JP2012502618A - 誘導結合交流電力伝達 - Google Patents
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Abstract
【代表図】 図3
Description
コンデンサ電圧は選択した周期における選択した時間、クランプされるようにすることができる。一つの実施態様では、同調コンデンサがクランプされる電圧は実質的にゼロボルトである。
トラックセンサの有無により、この回路の制御は、必要に応じて、適応させることができる。
(開ループ制御)
作動の際、この回路は交流電流源のように振舞うので、もしθ´が設定されて一定値とされるならば、出力は本質的に一定の電流値を取る。この制御方法はトラック電流センサがθ´の測定を開始する基準値を得るということに依存している。この方法は理想的とは言えない。なぜなら、出力負荷抵抗がかなり大きくなるような場合、たとえば開放された場合、出力電圧は検知範囲外まで増大するので過電圧を保護するものを組み込む必要がある。図8に示すように、θ´が設定されると、1対1の関係にあるθもおおよそ決定される。このため、この方法は簡単で使いやすいといえる。
閉ループ制御では、θ´の値は知られているため直接調整することができる。電流、電圧、電力などの必要な出力パラメータを測定するセンサが用いられ、測定値は設定値と比較される。測定値が高すぎる場合はθ´は徐々に増加される。測定値が低すぎる場合はθ´は減少される。一点以上の比較を任意の時点で行えば、より複雑な制御が簡単にできることは明らかである。たとえば、設定電圧に対する電流制御を行い、その後に電圧制御を行うなどである。
トラックセンサを用いない場合は、上記したものと同様な制御方法を用いることができるが、θ´は直接測ることはできない。実際のところ、重なり角θは、全体の動作を制御するのに十分である。このシステムでのθの直接の制御は、一のスイッチまたは他のスイッチ(S1またはS2)が導通しているといつでも重なり角θの動作に対応することに注目すると、簡単である。このため、所望の重なり角に達するとスイッチをオフにすることによってθは直接に制御することができる。完全に同調されたシステムでは、所望の重なり角より大きいθは低い共振電圧に対応するため、θを制御すれば電力出力または電流出力または電圧出力を必要に応じ制御することになる。唯一の困難は、このシステムを開始させることである。
記述した回路の動作においては、開始角(firing angle)が変化するように短絡電流と誘導電圧の両方が作用して、ピックアップコイルのインダクタンスL、同調コンデンサC、IPTトラック及びピックアップコイルの相互インダクタンスMのすべてが変化するかのように回路が動作する。Mの変動はすでに出力電圧を変化させて制御するのに用いている。しかし、LとCの明らかな変動は図9で示すように回路の同調に用いることができる。ここではオーバーラップ(重なり)角θが本質的にゼロから150度まで変化した際の、回路の出力電力が測定されている。予想されるように、同調コンデンサがぴったり正確であれば最大電力は開始角ゼロで生じている。しかし、同調コンデンサが小さい場合は最大電力は増加した開始角で生じるので、回路はこの開始角を変化させることにより同調させることができる。コンデンサの値が設計値より20%小さくても、同調を完全にした時と比較してシステムのパワーロスは約1%となるように同調させることができる。ただ、コンデンサは、あまり大きすぎると調整できない。開始角を進めるとスイッチは共振コンデンサの回路を短絡させるためである。
この明細書で開示された交流電力伝達および制御方法は、直流出力を供給することに用いることができる。図10に示すようにもっとも単純には、ブリッジ整流器と直流誘導器を制御された交流出力に加えて、交流出力回路と同じ特性を保持したまま、直流出力電圧を供給することができる。ここでは、4つの追加のダイオードがブリッジ整流器を形成するために必要となる。この回路が極めて有用な少なくともひとつの実用的な適用例がある。電気自動車の充電において大きなエアギャップがある場合、設計目的は大きなエアギャップを越えて2 kW以上の電力出力を達成できるかどうかである。ここで問題になるのは、エアギャップが減少する場合は、通常の条件で作動させる時よりも結合電圧が大きくなることである。すなわち、次のようなバリエーションとなる場合が考えられる。電気自動車はフラットタイヤを有するかもしれないし、バッテリーを充電するフロアパッド(電源に接続された1次側コイルの配置)の上に位置する受電パッド(すなわち、ピックアップコイルの配置)が修理中であるかもしれない。このような場合では誘導された開回路電圧は通常の値に比べて3倍から4倍高くなる。開示された回路によって結合された電力は、角度θを増加させると低下させることができる。このシステムの電源が持続可能な電力供給の制御ができるよう角度θを120度に接近するよう増加させればよい。ピックアップコイルの電流、同調コンデンサの電圧および整流器や直流誘導器の電圧はすべて本質的にその定格値をそのまま保ち、何の損傷も生じない。しかしながら、従来のコントローラ(米国特許第5293308号に開示されるようなもの)では、短絡電流は3倍から4倍大きく、この電流は整流器、直流誘導器、およびスイッチを流れてこれらの回路要素に少なからぬストレスを与えることになる。これらのデバイスの電流定格値を4倍に増加させることは、回路中の直流誘導器の物理的なサイズが大きく増加するため、実用的な提案とはいえない。
Claims (15)
- 共振回路を形成するピックアップコイルと同調コンデンサとを有するIPTピックアップから供給される交流電源を提供する方法であって、制御された交流電源をピックアップの出力に供給するようにピックアップコイルに誘導される電圧と同調コンデンサの電圧との間の位相角を変動させるステップを含む方法。
- ピックアップコイルに誘導される電圧と同調コンデンサの電圧との間の前記位相角は、前記同調コンデンサの電圧をある選定した時間、実質的に一定になるように保持することにより、変動する請求項1に記載の方法。
- 前記選定した時間は、前記位相角を変動させるように変動する請求項2に記載の方法。
- 同調コンデンサの電圧を実質的に一定になるように保持する前記ステップは、前記同調コンデンサの電圧を実質的にゼロボルトとなるようにクランプすることを含む請求項1〜3記載の方法。
- 同調コンデンサの電圧をクランプする前記ステップは、前記同調コンデンサにかかる正電圧での上昇を防げるように第一のスイッチを動作させることを含む請求項4記載の方法。
- 同調コンデンサの電圧をクランプする前記ステップは、前記同調コンデンサにかかる電圧が負になることを妨げるように第二のスイッチを動作させることを含む。
- 前記選定した時間を制御するための基準として、前記同調コンデンサにかかる電圧の極性の変化を検知するステップを含む請求項1〜6記載の方法。
- 設定値と前記ピックアップの出力とを比較し、前記ピックアップの出力が前記設定値へ変化するように前記選定した時間を増減するステップを含む請求項1〜7記載の方法。
- 共振回路を形成するピックアップコイルと同調コンデンサとを有するIPTピックアップのコントローラであって、前記ピックアップコイルに誘導される電圧と前記同調コンデンサの電圧との間の位相角を変化させて前記同調コンデンサの制御を行う1またはそれ以上のスイッチをさらに含み、これにより、前記ピックアップは制御された交流電源を前記ピックアップの出力に供給するコントローラ。
- 共振回路を形成するピックアップコイルと同調コンデンサと、前記ピックアップコイルに誘導される電圧と前記同調コンデンサの電圧との間の位相角を変化させることにより制御された交流電源をピックアップの出力に供給するコントローラとを有するIPTピックアップ。
- 直流出力を供給するように前記出力に接続された整流器を含む請求項10に記載のIPTピックアップ。
- 請求項10または11に記載のIPTピックアップを含むIPTシステム。
- 本明細書に実質的に記載されたIPTピックアップから交流電源を供給する方法。
- 添付した図面のうち図3、図4、図10または図11のいずれかを参照して実質的に本明細書に記載されたIPTピックアップのコントローラ。
- 添付した図面のうち図3〜図11を参照して実質的に本明細書に記載されたIPTピックアップ。
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