JP2014079107A - 非接触受電装置および非接触電力伝送システム - Google Patents
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Abstract
受電コイル側の直流出力電圧や直流出力電流が急激に変化した場合に、電源装置から受電コイル側を見たときのインピーダンスの急激な変化を抑えて、送電コイル側の各回路素子を保護すること。
【解決手段】
ワイヤレス受電装置108は、スイッチング素子SW1〜SW4をオン・オフ制御する制御部170と、を含み、制御部170がスイッチング素子SW1〜SW4を制御することにより、出力検出部150からの信号が第1のしきい値に達した時に、ブリッジ型回路140が整流回路として動作する整流型ループ電流モードと、ブリッジ型回路140が受電コイル130を短絡する短絡回路として動作する短絡型ループ電流モードとが交互に切り替わる電圧クランプモードで動作する。
【選択図】図2
Description
図1は、本発明の第1の実施形態に係る非接触電力伝送システム100のシステム構成ブロック図であり、図2は非接触電力伝送システム100の詳細なシステム構成図である。図1および図2に示す非接触電力伝送システム100は、非接触給電装置104と非接触受電装置108を備え、非接触給電装置104から非接触受電装置108へ非接触(ワイヤレス)で電力伝送を行うものである。
非接触給電装置104は、送電コイル120と、送電コイルに交流電力を供給する電源装置110とを含む。非接触受電装置108は、受電コイル130と、受電キャパシタ132と、ブリッジ型回路140と、平滑回路142と、制御部170と、出力検出部150と、受電電圧検出部160と、受電装置動作制限部180を含む。
以上のような構成の非接触電力伝送システム100の動作について説明する前に、まず、図11に関連して、「整流型ループ電流モード」と「短絡型ループ電流モード」の2つのモードについて説明する。「整流型ループ電流モード」と「短絡型ループ電流モード」は、非接触受電装置108の動作モードを、非接触受電装置108にて形成されるループ電流のタイプで分類したものである。
次に、非接触電力伝送システム100の動作について説明する。まず、非接触電力伝送システムの動作を、通常動作モードおよび電圧クランプモードに分けて説明する。通常動作モードは、非接触受電装置202の出力端子T1,T2から負荷(図示せず)に直流電力を供給する定常時の動作モードである。電圧クランプモードは、異常時(例えば、負荷の不具合で、出力端子T1,T2間の直流出力電圧V0が急激に上昇して過電圧となったり、直流出力電流I0が急激に上昇して過電流となったりした時)に、ブリッジ型回路140のスイッチング素子SW1〜SW4を制御して所定の出力電圧になるように調整するモードである。以下、直流出力電圧V0が過電圧となった場合を例にして、非接触電力伝送システム100の動作を説明する。受電コイル130を流れる交流電流(受電電流I1)の向きは、図2に示される矢印の向きを第1の方向、第1の方向と反対方向を第2の方向とする。
図1および図2に示される非接触電力伝送システム100の非接触受電装置108は、定常時には通常動作モードで動作する。通常動作モードでは、直流出力電圧V0は、その電圧値が所定の範囲に入るように調整されて負荷に供給される。
受電電流I1が第1の方向に流れる期間T11では、制御部170は、高レベルに固定された制御信号SG1,SG4を生成しスイッチング素子SW1,SW4にそれぞれ供給し、低レベルに固定された制御信号SG2、SG3を生成しスイッチング素子SW2,SW3にそれぞれ供給する。この時、図4(A)に示されるように、受電コイル130、受電キャパシタ132、スイッチング素子SW1、平滑キャパシタC1、スイッチング素子SW4を順に通るループ電流L11が流れる。また、期間T11に含まれるデッドタイムtdの期間では、制御部170は、低レベルに固定された制御信号SG1〜SG4を生成しスイッチング素子SW1〜SW4にそれぞれ供給する。この時、受電コイル130、受電キャパシタ132、ダイオードD1、平滑キャパシタC1、ダイオードD4を順に通るループ電流L11が流れる。期間T11におけるループ電流L11は図11(A)に示される整流型ループ電流モードの第1の整流型ループ電流L1Aである。期間T11では、ブリッジ型回路140は同期整流回路として機能する。
次に、図5に関連して、電圧クランプモードにおける動作を説明する。図5(A)は、図1および図2の非接触受電装置108の、通常動作モード及び電圧クランプモードにおける直流出力電圧V0の変化を示している。図1および図2の非接触受電装置108の、通常動作モード及び電圧クランプモードにおける制御信号SG1〜SG4のタイミング波形を示している。
電圧クランプモードでは、短絡型ループ電流モードと整流型ループ電流モードとが交互に切り替えられる。期間T211と期間T212とで規定される動作モード切り替え周期をP21、期間T221と期間T222とで規定される動作モード切り替え周期をP22で表すと、切り替え周期P21およびP22は交流周期P1よりも小さい。また、切り替え周期P21(またはP22)の正の整数倍が交流周期P1となるように切り替え周期が定められている。これにより、各期間を定めるための基準信号を発生しやすくなる。また、通常動作モードと電圧クランプモードとを同期させることが容易になる。
非接触電力伝送システム100は通常動作モードで動作している場合、直流出力電圧V0は、その電圧値が所定の範囲に入るように調整されているため、送電側インピーダンスZtも所定の範囲に調整されている。時刻t1において、非接触受電装置108は通常動作モードから電圧クランプモードに移行する。電圧クランプモードにおける短絡型ループ電流モードは、受電コイル130(または受電キャパシタ132を備える場合には受電LC共振回路)の両端を短絡する短絡モードであるため、整流型ループ電流モードと短絡型ループ電流モードを切り替える動作を継続することにより直流出力電圧V0を低下させることができる。
図5(A),(B)に示されるように、時刻t2において、直流出力電圧V0が第2のしきい値以下となると、制御部170は、電圧クランプモードにおける切り替え周期を調整して、直流電圧出力信号SV0が第2のしきい値を保つようにする。調整された切り替え周期(期間T211´と期間T212´で規定される切り替え周期P21´、または期間T221´と期間T222´で規定される切り替え周期P22´)は、切り替え周期P21(または切り替え周期P22)よりも大きく、かつ、交流周期P1よりも小さい。これにより、送電側インピーダンスZtもほぼ一定に保たれるため、送電コイル120側の各回路素子にかかる電圧や各回路素子に流れる電流の変化が更に抑えられ、送電コイル側120側の各回路素子を更に効果的に保護することができる。
図8は、本発明の第2の実施形態に係る非接触電力伝送システム100Bのシステム構成図である。図8に示す非接触電力伝送システム100Bは、非接触給電装置104Bと非接触受電装置108Bを備え、非接触給電装置104Bから非接触受電装置108Bへ非接触(ワイヤレス)で電力伝送を行うものである。第2の実施形態における非接触電力伝送システム100Bには、非接触給電装置104Bに、給電側受信部220と給電側装置動作制限部210が追加される。また、非接触受電装置108Bには受電側送信部230が追加される。その他の点は第1の実施形態と同様である。
第1および第2の実施の形態では、非接触受電装置108は、電圧クランプモードを継続した後に、非接触受電装置108の動作を制限していたが、これに限らない。例えば、図9に示されるように、出力検出部150からの検出値が第1のしきい値を超えて電圧クランプモードで動作した際に、所定時間(例えば15msec)以内に、検出値が第3のしきい値以下になるという条件を満たした場合には、電圧クランプモードから通常動作モードに移行させるようにしてもよい。ここで、第3のしきい値は、第2のしきい値よりも大きく第1のしきい値よりも小さな値である。この場合にも、第1および第2の実施の形態と同様の利点が得られる。
Claims (9)
- 送電コイルからワイヤレスにて送電される交流電力を受電コイルにて受電する装置であって、
前記受電コイルと、
ブリッジ型に接続された整流素子および前記受電コイルを短絡するスイッチング素子を備えるブリッジ型回路と、
前記ブリッジ型回路に接続された平滑回路と、
前記平滑回路からの出力電圧または出力電流を検出する出力検出部と、
前記スイッチング素子をオン・オフ制御する制御部と、
を含み、
前記制御部が前記スイッチング素子を制御することにより、前記出力検出部からの信号が第1のしきい値に達した時に、前記ブリッジ型回路が整流回路として動作する整流型ループ電流モードと、前記ブリッジ型回路が前記受電コイルを短絡する短絡回路として動作する短絡型ループ電流モードとが交互に切り替わる電圧クランプモードで動作する非接触受電装置。 - 前記整流型ループ電流モードで動作する通常動作モードを有し、前記制御部が前記スイッチング素子を制御することにより、前記検出信号が前記第1のしきい値に達した時に、前期通常動作モードから前記電圧クランプモードへと切り替わる請求項1に記載の非接触受電装置。
- 前記スイッチング素子は前記整流素子に並列接続され、
前記通常動作モードにおいて、前記ブリッジ型回路が同期整流回路として動作する請求項2に記載の非接触受電装置。 - 前記スイッチング素子は前記整流素子に並列接続され、
前記電圧クランプモードにおいて、前記ブリッジ型回路がダイオード整流回路として動作する請求項2に記載の非接触受電装置。 - 前記制御部は、前記電圧クランプモードにおいて、前記出力検出部からの信号が、前記第1のしきい値とは異なる第2のしきい値となるように、前記整流型ループ電流モードと前記短絡型ループ電流モードの切り替え周期を調整すると請求項1から4にいずれかに記載の非接触受電装置。
- 請求項1から5のいずれかに記載の非接触受電装置と、
前記送電コイルと、前記送電コイルに交流電力を供給する電源装置と、を含む、非接触給電装置と、
からなる非接触電力伝送システム。 - 前記電圧クランプモードを所定時間継続した後に、前記非接触受電装置の動作を制限する請求項6に記載の非接触電力伝送システム。
- 前記出力検出部からの信号が第1のしきい値に達した時に、前記非接触受電装置から前記非接触給電装置に、前記非接触給電装置の動作を制限する給電動作制限信号を送信する請求項6に記載の非接触電力伝送システム。
- 前記給電動作制限信号を送信した後に、前記非接触受電装置の動作を制限する請求項8に記載の非接触電力伝送システム。
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