JP2017225232A - Non-contact power supply device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a non-contact power supply device that can suppress a reduction in the amount of energy transmission power even when the distance between a coil on a power transmission side and a coil on a power reception side is changed.SOLUTION: A non-contact power supply device 1 comprises: a power transmission device 10 that includes a power transmission resonance circuit 14 including a power transmission coil 141 transmitting power in a non-contact manner; and a power reception device 20 to which a power is transmitted from the power transmission device 10. The power reception device 20 includes a power reception capacitor 212, a power reception coil 211 that is connected to one end of the power reception capacitor 212 and can receive a power transmitted from the power transmission coil 141, and a load circuit voltage detector 25 that detects a load circuit voltage output to a load circuit 26 connected to the power reception device 20. The power reception device 20 further includes a resonant frequency changing circuit 22 that, when the load circuit voltage is equal to or larger than a first threshold voltage, changes a resonant frequency of the power reception device 20. When a first changing capacitor and the power reception coil and power reception capacitor are electrically connected, the resonant frequency is changed, and thereby a voltage gain is reduced.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、非接触給電装置に関する。   The present invention relates to a non-contact power feeding device.

従来より、金属の接点などを介さずに、空間を通じて電力を伝送する、いわゆる非接触給電(ワイヤレス給電とも呼ばれる)技術が研究されている。   2. Description of the Related Art Conventionally, so-called non-contact power feeding (also called wireless power feeding) technology that transmits power through a space without using a metal contact has been studied.

非接触給電技術の一つとして、磁界共鳴(磁界共振結合、あるいは磁気共鳴とも呼ばれる)方式が知られている(例えば、特許文献1を参照)。磁界共鳴方式では、送電側と受電側のそれぞれにコイルを含む共振回路が設けられ、それら共振回路の共振周波数を同調させることで、送電側のコイルと受電側のコイルとの間に磁界共鳴によるエネルギー伝送可能な磁界の結合状態が生じる。これにより、送電側のコイルから受電側のコイルへと、空間を介して電力が伝送される。磁界共鳴方式による非接触給電では、数10%程度のエネルギー伝送効率を達成することが可能であり、かつ、送電側のコイルと受電側のコイル間の距離を比較的大きくすることが可能である。例えば、各コイルが数10cm程度のサイズを有する場合、送電側のコイルと受電側のコイル間の距離を、数10cm〜1m以上とすることができる。   As one of non-contact power feeding techniques, a magnetic field resonance (also called magnetic resonance coupling or magnetic resonance) method is known (see, for example, Patent Document 1). In the magnetic field resonance method, a resonance circuit including a coil is provided on each of the power transmission side and the power reception side, and the resonance frequency of the resonance circuit is tuned so that magnetic resonance occurs between the power transmission side coil and the power reception side coil. A coupling state of magnetic fields capable of transmitting energy occurs. Thereby, electric power is transmitted from the coil on the power transmission side to the coil on the power reception side through the space. In the non-contact power feeding by the magnetic field resonance method, it is possible to achieve an energy transmission efficiency of about several tens of percent, and the distance between the power transmission side coil and the power reception side coil can be made relatively large. . For example, when each coil has a size of about several tens of centimeters, the distance between the coil on the power transmission side and the coil on the power reception side can be several tens cm to 1 m or more.

一方、磁界共鳴方式では、送電側のコイルと受電側のコイル間の距離が最適な距離よりも近づくと、エネルギー伝送電力量が低下することが知られている(例えば、特許文献2を参照)。これは、二つのコイル間の距離に応じてその二つのコイル間の結合度が変化し、二つのコイル間の共振周波数が変化することによる。二つのコイル間の距離が適切な場合、二つのコイル間の共振周波数は一つであり、その共振周波数は、コイルのインダクタンスとコンデンサのキャパシタンスで決定される、送電側及び受電側の共振回路の共振周波数と等しい。しかし、二つのコイル間の距離が近くなり、結合度が高くなると、その二つのコイル間の共振周波数は二つ表れる。その一つは、各共振回路自身の共振周波数よりも高い周波数となり、他の一つは、各共振回路自身の共振周波数よりも低い周波数となる。このように、結合度が高くなると、二つのコイル間の共振周波数と、各共振回路自身の共振周波数とが一致しなくなるために、その共振回路の共振周波数を持つ交流電力を送電側の共振回路に供給しても、コイル間の共振がうまく生じないため、エネルギー伝送電力量が低下する。   On the other hand, in the magnetic field resonance method, when the distance between the coil on the power transmission side and the coil on the power reception side is closer than the optimum distance, it is known that the amount of energy transmission power decreases (for example, see Patent Document 2). . This is because the degree of coupling between the two coils changes according to the distance between the two coils, and the resonance frequency between the two coils changes. When the distance between the two coils is appropriate, the resonance frequency between the two coils is one, and the resonance frequency is determined by the inductance of the coil and the capacitance of the capacitor. Equal to the resonance frequency. However, when the distance between the two coils becomes close and the degree of coupling increases, two resonance frequencies appear between the two coils. One is a frequency higher than the resonance frequency of each resonance circuit itself, and the other is a frequency lower than the resonance frequency of each resonance circuit itself. As described above, when the degree of coupling increases, the resonance frequency between the two coils and the resonance frequency of each resonance circuit itself do not match. Therefore, AC power having the resonance frequency of the resonance circuit is supplied to the resonance circuit on the power transmission side. Even if it supplies to, since the resonance between coils does not arise well, energy transmission electric energy falls.

そこで、特許文献2に開示された送電装置は、磁界共鳴を生じる共振周波数において共振する受電共振コイルに対し、電源部から供給された電力を磁界エネルギーとして送電する受電共振コイルと共振点が異なる送電コイルを有する。これにより、この送電装置は、磁界共鳴を利用せずに、送電コイルと受電共振コイル間での電力の送受電を可能としている。   Therefore, the power transmission device disclosed in Patent Document 2 has a resonance point different from that of the power reception resonance coil that transmits power supplied from the power supply unit as magnetic field energy to the power reception resonance coil that resonates at a resonance frequency that causes magnetic field resonance. It has a coil. Thereby, this power transmission device enables power transmission / reception between the power transmission coil and the power reception resonance coil without using magnetic field resonance.

また、特許文献3には、受電側共振回路の出力電圧が所定値より高い場合に、保護スイッチをオンしてコイル及びコンデンサを含む閉ループを形成し、受電側共振回路の共振周波数をずらして、受電装置に過電圧の発生を防止することが記載される。   Further, in Patent Document 3, when the output voltage of the power reception side resonance circuit is higher than a predetermined value, the protection switch is turned on to form a closed loop including a coil and a capacitor, and the resonance frequency of the power reception side resonance circuit is shifted, Preventing the occurrence of overvoltage in the power receiving device is described.

また、特許文献4には、盗電を防止するために、受電側コードと送電側コードとが対応しないときに、可変容量コンデンサの容量を変更して、受電装置側において十分な電力が得られないような値に共振周波数を設定することが記載される。   Also, in Patent Document 4, in order to prevent theft, when the power receiving side cord does not correspond to the power transmission side cord, the capacity of the variable capacitor is changed, and sufficient power cannot be obtained on the power receiving device side. It is described that the resonance frequency is set to such a value.

特表2009−501510号公報Special table 2009-501510 国際公開第2011/064879号International Publication No. 2011-064879 特開2015−208136号公報JP2015-208136A 特開2011−211895号公報JP 2011-2111895 A

特許文献3に示す方法では、保護スイッチがオンしてコイル及びコンデンサを含む閉ループを形成して共振周波数をずらすため、保護スイッチがオンする間に閉ループに流れる電流は電力伝送に寄与せず、伝送効率を低下させるおそれがある。また、特許文献3に示す方法では、受電側共振回路の出力電圧が所定値より高くなる状態が頻繁に発生する場合には、閉ループを形成するコイル及びコンデンサ等に過電流が頻繁に流れて、発熱し損傷するおそれがある。   In the method shown in Patent Document 3, since the protection switch is turned on to form a closed loop including a coil and a capacitor to shift the resonance frequency, the current flowing in the closed loop while the protection switch is turned on does not contribute to power transmission. May reduce efficiency. Further, in the method shown in Patent Document 3, when a state in which the output voltage of the power reception side resonance circuit is higher than a predetermined value frequently occurs, an overcurrent frequently flows in a coil and a capacitor that form a closed loop, There is a risk of overheating and damage.

また、特許文献4に示す方法では、軽負荷回路時等の所定の条件下では、可変容量コンデンサの容量の変化に対する電圧利得の変化が小さくなるため、過電圧の発生を充分に防止できないおそれがある。   Further, in the method shown in Patent Document 4, the change in the voltage gain with respect to the change in the capacitance of the variable capacitor becomes small under a predetermined condition such as in a light load circuit, so that it may not be possible to sufficiently prevent the occurrence of overvoltage. .

そこで、本発明は、負荷回路の大きさ等の条件の変化にかかわらず、過電圧の発生を防止可能な非接触給電装置を提供することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a non-contact power feeding device that can prevent the occurrence of overvoltage regardless of changes in conditions such as the size of a load circuit.

本発明の一つの形態として、非接触で電力伝送する送電コイルを含む送電共振回路を有する送電装置と、送電装置から電力伝送される受電装置とを有する非接触給電装置が提供される。受電装置は、受電コンデンサと、受電コンデンサの一端と接続され、送電コイルとの間で電力伝送可能な受電コイルとを有する受電共振回路と、受電装置に接続される負荷回路に出力される負荷回路電圧を検出する負荷回路電圧検出器とを有する。受電装置は、受電共振回路に接続された共振周波数変更回路を更に有する。共振周波数変更回路は、受電コンデンサの他端に一端が接続され且つ他端が受電コイルに接続された第1変更コンデンサと、オン指示信号が入力されているときに、第1変更コンデンサと受電コイル及び受電コンデンサとの間を電気的に接続し、オン指示信号が入力されていないときに、第1変更コンデンサと受電コイル及び受電コンデンサとの間の電気的な接続を遮断する第1変更スイッチと、負荷回路電圧が第1しきい値電圧以上のときに、オン指示信号を第1変更スイッチに出力する過電圧判定回路とを有する。この非接触給電装置は、第1変更コンデンサと受電コイル及び受電コンデンサとの間を電気的に接続したときに、共振周波数変更回路によって共振周波数が変化することにより電圧利得を落とす。   As one form of this invention, the non-contact electric power feeder which has a power transmission apparatus which has a power transmission resonance circuit containing the power transmission coil which transmits electric power non-contactingly, and the power receiving apparatus which transmits electric power from a power transmission apparatus is provided. The power receiving device includes a power receiving resonance circuit having a power receiving capacitor and a power receiving coil connected to one end of the power receiving capacitor and capable of transmitting power to and from the power transmitting coil, and a load circuit output to a load circuit connected to the power receiving device A load circuit voltage detector for detecting a voltage. The power receiving apparatus further includes a resonance frequency changing circuit connected to the power receiving resonance circuit. The resonance frequency changing circuit includes: a first changing capacitor having one end connected to the other end of the receiving capacitor and the other end connected to the receiving coil; and the first changing capacitor and the receiving coil when an ON instruction signal is input. And a first change switch that cuts off the electrical connection between the first change capacitor and the power reception coil and the power reception capacitor when the ON instruction signal is not input. And an overvoltage determination circuit that outputs an ON instruction signal to the first change switch when the load circuit voltage is equal to or higher than the first threshold voltage. In the non-contact power supply device, when the first change capacitor, the power receiving coil, and the power reception capacitor are electrically connected, the resonance frequency is changed by the resonance frequency change circuit, thereby reducing the voltage gain.

この場合において、第1変更スイッチは、ソースが接地されたnチャネル型のMOSFETであることが好ましい。   In this case, the first change switch is preferably an n-channel MOSFET whose source is grounded.

この非接触給電装置において、共振周波数変更回路は、受電コンデンサに並列接続された第2変更コンデンサと、オン指示信号が入力されているときに、第2変更コンデンサと受電コイル及び受電コンデンサとの間を電気的に接続し、オン指示信号が入力されていないときに、第2変更コンデンサと受電コイル及び受電コンデンサとの間の電気的な接続を遮断する第2変更スイッチと、を更に有し、過電圧判定回路は、負荷回路電圧が第1しきい値電圧以上のときに、オン指示信号を第2変更スイッチに更に出力することが好ましい。   In this non-contact power feeding device, the resonance frequency changing circuit includes a second changing capacitor connected in parallel to the power receiving capacitor, and between the second changing capacitor, the power receiving coil, and the power receiving capacitor when the ON instruction signal is input. And a second change switch that cuts off the electrical connection between the second change capacitor and the receiving coil and the receiving capacitor when the ON instruction signal is not input, The overvoltage determination circuit preferably further outputs an ON instruction signal to the second change switch when the load circuit voltage is equal to or higher than the first threshold voltage.

この場合において、第1変更スイッチ及び第2変更スイッチは、ソースが接地されたnチャネル型のMOSFETであることが好ましい。   In this case, the first change switch and the second change switch are preferably n-channel MOSFETs whose sources are grounded.

この非接触給電装置において、受電装置は、負荷回路電圧が第1しきい値電圧以上のときに、過電圧状態であることを示す過電圧信号を送信する過電圧信号送信回路を更に有し、送電装置は、送電共振回路に交流電圧を供給する電力供給回路と、過電圧信号を受信する過電圧信号受信回路と、過電圧信号受信回路から過電圧信号が入力されたときに、電力供給回路の動作周波数を低下させる制御回路とを有することが好ましい。   In this contactless power supply device, the power receiving device further includes an overvoltage signal transmission circuit that transmits an overvoltage signal indicating that the load circuit voltage is overvoltage when the load circuit voltage is equal to or higher than the first threshold voltage. A power supply circuit that supplies an AC voltage to the power transmission resonance circuit, an overvoltage signal receiver circuit that receives an overvoltage signal, and a control that lowers the operating frequency of the power supply circuit when an overvoltage signal is input from the overvoltage signal receiver circuit It is preferable to have a circuit.

本発明に係る非接触給電装置は、負荷回路の大きさ等の条件の変化にかかわらず、過電圧の発生を防止できるという効果を奏する。   The non-contact power feeding device according to the present invention has an effect that it is possible to prevent the occurrence of overvoltage regardless of changes in conditions such as the size of the load circuit.

第1実施形態に係る非接触給電装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the non-contact electric power feeder which concerns on 1st Embodiment. 受電コンデンサの容量を変化させたときの負荷回路電圧の変化を示す図である。It is a figure which shows the change of the load circuit voltage when changing the capacity | capacitance of a receiving capacitor. 図1に示す非接触給電装置の動作周波数と負荷回路電圧との関係を示す図であり、(a)は第1変更スイッチがオフした状態の動作周波数と負荷回路電圧との関係を示す図であり、(b)は負荷回路が比較的重いときに第1変更スイッチがオンした状態の動作周波数と負荷回路電圧との関係を示す図であり、(c)は負荷回路が比較的軽いときに第1変更スイッチがオンした状態の動作周波数と負荷回路電圧との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the operating frequency of the non-contact electric power supply shown in FIG. 1, and a load circuit voltage, (a) is a figure which shows the relationship between the operating frequency and load circuit voltage in the state where the 1st change switch was turned off. (B) is a diagram showing the relationship between the operating frequency and the load circuit voltage when the first change switch is turned on when the load circuit is relatively heavy, and (c) when the load circuit is relatively light. It is a figure which shows the relationship between the operating frequency of the state in which the 1st change switch was turned on, and load circuit voltage. 第2実施形態に係る非接触給電装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the non-contact electric power feeder which concerns on 2nd Embodiment. 図4に示す非接触給電装置の動作周波数と負荷回路電圧との関係を示す図であり、(a)は第1変更スイッチがオフした状態の動作周波数と負荷回路電圧との関係を示す図であり、(b)は負荷回路が比較的重いときに第1変更スイッチがオンした状態の動作周波数と負荷回路電圧との関係を示す図であり、(c)は負荷回路が比較的軽いときに第1変更スイッチがオンした状態の動作周波数と負荷回路電圧との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the operating frequency of the non-contact electric power supply shown in FIG. 4, and a load circuit voltage, (a) is a figure which shows the relationship between the operating frequency and load circuit voltage in the state where the 1st change switch was turned off. (B) is a diagram showing the relationship between the operating frequency and the load circuit voltage when the first change switch is turned on when the load circuit is relatively heavy, and (c) when the load circuit is relatively light. It is a figure which shows the relationship between the operating frequency of the state in which the 1st change switch was turned on, and load circuit voltage. 第3実施形態に係る非接触給電装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the non-contact electric power feeder which concerns on 3rd Embodiment. (a)は過電圧信号が入力されたときに図6に示す制御回路からゲートドライバに出力される制御信号を示す図であり、(b)は図6に示すスイッチング素子のドレイン電流の一例を示す図である。(A) is a figure which shows the control signal output to a gate driver from the control circuit shown in FIG. 6 when an overvoltage signal is input, (b) shows an example of the drain current of the switching element shown in FIG. FIG. 第4実施形態に係る非接触給電装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the non-contact electric power feeder which concerns on 4th Embodiment. 図8に示す送電共振回路及び受電共振回路を含む送電回路の等価回路図である。FIG. 9 is an equivalent circuit diagram of a power transmission circuit including the power transmission resonance circuit and the power reception resonance circuit illustrated in FIG. 8. 図9に示した等価回路のインピーダンスの周波数特性の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the frequency characteristic of the impedance of the equivalent circuit shown in FIG. 第5実施形態に係る非接触給電装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the non-contact electric power feeder which concerns on 5th Embodiment. 識別番号を有さない不図示の受電装置が図11に示す送電装置に近接して配置された状態のタイミングチャートである。12 is a timing chart in a state where a power receiving device (not shown) that does not have an identification number is disposed in proximity to the power transmitting device illustrated in FIG. 11. (a)は図11に示す送電コイルと受電コイルとの間の結合度が0.3のときのタイミングチャートであり、(b)は(a)に示す状態において送電電流検出回路が検出する送電電流と負荷回路電圧検出器が検出する負荷回路電圧との測定値の一例を示す図である。(A) is a timing chart when the degree of coupling between the power transmission coil and the power reception coil shown in FIG. 11 is 0.3, and (b) is a power transmission detected by the power transmission current detection circuit in the state shown in (a). It is a figure which shows an example of the measured value of an electric current and the load circuit voltage which a load circuit voltage detector detects. 図13に示す状態から図11に示す受電装置が送電装置に更に近接して結合度が0.3から0.5に変化する状態のタイミングチャートである。14 is a timing chart in a state where the power receiving device shown in FIG. 11 further approaches the power transmission device and the degree of coupling changes from 0.3 to 0.5 from the state shown in FIG. 図11に示す受電装置の負荷回路が図14に示す状態から小さくなる状態のタイミングチャートである。FIG. 15 is a timing chart in a state where the load circuit of the power receiving device illustrated in FIG. 11 is smaller than the state illustrated in FIG. 14. 受電コイルと受電コンデンサとの間に第1変更コンデンサ及び第1変更スイッチが配置された非接触給電装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the non-contact electric power feeder by which the 1st change capacitor and the 1st change switch are arrange | positioned between a receiving coil and a receiving capacitor. (a)は図1に示す非接触給電装置の送電回路の等価回路図であり、(b)は図16に示す非接触給電装置の送電回路の等価回路図である。(A) is an equivalent circuit diagram of the power transmission circuit of the non-contact power feeding device shown in FIG. 1, and (b) is an equivalent circuit diagram of the power transmission circuit of the non-contact power feeding device shown in FIG. (a)は図16に示す非接触給電装置において負荷回路が比較的重いときに第1変更スイッチがオンした状態の動作周波数と負荷回路電圧との関係を示す図であり、(b)は図16に示す非接触給電装置において負荷回路が比較的軽いときに第1変更スイッチがオンした状態の動作周波数と負荷回路電圧との関係を示す図である。(A) is a figure which shows the relationship between the operating frequency and load circuit voltage of the state which the 1st change switch turned on when the load circuit is comparatively heavy in the non-contact electric power feeder shown in FIG. 16, (b) is a figure. 16 is a diagram illustrating a relationship between an operating frequency and a load circuit voltage in a state where a first change switch is turned on when the load circuit is relatively light in the contactless power supply device illustrated in FIG.

以下、本発明の一つの実施形態による非接触給電装置、及びその制御方法を、図を参照しつつ説明する。上記のように、送電側のコイルと受電側のコイル間の共振を利用する非接触給電では、送電側のコイル(以下、送電コイルと呼ぶ)と受電側のコイル(以下、受電コイルと呼ぶ)間の距離に応じて、結合度が変化する。送電コイルと受電コイルとの間の距離が近くなると、結合度が大きくなることに応じて、受電装置が受電する受電電圧は高くなる。一方、送電コイルと受電コイルとの間の距離が遠くなると、結合度が小さくなることに応じて、受電装置が受電する受電電圧は低くなる。この非接触給電装置は、結合度が大きくなり受電装置が受電する受電電圧が所定の電圧以上になると、受電共振回路の共振周波数を変化させて、受電装置が受電可能な電圧の最大値を抑制する。より具体的には、共振周波数変更回路は、第1変更コンデンサと、第1変更スイッチと、過電圧判定回路とを有し、受電共振回路に接続される。第1変更コンデンサは、受電コンデンサの他端に一端が接続され且つ他端が受電コイルに接続される。第1変更スイッチは、オン指示信号が入力されているときに、第1変更コンデンサと受電コイル及び受電コンデンサとの間を電気的に接続する。また、第1変更スイッチは、オン指示信号が入力されていないときに、第1変更コンデンサと受電コイル及び受電コンデンサとの間の電気的な接続を遮断する。過電圧判定回路は、負荷回路電圧が第1しきい値電圧以上のときに、オン指示信号を第1変更スイッチに出力する。   Hereinafter, a non-contact power feeding device and a control method thereof according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. As described above, in non-contact power feeding using resonance between a power transmission side coil and a power reception side coil, a power transmission side coil (hereinafter referred to as a power transmission coil) and a power reception side coil (hereinafter referred to as a power reception coil). The degree of coupling changes according to the distance between them. As the distance between the power transmission coil and the power reception coil becomes shorter, the power reception voltage received by the power reception device increases as the degree of coupling increases. On the other hand, when the distance between the power transmission coil and the power reception coil increases, the power reception voltage received by the power reception device decreases as the degree of coupling decreases. This contactless power supply device suppresses the maximum voltage that can be received by the power receiving device by changing the resonance frequency of the power receiving resonant circuit when the coupling degree increases and the power receiving voltage received by the power receiving device exceeds a predetermined voltage. To do. More specifically, the resonance frequency changing circuit includes a first changing capacitor, a first changing switch, and an overvoltage determination circuit, and is connected to the power receiving resonance circuit. The first change capacitor has one end connected to the other end of the power receiving capacitor and the other end connected to the power receiving coil. The first change switch electrically connects the first change capacitor, the power receiving coil, and the power receiving capacitor when the ON instruction signal is input. Further, the first change switch cuts off the electrical connection between the first change capacitor, the power receiving coil, and the power receiving capacitor when the ON instruction signal is not input. The overvoltage determination circuit outputs an ON instruction signal to the first change switch when the load circuit voltage is equal to or higher than the first threshold voltage.

図1は、本発明の第1実施形態に係る非接触給電装置の概略構成図である。図1に示されるように、非接触給電装置1は、送電装置10と、送電装置10から空間を介して電力伝送される受電装置20とを有する。送電装置10は、電力供給回路11と、送電コイル141及び送電コンデンサ142を有する送電共振回路14と、送電電圧検出回路15と、ゲートドライバ16と、制御回路17とを有する。一方、受電装置20は、受電共振回路21と、共振周波数変更回路22と、整流回路23と、平滑コンデンサ24と、負荷回路電圧検出器25と、負荷回路26とを有する。受電共振回路21は、受電コイル211と、受電コンデンサ212とを有する。共振周波数変更回路22は、第1変更コンデンサ221と、第1変更スイッチ222と、過電圧判定回路223とを有する。整流回路23は、第1整流ダイオード231と、第2整流ダイオード232とを有する。   FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a contactless power feeding device according to a first embodiment of the present invention. As illustrated in FIG. 1, the contactless power supply device 1 includes a power transmission device 10 and a power reception device 20 that transmits power from the power transmission device 10 via a space. The power transmission device 10 includes a power supply circuit 11, a power transmission resonance circuit 14 including a power transmission coil 141 and a power transmission capacitor 142, a power transmission voltage detection circuit 15, a gate driver 16, and a control circuit 17. On the other hand, the power receiving device 20 includes a power receiving resonance circuit 21, a resonance frequency changing circuit 22, a rectifier circuit 23, a smoothing capacitor 24, a load circuit voltage detector 25, and a load circuit 26. The power receiving resonance circuit 21 includes a power receiving coil 211 and a power receiving capacitor 212. The resonance frequency changing circuit 22 includes a first changing capacitor 221, a first changing switch 222, and an overvoltage determination circuit 223. The rectifier circuit 23 includes a first rectifier diode 231 and a second rectifier diode 232.

先ず、送電装置10について説明する。
電力供給回路11は、調節可能な動作周波数を持つ交流電力を送電共振回路14へ供給する。そのために、電力供給回路11は、直流電源12と、一対のスイッチング素子13−1及び13−2とを有する。
First, the power transmission device 10 will be described.
The power supply circuit 11 supplies AC power having an adjustable operating frequency to the power transmission resonance circuit 14. For this purpose, the power supply circuit 11 includes a DC power supply 12 and a pair of switching elements 13-1 and 13-2.

直流電源12は、所定の電圧を持つ直流電力を供給する。そのために、直流電源12は、例えば、バッテリを有していてもよい。あるいは、直流電源12は、商用の交流電源と接続され、その交流電源から供給された交流電力を、直流電力に変換するための全波整流回路及び平滑コンデンサを有していてもよい。   The DC power supply 12 supplies DC power having a predetermined voltage. Therefore, the DC power supply 12 may have a battery, for example. Alternatively, the DC power source 12 may be connected to a commercial AC power source, and may include a full-wave rectifier circuit and a smoothing capacitor for converting AC power supplied from the AC power source into DC power.

一対のスイッチング素子13−1及び13−2は、直流電源12の正極側端子と負極側端子との間に直列に接続される。また本実施形態では、直流電源12の正極側に、スイッチング素子13−1が接続され、一方、直流電源12の負極側に、スイッチング素子13−2が接続される。各スイッチング素子13−1及び13−2は、例えば、nチャネル型のMOSFETとすることができる。そしてスイッチング素子13−1のドレインは、直流電源12の正極側端子と接続され、スイッチング素子13−1のソースは、スイッチング素子13−2のドレインと接続される。また、スイッチング素子13−2のソースは、直流電源12の負極側端子と接続される。更に、スイッチング素子13−1のソース、及び、スイッチング素子13−2のドレインは、送電コイル141の一端に直接接続され、スイッチング素子13−2のソースは、送電コンデンサ142を介して送電コイル141の他端に接続される。   The pair of switching elements 13-1 and 13-2 are connected in series between the positive terminal and the negative terminal of the DC power supply 12. In the present embodiment, the switching element 13-1 is connected to the positive electrode side of the DC power supply 12, while the switching element 13-2 is connected to the negative electrode side of the DC power supply 12. Each of the switching elements 13-1 and 13-2 can be an n-channel MOSFET, for example. The drain of the switching element 13-1 is connected to the positive terminal of the DC power source 12, and the source of the switching element 13-1 is connected to the drain of the switching element 13-2. The source of the switching element 13-2 is connected to the negative terminal of the DC power supply 12. Furthermore, the source of the switching element 13-1 and the drain of the switching element 13-2 are directly connected to one end of the power transmission coil 141, and the source of the switching element 13-2 is connected to the power transmission coil 141 via the power transmission capacitor 142. Connected to the other end.

また、各スイッチング素子13−1及び13−2のゲートは、ゲートドライバ16を介して制御回路17と接続される。更に、各スイッチング素子13−1及び13−2のゲートは、オンとなる電圧が印加されたときにそのスイッチング素子がオンとなることを保証するために、それぞれ、抵抗R1及びR2を介してソースと接続される。そして各スイッチング素子13−1及び13−2は、制御回路17からの制御信号によって、所望の動作周波数で交互にオン/オフが切り替えられる。これにより、直流電源12から供給された直流電力は、送電コンデンサ142による充放電を介して交流電力に変換され、送電コンデンサ142及び送電コイル141からなる送電共振回路14に供給される。   The gates of the switching elements 13-1 and 13-2 are connected to the control circuit 17 through the gate driver 16. In addition, the gates of each switching element 13-1 and 13-2 are sourced through resistors R1 and R2, respectively, to ensure that the switching element is turned on when a turn-on voltage is applied. Connected. Each switching element 13-1 and 13-2 is alternately turned on / off at a desired operating frequency by a control signal from the control circuit 17. As a result, the DC power supplied from the DC power supply 12 is converted into AC power through charging / discharging by the power transmission capacitor 142 and supplied to the power transmission resonance circuit 14 including the power transmission capacitor 142 and the power transmission coil 141.

送電共振回路14は、送電コイル141と送電コンデンサ142とにより形成されるLC共振回路である。   The power transmission resonance circuit 14 is an LC resonance circuit formed by the power transmission coil 141 and the power transmission capacitor 142.

送電コイル141の一端はスイッチング素子13−1のソース及びスイッチング素子13−2のドレインと接続され、送電コイル141の他端は送電コンデンサ142の一端と接続される。送電コンデンサ142の他端は、直流電源12の負極側端子及びスイッチング素子13−2のソースと接続される。送電コイル141は、電力供給回路11から供給された交流電力により、送電コイル141自身を流れる電流に応じた磁場を生じさせる。そして送電コイル141と受電コイル211間の距離が共振可能なほど近い場合に、送電コイル141は、受電コイル211と共振して、空間を介して受電コイル211へ電力を伝送する。   One end of the power transmission coil 141 is connected to the source of the switching element 13-1 and the drain of the switching element 13-2, and the other end of the power transmission coil 141 is connected to one end of the power transmission capacitor 142. The other end of the power transmission capacitor 142 is connected to the negative terminal of the DC power supply 12 and the source of the switching element 13-2. The power transmission coil 141 generates a magnetic field corresponding to the current flowing through the power transmission coil 141 itself by the AC power supplied from the power supply circuit 11. When the distance between the power transmission coil 141 and the power reception coil 211 is close enough to resonate, the power transmission coil 141 resonates with the power reception coil 211 and transmits power to the power reception coil 211 through the space.

送電電圧検出回路15は、送電コイル141の両端子間に印加される交流電圧を所定の周期ごとに検出する。なお、所定の周期は、例えば、送電コイル141に供給される交流電力の動作周波数の想定される最小値に相当する周期よりも長く、例えば、50msec〜1secに設定される。また、送電電圧検出回路15は、検出する交流電圧として、例えば、その交流電圧のピーク値、あるいは、実効値を計測する。そして送電電圧検出回路15は、その交流電圧を表す電圧検出信号を制御回路17へ出力する。そのために、送電電圧検出回路15は、例えば、交流電圧を検出できる公知の様々な電圧検出回路の何れかとすることができる。   The power transmission voltage detection circuit 15 detects an AC voltage applied between both terminals of the power transmission coil 141 at predetermined intervals. The predetermined cycle is longer than, for example, a cycle corresponding to an assumed minimum value of the operating frequency of the AC power supplied to the power transmission coil 141, and is set to, for example, 50 msec to 1 sec. The transmission voltage detection circuit 15 measures, for example, the peak value or effective value of the AC voltage as the AC voltage to be detected. The power transmission voltage detection circuit 15 outputs a voltage detection signal representing the AC voltage to the control circuit 17. Therefore, the power transmission voltage detection circuit 15 can be any of various known voltage detection circuits that can detect an AC voltage, for example.

ゲートドライバ16は、制御回路17から、各スイッチング素子13−1及び13−2のオン/オフを切り替える制御信号が入力され、制御信号に応じて、各スイッチング素子13−1及び13−2のゲートに印加する電圧を変化させる。すなわち、ゲートドライバ16は、スイッチング素子13−1をオンにする制御信号を受け取ると、スイッチング素子13−1のゲートに、スイッチング素子13−1がオンとなり、直流電源12からの電流がスイッチング素子13−1を流れるようになる、相対的に高い電圧を印加する。一方、ゲートドライバ16は、スイッチング素子13−1をオフにする制御信号を受け取ると、スイッチング素子13−1のゲートに、スイッチング素子13−1がオフとなり、直流電源12からの電流がスイッチング素子13−1を流れなくなる、相対的に低い電圧を印加する。ゲートドライバ16は、スイッチング素子13−2についても同様に、ゲートに印加する電圧を制御する。   The gate driver 16 receives a control signal for switching on / off of the switching elements 13-1 and 13-2 from the control circuit 17, and the gates of the switching elements 13-1 and 13-2 according to the control signal. The voltage applied to is changed. That is, when the gate driver 16 receives the control signal for turning on the switching element 13-1, the switching element 13-1 is turned on at the gate of the switching element 13-1, and the current from the DC power source 12 is changed to the switching element 13-1. A relatively high voltage is applied so that it flows through -1. On the other hand, when the gate driver 16 receives the control signal for turning off the switching element 13-1, the switching element 13-1 is turned off at the gate of the switching element 13-1, and the current from the DC power source 12 is changed to the switching element 13-1. A relatively low voltage is applied so that -1 does not flow. Similarly, the gate driver 16 controls the voltage applied to the gate of the switching element 13-2.

制御回路17は、例えば、不揮発性のメモリ回路及び揮発性のメモリ回路と、演算回路と、他の回路と接続するためのインターフェース回路とを有し、電圧検出信号で示される送電コイル141に印加される交流電圧に応じて、電力供給回路11の動作周波数、すなわち、電力供給回路11が送電共振回路14に供給する交流電力の動作周波数を調節する。   The control circuit 17 includes, for example, a nonvolatile memory circuit and a volatile memory circuit, an arithmetic circuit, and an interface circuit for connecting to other circuits, and is applied to the power transmission coil 141 indicated by the voltage detection signal. The operating frequency of the power supply circuit 11, that is, the operating frequency of the AC power supplied from the power supply circuit 11 to the power transmission resonance circuit 14 is adjusted according to the AC voltage to be applied.

そのために、本実施形態では、制御回路17は、スイッチング素子13−1とスイッチング素子13−2とが交互にオンとなり、かつ、動作周波数に対応する1周期内でスイッチング素子13−1がオンとなっている期間とスイッチング素子13−2がオンとなっている期間とが等しくなるように、各スイッチング素子13−1及び13−2を制御する。なお、制御回路17は、スイッチング素子13−1とスイッチング素子13−2とが同時にオンとなり、直流電源12が短絡されることを防止するために、スイッチング素子13−1とスイッチング素子13−2のオン/オフを切り替える際に、両方のスイッチング素子がオフとなるデッドタイムを設けてもよい。   Therefore, in the present embodiment, the control circuit 17 is configured such that the switching element 13-1 and the switching element 13-2 are alternately turned on, and the switching element 13-1 is turned on within one cycle corresponding to the operating frequency. The switching elements 13-1 and 13-2 are controlled so that the period during which the switching element 13-2 is on is equal to the period during which the switching element 13-2 is on. Note that the control circuit 17 prevents the switching element 13-1 and the switching element 13-2 from being turned on at the same time and the DC power supply 12 is short-circuited. When switching on / off, a dead time during which both switching elements are turned off may be provided.

次に、受電装置20について説明する。
受電共振回路21は、受電コイル211と受電コンデンサ212とからなるLC共振回路である。受電コイル211の一端は受電コンデンサ212に接続され、受電コイル211の他端は共振周波数変更回路22を介して整流回路23に接続される。
Next, the power receiving device 20 will be described.
The power reception resonance circuit 21 is an LC resonance circuit including a power reception coil 211 and a power reception capacitor 212. One end of the power receiving coil 211 is connected to the power receiving capacitor 212, and the other end of the power receiving coil 211 is connected to the rectifier circuit 23 via the resonance frequency changing circuit 22.

受電コイル211は、送電装置10の送電コイル141に流れる交流電流により生じる磁場と共鳴することで、送電コイル141と共振して、送電コイル141から電力を受電する。そして受電コイル211は、受電した電力を受電コンデンサ212を介して整流回路23へ出力する。なお、受電コイル211の巻き数と、送電装置10の送電コイル141の巻き数は同一でもよく、異なっていてもよい。また、受電共振回路21の共振周波数が送電装置10の送電共振回路14の共振周波数と等しくなるように、受電コイル211のインダクタンス及び受電コンデンサ212のキャパシタンスは設定されることが好ましい。   The power reception coil 211 resonates with the power transmission coil 141 by resonating with a magnetic field generated by an alternating current flowing through the power transmission coil 141 of the power transmission device 10, and receives power from the power transmission coil 141. The power receiving coil 211 outputs the received power to the rectifier circuit 23 via the power receiving capacitor 212. Note that the number of turns of the power receiving coil 211 and the number of turns of the power transmission coil 141 of the power transmission device 10 may be the same or different. Moreover, it is preferable that the inductance of the power receiving coil 211 and the capacitance of the power receiving capacitor 212 are set so that the resonance frequency of the power receiving resonance circuit 21 is equal to the resonance frequency of the power transmission resonance circuit 14 of the power transmission device 10.

受電コンデンサ212の一端は受電コイル211と接続され、受電コンデンサ212の他端は共振周波数変更回路22を介して整流回路23と接続される。そして受電コンデンサ212は、受電コイル211にて受電した電力を、共振周波数変更回路22を介して整流回路23へ出力する。   One end of the power receiving capacitor 212 is connected to the power receiving coil 211, and the other end of the power receiving capacitor 212 is connected to the rectifier circuit 23 via the resonance frequency changing circuit 22. The power receiving capacitor 212 outputs the power received by the power receiving coil 211 to the rectifier circuit 23 via the resonance frequency changing circuit 22.

共振周波数変更回路22は、第1変更スイッチ222がオンして受電コイル211及び受電コンデンサ212に第1変更コンデンサ221を並列接続させることにより、受電装置20の共振周波数を変更する。第1変更スイッチ222は、一例ではnチャネル型のMOSFETである。第1変更スイッチ222は、過電圧判定回路223からオン指示信号が入力される間にオンして、受電共振回路21と第1変更コンデンサ221との間を電気的に接続する。また、第1変更スイッチ222は、過電圧判定回路223からオン指示信号が入力されないときにオフして、受電共振回路21と第1変更コンデンサ221との間の電気的な接続を遮断する。第1変更コンデンサ221の一端は受電コンデンサの他端に接続されると共に、共振周波数変更回路22を介して整流回路23に接続され、第1変更コンデンサ221の他端は第1変更スイッチ222のドレインに接続される。第1変更スイッチ222のゲートは過電圧判定回路227に接続され、第1変更スイッチ222のソースは受電コイル211の他端及び整流回路23に接続される。第1変更スイッチ222のソースは接地される。   The resonance frequency changing circuit 22 changes the resonance frequency of the power receiving device 20 by turning on the first changing switch 222 and connecting the first changing capacitor 221 in parallel to the power receiving coil 211 and the power receiving capacitor 212. The first change switch 222 is an n-channel MOSFET, for example. The first change switch 222 is turned on while the ON instruction signal is input from the overvoltage determination circuit 223 to electrically connect the power receiving resonance circuit 21 and the first change capacitor 221. Further, the first change switch 222 is turned off when the on instruction signal is not input from the overvoltage determination circuit 223, and the electrical connection between the power receiving resonance circuit 21 and the first change capacitor 221 is cut off. One end of the first change capacitor 221 is connected to the other end of the power receiving capacitor and is connected to the rectifier circuit 23 via the resonance frequency change circuit 22, and the other end of the first change capacitor 221 is the drain of the first change switch 222. Connected to. The gate of the first change switch 222 is connected to the overvoltage determination circuit 227, and the source of the first change switch 222 is connected to the other end of the power receiving coil 211 and the rectifier circuit 23. The source of the first change switch 222 is grounded.

過電圧判定回路223は、負荷回路電圧検出器25から負荷回路電圧信号が入力される。過電圧判定回路223は、負荷回路電圧信号に対応する負荷回路電圧VLが所定の第1しきい値電圧以上であるとき、オン指示信号を第1変更スイッチ222に出力する。過電圧判定回路223は、オン指示信号を第1変更スイッチ222に出力すると、負荷回路電圧VLが第1しきい値電圧よりも低い第2しきい値電圧以下になるまで、オン指示信号を出力し続ける。過電圧判定回路223は、負荷回路電圧VLが所定の第2しきい値電圧以下になると、オン指示信号の出力を停止する。一例では、第1しきい値電圧は300[V]であり、第2しきい値電圧は100[V]である。 The overvoltage determination circuit 223 receives the load circuit voltage signal from the load circuit voltage detector 25. The overvoltage determination circuit 223 outputs an ON instruction signal to the first change switch 222 when the load circuit voltage VL corresponding to the load circuit voltage signal is equal to or higher than a predetermined first threshold voltage. When the over instruction determination circuit 223 outputs the on instruction signal to the first change switch 222, the over voltage determination circuit 223 outputs the on instruction signal until the load circuit voltage VL becomes equal to or lower than the second threshold voltage lower than the first threshold voltage. Keep doing. The overvoltage determination circuit 223 stops outputting the ON instruction signal when the load circuit voltage V L becomes equal to or lower than a predetermined second threshold voltage. In one example, the first threshold voltage is 300 [V], and the second threshold voltage is 100 [V].

整流回路23は受電コイル211及び受電コンデンサ212により受電された電力を整流し、平滑コンデンサ24は整流された電力を平滑化して、直流電力に変換して、負荷回路26に出力する。整流回路23は、例えば、全波整流回路と平滑コンデンサとを有する。第1整流ダイオード231のアノードは共振周波数変更回路22を介して受電コイル211の一端に接続され、第1整流ダイオード231のカソードは負荷回路26に接続される。第2整流ダイオード232のアノードは共振周波数変更回路22を介して受電コイルの他端に接続され、第2整流ダイオード232のカソードは受電コイル211の一端及び第1整流ダイオード231のアノードに接続される。   The rectifier circuit 23 rectifies the power received by the power receiving coil 211 and the power receiving capacitor 212, and the smoothing capacitor 24 smoothes the rectified power, converts it to DC power, and outputs it to the load circuit 26. The rectifier circuit 23 includes, for example, a full wave rectifier circuit and a smoothing capacitor. The anode of the first rectifier diode 231 is connected to one end of the power receiving coil 211 via the resonance frequency changing circuit 22, and the cathode of the first rectifier diode 231 is connected to the load circuit 26. The anode of the second rectifier diode 232 is connected to the other end of the power receiving coil via the resonance frequency changing circuit 22, and the cathode of the second rectifier diode 232 is connected to one end of the power receiving coil 211 and the anode of the first rectifier diode 231. .

負荷回路電圧検出器25の一端が負荷回路26の一端に接続され、負荷回路電圧検出器25の他端が負荷回路26の他端に接続される。負荷回路電圧検出器25は、負荷回路26に出力される負荷回路電圧を検出し、負荷回路電圧VLを示す負荷回路電圧信号を過電圧判定回路227に出力する。 One end of the load circuit voltage detector 25 is connected to one end of the load circuit 26, and the other end of the load circuit voltage detector 25 is connected to the other end of the load circuit 26. The load circuit voltage detector 25 detects the load circuit voltage output to the load circuit 26 and outputs a load circuit voltage signal indicating the load circuit voltage V L to the overvoltage determination circuit 227.

図2は、受電コンデンサの容量を変化させたときの負荷回路電圧VLの変化を示す図である。図2において、横軸は受電コンデンサ212の容量[F]を示し、縦軸は負荷回路電圧VLを任意単位で示す。 FIG. 2 is a diagram illustrating a change in the load circuit voltage V L when the capacitance of the power receiving capacitor is changed. In FIG. 2, the horizontal axis indicates the capacitance [F] of the power receiving capacitor 212, and the vertical axis indicates the load circuit voltage V L in arbitrary units.

受電コンデンサ212の容量が40[nF]のときの負荷回路電圧VLの大きさは、受電コンデンサ212の容量が100[pF]のときの負荷回路電圧VLの大きさの1/4程度である。受電コンデンサ212の容量をCrとし、第1変更コンデンサ221の容量をCcとすると、第1変更スイッチ222がオンしたときの合成容量Ctは、 The magnitude of the load circuit voltage V L when the capacity of the power receiving capacitor 212 is 40 [nF] is about ¼ of the magnitude of the load circuit voltage V L when the capacity of the power receiving capacitor 212 is 100 [pF]. is there. When the capacity of the power receiving capacitor 212 is Cr and the capacity of the first change capacitor 221 is Cc, the combined capacity Ct when the first change switch 222 is turned on is

Figure 2017225232
Figure 2017225232

で示される。受電コンデンサ212の容量Crを100[pF]とし、第1変更コンデンサ221の容量Ccを20[nF]とすると、負荷回路電圧VLが第1しきい値電圧以上になり第1変更スイッチ222がオンしたときの合成容量Ctは略20[nF]になる。受電コンデンサ212の容量Crを100[pF]とし、第1変更コンデンサ221の容量Ccを20[nF]とすると、第1しきい値電圧以上になり第1変更スイッチ222がオンすることで負荷回路電圧VLの大きさを1/4程度にすることができる。 Indicated by When the capacitance Cr of the power receiving capacitor 212 is 100 [pF] and the capacitance Cc of the first change capacitor 221 is 20 [nF], the load circuit voltage V L becomes equal to or higher than the first threshold voltage and the first change switch 222 is The combined capacitance Ct when turned on is approximately 20 [nF]. Assuming that the capacitance Cr of the power receiving capacitor 212 is 100 [pF] and the capacitance Cc of the first change capacitor 221 is 20 [nF], the load voltage circuit becomes higher than the first threshold voltage and the first change switch 222 is turned on. The magnitude of the voltage V L can be reduced to about ¼.

図3(a)は、第1変更スイッチ222がオフした状態の動作周波数と負荷回路電圧VLとの関係を示す図である。図3(b)は、負荷回路26が比較的重いときに第1変更スイッチ222がオンした状態の動作周波数と負荷回路電圧VLとの関係を示す図である。図3(c)は、負荷回路26が比較的軽いときに第1変更スイッチ222がオンした状態の動作周波数と負荷回路電圧VLとの関係を示す図である。図3(b)に示す例では負荷回路26の抵抗が1[kΩ]であり、図3(c)に示す例では負荷回路26の抵抗が100[kΩ]である。図3(a)〜3(c)において、横軸は動作周波数[kHz]を示し、縦軸は負荷回路電圧VLを任意単位で示す。 FIG. 3A is a diagram illustrating a relationship between the operating frequency and the load circuit voltage V L when the first change switch 222 is turned off. FIG. 3B is a diagram showing the relationship between the operating frequency and the load circuit voltage V L when the first change switch 222 is turned on when the load circuit 26 is relatively heavy. FIG. 3C is a diagram showing the relationship between the operating frequency and the load circuit voltage V L when the first change switch 222 is turned on when the load circuit 26 is relatively light. In the example shown in FIG. 3B, the resistance of the load circuit 26 is 1 [kΩ], and in the example shown in FIG. 3C, the resistance of the load circuit 26 is 100 [kΩ]. 3A to 3C, the horizontal axis represents the operating frequency [kHz], and the vertical axis represents the load circuit voltage V L in arbitrary units.

図3(a)に示すように、第1変更スイッチ222がオフした状態では動作周波数が80[kHz]程度で、負荷回路電圧VLが最大になる。一方、図3(b)及び3(c)に示すように、第1変更スイッチ222がオンした状態では負荷回路26の大きさにかかわらず、動作周波数が80[kHz]程度のときは、負荷回路電圧VLは低くなる。非接触給電装置1では、負荷回路電圧VLが第1しきい値電圧以上になるときに第1変更スイッチ222がオンして受電装置20の共振周波数を変化させることで、負荷回路電圧VLを低くすることができる。 As shown in FIG. 3A, when the first change switch 222 is turned off, the operating frequency is about 80 [kHz] and the load circuit voltage V L is maximized. On the other hand, as shown in FIGS. 3B and 3C, when the operating frequency is about 80 [kHz] regardless of the size of the load circuit 26 with the first change switch 222 turned on, the load The circuit voltage V L is lowered. In the non-contact power feeding device 1, since the first change switch 222 changes the resonance frequency of the on to the power receiving device 20 when the load circuit voltage V L becomes equal to or higher than the first threshold voltage, the load circuit voltage V L Can be lowered.

また、非接触給電装置1では、整流回路23は直列接続された第1整流ダイオード231及び第2整流ダイオード232により整流するため、80[kHz]を中心に比較的広い周波数帯に亘って負荷回路電圧VLを高くすることができる。 Further, in the non-contact power feeding device 1, since the rectifier circuit 23 is rectified by the first rectifier diode 231 and the second rectifier diode 232 connected in series, the load circuit extends over a relatively wide frequency band centering on 80 [kHz]. The voltage V L can be increased.

図4は、第2実施形態に係る非接触給電装置の概略構成図である。   FIG. 4 is a schematic configuration diagram of a contactless power supply device according to the second embodiment.

非接触給電装置2は、受電装置30が受電装置20の代わりに配置されることが、非接触給電装置1と相違する。受電装置30は、受電共振回路31及び共振周波数変更回路32が受電共振回路21及び共振周波数変更回路22の代わりに配置されることが受電装置20と相違する。受電共振回路31及び共振周波数変更回路32以外の非接触給電装置2の構成素子の構成及び機能は、同一符号が付された非接触給電装置1の構成要素の構成及び機能と同一なので、ここでは詳細な説明は省略する。   The non-contact power feeding device 2 is different from the non-contact power feeding device 1 in that the power receiving device 30 is arranged instead of the power receiving device 20. The power receiving device 30 is different from the power receiving device 20 in that a power receiving resonance circuit 31 and a resonance frequency changing circuit 32 are arranged instead of the power receiving resonance circuit 21 and the resonance frequency changing circuit 22. The configurations and functions of the constituent elements of the non-contact power feeding device 2 other than the power receiving resonance circuit 31 and the resonance frequency changing circuit 32 are the same as the configurations and functions of the constituent elements of the non-contact power feeding device 1 denoted by the same reference numerals. Detailed description is omitted.

受電共振回路31は、受電コンデンサ212が配置される位置が受電共振回路21と相違する。受電共振回路21では、受電コンデンサ212は受電コイル211と第1変更コンデンサ221との間に配置されるのに対し、受電共振回路31では、受電コンデンサ212は受電コイル211と第1変更スイッチとの間に配置される。   The power receiving resonance circuit 31 is different from the power receiving resonance circuit 21 in the position where the power receiving capacitor 212 is disposed. In the power receiving resonance circuit 21, the power receiving capacitor 212 is disposed between the power receiving coil 211 and the first change capacitor 221, whereas in the power receiving resonance circuit 31, the power reception capacitor 212 includes the power receiving coil 211 and the first change switch. Arranged between.

共振周波数変更回路32は、第2変更コンデンサ224と第2変更スイッチ225を有することが共振周波数変更回路22と相違する。また、共振周波数変更回路32は、過電圧判定回路223の代わりに過電圧判定回路226が配置されることが共振周波数変更回路22と相違する。   The resonance frequency changing circuit 32 is different from the resonance frequency changing circuit 22 in that it includes a second changing capacitor 224 and a second changing switch 225. The resonance frequency changing circuit 32 is different from the resonance frequency changing circuit 22 in that an overvoltage determination circuit 226 is arranged instead of the overvoltage determination circuit 223.

第2変更スイッチ225は、一例ではnチャネル型のMOSFETである。第2変更スイッチ225は、過電圧判定回路226からオン指示信号が入力される間にオンし、過電圧判定回路226からオン指示信号が入力されないときにオフする。第2変更コンデンサ224の一端は受電コイル211及び受電コンデンサ212の一端に接続され、第2変更コンデンサ224の他端は第2変更スイッチ225のドレインに接続される。第2変更スイッチ225のゲートは、過電圧判定回路227に接続される。第2変更スイッチ225のソースは、第1変更スイッチ222のソースと共に、受電コイル211の他端及び整流回路23に接続される。第1変更スイッチ222及び第2変更スイッチ225のソースは、接地される。   For example, the second change switch 225 is an n-channel MOSFET. The second change switch 225 is turned on while the on instruction signal is input from the overvoltage determination circuit 226, and is turned off when the on instruction signal is not input from the overvoltage determination circuit 226. One end of the second change capacitor 224 is connected to one end of the power receiving coil 211 and the power reception capacitor 212, and the other end of the second change capacitor 224 is connected to the drain of the second change switch 225. The gate of the second change switch 225 is connected to the overvoltage determination circuit 227. The source of the second change switch 225 is connected to the other end of the power receiving coil 211 and the rectifier circuit 23 together with the source of the first change switch 222. The sources of the first change switch 222 and the second change switch 225 are grounded.

過電圧判定回路226は、過電圧判定回路223と同様に負荷回路電圧検出器25から負荷回路電圧信号が入力される。過電圧判定回路226は、負荷回路電圧信号に対応する負荷回路電圧VLが所定の第1しきい値電圧以上であるとき、オン指示信号を第1変更スイッチ222及び第2変更スイッチ225に出力する。過電圧判定回路223は、オン指示信号を第1変更スイッチ222及び第2変更スイッチ225に出力すると、負荷回路電圧VLが第1しきい値電圧よりも低い第2しきい値電圧以下になるまで、オン指示信号を出力し続ける。過電圧判定回路223は、負荷回路電圧VLが所定の第2しきい値電圧以下になると、オン指示信号の出力を停止する。 The overvoltage determination circuit 226 receives the load circuit voltage signal from the load circuit voltage detector 25 in the same manner as the overvoltage determination circuit 223. The overvoltage determination circuit 226 outputs an ON instruction signal to the first change switch 222 and the second change switch 225 when the load circuit voltage VL corresponding to the load circuit voltage signal is equal to or higher than a predetermined first threshold voltage. . When the overvoltage determination circuit 223 outputs the on instruction signal to the first change switch 222 and the second change switch 225, the load circuit voltage V L becomes lower than the second threshold voltage lower than the first threshold voltage. Continue to output the ON instruction signal. The overvoltage determination circuit 223 stops outputting the ON instruction signal when the load circuit voltage V L becomes equal to or lower than a predetermined second threshold voltage.

図5(a)は、第1変更スイッチ222及び第2変更スイッチ225がオフした状態の動作周波数と負荷回路電圧VLとの関係を示す図である。図5(b)は、負荷回路26が比較的重いときに第1変更スイッチ222及び第2変更スイッチ225がオンした状態の動作周波数と負荷回路電圧VLとの関係を示す図である。図5(c)は、負荷回路26が比較的軽いときに第1変更スイッチ222及び第2変更スイッチ225がオンした状態の動作周波数と負荷回路電圧VLとの関係を示す図である。図5(b)に示す例では負荷回路26の抵抗が1[kΩ]であり、図5(c)に示す例では負荷回路26の抵抗が100[kΩ]である。図5(a)〜5(c)において、横軸は動作周波数[kHz]を示し、縦軸は負荷回路電圧VLを任意単位で示す。 FIG. 5A is a diagram illustrating a relationship between the operating frequency and the load circuit voltage V L when the first change switch 222 and the second change switch 225 are turned off. FIG. 5B is a diagram illustrating the relationship between the operating frequency and the load circuit voltage V L when the first change switch 222 and the second change switch 225 are turned on when the load circuit 26 is relatively heavy. FIG. 5C is a diagram showing the relationship between the operating frequency and the load circuit voltage V L when the first change switch 222 and the second change switch 225 are turned on when the load circuit 26 is relatively light. In the example shown in FIG. 5B, the resistance of the load circuit 26 is 1 [kΩ], and in the example shown in FIG. 5C, the resistance of the load circuit 26 is 100 [kΩ]. 5A to 5C, the horizontal axis indicates the operating frequency [kHz], and the vertical axis indicates the load circuit voltage V L in arbitrary units.

図5(a)に示すように、第1変更スイッチ222及び第2変更スイッチ225がオフした状態では動作周波数が100[kHz]程度で、負荷回路電圧VLが最大になる。一方、図5(b)及び5(c)に示すように、第1変更スイッチ222及び第2変更スイッチ225がオンした状態では負荷回路26の大きさにかかわらず、動作周波数が100[kHz]程度のときは、負荷回路電圧VLは非常に低くなる。非接触給電装置2では、負荷回路電圧VLが第1しきい値電圧以上になるときに第1変更スイッチ222及び第2変更スイッチ225がオンして受電装置20の共振周波数を非接触給電装置1以上に変化させることで、負荷回路電圧VLを低くすることができる。 As shown in FIG. 5A, when the first change switch 222 and the second change switch 225 are turned off, the operating frequency is about 100 [kHz] and the load circuit voltage VL becomes maximum. On the other hand, as shown in FIGS. 5B and 5C, when the first change switch 222 and the second change switch 225 are turned on, the operating frequency is 100 [kHz] regardless of the size of the load circuit 26. If so, the load circuit voltage VL becomes very low. In the non-contact power feeding device 2, when the load circuit voltage V L becomes equal to or higher than the first threshold voltage, the first change switch 222 and the second change switch 225 are turned on to set the resonance frequency of the power receiving device 20 to the non-contact power feeding device. By changing it to 1 or more, the load circuit voltage V L can be lowered.

図6は、第3実施形態に係る非接触給電装置の概略構成図である。   FIG. 6 is a schematic configuration diagram of a non-contact power feeding device according to the third embodiment.

非接触給電装置3は、送電装置40が送電装置10の代わりに配置されることが、非接触給電装置2と相違する。また、非接触給電装置3は、受電装置50が受電装置30の代わりに配置されることが、非接触給電装置2と更に相違する。送電装置40は、過電圧信号受信回路41が配置されることが送電装置10と相違する。また、送電装置40は、制御回路47が制御回路17の代わりに配置されることが送電装置10と更に相違する。受電装置50は、共振周波数変更回路52が共振周波数変更回路32の代わりに配置されることが受電装置30と相違する。共振周波数変更回路52は、過電圧判定回路227を過電圧判定回路226の代わりに有することが共振周波数変更回路32と相違する。共振周波数変更回路52は、過電圧信号送信回路228を有することが共振周波数変更回路32と更に相違する。過電圧判定回路227、過電圧信号送信回路228、過電圧信号受信回路41及び制御回路47以外の非接触給電装置3の構成素子の構成及び機能は、同一符号が付された非接触給電装置2の構成要素の構成及び機能と同一なので、ここでは詳細な説明は省略する。   The non-contact power supply device 3 is different from the non-contact power supply device 2 in that the power transmission device 40 is arranged instead of the power transmission device 10. Further, the non-contact power feeding device 3 is further different from the non-contact power feeding device 2 in that the power receiving device 50 is arranged instead of the power receiving device 30. The power transmission device 40 is different from the power transmission device 10 in that an overvoltage signal reception circuit 41 is arranged. Further, the power transmission device 40 is further different from the power transmission device 10 in that the control circuit 47 is arranged instead of the control circuit 17. The power receiving device 50 is different from the power receiving device 30 in that the resonance frequency changing circuit 52 is arranged instead of the resonance frequency changing circuit 32. The resonance frequency changing circuit 52 is different from the resonance frequency changing circuit 32 in that it has an overvoltage determination circuit 227 instead of the overvoltage determination circuit 226. The resonance frequency changing circuit 52 is further different from the resonance frequency changing circuit 32 in having an overvoltage signal transmission circuit 228. The components and functions of the contactless power feeding device 3 other than the overvoltage determination circuit 227, the overvoltage signal transmission circuit 228, the overvoltage signal reception circuit 41, and the control circuit 47 are components of the contactless power feeding device 2 denoted by the same reference numerals. Since the configuration and function are the same, detailed description is omitted here.

過電圧判定回路227は、過電圧判定回路226と同様な判定処理を実行する。過電圧判定回路227は、負荷回路電圧信号に対応する負荷回路電圧VLが所定の第1しきい値電圧以上であるとき、負荷回路電圧VLが過電圧状態であることを示す過電圧信号を過電圧信号送信回路228に出力することが過電圧判定回路226と相違する。 The overvoltage determination circuit 227 executes determination processing similar to that of the overvoltage determination circuit 226. Overvoltage determining circuit 227, when the load circuit voltage V L corresponding to the load circuit voltage signal is first threshold voltage or more predetermined, overvoltage signal an overvoltage signal indicating that the load circuit voltage V L is in an overvoltage state The output to the transmission circuit 228 is different from the overvoltage determination circuit 226.

過電圧信号送信回路228は、過電圧信号受信回路41と無線通信可能な通信回路であり、一例では130〜135kHzの周波数帯で無線通信することによって、過電圧信号受信回路41と通信する。過電圧信号送信回路228は、過電圧判定回路227から入力された過電圧信号を過電圧信号受信回路41に送信する。   The overvoltage signal transmission circuit 228 is a communication circuit capable of wireless communication with the overvoltage signal reception circuit 41. For example, the overvoltage signal transmission circuit 228 communicates with the overvoltage signal reception circuit 41 by performing wireless communication in a frequency band of 130 to 135 kHz. The overvoltage signal transmission circuit 228 transmits the overvoltage signal input from the overvoltage determination circuit 227 to the overvoltage signal reception circuit 41.

過電圧信号受信回路41は、過電圧信号送信回路228から送信された過電圧信号を受信し、受信した過電圧信号を制御回路47に出力する。   The overvoltage signal reception circuit 41 receives the overvoltage signal transmitted from the overvoltage signal transmission circuit 228 and outputs the received overvoltage signal to the control circuit 47.

制御回路47は、制御回路17と同様に電力供給回路11が送電共振回路14に供給する交流電力の動作周波数を調節する。制御回路47は、過電圧信号受信回路41から過電圧信号が入力されたときに、スイッチング素子13−1とスイッチング素子13−2とが交互にオンする動作を間欠的にすることが制御回路17と相違する。   Similarly to the control circuit 17, the control circuit 47 adjusts the operating frequency of the AC power that the power supply circuit 11 supplies to the power transmission resonance circuit 14. The control circuit 47 is different from the control circuit 17 in that when the overvoltage signal is input from the overvoltage signal receiving circuit 41, the operation of alternately switching the switching element 13-1 and the switching element 13-2 on is intermittent. To do.

図7(a)は過電圧信号が入力されたときに制御回路47からゲートドライバ16に出力される制御信号を示す図であり、図7(b)はスイッチング素子13−1のドレイン電流の一例を示す図である。図7(a)において、波形701は制御回路47からゲートドライバ16に出力される制御信号を示す。図7(b)において、波形702はスイッチング素子13−1のソースとドレインとの間を流れる電流を示す。   FIG. 7A shows a control signal output from the control circuit 47 to the gate driver 16 when an overvoltage signal is input, and FIG. 7B shows an example of the drain current of the switching element 13-1. FIG. In FIG. 7A, a waveform 701 indicates a control signal output from the control circuit 47 to the gate driver 16. In FIG.7 (b), the waveform 702 shows the electric current which flows between the source | sauce and drain of the switching element 13-1.

図7に示す例では、制御回路47は、過電圧信号が入力されたときにスイッチング素子13−1及び13−2を1秒当たり100回オンオフするように制御するため、送電装置40から受電装置50に送電される電力は、大幅に減少する。スイッチング素子13−1及び13−2を1秒当たり100回オンオフするとき、スイッチング素子13−1及び13−2が130kHzでオンオフするときと比較して、送電電力は、1/1300にすることができる。   In the example illustrated in FIG. 7, the control circuit 47 controls the switching elements 13-1 and 13-2 to be turned on and off 100 times per second when an overvoltage signal is input. The power transmitted to is greatly reduced. When switching elements 13-1 and 13-2 are turned on and off 100 times per second, the transmission power can be reduced to 1/1300 compared to when switching elements 13-1 and 13-2 are turned on and off at 130 kHz. it can.

図8は、第4実施形態に係る非接触給電装置の概略構成図である。   FIG. 8 is a schematic configuration diagram of a contactless power feeding device according to the fourth embodiment.

非接触給電装置4は、送電装置60が送電装置40の代わりに配置されることが、非接触給電装置3と相違する。送電装置60は、補助コンデンサ61、電流検出抵抗62及び送電電流検出回路63が配置されることが送電装置40と相違する。また、送電装置60は、制御回路67が制御回路47の代わりに配置されることが送電装置40と更に相違する。補助コンデンサ61、電流検出抵抗62、送電電流検出回路63及び制御回路67以外の非接触給電装置4の構成素子の構成及び機能は、同一符号が付された非接触給電装置3の構成要素の構成及び機能と同一なので、ここでは詳細な説明は省略する。   The non-contact power supply device 4 is different from the non-contact power supply device 3 in that the power transmission device 60 is arranged instead of the power transmission device 40. The power transmission device 60 is different from the power transmission device 40 in that an auxiliary capacitor 61, a current detection resistor 62, and a power transmission current detection circuit 63 are arranged. The power transmission device 60 is further different from the power transmission device 40 in that the control circuit 67 is arranged instead of the control circuit 47. The components and functions of the contactless power supply device 4 other than the auxiliary capacitor 61, the current detection resistor 62, the power transmission current detection circuit 63, and the control circuit 67 are the components of the contactless power supply device 3 with the same reference numerals. Since it is the same as the function, the detailed description is omitted here.

補助コンデンサ61は送電コンデンサ142に並列接続され、好ましくは送電コンデンサ142の容量よりも小さい容量を有する。電流検出抵抗62は、補助コンデンサ61に直列接続される。送電電流検出回路63は、電流検出抵抗62に流れる送電電流を検出し、検出した送電電流を示す送電電流信号を制御回路67に出力する。   The auxiliary capacitor 61 is connected in parallel to the power transmission capacitor 142 and preferably has a capacity smaller than that of the power transmission capacitor 142. The current detection resistor 62 is connected in series to the auxiliary capacitor 61. The transmission current detection circuit 63 detects the transmission current flowing through the current detection resistor 62 and outputs a transmission current signal indicating the detected transmission current to the control circuit 67.

制御回路67は、送電電流信号に対応する送電電流が所定のしきい値電流以上にならないように、各スイッチング素子13−1及び13−2の動作周波数を制御する制御信号をゲートドライバ16に出力する。   The control circuit 67 outputs to the gate driver 16 a control signal for controlling the operating frequency of each of the switching elements 13-1 and 13-2 so that the transmission current corresponding to the transmission current signal does not exceed a predetermined threshold current. To do.

また、制御回路67は、非接触給電装置4がソフトスイッチング動作するように、送電電圧検出回路15が検出した送電電圧に基づいて、各スイッチング素子13−1及び13−2の動作周波数を制御する制御信号をゲートドライバ16に出力する。   Moreover, the control circuit 67 controls the operating frequency of each switching element 13-1 and 13-2 based on the power transmission voltage which the power transmission voltage detection circuit 15 detected so that the non-contact electric power feeder 4 performs soft switching operation | movement. A control signal is output to the gate driver 16.

図9は、送電共振回路14及び受電共振回路31を含む送電回路100の等価回路図である。ここで、L1、L3は、それぞれ、送電側、受電側の漏れインダクタンスであり、L2は、相互インダクタンスである。送電コイル141及び受電コイル211の自己インダクタンスをL0、送電コイル141と受電コイル211間の結合度をkとすると、L1=L3=(1-k)L0、L2=kL0となる。例えば、L0=30.5μH、k=0.731028とすると、L1=L3=8.205μH、L2=22.3μHとなる。結合度kは、一般に、送電コイル141と受電コイル211間の距離が狭いほど、大きな値となる。この場合、Fパラメータ解析により表される、伝送行列A(f)は、次式で表される。 FIG. 9 is an equivalent circuit diagram of the power transmission circuit 100 including the power transmission resonance circuit 14 and the power reception resonance circuit 31. Here, L 1 and L 3 are leakage inductances on the power transmission side and the power reception side, respectively, and L 2 is a mutual inductance. Assuming that the self-inductance of the power transmission coil 141 and the power reception coil 211 is L 0 , and the degree of coupling between the power transmission coil 141 and the power reception coil 211 is k, L 1 = L 3 = (1−k) L 0 , L 2 = kL 0 Become. For example, if L 0 = 30.5 μH and k = 0.731028, then L 1 = L 3 = 8.205 μH and L 2 = 22.3 μH. In general, the degree of coupling k increases as the distance between the power transmission coil 141 and the power reception coil 211 decreases. In this case, the transmission matrix A (f) expressed by F parameter analysis is expressed by the following equation.

Figure 2017225232
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ここで、fsは、電力供給回路11の動作周波数であり、s(f)=jω、ω=2πfである。C1、C2は、それぞれ、送電側、受電側のキャパシタンスである。R1、R2は、送電側、受電側のインピーダンスである。そしてRacは、負荷回路のインピーダンスである。 Here, f s is the operating frequency of the power supply circuit 11, and s (f) = jω and ω = 2πf. C1 and C2 are capacitances on the power transmission side and the power reception side, respectively. R1 and R2 are impedances on the power transmission side and the power reception side. Rac is the impedance of the load circuit.

図10は、図9に示した等価回路のインピーダンスの周波数特性の一例を示す図である。図10において、横軸は周波数を表し、縦軸は、インピーダンスを表す。なお、等価回路のインピーダンスは、2行2列で表される、(2)式の伝送行列A(f)における、左下の要素に対する左上の要素の比の絶対値として算出される。そしてグラフ300は、インピーダンスの周波数特性を表す。なお、グラフ300は、L0=30.5μH、k=0.731028とし、C1=C2=180nF、R1=R2=270mΩとして、(2)式に基づいて算出した。 FIG. 10 is a diagram illustrating an example of frequency characteristics of impedance of the equivalent circuit illustrated in FIG. 9. In FIG. 10, the horizontal axis represents frequency, and the vertical axis represents impedance. Note that the impedance of the equivalent circuit is calculated as the absolute value of the ratio of the upper left element to the lower left element in the transmission matrix A (f) of the equation (2) represented by 2 rows and 2 columns. A graph 300 represents frequency characteristics of impedance. The graph 300 was calculated based on the equation (2) with L 0 = 30.5 μH, k = 0.731028, C1 = C2 = 180 nF, and R1 = R2 = 270 mΩ.

図10に示されるように、結合度kが上記のように比較的大きな値となる場合、インピーダンスの周波数特性は、送電共振回路14の共振周波数fsよりも小さい第1共振周波数fp1及び共振周波数fsよりも大きい第2共振周波数fp2における二つの極小値を持つ。すなわち、送電コイル141と受電コイル211とが共振する周波数が二つ存在し、各共振周波数においてインピーダンスが極小、すなわち、エネルギー伝送電力量が極大となる。送電共振回路14の共振周波数fsは、 As shown in FIG. 10, when the degree of coupling k is a relatively large value as described above, the frequency characteristic of the impedance is the first resonance frequency f p1 and the resonance smaller than the resonance frequency f s of the power transmission resonance circuit 14. It has two local minimum values at the second resonance frequency f p2 that is greater than the frequency f s . That is, there are two frequencies at which the power transmission coil 141 and the power reception coil 211 resonate, and the impedance is minimum at each resonance frequency, that is, the energy transmission power amount is maximum. The resonance frequency f s of the power transmission resonance circuit 14 is

Figure 2017225232
Figure 2017225232

で示される。ここでLは送電コイル141のインダクタンスであり、Cは送電コンデンサ142のキャパシタンスである。また、第1共振周波数fp1及び第2共振周波数fp2は、 Indicated by Here, L is the inductance of the power transmission coil 141, and C is the capacitance of the power transmission capacitor 142. The first resonance frequency f p1 and the second resonance frequency f p2 are

Figure 2017225232
Figure 2017225232

Figure 2017225232
Figure 2017225232

で示される。ここでkは送電コイル141と受電コイル211との間の結合度である。   Indicated by Here, k is the degree of coupling between the power transmission coil 141 and the power reception coil 211.

送電装置60の送電共振回路14に供給される交流電力の動作周波数fsが、第1共振周波数fp1又は第2共振周波数fp2に近いほど、送電側と受電側との間のインピーダンスが低下する。交流電力の動作周波数fsが第1共振周波数fp1又は第2共振周波数fp2に近づき、送電側と受電側との間のインピーダンスが低下すると、送電コイル141から受電コイル211へ伝送されるエネルギー伝送電力量が大きくなる。そのため、送電共振回路14に供給される交流電力の動作周波数fsが、何れかの共振周波数に近いほど、受電側の受電コイル211の両端子間の交流電圧も高くなる。 As the operating frequency f s of AC power supplied to the power transmission resonance circuit 14 of the power transmission device 60 is closer to the first resonance frequency f p1 or the second resonance frequency f p2 , the impedance between the power transmission side and the power reception side decreases. To do. When the operating frequency f s of AC power approaches the first resonance frequency f p1 or the second resonance frequency f p2 and the impedance between the power transmission side and the power reception side decreases, the energy transmitted from the power transmission coil 141 to the power reception coil 211 The amount of transmission power increases. Therefore, the closer the operating frequency f s of the AC power supplied to the power transmission resonance circuit 14 is to any one of the resonance frequencies, the higher the AC voltage between both terminals of the power receiving coil 211 on the power receiving side.

図10において、第1共振周波数fp1より高く且つ送電共振回路14の共振周波数fsよりも低い周波数領域、及び第2共振周波数fp2よりも高い周波数領域は、インダクタンス領域である。非接触給電装置1は、第1共振周波数fp1より高く且つ送電共振回路14の共振周波数fsよりも低い周波数領域、及び第2共振周波数fp2よりも高い周波数領域であるインダクタンス領域に含まれる動作周波数fsで動作する。リアクタンス領域は交流電圧よりも交流電流が遅れる領域であるので、交流電圧の位相が0度になりスイッチング素子13−1、13−2が切り替わるときに交流電流は負の値になる。スイッチング素子13−1、13−2が切り替わるときに交流電流が負の値になることで、非接触給電装置4は、ソフトスイッチングが可能になる。 In FIG. 10, the frequency region higher than the first resonance frequency f p1 and lower than the resonance frequency f s of the power transmission resonance circuit 14 and the frequency region higher than the second resonance frequency f p2 are inductance regions. The contactless power supply device 1 is included in a frequency region that is higher than the first resonance frequency f p1 and lower than the resonance frequency f s of the power transmission resonance circuit 14 and an inductance region that is a frequency region higher than the second resonance frequency f p2. It operates at the operating frequency f s . Since the reactance region is a region in which the alternating current is delayed from the alternating voltage, the alternating current has a negative value when the phase of the alternating voltage becomes 0 degrees and the switching elements 13-1 and 13-2 are switched. When the switching elements 13-1 and 13-2 are switched, the AC current becomes a negative value, so that the contactless power supply device 4 can perform soft switching.

表1は、結合度kと第2共振周波数fp2との関係を示す表である。 Table 1 is a table showing the relationship between the degree of coupling k and the second resonance frequency f p2 .

Figure 2017225232
Figure 2017225232

制御回路67は、起動時の動作周波数を第2共振周波数fp2よりも大きくすることで、送電される電力の利得を小さくする。例えば、結合度kの最大値が0.7のとき、第2共振周波数fp2の最大値は148.9[kHz]であるので、制御回路67は、起動時の動作周波を160[kHz]に設定してもよい。制御回路67が起動時の動作周波を160[kHz]に設定することで、非接触給電装置4は、送電される電力の利得を小さくすると共に、ソフトスイッチングが可能になる。 The control circuit 67 reduces the gain of the transmitted power by setting the operating frequency at the time of startup to be higher than the second resonance frequency f p2 . For example, when the maximum value of the degree of coupling k is 0.7, the maximum value of the second resonance frequency f p2 is 148.9 [kHz]. Therefore, the control circuit 67 sets the operating frequency at startup to 160 [kHz]. May be set. By setting the operating frequency at startup to 160 [kHz] by the control circuit 67, the non-contact power feeding device 4 can reduce the gain of transmitted power and perform soft switching.

図11は、第5実施形態に係る非接触給電装置の概略構成図である。   FIG. 11 is a schematic configuration diagram of a non-contact power feeding device according to the fifth embodiment.

非接触給電装置5は、送電装置70が送電装置60の代わりに配置されることが、非接触給電装置4と相違する。また、受電装置80が受電装置50の代わりに配置されることが、非接触給電装置4と更に相違する。送電装置70は、識別信号受信回路71が配置されることが送電装置60と相違する。また、送電装置70は、制御回路77が制御回路67の代わりに配置されることが送電装置60と更に相違する。受電装置80は、識別信号送信回路81が配置されることが受電装置50と相違する。識別信号受信回路71及び識別信号送信回路81以外の非接触給電装置5の構成素子の構成及び機能は、同一符号が付された非接触給電装置4の構成要素の構成及び機能と同一なので、ここでは詳細な説明は省略する。   The non-contact power feeding device 5 is different from the non-contact power feeding device 4 in that the power transmission device 70 is arranged instead of the power transmission device 60. The power receiving device 80 is further different from the power receiving device 50 in that the power receiving device 80 is arranged instead of the power receiving device 50. The power transmission device 70 is different from the power transmission device 60 in that an identification signal receiving circuit 71 is disposed. The power transmission device 70 is further different from the power transmission device 60 in that a control circuit 77 is arranged instead of the control circuit 67. The power receiving device 80 is different from the power receiving device 50 in that an identification signal transmission circuit 81 is disposed. The configuration and function of the constituent elements of the non-contact power feeding device 5 other than the identification signal receiving circuit 71 and the identification signal transmitting circuit 81 are the same as the configuration and function of the constituent elements of the non-contact power feeding device 4 assigned the same reference numerals. Then, detailed explanation is omitted.

識別信号受信回路71は、受電装置80の識別番号を示す識別信号を、識別信号送信回路81から受信する。識別信号送信回路81は、一例ではRFIDであり、識別信号を識別信号受信回路71に送信する。   The identification signal receiving circuit 71 receives an identification signal indicating the identification number of the power receiving device 80 from the identification signal transmitting circuit 81. The identification signal transmission circuit 81 is an RFID in one example, and transmits the identification signal to the identification signal reception circuit 71.

制御回路77は、送電装置70と受電装置80とが近接して配置されていない状態では、スイッチング素子13−1及び13−2が交互にオンする動作を間欠的にする制御信号をゲートドライバ16に出力する。送電電圧は、スイッチング素子13−1及び13−2が所定の動作周波数で交互にオンする間は所定の大きさになるが、スイッチング素子13−1及び13−2がオンしない間はゼロになる。送電装置70と受電装置80とが近接して配置されていない状態ではスイッチング素子13−1及び13−2が交互にオンする動作は、間欠的であるので、送電装置70の消費電力は低減される。   In a state where the power transmitting device 70 and the power receiving device 80 are not arranged close to each other, the control circuit 77 sends a control signal for intermittently turning on the switching elements 13-1 and 13-2 to the gate driver 16. Output to. The transmission voltage is a predetermined magnitude while the switching elements 13-1 and 13-2 are alternately turned on at a predetermined operating frequency, but is zero while the switching elements 13-1 and 13-2 are not turned on. . In the state where the power transmission device 70 and the power reception device 80 are not arranged close to each other, the operation in which the switching elements 13-1 and 13-2 are alternately turned on is intermittent, so that the power consumption of the power transmission device 70 is reduced. The

図12は、識別番号を有さない不図示の受電装置が送電装置70に近接して配置された状態のタイミングチャートである。図12において、波形1201は制御回路77からゲートドライバ16に出力される制御信号を示し、波形1202は送電電圧検出回路15が検出する送電電圧を示し、波形1203は識別番号を有さない不図示の受電装置の負荷回路電圧を示す。   FIG. 12 is a timing chart in a state where a power receiving device (not shown) that does not have an identification number is arranged in the vicinity of the power transmitting device 70. In FIG. 12, a waveform 1201 indicates a control signal output from the control circuit 77 to the gate driver 16, a waveform 1202 indicates a transmission voltage detected by the transmission voltage detection circuit 15, and a waveform 1203 does not have an identification number. The load circuit voltage of the power receiving device is shown.

識別番号を有さない不図示の受電装置が送電装置70に近接して配置された状態では、制御回路77は、識別番号を示す識別信号が入力されない。制御回路77は、識別番号を示す識別信号が入力されないので、スイッチング素子13−1及び13−2が交互にオンする動作を間欠的にする制御信号をゲートドライバ16に出力する。識別番号を有さない不図示の受電装置が送電装置70に近接して配置された状態ではスイッチング素子13−1及び13−2が交互にオンする動作は、間欠的であるので、識別番号を有さない不図示の受電装置が受電する、すなわち盗電される電力は低減される。   In a state where a power receiving device (not shown) that does not have an identification number is arranged in the vicinity of the power transmission device 70, the control circuit 77 does not receive an identification signal indicating the identification number. Since the identification signal indicating the identification number is not input, the control circuit 77 outputs a control signal for intermittently turning on the switching elements 13-1 and 13-2 to the gate driver 16. In a state where a power receiving device (not shown) that does not have an identification number is disposed in the vicinity of the power transmission device 70, the operation in which the switching elements 13-1 and 13-2 are alternately turned on is intermittent. The power received by a power receiving device (not shown) that is not provided, that is, the power that is stolen, is reduced.

図13(a)は、送電コイル141と受電コイル211との間の結合度kが0.3のときのタイミングチャートである。図13(b)は、図13(a)に示す状態において送電電流検出回路63が検出する送電電流と負荷回路電圧検出器25が検出する負荷回路電圧VLとの測定値の一例を示す図である。図13(a)において、波形1301は制御回路77からゲートドライバ16に出力される制御信号を示し、波形1302は送電電圧検出回路15が検出する送電電圧を示し、波形1303は負荷回路電圧検出器25が検出する負荷回路電圧VLを示す。図13(b)において、波形1304は送電電流検出回路63が検出する送電電流を示し、形1305は負荷回路電圧検出器25が検出する負荷回路電圧VLを示す。 FIG. 13A is a timing chart when the degree of coupling k between the power transmission coil 141 and the power reception coil 211 is 0.3. FIG. 13B shows an example of measured values of the transmission current detected by the transmission current detection circuit 63 and the load circuit voltage VL detected by the load circuit voltage detector 25 in the state shown in FIG. It is. In FIG. 13A, a waveform 1301 indicates a control signal output from the control circuit 77 to the gate driver 16, a waveform 1302 indicates a transmission voltage detected by the transmission voltage detection circuit 15, and a waveform 1303 indicates a load circuit voltage detector. 25 shows the load circuit voltage V L detected. In FIG. 13B, a waveform 1304 indicates a transmission current detected by the transmission current detection circuit 63, and a shape 1305 indicates a load circuit voltage VL detected by the load circuit voltage detector 25.

時間t131において、受電装置80が送電装置70に近接して配置されると、識別信号送信回路81は識別信号を識別信号受信回路71に送信し、識別信号受信回路71は受信した識別信号を制御回路77に出力する。制御回路77は、識別信号に対応する識別番号を参照し、受電装置80が正規の受電装置であることを認証する。制御回路77は、受電装置80が正規の受電装置であることを認証すると、スイッチング素子13−1及び13−2が所定の交互にオンする制御信号をゲートドライバ16に出力する。図13に示す例では、動作周波数は130[kHz]であり、送電電流は1.6[A]であり、負荷回路電圧VLは150[V]である。 At time t131, when the power receiving device 80 is arranged close to the power transmitting device 70, the identification signal transmitting circuit 81 transmits an identification signal to the identification signal receiving circuit 71, and the identification signal receiving circuit 71 controls the received identification signal. Output to circuit 77. The control circuit 77 refers to the identification number corresponding to the identification signal and authenticates that the power receiving device 80 is a regular power receiving device. When the control circuit 77 authenticates that the power receiving device 80 is a regular power receiving device, the control circuit 77 outputs a control signal to the gate driver 16 that turns on the switching elements 13-1 and 13-2 alternately. In the example shown in FIG. 13, the operating frequency is 130 [kHz], the transmission current is 1.6 [A], and the load circuit voltage V L is 150 [V].

図14は、図13に示す状態から受電装置80が送電装置70に更に近接して結合度kが0.3から0.5に変化する状態のタイミングチャートである。図14において、波形1401は制御回路77からゲートドライバ16に出力される制御信号を示し、波形1402は負荷回路電圧検出器25が検出する負荷回路電圧VLを示す。 FIG. 14 is a timing chart in a state where the power receiving device 80 is further closer to the power transmitting device 70 and the coupling degree k is changed from 0.3 to 0.5 from the state shown in FIG. In FIG. 14, a waveform 1401 indicates a control signal output from the control circuit 77 to the gate driver 16, and a waveform 1402 indicates the load circuit voltage V L detected by the load circuit voltage detector 25.

時間t141において、受電装置80が送電装置70に近接して結合度kが大きくなると、表1に示すように第2共振周波数fp2は高周波数側にシフトする。第2共振周波数fp2が高周波数側にシフトすると、送電電圧検出回路15が検出する送電電圧及び送電電流検出回路63が検出する送電電流が増加する。制御回路77は、送電電圧検出回路15が検出する送電電圧及び送電電流検出回路63が検出する送電電流が所望の値になるように、制御信号を調整する。 At time t141, when the power receiving device 80 approaches the power transmitting device 70 and the coupling degree k increases, the second resonance frequency f p2 shifts to the high frequency side as shown in Table 1. When the second resonance frequency f p2 is shifted to the high frequency side, the transmission voltage detected by the transmission voltage detection circuit 15 and the transmission current detected by the transmission current detection circuit 63 increase. The control circuit 77 adjusts the control signal so that the transmission voltage detected by the transmission voltage detection circuit 15 and the transmission current detected by the transmission current detection circuit 63 have desired values.

図15は、図14に示す状態から受電装置80の負荷回路26の負荷27の大きさが軽くなる状態のタイミングチャートである。図15において、波形1501は制御回路77からゲートドライバ16に出力される制御信号を示し、波形1502は負荷回路電圧検出器25が検出する負荷回路電圧VLを示し、波形1503は負荷27の大きさを示す。また、波形1504は、第1変更スイッチ222及び第2変更スイッチ225のゲート電圧を示す。図15に示す例において、第1しきい値電圧は300[V]であり、第2しきい値電圧は100[V]である。 FIG. 15 is a timing chart in a state where the size of the load 27 of the load circuit 26 of the power receiving device 80 becomes lighter than the state shown in FIG. In FIG. 15, a waveform 1501 indicates a control signal output from the control circuit 77 to the gate driver 16, a waveform 1502 indicates the load circuit voltage VL detected by the load circuit voltage detector 25, and a waveform 1503 indicates the magnitude of the load 27. It shows. A waveform 1504 indicates the gate voltages of the first change switch 222 and the second change switch 225. In the example shown in FIG. 15, the first threshold voltage is 300 [V], and the second threshold voltage is 100 [V].

時間t151において、負荷27の大きさが軽くなると、負荷回路電圧VLは280[V]から急激に上昇する。時間t152において、負荷回路電圧VLが第1しきい値電圧である300[V]に達すると、過電圧判定回路223は、オン指示信号を第1変更スイッチ222及び第2変更スイッチ225に出力する。オン指示信号が入力されると、第1変更スイッチ222及び第2変更スイッチ225のゲート電圧はオン電圧以上になり、第1変更スイッチ222及び第2変更スイッチ225はオンして受電装置80の共振周波数は変化する。また、制御回路77は、過電圧判定回路227から過電圧信号送信回路228及び過電圧信号受信回路41を介して過電圧信号が入力される。制御回路77は、過電圧信号受信回路41から過電圧信号が入力されると、スイッチング素子13−1とスイッチング素子13−2とが交互にオンする動作を間欠的にする。受電装置80の共振周波数が変化すると負荷回路電圧VLは低下する。負荷回路電圧VLが第2しきい値電圧である100[V]まで低下すると、過電圧判定回路223は、オン指示信号の出力を停止する。 When the size of the load 27 becomes light at time t151, the load circuit voltage V L rapidly increases from 280 [V]. When the load circuit voltage V L reaches 300 [V], which is the first threshold voltage, at time t152, the overvoltage determination circuit 223 outputs an ON instruction signal to the first change switch 222 and the second change switch 225. . When the ON instruction signal is input, the gate voltage of the first change switch 222 and the second change switch 225 becomes equal to or higher than the ON voltage, the first change switch 222 and the second change switch 225 are turned ON, and the resonance of the power receiving device 80. The frequency changes. The control circuit 77 receives an overvoltage signal from the overvoltage determination circuit 227 via the overvoltage signal transmission circuit 228 and the overvoltage signal reception circuit 41. When the overvoltage signal is input from the overvoltage signal receiving circuit 41, the control circuit 77 intermittently turns on the switching element 13-1 and the switching element 13-2. When the resonance frequency of the power receiving device 80 changes, the load circuit voltage V L decreases. When the load circuit voltage V L drops to 100 [V], which is the second threshold voltage, the overvoltage determination circuit 223 stops outputting the on instruction signal.

実施形態に係る非接触給電装置では、受電装置の負荷回路の電圧を示す負荷回路電圧が第1しきい値電圧以上になるときに受電装置の共振周波数を変化させることで、負荷回路電圧を低くして負荷回路電圧が過電圧になることを防止することができる。すなわち、実施形態に係る非接触給電装置は、第1変更コンデンサと受電コイル及び受電コンデンサとの間を電気的に接続したときに、共振周波数変更回路によって共振周波数が変化することにより給電時の電圧利得を落とすことができる。   In the contactless power supply device according to the embodiment, the load circuit voltage is lowered by changing the resonance frequency of the power receiving device when the load circuit voltage indicating the voltage of the load circuit of the power receiving device is equal to or higher than the first threshold voltage. Thus, the load circuit voltage can be prevented from becoming an overvoltage. That is, the non-contact power feeding device according to the embodiment is configured such that when the first change capacitor, the power receiving coil, and the power receiving capacitor are electrically connected, the resonance frequency is changed by the resonance frequency changing circuit, whereby the voltage at the time of power supply is changed. Gain can be reduced.

また、実施形態に係る非接触給電装置では、受電コンデンサと負荷回路との間に第1変更コンデンサ及び第1変更スイッチが配置されるので、第1変更スイッチがオンしたときの受電装置の共振周波数の変化量を大きくすることができる。   In the contactless power supply device according to the embodiment, since the first change capacitor and the first change switch are arranged between the power reception capacitor and the load circuit, the resonance frequency of the power reception device when the first change switch is turned on. The amount of change can be increased.

図16は、受電コイルと受電コンデンサとの間に第1変更コンデンサ及び第1変更スイッチが配置された非接触給電装置の概略構成図である。   FIG. 16 is a schematic configuration diagram of a non-contact power feeding device in which a first change capacitor and a first change switch are arranged between a power receiving coil and a power receiving capacitor.

非接触給電装置6は、受電装置20の代わりに受電装置90が配置されることが非接触給電装置1と相違する。受電装置90は、共振周波数変更回路22が受電コイル211と受電コンデンサ212との間に配置されることが受電装置90と相違する。共振周波数変更回路22の位置以外の非接触給電装置6の構成は、非接触給電装置1の構成と同一なので、ここでは詳細な説明は省略する。   The non-contact power feeding device 6 is different from the non-contact power feeding device 1 in that a power receiving device 90 is arranged instead of the power receiving device 20. The power receiving device 90 is different from the power receiving device 90 in that the resonance frequency changing circuit 22 is disposed between the power receiving coil 211 and the power receiving capacitor 212. Since the configuration of the non-contact power feeding device 6 other than the position of the resonance frequency changing circuit 22 is the same as the configuration of the non-contact power feeding device 1, detailed description thereof is omitted here.

図17(a)は、第1変更スイッチ222がオンしたときの送電共振回路14、受電共振回路21及び共振周波数変更回路22を含む非接触給電装置1の送電回路の等価回路図である。図17(b)は、第1変更スイッチ222がオンしたときの送電共振回路14、受電コイル211、受電コンデンサ212及び共振周波数変更回路22を含む非接触給電装置6の送電回路の等価回路図である。   FIG. 17A is an equivalent circuit diagram of the power transmission circuit of the non-contact power feeding apparatus 1 including the power transmission resonance circuit 14, the power reception resonance circuit 21, and the resonance frequency change circuit 22 when the first change switch 222 is turned on. FIG. 17B is an equivalent circuit diagram of the power transmission circuit of the non-contact power feeding device 6 including the power transmission resonance circuit 14, the power receiving coil 211, the power receiving capacitor 212, and the resonance frequency changing circuit 22 when the first change switch 222 is turned on. is there.

図17(a)及び17(b)において、L1、L3は、それぞれ、送電側、受電側の漏れインダクタンスであり、L2は、相互インダクタンスである。送電コイル141及び受電コイル211の自己インダクタンスをL0、送電コイル141と受電コイル211間の結合度をkとすると、L1=L3=(1-k)L0、L2=kL0となる。例えば、L0=30.5μH、k=0.731028とすると、L1=L3=8.205μH、L2=22.3μHとなる。 17A and 17B, L 1 and L 3 are leakage inductances on the power transmission side and the power reception side, respectively, and L 2 is a mutual inductance. Assuming that the self-inductance of the power transmission coil 141 and the power reception coil 211 is L 0 , and the degree of coupling between the power transmission coil 141 and the power reception coil 211 is k, L 1 = L 3 = (1−k) L 0 , L 2 = kL 0 Become. For example, if L 0 = 30.5 μH and k = 0.731028, then L 1 = L 3 = 8.205 μH and L 2 = 22.3 μH.

非接触給電装置1の第1変更スイッチ222がオンしたときの送電回路の伝送行列A(f)は、次式で表される。   A transmission matrix A (f) of the power transmission circuit when the first change switch 222 of the contactless power supply device 1 is turned on is expressed by the following equation.

Figure 2017225232
Figure 2017225232

一方、非接触給電装置6の第1変更スイッチ222がオンしたときの送電回路の伝送行列A(f)は、次式で表される。   On the other hand, the transmission matrix A (f) of the power transmission circuit when the first change switch 222 of the non-contact power feeding device 6 is turned on is expressed by the following equation.

Figure 2017225232
Figure 2017225232

ここで、fsは、電力供給回路11の動作周波数であり、s(f)=jω、ω=2πfである。C1、C2は、それぞれ、送電側、受電側のキャパシタンスである。C3は、第1変更コンデンサのキャパシタンスである。R1、R2は、送電側、受電側のインピーダンスである。 Here, f s is the operating frequency of the power supply circuit 11, and s (f) = jω and ω = 2πf. C1 and C2 are capacitances on the power transmission side and the power reception side, respectively. C3 is the capacitance of the first change capacitor. R1 and R2 are impedances on the power transmission side and the power reception side.

図18(a)は、非接触給電装置6において、負荷回路26が比較的重いときに第1変更スイッチ222がオンした状態の動作周波数と負荷回路電圧VLとの関係を示す図である。図18(b)は、非接触給電装置6において、負荷回路26が比較的軽いときに第1変更スイッチ222がオンした状態の動作周波数と負荷回路電圧VLとの関係を示す図である。図18(a)に示す例では負荷回路26の抵抗が1[kΩ]であり、図18(b)に示す例では負荷回路26の抵抗が100[kΩ]である。図18(a)〜18(b)において、横軸は動作周波数[kHz]を示し、縦軸は負荷回路電圧VLを任意単位で示す。 FIG. 18A is a diagram illustrating a relationship between the operating frequency and the load circuit voltage V L when the first change switch 222 is turned on when the load circuit 26 is relatively heavy in the contactless power supply device 6. FIG. 18B is a diagram illustrating the relationship between the operating frequency and the load circuit voltage V L when the first change switch 222 is turned on when the load circuit 26 is relatively light in the contactless power supply device 6. In the example shown in FIG. 18A, the resistance of the load circuit 26 is 1 [kΩ], and in the example shown in FIG. 18B, the resistance of the load circuit 26 is 100 [kΩ]. 18A to 18B, the horizontal axis indicates the operating frequency [kHz], and the vertical axis indicates the load circuit voltage V L in an arbitrary unit.

図3(b)及び3(c)に示すように、非接触給電装置1では、負荷回路26の大きさにかかわらず、図18(a)及び18(b)に示す非接触給電装置6の場合と比較して、第1変更スイッチ222がオンした状態の共振周波数の変化が大きい。   As shown in FIGS. 3B and 3C, in the non-contact power feeding device 1, regardless of the size of the load circuit 26, the non-contact power feeding device 6 shown in FIGS. Compared with the case, the change of the resonance frequency in the state where the first change switch 222 is turned on is large.

また、実施形態に係る非接触給電装置では、受電装置の共振周波数を変化させるためにオンオフされる変更スイッチの一端は接地されるので、変更スイッチをMOSFETとして場合にゲート電圧の制御が容易である。   In the contactless power supply device according to the embodiment, since one end of the change switch that is turned on / off to change the resonance frequency of the power receiving device is grounded, the gate voltage can be easily controlled when the change switch is a MOSFET. .

また、実施形態に係る非接触給電装置では、受電装置に送電された電力は、直列接続された一対のダイオードにより整流されるので、比較的広い周波数帯に亘って負荷回路電圧を高くすることができる。   In the contactless power supply device according to the embodiment, since the power transmitted to the power receiving device is rectified by a pair of diodes connected in series, the load circuit voltage can be increased over a relatively wide frequency band. it can.

また、第2実施形態に係る非接触給電装置は、受電コンデンサに並列接続可能な第2変更コンデンサを有するので、負荷回路電圧が第1しきい値電圧に達したときに受電装置の共振周波数を大きく変化させることで、負荷回路電圧を低くすることができる。   In addition, since the non-contact power feeding device according to the second embodiment includes the second change capacitor that can be connected in parallel to the power receiving capacitor, the resonance frequency of the power receiving device is set when the load circuit voltage reaches the first threshold voltage. By making a large change, the load circuit voltage can be lowered.

また、第3実施形態に係る非接触給電装置は、負荷回路電圧が第1しきい値電圧に達したときに送電装置のスイッチング動作を間欠的にすることで、負荷回路電圧をより確実に低下させることができる。   In addition, the contactless power supply device according to the third embodiment more reliably lowers the load circuit voltage by intermittently switching the power transmission device when the load circuit voltage reaches the first threshold voltage. Can be made.

また、第4実施形態に係る非接触給電装置は、送電装置の制御回路が送電電圧及び送電電流に応じてスイッチング素子の動作周波数を変更することができるので、結合度が変化した場合でも負荷回路電圧が過電圧状態になることを防止できる。また、第4実施形態に係る非接触給電装置では、送電装置の制御回路が送電電圧及び送電電流に応じてスイッチング素子の動作周波数を変更することができるので、ソフトスイッチング動作することができる。   Further, the non-contact power feeding device according to the fourth embodiment is such that the control circuit of the power transmission device can change the operating frequency of the switching element according to the power transmission voltage and the power transmission current. It is possible to prevent the voltage from becoming an overvoltage state. Moreover, in the non-contact electric power feeder which concerns on 4th Embodiment, since the control circuit of a power transmission apparatus can change the operating frequency of a switching element according to a power transmission voltage and a power transmission current, it can perform soft switching operation | movement.

また、第5実施形態に係る非接触給電装置では、送電装置は、受電装置の識別番号を参照して受電装置が正規の受電装置であることを認証するまでスイッチング動作を間欠的にするので、識別番号を有さない受電装置に送電する電力の大きさを小さくできる。   In the non-contact power feeding device according to the fifth embodiment, the power transmission device intermittently performs the switching operation until it authenticates that the power reception device is a regular power reception device with reference to the identification number of the power reception device. The magnitude of the power transmitted to the power receiving device that does not have the identification number can be reduced.

非接触給電装置1〜6において、第1変更スイッチ222及び第2変更スイッチ225は、MOSFETで構成される。しかしながら、実施形態に係る非接触給電装置では、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(Insulated Gate Bipolar Transistor)等の高速スイッチング動作可能な他の素子により第1変更スイッチ及び第2変更スイッチを構成してもよい。   In the non-contact power feeding devices 1 to 6, the first change switch 222 and the second change switch 225 are configured by MOSFETs. However, in the non-contact power feeding device according to the embodiment, the first change switch and the second change switch may be configured by other elements capable of high-speed switching operation such as an insulated gate bipolar transistor.

このように、当業者は、本発明の範囲内で、実施される形態に合わせて様々な変更を行うことができる。   As described above, those skilled in the art can make various modifications in accordance with the embodiment to be implemented within the scope of the present invention.

1〜6 非接触給電装置
10、40、60、70 送電装置
11 電力供給回路
12 直流電源
13−1及び13−2 スイッチング素子
14 送電共振回路
141 送電コイル
142 送電コンデンサ
15 送電電圧検出回路
16 ゲートドライバ
17、47、67、77 制御回路
20、30、50、80、90 受電装置
21、31 受電共振回路
211 受電コイル
212 受電コンデンサ
22、32、52 共振周波数変更回路
221 第1変更コンデンサ
222 第1変更スイッチ
223、226、227 過電圧判定回路
224 第2変更コンデンサ
225 第2変更スイッチ
23 整流回路
24 平滑コンデンサ
25 負荷回路電圧検出器
26 負荷回路
1-6 Non-contact power supply device 10, 40, 60, 70 Power transmission device 11 Power supply circuit 12 DC power supply 13-1 and 13-2 Switching element 14 Power transmission resonance circuit 141 Power transmission coil 142 Power transmission capacitor 15 Power transmission voltage detection circuit 16 Gate driver 17, 47, 67, 77 Control circuit 20, 30, 50, 80, 90 Power receiving device 21, 31 Power receiving resonance circuit 211 Power receiving coil 212 Power receiving capacitor 22, 32, 52 Resonance frequency changing circuit 221 First changing capacitor 222 First change Switch 223, 226, 227 Overvoltage determination circuit 224 Second change capacitor 225 Second change switch 23 Rectifier circuit 24 Smoothing capacitor 25 Load circuit voltage detector 26 Load circuit

Claims (5)

非接触で電力伝送する送電コイルを含む送電共振回路を有する送電装置と、前記送電装置から電力伝送される受電装置とを有する非接触給電装置であって、
前記受電装置は、
受電コンデンサと、前記受電コンデンサの一端と接続され、前記送電コイルとの間で電力伝送可能な受電コイルとを有する受電共振回路と、
前記受電装置に接続される負荷回路に出力される負荷回路電圧を検出する負荷回路電圧検出器と、
前記受電共振回路に接続された共振周波数変更回路と、を有し、
前記共振周波数変更回路は、
前記受電コンデンサの他端に一端が接続され且つ他端が前記受電コイルに接続された第1変更コンデンサと、
オン指示信号が入力されているときに、前記第1変更コンデンサと前記受電コイル及び前記受電コンデンサとの間を電気的に接続し、オン指示信号が入力されていないときに、前記第1変更コンデンサと前記受電コイル及び前記受電コンデンサとの間の電気的な接続を遮断する第1変更スイッチと、
前記負荷回路電圧が第1しきい値電圧以上のときに、前記オン指示信号を前記第1変更スイッチに出力する過電圧判定回路と有し、
前記第1変更コンデンサと前記受電コイル及び前記受電コンデンサとの間を電気的に接続したときに、前記共振周波数変更回路によって共振周波数が変化することにより電圧利得を落とすことを特徴とする非接触給電装置。
A non-contact power feeding device having a power transmission resonance circuit including a power transmission coil that transmits power in a contactless manner, and a power receiving device that transmits power from the power transmission device,
The power receiving device is:
A power receiving resonance circuit having a power receiving capacitor and a power receiving coil connected to one end of the power receiving capacitor and capable of transmitting power to and from the power transmitting coil;
A load circuit voltage detector for detecting a load circuit voltage output to a load circuit connected to the power receiving device;
A resonance frequency changing circuit connected to the power receiving resonance circuit,
The resonance frequency changing circuit is:
A first changing capacitor having one end connected to the other end of the power receiving capacitor and the other end connected to the power receiving coil;
When the on instruction signal is input, the first change capacitor is electrically connected to the power receiving coil and the power reception capacitor. When the on instruction signal is not input, the first change capacitor is electrically connected. And a first change switch for cutting off an electrical connection between the power receiving coil and the power receiving capacitor;
An overvoltage determination circuit that outputs the ON instruction signal to the first change switch when the load circuit voltage is equal to or higher than a first threshold voltage;
The contactless power feeding, wherein when the first change capacitor, the power receiving coil, and the power reception capacitor are electrically connected, a voltage gain is reduced by changing a resonance frequency by the resonance frequency changing circuit. apparatus.
前記第1変更スイッチは、ソースが接地されたnチャネル型のMOSFETである、請求項1に記載の非接触給電装置。   The contactless power supply device according to claim 1, wherein the first change switch is an n-channel MOSFET whose source is grounded. 前記共振周波数変更回路は、
前記受電コンデンサに並列接続された第2変更コンデンサと、
前記オン指示信号が入力されているときに、前記第2変更コンデンサと前記受電コイル及び前記受電コンデンサとの間を電気的に接続し、オン指示信号が入力されていないときに、前記第2変更コンデンサと前記受電コイル及び前記受電コンデンサとの間の電気的な接続を遮断する第2変更スイッチと、を更に有し、
前記過電圧判定回路は、前記負荷回路電圧が第1しきい値電圧以上のときに、前記オン指示信号を前記第2変更スイッチに更に出力する、請求項1に記載の非接触給電装置。
The resonance frequency changing circuit is:
A second changing capacitor connected in parallel to the power receiving capacitor;
When the ON instruction signal is input, the second change capacitor is electrically connected to the power receiving coil and the power receiving capacitor. When the ON instruction signal is not input, the second change capacitor is electrically connected. A second change switch for cutting off an electrical connection between a capacitor and the power receiving coil and the power receiving capacitor;
The contactless power supply device according to claim 1, wherein the overvoltage determination circuit further outputs the ON instruction signal to the second change switch when the load circuit voltage is equal to or higher than a first threshold voltage.
前記第1変更スイッチ及び前記第2変更スイッチは、ソースが接地されたnチャネル型のMOSFETである、請求項3に記載の非接触給電装置。   The contactless power supply device according to claim 3, wherein the first change switch and the second change switch are n-channel MOSFETs whose sources are grounded. 前記受電装置は、前記負荷回路電圧が前記第1しきい値電圧以上のときに、過電圧状態であることを示す過電圧信号を送信する過電圧信号送信回路を更に有し、
前記送電装置は、
前記送電共振回路に交流電圧を供給する電力供給回路と、
前記過電圧信号を受信する過電圧信号受信回路と、
前記過電圧信号受信回路から前記過電圧信号が入力されたときに、前記電力供給回路の動作周波数を低下させる制御回路と、
を有する、請求項1〜4の何れか一項に記載の非接触給電装置。
The power receiving device further includes an overvoltage signal transmission circuit that transmits an overvoltage signal indicating an overvoltage state when the load circuit voltage is equal to or higher than the first threshold voltage,
The power transmission device is:
A power supply circuit for supplying an AC voltage to the power transmission resonance circuit;
An overvoltage signal receiving circuit for receiving the overvoltage signal;
A control circuit for lowering an operating frequency of the power supply circuit when the overvoltage signal is input from the overvoltage signal receiving circuit;
The non-contact electric power feeder as described in any one of Claims 1-4 which has these.
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