WO2018037566A1 - 非接触受電装置、非接触送電装置および非接触送受電装置 - Google Patents

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川前 治
市川 勝英
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Definitions

  • the present invention relates to a wireless power feeding technology, for example, a non-contact power receiving device, a non-contact power transmitting device, and a non-contact power transmitting / receiving related to a non-contact power feeding technology for charging a battery of a small portable device such as a portable terminal or an electric vehicle without contact. Relates to the device.
  • radio waves such as microwaves, electromagnetic induction methods using magnetic field coupling, etc. are being studied.
  • microwaves makes it possible to make the power transmission distance relatively long, which is excellent in terms of transmission distance.
  • transmission efficiency is poor and practical use has not been achieved.
  • the transmission distance is about several centimeters to several tens of centimeters, but the transmission efficiency of the coils used for power transmission and reception is as high as about 90%. For this reason, it is considered that transmission by a magnetic field induction method becomes the mainstream as a wireless power feeding technique.
  • Patent Document 1 The electromagnetic induction method is described in Patent Document 1 and Patent Document 2, for example.
  • a non-contact power transmission / reception device that employs an electromagnetic induction method includes a power transmission coil, a power reception coil, a power transmission amplifier that amplifies a power transmission frequency, a rectifier circuit that converts received power to direct current, and a DC that outputs a set direct current voltage -Consists of a DC (direct current-direct current) converter.
  • the transmission efficiency of the coil that is, the transmission efficiency between the power transmission coil and the power reception coil can be about 90%, but the overall efficiency of the non-contact power transmission and reception device is not only the transmission efficiency of the coil, The efficiency of other components is also affected.
  • Patent Document 1 discloses a technique for achieving impedance matching at the time of connection between components.
  • the technique disclosed in Patent Document 1 will be described.
  • the code in parentheses indicates the code given in FIG.
  • the non-contact power transmission device is described as a resonance type power transmission device
  • the non-contact power reception device is described as a resonance type power reception device.
  • the power transmission coil is described as a resonant transmission antenna
  • the power reception coil is described as a resonant reception antenna.
  • the present specification will be described as a non-contact power transmission device, a non-contact power reception device, a power transmission coil, and a power reception coil.
  • the non-contact power transmission / reception device includes a non-contact power transmission device (1) and a non-contact power reception device (2).
  • the non-contact power transmission device (1) includes a resonant power source (11), a matching circuit (12), and a power transmission coil (13).
  • the non-contact power receiving device (2) includes a power receiving coil (21), a rectifier circuit (22), and a receiving circuit (23).
  • the transmission power from the resonance type power supply (11) of the non-contact power transmission device (1) is transmitted from the power transmission coil (13) through the matching circuit (12).
  • the transmitted power is received by the power receiving coil (21) of the non-contact power receiving device (2), rectified by the rectifying circuit (22), and then supplied to the receiving circuit (23).
  • the impedance matching between the resonant power source (11) and the power transmission coil (13) is achieved by the matching circuit (12).
  • the rectifier circuit (22) is configured to be matched with the power receiving coil (21).
  • a battery or a battery charging circuit serves as a load, and the battery is charged by the output of the non-contact power receiving apparatus. Since the battery is charged by supplying a constant DC voltage, for example, the non-contact power receiving device includes a switching power supply such as a DC-DC converter or a chopper circuit and outputs a constant DC voltage. ing. As will be described later by taking a DC-DC converter as an example, the switching power supply has a characteristic that its input equivalent resistance changes depending on the amount of power supplied and the state of the load. Patent Document 1 does not show such characteristics of the DC-DC converter, and does not consider matching with the characteristics of the DC-DC converter.
  • the DC-DC converter operates so that the power consumption is constant when the load resistance is constant, for example, the transmission power from the non-contact power transmission apparatus increases and the received power in the non-contact power reception apparatus increases.
  • the input voltage of the DC-DC converter rises, the input current of the DC-DC converter decreases, and thus operates so as to receive a certain amount of power.
  • the input equivalent resistance of the DC-DC converter increases.
  • the DC-DC converter Since the DC-DC converter has a characteristic that the output power is constant, the product of the input voltage and the input current should be constant and almost equal to the power consumption of the DC-DC converter. Therefore, even if the output power is constant, there are a plurality of combinations of the input voltage value and the input current value, and the input voltage value and the input current corresponding to any one of these combinations. Will converge to the value of.
  • a step-down DC-DC converter operates as a DC-DC converter if the input voltage is slightly higher than the output voltage. Therefore, as a convergence condition, a combination of an input voltage and an input current that is slightly higher than the output voltage is used. There will be more than one.
  • the input voltage converges to a value exceeding the withstand voltage of the devices constituting the rectifier circuit, for example. Sometimes. In this case, the device is destroyed.
  • the input voltage may converge to a value that causes the DC-DC converter to operate with a low conversion efficiency.
  • the conversion efficiency is best when the input voltage is slightly higher than the output voltage, and the conversion efficiency tends to decrease as the input voltage increases. Therefore, it is desirable in terms of efficiency that the value of the input voltage of the DC-DC converter is converged to a value slightly higher than the output voltage.
  • the value of the input voltage may converge to a value higher than the output voltage. In this case, the DC-DC converter operates with a low conversion efficiency.
  • Patent Document 2 shows a configuration for reducing output noise of a differential-operation power transmission amplifier, but reduction of a ripple voltage in which a received signal component is superimposed on a rectified voltage is considered. Not. That is, no consideration is given to the reduction of noise generated in the non-contact power receiving apparatus.
  • An object of the present invention is to provide a non-contact power transmission / reception device that can operate stably.
  • Another object of the present invention is to provide a non-contact power transmission / reception device capable of reducing noise.
  • the non-contact power receiving device includes a power receiving coil that receives power from the non-contact power transmitting device, and a rectifying circuit that rectifies the power received by the power receiving coil to form a high potential side rectified output and a low potential side rectified output.
  • a smoothing circuit that is supplied with a high-potential-side rectified output and a low-potential-side rectified output and forms a DC voltage by smoothing, and a switching power supply that converts the DC voltage from the smoothing circuit into a first voltage.
  • the smoothing circuit includes a first inductor that transmits the rectified output on the high potential side, a second inductor that transmits the rectified output on the low potential side, and the transmitted low potential on the rectified output on the high potential side.
  • a first smoothing capacitive element to which the rectified output on the side is supplied, and the transmitted rectified output on the low potential side is connected to the ground potential.
  • a high-frequency signal at the rectified output on the high potential side is transmitted to the ground potential via the first smoothing capacitor element, and a high-frequency signal at the rectified output on the low potential side is also transmitted to the ground potential. It is possible to suppress the generation of noise from the apparatus.
  • the rectified output having a frequency corresponding to the frequency of the received power is supplied to the first inductor and the second inductor, the impedance (resistance component) of the first inductor and the second inductor is increased. As a result, the range in which the input voltage of the switching power supply converges can be narrowed, and a non-contact power receiving device that operates stably can be provided.
  • FIG. 1 is a circuit diagram illustrating a configuration of a non-contact power transmission / reception device according to Embodiment 1.
  • FIG. FIG. 5 is a characteristic diagram showing a relationship between an input voltage and an input current of a step-down DC-DC converter. It is a characteristic view which shows the relationship between the input voltage of a DC-DC converter, and input equivalent resistance. It is a characteristic view which shows the relationship between the power supply voltage and operating current of a power transmission amplifier. It is a characteristic view which shows the relationship between the power supply voltage and operating current of a power transmission amplifier. It is a characteristic view which shows the relationship between the power supply voltage and operating current of a power transmission amplifier. It is a characteristic view which shows the relationship between the power supply voltage and operating current of a power transmission amplifier.
  • FIG. 3 is a circuit diagram illustrating a configuration of a rectifier circuit and a smoothing circuit according to the first embodiment.
  • FIG. 6 is a circuit diagram illustrating a configuration of a non-contact power transmission / reception device according to a second embodiment.
  • FIG. 6 is a circuit diagram illustrating a configuration of a non-contact power transmission / reception device according to a third embodiment.
  • FIG. 6 is a circuit diagram illustrating a configuration of a non-contact power transmission and reception device according to a fourth embodiment.
  • FIG. 10 is a circuit diagram illustrating a configuration of a non-contact power receiving device according to a sixth embodiment.
  • FIG. 11 is a flowchart showing the operation of the non-contact power transmission / reception device according to the sixth embodiment.
  • FIG. 11 is a flowchart showing the operation of the non-contact power transmission / reception device according to the sixth embodiment.
  • (A) And (B) is a typical external view which shows the structure of the non-contact power transmission / reception apparatus concerning Embodiment 7.
  • FIG. FIG. 20 is a schematic external view showing a configuration of a non-contact power transmitting / receiving device according to a modification of the seventh embodiment.
  • FIG. 10 is a circuit diagram illustrating a configuration of a non-contact power transmission and reception device according to an eighth embodiment.
  • FIG. 20 is a schematic external view showing a configuration of a non-contact power transmitting / receiving device according to a ninth embodiment.
  • FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of the non-contact power transmitting and receiving apparatus according to the first embodiment.
  • 1 indicates a non-contact power transmission device
  • 2 indicates a non-contact power reception device.
  • the contactless power transmitting device 1 and the contactless power receiving device 2 are coupled by electromagnetic induction.
  • the non-contact power transmission apparatus 1 includes a drive power supply 101, a field effect transistor (hereinafter also referred to as MOSFET) 102, a variable power supply 103, a grounded capacitive element 104, a choke coil 105, common mode filters 106 and 111, capacitive elements 107 and 109, and an inductor. 108, a filter 110, a resonance capacitive element 112, and a power transmission coil 113.
  • MOSFET field effect transistor
  • the power transmission amplifier SAMP is configured by the drive power supply 101, the MOSFET 102, the power supply 103, the grounded capacitive element 104, the choke coil 105, the inductor 108, the capacitive elements 107 and 109, and the common mode filter 106. It is configured.
  • the output of the power transmission amplifier AMP is supplied to the resonance circuit constituted by the resonance capacitive element 112 and the power transmission coil 113 via the filter 110 and the common mode filter 111.
  • a drive power supply 101 is connected between the gate and source of the MOSFET 102.
  • the drive power supply 101 supplies a drive signal whose voltage periodically changes between a high level and a low level to the gate of the MOSFET 102.
  • the MOSFET 102 is periodically turned on / off by the drive signal from the drive power supply 101.
  • the drain of the MOSFET 102 is connected to the variable power source 103 and the grounded capacitive element 104 via the choke coil 105 and the common mode filter 106. Further, the drain of the MOSFET 102 is connected to the input of the filter 110 via the inductor 108 and the capacitive element 109.
  • a capacitive element 107 is connected between the source and drain of the MOSFET 102, and the source of the MOSFET 102 is connected to the ground potential Vs via the common mode filter 106.
  • the power transmission amplifier SAMP constitutes a so-called switching amplifier called a class E amplifier.
  • the choke coil 105 has such a value that the reactance value can be regarded as infinite at the frequency of power transmitted by the non-contact power transmission device 1 (hereinafter also referred to as power transmission frequency).
  • power transmission frequency the frequency of power transmitted by the non-contact power transmission device 1
  • Vdd indicates the power supply voltage of the power transmission amplifier SAMP
  • Idd indicates the operating current (power supply current) of the power transmission amplifier SAMP. That is, Vdd is a power supply voltage of the variable power supply 103, and Idd is an operating current supplied from the variable power supply 103. Since the variable power supply 103 is a power supply whose voltage value can be adjusted, the value of the power supply voltage Vdd can be changed.
  • the grounded capacitive element 104 and the variable power supply 103 are connected in parallel between the common mode filter 106 and the ground potential Vs. Here, the grounded capacitive element 104 functions to suppress voltage fluctuation of the power supply voltage Vdd.
  • the capacitive elements 107 and 109 and the inductor 108 constitute a resonance circuit.
  • the resonance frequency of the resonance circuit at this time be f1.
  • the capacitive element 109 and the inductor 108 constitute a resonance circuit.
  • the resonance frequency of the resonance circuit at this time is f2
  • the power transmission frequency is f0
  • the values of the capacitive elements 107 and 109 and the inductor 108 are set so that the relationship of f2 ⁇ f0 ⁇ f1 is established.
  • switching control is performed so that the MOSFET 102 is turned on / off by the drive signal, so that a transmission signal (power) can be efficiently supplied from the drain of the MOSFET 102 to the filter 110. .
  • the filter 110 is a low-pass filter that transmits a transmission signal of the transmission frequency f0 band and cuts off the harmonics more than twice (next) generated by the transmission amplifier SAMP.
  • the filter 110 is composed of, for example, a ⁇ -type low-pass filter.
  • the output of the filter 110 is supplied via a common mode filter 110 to a series resonance circuit configured by connecting a resonance capacitor element 112 and a power transmission coil 113 in series. Since the resonance frequency of this series resonance circuit is matched with the power transmission frequency f0, a large resonance current flows through the power transmission coil 113, a strong magnetic field is generated, and power having the power transmission frequency f0 is transmitted.
  • the common mode filters 106 and 111 are provided with two coils in which the directions of the generated magnetic fields are the same when the in-phase signal is supplied (the mark ⁇ in FIG. Indicates the direction of magnetic coupling).
  • each of the common mode filters 106 and 111 suppresses the transmission of the in-phase signal via the common mode filter when the in-phase signal is supplied.
  • the common mode filter 106 suppresses transmission of an in-phase signal from the MOSFET 102 toward the variable power supply 103.
  • the common mode filter 110 suppresses the transmission of in-phase signals from the filter 110 toward the series resonance circuit (resonance capacitive element 112, power transmission coil 113), for example. Thereby, it is reduced that the noise of an in-phase signal generate
  • the filter 110 has an impedance matching function for matching impedance between the power transmission amplifier SAMP side and the series resonance circuit (common mode filter 111, resonance capacitor 112, power transmission coil 113). ing.
  • power of the power transmission frequency is formed by the power transmission amplifier SAMP, and this power is transmitted from the power transmission coil 113.
  • the non-contact power receiving apparatus 2 includes a common mode filter 124, a resonant capacitor element 122, a power receiving coil 121, a matching circuit (also referred to as matching + filter) 123 that also serves as a filter, rectifying diodes 125, 126, 127, and 128, and a smoothing circuit 129.
  • a DC-DC converter 133 and a load resistor 134 are provided.
  • a load resistor 134 is shown as a load of the DC-DC converter 133 for convenience of explanation, but the load of the DC-DC converter 133 is a battery or a charging circuit for charging the battery.
  • a step-down DC-DC converter is used as the DC-DC converter 133. That is, the DC-DC converter 133 forms a DC voltage having a voltage (for example, 5 V) lower than the input DC voltage.
  • the rectifying diodes 125, 126, 127, and 128 are connected to form a rectifier circuit that performs bridge-type full-wave rectification. That is, the cathodes of the rectifying diodes 125 and 127 are connected to the rectification output end + on the high potential side, and the anodes of the rectification diodes 126 and 128 are connected to the rectification output end-on the low potential side.
  • the anode of the rectifying diode 125 and the cathode of the rectifying diode 126 are connected in common and connected to one output end of the common mode filter 124, and the anode of the rectifying diode 127 and the cathode of the rectifying diode 128 are common. And is connected to the other output end of the common mode filter 124.
  • the smoothing circuit 129 includes inductors (first inductor and second inductor) 130 and 131 and a smoothing capacitive element (first smoothing capacitive element) 132.
  • One end of the inductor 130 is connected to the rectified output end + of the rectifier circuit, and one end of the inductor 131 is connected to the rectified output end ⁇ of the rectifier circuit.
  • the smoothing capacitive element 132 is connected between the other ends of the inductors 130 and 131, and the other end of the inductor 131 is connected to the housing ground CVs.
  • the other end of each of the inductors 130 and 131 is connected to the input of the DC-DC converter 133.
  • the rectified output on the high potential side output from the rectified output end + is transmitted to the inductor 130, supplied to the DC-DC converter 133, and rectified on the low potential side output from the rectified output end-.
  • the output is transmitted to the inductor 131 and supplied to the DC-DC converter 133.
  • the power receiving coil 121 includes three taps. That is, the power receiving coil 121 includes a first tap and a second tap connected to both ends of the coil, and a third tap (intermediate) connected to the coil portion between the first tap and the second tap (for example, intermediate). Tap).
  • the resonant capacitor element 122 is connected between the first tap and the second tap of the power receiving coil 121.
  • the power receiving coil 121 and the resonant capacitor element 122 constitute a parallel resonant circuit.
  • the output of the parallel resonant circuit is taken out from the intermediate tap of the power receiving coil 121. That is, the intermediate tap of the power receiving coil 121 is connected to the matching circuit 123 that also serves as a filter.
  • the output of the matching circuit 123 which also serves as a filter, is input to a rectifier circuit including rectifier diodes 125, 126, 127, and 128 via a common mode filter 124.
  • the rectified output of the rectifier circuit is input to the DC-DC converter 133 via the smoothing circuit 129, and the load resistor 134 is connected to the output of the DC-DC converter 133.
  • the values of the power receiving coil 121 and the resonant capacitive element 122 are set so that the resonant frequency of the parallel resonant circuit configured by the power receiving coil 121 and the resonant capacitive element 122 is equal to the power transmission frequency f0. Thereby, the electric power transmitted from the non-contact power transmission device 1 is efficiently received by the power receiving coil 121.
  • the matching circuit 123 that also serves as a filter, impedance matching is achieved between the power receiving coil 121 and a subsequent rectifier circuit (a rectifier circuit including rectifier diodes 125 to 128).
  • the power received by the power receiving coil 121 is efficiently full-wave rectified by the rectifying diodes 125 to 128, and the rectified DC power is input to the DC-DC converter 133 via the smoothing circuit 129.
  • the input DC power is converted into a preset DC voltage value, and power is consumed by the load resistor 134.
  • the impedance becomes very high at the time of resonance.
  • the power receiving coil 121 is provided with an intermediate tap, and the impedance is lowered by outputting the received power from the intermediate tap. This facilitates impedance matching in the matching circuit 123 that also serves as a subsequent filter.
  • a drive signal having a frequency in the MHz band is output from the drive power supply 101, and power having a power transmission frequency in the MHz band is transmitted from the power transmission coil 113.
  • the transmitted electric power is received by the power receiving coil 121 of the non-contact power receiving device 2 by magnetic field coupling between the power transmitting coil 113 and the power receiving coil 121.
  • the received power is rectified by a rectifier circuit constituted by rectifier diodes 125 to 128. By rectification, a rectified output on the high potential side is output from the rectified output end + of the rectifier circuit, and a rectified output on the low potential side is output from the rectified output end-.
  • the rectified output on the high potential side and the rectified output on the low potential side are smoothed by the smoothing circuit 129 to form a direct current voltage and supplied to the DC-DC converter 133.
  • the supplied DC voltage is converted into a preset DC voltage value (first voltage) by the DC-DC converter 133 and output.
  • a common mode filter 124 is connected between a matching circuit 123 that also serves as a filter and a rectifier circuit.
  • the common mode filter 124 has the same configuration as the common mode filters 106 and 111 described above. Therefore, for example, even if an in-phase signal is output from the matching circuit 123 that also serves as a filter, the in-phase signal is suppressed from being transmitted by the common mode filter 124. As a result, the non-contact power receiving device 2 can reduce the occurrence of in-phase noise.
  • each of the inductor 130 and the inductor 131 is connected by the smoothing capacitive element 132, and the other end of the inductor 131 is connected to the housing ground CVs. Since the casing ground CVs is at the ground potential Vs, the high-frequency signal transmitted through the inductors 130 and 131 is short-circuited by the smoothing capacitive element 132 and further flows to the casing ground CVs (ground potential Vs). Thereby, it becomes possible to prevent a high frequency signal from being output as noise from the non-contact power receiving apparatus 2.
  • FIG. 11 is a block diagram for explaining the load of the DC-DC converter 133.
  • the DC voltage Vbd formed by the DC-DC converter 133 is supplied to the battery VBC, and the battery VBC is charged.
  • the battery VBC is connected and charged between the housing ground CVs and the power supply wiring to which the DC voltage Vbd is supplied.
  • a desired circuit CKT operates using the DC voltage from the battery VBC and the ground potential Vs as operating voltages. In this case, the potential of the casing ground CVs becomes the ground potential Vs, and the desired circuit CKT operates with a potential difference between the ground potential Vs and the DC voltage Vbd.
  • a non-contact power transmission / reception device is configured based on the technique disclosed in Patent Document 1 and a DC voltage is formed by a DC-DC converter, for example, a power transmission coil (13) and a power reception coil (21)
  • a DC-DC converter for example, a power transmission coil (13) and a power reception coil (21)
  • the input voltage supplied to the DC-DC converter is considerably higher than a desired value, and the withstand voltage of the devices constituting the rectifier circuit (22) is reduced. An insufficient situation occurred.
  • the DC voltage output from the DC-DC converter did not reach a desired value, and the DC-DC converter did not operate normally. Therefore, the present inventors conducted experiments and studied to investigate the cause. Hereinafter, the study conducted by the present inventors will be described.
  • FIG. 2 is a characteristic diagram showing the relationship between the input voltage of the step-down DC-DC converter 133 and the input current of the DC-DC converter 133 shown in FIG.
  • the DC-DC converter 133 is taken out from the non-contact power receiving apparatus 2, and the relationship between the input voltage and the input current is measured for the DC-DC converter 133 alone.
  • the horizontal axis represents the input voltage DCVin supplied to the DC-DC converter 133
  • the vertical axis represents the input current DCIin supplied to the DC-DC converter 133.
  • the DC-DC converter is set so as to output a voltage of 5 V as a predetermined DC voltage (first voltage) when the input voltage DCVin is supplied.
  • DCI (8.7) indicates an input current curve when a resistance 8.7 ⁇ is connected to the DC-DC converter 133 as a load.
  • a resistance of 8.7 ⁇ is connected as the load resistance 134 is shown.
  • the input voltage DCVin is changed from around 3.5V to around 12V, the DC-DC converter 133 is shown.
  • the input current DCIin flowing through the input changed as shown in the input current curve DCI (8.7).
  • the input current DCIin flowing to the DC-DC converter 133 is the input current curve DCI ( It changed as shown in 13.1).
  • the input current DCIin flowing to the DC-DC converter 133 is an input current curve DCI (26.7). ).
  • the power consumption at the load resistor 134 is approximately 3W.
  • the power consumption at the load resistor 134 when the resistor 13.1 ⁇ is connected is approximately 2 W
  • the power consumption at the load resistor 134 when the resistor 26.7 ⁇ is connected is approximately 1 W.
  • the input power of the DC-DC converter 133 is almost equal. It becomes constant. For example, if the load resistor 134 is 8.7 ⁇ , the power consumption at the load resistor 134 is approximately 3 W as described above, and the input power of the DC-DC converter 133 is also a value corresponding to approximately 3 W. . Similarly, even if the load resistance 134 is changed to the resistances 13.1 ⁇ and 26.7 ⁇ , the input power of the DC-DC converter 133 is a substantially constant value corresponding to each power consumption (approximately 2 W, approximately 1 W). Become.
  • the input power of the DC-DC converter 133 is a product of the input voltage DCVin and the input current DCIin, for example, when the input voltage DCVin increases, the input current DCIin decreases. Therefore, as shown in FIG. 2, in the range of the input voltage DCVin in which the step-down operation is performed, that is, in the range of 5.5 V or more, the input current curve DCI (8.7), DCI (13.1) and DCI (26.7) drop and the input current DCIin decreases. That is, in the range where the step-down operation is performed, the DC-DC converter 133 exhibits a negative resistance that the input current DCIin decreases with an increase in the input voltage DCVin. In other words, the input equivalent resistance of the DC-DC converter 133 becomes a negative resistance when the step-down operation is performed.
  • the power consumption at the load resistor 134 and the input power of the DC-DC converter 133 correspond to each other and are almost constant.
  • the load resistance 134 is a resistance of 8.7 ⁇
  • the DC-DC converter 133 is stepped down, it converges to any one of these combinations (a combination of the input voltage DCVin and the input current DCIin).
  • the load resistance 134 is a resistance of 8.7 ⁇ has been described, there are a plurality of combinations in a similar manner even when other resistance values, for example, 13.1 ⁇ and 26.7 ⁇ , are converged to one.
  • the value of the input voltage DCVin that makes the input current DCIin 0.4A is 4.2V as shown in FIG. There are two at 6V.
  • the input voltage DCVin of 7.6 V is a value that allows the DC-DC converter 133 to perform a step-down operation.
  • the input voltage DCVin of 4.2 V can cause the DC-DC converter 133 to perform a step-down operation. Impossible value. Therefore, it can be seen that depending on the combination to converge, it may be difficult to operate the DC-DC converter 133 appropriately (step-down operation). Of course, when not operating properly, the set desired output voltage (5 V) is not formed by the DC-DC converter 133.
  • FIG. 3 is a characteristic diagram showing the relationship between the input voltage of the DC-DC converter 133 and the input equivalent resistance.
  • FIG. 3 is created based on FIG.
  • the horizontal axis represents the input voltage DCVin of the DC-DC converter 133
  • the vertical axis represents the input equivalent resistance DCR of the DC-DC converter 133.
  • DCER (8.7) is an input equivalent resistance curve showing a change in the input equivalent resistance when a resistance 8.7 ⁇ is connected as the load resistance 134 and the input voltage DCVin is changed.
  • DCER (13.1) is an input equivalent resistance curve showing the change of the input equivalent resistance when the resistance 13.1 ⁇ is connected as the load resistance 134 and the input voltage DCVin is changed.
  • 7) is an input equivalent resistance curve showing a change of the input equivalent resistance when the resistance 26.7 ⁇ is connected as the load resistance 134 and the input voltage DCVin is changed.
  • the input equivalent resistance is an equivalent input resistance of the DC-DC converter 133 obtained by dividing the corresponding input voltage DCVin shown in FIG. 2 by the input current DCIin.
  • the input equivalent resistance curve DCER (8.7) is obtained by dividing the input voltage DCVin at that time by the value of the input current DCIin indicated by the corresponding input current curve DCI (8.7).
  • Other input equivalent resistance curves DCER (13.1) and DCER (26.7) are obtained in the same manner.
  • FIG. 4 shows the non-contact power receiving apparatus 2 shown in FIG. 1 in which the DC-DC converter 133 is removed, and a resistor is connected to the smoothing circuit 129 instead of the DC-DC converter 133, so that the power supply voltage Vdd of the power transmission amplifier SAMP
  • FIG. 6 is a characteristic diagram created by measuring the relationship between and the operating current Idd.
  • the resistance connected to the smoothing circuit 129 can be regarded as the input equivalent resistance of the DC-DC converter 133 described in FIG.
  • the horizontal axis indicates the power supply voltage Vdd of the variable power supply 103 of the power transmission amplifier SAMP (see FIG. 1), and the vertical axis indicates the operating current Idd of the power transmission amplifier SAMP.
  • SAI (51) is obtained when the power supply voltage Vdd is changed in a state where the resistor 51 ⁇ is connected as the input equivalent resistance to the smoothing circuit 129 in place of the DC-DC converter 133 in FIG. It is a power transmission amplifier current curve showing the change of the operating current Idd.
  • the resistance 22 ⁇ as the input equivalent resistance is connected to the smoothing circuit 129, and the change in the operating current Idd when the power supply voltage Vdd is changed is the transmission amplifier current curve SAI.
  • the resistance 10 ⁇ as the input equivalent resistance is connected to the smoothing circuit 129, and the change in the operating current Idd when the power supply voltage Vdd is changed is the transmission amplifier current curve SAI ( 10).
  • FIG. 4 shows the dependency between the change in the operating current Idd that flows with respect to the change in the power supply voltage Vdd of the power transmission amplifier SAMP and the input equivalent resistance of the DC-DC converter 133.
  • FIG. 10A is a circuit diagram illustrating a configuration of the matching circuit 123.
  • the matching circuit 123 includes a capacitive element 505 and inductors 506 and 507. 1 and 10, the inductor 506 is connected between the input terminal 501 and the output terminal 503 of the matching circuit 123, and the inductor 507 is connected to the input terminal 502 and the output terminal 504 of the matching circuit 123. Connected between.
  • the capacitive element 505 is connected between the input terminals 501 and 502.
  • the input terminal 501 of the matching circuit 123 is connected to an intermediate tap of the power receiving coil 121, and the input terminal 502 is connected to a tap (second tap) connected to the other end of the power receiving coil 121.
  • the output terminal 503 of the matching circuit 123 is connected to a connection portion between the rectification diode 125 and the rectification diode 126, and the output terminal 504 is connected to a connection portion between the rectification diode 127 and the rectification diode 128.
  • the capacitive element 505 and the inductors 506 and 507 constitute a filter and perform impedance matching.
  • the characteristic shown in FIG. 4 is that the value of the capacitive element 505 constituting the matching circuit 123 is set to 308 pF, the respective values of the inductances 506 and 507 are set to 0.95 uH, and the smoothing capacitive element 132 in the smoothing circuit 129 The value was set to 22 uF, and each of the inductors 130 and 131 was measured in a shorted state.
  • FIG. 4 shows a change in the operating current Idd flowing with respect to the change in the power supply voltage Vdd of the power transmission amplifier SAMP and the input equivalent resistance of the DC-DC converter 133 in a configuration similar to the configuration in FIG. It can also be regarded as showing the dependency of.
  • FIG. 11 is a characteristic diagram created by measuring the operating current Idd of the power transmission amplifier SAMP while changing the value of the power supply voltage Vdd of the power transmission amplifier SAMP, connected to the circuit 129. 5 and 6, the horizontal axis and the vertical axis are the power supply voltage Vdd and the operating current Idd of the power transmission amplifier SAMP as in FIG. 4.
  • the characteristic when the resistor 51 ⁇ is used as the input equivalent resistance is represented by the transmission amplifier current curve SAI (51), and the characteristic when the resistor 22 ⁇ is used as the input equivalent resistance is the transmission amplifier current curve SAI (22). ), And a characteristic when a resistance of 10 ⁇ is used as an input equivalent resistance is represented by a power transmission amplifier current curve SAI (10).
  • the values of the smoothing circuit 129 and matching circuit 123 shown in FIGS. 1 and 10 are set to values different from the values set when obtaining the characteristics of FIG. , Seeking.
  • coils are used as the inductors 130 and 131 in the smoothing circuit 129 shown in FIG. 1, and each value is set to 3.3 uH so as to function as an inductor. .
  • the value of the capacitive element 505 and the values of the inductances 506 and 507 in the matching circuit 123 shown in FIG. 10 are the same as the values set when obtaining the characteristics shown in FIG.
  • the inductors 130 and 131 in the smoothing circuit 129 shown in FIG. 1 do not use a coil similarly to the case where the characteristics shown in FIG. 4 are obtained.
  • a signal wiring that short-circuits between the rectifier circuit and the input equivalent resistance is formed.
  • the inductors 506 and 507 in the matching circuit 123 shown in FIG. 10 are the same as the values set when the characteristic shown in FIG. 4 is obtained, and the value of the capacitor 505 is the characteristic shown in FIG. The value is set to 275 pF, which is smaller than the value 308 pF set at the time.
  • the differences in the values set when obtaining the characteristics shown in FIGS. 4 to 6 are summarized as follows.
  • the characteristic shown in FIG. 5 is measured by setting the value to 3.3 uH so that the inductors 130 and 131 in the smoothing circuit 129 function as inductors with respect to the characteristic shown in FIG.
  • the characteristics shown in FIG. 6 are measured by setting the value of the capacitor 505 in the matching circuit 123 to be smaller than that shown in FIG.
  • the power supply voltage Vdd of the power transmission amplifier SAMP is 11 V or more, even if the input equivalent resistance of the DC-DC converter 133 changes from around 10 ⁇ to around 22 ⁇ , the power supply voltage Vdd and the operating current of the power transmission amplifier SAMP Idd represents almost the same change and almost no difference.
  • the operating current Idd flowing through the power transmission amplifier SAMP increases in the vicinity of 450 mA almost in proportion to the power supply voltage Vdd of the power transmission amplifier SAMP.
  • the efficiency of the power transmission amplifier SAMP is 80%, the efficiency between the power transmission coil 113 and the power reception coil 121 is 90%, and the efficiency of the rectifier circuit is 90%, the input equivalent resistance is 10 ⁇ or 22 ⁇ , and the power transmission amplifier SAMP
  • the operating current Idd of the power transmission amplifier SAMP when the power supply voltage Vdd is 11 V or higher is converted to an input current DCIin of about 0.4 A to 0.5 A.
  • the input voltage DCVin of the DC-DC converter 133 is in the range of about 4V to 7V and the input current DCIin is in the range of about 0.4A to 0.5A.
  • the input current curve DCI (8.7) shows both when the input voltage DCVin is higher than 5.5V and when it is lower than 5.5V. is doing. That is, the DC-DC converter 133 has both a combination of the input voltage DCVin and the input current DCIin that normally perform the step-down operation and a combination of the input voltage DCVin and the input current DCIin that do not perform the normal step-down operation. become. In other words, there are both a convergence point where the DC-DC converter 133 can normally perform a step-down operation and a convergence point where the DC-DC converter 133 does not operate normally.
  • the rate of change of the operating current Idd of the power transmission amplifier SAMP with respect to the change of the power supply voltage Vdd of the power transmission amplifier SAMP differs depending on the input equivalent resistance of the DC-DC converter 133.
  • the change rate (current change rate) of the operating current Idd increases as the value of the input equivalent resistance decreases.
  • FIG. 4 it is possible to prevent the operating currents Idd from overlapping even when the input equivalent resistances are different.
  • the capacitance element 505 (FIG. 10) of the matching circuit 123 is 275 pF, as shown in FIG.
  • the slopes of the transmission amplifier current curves SAI (10), SAI (22), and SAI (51) can be made different for each equivalent resistance. That is, by changing the value of the capacitive element 505 of the matching circuit 123, the change rate (current change rate) of the operating current Idd of the power transmission amplifier SAMP can be made different from each other as shown in FIG.
  • the horizontal axis indicates the transmission voltage.
  • the power transmission voltage here means the power supply voltage Vdd of the power transmission amplifier SAMP.
  • Each vertical axis represents the voltage across the load resistor 134. Since the terminal voltage corresponds to the output voltage Vout of the DC-DC converter 133, the vertical axis is shown as the output voltage Vout of the DC-DC converter in these drawings.
  • Vout (13.1) is DC ⁇ when the power supply voltage Vdd of the power transmission amplifier SAMP is changed with the resistor 13.1 ⁇ connected as the load resistor 134 shown in FIG. 6 is an output voltage curve showing a change in an output voltage Vout of the DC converter 133.
  • the DC-DC converter 133 is set so that 5V is output as an output voltage (desired voltage), and the power transmission frequency f0 is set to 6.78 MHz. Further, the output voltage curve when the output voltage and the transmission frequency of the DC-DC converter 133 are set to the same value and the resistance 8.7 ⁇ is connected as the load resistance 134 is shown as Vout (8.7). The output voltage curve when the resistor 5.6 ⁇ is connected is shown as Vout (5.6).
  • FIG. 7 shows measured output voltage curves Vout (13.1), Vout (8.7), and Vout (5. 5) with the conditions of the smoothing circuit 129 and the matching circuit 123 set to the conditions of FIG. 6).
  • FIG. 8 shows measured output voltage curves Vout (13.1), Vout (8.7) and Vout (with the conditions of the smoothing circuit 129 and the matching circuit 123 set to the conditions of FIG. 5.6).
  • FIG. 9 shows measured output voltage curves Vout (13.1), Vout (8.7), and Vout (with the conditions of the smoothing circuit 129 and the matching circuit 123 set to the conditions of FIG. 5.6).
  • the DC-DC converter 133 does not perform a normal step-down operation. In other words, a desired output voltage is not formed by the DC-DC converter 133 unless the power supply voltage Vdd of the power transmission amplifier SAMP is increased to a high level.
  • the DC-DC converter 133 is normal. It is possible to lower the power supply voltage Vdd of the power transmission amplifier SAMP that starts a proper step-down operation. As a result, it is possible to reduce the occurrence of a state in which the DC-DC converter 133 does not perform a normal step-down operation. In addition, the destruction of the rectifying diode can be reduced.
  • the present inventors set the matching circuit 123 and the smoothing circuit 129 so that the DC-DC converter 133 is normal even when the power supply voltage Vdd of the power transmission amplifier SAMP is low.
  • the reason for starting the step-down operation was examined and inferred as described below.
  • the smoothing circuit 129 includes 3.3 uH inductors 130 and 131 will be described.
  • the characteristics in this case are shown in FIG. 5 and FIG.
  • the rectifier circuit composed of the rectifier diodes 125 to 128 can be regarded as equivalently composed of a resistor and a capacitor.
  • FIG. 12 is a circuit diagram showing a configuration of the rectifier circuit and the smoothing circuit 129.
  • the rectifier circuit constituted by the rectifier diodes 125 to 128 is represented by an equivalent resistance rR and an equivalent capacitance rC.
  • the rectifier circuit rCKT represented by the equivalent resistance rR and the equivalent capacitance rC is connected to the DC-DC converter 133 via the smoothing circuit 129.
  • the output terminal of the matching circuit 123 is connected to the rectifier circuit rCKT via a common mode filter.
  • the high frequency power of the power transmission frequency received by the power receiving coil 121 from the matching circuit 123 is output to the inductors 130 and 131 in the smoothing circuit 129 as a rectified output of the frequency according to the power transmission frequency via the equivalent resistance rR and the equivalent capacitance rC. Supplied. Therefore, the inductors 130 and 131 have a large reactance value at a frequency corresponding to the power transmission frequency. This large reactance value is connected to the input equivalent resistance of the DC-DC converter 133 in the range of about 10 ⁇ to about 20 ⁇ .
  • the transmission amplifier current curves SAI (10), SAI (22), and SAI (51) are not parallel to each other in the direction of the vertical axis (power supply current Idd) in FIG.
  • the rate is different. Since the current change rates are different, it is possible to prevent the transmission amplifier current curves (SAI (10) and SAI (22)) from overlapping as shown in FIG. As a result, the convergence range becomes narrower and it becomes easier to converge at one point.
  • the inductors 130 and 131 in the smoothing circuit 129 are formed by signal wiring (short).
  • the characteristics in this case are shown in FIGS. Since the value of the capacitive element 505 connected between the input terminals 501 and 502 in the matching circuit 123 is reduced, the reactance of the capacitive element 505 at the power transmission frequency is increased. As a result, the impedance on the matching circuit 123 side as viewed from the power receiving coil 121 side is increased, and the transmission amplifier current curves SAI (10) and SAI (22) shown in FIG. ) And SAI (51) have a large rate of change (current rate of change) and different slopes. As a result, as described with reference to FIG. 5, the convergence range is narrowed, and it is easier to converge at one point.
  • a value obtained by reducing the value of the capacitive element 505 (FIG. 10) in the matching circuit 123 by about 10% from the value for impedance matching is used.
  • the value of the capacitive element generally varies by about 10% to 20% depending on the manufacturing. Therefore, it is conceivable that the convergence state of the DC-DC converter 133 changes due to variations in the production of the capacitance 505. In other words, the convergence state of the DC-DC converter 133 changes depending on manufacturing variations.
  • the circuit constant of the matching circuit 123 in order to narrow the convergence range of the DC-DC converter 133 by setting the value of the capacitive element 505 of the matching circuit 123, for example, a capacitance value switching method as described in a sixth embodiment described later. It is preferable to determine the capacitance value of the capacitive element by adopting or by actual measurement. In actual measurement, for example, when the input equivalent resistance of the DC-DC converter 133 is increased, the circuit constant of the matching circuit 123, in particular, the constant of the capacitive element 505 is adjusted so that the operating current Idd of the power transmission amplifier SAMP increases. The convergence characteristic of the DC-DC converter 133 is improved.
  • the inductors 130 and 131 are inserted into the smoothing circuit 129 in order to stabilize the operation. Is desirable.
  • the contactless power transmission device 1 uses a class E switching amplifier as the power transmission amplifier SAMP in order to achieve high efficiency.
  • the MOSFET 102 is periodically turned on and off by a drive signal from the drive power supply 101. Due to the change to the on / off state, that is, switching, noise is generated, and there is a concern that the non-contact power transmission device 1 may radiate outside through the power transmission coil 113. When noise is radiated to the outside, it interferes with other wireless devices.
  • the ripple voltage is superimposed on the DC voltage output from the rectifier circuit, and this ripple voltage also acts as noise. It turned out to be a concern.
  • Noise generated when the power transmission amplifier SAMP, which is a switching amplifier, performs a switching operation is transmitted to a power supply line (PLN in FIG. 1) connected to the variable power supply 103 of the power transmission amplifier SAMP. Since the power supply line PLN becomes relatively long by being routed, the power supply line PLN functions as an antenna, and noise is radiated to the outside of the non-contact power transmission device 1. As the radiated noise, it is considered that the conduction noise that causes the noise of the in-phase component on the power supply line PLN is large.
  • a common mode filter 106 is connected between the power supply line PLN and the MOSFET 102. Thereby, the noise of the in-phase component is suppressed by the common mode filter 106, and the emission of conduction noise can be reduced.
  • the common mode filter 111 is also provided on the signal line connecting the power transmission coil 113 and the MOSFET 102. That is, the common mode filter 111 is connected between the MOSFET 102 and the power transmission coil 113. As a result, in-phase component noise is suppressed by the common mode filter 111, and conduction noise can be prevented from being radiated from the power transmission coil 113.
  • a common mode filter 124 is connected between the matching circuit 123 and the rectifier circuit, and the rectifier circuit and the DC-DC converter 133 are connected.
  • a smoothing circuit 129 is connected between the two.
  • the common mode filter 124 suppresses transmission of in-phase component noise from the matching circuit 123 to the rectifier circuit.
  • the inductors 130 and 131 in the smoothing circuit 129 suppress the transmission of voltage fluctuation (ripple voltage) generated by the rectified output ends + and ⁇ of the rectifier circuit to the DC-DC converter 133.
  • the other end portions of the inductors 130 and 131 are connected to each other in terms of high frequency by the smoothing capacitive element 132 in the smoothing circuit 129.
  • the other end of the inductor 131 having one end connected to the rectification output end on the low potential side of the rectifier circuit is connected to the casing ground CVs.
  • the high-frequency noise transmitted through the inductors 130 and 131 is transmitted to the casing ground CVs (ground potential Vs), and the noise due to the ripple voltage and the high-frequency noise are transmitted to the DC-DC converter 133. Is suppressed, and the ripple voltage and high frequency noise in the output voltage of the DC-DC converter 133 can be reduced.
  • the inductors 130 and 131 function so as to narrow the convergence range as described above, and function so that the DC-DC converter 133 operates stably. Further, the inductors 130 and 131 function so as to reduce destruction of devices (rectifying diodes) constituting the rectifying circuit.
  • FIG. 13 is a waveform diagram showing the result of measuring the ripple voltage at the load resistor 134.
  • FIG. 13A illustrates a ripple in the load resistor 134 when power is received from the non-contact power transmission device 1 in a state where the common mode filter 124 and the smoothing circuit 129 are removed from the non-contact power reception device 2 illustrated in FIG. It is a wave form diagram which shows the waveform of a voltage.
  • FIG. 13B shows the ripple voltage of the load resistor 134 when receiving power with the common mode filter 124 and the smoothing circuit 129 provided in the non-contact power receiving device 2 as shown in FIG. It is a wave form diagram which shows a waveform.
  • the horizontal axis represents time
  • the vertical axis represents voltage
  • the voltage scale of the vertical axis is different so that the ripple voltage waveform can be easily confirmed. That is, in FIG. 13A, one unit on the vertical axis (dashed line interval) indicates 200 mV, and in 13 (B), one unit on the vertical axis (dashed line interval) indicates 1 mV.
  • the ripple voltage is about 350 mVpp between the peaks.
  • the ripple voltage is greatly reduced to about 1 mVpp between the peaks.
  • the inductors 130 and 131 are added to both ends of the rectified output, and the rectified output on the low potential side is connected to the housing ground CVs. It can be seen that the effect of this and the improvement effect of inserting the common mode filter 124 are great.
  • inductors 130 and 131 are inserted into smoothing circuit 129 or / and the value of capacitive element 505 constituting matching circuit 123 is set, so that each input equivalent resistance of DC-DC converter 133 is set.
  • the current change rates of the operating current Idd of the power transmission amplifier SAMP are made different from each other.
  • the convergence of the DC-DC converter 133 deteriorates due to the matching state between the power transmission coil 113 and the power reception coil 121, the load state of the DC-DC converter 133, etc., and the DC-DC converter 133 has poor conversion efficiency.
  • the ripple voltage included in the rectified output output from the rectifier circuit in the non-contact power receiving device 2 is transmitted to the DC-DC converter 133. Can be suppressed.
  • the smoothing circuit 129 is provided with a smoothing capacitive element 132 for connecting the inductors 130 and 131, and the rectified output on the low potential side is connected to the housing ground CVs, whereby high-frequency noise is transmitted to the DC-DC converter 133. It is possible to reduce transmission.
  • the non-contact power receiving device 2 by connecting the common mode filter 124 between the matching circuit 123 and the rectifier circuit, it is possible to reduce the transmission of in-phase component noise. Thereby, the ripple voltage in the output from the non-contact power receiving device 2 can be reduced, and noise radiated from the non-contact power receiving device 2 can be reduced.
  • the common mode filter 111 into the signal line of the non-contact power transmission device 1, it is possible to suppress the emission of switching noise generated from the power transmission amplifier SAMP. Further, by connecting the common mode filter 106 between the power supply line PLN and the MOSFT 102, it is possible to reduce the emission of conduction noise.
  • non-contact power transmission device 1 and the non-contact power reception device 2 constituting the non-contact power transmission / reception device noise emission can be reduced, and therefore, a non-contact power transmission / reception device having low noise characteristics is provided. Is possible.
  • FIG. 14 is a circuit diagram showing a configuration of the non-contact power transmitting and receiving apparatus according to the second embodiment. Since FIG. 14 is similar to FIG. 1, differences will mainly be described.
  • the configuration of the non-contact power transmission apparatus 1-1 is the same as that of the non-contact power transmission apparatus 1 shown in FIG.
  • the rectifier circuit is configured by bridge-type full-wave rectification formed by rectifier diodes 125 to 128. Further, the smoothing circuit 129 is constituted by two inductors 130 and 131 and a smoothing capacitive element 132. On the other hand, in the non-contact power receiving device 2-1 shown in FIG. 14, the rectifier circuit is configured by a voltage doubler rectifier circuit formed by rectifier diodes 201 and 202.
  • the smoothing circuit 203 includes an inductor 204 and a smoothing capacitor element 205.
  • the inductor 204 is connected between the rectification output end + on the high potential side of the rectifier circuit and the DC-DC converter 133, and the smoothing capacitor 205 is the rectified output on the low potential side of the inductor 204 and the rectifier circuit. It is connected between the ends. Also in the second embodiment, the rectification output end portion ⁇ on the low potential side of the rectifier circuit is connected to the casing ground CVs. Thus, as in the first embodiment, the high frequency signal at the other end of the inductor 204 is connected to the housing ground CVs via the smoothing capacitive element 205 and is grounded at high frequency.
  • a DC voltage is formed by voltage doubler rectification by the two rectifying diodes 201 and 202 and supplied to the smoothing circuit 203.
  • the smoothing circuit 203 has a smaller number of inductors than the smoothing circuit 129 described in the first embodiment.
  • the inductor 204 in the smoothing circuit 203 functions similarly to the inductors 130 and 131 described in the first embodiment. That is, the inductor 204 functions to vary the current change rate of the operating current Idd with respect to the change of the power supply voltage Vdd of the power transmission amplifier SAMP for each value of the input equivalent resistance of the DC-DC converter 133.
  • the inductor 203 functions to reduce the ripple voltage in the rectifier circuit configured by voltage doubler rectification.
  • the number of devices (rectifier diodes) constituting the rectifier circuit is small and the number of inductors constituting the smoothing circuit 203 is small, a non-contact power transmission / reception device capable of reducing the number of components is provided. Can be provided.
  • the value of the capacitive element 505 (FIG. 10) in the matched filter 123 is adjusted, and the transmission amplifier is set for each input equivalent resistance value of the DC-DC converter 133.
  • the current change rate of the operating current Idd with respect to the change of the power supply voltage Vdd of SAMP may be varied.
  • the inductor 204 may be a signal wiring (short) instead of a coil.
  • FIG. 15 is a circuit diagram showing a configuration of the non-contact power transmitting and receiving apparatus according to the third embodiment.
  • the non-contact power transmission / reception device according to the third embodiment includes a non-contact power transmission device 1-2 and a non-contact power reception device 2-2. Since the non-contact power transmission device 1-2 and the non-contact power reception device 2-2 are similar to the non-contact power transmission device 1 and the non-contact power reception device 2 shown in FIG. 1, differences will be mainly described.
  • the non-contact power transmission device 1-2 includes a power transmission amplifier SAMP, a common mode filter 111, a resonance capacitor element 112, and a power transmission coil 113, similarly to the non-contact power transmission device 1 shown in FIG. Further, the non-contact power transmission apparatus 1-2 includes a modulation / demodulation circuit (second modulation / demodulation circuit) 311, a control circuit 312, and a display device 313 with respect to the contactless power transmission apparatus 1. Since the common mode filter 111, the resonant capacitor 112, and the power transmission coil 113 are the same as those of the non-contact power transmission device 1, description thereof is omitted.
  • the power transmission amplifier SAMP includes MOSFETs 303 and 304 whose gates are connected to drive signal input terminals 301 and 302, diodes 305 and 306 connected between drains and sources of the MOSFETs 303 and 304, a capacitive element 307, a common mode filter 106, and a variable power source. 103 and a filter 308.
  • Drive signals are supplied to drive signal input terminals 301 and 302 from a drive power supply (not shown).
  • drive signals having opposite phases to each other are supplied to drive signal input terminals 301 and 302 from a drive power supply. This drive signal is a signal whose voltage periodically changes, and its frequency is the power transmission frequency.
  • the MOSFETs 303 and 304 are alternately turned on / off, and the on / off cycle is determined by the power transmission frequency.
  • the drain of the MOSFET 303 is connected to the variable power source 103 via the common mode filter 106.
  • the source of the MOSFET 303 and the drain of the MOSFET 304 are connected, and the source of the MOSFET 304 is connected to the ground potential Vs via the common mode filter 106.
  • a capacitive element 307 is connected between the drain of the MOSFET 303 and the source of the MOFET 304. The capacitive element 307 functions to suppress a high-frequency signal generated by, for example, periodically turning on and off the MOSFETs 303 and 304 from being transmitted to the common mode filter 106.
  • the voltage at the connection node between the source of the MOSFET 303 and the drain of the MOSFET 304 changes periodically according to the transmission frequency.
  • This periodically changing voltage is supplied to the common mode filter 111 via the filter 308, and further supplied to the series resonance circuit constituted by the resonance capacitor element 112 and the power transmission coil 113 for power transmission.
  • the power transmission amplifier SAMP according to the third embodiment is an inverter circuit called a so-called half-bridge circuit, and is used in the case of a relatively low power transmission frequency of several tens to several hundreds KHz compared to the class E amplifier described in FIG. It is done.
  • filter 308 Similar to filter 110 in the first embodiment, filter 308 performs impedance matching and suppresses (suppresses) transmission of harmonic signals generated in the inverter circuit that constitutes power transmission amplifier SAMP.
  • the filter 308 is configured by an L-shaped low-pass filter.
  • the input / output of the modulation / demodulation circuit 311 is connected to a subsequent stage of the common mode filter 111, that is, a connection portion between the common mode filter 111 and the series resonance circuit.
  • the control circuit 312 performs control when the non-contact power transmission device 1-2 performs power transmission, and controls the modulation / demodulation circuit 311 and the display device 313.
  • the modem circuit 311 performs amplitude modulation on the transmitted power output from the power transmission coil 113 based on the information to be transmitted. Thereby, information is transmitted from the non-contact power transmitting apparatus 1-2 to the non-contact power receiving apparatus 2-2.
  • the modulation / demodulation circuit 311 is a circuit that modulates and demodulates the transmission power, and is an amplitude modulation circuit that modulates with amplitude.
  • the non-contact power receiving device 2-2 is different from the non-contact power receiving device 2 described with reference to FIG. 1 in that a smoothing capacitor (second smoothing capacitor) 331, a modulation / demodulation circuit (first modulation / demodulation circuit) 321, a control circuit 322, and a display A device 323 is added.
  • a smoothing capacitor (second smoothing capacitor) 331 a modulation / demodulation circuit (first modulation / demodulation circuit) 321, a control circuit 322, and a display A device 323 is added.
  • the smoothing capacitance element 331 described above is provided in the smoothing circuit 129 and connected between the rectification output end + on the high potential side and the rectification output end-on the low potential side of the rectification circuit.
  • the smoothing capacitive element 331 is set so that the harmonic component of the power received by the power receiving coil 121 has an impedance lower than the power receiving impedance of the power receiving coil 121.
  • the smoothing capacitive element 331 functions to suppress transmission of harmonic components from the smoothing circuit 129 to the DC-DC converter 133.
  • the input / output of the modulation / demodulation circuit 321 is connected to the previous stage of the common mode filter 124, that is, the connection portion between the matching circuit 123 and the common mode filter 124.
  • the control circuit 322 controls power reception by the non-contact power reception device 2-2 and controls the modulation / demodulation circuit 321 and the display device 323.
  • the modem circuit 321 performs communication by load modulation using a reflected wave by changing the impedance of the received power under the control of the control circuit 322.
  • the modulation / demodulation circuit 321 is a circuit that modulates / demodulates the received power, and is a load modulation circuit that performs modulation by load modulation.
  • communication is performed by changing the amplitude from the non-contact power transmission device 1-2 to the non-contact power reception device 2-2, and the non-contact power reception device 2-2 communicates with the non-contact conductive device 1-2.
  • communication is performed by changing the impedance.
  • the display devices 313 and 323 notify the abnormality when the DC-DC converter 133 is operating in a state of poor conversion efficiency or when the DC-DC converter 133 is not operating normally.
  • the control circuit 312 uses the modulation / demodulation circuit 311 to demodulate the communication from the non-contact power receiving apparatus 2-2 using the modulation / demodulation circuit 311 and notifies the state or abnormality of the DC-DC converter 133.
  • the display device 323 may also display the state and abnormality of the DC-DC converter 133, or may display information on communication from the non-contact power transmission device 1-2. .
  • the display device 313 may display the state of the non-contact power transmission device 1-2.
  • the same effect as in the first embodiment can be obtained.
  • the modulation / demodulation circuit 311 is connected to the subsequent stage of the common mode filter 111, and in the non-contact power reception apparatus 2-2, the modulation / demodulation circuit 321 is connected to the previous stage of the common mode filter 124. ing.
  • the common mode filters 111 and 124 there is no influence of the common mode filters 111 and 124, and communication can be performed between the non-contact power transmission device 1-2 and the non-contact power reception device 2-2. Therefore, it is possible to provide a non-contact power transmission / reception device capable of controlling transmission power and the like in the wireless power feeding technology through communication using the transmitted power (power transmission signal) in the wireless power feeding technology.
  • FIG. 16 is a circuit diagram showing a configuration of a non-contact power transmitting and receiving apparatus according to the fourth embodiment.
  • the non-contact power transmission / reception device according to the fourth embodiment includes a non-contact power transmission device 1-3 and a non-contact power reception device 2-3.
  • the non-contact power transmission apparatus 1-3 includes a series resonance circuit including a power transmission amplifier SAMP, a common mode filter 111, a resonant capacitor 112, and a power transmission coil 113. Further, the non-contact power transmission apparatus 1-3 includes a communication circuit 421, an antenna 422, a control circuit 423, and a display device 424.
  • the power transmission amplifier SAMP includes MOSFETs 403 and 404 whose gates are connected to drive signal input terminals 401 and 402, resonant capacitors 405 and 406 connected between drains and sources of MOSFETs (first MOSFET and second MOSFET) 403 and 404, and chokes.
  • a coil 105, a common mode filter 106, a variable power source 103, a grounded capacitive element 104, a transformer 408 having an intermediate tap, and a filter 409 are provided.
  • the sources of the MOSFETs 403 and 404 are connected in common, and the common source is connected to the ground potential Vs via the common mode filter 106.
  • the drains of the MOSFETs 403 and 404 are connected to the end of a coil having an intermediate tap of the transformer 408, and the intermediate tap of this coil is connected to the common mode filter 106 via the choke coil 105.
  • the drive signal input terminals 401 and 402 are connected to a drive power supply (not shown), and drive signals having opposite phases to each other are supplied from the drive power supply to the drive signal input terminals 401 and 402.
  • This drive signal is a power frequency signal as described in the third embodiment.
  • the power transmission amplifier SAMP according to the fourth embodiment is a so-called push-pull operation (push-pull type) class E amplifier.
  • the MOSFETs 403 and 404 are alternately turned on and off in a predetermined cycle by the drive signal supplied to the drive signal input terminals 401 and 402.
  • a parallel resonant circuit is configured by the resonant capacitive element 406 connected in parallel between the source and drain of the MOSFET 404 and a coil having an intermediate tap of the transformer 408.
  • a parallel resonant circuit is configured by the resonant capacitor 405 connected in parallel between the source and drain of the MOSFET 403 and the coil of the transformer 408 (coil having an intermediate tap).
  • the output of the parallel resonant circuit is transmitted to the coil to which the filter 409 is connected in the transformer 408, supplied to the series resonant circuit via the filter 409 and the common mode filter 111, and transmitted.
  • the non-contact power receiving apparatus 2-3 has a communication circuit 431, an antenna 432, a control circuit 433, and a display device 4343 added to the non-contact power receiving apparatus 1 described in the first embodiment.
  • communication is performed between the non-contact power transmission apparatus and the non-contact power reception apparatus using the power transmission coil 113 and the power reception coil 121.
  • communication is performed between the non-contact power transmission apparatus 1-3 and the non-contact power reception apparatus 2-3 using the communication circuits 421 and 431 and the antennas 422 and 432.
  • the control circuit 423 controls power transmission in the contactless power transmission device 1-3 and controls the communication circuit 421 and the display device 424.
  • the control circuit 433 controls power reception in the non-contact power reception device 2-3 and controls the communication circuit 431 and the display device 434.
  • the control circuit 433 grasps this and passes through the communication circuit 431.
  • the grasped information is transmitted from the antenna 432 wirelessly.
  • the non-contact power transmission device 1-3 information transmitted wirelessly is received by the antenna 422 and the communication circuit 421 and displayed on the display device 424.
  • the state of the non-contact power transmission apparatus 1-3 may be grasped by the control circuit 423 and transmitted wirelessly using the communication circuit 421 and the antenna 422.
  • the information transmitted wirelessly is received by the communication circuit 431 and the antenna 432 in the non-contact power receiving apparatus 2-3 and displayed on the display device 434, for example.
  • the display device 434 may display the state of the non-contact power receiving device 2-3
  • the display device 424 may display the state of the non-contact power transmission device 1-3.
  • the same effect as described in the third embodiment can be obtained. Furthermore, in the fourth embodiment, since the power transmission amplifier SAMP performs a push-pull operation, it is possible to use even a device having a relatively low breakdown voltage of the MOSFETs 403 and 404 and a low on-resistance. An excellent non-contact power transmission / reception device can be obtained.
  • FIG. 10 is a circuit diagram showing a configuration of matching circuit 123 according to the fifth embodiment.
  • the matching circuit 123 described in the fifth embodiment is used for a non-contact power receiving apparatus shown in another embodiment.
  • the configuration of the matching circuit 123 and the impedance matching design means will be described.
  • FIG. 10A is a circuit diagram showing a configuration of the matching circuit
  • FIG. 10B is a circuit diagram showing an equivalent circuit of the matching circuit
  • FIG. 10C shows a calculation formula.
  • reference numerals 501 and 502 are input terminals of the matching circuit 123
  • reference numerals 503 and 504 are output terminals of the matching circuit 123.
  • the matching circuit 123 includes an inductor 506 connected between the input terminal 501 and the output terminal 503, an inductor 507 connected between the input terminal 502 and the output terminal 504, and the input terminals 501 and 502. And a capacitor element 505 connected thereto.
  • the input terminal 501 is connected to the intermediate tap of the power receiving coil 121, and the input terminal 502 is connected to the tap at the end of the power receiving coil. Further, the output terminals 503 and 504 are connected to a rectifier circuit constituted by rectifier diodes 125 to 128 via a common mode filter 124.
  • the inductors 506, 507 and the capacitive element 505 are used. Is a value calculated by the equations (1) to (3) shown in FIG.
  • Equations (1) to (3) are calculation methods called L match circuits.
  • the matching circuit 123 illustrated in FIG. 10A can be represented by an equivalent circuit having a differential configuration illustrated in FIG.
  • the matching circuit 123 can be divided into two configurations and designed with a differential configuration.
  • An example of designing the matching circuit 123 is as follows.
  • the resistance value R1 on the input terminal side of the matching circuit 123 is 350 ⁇
  • the resistance value R2 on the output terminal side is 20 ⁇
  • the transmission frequency f is 6.78 MHz
  • Q 4.06
  • the values (inductances) of the inductors 506 and 507 L 0.95 uH
  • the value (capacitance) C of the capacitor 505 is 275 pF. This value corresponds to the value described with reference to FIGS.
  • the capacitive element 505 can be regarded as a matching capacitive element
  • the inductors (third inductors) 506 and 507 can be regarded as matching inductors.
  • the value of the matching capacitor element 505 is changed by experiment, for example. That is, the value of the capacitor 505 is set to a value that stabilizes the operation of the DC-DC converter 133 as described in Embodiment 1 by experiment. In other words, the rate of change of the operating current Idd of the power transmission amplifier SAMP with respect to the change of the power supply voltage Vdd of the power transmission amplifier SAMP is different depending on the input equivalent resistance (the input equivalent resistance of the DC-DC converter 133) connected to the rectifier circuit.
  • the characteristics of the matching circuit 123 are set by experiment.
  • the values of the inductors 130 and 131 in the smoothing circuit 129 may be changed so that the operation of the DC-DC converter 133 is stabilized, or both are combined so that the operation of the DC-DC converter 133 is stabilized. It may be.
  • FIG. 17 is a circuit diagram showing a configuration of a non-contact power receiving apparatus 2-4 according to the sixth embodiment. Since FIG. 17 is similar to the non-contact power receiving apparatus 2-3 shown in FIG. 16, the differences will mainly be described here. In the non-contact power receiving apparatus 3-4 shown in FIG. 17, the difference from FIG. 16 is a matching circuit 123 and a control circuit 433.
  • the matching circuit 123 includes a configuration in which a capacitive element is selectively connected to the capacitive element 505 by a switching signal CC from the control circuit 433, in addition to the inductors 506 and 507 and the capacitive element 505 described in FIG. ing. That is, the matching circuit 123 employs a method of switching the capacitance value.
  • the matching circuit 123 includes capacitive elements 505, 601, and 602, a source resistor 65, gate resistors 606 and 607, inductors 506 and 507, and MOSFETs 603 and 604.
  • the connection between the capacitive element 505 and the inductors 506 and 507 is the same as that in FIG.
  • the sources of the MOSFETs 603 and 604 are connected in common, and the common source is connected to the ground potential Vs via the source resistor 605. Further, the gates of the MOSFETs 603 and 604 are supplied with a switching signal CC from the control circuit 433 via the gate resistors 606 and 607.
  • the drain of the MOSFET 603 is connected to one terminal (input terminal 501 in FIG. 10) of the capacitor 505 through the capacitor 601, and the drain of the MOSFET 604 is connected to the other terminal of the capacitor 505 through the capacitor 602. (Input terminal 502 in FIG. 10).
  • the MOSFETs 603 and 604 are turned on, so that the capacitive elements 601 and 602 are connected in series, and the capacitive elements 601 and 602 connected in series are connected to the capacitive element. 505 is connected in parallel. Thereby, it is possible to change the value of the capacitive element constituting the matching circuit 123.
  • the source resistor 605 supplies a voltage to the source in order to turn on the MOSFETs 603 and 604, and has a sufficiently large resistance value.
  • the control circuit 433 includes, for example, a DC-DC converter 133 depending on variations in capacitance elements during mass production, a coupling state between the power transmission coil and the power reception coil 121, and a load state of the DC-DC converter 133. If the operation is not normal, the switching signal CC is set to high level or low level. As a result, a non-contact power transmission / reception device capable of operating the DC-DC converter 133 normally can be obtained by changing the capacitance value of the capacitive element constituting the matching circuit 123.
  • MOSFETs 603 and 604, capacitive elements 601 and 602, source resistor 605 and gate resistors 606 and 607 constitute an adjustment circuit that adjusts the capacitance value of the matching capacitive element included in matching circuit 123.
  • the adjustment circuit is connected in parallel with the matching capacitor element 505, and the MOSFETs 603 and 604 in the adjustment circuit selectively connect the adjustment capacitor elements 601 and 602 to the matching capacitor element 505 in accordance with the switching signal CC. The capacitance value of the matching capacitive element provided in the matching circuit 123 is adjusted.
  • the non-contact power transmission / reception device includes the non-contact power transmission device 1-3 illustrated in FIG. 16 and the non-contact power reception device 2-4 illustrated in FIG. Further, a case where a malfunction occurs in the operation of the DC-DC converter 133 when, for example, the portable terminal is charged by the non-contact power transmission / reception device will be described as an example.
  • FIGS. 18 and 19 are flowcharts showing the operation of the non-contact power transmitting and receiving apparatus according to the sixth embodiment. Hereinafter, the operation will be described with reference to FIGS.
  • step S11 of FIG. 18 the contactless power transmitting apparatus 1-3 is turned on, and the contactless power transmitting apparatus 1-3 starts operating.
  • step S12 the control circuit 423 starts power transmission at a weak level such that the communication circuit 431 included in the non-contact power receiving apparatus 2-4 is turned on (power is supplied to the front coil with low power).
  • steps S13 communication is started when the charging target terminal is placed on the coil
  • S14 communication with the power transmission side communication, is the target terminal?
  • the portable terminal is placed on the charging stand and contactless.
  • a determination is made as to whether or not the contactless power transmitting apparatus 1-3 has received communication from the power receiving apparatus 2-4, and authentication is performed as to whether or not the mobile terminal placed on the charging stand is the target terminal.
  • step S14 the non-contact power transmission apparatus 1-3 starts power transmission for charging (starts power transmission) in step S15.
  • the contactless power transmission apparatus 1-3 displays an alert, for example, on the display device 424 in step S16, and stops power transmission (turns off power transmission and alerts). ).
  • the control circuit 433 in the non-contact power receiving apparatus 2-4 acquires the received voltage value and current value in step S17, and wirelessly transmits the received voltage value and current value through the communication circuit 431 (power reception rectification). Send voltage and current values).
  • the non-contact power transmission apparatus 1-3 receives the voltage value and current value wirelessly transmitted in step S17 in step S18, and receives the received voltage value and current with respect to the power supply voltage Vdd and operating current Idd of the power transmission amplifier SAMP. Determine whether the value is appropriate (is the receiving voltage and current appropriate for the amplifier voltage and current?).
  • the non-contact power transmission device 1-3 displays an alert on the display device 424 in step S19 and stops power transmission (alerts with power transmission off). If the contactless power transmission apparatus 1-3 determines in step S18 that the DC-DC converter 133 is charging in a slightly inefficient state, the efficiency is improved by the display device 424. After notifying that it is in a bad state and prompting an operation such as repositioning the mobile terminal, power transmission may be performed.
  • step S18 determines whether charging is completed in step S20. If charging is not completed, charging is completed. Steps S17, S18 and S20 are repeated until When steps S17, S18, and S20 are repeated, if the load changes depending on the state of charge of the non-contact power transmission device 1-3, the control circuit 423 determines that the power supply corresponding to the state of charge in step S21. The voltage Vdd is set in the power transmission amplifier SAMP (set to the power transmission voltage corresponding to the charging state). If it is determined in step S20 that charging has ended, the non-contact power transmission apparatus 1-3 stops power transmission in step S22 and ends charging (power transmission is turned off and charging is terminated).
  • FIG. 19 shows a case where a failure is determined by the non-contact power receiving apparatus 2-4. Since Steps S11 to S15 shown in FIG. 18 are the same, Steps S11 to S14 described above are omitted in FIG. 19, and Steps S15 and after are shown.
  • the contactless power transmission device 1-3 When the contactless power transmission device 1-3 starts power transmission in step S15, the contactless power transmission device 1-3 acquires the power supply voltage Vdd and the operating current Idd of the power transmission amplifier SAMP in step S23, and the communication circuit 421 Wireless transmission (sends the voltage and current value of the power transmission amplifier to the terminal).
  • the control circuit 433 in the non-contact power receiving apparatus 2-4 measures the received voltage and current (measures the received voltage and current value).
  • step S24 the control circuit 433 in the non-contact power receiving apparatus 2-4 changes the voltage of the switching signal CC. Thereby, the capacitance value of the capacitive element constituting the matching circuit 123 changes. After changing the capacitance value, the control circuit 433 measures the power reception voltage and current again (switches the capacitance value of the power reception matching circuit and measures the power reception voltage and current value).
  • step S25 after step S24, the control circuit 433 acquires the power supply voltage Vdd and the operating current Idd of the power transmission amplifier SAMP and transmits them to the non-contact power transmission apparatus 1-3 through the communication circuit 431. Request (requires transmission side to transmit voltage and current of transmission amplifier).
  • step S26 the control circuit 433 obtains the received power obtained from the received voltage and current before changing the capacitance value of the capacitive element constituting the matching circuit 123 from the received voltage and current after changing the capacitance value. It is determined whether the received power is greater than the received power (is the received power greater before the capacity value is switched). If the received power is smaller before the capacitance value is changed in step S26, the control circuit 433 maintains the voltage of the switching signal CC changed in step S24, and then executes step S28. On the other hand, if the received power is larger before the capacitance value is changed, step S27 is executed. In step S27, the control circuit 433 returns the switching control signal CC to the voltage before changing in step S24. Thereby, in step S27, the capacitance value of the capacitive element constituting the matching circuit 123 is changed to a value before changing in step S24 (the capacitance value is changed before switching). After step S24, step S28 is executed.
  • step S28 the power supply voltage Vdd and operation current Idd of the power transmission amplifier SAMP received in step S23 or the power supply voltage Vdd and operation current Idd of the power transmission amplifier SAMP transmitted from the non-contact power transmission apparatus 1-3 according to the request of step S25.
  • the control circuit 433 determines whether or not the power reception voltage and current are appropriate (is the power reception voltage and current appropriate for the amplifier voltage and current?). If it is determined in step S28 that it is not appropriate, the control circuit 433 displays an alert on the display device 434 in step S29. Further, the non-contact power transmission apparatus 1-3 is requested to stop power transmission (alert with power transmission turned off).
  • step S29 as in step S19 described above, If the DC-DC converter 133 determines that charging is being performed in a slightly inefficient state, the display device 434 notifies the inefficient state and corrects the placement of the mobile terminal. After prompting the operation, the power transmission may be requested.
  • step S30 determines whether or not charging is completed (whether charging is completed). If it is determined in step S30 that charging has not ended, steps S23 to S30 are repeated.
  • the control circuit 433 sets the power supply voltage Vdd corresponding to the charging state to the power transmission amplifier SAMP in step S31. (Set to the transmission voltage corresponding to the state of charge).
  • the control circuit 433 requests the non-contact power transmission apparatus 1-3 to stop power transmission and end charging (power transmission is turned off and charging is terminated. ).
  • the display device 424 and / or 434 can notify the abnormality. Furthermore, according to the flowchart shown in FIG. 19, it is possible to determine a more appropriate capacitance value of the matching circuit 123.
  • FIG. 20 is a schematic external view showing the configuration of the non-contact power transmitting and receiving apparatus according to the seventh embodiment.
  • a configuration in which a portable terminal is placed on a charging stand and a battery built in the portable terminal is charged will be described as an example.
  • the non-contact power receiving device described in Embodiments 1 to 6 is mounted on the portable terminal, and the non-contact power transmitting device is mounted on the charging stand.
  • FIG. 20A is an external view illustrating a configuration of a charging base equipped with a non-contact power transmission device and a portable terminal equipped with the non-contact power reception device
  • FIG. 20B is a mobile phone equipped with the non-contact power reception device. It is an external view which shows the structure of a terminal.
  • reference numeral 611 denotes a charging stand. Elements of the non-contact power transmission device excluding the power transmission coil 113 are built in the casing of the charging stand 611.
  • the power transmission amplifier SAMP, the common mode filter 111, the resonance capacitive element 112, and the communication circuit illustrated in FIG. 421, an antenna 422, a control circuit 423, and a display device 424 are incorporated.
  • a magnetic sheet 612 is provided on the upper surface of the charging stand 611, and the power transmission coil 113 is mounted on the upper side of the magnetic sheet 612.
  • the power transmission coil 113 is connected to the resonance capacitor element 112 and the like built in the casing of the charging stand 612.
  • reference numeral 424D denotes a display surface of the display device 424.
  • the display surface 424D of the display device 424 protrudes from the upper surface of the charging stand 612 so that the user can check the display contents. Yes.
  • reference numeral 613 denotes a portable terminal.
  • the housing of the mobile terminal 613 includes a main surface and a back surface, and the elements of the non-contact power receiving device excluding the power receiving coil 121 are built in the housing of the mobile terminal 613, although not particularly limited.
  • the contactless power receiving device 2-3 shown in FIG. 16 will be described as an example.
  • the resonant capacitor 122, the matching circuit 123, the common mode filter 124, the rectifier circuit, the smoothing circuit 129, the DC-DC converter 133, the communication circuit 431, An antenna 432, a control circuit 433, and a display device 434 are incorporated in the housing of the portable terminal 613.
  • a desired circuit for example, CKT in FIG. 11
  • a battery (VBC in FIG. 11) for achieving the functions of the mobile terminal 613 are provided in the housing of the mobile terminal 613. It is built in as a load (equivalent to load resistor 134).
  • FIG. 20A shows the main surface of the mobile terminal 613, which is not particularly limited. On the main surface of the mobile terminal 613, a display surface 615 and operation buttons 614 are arranged. A power receiving coil 121 is formed on the back surface of the mobile terminal 613. The power receiving coil 121 is connected to the resonance capacitor element 122 and the like built in the housing of the mobile terminal 613. In addition, since the power receiving coil 121 is formed on the back surface, it is indicated by a broken line in FIG.
  • FIG. 20B is an external view illustrating the configuration of the back surface of the mobile terminal 613.
  • a magnetic sheet 616 is provided on the back surface of the mobile terminal 613, and the above-described power receiving coil 121 is mounted on the upper side of the magnetic sheet 616.
  • the display device 434 also uses the display surface 615 on the main surface of the portable terminal 613 as the display surface.
  • the charging stand 611 includes the non-contact power transmission apparatus 1-3 described in the fourth embodiment, and the portable terminal 613 includes the non-contact power reception apparatus 2-3. Therefore, when a malfunction occurs in the operation of the DC-DC converter 133 due to the placement of the portable terminal 613 on the charging stand 611, the display device 313 notifies the display surface 424D of the abnormality. The notification of this abnormality can prompt the user to confirm again how to place the mobile terminal 613, and can prevent the battery from being continuously charged in a state where a malfunction has occurred.
  • FIG. 21 is a schematic external view showing a configuration of a non-contact power transmitting / receiving apparatus according to a modification of the seventh embodiment.
  • a case where a plurality of portable terminals are charged simultaneously with a single charging stand will be described.
  • FIG. 21 shows a configuration in which two mobile terminals are simultaneously charged as a plurality of examples.
  • reference numeral 613 denotes a first mobile terminal
  • this mobile terminal 613 has the configuration described in FIG.
  • Reference numeral 613n denotes a second mobile terminal, which is not particularly limited, but has the same configuration as the mobile terminal 613.
  • the same part as that of the portable terminal 613 is provided with a sign n in the numeral sign.
  • the power receiving coil 121 of the mobile terminal 613n corresponding to the power receiving coil 121 in the mobile terminal 613 is denoted by reference numeral n, and is illustrated as the power receiving coil 121n in FIG.
  • the charging base 611 includes a power transmission coil 113 mounted on the upper side of the magnetic sheet 612 and a display surface 424D, as in FIG. Further, as described with reference to FIG. 20, elements of the non-contact power transmission device excluding the power transmission coil 113 are incorporated in the casing of the charging base 611, and the power transmission coil 113 is incorporated in the casing of the charging base 611. It is connected to the element of the non-contact power transmission device.
  • the non-contact power transmission device mounted on the charging stand 611 has the configuration of the non-contact power transmission device 1-3 described in the fourth embodiment.
  • Each of the first and second portable terminals 613 and 613n is equipped with the non-contact power receiving apparatus 2-3 described in the fourth embodiment.
  • an abnormality can be notified on the display surface 424D.
  • the user can charge the number of portable terminals specified in the specification at the same time by changing the placement of the portable terminal including the DC-DC converter 133 operating in an inefficient state, for example. Is possible.
  • FIG. 22 is a circuit diagram showing a configuration of the non-contact power transmitting and receiving apparatus according to the eighth embodiment.
  • a non-contact power transmission / reception device is used to charge a battery of an electric vehicle. That is, a non-contact power receiving device is mounted on an electric vehicle, and the non-contact power transmitting device is installed at a power supply station including a home.
  • the contactless power transmission device according to the eighth embodiment is similar to the contactless power transmission devices 1-2 and 1-3 described in the third and fourth embodiments, and the contactless power receiving device is also described in the third and fourth embodiments. It is similar to the non-contact power receiving devices 2-2 and 2-3.
  • reference numeral 1-4 denotes a non-contact power transmission apparatus installed in the power supply station. Since this non-contact power transmission device 1-4 is similar to the non-contact power transmission device 1-3, the difference will be mainly described.
  • the common mode filter 111, the resonant capacitor 112, the power transmission coil 113, the communication device 421, the antenna 422, the control circuit 423, and the display device 424 shown in FIG. 22 are the same as the non-contact power transmission device 1-3 shown in FIG. Therefore, the description is omitted.
  • the power transmission amplifier SAMP includes drive signal input terminals 701, 702, 701 ′, 702 ′, MOSFETs 703 to 706, diodes 707 to 710, a common mode filter 106, a variable power supply 103, a capacitive element 307, and a filter 308.
  • the common mode filter 106, the variable power source 103, and the capacitor 307 are the same as those in the third embodiment described with reference to FIG.
  • the gates of the MOSFETs 703 to 706 are connected to the corresponding drive signal input terminals 701, 702, 701 ', and 702'. Also, diodes 707 to 710 are connected in parallel between the sources and drains of the MOSFETs 703 to 706.
  • the drain of the MOSFET 704 is connected to the source of the MOSFET 703, and the first output signal is supplied to the filter 308 from this connection node.
  • the drain of the MOSFET 706 is connected to the source of the MOSFET 705, and the second output signal is supplied from the connection node to the filter 308.
  • the drains of the MOSFETs 703 and 705 are connected to the variable power supply 103 via the coil of the common mode filter 106, and the sources of the MOSFETs 704 and 706 are connected to the ground potential Vs via the coil of the common mode filter 107.
  • the drive signal input terminals 701, 702, 701 'and 702' are connected to a drive power supply (not shown).
  • the drive power supply supplies the drive signal input terminals 701 and 701 'with the first drive signal having the same phase whose voltage changes periodically, and the drive signal input terminals 702 and 702' have the same phase whose voltage changes periodically.
  • a second drive signal is supplied.
  • the first drive signal and the second drive signal are signals whose phases are inverted.
  • the first output signal and the second output signal formed when the MOSFETs 703 and 706 and the MOSFETs 704 and 705 are complementarily turned on and off are passed through the filter 308 and the common mode filter 111, and the resonant capacitance element. 112 and a power transmission coil 113 are supplied to a series resonance circuit. Since the voltage of the first drive signal and the second drive signal periodically changes at a cycle according to the power transmission frequency, power at the power transmission frequency is transmitted from the power transmission coil 113.
  • the power transmission amplifier SAMP used in the eighth embodiment is an inverter circuit called a full bridge circuit, and in the case of a power transmission frequency lower than that of the class E amplifier shown in FIG. 1, it is relatively low, for example, about several tens kHz to 100 kHz. Used for transmission frequency.
  • the filter 308 is for suppressing the harmonic level generated in the inverter circuit, and is constituted by, for example, an L-shaped low-pass filter.
  • 700 indicates an electric vehicle.
  • the non-contact power receiving device 2-5 mounted on the electric vehicle 700 will be described.
  • This non-contact power receiving apparatus 2-5 is similar to the non-contact power receiving apparatus 2-3 shown in FIG. That is, the matching circuit 123, common mode filter 124, rectifying diodes 125 to 128, load resistor 134, communication circuit 431, antenna 432, control circuit 433, and display device 434 shown in FIG. 22 are the same as those shown in FIG. The same.
  • the smoothing circuit 129 shown in FIG. 22 has the same configuration as the smoothing circuit shown in FIG.
  • a chopper circuit 723 capable of outputting large power is used as a switching power supply instead of the DC-DC converter 133.
  • a power receiving coil 722 having no intermediate tap is used, and a capacitive element denoted by reference numeral 721 is used as a resonant capacitive element connected in parallel with the power receiving coil 722.
  • the chopper circuit 723 has the same characteristics as the DC-DC converter 133. Therefore, as described in the first embodiment, by providing the inductors 130 and 131 in the smoothing circuit 129, for each input equivalent resistance of the chopper circuit 723, the change in the operating current Idd with respect to the change in the power supply voltage Vdd of the power transmission amplifier SAMP.
  • the electric vehicle 700 is equipped with a monitoring device that monitors the state of the electric vehicle 700.
  • a monitoring device that monitors the air pressure of the tire 700D of the electric vehicle 700 is shown as an example.
  • the monitoring device includes a sensor unit provided inside the wheel of the tire 700D and a monitoring unit mounted on the vehicle body of the electric vehicle 700.
  • the sensor unit includes a power receiving coil 744, a pneumatic sensor 742, a transmission circuit 741, and an antenna 743, and the monitoring unit includes a power transmission coil 734, a reception circuit 731 and an antenna 732.
  • the power reception coil 744 and the power transmission coil 734 are electromagnetically coupled, and power is supplied from the power transmission coil 734 to the power reception coil 744.
  • the transmission circuit 741 and the air pressure sensor 742 are operated by electric power from the power receiving coil 744.
  • the air pressure of the tire 700 ⁇ / b> D is measured by the air pressure sensor 742, and information on the measured air pressure is wirelessly transmitted from the antenna 743 by the transmission circuit 741.
  • Information on the air pressure transmitted from the antenna 743 is supplied to the receiving circuit 731 via the antenna 732.
  • monitoring information is formed from the received air pressure information. Based on the monitoring information, the air pressure of the tire 700D is monitored.
  • the smoothing circuit 129 since the smoothing circuit 129 includes the inductors 130 and 131, the chopper circuit 723 can be prevented from being in an inefficient state or not in a normal operation state. That is, it becomes possible to avoid the operation of the chopper circuit 723 from becoming unstable.
  • ripple voltage generated in the non-contact power receiving apparatus 2-4 can be reduced, noise radiated from the non-contact power receiving apparatus 2-4 can be reduced.
  • the sensor output output from the air pressure sensor 742 is an analog signal. Therefore, the transmission circuit 741 includes an analog / digital conversion circuit (hereinafter referred to as an AD converter) that converts an analog signal into a digital signal, converts a sensor output that is an analog signal into a digital signal, and transmits the signal wirelessly. Become. In this case, the AD converter converts the reference voltage into the digital signal while comparing the sensor output. In the eighth embodiment, it is possible to reduce the noise radiated from the non-contact power receiving apparatus 2-4. Therefore, it is possible to suppress the reference voltage from being changed by the noise, and the measurement with high accuracy is possible. Can be performed.
  • an AD converter analog / digital conversion circuit
  • the contactless power receiving device 2-3 described in the fourth embodiment can be used for the sensor unit, and the contactless power transmission device 1-3 described in the fourth embodiment can be used for the monitoring unit.
  • the power receiving coil 121 shown in FIG. 16 is used as the power receiving coil 744 shown in FIG. 22, the antenna 432 is used as the antenna 743, the communication circuit 431 and the control circuit 433 are used as the transmission circuit 741. Used.
  • the power generated by the DC-DC converter 133 is supplied to the air pressure sensor 742 and the AD converter as an operation power supply, and the output of the AD converter is supplied to the communication circuit 431 via the control circuit 433 and transmitted wirelessly. It will be.
  • the ripple voltage can be reduced, it is possible to reduce the change in the reference voltage of the AD converter, and to suppress a reduction in measurement accuracy. It becomes possible.
  • the contactless power transmission device 1-3 When the contactless power transmission device 1-3 is used as the monitoring unit, the power transmission coil 113 illustrated in FIG. 16 is used as the power transmission coil 734 illustrated in FIG. 22, the antenna 422 is used as the antenna 732, and reception is performed.
  • the circuit 731 a communication circuit 421 and a control circuit 423 are used.
  • the variable power source 103 uses, for example, power generated by the chopper circuit 723.
  • FIG. 23 is a schematic external view showing the configuration of the non-contact power transmitting and receiving apparatus according to the ninth embodiment.
  • 800 indicates an unmanned airplane
  • 611 indicates a charging stand.
  • a battery and a non-contact power receiving device are mounted on the unmanned airplane 800
  • a non-contact power transmitting device is mounted on the charging stand 611.
  • the battery of the unmanned airplane 800 it is caused to fly so that the unmanned airplane 800 is positioned above the charging stand 611. Thereby, the battery is charged without contact.
  • the configuration described in the fourth embodiment is adopted as the non-contact power transmission / reception device.
  • the structure of the charging stand 611 is the same as the structure demonstrated in Embodiment 7, description about the charging stand 611 is abbreviate
  • the unmanned airplane 800 includes four probers 802 that are each rotated by a motor, and a body 801 of the unmanned airplane 800.
  • the body 801 is mounted with the non-contact power receiving device 2-3 described in the fourth embodiment.
  • FIG. 23 illustrates a power receiving coil 121, an antenna 432, a control circuit 433, and a communication circuit 432 included in the non-contact power receiving apparatus 2-3.
  • the power receiving coil 121 is mounted on the lower surface of the body 801 via a magnetic sheet 615. Since FIG. 23 is a view of the body 801 from above, the magnetic sheet 615 and the power receiving coil 121 are indicated by broken lines.
  • the DC-DC converter 133 When charging the battery of the unmanned airplane 800, for example, if the positions of the power transmission coil 113 and the power reception coil 121 are not appropriate, the DC-DC converter 133 (FIG. 16) may operate in an inefficient state. In this case, since it is notified on the display surface 424D, the unmanned airplane 800 is operated so that the unmanned airplane 800 becomes an appropriate position. This makes it possible to avoid a state in which the operation of the DC-DC converter 133 becomes unstable when charging.
  • the contactless power transmission device and the contactless power reception device have been described using the term “contactless”. However, it is desirable that the power transmission coil and the power reception coil are contactless, You may do it.
  • Non-contact power transmission device 2 1, 1-1 to 1-3
  • Non-contact power transmission device 2 2-1 to 2-5
  • Non-contact power reception device 103 Variable power source 106, 111, 124 Common mode filter 113 Power transmission coil 121 Power reception coil 123 Matching circuit 129 Smoothing circuit 130 131 Inductor 132 Smoothing capacitor 133 DC-DC converter SAMP Power transmission amplifier

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Abstract

非接触受電装置は、非接触送電装置からの電力を受電する受電コイルと、受電コイルによって受電した電力を整流し、高電位側の整流出力と低電位側の整流出力を形成する整流回路と、高電位側の整流出力と低電位側の整流出力が供給される平滑回路と、平滑回路からの直流電圧を第1電圧に変換するスイッチング電源とを備える。平滑回路は、高電位側の整流出力を伝達する第1インダクタと、低電位側の整流出力を伝達する第2インダクタと、伝達された高電位側の整流出力と伝達された低電位側の整流出力とが供給される平滑容量素子とを備え、低電位側の整流出力は、接地電位に接続されている。

Description

非接触受電装置、非接触送電装置および非接触送受電装置
 本発明は、無線給電技術に関し、例えば携帯端末などの小型携帯機器や電気自動車などのバッテリに非接触で充電を行う非接触給電技術に係わる非接触受電装置、非接触送電装置および非接触送受電装置に関する。
 近年、携帯端末などの小型携帯機器などでは、小型化、薄型化が進んでいる。小型化、薄型化が進むと、内蔵されたバッテリを充電する際に、充電コネクタを接続するのが煩わしい状況になってきている。そのため、無線給電技術による充電の要求が高まっている。また、電気自動車において、内蔵のバッテリを有線方式で充電する場合には、雨天のときに、充電コネクタに水が浸入し、接点が劣化する恐れがあることなどにより、無線給電技術による充電が望まれている。
 無線給電技術には、マイクロ波などの電波を用いるものや磁界結合を用いる電磁誘導方式などが検討されている。
 マイクロ波を用いることにより、電力の伝送距離を比較的長くすることが可能となり、伝送距離の観点で優れている。しかしながら、伝送効率が悪く、実用化にはほとんど至っていない。これに対して、電磁誘導方式では、伝送距離が数cmから十数cm程度となるが、送受電に用いられるコイルの伝送効率は90%程度と、高い効率が得られる。そのため、無線給電技術としては、磁界誘導方式による伝送が主流になるものと考えられる。
 電磁誘導方式は、例えば特許文献1および特許文献2に記載されている。
国際公開WO2016/035141号 特表2013-513356号公報
 電磁誘導方式を採用する非接触送受電装置は、送電コイル、受電コイル、送電周波数をアンプする送電アンプ、受電した送電電力を直流に変換する整流回路および設定された値の直流電圧を出力するDC-DC(直流―直流)コンバータにより構成される。上記したように、コイルの伝送効率、すなわち送電コイルと受電コイルとの間の伝送効率は、90%程度にできるが、非接触送受電装置の全体の効率は、コイルの伝送効率だけでなく、他の構成部分の効率も影響する。例えば、コイルの伝送効率、送電アンプの効率、整流回路の効率およびDC-DCコンバータの効率を、それぞれ90%とした場合、全体の効率は0.9×0.9×0.9×0.9=約66%まで下がる。そのため、各構成部分の高効率化と各構成部分間の接続時のインピーダンス整合を図ることで極力、効率が低下するのを抑える必要がある。
 特許文献1は、各構成部分間の接続時のインピーダンス整合を図る技術を開示している。ここでは、特許文献1の図1を参照にして、特許文献1に開示されている技術を説明する。以下の説明において、()内の符合は、特許文献1の図1に付されている符合を示している。なお、特許文献1では、非接触送電装置は、共振型電力送信装置として述べられており、非接触受電装置は、共振型電力受信装置として述べられている。また、送電コイルは、共振型送信アンテナとして述べられ、受電コイルは、共振型受信アンテナとして述べられている。用語の統一を図るために、本明細書では、非接触送電装置、非接触受電装置および送電コイル、受電コイルとして説明する。
 特許文献1では、非接触送受電装置は、非接触送電装置(1)と非接触受電装置(2)を備えている。ここで、非接触送電装置(1)は、共振型電源(11)、整合回路(12)および送電コイル(13)を備えている。また、非接触受電装置(2)は、受電コイル(21)、整流回路(22)および受信回路(23)を備えている。
 非接触送電装置(1)の共振型電源(11)からの送電電力は整合回路(12)を介して送電コイル(13)より送電される。送電された電力は、非接触受電装置(2)の受電コイル(21)により受電され、整流回路(22)により整流された後、受信回路(23)に供給される。このとき、共振型電源(11)と送電コイル(13)は、整合回路(12)によりインピーダンス整合が図られる。また、非接触受電装置(2)では、整流回路(22)において、受電コイル(21)との整合を図る構成となっている。
 一般的な非接触受電装置では、バッテリあるいはバッテリの充電回路が負荷となり、非接触受電装置の出力によって、バッテリの充電が行われる。バッテリへの充電は、例えば一定の直流電圧を給電することにより行われるため、非接触受電装置は、DC-DCコンバータあるいはチョッパ回路などのスイッチング電源を備え、一定の直流電圧を出力する構成となっている。DC-DCコンバータを例にして、後で説明するが、給電される電力量や負荷の状態により、スイッチング電源は、その入力等価抵抗が変わる特性を有する。特許文献1には、DC-DCコンバータのこのような特性を示しておらず、またDC-DCコンバータの特性との整合については考慮されていない。
 DC-DCコンバータは、その負荷抵抗が一定の場合、消費電力が一定となるように動作するため、例えば、非接触送電装置からの送電電力が増えて、非接触受電装置における受電電力が増加した場合、DC-DCコンバータの入力電圧が上昇すると、DC-DCコンバータの入力電流は減少することで、一定の電力を受電するように、動作する。この場合、DC-DCコンバータの入力電流が減少するため、DC-DCコンバータの入力等価抵抗は増加していることになる。
 DC―DCコンバータは、出力電力を一定とする特性であるため、入力電圧と入力電流の積が一定で、DC-DCコンバータの消費電力にほぼ等しくなればよい。そのため、例え出力電力が一定であっても、入力電圧の値と入力電流の値の組み合わせは、複数存在し、この複数の組合せのうちのいずれかの組み合わせに相当する入力電圧の値と入力電流の値に収束することになる。例えば降圧型のDC-DCコンバータであれば、出力電圧よりも入力電圧が若干高ければ、DC-DCコンバータとして動作するため、収束条件として、出力電圧よりも若干高い入力電圧と入力電流の組み合わせが複数存在することになる。
 DC-DCコンバータと整流回路との整合状態や送電コイルと受電コイルとの整合状態によっては、複数の組合せのうち、例えば整流回路を構成するデバイスの耐圧を超えるような入力電圧の値に収束することがある。この場合には、デバイスの破壊に繋がることになる。
 また、複数の組合せのうち、DC-DCコンバータを変換効率の悪い状態で動作させるような入力電圧の値に収束することがある。例えば、降圧型のDC-DCコンバータの場合、出力電圧よりも入力電圧が若干高い状態が最も変換効率が良く、入力電圧が高くなるほど変換効率が低下する傾向にある。そのため、DC-DCコンバータの入力電圧の値が出力電圧より若干高い値に収束させることが効率面では望ましい。しかしながら、DC-DCコンバータと整流回路との整合状態や送電コイルと受電コイルとの整合状態によっては、入力電圧の値が、出力電圧よりも高い値に収束することが考えられる。この場合、DC-DCコンバータは変換効率が悪い状態で動作することになる。
 さらに、整合状態によっては、複数の組合せのうち、DC-DCコンバータの出力電圧よりも低く、DC-DCコンバータとして動作しないような入力電圧の値に収束してしまい、正常動作ができなくなるという現象が発生する。すなわち、整合状態によっては、効率よく安定して動作しない状態が発生することがある。
 また、各構成部分の効率を上げる構成として、例えば、送電アンプにスイッチング方式のアンプを用いることで高効率化を図ることが考えられる。この場合には、送電アンプでスイッチングノイズが発生し、送電コイルを介して外部に放射され、他の無線機などに妨害を与える恐れがある。例えば、特許文献2には、差動動作の送電アンプの出力雑音を低減する構成が示されているが、受電した信号成分が整流電圧に重畳されてリップルとなるリップル電圧についての低減は考慮されていない。すなわち、非接触受電装置で発生するノイズの低減については、全く考慮されていない。
 本発明の目的は、安定して動作することが可能な非接触送受電装置を提供することにある。
 また、本発明の他の目的は、ノイズの低減を図ることが可能な非接触送受電装置を提供することにある。
 本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
 本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
 すなわち、非接触受電装置は、非接触送電装置からの電力を受電する受電コイルと、受電コイルによって受電した電力を整流し、高電位側の整流出力と低電位側の整流出力を形成する整流回路と、高電位側の整流出力と低電位側の整流出力が供給され、平滑して直流電圧を形成する平滑回路と、平滑回路からの直流電圧を第1電圧に変換するスイッチング電源を備える。ここで、平滑回路は、高電位側の整流出力を伝達する第1インダクタと、低電位側の整流出力を伝達する第2インダクタと、伝達された高電位側の整流出力と伝達された低電位側の整流出力とが供給される第1平滑容量素子とを備え、伝達された低電位側の整流出力は、接地電位に接続される。
 高電位側の整流出力における高周波の信号は、第1平滑容量素子を介して、接地電位へ伝達され、低電位側の整流出力における高周波の信号も、接地電位へ伝達されるため、非接触受電装置からノイズが発生するのを抑制することが可能となる。
 また、第1インダクタおよび第2インダクタには、受電した電力の周波数に応じた周波数を有する整流出力が供給されるため、第1インダクタおよび第2インダクタのインピーダンス(抵抗成分)が高くなる。これにより、スイッチング電源の入力電圧が収束する範囲を狭くすることが可能となり、安定して動作する非接触受電装置を提供することが可能となる。
 本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、以下のとおりである。
 安定して動作することが可能な非接触送受電装置を提供することができる。また、ノイズの低減を図ることが可能な非接触送受電装置を提供することができる。
実施の形態1に係わる非接触送受電装置の構成を示す回路図である。 降圧型のDC-DCコンバータの入力電圧と入力電流との関係を示す特性図である。 DC-DCコンバータの入力電圧と入力等価抵抗との関係を示す特性図である。 送電アンプの電源電圧と動作電流との関係を示す特性図である。 送電アンプの電源電圧と動作電流との関係を示す特性図である。 送電アンプの電源電圧と動作電流との関係を示す特性図である。 非接触送受電装置における送電電圧と負荷抵抗の端子間電圧との関係を示す特性図である。 非接触送受電装置における送電電圧と負荷抵抗の端子間電圧との関係を示す特性図である。 非接触送受電装置における送電電圧と負荷抵抗の端子間電圧との関係を示す特性図である。 (A)から(C)は、実施の形態1および実施の形態5に係わる整合回路123の構成を示す図である。 DC-DCコンバータの負荷を説明するブロック図である。 実施の形態1に係わる整流回路と平滑回路の構成を示す回路図である。 (A)および(B)は、非接触受電装置のリップル電圧を示す波形図である。 実施の形態2に係わる非接触送受電装置の構成を示す回路図である。 実施の形態3に係わる非接触送受電装置の構成を示す回路図である。 実施の形態4に係わる非接触送受電装置の構成を示す回路図である。 実施の形態6に係わる非接触受電装置の構成を示す回路図である。 実施の形態6に係わる非接触送受電装置の動作を示すフローチャート図である。 実施の形態6に係わる非接触送受電装置の動作を示すフローチャート図である。 (A)および(B)は、実施の形態7に係わる非接触送受電装置の構成を示す模式的な外観図である。 実施の形態7の変形例に係わる非接触送受電装置の構成を示す模式的な外観図である。 実施の形態8に係わる非接触送受電装置の構成を示す回路図である。 実施の形態9に係わる非接触送受電装置の構成を示す模式的な外観図である。
 以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一部分には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は、原則として省略する。
 以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。また、以下の実施の形態において、要素の数等(個数、数値、量、範囲等を含む)に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良い。また、以下の実施の形態において、その構成要素(要素ステップ等も含む)は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことはいうまでもない。
 同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。
 (実施の形態1)
 図1は、実施の形態1に係わる非接触送受電装置の構成を示す回路図である。図1において、1は非接触送電装置を示し、2は非接触受電装置を示している。非接触送電装置1と非接触受電装置2との間は、電磁誘導で結合される。
 <非接触送電装置>
 先ず、非接触送電装置1の構成を説明する。非接触送電装置1は、ドライブ電源101、電界効果トランジスタ(以下、MOSFETとも称する)102、可変電源103、接地容量素子104、チョークコイル105、コモンモードフィルタ106、111、容量素子107、109、インダクタ108、フィルタ110、共振容量素子112および送電コイル113を備えている。
 この実施の形態1においては、特に制限されないが、ドライブ電源101、MOSFET102、電源103、接地容量素子104、チョークコイル105、インダクタ108、容量素子107、109およびコモンモードフィルタ106によって、送電アンプSAMPが構成されている。送電アンプAMPの出力が、フィルタ110およびコモンモードフィルタ111を介して、共振容量素子112と送電コイル113によって構成された共振回路に供給されている。
 MOSFET102のゲート・ソース間には、ドライブ電源101が接続されている。ドライブ電源101は、ハイレベルとロウレベルとの間で周期的に電圧が変化するドライブ信号を、MOSFET102のゲートに供給する。これにより、MOSFET102は、ドライブ電源101からのドライブ信号によって、周期的にオン・オフ状態となる。MOSFET102のドレインは、チョークコイル105およびコモンモードフィルタ106を介して、可変電源103および接地容量素子104に接続されている。また、MOSFET102のドレインは、インダクタ108および容量素子109を介して、フィルタ110の入力に接続されている。MOSFET102のソースとドレインとの間には、容量素子107が接続され、MOSFET102のソースは、コモンモードフィルタ106を介して、接地電位Vsに接続されている。
 送電アンプSAMPは、この実施の形態1では、所謂E級アンプと呼ばれるスイッチングアンプを構成している。チョークコイル105は、非接触送電装置1が送電する電力の周波数(以下、送電周波数とも称する)において、リアクタンス値が無限大と見なせる程度の値を有している。これにより、MOSFET102のドレインからフィルタ110へ向かう送信信号へ影響を与えないようにして、可変電源103からMOSFET102へ電源を供給している。
 図1において、Vddは、送電アンプSAMPの電源電圧を示し、Iddは、送電アンプSAMPの動作電流(電源電流)を示している。すなわち、Vddは、可変電源103の電源電圧であり、Iddは、可変電源103から給電される動作電流である。可変電源103は、電圧値を調整可能な電源であるため、電源電圧Vddの値は変更することが可能となっている。接地容量素子104と可変電源103とは、コモンモードフィルタ106と接地電位Vsとの間で並列接続されている。ここで、接地容量素子104は、電源圧Vddの電圧変動を抑制するように機能する。
 ドライブ電源101からのドライブ信号によって、MOSFET102がオフ状態にされると、容量素子107、109およびインダクタ108により共振回路が構成されることになる。このときの共振回路の共振周波数をf1とする。一方、ドライブ信号によって、MOSFET102がオン状態にされると、容量素子109およびインダクタ108により共振回路が構成される。このときの共振回路の共振周波数をf2とすると、送電周波数をf0とした場合、f2<f0<f1の関係が成立するように、容量素子107、109およびインダクタ108の値が設定される。このように設定することにより、ドライブ信号によってMOSFET102がオン・オフ状態となるようにスイッチング制御することにより、MOSFET102のドレインからフィルタ110へ、効率よく送信信号(電力)を供給することが可能となる。
 フィルタ110は、送電周波数f0帯の送信信号を透過させ、送電アンプSAMPで発生する2倍(次)以上の高調波を遮断するローパスフィルタである。このフィルタ110は、例えばπ型のローパスフィルタで構成されている。
 フィルタ110の出力は、コモンモードフィルタ110を介して、共振容量素子112と送電コイル113とが直列接続することにより構成された直列共振回路に供給されている。この直列共振回路の共振周波数は、送電周波数f0に整合されているため、送電コイル113には、大きな共振電流か流れ、強い磁界を発生し、送電周波数f0を有する電力の送電が行われる。
 特に制限されないが、コモンモードフィルタ106、111は、同相の信号が供給されたとき、発生する磁界の方向が同じ方向となるような2個のコイルを備えている(図1における●印は、磁界結合の方向を示す)。これにより、コモンモードフィルタ106および111のそれぞれは、同相の信号が供給されたとき、同相の信号がコモンモードフィルタを介して伝達するのを抑制する。コモンモードフィルタ106は、例えば、MOSFET102から、可変電源103へ向かって、同相の信号が伝達するのを抑制する。また、コモンモードフィルタ110は、例えば、フィルタ110から、直列共振回路(共振容量素子112、送電コイル113)へ向かって、同相の信号が伝達するのを抑制する。これにより、同相信号のノイズが、非接触送電装置1から発生するのが低減されている。
 また、この実施の形態1において、フィルタ110は、送電アンプSAMP側と直列共振回路(コモンモードフィルタ111、共振容量素子112、送電コイル113)との間でインピーダンスを整合させるインピーダンス整合の機能を備えている。
 非接触送電装置1においては、送電アンプSAMPによって、送電周波数の電力が形成され、この電力が送電コイル113から送電されることになる。
 <非接触受電装置>
 次に、非接触受電装置2を説明する。非接触受電装置2は、コモンモードフィルタ124、共振容量素子122、受電コイル121、フィルタを兼ねた整合回路(整合+フィルタと記載)123、整流用ダイオード125、126、127、128、平滑回路129、DC-DCコンバータ133および負荷抵抗134を備えている。図1では、DC-DCコンバータ133の負荷として、説明の都合上負荷抵抗134が示されているが、DC-DCコンバータ133の負荷としては、バッテリあるいはバッテリを充電する充電回路などである。この実施の形態1においては、DC-DCコンバータ133として、降圧型のDC-DCコンバータが用いられている。すなわち、DC-DCコンバータ133は、入力された直流電圧よりも低い電圧(例えば、5V)の直流電圧を形成する。
 この実施の形態1においては、整流用ダイオード125、126、127および128は、ブリッジ型全波整流を行う整流回路を構成するように接続されている。すなわち、整流用ダイオード125および127のカソードが、高電位側の整流出力端部+に接続され、整流用ダイオード126および128のアノードが、低電位側の整流出力端部-に接続されている、また、整流用ダイオード125のアノードと整流用ダイオード126のカソードが共通に接続され、コモンモードフィルタ124の一方の出力端部に接続され、整流用ダイオード127のアノードと整流用ダイオード128のカソードが共通に接続され、コモンモードフィルタ124の他方の出力端部に接続されている。
 平滑回路129は、インダクタ(第1インダクタ、第2インダクタ)130、131と平滑容量素子(第1平滑容量素子)132を備えている。インダクタ130の一方の端部は、整流回路の整流出力端部+に接続され、インダクタ131の一方の端部は、整流回路の整流出力端部-に接続されている。インダクタ130および131のそれぞれの他方の端部の間に、平滑容量素子132が接続され、インダクタ131の他方の端部は、筐体アースCVsに接続されている。また、インダクタ130、131のそれぞれの他方の端部は、DC-DCコンバータ133の入力に接続されている。これにより、整流出力端部+から出力された高電位側の整流出力は、インダクタ130を伝達して、DC-DCコンバータ133に供給され、整流出力端部-から出力された低電位側の整流出力は、インダクタ131を伝達して、DC-DCコンバータ133に供給されことになる。
 この実施の形態1においては、受電コイル121は、3個のタップを備えている。すなわち、受電コイル121は、コイルの両端部に接続された第1タップ、第2タップと、第1タップと第2タップとの間(例えば中間)のコイル部に接続された第3タップ(中間タップ)を備えている。共振容量素子122は、受電コイル121の第1タップと第2タップとの間に接続されている。これにより、受電コイル121と共振容量素子122とによって、並列共振回路が構成されている。受電コイル121の中間タップから、この並列共振回路の出力が取り出されている。すなわち、受電コイル121の中間タップが、フィルタを兼ねた整合回路123に接続されている。
 フィルタを兼ねた整合回路123の出力はコモンモードフィルタ124を介して、整流用ダイオード125、126、127、128より構成された整流回路に入力されている。整流回路の整流出力は、上記したように、平滑回路129を介して、DC-DCコンバータ133に入力され、DC-DCコンバータ133の出力には負荷抵抗134が接続されている。
 受電コイル121と共振容量素子122によって構成された並列共振回路の共振周波数が、送電周波数f0と等しくなるように、受電コイル121および共振容量素子122の値が設定される。これにより、非接触送電装置1から送電された電力は、受電コイル121において効率よく受電される。フィルタを兼ねた整合回路123において、受電コイル121と、後段の整流回路(整流用ダイオード125~128により構成された整流回路)との間で、インピーダンス整合が図られる。これにより、受電コイル121で受電した電力は、効率よく整流用ダイオード125~128により全波整流され、平滑回路129を介して、DC-DCコンバータ133に整流された直流電力が入力されることになる。入力された直流電力はあらかじめ設定された直流電圧値に変換され、負荷抵抗134によって電力が消費される。なお、非接触受電装置2においては、受電コイル121と共振容量素子122によって並列共振回路が構成されているため、共振時、インピーダンスが非常に高くなってしまう。この実施の形態1においては、受電コイル121には中間タップを設け、中間タップから受電電力を出力させることでインピーダンスが下がるようにしている。これにより、後段のフィルタを兼ねた整合回路123でのインピーダンス整合が容易になるようにしている。
 この実施の形態1では、ドライブ電源101からMHz帯の周波数のドライブ信号が出力され、送電コイル113からMHz帯の送電周波数の電力が送電される。送電された電力は、送電コイル113と受電コイル121との間の磁界結合によって、非接触受電装置2の受電コイル121により受電される。受電された電力は、整流用ダイオード125から128により構成された整流回路によって整流される。整流によって、整流回路の整流出力端部+から高電位側の整流出力が出力され、整流出力端部-から低電位側の整流出力が出力される。高電位側の整流出力と低電位側の整流出力は、平滑回路129において平滑され、直流電圧が形成され、DC-DCコンバータ133に供給される。供給された直流電圧は、DC-DCコンバータ133で、あらかじめ設定された直流電圧値(第1電圧)に変換され、出力される。
 実施の形態1に係わる非接触受電装置2においては、フィルタを兼ねた整合回路123と整流回路との間に、コモンモードフィルタ124が接続されている。このコモンモードフィルタ124は、先に説明したコモンモードフィルタ106、111と同様な構成を有している。そのため、例えばフィルタを兼ねた整合回路123から、同相の信号が出力されても、同相の信号は、コモンモードフィルタ124によって伝達されるのが抑制される。その結果、非接触受電装置2が、同相のノイズを発生するのを低減することが可能となる。また、平滑回路129では、インダクタ130とインダクタ131のそれぞれの他方の端部間が、平滑容量素子132によって接続され、インダクタ131の他方の端部は、筐体アースCVsに接続されている。筐体アースCVsは、接地電位Vsであるため、インダクタ130、131を伝達した高周波の信号は、平滑容量素子132によって短絡され、さらに筐体アースCVs(接地電位Vs)に流れることになる。これにより、高周波の信号がノイズとして、非接触受電装置2から出力されるのを防ぐことが可能となる。
 図11は、DC-DCコンバータ133の負荷を説明するブロック図である。DC-DCコンバータ133により形成された直流電圧Vbdが、バッテリVBCに給電され、バッテリVBCの充電が行われる。図11に示した例では、バッテリVBCは、筐体アースCVsと直流電圧Vbdが供給される電源配線との間に接続され、充電される。バッテリVBCからの直流電圧と接地電位Vsを動作電圧として、所望の回路CKTが動作する。この場合、筐体アースCVsの電位が、接地電位Vsとなり、所望の回路CKTは、接地電位Vsと直流電圧Vbdとの間の電位差で動作することになる。
 <本発明者らの検討>
 特許文献1に示された技術に基づいて、非接触送受電装置を構成し、DC-DCコンバータで直流電圧を形成するようにした場合、例えば送電コイル(13)と受電コイル(21)との整合状態あるいは非接触受電装置の負荷の状態によっては、DC-DCコンバータに供給される入力電圧が、所望の値よりもかなり高い値の状態となり、整流回路(22)を構成するデバイスの耐圧が不足するような状態が発生した。また、DC-DCコンバータが出力する直流電圧が、所望の値に到達せず、DC-DCコンバータが正常に動作していない状況も発生した。そこで、本発明者らは、実験を行い、原因を調べる検討を行った。以下、本発明者らが行った検討を説明する。
 <<DC-DCコンバータの検討>>
 図2は、図1に示した降圧型のDC-DCコンバータ133の入力電圧とDC-DCコンバータ133の入力電流との関係を示す特性図である。ここでは、DC-DCコンバータ133を、非接触受電装置2から取り出し、DC-DCコンバータ133単体について、入力電圧と入力電流との関係を測定している。
 図2において、横軸は、DC-DCコンバータ133に供給される入力電圧DCVinを示し、縦軸は、DC-DCコンバータ133に供給される入力電流DCIinを示している。また、DC-DCコンバータは、入力電圧DCVinが供給されたとき、あらかじめ決められた直流電圧(第1電圧)として5Vの電圧を出力するように、設定している。
 図2において、DCI(8.7)は、DC-DCコンバータ133に負荷として抵抗8.7Ωを接続した場合の入力電流曲線を示している。図1を参照にして述べると、負荷抵抗134として抵抗8.7Ωを接続した場合を示しており、入力電圧DCVinを、3.5V近辺から12V近辺まで変化させたときに、DC-DCコンバータ133に流れる入力電流DCIinは、入力電流曲線DCI(8.7)に示すように変化した。
 同様に、負荷抵抗134として抵抗13.1Ωを接続し、入力電圧DCVinを、3.5V近辺から12V近辺まで変化させたとき、DC-DCコンバータ133へ流れる入力電流DCIinは、入力電流曲線DCI(13.1)に示すように変化した。また、負荷抵抗134として抵抗26.7Ωを接続し、入力電圧DCVinを、5V近辺から12V近辺まで変化させたとき、DC-DCコンバータ133へ流れる入力電流DCIinは、入力電流曲線DCI(26.7)に示すように変化した。
 DC-DCコンバータ133の出力電圧を5Vに設定しているため、負荷抵抗134として8.7Ωを接続した場合、負荷抵抗134での消費電力は、ほぼ3Wになる。同様に、抵抗13.1Ωを接続した場合の負荷抵抗134での消費電力は、ほぼ2Wであり、抵抗26.7Ωを接続した場合の負荷抵抗134での消費電力は、ほぼ1Wである。
 図2において、DC-DCコンバータ133に設定した出力電圧の値である5Vよりも若干高い電圧5.5Vを、入力電圧DCVinとして供給したとき、入力電流曲線DCI(8.7)、DCI(13.1)、DCI(26,7)の値がピーク点に達している。このピーク点に対応する入力電圧(5.5V)よりも低い電圧値(例えば4V近辺)が、入力電圧DCVinとしてDC-DCコンバータ133に供給された状態では、DC-DCコンバータ133は、通常の降圧動作を行っていないと考えられる。一方、ピーク点に対応する入力電圧よりも高い電圧値(例えば6V近辺)が、入力電圧DCVinとしてDC-DCコンバータ133に供給された状態では、DC-DCコンバータ133が、通常の降圧動作を行っていると考えられる。
 DC-DCコンバータ133は、降圧動作を行い、設定された出力電圧を出力している場合、負荷抵抗134で消費される消費電力が一定であれば、DC-DCコンバータ133の入力電力は、ほぼ一定となる。例えば、負荷抵抗134が、8.7Ωであれば、この負荷抵抗134における消費電力は、上記したように、ほぼ3Wとなり、DC-DCコンバータ133の入力電力も、ほぼ3Wに対応した値となる。負荷抵抗134が、抵抗13.1Ωおよび26.7Ωに変わっても同様に、DC-DCコンバータ133の入力電力は、それぞれの消費電力(ほぼ2W、ほぼ1W)に対応した、ほぼ一定の値となる。
 DC-DCコンバータ133の入力電力は、入力電圧DCVinと入力電流DCIinとの積であるため、例えば入力電圧DCVinが大きくなれば、入力電流DCIinは小さくなる。そのため、図2に示すように、降圧動作が行われている入力電圧DCVinの範囲、すなわち5.5V以上の範囲では、入力電圧DCVinが高くなるのに従って、入力電流曲線DCI(8.7)、DCI(13.1)およびDCI(26.7)は降下し、入力電流DCIinは小さくなっている。すなわち、降圧動作が行われている範囲では、DC-DCコンバータ133は、入力電圧DCVinの増加に対して入力電流DCIinが減少すると言う負性抵抗を示すことになる。言い換えるならば、DC-DCコンバータ133の入力等価抵抗は、降圧動作を行っているとき、負性抵抗となる。
 上記したように、負荷抵抗134での消費電力とDC-DCコンバータ133の入力電力とが対応して、ほぼ一定となる。ほぼ一定となる入力電力を発生させる入力電圧DCVinと入力電流DCIinの組み合せは、多数存在する。例えば負荷抵抗134が、抵抗8.7Ωの場合、入力電圧DCVinが6Vで、入力電流DCIinが0.5A近辺の組み合わせもあれば、入力電圧DCVinが10Vで、入力電流DCIinが0.3A近辺の組み合わせも存在する。DC-DCコンバータ133を降圧動作させる場合、これらの複数の組み合わせ(入力電圧DCVinと入力電流DCIinの組み合わせ)のうちのいずれかに収束することになる。負荷抵抗134が、抵抗8.7Ωの場合を説明したが、他の抵抗値、例えば13.1Ωおよび26.7Ωでも同様に、複数の組み合わせが存在し、いずれかに収束することになる。
 また、例えば負荷抵抗134が抵抗8.7Ωを見た場合、入力電流DCIinが、0.4Aとなるようにする入力電圧DCVinの値は、図2に示すように4.2Vのときと、7.6Vのときの2つが存在する。この場合、7.6Vの入力電圧DCVinは、DC-DCコンバータ133を降圧動作させることが可能な値であるが、4.2Vの入力電圧DCVinは、DC-DCコンバータ133を降圧動作させることが不可能な値である。そのため、収束する組み合わせによっては、DC-DCコンバータ133を適切に動作(降圧動作)させることが困難となる場合があることがわかる。勿論、適切に動作していない場合には、設定した所望の出力電圧(5V)が、DC-DCコンバータ133によって形成されないことになる。
 図3は、DC-DCコンバータ133の入力電圧と入力等価抵抗との関係を示す特性図である。図3は、図2に基づいて作成されている。図3において、横軸はDC-DCコンバータ133の入力電圧DCVinを示し、縦軸はDC-DCコンバータ133の入力等価抵抗DCRを示している。図3において、DCER(8.7)は、負荷抵抗134として抵抗8.7Ωを接続し、入力電圧DCVinを変化させたときの入力等価抵抗の変化を示す入力等価抵抗曲線である。同様に、DCER(13.1)は、負荷抵抗134として抵抗13.1Ωを接続し、入力電圧DCVinを変化させたときの入力等価抵抗の変化を示す入力等価抵抗曲線であり、DCER(26.7)は、負荷抵抗134として抵抗26.7Ωを接続し、入力電圧DCVinを変化させたときの入力等価抵抗の変化を示す入力等価抵抗曲線である。
 ここで、入力等価抵抗は、図2に示した対応する入力電圧DCVinを入力電流DCIinで割ることにより求めた、DC-DCコンバータ133の等価的な入力抵抗である。例えば、入力等価抵抗曲線DCER(8.7)は、対応する入力電流曲線DCI(8.7)によって示された入力電流DCIinの値で、そのときの入力電圧DCVinを割ることにより求めている。他の入力等価抵抗曲線DCER(13.1)およびDCER(26.7)も同様にして求めている。
 図3に示すように、負荷抵抗134として、抵抗8.7Ωまたは抵抗13.1Ωを接続した場合、入力電圧DCVinを4Vから7V程度の広い範囲で変化させても、入力等価抵抗曲線DCER(8.7)およびDCER(13.1)によって表されている入力等価抵抗DCRの値は、10Ωから22Ω程度の範囲でしか変化していない。すなわち、入力電圧DCVinを4Vから7Vの範囲で変化させても、入力等価抵抗曲線DCER(8.7)およびDCER(13.1)の傾きはほぼゼロである。そのため、負荷抵抗134として、抵抗8.7Ωまたは抵抗13.1Ωを接続した場合には、4Vから7Vの広い範囲、入力電圧DCVinが選択され、この広い範囲のどこかで収束する可能性があることになる。
 <<送電アンプSAMPとDC-DCコンバータ133との関係>>
 非接触送受電装置においては、図1に示した送電コイル113と受電コイル121との間は、磁界結合している。これにより、図1に示した送電アンプSAMP内の可変電源103の電圧値、すなわち送電アンプSAMPの電源電圧Vddの値を変化させることにより、DC-DCコンバータ133に供給される入力電力を変化させることが可能である。
 図4は、図1に示した非接触受電装置2において、DC-DCコンバータ133を取り除き、DC-DCコンバータ133の代わりに、平滑回路129に抵抗を接続して、送電アンプSAMPの電源電圧Vddと動作電流Iddの関係を測定して、作成した特性図である。ここで、DC-DCコンバータ133の代わりに、平滑回路129に接続した抵抗は、図3で説明したDC-DCコンバータ133の入力等価抵抗と見なすことができる。
 図4において、横軸は送電アンプSAMP(図1参照)の可変電源103の電源電圧Vddを示し、縦軸は送電アンプSAMPの動作電流Iddを示している。また、図4において、SAI(51)は、図1において、DC-DCコンバータ133の代わりに、入力等価抵抗として抵抗51Ωを、平滑回路129に接続した状態で、電源電圧Vddを変化させたときの動作電流Iddの変化を表す送電アンプ電流曲線である。同様に、DC-DCコンバータ133の代わりに、入力等価抵抗として抵抗22Ωを、平滑回路129に接続した状態で、電源電圧Vddを変化させたときの動作電流Iddの変化が、送電アンプ電流曲線SAI(22)によって表されている。また、DC-DCコンバータ133の代わりに、入力等価抵抗として抵抗10Ωを、平滑回路129に接続した状態で、電源電圧Vddを変化させたときの動作電流Iddの変化が、送電アンプ電流曲線SAI(10)によって表されている。
 すなわち、図4は、DC-DCコンバータ133の代わりに、抵抗値の異なる入力等価抵抗を、平滑回路129に接続して、入力等価抵抗ごとに、送電アンプSAMPの電源電圧Vddの変化と、動作電流Iddの変化との関係を示している。そのため、図4は、送電アンプSAMPの電源電圧Vddの変化に対して流れる動作電流Iddの変化と、DC-DCコンバータ133の入力等価抵抗との依存性を示していることになる。
 ここでは、図1に示したフィルタを兼ねた整合回路(以下、単に整合回路とも称する)123の構成は、図10(A)に示した構成を有している。図10は、後で実施の形態5において説明するので、図10(A)についてのみ簡単に説明する。図10(A)は、整合回路123の構成を示す回路図である。整合回路123は、容量素子505、インダクタ506および507を備えている。図1および図10を参照にして説明すると、インダクタ506は、整合回路123の入力端子501と出力端子503との間に接続され、インダクタ507は、整合回路123の入力端子502と出力端子504との間に接続されている。また、容量素子505は、入力端子501と502との間に接続されている。整合回路123の入力端子501は、受電コイル121の中間タップに接続され、入力端子502は、受電コイル121の他方の端部に接続されたタップ(第2タップ)に接続されている。また、整合回路123の出力端子503は、整流用ダイオード125と整流用ダイオード126との接続部に接続され、出力端子504は、整流用ダイオード127と整流用ダイオード128との接続部に接続されている。この容量素子505とインダクタ506、507とによって、フィルタが構成されるとともに、インピーダンス整合が行われる。
 図4に戻って、説明を続ける。図4に示した特性は、整合回路123を構成する容量素子505の値を308pFに設定し、インダクタンス506および507のそれぞれの値を0.95uHに設定し、平滑回路129における平滑容量素子132の値を22uFに設定し、インダクタ130および131のそれぞれは、ショートした状態で、測定した。
 平滑回路129におけるインダクタ130および131はショートであるため、コイルではなく、信号配線で整流回路とDC-DCコンバータ133に相当する入力等価抵抗との間が接続された状態である。整流回路とDC-DCコンバータ133とが、信号配線によって接続されているため、特許文献1の図1に示した構成に類似した構成となる。そのため、図4は、特許文献1の図1の構成に類似した構成において、送電アンプSAMPの電源電圧Vddの変化に対して流れる動作電流Iddの変化と、DC-DCコンバータ133の入力等価抵抗との依存性を示していると見なすこともできる。
 図5および図6のそれぞれは、図4と同様にして、図1に示したDC-DCコンバータ133の代わりに、DC-DCコンバータ133の入力等価抵抗に相当する抵抗51Ω、22Ωおよび10Ωを平滑回路129に接続し、送電アンプSAMPの電源電圧Vddの値を変化させながら、送電アンプSAMPの動作電流Iddを測定して、作成した特性図である。図5および図6においても、横軸および縦軸は、図4と同様に送電アンプSAMPの電源電圧Vddおよび動作電流Iddである。同様に、入力等価抵抗として抵抗51Ωを用いた場合の特性が、送電アンプ電流曲線SAI(51)で表され、入力等価抵抗として抵抗22Ωを用いた場合の特性が、送電アンプ電流曲線SAI(22)で表され、入力等価抵抗として抵抗10Ωを用いた場合の特性が、送電アンプ電流曲線SAI(10)で表されている。
 図5および図6のそれぞれにおける特性は、図1および図10に示した平滑回路129および整合回路123の素子の値を、図4の特性を求める際に設定した値と異なる値に設定して、求めている。
 すなわち、図5に示した特性を求める際には、図1に示した平滑回路129におけるインダクタ130および131として、コイルを用い、インダクタとして機能するように、それぞれの値を3.3uHに設定した。このとき、図10に示した整合回路123における容量素子505の値とインダクタンス506および507の値は、図4に示した特性を求める際に設定した値と同じにしている。
 また、図6に示した特性を求める際には、図1に示した平滑回路129におけるインダクタ130および131は、図4に示した特性を求める際に行ったのと同様に、コイルを用いずに、整流回路と入力等価抵抗との間をショートする信号配線によって形成した。このとき、図10に示した整合回路123におけるインダクタ506および507は、図4に示した特性を求める際に設定した値と同じにし、容量素子505の値は、図4に示した特性を求める際に設定した値308pFよりも小さな値である275pFに設定している。
 図4~図6のそれぞれに示した特性を求める際に設定した値の相違を纏めると、次のようになる。図5に示した特性は、図4に示した特性に対して、平滑回路129におけるインダクタ130および131が、インダクタとして機能するように、値が3.3uHに設定されて、測定されている。また、図6に示した特性は、図4に示した特性に対して、整合回路123における容量素子505の値が小さく設定されて、測定されている。
 図4においては、入力等価抵抗が、10Ω、22Ωおよび51Ωのいずれの場合であっても、送電アンプSAMPの電源電圧Vddを高くすると、送電アンプSAMPの動作電流Iddが高くなるように傾きを有している。しかしながら、入力等価抵抗が10Ωと22Ωのときの送電アンプ電流曲線SAI(10)とSAI(22)を見ると、電源電圧Vddが11V以上では、傾きがほぼ同じになり、送電アンプSAMPを流れる動作電流Iddの値が、ほぼ同じになっている。
 これは、送電アンプSAMPの電源電圧Vddが11V以上になった場合、DC-DCコンバータ133の入力等価抵抗が、10Ω近辺から22Ω近辺まで変化しても、送電アンプSAMPの電源電圧Vddと動作電流Iddとは、ほぼ同じ変化をし、差がほとんどないことを表している。図4に示した特性では、送電アンプSAMPを流れる動作電流Iddは、450mA付近を送電アンプSAMPの電源電圧Vddにほぼ比例して増加している。
 DC-DCコンバータ133において、その入力等価抵抗が、10Ω近辺から22Ω近辺の範囲にあるときの入力電圧DCVinを、図3で調べると、負荷抵抗134が抵抗8.7Ωおよび抵抗13.1Ωのときには、入力電圧DCVinは、4Vから7V程度の比較的広い範囲で変化していることがわかる。また、送電アンプSAMPの効率を80%、送電コイル113と受電コイル121間の効率を90%、整流回路の効率を90%と想定した場合、入力等価抵抗が、10Ωまたは22Ωで、送電アンプSAMPの電源電圧Vddが11V以上のときの送電アンプSAMPの動作電流Iddは、0.4Aから0.5A程度の入力電流DCIinに換算される。
 図2に示した特性に戻って、DC-DCコンバータ133の入力電圧DCVinが、4Vから7V程度の範囲で、入力電流DCIinが0.4Aから0.5A程度の範囲に入る点は、例えば負荷抵抗134として抵抗8.7Ωを接続した場合、入力電流曲線DCI(8.7)から、入力電圧DCVinが5.5Vよりも高い値のときと5.5Vよりも低い値のときの両方が存在している。すなわち、DC-DCコンバータ133が、正常に降圧動作を行う入力電圧DCVinと入力電流DCIinとの組み合わせと、正常な降圧動作を行わない入力電圧DCVinと入力電流DCIinとの組み合わせの両方が存在することになる。言い換えるならば、DC-DCコンバータ133が正常に降圧動作を行うことが可能な収束点と正常に動作しない収束点の両方が存在することになる。
 この場合、両方の収束点のうち、正常に動作する収束点にのみ収束させるには、例えば送電アンプSAMPの電源電圧Vddを高くすることが考えられる。しかしながら電源電圧Vddを高くすると、整流回路を構成する整流用ダイオード125~128に高電圧が印加されることになり、整流用ダイオードの耐圧を超えて破壊されることが考えられる、また、DC-DCコンバータの許容入力電圧の範囲を超えることも考えられる。
 これに対して、平滑回路129のインダクタ130および131の値を3.3uHとして、インダクタとして機能するようにした場合、図5に示すように、入力等価抵抗を10Ω、22Ωおよび51Ωと変えると、それぞれの入力等価抵抗に対応する送電アンプ電流曲線SAI(10)、SAI(22)およびSAI(51)の傾きが異なる。すなわち、入力等価抵抗ごとに、送電アンプSAMPの電源電圧Vddの変化に対して送電アンプSAMPを流れる動作電流Iddの変化率が異なっている。言い換えるならば、送電アンプSAMPの電源電圧Vddの変化に対する送電アンプSAMPの動作電流Iddの変化率が、DC-DCコンバータ133の入力等価抵抗によって異なっている。図5では、入力等価抵抗の値が、小さくなるのに従って、動作電流Iddの変化率(電流変化率)は、大きくなっている。これにより、図4で示したように、入力等価抵抗が異なっていても、動作電流Iddが重なってしまうのを防ぐことが可能となる。
 また、平滑回路129におけるインダクタ130および131を、インダクタとして機能しないように、配線とした場合でも、整合回路123の容量素子505(図10)を275pFとにすると、図6に示すように、入力等価抵抗ごとに、送電アンプ電流曲線SAI(10)、SAI(22)およびSAI(51)の傾きが異なるようにすることができる。すなわち、整合回路123の容量素子505の値を変えることによっても、送電アンプSAMPの動作電流Iddの変化率(電流変化率)が、図6に示すように、互いに異なるようにすることができる。
 <<送電アンプの電源電圧とDC-DCコンバータの出力電圧の関係>>
 上記した平滑回路129および整合回路123の条件で、図1に示した非接触送受電装置における送電電圧と負荷抵抗134の端子間電圧との関係を測定した。測定した結果を、図7から図9に示す。
 図7から図9において、横軸は、送電電圧を示している。ここでの送電電圧は、送電アンプSAMPの電源電圧Vddを意味している。また、それぞれの縦軸は、負荷抵抗134の端子間電圧を示している。端子間電圧は、DC-DCコンバータ133の出力電圧Voutに相当するため、これらの図において、縦軸は、DC-DCコンバータの出力電圧Voutとして示されている。図7から図9において、Vout(13.1)は、図1に示した負荷抵抗134として、抵抗13.1Ωを接続した状態で、送電アンプSAMPの電源電圧Vddを変化させたときのDC-DCコンバータ133の出力電圧Voutの変化を示す出力電圧曲線である。このとき、DC-DCコンバータ133は、5Vが出力電圧(所望の電圧)として出力されるように設定され、送電周波数f0は、6.78MHzに設定されている。また、DC-DCコンバータ133の出力電圧および送電周波数は、同じ値に設定して、負荷抵抗134として、抵抗8.7Ωを接続したときの出力電圧曲線が、Vout(8.7)として示され、抵抗5.6Ωを接続したときの出力電圧曲線が、Vout(5.6)として示されている。
 図7は、平滑回路129および整合回路123の条件が、図4の条件に設定された状態で、測定された出力電圧曲線Vout(13.1)、Vout(8.7)およびVout(5.6)を示している。また、図8は、平滑回路129および整合回路123の条件が、図5の条件に設定された状態で、測定された出力電圧曲線Vout(13.1)、Vout(8.7)およびVout(5.6)を示している。さらに、図9は、平滑回路129および整合回路123の条件が、図6の条件に設定された状態で、測定された出力電圧曲線Vout(13.1)、Vout(8.7)およびVout(5.6)を示している。
 図7を見ると、負荷抵抗134として抵抗5.6Ωを接続した場合、出力電圧曲線Vout(5.6)から理解されるように、送電アンプSAMPの電源電圧Vddを21V程度まで上昇させないと、出力電圧Voutは、DC-DCコンバータ133に設定した5Vの電圧に到達しない。すなわち、送電アンプSAMPの電源電圧Vddを21V程度まで上昇させないと、DC-DCコンバータは、正常な降圧動作を行わない。これに対して、図8および図9では、負荷抵抗134として抵抗5.6Ωを接続した場合、それぞれの図に示す出力電圧曲線Vout(5.6)から理解されるように、送電アンプSAMPの電源電圧Vddを12Vから13.5V程度に上昇させると、出力電圧Voutは、5Vとなる。すなわち、図8および図9では、電源電圧Vddを21Vまで上昇させずに、12Vから13.5V程度まで上昇させることのより、DC-DCコンバータ133は、正常な降圧動作を行うようになることがわかる。
 このように、平滑回路129および整合回路123の条件を、図4で述べたような値に設定した場合、負荷抵抗134として抵抗5.6Ωが接続されていると、送電アンプSAMPの電源電圧Vddを高くまで上昇させないと、DC-DCコンバータ133は正常な降圧動作を行わない。言い換えると、送電アンプSAMPの電源電圧Vddを高くまで上昇させないと、所望の出力電圧が、DC-DCコンバータ133によって形成されないと言うことになる。一方、送電アンプSAMPの電源電圧Vddを上昇させると、整流用ダイオード125~128によって構成された整流回路に供給される電圧が高くなり、整流用ダイオードの耐圧を超える恐れが生じる。耐圧を超えることにより、整流用ダイオードの破壊が発生することが危惧される。
 これに対して、平滑回路129および整合回路123の条件を、図5および図6で説明したように設定すると、抵抗5.6Ωを負荷抵抗134として接続しても、DC-DCコンバータ133において正常な降圧動作を開始させる送電アンプSAMPの電源電圧Vddを低くすることが可能である。これにより、DC-DCコンバータ133が正常な降圧動作を行わないような状態が発生するのを低減することが可能となる。また、整流用ダイオードが破壊されるのを低減することが可能となる。
 本発明者らは、図5および図6で述べたように、整合回路123および平滑回路129を設定することにより、送電アンプSAMPの電源電圧Vddが低くても、DC-DCコンバータ133が正常な降圧動作を開始する理由について、検討し、次に述べるように推論した。
 先ず、平滑回路129が、3.3uHのインダクタ130および131を備えている場合を述べる。この場合の特性は、図5および図8に示されている。
 整流用ダイオード125~128によって構成された整流回路は、等価的には抵抗と容量によって構成されていると見なすことができる。図12は、整流回路と平滑回路129の構成を示す回路図である。図12において、整流用ダイオード125~128によって構成された整流回路は、等価抵抗rRと等価容量rCによって表されている。等価抵抗rRと等価容量rCによって表された整流回路rCKTは、平滑回路129を介してDC-DCコンバータ133に接続されている。また、整合回路123の出力端子は、コモンモードフィルタを介して整流回路rCKTに接続されている。
 整合回路123から、受電コイル121で受電した送電周波数の高周波電力が、等価抵抗rRおよび等価容量rCを介して、送電周波数に応じた周波数の整流出力として、平滑回路129内のインダクタ130、131に供給される。そのため、インダクタ130、131は、送電周波数に応じた周波数において、大きなリアクタンス値を有することになる。この大きなリアクタンス値が、10Ω程度から20Ω程度の範囲にあるDC-DCコンバータ133の入力等価抵抗に接続されることになる。その結果、整流回路rCKT側から平滑回路129側を見たインピーダンスが高くなるため、DC-DCコンバータ133の入力等価抵抗における電流の変化に比べて、送電アンプSAMPにおける動作電流Iddの変化が大きくなったものと推測される。
 すなわち、インダクタ130、131を信号配線(ショート)で形成したときに、DC-DCコンバータ133の入力等価抵抗で生じる電流の変化と同じ電流の変化を発生させるためには、平滑回路129側のインピーダンスが高くなっているために、送電アンプSAMPにおける動作電流Iddの変化を大きくすることが要求され、動作電流Iddの変化が大きくなっているものと推測される。また、送電アンプSAMPにおける動作電流Iddが大きくなるため、DC-DCコンバータ133の入力電流DCIinも大きくなる。その結果、図2において、DC-DCコンバータ133の入力電圧DCVinが、収束する収束範囲が狭くなる。また、図5に示すように、送電アンプ電流曲線SAI(10)、SAI(22)およびSAI(51)は、図5の縦軸(電源電流Idd)の方向に、互いに平行ではなく、電流変化率が異なっている。電流変化率が異なるため、図4に示すように送電アンプ電流曲線(SAI(10)とSAI(22))が重なるのを防ぐことが可能となる。その結果、収束範囲は狭くなり、より1点で収束し易くなる。
 次に、整合回路123における容量素子505の値が小さい場合を説明する。この場合、平滑回路129におけるインダクタ130、131は信号配線(ショート)によって形成されている。この場合の特性が、図6および図9に示されている。整合回路123において入力端子501と502との間に接続された容量素子505の値が小さくされているため、送電周波数における容量素子505のリアクタンスが大きくなる。これにより、受電コイル121側から見た整合回路123側のインピーダンスが大きくなり、インダクタ130、131を設けた図5と同様に、図6に示した送電アンプ電流曲線SAI(10)、SAI(22)およびSAI(51)は、変化率(電流変化率)が大きく、互いに傾きが異なっている。その結果、図5で述べたのと同様に、収束範囲は狭くなり、より1点で収束し易くなる。
 図6および図9では、整合回路123における容量素子505(図10)の値を、インピーダンス整合を図る値から、10%程度減らした値を用いている。容量素子の値は、一般的に10%から20%程度、製造によってばらつく。そのため、静電容量505の製造におけるバラツキによって、DC-DCコンバータ133の収束状態が変わってしまうことが考えられる。言い換えるならば、製造のバラツキに依存して、DC-DCコンバータ133の収束状態が変わることになる。
 そのため、整合回路123の容量素子505の値を設定することによって、DC-DCコンバータ133の収束する範囲を狭くするには、例えば後で説明する実施の形態6で述べるような容量値の切り換え方式を採用するか、実測によって容量素子の容量値を定めることが望ましい。実測では、例えば、DC-DCコンバータ133の入力等価抵抗を増やした場合、送電アンプSAMPの動作電流Iddが増加するように整合回路123の回路定数、特に容量素子505の定数を調整することで、DC-DCコンバータ133の収束特性を改善する。
 しかしながら、送電コイル113と受電コイル121間の距離や負荷抵抗134の状態などにより最適な定数は変化すると考えられるため、動作安定化のためには、平滑回路129にインダクタ130、131を挿入することが望ましい。
 <ノイズ低減>
 実施の形態1に係わる非接触送電装置1は、高効率化を図るために、送電アンプSAMPとして、E級のスイッチングアンプを使っている。図1において説明したように、E級のスイッチングアンプにおいては、MOSFET102が、ドライブ電源101からのドライブ信号によって周期的にオン・オフ状態となる。このオン・オフ状態への変化、すなわちスイッチングによって、ノイズが発生し、送電コイル113を介して、非接触送電装置1から外部へ放射されることが危惧される。ノイズが外部へ放射された場合、他の無線機器に対して妨害となる。非接触送電装置1だけでなく、本発明者らが検討したところでは、非接触受電装置2においても、整流回路から出力される直流電圧にリップル電圧が重畳され、このリップル電圧もノイズとして作用することが危惧されることが判明した。
 先ず、非接触送電装置1から放射されるノイズの低減について説明する。スイッチングアンプである送電アンプSAMPが、スイッチング動作を行うことにより発生するノイズは、送電アンプSAMPの可変電源103に接続された電源ライン(図1のPLN)に伝達される。この電源ラインPLNは、引き回しにより、比較的長くなるため、電源ラインPLNがアンテナとして機能し、ノイズが非接触送電装置1の外部へ放射される。放射されるノイズとしては、この電源ラインPLNに同相成分のノイズが乗ってしまう伝導ノイズが大きいと考えられる。
 実施の形態1に係わる図1に示した非接触送電装置1においては、電源ラインPLNとMOSFET102との間に、コモンモードフィルタ106が接続されている。これにより、同相成分のノイズは、コモンモードフィルタ106によって抑圧され、伝導ノイズが放射されるのを低減することが可能となっている。
 また、この実施の形態1においては、送電コイル113とMOSFET102との間を接続する信号ラインにも、コモンモードフィルタ111が設けられている。すなわち、MOSFET102と送電コイル113との間に、コモンモードフィルタ111が接続されている。これにより、同相成分のノイズが、コモンモードフィルタ111によって抑制され、送電コイル113から導電ノイズが放射されるのを抑制することが可能となっている。
 一方、実施の形態1に係わる非接触受電装置2は、図1に示すように、整合回路123と整流回路との間にコモンモードフィルタ124が接続され、さらに整流回路とDC-DCコンバータ133との間に平滑回路129が接続されている。コモンモードフィルタ124によって、整合回路123からの同相成分のノイズが、整流回路へ伝達されるのが抑制される。また、平滑回路129におけるインダクタ130、131によって、整流回路の整流出力端部+、-の生じる電圧変動(リップル電圧)が、DC-DCコンバータ133へ伝達されるのが抑制される。さらに、平滑回路129における平滑容量素子132によって、高周波的には、インダクタ130と131のそれぞれの他方の端部は、互いに接続されることになる。
 また、整流回路の低電位側の整流出力端部-に、その一方の端部が接続されたインダクタ131の他方の端部は、筐体アースCVsに接続されておいる。これにより、インダクタ130、131を介して伝達された高周波のノイズは、筐体アースCVs(接地電位Vs)へ伝達されることになり、DC-DCコンバータ133へ、リップル電圧によるノイズおよび高周波のノイズが伝達するのが抑制され、DC-DCコンバータ133の出力電圧におけるリップル電圧および高周波のノイズを低減することが可能となる。
 なお、インダクタ130、131は、上記したように収束範囲が狭くなるように機能し、DC-DCコンバータ133を安定して動作させるように機能する。また、インダクタ130、131は、整流回路を構成するデバイス(整流用ダイオード)が破壊されるのを低減するように機能する。
 図13は、負荷抵抗134におけるリップル電圧を測定した結果を示す波形図である。図13(A)は、図1に示した非接触受電装置2から、コモンモードフィルタ124および平滑回路129を除いた状態で、非接触送電装置1から受電を行ったときの負荷抵抗134におけるリップル電圧の波形を示す波形図である。また、図13(B)は、図1に示すように、コモンモードフィルタ124および平滑回路129を、非接触受電装置2に設けた状態で、受電を行ったときの負荷抵抗134におけるリップル電圧の波形を示す波形図である。
 図13(A)および(B)のそれぞれにおいて、横軸は時間を示しており、縦軸は電圧を示している。図13(A)と図13(B)とでは、リップル電圧の波形が確認しやすいように、縦軸の電圧スケールが異なっている。すなわち、図13(A)では、縦軸の1単位(破線間隔)は200mVを示し、13(B)では、縦軸の1単位(破線間隔)は1mVを示している。図13(A)に示すように、コモンモードフィルタ124および平滑回路129が設けられていないと、リップル電圧は、ピーク・ピーク間で約350mVppとなる。これに対して、コモンモードフィルタ124および平滑回路129を設けた非接触受電装置2においては、リップル電圧は、ピーク・ピーク間で約1mVppと大幅に低減されている。図13(A)と(B)とを比較することにより、平滑回路129において、整流出力の両端にそれぞれインダクタ130、131を付加したこと、および低電位側の整流出力を筺体アースCVsに接続したことによる効果と、コモンモードフィルタ124を挿入したことによる改善効果が大きいことがわかる。
 実施の形態1においては、平滑回路129にインダクタ130、131を挿入する、または/および整合回路123を構成する容量素子505の値を設定することにより、DC-DCコンバータ133の入力等価抵抗ごとに、送電アンプSAMPの動作電流Iddの電流変化率が、互いに異なるようにされる。これにより、送電コイル113と受電コイル121間の整合状態やDC-DCコンバータ133の負荷の状態などにより、DC-DCコンバータ133の収束性が劣化して、DC-DCコンバータ133が変換効率の悪い状態で動作したり、DC-DCコンバータ133が正常に動作しない状態となるのを回避することが可能となり、安定した動作が可能な非接触送受電装置を提供することが可能となる。また、整流回路を構成するデバイスが破壊されるのを抑制することが可能となる。
 さらに、非接触受電装置2の平滑回路129にインダクタ130、131を設けることで、非接触受電装置2において整流回路から出力される整流出力に含まれるリップル電圧が、DC-DCコンバータ133に伝達されるのを抑制することが可能となる。また、平滑回路129に、インダクタ130と131間を接続する平滑容量素子132を設け、低電位側の整流出力を筐体アースCVsに接続することにより、高周波のノイズが、DC-DCコンバータ133へ伝達されるのを低減することが可能となる。さらに、非接触受電装置2において、整合回路123と整流回路との間にコモンモードフィルタ124を接続することにより、同相成分のノイズが、伝達するのを低減することが可能となる。これにより、非接触受電装置2からの出力におけるリップル電圧を低減し、非接触受電装置2から放射されるノイズを低減することが可能となる。
 また、非接触送電装置1の信号ラインにコモンモードフィルタ111を挿入することで、送電アンプSAMPから発生するスイッチングノイズの放射を抑圧することが可能となる。さらに、電源ラインPLNとMOSFT102との間に、コモンモードフィルタ106を接続することにより、伝導ノイズが放射されるのを低減することが可能となる。
 非接触送受電装置を構成する非接触送電装置1および非接触受電装置2のそれぞれにおいて、ノイズの放射を低減することが可能となるため、低ノイズ特性を有する非接触送受電装置を提供することが可能となる。
 (実施の形態2)
 図14は、実施の形態2に係わる非接触送受電装置の構成を示す回路図である。図14は、図1と類似しているため、主に相違点を説明する。非接触送電装置1-1の構成は、図1に示した非接触送電装置1と同じであるため、説明は省略する。
 図1に示した非接触受電装置2では、整流回路が、整流用ダイオード125~128によって形成されたブリッジ型全波整流により構成されていた。また、平滑回路129は、2個のインダクタ130、131と平滑容量素子132によって構成されていた。これに対して、図14に示す非接触受電装置2-1においては、整流回路は、整流用ダイオード201と202により形成された倍電圧整流回路によって構成されている。また、平滑回路203は、インダクタ204と平滑容量素子205によって構成されている。ここで、インダクタ204は、整流回路の高電位側の整流出力端部+とDC-DCコンバータ133との間に接続され、平滑容量素子205は、インダクタ204と整流回路の低電位側の整流出力端部-との間に接続されている。この実施の形態2においても、整流回路の低電位側の整流出力端部-は、筐体アースCVsに接続されている。これにより、実施の形態1と同様に、インダクタ204の他方の端部における高周波の信号は、平滑容量素子205を介して筐体アースCVsに接続され、高周波接地されている。
 この実施の形態2に係わる非接触送受電装置の動作は、実施の形態1で述べた非接触送受電装置と同様であるので、詳しい説明は省略するが、この実施の形態2の非接触受電装置2-1においては、2個の整流用ダイオード201、202による倍電圧整流によって直流電圧が形成され、平滑回路203に供給される。
 平滑回路203は、実施の形態1で述べた平滑回路129と比較すると、インダクタの個数が少ない。しかしながら、平滑回路203におけるインダクタ204は、実施の形態1で説明したインダクタ130、131と同様に機能する。すなわち、インダクタ204は、DC-DCコンバータ133の入力等価抵抗の値ごとに、送電アンプSAMPの電源電圧Vddの変化に対する動作電流Iddの電流変化率を異ならせるように機能する。また、インダクタ203は、倍電圧整流によって構成された整流回路におけるリップル電圧を低減するように機能する。
 この実施の形態2においては、整流回路を構成するデバイス(整流用ダイオード)の個数が少なく、平滑回路203を構成するインダクタの個数も少ないため、部品点数の削減が可能な非接触送受電装置を提供することができる。
 この実施の形態2においても、実施の形態1と同様に、整合フィルタ123における容量素子505(図10)の値を調整して、DC-DCコンバータ133の入力等価抵抗の値ごとに、送電アンプSAMPの電源電圧Vddの変化に対する動作電流Iddの電流変化率を異ならせるようにしてもよい。この場合には、インダクタ204は、コイルではなく、信号配線(ショート)であってもよい。
 (実施の形態3)
 図15は、実施の形態3に係わる非接触送受電装置の構成を示す回路図である。実施の形態3に係わる非接触送受電装置は、非接触送電装置1-2と非接触受電装置2-2を備えている。非接触送電装置1-2および非接触受電装置2-2は、図1に示した非接触送電装置1および非接触受電装置2に類似しているので、相違点を主に説明する。
 先ず、非接触送電装置1-2を説明する。非接触送電装置1-2は、図1に示した非接触送電装置1と同様に、送電アンプSAMP、コモンモードフィルタ111、共振容量素子112および送電コイル113を備えている。また、非接触送電装置1-2は、非接触送電装置1に対して、変復調回路(第2変復調回路)311、制御回路312および表示装置313が追加されている。コモンモードフィルタ111、共振容量素子112および送電コイル113は、非接触送電装置1と同じであるので、説明は省略する。
 送電アンプSAMPは、ドライブ信号入力端子301、302にゲートが接続されたMOSFET303,304、MOSFET303、304のドレイン・ソース間に接続されたダイオード305、306、容量素子307、コモンモードフィルタ106、可変電源103およびフィルタ308を備えている。ドライブ信号入力端子301、302には、図示しないドライブ電源からドライブ信号が供給される。この実施の形態3においては、ドライブ電源から、互いに逆相のドライブ信号が、ドライブ信号入力端子301、302に供給される。このドライブ信号は、周期的に電圧が変化する信号であり、その周波数が、送電周波数となっている。
 これにより、MOSFET303と304は、交互にオン・オフ状態になり、オン・オフの周期が送電周波数によって定められる。MOSFET303のドレインは、コモンモードフィルタ106を介して、可変電源103に接続されている。また、MOSFET303のソースとMOSFET304のドレインが接続され、MOSFET304のソースは、コモンモードフィルタ106を介して接地電位Vsに接続されている。また、MOSFET303のドレインとMOFET304のソースとの間には、容量素子307が接続されている。この容量素子307は、例えばMOSFET303、304が周期的にオン・オフすることにより発生する高周波の信号が、コモンモードフィルタ106へ伝達されるのを抑制するように機能する。
 MOSFET303、304が、交互に周期的にオン・オフすることにより、MOSFET303のソースとMOSFET304のドレインとの接続ノードにおける電圧が、送電周波数に従って周期的に変化する。この周期的に変化する電圧が、フィルタ308を介して、コモンモードフィルタ111に供給され、さらに共振容量素子112および送電コイル113によって構成された直列共振回路へ供給され、送電される。
 この実施の形態3に係わる送電アンプSAMPは、所謂ハーフブリッジ回路と呼ばれるインバータ回路であり、図1で説明したE級アンプに比べ、数10KHzから数100KHz態度の比較的低い送電周波数の場合に用いられる。フィルタ308は、実施の形態1におけるフィルタ110と同様に、インピーダンスの整合を図るとともに、送電アンプSAMPを構成するインバータ回路で発生する高調波の信号が、伝達するのを抑制(抑圧)する。例えば、このフィルタ308は、L字型のローパスフィルタによって構成される。
 コモンモードフィルタ111の後段、すなわちコモンモードフィルタ111と直列共振回路との接続部に、変復調回路311の入出力が接続されている。制御回路312は、非接触送電装置1-2が送電を行う際の制御と、変復調回路311および表示装置313の制御を行う。変復調回路311は、送信すべき情報に基づいて、送電コイル113が出力する送電電力に振幅変調を行う。これにより、非接触送電装置1-2から非接触受電装置2-2へ情報の送信が行われる。言い換えるならば、変復調回路311は、送信電力に対して変復調を行う回路であって、変調を振幅で行う振幅変調回路である。
 次に、非接触受電装置2-2を説明する。非接触受電装置2-2は、図1で説明した非接触受電装置2に対して、平滑容量素子(第2平滑容量素子)331、変復調回路(第1変復調回路)321、制御回路322および表示装置323が追加されている。
 上記した平滑容量素子331は、平滑回路129に設けられ、整流回路の高電位側の整流出力端部+と低電位側の整流出力端部-との間に接続されている。この平滑容量素子331は、受電コイル121で受電した電力の高調波成分において、受電コイル121の受電インピーダンスよりも低いインピーダンスを有するように値が設定されている。これにより、整流回路からの整流出力に高調波成分が含まれていた場合、高調波成分においては、高電位側の整流出力端部+と低電位側の整流出力端部-との間をショートするように平滑容量素子331が機能し、高調波成分が平滑回路129からDC-DCコンバータ133へ伝達されるのを抑制する。
 変復調回路321の入出力は、コモンモードフィルタ124の前段、すなわち整合回路123とコモンモードフィルタ124との接続部に接続されている。制御回路322は、非接触受電装置2-2による受電の制御と、変復調回路321および表示装置323の制御を行う。変復調回路321は、制御回路322の制御の基に、受電電力のインピーダンスを変化することによる反射波を用いた負荷変調による通信を行う。言い換えるならば、変復調回路321は、受電電力に対して変復調を行う回路であって、変調を負荷変調で行う負荷変調回路である。
 すなわち、非接触送電装置1-2から非接触受電装置2-2に対しては、振幅を変化させることによって通信が行われ、非接触受電装置2-2から非接触導電装置1-2に対しては、インピーダンスを変化させることによって通信が行われる。
 表示装置313、323は、DC-DCコンバータ133が変換効率の悪い状態で動作していることや、DC-DCコンバータ133が正常な動作を行っていない場合に異常を通知する。例えば、制御回路312は、変復調回路311によって、非接触受電装置2-2からの通信を、変復調回路311で復調し、DC-DCコンバータ133の状態や異常を通知する。このとき、表示装置323においても、DC-DCコンバータ133の状態、異常等を表示するようにしてもよいし、非接触送電装置1-2からの通信の情報を、表示するようにしてもよい。同様に、表示装置313において、非接触送電装置1-2の状態を表示するようにしてもよい。
 この実施の形態3においても、上記した実施の形態1と同様な効果が得られる。また、非接触送電装置1-2では、コモンモードフィルタ111の後段に変復調回路311が接続されているとともに、非接触受電装置2-2では、コモンモードフィルタ124の前段に変復調回路321が接続されている。これにより、コモンモードフィルタ111、124の影響がなく、非接触送電装置1-2と非接触受電装置2-2間で通信を行うことができる。そのため、無線給電技術における送電電力(送電信号)を用いた通信で、無線給電技術における送電電力などの制御も可能な非接触送受電装置を提供することができる。
 (実施の形態4)
 図16は、実施の形態4に係わる非接触送受電装置の構成を示す回路図である。実施の形態4に係わる非接触送受電装置は、非接触送電装置1-3と非接触受電装置2-3を備えている。
 非接触送電装置1-3は、送電アンプSAMP、コモンモードフィルタ111、共振容量素子112および送電コイル113によって構成された直列共振回路を備えている。さらに、非接触送電装置1-3は、通信回路421、アンテナ422、制御回路423および表示装置424を備えている。送電アンプSAMPは、ドライブ信号入力端子401、402にゲートが接続されたMOSFET403、404、MOSFET(第1MOSFET、第2MOSFET)403、404のドレインとソース間に接続された共振容量素子405、406、チョークコイル105、コモンモードフィルタ106、可変電源103、接地容量素子104、中間タップを有するトランス408およびフィルタ409を備えている。
 MOSFET403と404のそれぞれのソースは共通に接続され、共通ソースは、コモンモードフィルタ106を介して接地電位Vsに接続されている。また、MOSFET403と404のドレインは、トランス408の中間タップを有するコイルの端部に接続され、このコイルの中間タップは、チョークコイル105を介して、コモンモードフィルタ106に接続されている。
 ドライブ信号入力端子401、402は、図示しないドライブ電源に接続され、ドライブ電源から互いに逆位相のドライブ信号が、ドライブ信号入力端子401、402に供給される。このドライブ信号は、実施の形態3で述べたように、電力周波数の信号である。この実施の形態4に係わる送電アンプSAMPは、所謂プッシュプル動作(プッシュプル方式)のE級アンプである。ドライブ信号入力端子401、402に供給されるドライブ信号によって、MOSFET403と404は所定の周期で、交互にオン・オフ状態となる。例えば、MOSFET403がオン状態になったとき、MOSFET404のソースとドレインとの間に並列接続された共振容量素子406とトランス408の中間タップを有するコイルとにより並列共振回路が構成される。反対に、MOSFET404がオン状態になったときには、MOSFET403のソースとドレインとの間に並列接続された共振容量素子405とトランス408のコイル(中間タップを有するコイル)とによって並列共振回路が構成される。
 並列共振回路の出力は、トランス408においてフィルタ409が接続されたコイルに伝えられ、フィルタ409およびコモンモードフィルタ111を介して、直列共振回路に供給され、送電される。
 チョークコイル105、コモンモードフィルタ106および111、可変電源103および接地用容量素子104および送電コイル113を含む直列共振回路については、実施の形態1で述べているので、説明は省略する。
 非接触受電装置2-3は、実施の形態1で説明し非接触受電装置1に対して、通信回路431、アンテナ432、制御回路433および表示装置4343が追加されている。
 実施の形態3では、送電コイル113と受電コイル121を用いて、非接触送電装置と非接触受電装置との間で通信を行っていた。これに対して、この実施の形態4においては、通信回路421、431およびアンテナ422,432を用いて、非接触送電装置1-3と非接触受電装置2-3との間で通信が行われる。制御回路423は、非接触送電装置1-3における送電の制御を行うとともに、通信回路421および表示装置424を制御する。同様に、制御回路433は、非接触受電装置2-3における受電の制御を行うとともに、通信回路431および表示装置434を制御する。
 例えば、DC-DCコンバータ133が変換効率の悪い状態で動作している場合、あるいはDC-DCコンバータ133が、正常に動作していない場合、これを制御回路433が把握し、通信回路431を介して、アンテナ432から無線で、把握した情報を送信する。非接触送電装置1-3においては、無線で送信された情報をアンテナ422と通信回路421で受信し、表示装置424で表示する。同様に、非接触送電装置1-3の状態を、制御回路423が把握し、通信回路421とアンテナ422を用いて、無線で送信してもよい。この場合には、無線で送信された情報を、非接触受電装置2-3における通信回路431およびアンテナ432が受信し、例えば表示装置434で表示を行う。勿論、表示装置434で、非接触受電装置2-3の状態を表示し、表示装置424で、非接触送電装置1-3の状態を表示するようにしてもよい。
 この実施の形態4においても、実施の形態3で述べたのと同様な効果が得られる。さらに、この実施の形態4においては、送電アンプSAMPがプッシュプル動作をすることで、MOSFET403、404の耐圧が比較的低くオン抵抗が低いデバイスであっても使用することができるため、変換効率に優れた非接触送受電装置が得られる。
 (実施の形態5)
 図10は、実施の形態5に係わる整合回路123の構成を示す回路図である。この実施の形態5で説明する整合回路123は、他の実施の形態において示されている非接触受電装置に用いられる。ここでは、整合回路123の構成と、インピーダンス整合の設計手段について述べる。
 図10(A)は、整合回路の構成を示す回路図であり、図10(B)は、整合回路の等価回路を示す回路図である。また、図10(C)は、計算式を示す図である。
 図10(A)において、501および502は、整合回路123の入力端子であり、503および504は、整合回路123の出力端子である。整合回路123は、入力端子501と出力端子503との間に接続されたインダクタ506と、入力端子502と出力端子504との間に接続されたインダクタ507と、入力端子501と502との間に接続された容量素子505とを備えている。
 図1を参照にして述べると、入力端子501が、受電コイル121の中間タップに接続され、入力端子502が、受電コイルの端部のタップに接続されている。また、出力端子503および504は、コモンモードフィルタ124を介して整流用ダイオード125~128によって構成された整流回路に接続されている。
 整合回路123の入力端子502、502側の抵抗値をR1とし、後段となるコモンモードフィルタ124側の抵抗値をR2とすると、インピーダンスの整合を図るためには、インダクタ506、507および容量素子505の値は、図10(C)に示す式(1)~式(3)によって計算された値とされる。
 式(1)~式(3)は、Lマッチ回路などと呼ばれる計算方法である。図10(A)に示した整合回路123は、図10(B)に示す差動構成の等価回路によって表すことができる。中間電位点CP(図10(B)の破線)を仮想することにより、整合回路123を2個の構成に分け、差動構成で設計することが可能となる。
 整合回路123を設計する際の一例を述べると、次のようになる。整合回路123の入力端子側の抵抗値R1を350Ω、出力端子側の抵抗値R2を20Ωとし、送電周波数fを6.78MHzとすると、Q=4.06、インダクタ506、507の値(インダクタンス)L=0.95uH、容量素子505の値(キャパシタンス)C=275pFとなる。この値は、図4から図9で説明した値に相当している。
 このようにして、インピーダンスの整合を図ることにより、整合の損失を低減することが可能となり、損失の少ない非接触送受信装置を提供することが可能となる。インピーダンスの整合を図ると言う観点で見た場合、容量素子505は、整合容量素子と見なすことができ、インダクタ(第3インダクタ)506、507は、整合用インダクタと見なすことができる。
 さらに、整合容量素子505の値については、例えば実験によって値を変更する。すなわち、実験によって、実施の形態1で説明したようにDC-DCコンバータ133の動作が安定するような値に、容量素子505の値を設定する。言い換えるならば、送電アンプSAMPの電源電圧Vddの変化に対する送電アンプSAMPの動作電流Iddの変化率が、整流回路に接続される入力等価抵抗(DC-DCコンバータ133の入力等価抵抗)によって異なるように、実験によって、整合回路123の特性を設定する。
 勿論、平滑回路129におけるインダクタ130、131の値を変更して、DC-DCコンバータ133の動作が安定するようにしてもよいし、両者を組み合わせて、DC-DCコンバータ133の動作が安定するようにしてもよい。
 (実施の形態6)
 図17は、実施の形態6に係わる非接触受電装置2-4の構成を示す回路図である。図17は、図16に示した非接触受電装置2-3に類似しているので、ここでは相違点を主に説明する。図17に示した非接触受電装置3-4において、図16と相違するのは、整合回路123と制御回路433である。
 図17において、整合回路123は、図10で説明したインダクタ506、507と容量素子505以外に、制御回路433からの切り換え信号CCによって、容量素子505に選択的に容量素子を接続する構成を備えている。すなわち、整合回路123において、容量値の切り換えを行う方式が採用されている。
 整合回路123は、容量素子505、601、602、ソース抵抗65、ゲート抵抗606、607、インダクタ506、507およびMOSFET603、604を備えている。容量素子505およびインダクタ506、507の接続は、図10と同じであるので、説明は省略する。
 MOSFET603、604のそれぞれのソースは共通に接続され、共通のソースは、ソース抵抗605を介して接地電位Vsに接続されている。また、MOSFET603、604のゲートは、ゲート抵抗606、607を介して、制御回路433から切り換え信号CCが供給される。MOSFET603のドレインは、容量素子601を介して、容量素子505の一方の端子(図10の入力端子501)に接続され、MOSFET604のドレインは、容量素子602を介して、容量素子505の他方の端子(図10の入力端子502)に接続されている。
 制御回路433からの切り換え信号CCがハイレベルになると、MOSFET603、604がオン状態となるため、容量素子601と602とが直列的に接続され、直列接続された容量素子601と602が、容量素子505と並列的に接続されることになる。これにより、整合回路123を構成する容量素子の値を変更することが可能となる。なお、ソース抵抗605は、MOSFET603、604をオン状態にするためにソースに電圧を供給するものであり、十分に大きな抵抗値を有している。
 この実施の形態6において、制御回路433は、例えば、量産時の容量素子のバラツキや、送電コイルと受電コイル121との結合状態や、DC-DCコンバータ133の負荷状態によって、DC-DCコンバータ133の動作が正常でない場合、切り換え信号CCをハイレベルまたはロウレベルにする。これにより、整合回路123を構成する容量素子の容量値を変更することにより、DC-DCコンバータ133が正常に動作を行えるようにすることが可能な非接触送受電装置を得ることができる。
 この実施の形態6において、MOSFET603、604、容量素子601、602、ソース抵抗605およびゲート抵抗606、607は、整合回路123が備えている整合容量素子の容量値を調整する調整回路を構成していると見なすことができる。このように見なした場合、容量素子601および602は、調整容量素子と見なすことができる。また、調整回路は、整合容量素子505と並列接続され、調整回路内のMOSFET603および604が、切り換え信号CCに従って、調整容量素子601および602を、選択的に整合容量素子505に接続することにより、整合回路123が備えている整合容量素子の容量値が調整されることになる。
 <整合回路を構成する容量素子の容量値切り換え動作>
 次に、整合回路123を構成する容量素子の容量値を切り換える動作の一例を説明する。ここでは、非接触送受電装置が、図16に示した非接触送電装置1-3と図17に示した非接触受電装置2-4を備えている場合を説明する。また、非接触送受電装置によって、例えば携帯端末を充電する際に、DC-DCコンバータ133の動作に不具合が発生した場合を、例として説明する。
 図18および図19は、実施の形態6に係わる非接触送受電装置の動作を示すフローチャート図である。以下、図16から図19を用いて、動作を説明する。
 図18のステップS11において、非接触送電装置1-3の電源を投入し、非接触送電装置1-3が動作を開始する。制御回路423は、ステップS12において、非接触受電装置2-4が備えている通信回路431がオン状態となるような弱いレベルでの送電を開始する(表側コイルに小電力で給電)。
 次にステップS13(充電対象端末がコイルの上に置かれていると通信を開始)およびS14(送電側通式と通信、対象端末か?)において、充電台に携帯端末が置かれ、非接触受電装置2-4からの通信を、非接触送電装置1-3が受信したか否かの判定と、充電台に置かれた携帯端末が対象の端末であるか否かの認証が行われる。
 ステップS14において、対象の携帯端末であると認証すると、充電のための送電を、ステップS15において非接触送電装置1-3は開始する(送電を開始)。一方、ステップS14において、対象の携帯端末でないと判定した場合、非接触送電装置1-3は、ステップS16において、例えば表示装置424でアラートを表示し、送電を停止する(送電をオフしてアラート)。
 ステップS15において、送電を開始すると、非接触受電装置2-4における制御回路433は、ステップS17において、受電している電圧値と電流値を取得し、通信回路431によって、無線送信する(受電整流電圧と電流値を送信)。非接触送電装置1-3は、ステップS17で無線送信された電圧値と電流値を、ステップS18で受信し、送電アンプSAMPの電源電圧Vddと動作電流Iddに対して、受信した電圧値と電流値が適切か否かの判定を行う(アンプ電圧、電流に対し受電電圧、電流は適正か?)。
 ステップS18において、適正でないと判定した場合、非接触送電装置1-3は、ステップS19において、表示装置424によってアラートを表示し、送電を停止する(送電をオフしてアラート)。なお、非接触送電装置1-3は、ステップS18の判定において、DC-DCコンバータ133が、若干効率の悪い状態で、充電を行いっていると判定した場合には、表示装置424によって、効率が悪い状態であることを通知し、携帯端末の置き方を直すなどの操作を促したあと、送電を行うようにしてもよい。
 ステップS18において、適正であると判定した場合には、非接触送電装置1-3は、ステップS20で充電が終了したか否かを判定し、充電が完了していない場合には、充電が完了するまで、ステップS17、S18およびS20を繰り返す。ステップS17、S18およびS20を繰り返しているときに、非接触送電装置1-3は、充電の状態により負荷が変わった場合には、制御回路423は、ステップS21において、充電の状態に対応した電源電圧Vddを、送電アンプSAMPに設定する(充電状態に対応した送電電圧に設定)。また、ステップS20において充電が終了したと判定した場合、非接触送電装置1-3は、ステップS22において、送電を停止し、充電を終了する(送電オフして充電終了)。
 これにより、DC-DCコンバータ133などの動作の不具合は、非接触送電装置1-3において判定され、充電が行われることになる。
 不具合を、非接触送電装置1-3において判定する例を説明したが、非接触受電装置2-4において判定してもよい。図19は、非接触受電装置2-4で不具合を判定する場合を示している。図18に示したステップS11~S15までは、同じであるため、図19では、上記したステップS11~S14は省略され、ステップS15以降が示されている。
 ステップS15において、非接触送電装置1-3が送電を開始すると、非接触送電装置1-3は、ステップS23において、送電アンプSAMPの電源電圧Vddと動作電流Iddを取得し、通信回路421によって、無線送信する(送電アンプの電圧と電流値を端末に送信)。また、ステップS23において、非接触受電装置2-4における制御回路433は、受電電圧と電流を測定する(受電電圧と電流値を計測)。
 ステップS24において、非接触受電装置2-4における制御回路433は、切り換え信号CCの電圧を変更する。これにより、整合回路123を構成する容量素子の容量値が変化する。容量値を変化させた後、制御回路433は、再び受電電圧と電流を測定する(受電整合回路の容量値を切り換えて受電電圧と電流値を計測)。ステップS24の後のステップS25において、制御回路433は、通信回路431により、非接触送電装置1-3に対して、送電アンプSAMPの電源電圧Vddと動作電流Iddを取得して、送信するように要求する(送電側に送電アンプの電圧と電流値を送信するように要求)。
 ステップS26において、制御回路433は、整合回路123を構成する容量素子の容量値を変える前のときの受電電圧と電流により求めた受電電力が、容量値を変えた後の受電電圧と電流により求めた受電電力よりも大きいか否かを判定する(容量値が切り換え前のほうが受電電力大か?)。ステップS26において、容量値を変える前のほうが、受電電力が小さい場合には、制御回路433は、ステップS24で変更した切り換え信号CCの電圧を維持して、次にステップS28を実行する。一方、容量値を変える前のほうが、受電電力が大きい場合には、ステップS27を実行する。ステップS27では、制御回路433は、切り換え制御信号CCをステップS24で変更する前の電圧に戻す。これにより、ステップS27では、整合回路123を構成する容量素子の容量値は、ステップS24で変える前に値に変更される(容量値を切り換え前に変更)。ステップS24の後は、ステップS28が実行される。
 ステップS28においては、ステップS23において受信した送電アンプSAMPの電源電圧Vddと動作電流IddまたはステップS25の要求により非接触送電装置1-3から送信された送電アンプSAMPの電源電圧Vddと動作電流Iddに対して、受電電圧と電流が適切であるか否かの判定を、制御回路433が行う(アンプ電圧、電流に対し受電電圧、電流は適切?)。ステップS28において、適切でないと判定した場合、制御回路433は、ステップS29において、表示装置434にアラートを表示する。また、非接触送電装置1-3に対して送電の停止を要求する(送電をオフしてアラート)。ステップS29においても、上記したステップS19のときと同様に、
DC-DCコンバータ133が、若干効率の悪い状態で、充電を行いっていると判定した場合には、表示装置434によって、効率が悪い状態であることを通知し、携帯端末の置き方を直すなどの操作を促したあと、送電を要求するようにしてもよい。
 一方、ステップS28において、適切と判定した場合は、充電が終了したか否かをステップS30において判定する(充電終了か?)。ステップS30において、充電か終了していないと判定した場合、ステップS23~S30を繰り返す。
 ステップS23~S30を繰り返しているときに、充電の状態により負荷が変わった場合には、制御回路433は、ステップS31において、充電の状態に対応した電源電圧Vddを、送電アンプSAMPに設定するように要求する(充電状態に対応した送電電圧に設定)。また、ステップS30において充電が終了したと判定した場合、制御回路433は、非接触送電装置1-3に対して、送電を停止し、充電を終了するように要求する(送電オフして充電終了)。
 これにより、DC-DCコンバータ133の動作に不具合があった場合は、表示装置424または/および434により異常を知らせることが可能となる。さらに、図19に示したフローチャートによれば、より適切な整合回路123の容量値を定めることが可能となる。
 (実施の形態7)
 図20は、実施の形態7に係わる非接触送受電装置の構成を示す模式的な外観図である。ここでは、充電台に携帯端末を置いて、携帯端末が内蔵するバッテリに充電する構成を例として説明する。この場合、実施の形態1~6において説明した非接触受電装置が、携帯端末に搭載され、非接触送電装置が、充電台に搭載されることになる。
 図20(A)は、非接触送電装置を搭載した充電台と非接触受電装置を搭載した携帯端末の構成を示す外観図であり、図20(B)は、非接触受電装置を搭載した携帯端末の構成を示す外観図である。
 図20(A)において、611は充電台を示している。この充電台611の筐体内に、送電コイル113を除く非接触送電装置の素子が内蔵されている。実施の形態4で説明した非接触送電装置1-3を例にして述べると、充電台611の筐体内に、図16に示した送電アンプSAMP、コモンモードフィルタ111、共振容量素子112、通信回路421、アンテナ422、制御回路423および表示装置424が内蔵されている。充電台611の上面には、磁性シート612が設けられ、この磁性シート612の上側に送電コイル113が搭載されている。この送電コイル113は、充電台612の筐体に内蔵された共振容量素子112等と接続されている。また、図20(A)において、424Dは、表示装置424の表示面を示しており、表示装置424の表示面424Dは、ユーザが表示内容を確認できるように、充電台612の上面に突出している。
 図20(A)において、613は、携帯端末を示している。携帯端末613の筐体は、主面と裏面とを備えており、携帯端末613の筐体内に、特に制限されないが、受電コイル121を除く非接触受電装置の素子が内蔵されている。図16に示した非接触受電装置2-3を例にして説明すると、共振容量素子122、整合回路123、コモンモードフィルタ124、整流回路、平滑回路129、DC-DCコンバータ133、通信回路431、アンテナ432、制御回路433および表示装置434が、携帯端末613の筐体内に内蔵されている。また、携帯端末613の筐体内には、携帯端末613の機能を達成するための所望の回路(例えば、図11のCKT)とバッテリ(図11のVBC)が、非接触受電装置2-3の負荷(負荷抵抗134相当)として内蔵されている。
 図20(A)には、携帯端末613の主面が示されており、特に制限されないが、携帯端末613の主面には、表示面615と操作用ボタン614が配置されている。また、携帯端末613の裏面には、受電コイル121が形成されている。受電コイル121は、携帯端末613の筐体内に内蔵された共振容量素子122等と接続されている。なお、受電コイル121は、裏面に形成されているため、図20(A)では、破線で示されている。
 図20(B)は、携帯端末613の裏面の構成を示す外観図である。携帯端末613の裏面には、磁性シート616が設けられ、磁性シート616の上側に、上記した受電コイル121が搭載されている。なお、特に制限されないが、表示装置434は、携帯端末613の主面における表示面615を、その表示面として兼用している。
 図20では、充電台611が、実施の形態4で説明した非接触送電装置1-3を備え、携帯端末613が、非接触受電装置2-3を備えている。そのため、充電台611への携帯端末613の置き方などでDC-DCコンバータ133の動作に不具合が発生した場合、表示装置313によって、表示面424Dに異常が通知される。この異常の通知によって、携帯端末613の置き方などの確認を、ユーザに再度促すことが可能であり、不具合が発生している状態で充電され続けるのを回避することができる。
 <変形例>
 図21は、実施の形態7の変形例に係わる非接触送受電装置の構成を示す模式的な外観図である。ここでは、1個の充電台で、複数個の携帯端末を、同時に充電する場合を説明する。
 図21には、複数個の例として2個の携帯端末を同時に充電する構成が示されている。図21において、613は1台目の携帯端末を示しており、この携帯端末613は、図20で説明した構成を有している。また、613nは、2台目の携帯端末を示しており、特に制限されないが、携帯端末613と同じ構成を有している。図21では、携帯端末613nにおいて、携帯端末613と同じ部分には、数字の符合に、符合nが付されている。例えば携帯端末613における受電コイル121に対応する携帯端末613nの受電コイル121には、符合nが付され、図21では、受電コイル121nとして示されている。
 図21において、充電台611は、図20と同様に、磁性シート612の上側に搭載された送電コイル113と、表示面424Dを備えている。また充電台611の筐体には、図20で説明したように、送電コイル113を除く非接触送電装置の素子が内蔵されており、送電コイル113は、充電台611の筐体に内蔵された非接触送電装置の素子に接続されている。ここでも、充電台611に搭載された非接触送電装置は、実施の形態4で説明した非接触送電装置1-3の構成を有している。また、1台目および2台目の携帯端末613、613nのそれぞれも、実施の形態4で説明した非接触受電装置2-3を搭載している。
 2台の携帯端末613、613nを同時に充電する場合、例えば1台目の携帯端末613におけるDC-DCコンバータ133が効率の悪い状態で動作していると、非接触送電装置1-3から2台目の携帯端末613nへ給電できる電力が低下し、不十分となることが考えられる。そのため、複数の携帯端末を同時に充電することが可能な仕様を有する充電台611であっても、実際に同時に充電される携帯端末の数は、仕様で定められた数よりも少なくなり、少ない数の携帯端末しか充電されないと言うような状況が生じる。
 実施の形態4で説明した非接触送電装置1-3においては、DC-DCコンバータ133が効率の悪い状態で動作していると、異常を表示面424Dで通知することが可能である。この通知によって、ユーザが、例えば効率の悪い状態で動作しているDC-DCコンバータ133を備えた携帯端末の置き方を変えることにより、仕様で定められた個数の携帯端末を、同時に充電することが可能となる。
 (実施の形態8)
 図22は、実施の形態8に係わる非接触送受電装置の構成を示す回路図である。この実施の形態8においては、非接触送受電装置が、電気自動車のバッテリを充電するのに用いられている。すなわち、電気自動車に非接触受電装置が搭載され、自宅を含む給電ステーションに非接触送電装置が設置されている。この実施の形態8における非接触送電装置は、実施の形態3および4で説明した非接触送電装置1-2および1-3に類似し、非接触受電装置も、実施の形態3および4で説明した非接触受電装置2-2および2-3に類似している。
 先ず、給電ステーションに設置されている非接触送電装置を説明する。図22において、1-4は、給電ステーションに設置された非接触送電装置を示している。この非接触送電装置1-4は、非接触送電装置1-3に類似しているので、相違点を主に説明する。図22に示したコモンモードフィルタ111、共振容量素子112、送電コイル113、通信装置421、アンテナ422,制御回路423および表示装置424は、図16に示した非接触送電装置1-3と同じであるため、説明を省略する。
 送電アンプSAMPは、ドライブ信号入力端子701、702、701’、702’と、MOSFET703~706と、ダイオード707~710と、コモンモードフィルタ106と、可変電源103と、容量素子307と、フィルタ308を備えている。ここで、コモンモードフィルタ106、可変電源103および容量素子307は、図15を用いて説明した実施の形態3と同じであるので、説明は省略する。
 MOSFET703~706のそれぞれのゲートは、対応するドライブ信号入力端子701、702、701’、702’に接続されている。また、MOSFET703~706のソースとドレイン間には、ダイオード707~710が並列的に接続されている。MOSFET704のドレインは、MOSFET703のソースに接続され、この接続ノードからフィルタ308へ第1出力信号が供給される。また、MOSFET706のドレインは、MOSFET705のソースに接続され、この接続ノードからフィルタ308へ第2出力信号が供給される。MOSFET703および705のドレインは、コモンモードフィルタ106のコイルを介して可変電源103に接続され、MOSFET704および706のソースは、コモンモードフィルタ107のコイルを介して接地電位Vsに接続されている。
 ドライブ信号入力端子701、702、701’、702’は、図示しないドライブ電源に接続されている。ドライブ電源は、ドライブ信号入力端子701と701’に、周期的に電圧が変化する同相の第1ドライブ信号を供給し、ドライブ信号入力端子702と702’に、周期的に電圧が変化する同相の第2ドライブ信号を供給する。ここで、第1ドライブ信号と第2ドライブ信号は、互いに位相が反転された信号である。第1ドライブ信号と第2ドライブ信号が、MOSFET703~706のゲートに供給されることにより、MOSFET703、706と、MOSFET704、705とが相補的に、オン、オフ状態となる。すなわち、MOSFET703と706がオン状態(またはオフ状態)のとき、MOSFET704と705がオフ状態(またはオン状態)となる。
 MOSFET703、706と、MOSFET704、705とが相補的に、オン、オフ状態となることによって形成された第1出力信号と第2出力信号が、フィルタ308およびコモンモードフィルタ111を介して、共振容量素子112と送電コイル113によって構成された直列共振回路に供給される。第1ドライブ信号と第2ドライブ信号は、送電周波数に従った周期で、電圧が周期的に変化するため、送電コイル113からは、送電周波数の電力が送電されることになる。
 この実施の形態8において用いている送電アンプSAMPは、フルブリッジ回路と呼ばれるインバータ回路であり、図1で示したE級アンプよりも低い送電周波数の場合、例えば数10kHzから100kHz程度の比較的低い送電周波数の場合に用いられる。また、フィルタ308は、インバータ回路で発生する高調波レベルを抑圧するためのもので、例えばL字型のローパスフィルタによって構成されている。
 図22において、700は、電気自動車を示している。次に、この電気自動車700に搭載されている非接触受電装置2-5を説明する。この非接触受電装置2-5は、図16に示した非接触受電装置2-3に類似している。すなわち、図22に示した整合回路123、コモンモードフィルタ124、整流用ダイオード125~128、負荷抵抗134、通信回路431、アンテナ432、制御回路433および表示装置434は、図16に示したものと同じである。また、図22に示した平滑回路129は、図15に示した平滑回路と同様な構成を有している。
 この実施の形態8においては、スイッチング電源として、DC-DCコンバータ133の代わりに、大電力を出力することが可能なチョッパ回路723が用いられている。また、受電コイル121の代わりに、中間タップを有していない受電コイル722が用いられ、受電コイル722と並列接続される共振容量素子として、符合721が付された容量素子が用いられている。チョッパ回路723は、DC-DCコンバータ133と同様な特性を有している。そのため、実施の形態1で述べたように、平滑回路129にインダクタ130、131を設けることにより、チョッパ回路723の入力等価抵抗ごとに、送電アンプSAMPの電源電圧Vddの変化に対する動作電流Iddの変化率を異ならせることが可能である。その結果、チョッパ回路723が効率の悪い状態で動作するのを低減することが可能となる。また、チョッパ回路723を正常に動作させることが可能となる。さらには、整流用ダイオード125~128の耐圧を超えるような電圧が供給されるのを抑制することが可能となる。
 この実施の形態8においては、電気自動車700は、電気自動車700の状態を監視する監視装置が搭載されている。図22では、電気自動車700のタイヤ700Dの空気圧を監視する監視装置が、例として示されている。この監視装置は、タイヤ700Dのホイル内部に設けられたセンサ部と、電気自動車700の車体に搭載された監視部とを備えている。センサ部は、受電コイル744、空気圧センサ742、送信回路741、アンテナ743を備え、監視部は、送電コイル734、受信回路731およびアンテナ732を備えている。
 受電コイル744と送電コイル734とは電磁結合され、電力が送電コイル734から受電コイル744へ供給される。送信回路741および空気圧センサ742は、受電コイル744からの電力によって動作する。空気圧センサ742によってタイヤ700Dの空気圧を測定し、測定された空気圧の情報が、送信回路741によってアンテナ743から無線で送信される。アンテナ743から送信された空気圧の情報は、アンテナ732を介して受信回路731へ供給される。受信回路731では、例えば受信した空気圧の情報から監視用の情報を形成する。この監視用の情報に基づいて、タイヤ700Dの空気圧が監視される。
 この実施の形態8においては、平滑回路129が、インダクタ130、131を備えているため、チョッパ回路723が効率の悪い状態あるいは正常な動作をしない状態になるのを防ぐことが可能となる。すなわち、チョッパ回路723の動作が不安定になるのを回避することが可能となる。
 また、非接触受電装置2-4において発生するリップル電圧を低減することが可能となるため、非接触受電装置2-4から放射されるノイズを低減することが可能となる。
 空気圧センサ742が出力するセンサ出力は、アナログ信号である。そのため、送信回路741は、アナログ信号をデジタル信号へ変換するアナログ/デジタル変換回路(以下、ADコンバータと称する)を備え、アナログ信号であるセンサ出力をデジタル信号へ変換して、無線送信することになる。この場合、ADコンバータは、基準電圧とセンサ出力とを比較しながらデジタル信号へ変換する。この実施の形態8においては、非接触受電装置2-4から放射されるノイズを低減することが可能であるため、基準電圧がノイズによって変化するのを抑制することが可能となり、精度のよい測定を行うことが可能となる。
 上記したセンサ部には、例えば実施の形態4で説明した非接触受電装置2-3を使い、監視部には、実施の形態4で説明した非接触送電装置1-3を使うことができる。
 この場合、例えば、図22に示した受電コイル744として、図16に示した受電コイル121が用いられ、アンテナ743として、アンテナ432が用いられ、送信回路741として、通信回路431と制御回路433が用いられる。DC-DCコンバータ133によって形成された電力が、空気圧センサ742およびADコンバータに、動作電源として給電され、ADコンバータの出力が、制御回路433を介して通信回路431へ供給され、無線で送信されることになる。この場合、図13で示したように、リップル電圧を小さくすることが可能であるため、ADコンバータの基準電圧が変化するのを低減することが可能となり、測定の精度が低下するのを抑制することが可能となる。
 監視部として、非接触送電装置1-3を使う場合、図22に示した送電コイル734としては、図16に示した送電コイル113が用いられ、アンテナ732としては、アンテナ422が用いられ、受信回路731としては、通信回路421と制御回路423が用いられる。この場合、可変電源103は、例えばチョッパ回路723によって形成された電力が用いられる。
 (実施の形態9)
 図23は、実施の形態9に係わる非接触送受電装置の構成を示す模式的な外観図である。図23において、800は無人飛行機を示し、611は充電台を示している。この実施の形態9においては、無人飛行機800に、バッテリと非接触受電装置が搭載され、充電台611に非接触送電装置が搭載される。無人飛行機800のバッテリを充電する場合、充電台611の上空に無人飛行機800が位置するように飛行させる。これにより、非接触でバッテリへの充電が行われるようになる。
 ここでは、非接触送受電装置として、実施の形態4で説明した構成が採用されている。また、充電台611の構成は、実施の形態7で説明した構成と同じであるので、充電台611についての説明は省略する。
 無人飛行機800は、モータによって、それぞれ回転する4個のプロベラ802と、無人飛行機800の胴体801を備えている。胴体801には、実施の形態4で説明した非接触受電装置2-3が搭載されている。図23には、非接触受電装置2-3が備える受電コイル121と、アンテナ432と、制御回路433および通信回路432が、例示されている。受電コイル121は、胴体801において、下側の面に磁性シート615を介して搭載されている。図23は、胴体801を上側から見た図であるため、磁性シート615および受電コイル121は、破線で示されている。
 無人飛行機800のバッテリを充電するとき、例えば送電コイル113と受電コイル121との位置が適切でないと、DC-DCコンバータ133(図16)が効率の悪い状態で動作することが考えられる。この場合には、表示面424Dに通知されるため、無人飛行機800が適切な位置になるように、無人飛行機800を操作する。これにより、充電を行う際に、DC-DCコンバータ133の動作が不安定となる状態を回避することが可能となる。
 実施の形態1~9では、非接触送電装置および非接触受電装置として、非接触の用語を用いて説明したが、送電コイルと受電コイルとの間は、非接触であることが望ましいが、接触していてもよい。
 以上本発明者によってなされた発明を、前記実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である。
1、1-1~1-3 非接触送電装置
2、2-1~2-5 非接触受電装置
103 可変電源
106、111、124 コモンモードフィルタ
113 送電コイル
121 受電コイル
123 整合回路
129 平滑回路
130、131 インダクタ
132 平滑容量素子
133 DC-DCコンバータ
SAMP 送電アンプ

Claims (14)

  1.  非接触送電装置からの電力を受電する受電コイルと、
     前記受電コイルによって受電した電力を整流し、高電位側の整流出力と低電位側の整流出力を形成する整流回路と、
     前記整流回路から、前記高電位側の整流出力と前記低電位側の整流出力が供給され、平滑して直流電圧を形成する平滑回路と、
     前記平滑回路からの直流電圧を第1電圧に変換するスイッチング電源と、
     を備え、
     前記平滑回路は、前記高電位側の整流出力を伝達する第1インダクタと、前記低電位側の整流出力を伝達する第2インダクタと、伝達された高電位側の整流出力と伝達された低電位側の整流出力とが供給される第1平滑容量素子とを備え、伝達された低電位側の整流出力は、接地電位に接続される、非接触受電装置。
  2.  請求項1に記載の非接触受電装置において、
     前記平滑回路は、前記高電位側の整流出力が供給される前記第1インダクタと、前記低電位側の整流出力が供給される前記第2インダクタとの間に接続された第2平滑容量素子を備え、
     前記第2平滑容量素子は、前記電力の高調波成分に対する前記受電コイルの受電インピーダンスよりも低いインピーダンスとなる容量値を有する、非接触受電装置。
  3.  請求項1または2に記載の非接触受電装置において、
     前記非接触送電装置は、電力を発生する送電アンプと、前記送電アンプからの電力を送電する送電コイルとを備え、
     前記平滑回路に接続される前記スイッチング電源の入力等価抵抗は、前記スイッチング電源に接続される負荷によって変化し、
     前記送電アンプの電源電圧の変化に対する前記送電アンプの動作電流の変化率が、前記スイッチング電源の入力等価抵抗の値によって異なるように、前記第1インダクタと前記第2インダクタの値が設定されている、非接触受電装置。
  4.  送電アンプを有する非接触送電装置からの電力を受電する受電コイルと、
     前記受電コイルで受電した電力を整流する整流回路と、
     前記受電コイルと前記整流回路とのインピーダンス整合を行う整合回路と、
     前記整流回路からの整流出力を直流電圧に平滑する平滑回路と、
     前記平滑回路からの直流電圧を第1電圧に変換するスイッチング電源と、
     を備え、
     前記受電コイルは、共振容量素子に接続されて、共振回路を構成し、前記整合回路は、前記共振回路に接続された入力端子と前記整流回路に接続された出力端子と、前記入力端子と前記出力端子との間に接続された第3インダクタと、前記入力端子に接続された整合容量素子とを備える、
     非接触受電装置。
  5.  請求項4に記載の非接触受電装置において、
     前記整流回路に接続される前記スイッチング電源の入力等価抵抗は、前記スイッチ電源に接続される負荷に基づいて変化し、
     前記送電アンプの電源電圧の変化に対する前記送電アンプの動作電流の変化率が、前記スイッチング電源の入力等価抵抗によって異なるように、前記整合回路の特性が設定される、非接触受電装置。
  6.  請求項5に記載の非接触受電装置において、
     前記スイッチング電源の入力等価抵抗の減少に対して、前記送電アンプの動作電流の変化率が大きくなるように、前記整合回路における整合容量素子の容量値が設定される、非接触受電装置。
  7.  請求項4から6のいずれか1項に記載の非接触受電装置において、
     前記受電コイルは、第1タップおよび第2タップと、前記第1タップと前記第2タップとの間に配置された第3タップとを備え、
     前記共振容量素子は、前記第1タップと前記第2タップとの間に接続され、前記整合回路の入力端子は、前記第3タップに接続されている、非接触受電装置。
  8.  請求項4から6のいずれか1項に記載の非接触受電装置において、
     前記整合回路は、前記整合容量素子と並列接続された調整回路を備え、
     前記調整回路は、電界効果トランジスタと調整容量素子を備え、前記電界効果トランジスタによって、選択的に前記調整容量素子が、前記整合容量素子に接続される、非接触受電装置。
  9.  請求項1から7のいずれか1項に記載の非接触受電装置において、
     前記非接触受電装置は、前記受電コイルと前記整流回路との間に接続されたコモンモードフィルタを備えている、非接触受電装置。
  10.  請求項1から9のいずれか1項に記載の非接触受電装置において、
     前記スイッチング電源は、降圧型のDC-DCコンバータを有する、非接触受電装置。
  11.  電力を発生する送電アンプと、
     前記送電アンプが発生する電力における高調波を抑圧するフィルタと、
     前記フィルタを介して前記送電アンプから電力が供給される送電コイルと、
     前記フィルタと前記送電コイルとの間に接続されたコモンモードフィルタと、
     を備える、非接触送電装置。
  12.  請求項1から10のいずれか1項に記載の非接触受電装置を備え、
     前記非接触送電装置は、
     電力を発生する送電アンプと、
     前記送電アンプが発生する電力における高調波を抑圧するフィルタと、
     前記フィルタを介して前記送電アンプからの電力が供給される送電コイルと、
     前記フィルタと前記送電コイルとの間に接続されたコモンモードフィルタと、
     を備える、非接触送受電装置。
  13.  請求項12に記載の非接触送受電装置において、
     前記送電アンプは、第1電界効果トランジスタと第2電界効果トランジスタとを備え、前記第1電界効果トランジスタと前記第2電界効果トランジスタは、プッシュプル方式で駆動されるスイッチングアンプを備える、非接触送受電装置。
  14.  請求項9に記載の非接触受電装置を備え、
     前記非接触受電装置は、前記コモンモードフィルタの前段に接続され、受電電力に対して変復調を行う第1変復調回路を備え、
     前記非接触送電装置は、電力を発生する送電アンプと、前記電力における高調波を抑圧するフィルタと、前記フィルタを介して前記送電アンプからの電力が供給される送電コイルと、前記フィルタと前記送電コイルとの間に接続されたコモンモードフィルタと、前記コモンモードフィルタの後段に接続され、送信電力に対して変復調を行う第2変復調回路とを備え、
     前記第1変復調回路は、前記受電電力に対して負荷変調を行う負荷変調回路であり、前記第2変復調回路は、前記送電電力に対して振幅変調を行う振幅変調回路である、非接触送受電装置。
PCT/JP2016/075060 2016-08-26 2016-08-26 非接触受電装置、非接触送電装置および非接触送受電装置 WO2018037566A1 (ja)

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