CN109245328B - 无线受电装置、无线电力传输系统及短路监视装置 - Google Patents

无线受电装置、无线电力传输系统及短路监视装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供无线受电装置、无线电力传输系统及短路监视装置，可以在电力传输中检测整流电路的短路故障。本发明的无线受电装置(20)，通过无线地接收无线送电装置(10)送电的电力，其具备：受电线圈(L2)，其经由磁场获取交流电力；受电侧电容器(C2、C3)，其与受电线圈(L2)一起构成谐振电路；整流电路(21)，其桥接分别具有整流功能的多个二极管(D1～D4)，对受电线圈(L2)获取的交流电力进行整流；短路检测电路(24)，其基于整流电路(21)的一侧输入线(La)和稳定电位之间的电压即第一交流电压及整流电路(21)的另一侧输入线(Lb)和稳定电位之间的电压即第二交流电压，检测整流电路21的短路。

Description

无线受电装置、无线电力传输系统及短路监视装置
技术领域
本发明涉及无线受电装置、无线电力传输系统及短路监视装置。
背景技术
不使用电源电缆而通过无线从送电线圈向受电线圈传输电力的无线电力传输系统备受关注。
无线电力传输系统包含具有送电线圈的无线送电装置和具有受电线圈的无线受电装置而构成，其中，无线受电装置进一步包含将受电线圈接收的电力整流输出到负载的整流电路而构成。
负载如果为例如车辆充电用的无线电力传输系统，则是搭载于车辆的高电压的蓄电池。在与这样的负载连接的无线受电装置内，假设整流电路引起短路故障时，产生高压的蓄电池电压施加到受电线圈的状态。这成为各种二次故障的原因，因此，在整流电路的短路故障产生的情况下，期望迅速地检测，进行必要的措施。
在专利文献1中，公开有在整流电路的输出侧电力线成为过电压状态的情况下，通过将包含受电线圈的受电侧谐振电路的两端短路，停止受电的技术。
在专利文献2中，公开有在为了检测在受电线圈和整流电路之间的路径及该路径上的各种元件中产生的异常，将该路径从受电线圈及整流电路断开而构成闭回路，之后向该闭回路供给异常判定用的电力，由此，可以测定在闭回路流动的电流的电流值的技术。
现有技术文献
专利文献
专利文献1日本特开2016－111819号公报
专利文献2日本特开2015－80296号公报
发明内容
发明所要解决的问题
但是，在专利文献1、2中记载的技术不能检测整流电路的短路故障。另外，在专利文献2的技术方法中，不能在电力传输中判断有无异常。
本发明是鉴于这样的问题而创建的，其目的在于，提供一种能够在电力传输中检测整流电路的短路故障的无线受电装置、无线电力传输系统及短路监视装置。
用于解决问题的技术方案
本发明提供一种无线受电装置，无线地接收无线送电装置所送电的电力，其中，具备：受电线圈，其经由磁场获取交流电力；受电侧电容器，其与所述受电线圈一起构成谐振电路；整流电路，其桥接有分别具有整流功能的多个半导体元件，并对所述受电线圈获取的交流电力进行整流；短路检测电路，其基于所述整流电路的一侧输入线和稳定电位之间的电压即第一交流电压及所述整流电路的另一侧输入线和稳定电位之间的电压即第二交流电压，来检测所述整流电路的短路。
根据本发明，能够在电力传输中检测桥接的多个半导体元件的一个产生短路故障。因此，可以在电力传输中检测整流电路的短路故障。
在所述无线受电装置中，可以是，所述稳定电位与所述整流电路的低压侧输出线是相同电位，也可以是，还具备在所述受电线圈的附近以接地的状态配置的金属部件，所述稳定电位与所述金属部件是相同电位。据此，可以将电路简单化。
在所述各无线受电装置中，也可以是，所述短路检测电路具有与所述一侧输入线连接第一电容器、以及与所述另一侧输入线连接的第二电容器。据此，短路检测电路的耐浪涌性提高。
在该无线受电装置中，还可以是，所述短路检测电路具有：配设在所述一侧输入线和所述第一电容器之间的第一电阻分压电路、和配设在所述另一侧输入线和所述第二电容器之间的第二电阻分压电路。据此，能够降低第一及第二电容器的允许电压，因此，能够使第一及第二电容器小型化。
在所述各无线受电装置中，也可以是，所述短路检测电路具有：第三电容器，其与所述第一电容器一起构成对所述第一交流电压进行电容分压的第一电容分压电路；第一整流平滑电路，其对所述第一电容分压电路的输出电压进行整流；第一比较电路，其比较所述第一整流平滑电路的输出电压和基准电压；第四电容器，其与所述第二电容器一起构成对所述第二交流电压进行电容分压的第二电容分压电路；第二整流平滑电路，其对所述第二电容分压电路的输出电压进行整流；第二比较电路，其比较所述第二整流平滑电路的输出电压和基准电压；检测电路，其基于所述第一比较电路的比较结果及所述第二比较电路的比较结果，检测所述整流电路的短路。据此，能够在电力传输中检测桥接的多个半导体元件的两个(配设于不同的整流路径的两个半导体元件)产生短路故障。另外，短路检测电路的耐浪涌性进一步提高。
进而，在该无线受电装置中，也可以是，还具备检测所述整流电路的输出电流的电流检测电路。据此，能够区分通过电力传输的停止而第一或第二交流电压没有振动的情况和通过整流电路的短路而第一或第二交流电压没有振动的情况。
进而，在该无线受电装置中，也可以是，还具备切换所述整流电路的输出端和负载的连接状态的切换电路，所述切换电路在所述检测电路检测到所述整流电路的短路且所述电流检测电路检测到所述整流电路的输出电流的情况下，断开所述整流电路的输出端和所述负载。据此，在检测电路检测整流电路的短路且电流检测电路检测到整流电路的输出电流的情况下，断开整流电路的输出端和负载，因此，能够防止二次故障。
在所述各无线受电装置中，也可以是，所述短路检测电路具有：电阻分压电路，其具有与所述一侧输入线连接的第一电阻元件、与所述另一侧输入线连接的第二电阻元件及与所述稳定电位连接的第三电阻元件，且输出所述第一至第三电阻元件的中点电位；滤波电路，其与所述电阻分压电路连接；比较电路，其比较所述滤波电路的输出电压和基准电压；检测电路，其基于所述比较电路的比较结果，来检测所述整流电路的短路。据此，能够检测在桥接的多个半导体元件中的任一个产生短路故障。另外，通过电阻分压电路输出第一至第三电阻元件的中点电位，因此，能够减少电路布线。
在所述各无线受电装置中，也可以是，还具备向送电侧发送信息的发信器，所述发信器在所述短路检测电路检测到所述整流电路的短路的情况下，发送表示送电停止的信号。据此，能够防止二次故障。
在所述各无线受电装置中，也可以是，还具备将所述短路检测电路检测到所述整流电路的短路通知给用户或外部设备的报知器。据此，能够防止二次故障。另外，因为向用户或外部设备报知，所以能够促进修理。
本发明提供一种无线电力传输系统，其具备无线送电装置及无线受电装置的无线电力传输系统，所述无线受电装置是所述各无线受电装置中的任一个。
根据本发明，能够得到能够在电力传输中检测整流电路的短路故障的无线电力传输系统。
本发明提供一种短路监视装置，检测桥接分别具有整流功能的多个半导体元件且对输入的交流电力进行整流的整流电路的短路，其中，基于所述整流电路的一侧输入线和稳定电位之间的电压即第一交流电压及所述整流电路的另一侧输入线和稳定电位之间的电压即交流电压，来检测所述整流电路的短路。
根据本发明，能够在电力传输中检测在桥接的多个半导体元件的一个中产生短路故障。因此，可以在电力传输中检测整流电路的短路故障。
发明效果
根据本发明，可以在电力传输中检测整流电路的短路故障。
附图说明
图1是表示本发明第一实施方式的无线电力传输系统1的结构和与该无线电力传输系统1连接的负载2的图。
图2是表示图1所示的短路检测电路24的内部结构的图。
图3是表示本发明第一实施方式的各电压的时间变化的图。
图4是表示图1所示的短路检测电路24的内部结构的第一变形例的图。
图5是表示图1所示的短路检测电路24的内部结构的第二变形例的图。
图6是表示图5所示的第二变形例的各电压的时间变化的图。
图7是表示图1所示的短路检测电路24的内部结构的第三变形例的图。
图8是表示图7所示的第三变形例的各电压的时间变化的图。
图9是表示图1所示的短路检测电路24的内部结构的第四变形例的图。
图10是表示图9所示的第四变形例的各电压的时间变化的图。
图11是表示本发明第二实施方式的无线电力传输系统1的结构和与该无线电力传输系统1连接的负载2的图。
图12是表示本发明第三实施方式的无线电力传输系统1的结构和与该无线电力传输系统1连接的负载2的图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。此外，本发明不受以下说明的内容限定。另外，以下所记载的结构要素中包含本领域技术人员能够容易想到的内容、实质上相同的内容。进而，在说明中，在具有相同要素或相同功能的要素中使用相同符号，重复的说明省略。
图1是表示本发明第一实施方式的无线电力传输系统1的结构和与该无线电力传输系统1连接的负载2的图。如同图所示，无线电力传输系统1具有无线送电装置10和无线受电装置20而构成。负载2与无线受电装置20连接。
无线电力传输系统1是例如用于向利用二次电池的电力的电动汽车(EV:ElectricVehicle)或混合动力汽车(HV:Hybrid Vehicle)等移动体的送电用的系统。该情况下，无线送电装置10搭载于配设在地上的送电设备内，无线受电装置20搭载于车辆。以下，将无线电力传输系统1设为向电动汽车送电用的系统继续进行说明。
如图1所示，无线送电装置10具有：直流电源11、驱动电路12、控制电路13、收信器14、送电线圈L1及送电侧电容器C1而构成。
直流电源11起到向驱动电路12供给直流电力的作用。就直流电源11的具体种类而言，只要能够供给直流电力，就没有特别限定。例如，可以适当地使用将商用交流电源进行整流·平滑的直流电源、二次电池、太阳能发电的直流电源或开关变换器等开关电源作为直流电源11。
驱动电路12是将从直流电源11供给的直流电压变换成交流电压的变换电路，例如，由桥接四个开关元件而成的开关电路(全桥电路。未图示)构成。驱动电路12起到向送电线圈L1供给交流电流的作用。
控制电路13是控制驱动电路12的动作以使供给向送电线圈L1的交流电流的频率与规定的电力传输频率fp相等的电路。例如，若是驱动电路12为上述的全桥电路的情况，则控制电路13生成构成全桥电路的各开关元件的控制信号，以使供给向送电线圈L1的交流电流的频率与规定的电力传输频率fp相等。电力传输频率fp的具体值设定为例如20〔kHz〕～200〔kHz〕。
收信器14是构成为可以从设置在无线受电装置20内的发信器26接收任意的信号的通信设备。收信器14和发信器26之间的通信可以通过例如蓝牙(注册商标)等近距离无线通信实现，也可以通过Wi－Fi(注册商标)等无线LAN实现。在收信器14从发信器26接收的信号中包含后述的MCU25发送的停止指示信号S。停止指示信号S是用于指示无线送电装置10的送电的停止的信号。
收信器14构成为在接收停止指示信号S时，将接收的停止指示信号S输出到控制电路13。控制电路13根据从收信器14输出的停止指示信号S，使驱动电路12的动作停止。具体而言，例如，若是驱动电路12为上述的全桥电路的情况，则将构成全桥电路的各开关元件全部设为断开状态。由此，送电动作停止，因此，可以防止因整流电路21的短路而产生的无线电力传输系统1的二次故障。
送电线圈L1及送电侧电容器C1在驱动电路12的输出侧(交流侧)的一侧端子和另一侧端子之间串联连接，构成谐振电路。该谐振电路具有与上述的电力传输频率fp相同或接近的频率的共振频率，起到基于从驱动电路12供给的交流电流生成交变磁场的效果。此外，也可以在驱动电路12的输出侧的一侧端子和另一侧端子的之间并联连接送电侧电容器C1及送电线圈L1。
送电线圈L1是通过例如将
Figure BDA0001725700180000061
的绝缘的铜线绞合2千根左右右的利兹线呈平面状从数匝至数十匝左右卷绕而形成的螺旋结构的线圈，例如配置在地中或地面附近。当从驱动电路12向送电线圈L1供给交流电流时，由此产生交变磁场。该交变磁场通过送电线圈L1和后述的受电线圈L2之间的互感而在受电线圈L2内产生电动势，由此实现电力的传输。
接着，如图1所示，无线受电装置20具有受电线圈L2、受电侧电容器C2、C3、整流电路21、电流检测电路22、旁路电容器C4～C6、切换电路23、短路检测电路24、MCU25及发信器26而构成。
受电线圈L2及受电侧电容器C2串联连接于整流电路21的输入侧(交流侧)的一侧端子和另一侧端子之间。另外，受电侧电容器C3与受电线圈L2及受电侧电容器C2并联连接。通过它们的连接，受电线圈L2及受电侧电容器C2、C3构成谐振电路。该谐振电路的共振频率也设定为与上述的电力传输频率fp相同或接近的频率。该谐振电路起到作为无线地接收将从送电线圈L1传输的交流电力的受电部的作用。
受电线圈L2与送电线圈L1相同，是例如通过将
Figure BDA0001725700180000071
的绝缘的铜线绞合2千根左右的利兹线呈平面状从数匝至数十匝左右卷绕成而形成的螺旋结构的线圈。另一方面，受电线圈L2的设置位置与送电线圈L1不同，例如，在电动汽车的车辆下部。当通过送电线圈L1生成的磁通与受电线圈L2交链时，通过电磁感应作用使交流电流在受电线圈L2流动。该交流电流通过整流电路21变换成直流电流之后供给到负载2。由此，实现对负载2供给直流电力。
整流电路21是将从受电线圈L2供给的交流电压变换成直流电压的变换电路，如图1所示，包含桥接的四个二极管D1～D4(分别具有整流功能的多个半导体元件)而构成。当通过图示的箭头I1表示的方向的电流在受电线圈L2中感应时，在整流电路21内通过二极管D2、D3流动电流。其结果，整流电路21的输出电流成为以通过图示的箭头I3表示的方向流动的电流。另一方面，通过图示的箭头I2表示的方向(与通过箭头I1表示的方向相反的方向)的电流在受电线圈L2中感应时，在整流电路21内通过二极管D1、D4流动电流。其结果，整流电路21的输出电流成为以通过图示的箭头I3表示的方向流动的电流。这样，无论在受电线圈L2中感应的电流的方向如何，整流电路21的输出电流的方向都是恒定的。以下，将与整流电路21的输出侧(交流侧)的一侧端子连接的配线称为一侧输入线La，将与整流电路21的输入侧(交流侧)的另一侧端子连接的配线称为另一侧输入线Lb，将与整流电路21的输出侧(直流侧)的高压侧端子连接的配线称为高压侧输出线，将整流电路21的输出侧(直流侧)的低压侧端子连接的配线成为低压侧输出线Lc。
电流检测电路22为检测整流电路21的输出电流的电路。电流检测电路22的输出在流动整流电路21的输出电流的情况和未流动整流电路21的输出电流的情况下成为不同的值。图1中，在低压侧输出线Lc的中途插入电流检测电路22，但也可以在高压侧输出线的中途插入电流检测电路22。
旁路电容器C4～C6分别是以抑制作为直流电压的整流电路21的输出电压的变动的目的而设置的电容器。旁路电容器C4连接于高压侧输出线和低压侧输出线Lc之间，旁路电容器C5连接于高压侧输出线和接地线之间，旁路电容器C6连接于低压侧输出线Lc和接地线之间。
切换电路23是切换高压侧输出线及低压侧输出线Lc和负载2的连接状态的电路。切换电路23以根据来自MCU25的控制进行该切换的方式构成。
负载2没有图示，包含充电器及蓄电池而构成。其中，充电器是具有基于从整流电路21输出的直流电力对蓄电池进行充电的功能的电路。该充电通过例如恒压恒流充电(CVCC充电)来执行。就蓄电池的具体种类而言，只要具有储存电力的功能，就没有特别限定。例如，可以优选使用二次电池(锂离子电池、锂聚合物电池、镍蓄电池等)或电容元件(双电层电容器等)作为构成负载2的蓄电池。
短路检测电路24是基于一侧输入线La和稳定电位之间的电压(第一交流电压)及另一侧输入线Lb和稳定电位之间的电压(第二交流电压)检测整流电路21的短路的电路。这里所说的整流电路21的短路是指构成整流电路21的四个二极管D1～D4中的任一个以上短路。另外，在本实施方式中，使用低压侧输出线Lc的电位作为稳定电位。由此，稳定电位为与低压侧输出线Lc的电位为相同电位。关于短路检测电路24的描述，稍后另外进行说明。
MCU25是控制无线受电装置20整体的处理器。MCU25构成为分别与电流检测电路22、切换电路23、短路检测电路24及发信器26连接，基于电流检测电路22对整流电路21的输出电流的检测结果和短路检测电路24对整流电路21的短路的检测结果，进行切换电路23的控制及停止指示信号S的生成。关于MCU25的动作的描述，之后另外进行说明。
发信器26是用于向送电侧发送信息的设备，具体而言，构成为将MCU25生成的停止指示信号S传输到收信器14。接收停止指示信号S的无线送电装置10内的动作如上述。
图2是表示短路检测电路24的内部结构的图。另外，图3是表示本实施方式的各电压的时间变化的图。以下，除了这些图还参照图1，对短路检测电路24的结构及动作详细地进行说明。
如图2所示，短路检测电路24具有：电容器50、51、55、60、61、65电阻元件52、56、62、66；二极管53、54、63、64；运算放大器57、67；直流电源70；逻辑或电路71而构成。
电容器50(第一电容器)的一端与图1所示的一侧输入线La连接，另一端(以下称为“节点1a”)与二极管54的正极连接。二极管54的负极(以下称为“节点1c”)与运算放大器57的反相输入端子连接。电容器60(第二电容器)的一端与图1所示的另一侧输入线Lb连接，另一端(以下称为“节点1b”)与二极管64的正极连接。二极管64的负极(以下称为“节点1d”)与运算放大器67的反相输入端子连接。
电容器51(第三电容器)、电阻元件52及二极管53连接在节点1a和低压侧输出线Lc之间。另外，电容器61(第四电容器)、电阻元件62及二极管63连接在节点1b和低压侧输出线Lc之间。此外，二极管53、63分别以正极与低压侧输出线Lc连接的方向装入电路。
电容器55及电阻元件56连接在节点1c和低压侧输出线Lc之间。另外，电容器65及电阻元件66连接在节点1d和低压侧输出线Lc之间。
运算放大器57、67各自的非反相输入端子与直流电源70的高压侧端子(以下称为“节点1r”)连接。直流电源70的低压侧端子与低压侧输出线Lc连接。
逻辑或电路71具有与运算放大器57的输出端子(以下称为“节点1e”)连接的一输入端子和与运算放大器67的输出端子(以下称为“节点1f”)连接的另一输入端子而构成。逻辑或电路71的输出端子经由短路检测电路24的输出线Ld与图1所示的MCU25连接。
根据以上的电路结构，电容器50、51作为将一侧输入线La和低压侧输出线Lc之间的电压进行电容分压的电容分压电路(第一电容分压电路)起作用。电阻元件52起到对电容器50进行充电的作用。另外，二极管53、54、电容器55、及电阻元件56作为将节点1a的电压(第一电容分压电路的输出电压)进行整流的整流平滑电路(第一整流平滑电路)起作用。
同样，电容器60、61作为将另一侧输入线Lb和低压侧输出线Lc之间的电压进行电容分压的电容分压电路(第二电容分压电路)起作用。电阻元件62起到对电容器60进行充电的作用。另外，二极管63、64、电容器65及电阻元件66作为将节点1b的电压(第二电容分压电路的输出电压)进行整流的整流平滑电路(第二整流平滑电路)起作用。
另外，运算放大器57作为比较节点1c的电压(第一整流平滑电路输出电压)和节点1r的电压(基准电压)的比较电路(第一比较电路)起作用，运算放大器67作为比较节点1d的电压(第二整流平滑电路输出电压)和节点1r的电压(基准电压)的比较电路(第二的比较电路)起作用。逻辑或电路71作为基于运算放大器57的比较结果及运算放大器67的比较结果，检测整流电路21的短路的检测电路起作用。
在图3中表示一侧输入线La和另一侧输入线Lb之间的电压(La－Lb间电压)和图2所示的节点1a～1f、1r及输出线Ld各自的电压(以下将这些称为电压1a～1f、1r、Ld)。但是，电压1a～1d、1r是以低压侧输出线Lc的电位为基准的电压，电压1e是以供给于运算放大器57的接地电位为基准的电压，电压1f是以供给于运算放大器67的接地电位为基准的电压，电压Ld是以供给于逻辑或电路71的接地电位为基准的电压。此外，这些接地电位也可以与低压侧输出线Lc的电位相同。
如图3所示，正常时的La－Lb间电压成为在电压V1(＞0)和电压－V1之间周期性振动的大致方形波的交流电压。成为大致方形波是因为整流电路21的钳位。
在受电线圈L2内以图1所示的箭头I1的方向流动的电流的情况下，另一侧输入线Lb和低压侧输出线Lc成为同电位，因此，如图3所示，作为第二电容分压电路的输出电压的1b－Lc间的电压成为0。另一方面，一侧输入线La的电位比低压侧输出线Lc的电位高，因此，作为第一电容分压电路的输出电压的1a－Lc间的电压成为正的值。以下，将该值设为电压V2。
与此相对，在受电线圈L2内以图1所示的箭头I2的方向流动的电流的情况下，一侧输入线La和低压侧输出线Lc成为同电位，因此，如图3所示，作为第一电容分压电路的输出电压的1a－Lc间电压成为0。另一方面，另一侧输入线Lb的电位比低压侧输出线Lc的电位高，因此，作为第二电容分压电路的输出电压的1b－Lc间电压成为电压V2。
作为以上的结果，如图3所示，电压1a及电压1b成为以相互相反相位在0和电压V2之间振动的大致方形波的交流电压。
这里，当在二极管D2或二极管D3中产生短路故障时，在流动箭头I2的方向的电流时，一侧输入线La、另一侧输入线Lb及低压侧输出线Lc相互短路。其结果，如图3的“D2或D3故障时”所示，La－Lb间电压在负侧不振动，电压1b固定为0。
另一方面，在二极管D1或二极管D4中产生短路故障的情况下，在流动箭头I1的方向的电流时，一侧输入线La、另一侧输入线Lb及低压侧输出线Lc相互短路，作为其结果，如图3的“D1或D4故障时”所示，La－Lb间电压在正侧不振动，电压1a固定为0。
电压1c通过第一整流平滑电路的整流平滑效果，在电压1a振动的情况下成为电压V3(＞0)的直流电压，在电压1a固定为0的情况下成为0。同样，电压1d通过第二整流平滑电路的整流平滑效果，在电压1b振动的情况下成为电压V3的直流电压，在电压1b固定为0的情况下成为0。
电压1r(直流电源70的输出电压)设定为位于0和电压V3之间的电压Vr1。由此，作为运算放大器57的输出电压的电压1e在电压1c比电压Vr1低的情况下(即，在二极管D1或二极管D4中产生短路故障的情况)成为高电平，在除此之外的情况下成为低电平。另外，作为运算放大器67的输出电压的电压1f在电压1d比电压Vr1低的情况下(即，在二极管D2或二极管D3产生短路故障的情况)成为高电平，在除此之外的情况下成为低电平。另外，作为逻辑或电路71的输出电压的电压Ld在电压1e、1f的任一个为高电平的情况下成为高电平，在除此之外的情况下成为低电平。
表1是汇总整流电路21的状态和电压1c～1f、Ld的电平的关系的表。从该表1中理解为若整流电路21为正常则电压Ld成为低电平，若在整流电路21中产生短路故障则电压Ld成为高电平。
表1
整流电路21 电压1c 电压1d 电压1e 电压1f 电压Ld
正常时 V3 V3 L L L
D2或D3故障时 V3 0 L H H
D1或D4故障时 0 V3 H L H
MCU25通过参照电压Ld的电平，获得短路检测电路24的整流电路21的短路的检测结果。而且，基于这样获得的短路的检测结果和电流检测电路22的整流电路21的输出电流的检测结果，根据以下表2，进行切换电路23的控制及停止指示信号S的生成。
表2
电压Ld 整流电路21的输出电流 切换电路23 停止指示信号S
L X 连接 非活性化(状态继续)
H 1 断开 活性化(工作停止)
H 0 连接 非活性化(停止继续)
具体地说明，首先，在电压Ld为低电平的情况下(即，在整流电路21中不产生短路故障的情况)，MCU25无论整流电路21的输出电流的检测结果(在表2中记录为“X”)，都将切换电路23设为连接状态，将停止指示信号S设为非活性状态。其结果是，继续向负载2的电力传输。
在电压Ld为高电平且检测到整流电路21的输出电流的情况下(在表2中记为“1”)(即，在整流电路21中产生短路故障的情况)，MCU25将切换电路23设为切断状态，将停止指示信号S设为活性状态。由此，停止向负载2的电力传输，并且，防止负载2的输出电压供给到受电线圈L2。
最后，在电压Ld为高电平且不检测整流电路21的输出电流的情况下(在表2中记为“0”)，MCU25将切换电路23设为连接状态，将停止指示信号S设为非活性状态。由此，继续电力的传输停止状态。此外，该情况下，即使电压Ld为高电平，也不一定说产生整流电路21的短路故障。这是因为在电力传输停止中无论整流电路21内的二极管的状态，La－Lb间电压都不振动。这样，MCU25不仅基于电压Ld的电平，也基于电流检测电路22的整流电路21的输出电流的检测结果进行切换电路23的控制及停止指示信号S的生成，因此，能够按照电力传输的状态进行适当地控制。
如以上说明，根据本实施方式的无线受电装置20及无线电力传输系统1，在电力传输中能够检测在桥接的多个二极管D1～D4的一个或两个(配设于不同的整流路径的两个二极管)中产生的短路故障。因此，可以在电力传输中检测整流电路21的短路故障。
另外，利用低压侧输出线Lc作为稳定电位，因此，不需要从外部供给专用的稳定电位，由此，可以将电路简单化。
另外，在短路检测电路24的输入端设置电容器50、60，因此，短路检测电路24的耐浪涌性提高。此外，通过在短路检测电路24中设置第一及第二电容分压电路和第一及第二整流平滑电路，短路检测电路24的耐浪涌性也进一步提高。
另外，因为设置检测整流电路21的输出电流的电流检测电路22，所以能够区分通过电力传输的停止而第一或第二交流电压不振动的情况和通过整流电路21的短路第一或第二交流电压不振动的情况，并进行负载2的断开及送电停止的控制。进而，设置切换整流电路21的输出端和负载2的连接状态的切换电路23，通过该切换电路23，在短路检测电路24检测整流电路21的短路且电流检测电路22检测到整流电路21的输出电流的情况下，断开整流电路21的输出端和负载2，因此，可以二次防止故障。
此外，在短路检测电路24的具体的内部结构中，考虑各种的变形例。因此，以下，对短路检测电路24的内部结构的各种变形例，举出第一～第四变形例进行说明。
图4是表示图1所示的短路检测电路24的内部结构的第一变形例的图。就本变形例的短路检测电路24而言，在一侧输入线La和电容器50之间具有电阻元件58，在电阻元件58的电容器50侧的端部和低压侧输出线Lc之间具有电阻元件59，在另一侧输入线Lb和电容器60之间具有电阻元件68，在电阻元件68的电容器60侧的端部和低压侧输出线Lc之间具有电阻元件69，在这一点上，与上述实施方式的短路检测电路24不同。电阻元件58、59构成配设在一侧输入线La和电容器50之间的电阻分压电路(第一电阻分压电路)，电阻元件68、69构成配设在另一侧输入线Lb和电容器60之间的电阻分压电路(第二电阻分压电路)。
本变形例的各电压的时间变化除了电压变小这一点，与图3所示的时间变化相同。由此，通过本变形例，也能够获得与上述实施方式相同的效果。另外，根据本变形例，与上述实施方式比较，输入于电容器50、60的电压变小，因此，能够降低电容器50、60的允许电压。由此，可以将电容器50、60小型化。
图5是表示图1所示的短路检测电路24的内部结构的第二变形例的图。本变形例的短路检测电路24在没有电容器51、61及二极管53、63这一点上，与上述实施方式的短路检测电路24不同。在本实施方式中，由电容器50及电阻元件52构成第一微分电路，由电容器60及电阻元件62构成第二微分电路。
图6是表示本变形例的各电压的时间变化的图。此外，同图所示的电压2a是电容器50的另一端(节点2a)和低压侧输出线Lc之间的电压，电压2b是电容器60的另一端(节点2b)和低压侧输出线Lc之间的电压，电压2c是二极管54的负极(节点2c)和低压侧输出线Lc之间的电压，电压2d是二极管64的负极(节点2d)和低压侧输出线Lc之间的电压。另外，电压2e、2f分别是运算放大器57、67的输出电压，电压2r是直流电源70的输出电压。
如图6所示，电压2a及电压2b在整流电路21的二极管D1～D4中不产生短路故障的情况下(正常时)，成为以相互反相位在电压V4L(＜0)和电压V4H(＞0)之间振动的信号。二极管D1～D4中任一个产生短路故障的情况的电压2a、2b的变化与电压1a、1b相同。另外，其它电压2c～2f分别表示与电压1c～1f相同的变化。此外，电压2r与电压1r相同，设定为位于电压2c、2d的最小电压0和最大电压V3之间的电压Vr1。
表3是汇总本变形例中的整流电路21的状态进而电压2c～2f、Ld的电平的关系的表。如该表3所示，在本变形例中，若整流电路21为正常则电压Ld成为低电平，若在整流电路21中产生短路故障则成为高电平。因此，MCU25即使在本变形例中，也能够通过参照电压Ld的电平而取得短路检测电路24的整流电路21的短路的检测结果，且能够基于取得的短路的检测结果和电流检测电路22的整流电路21的输出电流的检测结果，根据上述的表2，进行切换电路23的控制及停止指示信号S的生成。
表3
整流电路21 电压2c 电压2d 电压2e 电压2f 电压Ld
正常时 V3 V3 L L L
D2或D3故障时 V3 0 L H H
D1或D4故障时 0 V3 H L H
图7是表示图1所示的短路检测电路24的内部结构的第三变形例的图。本变形例的短路检测电路24在没有电容器51、61、55、电阻元件52、56、二极管53、54、运算放大器57、逻辑或电路71这一点；电容器50的另一端与二极管64的正极连接这一点；及运算放大器67的输出端子经由短路检测电路24的输出线Ld与图1所示的MCU25直接连接这一点上，与上述实施方式的短路检测电路24不同。
图8是表示本变形例的各电压的时间变化的图。此外，同图所示的电压3a为二极管64的正极(节点3a)和低压侧输出线Lc之间的电压，电压3c为二极管54的负极(节点3c)和低压侧输出线Lc之间的电压。另外，电压3r为直流电源70的输出电压。
在二极管D1～D4中不产生短路故障的情况(正常时)的电压3a理想的是成为0。但是，如图8所示，实际上出现超过后述的电压V5的电平的噪声，作为其结果，正常时的电压3c的值成为相对大的电压V6H(＞V6L)。另一方面，在二极管D1～D4中任一个产生短路故障的情况下，电压3a成为在0和电压V5之间振动的信号，作为其结果，电压3c的值成为相对小的电压V6L(＞0)。
电压3r设定为位于电压V6L和电压V6H之间的电压Vr3。由此，作为运算放大器67的输出电压的电压Ld在电压3c比电压Vr3低的情况下(即，在二极管D1～D4中任一个产生短路故障的情况)成为高电平，在除此之外的情况下成为低电平。
表4是汇总本变形例中的整流电路21的状态和电压3c、Ld的电平的关系的表。也如该表4所示，在本变形例中，若整流电路21为正常则电压Ld也成为低电平，若在整流电路21中产生短路故障则成为高电平。因此，在本变形例中，MCU25也通过参照电压Ld的电平而能够取得短路检测电路24的整流电路21的短路的检测结果，且能够基于取得的短路的检测结果和电流检测电路22的整流电路21的输出电流的检测结果，根据上述的表2，进行切换电路23的控制及停止指示信号S的生成。
表4
Figure BDA0001725700180000161
图9是表示图1所示的短路检测电路24的内部结构的第四变形例的图。本变形例的短路检测电路24在没有电容器51、61、55、电阻元件52、56、二极管53、54、63这一点；将电容器50、60分别置换成电阻元件80、81这一点；进而具有直流电源73这一点；将二极管64置换成电阻元件82这一点；电阻元件80的另一端(电阻元件62侧的端部)与电阻元件82的一端(电阻元件62侧的端部)连接这一点；运算放大器57的非反相输入端子和运算放大器67的反相输入端子与电阻元件82的另一端(电阻元件66侧的端部)共同连接这一点；直流电源70的高压侧端子与运算放大器67的非反相输入端子和直流电源73的低压侧端子共同连接这一点；及直流电源73的高压侧端子与运算放大器57的反相输入端子连接这一点上，与上述实施方式的短路检测电路24不同。
在本变形例中，电阻元件80、81、62(第一～第三电阻元件)构成输出这些中点电位的电阻分压电路。另外，电阻元件82及电容器65构成与该电阻分压电路连接的滤波电路，运算放大器57、67构成比较滤波电路的输出电压和基准电压的比较电路。
图10是表示本变形例的各电压的时间变化的图。此外，同图所示的电压4a为电阻元件82的一端(节点4a)和低压侧输出线Lc之间的电压，电压4c为电阻元件82的另一端(节点4c)和低压侧输出线Lc之间的电压，电压4s为运算放大器67的反相输入端子的输入电压(即，直流电源70的输出电压)，电压4r为运算放大器57的非反相输入端子的输入电压(即，直流电源70的输出电压和直流电源73的输出电压的合计电压)。另外，电压4e、4f分别为运算放大器57、67的输出电压。
如图10所示，在整流电路21的二极管D1～D4中不产生短路故障的情况(正常时)的电压4a成为相对小的电压V7L(＞0)。另一方面，在整流电路21的二极管D2或二极管D3中产生短路故障的情况的电压4a成为在相对大的电压V7H(＞V7L)和电压V7L之间振动的信号。另外，在整流电路21的二极管D1或二极管D4中产生短路故障的情况的电压4a成为在0和电压V7L之间振动的信号。
作为电压4a表示以上的变化的结果，电压4c在整流电路21的二极管D1～D4中不产生短路故障的情况下(正常时)成为相对中程度的电压V8M(＞V8L)，在整流电路21的二极管D2或二极管D3中产生短路故障的情况成为相对大的电压V8H(＞V8M)，在整流电路21的二极管D1或二极管D4中产生短路故障的情况下成为相对小的电压V8L(＞0)。
电压4s设定为位于电压V8L和电压V8M之间的电压Vr4L。另外，电压4r设定为位于电压V8M和电压V8H之间的电压Vr4H。由此，作为运算放大器57的输出电压的电压4e在电压4c比电压Vr4H大的情况下(即，在二极管D2或二极管D3中产生短路故障的情况下)成为高电平，除此之外的情况下成为低电平。另外，作为运算放大器67的输出电压的电压4f在电压4c比电压Vr4L小的情况下(即，在二极管D1或二极管D4中产生短路故障的情况下)成为高电平，在除此之外的情况下成为低电平。
表5是汇总本变形例中的整流电路21的状态和电压4c、4e、4f、Ld的电平的关系的表。如该表5所示，在本变形例中，若整流电路21为正常则电压Ld也成为低电平，若在整流电路21中产生短路故障则成为高电平。因此，MCU25在本变形例中也能够通过参照电压Ld的电平而取得短路检测电路24的整流电路21的短路的检测结果，且能够基于取得的短路的检测结果和电流检测电路22的整流电路21的输出电流的检测结果，根据上述的表2，进行切换电路23的控制及停止指示信号S的生成。
表5
整流电路21 电压4c 电压4e 电压4f 电压Ld
正常时 V8<sub>M</sub> L L L
D2或D3故障时 V8<sub>H</sub> H L H
D1或D4故障时 V8<sub>L</sub> L H H
如以上说明，在短路检测电路24的具体的内部结构中考虑各种变形例，在任一变形例中，在电力传输中也能够检测在桥接的多个二极管D1～D4中任一个产生短路故障。
图11是表示本发明第二实施方式的无线电力传输系统1的结构和与该无线电力传输系统1连接的负载2的图。本实施方式的无线电力传输系统1在不是从低压侧输出线Lc而是从设置在受电线圈L2附近的金属部件MG取得供给于短路检测电路24的稳定电位这一点上，与第一实施方式的无线电力传输系统1不同。在其它点上，与第一实施方式的无线电力传输系统1相同，因此，在第一实施方式相同的结构上标注相同的符号，以下，对不同点重点说明。
金属部件MG为了屏蔽磁通而设置，例如是金属屏蔽板。如图11所示，金属部件MG被接地，因此，向短路检测电路24供给作为稳定电位的接地电位。
根据本实施方式，在电力传输中也可以检测整流电路21的短路故障这一点与第一实施方式相同。另外，根据本实施方式，利用供给于金属部件MG的接地电位作为稳定电位，因此，与第一实施方式相同，不需要从外部供给专用的稳定电位，因此，可以将电路简化。
图12是表示本发明第三实施方式的无线电力传输系统1的结构和与该无线电力传输系统1连接的负载2的图。本实施方式的无线电力传输系统1在无线受电装置20内设置报知器27代替发信器26及收信器14这一点上，与第一实施方式的无线电力传输系统1不同。在其它点上，与第一实施方式的无线电力传输系统1相同，因此，在第一实施方式和相同的结构上标注相同符号，以下，对不同点重点说明。
报知器27是按照短路检测电路24检测到整流电路21的短路，对用户或外部设备执行通知的设备。作为用于对用户执行通知的具体的装置，例如，可举出利用警报声将短路的检测通知给用户的铃、利用光将短路的检测通知给用户的灯等。另外，作为成为报知器27的通知的对象的外部设备，例如，可举出车辆内的各种系统(包含上述的负载2的充电器)。
根据本实施方式，在电力传输中也能够检测整流电路21的短路故障这一点与第一实施方式相同。另外，根据本实施方式，将整流电路21的短路通知用户或外部设备，因此，可以促进修理。
以上，对本发明优选的实施方式进行了说明，但本发明不受这样实施方式中任何限定，不言而喻，本发明在不脱离其宗旨的范围内，可以以各种的方式实施。
例如，在上述各实施方式中，为了检测无线受电装置20内的整流电路21的短路故障而使用本发明，但本发明可以广泛应用于桥接分别具有整流功能的多个半导体元件，检测整流输入的交流电力的整流电路的短路的短路监视装置。该情况下，只要以基于作为整流电路的一侧输入线和稳定电位之间的电压的第一交流电压及作为整流电路的另一侧输入线和稳定电位之间的电压的第二交流电压检测整流电路的短路的方式构成短路监视装置即可。
另外，在上述实施方式中，为了将无线电力传输系统1是否在电力传输中通知给MCU25而使用电流检测电路22，但在MCU25预先保持表示系统的动作状态的信息的情况下，MCU25也可以基于其信息，判定无线电力传输系统1是否在电力传输中。
另外，在上述实施方式中，利用切换电路23，但也可以不设置切换电路23，而在检测到整流电路21的短路的情况下将停止指示信号S设为活性状态以进行送电停止的控制的方式构成系统，或者，也可以以通过报知器27通知给用户或外部设备的方式构成系统。
符号说明
1 无线电力传输系统
2 负载
10 无线送电装置
11 直流电源
12 驱动电路
13 控制电路
14 收信器
20 无线受电装置
21 整流电路
22 电流检测电路
23 切换电路
24 短路检测电路
25 MCU
26 发信器
27 报知器
50、51、55、60、61，65 电容器
52、56～59、62、66～69、80～82 电阻元件
53、54、63、64 二极管
57、67 运算放大器
70、73 直流电源
71 逻辑或电路
C1 送电侧电容器
C2、C3 受电侧电容器
C4～C6 旁路电容器
D1～D4 二极管
L1 送电线圈
L2 受电线圈
La 整流电路21一侧输入线
Lb 整流电路21另一侧输入线
Lc 整流电路21低压侧输出线
Ld 短路检测电路24的输出线
MG 金属部件
S 停止指示信号

Claims (20)

1.一种无线受电装置，其特征在于，
是无线地接收无线送电装置所送电的电力的无线受电装置，
具备：
受电线圈，其经由磁场获取交流电力；
受电侧电容器，其与所述受电线圈一起构成谐振电路；
整流电路，其桥接有分别具有整流功能的多个半导体元件，并对所述受电线圈获取的交流电力进行整流；以及
短路检测电路，其基于作为所述整流电路的一侧输入线和稳定电位之间的电压的第一交流电压及作为所述整流电路的另一侧输入线和稳定电位之间的电压的第二交流电压，来检测所述整流电路的短路，
所述短路检测电路具有：
电阻分压电路，其具有与所述一侧输入线连接的第一电阻元件、与所述另一侧输入线连接的第二电阻元件、及与所述稳定电位连接的第三电阻元件，且输出所述第一至第三电阻元件的中点电位；
滤波电路，其与所述电阻分压电路连接；
比较电路，其比较所述滤波电路的输出电压和基准电压；以及
检测电路，其基于所述比较电路的比较结果，来检测所述整流电路的短路。
2.根据权利要求1所述的无线受电装置，其中，
所述稳定电位与所述整流电路的低压侧输出线是相同电位。
3.根据权利要求1所述的无线受电装置，其中，
还具备在所述受电线圈的附近以接地的状态配置的金属部件，
所述稳定电位与所述金属部件是相同电位。
4.根据权利要求1所述无线受电装置，其中，
还具备向送电侧发送信息的发信器，
所述发信器在所述短路检测电路检测到所述整流电路的短路的情况下，发送表示送电停止的信号。
5.根据权利要求1所述的无线受电装置，其中，
还具备将所述短路检测电路检测到所述整流电路的短路通知给用户或外部设备的报知器。
6.一种无线受电装置，其中，
是无线地接收无线送电装置所送电的电力的无线受电装置，
具备：
受电线圈，其经由磁场获取交流电力；
受电侧电容器，其与所述受电线圈一起构成谐振电路；
整流电路，其桥接有分别具有整流功能的多个半导体元件，并对所述受电线圈获取的交流电力进行整流；以及
短路检测电路，其基于作为所述整流电路的一侧输入线和稳定电位之间的电压的第一交流电压及作为所述整流电路的另一侧输入线和稳定电位之间的电压的第二交流电压，来检测所述整流电路的短路，
所述短路检测电路具有：
与所述一侧输入线连接的第一电容器；
与所述另一侧输入线连接的第二电容器；及
第三电容器，其与所述第一电容器一起构成对所述第一交流电压或将所述第一交流电压分压的电压进行电容分压的第一电容分压电路；
第一整流平滑电路，其对所述第一电容分压电路的输出电压进行整流；
第一比较电路，其比较所述第一整流平滑电路的输出电压和基准电压；
第四电容器，其与所述第二电容器一起构成对所述第二交流电压或将所述第二交流电压分压的电压进行电容分压的第二电容分压电路；
第二整流平滑电路，其对所述第二电容分压电路的输出电压进行整流；
第二比较电路，其比较所述第二整流平滑电路的输出电压和基准电压；以及
检测电路，其基于所述第一比较电路的比较结果及所述第二比较电路的比较结果，检测所述整流电路的短路。
7.根据权利要求6所述的无线受电装置，其中，
所述稳定电位与所述整流电路的低压侧输出线是相同电位。
8.根据权利要求6所述的无线受电装置，其中，
还具备在所述受电线圈的附近以接地的状态配置的金属部件，
所述稳定电位与所述金属部件是相同电位。
9.根据权利要求6所述的无线受电装置，其中，
还具备检测所述整流电路的输出电流的电流检测电路。
10.根据权利要求9所述的无线受电装置，其中，
还具备切换所述整流电路的输出端和负载的连接状态的切换电路，
所述切换电路在所述检测电路检测到所述整流电路的短路且所述电流检测电路检测到所述整流电路的输出电流的情况下，断开所述整流电路的输出端和所述负载。
11.根据权利要求6所述无线受电装置，其中，
还具备向送电侧发送信息的发信器，
所述发信器在所述短路检测电路检测到所述整流电路的短路的情况下，发送表示送电停止的信号。
12.根据权利要求6所述的无线受电装置，其中，
还具备将所述短路检测电路检测到所述整流电路的短路通知给用户或外部设备的报知器。
13.一种无线受电装置，其特征在于，
是无线地接收无线送电装置所送电的电力的无线受电装置，
具备：
受电线圈，其经由磁场获取交流电力；
受电侧电容器，其与所述受电线圈一起构成谐振电路；
整流电路，其桥接有分别具有整流功能的多个半导体元件，并对所述受电线圈获取的交流电力进行整流；
短路检测电路，其基于作为所述整流电路的一侧输入线和稳定电位之间的电压的第一交流电压及作为所述整流电路的另一侧输入线和稳定电位之间的电压的第二交流电压，来检测所述整流电路的短路；
检测所述整流电路的输出电流的电流检测电路；以及
切换所述整流电路的输出端和负载的连接状态的切换电路，
所述切换电路在所述检测电路检测到所述整流电路的短路且所述电流检测电路检测到所述整流电路的输出电流的情况下，断开所述整流电路的输出端和所述负载。
14.根据权利要求13所述的无线受电装置，其中，
所述稳定电位与所述整流电路的低压侧输出线是相同电位。
15.根据权利要求13所述的无线受电装置，其中，
还具备在所述受电线圈的附近以接地的状态配置的金属部件，
所述稳定电位与所述金属部件是相同电位。
16.根据权利要求13所述的无线受电装置，其中，
所述短路检测电路具有：
与所述一侧输入线连接的第一电容器；及
与所述另一侧输入线连接的第二电容器。
17.根据权利要求16所述的无线受电装置，其中，
所述短路检测电路具有：
配设在所述一侧输入线和所述第一电容器之间的第一电阻分压电路；以及
配设在所述另一侧输入线和所述第二电容器之间的第二电阻分压电路。
18.根据权利要求13所述无线受电装置，其中，
还具备向送电侧发送信息的发信器，
所述发信器在所述短路检测电路检测到所述整流电路的短路的情况下，发送表示送电停止的信号。
19.根据权利要求13所述的无线受电装置，其中，
还具备将所述短路检测电路检测到所述整流电路的短路通知给用户或外部设备的报知器。
20.一种无线电力传输系统，其特征在于，
具备无线送电装置及无线受电装置，
所述无线受电装置是权利要求1～19中任一项所述的无线受电装置。
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