JP2014039363A

JP2014039363A - 給電装置とこれを用いた給電量調整方法

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Publication number: JP2014039363A
Application number: JP2012179258A
Authority: JP
Inventors: Kazutaka Doke; 和隆道家
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2012-08-13
Filing date: 2012-08-13
Publication date: 2014-02-27
Anticipated expiration: 2032-08-13
Also published as: JP6025028B2

Abstract

【課題】給電回路から受電回路へ非接触で給電する場合に、いずれかの負荷抵抗に交流電力が供給されなくなっても、他の負荷抵抗にかかる電圧を一定の範囲に保つことができるようにする。
【解決手段】給電回路３は、入力される直流電力を交流電力に変換するインバータ７と、変換された交流電力が供給される給電コイル９とを有する。受電回路５は、給電コイル９から非接触で給電される受電コイル１７と、受電コイル１７から交流電力が供給される複数の負荷抵抗１９とを有する。複数の負荷抵抗１９は、互いに並列に接続されている。給電回路３は、給電コイル９に直列に接続されている可変抵抗２１を有する。
【選択図】図３

Description

本発明は、互いに並列に接続された複数の負荷抵抗に交流電力を供給する給電装置に関する。より詳しくは、これらの負荷抵抗が設けられた受電回路に非接触で給電する給電回路を有する給電装置に関する。また、本発明は、給電装置を用いた給電量調整方法に関する。

従来において、非接触で電力を受ける受電回路に光源の負荷抵抗が設けられている場合の回路は、例えば図１に示すようになる。

給電回路３１は、整流器３５とインバータ３７と給電コイル３９を有する。整流器３５には、外部電源３３から交流電力が供給される。整流器３５は、外部電源３３からの交流電力を直流電力に変換する。インバータ３７は、整流器３５からの直流電力を設定周波数の交流電力に変換する。給電コイル３９は、インバータ３７からの交流電力により、受電回路４３の受電コイル４５に交流電力を生じさせる。なお、給電回路３１は、給電コイル３９と直列に設けられたコンデンサ４１を有する。

受電回路４３は、受電コイル４５と光源の負荷抵抗４７を有する。受電コイル４５は、給電コイル３９から非接触で交流電力を受ける。給電コイル３９と受電コイル４５により電磁気結合回路が形成される。電磁気結合回路は、電磁誘導方式または電磁界共鳴方式によるものである。電磁気結合回路により、受電コイル４５に交流電力が生じる。負荷抵抗４７は、複数設けられ、これらの負荷抵抗４７は互いに並列に接続されている。なお、受電回路４３は、受電コイル４５と直列に設けられたコンデンサ４２を有する。

非接触給電により光源の負荷抵抗に電力を供給することは、例えば特許文献１に記載されている。しかし、特許文献１には、上述のような受電回路において、整流回路が設けられており、並列に接続された複数の負荷抵抗が設けられていない点で、上述の構成と異なっている。すなわち、特許文献１では、受電回路において、受電コイルに生じた交流電力が、整流回路により直流電力に変換され、この直流電力が光源の負荷抵抗に供給されている。

特開２０１２−２８１４１号公報

受電回路４３において、図１のように、複数の負荷抵抗４７を並列に接続しており、各負荷抵抗４７に交流電力が供給される場合には、１つの光源が壊れると、他の光源も壊れる可能性がある。これを図２に基づいて説明する。

図２は、図１の等価回路を示す。図２において、Ｃ_１は、コンデンサ４１の容量を示し、Ｃ_２は、コンデンサ４２の容量を示し、Ｌ_１は、給電コイル３９の自己インダクタンスを示し、Ｌ_２は、受電コイル４５の自己インダクタンスを示し、Ｌ_ｍは、給電コイル３９と受電コイル４５の相互インダクタンスを示し、Ｒは、並列接続された複数の負荷抵抗４７の合成抵抗を示す。また、図２において、Ｚ_１、Ｚ_２は、それぞれ、破線で囲んだ回路部分のインピーダンスを示す。

１つの光源の負荷抵抗４７が切れて、この光源が壊れると、受電回路４３において、負荷抵抗４７の合成抵抗Ｒが増える。したがって、インピーダンスＺ_２が増える。これにより、インピーダンスの比Ｚ_２／Ｚ_１が大きくなるので、インピーダンスＺ_２にかかる電圧も大きくなる。その結果、正常な負荷抵抗４７にかかる電圧も上昇する。

インバータ３７よりも下流側の回路は、外部電源３３を含む電力系から独立している小さな系であるので、合成抵抗Ｒの増加は、負荷抵抗４７の電圧上昇に大きな影響を与える。すなわち、Ｚ_１の大きさは比較的小さいので、Ｚ_１に対するＺ_２の増大率が大きくなり、この増大率に応じて負荷抵抗４７の電圧も大きく上昇する。

特に、光源がハロゲンランプである場合には、光源の負荷抵抗４７にかかる電圧の上昇により、光源が壊れる可能性が高くなる。

上述では、受電回路４３の負荷抵抗４７は、互いに並列に接続された光源の抵抗であったが、互いに並列に接続された他の抵抗であっても、これらの抵抗のうちいずれかが切れると、上記と同様の問題が生じる可能性がある。

さらに、互いに並列に接続された負荷抵抗のうち、いずれかの負荷抵抗へ交流電力を供給することが、スイッチにより停止させられた場合にも、上記と同様の問題が生じる可能性がある。

そこで、本発明の目的は、インバータを含む給電回路から受電回路へ非接触で給電する場合に、受電回路において互いに並列に接続されており交流電力が供給される複数の負荷抵抗のうち、いずれかの負荷抵抗に交流電力が供給されなくなっても、他の負荷抵抗にかかる電圧を一定の範囲内に保つことができる手段を提供することにある。

上述の目的を達成するため、本発明によると、互いに並列に接続された複数の負荷抵抗に交流電力を供給する給電装置であって、
前記複数の負荷抵抗が設けられた受電回路に非接触で給電する給電回路を有し、
給電回路は、
入力される直流電力を交流電力に変換するインバータと、
変換された交流電力が供給される給電コイルと、を有し、
受電回路は、
給電コイルから非接触で給電される受電コイルと、
受電コイルから交流電力が供給される複数の負荷抵抗と、を有し、
給電回路は、給電コイルに直列に接続されている可変抵抗を有している、ことを特徴とする給電装置が提供される。

本発明の好ましい実施形態によると、上述の給電装置は、いずれかの負荷抵抗に交流電力が供給されなくなった旨の検出信号を受ける制御部を有し、
この制御部は、検出信号を受けたら、前記可変抵抗の電気抵抗値を設定値に増やす。

代わりに、次のようにしてもよい。
受電回路は、前記複数の負荷抵抗の一部に対して設けられたスイッチを有し、
前記スイッチは、開かれることにより、前記複数の負荷抵抗のうち、このスイッチに対応する負荷抵抗へのみ、受電コイルから交流電力が供給されないようにし、
前記可変抵抗の電気抵抗値を調整する抵抗調整部を有し、
抵抗調整部は、前記スイッチを開く制御を行い、または、前記スイッチが開かれる動作を検出するように構成され、
抵抗調整部は、前記スイッチを開く制御を行う場合に、または、前記スイッチが開かれる動作を検出した場合に、前記可変抵抗の電気抵抗値を設定値に増やす。

また、上述の目的を達成するため、本発明によると、上述の給電装置を用いた給電量調整方法であって、
いずれかの負荷抵抗に交流電力が供給されなくなった場合に、前記可変抵抗の電気抵抗値を設定値に増やす、ことを特徴とする給電量調整方法が提供される。

互いに並列に接続された複数の負荷抵抗のうちいずれかの負荷抵抗に交流電力が供給されなくなると、残りの負荷抵抗にかかる電圧が上昇する。これに対応して、可変抵抗の電気抵抗値を増やせば、給電回路側のインピーダンスに対する受電回路側のインピーダンスの比率を、いずれかの負荷抵抗への交流電力供給の停止前後にわたって一定範囲内に保つことができる。これにより、いずれかの負荷抵抗への交流電力供給の停止前後にわたって、負荷抵抗にかかる電圧を一定範囲内に保つことができる。電圧の当該一定範囲は、例えば負荷抵抗が長時間切れないようにする電圧の範囲である。

本発明の課題を説明するための図である。図１の回路の等価回路を示す。本発明の実施形態による給電装置を示す。図３の回路の等価回路を示す。本発明の変更例による給電装置を示す。

本発明の好ましい実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。

図３は、本発明の実施形態による給電装置１０を示す。給電装置１０は、互いに並列に接続された複数の負荷抵抗１９に交流電力を供給する。給電装置１０は、複数の負荷抵抗１９が設けられた受電回路５に非接触で給電する給電回路３を有する。

給電回路３は、インバータ７と給電コイル９を有する。インバータ７は、供給される直流電力を交流電力に変換する。給電コイル９には、インバータ７から交流電力が供給される。給電回路３において、給電コイル９には、コンデンサ１１が直列に接続されている。なお、図３の例では、給電回路３は、整流器１３を有し、整流器１３は、外部電源１５から供給される交流電力を直流電力に変換し、変換した直流電力をインバータ７に供給する。

受電回路５は、受電コイル１７と負荷抵抗１９を有する。受電コイル１７には、給電コイル９から交流電力が非接触で供給される。給電コイル９と受電コイル１７により電磁気結合回路が形成される。電磁気結合回路は、電磁誘導方式または電磁界共鳴方式によるものである。電磁気結合回路により、受電コイル１７に交流電力が生じる。負荷抵抗１９には、受電コイル１７から交流電力が供給される。複数の負荷抵抗１９は、互いに並列に接続されている。各負荷抵抗１９は、一定の電気抵抗値を有するが、これらの電気抵抗値は互いに異なっていてもよい。複数の負荷抵抗１９は、本実施形態では、それぞれ、電流が流れると光を発する複数のハロゲンランプの抵抗である。しかし、本発明によると、負荷抵抗１９は、他の抵抗（例えば他の光源の抵抗）であってもよい。

なお、１つの負荷抵抗１９は、複数の抵抗（例えば複数の光源の抵抗）を直列に接続したものであってもよい。また、受電回路５には、受電コイル１７に直列に接続されたコンデンサ１８が設けられている。

本実施形態によると、いずれかの負荷抵抗１９が切れた場合に、他の負荷抵抗１９が壊れてしまわないようにするために、給電回路３は、さらに、給電コイル９に直列に接続されている可変抵抗２１を有している。この可変抵抗２１の電気抵抗値は、いずれかの負荷抵抗１９が切れた場合に、増やせるようになっている。

いずれかの負荷抵抗１９が切れた場合を、図４に基づいて説明する。

図４は、図３の等価回路を示す。図４において、Ｃ_１は、コンデンサ１１の容量を示し、Ｃ_２は、コンデンサ１８の容量を示し、Ｌ_１は、給電コイル９の自己インダクタンスを示し、Ｌ_２は、受電コイル１７の自己インダクタンスを示し、Ｌ_ｍは、給電コイル９と受電コイル１７の相互インダクタンスを示し、Ｒ_１は、並列接続された複数の負荷抵抗１９の合成抵抗を示し、Ｒ_２は、可変抵抗２１の電気抵抗値を示す。また、図４において、Ｚ_１、Ｚ_２は、それぞれ、破線で囲んだ回路部分のインピーダンスを示す。

いずれかの負荷抵抗１９が切れて当該負荷抵抗１９に交流電力が供給されなくなると、複数の負荷抵抗１９の合成抵抗が増える。これに対応して、前記いずれかの負荷抵抗１９が切れる前後にわたって、Ｚ_２／Ｚ_１が一定範囲内（好ましくは、同じ、またはほぼ同じ）になるように、可変抵抗２１の電気抵抗値Ｒ_２を増やす。これにより、前記いずれかの負荷抵抗１９が切れる前後にわたって、負荷抵抗１９にかかる電圧を一定範囲内（好ましくは、同じ、またはほぼ同じ）に保つことができる。このようにして、正常な負荷抵抗１９が壊れて（すなわち、切れて）しまうことを防止できる。

本実施形態によると、給電装置１０は、いずれかの負荷抵抗１９に交流電力が供給されなくなった旨の検出信号を受ける制御部２３を有する。この制御部２３は、検出信号を受けたら、可変抵抗２１を駆動して、可変抵抗２１の電気抵抗値を設定値に増やす。検出信号は、受電回路５側に設けた異常検出部２５から出力される。異常検出部２５は、受電回路５が設置されている受電側の構造体に設けられる。異常検出部２５は、（例えば、各負荷抵抗１９への電流を検出し、この検出値に基づいて）いずれかの負荷抵抗１９に交流電力が供給されなくなったことを検出し、その旨の前記検出信号を制御部２３に対して出力する。

この検出信号は、図３の例では、送信部２７と受信部２９を介して制御部２３に伝えられる。送信部２７は、受電側の構造体に設けられ、異常検出部２５から前記検出信号を受け、この検出信号を（好ましくは無線で）受信部２９へ伝える。受信部２９は、給電側の構造体に設けられ、送信部２７から前記検出信号を受け、この検出信号を制御部２３へ伝える。なお、受電側の構造体には、受電回路５が設けられており、給電側の構造体には、給電回路３が設けられている。

上述した本発明の実施形態によると、給電コイル９には、可変抵抗２１が直列に接続されているので、いずれかの負荷抵抗１９に交流電力が供給されなくなった時に、可変抵抗２１の電気抵抗値を増やすことができる。これにより、上述のように、負荷抵抗１９にかかる電圧を一定範囲内に維持することができる。この一定範囲は、例えば負荷抵抗１９が長時間切れないようにする電圧の範囲である。

また、異常検出部２５と制御部２３により、いずれかの負荷抵抗１９に交流電力が供給されなくなった時に、可変抵抗２１の電気抵抗値を設定値に自動で増やす。これにより、各負荷抵抗１９にかかる電圧は、上述の一定範囲内に自動で保たれる。なお、上述の設定値は、このような効果が得られるように（例えば実験的に）予め定めておく。

本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、以下の変更例１〜３のいずれかを採用してもよいし、変更例１〜３を任意に組み合わせて採用してもよい。この場合、以下で述べない点は上述と同じであってよい。

（変更例１）
可変抵抗２１の電気抵抗値は、人が手動で変えられるようになっていてもよい。
負荷抵抗１９が、光源の抵抗である場合には、人が、光源が光を発していないことを確認して、可変抵抗２１の電気抵抗値を上述の設定値に増やしてよい。この場合、上述の制御部２３と異常検出部２５と送信部２７と受信部２９を省略してよい。
代わりに、上述の異常検出部２５は、いずれかの負荷抵抗１９に交流電力が供給されなくなった旨の検出信号を出力し、この検知信号に基づいて、適宜の手段により人が検知可能な異常信号を出力してよい。この異常信号は、例えば、音、光などによるものであってよい。人は、異常信号を検知したら、可変抵抗２１の電気抵抗値を上述の設定値に増やしてよい。この場合、上述の制御部２３と送信部２７と受信部２９を省略してよい。

（変更例２）
互いに並列に接続された３つ以上の負荷抵抗１９のうち、１つ目の負荷抵抗１９に交流電力が供給されなくなった場合は、上述の通りである。
この変更例２では、互いに並列に接続された３つ以上の負荷抵抗１９のうち、１つ目の負荷抵抗１９だけでなく２つ目の負荷抵抗１９にも交流電力が供給されなくなった時に、上述の設定値からさらに増やした第２の設定値に負荷抵抗１９の電気抵抗値を増やすようにしてよい。第２の設定値は、１つ目の負荷抵抗１９だけでなく２つ目の負荷抵抗１９にも交流電力が供給されなくなった時においても、残りの負荷抵抗１９にかかる電圧が上述の一定範囲内になるように予め定められる。
また、この場合、異常検出部２５は、１つ目の負荷抵抗１９だけでなく２つ目の負荷抵抗１９にも交流電力が供給されなくなったことを検出したら、その旨の検出信号を出力し、制御部２３は、この検出信号に基づいて、可変抵抗２１の電気抵抗値を第２の設定値に増やす。
なお、互いに並列に接続された４つ以上の負荷抵抗１９のうち、３つまたはそれ以上の負荷抵抗１９に交流電力が供給されなくなった場合も、同様に、第２の設定値からさらに増やした第３の設定値、または、第３の設定値より大きい設定値に負荷抵抗１９の電気抵抗値を増やすようにしてよい。これにより、残りの負荷抵抗１９にかかる電圧が上述の一定範囲内になるようにする。

（変更例３）
複数の負荷抵抗１９のうち、一部の負荷抵抗１９へ交流電力を供給することをスイッチ２（図５を参照）により停止する場合に、可変抵抗２１の電気抵抗値が自動で調整されるようにしてもよい。この場合、図５の構成を採用してよい。

受電回路５は、複数の負荷抵抗１９の一部に対して（対応して）設けられたスイッチ２を有する。スイッチ２は、開かれることにより、互いに並列に接続された複数の負荷抵抗１９のうち、このスイッチ２に対応する負荷抵抗１９へのみ、受電コイル１７から交流電力が供給されないようにする。

給電装置１０は、可変抵抗２１の電気抵抗値を調整する抵抗調整部４を有する。

抵抗調整部４は、スイッチ２を開く制御を行ってよい。この場合、例えば、抵抗調整部４は、スイッチ２を開く旨の指令信号を受け、この指令信号に反応して、スイッチ２を開く制御を行う。抵抗調整部４は、スイッチ２を開く制御を行う時に、可変抵抗２１の電気抵抗値を設定値に増やす制御を行う。
代わりに、抵抗調整部４は、スイッチ２が開かれる動作を検出してもよい。この場合、抵抗調整部４は、スイッチ２が開かれる動作を検出したら、可変抵抗２１の電気抵抗値を設定値に増やす。

抵抗調整部４は、スイッチ２を開く制御を行う時に、または、スイッチ２が開かれる動作を検出したら、次のように、可変抵抗２１の電気抵抗値を設定値に増やす。すなわち、抵抗調整部４は、スイッチ２を開く制御を行う時に、または、スイッチ２が開かれる動作を検出したら、このスイッチ２に対応しない残りの負荷抵抗１９にかかる電圧が上述の一定範囲内になるように予め定められた設定値に、可変抵抗２１の電気抵抗値を増やす。この設定値は、スイッチ２に対応する負荷抵抗１９の数（１つまたは２つ以上）により異なる。図５の例では、スイッチ２に対応する負荷抵抗１９の数は、１つである。

なお、図５の例では、１つのスイッチ２を示しているが、複数のスイッチ２を設けてもよい。この場合、複数のスイッチ２は、互いに異なる負荷抵抗１９に対応し、各スイッチ２の作用と抵抗調整部４の動作は、上述と同じである。

抵抗調整部４は、図５の例では、受電回路５が設置されている受電側の構造体に設けられている。この場合、抵抗調整部４は、（好ましくは無線通信を用いて）給電側の構造体に設けた駆動部（図示せず）を制御し、これにより、この駆動部が、上述のように可変抵抗２１の電気抵抗値を設定値に増やしてよい。なお、抵抗調整部４は、給電回路３が設置されている給電側の構造体に設けられていてもよいし、他の構造体に設けられていてもよい。

この変更例３において、上述の制御部２３と異常検出部２５と送信部２７と受信部２９は、設けられていてもよいし、省略されてもよい。

２スイッチ、３給電回路、４抵抗調整部、５受電回路、７インバータ、９給電コイル、１０給電装置、１１コンデンサ、１３整流器、１５外部電源、１７受電コイル、１８コンデンサ、１９負荷抵抗、２１可変抵抗、２３制御部、２５異常検出部、２７送信部、２９受信部、３１給電回路、３３外部電源、３５整流器、３７インバータ、３９給電コイル、４１、４２コンデンサ、４３受電回路、４５受電コイル、４７負荷抵抗

Claims

互いに並列に接続された複数の負荷抵抗に交流電力を供給する給電装置であって、
前記複数の負荷抵抗が設けられた受電回路に非接触で給電する給電回路を有し、
給電回路は、
入力される直流電力を交流電力に変換するインバータと、
変換された交流電力が供給される給電コイルと、を有し、
受電回路は、
給電コイルから非接触で給電される受電コイルと、
受電コイルから交流電力が供給される複数の負荷抵抗と、を有し、
給電回路は、給電コイルに直列に接続されている可変抵抗を有している、ことを特徴とする給電装置。
いずれかの負荷抵抗に交流電力が供給されなくなった旨の検出信号を受ける制御部を有し、
この制御部は、検出信号を受けたら、前記可変抵抗の電気抵抗値を設定値に増やす、ことを特徴とする請求項１に記載の給電装置。
受電回路は、前記複数の負荷抵抗の一部に対して設けられたスイッチを有し、
前記スイッチは、開かれることにより、前記複数の負荷抵抗のうち、このスイッチに対応する負荷抵抗へのみ、受電コイルから交流電力が供給されないようにし、
前記可変抵抗の電気抵抗値を調整する抵抗調整部を有し、
抵抗調整部は、前記スイッチを開く制御を行い、または、前記スイッチが開かれる動作を検出するように構成され、
抵抗調整部は、前記スイッチを開く制御を行う場合に、または、前記スイッチが開かれる動作を検出した場合に、前記可変抵抗の電気抵抗値を設定値に増やす、ことを特徴とする請求項１に記載の給電装置。
請求項１に記載の給電装置を用いた給電量調整方法であって、
いずれかの負荷抵抗に交流電力が供給されなくなった場合に、前記可変抵抗の電気抵抗値を設定値に増やす、ことを特徴とする給電量調整方法。