CN111566898A - 非接触供电装置 - Google Patents

Abstract

当对经由谐振电路(20)接收到的电力进行整流而获得的输出电压的测定值为上限阈值以上时，非接触供电装置(1)的受电装置(3)将设置为能够与接收线圈(21)电磁耦合的谐振抑制线圈(31)短路，并且向送电装置(2)通知输出电压异常，其中，谐振电路(20)具有接收来自送电装置(2)的发送线圈(14)的电力的接收线圈(21)和与接收线圈(21)并联连接的谐振电容器(22)。当被通知输出电压异常时，送电装置(2)对施加至发送线圈(14)的交流电力的电压及开关频率中的至少一方进行变更。

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

历来，在研究不借助金属触点等而通过空间传输电力的所谓非接触供电(也称为无线供电)技术。

在使用非接触供电技术的供电装置(以下，简称为非接触供电装置)中，如果初级侧(送电侧)的线圈与次级侧(受电侧)的线圈之间的位置关系发生变动，则这两个线圈之间的耦合度会发生变化。其结果，从受电侧的装置向负载电路的输出电压也会发生变动。根据情况，向负载电路的输出电压过度地上升，受电侧的装置或负载电路等可能会发生故障。因此，提出了抑制输出电压过度地上升的技术(例如，参照专利文献1及2)。

例如，在专利文献1中，提出了在受电侧设置包含与受电谐振线圈磁耦合的控制线圈的谐振抑制电路，监视输出电压，通过利用开关使控制线圈短路、断开的方法来抑制谐振动作。另外，专利文献2提出了一种具有非接触电力传输系统的受电天线和整流电路的受电装置，其中，在受电天线设置受电线圈、与受电线圈电磁耦合的共振线圈、与共振线圈电磁耦合的调整线圈、以及调整线圈的阻抗切换单元。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2015-65724号公报

专利文献2：日本特开2012-139033号公报

发明内容

发明要解决的课题

然而，在专利文献1所公开的技术以及专利文献2所公开的技术中，如果送电侧的线圈与受电侧的线圈之间的耦合度不发生变化，则会反复进行与输出电压的上升相伴的送电侧的线圈与受电侧的线圈之间的谐振的抑制、以及与输出电压的降低相伴的该谐振的抑制的解除。这样，与断续地产生不进行电力传输的期间无关地，送电侧的装置继续进行电力传输动作。另外，通过使设置成与受电侧的线圈电磁耦合的线圈短路，从而功率因数降低。其结果，电力传输效率降低，与电力传输相伴的能量损耗增大。

因此，本发明的目的在于提供一种能够抑制来自受电侧的装置的输出电压过度地上升且能够抑制能量损耗的非接触供电装置。

用于解决课题的方案

作为本发明的一方式，提供一种非接触供电装置，该非接触供电装置具有送电装置和从送电装置以非接触方式进行电力传输的受电装置。在该非接触供电装置中，送电装置具有：发送线圈，向受电装置供给电力；电力供给电路，对发送线圈供给交流电力，并且能够对向发送线圈供给的交流电力的开关频率及电压中的至少一方进行调整；第一通信器，从接收装置接收输出电压异常信号；以及控制电路，若第一通信器接收到输出电压异常信号，则对从电力供给电路供给至发送线圈的交流电力的开关频率及电压中的至少一方进行变更。另外，受电装置具有：谐振电路，具有接收来自送电装置的电力的接收线圈和与接收线圈并联连接的谐振电容器；整流电路，对经由谐振电路接收到的电力进行整流；谐振抑制线圈，配置成能够与接收线圈电磁耦合；开关电路，与谐振抑制线圈连接，能够切换谐振抑制线圈的短路或断开；电压检测电路，测定从整流电路输出的电力的输出电压，求该输出电压的测定值；第二通信器，能够与第一通信器进行通信；以及判定电路，若输出电压的测定值为规定的上限阈值以上，则控制开关电路以使谐振抑制线圈短路，并且使输出电压异常信号发送至第二通信器。

本发明所涉及的非接触供电装置通过具有这样的结构，能够抑制来自受电侧的装置的输出电压过度地上升，并且抑制能量损耗。

在该非接触供电装置中，若送电装置的控制电路开始交流电力的开关频率及电压中的至少一方的变更，则受电装置的判定电路控制开关电路以使将谐振抑制线圈断开。

由此，非接触供电装置能够防止因输出电压的过度上升而导致的受电装置或与受电装置连接的负载电路的故障，并且能够探索发送线圈能够高效地进行电力传输的开关频率及电压。

另外，优选所述受电装置还具有连接于谐振电路和整流电路之间的线圈。在这种情况下，若第一通信器接收到输出电压异常信号，则送电装置的控制电路对从电力供给电路供给至发送线圈的交流电力的开关频率进行控制，以使即使与受电装置的整流电路连接的负载电路的电阻发生变化，输出电压的测定值也不会发生变化。

由此，即使输出电压暂时地上升，非接触供电装置也能够通过控制开关频率而重新开始恒压输出动作。

附图说明

图1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2A是示出开关电路的一例的图。

图2B是示出开关电路的一例的图。

图2C是示出开关电路的一例的图。

图2D是示出开关电路的一例的图。

图3是谐振抑制线圈被断开时的非接触供电装置的等效电路图。

图4是本实施方式涉及的非接触供电装置的输出电压的频率特性的模拟结果的一例的图。

图5是表示在图4所示的模拟中，根据耦合度使施加至发送线圈的电压发生变化时的、输出电压的频率特性的模拟结果的一例的图。

图6是变形例涉及的电力供给电路的电路图。

图7是其他变形例涉及的受电装置的结构图。

图8是又一其他变形例涉及的受电装置的结构图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的一个实施方式涉及的非接触供电装置进行说明。在该非接触供电装置中，受电侧的装置具有受电用的接收线圈和被设置为能够与该接收线圈电磁耦合的用于谐振抑制的线圈(以下，简称为谐振抑制线圈)。而且，若来自受电侧的装置的输出电压变为规定的阈值以上，则受电侧的装置将谐振抑制线圈短路而使包含接收线圈的谐振电路的谐振条件发生变化，并且向送电侧的装置通知输出电压变为了规定的阈值以上的情况。送电侧的装置若接收到该通知，则控制对送电侧的发送线圈施加的交流电力的频率及电压，将从受电侧的装置输出的电压调整至规定的电压。即，非接触供电装置控制对送电侧的发送线圈施加的交流电力的频率及电压，以使维持恒压输出动作。另外，受电侧的装置保持谐振抑制线圈的短路状态，直到开始对发送线圈施加的交流电力的频率及电压为止。由此，该非接触供电装置能够抑制来自受电侧的装置的输出电压过度地上升的情况，并且能够进行持续的电力传输，抑制能量损耗。

图1是本发明的一个实施方式涉及的非接触供电装置的概略结构图。如图1所示，非接触供电装置1具有送电装置2和从送电装置2经由空间以非接触方式进行电力传输的受电装置3。送电装置2具有电力供给电路10、发送线圈14、通信器15、栅极驱动器16-1、16-2、控制电路17。另一方面，受电装置3具有谐振电路20、线圈23、整流平滑电路24、负载电路27、电压检测电路28、开关元件29、判定电路30、谐振抑制线圈31、开关电路32和通信器33，其中，该谐振电路20具有接收线圈21及谐振电容器22。

首先，对送电装置2进行说明。

电力供给电路10向发送线圈14供给具有可调开关频率及可调电压的交流电力。为此，电力供给电路10具有电源11、功率因数改善电路12、4个开关元件13-1～13-4。

电源11供给具有规定的脉动电流电压的电力。为此，电源11与商用的交流电源连接，具有用于对从该交流电源供给的交流电力进行整流的全波整流电路。

功率因数改善电路12将从电源11输出的电力的电压变换为与来自控制电路17的控制相应的电压，并输出。为此，功率因数改善电路12例如具有：线圈L及二极管D，它们从电源11的正极侧端子起依次串联连接；开关元件SW，其是漏极端子连接于线圈L与二极管D之间且源极端子连接于电源11的负极侧端子的n沟道型MOSFET；以及平滑电容器C，隔着二极管D与开关元件SW并联连接。另外，开关元件SW的栅极端子与栅极驱动器16-1连接。并且，功率因数改善电路12具有串联连接于电源11的正极侧端子与负极侧端子之间的两个电阻R1、R2。该电阻R1、R2在二极管D与平滑电容器C之间与平滑电容器C并联连接。而且，电阻R1与电阻R2之间的电压作为表示从二极管D输出的电压而由控制电路17进行测定。

按照由控制电路17指示的占空比，并且以使从二极管D输出的电流波形的轨迹与从电源11供给的电压的轨迹一致的方式，由栅极驱动器16-1控制开关元件SW的导通/截止，从而功率因数改善电路12执行功率因数改善动作。而且，开关元件SW为导通的占空比越高，则从二极管D输出的电压越高。

从二极管D输出的电压由平滑电容器C进行平滑化，经由4个开关元件13-1～13-4而向发送线圈14供给。

此外，功率因数改善电路12不限于上述结构，也可以具有能够通过来自控制电路17的控制来调整输出电压的其他结构。

4个开关元件13-1～13-4例如能够设为n沟道型MOSFET。而且，4个开关元件13-1～13-4中的开关元件13-1和开关元件13-2经由功率因数改善电路12而串联连接于电源11的正极侧端子与负极侧端子之间。另外，在本实施方式中，开关元件13-1连接于电源11的正极侧，另一方面，开关元件13-2连接于电源11的负极侧。而且，开关元件13-1的漏极端子经由功率因数改善电路12与电源11的正极侧端子连接，开关元件13-1的源极端子与开关元件13-2的漏极端子连接。另外，开关元件13-2的源极端子经由功率因数改善电路12与电源11的负极侧端子连接。并且，开关元件13-1的源极端子及开关元件13-2的漏极端子连接于发送线圈14的一端，开关元件13-2的源极端子经由开关元件13-4连接于发送线圈14的另一端。

同样地，4个开关元件13-1～13-4中的开关元件13-3和开关元件13-4与开关元件13-1及开关元件13-2并联连接，并且经由功率因数改善电路12而串联连接于电源11的正极侧端子与负极侧端子之间。另外，开关元件13-3连接于电源11的正极侧，另一方面，开关元件13-4连接于电源11的负极侧。而且，开关元件13-3的漏极端子经由功率因数改善电路12与电源11的正极侧端子连接，开关元件13-3的源极端子与开关元件13-4的漏极端子连接。另外，开关元件13-4的源极端子经由功率因数改善电路12与电源11的负极侧端子连接。并且，开关元件13-3的源极端子及开关元件13-4的漏极端子连接于发送线圈14的另一端。

另外，各开关元件13-1～13-4的栅极端子经由栅极驱动器16-2与控制电路17连接。并且，为了保证在被施加了成为导通的电压时该开关元件成为导通，各开关元件13-1～13-4的栅极端子也可以分别经由电阻与本元件的源极端子连接。而且，各个开关元件13-1～13-4按照来自控制电路17的控制信号，以可调整的开关频率来切换导通/截止。在本实施方式中，对开关元件13-1和开关元件13-4的组、开关元件13-2和开关元件13-3的组交替地切换导通/截止，以使在开关元件13-1和开关元件13-4成为导通的期间开关元件13-2和开关元件13-3成为截止，相反地，在开关元件13-2和开关元件13-3成为导通的期间开关元件13-1和开关元件13-4成为截止。由此，从电源11经由功率因数改善电路12供给的直流电力被转换为具有各开关元件的开关频率的交流电力，并供给到发送线圈14。

而且，发送线圈14将从电力供给电路10供给的交流电力经由空间向受电装置3的谐振电路20传输。

在每次从受电装置3的通信器33接收到无线信号时，通信器15从该无线信号取出表示来自受电装置3的整流平滑电路24的输出电压过度地上升的异常电压发生信息、或表示非接触供电装置1是否进行恒压输出动作等的判定信息，向控制电路17输出。为此，通信器15例如具有基于规定的无线通信标准接收无线信号的天线、和对该无线信号进行解调的通信电路。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)、或者Bluetooth(注册商标)。

栅极驱动器16-1从控制电路17接收对功率因数改善电路12的开关元件SW的导通/截止进行切换的控制信号，根据该控制信号，使施加至开关元件SW的栅极端子的电压发生变化。即，若接收到用于使开关元件SW导通的控制信号，则栅极驱动器16-1对开关元件SW的栅极端子施加用于使开关元件SW导通的相对高的电压。另一方面，若接收到使开关元件SW截止的控制信号，则栅极驱动器16-1对开关元件SW的栅极端子施加使开关元件SW截止的相对低的电压。由此，栅极驱动器16-1在由控制电路17指示的定时对功率因数改善电路12的开关元件SW的导通/截止进行切换。

栅极驱动器16-2从控制电路17接收对各个开关元件13-1～13-4的导通/截止进行切换的控制信号，根据该控制信号，使施加至各个开关元件13-1～13-4的栅极端子的电压发生变化。即，若接收到使开关元件13-1及开关元件13-4导通的控制信号，则栅极驱动器16-2对开关元件13-1的栅极端子及开关元件13-4的栅极端子施加使开关元件13-1及开关元件13-4成为导通的相对高的电压。由此，来自电源11的电流经由开关元件13-1、发送线圈14及开关元件13-4而流动。另一方面，若接收到使开关元件13-1及开关元件13-4截止的控制信号，则栅极驱动器16-2对开关元件13-1的栅极端子及开关元件13-4的栅极端子施加使开关元件13-1及开关元件13-4截止、且来自电源11的电流不流过开关元件13-1及开关元件13-4的相对低的电压。栅极驱动器16-2对开关元件13-2及开关元件13-3也同样地控制对栅极端子施加的电压。因此，若开关元件13-1及开关元件13-4截止、开关元件13-2及开关元件13-3导通，则来自电源11的电流会经由开关元件13-3、发送线圈14及开关元件13-2而流动。

控制电路17例如具有非易失性的存储电路及易失性的存储电路、运算电路、用于与其他电路连接的接口电路。而且，若从通信器15接收到异常电压发生信息，则控制电路17开始控制从电力供给电路10对发送线圈14供给的交流电力的开关频率及电压。然后，在每次从通信器15接收到判定信息时，控制电路17根据该判定信息，控制从电力供给电路10对发送线圈14供给的交流电力的开关频率及电压。

因此，在本实施方式中，控制电路17控制各开关元件13-1～13-4以使开关元件13-1及开关元件13-4的组与开关元件13-2及开关元件13-3的组交替地成为导通、且在与开关频率对应的1个周期内开关元件13-1及开关元件13-4的组成为导通的期间与开关元件13-2及开关元件13-3的组成为导通的期间相等。此外，为了防止开关元件13-1及开关元件13-4的组和开关元件13-2及开关元件13-3的组同时成为导通、电源11被短路，控制电路17也可以设置在对开关元件13-1及开关元件13-4的组和开关元件13-2及开关元件13-3的组的导通/截止进行切换时双方的开关元件的组成为截止的死区时间(dead time)。

另外，控制电路17参照如下参照表来选择与开关频率相应的占空比，该参照表表示开关频率与在该开关频率下成为恒压输出的、相当于向发送线圈14施加的施加电压的、功率因数改善电路12的开关元件SW的导通/截止控制的占空比之间的关系。而且，控制电路17根据该占空比和来自功率因数改善电路12的二极管D的输出电压的变化，决定对开关元件SW的导通/截止进行切换的定时，向栅极驱动器16-1输出表示该定时的控制信号。

并且，在通信器15无法接收到来自受电装置3的无线信号的情况下，假设受电装置3不存在于能够从送电装置2接收电力供给的位置，即，送电装置2处于待机状态。因此，在这种情况下，控制电路17也可以将开关元件SW的导通/截止控制的占空比设为能够设定的最小值。由此，在送电装置2成为待机状态的期间，施加至发送线圈14的电压也成为能够设定的最小值，因此能量的损耗受到抑制。

此外，关于控制电路17对开关频率及向发送线圈14施加的施加电压的控制的详情，将在后面叙述。

接下来，对受电装置3进行说明。

谐振电路20是由相互并联连接的接收线圈21和谐振电容器22构成的LC谐振电路。而且，谐振电路20所具有的接收线圈21的一端与谐振电容器22的一端连接，并且经由线圈23与整流平滑电路24的一个输入端子连接。另外，接收线圈21的另一端与谐振电容器22的另一端连接，并且与整流平滑电路24的另一个输入端子连接。

接收线圈21与在送电装置2的发送线圈14流动的交流电流进行谐振，从而从发送线圈14接收电力。而且，接收线圈21经由谐振电容器22及线圈23将接收到的电力向整流平滑电路24输出。此外，接收线圈21的匝数与送电装置2的发送线圈14的匝数可以相同，或者也可以不同。

谐振电容器22在其一端与接收线圈21的一端及线圈23连接，在另一端与接收线圈21的另一端及整流平滑电路24连接。而且，谐振电容器22将由接收线圈21接收到的电力经由线圈23向整流平滑电路24输出。

线圈23连接于谐振电路20与整流平滑电路24之间。在本实施方式中，线圈23以与接收线圈21串联的方式，在其一端与谐振电路20的接收线圈21及谐振电容器22连接，在另一端与整流平滑电路24连接。而且，线圈23将来自振荡电路20的电力向整流平滑电路24输出。此外，通过设置该线圈23，所接收的电力的高阶谐波分量受到抑制。

整流平滑电路24是整流电路的一例，具有全波整流电路25和平滑电容器26，该全波整流电路25具有桥式连接的4个二极管，该整流平滑电路24对由谐振电路20接收且经由线圈23接收到的电力进行整流，并且进行平滑化，转换为直流电力。而且，整流平滑电路24将该直流电力输出至负载电路27。

电压检测电路28按每个规定的周期对整流平滑电路24的两端子间的输出电压进行测定。整流平滑电路24的两个端子间的输出电压与谐振电路20的输出电压一一对应，因此整流平滑电路24的两个端子间的输出电压的测定值间接地成为谐振电路20的输出电压的测定值。电压检测电路28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的其中一种。而且，电压检测电路28将表示该输出电压的测定值的电压检测信号向判定电路30输出。

开关元件29例如为MOSFET，连接于整流平滑电路24与负载电路27之间。开关元件29若成为截止则不使电流从整流平滑电路24向负载电路27流动，另一方面，若成为导通则使电流从整流平滑电路24向负载电路27流动。

判定电路30判定从电压检测电路28接收到的输出电压的测定值是否为规定的上限阈值以上。而且，在其测定值为上限阈值以上的情况下，控制开关电路32以使谐振抑制线圈31短路，并且将输出电压的测定值为上限阈值以上的情况即输出电压过度地上升的情况向通信器33通知。由此，若输出电压的测定值达到上限阈值，则判定电路30立即变更谐振电路20的谐振频率而使在送电装置2与受电装置3之间传输的电力降低，其结果，能够降低来自谐振电路20的输出电压。此外，上限阈值能够设为负载电路27及受电装置3不发生故障的电压的上限值、或者从该上限值减去规定的偏移值得到的值。

并且，在施加至发送线圈14的交流电力的开关频率及电压受到控制的期间，判定电路30判定输出电压的测定值是否包含于执行恒压输出动作时的电压的允许范围内。而且，判定电路30将该判定结果向通信器33通知。此外，优选电压的允许范围的上限设定为上述的上限阈值以下。

为此，判定电路30例如具有：存储电路，存储电压的允许范围；运算电路，将输出电压的测定值分别与上限阈值及电压的允许范围进行比较；以及控制电路，用于控制开关元件29及开关电路32的导通/截止。此外，判定电路30也可以具有与专利文献1所记载的控制线圈的导通/截止的控制所使用的电路相同的电路，作为用于将输出电压的测定值与上限阈值进行比较并根据其结果来切换开关电路32的导通/截止的电路。在这种情况下，也可以将使开关电路32截止的电压设定得比使开关电路32导通的电压低。

并且，在输出电压的测定值超出电压的允许范围的期间，判定电路30以规定的周期切换开关元件29的导通/截止。由此，与整流平滑电路24连接的包含负载电路27的电路整体的电阻值以该规定的周期发生变化。因此，判定电路30通过一边切换开关元件29的导通/截止，一边判定输出电压的测定值是否大致恒定，从而能够判定非接触供电装置1是否进行恒压输出动作。因此，判定电路30在即使以规定的周期对开关元件29的导通/截止进行切换，输出电压的测定值也大致恒定的期间，向通信器33通知非接触供电装置1正进行恒压输出动作的情况。

另外，在输出电压的测定值比规定的周期长的一定期间的期间，非接触供电装置1进行恒压输出动作的情况下，判定电路30停止开关元件29的导通/截止的切换，维持成为导通的状态。而且，判定电路30判定输出电压的测定值是否包含于电压的允许范围，将该判定结果向通信器33通知。

此时，在输出电压的测定值比规定的周期长的一定期间的期间包含于电压的允许范围的情况下，判定电路30将表示非接触供电装置1进行恒压输出动作、且输出电压的测定值处于电压的允许范围内的情况的判定结果向通信器33通知。

此外，根据变形例，判定电路30也可以具有相对于整流平滑电路24与负载电路27并联连接的电阻。在这种情况下，开关元件29也可以被设置为与该电阻串联且与负载电路27并联。在这种情况下，在输出电压的测定值包含于电压的允许范围的期间，判定电路30将开关元件29设为截止。另一方面，若输出电压的测定值超出电压的允许范围，则与上述实施方式同样地，判定电路30也可以以规定的周期切换开关元件29的导通/截止。根据该变形例，即使在非接触供电装置1没有进行恒压输出动作的情况下，也继续进行向负载电路27的电力供给。

根据另一变形例，也可以与上述电阻并联且与负载电路27串联地设置MOSFET这样的第二开关元件。在这种情况下，在输出电压的测定值包含于电压的允许范围的期间，判定电路30将第二开关元件设为导通，能够进行向负载电路27的电力供给。另一方面，若输出电压的测定值超出电压的允许范围，则判定电路30也可以将第二开关元件设为截止而停止向负载电路27的电力供给。由此，在送电装置2中调整开关频率的期间，即使接受的电力的电压过高，也能够防止该过高的电压被施加至负载电路27的情况。

谐振抑制线圈31被设置成能够与谐振电路20的接收线圈21电磁耦合。例如，谐振抑制线圈31和接收线圈21被卷绕于同一芯线。另外，谐振抑制线圈31的两端分别与开关电路32连接。而且，若谐振抑制线圈31由于开关电路32而被短路，则谐振抑制线圈31与接收线圈21电磁耦合，谐振电路20的谐振频率发生变化。因此，即使来自谐振电路20的输出电压过度地上升，由于谐振抑制线圈31被短路，所以从送电装置2向受电装置3传输的电力降低，因此来自谐振电路20的输出电压也降低。此外，接收线圈21的匝数与谐振抑制线圈31的匝数可以相等，或者也可以不同。

另一方面，若开关电路32使谐振抑制线圈31的两端断开，则谐振抑制线圈31与发送线圈14和接收线圈21之间的谐振无关，不影响从送电装置2向受电装置3的电力传输。

开关电路32与谐振抑制线圈31的两端连接，根据来自判定电路30的控制信号对使谐振抑制线圈31短路还是断开进行切换。即，在从判定电路30接收到成为导通的控制信号的期间，开关电路32将谐振抑制线圈31短路。另一方面，在从判定电路30接收到成为截止的控制信号的期间，开关电路32将谐振抑制线圈31的两端断开。

图2A～图2D分别是表示开关电路32的一例的图。在图2A所示的一例中，开关电路32具有继电器。若判定电路30将继电器设为导通，则谐振抑制线圈31被短路。另一方面，若判定电路30将继电器设为截止，则谐振抑制线圈31的两端被断开。

在图2B所示的例子中，开关电路32具有串联连接于谐振抑制线圈31的两端之间的两个n沟道型MOSFET。而且，两个MOSFET被配置成彼此的源极端子彼此连接，漏极端子分别与谐振抑制线圈31的两端连接。另外，两个MOSFET的栅极端子与判定电路30连接。而且，若从判定电路30对两个MOSFET的栅极端子施加与成为导通的控制信号相当的相对高的电压，则电流能够在各MOSFET的源极-漏极间流动，因此谐振抑制线圈31被短路。另一方面，若从判定电路30对两个MOSFET的栅极端子施加与成为截止的控制信号相当的相对低的电压，则电流不会在各MOSFET的源极-漏极间流动，并且两个MOSFET的体二极管也成为相互反向，因此即使通过各自的体二极管也不会流过电流。因此，谐振抑制线圈31的两端被断开。

在图2C所示的例子中，也与图2B所示的例子同样地，开关电路32具有串联连接于谐振抑制线圈31的两端间的两个n沟道型MOSFET。但是，在图2C所示的例子中，两个MOSFET配置成彼此的漏极端子彼此连接，源极端子分别与谐振抑制线圈31的两端连接。在该例子中也是，若从判定电路30对两个MOSFET的栅极端子施加与成为导通的控制信号相当的相对高的电压，则谐振抑制线圈31被短路。另一方面，若从判定电路30对两个MOSFET的栅极端子施加与成为截止的控制信号相当的相对低的电压，则谐振抑制线圈31的两端被断开。

在图2D所示的例子中，开关电路32具有串联连接于谐振抑制线圈31的两端间的n沟道型MOSFET和二极管。MOSFET的漏极端子与谐振抑制线圈31的一端连接，源极端子与二极管的阳极端子连接。而且，MOSFET的栅极端子与判定电路30连接。另外，二极管的阴极端子与谐振抑制线圈31的另一端连接。在该例中也是，若从判定电路30对MOSFET的栅极端子施加与成为导通的控制信号相当的电压，则谐振抑制线圈31被短路。另一方面，若从判定电路30对MOSFET的栅极端子施加与成为截止的控制信号相当的电压，则谐振抑制线圈31的两端被断开。此外，在该例中，即使MOSFET导通，从二极管向MOSFET侧流动的电流也会被截断，因此在流过谐振抑制线圈31的交流电流的周期中的1/2的期间，谐振抑制线圈31不影响谐振电路20的谐振。然而，即使在这种情况下，从送电装置2向受电装置3传输的电力也会降低，因此，来自谐振电路20的输出电压降低。

若从判定电路30被通知输出电压的测定值为上限阈值以上的情况，则通信器33生成包含表示该通知内容的异常电压发生信息的无线信号，将该无线信号向送电装置2的通信器15发送。另外，从输出电压的测定值为上限阈值以上起至重新开始恒压输出动作为止，按每个规定的发送周期，通信器33根据从判定电路30接收到的判定结果，生成包含判定信息的无线信号，将该无线信号向送电装置2的通信器15发送，其中该判定信息表示非接触供电装置1是否进行恒压输出动作、以及输出电压的测定值是否包含于电压的允许范围。为此，通信器33例如具有根据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，与通信器15同样地，规定的无线通信标准例如能够设为ISO/IEC15693、ZigBee(注册商标)、或者Bluetooth(注册商标)。

以下，对非接触供电装置1的动作的详情进行说明。

在本实施方式中，送电装置2的控制电路17若从通信器15接收到异常电压发生信息，则开始对供给至发送线圈14的交流电力的开关频率及电压的调整以使非接触供电装置1能够执行恒压输出动作。而且，控制电路17基于从通信器15接收到的判定信息，调整从电力供给电路10供给至发送线圈14的交流电力的开关频率及电压，直到非接触供电装置1重新开始恒压输出动作为止。

这里，本实施方式涉及的非接触供电装置不利用送电侧的谐振。因此，在设置有与受电侧的谐振电路的线圈串联连接的电抗器的所谓SPL型非接触供电装置中，非接触供电装置1的输出电压的频率特性与增大与发送线圈串联连接的电容器的静电电容而降低送电侧的谐振电路的谐振频率时的输出电压的频率特性相似。

图3是谐振抑制线圈31断开时的非接触供电装置1的等效电路图。在该等效电路100中，送电侧的发送线圈14和受电侧的谐振电路20的接收线圈21耦合而形成n：1的理想变压器。Lr及Lm是送电侧的发送线圈14的漏电感及励磁电感。此外，若设为送电侧的发送线圈14的电感Lp与(Lm+Lr)相等且将发送线圈14和接收线圈21间的耦合度设为k，则Lr＝(1-k)Lp、Lm＝kLp。另外，Ri是送电侧的绕组电阻值，Ris是受电侧的绕组电阻值。Cp是受电侧的谐振电路20中的与接收线圈21并联连接的谐振电容器22的静电电容。Lop是与接收线圈21串联连接的线圈23的电感。而且，Rac是负载电路27的交流等效电阻值，由Rac＝(8/π²)×Ro表示。

图4是表示本实施方式涉及的非接触供电装置1的输出电压的频率特性的模拟结果的一例的图。在图4中，横轴表示频率，纵轴表示输出电压。另外，在该模拟中，设为Lp＝174μH、Cp＝nF、Lop＝3Lp、Ri＝Ris＝0.3Ω、n＝1、Vin＝200V、Ro＝200Ω(Rac≈162.1Ω)。曲线401表示设耦合度为k＝0.15、负载电路27的交流等效电阻值为Rac时的输出电压的频率特性。另外，曲线402表示设耦合度为k＝0.15、负载电路27的交流等效电阻值为(10*Rac)时的输出电压的频率特性。另外，曲线403表示设耦合度为k＝0.3、负载电路27的交流等效电阻值为Rac时的输出电压的频率特性。另外，曲线404表示设耦合度为k＝0.3、负载电路27的交流等效电阻值为(10*Rac)时的输出电压的频率特性。并且，曲线405表示设耦合度为k＝0.6、负载电路27的交流等效电阻值为Rac时的输出电压的频率特性。另外，曲线406表示设耦合度为k＝0.6、负载电路27的交流等效电阻值为(10*Rac)时的输出电压的频率特性。

如图4所示，在耦合度k不变化的条件下，即使负载电路27的交流等效电阻值变化，输出电压也大致恒定(即，成为恒压输出)，频率与输出电压的组合按每个耦合度(图的点411～413这3种)而存在。因此可知，即使将具有使得发送线圈14不会发生谐振的开关频率的交流电力施加至发送线圈14，也能够使非接触供电装置1相对于负载电路27的电阻值的变化进行恒压输出动作。并且，如由点411～413所示的那样，与负载电路27的电阻值的变化相关地成为恒压输出时的输出电压根据耦合度而彼此不同，但是对于该输出电压的差，通过调整施加至发送线圈14的电压，能够设为不依赖于耦合度而是大致恒定的输出电压。

图5是表示在图4所示的模拟中，根据耦合度使施加至发送线圈14的电压发生变化时的、输出电压的频率特性的模拟结果的一例的图。在图5中，横轴表示频率，纵轴表示输出电压。曲线501表示设耦合度为k＝0.15、负载电路27的交流等效电阻值为Rac、施加至发送线圈的电压为Vin时的输出电压的频率特性。另外，曲线502表示设耦合度为k＝0.15、负载电路27的交流等效电阻值为(10*Rac)、施加至发送线圈的电压为Vin时的输出电压的频率特性。另外，曲线503表示设耦合度为k＝0.3、负载电路27的交流等效电阻值为Rac、施加至发送线圈的电压为(0.47*Vin)时的输出电压的频率特性。另外，曲线504表示设耦合度为k＝0.3、负载电路27的交流等效电阻值为(10*Rac)、施加至发送线圈的电压为(0.47*Vin)时的输出电压的频率特性。并且，曲线505表示设耦合度为k＝0.6、负载电路27的交流等效电阻值为Rac、施加至发送线圈的电压为(0.19*Vin)时的输出电压的频率特性。另外，曲线506表示设耦合度为k＝0.6、负载电路27的交流等效电阻值为(10*Rac)、施加至发送线圈的电压为(0.19*Vin)时的输出电压的频率特性。

在与图4所示的点411～413对应的耦合度k不发生变化的条件下，即使负载电路27的交流等效电阻值发生变化，输出电压也大致恒定(即，成为恒压输出)的频率和输出电压的组合如点511～513这3种所示。而且，点511～513各自的输出电压彼此大致相等。

根据上述可知，即使负载电路27的电阻值及耦合度的其中一个发生变动，通过适当调整施加至发送线圈14的交流电力的开关频率及电压，也使得输出电压大致保持恒定。

因此，为了实现恒压输出动作，控制电路17如下所述地对施加至发送线圈14的交流电力的开关频率及电压进行控制。

若从通信器15接收到异常电压发生信息，则控制电路17使施加至发送线圈14的交流电力的电压降低至下限电压为止。由此，在受电装置3侧，即使谐振抑制线圈31被断开，来自谐振电路20的输出电压也会降低，变为上限阈值以下。之后，在从受电装置3经由通信器15接收到的无线信号所包含的判定信息表示非接触供电装置1没有进行恒压输出动作的情况下，控制电路17使交流电力的开关频率在规定的频率区域内变化。规定的频率区域例如可以是如下频率区域：将在进行从送电装置2向受电装置3的供电的情况下发送线圈14与接收线圈21之间的所设想的耦合度的最小值处成为恒压输出的频率设为下限，将发送线圈14与接收线圈21之间的所设想的耦合度的最大值处成为恒压输出的频率设为上限。

在使开关频率发生变化时，控制电路17可以从规定的频率区域的下限到上限依次提高开关频率，或者相反地，也可以从规定的频率区域的上限到下限依次降低开关频率。此时，优选控制电路17使开关频率以阶跃状变化，以使在比判定电路30切换开关元件29的导通和截止的周期更长的期间保持相同的开关频率，使得受电装置3的判定电路30能够检查输出电压是否已经大致恒定。

若从受电装置3经由通信器15接收到的无线信号所包含的判定信息表示虽然输出电压的测定值不包含于电压的允许范围但是即使负载电路的电阻发生变化也大致恒定，即，表示正在进行恒压输出动作，则此后控制电路17将开关频率保持为恒定。而且接着，控制电路17参照如下参照表来决定占空比，该参照表表示开关频率与在该开关频率下不依赖于耦合度而成为恒定的电压输出的、功率因数改善电路12的开关元件SW的导通/截止控制的占空比之间的关系。而且，控制电路17控制栅极驱动器16-1，以使根据该占空比而切换功率因数改善电路12的开关元件SW的导通/截止。由此，对施加至发送线圈14的电压进行调整，以使来自谐振电路20的输出电压包含于电压的允许范围，即，不依赖于耦合度而输出恒定的电压。而且，若从受电装置3经由通信器15接收到的无线信号所包含的的判定信息表示输出电压的测定值包含于电压的允许范围，则控制电路17将供给至发送线圈14的交流电力的开关频率及电压保持为恒定。

此外，也可以是，控制电路17取代参照上述参照表来决定占空比而使占空比逐渐变化，直到从受电装置3经由通信器15接收到的无线信号所包含的判定信息表示输出电压的测定值包含于电压的允许范围为止。

另外，为了提高能量传输效率，优选送电装置2的电力供给电路10以及发送线圈14继续进行软开关(电感性)动作。为了使电力供给电路10以及发送线圈14进行软开关动作，优选使在发送线圈14流动的电流的相位比所施加的电压的相位延迟。由此，例如，在开关元件13-1以及开关元件13-4成为导通时，电流从开关元件13-1的源极端子朝向漏极端子流动，因此电力供给电路10以及发送线圈14进行软开关动作，开关损耗的发生被抑制。

如上所述，在该非接触供电装置中，若来自受电装置的谐振电路的输出电压变得高于上限阈值，则将能够与谐振电路的接收线圈电磁耦合的谐振抑制线圈短路，从而使谐振电路的谐振频率变化而降低所传输的电力，并且向送电装置通知输出电压变得高于上限阈值的情况，使由送电装置施加至发送线圈的交流电力的开关频率及电压变化以使执行恒压输出动作。因此，该非接触供电装置能够防止来自谐振电路的输出电压过度地上升而受电装置或负载电路发生故障的情况，并且能够进行持续的电力传输，能够抑制能量损耗。

根据变形例，在送电装置2中，向发送线圈14供给交流电力的电力供给电路只要是能够可变地调节开关频率以及施加至发送线圈14的电压的电路，则也可以具有与上述实施方式不同的电路结构。

图6是变形例涉及的电力供给电路的电路图。

图6所示的电力供给电路110具有电源11、功率因数改善电路12、两个开关元件13-1及开关元件13-2、与发送线圈14串联连接的直流断路用的电容器131。另外，在该变形例中也是，各开关元件例如能够是n沟道型MOSFET。另外，功率因数改善电路12例如能够与上述实施方式中的功率因数改善电路12相同。

在该变形例中，开关元件13-1和开关元件13-2串联连接于电源11的正极侧端子与负极侧端子之间。另外，开关元件13-1连接于电源11的正极侧，另一方面，在开关元件13-2连接于电源11的负极侧。而且，开关元件13-1的漏极端子经由功率因数改善电路12与电源11的正极侧端子连接，开关元件13-1的源极端子与开关元件13-2的漏极端子连接。另外，开关元件13-2的源极端子经由功率因数改善电路12与电源11的负极侧端子连接。并且，开关元件13-1的源极端子及开关元件13-2的漏极端子与发送线圈14的一端连接，开关元件13-2的源极端子经由电容器131与发送线圈14的另一端连接。另外，各开关元件的栅极端子与栅极驱动器16-2连接。

在该变形例中，栅极驱动器16-2根据来自控制电路的控制信号而交替地对开关元件13-1和开关元件13-2的导通/截止进行切换即可。即，在开关元件13-1导通、开关元件13-2截止的情况下，电流从电源11经由功率因数改善电路12及开关元件13-1向发送线圈14流动，电容器131被充电。另一方面，在开关元件13-1截止、开关元件13-2导通的情况下，电容器131放电，电流从电容器131经由发送线圈14及开关元件13-2而流动。因此，在该变形例中，控制电路根据从受电装置3接收到的判定信息，经由栅极驱动器16-2对切换开关元件13-1和开关元件13-2的导通/截止的开关频率进行控制即可。

另外，在上述实施方式中，与电力供给电路110同样地，也可以设置与发送线圈14串联连接的直流断路用的电容器。但是，在这种情况下，也优选设定电容器的静电电容以使发送线圈14和电容器的谐振频率小于受电装置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，使得在开关频率被调整的频率范围内发送线圈14和电容器不作为谐振电路进行动作。由此，在电力传输中不利用发送侧的谐振，因此即使在发送线圈14与接收线圈21之间的耦合度低的情况下，电力传输效率的降低也被抑制。另外，即使在谐振抑制线圈31被短路而谐振电路20的谐振被抑制的情况下，也不利用发送侧的谐振，因此输入阻抗成为某种程度上较大的值，在发送线圈14中流动的电流变小。其结果，能量的损耗得到抑制。

并且，在上述的实施方式或变形例中，也可以在接收线圈21与线圈23之间设置直流断路用的电容器。

图7是又一其他变形例涉及的受电装置4的结构图。该变形例涉及的受电装置4具有谐振电路20、线圈23、整流平滑电路24、负载电路27、电压检测电路28、开关元件29、判定电路30、谐振抑制线圈31、开关电路32、通信器33、输出线圈34和电容器35，该谐振电路20具有接收线圈21及谐振电容器22。该变形例涉及的受电装置4与上述实施方式的受电装置3相比，在具有输出线圈34及电容器35的方面、以及谐振电路20与整流平滑电路24之间的连接关系不同。因此，以下对这些不同点及关联事项进行说明。

在该变形例中，谐振电路20与整流平滑电路24独立地设置。取而代之，设置输出线圈34以使能够与谐振电路20的接收线圈21电磁耦合。在输出线圈34与线圈23之间，直流断路用的电容器35与输出线圈34串联地连接。而且，输出线圈34经由电容器35及线圈23与整流平滑电路24连接。此外，接收线圈21的匝数与输出线圈34的匝数可以相等，或者也可以不同。

在该变形例中也是，在从送电装置2向受电装置3进行电力传输时，在发送线圈14流动的电流与谐振电路20发生谐振。但是，在该变形例中，所传输的电力经由谐振电路20从与接收线圈21电磁耦合的输出线圈34被取出。

在该变形例中，也与上述实施方式同样地，若由电压检测电路28测定出的输出电压的测定值为上限阈值以上，则判定电路30控制开关电路32以使将谐振抑制线圈31短路，并且经由通信器33向送电装置2通知异常电压发生信息即可。由此，该变形例涉及的受电装置4也能够防止来自谐振电路的输出电压过度地上升而受电装置或负载电路发生故障的情况，并且使得能够进行连续的电力传输，能够抑制能量损耗。此外，在该变形例中也是，若被通知异常电压发生信息，则送电装置的控制电路能够与上述实施方式同样地控制施加至发送线圈的交流电力的开关频率及电压，使得非接触供电装置能够重新开始恒压输出动作即可。

图8是又一其他变形例涉及的受电装置5的结构图。该变形例涉及的受电装置5具有谐振电路20、线圈23、整流平滑电路24、负载电路27、电压检测电路28、开关元件29、判定电路30、谐振抑制线圈31、开关电路32和通信器33，该谐振电路20具有接收线圈21及谐振电容器22。该变形例涉及的受电装置5与根据上述实施方式的受电装置3相比，在取代谐振电路20与整流平滑电路24连接而谐振抑制线圈31与整流平滑电路24连接的方面不同。因此，以下对这些不同点及关联事项进行说明。

在该变形例中也是，谐振电路20与整流平滑电路24独立地设置。取而代之，以能够与谐振电路20的接收线圈21电磁耦合的方式设置的谐振抑制线圈31经由线圈23与整流平滑电路24连接。而且，开关电路32的一端连接于谐振抑制线圈31的一端与线圈23之间，开关电路32的另一端与谐振抑制线圈31的另一端连接。另外，接收线圈21的匝数与谐振抑制线圈31的匝数可以相等，或者也可以不同。

在该变形例中也是，在从送电装置2向受电装置3进行电力传输时，发送线圈14与谐振电路20发生谐振。但是，在该变形例中，所传输的电力经由谐振电路20从与接收线圈21电磁耦合的谐振抑制线圈31被取出。

在该变形例中也是，与上述实施方式同样地，若由电压检测电路28测定出的输出电压的测定值为上限阈值以上，则判定电路30控制开关电路32以使将谐振抑制线圈31短路，并且经由通信器33向送电装置2通知异常电压发生信息即可。由此，该变形例涉及的受电装置5也能够防止来自谐振电路的输出电压过度地上升而受电装置或负载电路发生故障的情况，并且能够进行连续的电力传输，能够抑制能量损耗。此外，在该变形例中也是，若被通知异常电压发生信息，则送电装置的控制电路与上述实施方式同样地控制施加至发送线圈的交流电力的开关频率及电压，使得非接触供电装置能够重新开始恒压输出动作即可。

此外，在受电装置5中，也可以在谐振抑制线圈31的一端与开关电路32的一端之间设置直流断路用的电容器。或者，也可以在与谐振抑制线圈31的一端连接的开关电路32的一端和线圈23之间设置直流断路用的电容器。在这种情况下也是，判定电路30能够通过对开关电路32进行控制以使将谐振抑制线圈31短路，从而使谐振电路20的谐振频率发生变化，因此在输出电压的测定值成为上限阈值以上时能够立即使所传输的电力降低，防止受电装置或者负载电路发生故障的情况。

并且，根据其他变形例，判定电路30也可以具有计时器电路。在这种情况下，判定电路30也可以通过计时器电路对从谐振抑制线圈31被短路起的经过时间进行计时，在经过了送电装置2的控制电路17使施加至发送线圈14的交流电力的电压降低所需的规定期间后的时刻，控制开关电路32以使将谐振抑制线圈31的两端断开，并且开始开关元件29的导通/截止控制。或者，也可以构成为送电装置2的通信器15和受电装置3的通信器33能够双向通信。在这种情况下，若送电装置2的控制电路17使施加至发送线圈14的交流电力的电压降低，则控制电路17也可以经由通信器15向受电装置3的通信器33通知该内容。而且，若经由通信器33被通知使施加至发送线圈14的交流电力的电压降低的情况，则受电装置3的判定电路30控制开关电路32以使将谐振抑制线圈31的两端断开，并且开始开关元件29的导通/截止控制。

在该变形例中也是，非接触供电装置能够防止来自谐振电路的输出电压过度地上升而受电装置或负载电路发生故障的情况，并且能够进行持续的电力传输，能够抑制能量损耗。

并且，根据其他变形例，也可以省略连接于谐振电路20与整流平滑电路24之间的线圈23及开关元件29。在这种情况下，若经由通信器15接收到异常电压发生信息，则送电装置2的控制电路17使施加至发送线圈14的交流电力的电压降低至使得来自谐振电路20的输出电压低于上限阈值为止即可。另外，在这种情况下，送电装置2的电力供给电路能够设为能够对施加至发送线圈14的交流电力的电压进行调整的各种电路的其中一种。

另外，在能够将送电装置2的通信器15和受电装置3的通信器33以有线的方式连接的情况下，通信器15及通信器33分别具有能够将包含判定信息等的信号以有线的方式进行通信的通信电路即可。

这样，本领域技术人员可以在本发明的范围内，根据所实施的方式进行各种变更。

标号说明

1 非接触供电装置

2 送电装置

10、110 电力供给电路

11 电源

12 功率因数改善电路

13-1～13-4 开关元件

14 发送线圈

15 通信器

16-1、16-2 栅极驱动器

17 控制电路

3、4、5 受电装置

20 谐振电路

21 接收线圈

22 电容器

23 线圈

24 整流平滑电路

25 全波整流电路

26 平滑电容器

27 负载电路

28 电压检测电路

29 开关元件

30 判定电路

31 谐振抑制线圈

32 开关电路

33 通信器

34 输出线圈

35 电容器

131 电容器

Claims (3)

1.一种非接触供电装置，具有送电装置和从所述送电装置以非接触方式进行电力传输的受电装置，

所述送电装置具有：

发送线圈，向所述受电装置供给电力；

电力供给电路，对所述发送线圈供给交流电力，并且能够对供给至所述发送线圈的交流电力的开关频率及电压中的至少一方进行调整；

第一通信器，从所述接收装置接收输出电压异常信号；以及

控制电路，若所述第一通信器接收到所述输出电压异常信号，则对从所述电力供给电路供给至所述发送线圈的所述交流电力的开关频率及电压中的至少一方进行变更，

所述受电装置具有：

谐振电路，具有接收来自所述送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；

整流电路，对经由所述谐振电路接收到的电力进行整流；

谐振抑制线圈，配置成能够与所述接收线圈电磁耦合；

开关电路，与所述谐振抑制线圈连接，能够切换所述谐振抑制线圈的短路或断开；

电压检测电路，测定从所述整流电路输出的电力的输出电压，求该输出电压的测定值；

第二通信器，能够与所述第一通信器进行通信；以及

判定电路，若所述输出电压的测定值成为规定的上限阈值以上，则控制所述开关电路以使所述谐振抑制线圈短路，并且使所述输出电压异常信号发送至所述第二通信器。

2.如权利要求1所述的非接触供电装置，

若所述送电装置的所述控制电路开始所述交流电力的开关频率及电压中的所述至少一方的变更，则所述受电装置的所述判定电路控制所述开关电路以使将所述谐振抑制线圈断开。

3.如权利要求1或2所述的非接触供电装置，

所述受电装置还具有连接于所述谐振电路和所述整流电路之间的线圈，

若所述第一通信器接收到所述输出电压异常信号，则所述送电装置的所述控制电路对从所述电力供给电路供给至所述发送线圈的所述交流电力的开关频率进行控制，以使即使与所述受电装置的所述整流电路连接的负载电路的电阻发生变化，所述输出电压的测定值也不会发生变化。

Images