JP5859864B2 - Non-contact power transmission system - Google Patents
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Description
本発明は、非接触電力伝送システムに関するものである。 The present invention relates to a contactless power transmission system.
図８は、従来の非接触電力伝送システムの概略構成を示す構成図である。非接触電力伝送システム１は、駐車場の地面等の固定体２上などに設けられた給電手段としての給電部３と、自動車４の腹部分などに設けられた受電手段としての受電部５と、給電部３の給電側バラクタ８（後述する）の両端に電圧を印加する可変電圧源１２と、可変電圧源１２の電圧を調整制御する制御部１４と、受電部５の受電側バラクタ１１（後述する）の両端に電圧を印加する可変電圧源１５と、可変電圧源１５の電圧を調整制御する制御部１６とを備えている。
FIG. 8 is a configuration diagram showing a schematic configuration of a conventional non-contact power transmission system. The non-contact
給電部３は、図８及び図９に示すように、電力が供給される給電側コイル７と、給電側コイル７に並列接続されたキャパシタとしての給電側バラクタ８と、が設けられている。給電側バラクタ８は、両端に印加される電圧に応じて静電容量値が変化するダイオードである。
As shown in FIGS. 8 and 9, the
受電部５は、受電側コイル９と、受電側コイル９に並列接続された受電側バラクタ１１と、が設けられている。受電側バラクタ１１は、両端に印加される電圧に応じて静電容量値が変化するダイオードである。
The
上述した非接触電力伝送システム１によれば、自動車４が給電部３に近づいて給電側コイル７と受電側コイル９とが軸方向に間隔を空けて対向したときに、給電側コイル７と受電側コイル９とが電磁誘導結合して給電部３から受電部５に非接触で電力を供給できる。
According to the non-contact
すなわち、給電側コイル７には、直流電源(不図示）からの直流電力を高周波（周波数ｆ(Ｈｚ））電力に変換した電力が供給される。これは、直流電力は空間を伝播できないためである。高周波電力は、送電側コイル７から受電側コイル９へ自由空間伝播により伝送される。受電側コイル９に伝送された高周波電力は、整流器等(不図示)により直流電力に変換される。このようにして、送電側から受電側に直流電力を非接触で伝送することが可能となる。
That is, power obtained by converting DC power from a DC power supply (not shown) into high frequency (frequency f (Hz)) power is supplied to the power
給電側コイル７と受電側コイル９は、ともに同一の構成を有している。コイルの両端をポートとし、給電側コイル７の両端を給電ポート、受電側コイル９の両端を受電ポートとする。コイルと並列に接続された給電側バラクタ８及び受電側バラクタ１１は、コイルとキャパシタで構成される共振回路の共振周波数調整と、ポートにおけるインピーダンス整合と、を行うために使用される。また、低周波数における効率改善のためにフェライトが併用されることがあるが、図８ではフェライトなしの構成としている。ここでは、コイルの直径が６０ｍｍ、コイルを構成する銅線の直径が１．２ｍｍ、コイル巻き数が５回巻き、ポートのインピーダンスが５０Ωを例にシミュレーション（モーメント法）結果で説明するが、その他の値でも有効である。
Both the power
図１０は、給電側バラクタ８及び受電側バラクタ１１の容量値Ｃｐを固定した場合における、給電側コイル７と受電側コイル９間の距離ｄを変化させた場合の、（Ａ）周波数対伝送効率特性と、（Ｂ）周波数対反射特性とを示す。（Ａ）の周波数対伝送効率特性において、特性曲線Ａ〜Ｆは、それぞれ、距離ｄ＝２ｍｍ、４ｍｍ、６ｍｍ、８ｍｍ、１２ｍｍ及び１６ｍｍの場合の伝送効率ｄ２＿（Ｓ２１）2 、ｄ４＿（Ｓ２１）2 、ｄ６＿（Ｓ２１）2 、ｄ８＿（Ｓ２１）2 、ｄ１２＿（Ｓ２１）2 及びｄ１６＿（Ｓ２１）2 の特性を示す。また、（Ｂ）の周波数対反射特性において、特性曲線Ａ〜Ｆは、それぞれ、距離ｄ＝２ｍｍ、４ｍｍ、６ｍｍ、８ｍｍ、１２ｍｍ及び１６ｍｍの場合の反射ｄ２＿（Ｓ１１１）2 、ｄ４＿（Ｓ１１）2 、ｄ６＿（Ｓ１１）2 、ｄ８＿（Ｓ１１）2 、ｄ１２＿（Ｓ１１）2 及びｄ１６＿（Ｓ１１）2 の特性を示す。
FIG. 10 shows (A) frequency versus transmission efficiency when the distance d between the power
図１０において、給電側コイル７と受電側コイル９のコイル間距離ｄが、給電側コイル７と受電側コイル９との臨界結合を与える所定値になると、インピーダンス整合が最適化されて伝送効率が最大かつ反射損が最小になる（特性曲線Ｂ参照）。コイル間距離ｄが上記所定値より増えて疎結合になると、インピーダンス整合が取れず、反射損が増大してしまう（特性曲線Ｃ〜Ｆ参照）。また、コイル間距離ｄが狭すぎて過結合になった場合、共振周波数は二つに割れて帯域が狭くなるものの、二つの共振周波数においては、伝送効率及び反射損は臨界結合時とほぼ同程度になる（特性曲線Ａ参照）。
In FIG. 10, when the inter-coil distance d between the power
この例では、Ｃｐ＝１５００ｐＦで固定（共振周波数＝２．８ＭＨｚ）しているが、この値は、ｄ＝４ｍｍ（所定値）においては、最適なインピーダンス整合が得られて(反射損がない）おり、ｄ＝４ｍｍにて最大伝送効率が得られている(臨界結合）。しかしながら、ｄ＞４ｍｍではインピーダンス整合が得られず、反射損が増大しており、これが伝送効率の低下を引き起こしている。逆に、ｄ＜４ｍｍ、例えばｄ＝２ｍｍ、の場合には過結合となり、共振周波数が２つに分離して帯域が狭くなる。このように、Ｃｐ固定では、距離が変化した場合に伝送効率が低下することが、従来技術の問題であった。 In this example, Cp = 1500 pF is fixed (resonance frequency = 2.8 MHz), but this value provides optimum impedance matching (no reflection loss) at d = 4 mm (predetermined value). The maximum transmission efficiency is obtained at d = 4 mm (critical coupling). However, when d> 4 mm, impedance matching cannot be obtained and reflection loss increases, which causes a reduction in transmission efficiency. On the other hand, when d <4 mm, for example, d = 2 mm, overcoupling occurs, and the resonance frequency is separated into two to narrow the band. Thus, with Cp fixation, it has been a problem of the prior art that transmission efficiency decreases when the distance changes.
そこで、本発明は、インピーダンス整合を最適化し、伝送効率の低下を軽減することができる非接触電力伝送システムを提供することを課題とする。 Then, this invention makes it a subject to provide the non-contact electric power transmission system which can optimize impedance matching and can reduce the fall of transmission efficiency.
上述した課題を解決するための請求項１記載の発明は、電力が供給される給電側コイル７が設けられた給電手段３と、前記給電側コイル７と電磁誘導結合する受電側コイル９が設けられた受電手段５と、を備えた非接触電力伝送システムにおいて、前記給電側コイル７及び前記受電側コイル９の少なくとも一方に並列に接続されて共振回路を構成するとともに容量値が可変に設けられたキャパシタ８（１１）と、前記給電側コイル７及び前記受電側コイル９のコイル間距離ｄを測定する距離測定手段１３（１７）と、前記距離測定手段１３（１７）により測定したコイル間距離ｄに応じて前記キャパシタ８（１１）の容量値を調整する調整手段１４（１６）と、を備え、前記調整手段１４（１６）は、前記キャパシタ８（１１）の容量値を、前記コイル間距離ｄの変動に関わらず、前記給電側コイル７及び前記受電側コイル９が常に臨界結合となるように調整し、前記距離測定手段は、前記コイル間距離を機械的に測定する手段であり、前記給電手段は移動体の固定部に配置され、前記受電手段は移動体の可動部に配置されており、前記給電手段は自動車の車体側に設けられ、前記受電手段は自動車のドア側に設けられ、前記距離測定手段は、自動車側に設けられ、前記ドアのドア開閉角度を測定し、前記ドア開閉角度に基づいて前記コイル間距離を求めることを特徴とする。
The invention according to
上述した課題を解決するための請求項２記載の発明は、電力が供給される給電側コイルが設けられた給電手段と、前記給電側コイルと電磁誘導結合する受電側コイルが設けられた受電手段と、を備えた非接触電力伝送システムにおいて、前記給電側コイル及び前記受電側コイルの少なくとも一方に並列に接続されて共振回路を構成するとともに容量値が可変に設けられたキャパシタと、前記給電側コイル及び前記受電側コイルのコイル間距離を測定する距離測定手段と、前記距離測定手段により測定したコイル間距離に応じて前記キャパシタの容量値を調整する調整手段と、を備え、前記調整手段は、前記キャパシタの容量値を、前記コイル間距離の変動に関わらず、前記給電側コイル及び前記受電側コイルが常に臨界結合となるように調整し、前記距離測定手段は、前記コイル間距離を機械的に測定する手段であり、前記給電手段は移動体の固定部に配置され、前記受電手段は移動体の可動部に配置されており、前記給電手段は自動車のスライドシート用レールに設けられ、前記受電手段は前記スライドシートに設けられ、前記距離測定手段は、前記スライドシートの変位量を測定し、前記変位量に基づいて前記コイル間距離を求めることを特徴とする非接触電力伝送システムである。
The invention according to
なお、上述の課題を解決するための手段の説明における参照符号は、以下の、発明を実施するための形態の説明における構成要素の参照符号に対応しているが、これらは、特許請求の範囲の解釈を限定するものではない。 The reference numerals in the description of the means for solving the above-described problems correspond to the reference numerals of the constituent elements in the following description of the embodiments for carrying out the invention. The interpretation of is not limited.
請求項１記載の発明によれば、給電側コイル及び受電側コイルの少なくとも一方に並列に接続されて共振回路を構成するとともに容量値が可変に設けられたキャパシタと、給電側コイル及び受電側コイルのコイル間距離ｄを測定する距離測定手段と、距離測定手段により測定したコイル間距離ｄに応じてキャパシタの容量値を調整する調整手段と、を備え、調整手段は、キャパシタの容量値を、コイル間距離ｄの変動に関わらず、給電側コイル及び受電側コイルが常に臨界結合となるように調整するので、給電側コイル及び受電側コイルのコイル間距離が変動しても、インピーダンス整合を最適化し、伝送効率の低下を軽減することができる。 According to the first aspect of the present invention, a capacitor which is connected in parallel to at least one of the power feeding side coil and the power receiving side coil to form a resonance circuit and whose capacitance value is variably provided, and the power feeding side coil and the power receiving side coil Distance measuring means for measuring the inter-coil distance d, and adjusting means for adjusting the capacitance value of the capacitor in accordance with the inter-coil distance d measured by the distance measuring means. Regardless of fluctuations in the inter-coil distance d, adjustment is made so that the power supply side coil and the power reception side coil are always critically coupled, so that impedance matching is optimal even if the distance between the coil of the power supply side coil and the power reception side coil changes. And reduction in transmission efficiency can be reduced.
また、距離測定手段は、コイル間距離を機械的に測定する手段であるので、測定を簡易かつ精確に行うことができる。 Moreover , since the distance measuring means is a means for measuring the distance between the coils mechanically, the measurement can be performed easily and accurately.
また、給電手段は移動体の固定部に配置され、受電手段は移動体の可動部に配置されているので、自動車のような移動体内における可動部へ非接触電力伝送が行うことができ、ワイヤハーネスの配索をなくすことができる。 In addition , since the power feeding means is arranged in the fixed part of the moving body and the power receiving means is arranged in the moving part of the moving body, non-contact power transmission can be performed to the moving part in the moving body such as an automobile. The wiring of the harness can be eliminated.
また、給電手段は自動車の車体側に設けられ、受電手段は自動車のドア側に設けられ、距離測定手段は、自動車側に設けられ、ドアのドア開閉角度θを測定し、ドア開閉角度θに基づいてコイル間距離ｄを求めるので、自動車のドアに配置されたパワーウインドウ駆動装置等へ非接触電力伝送が行うことができ、ワイヤハーネスの配索をなくすことができる。また、コイル間距離の測定を簡易かつ精確に行うことができる。 The power feeding means is provided on the vehicle body side, the power receiving means is provided on the vehicle door side, and the distance measuring means is provided on the vehicle side. The door opening / closing angle θ is measured, and the door opening / closing angle θ is set. Since the inter-coil distance d is obtained based on this, non-contact power transmission can be performed to a power window driving device or the like disposed on the door of the automobile, and the wiring harness can be eliminated. Further, the distance between the coils can be measured easily and accurately.
請求項２記載の発明によれば、給電手段は自動車のスライドシート用レールに設けられ、受電手段はスライドシートに設けられ、距離測定手段は、スライドシートの変位量ｄ２を測定し、変位量ｄ２に基づいてコイル間距離ｄを求めるので、自動車のスライドシートに配置されたパワーシート駆動装置等へ非接触電力伝送が行うことができ、ワイヤハーネスの配索をなくすことができる。また、コイル間距離の測定を簡易かつ精確に行うことができる。 According to the second aspect of the present invention, the power feeding means is provided on the slide seat rail of the automobile, the power receiving means is provided on the slide seat, and the distance measuring means measures the displacement d2 of the slide sheet, and the displacement d2 Since the inter-coil distance d is obtained based on the above, non-contact power transmission can be performed to a power seat driving device or the like disposed on the slide seat of the automobile, and the wiring harness can be eliminated. Further, the distance between the coils can be measured easily and accurately.
以下、本発明の非接触電力伝送システムを図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, a non-contact power transmission system of the present invention will be described with reference to the drawings.
（第１の実施形態）図１は、本発明に係る非接触電力伝送システムの第１の実施形態の概略構成を示す構成図である。なお、図８に示す従来例と同一の構成要素は、同一符号を付して説明する。 (First Embodiment) FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a first embodiment of a non-contact power transmission system according to the present invention. The same components as those in the conventional example shown in FIG.
非接触電力伝送システム１は、固定体２上などに設けられた給電手段としての給電部３と、移動体である自動車４の腹（車体底部）部分などに設けられた受電手段としての受電部５と、可変電圧源１２と、距離測定部１３と、制御部１４と、可変電圧源１５と、制御部１６と、を備えて構成される。
The non-contact
給電部３は、図５及び図６に示すように、電力が供給される給電側コイル７と、給電側コイル７に並列接続されたキャパシタとしての給電側バラクタ８と、が設けられている。給電側バラクタ８は、両端に印加される可変電圧源１２からの電圧に応じて静電容量値が変化するダイオードである。
As shown in FIGS. 5 and 6, the
受電部５は、受電側コイル９と、受電側コイル９に並列接続された受電側バラクタ１１と、が設けられている。受電側バラクタ１１は、両端に印加される可変電圧源１５からの電圧に応じて静電容量値が変化するダイオードである。
The
距離測定部１３は、例えば、赤外線距離センサやＵＷＢ(Ultra Wide Band)測位センサ無線などの赤外線信号や無線信号による電気的測定手段が用いられ、固定体２から自動車４の腹部分までの距離を測定して、測定した距離から間接的に給電側コイル７及び受電側コイル９間のコイル間距離ｄを求める。コイル間距離ｄは、乗員や荷物のない状態の自動車４における距離（請求項における「所定のコイル間距離」に相当）から、乗員数や搭載荷物量に応じて距離が短くなるように変動し得る。
The
制御部１４は、例えばＣＰＵから構成され、距離測定部１３により測定されたコイル間距離ｄに応じた電圧が給電側バラクタ８に印加されるように可変電圧源１２を制御する調整手段として働く。
The
次に、上述の非接触電力伝送システム１の動作について説明する前に、本発明の基本原理について説明する。
Next, the basic principle of the present invention will be described before the operation of the above-described contactless
上述の従来技術における図１０から分かるように、給電側コイル７及び受電側コイル９間のコイル間距離ｄを変化させた場合、コイル間距離ｄが増えて疎結合になると、インピーダンス整合が取れず、反射損が増大してしまう。しかしながら、コイル間距離ｄが狭すぎて過結合になった場合、共振周波数は二つに割れて帯域が狭くなるものの、二つの共振周波数においては反射損は極めて低い。そこで、Ｃｐを調整する際に、コイル間距離ｄが変動しても、給電側コイルと受電側コイルの結合が常に臨界結合状態になるように調整するというのが本発明の考え方である。
As can be seen from FIG. 10 in the prior art described above, when the inter-coil distance d between the power
上述の考え方に基づいて、伝送される高周波電力の周波数（＝給電部３及び受電部５の共振周波数）５ＭＨｚ時の給電側コイル７及び受電側コイル９間のコイル間距離ｄを変化させた場合の伝送特性を図２に示す。図２において、（Ａ）は周波数対伝送効率特性、（Ｂ）は周波数対反射特性である。（Ａ）の周波数対伝送効率特性において、特性曲線Ａ〜Ｆは、それぞれ、コイル間距離ｄ＝２ｍｍ、４ｍｍ、６ｍｍ、８ｍｍ、１２ｍｍ及び１６ｍｍの場合の伝送効率ｄ２＿（Ｓ２１）2 、ｄ４＿（Ｓ２１）2 、ｄ６＿（Ｓ２１）2 、ｄ８＿（Ｓ２１）2 、ｄ１２＿（Ｓ２１）2 及びｄ１６＿（Ｓ２１）2 の特性を示す。また、（Ｂ）の周波数対反射特性において、特性曲線Ａ〜Ｆは、それぞれ、コイル間距離ｄ＝２ｍｍ、４ｍｍ、６ｍｍ、８ｍｍ、１２ｍｍ及び１６ｍｍの場合の反射ｄ２＿（Ｓ１１１）2 、ｄ４＿（Ｓ１１）2 、ｄ６＿（Ｓ１１）2 、ｄ８＿（Ｓ１１）2 、ｄ１２＿（Ｓ１１）2 及びｄ１６＿（Ｓ１１）2 の特性を示す。
When the inter-coil distance d between the power
図２から分かるように、ｄ＝１６ｍｍの場合は、共振周波数ｆｏ＝５ＭＨｚで給電側コイル７及び受電側コイルが臨界結合している。これに対して、距離ｄが１６ｍｍより小さい（２ｍｍ、４ｍｍ、６ｍｍ、８ｍｍ、１２ｍｍ）場合も、給電側コイル７及び受電側コイル９がＣｐの調整により臨界結合しているが、それぞれの共振周波数は異なる値になっている。結果として、ｄ＝２ｍｍ〜１６ｍｍの広い範囲において、伝送効率９５％以上が得られている。ただし、コイル間距離ｄが長くなるほど、伝送効率が若干低下していく。
As can be seen from FIG. 2, when d = 16 mm, the power
本発明の具体的な設計手順としては、まず、給電側コイル７及び受電側コイル９間の最大距離ｄ＿ｍａｘを設定する（図２の場合はｄ＿ｍａｘ＝１６ｍｍ）。このｄ＿ｍａｘにおける臨界結合の場合の共振周波数ｆｏを求める（図２の場合は、ｆｏ＝５ＭＨｚ）。ｄ＜ｄ＿ｍａｘ(過結合)においては、給電側バラクタ８及び受電側バラクタ１１の容量値Ｃｐの調整により、給電側コイル７及び受電側コイル９が常に臨界結合となるように、すなわち伝送効率が最大値になるように調整する。コイル間距離ｄの変化に応じて変化する臨界結合時の共振周波数を得るために用いた給電側バラクタ８及び受電側バラクタ１１の容量値Ｃｐは、表１の通りである。
As a specific design procedure of the present invention, first, the maximum distance d_max between the power
次に、上述した給電システム１の動作について説明する。まず、制御部１４は、距離測定部１３により求められたコイル間距離ｄを取り込む。例えば、制御部１４には、図示しないメモリ内に表１に示すようなコイル間距離ｄと給電側バラクタ８の容量値Ｃｐとの関係を示すテーブルが予め記憶されている。制御部１４は、そのテーブルから取り込んだコイル間距離ｄに対応する給電側バラクタ８の容量値Ｃｐを読み込んで、給電側バラクタ８の容量値Ｃｐがその読み込んだ値になるように可変電圧源１２を制御する。
Next, the operation of the above-described
さらに、制御部１４は、高周波電力伝送時に高周波に、距離測定部１３によって求められたコイル間距離ｄの情報により変調されたＡＭ、ＦＭ、ＰＭあるいはＡＳＫ、ＦＳＫ、ＰＳＫ等の変調信号を多重し、多重化信号として高周波電力信号を給電部３から受電部５へ送信する。制御部１６は、受電部５で受電した多重化高周波電力信号から変調信号を復調してコイル間距離ｄの情報を取り込む。制御部１６には、図示しないメモリ内に表１に示すようなコイル間距離ｄと受電側バラクタ１１の容量値Ｃｐとの関係を示すテーブルが記載されている。制御部１６は、そのテーブルから取り込んだコイル間距離ｄに対応する受電側バラクタ１１の容量値Ｃｐを読み込んで、受電側バラクタ１１の容量値Ｃｐがその読み込んだ値となるように可変電圧源１５を制御する。
Further, the
以上のような制御により、給電側コイル７及び受電側コイル９のコイル間距離が所定の値から変動しても、給電側コイル７及び給電側バラクタ８で構成される共振回路と受電側コイル９及び受電側バラクタ１１で構成される共振回路の共振周波数は、常に臨界結合時の共振周波数になるので、インピーダンス整合が最適化され、伝送効率がほぼ９５％以上の高効率に維持される。
By the control as described above, even if the inter-coil distance between the power
上述の非接触電力伝送システム１によれば、給電側コイル７及び受電側コイル９に、容量値Ｃｐが可変の給電側バラクタ８及び受電側バラクタ１１をそれぞれ並列に接続した。給電側バラクタ８及び受電側バラクタ１１の容量値Ｃｐを変えると伝送効率が変動するため、給電側コイル７及び受電側コイル９のコイル間距離ｄの変動に応じて給電側バラクタ８及び受電側バラクタ１１の容量値Ｃｐを変えることにより、給電側コイル７及び受電側コイル９のコイル間距離ｄが変動しても常に臨界結合となるように制御することで、高い伝送効率で電力を非接触で供給することができる。
According to the non-contact
図３は、上述の本発明と従来技術とを、横軸を伝送距離（コイル間距離）ｄ、縦軸を伝送効率とするグラフで比較した特性図である。従来技術（共振周波数＝２．８ＭＨＺ）では、ｄ＝４ｍｍで最大の伝送効率が得られるが、その他の距離では伝送効率が低下する。本発明では、伝送距離（コイル間距離）ｄの変動に対して、給電側コイル７及び受電側コイル９の結合を常に臨界結合になるように制御することにより、伝送効率はほとんど変動せずに高効率を保っている。
FIG. 3 is a characteristic diagram comparing the above-described present invention and the prior art with a graph in which the horizontal axis represents the transmission distance (distance between coils) d and the vertical axis represents the transmission efficiency. In the conventional technique (resonance frequency = 2.8 MHz), the maximum transmission efficiency can be obtained at d = 4 mm, but the transmission efficiency decreases at other distances. In the present invention, the transmission efficiency is hardly changed by controlling the coupling of the power
キャパシタの容量値Ｃｐの変化は、バラクタを用いれば電気的に実現可能であるため、有効な制御系と組み合わせれば、本発明によりコイル間距離の変動に対してリアルタイムに追従することも可能である。また、本発明の範囲は、キャパシタの容量値の可変による距離ずれ対策であり、バラクタだけでなく、バリコン等の機械的な可変キャパシタや、並列接続した複数のキャパシタの中から選択的にスイッチで選ぶことなどによっても実現可能である。 The change of the capacitance value Cp of the capacitor can be electrically realized by using a varactor. Therefore, when combined with an effective control system, the present invention can also follow the fluctuation of the distance between coils in real time. is there. In addition, the scope of the present invention is a measure against distance deviation by changing the capacitance value of the capacitor, and not only a varactor but also a mechanical variable capacitor such as a variable capacitor or a plurality of capacitors connected in parallel can be selectively switched. It can also be realized by making choices.
本発明においては、フィードバック制御等を用いることで、細かいコイル間距離変動(例えば、ドアの開閉、自動車のサスペンションの上下による距離変動、乗員・荷物の多寡による距離変動など）へのきめ細かい対応が可能となる。 In the present invention, by using feedback control and the like, it is possible to cope with fine fluctuations in the distance between coils (for example, opening and closing of doors, distance fluctuation due to up and down of automobile suspension, distance fluctuation due to large number of passengers and luggage, etc.) It becomes.
（第２の実施形態）図４は、本発明に係る非接触電力伝送システムの第２の実施形態の概略構成を示す構成図である。なお、図８に示す従来例及び図１に示す第１の実施形態と同一の構成要素は、同一符号を付して説明する。 (Second Embodiment) FIG. 4 is a block diagram showing a schematic configuration of a second embodiment of the non-contact power transmission system according to the present invention. The same components as those of the conventional example shown in FIG. 8 and the first embodiment shown in FIG.
図４に示す非接触電力伝送システム１は、給電部３、受電部５、可変電圧源１２、制御部１４、可変電圧源１５及び制御部１６を備えている点は図１の構成と同じであるが、図１において固定体２側に設けられていた距離測定部１３に代える距離測定部１７が自動車４側に設けられていることと、固定体２側及び自動車４側に、それぞれ、通信部１８及び通信部１９が追加されていることが異なっている。
The non-contact
距離測定部１７は、コイル間距離が変動する給電側コイル７と受電側コイル９の間に、何らかの可動部がある場合に有効な機械的測定法によるコイル間距離の測定を行う。
The
図５は、コイル間距離の機械的測定法の一例を示す模式図である。図５では、自動車４における乗員数・搭載荷物量の多寡によるサスペンション４３の上下動によるサスペンションの両端部の距離ｄ１の変動を距離測定部１７で機械的に測定し、測定結果を電気信号に変換し、この電気信号からコイル間距離ｄを求める。機械的測定のための測定装置は、例えば、レーザーを用いたものやラック＆ピニオン歯車で回転数をカウントするもの等の機械的な位置センサを用いることができる。制御部１６には、図示しないメモリ内に、乗員・荷物なしの場合の固定体２上の給電部３と自動車４内の給電部５におけるコイル間距離ｄが、上記距離ｄ１の変動により変化した場合の、表１に示すような、コイル間距離ｄとそれに対応する受電側バラクタ１１の容量値Ｃｐとの関係を示すテーブルが予め記憶されている。
FIG. 5 is a schematic diagram illustrating an example of a mechanical measurement method for the distance between the coils. In FIG. 5, the
制御部１６は、上記テーブルから取り込んだコイル間距離ｄに対応する受電側バラクタ１１の容量値Ｃｐを読み込んで、受電側バラクタ１１の容量値Ｃｐがその読み込んだ値になるように可変電圧源１５を制御すると共に、通信部１９を介して、固定体２側の通信部１８へ距離ｄ１の情報を通信する。
The
固定体２側の制御部１４は、通信部１８を介して距離ｄ１の情報を受信する。制御部１４には、図示しないメモリ内に、乗員・荷物なしの場合の固定体２上の給電部３と自動車４内の給電部３におけるコイル間距離ｄが、上記距離ｄ１の変動により変化した場合の、表１に示すような、コイル間距離ｄとそれに対応する給電側バラクタ９の容量値Ｃｐとの関係を示すテーブルが予め記憶されている。制御部１６は、上記テーブルから取り込んだコイル間距離ｄに対応する給電側バラクタ９の容量値Ｃｐを読み込んで、給電側バラクタ９の容量値Ｃｐがその読み込んだ値になるように可変電圧源１２を制御する。
The
以上のような制御により、給電側コイル７及び受電側コイル９のコイル間距離が変動しても、給電側コイル７及び給電側バラクタ８で構成される共振回路と受電側コイル９及び受電側バラクタ１１で構成される共振回路の共振周波数は、常に臨界結合時の共振周波数になるので、インピーダンス整合が最適化され、伝送効率が高効率に維持される。また、サスペンションの変動を機械的に測定することにより、コイル間距離ｄの変動を検出できるため、コイル間距離（伝送距離）の測定が簡易かつ精確にできる。
By the control as described above, even if the inter-coil distance between the power
図６は、コイル間距離の機械的測定法の他の例を示す模式図である。図６では、非接触電力伝送システム全体が移動体としての自動車４に設置された例を示し、給電部３を含む給電系（可変電圧源１２、制御部１４、通信部１８等）が自動車４の固定部である車体４１（例えば、ピラー部）に配置され、受電部５を含む受電系（可変電圧源１５、制御部１６、通信部１９等）が自動車４の可動部であるドア４２に配置されている。ドア４２には、図示しないパワーウインドウ駆動装置が組み込まれており、このパワーウインドウ駆動装置へ非接触電力伝送が行われる。この例では、自動車のドア４２の開閉によるドア開閉角度θの変動を機械的に測定し、測定結果を電気信号に変換し、この電気信号からコイル間距離ｄを求める。機械的測定のための測定装置は、例えば、レーザーを用いたもの等の機械的な角度センサを用いることができる。制御部１６には、図示しないメモリ内に、ドア閉時の給電部３と受電部５におけるコイル間距離ｄが、上記ドア開閉角度θの変動により変化した場合の、表１に示すような、コイル間距離ｄとそれに対応する受電側バラクタ１１の容量値Ｃｐとの関係を示すテーブルが予め記憶されている。
FIG. 6 is a schematic diagram illustrating another example of a mechanical measurement method for the distance between coils. FIG. 6 shows an example in which the entire non-contact power transmission system is installed in a
制御部１６は、上記テーブルから取り込んだコイル間距離ｄに対応する受電側バラクタ１１の容量値Ｃｐを読み込んで、受電側バラクタ１１の容量値Ｃｐがその読み込んだ値になるように可変電圧源１５を制御すると共に、通信部１９を介して、固定体２側の通信部１８へドア開閉角度θの情報を通信する。
The
固定体２側の制御部１４は、通信部１８を介してドア開閉角度θの情報を受信する。制御部１４には、図示しないメモリ内に、給電部３と受電部５におけるコイル間距離ｄが、上記ドア開閉角度θの変動により変化した場合の、表１に示すような、コイル間距離ｄとそれに対応する給電側バラクタ９の容量値Ｃｐとの関係を示すテーブルが予め記憶されている。制御部１６は、上記テーブルから取り込んだコイル間距離ｄに対応する給電側バラクタ９の容量値Ｃｐを読み込んで、給電側バラクタ９の容量値Ｃｐがその読み込んだ値になるように可変電圧源１２を制御する。
The
以上のような制御により、給電側コイル７及び受電側コイル９のコイル間距離が変動しても、給電側コイル７及び給電側バラクタ８で構成される共振回路と受電側コイル９及び受電側バラクタ１１で構成される共振回路の共振周波数は、常に臨界結合時の共振周波数になるので、インピーダンス整合が最適化され、伝送効率が高効率に維持される。また、ドア開閉角度の変動を機械的に測定することにより、コイル間距離ｄの変動を検出できるため、コイル間距離（伝送距離）の測定が簡易かつ精確にできる。特に、ドア開閉角度が小さい場合には、ドア開閉角度θ［ｒａｄ．］からコイル間距離ｄへの変換は容易であり、図中に示すｄ＝ｒθ（ｒはドア開閉の半径）で近似できる。ドア開閉角度θが大きくなると、横ずれ・角度ずれも含めた補正が必要となるが、計算そのものは幾何学的に可能である。
By the control as described above, even if the inter-coil distance between the power
図７は、コイル間距離の機械的測定法のさらに他の例を示す模式図である。図７では、図6と同様に、非接触電力伝送システム全体が移動体としての自動車４に設置されており、給電部３を含む給電系（可変電圧源１２、制御部１４、通信部１８等）が、自動車４の車体４４上の固定されたスライドシート用レール４５上に立設された固定部４５ｂに配置され、受電部５を含む受電系（可変電圧源１５、制御部１６、通信部１９等）が、スライドシート用レール４５上をスライドするスライドシート４６の脚部４６ｂに配置されている。スライドシート４６には、図示しないパワーシート駆動装置が組み込まれており、このパワーシート駆動装置へ非接触電力伝送が行われる。この例では、スライドシート４６のスライドによる、レール先端部４５ａとスライドシート４６の前端部４６ａ間の距離である変位量ｄ２の変動を機械的に測定し、測定結果を電気信号に変換し、この電気信号からコイル間距離ｄを求める。機械的測定のための測定器具は、例えば、レーザーを用いたものやラック＆ピニオン歯車で回転数をカウントするもの等の機械的な位置センサを用いることができる。制御部１６には、図示しないメモリ内に、スライドシート基準位置における給電部３と受電部５におけるコイル間距離ｄが、上記変位量ｄ２の変動により変化した場合の、表１に示すような、コイル間距離ｄとそれに対応する受電側バラクタ１１の容量値Ｃｐとの関係を示すテーブルが予め記憶されている。
FIG. 7 is a schematic diagram showing still another example of the mechanical measurement method of the inter-coil distance. In FIG. 7, as in FIG. 6, the entire non-contact power transmission system is installed in the
制御部１６は、上記テーブルから取り込んだコイル間距離ｄに対応する受電側バラクタ１１の容量値Ｃｐを読み込んで、受電側バラクタ１１の容量値Ｃｐがその読み込んだ値になるように可変電圧源１５を制御すると共に、通信部１９を介して、固定体２側の通信部１８へ変位量ｄ２の情報を通信する。
The
固定体２側の制御部１４は、通信部１８を介して変位量ｄ２の情報を受信する。制御部１４には、図示しないメモリ内に、固定体２上の給電部３と自動車４内の給電部３におけるコイル間距離ｄが、レール先端部４５ａとスライドシート４６の前端部４６ａ間の距離である変位量ｄ２により変化した場合の、表１に示すような、コイル間距離ｄとそれに対応する給電側バラクタ９の容量値Ｃｐとの関係を示すテーブルが予め記憶されている。制御部１６は、上記テーブルから取り込んだコイル間距離ｄに対応する給電側バラクタ９の容量値Ｃｐを読み込んで、給電側バラクタ９の容量値Ｃｐがその読み込んだ値になるように可変電圧源１２を制御する。
The
以上のような制御により、給電側コイル７及び受電側コイル９のコイル間距離が変動しても、給電側コイル７及び給電側バラクタ８で構成される共振回路と受電側コイル９及び受電側バラクタ１１で構成される共振回路の共振周波数は、常に臨界結合時の共振周波数になるので、インピーダンス整合が最適化され、伝送効率が高効率に維持される。また、スライドシートの位置変化を機械的に測定することにより、コイル間距離ｄの変動を検出できるため、コイル間距離（伝送距離）の測定が簡易かつ精確にできる。
By the control as described above, even if the inter-coil distance between the power
以上の通り、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限らず、種々の変形、応用が可能である。かかる変形、応用によってもなお本考案の構成を具備する限り、勿論、本考案の範疇に含まれるものである。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to this, A various deformation | transformation and application are possible. Of course, such modifications and applications are included in the scope of the present invention as long as the configuration of the present invention is provided.
例えば、上述の第１の実施形態では、距離測定部１３が測定したコイル間距離ｄの情報を自動車４側へ送信していたが、本発明はこれに限ったものではない。例えば、上記コイル間距離ｄに応じた給電側バラクタ８の容量Ｃの情報を送信するようにしてもよい。
For example, in the first embodiment described above, the information on the inter-coil distance d measured by the
また、上述した第１の実施形態では、電力伝送時に距離情報を高周波電力信号に多重して受電部に送信しているが、これに代えて、電力伝送の高周波とは別の周波数で通信して、距離情報をやりとりすることもできる。 In the first embodiment described above, the distance information is multiplexed with the high frequency power signal and transmitted to the power receiving unit during power transmission. Instead, communication is performed at a frequency different from the high frequency of power transmission. It is also possible to exchange distance information.
また、上述した実施形態では、給電側コイル７及び受電側コイル９のコイル間距離が変動しても、給電側コイル７及び給電側バラクタ８で構成される共振回路と受電側コイル９及び受電側バラクタ１１で構成される共振回路の共振周波数が常に臨界結合時の共振周波数になるように制御しているが、コイル間距離に応じて臨界結合時の共振周波数が変わるため、それに追従して、給電する高周波電力の周波数も、コイル間距離に応じた臨界結合時の共振周波数と一致させるように制御してもよい。
In the above-described embodiment, even if the inter-coil distance between the power
また、上述した実施形態では、給電側コイル７及び受電側コイル９に、それぞれ並列に給電側バラクタ８、受電側バラクタ１１を接続していたが、本発明はこれに限ったものではない。例えば、受電側バラクタ１１を無くして、給電側コイル７のみに並列に給電側バラクタ８を設けて、この給電側バラクタ８の容量を調整するようにしてもよい。また、給電側バラクタ８を無くして、受電側コイル９のみに並列に受電側バラクタ１１を設けて、この受電側バラクタ１１の容量を調整するようにしてもよい。
In the above-described embodiment, the power
また、上述した第２の実施形態における図６及び図７の機械的測定法は、第１の実施形態でも実施可能である。この場合は、給電部３を含む給電系（可変電圧源１２、距離測定部１３、制御部１４等）が、自動車４の固定部に配置され、受電部５を含む受電系（可変電圧源１５、制御部１６等）が自動車４の可動部に配置される。
Moreover, the mechanical measurement method of FIG.6 and FIG.7 in 2nd Embodiment mentioned above can be implemented also in 1st Embodiment. In this case, a power feeding system including the power feeding unit 3 (
また、他の実施形態として、各々のポートにおいてターゲット周波数の反射損をモニタして、反射損を最小にするような制御も可能である。 As another embodiment, it is possible to control the reflection loss at the target frequency at each port to minimize the reflection loss.
３ 給電部（給電手段）
５ 受電部（受電手段）
７ 給電側コイル
８ 給電側バラクタ（キャパシタ）
９ 受電側コイル
１１ 受電側バラクタ（キャパシタ）
１２ 可変電圧源（調整手段の一部）
１３ 距離測定部（距離測定手段）
１４ 制御部（調整手段の一部）
１５ 可変電圧源（調整手段の一部）
１６ 制御部（調整手段の一部）
１７ 距離測定部（距離測定手段）
４１ 車体
４２ ドア
４３ サスペンション
４５ スライドシート用レール
４６ スライドシート
3 Power supply unit (power supply means)
5 Power receiving unit (power receiving means)
7 Feeding
9 Receiving
12 Variable voltage source (part of adjustment means)
13 Distance measuring unit (distance measuring means)
14 Control unit (part of adjusting means)
15 Variable voltage source (part of adjustment means)
16 Control part (part of adjustment means)
17 Distance measuring unit (distance measuring means)
41
Claims (2)
前記給電側コイル及び前記受電側コイルの少なくとも一方に並列に接続されて共振回路を構成するとともに容量値が可変に設けられたキャパシタと、
前記給電側コイル及び前記受電側コイルのコイル間距離を測定する距離測定手段と、
前記距離測定手段により測定したコイル間距離に応じて前記キャパシタの容量値を調整する調整手段と、を備え、
前記調整手段は、前記キャパシタの容量値を、前記コイル間距離の変動に関わらず、前記給電側コイル及び前記受電側コイルが常に臨界結合となるように調整し、
前記距離測定手段は、前記コイル間距離を機械的に測定する手段であり、
前記給電手段は移動体の固定部に配置され、
前記受電手段は移動体の可動部に配置されており、
前記給電手段は自動車の車体側に設けられ、
前記受電手段は自動車のドア側に設けられ、
前記距離測定手段は、自動車側に設けられ、前記ドアのドア開閉角度を測定し、前記ドア開閉角度に基づいて前記コイル間距離を求める
ことを特徴とする非接触電力伝送システム。 In a non-contact power transmission system comprising: a power supply unit provided with a power supply side coil to which power is supplied; and a power reception unit provided with a power reception side coil electromagnetically coupled to the power supply side coil.
A capacitor which is connected in parallel to at least one of the power supply side coil and the power reception side coil to form a resonance circuit and whose capacitance value is variably provided;
Distance measuring means for measuring a distance between the coils of the power feeding side coil and the power receiving side coil;
Adjusting means for adjusting the capacitance value of the capacitor according to the distance between the coils measured by the distance measuring means,
The adjustment means adjusts the capacitance value of the capacitor so that the power supply side coil and the power reception side coil are always in a critical coupling regardless of the fluctuation of the distance between the coils ,
The distance measuring means is a means for mechanically measuring the distance between the coils,
The power supply means is disposed in a fixed part of the moving body,
The power receiving means is disposed on a movable part of a moving body,
The power feeding means is provided on the vehicle body side of the automobile,
The power receiving means is provided on the door side of the automobile,
The distance measuring means is provided on the automobile side, measures the door opening / closing angle of the door, and obtains the distance between the coils based on the door opening / closing angle.
A non-contact power transmission system characterized by that.
前記給電側コイル及び前記受電側コイルの少なくとも一方に並列に接続されて共振回路を構成するとともに容量値が可変に設けられたキャパシタと、
前記給電側コイル及び前記受電側コイルのコイル間距離を測定する距離測定手段と、
前記距離測定手段により測定したコイル間距離に応じて前記キャパシタの容量値を調整する調整手段と、を備え、
前記調整手段は、前記キャパシタの容量値を、前記コイル間距離の変動に関わらず、前記給電側コイル及び前記受電側コイルが常に臨界結合となるように調整し、
前記距離測定手段は、前記コイル間距離を機械的に測定する手段であり、
前記給電手段は移動体の固定部に配置され、
前記受電手段は移動体の可動部に配置されており、
前記給電手段は自動車のスライドシート用レールに設けられ、
前記受電手段は前記スライドシートに設けられ、
前記距離測定手段は、前記スライドシートの変位量を測定し、前記変位量に基づいて前記コイル間距離を求める
ことを特徴とする非接触電力伝送システム。 In a non-contact power transmission system comprising: a power supply unit provided with a power supply side coil to which power is supplied; and a power reception unit provided with a power reception side coil electromagnetically coupled to the power supply side coil.
A capacitor which is connected in parallel to at least one of the power supply side coil and the power reception side coil to form a resonance circuit and whose capacitance value is variably provided;
Distance measuring means for measuring a distance between the coils of the power feeding side coil and the power receiving side coil;
Adjusting means for adjusting the capacitance value of the capacitor according to the distance between the coils measured by the distance measuring means,
The adjustment means adjusts the capacitance value of the capacitor so that the power supply side coil and the power reception side coil are always in a critical coupling regardless of the fluctuation of the distance between the coils,
The distance measuring means is a means for mechanically measuring the distance between the coils,
The power supply means is disposed in a fixed part of the moving body,
The power receiving means is disposed on a movable part of a moving body,
The power supply means is provided on a rail for an automobile slide seat,
The power receiving means is provided on the slide sheet,
The distance measuring means measures a displacement amount of the slide sheet, and obtains a distance between the coils based on the displacement amount.
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