CN107919738A - 无线电力传送装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的无线电力传送装置(1)能够减小电力传送和信号传送的相互影响而兼得稳定的该两者，其具备对输入直流电压进行交流变换的供电电路(110)、通过交流电压产生交流磁通的供电线圈(6)、接收交流磁通而产生交流电压的受电线圈(7)、将受电线圈中产生的交流电压进行直流变换的受电电路(120)、生成表示受电电路的输出大小的交流信号的信号生成电路(140)、发送交流信号的信号发送线圈(8)、接收信号发送线圈发送的交流信号的信号接收线圈(9)、基于信号接收线圈接收到的交流信号控制从供电电路输出的交流电压的控制电路(150)。交流信号的频率比从供电电路输出的交流电压的频率高10倍以上，信号生成电路将受电电路的输出的大小变换成交流信号的振幅的大小。

Description

无线电力传送装置
技术领域
本发明涉及无线电力传送装置。
背景技术
不使用电源线或电源线缆而供给电力的无线电力传送技术备受关注。无线电力传送技术因为能够以无线方式从供电侧向受电侧供给电力，所以期待对电车、电动汽车等运输设备、家电制品、电子设备、无线通信设备、玩具、产业设备之类的各种制品的应用。
在这种无线电力传送技术中，为了使受电侧的输出状态稳定，需要将受电侧的输出信息传递到供电侧，基于该输出信息控制向供电线圈供给的交流电力。在此，作为向供电侧传递受电侧的输出信息的方案，已知有在受电侧设置信号发送线圈，在供电侧设置信号接收线圈，利用信号接收发送线圈的感应耦合而传达信息。
例如，专利文献1中提案有一种无线电力传送系统，其具备：生成通过信号频率表示对负载电路的一部分施加的输出电压的输出信号的信号生成电路、将信号生成电路生成的输出信号发送到供电侧的信号发送线圈、接收由信号发送线圈发送的输出信号的信号接收线圈、根据信号频率对由信号接收线圈接收到的输出信号进行直流变换的信号调整电路。
另外，专利文献2中提案有一种无线电力传送系统，其具备：生成通过占空比表示对负载电路的一部分施加的输出电压的输出信号的信号生成电路、将信号生成电路生成的输出信号发送到供电侧的信号发送线圈、接收由信号发送线圈发送的输出信号的信号接收线圈、根据占空比对由信号接收线圈接收到的输出信号进行直流变换的信号调整电路。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2011－223860号公报
专利文献2：日本特开2011－217596号公报
发明所要解决的课题
但是，在专利文献1所公开的技术中，伴随信号频率的大小的变化，从信号发送线圈发送的输出信号的频率也发生变化，因此，当输出信号的频率与电力传送的驱动频率的噪声频率成分一致时，输出信号波形失真，可能产生电力控制的误动作，有改善的余地。
专利文献2所公开的技术中，因为使从信号发送线圈发送的输出信号的占空比变化，所以不使输出信号的频率变化，但用于高精度地控制占空比的电路结构复杂，在零件数量的增加所致的成本上升或可靠性方面有改善的余地。
发明内容
本发明是鉴于上述课题而完成的，其目的在于，减小电力传送和信号传送的相互影响，兼得稳定的电力传送和信号传送。
用于解决课题的技术方案
为了解决上述课题，本发明提供一种无线电力传送装置，其特征在于，具备：供电电路，其将输入直流电压变换成交流电压输出；供电线圈，其通过所述交流电压产生交流磁通；受电线圈，其接收所述交流磁通的至少一部分而产生交流电压；受电电路，其将所述受电线圈产生的交流电压变换成直流电压；信号生成电路，其生成表示所述受电电路的输出电压或输出电流的大小的交流信号；信号发送线圈，其将所述信号生成电路生成的所述交流信号发送到供电侧；信号接收线圈，其接收从所述信号发送线圈发送的所述交流信号；控制电路，其基于所述信号接收线圈接收到的所述交流信号，控制从所述供电电路输出的交流电压，所述交流信号的频率比从所述供电电路输出的交流电压的频率高10倍以上，所述信号生成电路将所述受电电路的输出电压或输出电流的大小变换成所述交流信号的振幅的大小。
根据本发明，能够减小电力传送及信号传送的一方对另一方带来的影响。另外，因为使用根据受电电路的输出电压或输出电流的大小进行了振幅调制的交流信号，所以能够抑制与交流信号的频率一致的电力传送的频率(从供电电路输出的交流电压的频率)的噪声频率成分的影响。因此，能够减小电力传送和信号传送的相互影响，能够实现兼得稳定的电力传送和信号传送。
本发明中，优选的是，所述信号生成电路具有：振荡电路，其输出所述交流信号；电源电压生成电路，其根据所述受电电路的输出电压或输出电流的大小，生成所述振荡电路的电源电压，所述电源电压生成电路基于所述受电电路的输出电压或输出电流与目标值之差，控制所述电源电压。根据该结构，因为不使从信号生成电路输出的交流信号的频率变化而能够将信号传送用的交流信号的频率固定在特定的频率，所以能够减小电力传送和信号传送的相互影响。因此，能够通过简单的结构而实现兼得稳定的电力传送和信号传送。
本发明中，优选的是，所述供电电路具有：电源电路，其将所述输入直流电压变换成规定的直流电压；电压变换电路，其将所述电源电路输出的所述规定的直流电压变换成所述交流电压，所述控制电路基于所述信号接收线圈接收到的所述交流信号，控制从所述电源电路输出的所述规定的直流电压，由此，控制从所述供电电路输出的所述交流电压。根据该结构，因为不使从电压变换电路输出的交流信号的频率变化而能够将电力传送的频率(从供电电路输出的交流电压的频率)固定在特定的频率，所以能够更进一步减小电力传送和信号传送的相互影响。
本发明中，优选的是，所述电源电路由非绝缘型的降压变换器构成。根据该结构，能够构成廉价且高效的电源电路。
发明效果
根据本发明，能够提供能减小电力传送和信号传送的相互影响而兼得稳定的电力传送和信号传送的无线电力传送装置。
附图说明
图1是概略性表示本发明实施方式的无线电力传送装置的结构的框图。
图2是详细表示供电单元1A的电路结构的一例的框图。
图3是详细表示受电单元1B的电路结构的一例的框图。
图4是详细表示受电单元1B的电路结构的其它例的框图。
符号说明
1 无线电力传送装置
1A 供电单元
1B 受电单元
6 供电线圈
7 受电线圈
8 信号发送线圈
9 信号接收线圈
100 直流电压源
110 供电电路
111 电源电路
112 电压变换电路
113 电源电路开关元件控制器部
114 电压变换电路开关元件控制器部
120 受电电路
121 电桥型全波整流电路
130 负载
140 信号生成电路
141 振荡电路
142 电源电压生成电路
150 控制电路
151 滤波器
152 整流平滑电路
153 可变分压电路
C1 旁路电容器
C2 并联电容器
C3 平滑电容器
D1～D4 整流二极管
L1 串联电感器
OP 运算放大器
R1、R3～R6 电阻
R2 可变电阻
SW1～SW7 开关元件
T 变压器
TP 电力传送用变压器
TS 信号传送用变压器
具体实施方式
以下，参照附图详细说明本发明的优选的实施方式。
图1是概略性表示本发明的实施方式的无线电力传送装置的结构的框图。
如图1所示，无线电力传送装置1由供电单元1A和受电单元1B的组合构成，以无线方式从供电单元1A向受电单元1B传送电力。
供电单元1A具备将输入直流电压变换为例如100kHz的交流电压并输出的供电电路110、通过交流电压产生交流磁通的供电线圈6、接收从受电单元1B侧发送的交流信号的信号接收线圈9、基于信号接收线圈9接收到的交流信号控制从供电电路110输出的交流电压的控制电路150。
受电单元1B具备接收供电线圈6产生的交流磁通的至少一部分而产生交流电压的受电线圈7、将受电线圈7中产生的交流电压变换成例如DC24V的直流电压的受电电路120、生成表示受电电路120的输出电压或输出电流的大小的交流信号的信号生成电路140、向信号接收线圈9发送交流信号的信号发送线圈8。受电电路120的输出电压例如向负载130供给。
供电电路110具有将输入直流电压变换成规定的直流电压的电源电路111、和将电源电路111输出的规定的直流电压变换成例如100kHz的交流电压的电压变换电路112。控制电路150基于信号接收线圈9接收到的交流信号，控制从电源电路111输出的规定的直流电压的大小，由此控制从供电电路110输出的交流电压。因此，能够不使电压变换电路112输出的交流电压的频率发生变化而将电力传送的频率(从供电电路110输出的交流电压的频率)固定在特定的频率。
信号生成电路140具有输出例如10MHz的交流信号的振荡电路141、和根据受电电路120的输出电压或输出电流的大小生成振荡电路141的电源电压的电源电压生成电路142，电源电压生成电路142基于受电电路120的输出电压或输出电流与目标值之差，控制振荡电路141的电源电压。
这样，通过将受电单元1B的输出经由信号发送线圈8及信号接收线圈9反馈到供电单元1A，能够将受电单元1B的输出控制为恒定。
供电线圈6和受电线圈7的组合构成电力传送用变压器TP，信号发送线圈8和信号接收线圈9的组合构成信号传送用变压器TS。在为了实现无线电力传送装置1的小型化及高性能化，而将信号传送用变压器TS与电力传送用变压器TP在相同的壳体内同轴配置、或者非常接近地配置的情况下，电力传送用变压器TP产生的磁通及信号传送用变压器TS产生的磁通的一方对另一方带来影响，信号传送品质或电力传送品质可能降低。因此，在本实施方式中，通过将信号传送频率设为电力传送频率的10倍以上，减小电力传送和信号传送的相互影响。
图2是详细表示供电单元1A的电路结构的一例的框图。
如图2所示，供电单元1A侧的电源电路111是非绝缘型的降压变换器，具备与从直流电压源100延伸的一对平衡线的一方串联连接的第一开关元件SW1、与平衡线并联连接的第二开关元件SW2、控制第一及第二开关元件SW1、SW2的导通断开的电源电路开关元件控制器部113、与第一及第二开关元件SW1、SW2的前段并联连接的旁路电容器C1、设置于第一及第二开关元件SW1、SW2的后级的由串联电感器L1及并联电容器C2构成的低通滤波器。电源电路开关元件控制器部113基于来自控制电路150的控制电压来控制使开关元件SW1、SW2导通断开的周期，由此控制向后级的电压变换电路112供给的直流电压电平。
电压变换电路112具备第三～第六开关元件SW3～SW6的电桥电路、和控制第三～第六开关元件SW3～SW6的导通断开的电压变换电路开关元件控制器部114，从电源电路111供给的规定的直流电压被变换成例如100kHz的交流电压后，向供电线圈6输入。
控制电路150具备滤波器151、整流平滑电路152、可变分压电路153。信号接收线圈9接收到的交流信号通过滤波器151被除去了噪声后，通过整流平滑电路152整流及平滑，输入到可变分压电路153。可变分压电路153由与平衡线并联连接的电阻R1及可变电阻R2的串联电路构成，可变电阻R2的大小根据整流平滑电路152的输出电压电平而变化。在来自整流平滑电路152的输出电压电平大的情况下，可变电阻R2的电阻值也增大，因此，向电源电路开关元件控制器部113供给大的控制电压。另外，在来自整流平滑电路152的输出电压电平小的情况下，可变电阻R2的电阻值也减小，因此，向电源电路开关元件控制器部113供给小的控制电压。电源电路开关元件控制器部113根据控制电压电平控制开关，从而控制向电压变换电路112供给的规定的直流电压的大小。
图3是详细表示受电单元1B的电路结构的一例的框图。
如图3所示，受电单元1B的受电电路120由包含整流二极管D1～D4的电桥型全波整流电路121和平滑电容器C3的组合构成，将来自受电线圈7的交流电压平滑及整流，生成例如DC24V的直流电压，并将该直流电压供给到负载130。
信号生成电路140具有输出例如10MHz的交流信号的振荡电路141、和根据受电电路120的输出电压的大小而生成振荡电路141的电源电压的电源电压生成电路142。电源电压生成电路142包含分压电阻R3、R4、运算放大器OP、电阻R5、开关元件SW7，基于受电电路120的输出电压(电阻R4的分压值)与目标值V0之差，控制振荡电路141的电源电压V1。详细而言，在受电电路120的输出电压的分压值比目标值V0高的情况下，开关元件SW7的导通电阻降低。由此，因为向振荡电路141供给的电源电压V1降低，所以从振荡电路141输出的交流信号的振幅减小。相反，在受电电路120的输出电压的分压值比目标值V0低的情况下，开关元件SW7的导通电阻变高。由此，因为向振荡电路141供给的电源电压V1上升，所以从振荡电路141输出的交流信号的振幅增大。这样，从振荡电路141输出对应于受电电路120的输出电压电平进行了振幅调制的10MHz的交流信号。
如上述，如果受电电路120的输出电压大于24V，则振荡电路141生成的载波信号的波峰值降低。于是，在信号接收线圈9侧，载波信号的波峰值也降低，且整流·平滑后的直流电压也减小，因此，控制电路150输出降低电源电路111的输出电压的控制指令。由此，来自供电电路110的输出电压减小，因此，能够减小受电电路120的输出电压。
另一方面，如果受电电路120的输出电压小于24V，则振荡电路141生成的载波信号的波峰值增大。于是，在信号接收线圈9侧，载波信号的波峰值也增大，且整流·平滑后的直流电压也增大，因此，控制电路150输出提高电源电路111的输出电压的控制指令。由此，来自供电电路110的输出电压增大，因此，能够增大受电电路120的输出电压。
图4是详细表示受电单元1B的电路结构的其它例的框图。
图4的受电单元1B与图3的受电单元1B的不同点在于，电源电压生成电路142经由变压器T及二极管D2与受电电路120的输出线连接，根据受电电路120的输出电流的大小而生成振荡电路141的电源电压。与受电电路120的输出电流的大小成比例的电压由与变压器T连接的电阻R6的端子间电压获得，电源电压生成电路142基于与受电电路120的输出电流的大小成比例的电压与目标值V0之差，控制振荡电路141的电源电压V1。由此，从振荡电路141输出对应于受电电路120的输出电流电平进行了振幅调制的10MHz的交流信号。
在本实施方式中，电力传送用的交流电压的频率为100kHz，与之相对，信号传送用的交流信号的频率为10MHz，是电力传送用的交流电压的频率的100倍。信号传送用的交流信号的频率优选为电力传送用的交流电压的频率的10倍以上。如果信号传送用的交流信号的频率为电力传送用的交流电压的频率的10倍以上，则没有电力传送用的交流电压的高次谐波成为相对于交流信号的噪声而输出信号波形失真的情况，因此，能够避免与电力传送侧的干扰，能够确保交流信号的传送品质。
振荡电路141仅以一定的频率进行振荡，通过使振荡电路141的电源电压V1上升或下降，来对振荡电路141的输出信号进行振幅调制。即，表示受电电路120的输出电压或输出电流的大小的控制信息通过振幅调制而重叠于振荡电路141生成的载波信号。根据该结构，通过改变振荡电路141的电源电压自身，能够简单地进行振幅调制，并且，零件数量少，能够通过廉价且可靠性高的结构实现信号传送。
如以上所说明，本实施方式的无线电力传送装置1因为交流信号的频率比交流电压的频率高10倍以上，所以能够减小电力传送和信号传送的相互影响。另外，因为将受电电路120的输出电压或输出电流的大小变换为交流信号的振幅的大小，所以能够抑制与交流信号的频率一致的电力传送的频率(从供电电路输出的交流电压的频率)的噪声频率成分的影响，能够防止电力控制的误动作。因此，能够减小电力传送和信号传送的相互影响，能够实现兼得稳定的电力传送和信号传送。而且，接收到交流信号的供电单元1A通过使电源电路111的输出电压升高或降低而调整向受电单元1B传送的电力，因此，也具有不需要对电压变换电路112进行复杂的控制的优点。另外，在本实施方式的无线电力传送装置1中，因为能够使信号传送用的交流信号的频率以及电力传送用的交流电压的频率均固定在特定的频率，所以能够使电力传送和信号传送的相互影响更小。
以上，对本发明的优选的实施方式进行了说明，但本发明不限于上述的实施方式，在不脱离本发明的宗旨的范围内可以进行各种变更，不用说这些也包含在本发明的范围内。
例如，在上述实施方式中，作为电源电路使用了非绝缘型的降压变换器，但本发明不限于这样的结构，能够使用各种电源电路。但是，在使用了非绝缘型的降压变换器的情况下，能够构成廉价且高效的电源电路。
另外，在上述实施方式中，将电力传送用的频率设为100kHz、将信号传送用的频率设为10MHz，但本发明不限于这样的组合，只要信号传送用的频率为电力传送用的频率的10倍以上，则可以是各种频率的组合。

Claims (4)

1.一种无线电力传送装置，其特征在于，
具备：
供电电路，其将输入直流电压变换成交流电压而输出；
供电线圈，其通过所述交流电压产生交流磁通；
受电线圈，其接收所述交流磁通的至少一部分而产生交流电压；
受电电路，其将所述受电线圈产生的交流电压变换成直流电压；
信号生成电路，其生成表示所述受电电路的输出电压或输出电流的大小的交流信号；
信号发送线圈，其将所述信号生成电路生成的所述交流信号发送到供电侧；
信号接收线圈，其接收从所述信号发送线圈发送的所述交流信号；以及
控制电路，其基于所述信号接收线圈接收到的所述交流信号，控制从所述供电电路输出的交流电压，
所述交流信号的频率比从所述供电电路输出的交流电压的频率高10倍以上，
所述信号生成电路将所述受电电路的输出电压或输出电流的大小变换成所述交流信号的振幅的大小。
2.根据权利要求1所述的无线电力传送装置，其中，
所述信号生成电路具有：
振荡电路，其输出所述交流信号；以及
电源电压生成电路，其根据所述受电电路的输出电压或输出电流的大小，生成所述振荡电路的电源电压，
所述电源电压生成电路基于所述受电电路的输出电压或输出电流与目标值之差，控制所述电源电压。
3.根据权利要求1或2所述的无线电力传送装置，其中，
所述供电电路具有：
电源电路，其将所述输入直流电压变换成规定的直流电压；以及
电压变换电路，其将所述电源电路输出的所述规定的直流电压变换成所述交流电压，
所述控制电路基于所述信号接收线圈接收到的所述交流信号，控制从所述电源电路输出的所述规定的直流电压，由此，控制从所述供电电路输出的所述交流电压。
4.根据权利要求3所述的无线电力传送装置，其中，
所述电源电路由非绝缘型的降压变换器构成。
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