WO2011065255A1

WO2011065255A1 - 非接触電力伝送装置

Info

Publication number: WO2011065255A1
Application number: PCT/JP2010/070361
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: TW201126861A; JP2011114886A

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、該スイッチング素子のオン時間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スイッチング素子のオン時間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、該スイッチング素子のオン時間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スイッチング素子のオン時間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。

　上記１次コイルに印加される交番電力の特性は、この交番電力を生成するスイッチング素子のスイッチング動作と相関があり、特にスイッチング素子のオン時間に相関して交番電力の振幅が変化する。このため、上記構成によれば、スイッチング素子のオン時間を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とともに、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次側制御装置としての制御も容易となる。

　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、該スイッチング素子のオン時間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スイッチング素子のオン時間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）～（ｄ）は、図１の非接触電力伝送装置において各スイッチング素子に印加されるゲート電圧の推移例を示すタイムチャート。（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、スイッチング素子に印加されるゲート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。（ａ）～（ｄ）は、図１の非接触電力伝送装置において各スイッチング素子に印加されるゲート電圧の推移例を示すタイムチャート。（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、スイッチング素子に印加されるゲート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。（ａ）は、図１の非接触電力伝送装置において各スイッチング素子に印加される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。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、（ａ）は、同装置において各スイッチング素子に印加される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。本発明にかかる非接触電力伝送装置の第３の実施の形態について、（ａ）は、同装置において各スイッチング素子に印加される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。

　（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～図６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。また、スイッチング素子ＦＥＴ１～ＦＥＴ４には、還流ダイオードＤ１～Ｄ４がそれぞれ並列に接続されている。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。

　一方、上記２次コイルＬ２を介して上記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Ｄ５～Ｄ８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Ｄ９、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、上記各スイッチング素子ＦＥＴ１～ＦＥＴ４のオン時間の変更を通じて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行うこととする。

　以下、第１の実施の形態における上記スイッチング素子ＦＥＴ１～ＦＥＴ４のオン時間の変更態様について図２～図５を参照して説明する。なお、図２（ａ）～（ｄ）は、スイッチング素子ＦＥＴ１～ＦＥＴ４のスイッチング動作の１周期に対するスイッチング素子ＦＥＴ１（ＦＥＴ４）のオン時間とスイッチング素子ＦＥＴ２（ＦＥＴ３）のオン時間とを合わせたオン時間の割合であるオン・デューティ（デューティ比）を「９５％」としたときの各スイッチング素子ＦＥＴ１～ＦＥＴ４のゲート電圧の推移例を示している。また、図３は、デューティ比を「９５％」としたときに上記１次コイルＬ１及び２次コイルＬ２に誘起される電圧の推移例を示している。また一方、図４（ａ）～（ｄ）は、上記デューティ比を「２０％」としたときの各スイッチング素子ＦＥＴ１～ＦＥＴ４のゲート電圧の推移例を示しており、図５は、デューティ比を「２０％」としたときに上記１次コイルＬ１及び２次コイルＬ２に誘起される電圧の推移例を示している。

　まず、図２（ａ）及び（ｄ）に示すように、上記１次側制御装置１３により上記デューティ比を「９５％」とするゲート電圧が各スイッチング素子ＦＥＴ１～ＦＥＴ４に印加されているとするとき、タイミングｔ１からタイミングｔ２までの間、上記ペアとされたスイッチング素子ＦＥＴ１及びＦＥＴ４がオンとされる（期間：ｔ１－ｔ２）。また、図２（ｂ）及び（ｃ）に示すように、それらスイッチング素子ＦＥＴ１及びＦＥＴ４がオフとされてのちタイミングｔ３からタイミングｔ４までの間、上記ペアとされたスイッチング素子ＦＥＴ２及びＦＥＴ３がオンとされる（期間：ｔ３－ｔ４）。

　こうして、スイッチング素子ＦＥＴ１及びＦＥＴ４のペアとスイッチング素子ＦＥＴ２及びＦＥＴ３のペアとが交互にオン／オフ制御されることにより、スイッチング動作の周期Ｔに対する上記スイッチング素子ＦＥＴ１及びＦＥＴ４のオン時間（ｔ１－ｔ２）と上記スイッチング素子ＦＥＴ２及びＦＥＴ３のオン時間（ｔ３－ｔ４）との合計の割合であるデューティ比が「９５％」となるパルスパターンが生成されるようになる。

　そして、図３（ｂ）に示すように、こうしたスイッチング素子ＦＥＴ１～ＦＥＴ４のオン／オフ制御が行われると、それらスイッチング素子ＦＥＴ１～ＦＥＴ４のオフ時（期間：ｔ０－ｔ１、ｔ２－ｔ３、．．．）に上記共振回路１２が共振し、上記１次コイルＬ１には、図３（ａ）に示す態様で電力（電圧）が誘起されるようになる。この共振に際し、１次コイルＬ１に誘起される電圧が上記電源Ｅ１の電圧より高くなるとしても、スイッチング素子ＦＥＴ１～ＦＥＴ４に並列接続されている上記還流ダイオードＤ１～Ｄ４によって、１次コイルＬ１に誘起された電圧が電源Ｅ１の電圧にクランプされる。そして、その後すぐにスイッチング素子ＦＥＴ１及びＦＥＴ４のペアか、またはスイッチング素子ＦＥＴ２及びＦＥＴ３のペアがオンとなるため、その期間（期間：ｔ１－ｔ２、ｔ３－ｔ４、．．．）では、コイルＬ１における誘起電圧が電源Ｅ１の電圧（＋Ｖｓまたは－Ｖｓの電位）に維持される。

　このように、各スイッチング素子ＦＥＴ１～ＦＥＴ４のオン時間であるデューティ比が「９５％」に設定された場合、１次コイルＬ１には同３（ａ）に示す態様で電圧が誘起され、またこれに伴い、上記２次コイルＬ２には、同電圧が同じ傾向を示しながらやや減衰された図３（ｃ）に示す態様で電圧が誘起されるようになる。

　一方、図４（ａ）～（ｄ）に示すように、上記１次側制御装置１３により上記デューティ比「２０％」のゲート電圧がスイッチング素子ＦＥＴ１～ＦＥＴ４に印加されているとすると、例えばスイッチング素子ＦＥＴ１及びＦＥＴ４のペアはタイミングｔ５からタイミングｔ６までの間だけオンとされる。また同様にスイッチング素子ＦＥＴ２及びＦＥＴ３のペアはタイミングｔ７からタイミングｔ８までの間だけオンとされる。そして、それ以外の期間、例えばタイミングｔ６からタイミングｔ７までの期間やタイミングｔ８からタイミングｔ９までの期間は、スイッチング素子ＦＥＴ１～ＦＥＴ４の全てがオフとされる。

　このようなかたちでスイッチング素子ＦＥＴ１～ＦＥＴ４のオン／オフ制御が行われることにより、図５（ａ）及び（ｂ）に１次コイルＬ１に誘起される電力（電圧）と例えばスイッチング素子ＦＥＴ２を代表としてこれに印加されるゲート電圧とを対比して示すように、スイッチング素子のオフ期間が長い分だけ上記共振回路１２での共振が継続され、かつ減衰されるようになる。すなわちこのとき、１次コイルＬ１に誘起される交番電圧の実効値はその分だけ低下するようになり、この１次コイルＬ１に誘起される交番電圧に応じて上記２次コイルＬ２に誘起される交番電圧の実効値も、先の図３（ｃ）に対比して図５（ｃ）から明らかなように、低い値となり、エネルギーが低下する。

　そこで、第１の実施の形態では、１次コイルＬ１と２次側回路２０に設けられた２次コイルＬ２とが電磁的に結合されたとき、こうしたスイッチング素子ＦＥＴ１～ＦＥＴ４のオン時間に相関して１次コイルＬ１及び２次コイルＬ２に誘起される交番電力の振幅値が変化することに鑑み、この振幅値の変化に基づき１次コイルＬ１と２次コイルＬ２との間での情報の伝達を行うこととする。

　図６は、このような原理のもとに情報の伝達を行うこの非接触電力伝送装置の情報伝達態様についてその一例を示したものである。なお、この図６において、図６（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６（ｂ）は、１次コイルＬ１に誘起される交番電力の推移例を、図６（ｃ）は、２次コイルＬ２に誘起される交番電力の推移例を、図６（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例を示している。

　すなわち、図６（ａ）に示すように、上記１次側制御装置１３によるゲート電圧のパルス幅調整を通じて上記デューティ比を「９５％」とするゲート電圧が各スイッチング素子ＦＥＴ１～ＦＥＴ４に印加されているとすると、図６（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（電圧）は、振幅Ａ１ａのもとに推移する。またこのとき、２次コイルＬ２には、図６（ｃ）に示すように、この１次コイルＬ１に誘起された交番電力（電圧）の振幅Ａ１ａに応じて振幅Ａ２ａの交番電力（電圧）が誘起されるようになる。これにより、２次側制御装置２４には、図６（ｄ）に示すように、電圧値Ｖａの直流電圧が取り込まれるようになる（図６（ｄ）期間Ｔ１）。２次側制御装置２４は、この直流電圧の電圧値Ｖａを、上記１次側制御装置１３により設定されたゲート電圧のデューティ比が「９５％」及び「２０％」のいずれであるかを識別する閾値Ｖ_０と比較し、電圧値Ｖａが閾値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デューティ比「９５％」に対応する論理レベル「Ｈ」であると判断される。

　一方、上記１次側制御装置１３によるゲート電圧のパルス幅調整を通じて上記デューティ比を「２０％」とするゲート電圧が各スイッチング素子ＦＥＴ１～ＦＥＴ４に印加されているとすると、図６（ｂ）に期間Ｔ２として示すように、１次コイルＬ１に誘起される交番電力が減衰することによって、同１次コイルＬ１に誘起される交番電力（電圧）の振幅は上記振幅Ａ１ａから振幅Ａ１ｂへと低下する。またこのとき、２次コイルＬ２に誘起される交番電力（電圧）の振幅も、図６（ｃ）に示すように、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。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圧も、図６（ｄ）に期間Ｔ２として示すように、電圧値Ｖａから電圧値Ｖｂへと低下するようになる。そして、同図６（ｄ）に示すように、この取り込まれた直流電圧の電圧値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、この期間Ｔ２において１次側制御装置１３から伝達された情報が上記デューティ比「２０％」に対応する論理レベル「Ｌ」であると判定する。

　このように、第１の実施の形態では、各スイッチング素子ＦＥＴ１～ＦＥＴ４のオン時間（デューティ比）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力（電圧）の振幅が変調され、この変調された振幅を上記２次側制御装置２４により復調することで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、上記オン時間の変更を通じた交番電力（電圧）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例えば８ビットの情報に変調することとしている。

　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）上記フルブリッジ複合共振回路１０を構成する各スイッチング素子ＦＥＴ１～ＦＥＴ４のオン時間（デューティ比）の変化に応じて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（電圧）の振幅が変化する。このオン時間の変化に応じた振幅の変化を利用して、１次コイルＬ１から２次コイルＬ２への情報の伝達を行うこととした。このため、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）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。

　（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７を参照して説明する。なお、この第２の実施の形態は、２次コイルＬ２に伝達すべき情報に基づきスイッチング素子ＦＥＴ１～ＦＥＴ４のオン時間を変更して１次コイルＬ１に誘起される交番電力の振幅を第１振幅値からそれよりも小さな第２振幅値に変調するとき、第２振幅値を「０」に設定するものであり、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。なお、第２の実施の形態では、１次コイルＬ１に誘起されて振幅変調される交番電力の第２振幅値を「０」とすべく、上記ディーティ比の変更が「０％」と「９５％」との間で変更される。

　図７は、先の図６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よる情報の伝達態様を示すタイムチャートである。
　すなわち、図７（ａ）に示すように、上記１次側制御装置１３によるゲート電圧のパルス幅調整を通じて上記デューティ比を「９５％」とするゲート電圧が各スイッチング素子ＦＥＴ１～ＦＥＴ４に印加されているとすると、図７（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（電圧）は、振幅Ａ１ａのもとに推移する。またこのとき、２次コイルＬ２には、図７（ｃ）に示すように、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（電圧）が誘起されるようになる。これにより、２次側制御装置２４には、図７（ｄ）に示すように、電圧値Ｖａの直流電圧が取り込まれるようになる。２次側制御装置２４は、この直流電圧の電圧値Ｖａを、上記１次側制御装置１３により設定されたデューティ比が「９５％」及び「０％」のいずれであるかを識別する閾値Ｖ_０と比較し、電圧値Ｖａが閾値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上記デューティ比「９５％」に対応する論理レベル「Ｈ」であると判断される。

　一方、上述のように、１次コイルＬ１に誘起されて変調される交番電力の第２振幅値を「０」とする場合には、上記１次側制御装置１３によるゲート電圧のパルス幅調整を通じて上記デューティ比が「０％」に設定される。すなわち、スイッチング素子ＦＥＴ１～ＦＥＴ４には、ゲート電圧が印加されない。

　このため、図７（ｂ）に期間Ｔ２として示すように、１次コイルＬ１に誘起される交番電力の振幅も「０」となる。またこのとき、２次コイルＬ２に誘起される交番電力（電圧）の振幅も、図７（ｃ）に示すように、同様に「０」となる。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圧も電圧値Ｖａから「０」へと低下するようになる。そして、この取り込まれた電圧値（「０」Ｖ）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上記デューティ比「０％」に対応する論理レベル「Ｌ」であると判定する。

　このように、第２の実施の形態では、１次コイルＬ１に誘起されて振幅変調される交番電力（電圧）の第２振幅値が「０」となるように、２次コイルＬ２に伝達すべき情報に基づいてスイッチング素子ＦＥＴ１～ＦＥＴ４のオン時間（デューティ比）が変更される。つまり、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が「０」となるように変調され、この変調された振幅を上記２次側制御装置２４により復調することで上記情報の伝達を行うことができるようにしている。また、第２の実施の形態では、交番電力の第２振幅値が「０」となるように変調が行われることから、充電器側から携帯機器側への上記情報の伝達を、上記２次電池２３への給電（充電）のための電力の伝送とは分離して行うことができるようになり、ひいては、必要最低限の電力による情報の伝達が可能となる。

　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れば、先の第１の実施の形態による前記（１）～（３）に準じた効果が得られるとともに、更に以下の効果が得られるようになる。

　（４）２次コイルＬ２に伝達すべき情報に基づいてスイッチング素子ＦＥＴ１～ＦＥＴ４のデューティ比が「０％」に変更されることにより、交番電力の振幅が「０」となるように変調される。これにより、２次電池２３を充電するための電力の伝送と、この電力伝送前における充電器から携帯機器への情報の伝達とを分離して行うことができる。その結果、充電器から携帯機器へ情報を伝達するときに電力を無用に伝送せずにすむため、必要最低限の電力に基づく情報の伝達を行うことができるようになる。

　（５）上記オン時間の変更により、上記交番電力（電圧）の振幅が「０」となるように変調されるため、このオン時間の変更に応じて１次コイルＬ１に誘起される交番電力（電圧）の振幅の変化幅が大きくなる。すなわち、図７（ｄ）からも明かなように、２次側制御装置２４に取り込まれる直流電圧は、電圧値Ｖａと「０」との間で変化するようになる。これにより、直流電圧の電圧値が上記閾値Ｖ_０を超えたか否かに基づき充電器側から携帯機器側に伝達された情報を復調する上で、その振幅変化の識別（即ち、閾値Ｖ_０との判定）をより確実に行うことができるようになり、ひいては、交番電力の振幅の変調及び復調に基づく情報の伝達をより高い信頼性のもとに行うことができるようになる。

　（第３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３の実施の形態について図８を参照して説明する。なお、この第３の実施の形態は、２次コイルＬ２に伝達すべき情報に基づきスイッチング素子ＦＥＴ１～ＦＥＴ４のオン時間を変更して１次コイルＬ１に誘起される交番電力の振幅を第１振幅値からそれよりも小さな第２振幅値に変調するとき、この第２振幅値を当該非接触電力伝送装置、主には上記充電器の待機時の電力レベルに設定するものであり、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。なお、第３の実施の形態では、１次コイルＬ１に誘起されて振幅変調される交番電力の第２振幅値を上記充電器の待機時の電力レベルとすべく、上記ディーティ比の変更が「ｘ％」と「９５％」との間での変更として行われる（０＜「ｘ」＜＜９５）。

　図８は、先の図６に対応する図として、第３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を示すタイムチャートである。
　すなわち、図８（ａ）に示すように、上記１次側制御装置１３によるゲート電圧のパルス幅調整を通じて上記デューティ比を「９５％」とするゲート電圧が各スイッチング素子ＦＥＴ１～ＦＥＴ４に印加されているとすると、図８（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（電圧）は、振幅Ａ１ａのもとに推移する。またこのとき、２次コイルＬ２には、図８（ｃ）に示すように、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（電圧）が誘起されるようになる。これにより、２次側制御装置２４には、図８（ｄ）に示すように、電圧値Ｖａの直流電圧が取り込まれるようになる。２次側制御装置２４は、この直流電圧の電圧値Ｖａを、上記１次側制御装置１３により設定されたデューティ比が「９５％」及び「２０％」のいずれであるかを識別する閾値Ｖ_０と比較し、電圧値Ｖａが閾値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上記デューティ比「９５％」に対応する論理レベル「Ｈ」であると判断される。

　一方、上述のように、１次コイルＬ１に誘起されて変調される交番電力の第２振幅値を上記充電器の待機時の電力レベルとする場合には、上記１次側制御装置１３によるゲート電圧のパルス幅調整を通じて上記デューティ比が「ｘ％」に設定される。

　このため、１次コイルＬ１には、図８（ｂ）に期間Ｔ２として示すように、上記充電器の待機時の電力レベルに対応する振幅Ａ１ｂの交番電力（電圧）が誘起されるようになる。またこのとき、２次コイルＬ２には、図８（ｃ）に示すように、１次コイルＬ１に誘起された交番電力に応じて振幅Ａ２ｂの交番電力（電圧）が誘起されるようになる。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圧も電圧値Ｖａから電圧値Ｖｂへと低下するようになる。そして、この取り込まれた電圧値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上記デューティ比「ｘ％」に対応する論理レベル「Ｌ」であると判定する。

　このように、第３の実施の形態では、１次コイルＬ１に誘起されて振幅変調される交番電力（電圧）の第２振幅値が上記充電器の待機時の電力レベルとなるように、２次コイルＬ２に伝達すべき情報に基づいてスイッチング素子ＦＥＴ１～ＦＥＴ４のオン時間（デューティ比）が変更される。つまり、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が充電器の待機電力レベルに従って変調され、この変調された振幅を上記２次側制御装置２４により復調することで上記情報の伝達を行うことができるようにしている。

　以上説明したように、第３の実施の形態にかかる非接触電力伝送装置によれば、前記（１）～前記（３）に準じた効果が得られるとともに、更に以下の効果が得られるようになる。

　（５）２次コイルＬ２に伝達すべき情報に基づいてスイッチング素子ＦＥＴ１～ＦＥＴ４のデューティ比が「ｘ％」（０＜「ｘ」＜＜９５）に変更されることにより、交番電力の振幅が充電器の待機電力レベルとなるように変調される。これにより、これにより、２次電池２３を充電するための電力の伝送と、この電力伝送前における充電器から携帯機器への情報の伝達とを分離して行うことができる。その結果、充電器から携帯機器へ情報を伝達するときに電力を無用に伝送せずにすむため、必要最低限の電力による情報の伝達を行うことができるようになる。

　（６）振幅変調によって交番電力の振幅が充電器の待機電力レベルに設定されるので、充電器が待機状態にあるときの最低限の電力レベルによる情報の伝達が可能となる。これにより、非接触電力伝送装置としての実用性がより高められるようになる。

　（他の実施の形態）
　なお、上記実施の形態は、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に例示した装置において、
（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９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９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。

　また、特に上記第２及び第３の実施の形態においては、２次電池２３への充電を許可するために１次コイルＬ１から２次コイルＬ２へ情報を伝達する際、交番電力の振幅が「０」あるいは非接触電力伝送装置（充電器）の待機電力レベルとなるように振幅変調される。このことから、２次電池２３への充電用の電力の送電に先立って必要最低限の電力に基づく情報の伝達が可能となる。これにより、１次コイルＬ１から２次コイルＬ２への２次電池２３の充電のための電力の伝送と、こうした電力の伝送前における情報の伝達とを分離して行うことができるようになり、ひいては、必要最低限の電力に基づく情報の伝達を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１の実施の形態では、各スイッチング素子ＦＥＴ１～ＦＥＴ４のオン時間の変更をデューティ比「９５％」と「２０％」との間で行うこととした。これに限らず、情報の伝達とともに電力の伝送を高い効率のもとに行うためには、例えば、各スイッチング素子ＦＥＴ１～ＦＥＴ４のオン時間の変更をデューティ比「９５％」と「８０％」との間で行うようにしてもよい。また、この他、各スイッチング素子ＦＥＴ１～ＦＥＴ４のオン時間の変更をデューティ比「５０％」と「０％」との間で行うようにしてもよい。要は、各スイッチング素子ＦＥＴ１～ＦＥＴ４のデューティ比とは、各スイッチング素子ＦＥＴ１～ＦＥＴ４のオン時間に相関して変化する１次コイルＬ１に誘起される交番電力の実行値（振幅）の変化を携帯機器側で識別可能な値であればよい。

　・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。また、図１ではスイッチング素子ＦＥＴ１～ＦＥＴ４を全てＮｃｈ型トランジスタで形成したが、スイッチング素子ＦＥＴ１，ＦＥＴ３をＰｃｈ型トランジスタで形成し、スイッチング素子ＦＥＴ２，ＦＥＴ４をＮｃｈ型トランジスタで形成してもよい。もちろん、この場合には、トランジスタの極性に応じてゲート電圧を適宜変更する。

　・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、交番電力を生成するべく、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と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、該スイッチング素子のオン時間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スイッチング素子のオン時間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。
　請求項１に記載の非接触電力伝送装置において、
　前記２次コイルに伝達すべき情報に基づく前記スイッチング素子のオン時間の変更は、前記変調された交番電力の振幅が「０」となるように行われる、非接触電力伝送装置。
　請求項１に記載の非接触電力伝送装置において、
　前記２次コイルに伝達すべき情報に基づく前記スイッチング素子のオン時間の変更は、前記変調された交番電力の振幅が当該非接触電力伝送装置の待機時の電力レベルとなるように行われる、非接触電力伝送装置。
　前記共振回路は、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、前記フルブリッジ回路は、前記共振部を介して電気的に接続される第１の対のスイッチング素子と、前記共振部を介して電気的に接続される第２の対のスイッチング素子とを含み、
　前記２次コイルに伝達すべき情報に基づく前記スイッチング素子のオン時間の変更は、第１の対のスイッチング素子のオン時間を同じ値に変更するとともに、第２の対のスイッチング素子のオン時間を同じ値に変更することによって行われる、請求項１～３のいずれか一項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１～４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１～５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６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、該スイッチング素子のオン時間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スイッチング素子のオン時間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。