JP2008263779A - 非接触電力伝送装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】受電装置側の負荷が開放状態の場合、または低負荷状態で使用されるような場合に、受電装置側の部品の破壊防止、またはその部品の発熱防止が図れる非接触電力伝送装置の提供。
【解決手段】この発明は、送電装置5と、トランス6と、受電装置7と、負荷検出・送電制御装置8とからなる。伝送装置5は、伝送すべき所定の周波数の交流信号を生成する。トランス6は、送電装置5で発生する電力を受電装置7側に効率良く伝達する。負荷検出・送電制御装置8は、受電装置7に接続されるべき負荷73が無負荷または低負荷か否かを検出し、それが無負荷または低負荷のときに、送電装置5の発振回路51の発振周波数を所定値に低下させる。これにより、受電装置7の出力電圧を低下させることができ、その負荷の異常による弊害を防止できる。
【選択図】図1
【解決手段】この発明は、送電装置5と、トランス6と、受電装置7と、負荷検出・送電制御装置8とからなる。伝送装置5は、伝送すべき所定の周波数の交流信号を生成する。トランス6は、送電装置5で発生する電力を受電装置7側に効率良く伝達する。負荷検出・送電制御装置8は、受電装置7に接続されるべき負荷73が無負荷または低負荷か否かを検出し、それが無負荷または低負荷のときに、送電装置5の発振回路51の発振周波数を所定値に低下させる。これにより、受電装置7の出力電圧を低下させることができ、その負荷の異常による弊害を防止できる。
【選択図】図1
Description
本発明は、トランスを介して電磁的に接続された送電装置と受電装置を備える非接触電力伝送装置に関するものである。
従来、この種の非接触電力装置としては、図5に示すように、送電装置1と、トランス2と、受電装置3と、を備えたものが知られている。
送電装置1は、伝送すべき所望の電力を生成する装置であり、高周波の交流電源11と、この交流電源11の出力から直流電圧を生成する整流・平滑回路12と、この整流・平滑回路12の出力電圧から交流電圧を生成する共振回路13とを備えている。
送電装置1は、伝送すべき所望の電力を生成する装置であり、高周波の交流電源11と、この交流電源11の出力から直流電圧を生成する整流・平滑回路12と、この整流・平滑回路12の出力電圧から交流電圧を生成する共振回路13とを備えている。
トランス2は、送電装置1で発生する電力を受電装置2側に伝達するものである。すなわち、このトランス2は、コア(鉄心)21、21入りのトランスであり、共振回路13の出力が印加される1次コイル22と、この1次コイル22に電磁的に結合する2次コイル23とを有し、1次コイル22と2次コイル23とが物理的に分離自在に構成されている。
受電装置3は、送電装置1からの電力を受け取る装置であり、トランス2の2次コイル23の出力から直流電圧を生成する出力整流回路31と、この出力整流回路31の出力により充電される負荷としてのバッテリ32と、を備えている。従って、この受電装置3は、充電装置としての機能を有している。
このような構成からなる従来の非接触電力伝送装置では、送電装置1から受電装置3へ転送される電力(電圧)の周波数が、送電装置1側の共振回路13の共振周波数で決められる。そして、受電装置3側の負荷の状態に応じて、送電装置1側の制御などは行われていない。
このような構成からなる従来の非接触電力伝送装置では、送電装置1から受電装置3へ転送される電力(電圧)の周波数が、送電装置1側の共振回路13の共振周波数で決められる。そして、受電装置3側の負荷の状態に応じて、送電装置1側の制御などは行われていない。
ところで、非接触電力伝送装置において、電力を高効率で伝送できるように改善した場合には、大きな電力を高効率で伝送できるようになる。このため、大電力を高効率で伝送できる非接触電力伝送装置では、以下のような不具合が生ずると考えられる。
すなわち、受電装置側(2次側)の負荷が何らの原因により開放状態の場合には、受電装置側の出力端子に高電圧が発生するので、その高電圧により受電装置側の部品が耐圧を上回り破壊されるおそれがある。
また、受電装置側の負荷が低負荷として使用されるような場合には、同様に受電装置側の出力端子に高電圧が発生するので、その高電圧により受電装置側の部品が発熱して熱損失を招くおそれがある。
また、受電装置側の負荷が低負荷として使用されるような場合には、同様に受電装置側の出力端子に高電圧が発生するので、その高電圧により受電装置側の部品が発熱して熱損失を招くおそれがある。
そこで、本発明の目的は、受電装置側の負荷が開放状態の場合、または低負荷状態で使用されるような場合に、受電装置側の部品の破壊防止、またはその部品の発熱防止が図れる非接触電力伝送装置を提供することにある。
上記の課題を解決し本発明の目的を達成するために、各発明は、以下のように構成した。
すなわち、第1の発明は、所定の周波数からなる交流信号を生成する送電手段と、前記送電手段の出力が印加される平面状の1次コイルと、この1次コイルに電磁的に結合する平面状の2次コイルとを有し、前記1次コイルと前記2次コイルとが分離自在な変圧手段と、前記2次コイルの出力から直流電圧を生成する整流手段と、前記整流手段に接続される負荷が異常か否かを検出する検出手段と、前記検出手段が負荷の異常を検出した場合に、前記整流手段の出力を低下させるように前記送電手段に対して所定の制御を行う制御手段と、を備えている。
すなわち、第1の発明は、所定の周波数からなる交流信号を生成する送電手段と、前記送電手段の出力が印加される平面状の1次コイルと、この1次コイルに電磁的に結合する平面状の2次コイルとを有し、前記1次コイルと前記2次コイルとが分離自在な変圧手段と、前記2次コイルの出力から直流電圧を生成する整流手段と、前記整流手段に接続される負荷が異常か否かを検出する検出手段と、前記検出手段が負荷の異常を検出した場合に、前記整流手段の出力を低下させるように前記送電手段に対して所定の制御を行う制御手段と、を備えている。
第2の発明は、第1の発明の非接触電力伝送装置において、前記送電手段は、所定の周波数の高周波信号を発生するとともに、その高周波信号の発振周波数が可変できまたは発振が停止できるようになっている発振回路を含み、前記検出手段は、前記整流手段の出力電圧に基づいて前記負荷が無負荷または低負荷であるかを否を検出するようになっており、前記制御手段は、前記検出手段が無負荷または低負荷を検出した場合に、前記発振回路の発振周波数を低下させ、またはその発振の停止を行うようになっている。
第3の発明は、第1または第2の発明の非接触電力伝送装置において、前記検出手段は、前記整流手段の出力電圧を所定の基準電圧と比較し、前記出力電圧が前記基準電圧を上回る場合に、無負荷または低負荷である旨の異常信号を出力する比較器と、この比較器が出力する異常信号に基づいて交流信号を生成する交流信号生成回路と、前記交流信号生成回路の出力が印加される平面状の3次コイルと、この3次コイルに電磁的に結合する平面状の4次コイルとを有し、前記3次コイルと前記4次コイルとが分離自在な補助変圧器とを含み、前記4次コイルの出力を前記制御手段に供給するようになっている。
第4の発明は、所定の周波数からなる交流信号を生成する送電手段と、前記送電手段の出力が印加される平面状の1次コイルと、この1次コイルに電磁的に結合する平面状の2次コイルとを有し、前記1次コイルと前記2次コイルとが分離自在な変圧手段と、前記2次コイルの出力から直流電圧を生成する整流手段と、前記整流手段の出力端子に接続自在な疑似負荷と、前記整流手段に接続される負荷の異常を検出した場合に、前記疑似負荷を前記整流手段の出力端子に接続させて異常負荷を保護する異常負荷保護手段と、を備えている。
第5の発明は、第4の発明の非接触電力伝送装置において、前記異常負荷保護手段は、前記整流手段の出力電圧を所定の基準電圧と比較し、前記出力電圧が前記基準電圧を上回る場合に、無負荷または低負荷である旨の異常信号を出力する比較器を含み、前記疑似負荷は、MOSトランジスタからなり、このMOSトランジスタは前記比較器からの異常信号によりオンするようになっている。
このような構成からなる本発明によれば、受電装置側の負荷が開放状態の場合には受電装置側の部品の破壊防止を図ることができ、また、その受電装置側の負荷が低負荷状態で使用されるような場合にはその部品の発熱防止を図ることができる。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
本発明の非接触電力伝送装置の第1実施形態の構成について、図1を参照して説明する。
この第1実施形態に係る非接触電力伝送装置は、図1に示すように、送電装置5と、トランス(変圧器)6と、受電装置7と、負荷検出・送電制御装置8と、を備えている。
本発明の非接触電力伝送装置の第1実施形態の構成について、図1を参照して説明する。
この第1実施形態に係る非接触電力伝送装置は、図1に示すように、送電装置5と、トランス(変圧器)6と、受電装置7と、負荷検出・送電制御装置8と、を備えている。
送電装置5は、伝送すべき所定の周波数の交流信号(交流電力)を生成する装置であり、図示のように、発振回路51と、インバータ回路52と、ドライバ回路53、54と、1次側コンデンサC1、C2とから構成される。
発振回路51は、高周波のパルス(矩形波)を発生する回路であり、発振周波数は例えば100〔kHz〕〜500〔kHz〕の範囲である。発振回路51は、その発振周波数が例えば上記の範囲内で連続的または間欠的に可変できるようになっており、かつ、その発振周波数は後述の制御回路84からの周波数制御信号により所定値に制御されるようになっている。
発振回路51は、高周波のパルス(矩形波)を発生する回路であり、発振周波数は例えば100〔kHz〕〜500〔kHz〕の範囲である。発振回路51は、その発振周波数が例えば上記の範囲内で連続的または間欠的に可変できるようになっており、かつ、その発振周波数は後述の制御回路84からの周波数制御信号により所定値に制御されるようになっている。
ここで、発振回路51は、上記の構成に代えて、発振停止または発振出力の阻止ができるように構成し、後述の制御回路84からの発振停止信号により発振停止または発振出力の阻止がされるようにしても良い。
インバータ回路52は、発振回路51の発生するパルスを反転する回路である。ドライバ回路53は、発振回路51の出力を増幅する回路である。ドライバ回路54は、インバータ回路52の出力を増幅する回路である。
インバータ回路52は、発振回路51の発生するパルスを反転する回路である。ドライバ回路53は、発振回路51の出力を増幅する回路である。ドライバ回路54は、インバータ回路52の出力を増幅する回路である。
1次側コンデンサC1は、ドライバ回路53の出力側とトランス6の1次コイル61の一端側とを交流結合するためのコンデンサである。2次側コンデンサC2は、ドライバ回路54の出力側とトランス6の1次コイル61の他端側とを交流結合するためのコンデンサである。
トランス6は、送電装置5で発生する電力を受電装置7側に効率的に伝達するものである。このため、このトランス6は、送電装置5の出力が印加される1次コイル61と、この1次コイル61に電磁的に結合する2次コイル62とを有している。
トランス6は、送電装置5で発生する電力を受電装置7側に効率的に伝達するものである。このため、このトランス6は、送電装置5の出力が印加される1次コイル61と、この1次コイル61に電磁的に結合する2次コイル62とを有している。
1次コイル61と2次コイル62とは、図2(A)に示すように、例えば絶縁された単線63を同一平面内で渦巻き状に巻いた平面コイルからなる。この巻き数は多いほど良く、例えば10巻き程度である。
1次コイル61は、図2(B)に示すように、その上下面に絶縁シート64、65が固定(被覆)され、絶縁シート65の下面上にアルミニウムや銅からなる金属シート66に固定されている。金属シート66は、1次コイル61の漏れ磁束などを防ぐものである。
1次コイル61は、図2(B)に示すように、その上下面に絶縁シート64、65が固定(被覆)され、絶縁シート65の下面上にアルミニウムや銅からなる金属シート66に固定されている。金属シート66は、1次コイル61の漏れ磁束などを防ぐものである。
2次コイル62は、図2(B)に示すように、その上面側に絶縁シート67が固定され、その絶縁シート67の上面に金属シート68が固定されている。金属シート68は、2次コイル62の漏れ磁束などを防ぐものである。
このような構成からなる1次コイル61と2次コイル62とは、電力伝送が必要なときには、図2(B)に示すように、その平面同士が重なるようにして使用して両者が電磁的に結合でき、電力伝送が不要なときなどにはその両者を物理的に分離させて使用できるような構造になっている。
このような構成からなる1次コイル61と2次コイル62とは、電力伝送が必要なときには、図2(B)に示すように、その平面同士が重なるようにして使用して両者が電磁的に結合でき、電力伝送が不要なときなどにはその両者を物理的に分離させて使用できるような構造になっている。
換言すると、1次コイル61と2次コイル62とは、伝送電力が必要な場合には物理的に密着して使用でき、その一方、必要に応じて物理的に分離自在に構成されている。
受電装置7は、送電装置5からの電力を受け取る装置である。このために、受電装置7は、図示に示すように、トランス6の2次コイル62の両端に接続されるコンデンサC3と、トランス6の2次コイル62の出力電圧から直流電圧を生成する出力整流回路71と、この出力整流回路71の出力端子間に接続されるコンデンサC4と、出力整流回路71の出力電圧の安定化を図り定電圧を出力する定電圧回路72とを備え、定電圧回路72の出力端子には負荷73が接続されるようになっている。なお、コンデンサC3は、必要に応じて省略することができる。
受電装置7は、送電装置5からの電力を受け取る装置である。このために、受電装置7は、図示に示すように、トランス6の2次コイル62の両端に接続されるコンデンサC3と、トランス6の2次コイル62の出力電圧から直流電圧を生成する出力整流回路71と、この出力整流回路71の出力端子間に接続されるコンデンサC4と、出力整流回路71の出力電圧の安定化を図り定電圧を出力する定電圧回路72とを備え、定電圧回路72の出力端子には負荷73が接続されるようになっている。なお、コンデンサC3は、必要に応じて省略することができる。
負荷検出・送電制御装置8は、受電装置7に接続される負荷73が異常か否かを検出し、その負荷73が異常であることを検出したときに、受電装置7の出力が低下するように送電装置5に対して所定の制御を行う装置である。
このために、負荷検出・送電制御装置8は、図示のように、コンパレータ(比較器)81と、共振回路82と、補助トランス83と、制御回路84とを備えている。
このために、負荷検出・送電制御装置8は、図示のように、コンパレータ(比較器)81と、共振回路82と、補助トランス83と、制御回路84とを備えている。
コンパレータ81は、出力整流回路71の出力電圧を抵抗R1、R2で分圧し、その分圧電圧を基準電圧源85の基準電圧Vrefと比較し、その分圧電圧が基準電圧Vrefを上回った場合に、負荷が異常である旨を示すHレベルの異常信号を出力するようになっている。すなわち、コンパレータ81は、受電装置7の負荷73が開放状態、またはその負荷73が低負荷状態で使用されて出力整流回路71の出力電圧が通常よりも高電圧の場合には、異常信号を出力するようになっている。
共振回路82は、コンパレータ81が出力する異常信号に基づいて所定の交流信号を生成する回路である。
補助トランス83は、共振回路82の出力が印加される1次コイルと、この1次コイルに電磁的に結合する2次コイルとを有している。また、この補助トランス83の1次コイルと2次コイルは、例えば、トランス6の1次コイル61と2次コイル62と同様に平面コイルからなるが、信号を伝送することを目的とするのでその規模は小規模のものである。さらに、この補助トランス83の1次コイルと2次コイルは、トランス6の1次コイル61と2次コイル62との接続と分離に連動して、その接続と分離ができるようになっている。
補助トランス83は、共振回路82の出力が印加される1次コイルと、この1次コイルに電磁的に結合する2次コイルとを有している。また、この補助トランス83の1次コイルと2次コイルは、例えば、トランス6の1次コイル61と2次コイル62と同様に平面コイルからなるが、信号を伝送することを目的とするのでその規模は小規模のものである。さらに、この補助トランス83の1次コイルと2次コイルは、トランス6の1次コイル61と2次コイル62との接続と分離に連動して、その接続と分離ができるようになっている。
制御回路84は、コンパレータ81からの異常信号を補助トランス83の2次コイルから受け取ると、その異常信号に基づいて発振回路51の発振周波数を所定値に制御する周波数制御信号、またはそれに基づいて発振回路51の発振動作などを停止する停止信号を生成する回路である。
次に、図1に示す送電装置5におけるインバータ回路53、54の具体的な回路構成について、図3を参照して説明する。
次に、図1に示す送電装置5におけるインバータ回路53、54の具体的な回路構成について、図3を参照して説明する。
インバータ回路53は、図3に示すように、P型とN型のMOSトランジスタQ1,Q2からなるCMOSインバータ回路531で構成されるとともに、CMOSインバータ回路531の動作時に流れる貫通電流を防止する制御回路532とを含んでいる。制御回路532は、図示のようにノアゲート5321、アンドゲート5322、インバータIV1〜IV6、コンデンサC11,C12から構成される。
インバータ回路54は、図3に示すように、P型とN型のMOSトランジスタQ3,Q4からなるCMOSインバータ回路541で構成されるとともに、CMOSインバータ回路541の動作時に流れる貫通電流を防止する制御回路542とを含んでいる。制御回路542は、図示のようにノアゲート5421、アンドゲート5422、インバータIV11〜IV16、コンデンサC21,C22から構成される。
このような構成からなる第1実施形態は、送電装置5の発振回路51の発振周波数を変えると、これに応じて受電装置7に接続される負荷の出力電圧、出力電力、および効率がそれぞれ変化するという特性を持っているので、以下にその各特性の試験例について図6を参照して説明する。
図6の各特性は、負荷抵抗が12.5〔Ω〕、送電装置5の出力電圧(1次側電圧)が5.4〔V〕、1次側コンデンサC1,C2はその容量値が同一のものを使用した場合の試験結果である。また、図6において、曲線aはC1,C2の容量値が大きな場合,曲線bはC1,C2の容量値が中程度の場合、曲線cはC1、C2の容量値が小さな場合である。
図6の各特性は、負荷抵抗が12.5〔Ω〕、送電装置5の出力電圧(1次側電圧)が5.4〔V〕、1次側コンデンサC1,C2はその容量値が同一のものを使用した場合の試験結果である。また、図6において、曲線aはC1,C2の容量値が大きな場合,曲線bはC1,C2の容量値が中程度の場合、曲線cはC1、C2の容量値が小さな場合である。
そして、図6(A)は、送電装置5の入力周波数と効率の関係を示し、図6(B)はその周波数と受電装置7の出力電圧の関係を示し、図6(C)はその周波数と出力電力の関係を示している。
なお、この試験例では、試験時に、負荷検出・送電制御装置8はその動作を停止させ、発振回路51の出力側に周波数が可変できる可変発振装置の出力を印加し、その可変発振装置の発振周波数を可変することにより特性試験を行うようにした。
なお、この試験例では、試験時に、負荷検出・送電制御装置8はその動作を停止させ、発振回路51の出力側に周波数が可変できる可変発振装置の出力を印加し、その可変発振装置の発振周波数を可変することにより特性試験を行うようにした。
図6(A)によれば、1次側コンデンサC1,C2の容量値が大きな場合には、周波数が410〔kHz〕のときに最大効率となり、その最大効率は64.6〔%〕である。このときには、入力電力が5.4〔V〕×1.38〔A〕=7.45〔W〕で、出力電力が7.80〔V〕×0.62〔A〕=4.83〔W〕である(図6(B)(C)参照)。また、図6(C)によれば、C1,C2の容量値が大きな場合には、周波数が410〔kHz〕のときに最大出力となり、その最大出力は7.80〔V〕×0.62〔A〕=4.83〔W〕となり、このときの入力電力は5.4〔V〕×1.38〔A〕=7.45〔W〕である。
次に、図6(A)によれば、1次側コンデンサがC1,C2の容量値が中程度の場合には、周波数が620〔kHz〕のときに最大効率となり、その最大効率は64.4〔%〕となる。このときには、入力電力が5.4〔V〕×0.90〔A〕=4.86〔W〕で、出力電力は6.29〔V〕×0.50〔A〕=3.14〔W〕ある。また、図6(C)によれば、C1,C2の容量値が中程度の場合には、周波数が580〔kHz〕のときに最大出力となり、その最大出力は6.42〔V〕×0.50〔A〕=3.23〔W〕となり、このときの入力電力は5.4〔V〕×0.94〔A〕=5.07〔W〕である。
さらに、図6(A)によれば、1次コンデンサC1,C2の容量値が小さな場合には、周波数が810〔kHz〕のときに最大効率となり、その最大効率は62.5〔%〕となる。このときには、入力電力が5.4〔V〕×0.82〔A〕=4.43〔W〕で、出力電力は5.94〔V〕×0.47〔A〕=2.79〔W〕である。また、図6(C)によれば、C1,C2の容量値が小さな場合には、周波数が810〔kHz〕のときに最大出力となり、その最大出力は、5.94Vで×0.47〔V〕=2.78〔W〕であり、このときの入力電力は5.4〔V〕×0.82〔A〕=4.43〔W〕である。
以上の結果から明らかなように、1次コンデンサC1,C2の容量値が大きなほど最大出力電力が大きく、その容量値が大きなほど共振周波数(極値の周波数)が低いことがわかる。また、発振周波数の制御により出力電圧の制御ができ(図6(B)参照)、最大出力電力は4.83〔W〕で、最大効率が64〔%〕となる。
なお、このような第1実施形態の特性、すなわち発振周波数の制御により出力電圧が制御でき、電力の伝送効率が(変換効率)が良いなどの特性は、後述の他の実施形態の特性においても同様である。
次に、このような構成からなる第1実施形態の動作について、図1を参照して説明する。
次に、このような構成からなる第1実施形態の動作について、図1を参照して説明する。
この第1実施形態では、送電装置5が所定の周波数の高周波信号を生成し、その高周波信号がトランス6を介して受電装置7に高効率で伝送できる(図6(A)参照)。このため、送電装置5では大きな電力が生成され、それが効率良く受電装置7に伝送できる。
しかし、受電装置7の負荷73が開放状態にある場合には受電装置7の部品が破壊される恐れあり、また、その受電装置7の負荷73が低負荷状態で使用されるような場合にはその受電装置7の部品の発熱の恐れがある。
しかし、受電装置7の負荷73が開放状態にある場合には受電装置7の部品が破壊される恐れあり、また、その受電装置7の負荷73が低負荷状態で使用されるような場合にはその受電装置7の部品の発熱の恐れがある。
そこで、この第1実施形態では、使用中に、負荷検出・送電制御装置8が、受電装置7に接続される負荷73の状態を検出し、その負荷73が異常であることを検出した場合には送電装置5に対して以下のような制御を行い、上記の弊害を防止するようにした。
すなわち、コンパレータ81は、出力整流回路81の出力電圧を抵抗R1、R2で分圧し、その分圧電圧を基準電圧源85の基準電圧Vrefと比較し、その分圧電圧が基準電圧Vrefを上回った場合に、負荷が異常である旨を示すHレベルの異常信号を出力する。すなわち、コンパレータ81は、受電装置7の負荷73が開放状態、またはその負荷73が低負荷状態で、出力整流回路71の出力電圧が通常よりも高電圧の場合には、異常信号を出力する。
すなわち、コンパレータ81は、出力整流回路81の出力電圧を抵抗R1、R2で分圧し、その分圧電圧を基準電圧源85の基準電圧Vrefと比較し、その分圧電圧が基準電圧Vrefを上回った場合に、負荷が異常である旨を示すHレベルの異常信号を出力する。すなわち、コンパレータ81は、受電装置7の負荷73が開放状態、またはその負荷73が低負荷状態で、出力整流回路71の出力電圧が通常よりも高電圧の場合には、異常信号を出力する。
コンパレータ81から異常信号が出力されと、共振回路82ではその異常信号に基づいて所定の交流信号が生成される。その交流信号は、補助トランス83を介して制御回路84に伝送される。
制御回路84は、その交流信号を受け取ると、それに基づいて発振回路51の発振周波数を所定値に制御する周波数制御信号、またはそれに基づいて発振回路51の発振動作を停止する発振停止信号を生成する。
制御回路84は、その交流信号を受け取ると、それに基づいて発振回路51の発振周波数を所定値に制御する周波数制御信号、またはそれに基づいて発振回路51の発振動作を停止する発振停止信号を生成する。
ここで、制御回路84は、周波数制御信号を生成する場合には、その周波数制御信号を発振回路51に出力する。この結果、発振回路51は、現在の発振周波数を所定の周波数に低下させる。この発振回路51の発振周波数の低下により、受電装置7の出力電圧は大幅に低下するので(図6(B)参照)、上記の弊害を防止できる。
一方、制御回路84は、発振停止信号を生成する場合には、その発振停止信号を発振回路51に出力する。この結果、発振回路51は、その発振動作が停止し、またはその発振出力が阻止される。この発振回路51の発振停止などにより、受電装置7には出力電圧が出力されず、上記の弊害を防止できる。
次に、本発明の非接触電力伝送装置の第2実施形態の構成について、図4を参照して説明する。
次に、本発明の非接触電力伝送装置の第2実施形態の構成について、図4を参照して説明する。
この第2実施形態に係る非接触電力伝送装置は、図4に示すように、送電装置5Aと、トランス6と、受電装置7と、異常負荷保護装置9と、を備えている。 送電装置5Aは、所定の周波数の交流信号を生成する装置であり、図示のように、発振回路51Aと、インバータ回路52と、ドライバ回路53、54と、1次側コンデンサC1、C2とから構成される。
発振回路51Aは、所定の周波数からなる高周波のパルスを発生する発振周波数が固定の発振回路であり、発振周波数は例えば100〔kHz〕〜500〔kHz〕の範囲である。
インバータ回路52、ドライバ回路53、54、および1次側コンデンサC1,C2は、図1に示すインバータ回路52、ドライバ回路53、54、および1次側コンデンサC1,C2と同様に構成するので、その詳細な説明はここでは省略する。
インバータ回路52、ドライバ回路53、54、および1次側コンデンサC1,C2は、図1に示すインバータ回路52、ドライバ回路53、54、および1次側コンデンサC1,C2と同様に構成するので、その詳細な説明はここでは省略する。
また、トランス6および受電装置7は、図1に示すトランス6および受電装置7と同様に構成するので、その構成要素には同一符号を付し、その詳細な説明はここでは省略する。
異常負荷保護装置9は、受電装置7に接続される負荷73が異常か否かを検出し、その異常を検出した場合に、擬似負荷であるMOSトランジスタ92をオンにしてその負荷73の異常を保護する装置である。このために、異常負荷保護装置8Aは、図示のように、コンパレータ91と、MOSトランジスタ92とを備えている。
異常負荷保護装置9は、受電装置7に接続される負荷73が異常か否かを検出し、その異常を検出した場合に、擬似負荷であるMOSトランジスタ92をオンにしてその負荷73の異常を保護する装置である。このために、異常負荷保護装置8Aは、図示のように、コンパレータ91と、MOSトランジスタ92とを備えている。
コンパレータ91は、出力整流回路71の出力電圧を抵抗R3、R4で分圧し、その分圧電圧を基準電圧源93の基準電圧Vrefと比較し、その分圧電圧が基準電圧Vrefを上回った場合、負荷が異常である旨を示すHレベルの異常信号を出力するようになっている。すなわち、コンパレータ91は、受電装置7の負荷73が開放状態、またはその負荷73が低負荷状態で使用されて出力整流回路71の出力電圧が通常よりも高電圧の場合には、異常信号を出力するようになっている。
MOSトランジスタ92は、そのドレインとソースが出力整流回路71の出力端子に接続され、そのゲートにコンパレータ91からの異常信号が印加されることにより、オンオフ制御されるようになっている。すなわち、MOSトランジスタ92は、受電装置7の負荷73が開放状態の場合、またはその負荷73が低負荷の状態の場合には、擬似的な負荷として機能し、受電装置7の負荷の異常を防止するために利用されるものである。
次に、このような構成からなる第2実施形態の動作について、図4を参照して説明する。
この第2実施形態では、送電装置5Aが所定の周波数の高周波信号を生成し、その高周波信号がトランス6を介して受電装置7に高効率で伝送できる。このため、送電装置5では大きな電力が生成され、それを効率良く受電装置7に伝送できる。
この第2実施形態では、送電装置5Aが所定の周波数の高周波信号を生成し、その高周波信号がトランス6を介して受電装置7に高効率で伝送できる。このため、送電装置5では大きな電力が生成され、それを効率良く受電装置7に伝送できる。
しかし、受電装置側の負荷73が開放状態の場合には受電装置7の部品が破壊される恐れあり、また、その受電装置7の負荷73が低負荷状態で使用されるような場合にはその部品の発熱の恐れがある。
そこで、この第2実施形態では、使用中に、異常負荷保護装置9が、受電装置7に接続される負荷73が異常か否かを検出し、その異常を検出した場合には、擬似負荷としてのMOSトランジスタ92のオンにして、上記の弊害を防止するようにした。
そこで、この第2実施形態では、使用中に、異常負荷保護装置9が、受電装置7に接続される負荷73が異常か否かを検出し、その異常を検出した場合には、擬似負荷としてのMOSトランジスタ92のオンにして、上記の弊害を防止するようにした。
すなわち、コンパレータ91は、出力整流回路71の出力電圧を抵抗R3、R4で分圧し、その分圧電圧を基準電圧源93の基準電圧Vrefと比較し、その分圧電圧が基準電圧Vrefを上回った場合に、負荷が異常である旨を示すHレベルの異常信号を出力する。すなわち、コンパレータ91は、受電装置7の負荷73が開放状態、またはその負荷73が低負荷の状態で、出力整流回路71の出力電圧が通常よりも高電圧の場合には、異常信号を出力する。
コンパレータ91からの異常信号はMOSトランジスタ92のゲートに印加されるので、MOSトランジスタ92はオンし、出力整流回路71の擬似的な負荷として機能する。この結果、受電装置7の負荷の状態が異常な場合に、擬似的に負荷が正常な状態を実現できるので、上記の弊害を防止できる。
以上説明したように、本発明によれば、受電装置側の負荷が開放状態の場合には受電装置側の部品の破壊防止を図ることができ、また、その受電装置側の負荷が低負荷状態で使用されるような場合にはその部品の発熱防止を図ることができる。
5、5Aは送電装置、6はトランス、7は受電装置、8は負荷検出・送電制御装置、9は異常負荷保護装置、51は発振回路、61は1次コイル、62は2次コイル、71は出力整流回路、73は負荷、81、91はコンパレータ(比較器)、82は共振回路、83は補助トランス、84は制御回路、92はMOSトランジスタである。
Claims (5)
- 所定の周波数からなる交流信号を生成する送電手段と、
前記送電手段の出力が印加される平面状の1次コイルと、この1次コイルに電磁的に結合する平面状の2次コイルとを有し、前記1次コイルと前記2次コイルとが分離自在な変圧手段と、
前記2次コイルの出力から直流電圧を生成する整流手段と、
前記整流手段に接続される負荷が異常か否かを検出する検出手段と、
前記検出手段が負荷の異常を検出した場合に、前記整流手段の出力を低下させるように前記送電手段に対して所定の制御を行う制御手段と、
を備えたことを特徴とする非接触電力伝送装置。 - 前記送電手段は、
所定の周波数の高周波信号を発生するとともに、その高周波信号の発振周波数が可変できまたは発振が停止できるようになっている発振回路を含み、
前記検出手段は、前記整流手段の出力電圧に基づいて前記負荷が無負荷または低負荷であるかを否を検出するようになっており、
前記制御手段は、前記検出手段が無負荷または低負荷を検出した場合に、前記発振回路の発振周波数を低下させ、またはその発振の停止を行うようになっていることを特徴とする請求項1に記載の非接触電力伝送装置。 - 前記検出手段は、
前記整流手段の出力電圧を所定の基準電圧と比較し、前記出力電圧が前記基準電圧を上回る場合に、無負荷または低負荷である旨の異常信号を出力する比較器と、
この比較器が出力する異常信号に基づいて交流信号を生成する交流信号生成回路と、
前記交流信号生成回路の出力が印加される平面状の3次コイルと、この3次コイルに電磁的に結合する平面状の4次コイルとを有し、前記3次コイルと前記4次コイルとが分離自在な補助変圧器とを含み、
前記4次コイルの出力を前記制御手段に供給するようになっていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の非接触電力伝送装置。 - 所定の周波数からなる交流信号を生成する送電手段と、
前記送電手段の出力が印加される平面状の1次コイルと、この1次コイルに電磁的に結合する平面状の2次コイルとを有し、前記1次コイルと前記2次コイルとが分離自在な変圧手段と、
前記2次コイルの出力から直流電圧を生成する整流手段と、
前記整流手段の出力端子に接続自在な疑似負荷と、
前記整流手段に接続される負荷の異常を検出した場合に、前記疑似負荷を前記整流手段の出力端子に接続させて異常負荷を保護する異常負荷保護手段と、
を備えたことを特徴とする非接触電力伝送装置。 - 前記異常負荷保護手段は、
前記整流手段の出力電圧を所定の基準電圧と比較し、前記出力電圧が前記基準電圧を上回る場合に、無負荷または低負荷である旨の異常信号を出力する比較器を含み、
前記疑似負荷は、MOSトランジスタからなり、このMOSトランジスタは前記比較器からの異常信号によりオンするようになっていることを特徴する請求項4に記載の非接触電力伝送装置。
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