JP4096873B2 - 無接触給電設備の誘導受電回路 - Google Patents

Description

本発明は、無接触給電設備の誘導受電回路に関するものである。

従来の無接触給電設備の誘導受電回路として、たとえば特許文献１が開示されている。
２次側受電回路（誘導受電回路）は、高周波電流を流す１次側誘導線路に対向してコイルを設け、このコイルに、コイルとともに誘導線路の周波数に共振する共振回路を形成する共振コンデンサを接続し、このコンデンサに全波整流回路を接続し、さらに整流回路に、出力電圧を基準電圧に制御する定電圧制御回路を接続して構成されている。負荷は定電圧制御回路に接続され、この定電圧制御回路より負荷へ給電される。また前記全波整流回路の帰還側の２つのダイオードにそれぞれ、短絡手段としてトランジスタ（以下、短絡用トランジスタと称す）が並列に接続されている。

そして、全波整流回路におけるトランジスタが接続されていない一方のダイオードのカソードと、全波整流回路の出力端と接続された出力調整用トランジスタとの間に電流制限用コイルを介装しており、さらに定電圧制御回路に出力電圧と基準電圧とを比較するコンパレータの出力信号がオンとなるとカウントを開始するタイマーを設けている。このタイマーは、カウント値が予め設定されたカウント値（設定時間）となると、出力信号をオンとしており、このオンの出力信号により短絡用トランジスタをオンとしている。また定電圧制御回路に論理積回路（ＡＮＤ回路）を設け、コンパレータの出力信号がオンで、かつタイマーの出力信号がオフのとき、出力調整用トランジスタをオンとする構成としている。

上記構成のもと、負荷が減少して出力電圧が上昇し、出力電圧が基準電圧を超えると、コンパレータの出力信号により出力調整用トランジスタがオンされる。同時にコンパレータの出力信号によりタイマーが起動され、所定時間（タイマーの設定時間）後、タイマーの出力信号がオンとなると、短絡用トランジスタはオンとされるとともに出力調整用トランジスタはオフとされる。

上記作用により、出力調整用トランジスタがオンしているときに、出力電圧が基準電圧に維持され、また共振コンデンサに蓄えられる電荷が、電流制限用コイルに蓄積され、短絡用トランジスタをオンするとともに出力調整用トランジスタをオフしたときに、電流制限用コイルに蓄積されたエネルギーは負荷へ出力されて有効に使用され、よって損失を減少させることを可能としている。
特開平１１−２５２９１２号公報

しかし、上記した従来の構成によると、上昇しすぎた出力電圧を定電圧制御回路を用いて基準電圧に下げる際、定電圧制御回路の出力調整用トランジスタをオンすると、共振コンデンサに蓄えられていた電荷が、電流制限用コイルを介して出力調整用トランジスタに一気に流れ込む。この突入電流により、出力調整用トランジスタの破壊を招く恐れがあるとともに、電流制限用コイルに対して急速な加熱が促されるため、熱損失を生み出してしまうという問題があり、前記突入電流に備えるため、電流制限用コイルや出力調整用トランジスタを大型化しなければならない。

また、従来の構成は、短絡用トランジスタ、および出力調整用トランジスタを制御する回路が、複雑に構成されているという問題がある。
そこで本発明は、突入電流の発生を防止することにより、トランジスタが破壊されることを回避するとともにコイルの熱損失を低減し、部品の小型化を図る無接触給電設備の誘導受電回路を提供することを目的としたものである。

前記した目的を達成するために、本発明の請求項１記載の無接触給電設備の誘導受電回路は、高周波電流を流す誘導線路に対向して前記誘導線路より起電力が誘起される受電コイルを設け、この受電コイルに誘導される起電力により消費電力が変動する負荷に給電する無接触給電設備の誘導受電回路であって、前記受電コイルに並列に接続され、前記受電コイルとともに前記誘導線路の周波数に共振する共振回路を形成する共振コンデンサと、４つのダイオードから形成され、前記共振回路から取り出した交流電圧を整流し、前記負荷へ供給する全波整流器と、前記全波整流器における帰還側の２つの前記ダイオードにそれぞれ並列に接続された短絡手段と、前記全波整流器の出力端と前記負荷間に直列に接続された電流制限用コイルと、前記電流制限用コイルと前記負荷間に、前記負荷に並列に接続された平滑用コンデンサとを備え、いずれか一方のみの前記短絡手段を作動させることにより前記共振回路の共振を停止させることを特徴としたものである。

上記構成によれば、いずれか一方のみの短絡手段を作動させ、共振回路の共振を停止させた場合、共振回路から取り出した交流電流は、電流制限用コイルを介することなく共振回路へ流れるため、電流制限用コイルに突入電流が流れることを防止することができる。このように、短絡手段を全波整流器と共通化し、また短絡手段を作動させて共振回路の共振を停止させても電流制限用コイルへ突入電流を流入させることはなく、部品の小型化を図ることができる。

また請求項２記載の無接触給電設備の誘導受電回路は、いずれか一方の短絡手段に印加される電圧の電位を監視し、前記負荷に印加される出力電圧を監視し、監視している出力電圧が予め設定された所定電圧より上昇したときに、２つの前記短絡手段のうち、前記ダイオードが順バイアスとなっている短絡手段を作動させて前記共振回路の共振を停止させることを特徴としたものである。

上記構成によれば、監視している出力電圧が予め設定された所定電圧より上昇したときに、前記ダイオードが順バイアスとなっている短絡手段を作動させ、前記ダイオードが順バイアスから逆バイアスへと切り替わる際、電流を徐々に流すことができるため、短絡手段および電流制限用コイルへ突入電流が流れることが防止され、したがって短絡手段が破壊されることを防止することができるとともに、電流制限用コイルの熱損失を大幅に低減することができる。

そして請求項３記載の無接触給電設備の誘導受電回路は、前記短絡手段を、半導体素子により形成することを特徴としたものである。
上記構成によれば、短絡手段に半導体素子を用いることにより、共振回路より高周波電流が半導体素子に流れても対応することができ、また短絡手段を用いたときと同様の効果を奏し得ることができる。

本発明の無接触給電設備の誘導受電回路は、短絡手段を全波整流器と共通化し、また短絡手段を作動させて共振回路の共振を停止させても電流制限用コイルへ突入電流を流入させることはなく、部品の小型化を図ることができる。

以下に、本発明の実施の形態における無接触給電設備の誘導受電回路について、図面を参照しながら説明する。
図１に示すように、無接触給電設備の誘導受電回路１は、１０ＫＨｚほどの一定周波数の交番磁界中に置かれて誘導起電力を発生する受電コイル２と、受電コイル２に並列に接続され、受電コイル２とともに誘導線路の周波数に共振する共振回路を形成する共振コンデンサ３と、４つのダイオード６（６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ）から形成され、共振回路から取り出した交流電圧を整流し、負荷１２へ供給する全波整流器４と、この全波整流器４における帰還側のダイオード６ｃ，６ｄにそれぞれ並列に接続されたトランジスタ（短絡手段の一例）５（５ａ，５ｂ）と、全波整流器４の出力端と接続された整流用ダイオード９と、全波整流器４の出力端および整流用ダイオード９のカソードの接続点と負荷１２間に直列に接続された電流制限用コイル（ＤＣコイル）１０と、電流制限用コイル１０と負荷１２間に、負荷１２に並列に接続された平滑用コンデンサ１１とから構成されている。なお、全波整流器４と共通化されスイッチング動作を行うトランジスタ５と、整流用ダイオード９と、電流制限用コイル１０とにより、直流定電圧回路８が形成されている。また、全波整流器４は、４つのダイオード６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄをブリッジ状に接続するブリッジ形全波整流回路に形成されている。

また、トランジスタ５ａは、そのコレクタにダイオード６ｃのカソードが接続され、エミッタにダイオード６ｃのアノードが接続され、トランジスタ５ｂは、そのコレクタにダイオード６ｄのカソードが接続され、エミッタにダイオード６ｄのアノードが接続されている。なお、ダイオード６においてアノードからカソードへ流れる電流の方向を順バイアスとする。

また、各トランジスタ５ａ，５ｂの制御を行うトランジスタ制御回路７は、トランジスタ５ｂのコレクタ（Ｘ点）に印加される電圧と負荷１２（Ｙ点）に印加される出力電圧（負荷電圧）を監視している。そして、共振回路の共振を停止させる際、トランジスタ制御回路７は、順バイアスとなったダイオード６ｃ，６ｄに並列に接続されたいずれかのトランジスタ５をオンさせるようにしており、たとえばダイオード６ｃが順バイアスとなった場合、トランジスタ５ａをオンして共振回路の共振を停止させ、ダイオード６ｄが順バイアスとなった場合、トランジスタ５ｂをオンして共振回路の共振を停止させるよう構成されている。

以下に、上記した実施の形態における作用を説明する。
例えば１０ｋＨｚほどの高周波電流が誘導線路に供給され、この誘導線路に発生する磁束により、受電コイル２に誘導起電力が発生し、この起電力により発生した交流電流から得られる交流電圧は全波整流器４で整流され、電流制限用コイル（ＤＣコイル）１０を介して負荷１２へ供給される。またこのとき、平滑用コンデンサ１１に電荷が充電される。

ここで、トランジスタ制御回路７は、負荷１２が減少して軽負荷状態となり、監視している出力電圧が予め設定された所定電圧（基準電圧）より上昇した場合においては、出力電圧を制御するために共振回路の共振を停止させる。

このとき、ダイオード６ｃが順バイアスとなった場合、共振回路の共振を停止させるために、トランジスタ制御回路７はトランジスタ５ａをオンする。この時点では電流は流れないが、トランジスタ５ａのコレクタに印加される電圧の電位は少なくとも半周期後にマイナス側からプラス側に切り替わる。

そして、ダイオード６ｃが逆バイアスとなると、図２に示すように、電流が、共振回路→トランジスタ５ａ→ダイオード６ｄ→共振回路（ルート１）と徐々に流れ、トランジスタ５ａおよび電流制限用コイル１０に突入電流を流入させることなく共振回路の共振を停止させることができる。

上述したように共振回路の共振を停止させると、電流制限用コイル１０は、電流制限用コイル１０に貯めたエネルギーを放出して、それを平滑コンデンサ１１で平滑化して負荷１２に供給する。

また、トランジスタ制御回路７は、負荷１２が増加して通常負荷状態となり、監視している出力電圧が基準電圧より低くなった場合においては、共振回路を再度共振させるために、トランジスタ５ａをオフ（オープンの状態）とする。
以上のように本実施の形態によれば、トランジスタ５を全波整流器４と共通化し、またトランジスタ５を作動させて、共振回路の共振を停止させても電流制限用コイル１０へ突入電流を流入させることはなく、部品の小型化を図ることができる。
また、本実施の形態によれば、共振コンデンサ３に蓄えられた電荷が一気に流れ込むことがなくなり、各トランジスタ５、および電流制限用コイル１０に突入電流を流入させないため、各トランジスタ５が破壊されることを防止するとともに、電流制限用コイル１０の熱損失を大幅に低減することができる。
また、本実施の形態によれば、トランジスタ５やサイリスタ等の半導体素子を用いることにより、共振回路より高周波電流が流れても対応することができる。

なお、本実施の形態では、短絡手段としてトランジスタ５を使用していたが、サイリスタ等の半導体素子を使用しても、同様の効果を奏し得ることができる。
また、本実施の形態では、全波整流器４のダイオード６が順バイアスとなっている一方のトランジスタ（短絡手段）５のみをオンさせていたが、このように順バイアスとなっている一方のトランジスタ５をオンさせた後、時間差をおいて他方のトランジスタ５をオンさせるようにすることもできる。

本発明の実施の形態に係る無接触給電設備の誘導受電回路の回路図である。 本発明の実施の形態に係る共振回路の共振を停止させた際の電流の流れを示した図である。

符号の説明

１ 誘導受電回路
２ 受電コイル
３ 共振コンデンサ
４ 全波整流器
５（５ａ，５ｂ） トランジスタ（短絡手段）
６（６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ） ダイオード
７ トランジスタ制御回路
８ 直流定電圧回路
９ 整流用ダイオード
１０ 電流制限用コイル
１１ 平滑用コンデンサ
１２ 負荷

Claims (3)

1. 高周波電流を流す誘導線路に対向して前記誘導線路より起電力が誘起される受電コイルを設け、この受電コイルに誘導される起電力により消費電力が変動する負荷に給電する無接触給電設備の誘導受電回路であって、
   前記受電コイルに並列に接続され、前記受電コイルとともに前記誘導線路の周波数に共振する共振回路を形成する共振コンデンサと、
   ４つのダイオードから形成され、前記共振回路から取り出した交流電圧を整流し、前記負荷へ供給する全波整流器と、
   前記全波整流器における帰還側の２つの前記ダイオードにそれぞれ並列に接続された短絡手段と、
   前記全波整流器の出力端と前記負荷間に直列に接続された電流制限用コイルと、
   前記電流制限用コイルと前記負荷間に、前記負荷に並列に接続された平滑用コンデンサと
   を備え、
   いずれか一方のみの前記短絡手段を作動させることにより前記共振回路の共振を停止させること
   を特徴とする無接触給電設備の誘導受電回路。
2. いずれか一方の短絡手段に印加される電圧の電位を監視し、前記負荷に印加される出力電圧を監視し、監視している出力電圧が予め設定された所定電圧より上昇したときに、２つの前記短絡手段のうち、前記ダイオードが順バイアスとなっている短絡手段を作動させて前記共振回路の共振を停止させること
   を特徴とする請求項１に記載の無接触給電設備の誘導受電回路。
3. 前記短絡手段を、半導体素子により形成すること
   を特徴とする請求項１または請求項２に記載の無接触給電設備の誘導受電回路。

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