電圧印加端子との間に挿入される可変抵抗回路をさらに備えており、該可変抵抗回路は、直列もしくは並列接続された複数の抵抗素子と、それら抵抗素子の合成抵抗値を可変とする１つ以上の開閉器とを含み、前記１次側制御装置は、各可変抵抗回路の開閉器の開閉制御を通じて、前記スイッチング素子に印加される制御電圧の電圧値を変更する、請求項５に記載の非接触電力伝送装置。
　前記スイッチング素子が電界効果トランジスタからなる、請求項１～６のいずれか一項に記載の非接触電力伝送装置。
　前記１次コイルを含む共振回路及び前記１次側制御装置は充電器に搭載されており、
　前記２次コイル及び前記２次側制御装置は２次電池を含む携帯機器に搭載されており、
　前記充電器により非接触にて前記携帯機器の２次電池が充電される、請求項１～７のいずれか一項に記載の非接触電力伝送装置。
　前記２次側制御装置は、前記復調された情報に基づき、前記充電器の規格が前記携帯機器の規格に適合するか否かを判断し、該充電器の規格が該携帯機器の規格に適合することを条件に、前記２次コイルを介した前記２次電池への充電を許可する、請求項８に記載の非接触電力伝送装置。
　１次コイルに誘起された電力を非接触で２次コイルに送信するための送電回路であって、
　スイッチング素子と、該スイッチング素子に電気的に接続された前記１次コイルとを含む共振回路であって、前記スイッチング素子のスイッチング動作を通じて、該共振回路の抵抗値に応じた交番電力を前記１次コイルに誘起させる共振回路と、
　前記１次コイルに前記交番電力が誘起されるように前記スイッチング素子のオン／オフ制御を行うとともに、前記２次コイルに伝達すべき情報に基づいて前記共振回路の抵抗値を変更することにより、前記１次コイルに誘起される交番電力の振幅を変調する１次側制御装置と
を備える送電回路。