CN110121827A - 非接触供电装置 - Google Patents

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CN110121827A CN201780075466.XA CN201780075466A CN110121827A CN 110121827 A CN110121827 A CN 110121827A CN 201780075466 A CN201780075466 A CN 201780075466A CN 110121827 A CN110121827 A CN 110121827A
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Abstract

非接触供电装置(1)的受电装置(3)具有:以第一频率谐振的谐振电路(20)、测量来自谐振电路(20)的输出电压并求得该输出电压的测量值的电压检测电路(27)、将包含表示输出电压的测量值的信息的信号向输电装置(2)发送的发送器(28)。非接触供电装置(1)的输电装置(2)具有:向受电装置供给电力的发送线圈(13)、对发送线圈(13)供给具有可调节的开关频率的交流电力的电力供给电路(10)、接收包含表示输出电压的测量值的信息的信号的接收器(14)、根据输出电压的测量值控制开关频率,以使发送线圈(13)及电力供给电路(10)持续软开关动作的控制电路(16)。

Description

非接触供电装置
技术领域
本发明涉及非接触供电装置。
背景技术
目前,正研究不经由金属的接点等而通过空间传输电力的所谓的非接触供电(也称为无线供电)技术。
作为非接触供电技术之一,已知有通过电磁感应供电的方式。通过电磁感应供电的方式中,利用一次串联二次(受电侧)并联电容器方式(以下,称为SP方式)(例如,参照非专利文献1)。SP方式中,在一次侧(输电侧),与作为变压器的一部分进行动作的发送线圈串联地连接电容器,在二次侧(受电侧),与作为变压器的另一部分进行动作的接收线圈并联地连接电容器。
SP方式中,为了由受电侧的接收线圈及电容器构成的谐振电路进行并联谐振,来自谐振电路的输出成为定电流输出。因此,与在受电侧成为定电压输出的一次串联二次串联电容器方式(以下,称为SS方式)相比,SP方式通常难以控制。这是由于,一般电子设备以定电压控制。另外,若将输电侧的串联谐振用于电力传输,则在输电侧的发送线圈与受电侧的接收线圈间的耦合度非常低的状态(例如,耦合度k<0.2)下,供电时输电侧的谐振电流增大,能量传输效率降低。因此,在耦合度不能够维持高的状态的用途中,优选为不将输电侧的串联谐振用于电力传输。另外,在不利用输电侧的串联谐振的情况下,受电侧设为并联谐振则能够传输较大的电力。因此,在耦合度非常低的情况下,在非接触供电装置中,优选成为受电侧的谐振电路主要承担电力传输的电路结构。即,与SS方式相比,成为根据SP方式的电路结构更能够提高电力传输效率。
另一方面,提出了在SP方式中,通过将输电侧及受电侧的谐振电路的电容器的容量设为适当的值,从而使受电侧的输出电压成为定电压的技术(例如,参照非专利文献2)。
现有技术文献
非专利文献
非专利文献1:远井等,“基于非接触供电的最大效率的耦合系数k与线圈的Q的表现”,电气学会研究会资料.SPC,半导体电力转换研究会,2011年
非专利文献2:藤田等,“使用了串联及并联谐振电容器的非接触供电系统”,电气学会论文杂志D(产业应用部门杂志),Vol.127,No.2,pp.174-180,2007年
发明内容
发明所要解决的课题
但是,非专利文献2所公开的技术中,用于使输出电压成为定电压的谐振电路的电容器的容量依赖于耦合度,因此,在耦合度动态地变化的环境中使用非接触供电装置的情况下,难以应用该技术。
因此,本发明的目的在于,提供一种非接触供电装置,即使发送线圈与接收线圈间的耦合度动态地变化,也能够抑制能量传输效率的降低。
用于解决课题的方案
作为本发明的一个方式,提供一种非接触供电装置,其具有输电装置和从输电装置以非接触接受电力传输的受电装置。该非接触供电装置中,受电装置具有:谐振电路,其具有接收来自输电装置的电力的接收线圈和与接收线圈并联地连接的谐振电容器,并以第一频率发生谐振;电压检测电路,其测量来自谐振电路的输出电压,并求得该输出电压的测量值;发送器,其将包含表示输出电压的测量值的信息的信号向输电装置进行发送,输电装置具有:发送线圈,其向受电装置供给电力;电力供给电路,其对发送线圈供给具有可调节的开关频率的交流电力;接收器,其接收包含表示输出电压的测量值的信息的信号;控制电路,其根据输出电压的测量值,控制开关频率,以使发送线圈及电力供给电路持续软开关动作。
该非接触供电装置中,优选输电装置的控制电路在包含发送线圈与接收线圈间的设想的耦合度下的第一频率的频率的范围内控制开关频率。
在该情况下,优选设定控制开关频率的频率的范围,以使其频率的范围的下限频率成为设想的耦合度的最小值下的第一频率。而且,就控制电路而言,优选若输出电压的测量值超过第一电压,则将开关频率设定成其频率的范围的上限频率。
另外,该非接触供电装置中,优选输电装置的控制电路控制开关频率,以使输出电压的测量值与谐振电路谐振时的输出电压的差变小。
发明效果
本发明的非接触供电装置实现即使发送线圈与接收线圈间的耦合度动态地变化,也能够抑制能量传输效率的降低的效果。
附图说明
图1(A)是表示SP方式中,受电侧的谐振电路的谐振频率比输电侧的谐振电路的谐振频率大时,受电侧的谐振电路的输出电压的频率特性的一例的图;图1(B)是表示SP方式中,输电侧的谐振电路的谐振频率与受电侧的谐振电路的谐振频率大致相等时,受电侧的谐振电路的输出电压的频率特性的一例的图。
图2(A)表示将输电侧及受电侧的谐振电路设为与图1(A)相同的谐振电路时,流过发送线圈的电流的频率特性;图2(B)表示将输电侧及受电侧的谐振电路设为与图1(B)相同的谐振电路时,流过发送线圈的电流的频率特性。
图3是本发明的一个实施方式的非接触供电装置的概略结构图。
图4是表示开关频率的控制与每个耦合度的输出电压的频率特性的关系的一例的图。
图5(A)~图5(C)分别是变形例的电力供给电路的电路图。
具体实施方式
以下,参照附图说明本发明的一个实施方式的非接触供电装置。该非接触供电装置不具有谐振电路,从将交流电力直接供给至发送线圈的输电装置向具有并联谐振的谐振电路的受电装置供电。在此,发明者着眼于,在SP方式中,若使输电装置的谐振电路的谐振频率与受电装置的谐振电路的谐振频率接近,则可供电的最大电力增加,但特别是在耦合度较低的情况下,输电装置的谐振电路所包含的发送线圈中流过的电流也增大,能量传输效率未必提高。
图1(A)是表示SP方式中,受电侧的谐振电路的谐振频率比输电侧的谐振电路的谐振频率大时,受电侧的谐振电路的输出电压的频率特性的一例的图。另外,图1(B)是表示SP方式中,输电侧的谐振电路的谐振频率与受电侧的谐振电路的谐振频率大致相等时,受电侧的谐振电路的输出电压的频率特性的一例的图。图1(A)及图1(B)中,横轴表示频率,纵轴表示电压。而且,图1(A)所示的曲线101表示受电侧的谐振电路的谐振频率比输电侧的谐振电路的谐振频率大时,受电侧的谐振电路的输出电压的频率特性。另外,图1(B)所示的曲线102表示输电侧的谐振电路的谐振频率与受电侧的谐振电路的谐振频率大致相等时,受电侧的谐振电路的输出电压的频率特性。如曲线101所示,在受电侧的谐振电路的谐振频率比输电侧的谐振电路的谐振频率大的情况下,在输电侧的谐振电路的谐振频率f1、或受电侧的谐振电路的谐振频率f2下,输出电压成为峰值。另一方面,如曲线102所示,在输电侧的谐振电路的谐振频率与受电侧的谐振电路的谐振频率大致相等的情况下,在输电侧和受电侧共同的谐振频率f3下,输出电压成为峰值。而且,该峰值电压变得比受电侧的谐振电路的谐振频率大于输电侧的谐振电路的谐振频率的情况下的任意电压的峰值都高。
图2(A)表示将输电侧及受电侧的谐振电路设为与图1(A)相同的谐振电路时,流过输电侧的谐振电路的发送线圈的电流的频率特性。另外,图2(B)表示将输电侧及受电侧的谐振电路设为与图1(B)相同的谐振电路时,流过输电侧的谐振电路的发送线圈的电流的频率特性。图2(A)及图2(B)中,横轴表示频率,纵轴表示电流。而且,图2(A)所示的曲线201表示与图1(A)所示的受电侧的谐振电路的输出电压的频率特性对应的、流过发送线圈的电流的频率特性。另外,图2(B)所示的曲线202表示与图1(B)所示的受电侧的谐振电路的输出电压的频率特性对应的、流过发送线圈的电流的频率特性。如曲线201及曲线202所示,即使受电侧的谐振电路的输出电压相同,在输电侧的谐振电路的谐振频率与受电侧的谐振电路的谐振频率大致相等的情况下,流过发送线圈的电流也变大。例如,如曲线101及曲线102所示,在受电侧的谐振电路的谐振频率比输电侧的谐振电路的谐振频率大的情况下的受电侧的谐振频率f2下的输出电压和在输电侧的谐振电路的谐振频率与受电侧的谐振电路的谐振频率大致相等的情况下的频率f4下的输出电压大致相等。与之相对,如曲线201及曲线202所示,相比于在受电侧的谐振电路的谐振频率比输电侧的谐振电路的谐振频率大的情况下的谐振频率f2下的流过发送线圈流通的电流值I1,在输电侧的谐振电路的谐振频率与受电侧的谐振电路的谐振频率大致相等的情况下的频率f4下的流过发送线圈流通的电流值I2更大。据此可知,与使输电侧的谐振电路的谐振频率与受电侧的谐振电路的谐振频率相等相比,增大输电侧的谐振电路的谐振频率间的受电侧的谐振电路的谐振频率的差,并使用保持输电侧的谐振电路不谐振那样的频率的交流电力的一方能量传输效率变高。这是由于,在输电侧的谐振电路的谐振频率与受电侧的谐振电路的谐振频率相等的情况下,发送线圈与接收线圈间的耦合度越低,发送线圈与接收线圈间的相互电感越小,作为其结果,流过发送线圈的电流与负荷无关地增大。
因此,该非接触供电装置中,通过在输电侧不设置谐振电路,而在根据设想的耦合度而设定的包含受电侧的谐振电路的谐振频率的频率范围内控制向输电侧的发送线圈供给的交流电力的开关频率,抑制流过发送线圈的电流。另外,该非接触供电装置通过测量受电侧的谐振电路的输出电压,并控制开关频率以使其测量值不超过规定的阈值,从而输电侧的发送线圈能够持续软开关动作。
图3是本发明的一个实施方式的非接触供电装置的概略结构图。如图3所示,非接触供电装置1具有输电装置2、从输电装置2经由空间供电的受电装置3。输电装置2具有:电力供给电路10、发送线圈13、接收器14、栅极驱动器15、控制电路16。另一方面,受电装置3具有:具有接收线圈21及电容器22的谐振电路20、整流平滑电路23、负荷电路26、电压检测电路27、发送器28。
首先,对输电装置2进行说明。
电力供给电路10将具有可调节的开关频率的交流电力供给至发送线圈13。为此,电力供给电路10具有直流电源11、4个开关元件12-1~12-4。
直流电源11供给具有规定的电压的直流电力。为此,直流电源11例如也可以具有电池。或,直流电源11也可以具有与商用的交流电源连接,且用于将从该交流电源供给的交流电力转换成直流电力的全波整流电路及平滑电容器。
4个开关元件12-1~12-4例如能够设为n沟道型的MOSFET。而且,4个开关元件12-1~12-4中,开关元件12-1和开关元件12-2串联地连接于直流电源11的正极侧端子与负极侧端子之间。另外,本实施方式中,在直流电源11的正极侧连接开关元件12-1,另一方面,在直流电源11的负极侧连接开关元件12-2。而且,开关元件12-1的漏极端子与直流电源11的正极侧端子连接,开关元件12-1的源极端子与开关元件12-2的漏极端子连接。另外,开关元件12-2的源极端子与直流电源11的负极侧端子连接。另外,开关元件12-1的源极端子、及开关元件12-2的漏极端子连接于发送线圈13的一端,开关元件12-2的源极端子经由开关元件12-4连接于发送线圈13的另一端。
同样,4个开关元件12-1~12-4中,开关元件12-3和开关元件12-4与开关元件12-1及开关元件12-2并联地连接,且串联地连接于直流电源11的正极侧端子与负极侧端子之间。另外,在直流电源11的正极侧连接开关元件12-3,另一方面,在直流电源11的负极侧连接开关元件12-4。而且,开关元件12-3的漏极端子与直流电源11的正极侧端子连接,开关元件12-3的源极端子与开关元件12-4的漏极端子连接。另外,开关元件12-4的源极端子与直流电源11的负极侧端子连接。另外,开关元件12-3的源极端子、及开关元件12-4的漏极端子连接于发送线圈13的另一端。
另外,各开关元件12-1~12-4的栅极端子经由栅极驱动器15与控制电路16连接。另外,各开关元件12-1~12-4的栅极端子为了保证施加导通的电压时其开关元件导通,也可以分别经由电阻而与自元件的源极端子连接。而且,各开关元件12-1~12-4根据来自控制电路16的控制信号,以可调整的开关频率切换导通/关断。本实施方式中,对开关元件12-1和开关元件12-4的组、开关元件12-2和开关元件12-3的组交替地切换导通/关断,以使在开关元件12-1和开关元件12-4导通的期间,开关元件12-2和开关元件12-3关断,相反,在开关元件12-2与开关元件12-3导通的期间,开关元件12-1和开关元件12-4关断。由此,从直流电源11供给的直流电力被转换成具有各开关元件的开关频率的交流电力,并被供给至发送线圈13。
然后,发送线圈13将从电力供给电路10供给的交流电力经由空间而传输给受电装置3的谐振电路20。
接收器14在从受电装置3的发送器28接收无线信号时,从该无线信号取出表示受电装置3的谐振电路20的输出电压的测量值的信息,并向控制电路16输出。为此,接收器14例如具有遵照规定的无线通信标准接收无线信号的天线和解调该无线信号的通信电路。此外,规定的无线通信标准例如能够设为ISO/IEC 15693,ZigBee(注册商标),或Bluetooth(注册商标)。
栅极驱动器15从控制电路16接收切换各开关元件12-1~12-4的导通/关断的控制信号,根据该控制信号,使施加于各开关元件12-1~12-4的栅极端子的电压变化。即,若栅极驱动器15接收到将开关元件12-1及开关元件12-4设为导通的控制信号,则对开关元件12-1的栅极端子及开关元件12-4的栅极端子施加使开关元件12-1及开关元件12-4导通的相对高的电压。由此,来自直流电源11的电流经由开关元件12-1、发送线圈13及开关元件12-4流通。另一方面,若栅极驱动器15接收到将开关元件12-1及开关元件12-4设为关断的控制信号时,则对开关元件12-1的栅极端子及开关元件12-4的栅极端子施加使开关元件12-1及开关元件12-4关断,且来自直流电源11的电流不会流过开关元件12-1及开关元件12-4的相对低的电压。对于开关元件12-2及开关元件12-3,栅极驱动器15也一样地控制施加于栅极端子的电压。因此,当开关元件12-1及开关元件12-4关断,且开关元件12-2及开关元件12-3导通时,来自直流电源11的电流经由开关元件12-3、发送线圈13及开关元件12-2流通。
控制电路16例如具有非易失性的存储器电路和易失性的存储器电路、运算电路、以及用于与其它电路连接的接口电路。而且,控制电路16在从接收器14接收到输出电压的测量值时,根据该测量值,控制电力供给电路10及发送线圈13的开关频率。
为此,本实施方式中,控制电路16控制各开关元件12-1~12-4,以使开关元件12-1及开关元件12-4的组和开关元件12-2及开关元件12-3的组交替导通,且在与开关频率对应的1个周期内开关元件12-1及开关元件12-4的组导通的期间与开关元件12-2及开关元件12-3的组导通的期间相等。此外,为了防止开关元件12-1及开关元件12-4的组和开关元件12-2及开关元件12-3的组同时导通,直流电源11短路,在切换开关元件12-1及开关元件12-4的组与开关元件12-2及开关元件12-3的组的导通/关断时,控制电路16也可以设置双方的开关元件的组都关断的死区时间。
此外,在后面叙述控制电路16进行的各开关元件12-1~12-4的控制的详情。
接着,对受电装置3进行说明。
谐振电路20为第一谐振电路的一例,是由相互并联地连接的接收线圈21和电容器22构成的LC谐振电路。而且,谐振电路20具有的接收线圈21的一端连接于电容器22的一端,并且连接于整流平滑电路23的一输入端子。另外,接收线圈21的另一端连接于电容器22的另一端,并且连接于整流平滑电路23的另一输入端子。
接收线圈21通过与流过输电装置2的发送线圈13的交流电流谐振,而从发送线圈13接收电力。而且,接收线圈21将经由电容器22接收的电力向整流平滑电路23输出。此外,接收线圈21的匝数与输电装置2的发送线圈13的匝数可以相同,或者也可以不同。另外,本实施方式中,设定谐振电路20的接收线圈21的电感及电容器22的静电电容,以使其满足下式的关系。
[数1]
在此,Cp为电容器22的静电电容,L2为接收线圈21的电感。Lr2为使发送线圈13短路时的接收线圈21的电感,k为发送线圈13与接收线圈21的耦合度。而且,fr2为谐振电路20的谐振频率。例如,设定各线圈的电感及各电容器的静电电容,以使在设想的耦合度(例如,k=0.1~0.5)下fr2=100kHz即可。
电容器22的一端与接收线圈21连接,另一端与整流平滑电路23连接。而且,电容器22将在接收线圈21中接收的电力输出至整流平滑电路23。
整流平滑电路23具有拥有桥接的4个二极管的全波整流电路24和平滑电容器25,对通过接收线圈21及电容器22接收到的电力进行整流并平滑化,转换成直流电力。而且,整流平滑电路23将其直流电力输出至负荷电路26。
电压检测电路27每隔规定的周期测量全波整流电路24的两端子间的输出电压。全波整流电路24的两端子间的输出电压与谐振电路20的输出电压一一对应,因此,全波整流电路24的两端子间的输出电压的测量值间接地成为谐振电路20的输出电压的测量值。电压检测电路27例如能够设为能够检测直流电压的公知的各种电压检测电路中的任一种。此外,规定的周期例如比与输电装置2的电力供给电路10及发送线圈13的开关频率的所设想的最小值相当的周期长,例如设定成10msec~1sec。而且,电压检测电路27将表示该输出电压的测量值的电压检测信号输出至发送器28。
发送器28从电压检测电路27接收到电压检测信号时,生成包含用于表示该电压检测信号所表示的输出电压的测量值的信息的无线信号,并将该无线信号发送至输电装置2的接收器14。为此,发送器28例如具有遵照规定的无线通信标准而生成无线信号的通信电路和输出该无线信号的天线。此外,与接收器14一样,规定的无线通信标准例如能够设为ISO/IEC 15693、ZigBee(注册商标)、或Bluetooth(注册商标)。另外,表示输出电压的测量值的信息例如能够设为输出电压的测量值本身,或者表示将输出电压的测量值的可取得的值的范围分割成多个等级时,测量值所属的等级的信息。在该情况下,等级例如能够设为低于基准电压、基准电压以上且低于上限电压、以及上限电压以上。此外,在后面叙述基准电压及上限电压。
以下,对非接触供电装置1的动作的详情进行说明。
本实施方式中,输电装置2的控制电路16在从接收器14取得了输出电压的测量值时,在规定的频率范围内控制开关频率,即开关元件12-1及开关元件12-4的组与开关元件12-2及开关元件12-3的组的导通/关断的切换周期。此外,例如,为了增大受电装置3能够取得的电力,优选设定规定的频率范围以使其包含设想的耦合度下的受电装置3的谐振电路20的谐振频率fr2
在此,如根据(1)式显然可知,耦合度k越大,受电装置3的谐振电路20的谐振频率fr2也越高。另外,负荷电路26的电阻越大,全波整流电路24具有的二极管的导通角越窄,作为其结果,越难以受到接收线圈21的静电电容的影响,因此,谐振频率fr2变高。
因此,规定的频率范围的下限频率fmin能够设为例如与在执行供电的情况下设想的耦合度的最小值及设想的负荷电路26的电阻的最小值对应的谐振频率fr2。另外,优选将规定的频率范围的上限频率fmax设定为比与设想的耦合度的最大值及设想的负荷电路26的电阻的最大值对应的谐振频率fr2高的频率。此外,在负荷电路26的电阻值为恒定,或者负荷电路26的电阻值的变动为能够忽视的程度的情况下,下限频率fmin能够设为与设想的耦合度的最小值对应的谐振频率fr2
另外,为了抑制流过发送线圈13的电流,并提高能量传输效率,控制电路16控制开关频率,以使电压检测电路27的电压的测量值接近基准电压。在此,基准电压例如能够设为谐振频率fr2与下限频率fmin相等时的谐振电路20的输出电压。
另外,为了提高能量传输效率,优选输电装置2的电力供给电路10以及发送线圈13持续进行软开关(感应性)动作。为了电力供给电路10及发送线圈13进行软开关动作,优选流过发送线圈13的电流的相位落后于开关电压的相位。由此,例如,由于在开关元件12-1及开关元件12-4导通时,从开关元件12-1的源极端子向漏极端子流过电流,因此电力供给电路10及发送线圈13成为软开关动作,抑制开关损失的产生。
但是,耦合度与以下述的(2)式表示的接收线圈21的Q值的积(以下,称为kQ积)越大,流过发送线圈13的电流的相位相对提前。
[数2]
在此,R表示负荷电路26的电阻值。而且,若kQ积变得比规定的值大,则流过发送线圈13的电流的相位比开关电压的相位提前,电力供给电路10及发送线圈13成为硬开关(电容性)动作,能量传输效率降低。另外,kQ积越大,谐振电路20的输出电压越高。据此,能够根据电压检测电路27的电压的测量值,知道电力供给电路10及发送线圈13的动作是成为软开关动作,还是成为硬开关动作。
因此,本实施方式中,预先设定相对于电压检测电路27的输出电压的测量值的上限电压Vth。而且,该上限电压Vth设定成,从电力供给电路10及发送线圈13进行软开关动作时的全波整流电路24的两端子间的输出电压的最大值中,减去规定的偏置电压(例如,将该输出电压的最大值乘以0.005~0.02的值)的值。而且,控制电路16控制开关频率以使电压检测电路27的输出电压的测量值成为上限电压Vth以下,从而电力供给电路10及发送线圈13能够持续软开关动作,并抑制能量传输效率的降低。
此外,上限频率fmax、下限频率fmin、基准电压Vr及上限电压Vth预先存储于控制电路16具有的非易失性的存储器。
图4是表示开关频率的控制与每个耦合度的输出电压的频率特性的关系的一例的图。图4中,横轴表示频率,纵轴表示电压。曲线401~404分别表示耦合度k1~k4时的全波整流电路24的两端子间的输出电压的频率特性。其中,k1<k2<k3<k4,耦合度k1为设想的耦合度的最小值,耦合度k4为设想的耦合度的最大值。
在发送线圈13与接收线圈23的耦合度为k1的情况下,控制电路16进行控制,以使开关频率成为下限频率fmin,从而如状态411所示,输出电压成为基准电压Vr,并且能够不降低能量传输效率地向受电装置3供电。在此,若输电装置2与受电装置3的位置关系变化,且耦合度从k1向k2改变,则如状态412所示,即使电力供给电路10及发送线圈13以下限频率fmin进行开关动作,输出电压也上升。但是,在该情况下,由于输出电压不超过上限电压Vth,因此,控制电路16通过使开关频率按每规定的频率变化量(例如,5kHz~10kHz)上升,从而如状态413所示,能够使输出电压接近基准电压Vr。
另一方面,若输电装置2与受电装置3的位置关系变化,且耦合度从k1向k3改变,则如状态414所示,输出电压向上限电压Vth接近。因此,随着控制电路16使开关频率按每规定的频率变化量上升,输出电压超过上限电压Vth。因此,若输出电压的测量值到达上限电压Vth,则控制电路16通过将开关频率设定成上限频率fmax,从而降低输出电压。此外,在该情况下,由于上限频率fmax比谐振电路20的谐振频率高,因此如状态415所示,输出电压变得比基准电压Vr低。因此,控制电路16在将开关频率设定成上限频率fmax后,如状态416所示,只要使开关频率按每规定的频率变化量降低,直到输出电压的测量值到达基准电压Vr为止即可。
另外,若输电装置2与受电装置3的位置关系变化,且耦合度从k1向k4改变,则输出电压超过上限电压Vth。因此,在该情况下,控制电路16将开关频率设定成上限频率fmax。由此,如状态417所示,输出电压向基准电压Vr接近。
此外,控制电路16在输出电压的测量值比基准电压Vr低的情况下,只要使开关频率按每规定的频率变化量降低,直到输出电压的测量值到达基准电压Vr为止即可。
总结以上的动作,在电压检测电路27的输出电压的测量值低于基准电压Vr的情况下,控制电路16使开关频率降低规定频率。另一方面,在输出电压的测量值比基准电压Vr高,且比上限电压Vth低的情况下,控制电路16使开关频率上升规定频率。而且,在输出电压的测量值成为上限电压Vth以上的情况下,控制电路16将开关频率设定成上限频率fmax。此外,在输出电压的测量值与基准电压Vr的差的绝对值为规定的允许范围(例如,基准电压Vr的±3~5%)内的情况下,控制电路16也可以不变更开关频率。
此外,即使使开关频率比受电装置3的谐振电路20的谐振频率fr2降低,谐振电路20的输出电压及全波整流电路24的两端子间的输出电压也降低。因此,根据变形例,调整开关频率的频率范围的上限频率fmax也可以设定成设想的耦合度的最小值下的受电装置3的谐振电路20的谐振频率fr2。在该情况下,耦合度变高,若作为其结果,输出电压的测量值比基准电压Vr变高,则控制电路16只要使开关频率按每规定的频率变化量降低即可。另外,若输出电压的测量值到达上限电压Vth,则控制电路16只要将开关频率设定成下限频率fmin即可。相反,在输出电压的测量值比基准电压Vr低的情况下,控制电路16也可以使开关频率按每规定的频率变化量上升。
如以上所述,该非接触供电装置通过不设置输电装置的谐振电路,从而即使在耦合度降低的情况下,也抑制流过发送线圈的电流的增加。另外,该非接触供电装置监视受电装置的谐振电路的输出电压,并控制开关频率以使该输出电压变得比上限电压低,从而输电装置的电力供给电路及发送线圈可持续软开关动作。另外,该非接触供电装置通过控制开关频率,以使输出电压的测量值接近受电装置的谐振电路谐振时的输出电压,从而能够以接近受电装置的谐振电路的谐振频率的开关频率使输电装置持续动作。由此,就该非接触供电装置而言,即使发送线圈与接收线圈间的耦合度动态地变化,也能够抑制能量传输效率的降低。
此外,根据变形例,电压检测电路27也可以测量平滑电容器25的两端子间的输出电压。在该情况下,只要将电压检测电路27的端子的一端连接于平滑电容器25的一端与负荷电路26的一端之间,且将电压检测电路27的端子的另一端连接于平滑电容器25的另一端与负荷电路26的另一端之间即可。
另外,在电压检测电路27为能够测量交流电压的电路的情况下,电压检测电路27也可以直接测量谐振电路20的两输出端子间的输出电压。
另外,根据其它的变形例,就控制电路16而言,也可以输出电压的测量值与基准电压间的差的绝对值越大,越增大开关频率的变化量。由此,控制电路16能够使输出电压在短期间内接近基准电压。
另外,输电装置2中,向发送线圈13供给交流电力的电力供给电路如果是能够可变地调节开关频率的电路,则也可以具有与上述的实施方式不同的电路结构。
图5(A)~图5(C)分别是变形例的电力供给电路的电路图。图5(A)所示的电力供给电路110具有交流电源111,其能够通过来自控制电路16的控制而调整开关频率。而且,来自交流电源111的交流电力被直接供给至发送线圈13。因此,该变形例中,只要控制电路16根据受电装置3的谐振电路20的输出电压,直接控制交流电源111的开关频率即可。
图5(B)所示的电力供给电路120具有:直流电源11、两个开关元件12-1及开关元件12-2、与发送线圈13串联地连接的隔离直流用的电容器121。此外,该变形例中,各开关元件例如也能够设为n沟道型的MOSFET。
该变形例中,开关元件12-1和开关元件12-2串联地连接于直流电源11的正极侧端子与负极侧端子之间。另外,在直流电源11的正极侧连接开关元件12-1,另一方面,在直流电源11的负极侧连接开关元件12-2。而且,开关元件12-1的漏极端子与直流电源11的正极侧端子连接,开关元件12-1的源极端子与开关元件12-2的漏极端子连接。另外,开关元件12-2的源极端子与直流电源11的负极侧端子连接。另外,开关元件12-1的源极端子、及开关元件12-2的漏极端子连接于发送线圈13的一端,开关元件12-2的源极端子经由电容器121连接于发送线圈13的另一端。另外,各开关元件的栅极端子与栅极驱动器15连接。
该变形例中,栅极驱动器15只要根据来自控制电路16的控制信号,交替地切换开关元件12-1和开关元件12-2的导通/关断即可。即,在开关元件12-1导通,且开关元件12-2关断的情况下,从直流电源11经由开关元件12-1向发送线圈13流过电流,电容器121被充电。另一方面,在开关元件12-1关断,且开关元件12-2导通的情况下,电容器121放电,从电容器121经由发送线圈13及开关元件12-2流过电流。因此,该变形例中,控制电路16只要根据受电装置3的谐振电路20的输出电压,经由栅极驱动器15,控制用于切换开关元件12-1与开关元件12-2的导通/关断的开关频率。
图5(C)所示的电力供给电路130也与电力供给电路120一样,具有直流电源11、两个开关元件12-1及开关元件12-2、与发送线圈13串联地连接的电容器121。但是,电力供给电路130与电力供给电路120相比,发送线圈13的一端与直流电源11的正极侧端子直接连接,发送线圈13的另一端经由电容器121与开关元件12-1的源极端子、及开关元件12-2的漏极端子连接。
该变形例中,栅极驱动器15也只要根据来自控制电路16的控制信号,交替地切换开关元件12-1与开关元件12-2的导通/关断即可。
此外,对于图5(B)所示的电力供给电路120及图5(C)所示的电力供给电路130,优选设定电容器121的静电电容,以使发送线圈13与电容器121的谐振频率变得比受电装置3的谐振电路20的谐振频率以及调整开关频率的频率范围的下限频率fmin小,从而使在调整开关频率的频率范围内发送线圈13和电容器121不作为谐振电路进行动作。由此,流过发送线圈13的电流增大,抑制电力的传输效率降低。
另外,上述的实施方式中,与电力供给电路120及电力供给电路130一样,也可以设置与发送线圈13串联地连接的隔离直流用的电容器。其中,在该情况下,也优选设定电容器的静电电容,以使发送线圈13与电容器的谐振频率变得比受电装置3的谐振电路20的谐振频率及调整开关频率的频率范围的下限频率fmin小,从而使在调整开关频率的频率范围内发送线圈13和电容器不作为谐振电路进行动作。
另外,在能够通过有线连接输电装置2的接收器14和受电装置3的发送器28的情况下,只要接收器14及发送器28分别具有能够通过有线对包含表示输出电压的测量值的信息的信号进行通信的通信电路即可。
这样,本领域技术人员能够在本发明的范围内,根据实施的方式进行各种变更。
标号说明
1 非接触供电装置
2 输电装置
10、110、120、130 电力供给电路
11 直流电源
12-1~12-4 开关元件
13 发送线圈
14 接收器
15 栅极驱动器
18 控制电路
3 受电装置
20 谐振电路
21 接收线圈
22 电容器
23 整流平滑电路
24 全波整流电路
25 平滑电容器
26 负荷电路
27 电压检测电路
28 发送器
111 交流电源
121 电容器

Claims (4)

1.一种非接触供电装置,其具有输电装置和从所述输电装置以非接触的方式接受电力传输的受电装置,其中,
所述受电装置具有:
谐振电路,其具有接收来自所述输电装置的电力的接收线圈和与所述接收线圈并联连接的谐振电容器,并以第一频率发生谐振;
电压检测电路,其测量来自所述谐振电路的输出电压,并求得该输出电压的测量值;以及
发送器,其将包含表示所述输出电压的测量值的信息的信号向所述输电装置进行发送,
所述输电装置具有:
发送线圈,其向所述受电装置供给电力;
电力供给电路,其对所述发送线圈供给具有可调节的开关频率的交流电力;
接收器,其接收包含表示所述输出电压的测量值的信息的信号;以及
控制电路,其根据所述输出电压的测量值,控制所述开关频率,以使所述发送线圈及所述电力供给电路持续软开关动作。
2.根据权利要求1所述的非接触供电装置,其中,
所述控制电路在包含所述第一频率的频率的范围内控制所述开关频率,其中,所述第一频率为所述发送线圈与所述接收线圈间的设想的耦合度下的频率。
3.根据权利要求2所述的非接触供电装置,其中,
设定所述频率的范围以使该频率的范围的下限频率成为所述设想的耦合度的最小值下的所述第一频率,
若所述输出电压的测量值超过第一电压,则所述控制电路将所述开关频率设定成所述频率的范围的上限频率。
4.根据权利要求1~3中任一项所述的非接触供电装置,其中,
所述控制电路控制所述开关频率,以使所述输出电压的测量值与所述谐振电路发生谐振时的所述输出电压的差变小。
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