JP7096011B2

JP7096011B2 - 非接触制御装置

Info

Publication number: JP7096011B2
Application number: JP2018036565A
Authority: JP
Inventors: 浩司塚田; 敬祐石川; 将紀石垣; 隆英杉山; 昌行杉田
Original assignee: Toyota Motor Corp; Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Motor Corp; Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 2018-03-01
Filing date: 2018-03-01
Publication date: 2022-07-05
Anticipated expiration: 2038-03-01
Also published as: JP2019154116A

Description

本発明は、非接触制御装置に関し、特に、非接触通信によって制御信号を伝送する回路に関する。

モータジェネレータの駆動力によって走行する電気自動車や、モータジェネレータおよびエンジンの駆動力によって走行するハイブリッド自動車が広く用いられている。このような電動車両には、モータジェネレータとの間で電力を授受する電力制御回路が設けられている。モータジェネレータにトルクを発生させて電動車両を力行させるときは、電力制御回路はモータジェネレータに電力を供給する。モータジェネレータが電動車両に対して回生制動をするときは、電力制御回路はモータジェネレータが発電した回生電力を回収する。

一般に、電力制御回路は複数のスイッチング素子を有している。電動車両が備える制御ユニットは、走行状態に応じて各スイッチング素子のオンオフ制御を行うことで電力制御回路を制御し、モータジェネレータにトルクを発生させ、あるいは、モータジェネレータに回生制動をさせる。

以下の特許文献１には、電動車両に搭載されるパワーカードが記載されている。パワーカードには電力制御回路を構成するスイッチング素子が封入され、パワーカードは冷却部材に取り付けられている。パワーカードからは、周辺の装置に接続される複数の端子が引き出されている。

特開２０１６－５４１７５号公報

一般に、車両搭載用の電力制御回路には多数のスイッチング素子が用いられる。スイッチング素子に接続される配線には、電力供給用のものだけでなく、スイッチング素子に流れる電流やスイッチング素子の温度等、スイッチング素子の状態を制御ユニットが認識するためのものがある。そのため、制御ユニットから電力制御回路に至る配線の構造は複雑である。

また、複数のスイッチング素子のうちのいずれかが異常である場合には、スイッチング素子の状態を示す情報が電力制御回路から制御ユニットに送信され、制御ユニットが異常を認識し、電力制御回路に対しフェールセーフ制御をする。このフェールセーフ制御は、異常のあるスイッチング素子によって生じる問題を回避するものである。しかし、制御ユニットが異常を認識した後にフェールセーフ制御を実行したのでは、迅速な制御が妨げられることがある。

本発明は、電力制御回路の配線構造を単純化すると共に、スイッチング素子等の回路素子を状況に応じて迅速に制御することを目的とする。

本発明は、基幹導体に対向し、または前記基幹導体に磁気的に結合する第１導体と、前記基幹導体に対向し、または前記基幹導体に磁気的に結合する第２導体と、前記第１導体に接続され、第１回路素子を制御する第１制御部と、前記第２導体に接続され、第２回路素子を制御する第２制御部と、を備え、前記基幹導体は、基幹制御部に接続されており、前記基幹制御部は、前記基幹導体および前記第１導体を介して前記第１制御部に制御信号を送信して、前記第１制御部に前記第１回路素子を制御させ、前記基幹導体および前記第２導体を介して前記第２制御部に制御信号を送信して、前記第２制御部に前記第２回路素子を制御させ、前記第２制御部は、前記第２導体、前記基幹導体および前記第１導体を介して前記第１制御部に相互制御信号を送信し、前記第１制御部は、前記相互制御信号に応じて前記第１回路素子を制御することを特徴とする。

また、本発明は、第１基幹導体に対向し、または前記第１基幹導体に磁気的に結合する第１導体と、前記第１導体に接続され、第１回路素子を制御する第１制御部と、前記第１制御部に接続された第２基幹導体と、前記第２基幹導体に対向し、または前記第２基幹導体に磁気的に結合する第２導体と、前記第２導体に接続され、第２回路素子を制御する第２制御部と、を備え、前記第１基幹導体は、基幹制御部に接続されており、前記基幹制御部は、前記第１基幹導体および前記第１導体を介して第１制御信号および第２制御信号を前記第１制御部に送信し、前記第１制御部は、前記第１制御信号に応じて前記第１回路素子を制御し、前記第２基幹導体および前記第２導体を介して前記第２制御部に前記第２制御信号を送信し、前記第２制御部は、前記第２制御信号に応じて前記第２回路素子を制御し、前記第２導体および前記第２基幹導体を介して前記第１制御部に相互制御信号を送信し、前記第１制御部は、前記相互制御信号に応じて前記第１回路素子を制御することを特徴とする。

望ましくは、前記第２制御部は、前記第２回路素子の異常を検出する状態検出部を備え、前記状態検出部は、前記第２回路素子を制御する駆動回路を備え、前記駆動回路は、前記第２回路素子の異常が検出されたときは、前記第２回路素子をオフにすると共に、前記第２回路素子が異常である旨の異常情報を生成し、当該異常情報を前記相互制御信号に含ませ、前記相互制御信号を前記第１制御部に送信し、前記第１制御部は、前記相互制御信号に前記異常情報が含まれていることを認識すると、前記第１回路素子をオフにする。

また、本発明は、第１基幹導体に対向し、または前記第１基幹導体に磁気的に結合する第１導体と、前記第１導体に接続され、第１回路素子を制御する第１制御部と、前記第１制御部に接続された第２基幹導体と、前記第２基幹導体に対向し、または前記第２基幹導体に磁気的に結合する第２導体と、前記第２導体に接続され、第２回路素子を制御する第２制御部と、を備え、前記第１基幹導体は、基幹制御部に接続されており、前記基幹制御部は、前記第１基幹導体および前記第１導体を介して第１制御信号および第２制御信号を前記第１制御部に送信し、前記第１制御部は、前記第１制御信号に応じて前記第１回路素子を制御し、前記第２基幹導体および前記第２導体を介して前記第２制御部に前記第２制御信号を送信し、前記第２制御部は、前記第２制御信号に応じて前記第２回路素子を制御し、前記第１制御部は、前記第２基幹導体および前記第２導体を介して前記第２制御部に相互制御信号を送信し、前記第２制御部は、前記相互制御信号に応じて前記第２回路素子を制御することを特徴とする。

望ましくは、前記第１制御部は、前記第１回路素子の異常を検出する状態検出部を備え、前記状態検出部は、前記第１回路素子を制御する駆動回路を備え、前記駆動回路は、前記第１回路素子の異常が検出されたときは、前記第１回路素子をオフにすると共に、前記第１回路素子が異常である旨の異常情報を生成し、当該異常情報を前記相互制御信号に含ませ、前記相互制御信号を前記第２制御部に送信し、前記第２制御部は、前記相互制御信号に前記異常情報が含まれていることを認識すると、前記第２回路素子をオフにすることを特徴とする。

本発明によれば、電力制御回路の配線構造を単純化すると共に、回路素子を状況に応じて迅速に制御することができる。

車載用電力供給システムの構成を示す図である。車載用電力供給システムのＵ相に関する部分を示す図である。結合器の構成を示す図である。図３におけるＡ－Ａ線断面を示す図である。制御ユニットの具体的な構成を示す図である。複数のパワーカードが冷却器に装着された状態を示す図である。パワーカードおよび送電基板を示す図である。第２実施形態に係る車載用電力供給システムの構成を示す図である。制御ユニットの具体的な構成を示す図である。

図１には、本発明の実施形態に係る車載用電力供給システムの構成が示されている。車載用電力供給システムは、制御ユニット１０、電力送信回路１２、Ｕ相パワーカード１４ｕ、Ｖ相パワーカード１４ｖ、およびＷ相パワーカード１４ｗを備えている。各パワーカードにはモータジェネレータ等の３相の負荷回路１６が接続されている。各パワーカードは電気回路が組み込まれた電気回路モジュールであり、負荷回路１６との間で電力を授受する機能を有する。また、各パワーカードは、非接触制御装置として動作し、電気配線を介さずに制御ユニット１０から制御信号を取得して、各パワーカードが備える回路素子を制御する。

制御ユニット１０は、車載用電力供給システムを全体として制御する基幹制御部としての機能を有し、電力送信回路１２および各パワーカードを制御する。電力送信回路１２は、制御ユニット１０による制御に従って各パワーカードに電力を供給し、各パワーカードは、制御ユニット１０による制御に従って負荷回路１６に電力を供給する。

図２には、車載用電力供給システムのＵ相に関する部分として、Ｕ相電力供給システムが模式的に示されている。Ｕ相電力供給システムは、制御ユニット１０、電力送信回路１２、送電コイル１８、基幹導体２０、送電基板２２およびＵ相パワーカード１４ｕを備える。図２では、構成を把握し易くするため送電基板２２が一点鎖線で示され、送電基板２２に固定された各構成要素が実線で示されている。

Ｕ相パワーカード１４ｕは、第１受電コイル２４ａ、第２受電コイル２４ｂ、第１受電側導体２６ａ、第２受電側導体２６ｂ、電力制御回路２８、および受電基板３０を備える。電力制御回路２８は、整流回路３２ａ、送受信回路３４ａ、駆動回路３６ａおよびスイッチング素子３８ａを備える。整流回路３２ａは、第１受電コイル２４ａから得られた電力を送受信回路３４ａ、駆動回路３６ａおよびスイッチング素子３８ａに供給する。送受信回路３４ａおよび駆動回路３６ａは、スイッチング素子３８ａを制御する第１制御部としての機能を有している。

電力制御回路２８は、さらに、整流回路３２ｂ、送受信回路３４ｂ、駆動回路３６ｂおよびスイッチング素子３８ｂを備える。整流回路３２ｂは、第２受電コイル２４ｂから得られた電力を送受信回路３４ｂ、駆動回路３６ｂおよびスイッチング素子３８ｂに供給する。送受信回路３４ｂおよび駆動回路３６ｂは、スイッチング素子３８ｂを制御する第２制御部としての機能を有している。

スイッチング素子３８ａおよび３８ｂには、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等の半導体素子が用いられる。これらのスイッチング素子はスイッチングアームを構成してもよい。各スイッチング素子としてＩＧＢＴを用いた場合、スイッチングアームでは、上アームとしてのスイッチング素子３８ａのエミッタと、下アームとしてのスイッチング素子３８ｂのコレクタとが接続される。上アームと下アームの接続点が負荷回路のＵ相端子に接続され、上アームのコレクタと下アームのエミッタとの間に電源電圧が印加される。スイッチングアームでは、例えば上アームと下アームが交互にオンオフすることで、上アームと下アームとの接続点から負荷回路に向かう電流が流れ、または、負荷回路からその接続点に向かう電流が流れる。なお、スイッチング素子３８ａに関わる回路構成と、スイッチング素子３８ｂに関わる回路構成は同一である。したがって、スイッチング素子３８ａを上アームとし、スイッチング素子３８ａを下アームとする他、スイッチング素子３８ａを下アームとし、スイッチング素子３８ａを上アームとしてもよい。

スイッチング素子３８ａには、電流センサ４４ａ、電圧センサ４６ａおよび温度センサ４８ａが設けられている。電流センサ４４ａは、スイッチング素子３８ａに流れる電流を検出し、その電流の値を示す物理量（その電流の値を示す情報としての物理量）を駆動回路３６ａに出力する。電圧センサ４６ａは、スイッチング素子３８ａにおける所定の２か所間の電圧を検出し、その電圧の値を示す物理量を駆動回路３６ａに出力する。温度センサ４８ａは、スイッチング素子３８ａの温度を検出し、その温度の値を示す物理量を駆動回路３６ａに出力する。スイッチング素子３８ａがＩＧＢＴである場合、電流センサ４４ａが検出する電流は、例えば、エミッタに流れる電流であり、電圧センサ４６ａが検出する電圧は、例えば、ゲートエミッタ間の電圧である。

スイッチング素子３８ａと同様、スイッチング素子３８ｂにもまた、電流センサ４４ｂ、電圧センサ４６ｂおよび温度センサ４８ｂが設けられている。スイッチング素子３８ｂに設けられた各センサは、検出値を示す物理量を駆動回路３６ｂに出力する。各センサの検出値に応じた駆動回路３６ａおよび３６ｂが実行する処理については後述する。

電力送信回路１２には送電コイル１８が接続され、電力制御回路２８には第１受電コイル２４ａおよび第２受電コイル２４ｂが接続されている。送電コイル１８は送電基板２２に固定され、第１受電コイル２４ａおよび第２受電コイル２４ｂは受電基板３０に固定されている。送電コイル１８は、第１受電コイル２４ａおよび第２受電コイル２４ｂに対向している。

送電コイル１８と第１受電コイル２４ａは、一方が発生した磁束が他方に鎖交する位置関係で配置され、送電コイル１８と第２受電コイル２４ｂもまた、一方が発生した磁束が他方に鎖交する位置関係で配置されている。また、送電コイル１８および第１受電コイル２４ａにおいて適切な向きの磁束が鎖交し、さらには、送電コイル１８および第２受電コイル２４ｂにおいて適切な向きの磁束が鎖交するように、これらのコイルを構成する導線の巻き方向や形状が定められている。これによって、電力送信回路１２と電力制御回路２８との間で非接触給電が行われる。

制御ユニット１０と電力制御回路２８との間には、制御ユニット１０から基幹導体２０に至る信号伝送路５０が設けられている。さらに、第１受電側導体２６ａから電力制御回路２８に至る信号伝送路５２ａ、および第２受電側導体２６ｂから電力制御回路２８に至る信号伝送路５２ｂが設けられている。信号伝送路５２ａは、スイッチング素子３８ａに対応する信号伝送路であり、信号伝送路５２ｂは、スイッチング素子３８ｂに対応する信号伝送路である。信号伝送路５０、５２ａおよび５２ｂのそれぞれは、平衡モードの信号を伝送する２本の導線によって構成されてもよい。

基幹導体２０、第１受電側導体２６ａおよび第２受電側導体２６ｂは、結合器５４を構成する。図３には、結合器５４の構成例が示されている。ただし、この図では、接地導体が省略されている。基幹導体２０、第１受電側導体２６ａおよび第２受電側導体２６ｂは帯状（長方形状）に形成されている。第１受電側導体２６ａおよび第２受電側導体２６ｂは、長手方向を揃えて直線状に配置されている。基幹導体２０は、第１受電側導体２６ａおよび第２受電側導体２６ｂと長手方向を揃えて対向する。

基幹導体２０の両端は、平衡モードで信号が入力され、または出力される基幹端子対をなす。基幹端子対には、制御ユニット１０に至る一対の信号線５６が接続されている。

第１受電側導体２６ａの両端は、平衡モードで信号が入力され、または出力される第１端子対となっており、第２受電側導体２６ｂの両端は、平衡モードで信号が入力され、または出力される第２端子対となっている。第１端子対には、送受信回路３４ａに至る一対の信号線５８が接続されている。第２端子対には、送受信回路３４ｂに至る一対の信号線６０が接続されている。

結合器５４は、基幹導体２０と第１受電側導体２６ａおよび第２受電側導体２６ｂとが対向することで、または基幹導体２０と第１受電側導体２６ａおよび第２受電側導体２６ｂとの磁気的な結合によって、基幹端子対側の回路と第１端子対側の回路との間の信号伝送路を形成する。また、結合器５４は、基幹導体２０と第２受電側導体２６ｂとが対向することで、または基幹導体２０と第２受電側導体２６ｂとの磁気的な結合によって、基幹端子対側の回路と第２端子対側の回路との間の信号伝送路を形成する。さらに、結合器５４は、基幹導体２０と第１受電側導体２６ａとが対向することで、ならびに基幹導体２０と第２受電側導体２６ｂとが対向することで、第１端子対側の回路と第２端子対側の回路との間の信号伝送路を形成する。あるいは、結合器５４は、基幹導体２０と第１受電側導体２６ａとの磁気的な結合によって、ならびに基幹導体２０と第２受電側導体２６ｂとの磁気的な結合によって、第１端子対側の回路と第２端子対側の回路との間の信号伝送路を形成する。

基幹導体２０は送電基板２２に固定されており、第１受電側導体２６ａおよび第２受電側導体２６ｂは受電基板３０に固定されている。送電基板２２および受電基板３０が対向することで、基幹導体２０および第１受電側導体２６ａが対向し、基幹導体２０および第２受電側導体２６ｂが対向して、結合器５４が形成される。制御ユニット１０は、結合器５４を介して電力制御回路２８との間で非接触通信を行う。

図４には、図３におけるＡ－Ａ線断面が示されている。送電基板２２は、誘電体板６３および誘電体板６３の上面に設けられた接地導体板６４を備えている。誘電体板６３の下面には、信号線５６および基幹導体２０が設けられている。誘電体板６３の内層には、信号線５６に対向する接地導体板６２が設けられている。

また、受電基板３０は、誘電体板６７および誘電体板６７の下面に設けられた接地導体板６８を備えている。誘電体板６７の上面には、第１受電側導体２６ａおよび信号線５８が設けられている。誘電体板６７の内層には、信号線５８に対向する接地導体板６６が設けられている。

なお、図４では、第１受電側導体２６ａを通る断面が示されたが、第２受電側導体２６ｂを通る断面は、第１受電側導体２６ａを通る断面と同様の構造を有している。

基幹導体２０と各受電側導体（２６ａ，２６ｂ）とは直接接触しておらず、さらに、送電コイル１８と各受電コイル（２４ａ，２４ｂ）は直接接触していないため、送電基板２２と受電基板３０とは着脱自在としてもよい。送電基板２２と受電基板３０とが直接接触していないことから、これら２枚の基板の間の配線が単純化される。

再び図２を参照してＵ相電力供給システムの動作について説明する。電力送信回路１２は、制御ユニット１０の制御に応じて送電コイル１８に交流電圧を出力する。これによって、送電コイル１８からは、第１受電コイル２４ａおよび第２受電コイル２４ｂに鎖交する磁束が発生し、第１受電コイル２４ａおよび第２受電コイル２４ｂには誘導起電力が発生する。第１受電コイル２４ａおよび第２受電コイル２４ｂは、誘導起電力に基づく交流電力を電力制御回路２８に出力する。整流回路３２ａは、第１受電コイル２４ａから出力された交流電力を直流電力に変換し、送受信回路３４ａおよび駆動回路３６ａに出力する。同様に、整流回路３２ｂは、第２受電コイル２４ｂから出力された交流電力を直流電力に変換し、送受信回路３４ｂおよび駆動回路３６ｂに出力する。

制御ユニット１０がスイッチング素子３８ａおよび３８ｂを制御するため、制御ユニット１０、駆動回路３６ａおよび３６ｂは相互間で信号を送受信する。すなわち、制御ユニット１０は、結合器５４および送受信回路３４ａを介して駆動回路３６ａに第１制御信号を送信し、制御ユニット１０は、結合器５４および送受信回路３４ｂを介して駆動回路３６ｂに第２制御信号を送信する。また、駆動回路３６ａは、送受信回路３４ａおよび結合器５４を介して制御ユニット１０に第１フィードバック信号を送信し、駆動回路３６ｂは、送受信回路３４ｂおよび結合器５４を介して制御ユニット１０に第２フィードバック信号を送信する。さらに、駆動回路３６ａは、送受信回路３４ａ、結合器５４および送受信回路３４ｂを介して駆動回路３６ｂに第１相互制御信号を送信し、駆動回路３６ｂは、送受信回路３４ｂ、結合器５４および送受信回路３４ａを介して駆動回路３６ａに第２相互制御信号を送信する。

上述の結合器５４の動作により、制御ユニット１０から結合器５４に伝送された信号は、送受信回路３４ａおよび３４ｂを介して駆動回路３６ａおよび３６ｂの両者に伝送されてしまう。また、駆動回路３６ａから送受信回路３４ａを介して結合器５４に伝送された信号は、送受信回路３４ｂを介して駆動回路３６ｂに伝送される他、制御ユニット１０にも伝送されてしまう。そして、駆動回路３６ｂから送受信回路３４ｂを介して結合器５４に伝送された信号は、送受信回路３４ａを介して駆動回路３６ａに伝送される他、制御ユニット１０にも伝送されてしまう。

そこで、第１制御信号、第２制御信号、第１フィードバック信号、第２フィードバック信号、第１相互制御信号、および第２相互制御信号のそれぞれには、信号の種類を区別するための信号識別情報が含まれている。例えば、第１制御信号、第２制御信号、第１フィードバック信号、第２フィードバック信号、第１相互制御信号、および第２相互制御信号には、３桁の２進数で表された信号識別情報として、それぞれ、「１０１」、「１１０」「００１」、「０１０」「１１１」、および「１００」が含まれてもよい。また、第１制御信号、第２制御信号、第１フィードバック信号、第２フィードバック信号、第１相互制御信号、および第２相互制御信号のそれぞれは、信号識別情報に加えて制御情報を含む。制御情報は、スイッチング素子をオンからオフにすべきことを示す情報、または、スイッチング素子をオフからオンにすべきことを示す情報を含む。

制御ユニット１０は、結合器５４から伝送された信号に含まれる信号識別情報に応じた処理を実行する。また、駆動回路３６ａは、送受信回路３４ａから伝送された信号に含まれる信号識別情報に応じた処理を実行し、駆動回路３６ｂは、送受信回路３４ｂから伝送された信号に含まれる信号識別情報に応じた処理を実行する。

制御ユニット１０がスイッチング素子３８ａをオンオフ制御する場合、制御ユニット１０は、信号識別情報の他、スイッチング素子３８ａをオフからオン、またはオンからオフにすべき旨の制御情報を第１制御信号に含ませる。制御ユニット１０は、第１制御信号を結合器５４および送受信回路３４ａを介して駆動回路３６ａに送信する。駆動回路３６ａは、第１制御信号に基づいてスイッチング素子３８ａをオンまたはオフに制御する。制御ユニット１０は、スイッチング素子３８ａをオフからオンとすべき旨の制御情報と、スイッチング素子３８ａをオンからオフにすべき旨の制御情報とを時間経過と共に交互に第１制御信号に含ませる。これによって、スイッチング素子３８ａが時間経過と共に交互にオン、オフに制御される。

同様に、制御ユニット１０がスイッチング素子３８ｂをオンオフ制御する場合、制御ユニット１０は、信号識別情報の他、スイッチング素子３８ｂをオフからオン、またはオンからオフにすべき旨の制御情報を第２制御信号に含ませる。制御ユニット１０は、第２制御信号を結合器５４および送受信回路３４ｂを介して駆動回路３６ｂに送信する。駆動回路３６ｂは、第２制御信号に基づいてスイッチング素子３８ｂをオンまたはオフに制御する。制御ユニット１０は、スイッチング素子３８ｂをオフからオンとすべき旨の制御情報と、スイッチング素子３８ｂをオンからオフにすべき旨の制御情報とを時間経過と共に交互に第２制御信号に含ませる。これによって、スイッチング素子３８ａが時間経過と共に交互にオン、オフに制御される。

スイッチング素子３８ａおよび３８ｂは、整流回路３２ａおよび３２ｂから出力される電力を、駆動回路３６ａおよび３６ｂによるオンオフ制御に応じて調整し、負荷回路に出力する。

駆動回路３６ａは、スイッチング素子３８ａに設けられた電流センサ４４ａ、電圧センサ４６ａおよび温度センサ４８ａの各検出値を示す情報を制御ユニット１０に送信する。すなわち、駆動回路３６ａは、信号識別情報の他、各検出値を示す情報を第１フィードバック信号に含ませる。駆動回路３６ａは、第１フィードバック信号を送受信回路３４ａおよび結合器５４を介して制御ユニット１０に送信する。制御ユニット１０は、第１フィードバック信号に応じて、スイッチング素子３８ａおよび３８ｂを制御する。同様に、駆動回路３６ｂは、信号識別情報の他、各検出値を示す情報を第２フィードバック信号に含ませる。駆動回路３６ｂは、第２フィードバック信号を送受信回路３４ｂおよび結合器５４を介して制御ユニット１０に送信する。制御ユニット１０は、第２フィードバック信号に応じて、スイッチング素子３８ａおよび３８ｂを制御する。

制御ユニット１０は、スイッチング素子３８ａについての電流検出値、電圧検出値、または温度検出値が所定の範囲内にあるか否かを判定してもよい。制御ユニット１０は、スイッチング素子３８ａについての電流検出値、電圧検出値、または温度検出値が所定の範囲内にないときは、その旨を示すダイアグ情報を生成し、自らが有するメモリまたは車両に搭載されたメモリに記憶させてもよい。同様に、制御ユニット１０は、スイッチング素子３８ｂについての電流検出値、電圧検出値、または温度検出値が所定の範囲内にあるか否かを判定してもよい。制御ユニット１０は、スイッチング素子３８ｂについてのダイアグ情報を生成し、自らが有するメモリまたは車両に搭載されたメモリに記憶させてもよい。

スイッチング素子３８ａおよび３８ｂがスイッチングアームを構成する場合、駆動回路３６ａおよび３６ｂは、次のようなフェールセーフ処理を実行してもよい。駆動回路３６ａ、電流センサ４４ａ、電圧センサ４６ａおよび温度センサ４８ａは、スイッチング素子３８ａの状態を検出する状態検出部としての機能を有する。駆動回路３６ａは、スイッチング素子３８ａについての電流検出値、電圧検出値、および温度検出値のうち予め定められたものが所定の範囲内にないときは、スイッチング素子３８ａをオフにすると共に、スイッチング素子３８ａが異常である旨の第１異常情報を生成する。駆動回路３６ａは、信号識別情報の他、第１異常情報を第１相互制御信号に含ませる。駆動回路３６ａは、第１相互制御信号を送受信回路３４ａ、結合器５４、および送受信回路３４ｂを介して駆動回路３６ｂに送信する。駆動回路３６ｂは、第１相互制御信号を取得し、第１相互制御信号に第１異常情報が含まれていることを認識すると、制御ユニット１０から送信された第２制御信号に含まれる制御情報に関わらずスイッチング素子３８ｂをオフにする。

同様に、駆動回路３６ｂ、電流センサ４４ｂ、電圧センサ４６ｂおよび温度センサ４８ｂは、スイッチング素子３８ｂの状態を検出する状態検出部としての機能を有する。すなわち、駆動回路３６ｂは、スイッチング素子３８ｂについての電流検出値、電圧検出値、および温度検出値のうち予め定められたものが所定の範囲内にないときは、スイッチング素子３８ｂをオフにすると共に、スイッチング素子３８ｂが異常である旨の第２異常情報を生成する。駆動回路３６ｂは、信号識別情報の他、第２異常情報を第２相互制御信号に含ませる。駆動回路３６ｂは、第２相互制御信号を送受信回路３４ｂ、結合器５４、および送受信回路３４ａを介して駆動回路３６ａに送信する。駆動回路３６ａは、第２相互制御信号を取得し、第２相互制御信号に第２異常情報が含まれていることを認識すると、制御ユニット１０から送信された第１制御信号に含まれる制御情報に関わらずスイッチング素子３８ａをオフにする。

このようなフェールセーフ処理によれば、スイッチング素子３８ａおよび３８ｂの少なくとも一方が異常であるときは、各スイッチング素子が強制的にオフとなる。これによって、スイッチングアームに流れる電流の経路が遮断され、各スイッチング素子が保護される。このフェールセーフ処理は、制御ユニット１０がスイッチング素子の異常を認識する必要がないため、迅速に行われる。

なお、各駆動回路は、電流センサ、電圧センサおよび温度センサの検出結果に基づいて、各スイッチング素子にどのような異常があるかを判定してもよい。例えば、スイッチング素子の特定の端子間が短絡している短絡故障が生じたとの判定をしてもよい。また、スイッチング素子の特定の端子間が開放となっているオープン故障が生じたとの判定をしてもよい。このような故障を判定するため、電流、電圧、温度以外のその他の物理量を検出するセンサが各スイッチング素子に設けられてもよい。駆動回路３６ａは、スイッチング素子３８ａに短絡故障が生じている旨の情報、またはオープン故障が生じている旨の情報を第１フィードバック信号に含ませてもよい。同様に、駆動回路３６ｂは、スイッチング素子３８ｂに短絡故障が生じている旨の情報、またはオープン故障が生じている旨の情報を第２フィードバック信号に含ませてもよい。

図５に示されているように、制御ユニット１０はＥＣＵ７０および送受信回路７２を備えてもよい。ＥＣＵ７０は、Electronic Control Unitを省略したものであり、一般に電動車両に搭載されている。ＥＣＵ７０は、電力送信回路１２および送受信回路７２を制御する。電力送信回路１２は、ＥＣＵ７０の制御に従って送電コイル１８に電力を出力する。送受信回路７２は、ＥＣＵ７０の制御に従って基幹導体２０に信号を出力し、基幹導体２０から信号を取得する。ＥＣＵ７０は、送電基板２２とは別に設けられた基板に固定されてもよい。

ここでは、車載用電力供給システムのＵ相に関する構成について説明したが、Ｖ相およびＷ相に関する構成は、Ｕ相と同様の構成を有する。図１に示されるように、Ｖ相パワーカード１４ｖおよびＷ相パワーカード１４ｗはＵ相パワーカード１４ｕと共通の制御ユニット１０によって制御されてもよい。また、Ｖ相パワーカード１４ｖおよびＷ相パワーカード１４ｗには、Ｕ相パワーカード１４ｕと共通の電力送信回路１２から電力が供給されてもよい。

図６には、複数のパワーカード１４が冷却器７４に装着された状態が示されている。冷却器７４は、流入管７６、流出管７８、および複数の冷却フィン８０を備えている。冷却フィン８０は板状に形成されており、冷媒が流通する空洞が内部に形成されている。複数の冷却フィン８０は、板面方向を揃えて所定間隔を隔てて連ねられている。隣接する２つの冷却フィン８０の間にはパワーカード１４が配置されている。図６には、８枚のパワーカード１４が冷却フィン８０の間に配置された例が示されている。各パワーカード１４は、１つのスイッチングアームを構成する２つのスイッチング素子を含む。各パワーカード１４の上部には送電基板２２が重ねられている。各送電基板２２の上端部には、各送電基板２２と垂直に配線基板８６が接合されており、配線基板８６に設けられた各配線が各送電基板２２に接続されている。

各冷却フィン８０では、図６の奥側の端付近に流入管７６が設けられ、手前側の端付近に流出管７８が設けられている。流入管７６は各冷却フィン８０の内部の空洞に連通し、各冷却フィン８０の空洞は流出管７８に連通している。流入管７６は、その入口８２から流入した冷媒を各冷却フィン８０の空洞へと導く。各冷却フィン８０の空洞を通る冷媒は近接するパワーカード１４から熱を奪ってパワーカード１４を冷却する。各冷却フィン８０の空洞からは流出管７８に冷媒が放出される。流出管７８は、各冷却フィン８０から放出された冷媒をその出口８４へと導く。

図７には、パワーカード１４および送電基板２２が示されている。ただし、パワーカード１４については、モールド材料で覆われる前の状態が示されている。また、送電基板２２は、説明の便宜上、誘電体板を透かして送電コイル１８および基幹導体２０が示されている。

パワーカード１４は、スイッチング素子３８ａの他、スイッチング素子３８ａを動作させる構成要素として、第１受電コイル２４ａ、第１受電側導体２６ａ、および駆動回路モジュール８８ａを備える。さらに、パワーカード１４は、スイッチング素子３８ｂの他、スイッチング素子３８ｂを動作させる構成要素として、第２受電コイル２４ｂ、第２受電側導体２６ｂ、および駆動回路モジュール８８ｂを備える。また、パワーカード１４は、第１受電コイル２４ａ、第１受電側導体２６ａ、第２受電コイル２４ｂ、および第２受電側導体２６ｂが固定される受電基板３０を備える。駆動回路モジュール８８ａは、図２に示された整流回路３２ａ、送受信回路３４ａおよび駆動回路３６ａを備え、駆動回路モジュール８８ｂは、図２に示された整流回路３２ｂ、送受信回路３４ｂおよび駆動回路３６ｂを備える。

第１受電側導体２６ａは、第１受電コイル２４ａが形成するループ形状の内側に配置され、第２受電側導体２６ｂは、第２受電コイル２４ｂが形成するループ形状の内側に配置されている。

送電基板２２には、送電コイル１８、基幹導体２０が固定されている。基幹導体２０は、送電コイル１８の内側に配置されている。送電基板２２は、送電コイル１８が第１受電コイル２４ａおよび第２受電コイル２４ｂに対向するように受電基板３０に重ねられる。送電基板２２が受電基板３０に重ねられることで、基幹導体２０と第１受電側導体２６ａおよび第２受電側導体２６ｂとが対向して結合器５４が形成される。

図７に示されているスイッチング素子３８ａおよびスイッチング素子３８ｂは、スイッチングアームを構成し、スイッチングアームから３つの電極９０が引き出されている。また、図７に示されているパワーカード１４は、絶縁体材料によってモールドされ、冷却フィンの間に挟まれるような板形状に形成される。

図８には、第２実施形態に係る車載用電力供給システムの構成が示されている。この実施形態は、図２に示される実施形態に対し、制御ユニット１０、送受信回路３４ａ，駆動回路３６ａ，送受信回路３４ｂおよび駆動回路３６ｂが形成する信号伝送路を変形したものである。図２に示されている構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を付してその説明を簡略化する。

制御ユニット１０と送受信回路３４ａとの間の信号伝送路には第１結合器５４－１が設けられている。第１結合器５４－１は、第１基幹導体９２および第１受電側導体９４を備える。第１基幹導体９２は制御ユニット１０に接続され、第１受電側導体９４は送受信回路３４ａに接続されている。送受信回路３４ａと送受信回路３４ｂとの間の信号伝送路には第２結合器５４－２が設けられている。第２結合器５４－２は、第２基幹導体９６および第２受電側導体９８を備える。第２基幹導体９６は送受信回路３４ａに接続され、第２受電側導体９８は送受信回路３４ｂに接続されている。

制御ユニット１０および第１基幹導体９２は送電基板２２に固定されている。第１受電側導体９４、送受信回路３４ａ、第２基幹導体９６、駆動回路３６ａおよびスイッチング素子３８ａは、第１受電基板１００ａに固定されている。第２受電側導体９８、送受信回路３４ｂ、駆動回路３６ｂおよびスイッチング素子３８ｂは、第２受電基板１００ｂに固定されている。

送電基板２２の一部と第１受電基板１００ａの一部とが重ねられることで、第１基幹導体９２と第１受電側導体９４とが対向し、または第１基幹導体９２および第１受電側導体９４が磁気的に結合し、第１結合器５４－１が構成される。第１受電基板１００ａの一部と第２受電基板１００ｂの一部とが重ねられることで、第２基幹導体９６と第２受電側導体９８とが対向し、または第２基幹導体９６および第２受電側導体９８が磁気的に結合し、第２結合器５４－２が構成される。

送電基板２２と第１受電基板１００ａとは直接接触していない。また、第１受電基板１００ａと第２受電基板１００ｂとは直接接触していない。したがって、これらの基板の間の配線が単純化される。

送受信回路３４ａは、第１結合器５４－１から出力された信号を駆動回路３６ａおよび第２結合器５４－２に出力する。また、送受信回路３４ａは、駆動回路３６ａから出力された信号を第１結合器５４－１および第２結合器５４－２に出力する。そして、送受信回路３４ｂは、第２結合器５４－２から出力された信号を駆動回路３６ｂに出力し、駆動回路３６ｂから出力された信号を第２結合器５４－２に出力する。このような構成によって、制御ユニット１０、駆動回路３６ａおよび３６ｂは相互間で信号を送受信する。

制御ユニット１０は、第１結合器５４－１および送受信回路３４ａを介して駆動回路３６ａに第１制御信号を送信する。また、制御ユニット１０は、第１結合器５４－１、送受信回路３４ａ、第２結合器５４－２、送受信回路３４ｂを介して駆動回路３６ｂに第２制御信号を送信する。これによって制御ユニット１０は、スイッチング素子３８ａおよび３８ｂをオンオフ制御する。

駆動回路３６ａは、送受信回路３４ａおよび第１結合器５４－１を介して第１フィードバック信号を制御ユニット１０に送信する。また、駆動回路３６ｂは、送受信回路３４ｂ、第２結合器５４－２、送受信回路３４ａおよび第１結合器５４－１を介して第２フィードバック信号を制御ユニット１０に送信する。制御ユニット１０は、第１フィードバック信号および第２フィードバック信号に基づいて、スイッチング素子３８ａおよび３８ｂのそれぞれについての電流検出値、電圧検出値、または温度検出値が所定の範囲内にあるか否かを判定してもよい。制御ユニット１０は、スイッチング素子３８ａについての電流検出値、電圧検出値、または温度検出値が所定の範囲内にないときは、その旨を示すダイアグ情報を生成し、自らが有するメモリまたは車両に搭載されたメモリに記憶させてもよい。同様に、制御ユニット１０は、スイッチング素子３８ｂについての電流検出値、電圧検出値、または温度検出値が所定の範囲内にないときは、その旨を示すダイアグ情報を生成し、自らが有するメモリまたは車両に搭載されたメモリに記憶させてもよい。

駆動回路３６ａは、スイッチング素子３８ａについての電流検出値、電圧検出値、および温度検出値のうち予め定められたものが所定の範囲内にないときは、スイッチング素子３８ａをオフにすると共に、スイッチング素子３８ａが異常である旨の第１異常情報を生成する。駆動回路３６ａは、信号識別情報の他、第１異常情報を第１相互制御信号に含ませる。駆動回路３６ａは、送受信回路３４ａ、第２結合器５４－２および送受信回路３４ｂを介して駆動回路３６ｂに第１相互制御信号を送信する。駆動回路３６ｂは、第１相互制御信号を取得し、第１相互制御信号に第１異常情報が含まれていることを認識すると、制御ユニット１０から送信された第２制御信号に含まれる情報に関わらずスイッチング素子３８ｂをオフにする。

駆動回路３６ｂは、スイッチング素子３８ｂについての電流検出値、電圧検出値、および温度検出値のうち予め定められたものが所定の範囲内にないときは、スイッチング素子３８ｂをオフにすると共に、スイッチング素子３８ｂが異常である旨の第２異常情報を生成する。駆動回路３６ｂは、送受信回路３４ｂ、第２結合器５４－２、および送受信回路３４ｂを介して駆動回路３６ａに第２相互制御信号を送信する。駆動回路３６ａは、第２相互制御信号を取得し、第２相互制御信号に第２異常情報が含まれていることを認識すると、制御ユニット１０から送信された第１制御信号に含まれる情報に関わらずスイッチング素子３８ａをオフにする。

このようなフェールセーフ処理によれば、スイッチング素子３８ａおよび３８ｂのうち少なくとも一方が異常であるときは、スイッチングアームに流れる電流の経路が遮断され、各スイッチング素子が保護される。このフェールセーフ処理は、制御ユニット１０がスイッチング素子の異常を認識する必要がないため、迅速に行われる。

なお、本実施形態においても、図９に示されているように、制御ユニット１０はＥＣＵ７０および送受信回路７２を備えてもよい。ＥＣＵ７０は、電力送信回路１２および送受信回路７２を制御する。電力送信回路１２は、ＥＣＵ７０の制御に従って送電コイル１８に電力を出力する。送受信回路７２は、ＥＣＵ７０の制御に従って第１基幹導体９２に信号を出力し、第１基幹導体９２から信号を取得する。ＥＣＵ７０は、送電基板２２とは別に設けられた基板に固定されてもよい。

上記では、制御対象の回路素子がスイッチング素子である実施形態について説明した。制御対象の回路素子が、増幅用の回路素子や、抵抗値やキャパシタンス等の回路定数が可変である可変定数素子である場合についても本発明が用いられてもよい。

１０制御ユニット、１２電力送信回路、１４パワーカード、１４ｕＵ相パワーカード、１４ｖＶ相パワーカード、１４ｗＷ相パワーカード、１６負荷回路、１８送電コイル、２０基幹導体、２２送電基板、２４ａ第１受電コイル、２４ｂ第２受電コイル、２６ａ，９４第１受電側導体、２６ｂ，９８第２受電側導体、２８電力制御回路、３０受電基板、３２ａ,３２ｂ整流回路、３４ａ，３４ｂ，７０送受信回路、３６ａ，３６ｂ駆動回路、３８ａ，３８ｂスイッチング素子、４４ａ，４４ｂ電流センサ、４６ａ，４６ｂ電圧センサ、４８ａ，４８ｂ温度センサ、５０，５２ａ，５２ｂ信号伝送路、５４結合器、５４－１第１結合器、５４－２第２結合器、５６，５８，６０信号線、６２，６４，６６，６８接地導体板、６３，６７誘電体板、７０ＥＣＵ、７４冷却器、７６流入管、７８流出管、８０冷却フィン、８２入口、８４出口、８６配線基板、８８ａ，８８ｂ駆動回路モジュール、９０電極、９２第１基幹導体、９６第２基幹導体、１００ａ第１受電基板、１００ｂ第２受電基板。

Claims

基幹導体に対向し、または前記基幹導体に磁気的に結合する第１導体と、
前記基幹導体に対向し、または前記基幹導体に磁気的に結合する第２導体と、
前記第１導体に接続され、第１回路素子を制御する第１制御部と、
前記第２導体に接続され、第２回路素子を制御する第２制御部と、を備え、
前記基幹導体は、基幹制御部に接続されており、
前記基幹制御部は、
前記基幹導体および前記第１導体を介して前記第１制御部に制御信号を送信して、前記第１制御部に前記第１回路素子を制御させ、前記基幹導体および前記第２導体を介して前記第２制御部に制御信号を送信して、前記第２制御部に前記第２回路素子を制御させ、
前記第２制御部は、前記第２導体、前記基幹導体および前記第１導体を介して前記第１制御部に相互制御信号を送信し、
前記第１制御部は、前記相互制御信号に応じて前記第１回路素子を制御することを特徴とする非接触制御装置。
第１基幹導体に対向し、または前記第１基幹導体に磁気的に結合する第１導体と、
前記第１導体に接続され、第１回路素子を制御する第１制御部と、
前記第１制御部に接続された第２基幹導体と、
前記第２基幹導体に対向し、または前記第２基幹導体に磁気的に結合する第２導体と、
前記第２導体に接続され、第２回路素子を制御する第２制御部と、を備え、
前記第１基幹導体は、基幹制御部に接続されており、
前記基幹制御部は、
前記第１基幹導体および前記第１導体を介して第１制御信号および第２制御信号を前記第１制御部に送信し、
前記第１制御部は、
前記第１制御信号に応じて前記第１回路素子を制御し、
前記第２基幹導体および前記第２導体を介して前記第２制御部に前記第２制御信号を送信し、
前記第２制御部は、
前記第２制御信号に応じて前記第２回路素子を制御し、
前記第２導体および前記第２基幹導体を介して前記第１制御部に相互制御信号を送信し、
前記第１制御部は、前記相互制御信号に応じて前記第１回路素子を制御することを特徴とする非接触制御装置。
請求項１または請求項２に記載の非接触制御装置において、
前記第２制御部は、
前記第２回路素子の異常を検出する状態検出部を備え、
前記状態検出部は、
前記第２回路素子を制御する駆動回路を備え、
前記駆動回路は、
前記第２回路素子の異常が検出されたときは、前記第２回路素子をオフにすると共に、前記第２回路素子が異常である旨の異常情報を生成し、
当該異常情報を前記相互制御信号に含ませ、
前記相互制御信号を前記第１制御部に送信し、
前記第１制御部は、
前記相互制御信号に前記異常情報が含まれていることを認識すると、前記第１回路素子をオフにすることを特徴とする非接触制御装置。
第１基幹導体に対向し、または前記第１基幹導体に磁気的に結合する第１導体と、
前記第１導体に接続され、第１回路素子を制御する第１制御部と、
前記第１制御部に接続された第２基幹導体と、
前記第２基幹導体に対向し、または前記第２基幹導体に磁気的に結合する第２導体と、
前記第２導体に接続され、第２回路素子を制御する第２制御部と、を備え、
前記第１基幹導体は、基幹制御部に接続されており、
前記基幹制御部は、
前記第１基幹導体および前記第１導体を介して第１制御信号および第２制御信号を前記第１制御部に送信し、
前記第１制御部は、前記第１制御信号に応じて前記第１回路素子を制御し、
前記第２基幹導体および前記第２導体を介して前記第２制御部に前記第２制御信号を送信し、
前記第２制御部は、前記第２制御信号に応じて前記第２回路素子を制御し、
前記第１制御部は、前記第２基幹導体および前記第２導体を介して前記第２制御部に相互制御信号を送信し、
前記第２制御部は、前記相互制御信号に応じて前記第２回路素子を制御することを特徴とする非接触制御装置。
請求項４に記載の非接触制御装置において、
前記第１制御部は、
前記第１回路素子の異常を検出する状態検出部を備え、
前記状態検出部は、
前記第１回路素子を制御する駆動回路を備え、
前記駆動回路は、
前記第１回路素子の異常が検出されたときは、前記第１回路素子をオフにすると共に、前記第１回路素子が異常である旨の異常情報を生成し、
当該異常情報を前記相互制御信号に含ませ、
前記相互制御信号を前記第２制御部に送信し、
前記第２制御部は、
前記相互制御信号に前記異常情報が含まれていることを認識すると、前記第２回路素子をオフにすることを特徴とする非接触制御装置。