JP2014222994A - Wireless power transmission device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ワイヤレス電力伝送装置に関し、特に、ワイヤレス電力伝送装置の電力伝送面における金属異物の検出に関する。 The present invention relates to a wireless power transmission device, and more particularly to detection of a metallic foreign object on a power transmission surface of the wireless power transmission device.
従来、携帯電話などの電子機器端末に対して、非接触で電力を伝送するワイヤレス充電が普及しつつある。こうしたワイヤレス充電は、送電器に内蔵された送電コイルLpと、電子機器端末などの受電器に内蔵された受電コイルLsとの間に電磁誘導を生じさせることにより、非接触で電力伝送を行う。そして、受電コイルLsに伝送された電力は、整流回路を介して受電器に内蔵された二次電池などの負荷に供給される。 2. Description of the Related Art Conventionally, wireless charging that transmits power in a non-contact manner to electronic device terminals such as mobile phones is becoming widespread. Such wireless charging allows non-contact power transmission by generating electromagnetic induction between a power transmission coil L p built in a power transmitter and a power receiving coil L s built in a power receiver such as an electronic device terminal. Do. Then, the power transmitted to the power receiving coil L s is supplied to a load such as a secondary battery built in the power receiver via the rectifier circuit.
このように、ワイヤレス充電は、送電器に受電器を載置するだけで充電することができ、電源コネクタを抜き差しする必要がないため利便性に優れている。さらに、充電するための電源コネクタを設ける必要がないため、受電器に防水機能や防塵機能を付加しやすいなどのメリットがある。 As described above, the wireless charging can be performed simply by placing the power receiver on the power transmitter, and is excellent in convenience because it is not necessary to connect or disconnect the power connector. Furthermore, since there is no need to provide a power connector for charging, there is an advantage that it is easy to add a waterproof function and a dustproof function to the power receiver.
しかしながら、前述のシステムでは、金属異物が送受電コイルに近接すると、金属異物内に渦電流が誘導されるため、金属異物が発熱し、余計な電力損失が生じる。従って、電力伝送効率および使用安全性の観点から、金属異物を検出することが望ましい(例えば、特許文献1参照。)。 However, in the above-described system, when a metal foreign object comes close to the power transmission / reception coil, an eddy current is induced in the metal foreign object, so that the metal foreign object generates heat and an extra power loss occurs. Therefore, it is desirable to detect a metal foreign object from the viewpoint of power transmission efficiency and use safety (for example, see Patent Document 1).
ここで、金属異物に対する有効な検出方法の一つとして、電力計測方法が挙げられる。図11は、従来の電力収支バランスを計算するパワーロス法による金属異物検出の概念図を示す。基本的な原理は、インバータに注入された電力Pinの行方を追う方法である。 Here, as one of effective detection methods for metal foreign objects, there is a power measurement method. FIG. 11 shows a conceptual diagram of metal foreign object detection by a power loss method for calculating a conventional power balance. The basic principle is a method to follow the fate of the power P in injected into the inverter.
つまり、金属異物がない場合、注入電力Pinは、インバータや1次Lp−Cp共振器に生じた電力損失PTxと、二次側が受けた電力PRxの和である。金属異物を送電コイルに近付けると、上記の電力バランスが崩れ、それらの差分ΔPは、金属異物による渦損失となる。従って、ΔPの数値から金属異物を検出することができる。 That is, there is no metallic foreign matter, injection power P in is the power loss P Tx generated in the inverter or primary L p -C p resonator is the sum of the power P Rx secondary side is received. When a metal foreign object is brought close to the power transmission coil, the above power balance is lost, and the difference ΔP between them becomes a vortex loss due to the metal foreign object. Therefore, a metallic foreign object can be detected from the numerical value of ΔP.
ところが、このパワーロス法による金属異物検出においても、幾つかの問題がある。まず、1)電力項PTxとPRxの中で数多くの電力ロス成分が含まれており、各々の成分を計測する為に、適当なロスモデルや理論式を検証する必要があるほかにも、ハード上のコスト増加の要因となるという問題がある。また、2)フルブリッジインバータのFETのオン抵抗や二次側整流ダイオードのVfなどが温度特性を持つため、温度補正を行わないと、パワーロスの計算精度の確保が難しくなるという問題もある。さらに、電力制御が安定するまで待たないと、正確な電力ロスが得られないため、検出に時間がかかるという問題もある。 However, there are some problems in the detection of metallic foreign objects by this power loss method. First, 1) Many power loss components are included in the power terms PTx and PRx , and in order to measure each component, it is necessary to verify an appropriate loss model and theoretical formula. There is a problem that it causes an increase in cost on hardware. 2) Since the on-resistance of the FET of the full-bridge inverter and the Vf of the secondary rectifier diode have temperature characteristics, there is a problem that it is difficult to ensure the power loss calculation accuracy unless temperature correction is performed. Furthermore, there is also a problem that detection takes time because an accurate power loss cannot be obtained unless the power control is stabilized.
そこで、本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、金属異物に起因する1次側コイルのインダクタンスの変化やインバータの入力インピーダンスの変化に基づいて、金属異物を検出するワイヤレス電力伝送装置を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made in view of the above-described problems, and wireless power transmission for detecting a metallic foreign object based on a change in inductance of a primary coil or a change in input impedance of an inverter caused by the metallic foreign object. An object is to provide an apparatus.
本発明は、上記の課題を解決するために、以下の事項を提案している。なお、理解を容易にするために、本発明の実施形態に対応する符号を付して説明するが、これに限定されるものではない。 The present invention proposes the following matters in order to solve the above problems. In addition, in order to make an understanding easy, although the code | symbol corresponding to embodiment of this invention is attached | subjected and demonstrated, it is not limited to this.
(1)本発明は、直列接続されたコイルLpとコンデンサCpとからなる一次Lp−Cp共振器と、直流電力を一定の駆動周波数ωdrでスイッチングして前記一次Lp−Cp共振器を駆動する駆動電源と、前記一次Lp−Cp共振器の駆動時に、コイルLp間電圧V(Lp)とコンデンサCp間電圧V(Cp)とを検出する電圧検出手段と、該検出したコイルLp間電圧V(Lp)とコンデンサCp間電圧V(Cp)とから電圧比率V(Lp)/V(Cp)を算出する電圧比率算出手段と、該算出した電圧比率V(Lp)/V(Cp)と予め定められた閾値とから被充電機器の載置面における金属異物の有無を判定する判定手段と、を備えたことを特徴とするワイヤレス電力伝送装置を提案している。 (1) In the present invention, the primary L p -C p resonator including the coil L p and the capacitor C p connected in series, and DC power is switched at a constant drive frequency ω dr to switch the primary L p -C. a driving power source for driving the p resonator, when the drive of the primary L p -C p resonator, a voltage detection to detect coil L p voltage V and (L p) and a capacitor C p voltage V (C p) And a voltage ratio calculating means for calculating a voltage ratio V (L p ) / V (C p ) from the detected voltage V (L p ) between the coils L p and voltage V (C p ) between the capacitors C p. And determining means for determining the presence / absence of a metal foreign object on the placement surface of the device to be charged from the calculated voltage ratio V (L p ) / V (C p ) and a predetermined threshold value. A wireless power transmission device is proposed.
この発明によれば、コイルLp間電圧V(Lp)とコンデンサCp間電圧V(Cp)とから電圧比率V(Lp)/V(Cp)が所定の範囲内にあるか否かにより、金属異物の有無を判定できる。つまり、送電器の一般的な計測パラメータを利用して、判定ができ、また、任意のタイミングで判定ができるため、簡便な方法により、スピーディに判定処理を実行できる。 According to the present invention, or coil L p voltage V (L p) and the capacitor C p voltage V (C p) from the voltage ratio V (L p) / V ( C p) is within a predetermined range The presence / absence of a metallic foreign object can be determined based on whether or not it is present. In other words, the determination can be performed using general measurement parameters of the power transmitter, and the determination can be performed at an arbitrary timing, so that the determination process can be executed quickly by a simple method.
(2)本発明は、直列接続されたコイルLpとコンデンサCpとからなる一次Lp−Cp共振器と、直流電力を可変駆動周波数ωdr´でスイッチングして前記一次Lp−Cp共振器を駆動する駆動電源と、前記一次Lp−Cp共振器の駆動時に、コイルLp間電圧V(Lp)とコンデンサCp間電圧V(Cp)とを検出する電圧検出手段と、該検出したコイルLp間電圧V(Lp)とコンデンサCp間電圧V(Cp)とからV(Lp)/(V(Cp)*ωdr´ 2)を算出する電圧比率算出手段と、該算出した電圧比率V(Lp)/(V(Cp)*ωdr´ 2)と予め定められた閾値とから被充電機器の載置面における金属異物の有無を判定する判定手段と、を備えたことを特徴とするワイヤレス電力伝送装置を提案している。 (2) In the present invention, the primary L p -C p resonator including the coil L p and the capacitor C p connected in series, and DC power is switched at the variable drive frequency ω dr ′ to switch the primary L p -C. a driving power source for driving the p resonator, when the drive of the primary L p -C p resonator, a voltage detection to detect coil L p voltage V and (L p) and a capacitor C p voltage V (C p) V (L p ) / (V (C p ) * ω dr ′ 2 ) is calculated from the means, the detected voltage V (L p ) between the coils L p and the voltage V (C p ) between the capacitors C p. Based on the voltage ratio calculation means, the calculated voltage ratio V (L p ) / (V (C p ) * ω dr ′ 2 ), and a predetermined threshold value, the presence / absence of a metal foreign object on the surface to be charged is determined. And a wireless power transmission device characterized by comprising: It is.
この発明によれば、駆動周波数ωdr´が可変である場合においても、コイルLp間電圧V(Lp)とコンデンサCp間電圧V(Cp)とから電圧比率V(Lp)/(V(Cp)*ωdr´ 2)が所定の範囲内にあるか否かにより、金属異物の有無を判定できる。 According to the invention, when the driving frequency omega DR 'is also variable, the coil L p voltage V (L p) and the capacitor C p voltage V (C p) from the voltage ratio V (L p) / The presence / absence of a metal foreign object can be determined based on whether (V (C p ) * ω dr ′ 2 ) is within a predetermined range.
(3)本発明は、直列接続されたコイルLpとコンデンサCpとからなる一次Lp−Cp共振器と、直流電力(Vddc、Iddc)を駆動周波数ωdrでスイッチングして前記一次Lp−Cp共振器を駆動する駆動電源と、前記一次Lp−Cp共振器の駆動時に、コイルLpとコンデンサCpとの中点電圧Vcをモニタし、コイルLp間電圧V(Lp)のピーク値Vpeakを検出するピーク電圧検出手段と、該検出したコイルLp間電圧V(Lp)のピーク値Vpeakと駆動直流電圧VddcとからコイルLp間電圧V(Lp)とコンデンサCp間電圧V(Cp)との電圧比率V(Lp)/V(Cp)を算出する電圧比率算出手段と、該算出した電圧比率V(Lp)/V(Cp)と予め定められた閾値とから被充電機器の載置面における金属異物の有無を判定する判定手段と、を備えたことを特徴とするワイヤレス電力伝送装置を提案している。 (3) The present invention switches the primary L p -C p resonator composed of the coil L p and the capacitor C p connected in series, and DC power (V ddc , I ddc ) at the drive frequency ω dr to a driving power source for driving the primary L p -C p resonator, when the drive of the primary L p -C p resonator monitors the midpoint voltage V c between the coil L p and the capacitor C p, between the coils L p and a peak voltage detecting means for detecting a peak value V peak of the voltage V (L p), between the coils L p from the peak value V peak and driving DC voltage V ddc of the detection out coil L p voltage V (L p) Voltage ratio calculating means for calculating a voltage ratio V (L p ) / V (C p ) between the voltage V (L p ) and the voltage V (C p ) between the capacitors C p, and the calculated voltage ratio V (L p ) / V (C p) with a predetermined threshold value and It proposes a wireless power transmission apparatus characterized by comprising a determination means for determining whether the foreign metal substance in the mounting surface of the Luo be charged device.
この発明によれば、コイルLpとコンデンサCpとの中点電圧VcからコイルLp間電圧V(Lp)のピーク値Vpeakを検出し、検出したコイルLp間電圧V(Lp)のピーク値Vpeakと駆動直流電圧Vddcとから算出したコイルLp間電圧V(Lp)とコンデンサCp間電圧V(Cp)との電圧比率V(Lp)/V(Cp)が所定の範囲内にあるか否かにより、金属異物の有無を判定できる。 According to the present invention, a coil L p and the capacitor C p from the midpoint voltage V c between the detected peak value V peak of the coil L p voltage V (L p), the detected coil L p voltage V (L voltage ratio V (L p ) / V () of the voltage V (L p ) between the coils L p and the voltage V (C p ) between the capacitors C p calculated from the peak value V peak of p ) and the drive DC voltage V ddc. Whether or not there is a metal foreign object can be determined based on whether or not C p ) is within a predetermined range.
(4)本発明は、直列接続されたコイルLpとコンデンサCpとからなる一次Lp−Cp共振器と、直流電力を駆動周波数ωdrでスイッチングして前記一次Lp−Cp共振器を駆動する駆動電源と、前記一次Lp−Cp共振器の駆動時に、コイルLpとコンデンサCpとの中点電圧Vcを入力し、駆動周波数ωdrにより、中点電圧Vcの第1の1/2周期電圧波形と第2の1/2周期電圧波形とを抽出するマルチプレクサと、該抽出した第1の1/2周期電圧波形と第2の1/2周期電圧波形とをそれぞれ平滑化して、第1の平滑値と第2の平滑値とを取得する平滑手段と、該第1の平滑値と第2の平滑値とから、コイルLp間電圧V(Lp)とコンデンサCp間電圧V(Cp)との電圧比率V(Lp)/V(Cp)を算出する電圧比率算出手段と、該算出した電圧比率V(Lp)/V(Cp)と予め定められた閾値とから被充電機器の載置面における金属異物の有無を判定する判定手段と、を備えたことを特徴とするワイヤレス電力伝送装置を提案している。 (4) The present invention includes a primary L p -C p resonator consisting of a coil L p and a capacitor C p connected in series, the primary L p -C p resonance by switching the DC power at the driving frequency omega dr a driving power source for driving the vessel, at the time of driving of the primary L p -C p resonator, enter the midpoint voltage V c between the coil L p and the capacitor C p, the driving frequency omega dr, midpoint voltage V c A multiplexer that extracts the first ½ period voltage waveform and the second ½ period voltage waveform, and the extracted first ½ period voltage waveform and second ½ period voltage waveform Are respectively smoothed to obtain a first smoothed value and a second smoothed value, and from the first smoothed value and the second smoothed value, the voltage V (L p ) between the coils L p. And the voltage ratio V (L p ) / V (C p ) between the voltage V (C p ) between the capacitor C p A voltage ratio calculating means for calculating, a determining means for determining the presence or absence of a metallic foreign object on the mounting surface of the device to be charged from the calculated voltage ratio V (L p ) / V (C p ) and a predetermined threshold value; A wireless power transmission device characterized by comprising:
この発明によれば、マルチプレクサにより、駆動時の中点電圧Vcの第1の1/2周期電圧波形と第2の1/2周期電圧波形とを抽出し、これらを平滑化した値から求めたコイルLp間電圧V(Lp)とコンデンサCp間電圧V(Cp)との電圧比率V(Lp)/V(Cp)が所定の範囲内にあるか否かにより、金属異物の有無を判定できる。 According to the invention, by a multiplexer, and extracted first half cycle the voltage waveform of the midpoint voltage V c at the time of driving and the second half cycle the voltage waveform, determined them from the smoothed value Depending on whether or not the voltage ratio V (L p ) / V (C p ) between the voltage V (L p ) between the coils L p and the voltage V (C p ) between the capacitors C p is within a predetermined range, the metal The presence or absence of foreign matter can be determined.
(5)本発明は、直列接続されたコイルLpとコンデンサCpとからなる一次Lp−Cp共振器と、直流電力(Vddc、Iddc)を駆動周波数ωdrでスイッチングして前記一次Lp−Cp共振器を駆動する駆動電源と、該駆動電源の出力インピーダンスZddcを算出する出力インピーダンス算出手段と、該算出した駆動電源の出力インピーダンスZddcと予め定められた閾値とから被充電機器の載置面における金属異物の有無を判定する判定手段と、を備えたことを特徴とするワイヤレス電力伝送装置を提案している。 (5) The present invention switches the primary L p -C p resonator composed of the coil L p and the capacitor C p connected in series and the DC power (V ddc , I ddc ) at the drive frequency ω dr to from a driving power source for driving the primary L p -C p resonator, and an output impedance calculating means for calculating an output impedance Z ddc of the drive power source, with a predetermined threshold value and the output impedance Z ddc the driving power thus calculated Proposed is a wireless power transmission device comprising: determination means for determining the presence or absence of a metallic foreign object on a mounting surface of a device to be charged.
この発明によれば、駆動電源の出力インピーダンスZddcが所定の範囲内にあるか否かにより、金属異物の有無を判定できる。 According to the present invention, the presence or absence of a metallic foreign object can be determined based on whether or not the output impedance Z ddc of the drive power source is within a predetermined range.
(6)本発明は、直列接続されたコイルLpとコンデンサCpとからなる一次Lp−Cp共振器と、直流電力(Vddc、Iddc)を一定の駆動周波数ωdrでスイッチングして前記一次Lp−Cp共振器を駆動する駆動電源と、前記一次Lp−Cp共振器の駆動時に、コイルLp間電圧V(Lp)とコンデンサCp間電圧V(Cp)とを検出する電圧検出手段と、該検出したコイルLp間電圧V(Lp)とコンデンサCp間電圧V(Cp)とから電圧比率V(Lp)/V(Cp)を算出する電圧比率算出手段と、該駆動電源の出力インピーダンスZddcを算出する出力インピーダンス算出手段と、前記算出した電圧比率V(Lp)/V(Cp)と予め定められた第1の閾値と対比および前記算出した駆動電源の出力インピーダンスZddcと予め定められた第2の閾値との対比から被充電機器の載置面における金属異物の有無を判定する判定手段と、を備えたことを特徴とするワイヤレス電力伝送装置を提案している。 (6) The present invention switches a primary L p -C p resonator composed of a series-connected coil L p and a capacitor C p and DC power (V ddc , I ddc ) at a constant drive frequency ω dr. a driving power source for driving the primary L p -C p resonator Te, during driving of the primary L p -C p resonator coil L p voltage V (L p) and the capacitor C p voltage V (C p ) And a voltage ratio V (L p ) / V (C p ) from the detected voltage V (L p ) between the coils L p and the voltage V (C p ) between the capacitors C p. Voltage ratio calculating means for calculating, output impedance calculating means for calculating the output impedance Z ddc of the driving power source, and the calculated voltage ratio V (L p ) / V (C p ) and a predetermined first threshold value And the calculated drive power supply Proposed wireless power transmission apparatus characterized by comprising a determination means for determining whether the foreign metal substance in the mounting surface of the charging device from the comparison with the second predetermined threshold value and the output impedance Z ddc doing.
駆動電源の出力インピーダンスZddcで金属異物の有無を判定する方法は、計測自体簡便であるが、駆動電源の出力インピーダンスZddcが終端負荷にも依存することを考えると、閾値の設定が難しい面もある。しかしながら、本発明によれば、駆動電源の出力インピーダンスZddcで金属異物の有無を判定する方法とコイルLp間電圧V(Lp)とコンデンサCp間電圧V(Cp)との電圧比率V(Lp)/V(Cp)による金属異物の有無を判定する方法とを組み合わせて用いることから信頼性が向上する。 The method of determining the presence or absence of a metal foreign object with the output impedance Z ddc of the drive power supply is simple in itself, but considering that the output impedance Z ddc of the drive power supply also depends on the terminal load, it is difficult to set the threshold value. There is also. However, according to the present invention, the voltage ratio of the output impedance Z method of determining the presence or absence of a foreign metal substance in ddc and a coil L p voltage V of the drive power source (L p) and the capacitor C p voltage V (C p) Reliability is improved by using a combination of the method of determining the presence or absence of a metal foreign matter based on V (L p ) / V (C p ).
(7)本発明は、直列接続されたコイルLpとコンデンサCpとからなる一次Lp−Cp共振器と、直流電力(Vddc、Iddc)を駆動周波数ωdrでスイッチングして前記一次Lp−Cp共振器を駆動する駆動電源と、前記一次Lp−Cp共振器の駆動時に、コイルLpとコンデンサCpとの中点電圧Vcをモニタし、コイルLp間電圧V(Lp)のピーク値Vpeakを検出するピーク電圧検出手段と、該検出したコイルLp間電圧V(Lp)のピーク値Vpeakと駆動直流電圧VddcとからコイルLp間電圧V(Lp)とコンデンサCp間電圧V(Cp)との電圧比率V(Lp)/V(Cp)を算出する電圧比率算出手段と、該駆動電源の出力インピーダンスZddcを算出する出力インピーダンス算出手段と、前記算出した電圧比率V(Lp)/V(Cp)と予め定められた第1の閾値と対比および前記算出した駆動電源の出力インピーダンスZddcと予め定められた第2の閾値との対比から被充電機器の載置面における金属異物の有無を判定する判定手段と、を備えたことを特徴とするワイヤレス電力伝送装置を提案している。 (7) The present invention switches the primary L p -C p resonator composed of the coil L p and the capacitor C p connected in series and the DC power (V ddc , I ddc ) at the drive frequency ω dr to a driving power source for driving the primary L p -C p resonator, when the drive of the primary L p -C p resonator monitors the midpoint voltage V c between the coil L p and the capacitor C p, between the coils L p and a peak voltage detecting means for detecting a peak value V peak of the voltage V (L p), between the coils L p from the peak value V peak and driving DC voltage V ddc of the detection out coil L p voltage V (L p) Voltage ratio calculating means for calculating a voltage ratio V (L p ) / V (C p ) between the voltage V (L p ) and the voltage V (C p ) between the capacitors C p , and an output impedance Z ddc of the drive power supply Output impedance to be calculated A calculation unit, the calculated voltage ratio V (L p) / V ( C p) with a predetermined second predetermined first threshold value and the comparison and the output impedance Z ddc the calculated drive power supply Proposed is a wireless power transmission device comprising: a determination unit that determines presence / absence of a metal foreign object on a mounting surface of a device to be charged based on comparison with a threshold value.
駆動電源の出力インピーダンスZddcで金属異物の有無を判定する方法は、計測自体簡便であるが、駆動電源の出力インピーダンスZddcが終端負荷にも依存することを考えると、閾値の設定が難しい面もある。しかしながら、本発明によれば、駆動電源の出力インピーダンスZddcで金属異物の有無を判定する方法とコイルLp間電圧V(Lp)とコンデンサCp間電圧V(Cp)との電圧比率V(Lp)/V(Cp)による金属異物の有無を判定する方法とを組み合わせて用いることから信頼性が向上する。 The method of determining the presence or absence of a metal foreign object with the output impedance Z ddc of the drive power supply is simple in itself, but considering that the output impedance Z ddc of the drive power supply also depends on the terminal load, it is difficult to set the threshold value. There is also. However, according to the present invention, the voltage ratio of the output impedance Z method of determining the presence or absence of a foreign metal substance in ddc and a coil L p voltage V of the drive power source (L p) and the capacitor C p voltage V (C p) Reliability is improved by using a combination of the method of determining the presence or absence of a metal foreign matter based on V (L p ) / V (C p ).
(8)本発明は、直列接続されたコイルLpとコンデンサCpとからなる一次Lp−Cp共振器と、直流電力(Vddc、Iddc)を駆動周波数ωdrでスイッチングして前記一次Lp−Cp共振器を駆動する駆動電源と、前記一次Lp−Cp共振器の駆動時に、コイルLpとコンデンサCpとの中点電圧Vcを入力し、駆動周波数ωdrにより、中点電圧Vcの第1の1/2周期電圧波形と第2の1/2周期電圧波形とを抽出するマルチプレクサと、該抽出した第1の1/2周期電圧波形と第2の1/2周期電圧波形とをそれぞれ平滑化して、第1の平滑値と第2の平滑値とを取得する平滑手段と、該第1の平滑値と第2の平滑値とから、コイルLp間電圧V(Lp)とコンデンサCp間電圧V(Cp)との電圧比率V(Lp)/V(Cp)を算出する電圧比率算出手段と、該駆動電源の出力インピーダンスZddcを算出する出力インピーダンス算出手段と、前記算出した電圧比率V(Lp)/V(Cp)と予め定められた第1の閾値と対比および前記算出した駆動電源の出力インピーダンスZddcと予め定められた第2の閾値との対比から被充電機器の載置面における金属異物の有無を判定する判定手段と、を備えたことを特徴とするワイヤレス電力伝送装置を提案している。 (8) The present invention switches the primary L p -C p resonator composed of the coil L p and the capacitor C p connected in series and the DC power (V ddc , I ddc ) at the drive frequency ω dr to a driving power source for driving the primary L p -C p resonator, when the drive of the primary L p -C p resonator, enter the midpoint voltage V c between the coil L p and the capacitor C p, the driving frequency omega dr , A multiplexer for extracting the first ½ period voltage waveform and the second ½ period voltage waveform of the midpoint voltage V c , the extracted first ½ period voltage waveform and the second Smoothing means for smoothing the half-period voltage waveform to obtain the first smoothed value and the second smoothed value, and the coil L p from the first smoothed value and the second smoothed value. Voltage ratio V between voltage V (L p ) and voltage V (C p ) between capacitors C p Voltage ratio calculating means for calculating (L p ) / V (C p ), output impedance calculating means for calculating the output impedance Z ddc of the drive power supply, and the calculated voltage ratio V (L p ) / V (C p ) is compared with a predetermined first threshold value, and the calculated output impedance Z ddc of the drive power supply is compared with a predetermined second threshold value to determine the presence or absence of metallic foreign matter on the surface to be charged. And a wireless power transmission apparatus characterized by comprising a determination means for determining.
駆動電源の出力インピーダンスZddcで金属異物の有無を判定する方法は、計測自体簡便であるが、駆動電源の出力インピーダンスZddcが終端負荷にも依存することを考えると、閾値の設定が難しい面もある。しかしながら、本発明によれば、駆動電源の出力インピーダンスZddcで金属異物の有無を判定する方法とコイルLp間電圧V(Lp)とコンデンサCp間電圧V(Cp)との電圧比率V(Lp)/V(Cp)による金属異物の有無を判定する方法とを組み合わせて用いることから信頼性が向上する。 The method of determining the presence or absence of a metal foreign object with the output impedance Z ddc of the drive power supply is simple in itself, but considering that the output impedance Z ddc of the drive power supply also depends on the terminal load, it is difficult to set the threshold value. There is also. However, according to the present invention, the voltage ratio of the output impedance Z method of determining the presence or absence of a foreign metal substance in ddc and a coil L p voltage V of the drive power source (L p) and the capacitor C p voltage V (C p) Reliability is improved by using a combination of the method of determining the presence or absence of a metal foreign matter based on V (L p ) / V (C p ).
本発明によれば、計測項目が少ないため、測定誤差を軽減できるという効果がある。また、送電器の一般的な計測パラメータを利用して、判定ができるため、コストを増加することなく、簡便な方法で、正確な判定を行うことができるという効果がある。また、従来技術とは異なり、任意のタイミングで計測を行うことが可能であることから、速やかに、金属異物の有無を判定することができるという効果がある。さらに、判定に用いるパラメータが温度特性を有しないため、広い温度範囲においても、温度に対する補正処理を行う必要なく、精度の高い判定を行うことができるという効果がある。 According to the present invention, since there are few measurement items, there is an effect that measurement errors can be reduced. Moreover, since it can determine using the general measurement parameter of a power transmission device, there exists an effect that an accurate determination can be performed by a simple method, without increasing cost. In addition, unlike the prior art, since it is possible to perform measurement at an arbitrary timing, there is an effect that it is possible to quickly determine the presence or absence of a metallic foreign object. Furthermore, since the parameter used for the determination does not have temperature characteristics, there is an effect that it is possible to perform a highly accurate determination without performing correction processing for the temperature even in a wide temperature range.
以下、本発明の実施形態について、図面を用いて、詳細に説明する。
なお、本実施形態における構成要素は適宜、既存の構成要素等との置き換えが可能であり、また、他の既存の構成要素との組合せを含む様々なバリエーションが可能である。したがって、本実施形態の記載をもって、特許請求の範囲に記載された発明の内容を限定するものではない。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
Note that the constituent elements in the present embodiment can be appropriately replaced with existing constituent elements and the like, and various variations including combinations with other existing constituent elements are possible. Therefore, the description of the present embodiment does not limit the contents of the invention described in the claims.
<第1の実施形態>
図1および図2を用いて、本実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置について説明する。
<First Embodiment>
A wireless power transmission apparatus according to this embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
図2は、交流電流iをコイルに印加して生じた交流磁界Hと、交流磁界Hにより金属板に生じた渦電流i(eddy)、および渦電流により生じた磁界H(eddy)の間の方向関係を示している。この図から判るように、渦電流i(eddy)による磁界H(eddy)は、常に、元のコイル電流iによる磁界Hの変化を打ち消すように発生する。そのため、コイルの生じた実効磁界が減り、見かけ上、コイルのインダクタンスLpが下がる。従って、コイルのインダクタンスLpの変化を検知できれば、金属異物を検知することが可能である。本発明は、上記の減少を利用して、簡便な方法で、被充電機器の載置面における金属異物の有無を判定するものである。 FIG. 2 shows an AC magnetic field H generated by applying an AC current i to the coil, an eddy current i (eddy) generated in the metal plate by the AC magnetic field H, and a magnetic field H (eddy) generated by the eddy current. The directional relationship is shown. As can be seen from this figure, the magnetic field H (eddy) due to the eddy current i (eddy) always occurs so as to cancel the change in the magnetic field H due to the original coil current i. For this reason, the effective magnetic field generated by the coil is reduced, and the inductance Lp of the coil is apparently reduced. Therefore, if it is possible to detect a change in the inductance Lp of the coil, it is possible to detect a metal foreign object. The present invention uses the above reduction to determine the presence or absence of a metallic foreign object on the placement surface of the device to be charged by a simple method.
<ワイヤレス電力伝送装置の構成>
図1に示すように、本実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置10は、フルブリッジインバータスイッチング部100と、電源200と、DDC(DC/DCコンバータ)300と、ゲート駆動回路400、500とから構成されている。
<Configuration of wireless power transmission device>
As shown in FIG. 1, the wireless
また、電源200、DDC(DC/DCコンバータ)300、フルブリッジインバータスイッチング部100は、直列に接続され、制御信号VARによって出力電圧可変なDDC(DC/DCコンバータ)300の出力がフルブリッジインバータスイッチング部100の駆動電源として供給されている。
The
また、フルブリッジインバータスイッチング部100は、pチャンネル型FET(p−FET(1)、p−FET(2))101A、101Bと、nチャンネル型FET(n−FET(1)、n−FET(2))102A、102Bと、コンデンサ(Cp)103と、コイル(Lp)104と、第1の電圧検出部105と、第2の電圧検出部106と、電圧比算出部107と、判定部108と、閾値格納部109とから構成されている。
The full-bridge
上側アームFET(p−FET(1)101A)と下側アームFET(n−FET(1)102A)とは、互いに直列接続され第1インバータ部を形成し、他方、上側アームFET(p−FET(2)101B)と下側アームFET(n−FET(2)102B)とは、互いに直列接続され第2インバータ部を形成しており、かかる第1インバータ部および第2インバータ部は、GNDに接続されている。 The upper arm FET (p-FET (1) 101A) and the lower arm FET (n-FET (1) 102A) are connected to each other in series to form a first inverter unit, while the upper arm FET (p-FET) (2) 101B) and the lower arm FET (n-FET (2) 102B) are connected in series to form a second inverter unit, and the first inverter unit and the second inverter unit are connected to GND. It is connected.
また、これらのFETによるフルブリッジインバータスイッチング部100には、2つの出力端子が設けられ、これらの出力端子間にコンデンサ(Cp)103とコイル(Lp)104とによる一次Lp−Cp共振器が形成されている。
The full-bridge
上記pチャンネル型FET(p−FET(1)、p−FET(2))101A、101Bと、nチャンネル型FET(n−FET(1)、n−FET(2))102A、102Bとは、ゲート駆動回路400、500に接続され、ゲート駆動回路400、500から出力されるゲート駆動信号により、上側アームFET(p−FET(1)101A)と下側アームFET(n−FET(1)102A)および上側アームFET(p−FET(2)101B)と下側アームFET(n−FET(2)102B)とが交互ON/OFFして、上記一次Lp−Cp共振器が、発振駆動される。なお、本実施形態の駆動方式は、駆動周波数を一定として、出力電圧が可変なDDCで、送電コイルLpの出力交流磁界を制御する方式を例示したものである。
The p-channel FETs (p-FET (1), p-FET (2)) 101A, 101B and the n-channel FETs (n-FET (1), n-FET (2)) 102A, 102B are: The upper arm FET (p-FET (1) 101A) and the lower arm FET (n-FET (1) 102A) are connected to the
第1の電圧検出部105は、一次Lp−Cp共振器の駆動時に、コンデンサCp間電圧V(Cp)を検出する。第2の電圧検出部106は、一次Lp−Cp共振器の駆動時に、コイルLp間電圧V(Lp)を検出する。電圧比算出部107は、第1の電圧検出部105において検出したコンデンサCp間電圧V(Cp)と、第2の電圧検出部106において検出したコイルLp間電圧V(Lp)とから電圧比率V(Lp)/V(Cp)を算出する。判定部108は、算出した電圧比率V(Lp)/V(Cp)と予め定められた閾値とから被充電機器の載置面における金属異物の有無を判定する。閾値格納部109は、判定に用いる予め定められた閾値を格納保持する。
The
一般に、回路上、送電コイルのインダクタンスLpを直接に計測することが難しい。そこで、本実施形態では、送電コイルLpと共振コンデンサCp端電圧の比率V(Lp)/V(Cp)から送電コイルのインダクタンスLpの変化を間接的に計測する方法を利用する。図1において、直列接続された送電コイルLpと共振コンデンサCp端電圧の比率V(Lp)/V(Cp)は、数1で表わされる。
In general, the circuit, it is difficult to measure the inductance L p of the power transmission coil directly. Therefore, in the present embodiment, a method of indirectly measuring the change in the inductance Lp of the power transmission coil from the ratio V (L p ) / V (C p ) between the power transmission coil L p and the resonance capacitor C p end voltage is used. In FIG. 1, the ratio V (L p ) / V (C p ) between the power transmission coil L p connected in series and the resonance capacitor C p end voltage is expressed by
ここで、ωdrは、インバータの駆動角周波数である。また、共振コンデンサCpは、負荷や金属異物の有無に依存せず、常に一定であるため、インバータ周波数で駆動し、出力交流磁界の制御をDDC300の出力電圧Vddcで行う場合、数1より、送電コイルのインダクタンスLpは、直列接続された送電コイルLpと共振コンデンサCp端電圧の比率V(Lp)/V(Cp)の関数となる。 Here, ω dr is the drive angular frequency of the inverter. Further, the resonance capacitor Cp does not depend on the presence or absence of a load or a metal foreign object, and is always constant. Therefore, when driving at the inverter frequency and controlling the output AC magnetic field with the output voltage V ddc of the DDC 300 , The inductance L p of the power transmission coil is a function of the ratio V (L p ) / V (C p ) between the power transmission coil L p connected in series and the resonance capacitor C p end voltage.
つまり、金属異物が送電コイルLpに接近すると、Lpが下がることにより、送電コイルLpと共振コンデンサCp端電圧の比率V(Lp)/V(Cp)が下がる。そのため、送電コイルLpと共振コンデンサCp端電圧の比率V(Lp)/V(Cp)がある程度顕著に下がる場合には、被充電機器の載置面における金属異物の存在を推定することができる。なお、送電コイルの実効インダクタンスLpは、2次コイルLsとの結合係数や出力負荷等に依存するため、金属異物の有無を判断するための送電コイルLpと共振コンデンサCp端電圧の比率V(Lp)/V(Cp)の閾値は、様々な条件における統計データに基づいて定める必要がある。 That is, when the metal foreign object approaches the power transmission coil L p , L p decreases, and the ratio V (L p ) / V (C p ) between the power transmission coil L p and the resonance capacitor C p end voltage decreases. Therefore, when the ratio V (L p ) / V (C p ) between the power transmission coil L p and the resonance capacitor C p end voltage is significantly reduced to some extent, the presence of a metal foreign object on the placement surface of the device to be charged is estimated. be able to. Since the effective inductance L p of the power transmission coil depends on the coupling coefficient with the secondary coil Ls, the output load, and the like, the ratio between the power transmission coil L p and the resonance capacitor C p end voltage for determining the presence or absence of metal foreign matter. The threshold value of V (L p ) / V (C p ) needs to be determined based on statistical data under various conditions.
図9は、例えば、受電器が受けた電力が0.2Wから5Wの範囲である場合における送電コイルLpと共振コンデンサCp端電圧の比率V(Lp)/V(Cp)を示したものである。この統計データによれば、送電コイルLpと共振コンデンサCp端電圧の比率V(Lp)/V(Cp)の閾値を1.28に設定すれば、確実に被充電機器の載置面における金属異物の有無を検出することができる。 FIG. 9 shows, for example, the ratio V (L p ) / V (C p ) between the power transmission coil L p and the resonance capacitor C p end voltage when the power received by the power receiver is in the range of 0.2 W to 5 W. It is a thing. According to this statistical data, if the threshold value of the ratio V (L p ) / V (C p ) between the power transmission coil L p and the resonance capacitor C p end voltage is set to 1.28, the placement of the device to be charged is ensured. It is possible to detect the presence or absence of metallic foreign matter on the surface.
以上、説明したように、本実施形態によれば、送電コイルLpと共振コンデンサCp端電圧の比率V(Lp)/V(Cp)を求めて、その変化の度合いを検出することにより、間接的に送電コイルLpの変化の度合いを検出して、被充電機器の載置面における金属異物の存在を簡便な方法で推定することができる。 As described above, according to the present embodiment, the ratio V (L p ) / V (C p ) between the power transmission coil L p and the resonance capacitor C p end voltage is obtained, and the degree of change is detected. Accordingly, by detecting the degree of change in the indirect power transmission coil L p, it is possible to estimate the presence of a metal foreign object in the mounting surface of the charging device by a simple method.
<第1の実施形態の変形例>
図3を用いて、本変形例に係るワイヤレス電力伝送装置について説明する。
第1の実施形態では、駆動周波数を一定として、出力電圧が可変なDDCで出力交流磁界を制御する方式を例示して説明したが、本変形例では、駆動信号の周波数を可変して、送電コイルLpからの出力交流磁界を制御する方式を例示して説明する。
<Modification of First Embodiment>
A wireless power transmission apparatus according to this modification will be described with reference to FIG.
In the first embodiment, the method of controlling the output AC magnetic field with the DDC having a variable output voltage with the drive frequency constant is described as an example. However, in this modification, the frequency of the drive signal is varied to transmit power. illustrates a method for controlling the output AC magnetic field from the coil L p is described.
<ワイヤレス電力伝送装置の構成>
図3に示すように、本実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置10は、フルブリッジインバータスイッチング部110と、電源200と、ゲート駆動回路410、510とから構成されている。
<Configuration of wireless power transmission device>
As shown in FIG. 3, the wireless
また、フルブリッジインバータスイッチング部110は、pチャンネル型FET(p−FET(1)、p−FET(2))101A、101Bと、nチャンネル型FET(n−FET(1)、n−FET(2))102A、102Bと、コンデンサ(Cp)103と、コイル(Lp)104と、第1の電圧検出部105と、第2の電圧検出部106と、電圧比算出部117と、判定部118と、閾値格納部119とから構成されている。なお、第1の実施形態と同一の符号を付す構成要素については、同様の機能を有することから、その詳細な説明は、省略する。
The full-bridge
電圧比算出部117は、検出したコイルLp間電圧V(Lp)とコンデンサCp間電圧V(Cp)とからV(Lp)/(V(Cp)*ωdr´ 2)を算出する。判定部118は、算出した電圧比率V(Lp)/(V(Cp)*ωdr´ 2)と予め定められた閾値とから被充電機器の載置面における金属異物の有無を判定する。閾値格納部119は、判定に用いる予め定められた閾値を格納保持する。
The voltage
ゲート駆動回路410、510は、可変周波数駆動信号に基づいて出力されるゲート駆動信号により、上側アームFET(p−FET(1)101A)と下側アームFET(n−FET(1)102A)および上側アームFET(p−FET(2)101B)と下側アームFET(n−FET(2)102B)とを交互ON/OFFして、上記一次Lp−Cp共振器を発振駆動する。
The
具体的には、この場合、駆動周波数が可変であるため、数1において、インダクタンスLpの変化を数2の関数により得て、送電コイルLpと共振コンデンサCp端電圧の比率V(Lp)/V(Cp)を計測することにより、被充電機器の載置面における金属異物の存在を推定することができる。
Specifically, in this case, since the drive frequency is variable, in
上記した第1の実施例および第1の変形実施例においては、駆動信号のデューティ比を一定としているが、これに限定されるものではなく、駆動信号のデューティ比を可変として、出力電力を制御しても良い。 In the first embodiment and the first modified embodiment described above, the duty ratio of the drive signal is constant. However, the present invention is not limited to this, and the output power is controlled by making the duty ratio of the drive signal variable. You may do it.
<第2の実施形態>
図4および図5を用いて、本実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置について説明する。本実施形態においては、一次Lp−Cp共振器の駆動時に、一次Lp−Cp共振器の中点電圧VCの電圧波形を取得して、ピーク電圧を検出して、これにより得られる送電コイルLpと共振コンデンサCp端電圧の比率V(Lp)/V(Cp)のピーク値の比率と閾値とから被充電機器の載置面における金属異物の存在を推定するものである。
<Second Embodiment>
A wireless power transmission apparatus according to this embodiment will be described with reference to FIGS. 4 and 5. In the present embodiment, when driving the primary Lp-Cp resonator acquires a voltage waveform of the midpoint voltage V C of the primary Lp-Cp resonator, to detect the peak voltage, the power transmission coil L obtained thereby Presence of metallic foreign matter on the mounting surface of the device to be charged is estimated from the ratio of the peak value of the ratio V (L p ) / V (C p ) between the p and the resonance capacitor C p end voltage and the threshold value.
<フルブリッジインバータスイッチング部の構成>
図4に示すように、フルブリッジインバータスイッチング部120は、pチャンネル型FET(p−FET(1)、p−FET(2))101A、101Bと、nチャンネル型FET(n−FET(1)、n−FET(2))102A、102Bと、コンデンサ(Cp)103と、コイル(Lp)104と、ピーク電圧検出部121と、電圧比算出部122と、判定部123と、閾値格納部124とから構成されている。なお、第1の実施形態と同一の符号を付す構成要素については、同様の機能を有することから、その詳細な説明は、省略する。
<Configuration of full bridge inverter switching unit>
As shown in FIG. 4, the full-bridge
ピーク電圧検出部121は、一次Lp−Cp共振器の駆動時に、コイルLpとコンデンサCpとの中点電圧Vcをモニタし、コイルLp間電圧V(Lp)のピーク値Vpeakを検出する。電圧比算出部122は、検出したコイルLp間電圧V(Lp)のピーク値Vpeakと駆動直流電圧VddcとからコイルLp間電圧V(Lp)とコンデンサCp間電圧V(Cp)との電圧比率V(Lp)/V(Cp)を算出する。判定部123は、算出した電圧比率V(Lp)/V(Cp)と予め定められた閾値とから被充電機器の載置面における金属異物の有無を判定する。閾値格納部124は、判定に用いる予め定められた閾値を格納保持する。
フルブリッジインバータスイッチング部120の駆動時に、中点電圧Vcの波形は、図5に示すように、1/2周期毎に変わる。これは、図4において、n−FET(1)102Aとp−FET(2)101Bがon、n−FET(2)102Bとp−FET(1)101Aがoffの場合、電流は実線矢印で示したループ(ここでは、正方向と記す)で流れる。この時、共振コンデンサCpの片端が接地するため、中点電圧VcはCpの端電圧V(Cp)と等しくなる。逆に、n−FET(2)102Bとp−FET(1)101Aがon、n−FET(1)102Aとp−FET(2)101Bがoffの場合、電流は点線矢印で示した負方向のループで流れる。この時、送電コイルLpの片端が接地するため、中点電圧VcはLpの端電圧V(Lp)と等しくなる。その結果、Lp−Cpの中点電圧Vcの波形は図5に示すように、V(Lp)とV(Cp)の合成波形となる。つまり、1/2周期毎の反転点において、V(Lp)とV(Cp)の段差はDDC300の出力電圧Vddcとなる。従って、例えば、ピークホールド回路を用いて、Vc波形のピーク値Vpeakを計測すれば、数1からV(Lp)とV(Cp)のピーク値の比率が得られ、この値を予め定めた閾値と比較することにより、被充電機器の載置面における金属異物の存在を推定することができる。
When driving the full bridge
<第3の実施形態>
図6および図7を用いて、本実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置について説明する。本実施形態においては、一次Lp−Cp共振器の駆動時に、一次Lp−Cp共振器の中点電圧VCの電圧波形を取得して、取得した波形をマルチプレクサにより1/2周期毎の波形に分離した後、それぞれの波形を平滑化して、平滑化後の電圧値から、送電コイルLpと共振コンデンサCp端電圧の比率V(Lp)/V(Cp)を求め、この送電コイルLpと共振コンデンサCp端電圧の比率V(Lp)/V(Cp)と閾値とから被充電機器の載置面における金属異物の存在を推定するものである。
<Third Embodiment>
A wireless power transmission apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 6 and 7. In the present embodiment, when driving the primary Lp-Cp resonator obtains the midpoint voltage V C of the voltage waveform of the primary Lp-Cp resonator, the acquired waveform in the waveform of each half cycle by the multiplexer After the separation, the respective waveforms are smoothed, and the ratio V (L p ) / V (C p ) between the power transmission coil L p and the resonance capacitor C p end voltage is obtained from the smoothed voltage value. The presence of the metallic foreign object on the mounting surface of the device to be charged is estimated from the ratio V (L p ) / V (C p ) between the L p and the resonance capacitor C p end voltage and the threshold value.
<フルブリッジインバータスイッチング部の構成>
図6に示すように、フルブリッジインバータスイッチング部130は、pチャンネル型FET(p−FET(1)、p−FET(2))101A、101Bと、nチャンネル型FET(n−FET(1)、n−FET(2))102A、102Bと、コンデンサ(Cp)103と、コイル(Lp)104と、マルチプレクサ131と、平滑部132と、電圧比算出部133と、判定部134と、閾値格納部135とから構成されている。なお、第1の実施形態と同一の符号を付す構成要素については、同様の機能を有することから、その詳細な説明は、省略する。
<Configuration of full bridge inverter switching unit>
As shown in FIG. 6, the full-bridge
マルチプレクサ131は、一次Lp−Cp共振器の駆動時に、コイルLpとコンデンサCpとの中点電圧Vcを入力し、駆動周波数ωdrにより、中点電圧Vcの第1の1/2周期電圧波形と第2の1/2周期電圧波形とを抽出する。
平滑部132は、マルチプレクサ131が抽出した第1の1/2周期電圧波形と第2の1/2周期電圧波形とをそれぞれ平滑化して、第1の平滑値と第2の平滑値とを取得する。電圧比算出部133は、第1の平滑値と第2の平滑値とから、コイルLp間電圧V(Lp)とコンデンサCp間電圧V(Cp)との電圧比率V(Lp)/V(Cp)を算出する。判定部134は、算出した電圧比率V(Lp)/V(Cp)と予め定められた閾値とから被充電機器の載置面における金属異物の有無を判定する。閾値格納部135は、判定に用いる予め定められた閾値を格納保持する。
The smoothing unit 132 smoothes the first ½ period voltage waveform and the second ½ period voltage waveform extracted by the
具体的には、マルチプレクサ131は、図7に示すように、3つの入力端子を有し、第1の入力端子から一次Lp−Cp共振器の中点電圧VCを入力し、第2、第3の入力端子から例えば、ゲート駆動回路400の出力であるゲート駆動信号gn(1)、ゲート駆動回路500の出力であるゲート駆動信号gn(2)を入力する。
Specifically, as shown in FIG. 7, the
そして、ゲート駆動回路400、500の駆動信号gn(1)、gn(2)のタイミングでV(Lp)とV(Cp)とを分離する。例えば、ゲート駆動信号gn(1))がhigh、ゲート駆動信号gn(2)がlowの場合、インバータの正方向が動作し、マルチプレクサ131から第1チャネルへ出力したVCはV(Cp)となり、一方で、ゲート駆動信号gn(1))がlow、ゲート駆動信号gn(2)がhighの場合、インバータの負方向が動作し、マルチプレクサ131から第2チャネルへ出力したVCはV(Lp)となる。従って、分離したV(Cp)とV(Lp)を平滑してマイコンで計測すれば、コイルLp間電圧V(Lp)とコンデンサCp間電圧V(Cp)との電圧比率V(Lp)/V(Cp)が得られる。
Then, V (L p ) and V (C p ) are separated at the timing of the drive signals gn (1) and gn (2) of the
<第4の実施形態>
図8を用いて、本実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置について説明する。本実施形態においては、金属異物により渦電流損失が発生する際、DDC300に掛ったトータル負荷が、金属異物のない時より重くなることから、DDC300の出力インピーダンスを求めることにより、被充電機器の載置面における金属異物の存在を推定するものである。
<Fourth Embodiment>
The wireless power transmission device according to the present embodiment will be described with reference to FIG. In this embodiment, when an eddy current loss is caused by a metal foreign object, the total load applied to the
<ワイヤレス電力伝送装置の構成>
図8に示すように、本実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置10は、フルブリッジインバータスイッチング部140と、電源200と、DDC(DC/DCコンバータ)300と、ゲート駆動回路400、500と、出力インピーダンス算出部600と、判定部700と、閾値格納部800とから構成されている。
<Configuration of wireless power transmission device>
As shown in FIG. 8, the wireless
出力インピーダンス算出部600は、DDC300の出力インピーダンスZddcを算出する。判定部700は、算出したDDC300の出力インピーダンスZddcと予め定められた閾値とから被充電機器の載置面における金属異物の有無を判定する。閾値格納部800は、判定に用いる予め定められた閾値を格納保持する。
The
前述したように、金属異物により渦電流損失が発生する際、DDC300に掛ったトータル負荷が、金属異物のない時より重くなるため、DDC300の出力インピーダンスZddcが顕著に低下する。DDC300の出力インピーダンスZddcをDDC300の出力電圧Vddcと出力電流Iddcとから数3を用いて算出し、この算出した値と予め定められた閾値とから被充電機器の載置面における金属異物の有無を判定する。
As described above, when eddy current loss occurs due to the metal foreign object, the total load applied to the
なお、DDC300の出力インピーダンスZddcは、終端負荷などにも依存するため、金属異物の有無を判断するためのZddcの閾値は、様々な条件での統計データを基に定める必要がある。例えば、図10は、受電器が受けた電力が1.5Wから5Wの範囲である場合の統計データである。このデータによれば、Zddcの閾値を7.0Ωとすれば、被充電機器の載置面における金属異物の有無を確実に判定することができる。 Note that since the output impedance Z ddc of the DDC 300 also depends on the terminal load or the like, the threshold value of Z ddc for determining the presence or absence of a metal foreign object needs to be determined based on statistical data under various conditions. For example, FIG. 10 shows statistical data when the power received by the power receiver is in the range of 1.5 W to 5 W. According to this data, if the threshold value of Z ddc is 7.0Ω, it is possible to reliably determine the presence / absence of a metallic foreign object on the placement surface of the device to be charged.
また、第1の実施形態から第4の実施形態における金属異物の検出方法は、単独でも、その効果を奏することができるが、第1の実施形態から第3の実施形態における金属異物の検出方法と第4の実施形態における金属異物の検出方法とを組み合わせて用いることにより、さらに、金属異物の検出の信頼性を向上させることができる。 In addition, the method for detecting a metal foreign object in the first to fourth embodiments can achieve its effect by itself, but the method for detecting a metal foreign object in the first to third embodiments. And the detection method of the metal foreign object in the fourth embodiment can be used in combination to further improve the reliability of detection of the metal foreign object.
なお、ワイヤレス電力伝送装置の処理をコンピュータシステムが読み取り可能な記録媒体に記録し、この記録媒体に記録されたプログラムをワイヤレス電力伝送装置に読み込ませ、実行することによって本発明のワイヤレス電力伝送装置の処理をソフトウェアにて実現することができる。ここでいうコンピュータシステムとは、OSや周辺装置等のハードウェアを含む。 The processing of the wireless power transmission apparatus is recorded on a recording medium readable by the computer system, and the program recorded on the recording medium is read into the wireless power transmission apparatus and executed, thereby executing the wireless power transmission apparatus of the present invention. Processing can be realized by software. The computer system here includes an OS and hardware such as peripheral devices.
また、「コンピュータシステム」は、WWW(World Wide Web)システムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境(あるいは表示環境)も含むものとする。また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク(通信網)や電話回線等の通信回線(通信線)のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。 Further, the “computer system” includes a homepage providing environment (or display environment) if a WWW (World Wide Web) system is used. The program may be transmitted from a computer system storing the program in a storage device or the like to another computer system via a transmission medium or by a transmission wave in the transmission medium. Here, the “transmission medium” for transmitting the program refers to a medium having a function of transmitting information, such as a network (communication network) such as the Internet or a communication line (communication line) such as a telephone line.
また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組合せで実現できるもの、いわゆる差分ファイル(差分プログラム)であってもよい。 The program may be for realizing a part of the functions described above. Furthermore, what can implement | achieve the function mentioned above in combination with the program already recorded on the computer system, what is called a difference file (difference program) may be sufficient.
以上、この発明の実施形態につき、図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。 The embodiments of the present invention have been described in detail with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to the embodiments, and includes designs and the like that do not depart from the gist of the present invention.
10;ワイヤレス電力伝送装置
100;フルブリッジインバータスイッチング部
110;フルブリッジインバータスイッチング部
101A;pチャンネル型FET
101B;pチャンネル型FET
102A;nチャンネル型FET
102B;nチャンネル型FET
103;コンデンサ(Cp)
104;コイル(Lp)
105;第1の電圧検出部
106;第2の電圧検出部
107;電圧比算出部
108;判定部
109;閾値格納部
117;電圧比算出部
118;判定部
119;閾値格納部
121;ピーク電圧検出部
122;電圧比算出部
123;判定部
124;閾値格納部
131;マルチプレクサ
132;平滑部
133;電圧比算出部
134;判定部
135;閾値格納部
200;電源
300;DDC(DC/DCコンバータ)
400;ゲート駆動回路
410;ゲート駆動回路
500;ゲート駆動回路
510;ゲート駆動回路
600;出力インピーダンス算出部
700;判定部
800;閾値格納部
10; wireless
101B; p-channel FET
102A; n-channel FET
102B; n-channel FET
103; Capacitor (Cp)
104; coil (Lp)
105; 1st
400;
Claims (8)
直流電力を一定の駆動周波数ωdrでスイッチングして前記一次Lp−Cp共振器を駆動する駆動電源と、
前記一次Lp−Cp共振器の駆動時に、コイルLp間電圧V(Lp)とコンデンサCp間電圧V(Cp)とを検出する電圧検出手段と、
該検出したコイルLp間電圧V(Lp)とコンデンサCp間電圧V(Cp)とから電圧比率V(Lp)/V(Cp)を算出する電圧比率算出手段と、
該算出した電圧比率V(Lp)/V(Cp)と予め定められた閾値とから被充電機器の載置面における金属異物の有無を判定する判定手段と、
を備えたことを特徴とするワイヤレス電力伝送装置。 A primary L p -C p resonator comprising a coil L p and a capacitor C p connected in series;
A driving power source for switching the DC power at a constant driving frequency ω dr to drive the primary L p -C p resonator;
Voltage detection means for detecting a voltage V (L p ) between the coils L p and a voltage V (C p ) between the capacitors C p when driving the primary L p -C p resonator;
Voltage ratio calculation means for calculating a voltage ratio V (L p ) / V (C p ) from the detected voltage V (L p ) between the coils L p and voltage V (C p ) between the capacitors C p ;
Determining means for determining the presence or absence of a metallic foreign object on the placement surface of the device to be charged from the calculated voltage ratio V (L p ) / V (C p ) and a predetermined threshold;
A wireless power transmission device comprising:
直流電力を可変駆動周波数ωdr´でスイッチングして前記一次Lp−Cp共振器を駆動する駆動電源と、
前記一次Lp−Cp共振器の駆動時に、コイルLp間電圧V(Lp)とコンデンサCp間電圧V(Cp)とを検出する電圧検出手段と、
該検出したコイルLp間電圧V(Lp)とコンデンサCp間電圧V(Cp)とからV(Lp)/(V(Cp)*ωdr´ 2)を算出する電圧比率算出手段と、
該算出した電圧比率V(Lp)/(V(Cp)*ωdr´ 2)と予め定められた閾値とから被充電機器の載置面における金属異物の有無を判定する判定手段と、
を備えたことを特徴とするワイヤレス電力伝送装置。 A primary L p -C p resonator comprising a coil L p and a capacitor C p connected in series;
A driving power source for switching the DC power at the variable driving frequency ω dr ′ to drive the primary L p -C p resonator;
Voltage detection means for detecting a voltage V (L p ) between the coils L p and a voltage V (C p ) between the capacitors C p when driving the primary L p -C p resonator;
Voltage ratio calculation for calculating V (L p ) / (V (C p ) * ω dr ′ 2 ) from the detected voltage V (L p ) between the coils L p and voltage V (C p ) between the capacitors C p Means,
Determining means for determining the presence / absence of a metal foreign object on the surface to be charged from the calculated voltage ratio V (L p ) / (V (C p ) * ω dr ′ 2 ) and a predetermined threshold;
A wireless power transmission device comprising:
直流電力(Vddc、Iddc)を駆動周波数ωdrでスイッチングして前記一次Lp−Cp共振器を駆動する駆動電源と、
前記一次Lp−Cp共振器の駆動時に、コイルLpとコンデンサCpとの中点電圧Vcをモニタし、コイルLp間電圧V(Lp)のピーク値Vpeakを検出するピーク電圧検出手段と、
該検出したコイルLp間電圧V(Lp)のピーク値Vpeakと駆動直流電圧VddcとからコイルLp間電圧V(Lp)とコンデンサCp間電圧V(Cp)との電圧比率V(Lp)/V(Cp)を算出する電圧比率算出手段と、
該算出した電圧比率V(Lp)/V(Cp)と予め定められた閾値とから被充電機器の載置面における金属異物の有無を判定する判定手段と、
を備えたことを特徴とするワイヤレス電力伝送装置。 A primary L p -C p resonator comprising a coil L p and a capacitor C p connected in series;
A driving power source for switching the DC power (V ddc , I ddc ) at the driving frequency ω dr to drive the primary L p -C p resonator;
When driving the primary L p -C p resonator, the midpoint voltage V c between the coil L p and the capacitor C p is monitored, and the peak value V peak of the voltage V (L p ) between the coils L p is detected. Voltage detection means;
From the detected peak value V peak of the voltage V (L p ) between the coils L p and the drive DC voltage V ddc , the voltage V (L p ) between the coils L p and the voltage V (C p ) between the capacitors C p Voltage ratio calculating means for calculating the ratio V (L p ) / V (C p );
Determining means for determining the presence or absence of a metallic foreign object on the placement surface of the device to be charged from the calculated voltage ratio V (L p ) / V (C p ) and a predetermined threshold;
A wireless power transmission device comprising:
直流電力を駆動周波数ωdrでスイッチングして前記一次Lp−Cp共振器を駆動する駆動電源と、
前記一次Lp−Cp共振器の駆動時に、コイルLpとコンデンサCpとの中点電圧Vcを入力し、駆動周波数ωdrにより、中点電圧Vcの第1の1/2周期電圧波形と第2の1/2周期電圧波形とを抽出するマルチプレクサと、
該抽出した第1の1/2周期電圧波形と第2の1/2周期電圧波形とをそれぞれ平滑化して、第1の平滑値と第2の平滑値とを取得する平滑手段と、
該第1の平滑値と第2の平滑値とから、コイルLp間電圧V(Lp)とコンデンサCp間電圧V(Cp)との電圧比率V(Lp)/V(Cp)を算出する電圧比率算出手段と、
該算出した電圧比率V(Lp)/V(Cp)と予め定められた閾値とから被充電機器の載置面における金属異物の有無を判定する判定手段と、
を備えたことを特徴とするワイヤレス電力伝送装置。 A primary L p -C p resonator comprising a coil L p and a capacitor C p connected in series;
A driving power source for switching the DC power at the driving frequency ω dr to drive the primary L p -C p resonator;
During driving of the primary L p -C p resonator, enter the midpoint voltage V c between the coil L p and the capacitor C p, the driving frequency omega dr, the first half cycle of the midpoint voltage V c A multiplexer that extracts the voltage waveform and the second half-cycle voltage waveform;
Smoothing means for smoothing the extracted first ½ period voltage waveform and the second ½ period voltage waveform, respectively, to obtain a first smooth value and a second smooth value;
From the smoothed value and the second smoothed value of the first, the coil L p voltage V (L p) and the capacitor C p voltage V (C p) a voltage ratio of V (L p) / V ( C p ) For calculating the voltage ratio,
Determining means for determining the presence or absence of a metallic foreign object on the placement surface of the device to be charged from the calculated voltage ratio V (L p ) / V (C p ) and a predetermined threshold;
A wireless power transmission device comprising:
直流電力(Vddc、Iddc)を駆動周波数ωdrでスイッチングして前記一次Lp−Cp共振器を駆動する駆動電源と、
該駆動電源の出力インピーダンスZddcを算出する出力インピーダンス算出手段と、
該算出した駆動電源の出力インピーダンスZddcと予め定められた閾値とから被充電機器の載置面における金属異物の有無を判定する判定手段と、
を備えたことを特徴とするワイヤレス電力伝送装置。 A primary L p -C p resonator comprising a coil L p and a capacitor C p connected in series;
A driving power source for switching the DC power (V ddc , I ddc ) at the driving frequency ω dr to drive the primary L p -C p resonator;
Output impedance calculating means for calculating the output impedance Z ddc of the drive power supply;
Determining means for determining the presence / absence of a metal foreign object on the mounting surface of the device to be charged from the calculated output impedance Z ddc of the driving power source and a predetermined threshold;
A wireless power transmission device comprising:
直流電力(Vddc、Iddc)を一定の駆動周波数ωdrでスイッチングして前記一次Lp−Cp共振器を駆動する駆動電源と、
前記一次Lp−Cp共振器の駆動時に、コイルLp間電圧V(Lp)とコンデンサCp間電圧V(Cp)とを検出する電圧検出手段と、
該検出したコイルLp間電圧V(Lp)とコンデンサCp間電圧V(Cp)とから電圧比率V(Lp)/V(Cp)を算出する電圧比率算出手段と、
該駆動電源の出力インピーダンスZddcを算出する出力インピーダンス算出手段と、
前記算出した電圧比率V(Lp)/V(Cp)と予め定められた第1の閾値と対比および前記算出した駆動電源の出力インピーダンスZddcと予め定められた第2の閾値との対比から被充電機器の載置面における金属異物の有無を判定する判定手段と、
を備えたことを特徴とするワイヤレス電力伝送装置。 A primary L p -C p resonator comprising a coil L p and a capacitor C p connected in series;
A driving power source for switching the DC power (V ddc , I ddc ) at a constant driving frequency ω dr to drive the primary L p -C p resonator;
Voltage detection means for detecting a voltage V (L p ) between the coils L p and a voltage V (C p ) between the capacitors C p when driving the primary L p -C p resonator;
Voltage ratio calculation means for calculating a voltage ratio V (L p ) / V (C p ) from the detected voltage V (L p ) between the coils L p and voltage V (C p ) between the capacitors C p ;
Output impedance calculating means for calculating the output impedance Z ddc of the drive power supply;
The calculated voltage ratio V (L p ) / V (C p ) is compared with a predetermined first threshold value, and the calculated output impedance Z ddc of the driving power supply is compared with a predetermined second threshold value. Determination means for determining the presence or absence of metallic foreign matter on the mounting surface of the device to be charged,
A wireless power transmission device comprising:
直流電力(Vddc、Iddc)を駆動周波数ωdrでスイッチングして前記一次Lp−Cp共振器を駆動する駆動電源と、
前記一次Lp−Cp共振器の駆動時に、コイルLpとコンデンサCpとの中点電圧Vcをモニタし、コイルLp間電圧V(Lp)のピーク値Vpeakを検出するピーク電圧検出手段と、
該検出したコイルLp間電圧V(Lp)のピーク値Vpeakと駆動直流電圧VddcとからコイルLp間電圧V(Lp)とコンデンサCp間電圧V(Cp)との電圧比率V(Lp)/V(Cp)を算出する電圧比率算出手段と、
該駆動電源の出力インピーダンスZddcを算出する出力インピーダンス算出手段と、
前記算出した電圧比率V(Lp)/V(Cp)と予め定められた第1の閾値と対比および前記算出した駆動電源の出力インピーダンスZddcと予め定められた第2の閾値との対比から被充電機器の載置面における金属異物の有無を判定する判定手段と、
を備えたことを特徴とするワイヤレス電力伝送装置。 A primary L p -C p resonator comprising a coil L p and a capacitor C p connected in series;
A driving power source for switching the DC power (V ddc , I ddc ) at the driving frequency ω dr to drive the primary L p -C p resonator;
When driving the primary L p -C p resonator, the midpoint voltage V c between the coil L p and the capacitor C p is monitored, and the peak value V peak of the voltage V (L p ) between the coils L p is detected. Voltage detection means;
From the detected peak value V peak of the voltage V (L p ) between the coils L p and the drive DC voltage V ddc , the voltage V (L p ) between the coils L p and the voltage V (C p ) between the capacitors C p Voltage ratio calculating means for calculating the ratio V (L p ) / V (C p );
Output impedance calculating means for calculating the output impedance Z ddc of the drive power supply;
The calculated voltage ratio V (L p ) / V (C p ) is compared with a predetermined first threshold value, and the calculated output impedance Z ddc of the driving power supply is compared with a predetermined second threshold value. Determination means for determining the presence or absence of metallic foreign matter on the mounting surface of the device to be charged,
A wireless power transmission device comprising:
直流電力(Vddc、Iddc)を駆動周波数ωdrでスイッチングして前記一次Lp−Cp共振器を駆動する駆動電源と、
前記一次Lp−Cp共振器の駆動時に、コイルLpとコンデンサCpとの中点電圧Vcを入力し、駆動周波数ωdrにより、中点電圧Vcの第1の1/2周期電圧波形と第2の1/2周期電圧波形とを抽出するマルチプレクサと、
該抽出した第1の1/2周期電圧波形と第2の1/2周期電圧波形とをそれぞれ平滑化して、第1の平滑値と第2の平滑値とを取得する平滑手段と、
該第1の平滑値と第2の平滑値とから、コイルLp間電圧V(Lp)とコンデンサCp間電圧V(Cp)との電圧比率V(Lp)/V(Cp)を算出する電圧比率算出手段と、
該駆動電源の出力インピーダンスZddcを算出する出力インピーダンス算出手段と、
前記算出した電圧比率V(Lp)/V(Cp)と予め定められた第1の閾値と対比および前記算出した駆動電源の出力インピーダンスZddcと予め定められた第2の閾値との対比から被充電機器の載置面における金属異物の有無を判定する判定手段と、
を備えたことを特徴とするワイヤレス電力伝送装置。 A primary L p -C p resonator comprising a coil L p and a capacitor C p connected in series;
A driving power source for switching the DC power (V ddc , I ddc ) at the driving frequency ω dr to drive the primary L p -C p resonator;
During driving of the primary L p -C p resonator, enter the midpoint voltage V c between the coil L p and the capacitor C p, the driving frequency omega dr, the first half cycle of the midpoint voltage V c A multiplexer that extracts the voltage waveform and the second half-cycle voltage waveform;
Smoothing means for smoothing the extracted first ½ period voltage waveform and the second ½ period voltage waveform, respectively, to obtain a first smooth value and a second smooth value;
From the smoothed value and the second smoothed value of the first, the coil L p voltage V (L p) and the capacitor C p voltage V (C p) a voltage ratio of V (L p) / V ( C p ) For calculating the voltage ratio,
Output impedance calculating means for calculating the output impedance Z ddc of the drive power supply;
The calculated voltage ratio V (L p ) / V (C p ) is compared with a predetermined first threshold value, and the calculated output impedance Z ddc of the driving power supply is compared with a predetermined second threshold value. Determination means for determining the presence or absence of metallic foreign matter on the mounting surface of the device to be charged,
A wireless power transmission device comprising:
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