JP2012210034A

JP2012210034A - 電力伝送システム

Info

Publication number: JP2012210034A
Application number: JP2011073052A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Takegawa; 雅之竹川
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Kokusai Denki Electric Inc
Priority date: 2011-03-29
Filing date: 2011-03-29
Publication date: 2012-10-25

Abstract

【課題】送電デバイスと受電デバイス間に異物が存在する場合でも安全性を確保して送電を制御することができる電力伝送システムを提供する。
【解決手段】受電デバイス８側には受電電力値を取得する受電電力値取得手段１２を設け、送電デバイス１側には、入射電力値を取得する入射電力値取得手段５と、反射電力値を取得する反射電力値取得手段６と、受電電力値取得手段１２で取得した受電電力値、入射電力値取得手段５で取得した入射電力値、および反射電力値取得手段６で取得した反射電力値に基づいて算出した損失電力値が予め設定した閾値を超えた場合に送電を停止する制御を行う送電制御手段７とを設けた。
【選択図】図１

Description

本発明は、空間に発生した電磁界を通して送電を行う電力伝送システムに関するものである。

近年においては、電磁誘導方式に比べて位置自由度が格段に高い、電磁界共鳴を用いた無線電力伝送システムが提案され、実用化されつつある。このような無線電力伝送システムは、送電回路から得たエネルギー波形に基づいて空間に電磁界を発生させる一次側アンテナを備えた送電デバイスと、空間に存在する電磁界から作用を受けエネルギーを取り出す二次側アンテナを備えた受電デバイスとを備えており、送電デバイスと受電デバイスの間が常に密着していないため、空隙に異物を挟み込む可能性がある。

また、一次側コイルを内蔵した充電台（送電デバイス）と、電磁誘導により非接触給電を行う受電デバイスとを備えて構成した従来の非接触式給電システムでも、充電台と受電デバイスとの間に異物が混入する可能性があることが知られており、この異物混入を想定して、充電部の発振回路を間欠的に停止することにより異物が高温になるのを防止するようにしたものが知られている（例えば、特許文献１を参照）。

特開平９−２３３７０６号公報

しかしながら、上述した従来の無線電力伝送システムでも、送電デバイスと受電デバイスとの伝送空間に異物が存在すると、異物の材質によってはその異物に誘導電流や共振電流が発生し、加熱されるなど安全面の問題が発生する場合がある。従って、従来の非接触式給電システムとは異なり、加熱を生じさせるような異物の混入を判別して送電を停止するような制御を行うのが望ましい。

本発明の目的は、送電デバイスと受電デバイス間に異物が存在する場合でも安全性を確保して送電を制御することができる電力伝送システムを提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために、アンテナを用いて非接触電力伝送を行う送電デバイスと受電デバイスとを備えた電力伝送システムにおいて、前記受電デバイスは、受電電力値を取得する受電電力値取得手段と、前記受電電力値取得手段により取得した受電電力値を前記送電デバイスへ送信する受電電力値送信手段とを備え、前記送電デバイスは、入射電力値を取得する入射電力値取得手段と、前記受電電力値送信手段から送信される受電電力値を受信する受電電力値受信手段と、前記各手段で取得した受電電力値、入射電力値、反射電力値に基づいて損失電力を算出し、その値が一定の値を超えた場合には送電を停止する制御を行う制御手段とを備えたことを特徴とする。

本発明の電力伝送システムによれば、送電デバイスと受電デバイスとの伝送空間に加熱を生じさせる異物が存在するとき、その種の異物の挟み込みによる加熱などのエネルギー損失が発生した場合の損失電力値から、その他の状況と区別して検出することができるので、望ましくない状況での送電を停止する制御を行うことが可能となる。また、加熱を生じさせる異物の混入を検出するために温度センサを設けることも考えられるものの、温度センサから断熱された位置にこの種の異物が存在した場合、異物混入によるエネルギー損失が発生していても検出することができないが、上述した構成によってこのような状況でも確実に検出することができ、安全かつ高効率な電力伝送システムを実現することができる。

本発明の一実施の形態による電力伝送システムを示したブロック構成図である。図１に示した電力伝送システムのエネルギー損失要因検出処理動作を示したフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の一実施の形態による電力伝送システムを示したブロック構成図である。送電デバイス１は、電気エネルギーを空間での送電に適した波形に変換する送電回路２と、送電回路２から得たエネルギー波形に基づいて空間に電磁界を発生させる一次側アンテナ３と、後述する受電デバイスから受電電力値を受信する受電電力値受信手段４と、送電回路２から送電する入射電力値を取得する入射電力値取得手段５と、受電デバイスまで伝送されることなく送電デバイス１へ反射してきた反射電力値を計算する反射電力値取得手段６と、受電電力値受信手段４を通して通知された受電電力値、入射電力値取得手段５で取得した入射電力値、および反射電力値取得手段６からの反射電力値とに基づいて算出した損失電力が予め設定した一定値を超えた場合に送電を停止する送電停止信号を送電回路２に与える送電制御手段７とを有している。

これに対して送電デバイス１に近接して配置した受電デバイス８は、空間に存在する電磁界から作用を受けエネルギーを取り出す二次側アンテナ９と、この二次側アンテナ９でピックアップした電磁エネルギーを使用に適した形式に変換する受電回路１０と、この受電回路１０での受電電力を用いる機能回路１１と、受電回路１０が受信した受電電力値を取得する受電電力値取得手段１２と、この受電電力値取得手段１２により取得した受電電力値を送電デバイス１の受電電力値受信手段４へ送信する受電電力値送信手段１３とを有している。

次に、異物の挟み込みによる加熱などのエネルギー損失要因が発生した場合のエネルギー損失要因検出処理動作について、図２に示したフローチャートを用いて説明する。
送電デバイス１に近接して給電を受ける受電デバイス８が対向配置され、送電デバイス１の受電電力値受信手段４と受電デバイス８の受電電力値送信手段１３との間は、アンテナ１４、１５で示す無線通信によって接続されており、受電デバイス８の受電電力値送信手段１３から送電デバイス１に対し送電希望信号を送信すると、送電デバイス１の送電制御手段７は受電電力値受信手段４を通してステップＳ１でこれを受信し、ステップＳ２で送電デバイス１の送電回路２から一次側アンテナ３を通して受電デバイス８への送電を開始する。

すると受電デバイス８の受電回路１０は、ステップＳ３で二次側アンテナ９を通してこれを受電する。このとき受電回路１０を監視している受電電力値取得手段１２は、ステップＳ４で受電回路１０を通して受電電力値を取得し、この取得した受電電力値を受電電力値送信手段１３を通して送電デバイス１へ通知する。

送電デバイス１では、送電制御手段７がステップＳ５で受電電力値受信手段４を通して受電電力値送信手段１３から通知されてきた受電電力値を受信する。これを受けて、またはその前後のステップＳ６で、送電デバイス１の入射電力値取得手段５は送電回路２を通して送電電力の入射電力値を取得し、また反射電力値取得手段６は、受電デバイス８まで伝送されることなく送電デバイス１へ反射してきた反射電力値を取得する。送電制御手段７は、受電デバイス８から受電電力値受信手段４を通して受信した受電電力値と、反射電力値取得手段６から取得した反射電力値と、入射電力値取得手段５から取得した入射電力値とを用いて、次の数式１に示した総合損失電力αの算出を行う。

〔数１〕
総合損失電力α＝入射電力値−（反射電力値＋受電電力値）

また、送電デバイス１および受電デバイス８の内部回路によって決まる固有の既知損失電力の和をシステム内損失電力βとし、次の数式２によってシステム外損失電力γを算出する。

〔数２〕
γ＝α−β

ここで、システム外損失電力γが０とならない場合には、システム外に何等かのエネルギー損失要因、例えば異物の挟み込みによる加熱などが発生していると判断できるが、測定誤差が含まれている可能性があるので、送電制御手段７は、ステップＳ７で閾値を用いての判定処理を行う。例えば、システム外損失電力γの時間積分値（外部で消費されたエネルギー値）γｔを予め設定した値と比較し、時間積分値γｔがその値以下であれば、ステップＳ８で送電デバイス１から受電デバイス８への送電を継続と判定するが、時間積分値γｔが一定値を超えた場合、ステップＳ９でエネルギー損失要因の発生により送電を停止する必要があると判定し、送電停止信号を送電回路２に与えて送電を停止する。ここでの送電制御手段７での一定値を用いた判定は、上述した方法に限らずその他の方法を用いても良い。

なお、ステップＳ８の送電を継続する処理においては、所定周期で上記ステップＳ４〜Ｓ７の処理が実行される。そして、図２のフローチャートには示していないが、受電デバイス８が、受電電力値送信手段１３から送電終了通知を送信し、送電デバイス１の受電電力値受信手段４が送電終了通知を受信すると、送電制御手段７は受電デバイス８への送電を停止させる。しかし、本発明において、受電デバイス８が受電電力値送信手段１３から一定間隔で送電希望信号を送信し、送電デバイス１が受電電力値受信手段４により送電希望信号を一定間隔で受信している間は送電を行うように構成してもよい。この場合には、上記ステップＳ８の処理中に一定間隔以上送電希望信号を受信できなければ、送電制御手段７は、受電デバイス８への送電を停止させる。

上述した電力伝送システムによれば、受電電力値取得手段１２で取得した受電電力値、入射電力値取得手段５で取得した入射電力値、および反射電力値取得手段６で取得した反射電力値に基づいて算出した損失電力値が予め設定した閾値を超えた場合に送電を停止する制御を行う送電制御手段７とを備えて構成したため、送電デバイス１と受電デバイス８との伝送空間に加熱を生じさせる異物が存在するとき、その種の異物の挟み込みによる加熱などのエネルギー損失が発生した場合の損失電力値から、その他の状況とを区別して検出することができるので、望ましくない状況での送電を停止する制御を行うことが可能となる。また、加熱を生じさせる異物の混入を検出するために温度センサを設けることも考えられるが、温度センサから断熱された位置にこの種の異物が存在した場合、異物混入によるエネルギー損失が発生していても検出することができない。しかし上述の構成によって、このような状況でも確実に検出することができ、安全かつ高効率な電力伝送システムを実現することができる。

このような効果を得るために、より具体的な実施の形態による電力伝送システムでは、電気エネルギーを空間での送電に適した波形に変換する送電回路２と、送電回路２から得たエネルギー波形に基づいて空間に電磁界を発生させる一次側アンテナ３とを備えた送電デバイス３と、空間に存在する電磁界から作用を受けエネルギーを取り出す二次側アンテナ９と、二次側アンテナ９でピックアップした電磁エネルギーを使用に適した形式に変換する受電回路１０とを備えた受電デバイス８と、前記送電デバイス１と前記受電デバイス８との間で情報を通信する手段とで構成される電力伝送システムにおいて、前記受電デバイス８側における受電電力値を取得する受電電力値取得手段１２と、前記送電デバイス１側における入射電力値を取得する入射電力値取得手段５と、前記送電デバイス１側における反射電力値を取得する反射電力値取得手段６と、前記受電電力値取得手段１２で取得した受電電力値、前記入射電力値取得手段５で取得した入射電力値、および前記反射電力値取得手段６で取得した反射電力値とに基づいて損失電力を算出すると共に、この算出した損失電力の値が予め設定した値を超えた場合に送電を停止する制御を行う送電制御手段７とを設けて構成すると良い。

本発明の電力伝送システムは、図１に示した構成のものに限らず他の構成のものに適用することができる。例えば、上述した電力伝送システムでは、非接触電力伝送を目的としているため、送電デバイス１の受電電力値受信手段４と、受電デバイス８の受電電力値送信手段１３との間を無線通信で接続しているが、受電電力値受信手段４と受電電力値送信手段１３との間を有線で接続することを妨げない。

１送電デバイス
２送電回路
３一次側アンテナ
４受電電力値受信手段
５入射電力値取得手段
６反射電力値取得手段
７送電制御手段
８受電デバイス
９二次側アンテナ
１０受電回路
１１機能回路
１２受電電力取得手段
１３受電電力値送信手段
１４，１５アンテナ

Claims

アンテナを用いて非接触電力伝送を行う送電デバイスと受電デバイスとを備えた電力伝送システムにおいて、前記受電デバイスは、受電電力値を取得する受電電力値取得手段と、前記受電電力値取得手段により取得した受電電力値を前記送電デバイスへ送信する受電電力値送信手段とを備え、前記送電デバイスは、入射電力値を取得する入射電力値取得手段と、前記受電電力値送信手段から送信される受電電力値を受信する受電電力値受信手段と、前記各手段で取得した受電電力値、入射電力値、反射電力値に基づいて損失電力を算出し、その値が一定の値を超えた場合には送電を停止する制御を行う制御手段とを備えたことを特徴とする電力伝送システム。