JP2013110947A - 非接触充電システム、非接触送電装置及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】非接触充電システム、非接触送電装置及びその制御方法を提供する。
【解決手段】本願に係る非接触充電システムは、電源電圧を提供する電源装置と、一次充電コアと、前記電源装置と前記一次充電コアに接続され電源電圧を入力電圧へ変換し前記電源電圧に基づいて前記一次充電コアに一次電流を発生させるスイッチングモジュールと、前記スイッチングモジュール及び前記一次充電コアに接続され前記一次電流を測定し前記電源装置が提供する電源電圧を制御する制御信号を発する制御部と、を備える送電装置と、を備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、非接触充電技術に関し、より詳しくは、非接触充電システム、非接触送電装置及びその制御方法に関するものである。

近年、携帯電話やＰＤＡ等の携帯機器が電気通信等に多く利用され、携帯機器の非接触充電技術も開発され、販売されている。このような商品の多くは、電力送電側に備えられる一次コイルと、充電側に備えられる二次コイルからなる２つのコイルによる電磁誘導により送電及び充電を行っている。前記一次コイルと前記二次コイルは直接接触することなく、前記一次コイルと前記二次コイルとを接近させたときの電磁誘導によって、二次コイル内部に電流を発生させている。

図１は従来の非接触充電システムの構成を示すブロック図である。前記非接触充電システムは、電力伝送側１００及び充電側２００を備える。電力伝送側１００は、一次コイル１１０と、一次コンデンサ１３０と、制御部１４０と、スイッチングモジュール１５０と、電源装置１６０と、を備える。充電側２００は、二次コイルと、ブリッジ整流器２２０と、二次コンデンサ２３０と、を備える。ブリッジ整流器２２０は充電コンデンサ２４０及び負荷２５０と接続され、充電側２００の充電を行う。一次コンデンサ１３０と一次コイル１１０は並列に接続され、二次コンデンサ２３０と二次コイル２１０は直列に接続される。一次コイル１１０及び二次コイル２１０は、一次コンデンサ１３０及び二次コンデンサ２３０と共振回路を形成し、エネルギーを一次コイル１１０から二次コイル２１０に伝送する。

電源装置１６０は入力電圧Ｖ_ｓを一次コンデンサ１３０及び一次コイル１１０の回路へ提供する。制御部１４０はスイッチングモジュール１５０を制御し、電源装置１６０から一次コンデンサ１３０の回路及び一次コイル１１０間の接続を制御する。制御部１４０がスイッチングモジュール１５０を制御することで、電源装置１６０からの入力電圧Ｖ_ｓを一次コンデンサ１３０の回路及び一次コイルに提供する際、一次電流Ｉ_ｐは一次コイル１１０を流れ、二次コイル２１０内で二次電流Ｉ_ｓが発生する。電力伝送側１００の切換周波数は前記共振回路の共振周波数と一致する。また、ブリッジ整流器２２０は４つの整流素子２２２を備えるブリッジ式全波整流器であり、整流することで二次電池を充電するための直流電圧を生成することが可能である。

しかし、従来の非接触充電システムは、充電側２００に電波干渉による問題を抱えている。図２に示すように、二次コイル２１０は非線形の二次電流Ｉ_ｓを発生させ、更に二次電流Ｉ_ｓは、二次コイル２１０の電圧Ｖ_ｉの絶対値（｜Ｖ_ｉ｜）が充電コンデンサ２４０の電圧Ｖ_ｃを上回る際にしか発生せず、このような非正弦である二次電流Ｉ_ｓは磁場スペクトルに於いて高調波周波数を発生させる。また、電磁誘導により、一次コイル１１０を流れる一次電流Ｉ_ｐも変形し、一次電流Ｉ_ｐの波形には高調波歪が発生する。

この発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着目してなされたものである。その目的は、非接触充電システム、非接触送電装置及びその制御方法を提供することにある。

上記目的を達成するための、第１の発明は、電源電圧を提供する電源装置と、前記電源装置に接続され電源電圧を入力電圧へ変換するスイッチングモジュールと、前記スイッチングモジュールに接続され前記スイッチングモジュールから提供される入力電圧に基づき一次電流を備える一次充電コアと、前記スイッチングモジュール及び前記一次充電コアに接続され前記一次電流を測定し前記電源装置が提供する電源電圧を制御する制御信号を発する制御部と、を備える送電装置と、前記一次充電コアの相対面に配置され、電磁誘導により前記一次電流に反応し二次電流を発生させる二次充電コアと、前記二次充電コアに接続され前記二次電流を整流し直流電圧を発生させるブリッジ整流器と、前記ブリッジ整流器に接続され前記直流電圧を受け充電する充電回路と、を備え前記充電装置の相対面に配置され非接触充電を行う受電装置と、を備えることを特徴とする非接触充電システムである。

第２の発明は、電源電圧を提供する電源装置と、前記電源装置に接続され電源電圧を入力電圧へ変換するスイッチングモジュールと、前記スイッチングモジュールに接続され前記スイッチングモジュールから提供される入力電圧に基づき一次電流を備える一次充電コアと、前記一次充電コアの片側に配置され補償電流を発生させる補償コイルと、前記スイッチングモジュールと前記一次充電コアと前記補償コイルに接続され前記一次電流を測定し前記補償コイルが発生させる補償電流を制御する制御信号を発する制御部と、を備える送電装置と、前記一次充電コアの相対面に配置され、電磁誘導により前記一次電流に反応し二次電流を発生させる二次充電コアと、前記二次充電コアに接続され前記二次電流を整流し直流電圧を発生させるブリッジ整流器と、前記ブリッジ整流器に接続され前記直流電圧を受け充電する充電回路と、を備え前記充電装置の相対面に配置され非接触充電を行う受電装置と、を備えることを特徴とする非接触充電システムである。

第３の発明は、電源電圧を提供する電源装置と、前記電源装置に接続され電源電圧を入力電圧へ変換するスイッチングモジュールと、前記スイッチングモジュールに接続され前記スイッチングモジュールから提供される入力電圧に基づき一次電流を備える一次充電コアと、前記スイッチングモジュール及び前記一次充電コアに接続され前記一次電流を測定し前記電源装置が提供する電源電圧を制御する制御信号を発する制御部と、を備えることを特徴とする非接触送電装置である。

第４の発明は、電源電圧を提供する電源装置と、前記電源装置に接続され電源電圧を入力電圧へ変換するスイッチングモジュールと、前記スイッチングモジュールに接続され前記スイッチングモジュールから提供される入力電圧に基づき一次電流を備える一次充電コアと、前記一次充電コアの片側に配置され補償電流を発生させる補償コイルと、前記スイッチングモジュールと前記一次充電コアと前記補償コイルに接続され前記一次電流を測定し前記補償コイルが発生させる補償電流を制御する制御信号を発する制御部と、を備えることを特徴とする非接触送電装置である。

第５の発明は、非接触送電装置の制御方法であって、その方法は、一次充電コアに入力する入力電圧を受け取ることと、電磁誘導により受電装置に電流が流れるよう誘発させるための前記一次充電コアの一次電流を受け取ることと、前記一次電流の高調波歪を測定することと、前記測定の結果に基づいて制御信号を発し前記一次充電コアの入力電圧を制御することと、を含むことを特徴とする非接触送電装置の制御方法である。

第６の発明は、非接触送電装置を制御する方法であって、その方法は、一次充電コアに入力する入力電圧を受け取ることと、電磁誘導により受電装置に電流が流れるよう誘発させるための前記一次充電コアの一次電流を受け取ることと、前記一次電流の高調波歪を測定することと、前記測定の結果に基づいて制御信号を発し補償コイルの補償電流を制御することと、を含むことを特徴とする非接触送電装置の制御方法である。

従来の非接触充電システムの構成を示すブロック図である。 従来の非接触充電システムの充電側の電圧及び電流を示す説明図である。 本発明の第１の実施の形態による非接触充電システムの構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施の形態による非接触充電システムの制御部の構成を示すブロック図である。 本発明の第２の実施の形態による非接触充電システムの構成を示すブロック図である。 本発明の第３の実施の形態による非接触充電システムの構成を示すブロック図である。 本発明の非接触充電装置の制御方法を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

図３は、本発明の第１の実施の形態による非接触充電システムの構成を示すブロック図である。本実施例の非接触充電システムは、送電装置３００及び受電装置４００を備える。

送電装置３００は、一次充電コア３１０と、制御部３４０と、スイッチングモジュール３５０と、電源装置３６０と、を備える。電源装置３６０は電源電圧Ｖ_ｓを提供する。スイッチングモジュール３５０は電源装置３６０に接続され、電源電圧Ｖ_ｓを入力電圧Ｖ_ｉｎに変換し一次充電コア３１０へ提供する。一次充電コア３１０はスイッチングモジュール３５０に接続され、スイッチングモジュール３５０から提供される入力電圧Ｖ_ｉｎに基づいて一次電流Ｉ_ｐを発生させる。

一次充電コア３１０は、一次コイル３１２と、一次コンデンサ３１３と、抵抗器３１４と、を備える。抵抗器３１４は一次コイル３１２と直列に接続される。一次コンデンサ３１３は一次コイル３１２及び抵抗器３１４と並列に接続される。制御部３４０はスイッチングモジュール３５０及び一次充電コア３１０に接続される。

受電装置４００は、二次充電コア４１０と、ブリッジ整流器４２０と、充電回路４４０と、を備える。二次充電コア４１０は送電装置３００の一次充電コア３１０の前に配置され、電磁誘導により一次電流Ｉ_ｐに反応し、二次電流Ｉ_ｓを発生させる。二次充電コア４１０は、二次電流Ｉ_ｓを発生させる二次コイル４１２と、二次コンデンサ４３０と、を備える。二次コンデンサ４３０は二次コイルと直列に接続される。ブリッジ整流器４２０は整流素子４２２を４つ備えるブリッジ式全波整流器であり、二次充電コア４１０と接続され、二次電流Ｉ_ｓを整流し直流電圧を発生させ充電回路４４０へ送る。充電回路４４０はブリッジ整流器４２０と接続され、直流電圧を受け取り充電を行う。充電回路４４０は充電コンデンサ４４２と、並列に接続される負荷４５０と、を備える。

一次充電コア３１０の抵抗器３１４は、一次電流Ｉ_ｐを検出し、制御部３４０へ入力する。制御部３４０は一次充電コア３１０に接続され、抵抗器３１４が検出した一次電流Ｉ_ｐを受け取る。また、制御部３４０はスイッチングモジュール３５０に接続され、スイッチングモジュール３５０が一次充電コア３１０に入力する入力電圧Ｖ_ｉｎを受け取る。制御部３４０は抵抗器３１４が検出した一次電流Ｉ_ｐの波形に高調波歪が発生しているかを検出する。若し高調波歪が検出された場合、制御部３４０は電源装置３６０を制御し、電源装置３６０がスイッチングモジュール３５０に提供する電源電圧Ｖ_ｓを変化させ、高調波歪を軽減させる。

本願発明の制御部３４０は、本願に係る発明が実施できる制御装置であればどのようなものでもよい。図４は本発明の実施例１の送電装置３００の制御部３４０の構成を示すブロック図である。制御部３４０は、制御ユニット３４２と、位相同期ループ（ＰＬＬ）帰還制御回路３４４と、を備える。制御部３４０は抵抗器３１４が検出した一次電流Ｉ_ｐ及び入力電圧Ｖ_ｉｎを受け取り、制御信号を発する。前記制御信号は電源装置３６０を制御する信号であり、電源装置３６０が提供する電源電圧Ｖ_ｓを変化させる。前記制御信号は、どのような信号でもよく、補償電流Ｉ_ｃを制御する実施例を後述する。

図５は本発明の第２の実施の形態による非接触充電システムの構成を示すブロック図である。

図５に示す符号のうち、図３と同じ番号であるものは同様の部材であることを示す。図５と図３に示す送電装置３００の差異は、制御部３４０が一次電流Ｉ_ｐを直接制御するため、図５に示す送電装置３００は一次コンデンサを備えていない。

図６は本発明の実施例３の非接触充電システムの構成を示すブロック図である。図６に示す符号のうち、図３と同じ番号であるものは同様の部材であることを示す。図６と図３に示す送電装置３００の差異は、図６の送電装置３００は更に補償コイル３８０を備える。補償コイル３８０は二次充電コア４１０に相対するよう一次充電コア３１０の片側に配置され、制御部３４０と接続され補償電流Ｉ_ｃを発生させる。これにより、制御部３４０は抵抗器３１４が検出した一次電流Ｉ_ｐに基づいて補償コイル３８０を制御し、補償電流Ｉ_ｃを発生させる。補償電流Ｉ_ｃは一次電流Ｉ_ｐの波形の高調波歪を補償する。

本実施例の制御部３４０は、図４に示す回路を利用する。すなわち、制御部３４０が発する制御信号は補償電流Ｉ_ｃを含む。

本願発明に於ける各コイル３１２、４１２及び３８０は、シングルコイル構造に限らず、アレイマルチコイル構造等、各種回路やコイル構造でもよい。

図７は本発明の非接触充電装置の制御方法を示すフローチャートである。制御方法は以下のステップを含む。一次充電コア３１０に入力する入力電圧Ｖｉｎをスイッチングモジュール３５０から受け取るステップ（Ｓ７１０）。電磁誘導により受電装置に電流が流れるよう誘発させるための前記一次充電コアの一次電流を受け取るステップ（Ｓ７２０）。前記一次電流の高調波歪を測定するステップ（Ｓ７３０）。前記測定の結果に基づいて制御信号を発し前記一次充電コアの入力電圧を制御するステップ（Ｓ７４０）。

前述の非接触充電装置が図６に示すような補償コイルを備える場合、前述のステップは更に、前記測定の結果に基づいて補償電流Ｉ_ｃを補償コイルに発生させる（Ｓ７４０’）。補償電流Ｉ_ｃは受電装置が発生させる電流を補償する。これらの制御方法は前述の非接触送電装置のうちいずれの実施例にも利用可能であり、その他本願発明の非接触送電装置を実現及び実施可能な非接触送電装置に利用可能である。

上述において、本発明の説明の利便性のために最良の実施例を挙げて説明したが、これらの実施例は本発明の請求の範囲を限定するものではなく、本発明に基づく本発明の要旨を逸脱しないあらゆる変更は全て本発明の特許請求の範囲に含まれる。

１００ 電力伝送側
１１０ 一次コイル
１３０ 一次コンデンサ
１４０ 制御部
１５０ スイッチングモジュール
１６０ 電源装置
２００ 充電側
２１０ 二次コイル
２２０ ブリッジ整流器
２２２ 整流素子
２３０ 二次コンデンサ
２４０ 充電コンデンサ
２５０ 負荷
３００ 送電装置
３１０ 一次充電コア
３１２ 一次コイル
３１３ 一次コンデンサ
３１４ 抵抗器
３４０ 制御部
３４２ 制御ユニット
３４４ 位相同期ループ帰還制御回路
３５０ スイッチングモジュール
３６０ 電源装置
３８０ 補償コイル
４００ 受電装置
４１０ 二次充電コア
４１２ 二次コイル
４２０ ブリッジ整流器
４２２ 整流素子
４３０ 二次コンデンサ
４４０ 充電回路
４４２ 充電コンデンサ
４５０ 負荷

Claims (18)

1. 非接触充電システムであって、
   電源電圧を提供する電源装置と、
   前記電源装置に接続され電源電圧を入力電圧へ変換するスイッチングモジュールと、
   前記スイッチングモジュールに接続され前記スイッチングモジュールから提供される入力電圧に基づき一次電流を備える一次充電コアと、
   前記スイッチングモジュール及び前記一次充電コアに接続され前記一次電流を測定し前記電源装置が提供する電源電圧を制御する制御信号を発する制御部と、を備える送電装置と、
   前記一次充電コアの相対面に配置され、電磁誘導により前記一次電流に反応し二次電流を発生させる二次充電コアと、
   前記二次充電コアに接続され前記二次電流を整流し直流電圧を発生させるブリッジ整流器と、
   前記ブリッジ整流器に接続され前記直流電圧を受け充電する充電回路と、を備え前記充電装置の相対面に配置され非接触充電を行う受電装置と、
   を備えることを特徴とする非接触充電システム。
2. 前記一次充電コアは一次コイル及び抵抗器を備え、前記一次コイル及び抵抗器は直列に接続されることを特徴とする請求項１に記載の非接触充電システム。
3. 前記制御部は前記抵抗器が流す一次電流を測定することを特徴とする請求項２に記載の非接触充電システム。
4. 前記一次充電コアは更に一次コンデンサを備え、前記一次コイルと並列に接続されることを特徴とする請求項２に記載の非接触充電システム。
5. 非接触充電システムであって、
   電源電圧を提供する電源装置と、
   前記電源装置に接続され電源電圧を入力電圧へ変換するスイッチングモジュールと、
   前記スイッチングモジュールに接続され前記スイッチングモジュールから提供される入力電圧に基づき一次電流を備える一次充電コアと、
   前記一次充電コアの片側に配置され補償電流を発生させる補償コイルと、
   前記スイッチングモジュールと前記一次充電コアと前記補償コイルに接続され前記一次電流を測定し前記補償コイルが発生させる補償電流を制御する制御信号を発する制御部と、を備える送電装置と、
   前記一次充電コアの相対面に配置され、電磁誘導により前記一次電流に反応し二次電流を発生させる二次充電コアと、
   前記二次充電コアに接続され前記二次電流を整流し直流電圧を発生させるブリッジ整流器と、
   前記ブリッジ整流器に接続され前記直流電圧を受け充電する充電回路と、を備え前記充電装置の相対面に配置され非接触充電を行う受電装置と、
   を備えることを特徴とする非接触充電システム。
6. 前記一次充電コアは一次コイル及び抵抗器を備え、前記一次コイル及び抵抗器は直列に接続されることを特徴とする請求項５に記載の非接触充電システム。
7. 前記制御部は前記抵抗器が流す一次電流を測定することを特徴とする請求項６に記載の非接触充電システム。
8. 前記一次充電コアは更に一次コンデンサを備え、前記一次コイルと並列に接続されることを特徴とする請求項６に記載の非接触充電システム。
9. 非接触送電装置であって、
   電源電圧を提供する電源装置と、
   前記電源装置に接続され電源電圧を入力電圧へ変換するスイッチングモジュールと、
   前記スイッチングモジュールに接続され前記スイッチングモジュールから提供される入力電圧に基づき一次電流を備える一次充電コアと、
   前記スイッチングモジュール及び前記一次充電コアに接続され前記一次電流を測定し前記電源装置が提供する電源電圧を制御する制御信号を発する制御部と、を備えることを特徴とする非接触送電装置。
10. 前記一次充電コアは一次コイル及び抵抗器を備え、前記一次コイル及び抵抗器は直列に接続されることを特徴とする請求項９に記載の非接触送電装置。
11. 前記制御部は前記抵抗器が流す一次電流を測定することを特徴とする請求項１０に記載の非接触送電装置。
12. 前記一次充電コアは更に一次コンデンサを備え、前記一次コイルと並列に接続されることを特徴とする請求項１０に記載の非接触送電装置。
13. 非接触送電装置であって、
    電源電圧を提供する電源装置と、
    前記電源装置に接続され電源電圧を入力電圧へ変換するスイッチングモジュールと、
    前記スイッチングモジュールに接続され前記スイッチングモジュールから提供される入力電圧に基づき一次電流を備える一次充電コアと、
    前記一次充電コアの片側に配置され補償電流を発生させる補償コイルと、
    前記スイッチングモジュールと前記一次充電コアと前記補償コイルに接続され前記一次電流を測定し前記補償コイルが発生させる補償電流を制御する制御信号を発する制御部と、を備えることを特徴とする非接触送電装置。
14. 前記一次充電コアは一次コイル及び抵抗器を備え、前記一次コイル及び抵抗器は直列に接続されることを特徴とする請求項１３に記載の非接触送電装置。
15. 前記制御部は前記抵抗器が流す一次電流を測定することを特徴とする請求項１４に記載の非接触送電装置。
16. 前記一次充電コアは更に一次コンデンサを備え、前記一次コイルと並列に接続されることを特徴とする請求項１４に記載の非接触送電装置。
17. 非接触送電装置の制御方法であって、その方法は、 一次充電コアに入力する入力電圧を受け取ることと、
    電磁誘導により受電装置に電流が流れるよう誘発させるための前記一次充電コアの一次電流を受け取ることと、
    前記一次電流の高調波歪を測定することと、
    前記測定の結果に基づいて制御信号を発し前記一次充電コアの入力電圧を制御することと、を含むことを特徴とする非接触送電装置の制御方法。
18. 非接触送電装置を制御する方法であって、その方法は、 一次充電コアに入力する入力電圧を受け取ることと、
    電磁誘導により受電装置に電流が流れるよう誘発させるための前記一次充電コアの一次電流を受け取ることと、
    前記一次電流の高調波歪を測定することと、
    前記測定の結果に基づいて制御信号を発し補償コイルの補償電流を制御することと、を含むことを特徴とする非接触送電装置の制御方法。