WO2015019908A1

WO2015019908A1 - ワイヤレス電力伝送システム

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Publication number: WO2015019908A1
Application number: PCT/JP2014/070006
Authority: WO
Inventors: 酒井博紀
Original assignee: 株式会社村田製作所
Priority date: 2013-08-05
Filing date: 2014-07-30
Publication date: 2015-02-12

Abstract

　交流電圧をアクティブ電極（１４）及びパッシブ電極（１５）に印加する送電装置（１０１）と、アクティブ電極（１４）及びパッシブ電極（１５）それぞれに対向するアクティブ電極（２４）及びパッシブ電極（２５）に誘起される電圧を負荷（ＲＬ）へ供給する受電装置（２０１）とを備える。受電装置（２０１）は、分圧抵抗（Ｒ２，Ｒ３）により、アクティブ電極（１４）及びパッシブ電極（１５）から負荷（ＲＬ）へ供給される電圧を検出し、検出結果に基づいて生成した変調信号に基づいて、受電装置（２０１）の共振回路の共振点を変化させる。送電装置（１０１）は、直流電流（ＩＤＣ）の変化量から変調信号を読み取り、読み取った変調信号に基づいて、アクティブ電極（１４）及びパッシブ電極（１５）に印加する電圧を制御する。これにより、回路各部の家電圧を防止し、送電装置から受電装置へ効率よく電力伝送できるワイヤレス電力伝送システムを提供する。

Description

ワイヤレス電力伝送システム

　本発明は、送電装置から受電装置へワイヤレスで電力伝送するワイヤレス電力伝送システムに関する。

　一般的に、ワイヤレス電力伝送システムでは、送電装置側で給電制御を行っている。このため、送電装置は、受電装置から情報を受信し、受電装置の受電状態を把握する必要がある。特許文献１には、受電装置がバッテリに蓄えられる単位時間当たりの充電量を測定し、その測定結果を送電装置側へ伝達する電磁誘導方式の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に記載のワイヤレス電力伝送システムが有する送電装置は、複数の給電コイルを有しており、何れか一の給電コイルから受電装置へ電力伝送している。そして、送電装置は、単位時間当たりの充電量を受電装置から受信して、複数の給電コイルから充電量が最も大きくなる給電コイルを、受電装置へ給電する給電コイルとして選択する。換言すれば、特許文献１に記載のワイヤレス電力伝送システムは、複数の給電コイルから最も伝送効率のよい給電コイルを適宜選択することで、送電装置からの伝送電力を大きくし、安定した電力伝送を行っている。

特開２０１０－２２０２８４号公報

　ところで、ワイヤレス電力伝送システムは、特許文献１のように電磁誘導方式によるものの他に、電界結合方式によるものもある。電界結合方式によるワイヤレス電力伝送システムは、電磁誘導方式によるものと比べて、一般的に伝送電圧が高い。このため、負荷が重負荷状態から軽負荷状態へ急激に変動する等した場合、受電装置の部品（素子）が過電圧により破壊されるおそれがある。例えば、送電装置から受電装置を取り去る際に、送電装置と受電装置との結合が弱まり、送電装置から見た受電装置である負荷は急激に小さくなる。このとき、送電装置からの伝送電力は過渡的には抑えられないため、過電圧によって受電装置側の素子が破壊されるおそれがある。この問題は、特許文献１では解決できない。

　そこで、本発明の目的は、回路各部の過電圧を防止し、送電装置から受電装置へ効率よく電力伝送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。

　本発明に係るワイヤレス電力伝送システムは、直流電圧から変換した交流電圧を、送電側第１電極及び送電側第２電極に印加する送電装置と、受電側第１電極が前記送電側第１電極に間隙をおいて対向し、受電側第２電極が送電側第２電極に対し直接接触し、又は、間隙をおいて対向して、容量結合により前記受電側第１電極及び前記受電側第２電極に誘起される電圧を負荷へ供給する受電装置とを備え、前記受電装置は、前記受電側第１電極及び前記受電側第２電極に接続された共振回路と、前記受電側第１電極及び前記受電側第２電極から前記負荷へ供給される電圧を検出する検出回路と、前記検出回路の検出結果に基づいて変調信号を生成する変調信号生成部と、前記変調信号生成部が生成した変調信号に基づいて前記共振回路の共振点を変化させる共振点制御回路と、を有し、前記送電装置は、送電電流の変化に基づいて前記変調信号を読み取る信号読取手段と、前記信号読取手段が読み取った変調信号に基づいて、前記送電側第１電極及び前記送電側第２電極に印加する電圧を制御する印加電圧制御回路と、を有することを特徴とする。

　この構成では、共振回路の共振点を変化させることで、送電装置側から視た受電装置の負荷の軽重を変化させることができる。受電装置は、送電装置へ送信するデータに応じて負荷の軽重を変化させて、送電装置における送電電流を変化させる。例えばデータ「１」を送電装置へ送信する場合には、受電装置側の負荷を重負荷状態にし、データ「０」を送信する場合には軽負荷状態にする。そして送電装置で送電電流の変化を読み取り、受電装置側の負荷状態の変化を検出することで、データ「１」、「０」を判別する。これにより、受電装置から送電装置への負荷変調によるデータ通信が可能となる。

　このデータ通信により、送電装置は受電装置における負荷への供給電圧の高低を把握でき、例えば、負荷への供給電圧が高い場合には、送電側第１電極及び送電側第２電極に印加する電圧を低くし、負荷への供給電圧が低い場合には、送電側第１電極及び送電側第２電極に印加する電圧を高くする。これにより、効率のよい電力伝送が可能となる。また、送電装置又は受電装置において負荷への供給電圧が素子破壊を起こす程度に高い（閾値より高い）場合には、送電装置は電力伝送を停止、又は小さくして、送電装置又は受電装置内の素子が過電圧により破壊されるおそれを防止できる。

　前記共振回路はインダクタ及びキャパシタを含み、前記共振点制御回路は、前記インダクタのインダクタンス、又は前記キャパシタのキャパシタンスを変化させることで、前記共振回路の共振点を変化させることが好ましい。

　この構成では、共振回路の共振点の変更が簡易な構成で実現できる。また、電力損失の発生を抑制できる。

　前記受電装置は、前記受電側第１電極及び前記受電側第２電極に誘起された電圧を降圧する降圧トランスと、前記降圧トランスにより降圧された電圧を整流及び平滑する整流平滑回路と、を備え、前記共振回路は、前記降圧トランスの２次コイルを含み、前記検出回路は、前記整流平滑回路の入力電圧、又は出力電圧を検出することが好ましい。

　この構成では、降圧トランスによる降圧後の電圧を検出することで、高電圧を検出する場合と比べて、検出回路が簡易となる。

　前記送電装置は、スイッチ素子がオンオフされて前記直流電圧を前記交流電圧に変換する直流交流変換回路を有し、前記印加電圧制御回路は、前記信号読取手段が読み取った変調信号に基づいて、前記スイッチ素子のデューティ比を変更して、前記スイッチ素子をＰＷＭ制御することが好ましい。

　この構成では、ＰＷＭ制御により送電側第１電極及び送電側第２電極に印加する電圧を制御するため、制御回路の構成が複雑にならない。

　本発明によれば、送電装置が受電装置における出力電圧の高低を把握できるため、出力電圧の高低によって送電装置から受電装置への伝送電力を制御することで、効率のよい電力伝送が行える。また、出力電圧が高すぎる場合には、送電装置は、電力伝送を停止、又は小さくすることにより、送電装置又は受電装置の素子が大電力により破壊されるおそれを防止できる。

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送電装置の動作を示すフローチャート受電装置の動作を示すフローチャート実施形態２に係るワイヤレス電力伝送システムの回路図

（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の回路図である。本実施形態に係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とで構成されている。受電装置２０１は負荷ＲＬを備えている。この負荷ＲＬは二次電池である。そして、受電装置２０１は、その二次電池を備えた、例えば携帯電子機器である。携帯電子機器としては携帯電話機、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）、携帯音楽プレーヤ、ノート型ＰＣ、デジタルカメラなどが挙げられる。送電装置１０１は受電装置２０１が載置され、この受電装置２０１の二次電池を充電するための充電台である。

　なお、図１では、負荷ＲＬは受電装置２０１内に設けられているが、負荷ＲＬは、例えば受電装置２０１の外部に設けられていてもよいし、受電装置２０１に対し着脱式であってもよい。

　送電装置１０１の入力端子ＩＮ１，ＩＮ２には、直流電圧Ｖｉｎが接続されている。送電装置１０１は、ＡＣアダプタを介して商用電源に接続されている。ＡＣアダプタは、ＡＣ１００Ｖ～２３０ＶをＤＣ５Ｖ又は１２Ｖへ変換する。直流電圧Ｖｉｎは、ＡＣアダプタにより変換された直流電圧である。送電装置１０１はこの直流電圧Ｖｉｎを電源として動作する。

　送電装置１０１の入力端子ＩＮ１，ＩＮ２には、電流検出用の抵抗Ｒ１を介して、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４からなるＤＣ－ＡＣインバータ回路１０が接続されている。スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４はｎ型ＭＯＳ－ＦＥＴである。スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２が直列接続され、スイッチ素子Ｑ３，Ｑ４が直列接続されている。また、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２の接続点とスイッチ素子Ｑ３，Ｑ４の接続点とには、昇圧トランスＴ１の１次コイルが接続されている。昇圧トランスＴ１は、直流電圧Ｖｉｎから変換された交流電圧を昇圧する。

　スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４はドライバ１１によりＰＷＭ制御される。ドライバ１１は、コントローラ１２からの駆動信号に応じて、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ４とスイッチ素子Ｑ２，Ｑ３とを交互にオンオフする。ＤＣ－ＡＣインバータ回路１０は、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ４とスイッチ素子Ｑ２，Ｑ３とが交互にオンオフされることで、直流電圧Ｖｉｎを交流電圧に変換する。

　コントローラ（印加電圧制御回路）１２は、送電装置１０１における送電電流を検知して受電装置２０１からの送信データを読み取り、スイッチ素子Ｑ１～Ｑ４のオンデューティを変更する。この送電電流は、入力端子ＩＮ１，ＩＮ２から入力される直流電流ＩＤＣである。コントローラ１２は、変更後のデューティ比でドライバ１１を介してスイッチ素子Ｑ１～Ｑ４をＰＷＭ制御し、伝送電力を調整する。コントローラ１２については後に詳述する。

　昇圧トランスＴ１の２次コイルにはアクティブ電極１４及びパッシブ電極１５が接続されている。アクティブ電極１４は、本発明に係る送電側第１電極であり、パッシブ電極１５は、本発明に係る送電側第２電極である。アクティブ電極１４及びパッシブ電極１５には、昇圧トランスＴ１により昇圧された交流電圧が印加される。

　昇圧トランスＴ１の２次コイルにはキャパシタＣ１が並列に接続されていて、キャパシタＣ１は、昇圧トランスＴ１の２次コイルの漏れインダクタンス（又は実部品のインダクタ）と共に直列共振回路を形成している。

　受電装置２０１はアクティブ電極２４及びパッシブ電極２５を備えている。アクティブ電極２４は、本発明に係る受電側第１電極であり、パッシブ電極２５は、本発明に係る受電側第２電極である。アクティブ電極２４及びパッシブ電極２５は、受電装置２０１を送電装置１０１に載置した場合に、送電装置１０１のアクティブ電極１４及びパッシブ電極１５と間隙を介して対向する。なお、パッシブ電極１５，２５は直接接触していてもよい。アクティブ電極１４及びパッシブ電極１５間に電圧が印加されることで、対向配置となったアクティブ電極１４，２４間に電界が生じ、この電界を介して送電装置１０１から受電装置２０１へ電力が伝送される。

　受電装置２０１のアクティブ電極２４及びパッシブ電極２５には、降圧トランスＴ２の１次コイルが接続されている。この１次コイルにはキャパシタＣ２が並列接続されていて、並列共振回路を形成している。降圧トランスＴ２の２次コイルには、ダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４から形成されたダイオードブリッジが接続されている。

　より詳しくは、ダイオードＤ１は、そのカソードがダイオードＤ４のアノードと接続され、アノードがダイオードＤ２のアノードと接続されている。ダイオードＤ４は、そのカソードがダイオードＤ３のカソードと接続され、ダイオードＤ２は、そのカソードがダイオードＤ３のアノードと接続されている。そして、ダイオードＤ１，Ｄ４の接続点、及びダイオードＤ２，Ｄ３の接続点は、降圧トランスＴ２の２次コイルに接続されている。

　また、ダイオードＤ３，Ｄ４の接続点は、平滑キャパシタＣ３及びＤＣ－ＤＣコンバータ２０を介して出力端子ＯＵＴ１に接続されている。ダイオードＤ１，Ｄ２の接続点は出力端子ＯＵＴ２に接続されている。出力端子ＯＵＴ１，ＯＵＴ２には、二次電池、充電回路及びその他の負荷回路である負荷ＲＬが接続されている。ダイオードブリッジ及び平滑キャパシタＣ３は、本発明に係る整流平滑回路に相当し、降圧トランスＴ２で降圧された交流電圧を整流及び平滑する。整流及び平滑された直流電圧は、ＤＣ－ＤＣコンバータ２０で安定化された所定電圧に変換される。

　受電装置２０１は制御回路２２を備え、この制御回路２２は、送電装置１０１から受電装置２０１へ伝送された電圧が降圧トランスＴ２により降圧された後の電圧を検出する。より詳しくは、ダイオードブリッジの出力側に出力を検出する検出回路として、分圧抵抗Ｒ２，Ｒ３が接続されており、制御回路２２は、ダイオードブリッジにより整流された電圧を検出する。降圧及び整流後の電圧を検出することで、降圧前の高電圧を検出する場合と比べて、精度よく電圧を検出できる。

　なお、受電装置２０１の制御回路２２は、ダイオードブリッジによる整流後の電圧を検出しているが、他の電圧を検出してもよい。例えば、アクティブ電極２４及びパッシブ電極２５の間に分圧抵抗を接続し、制御回路２２は、アクティブ電極２４及びパッシブ電極２５からの出力電圧を検出してもよい。さらに、降圧トランスＴ２の２次コイルに並列に分圧抵抗を接続し、制御回路２２は、降圧直後の電圧を検出してもよい。

　また、制御回路２２は、本発明に係る変調信号生成部に相当し、検出した電圧の情報を送電装置１０１へ送信するために、変調信号を生成する。生成された変調信号はドライバ回路２１へ出力される。ドライバ回路２１は、変調信号に基づいて、ｎ型ＭＯＳ－ＦＥＴであるスイッチ素子Ｑ５，Ｑ６をＰＷＭ制御して、共振回路の共振点を変化させる。

　降圧トランスＴ２の２次コイル及びキャパシタＣａ，Ｃｂによって共振回路が構成されている。キャパシタＣａ，Ｃｂそれぞれは、スイッチ素子Ｑ５，Ｑ６と直列接続され、降圧トランスＴ２の２次コイルに並列に接続されている。より詳しくは、スイッチ素子Ｑ５は、ドレインがキャパシタＣａを介して２次コイルの第１端に接続され、ソースが基準電位点に接続されている。また、スイッチ素子Ｑ６は、ソースが基準電位点に接続され、ドレインがキャパシタＣｂを介して２次コイルの第２端に接続されている。すなわち、キャパシタＣａ，Ｃｂとスイッチ素子Ｑ５,Ｑ６の直列回路が２次コイルに並列接続された構成となる。なお、キャパシタＣａ，Ｃｂ及びスイッチ素子Ｑ５，Ｑ６は、本発明に係る共振点制御回路に相当する。

　スイッチ素子Ｑ５，Ｑ６がオンされた場合、キャパシタＣａ，Ｃｂと、降圧トランスＴ２の２次コイルとで共振回路が構成される。スイッチ素子Ｑ５，Ｑ６がオフされた場合、キャパシタＣａ，Ｃｂと、スイッチ素子Ｑ５，Ｑ６のドレイン－ソース間容量と、２次コイルとで共振回路が構成される。すなわち、スイッチ素子Ｑ５，Ｑ６の状態により共振点がずれ、それにより、送電装置１０１側から視た受電装置２０１側のインピーダンスが変化する。このインピーダンスが変化することで、変調信号を受電装置２０１から送電装置１０１へ送信する。

　例えばデータ「１」を送電装置１０１へ送信する場合には、スイッチ素子Ｑ５，Ｑ６をオンにして、受電装置２０１側での送電装置１０１側から視たインピーダンスを第１の状態（例えばＨレベル）にし、データ「０」を送信する場合には、スイッチ素子Ｑ５，Ｑ６をオフにして、第２の状態（例えばＬレベル）にする。第１の状態の場合、送電装置１０１での送電電流は大きくなり、第２の状態の場合、送電装置１０１での送電電流は小さくなる。

　送電装置１０１では、コントローラ１２がこの送電電流、すなわち、入力端子ＩＮ１から入力される直流電流の変化を読み取ることで、データ「１」、「０」を判別する。詳しくは、コントローラ１２は、抵抗Ｒ１の入力端子ＩＮ２に接続されていない側に接続されたＤＣカット用のキャパシタＣ_ＤＣと、コンパレータ１２１とを備えている。入力端子ＩＮ１から入力される直流電流ＩＤＣは、受電装置２０１側のスイッチ素子Ｑ５，Ｑ６のオンオフに応じて変化する。キャパシタＣ_ＤＣは、その直流電流ＩＤＣの変化分を取り出し、コンパレータ１２１は、取り出された変化分の直流電流のハイ（Ｈ）又は（Ｌ）の二値データを出力する。信号読取部１２２は、コンパレータ１２１からの二値データにより受電装置２０１から送信された変調信号を読み取る。

　コントローラ１２は、読み取った変調信号からＤＣ－ＡＣインバータ回路１０の各スイッチ素子Ｑ１～Ｑ４をＰＷＭ制御する。例えば、コントローラ１２は、受電装置２０１で検出された電圧が低い場合には、ＰＷＭ信号のオンデューティを大きくし、検出された電圧が高い場合には、ＰＷＭ信号のオンデューティを小さくする。これにより、例えば、受電装置２０１で検出された電圧が低い場合には、送電装置１０１は、ＰＷＭ信号のオンデューティを大きくすることで、より大きい電力を送電装置１０１から受電装置２０１へ伝送でき、受電装置２０１では、負荷へ供給する十分な電圧を確保できる。また、受電装置２０１で検出された電圧が高い場合には、送電装置１０１は、ＰＷＭ信号のオンデューティを小さくすることで、受電装置２０１へ大電力が伝送されることによる、受電装置２０１内の各部の過電圧が防止できる。

　なお、コントローラ１２は、送電電圧を検知し、送電電圧及び直流電圧Ｖｉｎに基づいて、システムの異常を検知してもよい。例えば送電装置１０１に異物が載置された場合、送電電圧の変動量（又は直流電流ＩＤＣの変動量）から、異常判定部は異常と判定する。この場合、コントローラ１２は、スイッチ素子Ｑ１～Ｑ４のＰＷＭ制御を停止して、電力伝送を停止する。

　以下に、ワイヤレス電力伝送システム１の送電装置１０１及び受電装置２０１それぞれの具体的な動作について説明する。

　図２は送電装置１０１の動作を示すフローチャートである。図２に示す処理は、送電装置１０１のコントローラ１２により実行される。

　コントローラ１２は、周波数掃引を行い（Ｓ１１）、送電装置１０１に受電装置２０１が載置されているか否かを検出する（Ｓ１２）。詳しくは、コントローラ１２は、受電装置２０１へ伝送する電力の周波数をスイープさせて、共振点を検出する。共振点が検出できた場合、コントローラ１２は、送電装置１０１に受電装置２０１が載置されていると判定する。

　送電装置１０１に受電装置２０１が載置されていない場合（Ｓ１２：ＮＯ）、コントローラ１２は、Ｓ１１の処理を繰り返し実行する。送電装置１０１に受電装置２０１が載置されている場合（Ｓ１２：ＹＥＳ）、コントローラ１２は受電装置２０１への給電を開始する（Ｓ１３）。すなわち、所定のデューティ比で、スイッチ素子Ｑ１～Ｑ４をＰＷＭ制御し、送電装置１０１から受電装置２０１へ電力伝送する。

　給電が開始されると、コントローラ１２は、直流電流ＩＤＣを読み取り（Ｓ１４）、直流電流ＩＤＣの変化量から変調信号を読み取ったか否かを判定する（Ｓ１５）。変調信号を読み取っていない場合（Ｓ１５：ＮＯ）、すなわち、直流電流ＩＤＣに変化がない場合、コントローラ１２は、後述のＳ１７の処理を実行する。変調信号を読み取った場合（Ｓ１５：ＹＥＳ）、すなわち、直流電流ＩＤＣに変化があった場合、コントローラ１２は、読み取った変調信号に基づいてデューティ比を変更する（Ｓ１６）。

　例えば、受電装置２０１で検出された電圧が低い場合には、コントローラ１２は、ＰＷＭ信号のオンデューティを大きくする。これにより、送電装置１０１は、より大きい電力を受電装置２０１へ伝送でき、受電装置２０１では、負荷へ供給する十分な電圧を確保できる。また、受電装置２０１で検出された電圧が高い場合には、コントローラ１２は、ＰＷＭ信号のオンデューティを小さくする。これにより、送電装置１０１が受電装置２０１へ大電力が伝送されることで、受電装置２０１内の各部の過電圧を防止できる。

　コントローラ１２は、電力伝送を停止するか否かを判定する（Ｓ１７）。例えば、コントローラ１２は、異物が送電装置１０１に載置されたことを検知した場合に、電力伝送を停止するよう判定する。また、コントローラ１２は、受電装置２０１から受信した変調信号から、受電装置２０１の負荷ＲＬ（二次電池）が満充電である旨の情報を受信することで、電力伝送を停止するよう判定してもよい。

　電力伝送を停止する場合（Ｓ１７：ＹＥＳ）、コントローラ１２は、スイッチ素子Ｑ１～Ｑ４のＰＷＭ制御を停止して、受電装置２０１への電力伝送を停止する（Ｓ１８）。電力伝送を停止しない場合（Ｓ１７：ＮＯ）、コントローラ１２は、Ｓ１５の処理へ戻る。

　なお、送電装置１０１は、受電装置２０１からの変調信号を読み取った場合、デューティ比を変更せず、受電装置２０１への送電を停止するようにしてもよい。例えば、図２では、受電装置２０１で検出された電圧が高い場合には、コントローラ１２は、ＰＷＭ信号のオンデューティを小さくするようにしているが、ＰＷＭ制御を停止させて、電力伝送を停止するようにしてもよい。

　図３は、受電装置２０１の動作を示すフローチャートである。図３に示す処理は、制御回路２２により実行される。

　制御回路２２は、送電装置１０１から受電を開始したか否かを判定する（Ｓ２１）。受電を開始していない場合（Ｓ２１：ＮＯ）、制御回路２２は、処理Ｓ２１を繰り返し実行する。受電を開始した場合（Ｓ２１：ＹＥＳ）、制御回路２２は、二次電池への充電処理を行う（Ｓ２２）。

　制御回路２２は、分圧抵抗Ｒ２，Ｒ３により電圧を検出し（Ｓ２３）、その検出した電圧が閾値範囲外であるか否かを判定する（Ｓ２４）。ここで、閾値範囲の下限値は、ＤＣ－ＤＣコンバータ２０が動作するのに不十分な電圧とし、上限値は素子を破壊する電圧とする。検出電圧が閾値範囲外でない場合（Ｓ２４：ＮＯ）、制御回路２２は、Ｓ２７の処理を実行する。この場合、受電装置２０１から送電装置１０１への信号送信は行われない。

　検出電圧が閾値範囲外の場合（Ｓ２４：ＹＥＳ）、制御回路２２は変調信号を生成する（Ｓ２５）。例えば、検出した電圧が閾値範囲の下限値を下回る場合、制御回路２２は、送電装置１０１のコントローラ１２にオンデューティを大きくさせる変調信号を生成する。検出した電圧が閾値範囲の上限値を上回る場合、制御回路２２は、送電装置１０１のコントローラ１２にオンデューティを小さくさせる変調信号を生成する。

　制御回路２２は、生成した変調信号に基づいて、スイッチ素子Ｑ５，Ｑ６をスイッチング制御する（Ｓ２６）。これにより、受電装置２０１における共振回路の共振点が変動し、送電装置１０１から視た受電装置２０１のインピーダンスが変化する。そして、送電装置１０１では、直流電流ＩＤＣを検出することで、受電装置２０１で生成された変調信号が読み取られる。

　次に、制御回路２２は、受電を停止させるか否かを判定する（Ｓ２７）。ここでは、例えば、制御回路２２は、受電装置２０１の異常を検知した場合、又は、二次電池が満充電となった場合等に、受電を停止させると判定する。受電を停止させる場合（Ｓ２７：ＹＥＳ）、制御回路２２は本処理を終了する。このとき、受電装置２０１から送電装置１０１へ、例えば二次電池が満充電であるなどの情報を送信するようにしてもよい。受電を停止させない場合（Ｓ２７：ＮＯ）、制御回路２２はＳ２２の処理へ戻る。

　以上のように、本実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム１は、受電装置２０１側で検出電圧を監視して、その検出電圧に応じて送電装置１０１からの伝送電力を制御できる。これにより、効率よく電力伝送を行いつつ、受電装置２０１での出力電圧を一定範囲内に抑えることができ、受電装置２０１の素子の破損を防止できる。

（実施形態２）
　以下に、本発明に係る実施形態２について説明する。

　図４は、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である。本実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム２は送電装置１０１と受電装置２０２とを備えている。送電装置１０１は、実施形態１と同じ構成である。受電装置２０２は、実施形態１に係る受電装置２０１の構成と相違する。以下、実施形態１との相違点についてのみ説明する。

　受電装置２０２は、ｎ型ＭＯＳ－ＦＥＴのスイッチ素子Ｑ７を備えている。降圧トランスＴ２の２次コイルはタップを有していて、スイッチ素子Ｑ７は、そのドレインが２次コイルのタップに接続され、ソースが２次コイルの一端の接続点に接続されている。受電装置２０２は、実施形態１と同様に、変調信号を生成する制御回路２２と、生成された変調信号に基づいてスイッチ素子Ｑ７をＰＷＭ制御するドライバ回路２１とを備えている。

　スイッチ素子Ｑ７がドライバ回路２１によりＰＷＭ制御されると、降圧トランスＴ２の２次コイルは、インダクタンスが変更される。このため、降圧トランスＴ２の１次側から視たインダクタンスが変わり、その結果、キャパシタＣ２と降圧トランスＴ２の１次コイルとで構成される共振回路の共振点も変更される。これにより、ある共振周波数において、スイッチ素子Ｑ７のオンにより共振点がずれ、送電装置１０１側から視た受電装置２０２側のインピーダンスが変化する。このインピーダンスが変化することで、変調信号を受電装置２０２から送電装置１０１へ送信する。そして、送電装置１０１側では、実施形態１と同様に、送電電流の変化を読み取り、その送電電流の変化から変調信号を読み取る。

　すわなち、本実施形態では、トランスＴ２、スイッチ素子Ｑ７及びドライバ回路２１は、本発明に係る共振点制御回路に相当する。

　以上説明したように、本実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム２は、受電装置２０２側で検出電圧を監視して、その検出電圧に応じて送電装置１０１からの伝送電力を制御できる。これにより、効率よく電力伝送を行いつつ、受電装置２０１での出力電圧を一定範囲内に抑えることができ、受電装置２０１内の素子の破損を防止できる。さらに、上述の実施形態では、ＤＣ－ＡＣインバータ回路１０をＰＷＭ制御しているが、これに限らずＰＡＭ（Pulse Amplitude Modulation）制御でもよい。

Ｃ１…キャパシタ
Ｃ２…キャパシタ
Ｃ３…平滑キャパシタ
Ｃａ，Ｃｂ…キャパシタ
Ｃ_ＤＣ…キャパシタ
Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４…ダイオード
ＩＮ１，ＩＮ２…入力端子
ＯＵＴ１，ＯＵＴ２…出力端子
Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４…スイッチ素子
Ｑ５，Ｑ６…スイッチ素子
Ｑ７…スイッチ素子
Ｒ１…抵抗
Ｒ２，Ｒ３…分圧抵抗（検出回路）
ＲＬ…負荷
Ｔ１…昇圧トランス
Ｔ２…降圧トランス
１，２…ワイヤレス電力伝送システム
１０…ＤＣ－ＡＣインバータ回路（直流交流変換回路）
１１…ドライバ
１２…コントローラ（印加電圧制御回路）
１４…アクティブ電極（送電側第１電極）
１５…パッシブ電極（送電側第２電極）
２０…ＤＣ－ＤＣコンバータ
２１…ドライバ回路
２２…制御回路
２４…アクティブ電極（受電側第１電極）
２５…パッシブ電極（受電側第２電極）
１０１…送電装置
１２１…コンパレータ
１２２…信号読取部（信号読取手段）
２０１，２０２…受電装置

Claims

　直流電圧から変換した交流電圧を、送電側第１電極及び送電側第２電極に印加する送電装置と、
　受電側第１電極が前記送電側第１電極に間隙をおいて対向し、受電側第２電極が送電側第２電極に対し直接接触し、又は、間隙をおいて対向して、容量結合により前記受電側第１電極及び前記受電側第２電極に誘起される電圧を負荷へ供給する受電装置と
　を備え、
　前記受電装置は、
　前記受電側第１電極及び前記受電側第２電極に接続された共振回路と、
　前記受電側第１電極及び前記受電側第２電極から前記負荷へ供給される電圧を検出する検出回路と、
　前記検出回路の検出結果に基づいて変調信号を生成する変調信号生成部と、
　前記変調信号生成部が生成した変調信号に基づいて前記共振回路の共振点を変化させる共振点制御回路と、
　を有し、
　前記送電装置は、
　送電電流の変化に基づいて前記変調信号を読み取る信号読取手段と、
　前記信号読取手段が読み取った変調信号に基づいて、前記送電側第１電極及び前記送電側第２電極に印加する電圧を制御する印加電圧制御回路と、
　を有する、
　ワイヤレス電力伝送システム。
　前記共振回路はインダクタ及びキャパシタを含み、
　前記共振点制御回路は、前記インダクタのインダクタンス、又は前記キャパシタのキャパシタンスを変化させることで、前記共振回路の共振点を変化させる、
　請求項１に記載のワイヤレス電力伝送システム。
　前記受電装置は、
　前記受電側第１電極及び前記受電側第２電極に誘起された電圧を降圧する降圧トランスと、
　前記降圧トランスにより降圧された電圧を整流及び平滑する整流平滑回路と、
　を備え、
　前記共振回路は、前記降圧トランスの２次コイルを含み、
　前記検出回路は、前記整流平滑回路の入力電圧、又は出力電圧を検出する、
　請求項１又は２に記載のワイヤレス電力伝送システム。
　前記送電装置は、
　スイッチ素子がオンオフされて前記直流電圧を前記交流電圧に変換する直流交流変換回路を有し、
　前記印加電圧制御回路は、
　前記信号読取手段が読み取った変調信号に基づいて、前記スイッチ素子のデューティ比を変更して、前記スイッチ素子をＰＷＭ制御する、
　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。