WO2024185507A1 - 非接触給電装置 - Google Patents

非接触給電装置 Download PDF

Info

Publication number
WO2024185507A1
WO2024185507A1 PCT/JP2024/006219 JP2024006219W WO2024185507A1 WO 2024185507 A1 WO2024185507 A1 WO 2024185507A1 JP 2024006219 W JP2024006219 W JP 2024006219W WO 2024185507 A1 WO2024185507 A1 WO 2024185507A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
power
circuit
coil
resonance suppression
switching element
Prior art date
Application number
PCT/JP2024/006219
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
悟朗 中尾
篤司 野村
謙一 田畑
Original Assignee
オムロン株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by オムロン株式会社 filed Critical オムロン株式会社
Publication of WO2024185507A1 publication Critical patent/WO2024185507A1/ja

Links

Images

Classifications

    • 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
    • H02J50/12—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling of the resonant type
    • 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
    • H02J50/60—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power responsive to the presence of foreign objects, e.g. detection of living beings
    • 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
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries

Definitions

  • the present invention relates to a non-contact power supply device capable of detecting foreign objects.
  • Contactless power supply also called wireless power supply
  • a technology that transmits power through space without going through metal contacts has been researched for some time.
  • One such contactless power supply technology is a method of supplying power through electromagnetic induction. In this method, power is transmitted from the transmitting coil to the receiving coil by electromagnetic coupling between a primary (power transmission side or power supply side) coil (hereafter referred to as the transmitting coil) and a secondary (power receiving side) coil (hereafter referred to as the receiving coil).
  • a primary (power transmission side or power supply side) coil hereafter referred to as the transmitting coil
  • a secondary (power receiving side) coil hereafter referred to as the receiving coil
  • the non-contact power supply device disclosed in Patent Document 1 monitors the phase of the voltage and current output from the inverter to the power transmission coil, and detects metallic foreign matter that has become mixed in during power supply based on changes in that phase.
  • Non-Patent Document 1 detects foreign objects during power supply by sampling and comparing the transmission loss power at regular intervals.
  • the present invention aims to provide a non-contact power supply device that can accurately detect foreign objects that affect power transmission from a power transmitting device to a power receiving device.
  • a contactless power supply device having a power transmission device and a power receiving device to which power is transmitted contactlessly from the power transmission device.
  • the power transmission device has a transmission coil that supplies power to the power receiving device, a power supply circuit including an inverter having a plurality of switching elements connected in a full bridge or half bridge configuration and that supplies AC power to the transmission coil, a current detection circuit that detects a current flowing through a first switching element of the plurality of switching elements of the inverter, and a control circuit that determines the presence or absence of a foreign object that affects the power transmission from the power transmission device to the power receiving device based on the detected current.
  • the power receiving device has a reception coil and a resonant capacitor connected to the reception coil, a resonant circuit that receives power from the transmission coil by resonating with a current flowing through the transmission coil of the power transmission device, a rectifier circuit that rectifies the power received via the resonant circuit, a resonance suppression coil arranged to be electromagnetically coupled to the reception coil, a switch circuit connected to the resonance suppression coil and capable of switching between shorting and opening the resonance suppression coil, and a switch control circuit that controls the switch circuit so that the resonance suppression coil is repeatedly shorted and opened according to the power output from the rectifier circuit.
  • the control circuit of the power transmitting device determines the presence or absence of a foreign object based on the average value of the current flowing through the first switching element during the period in which the resonance suppression coil of the power receiving device is short-circuited.
  • the control circuit of the power transmitting device determines that a foreign object is present when the average value of the current flowing through the first switching element over a period corresponding to a predetermined number of repetition periods of short-circuiting and opening of the resonance suppression coil of the power receiving device is greater than a predetermined detection threshold.
  • the power receiving device preferably further includes a periodic signal generating circuit that generates a periodic signal having a repetition period based on the power output from the rectifier circuit, and the switch control circuit preferably controls the switch circuit so that the resonance suppression coil is repeatedly shorted and opened at the repetition period based on the periodic signal.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a non-contact power supply device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2A is a diagram showing an example of a waveform of a current flowing through a switching element of an inverter when the resonance suppression coil is short-circuited, and an example of a waveform of a current flowing through a switching element of an inverter when the resonance suppression coil is open.
  • FIG. 2B is a diagram showing an example of a waveform of a current flowing through a switching element of an inverter when the resonance suppression coil is short-circuited, and an example of a waveform of a current flowing through a switching element of an inverter when the resonance suppression coil is open.
  • FIG. 2A is a diagram showing an example of a waveform of a current flowing through a switching element of an inverter when the resonance suppression coil is short-circuited, and an example of a waveform of a current flowing through a switching element of an inverter when the resonance suppression coil is open.
  • FIG. 3A is a diagram showing an example of the relationship between the output voltage from the rectifying smoothing circuit, shorting and opening of the resonance suppression coil, and the average value of the current flowing through the switching element of the inverter when no foreign object is present.
  • FIG. 3B is a diagram showing an example of the relationship between the output voltage from the rectifying smoothing circuit, the short-circuiting and opening of the resonance suppression coil, and the average value of the current flowing through the switching element of the inverter when a foreign object is present.
  • FIG. 4 is a circuit diagram of the current detection circuit.
  • FIG. 5 is a flowchart showing the operation of the foreign object detection process.
  • FIG. 6 is a system outline diagram in which the contactless power supply device according to the embodiment or the modification is used as a power supply system for a mobile body.
  • the device on the power receiving side (hereinafter simply referred to as the power receiving device) has a receiving coil and a coil for suppressing resonance (hereinafter simply referred to as the resonance suppression coil) that is arranged so as to be electromagnetically coupled to the receiving coil.
  • the power receiving device then repeatedly shorts and opens the resonance suppression coil to keep the output voltage within a certain range.
  • the device on the power transmitting side determines the presence or absence of a foreign object that would affect the power transmission between the transmitting coil and the receiving coil based on the average value of the current flowing through one of the switching elements of the inverter that supplies AC power to the transmitting coil during the period when the resonance suppression coil is shorted.
  • the non-contact power supply device 1 includes a power transmission device 2 and a power receiving device 3 to which power is transmitted non-contact from the power transmission device 2 through space.
  • the power transmission device 2 includes a power supply circuit 10, a transmission coil 14, a first capacitor 15, a second capacitor 16, a first coil 17, a current detection circuit 18, and a control circuit 19.
  • the power receiving device 3 includes a resonant circuit 20 including a receiving coil 21 and a resonant capacitor 22, a rectifying and smoothing circuit 23, a DC-DC converter 24, a smoothing capacitor 25, a periodic signal generating circuit 26, a resonance suppression coil 27, a switch circuit 28, and a switch control circuit 29.
  • the power receiving device 3 is connected to a load circuit 4, and the power received by the power receiving device 3 and converted into direct current is output to the load circuit 4.
  • the power supply circuit 10 supplies AC power having a predetermined drive frequency and an adjustable voltage to the transmission coil 14. To this end, the power supply circuit 10 has a full-wave rectifier circuit 11, a power factor correction circuit 12, and an inverter 13.
  • the full-wave rectifier circuit 11 supplies power with a specified pulsating voltage.
  • the full-wave rectifier circuit 11 has four diodes connected in a bridge configuration, and is connected to a commercial AC power source.
  • the full-wave rectifier circuit 11 then rectifies the AC power supplied from the AC power source, converts it into power with a pulsating voltage, and outputs the power to the power factor correction circuit 12.
  • the power factor correction circuit 12 converts the power output from the full-wave rectifier circuit 11 into DC power having a voltage according to the control from the control circuit 19 and outputs it. Therefore, the AC power source, the full-wave rectifier circuit 11, and the power factor correction circuit 12 form a DC power source.
  • the power factor correction circuit 12 may be configured in the same manner as any of various power factor correction circuits capable of adjusting the output voltage under control of the control circuit 19.
  • the power factor correction circuit 12 has a coil connected in series at one end to the positive output terminal of the full-wave rectifier circuit 11, and a diode connected between the other end of the coil and the inverter 13 so that the direction from the coil to the inverter 13 is the forward direction.
  • the power factor correction circuit 12 further has a switching element connected at one end between the coil and the diode and at the other end connected to the negative output terminal of the full-wave rectifier circuit 11, and a smoothing capacitor connected in parallel to the switching element and the diode.
  • the control circuit 19 controls the on/off duty ratio of the switching element to control the voltage output from the power factor correction circuit 12.
  • the inverter 13 converts the DC power output from the power factor correction circuit 12 into AC power having a drive frequency equivalent to the on/off switching period of the switching elements 13-1 to 13-4.
  • the inverter 13 then outputs the AC power to the transmission coil 14 via the first capacitor 15, the second capacitor 16, and the first coil 17.
  • the inverter 13 has four switching elements 13-1 to 13-4.
  • Each of the four switching elements 13-1 to 13-4 can be, for example, an n-channel MOSFET.
  • the inverter 13 is configured as a so-called full-bridge circuit. That is, the switching elements 13-1 and 13-2 are connected in series between the positive output terminal and the negative output terminal of the full-wave rectifier circuit 11 via the power factor correction circuit 12.
  • the switching element 13-1 is connected to the positive side of the full-wave rectifier circuit 11, while the switching element 13-2 is connected to the negative side of the full-wave rectifier circuit 11.
  • the drain terminal of the switching element 13-1 is connected to the positive output terminal of the full-wave rectifier circuit 11 via the power factor correction circuit 12, and the source terminal of the switching element 13-1 is connected to the drain terminal of the switching element 13-2.
  • the source terminal of the switching element 13-2 is connected to the negative output terminal of the full-wave rectifier circuit 11 via the power factor correction circuit 12.
  • the source terminal of the switching element 13-1 and the drain terminal of the switching element 13-2 are connected to one end of the transmission coil 14 via the first coil 17 and the first capacitor 15.
  • switching elements 13-3 and 13-4 are connected in parallel with switching elements 13-1 and 13-2, and in series between the positive output terminal and the negative output terminal of the full-wave rectifier circuit 11 via the power factor correction circuit 12.
  • Switching element 13-3 is connected to the positive side of the full-wave rectifier circuit 11, while switching element 13-4 is connected to the negative side of the full-wave rectifier circuit 11.
  • the drain terminal of switching element 13-3 is connected to the positive output terminal of the full-wave rectifier circuit 11 via the power factor correction circuit 12, and the source terminal of switching element 13-3 is connected to the drain terminal of switching element 13-4.
  • the source terminal of switching element 13-4 is connected to the negative output terminal of the full-wave rectifier circuit 11 via the power factor correction circuit 12.
  • the source terminal of switching element 13-3 and the drain terminal of switching element 13-4 are connected to the other end of the transmission coil 14.
  • each of the switching elements 13-1 to 13-4 are connected to the control circuit 19. Furthermore, the gate terminal of each switching element may be connected to the source terminal of the switching element itself via a resistor in order to ensure that the switching element is turned on when a voltage that turns on the switching element is applied.
  • Each switching element is alternately switched on and off according to a control signal from the control circuit 19. In this embodiment, while the switching elements 13-1 and 13-4 are on, the switching elements 13-2 and 13-3 are off, and conversely, while the switching elements 13-2 and 13-3 are on, the switching elements 13-1 and 13-4 are off.
  • the DC power supplied from the power factor correction circuit 12 is converted into AC power having a drive frequency corresponding to the on/off switching cycle of each switching element, and is supplied to the transmission coil 14.
  • the inverter 13 is not limited to the above embodiment.
  • the inverter 13 may be configured as a half-bridge circuit in which two switching elements are connected in a half-bridge configuration.
  • the first coil 17 is connected in series with the first capacitor 15 between the inverter 13 and the transmitting coil 14. That is, one end of the first coil 17 is connected to one of the two output terminals of the inverter 13, i.e., between the source terminal of the switching element 13-1 and the drain terminal of the switching element 13-2, and the other end of the first coil 17 is connected to one end of the first capacitor 15. The other end of the first capacitor 15 is connected to one end of the transmitting coil 14.
  • the first coil 17 is preferably arranged so as not to be electromagnetically coupled to the transmitting coil 14 and each coil of the power receiving device 3.
  • one end of the second capacitor 16 is connected between the other end of the first coil 17 and one end of the first capacitor 15, and the other end is connected to the other end of the transmission coil 14 and the other output terminal of the inverter 13, i.e., the source terminal of the switching element 13-3 and the drain terminal of the switching element 13-4.
  • the phase delay of the current flowing through the transmitting coil 14 relative to the phase of the voltage supplied to the transmitting coil 14 is adjusted so as to reduce switching loss in each switching element of the inverter 13. Furthermore, regardless of the degree of coupling between the transmitting coil 14 and the receiving coil 21, the non-contact power supply device 1 can operate to output a constant voltage.
  • the connection position of the first coil 17 is not limited to the above example.
  • the first coil 17 may be connected between the transmitting coil 14 and the inverter 13 on the side opposite to the side to which the first capacitor 15 is connected.
  • the first coil 17 may be connected between the end of the transmitting coil 14 opposite to the end to which the first capacitor 15 is connected, and the switching element 13-3 and the switching element 13-4 of the inverter 13.
  • the transmitting coil 14 transmits AC power supplied from the inverter 13 of the power supply circuit 10 via the first coil 17 and the first capacitor 15 to the resonant circuit 20 of the power receiving device 3 through space.
  • the current detection circuit 18 detects the current flowing through one of the multiple switching elements of the inverter 13.
  • the switching element for which the current detection circuit 18 detects the current may be referred to as the first switching element.
  • the current detection circuit 18 is connected between the switching element 13-2 of the inverter 13 and the negative output terminal of the full-wave rectifier circuit 11.
  • the switching element 13-2 When the switching element 13-2 is turned on, the current detection circuit 18 detects the current flowing through the transmission coil 14 via the switching element 13-2, and outputs the detected current value to the control circuit 19. That is, in this embodiment, the switching element 13-2 is the first switching element. Details of the current detection circuit 18 will be described later.
  • the connection position of the current detection circuit 18 is not limited to the above example.
  • the current detection circuit 18 may be connected between the switching element 13-4 of the inverter 13 and the negative output terminal of the full-wave rectifier circuit 11 to detect the current flowing through the switching element 13-4. In this case, the switching element 13-4 becomes the first switching element.
  • the current detection circuit 18 may be connected between the switching element 13-1 of the inverter 13 and the positive output terminal of the full-wave rectifier circuit 11 to detect the current flowing through the switching element 13-1. In this case, the switching element 13-1 becomes the first switching element.
  • the current detection circuit 18 may be connected between the switching element 13-3 of the inverter 13 and the positive output terminal of the full-wave rectifier circuit 11 to detect the current flowing through the switching element 13-3.
  • the switching element 13-3 becomes the first switching element.
  • the current detection circuit 18 may be connected between the switching element provided on the negative side of the full-wave rectifier circuit 11 and the negative output terminal of the full-wave rectifier circuit 11. In this case, the switching element provided on the negative side becomes the first switching element.
  • the current detection circuit 18 may be connected between the switching element provided on the positive side of the full-wave rectifier circuit 11 and the positive output terminal of the full-wave rectifier circuit 11. In this case, the switching element provided on the positive side becomes the first switching element.
  • the control circuit 19 has, for example, a non-volatile memory circuit and a volatile memory circuit, an arithmetic circuit, an interface circuit for connecting to other circuits, and a drive circuit for outputting control signals to each switching element.
  • the control circuit 19 determines the presence or absence of a foreign object that affects the power transmission from the transmitting coil 14 to the receiving coil 21 based on the current value detected by the current detection circuit 18. Details of the determination of the presence or absence of a foreign object by the control circuit 19 will be described later.
  • control circuit 19 controls the on/off of the four switching elements 13-1 to 13-4 of the inverter 13 so that the frequency of the AC power supplied from the inverter 13 to the transmission coil 14 becomes a predetermined drive frequency. That is, the control circuit 19 controls each switching element so that the set of switching elements 13-1 and 13-4 and the set of switching elements 13-2 and 13-3 are alternately turned on, and the period during which the set of switching elements 13-1 and 13-4 is on is equal to the period during which the set of switching elements 13-2 and 13-3 is on within one period corresponding to the predetermined drive frequency. Note that, in order to prevent each set of switching elements from being turned on at the same time and shorting out the AC power supply, the control circuit 19 may provide a dead time during which all switching elements are off when switching on/off each set of switching elements.
  • the resonant circuit 20 is an LC resonant circuit in which a receiving coil 21 and a resonant capacitor 22 are connected in series. One end of the receiving coil 21 of the resonant circuit 20 is connected to one input terminal of a rectifying and smoothing circuit 23 via the resonant capacitor 22. The other end of the receiving coil 21 is connected to the other input terminal of the rectifying and smoothing circuit 23.
  • the receiving coil 21, together with the resonant capacitor 22, resonates with the AC current flowing through the transmitting coil 14 of the power transmission device 2, thereby receiving power from the transmitting coil 14.
  • the receiving coil 21 then outputs the received power to the rectifying and smoothing circuit 23 via the resonant capacitor 22.
  • the inductance of the receiving coil 21 and the capacitance of the resonant capacitor 22 are set so that the resonant frequency of the resonant circuit 20 is approximately equal to the drive frequency of the AC current flowing through the transmitting coil 14.
  • the number of turns of the receiving coil 21 and the number of turns of the transmitting coil 14 of the power transmission device 2 may be the same or different.
  • the resonant capacitor 22 is connected in series with the receiving coil 21. That is, one end of the resonant capacitor 22 is connected to one end of the receiving coil 21, and the other end is connected to the rectifying and smoothing circuit 23.
  • the resonant capacitor 22 resonates with the receiving coil 21 in response to the current flowing through the transmitting coil 14, thereby outputting the received power to the rectifying and smoothing circuit 23.
  • the rectifying and smoothing circuit 23 is an example of a rectifying circuit, and includes a full-wave rectifying circuit having four bridge-connected diodes connected to the resonant circuit 20, and a smoothing capacitor provided on the output side of the full-wave rectifying circuit.
  • the rectifying and smoothing circuit 23 rectifies and smoothes the AC power output from the resonant circuit 20, and converts it into DC power.
  • the rectifying and smoothing circuit 23 then outputs the DC power to the DC-DC converter 24.
  • the DC-DC converter 24 converts the voltage output from the rectifying and smoothing circuit 23 into a voltage for operating the load circuit 4 and outputs it.
  • the DC-DC converter 24 may be either a step-up type DC-DC converter or a step-down type DC-DC converter. However, it is preferable that the DC-DC converter 24 be a fixed-output type DC-DC converter. This allows a stable output voltage to be obtained.
  • the DC-DC converter 24 outputs the power after voltage conversion to the load circuit 4 via a smoothing capacitor 25.
  • the smoothing capacitor 25 is connected between the positive and negative sides of the DC-DC converter 24, between the DC-DC converter 24 and the load circuit 4.
  • the smoothing capacitor 25 smoothes the voltage output from the DC-DC converter 24, and outputs the smoothed output voltage to the load circuit 4.
  • the periodic signal generating circuit 26 generates a periodic signal whose voltage changes at a predetermined period based on the voltage output from the smoothing capacitor 25.
  • the periodic signal can be a rectangular wave periodic signal.
  • the periodic signal is not limited to a rectangular wave, and may be a sine wave or triangular wave periodic signal.
  • the predetermined period is sufficiently long with respect to the period corresponding to the drive frequency of the inverter 13 of the power transmission device 2 and the resonant frequency of the resonant circuit 20, for example, a period of about 0.1 seconds to several seconds.
  • the periodic signal generating circuit 26 can be any of various known circuits capable of generating the above-mentioned periodic signal.
  • the periodic signal generating circuit 26 then outputs the generated periodic signal to the switch control circuit 29.
  • the resonance suppression coil 27 is arranged so as to be electromagnetically coupled to the receiving coil 21 of the resonant circuit 20.
  • the resonance suppression coil 27 and the receiving coil 21 are wound around the same core wire.
  • the number of turns of the receiving coil 21 and the number of turns of the resonance suppression coil 27 may be equal or different. Both ends of the resonance suppression coil 27 are connected to the switch circuit 28.
  • the resonance suppression coil 27 is electromagnetically coupled to the receiving coil 21, and the resonant frequency of the resonant circuit 20 changes.
  • the resonance suppression coil 27 is no longer involved in the resonance between the transmission coil 14 and the reception coil 21, and no longer affects the power transmission from the power transmission device 2 to the power reception device 3.
  • the switch circuit 28 is connected to both ends of the resonance suppression coil 27, and switches between shorting and opening the resonance suppression coil 27 in response to a control signal from the switch control circuit 29. That is, the switch circuit 28 shorts the resonance suppression coil 27 while it is receiving an on control signal from the switch control circuit 29. On the other hand, the switch circuit 28 opens both ends of the resonance suppression coil 27 while it is receiving an off control signal from the switch control circuit 29.
  • the switch circuit 28 has, for example, a relay circuit.
  • the switch control circuit 29 turns on the relay circuit, the resonance suppression coil 27 is short-circuited.
  • the switch control circuit 29 turns off the relay circuit, both ends of the resonance suppression coil 27 are opened.
  • the switch circuit 28 may also have two n-channel MOSFETs connected in series between both ends of the resonance suppression coil 27.
  • the two MOSFETs are arranged so that their source terminals are connected to each other and their drain terminals are connected to both ends of the resonance suppression coil 27.
  • the gate terminals of the two MOSFETs are also connected to the switch control circuit 29.
  • the two MOSFETs may be arranged such that their drain terminals are connected to each other and their source terminals are connected to both ends of the resonance suppression coil 27.
  • the resonance suppression coil 27 is short-circuited.
  • a relatively low voltage equivalent to an off-control signal is applied from the switch control circuit 29 to the gate terminals of the two MOSFETs, both ends of the resonance suppression coil 27 are opened.
  • the switch control circuit 29 controls the on/off of the switch circuit 28 based on the periodic signal received from the periodic signal generating circuit 26. That is, the switch control circuit 29 controls the switch circuit 28 so that the resonance suppression coil 27 is repeatedly shorted and opened according to the power output from the rectifier circuit 23.
  • the switch control circuit 29 has, for example, a memory circuit that stores an upper threshold value and a lower threshold value, an arithmetic circuit that compares the voltage of the periodic signal with these threshold values, and a control circuit that controls the on/off of the switch circuit 28.
  • the switch control circuit 29 When the voltage of the periodic signal becomes equal to or higher than a predetermined upper threshold, the switch control circuit 29 turns on the switch circuit 28 to short-circuit the resonance suppression coil 27. As a result, the switch control circuit 29 changes the resonant frequency of the resonant circuit 20 to reduce the output voltage. On the other hand, when the voltage of the periodic signal becomes equal to or lower than a predetermined lower threshold, the switch control circuit 29 turns off the switch circuit 28 to open the resonance suppression coil 27. As a result, the switch control circuit 29 increases the output voltage by restoring the resonant frequency of the resonant circuit 20 to its original state. By controlling the on/off of the switch circuit 28 in this manner, the resonance suppression coil 27 is repeatedly short-circuited and opened.
  • the upper threshold is set to, for example, a value obtained by multiplying the maximum value of the voltage of the periodic signal by a safety factor less than 1 (for example, 0.9 to 0.97).
  • the lower threshold is set to a value lower than the upper threshold and a value obtained by multiplying the minimum value of the voltage of the periodic signal by a safety factor greater than 1 (for example, 1.03 to 1.1).
  • the switch control circuit 29 can reliably short-circuit the resonance suppression coil at a constant repeating period. As a result, the period during which a foreign object cannot be detected is prevented from becoming excessively long.
  • control circuit 19 determines whether or not a foreign object is present. To do so, we will first explain the relationship between the short circuit and open circuit of the resonance suppression coil 27 and the power consumption.
  • FIGS. 2A and 2B are diagrams showing an example of the waveform of the current flowing through the switching element of the inverter 13 when the resonance suppression coil 27 is shorted, and the waveform of the current flowing through the switching element of the inverter 13 when the resonance suppression coil 27 is open, respectively.
  • the horizontal axis represents time
  • the vertical axis represents the current value.
  • Waveform 201 shown in FIG. 2A represents the waveform of the current flowing through the switching element 13-2 (corresponding to the first switching element in this example) of the inverter 13 when the resonance suppression coil 27 is shorted
  • waveform 202 shown in FIG. 2B represents the waveform of the current flowing through the first switching element when the resonance suppression coil 27 is open.
  • Waveforms 201 and 202 are waveforms during the period when the first switching element is turned on, that is, waveforms corresponding to half the period corresponding to the drive frequency of the inverter 13.
  • a conductive foreign object e.g., a small metal piece
  • the magnetic field generated by the transmitting coil 14 will cause a current to flow through the foreign object, resulting in power consumption.
  • the power consumed by the foreign object will be relatively small compared to the power consumed by the power receiving device 3 receiving power while the resonance suppression coil 27 is open. Therefore, the change in the current flowing through the first switching element due to the presence or absence of a foreign object will also be minimal.
  • the power consumption in the power receiving device 3 is nearly zero because the resonance suppression coil 27 is short-circuited, the change in the current flowing through the first switching element due to the presence or absence of a foreign object will be relatively large.
  • the resonance suppression coil 27 is open, and the power consumption when the power receiving device 3 is receiving power is 200 W.
  • the average current flowing through the first switching element is 1 A.
  • the total power consumption is 202 W, so the average current flowing through the first switching element is 1.01 A.
  • the average value of the current flowing through the first switching element changes by only 1% of the total depending on the presence or absence of a foreign object. Therefore, when the resonance suppression coil 27 is open and the power receiving device 3 is receiving power, it is difficult to accurately determine the presence or absence of a foreign object based on the current flowing through the first switching element.
  • the power consumption is due to losses caused by the windings of the transmitting coil 14 and the switching elements of the inverter 13, and is much smaller than the power consumption when the power receiving device 3 receives power.
  • the input voltage applied to the transmitting coil 14 is 200V
  • 2W of power is consumed by the windings of the transmitting coil 14 and the switching elements of the inverter 13.
  • the average current flowing through the first switching element is 0.01A.
  • the average current flowing through the first switching element is 0.02A. Therefore, the average value of the current flowing through the first switching element changes by two times depending on whether or not there is a foreign object. Therefore, when the resonance suppression coil 27 is short-circuited and the power receiving device 3 is not receiving power, it is possible to accurately determine the presence or absence of a foreign object based on the current flowing through the first switching element.
  • waveforms 301 and 302 respectively represent the time change of the output voltage and the time change of the shorted and open state of the resonance suppression coil 27.
  • waveform 303 represents the time change of the average current.
  • waveforms 311 and 312 respectively represent the time change of the output voltage and the time change of the shorted and open state of the resonance suppression coil 27.
  • waveform 313 represents the time change of the average current.
  • control circuit 19 can determine the presence or absence of a foreign object based on the average value of the current flowing through the first switching element while the resonance suppression coil 27 is short-circuited, as detected by the current detection circuit 18.
  • FIG. 4 is a circuit diagram of the current detection circuit 18.
  • the current detection circuit 18 has four resistors R1 to R4, a capacitor C1, and an operational amplifier AMP.
  • the resistor R1 is connected between the switching element 13-2 of the inverter 13 and the negative output terminal of the full-wave rectifier circuit 11 via the power factor correction circuit 12.
  • the resistor R2 has one end connected between the resistor R1 and the switching element 13-2, and the other end connected to the positive input terminal of the operational amplifier AMP.
  • the capacitor C1 has one end connected between the other end of the resistor R2 and the positive input terminal of the operational amplifier AMP, and the other end connected to the negative output terminal of the full-wave rectifier circuit 11 via the power factor correction circuit 12.
  • the resistor R3 has one end connected to the negative input terminal of the operational amplifier AMP, and the other end connected to the negative output terminal of the full-wave rectifier circuit 11 via the power factor correction circuit 12. Furthermore, resistor R4 is connected between one end of resistor R3 and the negative input terminal of the operational amplifier AMP, and the other end is connected to the output terminal of the operational amplifier AMP. The output terminal of the operational amplifier AMP is then connected to the control circuit 19.
  • the current flowing through the transmitting coil 14 is converted to a voltage by the resistor R1.
  • the converted voltage is filtered by an integrating circuit formed by resistor R2 and capacitor C1, and the converted voltage is integrated over a predetermined sampling period and input to the positive input terminal of the operational amplifier AMP.
  • the operational amplifier AMP, resistors R3 and R4 form a non-inverting amplifier circuit that amplifies the input voltage with an amplification factor according to the resistors R3 and R4.
  • the voltage obtained by amplifying the input voltage is output to the control circuit 19 from the output terminal of the operational amplifier AMP. In this way, the current detection circuit 18 outputs a voltage value according to the current flowing through the transmitting coil 14.
  • the average value of the voltage value output from the current detection circuit 18 over the sampling period corresponds to the average value of the current flowing through the transmitting coil 14 over that sampling period.
  • the sampling period is set to have a length equal to or greater than half the period corresponding to the drive frequency of the inverter 13. Furthermore, it is preferable that the sampling period is set to a period sufficiently shorter than the repetition period of the opening and shorting of the resonance suppression coil 27 (i.e., one period of the periodic signal generated by the periodic signal generating circuit 26), for example, 1/100 to 1/1000 of the repetition period.
  • the control circuit 19 obtains the average value of the voltage value output from the current detection circuit 18 for each sampling period.
  • the control circuit 19 compares the average value of the voltage for each sampling period with a predetermined detection threshold.
  • the detection threshold is set to a value smaller than the average value of the voltage expected for the off period when the resonance suppression coil 27 is open and larger than the average value of the voltage for the on period when the resonance suppression coil 27 is shorted. More specifically, the detection threshold is set to a value obtained by adding an offset value smaller than the expected increase in voltage due to power consumption by a foreign object to the average value of the voltage for the on period.
  • the average current becomes smaller than the current value Th corresponding to the detection threshold value described above during each on-period, as shown in waveform 303.
  • the average current does not fall below the current value Th, even during the on-period, as shown in waveform 313.
  • the control circuit 19 determines that a foreign object is present if the average voltage value does not fall below the detection threshold even once over a period corresponding to a predetermined number of repetition cycles (e.g., 1 to 5 times). The control circuit 19 then stops the power supply from the power supply circuit 10 to the transmission coil 14 by keeping each switching element of the inverter 13 off. Furthermore, the control circuit 19 may notify another device (not shown) of an abnormality signal indicating that a foreign object has been detected. On the other hand, if the average voltage value falls below the detection threshold even once during that period, the control circuit 19 does not detect a foreign object.
  • a predetermined number of repetition cycles e.g. 1 to 5 times.
  • FIG. 5 is a flowchart showing the operation of the foreign object detection process by the control circuit 19.
  • the control circuit 19 determines whether the average value of the voltage output from the current detection circuit 18, which corresponds to the average value of the current flowing through the first switching element of the inverter 13 during the sampling period P, is less than the detection threshold value Thv (step S101). As described above, during power transmission, during the off period when the resonance suppression coil 27 is open, the average value of the voltage never becomes less than the detection threshold value Thv, so what is essentially determined in step S101 is the average value of the voltage during the on period when the resonance suppression coil 27 is short-circuited.
  • step S101-No the control circuit 19 determines whether the duration C during which the average voltage value is equal to or greater than the detection threshold value Thv is equal to or greater than a predetermined time threshold value Thp (step S102). If the duration C is equal to or greater than the time threshold value Thp (step S102-Yes), the control circuit 19 determines that there is a foreign object that affects the power transmission from the transmitting coil 14 to the receiving coil 21 (step S103). The control circuit 19 then stops the power supply from the power supply circuit 10 to the transmitting coil 14 (step S104). The control circuit 19 then ends the foreign object detection process.
  • step S102-No the control circuit 19 updates the duration C by adding the sampling period S to the duration C (step S105). After that, the control circuit 19 repeats the process from step S101 onwards in the next sampling period.
  • step S101 If, in step S101, the average voltage value is less than the detection threshold value Thv (step S101-Yes), the control circuit 19 resets the duration C to 0 (step S106). After that, the control circuit 19 repeats the process from step S101 onwards in the next sampling period.
  • this contactless power supply device determines the presence or absence of a foreign object based on the current flowing through the first switching element of the inverter that supplies AC power to the power transmission coil during the on-period when the resonance suppression coil is shorted. During the on-period, the fluctuation in the current flowing through the first switching element due to the presence or absence of a foreign object becomes relatively large, so this contactless power supply device can accurately determine the presence or absence of a foreign object.
  • the resonant circuit 20 of the power receiving device 3 may be connected in parallel to the receiving coil 21 and the resonant capacitor 22 so that they resonate in parallel. Furthermore, in the power receiving device 3, another coil connected in series to the receiving coil 21 may be provided between the resonant circuit 20 and the rectifying and smoothing circuit 23. Furthermore, if the change in the positional relationship between the power transmitting device 2 and the power receiving device 3 during power transmission is negligible, the first coil 17 and the second capacitor 16 may be omitted in the power transmitting device 2.
  • the switch control circuit 29 may also control the on/off of the switch circuit 28 in response to the output voltage from the rectifying and smoothing circuit 23.
  • a voltage detection circuit for measuring the output voltage is provided on the output side of the rectifying and smoothing circuit 23.
  • the switch control circuit 29 turns on the switch circuit 28 when the voltage measured by the voltage detection circuit is equal to or higher than the upper threshold, and turns off the switch circuit 28 when the voltage measured by the voltage detection circuit is equal to or lower than the lower threshold.
  • the upper threshold is set to a value obtained by multiplying the upper limit of the output voltage that does not interfere with the operation of the load circuit 4 by a safety factor less than 1 (e.g., 0.9 to 0.97).
  • the lower threshold is set to a value lower than the upper threshold and equal to a value obtained by multiplying the lower limit of the output voltage that does not interfere with the operation of the load circuit 4 by a safety factor greater than 1 (e.g., 1.03 to 1.1).
  • a safety factor greater than 1 e.g., 1.03 to 1.1.
  • the DC-DC converter 24, the smoothing capacitor 25, and the periodic signal generating circuit 26 may be omitted.
  • the power supply circuit 10 of the power transmission device 2 may have a DC-DC converter instead of the power factor correction circuit 12. Also, DC power may be directly input to the DC-DC converter.
  • the non-contact power supply device is suitable for use in supplying power to moving objects such as automatic guided vehicles (AGVs).
  • AGVs automatic guided vehicles
  • FIG. 6 is a schematic diagram of a case where the contactless power supply device according to the above embodiment or modified example is used as a power supply system for a moving body.
  • the power receiving device 3 is mounted on the moving body 600.
  • the power transmitting device 2 is arranged along the moving path of the moving body 600.
  • the transmitting coil 14 is installed on the floor surface on the moving path 610 of the moving body 600. It is preferable that the transmitting coil 14 is provided at a position where the moving body 600 stops temporarily or at a position where the moving speed of the moving body 600 is equal to or lower than a predetermined speed.
  • the receiving coil 21 is mounted so as to face the floor surface at the bottom of the moving body.
  • the number of the power transmitting device 2 is not limited to one, and multiple power transmitting devices 2 may be installed at different positions on the moving path 610.
  • three power transmitting devices 2 are illustrated, and the transmitting coils 14 of each power transmitting device 2 are arranged in a row along the extension direction of the moving path 610.
  • the transmission coils 14 of each power transmission device 2 may be arranged in a direction perpendicular to the extension direction of the movement path 610, or may be arranged in a lattice or staggered pattern.
  • the control circuit 19 may detect a foreign object according to the above embodiment or modified example. When a foreign object is detected, the control circuit 19 notifies an external device, such as a management device for the facility in which the mobile body 600 is installed, that a foreign object has been detected. When the manager removes the foreign object and a signal to resume power supply is received from the external device, the control circuit 19 may resume power supply from the power supply circuit 10 to the transmitting coil 14.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

非接触給電装置の受電装置３は、受信コイル２１を含み、非接触給電装置の送電装置２の送信コイル１４から電力を受電する共振回路２０と、共振回路２０から出力される電力を整流する整流回路２３と、受信コイル２１と電磁結合可能に配置される共振抑制コイル２７と、共振抑制コイル２７の短絡または開放を切り替え可能なスイッチ回路２８と、共振抑制コイル２７の短絡と開放とが繰り返されるようにスイッチ回路２８を制御するスイッチ制御回路２９とを有する。送電装置２の制御回路１９は、受電装置３の共振抑制コイル２７が短絡されている期間における電流検出回路１８により検出されたインバータ１３の第１のスイッチング素子１３－２に流れる電流の平均値に基づいて異物の有無を判定する。

Description

非接触給電装置
　本発明は、異物を検出することが可能な非接触給電装置に関する。
　従来より、金属の接点などを介さずに、空間を通じて電力を伝送する、いわゆる非接触給電（ワイヤレス給電とも呼ばれる）技術が研究されている。このような非接触給電技術の一つとして、電磁誘導により給電する方式が知られている。電磁誘導により給電する方式では、一次側（送電側あるいは給電側）のコイル（以下、送信コイルと呼ぶ）と二次側（受電側）のコイル（以下、受信コイルと呼ぶ）とが電磁結合することにより、送信コイルから受信コイルへ電力が伝送される。
　このような非接触給電技術を利用した電力伝送システムにおいて、送信コイルと受信コイルの間に、金属などの異物が入り込んでしまうことがある。このような場合、電力伝送中にその異物が誘導加熱されて発火し、あるいは、異物の発熱に起因して装置が故障することがある。そこで、そのような異物を検出する技術が提案されている（特許文献１及び非特許文献１を参照）。
　特許文献１に開示された非接触給電装置では、インバータから送電コイルに出力される電圧及び電流の位相を監視し、その位相の変化に基づいて、給電中に混入した金属異物を検出する。
　また、非特許文献１に開示された給電損失比較法は、伝送損失電力を定時でサンプリングし比較することで、給電中の異物を検出する。
国際公開第２０１５／０３７２９１号
駒崎他、「電気自動車用非接触給電装置のギャップ中の異物検知法」、電気学会産業応用部門大会講演論文集、No.4-10、p.115-120、2012年
　送信コイルと受信コイルの間に混入した異物による危険性は高いため、そのような異物の検出精度をより向上することが求められる。
　そこで、本発明は、送電側の装置から受電側の装置への電力伝送に影響される異物を精度良く検出することが可能な非接触給電装置を提供することを目的とする。
　本発明の一つの形態として、送電装置と、送電装置から非接触で電力伝送される受電装置とを有する非接触給電装置が提供される。この非接触給電装置において、送電装置は、受電装置へ電力を供給する送信コイルと、フルブリッジ状あるいはハーフブリッジ状に接続された複数のスイッチング素子を有するインバータを含み、交流電力を送信コイルへ供給する電力供給回路と、インバータの複数のスイッチング素子のうちの第１のスイッチング素子に流れる電流を検出する電流検出回路と、検出された電流に基づいて送電装置から受電装置への電力伝送に影響される異物の有無を判定する制御回路とを有する。また、受電装置は、受信コイルと、受信コイルと接続される共振コンデンサとを有し、送電装置の送信コイルを流れる電流に対して共振することで送信コイルから電力を受電する共振回路と、共振回路を介して受電した電力を整流する整流回路と、受信コイルと電磁結合可能に配置される共振抑制コイルと、共振抑制コイルと接続され、共振抑制コイルの短絡または開放を切り替え可能なスイッチ回路と、整流回路から出力される電力に応じて、共振抑制コイルの短絡と開放とが繰り返されるようにスイッチ回路を制御するスイッチ制御回路とを有する。そして送電装置の制御回路は、受電装置の共振抑制コイルが短絡されている期間における第１のスイッチング素子に流れる電流の平均値に基づいて異物の有無を判定する。
　係る構成を有することにより、この非接触給電装置は、送電側の装置から受電側の装置への電力伝送に影響される異物を精度良く検出することができる。
　この非接触給電装置において、送電装置の制御回路は、受電装置の共振抑制コイルの短絡と開放の繰返し周期の所定回数に相当する期間にわたって第１のスイッチング素子に流れる電流の平均値が所定の検出閾値よりも大きい場合、異物が存在すると判定することが好ましい。
　係る構成を有することにより、この非接触給電装置は、送電側の装置から受電側の装置への電力伝送に影響される異物を精度良く検出することができる。
　また、この非接触給電装置において、受電装置は、整流回路から出力される電力に基づいて繰返し周期を有する周期信号を生成する周期信号生成回路をさらに有することが好ましい。そしてスイッチ制御回路は、周期信号に基づいて繰返し周期で共振抑制コイルの短絡と開放とが繰り返されるようにスイッチ回路を制御することが好ましい。
　係る構成を有することにより、この非接触給電装置は、一定の繰返し周期で共振抑制コイルを確実に短絡できるので、異物の検出ができない期間が過度に長くなることを防止できる。
図１は、本発明の一つの実施形態に係る非接触給電装置の概略構成図である。 図２Ａは、共振抑制コイルが短絡されているときにインバータのスイッチング素子に流れる電流の波形、及び、共振抑制コイルが開放されているときにインバータのスイッチング素子に流れる電流の波形の一例を示す図である。 図２Ｂは、共振抑制コイルが短絡されているときにインバータのスイッチング素子に流れる電流の波形、及び、共振抑制コイルが開放されているときにインバータのスイッチング素子に流れる電流の波形の一例を示す図である。 図３Ａは、異物が存在しないときの、整流平滑回路からの出力電圧と、共振抑制コイルの短絡及び開放と、インバータのスイッチング素子に流れる電流の平均値との関係の一例を示す図である。 図３Ｂは、異物が存在するときの、整流平滑回路からの出力電圧と、共振抑制コイルの短絡及び開放と、インバータのスイッチング素子に流れる電流の平均値との関係の一例を示す図である。 図４は、電流検出回路の回路図である。 図５は、異物検出処理の動作フローチャートである。 図６は、実施形態または変形例による非接触給電装置が移動体の電力供給システムとして利用される場合のシステム概要図である。
　以下、本発明の一つの実施形態による非接触給電装置を、図を参照しつつ説明する。この非接触給電装置では、受電側の装置（以下、単に受電装置と呼ぶ）が、受信コイルとともに、その受信コイルと電磁結合可能なように設けられた共振抑制用のコイル（以下、単に共振抑制コイルと呼ぶ）を有する。そして受電装置は、共振抑制コイルの短絡と開放とを繰り返して出力電圧を一定の範囲に保つ。一方、送電側の装置（以下、単に送電装置と呼ぶ）は、共振抑制コイルが短絡されている期間において送信コイルに交流電力を供給するインバータの何れかのスイッチング素子に流れる電流の平均値に基づいて、送信コイルと受信コイル間の電力伝送に影響される異物の有無を判定する。
　図１は、本発明の一つの実施形態に係る非接触給電装置の概略構成図である。図１に示されるように、非接触給電装置１は、送電装置２と、送電装置２から空間を介して非接触で電力伝送される受電装置３とを有する。送電装置２は、電力供給回路１０と、送信コイル１４と、第１のコンデンサ１５と、第２のコンデンサ１６と、第１のコイル１７と、電流検出回路１８と、制御回路１９とを有する。一方、受電装置３は、受信コイル２１及び共振コンデンサ２２を有する共振回路２０と、整流平滑回路２３と、DC-DCコンバータ２４と、平滑コンデンサ２５と、周期信号生成回路２６と、共振抑制コイル２７と、スイッチ回路２８と、スイッチ制御回路２９とを有する。そして受電装置３は負荷回路４と接続され、受電装置３が受電して、直流に変換された電力は、負荷回路４へ出力される。
　先ず、送電装置２について説明する。
　電力供給回路１０は、所定の駆動周波数、及び、調節可能な電圧を持つ交流電力を送信コイル１４へ供給する。そのために、電力供給回路１０は、全波整流回路１１と、力率改善回路１２と、インバータ１３とを有する。
　全波整流回路１１は、所定の脈流電圧を持つ電力を供給する。そのために、全波整流回路１１は、ブリッジ型に接続された４個のダイオードを有し、商用の交流電源と接続される。そして全波整流回路１１は、その交流電源から供給された交流電力を整流して脈流電圧を持つ電力に変換し、その電力を力率改善回路１２へ出力する。
　力率改善回路１２は、全波整流回路１１から出力された電力を、制御回路１９からの制御に応じた電圧を持つ直流電力に変換して出力する。したがって、交流電源、全波整流回路１１及び力率改善回路１２により、直流電源が構成される。
　力率改善回路１２の構成は、制御回路１９からの制御によって出力電圧を調整可能な様々な力率改善回路の何れかと同様の構成とすることができる。本実施形態では、力率改善回路１２は、全波整流回路１１の正極側出力端子に対して一端において直列に接続されるコイルと、そのコイルの他端とインバータ１３との間において、コイルからインバータ１３へ向かう方向が順方向となるように接続されるダイオードを有する。力率改善回路１２は、さらに、コイルとダイオードの間に一端が接続され、他端が全波整流回路１１の負極側出力端子に接続されるスイッチング素子と、そのスイッチング素子とダイオードを挟んで並列に接続される平滑コンデンサを有する。そして制御回路１９がスイッチング素子のオン／オフのデューティ比を制御することで、力率改善回路１２から出力される電圧が制御される。
　インバータ１３は、力率改善回路１２から出力された直流電力を、スイッチング素子１３－１～１３－４のオン／オフの切替周期に相当する駆動周波数を持つ交流電力に変換する。そしてインバータ１３は、その交流電力を、第１のコンデンサ１５、第２のコンデンサ１６及び第１のコイル１７を介して送信コイル１４へ出力する。
　そのために、インバータ１３は、４個のスイッチング素子１３－１～１３－４を有する。そして４個のスイッチング素子１３－１～１３－４のそれぞれは、例えば、nチャネル型のMOSFETとすることができる。インバータ１３は、いわゆるフルブリッジ回路として構成される。すなわち、スイッチング素子１３－１及びスイッチング素子１３－２は、全波整流回路１１の正極側出力端子と負極側出力端子との間に、力率改善回路１２を介して直列に接続される。また本実施形態では、全波整流回路１１の正極側に、スイッチング素子１３－１が接続され、一方、全波整流回路１１の負極側に、スイッチング素子１３－２が接続される。そしてスイッチング素子１３－１のドレイン端子は、力率改善回路１２を介して全波整流回路１１の正極側出力端子と接続され、スイッチング素子１３－１のソース端子は、スイッチング素子１３－２のドレイン端子と接続される。また、スイッチング素子１３－２のソース端子は、力率改善回路１２を介して全波整流回路１１の負極側出力端子と接続される。さらに、スイッチング素子１３－１のソース端子、及び、スイッチング素子１３－２のドレイン端子は、第１のコイル１７及び第１のコンデンサ１５を介して送信コイル１４の一端に接続される。
　同様に、４個のスイッチング素子１３－１～１３－４のうち、スイッチング素子１３－３とスイッチング素子１３－４は、スイッチング素子１３－１及びスイッチング素子１３－２と並列に、かつ、力率改善回路１２を介して全波整流回路１１の正極側出力端子と負極側出力端子との間に直列に接続される。また、全波整流回路１１の正極側に、スイッチング素子１３－３が接続され、一方、全波整流回路１１の負極側に、スイッチング素子１３－４が接続される。そしてスイッチング素子１３－３のドレイン端子は、力率改善回路１２を介して全波整流回路１１の正極側出力端子と接続され、スイッチング素子１３－３のソース端子は、スイッチング素子１３－４のドレイン端子と接続される。また、スイッチング素子１３－４のソース端子は、力率改善回路１２を介して全波整流回路１１の負極側出力端子と接続される。さらに、スイッチング素子１３－３のソース端子、及び、スイッチング素子１３－４のドレイン端子は、送信コイル１４の他端に接続される。
　また、スイッチング素子１３－１～１３－４のそれぞれのゲート端子は、制御回路１９と接続される。さらに、各スイッチング素子のゲート端子は、オンとなる電圧が印加されたときにそのスイッチング素子がオンとなることを保証するために、それぞれ、抵抗を介して自素子のソース端子と接続されてもよい。そして各スイッチング素子は、制御回路１９からの制御信号にしたがって交互にオン／オフが切り替えられる。本実施形態では、スイッチング素子１３－１とスイッチング素子１３－４とがオンとなっている間、スイッチング素子１３－２とスイッチング素子１３－３とがオフとなり、逆に、スイッチング素子１３－２とスイッチング素子１３－３とがオンとなっている間、スイッチング素子１３－１とスイッチング素子１３－４とがオフとなるように、交互にオン／オフが切り替えられる。これにより、力率改善回路１２から供給された直流電力は、各スイッチング素子のオン／オフの切替周期に相当する駆動周波数を持つ交流電力に変換されて、送信コイル１４に供給される。
　なお、インバータ１３は、上記の実施形態に限られない。例えば、インバータ１３は、２個のスイッチング素子がハーフブリッジ状に接続されたハーフブリッジ回路として構成されてもよい。
　第１のコイル１７は、第１のコンデンサ１５とともにインバータ１３と送信コイル１４の間に直列に接続される。すなわち、第１のコイル１７の一端は、インバータ１３の二つの出力端子のうちの一方、すなわち、スイッチング素子１３－１のソース端子とスイッチング素子１３－２のドレイン端子の間に接続に接続され、第１のコイル１７の他端は第１のコンデンサ１５の一端と接続される。また、第１のコンデンサ１５の他端は送信コイル１４の一端に接続される。なお、第１のコイル１７は、送信コイル１４及び受電装置３が有する各コイルと電磁結合しないように配置されることが好ましい。
　さらに、第２のコンデンサ１６は、その一端が第１のコイル１７の他端と第１のコンデンサ１５の一端との間に接続され、他端が送信コイル１４の他端、及び、インバータ１３の他方の出力端子、すなわち、スイッチング素子１３－３のソース端子及びスイッチング素子１３－４のドレイン端子に接続される。
　第１のコンデンサ１５、第２のコンデンサ１６及び第１のコイル１７が上記のように設けられることで、送信コイル１４に供給される電圧の位相に対する、送信コイル１４に流れる電流の位相の遅れが、インバータ１３の各スイッチング素子におけるスイッチングロスを軽減するように調整される。さらに、送信コイル１４と受信コイル２１間の結合度によらず、非接触給電装置１が定電圧出力動作することが可能となる。
　なお、第１のコイル１７の接続位置は上記の例に限られない。第１のコイル１７は、送信コイル１４とインバータ１３との間において、第１のコンデンサ１５が接続される側とは逆側に接続されてもよい。すなわち、第１のコイル１７は、送信コイル１４の第１のコンデンサ１５が接続される一端とは反対側の一端と、インバータ１３のスイッチング素子１３－３とスイッチング素子１３－４との間に接続されてもよい。
　送信コイル１４は、電力供給回路１０のインバータ１３から、第１のコイル１７及び第１のコンデンサ１５を介して供給された交流電力を、空間を介して受電装置３の共振回路２０へ伝送する。
　電流検出回路１８は、インバータ１３が有する複数のスイッチング素子の何れかに流れる電流を検出する。なお、電流検出回路１８が電流を検出するスイッチング素子を、説明の便宜上、第１のスイッチング素子と呼ぶことがある。本実施形態では、電流検出回路１８は、インバータ１３のスイッチング素子１３－２と全波整流回路１１の負極側出力端子との間に接続される。そして電流検出回路１８は、スイッチング素子１３－２がオンとなったときに、スイッチング素子１３－２を介して送信コイル１４に流れる電流を検出し、検出した電流値を制御回路１９へ出力する。すなわち、本実施形態では、スイッチング素子１３－２が第１のスイッチング素子となる。電流検出回路１８の詳細については後述する。
　なお、電流検出回路１８の接続位置は上記の例に限られない。電流検出回路１８は、インバータ１３のスイッチング素子１３－４と全波整流回路１１の負極側出力端子との間に接続され、スイッチング素子１３－４に流れる電流を検出してもよい。この場合、スイッチング素子１３－４が第１のスイッチング素子となる。あるいは、電流検出回路１８は、インバータ１３のスイッチング素子１３－１と全波整流回路１１の正極側出力端子との間に接続され、スイッチング素子１３－１に流れる電流を検出してもよい。この場合、スイッチング素子１３－１が第１のスイッチング素子となる。同様に、電流検出回路１８は、インバータ１３のスイッチング素子１３－３と全波整流回路１１の正極側出力端子との間に接続され、スイッチング素子１３－３に流れる電流を検出してもよい。この場合、スイッチング素子１３－３が第１のスイッチング素子となる。また、インバータ１３が二つのスイッチング素子で構成されるハーフブリッジ回路である場合、電流検出回路１８は、全波整流回路１１の負極側に設けられるスイッチング素子と、全波整流回路１１の負極側出力端子との間に接続されればよい。この場合、負極側に設けられるスイッチング素子が第１のスイッチング素子となる。あるいは、電流検出回路１８は、全波整流回路１１の正極側に設けられるスイッチング素子と、全波整流回路１１の正極側出力端子との間に接続されればよい。この場合、正極側に設けられるスイッチング素子が第１のスイッチング素子となる。
　制御回路１９は、例えば、不揮発性のメモリ回路及び揮発性のメモリ回路と、演算回路と、他の回路と接続するためのインターフェース回路と、各スイッチング素子への制御信号を出力するための駆動回路とを有する。そして制御回路１９は、電流検出回路１８により検出された電流値に基づいて、送信コイル１４から受信コイル２１への電力伝送に影響される異物の有無を判定する。なお、制御回路１９による異物の有無の判定の詳細については後述する。
　さらに、制御回路１９は、インバータ１３から送信コイル１４に供給される交流電力の周波数が所定の駆動周波数となるように、インバータ１３の４個のスイッチング素子１３－１～１３－４のオン／オフを制御する。すなわち、制御回路１９は、スイッチング素子１３－１及びスイッチング素子１３－４の組と、スイッチング素子１３－２及びスイッチング素子１３－３の組とが交互にオンとなり、かつ、所定の駆動周波数に対応する１周期内でスイッチング素子１３－１及びスイッチング素子１３－４の組がオンとなっている期間と、スイッチング素子１３－２及びスイッチング素子１３－３の組がオンとなっている期間とが等しくなるように、各スイッチング素子を制御する。なお、それぞれのスイッチング素子の組が同時にオンとなり、交流電源が短絡されることを防止するために、制御回路１９は、それぞれのスイッチング素子の組のオン／オフを切り替える際に、全てのスイッチング素子がオフとなるデッドタイムを設けてもよい。
　次に、受電装置３について説明する。
　共振回路２０は、受信コイル２１と共振コンデンサ２２とが直列に接続されるＬＣ共振回路である。そして共振回路２０が有する受信コイル２１の一端が共振コンデンサ２２を介して整流平滑回路２３の一方の入力端子に接続される。また、受信コイル２１の他端が、整流平滑回路２３の他方の入力端子に接続される。
　受信コイル２１は、共振コンデンサ２２とともに、送電装置２の送信コイル１４に流れる交流電流と共振することで、送信コイル１４から電力を受電する。そして受信コイル２１は、共振コンデンサ２２を介して、受電した電力を整流平滑回路２３へ出力する。そのために、共振回路２０の共振周波数が、送信コイル１４に流れる交流電流の駆動周波数と略等しくなるように、受信コイル２１のインダクタンス及び共振コンデンサ２２の静電容量が設定される。なお、受信コイル２１の巻き数と、送電装置２の送信コイル１４の巻き数は同一でもよく、あるいは、異なっていてもよい。
　共振コンデンサ２２は、受信コイル２１と直列に接続される。すなわち、共振コンデンサ２２は、その一端で受信コイル２１の一端と接続され、他端で整流平滑回路２３と接続される。そして共振コンデンサ２２は、送信コイル１４を流れる電流に対して受信コイル２１とともに共振することで受電した電力を整流平滑回路２３へ出力する。
　整流平滑回路２３は、整流回路の一例であり、共振回路２０と接続される、ブリッジ接続された４個のダイオードを有する全波整流回路と、全波整流回路の出力側に設けられる平滑コンデンサとを有する。そして整流平滑回路２３は、共振回路２０から出力された交流電力を整流し、かつ、平滑化して、直流電力に変換する。そして整流平滑回路２３は、その直流電力を、DC-DCコンバータ２４に出力する。
　DC-DCコンバータ２４は、整流平滑回路２３から出力された電圧を、負荷回路４を動作させるための電圧に変換して出力する。DC-DCコンバータ２４は、昇圧型のDC-DCコンバータあるいは降圧型のDC-DCコンバータの何れであってもよい。ただし、DC-DCコンバータ２４は、出力固定型のDC-DCコンバータであることが好ましい。これにより、安定した出力電圧が得られることになる。DC-DCコンバータ２４は、電圧変換後の電力を、平滑コンデンサ２５を介して負荷回路４へ出力する。
　平滑コンデンサ２５は、DC-DCコンバータ２４と負荷回路４との間において、DC-DCコンバータ２４の正極側と負極側との間に接続される。そして平滑コンデンサ２５は、DC-DCコンバータ２４から出力された電圧を平滑化し、平滑化された出力電圧を負荷回路４へ出力する。
　周期信号生成回路２６は、平滑コンデンサ２５から出力される電圧に基づいて、所定の周期で電圧が変化する周期信号を生成する。周期信号は、矩形波の周期信号とすることができる。ただし、周期信号は、矩形波に限られず、正弦波あるいは三角波の周期信号であってもよい。また、所定の周期は、送電装置２のインバータ１３の駆動周波数及び共振回路２０の共振周波数に相当する周期に対して十分に長い周期、例えば、0.1秒～数秒程度の周期であることが好ましい。周期信号生成回路２６は、上記のような周期信号を生成可能な公知の様々な回路の何れかとすることができる。そして周期信号生成回路２６は、生成した周期信号をスイッチ制御回路２９へ出力する。
　共振抑制コイル２７は、共振回路２０の受信コイル２１と電磁結合可能に設けられる。例えば、共振抑制コイル２７と受信コイル２１とは、同一の芯線に対して巻き付けられる。なお、受信コイル２１の巻き数と共振抑制コイル２７の巻き数は等しくてもよく、あるいは、異なっていてもよい。また共振抑制コイル２７の両端は、それぞれ、スイッチ回路２８と接続される。そして共振抑制コイル２７がスイッチ回路２８により短絡されると、共振抑制コイル２７は受信コイル２１と電磁結合し、共振回路２０の共振周波数が変化する。そのため、共振回路２０からの出力電圧が過度に上昇しても、共振抑制コイル２７が短絡されることで、送電装置２から受電装置３へ伝送される電力が低下するので、共振回路２０からの出力電圧も低下する。
　一方、スイッチ回路２８が共振抑制コイル２７の両端を開放すると、共振抑制コイル２７は、送信コイル１４と受信コイル２１間の共振に関与しなくなり、送電装置２から受電装置３への電力伝送に影響しなくなる。
　スイッチ回路２８は、共振抑制コイル２７の両端と接続され、スイッチ制御回路２９からの制御信号に応じて共振抑制コイル２７を短絡するか、開放するかを切り替える。すなわち、スイッチ回路２８は、スイッチ制御回路２９からオンとなる制御信号を受信している間、共振抑制コイル２７を短絡する。一方、スイッチ回路２８は、スイッチ制御回路２９からオフとなる制御信号を受信している間、共振抑制コイル２７の両端を開放する。
　スイッチ回路２８は、例えば、リレー回路を有する。スイッチ制御回路２９がリレー回路をオンにすると共振抑制コイル２７が短絡される。一方、スイッチ制御回路２９がリレー回路をオフにすると共振抑制コイル２７の両端が開放される。
　また、スイッチ回路２８は、共振抑制コイル２７の両端間に直列に接続される、二つのnチャネル型のMOSFETを有してもよい。この場合、二つのMOSFETは、互いのソース端子同士が接続され、ドレイン端子が共振抑制コイル２７の両端のそれぞれと接続されるように配置される。また二つのMOSFETのゲート端子はスイッチ制御回路２９と接続される。そしてスイッチ制御回路２９から、オンとなる制御信号に相当する、相対的に高い電圧が二つのMOSFETのゲート端子に印加されると、各MOSFETのソース－ドレイン間を電流が流れることが可能となるので、共振抑制コイル２７は短絡される。一方、スイッチ制御回路２９から、オフとなる制御信号に相当する、相対的に低い電圧が二つのMOSFETのゲート端子に印加されると、各MOSFETのソース－ドレイン間を電流が流れなくなり、かつ、二つのMOSFETのボディダイオードも互いに逆向きとなっているため、それぞれのボディダイオードを通じても電流は流れない。そのため、共振抑制コイル２７の両端は開放される。
　なお、二つのMOSFETは、互いのドレイン端子同士が接続され、ソース端子が共振抑制コイル２７の両端のそれぞれと接続されるように配置されてもよい。この例でも、スイッチ制御回路２９から、オンとなる制御信号に相当する、相対的に高い電圧が二つのMOSFETのゲート端子に印加されると、共振抑制コイル２７は短絡される。一方、スイッチ制御回路２９から、オフとなる制御信号に相当する、相対的に低い電圧が二つのMOSFETのゲート端子に印加されると、共振抑制コイル２７の両端は開放される。
　スイッチ制御回路２９は、周期信号生成回路２６から受け取った周期信号に基づいて、スイッチ回路２８のオン／オフを制御する。すなわち、スイッチ制御回路２９は、整流回路２３から出力される電力に応じて、共振抑制コイル２７の短絡と開放とが繰り返されるようにスイッチ回路２８を制御する。そのために、スイッチ制御回路２９は、例えば、上限閾値及び下限閾値を記憶するメモリ回路と、周期信号の電圧とそれら閾値とを比較するための演算回路と、スイッチ回路２８のオン／オフを制御するための制御回路を有する。
　スイッチ制御回路２９は、周期信号の電圧が所定の上限閾値以上となるとスイッチ回路２８をオンにして共振抑制コイル２７を短絡する。これにより、スイッチ制御回路２９は、共振回路２０の共振周波数を変化させることで出力電圧を低下させる。一方、周期信号の電圧が所定の下限閾値以下となると、スイッチ制御回路２９は、スイッチ回路２８をオフにして共振抑制コイル２７を開放する。これにより、スイッチ制御回路２９は、共振回路２０の共振周波数を元に戻すことで出力電圧を上昇させる。このようにスイッチ回路２８のオン／オフが制御されることで、共振抑制コイル２７の短絡と解放とが繰り返される。なお、上限閾値は、例えば、周期信号の電圧の最大値に１未満の安全係数（例えば、0.9～0.97）を乗じた値に設定される。また、下限閾値は、上限閾値よりも低い値、かつ、周期信号の電圧の最小値に１より大きい安全係数（例えば、1.03～1.1）を乗じた値に設定される。また、周期信号生成回路２６により生成された周期信号に基づいてスイッチ回路２８を制御することで、スイッチ制御回路２９は、一定の繰返し周期で共振抑制コイルを確実に短絡することができる。その結果として、異物の検出ができない期間が過度に長くなることが防止される。
　以下、制御回路１９による、異物の有無の判定の詳細について説明する。そのために、先ず、共振抑制コイル２７の短絡及び開放と、消費される電力の関係について説明する。
　図２Ａ及び図２Ｂは、それぞれ、共振抑制コイル２７が短絡されているときにインバータ１３のスイッチング素子に流れる電流の波形、及び、共振抑制コイル２７が開放されているときにインバータ１３のスイッチング素子に流れる電流の波形の一例を示す図である。図２Ａ及び図２Ｂにおいて、横軸は時間を表し、縦軸は電流値を表す。また、図２Ａに示される波形２０１は、共振抑制コイル２７が短絡されているときのインバータ１３のスイッチング素子１３－２（この例では、第１のスイッチング素子に相当）に流れる電流の波形を表し、図２Ｂに示される波形２０２は、共振抑制コイル２７が開放されているときの第１のスイッチング素子に流れる電流の波形を表す。なお、波形２０１及び波形２０２は、第１のスイッチング素子がオンにされている期間の波形、すなわち、インバータ１３の駆動周波数に相当する期間の半分に相当する波形である。
　共振抑制コイル２７が短絡されている間、送電装置２から受電装置３への電力伝送は停止されている。そのため、受電側で消費される電力はほぼ０になる。したがって、送電側における有効電力もほぼ０になる。その結果として、波形２０１に示されるように、共振抑制コイル２７が短絡されている間、第１のスイッチング素子に流れる電流の平均値はほぼ０になる。
　これに対して、共振抑制コイル２７が開放されることで送電装置２から受電装置３への電力伝送が行われていると、受電側で電力が消費されることになる。したがって、送電側における有効電力も増加する。その結果として、波形２０２に示されるように、共振抑制コイル２７が開放されることで電力伝送が行われている間、第１のスイッチング素子に流れる電流の平均値は正の値を有することになる。
　ここで、送信コイル１４から受信コイル２１への電力伝送に影響される位置に導電性を有する異物（例えば、金属製の小片）が存在すると、送信コイル１４から生じた磁界の影響により、異物に電流が流れることで電力が消費されることになる。しかし、異物が小さいと、共振抑制コイル２７が開放されている間に受電装置３が受電することで消費される電力に対して異物で消費される電力も相対的に少ない。そのために、異物の有無による、第１のスイッチング素子に流れる電流の変化も微小なものとなる。これに対して、共振抑制コイル２７が短絡されているために受電装置３での電力消費がほぼ０であれば、異物の有無による第１のスイッチング素子に流れる電流の変化は相対的に大きくなる。
　例えば、送信コイル１４に印加される入力電圧が200Vであり、共振抑制コイル２７が開放され、受電装置３が電力を受電しているときの消費電力が200Wであるとする。この場合、第１のスイッチング素子に流れる平均電流は1Aとなる。このとき、異物が送信コイル１４と受信コイル２１との間に混入し、異物により電力が2W消費されたとする。この場合、全体の消費電力は202Wであるため、第１のスイッチング素子に流れる平均電流は1.01Aとなる。このように、異物の有無によって第１のスイッチング素子に流れる電流の平均値は全体の1%しか変化しない。そのため、共振抑制コイル２７が開放されており、受電装置３が受電しているときには、第１のスイッチング素子を流れる電流に基づいて異物の有無を精度良く判定することは困難である。
　これに対して、共振抑制コイル２７が短絡され、受電装置３が電力を受電していなければ、電力消費は、送信コイル１４の巻き線及びインバータ１３の各スイッチング素子による損失に起因するものとなり、受電装置３による受電時の消費電力と比べて非常に小さくなる。例えば、送信コイル１４に印加される入力電圧が200Vであり、送信コイル１４の巻き線及びインバータ１３の各スイッチング素子により、2Wの電力が消費されるものとする。この場合、異物が無ければ、第１のスイッチング素子に流れる平均電流は0.01Aとなる。ここで上記のように、異物が送信コイル１４と受信コイル２１との間に混入し、異物により電力が2W消費されたとする。この場合、全体の消費電力は4Wであるため、第１のスイッチング素子に流れる平均電流は0.02Aとなる。したがって、異物の有無によって第１のスイッチング素子に流れる電流の平均値は２倍変化することになる。そのため、共振抑制コイル２７が短絡されており、受電装置３が受電していないときには、第１のスイッチング素子を流れる電流に基づいて異物の有無を精度良く判定することが可能となる。
　図３Ａは、異物が存在しないときの、整流平滑回路２３からの出力電圧と、共振抑制コイル２７の短絡及び開放と、第１のスイッチング素子に流れる電流の駆動周波数に相当する期間における平均値との関係の一例を示す図である。図３Ｂは、異物が存在するときの、整流平滑回路２３からの出力電圧と、共振抑制コイル２７の短絡及び開放と、第１のスイッチング素子に流れる電流の駆動周波数に相当する期間における平均値との関係の一例を示す図である。図３Ａ及び図３Ｂにおいて、横軸は時間を表す。また、図３Ａにおいて、波形３０１及び波形３０２は、それぞれ、出力電圧の時間変化と、共振抑制コイル２７の短絡及び開放の状態の時間変化を表す。さらに、波形３０３は、平均電流の時間変化を表す。同様に、図３Ｂにおいて、波形３１１及び波形３１２は、それぞれ、出力電圧の時間変化と、共振抑制コイル２７の短絡及び開放の状態の時間変化を表す。さらに、波形３１３は、平均電流の時間変化を表す。
　異物が存在しない場合、波形３０１及び波形３０２に示されるように、共振抑制コイル２７が開放されているオフ期間Toffでは、受電装置３は送電装置２から電力を受電しているため、出力電圧は徐々に上昇する。そして波形３０３に示されるように、平均電流は相対的に大きい値となる。一方、共振抑制コイル２７が短絡されているオン期間Tonでは、受電装置３は電力を受電しなくなるので、出力電圧は徐々に低下する。そして平均電流はほぼ０になる。
　異物が存在する場合も、波形３１１及び波形３１２に示されるように、共振抑制コイル２７が開放されているオフ期間Toffでは、受電装置３は送電装置２から電力を受電しているため、出力電圧は徐々に上昇する。そして波形３１３に示されるように、平均電流は相対的に大きい値となる。一方、共振抑制コイル２７が短絡されているオン期間Tonでは、受電装置３は電力を受電しなくなるので、出力電圧は徐々に低下するものの、異物で電力が消費されるため、平均電流は完全には下がりきらず、ある程度の大きさを有するものになる。
　このことから、制御回路１９は、電流検出回路１８により検出された、共振抑制コイル２７が短絡されている間に第１のスイッチング素子を流れる電流の平均値に基づいて、異物の有無を判定できることが分かる。
　図４は、電流検出回路１８の回路図である。電流検出回路１８は、４個の抵抗R1～R4と、コンデンサC1と、オペアンプAMPとを有する。抵抗R1は、インバータ１３のスイッチング素子１３－２と、力率改善回路１２を介して全波整流回路１１の負極側出力端子との間に接続される。また、抵抗R2は、抵抗R1とスイッチング素子１３－２の間にその一端が接続され、他端がオペアンプAMPの正極側入力端子に接続される。さらに、コンデンサC1は、その一端が抵抗R2の他端とオペアンプAMPの正極側入力端子との間に接続され、他端が力率改善回路１２を介して全波整流回路１１の負極側出力端子に接続される。さらに、抵抗R3は、その一端がオペアンプAMPの負極側入力端子に接続され、他端が力率改善回路１２を介して全波整流回路１１の負極側出力端子に接続される。さらにまた、抵抗R4は、抵抗R3の一端とオペアンプAMPの負極側入力端子との間に接続され、他端がオペアンプAMPの出力側端子に接続される。そしてオペアンプAMPの出力側端子は、制御回路１９に接続される。
　スイッチング素子１３－２がオンとなっている間、送信コイル１４に流れる電流は抵抗R1により電圧に変換される。そして変換された電圧は、抵抗R2及びコンデンサC1により構成される積分回路により、高周波がフィルタリングされ、かつ、所定のサンプリング期間にわたって積分された値となってオペアンプAMPの正極側入力端子に入力される。オペアンプAMP、抵抗R3及び抵抗R4は、非反転増幅回路を構成し、抵抗R3と抵抗R4とに応じた増幅率で入力された電圧を増幅する。そしてオペアンプAMPの出力側端子から、入力された電圧を増幅して得られた電圧が制御回路１９へ出力される。このように、電流検出回路１８は、送信コイル１４に流れる電流に応じた電圧値を出力する。したがって、電流検出回路１８から出力された電圧値のサンプリング期間にわたる平均値は、そのサンプリング期間にわたる、送信コイル１４に流れる電流の平均値に対応する。なお、サンプリング期間は、インバータ１３の駆動周波数に相当する周期の半分以上の長さを持つように設定される。さらに、サンプリング期間は、共振抑制コイル２７の開放と短絡の繰返し周期（すなわち、周期信号生成回路２６により生成される周期信号の１周期）よりも十分に短い期間、例えば、繰返し周期の1/100～1/1000以下の長さに設定されることが好ましい。制御回路１９は、個々のサンプリング期間について、そのサンプリング期間における、電流検出回路１８から出力された電圧値の平均値をもとめる。そして制御回路１９は、サンプリング期間ごとに、そのサンプリング期間における電圧の平均値を所定の検出閾値と比較する。検出閾値は、共振抑制コイル２７が開放されているオフ期間について想定される電圧の平均値よりも小さく、かつ、共振抑制コイル２７が短絡されているオン期間における電圧の平均値よりも大きい値に設定される。より具体的に、検出閾値は、オン期間における電圧の平均値に、異物による電力消費に伴う、想定される電圧の増加量未満のオフセット値を加算した値に設定される。
　図３Ａ及び図３Ｂを再度参照すると、異物が存在しない場合には、波形３０３に示されるように、オン期間になる度に、平均電流は、上記の検出閾値に相当する電流値Thよりも小さくなる。これに対して、異物が存在する場合には、波形３１３に示されるように、オン期間であっても、平均電流は、電流値Thを下回らない。
　そこで、制御回路１９は、所定回数（例えば、1～5回）の繰返し周期に相当する期間にわたって電圧の平均値が一度も検出閾値を下回らなければ、異物が存在すると判定する。そして制御回路１９は、インバータ１３の各スイッチング素子をオフに保つことで電力供給回路１０から送信コイル１４への電力供給を停止する。さらに、制御回路１９は、他の機器（図示せず）へ、異物が検出されたことを示す異常信号を通知してもよい。一方、その期間中において電圧の平均値が一度でも検出閾値未満になれば、制御回路１９は、異物を検出しない。
　図５は、制御回路１９による異物検出処理の動作フローチャートである。
　制御回路１９は、サンプリング期間Pにおける、インバータ１３の第１のスイッチング素子を流れる電流の平均値に相当する、電流検出回路１８から出力された電圧の平均値が検出閾値Thv未満であるか否か判定する（ステップＳ１０１）。なお、上記のように、電力伝送中において、共振抑制コイル２７が開放されているオフ期間では、電圧の平均値が検出閾値Thv未満となることは無いので、ステップＳ１０１において実質的に判定対象となるのは、共振抑制コイル２７が短絡されているオン期間における、電圧の平均値である。
　電圧の平均値が検出閾値Thv以上である場合（ステップＳ１０１－Ｎｏ）、制御回路１９は、電圧の平均値が検出閾値Thv以上となっている継続期間Cが所定の時間閾値Thp以上か否か判定する（ステップＳ１０２）。その継続期間Cが時間閾値Thp以上であれば（ステップＳ１０２－Ｙｅｓ）、制御回路１９は、送信コイル１４から受信コイル２１への電力伝送に影響される異物が存在すると判定する（ステップＳ１０３）。そして制御回路１９は、電力供給回路１０から送信コイル１４への電力供給を停止する（ステップＳ１０４）。そして制御回路１９は、異物検出処理を終了する。
　一方、その継続期間Cが時間閾値Thp未満であれば（ステップＳ１０２－Ｎｏ）、制御回路１９は、継続期間Cにサンプリング期間Sを加算することで継続期間Cを更新する（ステップＳ１０５）。その後、制御回路１９は、次のサンプリング期間においてステップＳ１０１以降の処理を繰り返す。
　また、ステップＳ１０１において、電圧の平均値が検出閾値Thv未満である場合（ステップＳ１０１－Ｙｅｓ）、制御回路１９は、継続期間Cを0にリセットする（ステップＳ１０６）。その後、制御回路１９は、次のサンプリング期間においてステップＳ１０１以降の処理を繰り返す。
　以上に説明してきたように、この非接触給電装置では、受電装置において共振回路の共振を抑制するための共振抑制コイルが設けられ、その共振抑制コイルの短絡及び開放を切り替えることで、出力電圧を一定の範囲内に保つことができる。さらに、この非接触給電装置は、共振抑制コイルが短絡されているオン期間における、送電用のコイルに交流電力を供給するインバータの第１のスイッチング素子に流れる電流に基づいて異物の有無を判定する。オン期間では、異物の有無による、第１のスイッチング素子に流れる電流の変動が相対的に大きくなるので、この非接触給電装置は、異物の有無を精度良く判定することができる。
　なお、受電装置３の共振回路２０は、受信コイル２１と共振コンデンサ２２とが並列共振するように互いに並列に接続されてもよい。さらに、受電装置３において、共振回路２０と整流平滑回路２３の間に、受信コイル２１と直列に接続される別のコイルが設けられてもよい。また、電力伝送中において、送電装置２と受電装置３間の位置関係の変動が無視できる程度の場合には、送電装置２において、第１のコイル１７及び第２のコンデンサ１６は省略されてもよい。
　また、スイッチ制御回路２９は、整流平滑回路２３からの出力電圧に応じて、スイッチ回路２８のオン／オフを制御してもよい。この場合、整流平滑回路２３の出力側に、出力電圧を測定するための電圧検出回路が設けられる。そしてスイッチ制御回路２９は、電圧検出回路により測定された電圧が上限閾値以上になると、スイッチ回路２８をオンにし、一方、電圧検出回路により測定された電圧が下限閾値以下になると、スイッチ回路２８をオフにすればよい。なお、上限閾値は、例えば、負荷回路４の動作に支障を生じない出力電圧の上限値に１未満の安全係数（例えば、0.9～0.97）を乗じた値に設定される。また、下限閾値は、上限閾値よりも低い値、かつ、負荷回路４の動作に支障を生じない出力電圧の下限値に１より大きい安全係数（例えば、1.03～1.1）を乗じた値に設定される。またこの変形例では、DC-DCコンバータ２４、平滑コンデンサ２５及び周期信号生成回路２６は省略されてもよい。
　さらに、送電装置２の電力供給回路１０は、力率改善回路１２の代わりに、DC-DCコンバータを有していてもよい。また、DC-DCコンバータに、直流電力が直接入力されてもよい。
　上記の実施形態または変形例による非接触給電装置は、Automatic Guided Vehicle(AGV)といった移動体への電力供給において好適に利用される。
　図６は、上記の実施形態または変形例による非接触給電装置が移動体の電力供給システムとして利用される場合の概要図である。受電装置３は、移動体６００に搭載される。一方、送電装置２は、移動体６００の移動経路に沿って配置される。例えば、送信コイル１４は、移動体６００の移動経路６１０上の床面に設置される。なお、送信コイル１４は、移動体６００が一時停止する位置、あるいは、移動体６００の移動速度が所定速度以下となる位置に設けられることが好ましい。一方、受信コイル２１は、移動体の下部において床面と対向するように搭載される。送電装置２は一つに限られず、複数の送電装置２が、移動経路６１０上の互いに異なる位置に設置されてもよい。図６に示される例では、３個の送電装置２が図示されており、各送電装置２の送信コイル１４は、移動経路６１０の延伸方向に沿って一列に並べられている。なお、複数の送電装置２が設置される場合、各送電装置２の送信コイル１４は、移動経路６１０の延伸方向と直交する方向に並べられてもよく、格子状あるいは千鳥足状に並べられてもよい。
　移動体６００が何れかの送電装置２の送信コイル１４が設けられた位置を通過する際に、送信コイル１４と受信コイル２１とが電磁結合可能となり、送電装置２から受電装置３へ電力伝送される。そして受電装置３にて受電された電力は、移動体６００に搭載された各種の機器を動作させるため、あるいは、移動体６００自体を動作させるために利用される。その際、制御回路１９は、上記の実施形態または変形例にしたがって異物を検出すればよい。そして異物が検出されると、制御回路１９は、移動体６００が設置される設備の管理装置といった外部の機器へ異物が検出されたことを通知する。そして管理者により異物が除去され、外部の機器から給電を再開する信号を受信すると、制御回路１９は、電力供給回路１０から送信コイル１４への電力供給を再開すればよい。
　このように、当業者は、本発明の範囲内で、実施される形態に合わせて様々な変更を行うことができる。
　１　　非接触給電装置
　２　　送電装置
　１０　　電力供給回路
　１１　　全波整流回路
　１２　　力率改善回路
　１３　　インバータ
　１３－１～１３－４　　スイッチング素子
　１４　　送信コイル
　１５　　第１のコンデンサ
　１６　　第２のコンデンサ
　１７　　第１のコイル
　１８　　電流検出回路
　１９　　制御回路
　３　　受電装置
　２０　　共振回路
　２１　　受信コイル
　２２　　共振コンデンサ
　２３　　整流平滑回路
　２４　　DC-DCコンバータ
　２５　　平滑コンデンサ
　２６　　周期信号生成回路
　２７　　共振抑制コイル
　２８　　スイッチ回路
　２９　　スイッチ制御回路
　４　　負荷回路
　６００　　移動体

Claims (3)

  1. 　送電装置と、前記送電装置から非接触で電力伝送される受電装置とを有する非接触給電装置であって、
    　前記送電装置は、
    　　前記受電装置へ電力を供給する送信コイルと、
    　　フルブリッジ状あるいはハーフブリッジ状に接続された複数のスイッチング素子を有するインバータを含み、交流電力を前記送信コイルへ供給する電力供給回路と、
    　　前記複数のスイッチング素子のうちの第１のスイッチング素子に流れる電流を検出する電流検出回路と、
    　　検出された前記電流に基づいて前記送電装置から前記受電装置への電力伝送に影響される異物の有無を判定する制御回路と、を有し、
    　前記受電装置は、
    　　受信コイルと、前記受信コイルと接続される共振コンデンサとを有し、前記送電装置の前記送信コイルを流れる電流に対して共振することで前記送信コイルから電力を受電する共振回路と、
    　　前記共振回路を介して受電した電力を整流する整流回路と、
    　　前記受信コイルと電磁結合可能に配置される共振抑制コイルと、
    　　前記共振抑制コイルと接続され、前記共振抑制コイルの短絡または開放を切り替え可能なスイッチ回路と、
    　　前記整流回路から出力される電力に応じて、前記共振抑制コイルの短絡と開放とが繰り返されるように前記スイッチ回路を制御するスイッチ制御回路と、を有し、
    　前記送電装置の前記制御回路は、前記受電装置の前記共振抑制コイルが短絡されている期間における前記第１のスイッチング素子に流れる電流の平均値に基づいて前記異物の有無を判定する、非接触給電装置。
  2. 　前記送電装置の前記制御回路は、前記受電装置の前記共振抑制コイルの短絡と開放の繰返し周期の所定回数に相当する期間にわたって前記電流の平均値が所定の検出閾値よりも大きい場合、前記異物が存在すると判定する、請求項１に記載の非接触給電装置。
  3. 　前記受電装置は、前記整流回路から出力される電力に基づいて前記繰返し周期を有する周期信号を生成する周期信号生成回路をさらに有し、
    　前記スイッチ制御回路は、前記周期信号に基づいて前記繰返し周期で前記共振抑制コイルの短絡と開放とが繰り返されるように前記スイッチ回路を制御する、請求項２に記載の非接触給電装置。
PCT/JP2024/006219 2023-03-09 2024-02-21 非接触給電装置 WO2024185507A1 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2023036677A JP2024127490A (ja) 2023-03-09 2023-03-09 非接触給電装置
JP2023-036677 2023-03-09

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2024185507A1 true WO2024185507A1 (ja) 2024-09-12

Family

ID=92674823

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2024/006219 WO2024185507A1 (ja) 2023-03-09 2024-02-21 非接触給電装置

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP2024127490A (ja)
WO (1) WO2024185507A1 (ja)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013027171A (ja) * 2011-07-21 2013-02-04 Sony Corp 検知装置、受電装置、送電装置、非接触電力伝送システム及び検知方法
JP2013034291A (ja) * 2011-08-01 2013-02-14 Panasonic Corp 非接触給電装置の制御方法及び非接触給電装置
JP2013132141A (ja) * 2011-12-21 2013-07-04 Equos Research Co Ltd 電力伝送システム
JP2016007124A (ja) * 2014-05-27 2016-01-14 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 無線電力伝送システム及び無線電力伝送システムの送電装置
JP2018105776A (ja) * 2016-12-27 2018-07-05 Tdk株式会社 金属異物検出装置、ワイヤレス給電装置、ワイヤレス受電装置、及びワイヤレス電力伝送システム

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013027171A (ja) * 2011-07-21 2013-02-04 Sony Corp 検知装置、受電装置、送電装置、非接触電力伝送システム及び検知方法
JP2013034291A (ja) * 2011-08-01 2013-02-14 Panasonic Corp 非接触給電装置の制御方法及び非接触給電装置
JP2013132141A (ja) * 2011-12-21 2013-07-04 Equos Research Co Ltd 電力伝送システム
JP2016007124A (ja) * 2014-05-27 2016-01-14 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 無線電力伝送システム及び無線電力伝送システムの送電装置
JP2018105776A (ja) * 2016-12-27 2018-07-05 Tdk株式会社 金属異物検出装置、ワイヤレス給電装置、ワイヤレス受電装置、及びワイヤレス電力伝送システム

Also Published As

Publication number Publication date
JP2024127490A (ja) 2024-09-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10135348B2 (en) LLC power converter and switching method thereof
JP6079878B2 (ja) 給電装置、および非接触給電システム
US9024613B2 (en) Switching power supply apparatus and semiconductor device
KR102116705B1 (ko) 컨버터 및 그 구동 방법
US20130334893A1 (en) Power transmission system and power transmitting apparatus
JP2006121791A (ja) 移動体の非接触給電装置
US9966861B1 (en) Active clamp converter and control method for the same
EP2887520A1 (en) A synchronous rectifier and a method for controlling it
CN112448586B (zh) Llc谐振电源转换器以及用于控制其的方法和控制器
JP6176547B2 (ja) 非接触給電装置及び非接触給電装置の始動方法
CN105703641A (zh) 开关电源装置
JP6035282B2 (ja) 誘導電力伝送デバイス
TWI625035B (zh) Active clamp converter and control method thereof
WO2024185507A1 (ja) 非接触給電装置
JP2009142061A (ja) Ｄｃ−ｄｃコンバータ装置
CN107332357B (zh) 非接触电力传输电路
WO2024185510A1 (ja) 非接触給電装置
CN112448482B (zh) 非接触供电装置及送电装置
JP2016005313A (ja) 非接触給電システム
JP7273661B2 (ja) 電気車用電源装置
JP7131344B2 (ja) 非接触給電装置
JP2014023328A (ja) 非接触給電装置
WO2016006470A1 (ja) 送電機器及び非接触電力伝送装置
WO2024185509A1 (ja) 非接触給電装置
WO2019176375A1 (ja) 送電装置、受電装置、無線給電システム