JP2010226890A - Non-contact power transmission device - Google Patents
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Abstract
【課題】送電部と取外し自在の受電部とを備えて構成される非接触電力伝送装置において、損失を低減する。
【解決手段】送電部1に、その電力伝送用コイルT1に現れる電圧変化から、2次側の受電部2の電力受電コイルT2が電磁的に結合していないことを検出すると、自励発振回路121にスイッチングのデューティを低減させる間欠駆動回路122が設けられていることを利用して、受電部2では、制御マイコン22が2次電池BAの満充電を検知し、インピーダンス素子FET3をOFFすると、合わせて、スイッチ素子FET2によって、前記電力受電コイルT2の端子間を短絡する。したがって、軽負荷であるときに、前記トランスの2次側が電磁的に結合していない状態を擬似的に再現し、送電部1は間欠発振を行い、損失を一層低減することができる。
【選択図】図1Loss is reduced in a non-contact power transmission device including a power transmission unit and a detachable power reception unit.
When it is detected that a power receiving coil T2 of a secondary power receiving unit 2 is not electromagnetically coupled to a power transmitting unit 1 from a voltage change appearing in a power transmission coil T1, a self-excited oscillation circuit In the power receiving unit 2, when the control microcomputer 22 detects the full charge of the secondary battery BA and turns off the impedance element FET3 by using the intermittent drive circuit 122 that reduces the switching duty in 121, In addition, the terminals of the power receiving coil T2 are short-circuited by the switch element FET2. Therefore, when the load is light, the state in which the secondary side of the transformer is not electromagnetically coupled can be simulated, and the power transmission unit 1 can perform intermittent oscillation to further reduce the loss.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、送電部と、それに近接および離反、すなわち取外し自在の受電部とを備えて構成され、前記送電部から受電部へ電磁誘導によって非接触で電力を伝送するようにした、たとえば送電部へ載せておくだけで受電部に充電を行えるようにした非接触電力伝送装置に関する。 The present invention is configured to include a power transmission unit and a power reception unit that is close to and away from the power transmission unit, that is, a detachable power reception unit, and transmits power from the power transmission unit to the power reception unit in a non-contact manner by electromagnetic induction. The present invention relates to a non-contact power transmission device that can charge a power receiving unit simply by placing it on the battery.
近年、送電部に、トランスの1次側となり、電力を伝送する電力伝送用コイルおよびこの電力伝送用コイルと共振する共振コイルを含む共振回路と、この共振回路を共振させるスイッチング素子と、このスイッチング素子を駆動する駆動回路とを備え、受電部に、前記トランスの2次側となる電力受電用コイルと、前記電力受電用コイルに並列接続される共振コンデンサと、前記電力受電用コイルに誘起された電流を整流・平滑化し、負荷へ与える整流・平滑回路とを備え、前記のように送電部へ載せておくだけで、送電部から受電部に非接触で電力を伝送し、受電部を充電する非接触電力伝送装置が、たとえば特許文献1および2等で知られている。
In recent years, a power transmission unit is a primary side of a transformer, and includes a power transmission coil that transmits power, a resonance circuit including a resonance coil that resonates with the power transmission coil, a switching element that resonates the resonance circuit, and the switching A drive circuit for driving the element, and a power receiving unit is induced in the power receiving coil on the secondary side of the transformer, a resonance capacitor connected in parallel to the power receiving coil, and the power receiving coil. Rectifying / smoothing the current that is applied to the load and providing it to the load. By simply placing it on the power transmission unit as described above, power is transmitted from the power transmission unit to the power reception unit in a non-contact manner, and the power reception unit is charged. For example,
このような非接触電力伝送装置においては、受電部が送電部に載置されていない場合、載置されている場合に比べて電力伝送用コイルのインダクタンスが小さくなり、該電力伝送用コイルに流れる電流が増大する結果、待機電力が増大するという問題がある。しかしながら、特許文献1は、共振回路を安定発振させることを目的とするものであり、特許文献2も、回路の小型化を目的とするものであり、いずれの従来技術も待機電力を低減することを目的とはしていない。
In such a non-contact power transmission device, when the power reception unit is not placed on the power transmission unit, the inductance of the power transmission coil is smaller than that when the power reception unit is placed, and flows through the power transmission coil. As a result of the increase in current, there is a problem that standby power increases. However,
そこで、特許文献3では、給電手段が電力伝送用コイルに給電を開始した直後に、該電力伝送用コイルの自己インダクタンスの変化を検出し、この変化の検出値が所定値以下の場合に、給電手段の給電を停止し、検出値が所定値以上の場合に給電手段の給電を継続することで、待機電力を低減するようにした非接触電力伝送装置が開示されている。しかしながら、この従来技術は、受電部が無い場合に送電部の発振を停止するもので、受電部内の2次電池が満充電となっても、給電は継続されるという問題がある。これは、受電部がある場合、充電を行っているか否か、すなわち電力を受電しているか否かで、磁気回路は変化せず、コイル電圧や発振周波数は殆ど同じになり、電力伝送側からは殆ど分らないためである。 Therefore, in Patent Document 3, immediately after the feeding unit starts feeding the power transmission coil, a change in the self-inductance of the power transmission coil is detected, and when the detected value of this change is equal to or less than a predetermined value, the power feeding is performed. Disclosed is a non-contact power transmission apparatus that reduces standby power by stopping power supply of the means and continuing power supply of the power supply means when the detected value is equal to or greater than a predetermined value. However, this prior art stops oscillation of the power transmission unit when there is no power reception unit, and there is a problem that power feeding is continued even when the secondary battery in the power reception unit is fully charged. This is because when there is a power receiving unit, the magnetic circuit does not change depending on whether charging is performed, i.e., whether power is being received, and the coil voltage and oscillation frequency are almost the same. This is because is hardly understood.
そこで、本件出願人による特許文献4には、2次側整流回路の後段に、その端子間をソフト短絡するスイッチ素子を設け、2次電池の充電電圧が高くなると前記ソフト短絡を生じさせ、これによって2次側の電力受電用コイルの端子間電圧が制限され、1次側の検知用のコイルの端子間電圧が上昇し、発振を停止するようにした非接触の充電装置が提案されている。 Therefore, in Patent Document 4 by the present applicant, a switch element that softly shorts between the terminals is provided in the subsequent stage of the secondary side rectifier circuit, and the soft short circuit is caused when the charging voltage of the secondary battery is increased. Proposed is a non-contact charging device in which the voltage between the terminals of the secondary power receiving coil is limited, the voltage between the terminals of the primary detection coil is increased, and oscillation is stopped. .
上述の従来技術は、満充電となると1次側が発振を停止するので、省電力化が図られ、また発熱の問題が軽減されているけれども、2次側整流回路の後段で、しかも負荷をソフト短絡させているので、満充電となっても、或る程度の電流が流れ、また整流回路内のダイオード等の整流素子による電圧降下が発生し、その分、トランスの1次側から2次側へエネルギーが伝搬されてしまい、まだまだ省電力化の余地が残されている。 In the above-described prior art, since the primary side stops oscillating when fully charged, power saving is achieved and the problem of heat generation is reduced. However, the load is softened after the secondary side rectifier circuit. Since it is short-circuited, even if it is fully charged, a certain amount of current flows, and a voltage drop occurs due to a rectifier element such as a diode in the rectifier circuit. Energy is transmitted to the city, and there is still room for power saving.
本発明の目的は、損失を一層低減することができる非接触電力伝送装置を提供することである。 The objective of this invention is providing the non-contact electric power transmission apparatus which can further reduce a loss.
本発明の非接触電力伝送装置は、送電部と、それに近接および離反自在の受電部とを備えて構成され、前記送電部から受電部へ電磁誘導によって非接触で電力を伝送するようにした非接触電力伝送装置において、前記送電部は、1次側と2次側とが分離可能なトランスの1次側となる電力伝送用コイルと、前記電力伝送用コイルに並列に接続されて共振回路を構成する共振コンデンサと、前記共振回路を共振させるスイッチング素子と、前記スイッチング素子のスイッチングを制御する駆動回路と、前記受電部が該送電部から離反して、前記トランスの2次側が1次側と電磁的に結合していないときに、前記駆動回路に前記スイッチングのデューティを低減させる負荷検知手段とを備えて構成され、前記受電部は、前記トランスの2次側となる電力受電用コイルと、前記電力受電用コイルに並列接続される共振コンデンサと、前記電力受電用コイルに誘起された電流を整流・平滑化し、負荷へ与える整流・平滑回路と、前記負荷の状態を検出する負荷状態検出手段と、前記電力受電用コイルと整流・平滑回路との間に設けられ、前記負荷状態検出手段の検出結果に応答し、前記整流・平滑回路から前記負荷へ供給される電流が予め定める値以下の軽負荷であるときに、前記トランスの2次側が電磁的に結合していない状態を擬似的に再現する電力伝送抑制手段とを含むことを特徴とする。 A non-contact power transmission device of the present invention is configured to include a power transmission unit and a power reception unit that can approach and separate from the power transmission unit, and transmit power in a non-contact manner by electromagnetic induction from the power transmission unit to the power reception unit. In the contact power transmission device, the power transmission unit includes a power transmission coil serving as a primary side of a transformer capable of separating a primary side and a secondary side, and a resonance circuit connected in parallel to the power transmission coil. A resonant capacitor to be configured; a switching element that resonates the resonant circuit; a drive circuit that controls switching of the switching element; the power receiving unit is separated from the power transmitting unit; and a secondary side of the transformer is a primary side When not electromagnetically coupled, the drive circuit includes a load detection means for reducing the switching duty, and the power reception unit is a secondary side of the transformer. A power receiving coil; a resonance capacitor connected in parallel to the power receiving coil; a rectifying / smoothing circuit that rectifies and smoothes a current induced in the power receiving coil and applies the same to a load; and a state of the load A load state detecting means for detecting, and a current supplied from the rectifying / smoothing circuit to the load in response to a detection result of the load state detecting means provided between the power receiving coil and the rectifying / smoothing circuit Including a power transmission suppressing unit that simulates a state in which the secondary side of the transformer is not electromagnetically coupled when the load is a light load equal to or less than a predetermined value.
上記の構成によれば、送電部と、それに近接および離反、すなわち取外し自在の受電部とを備えて構成され、前記送電部から受電部へ電磁誘導によって非接触で電力を伝送するようにした、たとえば送電部へ載せておくだけで受電部に充電を行えるようにした非接触電力伝送装置では、前記送電部の電力伝送用コイルがトランスの1次側となり、前記受電部の電力受電用コイルが前記トランスの2次側となり、それらの間で前記電磁誘導によって電力が伝送される。このため、前記送電部には、前記電力伝送用コイルに並列に接続されて共振回路を構成する共振コンデンサと、前記電力伝送用コイルに流れる電流をON/OFFすることで前記共振回路を共振させるスイッチング素子と、前記スイッチング素子のスイッチングを制御する駆動回路と、前記受電部が該送電部から離反して、電力受電用コイルを介して電力伝送用コイルに現れる電圧変化から、前記トランスの2次側が電磁的に結合していないことを検出すると、前記駆動回路に前記スイッチングのデューティ(トランスの2次側誘起エネルギー)を低減、たとえばスイッチングを停止させる負荷検知手段とが設けられており、前記受電部には、前記電力受電用コイルに並列接続される共振コンデンサと、前記電力受電用コイルに誘起された電流を整流・平滑化し、負荷へ与える整流・平滑回路とが設けられている。 According to the above configuration, the power transmission unit and the proximity and separation of the power transmission unit, that is, a power reception unit that is detachable, and configured to transmit power in a non-contact manner by electromagnetic induction from the power transmission unit to the power reception unit. For example, in a non-contact power transmission device in which a power receiving unit can be charged only by being placed on a power transmission unit, the power transmission coil of the power transmission unit is a primary side of a transformer, and the power receiving coil of the power reception unit is It becomes the secondary side of the transformer, and electric power is transmitted between them by the electromagnetic induction. For this reason, the power transmission unit resonates the resonance circuit by turning on / off a resonance capacitor connected in parallel to the power transmission coil to form a resonance circuit and a current flowing through the power transmission coil. A switching element, a drive circuit that controls switching of the switching element, and a voltage change that appears in the power transmission coil via the power reception coil when the power reception unit is separated from the power transmission unit. When detecting that the sides are not electromagnetically coupled, the drive circuit is provided with load detecting means for reducing the switching duty (secondary induced energy of the transformer), for example, stopping the switching. A resonance capacitor connected in parallel to the power receiving coil, and a power induced in the power receiving coil. Rectifying and smoothing a rectifying and smoothing circuit that gives to the load is provided with.
そこにさらに本発明では、前記受電部に、前記負荷の状態を検出する負荷状態検出手段を設けるとともに、前記電力受電用コイルと整流・平滑回路との間に、前記負荷状態検出手段の検出結果に応答し、前記整流・平滑回路から前記負荷へ供給される電流が予め定める値以下の軽負荷であるときに、前記トランスの2次側が電磁的に結合していない状態を擬似的に再現する電力伝送抑制手段を設ける。 Further, in the present invention, the power receiving unit is provided with load state detecting means for detecting the load state, and the detection result of the load state detecting means is provided between the power receiving coil and the rectifying / smoothing circuit. In response to the above, when the current supplied from the rectifying / smoothing circuit to the load is a light load equal to or less than a predetermined value, a state in which the secondary side of the transformer is not electromagnetically coupled is reproduced in a pseudo manner. Power transmission suppression means is provided.
したがって、受電部が送電部から離れているときにスイッチングのデューティを低減する省電力機能を利用して、受電部が軽負荷、たとえば負荷が二次電池であるときには、満充電となったときもスイッチングのデューティを低減することができ、省電力化を一層進めることができるとともに、発熱等の問題もなくなる。また、電力伝送抑制手段を、整流・平滑回路と負荷との間に設けた場合、整流用のダイオードなどによる電圧降下が発生し、その分、トランスの1次側から2次側へエネルギーが伝搬されるけれども、電力受電用コイルと整流・平滑回路との間に設けることで、損失を一層低減することができる。 Therefore, using the power saving function that reduces the switching duty when the power receiving unit is away from the power transmitting unit, when the power receiving unit is a light load, for example, the load is a secondary battery, Switching duty can be reduced, power saving can be further promoted, and problems such as heat generation are eliminated. If the power transmission suppression means is provided between the rectifying / smoothing circuit and the load, a voltage drop occurs due to a rectifying diode, etc., and energy is propagated from the primary side to the secondary side of the transformer. However, the loss can be further reduced by providing it between the power receiving coil and the rectifying / smoothing circuit.
好ましくは、前記負荷検知手段は、前記トランスの帰還巻線であることを特徴とする。 Preferably, the load detection means is a feedback winding of the transformer.
また好ましくは、前記負荷は、二次電池であることを特徴とする。 Preferably, the load is a secondary battery.
また、本発明の非接触電力伝送装置では、前記電力受電用コイルはセンタータップを有し、前記整流・平滑回路は、両端のタップから誘起電圧をそれぞれ取出す2つのダイオードに、その出力端が共通に接続される平滑コンデンサから成ることを特徴とする。 In the non-contact power transmission device of the present invention, the power receiving coil has a center tap, and the output terminal of the rectifying / smoothing circuit is common to two diodes that respectively extract induced voltages from the taps at both ends. It consists of a smoothing capacitor connected to.
上記の構成によれば、損失が小さく、しかも大パワーを得ることができる。 According to said structure, loss is small and also large power can be obtained.
さらにまた、本発明の非接触電力伝送装置では、前記送電部において、前記共振回路とスイッチング素子との間に、ダイオードと抵抗との並列回路を有することを特徴とする。 Furthermore, in the non-contact power transmission device of the present invention, the power transmission unit includes a parallel circuit of a diode and a resistor between the resonance circuit and the switching element.
上記の構成によれば、スイッチング素子のOFF時の回生電流が、該スイッチング素子のボディダイオードを通して起動回路側に回生され、受電部が近接している状態と、離反している状態とで、電力伝送用コイルに生じる電圧の差が少なくなってしまうことを防止することができる。 According to the above configuration, the regenerative current when the switching element is OFF is regenerated to the starting circuit side through the body diode of the switching element, and the power is received in a state where the power receiving unit is close and in a state where the power receiving unit is separated. It is possible to prevent a difference in voltage generated in the transmission coil from being reduced.
したがって、負荷検知手段による前記受電部が送電部から離反しているか否か、および前記受電部が軽負荷であるか否かの判定を正確に行うことができる。 Therefore, it is possible to accurately determine whether or not the power reception unit is separated from the power transmission unit by the load detection unit and whether or not the power reception unit is a light load.
また、本発明の非接触電力伝送装置では、前記電力伝送抑制手段は、前記電力受電用コイルのタップ間を短絡するスイッチ素子を備え、該スイッチ素子は前記軽負荷であるときにONすることを特徴とする。 Moreover, in the non-contact power transmission device of the present invention, the power transmission suppression means includes a switch element that short-circuits between taps of the power receiving coil, and the switch element is turned on when the light load is applied. Features.
上記の構成によれば、前記電力受電用コイルのタップ間を短絡することで、前記トランスの1次側が漏洩インダクタのみで動作し、コイル電圧や発振周波数が変化する。これによって、前記2次側が電磁的に結合していない状態、すなわち受電部が送電部から離反している状態を擬似的に再現することができる。 According to said structure, by short-circuiting between the taps of the said power receiving coil, the primary side of the said transformer operate | moves only with a leakage inductor, and a coil voltage and an oscillation frequency change. As a result, a state where the secondary side is not electromagnetically coupled, that is, a state where the power reception unit is separated from the power transmission unit can be reproduced in a pseudo manner.
さらにまた、本発明の非接触電力伝送装置では、前記電力伝送抑制手段は、前記共振コンデンサを前記電力受電用コイルのタップ間から切離すスイッチ素子を備え、該スイッチ素子は前記軽負荷であるときにOFFすることを特徴とする。 Furthermore, in the non-contact power transmission device of the present invention, the power transmission suppression means includes a switch element that disconnects the resonant capacitor from between taps of the power receiving coil, and the switch element is the light load. It is characterized by being turned off.
上記の構成によれば、前記共振コンデンサを前記電力受電用コイルのタップ間から切離すことで、前記トランスの2次側が電磁的に結合していない状態、すなわち受電部が送電部から離反している状態を擬似的に再現することができるとともに、損失を大幅に低減することができる。 According to the above configuration, by separating the resonant capacitor from between the taps of the power receiving coil, the secondary side of the transformer is not electromagnetically coupled, that is, the power receiving unit is separated from the power transmitting unit. The simulated state can be reproduced in a pseudo manner, and the loss can be greatly reduced.
また、本発明の非接触電力伝送装置では、前記電力伝送抑制手段は、前記電力受電用コイルの一部分を短絡するスイッチ素子を備え、該スイッチ素子は前記軽負荷であるときにONすることを特徴とする。 In the non-contact power transmission device of the present invention, the power transmission suppressing means includes a switch element that short-circuits a part of the power receiving coil, and the switch element is turned on when the light load is applied. And
上記の構成によれば、前記電力受電用コイルの一端のタップと中間タップとの間のように、一部分を短絡することで、前記トランスの2次側が電磁的に結合していない状態、すなわち受電部が送電部から離反している状態を擬似的に再現することができる。また、一部分の短絡であることで、送電部側では、完全に受電部が無い状態と、受電部が近接していても軽負荷のために電力伝送を抑制している状態とを区別することができる。 According to the above configuration, the secondary side of the transformer is not electromagnetically coupled by short-circuiting a part, such as between the tap at one end of the power receiving coil and the intermediate tap, that is, receiving power. The state in which the part is separated from the power transmission part can be reproduced in a pseudo manner. In addition, the power transmission unit side distinguishes between a state where there is no power reception unit and a state where power transmission is suppressed due to a light load even if the power reception unit is close by being partly short-circuited. Can do.
本発明の非接触電力伝送装置は、以上のように、送電部と、それに近接および離反、すなわち取外し自在の受電部とを備えて構成され、前記送電部から受電部へ電磁誘導によって非接触で電力を伝送するようにした非接触電力伝送装置において、送電部に、その電力伝送用コイルに現れる電圧変化から、トランスの2次側となる受電部の電力受電コイルが電磁的に結合していないことを検出すると、駆動回路にスイッチングのデューティを低減させる負荷検知手段が設けられていることを利用して、前記受電部に、負荷の状態を検出する負荷状態検出手段を設けるとともに、前記電力受電用コイルと整流・平滑回路との間に、前記負荷状態検出手段の検出結果に応答し、軽負荷であるときに、前記トランスの2次側が電磁的に結合していない状態を擬似的に再現する電力伝送抑制手段を設ける。 As described above, the non-contact power transmission device of the present invention is configured to include a power transmission unit and a power reception unit that is close to and away from the power transmission unit, that is, a detachable power reception unit, and is non-contact by electromagnetic induction from the power transmission unit to the power reception unit. In a non-contact power transmission apparatus configured to transmit power, the power receiving coil of the power receiving unit on the secondary side of the transformer is not electromagnetically coupled to the power transmitting unit due to the voltage change appearing in the power transmitting coil. If the load detection means is provided in the drive circuit to reduce the switching duty, the power receiving unit is provided with load state detection means for detecting the load state, and the power receiving power is received. The secondary side of the transformer is not electromagnetically coupled between the power coil and the rectifying / smoothing circuit in response to the detection result of the load state detecting means and when the load is light. Providing a power transfer suppressing means for reproducing the state in a pseudo manner.
それゆえ、受電部が送電部から離れているときにスイッチングのデューティを低減する省電力機能を利用して、受電部が軽負荷、たとえば負荷が二次電池であるときには、満充電となったときもスイッチングのデューティを低減することができ、省電力化を一層進めることができるとともに、発熱等の問題もなくなる。また、電力伝送抑制手段を、整流・平滑回路と負荷との間に設けた場合、整流用のダイオードなどによる電圧降下が発生し、その分、トランスの1次側から2次側へエネルギーが伝搬されるけれども、電力受電用コイルと整流・平滑回路との間に設けることで、損失を一層低減することができる。 Therefore, when the power receiving unit is lightly loaded, for example, when the load is a secondary battery, when the power receiving unit is away from the power transmitting unit, the power saving function is used to reduce the switching duty. However, the duty of switching can be reduced, power saving can be further promoted, and problems such as heat generation are eliminated. If the power transmission suppression means is provided between the rectifying / smoothing circuit and the load, a voltage drop occurs due to a rectifying diode, etc., and energy is propagated from the primary side to the secondary side of the transformer. However, the loss can be further reduced by providing it between the power receiving coil and the rectifying / smoothing circuit.
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の第1の形態に係る非接触電力伝送装置が適用される充電システムの電気回路図である。この充電システムは、送電部1と、それに近接および離反、すなわち取外し自在の受電部2とを備えて構成され、前記送電部1から受電部2へ電磁誘導によって非接触で電力を伝送するようにした、たとえば送電部1へ載せておくだけで受電部2内の2次電池BAに充電を行えるようにした充電システムである。前記受電部2としては、たとえば電動歯ブラシ、携帯電話、ノートブックパソコン、電気カミソリ、電動工具等の充電可能な電気機器が採用される。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is an electric circuit diagram of a charging system to which a non-contact power transmission apparatus according to a first embodiment of the present invention is applied. The charging system includes a
そして、この充電システムでは、図2で示すように、磁性体から成るコア10,20にそれぞれ巻回されたコイルT1,T2が、絶縁性のハウジング100,200を挟んで対向した状態で、前記送電部1の電力伝送用コイルT1が非接触のトランスの1次側となり、前記受電部2の電力受電用コイルT2が前記トランスの2次側となり、それらの間で前記電磁誘導によって電力が伝送される。
In this charging system, as shown in FIG. 2, the coils T1 and T2 wound around the
このため、前記送電部1には、前記電力伝送用コイルT1に並列に接続されて共振回路11を構成する共振コンデンサC4と、前記電力伝送用コイルT1に流れる電流をON/OFFすることで前記共振回路11を共振させるスイッチング素子FET1と、前記共振回路11とスイッチング素子FET1との間に介在されるダイオードD2および抵抗R5の並列回路と、前記スイッチング素子FET1のスイッチングを制御する駆動回路12と、前記受電部2が該送電部から離反すると、電力受電用コイルT2を介して電力伝送用コイルT1に現れる電圧変化から、前記トランスの2次側が電磁的に結合していないことを検出し、前記駆動回路12に前記スイッチングのデューティ(トランスの2次側誘起エネルギー)を低減、たとえばスイッチングを停止させる負荷検知回路13と、起動回路14と、電源Eと、その平滑コンデンサC1とが設けられている。
For this reason, the
一方、前記受電部2には、前記電力受電用コイルT2に並列接続され、パワーをより多く受電するために設けられる整合用のコンデンサである共振コンデンサC6と、前記電力受電用コイルT2に誘起された電流を整流・平滑化し、負荷である前記2次電池BAへ与える整流・平滑回路21と、その整流・平滑回路21からの出力電流で充電される前記2次電池BAと、前記整流・平滑回路21から2次電池BAへの間に介在されるインピーダンス素子FET3と、前記2次電池BAの端子電圧に応じて前記インピーダンス素子FET3を通過する充電電流を制御する制御マイコン22とが設けられている。前記共振コンデンサC6の容量をC、電力受電用コイルT2のインダクタンスをLとするとき、1/{2π√(LC)}が前記共振回路11の共振周波数に一致することで、最大パワーを取出すことができる。前記整流・平滑回路21は、整流ダイオードD3に、その通過電流を平滑化するコンデンサC7を備えて構成される。
On the other hand, the
再び送電部1に戻り、前記電源Eは、たとえばAC−DCコンバータなどから成り、たとえば100Vの商用電圧を5Vの直流電圧に変換する。その電圧は、平滑コンデンサC1で平滑化され、該充電システムの電源となる。
Returning to the
起動回路14は、起動抵抗R1およびコンデンサC2の直列回路が前記電源Eに並列に接続されて成り、電源が投入されると、コンデンサC2の端子電圧が上昇し、負荷検知回路13を構成するトランスの帰還コイルT3および抵抗R3を介して前記スイッチング素子FET1のゲートに与えられる。こうしてスイッチング素子FET1のゲート容量が充電され、所定電圧となると、n型のFETから成る該スイッチング素子FET1はONする。これによって、帰還コイルT3には前記スイッチング素子FET1のゲートをハイ側に維持する電圧が誘起され、該スイッチング素子FET1のON状態が維持される。
The starting
一方、前記駆動回路12は、自励発振回路121と間欠駆動回路122とを備えて構成される。前記自励発振回路121は、前記スイッチング素子FET1を流れる電流を電圧変換する抵抗R7と、その端子電圧を取出す抵抗R6と、取出した電圧を平滑化するコンデンサC5と、そのコンデンサC5の充電電圧がベースに与えられるトランジスタTR2とを備えて構成される。したがって、前記スイッチング素子FET1のONによって、コンデンサC4および電力伝送用コイルT1からダイオードD2およびスイッチング素子FET1を介して抵抗R7に電流が流れ、その電流の積算量、すなわちコンデンサC5の充電電圧が所定より高くなると、トランジスタTR2がONして前記スイッチング素子FET1のゲート−ソース間が短絡され、該スイッチング素子FET1がOFFする。
On the other hand, the
スイッチング素子FET1がOFFすると、電力伝送用コイルT1に流れていた電流は並列の共振コンデンサC4に流れ、該電力伝送用コイルT1と共振コンデンサC4とが共振を開始する。このとき電力伝送用コイルT1の電圧は反対方向に変わるため、前記帰還コイルT3には前記スイッチング素子FET1のゲートをロー側に維持する電圧が誘起され、該スイッチング素子FET1のOFF状態が維持される。その後、スイッチング素子FET1がOFFしたことで、コンデンサC5は、抵抗R6,R7を介して電荷を放電し、充電電圧がトランジスタTR2のスレショルド電圧を下回ると、トランジスタTR2をオフする。こうして、電力伝送用コイルT1とコンデンサC4とが共振してしばらくすると、帰還コイルT3に再度プラスの電圧が生じてスイッチング素子FET1をONし、トランジスタTR2は、コンデンサC5および抵抗R6,R7で定まる時定数に従ってON/OFFし、共振回路11を自励発振させる。
When the switching element FET1 is turned OFF, the current flowing in the power transmission coil T1 flows in the parallel resonance capacitor C4, and the power transmission coil T1 and the resonance capacitor C4 start to resonate. At this time, since the voltage of the power transmission coil T1 changes in the opposite direction, a voltage is induced in the feedback coil T3 to maintain the gate of the switching element FET1 on the low side, and the OFF state of the switching element FET1 is maintained. . Thereafter, when the switching element FET1 is turned off, the capacitor C5 discharges the charge via the resistors R6 and R7, and when the charging voltage falls below the threshold voltage of the transistor TR2, the transistor TR2 is turned off. Thus, after a while after the power transmission coil T1 and the capacitor C4 resonate, a positive voltage is generated again in the feedback coil T3 to turn on the switching element FET1, and the transistor TR2 is determined by the capacitor C5 and the resistors R6 and R7. The
一方、前記間欠駆動回路122は、前記電力伝送用コイルT1の端子電圧Vdを取出すダイオードD1と、その電圧を分圧する抵抗R2,R4と、分圧電圧で充電されるコンデンサC3と、その端子電圧がベースに与えられるトランジスタTR1とを備えて構成される。そして、受電部2が近接しておらず、前記電力伝送用コイルT1の端子電圧Vdが所定以上に高くなると、前記スイッチング素子FET1のゲート−ソース間を短絡し、自励発振回路121の自励発振を停止させる。前記スイッチング素子FET1がOFFすると、コンデンサC3は、抵抗R4を介して電荷を放電し、充電電圧がトランジスタTR1のスレショルド電圧を下回ると、トランジスタTR1をOFFする。こうして、トランジスタTR1は、抵抗R4およびコンデンサC3で定まる時定数に従ってON/OFFされ、前記自励発振回路121を間欠駆動させる。なお、この時定数は、トランジスタTR2をON/OFFさせるコンデンサC5および抵抗R6,R7の時定数よりも遙かに大きい。前記ダイオードD1は、この間欠駆動回路122から共振回路11への電流逆流を防止するもので、これによって共振回路11の共振動作が不安定になることが防止されている。
On the other hand, the
図3および図4は、前記電力伝送用コイルT1の端子電圧Vdの波形図である。図3(a)および図4(a)は受電部2が近接している状態を示し、図3(b)および図4(b)は離反している状態を示している。なお、図3(a)および(b)は、図4(a)および(b)の波形をそれぞれ拡大して示している。つまり、図3(a)および(b)の波形は、図4(a)および(b)の2周期分の波形を拡大して示した波形である。また、図4(a)および(b)には、上側に示す前記端子電圧Vdに合わせて、下側にトランジスタTR2のベース−エミッタ間電圧Vcを示している。
3 and 4 are waveform diagrams of the terminal voltage Vd of the power transmission coil T1. 3A and 4A show a state in which the
図3(b)および図4(b)に示すように、受電部2が無い場合、図3(a)および図4(a)に示す受電部2が有る場合に比べて、前述のように電力伝送用コイルT1の電圧振幅が大きくなっている。これは、受電部2が無い場合、有る場合に比べて、電力伝送用コイルT1の自己インダクタンスが小さくなるからである。そのため、受電部2が無い場合は、電力伝送用コイルT1の端子電圧Vbも増大し、該端子電圧VbがトランジスタTR1のスレショルド電圧を超えることが可能となり、トランジスタTR1は、前述のように抵抗R4およびコンデンサC3により定まる時定数に従ってON/OFFを繰り返すようになる。その結果、自励発振回路121は、間欠駆動回路122がスイッチング素子FET1をONさせている期間は、図4(b)の期間TM1に示すように、共振回路11を自励発振させることができるが、間欠駆動回路122がスイッチング素子FET1をOFFさせている期間は、図4(b)の期間TM2に示すように共振回路11を自励発振させることができなくなる。
As shown in FIGS. 3B and 4B, when the
これに対して、受電部2が有る場合、該受電部2が無い場合に比べて、電力伝送用コイルT1の端子電圧Vbは低くなるので、該端子電圧VbはトランジスタTR1のスレショルド電圧を超えることができなくなり、トランジスタTR1はスイッチング素子FET1をOFFさせることができなくなる。これにより、自励発振回路121は、図3(a)に示すように、間欠駆動回路122の影響を受けることなく、共振回路11を自励発振させることができる。
On the other hand, when the
一方、共振回路11で共振が開始されると、図3(a)および(b)の時刻TA1に示すように、前記端子電圧Vdは上に凸のカーブを描いて変化した後、時刻TA2に示すように下に凸のカーブを描いて変化する。ここで、帰還コイルT3には、前述のように端子電圧Vdと位相が180度ずれた電圧が誘起されるので、時刻TA1から時刻TA2までの期間では、前述のようにスイッチング素子FET1はOFFを維持する。また、共振回路11で共振が開始される、すなわちスイッチング素子FET1がOFFすると、前述のように、コンデンサC5は抵抗R6,R7を介して電荷を放電する。
On the other hand, when resonance starts in the
そして、時刻TA2から時刻TA3までの期間において、帰還コイルT3にはプラスの電圧が生じ、これにより、スイッチング素子FET1は再びONされる。以上のようにして、自励発振回路121は、スイッチング素子FET1を繰り返しON/OFFさせることで、共振回路11を共振させ、受電部2に電力を伝達する。
In the period from time TA2 to time TA3, a positive voltage is generated in the feedback coil T3, whereby the switching element FET1 is turned on again. As described above, the self-
また、図3(b)に示す受電部2が無い場合は、図3(a)に示す有る場合に比べて、端子電圧Vdの振幅が増大するので、間欠駆動回路122は、トランジスタTR1をONさせ、スイッチング素子FET1をOFFさせ、間欠発振させることが可能となる。スイッチング素子FET1がOFFすると、共振回路11の共振もやがて停止し、図4(b)の期間TM2に示すように、自励発振回路121は共振回路11を共振させることができなくなる。その後、コンデンサC3は、抵抗R4を介して放電し、やがてトランジスタTR1をOFFさせ、スイッチング素子FET1が、再度ONし、自励発振回路121は、図4(b)の期間TM1に示すように、再度、共振回路11を共振させる。したがって、前述のようにコンデンサC3および抵抗R4の時定数によって、図4(b)に示す期間TM2を定めることが可能となり、期間TM2において共振回路11の発振を停止させることができる。
In addition, when there is no
このように構成することで、間欠駆動回路122は、受電部2の有無を判定するための特別な構成を設けることなく、電力伝送用コイルT1の端子電圧Vdから判定を行い、無い場合は、自励発振回路121を間欠駆動させるので、受電部2に非接触で電力を伝送するにあたって、待機電力を低減し、発熱の問題も軽減することができる。
With this configuration, the
また、前記共振回路11とスイッチング素子FET1との間に設けられる前記ダイオードD2および抵抗R5の並列回路は、スイッチング素子FET1のOFF時の回生電流が、該スイッチング素子FET1のボディダイオードD10を通してコンデンサC2に回生される電流を制限することによって、図4(a)で示す受電部2が有る状態と、回生電流が大きな割合を占める図4(b)で示す受電部2が無い状態との波高値の差が少なくなってしまうことを防止するものであり、これによって、受電部2の有無を正確に判定することができる。
Further, in the parallel circuit of the diode D2 and the resistor R5 provided between the
上述のように構成される充電システムにおいて、注目すべきは、本実施の形態では、前記受電部2において、負荷状態、すなわち2次電池BAの充電状態を制御する制御マイコン22が、前記負荷状態の検出手段となり、その検出結果に応答し、軽負荷である満充電或いは過電圧などの異常状態となると、前記トランスの2次側である電力受電用コイルT2が、1次側である電力伝送用コイルT1に電磁的に結合していない、すなわち前述の受電部2が無い状態を擬似的に再現する電力伝送抑制手段であるスイッチ素子FET2が設けられていることである。このスイッチ素子FET2は、前記電力受電用コイルT2と整流・平滑回路21との間に設けられている。前記制御マイコン22は、2次電池BAが満充電となって、インピーダンス素子FET3をOFFさせると、スイッチ素子FET2をONさせ、前記電力受電用コイルT2の端子(両端タップ)間を短絡させる。したがって、送電部21側では、負荷検知手段として帰還コイルT3が使用され、駆動回路として前記間欠駆動回路122が利用される。
In the charging system configured as described above, it should be noted that in the present embodiment, the
なお、一般的なスイッチング電源回路で2次側コイル部を短絡すると、1次側の漏洩インダクタンスが小さいため、該1次側のスイッチング素子が壊れたりするが、非接触電力伝送の場合は、前記漏洩インダクタンスが大きいので、全く問題にならない。また、2次側のスイッチ素子をFET2とした場合、ON抵抗分電圧が生じ、FET2が発熱することが考えられるが、送電部1側が、すぐに前記デューティの低減(間欠発振またはスイッチング素子のON幅を低減)して出力を絞るので、問題にならない。
In addition, when the secondary side coil part is short-circuited with a general switching power supply circuit, the primary side leakage inductance is small and the primary side switching element is broken. However, in the case of non-contact power transmission, Since the leakage inductance is large, there is no problem at all. In addition, when the switching element on the secondary side is FET2, it is considered that the ON resistance voltage is generated and the FET2 generates heat. However, the
このように構成することで、受電部2が送電部1から離れているときに、磁気回路の状態を検出してスイッチングのデューティを低減する前述の省電力機能を利用して、受電部2が軽負荷、すなわち前記二次電池BAが満充電となったときもスイッチングのデューティを低減することができ、省電力化を一層進めることができるとともに、発熱等の問題も無くすことができる。また、図5で模式的に示すように、電力伝送抑制手段であるFET2を、整流・平滑回路21と負荷である2次電池BAとの間(V1の位置)に設けた場合、整流用のダイオードD3などによる電圧降下が発生し、その分、トランスの1次側から2次側へエネルギーが伝搬されるけれども、上述のように電力受電用コイルT2と整流・平滑回路21との間(V2の位置)に設けることで、損失を一層低減することができる。
With this configuration, when the
図6は、本件発明者のシミュレーション結果を示すグラフである。実線は前記電力伝送用コイルT1に現れる端子電圧Vdを示し、破線は電力受電用コイルT2に流れる電流Iを示す。したがって、図6(a)で示す受電部2が離れている状態では、該受電部2を流れる電流は発生しない。図6(b)は、受電部2が送電部1に密着していて、2次電池BAに充電が行われている状態を示し、電力伝送用コイルT1の自己インダクタンスが大きくなって、端子電圧Vdの電圧振幅が小さくなっている。
FIG. 6 is a graph showing the simulation results of the present inventors. A solid line indicates a terminal voltage Vd appearing in the power transmission coil T1, and a broken line indicates a current I flowing in the power receiving coil T2. Therefore, in a state where the
一方、図6(c)および図6(d)は、共に受電部2が送電部1に密着していて、2次電池BAが満充電となっている状態を示し、図6(c)は上述の本実施の形態のように電力伝送抑制手段であるFET3を電力受電用コイルT2と整流・平滑回路21との間(図5のV2の位置)に設けた場合(コイル短絡)であり、図6(d)は前記FET3を整流・平滑回路21と2次電池BAとの間(図5のV1の位置)に設けた比較例の場合(負荷短絡)である。図6(c)および図6(d)と図6(a)とを比較して、図6(c)で示す本実施の形態の方は、前記端子電圧Vdの実効値および平均値が図6(a)で示す受電部2が離れている状態に極めて近く、このため図6(c)と図6(d)とを比較して、2次側の電流Iの実効値が、本実施の形態では105.8mAであるのに対して、比較例では156.1mAとなっている。損失はI2Rであるので、本実施の形態の方が、損失が半分以下となることが理解される。
On the other hand, FIG. 6C and FIG. 6D both show a state in which the
なお、前記デューティの低減とは、スイッチング素子FET1のON期間を短くすること、或いはスイッチング周期を長くすることの何れか、またはそれらの組合わせで実現されてもよく、最も低減した状態として、周期的に受電部2の近接を検知するようにして、スイッチングを完全に停止することも含むものとする。
The reduction of the duty may be realized by either shortening the ON period of the switching element FET1, increasing the switching period, or a combination thereof. Thus, it is assumed that the proximity of the
(実施の形態2)
図7は、本発明の実施の第2の形態に係る非接触電力伝送装置が適用される充電システムの電気回路図である。この充電システムは、前述の図1で示す充電システムに類似し、対応する部分には同一の参照符号を付して示し、その説明を省略する。この充電システムでは、受電部2の構成は、図1と同一である。注目すべきは、前述の送電部1が自励発振を行うのに対して、本実施の形態の送電部1aでは、駆動回路12aが、制御マイコン123aを備える他励発振回路123と間欠駆動回路122aとを備えて構成されることである。間欠駆動回路122aは、前述の間欠駆動回路122と同様でトランジスタTR1が設けられていないだけである。このため、前記コンデンサC3の充電電圧は、前記制御マイコン123aのA/D変換ポートに入力される。
(Embodiment 2)
FIG. 7 is an electric circuit diagram of a charging system to which the non-contact power transmission apparatus according to the second embodiment of the present invention is applied. This charging system is similar to the above-described charging system shown in FIG. 1, and corresponding portions are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. In this charging system, the configuration of the
前記制御マイコン123aは、平滑コンデンサC1の出力電圧を電源VCCとして動作し、予め定める周期のPWM信号を抵抗R3aを介してスイッチング素子FET1のゲートに与える。そして、前記制御マイコン123aは、前記間欠駆動回路122aのコンデンサC3の充電電圧が、所定レベル未満の通常充電時には、図8(a)で示すように前記PWM信号のデューティを大きくし、前記所定レベル以上となると、受電部2が無い状態または2次電池BAが満充電となっていると判定し、図8(b)で示すように前記PWM信号のデューティを低下する。
The
したがって、図8(b)で示すようにON時間が短くなっても、前記電力伝送コイルT1の自己インピーダンスはこの図8(b)の方が小さく、端子電圧Vdは前述の図3(b)で示すように高くなるので、小さいデューティでも、連続発振しながら安定動作可能となり、そのデューティの低下で、2次側入力電流を減らすことができる。このように構成してもまた、待機電力を低減することが可能となる。 Therefore, as shown in FIG. 8B, even when the ON time is shortened, the self-impedance of the power transmission coil T1 is smaller in FIG. 8B, and the terminal voltage Vd is the same as that in FIG. Therefore, even with a small duty, stable operation is possible while continuously oscillating, and the secondary side input current can be reduced by reducing the duty. Even with this configuration, standby power can be reduced.
(実施の形態3)
図9は、本発明の実施の第3の形態に係る非接触電力伝送装置が適用される充電システムにおける受電部2aの電気回路図である。この充電システムは、前述の図1および図7で示す充電システムに類似し、対応する部分には同一の参照符号を付して示し、その説明を省略する。この充電システムには、前述の送電部1,1aの何れが用いられてもよい。注目すべきは、本実施の形態の受電部2aでは、整流方式をセンタータップ方式にしたことである。
(Embodiment 3)
FIG. 9 is an electric circuit diagram of the
したがって、電力受電用コイルT2aはセンタータップを有し、整流・平滑回路21aは、両端のタップから誘起電圧をそれぞれ取出す2つのダイオードD3,D3aに、その出力端が共通に接続される平滑コンデンサC7から構成される。満充電時の前記電力受電用コイルT2aの短絡には、2つのスイッチ素子FET2,FET2aが用いられ、各端のタップとセンタータップとの間を短絡する。このように構成することで、損失が小さく、しかも大パワーを得ることができる。
Therefore, the power receiving coil T2a has a center tap, and the rectifying /
(実施の形態4)
図10は、本発明の実施の第4の形態に係る非接触電力伝送装置が適用される充電システムの電気回路図である。この充電システムは、前述の図1、図7および図9で示す充電システムに類似し、対応する部分には同一の参照符号を付して示し、その説明を省略する。この充電システムでは、送電部1には図1の自励の構成を採用しているが、図7の他励の構成であってもよく、また受電部2bの整流方式は、図9のセンタータップ方式であってもよい。
(Embodiment 4)
FIG. 10 is an electric circuit diagram of a charging system to which the non-contact power transmission apparatus according to the fourth embodiment of the present invention is applied. This charging system is similar to the charging system shown in FIG. 1, FIG. 7 and FIG. 9 described above, and corresponding portions are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. In this charging system, the
注目すべきは、本実施の形態では、受電部2bにおいて、前記電力伝送抑制手段として、2次側整合用コンデンサである前記共振コンデンサC6を前記電力受電用コイルT2のタップ間から切離すスイッチ素子SW1が用いられることである。そして、前記制御マイコン22は、通常電力伝送時にはスイッチ素子SW1をONしており、充電完了などで充電を停止させたいときにはOFFする。そのときの電力伝送コイルT1における端子電圧Vdは、図3のとおりである。
It should be noted that in the present embodiment, in the
図11は、本件発明者のシミュレーション結果を示すグラフである。前述の図6と同様に、実線は前記電力伝送用コイルT1に現れる端子電圧Vdを示し、破線は電力受電用コイルT2に流れる電流Iを示す。図6(c)で示す電力受電用コイルT2の端子(タップ)間短絡に比べて、図11(a)で示すように共振コンデンサC6を切離した場合は、端子電圧Vdの振幅を小さくすることができ、また2次側の電流Iの実効値は、37.1mAと、大幅に小さくすることができる。この場合、損失はさらに1/10程度にまで抑えることができ、好適である。 FIG. 11 is a graph showing the simulation results of the present inventors. Similarly to FIG. 6 described above, the solid line indicates the terminal voltage Vd appearing in the power transmission coil T1, and the broken line indicates the current I flowing in the power receiving coil T2. Compared with the short circuit between the terminals (tap) of the power receiving coil T2 shown in FIG. 6C, the amplitude of the terminal voltage Vd is reduced when the resonance capacitor C6 is disconnected as shown in FIG. 11A. The effective value of the current I on the secondary side can be significantly reduced to 37.1 mA. In this case, the loss can be further reduced to about 1/10, which is preferable.
また、図11(b)は、前記共振コンデンサC6の切離しとともに、負荷側のスイッチ素子FET3を開放した状態を示す。前記端子電圧Vdは上昇するものの、2次側の電流Iを殆ど無くすことができる。これによって、たとえば受電部2bが無い状態での待機電力が、0.285Wであるのに対して、受電部2bが有っても、充電していない状態では、0.287W程度にまで抑えることができる。このように構成してもまた、トランスの2次側が電磁的に結合していない状態、すなわち受電部2bが送電部1,1aから離反している状態を擬似的に再現することができる。
FIG. 11B shows a state where the resonance capacitor C6 is disconnected and the load side switch element FET3 is opened. Although the terminal voltage Vd increases, the secondary current I can be almost eliminated. Thus, for example, the standby power without the
ここで、前記スイッチ素子SW1をFETで構成した場合、寄生ダイオード有するために、前記共振コンデンサC6の切離しが完全には行えない可能性がある。そこで、図12で示す受電部2b1や図13で示す受電部2b2のように、共振コンデンサC6と直列のスイッチ素子に、相互に逆極性のものを直列に接続して用いてもよい。図12で示す受電部2b1では、2次電池BAの充電を制御するp型のスイッチ素子FET3と同極性のスイッチ素子FET4と、逆極性のn型のスイッチ素子FET5とを直列に接続し、スイッチ素子FET3,FET4には、ゲート抵抗R11,R12を介してハイレベルを与えることで共にOFFさせ、スイッチ素子FET5には、ゲート抵抗R13を介してローレベルを与えることでOFFさせる。一方、図13で示す受電部2b2では、前記スイッチ素子FET4に代えて、ダイオードD11が用いられている。これによって、前記寄生ダイオードによる電流通過分をさらに抑えることができる。 Here, when the switch element SW1 is formed of an FET, the resonance capacitor C6 may not be completely disconnected due to a parasitic diode. Therefore, like the power receiving unit 2b1 shown in FIG. 12 and the power receiving unit 2b2 shown in FIG. 13, switch elements in series with the resonant capacitor C6 may be connected in series with opposite polarities. In the power receiving section 2b1 shown in FIG. 12, a switch element FET4 having the same polarity as the p-type switch element FET3 for controlling the charging of the secondary battery BA and an n-type switch element FET5 having the opposite polarity are connected in series. The elements FET3 and FET4 are both turned OFF by giving a high level via the gate resistors R11 and R12, and the switch element FET5 is turned OFF by giving a low level via the gate resistance R13. On the other hand, in the power receiving unit 2b2 shown in FIG. 13, a diode D11 is used instead of the switch element FET4. As a result, the amount of current passing through the parasitic diode can be further suppressed.
(実施の形態5)
図14は、本発明の実施の第4の形態に係る非接触電力伝送装置が適用される充電システムの電気回路図である。この充電システムは、前述の図1、図7および図9で示す充電システムに類似し、対応する部分には同一の参照符号を付して示し、その説明を省略する。この充電システムでも、送電部1には図1の自励の構成を採用しているが、図7の他励の構成であってもよく、また受電部2cの整流方式は、図9のセンタータップ方式であってもよい。
(Embodiment 5)
FIG. 14 is an electric circuit diagram of a charging system to which the non-contact power transmission apparatus according to the fourth embodiment of the present invention is applied. This charging system is similar to the charging system shown in FIG. 1, FIG. 7 and FIG. 9 described above, and corresponding portions are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. In this charging system as well, the
注目すべきは、本実施の形態では、受電部2cにおいて、前記電力伝送抑制手段としてのスイッチ素子FET2が、電力受電用コイルT2bの一端のタップと中間タップとの間のように、一部分を短絡することで、前記トランスの2次側が電磁的に結合していない状態、すなわち受電部2cが送電部1から離反している状態を擬似的に再現することである。このように電力受電用コイルT2bの一部を短絡しても、前記1/{2π√(LC)}の共振周波数が大きくずれ、パワーを取出すことができなくなる。また、一部分の短絡であることで、送電部1側では、完全に受電部2cが無い状態と、受電部2cが近接していても軽負荷のために電力伝送を抑制している状態とを区別することができる。
It should be noted that in the present embodiment, in the
ここで、特開平11−27870号公報には、2次側整流回路と2次電池との間にヒューズが設けられ、そのヒューズが遮断したときに2次側回路が異常な高電圧とならないように電力受電用コイルの端子間を短絡することが示されている。しかしながら、この先行技術は、2次側回路の保護を目的としたもので、それで1次側回路が発振を停止して、省電力を実現するものではない。 Here, in Japanese Patent Laid-Open No. 11-27870, a fuse is provided between the secondary side rectifier circuit and the secondary battery so that the secondary side circuit does not become an abnormally high voltage when the fuse is cut off. It is shown that the terminals of the power receiving coil are short-circuited. However, this prior art is intended to protect the secondary side circuit, and thus the primary side circuit stops oscillating and does not realize power saving.
1,1a 送電部
2,2a,2b,2b1,2b2,2c 受電部
10,20 コア
100,200 ハウジング
11 共振回路
12,12a 駆動回路
121 自励発振回路
122,122a 間欠駆動回路
123 他励発振回路
123a 制御マイコン
13 負荷検知回路
14 起動回路
21,21a 整流・平滑回路
22 制御マイコン
BA 2次電池
C1 平滑コンデンサ
C2,C3,C5,C7 コンデンサ
C4,C6 共振コンデンサ
D1,D2,D11 ダイオード
D3,D3a 整流ダイオード
E 電源
FET1 スイッチング素子
FET2,FET2a,FET4 スイッチ素子
FET3 インピーダンス素子
R1 起動抵抗
R2,R3,R3a,R4,R5,R6,R7 抵抗
R11,R12,R13 ゲート抵抗
SW1 スイッチ素子
T1 電力伝送用コイル
T2,T2a 電力受電用コイル
T3 帰還コイル
TR1,TR2 トランジスタ
1, 1a
Claims (8)
前記送電部は、
1次側と2次側とが分離可能なトランスの1次側となる電力伝送用コイルと、
前記電力伝送用コイルに並列に接続されて共振回路を構成する共振コンデンサと、
前記共振回路を共振させるスイッチング素子と、
前記スイッチング素子のスイッチングを制御する駆動回路と、
前記受電部が該送電部から離反して、前記トランスの2次側が1次側と電磁的に結合していないときに、前記駆動回路に前記スイッチングのデューティを低減させる負荷検知手段とを備えて構成され、
前記受電部は、
前記トランスの2次側となる電力受電用コイルと、
前記電力受電用コイルに並列接続される共振コンデンサと、
前記電力受電用コイルに誘起された電流を整流・平滑化し、負荷へ与える整流・平滑回路と、
前記負荷の状態を検出する負荷状態検出手段と、
前記電力受電用コイルと整流・平滑回路との間に設けられ、前記負荷状態検出手段の検出結果に応答し、前記整流・平滑回路から前記負荷へ供給される電流が予め定める値以下の軽負荷であるときに、前記トランスの2次側が電磁的に結合していない状態を擬似的に再現する電力伝送抑制手段とを含むことを特徴とする非接触電力伝送装置。 In a non-contact power transmission device configured to include a power transmission unit and a power reception unit that can be moved to and away from the power transmission unit, and to transmit power in a non-contact manner by electromagnetic induction from the power transmission unit to the power reception unit,
The power transmission unit
A power transmission coil serving as a primary side of a transformer capable of separating a primary side and a secondary side;
A resonant capacitor connected in parallel to the power transmission coil to form a resonant circuit;
A switching element for resonating the resonant circuit;
A drive circuit for controlling switching of the switching element;
Load detection means for reducing the switching duty in the drive circuit when the power reception unit is separated from the power transmission unit and the secondary side of the transformer is not electromagnetically coupled to the primary side. Configured,
The power receiving unit
A power receiving coil on the secondary side of the transformer;
A resonant capacitor connected in parallel to the power receiving coil;
A rectifying / smoothing circuit that rectifies and smoothes the current induced in the power receiving coil and applies it to a load;
Load state detecting means for detecting the state of the load;
A light load that is provided between the power receiving coil and the rectifying / smoothing circuit and has a current supplied from the rectifying / smoothing circuit to the load equal to or less than a predetermined value in response to the detection result of the load state detecting means. A non-contact power transmission device comprising: a power transmission suppression unit that simulates a state in which the secondary side of the transformer is not electromagnetically coupled.
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