JP2019176590A - Wireless power feeding system and position detection method of power feeding coupler of the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電界共鳴または磁界共鳴によってワイヤレスで電力伝送（給電）を行うワイヤレス給電システム、及びその給電カップラの位置検出方法に関するものである。 The present invention relates to a wireless power feeding system that performs wireless power transmission (power feeding) by electric field resonance or magnetic field resonance, and a position detection method for the power feeding coupler.
ワイヤレス（無線、非接触）で交流電力を伝送するワイヤレス電力伝送の一つに、電磁界共鳴（電界共鳴、磁界共鳴の総称）を用いたものがある。ワイヤレス電力伝送の方式としては、他に電磁誘導方式、電界結合方式等があるが、電磁界共鳴方式は電磁誘導方式より距離を離して電力伝送できる利点がある。特に電界共鳴方式は、薄型化、軽量化できるため、小型で小回りの必要なロボット等への適用が期待されている。また、金属異物の誘導加熱の影響がないため、このような異物がある工場内等でも安全に利用できる利点がある。 One type of wireless power transmission that transmits AC power wirelessly (radio, non-contact) uses electromagnetic field resonance (a general term for electric field resonance and magnetic field resonance). Other wireless power transmission methods include an electromagnetic induction method, an electric field coupling method, and the like. The electromagnetic resonance method has an advantage that power can be transmitted at a greater distance than the electromagnetic induction method. In particular, since the electric field resonance method can be reduced in thickness and weight, it is expected to be applied to a robot that is small and requires a small turn. Further, since there is no influence of induction heating of the metal foreign object, there is an advantage that it can be safely used even in a factory where such a foreign object exists.
ワイヤレス電力伝送システムは、交流電源から給電された交流電力を受電側に送電する送電用カップラと、送電用カップラから送電された交流電力を受電する受電用カップラとを有する。送電用カップラは、給電される交流電力の周波数で共振する送電用ＬＣ共振回路を備え、受電用カップラは、送電用ＬＣ共振回路から交流電力を受電する受電用ＬＣ共振回路を備えており、これらのＬＣ共振回路のキャパシタ（電極等）間が電界共鳴又は磁界共鳴することによって、ＬＣ共振する周波数成分の交流電力をワイヤレスで伝送することができる。 The wireless power transmission system includes a power transmission coupler that transmits AC power fed from an AC power source to a power receiving side, and a power reception coupler that receives AC power transmitted from the power transmission coupler. The power transmission coupler includes a power transmission LC resonance circuit that resonates at the frequency of the supplied AC power, and the power reception coupler includes a power reception LC resonance circuit that receives AC power from the power transmission LC resonance circuit. By alternating electric field resonance or magnetic field resonance between capacitors (electrodes, etc.) of the LC resonance circuit, it is possible to wirelessly transmit AC power of a frequency component that causes LC resonance.
ワイヤレス電力伝送システムには、その伝送効率が最大となる送電用カップラと受電用カップラの位置関係が存在する。この位置がずれると伝送効率が低下する他、漏れ電界や漏れ磁束が大きくなって他の機器の誤動作を誘発したり、人体に影響を及ぼす恐れもある。 In a wireless power transmission system, there is a positional relationship between a power transmission coupler and a power reception coupler that maximize the transmission efficiency. If the position is shifted, the transmission efficiency is lowered, and the leakage electric field and the leakage magnetic flux are increased, which may cause malfunction of other devices and may affect the human body.
このため、給電カップラの位置検出方法、及びそれを実現するワイヤレス給電システムが種々提案されている。例えば、特許文献１には、充電装置（送電用カップラ）に対する走行ロボット（受電用カップラ）の位置を検出するため、走行ロボットの左右に距離検出センサを設け、各センサと充電装置との距離、及び各距離の差を検出する走行装置充電システムが開示されている。 For this reason, various methods for detecting the position of the power supply coupler and wireless power supply systems that realize the method have been proposed. For example, in Patent Document 1, in order to detect the position of the traveling robot (power receiving coupler) with respect to the charging device (power transmission coupler), distance detection sensors are provided on the left and right of the traveling robot, and the distance between each sensor and the charging device, And the traveling device charging system which detects the difference of each distance is disclosed.
また、特許文献２には、駐車設備の車止め本体、移動ガイド部、及び給電装置の給電部の各所に位置センサを備えることによって、給電部（送電用カップラ）に対する車両の受電部（受電用カップラ）の位置を検出する移動体システムが開示されている。 Further, in Patent Document 2, a vehicle power receiving unit (power receiving coupler) for a power feeding unit (power transmission coupler) is provided by providing position sensors at various locations of a car stopping body, a moving guide unit of a parking facility, and a power feeding unit of a power feeding device. ) Has been disclosed.
しかしながら、位置検出に用いられる上記センサは、電磁界共鳴型カップラに用いられる電磁界の強度が大きいことから、漏れ磁束、漏れ電界等の影響を受けて誤動作してしまう懸念がある。また、上記センサによって位置検出精度を高めるには、センサの数を増大する必要があり、高精度の位置検出を実現しようすると製造コストが増大してしまうのが実情である。 However, since the above-mentioned sensor used for position detection has a high electromagnetic field strength used for the electromagnetic resonance coupler, there is a concern that it may malfunction due to the influence of leakage magnetic flux, leakage electric field, and the like. Further, in order to increase the position detection accuracy by the above-described sensor, it is necessary to increase the number of sensors, and it is a fact that manufacturing cost increases if high-accuracy position detection is realized.
本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、給電カップラの電気的情報によって、給電カップラの位置を検出できるワイヤレス給電システムを提供することを目的とする。 SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is that it provides a wireless power feeding system capable of detecting the position of a power feeding coupler based on electrical information of the power feeding coupler.
上記した目的を達成するために、本発明に係るワイヤレス給電システムは、送電用カップラから受電用カップラにワイヤレスで電力伝送する電界共鳴又は磁界共鳴型の給電カップラと、前記送電用カップラ又は前記受電用カップラの少なくとも一方の電気的情報を測定する検出部と、前記検出部の測定結果に基づき、前記送電用カップラと前記受電用カップラとの相対位置又は相対角度の少なくとも一方を推定する推定部と、を備え、前記電気的情報は、前記送電用カップラと前記受電用カップラとの前記相対位置又は前記相対角度の変化に対して極値を有することを特徴とする。 In order to achieve the above object, a wireless power feeding system according to the present invention includes an electric field resonance or magnetic field resonance type power feeding coupler that wirelessly transmits power from a power transmission coupler to a power receiving coupler, and the power transmission coupler or the power receiving coupler. A detection unit that measures electrical information of at least one of the couplers, and an estimation unit that estimates at least one of a relative position or a relative angle between the power transmission coupler and the power reception coupler based on a measurement result of the detection unit; The electrical information has an extreme value with respect to a change in the relative position or the relative angle between the power transmission coupler and the power reception coupler.
また、本発明に係るワイヤレス給電システムの他の態様は、前記検出部により測定した測定結果を記憶する記憶部をさらに備えることを特徴とする。 In addition, another aspect of the wireless power feeding system according to the present invention further includes a storage unit that stores the measurement result measured by the detection unit.
また、本発明に係るワイヤレス給電システムの他の態様は、前記電気的情報が前記送電用カップラ側のコモンモード電流又は不要放射の少なくとも一方を含むことを特徴とする。 Another aspect of the wireless power feeding system according to the present invention is characterized in that the electrical information includes at least one of a common mode current or unnecessary radiation on the power transmission coupler side.
また、本発明に係るワイヤレス給電システムの他の態様は、前記電気的情報が前記受電用カップラ側のコモンモード電流又は不要放射の少なくとも一方を含むことを特徴とする。 Another aspect of the wireless power feeding system according to the present invention is characterized in that the electrical information includes at least one of a common mode current and unnecessary radiation on the power receiving coupler side.
また、本発明に係るワイヤレス給電システムの他の態様は、前記推定部が、前記検出部で測定された複数の電気的情報の測定結果に基づき、前記送電用カップラと前記受電用カップラとの相対位置又は相対角度の少なくとも一方を推定することを特徴とする。 In another aspect of the wireless power feeding system according to the present invention, the estimation unit is configured to determine a relative relationship between the power transmission coupler and the power reception coupler based on a plurality of electrical information measurement results measured by the detection unit. It is characterized in that at least one of the position and the relative angle is estimated.
また、本発明に係るワイヤレス給電システムの他の態様は、前記給電カップラが電界共鳴型カップラであることを特徴とする。 Another aspect of the wireless power feeding system according to the present invention is characterized in that the power feeding coupler is an electric field resonance type coupler.
また、上記した目的を達成するために、本発明に係るワイヤレス給電システムの給電カップラの位置検出方法は、送電用カップラから受電用カップラにワイヤレスで電力伝送する電界共鳴又は磁界共鳴型の給電カップラを備えたワイヤレス給電システムに用いられる前記給電カップラの位置検出方法であって、前記送電用カップラ又は前記受電用カップラの少なくとも一方の電気的情報を取得する取得ステップと、前記取得ステップにより取得されたデータと、比較対象となる参照データとの差分を算出する計算ステップと、前記算出した差分に基づき、前記送電用カップラと前記受電用カップラとの相対位置又は相対角度の少なくとも一方を推定する推定ステップと、を有し、前記電気的情報は、前記送電用カップラと前記受電用カップラとの前記相対位置又は前記相対角度の変化に対して極値を有することを特徴とする。 In order to achieve the above-described object, the method of detecting the position of the power supply coupler of the wireless power supply system according to the present invention includes an electric field resonance or magnetic field resonance type power supply coupler that wirelessly transmits power from the power transmission coupler to the power reception coupler. A method for detecting a position of the power supply coupler used in the wireless power supply system provided, an acquisition step of acquiring electrical information of at least one of the power transmission coupler or the power reception coupler, and data acquired by the acquisition step A calculation step for calculating a difference with reference data to be compared, and an estimation step for estimating at least one of a relative position or a relative angle between the power transmission coupler and the power reception coupler based on the calculated difference. The electrical information includes the power transmission coupler and the power reception coupler. Characterized in that it has an extreme value with respect to the relative position or change in the relative angle.
また、本発明に係るワイヤレス給電システムの給電カップラの位置検出方法の他の態様は、前記参照データは、前記取得ステップにより予め取得された事前取得データを含むことを特徴とする。 In another aspect of the method for detecting the position of the power supply coupler of the wireless power supply system according to the present invention, the reference data includes pre-acquired data acquired in advance by the acquiring step.
また、本発明に係るワイヤレス給電システムの給電カップラの位置検出方法の他の態様は、前記電気的情報が複数あり、前記推定ステップは、前記電気的情報ごとに、前記計算ステップの算出結果と所定の閾値を比較して前記送電用カップラと前記受電用カップラとの相対位置又は相対角度の候補となるエリア候補を選択し、そのエリア候補の組合せに基づいて、前記送電用カップラと前記受電用カップラとの相対位置又は相対角度の少なくとも一方を推定することを特徴とする。 In another aspect of the method of detecting the position of the power supply coupler of the wireless power supply system according to the present invention, the electrical information includes a plurality of electrical information, and the estimation step includes a predetermined result and a calculation result of the calculation step for each electrical information. Are selected as candidates for the relative position or relative angle between the power transmission coupler and the power reception coupler, and based on the combination of area candidates, the power transmission coupler and the power reception coupler are selected. It is characterized in that at least one of a relative position or a relative angle with respect to is estimated.
また、本発明に係るワイヤレス給電システムの給電カップラの位置検出方法の他の態様は、前記電気的情報が前記送電用カップラ側のコモンモード電流又は不要放射の少なくとも一方を含むことを特徴とする。 In another aspect of the method for detecting the position of the power supply coupler of the wireless power supply system according to the present invention, the electrical information includes at least one of a common mode current and unnecessary radiation on the power transmission coupler side.
また、本発明に係るワイヤレス給電システムの給電カップラの位置検出方法の他の態様は、前記電気的情報は前記受電用カップラ側のコモンモード電流又は不要放射の少なくとも一方を含むことを特徴とする。 In another aspect of the method of detecting the position of the power supply coupler of the wireless power supply system according to the present invention, the electrical information includes at least one of a common mode current and unnecessary radiation on the power receiving coupler side.
また、本発明に係るワイヤレス給電システムの給電カップラの位置検出方法の他の態様は、前記給電カップラが電界共鳴型カップラであることを特徴とする。 In another aspect of the method for detecting the position of the power supply coupler of the wireless power supply system according to the present invention, the power supply coupler is an electric field resonance type coupler.
また、本発明に係るワイヤレス給電システムの給電カップラの位置検出方法の他の態様は、前記送電用カップラが、第１の電極と、前記第１の電極と並列して配される第２の電極とを備え、前記受電用カップラが、第３の電極と、前記第３の電極と並列して配される第４の電極とを備え、前記第１および第２の電極が前記第３および第４の電極とそれぞれ対向して配置されることで、前記送電用カップラから前記受電用カップラに電界共鳴により電力が伝送されることを特徴とする。 According to another aspect of the method of detecting the position of the power feeding coupler of the wireless power feeding system according to the present invention, the power transmission coupler includes a first electrode and a second electrode arranged in parallel with the first electrode. The power receiving coupler includes a third electrode and a fourth electrode arranged in parallel with the third electrode, and the first and second electrodes are the third and second electrodes. The power is transmitted from the power transmission coupler to the power reception coupler by electric field resonance by being arranged to face each of the four electrodes.
本発明によれば、本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、給電カップラの電気的情報によって、給電カップラの位置を検出できるワイヤレス給電システムを提供することを目的とする。 According to the present invention, the present invention has been made to solve such a problem, and an object thereof is to provide a wireless power feeding system capable of detecting the position of the power feeding coupler based on the electrical information of the power feeding coupler. .
以下、本発明の好ましい実施の形態におけるワイヤレス給電システム、及び、その給電カップラの位置検出方法について、図面を参照して詳細に説明する。なお、同一機能を有する各構成部については、図示及び説明簡略化のため、同一符号を付して示す。 Hereinafter, a wireless power feeding system and a method for detecting the position of the power feeding coupler according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, about each structural part which has the same function, the same code | symbol is attached | subjected and shown for simplification of illustration and description.
まず、図１を用いて、本発明に係るワイヤレス給電システムの一実施形態の全体構成を示す。本実施形態に係るワイヤレス給電システム５０は、送電装置（交流電源）１０から受電装置２０（車両の充電電池等の負荷）にワイヤレス電力伝送（給電）を行う給電カップラ５００を有し、給電カップラ５００は、送電装置１０から給電された交流電力を受電側に送電する送電用（一次側）カップラ５１０と、送電用カップラ５１０から送電された交流電力を受電する受電用（二次側）カップラ５２０とを備える。送電用カップラ５１０は第１ケーブル１１で送電装置１０に接続され、受電用カップラ５２０は第２ケーブル２１で受電装置２０に接続されている。 First, the overall configuration of an embodiment of a wireless power feeding system according to the present invention will be described with reference to FIG. A wireless power feeding system 50 according to the present embodiment includes a power feeding coupler 500 that performs wireless power transmission (power feeding) from a power transmitting device (AC power supply) 10 to a power receiving device 20 (a load such as a rechargeable battery of a vehicle). Are a power transmission (primary side) coupler 510 that transmits AC power fed from the power transmission device 10 to the power receiving side, and a power receiving (secondary side) coupler 520 that receives AC power transmitted from the power transmission coupler 510. Is provided. The power transmission coupler 510 is connected to the power transmission device 10 by the first cable 11, and the power reception coupler 520 is connected to the power reception device 20 by the second cable 21.
ワイヤレス給電システム５０は、送電用カップラ５１０又は受電用カップラ５２０の少なくとも一方の電気的情報を測定する検出部５４０と、検出部５４０の測定結果に基づき、送電用カップラ５１０と受電用カップラ５２０の相対位置又は相対角度のうち少なくとも一方を推定する推定部５６０とを備える。推定部５６０は、データ収集、演算も行う。さらに通信機能を備えていてもよく、例えばＭＰＵ等で実現できる。 The wireless power feeding system 50 includes a detection unit 540 that measures electrical information of at least one of the power transmission coupler 510 and the power reception coupler 520, and a relative relationship between the power transmission coupler 510 and the power reception coupler 520 based on the measurement result of the detection unit 540. An estimation unit 560 that estimates at least one of the position and the relative angle. The estimation unit 560 also performs data collection and calculation. Further, a communication function may be provided, and can be realized by, for example, an MPU.
また、ワイヤレス給電システム５０は、検出部５４０の測定結果を記憶する記憶部５８０をさらに備えることが好ましい。これによって、予め測定した事前データを記憶部５８０に保存し、その事前データを推定部５６０に入力することによって、推定部５６０の推定精度をより高めることができる。記憶部５８０には、例えば汎用のメモリや記憶装置等を用いることができる。 In addition, the wireless power feeding system 50 preferably further includes a storage unit 580 that stores the measurement result of the detection unit 540. Thereby, the preliminarily measured pre-data is stored in the storage unit 580, and the pre-data is input to the estimation unit 560, whereby the estimation accuracy of the estimation unit 560 can be further improved. For the storage unit 580, for example, a general-purpose memory or a storage device can be used.
本実施形態において、検出部５４０は、送電側検出部５４１と受電側検出部５４２を具備し、それぞれが送電用カップラ５１０の電気的情報（入力電圧、入力電流、コモンモード電流）、受電用カップラ５２０の電気的情報（出力電圧、出力電流、コモンモード電流）を測定するが、これらの全て測定する必要はなく、少なくとも一方のカップラにおいて、複数の電気的情報を検出できればよい。また、電気的情報の種類は、括弧内で示したものに限られず、例えば、不要放射等であっても良い。 In the present embodiment, the detection unit 540 includes a power transmission side detection unit 541 and a power reception side detection unit 542, each of which includes electrical information (input voltage, input current, common mode current) of the power transmission coupler 510, and a power reception coupler. 520 electrical information (output voltage, output current, common mode current) is measured, but it is not necessary to measure all of them, and it is sufficient that at least one coupler can detect a plurality of electrical information. Also, the type of electrical information is not limited to that shown in parentheses, and may be unnecessary radiation, for example.
なお、コモンモード電流は、地面等を介し第１、第２ケーブルに流れる不要電流である。すなわち、電気的情報には、給電カップラ５００に接続された第１、第２ケーブル等の電気的情報も含まれるものとする。 The common mode current is an unnecessary current that flows through the first and second cables via the ground and the like. In other words, the electrical information includes electrical information of the first and second cables connected to the power supply coupler 500.
後述するように、推定部５６０の推定精度をより高めるためには、この電気的情報として、送電用カップラ５１０と前記受電用カップラとの相対位置又は相対角度の変化に対して極値を有するものを用いることが好ましい。例えば、コモンモード電流、不要放射が挙げられる。 As will be described later, in order to further improve the estimation accuracy of the estimation unit 560, this electrical information has an extreme value with respect to a change in relative position or relative angle between the power transmission coupler 510 and the power reception coupler. Is preferably used. For example, common mode current and unwanted radiation can be mentioned.
本実施形態に係る給電カップラ５００は、電界共鳴又は磁界共鳴型であり、図２に電界共鳴型カップラ１００の実施例を、図３に磁界共鳴型カップラ２００の実施例をそれぞれ示す。
図２は、電界共鳴型カップラ１００の送電方向に沿った断面図である。電界共鳴型カップラ１００は、送電用カップラ１１０と受電用カップラ１２０とを有し、送電用カップラ１１０には第１ケーブル１１が、受電用カップラ１２０には第２ケーブル２１が接続されている。
The power supply coupler 500 according to this embodiment is an electric field resonance or magnetic field resonance type. FIG. 2 shows an example of the electric field resonance type coupler 100, and FIG. 3 shows an example of the magnetic field resonance type coupler 200.
FIG. 2 is a cross-sectional view of the electric field resonance coupler 100 along the power transmission direction. The electric field resonance coupler 100 includes a power transmission coupler 110 and a power reception coupler 120, and the first cable 11 is connected to the power transmission coupler 110, and the second cable 21 is connected to the power reception coupler 120.
電界共鳴型カップラ１００の送電用カップラ１１０は、送電用ＬＣ共振回路として、２つの送電用電極（第１電極１１１と第２電極１１２）と２つの共振コイル（第１共振コイル１１３と第２共振コイル１１４）とを備える。第１電極１１１の第２電極１１２に近接する側の長辺とこれに対向する第２電極１１２の長辺とを所定の間隔を設けて略平行に配置することで、第１電極１１１、第２電極１１２はキャパシタを形成している。第１共振コイル１１３、第２共振コイル１１４は、それぞれの一端が第１電極１１１、第２電極１１２の端部にそれぞれ接続されている。これらの二つの送電用電極１１１、１１２と２つの共振コイル１１３、１１４が共振回路（送電用ＬＣ共振回路）を形成している。送電用ＬＣ共振回路の共振周波数は、給電される交流電力の周波数と略一致するように設計されている。 The power transmission coupler 110 of the electric field resonance coupler 100 includes two power transmission electrodes (first electrode 111 and second electrode 112) and two resonance coils (first resonance coil 113 and second resonance) as an LC resonance circuit for power transmission. A coil 114). By arranging the long side of the first electrode 111 close to the second electrode 112 and the long side of the second electrode 112 facing the first electrode 111 substantially parallel to each other at a predetermined interval, the first electrode 111, The two electrodes 112 form a capacitor. One end of each of the first resonance coil 113 and the second resonance coil 114 is connected to each end of the first electrode 111 and the second electrode 112. The two power transmission electrodes 111 and 112 and the two resonance coils 113 and 114 form a resonance circuit (power transmission LC resonance circuit). The resonance frequency of the LC resonance circuit for power transmission is designed so as to substantially match the frequency of the AC power supplied.
同様に受電用カップラ１２０も、２つの受電用電極１２１、１２２（第３電極と第４電極）と２つの共振コイル（第３共振コイルと第４共振コイル）１２３、１２４とを備える。第３電極１２１と第４電極１２２の対向する２つの長辺を所定の間隔を設けて略平行に配置することで、第３電極１２１、第４電極１２２はキャパシタを形成している。そして、第３共振コイル１２３、第４共振コイル１２４のそれぞれの一端が第３電極１２１、第４電極１２２の端部にそれぞれ接続されて共振回路（受電用ＬＣ共振回路）を形成している。受電用ＬＣ共振回路の共振周波数は、受電する交流電力の周波数と略一致するように設計されている。すなわち、受電用ＬＣ共振回路の共振周波数は、上記した送電用ＬＣ共振回路の共振周波数と略一致する。 Similarly, the power receiving coupler 120 also includes two power receiving electrodes 121 and 122 (third electrode and fourth electrode) and two resonance coils (third resonance coil and fourth resonance coil) 123 and 124. By arranging two opposing long sides of the third electrode 121 and the fourth electrode 122 substantially parallel to each other with a predetermined interval, the third electrode 121 and the fourth electrode 122 form a capacitor. Then, one end of each of the third resonance coil 123 and the fourth resonance coil 124 is connected to each end of the third electrode 121 and the fourth electrode 122 to form a resonance circuit (power-receiving LC resonance circuit). The resonance frequency of the power receiving LC resonance circuit is designed to substantially match the frequency of the AC power to be received. That is, the resonance frequency of the power receiving LC resonance circuit substantially matches the resonance frequency of the above-described power transmission LC resonance circuit.
電界共鳴型カップラ１００は、送電用電極１１１、１１２と、受電用電極１２１、１２２とを対向配置することによって、送電用ＬＣ共振回路と受電用ＬＣ共振回路との間で電界共鳴させる。すなわち、送電用電極１１１と１１２、受電用電極１２１と１２２とをそれぞれ所定の間隔を設けて対向配置させ、送電用ＬＣ共振回路に所定周波数の交流電力を供給すると、送電用電極１１１、１１２と受電用電極１２１、１２２との間で電界共鳴が生じて、送電用カップラ１１０から受電用カップラ１２０に電力が供給される。 The electric field resonance coupler 100 causes electric field resonance between the power transmission LC resonance circuit and the power reception LC resonance circuit by arranging the power transmission electrodes 111 and 112 and the power reception electrodes 121 and 122 to face each other. That is, when the power transmission electrodes 111 and 112 and the power reception electrodes 121 and 122 are arranged to face each other with a predetermined interval, and AC power having a predetermined frequency is supplied to the power transmission LC resonance circuit, the power transmission electrodes 111 and 112 Electric field resonance occurs between the power receiving electrodes 121 and 122, and power is supplied from the power transmitting coupler 110 to the power receiving coupler 120.
また、送電用ＬＣ共振回路、受電用ＬＣ共振回路はそれぞれ、外部への不要放射波をシールドする効果のある送電（一次）側シールドケース１１５、受電（二次）側シールドケース１２５内に収納されている。これらのシールドケース１１５（１２５）は、一部が開放されており、この開放部に電極１１１（１２１）、１１２（１２２）が配置され、開放部を介して、送電用カップラ１１０の電極１１１（１１２）と、受電用カップラ１２０の電極１２１（１２２）が電界共鳴する。送電用カップラ１１０と受電用カップラ１２０は、開放部及び電極が対向するように所定の間隔をおいて配置される。 In addition, the power transmission LC resonance circuit and the power reception LC resonance circuit are housed in a power transmission (primary) side shield case 115 and a power reception (secondary) side shield case 125, respectively, which have an effect of shielding unnecessary radiation waves to the outside. ing. These shield cases 115 (125) are partially opened, and the electrodes 111 (121) and 112 (122) are disposed in the open portions, and the electrodes 111 ( 112) and the electrode 121 (122) of the power receiving coupler 120 undergo electric field resonance. The power transmission coupler 110 and the power reception coupler 120 are arranged at a predetermined interval so that the open portion and the electrode face each other.
第１、第２ケーブル１１、２１には、例えば平行２線ケーブルや同軸ケーブルを用いることができる。本実施形態において、第１ケーブル１１の外導体は送電側シールドケース１１５及び接地電位（ＧＮＤ）と導通している。 For the first and second cables 11 and 21, for example, a parallel two-wire cable or a coaxial cable can be used. In the present embodiment, the outer conductor of the first cable 11 is electrically connected to the power transmission side shield case 115 and the ground potential (GND).
図３は、磁界共鳴型カップラ２００の送電方向に沿った断面図である。磁界共鳴型カップラ２００は、送電用カップラ２１０と受電用カップラ２２０とを有し、送電用カップラ１１０には第１ケーブル１１が、受電用カップラ１２０には第２ケーブル２１が接続されている。 FIG. 3 is a cross-sectional view of the magnetic field resonance coupler 200 along the power transmission direction. The magnetic resonance coupler 200 includes a power transmission coupler 210 and a power reception coupler 220, and the first cable 11 is connected to the power transmission coupler 110 and the second cable 21 is connected to the power reception coupler 120.
磁界共鳴型カップラ２００は、図３に示すように、上記した電界共鳴型カップラ１００と比較して、電極とコイルの位置関係が逆になっており、送電側の共振コイル１１３と、受電側の共振コイル１２３とを対向配置することによって、送電用ＬＣ共振回路と受電用ＬＣ共振回路との間で磁界共鳴を発生させる点が異なる。すなわち、これらのコイルをそれぞれ所定の間隔を設けて対向配置させ、送電用ＬＣ共振回路に所定周波数の交流電力を供給すると、送電側の共振コイル１１３と、受電側の共振コイル１２３との間で磁界共鳴が生じて、送電用カップラ２１０から受電用カップラ２２０に電力が供給される。 As shown in FIG. 3, the magnetic field resonance type coupler 200 has a reversed positional relationship between the electrode and the coil as compared with the electric field resonance type coupler 100 described above. By disposing the resonance coil 123 so as to face each other, a magnetic resonance is generated between the LC resonance circuit for power transmission and the LC resonance circuit for power reception. That is, when these coils are arranged opposite to each other with a predetermined interval and AC power having a predetermined frequency is supplied to the LC resonance circuit for power transmission, between the resonance coil 113 on the power transmission side and the resonance coil 123 on the power reception side. Magnetic field resonance occurs, and power is supplied from the power transmission coupler 210 to the power reception coupler 220.
このように電界共鳴型カップラ１００と磁界共鳴型カップラ２００は、類似の構成を有していることから、以下においては主として電界共鳴型カップラ１００について説明するが、磁界共鳴型カップラ２００についても同様に適用可能である。 Thus, since the electric field resonance coupler 100 and the magnetic field resonance coupler 200 have similar configurations, the electric field resonance coupler 100 will be mainly described below. However, the magnetic field resonance coupler 200 is similarly described. Applicable.
次に、図４を参照して、給電カップラ５００として電界共鳴型カップラ１００を例に、送電用カップラ１１０と受電用カップラ１２０の位置関係について説明する。図示するように、位置関係は、ｘ（Shift）方向、ｙ（Gap）方向、θ（角度）方向の三つで規定される。
上記したように電界共鳴型カップラ１００は電界共鳴を用いることから、送電用の電極が近距離で略平行に対向することが望ましく、この位置関係がずれると、伝送効率が低下する他、漏れ電界や漏れ磁束が大きくなって他の機器の誤動作を誘発したり、人体に影響を及ぼす恐れがある。
Next, the positional relationship between the power transmission coupler 110 and the power reception coupler 120 will be described using the electric field resonance coupler 100 as an example of the power supply coupler 500 with reference to FIG. As shown in the figure, the positional relationship is defined by three: an x (Shift) direction, a y (Gap) direction, and a θ (angle) direction.
As described above, since the electric field resonance coupler 100 uses electric field resonance, it is desirable that the electrodes for power transmission face each other at a short distance in a substantially parallel manner. Otherwise, the leakage flux may increase, causing malfunctions of other devices, and affecting the human body.
この位置関係のずれについて図５を参照して説明する。図５は、電界共鳴型カップラ１００の上面図であり、（Ａ）はｘ方向及びｙ方向の位置ずれを、（Ｂ）は角度方向の回転ずれを示す。図５（Ａ）のように、位置ずれは、ｙ方向の対向距離Gapと、ｘ方向の中心間距離Shiftによって表せる。また、図５（Ｂ）のように、回転ずれは、送電用カップラ１１０に対して受電用カップラ１２０の対向面を時計回りに回転させた角度を＋θ、反時計回りに回転させた角度を−θと定義する。なお、図４及び図５（Ｂ）に示すように、＋θ方向、−θの回転軸は異なっているが、このように定義することで、いずれの方向であっても角度の絶対値が大きいほど回転ずれが大きい状態を指し示せる。 This positional deviation will be described with reference to FIG. 5A and 5B are top views of the electric field resonance coupler 100, in which FIG. 5A shows a positional deviation in the x direction and the y direction, and FIG. 5B shows a rotational deviation in the angular direction. As shown in FIG. 5A, the positional deviation can be expressed by the opposing distance Gap in the y direction and the center distance Shift in the x direction. Further, as shown in FIG. 5B, the rotational deviation is the angle obtained by rotating the opposed surface of the power receiving coupler 120 clockwise with respect to the power transmitting coupler 110 by + θ, and by rotating the counterclockwise by −θ. It is defined as θ. As shown in FIGS. 4 and 5B, the rotation axes of + θ direction and −θ are different, but by defining in this way, the absolute value of the angle is large in any direction. It can indicate a state where the rotational deviation is large.
以下、ワイヤレス給電システム５０によって、給電カップラ５００の位置を推定する具体的な処理方法について各実施形態を用いて説明する。
（第１実施形態）
図６は、本発明の第１実施形態に係る給電カップラ５００の位置検出方法において、給電カップラ５００の位置候補情報を取得する処理を示すフローチャートである。
Hereinafter, a specific processing method for estimating the position of the power supply coupler 500 by the wireless power supply system 50 will be described using each embodiment.
(First embodiment)
FIG. 6 is a flowchart illustrating a process of acquiring position candidate information of the power supply coupler 500 in the position detection method of the power supply coupler 500 according to the first embodiment of the present invention.
ワイヤレス給電システム５０は、まず、検出部５４０が給電カップラ５００の電気的情報Ｄdetを複数の測定点において測定する（ステップＳ１）。その際、図５（Ａ）に示すように、中心間距離Shift、対向距離Gapを明確にした状態で、前者をｍ＝１…ｍまで、後者をｎ＝１…ｎまで、任意の測定点だけ順次変化させ、図７（Ａ）のような各地点の電気的情報Ｄdetの参照データ（マッピングデータ）Ｄmap(m,n)を作成する。この参照データは、予め取得され、記憶部５８０に記憶されていることが好ましい。 In the wireless power feeding system 50, first, the detection unit 540 measures the electrical information Ddet of the power feeding coupler 500 at a plurality of measurement points (step S1). At that time, as shown in FIG. 5A, in the state where the center distance Shift and the opposing distance Gap are clarified, the former is up to m = 1... M and the latter is up to n = 1. The reference data (mapping data) Dmap (m, n) of the electrical information Ddet at each point as shown in FIG. This reference data is preferably acquired in advance and stored in the storage unit 580.
そして、次に、位置検出時（中心間距離Shift、対向距離Gapが不明確な状態）における電気的情報Ｄdetを取得し、取得データＤdetと上記した参照データＤmap(m,n)との差分ΔＤ(m,n)の絶対値を算出する（ステップＳ２）。そして、算出された差分ΔＤ(m,n)と所定の閾値を比較し（ステップＳ３）、差分ΔＤ(m,n)が閾値より小さい場合（ステップＳ３、Ｙｅｓ）には位置候補情報として１を出力し、その情報を記憶部５８０に保存する（ステップＳ４）。差分ΔＤ(m,n)が閾値より小さくない場合（ステップＳ３、Ｎｏ）には、次の測定点の参照データＤmap(m',n')との比較へと進む（ステップＳ６）。このような参照データとの差分計算（ステップＳ２）と比較（ステップＳ３）を参照データの数だけ繰り返し、全参照データについて処理したら位置候補情報の取得は終了となる。 Next, electrical information Ddet at the time of position detection (a state in which the center distance Shift and the facing distance Gap are unclear) is acquired, and the difference ΔD between the acquired data Ddet and the reference data Dmap (m, n) described above is acquired. The absolute value of (m, n) is calculated (step S2). Then, the calculated difference ΔD (m, n) is compared with a predetermined threshold (step S3), and if the difference ΔD (m, n) is smaller than the threshold (step S3, Yes), 1 is set as position candidate information. The information is output and stored in the storage unit 580 (step S4). If the difference ΔD (m, n) is not smaller than the threshold (No at Step S3), the process proceeds to comparison with the reference data Dmap (m ′, n ′) at the next measurement point (Step S6). When the difference calculation (step S2) and comparison (step S3) with the reference data is repeated for the number of reference data and processing is performed for all the reference data, the acquisition of the position candidate information is completed.
図７（Ｂ）に、このようにして出力された電界共鳴型カップラ１００の位置候補情報の例を示す。位置候補情報がステップＳ３において１と出力されない場合は、全て０と表すこととしたが、ステップＳ３においてＮｏの場合には０を出力するようにしても良い。また、所定の閾値を複数設定したり、電気的情報Ｄdetの種類によって重みづけを変えることによって、０、１の２値でなく、０、１、２等、３値以上で位置候補情報を表しても良い。 FIG. 7B shows an example of position candidate information of the electric field resonance coupler 100 output in this way. When the position candidate information is not output as 1 in step S3, all are expressed as 0. However, when the result is No in step S3, 0 may be output. In addition, by setting a plurality of predetermined threshold values or changing the weight according to the type of electrical information Ddet, position candidate information is represented by three or more values such as 0, 1, 2, etc. instead of binary values of 0, 1. May be.
図９（Ａ）に電界共鳴型カップラ１００における複数の電気的情報（送電側の入力電圧Volt、送電側のコモンモード電流Com１、受電側のコモンモード電流Com2、受電側の出力電力Precv）の測定結果の例と、図９（Ｂ）に各電気的情報ごとに取得した位置候補情報を示す。 FIG. 9A shows measurement of a plurality of pieces of electrical information (input voltage Volt on the transmission side, common mode current Com1 on the transmission side, common mode current Com2 on the reception side, and output power Precv on the reception side) in the electric field resonance coupler 100. An example of the result and position candidate information acquired for each electrical information are shown in FIG.
次に、図９（Ｂ）に示す位置候補情報を用いて、給電カップラ５００の位置を推定する処理を、図８のフローチャートを参照して説明する。各電気的情報ごとに取得した位置候補情報を統合（マージ）すると（ステップＳ１１）、位置候補情報が最大となる位置（ｍ,ｎ）を選択できる（ステップＳ１２）。 Next, a process of estimating the position of the power supply coupler 500 using the position candidate information shown in FIG. 9B will be described with reference to the flowchart of FIG. When the position candidate information acquired for each electrical information is integrated (merged) (step S11), the position (m, n) where the position candidate information is maximized can be selected (step S12).
図９（Ｃ）は、図９（Ｂ）の複数の位置候補情報を、各位置（ｍ,ｎ）ごとに積算した結果を示す。位置候補情報の最大値は４であり、その位置は（ｍ,ｎ）＝（２,４）であることがわかる。これによって、送電用カップラ１１０に対する受電用カップラ１２０の位置が中心間距離Shift＝１６ｃｍ、対向距離Gap＝８ｃｍにあることが推定できる。なお、マージ方法は積算に限られず、乗算等を適宜用いることができる。 FIG. 9C shows the result of integrating the plurality of position candidate information in FIG. 9B for each position (m, n). It can be seen that the maximum value of the position candidate information is 4, and the position is (m, n) = (2,4). Accordingly, it can be estimated that the position of the power receiving coupler 120 with respect to the power transmitting coupler 110 is at the center distance Shift = 16 cm and the facing distance Gap = 8 cm. The merge method is not limited to integration, and multiplication or the like can be used as appropriate.
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係る給電カップラ５００の位置検出方法について説明する。図１０は、ワイヤレス給電システム５０において、給電カップラ５００のエリア候補情報を取得し、複数のエリア候補情報から給電カップラ５００の位置を推定する処理を示すフローチャートである。
(Second Embodiment)
Next, a position detection method for the power supply coupler 500 according to the second embodiment of the present invention will be described. FIG. 10 is a flowchart illustrating a process of acquiring area candidate information of the power supply coupler 500 and estimating the position of the power supply coupler 500 from the plurality of area candidate information in the wireless power supply system 50.
ワイヤレス給電システム５０は、まず、検出部５４０が給電カップラ５００の第１の電気的情報Ｄdetを複数の測定点において測定する（ステップＳ２１）。取得方法は、第１実施形態のステップＳ１と同様であり、参照データ（マッピングデータ）Ｄmap(m,n)を作成する。この参照データは、予め取得され、記憶部５８０に記憶されていることが好ましい。 In the wireless power supply system 50, first, the detection unit 540 measures the first electrical information Ddet of the power supply coupler 500 at a plurality of measurement points (step S21). The acquisition method is the same as step S1 of the first embodiment, and creates reference data (mapping data) Dmap (m, n). This reference data is preferably acquired in advance and stored in the storage unit 580.
図１１（Ａ）に、参照データＤmap(m,n)の例として、電界共鳴型カップラ１００における第１の電気的情報（送電側の入力電圧Volt）を示す。図示するように、これらの参照データＤmap(m,n)を、所定の閾値によってに予めエリア分けする。第１の電気的情報は、エリアＡ１〜Ａ３の３つにエリア分けされている。 FIG. 11A shows first electrical information (input voltage Volt on the power transmission side) in the electric field resonance coupler 100 as an example of the reference data Dmap (m, n). As shown in the figure, these reference data Dmap (m, n) are divided into areas in advance according to a predetermined threshold value. The first electrical information is divided into three areas A1 to A3.
そして、位置推定時（中心間距離Shift、対向距離Gapが不明確な状態）における電気的情報Ｄdetを取得し、第１の電気的情報について、取得データＤdetと上記エリア分けに用いた閾値を比較する（ステップＳ２２）。次に、エリアＡ１〜Ａ３の中から該当する第１の候補エリアＡｘを選択する（ステップＳ２３）。 Then, electrical information Ddet at the time of position estimation (in the state where the distance between the centers is shifted and the facing distance Gap is unclear) is acquired, and for the first electrical information, the acquired data Ddet is compared with the threshold value used for the area division. (Step S22). Next, the corresponding first candidate area Ax is selected from the areas A1 to A3 (step S23).
第２の電気的情報（送電側のコモンモード電流Com１）についても、第１の電気的情報のステップＳ２１〜Ｓ２３と同様の処理を行う（ステップＳ２４〜Ｓ２６）。そして、ステップＳ２３で得られた第１の候補エリアＡｘと、ステップＳ２６で得られた第２の候補エリアＢｘとを組み合わせ（重ね合せ）、両エリアＡｘとＢｘが一致したエリアから給電カップラ５００の位置を推定する（ステップＳ２７）。 For the second electrical information (common mode current Com1 on the power transmission side), the same processing as steps S21 to S23 of the first electrical information is performed (steps S24 to S26). Then, the first candidate area Ax obtained in step S23 and the second candidate area Bx obtained in step S26 are combined (overlapped), and the power supply coupler 500 starts from the area where both areas Ax and Bx coincide. The position is estimated (step S27).
図１１（Ｂ）に示すように、第１の電気的情報はエリアＡ２に該当し、第２の電気的情報はエリアＢ５に該当するため、Ａ２とＢ５の組合せにより、送電用カップラ１１０に対する受電用カップラ１２０の位置が中心間距離Shift＝２４ｃｍ、対向距離Gap＝６〜７ｃｍにあることが推定できる。 As shown in FIG. 11B, since the first electrical information corresponds to area A2 and the second electrical information corresponds to area B5, power reception to power transmission coupler 110 is achieved by a combination of A2 and B5. It can be estimated that the position of the coupler 120 is at the center distance Shift = 24 cm and the facing distance Gap = 6-7 cm.
さらに、図１２に示すように電気的情報の数を増やすと、候補エリアの組合せにより一致するエリアが狭まるため、より推定の精度を高めることが出来る。第３の電気的情報は受電側のコモンモード電流Com2、第４の電気的情報は受電側の出力電力Precvである。 Furthermore, when the number of electrical information is increased as shown in FIG. 12, the matching area is narrowed by the combination of candidate areas, so that the estimation accuracy can be further increased. The third electrical information is the common mode current Com2 on the power receiving side, and the fourth electrical information is the output power Precv on the power receiving side.
なお、上記した実施形態においては、電界共鳴型カップラ１００に回転ずれがない（θ＝０°）として、位置関係を示す変数（ｘ,ｙ）のみを推定する例を示したが、θが不明な場合には、（ｘ,ｙ,θ）の３変数として上記した給電カップラの位置検出方法を適用すれば良い。また、３変数のうち２変数が明らかである場合には、不明な１変数のみを適用すれば良い。 In the above-described embodiment, an example in which only the variable (x, y) indicating the positional relationship is estimated on the assumption that the electric field resonance coupler 100 has no rotational deviation (θ = 0 °) has been described, but θ is unknown. In this case, the above-described feed coupler position detection method may be applied as three variables (x, y, θ). If two of the three variables are clear, only one unknown variable may be applied.
次に、位置関係（ｘ,ｙ,θ）の変化に対して極値を有する電気的情報を用いて、給電カップラ５００の位置を推定する方法について説明する。まず、このような電気的情報について図１３〜１４に示すコモンモード電流のデータを例に説明する。 Next, a method for estimating the position of the power supply coupler 500 using electrical information having extreme values with respect to changes in the positional relationship (x, y, θ) will be described. First, such electrical information will be described with reference to the common mode current data shown in FIGS.
図１３は、電界共鳴型カップラ１００において、送電用カップラ１１０と受電用カップラ１２０とのｘ（Shift）方向の位置変化に対するコモンモード電流の変化を示すグラフである。具体的には、図５（Ａ）のように送電用カップラ１１０を固定し、受電用カップラ１２０の位置をｘ方向に移動させ、各測定点で、送電用カップラ１１０に接続された第1ケーブル１１の外導体に流れる電流（コモンモード電流）を測定したデータである。なお、電界共鳴型カップラ１００は図２に示すようにｘ方向に対して対称であって、＋ｘ方向、−ｘ方向の変化に対して対称な変化を示すと言えるため、−ｘ方向のデータは、＋ｘ方向のデータを用いた。
なお、θ（角度）方向は、θ＝０°で一定である。
FIG. 13 is a graph showing changes in common mode current with respect to changes in position in the x (Shift) direction between the power transmission coupler 110 and the power reception coupler 120 in the electric field resonance coupler 100. Specifically, as shown in FIG. 5A, the power transmission coupler 110 is fixed, the position of the power reception coupler 120 is moved in the x direction, and the first cable connected to the power transmission coupler 110 at each measurement point. 11 shows data obtained by measuring a current (common mode current) flowing through 11 outer conductors. Note that the electric field resonance coupler 100 is symmetric with respect to the x direction as shown in FIG. 2 and shows a change symmetric with respect to changes in the + x direction and the −x direction. , + X direction data was used.
The θ (angle) direction is constant at θ = 0 °.
図１３から明らかなように、中心間距離Shiftの絶対値が大きくなる（位置ずれが大きくなる）と全体傾向としてコモンモード電流は増大する。コモンモード電流は中心間距離Shift ＝０ｃｍの位置ずれがない時が最小であり、中心間距離の変化に対して極値を有するとも言える。 As is clear from FIG. 13, as the absolute value of the center-to-center distance Shift increases (positional deviation increases), the common mode current increases as a whole. The common mode current is minimum when there is no positional shift of the center distance Shift = 0 cm, and it can be said that the common mode current has an extreme value with respect to the change of the center distance.
また、図１４は、電界共鳴型カップラ１００において、送電用カップラ１１０と受電用カップラ１２０との±θ（角度）方向の位置変化に対するコモンモード電流の変化を示すグラフである。具体的には、図５（Ｂ）のように送電用カップラ１１０を固定し、受電用カップラ１２０の対向面を回転させて、各測定点で、送電用カップラ１１０に接続された第1ケーブル１１の外導体に流れる電流（コモンモード電流）を測定したデータである。
なお、ｘ（Shift）方向は０ｃｍ、ｙ（Gap）方向は７ｃｍで一定である。
FIG. 14 is a graph showing a change in common mode current with respect to a change in position in the ± θ (angle) direction of the power transmission coupler 110 and the power reception coupler 120 in the electric field resonance coupler 100. Specifically, as shown in FIG. 5B, the power transmission coupler 110 is fixed, the opposing surface of the power reception coupler 120 is rotated, and the first cable 11 connected to the power transmission coupler 110 at each measurement point. It is the data which measured the electric current (common mode electric current) which flows into an outer conductor.
The x (Shift) direction is constant at 0 cm, and the y (Gap) direction is constant at 7 cm.
図１４から明らかなように、角度θの絶対値が大きくなる（回転ずれが大きくなる）とコモンモード電流は増大する。コモンモード電流は角度θ ＝０°の回転ずれがない時が最小であって、角度の変化に対して極値を有すると言える。 As is apparent from FIG. 14, the common mode current increases as the absolute value of the angle θ increases (rotational deviation increases). The common mode current is minimal when there is no rotational deviation of an angle θ = 0 °, and can be said to have an extreme value with respect to a change in angle.
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態として、図１３のコモンモード電流のように、位置の変化に対して極値を有する電気的情報を用いた給電カップラ５００の位置検出方法について説明する。
図１５は、中心間距離Shiftに対して極値を有する電気的情報を用いて、給電カップラ５００の位置を検出する処理を示すフローチャートである。対向距離Gap及び角度θは既知であり、中心間距離Shiftを検出する流れを示す。
(Third embodiment)
Next, as a third embodiment of the present invention, a method for detecting the position of the power supply coupler 500 using electrical information having an extreme value with respect to a change in position as in the common mode current of FIG. 13 will be described.
FIG. 15 is a flowchart illustrating a process of detecting the position of the power supply coupler 500 using electrical information having an extreme value with respect to the center distance Shift. The facing distance Gap and the angle θ are known, and the flow for detecting the center distance Shift is shown.
ワイヤレス給電システム５０は、まず、第１、第２実施形態同様に、検出部５４０が電気的情報Ｄdetを複数の測定点において測定し、その測定値を参照データＤmとする。図１６（Ａ）は参照データＤmの一例であって、図１３に示したコモンモード電流（角度θ＝０°）の対向距離Gap＝７ｃｍにおけるデータを参照データＤmとして抽出したものである。 In the wireless power feeding system 50, first, as in the first and second embodiments, the detection unit 540 measures the electrical information Ddet at a plurality of measurement points, and uses the measured values as reference data Dm. FIG. 16A shows an example of the reference data Dm, which is obtained by extracting the data at the facing distance Gap = 7 cm of the common mode current (angle θ = 0 °) shown in FIG. 13 as the reference data Dm.
次に、中心間距離Shiftが不明確な状態で、検出部５４０が電気的情報Ｄdet-beforeを現在（移動前）の中心間距離Shiftにおいて測定する（ステップＳ３１）。この取得データＤdet-beforeと各中心間距離Shiftの参照データＤmとの差分ΔＤ１を算出し（ステップＳ３２）、ΔＤ１が最小値となる中心間距離Shiftの候補を選出する（ステップＳ３３）。この際、データの対称性からｘ（Shift）方向において、＋ｘ方向、−ｘ方向の２点の位置候補が選出される。 Next, in a state where the center distance Shift is unclear, the detection unit 540 measures the electrical information Ddet-before at the current center distance Shift (before movement) (step S31). A difference ΔD1 between the acquired data Ddet-before and the reference data Dm of each center distance Shift is calculated (step S32), and a candidate for the center distance Shift at which ΔD1 is the minimum value is selected (step S33). At this time, position candidates of two points in the + x direction and the −x direction in the x (Shift) direction are selected from the symmetry of the data.
その後、受電用カップラ５２０をｘ方向へΔｘだけ移動させて（ステップＳ３４）、移動後の中心間距離Shiftにおいて電気的情報Ｄdet-afterを測定する（ステップＳ３５）。そして、移動前後の電気的情報の差分ΔＤ２＝(Ｄdet-before)−(Ｄdet-after)を算出する（ステップＳ３６）。図１６（Ｂ）は、図１３に示したコモンモード電流の対向距離Gap＝７ｃｍにおけるグラフ上で、Δｘ、ΔＤ２を視覚的に説明する図である。 Thereafter, the power receiving coupler 520 is moved by Δx in the x direction (step S34), and the electrical information Ddet-after is measured at the center-to-center distance Shift after the movement (step S35). Then, the difference ΔD2 = (Ddet-before) − (Ddet-after) between the electrical information before and after the movement is calculated (step S36). FIG. 16B is a diagram for visually explaining Δx and ΔD2 on the graph of the common mode current facing distance Gap = 7 cm shown in FIG.
次に、差分ΔＤ２を０と比較し（ステップＳ３７）、０より大きい場合（ステップＳ３７、Ｙｅｓ）には、ステップＳ３３において選出された２点の位置候補のうち＋ｘ方向の位置情報を選択する（ステップＳ３８）。それ以外の場合（ステップＳ３７、Ｎｏ）には、逆に−ｘ方向の位置情報を選択する（ステップＳ３９）。このようにして、送電用カップラ１１０に対する受電用カップラ１２０の位置が推定される。 Next, the difference ΔD2 is compared with 0 (step S37), and if it is greater than 0 (step S37, Yes), position information in the + x direction is selected from the two position candidates selected in step S33 ( Step S38). In other cases (step S37, No), conversely, position information in the -x direction is selected (step S39). In this way, the position of the power receiving coupler 120 with respect to the power transmitting coupler 110 is estimated.
（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態として、図１４のコモンモード電流のように、角度の変化に対して極値を有する電気的情報を用いた給電カップラ５００の位置検出方法について説明する。
図１７は、角度θに対して極値を有する電気的情報を用いて、給電カップラ５００の位置を検出する処理を示すフローチャートである。中心間距離Shift及び対向距離Gapは既知であり、角度θを検出する流れを示す。
(Fourth embodiment)
Next, as a fourth embodiment of the present invention, a method for detecting the position of the feed coupler 500 using electrical information having an extreme value with respect to a change in angle as in the common mode current of FIG. 14 will be described.
FIG. 17 is a flowchart showing a process of detecting the position of the power supply coupler 500 using electrical information having an extreme value with respect to the angle θ. The center-to-center distance Shift and the facing distance Gap are known and indicate a flow for detecting the angle θ.
図１７のフローチャートのステップＳ４１からＳ４９で示すように、第４実施形態は、第３実施形態と比較して検出変数が角度θである点が異なるが、それ以外は同様である。図１８（Ａ）は、第４実施形態で用いられる参照データＤmの一例であって、図１４に示したコモンモード電流におけるデータを抽出したものである。図１８（Ｂ）は、図１４に示したコモンモード電流のグラフ上で、Δθ、ΔＤ２を視覚的に説明する図である。 As shown in steps S41 to S49 in the flowchart of FIG. 17, the fourth embodiment is different from the third embodiment in that the detection variable is the angle θ, but is otherwise the same. FIG. 18A is an example of the reference data Dm used in the fourth embodiment, and is obtained by extracting data in the common mode current shown in FIG. FIG. 18B is a diagram for visually explaining Δθ and ΔD2 on the graph of the common mode current shown in FIG.
（第５実施形態）
次に、本発明の第５実施形態として、図１３のコモンモード電流のように、位置の変化に対して極値を有する電気的情報を用いた給電カップラ５００の位置調整方法について説明する。
図１９は、中心間距離Shiftに対して極値を有する電気的情報を用いて、給電カップラ５００の位置を調整する処理を示すフローチャートである。対向距離Gap及び角度θは既知であり、中心間距離Shiftを調整する流れを示す。
(Fifth embodiment)
Next, as a fifth embodiment of the present invention, a method for adjusting the position of the power supply coupler 500 using electrical information having an extreme value with respect to a change in position as in the common mode current of FIG. 13 will be described.
FIG. 19 is a flowchart showing a process of adjusting the position of the power supply coupler 500 using electrical information having an extreme value with respect to the center distance Shift. The facing distance Gap and the angle θ are known, and the flow for adjusting the center distance Shift is shown.
ワイヤレス給電システム５０は、まず、中心間距離Shiftが不明確な状態で、検出部５４０が電気的情報Ｄdet-beforeを現在（移動前）の中心間距離Shiftにおいて測定する（ステップＳ５１）。次に、受電用カップラ５２０をｘ方向へΔｘだけ移動させて（ステップＳ５２）、移動後の中心間距離Shiftにおいて電気的情報Ｄdet-afterを測定する（ステップＳ５３）。そして、移動前後の電気的情報の差分ΔＤ＝(Ｄdet-before)−(Ｄdet-after)を算出する（ステップＳ５４）。 In the wireless power feeding system 50, first, the detection unit 540 measures the electrical information Ddet-before at the current center distance Shift (before movement) in a state where the center distance Shift is unclear (step S51). Next, the power receiving coupler 520 is moved by Δx in the x direction (step S52), and the electrical information Ddet-after is measured at the center-to-center distance Shift after the movement (step S53). Then, the difference ΔD = (Ddet-before) − (Ddet-after) between the electrical information before and after the movement is calculated (step S54).
算出された差分ΔＤの絶対値と所定の閾値を比較し（ステップＳ５５）、閾値より小さい場合（ステップＳ５５、Ｙｅｓ）には、前記閾値に対応する位置（ｘ（Shift）＝０±５ｃｍ）になったとして中心間距離Shiftの調整処理を終了する。逆に、小さくない場合（ステップＳ５５、Ｎｏ）には、差分ΔＤの正負を判定する（ステップＳ５６）。差分ΔＤが負の場合（ステップＳ５６、Ｙｅｓ）には移動方向を反転させた後に（ステップＳ５７）、それ以外の場合（ステップＳ５７、Ｎｏ）にはそのまま、ステップＳ５１に戻って繰り返す。 The absolute value of the calculated difference ΔD is compared with a predetermined threshold value (step S55). If it is smaller than the threshold value (step S55, Yes), the position corresponding to the threshold value (x (Shift) = 0 ± 5 cm) is compared. As a result, the adjustment processing of the center distance Shift is terminated. On the contrary, when it is not small (step S55, No), the sign of the difference ΔD is determined (step S56). If the difference ΔD is negative (step S56, Yes), the direction of movement is reversed (step S57), and otherwise (step S57, No), the process returns to step S51 and repeats.
（第６実施形態）
次に、本発明の第６実施形態として、図１４のコモンモード電流のように、角度の変化に対して極値を有する電気的情報を用いた給電カップラ５００の位置調整方法について説明する。
図２０は、角度θに対して極値を有する電気的情報を用いて、給電カップラ５００の位置を調整する処理を示すフローチャートである。対向距離Gap及び中心間距離Shiftは既知であり、角度θを調整する流れを示す。
(Sixth embodiment)
Next, as a sixth embodiment of the present invention, a method for adjusting the position of the feed coupler 500 using electrical information having an extreme value with respect to a change in angle as in the common mode current of FIG. 14 will be described.
FIG. 20 is a flowchart illustrating a process of adjusting the position of the power supply coupler 500 using electrical information having an extreme value with respect to the angle θ. The facing distance Gap and the center-to-center distance Shift are known and indicate a flow for adjusting the angle θ.
図２０のフローチャートのステップＳ６１からＳ６７で示すように、第６実施形態は、第５実施形態と比較して調整変数が角度θである点が異なるが、それ以外は同様である。 As shown in steps S61 to S67 in the flowchart of FIG. 20, the sixth embodiment is different from the fifth embodiment in that the adjustment variable is the angle θ, but is otherwise the same.
このように極値を有する電気的情報を用いて第５、第６実施形態の位置調整方法を実現することができる。尚、この様に極値を有する電気的情報を検出対象とすると、予め取得した参照データを用いなくとも、相対的な電気的情報の変化に基づいて適切な位置（極値となる位置）に調整することが可能となる。
上記においては、それぞれ中心間距離Shift、角度θを検出、調整する実施例を示したが、第１から第６実施形態を適宜組み合わせてもよい。より多くの変数に対応することができるようになり、より検出、調整精度を高められる。
As described above, the position adjustment methods of the fifth and sixth embodiments can be realized using electrical information having extreme values. In addition, when electrical information having an extreme value is set as a detection target in this way, an appropriate position (a position where the extreme value is reached) based on a change in relative electrical information without using reference data acquired in advance. It becomes possible to adjust.
In the above, the example in which the center distance Shift and the angle θ are detected and adjusted has been described, but the first to sixth embodiments may be appropriately combined. More variables can be handled, and detection and adjustment accuracy can be improved.
尚、電界共鳴による電力伝送においては相対するカップラの回転によって給電状態の影響を受けやすいため、電界共鳴による電力伝送においては送受電用カップラ間の角度θに対して極値を有する電気的情報を用いることが好ましい。またこの場合の回転軸はｘ（Shift）方向、ｙ（Gap）方向、ならびにｘ（Shift）方向およびｙ（Gap）方向に垂直なｚ方向の３つの回転軸全てとしても良いし、所定の一方向（例えばｚ方向）を回転軸とした回転角度に対して極値を有する電気的情報を用いてもよい。 In power transmission by electric field resonance, it is easy to be affected by the feeding state due to the rotation of the opposite coupler. It is preferable to use it. The rotation axes in this case may be all three rotation axes in the x (Shift) direction, the y (Gap) direction, and the z direction perpendicular to the x (Shift) direction and the y (Gap) direction. You may use the electrical information which has an extreme value with respect to the rotation angle which made the direction (for example, z direction) a rotating shaft.
本発明によれば、給電カップラ５００の電気的情報によって、センサを用いずに位置を検出可能であるが、さらに検出精度を向上する目的等で、センサと併用してもよい。 According to the present invention, the position can be detected without using the sensor based on the electrical information of the power supply coupler 500. However, the position may be used in combination with the sensor for the purpose of further improving the detection accuracy.
なお、各実施形態の細部構成及び詳細な動作等に関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、送電用ＬＣ共振回路、受電用ＬＣ共振回路には、通常共振回路として使用される種々様々な回路を適用することができる。 The detailed configuration and detailed operation of each embodiment can be changed as appropriate without departing from the spirit of the present invention. For example, various circuits that are normally used as resonance circuits can be applied to the LC resonance circuit for power transmission and the LC resonance circuit for power reception.
１０ 送電装置
１１ 第１ケーブル
２０ 受電装置
２１ 第２ケーブル
５０ ワイヤレス給電システム
１００ 電界共鳴型カップラ
１１０、２１０、５１０ 送電用カップラ
１２０、２２０、５２０ 受電用カップラ
１１１、１１２、１２１、１２２ 電極
５００ 給電カップラ
５４０ 検出部
５６０ 推定部
５８０ 記憶部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Power transmission apparatus 11 1st cable 20 Power receiving apparatus 21 2nd cable 50 Wireless electric power feeding system 100 Electric field resonance type coupler 110,210,510 Power transmission coupler 120,220,520 Power receiving coupler 111,112,121,122 Electrode 500 Power supply coupler 540 detection unit 560 estimation unit 580 storage unit
Claims (14)
前記送電用カップラ又は前記受電用カップラの少なくとも一方の電気的情報を測定する検出部と、
前記検出部の測定結果に基づき、前記送電用カップラと前記受電用カップラとの相対位置又は相対角度の少なくとも一方を推定する推定部と、を備え、
前記電気的情報は、前記送電用カップラと前記受電用カップラとの前記相対位置又は前記相対角度の変化に対して極値を有する
ことを特徴とするワイヤレス給電システム。 An electric field resonance or magnetic field resonance type power supply coupler that wirelessly transmits power from a power transmission coupler to a power reception coupler;
A detector that measures electrical information of at least one of the power transmission coupler or the power reception coupler;
An estimation unit that estimates at least one of a relative position or a relative angle between the power transmission coupler and the power reception coupler based on the measurement result of the detection unit;
The wireless information feeding system according to claim 1, wherein the electrical information has an extreme value with respect to a change in the relative position or the relative angle between the power transmission coupler and the power reception coupler.
ことを特徴とする請求項１に記載のワイヤレス給電システム。 The wireless power feeding system according to claim 1, further comprising a storage unit that stores a measurement result measured by the detection unit.
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のワイヤレス給電システム。 The wireless power feeding system according to claim 1, wherein the electrical information includes at least one of a common mode current and unnecessary radiation on the power transmission coupler side.
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のワイヤレス給電システム
。 The wireless power feeding system according to any one of claims 1 to 3, wherein the electrical information includes at least one of a common mode current and unnecessary radiation on the power receiving coupler side.
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のワイヤレス給電システム。 The estimation unit estimates at least one of a relative position or a relative angle between the power transmission coupler and the power reception coupler based on measurement results of a plurality of electrical information measured by the detection unit. The wireless power feeding system according to any one of claims 1 to 4.
ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のワイヤレス給電システム。 The wireless power feeding system according to any one of claims 1 to 5, wherein the power feeding coupler is an electric field resonance type coupler.
前記受電用カップラは、第３の電極と、前記第３の電極と並列して配される第４の電極とを備え、
前記第１および第２の電極が前記第３および第４の電極とそれぞれ対向して配置されることで、前記送電用カップラから前記受電用カップラに電界共鳴により電力が伝送される、
ことを特徴とする請求項６に記載のワイヤレス給電システム。 The power transmission coupler includes a first electrode and a second electrode arranged in parallel with the first electrode,
The power receiving coupler includes a third electrode and a fourth electrode arranged in parallel with the third electrode,
The first and second electrodes are arranged to face the third and fourth electrodes, respectively, so that electric power is transmitted from the power transmission coupler to the power reception coupler by electric field resonance.
The wireless power feeding system according to claim 6.
前記送電用カップラ又は前記受電用カップラの少なくとも一方の電気的情報を取得する取得ステップと、
前記取得ステップにより取得されたデータと、比較対象となる参照データとの差分を算出する計算ステップと、
前記算出した差分に基づき、前記送電用カップラと前記受電用カップラとの相対位置又は相対角度の少なくとも一方を推定する推定ステップと、を有し、
前記電気的情報は、前記送電用カップラと前記受電用カップラとの前記相対位置又は前記相対角度の変化に対して極値を有する
ことを特徴とするワイヤレス給電システムの給電カップラの位置検出方法。 A method for detecting a position of the power supply coupler used in a wireless power supply system including an electric field resonance or magnetic field resonance type power supply coupler that wirelessly transmits power from a power transmission coupler to a power reception coupler,
An acquisition step of acquiring electrical information of at least one of the power transmission coupler or the power reception coupler;
A calculation step for calculating a difference between the data acquired in the acquisition step and reference data to be compared;
An estimation step of estimating at least one of a relative position or a relative angle between the power transmission coupler and the power reception coupler based on the calculated difference, and
The electric information has an extreme value with respect to a change in the relative position or the relative angle between the power transmission coupler and the power reception coupler.
ことを特徴とする請求項８に記載のワイヤレス給電システムの給電カップラの位置検出方法。 The position detection method for the power feeding coupler of the wireless power feeding system according to claim 8, wherein the reference data includes pre-acquired data acquired in advance by the acquiring step.
前記推定ステップは、
前記電気的情報ごとに、前記計算ステップの算出結果と所定の閾値を比較して前記送電用カップラと前記受電用カップラとの相対位置又は相対角度の候補となるエリア候補を選択し、そのエリア候補の組合せに基づいて、前記送電用カップラと前記受電用カップラとの相対位置又は相対角度の少なくとも一方を推定する
ことを特徴とする請求項８又は９に記載のワイヤレス給電システムの給電カップラの位置検出方法。 There are a plurality of the electrical information,
The estimation step includes
For each electrical information, the calculation result of the calculation step is compared with a predetermined threshold value to select an area candidate that is a candidate for a relative position or a relative angle between the power transmission coupler and the power reception coupler, and the area candidate The position detection of the power supply coupler of the wireless power supply system according to claim 8 or 9, wherein at least one of a relative position or a relative angle between the power transmission coupler and the power reception coupler is estimated based on the combination of Method.
ことを特徴とする請求項８から１０のいずれか１項に記載のワイヤレス給電システムの給電カップラの位置検出方法。 The method for detecting a position of a power feeding coupler of a wireless power feeding system according to any one of claims 8 to 10, wherein the electrical information includes at least one of a common mode current or unwanted radiation on the power transmission coupler side. .
ことを特徴とする請求項８から１１のいずれか１項に記載のワイヤレス給電システムの給電カップラの位置検出方法。 The position detection method of the feed coupler of the wireless feed system according to any one of claims 8 to 11, wherein the electrical information includes at least one of a common mode current or unnecessary radiation on the power receiving coupler side. .
ことを特徴とする請求項８から１２のいずれか１項に記載のワイヤレス給電システムの給電カップラの位置検出方法。 The position detection method of the feed coupler of the wireless feed system according to any one of claims 8 to 12, wherein the feed coupler is an electric field resonance type coupler.
前記受電用カップラは、第３の電極と、前記第３の電極と並列して配される第４の電極とを備え、
前記第１および第２の電極が前記第３および第４の電極とそれぞれ対向して配置されることで、前記送電用カップラから前記受電用カップラに電界共鳴により電力が伝送される、
ことを特徴とする請求項１３に記載のワイヤレス給電システムの給電カップラの位置検出方法。 The power transmission coupler includes a first electrode and a second electrode arranged in parallel with the first electrode,
The power receiving coupler includes a third electrode and a fourth electrode arranged in parallel with the third electrode,
The first and second electrodes are arranged to face the third and fourth electrodes, respectively, so that electric power is transmitted from the power transmission coupler to the power reception coupler by electric field resonance.
The position detection method of the electric power feeding coupler of the wireless electric power feeding system of Claim 13 characterized by the above-mentioned.
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