JP2014057500A - 受電機器及び非接触電力伝送装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】比較的簡素な構成で、変動負荷のインピーダンスの変動に好適に対応することができる受電機器及びその受電機器を備えた非接触電力伝送装置を提供すること。
【解決手段】非接触電力伝送装置10は、地上に設けられた地上側機器11と、車両に搭載された車両側機器21とを備えている。地上側機器11には、高周波電源12と、高周波電源12から高周波電力が入力される送電器13とが設けられている。車両側機器21には、送電器13から非接触で高周波電力を受電可能な受電器23と、車両用バッテリ22とが設けられている。ここで、車両側機器21には、複数のインピーダンス変換器31〜33で構成されたインピーダンス変換器群30が設けられており、高周波電源12の出力電力の電力値に基づいて、各インピーダンス変換器31〜33のうちいずれかが受電器23及び車両用バッテリ22に接続される。
【選択図】図1
【解決手段】非接触電力伝送装置10は、地上に設けられた地上側機器11と、車両に搭載された車両側機器21とを備えている。地上側機器11には、高周波電源12と、高周波電源12から高周波電力が入力される送電器13とが設けられている。車両側機器21には、送電器13から非接触で高周波電力を受電可能な受電器23と、車両用バッテリ22とが設けられている。ここで、車両側機器21には、複数のインピーダンス変換器31〜33で構成されたインピーダンス変換器群30が設けられており、高周波電源12の出力電力の電力値に基づいて、各インピーダンス変換器31〜33のうちいずれかが受電器23及び車両用バッテリ22に接続される。
【選択図】図1
Description
本発明は、受電機器及び非接触電力伝送装置に関する。
従来から、電源コードや送電ケーブルを用いない非接触電力伝送装置として、例えば磁場共鳴を用いたものが知られている。例えば特許文献1の非接触電力伝送装置は、交流電源と、交流電源から交流電力が入力される1次側の共振コイルとを有する送電機器を備えている。さらに、非接触電力伝送装置は、1次側の共振コイルと磁場共鳴可能な2次側の共振コイルが設けられた受電機器を備えている。そして、1次側の共振コイルと2次側の共振コイルとが磁場共鳴することにより、送電機器から受電機器に交流電力が伝送される。その伝送された交流電力は、受電機器に設けられた整流器により直流電力に整流され、車両用バッテリに入力される。これにより、車両用バッテリが充電される。
上記のような非接触電力伝送装置においては、伝送効率を高めるために、例えば所望のインピーダンスとなるようにインピーダンス変換を行うインピーダンス変換器を設ける場合がある。かかる構成において、車両用バッテリは、入力される直流電力の電力値に応じてインピーダンスが変動する変動負荷であるため、車両用バッテリに入力される直流電力の電力値によっては、所望のインピーダンスとならない場合があり、その結果伝送効率が低下する場合が生じ得る。かといって、変動負荷のインピーダンスの変動に追従するべく、複雑な構成や制御を用いることは、コストや処理負荷の関係上好ましくない。
なお、上記の事情は、車両用バッテリに限られず、入力される電力の電力値に応じてインピーダンスが変動する変動負荷を備えた受電機器及び非接触電力伝送装置に共通する事情である。また、上記の事情は、磁場共鳴によって非接触の電力伝送を行う構成に限られず、電磁誘導によって非接触の電力伝送を行う構成についても同様である。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、比較的簡素な構成で、変動負荷のインピーダンスの変動に好適に対応することができる受電機器及びその受電機器を備えた非接触電力伝送装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、請求項1に係る発明は、交流電力が入力される1次側コイルを有する送電機器から、非接触で前記交流電力を受電可能な2次側コイルを備えた受電機器において、入力される電力の電力値に応じてインピーダンスが変動する変動負荷と、インピーダンス変換を行うものであって、インピーダンスが可変に構成されたインピーダンス可変変換手段と、を備え、前記インピーダンス可変変換手段のインピーダンスは、前記2次側コイルにて受電される交流電力の電力値に関する電力値情報と、前記インピーダンス可変変換手段に関する情報とが対応付けられたマップデータに基づいて設定されることを特徴とする。
かかる発明によれば、変動負荷に入力される電力の電力値が依存するパラメータとして、2次側コイルにて受電される交流電力の電力値に関する電力値情報を採用し、その電力値情報とインピーダンス可変変換手段に関する情報とが対応付けられたマップデータに基づいて、インピーダンス可変変換手段のインピーダンスが設定される。これにより、インピーダンス可変変換手段のインピーダンスを容易に設定することができる。よって、簡素な構成で、変動負荷のインピーダンスの変動に対応することができる。
請求項2に係る発明は、前記インピーダンス可変変換手段は、インピーダンスが互いに異なるとともに当該各インピーダンスが固定に構成された複数のインピーダンス変換部を備え、前記マップデータに基づいて前記複数のインピーダンス変換部のうちいずれかが前記変動負荷に接続されることを特徴とする。かかる発明によれば、マップデータに基づいて、インピーダンスが固定の複数のインピーダンス変換部のうち変動負荷に接続されるインピーダンス変換部が選択される。これにより、可変範囲が広い特殊な素子を用いることなく、インピーダンス可変変換手段のインピーダンスの自由度を高めることができる。よって、変動負荷のインピーダンスの変動に対して、より好適に対応することができる。
請求項3に係る発明は、前記インピーダンス可変変換手段は、インダクタンス及びキャパシタンスの少なくとも一方が可変に構成されたインピーダンス可変変換部を備え、前記マップデータに基づいて前記インダクタンス及び前記キャパシタンスの少なくとも一方を可変させることでインピーダンスの可変制御が行われることを特徴とする。かかる発明によれば、マップデータに基づいてインピーダンス可変変換部のインピーダンスの可変制御が行われる。これにより、変動負荷のインピーダンスの変動に追従するための素子の数を削減することができ、構成の簡素化を図ることができる。
請求項4に係る発明は、交流電力が入力される1次側コイルを有する送電機器と、前記1次側コイルから非接触で前記交流電力を受電可能な2次側コイルを有する受電機器と、を備えた非接触電力伝送装置において、前記受電機器として請求項1〜3のうちいずれか一項に記載の受電機器を備えていることを特徴とする。かかる発明によれば、非接触電力伝送装置において、変動負荷のインピーダンスの変動に好適に対応することができる。
請求項5に係る発明は、前記送電機器は、電力値が異なる複数種類の交流電力を出力可能な交流電源を備え、前記電力値情報は、前記交流電源から出力される交流電力の電力値の情報であることを特徴とする。交流電源から出力される交流電力の電力値に応じて、2次側コイルにて受電される交流電力の電力値が変動する。この点、本発明によれば、電力値情報として、交流電源から出力される交流電力の電力値を採用することにより、電気的特性をモニタすることなく、インピーダンス可変変換手段のインピーダンスの設定を行うことができる。これにより、構成の簡素化及びインピーダンス可変変換手段のインピーダンスの設定に係る制御の簡素化を図ることができる。
この発明によれば、比較的簡素な構成で、変動負荷のインピーダンスの変動に好適に対応することができる。
以下、本発明に係る非接触電力伝送装置(非接触電力伝送システム)について図1を用いて説明する。
図1に示すように、非接触電力伝送装置10は、地上に設けられた地上側機器11と、車両に搭載された車両側機器21とを備えている。地上側機器11が送電(1次側)機器に対応し、車両側機器21が受電(2次側)機器に対応する。
図1に示すように、非接触電力伝送装置10は、地上に設けられた地上側機器11と、車両に搭載された車両側機器21とを備えている。地上側機器11が送電(1次側)機器に対応し、車両側機器21が受電(2次側)機器に対応する。
地上側機器11は、所定の周波数の高周波電力(交流電力)を出力可能な高周波電源12(交流電源)を備えている。高周波電源12は、系統電力を用いて、電力値が異なる複数種類の正弦波の高周波電力を出力可能に構成されている。
高周波電源12から出力された高周波電力は、非接触で車両側機器21に伝送され、車両側機器21に設けられた変動負荷としての車両用バッテリ(車載蓄電装置)22に入力される。具体的には、非接触電力伝送装置10は、地上側機器11及び車両側機器21間の電力伝送を行うものとして、地上側機器11に設けられた送電器13(1次側共振回路)と、車両側機器21に設けられた受電器23(2次側共振回路)とを備えている。
送電器13及び受電器23は同一の構成となっており、両者は磁場共鳴可能に構成されている。具体的には、送電器13は、並列に接続された1次側コイル13a及び1次側コンデンサ13bからなる共振回路で構成されている。受電器23は、並列に接続された2次側コイル23a及び2次側コンデンサ23bからなる共振回路で構成されている。両者の共振周波数は同一に設定されている。
かかる構成によれば、高周波電力が送電器13(1次側コイル13a)に入力された場合、送電器13(1次側コイル13a)と受電器23(2次側コイル23a)とが磁場共鳴する。これにより、受電器23は送電器13のエネルギの一部を受け取る。すなわち、受電器23は、送電器13から高周波電力を受電する。
車両側機器21には、受電器23にて受電された高周波電力を直流電力に整流する整流器(整流部)24が設けられている。整流器24によって整流された直流電力は、車両用バッテリ22に入力されるようになっている。車両用バッテリ22は、複数の電池セルが直列に接続されて構成されており、直流電力が入力されることによって充電される。
地上側機器11には、高周波電源12等の地上側機器11の制御を行う電源側コントローラ14が設けられている。電源側コントローラ14は、高周波電源12のオンオフ制御を行うとともに、高周波電源12から出力される高周波電力の電力値を制御する電力制御部14aを備えている。
車両側機器21には、電源側コントローラ14と無線通信が可能に構成された車両側コントローラ25が設けられている。非接触電力伝送装置10は、各コントローラ14,25間での情報のやり取りを通じて、電力伝送の制御を行う。
また、車両側機器21には、車両用バッテリ22の充電量を検知する検知センサ26が設けられている。検知センサ26は、検知結果を車両側コントローラ25に対して送信する。これにより、車両側コントローラ25は、車両用バッテリ22の充電量を把握することが可能となっている。
ここで、車両用バッテリ22は、入力される直流電力の電力値に応じてそのインピーダンスZLが変動する。つまり、車両用バッテリ22は、入力される電力の電力値に応じてインピーダンスZLが変動する変動負荷である。
これに対して、本実施形態の非接触電力伝送装置10は、車両用バッテリ22のインピーダンスZLの変動に追従するための構成を備えている。当該構成について以下に詳細に説明する。なお、以下の説明においては、送電器13及び受電器23が予め定められた基準位置に配置されているものとして説明する。
車両側機器21には、定数(インピーダンス)が可変に構成されたインピーダンス可変変換手段として、複数(詳細には3つ)のインピーダンス変換器(インピーダンス変換部)31〜33を有するインピーダンス変換器群30を備えている。インピーダンス変換器群30は、受電器23から車両用バッテリ22までの電力伝送経路上に設けられており、詳細には受電器23と整流器24との間に設けられている。各インピーダンス変換器31〜33は、互いに並列に設けられている。各インピーダンス変換器31〜33はそれぞれLC回路で構成されており、各インピーダンス変換器31〜33の定数はそれぞれ異なっている。この場合、インピーダンス変換器群30は複数(3つ)の定数を取り得るものであるとも言える。なお、定数(インピーダンス)は、変換比とも、インダクタンスやキャパシタンスとも言える。
ここで、電源側コントローラ14の電力制御部14aは、車両用バッテリ22の一連の充電制御において、電力値が異なる複数(3つ)の高周波電力、詳細にはテスト用電力、充電用電力、及び押し込み充電用電力が高周波電源12から出力されるように高周波電源12を制御する。テスト用電力は、車両用バッテリ22の充電を開始する前段階にて出力される高周波電力である。充電用電力は、車両用バッテリ22を充電するための高周波電力であり、テスト用電力よりも電力値が大きい。押し込み充電用電力は、車両用バッテリ22を構成する複数の電池セルの容量ばらつきを補償するための高周波電力であり、充電用電力よりも電力値が小さい。
各インピーダンス変換器31〜33は、これら3つの高周波電力の電力値に対応させて構成されている。具体的には、高周波電源12からテスト用電力が出力されている状況における車両用バッテリ22のインピーダンスZLを第1負荷インピーダンスZL1とする。この場合、第1インピーダンス変換器31は、受電器23の出力端から車両用バッテリ22までのインピーダンスが特定抵抗値Routに近づく(好ましくは一致する)ように、第1負荷インピーダンスZL1をインピーダンス変換する。つまり、第1インピーダンス変換器31の定数は、第1負荷インピーダンスZL1を特定抵抗値Routに変換する値に設定されている。
高周波電源12から充電用電力が出力されている状況における車両用バッテリ22のインピーダンスZLを第2負荷インピーダンスZL2とする。この場合、第2インピーダンス変換器32は、受電器23の出力端から車両用バッテリ22までのインピーダンスが特定抵抗値Rout近づく(好ましくは一致する)ように、第2負荷インピーダンスZL2をインピーダンス変換する。つまり、第2インピーダンス変換器32の定数は、第2負荷インピーダンスZL2を特定抵抗値Routに変換する値に設定されている。
高周波電源12から押し込み充電用電力が出力されている状況における車両用バッテリ22のインピーダンスZLを第3負荷インピーダンスZL3とする。この場合、第3インピーダンス変換器33は、受電器23の出力端から車両用バッテリ22までのインピーダンスが特定抵抗値Rout近づく(好ましくは一致する)ように、第3負荷インピーダンスZL3をインピーダンス変換する。つまり、第3インピーダンス変換器33の定数は、第3負荷インピーダンスZL3を特定抵抗値Routに変換する値に設定されている。
ここで、特定抵抗値Routとは、他の(所定の)抵抗値と比較して、相対的に伝送効率が高くなる受電器23の出力端から車両用バッテリ22までのインピーダンスの実部である。詳細には、仮に送電器13の入力端に仮想負荷X1を設けた場合において、当該仮想負荷X1の抵抗値をRa1とし、受電器23(詳細には受電器23の出力端)から仮想負荷X1までの抵抗値をRb1とすると、特定抵抗値Routは√(Ra1×Rb1)である。
車両側機器21には、受電器23及び整流器24(車両用バッテリ22)の接続先を、各インピーダンス変換器31〜33のうちいずれかに切り換える一対のリレー34が設けられている。一対のリレー34は、インピーダンス変換器群30の両側に設けられている。一対のリレー34が切り換わることにより、受電器23にて受電された高周波電力が通過するインピーダンス変換器が切り換わるようになっている。
電源側コントローラ14は、電力制御部14aによって高周波電源12の出力電力の切換が行われた場合等において、当該出力電力を特定するための情報である電力値情報P(x)(図2参照)を送信する。詳細には、電源側コントローラ14は、テスト用電力が出力される場合に第1電力値情報P(1)を出力し、充電用電力が出力されている場合に第2電力値情報P(2)を出力し、押し込み充電用電力が出力されている場合に第3電力値情報P(3)を出力する。なお、以降の説明において、電力値情報P(x)を単にP(x)ともいう。
車両側コントローラ25は、一対のリレー34を連動させて制御することにより、P(x)に対応したインピーダンス変換器を選択する切換制御部(制御手段)25aを備えている。切換制御部25aは、用いるインピーダンス変換器を決定するためのマップデータ25aaを備えている。図2に示すように、マップデータ25aaは、P(x)と、インピーダンス変換器を選択するための番号情報Z(x)(以降、単にZ(x)ともいう)とが1対1に対応付けて設定されたデータである。P(1)には、第1インピーダンス変換器31固有の第1番号情報Z(1)が設定されており、P(2)には、第2インピーダンス変換器32固有の第2番号情報Z(2)が設定されており、P(3)には、第3インピーダンス変換器33固有の第3番号情報Z(3)が設定されている。Z(x)がインピーダンス変換器群30(インピーダンス可変変換手段)に関する情報に対応する。なお、各インピーダンス変換器31〜33の定数が異なることに着目すれば、Z(x)はインピーダンス変換器群30の定数(インピーダンス)に関する定数情報(インピーダンス情報)であるとも言える。
切換制御部25aは、電源側コントローラ14からP(x)を受信した場合、マップデータ25aaを参照することにより、受信したP(x)に対応したZ(x)を特定し、その特定結果に基づいて一対のリレー34を制御する。
切換制御部25aの具体的な制御態様、及び各コントローラ14,25にて実行される一連の充電に係る制御(処理構成)について以下に説明する。
先ず、各コントローラ14,25は、互いに情報のやり取りを行うことにより、送電器13及び受電器23が磁場共鳴可能な位置にあるか否かを確認する。両者が磁場共鳴可能な位置に配置されている場合、電力制御部14aは、テスト用電力が出力されるよう高周波電源12を制御し、電源側コントローラ14はP(1)を車両側コントローラ25に向けて送信する。
先ず、各コントローラ14,25は、互いに情報のやり取りを行うことにより、送電器13及び受電器23が磁場共鳴可能な位置にあるか否かを確認する。両者が磁場共鳴可能な位置に配置されている場合、電力制御部14aは、テスト用電力が出力されるよう高周波電源12を制御し、電源側コントローラ14はP(1)を車両側コントローラ25に向けて送信する。
切換制御部25aは、P(1)を受信したことに基づいてマップデータ25aaを参照し、P(1)に対応する番号情報、すなわちZ(1)を特定する。この場合、切換制御部25aは、Z(1)に対応する第1インピーダンス変換器31を、受電器23及び整流器24に接続する。これにより、テスト用電力は第1インピーダンス変換器31を介して伝送される。
かかる状況において、車両側コントローラ25は、テスト用電力の伝送に異常がないか否かを判定する。具体的な判定構成については、任意であるが、例えば検知センサ26の検知結果に基づいて判定してもよく、伝送効率等を算出して判定してもよい。
車両側コントローラ25は、電力伝送に異常がないと判定した場合には、電源側コントローラ14にその旨を通知する。電力制御部14aは、上記通知を受信したことに基づいて、高周波電源12の出力電力を、テスト用電力から充電用電力に切り換える。さらに、電源側コントローラ14は、P(2)を車両側コントローラ25に送信する。
切換制御部25aは、P(2)を受信したことに基づいてマップデータ25aaを参照し、P(2)に対応する番号情報、すなわちZ(2)を特定する。この場合、切換制御部25aは、Z(2)に対応する第2インピーダンス変換器32を、受電器23及び整流器24に接続する。これにより、充電用電力は第2インピーダンス変換器32を介して伝送される。
車両側コントローラ25は、定期的に検知センサ26の検知結果に基づいて車両用バッテリ22の充電量を把握する。そして、車両側コントローラ25は、車両用バッテリ22の充電量が押し込み充電を行う契機となる第1閾値充電量に達した場合に、電源側コントローラ14に対してその旨の通知を行う。
電力制御部14aは、上記通知を受信したことに基づいて、高周波電源12の出力電力を、充電用電力から押し込み充電用電力に切り換える。さらに、電源側コントローラ14は、P(3)を車両側コントローラ25に送信する。
切換制御部25aは、P(3)を受信したことに基づいてマップデータ25aaを参照し、P(3)に対応する番号情報、すなわちZ(3)を特定する。この場合、切換制御部25aは、Z(3)に対応する第3インピーダンス変換器33を、受電器23及び整流器24に接続する。これにより、押し込み充電用電力は第3インピーダンス変換器33を介して伝送される。
そして、車両側コントローラ25は、車両用バッテリ22の充電量が充電の終了契機となる第2閾値充電量に達した場合に、電源側コントローラ14に対してその旨を通知する。電力制御部14aは、上記通知を受信した場合に、高周波電源12からの高周波電力の出力を停止させる。これにより、車両用バッテリ22の充電が完了する。
次に本実施形態の作用について説明する。
高周波電源12の出力電力の電力値に応じて、受電器23及び整流器24(車両用バッテリ22)に接続されるインピーダンス変換器が、上記出力電力の電力値に対応したものに切り換わる。これにより、出力電力の電力値が変動することに起因して、車両用バッテリ22のインピーダンスZLが変動した場合であっても、受電器23の出力端から車両用バッテリ22までのインピーダンスが特定抵抗値Routとなっている。
高周波電源12の出力電力の電力値に応じて、受電器23及び整流器24(車両用バッテリ22)に接続されるインピーダンス変換器が、上記出力電力の電力値に対応したものに切り換わる。これにより、出力電力の電力値が変動することに起因して、車両用バッテリ22のインピーダンスZLが変動した場合であっても、受電器23の出力端から車両用バッテリ22までのインピーダンスが特定抵抗値Routとなっている。
ちなみに、高周波電源12の出力電力の電力値に応じて、受電器23(2次側コイル23a)にて受電される高周波電力の電力値も変動する。この点に着目すれば、電力値情報P(x)は、受電器23(2次側コイル23a)にて受電される高周波電力の電力値に関する情報であるとも言える。
同様に、高周波電源12の出力電力の電力値に応じて、車両用バッテリ22の入力電力の電力値も変動する点に着目すれば、電力値情報P(x)は、車両用バッテリ22の入力電力の電力値に関する情報であるとも言える。
以上詳述した本実施形態によれば以下の優れた効果を奏する。
(1)車両用バッテリ22に入力される直流電力の電力値の変動に伴う車両用バッテリ22のインピーダンスZLの変動に着目し、高周波電源12の出力電力の電力値に対応した番号情報Z(x)を設定し、当該番号情報Z(x)に基づいてインピーダンス変換器群30の定数を決定する構成とした。詳細には、高周波電源12の出力電力の電力値を特定するための電力値情報P(x)と、番号情報Z(x)とが対応付けられたマップデータ25aaに基づいて、インピーダンス変換器群30の定数を決定する構成とした。これにより、電気的特性(例えば電流値、電圧値)をモニタし、そのモニタ結果に基づくフィードバック制御によりインピーダンス変換器群30の定数の決定を行う構成と比較して、簡素な制御で、車両用バッテリ22のインピーダンスZLの変動に対応してインピーダンス変換器群30の定数を変更(決定)することができる。
(1)車両用バッテリ22に入力される直流電力の電力値の変動に伴う車両用バッテリ22のインピーダンスZLの変動に着目し、高周波電源12の出力電力の電力値に対応した番号情報Z(x)を設定し、当該番号情報Z(x)に基づいてインピーダンス変換器群30の定数を決定する構成とした。詳細には、高周波電源12の出力電力の電力値を特定するための電力値情報P(x)と、番号情報Z(x)とが対応付けられたマップデータ25aaに基づいて、インピーダンス変換器群30の定数を決定する構成とした。これにより、電気的特性(例えば電流値、電圧値)をモニタし、そのモニタ結果に基づくフィードバック制御によりインピーダンス変換器群30の定数の決定を行う構成と比較して、簡素な制御で、車両用バッテリ22のインピーダンスZLの変動に対応してインピーダンス変換器群30の定数を変更(決定)することができる。
特に、P(x)とZ(x)とが1対1で対応付けられているため、インピーダンス変換器群30としては、取り得る定数の数が、「x」(本実施形態では3)に限られている。このため、インピーダンス変換器群30の構成の簡素化を図ることができる。
(2)また、電力値情報P(x)は、高周波電源12の出力電力の電力値を特定するための情報である。この情報は、例えば受電器23にて受電された電力や、車両用バッテリ22に実際に入力されている直流電力の電力値等と比較して、測定する必要がない。これにより、定数を調整するための測定器を設けることなく、車両用バッテリ22のインピーダンスZLの変動に対応することができる。
(3)定数調整を行う構成として、定数が互いに異なる複数のインピーダンス変換器31〜33を設け、各インピーダンス変換器31〜33のうち、受電器23及び整流器24に接続する対象を切り換える一対のリレー34を設けた。そして、Z(x)に対応するインピーダンス変換器が接続されるように一対のリレー34が制御される。これにより、可変キャパシタンス又は可変インダクタンスの素子を設ける必要がない。よって、これら可変キャパシタンス等の可変範囲に制限されることなく、インピーダンス変換器群30の定数を設定することができ、インピーダンス変換器群30の定数の自由度を高めることができる。
詳述すると、例えばキャパシタンスが可変の素子を用いる場合、インピーダンス変換器群30の定数の可変範囲は、その素子のキャパシタンスの可変範囲によって決まる。この場合、各負荷インピーダンスZL1〜ZL3の変動範囲が広いと、その変動範囲に対応可能な特殊な素子は、現実的ではない場合であったり、汎用品ではなく特殊なものとなる場合があったりする。
これに対して、本実施形態によれば、定数が固定の各インピーダンス変換器31〜33が設けられているため、広い可変範囲を有する素子を用いることなく各負荷インピーダンスZL1〜ZL3の変動に対応できる。これにより、上述した不都合を回避することができる。
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 実施形態では、定数を可変させるものとして複数のインピーダンス変換器31〜33を採用したが、これに限られず、キャパシタンス及びインダクタンスの少なくとも一方が可変に構成された素子を有するインピーダンス可変変換器(インピーダンス可変変換部)を採用してもよい。この場合、素子の数を削減することができ、構成の簡素化を図ることができる。
○ 実施形態では、定数を可変させるものとして複数のインピーダンス変換器31〜33を採用したが、これに限られず、キャパシタンス及びインダクタンスの少なくとも一方が可変に構成された素子を有するインピーダンス可変変換器(インピーダンス可変変換部)を採用してもよい。この場合、素子の数を削減することができ、構成の簡素化を図ることができる。
○ 実施形態では、各インピーダンス変換器31〜33は、定数が異なる点を除いて同一の構成(L型)であったが、これに限られず、各インピーダンス変換器31〜33を異なる構成としてもよい。例えば、各インピーダンス変換器31〜33のうちいずれかをπ型とし、他のインピーダンス変換器を逆L型としてもよい。
○ 実施形態では、各インピーダンス変換器31〜33はそれぞれLC回路で構成されていたが、これに限られず、具体的な構成は任意である。例えば各インピーダンス変換器31〜33の少なくとも1つをトランスで構成してもよい。
○ インピーダンス変換器群30を省略し、整流器24と車両用バッテリ22との間に、スイッチング素子を有するDC/DCコンバータを設けてもよい。この場合、スイッチング素子のオンオフのデューティ比を調整することにより、DC/DCコンバータの入力端から車両用バッテリ22までのインピーダンスを、特定抵抗値Routにする構成としてもよい。
詳細には、番号情報Z(x)に代えて、電力値情報P(x)に対応するスイッチング素子のオンオフのデューティ比に関する情報が設定されたマップデータを設ける。そして、車両側コントローラ25は、そのマップデータを参照することにより、現状高周波電源12から出力されている高周波電力に対応するデューティ比を特定し、そのデューティ比となるようにDC/DCコンバータのスイッチング素子を制御する構成とするとよい。なお、「デューティ比に関する情報」とは、デューティ比自体に限られず、デューティ比が特定することができる情報であれば任意である。また、上記デューティ比の調整は、DC/DCコンバータのインピーダンスの調整とも言える。
○ 実施形態において、受電器23とインピーダンス変換器群30との間に、別途インピーダンス変換器を設ける構成としてもよい。この場合、インピーダンス変換器群30の入力端から車両用バッテリ22までのインピーダンスを特定抵抗値Routにする必要がなく、少なくとも任意の範囲内に収まるようにすればよい。なお、別途設けたインピーダンス変換器は、受電器23の出力端から車両用バッテリ22までのインピーダンスが特定抵抗値Routに近づくように別途設けたインピーダンス変換器の出力端から車両用バッテリ22までのインピーダンスをインピーダンス変換する。
○ 実施形態では、受電器23の出力端から車両用バッテリ22までのインピーダンスが特定抵抗値Routとなるように設定されていたが、これに限られず、特定抵抗値Routとは異なる抵抗値となる構成であってもよい。要は、車両用バッテリ22のインピーダンスZLの変動に関わらず、インピーダンス変換器群30の入力端から車両用バッテリ22までのインピーダンスが一定となるように構成されていればよく、その一定となる数値は任意である。
○ 充電に係る一連の制御については、実施形態にて示した一連の動作が行われるのであれば、その具体的な制御態様については任意である。例えば、実施形態では、電力値情報P(x)は、電源側コントローラ14から受信する情報であったが、これに限られない。例えば、車両側コントローラ25が高周波電源12の出力電力を制御する制御信号を送信する構成としてもよい。この場合、切換制御部25aは、制御信号を送信する場合に、送信する制御信号(切換先の出力電力)に対応するインピーダンス変換器が接続されるように切り換えるとよい。
○ 実施形態では、車両側コントローラ25が切換制御部25aを備えていたが、これに限られず、電源側コントローラ14に設けられていてもよい。この場合、電源側コントローラ14が無線通信にて一対のリレー34を制御する制御信号を送信する構成とするとよい。
○ 実施形態では、送電器13及び受電器23が基準位置に配置されている構成であったが、これに限られず、両者が基準位置からずれている構成であってもよい。この場合、車両用バッテリ22の入力電力の電力値が想定している電力値とは異なる場合が生じ得るが、高周波電源12の出力電力の電力値に応じて各インピーダンス変換器31〜33を切り換えることにより、テスト用電力、充電用電力、押し込み充電用電力のいずれが出力されている場合であっても、伝送効率の低下の抑制を図ることができる。
○ 高周波電源12と送電器13との間に定数が可変の1次側インピーダンス変換器を設け、さらに受電器23とインピーダンス変換器群30との間に別途、定数が可変の2次側インピーダンス変換器を設けてもよい。この場合、各コイル13a,23aの相対位置の変動に対応させて、1次側インピーダンス変換器及び2次側インピーダンス変換器の定数を可変制御してもよい。この場合、各コイル13a,23aの相対位置の変動に対応させて、各インピーダンス変換器の定数を可変制御してもよい。これにより、各コイル13a,23aの位置ずれに起因する伝送効率の低下を抑制することを通じて、各コイル13a,23aの位置ずれが発生した場合であっても、車両用バッテリ22の入力電力の電力値の変動を抑制することができる。
○ なお、上記構成においては、2次側インピーダンス変換器の出力端(2次側インピーダンス変換器とインピーダンス変換器群30との間)に固定抵抗を設けるとともに、2次側インピーダンス変換器の接続先を、固定抵抗と、インピーダンス変換器群30とに切り換えるリレーを設けるとよい。そして、2次側インピーダンス変換器の接続先が固定抵抗となっており、テスト用電力が出力されている状況において各インピーダンス変換器の定数の可変制御を行うとよい。この場合、テスト用電力は調整用電力とも言える。
○ さらに、1次側インピーダンス変換器においては、力率が改善されるように定数を設定してもよく、所望の高周波電力が得られるように設定してもよい。
○ 実施形態では、インピーダンス変換器群30は、受電器23の出力端から車両用バッテリ22までのインピーダンスが特定抵抗値Routに近づくように車両用バッテリ22のインピーダンスZLをインピーダンス変換するものであったが、これに限られない。例えば、インピーダンス変換器群30は、高周波電源12として電力源を採用し、受電器23の出力端から車両用バッテリ22までのインピーダンスと、受電器23の出力端から高周波電源12までのインピーダンスとが整合するように、車両用バッテリ22のインピーダンスZLをインピーダンス変換するものであってもよい。
○ 実施形態では、インピーダンス変換器群30は、受電器23の出力端から車両用バッテリ22までのインピーダンスが特定抵抗値Routに近づくように車両用バッテリ22のインピーダンスZLをインピーダンス変換するものであったが、これに限られない。例えば、インピーダンス変換器群30は、高周波電源12として電力源を採用し、受電器23の出力端から車両用バッテリ22までのインピーダンスと、受電器23の出力端から高周波電源12までのインピーダンスとが整合するように、車両用バッテリ22のインピーダンスZLをインピーダンス変換するものであってもよい。
○ 高周波電源12から出力される高周波電力の電圧波形としては、パルス波形、正弦波等任意である。
○ 高周波電源12を省略して、系統電力が送電器13に入力される構成としてもよい。
○ 高周波電源12を省略して、系統電力が送電器13に入力される構成としてもよい。
○ 実施形態では、各コンデンサ13b,23bを設けたが、これらを省略してもよい。この場合、各コイル13a,23aの寄生容量を用いて磁場共鳴させる。
○ 実施形態では、送電器13の共振周波数と受電器23の共振周波数とは同一に設定されていたが、これに限られず、電力伝送が可能な範囲内で両者を異ならせてもよい。
○ 実施形態では、送電器13の共振周波数と受電器23の共振周波数とは同一に設定されていたが、これに限られず、電力伝送が可能な範囲内で両者を異ならせてもよい。
○ 実施形態では、送電器13及び受電器23の構成は同一であったが、これに限られず、両者が異なる構成であってもよい。
○ 実施形態では、非接触の電力伝送を実現させるために磁場共鳴を用いたが、これに限られず、電磁誘導を用いてもよい。
○ 実施形態では、非接触の電力伝送を実現させるために磁場共鳴を用いたが、これに限られず、電磁誘導を用いてもよい。
○ 送電器13は、1次側コイル13a及び1次側コンデンサ13bからなる共振回路と、その共振回路と電磁誘導で結合する1次側結合コイルとから構成されてもよい。この場合、1次側結合コイルと高周波電源12とを接続し、上記共振回路は、上記1次側結合コイルから電磁誘導によって高周波電力を受ける構成とする。同様に、受電器23は、2次側コイル23a及び2次側コンデンサ23bからなる共振回路と、その共振回路と電磁誘導で結合する2次側結合コイルとから構成され、2次側結合コイルを用いて受電器23の共振回路から高周波電力を取り出してもよい。
○ 高周波電源12は、電力源や、電圧源であってもよく、電流源であってもよい。また、電圧源としては、内部抵抗が無視可能(0Ω)な電圧源(スイッチング電源)や、所定の内部抵抗(例えば50Ω)を有する電圧源であってもよい。
○ 実施形態では、非接触電力伝送装置10は、車両に適用されていたが、これに限られず、他の機器に適用してもよい。例えば、携帯電話のバッテリを充電するのに適用してもよい。
次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について以下に記載する。
(イ)前記電力値情報には、
第1特定状況であることを示す第1電力値情報と、
第2特定状況であることを示す第2電力値情報と、
が含まれており、
前記複数のインピーダンス変換部には、
前記第1電力値情報に対応させて設定されたインピーダンスを有する第1インピーダンス変換部と、
前記第2電力値情報に対応させて設定されたインピーダンスを有する第2インピーダンス変換部と、
が含まれており、
前記第1特定状況においては、前記変動負荷に前記第1インピーダンス変換部が接続され、前記第2特定状況においては、前記変動負荷に前記第2インピーダンス変換部が接続されることを特徴とする請求項2に記載の受電機器。
(イ)前記電力値情報には、
第1特定状況であることを示す第1電力値情報と、
第2特定状況であることを示す第2電力値情報と、
が含まれており、
前記複数のインピーダンス変換部には、
前記第1電力値情報に対応させて設定されたインピーダンスを有する第1インピーダンス変換部と、
前記第2電力値情報に対応させて設定されたインピーダンスを有する第2インピーダンス変換部と、
が含まれており、
前記第1特定状況においては、前記変動負荷に前記第1インピーダンス変換部が接続され、前記第2特定状況においては、前記変動負荷に前記第2インピーダンス変換部が接続されることを特徴とする請求項2に記載の受電機器。
(ロ)電力値が異なる複数種類の交流電力を出力可能な交流電源と、
前記交流電源から前記交流電力が入力される1次側コイルと、
前記1次側コイルから非接触で前記交流電力を受電可能な2次側コイルと、
前記2次側コイルに接続され、入力される電力の電力値に応じてインピーダンスが変動する変動負荷と、
インピーダンス変換を行うものであって、インピーダンスが可変に構成されたインピーダンス可変変換手段と、
前記交流電源から出力される交流電力の電力値に対応する前記インピーダンス可変変換手段のインピーダンスに関するインピーダンス情報を有し、当該インピーダンス情報に基づいて前記インピーダンス可変変換手段の可変制御を行う制御手段と、
を備えていることを特徴とする非接触電力伝送装置。
前記交流電源から前記交流電力が入力される1次側コイルと、
前記1次側コイルから非接触で前記交流電力を受電可能な2次側コイルと、
前記2次側コイルに接続され、入力される電力の電力値に応じてインピーダンスが変動する変動負荷と、
インピーダンス変換を行うものであって、インピーダンスが可変に構成されたインピーダンス可変変換手段と、
前記交流電源から出力される交流電力の電力値に対応する前記インピーダンス可変変換手段のインピーダンスに関するインピーダンス情報を有し、当該インピーダンス情報に基づいて前記インピーダンス可変変換手段の可変制御を行う制御手段と、
を備えていることを特徴とする非接触電力伝送装置。
(ハ)前記制御手段は、前記交流電源から出力される交流電力の電力値を特定するための電力値情報と、前記インピーダンス情報とが対応付けられたマップデータを有し、当該前記マップデータに基づいて前記インピーダンス可変変換手段のインピーダンスの可変制御を行うものであることを特徴とする技術的思想(ロ)に記載の非接触電力伝送装置。
(ニ)交流電力が入力される1次側コイルを有する送電機器から、非接触で前記交流電力を受電可能な2次側コイルを備えた受電機器において、
入力される電力の電力値に応じてインピーダンスが変動する変動負荷と、
インピーダンス変換を行うものであって、インピーダンスが可変に構成されたインピーダンス可変変換手段と、
を備え、
前記インピーダンス可変変換手段のインピーダンスは、前記2次側コイルにて受電される交流電力の電力値に対応させて設定されたインピーダンス情報に基づいて設定されることを特徴とする受電機器。
入力される電力の電力値に応じてインピーダンスが変動する変動負荷と、
インピーダンス変換を行うものであって、インピーダンスが可変に構成されたインピーダンス可変変換手段と、
を備え、
前記インピーダンス可変変換手段のインピーダンスは、前記2次側コイルにて受電される交流電力の電力値に対応させて設定されたインピーダンス情報に基づいて設定されることを特徴とする受電機器。
10…非接触電力伝送装置、11…地上側機器(送電機器)、12…高周波電源、13a…1次側コイル、14…電源側コントローラ、21…車両側機器(受電機器)、22…車両用バッテリ、23a…2次側コイル、25…車両側コントローラ、25aa…マップデータ、30…インピーダンス変換器群(インピーダンス可変変換手段)、31〜33…インピーダンス変換器(インピーダンス変換部)。
Claims (5)
- 交流電力が入力される1次側コイルを有する送電機器から、非接触で前記交流電力を受電可能な2次側コイルを備えた受電機器において、
入力される電力の電力値に応じてインピーダンスが変動する変動負荷と、
インピーダンス変換を行うものであって、インピーダンスが可変に構成されたインピーダンス可変変換手段と、
を備え、
前記インピーダンス可変変換手段のインピーダンスは、前記2次側コイルにて受電される交流電力の電力値に関する電力値情報と、前記インピーダンス可変変換手段に関する情報とが対応付けられたマップデータに基づいて設定されることを特徴とする受電機器。 - 前記インピーダンス可変変換手段は、インピーダンスが互いに異なるとともに当該各インピーダンスが固定に構成された複数のインピーダンス変換部を備え、前記マップデータに基づいて前記複数のインピーダンス変換部のうちいずれかが前記変動負荷に接続されることを特徴とする請求項1に記載の受電機器。
- 前記インピーダンス可変変換手段は、インダクタンス及びキャパシタンスの少なくとも一方が可変に構成されたインピーダンス可変変換部を備え、前記マップデータに基づいて前記インダクタンス及び前記キャパシタンスの少なくとも一方を可変させることでインピーダンスの可変制御が行われることを特徴とする請求項1に記載の受電機器。
- 交流電力が入力される1次側コイルを有する送電機器と、
前記1次側コイルから非接触で前記交流電力を受電可能な2次側コイルを有する受電機器と、
を備えた非接触電力伝送装置において、
前記受電機器として請求項1〜3のうちいずれか一項に記載の受電機器を備えていることを特徴とする非接触電力伝送装置。 - 前記送電機器は、電力値が異なる複数種類の交流電力を出力可能な交流電源を備え、
前記電力値情報は、前記交流電源から出力される交流電力の電力値の情報であることを特徴とする請求項4に記載の非接触電力伝送装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012202477A JP2014057500A (ja) | 2012-09-14 | 2012-09-14 | 受電機器及び非接触電力伝送装置 |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2017184487A (ja) * | 2016-03-30 | 2017-10-05 | 矢崎総業株式会社 | 非接触電力伝送装置 |
-
2012
- 2012-09-14 JP JP2012202477A patent/JP2014057500A/ja active Pending
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