WO2019225104A1 - 受電装置及び無線電力伝送システム - Google Patents

Abstract

一実施形態に係る受電装置は、送電装置から電力を無線で受電する共振回路と、前記共振回路の出力電流を整流する整流回路と、前記整流回路と負荷との間に接続される過電圧検出回路と、を備え、前記過電圧検出回路は、前記整流回路と前記負荷との間に接続される第１スイッチ素子と、前記第１スイッチ素子と並列に接続される第１容量素子と、前記負荷と並列に接続される第２容量素子と、前記過電圧検出回路の出力電圧が第１閾値電圧以上になると、前記第１スイッチ素子をオフにする制御回路と、を備える。

Description

受電装置及び無線電力伝送システム

　本開示は、受電装置及び無線電力伝送システムに関する。

　従来、無線電力伝送システムでは、受電装置の状態を送電装置へフィードバックするために、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）などの無線通信が利用されている。送電装置が、受電装置からのフィードバックに基づいて送電する電力を調整することにより、受電装置における過電圧の発生を抑制することができる。

特開２０１７－５９９１号公報

　しかしながら、無線通信の通信頻度では、負荷変動などによる受電装置の状態の急変に対応できず、受電装置で過電圧が発生するおそれがあった。

　本開示は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、受電装置における過電圧の発生を抑制することを目的とする。

　一実施形態に係る受電装置は、送電装置から電力を無線で受電する共振回路と、前記共振回路の出力電流を整流する整流回路と、前記整流回路と負荷との間に接続される過電圧検出回路と、を備え、前記過電圧検出回路は、前記整流回路と前記負荷との間に接続される第１スイッチ素子と、前記第１スイッチ素子と並列に接続される第１容量素子と、前記負荷と並列に接続される第２容量素子と、前記過電圧検出回路の出力電圧が第１閾値電圧以上になると、前記第１スイッチ素子をオフにする制御回路と、を備える。

　本開示の各実施形態によれば、受電装置における過電圧の発生を抑制することができる。

無線電力伝送システムの一例を示す図。 受電装置の具体例を示す図。 無線電力伝送システムの動作の一例を示すタイミングチャート。 受電装置の具体例を示す図。 受電装置の具体例を示す図。 受電装置の具体例を示す図。 受電装置の具体例を示す図。 受電装置の具体例を示す図。

　以下、本開示の各実施形態について、添付の図面を参照しながら説明する。なお、各実施形態に係る明細書及び図面の記載に関して、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重畳した説明を省略する。

＜第１実施形態＞
　第１実施形態に係る無線電力伝送システム１００について、図１～図４を参照して説明する。本実施形態に係る無線電力伝送システム１００は、磁界共鳴方式により送電装置１から受電装置２に無線で電力を送電するシステムである。

　図１は、無線電力伝送システム１００の一例を示す図である。図１の無線電力伝送システム１００は、送電装置１と、受電装置２と、負荷３と、を備える。

　送電装置１は、受電装置２に無線で電力を送電する装置であり、共振回路１１と、駆動回路１２と、電源１３と、制御回路１４と、を備える。

　共振回路１１は、交流磁界を発生させる回路であり、容量素子Ｃ１と、コイルＬ１と、を備える。容量素子Ｃ１は、第１端子と、第２端子と、を備える。容量素子Ｃ１の第１端子は、駆動回路１２の第１出力端子に接続され、容量素子Ｃ１の第２端子は、コイルＬ１の第１端子に接続される。コイルＬ１は、送電コイルであり、交流磁界を発生させる。コイルＬ１は、第１端子と、第２端子と、を備える。コイルＬ１の第１端子は、容量素子Ｃ１の第２端子に接続され、コイルＬ１の第２端子は、駆動回路１２の第２出力端子に接続される。

　駆動回路１２は、共振回路１１に交流電流Ｉ１を供給し、共振回路１１に交流磁界を発生させる回路であり、スイッチ素子Ｓ１，Ｓ２を備える。スイッチ素子Ｓ１，Ｓ２は、回路を開閉可能な素子であり、それぞれ第１端子と、第２端子と、制御端子と、を備える。スイッチ素子Ｓ１の第１端子は、電源１３の第１端子に接続され、スイッチ素子Ｓ１の第２端子は、スイッチ素子Ｓ２の第１端子に接続され、制御端子は制御回路１４に接続される。スイッチ素子Ｓ２の第１端子は、スイッチ素子Ｓ１の第２端子に接続され、スイッチ素子Ｓ２の第２端子は、電源１３の第２端子に接続され、制御端子は制御回路１４に接続される。スイッチ素子Ｓ１の第２端子及びスイッチ素子Ｓ２の第１端子の接続点は、駆動回路１２の第１出力端子に相当する。スイッチ素子Ｓ２の第２端子は、駆動回路１２の第２出力端子に相当する。

　スイッチ素子Ｓ１，Ｓ２が交互に開閉することにより、共振回路１１に交流電流Ｉ１が供給される。スイッチ素子Ｓ１，Ｓ２は、例えば、バイポーラトランジスタ、又はＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）であるが、これに限られない。スイッチ素子Ｓ１，Ｓ２として、回路を開閉可能な任意の素子を利用できる。

　電源１３は、定電圧源であり、第１端子と、第２端子と、を備える。電源１３の第１端子（高圧側端子）は、スイッチ素子Ｓ１の第１端子に接続され、電源１３の第２端子（低圧側端子）は、スイッチ素子Ｓ２の第２端子に接続される。

　制御回路１４は、スイッチ素子Ｓ１，Ｓ２の開閉を制御することにより、共振回路１１に供給する交流電流Ｉ１の周波数を制御し、共振回路１１が発生させる交流磁界の周波数を制御する回路である。制御回路１４は、共振回路１１に流れる交流電流Ｉ１に基づいて、受電装置２で発生した過電圧を検出する。制御回路１４は、過電圧を検出すると、スイッチ素子Ｓ１，Ｓ２の少なくとも一方をオフにし、送電を停止させる。制御回路１４は、マイコンであってもよいし、ハードウェアであってもよい。

　なお、送電装置１の構成は、図１の例に限られない。例えば、送電装置１は、ＢｌｕｅｔｏｏｔｈやＷｉ－Ｆｉ（登録商標）などの所定の通信方式で受電装置２と無線通信するための無線通信モジュールを備えてもよいし、電力を外部電源から供給されてもよい。

　受電装置２は、共振回路２１と、整流回路２２と、過電圧検出回路２３と、制御回路２４と、を備える。

　共振回路２１は、共振回路１１から無線で電力を受電する回路である。共振回路２１は、容量素子Ｃ２と、コイルＬ２と、を備える。容量素子Ｃ２は、第１端子と、第２端子と、を備える。容量素子Ｃ２の第１端子は、コイルＬ２の第１端子に接続され、容量素子Ｃ２の第２端子は、整流回路２２の第１入力端子に接続される。コイルＬ２は、受電コイルであり、コイルＬ１が発生させた交流磁界により交流電流を発生させ、整流回路２２に入力する。コイルＬ２は、第１端子と、第２端子と、を備える。コイルＬ２の第１端子は、容量素子Ｃ２の第１端子に接続され、コイルＬ２の第２端子は、整流回路２２の第２入力端子に接続される。

　整流回路２２は、共振回路２１から入力された交流電流を整流し、整流により得られた出力電流の電圧を第１出力端子から出力電圧Ｖ１として出力する回路である。出力電圧Ｖ１は、過電圧検出回路２３に入力される。整流回路２２は、第１入力端子と、第２入力端子と、第１出力端子と、第２出力端子と、を備える。整流回路２２の第１入力端子は、容量素子Ｃ２の第１端子に接続され、整流回路２２の第２入力端子は、コイルＬ２の第２端子に接続される。また、整流回路２２の第１出力端子は、過電圧検出回路２３の第１入力端子に接続され、整流回路２２の第２出力端子は、過電圧検出回路２３の第２入力端子に接続される。整流回路２２は、例えば、ダイオードブリッジであるが、これに限られない。整流回路２２として、交流電流を整流可能な任意の回路を利用できる。

　過電圧検出回路２３は、過電圧を検出する回路である。ここでいう過電圧は、過電圧検出回路２３の出力電圧Ｖ２が閾値電圧Ｖｔｈ１（第１閾値電圧）以上になることをいう。過電圧検出回路２３は、第１入力端子と、第２入力端子と、第１出力端子と、第２出力端子と、を備える。過電圧検出回路２３の第１入力端子は、整流回路２２の第１出力端子（高圧側出力端子）に接続され、過電圧検出回路２３の第２入力端子は、整流回路２２の第２出力端子（低圧側出力端子）に接続される。また、過電圧検出回路２３の第１出力端子は、負荷３の第１端子（高圧側端子）に接続され、過電圧検出回路２３の第２出力端子は、負荷３の第２端子（低圧側端子）に接続される。すなわち、過電圧検出回路２３は、整流回路２２と負荷３との間に接続される。過電圧検出回路２３は、整流回路２２から入力された出力電圧Ｖ１に応じた出力電圧Ｖ２を出力する。出力電圧Ｖ２は、負荷３に入力される。過電圧検出回路２３は、スイッチ素子Ｓ３（第１スイッチ素子）と、容量素子Ｃ３（第１容量素子）と、容量素子Ｃ４（第２容量素子）と、制御回路２４と、を備える。

　スイッチ素子Ｓ３は、回路を開閉可能な素子であり、第１端子と、第２端子と、制御端子と、を備える。スイッチ素子Ｓ３の第１端子は、整流回路２２の第１出力端子及び容量素子Ｃ３の第１端子（高圧側端子）に接続され、スイッチ素子Ｓ３の第２端子は、負荷３の第１端子、容量素子Ｃ３の第２端子（低圧側端子）、及び容量素子Ｃ４の第１端子（高圧側端子）に接続される。すなわち、スイッチ素子Ｓ３は、整流回路２２と負荷３との間に直列に接続される。スイッチ素子Ｓ３の制御端子は、スイッチ素子Ｓ３の開閉を制御する制御信号を入力される。スイッチ素子Ｓ３の第１端子は、過電圧検出回路２３の第１入力端子に相当し、スイッチ素子Ｓ３の第２端子は、過電圧検出回路２３の第１出力端子に相当する。以下、スイッチ素子Ｓ３の第１端子、及び容量素子Ｃ３の第１端子の接続点をノードＮ１と称する。また、スイッチ素子Ｓ３の第２端子、容量素子Ｃ３の第２端子、及び容量素子Ｃ４の第１端子の接続点を、ノードＮ２と称する。ノードＮ１の電圧は、整流回路２２の出力電圧Ｖ１に相当し、ノードＮ２の電圧は、過電圧検出回路２３の出力電圧Ｖ２に相当する。スイッチ素子Ｓ３は、例えば、バイポーラトランジスタ、又はＭＯＳＦＥＴであるが、これに限られない。スイッチ素子Ｓ３として、回路を開閉可能な任意の素子を利用できる。

　容量素子Ｃ３は、第１端子と、第２端子と、を備える。容量素子Ｃ３の第１端子は、ノードＮ１に接続され、容量素子Ｃ３の第２端子は、ノードＮ２に接続される。すなわち、容量素子Ｃ３は、スイッチ素子Ｓ３と並列に接続される。

　容量素子Ｃ４は、第１端子と、第２端子と、を備える。容量素子Ｃ４の第１端子は、ノードＮ２に接続され、容量素子Ｃ４の第２端子（低圧側端子）は、整流回路２２の第２出力端子及び負荷３の第２端子に接続される。すなわち、容量素子Ｃ４は、負荷３と並列に接続される。容量素子Ｃ４の第２端子は、過電圧検出回路２３の第２入力端子及び第２出力端子に相当する。以下、容量素子Ｃ４の第２端子、整流回路２２、及び負荷３の接続点をノードＮ３と称する。ノードＮ３は、グラウンドに接続されてもよい。

　制御回路２４は、過電圧を検出すると共に、スイッチ素子Ｓ３の開閉を制御することにより、過電圧の検出結果を送電装置１に通知する回路である。制御回路２４は、通常時にはスイッチ素子Ｓ３をオンにし、過電圧を検出するとスイッチ素子Ｓ３をオフにする。スイッチ素子Ｓ３をオフにすると、過電圧検出回路２３の負荷容量が小さくなり、出力電圧Ｖ１が急激に上昇する。出力電圧Ｖ１が上昇すると、送電装置１が供給する交流電流Ｉ１が急激に増加する。したがって、送電装置１は、交流電流Ｉ１の大きさに基づいて、受電装置２で発生した過電圧を検出することができる。制御回路２４は、マイコンであってもよいし、ハードウェアであってもよい。

　なお、受電装置２の構成は、図１の例に限られない。例えば、受電装置２は、ＢｌｕｅｔｏｏｔｈやＷｉ－Ｆｉなどの所定の通信方式で送電装置１と無線通信するための無線通信モジュール、フィルタ回路、増幅回路などを備えてもよい。

　負荷３は、受電装置２が無線で受電した電力を供給される。負荷３は、第１端子と、第２端子と、を備える。負荷３の第１端子は、ノードＮ２に接続され、負荷３の第２端子は、ノードＮ３に接続される。負荷３は、例えば、ＩＣ（Integrated Circuit）、バッテリ、又はセンサであるが、これに限られない。

　図２は、受電装置２の具体例を示す図である。図２の例では、スイッチ素子Ｓ３は、ＰチャネルのＭＯＳＦＥＴ（以下「ＰＭＯＳ」という。）であり、ソース端子（第１端子）と、ドレイン端子（第２端子）と、ゲート端子（制御端子）と、を備える。スイッチ素子Ｓ３のソース端子はノードＮ１に接続され、スイッチ素子Ｓ３のドレイン端子はノードＮ２に接続され、スイッチ素子Ｓ３のゲート端子は抵抗素子Ｒ１の第２端子、抵抗素子Ｒ２の第１端子、及びスイッチ素子Ｓ４（第２スイッチ素子）のドレイン端子に接続されている。以下、スイッチ素子Ｓ３のゲート端子、抵抗素子Ｒ１の第２端子、抵抗素子Ｒ２の第１端子、及びスイッチ素子Ｓ４のドレイン端子の接続点をノードＮ４と称する。スイッチ素子Ｓ３のゲート端子には、出力電圧Ｖ１に応じた電圧（ノードＮ４の電圧）が入力される。

　図２の例では、制御回路２４は、抵抗素子Ｒ１～Ｒ６と、スイッチ素子Ｓ４と、スイッチ素子Ｓ５（第３スイッチ素子）と、を備える。

　抵抗素子Ｒ１，Ｒ２は、第１端子と、第２端子と、をそれぞれ備える。抵抗素子Ｒ１の第１端子はノードＮ１に接続され、抵抗素子Ｒ１の第２端子はノードＮ４に接続される。抵抗素子Ｒ２の第１端子はノードＮ４に接続され、抵抗素子Ｒ２の第２端子はノードＮ３に接続される。すなわち、抵抗素子Ｒ１，Ｒ２は、ノードＮ１とノードＮ３との間に直列に接続されており、出力電圧Ｖ１を分圧した電圧（ノードＮ４の電圧）をスイッチ素子Ｓ３のゲート端子に入力する分圧回路（第１分圧回路）を構成している。

　スイッチ素子Ｓ４は、ＰＭＯＳであり、ソース端子（第１端子）と、ドレイン端子（第２端子）と、ゲート端子（制御端子）と、を備える。スイッチ素子Ｓ４のソース端子はノードＮ１に接続され、スイッチ素子Ｓ４のドレイン端子はノードＮ４に接続され、スイッチ素子Ｓ４のゲート端子は抵抗素子Ｒ３の第２端子及び抵抗素子Ｒ４の第１端子に接続されている。以下、抵抗素子Ｒ３の第２端子及び抵抗素子Ｒ４の第１端子の接続点をノードＮ５と称する。スイッチ素子Ｓ４のゲート端子には、スイッチ素子Ｓ５がオンの際に出力電圧Ｖ１に応じた電圧（ノードＮ５の電圧）が入力される。

　抵抗素子Ｒ３，Ｒ４は、第１端子と、第２端子と、をそれぞれ備える。抵抗素子Ｒ３の第１端子はノードＮ１に接続され、抵抗素子Ｒ３の第２端子はノードＮ５に接続される。抵抗素子Ｒ４の第１端子はノードＮ５に接続され、抵抗素子Ｒ４の第２端子はスイッチ素子Ｓ５のドレイン端子に接続される。すなわち、抵抗素子Ｒ３，Ｒ４は、ノードＮ１とスイッチ素子Ｓ５のドレイン端子との間に直列に接続されており、出力電圧Ｖ１とスイッチ素子Ｓ５のドレイン電圧との差を分圧した電圧（ノードＮ５の電圧）をスイッチ素子Ｓ４のゲート端子に入力する分圧回路（第２分圧回路）を構成している。

　スイッチ素子Ｓ５は、ＮチャネルのＭＯＳＦＥＴ（以下「ＮＭＯＳ」という。）であり、ドレイン端子（第１端子）と、ソース端子（第２端子）と、ゲート端子（制御端子）と、を備える。スイッチ素子Ｓ５のドレイン端子は抵抗素子Ｒ４の第２端子に接続され、スイッチ素子Ｓ５のソース端子はノードＮ３に接続され、スイッチ素子Ｓ５のゲート端子は抵抗素子Ｒ５の第２端子及び抵抗素子Ｒ６の第１端子に接続されている。以下、抵抗素子Ｒ５の第２端子及び抵抗素子Ｒ６の第１端子の接続点をノードＮ６と称する。スイッチ素子Ｓ５のゲート端子には、出力電圧Ｖ２に応じた電圧（ノードＮ６の電圧）が入力される。

　抵抗素子Ｒ５，Ｒ６は、第１端子と、第２端子と、をそれぞれ備える。抵抗素子Ｒ５の第１端子はノードＮ２に接続され、抵抗素子Ｒ５の第２端子はノードＮ６に接続される。抵抗素子Ｒ６の第１端子はノードＮ６に接続され、抵抗素子Ｒ６の第２端子はノードＮ３に接続される。すなわち、抵抗素子Ｒ５，Ｒ６は、ノードＮ２とノードＮ３との間に直列に接続されており、出力電圧Ｖ２を分圧した電圧（ノードＮ６の電圧）をスイッチ素子Ｓ５のゲート端子に入力する分圧回路（第３分圧回路）を構成している。

　次に、無線電力伝送システム１００の動作について説明する。図３は、無線電力伝送システム１００の動作の一例を示すタイミングチャートである。

　まず、送電装置１が無線による送電を開始する。具体的には、制御回路１４が、駆動回路１２の駆動（スイッチ素子Ｓ１，Ｓ２の開閉制御）を開始する。これにより、図２に示すように、所定の周波数を有する交流電流Ｉ１が共振回路１１に供給される。共振回路１１に交流電流Ｉ１が供給されると、コイルＬ１が交流電流Ｉ１と同一の周波数を有する交流磁界を発生させる。

　送電中の送電装置１に受電装置２が接近すると、コイルＬ２が交流磁界により、交流電流を発生させ、当該交流電流を整流回路２２に入力する。整流回路２２は、交流電流を入力されると、当該交流電流を整流し、整流により得られた出力電流を抵抗素子Ｒ１，Ｒ２に流すことにより出力電圧Ｖ１を発生させる。過電圧検出回路２３は、整流回路２２から出力電圧Ｖ１が入力されると、出力電圧Ｖ１に応じた出力電圧Ｖ２を出力する。この出力電圧Ｖ２が負荷３にされ、出力電圧Ｖ２に応じた電力が負荷３に供給される。

　ここで、図２の過電圧検出回路２３の動作について詳細に説明する。過電圧検出回路２３のスイッチ素子Ｓ１～Ｓ３は、出力電圧Ｖ２が出力されていない場合、受電装置２が受電を開始するまで、いずれもオフである。受電装置２が受電を開始すると、容量素子Ｃ３，Ｃ４が充電され、図３に示すように、出力電圧Ｖ１，Ｖ２が上昇する。

　出力電圧Ｖ１が閾値電圧Ｖｔｈ３（第３閾値電圧）以上になると、スイッチ素子Ｓ３のゲート－ソース間電圧（ノードＮ１，Ｎ４間の電位差）がゲート閾値電圧以上となり、図３に示すように、スイッチ素子Ｓ３がオンになる。これにより、過電圧検出回路２３の負荷容量から容量素子Ｃ３が除去され、負荷容量が大きくなる。閾値電圧Ｖｔｈ３は、抵抗素子Ｒ１，Ｒ２により、閾値電圧Ｖｔｈ１，Ｖｔｈ２より低く設定される。

　一方、出力電圧Ｖ２が閾値電圧Ｖｔｈ２（第２閾値電圧）以上になると、スイッチ素子Ｓ５のゲート－ソース間電圧（ノードＮ３，Ｎ６間の電位差）がゲート閾値電圧以上となり、図３に示すように、スイッチ素子Ｓ５がオンになる。これにより、抵抗素子Ｒ３，Ｒ４及びスイッチ素子Ｓ５に電流が流れだし、ノードＮ５の電圧が低下する。閾値電圧Ｖｔｈ２は、抵抗素子Ｒ５，Ｒ６により、閾値電圧Ｖｔｈ１より低く設定される。

　以降、整流回路２２及び過電圧検出回路２３から、負荷３に応じた出力電圧Ｖ１，Ｖ２がそれぞれ出力される。出力電圧Ｖ２は、スイッチ素子Ｓ３がオンである間、出力電圧Ｖ１に伴って変動する。

　受電装置２の受電中に負荷３が変動し、出力電圧Ｖ２が閾値電圧Ｖｔｈ１以上になる（過電圧が検出される）と、スイッチ素子Ｓ４のゲート－ソース間電圧（ノードＮ１，Ｎ５間の電位差）がゲート閾値電圧以上となり、図３に示すように、スイッチ素子Ｓ４がオンになる。これにより、スイッチ素子Ｓ４に電流が流れだし、スイッチ素子Ｓ３のゲート－ソース間電圧（ノードＮ１，Ｎ４間の電位差）がゲート閾値電圧未満となり、図３に示すように、スイッチ素子Ｓ３がオフになる。以降、スイッチ素子Ｓ４は、当該スイッチ素子Ｓ４がオンの間、スイッチ素子Ｓ３がオン不能となるように設計される。

　スイッチ素子Ｓ３がオフになると、容量素子Ｃ３が容量素子Ｃ４に直列に接続されることにより、過電圧検出回路２３の負荷容量が小さくなり、図３に示すように、出力電圧Ｖ１が急激に上昇する。出力電圧Ｖ１が上昇すると、共振回路２１の交流電圧が上昇し、図３に示すように、送電装置１が供給する交流電流Ｉ１が急激に増加する。この際、負荷３に出力される出力電圧Ｖ２は、容量素子Ｃ３，Ｃ４の容量比に応じて出力電圧Ｖ１よりも緩やかに上昇するため、負荷側への過電圧は抑制される。なお、容量素子Ｃ３の容量は、容量素子Ｃ４の容量よりも小さくなるように設定されている。

　送電装置１の制御回路１４は、交流電流Ｉ１が閾値電流Ｉｔｈ以上になったことを検出すると、受電装置２で過電圧が発生したと判断し、スイッチ素子Ｓ１，Ｓ２の少なくとも一方をオフにし、送電を停止する。送電装置１からの送電は、出力電圧Ｖ２が少なくとも閾値電圧Ｖｔｈ１未満になるまで停止させることが好ましい。具体的には、出力電圧Ｖ２が閾値電圧Ｖｔｈ２以下になった場合に送電の停止を解除すればよい。なお、送電装置１は、送電を停止する代わりに、送電周波数の変更や、電源１３の電圧を低下させることにより、受電装置２への電力の供給量を減らしてもよい。

　送電装置１からの送電が停止されると、受電装置２の出力電圧Ｖ１，Ｖ２は低下する。以降、出力電圧Ｖ２が閾値電圧Ｖｔｈ２以上である間、スイッチ素子Ｓ３はオフのままであり、スイッチ素子Ｓ４，Ｓ５がオンのままである。

　出力電圧Ｖ２が閾値電圧Ｖｔｈ２未満になると、スイッチ素子Ｓ５のゲート－ソース間電圧（ノードＮ３，Ｎ６間の電位差）がゲート閾値電圧未満となり、図３に示すように、スイッチ素子Ｓ５がオフになる。スイッチ素子Ｓ５がオフになると、抵抗素子Ｒ３，Ｒ４に電流が流れなくなるため、スイッチ素子Ｓ４のゲート－ソース間電圧（ノードＮ１，Ｎ５間の電位差）が０（ゲート閾値電圧未満）となり、図３に示すように、スイッチ素子Ｓ４がオフになる。

　スイッチ素子Ｓ４がオフになると、スイッチ素子Ｓ３がオン可能となる。したがって、閾値電圧Ｖｔｈ３が閾値電圧Ｖｔｈ２より低く設定されている場合、スイッチ素子Ｓ４がオフになると、図３に示すように、スイッチ素子Ｓ３がオンになる。

　なお、送電装置１は、受電装置２で発生した過電圧を検出し、送電を停止した場合、所定時間後に自動的に送電を再開してもよいし、無線通信により受電装置２から送電を要求された場合に送電を再開してもよい。送電再開時に出力電圧Ｖ２が閾値電圧Ｖｔｈ１よりも高かった場合、上記の通り、交流電流Ｉ１が急激に増加するため、送電装置１により再び過電圧が検出される。

　以上説明した通り、本実施形態に係る受電装置２は、過電圧を検出すると、スイッチ素子Ｓ３をオフにし、過電圧検出回路２３の負荷容量を小さくし、負荷３に出力される出力電圧Ｖ２を閾値電圧Ｖｔｈ１以上にならないように抑制するとともに、出力電圧Ｖ１を上昇させ、交流電流Ｉ１を増大させることにより、過電圧の発生を送電装置１に通知する。これにより、受電装置２は、過電圧の発生を送電装置１に瞬時に（無線通信の通信間隔より短い時間で）通知することができる。この結果、送電装置１は、受電装置２で過電圧が発生した場合、迅速に送電を停止し、受電装置２における過電圧の発生を抑制することができる。

　なお、図２の例では、制御回路２４がハードウェアにより実現されているが、上述の通り、制御回路２４は、プログラムを実行するマイコンにより実現されてもよい。

　また、抵抗素子Ｒ１は、単一の抵抗素子であってもよいし、直列又は並列に接続された複数の抵抗素子の組み合わせであってもよい。これは、抵抗素子Ｒ２～Ｒ６についても同様である。

　また、容量素子Ｃ１は、単一の容量素子であってもよいし、直列又は並列に接続された複数の容量素子の組み合わせであってもよい。これは、容量素子Ｃ２～Ｃ４についても同様である。

　また、図２の例では、スイッチ素子Ｓ３～Ｓ５は、ＭＯＳＦＥＴであるが、バイポーラトランジスタであってもよい。この場合、上記の「Ｎチャネル」、「Ｐチャネル」、「ソース」、「ドレイン」、及び「ゲート」を、それぞれ「ＮＰＮ型」、「ＰＮＰ型」、「エミッタ」、「コレクタ」、及び「ベース」に読み替えればよい。

　また、図２の例では、スイッチ素子Ｓ３は、高圧側に設けられたが、低圧側に設けられてもよい。図４は、図２の受電装置２の変形例を示す図である。図４に示すように、スイッチ素子Ｓ３を低圧側に設ける場合には、図２の受電装置２の素子間の接続関係を維持したまま、スイッチ素子Ｓ３，Ｓ４をＮＭＯＳとし、スイッチ素子Ｓ５をＰＭＯＳとする。また、ノードＮ１を整流回路２２の第２出力端子（低圧側出力端子）に接続し、ノードＮ２を負荷３の第２端子（低圧側端子）に接続し、ノードＮ３を整流回路２２の第１出力端子（高圧側出力端子）及び負荷３の第１端子（高圧側端子）に接続する。また、容量素子Ｃ４の第１端子を低圧側端子とし、容量素子Ｃ４の第２端子を高圧側端子とする、というように、過電圧検出回路２３の各素子の各端子の高圧側及び低圧側を入れ替える。また、過電圧検出回路２３には、整流回路２２の第２出力端子から出力電圧Ｖ３が入力され、過電圧検出回路２３は、出力電圧Ｖ３に応じた出力電圧Ｖ４をノードＮ２から出力する。このような構成により、図４の受電装置２によれば、図２の受電装置２と同様の効果が得られる。なお、図４の例では、ノードＮ３の代わりに、ノードＮ２がグラウンドに接続されてもよい。

＜第２実施形態＞
　第２実施形態に係る無線電力伝送システム１００について、図５及び図６を参照して説明する。本実施形態では、制御回路２４の他の例について説明する。図５は、受電装置２の具体例を示す図である。図５の例では、制御回路２４は、抵抗素子Ｒ７，Ｒ８と、スイッチ素子Ｓ６と、比較器Ｃｍｐ１，Ｃｍｐ２と、を備える。他の構成は、図２の制御回路２４と同様である。

　抵抗素子Ｒ７，Ｒ８は、第１端子と、第２端子と、をそれぞれ備える。抵抗素子Ｒ７の第１端子はノードＮ１に接続され、抵抗素子Ｒ７の第２端子は抵抗素子Ｒ８の第１端子、スイッチ素子Ｓ６のドレイン端子、及び比較器Ｃｍｐ１の比反転入力端子に接続される。以下、抵抗素子Ｒ７の第２端子、抵抗素子Ｒ８の第１端子、及び比較器Ｃｍｐ１の非反転入力端子の接続点をノードＮ７と称する。また、抵抗素子Ｒ８の第１端子はノードＮ７に接続され、抵抗素子Ｒ８の第２端子はノードＮ３に接続される。すなわち、抵抗素子Ｒ７，Ｒ８は、ノードＮ１とノードＮ３との間に直列に接続されており、出力電圧Ｖ１を分圧した電圧（ノードＮ７の電圧）を比較器Ｃｍｐ１の非反転入力端子に入力する分圧回路を構成している。

　スイッチ素子Ｓ６は、ＮＭＯＳであり、ドレイン端子（第１端子）と、ソース端子（第２端子）と、ゲート端子（制御端子）と、を備える。スイッチ素子Ｓ６のドレイン端子はノードＮ７に接続され、スイッチ素子Ｓ６のソース端子はノードＮ３に接続され、スイッチ素子Ｓ６のゲート端子は比較器Ｃｍｐ２の出力端子に接続されている。

　比較器Ｃｍｐ１は、コンパレータにより構成され、受電装置２の補助電源電圧Ｖｃｃにより駆動される。比較器Ｃｍｐ１は、非反転入力端子と、反転入力端子と、出力端子と、を備える。比較器Ｃｍｐ１の非反転入力端子はノードＮ７に接続され、比較器Ｃｍｐ１の反転入力端子は参照電圧Ｖｒｅｆ１を入力され、比較器Ｃｍｐ１の出力端子はスイッチ素子Ｓ５のゲート端子に接続される。比較器Ｃｍｐ１は、ノードＮ７の電圧と、参照電圧Ｖｒｅｆ１と、を比較し、比較結果を出力する。比較器Ｃｍｐ１は、ノードＮ７の電圧が参照電圧Ｖｒｅｆ１より高い場合、１（補助電源電圧Ｖｃｃ）を出力し、ノードＮ７の電圧が参照電圧Ｖｒｅｆ１より低い場合、０（ノードＮ３の電圧（例えば、接地電圧））を出力する。比較器Ｃｍｐ１の比較結果（１又は０の出力信号）は、スイッチ素子Ｓ５のゲート端子に入力される。スイッチ素子Ｓ５は、比較器Ｃｍｐ１から１を入力されるとオンになり、比較器Ｃｍｐ１から０を入力されるとオフになる。

　比較器Ｃｍｐ２は、コンパレータにより構成され、受電装置２の補助電源電圧Ｖｃｃにより駆動される。比較器Ｃｍｐ２は、非反転入力端子と、反転入力端子と、出力端子と、を備える。比較器Ｃｍｐ２の反転入力端子はノードＮ６に接続され、比較器Ｃｍｐ２の非反転入力端子は参照電圧Ｖｒｅｆ２を入力され、比較器Ｃｍｐ２の出力端子はスイッチ素子Ｓ６のゲート端子に接続される。比較器Ｃｍｐ２は、ノードＮ６の電圧と、参照電圧Ｖｒｅｆ２と、を比較し、比較結果を出力する。比較器Ｃｍｐ２は、ノードＮ６の電圧が参照電圧Ｖｒｅｆ２より低い場合、１（補助電源電圧Ｖｃｃ）を出力し、ノードＮ６の電圧が参照電圧Ｖｒｅｆ２より高い場合、０（ノードＮ３の電圧（例えば、接地電圧））を出力する。比較器Ｃｍｐ２の比較結果（１又は０の出力信号）は、スイッチ素子Ｓ６のゲート端子に入力される。スイッチ素子Ｓ６は、比較器Ｃｍｐ２から１を入力されるとオンになり、比較器Ｃｍｐ２から０を入力されるとオフになる。

　以上のような構成により、本実施形態によれば、第１実施形態に比べて、閾値電圧Ｖｔｈ１，Ｖｔｈ２を正確に設定することができる。

　なお、抵抗素子Ｒ７は、単一の抵抗素子であってもよいし、直列又は並列に接続された複数の抵抗素子の組み合わせであってもよい。これは、抵抗素子Ｒ８についても同様である。

　また、図５の例では、スイッチ素子Ｓ６は、ＭＯＳＦＥＴであるが、バイポーラトランジスタであってもよい。

　また、図５の例では、スイッチ素子Ｓ３は、高圧側に設けられたが、低圧側に設けられてもよい。図６は、図５の受電装置２の変形例を示す図である。図６に示すように、スイッチ素子Ｓ３を低圧側に設ける場合には、図５の受電装置２の素子間の接続関係を維持したまま、スイッチ素子Ｓ３，Ｓ４をＰＭＯＳとする。また、ノードＮ１を整流回路２２の第２出力端子（低圧側出力端子）に接続し、ノードＮ２を負荷３の第２端子（低圧側端子）に接続し、ノードＮ３を整流回路２２の第１出力端子（高圧側出力端子）及び負荷３の第１端子（高圧側端子）に接続する。また、容量素子Ｃ４の第１端子を低圧側端子とし、容量素子Ｃ４の第２端子を高圧側端子とする、というように、過電圧検出回路２３の各素子の各端子の高圧側及び低圧側を入れ替える。また、過電圧検出回路２３には、整流回路２２の第２出力端子から出力電圧Ｖ３が入力され、過電圧検出回路２３は、出力電圧Ｖ３に応じた出力電圧Ｖ４をノードＮ２から出力する。また、過電圧検出回路２３は、抵抗素子Ｒ３，Ｒ４，Ｒ７，Ｒ８、スイッチ素子Ｓ５，Ｓ６、及び比較器Ｃｍｐ１の代わりに、抵抗素子Ｒ９～Ｒ１２、スイッチ素子Ｓ７，Ｓ８、及び比較器Ｃｍｐ３を備える。

　抵抗素子Ｒ９，Ｒ１０は、第１端子と、第２端子と、をそれぞれ備える。抵抗素子Ｒ９の第１端子はノードＮ１に接続され、抵抗素子Ｒ９の第２端子は抵抗素子Ｒ１０の第１端子及び比較器Ｃｍｐ３の非反転入力端子に接続される。以下、抵抗素子Ｒ９の第２端子、抵抗素子Ｒ１０の第２端子、及び比較器Ｃｍｐ３の非反転入力端子の接続点をノードＮ８と称する。抵抗素子Ｒ１０の第１端子はノードＮ８に接続され、抵抗素子Ｒ１０の第２端子はスイッチ素子Ｓ７のソース端子に接続される。

　スイッチ素子Ｓ７は、ＮＭＯＳであり、ドレイン端子（第１端子）と、ソース端子（第２端子）と、ゲート端子（制御端子）と、を備える。スイッチ素子Ｓ７のドレイン端子はノードＮ３に接続され、スイッチ素子Ｓ７のソース端子は抵抗素子Ｒ１０の第２端子に接続され、スイッチ素子Ｓ７のゲート端子は抵抗素子Ｒ１１の第２端子及び抵抗素子Ｒ１２の第１端子に接続される。以下、抵抗素子Ｒ１１の第２端子及び抵抗素子Ｒ１２の第１端子の接続点をノードＮ９と称する。

　比較器Ｃｍｐ３は、コンパレータにより構成され、受電装置２の補助電源電圧Ｖｃｃにより駆動される。比較器Ｃｍｐ３は、非反転入力端子と、反転入力端子と、出力端子と、を備える。比較器Ｃｍｐ３の非反転入力端子はノードＮ８に接続され、比較器Ｃｍｐ３の反転入力端子は参照電圧Ｖｒｅｆ３を入力され、比較器Ｃｍｐ３の出力端子はスイッチ素子Ｓ４のゲート端子に接続される。比較器Ｃｍｐ３は、ノードＮ８の電圧と、参照電圧Ｖｒｅｆ３と、を比較し、比較結果を出力する。比較器Ｃｍｐ３は、ノードＮ４の電圧が参照電圧Ｖｒｅｆ３より高い場合、１（補助電源電圧Ｖｃｃ）を出力し、ノードＮ４の電圧が参照電圧Ｖｒｅｆ３より低い場合、０（ノードＮ１の電圧）を出力する。比較器Ｃｍｐ３の比較結果（１又は０の出力信号）は、スイッチ素子Ｓ４のゲート端子に入力される。スイッチ素子Ｓ４は、比較器Ｃｍｐ３から１を入力されるとオンになり、比較器Ｃｍｐ３から０を入力されるとオフになる。

　抵抗素子Ｒ１１，Ｒ１２は、第１端子と、第２端子と、をそれぞれ備える。抵抗素子Ｒ１１の第１端子はスイッチ素子Ｓ８のドレイン端子に接続され、抵抗素子Ｒ１１の第２端子はノードＮ９に接続される。抵抗素子Ｒ１２の第１端子はノードＮ９に接続され、抵抗素子Ｒ１２の第２端子はノードＮ３に接続される。

　スイッチ素子Ｓ８は、ＮＭＯＳであり、ドレイン端子（第１端子）と、ソース端子（第２端子）と、ゲート端子（制御端子）と、を備える。スイッチ素子Ｓ８のソース端子はノードＮ２に接続され、スイッチ素子Ｓ８のドレイン端子は抵抗素子Ｒ１１の第１端子に接続され、スイッチ素子Ｓ８のゲート端子は比較器Ｃｍｐ２の出力端子に接続される。すなわち、図６の例では、比較器Ｃｍｐ２の出力端子は、スイッチ素子Ｓ６のゲート端子の代わりに、スイッチ素子Ｓ８のゲート端子に接続される。

　このような構成により、図６の受電装置２によれば、図５の受電装置２と同様の効果が得られる。

＜第３実施形態＞
　第３実施形態に係る無線電力伝送システム１００について、図７及び図８を参照して説明する。本実施形態では、制御回路２４の他の例について説明する。図７は、受電装置２の具体例を示す図である。

　図７の制御回路２４は、図５の制御回路２４から抵抗素子Ｒ５，Ｒ６、スイッチ素子Ｓ６、及び比較器Ｃｍｐ２を除去したものに相当する。言い換えると、図７の制御回路２４は、図２の制御回路２４から、抵抗素子Ｒ５，Ｒ６を除去し、抵抗素子Ｒ７，Ｒ８及び比較器Ｃｍｐ１を追加したものに相当する。

　以上のような構成により、本実施形態によれば、第１実施形態に比べて、閾値電圧Ｖｔｈ１，Ｖｔｈ２を正確に設定することができる。また、以上のような構成であっても、過電圧の検出後に、送電装置１からの送電を停止し、送電停止期間内に容量素子Ｃ３に溜まっている電荷をＲ１～Ｒ８により放電することによって、過電圧検出回路２３を受電前の初期状態にリセットすることができる。このことにより、図５の制御回路２４から抵抗素子Ｒ５，Ｒ６、スイッチ素子Ｓ６、及び比較器Ｃｍｐ２を除去しても同様の効果を得ることができる。なお、容量素子Ｃ３を放電することにより出力電圧Ｖ１と出力電圧Ｖ２は同電位になることから、出力電圧Ｖ１を検出することは、出力電圧Ｖ２を検出することと同等である。したがって、送電装置１は、出力電圧Ｖ１が閾値電圧Ｖｔｈ１未満になった後に送電の停止を解除すればよい。言い換えると。送電装置１は、送電を停止してから出力電圧Ｖ１が閾値電圧Ｖｔｈ１未満になる時間に相当する時間が経過した時に送電を再開すればよい。

　また、図７の例では、スイッチ素子Ｓ３は、高圧側に設けられたが、低圧側に設けられてもよい。図８は、図７の受電装置２の変形例を示す図である。

　図８の制御回路２４は、図６の制御回路２４から抵抗素子Ｒ５，Ｒ６，Ｒ１１，Ｒ１２、スイッチ素子Ｓ７，Ｓ８、及び比較器Ｃｍｐ２を除去したものに相当する。言い換えると、図８の制御回路２４は、図４の制御回路２４から、抵抗素子Ｒ３～Ｒ６及びスイッチ素子Ｓ５を除去し、抵抗素子Ｒ９，Ｒ１０及び比較器Ｃｍｐ３を追加したものに相当する。

　このような構成により、図８の受電装置２によれば、図７の受電装置２と同様の効果が得られる。

　なお、本開示に係る発明は、上記各実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記各実施形態に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることによって種々の発明を形成できる。また例えば、各実施形態に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除した構成も考えられる。さらに、異なる実施形態に記載した構成要素を適宜組み合わせてもよい。

　また、本国際出願は、２０１８年５月２４日に出願した日本国特許出願第２０１８－０９９８１８号に基づく優先権を主張するものであり、当該出願の全内容を本国際出願に援用する。

１：送電装置
２：受電装置
３：負荷
１１：共振回路
１２：駆動回路
１３：電源
１４：制御回路
２１：共振回路
２２：整流回路
２３：過電圧検出回路
２４：制御回路
Ｓ：スイッチ素子
Ｒ：抵抗素子
Ｃ：容量素子
Ｌ：コイル
Ｎ：ノード

Claims (10)

1. 　送電装置から電力を無線で受電する共振回路と、
   　前記共振回路の出力電流を整流する整流回路と、
   　前記整流回路と負荷との間に接続される過電圧検出回路と、
   を備え、
   　前記過電圧検出回路は、
   　前記整流回路と前記負荷との間に接続される第１スイッチ素子と、
   　前記第１スイッチ素子と並列に接続される第１容量素子と、
   　前記負荷と並列に接続される第２容量素子と、
   　前記過電圧検出回路の出力電圧が第１閾値電圧以上になると、前記第１スイッチ素子をオフにする制御回路と、
   を備える受電装置。
2. 　前記制御回路は、前記第１スイッチ素子をオフにした後、前記過電圧検出回路の出力電圧が、前記第１閾値電圧より低い第２閾値電圧未満になるまで、前記第１スイッチ素子をオン不能にする
   請求項１に記載の受電装置。
3. 　前記制御回路は、前記第１スイッチ素子がオン可能である場合、前記整流回路の出力電圧が、前記第１閾値電圧より低い第３閾値電圧以上になると、前記第１スイッチ素子をオンにする
   請求項１又は請求項２に記載の受電装置。
4. 　前記第１スイッチ素子は、前記整流回路に接続される第１端子と、前記負荷に接続される第２端子と、前記整流回路の出力電圧に応じた電圧を入力される制御端子と、を備える
   請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の受電装置。
5. 　前記制御回路は、前記第１スイッチ素子の制御端子に前記整流回路の出力電圧に応じた電圧を入力する第１分圧回路を備える
   請求項４に記載の受電装置。
6. 　前記制御回路は、前記整流回路に接続された第１端子と、前記第１スイッチ素子の制御端子に接続された第２端子と、前記整流回路の出力電圧に応じた電圧を入力される制御端子と、を備える第２スイッチ素子を備える
   請求項４又は請求項５に記載の受電装置。
7. 　前記制御回路は、
   　前記第２スイッチ素子の制御端子に前記整流回路の出力電圧に応じた電圧を入力する第２分圧回路と、
   　前記第２分圧回路に接続される第１端子と、前記整流回路に接続される第２端子と、前記過電圧検出回路の出力電圧に応じた電圧を入力される制御端子と、を備える第３スイッチ素子と、
   を備える請求項６に記載の受電装置。
8. 　前記制御回路は、前記第３スイッチ素子の制御端子に前記過電圧検出回路の出力電圧に応じた電圧を入力する第３分圧回路を備える
   請求項７に記載の受電装置。
9. 　送電装置と受電装置とを備えた無線電力伝送システムであって、
   　前記受電装置は、
   　前記送電装置から電力を無線で受電する共振回路と、
   　前記共振回路の出力電流を整流する整流回路と、
   　前記整流回路と負荷との間に接続される過電圧検出回路と、
   を備え、
   　前記過電圧検出回路は、
   　前記整流回路と前記負荷との間に接続される第１スイッチ素子と、
   　前記第１スイッチ素子と並列に接続される第１容量素子と、
   　前記負荷と並列に接続される第２容量素子と、
   　前記過電圧検出回路の出力電圧が第１閾値電圧以上になると、前記第１スイッチ素子をオフにする制御回路と、
   を備える無線電力伝送システム。
10. 　前記送電装置は、前記第１スイッチ素子がオフした後、前記整流回路の出力電圧が前記第１閾値電圧未満になるまで送電を停止する
    請求項９に記載の無線電力伝送システム。

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