JP2010130848A - 電力伝送装置 - Google Patents

Abstract

【課題】非接触で電力伝送された二次側出力電圧を一次側へフィードバック制御するための信号伝送において、広い周波数帯域幅を必要とせず、また、少ないデジタル情報によりタイムラグを小さくできて二次側の出力電圧の急激な変動に即対応できる電力伝送装置を提供する。
【解決手段】比較器２４は、直流出力２３Ａと基準電圧２４Ａとを比較して、波形整形された２値のアップ／ダウン信号２４Ｂを出力する。電圧／周波数変換器２５は、これを入力として、周波数ｆ２＋Δと周波数ｆ２−Δの信号を出力し、巻線２６から巻線４へ電磁誘導により信号伝送を行う。この周波数帯は、ほぼ周波数ｆ２近辺の値であり、この周波数ｆ２近辺のみでの電磁誘導が行えればよい。周波数／電圧変換器５は、２値の電圧レベルのアップ／ダウン信号５Ａを出力して、出力可変発振器２をアップ／ダウン制御して、直流出力２３Ａが基準電圧２４Ａ近辺で安定化される。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気接点のない非接触の形態で、トランスの一次側から二次側へ電磁誘導で電力伝送を行う電力伝送装置に関し、特に、二次側出力電圧を一次側へフィードバック制御して二次側出力電圧の安定化を行う電力伝送装置に関する。

トランスの電磁誘導で電力伝送を行う装置がある（例えば、特許文献１参照。）。この特許文献１の図２２、段落０１６７〜０１６８では、トランスによる一次側から二次側への電力伝送、およびトランスによる二次側から一次側への信号伝送を行っている。信号伝送は、負荷状態信号として二次側の出力電圧値をV-f変換等で周波数信号に変換してトランスで一次側へ伝送して、一次側の発振回路を制御して二次側の出力電圧が安定化するようにフィードバック制御している。この装置は、トランスの一次側と二次側とが着脱自在の用途、例えば、一次側が充電器、二次側が電話機などであり、充電器に電話機を載置した状態で電力伝送と信号伝送を行う。

同様に、トランスの電磁誘導で電力伝送を行う装置がある（例えば、特許文献２参照。）。この特許文献２の図１、図２、段落００３１〜００３３では、出力トランス１０３による一次側から二次側への電力伝送、および光通信回路１０８による二次側から一次側への信号伝送を行っている。信号伝送は、二次側の出力電圧値をデジタルに変換してデジタル信号を光通信回路１０８で一次側へ伝送して、一次側を制御して二次側の出力電圧が安定化するようにフィードバック制御している。この装置は、一次側と二次側とは着脱自在ではなく常時装着された用途、例えば、一次側が自動車の本体、二次側がハンドルなどであり、自動車の本体にハンドルを常時装着した状態で電力伝送と信号伝送を行う。したがって、出力トランス１０３は内部が分割着脱できる必要はない、また、光通信回路１０８も内部が分割着脱できる必要はない。
特許第３４１６８６３号公報（段落０１６７〜０１６８、図２２） 特開２００３−３４８７７５号公報（段落００３１〜００３３、図１、図２）

特許文献１のトランスによる信号伝送は、二次側の出力電圧をV-f変換等で周波数信号に変換しているので、出力電圧変動幅に応じた広い周波数帯域幅が必要となり、その周波数帯域でのトランスでの安定した信号伝送が要求される。

また、特許文献２の光通信による信号伝送は、二次側出力電圧値に応じたデジタル情報をシリアルで通信しているために、情報量が多く、その信号伝送に時間を要し、フィードバックにタイムラグが発生し、二次側の出力電圧の急激な変動に対応できなくなるおそれがある。

本発明は、非接触で電力伝送された二次側出力電圧を一次側へフィードバック制御するための信号伝送において、広い周波数帯域幅を必要とせず、また、少ないデジタル情報によりタイムラグを小さくできて二次側の出力電圧の急激な変動に即対応できる電力伝送装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の電力伝送装置は、第１の装置と第２の装置を有して、第１の装置から第２の装置へ電磁誘導により電力を伝送する電力伝送装置であって、前記第１の装置は、出力が可変できる可変発振器と、前記可変発振器の出力に接続された電力伝送用の第１の巻線と、信号受信用の第４の巻線と、前記第４の巻線の出力信号を入力して、周波数／電圧変換を行い、この電圧変換出力により前記可変発振器の出力を可変する周波数／電圧変換器とを備え、前記第２の装置は、前記第１の巻線と電磁結合されて電力受信を行う第２の巻線と、前記第２の巻線の出力を整流して平滑する整流平滑回路と、前記整流平滑回路の出力電圧と基準電圧とを比較して２値化されたアップ／ダウン信号を出力する比較器と、前記２値化されたアップ／ダウン信号を入力して電圧／周波数変換を行う電圧／周波数変換器と、前記電圧／周波数変換器の出力に接続され、前記第４の巻線と電磁結合された信号伝送用の第３の巻線とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、非接触で電力伝送された二次側出力電圧を一次側へフィードバック制御するための信号伝送において、広い周波数帯域幅を必要とせず、また、信号伝送を少ないデジタル情報でフィードバックして行うことでタイムラグを小さくできて二次側の出力電圧の急激な変動に対応することができる。

図１は、本発明の実施例１に係る電力伝送装置１００のブロック図である。電力伝送装置１００は、充電器１０（第１の装置。一次側）と携帯端末２０（第２の装置。二次側）を備える。充電器１０と携帯端末２０は着脱自在であり、充電器１０に携帯端末２０を載置した状態で電力伝送や信号伝送を行う。

図１の上半分の部分は、充電器１０から携帯端末２０へと電力伝送を行う部分である。図１の下半分の部分は、携帯端末２０から充電器１０へと信号伝送を行う部分であり、前記携帯端末２０へ電力伝送された出力の安定化のフィードバック制御を行う部分である。

以下、詳細に説明する。充電器１０は、直流電源１、出力可変発振器２、トランスの巻線３（第１の巻線）、トランスの巻線４（第４の巻線）、周波数／電圧変換器５などから構成される。
携帯端末２０は、トランスの巻線２１（第２の巻線）、整流回路２２、平滑回路２３、比較器２４、電圧／周波数変換器２５、トランスの巻線２６（第３の巻線）などから構成される。

充電器１０は、外部のＡＣ電源に接続されて、直流電源１により直流を得る。出力可変発振器２は、直流電源１から直流電源の供給を受けて、周波数ｆ１で発振し、その出力で巻線３（第１の巻線。一次側）を駆動し、電磁誘導により、携帯端末２０の巻線２１（第２の巻線。二次側）へ電力伝送を行う。

携帯端末２０の巻線２１（第２の巻線。二次側）の出力は、整流回路２２で整流され、さらに、平滑回路２３で平滑されて直流出力２３Ａを得る。直流出力２３Ａは、携帯端末２０内の充電制御回路（不図示）に導かれ、電池（不図示）に充電される。

比較器２４は、直流出力２３Ａと基準電圧２４Ａとを比較して、波形整形された２値のアップ／ダウン信号２４Ｂを出力する。

アップ／ダウン信号２４Ｂは、直流出力２３Ａが基準電圧２４Ａより大きいときは、ダウンを意味する「０」状態、直流出力２３Ａが基準電圧２４Ａより小さいときは、アップを意味する「１」状態となる１ビットのデジタル情報である。

電圧／周波数変換器２５は、アップ／ダウン信号２４Ｂの２値信号を入力として、周波数変換を行い、その出力で巻線２６（第３の巻線）を駆動する。電圧／周波数変換器２５の出力は、アップ／ダウン信号２４Ｂが「１」状態のとき、周波数ｆ２＋Δ、アップ／ダウン信号２４Ｂが「０」状態のとき、周波数ｆ２−Δの周波数の信号を出力する。周波数ｆ２は、電力伝送用の周波数ｆ１とは異なる周波数である。また、周波数ｆ２＋Δ、ｆ２−ΔのΔは微小な値であり、ほぼ周波数ｆ２近辺の値となる。

駆動された巻線２６（第３の巻線）は、周波数ｆ２＋Δ、ｆ２−Δでの電磁誘導により、充電器１０の巻線４（第４の巻線）へ信号伝送を行う。この周波数帯は、ほぼ周波数ｆ２近辺の値であり、この周波数ｆ２近辺のみでの電磁誘導が行えればよい。

充電器１０の巻線４（第４の巻線）の出力は、周波数／電圧変換器５に入力され、入力された周波数値に対応した電圧レベルのアップ／ダウン信号５Ａを出力する。周波数がｆ２＋Δ、ｆ２−Δの２種類なので、アップ／ダウン信号５Ａの出力は２値となる。

アップ／ダウン信号５Ａは、アップ／ダウン信号２４Ｂがダウンを意味する「０」状態のときには、同じ「０」状態となり、アップ／ダウン信号２４Ｂがアップを意味する「１」状態のときには、同じ「１」状態となる。

そして、このアップ／ダウン信号５Ａにより、出力可変発振器２の出力がアップ／ダウン制御される。すなわち、直流出力２３Ａが基準電圧２４Ａより大きいときには、出力可変発振器２の出力がダウンされ、直流出力２３Ａが基準電圧２４Ａより小さいときには、出力可変発振器２の出力がアップするようにフィードバック制御され、直流出力２３Ａが基準電圧２４Ａ近辺で安定化される。

なお、比較器２４は、通常の比較器としたが、シュミットコンパレータのように、ヒステリシスを持つ比較器であってもよく、その場合は、アップ／ダウンの繰り返しが遅くなるように制御される。

また、充電器１０（第１の装置）と携帯端末２０（第２の装置）は着脱自在であるが、第１の装置と第２の装置とが一体に固定されるような他の電力伝送装置であってもよい。

本発明の実施例１によれば、トランスの電磁誘導による信号伝送が２値で行われるために、この電磁誘導の周波数がｆ２＋Δ、ｆ２−Δの２種類で済み、この周波数帯は、ほぼ周波数ｆ２近辺の狭い範囲であり、この周波数ｆ２近辺のみでの電磁誘導が保証できればよく、信号伝送の信頼性を高くすることができる。

図２は、本発明の実施例２に係る電力伝送装置１００のブロック図である。実施例１（図１）と同じ部分には同じ符号を付して、異なる部分について主に説明する。図２の上半分の部分は、充電器１０から携帯端末２０へと電力伝送を行う部分であり、図１の上半分と同じであり、説明を省略する。図２の下半分の部分は、同様に出力安定化のための信号伝送を行う部分であるが、信号伝送に光通信を使う例である。

以下、詳細に説明する。充電器１０は、直流電源１、出力可変発振器２、トランスの巻線３（第１の巻線）、光通信用の受光部６、復調器である通信制御部７などから構成される。
携帯端末２０は、トランスの巻線２１（第２の巻線）、整流回路２２、平滑回路２３、比較器２４、変調器である通信制御部２７、光通信用の発光部２８などから構成される。

電力伝送部分については実施例１（図１）と同じであり、説明を省略し、以下、信号伝送部分について説明する。
携帯端末２０において、通信制御部２７は、アップ／ダウン信号２４Ｂ（２値）を入力として、光通信用の変調処理を行い、発光部２８を駆動し、光通信により、充電器１０の受光部６へ光信号を送信する。

充電器１０の受光部６は、光電変換出力を通信制御部７に送出する。通信制御部７は、これを復調して、電圧レベルのアップ／ダウン信号７Ａを出力する。アップ／ダウン信号２４Ｂが２値であり、その２値で変調し、復調したアップ／ダウン信号７Ａも２値となる。

アップ／ダウン信号７Ａは、アップ／ダウン信号２４Ｂがダウンを意味する「０」状態のときには、同じ「０」状態となり、アップ／ダウン信号２４Ｂがアップを意味する「１」状態のときには、同じ「１」状態となる。

そして、このアップ／ダウン信号７Ａにより、出力可変発振器２の出力がアップ／ダウン制御される。すなわち、直流出力２３Ａが基準電圧２４Ａより大きいときには、出力可変発振器２の出力がダウンされ、直流出力２３Ａが基準電圧２４Ａより小さいときには、出力可変発振器２の出力がアップするようにフィードバック制御され、直流出力２３Ａが基準電圧２４Ａ近辺で安定化される。

図３は、本発明の実施例２に係る電力伝送装置１００の光通信部の構造図である。充電器１０に携帯端末２０を載置したときに、発光部２８と受光部６間の光通信が外光の影響を受けないようにするための外光遮蔽物３０を設ける。これにより、外光の影響を受けない安定した光通信を行うことができる。

なお、充電器１０（第１の装置）と携帯端末２０（第２の装置）は着脱自在とするために、発光部２８と受光部６とは別の構成物として、着脱自在としたが、第１の装置と第２の装置とが一体に固定されるような他の電力伝送装置においては、発光部２８と受光部６とが一体形成されたフォトカプラなどであってもよい。フォトカプラの場合は、外光の影響はないので、外光遮蔽物を設ける必要はない。

また、信号伝送用に光通信を備えたが、送信側と受信側が絶縁された他の通信方式であれば何でもよい。

本発明の実施例２によれば、光通信による信号伝送がアップ／ダウン信号２４Ｂの１ビット情報で済むために、信号伝送時間が少なくて済み、フィードバックのタイムラグが小さくできて、二次側の出力電圧の急激な変動に対応することができる。

本発明の実施例１に係る電力伝送装置１００のブロック図。 本発明の実施例２に係る電力伝送装置１００のブロック図。 本発明の実施例２に係る電力伝送装置１００の光通信部の構造図。

符号の説明

１ 直流電源
２ 出力可変発振器
３ トランスの巻線（第１の巻線）
４ トランスの巻線（第４の巻線）
５ 周波数／電圧変換器
６ 受光部
７ 通信制御部
１０ 充電器（第１の装置）
２０ 携帯端末（第２の装置）
２１ トランスの巻線（第２の巻線）
２２ 整流回路
２３ 平滑回路
２４ 比較器
２５ 電圧／周波数変換器
２６ トランスの巻線（第３の巻線）
２７ 通信制御部
２８ 発光部
３０ 遮蔽物
１００ 電力伝送装置

Claims (4)

1. 第１の装置と第２の装置を有して、第１の装置から第２の装置へ電磁誘導により電力を伝送する電力伝送装置であって、
   前記第１の装置は、
   出力が可変できる可変発振器と、
   前記可変発振器の出力に接続された電力伝送用の第１の巻線と、
   信号受信用の第４の巻線と、
   前記第４の巻線の出力信号を入力して、周波数／電圧変換を行い、この電圧変換出力により前記可変発振器の出力を可変する周波数／電圧変換器とを備え、
   前記第２の装置は、
   前記第１の巻線と電磁結合されて電力受信を行う第２の巻線と、
   前記第２の巻線の出力を整流して平滑する整流平滑回路と、
   前記整流平滑回路の出力電圧と基準電圧とを比較して２値化されたアップ／ダウン信号を出力する比較器と、
   前記２値化されたアップ／ダウン信号を入力して電圧／周波数変換を行う電圧／周波数変換器と、
   前記電圧／周波数変換器の出力に接続され、前記第４の巻線と電磁結合された信号伝送用の第３の巻線とを備える
   ことを特徴とする電力伝送装置。
2. 第１の装置と第２の装置を有して、第１の装置から第２の装置へ電磁誘導により電力を伝送する電力伝送装置であって、
   前記第１の装置は、
   出力が可変できる可変発振器と、
   前記可変発振器の出力に接続された電力伝送用の第１の巻線と、
   光通信の受光を行う受光部と、
   前記受光部の出力信号を入力して、復調し、この復調出力により前記可変発振器の出力を可変する復調器とを備え、
   前記第２の装置は、
   前記第1の巻線と電磁結合されて電力受信を行う第２の巻線と、
   前記第２の巻線の出力を整流して平滑する整流平滑回路と、
   前記整流平滑回路の出力電圧と基準電圧とを比較して２値化されたアップ／ダウン信号を出力する比較器と、
   前記２値化されたアップ／ダウン信号を入力して変調を行う変調器と、
   前記変調器の出力に接続され、前記受光部へ光信号伝送を行う発光部とを備える
   ことを特徴とする電力伝送装置。
3. 前記受光部と前記発光部とは、一体に形成されたフォトカプラであることを特徴とする請求項２記載の電力伝送装置。
4. 前記受光部は、フォトトランジスタであり、
   前記発光部は、発光ダイオードであり、
   前記第１の装置と第２の装置とは着脱自在で、装着時に、前記受光部と発光部を覆って外光が入らないようにする遮蔽物とをさらに備えることを特徴とする請求項２記載の電力伝送装置。

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