WO2020116033A1 - 非接触給電装置 - Google Patents

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WO2020116033A1
WO2020116033A1 PCT/JP2019/040755 JP2019040755W WO2020116033A1 WO 2020116033 A1 WO2020116033 A1 WO 2020116033A1 JP 2019040755 W JP2019040755 W JP 2019040755W WO 2020116033 A1 WO2020116033 A1 WO 2020116033A1
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WO
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circuit
power
power supply
coil
switching
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Application number
PCT/JP2019/040755
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English (en)
French (fr)
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悟朗 中尾
謙一 田畑
佑介 河合
篤司 野村
孝博 武山
雅暢 中條
Original Assignee
オムロン株式会社
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Publication date
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Priority to DE112019006031.7T priority patent/DE112019006031T5/de
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
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    • H02J50/10—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling
    • H02J50/12—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling of the resonant type
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/60—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power responsive to the presence of foreign objects, e.g. detection of living beings
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/80—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power involving the exchange of data, concerning supply or distribution of electric power, between transmitting devices and receiving devices

Definitions

  • the present invention relates to a contactless power supply device.
  • non-contact power feeding also called wireless power feeding
  • a resonance circuit is configured only with a secondary (power receiving) side coil, phase information of a resonance current flowing in the resonance circuit is detected, and based on this phase information, the primary (power transmission) )
  • a technique has been proposed in which the drive frequency is determined so that the current phase of the drive current flowing through the coil is slightly delayed from the voltage phase, and the primary coil is driven (see, for example, Patent Document 1).
  • this technique heat generation in the primary coil is suppressed, and the frequency having the best power factor viewed from the primary coil side can be automatically selected as the drive frequency.
  • the present invention provides a contactless power supply device capable of suppressing the occurrence of an abnormality even if foreign matter is mixed between the transmission coil of the power transmission side device and the reception coil of the power reception side device.
  • the purpose is to
  • a contactless power feeding device including a power transmitting device and a power receiving device to which power is wirelessly transmitted from the power transmitting device.
  • the power transmission device has a transmission coil that supplies power to the power reception device, and a plurality of switching elements connected in a full bridge shape or a half bridge shape between the DC power supply and the transmission coil, A power supply circuit that converts direct-current power supplied from a direct-current power supply into alternating-current power having a switching frequency and supplies it to a transmission coil by switching a plurality of switching elements on and off at a switching frequency, and a transmission coil. And a phase control circuit having at least one LC series circuit connected to both ends of.
  • each of the at least one LC series circuit of the phase control circuit of the power transmission device includes a coil, a first capacitor connected in series with the coil, and a second capacitor connected in parallel with each other. And a switching element that is connected in series with the second capacitor, connects the second capacitor to the coil when turned on, and disconnects the second capacitor from the coil when turned off. Then, the power transmission device determines a current detection circuit that obtains a measured value of the amount of current flowing through any of the plurality of switching elements of the power supply circuit, and the amount of current when any of the plurality of switching elements of the power supply circuit is turned off.
  • this non-contact power supply device can calculate the delay amount of the phase of the current flowing through each switching element of the power supply circuit with respect to the phase of the voltage applied to each switching element of the power supply circuit. The switching loss and the conduction loss of each switching element can be adjusted.
  • each of at least one LC series circuit of the phase control circuit of the power transmission device includes a coil, and a first capacitor connected in series with the coil and connected in parallel with each other. It is preferable to have a second capacitor and a switching element that is connected in series with the second capacitor, connects the second capacitor to the coil when turned on, and disconnects the second capacitor from the coil when turned off. Then, the power transmission device controls the switching frequency that switches on and off of the plurality of switching elements of the power supply circuit, and the power is supplied from the power supply circuit to the transmission coil when the contactless power supply device is performing constant voltage output operation.
  • this non-contact power supply device can adjust the phase of the voltage applied to each switching element of the power supply circuit even if the switching frequency of the AC power supplied from the power supply circuit to the transmission coil fluctuates.
  • the phase delay amount of the current flowing in each switching element of the power supply circuit can be adjusted so as to reduce the switching loss of each switching element of the power supply circuit.
  • the control circuit of the power transmission device has at least one LC series circuit so that each resonance frequency of the at least one LC series circuit is higher than the switching frequency of the AC power supplied from the power supply circuit to the transmission coil. It is preferable to control switching on and off of each switching element of the circuit. By having such a configuration, this contactless power supply device can reduce the switching loss of each switching element of the power supply circuit according to the switching frequency of the AC power supplied from the power supply circuit to the transmission coil.
  • each of at least one LC series circuit of the phase control circuit of the power transmission device connects the LC series circuit to the transmission coil when turned on, and transmits the LC series circuit when turned off. It is preferable to have a switching element separated from the coil. Then, the power transmission device controls the switching frequency that switches on and off of the plurality of switching elements of the power supply circuit, and the power is supplied from the power supply circuit to the transmission coil when the contactless power supply device is performing constant voltage output operation. It is preferable to further include a control circuit that controls switching on and off of each switching element of the at least one LC series circuit according to the switching frequency or voltage of the alternating current power. With this configuration, the contactless power supply device can reduce the switching loss of each switching element of the power supply circuit even if the degree of coupling between the transmission coil and the reception coil is reduced.
  • the power reception device includes a resonance circuit having a reception coil that receives electric power via the transmission coil of the power transmission device, a resonance capacitor that resonates with the reception coil, and a rectification circuit that rectifies the power output from the resonance circuit. And a voltage detection circuit that measures the output voltage of the power output from the rectifier circuit to obtain the measured value of the output voltage, and whether the contactless power supply device is operating at a constant voltage based on the measured value of the output voltage. It is preferable to have a determination circuit that determines whether or not the first contactor transmits a signal including determination information indicating whether or not the non-contact power supply device is performing the constant voltage output operation to the power transmission device.
  • the power transmission device further includes a second communication device that receives a signal including the determination information, and the control circuit determines that the determination information indicates that the contactless power supply device is not performing a constant voltage output operation. It is preferable to control the switching frequency so that the measured value of the output voltage does not change even if the resistance of the load circuit connected to the rectifier circuit changes.
  • this non-contact power supply device can continue the constant voltage output operation even when the coupling degree between the transmission coil and the reception coil changes, and the switching frequency during the constant voltage output operation. Since it is possible to switch the phase control circuit on/off in accordance with the above, even if the coupling degree between the transmission coil and the reception coil changes, the switching loss of each switching element of the power supply circuit can be reduced.
  • At least one LC series circuit of the phase control circuit of the power transmission device has one end connected to one end of the transmission coil and the other end connected to the other end of the transmission coil.
  • the number of LC series circuits of the phase control circuit may be one, so that the power transmission device can be downsized.
  • At least one LC series circuit of the power transmission device has a first LC series circuit having one end connected to one end of the transmission coil and the other end grounded, and one end other than the transmission coil. It is preferable to have a second LC series circuit connected to the end and the other end being grounded. With such a configuration, it becomes easy to switch on/off each LC series circuit or control the resonance frequency of each LC series circuit.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a contactless power supply device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2A is a diagram showing an example of a simulation result of a waveform of a current flowing through the transmission coil.
  • FIG. 2B is a diagram showing an example of the simulation result of the waveform of the current flowing through the transmission coil.
  • FIG. 2C is a diagram showing an example of a simulation result of a waveform of a current flowing through the transmission coil.
  • FIG. 3 is a diagram showing a simulation result showing an example of a magnetic field intensity distribution according to the present embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram showing a simulation result showing an example of a magnetic field intensity distribution according to a comparative example.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a contactless power supply device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2A is a diagram showing an example of a simulation result of a waveform of a current flowing through the transmission coil.
  • FIG. 2B is a
  • FIG. 5 is a schematic configuration diagram of a power transmission device according to a modification.
  • FIG. 6 is a schematic configuration diagram of a power transmission device according to another modification.
  • FIG. 7 is a schematic configuration diagram of a power transmission device according to still another modification.
  • FIG. 8 is a schematic configuration diagram of a power transmission device according to still another modification.
  • a non-contact power feeding device In the contactless power supply device according to the present invention, an LC series circuit is provided between each of both ends of a coil for power transmission (hereinafter, referred to as a transmission coil) of a device on the power transmission side (hereinafter, simply referred to as a power transmission device) and the ground. Connected.
  • this non-contact power feeding device measures the delay amount of the phase of the current flowing in each switching element of the power supply circuit with respect to the phase of the voltage applied to each switching element of the power supply circuit that supplies the AC power to the transmission coil.
  • the Q value of the resonance circuit of the device on the power receiving side (hereinafter, simply referred to as the power receiving device) is not controlled to be high, the switching loss of the power supply circuit is reduced. As a result, it is possible to reduce the number of turns of a coil (hereinafter, referred to as a receiving coil) included in the resonance circuit of the power receiving device. Therefore, even when power is transmitted by the resonant circuit of the power receiving device resonating mainly with respect to the AC power supplied to the transmitting coil, this non-contact power feeding device can prevent the bias of the magnetic flux between the transmitting coil and the receiving coil. Even if foreign matter is mixed between the transmitting coil and the receiving coil, the occurrence of abnormality such as abnormal heat generation is suppressed.
  • this non-contact power supply device enables constant voltage output operation by controlling the switching frequency of the AC power supplied from the power supply circuit to the transmission coil, and also supplies the power from the power supply circuit to the transmission coil.
  • the output voltage from the resonance circuit of the power receiving device during the constant voltage output operation is included in a predetermined allowable range.
  • the constant voltage output operation is an operation in which the output voltage from the resonant circuit is substantially constant even if the resistance value of the load circuit connected to the power receiving device changes.
  • connecting the LC series circuit to one end of the transmission coil also includes connecting the LC series circuit to one end of the transmission coil via a capacitor.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a contactless power supply device according to one embodiment of the present invention.
  • the non-contact power feeding apparatus 1 includes a power transmitting apparatus 2 and a power receiving apparatus 3 that is contactlessly power-transmitted from the power transmitting apparatus 2 through a space.
  • the power transmission device 2 includes a power supply circuit 10, a transmission coil 14, a capacitor 15, a phase control circuit 16, a current detection circuit 17, a communication device 18, and a control circuit 19.
  • the power receiving device 3 includes a resonance circuit 20 having a reception coil 21 and a resonance capacitor 22, a rectifying/smoothing circuit 23, a load circuit 26, a voltage detection circuit 27, a switching element 28, a determination circuit 29, and a communication device. 30 and 30.
  • the power supply circuit 10 supplies AC power having an adjustable switching frequency and an adjustable voltage to the transmission coil 14. Therefore, the power supply circuit 10 includes a power supply 11, a power factor correction circuit 12, and four switching elements 13-1 to 13-4.
  • the power supply 11 supplies electric power having a predetermined pulsating current voltage. Therefore, the power supply 11 is connected to a commercial AC power supply and has a full-wave rectification circuit for rectifying the AC power supplied from the AC power supply.
  • the power factor correction circuit 12 converts the voltage of the power output from the power supply 11 into DC power having a voltage according to the control from the control circuit 19 and outputs the DC power. Therefore, the power factor correction circuit 12 has a configuration similar to that of any of various power factor correction circuits capable of adjusting the output voltage under the control of the control circuit 19, for example, the power transmission device described in Japanese Patent No. 6390808.
  • the power factor correction circuit can have the same configuration.
  • the power supply 11 and the power factor correction circuit 12 form a DC power supply.
  • the four switching elements 13-1 to 13-4 can be, for example, n-channel type MOSFETs.
  • the four switching elements 13-1 to 13-4 form a full bridge circuit connected in a full bridge shape between the power supply 11 and the power factor correction circuit 12 and the transmission coil 14. .. That is, of the four switching elements 13-1 to 13-4, the switching element 13-1 and the switching element 13-2 have the power factor correction circuit 12 between the positive terminal and the negative terminal of the power supply 11. Are connected in series via. Further, in the present embodiment, the switching element 13-1 is connected to the positive side of the power supply 11, while the switching element 13-2 is connected to the negative side of the power supply 11.
  • the drain terminal of the switching element 13-1 is connected to the positive terminal of the power supply 11 via the power factor correction circuit 12, and the source terminal of the switching element 13-1 is connected to the drain terminal of the switching element 13-2. It The source terminal of the switching element 13-2 is connected to the negative terminal of the power supply 11 via the power factor correction circuit 12. Further, the source terminal of the switching element 13-1 and the drain terminal of the switching element 13-2 are connected to one end of the transmission coil 14 via the capacitor 15, and the source terminal of the switching element 13-2 is the switching element 13 It is connected to the other end of the transmission coil 14 via -4.
  • the switching element 13-3 and the switching element 13-4 are parallel to the switching element 13-1 and the switching element 13-2, and the power factor is
  • the power supply 11 is connected in series between the positive electrode side terminal and the negative electrode side terminal via the improvement circuit 12.
  • the switching element 13-3 is connected to the positive side of the power supply 11, and the switching element 13-4 is connected to the negative side of the power supply 11.
  • the drain terminal of the switching element 13-3 is connected to the positive terminal of the power supply 11 via the power factor correction circuit 12, and the source terminal of the switching element 13-3 is connected to the drain terminal of the switching element 13-4.
  • It The source terminal of the switching element 13-4 is connected to the negative terminal of the power supply 11 via the power factor correction circuit 12.
  • the source terminal of the switching element 13-3 and the drain terminal of the switching element 13-4 are connected to the other end of the transmission coil 14.
  • the gate terminals of the switching elements 13-1 to 13-4 are connected to the control circuit 19. Further, the gate terminals of the switching elements 13-1 to 13-4 are respectively connected to the sources of their own elements through resistors in order to ensure that the switching elements are turned on when a voltage to turn them on is applied. It may be connected to a terminal.
  • the switching elements 13-1 to 13-4 are switched on/off at an adjustable switching frequency according to a control signal from the control circuit 19. In the present embodiment, while the switching element 13-1 and the switching element 13-4 are on, the switching element 13-2 and the switching element 13-3 are off, and vice versa.
  • the transmission coil 14 transmits the AC power supplied from the power supply circuit 10 to the resonance circuit 20 of the power receiving device 3 through the space.
  • the capacitor 15 is connected in series with the transmission coil 14 and blocks the direct current flowing through the transmission coil 14.
  • the capacitor 15 is connected between one end of the transmission coil 14 and the source terminal of the switching element 13-1 and the drain terminal of the switching element 13-2.
  • the capacitance of the capacitor 15 is such that the resonance frequency of the resonance circuit formed by the transmission coil 14 and the capacitor 15 is included in the adjustment range of the switching frequency of the AC power supplied from the power supply circuit 10 to the transmission coil 14. It is preferable to set the frequency so that the resonance circuit formed by the transmission coil 14 and the capacitor 15 does not resonate with the AC power supplied from the power supply circuit 10 to the transmission coil 14. .. Further, the capacitor 15 may be omitted.
  • the control circuit 19 controls ON/OFF of the switching elements S1j and S2j. Since the capacitance of the LC series circuits 16-1 and 16-2 increases as the number of switching elements that are turned on among the switching elements S1j and S2j increases, the LC series circuits 16-1 and 16-2 have a larger capacitance. The resonance frequency decreases. Therefore, of the switching elements S1j and S2j, the switching elements 13-1 to 13-4 with respect to the phase of the voltage applied to the switching elements 13-1 to 13-4 of the power supply circuit 10 according to the number of the switching elements to be turned on. The amount of phase delay of the current flowing through 13-4 is controlled.
  • the power transmission device 2 supplies the power.
  • the soft switching operation by the circuit 10 and the transmission coil 14 can be continued, and the switching loss of the switching elements 13-1 to 13-4 of the power supply circuit 10 can be reduced. Further, since one end of each LC series circuit is grounded, the reference voltage for the switching element of each LC series circuit becomes constant, so that the control of each LC series circuit is simplified.
  • the inductances of the coils L1 and L2 are larger than those of the current flowing through the transmission coil 14 in the LC series circuits 16-1 and 16-2 rather than the exciting current component that does not depend on the load of the load circuit 26 connected to the resonance circuit 20.
  • the maximum value kmax of the degree of coupling assumed is larger than a value obtained by multiplying the self-inductance L1 on the power transmission side when the transmission coil 14 and the reception coil 21 are electromagnetically coupled so that the flowing current becomes small.
  • the current detection circuit 17 measures the amount of current flowing through the switching elements 13-1 to 13-4 included in the power supply circuit 10.
  • the current detection circuit 17 can be, for example, any of various known current detection circuits that can measure a direct current.
  • the current detection circuit 17 is connected between the source terminal of the switching element 13-2 and the source terminal of the switching element 13-4, and the negative terminal of the power supply 11. Then, the current detection circuit 17 measures the amount of current flowing through the switching elements 13-1 to 13-4 while the contactless power supply device 1 is performing power transmission, and outputs a signal representing the measured amount of current to the control circuit 19 Output to.
  • the communication device 18 Each time the communication device 18 receives a wireless signal from the communication device 30 of the power receiving device 3, the communication device 18 extracts, from the wireless signal, determination information indicating whether or not the contactless power supply device 1 is performing a constant voltage output operation, Output to the control circuit 19. Therefore, the communication device 18 includes, for example, an antenna that receives a wireless signal according to a predetermined wireless communication standard, and a communication circuit that demodulates the wireless signal.
  • the predetermined wireless communication standard can be, for example, ISO/IEC15693, ZigBee (registered trademark), or Bluetooth (registered trademark).
  • the control circuit 19 includes, for example, a non-volatile memory circuit and a volatile memory circuit, an arithmetic circuit, an interface circuit for connecting to another circuit, and a drive circuit for outputting a control signal to each switching element. Have and. Each time the control circuit 19 receives the determination information from the communication device 18, the control circuit 19 controls the switching frequency and the voltage of the AC power supplied from the power supply circuit 10 to the transmission coil 14 according to the determination information.
  • the set of the switching element 13-1 and the switching element 13-4 and the set of the switching element 13-2 and the switching element 13-3 are alternately turned on, and the switching is performed.
  • the switching elements 13-1 to 13-4 are controlled so that they become equal.
  • the control circuit 19 prevents the power supply 11 from being short-circuited when the set of the switching element 13-1 and the switching element 13-4 and the set of the switching element 13-2 and the switching element 13-3 are turned on at the same time.
  • the dead time in which both the sets of the switching elements are turned off. May be provided.
  • control circuit 19 controls the power factor correction circuit 12 so that the AC power having a voltage for the contactless power supply device 1 to perform the constant voltage output operation is output from the power supply circuit 10 according to the switching frequency.
  • control circuit 19 may perform the same control as the control of the power factor correction circuit of the power transmission device described in Japanese Patent No. 6390808.
  • control circuit 19 controls the resonance frequencies of the LC series circuits 16-1 and 16-2 of the phase control circuit 16 according to the amount of current detected by the current detection circuit 17.
  • the resonance circuit 20 is an LC resonance circuit in which a reception coil 21 and a resonance capacitor 22 are connected in series. Then, one end of the receiving coil 21 included in the resonance circuit 20 is connected to one input terminal of the rectifying and smoothing circuit 23 via the resonance capacitor 22. The other end of the receiving coil 21 is connected to the other input terminal of the rectifying/smoothing circuit 23.
  • the receiving coil 21 receives electric power from the transmitting coil 14 by resonating with the alternating current flowing in the transmitting coil 14 of the power transmitting device 2. Then, the receiving coil 21 outputs the received power to the rectifying and smoothing circuit 23 via the resonance capacitor 22.
  • the number of turns of the reception coil 21 and the number of turns of the transmission coil 14 of the power transmission device 2 may be the same or different.
  • the resonance capacitor 22 has one end connected to one end of the receiving coil 21 and the other end connected to the rectifying/smoothing circuit 23.
  • the resonance capacitor 22 receives the power by resonating with the current flowing through the transmission coil 14 together with the reception coil 21, and outputs the received power to the rectifying/smoothing circuit 23.
  • the rectifying/smoothing circuit 23 is an example of a rectifying circuit, has a full-wave rectifying circuit 24 having four diodes connected in a bridge, and a smoothing capacitor 25, rectifies the power output from the resonance circuit 20, and , Smooth and convert to DC power. Then, the rectifying/smoothing circuit 23 outputs the DC power to the load circuit 26.
  • the voltage detection circuit 27 measures the output voltage between both terminals of the rectifying and smoothing circuit 23. Since the output voltage between both terminals of the rectifying/smoothing circuit 23 corresponds to the output voltage of the resonance circuit 20 in a one-to-one manner, the measured value of the output voltage between both terminals of the rectifying/smoothing circuit 23 indirectly. It becomes the measured value of the output voltage of.
  • the voltage detection circuit 27 can be, for example, any of various known voltage detection circuits that can detect a DC voltage. Then, the voltage detection circuit 27 outputs a voltage detection signal representing the measured value of the output voltage to the determination circuit 29.
  • the switching element 28 is, for example, a MOSFET and is connected between the rectifying/smoothing circuit 23 and the load circuit 26.
  • the determination circuit 29 determines whether or not the contactless power supply device 1 is performing a constant voltage output operation based on the output voltage measurement value received from the voltage detection circuit 27, and the output voltage measurement value is a constant voltage output operation. It is determined whether or not the voltage is within the allowable range when the voltage is being performed. Then, the determination circuit 29 notifies the communication device 30 of the determination result. Therefore, the determination circuit 29 controls, for example, on/off of the memory circuit that stores the allowable range of the voltage, the arithmetic circuit that compares the measured value of the output voltage with the allowable range of the voltage, and the switching element 28. Control circuit.
  • the determination circuit 29 switches the switching element 28 on/off at a predetermined cycle while the measured output voltage value is out of the allowable voltage range. As a result, the resistance value of the entire circuit including the load circuit 26 connected to the rectifying/smoothing circuit 23 changes in the predetermined cycle. Therefore, the determination circuit 29 determines whether or not the measured value of the output voltage is substantially constant while switching the switching element 28 on and off, thereby determining whether the contactless power supply device 1 is performing the constant voltage output operation. It can be determined whether or not. Therefore, the determination circuit 29 determines that the contactless power supply device 1 is performing a constant voltage output operation while the measured output voltage is substantially constant even when the switching element 28 is switched on/off in a predetermined cycle. To the communication device 30.
  • the determination circuit 29 stops switching on/off of the switching element 28 when the contactless power supply device 1 is performing a constant voltage output operation for a constant period in which the measured value of the output voltage is longer than a predetermined cycle. Then, the state of being turned on is maintained. Then, the determination circuit 29 determines whether or not the measured value of the output voltage is within the allowable range of the voltage, and notifies the communication device 30 of the determination result.
  • the determination circuit 29 determines that the contactless power supply device 1 is performing a constant voltage output operation when the measured value of the output voltage is within the allowable range of the voltage for a certain period longer than the predetermined period, and The communication device 30 is notified of the determination result indicating that the measured value of the output voltage is within the allowable range of the voltage.
  • the power receiving device 3 may have a resistor connected to the rectifying and smoothing circuit 23 in parallel with the load circuit 26.
  • the switching element 28 may be provided so as to be in series with the resistance thereof and in parallel with the load circuit 26.
  • the determination circuit 29 turns off the switching element 28 while the measured value of the output voltage is within the allowable range of the voltage.
  • the determination circuit 29 may switch on/off the switching element 28 in a predetermined cycle, as in the above embodiment. According to this modification, the power supply to the load circuit 26 is continued even when the non-contact power supply device 1 is not performing the constant voltage output operation.
  • a second switching element such as a MOSFET may be provided in parallel with the above resistor and in series with the load circuit 26.
  • the determination circuit 29 turns on the second switching element to enable the power supply to the load circuit 26 while the measured value of the output voltage is within the voltage allowable range.
  • the determination circuit 29 may turn off the second switching element to stop the power supply to the load circuit 26.
  • the communication device 30 determines whether or not the non-contact power feeding apparatus 1 is performing a constant voltage output operation, and the measured value of the output voltage is the voltage of the voltage in accordance with the determination result received from the determination circuit 29 for each predetermined transmission cycle.
  • a wireless signal including determination information indicating whether the wireless signal is included in the allowable range is generated, and the wireless signal is transmitted to the communication device 18 of the power transmission device 2. Therefore, the communication device 30 has, for example, a communication circuit that generates a wireless signal according to a predetermined wireless communication standard, and an antenna that outputs the wireless signal.
  • the predetermined wireless communication standard may be ISO/IEC15693, ZigBee (registered trademark), or Bluetooth (registered trademark), as in the communication device 18.
  • the control circuit 19 of the power transmission device 2 controls the transmission coil 14 from the power supply circuit 10 so that the contactless power supply device 1 continues the constant voltage output operation based on the determination information received from the communication device 18. It controls the switching frequency and voltage of the AC power supplied to the. Further, the control circuit 19 controls the phase control circuit 16 based on the amount of current detected by the current detection circuit 17 so that the switching loss of the switching elements 13-1 to 13-4 of the power supply circuit 10 is reduced.
  • the switching elements 13-1 to 13-4 are controlled by controlling ON/OFF of the switching elements S1j and S2j included in the LC series circuits 16-1 and 16-2 to correspond to the phases of the voltages applied to the switching elements 13-1 to 13-4.
  • the phase delay amount of the current flowing through 13-4 is controlled.
  • the contactless power feeding device 1 does not utilize resonance on the power transmission side, but has the same configuration as the so-called primary series secondary series capacitor system (SS system). From this, the frequency characteristic of the output voltage of the non-contact power feeding apparatus 1 becomes similar to the frequency characteristic of the output voltage of the SS non-contact power feeding apparatus.
  • SS system primary series secondary series capacitor system
  • control circuit 19 controls the switching frequency and voltage of the AC power applied to the transmission coil 14 as described below.
  • the control circuit 19 When receiving the determination information indicating that the measured output voltage value is out of the allowable range from the communication device 18, the control circuit 19 changes the switching frequency of the AC power within a predetermined frequency range.
  • the predetermined frequency range is, for example, the lower limit of the frequency at which a constant voltage is output at the minimum value of the degree of coupling assumed between the transmission coil 14 and the reception coil 21 when the power transmission device 2 supplies power to the power reception device 3. Then, it is possible to set the frequency range in which the frequency at which the constant voltage is output is the upper limit at the maximum value of the degree of coupling assumed between the transmitting coil 14 and the receiving coil 21.
  • the control circuit 19 may sequentially increase the switching frequency from the lower limit to the upper limit of the predetermined frequency region, or conversely, decrease the switching frequency from the upper limit to the lower limit of the predetermined frequency region in order. You may. At that time, the control circuit 19 turns on and off the switching element 28 so that the determination circuit 29 of the power receiving device 3 can check whether or not the measured value of the output voltage is substantially constant. It is preferable to change the switching frequency stepwise so that the same switching frequency is maintained for a period longer than the switching cycle.
  • the control circuit 19 determines that the measured value of the output voltage is not within the voltage allowable range, but the resistance of the load circuit 26 changes. However, if it is shown that it becomes substantially constant, the switching frequency is kept constant thereafter. Then, the control circuit 19 outputs the direct current output from the power factor correction circuit 12 such that the switching frequency and a substantially constant voltage is output to the load circuit 26 regardless of the coupling degree at the switching frequency. Control the voltage. As a result, the voltage applied to the transmission coil 14 is adjusted so that the output voltage from the resonance circuit 20 is included in the voltage allowable range, that is, a substantially constant voltage is output regardless of the coupling degree. To be done.
  • control circuit 19 indicates to the transmission coil 14 that the measured value of the output voltage is included in the voltage allowable range in the determination information included in the wireless signal received from the power receiving device 3 via the communication device 18.
  • the switching frequency and voltage of the supplied AC power are kept constant.
  • the control circuit 19 determines that the measured value of the output voltage is included in the voltage allowable range in the determination information included in the wireless signal received from the power receiving device 3 via the communication device 18.
  • the power factor correction circuit may be controlled so that the voltage output from the power factor correction circuit 12 gradually increases.
  • the switching elements 13-1 to 13-4 of the power supply circuit 10 of the power transmission device 2 continuously perform the soft switching (inductive) operation.
  • the current flowing through the switching elements 13-1 to 13-4 with respect to the phase of the voltage applied to the switching elements 13-1 to 13-4. Is preferably delayed in phase.
  • the switching elements 13-1 to 13-4 are switched from on to off (that is, when they are turned off), the more the switching elements 13-1 to 13-4 are. Switching loss is reduced.
  • 2A to 2C are diagrams showing an example of simulation results of waveforms of currents flowing in any of the switching elements 13-1 to 13-4, respectively.
  • the horizontal axis represents time and the vertical axis represents current amount.
  • the inductance Lp of the transmission coil 14 and the inductance Ls of the reception coil 21 are set to 220 ⁇ H.
  • the capacitance of the capacitor 15 is 440 nF and the capacitance of the resonance capacitor 22 is 16.5 nF.
  • the resistance value Ro of the load circuit 26 is set to 8 ⁇ , and the coupling degree k between the transmission coil 14 and the reception coil 21 is set to 0.15.
  • the switching frequency of the AC power applied to the transmission coil 14 was 84.5 kHz, and the voltage of the AC power was 270V.
  • a waveform 201 shown in FIG. 2A is a waveform of a current flowing through any of the switching elements 13-1 to 13-4 when the phase control circuit 16 is not connected.
  • time toff is the timing at which the sets of the switching elements 13-1 to 13-4 of the power supply circuit 10 that are turned on at the same time are turned off.
  • the amount of current at the timing toff is 3.75A
  • the effective value of the current flowing through the switching element of interest among the switching elements 13-1 to 13-4 is 1.65A.
  • the amount of current at the timing toff is 0.95A
  • the effective value of the current flowing through the switching element of interest is 0.68A.
  • the amount of current at the timing toff is 2.6A
  • the effective value of the current flowing through the switching element of interest is 1.05A.
  • the provision of the phase control circuit 16 reduces the current peak value when the switching elements 13-1 to 13-4 of the power supply circuit 10 are turned off. Further, the effective value of the current flowing through the switching element of interest also decreases. Therefore, both switching loss and conduction loss in each switching element are reduced.
  • the resonance frequency of each LC series circuit of the phase control circuit 16 is preferably higher than the switching frequency of the AC power supplied to the transmission coil 14, and particularly, the switching frequency thereof. Is preferably less than twice.
  • the amount of current flowing through the switching elements 13-1 to 13-4 is the sum of the amount of current flowing through the transmission coil 14 and the amount of current flowing through each LC series circuit of the phase control circuit 16.
  • the phase of the current flowing in the transmission coil 14 lags the phase of the voltage applied to the switching elements 13-1 to 13-4.
  • the resonance frequency of each LC series circuit of the phase control circuit 16 is higher than the switching frequency of the AC power supplied to the transmission coil 14, the phases of the currents flowing in the LC series circuits are the switching elements 13-1 to 13. 13-4 leads the phase of the voltage applied to 13-4.
  • each LC series circuit is less than twice the switching frequency of the AC power supplied to the transmission coil 14, the current and phase flowing in the transmission coil 14 in the switching elements 13-1 to 13-4 The current flowing in each LC series circuit of the control circuit 16 cancels each other out, and as a result, the effective value of the current flowing in the switching elements 13-1 to 13-4 also decreases.
  • the control circuit 19 controls the current at the timing toff that is turned off for any of the pairs of the switching elements 13-1 to 13-4 that are turned on at the same time (for example, the switching elements 13-1 and 13-4).
  • the measured value of the amount of current detected by the detection circuit 17 is compared with a predetermined allowable range. Then, the control circuit 19 switches ON/OFF the switching elements S1j and S2j of the LC series circuits 16-1 and 16-2 when the measured value of the current amount is out of the allowable range.
  • the lower limit value of the allowable range may be a value obtained by adding a predetermined offset to 0, for example.
  • the phase of the current flowing through the switching elements 13-1 to 13-4 leads the phase of the voltage applied to the switching elements 13-1 to 13-4, and the switching elements 13-1 to 13-4 are switched. Is prevented from becoming hard switching.
  • the upper limit value of the allowable range is set to a value smaller than the measured value of the current amount by the current detection circuit 17 at the timing toff when the phase control circuit 16 is not provided.
  • the control circuit 19 may execute the same processing for the two LC series circuits 16-1 and 16-2 with regard to switching on/off of the switching elements S1j and S2j. Therefore, hereinafter, switching on/off of the switching element S1j in the LC series circuit 16-1 will be described.
  • the control circuit 19 turns on any of the switching elements S1j if the measured current amount is out of the allowable range. Further, when all the switching elements S1j are on, the control circuit 19 turns off any of the switching elements S1j if the measured current amount is out of the allowable range. Furthermore, when any of the switching elements S1j is turned on and the other switching elements are turned off, if the measured value of the current amount is out of the allowable range, the switching element S1j is turned off.
  • the control circuit 19 turns on the switching elements that were turned on immediately before and the switching elements that were turned on before that. Switch off the switching element.
  • the control circuit 19 sequentially turns on the switching elements S1j one by one until the measured value of the amount of current falls within the allowable range. Then, even if all the switching elements S1j are turned on, if the measured value of the current amount remains outside the allowable range, the control circuit 19 switches the switching elements until the measured value of the current amount falls within the allowable range. Turn off S1j one by one.
  • the control circuit 19 does not switch the switching element S1j on/off.
  • control circuit 19 adjusts the resonance frequency of each LC series circuit of the phase control circuit 16 and switches the switching elements 13-1 to 13 to the phase of the voltage applied to the switching elements 13-1 to 13-4.
  • the amount of phase delay of the current flowing through -4 can be adjusted so as to reduce the switching loss and conduction loss due to the switching elements 13-1 to 13-4.
  • FIG. 3 is a diagram showing a simulation result showing an example of a magnetic field intensity distribution according to the present embodiment.
  • the simulation of FIG. 3 was performed using the same conditions as the simulation of FIG. 2B.
  • the intensity distribution 300 of the magnetic field shown in FIG. 3 the darker the darker the stronger the magnetic field.
  • the strength of the magnetic field generated near the transmitter coil 14 and the strength of the magnetic field generated near the receiver coil 21 are substantially equal.
  • the loss of 99.9 mW occurs when an aluminum piece having a thickness of 0.5 mm and a width of 10 mm is located on the surface of the core 14b around which the winding 14a of the transmitting coil 14 is wound.
  • FIG. 4 is a diagram showing a simulation result showing an example of a magnetic field intensity distribution according to a comparative example.
  • the simulation of FIG. 4 was executed under the condition that the phase control circuit 16 was not provided, that is, the same condition as the simulation of FIG. 2A.
  • the intensity distribution 400 of the magnetic field shown in FIG. 4 the darker the darker the stronger the magnetic field.
  • the magnetic field generated in the vicinity of the reception coil 21 is stronger than the magnetic field generated in the vicinity of the transmission coil 14, and the magnetic field strength between the transmission coil 14 and the reception coil 21 is biased.
  • this contactless power supply device has an LC series circuit connected to both ends of the transmission coil of the power transmission device.
  • This contactless power supply device adjusts the capacity of the capacitor of the LC series circuit according to the current flowing through each switching element at the timing when each switching element of the power supply circuit that supplies AC power to the transmission coil is turned off. Then, the resonance frequency of the LC series circuit is controlled to appropriately control the delay amount of the phase of the current flowing in each switching element with respect to the phase of the voltage applied to each switching element.
  • the contactless power supply device can reduce the switching loss and the conduction loss of each switching element of the power supply circuit without increasing the Q value of the resonance circuit of the power receiving device.
  • this non-contact power feeding device can reduce the number of turns of the receiving coil included in the resonance circuit of the power receiving device and reduce the withstand voltage required for the receiving coil and the resonance capacitor. Therefore, even when power is transmitted by the resonant circuit of the power receiving device resonating mainly with respect to the AC power supplied to the transmitting coil, this non-contact power feeding device can prevent the bias of the magnetic flux generated between the transmitting coil and the receiving coil. Even if foreign matter is mixed between the transmitting coil and the receiving coil, the occurrence of abnormality such as abnormal heat generation is suppressed.
  • this contactless power feeding device the number of turns of the receiving coil can be reduced, so that the receiving coil can be downsized, and as a result, the entire power receiving device can be downsized. Furthermore, this contactless power supply device can reduce the switching loss of each switching element of the power supply circuit even when the degree of coupling between the transmitting coil and the receiving coil is low, so that the distance between the power transmitting device and the power receiving device during power transmission can be reduced. That is, the power transmission distance can be increased.
  • each LC series circuit of the phase control circuit 16 includes n (n is an integer of 2 or more) coils connected in parallel with each other and (n-1) of the n coils. It may have a switching element such as a MOSFET connected in series with each of the coils.
  • n is an integer of 2 or more
  • MOSFET MOSFET
  • one capacitor may be connected in series with each coil, or each of the n capacitors may be connected in series with different coils.
  • the resonance frequency of each LC series circuit changes according to the number of switching elements that are turned on among the switching elements of each LC series circuit.
  • the switching element 13- with respect to the phase of the voltage applied to the switching elements 13-1 to 13-4 of the power supply circuit 10 according to the number of switching elements that are turned on.
  • the amount of delay in the phase of the current flowing through 1 to 13-4 is controlled. Therefore, the control circuit 19 controls ON/OFF of the switching elements of each LC series circuit according to the amount of current flowing through the switching elements 13-1 to 13-4 of the power supply circuit 10, as in the above-described embodiment. Good.
  • the resonance frequency of each LC series circuit of the phase control circuit 16 is preferably higher than the switching frequency of the AC power supplied to the transmission coil 14. Therefore, according to the modification, the control circuit 19 of the power transmission device 2 controls each LC of the phase control circuit 16 according to the switching frequency of the AC power supplied from the power supply circuit 10 to the transmission coil 14 during the constant voltage output operation.
  • the switching elements S1j and S2j of each LC series circuit the one that is turned on may be determined so that the resonance frequency of the series circuit becomes higher than the switching frequency.
  • the control circuit 19 determines, for example, the combination of the switching frequency of the AC power supplied to the transmission coil 14 and the switching element S1j, S2j of each LC series circuit of the phase control circuit 16 that is turned on.
  • the reference table to represent may be stored in advance. Then, the control circuit 19 refers to the reference table, and determines the combination of the switching elements S1j, S2j of each LC series circuit that are turned on, corresponding to the switching frequency of the AC power supplied to the transmission coil 14. Then, each switching element included in the determined combination may be controlled to be turned on.
  • control circuit 19 of the power transmission device 2 adjusts the resonance frequency of each LC series circuit so that each switching element of the power supply circuit with respect to the phase of the voltage applied to each switching element of the power supply circuit.
  • the amount of phase delay of the flowing current can be controlled appropriately. Therefore, the control circuit 19 can reduce switching loss and conduction loss of each switching element of the power supply circuit.
  • the current detection circuit 17 may be omitted.
  • the switching element with respect to the phase of the voltage applied to the switching elements 13-1 to 13-4 of the power supply circuit 10 is eliminated even without the phase control circuit.
  • the delay amount of the phase of the current flowing through 13-1 to 13-4 is the delay amount that reduces the switching loss of the switching elements 13-1 to 13-4. Therefore, according to another modification, ON/OFF of each LC series circuit of the phase control circuit may be switched according to the degree of coupling between the transmission coil 14 and the reception coil 21.
  • FIG. 5 is a schematic configuration diagram of the power transmission device 4 according to this modification.
  • the illustration of the communication device 18 is omitted for simplification.
  • the power transmission device 4 according to this modification has only one capacitor and one switching element, respectively, in the LC series circuits 16-1 and 16-2 of the phase control circuit 16.
  • the current detection circuit 17 is not provided and the control of the phase control circuit 16 by the control circuit 19. Therefore, these differences will be described below.
  • the other components of the power transmission device 4 refer to the description of the corresponding components in the above embodiment.
  • the control circuit 19 turns off the switching elements S1 and S2 of the LC series circuits 16-1 and 16-2 when the degree of coupling between the transmitting coil 14 and the receiving coil 21 becomes a predetermined value or more. , LC series circuits 16-1 and 16-2 are separated from the transmission coil 14 so that the LC series circuits 16-1 and 16-2 do not affect the phase delay amount. On the other hand, the control circuit 19 turns on the switching elements S1 and S2 of the LC series circuits 16-1 and 16-2 to turn on the power when the degree of coupling between the transmission coil 14 and the reception coil 21 becomes less than a predetermined value. The phase delay amount is adjusted so that the switching loss due to the switching elements 13-1 to 13-4 of the circuit 10 is reduced.
  • the control circuit 19 controls the switching frequency of the AC power supplied from the power supply circuit 10 to the transmission coil 14 when the contactless power supply device 1 performs a constant voltage output operation to be equal to or higher than a frequency threshold value corresponding to a predetermined coupling degree. Then, the switching elements S1 and S2 of the LC series circuits 16-1 and 16-2 are turned off.
  • the control circuit 19 causes the LC series circuit 16 to operate. -1, 16-2 switching elements S1, S2 are turned on.
  • the control circuit 19 sets the voltage of the AC power supplied from the power supply circuit 10 to the transmission coil 14 when the non-contact power supply device 1 performs the constant voltage output operation to be equal to or lower than the voltage threshold value corresponding to the predetermined value of the coupling degree. Then, the switching elements S1 and S2 of the LC series circuits 16-1 and 16-2 may be turned off. On the other hand, when the voltage of the AC power supplied from the power supply circuit 10 to the transmission coil 14 becomes higher than the voltage threshold when the contactless power supply device 1 performs the constant voltage output operation, the control circuit 19 causes the LC series circuit 16 to operate. The switching elements S1 and S2 of ⁇ 1 and 16-2 may be turned on.
  • the control circuit 19 controls the voltage of the AC power supplied from the power supply circuit 10 to the transmission coil 14 by, for example, a control parameter of a power factor correction circuit included in the power supply circuit 10 (for example, switching included in the power factor correction circuit). It can be estimated by the ON/OFF duty ratio of the element.
  • the configuration of the phase control circuit is simplified, and thus the power transmission device is downsized. Further, the control of the phase control circuit by the control circuit of the power transmission device can be simplified. Furthermore, in this modification as well, the contactless power supply device has a switching loss of each switching element of the power supply circuit even if the degree of coupling between the transmitting coil and the receiving coil changes, particularly even if the degree of coupling decreases. Can be reduced.
  • the LC series circuit of the phase control circuit may be connected in parallel with the transmission coil 14.
  • FIG. 6 is a schematic configuration diagram of a power transmission device 5 according to still another modification.
  • the illustration of the communication device 18 is omitted for simplification.
  • the power transmission device 5 according to this modification differs from the power transmission device 4 shown in FIG. 5 in the configuration of the phase control circuit 56. Therefore, the phase control circuit 56 and its related parts will be described below.
  • the other components of the power transmission device 5 refer to the description of the corresponding components in the above-described embodiment or modification.
  • the phase control circuit 56 has one LC series circuit, one end of the LC series circuit is connected to one end of the transmission coil 14 via the capacitor 15, and the other end of the LC series circuit is connected to the transmission coil 14. Connected to the other end.
  • the switching element S1 connected in series with the LC series circuit has an n-channel MOSFET. In this modification, the potential across the LC series circuit varies. Therefore, in order to control ON/OFF of the switching element S1 of the LC series circuit similarly to the modified example shown in FIG. 4, the phase control circuit 56 includes a constant voltage source whose negative side is grounded and a constant voltage source.
  • the switching element S1 may be turned on, and the switching element S1 may be turned off when the measured value of the current amount is less than a predetermined threshold value.
  • the phase control circuit since the phase control circuit has only one LC series circuit, the power transmission device can be further downsized.
  • a bypass circuit may be further provided for bypassing the current flowing due to the counter electromotive force generated in the coil included in the LC series circuit of the phase control circuit 56.
  • a capacitor connected in parallel with the switching element S1 may be further provided in order to reduce the voltage applied to the switching element S1 while the switching element S1 is turned off.
  • FIG. 7 is a schematic configuration diagram of a power transmission device 6 according to still another modification.
  • the communication device 18 is not shown for simplification.
  • the power transmission device 6 according to this modification differs from the power transmission device 5 shown in FIG. 6 in that the phase control circuit 66 includes a bypass circuit 67. Therefore, the phase control circuit 66 and its related parts will be described below.
  • the other components of the power transmission device 6 refer to the description of the corresponding components in the above-described embodiment or modification.
  • the phase control circuit 66 is a bypass circuit connected between one end of the capacitor of the LC series circuit to which the coil is not connected and the source terminal of the switching element 13-1 of the power supply circuit 10.
  • the bypass circuit 67 includes a diode whose anode terminal is connected to the capacitor of the LC series circuit, a capacitor connected between the diode and the source terminal of the switching element 13-1, and a capacitor connected in parallel with the capacitor. Resistance.
  • the switching element S1 of the phase control circuit 66 When the switching element S1 of the phase control circuit 66 is switched from ON to OFF, the current generated by the counter electromotive force of the coil of the LC series circuit of the phase control circuit 66 passes through the diode of the bypass circuit 67 and becomes the capacitor of the bypass circuit 67. Flows to. Further, since the switching element S1 is reverse-biased with respect to the current generated by the counter electromotive force, the current does not flow through the switching element S1. Therefore, the current generated by the back electromotive force is prevented from flowing to the transmission coil 14. The charge charged in the capacitor of the bypass circuit 67 is consumed by the resistor connected in parallel with the capacitor.
  • the power supply circuit converts the DC power output from the power factor correction circuit into AC power by using a half bridge circuit in which a plurality of switching elements are connected in a half bridge shape. Good.
  • FIG. 8 is a schematic configuration diagram of a power transmission device 7 according to still another modification.
  • the communication device 18 is not shown for simplification.
  • the power transmission device 7 according to this modification is different from the power transmission device 5 shown in FIG. 6 in that the power supply circuit 71 has two switching elements 72-1 and 72-2 each of which serves as a half bridge circuit.
  • the configuration of the control circuit 73 is different. Therefore, the power supply circuit 71, the phase control circuit 73, and the related parts will be described below.
  • the two switching elements 72-1 and 72-2 can be, for example, n-channel MOSFETs.
  • the switching element 72-1 and the switching element 72-2 are connected in series via the power factor correction circuit 12 between the positive terminal and the negative terminal of the power supply 11. Further, the switching element 72-1 is connected to the positive side of the power supply 11, and the switching element 72-2 is connected to the negative side of the power supply 11.
  • the drain terminal of the switching element 72-1 is connected to the positive terminal of the power supply 11 via the power factor correction circuit 12, and the source terminal of the switching element 72-1 is connected to the drain terminal of the switching element 72-2. It The source terminal of the switching element 72-2 is connected to the negative terminal of the power supply 11 via the power factor correction circuit 12.
  • the source terminal of the switching element 72-1 and the drain terminal of the switching element 72-2 are connected to one end of the transmitting coil 14 via the capacitor 15, and the source terminal of the switching element 72-2 is the transmitting coil 14 Connected to the other end of.
  • the gate terminal of each switching element is connected to the control circuit 19.
  • the control circuit 19 may alternately switch on/off of the switching element 72-1 and the switching element 72-2. That is, when the switching element 72-1 is turned on and the switching element 72-2 is turned off, the capacitor 15 is charged by the current flowing from the power source 11 through the power factor correction circuit 12 and the switching element 72-1. At the same time, a current also flows in the transmission coil 14. On the other hand, when the switching element 72-1 is turned off and the switching element 72-2 is turned on, the capacitor 15 is discharged and a current flows from the capacitor 15 through the transmission coil 14. Therefore, in this modification, the control circuit 19 may control the switching frequency for switching on/off of the switching element 72-1 and the switching element 72-2 according to the determination information received from the power receiving device 3.
  • the LC series circuit of the phase control circuit 73 is connected in parallel with the transmission coil 14. Specifically, one end of the LC series circuit is connected between the source terminal of the switching element 72-1 and the drain terminal of the switching element 72-2 and the capacitor 15, and the other end of the LC series circuit is the transmission terminal.
  • the coil 14 is connected to the terminal opposite to the capacitor 15 and the negative terminal of the power supply 11. That is, in this modification, the other end of the LC series circuit is grounded.
  • the phase control circuit 73 has a diode whose anode terminal is connected to the other end of the transmission coil 14 of the capacitor of the LC series circuit and whose cathode terminal is connected to the positive terminal of the power supply 11.
  • the control circuit 19 can control ON/OFF of the switching element of the LC series circuit of the phase control circuit 73, similarly to the switching element of each LC series circuit of the phase control circuit 16 of the power transmission device 2.
  • one end of the phase control circuit connected to the capacitor 15 side of the LC series circuit may be connected between the capacitor 15 and the transmission coil 14.
  • the control circuit of the power transmission device may keep the switching frequency of the AC power supplied from the power supply circuit to the transmission coil constant.
  • the LC series circuit of the phase control circuit of the power transmission device may not have the switching element. That is, the control circuit of the power transmission device may not control the on/off of the LC series circuit of the phase control circuit or the resonance frequency of the LC series circuit.
  • the inductance of the coil and the capacitance of the capacitor of the LC series circuit may be set so that the resonance frequency of the LC series circuit becomes higher than the switching frequency.
  • the communication device 18 of the transmission device and the voltage detection circuit 27, the switching element 28, the determination circuit 29, and the communication device 30 of the power reception device may be omitted.
  • the power supply circuit of the power transmission device may not have the power factor correction circuit.
  • the power supply circuit of the power transmission device may have a smoothing capacitor that smoothes the output voltage from the full-wave rectification circuit of the power supply 11, instead of the power factor correction circuit.
  • the circuit may have a DC-DC converter so that the voltage applied to the transmission coil 14 becomes a voltage according to the specifications of the load circuit 26 and the degree of coupling between the transmission coil 14 and the reception coil 21. ..
  • the reception coil and the resonance capacitor may be connected in parallel.
  • the resonance circuit of the power receiving device is the LC parallel resonance circuit
  • the non-contact power supply device of the above-described embodiment or each modification even if the resonance circuit of the power reception device is the LC parallel resonance circuit, it is not necessary to increase the Q value, and thus the load circuit having a small resistance value is used. Even if is connected, the switching loss of the power supply circuit of the power transmission device can be reduced.
  • Non-contact power supply device 2 4-7 Power transmission device 10, 71 Power supply circuit 11 Power supply 12 Power factor improvement circuit 13-1 to 13-4, 72-1 to 72-2 Switching element 14 Transmission coil 15 Capacitor 16, 56 , 66, 73 Phase control circuit 16-1, 16-2 LC series circuit 67 Bypass circuit 17 Current detection circuit 18 Communication device 19 Control circuit 3 Power receiving device 20 Resonance circuit 21 Receiving coil 22 Resonance capacitor 23 Rectifying and smoothing circuit 24 Full wave rectification Circuit 25 Smoothing capacitor 26 Load circuit 27 Voltage detection circuit 28 Switching element 29 Judgment circuit 30 Communication device

Abstract

非接触給電装置１の送電装置（２、４－７）は、受電装置３へ電力を供給する送信コイル１４と、直流電源（１１、１２）と送信コイル１４との間にフルブリッジ状またはハーフブリッジ状に接続される複数のスイッチング素子（１３－１～１３－４，７２－１～７２－２）を有し、複数のスイッチング素子のオンとオフとがスイッチング周波数にて切り替えられることで直流電源から供給される直流電力を、スイッチング周波数を持つ交流電力に変換して送信コイルへ供給する電力供給回路（１０、７１）と、送信コイル１４の両端に接続されるＬＣ直列回路（１６－１、１６－２）を少なくとも一つ有する位相制御回路（１６、５６、６６、７３）とを有する。

Description

非接触給電装置
　本発明は、非接触給電装置に関する。
　従来より、金属の接点などを介さずに、空間を通じて電力を伝送する、いわゆる非接触給電（ワイヤレス給電とも呼ばれる）技術が研究されている。
　このような非接触給電技術の一つとして、二次（受電）側コイルのみに共振回路を構成し、共振回路に流れる共振電流の位相情報を検出し、この位相情報に基づいて、一次（送電）コイルに流れる駆動電流の電流位相が電圧位相よりもわずかに遅延するように駆動周波数を定めて一次コイルを駆動する技術が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。またこの技術では、また、二次コイルの漏れインダクタンスと共振コンデンサのキャパシタンスと等価負荷抵抗で決定されるQ値が、Q=2/k2(kは結合係数)で定まる値以上の値に設定される。この技術によれば、一次コイルでの発熱が抑制されるとともに、一次コイルの側から見た力率の最も良い周波数を駆動周波数として自動的に選択可能となる。
国際公開第２０１５／１７３８５０号
　しかしながら、上記の技術では、専ら受電側の共振回路にて共振が生じるため、受電側のコイルの近傍に磁束が集中してしまう。そのため、受電側のコイルの近傍に小さな金属片が混入した場合でも、異常発熱を生じ、その結果として、火災が発生するおそれがあった。また上記のように高いQ値を設定するためには、受電側のコイルが大型化する。
　そこで、本発明は、送電側の装置の送信コイルと受電側の装置の受信コイルとの間に異物が混入しても異常が発生することを抑制することが可能な非接触給電装置を提供することを目的とする。
　本発明の一つの形態として、送電装置と、送電装置から非接触で電力伝送される受電装置とを有する非接触給電装置が提供される。この非接触給電装置において、送電装置は、受電装置へ電力を供給する送信コイルと、直流電源と送信コイルとの間にフルブリッジ状またはハーフブリッジ状に接続される複数のスイッチング素子を有し、複数のスイッチング素子のオンとオフとがスイッチング周波数にて切り替えられることで直流電源から供給される直流電力を、スイッチング周波数を持つ交流電力に変換して送信コイルへ供給する電力供給回路と、送信コイルの両端に接続されるＬＣ直列回路を少なくとも一つ有する位相制御回路とを有する。
　係る構成を有することにより、この非接触給電装置は、送電装置の送信コイルと受電装置の受信コイルとの間に異物が混入しても異常が発生することを抑制することができる。
　この非接触給電装置において、送電装置の位相制御回路の少なくとも一つのＬＣ直列回路のそれぞれは、コイルと、そのコイルと直列に接続され、かつ、互いに並列に接続される第１のコンデンサ及び第２のコンデンサと、第２のコンデンサと直列に接続され、オンとなると第２のコンデンサをコイルに接続し、オフとなると第２のコンデンサをコイルから切り離すスイッチング素子とを有することが好ましい。そして送電装置は、電力供給回路の複数のスイッチング素子の何れかを流れる電流量の測定値を求める電流検出回路と、電力供給回路の複数のスイッチング素子の何れかがターンオフされるときの電流量の測定値が所定の許容範囲に含まれるように、少なくとも一つのＬＣ直列回路のそれぞれのスイッチング素子のオンとオフとの切り替えを制御する制御回路とをさらに有することが好ましい。
　係る構成を有することで、この非接触給電装置は、電力供給回路の各スイッチング素子に印可される電圧の位相に対する、電力供給回路の各スイッチング素子に流れる電流の位相の遅れ量を、電力供給回路の各スイッチング素子のスイッチングロス及び導通ロスを軽減するよう調整できる。
　あるいは、この非接触給電装置において、送電装置の位相制御回路の少なくとも一つのＬＣ直列回路のそれぞれは、コイルと、そのコイルと直列に接続され、かつ、互いに並列に接続される第１のコンデンサ及び第２のコンデンサと、第２のコンデンサと直列に接続され、オンとなると第２のコンデンサをコイルに接続し、オフとなると第２のコンデンサをコイルから切り離すスイッチング素子とを有することが好ましい。そして送電装置は、電力供給回路の複数のスイッチング素子のオンとオフとを切り替えるスイッチング周波数を制御するとともに、非接触給電装置が定電圧出力動作しているときの電力供給回路から送信コイルに供給される交流電力のスイッチング周波数に応じて、少なくとも一つのＬＣ直列回路のそれぞれのスイッチング素子のオンとオフとの切り替えを制御する制御回路とをさらに有することが好ましい。
　係る構成を有することで、この非接触給電装置は、電力供給回路から送信コイルに供給される交流電力のスイッチング周波数が変動しても、電力供給回路の各スイッチング素子に印可される電圧の位相に対する、電力供給回路の各スイッチング素子に流れる電流の位相の遅れ量を、電力供給回路の各スイッチング素子のスイッチングロスを軽減するよう調整できる。
　この場合において、送電装置の制御回路は、少なくとも一つのＬＣ直列回路のそれぞれの共振周波数が電力供給回路から送信コイルに供給される交流電力のスイッチング周波数よりも高くなるように、少なくとも一つのＬＣ直列回路のそれぞれのスイッチング素子のオンとオフとの切り替えを制御することが好ましい。
　係る構成を有することで、この非接触給電装置は、電力供給回路から送信コイルに供給される交流電力のスイッチング周波数に応じて、電力供給回路の各スイッチング素子のスイッチングロスを軽減できる。
　あるいはまた、この非接触給電装置において、送電装置の位相制御回路の少なくとも一つのＬＣ直列回路のそれぞれは、オンとなるとそのＬＣ直列回路を送信コイルに接続し、オフとなるとそのＬＣ直列回路を送信コイルから切り離すスイッチング素子を有することが好ましい。そして送電装置は、電力供給回路の複数のスイッチング素子のオンとオフとを切り替えるスイッチング周波数を制御するとともに、非接触給電装置が定電圧出力動作しているときの電力供給回路から送信コイルに供給される交流電力のスイッチング周波数または電圧に応じて、少なくとも一つのＬＣ直列回路のそれぞれのスイッチング素子のオンとオフとの切り替えを制御する制御回路をさらに有することが好ましい。
　係る構成を有することにより、この非接触給電装置は、送信コイルと受信コイル間の結合度が低下しても、電力供給回路の各スイッチング素子のスイッチングロスを軽減できる。
　この場合において、受電装置は、送電装置の送信コイルを介して電力を受信する受信コイルと、受信コイルとともに共振する共振コンデンサとを有する共振回路と、共振回路から出力される電力を整流する整流回路と、整流回路から出力される電力の出力電圧を測定して出力電圧の測定値を求める電圧検出回路と、出力電圧の測定値に基づいて、非接触給電装置が定電圧出力動作しているか否かを判定する判定回路と、非接触給電装置が定電圧出力動作しているか否かを表す判定情報を含む信号を送電装置へ送信する第１の通信器とを有することが好ましい。そして送電装置は、判定情報を含む信号を受信する第２の通信器をさらに有し、制御回路は、判定情報が、非接触給電装置が定電圧出力動作していないことを表す場合、受電装置の整流回路と接続される負荷回路の抵抗が変化しても出力電圧の測定値が変化しなくなるように、スイッチング周波数を制御することが好ましい。
　係る構成を有することにより、この非接触給電装置は、送信コイルと受信コイル間の結合度が変化しても定電圧出力動作を継続することが可能になるとともに、定電圧出力動作時のスイッチング周波数に応じて位相制御回路のオン／オフの切り替えを可能にできるので、送信コイルと受信コイル間の結合度が変化しても、電力供給回路の各スイッチング素子のスイッチングロスを軽減できる。
　さらに、この非接触給電装置において、送電装置の位相制御回路の少なくとも一つのＬＣ直列回路の一端は送信コイルの一端と接続され、他端は送信コイルの他端と接続されることが好ましい。
　係る構成を有することにより、位相制御回路のＬＣ直列回路の数は一つでよいので、送電装置が小型化される。
　あるいは、この非接触給電装置において、送電装置の少なくとも一つのＬＣ直列回路は、一端が送信コイルの一端と接続され、他端が接地される第１のＬＣ直列回路と、一端が送信コイルの他端と接続され、他端が接地される第２のＬＣ直列回路とを有することが好ましい。
　係る構成を有することにより、各ＬＣ直列回路のオン／オフの切り替え、または各ＬＣ直列回路の共振周波数の制御が容易となる。
図１は、本発明の一つの実施形態に係る非接触給電装置の概略構成図である。 図２Ａは、送信コイルに流れる電流の波形のシミュレーション結果の一例を示す図である。 図２Ｂは、送信コイルに流れる電流の波形のシミュレーション結果の一例を示す図である。 図２Ｃは、送信コイルに流れる電流の波形のシミュレーション結果の一例を示す図である。 図３は、本実施形態による、磁界の強度分布の一例を示すシミュレーション結果を表す図である。 図４は、比較例による、磁界の強度分布の一例を示すシミュレーション結果を表す図である。 図５は、変形例による、送電装置の概略構成図である。 図６は、他の変形例による送電装置の概略構成図である。 図７は、さらに他の変形例による送電装置の概略構成図である。 図８は、さらに他の変形例による送電装置の概略構成図である。
　以下、本発明の一つの実施形態による非接触給電装置を、図を参照しつつ説明する。
　本発明による非接触給電装置では、送電側の装置（以下、単に送電装置と呼ぶ）の送電用のコイル（以下、送信コイルと呼ぶ）の両端のそれぞれとグラウンドとの間に、ＬＣ直列回路が接続される。これにより、この非接触給電装置は、送信コイルに交流電力を供給する電力供給回路の各スイッチング素子に印可される電圧の位相に対する、電力供給回路の各スイッチング素子に流れる電流の位相の遅れ量を制御して、受電側の装置（以下、単に受電装置と呼ぶ）の共振回路のQ値を高くしなくても、電力供給回路のスイッチングロスを軽減する。その結果として、受電装置の共振回路が有するコイル（以下、受信コイルと呼ぶ）の巻き数を減らすことができる。そのため、送信コイルに供給される交流電力に対して受電装置の共振回路が主として共振することで電力伝送される場合でも、この非接触給電装置は、送信コイルと受信コイル間での磁束の偏りを軽減して、送信コイルと受信コイル間に異物が混入しても、異常発熱といった異常が発生することを抑制する。
　さらに、この非接触給電装置は、電力供給回路から送信コイルへ供給される交流電力のスイッチング周波数を制御することで、定電圧出力動作することを可能とするとともに、電力供給回路から送信コイルへ供給される交流電力の電圧を制御することで、定電圧出力動作時における、受電装置の共振回路からの出力電圧が所定の許容範囲に含まれるようにする。なお、定電圧出力動作とは、受電装置に接続される負荷回路の抵抗値が変化しても、共振回路からの出力電圧が略一定となる動作をいう。
　また、以下の実施形態に示されるように、送信コイルとＬＣ直列回路の間に、送信コイルと直列に接続されるコンデンサが存在する場合も、ＬＣ直列回路による位相の遅れ量の制御には影響がない。そのため、ＬＣ直列回路が送信コイルの一端と接続されることには、ＬＣ直列回路がコンデンサを介して送信コイルの一端と接続されることも含まれる。
　図１は、本発明の一つの実施形態に係る非接触給電装置の概略構成図である。図１に示されるように、非接触給電装置１は、送電装置２と、送電装置２から空間を介して非接触で電力伝送される受電装置３とを有する。送電装置２は、電力供給回路１０と、送信コイル１４と、コンデンサ１５と、位相制御回路１６と、電流検出回路１７と、通信器１８と、制御回路１９とを有する。一方、受電装置３は、受信コイル２１及び共振コンデンサ２２を有する共振回路２０と、整流平滑回路２３と、負荷回路２６と、電圧検出回路２７と、スイッチング素子２８と、判定回路２９と、通信器３０とを有する。
　先ず、送電装置２について説明する。
　電力供給回路１０は、調節可能なスイッチング周波数、及び、調節可能な電圧を持つ交流電力を送信コイル１４へ供給する。そのために、電力供給回路１０は、電源１１と、力率改善回路１２と、４個のスイッチング素子１３－１～１３－４とを有する。
　電源１１は、所定の脈流電圧を持つ電力を供給する。そのために、電源１１は、商用の交流電源と接続され、その交流電源から供給された交流電力を整流するための全波整流回路を有する。
　力率改善回路１２は、電源１１から出力された電力の電圧を、制御回路１９からの制御に応じた電圧を持つ直流電力に変換して出力する。そのために、力率改善回路１２の構成は、制御回路１９からの制御によって出力電圧を調整可能な様々な力率改善回路の何れかと同様の構成、例えば、特許第６３９０８０８号に記載された送電装置の力率改善回路と同様の構成とすることができる。なお、電源１１と力率改善回路１２とは、直流電源を構成する。
　４個のスイッチング素子１３－１～１３－４は、例えば、nチャネル型のMOSFETとすることができる。本実施形態では、４個のスイッチング素子１３－１～１３－４は、電源１１及び力率改善回路１２と、送信コイル１４との間に、フルブリッジ状に接続されるフルブリッジ回路を構成する。すなわち、４個のスイッチング素子１３－１～１３－４のうち、スイッチング素子１３－１とスイッチング素子１３－２は、電源１１の正極側端子と負極側端子との間に、力率改善回路１２を介して直列に接続される。また本実施形態では、電源１１の正極側に、スイッチング素子１３－１が接続され、一方、電源１１の負極側に、スイッチング素子１３－２が接続される。そしてスイッチング素子１３－１のドレイン端子は、力率改善回路１２を介して電源１１の正極側端子と接続され、スイッチング素子１３－１のソース端子は、スイッチング素子１３－２のドレイン端子と接続される。また、スイッチング素子１３－２のソース端子は、力率改善回路１２を介して電源１１の負極側端子と接続される。さらに、スイッチング素子１３－１のソース端子、及び、スイッチング素子１３－２のドレイン端子は、コンデンサ１５を介して送信コイル１４の一端に接続され、スイッチング素子１３－２のソース端子は、スイッチング素子１３－４を介して送信コイル１４の他端に接続される。
　同様に、４個のスイッチング素子１３－１～１３－４のうち、スイッチング素子１３－３とスイッチング素子１３－４は、スイッチング素子１３－１及びスイッチング素子１３－２と並列に、かつ、力率改善回路１２を介して電源１１の正極側端子と負極側端子との間に直列に接続される。また、電源１１の正極側に、スイッチング素子１３－３が接続され、一方、電源１１の負極側に、スイッチング素子１３－４が接続される。そしてスイッチング素子１３－３のドレイン端子は、力率改善回路１２を介して電源１１の正極側端子と接続され、スイッチング素子１３－３のソース端子は、スイッチング素子１３－４のドレイン端子と接続される。また、スイッチング素子１３－４のソース端子は、力率改善回路１２を介して電源１１の負極側端子と接続される。さらに、スイッチング素子１３－３のソース端子、及び、スイッチング素子１３－４のドレイン端子は、送信コイル１４の他端に接続される。
　また、スイッチング素子１３－１～１３－４のゲート端子は、制御回路１９と接続される。さらに、スイッチング素子１３－１～１３－４のゲート端子は、オンとなる電圧が印加されたときにそのスイッチング素子がオンとなることを保証するために、それぞれ、抵抗を介して自素子のソース端子と接続されてもよい。そしてスイッチング素子１３－１～１３－４は、制御回路１９からの制御信号にしたがって、調整可能なスイッチング周波数にてオン／オフが切り替えられる。本実施形態では、スイッチング素子１３－１とスイッチング素子１３－４とがオンとなっている間、スイッチング素子１３－２とスイッチング素子１３－３とがオフとなり、逆に、スイッチング素子１３－２とスイッチング素子１３－３とがオンとなっている間、スイッチング素子１３－１とスイッチング素子１３－４とがオフとなるように、スイッチング素子１３－１とスイッチング素子１３－４の組と、スイッチング素子１３－２とスイッチング素子１３－３との組について交互にオン／オフが切り替えられる。これにより、電源１１から力率改善回路１２を介して供給された直流電力は、各スイッチング素子のスイッチング周波数を持つ交流電力に変換されて、送信コイル１４に供給される。
　そして送信コイル１４は、電力供給回路１０から供給された交流電力を、空間を介して受電装置３の共振回路２０へ伝送する。
　コンデンサ１５は、送信コイル１４と直列に接続され、送信コイル１４に流れる直流電流を遮断する。本実施形態では、コンデンサ１５は、送信コイル１４の一端と、スイッチング素子１３－１のソース端子、及び、スイッチング素子１３－２のドレイン端子との間に接続される。なお、コンデンサ１５の静電容量は、送信コイル１４とコンデンサ１５とにより形成される共振回路の共振周波数が、電力供給回路１０から送信コイル１４に供給される交流電力のスイッチング周波数の調整範囲に含まれる周波数と異なるように、すなわち、電力供給回路１０から送信コイル１４に供給される交流電力に対して送信コイル１４とコンデンサ１５とにより形成される共振回路が共振しないように設定されることが好ましい。また、コンデンサ１５は省略されてもよい。
　位相制御回路１６は、送信コイル１４の両端のそれぞれにおいて、一端が送信コイル１４（またはコンデンサ１５）と接続され、他端が、電源１１の負極側端子と接続される、すなわち、接地される二つのＬＣ直列回路１６－１、１６－２を有する。ＬＣ直列回路１６－１、１６－２は、それぞれ、コイルL1,L2と、コイルL1,L2と直列、かつ、互いに並列に接続されるｎ個（ｎは２以上の整数、図１では、ｎ＝３）のコンデンサC1k,C2k(k=1,..,n)と、ｎ個のコンデンサC1k,C2kのうちの(n-1)個のコンデンサのそれぞれと直列に接続される、MOSFETといったスイッチング素子S1j,S2j(j=1,..,n-1)とを有する。スイッチング素子S1j,S2jは、制御回路１９によりオン／オフが制御される。そしてスイッチング素子S1j,S2jのうち、オンになるスイッチング素子の数が増えるほど、ＬＣ直列回路１６－１、１６－２の静電容量は増加するので、ＬＣ直列回路１６－１、１６－２の共振周波数は低下する。したがって、スイッチング素子S1j,S2jのうち、オンになるスイッチング素子の数に応じて、電力供給回路１０のスイッチング素子１３－１～１３－４に印可される電圧の位相に対する、スイッチング素子１３－１～１３－４に流れる電流の位相の遅れ量が制御される。そのため、送信コイル１４と受信コイル２１間の結合度が変化し、その変化に伴って、送信コイル１４に供給される交流電力のスイッチング周波数及び電圧が変化しても、送電装置２は、電力供給回路１０及び送信コイル１４によるソフトスイッチング動作を継続させることができるとともに、電力供給回路１０のスイッチング素子１３－１～１３－４のスイッチングロスを軽減できる。さらに、各ＬＣ直列回路の一端は接地されるので、各ＬＣ直列回路のスイッチング素子について基準となる電圧が一定となるので、各ＬＣ直列回路の制御が簡単化される。
　また、ＬＣ直列回路１６－１、１６－２において、コイルL1,L2のインダクタンスは大きいほど好ましい。これは、コイルL1,L2のインダクタンスが大きいほど、ＬＣ直列回路１６－１、１６－２に流れる電流が減少するためである。例えば、コイルL1,L2のインダクタンスは、送信コイル１４に流れる電流のうちの共振回路２０に接続される負荷回路２６の負荷に依存しない励磁電流成分よりもＬＣ直列回路１６－１、１６－２に流れる電流が小さくなるように、想定される結合度の最大値kmaxに、送信コイル１４と受信コイル２１とが電磁結合する場合の送電側の自己インダクタンスL1を乗じた値よりも大きいことが好ましい。
　電流検出回路１７は、電力供給回路１０が有するスイッチング素子１３－１～１３－４に流れる電流量を測定する。電流検出回路１７は、例えば、直流電流を測定できる公知の様々な電流検出回路の何れかとすることができる。本実施形態では、電流検出回路１７は、スイッチング素子１３－２のソース端子及びスイッチング素子１３－４のソース端子と、電源１１の負極側端子との間に接続される。そして電流検出回路１７は、非接触給電装置１が電力伝送を実施している間、スイッチング素子１３－１～１３－４に流れる電流量を測定し、測定した電流量を表す信号を制御回路１９へ出力する。
　通信器１８は、受電装置３の通信器３０から無線信号を受信する度に、その無線信号から、非接触給電装置１が定電圧出力動作しているか否かなどを表す判定情報を取り出して、制御回路１９へ出力する。そのために、通信器１８は、例えば、所定の無線通信規格に準じて無線信号を受信するアンテナと、その無線信号を復調する通信回路とを有する。なお、所定の無線通信規格は、例えば、ISO/IEC 15693、ZigBee（登録商標）、あるいはBluetooth（登録商標）とすることができる。
　制御回路１９は、例えば、不揮発性のメモリ回路及び揮発性のメモリ回路と、演算回路と、他の回路と接続するためのインターフェース回路と、各スイッチング素子への制御信号を出力するための駆動回路とを有する。そして制御回路１９は、通信器１８から判定情報を受け取る度に、その判定情報に応じて、電力供給回路１０から送信コイル１４に供給される交流電力のスイッチング周波数及び電圧を制御する。
　そのために、本実施形態では、制御回路１９は、スイッチング素子１３－１及びスイッチング素子１３－４の組とスイッチング素子１３－２及びスイッチング素子１３－３の組とが交互にオンとなり、かつ、スイッチング周波数に対応する１周期内でスイッチング素子１３－１及びスイッチング素子１３－４の組がオンとなっている期間とスイッチング素子１３－２及びスイッチング素子１３－３の組がオンとなっている期間とが等しくなるように、スイッチング素子１３－１～１３－４を制御する。なお、制御回路１９は、スイッチング素子１３－１及びスイッチング素子１３－４の組とスイッチング素子１３－２及びスイッチング素子１３－３の組が同時にオンとなり、電源１１が短絡されることを防止するために、スイッチング素子１３－１及びスイッチング素子１３－４の組とスイッチング素子１３－２及びスイッチング素子１３－３の組のオン／オフを切り替える際に、両方のスイッチング素子の組がオフとなるデッドタイムを設けてもよい。
　また、制御回路１９は、スイッチング周波数に応じて、非接触給電装置１が定電圧出力動作するための電圧を持つ交流電力が電力供給回路１０から出力されるように、力率改善回路１２を制御する。例えば、制御回路１９は、特許第６３９０８０８号に記載された送電装置の力率改善回路の制御と同様の制御を行えばよい。
　さらに、制御回路１９は、電流検出回路１７により検出された電流量に応じて、位相制御回路１６のＬＣ直列回路１６－１、１６－２の共振周波数を制御する。
　なお、制御回路１９による、位相制御回路１６のＬＣ直列回路１６－１、１６－２の共振周波数の制御、及び、スイッチング周波数及び送信コイル１４への印加電圧の制御の詳細については後述する。
　次に、受電装置３について説明する。
　共振回路２０は、受信コイル２１と共振コンデンサ２２とが直列に接続されるＬＣ共振回路である。そして共振回路２０が有する受信コイル２１の一端が、共振コンデンサ２２を介して整流平滑回路２３の一方の入力端子に接続される。また、受信コイル２１の他端が、整流平滑回路２３の他方の入力端子に接続される。
　受信コイル２１は、送電装置２の送信コイル１４に流れる交流電流と共振することで、送信コイル１４から電力を受信する。そして受信コイル２１は、共振コンデンサ２２を介して、受信した電力を整流平滑回路２３へ出力する。なお、受信コイル２１の巻き数と、送電装置２の送信コイル１４の巻き数は同一でもよく、あるいは、異なっていてもよい。
　共振コンデンサ２２は、その一端で受信コイル２１の一端と接続されるとともに、他端で整流平滑回路２３と接続される。そして共振コンデンサ２２は、受信コイル２１とともに、送信コイル１４に流れる電流に対して共振することで電力を受電し、受電した電力を整流平滑回路２３へ出力する。
　整流平滑回路２３は、整流回路の一例であり、ブリッジ接続された４個のダイオードを有する全波整流回路２４と平滑コンデンサ２５とを有し、共振回路２０から出力された電力を整流し、かつ、平滑化して、直流電力に変換する。そして整流平滑回路２３は、その直流電力を、負荷回路２６に出力する。
　電圧検出回路２７は、整流平滑回路２３の両端子間の出力電圧を測定する。整流平滑回路２３の両端子間の出力電圧は、共振回路２０の出力電圧と１対１に対応するので、整流平滑回路２３の両端子間の出力電圧の測定値は、間接的に共振回路２０の出力電圧の測定値となる。電圧検出回路２７は、例えば、直流電圧を検出できる公知の様々な電圧検出回路の何れかとすることができる。そして電圧検出回路２７は、その出力電圧の測定値を表す電圧検出信号を判定回路２９へ出力する。
　スイッチング素子２８は、例えば、MOSFETであり、整流平滑回路２３と負荷回路２６との間に接続される。スイッチング素子２８は、オフとなると整流平滑回路２３から負荷回路２６へ電流が流れないようにし（すなわち、負荷回路２６の交流等価抵抗値Rac=∞）、一方、オンとなると整流平滑回路２３から負荷回路２６へ電流が流れるようにする。
　判定回路２９は、電圧検出回路２７から受け取った出力電圧の測定値に基づいて、非接触給電装置１が定電圧出力動作しているか否か、及び、出力電圧の測定値が、定電圧出力動作が行われているときの電圧の許容範囲内に含まれているか否か判定する。そして判定回路２９は、その判定結果を通信器３０へ通知する。そのために、判定回路２９は、例えば、電圧の許容範囲を記憶するメモリ回路と、出力電圧の測定値と電圧の許容範囲とを比較する演算回路と、スイッチング素子２８のオン／オフを制御するための制御回路を有する。
　判定回路２９は、出力電圧の測定値が、電圧の許容範囲から外れている間、所定の周期でスイッチング素子２８のオン／オフを切り替える。これにより、その所定の周期で、整流平滑回路２３と接続される、負荷回路２６を含む回路全体の抵抗値が変化する。したがって、判定回路２９は、スイッチング素子２８のオン／オフを切り替えながら、出力電圧の測定値が略一定となるか否かを判定することで、非接触給電装置１が定電圧出力動作しているか否かを判定できる。そこで、判定回路２９は、所定の周期でスイッチング素子２８のオン／オフを切り替えても出力電圧の測定値が略一定となっている間、非接触給電装置１が定電圧出力動作していることを通信器３０へ通知する。
　また、判定回路２９は、出力電圧の測定値が所定の周期よりも長い一定期間の間、非接触給電装置１が定電圧出力動作している場合、スイッチング素子２８のオン／オフの切り替えを停止して、オンとなる状態を維持する。そして判定回路２９は、出力電圧の測定値が電圧の許容範囲に含まれるか否か判定し、その判定結果を通信器３０へ通知する。
　その際、判定回路２９は、出力電圧の測定値が所定の周期よりも長い一定期間の間、電圧の許容範囲に含まれる場合、非接触給電装置１が定電圧出力動作しており、かつ、出力電圧の測定値が電圧の許容範囲内であることを表す判定結果を通信器３０へ通知する。
　なお、変形例によれば、受電装置３は、整流平滑回路２３に対して、負荷回路２６と並列に接続される抵抗を有していてもよい。この場合、スイッチング素子２８は、その抵抗と直列、かつ、負荷回路２６と並列となるように設けられてもよい。この場合には、出力電圧の測定値が電圧の許容範囲に含まれる間、判定回路２９は、スイッチング素子２８をオフにする。一方、出力電圧の測定値が電圧の許容範囲から外れると、上記の実施形態と同様に、判定回路２９は、所定の周期でスイッチング素子２８のオン／オフを切り替えればよい。この変形例によれば、非接触給電装置１が定電圧出力動作していない場合にも、負荷回路２６への電力供給が継続される。
　さらに他の変形例によれば、上記の抵抗と並列、かつ、負荷回路２６と直列に、MOSFETといった第２のスイッチング素子が設けられてもよい。この場合、出力電圧の測定値が電圧の許容範囲に含まれる間、判定回路２９は、第２のスイッチング素子をオンにして、負荷回路２６への電力供給を可能とする。一方、出力電圧の測定値が電圧の許容範囲から外れると、判定回路２９は、第２のスイッチング素子をオフにして、負荷回路２６への電力供給を停止してもよい。これにより、送電装置２においてスイッチング周波数が調整されている間に、受電した電力の電圧が過度に高くなっても、その過度に高い電圧が負荷回路２６に印加されることが防止される。
　通信器３０は、所定の送信周期ごとに、判定回路２９から受け取った判定結果に応じて、非接触給電装置１が定電圧出力動作しているか否か、及び、出力電圧の測定値が電圧の許容範囲に含まれるか否かを表す判定情報を含む無線信号を生成し、その無線信号を送電装置２の通信器１８へ向けて送信する。そのために、通信器３０は、例えば、所定の無線通信規格に準じて無線信号を生成する通信回路と、その無線信号を出力するアンテナとを有する。なお、所定の無線通信規格は、通信器１８と同様に、例えば、ISO/IEC 15693、ZigBee（登録商標）、あるいはBluetooth（登録商標）とすることができる。
　以下、非接触給電装置１の動作の詳細について説明する。
　本実施形態では、送電装置２の制御回路１９は、通信器１８から受け取った判定情報に基づいて、非接触給電装置１が定電圧出力動作を継続するように、電力供給回路１０から送信コイル１４に供給される交流電力のスイッチング周波数及び電圧を制御する。さらに、制御回路１９は、電力供給回路１０のスイッチング素子１３－１～１３－４のスイッチングロスが軽減されるように、電流検出回路１７により検出された電流量に基づいて、位相制御回路１６のＬＣ直列回路１６－１、１６－２が有するスイッチング素子S1j,S2jのオン／オフを制御して、スイッチング素子１３－１～１３－４に印可される電圧の位相に対する、スイッチング素子１３－１～１３－４に流れる電流の位相の遅れ量を制御する。
　最初に、電力供給回路１０から送信コイル１４に供給される交流電力のスイッチング周波数及び電圧の制御について説明する。上述したように、本実施形態による非接触給電装置１は、送電側における共振を利用しないものの、いわゆる一次直列二次直列コンデンサ方式（ＳＳ方式）と同様の構成を有する。このことから、非接触給電装置１の出力電圧の周波数特性は、ＳＳ方式の非接触給電装置の出力電圧の周波数特性と類似したものとなる。
　そこで、制御回路１９は、定電圧出力動作を達成するために、下記のように送信コイル１４に印加される交流電力のスイッチング周波数及び電圧を制御する。
　通信器１８から出力電圧の測定値が許容範囲から外れていることを表す判定情報を受け取ると、制御回路１９は、交流電力のスイッチング周波数を所定の周波数領域内で変化させる。所定の周波数領域は、例えば、送電装置２から受電装置３への給電が行われる場合における、送信コイル１４と受信コイル２１間の想定される結合度の最小値において定電圧出力となる周波数を下限とし、送信コイル１４と受信コイル２１間の想定される結合度の最大値において定電圧出力となる周波数を上限とする周波数領域とすることができる。
　制御回路１９は、スイッチング周波数を変化させる際、所定の周波数領域の下限から上限まで順にスイッチング周波数を高くしてもよく、あるいは、逆に、所定の周波数領域の上限から下限まで順にスイッチング周波数を低くしてもよい。その際、制御回路１９は、受電装置３の判定回路２９が、出力電圧の測定値が略一定となったか否かを調べることができるように、判定回路２９がスイッチング素子２８のオンとオフを切り替える周期よりも長い期間、同じスイッチング周波数を保つように、ステップ状にスイッチング周波数を変化させることが好ましい。
　制御回路１９は、受電装置３から通信器１８を介して受けとった無線信号に含まれる判定情報において、出力電圧の測定値が電圧の許容範囲には含まれないものの、負荷回路２６の抵抗が変化しても略一定となることが示されていると、それ以降、スイッチング周波数を一定に保つ。そして次に、制御回路１９は、スイッチング周波数と、そのスイッチング周波数において結合度によらず、負荷回路２６に対して略一定の電圧が出力されるように、力率改善回路１２から出力される直流電圧を制御する。これにより、共振回路２０からの出力電圧が電圧の許容範囲に含まれるように、すなわち、結合度によらずに略一定の電圧が出力されるように、送信コイル１４に印加される電圧が調整される。そして制御回路１９は、受電装置３から通信器１８を介して受けとった無線信号に含まれる判定情報において、出力電圧の測定値が電圧の許容範囲に含まれることが示されると、送信コイル１４に供給される交流電力のスイッチング周波数及び電圧を一定に保つ。
　なお、制御回路１９は、受電装置３から通信器１８を介して受けとった無線信号に含まれる判定情報において、出力電圧の測定値が電圧の許容範囲に含まれることが示されるようになるまで、力率改善回路１２から出力される電圧が徐々に高くなるように、力率改善回路を制御してもよい。
　次に、位相制御回路１６の制御について説明する。エネルギー伝送効率を向上するためには、送電装置２の電力供給回路１０のスイッチング素子１３－１～１３－４が継続してソフトスイッチング（誘導性）動作することが好ましい。スイッチング素子１３－１～１３－４がソフトスイッチング動作するためには、スイッチング素子１３－１～１３－４に印加される電圧の位相に対して、スイッチング素子１３－１～１３－４を流れる電流の位相が遅れることが好ましい。これにより、例えば、スイッチング素子１３－１及びスイッチング素子１３－４がオンとなる際に、スイッチング素子１３－１のソース端子からドレイン端子へ向かって電流が流れることになるので、電力供給回路１０のスイッチング素子１３－１～１３－４がソフトスイッチング動作することとなる。
　さらに、スイッチング素子１３－１～１３－４がオンからオフに切り替わるとき（すなわち、ターンオフされるとき）の送信コイル１４に流れる電流の波高値が小さいほど、スイッチング素子１３－１～１３－４におけるスイッチングロスが軽減される。
　図２Ａ～図２Ｃは、それぞれ、スイッチング素子１３－１～１３－４の何れかに流れる電流の波形のシミュレーション結果の一例を示す図である。図２Ａ～図２Ｃのそれぞれにおいて、横軸は時間を表し、縦軸は電流量を表す。このシミュレーションにおいて、送信コイル１４のインダクタンスLp及び受信コイル２１のインダクタンスLsを220μHとした。また、コンデンサ１５の静電容量を440nFとし、共振コンデンサ２２の静電容量を16.5nFとした。さらに、負荷回路２６の抵抗値Roを8Ωとし、送信コイル１４と受信コイル２１間の結合度kを0.15とした。そして送信コイル１４に印加される交流電力のスイッチング周波数を84.5kHzとし、その交流電力の電圧を270Vとした。
　図２Ａに示される波形２０１は、比較例として、位相制御回路１６が接続されていない場合における、スイッチング素子１３－１～１３－４の何れかに流れる電流の波形である。また、図２Ｂに示される波形２０２は、位相制御回路１６の各ＬＣ直列回路のコイルのインダクタンスを220μHとし、そのＬＣ直列回路のコンデンサの静電容量を11nFとした場合（すなわち、ＬＣ直列回路の共振周波数＝102kHz）における、送信コイル１４に流れる電流の波形である。さらに、図２Ｃに示される波形２０３は、位相制御回路１６の各ＬＣ直列回路のコイルのインダクタンスを220μHとし、そのＬＣ直列回路のコンデンサの静電容量を8nFとした場合（すなわち、ＬＣ直列回路の共振周波数＝120kHz）における、送信コイル１４に流れる電流の波形である。
　図２Ａ～図２Ｃにおいて、時刻toffは、電力供給回路１０のスイッチング素子１３－１～１３－４のうちの同時にオンとなる組について、ターンオフされるタイミングである。図２Ａに示される比較例では、タイミングtoffにおける電流量は3.75Aであり、スイッチング素子１３－１～１３－４のうちの着目するスイッチング素子に流れる電流の実効値は1.65Aである。また、図２Ｂに示される例では、タイミングtoffにおける電流量は0.95Aであり、着目するスイッチング素子に流れる電流の実効値は0.68Aである。そして図２Ｃに示される例では、タイミングtoffにおける電流量は2.6Aであり、着目するスイッチング素子に流れる電流の実効値は1.05Aである。波形２０１～２０３に示されるように、位相制御回路１６が設けられることで、電力供給回路１０のスイッチング素子１３－１～１３－４がターンオフする際の電流波高値が低下する。また、着目するスイッチング素子に流れる電流の実効値も低下する。そのため、各スイッチング素子におけるスイッチングロス及び導通ロスの両方が軽減される。また、波形２０１～２０３に示されるように、位相制御回路１６の各ＬＣ直列回路の共振周波数は、送信コイル１４に供給される交流電力のスイッチング周波数よりも高いことが好ましく、特に、そのスイッチング周波数の2倍未満であることが好ましい。
　これは以下の理由による。すなわち、スイッチング素子１３－１～１３－４に流れる電流量は、送信コイル１４に流れる電流量と位相制御回路１６の各ＬＣ直列回路に流れる電流量の和となる。そして送信コイル１４に流れる電流の位相は、スイッチング素子１３－１～１３－４に印加される電圧の位相よりも遅れる。一方、位相制御回路１６の各ＬＣ直列回路の共振周波数が、送信コイル１４に供給される交流電力のスイッチング周波数よりも高いと、各ＬＣ直列回路に流れる電流の位相は、スイッチング素子１３－１～１３－４に印加される電圧の位相よりも進む。特に、各ＬＣ直列回路の共振周波数が、送信コイル１４に供給される交流電力のスイッチング周波数の2倍未満であれば、スイッチング素子１３－１～１３－４において、送信コイル１４に流れる電流と位相制御回路１６の各ＬＣ直列回路に流れる電流とが互いに打ち消し合い、その結果として、スイッチング素子１３－１～１３－４に流れる電流の実効値も低下することになる。
　したがって、制御回路１９は、スイッチング素子１３－１～１３－４のうちの同時にオンとなる組の何れか（例えば、スイッチング素子１３－１と１３－４）について、ターンオフされるタイミングtoffにおける、電流検出回路１７により検出された電流量の測定値を所定の許容範囲と比較する。そして制御回路１９は、電流量の測定値が許容範囲から外れている場合に、ＬＣ直列回路１６－１、１６－２のスイッチング素子S1j,S2jのオン／オフを切り替える。なお、許容範囲の下限値は、例えば、0に所定のオフセットを加えた値とすることができる。これにより、スイッチング素子１３－１～１３－４に流れる電流の位相がスイッチング素子１３－１～１３－４に印加される電圧の位相よりも進んで、スイッチング素子１３－１～１３－４のスイッチングがハードスイッチングとなることが防止される。また、許容範囲の上限値は、位相制御回路１６が無い場合における、タイミングtoffにおける、電流検出回路１７よる電流量の測定値よりも小さい値に設定される。
　制御回路１９は、スイッチング素子S1j,S2jのオン／オフの切り替えに関して、二つのＬＣ直列回路１６－１、１６－２について同じ処理を実行すればよい。そこで以下では、ＬＣ直列回路１６－１における、スイッチング素子S1jのオン／オフの切り替えについて説明する。
　例えば、制御回路１９は、スイッチング素子S1jの全てがオフとなっている場合において、電流量の測定値が許容範囲から外れていると、スイッチング素子S1jの何れかをオンにする。また、制御回路１９は、スイッチング素子S1jの全てがオンとなっている場合において、電流量の測定値が許容範囲から外れていると、スイッチング素子S1jの何れかをオフにする。さらに、スイッチング素子S1jのうちの何れかがオンとなり、その他のスイッチング素子がオフとなっている場合において、電流量の測定値が許容範囲から外れていると、スイッチング素子S1jのうちのオフとなっているものの何れかをオンにする。そしてオンとなるスイッチング素子が増えても、電流量の測定値が許容範囲から外れたままとなっている場合には、制御回路１９は、直前にオンしたスイッチング素子とともに、それ以前にオンとなっているスイッチング素子をオフにする。また、スイッチング素子S1jが２個以上ある場合には、制御回路１９は、電流量の測定値が許容範囲に含まれるまで、スイッチング素子S1jを一つずつ順にオンにする。そして全てのスイッチング素子S1jがオンとなっても、電流量の測定値が許容範囲から外れたままである場合には、制御回路１９は、電流量の測定値が許容範囲に含まれるまで、スイッチング素子S1jを一つずつ順にオフにすればよい。
　また、タイミングtoffにおける電流量の測定値が所定の許容範囲に含まれる場合には、制御回路１９は、スイッチング素子S1jのオン／オフの切り替えを行わない。
　これにより、制御回路１９は、位相制御回路１６の各ＬＣ直列回路の共振周波数を調整して、スイッチング素子１３－１～１３－４に印加される電圧の位相に対する、スイッチング素子１３－１～１３－４に流れる電流の位相の遅れ量を、スイッチング素子１３－１～１３－４によるスイッチングロス及び導通ロスを軽減するように調整できる。
　図３は、本実施形態による、磁界の強度分布の一例を示すシミュレーション結果を表す図である。図３のシミュレーションは、図２Ｂのシミュレーションと同じ条件を用いて実行した。図３に示される磁界の強度分布３００において、黒いところほど、磁界が強いことが表される。強度分布３００に示されるように、送信コイル１４の近傍に生じる磁界の強さと、受信コイル２１の近傍に生じる磁界の強さとは、ほぼ等しいことが分かる。
　なお、このシミュレーションにおいて、送信コイル１４の巻き線１４ａが巻き付けられるコア１４ｂの受信コイル２１側の表面に、厚さ0.5mm、幅10mmのアルミ片が位置する場合、99.9mWのロスが生じる。一方、受信コイル２１の巻き線２１ａが巻き付けられるコア２１ｂの送信コイル１４側の表面に、厚さ0.5mm、幅10mmのアルミ片が位置する場合、100.1mWのロスが生じる。このように、異物の位置が送電側または受電側の何れに近い場合でも、異物により生じるロスは同程度となる。
　図４は、比較例による、磁界の強度分布の一例を示すシミュレーション結果を表す図である。図４のシミュレーションは、位相制御回路１６が無い条件、すなわち、図２Ａのシミュレーションと同じ条件を用いて実行した。図４に示される磁界の強度分布４００において、黒いところほど、磁界が強いことが表される。強度分布４００に示されるように、送信コイル１４の近傍に生じる磁界と比較して、受信コイル２１の近傍に生じる磁界の方が強く、送信コイル１４と受信コイル２１間の磁界の強さに偏りが生じていることが分かる。
　このシミュレーションにおいて、送信コイル１４の巻き線１４ａが巻き付けられるコア１４ｂの受信コイル２１側の表面に、厚さ0.5mm、幅10mmのアルミ片が位置する場合、28mWのロスが生じる。一方、受信コイル２１の巻き線２１ａが巻き付けられるコア２１ｂの送信コイル１４側の表面に、厚さ0.5mm、幅10mmのアルミ片が位置する場合、302mWのロスが生じる。
　このように、比較例では、生じる磁界が強い受信コイル２１の近傍に異物が混入すると大きなロスが生じ、その結果、異物において発熱量が大きくなるのに対して、本実施形態では、送信コイル１４と受信コイル２１間に異物が混入しても、比較的ロスが小さく、異物による発熱が抑制されることが分かる。
　以上に説明してきたように、この非接触給電装置は、送電装置の送信コイルの両端に接続されたＬＣ直列回路を有する。そしてこの非接触給電装置は、送信コイルに交流電力を供給する電力供給回路の各スイッチング素子がターンオフされるタイミングにおける、各スイッチング素子に流れる電流に応じてＬＣ直列回路のコンデンサの容量を調節することで、そのＬＣ直列回路の共振周波数を制御して、各スイッチング素子に印加される電圧の位相に対する、各スイッチング素子に流れる電流の位相の遅れ量を適切に制御する。これにより、この非接触給電装置は、受電装置の共振回路のQ値を高くしなくても、電力供給回路の各スイッチング素子のスイッチングロス及び導通ロスを軽減することができる。その結果として、この非接触給電装置は、受電装置の共振回路が有する受信コイルの巻き数を減らすことができるとともに、受信コイル及び共振コンデンサに要求される耐圧を低減できる。そのため、送信コイルに供給される交流電力に対して受電装置の共振回路が主として共振することで電力伝送される場合でも、この非接触給電装置は、送信コイルと受信コイル間に生じる磁束の偏りを軽減して、送信コイルと受信コイル間に異物が混入しても、異常発熱といった異常が発生することを抑制する。さらに、この非接触給電装置は、受信コイルの巻き数を減らすことができるので、受信コイルを小型化でき、その結果として、受電装置全体を小型化できる。さらに、この非接触給電装置は、送信コイルと受信コイル間の結合度が低い場合でも、電力供給回路の各スイッチング素子のスイッチングロスを低減できるので、電力伝送時の送電装置と受電装置間の距離、すなわち送電距離を長くすることができる。
　変形例によれば、位相制御回路１６の各ＬＣ直列回路は、互いに並列に接続されるｎ個（ｎは２以上の整数）のコイルと、ｎ個のコイルのうちの(n-1)個のコイルのそれぞれと直列に接続される、MOSFETといったスイッチング素子を有していてもよい。なお、各ＬＣ直列回路において、一つのコンデンサが、各コイルと直列に接続されてもよく、あるいは、ｎ個のコンデンサのそれぞれが、互いに異なるコイルと直列に接続されてもよい。この場合も、各ＬＣ直列回路のスイッチング素子のうち、オンとなるスイッチング素子の数に応じて、各ＬＣ直列回路の共振周波数が変化する。そのため、各ＬＣ直列回路のスイッチング素子のうち、オンとなるスイッチング素子の数に応じて、電力供給回路１０のスイッチング素子１３－１～１３－４に印加される電圧の位相に対する、スイッチング素子１３－１～１３－４に流れる電流の位相の遅れ量が制御される。そこで制御回路１９は、上記の実施形態と同様に、電力供給回路１０のスイッチング素子１３－１～１３－４に流れる電流量に応じて、各ＬＣ直列回路のスイッチング素子のオン／オフを制御すればよい。
　なお、上記のように、位相制御回路１６の各ＬＣ直列回路の共振周波数は、送信コイル１４に供給される交流電力のスイッチング周波数よりも高いことが好ましい。そこで変形例によれば、送電装置２の制御回路１９は、定電圧出力動作時において電力供給回路１０から送信コイル１４に供給される交流電力のスイッチング周波数に応じて、位相制御回路１６の各ＬＣ直列回路の共振周波数がそのスイッチング周波数よりも高くなるように、各ＬＣ直列回路のスイッチング素子S1j,S2jのうち、オンとなるものを決定してもよい。この場合には、制御回路１９は、例えば、送信コイル１４に供給される交流電力のスイッチング周波数と、位相制御回路１６の各ＬＣ直列回路のスイッチング素子S1j,S2jのうちのオンとなるものの組み合わせを表す参照テーブルを予め記憶しておけばよい。そして制御回路１９は、その参照テーブルを参照して、送信コイル１４に供給される交流電力のスイッチング周波数に対応する、各ＬＣ直列回路のスイッチング素子S1j,S2jのうちのオンとなるものの組み合わせを決定し、決定した組み合わせに含まれる各スイッチング素子をオンとなるように制御すればよい。
　この変形例でも、送電装置２の制御回路１９は、各ＬＣ直列回路の共振周波数を調整して、電力供給回路の各スイッチング素子に印加される電圧の位相に対する、電力供給回路の各スイッチング素子に流れる電流の位相の遅れ量を適切に制御できる。そのため、制御回路１９は、電力供給回路の各スイッチング素子のスイッチングロス及び導通ロスを軽減できる。またこの変形例によれば、電流検出回路１７は省略されてもよい。
　また、送信コイル１４と受信コイル２１間の結合度が高くなると、位相制御回路が無くても、電力供給回路１０のスイッチング素子１３－１～１３－４に印加される電圧の位相に対する、スイッチング素子１３－１～１３－４に流れる電流の位相の遅れ量が、スイッチング素子１３－１～１３－４のスイッチングロスが小さくなる遅れ量となる。そこで他の変形例によれば、送信コイル１４と受信コイル２１間の結合度に応じて、位相制御回路の各ＬＣ直列回路のオン／オフが切り替えられてもよい。
　図５は、この変形例による、送電装置４の概略構成図である。図５では、簡単化のために、通信器１８の図示は省略される。この変形例による送電装置４は、図１に示される送電装置２と比較して、位相制御回路１６のＬＣ直列回路１６－１、１６－２が有するコンデンサ及びスイッチング素子の数がそれぞれ一つである点と、電流検出回路１７を有さない点と、制御回路１９による位相制御回路１６の制御について相違する。そこで以下では、これらの相違点について説明する。送電装置４のその他の構成要素については、上記の実施形態における対応する構成要素の説明を参照されたい。
　この変形例では、制御回路１９は、送信コイル１４と受信コイル２１間の結合度が所定値以上となった場合にＬＣ直列回路１６－１、１６－２のスイッチング素子S1,S2をオフにして、ＬＣ直列回路１６－１、１６－２を送信コイル１４から切り離し、ＬＣ直列回路１６－１、１６－２が位相の遅れ量に対して影響しないようにする。一方、制御回路１９は、送信コイル１４と受信コイル２１間の結合度が所定値未満となった場合にＬＣ直列回路１６－１、１６－２のスイッチング素子S1,S2をオンにして、電力供給回路１０のスイッチング素子１３－１～１３－４によるスイッチングロスが軽減されるような位相の遅れ量に調整する。
　具体的に、送信コイル１４と受信コイル２１間の結合度が高くなるほど、非接触給電装置１が定電圧出力動作する、電力供給回路１０から送信コイル１４に供給される交流電力のスイッチング周波数は高くなるとともに、電力供給回路１０から送信コイル１４に供給される交流電力の電圧は低下する。そこで、制御回路１９は、非接触給電装置１が定電圧出力動作する際の、電力供給回路１０から送信コイル１４に供給される交流電力のスイッチング周波数が結合度の所定値に対応する周波数閾値以上となると、ＬＣ直列回路１６－１、１６－２のスイッチング素子S1,S2をオフにする。一方、制御回路１９は、非接触給電装置１が定電圧出力動作する際の、電力供給回路１０から送信コイル１４に供給される交流電力のスイッチング周波数がその周波数閾値未満になると、ＬＣ直列回路１６－１、１６－２のスイッチング素子S1,S2をオンにする。
　あるいは、制御回路１９は、非接触給電装置１が定電圧出力動作する際の、電力供給回路１０から送信コイル１４に供給される交流電力の電圧が結合度の所定値に対応する電圧閾値以下となると、ＬＣ直列回路１６－１、１６－２のスイッチング素子S1,S2をオフにしてもよい。一方、制御回路１９は、非接触給電装置１が定電圧出力動作する際の、電力供給回路１０から送信コイル１４に供給される交流電力の電圧がその電圧閾値よりも高くなると、ＬＣ直列回路１６－１、１６－２のスイッチング素子S1,S2をオンにしてもよい。なお、制御回路１９は、電力供給回路１０から送信コイル１４に供給される交流電力の電圧を、例えば、電力供給回路１０が有する力率改善回路の制御パラメータ（例えば、力率改善回路が有するスイッチング素子のオン／オフのデューティ比）により推定することができる。
　この変形例によれば、位相制御回路の構成が簡単化されるので、送電装置が小型化される。また、送電装置の制御回路による位相制御回路の制御も簡単化できる。さらに、この変形例においても、非接触給電装置は、送信コイルと受信コイル間の結合度が変化しても、特に、その結合度が低下しても、電力供給回路の各スイッチング素子のスイッチングロスを軽減できる。
　さらに他の変形例によれば、位相制御回路のＬＣ直列回路は、送信コイル１４と並列に接続されてもよい。
　図６は、さらに他の変形例による送電装置５の概略構成図である。図６では、簡単化のために、通信器１８の図示は省略される。この変形例による送電装置５は、図５に示される送電装置４と比較して、位相制御回路５６の構成が異なる。そこで以下では、位相制御回路５６及びその関連部分について説明する。送電装置５のその他の構成要素については、上記の実施形態または変形例における対応する構成要素の説明を参照されたい。
　位相制御回路５６は、一つのＬＣ直列回路を有し、そのＬＣ直列回路の一端は、コンデンサ１５を介して送信コイル１４の一端と接続され、そのＬＣ直列回路の他端は、送信コイル１４の他端と接続される。また、ＬＣ直列回路と直列に接続されるスイッチング素子S1は、nチャネル型のMOSFETを有する。この変形例では、ＬＣ直列回路の両端の電位は変動する。そこで、図４に示される変形例と同様にＬＣ直列回路のスイッチング素子S1のオン／オフを制御できるようにするために、位相制御回路５６は、負極側が接地される定電圧源と、定電圧源によりバイアスされるダイオードＤと、ＬＣ直列回路の他端及び送信コイル１４の他端に対して一端が接続され、他端がダイオードDのカソード端子と接続されるコンデンサCとを有する。これにより、位相制御回路５６のスイッチング素子S1のMOSFETのゲート端子の電圧がソース端子よりも一定以上高くなり、制御回路１９は、スイッチング素子S1のオン／オフを、図４に示される変形例と同様に制御することができる。なお、この変形例においても、送電装置２と同様に、スイッチング素子１３－１～１３－４に流れる電流量を測定する電流検出回路を設けてもよい。この場合、制御回路１９は、電力供給回路の何れかのスイッチング素子がターンオフされるタイミングにおける、スイッチング素子１３－１～１３－４に流れる電流量の測定値が所定の閾値以上となる場合に、スイッチング素子S1をオンにし、その電流量の測定値が所定の閾値未満となる場合に、スイッチング素子S1をオフにしてもよい。
　この変形例によれば、位相制御回路が有するＬＣ直列回路は一つでよいので、送電装置がより小型化される。
　なお、送電装置５では、位相制御回路５６のスイッチング素子S1がオフにされる際に、位相制御回路５６のＬＣ直列回路が有するコイルに生じる逆起電力により、送信コイル１４に意図しない電流が流れるおそれがある。そこで他の変形例によれば、位相制御回路５６のＬＣ直列回路が有するコイルに生じる逆起電力により流れる電流をバイパスさせるバイパス回路がさらに設けられてもよい。また、スイッチング素子S1がオフされている間、スイッチング素子S1に印可される電圧を下げるために、スイッチング素子S1に対して並列に接続されるコンデンサがさらに設けられてもよい。
　図７は、さらに他の変形例による送電装置６の概略構成図である。図７では、簡単化のために、通信器１８の図示は省略される。この変形例による送電装置６は、図６に示される送電装置５と比較して、位相制御回路６６がバイパス回路６７を有する点で異なる。そこで以下では、位相制御回路６６及びその関連部分について説明する。送電装置６のその他の構成要素については、上記の実施形態または変形例における対応する構成要素の説明を参照されたい。
　この変形例では、位相制御回路６６は、ＬＣ直列回路のコイルが接続されていない方のコンデンサの一端と、電力供給回路１０のスイッチング素子１３－１のソース端子との間に接続されるバイパス回路６７を有する。バイパス回路６７は、ＬＣ直列回路のコンデンサに対してアノード端子が接続されるダイオードと、そのダイオードとスイッチング素子１３－１のソース端子との間に接続されるコンデンサと、そのコンデンサと並列に接続される抵抗とを有する。
　位相制御回路６６のスイッチング素子S1がオンからオフに切り替えられると、位相制御回路６６のＬＣ直列回路のコイルの逆起電力により生じる電流は、バイパス回路６７のダイオードを経由してバイパス回路６７のコンデンサへ流れる。また、スイッチング素子S1は、その逆起電力により生じる電流に対しては逆バイアスされているので、その電流はスイッチング素子S1を介しては流れない。そのため、その逆起電力により生じる電流が送信コイル１４へ流れることが防止される。なお、バイパス回路６７のコンデンサに充電された電荷は、そのコンデンサと並列に接続された抵抗により消費される。
　この変形例によれば、位相制御回路のＬＣ直列回路が有するコイルに生じる逆起電力により、送信コイルに意図しない電流が流れることが防止される。
　さらに他の変形例によれば、電力供給回路は、力率改善回路から出力される直流電力を、複数のスイッチング素子がハーフブリッジ状に接続されるハーフブリッジ回路を用いて交流電力に変換してもよい。
　図８は、さらに他の変形例による送電装置７の概略構成図である。図８では、簡単化のために、通信器１８の図示は省略される。この変形例による送電装置７は、図６に示される送電装置５と比較して、電力供給回路７１が、ハーフブリッジ回路となる二つのスイッチング素子７２－１、７２－２を有する点と、位相制御回路７３の構成が相違する。そこで以下では、電力供給回路７１、位相制御回路７３及びその関連部分について説明する。送電装置７のその他の構成要素については、上記の実施形態または変形例における対応する構成要素の説明を参照されたい。
　この変形例でも、二つのスイッチング素子７２－１、７２－２は、例えば、nチャネル型のMOSFETとすることができる。スイッチング素子７２－１とスイッチング素子７２－２は、電源１１の正極側端子と負極側端子との間に、力率改善回路１２を介して直列に接続される。また、電源１１の正極側に、スイッチング素子７２－１が接続され、一方、電源１１の負極側に、スイッチング素子７２－２が接続される。そしてスイッチング素子７２－１のドレイン端子は、電源１１の正極側端子と力率改善回路１２を介して接続され、スイッチング素子７２－１のソース端子は、スイッチング素子７２－２のドレイン端子と接続される。また、スイッチング素子７２－２のソース端子は、電源１１の負極側端子と力率改善回路１２を介して接続される。さらに、スイッチング素子７２－１のソース端子、及び、スイッチング素子７２－２のドレイン端子は、コンデンサ１５を介して送信コイル１４の一端に接続され、スイッチング素子７２－２のソース端子は、送信コイル１４の他端に接続される。また、各スイッチング素子のゲート端子は、制御回路１９と接続される。
　この変形例では、制御回路１９は、スイッチング素子７２－１とスイッチング素子７２－２のオン／オフを交互に切り替えればよい。すなわち、スイッチング素子７２－１がオンとなり、スイッチング素子７２－２がオフとなる場合には、電源１１から力率改善回路１２及びスイッチング素子７２－１を介して流れる電流によりコンデンサ１５が充電されるとともに、送信コイル１４にも電流が流れる。一方、スイッチング素子７２－１がオフとなり、スイッチング素子７２－２がオンとなる場合には、コンデンサ１５が放電して、コンデンサ１５から送信コイル１４を介して電流が流れる。したがって、この変形例では、制御回路１９が、受電装置３から受信した判定情報に応じて、スイッチング素子７２－１とスイッチング素子７２－２のオン／オフを切り替えるスイッチング周波数を制御すればよい。
　また、この変形例では、位相制御回路７３のＬＣ直列回路は、送信コイル１４と並列に接続される。具体的に、ＬＣ直列回路の一端は、スイッチング素子７２－１のソース端子、及び、スイッチング素子７２－２のドレイン端子と、コンデンサ１５との間に接続され、ＬＣ直列回路の他端は、送信コイル１４のコンデンサ１５と反対側の端子及び電源１１の負極側端子に接続される。すなわち、この変形例では、ＬＣ直列回路の他端は接地される。さらに、位相制御回路７３は、ＬＣ直列回路のコンデンサの送信コイル１４の他端との間にアノード端子が接続され、カソード端子が電源１１の正極側端子と接続されるダイオードを有する。これにより、ＬＣ直列回路がターンオフされたときにＬＣ直列回路のコイルに生じる逆起電力により流れる電流は、そのダイオード及びスイッチング素子７２－１を介してコンデンサ１５の充電に利用され、送信コイルに意図しない電流が流れることが防止される。そのため、制御回路１９は、送電装置２の位相制御回路１６の各ＬＣ直列回路のスイッチング素子と同様に、位相制御回路７３のＬＣ直列回路のスイッチング素子のオン／オフを制御できる。
　なお、上記の実施形態または各変形例において、位相制御回路のＬＣ直列回路のコンデンサ１５側に接続される一端は、コンデンサ１５と送信コイル１４の間に接続されてもよい。
　また、上記の実施形態または各変形例において、送信コイルと受信コイル間の結合度が略一定であると想定される場合、例えば、送電装置と受電装置との位置関係が略一定となるように送電装置と受電装置とが設置される場合、送電装置の制御回路は、電力供給回路から送信コイルへ供給される交流電力のスイッチング周波数を一定としてもよい。この場合には、送電装置の位相制御回路のＬＣ直列回路は、スイッチング素子を有さなくてもよい。すなわち、送電装置の制御回路は、位相制御回路のＬＣ直列回路のオン／オフまたはＬＣ直列回路の共振周波数を制御しなくてもよい。そしてＬＣ直列回路の共振周波数がスイッチング周波数よりも高くなるように、ＬＣ直列回路のコイルのインダクタンス及びコンデンサの静電容量が設定されればよい。この場合には、送信装置の通信器１８、及び、受電装置の電圧検出回路２７、スイッチング素子２８、判定回路２９及び通信器３０は省略されてもよい。さらに、送電装置の電力供給回路は、力率改善回路を有さなくてよい。さらにまた、送電装置の電力供給回路は、力率改善回路の代わりに、電源１１の全波整流回路からの出力電圧を平滑化する平滑コンデンサを有してもよく、さらに、送電装置の電力供給回路は、送信コイル１４に印加される電圧が、負荷回路２６の仕様、及び送信コイル１４と受信コイル２１間の結合度に応じた電圧となるように、ＤＣ－ＤＣコンバータを有してもよい。
　さらに、上記の実施形態または各変形例において、受電装置の共振回路では、受信コイルと共振コンデンサとが並列に接続されてもよい。このように、受電装置の共振回路がＬＣ並列共振回路である場合には、Ｑ値を大きくするためには、負荷回路の抵抗値を大きくすることが求められる。しかし、上記の実施形態または各変形例の非接触給電装置によれば、受電装置の共振回路がＬＣ並列共振回路であっても、Ｑ値を大きくする必要が無いので、抵抗値が小さい負荷回路が接続されても、送電装置の電力供給回路のスイッチングロスを軽減することができる。
　このように、当業者は、本発明の範囲内で、実施される形態に合わせて様々な変更を行うことができる。
　１　　非接触給電装置
　２、４－７　　送電装置
　１０、７１　　電力供給回路
　１１　　電源
　１２　　力率改善回路
　１３－１～１３－４、７２－１～７２－２　　スイッチング素子
　１４　　送信コイル
　１５　　コンデンサ
　１６、５６、６６、７３　　位相制御回路
　１６－１、１６－２　　ＬＣ直列回路
　６７　　バイパス回路
　１７　　電流検出回路
　１８　　通信器
　１９　　制御回路
　３　　受電装置
　２０　　共振回路
　２１　　受信コイル
　２２　　共振コンデンサ
　２３　　整流平滑回路
　２４　　全波整流回路
　２５　　平滑コンデンサ
　２６　　負荷回路
　２７　　電圧検出回路
　２８　　スイッチング素子
　２９　　判定回路
　３０　　通信器

Claims (8)

  1. 　送電装置と、前記送電装置から非接触で電力伝送される受電装置とを有する非接触給電装置であって、
    　前記送電装置は、
    　　前記受電装置へ電力を供給する送信コイルと、
    　　直流電源と前記送信コイルとの間にフルブリッジ状またはハーフブリッジ状に接続される複数のスイッチング素子を有し、前記複数のスイッチング素子のオンとオフとがスイッチング周波数にて切り替えられることで前記直流電源から供給される直流電力を、前記スイッチング周波数を持つ交流電力に変換して前記送信コイルへ供給する電力供給回路と、
    　　前記送信コイルの両端に接続されるＬＣ直列回路を少なくとも一つ有する位相制御回路と、
    を有する非接触給電装置。
  2. 　前記位相制御回路の前記少なくとも一つのＬＣ直列回路のそれぞれは、コイルと、前記コイルと直列に接続され、かつ、互いに並列に接続される第１のコンデンサ及び第２のコンデンサと、前記第２のコンデンサと直列に接続され、オンとなると前記第２のコンデンサを前記コイルに接続し、オフとなると前記第２のコンデンサを前記コイルから切り離すスイッチング素子とを有し、
    　前記送電装置は、
    　　前記複数のスイッチング素子に流れる電流量の測定値を求める電流検出回路と、
    　　前記電力供給回路の前記複数のスイッチング素子の何れかがターンオフされるときの前記電流量の測定値が所定の許容範囲に含まれるように、前記少なくとも一つのＬＣ直列回路のそれぞれの前記スイッチング素子のオンとオフとの切り替えを制御する制御回路とをさらに有する、
    請求項１に記載の非接触給電装置。
  3. 　前記位相制御回路の前記少なくとも一つのＬＣ直列回路のそれぞれは、コイルと、前記コイルと直列に接続され、かつ、互いに並列に接続される第１のコンデンサ及び第２のコンデンサと、前記第２のコンデンサと直列に接続され、オンとなると前記第２のコンデンサを前記コイルに接続し、オフとなると前記第２のコンデンサを前記コイルから切り離すスイッチング素子とを有し、
    　前記送電装置は、
    　　前記電力供給回路の前記複数のスイッチング素子のオンとオフとを切り替える前記スイッチング周波数を制御するとともに、前記非接触給電装置が定電圧出力動作しているときの前記電力供給回路から前記送信コイルに供給される交流電力の前記スイッチング周波数に応じて、前記少なくとも一つのＬＣ直列回路のそれぞれの前記スイッチング素子のオンとオフとの切り替えを制御する制御回路とをさらに有する、
    請求項１に記載の非接触給電装置。
  4. 　前記制御回路は、前記少なくとも一つのＬＣ直列回路のそれぞれの共振周波数が前記スイッチング周波数よりも高くなるように、前記少なくとも一つのＬＣ直列回路のそれぞれの前記スイッチング素子のオンとオフとの切り替えを制御する、請求項３に記載の非接触給電装置。
  5. 　前記位相制御回路の前記少なくとも一つのＬＣ直列回路のそれぞれは、オンとなると当該ＬＣ直列回路を前記送信コイルに接続し、オフとなると当該ＬＣ直列回路を前記送信コイルから切り離すスイッチング素子を有し、
    　前記送電装置は、
    　　前記電力供給回路の前記複数のスイッチング素子のオンとオフとを切り替える前記スイッチング周波数を制御するとともに、前記非接触給電装置が定電圧出力動作しているときの前記電力供給回路から前記送信コイルに供給される交流電力の前記スイッチング周波数または電圧に応じて、前記少なくとも一つのＬＣ直列回路のそれぞれのスイッチング素子のオンとオフとの切り替えを制御する制御回路をさらに有する、請求項１に記載の非接触給電装置。
  6. 　前記受電装置は、
    　　前記送電装置の前記送信コイルを介して電力を受信する受信コイルと、前記受信コイルとともに共振する共振コンデンサとを有する共振回路と、
    　　前記共振回路から出力される電力を整流する整流回路と、
    　　前記整流回路から出力される電力の出力電圧を測定して当該出力電圧の測定値を求める電圧検出回路と、
    　　前記出力電圧の測定値に基づいて、前記非接触給電装置が定電圧出力動作しているか否かを判定する判定回路と、
    　前記非接触給電装置が定電圧出力動作しているか否かを表す判定情報を含む信号を前記送電装置へ送信する第１の通信器とを有し、
    　前記送電装置は、
    　　前記判定情報を含む信号を受信する第２の通信器をさらに有し、
    　　前記制御回路は、前記判定情報が前記非接触給電装置が定電圧出力動作していないことを表す場合、前記受電装置の前記整流回路と接続される負荷回路の抵抗が変化しても前記出力電圧の測定値が変化しなくなるように、前記スイッチング周波数を制御する、請求項５に記載の非接触給電装置。
  7. 　前記少なくとも一つのＬＣ直列回路の一端は前記送信コイルの一端と接続され、他端は前記送信コイルの他端と接続される、請求項１～６の何れか一項に記載の非接触給電装置。
  8. 　前記少なくとも一つのＬＣ直列回路は、一端が前記送信コイルの一端と接続され、他端が接地される第１のＬＣ直列回路と、一端が前記送信コイルの他端と接続され、他端が接地される第２のＬＣ直列回路とを有する、請求項１～６の何れか一項に記載の非接触給電装置。
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