JP2015186377A - 送電機器及び非接触電力伝送装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】電力値が異なる交流電力を好適に送電可能な送電機器及び非接触電力伝送装置を提供すること。
【解決手段】送電機器11は、系統電力を第1直流電力値P1の直流電力に変換可能なAC/DC変換器12aと、直流電力を交流電力に変換し、その交流電力を送電器13(1次側コイル13a)に出力するDC/AC変換器12bとを備えている。ここで、送電機器11は、送電側コントローラ14等に電力供給を行うものであって第1直流電力値P1よりも小さい第2直流電力値P2の直流電力を出力可能な制御電源30と、DC/AC変換器12bの電力の入力元を、AC/DC変換器12a又は制御電源30に切り替える切替リレー34とを備えている。
【選択図】図1
【解決手段】送電機器11は、系統電力を第1直流電力値P1の直流電力に変換可能なAC/DC変換器12aと、直流電力を交流電力に変換し、その交流電力を送電器13(1次側コイル13a)に出力するDC/AC変換器12bとを備えている。ここで、送電機器11は、送電側コントローラ14等に電力供給を行うものであって第1直流電力値P1よりも小さい第2直流電力値P2の直流電力を出力可能な制御電源30と、DC/AC変換器12bの電力の入力元を、AC/DC変換器12a又は制御電源30に切り替える切替リレー34とを備えている。
【選択図】図1
Description
本発明は、送電機器及び非接触電力伝送装置に関する。
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、予め定められた周波数の交流電力を出力する交流電源、及び、当該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、1次側コイルから非接触で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ているものが知られている(例えば特許文献1参照)。かかる非接触電力伝送装置においては、例えば1次側コイルと2次側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非接触で交流電力が伝送される。また、特許文献1においては、受電機器は車両に搭載され、受電機器にて受電された交流電力は、車両に搭載された蓄電装置の充電に用いられる。
ここで、例えば本格的な電力伝送を行う前段階にて、交流電源から交流電力を出力することにより、送電機器から受電機器への電力伝送が正常に行われるか否かの判定を行いたい場合がある。交流電源への負担や電力損失などの観点から、上記判定時には、交流電源から出力される交流電力の電力値は小さい方が好ましい場合がある。一方、蓄電装置の充電時間の短縮化等の観点に着目した場合、蓄電装置の充電時には、交流電源から出力される交流電力の電力値は大きい方が好ましい場合がある。
これに対して、例えば交流電源が、外部電力を直流電力に変換する第1変換部と、直流電力を上記交流電力に変換する第2変換部とを備えている場合には、上記相反する要求に応えるべく、第1変換部によって変換される直流電力の電力値を可変制御することにより、交流電力の電力値を可変にすることも考えられる。しかしながら、第1変換部における電力値の可変制御にも限界があり、上記相反する要求に十分に対応できない場合がある。
本発明の目的は、上述した事情を鑑みてなされたものであり、電力値が異なる交流電力を好適に送電可能な送電機器及び非接触電力伝送装置を提供することである。
上記目的を達成する送電機器は、外部電力を第1直流電力に変換可能な第1変換部、及び、直流電力が入力された場合に当該直流電力を予め定められた周波数の交流電力に変換して出力する第2変換部を有する交流電源と、前記交流電力が入力される1次側コイルと、を備え、2次側コイルを有する受電機器の前記2次側コイルに対して非接触で前記交流電力を送電可能なものであって、当該送電機器に搭載された制御部に電力供給を行うものであって、前記第2変換部に対して前記第1直流電力よりも電力値が小さい第2直流電力を出力可能な制御電源と、前記第2変換部の電力の入力元を、前記第1変換部又は前記制御電源に切り替える切替部と、を備え、前記第2変換部は、前記第1変換部から前記第1直流電力が入力されている場合には前記交流電力として第1交流電力を出力し、前記制御電源から前記第2直流電力が入力されている場合には前記交流電力として前記第1交流電力よりも電力値が小さい第2交流電力を出力することを特徴とする。
かかる構成によれば、第2変換部の電力の入力元が第1変換部であり、第1変換部から第2変換部に対して比較的電力値が大きい第1直流電力が入力されている場合には、比較的電力値が大きい第1交流電力が出力される。また、第2変換部の電力の入力元が制御電源であり、制御電源から第2変換部に対して比較的電力値が小さい第2直流電力が入力されている場合には、比較的電力値が小さい第2交流電力が出力される。これにより、第1変換部のみを用いる構成と比較して、第1交流電力及び第2交流電力の双方を好適に出力することができる。また、第2交流電力を出力させるのに、制御部に電力供給を行う制御電源を流用することにより、構成の複雑化を抑制することができる。
なお、「前記制御電源から前記第2直流電力が入力されている場合」とは、例えば、第2変換部と制御電源との間に、ドライバ回路に対して電力供給を行うものであって制御電源からの電力を用いて上記ドライバ回路の動作電力を生成するドライバ用電源が設けられている構成を含む。つまり、「前記制御電源から前記第2直流電力が入力されている場合」とは、制御電源と第2変換部とが直接接続されている場合や、制御電源と第2変換部とが所定の電子部品を介して接続されている場合を含む。
上記送電機器について、前記制御電源は、前記第2変換部の電力の入力元が前記制御電源となっている場合には、前記制御部への電力供給を行いつつ、前記第2変換部に前記第2直流電力を出力するとよい。かかる構成によれば、交流電源から第2交流電力を出力しようとして制御部への電力供給が停止されるといった不都合を回避できる。
上記送電機器について、前記第2変換部の電力の入力元が前記制御電源である場合に、前記1次側コイルから前記2次側コイルへの電力伝送が行われているか否かを判定する伝送判定が行われ、前記伝送判定によって前記1次側コイルから前記2次側コイルへの電力伝送が行われていると判定された場合には、前記第2変換部の電力の入力元が前記制御電源から前記第1変換部に切り替わるとよい。かかる構成によれば、比較的電力値が小さい第2交流電力を用いて伝送判定を行うことができるため、当該伝送判定に係る電力損失の軽減を図ることができる。そして、伝送判定の判定結果が肯定判定である場合には、第2変換部の電力の入力元が第1変換部に切り替わるため、送電機器から受電機器に向けて、比較的電力値が大きい第1交流電力の送電が可能となる。
上記送電機器について、前記制御電源からの電力供給に基づいて動作するものであって前記第2変換部を冷却する冷却部を備え、前記第2変換部の電力の入力元が前記制御電源である場合には、前記制御電源から前記冷却部への電力供給は停止しているとよい。かかる構成によれば、第2変換部の電力の入力元が制御電源である場合には、制御電源から冷却部への電力供給は停止しているため、制御電源の電力負担の軽減を図ることができる。また、第2変換部としては、第2変換部の電力の入力元が制御電源である場合には、比較的小さい電力値の第2交流電力を出力するため、第2変換部の温度上昇は比較的小さい。このため、第2変換部の過度な温度上昇を抑制しつつ、制御電源の電力負担の軽減を図ることができる。
上記目的を達成する非接触電力伝送装置は、外部電力を第1直流電力に変換可能な第1変換部、及び、直流電力が入力された場合に当該直流電力を予め定められた周波数の交流電力に変換して出力する第2変換部を有する交流電源と、前記交流電力が入力される1次側コイルと、前記1次側コイルに入力される前記交流電力を非接触で受電可能な2次側コイルと、前記交流電源及び前記1次側コイルを有する送電機器に搭載された制御部に電力供給を行うものであって、前記第1直流電力よりも電力値が小さい第2直流電力を出力可能な制御電源と、前記第2変換部の電力の入力元を、前記第1変換部又は前記制御電源に切り替える切替部と、を備え、前記第2変換部は、前記第1変換部から前記第1直流電力が入力されている場合には前記交流電力として第1交流電力を出力し、前記制御電源から前記第2直流電力が入力されている場合には前記交流電力として前記第1交流電力よりも電力値が小さい第2交流電力を出力することを特徴とする。
かかる構成によれば、第2変換部の電力の入力元が第1変換部であり、第1変換部から第2変換部に対して比較的電力値が大きい第1直流電力が入力されている場合には、比較的電力値が大きい第1交流電力が出力される。また、第2変換部の電力の入力元が制御電源であり、制御電源から第2変換部に対して比較的電力値が小さい第2直流電力が入力されている場合には、比較的電力値が小さい第2交流電力が出力される。これにより、第1変換部のみを用いる構成と比較して、第1交流電力及び第2交流電力の双方を好適に出力することができる。また、第2交流電力を出力させるのに、制御部に電力供給を行う制御電源を流用することにより、構成の複雑化を抑制することができる。
この発明によれば、電力値が異なる交流電力を好適に送電できる。
以下、送電機器(送電装置)及び非接触電力伝送装置(非接触電力伝送システム)の一実施形態について説明する。
図1に示すように、非接触電力伝送装置10は、非接触で電力伝送が可能な送電機器11(地上側機器、1次側機器)及び受電機器21(車両側機器、2次側機器)を備えている。送電機器11は地上に設けられており、受電機器21は車両に搭載されている。
図1に示すように、非接触電力伝送装置10は、非接触で電力伝送が可能な送電機器11(地上側機器、1次側機器)及び受電機器21(車両側機器、2次側機器)を備えている。送電機器11は地上に設けられており、受電機器21は車両に搭載されている。
送電機器11は、予め定められた周波数の交流電力を出力可能な交流電源12を備えている。交流電源12は、例えば電圧源であり、インフラとしての系統電源Eから外部電力として系統電力が入力された場合に、当該系統電力を交流電力に変換しその変換された交流電力を出力可能に構成されている。
詳細には、交流電源12は、系統電源Eから入力される系統電力を直流電力に変換する第1変換部としてのAC/DC変換器12aと、直流電力が入力された場合に当該直流電力を交流電力に変換し、その変換された交流電力を出力する第2変換部としてのDC/AC変換器12bとを備えている。
AC/DC変換器12aは、例えば昇圧型であり、200Vの系統電力が入力された場合に、予め定められた第1直流電力値P1(例えば数kW)の直流電力(以降第1直流電力という)を出力可能に構成されている。具体的には、AC/DC変換器12aは、第1スイッチング素子12aaを有し、当該第1スイッチング素子12aaを予め定められた特定デューティ比(パルス幅)で周期的にON/OFFさせることにより第1直流電力を出力する。第1直流電力の電圧値は例えば数百Vである。なお、AC/DC変換器12aには、第1直流電力値P1よりも所定のマージン分だけ高い定格電力を有するものが採用されている。なお、AC/DC変換器12aは、第1スイッチング素子12aaを動作させるドライバ回路12abを備えている。
ここで、AC/DC変換器12aは、第1スイッチング素子12aaのON/OFFのデューティ比を可変制御することにより、出力する直流電力の電力値を可変(変更可能)に構成されている。詳細には、AC/DC変換器12aは、Pmin〜Pmaxの電力値の直流電力を出力可能に構成されている。この場合、第1直流電力値P1は、最小電力値Pminと最大電力値Pmaxとの間の値であり、AC/DC変換器12aの定格電力は最大電力値Pmaxである。
DC/AC変換器12bは、第2スイッチング素子12baと、当該第2スイッチング素子12baを動作させるドライバ回路12bbとを備えている。ドライバ回路12bbは、第2スイッチング素子12baを周期的にON/OFFさせることにより直流電力を交流電力に変換する。
交流電源12から出力された交流電力は、非接触で受電機器21に伝送され、受電機器21に設けられた車両用バッテリ22(蓄電装置)の充電に用いられる。具体的には、非接触電力伝送装置10は、送電機器11及び受電機器21間の電力伝送を行うものとして、送電機器11に設けられた送電器13と、受電機器21に設けられた受電器23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。詳細には、送電器13は、互いに並列に接続された1次側コイル13a及び1次側コンデンサ13bからなる共振回路を有している。受電器23は、互いに並列に接続された2次側コイル23a及び2次側コンデンサ23bからなる共振回路を有している。両共振回路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、送電器13及び受電器23の相対位置が磁場共鳴可能な位置にある状況において、交流電力が送電器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から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から交流電力を受電する。
ちなみに、交流電源12から出力される交流電力の周波数(第2スイッチング素子12baのスイッチング周波数)は、送電器13及び受電器23間にて電力伝送が可能となるよう、送電器13及び受電器23の共振周波数に対応させて設定されている。例えば、交流電力の周波数は、送電器13及び受電器23の共振周波数と同一に設定されている。なお、これに限られず、電力伝送が可能な範囲内で、交流電力の周波数と、送電器13及び受電器23の共振周波数とが、ずれていてもよい。
受電機器21は、受電器23によって受電された交流電力が入力されるものであって当該交流電力を整流する整流器24(AC/DC変換部)を備えている。整流器24によって整流された直流電力が車両用バッテリ22に入力されることによって、車両用バッテリ22が充電される。車両用バッテリ22は、互いに直列に接続された複数の電池セルで構成されている。
受電機器21は、受電器23によって受電された交流電力を検知する検知部25を備えている。検知部25は、その検知結果を、受電機器21に設けられた受電側コントローラ26に送信する。なお、図示は省略するが、受電機器21は、車両用バッテリ22の充電状態(SOC)を検知し、その検知結果を受電側コントローラ26に送信するSOCセンサを備えている。
送電機器11は、当該送電機器11の各種制御を行う送電側コントローラ14を備えている。詳細には、送電側コントローラ14は、AC/DC変換器12aのドライバ回路12abやDC/AC変換器12bのドライバ回路12bb等の各種制御を行う。例えば、送電側コントローラ14は、AC/DC変換器12aのドライバ回路12abに対して、直流電力の出力のON/OFFを指示したり、設定電力値を指示したりする。AC/DC変換器12aのドライバ回路12abは、設定電力値が指示された場合、当該設定電力値の直流電力が出力されるように第1スイッチング素子12aaのON/OFFのデューティ比を調整する。なお、本実施形態では、送電側コントローラ14が「制御部」に対応する。
送電側コントローラ14と受電側コントローラ26とは、互いに無線通信可能に構成されている。送電側コントローラ14と受電側コントローラ26は、互いに情報のやり取りを通じて、電力伝送の開始又は終了等を行う。
図1に示すように、送電機器11は、送電側コントローラ14等に電力供給を行う制御電源30と、制御電源30から電力供給を受けるものであってドライバ回路12bbに電力供給を行うドライバ用電源31とを備えている。
制御電源30は、AC/DC変換器12aに対して並列に設けられており、系統電源Eから系統電力が入力されるように構成されている。制御電源30は、系統電力が入力されている場合には、当該系統電力を用いて、送電側コントローラ14の動作電力や、ドライバ用電源31の動作電力を生成し、当該動作電力を送電側コントローラ14やドライバ用電源31に対して出力する。
ドライバ用電源31は、制御電源30からの電力を用いてドライバ回路12bbの動作電力を生成し、その動作電力をドライバ回路12bbに出力する。なお、ドライバ用電源31は、例えば絶縁トランス等を有している。この場合、絶縁トランスの変換比は任意であるが、例えば1であってもよい。
なお、AC/DC変換器12aのドライバ回路12abは、ドライバ用電源31から電力供給を受けてもよいし、ドライバ用電源31とは別に設けられた専用のドライバ用電源から電力供給を受けてもよい。
送電機器11は、制御電源30からの電力供給に基づいて動作するものであって、AC/DC変換器12a及びDC/AC変換器12bを冷却する冷却部としてのファン32を備えている。制御電源30とファン32とを接続する電力線上には、ファン32への電力供給のON/OFFを切り替えるスイッチ33が設けられている。スイッチ33は、初期状態(通常状態)ではON状態となっている。
図1に示すように、DC/AC変換器12bは、AC/DC変換器12a又は制御電源30から電力供給が行われるように構成されている。詳細には、送電機器11は、DC/AC変換器12bの電力の入力元を、AC/DC変換器12a又は制御電源30に切り替える切替部としての切替リレー34を備えている。なお、DC/AC変換器12bの電力の入力元とは、DC/AC変換器12bの入力端の接続先とも言える。
ここで、制御電源30の出力可能な電力値について詳細に説明する。制御電源30は、当該制御電源30が電力供給を行う対象となっている各種電子部品(本実施形態では、送電側コントローラ14,ドライバ用電源31及びファン32)に対して動作電力を出力し、且つ、DC/AC変換器12bに対して、第1直流電力値P1及び最小電力値Pminの双方よりも小さい第2直流電力値P2の直流電力である第2直流電力を出力可能に構成されている。詳細には、制御電源30が出力可能な最大電力値(定格電力)は、電力供給対象の各種電子部品の動作電力の電力値の和と、第2直流電力値P2とを合わせた値よりも大きく設定されている。制御電源30は、当該制御電源30がDC/AC変換器12bの電力の入力元となっている場合には、電力供給対象に電力供給を行いつつ、DC/AC変換器12bに第2直流電力を出力する。
かかる構成によれば、AC/DC変換器12aとDC/AC変換器12bとが接続され、DC/AC変換器12bに第1直流電力が入力されている場合、当該第1直流電力を変換することによって得られた交流電力(以降第1交流電力という)がDC/AC変換器12bから出力される。一方、制御電源30とDC/AC変換器12bとが接続され、DC/AC変換器12bに第2直流電力が入力されている場合、当該第2直流電力を変換することによって得られた交流電力(以降第2交流電力という)がDC/AC変換器12bから出力される。第2交流電力は、第1交流電力よりも電力値が小さい交流電力である。
なお、制御電源30の出力電圧値は、第1直流電力の電圧値よりも小さく、例えば12Vや24Vである。また、本実施形態においては、制御電源30の出力電圧値は固定値であり、制御電源30からDC/AC変換器12bに向けて出力される直流電力の電力値は固定値(第2直流電力値P2)であるとする。つまり、制御電源30は、仮に送電側コントローラ14から任意の設定電力値が指示された場合であっても、第2直流電力値P2の直流電力である第2直流電力をDC/AC変換器12bに向けて出力する。
送電側コントローラ14は、予め定められた充電シーケンス開始条件が成立した場合には、受電側コントローラ26と無線通信を行いながら、車両用バッテリ22を充電するための充電制御処理を実行する。当該充電制御処理について以下に詳細に説明する。なお、充電シーケンス開始条件は任意であるが、例えば受電側コントローラ26から要求があった場合や、所定のセンサなどによって車両が検知された場合等が考えられる。
図2に示すように、まずステップS101にて、送電側コントローラ14は、制御電源30からファン32への電力供給を停止させる。詳細には、送電側コントローラ14は、スイッチ33を、ON状態からOFF状態に切り替える。
その後、ステップS102では、送電側コントローラ14は、制御電源30とDC/AC変換器12bとが接続されるように切替リレー34を制御する。これにより、DC/AC変換器12bに第2直流電力が入力される。そして、ステップS103にて、送電側コントローラ14は、DC/AC変換器12bから第2交流電力が出力されるようにDC/AC変換器12bのドライバ回路12bbを制御する。
また、送電側コントローラ14は、受電側コントローラ26に対して第2交流電力の出力中である通知を行う。受電側コントローラ26は、上記通知を受信した場合には、検知部25の検知結果に基づいて、受電器23にて予め定められた閾値電力値以上の交流電力が受電されたか否かを判定し、交流電力が受電された場合には、受電確認信号を送電側コントローラ14に送信する。なお、上記閾値電力値は「0」以外であれば任意であるが、例えば第2交流電力の電力値に対して閾値伝送効率を乗算した値等が考えられる。
続くステップS104では、送電側コントローラ14は、所定期間内に受電側コントローラ26からの受電確認信号を受信したか否かを判定する。
送電側コントローラ14は、所定期間内に受電確認信号を受信しない場合には、送電機器11(送電器13)及び受電機器21(受電器23)間の電力伝送に何らかの異常があるとして、ステップS105の異常対応処理を実行して、本充電制御処理を終了する。異常対応処理では、送電側コントローラ14は、例えば、第2交流電力の出力を停止したり、エラー報知を行ったりする。
送電側コントローラ14は、所定期間内に受電確認信号を受信しない場合には、送電機器11(送電器13)及び受電機器21(受電器23)間の電力伝送に何らかの異常があるとして、ステップS105の異常対応処理を実行して、本充電制御処理を終了する。異常対応処理では、送電側コントローラ14は、例えば、第2交流電力の出力を停止したり、エラー報知を行ったりする。
送電側コントローラ14は、所定期間内に受電確認信号を受信した場合には、ステップS106に進み、第2交流電力の出力を停止させる。第2交流電力の出力を停止させる具体的な処理としては、例えば第2スイッチング素子12baの周期的なON/OFFが停止するようドライバ回路12bbを制御する処理であってもよいし、切替リレー34の切替先をフローティングにする処理であってもよい。
その後、ステップS107では、送電側コントローラ14は、AC/DC変換器12aとDC/AC変換器12bとが接続されるように切替リレー34を制御する。そして、送電側コントローラ14は、ステップS108にて、スイッチ33を制御して、制御電源30からファン32への電力供給を開始する。これにより、ファン32が動作する。
そして、送電側コントローラ14は、ステップS109にて、DC/AC変換器12bから第1交流電力が出力されるようにAC/DC変換器12aのドライバ回路12ab及びDC/AC変換器12bのドライバ回路12bbを制御する。これにより、第1交流電力が送電器13から受電器23に向けて伝送され、当該第1交流電力が整流器24にて整流されて、車両用バッテリ22に入力される。よって、車両用バッテリ22の充電が行われる。なお、第1交流電力を用いて行われる車両用バッテリ22の充電を通常充電という。
その後、ステップS110では、送電側コントローラ14は、押し込み充電を行う契機となる押し込み充電条件が成立したか否かを判定する。押し込み充電条件は、例えば車両用バッテリ22の充電状態(SOC)が予め定められた押し込み充電契機状態となることである。
ステップS110の具体的な処理構成としては任意であるが、例えば受電側コントローラ26は、車両用バッテリ22の充電中、SOCセンサの検知結果に基づいて、車両用バッテリ22の充電状態を定期的に把握する。そして、受電側コントローラ26は、車両用バッテリ22の充電状態が押し込み充電契機状態となったことに基づいて、押し込み充電の要求信号を送電側コントローラ14に送信する。この場合、送電側コントローラ14は、上記要求信号を受信した場合に、押し込み充電条件が成立したと判定する。
送電側コントローラ14は、押し込み充電条件が成立していない場合には、ステップS112に進む一方、押し込み充電条件が成立した場合には、ステップS111にて、押し込み充電を開始して、ステップS112に進む。詳細には、送電側コントローラ14は、まず第1交流電力の出力を停止させる。その後、送電側コントローラ14は、制御電源30からファン32への電力供給が停止するようにスイッチ33を制御し、且つ、DC/AC変換器12bの接続先が制御電源30となるように切替リレー34を切り替える。そして、送電側コントローラ14は、DC/AC変換器12bから第2交流電力が出力されるようにドライバ回路12bbを制御する。これにより、通常充電時よりも電力値が小さい電力で車両用バッテリ22の充電が行われる。なお、押し込み充電条件が成立し、且つ、終了条件が成立していない状態での車両用バッテリ22の充電を、押し込み充電とする。
ステップS112では、送電側コントローラ14は、車両用バッテリ22の充電の終了条件が成立したか否かを判定する。終了条件は、例えば車両用バッテリ22の充電状態が終了契機状態となることや、異常が発生した場合等である。
送電側コントローラ14は、終了条件が成立している場合には、ステップS113にて、交流電力の出力を停止させる処理を実行し、本充電制御処理を終了する。一方、送電側コントローラ14は、終了条件が成立していない場合には、ステップS114に進み、押し込み充電中か否かを判定する。送電側コントローラ14は、押し込み充電中である場合にはステップS112に戻る一方、押し込み充電中でない場合、すなわち通常充電中である場合にはステップS110に戻る。
次に本実施形態の作用について図3を用いて説明する。図3は、AC/DC変換器12a及び制御電源30における設定電力値に対する出力電力値の関係を示すグラフである。換言すれば、図3のグラフは、仮にAC/DC変換器12a及び制御電源30が、DC/AC変換器12bに向けて設定電力値の直流電力が出力されるように動作した場合に、当該AC/DC変換器12a及び制御電源30から実際に出力される直流電力の電力値を示すグラフである。
図3の2点鎖線に示すように、AC/DC変換器12aはPmin〜Pmaxの直流電力を出力可能であるため、設定電力値がPmin〜Pmaxの範囲内においては、AC/DC変換器12aから、設定電力値と同一電力値の直流電力が出力される。そして、第1直流電力値P1は、最小電力値Pminと最大電力値Pmaxとの間の値であるため、AC/DC変換器12aを用いることにより、第1直流電力の出力が可能となっている。
しかしながら、設定電力値が最小電力値Pminよりも小さくなると、AC/DC変換器12aの第1スイッチング素子12aaのパルス幅の制御が困難になり、且つ、第1スイッチング素子12aaの立ち上がり時間や立ち下がり時間の影響を無視できなくなる。すると、図3の2点鎖線に示すように、AC/DC変換器12aは、設定電力値と同一の電力値の直流電力を出力することができない。
一方、図3の1点鎖線に示すように、制御電源30は、上記最小電力値Pminよりも小さい第2直流電力値P2の直流電力(第2直流電力)を出力する。このため、制御電源30を用いることにより、AC/DC変換器12aでは出力できない程小さな電力値の直流電力の出力が可能となっている。
以上詳述した本実施形態によれば以下の効果を奏する。
(1)送電機器11は、直流電力を交流電力に変換し、その交流電力を送電器13(1次側コイル13a)に出力するDC/AC変換器12bを備えている。送電機器11は、DC/AC変換器12bに対して直流電力を出力するものとして、系統電力を第1直流電力に変換可能なAC/DC変換器12a、及び、送電側コントローラ14等に電力供給を行うものであって第1直流電力よりも小さい電力値の第2直流電力を出力可能な制御電源30の2つを備えている。そして、送電機器11は、DC/AC変換器12bの電力の入力元を、AC/DC変換器12a又は制御電源30に切り替える切替リレー34を備えている。DC/AC変換器12bは、AC/DC変換器12aから第1直流電力が入力されている場合には第1交流電力を出力し、制御電源30から第2直流電力が入力されている場合には、第1交流電力よりも電力値が小さい第2交流電力を出力する。これにより、交流電源12(DC/AC変換器12b)から電力値が異なる第1交流電力及び第2交流電力の双方を好適に出力させることができる。
(1)送電機器11は、直流電力を交流電力に変換し、その交流電力を送電器13(1次側コイル13a)に出力するDC/AC変換器12bを備えている。送電機器11は、DC/AC変換器12bに対して直流電力を出力するものとして、系統電力を第1直流電力に変換可能なAC/DC変換器12a、及び、送電側コントローラ14等に電力供給を行うものであって第1直流電力よりも小さい電力値の第2直流電力を出力可能な制御電源30の2つを備えている。そして、送電機器11は、DC/AC変換器12bの電力の入力元を、AC/DC変換器12a又は制御電源30に切り替える切替リレー34を備えている。DC/AC変換器12bは、AC/DC変換器12aから第1直流電力が入力されている場合には第1交流電力を出力し、制御電源30から第2直流電力が入力されている場合には、第1交流電力よりも電力値が小さい第2交流電力を出力する。これにより、交流電源12(DC/AC変換器12b)から電力値が異なる第1交流電力及び第2交流電力の双方を好適に出力させることができる。
また、第2交流電力を出力させるのに、送電側コントローラ14に電力供給を行う制御電源30が流用されているため、別途専用の電源を用いる構成と比較して、構成の簡素化を図ることができる。
(2)受電機器21は車両に搭載されており、受電器23によって受電された交流電力は、車両用バッテリ22の充電に用いられる。この場合、車両に搭載される車両用バッテリ22の容量は、携帯電話等に搭載されるバッテリの容量と比較して、オーダが異なる程大きい場合がある。このような大容量の車両用バッテリ22の充電を短期間で行うためには、交流電源12は、比較的高い電力値の交流電力(第1交流電力)を出力する必要がある。そのため、AC/DC変換器12aには、定格電力が比較的高いものが採用される。しかしながら、このようなAC/DC変換器12aは、上述した通り、小さい電力値の直流電力を出力することが困難である。このため、第2交流電力を用いた押し込み充電等を好適に行うことができない不都合が生じ得る。
これに対して、本実施形態によれば、制御電源30を用いることによって、AC/DC変換器12aが出力可能な最小電力値Pminよりも小さい電力値の第2直流電力をDC/AC変換器12bに入力させることができる。よって、上記不都合を回避できる。
(3)AC/DC変換器12aは昇圧型である。昇圧型のAC/DC変換器12aは、昇降圧型のものと比較して、小型なものとなり易い。これにより、昇降圧型のものを採用する構成と比較して、AC/DC変換器12aの小型化を図ることができる。
ここで、AC/DC変換器12aが昇圧型である場合、当該AC/DC変換器12aが出力可能な最小電力値Pminは大きくなり易い。このため、昇圧型のAC/DC変換器12aでは、押し込み充電や伝送判定で要求される電力値(第2直流電力値P2)を実現できない場合がある。
これに対して、本実施形態では、上述した通り、AC/DC変換器12aではなく制御電源30を用いることにより、押し込み充電や伝送判定で要求される電力値を実現している。よって、AC/DC変換器12aの小型化を図りつつ、押し込み充電や伝送判定で要求される電力値を実現できる。
(4)制御電源30は、DC/AC変換器12bの電力の入力元が制御電源30である場合には、送電側コントローラ14等への電力供給を行いつつ、DC/AC変換器12bに第2直流電力を出力する。よって、交流電源12から第2交流電力を出力しようとして送電側コントローラ14への電力供給が停止されるといった不都合を回避できる。
(5)送電側コントローラ14は、DC/AC変換器12bの電力の入力元が制御電源30である場合に、送電器13から受電器23への電力伝送が行われている(詳細には受電器23にて交流電力が受電されている)か否かの伝送判定を行う(ステップS104)。そして、送電側コントローラ14は、送電器13から受電器23への電力伝送が行われていると判定した場合には、DC/AC変換器12bの電力の入力元が制御電源30からDC/AC変換器12bに切り替わるように切替リレー34を制御する。これにより、比較的電力値が小さい第2交流電力を用いて伝送判定が行われるため、当該伝送判定に係る電力損失の軽減を図ることができる。そして、伝送判定の判定結果が肯定判定である場合には、DC/AC変換器12bの電力の入力元がAC/DC変換器12aに切り替わるため、送電機器11から受電機器21に向けて、比較的電力値が大きい第1交流電力の送電が可能となる。
特に、比較的電力値が大きい第1交流電力を用いて伝送判定を行う場合、各コイル13a,23aの位置関係によっては、伝送効率が過度に低くなることに起因して反射波電力の電力値が過度に大きくなり、交流電源12への負担が大きくなる場合がある。これに対して、本実施形態では、第2交流電力を用いて伝送判定を行うことにより、仮に上記のように伝送効率が過度に低い場合であっても、交流電源12に過度に負担が付与されることを抑制できる。
(6)送電機器11は、制御電源30からの電力供給に基づいて動作するものであってDC/AC変換器12bを冷却するファン32を備えている。送電側コントローラ14は、DC/AC変換器12bの電力の入力元が制御電源30である場合には、制御電源30からファン32への電力供給を停止させる。これにより、制御電源30の電力負担の軽減を図ることができる。この場合、DC/AC変換器12bには、比較的小さい電力値の直流電力である第2直流電力が入力されるため、当該DC/AC変換器12bの温度上昇は比較的小さい。よって、ファン32への電力供給を停止することによる悪影響は小さい。
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 図4に示すように、ドライバ用電源31と切替リレー34とが接続されていてもよい。この場合、DC/AC変換器12bは、ドライバ用電源31を介して、制御電源30に接続されている。そして、DC/AC変換器12bは、ドライバ用電源31を介して、制御電源30から電力供給を受ける。つまり、DC/AC変換器12bに対して制御電源30から第2直流電力が入力されている場合(DC/AC変換器12bの電力の入力元が制御電源30である場合)とは、制御電源30とDC/AC変換器12bとが直接接続されている場合や、上記のようにドライバ用電源31を介して接続されている場合を含む。
○ 図4に示すように、ドライバ用電源31と切替リレー34とが接続されていてもよい。この場合、DC/AC変換器12bは、ドライバ用電源31を介して、制御電源30に接続されている。そして、DC/AC変換器12bは、ドライバ用電源31を介して、制御電源30から電力供給を受ける。つまり、DC/AC変換器12bに対して制御電源30から第2直流電力が入力されている場合(DC/AC変換器12bの電力の入力元が制御電源30である場合)とは、制御電源30とDC/AC変換器12bとが直接接続されている場合や、上記のようにドライバ用電源31を介して接続されている場合を含む。
なお、送電機器11は、DC/AC変換器12bのドライバ回路12bbに電力供給を行うドライバ用電源31とは別に、制御電源30から電力供給を受けるものであって他のドライバ回路に電力供給を行う他のドライバ用電源を備えていてもよい。この場合、上記他のドライバ用電源がDC/AC変換器12bに第2直流電力を出力する構成であってもよい。また、DC/AC変換器12bは、ドライバ用電源に限られず、所定の電子部品を介して制御電源30から電力供給を受けてもよい。
○ 制御電源30は、バッテリ等の蓄電装置であってもよい。
○ 制御電源30は、送電側コントローラ14に電力供給を行うものであったが、電力供給対象はこれに限られず、例えば送電機器11に設けられた別の電子部品を制御する制御コントローラに電力供給を行うものであってもよい。また、制御電源30が電力を供給する「制御部」の制御対象は任意である。
○ 制御電源30は、送電側コントローラ14に電力供給を行うものであったが、電力供給対象はこれに限られず、例えば送電機器11に設けられた別の電子部品を制御する制御コントローラに電力供給を行うものであってもよい。また、制御電源30が電力を供給する「制御部」の制御対象は任意である。
○ 制御電源30は、DC/AC変換器12bと接続されている場合には、送電側コントローラ14への電力供給を停止してもよい。この場合、送電機器11に別途バッテリやキャパシタ等の蓄電装置を搭載し、送電側コントローラ14は、制御電源30からの電力供給が停止中である場合には、上記蓄電装置の電力を用いて動作するとよい。
○ 実施形態では、送電側コントローラ14は、通常充電を行う前に伝送判定を行う構成であったが、これに限られず、上記伝送判定を省略してもよい。
○ 伝送判定で用いられる交流電力の電力値と、押し込み充電で用いられる交流電力の電力値とを異ならせてもよい。詳細には、例えば制御電源30は、DC/AC変換器12bに出力する直流電力の電力値を可変に構成されているとよい。そして、送電側コントローラ14は、伝送判定時には制御電源30からDC/AC変換器12bに向けて伝送判定用電力が出力されるように制御電源30に指示し、押し込み充電時には制御電源30からDC/AC変換器12bに向けて押し込み充電用電力が出力されるように制御電源30に指示するとよい。
○ 伝送判定で用いられる交流電力の電力値と、押し込み充電で用いられる交流電力の電力値とを異ならせてもよい。詳細には、例えば制御電源30は、DC/AC変換器12bに出力する直流電力の電力値を可変に構成されているとよい。そして、送電側コントローラ14は、伝送判定時には制御電源30からDC/AC変換器12bに向けて伝送判定用電力が出力されるように制御電源30に指示し、押し込み充電時には制御電源30からDC/AC変換器12bに向けて押し込み充電用電力が出力されるように制御電源30に指示するとよい。
○ 実施形態では、伝送判定及び押し込み充電の双方に制御電源30を用いたが、これに限られず、伝送判定及び押し込み充電のいずれか一方のみに制御電源30を用いて、他方にはAC/DC変換器12aを用いてもよい。
○ 第2交流電力の用途は、伝送判定や押し込み充電に限られず、任意である。
○ AC/DC変換器12aは、昇圧型に限られず、昇降圧型であってもよい。但し、交流電源12の小型化の観点に着目すれば、AC/DC変換器12aは昇圧型である方が好ましい。
○ AC/DC変換器12aは、昇圧型に限られず、昇降圧型であってもよい。但し、交流電源12の小型化の観点に着目すれば、AC/DC変換器12aは昇圧型である方が好ましい。
○ AC/DC変換器12aは、出力する直流電力の電力値を可変に構成されていたが、これに限られず、第1直流電力のみを出力する構成であってもよい。
○ 外部電力は、系統電力に限られず、任意である。例えば、外部電力は直流電力であってもよい。この場合、AC/DC変換器12aに代えて、DC/DCコンバータを設けるとよい。なお、本別例においては、DC/DCコンバータが第1変換部に対応する。
○ 外部電力は、系統電力に限られず、任意である。例えば、外部電力は直流電力であってもよい。この場合、AC/DC変換器12aに代えて、DC/DCコンバータを設けるとよい。なお、本別例においては、DC/DCコンバータが第1変換部に対応する。
○ AC/DC変換器12a及びDC/AC変換器12bを冷却する冷却部としてファン32を用いたが、これに限られず、冷却するものであれば任意である。例えば、冷却水を循環させるポンプなどであってもよい。
○ また、冷却対象は、DC/AC変換器12bのみであってもよい。要は、冷却対象は、少なくともDC/AC変換器12bを含んでいればよい。
○ DC/AC変換器12bと制御電源30とが接続されている場合には、制御電源30からファン32への電力供給が停止していたが、これに限られず、当該電力供給を継続してもよい。この場合、制御電源30は、使用電力(制御電源30の供給電力)が定格電力を超えないように、定格電力が十分に大きいもので構成されているとよい。
○ DC/AC変換器12bと制御電源30とが接続されている場合には、制御電源30からファン32への電力供給が停止していたが、これに限られず、当該電力供給を継続してもよい。この場合、制御電源30は、使用電力(制御電源30の供給電力)が定格電力を超えないように、定格電力が十分に大きいもので構成されているとよい。
○ 制御電源30と切替リレー34との間に、DC/AC変換器12bの第2スイッチング素子12baのスイッチングノイズを除去するフィルタ回路を設けてもよい。詳細には、フィルタ回路は、第2スイッチング素子12baのスイッチング周波数以上のノイズを除去するローパスフィルタ等で構成されているとよい。これにより、DC/AC変換器12bにて生じ得るノイズが制御電源30に伝搬されることを抑制でき、それを通じて制御電源30から各種電子部品(例えば送電側コントローラ14等)にノイズが伝搬されることを抑制できる。
○ 送電機器11は、DC/AC変換器12bと送電器13との間に設けられた1次側インピーダンス変換器を備えていてもよい。同様に、受電機器21は、受電器23と整流器24との間に設けられた2次側インピーダンス変換器を備えていてもよいし、整流器24と車両用バッテリ22との間に設けられたDC/DCコンバータを備えていてもよい。
○ 検知部25は、整流器24によって整流された直流電力を検知してもよい。
○ AC/DC変換器12a及びDC/AC変換器12bの具体的な構成は任意であり、各スイッチング素子12aa,12baの個数は1つでも複数でもよい。
○ AC/DC変換器12a及びDC/AC変換器12bの具体的な構成は任意であり、各スイッチング素子12aa,12baの個数は1つでも複数でもよい。
例えば、DC/AC変換器12bは、4つの第2スイッチング素子12baを有するブリッジ回路を備えていてもよい。この場合、DC/AC変換器12bは、4つの第2スイッチング素子12baの全てがON/OFFするフルブリッジモードで第1交流電力を出力し、4つの第2スイッチング素子12baのうち2つの第2スイッチング素子12baが交互にON/OFFするハーフブリッジモードで第2交流電力を出力するとよい。これにより、より好適に第2交流電力を出力できる。
○ 伝送判定の具体的な処理内容としては任意である。例えば、受電側コントローラ26は、第2交流電力の出力中である旨の通知を受けた後、受電器23によって交流電力が受電されていない場合には受電不可信号を送信してもよい。この場合、送電側コントローラ14は、受電不可信号を受信した場合には、所定期間を待つことなく異常対応処理を実行してもよい。
○ 充電制御処理の実行主体は、送電側コントローラ14に限られず任意であり、例えば受電側コントローラ26が実行してもよい。この場合、送電側コントローラ14は、上記充電制御処理に必要な情報を適宜受電側コントローラ26に送信するとよい。また、受電側コントローラ26は、必要に応じて送電側コントローラ14に対して各種指示を行い、送電側コントローラ14は、上記各種指示に従って、DC/AC変換器12bやAC/DC変換器12a等の制御を行うとよい。
○ 系統電源Eと制御電源30との間に絶縁トランスが設けられていてもよい。また、制御電源30とドライバ用電源31との間に絶縁トランスが設けられていてもよい。
○ 第2直流電力値P2は、最小電力値Pminよりも大きくてもよい。この場合、第2直流電力値P2が最小電力値Pminに近い場合には、AC/DC変換器12aからの出力電圧波形や出力電流波形に歪みが生じ得る。このため、第2直流電力値P2が最小電力値Pminよりも大きい場合であっても、第2直流電力の出力には制御電源30を用いた方が好ましい。
○ 第2直流電力値P2は、最小電力値Pminよりも大きくてもよい。この場合、第2直流電力値P2が最小電力値Pminに近い場合には、AC/DC変換器12aからの出力電圧波形や出力電流波形に歪みが生じ得る。このため、第2直流電力値P2が最小電力値Pminよりも大きい場合であっても、第2直流電力の出力には制御電源30を用いた方が好ましい。
○ 交流電源12は、電圧源に限られず、電力源や電流源であってもよい。
○ 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。
○ 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。
○ 送電器13と受電器23とは同一の構成であったが、これに限られず、異なる構成であってもよい。
○ 各コンデンサ13b,23b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。
○ 各コンデンサ13b,23b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。
○ 受電機器21の搭載対象は任意であり、例えばロボットや電動車いす等に搭載されてもよい。
○ 実施形態では、1次側コイル13aと1次側コンデンサ13bとは並列に接続されていたが、これに限られず、両者は直列に接続されていてもよい。同様に、2次側コイル23aと2次側コンデンサ23bとは、直列に接続されていてもよい。
○ 実施形態では、1次側コイル13aと1次側コンデンサ13bとは並列に接続されていたが、これに限られず、両者は直列に接続されていてもよい。同様に、2次側コイル23aと2次側コンデンサ23bとは、直列に接続されていてもよい。
○ 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。
○ 実施形態では、受電器23にて受電された交流電力は車両用バッテリ22の充電に用いられたが、これに限られず、例えば別の用途に用いてもよい。
○ 実施形態では、受電器23にて受電された交流電力は車両用バッテリ22の充電に用いられたが、これに限られず、例えば別の用途に用いてもよい。
○ 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次側結合コイルとを有してもよい。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次側結合コイルとを有してもよい。
次に、上記実施形態及び別例から把握できる好適な一例について以下に記載する。
(イ)前記第1変換部は、出力する直流電力の電力値を変更可能に構成されており、前記第1直流電力の電力値は、前記第1変換部が出力可能な最小電力値よりも大きく、前記第2直流電力の電力値は、前記最小電力値よりも小さい請求項1〜4のうちいずれか一項に記載の送電機器。
(イ)前記第1変換部は、出力する直流電力の電力値を変更可能に構成されており、前記第1直流電力の電力値は、前記第1変換部が出力可能な最小電力値よりも大きく、前記第2直流電力の電力値は、前記最小電力値よりも小さい請求項1〜4のうちいずれか一項に記載の送電機器。
(ロ)前記制御電源から電力供給を受けるものであって、前記送電機器に設けられたドライバ回路に対して電力供給を行うドライバ用電源を備え、前記制御電源は、前記ドライバ用電源を介して前記第2変換部に接続される請求項1〜4及び(イ)のうちいずれか一項に記載の送電機器。
(ハ)前記制御電源と前記切替部との間にはフィルタ回路が設けられている請求項1〜4、(イ)、(ロ)のうちいずれか一項に記載の送電機器。
10…非接触電力伝送装置、11…送電機器、12…交流電源、12a…AC/DC変換器(第1変換部)、12b…DC/AC変換器(第2変換部)、13a…1次側コイル、14…送電側コントローラ(制御部)、21…受電機器、22…車両用バッテリ、23a…2次側コイル、30…制御電源、31…ドライバ用電源、32…ファン、34…切替リレー。
Claims (5)
- 外部電力を第1直流電力に変換可能な第1変換部、及び、直流電力が入力された場合に当該直流電力を予め定められた周波数の交流電力に変換して出力する第2変換部を有する交流電源と、
前記交流電力が入力される1次側コイルと、
を備え、2次側コイルを有する受電機器の前記2次側コイルに対して非接触で前記交流電力を送電可能な送電機器であって、
当該送電機器に搭載された制御部に電力供給を行うものであって、前記第2変換部に対して前記第1直流電力よりも電力値が小さい第2直流電力を出力可能な制御電源と、
前記第2変換部の電力の入力元を、前記第1変換部又は前記制御電源に切り替える切替部と、
を備え、
前記第2変換部は、前記第1変換部から前記第1直流電力が入力されている場合には前記交流電力として第1交流電力を出力し、前記制御電源から前記第2直流電力が入力されている場合には前記交流電力として前記第1交流電力よりも電力値が小さい第2交流電力を出力することを特徴とする送電機器。 - 前記制御電源は、前記第2変換部の電力の入力元が前記制御電源となっている場合には、前記制御部への電力供給を行いつつ、前記第2変換部に前記第2直流電力を出力する請求項1に記載の送電機器。
- 前記第2変換部の電力の入力元が前記制御電源である場合に、前記1次側コイルから前記2次側コイルへの電力伝送が行われているか否かを判定する伝送判定が行われ、
前記伝送判定によって前記1次側コイルから前記2次側コイルへの電力伝送が行われていると判定された場合には、前記第2変換部の電力の入力元が前記制御電源から前記第1変換部に切り替わる請求項1又は請求項2に記載の送電機器。 - 前記制御電源からの電力供給に基づいて動作するものであって前記第2変換部を冷却する冷却部を備え、
前記第2変換部の電力の入力元が前記制御電源である場合には、前記制御電源から前記冷却部への電力供給は停止している請求項1〜3のうちいずれか一項に記載の送電機器。 - 外部電力を第1直流電力に変換可能な第1変換部、及び、直流電力が入力された場合に当該直流電力を予め定められた周波数の交流電力に変換して出力する第2変換部を有する交流電源と、
前記交流電力が入力される1次側コイルと、
前記1次側コイルに入力される前記交流電力を非接触で受電可能な2次側コイルと、
前記交流電源及び前記1次側コイルを有する送電機器に搭載された制御部に電力供給を行うものであって、前記第1直流電力よりも電力値が小さい第2直流電力を出力可能な制御電源と、
前記第2変換部の電力の入力元を、前記第1変換部又は前記制御電源に切り替える切替部と、
を備え、
前記第2変換部は、前記第1変換部から前記第1直流電力が入力されている場合には前記交流電力として第1交流電力を出力し、前記制御電源から前記第2直流電力が入力されている場合には前記交流電力として前記第1交流電力よりも電力値が小さい第2交流電力を出力することを特徴とする非接触電力伝送装置。
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