JP6425183B2 - Non-contact power feeding device and non-contact power feeding system - Google Patents
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Description
本発明は、非接触給電装置および非接触給電システムに関する。 The present invention relates to a noncontact power feeding device and a noncontact power feeding system.
従来、電磁誘導を利用して負荷に非接触で電力を供給する非接触給電装置が提案されており、たとえば特許文献１に開示されている。特許文献１に記載の非接触給電装置は、磁界を発生させることで電力を供給する給電コイル（一次側コイル）を備えており、電気自動車などの移動体への給電に用いられる。非接触受電装置は、受電コイル（二次側コイル）および蓄電池を備えており、非接触給電装置の給電コイルから受電コイルに供給された電力を蓄電池に蓄積する。
Conventionally, a non-contact power feeding apparatus for supplying power to a load in a non-contact manner utilizing electromagnetic induction has been proposed, and disclosed, for example, in
ところで、上述したような非接触給電装置では、一次側コイルと二次側コイルとの相対的な位置関係によって、一次側コイルと二次側コイルとの間の結合係数が変化する。このため、一次側コイルと二次側コイルとの相対的な位置関係が変化した場合、非接触給電装置から出力される出力電力が減少し、必要な電力が不足する可能性がある。 By the way, in the noncontact power feeding apparatus as described above, the coupling coefficient between the primary coil and the secondary coil changes depending on the relative positional relationship between the primary coil and the secondary coil. For this reason, when the relative positional relationship between the primary side coil and the secondary side coil changes, the output power output from the non-contact power feeding device may be reduced, and the necessary power may be insufficient.
そこで、非接触給電装置では、必要な電力を確保するために出力電力の大きさを補正するとともに、補正に伴って生じ得る伝導ノイズを低減する対策が望まれている。 Therefore, in the non-contact power feeding device, it is desired to correct the magnitude of the output power in order to secure the necessary power, and to reduce the conductive noise that may occur with the correction.
本発明は、上記の点に鑑みてなされており、伝導ノイズを低減することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described points, and an object thereof is to reduce conducted noise.
本発明の一態様に係る非接触給電装置は、給電ユニットと、コイルユニットとを備える。前記給電ユニットは、入力される直流電圧を交流電圧に変換して、変換した前記交流電圧を出力するインバータ回路を有する。前記コイルユニットは、一対の電線間に電気的に接続される一次側コイルを有する。前記一次側コイルは、前記一対の電線を介して前記交流電圧が印加されることにより二次側コイルに非接触で出力電力を供給するように構成される。前記コイルユニットと前記給電ユニットとは、互いに隔てて設けられている。前記給電ユニットは、前記インバータ回路を制御する第１制御回路をさらに備える。前記コイルユニットは、前記交流電圧の大きさを調整することで前記出力電力の大きさを補正する電力補正回路と、前記電力補正回路を制御する第２制御回路とをさらに備える。前記第２制御回路は、前記一次側コイルに印加される前記交流電圧に基づいて、前記電力補正回路を制御するタイミングを、前記第１制御回路が前記インバータ回路を制御するタイミングに同期させる。 A non-contact power feeding device according to an aspect of the present invention includes a power feeding unit and a coil unit. The feed unit includes an inverter circuit that converts an input DC voltage into an AC voltage and outputs the converted AC voltage. The coil unit has a primary coil electrically connected between a pair of electric wires. The primary coil is configured to supply output power to the secondary coil in a contactless manner by applying the AC voltage through the pair of electric wires. The coil unit and the power supply unit are provided separately from each other. The feed unit further includes a first control circuit that controls the inverter circuit. The coil unit further includes a power correction circuit that corrects the magnitude of the output power by adjusting the magnitude of the AC voltage, and a second control circuit that controls the power correction circuit. The second control circuit synchronizes the timing at which the power correction circuit is controlled with the timing at which the first control circuit controls the inverter circuit based on the AC voltage applied to the primary coil.
また、本発明の一態様に係る非接触給電システムは、上記の非接触給電装置と、前記二次側コイルを有する非接触受電装置とを備える。前記非接触受電装置は、前記非接触給電装置から非接触で前記出力電力が供給されるように構成される。 Moreover, the non-contact electric power feeding system which concerns on 1 aspect of this invention is equipped with said non-contact electric power feeding apparatus and the non-contact power receiving apparatus which has the said secondary side coil. The non-contact power reception device is configured to be supplied with the output power in a non-contact manner from the non-contact power feeding device.
本実施形態は、非接触給電装置２および非接触給電システム１、より詳細には負荷に非接触で給電を行う非接触給電装置２および非接触給電システム１に関する。
The present embodiment relates to a non-contact power feeding device 2 and a non-contact
本実施形態の非接触給電装置２は、図１、図２に示すように、インバータ回路２２を有する給電ユニット６と、一次側コイルＬ１を有するコイルユニット７とを備えている。インバータ回路２２は、入力される直流電圧を交流電圧に変換して出力する。一次側コイルＬ１は、一対の電線５１，５２間に電気的に接続されて一対の電線５１，５２を介して交流電圧が印加されることにより二次側コイルＬ２に非接触で出力電力を供給する。
As shown in FIGS. 1 and 2, the non-contact power feeding device 2 of the present embodiment includes a
給電ユニット６は、インバータ回路２２を制御する第１制御回路２４１をさらに備えている。また、コイルユニット７は、交流電圧の大きさを調整することで出力電力の大きさを補正する電力補正回路２３と、電力補正回路２３を制御する第２制御回路２４２とをさらに備えている。
The
そして、第２制御回路２４２は、一次側コイルＬ１に印加される交流電圧に基づいて、電力補正回路２３を制御するタイミングを、第１制御回路２４１がインバータ回路２２を制御するタイミングに同期させている。
Then, the
また、本実施形態の非接触給電システム１は、図１、図２に示すように、非接触給電装置２と、二次側コイルＬ２を有する非接触受電装置３とを備えている。非接触受電装置３は、非接触給電装置２から非接触で出力電力が供給されるように構成されている。
Moreover, as shown to FIG. 1, FIG. 2, the non-contact electric
以下、本実施形態の非接触給電装置２および非接触給電システム１について詳しく説明する。ただし、以下に説明する構成は、本発明の一例に過ぎず、本発明は、下記の実施形態に限定されることはなく、この実施形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。
Hereinafter, the non-contact power feeding device 2 and the non-contact
まず、本実施形態の非接触給電システム１の概要について図１を用いて説明する。非接触給電システム１は、一次側コイルＬ１を有する非接触給電装置２と、二次側コイルＬ２を有する非接触受電装置３とを備えている。非接触受電装置３は、非接触給電装置２から非接触で出力電力が供給されるように構成されている。ここで、出力電力とは、非接触給電装置２から出力される電力である。つまり、出力電力は、一次側コイルＬ１に交流電圧が印加されることにより、一次側コイルＬ１から二次側コイルＬ２に非接触で供給される電力である。
First, the outline of the non-contact
本実施形態では、非接触受電装置３が電動車両に搭載されている場合を例に説明する。また、電動車両に搭載されている蓄電池４が負荷である場合を例にして説明する。ここで、電動車両とは、蓄電池４に蓄積された電気エネルギーを用いて走行する車両である。そして、非接触受電装置３は、蓄電池４の充電装置として用いられる。なお、ここでは、電動機で生じる駆動力によって走行する電気自動車を電動車両の例として説明するが、電動車両は電気自動車に限らず、たとえば二輪車（電動バイク）、電動自転車などであってもよい。
In the present embodiment, the case where the non-contact
非接触給電装置２は、商用電源（系統電源）や、太陽光発電設備などの発電設備から供給される電力を、非接触受電装置３に非接触で供給することで、蓄電池４を充電する。非接触給電装置２に供給される電力は、交流電力と直流電力とのいずれであってもよい。本実施形態では、非接触給電装置２に商用電源ＡＣ１から交流電力が供給される場合を例に説明する。このため、非接触給電装置２は、商用電源ＡＣ１から供給される交流電力を直流電力に変換するＡＣ／ＤＣコンバータ回路２１を備えている。なお、非接触給電装置２に直流電源から直流電力が供給されてもよい。この場合、非接触給電装置２は、ＡＣ／ＤＣコンバータ回路２１を備える必要はない。
The non-contact power feeding device 2 charges the
非接触給電装置２は、たとえば商業施設や公共施設、あるいは集合住宅などの駐車場に設置される。非接触給電装置２のうち少なくとも一次側コイルＬ１は、床あるいは地面に設置される。そして、非接触給電装置２は、一次側コイルＬ１の上に駐車された電動車両が備える非接触受電装置３に対して非接触で出力電力を供給する。このとき、非接触受電装置３の二次側コイルＬ２は、一次側コイルＬ１の上方に位置することで、一次側コイルＬ１と電磁界結合（電界結合と磁界結合との少なくとも一方）されている。なお、一次側コイルＬ１は、床あるいは地面から露出するように設置される構成に限らず、床あるいは地面に埋め込まれるように設置されていてもよい。
The non-contact power feeding device 2 is installed, for example, in a parking lot such as a commercial facility, a public facility, or an apartment house. At least the primary coil L1 of the noncontact power feeding device 2 is installed on the floor or the ground. Then, the non-contact power feeding device 2 non-contactly supplies the output power to the non-contact
非接触受電装置３は、図１、図２に示すように、二次側コイルＬ２と、一対の二次側コンデンサＣ２１，Ｃ２２と、整流回路３１と、平滑コンデンサＣ２とを有している。整流回路３１は、一対の交流入力点と、一対の直流出力点とを有するダイオードブリッジで構成されている。二次側コイルＬ２の一端は、二次側コンデンサＣ２１を介して整流回路３１の一方の交流入力点に電気的に接続され、二次側コイルＬ２の他端は、二次側コンデンサＣ２２を介して整流回路３１の他方の交流入力点に電気的に接続されている。平滑コンデンサＣ２は、整流回路３１の一対の直流出力点間に電気的に接続されている。さらに、平滑コンデンサＣ２の両端は、それぞれ一対の出力端子Ｔ２１，Ｔ２２に電気的に接続されている。一対の出力端子Ｔ２１，Ｔ２２には、蓄電池４が電気的に接続されている。
As shown in FIG. 1 and FIG. 2, the non-contact
非接触受電装置３は、非接触給電装置２の一次側コイルＬ１からの出力電力を二次側コイルＬ２で受ける。そして、非接触受電装置３は、二次側コイルＬ２の両端間に発生する交流電圧を整流回路３１にて整流し、さらに平滑コンデンサＣ２により平滑することで得られる直流電圧を、一対の出力端子Ｔ２１，Ｔ２２から蓄電池４に出力（印加）する。
The non-contact
本実施形態では、非接触給電装置２は、一次側コイルＬ１とともに共振回路（以下、「一次側共振回路」という）を構成する一対の一次側コンデンサＣ１１，Ｃ１２を備えている。また、非接触受電装置３では、二次側コイルＬ２は、一対の二次側コンデンサＣ２１，Ｃ２２とともに共振回路（以下、「二次側共振回路」という）を構成している。
In the present embodiment, the non-contact power feeding device 2 is provided with a pair of primary side capacitors C11 and C12 that constitute a resonant circuit (hereinafter referred to as "primary side resonant circuit") together with the primary side coil L1. Further, in the non-contact
そして、本実施形態の非接触給電システム１は、一次側共振回路と二次側共振回路とを共鳴させることにより電力の伝送を行う磁界共鳴方式（磁気共鳴方式）を採用している。このため、本実施形態の非接触給電システム１は、一次側コイルＬ１と二次側コイルＬ２が比較的離れた状態でも、非接触給電装置２の出力電力を非接触受電装置３に対して高効率で伝送可能である。
And the non-contact electric
次に、本実施形態の非接触給電装置２について図１、図２を用いて説明する。本実施形態の非接触給電装置２は、一対の入力端子Ｔ１１，Ｔ１２と、ＡＣ／ＤＣコンバータ回路２１と、インバータ回路２２と、電力補正回路２３と、制御回路２４と、電圧センサ２５とを備えている。また、本実施形態の非接触給電装置２は、既に述べたように、一次側共振回路を構成する一次側コイルＬ１および一対の一次側コンデンサＣ１１，Ｃ１２を備えている。一対の入力端子Ｔ１１，Ｔ１２には、商用電源ＡＣ１が電気的に接続されている。
Next, the non-contact power feeding device 2 of the present embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 2. The noncontact power feeding device 2 of the present embodiment includes a pair of input terminals T11 and T12, an AC /
また、本実施形態の非接触給電装置２は、交流電圧を出力する給電ユニット６と、一次側コイルＬ１を有するコイルユニット７と、一対の電線５１，５２とで構成されている。給電ユニット６は、たとえば筐体に、ＡＣ／ＤＣコンバータ回路２１と、インバータ回路２２と、制御回路２４とを収納して構成されている。コイルユニット７は、たとえば給電ユニット６の筐体とは異なる筐体に、電力補正回路２３と、電圧センサ２５と、一次側コンデンサＣ１１，Ｃ１２と、一次側コイルＬ１とを収納して構成されている。
Further, the non-contact power feeding device 2 of the present embodiment is configured of a
一対の電線５１，５２は、給電ユニット６とコイルユニット７との間に配置され、かつ、給電ユニット６とコイルユニット７とを電気的に接続するように構成されている。そして、一次側コイルＬ１は、一対の電線５１，５２間に電気的に接続されている。本実施形態では、一対の電線５１，５２は、絶縁性を有する材料で形成された被膜に覆われて１本のケーブルとして構成されている。もちろん、第１電線５１と第２電線５２とは、それぞれ別々のケーブルとして構成されていてもよいし、被膜に覆われていなくてもよい。
The pair of
ＡＣ／ＤＣコンバータ回路２１は、一対の入力点２１１，２１２と、一対の出力点２１３，２１４とを有している。一対の入力点２１１，２１２は、一対の入力端子Ｔ１１，Ｔ１２を介して商用電源ＡＣ１に電気的に接続されている。また、一対の出力点２１３，２１４は、インバータ回路２２の一対の入力点２２１，２２２に電気的に接続されている。
The AC /
本実施形態では、ＡＣ／ＤＣコンバータ回路２１は、スイッチ素子を有するスイッチング電源で構成されている。そして、ＡＣ／ＤＣコンバータ回路２１は、スイッチ素子を制御回路２４に制御されることにより、一対の入力点２１１，２１２に印加される商用電源ＡＣ１からの交流電圧を直流電圧に変換して、変換した直流電圧を一対の出力点２１３，２１４から出力する。また、本実施形態では、ＡＣ／ＤＣコンバータ回路２１は、ＰＦＣ（Power Factor Correction）回路としても機能する。
In the present embodiment, the AC /
インバータ回路２２は、４つのスイッチ素子Ｑ１〜Ｑ４がフルブリッジ接続されたフルブリッジインバータ回路である。本実施形態では、スイッチ素子Ｑ１〜Ｑ４は、それぞれｎチャネルのデプレッション型ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）である。インバータ回路２２は、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２の直列回路と、スイッチ素子Ｑ３，Ｑ４の直列回路とを一対の入力点２２１，２２２間に並列に電気的に接続して構成されている。スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２の接続点およびスイッチ素子Ｑ３，Ｑ４の接続点は、一対の出力点２２３，２２４となる。
The
一対の入力点２２１，２２２のうち、第１入力点２２１には、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ３のドレインが電気的に接続されている。また、第２入力点２２２には、スイッチ素子Ｑ２，Ｑ４のソースが電気的に接続されている。そして、スイッチ素子Ｑ１のソースとスイッチ素子Ｑ２のドレインとの接続点が、第１出力点２２３となる。また、スイッチ素子Ｑ３のソースとスイッチ素子Ｑ４のドレインとの接続点が、第２出力点２２４となる。
The drains of the switch elements Q1 and Q3 are electrically connected to the
スイッチ素子Ｑ１〜Ｑ４のドレイン−ソース間には、それぞれダイオードＤ１〜Ｄ４が電気的に接続されている。ダイオードＤ１〜Ｄ４は、スイッチ素子Ｑ１〜Ｑ４のドレイン側をカソードとする向きで接続されている。ここでは、ダイオードＤ１〜Ｄ４は、スイッチ素子Ｑ１〜Ｑ４の寄生ダイオードである。 The diodes D1 to D4 are electrically connected between the drain and source of the switch elements Q1 to Q4, respectively. The diodes D1 to D4 are connected in a direction in which the drain sides of the switch elements Q1 to Q4 are cathodes. Here, the diodes D1 to D4 are parasitic diodes of the switch elements Q1 to Q4.
電力補正回路２３は、コンデンサＣ３１と、４つのスイッチ素子Ｑ５〜Ｑ８とを有している。本実施形態では、スイッチ素子Ｑ５〜Ｑ８は、それぞれｎチャネルのデプレッション型ＭＯＳＦＥＴである。電力補正回路２３の入力点２３１は、インバータ回路２２の第１出力点２２３に電気的に接続されている。また、電力補正回路２３の出力点２３２は、一次側コンデンサＣ１１を介して一次側コイルＬ１の第１端に電気的に接続されている。電力補正回路２３は、インバータ回路２２の第１出力点２２３と一次側コンデンサＣ１１との間に、スイッチ素子Ｑ５，Ｑ７の直列回路と、スイッチ素子Ｑ６，Ｑ８の直列回路とを並列に電気的に接続して構成されている。
The
スイッチ素子Ｑ５，Ｑ７の接続点と、スイッチ素子Ｑ６，Ｑ８の接続点との間には、コンデンサＣ３１が電気的に接続されている。インバータ回路２２の第１出力点２２３には、スイッチ素子Ｑ５のソースおよびスイッチ素子Ｑ６のドレインが電気的に接続されている。また、一次側コイルＬ１の第１端には、一次側コンデンサＣ１１を介してスイッチ素子Ｑ７のソースおよびスイッチ素子Ｑ８のドレインが電気的に接続されている。
A capacitor C31 is electrically connected between the connection point of the switch elements Q5 and Q7 and the connection point of the switch elements Q6 and Q8. The source of the switch element Q5 and the drain of the switch element Q6 are electrically connected to the
スイッチ素子Ｑ５〜Ｑ８のドレイン−ソース間には、それぞれダイオードＤ５〜Ｄ８が電気的に接続されている。ダイオードＤ５〜Ｄ８は、スイッチ素子Ｑ５〜Ｑ８のドレイン側をカソードとする向きで接続されている。ここでは、ダイオードＤ５〜Ｄ８は、スイッチ素子Ｑ５〜Ｑ８の寄生ダイオードである。 Diodes D5 to D8 are electrically connected between the drain and source of switch elements Q5 to Q8, respectively. The diodes D5 to D8 are connected in a direction in which the drain side of the switch elements Q5 to Q8 is a cathode. Here, the diodes D5 to D8 are parasitic diodes of the switch elements Q5 to Q8.
制御回路２４は、給電ユニット６に含まれる第１制御回路２４１と、コイルユニット７に含まれる第２制御回路２４２とで構成されている。第１制御回路２４１と第２制御回路２４２とは、一対の電線５１，５２とは異なる信号線５３により電気的に接続されている。
The
第１制御回路２４１および第２制御回路２４２は、たとえばマイコン（マイクロコンピュータ）を主構成として備えている。マイコンは、そのメモリに記録されているプログラムをＣＰＵ（Central Processing Unit）で実行することにより、制御回路２４としての機能を実現する。プログラムは、予めマイコンのメモリに記録されていてもよいし、メモリカードのような記録媒体に記録されて提供されたり、電気通信回線を通して提供されたりしてもよい。
第１制御回路２４１は、ＡＣ／ＤＣコンバータ回路２１のスイッチ素子のオン／オフを切り替えるための駆動信号を出力する。また、第１制御回路２４１は、インバータ回路２２のスイッチ素子Ｑ１〜Ｑ４のオン／オフを切り替えるための駆動信号Ｇ１〜Ｇ４を出力する。駆動信号Ｇ１〜Ｇ４は、スイッチ素子Ｑ１〜Ｑ４に一対一に対応する。制御回路２４は、駆動信号Ｇ１〜Ｇ４を、それぞれ対応するスイッチ素子Ｑ１〜Ｑ４のゲートに出力することで、スイッチ素子Ｑ１〜Ｑ４の制御を行っている。
The
第２制御回路２４２は、電力補正回路２３のスイッチ素子Ｑ５〜Ｑ８のオン／オフを切り替えるための駆動信号Ｇ５〜Ｇ８を出力する。駆動信号Ｇ５〜Ｇ８は、スイッチ素子Ｑ５〜Ｑ８に一対一に対応する。制御回路２４は、駆動信号Ｇ５〜Ｇ８を、それぞれ対応するスイッチ素子Ｑ５〜Ｑ８のゲートに出力することで、スイッチ素子Ｑ５〜Ｑ８の制御を行っている。
The
なお、本実施形態では、制御回路２４が、スイッチ素子Ｑ１〜Ｑ８のゲートに対して駆動信号Ｇ１〜Ｇ８を直接出力しているが、この構成に限らない。たとえば、非接触給電装置２は、スイッチ素子Ｑ１〜Ｑ８の駆動回路をさらに備えていてもよい。そして、駆動回路は、制御回路２４からの駆動信号Ｇ１〜Ｇ８を受けて、スイッチ素子Ｑ１〜Ｑ８を駆動してもよい。
In the present embodiment, the
電圧センサ２５は、図３に示すように、たとえば抵抗２５１と、フォトカプラ２５２と、ダイオード２５３とを備えて構成されている。フォトカプラ２５２の発光ダイオード２５２Ａと抵抗２５１との直列回路は、インバータ回路２２の一対の出力点２２３，２２４間に電気的に接続されている。フォトカプラ２５２のフォトトランジスタ２５２Ｂは、第２制御回路２４２に電気的に接続されている。ダイオード２５３は、アノードを発光ダイオード２５２Ａのカソード、カソードを発光ダイオード２５２Ａのアノードに接続するようにして、発光ダイオード２５２Ａに並列に電気的に接続されている。第２制御回路２４２は、電圧センサ２５の出力（検知電圧ＶＤ１）を受けて、インバータ回路２２から出力される交流電圧の大きさを計測値として計測する。なお、検知電圧ＶＤ１は、大地（グランド）ＧＮＤ（図５参照）を基準電位点とする対地間電圧を表している。
As shown in FIG. 3, the
本実施形態の非接触給電装置２は、計測部２６をさらに備えている。一次側コイルＬ１と一次側コンデンサＣ１２との間には、たとえば変流器からなる電流センサ２７が設けられている。計測部２６は、電流センサ２７の出力を受けて、一次側コイルＬ１に流れる電流の大きさを計測値として計測する。また、計測部２６は、計測値を第２制御回路２４２に出力するように構成されている。第２制御回路２４２は、計測部２６で計測された計測値を用いて、一次側コイルＬ１から出力される出力電力の大きさを監視する。
The non-contact power feeding device 2 of the present embodiment further includes a measuring
以下、本実施形態の非接触給電装置２の動作について図１〜図４を用いて説明する。なお、図４における「オン」、「オフ」は、対応するスイッチ素子のオン、オフを表している。 Hereinafter, the operation of the non-contact power feeding device 2 of the present embodiment will be described using FIGS. 1 to 4. Note that "on" and "off" in FIG. 4 indicate the on / off of the corresponding switch element.
インバータ回路２２の一対の入力点２２１，２２２には、第１制御回路２４１がＡＣ／ＤＣコンバータ回路２１を制御することにより、ＡＣ／ＤＣコンバータ回路２１の出力する直流電圧が印加される。第１制御回路２４１は、図４に示すように、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ４に対応する駆動信号Ｇ１，Ｇ４と、スイッチ素子Ｑ２，Ｑ３に対応する駆動信号Ｇ２，Ｇ３として、互いに逆位相（位相差が１８０度）の信号を発生する。このため、インバータ回路２２では、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ４のペアと、スイッチ素子Ｑ２，Ｑ３のペアとが交互にオンするように制御される。なお、スイッチ素子Ｑ１〜Ｑ４が全てオンするのを防止するために、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ４のペアのオン期間と、スイッチ素子Ｑ２，Ｑ３のペアのオン期間との間には、デッドタイムが設けられている。
The
その結果、インバータ回路２２の一対の出力点２２３，２２４間には、周期的に極性（正・負）が反転する電圧（交流電圧）が発生する。つまり、インバータ回路２２は、スイッチ素子Ｑ１〜Ｑ４のスイッチングにより、一対の入力点２２１，２２２に印加される直流電圧を交流電圧に変換して、変換した交流電圧を一対の出力点２２３，２２４から出力する。以下では、インバータ回路２２の出力電圧について、第１出力点２２３の電位が高電位となる極性を「正極性」、第２出力点２２４の電位が高電位となる極性を「負極性」という。つまり、インバータ回路２２の出力電圧は、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ４がオンの状態で正極性となり、スイッチ素子Ｑ２，Ｑ３がオンの状態で負極性となる。
As a result, between the pair of
本実施形態の非接触給電装置２では、一次側コイルＬ１は、一対の一次側コンデンサＣ１１，Ｃ１２とともに一次側共振回路を構成している。このため、一次側コイルＬ１から出力される出力電力（出力電圧）の大きさは、インバータ回路２２の動作周波数（つまり、駆動信号Ｇ１〜Ｇ４の周波数）に応じて変化する。そして、一次側コイルＬ１から出力される出力電力の大きさは、インバータ回路２２の動作周波数が一次側共振回路の共振周波数と一致するときにピークに達する。
In the non-contact power feeding device 2 of the present embodiment, the primary side coil L1 constitutes a primary side resonance circuit together with the pair of primary side capacitors C11 and C12. Therefore, the magnitude of the output power (output voltage) output from the primary side coil L1 changes in accordance with the operating frequency of the inverter circuit 22 (that is, the frequencies of the drive signals G1 to G4). Then, the magnitude of the output power output from the primary side coil L1 reaches a peak when the operating frequency of the
ここで、一次側コイルＬ１と二次側コイルＬ２との相対的な位置関係が変化し、一次側コイルＬ１と二次側コイルＬ２との結合係数が変化すると、非接触給電装置２の出力電力の周波数特性（以下、「共振特性」という）が変化する。非接触給電装置２の共振特性が変化すると、たとえば政府等から使用が許可されている周波数の範囲内でインバータ回路２２の動作周波数を調整しても、非接触給電装置２の出力電力が目標となる電力に達しない可能性がある。
Here, when the relative positional relationship between the primary coil L1 and the secondary coil L2 changes, and the coupling coefficient between the primary coil L1 and the secondary coil L2 changes, the output power of the non-contact power feeding device 2 Frequency characteristics (hereinafter referred to as “resonance characteristics”) of When the resonance characteristic of non-contact power feeding device 2 changes, the output power of non-contact power feeding device 2 becomes the target even if the operating frequency of
そこで、本実施形態では、電力補正回路２３によりインバータ回路２２の出力する交流電圧を調整することで、一次側コイルＬ１から出力される出力電力の大きさを補正している。以下、電力補正回路２３の動作について説明する。
Therefore, in the present embodiment, by adjusting the AC voltage output from the
第２制御回路２４２は、図４に示すように、スイッチ素子Ｑ５，Ｑ８に対応する駆動信号Ｇ５，Ｇ８と、スイッチ素子Ｑ６，Ｑ７に対応する駆動信号Ｇ６，Ｇ７として、互いに逆位相（位相差が１８０度）の信号を発生する。このため、電力補正回路２３では、スイッチ素子Ｑ５，Ｑ８のペアと、スイッチ素子Ｑ６，Ｑ７のペアとが交互にオンするように制御される。なお、スイッチ素子Ｑ５〜Ｑ８が全てオンするのを防止するために、スイッチ素子Ｑ５，Ｑ８のペアのオン期間と、スイッチ素子Ｑ６，Ｑ７のペアのオン期間との間には、デッドタイムが設けられている。
As shown in FIG. 4, the
その結果、電力補正回路２３は、インバータ回路２２の第１出力点２２３と一次側コイルＬ１との間に、コンデンサＣ３１が電気的に接続される状態と、コンデンサＣ３１が電気的に接続されない状態とを切り替える。そして、電力補正回路２３は、インバータ回路２２の出力する電圧に、さらにコンデンサＣ３１の充電電圧を一次側コイルＬ１に加減することで、出力電力の大きさを補正する。つまり、電力補正回路２３は、複数のスイッチ素子Ｑ５〜Ｑ８が制御されることにより、コンデンサＣ３１の充電電圧を一次側コイルＬ１に加減するように構成されている。言い換えれば、電力補正回路２３は、インバータ回路２２の第１出力点２２３と一次側コイルＬ１との間における一次側共振回路の容量成分の大きさを調整することにより、出力電力の大きさを補正するように構成されている。
As a result, the
なお、出力電力の大きさを補正する必要がない場合、第２制御回路２４２は、スイッチ素子Ｑ５，Ｑ７のペア（またはスイッチ素子Ｑ６，Ｑ８のペア）をオンに制御する。これにより、電力補正回路２３では、インバータ回路２２の第１出力点２２３と一次側コイルＬ１との間にコンデンサＣ３１が電気的に接続されない状態となるので、出力電力の大きさが補正されない。
When it is not necessary to correct the magnitude of the output power, the
本実施形態では、電力補正回路２３は、駆動信号Ｇ１〜Ｇ４と駆動信号Ｇ５〜Ｇ８との位相差を第２制御回路２４２が制御することにより、一次側コイルＬ１に加減するコンデンサＣ３１の充電電圧を調整している。ここで、位相差とは、駆動信号Ｇ１，Ｇ４に対する駆動信号Ｇ６，Ｇ７の位相の遅れ、あるいは駆動信号Ｇ２，Ｇ３に対する駆動信号Ｇ５，Ｇ８の位相の遅れである。
In the present embodiment, the
上述のように、本実施形態の非接触給電装置２は、その出力電力が目標となる電力に対して不足する場合に、電力補正回路２３により、一次側コイルＬ１に印加する交流電圧の大きさを調整することができる。したがって、本実施形態の非接触給電装置２は、目標となる電力を満たすように出力電力の大きさを補正することが可能である。
As described above, when the output power of the non-contact power feeding device 2 of the present embodiment is insufficient for the target power, the magnitude of the AC voltage applied to the primary coil L1 by the
以下、本実施形態の非接触給電装置２の比較例として、非接触給電装置２００について説明する。比較例の非接触給電装置２００は、図５に示すように、第１制御回路２４１および第２制御回路２４２を備えておらず、給電ユニット６に電力補正回路２３および制御回路２８が含まれる点で、本実施形態の非接触給電装置２と相違する。
Hereinafter, the non-contact electric
制御回路２８は、第１制御回路２４１および第２制御回路２４２と等価に機能する。つまり、制御回路２８は、ＡＣ／ＤＣコンバータ回路２１に対する駆動信号と、インバータ回路２２に対する駆動信号Ｇ１〜Ｇ４と、電力補正回路２３に対する駆動信号Ｇ５〜Ｇ８とを出力する。
The control circuit 28 functions equivalently to the
比較例の非接触給電装置２００は、電力補正回路２３により、一次側コイルＬ１に印加する交流電圧の大きさを調整することで、本実施形態の非接触給電装置２と同様に出力電力の大きさを補正することが可能である。しかしながら、比較例の非接触給電装置２００では、出力電力の大きさの補正に伴ってコモンモードノイズが生じ得る。以下、この点について説明する。なお、以下の説明において、図１、図５〜図６Ｂに示す電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３、およびコモンモード電圧ＶＣ１は、いずれも大地（グランド）ＧＮＤ（図５参照）を基準電位点とする対地間電圧を表している。また、以下で説明する図６Ａ、図６Ｂは、比較例の非接触給電装置２００のシミュレーションを行った結果を表している。このシミュレーションは、電力補正回路２３が動作しており、電力補正回路２３により比較例の非接触給電装置２００の出力電力の大きさが補正されているという条件の下、行われた。
In the non-contact
既に述べたように、インバータ回路２２は、正極性の電圧と負極性の電圧とを交互に出力しており、その出力する電圧の振幅は同じである。したがって、図６Ａに示すように、インバータ回路２２の第１出力点２２３での電圧Ｖ１と、第２出力点２２４での電圧Ｖ２とは、振幅が殆ど同じである。
As described above, the
一方、電力補正回路２３の出力点２３２での電圧Ｖ３と、インバータ回路２２の第２出力点２２４での電圧Ｖ２とは、振幅が互いに異なる。図６Ａに示すように、電圧Ｖ３は、電圧Ｖ１にコンデンサＣ３１の充電電圧を加減した電圧となるためである。このため、図６Ｂに示すように、コモンモード電圧ＶＣ１が変動する。ここで、コモンモード電圧ＶＣ１は、一対の電線５１，５２間の電圧を、浮遊容量ＣＰ１，ＣＰ２で分圧した電圧である。浮遊容量ＣＰ１，ＣＰ２は、それぞれ一対の電線５１，５２と大地ＧＮＤとの間に存在する。
On the other hand, the amplitude of the voltage V3 at the
コモンモード電圧ＶＣ１が変動すると、一対の電線５１，５２と大地との間の浮遊容量ＣＰ１，ＣＰ２を介して漏洩電流が流れる可能性がある。また、漏洩電流が伝導ノイズとして外部に流出してしまう可能性がある。
When the common mode voltage VC1 fluctuates, a leakage current may flow through the stray capacitances CP1 and CP2 between the pair of
伝導ノイズへの対策としては、伝導ノイズを低減すべく、一次側コンデンサＣ１１，Ｃ１２や一次側コイルＬ１の他に、さらにコンデンサやコイルを追加することが考えられる。しかしながら、この場合、一次側共振回路の共振周波数の調整が難しくなるという問題がある。また、漏洩電流への対策としては、浮遊容量ＣＰ１，ＣＰ２を低減すべく、一対の電線５１，５２として電磁シールドを施したケーブルを採用することが考えられる。しかしながら、この場合、専用のケーブルを用意する必要があるため、コストが増大するという問題がある。
As measures against the conducted noise, it is conceivable to further add a capacitor and a coil in addition to the primary side capacitors C11 and C12 and the primary side coil L1 in order to reduce the conducted noise. However, in this case, there is a problem that the adjustment of the resonance frequency of the primary side resonance circuit becomes difficult. Further, as a countermeasure against the leakage current, it is conceivable to adopt a cable provided with an electromagnetic shield as the pair of
そこで、本実施形態の非接触給電装置２では、比較例の非接触給電装置２００とは異なり、給電ユニット６とコイルユニット７とは互いに隔てて設けられており、コイルユニット７に電力補正回路２３が含まれている。このため、第１電線５１に印加される電圧は、比較例の非接触給電装置２では電力補正回路２３の出力点２３２での電圧Ｖ３であったのに対して、本実施形態の非接触給電装置２では、インバータ回路２２の第１出力点２２３での電圧Ｖ１となる。したがって、コモンモード電圧ＶＣ１は、一対の電線５１，５２間の電圧（つまり、電圧Ｖ１と電圧Ｖ２との差電圧）を、浮遊容量ＣＰ１，ＣＰ２で分圧した電圧となる。そして、既に述べたように、電圧Ｖ１と電圧Ｖ２とは振幅が殆ど同じであるため、コモンモード電圧ＶＣ１は、殆ど変動しなくなる。
Therefore, in the non-contact power feeding device 2 of the present embodiment, unlike the non-contact
また、本実施形態の非接触給電装置２では、電力補正回路２３を制御する第２制御回路２４２がコイルユニット７に含まれている。このため、本実施形態の非接触給電装置２では、伝導ノイズに対する耐性を高めることができる。つまり、図５に示すように、制御回路２８が給電ユニット６に含まれる構成であれば、駆動信号Ｇ５〜Ｇ８の各々に対応する複数の信号線により、制御回路２８とコイルユニット７の電力補正回路２３とを電気的に接続する必要がある。このため、複数の信号線が伝導ノイズの影響を受け易くなる可能性がある。
Further, in the non-contact power feeding device 2 of the present embodiment, the
一方、本実施形態の非接触給電装置２では、駆動信号Ｇ５〜Ｇ８の各々に対応する複数の信号線が不要となるので、伝導ノイズの影響を受け難い。また、この構成では、複数の信号線が不要となることから、信号線の本数が少なくて済む。 On the other hand, in the non-contact power feeding device 2 of the present embodiment, a plurality of signal lines corresponding to each of the drive signals G5 to G8 become unnecessary, so it is not easily affected by the conductive noise. Further, in this configuration, the number of signal lines can be reduced because a plurality of signal lines are not necessary.
ここで、第１制御回路２４１および第２制御回路２４２は、それぞれ給電ユニット６とコイルユニット７とに分かれて設けられている。このため、第１制御回路２４１によるインバータ回路２２の制御と、第２制御回路２４２による電力補正回路２３の制御とで同期を取る必要がある。
Here, the
同期を取るには、たとえば、第１制御回路２４１と第２制御回路２４２とを信号線により電気的に接続し、第１制御回路２４１から信号線を介して第２制御回路２４２に同期信号を送信することが考えられる。しかしながら、この手段では、信号線が伝導ノイズの影響を受け易くなり、伝導ノイズによる誤動作を招く可能性がある。その他、たとえばＣＡＮ（Controller Area Network）などの伝導ノイズに対する耐性の高い通信手段を用いて、第１制御回路２４１と第２制御回路２４２との間で同期を取ることも考えられる。しかしながら、この手段では、第２制御回路２４２をリアルタイムで制御することが困難である。
For synchronization, for example, the
そこで、本実施形態の非接触給電装置２では、第２制御回路２４２は、インバータ回路２２の出力する交流電圧に基づいて、電力補正回路２３を制御するタイミングを、第１制御回路２４１がインバータ回路２２を制御するタイミングに同期させている。言い換えれば、第２制御回路２４２は、一次側コイルＬ１に印加される交流電圧に基づいて、電力補正回路２３を制御するタイミングを、第１制御回路２４１がインバータ回路２２を制御するタイミングに同期させている。具体的には、第２制御回路２４２は、電圧センサ２５の出力（検知電圧ＶＤ１）を受けて、インバータ回路２２の出力する交流電圧の大きさの変化を監視する。そして、第２制御回路２４２は、たとえばインバータ回路２２の出力する交流電圧のゼロクロスを検知することで、インバータ回路２２のスイッチ素子Ｑ１〜Ｑ４のオン／オフするタイミングを検知する。このため、第２制御回路２４２は、検知したタイミングに基づいて、電力補正回路２３のスイッチ素子Ｑ５〜Ｑ８のオン／オフするタイミングを、インバータ回路２２のスイッチ素子Ｑ１〜Ｑ４のオン／オフするタイミングに同期させることができる。
Therefore, in the non-contact power feeding device 2 of the present embodiment, the
本実施形態の非接触給電装置２では、たとえば図７に示すように、駆動信号Ｇ２，Ｇ３がハイレベルの期間において、インバータ回路２２の第１出力点２２３での電圧Ｖ１が高電位となる。また、駆動信号Ｇ２，Ｇ３がローレベルの期間において、インバータ回路２２の第１出力点２２３での電圧Ｖ１が低電位となる。そして、検知電圧ＶＤ１の極性が切り替わるタイミングは、電圧Ｖ１の極性が切り替わるタイミングと殆ど一致する。
In the non-contact power feeding device 2 of the present embodiment, for example, as shown in FIG. 7, the voltage V1 at the
したがって、第２制御回路２４２は、検知電圧ＶＤ１のゼロクロスを検知することで、駆動信号Ｇ２，Ｇ３がハイレベル／ローレベルを切り替えるタイミングを検知することができる。つまり、第２制御回路２４２は、インバータ回路２２のスイッチ素子Ｑ２，Ｑ３のオン／オフするタイミングを検知することができる。また、第２制御回路２４２は、スイッチ素子Ｑ２，Ｑ３のオン／オフするタイミングを検知できれば、デッドタイムを考慮して、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ４のオン／オフするタイミングも検知することができる。
Therefore, the
上述のように、本実施形態の非接触給電装置２は、コイルユニット７に電力補正回路２３が含まれているので、コモンモード電圧ＶＣ１の変動を抑制することができる。このため、本実施形態の非接触給電装置２では、一対の電線５１，５２と大地との間の浮遊容量ＣＰ１，ＣＰ２を介して流れる漏洩電流を低減でき、コモンモードノイズを低減することができる。したがって、本実施形態の非接触給電装置２では、コンデンサやコイルを追加する必要がないため、一次側共振回路の共振周波数の調整が容易である。また、本実施形態の非接触給電装置２では、専用のケーブルを用意する必要がなく、比較的安価な汎用ケーブルを一対の電線５１，５２として採用することができるので、コストの増大を抑制することができる。
As described above, in the non-contact power feeding device 2 of the present embodiment, since the
さらに、本実施形態の非接触給電装置２では、一対の電線５１，５２に電力補正回路２３で調整された交流電圧が印加されない。このため、本実施形態の非接触給電装置２では、一対の電線５１，５２にインバータ回路２２の出力電圧よりも高い電圧が印加されるのを防止することができる。
Furthermore, in the non-contact power feeding device 2 of the present embodiment, the alternating voltage adjusted by the
また、本実施形態の非接触給電装置２では、電力補正回路２３を制御する第２制御回路２４２がコイルユニット７に含まれている。このため、本実施形態の非接触給電装置２では、スイッチングの際のリンギング電圧や電流によるノイズに対する耐性を高めることができる。さらに、本実施形態の非接触給電装置２では、インバータ回路２２の出力する交流電圧に基づいて、電力補正回路２３の制御をインバータ回路２２の制御に同期させている。このため、本実施形態の非接触給電装置２では、同期信号用の信号線を設ける必要が無いので、信号線がスイッチングの際のリンギング電圧や電流によるノイズの影響を受けることもなく、当該ノイズによる誤動作を防止することができる。
Further, in the non-contact power feeding device 2 of the present embodiment, the
また、本実施形態の非接触給電装置２では、電力補正回路２３は、コンデンサＣ３１および複数のスイッチ素子Ｑ５〜Ｑ８を有している。そして、電力補正回路２３は、複数のスイッチ素子Ｑ５〜Ｑ８が制御されることで、コンデンサＣ３１の充電電圧を一次側コイルＬ１に加減するように構成されている。この構成では、スイッチ素子Ｑ５〜Ｑ８に与える駆動信号Ｇ５〜Ｇ８の周波数や位相を制御することで、一次側コイルＬ１からの出力電力の大きさを容易に補正することができる。なお、当該構成を採用するか否かは任意である。
Further, in the non-contact power feeding device 2 of the present embodiment, the
ここで、第２制御回路２４２は、インバータ回路２２の出力する交流電圧を検知しても、インバータ回路２２のスイッチ素子Ｑ１〜Ｑ４の動作周波数やデッドタイムを検知することは難しい。このため、本実施形態の非接触給電装置２では、実際に非接触受電装置３に対して給電を行う定常動作時よりも前に、定常動作時の直流電圧よりも低い直流電圧をＡＣ／ＤＣコンバータ回路２１に印加することで、試験を行ってもよい。そして、試験において、インバータ回路２２のスイッチ素子Ｑ１〜Ｑ４のオン／オフするタイミングと、電力補正回路２３のスイッチ素子Ｑ５〜Ｑ８のオン／オフするタイミングとを調整してもよい。このとき、インバータ回路２２のスイッチ素子Ｑ１〜Ｑ４の動作周波数やデッドタイムが決定されるので、これらの情報を第２制御回路２４２に記憶させればよい。
Here, even if the
本実施形態の非接触給電装置２では、図１に示すように、第１制御回路２４１と第２制御回路２４２とは、一対の電線５１，５２とは異なる信号線５３により電気的に接続されている。この構成では、上述のインバータ回路２２のスイッチ素子Ｑ１〜Ｑ４の動作周波数やデッドタイムといった情報を、信号線５３を介して第１制御回路２４１から第２制御回路２４２に任意のタイミングで送信することができる。したがって、この構成では、たとえばインバータ回路２２の動作周波数が変更された場合に、動作周波数の情報を即座に第２制御回路２４２に送信することができる。その他、この構成では、インバータ回路２２の動作の開始や停止、位相制御量といった情報を、第１制御回路２４１から第２制御回路２４２に送信することができる。なお、当該構成を採用するか否かは任意である。また、第１制御回路２４１と第２制御回路２４２との間の通信は、無線通信であってもよい。
In the non-contact power feeding device 2 of the present embodiment, as shown in FIG. 1, the
ここで、第２制御回路２４２は、たとえば一次側コイルＬ１の過熱保護用の回路と兼用することが好ましい。言い換えれば、第２制御回路２４２は、一次側コイルＬ１の過熱を検知する機能を有することが好ましい。この回路は、たとえば温度センサにより一次側コイルＬ１の周囲温度を検知し、検知した温度が予め設定された閾値を上回れば、一次側コイルＬ１が過熱状態にあると判定する。この構成では、一次側コイルＬ１の過熱保護用の回路を設けるために新たにマイコン（マイクロコンピュータ）などを用意する必要がなく、部品点数の増大を抑えることができ、また、コイルユニット７の小型化を図ることができる。
Here, it is preferable that the
ところで、電力補正回路２３は、本実施形態のように４つのスイッチ素子Ｑ５〜Ｑ８を用いた構成に限らず、たとえば図８に示すように、２つのスイッチ素子Ｑ９，Ｑ１０を用いて構成されていてもよい。図８に示す電力補正回路２３において、スイッチ素子Ｑ９，Ｑ１０は、ゲートを２つ有するダブルゲート構造の半導体スイッチ素子である。また、スイッチ素子Ｑ９は、コンデンサＣ３１と直列に電気的に接続されている。スイッチ素子Ｑ１０は、スイッチ素子Ｑ９およびコンデンサＣ３１の直列回路に対して、並列に電気的に接続されている。スイッチ素子Ｑ９の２つのゲートには、それぞれ駆動信号Ｇ７，Ｇ８が入力される。また、スイッチ素子Ｑ１０の２つのゲートには、それぞれ駆動信号Ｇ５，Ｇ６が入力される。
図８に示す電力補正回路２３は、駆動信号Ｇ５〜Ｇ８によって２つのスイッチ素子Ｑ９，Ｑ１０が制御され、図１、図２に示す電力補正回路２３と等価に機能する。
The
また、電圧センサ２５は、インバータ回路２２の第１出力点２２３での電圧Ｖ１を検知しているが、インバータ回路２２の第２出力点２２４での電圧Ｖ２を検知してもよい。また、第２制御回路２４２は、インバータ回路２２の出力する交流電圧に基づいて、電力補正回路２３の制御をインバータ回路２２の制御に同期させているが、他の構成であってもよい。たとえば、第２制御回路２４２は、インバータ回路２２の出力する交流電流に基づいて、電力補正回路２３の制御をインバータ回路２２の制御に同期させてもよい。
The
また、非接触給電装置２から非接触で出力電力が供給される（つまり給電される）負荷は、電動車両の蓄電池４に限らず、たとえば携帯電話機やスマートフォンなどの蓄電池を備えた電気機器、あるいは蓄電池を備えない照明器具などの電気機器であってもよい。
Further, the load supplied with the output power (that is, supplied with power) contactlessly from the contactless power feeding device 2 is not limited to the
また、非接触給電装置２から非接触受電装置３への出力電力の伝送方式は、上述した磁界共鳴方式に限らず、たとえば電磁誘導方式、マイクロ波伝送方式などであってもよい。
Further, the transmission method of the output power from the non-contact power feeding device 2 to the non-contact
また、インバータ回路２２のスイッチ素子Ｑ１〜Ｑ４や、電力補正回路２３のスイッチ素子Ｑ５〜Ｑ８は、それぞれバイポーラトランジスタやＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等の他の半導体スイッチング素子で構成されていてもよい。
The switch elements Q1 to Q4 of the
また、インバータ回路２２のダイオードＤ１〜Ｄ４は、それぞれスイッチ素子Ｑ１〜Ｑ４の寄生ダイオードに限らず、スイッチ素子Ｑ１〜Ｑ４に外付けされていてもよい。同様に、電力補正回路２３のダイオードＤ５〜Ｄ８は、それぞれスイッチ素子Ｑ５〜Ｑ８の寄生ダイオードに限らず、スイッチ素子Ｑ５〜Ｑ８に外付けされていてもよい。
The diodes D1 to D4 of the
また、計測部２６は、制御回路２４と別に設けられる構成に限らず、制御回路２４と一体に設けられていてもよい。さらに、計測部２６は一次側コイルＬ１に流れる電流の大きさを計測できればよいので、電流センサ２７は、一次側コイルＬ１と一次側コンデンサＣ１２との間に限らず、一次側コイルＬ１に流れる電流の経路上にあればよい。
The measuring
また、一次側コンデンサＣ１１，Ｃ１２は、図１に示すように、一次側コイルＬ１に直接に電気的に接続される構成に限られない。たとえば、一次側コンデンサＣ１１は、インバータ回路２２の第１出力点２２３と、電力補正回路２３の入力点２３１との間に設けられてもよい。
Further, as shown in FIG. 1, the primary side capacitors C11 and C12 are not limited to the configuration in which the primary side capacitors C11 and C12 are directly electrically connected to the primary side coil L1. For example, the primary side capacitor C11 may be provided between the
ところで、本実施形態における一次側コイルＬ１および二次側コイルＬ２は、コアに対して導線が螺旋状に巻き付けられたソレノイド型のコイルであってもよいが、平面上において導線が渦巻き状に巻かれたスパイラル型のコイルであることが好ましい。スパイラル型のコイルは、ソレノイド型のコイルに比べて、不要輻射ノイズが生じにくいという利点がある。また、スパイラル型のコイルが用いられることで、不要輻射ノイズが低減される結果、インバータ回路２２において使用可能な動作周波数の範囲が拡大されるという利点もある。以下、この点について詳細に説明する。
By the way, although the primary side coil L1 and the secondary side coil L2 in this embodiment may be a solenoid type coil in which the conducting wire is helically wound around the core, the conducting wire is spirally wound on a plane. It is preferable that it is a wound spiral coil. The spiral coil has an advantage that unwanted radiation noise is less likely to occur than a solenoid coil. In addition, the use of the spiral coil has the advantage that the unnecessary radiation noise is reduced, and the range of the operating frequency usable in the
非接触給電システム１における共振特性は、上述したように一次側コイルＬ１と二次側コイルＬ２との結合係数に応じて変化し、ある条件下では、図９に示すように出力に２つの極大値が生じる、いわゆる双峰特性を示す。この共振特性（双峰特性）では、図９に示すように、第１周波数ｆｒ１と第３周波数ｆｒ３とのそれぞれで出力が極大となる２つの“山”が生じる。これら２つの“山”の間には、第２周波数ｆｒ２で出力が極小となる“谷”が生じる。ここで、第１周波数ｆｒ１と第２周波数ｆｒ２と第３周波数ｆｒ３とは、ｆｒ１＜ｆｒ２＜ｆｒ３の関係にある。以下では、第２周波数ｆｒ２を基準に、第２周波数ｆｒ２よりも低い周波数領域を「低周波領域」といい、第２周波数ｆｒ２よりも高い周波数領域を「高周波領域」という。
The resonance characteristics in the non-contact
このような共振特性にあっては、低周波領域の“山”（第１周波数ｆｒ１で極大となる山）と、高周波領域の“山”（第３周波数ｆｒ３で極大となる山）とのそれぞれに、インバータ回路２２が遅相モードで動作する領域（以下、「遅相領域」という）が生じる。このため、インバータ回路２２は、その動作周波数ｆ１が２つの“山”のいずれにある場合でも、遅相モードで動作可能である。
In such a resonance characteristic, each of the "peak" in the low frequency region (a peak at the first frequency fr1) and the "peak" in the high frequency region (a peak at the third frequency fr3) In addition, a region where the
ここで、遅相モードとは、インバータ回路２２の出力電流（一次側コイルＬ１を流れる電流）の位相が、インバータ回路２２の出力電圧の位相よりも遅れた状態で、インバータ回路２２が動作するモードである。遅相モードでは、インバータ回路２２のスイッチング動作がソフトスイッチングになる。このため、遅相モードでは、スイッチ素子Ｑ１〜Ｑ４のスイッチング損失を低減でき、また、スイッチ素子にストレスが加わり難い。なお、図９に示す進相モードとは、インバータ回路２２の出力電流（一次側コイルＬ１を流れる電流）の位相が、インバータ回路２２の出力電圧の位相よりも進んだ状態で、インバータ回路２２が動作するモードである。
Here, the lagging mode is a mode in which the
インバータ回路２２の動作周波数ｆ１が低周波領域の“山”にある場合と、高周波領域の“山”にある場合とを比較すると、低周波領域の“山”にある場合の方が、不要輻射ノイズは小さくなる。つまり、高周波領域の“山”では、一次側コイルＬ１を流れる電流と、二次側コイルＬ２を流れる電流とは同位相になる。これに対して、低周波領域の“山”では、一次側コイルＬ１を流れる電流と、二次側コイルＬ２を流れる電流とが逆位相になる。このため、低周波領域の“山”では、一次側コイルＬ１で生じる不要輻射ノイズと、二次側コイルＬ２で生じる不要輻射ノイズとが、互いに相殺されることになり、非接触給電システム１全体でみれば不要輻射ノイズが低減される。
Comparing the case where the operating frequency f1 of the
したがって、ソレノイド型のコイルが採用される場合でも、インバータ回路２２の動作周波数ｆ１が低周波領域の“山”の遅相領域（ｆｒ１〜ｆｒ２）にあれば、インバータ回路２２が遅相モードで動作し、かつ不要輻射ノイズも低減されることになる。しかし、低周波領域の“山”の遅相領域は、一次側コイルＬ１と二次側コイルＬ２との結合係数に応じて変化するため、このような不確定な遅相領域にインバータ回路２２の動作周波数ｆ１を収める制御が必要になる。
Therefore, even if a solenoid type coil is employed, if the operating frequency f1 of the
これに対して、スパイラル型のコイルであれば、たとえインバータ回路２２の動作周波数ｆ１が高周波領域の“山”の遅相領域（ｆｒ３より高周波側）にあっても、ソレノイド型のコイルに比べれば不要輻射ノイズは大幅に低減される。つまり、スパイラル型のコイルが用いられることで、インバータ回路２２の動作周波数ｆ１は低周波領域の“山”の遅相領域に制限されず、インバータ回路２２において使用可能な動作周波数ｆ１の範囲が拡大されることになる。なお、高周波領域の“山”の遅相領域も不確定な領域ではあるが、インバータ回路２２の動作周波数ｆ１を十分に高い周波数から低周波側にスイープさせれば、動作周波数ｆ１は高周波領域の“山”の遅相領域を通るので、複雑な制御は不要である。
On the other hand, in the case of a spiral coil, even if the operating frequency f1 of the
以上述べた実施形態から明らかなように、本発明の第１の態様に係る非接触給電装置（２）は、給電ユニット（６）と、コイルユニット（７）とを備える。給電ユニット（６）は、入力される直流電圧を交流電圧に変換して、変換した交流電圧を出力するインバータ回路（２２）を有する。コイルユニット（７）は、一対の電線（５１，５２）間に電気的に接続される一次側コイル（Ｌ１）を有する。一次側コイル（Ｌ１）は、一対の電線（５１，５２）を介して交流電圧が印加されることにより二次側コイル（Ｌ２）に非接触で出力電力を供給するように構成される。コイルユニット（７）と給電ユニット（６）とは、互いに隔てて設けられている。給電ユニット（６）は、インバータ回路（２２）を制御する第１制御回路（２４１）をさらに備える。コイルユニット（７）は、交流電圧の大きさを調整することで出力電力の大きさを補正する電力補正回路（２３）と、電力補正回路（２３）を制御する第２制御回路（２４２）とをさらに備える。第２制御回路（２４２）は、一次側コイル（Ｌ１）に印加される交流電圧に基づいて、前記電力補正回路を制御するタイミングを、前記第１制御回路が前記インバータ回路を制御するタイミングに同期させる。 As is clear from the embodiment described above, the non-contact power feeding device (2) according to the first aspect of the present invention includes a power feeding unit (6) and a coil unit (7). The feed unit (6) has an inverter circuit (22) that converts an input DC voltage into an AC voltage and outputs the converted AC voltage. The coil unit (7) has a primary coil (L1) electrically connected between the pair of electric wires (51, 52). The primary coil (L1) is configured to supply output power to the secondary coil (L2) in a contactless manner by applying an AC voltage via the pair of electric wires (51, 52). The coil unit (7) and the feed unit (6) are provided separately from each other. The feed unit (6) further includes a first control circuit (241) that controls the inverter circuit (22). The coil unit (7) includes a power correction circuit (23) that corrects the magnitude of the output power by adjusting the magnitude of the AC voltage, and a second control circuit (242) that controls the power correction circuit (23). Further comprising The second control circuit (242) synchronizes the timing of controlling the power correction circuit on the basis of the AC voltage applied to the primary coil (L1) with the timing of control of the inverter circuit by the first control circuit. Let
また、本発明の第２の態様に係る非接触給電装置（２）は、第１の態様において、インバータ回路（２２）の出力する交流電圧を検知する電圧センサ（２５）をさらに備える。第２制御回路（２４２）は、電圧センサ（２５）の出力を受けて、インバータ回路（２２）の出力する交流電圧のゼロクロスを検知する。これにより、第２制御回路（２４２）は、電力補正回路（２３）を制御するタイミングを、第１制御回路（２４１）がインバータ回路（２２）を制御するタイミングに同期させる。 Moreover, the non-contact electric power supply (2) which concerns on a 2nd aspect of this invention is further equipped with the voltage sensor (25) which detects the alternating voltage which an inverter circuit (22) outputs in a 1st aspect. The second control circuit (242) receives the output of the voltage sensor (25) and detects the zero crossing of the AC voltage output from the inverter circuit (22). Thereby, the second control circuit (242) synchronizes the timing of controlling the power correction circuit (23) with the timing of controlling the inverter circuit (22) by the first control circuit (241).
また、本発明の第３の態様に係る非接触給電装置（２）では、第１または第２の態様において、電力補正回路（２３）は、コンデンサ（Ｃ３１）および複数のスイッチ素子（Ｑ５〜Ｑ８）を有する。電力補正回路（２３）は、複数のスイッチ素子（Ｑ５〜Ｑ８）が制御されることで、コンデンサ（Ｃ３１）の充電電圧を一次側コイル（Ｌ１）に加減するように構成される。 Further, in the non-contact power feeding device (2) according to the third aspect of the present invention, in the first or second aspect, the power correction circuit (23) includes a capacitor (C31) and a plurality of switch elements (Q5 to Q8). ). The power correction circuit (23) is configured to adjust the charging voltage of the capacitor (C31) to the primary coil (L1) by controlling the plurality of switch elements (Q5 to Q8).
また、本発明の第４の態様に係る非接触給電装置（２）では、第１〜第３のいずれかの態様において、第１制御回路（２４１）と第２制御回路（２４２）とは、一対の電線（５１，５２）とは異なる信号線（５３）により電気的に接続される。 Moreover, in the non-contact power feeding device (2) according to the fourth aspect of the present invention, in any of the first to third aspects, the first control circuit (241) and the second control circuit (242) are: It is electrically connected by a signal wire (53) different from the pair of wires (51, 52).
また、本発明の第５の態様に係る非接触給電装置（２）では、第１〜第４のいずれかの態様において、第２制御回路（２４２）は、一次側コイル（Ｌ１）の過熱を検知する機能を有する。 Further, in the non-contact power feeding device (2) according to the fifth aspect of the present invention, in any of the first to fourth aspects, the second control circuit (242) heats the primary side coil (L1). It has a function to detect.
また、本発明の第６の態様に係る非接触給電システム（１）は、第１〜第５のいずれかの態様の非接触給電装置（２）と、二次側コイル（Ｌ２）を有する非接触受電装置（３）とを備える。非接触受電装置（３）は、非接触給電装置（２）から非接触で出力電力が供給されるように構成される。 Moreover, the non-contact power feeding system (1) according to the sixth aspect of the present invention is a non-contact power feeding system (1) according to any one of the first to fifth aspects and a non-contact power feeding system (1). And a contact power reception device (3). The non-contact power reception device (3) is configured to be supplied with output power from the non-contact power feeding device (2) in a non-contact manner.
非接触給電装置（２）および非接触給電システム（１）は、伝導ノイズを低減することができる。 A noncontact power feeding device (2) and a noncontact power feeding system (1) can reduce conducted noise.
１ 非接触給電システム
２ 非接触給電装置
２２ インバータ回路
２３ 電力補正回路
２４１ 第１制御回路
２４２ 第２制御回路
２５ 電圧センサ
３ 非接触受電装置
５１，５２ 一対の電線
５３ 信号線
６ 給電ユニット
７ コイルユニット
Ｃ３１ コンデンサ
Ｌ１ 一次側コイル
Ｌ２ 二次側コイル
Ｑ５〜Ｑ８ スイッチ素子DESCRIPTION OF
Claims (6)
一対の電線間に電気的に接続されて前記一対の電線を介して前記交流電圧が印加されることにより二次側コイルに非接触で出力電力を供給する一次側コイルを有するコイルユニットとを備え、
前記コイルユニットと前記給電ユニットとは、互いに隔てて設けられており、
前記給電ユニットは、前記インバータ回路を制御する第１制御回路をさらに備え、
前記コイルユニットは、前記交流電圧の大きさを調整することで前記出力電力の大きさを補正する電力補正回路と、前記電力補正回路を制御する第２制御回路とをさらに備え、
前記第２制御回路は、前記一次側コイルに印加される前記交流電圧に基づいて、前記電力補正回路を制御するタイミングを、前記第１制御回路が前記インバータ回路を制御するタイミングに同期させることを特徴とする非接触給電装置。A feed unit having an inverter circuit that converts an input DC voltage into an AC voltage and outputs the converted AC voltage;
A coil unit having a primary side coil electrically connected between a pair of electric wires and supplying output power in a non-contact manner to the secondary side coil by applying the AC voltage through the pair of electric wires ,
The coil unit and the power supply unit are provided separately from each other,
The power supply unit further includes a first control circuit that controls the inverter circuit,
The coil unit further includes a power correction circuit that corrects the magnitude of the output power by adjusting the magnitude of the AC voltage, and a second control circuit that controls the power correction circuit.
The second control circuit synchronizes the timing at which the power correction circuit is controlled with the timing at which the first control circuit controls the inverter circuit based on the AC voltage applied to the primary coil. Non-contact power supply device characterized by
前記第２制御回路は、前記電圧センサの出力を受けて、前記インバータ回路の出力する交流電圧のゼロクロスを検知することで、前記電力補正回路を制御するタイミングを、前記第１制御回路が前記インバータ回路を制御するタイミングに同期させることを特徴とする請求項１記載の非接触給電装置。It further comprises a voltage sensor for detecting an alternating voltage output from the inverter circuit,
The second control circuit receives the output of the voltage sensor and detects the zero cross of the AC voltage output from the inverter circuit, thereby controlling the power correction circuit at a timing when the first control circuit detects the inverter. The non-contact power feeding device according to claim 1, wherein the non-contact power feeding device according to claim 1 is synchronized with timing to control the circuit.
前記電力補正回路は、前記複数のスイッチ素子が制御されることで、前記コンデンサの充電電圧を前記一次側コイルに加減するように構成されることを特徴とする請求項１または２記載の非接触給電装置。The power correction circuit includes a capacitor and a plurality of switch elements.
The non-contact according to claim 1 or 2, wherein the power correction circuit is configured to adjust the charging voltage of the capacitor to the primary side coil by controlling the plurality of switch elements. Power supply device.
前記非接触受電装置は、前記非接触給電装置から非接触で前記出力電力が供給されるように構成されることを特徴とする非接触給電システム。A noncontact power feeding device according to any one of claims 1 to 5, and a noncontact power receiving device having the secondary side coil,
The contactless power supply system, wherein the contactless power reception device is configured to be supplied with the output power contactlessly from the contactless power supply device.
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