JP2010136464A - Power transmitter and power transmission method - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、電磁誘導作用によって受電側の機器に電力を伝送する電力伝送装置および電力伝送方法に関する。 The present invention relates to a power transmission device and a power transmission method for transmitting power to a power receiving device by electromagnetic induction.
以前より、電磁誘導作用によって受電側の機器へワイヤレスで電力を伝送する電力伝送装置が知られている。 2. Description of the Related Art A power transmission device that wirelessly transmits power to a power receiving device by electromagnetic induction has been known.
一般的なワイヤレス電力伝送システムにおいては、受電側機器が送電側機器に対して固定的な配置にされて電力伝送が行われるように構成されるのが通常である。このように固定的な配置とすることで、送電側のコイル（以下、送電コイルと呼ぶ）と受電側のコイル（以下、受電コイルと呼ぶ）とが、一定の相対距離および一定の相対配置で近接することとなり、この状態で予め設定された周波数で送電コイルを駆動することで、常に一定効率の電力伝送を行えることとなる。 In a general wireless power transmission system, a power receiving side device is usually configured to be fixedly arranged with respect to a power transmission side device so that power transmission is performed. With such a fixed arrangement, a coil on the power transmission side (hereinafter referred to as a power transmission coil) and a coil on the power reception side (hereinafter referred to as a power reception coil) have a constant relative distance and a constant relative arrangement. In this state, by driving the power transmission coil at a preset frequency, power transmission with constant efficiency can always be performed.
また、本願発明に関連する従来技術として、特許文献１には、一次側ユニットから二次側ユニットへ非接触で電力を伝送するシステムにおいて、受電により二次側ユニットに発生する電圧および電流の検出信号を一次側ユニットに送信し、この信号に基づいて一次側ユニットの駆動周波数を調整する技術が開示されている。また、特許文献２には、信号のワイヤレス伝送と電力のワイヤレス伝送とを時分割に行うシステムにおいて、信号の伝送時と電力の伝送時とでコイルに接続される共振コンデンサの容量値を切り換えて共振周波数を変化させる構成が開示されている。
電力伝送装置において、受電側機器の設置位置の自由度を比較的大きくできると、機器形状の設計自由度が増すなどの利点が得られる。また、特性の異なる複数種類の受電回路に対して電力伝送が可能になれば、１台の電力伝送装置で複数種類の受電側機器へワイヤレス電力伝送が可能になるなど便利である。 In the power transmission device, if the degree of freedom of the installation position of the power receiving device can be made relatively large, advantages such as an increase in the degree of freedom in designing the device shape can be obtained. Further, if power transmission is possible for a plurality of types of power receiving circuits having different characteristics, it is convenient that a single power transmission device can wirelessly transmit power to a plurality of types of power receiving devices.
しかしながら、送電コイルと受電コイルの相対距離や相対配置が電力伝送時に一定とならなかったり、受電側のコイルや共振コンデンサなどの回路定数が一定でなかったりすると、送電コイルと受電コイルが電磁結合してなる全体回路の共振周波数も変化してしまう。そのため、このような共振周波数が一定とならない状況で、送電コイルを固定的な周波数で駆動したのでは、この周波数が回路の共振点（同調点）からずれて電力伝送効率が低下するという課題が生じる。 However, if the relative distance and relative arrangement between the power transmission coil and the power reception coil are not constant during power transmission, or if the circuit constants such as the coil on the power reception side and the resonance capacitor are not constant, the power transmission coil and the power reception coil are electromagnetically coupled. The resonance frequency of the entire circuit changes. For this reason, when the power transmission coil is driven at a fixed frequency in a situation where the resonance frequency is not constant, there is a problem that the power transmission efficiency is reduced due to the frequency being shifted from the resonance point (tuning point) of the circuit. Arise.
一方、特許文献１の技術のように、二次側ユニットから一次側ユニットへ電圧や電流の検出信号を送ってコイルの駆動周波数を調整する構成を適用した場合、電力伝送用のコイルとは別に信号伝送用のコイルや回路を設けなければならないなど、回路構成が複雑化するという課題が生じる。
On the other hand, when a configuration in which a voltage or current detection signal is sent from the secondary unit to the primary unit and the drive frequency of the coil is adjusted is applied as in the technique of
そもそも、受電側機器の設置位置の自由度を大きくしたり、１台の電力伝送装置で複数種類の受電側機器に対応可能とする場合には、特許文献１のシステムのように、信号送受信用のコイルを送電側機器と受電側機器との両方に互いに対応させて設けることも困難になるという課題もある。
In the first place, when the degree of freedom of the installation position of the power receiving side device is increased, or when it is possible to cope with a plurality of types of power receiving side devices with one power transmission device, as in the system of
この発明の目的は、例えば受電側機器の設置位置や受電回路の構成に比較的大きな自由度が介在する場合でも、良好な効率で電力伝送を行うことのできる電力伝送装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a power transmission device capable of performing power transmission with good efficiency even when, for example, a relatively large degree of freedom is present in the installation position of the power receiving side device and the configuration of the power receiving circuit. .
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、
電磁誘導作用により送電を行う送電コイルと、該送電コイルに周期的に振動する駆動信号を出力する駆動手段とを備え、前記送電コイルの駆動によって受電側の機器へ電力を伝送する電力伝送装置において、
前記駆動信号の周波数を変化させる制御手段と、
前記送電コイルに発生する信号を検出する信号検出手段と、
前記駆動信号の周波数を変化させながら前記信号検出手段により検出された信号量を取得していくことで、前記送電コイルの共振動作の大きさが所定条件を満たす大きさとなる特定周波数を見つけて、前記駆動信号の周波数を前記特定周波数に調整する周波数調整手段と、
を備えたことを特徴としている。
In order to achieve the above object, the invention according to
In a power transmission device, comprising: a power transmission coil that performs power transmission by electromagnetic induction action; and a drive unit that outputs a drive signal that periodically vibrates to the power transmission coil, and transmits power to a power receiving device by driving the power transmission coil. ,
Control means for changing the frequency of the drive signal;
Signal detection means for detecting a signal generated in the power transmission coil;
By acquiring the signal amount detected by the signal detection means while changing the frequency of the drive signal, find the specific frequency at which the magnitude of the resonance operation of the power transmission coil satisfies a predetermined condition, Frequency adjusting means for adjusting the frequency of the drive signal to the specific frequency;
It is characterized by having.
請求項２記載の発明は、請求項１記載の電力伝送装置において、
前記周波数調整手段は、前記特定周波数として前記送電コイルの共振動作の大きさがほぼ極値となる前記駆動信号の周波数を見つけることを特徴としている。
The invention according to claim 2 is the power transmission device according to
The frequency adjusting means finds the frequency of the drive signal at which the magnitude of the resonance operation of the power transmission coil is almost an extreme value as the specific frequency.
請求項３記載の発明は、請求項１記載の電力伝送装置において、
前記周波数調整手段により前記特定周波数が見つけられた場合に、当該特定周波数の駆動信号により前記送電コイルを駆動して送電を実行させる送電実行制御手段を備えたことを特徴としている。
The invention according to claim 3 is the power transmission device according to
When the specific frequency is found by the frequency adjusting means, power transmission execution control means for driving the power transmission coil with a drive signal of the specific frequency to execute power transmission is provided.
請求項４記載の発明は、請求項１記載の電力伝送装置において、
前記周波数調整手段により予め定められた周波数範囲の中に前記特定周波数が見つけられなかった場合に、前記送電コイルによる送電動作を停止させる送電停止制御手段を備えたことを特徴としている。
The invention according to claim 4 is the power transmission device according to
A power transmission stop control means is provided for stopping the power transmission operation by the power transmission coil when the specific frequency is not found within a frequency range predetermined by the frequency adjusting means.
請求項５記載の発明は、請求項１記載の電力伝送装置において、
前記送電コイルは共振コンデンサが接続されて共振動作を行う構成であり、
前記駆動手段は、前記駆動信号として周期的に振動する駆動電圧を前記送電コイルに出力する構成であることを特徴としている。
The invention according to claim 5 is the power transmission device according to
The power transmission coil is configured to perform a resonance operation with a resonance capacitor connected thereto,
The drive means is configured to output a drive voltage that periodically oscillates as the drive signal to the power transmission coil.
請求項６記載の発明は、請求項５記載の電力伝送装置において、
前記信号検出手段は、前記送電コイルに流れる電流を検出する構成であり、
前記周波数調整手段は、前記送電コイルに流れる電流振幅が最大となる特定周波数に前記駆動信号の周波数を調整する構成であることを特徴としている。
Invention of Claim 6 is the electric power transmission apparatus of Claim 5,
The signal detection means is configured to detect a current flowing through the power transmission coil,
The frequency adjusting means adjusts the frequency of the drive signal to a specific frequency that maximizes the amplitude of the current flowing through the power transmission coil.
請求項７記載の発明は、請求項３記載の電力伝送装置において、
前記周波数調整手段および前記送電実行制御手段の制御によって、特性の異なる複数種類の受電側機器に対して電力の伝送が可能にされていることを特徴としている。
The invention according to claim 7 is the power transmission device according to claim 3,
According to the control of the frequency adjusting unit and the power transmission execution control unit, it is possible to transmit power to a plurality of types of power receiving devices having different characteristics.
請求項８記載の発明は、
電磁誘導作用により送電を行う送電コイルと、該送電コイルに周期的に振動する駆動信号を出力する駆動手段と、前記送電コイルに発生する信号を検出する信号検出手段とを備えた電力伝送装置から受電側の機器へ電力を伝送させる電力伝送方法において、
制御手段が前記駆動信号の周波数を変化させながら前記信号検出手段により検出された信号量を取得し、前記送電コイルの共振動作の大きさが所定条件を満たす大きさとなる特定周波数を見つけるステップと、
前記特定周波数が見つかった場合に、前記制御手段が当該特定周波数の駆動信号で前記送電コイルを駆動して送電を実行させるステップと、
前記特定周波数が予め定められた周波数範囲の中に見つからなかった場合に、前記制御手段が前記送電コイルの駆動を停止させるステップと、
を含むことを特徴としている。
The invention described in claim 8
From a power transmission device comprising a power transmission coil that performs power transmission by electromagnetic induction, a drive unit that outputs a drive signal that periodically vibrates to the power transmission coil, and a signal detection unit that detects a signal generated in the power transmission coil In a power transmission method for transmitting power to a power receiving device,
Acquiring a signal amount detected by the signal detection means while changing the frequency of the drive signal, and finding a specific frequency at which the magnitude of the resonance operation of the power transmission coil satisfies a predetermined condition;
When the specific frequency is found, the control means drives the power transmission coil with a drive signal of the specific frequency to execute power transmission;
The control means stopping the driving of the power transmission coil when the specific frequency is not found in a predetermined frequency range;
It is characterized by including.
本発明に従うと、比較的大きな自由度をもって受電側の回路と電磁結合される場合でも、周波数調整手段により送電コイルの駆動周波数の同調を図ることができ、それにより、高い伝送効率で受電側機器に電力伝送を行うことができる。 According to the present invention, even when the circuit on the power receiving side is electromagnetically coupled with a relatively large degree of freedom, the frequency adjustment means can tune the drive frequency of the power transmission coil, thereby enabling the power receiving side device with high transmission efficiency. Power transmission.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図１は、本発明の実施形態の電力伝送装置の回路構成を示すブロック図、図２は、受電側機器の回路構成の一例を示すブロック図である。 FIG. 1 is a block diagram illustrating a circuit configuration of a power transmission device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a block diagram illustrating an example of a circuit configuration of a power receiving device.
この実施形態の電力伝送装置１は、受電側機器４０に電磁誘導作用によりワイヤレスで電力を伝送する装置である。この電力伝送装置１には、図１に示すように、電磁誘導作用により送電を行う送電コイル１１と、送電コイル１１に直列に接続された共振コンデンサ１２と、送電コイル１１を駆動する駆動手段としての駆動回路１３と、駆動回路１３に周期的な駆動用の制御信号を供給する分周回路１４および発振器１５と、駆動回路１３の出力レベルを変化させるレベル制御回路１６と、位相補償用に駆動回路１３の出力位相と共振動作の位相とを比較する位相比較回路１７と、送電コイル１１に流れる電流および送電コイル１１の両端電圧を検出する信号検出手段としての電圧計測＆電流計測回路１８と、装置の全体的な制御を行ったり送電コイル１１の駆動周波数を変化させたりする制御手段としての制御回路２０と、制御データや制御プログラムを格納したり制御回路２０に作業用のメモリ空間を提供したりするメモリ２１等が設けられている。
The
受電側機器４０は、機能構成は特に制限されるものではなく、例えば、図２に示すように、機器の機能を実現する負荷回路４５と、負荷回路４５に電力を供給する二次電池４４と、電力伝送装置１から受電を行う受電コイル４１と、受電コイル４１に接続された共振コンデンサ４２と、受電コイル４１に発生する電圧を整流して二次電池４４や負荷回路４５に供給する整流回路４３等を備えている。
The function configuration of the
上記の送電コイル１１は、受電側機器４０の受電コイル４１が近接された場合に、この受電コイル４１と電磁結合するとともに、交流電流が流されることで電磁誘導作用によって受電コイル４１側へ電力を伝送する。
The
駆動回路１３は、分周回路１４から周期的なパルス信号を受けて、このパルス信号に同期したパルス状の駆動電圧（以下、駆動パルスと呼ぶ）を出力するものである。駆動パルスの振幅は、レベル制御回路１６の出力により決定されるようになっている。
The
発振器１５と分周回路１４とは、上記駆動パルスの周波数を決定するものである。発振器１５は、例えばＶＣＯ（電圧制御発振器）などから構成され、制御回路２０からの制御電圧に応じて発振周波数を変化させる。発振器１５の発振信号は分周回路１４で分周されて駆動回路１３に出力されるので、この構成により、制御回路２０によって、駆動回路１３から出力される駆動パルスの周波数が制御可能になっている。
The
電圧計測＆電流計測回路１８は、特に制限されるものではないが、例えば、共振コンデンサ１２の電圧を微分することで送電コイル１１に流れる電流を計測する。また、送電コイルの両端子の電圧をそれぞれ導いて差分をとることで両端電圧を計測するものである。なお、電流検出抵抗を用いて送電コイル１１に流れる電流を検出する構成としても良い。
Although the voltage measurement &
制御回路２０には、ＣＰＵ（中央制御回路）や各種の信号の入出力を行うＩ／Ｏ回路等が搭載され、上記ＣＰＵによりメモリ２１に格納された制御プログラム（図６の電力伝送メイン処理）が実行されるようになっている。
The
また、制御回路２０は、上記の制御プログラムに基づいて、発振器１５の動作開始や停止の制御、発振器１５の発振周波数を大小させる制御、レベル制御回路１６への制御信号の出力により駆動パルスの振幅を大小させる制御を行ったり、位相比較回路１７や電圧計測＆電流計測回路１８から信号を取り込んだりすることが可能になっている。
Further, the
次に、上記構成の電力伝送装置１の動作について説明する。
Next, the operation of the
図３は、電力伝送装置に受電側機器がセットされて周波数調整がなされる際の動作説明図である。 FIG. 3 is an operation explanatory diagram when the power receiving device is set in the power transmission device and the frequency is adjusted.
電力伝送装置１では、周期的に、受電側機器４０がセットされたことを検出する処理や、受電側機器４０がセットされた場合に送電コイル１１の駆動周波数を最適化する処理を行うようになっている。
The
受電側機器４０が電力伝送装置１にセットされると、図３に示すように、送電コイル１１と受電コイル４１とが近接されることによって両者が互いに電磁結合された状態となる。ここで、送電コイル１１と受電コイル４１の相互インダクタンスは、両者の相対距離や相対配置ならびに受電コイル４１の特性等に依存して、その値が決定される。
When the power receiving
また、送電コイル１１と受電コイル４１とが電磁結合されると、この結合により、電力伝送装置１側の送電コイル１１と共振コンデンサ１２、並びに、受電側機器４０側の受電コイル４１と共振コンデンサ４２により、１つの共振回路が構成される。この共振回路の共振周波数は、各コイル１１，１２の自己インダクタンス値および相互インダクタンス値と、共振コンデンサ１２，４２の容量値によって決定される。したがって、例えば、受電側機器４０のセット位置に比較的大きな自由度があって、送電コイル１１と受電コイル４１との相対距離や相対配置が変化した場合には、両者の相互インダクタンス値が変化することから、この共振回路の共振周波数の値も変化することになる。また、受電側のコイル定数や容量値が異なれば、それに応じて共振周波数の値も変化する。
Further, when the
図４には、対応する受電側機器が設置された場合における送電コイル１１の駆動周波数とコイル電流の振幅の関係を表わしたグラフを示す。
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the drive frequency of the
送電コイル１１の駆動周波数を最適化する処理では、制御回路２０は、駆動パルスの周波数を変化させながら、電圧計測＆電流計測回路１８による電流検出値を取得していき、送電コイル１１のコイル電流の電流振幅が最大となる周波数を特定周波数として探索する。
In the process of optimizing the drive frequency of the
駆動パルスの振幅が一定である場合、図４に示すように、駆動パルスの周波数ｆが共振周波数ｆ０と一致したときに、共振回路に流れる電流の振幅は最大となる。すなわち、このとき送電コイル１１の電流振幅が最大となる。したがって、制御回路２０は、取得した電流検出値から電流振幅を比較し、特定周波数としてこの周波数ｆ０を見つける。
When the amplitude of the drive pulse is constant, as shown in FIG. 4, when the frequency f of the drive pulse coincides with the resonance frequency f0, the amplitude of the current flowing through the resonance circuit is maximized. That is, at this time, the current amplitude of the
そして、この特定周波数ｆ０が見つかったら、制御回路２０はこの特定周波数ｆ０で送電コイル１１を駆動して、受電側機器４０に電力伝送を実行する。これにより、例えば、受電側機器４０の設置位置にバラツキがあったり、受電コイル４１の大きさ、巻き数、コアの誘電率や共振コンデンサ４２の大きさにバラツキがあって、送電側と受電側の電磁結合に基づく結合回路の共振周波数ｆ０が変化しても、この共振周波数ｆ０を見つけ出して、この共振周波数ｆ０で送電コイル１１を駆動することで、常に高い伝送効率で電力伝送装置１から受電側機器４０へ電力伝送を行うことが可能となる。
When the specific frequency f0 is found, the
なお、特定周波数の探索は、図４に示すように、予め設定された探索スタート周波数ｆｓから探索エンド周波数ｆｅの範囲で行われる。この探索スタート周波数ｆｓと探索エンド周波数ｆｅは、対応可能な受電側の回路が電磁結合した場合に、その共振周波数が含まれる範囲として設定されている。また、送電コイル１１と共振コンデンサ１２だけからなり受電側の結合のない共振回路の共振周波数は、例えば、この探索スタート周波数ｆｓと探索エンド周波数ｆｅの範囲から外れるように設定すると良い。
As shown in FIG. 4, the search for the specific frequency is performed in a range from a preset search start frequency fs to a search end frequency fe. The search start frequency fs and the search end frequency fe are set as ranges in which the resonance frequency is included when a compatible power receiving side circuit is electromagnetically coupled. In addition, the resonance frequency of a resonance circuit that includes only the
図５には、金属異物が設置された場合における送電コイル１１の駆動周波数とコイル電流の振幅の関係を表わしたグラフを示す。
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the drive frequency of the
上述した送電コイル１１の駆動周波数を最適化する処理においては、電力伝送装置１に金属異物などが置かれた場合に、それを検出することも可能になっている。送電コイル１１に受電側の回路が電磁結合されていない場合、或いは、金属異物などが電磁結合されている場合、その回路の共振周波数は、探索スタート周波数ｆｓから探索エンド周波数ｆｅの範囲から外れた値となるように設定されている。
In the process of optimizing the drive frequency of the
従って、図５に示すように、送電コイル１１の駆動周波数を探索スタート周波数ｆｓから探索エンド周波数ｆｅの範囲で変化させながら、送電コイル１１の電流検出値を取得して電流振幅の変化量を観察すると、図５の点線に示すようなピークのない特性線が得られる。このようにピークのない電流振幅の特性線が得られた場合には、制御回路２０は、金属異物が置かれているか、或いは、何も置かれていないと判断して、電力伝送の動作を停止制御するようになっている。
Therefore, as shown in FIG. 5, while changing the drive frequency of the
次に、上記のような処理を実現する制御回路２０の制御動作について図６と図７のフローチャートに基づいて詳細に説明する。
Next, the control operation of the
図６は、制御回路２０により実行される電力伝送メイン処理の処理手順を示すフローチャートである。
FIG. 6 is a flowchart showing the processing procedure of the power transmission main processing executed by the
図６の電力伝送メイン処理は、制御回路２０により電源投入時に開始されて常時実行される処理である。電力伝送メイン処理が開始されると、先ず、ステップＳ１において、受電側機器４０がセットされたか否かを検出する受電側負荷検出処理を実行する。
The power transmission main process in FIG. 6 is a process that is started by the
この受電側負荷検出処理は、例えば、所定の周波数で駆動振幅を変化させながら送電コイル１１を駆動していき、その途中で、送電コイル１１の電流振幅が大きく変化する特性点があるか否かを判別することで、受電側機器４０がセットされたか否かを判断するものである。受電側機器４０では、受電コイル４１の出力電圧が整流回路４３のダイオードのターンオン電圧を超えた場合に、大きな電流が流れ始める。そのため、この変化が送電コイル１１の電流振幅の変化として伝わり、この変化を捉えることで、受電側機器４０がセットされたか否かを判別することができる。
In the power receiving side load detection process, for example, the
このような判別処理により、電力伝送装置１の送電コイル１１の周辺に何も置かれていないと判断されている間は、ステップＳ１の受電側負荷検出処理の中で検出ループが繰り返し実行される。そして、電力伝送の対象となる受電側機器４０が置かれたと判断されたら、ステップＳ１の受電側負荷検出処理を抜けて次のステップＳ２に移行する。
While it is determined by such determination processing that nothing is placed around the
ステップＳ２では、詳細は後述するが、受電側機器４０に高い伝送効率で送電がなされるように、送電コイル１１の駆動パルスの周波数を適宜調整する処理を行う。この高効率伝送調整処理により駆動信号の周波数を特定周波数に調整する周波数調整手段が構成される。
In step S2, although details will be described later, processing for appropriately adjusting the frequency of the drive pulse of the
高効率な電力伝送が可能な周波数が決定されたら、続くステップＳ３において、この周波数の駆動パルスで送電コイル１１を駆動して電力伝送を開始する。このステップＳ３の処理により特定周波数で送電コイルを駆動して送電を実行する送電実行制御手段が構成される。そして、１単位の伝送時間（例えば１８０秒）ごとに規定の送電が完了したか確認を行うために、先ず、ステップＳ４で伝送時間Ｄのカウントを開始させ、ステップＳ５で伝送時間Ｄが単位時間（例えば１８０秒）を経過するまで待機する。
When a frequency capable of highly efficient power transmission is determined, in subsequent step S3, the
さらに、単位時間が経過したら、続くステップＳ６において、送電コイル１１の駆動パルスの振幅やコイル電流の電流振幅から、受電側機器４０の充電電流を測定し、充電電流が最小規定値以下となっているか否かを判別する。
Further, when the unit time has elapsed, in the subsequent step S6, the charging current of the power receiving
そして、最少規定値以下になったと判別されたら、受電側機器４０の二次電池４４が満充電になったと判断し、ステップＳ８に移行して電力伝送の動作を停止する。そして、一定時間（例えば１２０秒）の休止を行って、再び、ステップＳ１に戻って、ステップＳ１からの処理を繰り返す。
If it is determined that the value is equal to or less than the minimum specified value, it is determined that the
一方、ステップＳ６の判別処理で、充電電流が最少規定値以下になっていないと判別されたら、まだ、二次電池４４が満充電に達していないと判断し、ステップＳ７に移行して、伝送時間Ｄのカウント値をリセットしてから、ステップＳ１に戻る。そして、ステップＳ１からの処理を繰り返す。このようなステップＳ１〜Ｓ６のループ処理により、受電側機器４０への電力伝送が継続され、二次電池４４の充電が増すようになっている。
On the other hand, if it is determined in the determination process in step S6 that the charging current is not less than the minimum specified value, it is determined that the
図７には、電力伝送メイン処理のステップ２で実行される高効率伝送調整処理のフローチャートを示す。 FIG. 7 shows a flowchart of the high-efficiency transmission adjustment process executed in step 2 of the power transmission main process.
高効率伝送調整処理に移行すると、先ず、ステップＳ１１において、振幅が所定電圧（例えば１Ｖｐ-ｐ）で周波数が最小値（すなわち探索スタート周波数ｆｓ：例えば１００ｋＨｚなど）の駆動パルスを発生させて送電コイル１１を駆動する。そして、ステップＳ１２において電圧計測＆電流計測回路１８から電流値の検出信号を絶えず読み込む動作を開始させる。
When shifting to the high efficiency transmission adjustment process, first, in step S11, a drive pulse having an amplitude of a predetermined voltage (for example, 1 Vp-p) and a minimum value (that is, a search start frequency fs: for example, 100 kHz) is generated. 11 is driven. In step S12, an operation of continuously reading a current value detection signal from the voltage measurement &
続いて、ステップＳ１３において、駆動パルスの周波数を例えば＋５ｋＨｚなど僅かに増加させる。そして、ステップＳ１４において、周波数を増加させた前後にそれぞれ取り込まれた電流値の検出信号からコイル電流の振幅を求め、周波数を増加させた前後の電流振幅を比較してコイル電流の振幅が増加したか否かを判別する。電流振幅が増加していれば、ステップＳ１５に移行し、増加していなければステップＳ１７に移行する。 Subsequently, in step S13, the frequency of the drive pulse is slightly increased, for example, +5 kHz. In step S14, the coil current amplitude is obtained by comparing the current amplitude before and after the frequency is increased by obtaining the amplitude of the coil current from the current value detection signals acquired before and after the frequency is increased. It is determined whether or not. If the current amplitude has increased, the process proceeds to step S15, and if not, the process proceeds to step S17.
ステップＳ１５では、駆動パルスの周波数が最大周波数（すなわち探索エンド周波数ｆｅ）に達したか判別し、まだであればステップＳ１３に戻り、達していればステップＳ１６に移行する。 In step S15, it is determined whether the frequency of the drive pulse has reached the maximum frequency (that is, the search end frequency fe). If not, the process returns to step S13, and if it has reached, the process proceeds to step S16.
つまり、上記ステップＳ１３〜Ｓ１５のループ処理により、駆動パルスの周波数が探索スタート周波数ｆｓから徐々に高くされ、それに伴ってコイル電流の振幅が大きくなりつづける範囲では、ステップＳ１４の判別処理でＹｅｓ側に分岐して、このステップＳ１３〜Ｓ１５のループ処理が繰り返されるようになっている。他方、図４に示すように、探索スタート周波数ｆｓから探索エンド周波数ｆｅの範囲にコイル電流振幅のピークがあれば、その前後で電流振幅は減少に転じるため、ステップＳ１４の判別処理でループ処理を抜けて、ステップＳ１７に移行されるようになっている。 That is, in the range in which the frequency of the drive pulse is gradually increased from the search start frequency fs by the loop processing of steps S13 to S15 and the amplitude of the coil current continues to increase with this, the determination processing in step S14 moves to the Yes side. The process branches and the loop process of steps S13 to S15 is repeated. On the other hand, as shown in FIG. 4, if there is a peak of the coil current amplitude in the range from the search start frequency fs to the search end frequency fe, the current amplitude starts to decrease before and after that, so the loop processing is performed in the discrimination processing in step S14. The process goes to step S17.
また、図５に示すように、探索スタート周波数ｆｓから探索エンド周波数ｆｅの範囲にコイル電流振幅のピークがなければ、ステップＳ１３〜Ｓ１５のループ処理の繰り返しによりコイル電流振幅の減少がないまま、探索エンド周波数ｆｅまで達して、ステップＳ１６に移行するようになっている。 Further, as shown in FIG. 5, if there is no peak of the coil current amplitude in the range from the search start frequency fs to the search end frequency fe, the search is performed while the coil current amplitude is not decreased by repeating the loop processing of steps S13 to S15. The end frequency fe is reached, and the process proceeds to step S16.
ステップＳ１６に移行した場合には、金属異物などが載置されていると判断し、駆動パルスの出力を停止して、制御回路２０の制御処理をエラー終了させる。エラー終了させたら、例えば、リセット操作や電源の再投入がなされた場合に、再び、図６の電力伝送メイン処理が再開されるようにする。このステップＳ１６の処理により、送電コイルによる送電動作を停止させる送電停止制御手段が構成される。
When the process proceeds to step S16, it is determined that a metal foreign object or the like is placed, the output of the drive pulse is stopped, and the control process of the
一方、ステップＳ１４の判別処理で、コイル電流が減少に転じてステップＳ１７に移行したら、該ステップＳ１７で駆動パルスの周波数を例えば−１ｋＨｚなど僅かに減少させる。そして、ステップＳ１８において、周波数を減少させた前後にそれぞれ取り込まれた電流値の検出信号からコイル電流の振幅を求め、これらを比較することで、周波数を減少させた前後でコイル電流の振幅が減少したか否かを判別する。電流振幅が増加していればステップＳ１９に移行し、増加していなければステップＳ２０に移行する。 On the other hand, when the coil current starts decreasing in Step S14 and proceeds to Step S17, the frequency of the drive pulse is slightly decreased, for example, −1 kHz, in Step S17. In step S18, the amplitude of the coil current is obtained before and after the frequency is decreased by obtaining the amplitude of the coil current from the detection signals of the current values taken before and after the frequency is reduced, and comparing them. It is determined whether or not. If the current amplitude has increased, the process proceeds to step S19, and if not, the process proceeds to step S20.
ステップＳ１９では、駆動パルスの周波数が最小周波数（すなわち探索スタート周波数ｆｓ）に達したか判別し、まだであればステップＳ１７に戻り、達していればステップＳ１１に戻る。 In step S19, it is determined whether the frequency of the drive pulse has reached the minimum frequency (that is, the search start frequency fs). If not, the process returns to step S17, and if it has reached, the process returns to step S11.
つまり、上記のステップＳ１７〜Ｓ１９のループ処理により、駆動パルスの周波数がコイル電流が減少に転じたところから僅かずつ低くされ、再度、コイル電流が増加から減少に転じるコイル電流振幅のピーク点が探索されるようになっている。そして、このピーク点を過ぎたところで、ステップＳ２０に移行される。 That is, by the loop process of steps S17 to S19, the frequency of the drive pulse is gradually decreased from the point where the coil current starts to decrease, and the peak point of the coil current amplitude where the coil current starts to decrease again is searched again. It has come to be. Then, when the peak point is passed, the process proceeds to step S20.
一方、何らかの誤りにより、駆動パルスの周波数が最小値に達するまでコイル電流振幅が増加するなどした場合には、再び、ステップＳ１１に戻って、ステップＳ１１からの処理が繰り返される。 On the other hand, if the coil current amplitude increases until the frequency of the drive pulse reaches the minimum value due to some error, the process returns to step S11 again and the processing from step S11 is repeated.
ステップＳ１８の判別処理でコイル電流振幅のピーク点が検出されたら、このピーク点を過ぎたときにステップＳ２０に移行したはずなので、ステップＳ２０で、その１ステップ前の駆動パルスの周波数を共振周波数に一番近い最適な特定周波数としてメモリ２１に記憶する。そして、ステップＳ２１で駆動パルスを一旦停止させ、続く、ステップＳ２２で記憶した特定周波数を続いて行う電力伝送周波数として確定させて、この高効率伝送調整処理を終了する。
If the peak point of the coil current amplitude is detected in the discrimination process in step S18, the process should have shifted to step S20 when the peak point has passed, so in step S20, the frequency of the drive pulse one step before is changed to the resonance frequency. The closest specific frequency is stored in the
このような高効率伝送調整処理により、受電側機器４０の設置位置にバラツキがあったり、受電側の回路（受電コイル４１や共振コンデンサ４２など）の定数が異なる任意の受電側機器４０が設置されるような場合でも、送電コイル１１と受電コイル４１とが電磁結合してなる伝送回路の共振周波数に同調した駆動パルスの周波数を見つけて、駆動パルスの周波数をこの最適な周波数に調整することができる。そして、続く電力伝送処理により、この最適な周波数で受電側機器４０へ電力伝送を行うことが可能になっている。
Due to such a high-efficiency transmission adjustment process, any power receiving
以上のように、この実施形態の電力伝送装置１によれば、送電コイル１１の駆動周波数を変化させながら、送電コイル１１に流れる電流の振幅が最大となる特定周波数を見つけて、この周波数で送電コイル１１を駆動して電力伝送を行うので、送電コイル１１と受電コイル４１とが電磁結合してなる回路の共振周波数が固定されない場合でも、そのときどきの共振周波数に同調させた駆動パルスを生成して、常に高効率の電力伝送を行うことができる。
As described above, according to the
また、このように、共振周波数が一定でなくても、自動的に駆動パルスの周波数を共振周波数に同調させることができるので、例えば、電力伝送装置１に対する受電側機器４０の設置位置に比較的大きな自由度を持たせることが出来たり、受電回路の特性の異なる複数種類の電力伝送装置に対して１台の電力伝送装置１により電力伝送を行うことも可能となる。
Further, in this way, even if the resonance frequency is not constant, the frequency of the drive pulse can be automatically tuned to the resonance frequency, so that, for example, the
また、送電コイル１１の駆動周波数をコイル電流の振幅が最大となる周波数に調整するようになっているので、最も高い電力伝送効率が得られるようになっている。
Moreover, since the drive frequency of the
また、コイル電流の振幅が最大となる周波数が、探索スタート周波数ｆｓから探索エンド周波数ｆｅの範囲に見つからない場合には、電力伝送を停止するようになっているので、例えば、電力伝送装置１に金属異物などが置かれた場合になどに、電力伝送を継続して金属異物を加熱してしまうといった事態を回避することができる。 Further, when the frequency at which the amplitude of the coil current becomes maximum is not found in the range from the search start frequency fs to the search end frequency fe, the power transmission is stopped. For example, when a metal foreign object is placed, it is possible to avoid a situation in which power transmission is continued and the metal foreign object is heated.
また、送電コイル１１に所定電圧の駆動パルスを周波数を制御しながら出力するとともに、コイル電流の振幅の測定を行って、送電コイル１１の最適な駆動周波数を見つける構成なので、回路構成が複雑化せず、より確実に最適周波数を見つけ出すことが可能になっている。
In addition, since the drive pulse of a predetermined voltage is output to the
なお、本発明は、上記実施の形態に限られるものではなく、様々な変更が可能である。例えば、上記実施形態では、送電コイル１１を駆動するのに駆動回路１３からパルス状の駆動電圧を出力する構成を示したが、例えば、正弦波状の駆動電圧を出力する構成としても良い。
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made. For example, in the above-described embodiment, a configuration in which a pulsed drive voltage is output from the
また、上記実施形態では、送電コイル１１の駆動周波数をコイル電流の振幅が最大となる共振点に合わせるように例示したが、ある程度の大きさの伝送効率で電力伝送が可能な範囲であれば、送電コイル１１の駆動周波数を共振点から外れた周波数に合わせるようにしても良い。例えば、コイル電流の振幅が予め設定されたしきい値以上となる周波数を見つけて、送電コイル１１の駆動周波数をこの周波数に合わせるようにしても良い。
Moreover, in the said embodiment, although illustrated so that the drive frequency of the
また、上記実施形態では、送電コイル１１のコイル電流の振幅の大きさにより伝送効率の大小を判断して最適な駆動周波数を決定する構成例を示したが、例えば、駆動電圧と駆動電流の位相差も考慮して受電側に出力されている電力量を演算し、この演算した電力量により伝送効率の大小を判断して最適な駆動周波数を決定するように構成しても良い。
In the above embodiment, the configuration example in which the optimum driving frequency is determined by judging the magnitude of the transmission efficiency based on the magnitude of the coil current amplitude of the
その他、実施の形態で示した具体的な回路構成および制御方法は、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。 In addition, the specific circuit configuration and control method shown in the embodiment can be changed as appropriate without departing from the spirit of the invention.
１ 電力伝送装置
１２ 共振コンデンサ
１１ 送電コイル
１４ 分周回路
１５ 発振器
１７ 位相比較回路
１８ 電圧計測＆電流計測回路
２０ 制御回路
４０ 受電側機器
４１ 受電コイル
４２ 共振コンデンサ
４３ 整流回路
４４ 二次電池
４５ 負荷回路
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記駆動信号の周波数を変化させる制御手段と、
前記送電コイルに発生する信号を検出する信号検出手段と、
前記駆動信号の周波数を変化させながら前記信号検出手段により検出された信号量を取得していくことで、前記送電コイルの共振動作の大きさが所定条件を満たす大きさとなる特定周波数を見つけて、前記駆動信号の周波数を前記特定周波数に調整する周波数調整手段と、
を備えたことを特徴とする電力伝送装置。 In a power transmission device, comprising: a power transmission coil that performs power transmission by electromagnetic induction action; and a drive unit that outputs a drive signal that periodically vibrates to the power transmission coil, and transmits power to a power receiving device by driving the power transmission coil. ,
Control means for changing the frequency of the drive signal;
Signal detection means for detecting a signal generated in the power transmission coil;
By acquiring the signal amount detected by the signal detection means while changing the frequency of the drive signal, find the specific frequency at which the magnitude of the resonance operation of the power transmission coil satisfies a predetermined condition, Frequency adjusting means for adjusting the frequency of the drive signal to the specific frequency;
A power transmission device comprising:
前記駆動手段は、前記駆動信号として周期的に振動する駆動電圧を前記送電コイルに出力する構成であることを特徴とする請求項１記載の電力伝送装置。 The power transmission coil is configured to perform a resonance operation with a resonance capacitor connected thereto,
The power transmission device according to claim 1, wherein the drive unit is configured to output a drive voltage that periodically oscillates as the drive signal to the power transmission coil.
前記周波数調整手段は、前記送電コイルに流れる電流振幅が最大となる特定周波数に前記駆動信号の周波数を調整する構成であることを特徴とする請求項５記載の電力伝送装置。 The signal detection means is configured to detect a current flowing through the power transmission coil,
The power transmission device according to claim 5, wherein the frequency adjustment unit is configured to adjust the frequency of the drive signal to a specific frequency that maximizes an amplitude of a current flowing through the power transmission coil.
制御手段が前記駆動信号の周波数を変化させながら前記信号検出手段により検出された信号量を取得し、前記送電コイルの共振動作の大きさが所定条件を満たす大きさとなる特定周波数を見つけるステップと、
前記特定周波数が見つかった場合に、前記制御手段が当該特定周波数の駆動信号で前記送電コイルを駆動して送電を実行させるステップと、
前記特定周波数が予め定められた周波数範囲の中に見つからなかった場合に、前記制御手段が前記送電コイルの駆動を停止させるステップと、
を含むことを特徴とする電力伝送方法。 From a power transmission device comprising a power transmission coil that performs power transmission by electromagnetic induction, a drive unit that outputs a drive signal that periodically vibrates to the power transmission coil, and a signal detection unit that detects a signal generated in the power transmission coil In a power transmission method for transmitting power to a power receiving device,
Acquiring a signal amount detected by the signal detection means while changing the frequency of the drive signal, and finding a specific frequency at which the magnitude of the resonance operation of the power transmission coil satisfies a predetermined condition;
When the specific frequency is found, the control means drives the power transmission coil with a drive signal of the specific frequency to execute power transmission;
The control means stopping the driving of the power transmission coil when the specific frequency is not found in a predetermined frequency range;
A power transmission method comprising:
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