JP2021164394A

JP2021164394A - 非接触受電装置

Info

Publication number: JP2021164394A
Application number: JP2020074404A
Authority: JP
Inventors: 佳克松垣; Yoshikatsu Matsugaki; 大和竹永; Yamato Takenaga
Original assignee: Tecmo Electronic Co Ltd
Current assignee: Tecmo Electronic Co Ltd
Priority date: 2020-03-31
Filing date: 2020-03-31
Publication date: 2021-10-11

Abstract

【課題】送電側コイルと受電側コイルの結合係数や回路定数に依らず、受電装置側のみで、低損失で負荷に一定の電圧を供給する装置の提供。【解決手段】電磁誘導作用によって交流電力の供給を受ける受電コイル５と、このコイルに直列に接続された共振コンデンサ６と、このコンデンサとコイルに直列に接続された整流回路７と、からなる非接触受電装置において、前記整流回路の正負の２つの端子間をスイッチでＯＮまたはＯＦＦすることにより、前記コイル１とコンデンサとダイオードブリッジで構成される共振回路の共振動作をＯＮまたはＯＦＦでき、またスイッチと直列にコンデンサを接続することにより、このコンデンサの両端より直流電圧を取り出すことができ、負荷となる電子回路の電源として使用することができる。【選択図】図１

Description

本発明は、非接触給電装置に関し、特に非接触受電装置の制御技術に関する。

近年、各種電気機器の充電、電気自動車への給電等の幅広い分野において、非接触で電力を伝送する非接触給電技術が用いられるようになってきている。非接触給電装置では、送受コイル間の相対位置や負荷電流、素子定数の変動により出力電圧が変化し、出力電圧が規定値から外れるおそれがある。例えば負荷が軽くなった場合やコイルが近づきすぎた場合は、出力電圧が必要以上に上昇してしまうため、例えば特許文献１には、共振コンデンサの両端にスイッチを配置して、負荷が軽くなった場合にスイッチをオンして共振コンデンサの両端を短絡して負荷側への電流を遮断することにより負荷側の電圧の上昇を抑制し、また特許文献２には、ダイオードブリッジの交流入力部を短絡することにより負荷側への電流を遮断することにより負荷側の電圧の上昇を抑制する技術が開示されている。

特開平１０−２４８１８３号公報特開２０１６−１５８４７１号公報

しかしながら、特許文献１の技術では、共振コンデンサの両端を短絡することで平滑コンデンサに電流を供給しない期間を制御することにより負荷側の直流電圧を一定になるように制御しているが、共振コンデンサの両端の短絡時にもダイオードブリッジを経由して受電コイルに電流が流れ続けており、電力の無駄が生じる。

また、特許文献２の技術では、ダイオードブリッジ交流入力端子間を短絡することで、負荷側に電流を供給しない期間を制御することにより負荷側の直流電圧を一定になるように制御しているが、ダイオードブリッジの交流入力端子間の短絡時には、共振回路が構成されており、この期間に大きな共振電流が流れ続けるので、電力の無駄が生じる。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は入力電圧、負荷電流、素子定数の変動に対する出力電圧制御を、低損失で且つ送受間の通信という複雑な処理をすることなく受電側のみで実現可能な非接触受電装置を提供することにある。

本発明に係り非接触受電装置の第１の構成は、電力供給ユニットから非接触給電によって電力を取得する受電コイルと、共振コンデンサと、スイッチとを有し、前記受電コイルの端子の一方と前記共振コンデンサの端子の一方が接続され、前記共振コンデンサの他方の端子と前記スイッチの端子の一方が接続され、前記スイッチの他方の端子と前記受電コイルの他方とが接続され、前記スイッチの制御入力端子とスイッチ制御回路の出力とが接続されていることを特徴とする。

この構成によれば、交流電力の供給を受ける受電コイルと、このコイルと直列に接続される共振コンデンサとスイッチにより直列共振回路が構成され、前記スイッチをＯＮまたはＯＦＦすることにより、直列共振回路に電流を流したり、あるいは遮断することができ、遮断時には共振回路による損失が発生しないので、損失を抑制することが可能となる。また、前記遮断時には送電側からみた受電装置のインピーダンスが非常に大きくなるので、送電側の電力損失も抑制することが可能となる。

本発明に係る非接触受電装置の第２の構成は、前記非接触受電装置は、前記受電コイルに発生する交流電圧の変化に基づいて、前記スイッチをＯＮまたはＯＦＦを制御することを特徴とする。

この構成によれば、スイッチのＯＮまたはＯＦＦのタイミングと共振回路に流れる電流とのタイミング関係により、前記スイッチの両端や平滑コンデンサの両端に発生するパルス状のノイズ電圧を抑制することが可能となる。

本発明に係る非接触受電装置の第３の構成は、前記非接触受電装置は、前記受電コイルの両端に生じる交流電圧を整流して得た直流電圧を前記スイッチ制御回路に供給することを特徴とする。

この構成によれば、前記受電コイルの両端に生成する交流電圧を整流して得た直流電圧を前記スイッチの制御回路用の電源にすることにより、請求項１乃至２における前記スイッチ制御回路へ前記直流電圧を供給することが可能となる。

本発明によれば、共振回路の動作を電気的にＯＮまたはＯＦＦにできるので、受電電力を制御する際に、共振回路の損失を低減することができ、また送電側との通信も必要ないので、低コストの装置の実現が可能になる。

本発明に係る非接触受電装置を含む非接触給電装置の実施図である。図１に示す回路でシミュレーションした結果を示す図である。共振回路を構成する共振コンデンサに流れる電流波形を上に、またスイッチを構成するＮ−ＭＯＳＦＥＴのゲート電圧波形を下に示す。図１に記載の回路の負荷抵抗７の代わりに交流点灯用のＬＥＤを挿入した実施例である。本発明の第２の構成の実施例である。本発明の第３の構成の実施例である。

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。尚，以下の実施の形態は，本発明を具体化した一例であって，本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。

図１は、本発明の基本となる実施形態の一例であり、図２が図１においてスイッチを構成するＮ−ＭＯＳＦＥＴのゲート電圧を制御することにより前記Ｎ−ＭＯＳＦＥＴのソースとドレイン間の導通をＯＮまたはＯＦＦに変化させながら、共振回路を構成する共振コンデンサ６に流れる電流波形を求めたシミュレーション結果であり、図２の上側の波形が共振コンデンサ６に流れる電流波形で、下側の波形がスイッチを構成するＮ−ＭＯＳＦＥＴのゲート電圧波形である。

受電コイル５と共振コンデンサ６とスイッチとなるＮ−ＭＯＳＦＥＴで共振回路が構成され、Ｎ−ＭＯＳＦＥＴをＯＮさせることにより共振回路が導通し、またＮ−ＭＯＳＦＥＴをＯＦＦすることにより、共振回路が遮断されるため共振電流が流れることができず共振動作を停止する。

図３は、図１の負荷抵抗の代わりに交流点灯が可能な構成のＬＥＤを負荷として挿入した回路図であり、スイッチを構成するＮ−ＭＯＳＦＥＴをＯＮまたはＯＦＦすることにより、ＬＥＤを点灯させたり消灯させたりすることが可能となる。

図４は、スイッチ８をＯＮまたはＯＦＦする制御信号を受電コイル５の交流電圧波形の状態に基づいて生成する場合の実施例である。スイッチ８のＯＮまたはＯＦＦするタイミングを最適に制御することにより、ＯＮまたはＯＦＦ時に前記スイッチ８に瞬間的に生じるパルス性の高電圧を抑えることが可能となる。

図５は、受電コイルの両端に生成する交流電圧を整流して得た直流電圧をスイッチ制御回路９に供給している実施例であり、整流回路としてダイオードブリッジを使用することも可能である。

なお、スイッチとしては、前記のＮ−ＭＯＳＦＥＴ以外にＰ−ＭＯＳＦＥＴ、トライアック、フォトＭＯＳリレー等の半導体やリレー等のメカニカルスイッチも使用可能である。

１…非接触送電装置
２…非接触受電装置
３…送電コイル駆動回路
４…送電コイル
５…受電コイル
６…共振コンデンサ
７…交流負荷
８…スイッチ
９…スイッチ制御回路
１０…整流器
１２…ＬＥＤ

Claims

電力供給ユニットから非接触給電によって電力を取得する受電コイルと、共振コンデンサと、スイッチとを有し、前記受電コイルの端子の一方と前記共振コンデンサの端子の一方が接続され、前記共振コンデンサの他方の端子と前記スイッチの端子の一方が接続され、前記スイッチの他方の端子と前記受電コイルの他方とが接続され、前記スイッチの制御入力端子とスイッチ制御回路の出力とが接続されていることを特徴とする、非接触受電装置。
前記非接触受電装置は、前記受電コイルに発生する交流電圧の変化に基づいて、前記スイッチをＯＮまたはＯＦＦを制御することを特徴とする、請求項１の非接触受電装置。
前記非接触受電装置は、前記受電コイルの両端に生じる交流電圧を整流して得た直流電圧を前記スイッチ制御回路に供給することを特徴とする、請求項１乃至２の非接触受電装置。