JP5780765B2 - Contactless power supply system - Google Patents
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Description
本発明は、電気自動車などの移動体に非接触で給電する非接触給電システムに関し、電力供給における総合効率の向上を図るものである。 The present invention relates to a non-contact power supply system that supplies power to a moving body such as an electric vehicle in a non-contact manner, and aims to improve the overall efficiency in power supply.
非接触給電装置は、一次コイル（送電コイル）と二次コイル（受電コイル）との間の電磁誘導を利用して送電コイルから受電コイルに電力を供給する。この非接触給電装置は、電気自動車やプラグインハイブリッド車に搭載された二次電池の充電に利用することができ、車両充電用の非接触給電装置に対する需要は、今後、拡大するものと見られている。
車両充電用の非接触給電装置の場合、受電コイルを床の下面に搭載した自動車が、地面に設置された送電コイルの真上に受電コイルが来るように停車して非接触給電が行われるが、送電コイルと受電コイルとの水平方向の位置ずれや上下方向のギャップ長変動により、送電コイルと受電コイルとの間の結合係数が変化する。
The non-contact power supply device supplies power from the power transmission coil to the power reception coil by using electromagnetic induction between the primary coil (power transmission coil) and the secondary coil (power reception coil). This contactless power supply device can be used for charging secondary batteries mounted on electric vehicles and plug-in hybrid vehicles, and demand for contactless power supply devices for vehicle charging is expected to increase in the future. ing.
In the case of a non-contact power feeding device for charging a vehicle, a car with a power receiving coil mounted on the lower surface of the floor stops so that the power receiving coil comes directly above the power transmitting coil installed on the ground, and non-contact power feeding is performed. The coupling coefficient between the power transmission coil and the power reception coil changes due to the horizontal position shift between the power transmission coil and the power reception coil and the fluctuation in the gap length in the vertical direction.
下記特許文献１には、結合係数が変化した場合でも、非接触給電トランス（送電コイル＋受電コイル）の給電効率の変化を小さくした非接触給電システムが提案されている。
このシステムは、図１１に示すように、商用交流６４（ＡＣ）を直流に変換する全波整流器６１と、直流から高周波交流を発生するフルブリッジインバータ６３と、非接触給電を行う非接触給電トランス１０と、二次側交流出力を直流に変換する全波整流器７１と、二次電池である負荷７２とを備えている。
このシステムでは、商用交流６４を全波整流器６１で直流に変換し、この直流からフルブリッジインバータ６３で高周波交流を発生させて非接触給電トランス１０に給電し、二次側交流出力を全波整流器７１で直流に変換して、負荷７２（二次電池）に電力を供給している。
Patent Document 1 below proposes a non-contact power supply system in which a change in power supply efficiency of a non-contact power supply transformer (power transmission coil + power reception coil) is reduced even when the coupling coefficient changes.
As shown in FIG. 11, this system includes a full-wave rectifier 61 that converts commercial alternating current 64 (AC) into direct current, a full-bridge inverter 63 that generates high-frequency alternating current from direct current, and a non-contact power supply transformer that performs non-contact power supply. 10, a full-wave rectifier 71 that converts the secondary side AC output into direct current, and a load 72 that is a secondary battery.
In this system, commercial alternating current 64 is converted into direct current by a full-wave rectifier 61, a high-frequency alternating current is generated from the direct current by a full-bridge inverter 63, and is fed to the non-contact power supply transformer 10, and a secondary AC output is converted to a full-wave rectifier. The power is converted to direct current by 71 and supplied to the load 72 (secondary battery).
非接触給電システムは、電力を供給するシステムであるため、給電における総合効率の高さが特に要求される。
従来の非接触給電システムでは、一次側の高周波電源としてフルブリッジインバータを使用し、二次側の整流器として全波整流器を用いているため、電流が流れる経路に存在する半導体素子数が多く、効率改善を図る上で望ましくない。
また、車両充電用の非接触給電システムの普及を図るには、低コスト化が欠かせない。
また、自動車用非接触給電では、ギャップ長変動や位置ずれに起因する非接触給電トランスの結合係数の変化で、一次電圧と二次電圧との比が変化し、そのため二次側整流器の直流出力電圧を制御することが必要になるが、従来の非接触給電システムでは、二次側整流器の直流出力電圧を制御することが難しい。
Since the non-contact power supply system is a system that supplies power, high total efficiency in power supply is particularly required.
In a conventional non-contact power supply system, a full-bridge inverter is used as the high-frequency power source on the primary side, and a full-wave rectifier is used as the rectifier on the secondary side. It is not desirable for improvement.
Moreover, cost reduction is indispensable in order to spread the non-contact power supply system for charging vehicles.
Also, in contactless power supply for automobiles, the ratio of primary voltage to secondary voltage changes due to the change in coupling coefficient of contactless power supply transformer due to gap length fluctuation or position shift, so the DC output of the secondary rectifier Although it is necessary to control the voltage, it is difficult to control the DC output voltage of the secondary rectifier in the conventional contactless power supply system.
二次側整流器の直流出力電圧を制御するには、
（１）一次側のインバータの入力の直流電圧を可変にする、
（２）インバータで出力電圧を可変制御する、
（３）二次側に電圧を可変にする装置（例えばＤＣ−ＤＣコンバータ）を入れる、
の３つの方法がある。
To control the DC output voltage of the secondary rectifier,
(1) Making the DC voltage of the input of the primary side inverter variable,
(2) The output voltage is variably controlled by an inverter.
(3) Insert a device (for example, a DC-DC converter) that makes the voltage variable on the secondary side.
There are three methods.
従来の非接触給電システムでも、フルブリッジインバータのパルス幅制御を行うことでフルブリッジインバータの出力交流電圧を可変にできるが、この方法を採ると、インバータのソフトスイッチングが不可能になり、インバータのスイッチング損失が増大して効率が低下するという問題がある。
また、従来の非接触給電システムでは、商用交流を全波整流器で整流しているため、誘導障害をもたらす高調波電流が発生し、電力会社が求めている高調波抑制に沿うことができないという問題がある。
Even in the conventional contactless power supply system, the output AC voltage of the full bridge inverter can be made variable by controlling the pulse width of the full bridge inverter. However, if this method is adopted, soft switching of the inverter becomes impossible, and the inverter There is a problem that switching loss increases and efficiency decreases.
In addition, in the conventional non-contact power supply system, since commercial AC is rectified by a full-wave rectifier, a harmonic current that causes inductive interference is generated, and the harmonic suppression required by the electric power company cannot be met. There is.
本発明は、こうした事情を考慮して創案したものであり、給電の総合効率が高く、低コスト化が可能であり、また、二次直流出力電圧の制御が容易である非接触給電システムを提供することを目的としている。 The present invention was devised in view of such circumstances, and provides a non-contact power feeding system that has high overall power feeding efficiency, can be reduced in cost, and can easily control the secondary DC output voltage. The purpose is to do.
本発明の非接触給電システムは、非接触給電トランスの一次側に接続する高周波交流電源のハーフブリッジインバータと、非接触給電トランスの二次側交流出力を直流変換する倍電圧整流器と、ハーフブリッジインバータの直流電源であって、交流入力電圧を直流出力電圧に変換するとともに、交流入力電流を正弦波形に整形する高力率昇圧型整流器と、倍電圧整流器の出力電圧を調整するため、高力率昇圧型整流器の通流率を制御して高力率昇圧型整流器の直流出力電圧を制御する制御手段と、を備え、制御手段が、ハーフブリッジインバータまたは倍電圧整流器の出力電圧をフィードバック入力として高力率昇圧型整流器の定電圧制御を行う定電圧制御回路と、定電圧制御回路の出力電圧に基づいて高力率昇圧型整流器の通流率を制御する通流率制御手段とを備えることを特徴とする。
この非接触給電システムでは、ハーフブリッジインバータの交流出力電圧が、従来のフルブリッジインバータの交流出力電圧の半分に下がるが、二次側の倍電圧整流器の出力電圧が従来の全波整流器の出力電圧に比べて２倍になるので、全体としてはインバータ入力電圧と二次側直流電圧との電圧比がほぼ同じとなる。ハーフブリッジインバータや倍電圧整流器で使用されている半導体素子の数は、フルブリッジインバータや全波整流器での半導体素子数より少ないので、低コスト化が可能である。また、この非接触給電システムでは、非接触給電トランスの電圧が従来の約半分に下がるので、絶縁とフェライトの損失低減の面で有利である。また、この非接触給電システムでは、ハーフブリッジインバータにおいて電流が流れる経路に存在する（常時電流が流れる）半導体素子は１個であり、また、倍電圧整流器においても電流が流れる経路に存在する（常時電流が流れる）半導体素子が１個であるため、フルブリッジインバータ及び全波整流器の組合せで電力を供給する従来のシステムに比べて給電効率が向上する。
また、ハーフブリッジインバータの直流電源である高力率昇圧型整流器は、交流入力電圧を直流出力電圧に変換するとともに、交流入力電流を正弦波形に整形するため、高調波の問題が回避できる。
また、高力率昇圧型整流器の通流率を制御して高力率昇圧型整流器の直流出力電圧を調整する制御手段は、ハーフブリッジインバータの入力直流電圧を変えて、倍電圧整流器の出力電圧を調整することができる。制御手段は、そのために、ハーフブリッジインバータまたは倍電圧整流器の出力電圧をフィードバック入力として高力率昇圧型整流器を定電圧制御する。
A non-contact power feeding system of the present invention includes a half-bridge inverter of a high-frequency AC power source connected to a primary side of a non-contact power feeding transformer, a voltage doubler rectifier that converts a secondary AC output of the non-contact power feeding transformer into a direct current, and a half-bridge inverter. DC power supply, which converts AC input voltage into DC output voltage and shapes the AC input current into a sine waveform, and adjusts the output voltage of the voltage doubler rectifier. And a control means for controlling the DC output voltage of the high power factor boost rectifier by controlling the conduction rate of the boost rectifier, and the control means uses the output voltage of the half-bridge inverter or voltage doubler rectifier as a feedback input. A constant voltage control circuit that performs constant voltage control of the power factor boost type rectifier and a conduction ratio of the high power factor boost type rectifier based on the output voltage of the constant voltage control circuit. Characterized Rukoto a conduction ratio control means.
In this non-contact power supply system, the AC output voltage of the half-bridge inverter drops to half of the AC output voltage of the conventional full-bridge inverter, but the output voltage of the secondary voltage rectifier is the output voltage of the conventional full-wave rectifier. As a whole, the voltage ratio between the inverter input voltage and the secondary side DC voltage is substantially the same. Since the number of semiconductor elements used in the half-bridge inverter and voltage doubler rectifier is less than the number of semiconductor elements in the full-bridge inverter and full-wave rectifier, the cost can be reduced. In addition, this non-contact power supply system is advantageous in terms of insulation and ferrite loss reduction because the voltage of the non-contact power supply transformer is reduced to about half of the conventional voltage. Further, in this non-contact power supply system, there is one semiconductor element that exists in the path through which current flows in the half-bridge inverter (always current flows), and also exists in the path through which current flows in the voltage doubler rectifier (always). Since there is only one semiconductor element (current flows), the power supply efficiency is improved as compared with a conventional system that supplies power by a combination of a full bridge inverter and a full-wave rectifier.
In addition, the high power factor boost rectifier, which is a DC power supply for the half-bridge inverter, converts the AC input voltage into a DC output voltage and shapes the AC input current into a sine waveform, thereby avoiding the problem of harmonics.
Further, the control means for adjusting the DC output voltage of the high power factor boost type rectifier by controlling the conduction rate of the high power factor boost type rectifier, changes the input DC voltage of the half bridge inverter, and outputs the output voltage of the voltage doubler rectifier. Can be adjusted. For this purpose, the control means performs constant voltage control of the high power factor boost rectifier using the output voltage of the half-bridge inverter or voltage doubler rectifier as a feedback input.
なお、本発明の非接触給電システムでは、高力率昇圧型整流器として、ブリッジを持たないブリッジレス高力率昇圧型整流器を用いても良い。 In the contactless power supply system of the present invention, a bridgeless high power factor boost rectifier having no bridge may be used as the high power factor boost rectifier.
また、本発明の非接触給電システムでは、前記制御手段が、ハーフブリッジインバータまたは倍電圧整流器の出力電流をフィードバック入力として高力率昇圧型整流器の定電流制御を行う定電流制御回路と、この定電流制御回路の出力電圧に基づいて高力率昇圧型整流器の通流率を制御する通流率制御手段とを備える。
こうした方法で高力率昇圧型整流器の出力電圧を制御し、倍電圧整流器の出力電圧を調整することができる。
In the non-contact power feeding system of the present invention, the control means performs constant current control of the high power factor boost rectifier using the output current of the half bridge inverter or voltage doubler rectifier as a feedback input, and the constant current control circuit. And a conduction ratio control means for controlling the conduction ratio of the high power factor boost rectifier based on the output voltage of the current control circuit.
In this way, the output voltage of the high power factor boost rectifier can be controlled to adjust the output voltage of the voltage doubler rectifier.
また、本発明の非接触給電システムでは、非接触給電トランスの一次側には直列コンデンサを、二次側には倍電圧整流器との間に並列コンデンサを接続する。
このようにコンデンサを接続することで非接触給電トランスを理想トランスと等価にすることができ、非接触給電トランスの設計が容易になる。
In the contactless power supply system of the present invention, a series capacitor is connected to the primary side of the contactless power supply transformer, and a parallel capacitor is connected to the secondary voltage rectifier on the secondary side.
By connecting the capacitors in this way, the non-contact power supply transformer can be made equivalent to the ideal transformer, and the design of the non-contact power supply transformer becomes easy.
また、本発明の非接触給電システムでは、非接触給電トランスの一次側が地上に設置され、二次側が自動車や搬送車や移動ロボットなどの移動体に設置される。
移動体に電線を接続しなくても、移動体への給電が可能になる。
In the non-contact power feeding system of the present invention, the primary side of the non-contact power feeding transformer is installed on the ground, and the secondary side is installed on a moving body such as an automobile, a transport vehicle, or a mobile robot.
Even if an electric wire is not connected to the moving body, power can be supplied to the moving body.
また、本発明の非接触給電システムでは、倍電圧整流器の出力が二次電池に接続され、二次電池の充電に必要な一連の制御が高力率昇圧型整流器の通流率を制御することで行われる。
移動体に搭載された二次電池を充電する際の電圧制御が、地上側の高力率昇圧型整流器を制御して行われる。
Further, in the non-contact power feeding system of the present invention, the output of the voltage doubler rectifier is connected to the secondary battery, and a series of control necessary for charging the secondary battery controls the conduction rate of the high power factor boost rectifier. Done in
Voltage control when charging the secondary battery mounted on the moving body is performed by controlling the high power factor boost rectifier on the ground side.
本発明の非接触給電システムは、従来のシステムに比べて、給電の総合効率を高めることができる。また、コストの低減が可能である。また、高力率昇圧型整流器を用いているため、高調波が発生せず、商用電源との接続性に優れている。また、二次側の二次電池を充電する際の電圧制御が容易である。 The contactless power supply system of the present invention can increase the overall efficiency of power supply as compared with a conventional system. Further, the cost can be reduced. In addition, since a high power factor boost rectifier is used, no harmonics are generated and the connection with a commercial power source is excellent. Further, voltage control when charging the secondary side secondary battery is easy.
図１は、本発明の非接触給電システムをプラグインハイブリッド車の充電に用いたときの形態を模式的に示している。
充電を受けるプラグインハイブリッド車は、エンジン５４とともにモータ５３を駆動源として搭載し、モータ用の電源である二次電池５１と、二次電池の直流を交流に変換してモータに供給するインバータ５２とを備えている。
二次電池５１への給電を行う非接触給電システムは、地上側に、商用電源の交流を直流に変換するとともに、その電圧を可変する可変電圧整流器１０と、直流から高周波交流を生成するインバータ２０と、非接触給電トランス３０の一方である送電コイル３１と、送電コイルに直列接続された直列コンデンサ３２とを備えており、車両側に、非接触給電トランス３０の他方である受電コイル３３と、二次電池のために交流を直流に変換する整流器４０と、受電コイルと整流器との間に並列接続された並列コンデンサ３４とを備えている。
FIG. 1 schematically shows a form when the non-contact power feeding system of the present invention is used for charging a plug-in hybrid vehicle.
A plug-in hybrid vehicle that receives charging is equipped with a motor 53 as a drive source together with an engine 54, a secondary battery 51 that is a power source for the motor, and an inverter 52 that converts the direct current of the secondary battery into alternating current and supplies the motor to the motor. And.
A non-contact power feeding system that feeds power to the secondary battery 51 includes a variable voltage rectifier 10 that converts an AC of a commercial power source into a DC and changes a voltage on the ground side, and an inverter 20 that generates a high-frequency AC from the DC. A power transmission coil 31 that is one of the non-contact power supply transformer 30 and a series capacitor 32 that is connected in series to the power transmission coil, and a power reception coil 33 that is the other of the non-contact power supply transformer 30 on the vehicle side, For the secondary battery, a rectifier 40 that converts alternating current into direct current and a parallel capacitor 34 connected in parallel between the power receiving coil and the rectifier are provided.
図２は、この非接触給電システムの回路図を示している。
可変電圧整流器１０は、ブリッジを持たないブリッジレス高力率昇圧型整流器１０で構成されている。このブリッジレス高力率昇圧型整流器 (Bridgeless pfc boost rectifiers)は、家庭用エアコンの整流器として用いられており、ＩＧＢＴ素子及びフライホイールダイオードから成るＩＧＢＴモジュールを電力用半導体スイッチとして有し、リアクトルとＩＧＢＴモジュールとダイオードとコンデンサとで構成される二組の昇圧型チョッパで商用交流電圧を任意の直流出力電圧に変換するとともに、交流入力電流を正弦波形に整形する。
FIG. 2 shows a circuit diagram of this non-contact power feeding system.
The variable voltage rectifier 10 includes a bridgeless high power factor boost rectifier 10 having no bridge. These bridgeless high power factor boost rectifiers (Bridgeless pfc boost rectifiers) are used as rectifiers for home air conditioners, and have IGBT modules consisting of IGBT elements and flywheel diodes as power semiconductor switches. A commercial AC voltage is converted into an arbitrary DC output voltage by two sets of step-up choppers composed of a module, a diode, and a capacitor, and the AC input current is shaped into a sine waveform.
ブリッジレス高力率昇圧型整流器１０が出力する直流から高周波交流を生成するインバータ２０には、二つのＩＧＢＴモジュールを電力用半導体スイッチとして有するハーフブリッジインバータ２０を採用している。ハーフブリッジインバータの交流出力電圧は、４個の電力用半導体スイッチを備えるフルブリッジインバータの半分である。 A half-bridge inverter 20 having two IGBT modules as power semiconductor switches is employed as the inverter 20 that generates high-frequency alternating current from direct current output from the bridgeless high power factor boost rectifier 10. The AC output voltage of the half-bridge inverter is half that of a full-bridge inverter having four power semiconductor switches.
非接触給電トランス３０は、一次側の送電コイルと二次側の受電コイルとから成り、送電コイルには直列コンデンサが接続し、受電コイルには並列コンデンサが接続している。このように送電コイルに直列コンデンサ、受電コイルに並列コンデンサを接続した場合は、各コンデンサの容量を選択して非接触給電トランスを理想トランスと等価にすることができるので、非接触給電トランスの設計が容易になる。 The non-contact power supply transformer 30 includes a primary power transmission coil and a secondary power reception coil. A series capacitor is connected to the power transmission coil, and a parallel capacitor is connected to the power reception coil. In this way, when a series capacitor is connected to the power transmission coil and a parallel capacitor is connected to the power reception coil, the capacity of each capacitor can be selected to make the contactless power transformer equivalent to the ideal transformer. Becomes easier.
受電した交流を直流に変換する整流器４０には、倍電圧整流器４０を用いている。倍電圧整流器４０は、二つのダイオードと二つのコンデンサとを用いて入力する交流電圧の尖頭値の２倍近くの直流電圧を出力する。 A voltage doubler rectifier 40 is used as the rectifier 40 that converts received AC to DC. The voltage doubler rectifier 40 outputs a DC voltage that is nearly twice the peak value of the AC voltage input using two diodes and two capacitors.
この非接触給電システムでは、ハーフブリッジインバータ２０の交流出力電圧がフルブリッジインバータの出力の半分に下がるが、倍電圧整流器４０が、出力電圧を全波整流器の出力の２倍に上げるため、二次電池に供給される電圧は、フルブリッジインバータ及び全波整流器を有する従来の非接触給電システムと同じになる。
ハーフブリッジインバータ２０で使用されている電力用半導体スイッチの数は、フルブリッジインバータの使用数の半分であり、倍電圧整流器４０で使用されているダイオードの数は、全波整流器の使用数の半分である。そのため、この非接触給電システムは、低コストで実現できる。
In this non-contact power supply system, the AC output voltage of the half-bridge inverter 20 is reduced to half of the output of the full-bridge inverter, but the voltage doubler rectifier 40 increases the output voltage to twice the output of the full-wave rectifier. The voltage supplied to the battery is the same as that of a conventional contactless power supply system having a full bridge inverter and a full wave rectifier.
The number of power semiconductor switches used in the half-bridge inverter 20 is half that of the full-bridge inverter, and the number of diodes used in the voltage doubler rectifier 40 is half that of the full-wave rectifier. It is. Therefore, this non-contact power feeding system can be realized at low cost.
また、この非接触給電システムでは、ハーフブリッジインバータ２０の二つの電力用半導体スイッチに交互に電流が流れるため、電流が流れている電力用半導体スイッチは常に１個である。これに対し、フルブリッジインバータでは、常に二つの電力用半導体スイッチに電流が流れる。そのため、ハーフブリッジインバータの電力用半導体スイッチで消費される電力は、フルブリッジインバータに比べて少なく、その分、給電効率を高めることができる。
また、倍電圧整流器４０でも同様であり、倍電圧整流器の場合、電流が流れているダイオードは常に１個であり、常に二つのダイオードに電流が流れる全波整流器に比べて、消費電力が少なく、給電効率を高めることができる。
Further, in this non-contact power feeding system, since current flows alternately through the two power semiconductor switches of the half-bridge inverter 20, there is always one power semiconductor switch through which current flows. In contrast, in a full bridge inverter, current always flows through two power semiconductor switches. Therefore, the power consumed by the power semiconductor switch of the half-bridge inverter is less than that of the full-bridge inverter, and the power supply efficiency can be increased accordingly.
The same applies to the voltage doubler rectifier 40. In the case of the voltage doubler rectifier, there is always one diode through which current flows, and power consumption is less than that of a full-wave rectifier in which current always flows through two diodes. Power supply efficiency can be increased.
また、ハーフブリッジインバータ２０から出力された交流電圧が非接触給電トランス３０に入力するので、非接触給電トランス３０の電圧は、従来の非接触給電トランスの約半分に下がる。非接触給電トランスのコアにはフェライトが使用されており、このフェライト中の磁束密度は電圧に比例するため、電圧の低下でフェライトの鉄損が減少する。また、絶縁破壊の恐れも減る。 Further, since the AC voltage output from the half-bridge inverter 20 is input to the non-contact power supply transformer 30, the voltage of the non-contact power supply transformer 30 is reduced to about half that of the conventional non-contact power supply transformer. Ferrite is used for the core of the non-contact power supply transformer, and the magnetic flux density in the ferrite is proportional to the voltage, so that the iron loss of the ferrite is reduced when the voltage is lowered. Also, the risk of dielectric breakdown is reduced.
このように、この非接触給電システムは、従来の非接触給電システムに比べて、
（１）給電効率が数％高くなる。
（２）コストの低減が可能である。
（３）商用交流電圧の直流への変換を、高調波を発生しない高力率昇圧型整流器で行っているため、商用電源との接続性に優れている。
という特長を備えている。
In this way, this non-contact power supply system is compared with the conventional non-contact power supply system,
(1) The power supply efficiency is increased by several percent.
(2) Cost can be reduced.
(3) Since conversion of commercial AC voltage to DC is performed by a high power factor boost rectifier that does not generate harmonics, it is excellent in connectivity with commercial power.
It has the feature.
なお、ここでは、高力率昇圧型整流器としてブリッジレス高力率昇圧型整流器を用いたが、図３に示すように、ブリッジと一組の昇圧型チョッパとを備える高力率昇圧型整流器６０を用いても良い。
また、図４に示すように、ハーフブリッジインバータ２０と非接触給電トランス３０との間にトランス５０を介在させても良い。このトランス５０は、ハーフブリッジインバータ２０と非接触給電トランス３０との間を絶縁して、この間での電圧比または電流比の変更を可能にしている。
Although a bridgeless high power factor boost rectifier is used here as the high power factor boost rectifier, as shown in FIG. 3, a high power factor boost rectifier 60 having a bridge and a set of boost choppers is provided. May be used.
Further, as shown in FIG. 4, a transformer 50 may be interposed between the half-bridge inverter 20 and the non-contact power supply transformer 30. The transformer 50 insulates between the half-bridge inverter 20 and the non-contact power supply transformer 30 and enables a voltage ratio or a current ratio to be changed between them.
また、この非接触給電システムでは、ハーフブリッジインバータ２０の出力電圧を制御して、二次電池に印加される倍電圧整流器４０の出力電圧を調整することができる。
その制御回路の構成を図５に示している。
この制御回路は、ハーフブリッジインバータ２０の電力用半導体スイッチのオン／オフを駆動する半導体スイッチ駆動手段７４と、周波数ｆ0に基づいて半導体スイッチ駆動手段の動作を制御する方形波インバータ制御手段７５と、ブリッジレス高力率昇圧型整流器１０の電力用半導体スイッチのオン／オフを駆動する半導体スイッチ駆動手段７１と、半導体スイッチ駆動手段の動作を制御するパルス幅変調ブリッジレス整流器制御手段７２と、ブリッジレス高力率昇圧型整流器１０を定電圧制御する定電圧制御手段７３とを備えており、定電圧制御手段７３は、ハーフブリッジインバータ２０の出力電圧ＶINをフィードバック入力し、基準電圧ＶIN0とＶINとを比較してパルス幅変調ブリッジレス整流器制御手段７２を制御し、パルス幅変調ブリッジレス整流器制御手段７２は、ハーフブリッジインバータ２０の入力電圧ＶAC、入力電流ＩAC及び出力電圧ＶDCを参照し、定電圧制御手段７３の指示に従って、ブリッジレス高力率昇圧型整流器１０の通流率（デューティ）を変えるように半導体スイッチ駆動手段７１の動作を制御する。
このように、ブリッジレス高力率昇圧型整流器１０を制御して、ハーフブリッジインバータ２０に入力する直流電圧を可変することにより、倍電圧整流器４０の直流出力電圧を調整することができる。
In this non-contact power supply system, the output voltage of the voltage doubler rectifier 40 applied to the secondary battery can be adjusted by controlling the output voltage of the half-bridge inverter 20.
The configuration of the control circuit is shown in FIG.
This control circuit includes a semiconductor switch driving means 74 for driving on / off of the power semiconductor switch of the half-bridge inverter 20, and a square wave inverter control means 75 for controlling the operation of the semiconductor switch driving means based on the frequency f 0. , A semiconductor switch driving means 71 for driving on / off of the power semiconductor switch of the bridgeless high power factor boost rectifier 10, a pulse width modulation bridgeless rectifier control means 72 for controlling the operation of the semiconductor switch driving means, and a bridge Constant voltage control means 73 for constant voltage control of the low power factor boost rectifier 10, and the constant voltage control means 73 inputs the output voltage V IN of the half-bridge inverter 20 as feedback, and the reference voltage V IN0 controlling a pulse width modulation bridgeless rectifier control unit 72 by comparing the V iN, a pulse width modulation Rijjiresu rectifier control unit 72, the input voltage V AC of the half-bridge inverter 20, with reference to the input current I AC and the output voltage V DC, according to the instructions of the constant voltage control means 73, through the bridgeless high power factor boost rectifier 10 The operation of the semiconductor switch driving means 71 is controlled so as to change the flow rate (duty).
In this way, the DC output voltage of the voltage doubler rectifier 40 can be adjusted by controlling the bridgeless high power factor boost rectifier 10 to vary the DC voltage input to the half bridge inverter 20.
また、図６に示す制御回路は、図５の定電圧制御手段７３に代えて、ブリッジレス高力率昇圧型整流器１０を定電流制御する定電流制御手段７６を備えており、この定電流制御手段７６が、ハーフブリッジインバータ２０の出力電流ＩINをフィードバック入力して基準電流ＩIN0とＩINとを比較し、パルス幅変調ブリッジレス整流器制御手段７２を制御する。その他の構成は、図５と変わりがない。 Further, the control circuit shown in FIG. 6 includes constant current control means 76 for performing constant current control of the bridgeless high power factor boost rectifier 10 instead of the constant voltage control means 73 of FIG. The means 76 feeds back the output current I IN of the half-bridge inverter 20 and compares the reference currents I IN0 and I IN to control the pulse width modulation bridgeless rectifier control means 72. Other configurations are the same as in FIG.
また、図７に示す制御回路は、定電圧制御手段７３が、倍電圧整流器４０の出力電圧ＶLをフィードバック入力して基準電圧ＶL0とＶLとを比較し、パルス幅変調ブリッジレス整流器制御手段７２を制御する。その他の構成は、図５と変わりがない。
なお、図６の定電流制御手段７６が、図７の制御回路のように、倍電圧整流器４０の出力電流をフィードバック入力してパルス幅変調ブリッジレス整流器制御手段７２を制御するようにしても良い。
また、図８に示す制御回路は、図５の定電圧制御手段７３に代えて、倍電圧整流器４０出力電圧ＶL及び出力電流ＩLをフィードバック入力してパルス幅変調ブリッジレス整流器制御手段７２を制御する二次電池充電制御手段７７を備えている。その他の構成は、図５と変わりがない。
このように、この非接触給電システムでは、ハーフブリッジインバータ２０の出力電圧を制御して、倍電圧整流器４０の出力電圧を調整することができる。
In the control circuit shown in FIG. 7, the constant voltage control means 73 feedback-inputs the output voltage V L of the voltage doubler rectifier 40 and compares the reference voltages V L0 and V L to control the pulse width modulation bridgeless rectifier. The means 72 is controlled. Other configurations are the same as in FIG.
6 may control the pulse width modulation bridgeless rectifier control means 72 by feeding back the output current of the voltage doubler rectifier 40 as in the control circuit of FIG. .
The control circuit shown in FIG. 8 replaces the constant voltage control means 73 of FIG. 5 with a feedback input of the voltage doubler rectifier 40 output voltage V L and the output current I L to provide a pulse width modulation bridgeless rectifier control means 72. Secondary battery charging control means 77 for controlling is provided. Other configurations are the same as in FIG.
Thus, in this non-contact power feeding system, the output voltage of the voltage doubler rectifier 40 can be adjusted by controlling the output voltage of the half-bridge inverter 20.
図９は、ブリッジレス高力率昇圧型整流器１０の入力電圧ＶAC（１）と入力電流ＩAC（２）のシミュレーション波形を示している。力率は９９％以上であり、入力電流ＩACはほぼ正弦波で高調波が少ない。
また、図１０は、ブリッジレス高力率昇圧型整流器１０のデューティ比を変えることでブリッジレス高力率昇圧型整流器１０の出力電圧が可変できる範囲を示している。図において（１）はデューティ比を示し、（２）は力率、（３）は効率（％）を示している。
ＶAC＝１００Ｖとして、パルス幅変調の通流率（デューティ）ｄをｄ＝０．９〜０．３４と変化させると、ブリッジレス高力率昇圧型整流器１０の出力電圧ＶDは、１４０Ｖ〜４００Ｖの範囲で変化する。
FIG. 9 shows simulation waveforms of the input voltage V AC (1) and the input current I AC (2) of the bridgeless high power factor boost rectifier 10. The power factor is 99% or more, and the input current I AC is almost sinusoidal and has few harmonics.
FIG. 10 shows a range in which the output voltage of the bridgeless high power factor boost rectifier 10 can be varied by changing the duty ratio of the bridgeless high power factor boost rectifier 10. In the figure, (1) indicates the duty ratio, (2) indicates the power factor, and (3) indicates the efficiency (%).
When V AC = 100V and the pulse width modulation duty (d) d is changed to d = 0.9 to 0.34, the output voltage V D of the bridgeless high power factor boost rectifier 10 is 140V to It changes in the range of 400V.
このように、この非接触給電システムでは、地上側に設置されるブリッジレス高力率昇圧型整流器１０の出力電圧を変えることで、二次電池に印加される倍電圧整流器４０の出力電圧を容易に調整できる。 Thus, in this non-contact power feeding system, the output voltage of the voltage doubler rectifier 40 applied to the secondary battery can be easily changed by changing the output voltage of the bridgeless high power factor boost rectifier 10 installed on the ground side. Can be adjusted.
本発明の非接触給電システムは、給電効率が高く、コストの低減が可能であり、商用電源との接続性に優れ、また、二次電池に印加される電圧の調整が容易であり、自動車や搬送車や移動ロボットなどの移動体に広く利用することができる。 The non-contact power supply system of the present invention has high power supply efficiency, can reduce costs, has excellent connectivity with a commercial power source, and can easily adjust the voltage applied to the secondary battery. It can be widely used for mobile objects such as transport vehicles and mobile robots.
１０ 可変電圧整流器（ブリッジレス高力率昇圧型整流器）
２０ インバータ（ハーフブリッジインバータ）
３０ 非接触給電トランス
３１ 送電コイル
３２ 直列コンデンサ
３３ 受電コイル
３４ 並列コンデンサ
４０ 整流器（倍電圧整流器）
５０ トランス
５１ 二次電池
５２ インバータ
５３ モータ
５４ エンジン
６０ 高力率昇圧型整流器
７１ 半導体スイッチ駆動手段
７２ パルス幅変調ブリッジレス整流器制御手段
７３ 定電圧制御手段
７４ 半導体スイッチ駆動手段
７５ 方形波インバータ制御手段
７６ 定電流制御手段
７７ 二次電池充電制御手段
10 Variable voltage rectifier (bridgeless high power factor boost rectifier)
20 Inverter (half bridge inverter)
30 Non-contact power transformer 31 Power transmission coil 32 Series capacitor 33 Power reception coil 34 Parallel capacitor 40 Rectifier (voltage doubler rectifier)
50 transformer 51 secondary battery 52 inverter 53 motor 54 engine 60 high power factor boost rectifier 71 semiconductor switch driving means 72 pulse width modulation bridgeless rectifier control means 73 constant voltage control means 74 semiconductor switch driving means 75 square wave inverter control means 76 Constant current control means 77 Secondary battery charge control means
Claims (6)
前記非接触給電トランスの二次側交流出力を直流変換する倍電圧整流器と、
前記ハーフブリッジインバータの直流電源であって、交流入力電圧を直流出力電圧に変換するとともに、交流入力電流を正弦波形に整形する高力率昇圧型整流器と、
前記倍電圧整流器の出力電圧を調整するため、前記高力率昇圧型整流器の通流率を制御して該高力率昇圧型整流器の直流出力電圧を制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段が、前記ハーフブリッジインバータまたは倍電圧整流器の出力電圧をフィードバック入力として前記高力率昇圧型整流器の定電圧制御を行う定電圧制御回路と、前記定電圧制御回路の出力電圧に基づいて前記高力率昇圧型整流器の通流率を制御する通流率制御手段とを備えることを特徴とする非接触給電システム。 A half-bridge inverter of a high-frequency AC power source connected to the primary side of the contactless power supply transformer;
A voltage doubler rectifier for converting the secondary AC output of the non-contact power supply transformer into a DC;
A DC power source for the half-bridge inverter, which converts an AC input voltage into a DC output voltage, and shapes the AC input current into a sine waveform, and a high power factor boost rectifier,
In order to adjust the output voltage of the voltage doubler rectifier, control means for controlling the DC output voltage of the high power factor boost rectifier by controlling the conduction rate of the high power factor boost rectifier;
Equipped with a,
The control means is based on a constant voltage control circuit for performing constant voltage control of the high power factor boost type rectifier using the output voltage of the half bridge inverter or voltage doubler rectifier as a feedback input, and the output voltage of the constant voltage control circuit. non-contact power supply system, characterized in Rukoto a conduction ratio control means for controlling the conduction ratio of the high power factor boost rectifier.
前記非接触給電トランスの二次側交流出力を直流変換する倍電圧整流器と、
前記ハーフブリッジインバータの直流電源であって、交流入力電圧を直流出力電圧に変換するとともに、交流入力電流を正弦波形に整形する高力率昇圧型整流器と、
前記倍電圧整流器の出力電圧を調整するため、前記高力率昇圧型整流器の通流率を制御して該高力率昇圧型整流器の直流出力電圧を制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段が、前記ハーフブリッジインバータまたは倍電圧整流器の出力電流をフィードバック入力として前記高力率昇圧型整流器の定電流制御を行う定電流制御回路と、前記定電流制御回路の出力電圧に基づいて前記高力率昇圧型整流器の通流率を制御する通流率制御手段とを備えることを特徴とする非接触給電システム。 A half-bridge inverter of a high-frequency AC power source connected to the primary side of the contactless power supply transformer;
A voltage doubler rectifier for converting the secondary AC output of the non-contact power supply transformer into a DC;
A DC power source for the half-bridge inverter, which converts an AC input voltage into a DC output voltage, and shapes the AC input current into a sine waveform, and a high power factor boost rectifier,
In order to adjust the output voltage of the voltage doubler rectifier, control means for controlling the DC output voltage of the high power factor boost rectifier by controlling the conduction rate of the high power factor boost rectifier;
With
The control means is based on a constant current control circuit that performs constant current control of the high power factor boost type rectifier using the output current of the half-bridge inverter or voltage doubler rectifier as a feedback input, and the output voltage of the constant current control circuit. A non-contact power feeding system comprising: a flow rate control means for controlling a flow rate of the high power factor boost rectifier.
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