JP6857665B2 - 非接触給電装置 - Google Patents

Description

本発明は、非接触で給電を行う非接触給電装置に関し、より詳細には、給電される電気負荷が電力回生機能を有する構成の非接触給電装置に関する。

非接触給電部から非接触受電部へと非接触で給電を行う非接触給電装置が開発されている。非接触給電の方式を大別すると、電磁誘導方式、静電結合方式、および電磁界共鳴方式の３方式が有る。非接触給電装置の多数において、非接触給電部の側の電源に交流が用いられ、非接触受電部の側で整流を行う構成が採用されている。また、非接触給電回路の異常を検出して保護する技術も各種提案されている。この種の非接触給電装置の保護技術の一例が特許文献１に開示されている。

特許文献１のワイヤレス受電装置は、受電コイルおよび整流回路からなる受電回路を遮断可能な遮断素子と、直列接続された抵抗およびスイッチング素子からなるクランプ回路と、抵抗とスイッチング素子の間の電圧値を検出する手段と、受電回路の異常状態を検出する手段と、制御回路と、を備える。制御回路は、異常状態が検出されたときにスイッチング素子を導通させ、電圧値が基準電圧値を下回ってから遮断素子を遮断制御する。これによれば、大電力投入時に異常が発生しても、電圧値が十分に低下してから電気負荷への電力供給が遮断されるので、回路構成部品の破損が防止され、安全性を高めることができる、とされている。

特開２０１４−１２１１３７号公報

ところで、特許文献１の保護技術は、大電力投入時に受電回路に異常状態が発生すると機能する。しかしながら、受電回路の過電圧は、異常状態のみに発生するのでなく、電気負荷が電力回生機能を有する場合には頻繁に発生し得る。例えば、電気負荷としてのモータは、減速時に発電機として機能するのが一般的であり、電力を回生する。この回生電力は、モータから受電回路へと逆方向に移送され得るので、回路構成部品に過電圧が発生して破損のおそれが生じる。特許文献１の保護技術は、回生電力の逆方向への移送に対して保護機能を有さない。

本発明は、上記背景技術の問題点に鑑みてなされたものであり、非接触給電される電気負荷が電力回生機能を有する構成において、回生電力に対する保護機能を有した非接触給電装置を提供することを解決すべき課題とする。

本明細書で開示する非接触給電装置は、非接触で交流電力を供給する非接触給電部と、前記非接触給電部に対向できるように配置されて、非接触で前記交流電力を受け取る非接触受電部と、前記非接触受電部が受け取った前記交流電力の前記交流電圧を整流および平滑して直流受電電圧に変成する整流平滑回路と、前記直流受電電圧を直流負荷電圧に降圧して電気負荷に供給するとともに、前記電気負荷が電力を回生しているときに逆方向の昇圧動作となる直流降圧回路と、前記直流降圧回路の前記逆方向の前記昇圧動作によって上昇する前記直流受電電圧が過電圧を判定する所定の閾電圧に達したことを検出して、遮断信号を発生する過電圧検出部と、前記遮断信号が発生していない通常時に前記直流降圧回路と前記電気負荷の間を導通状態とし、前記遮断信号が発生したときに前記電気負荷から前記直流降圧回路に向かう逆方向を遮断状態にする逆方向遮断部と、を備え、前記整流平滑回路は、４個の整流ダイオードのブリッジ接続によって構成され、入力側に前記非接触受電部が接続され、出力側に正側端子および負側端子をもつ全波整流回路、ならびに、前記正側端子と前記負側端子の間に接続された平滑コンデンサを有し、前記直流降圧回路は、第１端子が前記正側端子に接続され、第２端子が中間点に接続されたハイサイド側スイッチング素子、第１端子が前記中間点に接続され、第２端子が前記負側端子および前記電気負荷の他端に接続されたローサイド側スイッチング素子、前記中間点と前記逆方向遮断部の間に接続されたチョークコイル、ならびに、前記逆方向遮断部および前記電気負荷に対して並列接続された降圧側コンデンサを有し、前記過電圧検出部は、前記降圧側コンデンサに発生する前記直流負荷電圧で駆動され、前記平滑コンデンサに発生する前記直流受電電圧を監視し、前記逆方向遮断部は、前記電気負荷の一端に接続されており、前記遮断信号が発生したときに前記電気負荷から前記チョークコイルおよび前記降圧側コンデンサに向かう逆方向を遮断状態にする。

本明細書で開示する非接触給電装置において、直流降圧回路は、電気負荷が電力を回生しているときに逆方向の昇圧動作となるので、回生電力の逆方向への移送によって直流受電電圧が上昇し得る。ここで、過電圧検出部は、直流受電電圧が閾電圧に達した過電圧状態を検出して遮断信号を発生し、逆方向遮断部は、遮断信号が発生したときに電気負荷から直流降圧回路に向かう逆方向を遮断状態にする。したがって、以降は回生電力の逆方向への移送が行われず、直流受電電圧は、閾電圧を越えて上昇しない。これにより、回生電力に対する保護機能が働き、回路構成部品の破損のおそれが生じない。

第１実施形態の非接触給電装置の電気的な構成を示す回路図である。 電気負荷の電力回生の継続時間が比較的短いときに、直流受電電圧および遮断信号が変化する様子を示すタイムチャートの図である。 電気負荷の電力回生の継続時間が比較的長いときに、直流受電電圧および遮断信号が変化する様子を示すタイムチャートの図である。 第２実施形態の非接触給電装置の電気的な構成を示す回路図である。

（１．第１実施形態の非接触給電装置１の構成）
本発明の第１実施形態の非接触給電装置１について、図１〜図３を参考にして説明する。図１は、第１実施形態の非接触給電装置１の電気的な構成を示す回路図である。第１実施形態の非接触給電装置１は、給電側装置１Ｓと受電側装置１Ｒからなる。給電側装置１Ｓは、定位置に配置される。受電側装置１Ｒは、給電側装置１Ｓに対して位置の変更が可能とされている。図１に示されるように、給電側装置１Ｓに対して受電側装置１Ｒが対向配置されると、非接触給電装置１は電磁誘導方式の非接触給電を行う。

給電側装置１Ｓは、非接触で交流電力を供給する非接触給電部２を備える。非接触給電部２は、交流電源２１および給電コイル２２を有する。交流電源２１は、給電コイル２２に交流電力を供給する。交流電源２１は、例えば、直流電圧を供給する直流電源部と、直流電圧を交流変換する公知のブリッジ回路とを用いて構成される。なお、非接触給電部２は、給電コイル２２に直列接続または並列接続された共振用コンデンサを有してもよい。

受電側装置１Ｒは、非接触受電部３、整流平滑回路４、直流変圧回路５、過電圧検出部６、および逆方向遮断部７を備える。受電側装置１Ｒには、電力回生機能を有する電気負荷９が搭載される。給電側装置１Ｓに対して受電側装置１Ｒが対向配置されたときに、非接触受電部３は、非接触給電部２に対向できるように配置される。非接触受電部３は、受電コイル３１を有する。受電コイル３１は、給電コイル２２に対向配置されて電磁結合し、非接触で交流電力を受け取る。非接触受電部３は、受電コイル３１に直列接続または並列接続された共振用コンデンサを有してもよい。

整流平滑回路４は、非接触受電部３が受け取った交流電力の交流電圧を整流および平滑して直流受電電圧ＶＲに変成する。整流平滑回路４は、全波整流回路４１および平滑コンデンサ４２からなる。全波整流回路４１は、図略の４個の整流ダイオードのブリッジ接続によって構成される。全波整流回路４１は、入力側に受電コイル３１が接続されて、交流電圧が入力される。全波整流回路４１は、出力側に正側端子４３および負側端子４４をもつ。平滑コンデンサ４２は、正側端子４３と負側端子４４の間に接続される。正側端子４３および負側端子４４から、直流受電電圧ＶＲが出力される。

直流変圧回路５は、直流受電電圧ＶＲを直流負荷電圧ＶＬに変圧して電気負荷９に供給する。以降では、直流変圧回路５が降圧動作を行う直流降圧回路とされた場合を例にして説明する。直流変圧回路５は、ハイサイド側スイッチング素子５１、ローサイド側スイッチング素子５２、チョークコイル５３、および降圧側コンデンサ５４を有する。ハイサイド側スイッチング素子５１およびローサイド側スイッチング素子５２として、ＭＯＳＦＥＴ素子やＩＧＢＴ素子などを用いることができる。以下、ＭＯＳＦＥＴ素子の場合を例にして説明する。

ハイサイド側スイッチング素子５１は、第１端子に相当するドレインＤが正側端子４３に接続され、第２端子に相当するソースＳが中間点５５に接続される。ローサイド側スイッチング素子５２は、第１端子に相当するドレインＤが中間点５５に接続され、第２端子に相当するソースＳが負側端子４４および負側出力端子５７に接続される。チョークコイル５３は、一端が中間点５５に接続され、他端が正側出力端子５６に接続される。降圧側コンデンサ５４は、一端が正側出力端子５６に接続され、他端が負側出力端子５７に接続される。正側出力端子５６および負側出力端子５７から、降圧された直流負荷電圧ＶＬが出力される。

図略の電圧調整部は、ハイサイド側スイッチング素子５１のゲートＧおよびローサイド側スイッチング素子５２のゲートＧに、交互に制御信号を送出する。すると、ハイサイド側スイッチング素子５１の導通状態と、ローサイド側スイッチング素子５２の導通状態とが交互に発生して、降圧動作となる。直流負荷電圧ＶＬが上昇傾向を示したとき、電圧調整部は、ハイサイド側スイッチング素子５１の導通時間の比率を小さく制御する。逆に、直流負荷電圧ＶＬが下降傾向を示したとき、電圧調整部は、ハイサイド側スイッチング素子５１の導通時間の比率を大きく制御する。これにより、直流負荷電圧ＶＬは、概ね一定に保たれる。

ここで、ローサイド側スイッチング素子５２をダイオードに置き換えても、降圧動作の機能は維持される。ただし、ダイオードの順方向抵抗の分だけ損失が発生するので、給電効率が低下する。本第１実施形態では、高い給電効率を確保する目的で、ダイオードを用いずにローサイド側スイッチング素子５２を用いる。すると、直流変圧回路５は、電気負荷９の側から見ていわゆる昇圧チョッパ回路となる。したがって、直流変圧回路５は、逆方向の昇圧動作となる。

過電圧検出部６は、直流負荷電圧ＶＬで駆動され、直流受電電圧ＶＲを監視する。過電圧検出部６は、直流受電電圧ＶＲが過電圧を判定する所定の閾電圧Ｖｌｍｔに達したことを検出して、遮断信号Ｓｃを発生する。遮断信号Ｓｃは、逆方向遮断部７の制御に用いられる。閾電圧Ｖｌｍｔは、整流平滑回路４および直流変圧回路５の回路構成部品に破損が生じないように、適正に設定される。閾電圧Ｖｌｍｔは、平滑コンデンサ４２の許容最大電圧、または、ハイサイド側スイッチング素子５１およびローサイド側スイッチング素子５２の許容最大電圧に基づいて設定されているが、これに限定されない。

また、過電圧検出部６は、直流受電電圧ＶＲが閾電圧Ｖｌｍｔよりも小さい所定の復帰電圧Ｖｒｅｔまで下降したときに、遮断信号Ｓｃを解消する。復帰電圧Ｖｒｅｔは、非接触給電によって得られる直流受電電圧ＶＲの通常レベルよりも多少高めに設定されることが好ましい。

逆方向遮断部７は、遮断信号Ｓｃが発生していない通常時に、直流変圧回路５と電気負荷９の間を導通状態とする。逆方向遮断部７は、遮断信号Ｓｃが発生したときに、電気負荷９から直流変圧回路５に向かう逆方向を遮断状態にする。逆方向遮断部７には、ＭＯＳＦＥＴ素子やＩＧＢＴ素子などの電力用半導体素子を用いることができる。以下、ＭＯＳＦＥＴ素子の場合を例にして説明する。

逆方向遮断部７は、ドレインＤが電気負荷９の一端に接続され、ソースＳが正側出力端子５６に接続され、ゲートＧが過電圧検出部６に接続される。逆方向遮断部７は、スイッチング素子７１とダイオード７２の並列接続からなる等価回路で表される。スイッチング素子７１は、遮断信号ＳｃのゲートＧへの入力によって遮断制御される。ダイオード７２は、直流変圧回路５から電気負荷９に向かう順方向では、順方向抵抗を介しての電力供給が可能となっている。また、ダイオード７２は、電気負荷９から直流変圧回路５に向かう逆方向を常に遮断する。

電気負荷９は、サーボアンプ９１およびサーボモータ９２からなり、この組合せに限定されない。サーボアンプ９１は、ＣＰＵを有してソフトウェアで動作する電子制御装置である。サーボアンプ９１は、直流負荷電圧ＶＬから三相交流電圧を生成してサーボモータ９２に印加する。サーボアンプ９１は、三相交流電圧の印加時間帯および実効値を可変に調整することで、サーボモータ９２の回転、停止および回転速度を制御する。

サーボモータ９２は、減速するときに電力を回生する。発生した回生電力は、サーボアンプ９１および導通状態の逆方向遮断部７を逆方向に経由して、正側出力端子５６および負側出力端子５７へと移送される。

（２．第１実施形態の非接触給電装置１の動作および作用）
次に、第１実施形態の非接触給電装置１の動作および作用について説明する。給電側装置１Ｓに対して受電側装置１Ｒが対向位置に配置されると、非接触給電装置１は非接触給電を開始する。これにより、直流受電電圧ＶＲが発生する。サーボモータ９２が停止した状態で、直流受電電圧ＶＲは、閾電圧Ｖｌｍｔに達しない。したがって、過電圧検出部６は、過電圧を判定せず、遮断信号Ｓｃを発生しない。直流変圧回路５は、直流受電電圧ＶＲを直流負荷電圧ＶＬに降圧して出力する。逆方向遮断部７のスイッチング素子７１は、遮断信号Ｓｃが入力されていないので導通状態となり、直流負荷電圧ＶＬを通過させる。これにより、サーボモータ９２の回転が可能となる。サーボモータ９２が電力を消費しているときに、直流変圧回路５は、順方向の降圧動作となる。

前述したように、サーボモータ９２は減速するときに電力を回生し、このとき、直流変圧回路５では逆方向の昇圧動作となる。図２は、電気負荷９の電力回生の継続時間が比較的短いときに、直流受電電圧ＶＲおよび遮断信号Ｓｃが変化する様子を示すタイムチャートの図である。また、図３は、電気負荷９の電力回生の継続時間が比較的長いときに、直流受電電圧ＶＲおよび遮断信号Ｓｃが変化する様子を示すタイムチャートの図である。図２および図３において、横軸は共通の時間軸ｔを表す。上段のグラフは、電気負荷９の消費電力Ｗを表し、回生電力は負値で表される。また、中段のグラフは直流受電電圧ＶＲを表し、下段のグラフは遮断信号Ｓｃを表す。

図２の時刻ｔ１以前に、サーボモータ９２は惰性回転しており、通常レベルの直流受電電圧ＶＲが発生している。時刻ｔ１に、サーボモータ９２は、惰性回転から減速に移行する。これにより、サーボモータ９２で回生電力Ｗ１が発生する。回生電力Ｗ１は、サーボアンプ９１から正側出力端子５６および負側出力端子５７へと移送される。時刻ｔ１以降も、直流変圧回路５の電圧調整部は、ハイサイド側スイッチング素子５１の導通状態と、ローサイド側スイッチング素子５２の導通状態とを交互に発生させる。

ローサイド側スイッチング素子５２が導通している間、回生電力Ｗ１はチョークコイル５３にエネルギとして蓄えられる。ローサイド側スイッチング素子５２が遮断されてハイサイド側スイッチング素子５１が導通すると、チョークコイル５３に蓄えられたエネルギは、瞬間的に高い電圧を発生して平滑コンデンサ４２に移送される。この動作が繰り返されることにより、平滑コンデンサ４２に蓄積される電荷が増加する。結果として、時刻ｔ１以降、直流受電電圧ＶＲは、上昇し続ける。

時刻ｔ２に、直流受電電圧ＶＲが閾電圧Ｖｌｍｔに達すると、過電圧検出部６はこれを検出して、遮断信号Ｓｃを発生する。遮断信号Ｓｃの発生により、逆方向遮断部７のスイッチング素子７１が遮断される。これにより、回生電力Ｗ１は、逆方向に移送されなくなり、電気負荷９の内部で熱に変換されるなどの手段により消費される。時刻ｔ２以降、平滑コンデンサ４２の電荷は、過電圧検出部６の駆動などに消費される。これにより、直流受電電圧ＶＲは、徐々に下降する。

時刻ｔ３に、サーボモータ９２は、減速から増速に移行し、消費電力Ｗ２が必要となる。このとき、スイッチング素子７１が遮断状態であるので、消費電力Ｗ２は、直流変圧回路５からダイオード７２の順方向抵抗を介して供給される。時刻ｔ３以降、平滑コンデンサ４２の電荷の消費が促進され、直流受電電圧ＶＲの下降が進む。

時刻ｔ４に、直流受電電圧ＶＲが復帰電圧Ｖｒｅｔまで下降すると、過電圧検出部６はこれを検出して、遮断信号Ｓｃを解消する。遮断信号Ｓｃの解消により、逆方向遮断部７のスイッチング素子７１が導通される。これにより、電気負荷９の電力回生が終了していれば、通常時の受電回路構成に迅速に復帰できる。以降、消費電力Ｗ２は、導通状態のスイッチング素子７１を介して供給される。したがって、時刻ｔ３から時刻ｔ４までのわずかな時間帯に限り、ダイオード７２の順方向抵抗の分だけ給電効率が低下する。この後の時刻ｔ５に、直流受電電圧ＶＲは、通常レベルに戻る。

なお、直流受電電圧ＶＲが閾電圧Ｖｌｍｔに達する以前に（時刻ｔ２以前に）、サーボモータ９２の電力回生の継続時間が終了する場合もある。この場合、遮断信号Ｓｃは発生せず、スイッチング素子７１は遮断されない。

次に、図３の時刻ｔ１以前に、サーボモータ９２は惰性回転しており、通常レベルの直流受電電圧ＶＲが発生している。時刻ｔ１に、サーボモータ９２は惰性回転から減速に移行する。これにより、サーボモータ９２で回生電力Ｗ３が発生する。回生電力Ｗ３は、サーボアンプ９１から正側出力端子５６および負側出力端子５７へと移送される。したがって、図２の場合と同様に、時刻ｔ１以降、直流受電電圧ＶＲは、上昇し続ける。

時刻ｔ２に、直流受電電圧ＶＲが閾電圧Ｖｌｍｔに達すると、過電圧検出部６はこれを検出して、遮断信号Ｓｃを発生する。遮断信号Ｓｃの発生により、逆方向遮断部７のスイッチング素子７１が遮断される。これにより、回生電力Ｗ３は、逆方向に移送されなくなり、電気負荷９の内部で熱に変換されるなどの手段により消費される。時刻ｔ２以降、平滑コンデンサ４２の電荷は、過電圧検出部６の駆動などに消費される。これにより、直流受電電圧ＶＲは、徐々に下降する。

回生電力Ｗ３が発生している途中の時刻ｔ１３に、直流受電電圧ＶＲが復帰電圧Ｖｒｅｔまで低下すると、過電圧検出部６はこれを検出して、遮断信号Ｓｃを解消する。遮断信号Ｓｃの解消により、逆方向遮断部７のスイッチング素子７１が導通される。これにより、回生電力Ｗ３の逆方向への移送が再開され、直流受電電圧ＶＲは、再び上昇に転じる。

時刻ｔ１４に、直流受電電圧ＶＲが再び閾電圧Ｖｌｍｔに達すると、過電圧検出部６はこれを検出して、遮断信号Ｓｃを発生する。遮断信号Ｓｃの発生により、逆方向遮断部７のスイッチング素子７１が遮断される。これにより、回生電力Ｗ３は、逆方向に移送されなくなり、電気負荷９の内部で熱に変換されるなどの手段により消費される。時刻ｔ１４以降、平滑コンデンサ４２の電荷は、過電圧検出部６の駆動などに消費される。これにより、直流受電電圧ＶＲは、徐々に下降する。

時刻ｔ１５に、サーボモータ９２は、減速から増速に移行し、消費電力Ｗ４が必要となる。このとき、スイッチング素子７１が遮断状態であるので、消費電力Ｗ４は、直流変圧回路５からダイオード７２の順方向抵抗を介して供給される。時刻ｔ１５以降、平滑コンデンサ４２の電荷の消費が促進され、直流受電電圧ＶＲの下降が進む。

時刻ｔ１６に、直流受電電圧ＶＲが復帰電圧Ｖｒｅｔまで低下すると、過電圧検出部６はこれを検出して、遮断信号Ｓｃを解消する。遮断信号Ｓｃの解消により、逆方向遮断部７のスイッチング素子７１が導通される。これにより、電気負荷９の電力回生が終了していれば、通常時の受電回路構成に迅速に復帰できる。以降、消費電力Ｗ４は、導通状態のスイッチング素子７１を介して供給される。したがって、時刻ｔ１５から時刻ｔ１６までのわずかな時間帯に限り、ダイオード７２の順方向抵抗の分だけ給電効率が低下する。

なお、サーボモータ９２の電力回生の継続時間がさらに長期化する場合もある。この場合、直流受電電圧ＶＲは、閾電圧Ｖｌｍｔと復帰電圧Ｖｒｅｔとの間で昇降を繰り返す。また、スイッチング素子７１は、遮断信号Ｓｃの発生および解消に対応して、遮断状態と導通状態とを繰り返す。

以上説明したように、第１実施形態において、回生電力Ｗ１や回生電力Ｗ３の発生する継続時間の長短に関わらず、直流受電電圧ＶＲは、閾電圧Ｖｌｍｔを越えて上昇しない。したがって、整流平滑回路４および直流変圧回路５の回路構成部品が破損するおそれが生じない。

（３．受電側装置１Ｒの構造上の特徴）
次に、受電側装置１Ｒの構造上の特徴について説明する。直流変圧回路５、過電圧検出部６、および逆方向遮断部７は、回路構成部品が１枚または複数枚の回路基板に実装されて構成される。かつ、過電圧検出部６および逆方向遮断部７の回路構成部品の未実装が可能となっている。さらに、整流平滑回路４も、回路構成部品が回路基板に実装されて構成される。

非接触給電装置１を製造する際に、電気負荷９が電力回生機能を有して、直流受電電圧ＶＲが閾電圧Ｖｌｍｔまで上昇するおそれのある仕様の場合がある。この場合、生産管理者は、全部の回路構成部品を回路基板に実装する。また、電気負荷９の電力回生機能が無い場合や有っても小さく、直流受電電圧ＶＲが閾電圧Ｖｌｍｔまで上昇しない仕様の場合がある。この場合、生産管理者は、過電圧検出部６および逆方向遮断部７の回路構成部品を未実装とし、残りの回路構成部品を回路基板に実装する。逆方向遮断部７を未実装とする場合には、正側出力端子５６と電気負荷９の一端とを直結する。このようにすれば、電気負荷９の電力回生機能の有無や大小に関わらず、同種の回路基板を使用できる。換言すれば、電気負荷９の種類や容量などに関係なく、同種の回路基板を使用できる。

（４．第１実施形態の非接触給電装置１の態様および効果）
第１実施形態の非接触給電装置１は、非接触で交流電力を供給する非接触給電部２と、非接触給電部２に対向できるように配置されて、非接触で交流電力を受け取る非接触受電部３と、非接触受電部３が受け取った交流電力の交流電圧を変成して得た直流受電電圧ＶＲを、直流負荷電圧ＶＬに変圧して電気負荷９に供給するとともに、電気負荷９が電力を回生しているときに逆方向の昇圧動作となる直流変圧回路５と、直流変圧回路５の逆方向の昇圧動作によって上昇する直流受電電圧ＶＲが過電圧を判定する所定の閾電圧Ｖｌｍｔに達したことを検出して、遮断信号Ｓｃを発生する過電圧検出部６と、遮断信号Ｓｃが発生していない通常時に直流変圧回路５と電気負荷９の間を導通状態とし、遮断信号Ｓｃが発生したときに電気負荷９から直流変圧回路５に向かう逆方向を遮断状態にする逆方向遮断部７と、を備える。

これによれば、直流変圧回路５は、電気負荷９が電力を回生しているときに逆方向の昇圧動作となるので、回生電力の逆方向への移送によって直流受電電圧ＶＲが上昇し得る。ここで、過電圧検出部６は、直流受電電圧ＶＲが閾電圧Ｖｌｍｔに達した過電圧状態を検出して遮断信号Ｓｃを発生し、逆方向遮断部７は、遮断信号Ｓｃが発生したときに電気負荷９から直流変圧回路５に向かう逆方向を遮断状態にする。したがって、以降は回生電力の逆方向への移送が行われず、直流受電電圧ＶＲは、閾電圧Ｖｌｍｔを越えて上昇しない。これにより、回生電力に対する保護機能が働き、回路構成部品の破損のおそれが生じない。

さらに、過電圧検出部６は、直流受電電圧ＶＲが閾電圧よりも小さい所定の復帰電圧Ｖｒｅｔまで下降したときに、遮断信号Ｓｃを解消する。これによれば、電気負荷９の電力回生が終了したときに、通常時の受電回路構成に迅速に復帰できる。

さらに、逆方向遮断部７は、遮断信号Ｓｃが発生したときに直流変圧回路５から電気負荷９に向かう順方向の電力供給を可能としつつ、逆方向を遮断状態にする。これによれば、逆方向が遮断状態であっても、電気負荷９が消費電力Ｗ２および消費電力Ｗ４を必要とする場合に、遅滞なく順方向の電力供給を行える。

さらに、逆方向遮断部７は、遮断信号によって遮断されるスイッチング素子７１、および順方向の電力供給を可能とするダイオード７２の並列接続からなる等価回路で表された電力用半導体素子である。これによれば、逆方向遮断部７を１個の電力用半導体素子で実現できるので、回路構成が簡素であるとともに、コストも低廉となる。

さらに、第１実施形態の非接触給電装置１は、非接触受電部３が受け取った交流電力の交流電圧を整流および平滑して直流受電電圧ＶＲに変成する整流平滑回路４をさらに備え、直流変圧回路５は、直流受電電圧ＶＲを直流負荷電圧ＶＬに降圧する直流降圧回路である。これによれば、受電側装置１Ｒの回路構成を簡易にできる。

さらに、逆方向遮断部７は、電気負荷９の一端に接続されており、整流平滑回路４は、４個の整流ダイオードのブリッジ接続によって構成され、入力側に非接触受電部３が接続され、出力側に正側端子４３および負側端子４４をもつ全波整流回路４１、ならびに、正側端子４３と負側端子４４の間に接続された平滑コンデンサ４２を有し、直流変圧回路５は、第１端子（ドレインＤ）が正側端子４３に接続され、第２端子（ソースＳ）が中間点５５に接続されたハイサイド側スイッチング素子５１、第１端子（ドレインＤ）が中間点５５に接続され、第２端子（ソースＳ）が負側端子４４および電気負荷９の他端に接続されたローサイド側スイッチング素子５２、中間点５５と逆方向遮断部７の間に接続されたチョークコイル５３、ならびに、逆方向遮断部７および電気負荷９に対して並列接続された降圧側コンデンサ５４を有する。これによれば、直流変圧回路５のローサイド側にダイオードを用いず、ローサイド側スイッチング素子５２を用いたことにより、通常時の給電効率が高められる。

さらに、第１実施形態の非接触給電装置１は、直流変圧回路５、過電圧検出部６、および逆方向遮断部７を回路基板に実装して構成し、かつ、過電圧検出部６および逆方向遮断部７の未実装を可能とする。これによれば、電気負荷９の電力回生機能が無い場合や有っても小さい場合に、過電圧検出部６および逆方向遮断部７を未実装とすることができる。したがって、電気負荷９の種類や容量に関係なく同種の回路基板を使用でき、多量使用によるコストメリットが生じる。

（５．第２実施形態の非接触給電装置１Ａ）
次に、第２実施形態の非接触給電装置１Ａについて、第１実施形態と異なる点を主にして説明する。図４は、第２実施形態の非接触給電装置１Ａの電気的な構成を示す回路図である。第２実施形態では、過電圧検出部６に代え、回生検出部９３を備える。回生検出部９３は、サーボアンプ９１の機能の一部として実現されている。

サーボアンプ９１はサーボモータ９２を制御しているので、回生検出部９３は、サーボモータ９２が電力回生を行う回生時間帯を把握できる。回生検出部９３は、回生時間帯の開始時に遮断信号Ｓｒを発生して、逆方向遮断部７のスイッチング素子７１を遮断制御する。これにより、回生電力の逆方向への移送が防止され、直流受電電圧ＶＲの上昇が未然に防止される。

また、回生検出部９３は、回生時間帯の終了時に遮断信号Ｓｒを解消して、スイッチング素子７１を導通制御する。これにより、スイッチング素子７１を経由した順方向の消費電力の供給を行えるので、ダイオード７２の順方向抵抗による供給効率の低下は生じない。なお、回生検出部９３は、サーボアンプ９１と別体で構成することもできる。例えば、回生検出部は、サーボモータ９２の回転速度を検出して、速度微分値から回生時間帯を推定してもよい。

第２実施形態の非接触給電装置１Ａは、第１実施形態の過電圧検出部６に代え、電気負荷９が電力を回生しているときに遮断信号Ｓｒを発生する回生検出部９３を備える。これによれば、回生時間帯に逆方向遮断部７のスイッチング素子７１が遮断制御されるので、回生電力の逆方向への移送が防止され、直流受電電圧ＶＲの上昇が未然に防止される。したがって、回生電力に対する保護機能が働き、回路構成部品の破損のおそれは生じない。

（６．実施形態の応用および変形）
なお、本発明は、第１実施形態で説明した電磁誘導方式の非接触給電装置１に限定されない。つまり、本発明は、非接触で交流電力を給電する静電結合方式や電磁界共鳴方式の装置にも応用できる。また、整流平滑回路４や直流変圧回路５の回路構成は、適宜変形することができる。本発明は、その他にも様々な応用や変形が可能である。

１：非接触給電装置 １Ａ：非接触給電装置 ２：非接触給電部 ３：非接触受電部 ４：整流平滑回路 ４１：全波整流回路 ４２：平滑コンデンサ ４３：正側端子 ４４：負側端子 ５：直流変圧回路 ５１：ハイサイド側スイッチング素子 ５２：ローサイド側スイッチング素子 ５３：チョークコイル ５４：降圧側コンデンサ ６：過電圧検出部 ７：逆方向遮断部 ７１：スイッチング素子 ７２：ダイオード ９：電気負荷 ９１：サーボアンプ ９２：サーボモータ ９３：回生検出部 ＶＲ：直流受電電圧 ＶＬ：直流負荷電圧 Ｖｌｍｔ：閾電圧 Ｖｒｅｔ：復帰電圧 Ｓｃ：遮断信号 Ｓｒ：遮断信号

Claims (6)

1. 非接触で交流電力を供給する非接触給電部と、
   前記非接触給電部に対向できるように配置されて、非接触で前記交流電力を受け取る非接触受電部と、
   前記非接触受電部が受け取った前記交流電力の前記交流電圧を整流および平滑して直流受電電圧に変成する整流平滑回路と、
   前記直流受電電圧を直流負荷電圧に降圧して電気負荷に供給するとともに、前記電気負荷が電力を回生しているときに逆方向の昇圧動作となる直流降圧回路と、
   前記直流降圧回路の前記逆方向の前記昇圧動作によって上昇する前記直流受電電圧が過電圧を判定する所定の閾電圧に達したことを検出して、遮断信号を発生する過電圧検出部と、
   前記遮断信号が発生していない通常時に前記直流降圧回路と前記電気負荷の間を導通状態とし、前記遮断信号が発生したときに前記電気負荷から前記直流降圧回路に向かう逆方向を遮断状態にする逆方向遮断部と、を備え、
   前記整流平滑回路は、４個の整流ダイオードのブリッジ接続によって構成され、入力側に前記非接触受電部が接続され、出力側に正側端子および負側端子をもつ全波整流回路、ならびに、前記正側端子と前記負側端子の間に接続された平滑コンデンサを有し、
   前記直流降圧回路は、第１端子が前記正側端子に接続され、第２端子が中間点に接続されたハイサイド側スイッチング素子、第１端子が前記中間点に接続され、第２端子が前記負側端子および前記電気負荷の他端に接続されたローサイド側スイッチング素子、前記中間点と前記逆方向遮断部の間に接続されたチョークコイル、ならびに、前記逆方向遮断部および前記電気負荷に対して並列接続された降圧側コンデンサを有し、
   前記過電圧検出部は、前記降圧側コンデンサに発生する前記直流負荷電圧で駆動され、前記平滑コンデンサに発生する前記直流受電電圧を監視し、
   前記逆方向遮断部は、前記電気負荷の一端に接続されており、前記遮断信号が発生したときに前記電気負荷から前記チョークコイルおよび前記降圧側コンデンサに向かう逆方向を遮断状態にする、
   非接触給電装置。
2. 前記過電圧検出部は、前記直流受電電圧が前記閾電圧よりも小さい所定の復帰電圧まで下降したときに、前記遮断信号を解消する請求項１に記載の非接触給電装置。
3. 前記逆方向遮断部は、前記遮断信号が発生したときに前記直流降圧回路から前記電気負荷に向かう順方向の電力供給を可能としつつ、前記逆方向を遮断状態にする請求項１または２に記載の非接触給電装置。
4. 前記逆方向遮断部は、前記遮断信号によって遮断されるスイッチング素子、および前記順方向の電力供給を可能とするダイオードの並列接続からなる等価回路で表された電力用半導体素子である請求項３に記載の非接触給電装置。
5. 前記直流降圧回路、前記過電圧検出部、および前記逆方向遮断部を回路基板に実装して構成し、かつ、前記過電圧検出部および前記逆方向遮断部の未実装を可能とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の非接触給電装置。
6. 前記過電圧検出部に代え、前記電気負荷が前記電力を回生しているときに前記遮断信号を発生する回生検出部を備える請求項１〜５のいずれか一項に記載の非接触給電装置。

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