JP2015186392A - 送電機器及び非接触電力伝送装置 - Google Patents
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Abstract
Description
ここで、本発明者は、位相状態に応じて、DC/AC変換部における電力損失が異なることを見出した。詳細には、本発明者は、位相遅れの場合の方が、位相進みの場合と比較して、DC/AC変換部の電力損失が小さいことを見出した。そして、この知見に基づいて、比較的電力損失が小さい位相遅れである場合の閾値である遅れ閾値が、比較的電力損失が大きい位相進みの場合の閾値である進み閾値よりも大きく設定されている。これにより、位相状態に応じた交流電力の出力停止等を好適に行うことができ、それを通じてDC/AC変換部の異常を好適に抑制できる。
ここで、本発明者は、位相状態に応じて、DC/AC変換部における電力損失が異なることを見出した。詳細には、本発明者は、位相遅れの場合の方が、位相進みの場合と比較して、DC/AC変換部の電力損失が小さいことを見出した。そして、この知見に基づいて、比較的電力損失が小さい位相遅れである場合の閾値である遅れ閾値が、比較的電力損失が大きい位相進みの場合の閾値である進み閾値よりも大きく設定されている。これにより、位相状態に応じた交流電力の出力停止等を好適に行うことができ、それを通じてDC/AC変換部の異常を好適に抑制できる。
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。
詳細には、送電側コントローラ14は、交流電力の出力を開始させる場合には、AC/DC変換器12aに対して、直流電力の電力値に関する情報である電力値情報が含まれた出力指示信号を送信する。AC/DC変換器12aは、上記出力指示信号に基づいて、スイッチング素子12aaを、上記電力値情報に対応したデューティ比で周期的にON/OFFさせる。これにより、上記電力値情報の電力値の直流電力がAC/DC変換器12aから出力される。
送電側コントローラ14は、力率λが閾値力率λth以上である場合には、ステップS102を否定判定して、ステップS107に進む一方、力率λが閾値力率λthよりも低い場合には、ステップS103にて、位相状態が位相進みか否かを判定する。
ここで、DC/AC変換器12bが正常に動作可能な出力電力値Poutの上限値又は当該上限値に対して所定のマージン分だけ小さい値を許容電力値とする。図5(a)に示すように、許容電力値は、力率λに依存するパラメータであり、詳細には力率λが高くなるに従って大きくなる。この場合、進み閾値P1は、例えば位相状態が位相進みである状況下における許容電力値の最小値である。
また、送電側コントローラ14は、位相状態が位相遅れである場合、ステップS103を否定判定して、ステップS106に進む。ステップS106では、送電側コントローラ14は、出力電力値Poutが予め定められた遅れ閾値P2よりも大きいか否かを判定する。
図5(a)の1点鎖線で示すように、位相状態が位相進みである状況下では、力率λが閾値力率λthよりも低く、且つ、出力電力値Poutが進み閾値P1よりも大きい領域が、交流電力の出力が停止する第1停止領域A1である。
(1)直流電力を交流電力に変換するDC/AC変換器12bを有する交流電源12と、交流電力が入力される送電器13(1次側コイル13a)とを備えている送電機器11は、DC/AC変換器12bの出力電力値Poutと位相状態とに基づいて、交流電力の出力を停止させる送電側コントローラ14を備えている。詳細には、送電機器11は、出力電力値Poutを測定する出力電力値測定部31と、DC/AC変換器12bの出力電圧と出力電流との位相状態が、位相遅れか位相進みかを検出する位相状態検出部33とを備えている。送電側コントローラ14は、位相状態が位相進みである状況下では出力電力値Poutが進み閾値P1よりも大きい場合に交流電力の出力を停止させる一方、位相状態が位相遅れである状況下では出力電力値Poutが遅れ閾値P2よりも大きい場合に交流電力の出力を停止させる。この場合、遅れ閾値P2は進み閾値P1よりも大きく設定されている。これにより、不要な交流電力の出力停止を回避できる。
○ 位相状態検出部33は、DC/AC変換器12bの出力電圧(パルス信号)の立ち下がりタイミングにおける出力電流の瞬時値の正負で位相状態を検出してもよい。
○ 実施形態では、ステップS104及びステップS106の処理では、出力電力値Poutを用いたが、これに限られない。例えば、送電機器11は、出力電力値測定部31に代えて、DC/AC変換器12bの入力電力値を測定する入力電力値測定部を備えていてもよい。入力電力値測定部は、DC/AC変換器12bの入力電圧値及び入力電流値Iinを測定し、これらの値から入力電力値を算出し、その算出結果を送電側コントローラ14に送信する。送電側コントローラ14は、ステップS104等では、入力電力値が進み閾値P1等よりも大きいか否かを判定する。この場合であっても、上述した(1)等の効果を奏する。
○ 外部電力として所定の電力値の直流電力が入力されてもよい。この場合、AC/DC変換器12aを省略してもよいし、AC/DC変換器12aに代えてDC/DCコンバータを設けてもよい。この場合、DC/DCコンバータが変換部に対応する。
○ DC/AC変換器12bの具体的な構成は任意であり、例えばスイッチング素子を1つ有するE級増幅器であってもよいし、4つのスイッチング素子を有するブリッジ回路であってもよい。
○ 交流電力の出力を停止させる具体的な構成は任意であり、例えばAC/DC変換器12aの前段又は後段の電力伝送経路上にコンタクタを設け、送電側コントローラ14が当該コンタクタをON状態からOFF状態に切り替える構成でもよい。
○ 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。
○ 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。
○ 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、受電器23にて受電された交流電力は車両用バッテリの充電に用いられたが、これに限られず、別の用途に用いてもよい。
(イ)前記制御部は、前記位相状態が位相進みである場合には、前記測定値が前記進み閾値以下、又は、前記力率が前記閾値力率以上である場合に、電力値を変更することなく前記交流電源からの前記交流電力の出力を継続し、前記位相状態が位相遅れである場合には、前記測定値が前記遅れ閾値以下、又は、前記力率が前記閾値力率以上である場合に、電力値を変更することなく前記交流電源からの前記交流電力の出力を継続する請求項4に記載の送電機器。
Claims (7)
- 直流電力を予め定められた周波数の交流電力に変換するDC/AC変換部を有し、当該交流電力を出力する交流電源と、
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、
前記DC/AC変換部からの出力電圧と出力電流との位相状態が、前記出力電圧に対して前記出力電流が遅れている位相遅れであるか、前記出力電圧に対して前記出力電流が進んでいる位相進みであるかを検出する位相状態検出部と、
前記DC/AC変換部の入力電力値、入力電流値、出力電力値、又は出力電流値を測定する測定部と、
前記測定部の測定値が予め定められた閾値よりも大きい場合に、前記交流電源からの前記交流電力の出力を停止させる、又は、前記交流電力の電力値を小さくする制御部と、
を備え、
前記位相遅れである場合の前記閾値である遅れ閾値は、前記位相進みの場合の前記閾値である進み閾値よりも大きいことを特徴とする送電機器。 - 前記出力電圧と前記出力電流との位相差に関する物理量を検出する物理量検出部を備え、
前記制御部は、
前記測定値と、前記物理量検出部によって検出された前記物理量とに基づいて、前記交流電源からの前記交流電力の出力を停止させる、又は、前記交流電力の電力値を小さくする請求項1に記載の送電機器。 - 前記物理量検出部は、前記物理量として力率を検出するものであり、
前記制御部は、
前記位相状態が位相進みである場合には、前記測定値が前記進み閾値よりも大きく、且つ、前記力率が予め定められた閾値力率よりも低い場合に、前記交流電源からの前記交流電力の出力を停止させる、又は、前記交流電力の電力値を小さくし、
前記位相状態が位相遅れである場合には、前記測定値が前記遅れ閾値よりも大きく、且つ、前記力率が前記閾値力率よりも低い場合に、前記交流電源からの前記交流電力の出力を停止させる、又は、前記交流電力の電力値を小さくする請求項2に記載の送電機器。 - 前記遅れ閾値及び前記進み閾値は、前記力率に関わらず、一定値である請求項3に記載の送電機器。
- 前記制御部は、前記物理量に応じて、前記遅れ閾値及び前記進み閾値を可変させるものであり、
前記物理量が同一である場合において、前記遅れ閾値は前記進み閾値よりも大きい請求項2に記載の送電機器。 - 前記出力電圧は、パルス波形であり、
前記位相状態検出部は、前記出力電圧の立ち上がりタイミング又は立ち下がりタイミングにおける前記出力電流の瞬時値の正負に基づいて、前記位相状態が前記位相進みか前記位相遅れかを検出する請求項1〜5のうちいずれか一項に記載の送電機器。 - 直流電力を予め定められた周波数の交流電力に変換するDC/AC変換部を有し、当該交流電力を出力する交流電源と、
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DC/AC変換部からの出力電圧と出力電流との位相状態が、前記出力電圧に対して前記出力電流が遅れている位相遅れであるか、前記出力電圧に対して前記出力電流が進んでいる位相進みであるかを検出する位相状態検出部と、
前記DC/AC変換部の入力電力値、入力電流値、出力電力値、又は出力電流値を測定する測定部と、
前記測定部の測定値が予め定められた閾値よりも大きい場合に、前記交流電源からの前記交流電力の出力を停止させる、又は、前記交流電力の電力値を小さくする制御部と、
を備え、
前記位相遅れである場合の前記閾値である遅れ閾値は、前記位相進みの場合の前記閾値である進み閾値よりも大きいことを特徴とする非接触電力伝送装置。
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