WO2016163092A1

WO2016163092A1 - 非接触給電装置

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Publication number: WO2016163092A1
Application number: PCT/JP2016/001679
Authority: WO
Inventors: 真美筒井; 北村　浩康; 則宏岩村; 誠一岩尾
Original assignee: パナソニックＩｐマネジメント株式会社
Priority date: 2015-04-06
Filing date: 2016-03-23
Publication date: 2016-10-13
Also published as: CN107431383A; US10512528B2; EP3282559B1; JPWO2016163092A1; JP6418470B2; EP3282559A1; CN107431383B; EP3282559A4; US20180085206A1

Abstract

非接触給電装置は、送電装置（１１０）、集磁装置と受電装置を備える。送電装置（１１０）は電源回路（１２１）から送電共振回路に交番磁束を発生させるスイッチング素子（１１２Ａ、１１２Ｂ）を備える。受電装置は、負荷と接続されない集磁回路を備える集磁装置と集磁装置と磁気的に結合可能な受電コイルと受電コイルの出力電力を負荷に供給する整流回路を備える。そして、送電共振回路の送電共振周波数はスイッチング素子（１１２Ａ、１１２Ｂ）の駆動周波数よりも小さく、集磁回路の受電共振周波数はスイッチング素子（１１２Ａ、１１２Ｂ）の駆動周波数よりも大きい。これにより、電力の伝送効率が高く、生産性に優れた非接触給電装置を提供する。

Description

非接触給電装置

　本発明は、非接触給電装置に関する。

　従来の非接触給電装置は、磁束により電力を伝送する送電装置、および、送電装置から出力される磁束を受ける受電装置を備える。送電装置は、送電共振回路、および、複数のスイッチング素子を備える。送電共振回路は、電源回路から供給される交番電力により交番磁束を受電装置に出力する。複数のスイッチング素子は、送電共振回路に交番磁束を発生させるためのスイッチング動作をする。受電装置は、受電コイル、および、整流回路を備える。受電コイルは、送電共振回路と磁気的に結合される。整流回路は、受電コイルから出力される電力を負荷に供給する。

　このとき、一般的に、スイッチング素子の駆動周波数、送電共振回路の共振周波数、および、受電コイルの共振周波数を実質的に一致させると、送電装置から受電装置への電力の伝送効率が向上することが知られている。そのため、上述の関係が成立するように、送電装置および受電装置が設計された非接触給電装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

　しかしながら、非接触給電装置の回路を構成する素子の値は、製造時、ばらつく。そのため、上記駆動周波数および各共振周波数の少なくとも１つが、設計値からずれることがある。そこで、各素子の設計値からのずれを防止して、高い伝送効率を有する非接触給電装置を製造する場合、生産性の低下が懸念される。一方、電力の伝送効率は、非接触給電装置に求められる主要な因子の１つである。そのため、生産性を優先して、電力の伝送効率を犠牲にすることも好ましくない。

特開２００２－１５２９９７号公報

　本発明は、電力の伝送効率が高く、生産性に優れた非接触給電装置を提供する。

　つまり、本発明の非接触給電装置の一形態は、電源回路から供給される交番電力により交番磁束を出力する送電共振回路、および送電共振回路に交番磁束を発生させるスイッチング素子を備える送電装置を有する。さらに、送電共振回路と磁気的に結合可能で、負荷と電気的に接続されない集磁共振回路を構成する集磁回路を備える集磁装置と、集磁回路と磁気的に結合可能な受電コイル、および受電コイルから出力される電力を負荷に供給可能な整流回路を備える受電装置を有する。そして、送電共振回路の送電共振周波数はスイッチング素子の駆動周波数よりも小さく、集磁回路の受電共振周波数はスイッチング素子の駆動周波数よりも大きい構成を有する。

　また、本発明の非接触給電装置の一形態は、電源回路から供給される交番電力により交番磁束を出力する送電共振回路、および送電共振回路に交番磁束を発生させるスイッチング素子を備える送電装置を有する。さらに、送電共振回路と磁気的に結合可能な受電コイルおよび受電コイルから出力される電力を負荷に供給可能な整流回路を備える受電装置を有する。そして、送電共振回路の送電共振周波数はスイッチング素子の駆動周波数よりも小さく、受電コイルを含む受電共振回路の受電共振周波数はスイッチング素子の駆動周波数よりも大きい構成を有する。

図１は、本実施の形態の非接触給電装置の斜視図である。図２は、図１の電動歯ブラシのヘッドを取り外した非接触給電装置の正面図である。図３は、図２の電動歯ブラシの正面図である。図４は、図２の電動歯ブラシの側面図である。図５は、図２の電動歯ブラシの背面図である。図６は、図３の６－６線断面図である。図７は、図２の把持部および下キャップを取り外した電動歯ブラシの側面図である。図８は、図２の把持部、上キャップおよび下キャップを取り外した電動歯ブラシの正面図である。図９は、図１の充電スタンドの正面図である。図１０は、図１の充電スタンドの側面図である。図１１は、図１の充電スタンドの背面図である。図１２は、図１の充電スタンドの平面図である。図１３は、図１の充電スタンドの底面図である。図１４は、図９の１４－１４線断面図である。図１５は、図１０の１５－１５線断面図である。図１６は、図９の支持部の頂面を取り外した充電スタンドの平面図である。図１７は、図９の台座の底板を取り外した充電スタンドの底面図である。図１８は、図２の１８－１８線要部断面図である。図１９は、図２の１９－１９線断面図である。図２０は、図１８の送電コイルと受電部との配置関係を示す模式図である。図２１は、図１の非接触給電装置の送電装置のブロック図である。図２２は、図１の非接触給電装置の集磁装置および受電装置のブロック図である。図２３は、図２１の送電制御部によるスイッチング素子の制御の第１の例を示すタイミングチャートである。図２４は、図１の非接触給電装置の電流と駆動周波数との関係を示すグラフである。図２５は、図２１の送電制御部によるスイッチング素子の制御の第２の例を示すタイミングチャートである。図２６は、図２１の送電制御部によるスイッチング素子の制御の第３の例を示すタイミングチャートである。図２７は、図２１の送電制御部によるスイッチング素子の制御の第４の例を示すタイミングチャートである。図２８は、図２１の送電制御部によるスイッチング素子の制御の第５の例を示すタイミングチャートである。図２９は、図２１の送電制御部によるスイッチング素子の制御の第６の例を示すタイミングチャートである。図３０は、実施例の送電コイルと集磁コイルとの結合係数と出力電流との関係を示すグラフである。図３１は、図２０の受電部を模式的に示す断面図である。図３２は、比較例の受電部を模式的に示す断面図である。図３３は、図２１の送電装置の変形例のブロック図である。図３４は、図３３の変形例の送電装置の送電制御部によるスイッチング素子の制御の例を示すタイミングチャートである。

　以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明では、同一または相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。また、本実施の形態によって、本発明が限定されるものではない。

　（実施の形態）
　以下に、本実施の形態の非接触給電装置の構成について、図１から図２０、主に図１から図８を参照して、説明する。

　図１に示すように、本実施の形態の非接触給電装置１は、小型電気機器および充電スタンド８０を備える。なお、以下では、小型電気機器として、口腔衛生装置である電動歯ブラシ１０を例に、説明する。

　電動歯ブラシ１０は、柱形状の本体２０と、本体２０の駆動部３０（図６参照）の出力軸３１（図２参照）に着脱可能に取り付けられるヘッド１１を有する。

　本体２０は、図２に示すケース２１、表示部２４、電源ボタン２５と、図７に示す支持体２９、駆動部３０、電源部４０、基板５０と、図６に示す受電装置６０および集磁装置７０などを有する。駆動部３０、電源部４０、基板５０、受電装置６０および集磁装置７０は、支持体２９に支持され、ケース２１の内部に収容される。

　ケース２１は、図３に示すように、中空構造の把持部２２、把持部２２の上部を塞ぐ上キャップ２６、および把持部２２の下部を塞ぐ下キャップ２７を有する。

　把持部２２は、上キャップ２６から下キャップ２７に向かうにつれて、外径が小さくなるテーパ形状を備える。具体的には、把持部２２は、図１９に示すように、幅方向に沿う断面が略楕円形状（楕円形状を含む）を備える。

　図４および図５に示すように、把持部２２は、背面に、把持部２２の外方に突出した凸部２３Ａを備える。凸部２３Ａは、把持部２２の周方向に延設される。さらに、凸部２３Ａは、把持部２２の周方向において、不連続に形成される。

　また、把持部２２は、凸部２３Ａを上端とし、凸部２３Ａよりも下方の部分に、被支持部２３を備える。被支持部２３は、把持部２２が充電スタンド８０（図２参照）に支持されたとき、充電スタンド８０の支持部８４で覆われる。

　ケース２１の上キャップ２６は、図６に示すように、表キャップ２６Ａ、および表キャップ２６Ａの内側に重ねられた内キャップ２６Ｂを備える。上キャップ２６は、把持部２２の上部に嵌め込まれる。

　内キャップ２６Ｂは、図７に示すように、下方に突出する円筒形状の連結部２６Ｃを備える。連結部２６Ｃには、孔２６Ｄが形成されている。

　上キャップ２６は、図８に示すように、上面に、円盤形状の弾性部材２８Ａが取り付けられる。そして、後述する駆動部３０の出力軸３１が、弾性部材２８Ａから突出可能に配設される。図６および図７に示すように、上キャップ２６と把持部２２の内周との間には、例えばＯリングからなる弾性部材２８Ｂが取り付けられる。

　上キャップ２６は、連結部２６Ｃの孔２６Ｄが支持体２９の外周に形成されるフック２９Ａに嵌め込まれて、支持体２９に取り付けられる。

　下キャップ２７は、図６に示すように、表キャップ２７Ｃおよび内キャップ２７Ｂによる二重構造を有する。下キャップ２７は、把持部２２の下部に嵌め込まれる。そして、下キャップ２７は、下方からねじＢの螺合により支持体２９に取り付けられる。下キャップ２７と把持部２２の内周との間には、例えばＯリングからなる弾性部材２８Ｃが取り付けられる。同様に、下キャップ２７と支持体２９の底面との間には、例えばＯリングなどの弾性部材２８Ｄが取り付けられる。

　なお、上記弾性部材２８Ａ～２８Ｄは、ケース２１内部への水の浸入、および本体２０の内部の振動のケース２１への伝達を抑制する。また、上キャップ２６および下キャップ２７の二重構造は、ケース２１内部への水の浸入、および本体２０の内部で発生する振動のケース２１への伝達を抑制する。

　上述した上キャップ２６、駆動部３０、電源部４０、基板５０および受電装置６０が取り付けられた支持体２９を、把持部２２の上方の開口から挿入する。そして、把持部２２の下方から、下キャップ２７を取り付け、ねじＢで螺合する。これにより、電動歯ブラシ１０の本体２０が、組み立てられる。

　また、図３に示すように、表示部２４は、使用者が視認できるように、本体２０に配設される。表示部２４は、イオン表示部２４Ａ、駆動モード表示部２４Ｂ、残量表示部２４Ｃおよび充電表示部２４Ｄを含む。イオン表示部２４Ａは、ヘッド１１にイオンを発生させている旨を点灯により表示する。駆動モード表示部２４Ｂは、ヘッド１１の振動の種類（モード）に応じて、例えば点灯状態を変化させながら表示する。なお、ヘッド１１の振動の種類は、駆動部３０（図６参照）の駆動態様により制御される。残量表示部２４Ｃは、電源部４０の充電池４１（図６参照）の電圧に応じて、残存容量などを表示する。

　表示部２４は、図８に示すように、基板５０に実装される、例えばＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ　Ｅｍｉｔｔｉｎｇ　Ｄｉｏｄｅ）などにより構成される。

　このとき、把持部２２は、使用者が表示部２４の点灯状態を視認できるように、表示部２４と対向する部分が光の透過性の高い材料で形成される。この場合、表示部２４の少なくとも一部が、把持部２２の表面から露出するように、把持部２２に孔を形成してもよい。

　また、表示部２４は、本体２０の被支持部２３とは異なる、例えば反対側の位置に配置される。そのため、図２に示すように、本体２０が充電スタンド８０で支持されているときでも、使用者は、表示部２４の点灯状態を視認できる。特に、充電表示部２４Ｄの視認により、使用者は、電動歯ブラシ１０が充電中か否かを、容易に把握できる。

　電源ボタン２５は、使用者が操作可能に本体２０に取り付けられる。電源ボタン２５は、少なくとも一部が把持部２２の表面から突出するように本体２０に配設される。そして、使用者が電源ボタン２５を押すと、駆動制御部（図示略）は駆動部３０（図６参照）に設定されている駆動モードに基づいて、ヘッド１１の駆動を開始する。

　駆動部３０の出力軸３１は、図６に示すように、ケース２１の上部の弾性部材２８Ａから突き出る状態で、本体２０に支持される。なお、駆動部３０は、例えば電動のリニアアクチュエータなどが例示される。駆動部３０が駆動されると、出力軸３１が振動する。そのため、出力軸３１に取り付けられるヘッド１１（図１参照）が振動する。これにより、使用者に対して、所定の動作（例えば、歯磨きなど）が実行される。なお、駆動部３０を電動モータとし、出力軸３１を電動モータの回転軸に対して偏心する偏心軸として構成してもよい。この場合、電動モータの駆動にともなって、出力軸３１である偏心軸が振動する。これにより、ヘッド１１を振動させることができる。

　電源部４０は、非接触給電装置１の負荷である充電池４１を備える。充電池４１は、例えばリチウムイオン蓄電池などの二次電池が例示される。充電池４１は、上端と下端とが、支持体２９に配設される板金４２により支持される。電源部４０は、駆動部３０に電力を供給する。

　基板５０は、把持部２２の内周に沿うように、把持部２２の内部に配置される。

　受電装置６０の受電部６１は、把持部２２内で底面２７Ａ近傍に配置される。受電部６１は、図６に示すように、受電コイル６２および集磁装置７０の集磁共振回路を構成する集磁回路の集磁コイル７１などで構成される。受電コイル６２および集磁コイル７１は、例えばボビン形状の磁性体コア６３に巻回されて形成される。受電コイル６２は、集磁コイル７１の外周に巻回される。磁性体コア６３は、樹脂でできたベース部分（受電コア保持部分）にコアが接着されて取り付けられている。集磁コイル７１と受電コイル６２の間には、絶縁のために、図示しない絶縁テープが巻かれる。受電コイル６２と基板５０の回路を構成する素子とは、図７に示すリードフレーム５１により電気的に接続される。リードフレーム５１は、基板５０の下端部に配設され、基板５０を支持する。

　上述した駆動部３０は、図６に示すように、把持部２２の内部で上キャップ２６近傍に配置される。同様に、受電コイル６２は、下キャップ２７近傍に配置される。さらに、電源部４０は、駆動部３０と受電コイル６２との間に配置される。

　以上のように、本実施の形態の非接触給電装置１の小型電気機器の一例である電動歯ブラシ１０が構成される。

　以下に、本実施の形態の非接触給電装置１の充電スタンド８０の構成について、図９から図２０を参照して、説明する。

　充電スタンド８０は、例えば図１４に示すように、ケース８１、接続部９０、基板１００および送電装置１１０を有する。接続部９０は、交流電源ＡＣ（図２１参照）と接続するための電源線１２０が接続される。基板１００および送電装置１１０は、ケース８１の内部に収容される。

　ケース８１は、台座８２、柱８３および支持部８４を有する。台座８２は、ケース８１を家具などの設置面に設置する。柱８３は、台座８２の外周部の一部から上方に延設される。支持部８４は、柱８３の上端から横方向（水平方向）に突出して設けられる。支持部８４と台座８２は、図１０に示すように、柱８３に対して同一方向に延設される。つまり、支持部８４と台座８２は、対向して配置される。

　台座８２は、図１２に示す上方から見た平面視において、略円形形状（円形形状を含む）で形成される。

　また、台座８２は、図１１に示すように、天板８２Ａおよび底板８２Ｃを備える。台座８２の天板８２Ａにより構成される頂面８２Ｂは、例えば扁平な形状を有する。そのため、使用者は、頂面８２Ｂの汚れを、容易に拭き取ることができる。なお、天板８２Ａは、台座８２に着脱可能な構成としてもよい。この場合、使用者は、天板８２Ａを取り外して、容易に天板８２Ａを水洗いできる。さらに、図１３に示すように、台座８２の底板８２Ｃにより構成される底面８２Ｄは、例えば扁平な形状を有する。そのため、台座８２は、充電スタンド８０自体、または電動歯ブラシ１０を装着した状態において、各種方向に対する倒れに対して、安定して自立させることができる。

　支持部８４は、図１２に示すように、高さ方向（紙面に対して直交する方向）に延びる孔８４Ａが形成される。つまり、支持部８４は、電動歯ブラシ１０の本体２０（図１参照）が挿入可能な、略環状（環状を含む）の孔８４Ａを有する。孔８４Ａは、図１２に示す上方から見た平面視において、楕円形状で形成される。このとき、図１４に示すように、支持部８４の頂面および孔８４Ａの内周面は、一体的に形成される。そのため、支持部８４の頂面および孔８４Ａの内周面を別部材の組み合わせにより形成する場合と比較して、支持部８４の内部に、水などの液体が浸入しにくい構造にできる。

　また、孔８４Ａの楕円形状は、図１９に示すように、把持部２２の楕円形状と相似形状で形成される。孔８４Ａの内径は、本体２０の把持部２２のうちの被支持部２３の外径よりも僅かに大きい形状で形成される。そのため、孔８４Ａに、把持部２２の被支持部２３を、容易に挿入できる。孔８４Ａおよび被支持部２３は、上述したように、楕円形状の断面を有する。そのため、孔８４Ａに挿入されると、本体２０の回転が抑制される。

　さらに、孔８４Ａの上側の開口は、図１４に示すように、上方に向かうにつれて、孔８４Ａの内径が広がる曲面形状で形成される。そのため、本体２０（図１８参照）を上方から孔８４Ａに挿入する場合、本体２０の底面２７Ａは孔８４Ａの開口に沿って内部（下方）に、容易に案内される。

　また、孔８４Ａは、図１２に示すように、上方側の開口の縁に２つの凹部８４Ｂを備える。凹部８４Ｂの上面は、高さ方向と直交する方向に平面形状を有する。そのため、本体２０を孔８４Ａに挿入すると、図１８に示すように、本体２０の凸部２３Ａが孔８４Ａの凹部８４Ｂに引っかかり、これ以上の挿入が止められる。上記状態において、凹部８４Ｂから台座８２の頂面８２Ｂまでの距離ＬＡは、凸部２３Ａから本体２０の下キャップ２７により形成される底面２７Ａまでの距離ＬＢよりも大きい。つまり、本体２０を孔８４Ａに挿入すると、本体２０の底面２７Ａと台座８２の頂面８２Ｂとの間に、隙間Ｓ（ＬＡ－ＬＢ）が形成される。その結果、電動歯ブラシ１０の本体２０は、底面２７Ａが台座８２の頂面８２Ｂから浮いた状態で、充電スタンド８０に支持される。なお、隙間Ｓは、例えば１～３０ｍｍ程度が好ましく、さらに１６ｍｍ程度であれば、より好ましい。

　凹部８４Ｂは、孔８４Ａの開口に、例えば２つ形成される。上述したように、孔８４Ａは楕円形状で形成される。そのため、本体２０は、充電スタンド８０に対して周方向に１８０度異なる位置で、孔８４Ａに挿入できる。これにより、使用者は、本体２０の挿入時、２つの凹部８４Ｂのいずれに、本体２０の凸部２３Ａを引っかけるかを、任意に選択できる。

　また、支持部８４の孔８４Ａは、図１４に示すように、内周に、孔８４Ａの中心軸に向かって突出する２つのガイド部８４Ｃを備える。２つのガイド部８４Ｃは、孔８４Ａの中心軸を挟んで反対（対向する）側の位置に配設される。さらに、２つのガイド部８４Ｃは、孔８４Ａの軸方向（高さ方向）において、互いに異なる位置に形成される。そのため、２つのガイド部８４Ｃにより、電動歯ブラシ１０の本体２０は、本体２０の高さ方向が孔８４Ａの軸方向と平行になるように、姿勢を保持した状態で、孔８４Ａに挿入される。

　充電スタンド８０の接続部９０は、図１５に示すように、柱８３の下部側で、台座８２の反対側に設けられる。接続部９０は、柱８３の外周側面から内部に、例えば凹部形状で形成される。接続部９０は、内部に、電源線１２０の端子（図示略）と接続される端子９３を備える。端子９３を介して、電源線１２０から電力が供給され、供給された電力を送電装置１１０に供給する。

　接続部９０は、防水構造である段差構造を有する。具体的には、接続部９０の段差構造は、ケース８１の表面側の大径部９１と、大径部９１より奥側の小径部９２で構成される。一方、電源線１２０は、接続部９０に挿入される先端部側の小径部１２２と、小径部１２２と連続する大径部１２３を備える。そのため、電源線１２０を接続部９０に接続すると、電源線１２０の小径部１２２は、接続部９０の小径部９２に挿入される。同様に、電源線１２０の大径部１２３は、接続部９０の大径部９１に挿入される。このとき、接続部９０は、大径部１２３と大径部９１との隙間（例えば０～０．４ｍｍ）が、小径部１２２と小径部９２との隙間（例えば１ｍｍ以上）よりも、小さくなるように形成される。そのため、外部から接続部９０の内部に浸入した水は、毛細管現象により、電源線１２０の小径部１２２よりも接続部９０の大径部９１に留まり易くなる。これにより、接続部９０に浸入する水の端子９３への付着を抑制できる。その結果、接続部９０の信頼性を、長期に亘って維持できる。

　充電スタンド８０の基板１００は、図１４に示すように、台座８２の内部に配設される。

　送電コイル１１１は、図１６に示すように、支持部８４の内部に配設される。送電コイル１１１は、送電装置１１０の１次電力供給部を構成する。そして、基板１００の回路を構成する素子と送電コイル１１１は、図１７に示すように、柱８３の内部に挿通して配置されるリード線１０１により、電気的に接続される。

　つぎに、充電スタンド８０に配置される送電コイル１１１と受電部６１との配置関係について、図２０を参照して、説明する。

　図２０に示すように、本体２０が充電スタンド８０に支持される状態において、送電コイル１１１の軸方向の中心ＴＣＣと、受電部６１の集磁コイル７１の軸方向の中心ＲＣＣとが、ずれて配置される。具体的には、軸方向において、集磁コイル７１の中心ＲＣＣは、送電コイル１１１の中心ＴＣＣよりも下方に位置する。さらに、集磁コイル７１の上端ＲＣＴは、送電コイル１１１の下端ＴＣＬよりも上方に位置する。これにより、軸方向において、集磁コイル７１と送電コイル１１１の少なくとも一部は、重複するように配置される。このとき、送電コイル１１１の中心ＴＣＣと、受電部６１の集磁コイル７１の中心ＲＣＣとの距離ＬＣは、送電コイル１１１の軸方向の長さＬＤの半分以下であることが好ましい。これは、長さＬＤの半分を超えると、送電コイルと集磁コイルの結合が小さくなりすぎるためである。

　以上のように、本実施の形態の非接触給電装置１の充電スタンド８０が構成される。

　以下に、本実施の形態の非接触給電装置１の送電装置１１０の回路構成について、図２１を参照して、具体的に説明する。

　充電スタンド８０の送電装置１１０は、図２１に示すように、電源線１２０および接続部９０を介して交流電源ＡＣに接続される。電源線１２０は、交流電源ＡＣの交流電力を直流電力に変換する電源回路１２１を備える。

　送電装置１１０は、送電コイル１１１と、基板１００に実装される第１のスイッチング素子１１２Ａ、第２のスイッチング素子１１２Ｂ、コンデンサ１１３Ａ、１１３Ｂ、第１のドライブ回路１１４Ａ、第２のドライブ回路１１４Ｂ、送電制御部１１５、送電共振コンデンサ１１６、電流検出回路１１７および電圧検出回路１１８を備える。

　第１のスイッチング素子１１２Ａおよび第２のスイッチング素子１１２Ｂは、電源回路１２１で変換された直流電流（電力）を、オン／オフのスイッチング動作により交番電力に変換する。変換された交番電力は、送電コイル１１１に供給される。このとき、電源回路１２１は、例えば５Ｖの定電圧電源として機能する。

　第１のスイッチング素子１１２Ａおよび第２のスイッチング素子１１２Ｂは、直列に接続される。第１のスイッチング素子１１２Ａおよび第２のスイッチング素子１１２Ｂは、例えば電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ；　Ｆｉｅｌｄ　Ｅｆｆｅｃｔ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）で構成される。具体的には、第１のスイッチング素子１１２ＡはＰチャンネルＦＥＴで、第２のスイッチング素子１１２ＢはＮチャンネルＦＥＴで構成される。そして、第１のスイッチング素子１１２Ａおよび第２のスイッチング素子１１２Ｂにより、ハーフブリッジ回路が構成される。さらに、第１のスイッチング素子１１２Ａはコンデンサ１１３Ａに、第２のスイッチング素子１１２Ｂはコンデンサ１１３Ｂに接続される。コンデンサ１１３Ａ、１１３Ｂは同一容量を有し、ハーフブリッジ回路に印加される直流電圧を、半分（１／２）程度に分圧する。

　また、第１のスイッチング素子１１２Ａは、第１のドライブ回路１１４Ａと接続される。第２のスイッチング素子１１２Ｂは、第２のドライブ回路１１４Ｂと接続される。

　送電制御部１１５は、第１のドライブ回路１１４Ａから第１のスイッチング素子１１２Ａ、および第２のドライブ回路１１４Ｂから第２のスイッチング素子１１２Ｂに供給する電力を制御する。送電制御部１１５は、例えばＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ　Ｗｉｄｔｈ　Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）の指令信号を、第１のドライブ回路１１４Ａおよび第２のドライブ回路１１４Ｂに出力する。第１のドライブ回路１１４Ａおよび第２のドライブ回路１１４Ｂは、入力されたＰＷＭ信号に基づいた電力を、第１のスイッチング素子１１２Ａおよび第２のスイッチング素子１１２Ｂに供給する。第１のスイッチング素子１１２Ａおよび第２のスイッチング素子１１２Ｂは、それぞれがオン／オフのスイッチング動作を繰り返すことにより、送電共振コンデンサ１１６に供給する交番電力を生成する。

　送電共振コンデンサ１１６は、第１のスイッチング素子１１２Ａと第２のスイッチング素子１１２Ｂとの接続点と、送電コイル１１１との間に、直列接続するように配置される。送電共振コンデンサ１１６および送電コイル１１１は、送電共振回路を構成する。このとき、第１のスイッチング素子１１２Ａおよび第２のスイッチング素子１１２Ｂを駆動する駆動周波数よりも、送電共振回路を構成する送電共振コンデンサ１１６と送電コイル１１１との送電共振周波数が、小さくなるように設定される。

　電流検出回路１１７は、抵抗１１７Ａと、増幅回路１１７Ｂを備える。抵抗１１７Ａは、送電装置１１０のグランド側に接続され、送電装置１１０に入力される入力電流の検出に用いられる。増幅回路１１７Ｂは、抵抗１１７Ａの両端に生じる電圧を増幅する。そして、増幅回路１１７Ｂは、抵抗１１７Ａで検出した電流の大きさを電圧に変換して増幅し、送電制御部１１５に出力する。

　また、電圧検出回路１１８は、送電共振コンデンサ１１６と送電コイル１１１との間の接続点に接続され、２つの抵抗１１８Ａ、１１８Ｂを介してグランド側に接続される。電圧検出回路１１８は、送電共振回路の電圧である共振電圧Ｖを検出する。電圧検出回路１１８は、２つの抵抗１１８Ａ、１１８Ｂ間の接続点で検出した共振電圧Ｖを送電制御部１１５に出力する。送電制御部１１５は、共振電圧Ｖに基づいて、後述する伝送モードと待機モードとを切り替えて制御する。つまり、送電制御部１１５は、共振電圧Ｖが所定の電圧より低いとき、図１８に示す本体２０が充電スタンド８０に支持されている状態と判断し、伝送モードに設定する。一方、送電制御部１１５は、共振電圧Ｖが所定の電圧以上のとき、本体２０が充電スタンド８０に支持されていない状態であると判断し、待機モードに設定する。待機モードにおいては、伝送モードよりも小さい電力が、送電装置１１０の送電コイル１１１に供給される。

　以上のように、非接触給電装置１の送電装置１１０の回路が構成される。

　以下に、非接触給電装置１の集磁装置７０および受電装置６０の回路構成について、図２２を参照して、説明する。

　電動歯ブラシ１０の集磁装置７０は、図２２に示すように、集磁コイル７１および集磁共振コンデンサ７２を備える。集磁コイル７１および集磁共振コンデンサ７２は、集磁共振回路を構成する集磁回路を形成する。なお、集磁共振コンデンサ７２は、基板５０（図６参照）に実装される。

　電動歯ブラシ１０の受電装置６０は、集磁コイル７１と磁気結合する受電コイル６２、整流回路を構成するダイオード６４および平滑コンデンサ６５、電流検出回路６６、受電制御部６７、スイッチ６８、タイミング検出回路６９および充電表示部２４Ｄなどを備える。ダイオード６４、平滑コンデンサ６５、電流検出回路６６、受電制御部６７、スイッチ６８およびタイミング検出回路６９は、基板５０に実装され、負荷である充電池４１と接続される。これにより、集磁装置７０と受電装置６０は電気的に接続されず、磁気的に結合される。そのため、集磁装置７０は、負荷である充電池４１と接続されない。

　つぎに、受電装置６０および集磁装置７０の動作および作用・効果について、説明する。

　まず、伝送モードにおいて、図２１に示す送電コイル１１１から発生した交番磁束は、図２０に示す集磁コイル７１に鎖交する。そして、送電装置１１０と集磁装置７０との磁気共振により、送電コイル１１１から集磁コイル７１に電力が伝送される。集磁コイル７１に伝送された電力は、受電装置６０と集磁装置７０との電磁誘導により、集磁コイル７１から受電コイル６２に伝送される。これにより、受電コイル６２に交番電力が発生する。すなわち、送電装置１１０の送電コイル１１１（図６参照）は、集磁装置７０の集磁コイル７１を介して、受電装置６０の受電コイル６２に電力を伝送する。つまり、送電コイル１１１および受電コイル６２と集磁コイル７１から構成される受電部６１は、非接触電力伝送部を構成する。そして、受電部６１の受電コイル６２に発生した交番電力は、ダイオード６４により、交流電流から直流電流に変換される。ダイオード６４は、平滑コンデンサ６５、および負荷である充電池４１に接続される。平滑コンデンサ６５は、ダイオード６４により変換された直流電流に含まれるノイズを低減する。充電池４１は、ダイオード６４により変換された直流電流が供給される。ダイオード６４と充電池４１との間には、変換された直流電流の供給をオン／オフするスイッチ６８が配置される。

　また、受電装置６０の電流検出回路６６は、抵抗６６Ａと、増幅回路６６Ｂを備える。抵抗６６Ａは、受電装置６０のグランド側に接続され、負荷である充電池４１に入力される入力電流の検出に用いられる。増幅回路６６Ｂは、抵抗６６Ａの両端に生じる電圧を増幅する。そして、増幅回路６６Ｂは、抵抗６６Ａで検出した電流の大きさを電圧に変換して増幅し、受電制御部６７に出力する。

　受電制御部６７は、電流検出回路６６で検出された電圧に基づいて、スイッチ６８のオン／オフを切り替えて、充電池４１の充電動作を制御する。すなわち、受電制御部６７は、充電池４１への電力の供給の実行と非実行とを切り替える。詳細には、受電制御部６７は、充電池４１の電圧が所定電圧（例えば、リチウムイオン充電池の場合、３Ｖ）未満になると、スイッチ６８をオンに切り替え、充電を開始する。一方、充電池４１の電圧が、所定電圧（例えば、リチウムイオン充電池の場合、４．２Ｖ）以上になると、スイッチ６８をオフに切り替え、充電を停止する。

　また、受電制御部６７は、充電表示部２４Ｄの表示を切り替える。詳細には、受電制御部６７は、充電池４１への充電を実行しているときに充電表示部２４Ｄを点灯させる。一方、充電池４１への充電が実行されていないときには、充電表示部２４Ｄを点灯させない。これにより、使用者に充電中か否かを認識させることができる。

　さらに、受電制御部６７は、スイッチ６８のオンとオフとの切り替えにより、送電装置１１０の送電制御部１１５（図２１参照）と通信し、本体２０を検知する。そして、送電制御部１１５は、受電装置６０のスイッチ６８の切り替えにより変化する共振電圧Ｖを、電圧検出回路１１８（図２１参照）で検出する。これにより、送電制御部１１５は、送電コイル１１１で発生させる交番電力の出力を調整する。

　図２２に示す受電装置６０のタイミング検出回路６９は、受電コイル６２が生成する交番電力の所定期間における波形の有無を検出する。タイミング検出回路６９が検出する波形は、送電装置１１０の送電コイル１１１（図２１参照）に供給される交番電力の出力と相関する。そのため、タイミング検出回路６９は、送電コイル１１１に供給される交番電力の有無を検出できる。なお、タイミング検出回路６９は、例えばトランジスタなどにより構成される。

　以下に、タイミング検出回路６９の詳細な動作を説明する。

　まず、受電コイル６２に交番電力が発生する場合、受電コイル６２に連続して電圧が印加されている。そのため、タイミング検出回路６９を構成するトランジスタは、オンの状態を継続する。このとき、タイミング検出回路６９は、第１のタイミング信号ＳＡを受電制御部６７に出力する。一方、受電コイル６２に交番電力が発生していない場合、トランジスタは、オフの状態になる。このとき、タイミング検出回路６９は、第２のタイミング信号ＳＢを受電制御部６７に出力する。つまり、受電制御部６７は、入力される第１のタイミング信号ＳＡまたは第２のタイミング信号ＳＢに基づいて、送電装置１１０から供給される交番電力の有無を検出する。そして、受電制御部６７は、スイッチ６８のオン／オフ動作および充電表示部２４Ｄの点灯動作の制御を実行する。

　つぎに、送電装置１１０の送電制御部１１５による第１のスイッチング素子１１２Ａおよび第２のスイッチング素子１１２Ｂのオン／オフ動作の切替制御について、図２１および図２３を参照して、説明する。

　送電制御部１１５は、図２３の（ａ）に示すように、第１のスイッチング素子１１２ＡのゲートＧにオン／オフ動作を繰り返させるためのＰＷＭ信号を、第１のドライブ回路１１４Ａから出力する。ＰＷＭ信号は、第１のスイッチング素子１１２Ａをオンさせる長さである、１周期Ｔ（例えば、７μｓ）の動作におけるオン時間ＴＸに対応する第１のオン時間ＴＸＡの情報を含んでいる。このとき、上述したように、第１のスイッチング素子１１２Ａは、ＰチャンネルＦＥＴで構成されている。そのため、第１のスイッチング素子１１２Ａは、ゲートＧにローレベル（例えば、０Ｖ）のゲート電圧ＶＸが印加されたときに、オン状態になる。一方、第１のスイッチング素子１１２ＡのゲートＧに、ハイレベル（例えば、電源回路１２１からの入力電圧である５Ｖ）のゲート電圧ＶＸが印加されたときに、オフ状態となる。

　また、送電制御部１１５は、図２３の（ｂ）に示すように、第２のスイッチング素子１１２ＢのゲートＧにオン／オフ動作を繰り返させるためのＰＷＭ信号を、第２のドライブ回路１１４Ｂから出力する。ＰＷＭ信号は、第２のスイッチング素子１１２Ｂをオンさせる長さである、１周期Ｔ（例えば、７μｓ）の動作におけるオン時間ＴＸに対応する第２のオン時間ＴＸＢの情報を含んでいる。このとき、上述したように、第２のスイッチング素子１１２Ｂは、ＮチャンネルＦＥＴで構成されている。そのため、第２のスイッチング素子１１２Ｂは、ゲートＧにローレベルのゲート電圧ＶＹが印加されたときに、オフ状態になる。一方、ゲートＧにハイレベルのゲート電圧ＶＹが印加されたときに、オン状態となる。

　そして、送電制御部１１５は、第１のスイッチング素子１１２Ａがオンになる第１のオン時間ＴＸＡと、第２のスイッチング素子１１２Ｂがオンになる第２のオン時間ＴＸＢとが、時系列上で交互になるようにＰＷＭ信号を、各ゲートＧに出力する。これにより、図２３の（ｃ）に示すように、送電装置１１０の送電コイル１１１に流れる送電コイル電流は、例えば正弦波状の波形となる。

　このとき、上述したように、送電共振周波数ｆ１、駆動周波数ｆＤおよび受電共振周波数ｆ２の関係は、ｆ１＜ｆＤ＜ｆ２となるように設定している。なお、送電共振周波数ｆ１は、送電共振回路の共振周波数である。駆動周波数ｆＤは、第１のスイッチング素子１１２Ａおよび第２のスイッチング素子１１２ＢのゲートＧに印加されるＰＷＭ信号の周波数である。受電共振周波数ｆ２は、集磁回路単独、または集磁回路を含む受電装置の共振周波数である。

　また、上記ｆ１＜ｆＤ＜ｆ２の関係は、以下の条件設定により実現される。

　まず、図１に示すように、本体２０が充電スタンド８０に支持され、図１８に示すように、受電部６１と送電コイル１１１が配置された状態で各構成要素の値を設定する。

　具体的には、送電コイル１１１のインダクタンスＬの設計値を、４μＨとなるように設定する。送電共振コンデンサ１１６の容量Ｃの設計値を、０．３６μＦに設定する。集磁コイル７１のインダクタンスＬの設計値を、１４μＨに設定する。集磁共振コンデンサ７２の容量Ｃの設計値を、７７２００ｐＦに設定する。受電コイル６２のインダクタンスＬの設計値を、２μＨに設定する。

　このとき、送電共振周波数ｆ１および受電共振周波数ｆ２は、下記（１）式に従い、計算される。

　ｆ＝１／（２π√ＬＣ）　…（１）
　つまり、上記の設計値で各共振回路を設計した場合、送電共振周波数ｆ１は約１３３ｋＨｚ、受電共振周波数ｆ２は約１５３ｋＨｚとなる。

　そして、駆動周波数ｆＤは、設計された送電共振周波数ｆ１および受電共振周波数ｆ２に基づいて、ｆ１＜ｆＤ＜ｆ２の関係を満たすように、例えば１４３ｋＨｚに設定する。

　しかし、上述したように、駆動周波数ｆＤは、構成部品である発振子などの影響により設計値から、ばらつく場合がある。例えば、駆動周波数ｆＤを１４３ｋＨｚに設定した場合において、設計値から±０．５％のばらつきが生じると、駆動周波数ｆＤは１４２ｋＨｚ～１４４ｋＨｚ程度の範囲で、ばらつくことになる。

　また、送電コイル１１１および集磁コイル７１が設計値から±５％ばらつき、送電共振コンデンサ１１６および集磁共振コンデンサ７２が設計値から±５％ばらついた場合、送電共振周波数ｆ１および受電共振周波数ｆ２は以下のようになる。つまり、構成部品のばらつきにより、送電共振周波数ｆ１は１２６ｋＨｚ～１４０ｋＨｚの範囲、受電共振周波数ｆ２は１４５ｋＨｚ～１６２ｋＨｚの範囲を取り得る。

　そこで、本実施の形態の非接触給電装置１は、例え構成部品に一般的な大きさのばらつき（例えば、±５％程度）が生じても、ｆ１＜ｆＤ＜ｆ２の関係が維持されるように、構成部品の設計値を設定している。

　一方、本体２０が充電スタンド８０に支持されていない状態の場合、送電コイル１１１のインダクタンスＬは、以下のようになる。

　この場合、送電コイル１１１近傍に、受電部６１を構成する磁性体コア６３が存在しない。そのため、送電コイル１１１のインダクタンスＬは、図１８に示す受電部６１が送電コイル１１１近傍の位置にある場合と比べて、小さくなる。

　つまり、図１８に示す送電コイル１１１近傍に磁性体コア６３が存在する配置の場合と、磁性体コア６３が存在しない配置の場合において、送電コイル１１１のインダクタンスＬの値が変化する。そこで、本実施の形態では、磁性体コア６３の存在の有無に関わらず、送電共振周波数ｆ３が駆動周波数ｆＤ以下となるように、配置位置および磁性体コア６３などを設計している。なお、送電共振周波数ｆ３は、磁性体コア６３がない場合における、送電共振回路の送電共振周波数ｆ１に相当する値である。

　具体的には、例えば磁性体コア６３が送電コイル１１１近傍に無い場合におけるインダクタンスＬの変化が、－３％以内となるように設計している。この場合、本体２０が充電スタンド８０に支持されていない状態における送電コイル１１１のインダクタンスＬは、３．７μＨ～４．１μＨとなる。これにより、送電共振周波数ｆ３は、（１）式から、１２８．３ｋＨｚ～１４１．８ｋＨｚの範囲でばらつくことになる。この場合でも、ｆ３＜ｆＤの関係が満たされる。

　すなわち、送電コイル１１１と集磁コイル７１との結合係数が第１の範囲に含まれる場合の送電共振周波数ｆ１と、送電コイル１１１と集磁コイル７１との結合係数が第１の範囲よりも小さい第２の範囲に含まれる場合、および本体が送電装置に配置されていない場合の送電共振周波数ｆ３のいずれでも、駆動周波数ｆＤよりも小さく設定できる。なお、第１の範囲とは、図１に示す本体２０が充電スタンド８０に支持され、図１８に示す受電部６１と送電コイル１１１配置された状態における送電コイル１１１と集磁コイル７１との結合係数である。一方、第２の範囲とは、本体２０が離れて配置される場合における、送電コイル１１１と集磁コイル７１との結合係数である。

　また、本実施の形態では、送電共振周波数ｆ１（ｆ３）および受電共振周波数ｆ２が駆動周波数ｆＤに近い値となるように、各構成部品の設計値を設定している。具体的には、設計値に基づく送電共振周波数ｆ１は、駆動周波数ｆＤよりも小さく（未満）、かつ駆動周波数ｆＤの８５％以上になるように設定する。同様に、設計値に基づく受電共振周波数ｆ２は、駆動周波数ｆＤよりも大きく（超えて）、かつ駆動周波数ｆＤの１１５％以下になるように設定する。なお、８５％を超える場合、および１１５％未満の場合、必要な出力、効率を満たさなくなるので、上記範囲に設定することが好ましい。

　さらに、送電装置１１０などの共振回路のインピーダンスＺは、下記（２）式により求められる。なお、ｒ１は、送電コイル１１１の抵抗値を示す。

　Ｚ＝ｗＬ－１／ｗＣ＋ｒ１　…（２）
　通常、図２４の（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に示すように、送電共振周波数ｆ１が駆動周波数ｆＤに近くなるほど、送電装置１１０の入力電流、送電コイル１１１に流れる送電コイル電流、および送電装置１１０の出力電流は、大きくなる。

　一方、送電共振周波数ｆ１および受電共振周波数ｆ２が駆動周波数ｆＤに近い場合、送電コイル１１１、集磁コイル７１および送電共振コンデンサ１１６、集磁共振コンデンサ７２が設計値からばらつくと、（２）式から、インピーダンスＺもばらつく。例えば、図２４の（ａ）に示すように、送電共振周波数ｆ１が駆動周波数ｆＤよりも小さい第１の送電共振周波数ｆｘの場合、インピーダンスＺは、送電共振周波数ｆ１が駆動周波数ｆＤと一致するときよりも高い第１のインピーダンスＺＡを示す。また、送電共振周波数ｆ１が第１の送電共振周波数ｆｘよりも小さく、駆動周波数ｆＤから、さらに離れた第２の送電共振周波数ｆｙの場合、インピーダンスＺは、送電共振周波数ｆ１が駆動周波数ｆＤと一致するときよりも、さらに高い第２のインピーダンスＺＢを示す。

　つまり、インピーダンスＺがばらつくと、送電コイル１１１に流れる送電コイル電流がばらつく。そのため、入力電流および出力電流にも、ばらつきが生じる。

　そこで、本実施の形態では、送電装置１１０の送電制御部１１５は、以下の方法により、送電コイル電流のばらつきを抑制する。

　まず、送電装置１１０、受電装置６０および集磁装置７０に対応して、第１のスイッチング素子１１２Ａおよび第２のスイッチング素子１１２ＢのゲートＧに印加するＰＷＭ信号のオン時間ＴＸ、ＴＹを、予め測定する。そして、測定したオン時間ＴＸ、ＴＹを送電制御部１１５の記憶部に記憶する。具体的には、上述の伝送モードにおいて、送電制御部１１５は、第１のスイッチング素子１１２Ａおよび第２のスイッチング素子１１２Ｂのオン時間ＴＸを、第１の固定値である第１のオン時間ＴＸＡ、第２のオン時間ＴＸＢとして設定する。一方、上述の待機モードにおいて、送電制御部１１５は、第１のスイッチング素子１１２Ａおよび第２のスイッチング素子１１２Ｂのオン時間ＴＹを、第２の固定値である第１のオン時間ＴＹＡ、第２のオン時間ＴＹＢとして設定する。そして、伝送モードおよび待機モードにおいて、記憶した第１の固定値および第２の固定値に基づいて、第１のスイッチング素子１１２Ａおよび第２のスイッチング素子１１２Ｂの駆動を制御する。これにより、送電装置１１０の送電コイル１１１で発生する送電コイル電流のばらつきを抑制している。

　以下に、第１のスイッチング素子１１２Ａおよび第２のスイッチング素子１１２Ｂの第１のオン時間ＴＸＡ、ＴＹＡおよび第２のオン時間ＴＸＢ、ＴＹＢの設定方法について、図２１を参照して、説明する。なお、オン時間ＴＸは、上述の伝送モード時のオン時間に相当する。一方、オン時間ＴＹは、上述の待機モード時のオン時間に相当する。

　まず、伝送モード時のオン時間ＴＸの設定方法について、説明する。

　はじめに、送電装置１１０の回路を構成する各素子を基板１００に実装する。そして、送電コイル１１１を送電装置１１０に接続した状態で、出力電流が表示される電源と送電装置１１０を接続する。

　つぎに、図１８に示すように、本体２０を充電スタンド８０の支持部８４に挿入する。これにより、充電スタンド８０の送電コイル１１１と本体２０の受電部６１とが、充電動作を行う状態となるように配置される。そして、外部の電源に規定電圧（例えば、５Ｖ）を設定して、送電装置１１０の入力部である接続部９０に電圧を印加する。この配置は、上記伝送モードの状態に相当する。

　つぎに、ＰＷＭ信号の出力を変化させて、第１のスイッチング素子１１２Ａおよび第２のスイッチング素子１１２ＢのゲートＧに印加する。このとき、マルチメータで測定した、本体２０の受電部６１に供給される出力電流（充電電流）が、所定の範囲内に収まるように、ＰＷＭ信号の出力を調整する。このとき、出力電流が所定の範囲内に含まれたときのＰＷＭ信号のオン時間を、オン時間ＴＸとして設定する。そして、設定したオン時間ＴＸを送電制御部１１５の記憶部（図示略）に記憶させる。

　つまり、ＰＷＭ信号の出力を、第１のドライブ回路１１４Ａおよび第２のドライブ回路１１４Ｂごとに変化させて、個別にオン時間ＴＸを測定する。

　具体的には、第１のドライブ回路１１４ＡのＰＷＭ信号のオン時間ＴＸを変化させて測定する。そして、特定のＰＷＭ信号において、出力電流（充電電流）が所定の範囲内に含まれたときのオン時間ＴＸを、第１のオン時間ＴＸＡとして設定する。同様に、第２のドライブ回路１１４ＢのＰＷＭ信号のオン時間ＴＸに基づいて、第２のオン時間ＴＸＢを設定する。そして、設定される第１のオン時間ＴＸＡおよび第２のオン時間ＴＸＢを、第１の固定値として、送電制御部１１５の記憶部に記憶させる。なお、第１の固定値は、伝送モードにおける固定値の例示である。

　なお、所定の範囲とは、目標とする出力電流（充電電流）の下限から上限の範囲である。

　上記の方法により、伝送モード時のオン時間ＴＸが設定される。

　以下に、待機モード時のオン時間ＴＹの設定方法について、説明する。

　まず、図１８に示す本体２０を充電スタンド８０から取り外す。そして、充電スタンド８０の送電コイル１１１と本体２０の集磁コイル７１との結合係数が、十分に疎（例えば「０」）となるように配置する。この配置により、上記待機モードの状態になる。

　つぎに、上記待機モード状態では、上述した伝送モードと異なり本体２０が存在しないので、電源の出力電流をみながらＰＷＭ信号の出力を調整する。そして、出力電流が所定の範囲内に含まれたときのＰＷＭ信号のオン時間を、オン時間ＴＹとして設定する。さらに、設定したオン時間ＴＹを、図示しない送電制御部１１５の記憶部に記憶させる。なお、所定の範囲とは、法規を十分に満たす消費電力になるように設定された出力電流値の範囲である。

　つまり、ＰＷＭ信号の出力を、第１のドライブ回路１１４Ａおよび第２のドライブ回路１１４Ｂごとに変化させて、個別にオン時間ＴＹを測定する。

　具体的には、第１のドライブ回路１１４ＡのＰＷＭ信号のオン時間ＴＹを変化させて測定する。そして、特定のＰＷＭ信号において、出力電流が所定の範囲内に含まれたときのオン時間ＴＹを、第１のオン時間ＴＹＡとして設定する。同様に、第２のドライブ回路１１４ＢのＰＷＭ信号のオン時間ＴＹに基づいて、第２のオン時間ＴＹＢを設定する。そして、設定された第１のオン時間ＴＹＡおよび第２のオン時間ＴＹＢを、第２の固定値として、送電制御部１１５の記憶部（図示略）に記憶させる。なお、第２の固定値は、待機モードにおける固定値の例示である。

　上記の方法により、待機モード時のオン時間ＴＹが設定される。

　以下に、第１のスイッチング素子１１２Ａおよび第２のスイッチング素子１１２Ｂの第１のオン時間ＴＸＡ、ＴＹＡおよび第２のオン時間ＴＸＢ、ＴＹＢの一例を、図２５から図２９に示す。図２５から図２９は、全て、駆動周波数ｆＤが１４３ｋＨｚで、１周期Ｔが７μｓの場合を例に示す。

　図２５の（ａ）、（ｂ）は、伝送モードにおいて、第２のオン時間ＴＸＢが第１のオン時間ＴＸＡよりも小さく設定されているときのＰＷＭ信号の一例を示す。このとき、第１のオン時間ＴＸＡは１μｓ、第２のオン時間ＴＸＢは０．７５μｓに設定される。これにより、図２５の（ｃ）に示すように、送電装置１１０の送電コイル１１１に流れる送電コイル電流は、例えば正弦波状の波形となる。

　また、図２６の（ａ）、（ｂ）は、伝送モードにおいて、図２４の（ａ）に示すインピーダンスＺが第２のインピーダンスＺＢの場合の送電装置１１０における第１のオン時間ＴＸＡおよび第２のオン時間ＴＸＢの設定の一例を示す。第２のインピーダンスＺＢの場合、第１のオン時間ＴＸＡは１μｓ、第２のオン時間ＴＸＢは１μｓに設定される。

　さらに、図２７の（ａ）、（ｂ）は、伝送モードにおいて、図２４の（ａ）に示すインピーダンスＺが第１のインピーダンスＺＡの場合の送電装置１１０における第１のオン時間ＴＸＡおよび第２のオン時間ＴＸＢの設定の一例を示す。第１のインピーダンスＺＡの場合、第１のオン時間ＴＸＡは０．７５μｓ、第２のオン時間ＴＸＢは０．７５μｓに設定される。

　なお、図２６、図２７に示すように、第２のインピーダンスＺＢを示す送電装置１１０の第１のオン時間ＴＸＡおよび第２のオン時間ＴＸＢは、第１のインピーダンスＺＡを示す送電装置１１０の第１のオン時間ＴＸＡおよび第２のオン時間ＴＸＢよりも、大きい値が設定される。

　また、図２８の（ａ）、（ｂ）は、待機モードにおいて、図２４の（ａ）に示すインピーダンスＺが第２のインピーダンスＺＢの場合の送電装置１１０の第１のオン時間ＴＹＡおよび第２のオン時間ＴＹＢの設定の一例を示す。待機モードにおいて、第２のインピーダンスＺＢの場合、第１のオン時間ＴＹＡは０．３７５μｓ、第２のオン時間ＴＹＢは０．１２５μｓに設定される。そして、図２６に示す第１のオン時間ＴＸＡおよび第２のオン時間ＴＸＢは、図２８に示す第１のオン時間ＴＹＡおよび第２のオン時間ＴＹＢよりも大きい値が設定される。

　さらに、図２９の（ａ）、（ｂ）は、待機モードにおいて、図２４の（ａ）に示すインピーダンスＺが第１のインピーダンスＺＡの場合の送電装置１１０の第１のオン時間ＴＹＡおよび第２のオン時間ＴＹＢの設定の一例を示す。待機モードにおいて、第１のインピーダンスＺＡの場合、第１のオン時間ＴＹＡは０．１２５μｓ、第２のオン時間ＴＹＢは０．１２５μｓに設定される。そして、図２７に示す第１のオン時間ＴＸＡおよび第２のオン時間ＴＸＢは、図２９に示す第１のオン時間ＴＹＡおよび第２のオン時間ＴＹＢよりも大きい値が設定される。

　つまり、図２６および図２８と、図２７および図２９から、インピーダンスＺが同じ場合、伝送モード時のオン時間ＴＸは、待機モード時のオン時間ＴＹより大きい値に設定される。

　（実施例）
　以下に、本実施の形態の非接触給電装置１の実施例について、図２０および図３０を参照して、説明する。

　まず、実施例に用いる送電コイル１１１および受電部６１を構成する部品の設計値について、説明する。

　送電コイル１１１は、０．０６ｍｍ径の電線を１４０本束ねた巻線を、１０回の巻数で形成した。また、送電コイル１１１は、軸方向の長さ１５ｍｍで、楕円形状の長辺４０ｍｍ、短辺３０ｍｍの大きさで形成した。これにより、送電コイル１１１のインダクタンスＬが、設計値４μＨとなるように設計した。

　受電部６１の磁性体コア６３は、軸方向の長さ９ｍｍ、外径１２ｍｍの形状で形成した。このとき、磁性体コア６３の外径が、受電部６１の外径と略等しく（等しいを含む）なるように構成した。

　また、受電部６１の集磁コイル７１は、０．０６ｍｍ径の電線を７０本束ねた巻線を、１６回の巻数で形成した。そして、集磁コイル７１は、軸方向の長さ６ｍｍの形状で形成した。これにより、集磁コイル７１のインダクタンスＬが、設計値１４μＨとなるように設計した。

　さらに、受電部６１の受電コイル６２は、０．４ｍｍ径の巻線を、６回の巻数で形成した。そして、受電コイル６２は、軸方向の長さ６ｍｍの形状で形成した。これにより、受電コイル６２のインダクタンスＬが、設計値２μＨになるように設計した。

　つぎに、設計した送電コイル１１１および受電部６１を、図２０に示すように配置した。そして、距離ＬＣを変えながら、出力電流と結合係数を測定した。その結果を、図３０に示す。なお、距離ＬＣは、上述した送電コイル１１１の中心ＴＣＣと、受電部６１の集磁コイル７１の中心ＲＣＣとの、軸方向の距離である。

　図３０は、上記実施例のように設計した非接触給電装置１において、距離ＬＣに対して得られた出力電流と結合係数の実験結果を示す。

　図３０に示すように、実施例の非接触給電装置１は、距離ＬＣが「０」のとき、結合係数は最大となり、出力電流は最小となる。

　一方、距離ＬＣの絶対値が大きくなるにしたがって、送電コイル１１１に流れる出力電流は大きくなる。このとき、結合係数が０．２近傍で、かつ０．２よりも大きくなる距離ＬＣ（例えば、１０ｍｍ程度）において、出力電流は最大となる。そして、結合係数が０．２近傍で、かつ０．２よりも小さくなる距離ＬＣにおいて、距離ＬＣの絶対値が大きくなるに従って、出力電流は低下する。

　つまり、実施例の非接触給電装置１の場合、距離ＬＣの絶対値が４．５ｍｍのときの出力電流は、距離ＬＣが０ｍｍのときの出力電流（例えば、Ｉ１）よりも、２０％程度（１．２×Ｉ１）増加することがわかる。

　以下に、図３０の測定結果に基づいて、非接触給電装置１の作用・効果について、図１８を参照して、説明する。

　まず、図１８に示すように、集磁コイル７１は、本体２０の底部近傍に配置される。そして、充電スタンド８０に電動歯ブラシ１０の本体２０が支持されると、送電コイル１１１の軸方向の中心ＴＣＣと集磁コイル７１の軸方向の中心ＲＣＣとが、ずれて配置される。

　送電コイル１１１の中心ＴＣＣと集磁コイル７１の中心ＲＣＣとがずれると、図３０に示すように、送電コイル１１１と集磁コイル７１の結合係数は小さくなる。

　一方、送電コイル１１１は空芯で、集磁コイル７１は磁性体コア６３に巻回されている。この場合、送電コイル１１１の軸方向において、送電コイル１１１の中心ＴＣＣから集磁コイル７１の中心ＲＣＣがずれるほど、送電コイル１１１のインダクタンスＬは小さくなる。そのため、（１）式から、送電共振回路の送電共振周波数ｆ１は大きくなる。本実施の形態では、送電共振周波数ｆ１は、第１のスイッチング素子１１２Ａおよび第２のスイッチング素子１１２Ｂの駆動周波数ｆＤより、小さくなるように設定している。

　つまり、送電コイル１１１の中心ＴＣＣから集磁コイル７１の中心ＲＣＣがずれるほど、送電共振周波数ｆ１は駆動周波数ｆＤに近づく。送電共振周波数ｆ１と駆動周波数ｆＤとが近いほど、図２４の（ｂ）に示すように、入力電流は大きくなる。このとき、図３０に示すように、距離ＬＣの絶対値が大きくなるほど（４．５ｍｍ程度まで）、送電コイル１１１と集磁コイル７１の結合係数は小さくなるが、入力電流は大きくなる。その結果、受電装置６０の出力電流を増加させることができる。

　また、実施例の磁性体コア６３は、ボビン形状である。そのため、送電コイル１１１から出力された交番磁束は、磁性体コア６３に集磁されやすい。つまり、ボビン形状の芯を通る磁束は、磁性体コア６３のつば部分を通って曲げられる。そのため、磁束が送電コイル１１１へ戻りやすくなる。これにより、磁束の漏れが抑制され、送電コイル１１１と集磁コイル７１の結合係数の結合度が上がる。その結果、電力の伝送効率の低下を、抑制できる。

　以上のように、本実施の形態の非接触給電装置１は、送電コイル１１１の中心ＴＣＣと集磁コイル７１の中心ＲＣＣとを、ずらして配置する。これにより、上記の作用・効果が得られる。

　以下に、受電装置６０の受電部６１の構成における作用・効果について、図３１および図３２を参照して、比較しながら説明する。

　本実施の形態の受電部６１は、図３１に示すように、まず、集磁コイル７１をボビン形状の磁性体コア６３に巻回する。そして、集磁コイル７１の外周に、例えば絶縁テープを挟んで、受電コイル６２を巻回し、受電部６１を構成する。

　このとき、受電コイル６２の巻数を、集磁コイル７１の巻数より少なくしても、電力の伝送効率への影響は小さい。

　一方、伝送効率の観点から、集磁コイル７１は、コイルの特性値であるＱ値が大きい方が好ましい。なお、Ｑ値は、「ωＬ／ｒ」で表される（「ｒ」は抵抗値を示す）。そのため、集磁コイル７１の巻数を増やしてインダクタンスＬを大きくし、Ｑ値を大きくする方が好ましい。

　そこで、本実施の形態では、まず、磁性体コア６３に偶数回、例えば二重に重ねて、集磁コイル７１を巻回する。そして、磁性体コア６３に巻回した集磁コイル７１の外周に、一重に受電コイル６２を巻回する。これにより、受電部６１を構成する。この場合、受電コイル６２は、集磁コイル７１の外周に一重で巻回されるため、巻き始め端部６２Ａと巻き終わり端部６２Ｂとが受電部６１の外部に露出する。そのため、受電コイル６２と、外部の各素子との接続がしやすくなる。さらに、集磁コイル７１は、偶数回で巻回されるため、巻き始め端部７１Ａと巻き終わり端部７１Ｂとを軸方向の同一側に配置できる。そのため、集磁コイル７１の巻き始め端部７１Ａおよび巻き終わり端部７１Ｂを、受電部６１の外部に引き出しやすい。これにより、集磁コイル７１の巻き始め端部７１Ａおよび巻き終わり端部７１Ｂと、外部の各素子との接続が容易になる。

　つぎに、比較例として示す受電部１６１の集磁コイル７１と受電コイル６２の構成について、図３２を参照して、説明する。

　図３２に示す受電部１６１は、まず、受電コイル６２をボビン形状の磁性体コア６３に一重で巻回する。そして、受電コイル６２の外周に集磁コイル７１を偶数回巻回して、受電部１６１を構成している。この場合、受電コイル６２の巻き始め端部６２Ａと巻き終わり端部６２Ｂとは、軸方向の反対側に配置される。そのため、巻き終わり端部６２Ｂ側に、受電コイル６２の巻き終わり端部６２Ｂを引き出すための領域ＲＡを形成する必要がある。これにより、図３１と同じ形状の磁性体コア６３の場合、集磁コイル７１を巻回できる領域が小さくなる。その結果、集磁コイル７１の巻数が少なくなる。また、受電コイル６２を多重巻にしないので、外径をより小さくできる。

　つまり、図３１に示す受電部６１は、集磁コイル７１がボビン形状の磁性体コア６３に巻回され、集磁コイル７１の外周に受電コイル６２が巻回される。そのため、図３２に示す比較例の受電部１６１のように領域ＲＡを形成する必要がない。これにより、集磁コイル７１の巻数の減少を抑制できる。その結果、集磁コイル７１のＱ値を高めることができる。

　以下に、上記のように構成した非接触給電装置１の効果について、列挙して、具体的に説明する。

　（１）集磁装置７０は充電池４１と電気的に接続されないので、受電コイル６２よりもＱ値を大きくしやすい。そして、送電コイル１１１から出力される磁束を集磁コイル７１に鎖交させ、集磁コイル７１から出力させる磁束を受電コイル６２に鎖交させる。これにより、集磁装置７０が存在しない場合よりも、電力の伝送効率を高めることができる。

　（２）通常、集磁回路を含む非接触給電装置は、各スイッチング素子の駆動周波数ｆＤ、送電共振周波数ｆ１および集磁回路の受電共振周波数ｆ２を実質的に一致させると、電力の伝送効率を、さらに高めることができる。しかし、各周波数ｆＤ、ｆ１、ｆ２を一致させる場合、精度の高い調整が必要となる。そのため、非接触給電装置の生産性の低下が懸念される。そこで、本実施の形態の非接触給電装置１は、各周波数ｆＤ、ｆ１、ｆ２を互いに異なる大きさの値に設定する。そのため、各周波数ｆＤ、ｆ１、ｆ２を一致させる必要がない。これにより、構成部品に製造誤差（許容差）などのばらつきがあっても、精度の高い調整が不要となる。その結果、非接触給電装置１の生産性を高めることができる。

　また、送電共振周波数ｆ１を駆動周波数ｆＤよりも小さく設定する。そのため、送電共振周波数ｆ１が、駆動周波数ｆＤより高い場合と比較して、第１のスイッチング素子１１２Ａおよび第２のスイッチング素子１１２Ｂの動作が安定する。つまり、送電共振周波数ｆ１を駆動周波数ｆＤよりも小さくすると、共振回路として誘導性共振になる。そのため、ノイズ（電流のリンギング）が発生し難くなり、動作が安定する。これにより、電力の伝送効率が低下しにくくなる。

　さらに、受電共振周波数ｆ２が駆動周波数ｆＤよりも大きい場合、小さい場合と比較して、負荷の変動に対して安定した出力を得ることができる。これは、発明者等が、試験により確認している。

　以上により、電力の伝送効率が高く、生産性に優れる非接触給電装置１が実現できる。

　（３）通常、駆動周波数ｆＤと送電共振周波数ｆ１との差が小さいほど、電力の伝送効率を高められる。そこで、本実施の形態の非接触給電装置１は、送電共振周波数ｆ１の下限（８５％）を規定している。そのため、高い電力の伝送効率を確保できる。

　（４）本実施の形態の非接触給電装置１は、結合係数が異なる、第１の範囲または第２の範囲のいずれに含まれる場合、または本体が送電装置に配置されていない場合でも、第１のスイッチング素子１１２Ａおよび第２のスイッチング素子１１２Ｂの駆動周波数ｆＤと送電共振周波数ｆ１との大小関係が維持される。そのため、送電装置１１０に対する集磁装置７０の配置位置の影響によるスイッチングへの影響を抑制できる。これにより、電力の伝送効率が低下する虞を低減できる。

　（５）送電コイル１１１の軸方向の中心ＴＣＣと集磁コイル７１の軸方向の中心ＲＣＣとが、ずれた状態で、負荷である充電池４１が充電される。そのため、図３０で説明したように、送電コイル１１１と集磁コイル７１の軸方向の中心が一致する場合に比べて、出力電流を大きくできる。これにより、より大きい電力を送電できる非接触給電装置１を実現できる。

　（６）本実施の形態の非接触給電装置１は、受電コイル６２および集磁コイル７１が、磁性体材料を含むボビン形状の磁性体コア６３に巻回されて構成される。そのため、送電コイル１１１および集磁コイル７１に鎖交する磁束が漏れにくい。これにより、電力の伝送効率を、より高めることができる。

　また、１つの磁性体コア６３に集磁コイル７１と受電コイル６２が巻回される。そのため、非接触給電装置１の構成を簡素化できる。

　（７）送電制御部１１５は、伝送モードにおいて、受電部の出力電流（受電電流）が、所定の範囲内に含まれるようにオン時間ＴＸを予め測定して把握する。把握したオン時間ＴＸを、第１の固定値として、送電制御部１１５の記憶部に記憶する。ここで、所定の範囲は、充電電流の許容される上限から下限の範囲である。そして、予め設定された第１の固定値を、伝送モードにおいて用いて、送電装置１１０を駆動する。これにより、出力電流に基づくフィードバックを実行する必要がない。その結果、より適切な電力の伝送効率が得られる。

　また、フィードバックのための回路を搭載する必要がない。そのため、非接触給電装置１の構成を簡素化できる。

　また、可変コンデンサを用いて、送電共振周波数ｆ１および受電共振周波数ｆ２を変更する必要がない。これにより、大型のコンデンサの使用を回避して、非接触給電装置１の大型化を抑制できる。また、複数のコンデンサを備えて、適切なコンデンサに切り替えて送電共振周波数ｆ１および受電共振周波数ｆ２を変更する必要がない。これにより、送電装置１１０の大型化を抑制できる。つまり、送電制御部１１５は、１つの送電共振コンデンサ１１６を用いて、送電コイル１１１に流れる送電コイル電流のばらつきを低減するように制御する。そのため、可変コンデンサまたは複数のコンデンサを用いる場合と比較して、非接触給電装置１の大型化を抑制できる。

　（８）通常、複数のスイッチング素子の値に製造ばらつきなどの誤差が存在する場合、出力電流（充電電流）を所定の範囲内に含めるために必要なオン時間ＴＸが互いに異なる。そこで、本実施の形態の送電制御部１１５は、第１のスイッチング素子１１２Ａおよび第２のスイッチング素子１１２Ｂのオン時間ＴＸを、予め個別に設定する。そのため、より適切な電力の伝送効率が得られる。さらに、オン時間ＴＸを個別に設定することにより、送電コイル電流を細かく調整できる。これにより、ＰＷＭ信号の分解能の低い送電制御部１１５の構成においても、適切に送電コイル電流を調整できる。

　（９）送電制御部１１５は、待機モードにおいて、出力電流が所定の範囲内に含まれるように、オン時間ＴＹを予め測定して把握する。把握したオン時間ＴＹを、第２の固定値として、送電制御部１１５の記憶部に記憶する。ここで、所定の範囲は、電力の消費量を低減するために規定される出力電流の範囲である。そして、予め設定された第２の固定値を、待機モードにおいて用いて、送電装置１１０を駆動する。これにより、出力電流に基づくフィードバックを実行する必要がない。その結果、電力の消費量が適切に低減される。

　（変形例）
　本実施の形態に関する説明は、本発明に従う非接触給電装置が取り得る形態の例示である。そのため、非接触給電装置が取り得る形態を制限することを意図していない。つまり、本発明に従う非接触給電装置は、本実施の形態以外に、例えば以下に示される実施の形態の変形例、および相互に矛盾しない少なくとも２つの変形例が組み合わせられた形態を取り得る。

　つまり、本実施の形態では、オン時間ＴＸ、ＴＹを出力電流（充電電流）の計測により設定する構成を例に説明したが、これに限られない。例えば、入力電流に基づいて、オン時間ＴＸ、ＴＹを設定してもよい。この場合、入力電流が所定の範囲内に含まれたときのＰＷＭ信号のオン時間をオン時間ＴＸ、ＴＹとして設定する。そして、設定したオン時間ＴＸ、ＴＹを送電制御部１１５の記憶部に記憶させる。また、共振電圧Ｖに基づいて、オン時間ＴＸ、ＴＹを設定してもよい。この場合、共振電圧Ｖが所定の範囲内に含まれたときのＰＷＭ信号のオン時間をオン時間ＴＸ、ＴＹとして設定する。そして、設定したオン時間ＴＸ、ＴＹを送電制御部１１５の記憶部に記憶させる。さらに、送電コイル１１１の送電コイル電流に基づいて、オン時間ＴＸ、ＴＹを設定してもよい。この場合、送電コイル電流が所定の範囲内に含まれたときのＰＷＭ信号のオン時間をオン時間ＴＸ、ＴＹとして設定する。そして、設定したオン時間ＴＸ、ＴＹを送電制御部１１５の記憶部に記憶させる。なお、上記設定したオン時間ＴＸ、ＴＹは、伝送モードにおいて、第１のオン時間ＴＸＡ、第２のオン時間ＴＸＢが相当する。さらに、待機モードでは、第１のオン時間ＴＹＡ、第２のオン時間ＴＹＢが相当する。

　また、本実施の形態では、送電装置１１０を図２１に示すハーフブリッジ回路で構成する例で説明したが、これに限られない。例えば、送電装置１１０を、図３３に示すフルブリッジ回路で構成してもよい。この場合、送電装置２１０は、第１のスイッチング素子２１２Ａ、第２のスイッチング素子２１２Ｂ、第３のスイッチング素子２１２Ｃ、第４のスイッチング素子２１２Ｄ、平滑コンデンサ２１３、第１のドライブ回路２１４Ａ、第２のドライブ回路２１４Ｂ、第３のドライブ回路２１４Ｃ、第４のドライブ回路２１４Ｄなどで構成される。

　そして、図３３に示す送電装置２１０は、図３４の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に示すように、各スイッチング素子のゲートＧに入力するＰＷＭ信号のオン時間ＴＺが設定される。このとき、図３４の（ａ）、（ｄ）に示すように、第１のスイッチング素子２１２Ａのオン時間ＴＺＡおよび第４のスイッチング素子２１２Ｄのオン時間ＴＺＤが等しくなるように設定する。同様に、図３４の（ｂ）、（ｃ）に示すように、第２のスイッチング素子２１２Ｂのオン時間ＴＺＢおよび第３のスイッチング素子２１２Ｃのオン時間ＴＺＣが等しくなるように設定する。これにより、図３４の（ｅ）に示すように、送電装置２１０の送電コイル１１１に流れる送電コイル電流は、例えば正弦波状の波形となる。フルブリッジ場合、電源電圧が倍になるため、出力を上げることができる。

　また、本実施の形態では、受電装置６０は、受電コイル６２の交番電力を半波整流する構成を例に説明したが、全波整流してもよい。これにより、電力損失を低減できる。

　また、本実施の形態では、受電コイル６２を集磁コイル７１の外周に配置する構成を例に説明したが、スペース的に余裕があれば、内周に配置してもよい。

　また、本実施の形態では、集磁装置７０を小型電気機器である電動歯ブラシ１０に備える構成を例に説明したが、充電スタンド８０に備える構成としてもよい。これにより、本体を小型化できる。

　また、本実施の形態において、集磁装置７０を省略する構成としてもよい。この場合、集磁共振コンデンサ７２に代えて、受電コイル６２に受電共振コンデンサが接続される。そして、受電コイル６２と受電共振コンデンサにより受電共振回路が構成される。このとき、受電コイル６２と受電共振コンデンサを含む受電共振回路の共振周波数が、受電共振周波数ｆ２に相当する。これにより、部品点数を減らすことができる。

　また、本実施の形態において、磁性体コア６３を棒状で形成してもよい。さらに、磁性体コア６３を省略し、受電コイル６２、集磁コイル７１を熱融着で固定して構成してもよい。これにより、本体を小型化できる。

　また、本実施の形態の非接触給電装置は、水を吐出し口腔内を洗浄する口腔洗浄機、または、歯を研磨してステインを除去するステインクリーナー、シェーバー、または、脱毛機を備える非接触給電装置に適用してもよい。これにより、電気接点が不要となるので、水周りなどでも安心して使用できる。

　（非接触給電装置が取り得る形態の一例）
　（１）本発明の非接触給電装置の一形態は、電源回路から供給される交番電力により交番磁束を出力する送電共振回路、および送電共振回路に交番磁束を発生させるスイッチング素子を備える送電装置を有する。さらに、送電共振回路と磁気的に結合可能で、負荷と電気的に接続されない共振回路である集磁回路を備える集磁装置と、集磁回路と磁気的に結合可能な受電コイル、および受電コイルから出力される電力を負荷に供給可能な整流回路を備える受電装置を有する。そして、送電共振回路の送電共振周波数はスイッチング素子の駆動周波数よりも小さく、集磁回路の受電共振周波数はスイッチング素子の駆動周波数よりも大きい構成としてもよい。

　この構成によれば、集磁回路は負荷と電気的に接続されないので、集磁回路の集磁コイルは負荷（充電池）の影響を受けにくい。そのため、受電コイルと異なり、負荷に依存することなくＱ値を大きく設定できる。そして、送電共振回路の送電コイルから出力される磁束を集磁回路の集磁コイルに鎖交させ、集磁コイルから出力させる磁束を受電コイルに鎖交させる。これにより、送電共振回路の送電コイルから集磁回路の集磁コイルへの電力の伝送を、高いＱ値のもとで実行できる。また、Ｑ値の増加は、電力の伝送効率を高めることに寄与する。そのため、例えば送電共振回路の送電コイルと集磁回路の集磁コイルとが離れて結合係数が小さい場合でも、高いＱ値のもとで電力を伝送できる。これにより、集磁回路を設けない構成の場合と比較して、電力の伝送効率を高められる。

　なお、通常、集磁回路を含む非接触給電装置において、スイッチング素子の駆動周波数と、電力の伝送に関わる全ての共振回路の共振周波数を実質的に一致させると、電力の伝送効率をさらに高めることができる。しかし、上記各周波数を一致させる場合、精度の高い調整が必要となる。そのため、非接触給電装置の生産性の低下が懸念される。そこで、上記構成の非接触給電装置によれば、各周波数を互いに異なる大きさの値に設定する。そのため、各周波数を一致させる必要がない。これにより、構成部品に製造誤差（許容差）などのばらつきがあっても、精度の高い調整が不要となる。その結果、非接触給電装置１の生産性を高めることができる。

　さらに、送電共振回路の送電共振周波数をスイッチング素子の駆動周波数よりも小さく設定する。そのため、送電共振周波数が駆動周波数より高い場合と比較して、スイッチング素子の動作が安定する。これにより、電力の伝送効率が低下しにくくなる。

　また、集磁回路の受電共振周波数がスイッチング素子の駆動周波数よりも大きい場合、小さい場合と比較して、負荷変動に対して安定した出力を得ることができる。

　以上により、電力の伝送効率が高く、生産性に優れる非接触給電装置を実現できる。

　（２）本発明の非接触給電装置の一形態は、集磁回路の受電共振周波数の範囲が、スイッチング素子の駆動周波数を超えて、１１５％以下であればよい。

　通常、スイッチング素子の駆動周波数と集磁回路の受電共振周波数との差が小さいほど、電力の伝送効率が高められる。つまり、上記構成によれば、集磁回路の受電共振周波数の上限が規定される。そのため、高い電力の伝送効率を確保できる。

　（３）本発明の非接触給電装置の一形態は、送電共振回路の送電共振周波数の範囲が、スイッチング素子の駆動周波数未満で、８５％以上であればよい。

　（４）本発明の非接触給電装置の一形態は、送電コイルと集磁コイルが近接して配置されたときの結合係数が第１の範囲に含まれる場合、および、送電コイルと集磁コイルが離れて配置されたときの結合係数が第１の範囲よりも小さい第２の範囲に含まれる場合、または本体が送電装置に配置されていない場合のいずれにおいても、送電共振回路の送電共振周波数はスイッチング素子の駆動周波数よりも小さければよい。

　この構成によれば、結合係数が異なる、送電コイルと集磁コイルとの配置関係で決まる結合係数が、第１の範囲または第２の範囲のいずれに含まれる場合、あるいは本体が送電装置に配置されていない場合でも、スイッチング素子の駆動周波数と送電共振回路の送電共振周波数との大小関係が維持される。そのため、送電装置に対する集磁装置の配置位置の影響による電力の伝送効率が低下する虞を低減できる。

　（５）本発明の非接触給電装置の一形態は、送電装置が集磁装置を支持可能な支持部をさらに備え、支持部は、送電共振回路の送電コイルおよび集磁回路の集磁コイルの少なくとも一部が軸方向において重なり合い、送電コイルの軸方向の中心と集磁コイルの軸方向における中心とが、ずれるように集磁装置を支持する構成としてもよい。

　この構成によれば、送電共振回路の送電コイルおよび集磁回路の集磁コイルの軸方向における中心が一致する場合よりも、出力電流を大きくできる。そのため、より大きい電力を送電できる。

　（６）本発明の非接触給電装置の一形態は、受電装置が集磁装置を含み、受電装置は、受電コイルおよび集磁コイルが巻回されるコアを、さらに備えてもよい。これにより、１つのコアに受電コイルと集磁コイルとが巻回される。そのため、非接触給電装置１の構成を簡素化できる。

　（７）本発明の非接触給電装置の一形態は、コアを磁性体で形成してもよい。

　この構成によれば、磁性体により形成されるコアを備える。そのため、送電共振回路の送電コイルと集磁回路の集磁コイルとの結合を高めることができる。また、集磁回路の集磁コイルの位置による送電共振周波数の変動を大きくできる。そのため、出力の調整幅を広げることができる。

　（８）本発明の非接触給電装置の一形態は、コアは、ボビン形状でもよい。

　この構成によれば、受電コイルおよび集磁回路の集磁コイルに鎖交した磁束が漏れにくくできる。そのため、電力の伝送効率が、より高められる。

　（９）本発明の非接触給電装置の一形態は、電源回路から供給される交番電力により交番磁束を出力する送電共振回路および送電共振回路に交番磁束を発生させるスイッチング素子を備える送電装置と、送電共振回路と磁気的に結合可能な受電コイルおよび受電コイルから出力される電力を負荷に供給可能な整流回路を備える受電装置を有する。そして、送電共振回路の送電共振周波数はスイッチング素子の駆動周波数よりも小さく、受電コイルを含む受電共振回路の受電共振周波数はスイッチング素子の駆動周波数よりも大きい構成としてもよい。これにより、（１）と同様の効果が得られる。

　（１０）本発明の非接触給電装置の一形態は、スイッチング素子の駆動周波数に対する受電コイルの受電共振周波数の範囲が、スイッチング素子の駆動周波数を超えて、１１５％以下であればよい。これにより、（２）と同様の効果が得られる。

　（１１）本発明の非接触給電装置の一形態は、スイッチング素子の駆動周波数に対する送電共振回路の送電共振周波数の範囲が、スイッチング素子の駆動周波数未満で、８５％以上であればよい。これにより、（３）と同様の効果が得られる。

　付記（１）
　電源回路から交番電力が供給されることにより交番磁束を出力する送電共振回路、および、前記送電共振回路に交番磁束が発生するようにスイッチングされる複数のスイッチング素子を備える送電装置と、
　前記送電共振回路と磁気的に結合可能であり、負荷と電気的に接続されない共振回路である集磁回路を備える集磁装置と、
　前記集磁回路と磁気的に結合可能な受電コイル、および、前記受電コイルから出力される電力を負荷に供給可能な整流回路を備える受電装置とを備え、
　前記集磁装置が前記支持部により支持された状態における前記送電コイルと前記集磁回路のコイルとの結合係数が０．２以上である、非接触給電装置。

　付記（２）
　前記送電共振回路のコイルの軸方向の中心と前記集磁回路のコイルの軸方向の中心とのずれ量は、前記送電共振回路のコイルに関する軸方向の長さのおおよそ半分である、付記（１）に記載の非接触給電装置。

　付記（３）
　前記受電装置は前記集磁装置を含み、
　前記受電コイルは、磁性体により形成され、前記受電コイルおよび前記集磁回路のコイルが巻回されるボビンをさらに備え、
　前記集磁回路のコイルが前記ボビンに巻回され、そのコイルの外周に前記受電コイルが巻回される、付記（１）または付記（２）に記載の非接触給電装置。

　本発明は、家庭、医療機関、または、それらに準ずる環境において用いられる各種の非接触給電装置に適用できる。

　１　　非接触給電装置
　１０　　電動歯ブラシ
　１１　　ヘッド
　２０　　本体
　２１　　ケース
　２２　　把持部
　２３　　被支持部
　２３Ａ　　凸部
　２４　　表示部
　２４Ａ　　イオン表示部
　２４Ｂ　　駆動モード表示部
　２４Ｃ　　残量表示部
　２４Ｄ　　充電表示部
　２５　　電源ボタン
　２６　　上キャップ
　２６Ａ，２７Ｃ　　表キャップ
　２６Ｂ，２７Ｂ　　内キャップ
　２６Ｃ　　連結部
　２６Ｄ　　孔
　２７　　下キャップ
　２７Ａ　　底面
　２８Ａ，２８Ｂ，２８Ｃ，２８Ｄ　　弾性部材
　２９　　支持体
　２９Ａ　　フック
　３０　　駆動部
　３１　　出力軸
　４０　　電源部
　４１　　充電池（負荷）
　４２　　板金
　５０，１００　　基板
　５１　　リードフレーム
　６０　　受電装置
　６１，１６１　　受電部
　６２　　受電コイル
　６２Ａ，７１Ａ　　巻き始め端部
　６２Ｂ，７１Ｂ　　巻き終わり端部
　６３　　磁性体コア（コア）
　６４　　ダイオード（整流回路）
　６５，２１３　　平滑コンデンサ
　６６，１１７　　電流検出回路
　６６Ａ，１１７Ａ，１１８Ａ，１１８Ｂ　　抵抗
　６６Ｂ，１１７Ｂ　　増幅回路
　６７　　受電制御部
　６８　　スイッチ
　６９　　タイミング検出回路
　７０　　集磁装置
　７１　　集磁コイル
　７２　　集磁共振コンデンサ
　８０　　充電スタンド
　８１　　ケース
　８２　　台座
　８２Ａ　　天板
　８２Ｂ　　頂面
　８２Ｃ　　底板
　８２Ｄ　　底面
　８３　　柱
　８４　　支持部
　８４Ａ　　孔
　８４Ｂ　　凹部
　８４Ｃ　　ガイド部
　９０　　接続部
　９１，１２３　　大径部
　９２，１２２　　小径部
　９３　　端子
　１０１　　リード線
　１１０，２１０　　送電装置
　１１１　　送電コイル
　１１２Ａ，２１２Ａ　　第１のスイッチング素子
　１１２Ｂ，２１２Ｂ　　第２のスイッチング素子
　１１３Ａ，１１３Ｂ　　コンデンサ
　１１４Ａ，２１４Ａ　　第１のドライブ回路
　１１４Ｂ，２１４Ｂ　　第２のドライブ回路
　１１５　　送電制御部
　１１６　　送電共振コンデンサ
　１１８　　電圧検出回路
　１２０　　電源線
　１２１　　電源回路
　２１２Ｃ　　第３のスイッチング素子
　２１２Ｄ　　第４のスイッチング素子
　２１４Ｃ　　第３のドライブ回路
　２１４Ｄ　　第４のドライブ回路

Claims

電源回路から供給される交番電力により交番磁束を出力する送電共振回路と、前記送電共振回路に交番磁束を発生させるスイッチング素子を備える送電装置と、
前記送電共振回路と磁気的に結合可能で、負荷と電気的に接続されない集磁共振回路を構成する集磁回路を備える集磁装置と、
前記集磁回路と磁気的に結合可能な受電コイル、および前記受電コイルから出力される電力を前記負荷に供給可能な整流回路を備える受電装置と、を有し、
前記送電共振回路の送電共振周波数は前記スイッチング素子の駆動周波数よりも小さく、前記集磁回路の受電共振周波数は前記スイッチング素子の駆動周波数よりも大きい非接触給電装置。
前記集磁回路の受電共振周波数の範囲は、前記スイッチング素子の駆動周波数を超えて、１１５％以下である請求項１に記載の非接触給電装置。
前記送電共振回路の送電共振周波数の範囲は、前記スイッチング素子の駆動周波数未満で、８５％以上である請求項１に記載の非接触給電装置。
前記送電コイルと前記集磁コイルが近接して配置されたときの結合係数が第１の範囲に含まれる場合、および、前記送電コイルと前記集磁コイルが離れて配置されたときの結合係数が前記第１の範囲よりも小さい第２の範囲に含まれる場合、または本体が送電装置に配置されていない場合のいずれにおいても、
前記送電共振回路の送電共振周波数は、前記スイッチング素子の駆動周波数よりも小さい請求項１に記載の非接触給電装置。
前記送電装置は、前記集磁装置を支持可能な支持部を、さらに備え、
前記支持部は、前記送電共振回路の送電コイルおよび前記集磁回路の集磁コイルの少なくとも一部が軸方向において重なり合い、前記送電コイルの軸方向における中心と前記集磁コイルの軸方向における中心とが、ずれるように前記集磁装置を支持する請求項１に記載の非接触給電装置。
前記受電装置は、前記集磁装置を含み、
前記受電装置は、前記受電コイルおよび前記集磁コイルが巻回されるコアを、さらに備える請求項１に記載の非接触給電装置。
前記コアは、磁性体で形成される請求項６に記載の非接触給電装置。
前記コアは、ボビン形状を有する請求項７に記載の非接触給電装置。
電源回路から供給される交番電力により交番磁束を出力する送電共振回路、および前記送電共振回路に交番磁束を発生させるスイッチング素子を備える送電装置と、
前記送電共振回路と磁気的に結合可能な受電コイル、および前記受電コイルから出力される電力を負荷に供給可能な整流回路を備える受電装置と、を有し、
前記送電共振回路の送電共振周波数は前記スイッチング素子の駆動周波数よりも小さく、前記受電コイルを含む受電共振回路の受電共振周波数は前記スイッチング素子の駆動周波数よりも大きい非接触給電装置。
前記受電コイルの受電共振周波数の範囲は、前記スイッチング素子の駆動周波数を超えて、１１５％以下である請求項９に記載の非接触給電装置。
前記送電共振回路の送電共振周波数の範囲は、前記スイッチング素子の駆動周波数未満で、８５％以上である請求項９に記載の非接触給電装置。