WO2018073892A1 - 非接触給電装置 - Google Patents

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WO2018073892A1
WO2018073892A1 PCT/JP2016/080844 JP2016080844W WO2018073892A1 WO 2018073892 A1 WO2018073892 A1 WO 2018073892A1 JP 2016080844 W JP2016080844 W JP 2016080844W WO 2018073892 A1 WO2018073892 A1 WO 2018073892A1
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power
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unit
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壮志 野村
加藤　進一
Original Assignee
富士機械製造株式会社
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/10—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/125—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means
    • H02M3/135—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means using semiconductor devices only

Definitions

  • the present invention relates to a non-contact power supply device that performs non-contact power supply, and more particularly to a non-contact power supply device having a configuration in which an electric load to be fed has a power regeneration function.
  • a non-contact power feeding device that performs non-contact power feeding from a non-contact power feeding unit to a non-contact power receiving unit has been developed.
  • the contactless power supply methods are roughly classified into three methods: an electromagnetic induction method, an electrostatic coupling method, and an electromagnetic resonance method.
  • an AC is used for the power source on the non-contact power feeding unit side
  • a rectification is performed on the non-contact power receiving unit side.
  • Various techniques for detecting and protecting abnormalities in the non-contact power feeding circuit have also been proposed.
  • An example of a protection technique for this type of non-contact power feeding apparatus is disclosed in Patent Document 1.
  • the wireless power receiving device of Patent Document 1 includes a blocking element capable of blocking a power receiving circuit including a power receiving coil and a rectifier circuit, a clamp circuit including a resistor and a switching element connected in series, and a voltage value between the resistor and the switching element.
  • Means for detecting, means for detecting an abnormal state of the power receiving circuit, and a control circuit are provided.
  • the control circuit turns on the switching element when an abnormal state is detected, and controls the cutoff element after the voltage value falls below the reference voltage value. According to this, even if an abnormality occurs when large power is turned on, the power supply to the electric load is cut off after the voltage value is sufficiently reduced, so that damage to circuit components is prevented and safety is improved. It is supposed to be possible.
  • the protection technique of Patent Document 1 functions when an abnormal state occurs in the power receiving circuit when large power is turned on.
  • the overvoltage of the power receiving circuit does not occur only in an abnormal state, but can frequently occur when the electric load has a power regeneration function.
  • a motor as an electric load generally functions as a generator during deceleration and regenerates electric power. Since this regenerative power can be transferred from the motor to the power receiving circuit in the reverse direction, an overvoltage is generated in the circuit components, which may cause damage.
  • the protection technique of Patent Document 1 does not have a protection function against transfer of regenerative power in the reverse direction.
  • the present invention has been made in view of the above problems of the background art, and provides a non-contact power feeding device having a function of protecting regenerative power in a configuration in which a non-contact power feeding electric load has a power regeneration function. This is a problem to be solved.
  • the contactless power supply device disclosed in the present specification is a contactless power supply unit that supplies AC power in a contactless manner and a contactless power supply that is arranged so as to face the contactless power supply unit and receives the AC power in a contactless manner.
  • a DC receiving voltage obtained by transforming the AC voltage of the AC power received by the power receiving unit and the non-contact power receiving unit is transformed into a DC load voltage and supplied to the electric load, and the electric load regenerates the power.
  • a DC transformer circuit that performs a boosting operation in the reverse direction when the DC power receiving voltage that rises by the boosting operation in the reverse direction of the DC transformer circuit has reached a predetermined threshold voltage for determining an overvoltage.
  • An overvoltage detection unit that detects and generates a cut-off signal; and in a normal state where the cut-off signal is not generated, the DC transformer circuit and the electric load are brought into a conductive state, and the electric load is generated when the cut-off signal is generated.
  • the DC transformer circuit performs a boosting operation in the reverse direction when the electric load regenerates power. Can rise.
  • the overvoltage detection unit detects an overvoltage state in which the DC received voltage has reached the threshold voltage and generates a cutoff signal, and the reverse direction cutoff unit heads from the electric load to the DC transformer circuit when the cutoff signal is generated. The reverse direction is cut off. Therefore, thereafter, the regenerative power is not transferred in the reverse direction, and the DC received voltage does not rise beyond the threshold voltage. As a result, a protection function against regenerative power works, and there is no risk of damage to circuit components.
  • FIG. 1 is a circuit diagram showing an electrical configuration of the non-contact power feeding device 1 of the first embodiment.
  • the non-contact power feeding device 1 of the first embodiment includes a power feeding side device 1S and a power receiving side device 1R.
  • the power feeding side device 1S is disposed at a fixed position.
  • the power receiving side device 1R can be changed in position relative to the power feeding side device 1S.
  • the non-contact power feeding device 1 performs non-contact power feeding of an electromagnetic induction method.
  • the power feeding side device 1S includes a non-contact power feeding unit 2 that supplies AC power in a non-contact manner.
  • the non-contact power feeding unit 2 includes an AC power source 21 and a power feeding coil 22.
  • the AC power supply 21 supplies AC power to the feeding coil 22.
  • the AC power supply 21 is configured using, for example, a DC power supply unit that supplies a DC voltage and a known bridge circuit that converts the DC voltage to AC.
  • the non-contact power feeding unit 2 may include a resonance capacitor connected in series or in parallel with the power feeding coil 22.
  • the power receiving side device 1 ⁇ / b> R includes a non-contact power receiving unit 3, a rectifying / smoothing circuit 4, a DC transformer circuit 5, an overvoltage detecting unit 6, and a reverse direction blocking unit 7.
  • An electrical load 9 having a power regeneration function is mounted on the power receiving side device 1R.
  • the non-contact power receiving unit 3 is disposed so as to be able to face the non-contact power feeding unit 2 when the power receiving side device 1R is disposed to face the power feeding side device 1S.
  • the non-contact power receiving unit 3 includes a power receiving coil 31.
  • the power receiving coil 31 is disposed opposite to the power feeding coil 22 and electromagnetically coupled to receive AC power in a non-contact manner.
  • the non-contact power reception unit 3 may include a resonance capacitor connected in series or in parallel to the power reception coil 31.
  • the rectifying / smoothing circuit 4 rectifies and smoothes the AC voltage of the AC power received by the non-contact power receiving unit 3 and transforms it into a DC power receiving voltage VR.
  • the rectifying / smoothing circuit 4 includes a full-wave rectifying circuit 41 and a smoothing capacitor 42.
  • the full-wave rectifier circuit 41 is configured by a bridge connection of four rectifier diodes (not shown).
  • the full-wave rectifier circuit 41 is connected to the power receiving coil 31 on the input side and receives an AC voltage.
  • the full-wave rectifier circuit 41 has a positive terminal 43 and a negative terminal 44 on the output side.
  • the smoothing capacitor 42 is connected between the positive terminal 43 and the negative terminal 44.
  • a DC power reception voltage VR is output from the positive terminal 43 and the negative terminal 44.
  • the DC transformer circuit 5 transforms the DC received voltage VR into a DC load voltage VL and supplies it to the electric load 9.
  • the DC transformer circuit 5 includes a high-side switching element 51, a low-side switching element 52, a choke coil 53, and a step-down capacitor 54.
  • As the high-side switching element 51 and the low-side switching element 52 MOSFET elements, IGBT elements, or the like can be used.
  • MOSFET elements MOSFET elements, IGBT elements, or the like can be used.
  • MOSFET elements IGBT elements, or the like.
  • the drain D corresponding to the first terminal is connected to the positive terminal 43, and the source S corresponding to the second terminal is connected to the intermediate point 55.
  • the drain D corresponding to the first terminal is connected to the intermediate point 55, and the source S corresponding to the second terminal is connected to the negative terminal 44 and the negative output terminal 57.
  • the choke coil 53 has one end connected to the intermediate point 55 and the other end connected to the positive output terminal 56.
  • the step-down capacitor 54 has one end connected to the positive output terminal 56 and the other end connected to the negative output terminal 57.
  • the stepped-down DC load voltage VL is output from the positive output terminal 56 and the negative output terminal 57.
  • a voltage adjusting unit (not shown) alternately sends control signals to the gate G of the high-side switching element 51 and the gate G of the low-side switching element 52. Then, the conduction state of the high-side switching element 51 and the conduction state of the low-side switching element 52 are alternately generated, and a step-down operation is performed.
  • the voltage adjustment unit controls the ratio of the conduction time of the high-side switching element 51 to be small. Conversely, when the DC load voltage VL shows a downward trend, the voltage adjustment unit controls the conduction time ratio of the high-side switching element 51 to be large. As a result, the DC load voltage VL is kept substantially constant.
  • the low-side switching element 52 is replaced with a diode, the function of the step-down operation is maintained. However, since a loss is generated by the forward resistance of the diode, power supply efficiency is reduced.
  • the low-side switching element 52 is used without using a diode. Then, the DC transformer circuit 5 becomes a so-called step-up chopper circuit as viewed from the electric load 9 side. Therefore, the DC transformer circuit 5 performs a boosting operation in the reverse direction.
  • the overvoltage detection unit 6 is driven by the DC load voltage VL and monitors the DC received voltage VR.
  • the overvoltage detection unit 6 detects that the DC received voltage VR has reached a predetermined threshold voltage Vlmt for determining overvoltage, and generates a cutoff signal Sc.
  • the blocking signal Sc is used for controlling the reverse blocking unit 7.
  • the threshold voltage Vlmt is appropriately set so that the circuit components of the rectifying / smoothing circuit 4 and the DC transformer circuit 5 are not damaged.
  • the threshold voltage Vlmt is set based on the maximum allowable voltage of the smoothing capacitor 42 or the maximum allowable voltage of the high-side switching element 51 and the low-side switching element 52, but is not limited thereto.
  • the overvoltage detection unit 6 cancels the cutoff signal Sc when the DC received voltage VR drops to a predetermined return voltage Vret that is smaller than the threshold voltage Vlmt.
  • the return voltage Vret is preferably set slightly higher than the normal level of the DC power reception voltage VR obtained by non-contact power feeding.
  • the reverse blocking unit 7 brings the DC transformer circuit 5 and the electrical load 9 into a conductive state at normal time when the blocking signal Sc is not generated.
  • the reverse blocking unit 7 switches the reverse direction from the electric load 9 to the DC transformer circuit 5 into a blocking state when the blocking signal Sc is generated.
  • a power semiconductor element such as a MOSFET element or an IGBT element can be used for the reverse blocking unit 7.
  • MOSFET element a MOSFET element
  • IGBT element IGBT element
  • the drain D is connected to one end of the electric load 9, the source S is connected to the positive output terminal 56, and the gate G is connected to the overvoltage detection unit 6.
  • the reverse blocking unit 7 is represented by an equivalent circuit including a switching element 71 and a diode 72 connected in parallel.
  • the switching element 71 is controlled to be blocked by the input of the blocking signal Sc to the gate G.
  • the diode 72 can supply power via a forward resistance in the forward direction from the DC transformer circuit 5 toward the electric load 9.
  • the diode 72 always blocks the reverse direction from the electric load 9 toward the DC transformer circuit 5.
  • the electrical load 9 includes a servo amplifier 91 and a servo motor 92, and is not limited to this combination.
  • the servo amplifier 91 is an electronic control device that has a CPU and operates by software.
  • the servo amplifier 91 generates a three-phase AC voltage from the DC load voltage VL and applies it to the servo motor 92.
  • the servo amplifier 91 controls the rotation, stop, and rotation speed of the servo motor 92 by variably adjusting the application time zone and effective value of the three-phase AC voltage.
  • Servo motor 92 regenerates power when decelerating.
  • the generated regenerative power is transferred to the positive-side output terminal 56 and the negative-side output terminal 57 via the servo amplifier 91 and the reverse-direction blocking unit 7 in the conductive state in the reverse direction.
  • the switching element 71 of the reverse blocking unit 7 is in a conducting state because the blocking signal Sc is not input, and passes the DC load voltage VL. Thereby, the servo motor 92 can be rotated. When the servo motor 92 is consuming electric power, the DC transformer circuit 5 performs a forward step-down operation.
  • FIG. 2 is a time chart showing how the DC power reception voltage VR and the cutoff signal Sc change when the duration of power regeneration of the electrical load 9 is relatively short.
  • FIG. 3 is a time chart showing how the DC power reception voltage VR and the cutoff signal Sc change when the duration of power regeneration of the electrical load 9 is relatively long. 2 and 3, the horizontal axis represents a common time axis t.
  • the upper graph represents the power consumption W of the electrical load 9, and the regenerative power is represented by a negative value.
  • the middle graph represents the DC power reception voltage VR, and the lower graph represents the cutoff signal Sc.
  • the servo motor 92 Prior to time t1 in FIG. 2, the servo motor 92 is inertially rotated, and a normal level DC received voltage VR is generated. At time t1, the servo motor 92 shifts from inertial rotation to deceleration. As a result, regenerative electric power W ⁇ b> 1 is generated in the servo motor 92. The regenerative power W ⁇ b> 1 is transferred from the servo amplifier 91 to the positive output terminal 56 and the negative output terminal 57. Even after time t1, the voltage adjusting unit of the DC transformer circuit 5 alternately generates the conductive state of the high-side switching element 51 and the conductive state of the low-side switching element 52.
  • the regenerative power W1 is stored as energy in the choke coil 53.
  • the energy stored in the choke coil 53 momentarily generates a high voltage and is transferred to the smoothing capacitor 42.
  • the charge accumulated in the smoothing capacitor 42 increases.
  • the DC received voltage VR continues to rise after time t1.
  • the overvoltage detection unit 6 detects this and generates a cutoff signal Sc. Due to the generation of the blocking signal Sc, the switching element 71 of the reverse blocking unit 7 is blocked. As a result, the regenerative power W1 is not transferred in the reverse direction and is consumed by means such as being converted into heat inside the electric load 9. After time t2, the charge of the smoothing capacitor 42 is consumed for driving the overvoltage detection unit 6 and the like. As a result, the DC power reception voltage VR gradually decreases.
  • the servo motor 92 shifts from deceleration to acceleration and requires power consumption W2.
  • the power consumption W2 is supplied from the DC transformer circuit 5 via the forward resistance of the diode 72.
  • the consumption of the electric charge of the smoothing capacitor 42 is promoted, and the direct current receiving voltage VR is lowered.
  • the overvoltage detection unit 6 detects this and cancels the cutoff signal Sc.
  • the switching element 71 of the reverse blocking unit 7 is turned on by eliminating the blocking signal Sc. Thereby, if the electric power regeneration of the electric load 9 has been completed, the normal power receiving circuit configuration can be quickly restored. Thereafter, the power consumption W2 is supplied via the switching element 71 in the conductive state. Therefore, the power supply efficiency is reduced by the forward resistance of the diode 72 only in a slight time zone from time t3 to time t4. At time t5 thereafter, the DC power reception voltage VR returns to the normal level.
  • the duration of power regeneration of the servo motor 92 may end. In this case, the blocking signal Sc is not generated, and the switching element 71 is not blocked.
  • the servo motor 92 is inertially rotated, and a normal level DC received voltage VR is generated.
  • the servo motor 92 shifts from inertial rotation to deceleration.
  • regenerative power W3 is generated in the servo motor 92.
  • the regenerative power W3 is transferred from the servo amplifier 91 to the positive output terminal 56 and the negative output terminal 57. Therefore, as in the case of FIG. 2, the DC received voltage VR continues to rise after time t1.
  • the overvoltage detection unit 6 detects this and generates a cutoff signal Sc. Due to the generation of the blocking signal Sc, the switching element 71 of the reverse blocking unit 7 is blocked. As a result, the regenerative power W3 is not transferred in the reverse direction and is consumed by means such as being converted into heat inside the electric load 9. After time t2, the charge of the smoothing capacitor 42 is consumed for driving the overvoltage detection unit 6 and the like. As a result, the DC power reception voltage VR gradually decreases.
  • the overvoltage detection unit 6 detects this and cancels the cutoff signal Sc.
  • the switching element 71 of the reverse blocking unit 7 is turned on by eliminating the blocking signal Sc. As a result, the transfer of the regenerative power W3 in the reverse direction is resumed, and the DC received voltage VR starts to rise again.
  • the overvoltage detection unit 6 detects this and generates a cutoff signal Sc. Due to the generation of the blocking signal Sc, the switching element 71 of the reverse blocking unit 7 is blocked. As a result, the regenerative power W3 is not transferred in the reverse direction and is consumed by means such as being converted into heat inside the electric load 9. After time t14, the electric charge of the smoothing capacitor 42 is consumed for driving the overvoltage detector 6 and the like. As a result, the DC power reception voltage VR gradually decreases.
  • the servo motor 92 shifts from deceleration to acceleration and requires power consumption W4.
  • the power consumption W4 is supplied from the DC transformer circuit 5 via the forward resistance of the diode 72.
  • the consumption of the electric charge of the smoothing capacitor 42 is promoted, and the direct current receiving voltage VR is further lowered.
  • the overvoltage detection unit 6 detects this and cancels the cutoff signal Sc.
  • the switching element 71 of the reverse blocking unit 7 is turned on by eliminating the blocking signal Sc. Thereby, if the electric power regeneration of the electric load 9 has been completed, the normal power receiving circuit configuration can be quickly restored. Thereafter, the power consumption W4 is supplied via the switching element 71 in the conductive state. Therefore, the power supply efficiency is reduced by the forward resistance of the diode 72 only in a short time period from the time t15 to the time t16.
  • the duration of power regeneration of the servo motor 92 may be further prolonged.
  • the DC power reception voltage VR repeatedly rises and falls between the threshold voltage Vlmt and the return voltage Vret. Further, the switching element 71 repeats the cutoff state and the conduction state in response to generation and cancellation of the cutoff signal Sc.
  • the DC received voltage VR does not rise beyond the threshold voltage Vlmt regardless of the duration of the regenerative power W1 or the regenerative power W3. Therefore, there is no possibility that the circuit components of the rectifying / smoothing circuit 4 and the DC transformer circuit 5 are damaged.
  • the DC transformer circuit 5, the overvoltage detection unit 6, and the reverse blocking unit 7 are configured by mounting circuit components on one or a plurality of circuit boards. And the circuit component of the overvoltage detection part 6 and the reverse direction interruption
  • blocking part 7 is non-mountable. Furthermore, the rectifying / smoothing circuit 4 is also configured by mounting circuit components on a circuit board.
  • the production manager mounts all circuit components on the circuit board. Further, there is a case where the electric load 9 does not have a power regeneration function, or there is a case where the direct-current power reception voltage VR is not increased to the threshold voltage Vlmt. In this case, the production manager unmounts the circuit components of the overvoltage detector 6 and the reverse blocking unit 7 and mounts the remaining circuit components on the circuit board. When the reverse blocking unit 7 is not mounted, the positive output terminal 56 and one end of the electric load 9 are directly connected. In this way, the same type of circuit board can be used regardless of whether the electric load 9 has a power regeneration function or not. In other words, the same type of circuit board can be used regardless of the type and capacity of the electrical load 9.
  • the non-contact power feeding device 1 of the first embodiment is arranged so as to be able to face the non-contact power feeding unit 2 and the non-contact power feeding unit 2 that supplies the AC power in a non-contact manner and receives the AC power in a non-contact manner.
  • a DC receiving voltage VR obtained by transforming an AC voltage of AC power received by the power receiving unit 3 and the non-contact power receiving unit 3 is transformed into a DC load voltage VL and supplied to the electric load 9.
  • the DC transformer circuit 5 that performs a boost operation in the reverse direction when power is regenerated, and the DC received voltage VR that rises by the boost operation in the reverse direction of the DC transformer circuit 5 reaches a predetermined threshold voltage Vlmt that determines overvoltage.
  • the overvoltage detection unit 6 that generates the shut-off signal Sc and the DC transformer circuit 5 and the electric load 9 in the normal state when the shut-off signal Sc is not generated are in a conductive state, and the shut-off signal Sc is generated.
  • Sometimes from electrical load 9 Comprises a reverse blocking unit 7 to the opposite direction toward the flow transformation circuit 5 to cut-off state, the.
  • the DC receiving voltage VR can be increased by transferring the regenerative power in the reverse direction.
  • the overvoltage detection unit 6 detects an overvoltage state in which the DC received voltage VR has reached the threshold voltage Vlmt and generates a cutoff signal Sc
  • the reverse direction cutoff unit 7 detects the electric load when the cutoff signal Sc is generated.
  • the reverse direction from 9 to the DC transformer circuit 5 is cut off. Therefore, thereafter, the regenerative power is not transferred in the reverse direction, and the DC received voltage VR does not rise beyond the threshold voltage Vlmt.
  • a protection function against regenerative power works, and there is no risk of damage to circuit components.
  • the overvoltage detection unit 6 cancels the cutoff signal Sc when the DC received voltage VR drops to a predetermined return voltage Vret that is smaller than the threshold voltage. According to this, when the electric power regeneration of the electric load 9 is completed, the normal power receiving circuit configuration can be quickly restored.
  • the reverse blocking unit 7 sets the reverse direction to the blocking state while enabling the forward power supply from the DC transformer circuit 5 to the electric load 9 when the blocking signal Sc is generated. According to this, even when the reverse direction is a cut-off state, when the electric load 9 requires the power consumption W2 and the power consumption W4, the forward power can be supplied without delay.
  • the reverse blocking unit 7 is a power semiconductor device represented by an equivalent circuit composed of a parallel connection of a switching element 71 blocked by a blocking signal and a diode 72 enabling forward power supply. According to this, since the reverse direction interruption
  • the non-contact power feeding device 1 of the first embodiment further includes a rectifying / smoothing circuit 4 that rectifies and smoothes the AC voltage of the AC power received by the non-contact power receiving unit 3 to convert the AC voltage into a DC received voltage VR, and
  • the circuit 5 is a DC step-down circuit that steps down the DC received voltage VR to the DC load voltage VL. According to this, the circuit configuration of the power receiving side device 1R can be simplified.
  • the reverse blocking unit 7 is connected to one end of the electrical load 9, the rectifying and smoothing circuit 4 is configured by a bridge connection of four rectifying diodes, and the non-contact power receiving unit 3 is connected to the input side.
  • a full-wave rectifier circuit 41 having a positive terminal 43 and a negative terminal 44 on the output side, and a smoothing capacitor 42 connected between the positive terminal 43 and the negative terminal 44,
  • the first terminal (drain D) is connected to the positive terminal 43
  • the second terminal (source S) is connected to the intermediate point 55
  • the high side switching element 51 and the first terminal (drain D) is connected to the intermediate point 55.
  • the non-contact power feeding device 1 is configured by mounting the DC transformer circuit 5, the overvoltage detection unit 6, and the reverse blocking unit 7 on a circuit board, and also includes the overvoltage detection unit 6 and the reverse blocking unit.
  • the part 7 can be unmounted. According to this, when there is no power regeneration function of the electric load 9 or when it is small, the overvoltage detection unit 6 and the reverse blocking unit 7 can be unmounted. Therefore, the same type of circuit board can be used regardless of the type and capacity of the electric load 9, and a cost merit due to a large amount of use occurs.
  • FIG. 4 is a circuit diagram showing an electrical configuration of the contactless power feeding device 1A of the second embodiment.
  • a regenerative detection unit 93 is provided instead of the overvoltage detection unit 6.
  • the regeneration detection unit 93 is realized as a part of the function of the servo amplifier 91.
  • the regeneration detection unit 93 can grasp the regeneration time zone in which the servo motor 92 performs power regeneration.
  • the regenerative detection unit 93 generates a cut-off signal Sr at the start of the regenerative time period, and controls the switching element 71 of the reverse direction cut-off unit 7 to be cut off. As a result, the regenerative power is prevented from being transferred in the reverse direction, and the DC received voltage VR is prevented from rising.
  • the regeneration detection unit 93 cancels the cutoff signal Sr at the end of the regeneration time zone, and controls the switching element 71 to conduct. As a result, power consumption in the forward direction can be supplied via the switching element 71, so that supply efficiency is not reduced by the forward resistance of the diode 72.
  • the regeneration detection unit 93 can also be configured separately from the servo amplifier 91. For example, the regeneration detection unit may detect the rotation speed of the servo motor 92 and estimate the regeneration time zone from the speed differential value.
  • the present invention is not limited to the electromagnetic induction type non-contact power feeding device 1 described in the first embodiment.
  • the present invention can also be applied to electrostatic coupling and electromagnetic resonance type devices that supply AC power in a non-contact manner.
  • the circuit configurations of the rectifying / smoothing circuit 4 and the DC transformer circuit 5 can be modified as appropriate. Various other applications and modifications are possible for the present invention.
  • Non-contact power supply device 1A Non-contact power supply device 2: Non-contact power supply unit 3: Non-contact power reception unit 4: Rectification smoothing circuit 41: Full-wave rectification circuit 42: Smoothing capacitor 43: Positive side terminal 44: Negative side terminal 5 : DC transformer circuit 51: High-side switching element 52: Low-side switching element 53: Choke coil 54: Buck-side capacitor 6: Overvoltage detection unit 7: Reverse blocking unit 71: Switching element 72: Diode 9: Electric load 91: Servo amplifier 92: Servo motor 93: Regenerative detector VR: DC receiving voltage VL: DC load voltage Vlmt: Threshold voltage Vret: Return voltage Sc: Shutdown signal Sr: Shutdown signal

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Abstract

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、非接触で交流電力を受け取る非接触受電部（３）と、非接触受電部から得た直流受電電圧（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、直流受電電圧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、通常時に直流変圧回路と電気負荷の間を導通状態とし、遮断信号が発生したときに電気負荷から直流変圧回路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、直流受電電圧は閾電圧を越えて上昇しないので、回生電力に対する保護機能が働く。

Description

非接触給電装置
　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交流電圧を変成して得た直流受電電圧を、直流負荷電圧に変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変圧回路と、前記直流変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変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変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、を備える。
　本明細書で開示する非接触給電装置において、直流変圧回路は、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変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 (8)

  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交流電圧を変成して得た直流受電電圧を、直流負荷電圧に変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変圧回路と、
    　前記直流変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変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変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変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前記直流受電電圧に変成する整流平滑回路をさらに備え、
    　前記直流変圧回路は、前記直流受電電圧を前記直流負荷電圧に降圧する直流降圧回路である、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する請求項５に記載の非接触給電装置。
  7. 　前記直流変圧回路、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１～６のいずれか一項に記載の非接触給電装置。
  8. 　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１～７のいずれか一項に記載の非接触給電装置。
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