KR102251590B1 - Non-contact feeder system - Google Patents
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Abstract
본 발명은 급전 장치와 수전 장치를 포함하는 비접촉 급전 시스템에 관한 것이다. 급전 장치는 급전 코일과, 상기 급전 코일에 교류 전력을 공급하는 교류 전원을 구비한다. 수전 장치는, 상기 급전 코일에 대향하면 자기 결합해서 비접촉으로 교류 전력을 받는 수전 코일과, 상기 수전 코일에 접속되어서 수전측 공진회로를 형성하는 수전측 공진용 커패시터와, 상기 수전 코일이 받은 교류 전력을 변환해서 수전 전압을 생성하고 인버터에 출력하는 수전 회로와, 상기 수전 전압이 과전압 상태를 판정하는 임계값 전압을 초과한 경우에, 상기 수전측 공진회로의 수전측 공진주파수를 변이시키는 과전압 보호회로를 구비한다.The present invention relates to a non-contact power feeding system including a power feeding device and a power receiving device. The power supply device includes a power supply coil and an AC power supply for supplying AC power to the power supply coil. A power receiving device includes a power receiving coil that magnetically couples when facing the power supply coil to receive AC power in a non-contact manner, a power receiving-side resonance capacitor connected to the receiving coil to form a power receiving-side resonance circuit, and AC power received by the receiving coil. A power reception circuit that converts the power reception voltage to generate a power reception voltage and outputs it to the inverter; and an overvoltage protection circuit that shifts the power reception side resonance frequency of the power reception side resonance circuit when the reception voltage exceeds a threshold voltage for determining an overvoltage condition. It is equipped with.
Description
본 발명은 비접촉 급전 시스템에 관한 것으로서 특히, 전동식의 반송차 등의 이동체에 비접촉으로 전력을 공급하는 비접촉 급전 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a non-contact power supply system, and in particular, to a non-contact power supply system for supplying power non-contact to a moving object such as an electric transport vehicle.
부하와 전원을 직접 접속하는 일 없이 전원이 출력하는 전력을 비접촉으로 부하에 전송하는 기술이 개발되고 있다. 해당 기술은 일반적으로, 비접촉 전력 전송이나 무선 급전이라고 부르고 있다. 해당 기술은 휴대전화, 가전제품, 전기 자동차, 무인 반송차(AGV: Automated Guided Vehicle) 등에서 전력 전송에 응용되고 있다.A technology is being developed that transmits the power output from the power source to the load in a non-contact manner without directly connecting the load and the power source. This technology is commonly referred to as contactless power transmission or wireless power supply. The technology is being applied to power transmission in mobile phones, home appliances, electric vehicles, and automated guided vehicles (AGVs).
비접촉 전력 전송에서는 고주파 전원 장치에 접속된 급전 장치로부터 부하에 접속된 수전 장치에 비접촉으로 급전을 행한다. 급전 장치에는 급전 코일이 구비되고, 수전 장치에는 수전 코일이 구비된다. 급전 코일과 수전 코일이 자기적으로 결합함으로써 비접촉에서의 급전이 행하여진다. In the non-contact power transmission, power is supplied from a power supply device connected to a high-frequency power supply device to a power receiving device connected to a load in a non-contact manner. The power supply device is provided with a power supply coil, and the power supply device is provided with a power reception coil. The power supply coil and the power receiving coil are magnetically coupled to each other to perform non-contact power supply.
특허문헌 1(일본특허공개공보 제2013-172507호)에 개시된 비접촉 급전 시스템에서 차량 측의 수전 장치는 이차 코일 및 수전 회로에 더해서 제어부, 통신부 및 전압검출부를 갖춘다. 또한, 주정차 구역 측의 급전 장치는 일차 코일 및 급전 회로에 더해서 제어부, 통신부 및 통지부를 갖춘다. 수전 장치에서 과전압이 발생하면, 통신부를 이용해서 급전 장치에 과전압 통신을 행해 급전 회로를 정지시킨다.In the non-contact power supply system disclosed in Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2013-172507), a power receiving device on the vehicle side includes a control unit, a communication unit, and a voltage detection unit in addition to the secondary coil and the power receiving circuit. Further, the power supply device on the side of the parking area is provided with a control unit, a communication unit and a notification unit in addition to the primary coil and the power supply circuit. When an overvoltage occurs in the power receiving device, the power supply circuit is stopped by performing overvoltage communication to the power supply device using the communication unit.
특허문헌 2(일본특허공개공보 제2012-044762호)에 개시된 비접촉 급전 시스템은 수전 장치에 과전압 보호부가 설치되고 있다. 이 과전압 보호부는 수전 장치에서 과전압 발생을 검출하면 수전 장치의 2차 코일을 단락해서 수전 장치를 보호한다. 이때, 송전 장치에서는 단락에 의한 전류 또는 전압의 변화를 검출하고, 전원을 오프로 한다. In the non-contact power supply system disclosed in Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open Publication No. 2012-044762), an overvoltage protection unit is installed in a power receiving device. This overvoltage protection unit protects the power receiving device by shorting the secondary coil of the power receiving device when it detects the occurrence of an overvoltage in the power receiving device. At this time, the power transmission device detects a change in current or voltage due to a short circuit, and turns off the power.
특허문헌 1의 기술에서는 과전압 통신을 행하기 위한 통신부가 수전 장치 및 급전 장치에 각각 필요하다. 이것 때문에, 수전 장치 및 급전 장치가 대형화된다. 또한, 과전압 통신을 행한 후가 아니면 급전 회로를 정지할 수 없다. 이것 때문에 수전 장치에서는 과전압 상태의 시간이 길어지므로 수전 장치에 큰 스트레스가 된다.In the technique of Patent Document 1, a communication unit for performing overvoltage communication is required for the power receiving device and the power supply device, respectively. For this reason, the power receiving device and the power feeding device are enlarged. In addition, the power supply circuit cannot be stopped unless overvoltage communication has been performed. For this reason, in the power receiving device, the time in the overvoltage state is prolonged, which causes a great stress on the power receiving device.
특허문헌 2의 기술에서는 수전 장치에서 과전압을 검출했을 때에 단시간에 수전 장치를 보호하는 것이 가능하다. 하지만, 2차 코일을 단락해서 보호하면, 수전 장치의 전기 부하는 즉시 정지해 버리기 때문에 반드시 바람직하다고는 말할 수 없다. 즉, 과전압 발생을 검출한 후에, 과전압이 저하되게 해서 지극히 단시간만이라도 전기 부하의 동작을 계속할 수 있으면 시스템의 신뢰성을 높일 수 있다. In the technique of Patent Document 2, it is possible to protect the power receiving device in a short time when an overvoltage is detected by the power receiving device. However, if the secondary coil is short-circuited and protected, the electric load of the power receiving device is immediately stopped, so it cannot be said that it is always desirable. That is, after detecting the occurrence of the overvoltage, if the overvoltage is lowered and the operation of the electric load can be continued even for a very short time, the reliability of the system can be improved.
또한, 특허문헌 2의 기술에서는 수전 장치에서의 보호가 종료한 후에, 급전 장치의 급전 회로를 정지시킨다. 이것 때문에 비접촉 급전 시스템은 자동 복구할 수 없고, 복구 조작에 사람의 손이 필요하다. 실제로는 수전 장치의 과전압은 장치 시동시나, 수전 장치가 급전 장치와의 위치 관계에서 벗어날 때 등에 일시적으로 발생하는 경우가 많다. 즉, 일시적인 과전압의 발생은 고장에 기인하는 것이 아니므로 보호하는 것은 필요하여도 비접촉 급전 시스템의 전체를 정지할 필요는 없다.In addition, in the technique of Patent Document 2, after the protection in the power receiving device is ended, the power supply circuit of the power supply device is stopped. For this reason, the non-contact power supply system cannot automatically recover, and a human hand is required for the recovery operation. In practice, the overvoltage of the power receiving device is often temporarily generated when the device starts up or when the power receiving device deviates from the positional relationship with the power supply device. That is, the occurrence of a temporary overvoltage is not caused by a failure, so it is not necessary to stop the entire non-contact power supply system even though it is necessary to protect it.
본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 도출된 것으로서, 통신부를 구비하지 않아 소형화를 구현하면서 동작 신뢰성이 높은 비접촉 급전 시스템을 제공하는 것을 일 목적으로 한다. An object of the present invention is to provide a non-contact power supply system having high operational reliability while implementing miniaturization without having a communication unit, which has been derived to solve the problems of the prior art.
또한, 본 발명은 일시적인 과전압 발생의 경우에 시스템을 보호하면서 자동 복구가 가능한 비접촉 급전 시스템을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다. In addition, another object of the present invention is to provide a non-contact power supply system capable of automatically recovering while protecting the system in case of a temporary overvoltage occurrence.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 비접촉 급전 시스템은 급전 장치와 수전 장치를 갖춘 비접촉 급전 시스템이며, 상기 급전 장치는 급전 코일과, 상기 급전 코일에 교류 전력을 공급하는 교류 전원을 구비하고, 상기 수전 장치는 상기 급전 코일에 대향하면서 자기 결합해서 비접촉으로 교류 전력을 받는 수전 코일과, 상기 수전 코일에 접속되어서 수전측 공진회로를 형성하는 수전측 공진용 커패시터와, 상기 수전 코일이 받은 교류 전력을 변환해서 수전 전압을 생성하고 전기 부하에 출력하는 수전 회로와, 상기 수전 전압이 과전압 상태임을 판정하는 임계값 전압을 초과했을 경우에 상기 수전측 공진회로의 수전측 공진주파수를 변이시키는 과전압 보호회로를 구비한다.The non-contact power supply system of the present invention for solving the above problem is a non-contact power supply system having a power supply device and a power receiving device, wherein the power supply device includes a power supply coil and an AC power supply for supplying AC power to the power supply coil, and the power reception The device converts a power receiving coil that is opposite to the power supply coil and magnetically coupled to receive AC power in a non-contact manner, a receiving-side resonance capacitor connected to the receiving coil to form a receiving-side resonance circuit, and the AC power received by the receiving coil. And a power receiving circuit that generates a receiving voltage and outputs it to the electric load, and an overvoltage protection circuit that changes the receiving side resonance frequency of the receiving side resonance circuit when the receiving voltage exceeds a threshold voltage determining that the overvoltage state is over. do.
바람직하게는, 상기 과전압 보호회로는, 상기 수전 장치의 특정 지점의 전압을 검출하는 전압 검출 회로와, 상기 정류 회로의 일단에 연결되는 제1 커패시터와, 상기 제1 커패시터와 접지 사이에 연결되는 제1 스위치와, 상기 전압 검출 회로에서 검출된 전압이 소정 전압 이상이면 상기 제1 스위치를 턴온 상태로 조작하는 스위치 조작부를 구비한다. Preferably, the overvoltage protection circuit includes a voltage detection circuit for detecting a voltage at a specific point of the power receiving device, a first capacitor connected to one end of the rectifying circuit, and a first capacitor connected between the first capacitor and the ground. 1 switch, and a switch operation unit configured to operate the first switch in a turned-on state when the voltage detected by the voltage detection circuit is equal to or higher than a predetermined voltage.
바람직하게는, 상기 과전압 보호회로는, 상기 정류 회로의 타단에 연결되는 제2 커패시터와, 상기 제2 커패시터와 접지 사이에 연결되는 제2 스위치를 더 구비하고, 상기 전압 검출 회로에서 검출된 전압이 소정 전압 이상이면 상기 스위치 조작부가 상기 제2 스위치를 턴온 상태로 조작한다. Preferably, the overvoltage protection circuit further includes a second capacitor connected to the other end of the rectifying circuit, and a second switch connected between the second capacitor and ground, and the voltage detected by the voltage detection circuit is When the voltage is higher than a predetermined voltage, the switch operation unit operates the second switch in a turned-on state.
본 발명의 비접촉 급전 시스템에서 수전 장치의 과전압 보호회로는, 과전압 상태를 판정했을 경우에 수전측 공진회로의 공진주파수를 변경시킨다. 이것에 의해 수전측 공진주파수가 교류 전원의 주파수로부터 크게 벗어나서 수전 전압이 저하되고, 과전압 상태가 해소되어서 시스템이 보호된다. 즉, 본 발명에서는 통신부를 구비하지 않아 소형화를 구현하면서 단시간의 보호가 가능하고 동작 신뢰성이 높다. 또한, 본 발명은 일시적인 과전압 발생의 경우에 자동 복구가 가능하다. In the non-contact power supply system of the present invention, the overvoltage protection circuit of the power receiving device changes the resonance frequency of the power receiving side resonance circuit when determining the overvoltage condition. As a result, the receiving side resonant frequency greatly deviates from the frequency of the AC power source, so that the receiving voltage is lowered, the overvoltage condition is eliminated, and the system is protected. That is, in the present invention, since the communication unit is not provided, miniaturization is realized, protection for a short time is possible and operation reliability is high. In addition, the present invention enables automatic recovery in the case of a temporary overvoltage occurrence.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉 급전 시스템의 구성을 개략적으로 설명하는 도면이다.
도 2는 도 1의 비접촉 급전 시스템에서의 급전 성능의 주파수 특성을 정성적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 도 1의 비접촉 급전 시스템에서의 과전압 보호의 동작을 설명하는 타임 차트의 도면이다.
도 4는 도 1의 비접촉 급전 시스템에서의 과전류 보호회로의 동작을 설명하는 타임 차트의 도면이다.1 is a diagram schematically illustrating a configuration of a non-contact power supply system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram qualitatively showing the frequency characteristics of the power supply performance in the non-contact power supply system of FIG. 1.
FIG. 3 is a diagram of a time chart for explaining an operation of overvoltage protection in the non-contact power supply system of FIG. 1.
FIG. 4 is a diagram of a time chart for explaining the operation of the overcurrent protection circuit in the non-contact power supply system of FIG. 1.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예를 상세히 설명한다. Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉 급전 시스템(100)의 구성을 개략적으로 설명하는 도면이다. 도 1에서 파선 화살표는 제어의 흐름을 표시한다. 도 1에 도시된 비접촉 급전 시스템(100)은 급전 장치(100S)와 수전 장치(100R)를 구비한다. 급전 장치(100S)는 일정한 위치에 배치된다. 수전 장치(100R)는 급전 장치(100S)에 대하여 위치의 변경이 가능하다. 도시된 바와 같이, 급전 장치(100S)에 대하여 수전 장치(100R)가 대향하는 위치에 배치되면, 비접촉 급전 시스템(100)은 자기 결합 방식의 비접촉 급전을 행한다.1 is a diagram schematically illustrating a configuration of a non-contact
급전 장치(100S)는 교류 전원(120), 급전측 공진용 커패시터(132), 급전 코일(131), 과전류 보호회로(133)를 구비한다. 상술하면, 교류 전원(120)의 고압출력단자(121)는 급전측 공진용 커패시터(132)의 일단에 접속된다. 급전측 공진용 커패시터(132)의 타단은 급전 코일(131)의 일단에 접속된다. 급전 코일(131)의 타단은 과전류 보호회로(133)의 일단에 접속된다. 과전류 보호회로(133)의 타단은 교류 전원(120)의 저압출력단자(122)에 접속된다. The
교류 전원(120)은 급전 코일(131)에 교류 전력을 공급한다. 교류 전원(120)은 예를 들면, 직류 전압을 공급하는 직류전원 공급부와, 직류 전압을 교류 변환하는 공지의 브리지 회로를 이용해서 구성할 수 있다. 교류 전원(120)의 주파수 f0는 수 10kHz 내지 수 100kHz이나, 이것에 한정되지 않는다.The
급전측 공진용 커패시터(132) 및 급전 코일(131)은 급전측 공진회로를 구성하고 있다. 급전측 공진회로는 교류 전원(120)에서 볼 때 직렬공진회로가 된다. 급전측 공진회로의 급전측 공진주파수 fs는 수학식 1로 표시된다. 여기서, π은 원주율, Ls는 급전 코일(131)의 인덕턴스 값, Cs는 급전측 공진용 커패시터(132)의 정전용량 값이다. The feed-
과전류 보호회로(133)는 급전 코일(131)에 흐르는 급전 전류 IS를 검출하고, 과전류 상태를 판정하는 임계값 전류 IF와 대소를 비교한다. 과전류 보호회로(133)는 소정의 고장 판정 시간 TF에 걸쳐 급전 전류 IS가 임계값 전류 IF를 초과했을 경우에 교류 전원(120)에 정지 신호 Soff를 출력한다. 이것에 의해 교류 전원(120)은 정지한다. 아울러, 고장 판정 시간 TF는 후술하는 복귀 시간 TR보다도 길게 설정된다.The
수전 장치(100R)는 수전 코일(141), 수전측 직렬 공진 커패시터(142), 수전측 병렬 공진 커패시터(143), 수전 회로, 과전압 보호회로를 구비한다. 수전 회로는 정류 회로(150) 및 평활 커패시터(155)를 포함한다. 과전압 보호회로는 전압 검출부(161), 스위치 제어부(164), 커패시터(146, 148), 스위치(147, 149)를 포함한다. The
수전 코일(141)의 일단은 수전측 공진용 커패시터(142)의 일단에 접속된다. 수전측 공진용 커패시터(142)의 타단은 수전측 공진용 커패시터(143)의 일단(144)에 접속된다. 수전 코일(141)의 타단은 수전측 공진용 커패시터(143)의 타단(145)에 접속된다. 단자(144)는 커패시터(146)의 일단과 정류 회로(150)의 제1 입력 단자(151)에 접속된다. 단자(145)는 커패시터(148)의 일단과 정류 회로(150)의 제2 입력 단자(152)에 접속된다. 정류 회로(150)의 제1 출력단자(153) 및 제2 출력단자(154)는 평활 커패시터(155), 전압 검출부(161), 인버터(162)의 일단 및 타단에 접속된다. One end of the receiving
스위치(147)의 일단은 커패시터(146)의 타단에 접속되고, 타단은 접지된다. 스위치(149)의 일단은 커패시터(148)의 타단에 접속되고, 타단은 접지된다. One end of the
수전 코일(141)은 급전 코일(131)에 대향하면 자기 결합해서 비접촉으로 교류 전력을 받는다. 수전 코일(141) 및 수전측 공진용 커패시터(142, 143)는 수전측 공진회로를 구성한다. 수전측 공진회로는 인버터(162) 측에서 보면 직병렬 공진회로가 된다. 수전측 공진회로의 수전측 공진주파수 fr는 수학식 2로 표시된다. 여기서, π은 원주율, Lr은 수전 코일(141)의 인덕턴스 값, Cr은 수전측 공진용 커패시터(142, 143)의 합성 정전용량 값이다. When the
정류 회로(150)는 4개의 정류 다이오드를 브리지 접속한 공지의 전파 정류 회로로 구성될 수 있다. 정류 회로(150) 및 평활 커패시터(155)는 직류의 수전 전압 VR을 생성하고, 인버터(162)에 출력한다. 인버터(162)는 수전 장치(100R)상에서 일을 행하는 것이며, 그 종류나 소비 전력 등은 한정되지 않는다. 인버터(162)는 인버터(162)는 반송차 등에 설치된 구동 모터의 전원 회로이며, 정류 회로(150)의 출력을 적절한 주파수의 교류로 변환한다. The
전압 검출부(161)는 수전 전압 VR을 검출하고 스위치 제어부(164)에 출력한다. 스위치 제어부(164)는 수전 전압 VR과, 과전압 상태를 판정하는 임계값 전압 VF를 대소 비교한다. 스위치(147, 149)는 통상의 운전 시에는 턴오프 상태로 사용된다. 스위치 제어부(164)는 수전 전압 VR이 임계값 전압 VF를 초과한 경우, 스위치(147, 149)에 턴온 신호를 출력한다. 이것에 의해 스위치(147, 149)는 턴온 상태로 조작되며, 이것에 의해 수학식 2에 표시된 수전측 공진주파수 fr이 변이한다. 스위치(147, 149)가 턴온되면 공진주파수가 예를 들어, 원래보다 수십 배가 되도록 해서 수전 장치(100R)에 전압이 작게 유기되도록 한다.The
스위치 제어부(164)는 스위치(147, 149)를 턴오프로 조작하고 나서의 경과 시간을 측정하는 타이머를 갖고 있다. 스위치 제어부(164)는 경과 시간이 소정의 복귀 시간 TR에 도달하면 수전 전압 VR과 임계값 전압 VF의 대소 비교를 다시 진행한다. 임계값 전압 VF를 초과하고 있던 수전 전압 VR이 임계값 전압 VF의 이하로 저하된 경우에는 턴온 신호를 해소한다. 이것에 의해, 스위치(147, 149)는 턴오프 상태로 조작되어, 수전측 공진주파수는 원래의 값으로 복귀한다. 한편, 복귀 시간 TR는 과전류 보호회로(133)의 고장 판정 시간 TF보다도 짧게 설정된다.The
전압 검출부(161)는 예를 들면, 직렬 접속된 복수의 저항으로 수전 전압 VR을 분압해서 검출하는 저항 분압 회로로 구성할 수 있다. 스위치 제어부(164)는 예를 들면, 수전 전압 VR의 분압값을 디지털 전압값으로 변환하는 AD 변환기와, 디지털 전압값에 소정의 연산 처리를 실시해 스위치(147, 149)를 제어하는 전자 제어 장치를 조합시켜 구성할 수 있다. 스위치(147, 149)에는 예를 들면, 스위칭 기능을 갖는 전력용 반도체나 전자식의 개폐 릴레이 등을 이용할 수 있다.The
도 2는 비접촉 급전 시스템(100)의 급전 성능의 주파수 특성을 정성적으로 나타낸 도면이다. 도 2의 가로축은 주파수 f, 세로축은 수전 전압 VR을 나타낸다. 도시된 바와 같이, 급전 성능의 주파수 특성은 수전측 공진주파수 fr 및 급전측 공진주파수 fs에 피크를 갖는 2산(二山) 특성이 된다. 수전측 공진주파수 fr과 급전측 공진주파수 fs 사이의 주파수에서 수전 전압 VR은 비교적 높고 동시에 안정된다. 따라서 교류 전원(120)의 주파수 f0는 수전측 공진주파수 fr과 급전측 공진주파수 fs 사이에 정해진다. 이것에 의해, 주파수 변동의 영향을 덜 받고, 동시에 비교적 높은 수전 전압 VR을 얻을 수 있다. 아울러, 수전측 공진주파수 fr과 급전측 공진주파수 fs의 대소 관계는 반대여도 좋다.2 is a diagram qualitatively showing the frequency characteristics of the power supply performance of the non-contact
다음에, 비접촉 급전 시스템(100)의 작용에 대해서 설명한다. 도 3은 비접촉 급전 시스템(100)의 과전압 보호의 동작을 개략적으로 설명하는 타임 차트의 도면이다. 도 3의 가로축은 시간 t의 경과를 나타내고, 상단의 그래프는 수전 전압 VR, 하단의 그래프는 급전 전류 IS를 각각 나타내고 있다.Next, the operation of the non-contact
도 3에서 시각 t1 이전에 수전 장치(100R)는 급전 장치(100S)에 대해 적정 위치에 있어서, 비접촉 급전이 양호하게 행해지고 있다. 이때의 수전 전압 VR은 Vn이고, 급전 전류 IS는 In이다. 시각 t1의 시점으로, 어떤 원인에 의해 수전 전압 VR이 상승하기 시작하면 동시에 급전 전류 IS도 증가하기 시작한다.In Fig. 3, before time t1, the
수전 전압 VR이 상승하는 첫 번째의 원인으로서, 수전 장치(100R)의 위치 변화를 생각할 수 있다. 즉, 급전 장치(100S)에 대해 수전 장치(100R)의 상대 위치가 변화되면 수전 전압 VR이 일시적으로 상승할 수 있다. 두 번째의 원인으로서, 인버터(162)에 연결된 부하의 가파른 변동을 생각할 수 있다. 예를 들면, 부하가 모터인 경우 모터의 회전수 변화에 따라 수전 전압 VR이 일시적으로 상승할 수 있다. 세 번째의 원인으로서, 회로 부품의 고장을 생각할 수 있다. 예를 들면, 급전측 공진용 커패시터(132), 급전 코일(131), 수전 코일(141) 및 수전측 공진용 커패시터(142, 143) 중 어느 것이 고장 나면 수전 전압 VR이 상승할 수 있다. 첫 번째 또는 두번째의 원인에 의한 경우가 많다.As the first cause of the rise in the power reception voltage VR, a change in the position of the
시각 t2에, 수전 전압 VR이 임계값 전압 VF를 초과하면 스위치 제어부(164)에 의해 스위치(147, 149)가 턴온 상태로 조작된다. 이것에 의해, 수전측 공진주파수 fr이 변이하고, 수전 전압 VR은 저하하기 시작한다. 이때, 수전 코일(141)과 인버터(162) 사이가 닫힌 상태이므로 인버터(162)에 흐르는 전류는 순식간에 없어지지 않는다. 만일, 스위치(147, 149)의 턴온 상태로의 조작이 행해지지 않으면, 수전 전압 VR은 파선 Vx로 표시된 것처럼 계속해서 증가하므로 위험이 발생한다. 한편, 급전 전류 IS는 시각 t2 이후도 계속 증가해서 시각 t3에는 임계값 전류 IF를 초과한다.At time t2, when the power reception voltage VR exceeds the threshold voltage VF, the
시각 t4에서 저하되는 수전 전압 VR은 양호할 때의 전압값 Vn보다 낮다. 스위치(147, 149)를 턴온 상태로 조작한 시각 t2로부터 복귀 시간 TR이 경과한 후의 시각 t5에, 스위치 제어부(164)는 수전 전압 VR과 임계값 전압 VF의 대소 비교를 다시 수행한다. 이때, 수전 전압 VR이 임계값 전압 VF의 이하이므로, 스위치 제어부(164)에 의해 스위치(147, 149)가 턴오프 상태로 조작된다. 이것에 의해, 수전측 공진주파수 fr이 회복하고, 수전 전압 VR은 상승하기 시작한다. 만일, 스위치(147, 149)가 턴오프 상태로 조작되지 않으면 수전 전압 VR은 파선 표로 표시된 것과 같이 저하되므로 자동 복구되지 않는다.The power reception voltage VR that decreases at time t4 is lower than the voltage value Vn when it is good. At time t5 after the return time TR has elapsed from time t2 when the
수전 전압 VR의 상승이 첫 번째 또는 두 번째의 원인에 의한 경우, 시각 t5의 시점에 해당 원인이 해소되었을 경우가 많다. 이 경우, 수전 전압 VR은 양호할 때의 전압값 Vn으로 안정되어 간다. 또한, 시각 t5 이후 급전 전류 IS는 감소하기 시작하고, 양호할 때의 전류치 In으로 안정되어 간다. 즉, 첫 번째 또는 두 번째의 원인에 의해 수전 전압 VR이 일시적인 상승하는 경우 과전압 보호회로는 수전 전압 VR이 저하되게 하여 시스템을 보호할 뿐만 아니라 자동 복구를 수행한다.When the rise of the receiving voltage VR is due to the first or second cause, the cause is often resolved at the time t5. In this case, the receiving voltage VR is stabilized at the voltage value Vn when it is good. Further, after the time t5, the feed current IS begins to decrease, and stabilizes at the current value In at a good time. That is, when the receiving voltage VR temporarily increases due to the first or second cause, the overvoltage protection circuit not only protects the system by reducing the receiving voltage VR, but also performs automatic recovery.
수전 전압 VR의 상승이 세 번째의 원인에 의한 경우에는 시각 t5의 시점으로 해당 원인이 해소되지 않는다. 이 경우, 수전 전압 VR은 파선 Vz로 표시된 것과 같이 다시 가파르게 상승한다. 이로써 시각 t6에 수전 전압 VR이 임계값 전압 VF를 초과하면, 다시 스위치(147, 149)가 턴온 상태로 조작된다. 또한, 시각 t5 이후도, 파선 Iz로 표시된 것과 같이 급전 전류 IS는 임계값 전류 IF를 초과한 상태로 된다. 시각 t3로부터 시각 t6의 사이에서는 급전 전류 IS가 임계값 전류 IF를 초과하고 있지만 아직 고장 판정 시간 TF에 도달하지 않고 있다. 따라서 과전류 보호회로(133)는 시각 t6의 시점에서는 정지 신호 Soff를 출력하지 않는다.If the rise of the receiving voltage VR is due to the third cause, the cause is not resolved at time t5. In this case, the receiving voltage VR rises again steeply as indicated by the broken line Vz. Accordingly, when the power reception voltage VR exceeds the threshold voltage VF at time t6, the
도 4는 비접촉 급전 시스템(100)의 과전류 보호회로(133)의 동작을 간략하게 설명하는 타임 차트의 도면이다. 도 4는 세 번째의 원인에 의해, 도 3과 같은 시각 t1에 수전 전압 VR이 상승하고, 동시에 급전 전류 IS가 증가하기 시작한 경우를 예시하고 있다. 도 4의 가로축 시간 t의 경과는 도 3보다도 긴 기간을 표시한다. 세 번째의 원인이 발생하고 있으면, 시각 t3 이후에 급전 전류 IS는 임계값 전류 IF를 초과한 상태가 된다. 스위치(147, 149)의 턴온 상태로의 조작 및 턴오프 상태로의 조작이 몇 회 반복되면서 고장 판정 시간 TF가 경과한다. 시각 t3로부터 고장 판정 시간 TF가 경과한 후의 시각 t8에 과전류 보호회로(133)는 정지 신호 Soff를 출력한다. 이것에 의해, 교류 전원(120)은 정지하고, 급전 전류 IS는 흐르지 않게 된다.4 is a diagram of a time chart briefly explaining the operation of the
비접촉 급전 시스템(100)은 종래 기술에 비해 다음과 같은 고유의 효과가 있다. 제1의 효과로서, 시각 t2로부터 시각 t4의 사이에 인버터(162)는 계속해서 동작할 수 있다. 종래 기술에서는 시각 t2에 수전 코일(141)의 양단을 단락시키므로 인버터(162)에 작용하는 수전 전압 VR은 순식간에 없어진다.The non-contact
제2의 효과로서, 첫 번째 또는 두 번째의 원인에 의해 수전 전압 VR이 일시적으로 상승하면 시스템에 대해 보호를 수행하면서 자동 복구를 실시할 수 있다. 종래 기술에서는 수전 장치(100R)의 측에서 수전 전압 VR의 상승을 검출하면, 교류 전원(120)을 정지하므로 복구 조작에 사람 손이 필요하다. 세 번째의 원인 즉, 회로 부품의 고장에 의해 수전 전압 VR이 상승하는 경우는 종래 기술과 동일하게 교류 전원(120)을 정지하고, 비접촉 급전 시스템(100)의 전체를 확실하게 보호할 수 있다.As a second effect, if the receiving voltage VR temporarily increases due to the first or second cause, it is possible to perform automatic recovery while protecting the system. In the prior art, when an increase in the power reception voltage VR is detected at the side of the
제3의 효과로서, 스위치(147, 149)의 턴오프과 턴온 상태로의 조작에 의해 수전 장치(100R)를 구성하는 소자가 손상되는 것을 막을 수 있다. 종래 기술에서는 커패시터(143)를 수전 장치(100R)로부터 분리하는 방식으로 수전측 공진주파수를 변경하기도 한다. 하지만, 이 경우는 분리하는 순간에 커패시터(143)에 큰 전류가 흘러 커패시터(143)가 손상될 수 있다. 비접촉 급전 시스템(100)에서는 수전측 공진주파수를 변경할 때 스위치(147, 149)를 딛힘 상태로 조작하여 전류를 접지로 배출하므로 수전 장치(100R)의 소자가 손상될 가능성이 작다. As a third effect, it is possible to prevent the elements constituting the
본 발명의 실시예에서 제시되는 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있다. 또한 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니되며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. Specific structural or functional descriptions presented in the embodiments of the present invention are exemplified only for the purpose of describing the embodiments according to the concept of the present invention, and embodiments according to the concept of the present invention may be implemented in various forms. In addition, it should not be construed as limited to the embodiments described in the present specification, and should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.
Claims (1)
상기 급전 장치는 급전 코일과, 상기 급전 코일에 교류 전력을 공급하는 교류 전원을 구비하고,
상기 수전 장치는,
상기 급전 코일에 대향하면 자기 결합해서 비접촉으로 교류 전력을 받는 수전 코일과,
상기 수전 코일에 접속되어서 수전측 공진회로를 형성하는 수전측 공진용 커패시터와,
상기 수전 코일이 받은 교류 전력을 변환해서 수전 전압을 생성하고 인버터에 출력하는 수전 회로와,
상기 수전 전압이 과전압 상태를 판정하는 임계값 전압을 초과한 경우에, 상기 수전측 공진회로의 수전측 공진주파수를 변이시키는 과전압 보호회로를 구비하며,
상기 과전압 보호회로는, 상기 수전 장치의 특정 지점의 전압을 검출하는 전압 검출 회로와, 정류 회로의 일단에 연결되는 제1 커패시터와, 상기 제1 커패시터와 접지 사이에 연결되는 제1 스위치와, 상기 정류 회로의 타단에 연결되는 제2 커패시터와, 상기 제2 커패시터와 접지 사이에 연결되는 제2 스위치와, 상기 전압 검출 회로에서 검출된 전압을 통해 수전 전압 VR과 임계값 전압 VF의 대소 비교하여 상기 제1 및 제2 스위치를 턴온 또는 턴오프 상태로 조작하는 스위치 제어부를 포함하며,
상기 스위치 제어부는 제1 및 제2 스위치를 조작하고 나서의 경과 시간을 측정하는 타이머를 포함하여, 경과 시간이 소정의 복귀 시간 TR에 도달하면 수전 전압 VR과 임계값 전압 VF의 대소 비교를 다시 진행하여 제1 및 제2 스위치를 반복하여 제어하되, 복귀 시간 TR이 과전류 보호회로의 고장 판정 시간 TF 보다 짧게 설정되도록 하며,
상기 과전류 보호회로는 고장 판정 시간(TF) 경과 후 과전류 수전 전압 VR이 상승하고, 동시에 소정의 고장 판정 시간 TF에 걸쳐 급전 전류 IS가 임계값 전류 IF를 초과했을 경우, 정지 신호 Soff를 출력하여 교류전원이 정지하도록 하는 것을 특징으로 하는 비접촉 급전 시스템.
In a non-contact power supply system comprising a power supply device and a power receiving device,
The power supply device includes a power supply coil and an AC power supply for supplying AC power to the power supply coil,
The power receiving device,
A power receiving coil that magnetically couples when facing the power supply coil and receives AC power in a non-contact manner;
A receiving-side resonance capacitor connected to the receiving coil to form a receiving-side resonance circuit,
A power receiving circuit for converting the AC power received by the receiving coil to generate a receiving voltage and outputting it to an inverter;
When the receiving voltage exceeds a threshold voltage for determining an overvoltage state, an overvoltage protection circuit for changing a receiving-side resonance frequency of the receiving-side resonance circuit is provided, and
The overvoltage protection circuit includes a voltage detection circuit for detecting a voltage at a specific point of the power receiving device, a first capacitor connected to one end of a rectifier circuit, a first switch connected between the first capacitor and a ground, and the A second capacitor connected to the other end of the rectifier circuit, a second switch connected between the second capacitor and the ground, and a voltage detected by the voltage detection circuit are used to compare the received voltage VR and the threshold voltage VF. And a switch control unit for operating the first and second switches in a turn-on or turn-off state,
The switch control unit includes a timer that measures the elapsed time after the operation of the first and second switches, and when the elapsed time reaches a predetermined return time TR, the magnitude comparison of the receiving voltage VR and the threshold voltage VF is performed again. Thus, the first and second switches are repeatedly controlled, but the return time TR is set shorter than the failure determination time TF of the overcurrent protection circuit,
The overcurrent protection circuit outputs a stop signal Soff when the overcurrent receiving voltage VR rises after the failure determination time (TF) has elapsed, and the supply current IS exceeds the threshold current IF over a predetermined failure determination time TF. Non-contact power supply system, characterized in that to stop the power supply.
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