JP2005039917A - Power transmitter - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電力伝送装置に関し、特に、2つのユニット間で非接触の形態で電力を伝送する電力伝送装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の電力伝送装置として、例えば特許文献1に開示されたものがある。特許文献1の図1において、出力トランス4の2次巻線4b側に接続した信号伝送用負荷回路21は、自己の電流に、負荷電流に対応するパルス状の負荷信号電流を重畳させる。負荷信号電流を出力トランス4の1次側に電磁誘導結合により、負荷信号電流を伝達し、1次巻線4a、ダイオード9、抵抗7に負荷信号電流を流す。電流検出回路10は、負荷信号電流を検出する。発振周波数可変回路11は、その検出値に応じて発振回路12の発振周波数を可変する。MOSトランジスタ6のスイッチング周期を変え、1次側の直流電圧のチョッピング周期を変えることにより、無負荷、軽負荷時には小電力、2次側からの負荷信号電流検出時には大電力を2次側に供給する。
【0003】
また、本出願人は、特許文献2においてフィードバック制御を必要とせずに、負荷の変動に対して出力電圧をある一定の範囲内に収めることができる非接触の電力伝送装置を開示した。
【0004】
【特許文献1】
特開平11−341711号公報(図1)
【特許文献2】
特願2002−233726号
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術は、雰囲気温度の変化によって出力電圧の変化が大きくなってしまう。したがって、例えば高温時には電力伝送の効率が低下する。特許文献2に示すような1次側(例えば車体)から2次側(例えばステアリング)に無接点で電力伝送を行う装置においては、負荷変動に対する出力電圧の安定性をある範囲内に収めたとしても、雰囲気温度の変化により規定の範囲を超えてしまう。出力電圧を安定化させるためには1次側(送電側)にフィードバックすることが有効であるが、無接点(数mmの空間)で送電する場合、フィードバックの信号を帰すことが困難である。また、光通信ラインを用いてフィードバックを行う方法もあるが、通信速度の関係でリアルタイムにフィードバックが行うことができない等の問題があるためにコストがかかる。
【0006】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、雰囲気温度の変化に対して出力電圧を一定の範囲内に収めることができる電力伝送装置を提供することを目的とする。
【0007】
また、本発明は同時にエアバック(A/B)のように急激に負荷が重くなる場合に出力電圧の低下を防ぐことができる電力伝送装置を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために、請求項1記載の発明は、送電側のユニットと受電側のユニットとの間で電力を伝送する電力伝送装置において、前記送電側のユニットに配置される1次側コイルと、前記受電側のユニットに配置される2次側コイルとからなるトランス108と、雰囲気温度を検出する温度補償回路102と、前記温度補償回路102により検出された雰囲気温度に基づいて、直流電源の電源電圧VCCを昇圧する昇圧回路101と、前記昇圧回路101により昇圧された電源電圧VCCを所定のオンオフ周波数で交互にスイッチングし、交流電圧に変換して前記1次側コイルに供給する第1のスイッチング素子106および第2のスイッチング素子107と、を有することを特徴としている。
【0009】
したがって、請求項1記載の発明によれば、昇圧回路101が、交互にスイッチングして交流電力を供給するスイッチング電源として作用する第1のスイッチング素子106および第2のスイッチング素子107に供給する直流の電源電圧VCCを、温度補償回路102により検出された雰囲気温度に対応して補償することにより、雰囲気温度の変化に対して出力電圧を一定の範囲内に収めることができる。例えば、高温時に電源電圧VCCを低下させる補償を行うことにより、高温時に必要以上に加わっていた無駄な電力消費を抑えることが可能である。
【0010】
請求項2記載の発明は、請求項1記載の発明において、前記温度補償回路102は、温度変化により抵抗値が可変するサーミスタRth3を含み、前記昇圧回路101から出力される電源電圧VCCを前記サーミスタRth3を含む抵抗列で分圧したフィードバック電圧を前記昇圧回路101に入力し、前記昇圧回路101は、前記温度補償回路102から入力されたフィードバック電圧に応じて、前記直流電源の電源電圧VCCを昇圧することを特徴としている。
【0011】
したがって、請求項2記載の発明によれば、サーミスタRth3を含む抵抗群により雰囲気温度に対応した電圧を、昇圧回路101にフィードバックすることにより、簡素な回路で温度補償を行うことができる。
【0012】
請求項3記載の発明は、請求項1または2記載の発明において、前記昇圧回路101は、負荷作動信号を入力されると、電源電圧VCCを所定の既定値に固定することを特徴としている。
【0013】
したがって、請求項3記載の発明によれば、昇圧回路101が、負荷作動信号を入力されると、電源電圧VCCを所定の既定値に固定することにより、重負荷時の出力電圧の低下を防止することができる。
【0014】
請求項4記載の発明は、請求項1から3のいずれか1項に記載の発明において、前記第1のスイッチング素子106および第2のスイッチング素子107の接点と、前記トランス108の1次側コイルとの間に直列に接続された共振コンデンサC1をさらに有し、前記共振コンデンサC1と前記1次側コイルとが共振するように、前記共振コンデンサC1のキャパシタンス、前記1次側コイルのインダクタンスを設定することを特徴としている。
【0015】
したがって、請求項4記載の発明によれば、第1のスイッチング素子106および第2のスイッチング素子107の接点と、トランス108の1次側コイルとの間に共振コンデンサC1を直列に接続したことにより、負荷変動時に自動的に共振状態が変化するため、送電側、受電側共に特別な制御が不用となる。また、重負荷時にはコイル電流波形が正弦波になるため、低ノイズであり、ゼロ電流スイッチング(スイッチングロスを最小にできる)が行われるため、高効率の電力伝送が可能となる。
【0016】
請求項5記載の発明は、請求項4記載の発明において、前記受電側のユニットの出力電圧が所定の範囲内に収まるように、前記共振コンデンサC1のキャパシタンス、前記1次側コイルおよび前記2次側コイルのインダクタンスを設定することを特徴としている。
【0017】
したがって、請求項5記載の発明によれば、受電側のユニットの出力電圧が所定の範囲内に収まるように、共振コンデンサC1のキャパシタンス、1次側コイルおよび2次側コイルのインダクタンスを設定することにより、負荷変動時に自動的に共振状態が変化し、出力電圧がある一定の範囲内に収まるため、受電側から出力電圧をフィードバックする必要が無く、コスト削減することができる。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を添付図面を参照しながら詳細に説明する。図1は、本発明の第1の実施形態における電力伝送装置の構成を示す回路図である。以後の説明において、電力伝送装置は、車両に搭載され、送電側(車両のボディ)と受電側(ステアリング)との間で、非接触で電力を伝送するために適用される例について説明する。
【0019】
図1において、電力伝送装置は、直流電源VCC、昇圧回路101、温度補償回路102、発振回路103、駆動回路104、ハイサイドドライブ用チャージポンプ105、第1のスイッチング素子106、第2のスイッチング素子107、トランス108、および整流回路109を備える。
【0020】
直流電源、昇圧回路101、温度補償回路102、発振回路103、駆動回路104、ハイサイドドライブ用チャージポンプ105、第1のスイッチング素子106、および第2のスイッチング素子107は、送電側に配置され、スイッチング電源を構成する。整流回路109は、受電側に配置される。トランス108の1次側コイル108aは送電側に、2次側コイル108bは受電側に配置される。
【0021】
直流電源は、12V等の車載バッテリから得られる電源である。昇圧回路101は、トランス108の1次側コイル108aから見た負荷インピーダンスに対して、目標の出力電圧が得られるのに十分な入力電圧を確保するために、直流電源の電源電圧を昇圧する。温度補償回路102は、雰囲気温度(周囲温度)による出力電圧の変動を所定の既定値の範囲内に抑えるために、昇圧回路101を適応制御する。昇圧回路101および温度補償回路102の詳細な説明は後述する。
【0022】
発振回路103は、第1のスイッチング素子106および第1のスイッチング素子107を交互にオンオフ制御するために、所定の周波数を有する発振出力パルス信号を発生させ、駆動回路104に出力する。駆動回路104は、発振回路103から供給されたパルス信号に基づき、ある適切な休止期間を持った交互パルス信号を生成する。ハイサイドドライブ用チャージポンプ105は、第1のスイッチング素子106としてハイサイドのNチャネルFET(Field−effect Transistor)を用いる場合に、当該NチャネルFETのソースを基準として、当該NチャネルFETをオンさせるのに必要な電圧を昇圧して生成する。
【0023】
第1のスイッチング素子106および第2のスイッチング素子107は、昇圧回路101からの電源電圧VCCである直流入力電圧を交互にスイッチングし、トランス108を介して受電側に電力を伝送する。第1のスイッチング素子106はハイサイドのスイッチング素子であり、第2のスイッチング素子107はローサイドのスイッチング素子である。
【0024】
第1のスイッチング素子106および第2のスイッチング素子107には、NチャンネルFETを用いるとよい。ハイサイドのスイッチング素子としては、PチャンネルFETを用いる手法もあるが、本発明では大電力伝送を行うため、低コストで低いオン抵抗が得られるNチャンネルFETを用いている。その結果、同一品種のNチャンネルFETに統一できるため、量産コストでも有利である。なお、FETの代わりにトランジスタやIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)を用いてもよい。
【0025】
駆動回路104は、交互パルス信号のうちのハイサイド駆動用パルス信号をハイサイドドライブ用チャージポンプ116で昇圧して、ハイサイドのNチャンネルFET106のゲートに印加する。また、交互パルス信号のうちのローサイド駆動用パルス信号をローサイドのNチャンネルFET107のゲートに印加する。
【0026】
トランス108は、例えば、1次側コイル108aが車体(ボディ)側のコラムに配置され、2次側コイル108bがステアリング側に配置され、両コイルが相対回転可能になるように構成された回転型トランスであり、その詳細な構造は後述する。
【0027】
整流回路109は、送電側からトランス108における電磁誘導により非接触の形態で伝送された交流電力を直流電力に変換し、図示しないスイッチ回路や負荷に供給する。ステアリング側の負荷には、例えば、エアバッグインフレータやイルミネーション等がある。エアバッグインフレータは、図示しない点火装置(スクイブ)を有し、図示しないエアバックセンサからエアバック信号に応答して、当該点火装置に通電することにより、エアバッグを膨らませる。当該エアバック信号は、図示しない光通信回路を介して送電側の昇圧回路101にも出力される。
【0028】
図2は、図1における昇圧回路101および温度補償回路102の一実施例を示す回路図である。当該回路は、抵抗R1、抵抗R2、サーミスタRth3、抵抗R4、抵抗R5、およびDC−DCコンバータから構成される。サーミスタRth3は、温度により抵抗値が可変する素子である。
【0029】
DC−DCコンバータは、直流電源から入力される電源電圧を昇圧して、Vout端子から電源電圧VCCを出力する。抵抗R2は、サーミスタRth3の感度を調節し、抵抗R1は、サーミスタRth3の非線形性を調節し、最終的に2次側の出力電圧を安定化させる。
【0030】
これらの合成抵抗と抵抗R4、抵抗R5を電源電圧VCCで分圧し、DC−DCコンバータのVfb(フィードバック)端子に出力する。なお、抵抗R4および抵抗R5は、一本にまとめてもよい。DC−DCコンバータは、Vfb端子から入力されるフィードバック電圧を基に、出力する電源電圧VCCを補償する。ここで、電源電圧VCCに対する補償量や補償カーブは、抵抗R1、抵抗R2、サーミスタRth3、抵抗R4、および抵抗R5の全部またはいずれかの抵抗値を変更することで、調整することができる。
【0031】
図3は、雰囲気温度に対する電源電圧VCCの補償量の一例を示すテーブルである。図3の線Aに示すように電源電圧VCCを補償しない場合、線Cに示すように出力電圧は、雰囲気温度の上昇に対応して上昇してしまう。そこで、出力電圧を線Dに示すように一定にするために、電源電圧VCCを線Bに示すように補償する。上記雰囲気温度の変化はサーミスタRth3の抵抗値に現れるため、DC−DCコンバータは、Vfb端子から入力されるフィードバック電圧からこれを検知し、出力する電源電圧VCCを補償する。例えば、雰囲気温度が上昇した場合は、その上昇温度に対応する値を降圧する。
【0032】
図4、図5は、トランス108の構造例を説明する図である。トランス108は、回転部側部材P1と、固定部側部材P2と、これらの部材間に配置された導光体P3とから構成された回転型トランスである。
【0033】
図4は、トランス108がステアリングと車体(ボディ)側のコラムとの連結部分に搭載される様子を示す図であり、同図に示すように、ステアリングとコラムを連結する際に、ステアリング側に固定された回転部側部材P1とコラム側に固定された固定部側部材P2とが、対向して連結、配置されるようになっている。
【0034】
図5は、トランス108の断面図であり、回転部側部材P1と固定部側部材P2の連結部分の詳細を示す。回転部側部材P1および固定部側部材P2には、それぞれ、導光体P3の一部をなす導光路P3aおよびP3bが、互いに向き合って配置されている。また、コラム側からステアリング側へ非接触で電磁誘導により電力を供給するために、固定部側部材P2には、1次側コイル108aが設けられ、回転部側部材P1には、2次コイル108bが設けられている。
【0035】
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。図6は、本発明の第2の実施形態における電力伝送装置の構成を示す回路図である。第2の実施形態は、第1の実施形態に、第1のスイッチング素子106と第2のスイッチング素子107との接点と、1次側コイル108aとの間に共振コンデンサC1を設けたものである。
【0036】
図6において、送電側の第1のスイッチング素子106および第2のスイッチング素子107が交互にON、OFFを繰り返し、昇圧回路101から出力される電源電圧VCCを発振回路103の周波数に合わせて、共振コンデンサC1および1次側コイル108aからなる直列回路に印加することで受電側へ電力を伝送している。共振コンデンサC1および1次側コイル108aからなる直列回路は、受電側の出力にエアバック相当の負荷が加わった場合に共振する。
【0037】
即ち、共振コンデンサC1のキャパシタンス(C成分)および1次側コイル108aのインダクタンス(L成分)が下記式1の関係を満たし、かつ出力電圧が既定値に収まるように、共振コンデンサC1、1次側コイル108a、および2次側コイル108b(巻数)の値を設定する。
【0038】
1/ωC=ωL …式1 ω=2πf、f=発振周波数
【0039】
送電側では出力電圧の低下を防ぐために、昇圧回路101は、エアバック(A/B)信号等の負荷作動信号の受信時には電源電圧VCCを既定値に固定する。その他の構成については、第1の実施形態と同様であるため説明を省略する。
【0040】
次に、第2の実施形態における電力伝送装置の動作を説明する。図6において、発振回路103は、所定の周波数を有する発振出力パルス信号を発生し、駆動回路104は、発振回路103から供給されたパルス信号に基づき、ある適切な休止期間を持った交互パルス信号を生成する。当該交互パルス信号は、それぞれ第1のスイッチング素子106、第2のスイッチング素子107のゲートに入力される。それにより、第1のスイッチング素子106および第2のスイッチング素子107は、所定のオン・オフ周波数でターンオン、ターンオフする。
【0041】
昇圧回路101により昇圧された電源電圧VCCは、第1のスイッチング素子106および第2のスイッチング素子107により上述のオン・オフ周波数で交互にスイッチングされ、パルス状の電圧に変換される。通常、このパルス状の電圧を利用し、トランス108は、その1次側コイル108aから2次側コイル108bへ電力を伝送する。この点、本実施形態においては、非接触の電力伝送のためのトランス108として回転型を用いている。回転型のトランス108は、組み付け構造上存在する無視できないエアギャップGを持っており、漏洩磁束が非常に大きい。よって、その漏洩磁束による漏れインダクタンスにより有効電力が減少(力率の悪化)し、伝送可能な電力が非常に小さくなるという問題がある。
【0042】
そこで、本実施形態においては、漏洩磁束による力率の悪化を抑えるため、共振コンデンサC1とトランス108の1次側コイル108aとによる(電圧と電流の位相が一致する)LC直列共振により力率を改善する。
【0043】
しかしながら、トランス108の性質上(磁気的に結合している状態)、受電側に接続される負荷の変動によって、1次側コイル108aの電源から見たインピーダンスが変化する。即ち、1次側コイル108aの巻数が一定でも、2次側コイル108bに接続される負荷の軽重によって上述のインダクタンスが変化する。そのため、全ての負荷状態において共振を維持することは不可能である。
【0044】
そこで、本実施形態においては上述の性質を利用して、例えばエアバッグインフレータのような大電力を必要とする特定の負荷が接続された際の1次側コイル108aのインダクタンスと、共振コンデンサC1のキャパシタンスとで決定される共振周波数が、オン・オフ周波数と一致するように、共振コンデンサC1のキャパシタンスを決定する。共振時は、トランス108の1次側コイル108aと共振コンデンサC1とのリアクタンスが一致することから、共振コンデンサC1のキャパシタンスを容易に求めることができる。
【0045】
このような設定により、特定の負荷としてエアバッグインフレータのような重負荷が接続された場合、オン・オフ周波数が一定でも、自動的にオン・オフ周波数と上述の共振周波数とが一致して共振状態に入る(力率最大)ことで、大電力の非接触伝送が可能となる。
【0046】
送電側は重負荷時にオン・オフ周波数が共振周波数に一致した状態で給電するので、共振作用により第1のスイッチング素子106および第2のスイッチング素子107のスイッチング電流波形は、正弦波状となる。即ち、ターンオン、ターンオフ時のゼロ電流スイッチングが可能となり、スイッチング損失が低減される。そして、重負荷時では共振するため、電源から見たインピーダンスが最小となり、負荷に大電流を供給することができる。
【0047】
一方、特定の負荷としてのエアバッグインフレータが接続されない場合、即ち、負荷が軽負荷に変更された場合(大電力を必要としない負荷のみが接続されている場合)は、それに応じて1次側コイル108aのインダクタンスが変化する。したがって、上述の共振周波数が変化してオン・オフ周波数と一致しなくなるため、共振状態から外れる。その結果、負荷に供給できる電力が制限されるため、出力電圧の上昇を抑えることができる。
【0048】
また、エアギャップGが変動(インダクタンス値が変動)しても、出力電圧をある一定の範囲に収めるために、下記式2で定義されるQを、最適に調整する必要がある。
【0049】
Q=(√(L/C))/R …式2
L=1次側コイル108aのインダクタンス
C=共振コンデンサC1のキャパシタンス
R=1次側コイル108aの内部抵抗
【0050】
例えば、Qを低く設定するとギャップ変動に対して強くなるが、重負荷に必要な電力を供給できない。また、Qを高く設定すると、わずかなギャップ変動で共振が取れなくなり、十分な出力が得られない。したがって、適度な範囲のギャップ変動に対応しつつ、軽負荷時には、適度に出力電圧が得られる程度に共振がずれることが好ましい。
【0051】
このように、共振コンデンサC1を設けると、負荷の変動に対して出力電圧をある一定範囲内に収めることができる。ただし、雰囲気温度の変化に対して、フェライトコアの比透磁率の変動によりコイル108a、bのインダクタンスが変化し、出力電圧が変動してしまうため、温度補償回路102を設ける。
【0052】
なお、上述した実施形態は、本発明の好適な実施形態の一例を示したものであり、本発明はそれに限定されることなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施が可能である。
【0053】
例えば、上述した実施形態においては、特定の負荷としてエアバッグインフレータが接続される場合について説明したが、本発明はこれに限らず、重負荷となり得る他の構成要素が接続された場合にも適用可能である。
【0054】
また、上述の実施形態では、車両の車体(ボディ)とステアリング間の非接触形態の電力の伝送について説明したが、本発明はこれに限らず、多回転する場所でFFC(steering roll connector)では対応できない場所、回転部位で接点等を用いて送電を行っている場所、回転部の接点摩耗が問題になる場所に適用可能である。例えば、車体(ボディ)とスライドドア間にも適用可能である。
【0055】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、請求項1記載の発明によれば、昇圧回路が、交互にスイッチングして交流電力を供給するスイッチング電源として作用する第1のスイッチング素子および第2のスイッチング素子に供給する直流の電源電圧を、温度補償回路により検出された雰囲気温度に対応して補償することにより、雰囲気温度の変化に対して出力電圧を一定の範囲内に収めることができる。例えば、高温時に電源電圧を低下させる補償を行うことにより、高温時に必要以上に加わっていた無駄な電力消費を抑えることが可能である。
【0056】
請求項2記載の発明によれば、請求項1記載の発明の効果に加えて、サーミスタを含む抵抗群により雰囲気温度に対応した電圧を、昇圧回路にフィードバックすることにより、簡素な回路で温度補償を行うことができる。
【0057】
請求項3記載の発明によれば、請求項1または2記載の発明の効果に加えて、昇圧回路が、負荷作動信号を入力されると、電源電圧を所定の既定値に固定することにより、重負荷時の出力電圧の低下を防止することができる。
【0058】
請求項4記載の発明によれば、請求項1から3のいずれか1項に記載の発明の効果に加えて、第1のスイッチング素子および第2のスイッチング素子の接点と、トランスの1次側コイルとの間に共振コンデンサを直列に接続したことにより、負荷変動時に自動的に共振状態が変化するため、送電側、受電側共に特別な制御が不用となる。また、重負荷時にはコイル電流波形が正弦波になるため、低ノイズであり、ゼロ電流スイッチング(スイッチングロスを最小にできる)が行われるため、高効率の電力伝送が可能となる。
【0059】
請求項5記載の発明によれば、請求項4記載の発明の効果に加えて、受電側のユニットの出力電圧が所定の範囲内に収まるように、共振コンデンサのキャパシタンス、1次側コイルおよび2次側コイルのインダクタンスを設定することにより、負荷変動時に自動的に共振状態が変化し、出力電圧がある一定の範囲内に収まるため、受電側から出力電圧をフィードバックする必要が無く、コスト削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態における電力伝送装置の構成を示す回路図である。
【図2】本発明の実施形態における昇圧回路および温度補償回路の一実施例を示す回路図である。
【図3】本発明の実施形態における雰囲気温度に対する電源電圧VCCの補償量の一例を示すテーブルである。
【図4】本発明の実施形態における電力伝送装置におけるトランスの構造例を説明する図であり、トランスがステアリングと車体(ボディ)側のコラムとの連結部分に搭載される様子を示す図である。
【図5】本発明の実施形態における電力伝送装置におけるトランスの構造例を説明する断面図である。
【図6】本発明の第1の実施形態における電力伝送装置の構成を示す回路図である。
【符号の説明】
101 昇圧回路
102 温度補償回路
103 発振回路
104 駆動回路
105 ハイサイドドライブ用チャージポンプ
106 第1のスイッチング素子
107 第2のスイッチング素子
108 トランス
109 整流回路[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a power transmission device, and more particularly to a power transmission device that transmits power in a contactless manner between two units.
[0002]
[Prior art]
As a conventional power transmission device, for example, there is one disclosed in
[0003]
In addition, the present applicant has disclosed a non-contact power transmission apparatus that can keep the output voltage within a certain range with respect to load fluctuations in
[0004]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 11-341711 (FIG. 1)
[Patent Document 2]
Japanese Patent Application No. 2002-233726
[Problems to be solved by the invention]
However, in the prior art, the change in the output voltage is increased due to the change in the ambient temperature. Therefore, for example, the efficiency of power transmission decreases at high temperatures. In a device that performs non-contact power transmission from the primary side (for example, the vehicle body) to the secondary side (for example, steering) as shown in
[0006]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a power transmission device capable of keeping an output voltage within a certain range with respect to a change in ambient temperature.
[0007]
It is another object of the present invention to provide a power transmission device that can prevent a decrease in output voltage when the load is suddenly increased, such as an air bag (A / B).
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve this object, the invention according to
[0009]
Therefore, according to the first aspect of the present invention, the
[0010]
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the
[0011]
Therefore, according to the second aspect of the invention, the voltage corresponding to the ambient temperature is fed back to the
[0012]
A third aspect of the invention is characterized in that, in the first or second aspect of the invention, the
[0013]
Therefore, according to the third aspect of the present invention, when the
[0014]
The invention according to
[0015]
Therefore, according to the fourth aspect of the present invention, the resonance capacitor C1 is connected in series between the contact point of the
[0016]
According to a fifth aspect of the present invention, in the fourth aspect of the present invention, the capacitance of the resonant capacitor C1, the primary side coil, and the secondary side so that the output voltage of the power receiving unit falls within a predetermined range. It is characterized by setting the inductance of the side coil.
[0017]
Therefore, according to the invention described in claim 5, the capacitance of the resonance capacitor C1, the inductance of the primary side coil, and the inductance of the secondary side coil are set so that the output voltage of the unit on the power receiving side falls within a predetermined range. As a result, the resonance state automatically changes when the load fluctuates, and the output voltage falls within a certain range. Therefore, it is not necessary to feed back the output voltage from the power receiving side, and the cost can be reduced.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a circuit diagram illustrating a configuration of a power transmission device according to a first embodiment of the present invention. In the following description, an example will be described in which the power transmission device is mounted on a vehicle and applied to transmit power in a contactless manner between a power transmission side (vehicle body) and a power reception side (steering).
[0019]
In FIG. 1, the power transmission device includes a DC power supply VCC, a
[0020]
The DC power supply, the
[0021]
The DC power source is a power source obtained from a vehicle battery such as 12V. The
[0022]
The
[0023]
The
[0024]
N-channel FETs may be used for the
[0025]
The
[0026]
The
[0027]
The
[0028]
FIG. 2 is a circuit diagram showing one embodiment of the
[0029]
The DC-DC converter boosts the power supply voltage input from the DC power supply and outputs the power supply voltage VCC from the Vout terminal. The resistor R2 adjusts the sensitivity of the thermistor Rth3, and the resistor R1 adjusts the nonlinearity of the thermistor Rth3, and finally stabilizes the output voltage on the secondary side.
[0030]
These combined resistor, resistor R4, and resistor R5 are divided by the power supply voltage VCC and output to the Vfb (feedback) terminal of the DC-DC converter. The resistor R4 and the resistor R5 may be combined into one. The DC-DC converter compensates the output power supply voltage VCC based on the feedback voltage input from the Vfb terminal. Here, the compensation amount and the compensation curve for the power supply voltage VCC can be adjusted by changing the resistance values of all or any of the resistors R1, R2, thermistors Rth3, R4, and R5.
[0031]
FIG. 3 is a table showing an example of the compensation amount of the power supply voltage VCC with respect to the ambient temperature. When the power supply voltage VCC is not compensated as shown by the line A in FIG. 3, the output voltage rises corresponding to the increase in the ambient temperature as shown by the line C. Therefore, in order to make the output voltage constant as shown by the line D, the power supply voltage VCC is compensated as shown by the line B. Since the change in the ambient temperature appears in the resistance value of the thermistor Rth3, the DC-DC converter detects this from the feedback voltage input from the Vfb terminal and compensates the output power supply voltage VCC. For example, when the ambient temperature rises, the value corresponding to the raised temperature is stepped down.
[0032]
4 and 5 are diagrams for explaining an example of the structure of the
[0033]
FIG. 4 is a view showing a state in which the
[0034]
FIG. 5 is a cross-sectional view of the
[0035]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 6 is a circuit diagram showing a configuration of a power transmission device according to the second embodiment of the present invention. In the second embodiment, a resonance capacitor C1 is provided between the contact point between the
[0036]
In FIG. 6, the
[0037]
That is, the resonant capacitor C1 and the primary side are set so that the capacitance (C component) of the resonant capacitor C1 and the inductance (L component) of the
[0038]
1 / ωC =
In order to prevent the output voltage from decreasing on the power transmission side, the
[0040]
Next, the operation of the power transmission device in the second embodiment will be described. In FIG. 6, an
[0041]
The power supply voltage VCC boosted by the
[0042]
Therefore, in this embodiment, in order to suppress the deterioration of the power factor due to the leakage magnetic flux, the power factor is set by LC series resonance (resonance between voltage and current phases) by the resonance capacitor C1 and the
[0043]
However, due to the nature of the transformer 108 (in a magnetically coupled state), the impedance viewed from the power source of the
[0044]
Therefore, in the present embodiment, using the above-described properties, for example, the inductance of the
[0045]
With such a setting, when a heavy load such as an airbag inflator is connected as a specific load, even if the on / off frequency is constant, the on / off frequency and the above-described resonance frequency automatically match and resonate. Entering the state (maximum power factor) enables high-power non-contact transmission.
[0046]
Since the power transmission side supplies power in a state where the on / off frequency coincides with the resonance frequency under heavy load, the switching current waveforms of the
[0047]
On the other hand, when an airbag inflator as a specific load is not connected, that is, when the load is changed to a light load (only a load that does not require high power is connected), the primary side is accordingly changed. The inductance of the
[0048]
Further, even if the air gap G varies (inductance value varies), in order to keep the output voltage within a certain range, it is necessary to optimally adjust Q defined by the
[0049]
Q = (√ (L / C)) /
L = Inductance C of
For example, if Q is set low, it becomes strong against gap fluctuations, but it cannot supply power necessary for heavy loads. If Q is set high, resonance cannot be obtained with a slight gap fluctuation, and a sufficient output cannot be obtained. Therefore, it is preferable that the resonance shifts to such an extent that a moderate output voltage can be obtained at a light load while corresponding to an appropriate range of gap fluctuation.
[0051]
As described above, when the resonance capacitor C1 is provided, the output voltage can be kept within a certain range with respect to the fluctuation of the load. However, since the inductance of the
[0052]
The above-described embodiment shows an example of a preferred embodiment of the present invention, and the present invention is not limited thereto, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention.
[0053]
For example, in the above-described embodiment, the case where an airbag inflator is connected as a specific load has been described. However, the present invention is not limited to this, and is also applied to cases where other components that can be heavy loads are connected. Is possible.
[0054]
In the above-described embodiment, the non-contact power transmission between the vehicle body and the steering of the vehicle has been described. However, the present invention is not limited to this, and an FFC (steering roll connector) is used in a multi-rotation place. The present invention can be applied to places where it is impossible to handle, places where power is transmitted using contacts etc. at rotating parts, and places where contact wear of rotating parts becomes a problem. For example, the present invention can be applied between a vehicle body and a slide door.
[0055]
【The invention's effect】
As is apparent from the above description, according to the first aspect of the present invention, the booster circuit is applied to the first switching element and the second switching element that act as switching power supplies that alternately switch to supply AC power. By compensating the DC power supply voltage to be supplied corresponding to the ambient temperature detected by the temperature compensation circuit, the output voltage can be kept within a certain range with respect to changes in ambient temperature. For example, by performing compensation for lowering the power supply voltage at high temperatures, it is possible to suppress unnecessary power consumption that has been added more than necessary at high temperatures.
[0056]
According to the invention described in
[0057]
According to the invention described in
[0058]
According to the invention described in
[0059]
According to the fifth aspect of the invention, in addition to the effect of the fourth aspect of the invention, the capacitance of the resonance capacitor, the primary side coil, and the second side coil are set so that the output voltage of the power receiving unit falls within a predetermined range. By setting the inductance of the secondary coil, the resonance state automatically changes when the load fluctuates, and the output voltage falls within a certain range, so there is no need to feed back the output voltage from the power receiving side, reducing costs. be able to.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a power transmission device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a circuit diagram showing an example of a booster circuit and a temperature compensation circuit in the embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a table showing an example of a compensation amount of a power supply voltage VCC with respect to an ambient temperature in the embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram for explaining a structural example of a transformer in the power transmission device according to the embodiment of the present invention, and shows a state in which the transformer is mounted on a connection portion between a steering and a column on the vehicle body (body) side. .
FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a structural example of a transformer in the power transmission device according to the embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a circuit diagram showing a configuration of a power transmission device according to the first embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記送電側のユニットに配置される1次側コイルと、前記受電側のユニットに配置される2次側コイルとからなるトランスと、
雰囲気温度を検出する温度補償回路と、
前記温度補償回路により検出された雰囲気温度に基づいて、直流電源の電源電圧を昇圧する昇圧回路と、
前記昇圧回路により昇圧された電源電圧を所定のオンオフ周波数で交互にスイッチングし、交流電圧に変換して前記1次側コイルに供給する第1のスイッチング素子および第2のスイッチング素子と、
を有することを特徴とする電力伝送装置。In a power transmission device that transmits power between a power transmission unit and a power reception unit,
A transformer composed of a primary coil disposed in the power transmission unit and a secondary coil disposed in the power reception unit;
A temperature compensation circuit for detecting the ambient temperature;
A booster circuit that boosts the power supply voltage of the DC power supply based on the ambient temperature detected by the temperature compensation circuit;
A first switching element and a second switching element that alternately switch the power supply voltage boosted by the booster circuit at a predetermined on / off frequency, convert the power supply voltage into an alternating voltage, and supply the alternating voltage to the primary coil;
A power transmission device comprising:
前記昇圧回路は、前記温度補償回路から入力されたフィードバック電圧に応じて、前記直流電源の電源電圧を昇圧することを特徴とする請求項1記載の電力伝送装置。The temperature compensation circuit includes a thermistor whose resistance value varies according to a temperature change, and inputs a feedback voltage obtained by dividing a power supply voltage output from the booster circuit by a resistor string including the thermistor to the booster circuit,
The power transmission device according to claim 1, wherein the booster circuit boosts a power supply voltage of the DC power supply according to a feedback voltage input from the temperature compensation circuit.
前記共振コンデンサと前記1次側コイルとが共振するように、前記共振コンデンサのキャパシタンス、前記1次側コイルのインダクタンスを設定することを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の電力伝送装置。A resonance capacitor connected in series between the contact point of the first switching element and the second switching element and the primary side coil of the transformer;
The capacitance of the resonance capacitor and the inductance of the primary side coil are set so that the resonance capacitor and the primary side coil resonate. Power transmission device.
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- 2003-07-18 JP JP2003199244A patent/JP2005039917A/en not_active Withdrawn
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