(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波電圧発生装置からの電力を他機器に伝達する非接触高周波トランスと、該非接触高周波トランスの１次側に流れ込む電流を検出する電流検出部を備えた非接触型電源装置において、
検出電流の波形のピーク値と平均値の比率を計算し、前記比率による磁気飽和の発生判定に基づいて前記非接触高周波トランスの磁気飽和防止のために高周波電圧の発生を駆動制御する演算処理装置を、前記高周波電圧発生装置に有することを特徴とする非接触電源装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、非接触高周波トランスを用いて電力を伝達する非接触電源装置の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術について図面を参照して説明する。
【０００３】
まず、従来の非接触電源装置について説明する。
【０００４】
図４は第１従来例である非接触電源装置の構成を示すブロック図、図６は第２従来例である非接触電源装置の構成を示すブロック図である。
【０００５】
第１従来例の非接触電源装置は、図４に示すように、高周波電圧発生装置４１と、非接触高周波トランス４２と、高周波整流用ダイオード４３と、平滑用コンデンサ４９からなり、直流電圧を発生させ、負荷として接続した商用交流電源、直流電源両用の機器４５に電力を供給する。ここで機器４５は、商用電源整流用ダイオード４６と平滑コンデンサ４７からなる整流平滑回路部とそれ以外の回路部４８から成っているものとする。
【０００６】
ところで、第１従来例は、図４に示すように、非接触電源装置４４に商用電源整流用のコンデンサーインプット型整流回路を内蔵する機器４５（例えばモーターコントローラ）を接続する場合、非接触電源装置の出力として直流電圧を得るため、非接触電源装置４４内に平滑用コンデンサ４９が必要になる。この平滑用コンデンサは、これに流れるリップル電流の増大に伴い大型化、コストアップする。
【０００７】
この問題は、図５に示すような複数の交直両電源用の機器５５，・・が非接触電源装置５４に接続されて用いた場合、さらに深刻化する。
【０００８】
次に、第２従来例の非接触電源装置は、図６に示すように、第１従来例から高周波整流用ダイオードと平滑コンデンサを取り除いた単純な構成の非接触電源装置である。この非接触電源装置に負荷を接続するには、負荷である機器６５内部の商用電源整流用ダイオードを高周波整流用ダイオードに変更した高周波整流平滑部を設ける必要がある。
【０００９】
ところがその場合、機器６５側の整流回路の変更により、設計費や新規製作費が発生するためコストアップにつながる。また、非接触電源装置６６の別の問題として、過電流によって非接触高周波トランス６１が磁気飽和をおこすことがあり、急激に特性が劣化したり破損するという問題があった。また、非接触高周波トランス６１のギャップの管理不良により、過電流が流れ発熱により許容最大磁束密度が下がり磁気飽和をおこすこともあった。
【００１０】
さらに、磁気結合を利用して非接触で電力を伝送する高周波トランスでは、２次側コイルには負荷電流のみが流れるが、１次側コイルには負荷電流と励磁電流との和が流れるため２次コイルに比べ１次コイルの方がより多く発熱する。発熱量が多いと、前記非接触高周波トランスは焼損するため、前記非接触高周波トランスの駆動装置である高周波電圧発生装置には前記非接触高周波トランスの焼損防止機能が必要不可欠となっていた。
【００１１】
図７は、焼損防止を施した、従来の高周波電圧発生装置の構成を示すブロック図である。
【００１２】
図７において、高周波電圧発生装置７８を形成するパワーモジュール７１から１次側高周波トランス７２に電力供給する際、変流器７３で電流が検出される。検出された電流は最大電流検出部７４に送られ、最大電流検出部７４では最大電流値の検出を行う。保護機能部７５では検出した最大電流値を設定値と比較し、その結果に基づいて保護機能を働かせるか否かの判断を行なう。判断結果に基づいてベースドライブ指令部７６よりベースドライバ７７を介して高周波トランス７２の焼損を未然に防止するように、パワーモジュール７１の駆動制御を行う。
【００１３】
このように、高周波トランスに対する発熱保護としては、最大電流検出部７４で検出された電流値があらかじめ設定された最大電流値を越える場合、ベースドライブ指令を停止させるという方法で行なっている。
【００１４】
ところが、図７に示す従来技術の構成では、最大電流値の設定を、電力伝送立ち上げ時の突入電流を基準に行なうと高周波トランスが焼損することがあった。突入電流よりわずかに小さい電流が流れ続けた場合、高周波トランスは焼損する。そうかと云って短時間の突入電流値ではベースドライブ指令を停止させてはいけない。そのため、電流値とその流れる時間により高周波トランスの温度を推定し、ある温度を越えたと判断した場合にベースドライブ指令を停止させるという制御等が必要と考える。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来技術の問題に鑑み、小型化、ローコスト化できる非接触電源装置を提供することを目的とする。
【００１６】
また、本発明は、磁気飽和検出の構成が簡単で信頼性の高い非接触電源装置を提供することを目的とする。
【００１７】
本発明は、非接触電源装置の焼損防止機能により非接触高周波トランスの焼損を未然に防止することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記問題を解決するため、高周波電圧発生装置からの電力を他機器に伝達する非接触高周波トランスと、該非接触高周波トランスの１次側に流れ込む電流を検出する電流検出部を備えた非接触型電源装置において、検出電流の波形のピーク値と平均値の比率を計算し、前記比率による磁気飽和の発生判定に基づいて前記非接触高周波トランスの磁気飽和防止のために高周波電圧の発生を駆動制御する演算処理装置を、前記高周波電圧発生装置に有することを特徴とする非接触電源装置にある。
【００２０】
また、本発明は、高周波電圧発生装置からの電力を他機器に伝達する非接触高周波トランスと、該非接触高周波トランスの１次側に流れ込む電流を検出する電流検出部と、検出した電流の実効値を求める絶対値化回路および実効値化回路と、電流実効値から非接触高周波トランスの発熱量を演算する演算部と、演算結果に基づいて非接触高周波トランスの焼損防止のために駆動制御する駆動制御部とを備える高周波電圧発生装置を有することを特徴とする非接触電源装置にある。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２２】
図１は、本発明の第１の実施形態である非接触電源装置の構成を示すブロック図である。
【００２３】
非接触電源装置６の接続対象が商用電源整流用のコンデンサーインプット型整流回路を内蔵する商用電源入力、直流電源入力両用の既存の機器５（例えばモーターコントローラ）の場合、図１に示すように、高周波整流部４は平滑用コンデンサを搭載しない回路にする。
【００２４】
この場合、商用電源入力、直流電源入力両用の機器５内のコンデンサ８を平滑用コンデンサとする。その容量は、一般に印加電圧の高周波化に伴い低下することが考えられる。一方、必要とされる電解コンデンサ８の容量は印加電圧の周波数に反比例する関係があるので、印加電圧の周波数を容量低下分を補う以上の値にする。
【００２５】
また、コンデンサの発熱に寄与するコンデンサの等価直列抵抗値は、印加電圧の高周波化に伴い減少する。従って、コンデンサのリップル電流によるコンデンサの発熱に関しては、印加電圧の高周波化に伴い有効な減少方向に働くので特別な配慮を必要としない。
【００２６】
図１の示すごとく、高周波整流部４に商用電源入力、直流電源入力両用の既存の機器５が接続される場合、高周波整流部４内に平滑コンデンサがない場合は、Ｐ−Ｎ間の電圧は高周波の脈流である。これに対し商用電源入力、直流電源入力両用の既存の機器５の入力仕様は商用電源または直流電源である。この仕様に合わせるには高周波整流部４内に平滑コンデンサを設け、直流に変換する必要がある。
【００２７】
一方、高周波整流部４と商用電源入力、直流電源入力両用の既存の機器５を一体化された機器とみなした時、機器の入力仕様にこだわる必要はなくなる。たしかに、高周波整流部４への入力が高周波電圧発生装置１の高周波電圧である場合、高周波整流部４内のダイオードが高周波整流ダイオード３でなく商用電源整流ダイオードであれば、ダイオードの逆回復時間ｔｒｒが高周波整流ダイオード３の場合に比べ長いため、過大な短絡電流が発生する。しかし、図１のように高周波整流ダイオード３でいったん整流し脈流電圧に変換し、これを機器５内の商用電源整流ダイオード７に入力しても機器５の動作には支障を来さない。
【００２８】
本発明の第２の実施形態を図面に基づいて説明する。図２は第２の実施形態である非接触電源装置において、特に高周波電圧発生装置の構成を示すブロック図である。
【００２９】
図２において、高周波電圧発生装置を形成するパワーモジュール２１から非接触高周波トランス２２に給電する際、変流器２３で検出された電流値は、Ａ／Ｄ変換回路２４でＡ／Ｄ変換してからマイコン２０に送られる。マイコン２０は、検出電流の平均値及びピーク値の演算２５を行い、求めた平均値及びピーク値とからさらにその比を算出し、その値から磁気飽和が発生したか否かの判定を行う。また、マイコン２０は、判定結果に基づいて、パワーモジュール駆動回路２９を介して非接触高周波トランス２２への給電を継続または中止するように、パワーモジュール２１の駆動制御を行う。
【００３０】
つぎにこのような構成における高周波電圧発生装置の作用について説明する。
【００３１】
図示の状態において、パワーモジュール２１から電流検出する変流器２３を通り非接触高周波トランス２２に電力が供給される。そして、非接触高周波トランス２２のギャップを通して負荷に非接触で電力が供給される。何らかの原因によりギャップが広がってしまった場合には非接触高周波トランスの１次側に流れる電流が増加し、非接触高周波トランスが発熱し許容最大磁束密度が下がり磁気飽和をおこすこともある。
【００３２】
変流器２３では常に電流波形を検出し、演算処理装置であるマイコン２０によりそのピーク値と平均値を計算する。
【００３３】
磁気飽和をおこした場合は、電流のピーク値と平均値との比率が正常時の比率と大きく異なるので、そのことより磁気飽和をおこしているか否かの判定ができる。
【００３４】
本発明の第３の実施形態を図面を参照して説明する。図３は第３の実施形態である非接触電源装置において、特に高周波電圧発生装置の構成を示すブロック図である。
【００３５】
図３において、高周波電圧発生装置を形成するパワーモジュール３１から非接触高周波トランス３２に給電する際、変流器３３で検出された電流値は、絶対値回路３４、実効値回路３５で処理され、求めた実効電流値が演算部３６に出力される。演算部３６では、実効電流値を高周波トランス内コイルのインダクタンス値、磁気カップリングの熱抵抗値等と共に演算することにより非接触高周波トランス３２からの発熱量を求める。この値を基に保護機能部３７では保護機能を働かせるか否かの判断を行なう。保護機能部３７からは判断結果に基づいてベースドライブ指令部３８よりベースドライバ３９を介して非接触高周波トランス３２の焼損を未然に防止すように、パワーモジュール３１の駆動制御を行う。
【００３６】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の非接触電源装置によれば、商用電源整流用のコンデンサーインプット型整流回路を内蔵する商用電源入力、直流電源入力両用の既存の機器を、非接触電源装置に接続する場合、非接触電源装置内の高周波整流回路部に平滑用コンデンサを内蔵しないことにより、非接触電源装置が小型化、ローコスト化できるという大きな効果が得られる。
【００３７】
また、本発明の非接触電源装置よれば、電流検出装置を有しているので過電流の検出ができ、演算処理装置を有しているので磁気飽和の判定ができるという効果がある。
【００３８】
さらに、本発明の非接触電源装置によれば、非接触高周波トランスの焼損防止機能により高周波トランスの焼損を未然に防止するという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態である非接触電源装置の構成を示すブロック図
【図２】本発明の第２の実施形態である非接触電源装置の要部構成を示すブロック図
【図３】本発明の第３の実施形態である非接触電源装置の要部構成を示すブロック図
【図４】第１従来例である非接触電源装置の構成を示すブロック図
【図５】従来の非接触電源装置の使用例を示すブロック図
【図６】第２従来例である非接触電源装置の構成を示すブロック図
【図７】第２従来例の非接触電源装置の要部構成を示すブロック図
【符号の説明】
１，４１，５１，６２，７８  高周波電圧発生装置
２，２２，３２，４２，５２，６１  非接触高周波トランス
３，４３，５３  高周波整流ダイオード
４    高周波整流部
５，４５，５５，６５  商用電源入力、直流電源入力両用の既存の機器
６，４４，５４，６６  非接触電源装置
７，４６    商用電源整流用ダイオード
８，４７，５６    平滑コンデンサ
９，４８，６４      機器の整流平滑部以外の回路
２０    マイコン
２１，３１，７１  パワーモジュール
２３，３３，７３  変流器（ＣＴ）
２４    Ａ／Ｄ変換回路
２９    パワーモジュール駆動回路
３４    絶対値化回路
３５    実効値化回路
３６    演算部
３７，７５  保護機能部
３８，７６  ベースドライブ指令部
３９，７７  パワーモジュール用ベースドライバ
６３    高周波整流平滑部
７２    １次側非接触高周波トランス
７４    最大電流検出部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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