JP2015115580A - Power transmission system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、非接触で電力を送電装置から受電する受電装置を備える電力伝送システムに関する。 The present invention relates to a power transmission system including a power receiving device that receives power from a power transmitting device in a contactless manner.
特許文献1〜7に開示されているように、非接触で電力を送受電する送電装置および受電装置を用いる電力伝送システムが知られている。このような電力伝送システムにおいては、送電装置に用いられる送電コイルのソレノイド長さと、受電装置に用いられる受電コイルのソレノイド長さとは、実質的に一致するように形成されている。
As disclosed in
上述したように、送電コイルのソレノイド長さと受電コイルのソレノイド長さとを実質的に一致させることで、送電装置および受電装置のL値を一致させ易く、各コイルに接続するコンデンサの容量が一致したコンデンサを接続することで、各共振周波数を容易に一致させることができる。 As described above, by substantially matching the solenoid length of the power transmission coil and the solenoid length of the power reception coil, the L values of the power transmission device and the power reception device can be easily matched, and the capacitances of the capacitors connected to the coils are matched. By connecting a capacitor, each resonance frequency can be easily matched.
しかし、上記電力伝送システムにおいては、送電コイルと受電コイルとが位置ずれすると、位置ずれ量によっては、送電コイルと受電コイルとの間の磁気経路が変化し、大きく電力伝送効率が大きく低下するおそれがある。 However, in the above power transmission system, if the power transmission coil and the power reception coil are misaligned, the magnetic path between the power transmission coil and the power reception coil may change depending on the amount of misalignment, and the power transmission efficiency may be greatly reduced. There is.
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、電力送電効率の低下を抑制することが可能な構成を備える電力伝送システムを提供することを目的とする。 This invention is made | formed in view of the said subject, and aims at providing a power transmission system provided with the structure which can suppress the fall of electric power transmission efficiency.
この電力伝送システムにおいては、送電部に対向した状態で上記送電部から非接触で電力を受電する受電部を有する電力伝送システムであって、送電部は、送電コイルを含み、上記受電部は、受電コイルを含み、上記送電コイルのソレノイド長さは、上記受電コイルのソレノイド長さよりも長い。 In this power transmission system, the power transmission system includes a power receiving unit that receives power from the power transmission unit in a non-contact manner in a state of facing the power transmission unit, the power transmission unit includes a power transmission coil, and the power reception unit includes: Including a power receiving coil, the solenoid length of the power transmitting coil is longer than the solenoid length of the power receiving coil.
この構成によれば、送電コイルと受電コイルとが位置ずれした場合でも、送電コイルのソレノイド長さは、受電コイルのソレノイド長さよりも長いことから、送電コイルと受電コイルとの間の磁気経路を維持させることができる。 According to this configuration, even when the power transmission coil and the power reception coil are misaligned, the solenoid length of the power transmission coil is longer than the solenoid length of the power reception coil, so that the magnetic path between the power transmission coil and the power reception coil is reduced. Can be maintained.
この電力伝送システムによれば、電力送電効率の低下を抑制することが可能な構成を備える電力伝送システムを提供する。 According to this electric power transmission system, an electric power transmission system provided with the structure which can suppress the fall of electric power transmission efficiency is provided.
本発明に基づいた実施の形態について、以下、図面を参照しながら説明する。実施の形態の説明において、個数および量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本発明の範囲は必ずしもその個数およびその量などに限定されない。実施の形態の説明において、同一の部品および相当部品に対しては、同一の参照番号を付し、重複する説明は繰り返さない場合がある。 Embodiments based on the present invention will be described below with reference to the drawings. In the description of the embodiments, when the number and amount are referred to, the scope of the present invention is not necessarily limited to the number and amount unless otherwise specified. In the description of the embodiments, the same parts and corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and redundant description may not be repeated.
図1を参照して、実施の形態1における電力伝送システム1000について説明する。図1は、電力伝送システム1000の全体構成を模式的に示す図である。電力伝送システム1000は、電動車両100(車両)および外部給電装置300を備える。
With reference to FIG. 1, the
(電動車両100)
図1を参照して、電動車両100は、車両本体110および受電装置200を備える。車両本体110には、車両ECU120(制御部)、整流器130、DC/DCコンバータ(以下、単に「コンバータ」と称する。)140、バッテリ150、パワーコントロールユニット(以下、単に「PCU」と称する。)160、モータユニット170、および通信部180などが設けられる。受電装置200は、受電コイル250を有し、車両本体110の底面に配置される。
(Electric vehicle 100)
Referring to FIG. 1, electrically powered
外部給電装置300は送電装置400を含み、送電装置400は送電コイル450を有している。受電装置200の受電コイル250が送電装置400の送電コイル450に対向した状態で、受電装置200は送電装置400から電力を非接触で受電する。受電装置200は、受電部210と、受電部210に接続されたコンデンサ220と、後述のシールドとを有する。受電部210は、ソレノイド型のコアユニット260と受電コイル250とを有する。
The external
受電コイル250は、浮遊容量を有し、整流器130に接続されている。受電コイル250の誘導係数と、受電コイル250の浮遊容量およびコンデンサ220の電気容量とによって、電気回路が形成される。コンデンサ220および受電コイル250は、直列に接続されるが、これらは並列に接続されていてもよい。
The power receiving
電力伝送システム1000において、車両本体110が停止しているときに給電ボタンがオン状態に設定されたことを車両ECU120が検出した場合、車両の動作モードは充電モードに切り替えられる。車両ECU120は、通信部180を介して、外部給電装置300によるバッテリ150の充電制御の実行を指示する。
In the
(外部給電装置300)
外部給電装置300は、送電装置400、高周波電力装置310、送電ECU320、および通信部322を含む。高周波電力装置310は、交流電源330に接続される。交流電源330は、商用電源または独立電源装置等である。送電装置400は、駐車スペース内に設けられ、高周波電力装置310に接続される。送電ECU320は、高周波電力装置310などの駆動を制御する。
(External power supply device 300)
External
通信部322は、外部給電装置300と電動車両100との間で無線通信を行なうための通信インターフェースである。通信部322は、電動車両100の通信部180から送信されるバッテリ情報、送電の開始、継続、および停止を指示する信号、ならびに、送電電力の増加若しくは減少を指示する信号などを受信し、これらの情報を送電ECU320へ出力する。
送電装置400は、送電部410と、送電部410に接続されたコンデンサ420と、後述のシールドとを有する。送電部410は、ソレノイド型のコアユニット440と送電コイル450とを有する。送電コイル450は、浮遊容量を有し、高周波電力装置310に接続されている。送電コイル450の誘導係数と、送電コイル450の浮遊容量およびコンデンサ420の電気容量とによって、電気回路が形成される。コンデンサ420および送電コイル450は、直列に接続されるが、これらは並列に接続されていてもよい。
The
高周波電力装置310は、交流電源330から受ける電力を高周波の電力に変換し、変換した高周波電力を送電コイル450へ供給する。送電コイル450は、受電部210の受電コイル250へ、電磁誘導により非接触で電力を送電する。
The high
このように送電装置400において、高周波電力装置310は、交流電源330から受ける電力を高周波の電力に変換し、変換した高周波電力を送電コイル450へ供給する。送電部410および受電部210の各々は、コイル(450,250)とコンデンサ(420,220)とを含み、伝送周波数において共振するように設計されている。送電部410および受電部210の共振強度を示すQ値は、100以上であることが好ましい。
Thus, in
(受電部210の構造)
図2を参照して、受電部210の構造について説明する。図2は、受電部210の構造を示す斜視図である。受電部210は、受電コイル250、およびコアユニット260を含む。コアユニット260には、コイル巻回軸O2を中心として、コアユニット260の上面および下面を含む周囲において螺旋状に受電コイル250が巻回されている。
(Structure of power receiving unit 210)
With reference to FIG. 2, the structure of
コアユニット260は、上面260A、下面260B、側面260C〜260Fを有する全体として板状の形状を有する。コアユニット260は、複数の分割コアが組み合わされ、この分割コアが絶縁紙により包囲されている。分割コアにはいずれもフェライトが用いられる。
The
受電コイル250は、コイル巻回軸O2の軸方向(コイルの磁束方向)において、所定長さのソレノイド長さ(L2)を有している。ここで、ソレノイド長さとは、コアユニット260に巻回された受電コイル250のコイル巻回軸O2方向の長さにおいて、受電コイル250として磁界形成に寄与する長さをいう。また、このソレノイド長さ(L2)の中心をCL2とする。
The
(送電部410の構造)
図3を参照して、送電部410の構造について説明する。図3は、送電部410の構造を示す斜視図である。送電部410は、送電コイル450、およびコアユニット460を含む。コアユニット460には、コイル巻回軸O2を中心として、コアユニット460の上面および下面を含む周囲において螺旋状に送電コイル450が巻回されている。コイル巻回軸O2は、車両の前後方向に沿って配置されてもよいし、車両の左右方向方向に沿って配置されてもよい。
(Structure of power transmission unit 410)
With reference to FIG. 3, the structure of
コアユニット460は、上面460A、下面460B、側面460C〜460Fを有する全体として板状の形状を有する。コアユニット460は、複数の分割コアが組み合わされ、この分割コアが絶縁紙により包囲されている。分割コアにはいずれもフェライトが用いられる。
The
送電コイル450は、コイル巻回軸O2の軸方向(コイルの磁束方向)において、所定長さのソレノイド長さ(L1)を有している。ここで、ソレノイド長さとは、コアユニット460に巻回された送電コイル450のコイル巻回軸O2方向の長さにおいて、送電コイル450として磁界形成に寄与する長さをいう。また、このソレノイド長さ(L1)の中心をCL1とする。
The
(電力送電効率)
次に、図4から図7を参照して、上記送電部410を有する送電装置400、および上記受電部210を有する受電装置200を用いた電力伝送システムの電力送電効率について説明する。図4および図5は、背景技術における送電部と受電部とに位置ずれが生じた場合の第1および第2の図、図6は、実施の形態の送電部と受電部とに位置ずれが生じた場合を示す図、図7は、送電コイル(一次コイル)のソレノイド長さと、k値との関係を示す図である。
(Electric power transmission efficiency)
Next, with reference to FIG. 4 to FIG. 7, the power transmission efficiency of the power transmission system using the
図4は、送電コイル450のソレノイド長さ(L1)と、受電コイル250のソレノイド長さ(L2)とが同じ長さの場合に、コイル間に位置ずれが生じた場合を示している。ここで、位置ずれとは、コイル巻回軸O2の方向に沿って、受電コイル250の中心CL2と、送電コイル450の中心CL1とがずれる場合を意味する。図4では、受電コイル250の中心CL2と送電コイル450の中心CL1とが、距離Z1ずれている。
FIG. 4 shows a case where a positional deviation occurs between the coils when the solenoid length (L1) of the
距離Z1の位置ずれ量が小さい場合には、送電コイル450と受電コイル250との間に形成される磁界の経路は、図4に示すように、位置ずれがあっても、理想的な磁気経路Mを形成する。
When the displacement amount of the distance Z1 is small, the path of the magnetic field formed between the
しかし、図5に示すように、位置ずれ量が距離Z2(>Z1)と大きくなった場合には、理想的な磁気経路Mが形成されなくなり、磁気経路が短絡したような状態になる。図5に示すような磁気経路M2が形成された場合には、送電コイル450と受電コイル250との間の結合系数kが著しく悪化する。その結果、この電力伝送システムの電力送電効率の低下を招くことになる。
However, as shown in FIG. 5, when the amount of misalignment increases to a distance Z2 (> Z1), the ideal magnetic path M is not formed, and the magnetic path is short-circuited. When the magnetic path M2 as shown in FIG. 5 is formed, the coupling system number k between the
そこで、発明者らは、図6に示すように、送電コイル(一次コイル)450のソレノイド長さ(L1)は、受電コイル250のソレノイド長さ(L2)よりも長くなる構成を採用した。この構成で、コイル巻回軸O2方向に沿って、送電コイル450と受電コイル250との間に、位置ずれ(本実施の形態では、Z=100mm)を生じさせた状態で、送電コイル450のソレノイド長(L1)を変化させ、送電コイル450と受電コイル250との間の結合系数kの値を測定した。受電コイル(二次コイル)250のソレノイド長さ(L2)は、150mmと一定の長さとした。
Therefore, the inventors have adopted a configuration in which the solenoid length (L1) of the power transmission coil (primary coil) 450 is longer than the solenoid length (L2) of the
その結果、図7に示すように、受電コイル250のソレノイド長さ(L2)が、150mmと一定の場合に、送電コイル450のソレノイド長さ(L1)を大きくしていくと、k値が増加し、送電コイル450のソレノイド長さ(L1)が、位置ずれ(Z=100mm)の約3倍の値以上で、結合系数kは、飽和することが分かった。
As a result, as shown in FIG. 7, when the solenoid length (L2) of the
したがって、送電コイル450のソレノイド長さ(L2)は、受電コイル250のソレノイド長さ(L1)よりも長い構成を採用することで、電力送電効率の低下を抑制することが可能となる。
Therefore, by adopting a configuration in which the solenoid length (L2) of the
以上、各実施の形態について説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の技術的範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 Although the embodiments have been described above, the embodiments disclosed herein are illustrative and non-restrictive in every respect. The technical scope of the present invention is defined by the terms of the claims, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
100 電動車両、110 車両本体、120 車両ECU、130 整流器、140 DC/DCコンバータ、150 バッテリ、160 パワーコントロールユニット(PCU)、170 モータユニット、180,322 通信部、200 受電装置、210 受電部、220,420 コンデンサ、260,460 コアユニット、260A 上面、260B 下面、260C,260D,260E,260F 側面、250 受電コイル、300 外部給電装置、310 高周波電力装置、320 送電ECU、330 交流電源、400 送電装置、450 送電コイル、1000 電力伝送システム、O2 コイル巻回軸、P1 中心位置。
DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記送電部は、送電コイルを含み、
前記受電部は、受電コイルを含み、
前記送電コイルのソレノイド長さは、前記受電コイルのソレノイド長さよりも長い、電力伝送システム。 A power transmission system having a power receiving unit that receives power in a non-contact manner from the power transmitting unit in a state of facing the power transmitting unit,
The power transmission unit includes a power transmission coil,
The power receiving unit includes a power receiving coil,
The power transmission system, wherein a solenoid length of the power transmission coil is longer than a solenoid length of the power reception coil.
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