JP2013240235A - 受電装置、および、給電システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】電気的に非接触で給電が行われる非接触給電システムにおける受電装置は、受電コイルと、測定コイルと、異物検出部とを具備する。受電コイルは、磁界を介して給電装置から給電される電力を受電する。測定コイルにおいて、中心は受電コイルの中心と略一致し、かつ、受電コイルの最外周より内側に巻かれた部分の巻き数が少なくとも1回である。異物検出部は、測定コイルおよび受電コイルの測定値に基づいて磁界における異物の有無を判断する。
【選択図】図1
Description
また、この第1の側面において、上記測定コイルの巻数は、上記受電コイルの巻数と異なっていてもよい。これにより、測定コイルの巻き数が受電コイルの巻き数と異なるという作用をもたらす。
1.第1の実施の形態(受電コイルの抵抗およびインダクタンスの変化量に基づいて異物を検知する例)
2.第2の実施の形態(受電コイルの抵抗に対する測定コイルの抵抗の比率に基づいて異物を検出する例)
3.第3の実施の形態(受電コイルの抵抗の変化量に基づいて異物を検出する例)
4.第4の実施の形態(受電コイルの抵抗の変化量に基づいて異物の検出と制御量の算出とを行う例)
5.第5の実施の形態(起電力比率を求める例)
6.第6の実施の形態(負荷抵抗を変更して異物を検出する例)
[非接触給電システムの構成例]
図1は、実施の形態における非接触給電システムの一構成例を示す全体図である。この非接触給電システムは、電気的に非接触の状態で装置に電力を供給するためのシステムである。非接触給電システムは、給電装置100および受電装置200を備える。
図4は、第1の実施の形態における給電制御部110の一構成例を示すブロック図である。給電制御部110は、復調回路111および給電制御回路112を備える。
図5は、第1の実施の形態における充電制御部210の一構成例を示すブロック図である。この充電制御部210は、変調回路211、整流器212、充電制御回路213、誘導電流取得回路214を備える。
図6は、第1の実施の形態における異物検出部240の一構成例を示すブロック図である。この異物検出部240は、監視誘導電圧取得回路241、2次抵抗変化量取得回路242、2次インダクタンス変化量取得回路243、および、異物検出回路244を備える。
図8は、第1の実施の形態における給電制御処理の一例を示すフローチャートである。この給電制御処理は、例えば、給電装置100に電源が投入されたときに給電装置100により開始される。
図9は、第1の実施の形態における充電制御処理の一例を示すフローチャートである。この給電制御処理は、例えば、給電装置100から電源供給が開始されたときに受電装置200により開始される。
図13は、第1の実施の形態の変形例における測定コイル230の一例を示す図である。第1の実施の形態では、測定コイル230において、受電コイル220の内側と外側とに巻き線を巻いていた。しかし、測定コイル230の巻き線は、最内周から最外周までの間に巻いてもよい。変形例の測定コイル230は、受電コイル220の最内周から最外周までの間に巻き線を巻いた点において第1の実施の形態と異なる。
[非接触給電システムの構成例]
図14は、第2の実施の形態における非接触給電システムの一構成例を示す全体図である。第2の実施の形態の非接触給電システムは、受電コイル220および測定コイル230のインピーダンスの比率に基づいて異物を検出する点において第1の実施の形態と異なる。具体的には、第2の実施の形態の非接触給電システムは、測定コイル側電圧電流測定部270をさらに備える点において第1の実施の形態と異なる。
図17は、第2の実施の形態における受電コイル側電圧電流測定部310の一構成例を示すブロック図である。この受電コイル側電圧電流測定部310は、交流電源311、電圧測定回路312、および、電流測定回路313を備える。
図18は、第2の実施の形態における電源制御部320の一構成例を示すブロック図である。電源制御部320は、受電電圧測定部321、監視期間タイマ322、給電装置制御部323、および、交流電源制御部324を備える。
図20は、第2の実施の形態における測定コイル側電圧電流測定部270の一構成例を示すブロック図である。この測定コイル側電圧電流測定部270は、交流電源272、電圧測定回路273、および、電流測定回路274を備える。
図21は、第2の実施の形態における異物検出部240の一構成例を示すブロック図である。第2の実施の形態の異物検出部240は、誘導電圧取得回路241、2次抵抗変化量取得回路242および2次インダクタンス変化量取得回路243を備えない。それらの回路の代わりに、異物検出部240は、測定結果記憶部246、抵抗比率算出回路247、インダクタンス比率算出回路248を備える。
測定コイル230に交流電圧V3が印加された場合、式23と電流I3とから、次の式24が得られる。
図22は、第1の実施の形態における給電制御処理の一例を示すフローチャートである。第2の実施の形態の給電制御処理は、ステップS911乃至S913をさらに実行する点において第1の実施の形態と異なる。
図23は、第2の実施の形態における充電制御処理の一例を示すフローチャートである。この給電制御処理は、例えば、給電装置100から電源供給が開始されたときに受電装置200により開始される。
[異物検出部の構成例]
図26は、第3の実施の形態における異物検出部240の一構成例を示すブロック図である。第3の実施の形態の異物検出部240は、ΔL2を取得せず、Δr2のみから異物の有無を検出する点において、第1の実施の形態と異なる。具体的には、第3の実施の形態の異物検出部240は、2次インダクタンス変化量取得回路243を備えない点において、第1の実施の形態と異なる。
図27は、第3の実施の形態における充電制御処理の一例を示すフローチャートである。第3の実施の形態の充電制御処理は、ステップS953およびS954の代わりにステップS961を実行する点において第1の実施の形態と異なる。
[異物検出部の構成例]
図28は、第4の実施の形態における異物検出部240の一構成例を示すブロック図である。第4の実施の形態の異物検出部240は、制御量決定回路244−1をさらに備える点において第2の実施の形態と異なる。制御量決定回路244−1は、異物があった場合に、給電量の制御量ΔWを算出する。一方、異物があった場合に、制御量決定回路244は、ΔWに「0」の値を設定する。制御量決定回路244−1は、制御量ΔWを検出結果として充電制御部210に出力する。なお、制御量決定回路244−1は、特許請求の範囲に記載の制御量決定部の一例である。
図29は、第4の実施の形態における充電制御処理の一例を示すフローチャートである。第4の実施の形態の充電制御処理は、ステップS955の代わりにステップS962乃至S964を実行する点において、第3の実施の形態と異なる。異物を検出した場合には(ステップS961:Yes)、受電装置200は、式28から、給電量の制御量ΔWを算出する(ステップS962)。受電装置200は、給電量をΔW低下させることを要求する制御信号を送信する(ステップS963)。受電装置200は、ΔWに応じて充電電流を制御する(ステップS964)。なお、受電装置200は、異物検出時に、充電電流の制御で対応することができるのであれば、給電装置100へ制御信号を送信する必要はない。
[非接触給電システムの構成例]
図31は、第5の実施の形態における非接触給電システムの一構成例を示す全体図である。第1の実施の形態においては、受電コイル220の誘導電圧V21と測定コイル230の誘導電圧V31との比率(以下、「起電力比率」と称する。)が、これらのコイルの巻き数比に一致するとの前提のもとに、インピーダンスを算出していた。しかし、実際には、製造時におけるコイルの特性のばらつきや、位置ずれなどにより、起電力比率k(=V21/V31)が巻き数比に一致しない場合があった。第5の実施の形態は、受電装置200が、異物検出の前に起電力比率kの正確な値を取得しておく点において第1の実施の形態と異なる。具体的には、第5の実施の形態の非接触給電システムは、起電力比率取得部260をさらに具備する点において、第1の実施の形態と異なる。
図32は、第5の実施の形態における充電制御部210の一構成例を示すブロック図である。第5の実施の形態の充電制御回路213は、電圧制御回路251、電流制御回路252を備える。また、充電制御回路213には、二次電池253が接続される。
図33は、第5の実施の形態における起電力比率取得部260の一構成例を示すブロック図である。起電力比率取得部260は、負荷抵抗取得回路261、測定結果記憶部262および起電力比率取得回路263を備える。
[異物検出部の構成例]
図35は、第6の実施の形態における異物検出部240の一構成例を示すブロック図である。第1の実施の形態においては、異物検出部240は、起電力比率kが一定であるとの前提でインピーダンスを算出していた。しかし、第5の実施の形態において説明したように、kは必ずしも一定であるとは限らない。第6の実施の形態の異物検出部240は、kを用いずに、Δr2を算出する点において第1の実施の形態と異なる。第6の実施の形態の充電制御部210は第5の実施の形態と同様の構成であり、充電中に入力電圧Vinおよび入力電流Iinを測定し、それらの測定値を異物検出部240に出力する。また、第6の実施の形態の異物検出部240は、負荷抵抗取得回路245および測定結果記憶部246を備え、2次インダクタンス変化量取得回路243を備えない点において第1の実施の形態と異なる。
(1)磁界を介して給電装置から給電される電力を受電する受電コイルと、
中心が前記受電コイルの中心と略一致し、かつ、前記受電コイルの最外周より内側に巻かれた部分の巻き数が少なくとも1回である測定コイルと、
前記測定コイルおよび前記受電コイルの測定値に基づいて前記磁界における異物の有無を判断する異物検出部と
を具備する受電装置。
(2)前記測定コイルは、実質的に電流が流れないコイルである
前記(1)記載の受電装置。
(3)前記測定コイルの巻数は、前記受電コイルの巻数と異なる
前記(1)または(2)記載の受電装置。
(4)前記磁界により発生する前記測定コイルの誘導電圧を前記測定コイルの測定値として取得する電圧取得回路と、
前記磁界により発生する前記受電コイルの誘導電流を前記受電コイルの測定値として取得する前電流取得回路と
をさらに具備し、
前記異物検出部は、前記パラメータおよび前記誘導電流から前記受電コイルのインピーダンスを求めて当該インピーダンスの変化に基づいて前記異物の有無を判断する
前記(1)乃至(3)のいずれかに記載の受電装置。
(5)前記異物検出部は、前記インピーダンスの変化量が所定の閾値より大きい場合に前記異物があると判断する
前記(4)記載の受電装置。
(6)前記異物の検出結果に応じて充電電流を制御する充電制御回路をさらに具備する前記(1)乃至(5)のいずれかに記載の受電装置。
(7)前記測定コイルは、前記受電コイルの最外周または当該最外周より外側に巻かれた部分の巻き数が少なくとも一回のコイルである
前記(1)乃至(6)のいずれかに記載の受電装置。
(8)前記測定コイルは、前記受電コイルの最内周または当該最内周より内側に巻かれた部分の巻き数が少なくとも一回のコイルである
前記(1)乃至(7)のいずれかに記載の受電装置。
(9)前記測定値は、前記測定コイルおよび前記受電コイルのインピーダンスであり、
前記異物検出部は、前記測定コイルのインピーダンスに対する前記受電コイルのインピーダンスの比率に基づいて前記磁界における異物の有無を判断する
前記(1)記載の受電装置。
(10)前記測定コイルに交流電圧を印加する第1の交流電圧印加部をさらに具備し、
前記異物検出部は、前記第1の交流電圧が印加された前記測定コイルに生じた電流と前記第1の交流電圧とから前記測定コイルのインピーダンスを求める
前記(9)記載の受電装置。
(11)前記受電コイルに第2の交流電圧を印加する第2の交流電圧印加部をさらに具備し、
前記異物検出部は、前記第2の交流電圧が印加された前記受電コイルに生じた電流と前記第2の交流電圧とから前記受電コイルのインピーダンスを求める
前記(9)または(10)に記載の受電装置。
(12)前記異物検出部は、前記比率が所定の閾値より大きい場合に前記異物があると判断する
前記(9)乃至(11)のいずれかに記載の受電装置。
(13)前記受電コイルのインピーダンスは、前記受電コイルの抵抗およびインダクタンスのうちの少なくとも一方を含む
前記(4)乃至(12)のいずれかに記載の受電装置。
(14)前記受電コイルに接続された負荷の抵抗を負荷抵抗として取得する負荷抵抗取得回路と、
前記磁界により発生する前記測定コイルの誘導電圧と前記磁界により発生する前記受電コイルの誘導電流と前記負荷抵抗とからなる組を少なくとも2組記憶する記憶部と
をさらに具備し、
前記異物検出部は、前記誘導電圧と前記誘導電流と前記負荷抵抗とから前記インピーダンスを求める
前記(4)乃至(13)のいずれかに記載の受電装置。
(15)前記異物の検出結果に基づいて前記給電装置を制御する電源制御部をさらに具備する
前記(4)乃至(14)のいずれかに記載の受電装置。
(16)前記異物の検出において前記異物があると判断された場合には前記電力の制御量を前記受電コイルのインピーダンスの変化量に基づいて決定する制御量決定部をさらに具備し、
前記電源制御部は、前記制御量に応じて前記給電装置を制御する
前記(15)記載の受電装置。
(17)磁界を介して電力を供給する給電装置と、
前記磁界を介して前記給電装置から給電される電力を受電する受電コイルと、
中心が前記受電コイルの中心と略一致し、かつ、前記受電コイルの最外周より内側に巻かれた部分の巻き数が少なくとも1回である測定コイルと、
前記測定コイルおよび前記受電コイルの測定値に基づいて前記磁界における異物の有無を判断する異物検出部と
を具備する給電システム。
110 給電制御部
111 復調回路
112 給電制御回路
120 給電コイル
121 1次インダクタンス
122 1次キャパシタンス
200 受電装置
210 充電制御部
211 変調回路
212 整流器
213 充電制御回路
214 誘導電流取得回路
215 負荷抵抗
216 切替器
220 受電コイル
221 2次インダクタンス
223 2次キャパシタンス
230 測定コイル
231 インダクタンス
232 抵抗
240 異物検出部
241 監視誘導電圧取得回路
242 2次抵抗変化量取得回路
243 2次インダクタンス変化量取得回路
244 異物検出回路
244−1 制御量決定回路
245、261負荷抵抗取得回路
246、262 測定結果記憶部
247 抵抗比率算出回路
248 インダクタンス比率算出回路
251 電圧制御回路
252 電流制御回路
253 二次電池
260 起電力比率取得部
263 起電力比率取得回路
270 測定コイル側電圧電流測定部
272 交流電源
273 電圧測定回路
274 電流測定回路
300 異物
310 受電コイル側電圧電流測定部
311 交流電源
312 電圧測定回路
313 電流測定回路
320 電源制御部
321 受電電圧測定部
322 監視期間タイマ
323 給電装置制御部
324 交流電源制御部
Claims (17)
- 磁界を介して給電装置から給電される電力を受電する受電コイルと、
中心が前記受電コイルの中心と略一致し、かつ、前記受電コイルの最外周より内側に巻かれた部分の巻き数が少なくとも1回である測定コイルと、
前記測定コイルおよび前記受電コイルの測定値に基づいて前記磁界における異物の有無を判断する異物検出部と
を具備する受電装置。 - 前記測定コイルは、実質的に電流が流れないコイルである
請求項1記載の受電装置。 - 前記測定コイルの巻数は、前記受電コイルの巻数と異なる
請求項1記載の受電装置。 - 前記磁界により発生する前記測定コイルの誘導電圧を前記測定コイルの測定値として取得する電圧取得回路と、
前記磁界により発生する前記受電コイルの誘導電流を前記受電コイルの測定値として取得する前電流取得回路と
をさらに具備し、
前記異物検出部は、前記パラメータおよび前記誘導電流から前記受電コイルのインピーダンスを求めて当該インピーダンスの変化に基づいて前記異物の有無を判断する
請求項1記載の受電装置。 - 前記異物検出部は、前記インピーダンスの変化量が所定の閾値より大きい場合に前記異物があると判断する
請求項4記載の受電装置。 - 前記異物の検出結果に応じて充電電流を制御する充電制御回路をさらに具備する請求項1記載の受電装置。
- 前記測定コイルは、前記受電コイルの最外周または当該最外周より外側に巻かれた部分の巻き数が少なくとも一回のコイルである
請求項1記載の受電装置。 - 前記測定コイルは、前記受電コイルの最内周または当該最内周より内側に巻かれた部分の巻き数が少なくとも一回のコイルである
請求項1記載の受電装置。 - 前記測定値は、前記測定コイルおよび前記受電コイルのインピーダンスであり、
前記異物検出部は、前記測定コイルのインピーダンスに対する前記受電コイルのインピーダンスの比率に基づいて前記磁界における異物の有無を判断する
請求項1記載の受電装置。 - 前記測定コイルに交流電圧を印加する第1の交流電圧印加部をさらに具備し、
前記異物検出部は、前記第1の交流電圧が印加された前記測定コイルに生じた電流と前記第1の交流電圧とから前記測定コイルのインピーダンスを求める
請求項9記載の受電装置。 - 前記受電コイルに第2の交流電圧を印加する第2の交流電圧印加部をさらに具備し、
前記異物検出部は、前記第2の交流電圧が印加された前記受電コイルに生じた電流と前記第2の交流電圧とから前記受電コイルのインピーダンスを求める
請求項9記載の受電装置。 - 前記異物検出部は、前記比率が所定の閾値より大きい場合に前記異物があると判断する
請求項9記載の受電装置。 - 前記受電コイルのインピーダンスは、前記受電コイルの抵抗およびインダクタンスのうちの少なくとも一方を含む
請求項4記載の受電装置。 - 前記受電コイルに接続された負荷の抵抗を負荷抵抗として取得する負荷抵抗取得回路と、
前記磁界により発生する前記測定コイルの誘導電圧と前記磁界により発生する前記受電コイルの誘導電流と前記負荷抵抗とからなる組を少なくとも2組記憶する記憶部と
をさらに具備し、
前記異物検出部は、前記誘導電圧と前記誘導電流と前記負荷抵抗とから前記インピーダンスを求める
請求項4記載の受電装置。 - 前記異物の検出結果に基づいて前記給電装置を制御する電源制御部をさらに具備する
請求項4記載の受電装置。 - 前記異物の検出において前記異物があると判断された場合には前記電力の制御量を前記受電コイルのインピーダンスの変化量に基づいて決定する制御量決定部をさらに具備し、
前記電源制御部は、前記制御量に応じて前記給電装置を制御する
請求項15記載の受電装置。 - 磁界を介して電力を供給する給電装置と、
前記磁界を介して前記給電装置から給電される電力を受電する受電コイルと、
中心が前記受電コイルの中心と略一致し、かつ、前記受電コイルの最外周より内側に巻かれた部分の巻き数が少なくとも1回である測定コイルと、
前記測定コイルおよび前記受電コイルの測定値に基づいて前記磁界における異物の有無を判断する異物検出部と
を具備する給電システム。
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