JP7741700B2 - Powered Device - Google Patents
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Description
本発明は受電装置に関わる。 The present invention relates to a power receiving device.
負荷と電源とを直接接続することなく、電源が出力する電力を非接触で負荷に伝送する技術が開発されている。このような技術は、ワイヤレス給電と呼ばれており、無人搬送機などの給電に応用されている。無人搬送機を給電する場合、無人搬送機に搭載されているバッテリなどの直流負荷を給電することが多いため、従来のワイヤレス給電システムは、商用交流電源からの交流電力を直流電力に変換し、この直流電力を送電していた。一方、無人搬送機に搭載されているバッテリなどの直流負荷に加えて、無人搬送機に搭載されているロボットアームなどの交流負荷にも給電する需要が増加している。このような交流負荷を給電するには、ワイヤレス給電システムの送電装置から送電される直流電力を交流電力に変換するインバータ回路を受電装置に設ける必要がある。ところが、インバータ回路を受電装置に設けると、受電装置の重量増大、寸法拡大、及びコスト増大などの課題が生じる。このような課題を解決するため、特許文献１は、交流電力を送電できるワイヤレス給電システムを提案している。 Technologies have been developed that transmit power output from a power source to a load without directly connecting the load and power source. This technology, known as wireless power transfer, is being applied to powering automated guided vehicles (AGVs). Because powering AGVs often involves powering DC loads, such as batteries mounted on the AGVs, conventional wireless power transfer systems convert AC power from a commercial AC power source into DC power and transmit this DC power. Meanwhile, there is an increasing demand for powering AC loads, such as robot arms mounted on AGVs, in addition to DC loads, such as batteries mounted on AGVs. To power such AC loads, an inverter circuit must be installed in the power receiving device of the wireless power transfer system to convert the DC power transmitted from the power transmitting device to AC power. However, installing an inverter circuit in the power receiving device raises issues such as increased weight, size, and cost of the power receiving device. To address these issues, Patent Document 1 proposes a wireless power transfer system capable of transmitting AC power.
しかし、特許文献１に記載のワイヤレス給電システムでは、受電装置側に設けられているインバータ装置の出力電圧の正負の切り替えタイミングを、インバータ装置に入力される電流の値と閾値との比較により決定しているが、閾値が大きい場合には、インバータ装置の出力電圧の正負の切り替え時に大きな電流が残留し、電力損失やノイズの発生を招いてしまう。一方、閾値を小さくすると、温度安定性に優れた高精度の電流センサが必要となり、コストが高くなる。特に、インバータ装置に入力される電流が大きい場合には、広い電流範囲を高い精度で検出する必要があるため、ダイナミックレンジが広くなる。この結果、電流センサのコストが高くなってしまう。 However, in the wireless power transfer system described in Patent Document 1, the timing for switching the output voltage of the inverter device installed on the power receiving device side between positive and negative is determined by comparing the value of the current input to the inverter device with a threshold value. If the threshold value is large, a large current remains when the inverter device's output voltage switches between positive and negative, resulting in power loss and noise. On the other hand, if the threshold value is small, a high-precision current sensor with excellent temperature stability is required, which increases costs. In particular, when the current input to the inverter device is large, a wide current range must be detected with high precision, resulting in a wide dynamic range. As a result, the cost of the current sensor increases.
そこで、本発明は、このような課題を解決し、インバータ装置の出力電圧の正負の切り替えタイミングを精度よくかつ低コストで決定できる受電装置を提案することを課題とする。 The present invention aims to solve these problems and propose a power receiving device that can accurately and inexpensively determine the timing for switching the inverter device's output voltage between positive and negative.
上述の課題を解決するため、本発明に関わる受電装置は、送電装置からワイヤレス受電した交流電力を交流負荷に供給する受電装置であって、送電装置により高周波信号に変換された交流電力を送電装置から電磁誘導により受電する受電コイルと、高周波信号を全波整流信号に整流する整流回路と、全波整流信号を交流信号に変換するとともに、交流信号を交流負荷に供給するインバータ回路と、全波整流信号の電圧から全波整流信号のゼロクロスポイント付近を検出する検出回路と、を備え、インバータ回路は、ゼロクロスポイント付近の検出結果に応じて全波整流信号を交流信号に変換する。斯かる構成によれば、電流センサを用いることなく、全波整流信号の電圧から全波整流信号のゼロクロスポイント付近を検出することができる。 To solve the above-mentioned problems, the power receiving device of the present invention is a power receiving device that supplies AC power wirelessly received from a power transmitting device to an AC load. It includes a power receiving coil that receives AC power converted into a high-frequency signal by the power transmitting device from the power transmitting device via electromagnetic induction; a rectifier circuit that rectifies the high-frequency signal into a full-wave rectified signal; an inverter circuit that converts the full-wave rectified signal into an AC signal and supplies the AC signal to the AC load; and a detection circuit that detects the vicinity of zero-crossing points of the full-wave rectified signal from its voltage, and the inverter circuit converts the full-wave rectified signal into an AC signal based on the detection result of the vicinity of the zero-crossing points. With this configuration, the vicinity of zero-crossing points of the full-wave rectified signal can be detected from the voltage of the full-wave rectified signal without using a current sensor.
検出回路は、全波整流信号の電圧に応じて発光制御される発光素子と、発光素子の発光状態に応じて通電状態が制御される受光素子とを備えてもよい。検出回路は、受光素子の通電状態がオンからオフに切り替わるタイミングでクロスポイントを検出してもよい。斯かる構成によれば、高精度かつ高コストの電流センサを用いることなく、全波整流信号のゼロクロスポイント付近を精度よく検出することができる。 The detection circuit may include a light-emitting element whose light emission is controlled according to the voltage of the full-wave rectified signal, and a light-receiving element whose conduction state is controlled according to the light-emitting state of the light-emitting element. The detection circuit may detect the crosspoint when the conduction state of the light-receiving element switches from on to off. This configuration makes it possible to accurately detect the vicinity of the zero-crosspoint of the full-wave rectified signal without using a high-precision, high-cost current sensor.
受電装置は、例えば、無人搬送機などの移動体に搭載されてもよい。これにより、受電装置は、無人搬送機などの移動体に搭載されているロボットアームなどの交流負荷に交流信号を供給することができる。 The power receiving device may be mounted on a moving body such as an unmanned transport vehicle. This allows the power receiving device to supply AC signals to an AC load such as a robot arm mounted on a moving body such as an unmanned transport vehicle.
本発明によれば、インバータ装置の出力電圧の正負の切り替えタイミングを精度よくかつ低コストで決定することができる。 This invention makes it possible to accurately and inexpensively determine the timing for switching the output voltage of an inverter device between positive and negative.
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。ここで、同一符号は同一の構成要素を示すものとし、重複する説明は省略する。 Embodiments of the present invention will now be described with reference to the drawings. Here, the same reference numerals indicate the same components, and duplicate explanations will be omitted.
図１は本発明の第１の実施形態に関わるワイヤレス給電システム１０の構成の一例を示す説明図である。ワイヤレス給電システム１０は、商用交流電源５０からの電力を高周波信号に変換し、これをワイヤレス送電する送電装置２０と、送電装置２０からの高周波信号を電磁誘導により受電し、これを負荷４１に供給する受電装置３０とを備える。受電装置３０は、移動体４０に搭載されている。負荷４１は、移動体４０に搭載されているバッテリなどの直流負荷、又は移動体４０に搭載されているロボットアームなどの交流負荷である。移動体４０は、例えば、無人搬送機である。 FIG. 1 is an explanatory diagram showing an example of the configuration of a wireless power supply system 10 according to a first embodiment of the present invention. The wireless power supply system 10 includes a power transmitting device 20 that converts power from a commercial AC power source 50 into a high-frequency signal and transmits it wirelessly, and a power receiving device 30 that receives the high-frequency signal from the power transmitting device 20 by electromagnetic induction and supplies it to a load 41. The power receiving device 30 is mounted on a mobile object 40. The load 41 is a DC load such as a battery mounted on the mobile object 40, or an AC load such as a robot arm mounted on the mobile object 40. The mobile object 40 is, for example, an unmanned transport vehicle.
図２は送電装置２０の回路構成の一例を示す説明図である。送電装置２０は、力率改善整流回路２１と、フィルタ回路２２と、インバータ回路２３と、送電コイル２４と、送電制御回路２５とを備える。送電制御回路２５は、力率改善整流回路２１及びインバータ回路２３のスイッチング動作を制御する。 Figure 2 is an explanatory diagram showing an example of the circuit configuration of the power transmission device 20. The power transmission device 20 includes a power factor correction rectifier circuit 21, a filter circuit 22, an inverter circuit 23, a power transmission coil 24, and a power transmission control circuit 25. The power transmission control circuit 25 controls the switching operations of the power factor correction rectifier circuit 21 and the inverter circuit 23.
力率改善整流回路２１は、整流回路２１１と、整流回路２１１の出力側に接続する昇圧チョッパ２１２とを備える。整流回路２１１は、ブリッジ接続された複数のダイオードＤ５，Ｄ６，Ｄ７，Ｄ８から構成される単相全波整流回路である。整流回路２１１は、商用交流電源５０からの交流信号を整流する。昇圧チョッパ２１２は、平滑用リアクトルＬ１，逆流防止ダイオードＤ９，及びスイッチング素子Ｔｒ５から構成される。昇圧チョッパ２１２は、平滑用リアクトルＬ１を流れる入力電流を電圧と同相の全波整流波形と同一に制御することにより、入力電流を電圧と同相の信号波形にする。 The power factor correction rectifier circuit 21 includes a rectifier circuit 211 and a boost chopper 212 connected to the output side of the rectifier circuit 211. The rectifier circuit 211 is a single-phase full-wave rectifier circuit composed of multiple bridge-connected diodes D5, D6, D7, and D8. The rectifier circuit 211 rectifies the AC signal from the commercial AC power supply 50. The boost chopper 212 is composed of a smoothing reactor L1, a backflow prevention diode D9, and a switching element Tr5. The boost chopper 212 converts the input current flowing through the smoothing reactor L1 into a signal waveform in phase with the voltage by controlling it to be the same as a full-wave rectified waveform in phase with the voltage.
受電装置３０に接続する負荷４１が交流負荷である場合、力率改善整流回路２１は、商用交流電源５０から供給される交流信号を、一定のＰＷＭ（Pulse Wide Modulation）幅でスイッチング素子Ｔｒ５をスイッチングすることにより、全波整流信号に変換する。このとき、一定のＰＷＭ幅の値は、受電装置３０から出力される交流電圧の大きさに応じて決定される。力率改善整流回路２１は、一定のＰＷＭ幅の値を別の一定の値に変更することにより、受電装置３０から出力される交流電圧の大きさを調整することができる。一方、受電装置３０に接続する負荷４１が直流負荷である場合、力率改善整流回路２１は、商用交流電源５０から供給される交流信号を、可変のＰＷＭ幅でスイッチング素子Ｔｒ５をスイッチングすることにより、直流信号に変換する。即ち、力率改善整流回路２１は、力率改善整流回路２１からの出力電圧が一定となるように、ＰＷＭ幅を可変制御する。 When the load 41 connected to the power receiving device 30 is an AC load, the power factor correction rectifier circuit 21 converts the AC signal supplied from the commercial AC power supply 50 into a full-wave rectified signal by switching the switching element Tr5 at a constant PWM (Pulse Wide Modulation) width. The value of the constant PWM width is determined based on the magnitude of the AC voltage output from the power receiving device 30. The power factor correction rectifier circuit 21 can adjust the magnitude of the AC voltage output from the power receiving device 30 by changing the value of the constant PWM width to another constant value. On the other hand, when the load 41 connected to the power receiving device 30 is a DC load, the power factor correction rectifier circuit 21 converts the AC signal supplied from the commercial AC power supply 50 into a DC signal by switching the switching element Tr5 at a variable PWM width. In other words, the power factor correction rectifier circuit 21 variably controls the PWM width so that the output voltage from the power factor correction rectifier circuit 21 remains constant.
なお、スイッチング素子Ｔｒ５は、送電制御回路２５からの駆動信号に応答してスイッチング制御される。スイッチング素子Ｔｒ５のスイッチング周波数は、商用交流電源５０の周波数と同一である必要はなく、異なっていてもよい。 The switching of switching element Tr5 is controlled in response to a drive signal from the power transmission control circuit 25. The switching frequency of switching element Tr5 does not need to be the same as the frequency of the commercial AC power supply 50, and may be different.
フィルタ回路２２は、キャパシタＣ１，Ｃ２及びリアクトルＬ２から構成されるπ型ＬＣフィルタである。力率改善整流回路２１からの出力信号（全波整流信号又は直流信号）には、力率改善整流回路２１のスイッチング素子Ｔｒ５のスイッチングに伴う高周波成分が重畳されている。フィルタ回路２２は、力率改善整流回路２１からの出力信号に重畳されている不要な高周波成分を除去する。 The filter circuit 22 is a π-type LC filter composed of capacitors C1 and C2 and a reactor L2. The output signal (full-wave rectified signal or DC signal) from the power factor correction rectifier circuit 21 contains superimposed high-frequency components caused by the switching of the switching element Tr5 of the power factor correction rectifier circuit 21. The filter circuit 22 removes unnecessary high-frequency components superimposed on the output signal from the power factor correction rectifier circuit 21.
インバータ回路２３は、複数のスイッチング素子を備えている。インバータ回路２３は、フィルタ回路２２を通じて力率改善整流回路２１から出力される出力信号（全波整流信号又は直流信号）を入力し、インバータ回路２３内の各スイッチング素子のスイッチング制御により、この出力信号を正負に切り分けられた高周波信号に変換する。インバータ回路２３内の各スイッチング素子は、送電ユニット３０と受電ユニット４０との間で電磁誘導による電力のワイヤレス送電が行われるように、送電制御回路２５からの駆動信号に応答してスイッチング制御される。インバータ回路２３内の各スイッチング素子のスイッチング周波数は、力率改善整流回路２１内のスイッチング素子Ｔｒ５のスイッチング周波数と同一である必要はなく、異なっていてもよい。 The inverter circuit 23 includes multiple switching elements. The inverter circuit 23 receives the output signal (full-wave rectified signal or DC signal) output from the power factor correction rectifier circuit 21 via the filter circuit 22 and converts this output signal into a high-frequency signal with positive and negative polarities by controlling the switching of each switching element in the inverter circuit 23. The switching of each switching element in the inverter circuit 23 is controlled in response to a drive signal from the power transmission control circuit 25 so that wireless power transmission is performed between the power transmitting unit 30 and the power receiving unit 40 by electromagnetic induction. The switching frequency of each switching element in the inverter circuit 23 does not need to be the same as the switching frequency of switching element Tr5 in the power factor correction rectifier circuit 21 and may be different.
送電コイル２４は、インバータ回路２３から出力される高周波信号を高周波磁束に変換する。これにより、送電コイル２４は、電磁誘導を通じて、高周波信号を受電装置３０にワイヤレス送電することができる。送電コイル２４は、例えば、コイル単体でもよく、或いはコイルとキャパシタとが直列接続されている直列共振回路でもよく、コイルとキャパシタとが並列接続されている並列共振回路でもよい。 The power transmission coil 24 converts the high-frequency signal output from the inverter circuit 23 into high-frequency magnetic flux. This allows the power transmission coil 24 to wirelessly transmit the high-frequency signal to the power receiving device 30 through electromagnetic induction. The power transmission coil 24 may be, for example, a single coil, a series resonant circuit in which a coil and a capacitor are connected in series, or a parallel resonant circuit in which a coil and a capacitor are connected in parallel.
図３は受電装置３０の回路構成の一例を示す説明図である。受電装置３０は、受電コイル３１と、整流回路３２と、フィルタ回路３３と、インバータ回路３４と、受電制御回路３５とを備える。受電制御回路３５は、インバータ回路３４のスイッチング動作を制御する。 Figure 3 is an explanatory diagram showing an example of the circuit configuration of the power receiving device 30. The power receiving device 30 includes a power receiving coil 31, a rectifier circuit 32, a filter circuit 33, an inverter circuit 34, and a power receiving control circuit 35. The power receiving control circuit 35 controls the switching operation of the inverter circuit 34.
受電コイル３１は、送電コイル２４からの高周波磁束を高周波信号に変換する。これにより、受電コイル３１は、電磁誘導を通じて、高周波信号を受電することができる。受電コイル３１は、例えば、コイル単体でもよく、或いはコイルとキャパシタとが直列接続されている直列共振回路でもよく、コイルとキャパシタとが並列接続されている並列共振回路でもよい。 The receiving coil 31 converts the high-frequency magnetic flux from the transmitting coil 24 into a high-frequency signal. This allows the receiving coil 31 to receive the high-frequency signal through electromagnetic induction. The receiving coil 31 may be, for example, a single coil, a series resonant circuit in which a coil and a capacitor are connected in series, or a parallel resonant circuit in which a coil and a capacitor are connected in parallel.
整流回路３２は、ブリッジ接続された複数のダイオードＤ１０，Ｄ１１，Ｄ１２，Ｄ１３から構成される単相全波整流回路である。受電装置３０に接続する負荷４１が交流負荷である場合、整流回路３２は、受電コイル３１から出力される高周波信号を全波整流信号に整流する。受電装置３０に接続する負荷４１が直流負荷である場合、整流回路３２は、受電コイル３１から出力される高周波信号を直流信号に整流する。 The rectifier circuit 32 is a single-phase full-wave rectifier circuit composed of multiple bridge-connected diodes D10, D11, D12, and D13. When the load 41 connected to the power receiving device 30 is an AC load, the rectifier circuit 32 rectifies the high-frequency signal output from the power receiving coil 31 into a full-wave rectified signal. When the load 41 connected to the power receiving device 30 is a DC load, the rectifier circuit 32 rectifies the high-frequency signal output from the power receiving coil 31 into a DC signal.
フィルタ回路３３は、リアクトルＬ３及びキャパシタＣ３から構成されるＬＣフィルタである。インバータ回路２３から出力される高周波信号には、インバータ回路２３内のスイッチング素子のスイッチングに伴う高周波成分が重畳されており、整流回路３２から出力される信号（全波整流信号又は直流信号）にもこの高周波成分が重畳されている。フィルタ回路３３は、整流回路３２から出力される信号（全波整流信号又は直流信号）に重畳されている不要な高周波成分を除去する。 The filter circuit 33 is an LC filter composed of a reactor L3 and a capacitor C3. High-frequency components associated with the switching of the switching elements within the inverter circuit 23 are superimposed on the high-frequency signal output from the inverter circuit 23, and these high-frequency components are also superimposed on the signal (full-wave rectified signal or DC signal) output from the rectifier circuit 32. The filter circuit 33 removes unnecessary high-frequency components superimposed on the signal (full-wave rectified signal or DC signal) output from the rectifier circuit 32.
インバータ回路３４は、複数のスイッチング素子を備えている。受電装置３０に接続する負荷４１が交流負荷である場合、インバータ回路３４は、フィルタ回路３３を通じて整流回路３２から出力される全波整流信号の電圧がゼロになるタイミングで信号波形の正負が切り替わるように、インバータ回路３４内の各スイッチング素子を商用交流電源５０の周波数と同じ周波数でスイッチング制御することにより、全波整流信号を交流信号に変換し、この交流信号を負荷４１に供給する。受電装置３０に接続する負荷４１が直流負荷である場合、インバータ回路３４は、フィルタ回路３３を通じて整流回路３２から出力される直流信号を、インバータ回路３４内の複数のスイッチング素子のうち特定のスイッチング素子を常時オンにすることにより、そのまま負荷４１に供給する。なお、インバータ回路３４内の各スイッチング素子は、受電制御回路３５からの駆動信号に応答してスイッチング制御される。 The inverter circuit 34 includes multiple switching elements. When the load 41 connected to the power receiving device 30 is an AC load, the inverter circuit 34 converts the full-wave rectified signal into an AC signal by controlling the switching of each switching element in the inverter circuit 34 at the same frequency as the commercial AC power source 50 so that the signal waveform switches between positive and negative when the voltage of the full-wave rectified signal output from the rectifier circuit 32 through the filter circuit 33 becomes zero. This AC signal is then supplied to the load 41. When the load 41 connected to the power receiving device 30 is a DC load, the inverter circuit 34 supplies the DC signal output from the rectifier circuit 32 through the filter circuit 33 to the load 41 as is by keeping certain switching elements of the multiple switching elements in the inverter circuit 34 constantly on. The switching of each switching element in the inverter circuit 34 is controlled in response to a drive signal from the power receiving control circuit 35.
図４はインバータ回路３４及び受電制御回路３５の回路構成の一例を示す説明図である。インバータ回路３４は、第１のレグ３４１と、第２のレグ３４２とを備える。第１のレグ３４１は、スイッチング素子Ｔｒ１及びこれに逆並列に接続されている帰還ダイオードＤ１から構成される上アームと、スイッチング素子Ｔｒ２及びこれに逆並列に接続されている帰還ダイオードＤ２から構成される下アームとが直列に接続されている。第２のレグ３４２は、スイッチング素子Ｔｒ３及びこれに逆並列に接続されている帰還ダイオードＤ３から構成される上アームと、スイッチング素子Ｔｒ４及びこれに逆並列に接続されている帰還ダイオードＤ４から構成される下アームとが直列に接続されている。 Figure 4 is an explanatory diagram showing an example of the circuit configuration of the inverter circuit 34 and the power receiving control circuit 35. The inverter circuit 34 includes a first leg 341 and a second leg 342. The first leg 341 has an upper arm consisting of a switching element Tr1 and a feedback diode D1 connected in anti-parallel thereto, connected in series with a lower arm consisting of a switching element Tr2 and a feedback diode D2 connected in anti-parallel thereto. The second leg 342 has an upper arm consisting of a switching element Tr3 and a feedback diode D3 connected in anti-parallel thereto, connected in series with a lower arm consisting of a switching element Tr4 and a feedback diode D4 connected in anti-parallel thereto.
第１のレグ３４１の上アームと第２のレグ３４２の上アームとの接続点３４３、及び第１のレグ３４１の下アームと第２のレグ３４２の下アームとの接続点３４４は、それぞれ、インバータ回路３４の入力端子である。第１のレグ３４１の上アームと下アームとの接続点３４５、及び第２のレグ３４２の上アームと下アームとの接続点３４６は、それぞれ、インバータ回路３４の出力端子である。インバータ回路３４の出力端子は、負荷４１に接続している。 Connection point 343 between the upper arm of first leg 341 and the upper arm of second leg 342, and connection point 344 between the lower arm of first leg 341 and the lower arm of second leg 342, are each input terminals of inverter circuit 34. Connection point 345 between the upper arm and lower arm of first leg 341, and connection point 346 between the upper arm and lower arm of second leg 342 are each output terminals of inverter circuit 34. The output terminals of inverter circuit 34 are connected to load 41.
受電制御回路３５は、検出回路３５１と、駆動信号生成回路３５２と、駆動回路３５３とを備える。受電装置３０に接続する負荷４１が交流負荷である場合、インバータ回路３４には、フィルタ回路３３を通じて整流回路３２から全波整流信号が入力される。検出回路３５１は、この全波整流信号の電圧から全波整流信号のゼロクロスポイント付近を検出する。ここで、全波整流信号のゼロクロスポイントとは、全波整流信号の電圧値がゼロになるタイミング（時刻）を意味する。また、全波整流信号のゼロクロスポイント付近とは、全波整流信号の電圧値が閾値電圧未満（すなわち、ゼロ以上かつ閾値電圧未満）になるタイミング（時刻）を意味する。閾値電圧は、例えば、全波整流信号の最大値の数％（例えば、２～３％）程度でよい。 The power receiving control circuit 35 includes a detection circuit 351, a drive signal generation circuit 352, and a drive circuit 353. When the load 41 connected to the power receiving device 30 is an AC load, a full-wave rectified signal is input to the inverter circuit 34 from the rectifier circuit 32 via the filter circuit 33. The detection circuit 351 detects the vicinity of the zero-crossing point of the full-wave rectified signal from its voltage. Here, the zero-crossing point of the full-wave rectified signal refers to the timing (time) at which the voltage value of the full-wave rectified signal becomes zero. Furthermore, the vicinity of the zero-crossing point of the full-wave rectified signal refers to the timing (time) at which the voltage value of the full-wave rectified signal becomes less than a threshold voltage (i.e., greater than or equal to zero and less than the threshold voltage). The threshold voltage may be, for example, approximately a few percent (e.g., 2-3%) of the maximum value of the full-wave rectified signal.
検出回路３５１は、インバータ回路３４の入力端子（接続点３４３，３４４）に印加される全波整流信号の電圧を分圧する抵抗Ｒ１，Ｒ２と、抵抗Ｒ１，Ｒ２により分圧された電圧に応じて発光制御される発光ダイオード（発光素子）Ｄ１４と、発光ダイオードＤ１４の発光状態に応じて通電状態が制御されるフォトトラジスタ（受光素子）Ｔｒ６を備える。発光ダイオードＤ１４のアノードには、抵抗Ｒ１，Ｒ２により分圧された電圧が印加される。発光ダイオードＤ１４のカソードは、グランドに接続している。フォトトラジスタＴｒ６のコレクタは、抵抗Ｒ３を通じて電源Ｖｃｃに接続している。フォトトラジスタＴｒ６のエミッタは、グランドに接続している。インバータ回路３４の入力端子（接続点３４３，３４４）に印加される全波整流信号のゼロクロスポイント付近では、発光ダイオードＤ１４のアノードに印加される電圧は、発光ダイオードＤ１４の発光状態がオンからオフになる程度にまで低下する。発光ダイオードＤ１４のアノードに印加される電圧の低下に伴い、発光ダイオードＤ１４の発光状態がオンからオフになると、フォトトラジスタＴｒ６の導通状態は、オンからオフに切り替わる。検出回路３５１は、フォトトラジスタＴｒ６の通電状態がオンからオフに切り替わるタイミングで全波整流信号のクロスポイントを検出する。フォトトラジスタＴｒ６の通電状態がオンからオフに切り替わると、検出回路３５１から駆動信号生成回路３５２に出力される検出信号ＤＥＴは、ローレベルからハイレベルに切り替わる。なお、フォトトラジスタＴｒ６の通電状態がオンである場合、検出信号ＤＥＴは、ローレベルにある。フォトトラジスタＴｒ６の通電状態がオフである場合、検出信号ＤＥＴは、ハイレベルにある。 Detection circuit 351 includes resistors R1 and R2 that divide the voltage of the full-wave rectified signal applied to the input terminals (connections 343 and 344) of inverter circuit 34, a light-emitting diode (light-emitting element) D14 whose light emission is controlled according to the voltage divided by resistors R1 and R2, and a phototransistor (light-receiving element) Tr6 whose conduction state is controlled according to the light-emitting state of light-emitting diode D14. The voltage divided by resistors R1 and R2 is applied to the anode of light-emitting diode D14. The cathode of light-emitting diode D14 is connected to ground. The collector of phototransistor Tr6 is connected to power supply Vcc through resistor R3. The emitter of phototransistor Tr6 is connected to ground. Near the zero-crossing point of the full-wave rectified signal applied to the input terminals (connections 343 and 344) of the inverter circuit 34, the voltage applied to the anode of the light-emitting diode D14 drops to the point where the light-emitting diode D14 changes from on to off. As the voltage applied to the anode of the light-emitting diode D14 drops, the light-emitting diode D14 changes from on to off, and the conduction state of the phototransistor Tr6 changes from on to off. The detection circuit 351 detects the crossing point of the full-wave rectified signal when the conduction state of the phototransistor Tr6 changes from on to off. When the conduction state of the phototransistor Tr6 changes from on to off, the detection signal DET output from the detection circuit 351 to the drive signal generation circuit 352 changes from low to high. When the conduction state of the phototransistor Tr6 is on, the detection signal DET is at low level. When the phototransistor Tr6 is off, the detection signal DET is at a high level.
駆動信号生成回路３５２は、スイッチング素子Ｔｒ１，Ｔｒ４を駆動する駆動信号ＶＧ１４と、スイッチング素子Ｔｒ２，Ｔｒ３を駆動する駆動信号ＶＧ２３とをそれぞれ検出信号ＤＥＴから生成する。駆動回路３５３は、スイッチング素子Ｔｒ１を駆動する駆動信号ＶＧ１と、スイッチング素子Ｔｒ４を駆動する駆動信号ＶＧ４とをそれぞれ駆動信号ＶＧ１４から生成するとともに、スイッチング素子Ｔｒ２を駆動する駆動信号ＶＧ２と、スイッチング素子Ｔｒ３を駆動する駆動信号ＶＧ３とをそれぞれ駆動信号ＶＧ２３から生成する。 The drive signal generation circuit 352 generates a drive signal VG14 that drives switching elements Tr1 and Tr4, and a drive signal VG23 that drives switching elements Tr2 and Tr3, from the detection signal DET. The drive circuit 353 generates a drive signal VG1 that drives switching element Tr1 and a drive signal VG4 that drives switching element Tr4 from the drive signal VG14, and generates a drive signal VG2 that drives switching element Tr2 and a drive signal VG3 that drives switching element Tr3 from the drive signal VG23.
図５は駆動回路３５３の回路構成の一例を示す図である。駆動回路３５３は、スイッチング素子Ｔｒ１の駆動信号ＶＧ１を生成する絶縁駆動回路３５３１と、スイッチング素子Ｔｒ２の駆動信号ＶＧ２を生成する絶縁駆動回路３５３２と、スイッチング素子Ｔｒ３の駆動信号ＶＧ３を生成する絶縁駆動回路３５３３と、スイッチング素子Ｔｒ４の駆動信号ＶＧ４を生成する絶縁駆動回路３５３４とを備える。 Figure 5 shows an example of the circuit configuration of the drive circuit 353. The drive circuit 353 includes an insulated drive circuit 3531 that generates a drive signal VG1 for switching element Tr1, an insulated drive circuit 3532 that generates a drive signal VG2 for switching element Tr2, an insulated drive circuit 3533 that generates a drive signal VG3 for switching element Tr3, and an insulated drive circuit 3534 that generates a drive signal VG4 for switching element Tr4.
絶縁駆動回路３５３１は、抵抗Ｒ４を通じて入力される駆動信号ＶＧ１４の電圧により発光制御される発光ダイオード（発光素子）Ｄ１５と、発光ダイオードＤ１５の発光状態に応じて通電状態が制御されるフォトトラジスタ（受光素子）Ｔｒ１５を備える。発光ダイオードＤ１５のカソードは、グランドに接続している。フォトトラジスタＴｒ１５のコレクタは、電源Ｖｃｃに接続している。フォトトラジスタＴｒ１５のエミッタは、グランドに接続している。フォトトラジスタＴｒ１５のコレクタ電圧が抵抗Ｒ５，Ｒ６により分圧された電圧が駆動信号ＶＧ１として絶縁駆動回路３５３１からスイッチング素子Ｔｒ１のゲートに出力される。 The isolated drive circuit 3531 includes a light-emitting diode (light-emitting element) D15, whose light emission is controlled by the voltage of the drive signal VG14 input through resistor R4, and a phototransistor (light-receiving element) Tr15, whose conduction state is controlled according to the light-emitting state of the light-emitting diode D15. The cathode of the light-emitting diode D15 is connected to ground. The collector of the phototransistor Tr15 is connected to the power supply Vcc. The emitter of the phototransistor Tr15 is connected to ground. The collector voltage of the phototransistor Tr15 is divided by resistors R5 and R6, and the voltage is output from the isolated drive circuit 3531 to the gate of the switching element Tr1 as the drive signal VG1.
絶縁駆動回路３５３２は、抵抗Ｒ７を通じて入力される駆動信号ＶＧ２３の電圧により発光制御される発光ダイオード（発光素子）Ｄ１６と、発光ダイオードＤ１６の発光状態に応じて通電状態が制御されるフォトトラジスタ（受光素子）Ｔｒ１６を備える。発光ダイオードＤ１６のカソードは、グランドに接続している。フォトトラジスタＴｒ１６のコレクタは、電源Ｖｃｃに接続している。フォトトラジスタＴｒ１６のエミッタは、グランドに接続している。フォトトラジスタＴｒ１６のコレクタ電圧が抵抗Ｒ８，Ｒ９により分圧された電圧が駆動信号ＶＧ２として絶縁駆動回路３５３２からスイッチング素子Ｔｒ２のゲートに出力される。 The isolated drive circuit 3532 includes a light-emitting diode (light-emitting element) D16, whose light emission is controlled by the voltage of the drive signal VG23 input through resistor R7, and a phototransistor (light-receiving element) Tr16, whose conduction state is controlled according to the light-emitting state of the light-emitting diode D16. The cathode of the light-emitting diode D16 is connected to ground. The collector of the phototransistor Tr16 is connected to the power supply Vcc. The emitter of the phototransistor Tr16 is connected to ground. The collector voltage of the phototransistor Tr16 is divided by resistors R8 and R9, and the resulting voltage is output from the isolated drive circuit 3532 to the gate of the switching element Tr2 as the drive signal VG2.
絶縁駆動回路３５３３は、抵抗Ｒ１０を通じて入力される駆動信号ＶＧ２３の電圧により発光制御される発光ダイオード（発光素子）Ｄ１７と、発光ダイオードＤ１７の発光状態に応じて通電状態が制御されるフォトトラジスタ（受光素子）Ｔｒ１７を備える。発光ダイオードＤ１７のカソードは、グランドに接続している。フォトトラジスタＴｒ１７のコレクタは、電源Ｖｃｃに接続している。フォトトラジスタＴｒ１７のエミッタは、グランドに接続している。フォトトラジスタＴｒ１７のコレクタ電圧が抵抗Ｒ１１，Ｒ１２により分圧された電圧が駆動信号ＶＧ３として絶縁駆動回路３５３３からスイッチング素子Ｔｒ３のゲートに出力される。 The isolated drive circuit 3533 includes a light-emitting diode (light-emitting element) D17, whose light emission is controlled by the voltage of the drive signal VG23 input through resistor R10, and a phototransistor (light-receiving element) Tr17, whose conduction state is controlled according to the light-emitting state of the light-emitting diode D17. The cathode of the light-emitting diode D17 is connected to ground. The collector of the phototransistor Tr17 is connected to the power supply Vcc. The emitter of the phototransistor Tr17 is connected to ground. The collector voltage of the phototransistor Tr17 is divided by resistors R11 and R12, and the resulting voltage is output from the isolated drive circuit 3533 to the gate of the switching element Tr3 as the drive signal VG3.
絶縁駆動回路３５３４は、抵抗Ｒ１３を通じて入力される駆動信号ＶＧ１４の電圧により発光制御される発光ダイオード（発光素子）Ｄ１８と、発光ダイオードＤ１８の発光状態に応じて通電状態が制御されるフォトトラジスタ（受光素子）Ｔｒ１８を備える。発光ダイオードＤ１８のカソードは、グランドに接続している。フォトトラジスタＴｒ１８のコレクタは、電源Ｖｃｃに接続している。フォトトラジスタＴｒ１８のエミッタは、グランドに接続している。フォトトラジスタＴｒ１８のコレクタ電圧が抵抗Ｒ１４，Ｒ１５により分圧された電圧が駆動信号ＶＧ４として絶縁駆動回路３５３４からスイッチング素子Ｔｒ４のゲートに出力される。 The isolated drive circuit 3534 includes a light-emitting diode (light-emitting element) D18, whose light emission is controlled by the voltage of the drive signal VG14 input through resistor R13, and a phototransistor (light-receiving element) Tr18, whose conduction state is controlled according to the light-emitting state of the light-emitting diode D18. The cathode of the light-emitting diode D18 is connected to ground. The collector of the phototransistor Tr18 is connected to the power supply Vcc. The emitter of the phototransistor Tr18 is connected to ground. The collector voltage of the phototransistor Tr18 is divided by resistors R14 and R15, and the resulting voltage is output from the isolated drive circuit 3534 to the gate of the switching element Tr4 as the drive signal VG4.
次に、負荷４１が交流負荷である場合に、ワイヤレス給電システム１０を通じて商用交流電源５０からの電力を負荷４１に送電する過程におけるワイヤレス給電システム１０の各部の電圧信号の遷移について、図８乃至図１１を参照しながら説明する。 Next, with reference to Figures 8 to 11, we will explain the transition of voltage signals at each part of the wireless power supply system 10 during the process of transmitting power from the commercial AC power supply 50 to the load 41 through the wireless power supply system 10 when the load 41 is an AC load.
図６において、符号９０１は、商用交流電源５０からの交流信号を整流回路２１１により全波整流することにより得られる電圧信号を示す。符号９０２は、力率改善整流回路２１からの出力信号に重畳されている不要な高周波成分をフィルタ回路２２により除去することにより得られる電圧信号を示す。符号９０３は、商用交流電源５０の半周期に相当する期間を示す。 In Figure 6, reference numeral 901 denotes a voltage signal obtained by full-wave rectifying the AC signal from the commercial AC power supply 50 using the rectifier circuit 211. Reference numeral 902 denotes a voltage signal obtained by removing, using the filter circuit 22, unnecessary high-frequency components superimposed on the output signal from the power factor correction rectifier circuit 21. Reference numeral 903 denotes a period corresponding to a half cycle of the commercial AC power supply 50.
図７において、符号１０１は、インバータ回路２３から出力される高周波信号の電圧波形を示す。符号１０２は、商用交流電源５０の半周期に相当する期間を示す。 In Figure 7, reference numeral 101 indicates the voltage waveform of the high-frequency signal output from the inverter circuit 23. Reference numeral 102 indicates a period corresponding to a half cycle of the commercial AC power supply 50.
図８において、符号１２１は、整流回路３２からの出力信号に重畳されている不要な高周波成分をフィルタ回路３３により除去することにより得られる電圧信号を示す。符号１２２は、商用交流電源５０の半周期に相当する期間を示す。 In Figure 8, reference numeral 121 denotes a voltage signal obtained by removing unnecessary high-frequency components superimposed on the output signal from the rectifier circuit 32 using the filter circuit 33. Reference numeral 122 denotes a period corresponding to a half cycle of the commercial AC power supply 50.
図９において、符号１３１は、インバータ回路３４から出力される交流信号の電圧波形を示す。符号１３２は、商用交流電源５０の一周期に相当する期間を示す。 In Figure 9, reference numeral 131 indicates the voltage waveform of the AC signal output from the inverter circuit 34. Reference numeral 132 indicates a period corresponding to one cycle of the commercial AC power supply 50.
次に、負荷４１が直流負荷である場合に、ワイヤレス給電システム１０を通じて商用交流電源５０からの電力を負荷４１に送電する過程におけるワイヤレス給電システム１０の各部の電圧信号の遷移について、図１２乃至図１４を参照しながら説明する。 Next, with reference to Figures 12 to 14, we will explain the transition of voltage signals in each part of the wireless power supply system 10 during the process of transmitting power from the commercial AC power supply 50 to the load 41 through the wireless power supply system 10 when the load 41 is a DC load.
図１０において、符号１４１は、商用交流電源５０からの交流信号の電圧波形を示す。符号１４２は、商用交流電源５０からの交流信号を整流回路２１１により全波整流することにより得られる電圧信号を示す。 In Figure 10, reference numeral 141 denotes the voltage waveform of the AC signal from the commercial AC power supply 50. Reference numeral 142 denotes the voltage signal obtained by full-wave rectifying the AC signal from the commercial AC power supply 50 using the rectifier circuit 211.
図１１において、符号１５１は、力率改善整流回路２１から出力される電圧信号を示す。符号１５２は、力率改善整流回路２１からの出力信号に重畳されている不要な高周波成分をフィルタ回路２２により除去することにより得られる電圧信号を示す。 In FIG. 11, reference numeral 151 denotes a voltage signal output from the power factor correction rectifier circuit 21. Reference numeral 152 denotes a voltage signal obtained by removing unnecessary high-frequency components superimposed on the output signal from the power factor correction rectifier circuit 21 using the filter circuit 22.
図１２において、符号１８１は、受電コイル３１から出力される高周波信号を整流回路３２により全波整流することにより得られる電圧信号を示す。符号１９１は、整流回路３２からの出力信号に重畳されている不要な高周波成分をフィルタ回路３３により除去することにより得られる電圧信号を示す。インバータ回路３４は、フィルタ回路３３を通じて整流回路３２から出力される直流信号を、インバータ回路３４内の複数のスイッチング素子のうち特定のスイッチング素子（例えば、スイッチング素子Ｔｒ１，Ｔｒ４）を常時オンにすることにより、そのまま負荷４１に供給する。 In FIG. 12, reference numeral 181 denotes a voltage signal obtained by full-wave rectifying the high-frequency signal output from the receiving coil 31 using the rectifier circuit 32. Reference numeral 191 denotes a voltage signal obtained by removing unnecessary high-frequency components superimposed on the output signal from the rectifier circuit 32 using the filter circuit 33. The inverter circuit 34 supplies the DC signal output from the rectifier circuit 32 via the filter circuit 33 directly to the load 41 by constantly turning on specific switching elements (e.g., switching elements Tr1 and Tr4) among the multiple switching elements within the inverter circuit 34.
なお、上述のスイッチング素子Ｔｒ１～Ｔｒ５，Ｔｒ１５～Ｔｒ１８は、例えば、ＩＧＢＴ（InsulatedGateBipolarTransistor）、バイポーラトランジスタ、ＭＯＳトランジスタ（MetalOxideSemiconductorFieldEffectTransistor）などの半導体スイッチである。 The above-mentioned switching elements Tr1 to Tr5 and Tr15 to Tr18 are semiconductor switches such as IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors), bipolar transistors, and MOS transistors (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors).
力率改善整流回路２１は、入力電源電圧よりも高い電圧を出力する昇圧チョッパ方式に限られるものではなく、例えば、入力電源電圧よりも低い電圧を出力する降圧コンバータ方式、又は入力電源電圧よりも高い電圧或いは低い電圧を出力する昇降圧コンバータ方式でもよい。力率改善整流回路２１は、整流回路２１１を備えるものに限られるものではなく、例えば、ブリッジレス方式でもよい。 The power factor correction rectifier circuit 21 is not limited to a boost chopper type that outputs a voltage higher than the input power supply voltage, but may also be, for example, a buck converter type that outputs a voltage lower than the input power supply voltage, or a buck-boost converter type that outputs a voltage higher or lower than the input power supply voltage. The power factor correction rectifier circuit 21 is not limited to one that includes a rectifier circuit 211, but may also be, for example, a bridgeless type.
力率改善整流回路２１のスイッチングノイズを除去する必要がない場合、フィルタ回路２２は、キャパシタのみでもよい。インバータ回路２３の回路構成として、例えば、フルブリッジ回路、ハーフブリッジ回路、Ｅ級インバータ、プッシュプル方式などを用いることができる。整流回路３２は、ダイオードブリッジ整流回路に限られるものではなく、スイッチング素子を用いた同期整流回路、或いはセンタータップを用いた整流回路でもよい。 If it is not necessary to remove switching noise from the power factor correction rectifier circuit 21, the filter circuit 22 may consist of only a capacitor. The inverter circuit 23 may be configured as a full-bridge circuit, a half-bridge circuit, a class E inverter, or a push-pull system, for example. The rectifier circuit 32 is not limited to a diode bridge rectifier circuit, and may also be a synchronous rectifier circuit using switching elements or a rectifier circuit using a center tap.
全波整流信号の電圧から全波整流信号のゼロクロスポイント付近を検出する検出回路３５１は、上述のフォトカプラ方式に限られるものではなく、例えば、デジタルアイソレータを用いる方式、又は全波整流信号の電圧と基準電圧とを比較するコンパレータを用いる方式でもよい。 The detection circuit 351, which detects the vicinity of the zero crossing point of the full-wave rectified signal from its voltage, is not limited to the photocoupler method described above, but may also use, for example, a method using a digital isolator or a method using a comparator that compares the voltage of the full-wave rectified signal with a reference voltage.
本発明の第１の実施形態によれば、負荷４１に応じて直流電力及び交流電力を選択的に送電することができる。また、本発明の第１の実施形態によれば、受電装置３０から出力される交流電圧の大きさを、力率改善整流回路２１のスイッチング制御により、任意に調整することができる。また、本発明の第１の実施形態によれば、インバータ装置３４の出力電圧の正負の切り替えタイミングを精度よくかつ低コストで決定することができる。 According to the first embodiment of the present invention, DC power and AC power can be selectively transmitted depending on the load 41. Furthermore, according to the first embodiment of the present invention, the magnitude of the AC voltage output from the power receiving device 30 can be adjusted as desired by controlling the switching of the power factor correction rectifier circuit 21. Furthermore, according to the first embodiment of the present invention, the timing for switching the output voltage of the inverter device 34 between positive and negative can be determined accurately and at low cost.
次に、本発明の第２の実施形態に関わるワイヤレス給電システム１０について説明する。第２の実施形態に関わる送電装置２０の構成は、第１の実施形態に関わる送電装置２０の構成と同一であるため、以下の説明においては、第２の実施形態に関わる受電装置３０の構成と第１の実施形態に関わる受電装置３０の構成との相違点を中心に説明する。 Next, a wireless power supply system 10 according to a second embodiment of the present invention will be described. The configuration of the power transmission device 20 according to the second embodiment is the same as the configuration of the power transmission device 20 according to the first embodiment, and therefore the following description will focus on the differences between the configuration of the power receiving device 30 according to the second embodiment and the configuration of the power receiving device 30 according to the first embodiment.
図１３は本発明の第２の実施形態に関わる受電装置３０の回路構成の一例を示す説明図である。第２の実施形態に関わる受電装置３０は、受電コイル３１と、整流回路３２と、フィルタ回路３３と、インバータ回路３４と、受電制御回路３６と、スイッチＳＷ１とを備える。受電制御回路３６は、インバータ回路３４のスイッチング動作を制御する。 Figure 13 is an explanatory diagram showing an example of the circuit configuration of a power receiving device 30 according to a second embodiment of the present invention. The power receiving device 30 according to the second embodiment includes a power receiving coil 31, a rectifier circuit 32, a filter circuit 33, an inverter circuit 34, a power receiving control circuit 36, and a switch SW1. The power receiving control circuit 36 controls the switching operation of the inverter circuit 34.
フィルタ回路３３は、リアクトルＬ３及びキャパシタＣ３から構成されるＬＣフィルタであり、整流回路３２から出力される信号（全波整流信号又は直流信号）に重畳されている不要な高周波成分を除去する。キャパシタＣ３には、放電経路３７が並列接続されている。放電経路３７は、キャパシタＣ３に充電されている電荷を放電させるための経路である。放電経路３７に沿って、抵抗Ｒ２１、及びスイッチＳＷ１が直列に接続されている。 The filter circuit 33 is an LC filter composed of a reactor L3 and a capacitor C3, and removes unnecessary high-frequency components superimposed on the signal (full-wave rectified signal or DC signal) output from the rectifier circuit 32. A discharge path 37 is connected in parallel to the capacitor C3. The discharge path 37 is a path for discharging the charge stored in the capacitor C3. A resistor R21 and a switch SW1 are connected in series along the discharge path 37.
受電制御回路３６は、検出回路３６１と、駆動信号生成回路３６２と、駆動回路３６３と、制御回路３６４とを備える。受電装置３０に接続する負荷４１が交流負荷である場合、インバータ回路３４には、フィルタ回路３３を通じて整流回路３２から全波整流信号が入力される。検出回路３６１は、この全波整流信号の電圧から全波整流信号のゼロクロスポイント付近を検出する。 The power receiving control circuit 36 includes a detection circuit 361, a drive signal generation circuit 362, a drive circuit 363, and a control circuit 364. When the load 41 connected to the power receiving device 30 is an AC load, a full-wave rectified signal is input to the inverter circuit 34 from the rectifier circuit 32 via the filter circuit 33. The detection circuit 361 detects the vicinity of the zero cross point of the full-wave rectified signal from the voltage of the full-wave rectified signal.
検出回路３６１は、例えば、実施形態１に関わる検出回路３５１と同様の回路構成（発光ダイオードとフォトトラジスタとを用いて全波整流信号のゼロクロスポイント付近を検出する回路構成）を備えてもよく、或いは、マイクロコンピュータを用いて全波整流信号のゼロクロスポイント付近を検出する回路を備えてもよい。 The detection circuit 361 may have, for example, a circuit configuration similar to that of the detection circuit 351 according to embodiment 1 (a circuit configuration that uses a light-emitting diode and a phototransistor to detect the vicinity of the zero-crossing point of the full-wave rectified signal), or may have a circuit that uses a microcomputer to detect the vicinity of the zero-crossing point of the full-wave rectified signal.
検出回路３６１のマイクロコンピュータは、インバータ回路３４の入力端子（接続点３４３，３４４）に印加される全波整流信号をＡ／Ｄ変換し、デジタル信号に変換された全波整流信号の電圧値を検出する。全波整流信号のサンプリング周期は、商用周波数よりも短い周期（例えば、１０ｋＨｚ）が望ましい。マクロコンピュータは、全波整流信号の電圧値が減少から増加に転じるポイントをゼロクロスポイントとして検出してもよい。マクロコンピュータは、全波整流信号の電圧値がその最低電圧よりも若干高い閾値電圧を下回るポイントを、全波整流信号の電圧値が減少から増加に転じるゼロクロスポイントとして検出してもよい。 The microcomputer of the detection circuit 361 performs A/D conversion on the full-wave rectified signal applied to the input terminals (connections 343 and 344) of the inverter circuit 34 and detects the voltage value of the full-wave rectified signal converted into a digital signal. The sampling period of the full-wave rectified signal is preferably shorter than the commercial frequency (e.g., 10 kHz). The microcomputer may detect the point at which the voltage value of the full-wave rectified signal changes from decreasing to increasing as the zero-crossing point . The microcomputer may also detect the point at which the voltage value of the full-wave rectified signal changes from decreasing to increasing as the zero-crossing point when the voltage value of the full-wave rectified signal falls below a threshold voltage slightly higher than the minimum voltage.
マクロコンピュータは、ゼロクロスポイントを検出すると、ゲートパルス信号を出力する。商用周波数が５０Ｈｚの場合、ゲートパルス信号は、マイクロコンピュータから１０ｍｓ間隔で出力される。商用周波数が６０Ｈｚの場合、ゲートパルス信号は、マイクロコンピュータから８．３ｍｓ間隔で出力される。 When the microcomputer detects a zero-crossing point, it outputs a gate pulse signal. When the commercial frequency is 50 Hz, the gate pulse signal is output from the microcomputer at 10 ms intervals. When the commercial frequency is 60 Hz, the gate pulse signal is output from the microcomputer at 8.3 ms intervals.
駆動信号生成回路３６２は、インバータ回路３４のスイッチング素子Ｔｒ１，Ｔｒ４を駆動する駆動信号ＶＧ１４と、インバータ回路３４のスイッチング素子Ｔｒ２，Ｔｒ３を駆動する駆動信号ＶＧ２３とをそれぞれゲートパルス信号から生成する。駆動回路３６３は、スイッチング素子Ｔｒ１を駆動する駆動信号ＶＧ１と、スイッチング素子Ｔｒ４を駆動する駆動信号ＶＧ４とをそれぞれ駆動信号ＶＧ１４から生成するとともに、スイッチング素子Ｔｒ２を駆動する駆動信号ＶＧ２と、スイッチング素子Ｔｒ３を駆動する駆動信号ＶＧ３とをそれぞれ駆動信号ＶＧ２３から生成する。 The drive signal generation circuit 362 generates, from the gate pulse signals, a drive signal VG14 that drives switching elements Tr1 and Tr4 of the inverter circuit 34, and a drive signal VG23 that drives switching elements Tr2 and Tr3 of the inverter circuit 34. The drive circuit 363 generates, from the drive signal VG14, a drive signal VG1 that drives switching element Tr1, and a drive signal VG4 that drives switching element Tr4, and generates, from the drive signal VG23, a drive signal VG2 that drives switching element Tr2, and a drive signal VG3 that drives switching element Tr3.
制御回路３６４は、スイッチＳＷ１の導通（オン）及び遮断（オフ）を制御する。制御回路３６４は、放電経路３７を遮断させるときに、遮断信号をスイッチＳＷ１に送信する。スイッチＳＷ１は、制御回路３６４から遮断信号を受信していないときに、放電経路３７を導通させ、制御回路３６４から遮断信号を受信すると、放電経路３７を遮断する。スイッチＳＷ１は、例えば、遮断信号を受信していないときに、常時、オンになるように設計された半導体スイッチ（例えば、ＩＧＢＴ、バイポーラトランジスタ、ＭＯＳトランジスタなど）である。 The control circuit 364 controls the conduction (ON) and interruption (OFF) of the switch SW1. The control circuit 364 sends an interruption signal to the switch SW1 when the discharge path 37 is to be interrupted. The switch SW1 makes the discharge path 37 conductive when it does not receive an interruption signal from the control circuit 364, and interrupts the discharge path 37 when it receives an interruption signal from the control circuit 364. The switch SW1 is, for example, a semiconductor switch (e.g., an IGBT, bipolar transistor, MOS transistor, etc.) designed to be constantly on when it does not receive an interruption signal.
負荷４１への電力供給が開始される初期の段階では、スイッチＳＷ１は、制御回路３６４から遮断信号を受信していないため、放電経路３７を導通させている。キャパシタＣ３の充電電荷は、放電経路３７を通じて放電されるため、フィルタ回路３３を通過する全波整流信号は、キャパシタＣ３による平滑作用を受けずに、脈流信号としてインバータ回路３４に供給される。これにより、検出回路３６１は、全波整流信号の電圧から全波整流信号のゼロクロスポイント付近を検出することができる。 In the initial stage when power supply to load 41 begins, switch SW1 does not receive a shutoff signal from control circuit 364, so discharge path 37 is conductive. Because the charge stored in capacitor C3 is discharged through discharge path 37, the full-wave rectified signal passing through filter circuit 33 is supplied to inverter circuit 34 as a pulsating signal without being smoothed by capacitor C3. This allows detection circuit 361 to detect the vicinity of the zero-crossing point of the full-wave rectified signal from the voltage of the full-wave rectified signal.
なお、負荷４１への電力供給が開始される初期の段階では、インバータ回路３４のスイッチング素子Ｔｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ３，Ｔｒ４は、全てオフの状態の状態にあり、受電コイル３１から見た負荷４１は、開放状態にあるものと考えられる。受電装置３０が放電経路３７を備えていない場合、整流回路３２から出力される全波整流信号がフィルタ回路３３を通過すると、キャパシタＣ３による平滑作用により、全波整流信号は、直流波形となってしまう。このような場合、検出回路３６１によるゼロクロスポイントの検出が困難になる。 In the initial stage when power supply to the load 41 begins, the switching elements Tr1, Tr2, Tr3, and Tr4 of the inverter circuit 34 are all in the off state, and the load 41 is considered to be in an open state as seen from the power receiving coil 31. If the power receiving device 30 does not have a discharge path 37, when the full-wave rectified signal output from the rectifier circuit 32 passes through the filter circuit 33, the smoothing action of capacitor C3 causes the full-wave rectified signal to take on a DC waveform. In such a case, it becomes difficult for the detection circuit 361 to detect the zero-crossing point.
制御回路３６４は、スイッチＳＷ１の下流に接続されている抵抗Ｒ２２を流れる電流を検出すると、遮断信号をスイッチＳＷ１に出力する。このような構成によれば、キャパシタＣ３に充電された電荷が放電経路３７を通じて放電する期間は、負荷４１への電力供給が開始された初期の僅かな期間のみとすることができるため、不要な電力損失を最小限に抑えることができる。 When the control circuit 364 detects a current flowing through resistor R22 connected downstream of switch SW1, it outputs a shutoff signal to switch SW1. With this configuration, the charge stored in capacitor C3 is discharged through discharge path 37 only for a short period at the beginning of power supply to load 41, minimizing unnecessary power loss.
なお、上述の説明では、制御回路３６４が、放電経路３７上の抵抗Ｒ２２を流れる電流の検出に応答して、遮断信号を出力する例を示したが、例えば、制御回路３６４は、検出回路３６１によるゼロクロスポイントの検出に応答して、遮断信号を出力してもよく、或いは、放電経路３７上の抵抗Ｒ２２を流れる電流の検出と検出回路３６１によるゼロクロスポイントの検出との両方に応答して、遮断信号を出力してもよい。 In the above explanation, an example was shown in which the control circuit 364 outputs a cutoff signal in response to detection of a current flowing through resistor R22 on the discharge path 37. However, for example, the control circuit 364 may output a cutoff signal in response to detection of a zero-crossing point by the detection circuit 361, or may output a cutoff signal in response to both detection of a current flowing through resistor R22 on the discharge path 37 and detection of a zero-crossing point by the detection circuit 361.
検出回路３６１は、ゼロクロスポイントの検出の成否を示す信号を制御回路３６４に送信してもよい。制御回路３６４は、ゼロクロスポイントの検出が不可であることを示す信号を検出回路３６１から受信すると、スイッチＳＷ１への遮断信号の出力を停止する。これにより、スイッチＳＷ１は、遮断状態から導通状態へと変化し、キャパシタＣ３の充電電荷は、放電経路３７を通じて放電される。これにより、検出回路３６１は、全波整流信号の電圧から全波整流信号のゼロクロスポイント付近を検出することができる。 Detection circuit 361 may send a signal indicating whether the zero-crossing point was detected to control circuit 364. When control circuit 364 receives a signal from detection circuit 361 indicating that the zero-crossing point cannot be detected, it stops outputting the cutoff signal to switch SW1. This causes switch SW1 to change from a cutoff state to a conductive state, and the charge stored in capacitor C3 is discharged through discharge path 37. This allows detection circuit 361 to detect the vicinity of the zero-crossing point of the full-wave rectified signal from the voltage of the full-wave rectified signal.
本発明の第２の実施形態によれば、キャパシタＣ３に無負荷直流電圧が供給されたままの状態を防止し、負荷４１への交流電力の供給が開始される初期の段階における検出回路３６１による全波整流信号のゼロクロスポイントの検出を可能にできる。 The second embodiment of the present invention prevents a state in which a no-load DC voltage remains supplied to capacitor C3, enabling detection circuit 361 to detect the zero-crossing point of the full-wave rectified signal at the early stage when AC power supply to load 41 begins.
なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更又は改良され得るととともに、本発明にはその等価物も含まれる。すなわち、実施形態に当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。また、実施形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも、本発明の特徴を含む限り、本発明の範囲に包含される。 The above-described embodiments are intended to facilitate understanding of the present invention and are not intended to limit the scope of the present invention. The present invention may be modified or improved without departing from its spirit, and equivalents are also included within the scope of the present invention. In other words, designs modified appropriately by a person skilled in the art from the embodiments are also included within the scope of the present invention as long as they contain the characteristics of the present invention. Furthermore, the elements of the embodiments can be combined to the extent technically possible, and such combinations are also included within the scope of the present invention as long as they contain the characteristics of the present invention.
１０…ワイヤレス給電システム ２０…送電装置 ２１…力率改善整流回路 ２２…フィルタ回路 ２３…インバータ回路 ２４…送電コイル ２５…送電制御回路 ３０…受電装置 ３１…受電コイル ３２…整流回路 ３３…フィルタ回路 ３４…インバータ回路 ３６…受電制御回路 ３７…放電経路 ４０…移動体 ４１…負荷 ５０…商用交流電源 10...Wireless power transfer system 20...Power transmitter 21...Power factor correction rectifier circuit 22...Filter circuit 23...Inverter circuit 24...Power transmitter coil 25...Power transmission control circuit 30...Power receiver 31...Power receiver coil 32...Rectifier circuit 33...Filter circuit 34...Inverter circuit 36...Power receiver control circuit 37...Discharge path 40...Mobile object 41...Load 50...Commercial AC power supply
Claims (5)
前記送電装置により高周波信号に変換された前記交流電力を前記送電装置から電磁誘導により受電する受電コイルと、
前記高周波信号を全波整流信号に整流する整流回路と、
前記全波整流信号を交流信号に変換するとともに、前記交流信号を前記交流負荷に供給するインバータ回路と、
前記全波整流信号の電圧から前記全波整流信号のゼロクロスポイント付近を検出する検出回路と、を備え、
前記インバータ回路は、前記ゼロクロスポイント付近の検出結果に応じて前記全波整流信号を前記交流信号に変換し、
前記受電装置は、
前記全波整流信号に重畳されている不要な高周波成分を除去するフィルタ回路であって、リアクトル及びキャパシタを含む、フィルタ回路と、
前記キャパシタに充電されている電荷を放電させる放電経路を導通又は遮断するスイッチであって、前記交流負荷への電力供給が開始される初期の段階で前記放電経路を導通させるスイッチと、
を更に備える、受電装置。 A power receiving device that supplies AC power wirelessly received from a power transmitting device to an AC load,
a power receiving coil that receives the AC power converted into a high-frequency signal by the power transmitting device from the power transmitting device by electromagnetic induction;
a rectifier circuit that rectifies the high-frequency signal into a full-wave rectified signal;
an inverter circuit that converts the full-wave rectified signal into an AC signal and supplies the AC signal to the AC load;
a detection circuit for detecting a vicinity of a zero cross point of the full-wave rectified signal from the voltage of the full-wave rectified signal,
the inverter circuit converts the full-wave rectified signal into the AC signal in accordance with the detection result of the vicinity of the zero crossing point;
The power receiving device is
a filter circuit that removes unnecessary high-frequency components superimposed on the full-wave rectified signal, the filter circuit including a reactor and a capacitor;
a switch that connects or disconnects a discharge path that discharges the charge stored in the capacitor, the switch connecting the discharge path at an early stage when power supply to the AC load is started;
The power receiving device further comprises:
前記送電装置により高周波信号に変換された前記交流電力を前記送電装置から電磁誘導により受電する受電コイルと、
前記高周波信号を全波整流信号に整流する整流回路と、
前記全波整流信号を交流信号に変換するとともに、前記交流信号を前記交流負荷に供給するインバータ回路と、
前記全波整流信号の電圧から前記全波整流信号のゼロクロスポイント付近を検出する検出回路と、を備え、
前記インバータ回路は、前記ゼロクロスポイント付近の検出結果に応じて前記全波整流信号を前記交流信号に変換し、
前記受電装置は、
前記検出回路は、前記全波整流信号の電圧に応じて発光制御される発光素子と、前記発光素子の発光状態に応じて通電状態が制御される受光素子とを備え、
前記検出回路は、前記受光素子の通電状態がオンからオフに切り替わるタイミングで前記ゼロクロスポイントを検出する、受電装置。 A power receiving device that supplies AC power wirelessly received from a power transmitting device to an AC load,
a power receiving coil that receives the AC power converted into a high-frequency signal by the power transmitting device from the power transmitting device by electromagnetic induction;
a rectifier circuit that rectifies the high-frequency signal into a full-wave rectified signal;
an inverter circuit that converts the full-wave rectified signal into an AC signal and supplies the AC signal to the AC load;
a detection circuit for detecting a vicinity of a zero cross point of the full-wave rectified signal from the voltage of the full-wave rectified signal,
the inverter circuit converts the full-wave rectified signal into the AC signal in accordance with the detection result of the vicinity of the zero crossing point;
The power receiving device is
the detection circuit includes a light-emitting element whose light emission is controlled in accordance with the voltage of the full-wave rectified signal, and a light-receiving element whose conduction state is controlled in accordance with the light-emitting state of the light-emitting element,
The detection circuit detects the zero cross point at the timing when the conduction state of the light receiving element switches from on to off.
前記検出回路は、前記全波整流信号の電圧値が減少から増加に転じるポイントを前記ゼロクロスポイントとして検出するマイクロコンピュータを備える、受電装置。 The power receiving device according to claim 1 or 2,
The detection circuit includes a microcomputer that detects a point at which the voltage value of the full-wave rectified signal changes from decreasing to increasing as the zero-cross point .
前記受電装置は、移動体に搭載されている、受電装置。 The power receiving device according to any one of claims 1 to 3 ,
The power receiving device is mounted on a moving object.
前記移動体は、無人搬送機である、受電装置。 The power receiving device according to claim 4 ,
The power receiving device, wherein the moving body is an unmanned transport vehicle.
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