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公開番号2025160185
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-10-22
出願番号2025108687,2022533339
出願日2025-06-27,2020-12-29
発明の名称ワイヤレス電力伝送のためのフェールセーフ安全回路
出願人インダクトイーブイインク.
代理人個人
主分類H02J 50/80 20160101AFI20251015BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】高電流源および高電圧源の感電の可能性を減らす安全回路を提供する。
【解決手段】磁気誘導共振式充電回路は、誘導一次コイルから受け取った磁場を交流(AC)信号に変換する導二次コイル104を有する共振ネットワーク101と、AC信号を整流して負荷に印加するための直流(DC)信号を生成する同期整流器と、を含む。同期整流器は、故障の場合にAC電流源のAC波形をシャントする様々な構成を含む。例えば、整流器コントローラ115は、電流および電圧センサー113で過電圧、過電流故障状態が、また、温度センサー117で過熱故障状態が検出されたときに、同期整流器の一対の常開スイッチ107、108をオフに保持し、同期整流器の一対の常閉スイッチ109、110をオンに保持して、AC電流源をシャントする。共振ネットワークが不平衡の場合、電動車両のシャーシで生成される容量性電磁干渉を接地する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
磁気誘導共振式充電回路であって、
誘導二次コイルを有する共振ネットワークであって、前記誘導二次コイルは誘導一次コイルから受け取った磁場を交流（ＡＣ）信号に変換するものである、前記共振ネットワークと、
前記ＡＣ信号を整流して、充電される負荷に印加するための直流（ＤＣ）信号を生成する同期整流器であって、この同期整流器は故障の場合に前記ＡＣ信号をシャントする手段を含むものである、前記同期整流器と
を有する充電回路。
続きを表示（約 1,100 文字）【請求項２】
請求項１に記載の充電回路において、前記共振ネットワークはＡＣ電流源である、充電回路。
【請求項３】
請求項１に記載の充電回路において、前記共振ネットワークは、さらに、前記二次コイルの各端に直列に接続された第１および第２の平衡コンデンサを有し、それにより、前記ＡＣ信号が前記第１および第２のコンデンサと直列共振するものである、充電回路。
【請求項４】
請求項３に記載の充電回路において、前記同期整流器は一対の常開スイッチと一対の常閉スイッチとを有するものであり、前記一対の常開スイッチの一方および前記一対の常閉スイッチの一方は前記第１の平衡コンデンサに接続されており、前記一対の常開スイッチの他方および前記一対の常閉スイッチの他方は前記第２の平衡コンデンサに接続されているものであり、前記シャントする手段は前記故障の場合に前記２次コイルをシャントする前記常閉スイッチを有するものである、充電回路。
【請求項５】
請求項４に記載の充電回路において、前記常開スイッチは前記故障の場合に前記負荷の短絡を阻止するように構成されている、充電回路。
【請求項６】
請求項４に記載の充電回路において、さらに、前記ＤＣ信号を調整して前記負荷に印加するための調整済みＤＣ信号を出力する信号調整回路を有する、充電回路。
【請求項７】
請求項６に記載の充電回路において、さらに、前記共振回路から前記同期整流器への前記ＡＣ信号入力を監視する第１の電流および電圧センサーと、前記負荷に印加される前記調整済みＤＣ信号を監視する第２の電流および電圧センサーとを有する、充電回路。
【請求項８】
請求項７に記載の充電回路において、さらに、前記第１の電流および電圧センサーならびに前記第２の電流および電圧センサーによって測定された値に応答して前記共振ネットワークにより出力されたＡＣ信号を位相ロックし、前記測定された値に応じて前記一対の常開スイッチおよび前記一対の常閉スイッチのスイッチングを制御する制御信号を提供する整流器コントローラを有する、充電回路。
【請求項９】
請求項８に記載の充電回路において、さらに、前記同期整流器の過熱故障状態を検出し、検出信号を前記整流器コントローラに提供する温度センサーを有する、充電回路。
【請求項１０】
請求項９に記載の充電回路において、さらに、入力ＡＣ信号振幅、入力ＡＣ信号周波数、調整済みＤＣ波形電圧、調整済みＤＣ波形電流、および前記同期整流器の温度のうちの少なくとも１つを前記整流器コントローラから受け取り、前記整流器コントローラの動作を命令する充電プロセッサを有する、充電回路。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本特許出願は、２０２０年４月１６日に出願された米国仮特許出願第６３／０１０，７７１号および２０２０年１１月１９日に出願された米国特許出願第１６／９５２，９３３号の利益を主張する。これらは、「ワイヤレス電力伝送のための安全回路」と題し、ウォルゲマス、ジョンにより出願されたものであり、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
続きを表示（約 2,000 文字）【０００２】
本開示は共振誘導による電気エネルギーの伝送に関する。より具体的には、本開示は、高出力ワイヤレス電力伝送システムの安全性を最大化するシステム設計、回路アーキテクチャ、および安全回路の実装の詳細に関する。
【背景技術】
【０００３】
誘導電力伝送には多くの産業や市場にまたがる多くの重要な用途がある。バッテリーなどの蓄電器に充電することへの誘導電力伝送の利用は、携帯可能な低電力民生機器において一般的になりつつある。
【０００４】
磁気共振を用いたコイル間での電力の伝送はよく知られている。ファラデーの誘導法則およびレンツの法則で説明されるように、一次（別称、送信機）コイルの交流電流は磁場を形成し、当該磁場がエアギャップを介して伝播して、対応する逆の電流を二次（別称受信機）コイルに発生させる。バッテリーを充電するために、その誘導された交流（ＡＣ）は直流（ＤＣ）に変換される。整流器が、周期的に方向を反転させる交流（ＡＣ）を一方向にのみ流れる直流（ＤＣ）に変換する。
【０００５】
ＡＣ周波数、所望のＤＣ電圧、または所望の効率に応じて、受動整流器（ｐａｓｓｉｖｅｒｅｃｔｉｆｉｅｒ）（ダイオードベース）または能動整流器（ａｃｔｉｖｅｒｅｃｔｉｆｉｅｒ）（ＭＯＳＦＥＴまたはスイッチベース）が使用され得る。整流器は通常、バッテリーの充電に必要な均一な定常電圧および／または電圧レベル（ＤＣ／ＤＣ）変換をもたらすための追加の回路を必要とする。
【０００６】
より速い充電への要望が高まるにつれ、より高い電力での充電の必要性から、より高い電圧、より高い電流の使用がもたらされる。高電流源および高電圧源により安全上の危険性が高まるため、感電の可能性を減らす安全回路が望まれている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の主題に係る実施形態に関する様々な詳細が添付の図面および以下の詳細な説明本文で提供される。
【０００８】
本明細書に記載のシステムおよび方法は、故障の場合に電力をシャントするメカニズムを提供することにより、ワイヤレス電力伝送中の感電に対する安全性を高める。例示の実施形態において、磁気誘導共振式充電回路が提供される。この磁気誘導共振式充電回路は、誘導二次コイルを有する共振ネットワークであって、前記誘導二次コイルは誘導一次コイルから受け取った磁場を交流（ＡＣ）信号に変換するものである、前記共振ネットワークと、前記ＡＣ信号を整流して、充電される負荷に印加するための直流（ＤＣ）信号を生成する同期整流器とを含む。前記同期整流器は、さらに、故障の場合に前記ＡＣ波形をシャントする手段を含む。例示的な構成において、前記二次コイルは電動車両に取り付けられ、前記負荷は前記電動車両のバッテリーである。
【０００９】
例示的な実施形態において、前記共振ネットワークは前記二次コイルの各端部に直列に接続された第１および第２の平衡コンデンサを含み、それにより、前記ＡＣ信号が前記第１および第２のコンデンサと直列共振するものである。前記同期整流器は一対の常開スイッチと一対の常閉スイッチとを有するものであり、前記一対の常開スイッチの一方および前記一対の常閉スイッチの一方は前記第１の平衡コンデンサに接続されており、前記一対の常開スイッチの他方および前記一対の常閉スイッチの他方は前記第２の平衡コンデンサに接続されているものである。前記シャントする手段は前記故障の場合に前記２次コイルをシャントする前記常閉スイッチを有するものである。前記常開スイッチは前記故障の場合に前記負荷の短絡を阻止するように構成されている。前記ＤＣ信号を調整して前記負荷に印加するための調整済みＤＣ信号を出力する信号調整回路が提供されてもよい。
【００１０】
例示的な実施形態において、前記共振回路から前記同期整流器への前記ＡＣ信号入力を監視する第１の電流および電圧センサーが提供されてもよく、また、前記負荷に印加される前記調整済みＤＣ波形を監視する第２の電流および電圧センサーが提供されてもよい。整流器コントローラが、前記第１の電流および電圧センサーならびに前記第２の電流および電圧センサーによって測定された値に応答して前記共振ネットワークにより出力された前記ＡＣ信号に位相同期し、前記測定された値に応じて前記一対の常開スイッチおよび前記一対の常閉スイッチのスイッチングを制御する制御信号を提供してもよい。前記同期整流器の過熱故障状態を検出し、検出信号を前記整流器コントローラに提供する温度センサーが提供されてもよい。
（【００１１】以降は省略されています）

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