WO2023149316A1

WO2023149316A1 - ワイヤレス受電装置

Info

Publication number: WO2023149316A1
Application number: PCT/JP2023/002339
Authority: WO
Inventors: 崇浩長井; 達也細谷
Original assignee: 株式会社村田製作所
Priority date: 2022-02-03
Filing date: 2023-01-26
Publication date: 2023-08-10

Abstract

ワイヤレス受電装置（１０）は、受電遮断回路とインピーダンス調整回路を備える。受電遮断回路は、平滑電圧が第１電圧未満のとき、整流回路の整流動作を実行する。受電遮断回路は、平滑電圧が第１電圧以上のとき、整流回路の整流動作を停止し、かつ、整流回路の整流動作の停止により受電直流回路を過電圧から保護する。インピーダンス調整回路は、受電コイルの両端電圧の上昇を抑制するとともに、受電遮断回路の整流動作の実行と停止の双方において受電交流回路を過電圧から保護する。インピーダンス調整回路は、受電遮断回路の整流動作の実行と停止に関わらず、受電交流回路と受電直流回路の双方を保護する。

Description

ワイヤレス受電装置

　本発明は、電磁界結合又は電磁界共鳴結合を用いて受電を行うワイヤレス受電装置に関する。

　従来、ワイヤレス給電システムにおいて、受電装置側の受電電圧を制御する技術が各種考案されている。

　特許文献１では、同期整流コントローラによるスイッチング制御を行って、負荷に出力する整流電圧を調整する。特許文献２では、蓄電素子を用いて受電した余剰な電力を処理する。特許文献３では、共振抑制コイルを用いて、受電装置の出力電圧の過度な上昇を抑制する。

　特許文献４では、受電側のサブコイルを用いることで、受電共振回路に生じる電圧の過度な上昇を抑制する。特許文献５では、受電コイルのＱ値を適正に整合するＱ値整合回路によって、受電電圧の調整を行う。特許文献６では、コンデンサに直列接続されたスイッチを備える過電圧保護回路によって、過電圧を保護する。

　特許文献７では、共振変調回路によって、過電流および過電圧に対して保護を行う。特許文献８では、リアクトルを備える受電側フィルタを制御して、受電側共振回路を保護する。特許文献９では、受電遮断回路によって過電圧を保護する。特許文献１０では、整流回路の後段にクランプ回路を備え、クランプ回路によって電圧を制御する。

特開２０２０－１７８４４２号公報特開２０２０－１５０６９９号公報特開２０２０－１２０４３４号公報特開２０２０－０７２６０４号公報特開２０１９－０７１７０５号公報特許第６８９０３７９号明細書特許第６４２７９８３号明細書特許第６２５２３３４号明細書特許第６３７９６６０号明細書特許第５９９８９０５号明細書

　しかしながら、上述の従来の構成では、受電コイルが結合する外部磁界の強度が変化しても適正に動作させ続けること、外部磁界が過度に大きくなった場合に交流回路および直流回路を保護することは、難しかった。

　したがって、本発明の目的は、外部磁界の変化の影響を抑制して、適正な動作を継続でき、受電交流回路および受電直流回路を保護できるワイヤレス受電装置を提供することにある。

　この発明の一態様であるワイヤレス受電装置は、受電回路、負荷回路、および、受電コイルを備える。負荷回路は、受電回路に電気接続される。受電コイルは、受電回路に電気接続される。

　受電回路は、インピーダンス調整回路、整流回路、平滑回路、および、受電遮断回路を備える。インピーダンス調整回路は、受電コイルから負荷回路側をみた入力インピーダンスを調整する。整流回路は、受電コイルに流れる交流電流を整流する。平滑回路は、整流回路に電気接続される。受電遮断回路は、平滑回路の平滑電圧と所定の第１電圧との比較結果を用いて整流回路の整流動作の実行と停止を切り換える。

　受電コイルとインピーダンス調整回路と整流回路は、受電交流回路を構成する。平滑回路と負荷回路は、受電直流回路を構成する。

　第１電圧は、受電コイルに作用する外部磁界の大きさおよび負荷回路の電力の大きさに基づいて設定される。インピーダンス調整回路は、受電コイルの出力電圧の上昇を抑制する。

　受電遮断回路は、平滑電圧が第１電圧未満のとき、整流回路の整流動作を実行する。受電遮断回路は、平滑電圧が第１電圧以上のとき、整流回路の整流動作を停止し、インピーダンス調整回路と受電遮断回路とによって、受電交流回路と受電直流回路とを過電圧から保護する。

　この構成では、外部磁界によって第１電圧以上の電圧が受電直流回路に係ると、受電遮断回路によって受電直流回路が過電圧から保護される。また、インピーダンス調整回路によって受電コイルの両端電圧が抑制されるので、受電遮断回路の動作状態によらず受電交流回路と受電直流回路を保護される。

　この発明によれば、受電遮断回路によって、受電直流回路を過電圧から保護でき、且つ、インピーダンス調整回路によって、受電遮断回路の動作状態によらず受電交流回路と受電直流回路を保護できる。

図１は、第１の実施形態に係るワイヤレス受電装置の構成を示す回路図である。図２は、本実施形態に係る送電装置の一例を示す機能ブロック図である。図３（Ａ）は、本願構成での外部磁界強度の変位例を示す図であり、図３（Ｂ）は、比較構成（本願構成のインピーダンス調整回路を備えない構成）での外部磁界強度の変位例を示す図である。図４は、第２の実施形態に係るワイヤレス受電装置の構成の一例を示す回路図である。図５は、第３の実施形態に係るワイヤレス受電装置の構成の一例を示す回路図である。図６は、第４の実施形態に係るワイヤレス受電装置の構成の一例を示す回路図である。図７は、第５の実施形態に係るワイヤレス受電装置の構成の一例を示す回路図である。

　［第１の実施形態］
　本発明の第１の実施形態に係るワイヤレス受電装置について、図を参照して説明する。図１は、第１の実施形態に係るワイヤレス受電装置の構成の一例を示す回路図である。

　図１に示すように、ワイヤレス受電装置１０は、受電コイル２０Ｐ、通信アンテナ２０Ｔ、キャパシタＣ３１、キャパシタＣ３２、抵抗素子Ｒ４１、ダイオードＤ５１、ダイオードＤ５２、ダイオードＤ５３、ダイオードＤ５４、スイッチ素子Ｓ６２、スイッチ素子Ｓ６４、キャパシタＣ７０、キャパシタＣ７９、ＬＤＯ２１、電圧検出回路２２、近距離無線通信ＩＣ２３、および、負荷回路２４を備える。

　（受電コイル、受電共振回路、インピーダンス調整回路）
　受電コイル２０Ｐは、例えばループコイルである。受電コイル２０Ｐの両端には、キャパシタＣ３１が接続される。受電コイル２０Ｐの第１端には、キャパシタＣ３２の一方端子が接続される。キャパシタＣ３２の他方端子は、ダイオードＤ５３とダイオードＤ５４とのノードに接続する。受電コイル２０Ｐの第２端は、ダイオードＤ５１とダイオードＤ５２のノードに接続する。

　受電コイル２０Ｐ、キャパシタＣ３１、キャパシタＣ３２によって、受電共振回路が構成される。受電共振回路の共振周波数は、後述する送電装置９０の送電共振回路の共振周波数と略同じであり、この共振周波数が外部磁界の周波数となる。キャパシタＣ３１が、本発明の「第１共振キャパシタ」に対応し、キャパシタＣ３２が、本発明の「第２共振キャパシタ」に対応する。

　抵抗素子Ｒ４１は、受電コイル２０Ｐの両端に接続される。抵抗素子Ｒ４１の一方端は、キャパシタＣ３２よりも受電コイル２０Ｐの第１端側の位置に接続される。抵抗素子Ｒ４１の他方端は、受電コイル２０Ｐの第２端に接続される。抵抗素子Ｒ４１によって、受電コイル２０Ｐから負荷回路（詳細は後述する。）側をみた入力インピーダンスが所定値に調整される。抵抗素子Ｒ４１が、本発明の「インピーダンス調整回路」に対応する。

　（整流回路、受電遮断回路、平滑回路）
　ダイオードＤ５１とダイオードＤ５２とは、直列接続される。より具体的には、ダイオードＤ５１のアノードとダイオードＤ５２のカソードとは、接続される。ダイオードＤ５１のカソードは、Ｈｉ側配線パターンに接続し、ダイオードＤ５２のアノードは、Ｌｏｗ側配線パターンに接続する。Ｌｏｗ側配線パターンは、基準電位に接続される。

　ダイオードＤ５３とダイオードＤ５４とは、直列接続される。より具体的には、ダイオードＤ５３のアノードとダイオードＤ５４のカソードとは、接続される。ダイオードＤ５３のカソードは、Ｈｉ側配線パターンに接続し、ダイオードＤ５４のアノードは、Ｌｏｗ側配線パターンに接続する。

　ダイオードＤ５１のアノードとダイオードＤ５２のカソードのノードは、上述のように、受電コイル２０Ｐの第２端に接続される。ダイオードＤ５３のアノードとダイオードＤ５４のカソードのノードは、上述のように、キャパシタＣ３２の他方端子に接続される。

　複数のダイオードＤ５１－Ｄ５４からなる回路が、本発明の「整流回路」に対応する。そして、ここまでの受電コイル２０Ｐ、インピーダンス調整回路、整流回路によって、より具体的には、受電共振回路も含めて、本発明の「受電交流回路」が構成される。

　スイッチ素子Ｓ６２は、ダイオードＤ５２に並列接続される。より具体的には、スイッチ素子Ｓ６２は、例えば、ｎチャンネルのＦＥＴからなる。スイッチ素子Ｓ６２のドレインは、ダイオードＤ５２のカソードに接続される。スイッチ素子Ｓ６２のソースは、ダイオードＤ５２のアノードに接続される。

　スイッチ素子Ｓ６４は、ダイオードＤ５４に並列接続される。より具体的には、スイッチ素子Ｓ６４は、例えば、ｎチャンネルのＦＥＴからなる。スイッチ素子Ｓ６４のドレインは、ダイオードＤ５４のカソードに接続される。スイッチ素子Ｓ６４のソースは、ダイオードＤ５４のアノードに接続される。なお、スイッチ素子Ｓ６２とスイッチ素子Ｓ６４は、同じ特性であることが好ましい。

　スイッチ素子Ｓ６２のゲートおよびスイッチ素子Ｓ６４のゲートは、電圧検出回路２２の出力端に接続する。この電圧検出回路２２からの出力を受けて動作するスイッチ素子Ｓ６２とスイッチ素子Ｓ６４が、本発明の「受電遮断回路」に対応する。

　キャパシタＣ７０は、整流回路の出力端側において、Ｈｉ側配線パターンとＬｏｗ側配線パターンとの間に接続される。キャパシタＣ７０が、本発明の「平滑回路」に対応する。

　（平滑回路よりも後段）
　ＬＤＯ２１は、低損失リニアレギュレータであり、入力端子、出力端子、および、基準端子を備える。ＬＤＯ２１の入力端子は、Ｈｉ側配線パターンに接続する。ＬＤＯ２１の基準端子は、Ｌｏｗ側配線パターンに接続する。ＬＤＯ２１の出力端子は、電圧検出回路２２、および、負荷回路２４に接続する。

　電圧検出回路２２は、Ｈｉ側電源端子、基準端子、検出電圧入力端子、および、制御信号出力端子を備える。電圧検出回路２２のＨｉ側電源端子は、ＬＤＯ２１の出力端子に接続される。電圧検出回路２２のＬｏｗ側電源端子は、Ｌｏｗ側配線パターンに接続される。

　電圧検出回路２２の検出電圧入力端子は、Ｈｉ側配線パターンにおけるＬＤＯ２１の入力端子側で平滑回路以降の位置（Ｈｉ側配線パターンにおけるキャパシタＣ７０のノードと同電位の位置）に接続される。電圧検出回路２２の制御信号出力端子は、上述のように、スイッチ素子Ｓ６２のゲートおよびスイッチ素子Ｓ６４のゲートに接続する。

　負荷回路２４の電源端子は、ＬＤＯ２１の出力端子、Ｌｏｗ側配線パターンに接続される。負荷回路２４の電源端子には、キャパシタＣ７９が並列接続される。

　そして、平滑回路、負荷回路２４によって、より具体的には、ＬＤＯ２１も含めて、受電直力流回路が構成される。

　（通信系の回路構成）
　通信アンテナ２０Ｔは、例えばループコイルである。なお、通信アンテナ２０Ｔは、ループコイルに限るものではない。通信アンテナ２０Ｔの両端には、キャパシタＣ３９が接続される。通信アンテナ２０Ｔ、キャパシタＣ３９によって、受信共振回路が構成される。

　通信アンテナ２０Ｔの両端は、近距離無線通信ＩＣ２３に接続する。近距離無線通信ＩＣ２３は、例えば、ＮＦＣＩＣであり、負荷回路２４に接続する。

　（ワイヤレス受電装置１０の動作一例）
　ワイヤレス受電装置１０は、外部の送電装置９０から電力を受け、負荷回路２４によって所定の動作を行う。図２は、本実施形態に係る送電装置の一例を示す機能ブロック図である。

　送電装置９０は、電圧変換回路９１、送電制御回路９２、および、送電コイル９００を備える。電圧変換回路９１は、外部の電源９９からの入力電圧の電圧レベルを変換して、送電制御回路９２に供給する。送電制御回路９２は、電圧変換回路９１から供給される直流電圧を、所定周波数の交流電圧に変換し、送電コイル９００に印加する。送電コイル９００は、例えばループコイルである。送電コイル９００は、印加された交流電圧に応じた交流電流を流し、交番磁界を発生する。

　ワイヤレス受電装置１０は、送電コイル９００の発生する交番磁界に受電コイル２０Ｐが結合するように配置される。これにより、受電コイル２０Ｐは、送電コイル９００の発生する交番磁界と電磁界結合又は電磁界共鳴結合して、所定周波数の交流電流を発生する。

　この際、ワイヤレス受電装置１０の受電共振回路の共振周波数が交番磁界（外部磁界）の周波数と一致することで、受電コイル２０Ｐと送電コイル９００とを用いた磁気共鳴状態が実現でき、高効率な受電が可能になる。なお、この共振周波数は、例えば、ＩＳＭバンドの１３．５６ＭＨｚや６．７８ＭＨｚである。この共振周波数は一例であり、他の周波数であってもよいが、ＩＳＭバンドの周波数を用いることによって、電磁干渉を許容できる。さらに、共振周波数を６．７８ＭＨｚとすることで、電磁干渉を許容しながら、電力損失を低減でき、ワイヤレス受電装置１０の小型軽量化も実現できる。

　受電共振回路からの出力電流は、複数のダイオードＤ５１－Ｄ５４によって構成される整流回路で整流され、出力される。これにより、交流電流は直流電流に変換される。平滑回路は、整流回路の出力電流、出力電圧を平滑化して、ＬＤＯ２１に出力する。これにより、ＬＤＯ２１には一定の直流電圧が供給される。この平滑回路の出力電圧が、本発明の「平滑電圧」に対応する。

　ＬＤＯ２１は、入力直流電圧（平滑電圧）を所望値の出力直流電圧に変換し、電圧検出回路２２の電源用、および、負荷回路２４の電源用として出力する。

　負荷回路２４は、ＬＤＯ２１の出力直流電圧によって駆動し、所定のデータ処理等を実行する。

　通信アンテナ２０Ｔは、図示を省略した送信アンテナと電磁界結合することで、通信を行う。なお、送信アンテナが送電コイル９００と共通の場合、通信アンテナ２０Ｔは、送電コイル９００と電磁界結合することで、近距離無線通信を行う。この近距離無線通信は、通信アンテナ２０Ｔに接続された近距離無線通信ＩＣ２３によって制御される。近距離無線通信ＩＣ２３と負荷回路２４とは、相互にデータ通信可能である。近距離無線通信ＩＣ２３は、負荷回路２４とのデータ通信結果に基づいて、通信アンテナ２０Ｔを用いた近距離無線通信を制御する。

　このような構成において、ワイヤレス受電装置１０は、さらに次の制御を行う。

　インピーダンス調整回路である抵抗素子Ｒ４１は、受電コイル２０Ｐの出力端に並列接続されている。この構成によって、受電コイル２０Ｐが外部磁界に結合して発生する電流の一部は、抵抗素子Ｒ４１に流れる。したがって、抵抗素子Ｒ４１を備える構成は、抵抗素子Ｒ４１を備えない構成と比較して、同じ外部磁界強度でも、受電コイル２０Ｐの両端電圧（整流回路の入力電圧）を抑制できる。

　このため、抵抗素子Ｒ４１を備えない構成で保護できなくなる高い外部磁界強度の範囲に対して、抵抗素子Ｒ４１を備える構成によって保護できる範囲を広げられる。これにより、ワイヤレス受電装置１０は、整流回路以降の回路、すなわち、受電交流回路および受電直流回路に対する耐圧をより高い外部磁界強度まで上げることができる。したがって、ワイヤレス受電装置１０は、受電交流回路および受電直流回路に対して、より確実な過電圧保護を実現できる。

　電圧検出回路２２は、平滑電圧（平滑回路の出力電圧）に基づいて、スイッチ素子Ｓ６２およびスイッチ素子Ｓ６４に対する制御信号を生成する。なお、電圧検出回路２２は、ＬＤＯ２１の出力直流電圧で駆動する。

　電圧検出回路２２は、平滑電圧と第１電圧とを比較し、比較結果に基づいて制御信号を生成する。電圧検出回路２２は、平滑電圧が第１電圧未満であれば、スイッチ素子Ｓ６２およびスイッチ素子Ｓ６４をオフ制御する制御信号を生成する。

　スイッチ素子Ｓ６２およびスイッチ素子Ｓ６４がオフ制御されているとき、整流回路は、整流動作を実行する。これにより、整流された直流電流は平滑回路に供給され、負荷回路２４の所定電圧の直流電力が供給される。

　電圧検出回路２２は、平滑電圧が第１電圧以上であれば、スイッチ素子Ｓ６２およびスイッチ素子Ｓ６４をオン制御する制御信号を生成する。スイッチ素子Ｓ６２およびスイッチ素子Ｓ６４がオン制御されているとき、整流回路は、整流動作を停止する。これにより、平滑回路に電流は流れず、負荷回路２４への直流電力の供給は停止される。

　ここで、第１電圧は、受電コイルに作用する外部磁界強度（大きさ）および負荷回路の電力（負荷回路を構成する回路部品の耐電圧）の大きさに基づいて設定される。

　より具体的に、第１電圧は、抵抗素子Ｒ４１が接続された状態での受電直流回路を保護できる上限電圧で決定される。そして、抵抗素子Ｒ４１が接続された状態での電圧は、外部磁界強度に対応する。したがって、第１電圧は、外部磁界強度に基づいて設定される。

　また、受電直流回路の上限電圧は、受電直流回路の電力、耐電圧、特に、負荷回路２４の電力、負荷回路２４を構成する回路部品の耐電圧によって決定される。したがって、第１電圧は、負荷回路の電力（負荷回路を構成する回路部品の耐電圧）の大きさに基づいて設定される。

　このように設定された第１電圧を用いて上述の受電遮断回路を動作させる。これにより、受電直流回路に過電圧が係らない外部磁界強度の範囲では、ワイヤレス受電装置１０は、整流回路の動作を実行し、負荷回路２４を含む受電直流回路に対して適正な電圧の電力供給を行うことができる。

　一方、受電直流回路に過電圧が係る可能性がある外部磁界強度の範囲では、ワイヤレス受電装置１０は、整流回路の動作を停止し、負荷回路２４を含む受電直流回路に対する電力供給を停止し、受電直流回路を過電圧から保護できる。

　以上のように、本実施形態の構成を備えることによって、ワイヤレス受電装置１０は、インピーダンス調整回路によって、受電コイル２０Ｐの両端電圧の上昇を抑制するとともに、受電遮断回路の整流動作の実行と停止の双方において受電交流回路を過電圧から保護できる。さらに、ワイヤレス受電装置１０は、受電遮断回路によって、受電直流回路に対して過電圧の係らない範囲では受電直流回路に対して適正な電力供給を行い、受電直流回路に対して過電圧の係る範囲では受電直流回路を過電圧から保護できる。これにより、ワイヤレス受電装置１０は、適正に受電できる外部磁界強度を高い範囲まで広げることができ、且つ、適正な過電圧保護を実現できる。

　さらに、ワイヤレス受電装置１０は、上述のインピーダンス調整回路と受電遮断回路を備えることによって、次の作用効果を得ることもできる。図３（Ａ）は、本願構成での外部磁界強度の変位例を示す図であり、図３（Ｂ）は、比較構成（本願構成のインピーダンス調整回路を備えない構成）での外部磁界強度の変位例を示す図である。図３（Ａ）、図３（Ｂ）は、インピーダンス調整回路を備えない構成で受電遮断回路が動作する磁界強度の範囲に外部磁界強度がある場合を示す。図３（Ａ）、図３（Ｂ）は、データ通信を行っていない状態（電力供給のみを行っている状態）での磁界強度の包絡線を示す。

　まず、比較構成では、過電圧に達するごとに受電遮断回路が動作する。これにより、受電コイル２０Ｐを流れる電流が変化し、図３（Ｂ）に示すように、外部磁界強度の包絡線が変化する。この変化は、スイッチ素子のスイッチ周期に依存する。

　このような外部磁界強度の包絡線の変化は、この磁界強度の包絡線を用いた通信の際のノイズとなる。すなわち、通信装置の通信用電流の振幅は、外部磁界の大きさに依存する。したがって、包絡線が変化すると、意図しない通信用電流の振幅の変化が生じる。このため、通信装置は、包絡線の変化を通信データとして誤検知する可能性がある。

　しかしながら、本願発明の構成（インピーダンス調整回路）を備えることで、図３（Ａ）に示すように、所定の磁界強度まで受電遮断回路が動作することを抑制し、外部磁界強度の包絡線は一定となる。したがって、包絡線の変化は、通信データによる変化のみとなり、通信装置は、通信データをより確実に検知できる。

　このように、上述の構成を備えることで、ワイヤレス受電装置１０は、インピーダンス調整回路を備えない比較構成（従来構成）よりも高い磁界強度の所定範囲（インピーダンス調整回路で設定可能な範囲）において、データ通信をより確実に実行、継続できる。これにより、ワイヤレス受電装置１０は、インピーダンス調整回路を備えない比較構成（従来構成）よりも、ワイヤレス受電を行いながら安定的にデータ通信を行うことができる。

　また、ワイヤレス受電装置１０では、インピーダンス調整回路である抵抗素子Ｒ４１が、直列共振キャパシタであるキャパシタＣ３２よりも受電コイル２０Ｐ側に接続される。これにより、受電コイル２０Ｐで発生する電流は、抵抗素子Ｒ４１に直接流れるので、インピーダンス調整効果をより効果的に得られる。

　［第２の実施形態］
　本発明の第２の実施形態に係るワイヤレス受電装置について、図を参照して説明する。図４は、第２の実施形態に係るワイヤレス受電装置の構成の一例を示す回路図である。

　図４に示すように、第２の実施形態に係るワイヤレス受電装置１０Ａは、第１の実施形態に係るワイヤレス受電装置１０に対して、受電と受信に対して共通のコイル２０を備える点で異なる。ワイヤレス受電装置１０Ａの他の構成は、ワイヤレス受電装置１０と同様であり、同様の箇所の説明は省略する。

　ワイヤレス受電装置１０Ａは、コイル２０を備える。キャパシタＣ３２の他方端とコイル２０の第２端は、近距離無線通信ＩＣ２３に接続する。この構成では、受電用の共振周波数と受信用の共振周波数とは同じであり、受電共振回路は、受信共振回路を兼用する。

　このような構成によって、ワイヤレス受電装置１０Ａは、ワイヤレス受電装置１０と同様の作用効果を奏することができる。さらに、ワイヤレス受電装置１０Ａは、受電と受信で共通のコイル２０を用いるので、さらなる小型化を実現できる。また、この構成では、受電時の上述の磁界強度の包絡線の変化の影響をより受け易い。したがって、ワイヤレス受電装置１０Ａでは、上述の作用効果が、より有効である。

　［第３の実施形態］
　本発明の第３の実施形態に係るワイヤレス受電装置について、図を参照して説明する。図５は、第３の実施形態に係るワイヤレス受電装置の構成の一例を示す回路図である。

　図５に示すように、第３の実施形態に係るワイヤレス受電装置１０Ｂは、第１の実施形態に係るワイヤレス受電装置１０に対して、インピーダンス調整回路の構成において異なる。ワイヤレス受電装置１０Ｂの他の構成は、ワイヤレス受電装置１０と同様であり、同様の箇所の説明は省略する。

　ワイヤレス受電装置１０Ｂは、インピーダンス調整回路として、ツェナーダイオードＴＺ４１とツェナーダイオードＴＺ４２との直列回路を備える。ツェナーダイオードＴＺ４１のカソードとツェナーダイオードＴＺ４２のカソードは接続される。ツェナーダイオードＴＺ４１のアノードは、受電コイル２０Ｐの第２端に接続され、ツェナーダイオードＴＺ４２のアノードは、受電コイル２０Ｐの第１端に接続される。

　ツェナーダイオードＴＺ４１およびツェナーダイオードＴＺ４２のツェナー電圧は、受電交流回路に過電圧が印加されない電圧に基づいて設定される。

　この構成では、外部磁界強度が低く、ツェナー電圧未満のときには、外部磁界強度に関係なく、ツェナーダイオードＴＺ４１およびツェナーダイオードＴＺ４２に大電流が流れない。したがって、ワイヤレス受電装置１０Ｂは、適正な受電動作を維持でき、通信特性への悪影響を抑制できる。

　また、外部磁界強度が高く、ツェナー電圧以上のときには、ツェナーダイオードＴＺ４１およびツェナーダイオードＴＺ４２に大電流が流れ、受電コイル２０Ｐの両端電圧が低下する。したがって、ワイヤレス受電装置１０Ｂは、受電交流回路および受電直流回路を保護できる。この際、通信アンテナ２０Ｔは、受電コイル２０Ｐと別に設けられているので、通信特性への悪影響は抑制できる。

　［第４の実施形態］
　本発明の第４の実施形態に係るワイヤレス受電装置について、図を参照して説明する。図６は、第４の実施形態に係るワイヤレス受電装置の構成の一例を示す回路図である。

　図６に示すように、第４の実施形態に係るワイヤレス受電装置１０Ｃは、第１の実施形態に係るワイヤレス受電装置１０に対して、過電圧保護回路を追加した点で異なる。ワイヤレス受電装置１０Ｃの他の構成は、ワイヤレス受電装置１０と同様であり、同様の箇所の説明は省略する。

　ワイヤレス受電装置１０Ｃは、ツェナーダイオードＴＺ８０、および、抵抗素子Ｒ８０を備える。ツェナーダイオードＴＺ８０と抵抗素子Ｒ８０は、直列接続されている。具体的には、ツェナーダイオードＴＺ８０のアノードと抵抗素子Ｒ８０の一方端子とは接続されている。ツェナーダイオードＴＺ８０のカソードは、Ｈｉ側配線パターンにおける平滑回路とのノードとＬＤＯ２１の入力端との間に接続される。抵抗素子Ｒ８０の他方端子は、Ｌｏｗ側配線パターンに接続される。これらツェナーダイオードＴＺ８０、および、抵抗素子Ｒ８０によって、本発明の「過電圧保護回路」が構成される。

　ツェナーダイオードＴＺ８０のツェナー電圧は、第１電圧よりも低い電圧に設定される。

　このような構成によって、ワイヤレス受電装置１０Ｃは、負荷回路２４の過電圧保護を二段階で実現できる。より具体的には、ワイヤレス受電装置１０Ｃは、過電圧保護回路（ツェナーダイオードＴＺ８０、および、抵抗素子Ｒ８０）によって、第１電圧よりも低い所定電圧で、負荷回路２４の過電圧保護を行う。過電圧保護回路は外部磁界強度に変動を与えないため、この時点では、負荷回路２４を保護しながら受電動作と通信動作を適正に実現できる。さらに、ワイヤレス受電装置１０Ｃは、第１電圧に達すると、受電遮断回路を動作させ、負荷回路２４の過電圧を保護できる。

　［第５の実施形態］
　本発明の第５の実施形態に係るワイヤレス受電装置について、図を参照して説明する。図７は、第５の実施形態に係るワイヤレス受電装置の構成の一例を示す回路図である。

　図７に示すように、第５の実施形態に係るワイヤレス受電装置１０Ｄは、第４の実施形態に係るワイヤレス受電装置１０Ｃに対して、電圧検出回路の検出電圧において異なる。ワイヤレス受電装置１０Ｄの他の構成は、ワイヤレス受電装置１０Ｃと同様であり、同様の箇所の説明は省略する。

　ワイヤレス受電装置１０Ｄでは、電圧検出回路２２の検出電圧入力端子は、ツェナーダイオードＴＺ８０と抵抗素子Ｒ８０とのノードに接続する。これにより、電圧検出回路２２は、抵抗素子Ｒ８０に電流が流れた時、すなわち、ツェナーダイオードＴＺ８０にツェナー電流が流れたときに抵抗素子Ｒ８０に係る電圧を検出する。

　ツェナーダイオードＴＺ８０にツェナー電流が流れない低電圧のとき、電圧検出回路２２は、この電圧を検知して、スイッチ素子Ｓ６２およびスイッチ素子Ｓ６４をオフ制御する（オフ制御信号を生成する）。言い換えれば、過電圧保護回路が動作していないとき、電圧検出回路２２は、スイッチ素子Ｓ６２およびスイッチ素子Ｓ６４をオフ制御する。

　ツェナーダイオードＴＺ８０にツェナー電流が流れたとき、電圧検出回路２２は、この電圧を検知して、スイッチ素子Ｓ６２およびスイッチ素子Ｓ６４をオン制御する（オン制御信号を生成する）。言い換えれば、過電圧保護回路が動作しているとき、電圧検出回路２２は、スイッチ素子Ｓ６２およびスイッチ素子Ｓ６４をオン制御する。

　このように、ワイヤレス受電装置１０Ｄは、ツェナーダイオードＴＺ８０を用いた過電圧保護回路の動作に基づいて、受電遮断回路を動作させることができる。これにより、ワイヤレス受電装置１０Ｄは、ツェナーダイオードＴＺ８０を過電流から保護できる。

　上述の各実施形態の構成および制御は適宜組み合わせることが可能であり、それぞれの組み合わせに応じた作用効果を奏することができる。

１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ：ワイヤレス受電装置
２０：コイル
２０Ｐ：受電コイル
２０Ｔ：通信アンテナ
２１：ＬＤＯ
２２：電圧検出回路
２３：近距離無線通信ＩＣ
２４：負荷回路
９０：送電装置
９１：電圧変換回路
９２：送電制御回路
９９：電源
９００：送電コイル
Ｃ３１、Ｃ３２、Ｃ３９、Ｃ７０、Ｃ７９：キャパシタ
Ｄ５１、Ｄ５２、Ｄ５３、Ｄ５４：ダイオード
Ｒ４１、Ｒ８０：抵抗素子
Ｓ６２、Ｓ６４：スイッチ素子
ＴＺ４１、ＴＺ４２、ＴＺ８０：ツェナーダイオード

Claims

　受電回路と、
　前記受電回路に電気接続される負荷回路と、
　前記受電回路に電気接続される受電コイルと、
　を備え、
　前記受電回路は、
　　前記受電コイルから前記負荷回路側をみた入力インピーダンスを調整するインピーダンス調整回路と、
　　前記受電コイルに流れる交流電流を整流する整流回路と、
　　前記整流回路に電気接続される平滑回路と、
　　前記平滑回路の平滑電圧と所定の第１電圧との比較結果を用いて前記整流回路の整流動作の実行と停止を切り換える受電遮断回路と、
　を備え、
　前記受電コイルと前記インピーダンス調整回路と前記整流回路は、受電交流回路を構成し、
　前記平滑回路と前記負荷回路は、受電直流回路を構成し、
　前記第１電圧は、前記受電コイルに作用する外部磁界の大きさおよび前記負荷回路の電力の大きさに基づいて設定され、
　前記インピーダンス調整回路は、前記受電コイルの両端電圧の上昇を抑制し、
　前記受電遮断回路は、
　　前記平滑電圧が前記第１電圧未満のとき、前記整流回路の整流動作を実行し、
　　前記平滑電圧が前記第１電圧以上のとき、前記整流回路の整流動作を停止し、
　前記インピーダンス調整回路と前記受電遮断回路とによって、前記受電交流回路と前記受電直流回路とを過電圧から保護する、
　ワイヤレス受電装置。
　前記受電遮断回路は、前記整流回路の整流動作の停止により前記受電直流回路を過電圧から保護し、
　前記インピーダンス調整回路は、前記受電コイルの両端電圧の上昇を抑制するとともに、前記受電遮断回路の整流動作の実行と停止の双方において前記受電交流回路を過電圧から保護し、
　前記受電遮断回路の整流動作の実行と停止に関わらず、前記受電交流回路と受電直流回路の双方を保護する、
　請求項１に記載のワイヤレス受電装置。
　前記第1電圧は、前記インピーダンス調整回路が接続された状態での前記受電遮断回路による受電の遮断によって前記受電直流回路を保護できる上限電圧に設定されている、
　請求項１に記載のワイヤレス受電装置。
　通信回路と、
　前記通信回路に電気接続される通信アンテナと、
　を備え、
　前記通信アンテナは、前記受電コイルと共通のコイルである、
　請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のワイヤレス受電装置。
　通信回路と、
　前記通信回路に電気接続される通信アンテナと、
　を備え、
　前記通信アンテナは、前記受電コイルと異なるコイルで構成される、
　請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のワイヤレス受電装置。
　前記インピーダンス調整回路は、抵抗素子を用いて構成される、
　請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のワイヤレス受電装置。
　前記インピーダンス調整回路は、ツェナーダイオードを用いて構成される、
　請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のワイヤレス受電装置。
　前記インピーダンス調整回路は、２個のツェナーダイオードを用いて互いに逆方向に直列接続されて構成される、
　請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のワイヤレス受電装置。
　前記受電遮断回路は、
　前記整流回路の整流素子に並列接続されるスイッチ素子を備える、
　請求項１乃至請求項８のいずれかに記載のワイヤレス受電装置。
　前記平滑回路と前記負荷回路との間に接続された過電圧保護回路を備え、
　前記過電圧保護回路は、
　　前記平滑回路に並列接続され、前記第１電圧よりも低電圧で動作するツェナーダイオードを備える、
　請求項１乃至請求項９のいずれかに記載のワイヤレス受電装置。
　前記受電遮断回路は、
　前記過電圧保護回路の電圧に基づいて動作する、
　請求項１０に記載のワイヤレス受電装置。
　前記受電コイルと、前記受電コイルに並列接続される第１共振キャパシタと、を含む受電共振回路を備える、
　請求項１乃至請求項１１のいずれかに記載のワイヤレス受電装置。
　前記受電共振回路は、前記受電コイルに直列接続される第２共振キャパシタを含む、
　請求項１２に記載のワイヤレス受電装置。
　前記インピーダンス調整回路は、前記第２共振キャパシタよりも前記受電コイル側に接続される、
　請求項１３に記載のワイヤレス受電装置。
　前記外部磁界の周波数は、１３．５６ＭＨｚである、
　請求項１乃至請求項１４のいずれかに記載のワイヤレス受電装置。
　前記外部磁界の周波数は、６．７８ＭＨｚである、
　請求項１乃至請求項１４のいずれかに記載のワイヤレス受電装置。