CN109792163A - 非接触供电装置 - Google Patents

Abstract

本发明的非接触供电装置(1)具备：非接触供电部(2)，以非接触的方式供给交流电力；非接触受电部(3)，以非接触的方式接收交流电力；第一直流变压电路(51)，将从非接触受电部得到的直流受电电压(VR)变压为直流负载电压(V1)并向第一电气负载(91)供给，并且具有将第一电气负载生成的再生电力(W1)向反向移送的反向移送功能；及第二直流变压电路(59)，将直流受电电压变压为直流负载电压(V2)并向第二电气负载(99)供给。由此，生成的再生电力能够用于其他电气负载而被利用，另外，不需要蓄电部，因此能够抑制受电侧装置的庞大沉重化。

Description

非接触供电装置

技术领域

本发明涉及一种以非接触的方式进行供电的非接触供电装置，更加详细地说，涉及一种被供电的多个电气负载中的至少一部分具有电力再生功能的结构的非接触供电装置。

背景技术

开发有从非接触供电部向非接触受电部以非接触的方式进行供电的非接触供电装置。在大致区分非接触供电的方式时，有电磁感应方式、静电耦合方式及电磁场谐振方式这三种方式。在多数非接触供电装置中，采用有在非接触供电部一侧的电源使用交流而在非接触受电部一侧进行整流的结构。另外，提出了在被非接触供电的电气负载具有电力再生功能的情况下，有效地利用再生电力来减轻非接触供电的负担。在专利文献1、2中公开了非接触供电装置中的再生电力的利用技术的例子。

专利文献1的自动仓库具备：供电线；受电装置，从产生于供电线的磁场获得电流；转换电路，将受电装置获得的电流转换为恒压；驱动源，由恒压驱动；及充电电容器，积蓄由驱动源产生的再生电力。由此，将由驱动源产生的再生电力向充电电容器充电而能够在需要大电力时加以利用，能够使受电装置小型化。

另外，专利文献2的陡倾斜搬运台车用动力供给装置在轨道一侧具备由供电导体及高频变换器构成的电源装置，在搬运台车一侧具备由受电线圈、整流电路、控制装置及马达用变换器构成且向马达供电的受电装置。此外，其特征在于，设有由对在搬运台车进行下降行驶时从马达放电的再生电力进行DC-DC转换的转换器及对转换后的再生电力进行蓄电的蓄电池构成的充放电装置，而适当地输出再生电力来驱动马达。由此，能够高效地利用再生电力来驱动马达，能够使动力供给装置小型化，能够减少装置成本。

现有技术文献

专利文献1：日本特开2003-63613号公报

专利文献2：日本特开2004-135405号公报

发明内容

发明所要解决的课题

然而，在专利文献1中使用积蓄再生电力的充电电容器，在专利文献2中使用对再生电力进行蓄电的蓄电池。然而，当使用充电电容器或蓄电池等蓄电部时，受电侧装置会重量化及大型化。受电侧装置通常设于搬运台车等移动体，其庞大沉重化成为较大的问题点。

本发明鉴于上述背景技术的问题点而作出，其要解决的课题在于，提供能够在利用电气负载生成的再生电力的同时抑制受电侧装置的庞大沉重化的非接触供电装置。

用于解决课题的技术方案

本说明书中公开的非接触供电装置具备：非接触供电部，以非接触的方式供给交流电力；非接触受电部，与上述非接触供电部相向配置，以非接触的方式接收上述交流电力；第一直流变压电路，将对上述非接触受电部接收到的上述交流电力的交流电压进行变换而得到的直流受电电压变压为直流负载电压并向第一电气负载供给，并且具有将上述第一电气负载生成的再生电力向反向移送的反向移送功能；及第二直流变压电路，将上述直流受电电压变压为直流负载电压并向第二电气负载供给。

发明效果

在本说明书中公开的非接触供电装置中，第一直流变压电路向反向移送第一电气负载生成的再生电力。因此，再生电力用于以第二电气负载为首的其他电气负载而被利用。另外，无需蓄电部，因此能够抑制受电侧装置的庞大沉重化。

附图说明

图1是表示实施方式的非接触供电装置的电结构的电路图。

图2是表示第一直流变压电路的电路构成例的电路图。

图3是说明第一直流变压电路具有的再生电力的反向移送功能的图。

具体实施方式

(1.实施方式的非接触供电装置1的结构)

以图1～图3为参考来说明本发明的实施方式的非接触供电装置1。图1是表示实施方式的非接触供电装置1的电结构的电路图。实施方式的非接触供电装置1具备供电侧装置1S及受电侧装置1R。供电侧装置1S配置于固定位置。受电侧装置1R能够相对于供电侧装置1S变更位置。如图1所示，当受电侧装置1R相对于供电侧装置1S配置于相向位置时，非接触供电装置1进行非接触供电。

供电侧装置1S具备非接触供电部2及电流检测保护电路8。非接触供电部2具有：交流电源21、供电元件22及供电侧共振元件23。交流电源21向供电元件22供给交流电力。交流电源21例如构成为使用供给直流电压的直流电源部和对直流电压进行交流转换的公知的桥式电路。交流电源21的频率是考虑到后述的供电侧谐振频率及受电侧谐振频率而设定的。

供电元件22及供电侧共振元件23与交流电源21串联连接。由此，供电侧谐振频率被设定。供电元件22以非接触的方式供给交流电力。在本实施方式中，供电元件22为供电线圈，供电侧共振元件23为谐振用电容器。

电流检测保护电路8与供电元件22串联连接。电流检测保护电路8具有对于非接触供电装置1的异常或故障的保护功能。电流检测保护电路8检测在供电元件22中流动的交流电流IS，并与判定过电流状态的阈电流进行大小比较。在交流电流IS超出阈电流了预定时间的情况下，电流检测保护电路8向交流电源21输出停止信号Soff。由此，交流电源21停止。电流检测保护电路8如之后所说明的那样兼具本发明的供电侧保护部的功能。

受电侧装置1R具备：非接触受电部3、整流平滑电路4、第一直流变压电路51、第二直流变压电路59、过电压检测部6及保护开关7。在受电侧装置1R上搭载有具有电力再生功能的第一电气负载91及不限制有无电力再生功能的第二电气负载99。

非接触受电部3具有受电元件31及受电侧共振元件32。受电元件31与供电元件22相向配置而进行电磁耦合，以非接触的方式接收交流电力。受电元件31的两端与整流平滑电路4的第一输入端子43及第二输入端子44连接。从整流平滑电路4来看，受电侧共振元件32与受电元件31并联连接。由此，受电侧谐振频率被设定。在本实施方式中，受电元件31为受电线圈，受电侧共振元件32为谐振用电容器。

整流平滑电路4对非接触受电部3接收的交流电力的交流电压进行整流及平滑化而生成直流受电电压VR。整流平滑电路4由全波整流电路41及平滑电容器42形成。如图所示，全波整流电路41通过对四个整流二极管进行桥接而构成。全波整流电路41向第一输入端子43及第二输入端子44输入交流电压。全波整流电路41在输出侧具有正侧端子45及负侧端子46。平滑电容器42连接于正侧端子45与负侧端子46之间。从正侧端子45及负侧端子46输出直流受电电压VR。

第一直流变压电路51将直流受电电压VR变压为第一直流负载电压V1并向第一电气负载91供给。第一直流变压电路51具备降压功能及升压功能中的至少一个功能。以下，以第一直流变压电路51为具有降压功能的直流降压电路的情况为例来进行说明。图2是表示第一直流变压电路51的电路构成例的电路图。第一直流变压电路51具有：高压侧开关元件52H、低压侧开关元件52L、扼流线圈53、降压侧电容器54及电压调整部58。作为高压侧开关元件52H及低压侧开关元件52L，能够使用MOSFET元件或IGBT元件等。以下，以MOSFET元件的情况为例来进行说明。

在高压侧开关元件52H中，相当于第一端子的漏极D与正侧端子45连接，相当于第二端子的源极S与中间点55连接。在低压侧开关元件52L中，相当于第一端子的漏极D与中间点55连接，相当于第二端子的源极S与负侧端子46及负侧输出端子57连接。在扼流线圈53中，一端与中间点55连接，另一端与正侧输出端子56连接。在降压侧电容器54中，一端与正侧输出端子56连接，另一端与负侧输出端子57连接。从正侧输出端子56及负侧输出端子57输出降压后的第一直流负载电压V1。

电压调整部58向高压侧开关元件52H的栅极G及低压侧开关元件52L的栅极G交替地发送控制信号。于是，交替地产生高压侧开关元件52H的导通状态与低压侧开关元件52L的导通状态，降压功能发挥作用。当第一直流负载电压V1示出上升趋势时，电压调整部58将高压侧开关元件52H的导通时间的比例控制得较小。相反地，当第一直流负载电压V1示出下降趋势时，电压调整部58将高压侧开关元件52H的导通时间的比例控制得较大。由此，第一直流负载电压V1被保持为大致恒定。

在此，即使将低压侧开关元件52L替换为二极管，也可维持降压功能。但是，会产生与二极管的正向电阻相应的损失，因此供电效率下降。在本实施方式中，出于确保较高的供电效率的目的，不使用二极管而使用低压侧开关元件52L。于是，从第一电气负载91一侧来看，第一直流变压电路51成为所谓的升压斩波电路。因此，第一直流变压电路51具有将第一电气负载91生成的再生电力向反向移送的反向移送功能。

第二直流变压电路59将直流受电电压VR变压为第二直流负载电压V2并向第二电气负载99供给。第一直流变压电路51及第二直流变压电路59与整流平滑电路4的输出侧并联连接。第二直流变压电路59的电路结构既可以与第一直流变压电路51相同，也可以不同。另外，第二直流负载电压V2既可以与第一直流负载电压V1大小相同，也可以大小不同。

过电压检测部6被第二直流负载电压V2驱动而监视直流受电电压VR。过电压检测部6在直流受电电压VR超出用于判定过电压的预定的阈值电压时，产生过电压检测信号Sov。过电压检测信号Sov被用于保护开关7的开闭控制。具有余量地设定阈值电压，以避免整流平滑电路4、第一直流变压电路51及第二直流变压电路59的电路构成元件产生破损。阈值电压基于平滑电容器42的容许最大电压或者高压侧开关元件52H及低压侧开关元件52L的容许最大电压而设定，但是不限定于此。

保护开关7与受电侧共振元件32串联连接。保护开关7在通常情况下为关闭状态，保持作为受电特性的受电侧谐振频率。保护开关7仅在产生了过电压检测信号Sov时断开，从而将受电侧共振元件32切断。由此，由于受电侧谐振频率发生较大的变化，因此受电元件31接收到的交流电力大幅减少。保护开关7是本发明的过电压保护部的一实施方式。

第一电气负载91由伺服放大器92及伺服马达93构成，但是不限定于该组合。伺服放大器92是具有CPU且通过软件来进行动作的电子控制装置。伺服放大器92由第一直流负载电压V1生成三相交流电压并将其向伺服马达93施加。作为第一直流负载电压V1，能够例示48V。伺服放大器92通过可变地调整三相交流电压的施加时间段及有效值来控制伺服马达93的旋转、停止及转速。

伺服马达93在减速时生成再生电力。产生的再生电力向反向经由伺服放大器92而向第一直流变压电路51的正侧输出端子56及负侧输出端子57反向移送。

另一方面，第二电气负载99是控制电路，不具有电力再生功能。作为驱动第二电气负载99的第二直流负载电压V2，能够例示24V。

(2.实施方式的非接触供电装置1的动作及作用)

接下来，说明实施方式的非接触供电装置1的动作及作用。当受电侧装置1R相对于供电侧装置1S配置于相向位置时，非接触供电装置1开始进行非接触供电。由此，产生直流受电电压VR。第一直流变压电路51将直流受电电压VR降压至第一直流负载电压V1并输出。由此，伺服马达93能够旋转。当伺服马达93消耗电力时或进行惯性旋转时，在第一直流变压电路51中，正向的降压功能发挥作用。同时，第二直流变压电路59将直流受电电压VR降压至第二直流负载电压V2并输出。由此，第二电气负载99开始进行动作。

当伺服马达93减速而生成再生电力时，第一直流变压电路51的反向移送功能发挥作用。图3是说明第一直流变压电路51具有的再生电力W1的反向移送功能的图。由伺服马达93产生的再生电力W1从伺服放大器92向正侧输出端子56及负侧输出端子57反向移送。即使产生了再生电力W1，第一直流变压电路51的电压调整部58也使高压侧开关元件52H的导通状态与低压侧开关元件52L的导通状态交替地产生。

当低压侧开关元件52L导通时，再生电力W1作为能量积蓄于扼流线圈53。当低压侧开关元件52L被切断而高压侧开关元件52H导通时，积蓄于扼流线圈53的能量在瞬间产生较高的电压并向平滑电容器42反向移送。通过重复进行该动作，蓄积于平滑电容器42的电荷会增加。假设第二电气负载99不进行动作，直流受电电压VR因蓄积于平滑电容器42的电荷的增加而上升。

因此，当第二电气负载99进行动作而需要消耗电力W2时，再生电力W1被优先消耗，不足的量由非接触供电来提供。因此，非接触供电的负担减轻。在再生电力W1大于消耗电力W2的情况下，不需要非接触供电，且产生有过剩的电力而使直流受电电压VR上升。

当伺服马达93的电力再生持续进行，而直流受电电压VR达到了阈值电压时，过电压检测部6检测到这一情况而产生过电压检测信号Sov。如图3所示，保护开关7因过电压检测信号Sov的产生而断开。由此，受电元件31接收到的交流电力大幅地减少，可抑制直流受电电压VR的上升。此时，在供电侧装置1S的供电元件22中流动的交流电流IS大幅地变化。

当伺服马达93的电力再生结束时，蓄积于平滑电容器42的过量的电荷被优先消耗，直流受电电压VR逐渐下降。当直流受电电压VR下降至小于阈值电压时，过电压检测部6检测到这一情况而消除过电压检测信号Sov。由此，保护开关7被接通，受电侧谐振频率恢复，再次开始原本的非接触供电。

伺服马达93的电力再生的持续时间是有限的，且对再生电力W1进行积分而得到的电力量也为一定量以下。因此，也有直流受电电压VR未达到阈值电压的情况，在该情况下，保护开关7不断开。在直流受电电压VR达到了阈值电压的情况下，通过过电压检测部6及保护开关7进行过电压保护。因此，不会产生电路构成元件的破损的担忧。

即便如此，作为伺服马达93的电力再生的持续时间例外地长期化的情况下的备用保护功能，供电侧装置1S的电流检测保护电路8发挥功能。电流检测保护电路8在因作为过电压保护部的保护开关7断开而在供电元件22中流动的交流电流IS超出预定时间地发生变化时，使交流电源21停止。电流检测保护电路8具备检测出因保护开关7断开而使由非接触供电部2供给的交流电力超出预定时间地进行变化，而使非接触供电部2停止的供电侧保护部的功能。电流检测保护电路8还如上所述地兼具对于通常的异常或故障的保护功能。

如以上说明的那样，在实施方式中，第一电气负载91生成的再生电力W1经由第一直流变压电路51及第二直流变压电路59地被移送，由第二电气负载99消耗。也就是说，再生电力W1被有效利用，非接触供电的负担减轻。另外，在再生电力W1过剩而直流受电电压VR达到了阈值电压的情况下，保护功能发挥作用。

(3.实施方式的非接触供电装置1的方式及效果)

实施方式的非接触供电装置1具备：非接触供电部2，以非接触的方式供给交流电力；非接触受电部3，与非接触供电部2相向配置，以非接触的方式接收交流电力；整流平滑电路4，对非接触受电部3接收到的交流电力的交流电压进行整流及平滑化而生成直流受电电压VR；第一直流变压电路51，将直流受电电压VR降压为第一直流负载电压V1并向第一电气负载91供给；第二直流变压电路59，将直流受电电压VR降压为第二直流负载电压V2并向第二电气负载99供给，第一直流变压电路51具有将第一电气负载91生成的再生电力W1向反向移送的反向移送功能。

由此，第一直流变压电路51向反向移送第一电气负载91生成的再生电力W1。因此，再生电力W1能够用于以第二电气负载99为首的其他电气负载而被利用。另外，不需要蓄电部，因此能够抑制受电侧装置1R的庞大沉重化。

此外，实施方式的非接触供电装置1还具备整流平滑电路4，上述整流平滑电路4对非接触受电部3接收到的交流电力的交流电压进行整流及平滑化而变成直流受电电压VR，第一直流变压电路51是将直流受电电压VR降压至第一直流负载电压V1并向第一电气负载91供给的第一直流降压电路，第二直流变压电路59是将直流受电电压VR降压至第二直流负载电压V2并向第二电气负载99供给的第二直流降压电路。由此，能够简化受电侧装置1R的电路结构。

此外，第一直流变压电路51及第二直流变压电路59并联连接于整流平滑电路4的输出侧，第一电气负载91生成的再生电力W1经由第一直流变压电路51及第二直流变压电路59而被移送，由第二电气负载99消耗。由此，第一电气负载91生成的再生电力W1被移送而被第二电气负载99有效利用，非接触供电的负担减轻。

此外，整流平滑电路4具有输出直流受电电压VR的正侧端子45及负侧端子46，第一直流变压电路51具有：高压侧开关元件52H，第一端子(漏极D)与正侧端子45连接，第二端子(源极S)与中间点55连接；低压侧开关元件52L，第一端子(漏极D)与中间点55连接，第二端子(源极S)与负侧端子46及第一电气负载91的一端连接；扼流线圈53，连接于中间点55与第一电气负载91的另一端之间；及降压侧电容器54，与第一电气负载91并联连接。由此，在第一直流变压电路51的低压侧不使用二极管而使用低压侧开关元件52L，从而能够提高通常情况下的供电效率。

此外，非接触供电装置1还具备：过电压检测部6，在能够通过第一直流变压电路51向反向移送再生电力W1而上升的直流受电电压VR超过用于判定过电压的预定的阈值电压时，产生过电压检测信号Sov；及过电压保护部，当产生了过电压检测信号Sov时，变更非接触受电部3的受电特性而使接收的交流电力减少或者为零。由此，使以非接触供电的方式接收的交流电力减少而能够优先消耗再生电力W1，因此能够抑制直流受电电压VR的上升。

此外，非接触受电部3具有受电元件31及与受电元件31并联连接的受电侧共振元件32，过电压保护部是在产生了过电压检测信号Sov时将受电侧共振元件32切断的保护开关7。由此，通过保护开关7的断开，作为受电特性的受电侧谐振频率发生较大的变化，因此受电元件31接收的交流电力大幅地减少。因此，抑制直流受电电压VR的上升的效果显著，不会产生电路构成元件的破损的担忧。

此外，非接触供电装置1还具备供电侧保护部(电流检测保护电路8)，上述供电侧保护部(电流检测保护电路8)检测因过电压保护部(保护开关7)进行动作而使由非接触供电部2供给的交流电力超出预定时间地发生变化，而使非接触供电部2停止。由此，供电侧保护部具有伺服马达93的电力再生的持续时间例外地长期化的情况下的备用保护功能。

此外，非接触供电部2具有供电元件22及向供电元件22施加交流电压的交流电源21，供电侧保护部是在因过电压保护部(保护开关7)进行动作而使在供电元件22中流动的交流电流IS超出预定时间地发生变化时使交流电源21停止的电流检测保护电路8。由此，电流检测保护电路8兼具供电侧保护部的功能和对于通常的异常或故障的保护功能。

(4.实施方式的应用及变形)

另外，本发明不限定于于实施方式所说明的电磁感应方式的非接触供电装置1。也就是说，本发明也能够应用于以非接触的方式供给交流电力的静电耦合方式和电磁场谐振方式的装置。也可以是第二电气负载99具有电力再生功能，第一电气负载91及第二电气负载99彼此利用再生电力的方式。此外，保护开关7的连接位置能够适当地变形。例如，若在受电元件31的一端串联连接保护开关7，则在保护开关7断开时以非接触的方式接收的交流电力为零。本发明也可以进行其他各种各样的应用和变形。

附图标记说明

1、非接触供电装置；2、非接触供电部；21、交流电源；22、供电元件；23、供电侧共振元件；3、非接触受电部；31、受电元件；32、受电侧共振元件；4、整流平滑电路；41、全波整流电路；42、平滑电容器；45、正侧端子；46、负侧端子；51、第一直流变压电路；52H、高压侧开关元件；52L、低压侧开关元件；53、扼流线圈；54、降压侧电容器；59、第二直流变压电路；6、过电压检测部；7、保护开关；8、电流检测保护电路；91、第一电气负载；92、伺服放大器；93、伺服马达；99、第二电气负载；VR、直流受电电压；V1、第一直流负载电压；V2、第二直流负载电压；W1、再生电力；W2、消耗电力；IS、交流电流；Soff、停止信号；Sov、过电压检测信号。

Claims (8)

1.一种非接触供电装置，具备：

非接触供电部，以非接触的方式供给交流电力；

非接触受电部，与所述非接触供电部相向配置，以非接触的方式接收所述交流电力；

第一直流变压电路，将对所述非接触受电部接收到的所述交流电力的交流电压进行变换而得到的直流受电电压变压为直流负载电压并向第一电气负载供给，并且具有将所述第一电气负载生成的再生电力向反向移送的反向移送功能；及

第二直流变压电路，将所述直流受电电压变压为直流负载电压并向第二电气负载供给。

2.根据权利要求1所述的非接触供电装置，其中，

所述非接触供电装置还具备整流平滑电路，所述整流平滑电路对所述非接触受电部接收到的所述交流电力的交流电压进行整流及平滑化而变成所述直流受电电压，

所述第一直流变压电路是将所述直流受电电压降压至所述直流负载电压并向所述第一电气负载供给的第一直流降压电路，

所述第二直流变压电路是将所述直流受电电压降压至所述直流负载电压并向所述第二电气负载供给的第二直流降压电路。

3.根据权利要求2所述的非接触供电装置，其中，

所述第一直流降压电路及所述第二直流降压电路并联连接于所述整流平滑电路的输出侧，

所述第一电气负载生成的再生电力经由所述第一直流降压电路及所述第二直流降压电路而被移送，并被所述第二电气负载消耗。

4.根据权利要求2或3所述的非接触供电装置，其中，

所述整流平滑电路具有输出所述直流受电电压的正侧端子及负侧端子，

所述第一直流降压电路具有：

高压侧开关元件，第一端子与所述正侧端子连接，第二端子与中间点连接；

低压侧开关元件，第一端子与所述中间点连接，第二端子与所述负侧端子及所述第一电气负载的一端连接；

扼流线圈，连接于所述中间点与所述第一电气负载的另一端之间；及

降压侧电容器，与所述第一电气负载并联连接。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的非接触供电装置，其中，

所述非接触供电装置还具备：

过电压检测部，在能够通过所述第一直流变压电路向反向移送所述再生电力而上升的所述直流受电电压超过用于判定过电压的预定的阈值电压时，产生过电压检测信号；及

过电压保护部，在产生了所述过电压检测信号时，变更所述非接触受电部的受电特性而使接收的所述交流电力减少或者为零。

6.根据权利要求5所述的非接触供电装置，其中，

所述非接触受电部具有受电元件及与所述受电元件并联连接的受电侧共振元件，

所述过电压保护部是在产生了所述过电压检测信号时将所述受电侧共振元件切断的保护开关。

7.根据权利要求5或6所述的非接触供电装置，其中，

所述非接触供电装置还具备供电侧保护部，所述供电侧保护部检测出因所述过电压保护部进行动作而使由所述非接触供电部供给的所述交流电力超出预定时间地发生变化，而使所述非接触供电部停止。

8.根据权利要求7所述的非接触供电装置，其中，

所述非接触供电部具有供电元件及向所述供电元件施加交流电压的交流电源，

所述供电侧保护部是在因所述过电压保护部进行动作而使所述供电元件中流动的交流电流超出所述预定时间地发生变化时使所述交流电源停止的电流检测保护电路。