JP6679040B2 - Non-contact power feeding system, power transmission unit and non-contact power feeding method - Google Patents
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Description
本発明は、非接触給電システム、この非接触給電システムに用いる送電ユニット及びこれらを用いた非接触給電方法に関し、特に交流負荷を駆動する受電ユニットに電磁誘導方式により電力を非接触(ワイヤレス)で伝送する非接触給電システム、送電ユニット及び非接触給電方法に関する。 The present invention relates to a non-contact power feeding system, a power transmission unit used in this non-contact power feeding system, and a non-contact power feeding method using these, and in particular, non-contact (wireless) power supply to a power receiving unit that drives an AC load by an electromagnetic induction method. The present invention relates to a non-contact power feeding system, a power transmission unit, and a non-contact power feeding method for transmitting.
例えば、自動倉庫の搬送体等への電力供給の技術分野では、第1の給電線から、非接触で電力を更に第2の給電線に供給して、第2の給電線から直流電力を出力する送電ユニットが提案されている(特許文献1参照。)。
また、製造工場の中で部品の搬送等に用いられる無人搬送車(AGV:Automated Guided Vehicle)の動力源であるバッテリ(充電池)を非接触で充電するために直流電力を出力する充電装置も提案されている(特許文献2参照。)。しかしながら、交流負荷を駆動する交流出力の受電ユニットに、非接触(ワイヤレス)で電力を伝送する非接触給電システムは知られていない。
For example, in the technical field of power supply to a carrier or the like of an automated warehouse, non-contact power is further supplied from a first power supply line to a second power supply line, and DC power is output from the second power supply line. A power transmission unit is proposed (see Patent Document 1).
In addition, there is also a charging device that outputs direct-current power to contactlessly charge a battery (rechargeable battery) that is a power source of an AGV (Automated Guided Vehicle) used for transporting parts in a manufacturing plant. It has been proposed (see Patent Document 2). However, a contactless power supply system that wirelessly transmits electric power to an AC output power receiving unit that drives an AC load is not known.
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであって、交流負荷を駆動する受電ユニットに高周波電力を非接触(ワイヤレス)で伝送し、交流負荷のインピーダンスが急激に変動しても、送電ユニットの回路素子の保護と高い伝送効率とをバランスよく両立することができる非接触給電システム、この非接触給電システムに用いる送電ユニット及びこれらを用いた非接触給電方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and transmits high-frequency power to a power receiving unit that drives an AC load in a non-contact (wireless) manner, and transmits power even if the impedance of the AC load fluctuates rapidly. An object of the present invention is to provide a contactless power supply system capable of achieving a good balance between protection of circuit elements of the unit and high transmission efficiency, a power transmission unit used in this contactless power supply system, and a contactless power supply method using the same. .
本発明の第1の態様は、(a)受電コイルを有し、この受電コイルから入力された電力を変換して交流電流を生成し、この交流電流を交流負荷に供給する受電ユニットと、(b)交流電流よりも高周波の電力を非接触で供給する給電コイル、スイッチング素子を含み給電コイルに電流を流す駆動回路、給電コイルに供給された電力を測定する電力監視装置、スイッチング素子のゲートに駆動信号を供給する駆動信号生成回路、及び電力監視装置からの出力を用いて伝送効率−周波数曲線上で最適周波数を探索し、この最適周波数によって駆動信号の周波数を決定し、駆動信号生成回路を制御する周波数制御回路を有する送電ユニットと、を備える非接触給電システムであることを要旨とする。 A first aspect of the present invention includes (a) a power receiving unit that has a power receiving coil, converts power input from the power receiving coil to generate an alternating current, and supplies the alternating current to an alternating current load; b) A power supply coil that supplies power of a higher frequency than an alternating current in a contactless manner, a drive circuit that includes a switching element and supplies a current to the power supply coil, a power monitoring device that measures the power supplied to the power supply coil, and a gate of the switching element. A drive signal generation circuit that supplies a drive signal, and an output from the power monitoring device are used to search for an optimum frequency on the transmission efficiency-frequency curve, and the frequency of the drive signal is determined by this optimum frequency. A gist of the present invention is a contactless power feeding system including a power transmission unit having a frequency control circuit for controlling.
本発明の第2の態様は、受電コイルを有し、この受電コイルから入力された電力を変換して交流電流を生成し、この交流電流を交流負荷に供給する受電ユニットに対し、交流電流よりも高周波の電力を非接触で供給する送電ユニットに関する。即ち、本発明の第2の態様に係る送電ユニットは、(a)受電コイルに密結合した給電コイルと、(b)スイッチング素子を含み給電コイルに高周波の電流を流す駆動回路と、(c)給電コイルに供給された電力を測定する電力監視装置と、(d)スイッチング素子のゲートに駆動信号を供給する駆動信号生成回路と、(e)電力監視装置からの出力を用いて伝送効率−周波数曲線上で最適周波数を探索し、この最適周波数によって駆動信号の周波数を決定し、駆動信号生成回路を制御する周波数制御回路と、を備えることを要旨とする。 A second aspect of the present invention has a power receiving coil, converts electric power input from the power receiving coil to generate an alternating current, and supplies the alternating current to an alternating current load. Also relates to a power transmission unit that supplies high-frequency power in a contactless manner. That is, the power transmission unit according to the second aspect of the present invention includes: (a) a power feeding coil tightly coupled to the power receiving coil; (b) a drive circuit that includes a switching element and applies a high-frequency current to the power feeding coil; A power monitoring device that measures the power supplied to the power feeding coil, (d) a drive signal generation circuit that supplies a drive signal to the gate of the switching element, and (e) transmission efficiency-frequency using the output from the power monitoring device. The optimum frequency is searched for on the curve, the frequency of the drive signal is determined by the optimum frequency, and a frequency control circuit for controlling the drive signal generation circuit is provided.
本発明の第3の態様は、受電コイルを有し、この受電コイルから入力された電力を変換して交流電流を生成し、この交流電流を交流負荷に供給する受電ユニットに対し、送電ユニットの給電コイルから交流電流よりも高周波の電力を非接触で供給する非接触給電方法に関する。即ち、本発明の第3の態様に係る非接触給電方法は、(a)給電コイルの駆動回路から給電コイルに、交流電流よりも高周波の電流を流して、給電コイルに供給された電力を測定するステップと、(b)駆動回路に含まれたスイッチング素子のゲートに入力される駆動信号の最適周波数を、測定された電力を用いて伝送効率−周波数曲線上で探索するステップと、(c)最適周波数で駆動信号を生成してスイッチング素子を駆動するステップと、を含むことを要旨とする。 A third aspect of the present invention has a power receiving coil, converts the electric power input from the power receiving coil to generate an alternating current, and supplies the alternating current to an alternating current load. The present invention relates to a non-contact power feeding method of non-contactly supplying power of a higher frequency than an alternating current from a power feeding coil. That is, in the contactless power feeding method according to the third aspect of the present invention, (a) a current having a higher frequency than an alternating current is passed from the driving circuit of the power feeding coil to the power feeding coil, and the power supplied to the power feeding coil is measured. And (b) searching the optimum frequency of the drive signal input to the gate of the switching element included in the drive circuit on the transmission efficiency-frequency curve using the measured power, and (c) Generating a drive signal at an optimum frequency to drive the switching element.
本発明に係る非接触給電システム、この非接触給電システムに用いる送電ユニット及びこれらを用いた非接触給電方法によれば、交流負荷のインピーダンスが急激に変動しても、送電ユニットの回路素子の保護と高い伝送効率とをバランスよく両立することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to the non-contact electric power feeding system which concerns on this invention, the power transmission unit used for this non-contact electric power feeding system, and the non-contact electric power feeding method using these, even if the impedance of an alternating current load changes rapidly, the circuit element of a power transmission unit is protected. And high transmission efficiency can be achieved in a well-balanced manner.
次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各部材の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。 Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. However, it should be noted that the drawings are schematic and the relationship between the thickness and the plane dimension, the ratio of the thickness of each member, and the like are different from the actual ones. Therefore, the specific thickness and dimensions should be determined in consideration of the following description. In addition, it is needless to say that dimensional relationships and ratios are different between drawings.
又、以下に示す実施の形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。更に、以下の説明における「左右」や「上下」の方向は、単に説明の便宜上の定義であって、本発明の技術的思想を限定するものではない。よって、例えば、紙面を90度回転すれば「左右」と「上下」とは交換して読まれ、紙面を180度回転すれば「左」が「右」に、「右」が「左」になることは勿論である。 Further, the embodiments described below exemplify an apparatus and a method for embodying the technical idea of the present invention, and the technical idea of the present invention includes the material, shape, structure, The layout is not specified as below. Various changes can be added to the technical idea of the present invention within the technical scope defined by the claims described in the claims. Furthermore, the directions of “left and right” and “up and down” in the following description are merely definitions for convenience of description, and do not limit the technical idea of the present invention. Therefore, for example, if the paper surface is rotated 90 degrees, "left and right" and "up and down" are read interchangeably, and if the paper surface is rotated 180 degrees, "left" becomes "right" and "right" becomes "left". Of course,
<送電ユニット及び非接触給電システムの構造>
本発明の実施の形態に係る非接触給電システムは、図1に示すように、給電コイルL1を有する送電ユニット1aと、受電コイルL2を有し商用周波数の電力を誘導性負荷X等の交流負荷に出力する受電ユニット2とを備える。給電コイルL1から受電コイルL2へ、高周波の電力が非接触で供給される。高周波の周波数は伝送効率を考慮すると10kHz以上、より好ましくは30kHz以上、更に好ましくは450kHz〜100kHz程度が望まれる。高周波の周波数が100kHz以上でも良い。受電ユニット2が出力する交流の周波数は商用周波数に限定されるものではなく、給電コイルL1から受電コイルL2へ送信される高周波よりも低周波の種々の周波数の交流出力を出力してもよい。
<Structure of power transmission unit and contactless power supply system>
As shown in FIG. 1, a contactless power feeding system according to an embodiment of the present invention includes a
給電コイルL1は、渦巻き円板状に構成され図示を省略したプラスチック等の誘電体からなる収納ボックスに納められている。そして、収納ボックスに納められた給電コイルL1の近傍に、給電コイルL1と間隔dを空けて対向するように非接触で、渦巻き円板状の受電コイルL2が配置されている。受電コイルL2も誘電体からなる収納ボックスに納められている。 The power feeding coil L1 is housed in a storage box, which is formed in a spiral disc shape and is made of a dielectric material such as plastic (not shown). In the vicinity of the power feeding coil L1 housed in the storage box, a spiral disk-shaped power receiving coil L2 is arranged in non-contact with the power feeding coil L1 so as to face the power feeding coil L1 with a space d therebetween. The power receiving coil L2 is also housed in a storage box made of a dielectric material.
給電コイルL1及び受電コイルL2の間隔dは、0.8cm程度〜1.2cm程度に近接して配置され、給電コイルL1と受電コイルL2とが密結合をなしている。給電コイルL1に流れる高周波電流Iを1次電流として、受電コイルL2には電磁誘導により起電力が生じ、高周波の電力が非接触で伝送されることになる。受電コイルL2に供給された高周波の電力により、受電ユニット2が商用周波数の電力を出力し、誘導性負荷Xが駆動される。
The distance d between the power feeding coil L1 and the power receiving coil L2 is arranged in the vicinity of about 0.8 cm to 1.2 cm, and the power feeding coil L1 and the power receiving coil L2 are tightly coupled. With the high frequency current I flowing through the power feeding coil L1 as the primary current, electromotive force is generated in the power receiving coil L2 by electromagnetic induction, and high frequency power is transmitted in a contactless manner. The high-frequency power supplied to the power receiving coil L2 causes the power receiving
図1に例示した構成では、本発明の実施の形態に係る送電ユニット1aは、ハイサイドスイッチング素子QH1及びロウサイドスイッチング素子QL1等の回路素子で構成され給電コイルL1に電流を流す駆動回路14と、給電コイルL1に供給された電力を測定する電力監視装置16と、ハイサイドスイッチング素子QH1及びロウサイドスイッチング素子QL1のゲートに駆動信号を供給する駆動信号生成回路13と、駆動回路14及び駆動信号生成回路13に直流電源電圧を供給する整流回路12と、電力監視装置16の出力を用いて駆動信号生成回路13の周波数を決定し、駆動信号生成回路13を制御する周波数制御回路17と、を備える。
In the configuration illustrated in FIG. 1, the
図1に例示したように、送電ユニット1aの回路素子となる、駆動回路14のハイサイドスイッチング素子QH1及びロウサイドスイッチング素子QL1等は、例えば絶縁ゲート型電界効果トランジスタ(MOSFET)等で構成できるが、MOSFETに限定されるものではなく、より一般的なMISFETやIGBT或いは静電誘導トランジスタ(SIT)や静電誘導サイリスタ等でも構成できる。図1では、ハイサイドスイッチング素子QH1は、pチャネルMOSFETであり、ロウサイドスイッチング素子QL1はnチャネルMOSFETである。ハイサイドスイッチング素子QH1のドレイン及びロウサイドスイッチング素子QL1のドレインは接続されインバーター回路が構成されている。
As illustrated in FIG. 1, the circuit elements of the
周波数制御回路17は、電力監視装置16からの出力を用いて伝送効率−周波数曲線(η−fe曲線)上で最適周波数を探索し、この最適周波数によって駆動信号の周波数を決定し、駆動信号生成回路13を制御する。整流回路12は、接続端子11を介して外部の電源に接続される。接続端子11は、電源としての100V又は200V等の電圧で、50Hz又は60Hzの商用の交流電源が供給される。
The
また受電コイルL2には、図2に示すように、整流回路22、駆動信号生成回路23及び駆動回路24を有する受電装置20が接続されている。受電コイルL2及び受電装置20は、本発明の実施の形態に係る送電ユニット1aと対になる受電ユニット2を構成する。また受電ユニット2の駆動回路24からは交流電力が出力され、駆動回路24には誘導性負荷Xが接続され、誘導性負荷Xに交流電流が流れる。受電ユニット2側は商用周波数の回路であるため、誘導性負荷Xにインピーダンス変化が発生した場合でも、di/dtが小さく、経験上、駆動回路24を構成しているスイッチング素子の破壊は殆どない。
Further, as shown in FIG. 2, the
送電ユニット1aの整流回路12は、直列に接続された第1のダイオードD1及び第2のダイオードD2と、直列に接続された第1のコンデンサC1及び第2のコンデンサC2と、が互いに並列に接続されて構成されている。
接続端子11から延びる2本の端子のうち、一方の端子は接地され、他方の端子は第1のダイオードD1及び第2のダイオードD2の中間点に接続されている。また第1のコンデンサC1及び第2のコンデンサC2の中間点は接地されている。整流回路12は、接続端子11を介して入力された高周波電圧Vを、例えば110V程度の直流電圧に変換して駆動回路14に出力する。
In the
Of the two terminals extending from the
ハイサイドスイッチング素子QH1のソースは、整流回路12の第1のダイオードD1及び第1のコンデンサC1の中間点に接続されている。またロウサイドスイッチング素子QL1のソースは、整流回路12の第2のダイオードD2及び第2のコンデンサC2の中間点に接続されている。
駆動信号生成回路13は、駆動回路14のハイサイドスイッチング素子QH1及びロウサイドスイッチング素子QL1のそれぞれのゲートに接続されている。また図示を省略しているが、駆動信号生成回路13は、整流回路12が出力する直流電圧を用いて駆動信号を生成するように構成されている。
The source of the high side switching element Q H1 is connected to an intermediate point between the first diode D1 and the first capacitor C1 of the
The drive
駆動信号生成回路13は、例えばピーク電圧が15V程度の高周波信号である駆動信号をそれぞれ生成し、生成した駆動信号をハイサイドスイッチング素子QH1及びロウサイドスイッチング素子QL1のそれぞれのゲートに出力する。
駆動信号生成回路13からの駆動信号が駆動回路14に入力されることにより、駆動回路14をなすハイサイドスイッチング素子QH1及びロウサイドスイッチング素子QL1のそれぞれのゲートのオン/オフが切り替わり、第1のp型スイッチング素子PMOS1のドレイン及び第1のn型スイッチング素子NMOS1のソースの中間点から、図9(a)に示すような高周波の矩形パルス電圧が出力される。
The drive
By inputting the drive signal from the drive
ハイサイドスイッチング素子QH1のドレイン及びロウサイドスイッチング素子QL1のドレインの中間点には、給電コイルL1の一端が接続され出力ノードを構成している。給電コイルL1の他端は接地されている。よってハイサイドスイッチング素子QH1のドレイン及びロウサイドスイッチング素子QL1のドレインの中間点から給電コイルL1に高周波電圧Vが出力されると、給電コイルL1に高周波電流Iが流れる。 One end of the feeding coil L1 is connected to an intermediate point between the drain of the high-side switching element Q H1 and the drain of the low-side switching element QL1 to form an output node. The other end of the power feeding coil L1 is grounded. Therefore the high frequency voltage V is outputted from the midpoint of the drain of the drain and low-side switching element Q L1 of the high-side switching element Q H1 the feeding coil L1, the high-frequency current I flows in the feeding coil L1.
電力監視装置16は、給電コイルL1に入力される高周波電圧V及び給電コイルL1に流れる高周波電流Iを経時的に測定し、測定した高周波電圧V及び高周波電流Iの値を、周波数制御回路17に出力する。
周波数制御回路17は、図3に示すように、効率依拠周波数演算部17a、出力電力取得部17b、伝送電力判定部17c、保護周波数演算部17d、最適周波数設定部17e及び電圧比較部17fを有する。周波数制御回路17は、CPU、RAM、ROMメモリ及びI/O回路などを有するマイクロプロセッサ等で構成できる。
The
As shown in FIG. 3, the
効率依拠周波数演算部17aは、図6に示すような、予め求められたη−fe曲線上において、効率の点から、後述する伝送電力制御モードの処理における効率依拠周波数feの最初の値を設定すると共に、高周波電圧Vの大きさに応じて効率依拠周波数feを変化させる演算処理を行う。
出力電力取得部17bは、電力監視装置16から入力された高周波電圧V及び高周波電流Iの値の積を求めて給電コイルL1における1次電力Pを算出し取得する。伝送電力判定部17cは、伝送電力制御処理モードの処理において、変化させた効率依拠周波数feにより、伝送電力が増加するかどうかを判定する。
The efficiency-dependent
The output
保護周波数演算部17dは、算出された1次電力Pを用いて、受電ユニット2側の誘導性負荷Xのインピーダンスの変化によって、図9(a)に示されるようなスパイクノイズが誘導性負荷X側から逆流して重畳され、駆動回路14が破壊されることを保護し、安全、且つ、安定的な電力を給電コイルL1に出力するための周波数である保護周波数fpを、高周波電圧Vの大きさに応じて算出する。
The protection
最適周波数設定部17eは、効率依拠周波数fe及び保護周波数fpを用いて、伝送効率の向上と駆動回路14の保護とをバランスよく両立させる周波数である最適周波数fvを設定し、設定した最適周波数fvを駆動信号生成回路13に出力する。駆動信号生成回路13は、入力された最適周波数fvを駆動信号として生成し、駆動回路14のハイサイドスイッチング素子QH1及びロウサイドスイッチング素子QL1のゲートにそれぞれ出力する。
The optimum
また周波数制御回路17には、図示を省略する記憶装置が接続されている。この記憶装置には、予め求められている図6に示すようなη−fe曲線のデータと、効率依拠周波数feに設定される初期値f0が格納されている。初期値f0は、誘導性負荷Xに応じて、駆動回路14の破壊が確実に防止されるように考慮して、測定やシミュレーション等により算出された値が設定されている。
Further, a storage device (not shown) is connected to the
またこの記憶装置には、出力電圧及び保護周波数に関し、誘導性負荷Xのインピーダンス特性に応じて予め求められた、図8に示すような破壊電圧−周波数曲線(V−fv曲線)のデータも格納されている。尚、η−fe曲線及びV−fv曲線は、給電処理中にインシツ(in−situ)にリアルタイムで作成して格納することもできる。
またこの記憶装置には、効率依拠周波数feの値を変化させる処理で用いるために設定された変化量Δfeが格納されている。また誘導性負荷側の急激な負荷変動が、図9(a)に示すように給電コイルL1に発生させる大きなスパイク電圧によって、駆動回路14が破壊されることを防止するために、誘導性負荷Xのインピーダンス特性に応じて設定された破壊閾値電圧Vthが格納されている。
Further, in this storage device, the data of the breakdown voltage-frequency curve ( Vfv curve) as shown in FIG. 8 which is obtained in advance in accordance with the impedance characteristic of the inductive load X regarding the output voltage and the protection frequency is also stored . It is stored. Incidentally, eta-f e curve and V-f v curve can also create and store in real time situ (in-situ) during the feeding process.
The storage device also stores the amount of change Δf e set for use in the process of changing the value of the efficiency-based frequency f e . Further, in order to prevent the sudden load fluctuation on the inductive load side from destroying the
例えば、AGV内に搭載する部品等の受け渡しに用いるコンベヤのモータを誘導性負荷Xとした場合、誘導性負荷Xを駆動するためには、例えばAC100Vの商用電源を用いて、1次側の送電ユニット1aから、モータに接続された2次側の受電ユニット2に高周波の電力が電磁誘導方式で給電される。
しかし例えばAGVのバッテリを非接触で給電する場合、受電ユニット2側では、誘導性負荷Xとしてのモータの起動時や、コンベヤが一時停止となった場合などにおいて、瞬間的に定格負荷の数倍以上の大きな電流が必要となる。この大電流を賄うために1次側から大きな電圧が出力されるように、送電ユニット1aの駆動回路14を駆動する駆動信号の周波数を変化させると、2次側の商用周波数と異なり高周波の電力を扱う1次側ではノイズの影響が著しく大きくなりため、駆動回路14のハイサイドスイッチング素子QH1及びロウサイドスイッチング素子QL1が耐え切れず焼損してしまう。
For example, when the inductive load X is a motor of a conveyor used for transferring components mounted in the AGV, in order to drive the inductive load X, for example, a commercial power supply of AC100V is used to transmit power to the primary side. High-frequency electric power is supplied from the
However, for example, in the case of non-contact power supply to an AGV battery, on the
特に、受電ユニット2に接続される負荷が、モータ等の誘導性負荷(インダクタンス負荷)Xである場合、負荷変動によって駆動回路14に図9(a)に示すような急峻なスパイク状の電圧が発生し、駆動回路14のハイサイドスイッチング素子QH1及びロウサイドスイッチング素子QL1が破壊されるおそれが一層大きくなる。しかし、これに対して駆動回路14を保護するように駆動信号の周波数を変化させると、受電ユニット2側への伝送効率が大きく低下してしまう場合がある。すなわち急激に変動する誘導性負荷Xに非接触で給電する場合、送電ユニット1a側の駆動回路14を駆動する駆動信号においては、最大の伝送効率を導く効率依拠周波数feと、駆動回路14のハイサイドスイッチング素子QH1及びロウサイドスイッチング素子QL1を破壊から保護するために設定される保護周波数fpとは必ずしも一致しない。周波数制御回路17は図4に示すようなフローチャートを用いて、この問題を解決する。
In particular, when the load connected to the
<送電ユニットの動作>
本発明の実施の形態に係る送電ユニット1aでは、図4に示すように、ステップS1において、周波数制御回路17により、保護周波数fpに一定の値が設定されているかどうかを判定する。
保護周波数fpに一定の値が設定されていない場合、例えば誘導性負荷Xへの給電開始後の最初の処理であって、保護周波数fpとして何も値が入力されていない場合には、ステップS2に移行する。一方、保護周波数fpに一定の値が設定されている場合、例えば、後述する保護周波数算出モードの処理を既に実行し、一定の保護周波数fpの値が設定されている場合には、ステップS3に移行する。
<Operation of power transmission unit>
In the
When a fixed value is not set for the protection frequency f p , for example, the first process after the start of power supply to the inductive load X and no value is input as the protection frequency f p , Control goes to step S2. On the other hand, when a constant value is set for the protection frequency f p , for example, when the process of the protection frequency calculation mode described later has already been executed and the value of the constant protection frequency f p is set, Go to S3.
次にステップS2において、周波数制御回路17の効率依拠周波数演算部17aにより、効率依拠周波数feに、記憶装置に格納されている初期値f0の値を設定して、ステップS4に移行する。一方、ステップS3においては、効率依拠周波数演算部17aにより、効率依拠周波数feに、既に設定されている保護周波数fpの値を設定して、ステップS4に移行する。
Next, in step S2, the efficiency-dependent
(伝送電力制御モード)
次にステップS4において、周波数制御回路17により伝送電力制御モードの処理を実行する。具体的には、まず図5に示すように、ステップS41において、周波数制御回路17の出力電力取得部17bにより、駆動回路14から給電コイルL1に出力される高周波電圧V及び高周波電流Iからなる1次電力を、電力監視装置16を介して取得する。
(Transmission power control mode)
Next, in step S4, the
次にステップS42において、周波数制御回路17の効率依拠周波数演算部17aにより、取得した1次電力に応じて効率依拠周波数feの値を、図6に示すη−fe曲線上で変化させる。そして取得した伝送効率ηが最大伝送効率η01と一致しない場合、伝送効率ηが最大伝送効率η01に近づくように、現在の効率依拠周波数fe(i)の値に設定された微小な変化量Δfeを加算又は減算して、現在の効率依拠周波数fe(i)の値を変化させる。
Next, in step S42, the efficiency-dependent
図6中には、現在の効率依拠周波数feが最大伝送効率η01に対応する最大効率周波数fe01よりも低いため、最大効率周波数fe01に向かって伝送効率ηの値が増加するように、現在の効率依拠周波数fe(i)に変化量Δfeを加えて変化させた状態が例示されている。一方、現在の効率依拠周波数fe(i)が最大伝送効率η01に対応する最大効率周波数fe01よりも高い場合には、最大効率周波数fe01に向かって伝送効率ηの値が減少するように、現在の効率依拠周波数fe(i)から変化量Δfeを減じて変化させる。 In FIG. 6, since the current efficiency-dependent frequency f e is lower than the maximum efficiency frequency f e01 corresponding to the maximum transmission efficiency η 01 , the value of the transmission efficiency η increases toward the maximum efficiency frequency f e01. , A state in which a change amount Δf e is added to the current efficiency-dependent frequency f e (i) to change the frequency is illustrated. On the other hand, when the current efficiency-dependent frequency f e (i) is higher than the maximum efficiency frequency f e01 corresponding to the maximum transmission efficiency η 01 , the value of the transmission efficiency η decreases toward the maximum efficiency frequency f e01. In addition, the change amount Δf e is subtracted from the current efficiency-based frequency f e (i) to change the frequency.
すなわち、i回目の効率依拠周波数feの値を変化させる処理は、変化量Δfeの値が、正負両方の値で設定され得るとして、式(1)で一般化して表される:
fe(i+1)=fe(i)+Δfe ………(1)
次にステップS43において、出力電力取得部17bにより、給電コイルL1に出力される高周波電圧V及び高周波電流Iからなる1次電力を、再度取得する。
That is, the process of changing the value of the efficiency-dependent frequency f e at the i-th time is generalized by Expression (1), assuming that the value of the change amount Δf e can be set to both positive and negative values:
f e (i + 1) = f e (i) + Δf e ......... (1)
Next, in step S43, the output
次にステップS44において、周波数制御回路17の伝送電力判定部17cにより、ステップS43で取得した1次電力が、i回目の効率依拠周波数feの値を変化させる直前に取得した1次電力より増加して、伝送効率ηが向上したかどうかを比較する。
1次電力が増加した場合には、直前のi回目の効率依拠周波数fe(i)の値の変化が適切であると判定し、ステップS42に移行して以降の処理を繰り返し、更に伝送効率ηの向上を図る。
Next, in step S44, the transmission power determination unit 17c of the
When the primary power increases, it is determined that the change in the value of the efficiency-dependent frequency f e (i) at the i-th time immediately before is appropriate, the process proceeds to step S42, and the subsequent processes are repeated to further improve the transmission efficiency. Improve η.
一方、増加しなかった場合には、直前のi回目の効率依拠周波数fe(i)の値の変化が不適切で伝送効率ηが増加しなかった判定し、更に(i−1)回目の効率依拠周波数feの値の変化が適切であると判定し、ステップS45に移行する。
次にステップS45において、周波数制御回路17の最適周波数設定部17eにより、現在の最適周波数fv(j)の値として効率依拠周波数fe(i―1)の値を設定する。そして伝送電力制御モードの処理を終了して、図4中のステップS5に移行する。
On the other hand, if it does not increase, it is determined that the change in the value of the efficiency-dependent frequency f e (i) at the i-th time immediately before is inappropriate and the transmission efficiency η does not increase, and then the (i-1) -th time It is determined that the change in the value of the efficiency-based frequency fe is appropriate, and the process proceeds to step S45.
Next, in step S45, the optimum
次にステップS5において、周波数制御回路17により、保護周波数算出モードの処理を実行するかどうかを判定する。保護周波数算出モードの処理は、ステップS4における伝送電力制御モードの処理の実行の都度、伝送電力制御モードの処理に伴って実行してもよいし、伝送電力制御モードの処理を所定の回数実行した後、1回実行するように、間隔を空けて定期的に実行してもよい。又は、非接触給電システムの管理者が所望のタイミングで実行できるように構成してもよい。
そのため、保護周波数算出モードの処理を直ぐに実行せず後で実行する場合にはステップS4に移行し、伝送電力制御モードの処理を再度実行する。一方、保護周波数算出モードの処理を直ぐに実行する場合にはステップS6に移行し、保護周波数算出モードの処理を開始する。
Next, in step S5, the
Therefore, when the process of the protection frequency calculation mode is not executed immediately but is executed later, the process proceeds to step S4 and the process of the transmission power control mode is executed again. On the other hand, if the protection frequency calculation mode process is to be executed immediately, the process proceeds to step S6 to start the protection frequency calculation mode process.
(保護周波数算出モード)
まず、図7のステップS51において、周波数制御回路17の保護周波数演算部17dにより、保護周波数fpの値として、伝送電力制御モードの処理で設定された現在の最適周波数fv(j)の値を入力する。
次にステップS52において、出力電力取得部17bにより、給電コイルL1に出力される高周波電圧V及び高周波電流Iからなる1次電力を取得する。
(Protection frequency calculation mode)
First, in step S51 of FIG. 7, the protection
Next, in step S52, the output
次にステップS53において、電圧比較部17fにより、給電コイルL1に出力されている現在の高周波電圧Vの値と、記憶装置に格納されている破壊閾値電圧Vthの値とを比較する。高周波電圧Vが破壊閾値電圧Vth以上であると判定した場合、ステップS54に移行する。一方、高周波電圧Vが破壊閾値電圧Vth未満であると判定した場合には、保護周波数算出モードの処理を終了して、図4中のステップS7に移行する。
Next, in step S53, the
先行するステップS53において高周波電圧Vが破壊閾値電圧Vth以上であると判定した場合、ステップS54において、周波数制御回路17の保護周波数演算部17dにより、保護周波数fpの値を変化させる。具体的には、図8に示すようなV−fp曲線を用いて、現在の保護周波数fpの値であるfv(j)に対応する高周波電圧Vが最小電圧Vp02に近づくように、現在の保護周波数fpの値に設定された微小な変化量Δfpを加算又は減算して、保護周波数fpの値を変化させる。
When it is determined in the preceding step S53 that the high frequency voltage V is equal to or higher than the breakdown threshold voltage V th , the protection
すなわち保護周波数fpの値を変化させる処理は、変化量Δfpの値が、正負両方の値で設定され得るとして、式(2)で一般化して表される:
fp=fv(j)+Δfp ………(2)
ハイサイドスイッチング素子QH1及びロウサイドスイッチング素子QL1を破壊から保護可能な高周波電圧Vと保護周波数fpとの関係は、誘導性負荷Xのインピーダンス特性によって、種々のタイプが存在する。図8中には、保護周波数fpが高くなるに従って高周波電圧Vが漸減するパターンAと、保護周波数fpが高くなるに従って高周波電圧Vが漸増するパターンBと、保護周波数fpが高くなるに従って高周波電圧Vが漸減して最小電圧Vp02に至り、その後、漸増するパターンCと、の3つの主要なパターンが例示されている。以下の本発明の実施の形態に係る送電ユニットの動作においては、便宜上、パターンCの場合を用いて説明する。
That is, the process of changing the value of the protection frequency f p is generalized to Expression (2), assuming that the value of the change amount Δf p can be set to both positive and negative values:
f p = f v (j) + Δf p (2)
There are various types of relationships between the high-frequency voltage V that can protect the high-side switching element Q H1 and the low-side switching element QL1 from destruction and the protection frequency f p , depending on the impedance characteristics of the inductive load X. In the figure 8, the pattern A high-frequency voltage V is gradually reduced according to the protection frequency f p is increased, the pattern B a high frequency voltage V is gradually increased according to the protection frequency f p is high, according to the protection frequency f p becomes higher There are illustrated three main patterns, that is, the pattern C in which the high frequency voltage V gradually decreases to the minimum voltage V p02 and then gradually increases. In the following operation of the power transmission unit according to the embodiment of the present invention, the case of pattern C will be used for convenience of description.
図8に示すように、現在の保護周波数fpの値fv(j)は最大保護周波数fp02より高く、且つ、破壊閾値電圧Vthよりも高い。そのため、現在の保護周波数fpの値fv(j)が破壊閾値電圧Vth未満になるように、現在の保護周波数fpの値fv(j)から変化量Δfpを減じて、最大保護周波数fp02に向かって値が減少するように変化させる。この変化量Δfpは、現在の保護周波数fpの値fv(j)から破壊閾値電圧Vthを減じた値を用いて算出することができる。 As shown in FIG. 8, the current protection frequency f p values f v (j) is higher than the maximum protection frequency f p02, and higher than the breakdown threshold voltage V th. Therefore, as current protection frequency f p values f v (j) is less than breakdown threshold voltage V th, by subtracting the amount of change Delta] f p from the current protected frequency f p values f v (j), the maximum The value is changed so as to decrease toward the protection frequency f p02 . The change amount Δf p can be calculated using a value obtained by subtracting the breakdown threshold voltage V th from the current value f v (j) of the protection frequency f p .
一方、パターンCにおいて、現在の保護周波数fpの値fv(j)が、最大保護周波数fp02より低く、且つ、破壊閾値電圧Vthよりも低い場合には、現在の保護周波数fpの値fv(j)が破壊閾値電圧Vth未満になるように、現在の保護周波数fpの値fv(j)に変化量Δfpを加えて、最大保護周波数fp02に向かって値が増加するように変化させる。このときの変化量Δfpは、破壊閾値電圧Vthから現在の保護周波数fpの値fv(j)を減じた値を用いて算出することができる。 On the other hand, in the pattern C, when the value f v (j) of the current protection frequency f p is lower than the maximum protection frequency f p02 and lower than the breakdown threshold voltage V th , the current protection frequency f p as the value f v (j) is less than breakdown threshold voltage V th, by adding the amount of change Delta] f p of the current protection frequency f p values f v (j), the value toward the maximum protection frequency f p02 Change to increase. The change amount Δf p at this time can be calculated using a value obtained by subtracting the value f v (j) of the current protection frequency f p from the breakdown threshold voltage V th .
そして保護周波数fpの値を更新した後、保護周波数算出モードの処理を終了して、図4中のステップS7に移行する。尚、他のパターンA及びパターンBの場合であっても、上記したパターンCの場合と同様に、現在の保護周波数fpの値fv(j)が破壊閾値電圧Vth未満になるように、適宜変化させればよい。
次にステップS7において、周波数制御回路17により、駆動信号生成回路13に生成させる駆動信号の最終的な最適周波数fvlastとして、更新した保護周波数fpの値を入力して設定する。
Then, after updating the value of the protection frequency f p , the process of the protection frequency calculation mode is ended, and the process proceeds to step S7 in FIG. Even in the case of the other patterns A and B, as in the case of the above-described pattern C, the current value f v (j) of the protection frequency f p is set to be less than the breakdown threshold voltage V th. , May be changed appropriately.
Next, in step S7, the
次にステップS8において、周波数制御回路17により、伝送電力制御モードの処理を実行するかどうかを判定する。伝送電力制御モードの処理を実行する場合、ステップS1に移行して、以降の処理を適宜繰り返し、最適周波数fvlastを更新する。一方、伝送電力制御モードの処理を実行しない場合、本発明の実施の形態に係る送電ユニット1aの一連の処理を終了する。そして周波数制御回路17は、最適周波数fvlastを駆動信号生成回路13に出力する。この一連の処理を給電中に逐次行うことにより、給電コイルL1から受電コイルL2に伝送される高周波電力が、受電ユニット2の出力側の負荷変動に応じて最適化される。
Next, in step S8, the
本発明の実施の形態に係る非接触給電システムによれば、伝送電力制御モードの処理及び保護周波数算出モードの処理を適宜組み合わせて、給電コイルL1へ出力される高周波電圧の状態に応じて最適周波数fvを逐次変化させて更新し、更新した最適周波数fvlastで駆動回路14を駆動して、給電コイルL1に出力する高周波電力を変化させる処理を繰り返す。
According to the contactless power supply system of the embodiment of the present invention, the process of the transmission power control mode and the process of the protection frequency calculation mode are appropriately combined, and the optimum frequency is output according to the state of the high frequency voltage output to the power supply coil L1. f v is sequentially changed and updated, the driving
そのため、受電ユニット2がモータ等の誘導性負荷Xへの商用周波数の電力の給電中に、誘導性負荷Xの起動や停止といった負荷のインピーダンス変動、あるいはAGV等における積載物の有無等による負荷のインピーダンス変動が生じ、この負荷のインピーダンス変動に伴って図9(a)に示すように給電コイルL1への高周波出力電圧にスパイク状の電圧が逆流し、重畳される場合であっても、周波数制御回路17が最適周波数fvを変化させて出力電圧を調整し、伝送効率ηが最適となるように周波数の値を変化させているので、逆起電力によるスパイク電圧の影響を速やかに緩和できる。よって送電ユニット1aの回路の保護と高い伝送効率とをバランスよく両立して、給電することができる。
Therefore, while the
すなわち本発明の実施の形態に係る非接触給電システムにおいては、送電ユニット1aは、誘導性負荷Xの負荷のインピーダンス変動が生じても、大きな高周波電力を非接触で安定して伝送できる。
図9(a)は、誘導性負荷Xとして扇風機を用いて、扇風機による交流負荷を変動させつつ最適周波数fvを変化させて、誘導性負荷Xに商用周波数の給電を行った時の、オシロスコープで観測した、給電コイルL1の両端の電圧波形である。また図9(b)は受電ユニット2側の受電コイルL2の両端の電圧波形である。AC100Vで50Hzの商用電源を接続端子11に供給し、給電コイルL1の両端に約80Vの高周波電圧Vを出力した。
That is, in the contactless power supply system according to the embodiment of the present invention,
FIG. 9A shows an oscilloscope when a fan is used as the inductive load X, the optimum frequency f v is changed while varying the AC load by the fan, and the inductive load X is supplied with the commercial frequency. It is a voltage waveform of the both ends of the feeding coil L1 observed in FIG. Further, FIG. 9B is a voltage waveform across the power receiving coil L2 on the
図9(a)に示すように、高周波を出力する給電コイルL1の波形には、負荷のインピーダンス変動によって生じたdi/dtの大きなノイズが多重反射し、複数のスパイク成分が重畳されている。図9(b)に示すように、受電コイルL2の波形にはノイズの影響が比較的小さいので、受電コイルL2から誘導性負荷Xを見た伝送線路の特性インピーダンスのマッチングよりも、給電コイルL1から受電コイルL2を見た伝送線路の特性インピーダンスのミスマッチングの方が大きいことがわかる。 As shown in FIG. 9A, in the waveform of the power feeding coil L1 that outputs a high frequency, a large noise of di / dt caused by the impedance variation of the load is multiply reflected and a plurality of spike components are superimposed. As shown in FIG. 9B, the influence of noise on the waveform of the power receiving coil L2 is relatively small. Therefore, rather than matching the characteristic impedance of the transmission line when the inductive load X is seen from the power receiving coil L2, the power feeding coil L1 From the figure, it can be seen that the mismatch of the characteristic impedance of the transmission line when looking at the power receiving coil L2 is larger.
受電ユニット2側は商用周波数であるため、di/dtが小さく、受電コイルL2から誘導性負荷Xを見た伝送線路の特性インピーダンスのマッチングが比較的よく、受電コイルL2の波形には、逆流成分(反射成分)であるノイズの影響が比較的小さいことが分かる。そして、図9(a)及び(b)の測定の際の駆動信号の最適周波数fvは約45kHzであった。一方、最適周波数fvを45kHzから外して変化させた場合、給電コイルL1の高周波波形に重畳するスパイクノイズが急激に増加して、駆動回路14のハイサイドスイッチング素子QH1及びロウサイドスイッチング素子QL1が破壊された。既に述べたとおり、受電ユニット2は商用周波数の回路であるため、誘導性負荷Xにインピーダンス変化が発生した場合でも、di/dtが小さく、経験上、駆動回路24を構成しているスイッチング素子の破壊は殆どない。
Since the
(その他の実施の形態)
本発明は上記のとおり開示した実施の形態によって説明したが、この開示の一部をなす論述及び図面は、本発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかになると考えられるべきである。
(Other embodiments)
Although the present invention has been described by the embodiments disclosed above, it should not be understood that the descriptions and drawings forming a part of this disclosure limit the present invention. From this disclosure, it should be considered that various alternative embodiments, examples, and operation techniques will be apparent to those skilled in the art.
(第1変形例)
図1に示した送電ユニット1aにおいては、pチャネルMOSFETをハイサイドスイッチング素子QH1、nチャネルMOSFETをロウサイドスイッチング素子QL1として用いて駆動回路14を構成したが、これに限定されず、例えば図10に示すように、nチャネルMOSFETのみを用いてハイサイドスイッチング素子QH2及びロウサイドスイッチング素子QL2を構成することもできる。
(First modification)
In the
第1変形例に係る送電ユニット1bにおける駆動回路14aは、ハイサイドスイッチング素子QH2及びロウサイドスイッチング素子QL2を接続してインバーター回路が構成されている。
また駆動信号生成回路13は、ハイサイドスイッチング素子QH2及びロウサイドスイッチング素子QL2のそれぞれのゲートのオン/オフをそれぞれ切り換えて、給電コイルL1に高周波電圧Vを出力するようにハイサイドスイッチング素子QH2及びロウサイドスイッチング素子QL2のそれぞれのゲートに駆動信号を出力する。
Drive
Further, the drive
第1変形例に係る送電ユニット1bにおける駆動回路14a以外の構造及び動作については、図1に示した送電ユニット1aにおいて同一又は類似の名称及び符号を付したそれぞれの装置と等価であるため、重複説明を省略する。第1変形例に係る送電ユニット1bによれば、本発明の実施の形態に係る送電ユニット1aと同様に、交流負荷のインピーダンスが急激に変動しても、送電側の駆動回路14aの保護と高い伝送効率とをバランスよく両立することができる。
The structure and operation of the
(第2変形例)
また例えば図11に示すように、pチャネルMOSFET及びnチャネルMOSFETの両方をそれぞれ2個ずつ用いて駆動回路14bを構成することもできる。第2変形例に係る送電ユニットは、図1に示した本発明の実施の形態に係る送電ユニット1aと、整流回路12及び駆動回路14bの構造が異なる。
(Second modified example)
Further, for example, as shown in FIG. 11, the
第2変形例に係る送電ユニットにおける駆動回路14bは、ハイサイドスイッチング素子QH3a、ハイサイドスイッチング素子QH3b、ロウサイドスイッチング素子QL3a及びロウサイドスイッチング素子QL3bをHブリッジ形に接続して構成されているハイサイドスイッチング素子QH3a及びハイサイドスイッチング素子QH3bはpチャネルMOSFETで、またロウサイドスイッチング素子QL3a及びロウサイドスイッチング素子QL3bはnチャネルMOSFETである。
Driving
駆動回路14bのブリッジの位置には給電コイルL1が接続され、駆動回路14bから高周波電圧Vが入力される。また給電コイルL1には電力監視装置16が接続されている。尚、図11中では、紙面の寸法の都合上、受電コイルL2に接続される受電装置及び誘導性負荷の図示を省略する。
また第2変形例に係る送電ユニットにおいては、整流回路12は、直列に接続された第1のダイオードD1及び第2のダイオードD2と、直列に接続された第3のダイオードD3及び第4のダイオードD4と、第3のコンデンサC3と、が互いに並列に接続されて構成されている。
The feeding coil L1 is connected to the position of the bridge of the
Further, in the power transmission unit according to the second modification, the
そして接続端子11から延びる2本の端子のうち、一方の端子は第1のダイオードD1及び第2のダイオードD2の中間点に接続されている。また他方の端子は第3のダイオードD3及び第4のダイオードD4の中間点に接続されている。整流回路12は、接続端子11を介して入力された高周波電圧Vを直流電圧に変換して、駆動回路14bに出力する。
One of the two terminals extending from the
また第2変形例に係る送電ユニットにおいては、第1の駆動信号生成回路13a及び第2の駆動信号生成回路13bが設けられている。第1の駆動信号生成回路13aは、Hブリッジの一方の直列回路をなすハイサイドスイッチング素子QH3a及びロウサイドスイッチング素子QL3aのそれぞれのゲートに接続されている。第2の駆動信号生成回路13bは、Hブリッジの他方の直列回路をなすハイサイドスイッチング素子QH3b及びロウサイドスイッチング素子QL3bのそれぞれのゲートに接続されている。
Further, the power transmission unit according to the second modified example is provided with the first drive
第1の駆動信号生成回路13a及び第2の駆動信号生成回路13bは、ハイサイドスイッチング素子QH3a、ハイサイドスイッチング素子QH3b、ロウサイドスイッチング素子QL3a及びロウサイドスイッチング素子QL3bのそれぞれのゲートのオン/オフを切り換えて、給電コイルL1に高周波電圧Vを出力するように、ハイサイドスイッチング素子QH3a、ハイサイドスイッチング素子QH3b、ロウサイドスイッチング素子QL3a及びロウサイドスイッチング素子QL3bのそれぞれのゲートに駆動信号を出力する。
First driving
第1の駆動信号生成回路13a及び第2の駆動信号生成回路13bはいずれも周波数制御回路17に接続され、周波数制御回路17は、第1の駆動信号生成回路13a及び第2の駆動信号生成回路13bのそれぞれに対して、設定した最適周波数fvを出力する。第1の駆動信号生成回路13a及び第2の駆動信号生成回路13bは、入力されたそれぞれの最適周波数fvを駆動信号として生成し、駆動回路14bに出力する。
The first drive
第2変形例に係る送電ユニットにおける駆動回路14b以外の構造及び動作については、図1及び図10に示したそれぞれの送電ユニット1aにおいて同一又は類似の名称及び符号を付したそれぞれの装置と等価であるため、重複説明を省略する。第2変形例に係る送電ユニットによれば、本発明の実施の形態に係る送電ユニット1aと同様に、交流負荷のインピーダンスが急激に変動しても、送電側の駆動回路14bの保護と高い伝送効率とをバランスよく両立することができる。
The structure and operation of the power transmission unit according to the second modification other than the
(第3変形例)
また例えば図12に示すように、nチャネルMOSFETのみを4個用いて駆動回路14cを構成することもできる。すなわち第3変形例に係る送電ユニットは、図1に示した本発明の実施の形態に係る送電ユニット1aと、整流回路12a及び駆動回路14cの構造が異なる。
(Third modification)
Further, for example, as shown in FIG. 12, the drive circuit 14c can be configured by using only four n-channel MOSFETs. That is, the power transmission unit according to the third modification is different from the
第3変形例に係る送電ユニットにおける駆動回路14cは、ハイサイドスイッチング素子QH4a、ハイサイドスイッチング素子QH4b、ロウサイドスイッチング素子QL4a及びロウサイドスイッチング素子QL4bをHブリッジ形に接続して構成されている。駆動回路14cのブリッジの位置には給電コイルL1が接続され、駆動回路14cから高周波電圧Vが入力される。尚、図12中では、紙面の寸法の都合上、受電コイルL2に接続される受電装置及び誘導性負荷の図示を省略する。 Drive circuit 14c in the power transmission unit according to the third modified example is constituted by connecting the high side switching element Q H4a, the high-side switching element Q H4b, the low-side switching element Q L4a and low-side switching element Q L4b the H-bridge Has been done. The feeding coil L1 is connected to the bridge position of the drive circuit 14c, and the high frequency voltage V is input from the drive circuit 14c. Note that in FIG. 12, the power receiving device and the inductive load connected to the power receiving coil L2 are omitted for convenience of space.
第3変形例に係る送電ユニットにおいては、第1の駆動信号生成回路13aは、Hブリッジの一方の直列回路をなすハイサイドスイッチング素子QH4a及びロウサイドスイッチング素子QL4aのそれぞれのゲートに接続されている。第2の駆動信号生成回路13bは、Hブリッジの他方の直列回路をなすハイサイドスイッチング素子QH4b及びロウサイドスイッチング素子QL4bのそれぞれのゲートに接続されている。
In the power transmission unit according to the third modification, the first drive
第1の駆動信号生成回路13a及び第2の駆動信号生成回路13bは、ハイサイドスイッチング素子QH4a、ハイサイドスイッチング素子QH4b、ロウサイドスイッチング素子QL4a及びロウサイドスイッチング素子QL4bのそれぞれのゲートのオン/オフを切り換えて、給電コイルL1に高周波電圧Vを出力するように、ハイサイドスイッチング素子QH4a、ハイサイドスイッチング素子QH4b、ロウサイドスイッチング素子QL4a及びロウサイドスイッチング素子QL4bのそれぞれのゲートに駆動信号を出力する。
First driving
第3変形例に係る送電ユニットにおける駆動回路14c以外の構造及び動作については、図1、図10及び図11に示したそれぞれの送電ユニットにおいて同一又は類似の名称及び符号を付したそれぞれの装置と等価であるため、重複説明を省略する。第3変形例に係る送電ユニットによれば、本発明の実施の形態に係る送電ユニット1aと同様に、交流負荷のインピーダンスが急激に変動しても、送電側の駆動回路14cの保護と高い伝送効率とをバランスよく両立することができる。
Regarding the structure and the operation of the power transmission unit according to the third modification other than the drive circuit 14c, the respective devices having the same or similar names and reference numerals in the respective power transmission units shown in FIGS. Since they are equivalent, duplicate description will be omitted. According to the power transmission unit according to the third modified example, similarly to the
以上の説明では、受電ユニット2が出力する交流電流よりも高周波となる電磁波を給電コイルL1から受電コイルL2に非接触で供給する場合について例示的に説明したが、電磁誘導方式で受電コイルL2に伝送される電磁波の周波数は、必ずしも、受電ユニット2が出力する交流電流よりも高周波の場合に限定されるものではない。受電ユニット2が出力する交流電流よりも低周波の電磁波を給電コイルL1から受電コイルL2に供給する場合、例えば、給電コイルL1から受電コイルL2に供給する周波数が30〜100kHzで、受電ユニット2が出力する交流電流の周波数が200kHz〜10MHz等の場合でもよい。
In the above description, the case where the electromagnetic wave having a higher frequency than the alternating current output by the
また本発明に係る非接触給電システムは、図1及び図10〜図12で示したようなそれぞれの実施の形態及び変形例の技術的思想を互いに組み合わせて構成することもできる。以上のとおり本発明は、本明細書及び図面に記載していない様々な実施の形態等を含むとともに、本発明の技術的範囲は、上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。 Further, the non-contact power supply system according to the present invention can be configured by combining the technical ideas of the respective embodiments and modifications as shown in FIGS. 1 and 10 to 12 with each other. As described above, the present invention includes various embodiments and the like not described in the present specification and the drawings, and the technical scope of the present invention is the matters specifying the invention according to the scope of claims reasonable from the above description. It is determined only by.
1a,1b 送電ユニット
2 受電ユニット
11 接続端子
12,12a 整流回路
13 駆動信号生成回路
13a 第1の駆動信号生成回路
13b 第2の駆動信号生成回路
14,14a,14b,14c 駆動回路
16 電力監視装置
17 周波数制御回路
17a 効率依拠周波数演算部
17b 出力電力取得部
17c 伝送電力判定部
17d 保護周波数演算部
17e 最適周波数設定部
17f 電圧比較部
20 受電装置
22 整流回路
23 駆動信号生成回路
24 駆動回路
C1 第1のコンデンサ
C2 第2のコンデンサ
C3 第3のコンデンサ
D1 第1のダイオード
D2 第2のダイオード
D3 第3のダイオード
D4 第4のダイオード
L1 給電コイル
L2 受電コイル
V 高周波電圧
I 高周波電流
X 誘導性負荷(交流負荷)
QH1 ハイサイドスイッチング素子
QL1 ロウサイドスイッチング素子
QH2 ハイサイドスイッチング素子
QL2 ロウサイドスイッチング素子
QH3a ハイサイドスイッチング素子
QH3b ハイサイドスイッチング素子
QL3a ロウサイドスイッチング素子
QL3b ロウサイドスイッチング素子
d 間隔
1a, 1b
QH1 High side switching element QL1 Low side switching element QH2 High side switching element QL2 Low side switching element QH3a High side switching element QH3b High side switching element QL3a Low side switching element QL3b Low side switching element d Interval
Claims (7)
前記受電コイルに電磁波を電磁誘導方式で非接触に供給する給電コイル、スイッチング素子を含み前記給電コイルに前記電磁波を生成するための電流を流す駆動回路、前記給電コイルに供給された電力を測定する電力監視装置、前記スイッチング素子のゲートに駆動信号を供給する駆動信号生成回路、予め求められた伝送効率−周波数曲線のデータを格納した記憶装置、及び周波数を変化させた場合の前記電力監視装置からの出力の変化が、前記記憶装置から読み出された前記伝送効率−周波数曲線の最大値に近づく変化となるように前記伝送効率−周波数曲線上で最適周波数を探索し、該最適周波数によって前記駆動信号の周波数を決定し、前記駆動信号生成回路を制御する周波数制御回路を有する送電ユニットと、
を備え、前記電力監視装置は、前記給電コイルに入力される電圧であって、前記誘導性負荷のインピーダンス特性によって変化する高周波電圧及び前記給電コイルに流れる高周波電流を経時的に測定し、測定された前記高周波電圧及び前記高周波電流の値を前記電力のデータとして、前記周波数制御回路に出力することを特徴とする非接触給電システム。 A power receiving unit having a power receiving coil, converting the electric power input from the power receiving coil to generate an alternating current, and supplying the alternating current to an inductive load ;
A power feeding coil that supplies an electromagnetic wave to the power receiving coil in a non-contact manner by an electromagnetic induction method, a drive circuit that includes a switching element and supplies a current for generating the electromagnetic wave to the power feeding coil, and measures the power supplied to the power feeding coil. From a power monitoring device, a drive signal generation circuit that supplies a driving signal to the gate of the switching element, a storage device that stores data of a transmission efficiency-frequency curve obtained in advance, and the power monitoring device when the frequency is changed. The output of the storage device is changed to approach the maximum value of the transmission efficiency-frequency curve read from the storage device , an optimum frequency is searched for on the transmission efficiency-frequency curve , and the drive is performed by the optimum frequency. A power transmission unit having a frequency control circuit that determines the frequency of a signal and controls the drive signal generation circuit;
Bei example, the power monitoring device is a voltage input to the feeding coil, over time to measure the high-frequency current flowing through the high-frequency voltage and the feed coil varies with the impedance characteristics of the inductive load, measured The non-contact power feeding system , wherein the values of the high-frequency voltage and the high-frequency current thus generated are output to the frequency control circuit as the power data .
前記受電コイルに密結合した給電コイルと、
スイッチング素子を含み前記給電コイルに前記電磁波を生成するための電流を流す駆動回路と、
前記給電コイルに入力される電圧であって、前記誘導性負荷のインピーダンス特性によって変化する高周波電圧及び前記給電コイルに流れる高周波電流を経時的に測定し、測定された前記高周波電圧及び前記高周波電流の値を、前記給電コイルに供給された電力のデータとして、前記周波数制御回路に出力する電力監視装置と、
前記スイッチング素子のゲートに駆動信号を供給する駆動信号生成回路と、
予め求められた伝送効率−周波数曲線のデータを格納した記憶装置と、
周波数を変化させた場合の前記電力のデータの変化が、前記記憶装置から読み出された前記伝送効率−周波数曲線の最大値に近づく変化となるように前記伝送効率−周波数曲線上で最適周波数を探索し、該最適周波数によって前記駆動信号の周波数を決定し、前記駆動信号生成回路を制御する周波数制御回路と、
を備えることを特徴とする送電ユニット。 An electromagnetic wave is supplied in a non-contact manner to a power receiving unit that has a power receiving coil, converts electric power input from the power receiving coil to generate an alternating current, and supplies the alternating current to an inductive load by an electromagnetic induction method. A power transmission unit,
A power feeding coil tightly coupled to the power receiving coil,
A drive circuit that includes a switching element and supplies a current for generating the electromagnetic wave to the power feeding coil,
The voltage input to the power feeding coil, the high frequency voltage that changes depending on the impedance characteristics of the inductive load and the high frequency current flowing in the power feeding coil are measured over time, and the measured high frequency voltage and high frequency current A value, as the data of the power supplied to the power feeding coil, a power monitoring device that outputs to the frequency control circuit ,
A drive signal generation circuit that supplies a drive signal to the gate of the switching element;
A storage device that stores data of a transmission efficiency-frequency curve that is obtained in advance;
The optimum frequency on the transmission efficiency-frequency curve is set so that the change in the power data when the frequency is changed is a change that approaches the maximum value of the transmission efficiency-frequency curve read from the storage device. A frequency control circuit that searches, determines the frequency of the drive signal according to the optimum frequency, and controls the drive signal generation circuit;
A power transmission unit comprising:
前記伝送効率−周波数曲線上で高周波の前記周波数を変化させて効率依拠周波数を算出する効率依拠周波数演算部と、
前記給電コイル上で測定される電圧が、前記スイッチング素子を保護する破壊閾値電圧以下になるように、前記効率依拠周波数を変化させて保護周波数を算出する保護周波数演算部と、
前記保護周波数を、前記駆動信号の最終的な周波数である最適周波数として設定する最適周波数設定部と、
を有することを特徴とする請求項3又は4に記載の送電ユニット。 The frequency control circuit,
The transmission efficiency-efficiency dependent frequency calculation unit for calculating the efficiency dependent frequency by changing the frequency of the high frequency on the frequency curve,
A voltage measured on the power feeding coil is equal to or lower than a breakdown threshold voltage that protects the switching element, and a protection frequency calculation unit that calculates the protection frequency by changing the efficiency-dependent frequency,
An optimum frequency setting unit that sets the protection frequency as an optimum frequency that is the final frequency of the drive signal,
The power transmission unit according to claim 3, further comprising:
前記効率依拠周波数を算出する処理と、前記保護周波数を算出する処理とを繰り返し実行して、前記最適周波数を決定することを特徴とする請求項5に記載の送電ユニット。 The frequency control circuit,
The power transmission unit according to claim 5, wherein the process of calculating the efficiency-dependent frequency and the process of calculating the protection frequency are repeatedly executed to determine the optimum frequency.
前記給電コイルの駆動回路から前記給電コイルに、前記電磁波を生成する電流を流すステップと、
前記給電コイルに入力される電圧であって、前記誘導性負荷のインピーダンス特性によって変化する高周波電圧及び前記給電コイルに流れる高周波電流を経時的に測定し、測定された前記高周波電圧及び前記高周波電流の値を、前記給電コイルに供給された電力のデータとするステップと、
記憶装置に格納された、予め求められた伝送効率−周波数曲線のデータを読み出すステップと、
前記駆動回路に含まれたスイッチング素子のゲートに入力される駆動信号の最適周波数を、周波数を変化させた場合の前記電力のデータの変化が、前記伝送効率−周波数曲線の最大値に近づく変化となるように前記伝送効率−周波数曲線上で探索するステップと、
前記最適周波数で前記駆動信号を生成して前記スイッチング素子を駆動するステップと、
を含むことを特徴とする非接触給電方法。 A power receiving unit that has a power receiving coil, converts the electric power input from the power receiving coil to generate an alternating current, and supplies the alternating current to an inductive load. A non-contact power feeding method of supplying the non-contact to the power receiving coil,
The feeding coil from a driving circuit of the power supply coil, and to step the flow of current for generating the electromagnetic wave,
The voltage input to the power feeding coil, the high frequency voltage that changes depending on the impedance characteristics of the inductive load and the high frequency current flowing in the power feeding coil are measured over time, and the measured high frequency voltage and high frequency current A value is data of the electric power supplied to the power feeding coil,
Reading the data of the previously determined transmission efficiency-frequency curve stored in the storage device;
The optimum frequency of the drive signal input to the gate of the switching element included in the drive circuit, the change of the data of the power when the frequency is changed, a change that approaches the maximum value of the transmission efficiency-frequency curve. To search on the transmission efficiency-frequency curve so that
Generating the drive signal at the optimum frequency to drive the switching element;
A non-contact power feeding method comprising:
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