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JP6598720B2 - Wireless power transmission system - Google Patents
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Description

本発明は、送電コイルと受電コイルとの電磁的な結合により電力を無線伝送するワイヤレス電力伝送システムに関する。   The present invention relates to a wireless power transmission system that wirelessly transmits power by electromagnetic coupling between a power transmission coil and a power reception coil.

近年、ケーブルを用いずに、送電コイル側から受電コイル側に給電するワイヤレス電力伝送システムが注目されている。特に、磁界の共振を利用した方式は、数m程度の距離でのワイヤレス給電が可能であるため、電気自動車の充電などへの適用が検討されている。   In recent years, a wireless power transmission system that feeds power from a power transmission coil side to a power reception coil side without using a cable has attracted attention. In particular, the method using the resonance of the magnetic field is capable of wireless power feeding at a distance of about several meters, so application to charging of an electric vehicle is being studied.

磁界の共振を利用したワイヤレス電力伝送システムでは、回路の共振を利用しているため、送電コイルと受電コイルとの相互位置により、送電コイルと受電コイルとの間の結合係数が変化する。結合係数は、その数値が大きくなるほど、送電コイルと受電コイルとが磁気的に結合していることを示し、結合係数が大きくなるほど、送電コイルと受電コイルとの間の相互インダクタンスが大きくなり、給電効率も上がる。   Since the wireless power transmission system using magnetic field resonance uses circuit resonance, the coupling coefficient between the power transmission coil and the power reception coil varies depending on the mutual position of the power transmission coil and the power reception coil. The coupling coefficient indicates that the power transmission coil and the power reception coil are magnetically coupled as the value increases, and the mutual inductance between the power transmission coil and the power reception coil increases as the coupling coefficient increases. Efficiency also increases.

給電効率を上げるため方法として、特許文献1には、充電側に設けられた磁気センサ、光センサ、CCD(Charge−Coupled Device)カメラなどにより、結合係数が最大となり、受電コイルに流れる電流が最大となる位置を検出する方法が開示されている。   As a method for increasing the power supply efficiency, Patent Document 1 discloses that the coupling coefficient is maximized by the magnetic sensor, optical sensor, CCD (Charge-Coupled Device) camera, etc. provided on the charging side, and the current flowing through the receiving coil is maximized. A method for detecting a position to become is disclosed.

また、別の方法として、受電コイルに流れる電流を検出し、その検出結果に基づき、受電コイルに流れる電流が最大となるようにする方法もある。   As another method, there is a method of detecting the current flowing through the power receiving coil and maximizing the current flowing through the power receiving coil based on the detection result.

特開平8−33112号公報JP-A-8-33112

ワイヤレス電力伝送システムには、送電コイルと受電コイルとの結合時には、電力伝送を高効率にする(伝送電力を最大化する)ことが求められる。一方で、非結合時には、送電コイルに共振周波数の電圧が印加されると、共振電流(過電流)が流れてしまうため、このような共振電流の発生の防止が求められる。   The wireless power transmission system is required to make power transmission highly efficient (maximize transmission power) when the power transmission coil and the power reception coil are combined. On the other hand, when a voltage having a resonance frequency is applied to the power transmission coil at the time of non-coupling, a resonance current (overcurrent) flows. Therefore, prevention of such a resonance current is required.

特許文献1に開示されている方法では、受電コイルに流れる電流が最大となる位置を検出するために、受電側に磁気センサ、光センサ、CCDカメラなどの構成を追加する必要が生じてしまう。   In the method disclosed in Patent Document 1, it is necessary to add a configuration such as a magnetic sensor, an optical sensor, or a CCD camera to the power receiving side in order to detect a position where the current flowing through the power receiving coil is maximized.

また、受電コイルに流れる電流を検出する方法では、走行給電のように、送電コイルと受電コイルとが離れている場合、例えば、非結合状態であることを検出した際に、受電側から送電側に停止信号などを送信するための構成を受信側に追加する必要が生じてしまう。   Further, in the method of detecting the current flowing in the power receiving coil, when the power transmitting coil and the power receiving coil are separated from each other as in traveling power feeding, for example, when it is detected that they are in a non-coupled state, Therefore, it is necessary to add a configuration for transmitting a stop signal to the receiving side.

このように、従来の方法では、電力伝送の高効率化および共振電流の発生の防止のためには、受電側への構成の追加が必要となってしまう。   Thus, in the conventional method, it is necessary to add a configuration to the power receiving side in order to increase the efficiency of power transmission and prevent the generation of resonance current.

本発明の目的は、上述した課題を解決し、受電側への構成の追加無しに、結合時の電力伝送の高効率化および非結合時の共振電流の発生の防止を図ることができるワイヤレス電力伝送システムを提供することにある。   An object of the present invention is to solve the above-described problems, and to improve the efficiency of power transmission at the time of coupling and prevent generation of resonance current at the time of non-coupling without adding a configuration to the power receiving side. It is to provide a transmission system.

上記課題を解決するため、本発明に係るワイヤレス電力伝送システムは、直列に接続された第1のスイッチング素子および第2のスイッチング素子と、直列に接続された第3のスイッチング素子および第4のスイッチング素子とを備え、前記第1から第4のスイッチング素子のオン、オフにより、直流電力を交流電力に変換するインバータ回路と、前記インバータ回路から交流電力が供給される共振回路と、前記第1から第4のスイッチング素子のオン、オフを制御する制御部と、を備え、前記制御部は、今回の制御周期における、前記第1のスイッチング素子を制御する第1のゲート信号と、前記共振回路への出力電圧の周波数である出力周波数と、前記第1のゲート信号と前記第3のスイッチング素子を制御する第2のゲート信号との位相差とに基づき、前記共振回路に流れる送電コイル電流の電流値の保持を指示する第1の電流保持指令信号を出力する第1の電流保持指令生成器と、今回の制御周期における、前記第2のゲート信号と、前記出力周波数と、前記位相差とに基づき、前記送電コイル電流の電流値の保持を指示する第2の電流保持指令信号を出力する第2の電流保持指令生成器と、前記第1の電流保持指令信号の出力に応じて、前記送電コイル電流の電流値である第1の電流値を保持する第1の電流保持器と、前記第2の電流保持指令信号の出力に応じて、前記送電コイル電流の電流値である第2の電流値を保持する第2の電流保持器と、前記第1の電流値と、前記第2の電流値とに基づき、前記共振回路の共振周波数および予め設定された前記共振回路が共振しない非共振設定周波数のいずれか一方を、次回の制御周期における出力周波数として決定する周波数制御部と、前記第1の電流値と、前記第2の電流値とに基づき、前記共振回路による伝送電力が最大となる位相差および前記共振回路の共振状態よりも前記送電コイル電流が制限される位相差のいずれか一方を、次回の制御周期における位相差として決定する位相差制御部と、前記周波数制御部により決定された出力周波数と、前記位相差制御部により決定された位相差とに基づき、前記第1および第2のゲート信号を生成するゲート信号生成部と、を備える。   In order to solve the above problems, a wireless power transmission system according to the present invention includes a first switching element and a second switching element connected in series, a third switching element and a fourth switching element connected in series. An inverter circuit that converts DC power into AC power by turning on and off the first to fourth switching elements, a resonance circuit that is supplied with AC power from the inverter circuit, A control unit that controls on / off of the fourth switching element, and the control unit controls the first gate signal that controls the first switching element and the resonance circuit in the current control cycle. Of the output voltage that is the frequency of the output voltage of the first gate signal and the second gate signal that controls the third switching element. A first current holding command generator that outputs a first current holding command signal for instructing holding of a current value of a power transmission coil current flowing through the resonance circuit based on the difference, and the second current holding command generator in the current control cycle A second current holding command generator for outputting a second current holding command signal for instructing holding of the current value of the power transmission coil current based on the gate signal, the output frequency, and the phase difference; In response to the output of the first current holding command signal, the first current holder that holds the first current value, which is the current value of the power transmission coil current, and the output of the second current holding command signal Based on the second current holder that holds the second current value that is the current value of the power transmission coil current, the first current value, and the second current value, the resonance of the resonance circuit The frequency and the preset resonant circuit are resonant Based on the frequency control unit that determines any one of the non-resonant set frequencies as the output frequency in the next control cycle, the first current value, and the second current value, the transmission power by the resonance circuit A phase difference control unit for determining, as a phase difference in a next control cycle, a phase difference control unit that determines any one of a phase difference in which the power transmission coil current is limited as compared with a resonance state of the resonance circuit, and the frequency control A gate signal generation unit configured to generate the first and second gate signals based on the output frequency determined by the unit and the phase difference determined by the phase difference control unit.

また、上記課題を解決するため、本発明に係るワイヤレス電力伝送システムは、直列に接続された第1のスイッチング素子および第2のスイッチング素子と、直列に接続された第3のスイッチング素子および第4のスイッチング素子とを備え、前記第1から第4のスイッチング素子のオン、オフにより、直流電力を交流電力に変換するインバータ回路と、前記インバータ回路から交流電力が供給される共振回路と、前記第1から第4のスイッチング素子のオン、オフを制御する制御部と、を備え、前記制御部は、今回の制御周期における、前記第1のスイッチング素子を制御する第1のゲート信号と、前記共振回路への出力電圧の周波数である出力周波数と、前記第1のゲート信号と前記第3のスイッチング素子を制御する第2のゲート信号との位相差とに基づき、前記共振回路に流れる送電コイル電流の電流値の保持を指示する第1の電流保持指令信号を出力する第1の電流保持指令生成器と、今回の制御周期における、前記第1のゲート信号と、前記出力周波数と、前記位相差とに基づき、前記送電コイル電流の電流値の保持を指示する第2の電流保持指令信号を出力する第2の電流保持指令生成器と、前記第1の電流保持指令信号の出力に応じて、前記送電コイル電流の電流値である第1の電流値を保持する第1の電流保持器と、前記第2の電流保持指令信号の出力に応じて、前記送電コイル電流の電流値である第2の電流値を保持する第2の電流保持器と、前記第1の電流値と、前記第2の電流値とに基づき、前記共振回路の共振周波数および予め設定された前記共振回路が共振しない非共振設定周波数のいずれか一方を、次回の制御周期における出力周波数として決定する周波数制御部と、前記第1の電流値と、前記第2の電流値とに基づき、前記共振回路による伝送電力が最大となる位相差および前記共振回路の共振状態よりも前記送電コイル電流が制限される位相差のいずれか一方を、次回の制御周期における位相差として決定する位相差制御部と、前記周波数制御部により決定された出力周波数と、前記位相差制御部により決定された位相差とに基づき、前記第1および第2のゲート信号を生成するゲート信号生成部と、を備える。   In order to solve the above problems, a wireless power transmission system according to the present invention includes a first switching element and a second switching element connected in series, a third switching element and a fourth switching element connected in series. Switching elements, an inverter circuit that converts DC power into AC power by turning on and off the first to fourth switching elements, a resonance circuit to which AC power is supplied from the inverter circuit, and the first A control unit that controls ON / OFF of the first to fourth switching elements, and the control unit controls a first gate signal that controls the first switching element and the resonance in a current control cycle. An output frequency which is a frequency of an output voltage to the circuit, and a second gate signal for controlling the first gate signal and the third switching element; A first current holding command generator that outputs a first current holding command signal for instructing holding of a current value of a power transmission coil current flowing in the resonance circuit based on the phase difference of A second current holding command generator for outputting a second current holding command signal for instructing holding of the current value of the power transmission coil current based on the first gate signal, the output frequency, and the phase difference; In response to the output of the first current holding command signal, the first current holding device that holds the first current value that is the current value of the power transmission coil current, and the output of the second current holding command signal And the resonance circuit based on the second current retainer that retains a second current value that is the current value of the power transmission coil current, the first current value, and the second current value. Resonance frequency and preset resonance circuit Transmission by the resonance circuit based on a frequency control unit that determines any one of the non-resonant set frequencies that do not resonate as an output frequency in the next control cycle, the first current value, and the second current value A phase difference control unit for determining, as a phase difference in a next control cycle, one of a phase difference at which power is maximized and a phase difference in which the power transmission coil current is limited rather than a resonance state of the resonance circuit; and the frequency A gate signal generation unit configured to generate the first and second gate signals based on the output frequency determined by the control unit and the phase difference determined by the phase difference control unit;

また、上記課題を解決するため、本発明に係るワイヤレス電力伝送システムにおいて、前記周波数制御部は、前記第1の電流値が前記第2の電流値より小さい場合には、前記非共振設定周波数を次回の制御周期における出力周波数として決定し、前記第1の電流値が前記第2の電流値以上である場合には、前記共振周波数を次回の制御周期における出力周波数として決定することが好ましい。   In order to solve the above problem, in the wireless power transmission system according to the present invention, when the first current value is smaller than the second current value, the frequency control unit sets the non-resonant set frequency. It is preferable to determine the output frequency in the next control cycle and to determine the resonance frequency as the output frequency in the next control cycle when the first current value is greater than or equal to the second current value.

また、上記課題を解決するため、本発明に係るワイヤレス電力伝送システムにおいて、前記位相差制御部は、前記第1の電流値が前記第2の電流値より小さい場合には、前記共振回路の共振状態よりも前記送電コイル電流が制限される位相差を、次回の制御周期における位相差として決定し、前記第1の電流値が前記第2の電流値以上である場合には、次回の制御周期における位相差を180°と決定することが好ましい。   In order to solve the above-described problem, in the wireless power transmission system according to the present invention, the phase difference control unit is configured to resonate the resonance circuit when the first current value is smaller than the second current value. A phase difference in which the power transmission coil current is limited rather than a state is determined as a phase difference in the next control cycle, and when the first current value is greater than or equal to the second current value, the next control cycle It is preferable to determine the phase difference at 180 °.

本発明に係るワイヤレス電力伝送システムによれば、受電側への構成の追加無しに、結合時の電力伝送の高効率化および非結合時の共振電流の発生の防止を図ることができる。   According to the wireless power transmission system of the present invention, the efficiency of power transmission at the time of coupling and the generation of resonance current at the time of non-coupling can be prevented without adding a configuration to the power receiving side.

本発明の第1の実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the wireless power transmission system which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 図1に示す制御部の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the control part shown in FIG. 図2に示すゲート信号、電流保持指令信号、送電コイル電流および送電コイル保持電流を示すタイムチャートである。It is a time chart which shows the gate signal, current holding command signal, power transmission coil current, and power transmission coil holding current which are shown in FIG. 送電コイルと受電コイルとの間の相互インダクタンス、送電コイル電流、送電コイル保持電流、出力周波数および位相差を示すタイムチャートである。It is a time chart which shows the mutual inductance, power transmission coil current, power transmission coil holding current, output frequency, and phase difference between a power transmission coil and a power reception coil. 本発明の第2の実施形態に係る制御部の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the control part which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 図5に示すゲート信号、電流保持指令信号、送電コイル電流および送電コイル保持電流を示すタイムチャートである。It is a time chart which shows the gate signal, current holding command signal, power transmission coil current, and power transmission coil holding current which are shown in FIG.

以下、本発明の実施の形態について説明する。   Embodiments of the present invention will be described below.

(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム10の構成を示す図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a wireless power transmission system 10 according to the first embodiment of the present invention.

図1に示すワイヤレス電力伝送システム10は、直流電源11と、インバータ回路12と、送電コイルユニット13と、電流センサ14と、受電コイルユニット15と、整流器16と、平滑コンデンサ17と、負荷18と、制御部19とを備える。直流電源11、インバータ回路12、送電コイルユニット13、電流センサ14および制御部19は、送電側の構成であり、受電コイルユニット15、整流器16、平滑コンデンサ17および負荷18は、受電側の構成である。   A wireless power transmission system 10 shown in FIG. 1 includes a DC power source 11, an inverter circuit 12, a power transmission coil unit 13, a current sensor 14, a power reception coil unit 15, a rectifier 16, a smoothing capacitor 17, and a load 18. And a control unit 19. The DC power supply 11, the inverter circuit 12, the power transmission coil unit 13, the current sensor 14, and the control unit 19 are configured on the power transmission side, and the power reception coil unit 15, the rectifier 16, the smoothing capacitor 17, and the load 18 are configured on the power reception side. is there.

インバータ回路12は、スイッチング素子121〜124を備え、スイッチング素子121〜124のオン、オフにより、直流電源1からの直流電力を交流電力に変換して、送電コイルユニット13に出力する。   The inverter circuit 12 includes switching elements 121 to 124, converts the DC power from the DC power source 1 into AC power and outputs the AC power to the power transmission coil unit 13 by turning on and off the switching elements 121 to 124.

スイッチング素子121(第1のスイッチング素子)とスイッチング素子122(第2のスイッチング素子)とは直列に接続され、インバータ回路12のU相アームを構成する。スイッチング素子123(第3のスイッチング素子)とスイッチング素子124(第4のスイッチング素子)とは直列に接続され、インバータ回路12のV相アームを構成する。スイッチング素子121,122の直列体およびスイッチング素子123,124の直列体は、直流電源11に並列に接続される。スイッチング素子121とスイッチング素子122との接続点、および、スイッチング素子123とスイッチング素子124との接続点はそれぞれ、送電コイルユニット13に接続される。   Switching element 121 (first switching element) and switching element 122 (second switching element) are connected in series to constitute a U-phase arm of inverter circuit 12. Switching element 123 (third switching element) and switching element 124 (fourth switching element) are connected in series, and constitute a V-phase arm of inverter circuit 12. The series body of the switching elements 121 and 122 and the series body of the switching elements 123 and 124 are connected in parallel to the DC power supply 11. The connection point between the switching element 121 and the switching element 122 and the connection point between the switching element 123 and the switching element 124 are each connected to the power transmission coil unit 13.

上述した構成のインバータ回路12において、各相の位相が0〜180°ずれるように、スイッチング素子121〜124のオン、オフを制御することで、送電コイルユニット13への出力電圧を制御することができる。   In the inverter circuit 12 having the above-described configuration, the output voltage to the power transmission coil unit 13 can be controlled by controlling the on / off of the switching elements 121 to 124 so that the phase of each phase is shifted by 0 to 180 °. it can.

送電コイルユニット13は、コンデンサ131と、送電コイル132とを備え、送電側の共振回路を構成する。コンデンサ131は、一端がスイッチング素子121とスイッチング素子122との接続点に接続され、他端が送電コイル132の一端と接続される。送電コイル132は、一端がコンデンサ131の他端と接続され、他端がスイッチング素子123とスイッチング素子124との接続点と接続される。   The power transmission coil unit 13 includes a capacitor 131 and a power transmission coil 132, and constitutes a power transmission side resonance circuit. One end of the capacitor 131 is connected to a connection point between the switching element 121 and the switching element 122, and the other end is connected to one end of the power transmission coil 132. Power transmission coil 132 has one end connected to the other end of capacitor 131 and the other end connected to a connection point between switching element 123 and switching element 124.

電流センサ14は、送電コイルユニット13に流れる電流(送電コイル電流Ip)を検出し、検出結果を制御部19に出力する。   The current sensor 14 detects a current (power transmission coil current Ip) flowing through the power transmission coil unit 13 and outputs the detection result to the control unit 19.

受電コイルユニット15は、受電コイル151と、コンデンサ152とを備え、受電側の共振回路を構成する。受電コイル151は、一端がコンデンサ152の一端と接続され、他端が整流器16と接続される。コンデンサ152は、一端が受電コイル151の一端と接続され、他端が整流器16と接続される。   The power receiving coil unit 15 includes a power receiving coil 151 and a capacitor 152, and constitutes a power receiving side resonance circuit. The power receiving coil 151 has one end connected to one end of the capacitor 152 and the other end connected to the rectifier 16. One end of the capacitor 152 is connected to one end of the power receiving coil 151, and the other end is connected to the rectifier 16.

送電コイル132と受電コイル151とは電磁的に結合し、送電コイル132から受電コイル151に電力をワイヤレス伝送することができる。   The power transmission coil 132 and the power reception coil 151 are electromagnetically coupled, and power can be wirelessly transmitted from the power transmission coil 132 to the power reception coil 151.

整流器16は、受電コイルユニット15が受電した電力を整流して出力する。図1においては、整流器16は、4つのダイオード161〜164を備え、ダイオード161とダイオード162とが直列に接続され、ダイオード163とダイオード164とが直列に接続され、ダイオード161とダイオード162との接続点にコンデンサ152の他端が接続され、ダイオード163とダイオード164との接続点に受電コイル151の他端が接続されたフルブリッジ構成の全波整流回路である例を示しているが、整流器16は、半波整流回路であってもよい。   The rectifier 16 rectifies and outputs the power received by the power receiving coil unit 15. In FIG. 1, the rectifier 16 includes four diodes 161 to 164, the diode 161 and the diode 162 are connected in series, the diode 163 and the diode 164 are connected in series, and the connection between the diode 161 and the diode 162 is performed. In this example, the other end of the capacitor 152 is connected to the point, and the other end of the power receiving coil 151 is connected to the connection point between the diode 163 and the diode 164. May be a half-wave rectifier circuit.

平滑コンデンサ17は、整流器16により整流された電圧を平滑化して、直流電圧を負荷18に出力する。   The smoothing capacitor 17 smoothes the voltage rectified by the rectifier 16 and outputs a DC voltage to the load 18.

負荷18は、整流器16および平滑コンデンサ17と接続され、平滑コンデンサ17から出力された直流電圧が供給される。負荷18としては、例えば、バッテリーなどの二次電池がある。   The load 18 is connected to the rectifier 16 and the smoothing capacitor 17 and supplied with the DC voltage output from the smoothing capacitor 17. Examples of the load 18 include a secondary battery such as a battery.

制御部19は、所定の制御周期毎に、電流センサ14による送電コイル電流Ipの検出結果などに基づき、スイッチング素子121のゲート信号Gup(第1のゲート信号)、スイッチング素子122のゲート信号Gun、スイッチング素子123のゲート信号Gvp(第2のゲート信号)およびスイッチング素子124のゲート信号Gvnを生成し、各スイッチング素子に出力する。   The control unit 19 performs the gate signal Gup (first gate signal) of the switching element 121, the gate signal Gun of the switching element 122, based on the detection result of the power transmission coil current Ip by the current sensor 14 for each predetermined control cycle. The gate signal Gvp (second gate signal) of the switching element 123 and the gate signal Gvn of the switching element 124 are generated and output to each switching element.

次に、制御部19の構成について、図2を参照して説明する。   Next, the configuration of the control unit 19 will be described with reference to FIG.

図2に示す制御部19は、電流検出トリガ信号生成器191,192と、電流保持器193a,193bと、周波数制御部194と、位相差制御部195と、ゲート信号生成部196と、論理反転器197a,197bとを備える。図2において、「’(ダッシュ)」を付した信号などは、今回の制御周期における信号などであることを示している。   2 includes a current detection trigger signal generator 191, 192, current holders 193a, 193b, a frequency controller 194, a phase difference controller 195, a gate signal generator 196, and a logic inversion. Units 197a and 197b. In FIG. 2, a signal with “′ (dash)” indicates a signal in the current control cycle.

電流検出トリガ信号生成器191(第1の電流保持指令生成器)は、今回の制御周期における、ゲート信号Gup’と、送電コイルユニット13への出力電圧の周波数である出力周波数f’と、ゲート信号Gup’とゲート信号Gvp’との位相差Ph’とに基づき、送電コイル電流Ipの電流値の保持を指示する電流保持指令信号Itrg1(第1の電流保持指令信号)を電流保持器193aに出力する。具体的には、電流検出トリガ信号生成器191は、以下の式(1)に基づき、ゲート信号Gup’の出力が開始されてから電流保持指令信号Itrg1を出力するまでの時間t1を演算し、ゲート信号Gup’の出力が開始されてから時間t1経過後に、電流保持指令信号Itrg1を電流保持器193aに出力する。なお、0°≦Ph’≦180°である。   The current detection trigger signal generator 191 (first current holding command generator) includes a gate signal Gup ′, an output frequency f ′ that is a frequency of an output voltage to the power transmission coil unit 13, and a gate in the current control cycle. Based on the phase difference Ph ′ between the signal Gup ′ and the gate signal Gvp ′, a current holding command signal Itrg1 (first current holding command signal) for instructing holding of the current value of the power transmission coil current Ip is sent to the current holder 193a. Output. Specifically, the current detection trigger signal generator 191 calculates a time t1 from the start of the output of the gate signal Gup ′ to the output of the current holding command signal Itrg1 based on the following equation (1): After the time t1 has elapsed since the start of the output of the gate signal Gup ′, the current holding command signal Itrg1 is output to the current holder 193a. Note that 0 ° ≦ Ph ′ ≦ 180 °.

Figure 0006598720
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電流検出トリガ信号生成器192(第2の電流保持指令生成器)は、今回の制御周期における、ゲート信号Gvp’と、出力周波数f’と、位相差Ph’とに基づき、送電コイル電流Ipの電流値の保持を指示する電流保持指令信号Itrg2(第2の電流保持指令信号)を電流保持器193bに出力する。具体的には、電流検出トリガ信号生成器192は、以下の式(2)に基づき、ゲート信号Gvp’の出力が開始されてから電流保持指令信号Itrg2を出力するまでの時間t2を演算し、ゲート信号Gvp’の出力が開始されてから時間t2経過後に、電流保持指令信号Itrg2を電流保持器193bに出力する。   The current detection trigger signal generator 192 (second current holding command generator) generates the transmission coil current Ip based on the gate signal Gvp ′, the output frequency f ′, and the phase difference Ph ′ in the current control cycle. A current holding command signal Itrg2 (second current holding command signal) for instructing holding of the current value is output to the current holder 193b. Specifically, the current detection trigger signal generator 192 calculates a time t2 from the start of the output of the gate signal Gvp ′ to the output of the current holding command signal Itrg2 based on the following equation (2): After the elapse of time t2 from the start of the output of the gate signal Gvp ′, the current holding command signal Itrg2 is output to the current holder 193b.

Figure 0006598720
Figure 0006598720

電流保持器193a(第1の電流保持器)は、電流検出トリガ信号生成器191からの電流保持指令信号Itrg1の出力に応じて、送電コイル電流Ipの電流値Ip1(第1の電流値)を保持(記憶)し、周波数制御部194および位相差制御部195に出力する。   The current holder 193a (first current holder) generates a current value Ip1 (first current value) of the power transmission coil current Ip in response to the output of the current holding command signal Itrg1 from the current detection trigger signal generator 191. It is held (stored) and output to the frequency control unit 194 and the phase difference control unit 195.

電流保持器193b(第2の電流保持器)は、電流検出トリガ信号生成器192からの電流保持指令信号Itrg2の出力に応じて、送電コイル電流Ipの電流値Ip2(第2の電流値)を保持(記憶)し、周波数制御部194および位相差制御部195に出力する。   The current holder 193b (second current holder) determines the current value Ip2 (second current value) of the power transmission coil current Ip in accordance with the output of the current holding command signal Itrg2 from the current detection trigger signal generator 192. It is held (stored) and output to the frequency control unit 194 and the phase difference control unit 195.

周波数制御部194は、電流保持器193aから出力された電流値Ip1と、電流保持器193bから出力された電流値Ip2とに基づき、共振周波数frおよび送電コイルユニット13が共振しないように予め設定された非共振設定周波数fdのいずれか一方を、次回の制御周期における出力周波数fとして決定する。   The frequency control unit 194 is set in advance so that the resonance frequency fr and the power transmission coil unit 13 do not resonate based on the current value Ip1 output from the current holder 193a and the current value Ip2 output from the current holder 193b. The non-resonant set frequency fd is determined as the output frequency f in the next control cycle.

周波数制御部194による出力周波数fの決定方法について、より詳細に説明する。   A method for determining the output frequency f by the frequency control unit 194 will be described in more detail.

図3は、送電コイル132と受電コイル151との非結合時の、ゲート信号Gup,Gvp、電流保持指令信号Itrg1,Itrg2、送電コイル電流Ipおよび電流値Ip1,Ip2(送電コイル保持電流)を示すタイムチャートである。   FIG. 3 shows gate signals Gup, Gvp, current holding command signals Itrg1, Itrg2, power transmission coil current Ip, and current values Ip1, Ip2 (power transmission coil holding current) when power transmission coil 132 and power reception coil 151 are not coupled. It is a time chart.

送電コイル132と受電コイル151との非結合時には、図3に示すように、電流保持指令信号Itrg1の出力時(ゲート信号Gupの出力から式(1)により算出される時間t1の経過時)における電流値Ip1はほぼ0であり、電流保持指令信号Itrg2の出力時(ゲート信号Gvpの出力から式(2)により算出される時間t2の経過時)における電流値Ip2は送電コイル電流Ipのピーク値と一致することが分かっている。   When the power transmitting coil 132 and the power receiving coil 151 are not coupled, as shown in FIG. 3, when the current holding command signal Itrg1 is output (when the time t1 calculated from the output of the gate signal Gup is calculated by the expression (1)). The current value Ip1 is substantially 0, and the current value Ip2 when the current holding command signal Itrg2 is output (when the time t2 calculated from the output of the gate signal Gvp according to the expression (2)) is the peak value of the transmission coil current Ip Is known to match.

そして、送電コイル132と受電コイル151との間の相互インダクタンスがある程度まで増加すると、電流値Ip1は増加し、電流値Ip2は減少し始める。   When the mutual inductance between the power transmission coil 132 and the power reception coil 151 increases to some extent, the current value Ip1 increases and the current value Ip2 starts to decrease.

そこで、周波数制御部194は、電流値Ip1が電流値Ip2より小さい場合には、非結合状態であると判定し、非共振設定周波数fdを次回の制御周期における出力周波数fとして決定する。一方、周波数制御部194は、電流値Ip1が電流値Ip2以上である場合には、結合状態であると判定し、共振周波数frを次回の制御周期における出力周波数fとして決定する。   Therefore, when the current value Ip1 is smaller than the current value Ip2, the frequency control unit 194 determines that it is in the non-coupled state, and determines the non-resonant set frequency fd as the output frequency f in the next control cycle. On the other hand, when the current value Ip1 is equal to or greater than the current value Ip2, the frequency control unit 194 determines that the coupling state is established, and determines the resonance frequency fr as the output frequency f in the next control cycle.

すなわち、周波数制御部194は、電流値Ip1が電流値Ip2より小さい間は、出力周波数fを非共振設定周波数fdとし、Ip1≧Ip2が満たされると、出力周波数fを共振周波数frに切り替える。   That is, the frequency control unit 194 sets the output frequency f to the non-resonance setting frequency fd while the current value Ip1 is smaller than the current value Ip2, and switches the output frequency f to the resonance frequency fr when Ip1 ≧ Ip2 is satisfied.

非結合時には、送電コイル132と受電コイル151との間の相互インダクタンスは0になる。この状態において、送電コイルユニット13に共振周波数frの電圧を印加すると、共振状態となり共振電流(過電流)が発生する。そこで、電流値Ip1が電流値Ip2より小さく、非結合状態である場合には、出力周波数fを非共振設定周波数fdとすることで、共振電流の発生を防ぐことができる。   When not coupled, the mutual inductance between the power transmission coil 132 and the power reception coil 151 becomes zero. In this state, when a voltage having a resonance frequency fr is applied to the power transmission coil unit 13, a resonance state (overcurrent) is generated. Therefore, when the current value Ip1 is smaller than the current value Ip2 and is in a non-coupled state, the generation of the resonance current can be prevented by setting the output frequency f to the non-resonance setting frequency fd.

図2を再び参照すると、周波数制御部194は、決定した出力周波数fをゲート信号生成部196に出力する。   Referring to FIG. 2 again, the frequency control unit 194 outputs the determined output frequency f to the gate signal generation unit 196.

位相差制御部195は、電流保持器193aから出力された電流値Ip1と、電流保持器193bから出力された電流値Ip2と、予め設定された非共振状態電流指令Idとに基づき、次回の制御周期における位相差Phを決定する。 Based on the current value Ip1 output from the current holder 193a, the current value Ip2 output from the current holder 193b, and a preset non-resonant state current command Id * , the phase difference control unit 195 The phase difference Ph in the control cycle is determined.

位相差制御部195による位相差Phの演算方法について、より詳細に説明する。   A method of calculating the phase difference Ph by the phase difference control unit 195 will be described in more detail.

一般に、ワイヤレス電力伝送システムにおいては、伝送電力を最大化するため、ゲート信号Gupとゲート信号Gvpとの位相差Phは180°である。そして、伝送電力を制限する場合には、0〜180°の間で位相差Phを制御する。   In general, in a wireless power transmission system, the phase difference Ph between the gate signal Gup and the gate signal Gvp is 180 ° in order to maximize the transmission power. And when limiting transmission power, phase difference Ph is controlled between 0-180 degrees.

送電コイル132と受電コイル151とが非結合状態であり、送電コイル132に非共振設定周波数fdの電圧を印加した場合でも、送電コイル132と受電コイル151とが結合状態である場合よりも多くの電流が流れる(過電流が流れる)ことがある。そこで、非結合状態である場合には、位相差Phを制限することで、送電コイル132に流れる電流を制限することができる。   Even when the power transmission coil 132 and the power reception coil 151 are in a non-coupled state and a voltage of the non-resonance setting frequency fd is applied to the power transmission coil 132, the power transmission coil 132 and the power reception coil 151 are more coupled than in the coupled state. Current may flow (overcurrent flows). Therefore, in the non-coupled state, the current flowing through the power transmission coil 132 can be limited by limiting the phase difference Ph.

位相差制御部195は、非結合状態である場合(電流値Ip1が電流値Ip2より小さい場合)には、以下の式(3)を満たす範囲で位相差Phを決定する。   When the phase difference control unit 195 is in the non-coupled state (when the current value Ip1 is smaller than the current value Ip2), the phase difference control unit 195 determines the phase difference Ph within a range that satisfies the following expression (3).

Figure 0006598720
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非共振状態電流指令Idは任意の値でよいが、送電コイル132と受電コイル151とが結合状態であり、出力周波数fが共振周波数frであり、位相差Phが180°である場合に送電コイル132に流れる電流の電流値を設定するのが好ましい。すなわち、位相差制御部195は、非結合時には、共振状態よりも送電コイル電流Ipが制限される位相差を設定する。 The non-resonant state current command Id * may be an arbitrary value, but power transmission is performed when the power transmission coil 132 and the power reception coil 151 are coupled, the output frequency f is the resonance frequency fr, and the phase difference Ph is 180 °. It is preferable to set the current value of the current flowing through the coil 132. That is, the phase difference control unit 195 sets a phase difference at which the power transmission coil current Ip is more limited than in the resonance state when not coupled.

位相差制御部195は、決定した位相差Phをゲート信号生成部196に出力する。   The phase difference control unit 195 outputs the determined phase difference Ph to the gate signal generation unit 196.

ゲート信号生成部196は、周波数制御部194から出力された出力周波数fと、位相差制御部195から出力された位相差Phとに基づき、ゲート信号Gupおよびゲート信号Gvpを生成する。より詳細には、ゲート信号生成部196は、周波数が出力周波数fでデューティ比50%のゲート信号Gupを生成し、ゲート信号Gupに対して位相差Phだけずれたゲート信号Gvpを生成する。各ゲート信号は、1制御周期中に1回オンし、1回オフする。したがって、出力周波数fと制御周期の逆数とは等しくなる。   The gate signal generation unit 196 generates the gate signal Gup and the gate signal Gvp based on the output frequency f output from the frequency control unit 194 and the phase difference Ph output from the phase difference control unit 195. More specifically, the gate signal generation unit 196 generates a gate signal Gup having a frequency of 50% and a duty ratio of 50%, and generates a gate signal Gvp shifted by a phase difference Ph with respect to the gate signal Gup. Each gate signal is turned on once and turned off once in one control cycle. Therefore, the output frequency f is equal to the reciprocal of the control period.

ゲート信号生成部196は、生成したゲート信号Gupを図2においては不図示のスイッチング素子121および論理反転器197aに出力する。また、ゲート信号生成部196は、生成したゲート信号Gvpを図2においては不図示のスイッチング素子123および論理反転器197bに出力する。   The gate signal generation unit 196 outputs the generated gate signal Gup to the switching element 121 and the logic inverter 197a not shown in FIG. Further, the gate signal generation unit 196 outputs the generated gate signal Gvp to the switching element 123 and the logic inverter 197b not shown in FIG.

論理反転器197aは、ゲート信号生成部196から出力されたゲート信号Gupを論理反転し、ゲート信号Gunとしてスイッチング素子122に出力する。論理反転器197bは、ゲート信号生成部196から出力されたゲート信号Gvpを論理反転し、ゲート信号Gvnとしてスイッチング素子124に出力する。   The logic inverter 197a logically inverts the gate signal Gup output from the gate signal generation unit 196 and outputs it to the switching element 122 as the gate signal Gun. The logic inverter 197b logically inverts the gate signal Gvp output from the gate signal generation unit 196 and outputs the inverted signal to the switching element 124 as the gate signal Gvn.

図4は、制御部19の動作を説明するための図であり、送電コイル132と受電コイル151との間の相互インダクタンス、送電コイル電流Ip、電流値Ip1,Ip2(送電コイル保持電流)、出力周波数fおよび位相差Phを示すタイムチャートである。図4においては、送電コイル電流Ipが流れていない状態から時刻Tにおいて所定値の送電コイル電流Ipが流れ、時刻Tにおいては、送電コイル132と受電コイル151とは非結合状態であるとする。 FIG. 4 is a diagram for explaining the operation of the control unit 19. Mutual inductance between the power transmission coil 132 and the power reception coil 151, power transmission coil current Ip, current values Ip 1 and Ip 2 (power transmission coil holding current), output It is a time chart which shows frequency f and phase difference Ph. In FIG. 4, at time T 0 from the state the power transmission coil current Ip does not flow power transmission coil current Ip having a predetermined value flows in the time T 0, the power transmission coil 132 and the power reception coil 151 If it is uncoupled To do.

時刻Tにおいては、非結合状態であるため、送電コイル132と受電コイル151との間の相互インダクタンスは小さい。また、電流値Ip1はほぼ0となり、電流値Ip2は送電コイル電流Ipの最大値と一致する。 At time T 0 , the mutual inductance between the power transmission coil 132 and the power reception coil 151 is small because it is in a non-coupled state. In addition, the current value Ip1 is substantially 0, and the current value Ip2 matches the maximum value of the power transmission coil current Ip.

周波数制御部194は、電流値Ip1が電流値Ip2よりも小さいため、非共振設定周波数fdを出力周波数fとして決定する。また、位相差制御部195は、位相差Phを0°〜180°の間の所定値と決定する。こうすることで、非結合時の共振電流の発生の防止を図ることができる。   Since the current value Ip1 is smaller than the current value Ip2, the frequency control unit 194 determines the non-resonant setting frequency fd as the output frequency f. Further, the phase difference control unit 195 determines the phase difference Ph as a predetermined value between 0 ° and 180 °. By doing so, it is possible to prevent the generation of resonance current at the time of non-coupling.

時刻Tにおいて、送電コイル132と受電コイル151との間の相互インダクタンスが増加し始めたとする。ただし、時刻Tにおいては、電流値Ip1が電流値Ip2よりも小さいとする。この場合、出力周波数fは非共振設定周波数fdのままであり、位相差Phは所定値のままである。 At time T 1, the mutual inductance between the power transmission coil 132 and the power receiving coil 151 begins to increase. However, at time T 1, the current value Ip1 is smaller than the current value Ip2. In this case, the output frequency f remains at the non-resonant set frequency fd, and the phase difference Ph remains at a predetermined value.

送電コイル132と受電コイル151との間の相互インダクタンスがさらに増加し、時刻Tにおいて、電流値Ip1が電流値Ip2以上になったとする。 Mutual inductance between the power transmission coil 132 and the receiving coil 151 is further increased, at time T 2, the current value Ip1 is to become more current Ip2.

電流値Ip1が電流値Ip2以上となったため、周波数制御部194は、出力周波数fを共振周波数frに切り替えると決定し、出力周波数fを非共振設定周波数fdから共振周波数frに徐々に変化させる。また、位相差制御部195は、位相差Phを180°にすると決定し、位相差Phを所定値から180°に徐々に変化させる。位相差Phを180°に設定することで、電力伝送を高効率化することができる。   Since the current value Ip1 becomes equal to or greater than the current value Ip2, the frequency control unit 194 determines to switch the output frequency f to the resonance frequency fr, and gradually changes the output frequency f from the non-resonance setting frequency fd to the resonance frequency fr. Further, the phase difference control unit 195 determines that the phase difference Ph is set to 180 °, and gradually changes the phase difference Ph from a predetermined value to 180 °. By setting the phase difference Ph to 180 °, power transmission can be made highly efficient.

このように本実施形態によれば、ワイヤレス電力伝送システム10は、直列に接続されたスイッチング素子121およびスイッチング素子122と、直列に接続されたスイッチング素子123およびスイッチング素子124とを備え、スイッチング素子121〜124のオン、オフにより、直流電力を交流電力に変換するインバータ回路12と、インバータ回路12から交流電力が供給される送電コイルユニット13と、スイッチング素子121〜124のオン、オフを制御する制御部19と、を備える。   As described above, according to the present embodiment, the wireless power transmission system 10 includes the switching element 121 and the switching element 122 connected in series, and the switching element 123 and the switching element 124 connected in series, and the switching element 121. To control ON / OFF of the inverter circuit 12 that converts DC power into AC power, the power transmission coil unit 13 to which AC power is supplied from the inverter circuit 12, and the switching elements 121 to 124. And a unit 19.

制御部19は、今回の制御周期における、ゲート信号Gup’と、送電コイルユニット13への出力電圧の周波数である出力周波数f’と、ゲート信号Gup’とゲート信号Gvp’との位相差Ph’とに基づき電流保持指令信号Itrg1を生成する電流検出トリガ信号生成器191と、今回の制御周期における、ゲート信号Gvp’と、出力周波数f’と、位相差Ph’とに基づき電流保持指令信号Itrg2を生成する電流検出トリガ信号生成器192と、電流保持指令信号Itrg1が出力されると、送電コイル電流Ipの電流値Ip1を保持する電流保持器193aと、電流保持指令信号Itrg2が出力されると、送電コイル電流Ipの電流値Ip2を保持する電流保持器193bと、電流値Ip1と、電流値Ip2とに基づき、共振周波数frおよび非共振設定周波数fdのいずれか一方を、次回の制御周期における出力周波数fとして決定する周波数制御部194と、電流値Ip1と、電流値Ip2とに基づき、送電コイルユニット13による伝送電力が最大となる位相差および共振状態よりも送電コイル電流Ipを制限する位相差のいずれか一方を、次回の制御周期における位相差Phとして決定する位相差制御部195と、周波数制御部194により決定された出力周波数fと、位相差制御部195により決定された位相差Phとに基づき、ゲート信号Gupおよびゲート信号Gvpを生成するゲート信号生成部196とを備える。   The control unit 19 includes the gate signal Gup ′, the output frequency f ′ that is the frequency of the output voltage to the power transmission coil unit 13, and the phase difference Ph ′ between the gate signal Gup ′ and the gate signal Gvp ′ in the current control cycle. Based on the current detection trigger signal generator 191 that generates the current holding command signal Itrg1 and the current holding command signal Itrg2 based on the gate signal Gvp ′, the output frequency f ′, and the phase difference Ph ′ in the current control cycle. When the current detection trigger signal generator 192 that generates the current and the current holding command signal Itrg1 are output, the current holder 193a that holds the current value Ip1 of the power transmission coil current Ip and the current holding command signal Itrg2 are output. Based on the current holder 193b that holds the current value Ip2 of the power transmission coil current Ip, the current value Ip1, and the current value Ip2 Transmission by the power transmission coil unit 13 based on the frequency control unit 194 that determines one of the resonance frequency fr and the non-resonance setting frequency fd as the output frequency f in the next control cycle, the current value Ip1, and the current value Ip2. A phase difference control unit 195 that determines one of the phase difference that maximizes the power and the phase difference that limits the power transmission coil current Ip as compared with the resonance state, as a phase difference Ph in the next control cycle, and a frequency control unit 194 A gate signal generation unit 196 that generates the gate signal Gup and the gate signal Gvp based on the determined output frequency f and the phase difference Ph determined by the phase difference control unit 195 is provided.

ゲート信号Gup’、出力周波数f’および位相差Ph’に基づく電流保持指令信号Itrg1の出力に応じて保持される電流値Ip1と、ゲート信号Gvp’、出力周波数f’および位相差Ph’に基づく電流保持指令信号Itrg2の出力に応じて保持される電流値Ip2とは、送電コイル132と受電コイル151とが結合状態であるか、非結合状態であるかに応じて、大小関係が変化する。すなわち、電流値Ip1,Ip2の大小関係から結合状態であるか、非結合状態であるかを判定することができる。そのため、電流値Ip1,Ip2の大小関係による判定結果に応じて、共振周波数frおよび非共振設定周波数fdのいずれかを一方を出力周波数fとして決定し、伝送電力が最大となる位相差および共振状態よりも送電コイル電流Ipが制限される位相差のいずれか一方を、位相差Phとして決定することで、結合時の電力伝送を高効率化し、非結合時の共振電力の発生の防止を図ることができる。また、電流値Ip1,Ip2に基づき、結合状態であるか、非結合状態であるかを判定するため、受電側に追加の構成を設ける必要がない。   Based on the current value Ip1 held in response to the output of the current holding command signal Itrg1 based on the gate signal Gup ′, the output frequency f ′ and the phase difference Ph ′, and on the basis of the gate signal Gvp ′, the output frequency f ′ and the phase difference Ph ′. The magnitude relationship of the current value Ip2 held according to the output of the current holding command signal Itrg2 changes depending on whether the power transmission coil 132 and the power receiving coil 151 are in a coupled state or a non-coupled state. That is, it can be determined from the magnitude relationship between the current values Ip1 and Ip2 whether it is in a coupled state or a non-coupled state. Therefore, one of the resonance frequency fr and the non-resonance setting frequency fd is determined as the output frequency f according to the determination result based on the magnitude relationship between the current values Ip1 and Ip2, and the phase difference and the resonance state where the transmission power is maximized By determining one of the phase differences that limits the transmission coil current Ip as the phase difference Ph, the power transmission at the time of coupling is made highly efficient and the generation of resonance power at the time of non-coupling is prevented. Can do. Further, since it is determined based on the current values Ip1 and Ip2 whether the coupling state or the non-coupling state, it is not necessary to provide an additional configuration on the power receiving side.

(第2の実施形態)
図5は、本発明の第2の実施形態に係る制御部19Aの構成を示す図である。図5において、図2と同様の構成については同じ符号を付し、説明を省略する。なお、本実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムは、第1の実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム10と比較して、制御部19を制御部19Aに変更した点のみが異なる。
(Second Embodiment)
FIG. 5 is a diagram showing a configuration of a control unit 19A according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 5, the same components as those in FIG. The wireless power transmission system according to this embodiment is different from the wireless power transmission system 10 according to the first embodiment only in that the control unit 19 is changed to a control unit 19A.

図5に示す制御部19Aは、図2に示す制御部19と比較して、電流検出トリガ信号生成器192を電流検出トリガ信号生成器192Aに変更した点が異なる。   The control unit 19A shown in FIG. 5 differs from the control unit 19 shown in FIG. 2 in that the current detection trigger signal generator 192 is changed to a current detection trigger signal generator 192A.

電流検出トリガ信号生成器192A(第2の電流保持指令生成器)は、今回の制御周期における、ゲート信号Gup’と、出力周波数f’と、位相差Ph’とに基づき電流保持指令信号Itrg2(第2の電流保持指令信号)を電流保持器193bに出力する。具体的には、電流検出トリガ信号生成器192は、以下の式(4)に基づき、ゲート信号Gup’の出力が開始されてから電流保持指令信号Itrg2を出力するまでの時間t3を演算し、図6に示すように、ゲート信号Gup’の出力が開始されてから時間t3経過後に、電流保持指令信号Itrg2を電流保持器193bに出力する。   The current detection trigger signal generator 192A (second current holding command generator) generates a current holding command signal Itrg2 (based on the gate signal Gup ′, the output frequency f ′, and the phase difference Ph ′ in the current control cycle. The second current holding command signal) is output to the current holder 193b. Specifically, the current detection trigger signal generator 192 calculates a time t3 from the start of the output of the gate signal Gup ′ to the output of the current holding command signal Itrg2 based on the following equation (4): As shown in FIG. 6, the current holding command signal Itrg2 is output to the current holder 193b after the elapse of time t3 from the start of the output of the gate signal Gup ′.

Figure 0006598720
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式(2)により求められる時間t2と式(4)により求められる時間t3との差分(1/f’)・(Ph’/360°)は、ゲート信号Gup’とゲート信号Gvp’との位相差Ph’に相当する時間である。したがって、ゲート信号Gup’の出力が開始されてから時間t3が経過した時刻と、ゲート信号Gvp’の出力が開始されてから時間t2が経過した時刻とは一致する。そのため、本実施形態において電流保持器193bに保持される電流値Ip2と、第1の実施形態において電流保持器193bに保持される電流値Ip2とは一致するため、第1の実施形態と同様に、電流値Ip1,Ip2に基づき、送電コイル132と受電コイル151とが結合状態であるか、非結合状態であるかを判定することができる。   The difference (1 / f ′) · (Ph ′ / 360 °) between the time t2 obtained from the equation (2) and the time t3 obtained from the equation (4) is the level between the gate signal Gup ′ and the gate signal Gvp ′. This is the time corresponding to the phase difference Ph ′. Therefore, the time when the time t3 has elapsed since the output of the gate signal Gup 'is started coincides with the time when the time t2 has elapsed since the output of the gate signal Gvp' was started. For this reason, the current value Ip2 held in the current holder 193b in this embodiment matches the current value Ip2 held in the current holder 193b in the first embodiment, and therefore, as in the first embodiment. Based on the current values Ip1 and Ip2, it can be determined whether the power transmission coil 132 and the power reception coil 151 are in a coupled state or a non-coupled state.

このように本実施形態においては、制御部19は、今回の制御周期における、ゲート信号Gup’と、出力周波数f’と、位相差Ph’とに基づき、電流保持指令信号Itrg2を生成する電流検出トリガ信号生成器192Aを備える。   As described above, in the present embodiment, the control unit 19 generates the current holding command signal Itrg2 based on the gate signal Gup ′, the output frequency f ′, and the phase difference Ph ′ in the current control cycle. A trigger signal generator 192A is provided.

電流検出トリガ信号生成器192Aによる電流保持指令信号Itrg2に従い保持される電流値Ip2は、第1の実施形態における電流値Ip2と一致する。そのため、第1の実施形態と同様に、電流値Ip1,Ip2に基づき、送電コイル132と受電コイル151とが結合状態であるか、非結合状態であるかを判定し、その判定結果に基づき、結合時の電力伝送を高効率化し、非結合時の共振電流の発生の防止を図ることができる。   The current value Ip2 held in accordance with the current holding command signal Itrg2 from the current detection trigger signal generator 192A matches the current value Ip2 in the first embodiment. Therefore, as in the first embodiment, based on the current values Ip1 and Ip2, it is determined whether the power transmission coil 132 and the power reception coil 151 are in a coupled state or a non-coupled state, and based on the determination result, It is possible to increase the efficiency of power transmission at the time of coupling and prevent the generation of a resonance current at the time of non-coupling.

本発明を図面および実施形態に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形または修正を行うことが容易であることに注意されたい。したがって、これらの変形または修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各ブロックなどに含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数のブロックを1つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。   Although the present invention has been described based on the drawings and embodiments, it should be noted that those skilled in the art can easily make various variations or modifications based on the present disclosure. Therefore, it should be noted that these variations or modifications are included in the scope of the present invention. For example, functions included in each block or the like can be rearranged so that there is no logical contradiction, and a plurality of blocks can be combined into one or divided.

10 ワイヤレス電力伝送システム
11 直流電源
12 インバータ回路
121〜124 スイッチング素子
13 送電コイルユニット
131 コンデンサ
132 送電コイル
14 電流センサ
15 受電コイルユニット
151 受電コイル
152 コンデンサ
16 整流器
161〜164 ダイオード
17 平滑コンデンサ
18 負荷
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Wireless power transmission system 11 DC power supply 12 Inverter circuit 121-124 Switching element 13 Power transmission coil unit 131 Capacitor 132 Power transmission coil 14 Current sensor 15 Power reception coil unit 151 Power reception coil 152 Capacitor 16 Rectifier 161-164 Diode 17 Smoothing capacitor 18 Load

Claims (4)

直列に接続された第1のスイッチング素子および第2のスイッチング素子と、直列に接続された第3のスイッチング素子および第4のスイッチング素子とを備え、前記第1から第4のスイッチング素子のオン、オフにより、直流電力を交流電力に変換するインバータ回路と、
前記インバータ回路から交流電力が供給される共振回路と、
前記第1から第4のスイッチング素子のオン、オフを制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
今回の制御周期における、前記第1のスイッチング素子を制御する第1のゲート信号と、前記共振回路への出力電圧の周波数である出力周波数と、前記第1のゲート信号と前記第3のスイッチング素子を制御する第2のゲート信号との位相差とに基づき、前記共振回路に流れる送電コイル電流の電流値の保持を指示する第1の電流保持指令信号を出力する第1の電流保持指令生成器と、
今回の制御周期における、前記第2のゲート信号と、前記出力周波数と、前記位相差とに基づき、前記送電コイル電流の電流値の保持を指示する第2の電流保持指令信号を出力する第2の電流保持指令生成器と、
前記第1の電流保持指令信号の出力に応じて、前記送電コイル電流の電流値である第1の電流値を保持する第1の電流保持器と、
前記第2の電流保持指令信号の出力に応じて、前記送電コイル電流の電流値である第2の電流値を保持する第2の電流保持器と、
前記第1の電流値と、前記第2の電流値とに基づき、前記共振回路の共振周波数および予め設定された前記共振回路が共振しない非共振設定周波数のいずれか一方を、次回の制御周期における出力周波数として決定する周波数制御部と、
前記第1の電流値と、前記第2の電流値とに基づき、前記共振回路による伝送電力が最大となる位相差および前記共振回路の共振状態よりも前記送電コイル電流が制限される位相差のいずれか一方を、次回の制御周期における位相差として決定する位相差制御部と、
前記周波数制御部により決定された出力周波数と、前記位相差制御部により決定された位相差とに基づき、前記第1および第2のゲート信号を生成するゲート信号生成部と、を備えることを特徴とするワイヤレス電力伝送システム。
A first switching element and a second switching element connected in series; a third switching element and a fourth switching element connected in series; and turning on the first to fourth switching elements; An inverter circuit that converts DC power to AC power by turning off;
A resonant circuit to which AC power is supplied from the inverter circuit;
A controller for controlling on and off of the first to fourth switching elements,
The controller is
The first gate signal for controlling the first switching element, the output frequency which is the frequency of the output voltage to the resonance circuit, the first gate signal, and the third switching element in the current control cycle A first current holding command generator for outputting a first current holding command signal for instructing holding of a current value of a power transmission coil current flowing in the resonance circuit based on a phase difference with a second gate signal for controlling When,
A second current holding command signal for instructing holding of the current value of the power transmission coil current based on the second gate signal, the output frequency, and the phase difference in the current control cycle; Current holding command generator of
In response to the output of the first current holding command signal, a first current holder that holds a first current value that is a current value of the power transmission coil current;
A second current holder that holds a second current value that is a current value of the power transmission coil current in response to an output of the second current holding command signal;
Based on the first current value and the second current value, either one of the resonance frequency of the resonance circuit and a preset non-resonance setting frequency at which the resonance circuit does not resonate is set in the next control cycle. A frequency control unit that determines the output frequency;
Based on the first current value and the second current value, the phase difference at which the transmission power by the resonance circuit is maximized and the phase difference at which the power transmission coil current is limited more than the resonance state of the resonance circuit A phase difference control unit that determines either one as a phase difference in the next control cycle;
A gate signal generation unit configured to generate the first and second gate signals based on the output frequency determined by the frequency control unit and the phase difference determined by the phase difference control unit. And wireless power transmission system.
直列に接続された第1のスイッチング素子および第2のスイッチング素子と、直列に接続された第3のスイッチング素子および第4のスイッチング素子とを備え、前記第1から第4のスイッチング素子のオン、オフにより、直流電力を交流電力に変換するインバータ回路と、
前記インバータ回路から交流電力が供給される共振回路と、
前記第1から第4のスイッチング素子のオン、オフを制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
今回の制御周期における、前記第1のスイッチング素子を制御する第1のゲート信号と、前記共振回路への出力電圧の周波数である出力周波数と、前記第1のゲート信号と前記第3のスイッチング素子を制御する第2のゲート信号との位相差とに基づき、前記共振回路に流れる送電コイル電流の電流値の保持を指示する第1の電流保持指令信号を出力する第1の電流保持指令生成器と、
今回の制御周期における、前記第1のゲート信号と、前記出力周波数と、前記位相差とに基づき、前記送電コイル電流の電流値の保持を指示する第2の電流保持指令信号を出力する第2の電流保持指令生成器と、
前記第1の電流保持指令信号の出力に応じて、前記送電コイル電流の電流値である第1の電流値を保持する第1の電流保持器と、
前記第2の電流保持指令信号の出力に応じて、前記送電コイル電流の電流値である第2の電流値を保持する第2の電流保持器と、
前記第1の電流値と、前記第2の電流値とに基づき、前記共振回路の共振周波数および予め設定された前記共振回路が共振しない非共振設定周波数のいずれか一方を、次回の制御周期における出力周波数として決定する周波数制御部と、
前記第1の電流値と、前記第2の電流値とに基づき、前記共振回路による伝送電力が最大となる位相差および前記共振回路の共振状態よりも前記送電コイル電流が制限される位相差のいずれか一方を、次回の制御周期における位相差として決定する位相差制御部と、
前記周波数制御部により決定された出力周波数と、前記位相差制御部により決定された位相差とに基づき、前記第1および第2のゲート信号を生成するゲート信号生成部と、を備えることを特徴とするワイヤレス電力伝送システム。
A first switching element and a second switching element connected in series; a third switching element and a fourth switching element connected in series; and turning on the first to fourth switching elements; An inverter circuit that converts DC power to AC power by turning off;
A resonant circuit to which AC power is supplied from the inverter circuit;
A controller for controlling on and off of the first to fourth switching elements,
The controller is
The first gate signal for controlling the first switching element, the output frequency that is the frequency of the output voltage to the resonance circuit, the first gate signal, and the third switching element in the current control cycle A first current holding command generator for outputting a first current holding command signal for instructing holding of a current value of a power transmission coil current flowing in the resonance circuit based on a phase difference with a second gate signal for controlling When,
A second current holding command signal for instructing holding of the current value of the power transmission coil current based on the first gate signal, the output frequency, and the phase difference in the current control cycle; Current holding command generator of
In response to the output of the first current holding command signal, a first current holder that holds a first current value that is a current value of the power transmission coil current;
A second current holder that holds a second current value that is a current value of the power transmission coil current in response to the output of the second current holding command signal;
Based on the first current value and the second current value, either one of the resonance frequency of the resonance circuit and a preset non-resonance setting frequency at which the resonance circuit does not resonate is set in the next control cycle. A frequency control unit that determines the output frequency;
Based on the first current value and the second current value, the phase difference at which the transmission power by the resonance circuit is maximized and the phase difference at which the power transmission coil current is limited more than the resonance state of the resonance circuit A phase difference control unit that determines either one as a phase difference in the next control cycle;
A gate signal generation unit configured to generate the first and second gate signals based on the output frequency determined by the frequency control unit and the phase difference determined by the phase difference control unit. And wireless power transmission system.
請求項1または2に記載のワイヤレス電力伝送システムにおいて、
前記周波数制御部は、前記第1の電流値が前記第2の電流値より小さい場合には、前記非共振設定周波数を次回の制御周期における出力周波数として決定し、前記第1の電流値が前記第2の電流値以上である場合には、前記共振周波数を次回の制御周期における出力周波数として決定することを特徴とするワイヤレス電力伝送システム。
The wireless power transmission system according to claim 1 or 2,
When the first current value is smaller than the second current value, the frequency control unit determines the non-resonant set frequency as an output frequency in a next control cycle, and the first current value is When the current value is equal to or greater than the second current value, the resonance frequency is determined as an output frequency in the next control cycle.
請求項1から3のいずれか一項に記載のワイヤレス電力伝送システムにおいて、
前記位相差制御部は、前記第1の電流値が前記第2の電流値より小さい場合には、前記共振回路の共振状態よりも前記送電コイル電流が制限される位相差を、次回の制御周期における位相差として決定し、前記第1の電流値が前記第2の電流値以上である場合には、次回の制御周期における位相差を180°と決定することを特徴とするワイヤレス電力伝送システム。
In the wireless power transmission system according to any one of claims 1 to 3,
When the first current value is smaller than the second current value, the phase difference control unit calculates a phase difference in which the power transmission coil current is limited as compared with a resonance state of the resonance circuit in a next control cycle. The wireless power transmission system is characterized in that when the first current value is greater than or equal to the second current value, the phase difference in the next control cycle is determined to be 180 °.
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