JP2010252497A - Radio power transfer device and radio power transfer method - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To execute highly efficient power transfer in radio power transfer. <P>SOLUTION: In a radio power transfer device 1 transmitting power through magnetic-field resonance, a predetermined transmission/reception element, which is provided either to a power transmission unit 10 or to a power reception unit 20, is changed to change the transfer efficiency of power. Then, the transfer efficiency before/after the change is calculated, and the calculated transfer efficiency before the change is compared with that after the change to determine whether the transfer efficiency is attained or not after the change. This determining and changing process is repeated. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、無線電力伝送に関する。   The present invention relates to wireless power transmission.

陸上輸送の分野においては、大気汚染や化石燃料の枯渇に対する懸念から、電力を使って走行する自動車の研究開発が盛んに行われている。電力を使って走行する自動車としては、例えば、二次電池に蓄えた電力で走行するタイプのものがある。自動車に搭載されている二次電池を充電する技術として、走行路に設けられた給電部から非接触で給電を受けて充電するもの(例えば、特許文献1を参照)がある。また、電力を無線伝送する技術として、磁気共鳴により離間している機器へ高い伝送効率で電力を送るものがある(例えば、特許文献2を参照)。   In the field of land transportation, research and development of automobiles that run on electric power has been actively conducted due to concerns about air pollution and depletion of fossil fuels. As an automobile that travels using electric power, for example, there is a type that travels using electric power stored in a secondary battery. As a technique for charging a secondary battery mounted on an automobile, there is a technique for charging by receiving power from a power feeding unit provided on a traveling path in a non-contact manner (see, for example, Patent Document 1). In addition, as a technique for wirelessly transmitting power, there is a technique that sends power with high transmission efficiency to devices separated by magnetic resonance (see, for example, Patent Document 2).

特開2008−120357号公報JP 2008-120357 A 特開2008−301918号公報JP 2008-301918 A

従来、コイル間の電磁誘導による無線電力伝送技術がある。但し、電磁誘導による送電方式では、送電側と受電側の接点を露出させる必要がないという利点があるものの、コイル間隔が長くなるに従って伝送効率が極端に落ちてしまうため、実用においてはコイルを近接させた状態で用いられることが殆どであった。   Conventionally, there is a wireless power transmission technique by electromagnetic induction between coils. However, the electromagnetic induction power transmission method has the advantage that there is no need to expose the contacts on the power transmission side and the power reception side, but the transmission efficiency drops extremely as the coil interval becomes longer. In most cases, it was used in such a state.

このような電磁誘導方式に加えて、従来、共振周波数を合わせたコイル間における磁界共鳴(Magnetic Resonance。磁気共鳴、磁場共鳴、磁界共振とも。)を利用した無線電力伝送技術がある。磁界共鳴による送電方式では、電磁誘導方式に比べてコイル間隔をより長くすることが出来る。しかし、磁界共鳴による送電方式では、電磁誘導に比べてコイル間隔を柔軟に設定可能であるために、送電コイルと受電コイルとのコイル間隔によって効率の高い送電が可能な条件が異なってしまい、安定して効率の高い送電を行うことが困難であると考えられる。   In addition to such an electromagnetic induction method, conventionally, there is a wireless power transmission technology that uses magnetic resonance (Magnetic Resonance, both magnetic resonance, magnetic resonance, and magnetic resonance) between coils having the same resonance frequency. In the power transmission method using magnetic field resonance, the coil interval can be made longer than in the electromagnetic induction method. However, in the power transmission method using magnetic resonance, the coil interval can be set more flexibly than electromagnetic induction, so the conditions under which high-efficiency power transmission can be performed differ depending on the coil interval between the power transmission coil and the power receiving coil. Therefore, it is considered difficult to perform efficient power transmission.

本発明は、上記した問題に鑑み、無線電力伝送において効率の高い送電を行うことを課題とする。   In view of the above problems, an object of the present invention is to perform highly efficient power transmission in wireless power transmission.

本発明は、磁界共鳴を用いた電力伝送の伝送効率に影響を与える送受電要素を、伝送効率またはコイル間隔に応じて変更することで、無線電力伝送において効率の高い送電を行うことを可能とした。   The present invention makes it possible to perform highly efficient power transmission in wireless power transmission by changing the power transmission / reception element that affects the transmission efficiency of power transmission using magnetic field resonance according to the transmission efficiency or the coil interval. did.

より詳細には、本発明は、送電コイルを含む送電ユニットと受電コイルを含む受電ユニットとの間で磁界共鳴を発生させることによって電力を送電する無線電力伝送装置であって、前記送電ユニットおよび前記受電ユニットの何れかに設けられた、所定の送受電要素を変更することで、電力の伝送効率を変化させる変更手段と、前記変更手段による変更の前後の伝送効率を算出する伝送効率算出手段と、前記伝送効率算出手段によって算出された、前記変更の前後の伝送効率を比較することで、該変更の前後で伝送効率が改善したか否かを判定する判定手段と、を備え、前記判定手段による判定と、前記変更手段による変
更と、が繰り返し実行されることで、伝送効率を改善する、無線電力伝送装置である。
More specifically, the present invention is a wireless power transmission device that transmits electric power by generating magnetic field resonance between a power transmission unit including a power transmission coil and a power reception unit including a power reception coil, the power transmission unit and the power transmission unit A change unit that changes power transmission efficiency by changing a predetermined power transmission / reception element provided in any of the power reception units, and a transmission efficiency calculation unit that calculates transmission efficiency before and after the change by the change unit Determining means for determining whether the transmission efficiency has improved before and after the change by comparing the transmission efficiency before and after the change calculated by the transmission efficiency calculating means, It is a wireless power transmission apparatus that improves transmission efficiency by repeatedly performing the determination according to and the change by the changing means.

ここで、所定の送受電要素とは、無線電力伝送装置において電力伝送に用いられる要素のうち、伝送効率に影響を与える要素を指す。このような要素としては、後述する負荷抵抗や送電電圧、コイル構成、コイル間の結合度合い、等がある。本発明に係る無線電力伝送装置では、このような送受電要素に変更を加えることで、伝送効率を調整し、効率の高い送電を行うこととしている。なお、変更が加えられる送受電要素は、送電ユニットおよび受電ユニットの何れの側に属する要素であってもよい。   Here, the predetermined power transmission / reception element refers to an element that affects transmission efficiency among elements used for power transmission in the wireless power transmission device. Examples of such elements include a load resistance, a transmission voltage, a coil configuration, a degree of coupling between coils, and the like, which will be described later. In the wireless power transmission device according to the present invention, the transmission efficiency is adjusted by changing the power transmission / reception element to perform high-efficiency power transmission. Note that the power transmission / reception element to be changed may be an element belonging to either side of the power transmission unit and the power reception unit.

また、本発明に係る無線電力伝送装置は、前記送電コイルに流れる電力を取得する送電電力取得手段と、前記受電コイルに流れる電力を取得する受電電力取得手段と、を更に備え、前記伝送効率算出手段は、取得された送電電力に対する受電電力の割合を算出することで、前記伝送効率を算出してもよい。   The wireless power transmission device according to the present invention further includes a transmission power acquisition unit that acquires power flowing in the power transmission coil, and a received power acquisition unit that acquires power flowing in the power reception coil, and calculates the transmission efficiency. The means may calculate the transmission efficiency by calculating a ratio of the received power to the acquired transmitted power.

例えば、送電電力取得手段は、送電ユニットに設けられた送電アンプから送電電力を取得することが出来、受電電力取得手段は、受電ユニットに設けられた整流回路等から受電電力を取得することが出来る。   For example, the transmission power acquisition means can acquire transmission power from a transmission amplifier provided in the power transmission unit, and the received power acquisition means can acquire reception power from a rectifier circuit or the like provided in the power reception unit. .

また、本発明は、送電コイルを含む送電ユニットと受電コイルを含む受電ユニットとの間で磁界共鳴を発生させることによって電力を送電する無線電力伝送装置であって、前記送電ユニットおよび前記受電ユニットの何れかに設けられた、所定の送受電要素を変更することで、電力の伝送効率を変化させる変更手段と、前記送電コイルと前記受電コイルとのコイル間隔と、伝送効率と、の関係を前記所定の送受電要素毎に示す伝送効率情報を保持する情報保持手段と、前記送電コイルと前記受電コイルとのコイル間隔を取得するコイル間隔取得手段と、を備え、前記変更手段は、前記伝送効率情報を参照し、取得されたコイル間隔における伝送効率が向上するように、前記所定の送受電要素を変更する、無線電力伝送装置である。   In addition, the present invention is a wireless power transmission device that transmits power by generating magnetic field resonance between a power transmission unit including a power transmission coil and a power reception unit including a power reception coil, the power transmission unit and the power reception unit By changing a predetermined power transmission / reception element provided in any of the above, the changing means for changing the power transmission efficiency, the coil interval between the power transmission coil and the power reception coil, and the relationship between the transmission efficiency and the transmission efficiency Information holding means for holding transmission efficiency information shown for each predetermined power transmission / reception element, and coil interval acquisition means for acquiring a coil interval between the power transmission coil and the power receiving coil, wherein the changing means is configured to transmit the transmission efficiency. The wireless power transmission apparatus refers to the information and changes the predetermined power transmission / reception element so that the transmission efficiency in the acquired coil interval is improved.

コイル間隔取得手段は、例えば、別途設けられたコイル間隔を計測するための計測器によってコイル間隔を取得することが出来る。計測器には、電波や音波の遅延時間を用いるものや、画像から測量を行うもの等、様々な方式のものが採用されうる。また、本発明に係る無線電力伝送装置の受電ユニットが車両に搭載される場合には、予め車両側(受電ユニット側)で、受電コイルと地面(送電コイル)との距離情報を保持しておき、この情報を送電ユニット側へ送信することとしてもよい。また、車両に搭載された受電コイルと地面の送電コイルとのコイル間隔は、車両側で保持されている車高情報や車種情報等、その他の情報に基づいて特定されてもよい。例えば、送電ユニットは、受電ユニットから送信された車種情報を受信してデータベースを検索し、該当車種の標準的なコイル間隔を取得することとしてもよい。なお、この場合にも、変更が加えられる送受電要素は、送電ユニットおよび受電ユニットの何れの側に属する要素であってもよい。   The coil interval acquisition means can acquire the coil interval by, for example, a separately provided measuring instrument for measuring the coil interval. Various types of measuring instruments, such as those using radio wave or sound wave delay times, and those that perform surveying from images, can be employed. In addition, when the power receiving unit of the wireless power transmission device according to the present invention is mounted on a vehicle, information on the distance between the power receiving coil and the ground (power transmitting coil) is held in advance on the vehicle side (power receiving unit side). This information may be transmitted to the power transmission unit side. Further, the coil interval between the power receiving coil mounted on the vehicle and the ground power transmitting coil may be specified based on other information such as vehicle height information and vehicle type information held on the vehicle side. For example, the power transmission unit may receive vehicle type information transmitted from the power receiving unit, search a database, and acquire a standard coil interval of the vehicle type. Also in this case, the power transmission / reception element to which the change is applied may be an element belonging to either side of the power transmission unit and the power reception unit.

また、情報保持手段によって保持される伝送効率情報は、送電コイルと受電コイルとのコイル間隔と、このコイル間隔における伝送効率と、の関係を、変更に係る送受電要素(負荷抵抗や送電電圧、コイル構成、コイル間の結合度合い、等)毎に示す情報である。伝送効率情報は、例えば、予め実験やシミュレーションの結果から導き出された上記パラメータの関係式や、実験やシミュレーションの結果を示すマップ、等の形式で表現され、送電ユニットや受電ユニットのコントローラに接続された記憶装置に保持される。本発明では、このような伝送効率情報を参照し、取得されたコイル間隔を関係式に代入したり、取得されたコイル間隔に対応する伝送効率をマップから索出したりすることで、コイル間隔に応じて伝送効率の高い送受電要素の変更を行うことが出来る。   Further, the transmission efficiency information held by the information holding means is obtained by changing the relationship between the coil interval between the power transmission coil and the power reception coil and the transmission efficiency at this coil interval, the power transmission / reception element (load resistance, power transmission voltage, Coil configuration, degree of coupling between coils, etc.). The transmission efficiency information is expressed in the form of, for example, a relational expression of the above parameters previously derived from the results of experiments or simulations, a map indicating the results of experiments or simulations, etc., and is connected to the controller of the power transmission unit or power reception unit. Held in the storage device. In the present invention, by referring to such transmission efficiency information, the acquired coil interval is substituted into the relational expression, or the transmission efficiency corresponding to the acquired coil interval is retrieved from the map, thereby obtaining the coil interval. Accordingly, the power transmission / reception element with high transmission efficiency can be changed.

また、本発明に係る無線電力伝送装置は、前記受電ユニットが接続された給電対象によって取り出される電力を一定とする取出電力調整手段と、前記送電コイルに流される電流の電圧を制御する送電電圧制御手段と、を更に備え、前記変更手段は、前記送電電圧制御手段によって制御される電圧を変更することで、前記伝送効率を変化させてもよい。   Further, the wireless power transmission device according to the present invention is a power transmission voltage control for controlling a voltage of a current flowing in the power transmission coil, and a power extraction means for making constant power extracted by a power supply target to which the power reception unit is connected. And the changing means may change the transmission efficiency by changing a voltage controlled by the power transmission voltage control means.

このような取出電力調整手段(例えば、整流回路およびDC/DCコンバータを用いて実現できる)を備える場合、送電電圧の変更に従って受電電圧が変化すると、給電対象から取り出される電力が一定であるため、受電コイルを流れる電流が変化する。これは、受電側の見かけの負荷抵抗が変化したものとみなすことが出来る。そして、受電側の負荷抵抗の変化は、コイル間隔と伝送効率との関係に影響を与え、伝送効率を変化させる。即ち、本発明は、取出電力調整手段を備えることで、送電電圧の変更による伝送効率の調整を可能としたものである。   In the case of including such extracted power adjustment means (for example, can be realized using a rectifier circuit and a DC / DC converter), when the received voltage changes according to the change in the transmission voltage, the power extracted from the power supply target is constant. The current flowing through the receiving coil changes. This can be regarded as a change in the apparent load resistance on the power receiving side. The change in the load resistance on the power receiving side affects the relationship between the coil interval and the transmission efficiency, and changes the transmission efficiency. That is, according to the present invention, it is possible to adjust the transmission efficiency by changing the transmission voltage by providing the extracted power adjusting means.

また、本発明において、前記送電コイルは、送電アンプからの電力の入力を受ける第一送電コイルと、電力の入力元として、前記第一送電コイルからの電磁誘導および前記送電アンプの何れかを選択可能な第二送電コイルと、を有し、前記受電コイルは、前記第二送電コイルとの間での磁界共鳴によって電流が流れる第一受電コイルと、該第一受電コイルからの電磁誘導によって電流が流れる第二受電コイルと、を有し、前記変更手段は、前記第二送電コイルへの入力元を、前記第一送電コイルからの電磁誘導と前記送電アンプとの間で変更することで、前記伝送効率を変化させてもよい。   Further, in the present invention, the power transmission coil selects any one of a first power transmission coil that receives power input from a power transmission amplifier, and electromagnetic induction from the first power transmission coil and the power transmission amplifier as a power input source. A second power transmission coil, and the power reception coil includes a first power reception coil through which a current flows by magnetic field resonance with the second power transmission coil, and a current by electromagnetic induction from the first power reception coil. A second power receiving coil through which the current flows, and the changing means changes the input source to the second power transmitting coil between the electromagnetic induction from the first power transmitting coil and the power transmitting amplifier, The transmission efficiency may be changed.

ここで、第一送電コイルは、送電アンプから直接電力が与えられるコイルである。送電アンプによって第一送電コイルに電流が流されると、第一送電コイルと第二送電コイルとの間で電磁誘導が発生し、第二送電コイルに電流が流れる。そして、電磁誘導によって第二送電コイルに電流が流れると、第二送電コイルと第一受電コイルとの間で磁界共鳴が発生し、第一受電コイルに電流が流れる。更に、磁界共鳴によって第一受電コイルに電流が流れると、第一受電コイルと第二受電コイルとの間で電磁誘導が発生し、第二受電コイルに電流が流れる。本発明では、このような4つの異なる役割のコイルを有する構成において、第二送電コイルへの入力元を、「第一送電コイルからの電磁誘導」と「送電アンプ」との間で変更することで、第二送電コイル、第一受電コイルおよび第二受電コイルを有する3コイル構成と、第一送電コイル、第二送電コイル、第一受電コイルおよび第二受電コイルを有する4コイル構成と、を切り替えて、伝送効率を変化させることとしている。   Here, the first power transmission coil is a coil to which power is directly supplied from the power transmission amplifier. When a current is passed through the first power transmission coil by the power transmission amplifier, electromagnetic induction occurs between the first power transmission coil and the second power transmission coil, and a current flows through the second power transmission coil. And when an electric current flows into a 2nd power transmission coil by electromagnetic induction, magnetic field resonance will generate | occur | produce between a 2nd power transmission coil and a 1st power receiving coil, and an electric current will flow into a 1st power receiving coil. Furthermore, when a current flows through the first power receiving coil due to magnetic field resonance, electromagnetic induction occurs between the first power receiving coil and the second power receiving coil, and a current flows through the second power receiving coil. In the present invention, in such a configuration having coils of four different roles, the input source to the second power transmission coil is changed between “electromagnetic induction from the first power transmission coil” and “power transmission amplifier”. And a three-coil configuration having a second power transmission coil, a first power reception coil and a second power reception coil, and a four-coil configuration having a first power transmission coil, a second power transmission coil, a first power reception coil and a second power reception coil. The transmission efficiency is changed by switching.

また、本発明において、前記送電コイルおよび前記受電コイルの少なくとも何れかは、前記送電ユニットと前記受電ユニットとの間の磁界共鳴のための磁界共鳴コイルと、該磁界共鳴コイルとの間で、電力を電磁誘導によって送電または受電する電磁誘導コイルと、を有し、前記変更手段は、前記磁界共鳴コイルと前記電磁誘導コイルとの間の距離を変更することで、前記伝送効率を変化させてもよい。   In the present invention, at least one of the power transmission coil and the power reception coil includes a magnetic field resonance coil for magnetic field resonance between the power transmission unit and the power reception unit, and a power between the magnetic field resonance coil and the magnetic field resonance coil. An electromagnetic induction coil that transmits or receives power by electromagnetic induction, and the changing means may change the transmission efficiency by changing a distance between the magnetic field resonance coil and the electromagnetic induction coil. Good.

ここでは、磁界共鳴コイルが、前記第二送電コイルおよび第一受電コイルに相当するコイルであり、電磁誘導コイルが、前記第一送電コイルおよび第二受電コイルに相当するコイルである。本発明では、送電側または受電側で電磁誘導によって接続されるコイル間の距離を変更することで、コイル間の結合度合いを変化させ、伝送効率を変化させることとしている。   Here, the magnetic field resonance coil is a coil corresponding to the second power transmission coil and the first power reception coil, and the electromagnetic induction coil is a coil corresponding to the first power transmission coil and the second power reception coil. In the present invention, by changing the distance between the coils connected by electromagnetic induction on the power transmission side or the power reception side, the coupling degree between the coils is changed to change the transmission efficiency.

また、本発明において、前記送電コイルおよび前記受電コイルの少なくとも何れかは、互いに径の異なる複数の前記電磁誘導コイルを有し、前記変更手段は、前記複数の電磁誘導コイルのうち、使用する前記電磁誘導コイルを変更することで、前記伝送効率を変化させてもよい。   Further, in the present invention, at least one of the power transmission coil and the power reception coil has a plurality of the electromagnetic induction coils having different diameters, and the changing unit uses the electromagnetic induction coil among the plurality of electromagnetic induction coils. The transmission efficiency may be changed by changing the electromagnetic induction coil.

なお、コイル間の距離を変更する方法としては、上記のように、互いに径が異なる複数のコイルを切り替えて用いる方法の他、コイル自体を移動させることで、コイル間隔を変更する方法が用いられてもよい。   As a method of changing the distance between the coils, as described above, a method of changing the coil interval by moving the coils themselves is used in addition to a method of switching and using a plurality of coils having different diameters. May be.

更に、本発明は、無線電力伝送装置が実行する方法、又は無線電力伝送装置を制御するコンピュータに実行させるプログラムとしても把握することが可能である。また、本発明は、そのようなプログラムをコンピュータその他の装置、機械等が読み取り可能な記録媒体に記録したものでもよい。ここで、コンピュータ等が読み取り可能な記録媒体とは、データやプログラム等の情報を電気的、磁気的、光学的、機械的、または化学的作用によって蓄積し、コンピュータ等から読み取ることができる記録媒体をいう。   Furthermore, the present invention can be understood as a method executed by the wireless power transmission apparatus or a program executed by a computer that controls the wireless power transmission apparatus. Further, the present invention may be a program in which such a program is recorded on a recording medium readable by a computer, other devices, machines, or the like. Here, a computer-readable recording medium is a recording medium that stores information such as data and programs by electrical, magnetic, optical, mechanical, or chemical action and can be read from a computer or the like. Say.

例えば、本発明は、送電コイルを含む送電ユニットと受電コイルを含む受電ユニットとの間で磁界共鳴を発生させることによって電力を送電する無線電力伝送装置が、前記送電ユニットおよび前記受電ユニットの何れかに設けられた、所定の送受電要素を変更することで、電力の伝送効率を変化させる変更ステップと、前記変更ステップにおける変更の前後の伝送効率を算出する伝送効率算出ステップと、前記伝送効率算出ステップで算出された、前記変更の前後の伝送効率を比較することで、該変更の前後で伝送効率が改善したか否かを判定する判定ステップと、を実行し、前記判定ステップにおける判定と、前記変更ステップにおける変更と、が繰り返し実行されることで、伝送効率が改善される、無線電力伝送方法である。   For example, in the present invention, a wireless power transmission device that transmits power by generating magnetic field resonance between a power transmission unit including a power transmission coil and a power reception unit including a power reception coil is any of the power transmission unit and the power reception unit. A change step for changing power transmission efficiency by changing a predetermined power transmission / reception element, a transmission efficiency calculation step for calculating transmission efficiency before and after the change in the change step, and the transmission efficiency calculation A step of determining whether or not the transmission efficiency has improved before and after the change by comparing the transmission efficiency before and after the change calculated in the step, and the determination in the determination step; In the wireless power transmission method, the transmission efficiency is improved by repeatedly executing the change in the change step.

また、本発明は、送電コイルを含む送電ユニットと受電コイルを含む受電ユニットとの間で磁界共鳴を発生させることによって電力を送電する無線電力伝送装置が、前記送電ユニットおよび前記受電ユニットの何れかに設けられた、所定の送受電要素を変更することで、電力の伝送効率を変化させる変更ステップと、予め計測された、前記所定の送受電要素毎のコイル間隔と伝送効率との関係を示す伝送効率情報を保持する情報保持ステップと、前記送電コイルと前記受電コイルとのコイル間隔を取得するコイル間隔取得ステップと、を実行し、前記変更ステップでは、前記伝送効率情報が参照され、取得されたコイル間隔における伝送効率が向上するように、前記所定の送受電要素が変更される、無線電力伝送方法である。   Further, the present invention provides a wireless power transmission device that transmits power by generating magnetic field resonance between a power transmission unit including a power transmission coil and a power reception unit including a power reception coil. The change step of changing the power transmission efficiency by changing the predetermined power transmission / reception element provided in FIG. 4 and the relationship between the coil interval and the transmission efficiency for each predetermined power transmission / reception element measured in advance are shown. An information holding step for holding transmission efficiency information and a coil interval obtaining step for obtaining a coil interval between the power transmission coil and the power receiving coil are executed. In the changing step, the transmission efficiency information is referred to and obtained. In the wireless power transmission method, the predetermined power transmission / reception element is changed so that transmission efficiency at the coil interval is improved.

本発明によれば、無線電力伝送において効率の高い送電を行うことが可能となる。   According to the present invention, it is possible to perform highly efficient power transmission in wireless power transmission.

実施形態に係る無線電力伝送システムの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the wireless power transmission system which concerns on embodiment. 実施形態において用いられる送電コイルおよび受電コイルの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the power transmission coil and power receiving coil which are used in embodiment. 実施形態に係る無線電力伝送システムにおいて行われる伝送効率の調整処理の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of the adjustment process of the transmission efficiency performed in the wireless power transmission system which concerns on embodiment. 図2に示した4コイル構成において、負荷抵抗毎に、送電コイルと受電コイルとの間の距離(コイル間隔)と伝送効率との関係をシミュレーションした結果を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a result of simulating a relationship between a distance (coil interval) between a power transmission coil and a power reception coil and transmission efficiency for each load resistance in the four-coil configuration illustrated in FIG. 2. 図2に示した4コイル構成において、送電周波数毎に、送電コイルと受電コイルとの間の距離(コイル間隔)と伝送効率との関係をシミュレーションした結果を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a result of simulating a relationship between a distance (coil interval) between a power transmission coil and a power reception coil and transmission efficiency for each power transmission frequency in the four-coil configuration illustrated in FIG. 2. 実施形態における4コイル構成の概要を示す図である。It is a figure which shows the outline | summary of 4 coil structure in embodiment. 図6に示した4コイル構成で第二送電コイルと第一受電コイルとの間隔を50mmとした場合の周波数とコイルを流れる電流との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the frequency and the electric current which flow through a coil at the time of setting the space | interval of a 2nd power transmission coil and a 1st power receiving coil to 50 mm by 4 coil structure shown in FIG. 図6に示した4コイル構成で第二送電コイルと第一受電コイルの間隔を500mmとした場合の周波数とコイルを流れる電流との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the frequency and the electric current which flow through a coil at the time of setting the space | interval of a 2nd power transmission coil and a 1st power receiving coil to 500 mm by 4 coil structure shown in FIG. 実施形態における3コイル構成の概要を示す図である。It is a figure which shows the outline | summary of the 3 coil structure in embodiment. 図8に示した3コイル構成で第二送電コイルと第一受電コイルの間隔を50mmとした場合の周波数とコイルを流れる電流との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the frequency and the electric current which flow through a coil at the time of setting the space | interval of a 2nd power transmission coil and a 1st power receiving coil to 50 mm by 3 coil structure shown in FIG. 図8に示した3コイル構成で第二送電コイルと第一受電コイルの間隔を500mmとした場合の周波数とコイルを流れる電流との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the frequency when the space | interval of a 2nd power transmission coil and a 1st power receiving coil is 500 mm by 3 coil structure shown in FIG. 8, and the electric current which flows through a coil. コイル構成毎に、送電コイルと受電コイルとの間の距離(コイル間隔)と伝送効率との関係をシミュレーションした結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having simulated the relationship between the distance (coil space | interval) between a power transmission coil and a receiving coil and transmission efficiency for every coil structure. 実施形態における第一送電コイルおよび第二送電コイルの構成の概要を示す図である。It is a figure which shows the outline | summary of a structure of the 1st power transmission coil and 2nd power transmission coil in embodiment. 図11に示した、互いに径の異なる第一送電コイル毎に、送電コイルと受電コイルとの間の距離(コイル間隔)と伝送効率との関係をシミュレーションした結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having simulated the relationship between the distance (coil space | interval) between a power transmission coil and a receiving coil, and transmission efficiency for every 1st power transmission coil from which a diameter mutually differs shown in FIG. 第一送電コイルまたは第二送電コイルを同軸上で上下動可能とした構成の概要を示す図である。It is a figure which shows the outline | summary of the structure which enabled vertical movement of the 1st power transmission coil or the 2nd power transmission coil on the same axis | shaft. 第一送電コイルまたは第二受電コイルの使用ターン数を切替可能とした場合のコイル構成を示す図である。It is a figure which shows the coil structure at the time of enabling switching the number of use turns of a 1st power transmission coil or a 2nd power receiving coil. 実施形態に係る無線電力伝送システムにおいて行われる伝送効率の調整処理の流れを示すフローチャートを示す図である。It is a figure which shows the flowchart which shows the flow of the adjustment process of the transmission efficiency performed in the wireless power transmission system which concerns on embodiment. 実施形態に係る無線電力伝送システムにおいて、充電の進行に伴って行われる、定電流充電処理の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of the constant current charging process performed with progress of charge in the wireless power transmission system which concerns on embodiment. ユニットの背面側に金属板のみを配置した場合の渦電流が発生する様子と、ユニット背面側の金属板に磁気シールドシートを配置した場合の渦電流の発生が抑制される様子とを比較した図である。Figure comparing the state of eddy currents when only the metal plate is placed on the back side of the unit and the state of suppressing eddy currents when the magnetic shield sheet is placed on the metal plate on the back side of the unit It is. 地面に設置される送電コイルの背面、および車両に設置される受電コイルの背面に、磁気シールドシートを設けた様子を示す図である。It is a figure which shows a mode that the magnetic shield sheet | seat was provided in the back surface of the power transmission coil installed in the ground, and the back surface of the receiving coil installed in a vehicle.

以下、本発明に係る無線電力伝送装置および無線電力伝送方法の実施の形態について、図面に基づいて説明する。なお、本実施形態に係る無線電力伝送システムは、車載バッテリに充電される電力を車両側に送電するためのシステムであり、送電ユニットは車両が停止する位置の地面側に、受電ユニットは車両側に設けられる。但し、本発明に係る送電システムは車両用途に限定されず、家電、情報機器、玩具等、電力を用いる様々な機器に適用することが可能である。   Embodiments of a wireless power transmission apparatus and a wireless power transmission method according to the present invention will be described below with reference to the drawings. Note that the wireless power transmission system according to the present embodiment is a system for transmitting the power charged in the in-vehicle battery to the vehicle side. The power transmission unit is on the ground side where the vehicle stops, and the power reception unit is on the vehicle side. Is provided. However, the power transmission system according to the present invention is not limited to vehicle use, and can be applied to various devices using electric power, such as home appliances, information devices, and toys.

<無線電力伝送システムの構成>
図1は、本実施形態に係る無線電力伝送システム1の構成を示す図である。無線電力伝送システム1は、大きく分けて送電ユニット10および受電ユニット20の、2つの無線電力伝送装置を備える。このうち、送電ユニット10は、車両が停止する位置(例えば、駐車スペース)の地面側に設けられ、送電コントローラ17、コンバータ13、送電アンプ14、送電コイル15、共振制御ユニット16、発振回路18、アンテナ11およびデータ送受信ユニット12を備える。ここで、送電コイル15は、例えば、駐車スペースの車止めを基準とした所定位置等、車両が停止した場合の位置合わせが容易な位置に、車両底面に設けられた受電コイル25に対向するように設けられることが好ましい。
<Configuration of wireless power transmission system>
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a wireless power transmission system 1 according to the present embodiment. The wireless power transmission system 1 is roughly provided with two wireless power transmission devices, a power transmission unit 10 and a power reception unit 20. Among these, the power transmission unit 10 is provided on the ground side of a position where the vehicle stops (for example, a parking space), and includes a power transmission controller 17, a converter 13, a power transmission amplifier 14, a power transmission coil 15, a resonance control unit 16, an oscillation circuit 18, An antenna 11 and a data transmission / reception unit 12 are provided. Here, the power transmission coil 15 is opposed to the power reception coil 25 provided on the bottom surface of the vehicle at a position where the alignment is easy when the vehicle stops, such as a predetermined position based on the parking stop of the parking space. It is preferable to be provided.

送電コントローラ17は、記憶装置に接続され、制御プログラムを実行することで、送電ユニット10を、変更手段、伝送効率算出手段、判定手段、送電電力取得手段、情報保持手段、コイル間隔取得手段、および送電電圧制御手段を備える送電ユニット10として動作させるコンピュータである。送電コントローラ17は、予め設定された送電用の設定内容、データ送受信ユニット12による受電ユニット20とのデータ送受信結果、および
送電アンプ14から得られた送電電力モニタ結果に従って、発振回路18、共振制御ユニット16、コンバータ13を制御する。データ送受信ユニット12は、アンテナ11に接続された、無線通信のための通信インターフェースである。また、コンバータ13は、供給された交流または直流の電力を直流電流へ変換し、送電アンプ14へ送る。なお、コンバータ13による出力電圧は、送電コントローラ17によって制御される。また、送電アンプ14は、コンバータ13から送られた電力を、発振回路18から与えられた周波数で、送電コイル15へ入力する。ここで、発振回路18によって与えられる周波数は、送電コントローラ17によって制御される。
The power transmission controller 17 is connected to a storage device and executes a control program to change the power transmission unit 10 into a changing unit, a transmission efficiency calculating unit, a determining unit, a transmitted power acquisition unit, an information holding unit, a coil interval acquisition unit, and It is a computer operated as the power transmission unit 10 provided with a power transmission voltage control means. The power transmission controller 17 sets the oscillation circuit 18, the resonance control unit according to the preset power transmission settings, the data transmission / reception unit 12 data transmission / reception result with the power reception unit 20, and the transmission power monitor result obtained from the power transmission amplifier 14. 16. Control the converter 13. The data transmission / reception unit 12 is a communication interface connected to the antenna 11 for wireless communication. Further, the converter 13 converts the supplied AC or DC power into a DC current and sends it to the power transmission amplifier 14. The output voltage from the converter 13 is controlled by the power transmission controller 17. Further, the power transmission amplifier 14 inputs the power transmitted from the converter 13 to the power transmission coil 15 at the frequency given from the oscillation circuit 18. Here, the frequency given by the oscillation circuit 18 is controlled by the power transmission controller 17.

共振制御ユニット16は、送電コントローラ17による指示に従って、送電コイル15に設けられたコンデンサ(キャパシタ)の容量を制御する等の方法で、送電ユニット10の共振周波数を、発振回路18の発振周波数と一致するように制御する。また、発振回路18は、送電コントローラ17による指示に従って、送電コイル15へ発振される周波数を、所定の値となるように制御する。   The resonance control unit 16 matches the resonance frequency of the power transmission unit 10 with the oscillation frequency of the oscillation circuit 18 by a method such as controlling the capacitance of the capacitor (capacitor) provided in the power transmission coil 15 in accordance with an instruction from the power transmission controller 17. Control to do. Further, the oscillation circuit 18 controls the frequency oscillated to the power transmission coil 15 to a predetermined value in accordance with an instruction from the power transmission controller 17.

また、受電ユニット20は、車両に設けられ、受電コントローラ27、受電コイル25、共振制御ユニット26、整流回路28、DC/DCコンバータ29、アンテナ21およびデータ送受信ユニット22を備える。共振制御ユニット26は、前記共振制御ユニット16と同様に、受電コントローラ27による指示に従って受電ユニット20の共振周波数を発振回路18の発振周波数と一致するように制御する。その結果、送電ユニット10の共振周波数と受電ユニット20の共振周波数とは一致するように制御され、磁界共鳴による無線電力伝送が可能となる。ここで、受電コイル25は、車両底面の、地面に設置された送電ユニット10と対向する位置に設けられることが好ましい。また、受電ユニット20は、車載の充放電制御装置31を介して、車載バッテリ33と接続されている。なお、充放電制御装置31は、アクセル操作に応じて車載バッテリ33から車両駆動用の電力を放電させ、また、ブレーキが操作された場合には、モータ32によって発電された電力が車載バッテリ33に充電されるように制御される。   The power receiving unit 20 is provided in a vehicle and includes a power receiving controller 27, a power receiving coil 25, a resonance control unit 26, a rectifier circuit 28, a DC / DC converter 29, an antenna 21, and a data transmitting / receiving unit 22. Similar to the resonance control unit 16, the resonance control unit 26 controls the resonance frequency of the power reception unit 20 to coincide with the oscillation frequency of the oscillation circuit 18 in accordance with an instruction from the power reception controller 27. As a result, the resonance frequency of the power transmission unit 10 and the resonance frequency of the power reception unit 20 are controlled to coincide with each other, and wireless power transmission by magnetic field resonance is possible. Here, the power receiving coil 25 is preferably provided at a position on the bottom surface of the vehicle facing the power transmission unit 10 installed on the ground. The power receiving unit 20 is connected to the in-vehicle battery 33 via the in-vehicle charge / discharge control device 31. The charge / discharge control device 31 discharges electric power for driving the vehicle from the in-vehicle battery 33 in response to the accelerator operation, and when the brake is operated, the electric power generated by the motor 32 is supplied to the in-vehicle battery 33. Controlled to be charged.

受電コントローラ27は、記憶装置に接続され、この記憶装置に接続された制御プログラムを実行することで、受電ユニット20を、変更手段、伝送効率算出手段、判定手段、受電電力取得手段、情報保持手段、コイル間隔取得手段、および取出電力調整手段を備える受電ユニット20として動作させるコンピュータである。受電コントローラ27は、予め設定された受電用の設定内容、データ送受信ユニット22による送電ユニット10とのデータ送受信結果、および整流回路28から得られた受電電力モニタ結果に従って、共振制御ユニット26、整流回路28およびDC/DCコンバータ29を制御する。データ送受信ユニット22は、アンテナ21に接続された、無線通信のための通信インターフェースである。また、受電コイル25には、送電コイル15との間の磁界共鳴によって電流が流れる。ここで、受電コントローラ27は、送電コイル15との間で磁界共鳴を発生させるために、受電コイル25の共振周波数が送電ユニット10と一致するように共振制御ユニット26を制御する。   The power receiving controller 27 is connected to a storage device and executes a control program connected to the storage device, thereby changing the power receiving unit 20 to a changing unit, a transmission efficiency calculating unit, a determining unit, a received power acquiring unit, and an information holding unit. , A computer that is operated as a power receiving unit 20 including a coil interval acquisition unit and an extracted power adjustment unit. The power receiving controller 27 is configured according to the resonance control unit 26, the rectifying circuit, and the power receiving unit 27 according to the preset power receiving settings, the data transmission / reception result of the data transmitting / receiving unit 22 with the power transmitting unit 10, and the received power monitoring result obtained from the rectifying circuit 28 28 and DC / DC converter 29 are controlled. The data transmission / reception unit 22 is a communication interface connected to the antenna 21 for wireless communication. Further, a current flows through the power receiving coil 25 due to magnetic field resonance with the power transmitting coil 15. Here, the power reception controller 27 controls the resonance control unit 26 so that the resonance frequency of the power reception coil 25 matches that of the power transmission unit 10 in order to generate magnetic field resonance with the power transmission coil 15.

整流回路28(AC/DCコンバータ)およびDC/DCコンバータ29は、充放電制御側による取り出し電力を一定に保つことで、送電側の電圧変更による受電側の見かけの負荷抵抗の制御を可能とする。負荷抵抗の制御処理の詳細については、後述する。   The rectifier circuit 28 (AC / DC converter) and the DC / DC converter 29 can control the apparent load resistance on the power reception side by changing the voltage on the power transmission side by keeping the electric power taken out on the charge / discharge control side constant. . Details of the load resistance control process will be described later.

図2は、本実施形態において用いられる送電コイル15および受電コイル25の構成を示す図である。図2に示したコイルは、送電コイル15として第一送電コイル15aおよび第二送電コイル15bを用い、受電コイル25として第一受電コイル25aおよび第二受電コイル25bを用いる、4コイル構成のコイルである。なお、ここで、第一送電コイル15aは、直径170mm、2ターンのコイルであり、第二送電コイル15bおよび第
一受電コイル25aは、直径250mm、10ターンのコイルであり、第二受電コイル25bは、直径157mm、1ターンのコイルである。
FIG. 2 is a diagram illustrating the configuration of the power transmission coil 15 and the power reception coil 25 used in the present embodiment. The coil shown in FIG. 2 is a coil having a four-coil configuration in which the first power transmission coil 15a and the second power transmission coil 15b are used as the power transmission coil 15, and the first power reception coil 25a and the second power reception coil 25b are used as the power reception coil 25. is there. Here, the first power transmission coil 15a is a two-turn coil having a diameter of 170 mm, the second power transmission coil 15b and the first power reception coil 25a are coils having a diameter of 250 mm and a tenth turn, and the second power reception coil 25b. Is a one-turn coil with a diameter of 157 mm.

ここで、第一送電コイル15aは、送電アンプ14から直接電力が与えられるコイルである。送電アンプ14によって第一送電コイル15aに電流が流されると、第一送電コイル15aと第二送電コイル15bとの間で電磁誘導が発生し、第二送電コイル15bに電流が流れる。そして、電磁誘導によって第二送電コイル15bに電流が流れると、共振周波数が合わせられた第二送電コイル15bと第一受電コイル25aとの間で磁界共鳴が発生し、第一受電コイル25aに電流が流れる。更に、磁界共鳴によって第一受電コイル25aに電流が流れると、第一受電コイル25aと第二受電コイル25bとの間で電磁誘導が発生し、第二受電コイル25bに電流が流れる。図2に示した例では、送電アンプ14から電流が直接流されるコイルおよび受電側の負荷抵抗に直接接続されたコイル(ここでは、第一送電コイル15aおよび第二受電コイル25b)と、磁界共鳴による電力伝送に用いられるコイル(ここでは、第二送電コイル15bおよび第一受電コイル25a)と、を物理的に接続せず、電磁誘導によって接続することで、送電アンプ14や負荷抵抗等の構成が、磁界共鳴に用いるコイルの共振周波数等に与える影響を抑えることとしている。   Here, the first power transmission coil 15 a is a coil to which power is directly supplied from the power transmission amplifier 14. When a current flows through the first power transmission coil 15a by the power transmission amplifier 14, electromagnetic induction occurs between the first power transmission coil 15a and the second power transmission coil 15b, and a current flows through the second power transmission coil 15b. Then, when a current flows through the second power transmission coil 15b by electromagnetic induction, magnetic field resonance occurs between the second power transmission coil 15b and the first power reception coil 25a whose resonance frequencies are matched, and a current flows through the first power reception coil 25a. Flows. Further, when a current flows through the first power receiving coil 25a due to magnetic field resonance, electromagnetic induction occurs between the first power receiving coil 25a and the second power receiving coil 25b, and a current flows through the second power receiving coil 25b. In the example illustrated in FIG. 2, a coil through which a current is directly supplied from the power transmission amplifier 14 and a coil directly connected to the load resistance on the power reception side (here, the first power transmission coil 15 a and the second power reception coil 25 b), and magnetic resonance The coils used for power transmission by the power transmission (here, the second power transmission coil 15b and the first power reception coil 25a) are not physically connected, but are connected by electromagnetic induction, thereby configuring the power transmission amplifier 14, the load resistance, and the like. However, the influence on the resonance frequency of the coil used for the magnetic field resonance is suppressed.

なお、図2では、代表的な例として、送電側2コイル、受電側2コイルの4コイル構成を図示したが、本発明は、送電コイル15と受電コイル25との間での磁界共鳴による無線電力伝送を用いたシステムに適用可能なものであり、コイル数は上記4コイル構成に限定されない。例えば、送電側1コイル、受電側1コイルの2コイル構成が採用されてもよいし、送電側1コイル、受電側2コイルの3コイル構成が採用されてもよい。なお、3コイル構成における受電側の2コイルは、電磁誘導で接続される上記第一受電コイル25aおよび第二受電コイル25bである。   In FIG. 2, as a representative example, a four-coil configuration of two coils on the power transmission side and two coils on the power reception side is illustrated, but the present invention is wireless based on magnetic field resonance between the power transmission coil 15 and the power reception coil 25. The present invention is applicable to a system using power transmission, and the number of coils is not limited to the above four-coil configuration. For example, a two-coil configuration including one power transmission side coil and one power receiving side coil may be employed, or a three coil configuration including one power transmission side coil and two power receiving side coils may be employed. The two coils on the power receiving side in the three-coil configuration are the first power receiving coil 25a and the second power receiving coil 25b that are connected by electromagnetic induction.

<伝送効率の調整処理>
図3は、本実施形態に係る無線電力伝送システム1において行われる伝送効率の調整処理の流れを示すフローチャートである。本フローチャートに示された処理は、車両側に設けられた受電コイル25と駐車場等に設けられた送電コイル15とが位置合わせされ、また、共振周波数を合わせる処理等が完了して、送電準備が完了したことを契機として開始される。なお、本フローチャートに示された処理の具体的な内容および順序は一例であり、処理内容および順序には、実施の形態に適したものが適宜採用されることが好ましい。
<Transmission efficiency adjustment processing>
FIG. 3 is a flowchart showing a flow of transmission efficiency adjustment processing performed in the wireless power transmission system 1 according to the present embodiment. In the processing shown in this flowchart, the power receiving coil 25 provided on the vehicle side and the power transmitting coil 15 provided in a parking lot or the like are aligned, and the processing for adjusting the resonance frequency is completed to prepare for power transmission. It is started when this is completed. Note that the specific contents and order of the processes shown in this flowchart are examples, and it is preferable that processes suitable for the embodiment are appropriately adopted as the process contents and order.

ステップS101では、送電が開始される。送電コントローラ17は、予め設定されている内容か、またはデータ送受信ユニット12、22を介した受電側との通信結果に従って発振回路18を制御し、決定された周波数および電圧でコイルに電流を流す。この周波数は送電ユニット10および受電ユニット20の共振周波数であるため、この送電によって送電コイル15と受電コイル25との間で磁界共鳴が起き、受電ユニット20は電力を受電することが出来る。その後、処理はステップS102へ進む。   In step S101, power transmission is started. The power transmission controller 17 controls the oscillation circuit 18 according to the preset contents or the result of communication with the power receiving side via the data transmission / reception units 12 and 22, and causes a current to flow through the coil at the determined frequency and voltage. Since this frequency is the resonance frequency of the power transmission unit 10 and the power reception unit 20, magnetic field resonance occurs between the power transmission coil 15 and the power reception coil 25 by this power transmission, and the power reception unit 20 can receive power. Thereafter, the process proceeds to step S102.

ステップS102では、伝送効率が算出される。送電コントローラ17および受電コントローラ27の少なくとも何れか(以下、単に「コントローラ17、27」と記載する)は、送電アンプ14でモニタされた送電電力に対する、整流回路28でモニタされた受電電力の割合を算出することで、伝送効率を算出する。なお、送電コントローラ17は、データ送受信ユニット12、22を介して、受電ユニット20側から受電電力を取得することが出来る。また、受電コントローラ27は、データ送受信ユニット12、22を介して、送電ユニット10側から送電電力を取得することが出来る。即ち、送電アンプ14およびコントローラ17、27は、本発明の送電電力取得手段に相当し、整流回路28およびコントローラ17、27は、本発明の受電電力取得手段に相当する。その後、処理はステップS103へ進む。   In step S102, the transmission efficiency is calculated. At least one of the power transmission controller 17 and the power reception controller 27 (hereinafter simply referred to as “controllers 17 and 27”) indicates the ratio of the received power monitored by the rectifier circuit 28 to the transmitted power monitored by the power transmission amplifier 14. By calculating, the transmission efficiency is calculated. The power transmission controller 17 can acquire the received power from the power receiving unit 20 side via the data transmission / reception units 12 and 22. Further, the power receiving controller 27 can acquire the transmitted power from the power transmission unit 10 side via the data transmission / reception units 12 and 22. That is, the power transmission amplifier 14 and the controllers 17 and 27 correspond to the transmitted power acquisition means of the present invention, and the rectifier circuit 28 and the controllers 17 and 27 correspond to the received power acquisition means of the present invention. Thereafter, the process proceeds to step S103.

ステップS103では、伝送効率が、十分に高い伝送効率となっているか否かが判定される。コントローラ17、27は、算出された伝送効率が、予め定められた目標値以上となっているか否かを判定する。なお、本実施形態では、伝送効率の目標値には、車載バッテリ33に充電を行うにあたって十分といえる電力に基づいて、例えば80%や70%等といった値が予め設定される。伝送効率が目標値以上であると判定された場合、本フローチャートに示された伝送効率調整処理は終了し、以降、車載バッテリ33への充電が完了するまで、送電処理が継続される。伝送効率が目標値未満であると判定された場合、処理はステップS104へ進む。   In step S103, it is determined whether or not the transmission efficiency is sufficiently high. The controllers 17 and 27 determine whether or not the calculated transmission efficiency is equal to or higher than a predetermined target value. In the present embodiment, the target value of the transmission efficiency is set in advance to a value such as 80% or 70% based on the power that can be said to be sufficient for charging the in-vehicle battery 33. When it is determined that the transmission efficiency is equal to or higher than the target value, the transmission efficiency adjustment process shown in this flowchart ends, and thereafter, the power transmission process is continued until the charging of the in-vehicle battery 33 is completed. If it is determined that the transmission efficiency is less than the target value, the process proceeds to step S104.

ステップS104では、送受電要素の変更が行われる。コントローラ17、27は、送電ユニット10および受電ユニット20の少なくとも何れか一方において、伝送効率に影響を与える要素、換言すると、その要素に何らかの変更を加えることで伝送効率が変化する要素、を変更する。なお、送受電要素の変更は、ステップS105以降で調整の結果をフィードバックさせながら、目標となる伝送効率を達成するように行われるため、必ずしも伝送効率に与える影響が予測可能な要素の変更でなくともよい。即ち、その要素に加える変更によって伝送効率が向上するか低下するか予測が困難な場合であっても、ステップS104では、その要素に対して変更が加えられてよい。ステップS104で加えられた変更の結果は、以下に説明するステップS105以降の処理で判断される。ここで、送受電要素とは、無線電力伝送装置において電力伝送に用いられる要素のうち、伝送効率に影響を与える要素であり、送受電要素の変更とは、このような送受電要素としての制御対象や制御値に対して変更を加えることである。なお、本実施形態では、受電側の見かけの負荷抵抗の制御による伝送効率の調整、送電周波数の制御による伝送効率の調整、コイル数の変更による伝送効率の調整、およびコイル間の結合度合いの変更による伝送効率の調整、のうち、少なくとも何れかの調整手段を用いて、伝送効率が調整される。伝送効率調整の具体的な方法については、後述する。その後、処理はステップS105へ進む。   In step S104, the power transmission / reception element is changed. The controllers 17 and 27 change an element that affects the transmission efficiency in at least one of the power transmission unit 10 and the power reception unit 20, in other words, an element that changes the transmission efficiency by adding some change to the element. . Note that the power transmission / reception element change is performed so as to achieve the target transmission efficiency while feeding back the adjustment result in step S105 and subsequent steps. Also good. That is, even if it is difficult to predict whether the transmission efficiency is improved or decreased due to the change applied to the element, it may be changed in step S104. The result of the change made in step S104 is determined in the processing after step S105 described below. Here, the power transmission / reception element is an element that affects transmission efficiency among the elements used for power transmission in the wireless power transmission device, and the change of the power transmission / reception element is the control as such a power transmission / reception element. To change the target and control value. In this embodiment, the transmission efficiency is adjusted by controlling the apparent load resistance on the power receiving side, the transmission efficiency is adjusted by controlling the transmission frequency, the transmission efficiency is adjusted by changing the number of coils, and the coupling degree between the coils is changed. The transmission efficiency is adjusted by using at least one of the adjustment means of the adjustment of the transmission efficiency by. A specific method for adjusting transmission efficiency will be described later. Thereafter, the process proceeds to step S105.

ステップS105およびステップS106では、再び伝送効率が算出され、伝送効率が改善されたか否かが判定される。ステップS105における伝送効率の算出の具体的な方法は、ステップS102で説明した通りであるため、説明を省略する。伝送効率が算出されると、コントローラ17、27は、ステップS102で算出された伝送効率調整処理前の伝送効率と、ステップS105で算出された伝送効率調整処理後の伝送効率と、を比較することで、ステップS104で実行された送受電要素の変更の結果、伝送効率が改善したか否かを判定する。伝送効率が改善していないと判定された場合、処理はステップS107へ進む。伝送効率が改善したと判定された場合、処理はステップS108へ進む。   In steps S105 and S106, the transmission efficiency is calculated again, and it is determined whether or not the transmission efficiency has been improved. The specific method for calculating the transmission efficiency in step S105 is as described in step S102, and thus the description thereof is omitted. When the transmission efficiency is calculated, the controllers 17 and 27 compare the transmission efficiency before the transmission efficiency adjustment process calculated in step S102 with the transmission efficiency after the transmission efficiency adjustment process calculated in step S105. Thus, it is determined whether or not the transmission efficiency has improved as a result of the change of the power transmission / reception element executed in step S104. If it is determined that the transmission efficiency has not improved, the process proceeds to step S107. If it is determined that the transmission efficiency has improved, the process proceeds to step S108.

ステップS107では、再び送受電要素の変更が行われる。但し、ステップS107における送受電要素の変更は、ステップS104において行われた変更の結果が良好でなかったことを受けて行われる調整であるため、ステップS104において行われた送受電要素への変更の方向とは異なる方向への変更が行われることが好ましい。但し、変更が加えられる送受電要素によっては、一旦伝送効率が低下するものの、同方向への変更を加えることで伝送効率が改善するようなものもあると考えられるため、必ずしも変更の方向性はステップS104と異なるものとしなくてもよい。その後、処理はステップS105へ進む。   In step S107, the power transmission / reception element is changed again. However, since the change of the power transmission / reception element in step S107 is an adjustment performed in response to the result of the change made in step S104 being unsatisfactory, the change to the power transmission / reception element made in step S104 It is preferable that a change in a direction different from the direction is performed. However, depending on the power transmission / reception elements to which changes are made, although the transmission efficiency once decreases, it is considered that the transmission efficiency may be improved by changing in the same direction. It may not be different from step S104. Thereafter, the process proceeds to step S105.

ステップS108では、伝送効率が、十分に高い伝送効率となっているか否かが判定される。伝送効率判定の詳細な処理内容は、ステップS103で説明したものと概略同様であるため、説明を省略する。伝送効率が目標値以上であると判定された場合、本フローチャートに示された伝送効率調整処理は終了し、以降、車載バッテリ33への充電が完了するまで、送電処理が継続される。伝送効率が目標値未満であると判定された場合、処理は
ステップS104へ進む。
In step S108, it is determined whether or not the transmission efficiency is sufficiently high. Detailed processing contents of the transmission efficiency determination are substantially the same as those described in step S103, and thus description thereof is omitted. When it is determined that the transmission efficiency is equal to or higher than the target value, the transmission efficiency adjustment process shown in this flowchart ends, and thereafter, the power transmission process is continued until the charging of the in-vehicle battery 33 is completed. If it is determined that the transmission efficiency is less than the target value, the process proceeds to step S104.

即ち、本フローチャートに示された処理では、十分に高い伝送効率が得られるまで、ステップS104からステップS108に示された、伝送効率を調整する処理が繰り返される。本フローチャートに示された処理が実行されることで、本実施形態に係る無線電力伝送システム1によれば、電線を介さずに、特に送電側のコイルと受電側のコイルとの距離が密接していない状態で送電を効率良く行うことが出来る。   That is, in the process shown in this flowchart, the process of adjusting the transmission efficiency shown in steps S104 to S108 is repeated until a sufficiently high transmission efficiency is obtained. By performing the processing shown in this flowchart, according to the wireless power transmission system 1 according to the present embodiment, the distance between the coil on the power transmission side and the coil on the power reception side is particularly close without using an electric wire. Power transmission can be performed efficiently in a state that is not.

<伝送効率の調整方法のバリエーション>
以下、本実施形態に係る電力伝送システムにおいて用いられる、伝送効率の具体的な調整方法について説明する。本実施形態では、(1)受電側の見かけの負荷抵抗の制御による伝送効率の調整、(2)送電周波数の制御による伝送効率の調整、(3)コイル数の変更による伝送効率の調整、および(4)コイル間の結合度合いの変更による伝送効率の調整、のうち、少なくとも何れかの調整手段を用いて、伝送効率が調整される。
<Variations of transmission efficiency adjustment methods>
Hereinafter, a specific method for adjusting the transmission efficiency used in the power transmission system according to the present embodiment will be described. In the present embodiment, (1) adjustment of transmission efficiency by controlling the apparent load resistance on the power receiving side, (2) adjustment of transmission efficiency by controlling the transmission frequency, (3) adjustment of transmission efficiency by changing the number of coils, and (4) The transmission efficiency is adjusted using at least one of the adjustment means of the adjustment of the transmission efficiency by changing the coupling degree between the coils.

(1)受電側の見かけの負荷抵抗の制御による伝送効率の調整
はじめに、受電側の見かけの負荷抵抗の制御による伝送効率の調整について説明する。本実施形態に係る受電ユニット20は、受電コイル25と車載バッテリ33との間に整流回路28およびDC/DCコンバータ29を備え、整流回路28およびDC/DCコンバータ29は、車載バッテリ33側によって取り出される電力を一定に保つ。このため、送電ユニット10による送電電圧の変化に伴って受電コイル25の受電電圧が変化すると、受電コイル25を流れる電流が変化することで、見かけの負荷抵抗が変化する。例えば、送電電圧を上げた場合、受電コイル25の受電電圧が上がり、受電コイル25を流れる電流が小さくなることで、見かけの負荷抵抗が上がる。即ち、本実施形態では、整流回路28およびDC/DCコンバータ29によって、受電コイル25に対する見かけの負荷抵抗を変化させることが可能となる。
(1) Adjustment of transmission efficiency by control of apparent load resistance on power receiving side First, adjustment of transmission efficiency by control of apparent load resistance on the power receiving side will be described. The power receiving unit 20 according to the present embodiment includes a rectifier circuit 28 and a DC / DC converter 29 between the power receiving coil 25 and the in-vehicle battery 33. The rectifier circuit 28 and the DC / DC converter 29 are taken out by the in-vehicle battery 33 side. To maintain constant power. For this reason, when the power reception voltage of the power reception coil 25 changes with the change of the power transmission voltage by the power transmission unit 10, the apparent load resistance changes because the current flowing through the power reception coil 25 changes. For example, when the power transmission voltage is increased, the power reception voltage of the power reception coil 25 is increased, and the current flowing through the power reception coil 25 is decreased, so that the apparent load resistance is increased. That is, in this embodiment, the apparent load resistance with respect to the power receiving coil 25 can be changed by the rectifier circuit 28 and the DC / DC converter 29.

図4は、図2に示した4コイル構成において、負荷抵抗毎に、送電コイル15と受電コイル25との間の距離(コイル間隔)と伝送効率との関係をシミュレーションした結果を示す図である。図4によれば、負荷抵抗を変更することで、ある距離における伝送効率が変化することが分かる。例えば、図4に示した例では、送電コイル15と受電コイル25との間隔が200mmで、負荷抵抗を10Ω、3.3Ω、33Ωで切り替えた場合には、負荷抵抗を10Ωとした場合に、最も良好な伝送効率が得られることが分かる。このような、送受電要素に対応する、コイル間隔と伝送効率との関係のシミュレーション結果は、フィードバック制御における送受電要素の変更方向を決定する際に、補助的に用いられてもよい。但し、図4に示した負荷抵抗に応じた伝送効率の変化は、シミュレーションによって得られた一例であり、実施の態様によって、負荷抵抗の大きさと伝送効率との関係は変化する。このため、実施にあたっては、実施に用いられる無線電力伝送システム1を用いて実際に測定を行った結果が、変更される要素(ここでは、受電側の負荷抵抗または送電電圧)とコイル間隔と伝送効率との関係式またはマップである伝送効率情報として、コントローラ17、27に接続された記憶装置に保持され、これを参照して制御が行われる。なお、本実施形態において、記憶装置およびコントローラ17、27は、本発明に係る情報保持手段に相当する。   FIG. 4 is a diagram illustrating a result of simulating a relationship between a distance (coil interval) between the power transmission coil 15 and the power reception coil 25 and transmission efficiency for each load resistance in the four-coil configuration illustrated in FIG. 2. . As can be seen from FIG. 4, the transmission efficiency at a certain distance changes by changing the load resistance. For example, in the example shown in FIG. 4, when the distance between the power transmission coil 15 and the power reception coil 25 is 200 mm and the load resistance is switched between 10Ω, 3.3Ω, and 33Ω, the load resistance is set to 10Ω. It can be seen that the best transmission efficiency can be obtained. Such a simulation result of the relationship between the coil interval and the transmission efficiency corresponding to the power transmission / reception element may be used as an auxiliary when determining the change direction of the power transmission / reception element in the feedback control. However, the change in the transmission efficiency according to the load resistance shown in FIG. 4 is an example obtained by simulation, and the relationship between the magnitude of the load resistance and the transmission efficiency changes depending on the embodiment. For this reason, in the implementation, the result of actual measurement using the wireless power transmission system 1 used in the implementation is the element to be changed (here, the load resistance or the transmission voltage on the power receiving side), the coil interval, and the transmission. Transmission efficiency information which is a relational expression or map with efficiency is held in a storage device connected to the controllers 17 and 27, and control is performed with reference to this. In the present embodiment, the storage device and the controllers 17 and 27 correspond to information holding means according to the present invention.

(2)送電周波数の制御による伝送効率の調整
次に、送電周波数の制御による伝送効率の調整について説明する。本実施形態において用いられるような磁界共鳴を用いて電力伝送を行う場合、送電周波数を変更することで、送電コイル15と受電コイル25との間の距離に対する伝送効率が変化する。
(2) Adjustment of transmission efficiency by control of power transmission frequency Next, adjustment of transmission efficiency by control of power transmission frequency will be described. When power transmission is performed using magnetic field resonance as used in this embodiment, the transmission efficiency with respect to the distance between the power transmission coil 15 and the power reception coil 25 changes by changing the power transmission frequency.

図5は、図2に示した4コイル構成において、送電周波数毎に、送電コイル15と受電
コイル25との間の距離(コイル間隔)と伝送効率との関係をシミュレーションした結果を示す図である。図5によれば、送電周波数を変更することで、ある距離における伝送効率が変化することが分かる。例えば、図5に示した例では、送電コイル15と受電コイル25との間隔が100mmで、送電周波数を1MHz、0.5MHz、2MHzで切り替えた場合には、送電周波数を2MHzとした場合に、最も良好な伝送効率が得られることが分かる。このような、送受電要素に対応する、コイル間隔と伝送効率との関係のシミュレーション結果は、フィードバック制御における送受電要素の変更方向を決定する際に、補助的に用いられてもよい。但し、図5に示した送電周波数に応じた伝送効率の変化は、シミュレーションによって得られた一例であり、実施の態様によって、送電周波数の大きさと伝送効率との関係は変化する。このため、実施にあたっては、実施に用いられる無線電力伝送システム1を用いて実際に測定を行った結果が、変更される要素(ここでは、送電周波数)とコイル間隔と伝送効率との関係式またはマップである伝送効率情報として、コントローラ17、27に接続された記憶装置に保持され、これを参照して制御が行われる。
FIG. 5 is a diagram illustrating a result of simulating a relationship between a distance (coil interval) between the power transmission coil 15 and the power reception coil 25 and transmission efficiency for each power transmission frequency in the four-coil configuration illustrated in FIG. 2. . According to FIG. 5, it can be seen that the transmission efficiency at a certain distance changes by changing the power transmission frequency. For example, in the example shown in FIG. 5, when the interval between the power transmission coil 15 and the power reception coil 25 is 100 mm and the power transmission frequency is switched between 1 MHz, 0.5 MHz, and 2 MHz, the power transmission frequency is 2 MHz. It can be seen that the best transmission efficiency can be obtained. Such a simulation result of the relationship between the coil interval and the transmission efficiency corresponding to the power transmission / reception element may be used as an auxiliary when determining the change direction of the power transmission / reception element in the feedback control. However, the change in transmission efficiency according to the power transmission frequency shown in FIG. 5 is an example obtained by simulation, and the relationship between the magnitude of the power transmission frequency and the transmission efficiency varies depending on the embodiment. Therefore, in the implementation, the result of actual measurement using the wireless power transmission system 1 used in the implementation is a relational expression between the element to be changed (here, the transmission frequency), the coil interval, and the transmission efficiency, or The transmission efficiency information, which is a map, is held in a storage device connected to the controllers 17 and 27, and control is performed with reference to this.

(3)コイル数の変更による伝送効率の調整
次に、コイル数の変更による伝送効率の調整について説明する。本実施形態において用いられるような磁界共鳴を用いて電力伝送を行う場合、送電コイル15および受電コイル25の構成を変更することで、送電コイル15と受電コイル25との間の距離に対する伝送効率が変化する。
(3) Adjustment of transmission efficiency by changing the number of coils Next, adjustment of transmission efficiency by changing the number of coils will be described. When power transmission is performed using magnetic field resonance as used in the present embodiment, the transmission efficiency with respect to the distance between the power transmission coil 15 and the power reception coil 25 is improved by changing the configuration of the power transmission coil 15 and the power reception coil 25. Change.

図6は、本実施形態における4コイル構成の概要を示す図である。また、図7Aは、図6に示した4コイル構成で第二送電コイル15bと第一受電コイル25aとの間隔を50mmとした場合の周波数とコイルを流れる電流との関係を示す図であり、図7Bは、図6に示した4コイル構成で第二送電コイル15bと第一受電コイル25aの間隔を500mmとした場合の周波数とコイルを流れる電流との関係を示す図である。なお、図7Aおよび図7Bの例では、共振周波数は1MHzに設定されている。図7Aによれば、コイル間隔が50mmである(比較的小さい)場合、ピークスプリットが発生し、共振周波数(ここでは1MHz)において第一送電コイル15aに流れる電流が大きいこと、即ち、電源の出力抵抗での電力損失が大きくなり、伝送効率が低くなることが分かる。これに対して、図7Bによれば、コイル間隔が500mm(比較的大きい)場合、ピークスプリットが発生せず、共振周波数(ここでは1MHz)において第一送電コイル15aに流れる電流が小さいこと、即ち、電源の出力抵抗での電力損失が小さくなり、伝送効率が高くなることが分かる。   FIG. 6 is a diagram showing an outline of a four-coil configuration in the present embodiment. Moreover, FIG. 7A is a figure which shows the relationship between the frequency and the electric current which flow through a coil when the space | interval of the 2nd power transmission coil 15b and the 1st power receiving coil 25a is 50 mm by 4 coil structure shown in FIG. FIG. 7B is a diagram illustrating a relationship between a frequency and a current flowing through the coil when the interval between the second power transmission coil 15b and the first power reception coil 25a is 500 mm in the four-coil configuration illustrated in FIG. In the example of FIGS. 7A and 7B, the resonance frequency is set to 1 MHz. According to FIG. 7A, when the coil interval is 50 mm (relatively small), a peak split occurs, and the current flowing through the first power transmission coil 15a at the resonance frequency (here 1 MHz) is large, that is, the output of the power source. It can be seen that the power loss at the resistor increases and the transmission efficiency decreases. On the other hand, according to FIG. 7B, when the coil interval is 500 mm (relatively large), no peak split occurs, and the current flowing through the first power transmission coil 15a at the resonance frequency (here 1 MHz) is small. It can be seen that the power loss at the output resistance of the power source is reduced and the transmission efficiency is increased.

図8は、本実施形態における3コイル構成の概要を示す図である。また、図9Aは、図8に示した3コイル構成で第二送電コイル15bと第一受電コイル25aの間隔を50mmとした場合の周波数とコイルを流れる電流との関係を示す図であり、図9Bは、図8に示した3コイル構成で第二送電コイル15bと第一受電コイル25aの間隔を500mmとした場合の周波数とコイルを流れる電流との関係を示す図である。なお、図9Aおよび図9Bの例では、共振周波数は1MHzに設定されている。図9Aによれば、コイル間隔が50mmである(比較的小さい)場合、ピークスプリットが発生し、共振周波数(ここでは1MHz)において第二送電コイル15bに流れる電流が小さいこと、即ち、電源の出力抵抗での電力損失が小さくなり、伝送効率が高くなることが分かる。これに対して、図9Bによれば、コイル間隔が500mm(比較的大きい)場合、ピークスプリットが発生せず、共振周波数(ここでは1MHz)において第二送電コイル15bに流れる電流が大きいこと、即ち、電源の出力抵抗での電力損失が大きくなり、伝送効率が低くなることが分かる。   FIG. 8 is a diagram showing an outline of a three-coil configuration in the present embodiment. FIG. 9A is a diagram showing the relationship between the frequency and the current flowing through the coil when the interval between the second power transmission coil 15b and the first power reception coil 25a is 50 mm in the three-coil configuration shown in FIG. FIG. 9B is a diagram showing the relationship between the frequency and the current flowing through the coil when the interval between the second power transmission coil 15b and the first power reception coil 25a is 500 mm in the three-coil configuration shown in FIG. In the examples of FIGS. 9A and 9B, the resonance frequency is set to 1 MHz. According to FIG. 9A, when the coil interval is 50 mm (relatively small), a peak split occurs, and the current flowing through the second power transmission coil 15b is small at the resonance frequency (here, 1 MHz), that is, the output of the power source. It can be seen that the power loss at the resistor is reduced and the transmission efficiency is increased. On the other hand, according to FIG. 9B, when the coil interval is 500 mm (relatively large), no peak split occurs, and the current flowing through the second power transmission coil 15b at the resonance frequency (here 1 MHz) is large. It can be seen that the power loss at the output resistance of the power source increases and the transmission efficiency decreases.

図10は、コイル構成毎に、送電コイル15と受電コイル25との間の距離(コイル間
隔)と伝送効率との関係をシミュレーションした結果を示す図である。図10によれば、図7A、図7B、図9Aおよび図9Bを参照して検討したとおり、コイル構成を変更することで、ある距離における伝送効率が変化することが分かる。例えば、図10に示した例では、送電コイル15と受電コイル25との間隔が50mmで、コイル構成を4コイル構成、3コイル構成で切り替えた場合には、コイル構成を3コイルとした場合に、最も良好な伝送効率が得られることが分かる。これに対して、送電コイル15と受電コイル25との間隔が500mmでコイル構成を切り替えた場合には、コイル構成を4コイルとした場合に、最も良好な伝送効率が得られることが分かる。このような、送受電要素に対応する、コイル間隔と伝送効率との関係のシミュレーション結果は、フィードバック制御における送受電要素の変更方向を決定する際に、補助的に用いられてもよい。但し、図10に示したコイル構成に応じた伝送効率の変化は、シミュレーションによって得られた一例であり、実施の態様によって、コイル構成の大きさと伝送効率との関係は変化する。このため、実施にあたっては、実施に用いられる無線電力伝送システム1を用いて実際に測定を行った結果が、変更される要素(ここでは、コイル構成)とコイル間隔と伝送効率との関係式またはマップである伝送効率情報として、コントローラ17、27に接続された記憶装置に保持され、これを参照して制御が行われる。
FIG. 10 is a diagram illustrating a result of simulating a relationship between a distance (coil interval) between the power transmission coil 15 and the power reception coil 25 and transmission efficiency for each coil configuration. As can be seen from FIG. 10, as discussed with reference to FIGS. 7A, 7 </ b> B, 9 </ b> A, and 9 </ b> B, changing the coil configuration changes the transmission efficiency at a certain distance. For example, in the example shown in FIG. 10, when the interval between the power transmission coil 15 and the power reception coil 25 is 50 mm and the coil configuration is switched between the 4-coil configuration and the 3-coil configuration, the coil configuration is set to 3 coils. It can be seen that the best transmission efficiency can be obtained. On the other hand, when the coil configuration is switched with the interval between the power transmission coil 15 and the power reception coil 25 being 500 mm, the best transmission efficiency can be obtained when the coil configuration is 4 coils. Such a simulation result of the relationship between the coil interval and the transmission efficiency corresponding to the power transmission / reception element may be used as an auxiliary when determining the change direction of the power transmission / reception element in the feedback control. However, the change in the transmission efficiency according to the coil configuration shown in FIG. 10 is an example obtained by simulation, and the relationship between the size of the coil configuration and the transmission efficiency varies depending on the embodiment. For this reason, in the implementation, the result of actual measurement using the wireless power transmission system 1 used in the implementation is a relational expression between the element to be changed (here, the coil configuration), the coil interval, and the transmission efficiency, or The transmission efficiency information, which is a map, is held in a storage device connected to the controllers 17 and 27, and control is performed with reference to this.

(4)コイル間の結合度合いの変更による伝送効率の調整
次に、コイル間の結合度合いの変更による伝送効率の調整について説明する。本実施形態において用いられるような磁界共鳴を用いて電力伝送を行う場合、第一送電コイル15aと第二送電コイル15bとの間、または第一受電コイル25aと第二受電コイル25bとの間の結合度合いを変更することで、送電コイル15と受電コイル25との間の距離に対する伝送効率が変化する。
(4) Adjustment of transmission efficiency by changing the degree of coupling between coils Next, adjustment of transmission efficiency by changing the degree of coupling between coils will be described. When power transmission is performed using magnetic field resonance as used in the present embodiment, between the first power transmission coil 15a and the second power transmission coil 15b, or between the first power reception coil 25a and the second power reception coil 25b. By changing the coupling degree, the transmission efficiency with respect to the distance between the power transmission coil 15 and the power reception coil 25 changes.

図11は、本実施形態における第一送電コイル15aおよび第二送電コイル15bの構成の概要を示す図である。図11に示す例では、第一送電コイル15aとして、径が157mmの第一送電コイル15a1、径が140mmの第一送電コイル15a2、および径が170mmの第一送電コイル15a3の3つの第一送電コイル15a1、15a2、15a3を予め設けておき、コントローラ17、27制御によってこの3つの第一送電コイル15a1、15a2、15a3のうち何れか1つを選択して電力伝送に使用することとしている。本実施形態では、径の異なるコイルを選択して用いることで、第一送電コイル15a1、15a2、15a3と第二送電コイル15bとの間の結合度合いを変更する。なお、コイル間の結合度合いは、一般に、コイル間隔が近いほど強い。また、本実施形態では、第一送電コイル15a1、15a2、15a3を複数種類設けることで第一送電コイル15a1、15a2、15a3と第二送電コイル15bとの結合度合いを変更することとしているが、径の異なる第二受電コイル25bを複数設けて選択可能とし、第一受電コイル25aと第二受電コイル25bとの結合度合いを変更することとしてもよい。   FIG. 11 is a diagram showing an outline of the configuration of the first power transmission coil 15a and the second power transmission coil 15b in the present embodiment. In the example shown in FIG. 11, as the first power transmission coil 15a, three first power transmissions of a first power transmission coil 15a1 having a diameter of 157 mm, a first power transmission coil 15a2 having a diameter of 140 mm, and a first power transmission coil 15a3 having a diameter of 170 mm. Coils 15a1, 15a2, and 15a3 are provided in advance, and one of the three first power transmission coils 15a1, 15a2, and 15a3 is selected and used for power transmission under the control of the controllers 17 and 27. In the present embodiment, the degree of coupling between the first power transmission coils 15a1, 15a2, 15a3 and the second power transmission coil 15b is changed by selecting and using coils having different diameters. Note that the degree of coupling between the coils is generally stronger as the coil interval is closer. Moreover, in this embodiment, although it is supposed that the coupling | bonding degree of 1st power transmission coil 15a1, 15a2, 15a3 and the 2nd power transmission coil 15b will be changed by providing multiple types of 1st power transmission coil 15a1, 15a2, 15a3, diameter A plurality of second power receiving coils 25b may be provided to be selectable, and the degree of coupling between the first power receiving coil 25a and the second power receiving coil 25b may be changed.

図12は、図11に示した、互いに径の異なる第一送電コイル15a1、15a2、15a3毎に、送電コイル15と受電コイル25との間の距離(コイル間隔)と伝送効率との関係をシミュレーションした結果を示す図である。図12によれば、第一送電コイル15a1、15a2、15a3の径を変更することで、ある距離における伝送効率が変化することが分かる。例えば、図12に示した例では、送電コイル15と受電コイル25との間隔が100mmで、径が157mmの第一送電コイル15a1、径が140mmの第一送電コイル15a2、および径が170mmの第一送電コイル15a3の3つの第一送電コイル15a1、15a2、15a3で切り替えた場合には、径が170mmの第一送電コイル15a3を用いた場合に、最も良好な伝送効率が得られることが分かる。このような、送受電要素に対応する、コイル間隔と伝送効率との関係のシミュレーション結果は、フィードバック制御における送受電要素の変更方向を決定する際に、補助的に用いられてもよい。但し、図12に示した第一送電コイル15a1、15a2、15a3の径に応じ
た伝送効率の変化は、シミュレーションによって得られた一例であり、実施の態様によって、第一送電コイル15a1、15a2、15a3の径と伝送効率との関係は変化する。このため、実施にあたっては、実施に用いられる無線電力伝送システム1を用いて実際に測定を行った結果が、変更される要素(ここでは、第一送電コイル15a1、15a2、15a3の径)とコイル間隔と伝送効率との関係式またはマップとして、コントローラ17、27に接続された記憶装置に保持され、これを参照して制御が行われる。
12 simulates the relationship between the distance (coil interval) between the power transmission coil 15 and the power reception coil 25 and the transmission efficiency for each of the first power transmission coils 15a1, 15a2, and 15a3 having different diameters shown in FIG. It is a figure which shows the result. According to FIG. 12, it can be seen that the transmission efficiency at a certain distance changes by changing the diameters of the first power transmission coils 15a1, 15a2, and 15a3. For example, in the example illustrated in FIG. 12, the first power transmission coil 15a1 having a distance of 100 mm and a diameter of 157 mm, a first power transmission coil 15a2 having a diameter of 140 mm, and a first power coil having a diameter of 170 mm. It can be seen that when the three first power transmission coils 15a1, 15a2, and 15a3 of the single power transmission coil 15a3 are switched, the best transmission efficiency can be obtained when the first power transmission coil 15a3 having a diameter of 170 mm is used. Such a simulation result of the relationship between the coil interval and the transmission efficiency corresponding to the power transmission / reception element may be used as an auxiliary when determining the change direction of the power transmission / reception element in the feedback control. However, the change in transmission efficiency according to the diameters of the first power transmission coils 15a1, 15a2, and 15a3 shown in FIG. 12 is an example obtained by simulation, and depending on the embodiment, the first power transmission coils 15a1, 15a2, and 15a3. The relationship between the diameter and transmission efficiency varies. For this reason, in the implementation, the results of actual measurement using the wireless power transmission system 1 used in the implementation are changed elements (here, the diameters of the first power transmission coils 15a1, 15a2, and 15a3) and the coils. A relational expression or map between the interval and the transmission efficiency is held in a storage device connected to the controllers 17 and 27, and control is performed with reference to this.

なお、コイル間の結合度合いの変更には、図11に示したような、径の異なる複数のコイルを用意して使用コイルを変更する方法以外の方法が用いられてもよい。以下、図13および図14を用いて、複数のコイルを用いる以外の、コイル間の結合度合いを変更する方法について説明する。   In order to change the degree of coupling between the coils, a method other than the method of preparing a plurality of coils having different diameters and changing the coil used as shown in FIG. 11 may be used. Hereinafter, a method of changing the degree of coupling between coils other than using a plurality of coils will be described with reference to FIGS. 13 and 14.

図13は、第一送電コイル15aまたは第二送電コイル15bを同軸上で上下動可能とした構成の概要を示す図である。図13に示した例によれば、第一送電コイル15aと第二送電コイル15bとの間の距離を変更することで、コイル間の相互インダクタンスを可変とすることが可能となる。このような構成によっても、第一送電コイル15aと第二送電コイル15bとの間の結合度合いを変化させ、伝送効率を調整することが出来る。なお、本実施形態では、第一送電コイル15aまたは第二送電コイル15bを同軸上で上下動可能とすることで第一送電コイル15aと第二送電コイル15bとの結合度合いを変更することとしているが、第一受電コイル25aまたは第二受電コイル25bを同軸上で上下動可能とすることで第一受電コイル25aと第二受電コイル25bとの結合度合いを変更することとしてもよい。具体的には、コイルに、該コイルを同軸上で上下に移動させることが可能な駆動装置を接続し、コントローラ17、27がこの駆動装置を制御することで、第一受電コイル25aと第二受電コイル25bとの結合度合いを変更することが出来る。   FIG. 13 is a diagram showing an outline of a configuration in which the first power transmission coil 15a or the second power transmission coil 15b can be moved up and down on the same axis. According to the example shown in FIG. 13, the mutual inductance between the coils can be made variable by changing the distance between the first power transmission coil 15a and the second power transmission coil 15b. Even with such a configuration, it is possible to adjust the transmission efficiency by changing the degree of coupling between the first power transmission coil 15a and the second power transmission coil 15b. In the present embodiment, the degree of coupling between the first power transmission coil 15a and the second power transmission coil 15b is changed by allowing the first power transmission coil 15a or the second power transmission coil 15b to move up and down on the same axis. However, it is good also as changing the coupling | bonding degree of the 1st receiving coil 25a and the 2nd receiving coil 25b by enabling the 1st receiving coil 25a or the 2nd receiving coil 25b to move up and down on the same axis. Specifically, a drive device that can move the coil up and down on the same axis is connected to the coil, and the controllers 17 and 27 control the drive device, whereby the first power receiving coil 25a and the second power receiving coil 25a are connected. The degree of coupling with the power receiving coil 25b can be changed.

図14は、第一送電コイル15aまたは第二受電コイル25bの使用ターン数を切替可能とした場合のコイル構成を示す図である。図14に示した例によれば、第一送電コイル15aまたは第二受電コイル25bを複数ターン(図14に示した例では、2ターン)巻きのコイルとし、コイル途中に使用ターン数を切り替えるためのタップ(センタータップ)15cを設け、コイル終端とセンタータップ15cとの間で送電アンプ14または負荷抵抗との接続をコントローラ17、27による制御に基づいて切り替えることで、実際に使用されるコイルのターン数を切替可能としている。このような構成によっても、第一送電コイル15aと第二送電コイル15bとの間の結合度合い、または第一受電コイル25aと第二受電コイル25bとの間の結合度合いを変化させ、伝送効率を調整することが出来る。なお、コイル間の結合度合いは、一般に、より多くのターン数を使用するほど強くなる。   FIG. 14 is a diagram illustrating a coil configuration when the number of turns used for the first power transmission coil 15a or the second power reception coil 25b can be switched. According to the example shown in FIG. 14, the first power transmission coil 15a or the second power receiving coil 25b is a coil having a plurality of turns (two turns in the example shown in FIG. 14), and the number of turns used is switched in the middle of the coil. The tap (center tap) 15c is provided, and the connection of the power transmission amplifier 14 or the load resistance is switched between the coil end and the center tap 15c based on the control by the controllers 17 and 27, so that the coil actually used can be changed. The number of turns can be switched. Even with such a configuration, the degree of coupling between the first power transmission coil 15a and the second power transmission coil 15b or the degree of coupling between the first power reception coil 25a and the second power reception coil 25b is changed, thereby improving the transmission efficiency. Can be adjusted. Note that the degree of coupling between the coils generally increases as the number of turns is increased.

<伝送効率の調整処理:2>
なお、上記説明した伝送効率の調整処理では、伝送効率を監視しながら送受電要素の変更を行い、高い伝送効率を得ることとしているが、送受電要素の変更は、コイル間隔に基づいて制御されてもよい。
<Transmission efficiency adjustment processing: 2>
In the transmission efficiency adjustment process described above, the transmission / reception element is changed while monitoring the transmission efficiency to obtain high transmission efficiency. However, the change of the transmission / reception element is controlled based on the coil interval. May be.

図15は、本実施形態に係る無線電力伝送システム1において行われる伝送効率の調整処理の流れを示すフローチャートを示す図である。本フローチャートに示された処理は、車両側に設けられた受電コイル25と駐車場等に設けられた送電コイル15とが位置合わせされ、送電準備が完了したことを契機として開始される。なお、本フローチャートに示された処理の具体的な内容および順序は一例であり、処理内容および順序には、実施の形態に適したものが適宜採用されることが好ましい。   FIG. 15 is a flowchart illustrating the flow of the transmission efficiency adjustment process performed in the wireless power transmission system 1 according to the present embodiment. The process shown in this flowchart is started when the power reception coil 25 provided on the vehicle side and the power transmission coil 15 provided in a parking lot or the like are aligned and preparation for power transmission is completed. Note that the specific contents and order of the processes shown in this flowchart are examples, and it is preferable that processes suitable for the embodiment are appropriately adopted as the process contents and order.

ステップS201では、コイル間隔が取得される。コントローラ17、27は、送電コイル15と受電コイル25とのコイル間隔を取得する。コントローラ17、27は、例えば、電波や音波の遅延時間や、撮像画像を用いた測量によって距離を計測する計測器(図示は省略する)によってコイル間隔を取得することが出来る。また、予め車両側の受電コントローラ27が受電コイル25と地面(送電コイル15)との距離情報を保持しておき、この情報を送電コントローラ17へ送信することとしてもよい。また、コイル間隔は、車両側の受電コントローラ27で保持されている車高情報や車種情報等、その他の情報に基づいて特定されてもよい。例えば、送電コントローラ17は、受電コントローラ27からデータ送受信ユニット12、22を介して車種情報を受信し、送電コントローラ17に接続されたデータベースを検索し、該当車種の標準的なコイル間隔を取得することとしてもよい。何れかの方法でコイル間隔が取得されると、処理はステップS202へ進む。   In step S201, the coil interval is acquired. The controllers 17 and 27 acquire the coil interval between the power transmission coil 15 and the power reception coil 25. For example, the controllers 17 and 27 can acquire the coil interval by a measuring instrument (not shown) that measures a distance by a delay time of radio waves or sound waves or by a survey using a captured image. Alternatively, the power reception controller 27 on the vehicle side may hold information on the distance between the power reception coil 25 and the ground (power transmission coil 15) in advance, and transmit this information to the power transmission controller 17. The coil interval may be specified based on other information such as vehicle height information and vehicle type information held by the vehicle-side power receiving controller 27. For example, the power transmission controller 17 receives vehicle type information from the power receiving controller 27 via the data transmission / reception units 12 and 22, searches a database connected to the power transmission controller 17, and acquires a standard coil interval of the corresponding vehicle type. It is good. When the coil interval is acquired by any method, the process proceeds to step S202.

ステップS202およびステップS203では、伝送効率情報が参照され、送受電要素の変更内容が決定される。本実施形態において、伝送効率情報は、予め実験やシミュレーションの結果から導き出された、コイル間隔と伝送効率との関係を、送受電要素毎に示す情報であり、関係式やマップ等の形式で、コントローラ17、27に接続された記憶装置に保持されている。より具体的には、記憶装置には、上記<伝送効率の調整方法のバリエーション>の項において、図4、図5、図10および図12等を用いて説明した、送受電要素毎の、コイル間隔と伝送効率との関係式または制御マップ(制御テーブル)である伝送効率情報が保持される。制御マップは、例えば、コイル間隔毎の最適な制御値(送受電要素の変更内容)を含む情報である。そして、コントローラ17、27は、ステップS201において取得されたコイル間隔を関係式に代入する、またはこのコイル間隔に基づいて制御マップを検索する、等の方法で、所定の送受電要素について、変更内容毎の伝送効率を取得する。そして、コントローラ17、27は、伝送効率が最大となる変更内容を、実際の変更内容として決定する。その後、処理はステップS204へ進む。   In step S202 and step S203, the transmission efficiency information is referred to, and the change contents of the power transmission / reception element are determined. In the present embodiment, the transmission efficiency information is information indicating the relationship between the coil interval and the transmission efficiency, which is derived from the results of experiments and simulations in advance, for each power transmission / reception element, in the form of a relational expression or a map, It is held in a storage device connected to the controllers 17 and 27. More specifically, the storage device includes a coil for each power transmission / reception element described in FIG. 4, FIG. 5, FIG. 10, FIG. Transmission efficiency information that is a relational expression between the interval and the transmission efficiency or a control map (control table) is held. The control map is information including, for example, an optimal control value (contents of changing power transmission / reception elements) for each coil interval. Then, the controller 17 or 27 substitutes the coil interval acquired in step S201 into the relational expression, or searches the control map based on this coil interval, etc. Get the transmission efficiency for each. Then, the controllers 17 and 27 determine the change content that maximizes the transmission efficiency as the actual change content. Thereafter, the process proceeds to step S204.

なお、関係式や制御マップ(制御テーブル)等の伝送効率情報を用いて変更内容を決定する場合には、複数のパラメータに基づいて変更内容を決定する場合であっても、複数のパラメータを総合的に見て最も好ましい(最も効率が高い)変更内容を、容易に得ることが可能である。例えば、コイル間隔(第一のパラメータ)とコイル間隔以外の第二のパラメータとを用いて送受電要素(例えば、周波数)の変更内容を決定する場合、コントローラ17、27は、コイル間隔(第一のパラメータ)についての伝送効率情報を用いて、コイル間隔aに対応した制御値である周波数x、yの伝送効率Nax、Nayを取得し、更に、第二のパラメータについての伝送効率情報を用いて、第二のパラメータbに対応した制御値である周波数x、yの伝送効率Nbx、Nbyを取得する。そして、コントローラ17、27は、取得された伝送効率Nax、Nayおよび伝送効率Nbx、Nbyに基づいて、制御値(周波数x、y)毎の総合伝送効率(Nx=Nax*Nbx、Ny=Nay*Nby)を算出して比較し、周波数x、yのうち総合効率Nx、Nyがより高い方を、第一のパラメータaおよび第二のパラメータbが得られた場合の変更内容として決定する。   When determining the change contents using transmission efficiency information such as a relational expression or a control map (control table), even if the change contents are determined based on a plurality of parameters, It is possible to easily obtain the most preferable (highest efficiency) change contents. For example, when determining the change contents of the power transmission / reception element (for example, frequency) using the coil interval (first parameter) and the second parameter other than the coil interval, the controllers 17 and 27 are configured to change the coil interval (first parameter). Is used to obtain transmission efficiency Nax and Nay of frequencies x and y, which are control values corresponding to the coil interval a, and further using transmission efficiency information about the second parameter. The transmission efficiencies Nbx and Nby of the frequencies x and y, which are control values corresponding to the second parameter b, are acquired. Then, based on the acquired transmission efficiencies Nax and Nay and the transmission efficiencies Nbx and Nby, the controllers 17 and 27 determine the total transmission efficiencies (Nx = Nax * Nbx, Ny = Nay *) for each control value (frequency x, y). Nby) is calculated and compared, and the higher overall efficiency Nx, Ny of the frequencies x, y is determined as the change contents when the first parameter a and the second parameter b are obtained.

ステップS204では、送受電要素の変更が行われる。コントローラ17、27は、送電ユニット10および受電ユニット20の少なくとも何れか一方において、ステップS203で決定された送受電要素の変更処理を実行する。なお、本実施形態では、上記説明した、受電側の見かけの負荷抵抗の制御による伝送効率の調整、送電周波数の制御による伝送効率の調整、コイル数の変更による伝送効率の調整、およびコイル間の結合度合いの変更による伝送効率の調整、のうち、少なくとも何れかの調整手段を用いて、伝送効率が調整される。その後、本フローチャートに示された処理は終了する。   In step S204, the power transmission / reception element is changed. The controllers 17 and 27 execute the power transmission / reception element changing process determined in step S203 in at least one of the power transmission unit 10 and the power reception unit 20. In the present embodiment, the transmission efficiency is adjusted by controlling the apparent load resistance on the power receiving side, the transmission efficiency is adjusted by controlling the transmission frequency, the transmission efficiency is adjusted by changing the number of coils, and between the coils described above. The transmission efficiency is adjusted by using at least one of the adjustment means among the adjustments of the transmission efficiency by changing the coupling degree. Thereafter, the processing shown in this flowchart ends.

<充電の進行に伴う伝送効率の調整処理>
図3を用いて説明した伝送効率の調整処理は、無線電力伝送において、送電の効率を監視しながらより良好な伝送効率が得られるように無線電力伝送システム1を制御する処理であるが、本実施形態に示す無線電力伝送システム1は、車載バッテリ33を充電するためのシステムであるため、図3に示された調整処理に併せて、効率の高い充電を行うための制御が行われることが好ましい。例えば、車載バッテリ33として用いる電池の種類によっては、充電の進行に伴って高い充電効率を維持するための条件が異なる。例えば、一般に、ニッケル水素電池では定電流充電が行われ、リチウムイオン電池では定電流で充電を開始し、途中で定電圧充電に切り替える、定電流・定電圧充電が行われる。このため、バッテリの種類に応じて、適切な電流・電圧制御を行い、高効率での充電を維持することが好ましい。
<Transmission efficiency adjustment process as charging progresses>
The transmission efficiency adjustment process described with reference to FIG. 3 is a process for controlling the wireless power transmission system 1 so as to obtain a better transmission efficiency while monitoring the power transmission efficiency in the wireless power transmission. Since the wireless power transmission system 1 shown in the embodiment is a system for charging the in-vehicle battery 33, control for performing highly efficient charging may be performed in conjunction with the adjustment process illustrated in FIG. preferable. For example, depending on the type of battery used as the in-vehicle battery 33, conditions for maintaining high charging efficiency vary with the progress of charging. For example, in general, constant current charging is performed in a nickel metal hydride battery, charging is started at a constant current in a lithium ion battery, and constant current / constant voltage charging is performed while switching to constant voltage charging in the middle. For this reason, it is preferable to carry out appropriate current / voltage control in accordance with the type of battery to maintain high-efficiency charging.

図16は、本実施形態に係る無線電力伝送システム1において、充電の進行に伴って行われる、定電流充電処理の流れを示すフローチャートである。本フローチャートに示された処理は、無線電力伝送システム1による送受電が開始されたことを契機として開始される。なお、本フローチャートに示された処理の具体的な内容および順序は一例であり、処理内容および順序には、実施の形態に適したものが適宜採用されることが好ましい。   FIG. 16 is a flowchart showing a flow of constant current charging processing performed as charging progresses in the wireless power transmission system 1 according to the present embodiment. The processing shown in this flowchart is started when power transmission / reception by the wireless power transmission system 1 is started. Note that the specific contents and order of the processes shown in this flowchart are examples, and it is preferable that processes suitable for the embodiment are appropriately adopted as the process contents and order.

はじめに、受電コントローラ27は、車載バッテリ33の電圧を取得する(ステップS301)。一般に、充電が進行すると、バッテリの電圧が上昇する。これは、受電側の負荷抵抗が上がったことを意味し、車載バッテリ33が定電流で充電を行うタイプのバッテリである場合には、定電流充電のために必要な電圧が上昇する。受電コントローラ27は、取得した電圧を、データ送受信ユニット12、22を介して送電コントローラ17に送信する(ステップS302)。   First, the power receiving controller 27 acquires the voltage of the in-vehicle battery 33 (step S301). Generally, as charging progresses, the voltage of the battery increases. This means that the load resistance on the power receiving side has increased, and when the in-vehicle battery 33 is a battery that is charged with a constant current, the voltage required for constant current charging increases. The power reception controller 27 transmits the acquired voltage to the power transmission controller 17 via the data transmission / reception units 12 and 22 (step S302).

送電コントローラ17は、受電コントローラ27から送信された車載バッテリ33の電圧を受信し(ステップS302)、受信された車載バッテリ33電圧に基づいて、定電流で充電を行うために必要な送電電圧を算出する(ステップS303)。そして、送電コントローラ17は、送電アンプ14を制御することで、送電コイル15への電圧を、算出された送電電圧とする(ステップS304)。このような制御が行われることで、充電電流が一定となり、定電流充電が行われるバッテリや、定電流・定電圧充電が行われるバッテリにおいて、高効率での充電を維持することが出来る。   The power transmission controller 17 receives the voltage of the in-vehicle battery 33 transmitted from the power reception controller 27 (step S302), and calculates a transmission voltage necessary for charging with a constant current based on the received in-vehicle battery 33 voltage. (Step S303). And the power transmission controller 17 makes the voltage to the power transmission coil 15 the calculated power transmission voltage by controlling the power transmission amplifier 14 (step S304). By performing such control, charging current becomes constant, and high-efficiency charging can be maintained in a battery in which constant current charging is performed or a battery in which constant current / constant voltage charging is performed.

なお、送電電圧は、受電側の現在の充電電圧および所定の充電電流に基づいて、受電側が受け取るべき電力を算出し、更に、算出された電力を受電側で受取可能な送電側電圧を算出することで取得することが出来る。また、送電電圧は、実施に用いられる無線電力伝送システム1を用いて実際に測定を行った結果を、送電側の電圧とコイル間隔と伝送効率との関係式またはマップ(伝送効率情報)として保持し、これを参照することで取得されてもよい。また、図16に示した例では、受電コントローラ27は充電電圧のみを取得し、これを送電コントローラ17に送信して、送電電圧を算出する処理は送電コントローラ17で行われることとしているが、送電電圧を算出するための処理は、受電コントローラ27および送電コントローラ17の何れで行われてもよい。例えば、受電コントローラ27側で充電電圧に基づいて定電流充電に必要な電力を算出して送電コントローラ17へ送信し、送電コントローラ17は、受電コントローラ27から送信された必要電力に基づいて送電電圧を決定することとしてもよい。   The power transmission voltage calculates the power to be received by the power receiving side based on the current charging voltage and a predetermined charging current on the power receiving side, and further calculates the power transmission side voltage that can be received by the power receiving side. Can be obtained. Moreover, the transmission voltage holds the result of actual measurement using the wireless power transmission system 1 used for implementation as a relational expression or map (transmission efficiency information) of the voltage, coil interval, and transmission efficiency on the power transmission side. And may be obtained by referring to this. In the example illustrated in FIG. 16, the power receiving controller 27 acquires only the charging voltage, transmits this to the power transmission controller 17, and the process of calculating the power transmission voltage is performed by the power transmission controller 17. The process for calculating the voltage may be performed by either the power reception controller 27 or the power transmission controller 17. For example, the power reception controller 27 calculates power necessary for constant current charging based on the charging voltage and transmits the power to the power transmission controller 17. The power transmission controller 17 calculates the power transmission voltage based on the necessary power transmitted from the power reception controller 27. It may be determined.

なお、図16に示した例では、定電流充電を行う場合の処理の流れについて説明したが、定電圧充電を行う場合や、急速充電を行う(充電電流を増やす)場合にも、同様の方法、即ち、車載バッテリ33から充電電圧や充電電流を取得し、必要な送電側の電流および電圧を算出して送電側を制御することで、定電圧充電を行う場合や、急速充電を行うことが出来る。即ち、受電側の電圧または電流の変化は、受電側の負荷抵抗の変化とみなすこ
とができるため、送電側における送電電圧および送電電流の制御で対応することが可能である。
In the example shown in FIG. 16, the flow of processing when performing constant current charging has been described. However, the same method can be used when performing constant voltage charging or when performing rapid charging (increasing charging current). That is, by acquiring a charging voltage or charging current from the in-vehicle battery 33, calculating necessary current and voltage on the power transmission side, and controlling the power transmission side, constant voltage charging or quick charging can be performed. I can do it. That is, a change in voltage or current on the power receiving side can be regarded as a change in load resistance on the power receiving side, and can be handled by controlling the transmission voltage and current on the power transmission side.

ところで、ワイヤレス送電を行うための送電側ユニットおよび受電側ユニットを、受電側装置および送電側設備に取り付けた場合、ユニット背面側等に鉄板等の磁性体が存在する場合がある。例えば、自動車に受電側ユニットを設置した場合、どうしても自動車のシャーシやボディ等の磁性体(鉄板)が受電側ユニットの背面等に存在することになる。この場合、磁性体に送電による磁気が達することになって磁性体内に渦電流が発生し、結果渦電流によるエネルギー喪失を招いて送電効率が低下することになる。   By the way, when the power transmission side unit and the power reception side unit for performing wireless power transmission are attached to the power reception side device and the power transmission side equipment, a magnetic body such as an iron plate may exist on the back side of the unit. For example, when a power receiving unit is installed in an automobile, a magnetic body (iron plate) such as a chassis or body of the automobile inevitably exists on the back surface of the power receiving unit. In this case, magnetism due to power transmission reaches the magnetic body, and eddy current is generated in the magnetic body. As a result, energy loss due to the eddy current is caused and power transmission efficiency is lowered.

そこで、本実施形態においては、ワイヤレス送電を行う送電側、受電側のそれぞれのコイルの近傍、具体的には背面に磁気シールドシートを配置している。尚、この磁気シールドシートとしては、偏平状軟磁性粉末を含んだ合成ゴムシート(例えば、大同特殊鋼株式会社製フレキシブルノイズ抑制シート「DPR」等)等を用いることができる。図17は、ユニットの背面側に金属板のみを配置した場合の渦電流が発生する様子と、ユニット背面側の金属板に磁気シールドシートを配置した場合の渦電流の発生が抑制される様子とを比較した図である。   Therefore, in the present embodiment, a magnetic shield sheet is disposed in the vicinity of the coils on the power transmission side and the power reception side that perform wireless power transmission, specifically on the back surface. As this magnetic shield sheet, a synthetic rubber sheet containing a flat soft magnetic powder (for example, a flexible noise suppression sheet “DPR” manufactured by Daido Steel Co., Ltd.) or the like can be used. FIG. 17 shows how eddy currents are generated when only a metal plate is arranged on the back side of the unit, and how eddy currents are suppressed when a magnetic shield sheet is arranged on the metal plate on the back side of the unit. FIG.

具体的には、例えば、図18のように送受電のそれぞれのコイルを対面配置させ、送電側は送電コイルの背面に磁気シールドシート、受電側である車側は受電コイル、磁気シールドシート、車(BODY)の順に配置することが好ましい。磁気シールドシートの大きさはコイルを覆うことができるようにコイルの直径よりも十分大きいことが好ましい。また、コイル及び磁気シールドシートの方向、配置、距離等は、送電効率を考慮して、例えば実験で確かめながら適宜設定されることが好ましい。もちろん、効率を考慮し、シートの折り曲げ(コイルの覆い方)、及び形状、厚み、大きさ等も、実験等を通して適宜設計されることが好ましい。   Specifically, for example, as shown in FIG. 18, the coils for power transmission and reception are arranged facing each other, the power transmission side is a magnetic shield sheet on the back of the power transmission coil, and the vehicle side which is the power reception side is the power reception coil, magnetic shield sheet, vehicle It is preferable to arrange in the order of (BODY). The size of the magnetic shield sheet is preferably sufficiently larger than the diameter of the coil so that the coil can be covered. In addition, the direction, arrangement, distance, and the like of the coil and the magnetic shield sheet are preferably set as appropriate while confirming through experiments, for example, in consideration of power transmission efficiency. Of course, in consideration of efficiency, it is preferable that the sheet bend (coil covering method), shape, thickness, size, and the like are appropriately designed through experiments and the like.

また、このような実施形態によれば、磁気シールドシート背後への磁気は遮蔽されるため、受電する車両側の乗客及び電子機器への送電エネルギーの影響が殆どなくなるといった効果を得ることも可能である。   In addition, according to such an embodiment, since the magnetism behind the magnetic shield sheet is shielded, it is also possible to obtain an effect that there is almost no influence of power transmission energy on the vehicle-side passengers and electronic devices receiving power. is there.

1 無線電力伝送システム
10 送電ユニット
15 送電コイル
17 送電コントローラ
20 受電ユニット
25 受電コイル
27 受電コントローラ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Wireless power transmission system 10 Power transmission unit 15 Power transmission coil 17 Power transmission controller 20 Power reception unit 25 Power reception coil 27 Power reception controller

Claims (9)

送電コイルを含む送電ユニットと受電コイルを含む受電ユニットとの間で磁界共鳴を発生させることによって電力を送電する無線電力伝送装置であって、
前記送電ユニットおよび前記受電ユニットの何れかに設けられた、所定の送受電要素を変更することで、電力の伝送効率を変化させる変更手段と、
前記変更手段による変更の前後の伝送効率を算出する伝送効率算出手段と、
前記伝送効率算出手段によって算出された、前記変更の前後の伝送効率を比較することで、該変更の前後で伝送効率が改善したか否かを判定する判定手段と、を備え、
前記判定手段による判定と、前記変更手段による変更と、が繰り返し実行されることで、伝送効率を改善する、無線電力伝送装置。
A wireless power transmission device that transmits electric power by generating magnetic field resonance between a power transmission unit including a power transmission coil and a power reception unit including a power reception coil,
Change means for changing power transmission efficiency by changing a predetermined power transmission / reception element provided in any one of the power transmission unit and the power reception unit;
Transmission efficiency calculating means for calculating transmission efficiency before and after the change by the changing means;
A determination means for determining whether or not the transmission efficiency has improved before and after the change by comparing the transmission efficiency before and after the change, calculated by the transmission efficiency calculation means,
A wireless power transmission apparatus that improves transmission efficiency by repeatedly performing determination by the determination unit and change by the change unit.
前記送電コイルに流れる電力を取得する送電電力取得手段と、
前記受電コイルに流れる電力を取得する受電電力取得手段と、を更に備え、
前記伝送効率算出手段は、取得された送電電力に対する受電電力の割合を算出することで、前記伝送効率を算出する、
請求項1に記載の無線電力伝送装置。
Transmission power acquisition means for acquiring power flowing in the power transmission coil;
A received power acquisition means for acquiring power flowing in the power receiving coil,
The transmission efficiency calculation means calculates the transmission efficiency by calculating a ratio of received power to acquired transmission power.
The wireless power transmission device according to claim 1.
送電コイルを含む送電ユニットと受電コイルを含む受電ユニットとの間で磁界共鳴を発生させることによって電力を送電する無線電力伝送装置であって、
前記送電ユニットおよび前記受電ユニットの何れかに設けられた、所定の送受電要素を変更することで、電力の伝送効率を変化させる変更手段と、
前記送電コイルと前記受電コイルとのコイル間隔と、伝送効率と、の関係を前記所定の送受電要素毎に示す伝送効率情報を保持する情報保持手段と、
前記送電コイルと前記受電コイルとのコイル間隔を取得するコイル間隔取得手段と、を備え、
前記変更手段は、前記伝送効率情報を参照し、取得されたコイル間隔における伝送効率が向上するように、前記所定の送受電要素を変更する、無線電力伝送装置。
A wireless power transmission device that transmits electric power by generating magnetic field resonance between a power transmission unit including a power transmission coil and a power reception unit including a power reception coil,
Change means for changing power transmission efficiency by changing a predetermined power transmission / reception element provided in any one of the power transmission unit and the power reception unit;
Information holding means for holding transmission efficiency information indicating a relationship between a coil interval between the power transmission coil and the power receiving coil and transmission efficiency for each of the predetermined power transmitting and receiving elements;
Coil interval acquisition means for acquiring a coil interval between the power transmission coil and the power receiving coil,
The said change means is a wireless power transmission apparatus which refers to the said transmission efficiency information and changes the said predetermined power transmission / reception element so that the transmission efficiency in the acquired coil space | interval may improve.
前記受電ユニットが接続された給電対象によって取り出される電力を一定とする取出電力調整手段と、
前記送電コイルに流される電流の電圧を制御する送電電圧制御手段と、を更に備え、
前記変更手段は、前記送電電圧制御手段によって制御される電圧を変更することで、前記伝送効率を変化させる、
請求項1から請求項3の何れか一項に記載の無線電力伝送装置。
Extracted power adjusting means for making constant the electric power extracted by the power supply target to which the power receiving unit is connected;
A power transmission voltage control means for controlling a voltage of a current flowing through the power transmission coil,
The changing means changes the transmission efficiency by changing a voltage controlled by the transmission voltage control means.
The wireless power transmission device according to any one of claims 1 to 3.
前記送電コイルは、
送電アンプからの電力の入力を受ける第一送電コイルと、
電力の入力元として、前記第一送電コイルからの電磁誘導および前記送電アンプの何れかを選択可能な第二送電コイルと、を有し、
前記受電コイルは、
前記第二送電コイルとの間での磁界共鳴によって電流が流れる第一受電コイルと、
該第一受電コイルからの電磁誘導によって電流が流れる第二受電コイルと、を有し、
前記変更手段は、前記第二送電コイルへの入力元を、前記第一送電コイルからの電磁誘導と前記送電アンプとの間で変更することで、前記伝送効率を変化させる、
請求項1から請求項3の何れか一項に記載の無線電力伝送装置。
The power transmission coil is:
A first power transmission coil for receiving power input from a power transmission amplifier;
As a power input source, and having a second power transmission coil capable of selecting either electromagnetic induction from the first power transmission coil and the power transmission amplifier,
The power receiving coil is
A first power receiving coil through which a current flows by magnetic field resonance with the second power transmitting coil;
A second power receiving coil through which current flows by electromagnetic induction from the first power receiving coil,
The changing means changes the transmission efficiency by changing the input source to the second power transmission coil between the electromagnetic induction from the first power transmission coil and the power transmission amplifier.
The wireless power transmission device according to any one of claims 1 to 3.
前記送電コイルおよび前記受電コイルの少なくとも何れかは、
前記送電ユニットと前記受電ユニットとの間の磁界共鳴のための磁界共鳴コイルと、
該磁界共鳴コイルとの間で、電力を電磁誘導によって送電または受電する電磁誘導コ
イルと、を有し、
前記変更手段は、前記磁界共鳴コイルと前記電磁誘導コイルとの間の距離を変更することで、前記伝送効率を変化させる、
請求項1から請求項3の何れか一項に記載の無線電力伝送装置。
At least one of the power transmission coil and the power reception coil is:
A magnetic field resonance coil for magnetic field resonance between the power transmission unit and the power reception unit;
An electromagnetic induction coil that transmits or receives electric power to or from the magnetic field resonance coil by electromagnetic induction;
The changing means changes the transmission efficiency by changing a distance between the magnetic field resonance coil and the electromagnetic induction coil.
The wireless power transmission device according to any one of claims 1 to 3.
前記送電コイルおよび前記受電コイルの少なくとも何れかは、互いに径の異なる複数の前記電磁誘導コイルを有し、
前記変更手段は、前記複数の電磁誘導コイルのうち、使用する前記電磁誘導コイルを変更することで、前記伝送効率を変化させる、
請求項6に記載の無線電力伝送装置。
At least one of the power transmission coil and the power reception coil has a plurality of the electromagnetic induction coils having different diameters from each other,
The changing means changes the transmission efficiency by changing the electromagnetic induction coil to be used among the plurality of electromagnetic induction coils.
The wireless power transmission device according to claim 6.
送電コイルを含む送電ユニットと受電コイルを含む受電ユニットとの間で磁界共鳴を発生させることによって電力を送電する無線電力伝送装置が、
前記送電ユニットおよび前記受電ユニットの何れかに設けられた、所定の送受電要素を変更することで、電力の伝送効率を変化させる変更ステップと、
前記変更ステップにおける変更の前後の伝送効率を算出する伝送効率算出ステップと、
前記伝送効率算出ステップで算出された、前記変更の前後の伝送効率を比較することで、該変更の前後で伝送効率が改善したか否かを判定する判定ステップと、を実行し、
前記判定ステップにおける判定と、前記変更ステップにおける変更と、が繰り返し実行されることで、伝送効率が改善される、無線電力伝送方法。
A wireless power transmission device that transmits power by generating magnetic field resonance between a power transmission unit including a power transmission coil and a power reception unit including a power reception coil,
Changing the power transmission efficiency by changing a predetermined power transmission / reception element provided in either the power transmission unit or the power reception unit;
A transmission efficiency calculation step of calculating transmission efficiency before and after the change in the change step;
A determination step of determining whether or not the transmission efficiency has improved before and after the change by comparing the transmission efficiency before and after the change calculated in the transmission efficiency calculation step; and
A wireless power transmission method in which transmission efficiency is improved by repeatedly executing the determination in the determination step and the change in the change step.
送電コイルを含む送電ユニットと受電コイルを含む受電ユニットとの間で磁界共鳴を発生させることによって電力を送電する無線電力伝送装置が、
前記送電ユニットおよび前記受電ユニットの何れかに設けられた、所定の送受電要素を変更することで、電力の伝送効率を変化させる変更ステップと、
予め計測された、前記所定の送受電要素毎のコイル間隔と伝送効率との関係を示す伝送効率情報を保持する情報保持ステップと、
前記送電コイルと前記受電コイルとのコイル間隔を取得するコイル間隔取得ステップと、を実行し、
前記変更ステップでは、前記伝送効率情報が参照され、取得されたコイル間隔における伝送効率が向上するように、前記所定の送受電要素が変更される、無線電力伝送方法。
A wireless power transmission device that transmits power by generating magnetic field resonance between a power transmission unit including a power transmission coil and a power reception unit including a power reception coil,
Changing the power transmission efficiency by changing a predetermined power transmission / reception element provided in either the power transmission unit or the power reception unit;
An information holding step for holding transmission efficiency information indicating a relationship between a coil interval and a transmission efficiency for each predetermined power transmission and reception element measured in advance;
Performing a coil interval acquisition step of acquiring a coil interval between the power transmission coil and the power receiving coil,
In the changing step, the transmission power information is referred to, and the predetermined power transmission / reception element is changed so that the transmission efficiency in the acquired coil interval is improved.
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