JP6460405B2 - Non-contact power feeding device - Google Patents
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Description
本発明は、巻線を有する送電側パッドと、巻線を有する受電側パッドとを備え、送電側パッドに対する受電側パッドの相対位置が決まった後に、送電側パッド及び受電側パッドの少なくともいずれかを変位させ、送電側パッドの巻線と受電側パッドの巻線の結合係数を調整する非接触給電装置に関する。 The present invention includes a power transmission side pad having a winding and a power reception side pad having a winding, and after the relative position of the power reception side pad with respect to the power transmission side pad is determined, at least one of the power transmission side pad and the power reception side pad It is related with the non-contact electric power feeder which adjusts the coupling coefficient of the coil | winding of a power transmission side pad, and the coil | winding of a power receiving side pad.
従来、巻線を有する送電側パッドと、巻線を有する受電側パッドとを備え、送電側パッドに対する受電側パッドの相対位置が決まった後に、送電側パッド及び受電側パッドの少なくともいずれかを変位させ、送電側パッドの巻線と受電側パッドの巻線の結合係数を調整する非接触給電装置として、例えば以下に示す特許文献1に開示されている非接触電力伝送装置がある。
Conventionally, a power transmission side pad having a winding and a power reception side pad having a winding are provided, and after the relative position of the power reception side pad with respect to the power transmission side pad is determined, at least one of the power transmission side pad and the power reception side pad is displaced. As a non-contact power feeding device that adjusts the coupling coefficient between the winding of the power transmission side pad and the winding of the power receiving side pad, for example, there is a non-contact power transmission device disclosed in
この非接触電力伝送装置は、車両外部の高周波電源から車両に搭載された車両用バッテリに非接触で送電し、車両用バッテリを充電する装置である。非接触電力伝送装置は、高周波電源と、送電器と、受電器と、整流器とを備えている。 This non-contact power transmission device is a device that transmits power from a high-frequency power source outside the vehicle to a vehicle battery mounted on the vehicle in a non-contact manner and charges the vehicle battery. The non-contact power transmission device includes a high-frequency power source, a power transmitter, a power receiver, and a rectifier.
高周波数電源は、高周波数の交流を送電器に供給する回路である。送電器は、駐車スペースの所定位置に設置され、高周波電源から交流が供給されることで磁束を発生する装置である。送電器は、1次側コイルと、1次側コンデンサとを備えている。1次側コイルは、高周波電源から交流が供給されることで磁束を発生する部材である。1次側コンデンサは、1次側コイルとともに共振回路を構成する素子である。1次側コンデンサは、1次側コイルに並列接続されている。受電器は、車両の底部に設置され、送電器の発生した磁束と鎖交することで交流を発生し、整流器に供給する装置である。受電器は、2次側コイルと、2次側コンデンサとを備えている。2次側コイルは、送電器の発生した磁束と鎖交することで交流を発生する部材である。2次コンデンサは、2次側コイルとともに共振回路を構成する素子である。2次コンデンサは、2次側コイルに並列接続されている。整流器は、受電器から供給される交流を直流に変換して車両用バッテリに供給する回路である。 The high frequency power supply is a circuit that supplies high frequency alternating current to a power transmitter. A power transmitter is a device that is installed at a predetermined position in a parking space and generates magnetic flux when AC is supplied from a high-frequency power source. The power transmitter includes a primary coil and a primary capacitor. The primary coil is a member that generates magnetic flux when AC is supplied from a high-frequency power source. The primary side capacitor is an element that forms a resonance circuit together with the primary side coil. The primary side capacitor is connected in parallel to the primary side coil. The power receiver is a device that is installed at the bottom of the vehicle, generates alternating current by interlinking with the magnetic flux generated by the power transmitter, and supplies the alternating current to the rectifier. The power receiver includes a secondary coil and a secondary capacitor. The secondary coil is a member that generates alternating current by interlinking with the magnetic flux generated by the power transmitter. The secondary capacitor is an element that forms a resonance circuit together with the secondary coil. The secondary capacitor is connected in parallel to the secondary coil. The rectifier is a circuit that converts alternating current supplied from the power receiver into direct current and supplies it to the vehicle battery.
非接触電力伝送装置は、車両が駐車スペース内に駐車され、送電器に対する受電器の相対位置が決まった後に、1次側コイルの軸線方向と2次側コイルの軸線方向が平行になるように送電器を回転させる。その結果、送電器に対する受電器の相対位置が決まった状態において、1次側コイルと2次側コイルの結合係数を最大にすることができる。 The non-contact power transmission apparatus is configured so that the axial direction of the primary coil and the axial direction of the secondary coil are parallel after the vehicle is parked in the parking space and the relative position of the power receiver with respect to the power transmitter is determined. Rotate the power transmitter. As a result, in a state where the relative position of the power receiver with respect to the power transmitter is determined, the coupling coefficient between the primary side coil and the secondary side coil can be maximized.
ここで、1次側コイル及び2次側コイルが、送電側パッド及び受電側パッドの巻線に相当する。 Here, the primary side coil and the secondary side coil correspond to the windings of the power transmission side pad and the power reception side pad.
前述した非接触電力伝送装置において、1次側コイルと2次側コイルの結合係数は、駐車スペース内における車両の駐車位置の違いによって変化する。つまり、送電器に対する受電器の相対位置によって変化する。結合係数は、送電器と受電器が近いほど大きくなり、遠いほど小さくなる。送電器に対する受電器の相対位置の変化に伴って結合係数が変化すると、高周波電源から交流を供給される高周波電源の後段回路の入力インピーダンスが変化する。例えば、送電器に対する受電器の相対位置の変化に伴って結合係数が変化し、高周波電源の後段回路の入力インピーダンスが小さくなった場合、高周波電源から後段回路に供給される電流が増加し、損失が増える。また、高周波電源から後段回路に供給される電流と電圧の位相差が増加し、高周波電源の損失が増える。そのため、このような損失の変化に対応できるように回路を構成しなければならず、装置が大型化してしまう。 In the non-contact power transmission apparatus described above, the coupling coefficient between the primary side coil and the secondary side coil varies depending on the difference in the parking position of the vehicle in the parking space. That is, it changes depending on the relative position of the power receiver with respect to the power transmitter. The coupling coefficient increases as the transmitter and receiver are closer, and decreases as the transmitter is farther away. When the coupling coefficient changes with a change in the relative position of the power receiver with respect to the power transmitter, the input impedance of the subsequent circuit of the high-frequency power source supplied with alternating current from the high-frequency power source changes. For example, if the coupling coefficient changes with the change in the relative position of the power receiver with respect to the power transmitter, and the input impedance of the subsequent circuit of the high-frequency power source decreases, the current supplied from the high-frequency power source to the subsequent circuit increases, causing loss Will increase. Further, the phase difference between the current and voltage supplied from the high frequency power source to the subsequent circuit increases, and the loss of the high frequency power source increases. Therefore, the circuit must be configured to cope with such a change in loss, and the apparatus becomes large.
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、送電側パッドに対する受電側パッドの相対位置が変化しても、損失の変化を抑えることができる非接触給電装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a non-contact power feeding device that can suppress a change in loss even if the relative position of the power receiving side pad with respect to the power transmitting side pad changes. And
上記課題を解決するためになされた第1の発明は、磁路を構成するコアと、交流が供給されることで磁束を発生する巻線とを有する送電側パッドと、磁路を構成するコアと、送電側パッドの発生した磁束が鎖交することで交流を発生する巻線とを有する受電側パッドと、送電側パッドの巻線に接続され、当該巻線に交流を供給する送電回路と、受電側パッドの巻線及び給電対象に接続され、当該巻線から供給される交流を直流に変換して給電対象に供給する受電回路と、送電側パッドに対する受電側パッドの相対位置が決まった後に、送電側パッド及び受電側パッドの少なくともいずれかを変位させ、送電側パッドの巻線と受電側パッドの巻線の結合係数を調整する結合係数調整手段と、を備えた非接触給電装置において、結合係数の最小値は、送電側パッドと受電側パッドが所定範囲内にある場合において、送電側パッドと受電側パッドが最も離れた状態で、送電側パッド及び受電側パッドの少なくともいずれかを変位させることで調整可能な結合係数の最大値であり、結合係数調整手段は、送電側パッドに対する受電側パッドの相対位置が変化しても、結合係数の最小値に対する最大値の比に基づいて、結合係数が許容範囲内になるように送電側パッド及び受電側パッドの少なくともいずれかを変位させることを特徴とする。
この構成によれば、結合係数と対応関係を有し、結合係数が変化するとそれに伴って変化する送電回路の後段回路の入力インピーダンスを許容範囲内にすることができる。従って、入力インピーダンスの変化に伴って発生する損失の変化を抑えることができる。これにより、損失の変化に対応できるように回路を構成する必要がなくなり、装置を小型化することができる。
A first invention made to solve the above problems is a power transmission side pad having a core that forms a magnetic path, a winding that generates a magnetic flux when supplied with an alternating current, and a core that forms a magnetic path. And a power receiving side pad having a winding that generates alternating current by interlinking magnetic flux generated by the power transmitting side pad, and a power transmission circuit that is connected to the winding of the power transmitting side pad and supplies alternating current to the winding. The power receiving circuit connected to the winding of the power receiving side pad and the power feeding target, the alternating current supplied from the winding converted into direct current and supplied to the power feeding target, and the relative position of the power receiving side pad with respect to the power transmitting side pad are determined In a non-contact power feeding apparatus including a coupling coefficient adjusting unit that displaces at least one of a power transmission side pad and a power reception side pad and adjusts a coupling coefficient between a winding of the power transmission side pad and a winding of the power reception side pad. , the minimum value of the coupling coefficient When the power transmission side pad and the power reception side pad are within a predetermined range, the power transmission side pad and the power reception side pad can be adjusted by displacing at least one of the power transmission side pad and the power reception side pad in a state where the power transmission side pad and the power reception side pad are farthest apart. This is the maximum value of the coupling coefficient . At least one of the power transmission side pad and the power reception side pad is displaced so as to be.
According to this configuration, the input impedance of the subsequent circuit of the power transmission circuit that has a correspondence relationship with the coupling coefficient and changes with the coupling coefficient can be within the allowable range. Therefore, it is possible to suppress a change in loss that occurs with a change in input impedance. Thereby, it is not necessary to configure a circuit so as to cope with a change in loss, and the apparatus can be miniaturized.
上記課題を解決するためになされた第2の発明は、磁路を構成するコアと、交流が供給されることで磁束を発生する巻線とを有する送電側パッドと、磁路を構成するコアと、送電側パッドの発生した磁束が鎖交することで交流を発生する巻線とを有する受電側パッドと、送電側パッドの巻線に接続され、当該巻線に交流を供給する送電回路と、受電側パッドの巻線及び給電対象に接続され、当該巻線から供給される交流を直流に変換して給電対象に供給する受電回路と、送電側パッドに対する受電側パッドの相対位置が決まった後に、送電側パッド及び受電側パッドの少なくともいずれかを変位させ、送電側パッドの巻線と受電側パッドの巻線の結合係数を調整する結合係数調整手段と、を備えた非接触給電装置において、結合係数調整手段は、送電回路の後段回路の入力インピーダンスを求め、入力インピーダンス目標値と求めた入力インピーダンスの比較結果に基づいて、送電側パッドに対する受電側パッドの相対位置が変化しても、結合係数が許容範囲内になるように送電側パッド及び受電側パッドの少なくともいずれかを変位させることを特徴とする。
この構成によれば、結合係数と対応関係を有し、結合係数が変化するとそれに伴って変化する送電回路の後段回路の入力インピーダンスを許容範囲内にすることができる。従って、入力インピーダンスの変化に伴って発生する損失の変化を抑えることができる。これにより、損失の変化に対応できるように回路を構成する必要がなくなり、装置を小型化することができる。
A second invention made to solve the above problems is a power transmission side pad having a core that forms a magnetic path, a winding that generates a magnetic flux when supplied with an alternating current, and a core that forms a magnetic path. And a power receiving side pad having a winding that generates alternating current by interlinking magnetic flux generated by the power transmitting side pad, and a power transmission circuit that is connected to the winding of the power transmitting side pad and supplies alternating current to the winding. The power receiving circuit connected to the winding of the power receiving side pad and the power feeding target, the alternating current supplied from the winding converted into direct current and supplied to the power feeding target, and the relative position of the power receiving side pad with respect to the power transmitting side pad are determined In a non-contact power feeding apparatus including a coupling coefficient adjusting unit that displaces at least one of a power transmission side pad and a power reception side pad and adjusts a coupling coefficient between a winding of the power transmission side pad and a winding of the power reception side pad. , Coupling coefficient adjustment means The input impedance of the subsequent circuit of the power transmission circuit is obtained, and the coupling coefficient is within the allowable range even if the relative position of the power receiving side pad changes with respect to the power transmission side pad based on the comparison result of the input impedance target value and the obtained input impedance. At least one of the power transmission side pad and the power reception side pad is displaced so as to be.
According to this configuration, the input impedance of the subsequent circuit of the power transmission circuit that has a correspondence relationship with the coupling coefficient and changes with the coupling coefficient can be within the allowable range. Therefore, it is possible to suppress a change in loss that occurs with a change in input impedance. Thereby, it is not necessary to configure a circuit so as to cope with a change in loss, and the apparatus can be miniaturized.
次に、実施形態を挙げ、本発明をより詳しく説明する。本実施形態では、本発明に係る非接触給電装置を、電気自動車やハイブリッド車に搭載された車載バッテリに非接触で送電する非接触給電装置に適用した例を示す。 Next, the present invention will be described in more detail with reference to embodiments. In this embodiment, the example which applied the non-contact electric power feeder which concerns on this invention to the non-contact electric power feeder which transmits non-contact to the vehicle-mounted battery mounted in the electric vehicle or the hybrid vehicle is shown.
(第1実施形態)
まず、図1〜図11を参照して第1実施形態の非接触給電装置の構成について説明する。
(First embodiment)
First, the configuration of the non-contact power feeding device according to the first embodiment will be described with reference to FIGS.
図1に示す非接触給電装置1は、車両外部の商用電源AC1から車両に搭載された車載バッテリB1(給電対象)に非接触で送電し、車載バッテリB1を充電する装置である。非接触給電装置1は、送電回路10と、送電側パッド11と、送電側共振用コンデンサ12と、受電側パッド13と、受電側共振用コンデンサ14と、受電回路15と、駆動装置16(結合係数調整手段)と、制御回路17(結合係数調整手段)とを備えている。
A non-contact
送電回路10は、商用電源AC1から供給される交流を高周波数の交流に変換して送電側パッド11及び送電側共振用コンデンサ12に供給する回路である。送電回路10は、車両外部に設けられている。送電回路10の入力端は商用電源AC1に、出力端は送電側パッド11及び送電側共振用コンデンサ12にそれぞれ接続されている。
The
送電側パッド11は、送電回路10から交流が供給されることで交番磁束を発生する装置である。図2〜図4に示すように、送電側パッド11は、送電コア110(コア)と、送電巻線111(巻線)と、シールド板112とを備えている。
The power
送電コア110は、磁性材からなり、磁路を構成する矩形板状の部材である。
The
送電巻線111は、送電回路10から交流が供給されることで交番磁束を発生する、軸方向から見た形状が矩形状の部材である。送電巻線111は、導線を送電コア110に矩形状になるように巻回して構成されている。図1に示すように、送電巻線111の一端及び他端は、送電回路10の出力端にそれぞれ接続されている。
The power transmission winding 111 is a member having a rectangular shape as viewed from the axial direction, which generates an alternating magnetic flux when AC is supplied from the
図2〜図4に示すシールド板112は、導電材からなり、地表側への漏洩磁束を遮蔽する矩形板状の部材である。シールド板112は、送電巻線111の地表側に設けられている。
The
図5及び図6に示すように、送電側パッド11は、駐車スペース内の所定位置に、地表面から露出した状態で設置されている。
As shown in FIG.5 and FIG.6, the power
図1に示す送電側共振用コンデンサ12は、送電巻線111とともに共振回路を構成する素子である。送電側共振用コンデンサ12は、車両外部の送電巻線111の近傍に設けられている。送電側共振用コンデンサ12は、送電巻線111に並列接続されている。
The power transmission
受電側パッド13は、送電側パッド11の発生した交番磁束と鎖交することで電磁誘導によって交流を発生し、受電回路15に供給する装置である。図7〜図9に示すように、受電側パッド13は、受電コア130(コア)と、受電巻線131(巻線)と、シールド板132とを備えている。
The power receiving
受電コア130は、磁性材からなり、磁路を構成する矩形板状の部材である。
The
受電巻線131は、送電巻線111の発生した交番磁束と鎖交することで電磁誘導によって交流を発生する、軸方向から見た形状が矩形状の部材である。受電巻線131は、導線を受電コア130に矩形状になるように巻回して構成されている。図1に示すように、受電巻線131の一端及び他端は、受電回路15にそれぞれ接続されている。
The power receiving winding 131 is a member having a rectangular shape as viewed from the axial direction, which generates alternating current by electromagnetic induction by interlinking with the alternating magnetic flux generated by the power transmitting winding 111. The power receiving winding 131 is configured by winding a conductive wire around the
シールド板132は、導電材からなり、車両側への漏洩磁束を遮蔽する矩形板状の部材である。シールド板132は、受電巻線131の車両側に設けられている。
The
図5に示すように、受電側パッド13は、車両の底部に設置されている。
As shown in FIG. 5, the power receiving
図1に示す受電側共振用コンデンサ14は、受電巻線131とともに共振回路を構成する素子である。受電側共振用コンデンサ14は、車両底部の受電巻線131の近傍に設けられている。受電側共振用コンデンサ14は、受電巻線131に並列接続されている。
The power reception-
受電回路15は、受電側共振用コンデンサ14の接続された受電巻線131から供給される交流を直流に変換して車載バッテリB1に供給し、車載バッテリB1を充電する回路である。受電回路15は、車両に設けられている。受電回路15の入力端は受電側共振用コンデンサ14の接続された受電巻線131の一端及び他端に、出力端は車載バッテリB1にそれぞれ接続されている。
The
駆動装置16は、制御回路17によって制御され、送電側パッド11に対する受電側パッド13の相対位置が決まった後に、送電側パッド11を変位させ、送電巻線111と受電巻線131の結合係数kを調整する装置である。具体的には、駐車スペース内における車両の駐車位置の違いによって送電側パッド11に対する受電側パッド13の相対位置が変化しても、結合係数kが一定になるように送電側パッド11を回転させる装置である。駆動装置16は、ターンテーブル160と、モータ161と、駆動回路162とを備えている。
The driving
ターンテーブル160は、送電側パッド11を回転させる機器である。図5及び図6に示すように、ターンテーブル160は、駐車スペースの所定位置に表面を地表面から露出させた状態で設置されている。
The
モータ161は、駆動回路162によって駆動され、ターンテーブル160を回転させるための駆動力を発生する機器である。モータ161は、駐車スペース内の所定位置の地中に設置され、ターンテーブル160の回転軸に連結されている。そして、図1に示すように、駆動回路162に接続されている。
The
駆動回路162は、制御回路17によって制御され、モータ161を駆動するための回路である。駆動回路162は、車両外部に設けられている。駆動回路162は、制御回路17及びモータ161にそれぞれ接続されている。
The
制御回路17は、車両制御装置E1から入力される出力電力目標値、及び、自ら検出した検出結果に基づいて、送電回路10及び受電回路15を制御する回路である。制御回路17は、送電側電流センサ170と、送電側制御回路171と、受電側電流センサ172と、受電側制御回路173とを備えている。
The
送電側電流センサ170は、送電回路10の出力電流I1を検出し、検出結果を出力する素子である。送電側電流センサ170は、送電回路10と送電側共振用コンデンサ12を接続する配線に、配線をクランプするように設けられている。送電側電流センサ170の出力端は、送電側制御回路171に接続されている。
The power transmission side
送電側制御回路171は、自らの検出した送電回路10の出力電圧V1、送電側電流センサ170の検出した送電回路10の出力電流I1、及び、無線通信によって受電側制御回路173から受信した情報に基づいて、送電回路10及び駆動回路162を制御する回路である。送電側制御回路171は、車両外部に設けられている。送電側制御回路171は、送電側電流センサ170の出力端、及び、送電回路10の出力端にそれぞれ接続されている。また、送電回路10及び駆動回路162にそれぞれ接続されている。図10に示すように、送電側制御回路171は、結合係数演算部171aと、駆動指令演算部171bとを備えている。
The power transmission
結合係数演算部171aは、送電回路10の出力電圧V1及び出力電流I1に基づいて、周知の方法で結合係数kを演算し出力するブロックである。
The
駆動指令演算部171bは、予め設定されている結合係数目標値k*と結合係数演算部171aの出力する結合係数kの比較結果に基づいて駆動指令を演算し出力するブロックである。具体的には、結合係数目標値k*と結合係数kの偏差を比例、積分演算し、駆動指令として出力するブロックである。図11に示すように、結合係数kは、送電側パッド11と受電側パッド13が近いほど大きくなり、遠いほど小さくなる。駐車スペース内に車両を駐車した場合、駐車位置によって受電側パッド13の位置が変化する。その結果、送電側パッド11と受電側パッド13は、所定範囲内に配置されることになる。結合係数目標値k*は、駐車スペース内に車両を駐車し、送電側パッド11と受電側パッド13が所定範囲内にある場合において、結合係数kが最も小さくなる送電側パッド11と受電側パッド13が最も離れた状態で、送電側パッド11を回転させることによって調整可能な結合係数kの最大値に設定されている。
The drive
図1に示す受電側電流センサ172は、受電回路15の出力電流I2を検出し、検出結果を出力する素子である。受電側電流センサ172は、受電回路15と車載バッテリB1を接続する配線に、配線をクランプするように設けられている。受電側電流センサ172の出力端は、受電側制御回路173に接続されている。
The power receiving side
受電側制御回路173は、車両制御装置E1から入力される出力電力目標値、自ら検出した受電回路15の出力電圧V2、及び、受電側電流センサ172の検出した受電回路15の出力電流I2を無線通信によって送電側制御回路171に送信するとともに、送電側制御回路171から受信した情報に基づいて受電回路15を制御する回路である。受電側制御回路173は、車両に設けられている。受電側制御回路173は、受電側電流センサ172の出力端、及び、受電回路15の出力端にそれぞれ接続されている。また、車両制御装置E1及び受電回路15にそれぞれ接続されている。
The power receiving
次に、図1、図10〜図16を参照して第1実施形態の非接触給電装置の動作について説明する。 Next, the operation of the non-contact power feeding apparatus according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 10 to 16.
駐車スペース内に車両を駐車すると、図1に示す送電側パッド11に対する受電側パッド13の相対位置が決まる。そして、送電巻線111と受電巻線131が上下方向に所定の間隔をあけて対向する。この状態で充電開始ボタン(図略)が押され、充電の開始が指示されると、非接触給電装置1は動作を開始する。
When the vehicle is parked in the parking space, the relative position of the power receiving
送電側制御回路171は、図12に示すように、外部から車載バッテリB1の充電完了指令が入力されているか否かを判定する(S100)。
As shown in FIG. 12, the power transmission
ステップS100において、充電完了指令が入力されていると判定した場合、送電側制御回路171は、車載バッテリB1の充電を終了する。一方、ステップS100において、充電完了指令が入力されていないと判定した場合、送電側制御回路171は、結合係数kを演算する(S101)。そして、演算した結合係数kが予め設定されている結合係数目標値k*と一致しているか否かを判定する(S102)。
If it is determined in step S100 that the charging completion command has been input, the power transmission
ステップS102において、結合係数kが結合係数目標値k*と一致していないと判定した場合、送電側制御回路171は、駆動指令を出力し、送電側パッド11を回転させる(S103)。一方、ステップS102において、結合係数kが結合係数目標値k*と一致していると判定した場合、及び、ステップS103の実施後、ステップS100に戻る。
If it is determined in step S102 that the coupling coefficient k does not match the coupling coefficient target value k *, the power transmission
図1に示す送電側制御回路171及び受電側制御回路173は、結合係数kを求めるため、予め設定されている条件で送電回路10及び受電回路15を制御する。送電回路10は、商用電源AC1から供給される交流を高周波の交流に変換して送電側共振用コンデンサ12の接続された送電巻線111に供給する。
The power transmission
送電回路10の出力電圧V1及び出力電流I1は、結合係数kに応じて変化する。図10に示す結合係数演算部171aは、送電回路10の出力電圧V1及び出力電流I1に基づいて結合係数kを演算し出力する。
The output voltage V1 and the output current I1 of the
図10に示す駆動指令演算部171bは、予め設定されている結合係数目標値k*と結合係数kの偏差を比例、積分演算し、駆動指令として出力する。図1に示す駆動回路162は、送電側制御回路171から入力される駆動指令に基づいてモータ161を回転させる。モータ161が回転すると、ターンテーブル160が回転し、それに伴って送電側パッド11も回転する。その結果、結合係数kが変化する。
The drive
そして、これらの動作が繰り返されることで、最終的に、結合係数kが結合係数目標値k*に調整される。つまり、駐車スペース内に車両を駐車した場合において結合係数kが最も小さくなる送電側パッド11と受電側パッド13が最も離れた状態で、送電側パッド11を回転させることによって調整可能な結合係数kの最大値に調整される。駐車スペース内における車両の駐車位置の違いによって送電側パッド11に対する受電側パッド13の相対位置が変化しても、結合係数kは、同様に結合係数目標値k*に調整されることになる。
Then, by repeating these operations, the coupling coefficient k is finally adjusted to the coupling coefficient target value k *. That is, when the vehicle is parked in the parking space, the coupling coefficient k that can be adjusted by rotating the power
駐車スペース内に車両を駐車した場合、駐車位置によって受電側パッドの位置が変化する。その結果、送電側パッドと受電側パッドは、所定範囲内に配置されることになる。送電側パッド11と受電側パッド13の最も離れた状態にある場合、図13に示すように、送電側パッド11が回転し、送電側パッド11の送電巻線111の軸方向と受電側パッド13の受電巻線131の軸方向のなす角度が0deg、つまり、送電巻線111の軸方向が受電巻線131の軸方向と平行になる。送電側パッド11と受電側パッド13が前述した状態よりも近い状態にある場合、図14に示すように、送電側パッド11が回転し、送電側パッド11の送電巻線111の軸方向と受電側パッド13の受電巻線131の軸方向のなす角度がθ1(>0deg)になる。前述した状態よりもさらに近い状態にある場合、図15に示すように、送電側パッド11が回転し、送電側パッド11の送電巻線111の軸方向と受電側パッド13の受電巻線131の軸方向のなす角度がθ2(>θ1)になる。
When the vehicle is parked in the parking space, the position of the power receiving pad changes depending on the parking position. As a result, the power transmission side pad and the power reception side pad are arranged within a predetermined range. When the power
その結果、図16に示すように、送電側パッド11と受電側パッド13が最も離れた状態を除いて、送電側パッド11を回転させない場合に比べ結合係数kが低下し、結合係数kの最小値kminに対する最大値kmaxの比が1に、つまり、結合係数kが一定になる。送電側パッド11に対する受電側パッド13の相対位置が変化しても、送電側パッド11と受電側パッド13が最も離れた状態で、送電側パッド11を回転させることによって調整可能な結合係数kの最大値になる。
As a result, as shown in FIG. 16, except for the state where the power
ところで、図11に示すように、送電側共振用コンデンサ12及び受電側共振用コンデンサ14が送電巻線111及び受電巻線131に直列接続されている場合、送電回路10の後段回路の入力インピーダンスZinは結合係数kの2乗に比例し、送電側パッド11と受電側パッド13が近いほど大きくなり、遠いほど小さくなる。一方、送電側共振用コンデンサ12及び受電側共振用コンデンサ14が送電巻線111及び受電巻線131に並列接続されている場合、入力インピーダンスZinは結合係数kに反比例し、送電側パッド11と受電側パッド13が近いほど小さくなり、遠いほど大きくなる。そのため、結合係数kが結合係数目標値k*になるように調整されると、送電側共振用コンデンサ12及び受電側共振用コンデンサ14が送電巻線111及び受電巻線131に並列接続されている場合の方が、直列接続されている場合に比べ、入力インピーダンスZinが大きくなる。従って、送電側共振用コンデンサ12及び受電側共振用コンデンサ14が送電巻線111及び受電巻線131に直列接続されている場合に比べ、送電回路10から後段回路に供給される電流が低減し、損失を抑えることができる。
Incidentally, as shown in FIG. 11, when the power transmission
その後、非接触給電装置1は、商用電源AC1から車載バッテリB1に送電するための動作を開始する。
Thereafter, the non-contact
受電側制御回路173は、出力電力目標値、受電回路15の出力電圧V2及び出力電流I2を無線通信によって送電側制御回路171に送信する。送電側制御回路171は、送電回路10の出力電圧V1及び出力電流I1、無線通信によって受電側制御回路173から受信した出力電力目標値、受電回路15の出力電圧V2及び出力電流I2に基づいて送電回路10を制御する。また、受電回路15の制御に必要な情報を無線通信によって受電側制御回路173に送信する。
The power reception
送電回路10は、商用電源AC1から供給される交流を高周波の交流に変換して送電側共振用コンデンサ12の接続された送電巻線111に供給する。交流が供給されると、送電巻線111は交番磁束を発生する。
The
受電巻線131は、送電巻線111の発生した交番磁束と鎖交することで電磁誘導によって交流を発生する。受電側制御回路173は、無線通信によって送電側制御回路171から受信した情報に基づいて受電回路15を制御する。受電回路15は、受電側共振用コンデンサ14の接続された受電巻線131から供給される交流を直流に変換して車載バッテリB1に供給し、車載バッテリB1を充電する。
The power receiving winding 131 generates an alternating current by electromagnetic induction by interlinking with the alternating magnetic flux generated by the power transmitting winding 111. The power reception
このようにして、商用電源AC1から車載バッテリB1に非接触で送電することができる。 In this way, power can be transmitted from the commercial power supply AC1 to the in-vehicle battery B1 in a contactless manner.
次に、第1実施形態の非接触給電装置の効果について説明する。 Next, the effect of the non-contact power feeding device of the first embodiment will be described.
第1実施形態によれば、駆動装置16は、送電側制御回路171によって制御され、駐車スペース内における車両の駐車位置の違いによって送電側パッド11に対する受電側パッド13の相対位置が変化しても、結合係数kが許容範囲内、具体的には一定になるように送電側パッド11を変位させる。そのため、結合係数kと対応関係を有し、結合係数kが変化するとそれに伴って変化する入力インピーダンスZinを一定にすることができる。従って、入力インピーダンスZinの変化に伴って発生する損失の変化を抑えることができる。これにより、損失の変化に対応できるように送電回路10や受電回路15を構成する必要がなくなり、装置を小型化することができる。
According to the first embodiment, the driving
第1実施形態によれば、結合係数目標値k*は、駐車スペース内に車両を駐車し、送電側パッド11と受電側パッド13が所定範囲内にある場合において、結合係数kが最も小さくなる送電側パッド11と受電側パッド13が最も離れた状態で、送電側パッド11を回転させることによって調整可能な結合係数kの最大値に設定されている。そのため、結合係数kの最小値に対する最大値の比が1、つまり一定になるように送電側パッド11が変位する。従って、駐車スペース内における車両の駐車位置の違いによって送電側パッド11に対する受電側パッド13の相対位置が変化しても、結合係数kを出来る限り大きくした状態で一定にすることができる。
According to the first embodiment, the coupling coefficient target value k * is the smallest when the vehicle is parked in the parking space and the power
第1実施形態によれば、送電側制御回路171は、結合係数kを求め、結合係数目標値k*と求めた結合係数kの比較結果に基づいて駆動指令を演算し出力する。駆動装置16は、送電側制御回路171から入力される駆動指令に基づいて送電側パッド11を変位させる。そのため、駐車スペース内における車両の駐車位置の違いによって送電側パッド11に対する受電側パッド13の相対位置が変化しても、結合係数kが一定になるように送電側パッド11を確実に変位させることができる。
According to the first embodiment, the power transmission
第1実施形態によれば、非接触給電装置1は、送電側共振用コンデンサ12と、受電側共振用コンデンサ14とを備えている。送電側共振用コンデンサ12及び受電側共振用コンデンサ14は、送電巻線111及び受電巻線131に並列接続されている。そのため、送電回路10の後段回路の入力インピーダンスZinは、結合係数kに反比例し、送電側パッド11と受電側パッド13が近いほど小さくなり、遠いほど大きくなる。従って、結合係数kが結合係数目標値k*になるように調整されると、送電側共振用コンデンサ12及び受電側共振用コンデンサ14が送電巻線111及び受電巻線131に直列接続されている場合に比べ、入力インピーダンスZinが大きくなる。これにより、送電側共振用コンデンサ12及び受電側共振用コンデンサ14が送電巻線111及び受電巻線131に直列接続されている場合に比べ、送電回路10から後段回路に供給される電流が低減し、損失を抑えることができる。
According to the first embodiment, the non-contact
第1実施形態によれば、駆動装置16は、送電側制御回路171によって制御され、送電側パッド11を回転させる。そのため、結合係数kを確実に調整することができる。
According to the first embodiment, the driving
第1実施形態によれば、送電巻線111及び受電巻線131は、軸方向から見た形状が矩形状である。そのため、送電巻線111及び受電巻線131を安定して配置することができる。 According to the first embodiment, the power transmission winding 111 and the power reception winding 131 are rectangular when viewed from the axial direction. Therefore, the power transmission winding 111 and the power reception winding 131 can be stably arranged.
(第2実施形態)
次に、第2実施形態の非接触給電装置について説明する。第2実施形態の非接触給電装置は、第1実施形態の非接触給電装置が結合係数目標値と結合係数に基づいて駆動指令を求めるのに対して、送電回路の後段回路の入力インピーダンス目標値と入力インピーダンスに基づいて駆動指令を求めるようにしたものである。また、第1実施形態の非接触給電装置が送電側共振用コンデンサ及び受電側共振用コンデンサを送電巻線及び受電巻線に並列接続しているのに対して、送電側共振用コンデンサ及び受電側共振用コンデンサを送電巻線及び受電巻線に直列接続するとともに、送電側イミタンス変換回路及び受電側イミタンス変換回路を設けるようにしたものである。
(Second Embodiment)
Next, the non-contact power feeding device of the second embodiment will be described. In the non-contact power feeding device of the second embodiment, the non-contact power feeding device of the first embodiment obtains a drive command based on the coupling coefficient target value and the coupling coefficient, whereas the input impedance target value of the subsequent circuit of the power transmission circuit The drive command is obtained based on the input impedance. Further, the non-contact power feeding device of the first embodiment has the power transmission side resonance capacitor and the power reception side resonance capacitor connected in parallel to the power transmission winding and the power reception winding, whereas the power transmission side resonance capacitor and the power reception side. A resonance capacitor is connected in series to a power transmission winding and a power reception winding, and a power transmission side immittance conversion circuit and a power reception side immittance conversion circuit are provided.
まず、図17及び図18を参照して、第2実施形態の非接触給電装置の構成について説明する。 First, with reference to FIG.17 and FIG.18, the structure of the non-contact electric power feeder of 2nd Embodiment is demonstrated.
図17に示す非接触給電装置2は、車両外部の商用電源AC2から車両に搭載された車載バッテリB2(給電対象)に非接触で送電し、車載バッテリB2を充電する装置である。非接触給電装置2は、送電回路20と、送電側パッド21と、送電側共振用コンデンサ22と、受電側パッド23と、受電側共振用コンデンサ24と、受電回路25と、駆動装置26(結合係数調整手段)と、制御回路27(結合係数調整手段)とを備えている。さらに、送電側イミタンス変換回路28と、受電側イミタンス変換回路29とを備えている。
The non-contact
送電回路20は、第1実施形態の送電回路10と同一の回路である。送電回路20の入力端は商用電源AC2に、出力端は送電側イミタンス変換回路28にそれぞれ接続されている。
The
送電側パッド21は、第1実施形態の送電側パッド11と同一の装置であり、送電巻線111と同一の送電巻線211を備えている。
The power
送電側共振用コンデンサ22は、第1実施形態の送電側共振用コンデンサ12と同一の機能を有する素子であり、送電側共振用コンデンサ12と同様に、車両外部の送電巻線211の近傍に設けられている。送電側共振用コンデンサ22は、送電側共振用コンデンサ12とは異なり、送電巻線211に直列接続されている。具体的には、送電側共振用コンデンサ22の一端が送電巻線211の一端に接続されている。
The power transmission side resonance capacitor 22 is an element having the same function as the power transmission
送電側イミタンス変換回路28は、イミタンス変換を行う回路である。具体的には、一方の端子対から見たインピーダンスが他方の端子対に接続された回路のアドミタンスに比例する回路である。送電側イミタンス変換回路28は、リアクトル280、281と、コンデンサ282とを備えている。リアクトル280、281は直列接続されている。リアクトル280の一端は送電回路20の一方の出力端に、リアクトル281の一端は送電側共振用コンデンサ22の他端にそれぞれ接続されている。コンデンサ282の一端はリアクトル280、281の直列接続点に、他端は送電回路20の他方の出力端及び送電巻線211の他端にそれぞれ接続されている。
The power transmission side
受電側パッド23は、第1実施形態の受電側パッド13と同一の装置であり、受電巻線131と同一の受電巻線231を備えている。
The power receiving
受電側共振用コンデンサ24は、第1実施形態の受電側共振用コンデンサ14と同一の機能を有する素子であり、受電側共振用コンデンサ14と同様に、車両底部の受電巻線231の近傍に設けられている。受電側共振用コンデンサ24は、受電側共振用コンデンサ14とは異なり、受電巻線231に直列接続されている。具体的には、受電側共振用コンデンサ24の一端が受電巻線231の一端に接続されている。
The power reception
受電側イミタンス変換回路29は、イミタンス変換を行う回路である。具体的には、一方の端子対から見たインピーダンスが他方の端子対に接続された回路のアドミタンスに比例する回路である。受電側イミタンス変換回路29は、リアクトル290、291と、コンデンサ292とを備えている。リアクトル290、291は直列接続されている。リアクトル290の一端は受電側共振用コンデンサ24の他端に、リアクトル291の一端は受電回路25にそれぞれ接続されている。コンデンサ292の一端はリアクトル290、291の直列接続点に、他端は受電巻線231の他端及び受電回路25にそれぞれ接続されている。
The power receiving side
受電回路25は、第1実施形態の受電回路15と同一の回路である。受電回路25の一方の入力端はリアクトル291の一端に、他方の入力端はコンデンサ292の他端に、出力端は車載バッテリB2にそれぞれ接続されている。
The
駆動装置26は、第1実施形態の駆動装置16と同一の装置であり、ターンテーブル160、モータ161及び駆動回路162と同一のターンテーブル260、モータ261及び駆動回路262を備え、同一の配線がなされている。
The
制御回路27は、第1実施形態の制御回路17と同一の機能を有する回路であり、送電側電流センサ270と、送電側制御回路271と、受電側電流センサ272と、受電側制御回路273とを備えている。送電側電流センサ270、受電側電流センサ272及び受電側制御回路273は、第1実施形態の送電側電流センサ170、受電側電流センサ172及び受電側制御回路173と同一の回路であり、同一の配線がなされている。
The
送電側制御回路271は、第1実施形態の送電側制御回路171と同一の機能を有する回路であるが、送電側制御回路171とは内部構成が異なる。図18に示すように、送電側制御回路271は、入力インピーダンス演算部271cと、出力インピーダンス演算部271dと、入力インピーダンス目標値演算部271eと、駆動指令演算部271fとを備えている。
The power transmission
入力インピーダンス演算部271cは、送電回路20の出力電圧V1及び出力電流I1に基づいて送電回路20の後段回路の入力インピーダンスZinを演算し出力するブロックである。入力インピーダンス演算部271cは、式(1)基づいて入力インピーダンスZinを演算し出力する。
The input
Zin=V1/I1・・・(1) Zin = V1 / I1 (1)
出力インピーダンス演算部271dは、受電側制御回路273から受信した受電回路25の出力電圧V2及び出力電流I2に基づいて受電回路25の出力インピーダンスを演算し出力するブロックである。出力インピーダンス演算部271dは、式(2)に基づいて出力インピーダンスZoutを演算し出力する。
The output
Zout=V2/I2・・・(2) Zout = V2 / I2 (2)
入力インピーダンス目標値演算部271eは、出力インピーダンス演算部271dの出力する出力インピーダンスZout、予め設定されている送電巻線211と受電巻線231の結合係数目標値k*及び回路構成から求められた演算係数αに基づいて入力インピーダンス目標値Zin*を演算し出力するブロックである。入力インピーダンス目標値演算部271eは、式(3)に基づいて入力インピーダンス目標値Zin*を演算し出力する。
The input impedance target
Zin*=(α/k*)×Zout・・・(3) Zin * = (α / k *) × Zout (3)
ここで、結合係数目標値k*は、第1実施形態の場合と同様に、駐車スペース内(所定範囲内)に車両を駐車した場合において送電巻線211と受電巻線231の結合係数kが最も小さくなる送電側パッド21と受電側パッド23が最も離れた状態で、送電側パッド21を回転させることによって調整可能な結合係数kの最大値に設定されている。
Here, the coupling coefficient target value k * is equal to the coupling coefficient k between the power transmission winding 211 and the power reception winding 231 when the vehicle is parked in the parking space (within a predetermined range), as in the first embodiment. It is set to the maximum value of the coupling coefficient k that can be adjusted by rotating the power
駆動指令演算部271fは、入力インピーダンス目標値演算部271eの出力する入力インピーダンス目標値Zin*と、入力インピーダンス演算部271cの出力する入力インピーダンスZinの比較結果に基づいて駆動指令を演算し出力するブロックである。具体的には、入力インピーダンス目標値Zin*と入力インピーダンスZinの偏差を比例、積分演算し、駆動指令として出力するブロックである。
The drive
次に、図17〜図19を参照して第2実施形態の非接触給電装置の動作について説明する。送電側パッドの回転以外の動作は第1実施形態と同一であるため説明を省略する。送電側パッドの回転動作について説明する。 Next, the operation of the non-contact power feeding device according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. Since operations other than the rotation of the power transmission side pad are the same as those in the first embodiment, the description thereof is omitted. The rotation operation of the power transmission side pad will be described.
駐車スペース内に車両を駐車すると、図17に示す送電側パッド21に対する受電側パッド23の相対位置が決まる。そして、送電巻線211と受電巻線231が上下方向に所定の間隔をあけて対向する。この状態で充電開始ボタン(図略)が押され、充電の開始が指示されると、非接触給電装置2は動作を開始する。
When the vehicle is parked in the parking space, the relative position of the power receiving
送電側制御回路271は、図19に示すように、外部から車載バッテリB2の充電完了指令が入力されているか否かを判定する(S200)。
As shown in FIG. 19, the power transmission
ステップS200において、充電完了指令が入力されていると判定した場合、送電側制御回路271は、車載バッテリB2の充電を終了する。一方、ステップS200において、充電完了指令が入力されていないと判定した場合、送電側制御回路271は、送電回路20の出力電圧V1及び出力電流I1を取得する(S201)。そして、取得した出力電圧V1及び出力電流I1に基づいて入力インピーダンスZinを演算する(S202)。
If it is determined in step S200 that a charging completion command has been input, the power transmission
また、送電側制御回路271は、受電回路25の出力電圧V2及び出力電流I2を取得する(S203)。そして、取得した出力電圧V2及び出力電流I2に基づいて演算した出力インピーダンスZout、予め設定されている結合係数目標値k*及び演算係数αに基づいて入力インピーダンス目標値Zin*を演算する(S204)。
Moreover, the power transmission
その後、送電側制御回路271は、入力インピーダンスZinが入力インピーダンス目標値Zin*と一致しているか否かを判定する判定する(S205)。
Thereafter, the power transmission
ステップS205において、入力インピーダンスZinが入力インピーダンス目標値Zin*と一致していないと判定した場合、送電側制御回路271は、駆動指令を出力し、送電側パッド21を回転させる(S206)。一方、ステップS205において、入力インピーダンスZinが入力インピーダンス目標値Zin*と一致していると判定した場合、及び、ステップS206の実施後、ステップS200に戻る。
If it is determined in step S205 that the input impedance Zin does not match the input impedance target value Zin *, the power transmission
図17に示す送電側制御回路271及び受電側制御回路273は、入力インピーダンスZin及び出力インピーダンスZoutを求めるため、予め設定されている条件で送電回路20及び受電回路25を制御する。送電回路20は、商用電源AC2から供給される交流を高周波の交流に変換して、送電側イミタンス変換回路28及び送電側共振用コンデンサ22の接続された送電巻線211に供給する。受電回路25は、受電側イミタンス変換回路29を介して受電側共振用コンデンサ24の接続された受電巻線231から供給される交流を直流に変換して車載バッテリB2に供給する。
The power transmission
図18に示す入力インピーダンス演算部271cは、送電回路20の出力電圧V1及び出力電流I1に基づいて入力インピーダンスZinを演算し出力する。出力インピーダンス演算部271dは、受電回路25の出力電圧V2及び出力電流I2に基づいて受電回路25の出力インピーダンスZoutを演算し出力する。入力インピーダンス目標値演算部271eは、出力インピーダンスZout、予め設定されている結合係数目標値k*及び演算係数αに基づいて入力インピーダンス目標値Zin*を演算し出力する。駆動指令演算部271fは、入力インピーダンス目標値Zin*と入力インピーダンスZinの偏差を比例、積分演算し、駆動指令として出力する。
The
図17に示す駆動回路262は、送電側制御回路271から入力される駆動指令に基づいてモータ261を回転させる。モータ261が回転すると、ターンテーブル260が回転し、それに伴って送電側パッド21も回転する。その結果、結合係数kが変化し、それに伴って入力インピーダンスZinが変化する。
The
そして、これらの動作が繰り返されることで、最終的に、入力インピーダンスZinが入力インピーダンス目標値Zin*に調整される。つまり、駐車スペース内に車両を駐車した場合において結合係数kが最も小さくなる送電側パッド21と受電側パッド23が最も離れた状態で、送電側パッド21を回転させることによって調整可能な結合係数kの最大値に対応した値に調整される。駐車スペース内における車両の駐車位置の違いによって送電側パッド21に対する受電側パッド23の相対位置が変化しても、入力インピーダンスZinは、同様に入力インピーダンス目標値Zin*に調整されることになる。
Then, by repeating these operations, the input impedance Zin is finally adjusted to the input impedance target value Zin *. That is, when the vehicle is parked in the parking space, the coupling coefficient k that can be adjusted by rotating the power
ところで、第1実施形態で説明したように、送電側共振用コンデンサ22及び受電側共振用コンデンサ24が送電巻線211及び受電巻線231に直列接続されている場合、送電回路20の後段回路の入力インピーダンスZinは結合係数kの2乗に比例し、送電側パッド21と受電側パッド23が近いほど大きくなり、遠いほど小さくなる。しかし、送電側イミタンス変換回路28及び受電側イミタンス変換回路29を備えている場合、第1実施形態の非接触給電装置1と同様に、入力インピーダンスZinは結合係数kに反比例し、送電側パッド21と受電側パッド23が近いほど小さくなり、遠いほど大きくなる。そのため、送電側イミタンス変換回路28及び受電側イミタンス変換回路29を備えていない場合に比べ、送電回路20から後段回路に供給される電流を抑えることができる。従って、非接触給電装置2の損失をさらに抑えることができる。
By the way, as explained in the first embodiment, when the power transmission side resonance capacitor 22 and the power reception
次に、第2実施形態の非接触給電装置の効果について説明する。 Next, the effect of the non-contact power feeding device of the second embodiment will be described.
第2実施形態によれば、第1実施形態と同一構成を有することにより、その同一構成に対応した第1実施形態と同様の効果を得ることができる。 According to the second embodiment, by having the same configuration as that of the first embodiment, the same effect as that of the first embodiment corresponding to the same configuration can be obtained.
第2実施形態によれば、送電側制御回路271は、入力インピーダンスZinを求め、入力インピーダンス目標値Zin*と求めた入力インピーダンスZinの比較結果に基づいて駆動指令を演算し出力する。駆動装置26は、送電側制御回路271から入力される駆動指令に基づいて送電側パッド21を変位させる。そのため、駐車スペース内における車両の駐車位置の違いによって送電側パッド21に対する受電側パッド23の相対位置が変化しても、結合係数kと対応関係を有する入力インピーダンスZinが一定になるように送電側パッド21を確実に変位させることができる。つまり、結合係数kが一定になるように送電側パッド21を確実に変位させることができる。
According to the second embodiment, the power transmission
第2実施形態によれば、送電側制御回路271は、送電回路20の出力電圧V1及び出力電流I1を用い、式(1)に基づいて入力インピーダンスZinを演算する。そのため、入力インピーダンスZinを確実に求めることができる。
According to the second embodiment, the power transmission
第2実施形態によれば、送電側制御回路271は、受電回路25の出力電圧V2、出力電流I2、及び、結合係数目標値k*を用い、式(2)及び(3)に基づいて入力インピーダンス目標値Zin*を演算する。そのため、入力インピーダンス目標値Zin*を確実に求めることができる。
According to the second embodiment, the power transmission
第2実施形態によれば、非接触給電装置2は、送電側共振用コンデンサ22と、受電側共振用コンデンサ24とを備えている。送電側共振用コンデンサ22及び受電側共振用コンデンサ24は、送電巻線211及び受電巻線231に直列接続されている。送電側共振用コンデンサ22が直列接続された送電巻線211及び受電側共振用コンデンサ24が直列接続された受電巻線231が、送電側イミタンス変換回路28及び受電側イミタンス変換回路29を介さずに送電回路20及び受電回路25に接続されていた場合、入力インピーダンスZinは、結合係数kの2乗に比例し、送電側パッド21と受電側パッド23が近いほど小さくなり、遠いほど大きくなる。しかし、送電側共振用コンデンサ22が直列接続された送電巻線211及び受電側共振用コンデンサ24が直列接続された受電巻線231は、送電側イミタンス変換回路28及び受電側イミタンス変換回路29を介して送電回路20及び受電回路25に接続されている。そのため、入力インピーダンスZinは、第1実施形態の場合と同様に、結合係数kに反比例し、送電側パッド21と受電側パッド23が近いほど小さくなり、遠いほど大きくなる。従って、入力インピーダンスZinが入力インピーダンス目標値Zin*になるように調整されると、第1実施形態の場合と同様に、入力インピーダンスZinが大きくなる。これにより、第1実施形態の場合と同様に、送電回路20から後段回路に供給される電流が低減し、損失を抑えることができる。
According to the second embodiment, the non-contact
なお、第1及び第2実施形態では、結合係数kの最小値に対する最大値の比が1、つまり結合係数が一定になるように送電側パッドを変位させる例を挙げているが、これに限られるものではない。図20に示すように、結合係数kの最小値kminに対する最大値kmaxの比が2未満になるように送電側パッドを変位させてもよい。結合係数kが許容範囲内になるように送電側パッドを変位させればよい。 In the first and second embodiments, an example is given in which the ratio of the maximum value to the minimum value of the coupling coefficient k is 1, that is, the power transmission side pad is displaced so that the coupling coefficient is constant. It is not something that can be done. As shown in FIG. 20, the power transmission side pad may be displaced so that the ratio of the maximum value kmax to the minimum value kmin of the coupling coefficient k is less than 2. The power transmission side pad may be displaced so that the coupling coefficient k is within the allowable range.
第1及び第2実施形態では、送電側パッドを回転させることで結合係数kを調整する例を挙げているが、これに限られるものではない。送電コアだけを回転させることで結合係数kを調整するようにしてもよいし、送電巻線だけを回転させることで結合係数kを調整するようにしてもよい。また、回転以外の方法に変位させてもよい。 In 1st and 2nd embodiment, although the example which adjusts the coupling coefficient k by rotating a power transmission side pad is given, it is not restricted to this. The coupling coefficient k may be adjusted by rotating only the power transmission core, or the coupling coefficient k may be adjusted by rotating only the power transmission winding. Moreover, you may displace to methods other than rotation.
図21に示すように、送電コア110を円形状にし、送電巻線111を送電コア110に相対回転可能に円形状になるように巻回すれば、送電巻線111だけを回転させることができる。そのため、送電巻線111だけを回転させることで結合係数kを調整することができる。図22に示すように、図21における送電コア110を楕円形状にすれば、送電コア110だけを回転させることができるし、送電巻線111だけを回転させることもできる。そのため、送電コア110だけを回転させることで結合係数kを調整することができるし、送電巻線111だけを回転させることで結合係数kを調整することもできる。図23に示すように、図21における送電巻線111を楕円形状になるように巻回すれば、送電巻線111だけを回転させることができる。そのため、送電巻線111だけを回転させることで結合係数kを調整することができる。
As shown in FIG. 21, if the
図24及び図25に示すように、軸方向から見た形状が正方形状の送電巻線111を正方形状の送電コア110の表面に沿って相対回転可能に設ければ、送電コア110だけを回転させることができるし、送電巻線111だけを回転させることもできる。そのため、送電コア110だけを回転させることで結合係数kを調整することができるし、送電巻線111だけを回転させることで結合係数kを調整することもできる。送電コア110だけ、又は、送電巻線111だけを回転させればよいため、駆動装置の駆動力を小さくすることができる。そのため、装置を小型化することができる。図26に示すように、図24及び図25における軸方向から見た送電巻線111の形状を長方形状にするとともに、送電コア110の形状を長方形状にしてもよい。この場合、回転に伴う結合係数kの変化を大きくすることができる。そのため、結合係数kの調整幅を大きくすることができる。図27に示すように、図24及び図25における軸方向から見た送電巻線111の形状を五角形状にするとともに、送電コア110の形状を五角形状にしてもよい。それぞれの形状を多角形状にしてもよい。図28に示すように、図24及び図25における軸方向から見た送電巻線111の形状を楕円形状にするとともに、送電コア110の形状を楕円形状にしてもよい。いずれの場合も、送電コア110だけを回転させることができるし、送電巻線111だけを回転させることもできる。そのため、送電コア110だけを回転させることで結合係数kを調整することができるし、送電巻線111だけを回転させることで結合係数kを調整することもできる。
As shown in FIGS. 24 and 25, if a power transmission winding 111 having a square shape when viewed from the axial direction is provided so as to be relatively rotatable along the surface of the square
第1及び第2実施形態では、送電側パッドを回転させることで結合係数kを調整する例を挙げているが、これに限られるものではない。受電側パッドを回転させることで結合係数kを調整するようにしてもよい。受電側パッドを、前述した送電側パッドと同一の構成とすることによって、受電側パッドを回転させることで結合係数kを調整することができる。送電側パッド及び受電側パッドの少なくともいずれかを回転させることで結合係数kを調整するようにしてもよい。送電側パッド及び受電側パッドの少なくともいずれかを変位させることで結合係数kを調整するようにすればよい。 In 1st and 2nd embodiment, although the example which adjusts the coupling coefficient k by rotating a power transmission side pad is given, it is not restricted to this. The coupling coefficient k may be adjusted by rotating the power receiving pad. By making the power receiving side pad the same configuration as the power transmitting side pad described above, the coupling coefficient k can be adjusted by rotating the power receiving side pad. The coupling coefficient k may be adjusted by rotating at least one of the power transmission side pad and the power reception side pad. The coupling coefficient k may be adjusted by displacing at least one of the power transmission side pad and the power reception side pad.
第1及び第2実施形態では、送電回路の出力電圧V1及び出力電流I1に基づいて結合係数kを演算する例を挙げているが、これに限られるものではない。送電側パッドに対する受電側パッドの相対位置を検出し、検出結果に基づいて結合係数kを演算してもよい。他の周知の方法で結合係数kを求めてもよい。 In 1st and 2nd embodiment, although the example which calculates the coupling coefficient k based on the output voltage V1 and output current I1 of a power transmission circuit is given, it is not restricted to this. The relative position of the power receiving side pad with respect to the power transmitting side pad may be detected, and the coupling coefficient k may be calculated based on the detection result. The coupling coefficient k may be obtained by another known method.
1・・・非接触給電装置、10・・・送電回路、11・・・送電側パッド、110・・・送電コア(コア)、111・・・送電巻線(巻線)、12・・・送電側共振用コンデンサ、13・・・受電側パッド、130・・・受電コア(コア)、131・・・受電巻線(巻線)、14・・・受電側共振用コンデンサ、15・・・受電回路、16・・・駆動装置(結合係数調整手段)、17・・・制御回路(結合係数調整手段)、171・・・送電側制御回路、173・・・受電側制御回路
DESCRIPTION OF
Claims (16)
磁路を構成するコア(130、230)と、前記送電側パッドの発生した磁束が鎖交することで交流を発生する巻線(131、231)とを有する受電側パッド(13、23)と、
前記送電側パッドの巻線に接続され、当該巻線に交流を供給する送電回路(10、20)と、
前記受電側パッドの巻線及び給電対象に接続され、当該巻線から供給される交流を直流に変換して前記給電対象に供給する受電回路(15、25)と、
前記送電側パッドに対する前記受電側パッドの相対位置が決まった後に、前記送電側パッド及び前記受電側パッドの少なくともいずれかを変位させ、前記送電側パッドの巻線と前記受電側パッドの巻線の結合係数を調整する結合係数調整手段(16、17、26、27)と、
を備えた非接触給電装置において、
前記結合係数の最小値は、前記送電側パッドと前記受電側パッドが所定範囲内にある場合において、前記送電側パッドと前記受電側パッドが最も離れた状態で、前記送電側パッド及び前記受電側パッドの少なくともいずれかを変位させることで調整可能な前記結合係数の最大値であり、
前記結合係数調整手段は、前記送電側パッドに対する前記受電側パッドの相対位置が変化しても、前記結合係数の最小値に対する最大値の比に基づいて、前記結合係数が許容範囲内になるように前記送電側パッド及び前記受電側パッドの少なくともいずれかを変位させることを特徴とする非接触給電装置。 A power transmission side pad (11, 21) having a core (110, 210) constituting a magnetic path, and windings (111, 211) that generate magnetic flux when AC is supplied;
A power receiving side pad (13, 23) having a core (130, 230) constituting a magnetic path and a winding (131, 231) that generates an alternating current by interlinking the magnetic flux generated by the power transmitting side pad; ,
A power transmission circuit (10, 20) connected to the winding of the power transmission side pad and supplying alternating current to the winding;
A power receiving circuit (15, 25) that is connected to a winding of the power receiving side pad and a power supply target, converts alternating current supplied from the winding into direct current, and supplies the direct current to the power supply target;
After the relative position of the power receiving side pad with respect to the power transmitting side pad is determined, at least one of the power transmitting side pad and the power receiving side pad is displaced, and the winding of the power transmitting side pad and the winding of the power receiving side pad Coupling coefficient adjusting means (16, 17, 26, 27) for adjusting the coupling coefficient;
In a non-contact power feeding device with
When the power transmission side pad and the power reception side pad are within a predetermined range, the minimum value of the coupling coefficient is the power transmission side pad and the power reception side when the power transmission side pad and the power reception side pad are farthest apart. A maximum value of the coupling coefficient that can be adjusted by displacing at least one of the pads;
The coupling coefficient adjusting means may allow the coupling coefficient to be within an allowable range based on a ratio of the maximum value to the minimum value of the coupling coefficient even if the relative position of the power receiving pad with respect to the power transmitting pad changes. non-contact power feeding device characterized by displacing at least one of the power-transmitting-side pad and the power-receiving-side pad.
磁路を構成するコア(230)と、前記送電側パッドの発生した磁束が鎖交することで交流を発生する巻線(231)とを有する受電側パッド(23)と、
前記送電側パッドの巻線に接続され、当該巻線に交流を供給する送電回路(20)と、
前記受電側パッドの巻線及び給電対象に接続され、当該巻線から供給される交流を直流に変換して前記給電対象に供給する受電回路(25)と、
前記送電側パッドに対する前記受電側パッドの相対位置が決まった後に、前記送電側パッド及び前記受電側パッドの少なくともいずれかを変位させ、前記送電側パッドの巻線と前記受電側パッドの巻線の結合係数を調整する結合係数調整手段(26、27)と、
を備えた非接触給電装置において、
前記結合係数調整手段は、前記送電回路の後段回路の入力インピーダンスを求め、入力インピーダンス目標値と求めた前記入力インピーダンスの比較結果に基づいて、前記送電側パッドに対する前記受電側パッドの相対位置が変化しても、前記結合係数が許容範囲内になるように前記送電側パッド及び前記受電側パッドの少なくともいずれかを変位させることを特徴とする非接触給電装置。 A power transmission side pad ( 21 ) having a core ( 210 ) constituting a magnetic path and a winding ( 211 ) that generates a magnetic flux by being supplied with an alternating current;
A power receiving side pad ( 23 ) having a core ( 230 ) constituting a magnetic path, and a winding ( 231 ) that generates an alternating current by linking the magnetic flux generated by the power transmitting side pad;
A power transmission circuit ( 20 ) connected to the winding of the power transmission side pad and supplying alternating current to the winding;
A power receiving circuit ( 25 ) connected to the winding of the power receiving side pad and a power supply target, converting alternating current supplied from the winding to direct current and supplying the direct current to the power supply target;
After the relative position of the power receiving side pad with respect to the power transmitting side pad is determined, at least one of the power transmitting side pad and the power receiving side pad is displaced, and the winding of the power transmitting side pad and the winding of the power receiving side pad Coupling coefficient adjusting means ( 26, 27 ) for adjusting the coupling coefficient;
In a non-contact power feeding device with
The coupling coefficient adjusting unit obtains an input impedance of a subsequent circuit of the power transmission circuit, and changes a relative position of the power receiving side pad with respect to the power transmission side pad based on a comparison result between the input impedance target value and the obtained input impedance. Even so, at least one of the power transmission side pad and the power reception side pad is displaced so that the coupling coefficient falls within an allowable range.
前記受電側パッドの巻線に接続され、当該巻線とともに共振回路を構成する受電側共振用コンデンサ(14)と、
を有することを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の非接触給電装置。 A power transmission side resonance capacitor (12) connected in parallel to the winding of the power transmission side pad and forming a resonance circuit together with the winding;
A power-receiving-side resonance capacitor (14) connected to the winding of the power-receiving-side pad and forming a resonance circuit together with the winding;
The contactless power feeding device according to claim 1, wherein the contactless power feeding device is provided.
前記受電側パッドの巻線に直列接続され、当該巻線とともに共振回路を構成する受電側共振用コンデンサ(24)と、
前記送電回路と前記送電側共振用コンデンサの直列接続された前記送電側パッドの巻線の間に接続される送電側イミタンス変換回路(28)と、
前記受電側共振用コンデンサの直列接続された前記受電側パッドの巻線と前記受電回路の間に接続される受電側イミタンス変換回路(29)と、
を有することを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の非接触給電装置。 A power transmission side resonance capacitor (22) connected in series to the winding of the power transmission side pad and constituting a resonance circuit together with the winding;
A power-receiving-side resonance capacitor (24) connected in series to the winding of the power-receiving-side pad and constituting a resonance circuit together with the winding;
A power transmission side immittance conversion circuit (28) connected between windings of the power transmission side pad connected in series with the power transmission circuit and the power transmission side resonance capacitor;
A power receiving side immittance conversion circuit (29) connected between the power receiving side winding of the power receiving side resonance capacitor connected in series and the power receiving circuit;
The contactless power feeding device according to claim 1, wherein the contactless power feeding device is provided.
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