WO2022009459A1 - ワイヤレス送電装置及びワイヤレス給電システム - Google Patents

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WO2022009459A1
WO2022009459A1 PCT/JP2021/006439 JP2021006439W WO2022009459A1 WO 2022009459 A1 WO2022009459 A1 WO 2022009459A1 JP 2021006439 W JP2021006439 W JP 2021006439W WO 2022009459 A1 WO2022009459 A1 WO 2022009459A1
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達也 細谷
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株式会社村田製作所
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    • H02M3/33571—Half-bridge at primary side of an isolation transformer

Definitions

  • the present invention relates to a wireless power transmission device that transmits electric power wirelessly, and a wireless power supply system including the wireless power transmission device and a wireless power receiving device that receives electric power wirelessly.
  • Patent Document 1 includes an AC converter that performs AC conversion of supplied AC power or DC power, a transmission-side resonance coil that wirelessly transmits AC power, and a transmission-side control device in the transmission-side resonance.
  • a power transmission system is shown in which a coil, a rectifier, a DC converter, and a power receiving side control device are provided in the power receiving device. Then, after the control power supply voltage is input and started, the power receiving side control device measures the output voltage of the rectifier and transmits it to the transmission side control device, and the transmission side control device is based on the measurement result of the output voltage of the rectifier. It has been shown that the AC converter is controlled so that the output voltage of the rectifier becomes a value suitable for the input voltage of the DC converter.
  • a wireless power supply system it is required to control the transmitted power in order to adjust the received power according to the change in the transmission distance and the load of the load to which the received power is supplied.
  • power management having a highly accurate transmission power control function is required from the viewpoint of temperature control against heat generation due to power loss and safety in circuit devices.
  • the received power changes according to the arrangement of the power transmitting device and the power receiving device and the change in the transmission distance, and the power consumption in the load also changes.
  • a power transmission device in order to finely adjust the power supplied to the power receiving device, it is required to be able to continuously adjust the strength of the high frequency alternating magnetic field generated by the power transmission coil.
  • a power transmission device it is not possible to easily know the received power based on the voltage, current, and power in the circuit operation, and the received power and the strength of the high-frequency alternating magnetic field do not necessarily correlate. Even if the strength of the alternating magnetic field is continuously adjusted, the voltage, current, or power of the circuit (transmission circuit) in the transmission device may become excessive.
  • the electromagnetic field energy created by the power transmission coil may or may not be efficiently supplied to the power receiving device. It is not easy to distinguish these with a simple configuration. It is good if the electromagnetic field energy generated by the power transmission coil is consumed by the power receiving device, but if the current flows only through the circuit in the power transmission device without being supplied to the power receiving device, a large power loss occurs in the power transmission circuit. As a result, the voltage, current, and power of the power transmission circuit become excessive, and electrical stress and heat generation of the circuit become problems.
  • the strength of the high-frequency alternating magnetic field is simply adjusted in the power transmission circuit without detecting the efficiency of the electromagnetic field energy generated by the power transmission coil to the power receiving device, the voltage, current, power, etc. of the power transmission circuit will be excessive. As a result, the circuit may be destroyed or the reliability of circuit components may be significantly reduced. On the other hand, if the voltage, current, and power of the power transmission circuit are suppressed in advance so as not to destroy the circuit, the strength of the alternating magnetic field cannot be adjusted efficiently, and the power supply efficiency cannot be improved.
  • an object of the present invention is that the alternating magnetic field can be continuously adjusted by a simple circuit configuration, and excessive electrical stress and heat generation are generated in the power transmission circuit regardless of changes in the arrangement and distance between the power transmission device and the power reception device. It is an object of the present invention to provide a highly secure wireless power transmission device and a wireless power supply system that do not cause a problem.
  • the wireless power transmission device as an example of the present disclosure is A power transmission resonance mechanism including a power transmission coil and a power transmission resonance capacitor, A power transmission circuit that switches to intermittently apply DC voltage or DC current to the power transmission resonance mechanism at a predetermined switching frequency.
  • a voltage conversion circuit that converts the voltage of the input power supply and An intermediate capacitor provided between the voltage conversion circuit and the power transmission circuit and shared by the voltage conversion circuit and the power transmission circuit, An intermediate input current detection circuit that detects an intermediate input current input from the voltage conversion circuit to the power transmission circuit, and an intermediate input current detection circuit.
  • the wireless power transfer system as an example of the present invention is It consists of a wireless power receiving device and a wireless power transmission device.
  • the wireless power receiving device includes a power receiving coil and has a power receiving coil.
  • the wireless power transmission device is A power transmission resonance mechanism including a power transmission coil and a power transmission resonance capacitor magnetically coupled to the power receiving coil, A power transmission circuit that switches to intermittently apply DC voltage or DC current to the power transmission resonance mechanism at a predetermined switching frequency.
  • a voltage conversion circuit that converts the voltage of the input power supply and An intermediate capacitor provided between the voltage conversion circuit and the power transmission circuit and shared by the voltage conversion circuit and the power transmission circuit, An intermediate input current detection circuit that detects an intermediate input current input from the voltage conversion circuit to the power transmission circuit, and an intermediate input current detection circuit.
  • the DC voltage or the DC current intermittently given to the transmission resonance mechanism can be obtained. Equipped with a power management circuit that adjusts the amplitude, The power management circuit is characterized in that the strength of an alternating magnetic field at the switching frequency created by the power transmission coil is controlled.
  • the alternating magnetic field can be continuously adjusted by a simple circuit configuration, and the wireless power transmission circuit is subjected to excessive electrical stress regardless of changes in the arrangement and distance between the wireless power transmission device and the wireless power reception device.
  • a highly secure wireless power transmission device and wireless power supply system that do not generate heat can be obtained.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of the wireless power transfer system 301A according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a circuit diagram of a wireless power transfer system 301B having a configuration different from that of the wireless power transfer system 301A shown in FIG.
  • FIG. 3 is a circuit diagram showing the configuration of the wireless power transfer system 302 according to the second embodiment.
  • FIG. 4 is a circuit diagram showing the configuration of the wireless power transfer system 303 according to the third embodiment.
  • FIG. 5 is a circuit diagram showing the configuration of the wireless power transfer system 304 according to the fourth embodiment.
  • FIG. 6 is a circuit diagram showing the configuration of the wireless power transfer system 305 according to the fifth embodiment.
  • FIG. 7 is a circuit diagram showing the configuration of the wireless power transfer system 306 according to the sixth embodiment.
  • FIG. 8 is a circuit diagram of a voltage conversion circuit included in the wireless power transmission device according to the seventh embodiment.
  • FIG. 9 is another circuit diagram of the voltage conversion circuit included in the wireless power transmission device according to the seventh embodiment.
  • FIG. 10 is a circuit diagram of a voltage conversion circuit included in the wireless power transmission device according to the eighth embodiment.
  • FIG. 11 is another circuit diagram of the voltage conversion circuit included in the wireless power transmission device according to the eighth embodiment.
  • FIG. 12 is a circuit diagram of the input power supply Vi according to the ninth embodiment.
  • FIG. 13 is a circuit diagram of the input power supply Vi according to the tenth embodiment.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a wireless power transfer system 301A according to a first embodiment of the present invention.
  • the wireless power transmission system 301A includes a wireless power transmission device 101 and a wireless power reception device 201 including wireless power reception coils Ls that are wirelessly magnetically coupled to the wireless power transmission coil Lp provided in the wireless power transmission device 101.
  • the wireless power transmission device 101 includes a power transmission resonance mechanism PR, a power transmission circuit 26, a voltage conversion circuit 12, an intermediate capacitor Ci, an intermediate input current detection circuit, and a power management circuit 39.
  • a resonance circuit is composed of the wireless power transmission coil Lp and the power transmission resonance capacitor Cr, and the power transmission resonance mechanism PR is composed of the wireless power transmission coil Lp and the power transmission resonance capacitor Cr.
  • a switching circuit is configured in the power transmission circuit 26.
  • the power transmission circuit 26 switches so as to intermittently apply a DC voltage or a DC current to the power transmission resonance mechanism PR at a predetermined switching frequency.
  • the input power supply Vi is connected to the input unit of the voltage conversion circuit 12.
  • the voltage conversion circuit 12 converts the voltage of the input power source Vi into a predetermined voltage and inputs it to the power transmission circuit 26.
  • the intermediate capacitor Ci is provided between the voltage conversion circuit 12 and the power transmission circuit 26, and is shared by the voltage conversion circuit 12 and the power transmission circuit 26. Therefore, the number of parts is reduced. Further, noise is reduced by canceling the inflow and outflow currents to the intermediate capacitor Ci.
  • the power management circuit 39 includes the above intermediate input current detection circuit. This intermediate input current detection circuit detects the intermediate input current input from the voltage conversion circuit 12 to the power transmission circuit 26.
  • the power management circuit 39 sets an upper limit value of the intermediate input current and controls the output voltage of the voltage conversion circuit 12, thereby adjusting the amplitude of the DC voltage or current intermittently given to the power transmission resonance mechanism PR.
  • the power management circuit 39 controls the voltage conversion circuit 12 so as to lower the intermediate voltage which is the output voltage of the voltage conversion circuit 12 when the intermediate input current reaches the upper limit value.
  • the wireless power receiving device 201 includes a power receiving resonance mechanism SR, a rectifying smoothing circuit 52, a voltage stabilizing circuit 53, and a power management circuit 59.
  • the load Ro is connected to the output section of the voltage stabilization circuit 53.
  • a resonance circuit is composed of the wireless power receiving coil Ls and the power receiving resonance capacitor Crs, and the power receiving resonance mechanism SR is composed of the wireless power receiving coil Ls and the power receiving resonance capacitor Crs.
  • the rectifying and smoothing circuit 52 rectifies and smoothes the output voltage of the power receiving resonance mechanism SR.
  • the voltage stabilizing circuit 53 stabilizes the output voltage of the rectifying smoothing circuit 52 and outputs it to the load Ro.
  • the power management circuit 59 controls the rectifying and smoothing circuit 52, and includes a received power requesting means for transmitting a received power request signal to the wireless power transmission device 101 by resonance modulation control.
  • the power management circuit 39 on the wireless power transmission device 101 side includes a power receiving power request signal receiving means that is received by demodulation control for detecting the power receiving power request signal. Then, the power management circuit 39 controls the voltage conversion circuit 12 according to the required signal of the received power.
  • the feedback system is configured by transmitting the received power request signal to the wireless power transmission device 101 and adjusting the transmitted power according to the received power request signal. Therefore, the wireless power receiving device 201 receives the required power and supplies it to the load Ro.
  • the operation of the wireless power supply system 301A shown above is as follows.
  • the strength of the alternating magnetic field created by the wireless power transmission coil Lp increases, the intermediate input current flowing from the intermediate capacitor Ci to the subsequent stage increases.
  • the power management circuit 39 detects the increase in the current and lowers the output voltage of the voltage conversion circuit 12. As a result, the intermediate voltage, which is the voltage of the intermediate capacitor Ci, which is the output voltage of the voltage conversion circuit 12, decreases.
  • the DC voltage or DC current intermittently given to the power transmission resonance mechanism PR composed of the wireless power transmission coil Lp and the power transmission resonance capacitor Cr becomes lower, and the amplitude voltage of the square wave becomes smaller.
  • the resonance current flowing through the wireless power transmission coil Lp is reduced, and the strength of the alternating magnetic field is reduced. In this way, the strength of the alternating magnetic field is feedback-controlled.
  • the intermediate input current detection circuit in the power management circuit 39 detects the intermediate input current input from the voltage conversion circuit 12 to the transmission circuit 26, and the power management circuit 39 detects the upper limit of the intermediate input current. Since the value is set, the output voltage (voltage of the intermediate capacitor Ci) of the voltage conversion circuit 12 is controlled so that the intermediate input current does not exceed the upper limit value. By controlling the output voltage of the voltage conversion circuit 12, the amplitude of the DC voltage or current intermittently given to the power transmission resonance mechanism PR is adjusted.
  • the intermediate input current is proportional to the electric power handled by the power transmission circuit 26 and substantially proportional to the electric power supplied from the wireless power transmission coil Lp to the wireless power receiving device 201. Even if the electromagnetic field energy generated by the wireless power transmission coil Lp may or may not be efficiently supplied to the wireless power receiving device 201, the power received by the wireless power receiving device 201 is required from the wireless power receiving device 201. It can be controlled to be electric power.
  • the state in which the electromagnetic field energy generated by the wireless power transmission coil Lp is not supplied to the wireless power receiving device 201 and the current flows only in the circuit in the wireless power transmission device 101 is the ineffective power (the power of the imaginary part when the power is expressed by a complex number). ) Is large.
  • active power actual power when power is expressed in complex numbers
  • the electromagnetic field energy created by the wireless transmission coil Lp is wireless.
  • the "intermediate input current” becomes large only when the power is supplied to the power receiving device 201, that is, when the power is consumed in the wireless power receiving device 201.
  • FIG. 2 is a circuit diagram of a wireless power transfer system 301B having a configuration different from that of the wireless power supply system 301A shown in FIG.
  • the voltage conversion circuit 12 of the wireless power transmission device 101 converts the DC input power supply voltage into a predetermined voltage.
  • the MPU 30 is a digital control circuit that controls each part of the wireless power transmission device 101.
  • the input filter 21 removes the ripple component and the noise component.
  • An intermediate capacitor Ci is provided between the voltage conversion circuit 12 and the input filter 21.
  • the current detection circuit 22 detects an intermediate input current, which is a current input in the internal direction from the voltage conversion circuit 12. Further, the current detection circuit 22 detects the current flowing through the line in order to detect the signal transmitted from the wireless power receiving device 201.
  • the demodulation circuit 23 demodulates a signal from the current change detected by the current detection circuit 22 and inputs it to the MPU 30.
  • the driver 25 switches the switching elements Q1 and Q2 by the control signal from the MPU 30.
  • the power transmission circuit 26 includes a high-side first switching element Q1 and a low-side second switching element Q2, and is turned on / off by a gate signal from the driver 25.
  • the EMI filter 27 suppresses noise components that cause electromagnetic interference.
  • the resonance adjustment circuit 28 includes a power transmission resonance capacitor, constitutes a resonance circuit with a wireless power transmission coil Lp, and adjusts the resonance frequency thereof.
  • the voltage regulator circuit 31 stabilizes the power supply voltage with respect to the MPU 30.
  • the oscillator 32 gives a clock signal to the MPU 30.
  • the overvoltage protection circuit 33 detects whether or not the voltage supplied to the power transmission circuit 26 is an overvoltage, and inputs the result to the MPU 30.
  • the temperature detection circuit 34 detects whether or not the temperature of the switching elements Q1 and Q2 is in an overheated state, and inputs the result to the MPU 30.
  • the overcurrent detection circuit 35 detects whether or not the current flowing through the power transmission circuit 26 is an overcurrent, and inputs the result to the MPU 30.
  • the overpower detection circuit 36 detects whether or not the transmitted power is overpower based on the voltage generated in the resonance adjustment circuit 28, and inputs the result to the MPU 30.
  • the MPU 30 adjusts the output voltage of the voltage conversion circuit 12 by giving a control signal to the voltage conversion circuit 12. This provides protection against overpowered feed.
  • the circuit between the input filter 21 and the power transmission circuit 26 constitutes the power management circuit 39.
  • the MPU 50 in the wireless power receiving device 201 controls each part of the wireless power receiving device 201.
  • the power receiving resonance adjusting circuit 51 includes a power receiving resonance capacitor, constitutes a resonance circuit with the wireless power receiving coil Ls, and adjusts the resonance frequency thereof.
  • the rectifying smoothing circuit 52 rectifies and smoothes the voltage generated in the power receiving resonance circuit by the wireless power receiving coil Ls and the power receiving resonance adjusting circuit 51, and inputs the voltage to the voltage stabilizing circuit 53.
  • the voltage stabilizing circuit 53 converts the output voltage of the rectifying smoothing circuit 52 into a specified voltage and supplies it to the load Ro.
  • the overpower protection circuit 54 detects whether or not the load supply power is overpower based on the current flowing through the voltage stabilization circuit 53, and inputs the result to the MPU 50.
  • the oscillator 55 gives a clock signal to the MPU 50.
  • the voltage regulator circuit 56 stabilizes the power supply voltage with respect to the MPU 50.
  • the overvoltage protection circuit 57 detects whether or not the output voltage of the rectifying smoothing circuit 52 is an overvoltage, and inputs the result to the MPU 50.
  • the modulation circuit 58 modulates the power receiving resonance adjustment circuit 51.
  • the MPU 50 transmits a predetermined signal to the wireless power transmission device 101 by modulating the power receiving resonance adjusting circuit 51 via the modulation circuit 58.
  • the received voltage detection circuit 61 detects the output voltage of the rectifying smoothing circuit 52 and inputs it to the MPU 50.
  • the temperature detection circuit 62 detects the temperature of the wireless power receiving device 201 and inputs it to the MPU 50.
  • the wireless power receiving device 201 transmits a power receiving power request signal to the wireless power transmission device 101 by modulating the power receiving resonance adjusting circuit 51 via the modulation circuit 58. Further, the wireless power transmission device 101 detects the required signal of the received power by the demodulation control by the demodulation circuit 23.
  • the operation of the wireless power supply system 301B shown above is as follows.
  • the MPU 50 detects an increase in the intermediate input power, it adjusts the output voltage detection value in the voltage conversion circuit 12 to apparently increase the potential that returns to the output voltage feedback terminal.
  • the pulse width for driving the switching element in the voltage conversion circuit 12 is reduced and adjusted, and the voltage (intermediate voltage) of the intermediate capacitor Ci decreases.
  • the DC voltage intermittently applied to the power transmission resonance mechanism PR composed of the wireless power transmission coil Lp and the power transmission resonance capacitor Cr becomes low, and the amplitude voltage of the square wave becomes small.
  • the resonance current flowing through the wireless power transmission coil Lp is reduced, and the strength of the alternating magnetic field is reduced. In this way, the strength of the alternating magnetic field is feedback-controlled.
  • the MPU 30 lowers the intermediate voltage, which is the output voltage of the voltage conversion circuit 12, so that the detection temperature of the voltage conversion circuit 12 or the transmission circuit 26 detected by the temperature detection circuit 34 does not exceed a predetermined upper limit value.
  • the voltage conversion circuit 12 is controlled.
  • the MPU 30 detects an abnormality in the voltage conversion circuit 12 or the power transmission circuit 26 based on the output of the overcurrent detection circuit 35 or the overpower detection circuit 36.
  • the MPU 30 sets the intermediate voltage, which is the output voltage of the voltage conversion circuit 12, to a predetermined value or less, and stops the switching of the power transmission circuit 26.
  • the current detection circuit 22 detects the intermediate input current input from the voltage conversion circuit 12 to the power transmission circuit 26, and the MPU 30 sets the upper limit value of the intermediate input current.
  • the output voltage (voltage of the intermediate capacitor Ci) of the voltage conversion circuit 12 is controlled so that the intermediate input current does not exceed the upper limit value.
  • the amplitude of the DC voltage or current intermittently given to the power transmission resonance mechanism PR is adjusted.
  • the intermediate input current is proportional to the power handled by the power transmission circuit and substantially proportional to the power supplied from the wireless power transmission coil Lp to the wireless power receiving device 201, so that the wireless power transmission coil Lp is created.
  • the power received by the wireless power receiving device 201 is controlled to be the power required by the wireless power receiving device 201. It will be possible.
  • the voltage conversion circuit 12 is controlled so that the current and temperature flowing through the voltage conversion circuit 12 or the power transmission circuit 26 do not exceed a predetermined upper limit value, an abnormal state such as an overpower state can be avoided.
  • the intermediate voltage which is the output voltage of the voltage conversion circuit 12 becomes equal to or less than a predetermined value, so that the operation of the power transmission circuit 26 is stopped, which is the target.
  • the strength of the alternating magnetic field at the switching frequency can be fully controlled regardless of whether power transmission is possible or not.
  • Second Embodiment a wireless power feeding system that specifically represents a voltage conversion circuit, an intermediate input current detection circuit, a rectification smoothing circuit, and the like will be illustrated.
  • FIG. 3 is a circuit diagram showing the configuration of the wireless power transfer system 302 according to the second embodiment.
  • This example is a circuit in which the power transmission side operates as a class D converter, the power receiving side operates in series resonance, and voltage doubler rectification operates.
  • the wireless power transmission device 101 is equivalently connected in parallel to the first switch circuit S1 composed of the parallel connection circuit of the switching element Q1, the diode Dds1 and the capacitor Cds1, and the second switching element Q2, the diode Dds2 and the capacitor Cds2.
  • a second switch circuit S2 configured by the circuit, a wireless power transmission coil Lp, and a power transmission resonance capacitor Cr are provided.
  • the power transmission resonance mechanism PR is composed of the wireless power transmission coil Lp and the power transmission resonance capacitor Cr.
  • the wireless power transmission device 101 includes a voltage conversion circuit 12 including a switching element Q5, a diode D5, an inductor Li, and an intermediate capacitor Ci.
  • a voltage conversion circuit 12 including a switching element Q5, a diode D5, an inductor Li, and an intermediate capacitor Ci.
  • the wireless power transmission device 101 includes a resistance element Ri and a power management circuit 39.
  • the power management circuit 39 controls the switching elements Q1, Q2, and Q5.
  • the power management circuit 39 since the power management circuit 39 controls the switching element Q5 of the voltage conversion circuit 12, the power management circuit 39 is also a part of the voltage conversion circuit 12.
  • the power management circuit 39 switches the switching element Q5 to cause the voltage conversion circuit 12 to act as a step-down DC-DC converter.
  • the on-duty ratio of the switching element Q5 is controlled so that the output voltage of the voltage conversion circuit 12 is maintained at a predetermined voltage. That is, the output voltage is detected and the output voltage is controlled by negative feedback.
  • the switching elements Q1 and Q2 are alternately turned on / off by the signal from the power management circuit 39.
  • the switching elements Q1 and Q2 are switching elements having a parasitic output capacitance and a parasitic diode such as MOSFETs, and constitute switch circuits S1 and S2.
  • the power transmission circuit is configured by the switch circuits S1 and S2.
  • the power management circuit 39 switches the first switching element Q1 and the second switching element Q2 at a predetermined operating frequency, a DC voltage is intermittently applied to the transmission resonance mechanism PR, and a resonance current is generated in the wireless transmission coil Lp. appear. Specifically, it is switched at 13.56 MHz used in NFC communication.
  • the wireless power receiving device 201 is equivalently connected in parallel with the third switch circuit S3 composed of the switching element Q3, the diode Dds3 and the capacitor Cds3 in parallel, and the fourth switching element Q4, the diode Dds4 and the capacitor Cds4 in parallel. It includes a fourth switch circuit S4 composed of a circuit, a wireless power receiving coil Ls, and a power receiving resonance capacitor Crs.
  • the power receiving resonance mechanism SR is composed of the wireless power receiving coil Ls and the power receiving resonance capacitor Crs.
  • the wireless power receiving device 201 includes a smoothing capacitor Co after the third switch circuit S3 and the fourth switch circuit S4, and the smoothing capacitor Co, the third switch circuit S3, and the fourth switch circuit S4 constitute a rectifying smoothing circuit. Has been done.
  • the third switch circuit S3 and the fourth switch circuit S4 rectify the voltage generated in the power receiving resonance mechanism SR by the wireless power receiving coil Ls and the power receiving resonance capacitor Crs, and the smoothing capacitor Co smoothes the voltage.
  • the wireless power receiving coil Ls and the power receiving resonance capacitor Crs form a series resonance circuit.
  • the wireless power transmission coil Lp and the wireless power reception coil Ls are magnetically coupled. M in the figure represents the bond.
  • the circuit after the intermediate capacitor Ci constitutes the wireless power feeding unit 120.
  • the intermediate capacitor Ci is a part of the voltage conversion circuit 12 and a part of the wireless power feeding unit 120.
  • the power management circuit 39 in the wireless power transmission device 101 is a current (intermediate input current) input from the voltage conversion circuit 12 to the power transmission circuit based on the voltage drop of the resistance element Ri, that is, a wireless power supply unit from the voltage conversion circuit 12.
  • the current supplied to 120 is detected.
  • the output voltage of the voltage conversion circuit 12 (voltage of the intermediate capacitor Ci) is controlled so that the intermediate input current does not exceed the upper limit value.
  • the amplitude of the DC voltage or current intermittently given to the power transmission resonance mechanism PR is adjusted.
  • the received power of the wireless power receiving device 201 is controlled to be the power required by the wireless power receiving device 201.
  • the electric power supplied to the power transmission circuit 26 is limited, and the destruction of the circuit, the increase of electric stress, and the excessive heat generation are suppressed.
  • the power management circuit 39 detects the voltage of the power transmission resonance capacitor Cr and controls the voltage conversion circuit 12 so that the voltage of the power transmission resonance capacitor Cr does not exceed a predetermined upper limit value so as to reduce the intermediate voltage. It may be configured. As a result, the output voltage of the voltage conversion circuit 12 is controlled, and the amplitude of the DC voltage or current intermittently given to the power transmission resonance mechanism PR is adjusted. As a result, the received power of the wireless power receiving device 201 is controlled to be the power required by the wireless power receiving device 201. Further, the electric power supplied to the power transmission circuit 26 is limited, and the destruction of the circuit, the increase of electric stress, and the excessive heat generation are suppressed.
  • a wireless power feeding system that specifically represents a voltage conversion circuit, an intermediate input current detection circuit, a rectification smoothing circuit, and the like will be exemplified.
  • FIG. 4 is a circuit diagram showing the configuration of the wireless power transfer system 303 according to the third embodiment. This example is different from the example shown in the second embodiment in particular in the configuration of the power transmission resonance mechanism and the power reception resonance mechanism.
  • the wireless power transmission device 101 includes a first switch circuit S1, a second switch circuit S2, and a power transmission resonance capacitor Cr. Further, the wireless power transmission device 101 includes a voltage conversion circuit 12 including a switching element Q5, a diode D5, an inductor Li, and an intermediate capacitor Ci. Further, the wireless power transmission device 101 includes a resistance element Ri and a power management circuit 39. The power management circuit 39 controls the switching elements Q1, Q2, and Q5. The voltage conversion circuit 12 acts as a boost converter.
  • the wireless power transmission coil Lp is not a coil that is fed to both ends, but a coil (antenna) that is fed to the center of the helical coil.
  • the wireless power transmission coil Lp includes a power transmission resonance capacitor Cr as a parasitic capacitance component.
  • the power transmission resonance mechanism PR is composed of the wireless power transmission coil Lp and the power transmission resonance capacitor Cr.
  • the wireless power receiving device 201 includes a power receiving resonance mechanism SR and a rectifying smoothing circuit using a wireless power receiving coil Ls and a power receiving resonance capacitor Crs.
  • the rectifying smoothing circuit includes a third switch circuit S3, a fourth switch circuit S4, and a smoothing capacitor Co.
  • the wireless power receiving coil Ls is a coil (antenna) that is fed to the center of the helical coil.
  • the wireless power receiving coil Ls includes a power receiving resonance capacitor Crs as a parasitic capacitance component.
  • the power receiving resonance mechanism SR is composed of the wireless power receiving coil Ls and the power receiving resonance capacitor Crs.
  • the power management circuit 39 in the wireless power transmission device 101 is a current (intermediate input current) input from the voltage conversion circuit to the power transmission circuit based on the voltage drop of the resistance element Ri, that is, a wireless power supply unit from the voltage conversion circuit 12.
  • the current supplied to 120 is detected. Since the power management circuit 39 sets the upper limit value of the intermediate input current, the output voltage (voltage of the intermediate capacitor Ci) of the voltage conversion circuit 12 is controlled so that the intermediate input current does not exceed the upper limit value.
  • a wireless power supply system that specifically represents a voltage conversion circuit, an intermediate input current detection circuit, a rectification smoothing circuit, and the like will be exemplified.
  • FIG. 5 is a circuit diagram showing the configuration of the wireless power transfer system 304 according to the fourth embodiment. This example is different from the example shown in the second embodiment in particular in the configuration of the rectifying smoothing circuit, the power transmission resonance mechanism, and the power reception resonance mechanism. Both the wireless power transmission coil Lp and the wireless power reception coil Ls are loop-shaped.
  • the wireless power transmission device 101 of the wireless power supply system 304 is a circuit that operates in a class D converter
  • the wireless power receiving device 201 is a circuit that operates in series resonance and voltage doubler rectification.
  • the configuration on the power transmission side is the same as the example shown in FIG.
  • the power receiving side is provided with a power receiving resonance capacitor Crs connected to the wireless power receiving coil Ls.
  • the wireless power receiving coil Ls and the power receiving resonance capacitor Crs form a series resonance circuit.
  • the rectifying and smoothing circuit is composed of a third switch circuit S3 using a diode D3 and a capacitor C3, and a fourth switch circuit S4 using a diode D4 and a capacitor C4. Other configurations are as shown in the second embodiment.
  • the power management circuit 39 in the wireless power transmission device 101 is a current (intermediate input current) input from the voltage conversion circuit 12 to the power transmission circuit based on the voltage drop of the resistance element Ri, that is, the wireless power supply unit 120 from the voltage conversion circuit 12. Detects the current supplied to. Since the power management circuit 39 sets the upper limit value of the intermediate input current, the output voltage (voltage of the intermediate capacitor Ci) of the voltage conversion circuit 12 is controlled so that the intermediate input current does not exceed the upper limit value.
  • a wireless power feeding system that specifically represents a voltage conversion circuit, an intermediate input current detection circuit, a rectification smoothing circuit, and the like will be illustrated.
  • FIG. 6 is a circuit diagram showing the configuration of the wireless power transfer system 305 according to the fifth embodiment. This example is particularly different from the example shown in the second embodiment in the configuration of the switching circuit.
  • the wireless power transmission device 101 of the wireless power supply system 305 operates as a class E converter, and the wireless power receiving device 201 operates as a series resonance and class E rectification.
  • the wireless power transmission device 101 additionally includes a first switch circuit S1 composed of a switching element Q1, a diode Dds1 and a parallel connection circuit of a capacitor Cds1, an inductor Lf, and a resonance capacitor Cr.
  • the power transmission resonance mechanism PR is composed of the wireless power transmission coil Lp and the resonance capacitor Cr.
  • the power management circuit 39 intermittently applies a DC voltage to the resonance circuit by the inductor Lf, the resonance capacitor Cr, and the wireless transmission coil Lp by switching the first switching element Q1 at a predetermined operating frequency, and the wireless transmission coil Lp. Generates a resonant current.
  • the wireless power receiving device 201 includes a power receiving resonance mechanism SR by a wireless power receiving coil Ls, a power receiving resonance capacitor Crs, and a rectifying smoothing circuit.
  • the rectifying and smoothing circuit includes a third switch circuit S3, which is equivalently composed of a third switching element Q3, a diode Dds3, and a parallel connection circuit of the capacitor Cds3, an inductor Lfs, and a smoothing capacitor Co.
  • the third switch circuit S3 rectifies the voltage generated in the power receiving resonance circuit by the wireless power receiving coil Ls, the power receiving resonance capacitor Crs, and the inductor Lfs, and the smoothing capacitor Co smoothes the voltage.
  • Other configurations are as shown in the second embodiment.
  • the power management circuit 39 in the wireless power transmission device 101 is a current (intermediate input current) input from the voltage conversion circuit 12 to the power transmission circuit based on the voltage drop of the resistance element Ri, that is, the wireless power supply unit 120 from the voltage conversion circuit 12. Detects the current supplied to. Since the power management circuit 39 sets the upper limit value of the intermediate input current, the output voltage (voltage of the intermediate capacitor Ci) of the voltage conversion circuit 12 is controlled so that the intermediate input current does not exceed the upper limit value.
  • a wireless power feeding system that specifically represents a voltage conversion circuit, an intermediate input current detection circuit, a rectification smoothing circuit, and the like will be illustrated.
  • FIG. 7 is a circuit diagram showing the configuration of the wireless power transfer system 306 according to the sixth embodiment. This example has a different configuration of the intermediate input current detection circuit from the example shown in the second embodiment.
  • an intermediate input current detection circuit is configured by a transistor Tr1, resistance elements Ri, R1, R2, R3, R4, R5 and capacitors C4, C5.
  • the voltage division ratio of the voltage divider circuit by the resistor elements R2, R3, R4 and the transistor Tr1 changes according to the voltage drop of the resistor element Ri, and the voltage divider voltage is fed back to the power management circuit 39. Will be done.
  • the detection resolution of the intermediate input current detection circuit increases according to the gain of the transistor Tr1.
  • the resistance elements R4 and R5 and the capacitors C4 and C5 constitute a filter of the feedback circuit.
  • the pass band of this filter adjusts the frequency band in the feedback circuit that controls the switching operation of the switching elements Q1 and Q2. With this filter, the output voltage of the voltage conversion circuit 12 (voltage of the intermediate capacitor Ci) can be stably controlled over a wide frequency band.
  • the capacitor C6 By providing the capacitor C6, the voltage drop of the resistance element Ri is supplemented so that the influence of the pulse current due to the switching operation of the switching elements Q1 and Q2 does not affect the intermediate input current flowing through the resistance element Ri. Can be done. That is, the capacitor C6 makes it possible to bring the intermediate input current flowing through the resistance element Ri closer to the waveform of the direct current instead of the switching current.
  • the power management circuit 39 in the wireless power transmission device 101 is a current (intermediate input current) input from the voltage conversion circuit 12 to the power transmission circuit based on the voltage drop of the resistance element Ri, that is, the wireless power supply unit 120 from the voltage conversion circuit 12. Detects the current supplied to. Since the power management circuit 39 sets the upper limit value of the intermediate input current, the output voltage (voltage of the intermediate capacitor Ci) of the voltage conversion circuit 12 is controlled so that the intermediate input current does not exceed the upper limit value.
  • the voltage conversion circuit that converts the voltage of the input power supply is configured by a DC-DC converter including a negative feedback control circuit that detects the output voltage and controls the output voltage by negative feedback. Further, this DC-DC converter is an isolated converter.
  • FIG. 8 is a circuit diagram of a voltage conversion circuit included in the wireless power transmission device according to the seventh embodiment.
  • a switching element Q5 is connected between the input power supply Vi and the primary coil of the transformer T.
  • a diode D6 and an intermediate capacitor Ci are connected to the secondary coil of the transformer T.
  • the coupling polarities of the primary coil and the secondary coil of the transformer T are as shown in the figure.
  • the flyback converter is configured according to the configuration shown in FIG.
  • FIG. 9 is another circuit diagram of the voltage conversion circuit included in the wireless power transmission device according to the seventh embodiment.
  • a switching element Q5 is connected between the input power supply Vi and the primary coil of the transformer T.
  • a series circuit of the parallel circuit of the capacitor C8 and the resistance element R8 and the diode D8 is connected to the primary coil of the transformer T.
  • Diodes D6 and D7, inductor Li and intermediate capacitor Ci are connected to the secondary coil of the transformer T.
  • the coupling polarities of the primary coil and the secondary coil of the transformer T are as shown in the figure.
  • the forward converter is configured by the configuration shown in FIG.
  • the flyback converter requires a small number of parts and is suitable for miniaturization.
  • the voltage conversion circuit that converts the voltage of the input power supply is composed of a series regulator including a negative feedback control circuit that detects the output voltage and controls the output voltage by negative feedback.
  • FIG. 10 is a circuit diagram of a voltage conversion circuit included in the wireless power transmission device according to the eighth embodiment.
  • a transistor Q6 is connected in series between the input power supply Vi and the output unit.
  • a series circuit of the resistance element R1 and the Zener diode ZD is provided between the collector of the transistor Q6 and the reference potential.
  • a resistance element R2 is connected between the emitter of the transistor Q6 and the reference potential.
  • the Zener diode ZD is connected to the base of the transistor Q6 so that the voltage of the Zener diode ZD is applied to the base of the transistor Q6.
  • An intermediate capacitor Ci is connected to the output section of this voltage conversion circuit.
  • FIG. 11 is another circuit diagram of the voltage conversion circuit included in the wireless power transmission device according to the eighth embodiment.
  • a transistor Q6 is connected in series between the input power supply Vi and the output unit.
  • a voltage divider circuit by resistance elements R3 and R4, a reference voltage circuit E, and a negative feedback circuit by an error amplifier EA are configured between the collector of the transistor Q6 and the reference potential.
  • the output section of the error amplifier EA draws in the base current of the transistor Q6.
  • a capacitor C9 is connected to the input section of this voltage conversion circuit, and an intermediate capacitor Ci is connected to the output section.
  • the input power source to the voltage conversion circuit 12 is a DC voltage source.
  • FIG. 12 is a circuit diagram of the input power supply Vi according to the ninth embodiment.
  • the input power supply Vi includes a diode bridge circuit DB for rectifying a commercial AC power supply, a capacitor C10, a transformer T, a switching element Q9, a diode D6, and a capacitor C11.
  • the switching element Q9 is connected between the output of the rectifying smoothing circuit by the diode bridge circuit DB and the capacitor C10 and the primary coil of the transformer T.
  • the feedback path insulating element 2 detects the output voltage of the voltage conversion circuit 12 in an insulated state.
  • the control IC 1 switches and controls the switching element Q9 so that the output voltage of the input power supply Vi becomes a predetermined voltage.
  • ⁇ 10th Embodiment an input power source having a configuration different from that of the input power sources shown so far will be illustrated.
  • the input power source to the voltage conversion circuit 12 is a direct current source.
  • FIG. 13 is a circuit diagram of the input power supply Vi according to the tenth embodiment.
  • the input power supply Vi includes a capacitor C10, switching elements Q11, Q12, Q13, Q14, a transformer T, diodes D9, D10, an inductor L6, and a capacitor C11.
  • a full bridge type DC-DC converter is configured by the switching elements Q11, Q12, Q13, Q14, a transformer T, diodes D9, D10, an inductor L6, and a capacitor C11.
  • a switching control circuit is connected to the switching elements Q11, Q12, Q13, and Q14, and this switching control circuit controls the output current of the DC-DC converter to be constant. With this configuration, the DC-DC converter acts as a direct current source.
  • the voltage conversion circuit detects the output voltage, feeds back the voltage signal, compares the feedback potential with the reference value, adjusts the pulse width that drives the switching element, and sets the output voltage to a predetermined constant value.
  • various converters such as a buck-boost converter and an isolated converter can be used.
  • a comparator or an operational amplifier may be used for detecting the intermediate current.
  • the power management circuit is not limited to the analog circuit and the digital circuit, and the analog circuit and the digital circuit may be used in combination.
  • Switching element Q6 ... Transistor Q9, Q11, Q12, Q13, Q14 ... Switching element Ri, R1, R2, R3, R4, R5, R8 ... Resistance Element Ro ... Load S1 ... 1st switch circuit S2 ... 2nd switch circuit S3 ... 3rd switch circuit S4 ... 4th switch circuit SR ... Power receiving resonance mechanism T ... Capacitor Tr1 ... Transistor Vi ... Input power supply ZD ... Zener diode 1 ... Control IC 2 ... Feedback path insulation element 12 ... Voltage conversion circuit 21 ... Input filter 22 ... Current detection circuit 23 ... Demodulation circuit 25 ... Driver 26 ... Transmission circuit 27 ... EMI filter 28 ... Resonance adjustment circuit 30 ...

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Abstract

ワイヤレス送電装置（１０１）は、ワイヤレス送電コイル（Ｌｐ）及び送電共振キャパシタ（Ｃｒ）を含む送電共振機構（ＰＲ）と、送電共振機構（ＰＲ）を所定のスイッチング周波数でスイッチングする送電回路（２６）と、入力電源電圧を電圧変換する電圧変換回路（１２）と、電圧変換回路（１２）と送電回路（２６）との間に設けられ、電圧変換回路（１２）と送電回路（２６）とが共用する中間キャパシタ（Ｃｉ）と、電圧変換回路（１２）から送電回路（２６）へ入力される中間入力電流を検出する中間入力電流検出回路と、中間入力電流の上限値を設定し、電圧変換回路（１２）の出力電圧を制御することで、送電共振機構（ＰＲ）に断続的に与える直流の電圧又は電流の振幅を調整する電力管理回路（３９）と、を備える。

Description

ワイヤレス送電装置及びワイヤレス給電システム
　本発明は、ワイヤレスで電力を送電するワイヤレス送電装置、及びこのワイヤレス送電装置と、ワイヤレスで電力を受電するワイヤレス受電装置とで構成されるワイヤレス給電システムに関する。
　特許文献１には、供給される交流電力或いは直流電力の交流変換を行う交流変換器と、交流電力を無線送電する送電側共鳴コイルと、送電側制御装置とを送電装置に備え、受電側共鳴コイルと、整流器と、直流変換器と、受電側制御装置と、を受電装置に備えた、電力伝送システムが示されている。そして、受電側制御装置は、制御電源電圧が入力されて起動した後、整流器の出力電圧を測定して送電側制御装置へ送信し、送電側制御装置は、整流器の出力電圧の測定結果に基づいて、整流器の出力電圧が直流変換器の入力電圧として適した値となるように交流変換器を制御することが示されている。
　一般に、ワイヤレス給電システムにおいては、伝送距離や受電電力の供給先である負荷における消費電力の変化に対して受電電力を調整するために、送電する電力の制御が求められる。特に、大電力を扱うシステムやアプリケーションにおいては、電力損失による発熱に対する温度管理、回路装置における安全性の観点から、高精度な送電電力の制御機能を有したパワーマネジメントが求められる。
　一方、受電装置では、送電装置と受電装置との配置や伝送距離の変化に対して受電電力は変化し、負荷における消費電力も変化する。送電装置では、受電装置に対して供給する電力を細かく調整するため、送電コイルがつくる高周波交番磁界の強度を連続的に調整できることが求められる。しかし、高周波交番磁界を電力効率よく連続的に調整することは技術的に至難である。
　送電装置においては、回路動作における電圧や電流、電力に基づいて受電電力を簡単に知ることはできず、受電電力と高周波交番磁界の強度は必ずしも相関しないため、受電電力を調整するために、高周波交番磁界の強度を連続的に調整したとしても、送電装置内の回路（送電回路）の電圧、電流又は電力が過大となってしまう場合がある。
　例えば、送電コイルがつくる交番磁界の強度が同じ場合であっても、送電コイルがつくる電磁界エネルギーが受電装置に効率よく供給される場合と効率よく供給されない場合とがある。これらをシンプルな構成で区別することは容易ではない。送電コイルがつくる電磁界エネルギーが受電装置で電力消費される場合は良いが、受電装置に供給されずに送電装置内の回路だけに電流が流れると、送電回路において大きな電力損失が生じる。その結果、送電回路の電圧や電流そして電力が過大となり、回路の電気的ストレスや発熱が問題となる。
特開２０１３－２１５０６５号公報
　送電コイルがつくる電磁界エネルギーが受電装置にどういった効率で供給されるのか、検出することなく、単に送電回路において高周波交番磁界の強度を調整すると、送電回路の電圧、電流、電力などが過大となって、回路が破壊されたり、回路部品の信頼性が著しく低下したりするおそれがある。一方、回路を破壊しないように送電回路の電圧、電流、電力を予め抑制すると、交番磁界の強度を効率よく調整できず、電力供給効率が高められない。
　そこで、本発明の目的は、簡単な回路構成により交番磁界を連続的に調整でき、かつ、送電装置と受電装置との配置や距離の変化に関わらず、送電回路に過大な電気的ストレスや発熱が生じない、安全性の高いワイヤレス送電装置及びワイヤレス給電システムを提供することにある。
　本開示の一例としてのワイヤレス送電装置は、
　送電コイル及び送電共振キャパシタを含む送電共振機構と、
　前記送電共振機構に直流電圧又は直流電流を所定のスイッチング周波数で断続的に与えるようにスイッチングする送電回路と、
　入力電源を電圧変換する電圧変換回路と、
　前記電圧変換回路と前記送電回路との間に設けられ、前記電圧変換回路と前記送電回路とが共用する中間キャパシタと、
　前記電圧変換回路から前記送電回路へ入力される中間入力電流を検出する中間入力電流検出回路と、
　前記中間入力電流の上限値を設定し、前記電圧変換回路の出力電圧となる前記中間キャパシタの電圧である中間電圧を制御することで、前記送電共振機構に断続的に与える直流電圧又は直流電流の振幅を調整する電力管理回路と、を備え、
　前記電力管理回路は、前記送電コイルがつくる、前記スイッチング周波数における交番磁界の強さを制御することを特徴とする。
　また、本発明の一例としてのワイヤレス給電システムは、
　ワイヤレス受電装置とワイヤレス送電装置とで構成され、
　前記ワイヤレス受電装置は受電コイルを備え、
　前記ワイヤレス送電装置は、
　前記受電コイルに磁気結合する送電コイル及び送電共振キャパシタを含む送電共振機構と、
　前記送電共振機構に直流電圧又は直流電流を所定のスイッチング周波数で断続的に与えるようにスイッチングする送電回路と、
　入力電源を電圧変換する電圧変換回路と、
　前記電圧変換回路と前記送電回路との間に設けられ、前記電圧変換回路と前記送電回路とが共用する中間キャパシタと、
　前記電圧変換回路から前記送電回路へ入力される中間入力電流を検出する中間入力電流検出回路と、
　前記中間入力電流の上限値を設定し、前記電圧変換回路の出力電圧となる前記中間キャパシタの電圧である中間電圧を制御することで、前記送電共振機構に断続的に与える直流電圧又は直流電流の振幅を調整する電力管理回路と、を備え、
　前記電力管理回路は、前記送電コイルがつくる、前記スイッチング周波数における交番磁界の強さを制御することを特徴とする。
　本発明によれば、簡単な回路構成により交番磁界を連続的に調整でき、かつ、ワイヤレス送電装置とワイヤレス受電装置との配置や距離の変化に関わらず、ワイヤレス送電回路に過大な電気的ストレスや発熱を生じさせない、安全性の高いワイヤレス送電装置及びワイヤレス給電システムが得られる。
図１は第１の実施形態に係るワイヤレス給電システム３０１Ａの構成を示すブロック図である。 図２は、図１に示したワイヤレス給電システム３０１Ａとは構成が異なるワイヤレス給電システム３０１Ｂの回路図である。 図３は、第２の実施形態に係るワイヤレス給電システム３０２の構成を示す回路図である。 図４は、第３の実施形態に係るワイヤレス給電システム３０３の構成を示す回路図である。 図５は、第４の実施形態に係るワイヤレス給電システム３０４の構成を示す回路図である。 図６は、第５の実施形態に係るワイヤレス給電システム３０５の構成を示す回路図である。 図７は、第６の実施形態に係るワイヤレス給電システム３０６の構成を示す回路図である。 図８は、第７の実施形態に係る、ワイヤレス送電装置が備える電圧変換回路の回路図である。 図９は、第７の実施形態に係る、ワイヤレス送電装置が備える電圧変換回路の別の回路図である。 図１０は、第８の実施形態に係る、ワイヤレス送電装置が備える電圧変換回路の回路図である。 図１１は、第８の実施形態に係る、ワイヤレス送電装置が備える電圧変換回路の別の回路図である。 図１２は第９の実施形態に係る入力電源Ｖｉの回路図である。 図１３は第１０の実施形態に係る入力電源Ｖｉの回路図である。
《第１の実施形態》
　図１は本発明の第１の実施形態に係るワイヤレス給電システム３０１Ａの構成を示すブロック図である。このワイヤレス給電システム３０１Ａは、ワイヤレス送電装置１０１と、このワイヤレス送電装置１０１に備えたワイヤレス送電コイルＬｐにワイヤレスで磁気結合するワイヤレス受電コイルＬｓを備えたワイヤレス受電装置２０１とで構成されている。
　ワイヤレス送電装置１０１は、送電共振機構ＰＲ、送電回路２６、電圧変換回路１２、中間キャパシタＣｉ、中間入力電流検出回路及び電力管理回路３９を備える。
　ワイヤレス送電コイルＬｐと送電共振キャパシタＣｒとで共振回路が構成されていて、送電共振機構ＰＲは、このワイヤレス送電コイルＬｐと送電共振キャパシタＣｒとで構成されている。
　送電回路２６にはスイッチング回路が構成されている。この送電回路２６は、送電共振機構ＰＲに直流電圧又は直流電流を所定のスイッチング周波数で断続的に与えるようにスイッチングする。
　電圧変換回路１２の入力部には入力電源Ｖｉが接続される。電圧変換回路１２は、入力電源Ｖｉの電圧を所定電圧に変換して送電回路２６へ入力する。
　中間キャパシタＣｉは、電圧変換回路１２と送電回路２６との間に設けられ、電圧変換回路１２と送電回路２６とが共用する。そのため、部品数が削減される。また、中間キャパシタＣｉへの流入と流出の電流が相殺されることによってノイズが低減される。
　電力管理回路３９は上記中間入力電流検出回路を備える。この中間入力電流検出回路は、電圧変換回路１２から送電回路２６へ入力される中間入力電流を検出する。
　電力管理回路３９は、中間入力電流の上限値を設定し、電圧変換回路１２の出力電圧を制御することで、送電共振機構ＰＲに断続的に与える直流の電圧又は電流の振幅を調整する。電力管理回路３９は、中間入力電流が上限値に達したとき、電圧変換回路１２の出力電圧となる中間電圧を低下させるように電圧変換回路１２を制御する。
　ワイヤレス受電装置２０１は、受電共振機構ＳＲ、整流平滑回路５２、電圧安定化回路５３及び電力管理回路５９を備える。
　電圧安定化回路５３の出力部には負荷Ｒｏが接続される。
　ワイヤレス受電コイルＬｓと受電共振キャパシタＣｒｓとで共振回路が構成されていて、受電共振機構ＳＲは、このワイヤレス受電コイルＬｓと受電共振キャパシタＣｒｓとで構成されている。
　整流平滑回路５２は受電共振機構ＳＲの出力電圧を整流平滑する。電圧安定化回路５３は整流平滑回路５２の出力電圧を安定化させて負荷Ｒｏへ出力する。
　電力管理回路５９は、整流平滑回路５２を制御すると共に、ワイヤレス送電装置１０１へ、共鳴変調制御によって受電電力の要求信号を送信する受電電力要求手段を備える。
　上記ワイヤレス送電装置１０１側の電力管理回路３９は、上記受電電力の要求信号を検出する復調制御によって受信する、受電電力要求信号受信手段を備える。そして、電力管理回路３９は、受電電力の要求信号に応じて電圧変換回路１２を制御する。
　受電電力の要求信号をワイヤレス送電装置１０１へ送信することと、受電電力の要求信号に応じて送電電力を調整することとでフィードバック系が構成される。したがって、ワイヤレス受電装置２０１は必要な電力を受電して負荷Ｒｏへ供給することとなる。
　以上に示したワイヤレス給電システム３０１Ａの作用は次のとおりである。　
　ワイヤレス送電コイルＬｐがつくる交番磁界の強さが大きくなると、中間キャパシタＣｉから後段へ流れる中間入力電流は増加する。電力管理回路３９は、その電流増加を検出して、電圧変換回路１２の出力電圧を低下させる。その結果、電圧変換回路１２の出力電圧となる中間キャパシタＣｉの電圧である中間電圧が低下する。
　中間電圧が低下すると、ワイヤレス送電コイルＬｐと送電共振キャパシタＣｒからなる送電共振機構ＰＲに断続的に与えられる直流電圧又は直流電流は低くなり、方形波の振幅電圧が小さくなる。これにより、ワイヤレス送電コイルＬｐに流れる共振電流は減少し、交番磁界の強さは小さくなる。このようにして、交番磁界の強度がフィードバック制御される。
　以上に示したように、電力管理回路３９内の中間入力電流検出回路が、電圧変換回路１２から送電回路２６へ入力される中間入力電流を検出し、電力管理回路３９は、中間入力電流の上限値を設定するので、中間入力電流が上限値を超えないように電圧変換回路１２の出力電圧（中間キャパシタＣｉの電圧）が制御される。この電圧変換回路１２の出力電圧が制御されることで、送電共振機構ＰＲに断続的に与える直流の電圧又は電流の振幅が調整される。
　中間入力電流は、中間キャパシタＣｉの電圧（中間入力電圧）が一定の場合、送電回路２６が扱う電力に比例し、ワイヤレス送電コイルＬｐからワイヤレス受電装置２０１に供給される電力に略比例するので、ワイヤレス送電コイルＬｐがつくる電磁界エネルギーがワイヤレス受電装置２０１に効率よく供給される場合と効率よく供給されない場合とがあっても、ワイヤレス受電装置２０１の受電電力が、ワイヤレス受電装置２０１から要求される電力となるように制御可能となる。
　ワイヤレス送電コイルＬｐがつくる電磁界エネルギーがワイヤレス受電装置２０１に供給されずに、ワイヤレス送電装置１０１内の回路だけに電流が流れる状態は、無効電力（電力を複素数で表現した場合の虚部の電力）が大きい状態である。一方、有効電力（電力を複素数で表現した場合の実部の電力）すなわち消費電力は、「中間入力電圧」と「中間入力電流」の積で決まり、ワイヤレス送電コイルＬｐがつくる電磁界エネルギーがワイヤレス受電装置２０１に供給される場合、すなわち、ワイヤレス受電装置２０１において、電力が消費される場合のみにおいて、「中間入力電流」は大きくなる。
　次に、第１の実施形態に係る別のワイヤレス給電システムについて例示する。
　図２は、図１に示したワイヤレス給電システム３０１Ａとは構成が異なるワイヤレス給電システム３０１Ｂの回路図である。
　ワイヤレス送電装置１０１の電圧変換回路１２は、直流入力電源電圧を所定電圧に変換する。ＭＰＵ３０はワイヤレス送電装置１０１の各部を制御するデジタル制御回路である。入力フィルタ２１はリップル成分及びノイズ成分を除去する。電圧変換回路１２と入力フィルタ２１との間には中間キャパシタＣｉが設けられている。電流検出回路２２は、電圧変換回路１２から内部方向に入力される電流である中間入力電流を検出する。また、電流検出回路２２はワイヤレス受電装置２０１から送信された信号を検知するために、ラインに流れる電流を検出する。復調回路２３は電流検出回路２２が検出する電流変化から信号を復調してＭＰＵ３０へ入力する。ドライバー２５はＭＰＵ３０からの制御信号によってスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２をスイッチングする。
　送電回路２６はハイサイドの第１スイッチング素子Ｑ１とローサイドの第２スイッチング素子Ｑ２を備え、ドライバー２５からのゲート信号によってオン／オフする。ＥＭＩフィルタ２７は電磁妨害の原因となるノイズ成分を抑制する。共振調整回路２８は送電共振キャパシタを含み、ワイヤレス送電コイルＬｐと共振回路を構成し、その共振周波数を調整する。
　電圧レギュレータ回路３１はＭＰＵ３０に対する電源電圧を安定化させる。発振器３２はＭＰＵ３０に対してクロック信号を与える。
　過電圧保護回路３３は送電回路２６へ供給される電圧が過電圧であるか否かを検出し、その結果をＭＰＵ３０へ入力する。温度検出回路３４はスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の温度が過熱状態であるか否かを検出し、その結果をＭＰＵ３０へ入力する。過電流検知回路３５は送電回路２６に流れる電流が過電流であるか否かを検出し、その結果をＭＰＵ３０へ入力する。過電力検知回路３６は共振調整回路２８に発生する電圧に基づいて、送電電力が過電力であるか否かを検出し、その結果をＭＰＵ３０へ入力する。
　ＭＰＵ３０は電圧変換回路１２へ制御信号を与えることによって、電圧変換回路１２の出力電圧を調整する。このことにより、過電力給電に対する保護がなされる。入力フィルタ２１と送電回路２６との間の回路は電力管理回路３９を構成している。
　ワイヤレス受電装置２０１内のＭＰＵ５０はワイヤレス受電装置２０１の各部を制御する。受電共振調整回路５１は受電共振キャパシタを含み、ワイヤレス受電コイルＬｓと共振回路を構成し、その共振周波数を調整する。整流平滑回路５２はワイヤレス受電コイルＬｓ及び受電共振調整回路５１による受電共振回路に発生する電圧を整流平滑して電圧安定化回路５３へ入力する。電圧安定化回路５３は整流平滑回路５２の出力電圧を規定電圧に変換して負荷Ｒｏへ供給する。
　過電力保護回路５４は、電圧安定化回路５３に流れる電流に基づいて、負荷供給電力が過電力であるか否かを検出し、その結果をＭＰＵ５０へ入力する。発振器５５はＭＰＵ５０に対してクロック信号を与える。電圧レギュレータ回路５６はＭＰＵ５０に対する電源電圧を安定化させる。過電圧保護回路５７は整流平滑回路５２の出力電圧が過電圧であるか否かを検出し、その結果をＭＰＵ５０へ入力する。変調回路５８は受電共振調整回路５１を変調する。ＭＰＵ５０は変調回路５８を介して受電共振調整回路５１を変調することにより、所定の信号をワイヤレス送電装置１０１へ送信する。
　受電電圧検出回路６１は整流平滑回路５２の出力電圧を検出してＭＰＵ５０へ入力する。温度検出回路６２はワイヤレス受電装置２０１の温度を検出し、ＭＰＵ５０へ入力する。
　ワイヤレス受電装置２０１は、上記変調回路５８を介して受電共振調整回路５１を変調することにより、ワイヤレス送電装置１０１へ受電電力の要求信号を送信する。また、ワイヤレス送電装置１０１は、復調回路２３による復調制御によって、受電電力の要求信号を検出する。
　以上に示したワイヤレス給電システム３０１Ｂの作用は次のとおりである。　
　ワイヤレス送電コイルＬｐがつくる交番磁界の強さが大きくなると、中間キャパシタＣｉから後段へ流れる中間入力電流は増加する。ＭＰＵ５０は、中間入力電の増加を検出すると、電圧変換回路１２における出力電圧検出値を調整して、出力電圧帰還端子に帰還する電位を見かけ上、高くする。その結果、電圧変換回路１２におけるスイッチング素子を駆動するパルス幅が縮小調整され、中間キャパシタＣｉの電圧（中間電圧）が低下する。
　中間電圧が低下すると、ワイヤレス送電コイルＬｐと送電共振キャパシタＣｒからなる送電共振機構ＰＲに断続的に与えられる直流電圧は低くなり、方形波の振幅電圧が小さくなる。これにより、ワイヤレス送電コイルＬｐに流れる共振電流は減少し、交番磁界の強さは小さくなる。このようにして、交番磁界の強度がフィードバック制御される。
　また、ＭＰＵ３０は、温度検出回路３４の検出する電圧変換回路１２又は送電回路２６の検出温度が所定の上限値を超えないように、電圧変換回路１２の出力電圧となる中間電圧を低下させるように電圧変換回路１２を制御する。
　また、ＭＰＵ３０は、過電流検知回路３５又は過電力検知回路３６の出力に基づいて、電圧変換回路１２又は送電回路２６の異常を検知する。この電圧変換回路１２又は送電回路２６の異常を検知した場合、ＭＰＵ３０は、電圧変換回路１２の出力電圧となる中間電圧を所定値以下にして、送電回路２６のスイッチングを停止させる。
　以上に示したように、電流検出回路２２が、電圧変換回路１２から送電回路２６へ入力される中間入力電流を検出し、ＭＰＵ３０は、中間入力電流の上限値を設定する。このことにより、中間入力電流が上限値を超えないように電圧変換回路１２の出力電圧（中間キャパシタＣｉの電圧）が制御される。この電圧変換回路１２の出力電圧が制御されることで、送電共振機構ＰＲに断続的に与える直流の電圧又は電流の振幅が調整される。
　中間入力電流は、中間キャパシタＣｉの電圧が一定の場合、送電回路が扱う電力に比例し、ワイヤレス送電コイルＬｐからワイヤレス受電装置２０１に供給される電力に略比例するので、ワイヤレス送電コイルＬｐがつくる電磁界エネルギーがワイヤレス受電装置２０１に効率よく供給される場合と効率よく供給されない場合とがあっても、ワイヤレス受電装置２０１の受電電力が、ワイヤレス受電装置２０１から要求される電力となるように制御可能となる。
　また、電圧変換回路１２又は送電回路２６に流れる電流や温度が所定の上限値を超えないように電圧変換回路１２が制御されるので、過電力状態などの異常状態が回避できる。
　また、電圧変換回路１２又は送電回路２６の異常が検知された場合、電圧変換回路１２の出力電圧である中間電圧が所定値以下になるので、送電回路２６の動作が停止して、目的とする送電ができている、できていないに関わらず、スイッチング周波数での交番磁界の強さが全に制御できる。
《第２の実施形態》
　第２の実施形態では、電圧変換回路、中間入力電流検出回路及び整流平滑回路等を具体的に表したワイヤレス給電システムについて例示する。
　図３は、第２の実施形態に係るワイヤレス給電システム３０２の構成を示す回路図である。この例は送電側がＤ級コンバータ動作、受電側が直列共振、倍電圧整流動作する回路である。
　ワイヤレス送電装置１０１は、等価的にスイッチング素子Ｑ１、ダイオードＤｄｓ１及びキャパシタＣｄｓ１の並列接続回路で構成される第１スイッチ回路Ｓ１と、等価的に第２スイッチング素子Ｑ２、ダイオードＤｄｓ２及びキャパシタＣｄｓ２の並列接続回路で構成される第２スイッチ回路Ｓ２と、ワイヤレス送電コイルＬｐと送電共振キャパシタＣｒと、を備える。ワイヤレス送電コイルＬｐと送電共振キャパシタＣｒとで送電共振機構ＰＲが構成されている。
　また、ワイヤレス送電装置１０１は、スイッチング素子Ｑ５、ダイオードＤ５、インダクタＬｉ及び中間キャパシタＣｉで構成される電圧変換回路１２を備える。スイッチング素子Ｑ５のスイッチングにより、電圧変換回路１２は降圧コンバータとして作用する。
　さらに、ワイヤレス送電装置１０１は、抵抗素子Ｒｉ及び電力管理回路３９を備える。電力管理回路３９はスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ５の制御を行う。この例では、電力管理回路３９が電圧変換回路１２のスイッチング素子Ｑ５を制御するので、電力管理回路３９は電圧変換回路１２の一部でもある。電力管理回路３９はスイッチング素子Ｑ５をスイッチングすることにより、電圧変換回路１２を降圧ＤＣ－ＤＣコンバータとして作用させる。また、電圧変換回路１２の出力電圧が所定電圧に保たれるようにスイッチング素子Ｑ５のオンデューティ比を制御する。つまり、出力電圧を検出して出力電圧を負帰還制御する。
　スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２は電力管理回路３９からの信号によって交互にオン／オフされる。
　スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２はＭＯＳＦＥＴなどの、寄生出力容量や寄生ダイオードを有するスイッチング素子であり、スイッチ回路Ｓ１、Ｓ２を構成する。このスイッチ回路Ｓ１，Ｓ２によって送電回路が構成される。
　電力管理回路３９が第１スイッチング素子Ｑ１及び第２スイッチング素子Ｑ２を所定の動作周波数でスイッチングすることで、直流電圧が送電共振機構ＰＲに断続的に与えられて、ワイヤレス送電コイルＬｐに共振電流が発生する。具体的には、ＮＦＣ通信で用いられる１３．５６ＭＨｚでスイッチングされる。
　ワイヤレス受電装置２０１は、等価的にスイッチング素子Ｑ３、ダイオードＤｄｓ３及びキャパシタＣｄｓ３の並列接続回路で構成される第３スイッチ回路Ｓ３と、等価的に第４スイッチング素子Ｑ４、ダイオードＤｄｓ４及びキャパシタＣｄｓ４の並列接続回路で構成される第４スイッチ回路Ｓ４と、ワイヤレス受電コイルＬｓと、受電共振キャパシタＣｒｓと、を備える。ワイヤレス受電コイルＬｓと受電共振キャパシタＣｒｓとで受電共振機構ＳＲが構成されている。
　また、ワイヤレス受電装置２０１は、第３スイッチ回路Ｓ３及び第４スイッチ回路Ｓ４の後段に、平滑キャパシタＣｏを備え、平滑キャパシタＣｏ、第３スイッチ回路Ｓ３及び第４スイッチ回路Ｓ４によって整流平滑回路が構成されている。
　第３スイッチ回路Ｓ３及び第４スイッチ回路Ｓ４は、ワイヤレス受電コイルＬｓと受電共振キャパシタＣｒｓによる受電共振機構ＳＲに発生する電圧を整流し、平滑キャパシタＣｏはその電圧を平滑する。この例では、ワイヤレス受電コイルＬｓと受電共振キャパシタＣｒｓとは直列共振回路を構成している。ワイヤレス送電コイルＬｐとワイヤレス受電コイルＬｓとは磁界結合する。図中のＭはその結合を表している。
　中間キャパシタＣｉより後段の回路はワイヤレス給電部１２０を構成している。中間キャパシタＣｉは電圧変換回路１２の一部であり、かつワイヤレス給電部１２０の一部である。
　ワイヤレス送電装置１０１内の電力管理回路３９は、抵抗素子Ｒｉの降下電圧に基づいて、電圧変換回路１２から上記送電回路へ入力される電流（中間入力電流）すなわち、電圧変換回路１２からワイヤレス給電部１２０へ供給される電流を検出する。
　電力管理回路３９は、中間入力電流の上限値を設定するので、中間入力電流が上限値を超えないように電圧変換回路１２の出力電圧（中間キャパシタＣｉの電圧）が制御される。この電圧変換回路１２の出力電圧が制御されることで、送電共振機構ＰＲに断続的に与える直流の電圧又は電流の振幅が調整される。その結果、ワイヤレス受電装置２０１の受電電力が、ワイヤレス受電装置２０１から要求される電力となるように制御される。また、送電回路２６へ供給する電力が制限されて、回路の破壊や電気ストレスの増大や過大な発熱が抑制される。
　また、電力管理回路３９は、送電共振キャパシタＣｒの電圧を検出し、送電共振キャパシタＣｒの電圧が所定の上限値を超えないように電圧変換回路１２を制御することにより中間電圧を低下させるように構成してもよい。このことにより、この電圧変換回路１２の出力電圧が制御され、送電共振機構ＰＲに断続的に与える直流の電圧又は電流の振幅が調整される。その結果、ワイヤレス受電装置２０１の受電電力が、ワイヤレス受電装置２０１から要求される電力となるように制御される。また、送電回路２６へ供給する電力が制限されて、回路の破壊や電気ストレスの増大や過大な発熱が抑制される。
《第３の実施形態》
　第３の実施形態では、電圧変換回路、中間入力電流検出回路及び整流平滑回路等を具体的に表したワイヤレス給電システムについて例示する。
　図４は、第３の実施形態に係るワイヤレス給電システム３０３の構成を示す回路図である。この例は、第２の実施形態で示した例とは、特に送電共振機構及び受電共振機構の構成が異なる。
　ワイヤレス送電装置１０１は、第１スイッチ回路Ｓ１と、第２スイッチ回路Ｓ２と、送電共振キャパシタＣｒと、を備える。また、ワイヤレス送電装置１０１は、スイッチング素子Ｑ５、ダイオードＤ５、インダクタＬｉ及び中間キャパシタＣｉで構成される電圧変換回路１２を備える。さらに、ワイヤレス送電装置１０１は、抵抗素子Ｒｉ及び電力管理回路３９を備える。電力管理回路３９はスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ５の制御を行う。電圧変換回路１２は昇圧コンバータとして作用する。
　ワイヤレス送電コイルＬｐは、両端に給電されるコイルではなく、ヘリカル状コイルの中央に給電されるコイル（アンテナ）である。ワイヤレス送電コイルＬｐは寄生容量成分としての送電共振キャパシタＣｒを備える。このワイヤレス送電コイルＬｐと送電共振キャパシタＣｒとで送電共振機構ＰＲが構成されている。
　ワイヤレス受電装置２０１は、ワイヤレス受電コイルＬｓと受電共振キャパシタＣｒｓとによる受電共振機構ＳＲと整流平滑回路とを備える。整流平滑回路は、第３スイッチ回路Ｓ３と、第４スイッチ回路Ｓ４と、平滑キャパシタＣｏとを備える。
　ワイヤレス受電コイルＬｓは、ヘリカル状コイルの中央に給電されるコイル（アンテナ）である。ワイヤレス受電コイルＬｓは寄生容量成分としての受電共振キャパシタＣｒｓを備える。このワイヤレス受電コイルＬｓと受電共振キャパシタＣｒｓとで受電共振機構ＳＲが構成されている。
　その他の構成は第２の実施形態で示したとおりである。ワイヤレス送電装置１０１内の電力管理回路３９は、抵抗素子Ｒｉの降下電圧に基づいて、上記電圧変換回路から上記送電回路へ入力される電流（中間入力電流）すなわち、電圧変換回路１２からワイヤレス給電部１２０へ供給される電流を検出する。電力管理回路３９は、中間入力電流の上限値を設定するので、中間入力電流が上限値を超えないように電圧変換回路１２の出力電圧（中間キャパシタＣｉの電圧）が制御される。
《第４の実施形態》
　第４の実施形態では、電圧変換回路、中間入力電流検出回路及び整流平滑回路等を具体的に表したワイヤレス給電システムについて例示する。
　図５は、第４の実施形態に係るワイヤレス給電システム３０４の構成を示す回路図である。この例は、第２の実施形態で示した例とは、特に整流平滑回路、送電共振機構及び受電共振機構の構成が異なる。ワイヤレス送電コイルＬｐ、ワイヤレス受電コイルＬｓはいずれもループ状である。
　ワイヤレス給電システム３０４のワイヤレス送電装置１０１はＤ級コンバータ動作、ワイヤレス受電装置２０１は直列共振、倍電圧整流動作する回路である。送電側の構成は図３に示した例と同じである。受電側には、ワイヤレス受電コイルＬｓに接続された受電共振キャパシタＣｒｓを備える。ワイヤレス受電コイルＬｓと受電共振キャパシタＣｒｓとは直列共振回路を構成している。整流平滑回路は、ダイオードＤ３及びキャパシタＣ３による第３スイッチ回路Ｓ３と、ダイオードＤ４及びキャパシタＣ４による第４スイッチ回路Ｓ４と、で構成されている。その他の構成は第２の実施形態で示したとおりである。
　ワイヤレス送電装置１０１内の電力管理回路３９は、抵抗素子Ｒｉの降下電圧に基づいて、電圧変換回路１２から送電回路へ入力される電流（中間入力電流）すなわち、電圧変換回路１２からワイヤレス給電部１２０へ供給される電流を検出する。電力管理回路３９は、中間入力電流の上限値を設定するので、中間入力電流が上限値を超えないように電圧変換回路１２の出力電圧（中間キャパシタＣｉの電圧）が制御される。
《第５の実施形態》
　第５の実施形態では、電圧変換回路、中間入力電流検出回路及び整流平滑回路等を具体的に表したワイヤレス給電システムについて例示する。
　図６は、第５の実施形態に係るワイヤレス給電システム３０５の構成を示す回路図である。この例は、第２の実施形態で示した例とは、特にスイッチング回路の構成が異なる。
　ワイヤレス給電システム３０５のワイヤレス送電装置１０１はＥ級コンバータ動作し、ワイヤレス受電装置２０１は直列共振、Ｅ級整流動作する。
　ワイヤレス送電装置１０１は、等価的にスイッチング素子Ｑ１、ダイオードＤｄｓ１及びキャパシタＣｄｓ１の並列接続回路で構成される第１スイッチ回路Ｓ１と、インダクタＬｆと、共振キャパシタＣｒとを備える。ワイヤレス送電コイルＬｐと共振キャパシタＣｒとで送電共振機構ＰＲが構成されている。
　電力管理回路３９は、第１スイッチング素子Ｑ１を所定の動作周波数でスイッチングすることで、インダクタＬｆ、共振キャパシタＣｒ及びワイヤレス送電コイルＬｐによる共振回路に直流電圧を断続的に与えて、ワイヤレス送電コイルＬｐに共振電流を発生させる。
　ワイヤレス受電装置２０１は、ワイヤレス受電コイルＬｓと受電共振キャパシタＣｒｓによる受電共振機構ＳＲと整流平滑回路とを備える。整流平滑回路は、等価的に第３スイッチング素子Ｑ３、ダイオードＤｄｓ３及びキャパシタＣｄｓ３の並列接続回路で構成される第３スイッチ回路Ｓ３と、インダクタＬｆｓと、平滑キャパシタＣｏと、を備える。
　第３スイッチ回路Ｓ３は、ワイヤレス受電コイルＬｓ、受電共振キャパシタＣｒｓ及びインダクタＬｆｓによる受電共振回路に発生する電圧を整流し、平滑キャパシタＣｏはその電圧を平滑する。その他の構成は第２の実施形態で示したとおりである。
　ワイヤレス送電装置１０１内の電力管理回路３９は、抵抗素子Ｒｉの降下電圧に基づいて、電圧変換回路１２から送電回路へ入力される電流（中間入力電流）すなわち、電圧変換回路１２からワイヤレス給電部１２０へ供給される電流を検出する。電力管理回路３９は、中間入力電流の上限値を設定するので、中間入力電流が上限値を超えないように電圧変換回路１２の出力電圧（中間キャパシタＣｉの電圧）が制御される。
《第６の実施形態》
　第６の実施形態では、電圧変換回路、中間入力電流検出回路及び整流平滑回路等を具体的に表したワイヤレス給電システムについて例示する。
　図７は、第６の実施形態に係るワイヤレス給電システム３０６の構成を示す回路図である。この例は、第２の実施形態で示した例とは、中間入力電流検出回路の構成が異なる。
　ワイヤレス給電システム３０６において、トランジスタＴｒ１、抵抗素子Ｒｉ，Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５及びキャパシタＣ４，Ｃ５によって中間入力電流検出回路が構成されている。この中間入力電流検出回路は、抵抗素子Ｒｉの降下電圧に応じて、抵抗素子Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４およびトランジスタＴｒ１による分圧回路の分圧比が変化し、その分圧電圧が電力管理回路３９にフィードバックされる。この例であれば、トランジスタＴｒ１によるゲインに応じて中間入力電流検出回路の検出分解能が高まる。
　抵抗素子Ｒ４，Ｒ５及びキャパシタＣ４，Ｃ５は帰還回路のフィルタを構成している。このフィルタの通過帯域はスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のスイッチング動作を制御する帰還回路における周波数の帯域を調整する。このフィルタによって、電圧変換回路１２の出力電圧（中間キャパシタＣｉの電圧）を広い周波数帯域に対して安定して制御することができる。
　なお、キャパシタＣ６を設けていることにより、抵抗素子Ｒｉの降下電圧を補い、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のスイッチング動作によるパルス電流の影響を、抵抗素子Ｒｉを流れる中間入力電流に及ぼさないようにすることができる。つまり、キャパシタＣ６により、抵抗素子Ｒｉを流れる中間入力電流を、スイッチング電流ではなく、直流電流の波形に近づけることができる。
　ワイヤレス送電装置１０１内の電力管理回路３９は、抵抗素子Ｒｉの降下電圧に基づいて、電圧変換回路１２から送電回路へ入力される電流（中間入力電流）すなわち、電圧変換回路１２からワイヤレス給電部１２０へ供給される電流を検出する。電力管理回路３９は、中間入力電流の上限値を設定するので、中間入力電流が上限値を超えないように電圧変換回路１２の出力電圧（中間キャパシタＣｉの電圧）が制御される。
《第７の実施形態》
　第７の実施形態では、これまでに示した電圧変換回路１２とは構成の異なる電圧変換回路について例示する。本実施形態では、入力電源を電圧変換する電圧変換回路が、出力電圧を検出して出力電圧を負帰還制御する負帰還制御回路を備えたＤＣ－ＤＣコンバータで構成されている。また、このＤＣ－ＤＣコンバータは絶縁形コンバータである。
　図８は、第７の実施形態に係る、ワイヤレス送電装置が備える電圧変換回路の回路図である。図８において、入力電源ＶｉとトランスＴの一次コイルとの間にスイッチング素子Ｑ５が接続されている。トランスＴの二次コイルにはダイオードＤ６及び中間キャパシタＣｉが接続されている。トランスＴの一次コイルと二次コイルとの結合極性は図中に示すとおりである。図８に示す構成により、フライバックコンバータが構成されている。
　図９は、第７の実施形態に係る、ワイヤレス送電装置が備える電圧変換回路の別の回路図である。図９において、入力電源ＶｉとトランスＴの一次コイルとの間にスイッチング素子Ｑ５が接続されている。また、トランスＴの一次コイルには、キャパシタＣ８及び抵抗素子Ｒ８の並列回路とダイオードＤ８との直列回路が接続されている。トランスＴの二次コイルにはダイオードＤ６，Ｄ７、インダクタＬｉ及び中間キャパシタＣｉが接続されている。トランスＴの一次コイルと二次コイルとの結合極性は図中に示すとおりである。図９に示す構成により、フォワードコンバータが構成されている。
　本実施形態で示すように、絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータを用いることにより、入出力間で電気絶縁が得られる。そのため、利用者の感電の防止、伝導電磁雑音の低減などの効果を奏する。特に、フライバックコンバータは、部品点数が少なくて済み、小型化に適する。
《第８の実施形態》
　第８の実施形態では、これまでに示した電圧変換回路１２とは構成の異なる電圧変換回路について例示する。本実施形態では、入力電源を電圧変換する電圧変換回路が、出力電圧を検出して出力電圧を負帰還制御する負帰還制御回路を備えたシリーズレギュレータで構成されている。
　図１０は、第８の実施形態に係る、ワイヤレス送電装置が備える電圧変換回路の回路図である。図１０において、入力電源Ｖｉと出力部との間にトランジスタＱ６がシリーズに接続されている。このトランジスタＱ６のコレクタと基準電位との間に、抵抗素子Ｒ１とツェナーダイオードＺＤとの直列回路が設けられている。トランジスタＱ６のエミッタと基準電位との間には抵抗素子Ｒ２が接続されている。そして、ツェナーダイオードＺＤの電圧がトランジスタＱ６のベースに印加されるように、ツェナーダイオードＺＤがトランジスタＱ６のベースに接続されている。この電圧変換回路の出力部に中間キャパシタＣｉが接続されている。
　図１１は、第８の実施形態に係る、ワイヤレス送電装置が備える電圧変換回路の別の回路図である。図１１において、入力電源Ｖｉと出力部との間にトランジスタＱ６がシリーズに接続されている。このトランジスタＱ６のコレクタと基準電位との間に、抵抗素子Ｒ３，Ｒ４による分圧回路、基準電圧回路Ｅ及び誤差増幅器ＥＡによる負帰還回路が構成されている。誤差増幅器ＥＡの出力部はトランジスタＱ６のベース電流を引き込む。この電圧変換回路の入力部にキャパシタＣ９が接続されていて、出力部には中間キャパシタＣｉが接続されている。
　このように、シリーズレギュレータを用いることにより、小さな回路規模で、圧調整を行うことができる。また、ＤＣ－ＤＣコンバータよりも部品数は少ないので、回路を小型化できる。
《第９の実施形態》
　第９の実施形態では、これまでに示した入力電源とは構成の異なる入力電源について例示する。本実施形態では、電圧変換回路１２への入力電源が直流電圧源である。
　図１２は第９の実施形態に係る入力電源Ｖｉの回路図である。入力電源Ｖｉは、商用交流電源を整流するダイオードブリッジ回路ＤＢ、キャパシタＣ１０、トランスＴ、スイッチング素子Ｑ９、ダイオードＤ６及びキャパシタＣ１１を備える。
　ダイオードブリッジ回路ＤＢ及びキャパシタＣ１０による整流平滑回路の出力とトランスＴの一次コイルとの間にスイッチング素子Ｑ９が接続されている。帰還経路絶縁素子２は絶縁状態で、電圧変換回路１２の出力電圧を検出する。制御ＩＣ１は入力電源Ｖｉの出力電圧が所定電圧になるようにスイッチング素子Ｑ９をスイッチング制御する。
《第１０の実施形態》
　第１０の実施形態では、これまでに示した入力電源とは構成の異なる入力電源について例示する。本実施形態では、電圧変換回路１２への入力電源が直流電流源である。
　図１３は第１０の実施形態に係る入力電源Ｖｉの回路図である。入力電源Ｖｉは、キャパシタＣ１０、スイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１２，Ｑ１３，Ｑ１４、トランスＴ、ダイオードＤ９，Ｄ１０、インダクタＬ６及びキャパシタＣ１１を備える。
　上記スイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１２，Ｑ１３，Ｑ１４、トランスＴ、ダイオードＤ９，Ｄ１０、インダクタＬ６及びキャパシタＣ１１によってフルブリッジ形のＤＣ－ＤＣコンバータが構成されている。スイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１２，Ｑ１３，Ｑ１４にはスイッチング制御回路が接続されていて、このスイッチング制御回路はＤＣ－ＤＣコンバータの出力電流を一定に制御する。この構成により、ＤＣ－ＤＣコンバータは直流電流源として作用する。
　最後に、本発明は上述した実施形態に限られるものではない。当業者によって適宜変形及び変更が可能である。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲内と均等の範囲内での実施形態からの変形及び変更が含まれる。
　例えば、電圧変換回路には、出力電圧を検出して電圧信号を帰還し、その帰還電位を基準値と比較して、スイッチング素子を駆動するパルス幅を調整して、出力電圧を所定の一定値に制御する、降圧コンバータ、昇圧コンバータ以外に、昇降圧コンバータや絶縁コンバータなど様々なコンバータを利用することができる。
　また、中間電流の検出のために、図７に示したようなトランジスタを用いる以外に、コンパレータやオペアンプを用いてもよい。
　また、電力管理回路はアナログ回路やデジタル回路に限らず、アナログ回路とデジタル回路とを併用して構成してもよい。
Ｃ３，Ｃ４，Ｃ５，Ｃ６，Ｃ８…キャパシタ
Ｃｄｓ１，Ｃｄｓ２，Ｃｄｓ３，Ｃｄｓ４…キャパシタ
Ｃｉ…中間キャパシタ
Ｃｏ…平滑キャパシタ
Ｃｒ…送電共振キャパシタ
Ｃｒｓ…受電共振キャパシタ
Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５，Ｄ６，Ｄ８，Ｄ９，Ｄ１０…ダイオード
ＤＢ…ダイオードブリッジ回路
Ｄｄｓ１，Ｄｄｓ２，Ｄｄｓ３…ダイオード
Ｅ…基準電圧回路
ＥＡ…誤差増幅器
Ｌｆ，Ｌｆｓ，Ｌｉ，Ｌ６…インダクタ
Ｌｐ…ワイヤレス送電コイル
Ｌｓ…ワイヤレス受電コイル
ＰＲ…送電共振機構
Ｑ１…第１スイッチング素子
Ｑ２…第２スイッチング素子
Ｑ３…第３スイッチング素子
Ｑ５…スイッチング素子
Ｑ６…トランジスタ
Ｑ９，Ｑ１１，Ｑ１２，Ｑ１３，Ｑ１４…スイッチング素子
Ｒｉ，Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５，Ｒ８…抵抗素子
Ｒｏ…負荷
Ｓ１…第１スイッチ回路
Ｓ２…第２スイッチ回路
Ｓ３…第３スイッチ回路
Ｓ４…第４スイッチ回路
ＳＲ…受電共振機構
Ｔ…トランス
Ｔｒ１…トランジスタ
Ｖｉ…入力電源
ＺＤ…ツェナーダイオード
１…制御ＩＣ
２…帰還経路絶縁素子
１２…電圧変換回路
２１…入力フィルタ
２２…電流検出回路
２３…復調回路
２５…ドライバー
２６…送電回路
２７…ＥＭＩフィルタ
２８…共振調整回路
３０…ＭＰＵ
３１…電圧レギュレータ回路
３２…発振器
３３…過電圧保護回路
３４…温度検出回路
３５…過電流検知回路
３６…過電力検知回路
３９…電力管理回路
５０…ＭＰＵ
５１…受電共振調整回路
５２…整流平滑回路
５３…電圧安定化回路
５４…過電力保護回路
５５…発振器
５６…電圧レギュレータ回路
５７…過電圧保護回路
５８…変調回路
５９…電力管理回路
６１…受電電圧検出回路
６２…温度検出回路
１０１…ワイヤレス送電装置
１２０…ワイヤレス給電部
２０１…ワイヤレス受電装置
３０１Ａ，３０１Ｂ，３０２，３０３，３０４，３０５，３０６…ワイヤレス給電システム

Claims (13)

  1. 　送電コイル及び送電共振キャパシタを含む送電共振機構と、
    　前記送電共振機構に直流電圧又は直流電流を所定のスイッチング周波数で断続的に与えるようにスイッチングする送電回路と、
    　入力電源を電圧変換する電圧変換回路と、
    　前記電圧変換回路と前記送電回路との間に設けられ、前記電圧変換回路と前記送電回路とが共用する中間キャパシタと、
    　前記電圧変換回路から前記送電回路へ入力される中間入力電流を検出する中間入力電流検出回路と、
    　前記中間入力電流の上限値を設定し、前記電圧変換回路の出力電圧となる前記中間キャパシタの電圧である中間電圧を制御することで、前記送電共振機構に断続的に与える直流電圧又は直流電流の振幅を調整する電力管理回路と、を備え、
    　前記電力管理回路は、前記送電コイルがつくる、前記スイッチング周波数における交番磁界の強さを制御することを特徴とする、
    　ワイヤレス送電装置。
  2. 　前記電力管理回路は、前記中間入力電流が前記上限値に達したとき、前記電圧変換回路の出力電圧となる前記中間電圧を低下させるように前記電圧変換回路を制御する、
    　請求項１に記載のワイヤレス送電装置。
  3. 　前記電力管理回路は、前記電圧変換回路又は前記送電回路の温度を検出する温度検出回路を備え、前記温度検出回路の検出温度が所定の上限値を超えないように前記電圧変換回路の出力電圧となる前記中間電圧を低下させるように前記電圧変換回路を制御する、
    　請求項１又は２に記載のワイヤレス送電装置。
  4. 　前記電力管理回路は、前記送電共振キャパシタの電圧を検出し、前記送電共振キャパシタの電圧が所定の上限値を超えないように前記電圧変換回路を制御することにより、前記中間電圧を低下させる、
    　請求項１から３のいずれかに記載のワイヤレス送電装置。
  5. 　前記電力管理回路は、前記電圧変換回路又は前記送電回路の異常を検出する異常検知回路を備え、
    　前記異常検知回路が、前記電圧変換回路又は前記送電回路の異常を検知した場合、前記電力管理回路は、前記電圧変換回路の出力電圧となる前記中間電圧を所定値以下にして、前記送電回路のスイッチングを停止させる、
    　請求項１から４のいずれかに記載のワイヤレス送電装置。
  6. 　前記電圧変換回路は、出力電圧を検出して出力電圧を負帰還制御する負帰還制御回路を備えたＤＣ－ＤＣコンバータである、
    　請求項１から５のいずれかに記載のワイヤレス送電装置。
  7. 　前記ＤＣ－ＤＣコンバータは、絶縁形コンバータである、
    　請求項６に記載のワイヤレス送電装置。
  8. 　前記電圧変換回路は、出力電圧を検出して出力電圧を負帰還制御する負帰還制御回路を備えたシリーズレギュレータである、
    　請求項１から５のいずれかに記載のワイヤレス送電装置。
  9. 　ワイヤレス受電装置とワイヤレス送電装置とで構成されるワイヤレス給電システムにおいて、
    　前記ワイヤレス受電装置は受電コイルを備え、
    　前記ワイヤレス送電装置は、
    　前記受電コイルに磁気結合する送電コイル及び送電共振キャパシタを含む送電共振機構と、
    　前記送電共振機構に直流電圧又は直流電流を所定のスイッチング周波数で断続的に与えるようにスイッチングする送電回路と、
    　入力電源を電圧変換する電圧変換回路と、
    　前記電圧変換回路と前記送電回路との間に設けられ、前記電圧変換回路と前記送電回路とが共用する中間キャパシタと、
    　前記電圧変換回路から前記送電回路へ入力される中間入力電流を検出する中間入力電流検出回路と、
    　前記中間入力電流の上限値を設定し、前記電圧変換回路の出力電圧となる前記中間キャパシタの電圧である中間電圧を制御することで、前記送電共振機構に断続的に与える直流電圧又は直流電流の振幅を調整する電力管理回路と、を備え、
    　前記電力管理回路は、前記送電コイルがつくる、前記スイッチング周波数における交番磁界の強さを制御することを特徴とする、
    　ワイヤレス給電システム。
  10. 　前記ワイヤレス受電装置は、前記ワイヤレス送電装置へ、共鳴変調制御によって受電電力の要求信号を伝送する変調手段を備え、
    　前記ワイヤレス送電装置は、前記受電電力の要求信号を復調する復調手段、を備え、
    　前記電力管理回路は、前記受電電力の要求信号に応じて前記電圧変換回路の出力電圧となる前記中間電圧を調整するように前記電圧変換回路を制御する、
    　請求項９に記載のワイヤレス給電システム。
  11. 　前記入力電源は直流電圧源である、
    　請求項１から１０のいずれかに記載のワイヤレス送電装置。
  12. 　前記入力電源は直流電流源である、
    　請求項１から１０のいずれかに記載のワイヤレス送電装置。
  13. 　前記入力電源は商用交流電源を整流平滑する回路で構成された、
    　請求項１から１２のいずれかに記載のワイヤレス送電装置。
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