JP2020080601A - Impedance matching circuit and non-contact power supply system having impedance matching circuit - Google Patents

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Abstract

To provide an impedance matching circuit for dramatically improving the calculation speed of the load impedance required for impedance matching and the matching amount, and the matching accuracy, and to provide a non-contact power supply system having the impedance matching circuit.SOLUTION: There is provided an impedance matching circuit that identifies only the amplitude component from first and second reflection coefficients obtained by a change element capable of changing the load side reflection coefficients, calculates the load impedance by a quadratic equation formed from a calculation formula of two amplitude components, computes the reactance amount of a variable reactance element required for target impedance matching for matching with the output impedance from the calculated load impedance, thus adjusting the impedance of the variable reactance element.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、送電電源及び送電素子を含む回路の出力インピーダンスと、負荷及び前記送電素子に対向して非接触で配された受電素子を含む回路の負荷インピーダンスとの間で電力伝送におけるインピーダンス整合を行うインピーダンス整合回路及び該インピーダンス整合回路を有する非接触給電システムに関するものである。   The present invention provides impedance matching in power transmission between an output impedance of a circuit including a power transmission power source and a power transmission element and a load impedance of a circuit including a load and a power receiving element that is arranged in a contactless manner facing the power transmission element. The present invention relates to an impedance matching circuit and a contactless power feeding system having the impedance matching circuit.

近年、充電等のための電力伝送の利便性向上を目的として、非接触で電力を出力するための送電素子を持つ送電側装置と、該送電側装置から供給される電力を非接触で受け付けるための受電素子を有する受電側装置とを含む非接触給電システムが注目されている。   In recent years, for the purpose of improving the convenience of power transmission for charging, etc., a power transmitting side device having a power transmitting element for outputting power in a non-contact manner, and receiving power supplied from the power transmitting side device in a non-contact manner A non-contact power feeding system including a power receiving side device having the power receiving element has attracted attention.

非接触給電において、電力の損失がなく最大の伝達効率で前記電力伝送を行うためには、前記送電側装置側の出力インピーダンスと受電側装置の負荷インピーダンスとの整合をとる必要がある。特に、高周波回路の場合、前記出力インピーダンスと前記負荷インピーダンス、すなわち、両インピーダンスの不整合により、反射が発生し、前記伝達効率を低下させるため、前記両インピーダンスを整合させることが必要となる。   In non-contact power feeding, in order to perform the power transmission with the maximum transmission efficiency without power loss, it is necessary to match the output impedance of the power transmission side device and the load impedance of the power reception side device. Particularly in the case of a high frequency circuit, reflection occurs due to the mismatch between the output impedance and the load impedance, that is, both impedances, and the transmission efficiency is reduced, so that it is necessary to match both impedances.

例えば、インピーダンス整合回路は、集中定数LとCとで構成される回路または分布定数マイクロストリップから構成されており、集中定数LとCで構成される回路はアンテナと増幅回路との間に接続されている。これにより、送電に戻ってくる反射電力ロスを抑制するとともに、システム全体の送電効率の改善に役にたっている(例えば、特許文献1参照。)。   For example, the impedance matching circuit is composed of a circuit composed of lumped constants L and C or a distributed constant microstrip, and the circuit composed of lumped constants L and C is connected between the antenna and the amplifier circuit. ing. Thereby, the reflected power loss returning to power transmission is suppressed and the power transmission efficiency of the entire system is improved (see, for example, Patent Document 1).

また、π整合回路としてインピーダンス整合回路が記載されており、高周波の信号源を有する駆動源と負荷との間に接続され、電源からの電源電圧の印加により、インピーダンスを自動的に整合させる手法がある(例えば、特許文献2参照。)。   Further, an impedance matching circuit is described as a π matching circuit, which is connected between a drive source having a high-frequency signal source and a load, and a method of automatically matching impedance by applying a power supply voltage from a power supply is proposed. There is (for example, refer to Patent Document 2).

この整合回路では、方向性結合器により検出された進行波成分の信号と反射波成分の信号とに基づいて、位相検出回路が進行波成分の信号を基準として反射波成分の信号の位相差を検出する。この位相差は、修正方向判定回路により、所定角度の進み又は遅れ成分を有するか否かを判定する。可変容量制御回路は、判定結果に基づいてコンデンサの可変容量を増減調整して、駆動源の出力インピーダンスと出力端子側の負荷のインピーダンスとを整合させる。   In this matching circuit, based on the traveling wave component signal and the reflected wave component signal detected by the directional coupler, the phase detection circuit detects the phase difference between the reflected wave component signal and the traveling wave component signal as a reference. To detect. This phase difference is judged by the correction direction judgment circuit whether or not it has a lead or lag component of a predetermined angle. The variable capacitance control circuit increases or decreases the variable capacitance of the capacitor based on the determination result to match the output impedance of the drive source with the impedance of the load on the output terminal side.

また、他の非接触電力伝送システムでは、整合回路が設けられており、送電共振器に入力された交流信号を検出部が検出する。検出部が検出した交流信号の変動に基づいて、インピーダンス制御部により、送電共振器のインピーダンスと電源の出力インピーダンスとを整合させている(例えば、特許文献3参照。)。   Further, in another contactless power transmission system, a matching circuit is provided, and the detection unit detects the AC signal input to the power transmission resonator. The impedance control unit matches the impedance of the power transmission resonator with the output impedance of the power supply based on the fluctuation of the AC signal detected by the detection unit (see, for example, Patent Document 3).

さらに、別の無線電力伝送システムによれば、可変リアクタンス素子を有する整合回路と、進行波電圧及び反射波電圧を取り出す進行波・反射波抽出部と、前記進行波・反射波抽出部により取り出された前記進行波電圧と前記反射波電圧とから反射係数を算出するとともに、前記反射係数と整合目標のインピーダンスと入力インピーダンスとの関係から前記入力インピーダンスを算出する反射係数算出部と、前記入力インピーダンスから前記整合回路の前記可変リアクタンス素子に振り分けられる容量値を算出して前記リアクタンス素子のリアクタンス値を設定する位置決定部及び制御値出力部と、を具備し、反射係数絶対値が所定の閾値よりも大きい場合には、整合補正量テーブルで使用する行を変更して整合回路の構成を変更するようにし、前記インピーダンスを自動的に整合させるための構成を介する前記送電アンテナと前記受電アンテナとによる電磁界結合時に、前記電源からの電力により前記負荷が給電される電気自動走行時の無線電力伝送システムが開示されている(例えば、特許文献4参照。)。   Further, according to another wireless power transmission system, a matching circuit having a variable reactance element, a traveling wave/reflected wave extraction unit for extracting traveling wave voltage and reflected wave voltage, and a traveling wave/reflected wave extraction unit for extracting the traveling wave/reflected wave voltage. A reflection coefficient calculation unit that calculates a reflection coefficient from the traveling wave voltage and the reflected wave voltage, and calculates the input impedance from the relationship between the reflection coefficient, the impedance of the matching target, and the input impedance, and from the input impedance The position determining unit and the control value output unit for calculating the capacitance value distributed to the variable reactance element of the matching circuit and setting the reactance value of the reactance element, and the absolute value of the reflection coefficient is greater than a predetermined threshold value. If it is larger, the row used in the matching correction amount table is changed so as to change the configuration of the matching circuit, and the electromagnetic waves generated by the power transmitting antenna and the power receiving antenna through the configuration for automatically matching the impedance. There is disclosed a wireless power transmission system during electric automatic traveling, in which the load is supplied with electric power from the power source at the time of field coupling (for example, see Patent Document 4).

特開2015−56760号公報JP, 2005-56760, A 特開2010−87845号公報JP, 2010-87845, A 特開2012−135117号公報JP2012-135117A 特開2015−122955号公報JP, 2005-122955, A

しかしながら、前記特許文献1乃至3については、いくつかの整合回路をあらかじめ用意し、最適回路をスイッチング回路で切り替える必要がある。電圧のフィードバックから最適アルゴリズムを用いて最適整合回路を組み合わせる手間がかかることがある。整合させる負荷インピーダンスを未知の状態で行うことになり、回路の肥大化が生じるとともに、最適アルゴリズムを確保できない場合が生じる。送信側インピーダンスと受信側インピーダンスとを正確に測定していないため、整合精度や調整範囲に限界があり、インピーダンス整合が取れない場合がある。   However, in Patent Documents 1 to 3, it is necessary to prepare some matching circuits in advance and switch the optimum circuit by the switching circuit. It may take time and effort to combine the optimum matching circuit using the optimum algorithm from the voltage feedback. Since the load impedance to be matched is performed in an unknown state, the circuit becomes bulky and the optimum algorithm may not be secured. Since the impedance on the transmitting side and the impedance on the receiving side are not accurately measured, the matching accuracy and the adjustment range are limited, and impedance matching may not be achieved.

また、特許文献4については、整合回路の構成を変更する場合に、予め定められた整合補正量テーブルから変更量に対応するデータを読み出さなければならず、処理のスループットに時間を要するという問題があった。特に、移動体の移動中に電力伝送を行う場合等、短時間での処理が必要な環境では、かかる処理の所要時間が重要な課題となる。特に、整合に必要な補正量は、受電側装置の負荷によって相違するが、予め定めた整合補正量テーブルの値は、離散的な値をリスト化したものであるから、該当する補正量が存在しない場合に、いわゆる無限ループに陥るおそれもあった。   Further, in Patent Document 4, when changing the configuration of the matching circuit, it is necessary to read the data corresponding to the change amount from the predetermined matching correction amount table, and there is a problem that the throughput of the processing takes time. there were. In particular, in an environment in which processing is required in a short time, such as when electric power is transmitted while the moving body is moving, the time required for such processing becomes an important issue. In particular, the correction amount required for matching differs depending on the load of the power receiving side device, but the value of the predetermined matching correction amount table is a list of discrete values, so there is a corresponding correction amount. If you don't, you might end up in an infinite loop.

ところで、インピーダンスは、交流信号に対するパラメータであるため、信号電圧と電流の商で、振幅と位相の2つの成分を持つ。すなわち、複素数である。そして、インピーダンス整合に必要な負荷インピーダンスの推定について、前記いずれの先行技術も、複素数の反射係数の測定に基づいて行うため、反射係数の位相成分について、位相の同期やケーブル長さなどの影響で推定誤差が生じやすく、インピーダンス整合の精度に対する信頼性が低くなるという問題があった。   By the way, since the impedance is a parameter for an AC signal, it is a quotient of the signal voltage and the current and has two components of amplitude and phase. That is, it is a complex number. In addition, since the load impedance required for impedance matching is estimated based on the measurement of the complex reflection coefficient in any of the above prior arts, the phase component of the reflection coefficient is affected by the phase synchronization and the cable length. There is a problem that an estimation error is likely to occur and the reliability of impedance matching accuracy becomes low.

本発明は、上記課題を解消させるためのものであり、インピーダンス整合に必要な負荷インピーダンスと整合量の算定速度及び整合の精度を飛躍的に向上させるインピーダンス整合回路及び該インピーダンス整合回路を有する非接触給電システムを提供することを目的とする。   The present invention is for solving the above problems, and an impedance matching circuit that dramatically improves the calculation speed of the load impedance and the matching amount necessary for impedance matching and the matching accuracy, and a non-contact circuit having the impedance matching circuit. The purpose is to provide a power supply system.

上記目的を達成させるために、第1の発明にかかるインピーダンス整合回路は、負荷側の負荷インピーダンスを変更可能な変更素子によって得られる第1反射係数と第2反射係数から、振幅成分のみを特定し、2つの振幅成分の算出式から生成される方程式により負荷インピーダンスを正確に算出し、算出された前記負荷インピーダンスから目標インピーダンスを整合させるために必要な可変リアクタンス素子のリアクタンス量を算定し、可変リアクタンス素子のインピーダンスを調整する整合回路を提供することを最も主要な特徴とする。   In order to achieve the above object, an impedance matching circuit according to a first aspect of the present invention specifies only an amplitude component from a first reflection coefficient and a second reflection coefficient obtained by a change element capable of changing a load impedance on a load side. The load impedance is accurately calculated by the equation generated from the calculation formulas of the two amplitude components, and the reactance amount of the variable reactance element necessary for matching the target impedance is calculated from the calculated load impedance. The most important feature is to provide a matching circuit that adjusts the impedance of the device.

すなわち、送電電源及び送電素子を含む回路の出力インピーダンスと、負荷及び前記送電素子に対向して非接触で配された受電素子を含む回路の負荷インピーダンスとの間で電力伝送におけるインピーダンス整合を行うインピーダンス整合回路であって、
前記負荷側の負荷インピーダンスを、所定の変更量を有する変更素子によって変更するインピーダンス変更部と、
前記インピーダンスと前記受電素子との接続の開閉を行う開閉部と、
前記開閉部の開閉を制御する開閉制御部と、
前記開閉の両時における前記送電電源からの進行波の電圧と前記負荷からの反射波の電圧とを検出する検出部と、
前記インピーダンス変更部は、前記開閉部によって前記受電素子との接続を開状態とされときに、前記検出された進行波と反射波から第1反射係数を計算して振幅成分のみを特定し、前記開閉部によって前記受電素子との接続を閉状態とされたときに、前記検出された進行波と反射波から第2反射係数を計算して振幅成分のみを特定し、前記2つの振幅成分の計算式から生成される二次方程式により、前記負荷インピーダンスの推定値を計算する計算部と、
前記計算された負荷インピーダンスに対して前記出力インピーダンスとの整合をとるための目標インピーダンスを整合させるために、可変リアクタンス素子を有する整合部と、
前記計算された負荷インピーダンスから、前記整合に必要な前記可変リアクタンス素子のリアクタンス量を算定し、算定されたリアクタンス量に基づいて可変リアクタンス素子のインピーダンスを調整するインピーダンス調整部と、
を有することを特徴とする。
That is, an impedance that performs impedance matching in power transmission between an output impedance of a circuit including a power transmission power source and a power transmission element and a load impedance of a circuit including a load and a power receiving element that is arranged in a contactless manner facing the power transmission element. A matching circuit,
An impedance changing unit that changes the load impedance on the load side by a changing element having a predetermined change amount,
An opening and closing unit that opens and closes the connection between the impedance and the power receiving element,
An opening and closing control unit that controls opening and closing of the opening and closing unit,
A detection unit that detects a voltage of a traveling wave from the power transmission power source and a voltage of a reflected wave from the load at both times of opening and closing,
The impedance changing unit, when the connection with the power receiving element is opened by the opening/closing unit, calculates a first reflection coefficient from the detected traveling wave and reflected wave to specify only an amplitude component, and When the connection to the power receiving element is closed by the opening/closing unit, the second reflection coefficient is calculated from the detected traveling wave and reflected wave to specify only the amplitude component, and the calculation of the two amplitude components is performed. With a quadratic equation generated from the equation, a calculation unit for calculating the estimated value of the load impedance,
A matching unit having a variable reactance element to match a target impedance for matching the output impedance with the calculated load impedance;
From the calculated load impedance, the reactance amount of the variable reactance element required for the matching is calculated, and an impedance adjusting unit that adjusts the impedance of the variable reactance element based on the calculated reactance amount,
It is characterized by having.

この構成によれば、前記負荷側の負荷インピーダンスを変更する素子を設け、前記受電素子との接続を開閉制御することにより、二つの異なる反射係数を得ることが可能になり、さらに、当該二つの反射係数の位相成分を排除した振幅のみ、すなわち、スカラ量のみの二次方程式によって負荷インピーダンスを推定し、前記目標インピーダンスを整合させるために必要なリアクタンス量を計算することが可能になる。   According to this configuration, by providing an element that changes the load impedance on the load side and controlling the opening and closing of the connection with the power receiving element, it becomes possible to obtain two different reflection coefficients, and further, the two It is possible to estimate the load impedance by a quadratic equation of only the amplitude excluding the phase component of the reflection coefficient, that is, the scalar amount, and calculate the reactance amount necessary for matching the target impedance.

また、上記目的を達成させるために、第2の発明にかかるインピーダンス整合回路は、伝送線路上の異なる2点の電圧を検出し、当該2点の電圧の大きさから生成される連立方程式により負荷インピーダンスを計算し、計算された前記負荷インピーダンスから目標インピーダンスを整合させるために必要な可変リアクタンス素子のリアクタンス量を算定し、可変リアクタンス素子のインピーダンスを調整する整合回路を提供することを最も主要な特徴とする。   Further, in order to achieve the above object, the impedance matching circuit according to the second invention detects voltages at two different points on the transmission line, and loads the load by a simultaneous equation generated from the magnitudes of the voltages at the two points. The most main feature is to provide a matching circuit that calculates impedance, calculates the reactance amount of the variable reactance element necessary to match the target impedance from the calculated load impedance, and adjusts the impedance of the variable reactance element. And

すなわち、送電電源及び送電素子を含む回路の出力インピーダンスと、負荷及び前記送電素子に非接触で対向して配された受電素子を含む回路の負荷インピーダンスとの間で電力伝送におけるインピーダンス整合を行うインピーダンス整合回路であって、
所定の長さを有する伝送線路上の異なる2点の電圧を第1検出電圧と第2検出電圧として検出する検出部と、
前記第1検出電圧及び第2検出電圧から生成される連立方程式により、前記負荷インピーダンスの推定値を計算する計算部と、
前記計算された負荷インピーダンスに対して前記出力インピーダンスとの整合をとるための目標インピーダンスを整合させるために、可変リアクタンス素子を有する整合部と、
前記計算された負荷インピーダンスから、前記整合に必要な前記可変リアクタンス素子のリアクタンス量を算定し、算定されたリアクタンス量に基づいて前記可変リアクタンス素子のインピーダンスを調整するインピーダンス調整部と、を有することを特徴とする。
That is, an impedance that performs impedance matching in power transmission between the output impedance of a circuit including a power transmission power source and a power transmission element and the load impedance of a circuit including a load and a power reception element that is arranged to face the power transmission element in a non-contact manner. A matching circuit,
A detection unit that detects voltages at two different points on the transmission line having a predetermined length as a first detection voltage and a second detection voltage;
A calculator that calculates an estimated value of the load impedance by a simultaneous equation generated from the first detection voltage and the second detection voltage;
A matching unit having a variable reactance element to match a target impedance for matching the output impedance with the calculated load impedance;
From the calculated load impedance, the reactance amount of the variable reactance element required for the matching is calculated, and an impedance adjusting unit that adjusts the impedance of the variable reactance element based on the calculated reactance amount. Characterize.

この構成によれば、伝送線路上の異なる2点から第1検出電圧及び第2検出電圧を得て、連立方程式によって負荷インピーダンスを計算し、目標インピーダンスを整合させるために必要なリアクタンス量を算定することが可能になる。   According to this configuration, the first detection voltage and the second detection voltage are obtained from two different points on the transmission line, the load impedance is calculated by the simultaneous equations, and the reactance amount necessary for matching the target impedance is calculated. It will be possible.

なお、前記第1の発明又は第2の発明にかかる整合回路を有する非接触給電システムを提供するようにしてもよい。   In addition, you may make it provide the non-contact electric power feeding system which has the matching circuit concerning the said 1st invention or 2nd invention.

本発明の整合回路及び非接触給電システムは、インピーダンス整合に必要な負荷インピーダンスの計算と計算された負荷インピーダンスによる整合量の特定を予めデータテーブルで定めて読み出す必要がなく、簡単な方程式で直ちに算定できるため、インピーダンス整合の処理速度が飛躍的に向上し、迅速な電力伝送及び給電を実現できるという効果を奏する。   The matching circuit and the contactless power feeding system of the present invention do not require calculation of the load impedance necessary for impedance matching and specification of the matching amount based on the calculated load impedance in advance in a data table to read out, and a simple equation is used for immediate calculation. As a result, the processing speed of impedance matching is dramatically improved, and rapid power transmission and power feeding can be achieved.

また、前記方程式は、位相成分を排除し、振幅成分のみで生成するものであるため、負荷インピーダンスの算定精度が飛躍的に向上し、効率的で実効性の高い電力伝送及び給電用整合回路を実現できるという効果を奏する。   Further, since the above equation excludes the phase component and generates only the amplitude component, the calculation accuracy of the load impedance is dramatically improved, and an efficient and highly effective power transmission and power supply matching circuit is provided. There is an effect that can be realized.

図1は、第1実施形態にかかるインピーダンス整合回路のブロック構成図を示した図である。FIG. 1 is a diagram showing a block configuration diagram of an impedance matching circuit according to the first embodiment. 図2は、第2実施形態にかかるインピーダンス整合回路のブロック構成図を示した図である。FIG. 2 is a diagram showing a block configuration diagram of an impedance matching circuit according to the second embodiment. 図3は、第2実施形態にかかるインピーダンス整合回路における伝送線路上の電圧測定位置の概念を示した図である。FIG. 3 is a diagram showing the concept of the voltage measurement position on the transmission line in the impedance matching circuit according to the second embodiment. 図4は、本発明にかかる非接触給電システムのブロック構成図を示した図である。FIG. 4 is a diagram showing a block configuration diagram of the contactless power feeding system according to the present invention. 図5は、受電側装置を備えた搬送車と送電側装置との遭遇状態を示す模式図である。FIG. 5 is a schematic diagram showing an encounter state between a carrier vehicle equipped with a power receiving side device and a power transmitting side device. 図6は、受電側装置を備えた自動車と送電側装置との遭遇状態を示す模式図である。FIG. 6 is a schematic diagram showing an encounter state between a vehicle including a power receiving side device and a power transmitting side device. 図7は、受電側装置を備えた移動体と軌道内に設けた送電側装置とを示した図であり、(a)は、前記移動体と前記送電側装置の対応関係を示す側面図、(b)は、軌道内に配置した送電側装置の平面図である。FIG. 7: is the figure which showed the mobile body provided with the power receiving side apparatus, and the power transmission side apparatus provided in the track, (a) is a side view which shows the correspondence of the said mobile body and the said power transmission side apparatus, (B) is a top view of the power transmission side apparatus arrange|positioned in the track.

以下、本実施の形態では、送電素子として一次コイル及び受電素子として二次コイルから構成される整合回路を例に説明するが、本発明にかかる整合回路は、磁界結合、電界結合、さらには放射型の給電方式のいずれであっても適用可能であり、送電素子、受電素子の形状もコイルに限定されるものではない。   Hereinafter, in the present embodiment, a matching circuit including a primary coil as a power transmitting element and a secondary coil as a power receiving element will be described as an example. However, the matching circuit according to the present invention includes magnetic field coupling, electric field coupling, and radiation. Any type of power feeding system can be applied, and the shapes of the power transmitting element and the power receiving element are not limited to the coil.

<インピーダンス整合回路の第1実施形態>
図1を参照して、100は、第1実施形態にかかるインピーダンス整合回路である。インピーダンス整合回路100は、後述するように、給電側(送電電源)の出力インピーダンスと、受電側(負荷)の負荷インピーダンスとの間で電力伝送におけるインピーダンス整合を行うために、設けられる回路である。給電側の出力インピーダンスと受電側の負荷インピーダンスとの間で整合がとれていないと、受電側で消費できない電力によって発生する反射波と給電側の入射波とが干渉し、定在波が発生する。そして、かかる定在波によって発生する電力の損失が生じる。
<First Embodiment of Impedance Matching Circuit>
With reference to FIG. 1, 100 is an impedance matching circuit according to the first embodiment. The impedance matching circuit 100 is a circuit provided for performing impedance matching in power transmission between the output impedance of the power feeding side (power transmission power source) and the load impedance of the power receiving side (load), as described later. If the output impedance of the power feeding side and the load impedance of the power receiving side are not matched, the reflected wave generated by the power that cannot be consumed on the power receiving side interferes with the incident wave on the power feeding side, and a standing wave is generated. . Then, a loss of electric power generated by the standing wave occurs.

インピーダンス整合回路100は、後述するように、負荷となる受電対象物の負荷インピーダンスZLに対して、整合部107によって整合インピーダンス(すなわち、目標とするインピーダンス)が決定される。 In the impedance matching circuit 100, the matching impedance (that is, the target impedance) is determined by the matching unit 107 with respect to the load impedance Z L of the power receiving target serving as a load, as described later.

前記負荷と整合部107との間には、インピーダンス変更部101が接続されている。本実施の形態では、前記負荷に対して並列に接続されているが、直列であってもよい。インピーダンス変更部101は、インピーダンス整合回路100に接続されることにより、負荷インピーダンスを変更する素子を接続すればよく、例えば、コンデンサ、コイルであればよい。なお、インピーダンス変更部101に接続される素子自体のインピーダンスは既知のものである。   An impedance changing unit 101 is connected between the load and the matching unit 107. Although the load is connected in parallel in the present embodiment, it may be connected in series. The impedance changing unit 101 may be connected to the impedance matching circuit 100 to connect an element that changes the load impedance, and may be, for example, a capacitor or a coil. The impedance of the element itself connected to the impedance changing unit 101 is known.

インピーダンス変更部101は、開閉部102の開閉によって負荷インピーダンスを変更する。例えば、開閉部102は、スイッチによって二次コイル19a(インピーダンス整合回路100)との接続を開閉すればよい。開閉部102の開閉は、所定の条件によって前記スイッチの開閉をマイコン制御する開閉制御部103によって制御される。なお、前記所定の条件とは、例えば、開閉部102を初期状態でインピーダンス変更部101に対して開状態(オフ状態)とし、後述する信号処理部105で前記初期状態のデータを取得すると、インピーダンス変更部101に対して閉状態(オン状態)とすればよい。   The impedance changing unit 101 changes the load impedance by opening/closing the opening/closing unit 102. For example, the opening/closing unit 102 may open/close the connection with the secondary coil 19a (impedance matching circuit 100) with a switch. The opening and closing of the opening and closing unit 102 is controlled by an opening and closing control unit 103 which controls the opening and closing of the switch by a microcomputer according to a predetermined condition. The predetermined condition is, for example, when the opening/closing unit 102 is in an open state (OFF state) with respect to the impedance changing unit 101 in the initial state and the signal processing unit 105 described later acquires the data in the initial state, the impedance It suffices to bring the changing unit 101 into a closed state (on state).

検出部104は、給電側からの前記入射波の電圧と負荷側からの前記反射波の電圧とをリアルタイムで検出する。すなわち、入射波電圧viは、第1検波部104aで検出され、反射波電圧vrは、第2検波部104bによって検出される。反射係数は反射波電圧vrと入射波電圧viの比から求められる。従って、検出部104では、開閉部102の開閉によってインピーダンス変更部101が介在しない場合と介在する場合の2つ反射係数の検出をする。   The detection unit 104 detects the voltage of the incident wave from the power supply side and the voltage of the reflected wave from the load side in real time. That is, the incident wave voltage vi is detected by the first detection unit 104a, and the reflected wave voltage vr is detected by the second detection unit 104b. The reflection coefficient is obtained from the ratio of the reflected wave voltage vr and the incident wave voltage vi. Therefore, the detection unit 104 detects two reflection coefficients depending on whether the impedance changing unit 101 is present or not depending on the opening/closing of the opening/closing unit 102.

検出部104で検出された前記入射波電圧vi、反射波電圧vrは、信号処理部105のAD変換部105aにより、アナログ−ディジタル変換処理後、計算部105bで負荷インピーダンスの推定のための計算を実行する。ここで、インピーダンス変更部101がオフの場合の反射係数をΓ、負荷インピーダンスをZ、目標インピーダンスZとすると、以下の式が成り立つ。 The incident wave voltage vi and the reflected wave voltage vr detected by the detection unit 104 are subjected to analog-digital conversion processing by the AD conversion unit 105a of the signal processing unit 105, and then calculation for calculation of load impedance is performed by the calculation unit 105b. Run. Here, when the reflection coefficient when the impedance changing unit 101 is off is Γ 1 , the load impedance is Z L , and the target impedance Z 0 , the following equations hold.

Figure 2020080601
Figure 2020080601

一方、インピーダンス変更部101がオンの場合の反射係数をΓ、負荷インピーダンスをZL2、目標インピーダンスZ、インピーダンス変更部101がオフのときからオンになったときのインピーダンスの変化量をjΔX、負荷インピーダンスZの実部をR、虚部をjXとすると、以下の式が成り立つ。 On the other hand, when the impedance changing unit 101 is on, the reflection coefficient is Γ 2 , the load impedance is Z L2 , the target impedance Z 0 , and the amount of change in impedance when the impedance changing unit 101 is turned on to jΔX, When the real part of the load impedance Z L is R and the imaginary part is jX, the following equation holds.

Figure 2020080601
但し、
Figure 2020080601
Figure 2020080601
However,
Figure 2020080601

ところで、反射係数Γ、Γは、いずれも、振幅値と位相角を含む値であるが、位相角を含むことにより、反射係数Γ、Γが複素数となる。そして、位相推定の難しさから、負荷インピーダンスZの推定の精度が低くなるおそれがある。そこで、反射係数の大きさのみを抽出するために、計算部105bでは、絶対値|Γ|、|Γ|を算出する。また、インピーダンス変更部101を構成する前記素子のインピーダンスは、既知の値である。したがって、計算部105bは、インピーダンス変更部101を備えたインピーダンス整合回路100の構成により、数式1と数式2から、以下、数式3の通り、実部Rの二次方程式を導出することができる。なお、下記数式3の定数a、b、c及びp、qは、前記算出された絶対値|Γ|、|Γ|及び前記インピーダンスの変化量をjΔXから求めることができる。 By the way, the reflection coefficients Γ 1 and Γ 2 are both values including the amplitude value and the phase angle, but by including the phase angle, the reflection coefficients Γ 1 and Γ 2 are complex numbers. Then, due to the difficulty of phase estimation, the accuracy of estimation of the load impedance Z L may decrease. Therefore, in order to extract only the magnitude of the reflection coefficient, the calculation unit 105b calculates the absolute values |Γ 1 | and |Γ 2 |. In addition, the impedance of the element that constitutes the impedance changing unit 101 is a known value. Therefore, the calculation unit 105b can derive the quadratic equation of the real part R from Expression 1 and Expression 2 as shown in Expression 3 below by the configuration of the impedance matching circuit 100 including the impedance changing unit 101. The constants a, b, c and p, q in the following mathematical formula 3 can be obtained from the calculated absolute values |Γ 1 |, |Γ 2 | and the amount of change in the impedance from jΔX.

Figure 2020080601
Figure 2020080601

負荷インピーダンスと反射係数とは、一対一に対応する関係にあるため、インピーダンス変更部101を設けてオン、オフ制御することにより、負荷インピーダンスZを反射係数から前記3式を導き出せるため、このような簡易な算定が可能となる。 Since there is a one-to-one correspondence between the load impedance and the reflection coefficient, the load impedance Z L can be derived from the reflection coefficient by the expression 3 by providing the impedance changing unit 101 to control ON/OFF. It enables simple calculations.

次いで、計算部105bで負荷インピーダンスZの推定値が算出されると、目標インピーダンスZに整合する整合回路の要素を定めることができる。 Next, when the estimated value of the load impedance Z L is calculated by the calculation unit 105b, the element of the matching circuit that matches the target impedance Z 0 can be determined.

算定された前記整合量は、調整部106で、まず、DA変換部106aにより、アナログ信号に変換される。そこから、T型、L型またはπ型回路の各可変コンデンサCx、Cy、Czの各容量値を計算される。   The calculated matching amount is first converted by the adjusting unit 106 into an analog signal by the DA converting unit 106a. From there, the capacitance values of the variable capacitors Cx, Cy, Cz of the T-type, L-type or π-type circuit are calculated.

調整部106は、前記整合量に応じた制御電圧値を設定し、前記各容量値に対応した該制御電圧値に基づき第1駆動部106b、第2駆動部106c、第3駆動部106dを介して整合部107の前記各可変コンデンサCx、Cy、Czに接続されている第1モータ106e、第2モータ106f、第3モータ106gを通電し、インピーダンス整合処理を行う。   The adjusting unit 106 sets a control voltage value according to the matching amount, and via the first driving unit 106b, the second driving unit 106c, and the third driving unit 106d based on the control voltage value corresponding to each capacitance value. Then, the first motor 106e, the second motor 106f, and the third motor 106g connected to the variable capacitors Cx, Cy, and Cz of the matching unit 107 are energized to perform impedance matching processing.

以上のような構成により、簡易な計算処理によってインピーダンス整合を行うことができるため、例えば、予め反射係数と前記のような制御値との関係を示すデータテーブルを設定し、インピーダンス整合処理の都度、前記データテーブルを読み出す等の処理は不要になる。また、インピーダンス変更部101を設けて、意図的に2つの異なる負荷インピーダンスを算出することにより、計算の精度を下げる位相角を排除することが可能になり、かつ、前記データテーブルを読み出す煩雑な処理を排除することができるため、インピーダンス整合を実行する計算処理精度が向上するとともに、スループットも向上する。   With the above configuration, impedance matching can be performed by a simple calculation process. Therefore, for example, a data table indicating the relationship between the reflection coefficient and the control value as described above is set in advance, and each time the impedance matching process is performed, Processing such as reading the data table becomes unnecessary. Further, by providing the impedance changing unit 101 and intentionally calculating two different load impedances, it becomes possible to eliminate a phase angle that reduces the calculation accuracy, and a complicated process of reading the data table. Can be eliminated, so that the accuracy of calculation processing for executing impedance matching is improved and the throughput is also improved.

<インピーダンス整合回路の第2実施形態>
図2を参照して、200は、第2実施形態にかかるインピーダンス整合回路である。インピーダンス整合回路200も、第1実施形態にかかるインピーダンス整合回路100同様、簡易な算出処理によってインピーダンス整合を行うものである。負荷インピーダンスは、所定の長さを有する伝送線路を有し、伝送線路上の異なる2点の電圧から算出される。すなわち、高周波の場合、長さのある同軸ケーブル、平行導線などの伝送線路上では、反射波がなければ、いずれの位置であっても、電圧は一定であるが、送電側と受電側で不整合があるために、反射波が発生すると、定在波の存在により、分布定数回路として、伝送線路上の異なる2点で電圧の振幅値に不一致が生じる。本実施形態は、この性質を利用したものである。
<Second Embodiment of Impedance Matching Circuit>
Referring to FIG. 2, 200 is an impedance matching circuit according to the second embodiment. Like the impedance matching circuit 100 according to the first embodiment, the impedance matching circuit 200 also performs impedance matching by a simple calculation process. The load impedance has a transmission line having a predetermined length and is calculated from voltages at two different points on the transmission line. That is, in the case of high frequency, on a transmission line such as a long coaxial cable or parallel conductor, the voltage is constant at any position if there is no reflected wave, but the voltage is constant on the power transmitting side and the power receiving side. Due to the matching, when a reflected wave is generated, the presence of the standing wave causes a mismatch in the amplitude value of the voltage at two different points on the transmission line as a distributed constant circuit. The present embodiment utilizes this property.

インピーダンス整合回路200は、後述するように、前記負荷となる受電対象物の負荷インピーダンスZに対して、整合部204によって整合インピーダンス(すなわち、目標とするインピーダンス)が決定される。 In the impedance matching circuit 200, the matching impedance (that is, the target impedance) is determined by the matching unit 204 with respect to the load impedance Z L of the power receiving target serving as the load, as described later.

検出部201は、図3で示す通り、伝送線路W上の任意の異なる2点、すなわち、前記負荷からXの距離にある点と負荷からXの距離にある点との2点の電圧を検出する。第1電圧検出部201aが、Xの距離にある点の電圧を検出し、第2電圧検出部201bが、X2の距離にある点の電圧を各々リアルタイムで検出する。 As shown in FIG. 3, the detection unit 201 detects two different voltage points on the transmission line W, that is, at two points, that is, at a distance X 1 from the load and at a distance X 2 from the load. To detect. The first voltage detection unit 201a detects the voltage of the point at the distance X 1 , and the second voltage detection unit 201b detects the voltage of the point at the distance X 2 in real time.

検出部201で検出された前記2点の電圧は、信号処理部202のAD変換部202aにより、アナログ−ディジタル変換処理後、計算部202bで負荷インピーダンスの推定のための計算を実行する。ここで、Xで検出された電圧をV、Xで検出された電圧をV、入射波電圧をV、伝送線路の反射係数をΓ、位相定数をβ、負荷からX離れた点の反射係数をΓ −2βX1、負荷からX離れた点の反射係数をΓ −2βX2とすると、以下の2式が成り立つ。 The voltage at the two points detected by the detection unit 201 is subjected to analog-digital conversion processing by the AD conversion unit 202a of the signal processing unit 202, and then calculation for load impedance estimation is executed by the calculation unit 202b. Here, the voltage detected at X 1 is V 1 , the voltage detected at X 2 is V 2 , the incident wave voltage is V i , the reflection coefficient of the transmission line is Γ L , the phase constant is β, and the load is X 1 When the reflection coefficient at a point distant from the load is Γ L -2βX1 , and the reflection coefficient at a point distant from the load by X 2 is Γ L -2βX2 , the following two expressions are established.

Figure 2020080601
Figure 2020080601

そして、前記入射波電圧Vは既知であり、位相定数βの一般式より、数式4の2式は、前記伝送線路の反射係数Γを推定する連立方程式として成立する。ところで、負荷インピーダンスZ、目標インピーダンスZとすると、以下の式が成り立つ。すなわち、2点の電圧の検出と数式4の2式による連立方程式に基づいて、負荷インピーダンスZを推定することができる。 Then, the incident wave voltage V i is known, and from the general formula of the phase constant β, the two formulas 4 are established as simultaneous equations for estimating the reflection coefficient Γ L of the transmission line. By the way, assuming that the load impedance is Z L and the target impedance is Z 0 , the following formula is established. That is, the load impedance Z L can be estimated based on the detection of the voltages at the two points and the simultaneous equations based on the two equations (4).

Figure 2020080601
Figure 2020080601

次いで、計算部202bで負荷インピーダンスZの推定値が算出されると、目標インピーダンスZに整合する回路素子が算定される。 Next, when the estimated value of the load impedance Z L is calculated by the calculation unit 202b, the circuit element that matches the target impedance Z 0 is calculated.

算定された前記整合量は、調整部203で、まず、DA変換部203aにより、アナログ信号に変換される。変換された整合量は、整合部204を構成するT型回路(またはL型またはπ型)の各可変コンデンサCx、Cy、Czの各容量値に振り分けられる。前記各容量値は、各可変コンデンサCx、Cy、Czの総和量が前記整合量であり、電圧値、電流値がわかれば、容易に算定できる。   The calculated matching amount is first converted by the adjusting unit 203 into an analog signal by the DA converting unit 203a. The converted matching amount is distributed to the capacitance values of the variable capacitors Cx, Cy, and Cz of the T-type circuit (or L-type or π-type) forming the matching unit 204. The capacitance values can be easily calculated if the sum of the variable capacitors Cx, Cy, Cz is the matching amount and the voltage value and the current value are known.

調整部203は、前記整合量に応じた制御電圧値を設定し、前記各容量値に対応した該制御電圧値に基づき第1駆動部203b、第2駆動部203c、第3駆動部203dを介して整合部204の前記各可変コンデンサCx、Cy、Czに接続されている第1モータ203e、第2モータ203f、第3モータ203gを通電し、インピーダンス整合処理を行う。   The adjusting unit 203 sets a control voltage value according to the matching amount, and via the first driving unit 203b, the second driving unit 203c, and the third driving unit 203d based on the control voltage value corresponding to each capacitance value. Then, the first motor 203e, the second motor 203f, and the third motor 203g connected to the variable capacitors Cx, Cy, and Cz of the matching unit 204 are energized to perform impedance matching processing.

以上のような構成により、簡易な計算処理によってインピーダンス整合を行うことができるため、例えば、予め任意の点の電圧と前記のような制御値との関係を示すデータテーブルを設定し、インピーダンス整合処理の都度、前記データテーブルを読み出す等の処理は不要になる。すなわち、前記データテーブルを読み出す煩雑な処理を排除することができるため、少ない手順で、解析的な手法により、インピーダンス整合を実行することができ、計算処理精度が向上するとともに、スループットも向上する。なお、本実施の形態では、前記負荷インピーダンスZの推定で任意の2点(X、X)の電圧を検出する構成としたが、検出する点は、3点以上であってもよい。 With the above configuration, impedance matching can be performed by a simple calculation process. Therefore, for example, a data table indicating the relationship between the voltage at an arbitrary point and the control value as described above is set in advance, and the impedance matching process is performed. Each time, processing such as reading the data table becomes unnecessary. That is, since the complicated process of reading the data table can be eliminated, the impedance matching can be executed by an analytical method with a small number of procedures, and the calculation processing accuracy and the throughput are improved. In the present embodiment, the voltage of two arbitrary points (X 1 , X 2 ) is detected by estimating the load impedance Z L , but the number of detected points may be three or more. ..

以下、図4により、本発明にかかる整合回路を使った非接触給電システムを説明する。なお、説明の便宜上、本実施の形態では、インピーダンス整合回路として第1実施形態にかかるインピーダンス整合回路100を備えた非接触給電システムを説明するが、第2実施形態にかかるインピーダンス整合回路200でも同様の構成である。また、本実施の形態は、非接触給電システムの一実施形態を例示的に示したものであり、本発明にかかる非接触給電システムは、この形態に限定する趣旨ではない。   The contactless power feeding system using the matching circuit according to the present invention will be described below with reference to FIG. Note that, for convenience of description, in the present embodiment, a contactless power feeding system including the impedance matching circuit 100 according to the first embodiment as an impedance matching circuit will be described, but the impedance matching circuit 200 according to the second embodiment is also the same. It is the structure of. Further, the present embodiment exemplifies one embodiment of the non-contact power feeding system, and the non-contact power feeding system according to the present invention is not limited to this mode.

図4を参照して、1は、非接触給電システムである。非接触給電システム1は、充電回路部2、送電部3、送電ヘッド部4、受電ヘッド部5及び受電部6を備えている。充電回路部2、送電部3及び送電ヘッド部4は送電側装置Aを構成し、受電ヘッド部5および受電部6は受電側装置Bを構成する。送電側装置Aと受電側装置Bとは互いに分離された状態で別個に設けられている。   Referring to FIG. 4, reference numeral 1 is a contactless power feeding system. The contactless power feeding system 1 includes a charging circuit unit 2, a power transmitting unit 3, a power transmitting head unit 4, a power receiving head unit 5, and a power receiving unit 6. The charging circuit unit 2, the power transmission unit 3, and the power transmission head unit 4 configure a power transmission side device A, and the power reception head unit 5 and the power reception unit 6 configure a power reception side device B. The power transmission side device A and the power reception side device B are separately provided in a state of being separated from each other.

送電側装置Aの充電回路部2は、例えば50Hzあるいは60Hzの周波数でAC100/200Vの規格電圧を有する電源7(送電電源)により、送電側整流回路8を介して充電される送電側キャパシタ9を送電側バッファ部として設けている。送電側キャパシタ9は、電源7から給電を受けるように接続され、電源7による通電時は、常に充電を受けている。送電側キャパシタ9は、送電部3を構成する電源回路12に接続されている。この「給電」という文言は、以下の説明において、「充電」と同義で用いる。   The charging circuit unit 2 of the power transmission side device A charges the power transmission side capacitor 9 charged via the power transmission side rectification circuit 8 by the power source 7 (power transmission power source) having a standard voltage of AC100/200V at a frequency of 50 Hz or 60 Hz, for example. It is provided as a power transmission side buffer unit. The power transmission side capacitor 9 is connected so as to be supplied with power from the power supply 7, and is constantly charged when energized by the power supply 7. The power transmission side capacitor 9 is connected to the power supply circuit 12 that configures the power transmission unit 3. The word "power feeding" is used synonymously with "charging" in the following description.

送電部3は、電源7に接続された電源回路12を備えている。電源回路12は、充電制御回路としての充電制御部10およびインバータ回路を構成する発振回路13および送電側制御回路部16が設けられている。電源回路12には、パイロットランプ15を接続した送電側制御回路部16が設けられている。送電側制御回路部16は、後述する通信回路17からの給電信号S1を受けたとき、パイロットランプ15を点灯する。   The power transmission unit 3 includes a power supply circuit 12 connected to the power supply 7. The power supply circuit 12 is provided with a charging control unit 10 as a charging control circuit, an oscillation circuit 13 forming an inverter circuit, and a power transmission side control circuit unit 16. The power supply circuit 12 is provided with a power transmission side control circuit section 16 to which a pilot lamp 15 is connected. The power transmission side control circuit unit 16 turns on the pilot lamp 15 when receiving the power supply signal S1 from the communication circuit 17 described later.

送電ヘッド部4は、通信回路17と一次コイル18とを備え、通信回路17は、後述する通信制御部20からの通信媒体(電波、光、音波、紫外線、赤外線あるいは感熱波)として制御信号S1を受けるようになっている。一次コイル18は駆動回路14からの電流を受けて磁界を生じるように接続されている。   The power transmission head unit 4 includes a communication circuit 17 and a primary coil 18, and the communication circuit 17 uses the control signal S1 as a communication medium (radio wave, light, sound wave, ultraviolet ray, infrared ray or heat sensitive wave) from a communication control unit 20 described later. I am supposed to receive it. The primary coil 18 is connected to receive a current from the drive circuit 14 and generate a magnetic field.

受電側装置Bの受電ヘッド部5は受電側整流回路19と通信制御部20とを備える。受電側整流回路19は、電磁界結合部における電磁界結合により一次コイル18からの電力伝送を、インピーダンス整合回路100を介して受ける二次コイル19aを有する。通信制御部20は制御信号S1を通信回路17に送る発信部(図示せず)を有している。インピーダンス整合回路100は、電源と一次コイル18の回路側とのインピーダンスを後述する機構により自動整合させるために設けられている。インピーダンス整合回路100のコイル、一次コイル18および二次コイル19aは、いずれもリッツ線により形成してQ値(Quality Factor)を高めている。   The power reception head unit 5 of the power reception side device B includes a power reception side rectifier circuit 19 and a communication control unit 20. The power receiving side rectifier circuit 19 has a secondary coil 19 a that receives power transmission from the primary coil 18 via the impedance matching circuit 100 by electromagnetic field coupling in the electromagnetic field coupling section. The communication controller 20 has a transmitter (not shown) that sends the control signal S1 to the communication circuit 17. The impedance matching circuit 100 is provided for automatically matching the impedance between the power source and the circuit side of the primary coil 18 by a mechanism described later. The coil of the impedance matching circuit 100, the primary coil 18 and the secondary coil 19a are all formed by a litz wire to enhance the Q value (Quality Factor).

受電部6は、制御検出回路22および受電側制御回路部23を備え、受電側整流回路19からの電流を制御検出回路22に送るようになっている。受電側制御回路部23は制御検出回路22からの検出信号S3を通信制御部20に送るように接続されている。制御検出回路22は、受電対象物としての受電側キャパシタ24に接続されている。受電側キャパシタ24は、蓄電部11を構成し、合成電力により充電される。   The power reception unit 6 includes a control detection circuit 22 and a power reception side control circuit unit 23, and sends the current from the power reception side rectification circuit 19 to the control detection circuit 22. The power receiving side control circuit unit 23 is connected so as to send the detection signal S3 from the control detection circuit 22 to the communication control unit 20. The control detection circuit 22 is connected to a power receiving side capacitor 24 as a power receiving target. The power receiving side capacitor 24 constitutes the power storage unit 11 and is charged by the combined power.

そして、インピーダンス整合回路100は、送電電源7と一次コイル18との間に設けられている。なお、インピーダンス整合回路100は、二次コイル19aと負荷側との間に設けてもよい。   The impedance matching circuit 100 is provided between the power transmission power supply 7 and the primary coil 18. The impedance matching circuit 100 may be provided between the secondary coil 19a and the load side.

図5は、非接触給電システム1を移動体(誘導式搬送車)25に適用した図である。送電側装置は、送電ケーシング26に収納されて静止部材27に固定され、受電側装置Bは、受電ケーシング28に収納されて工場内外、倉庫内外の床面Wを走行する移動体25に搭載される。   FIG. 5: is the figure which applied the non-contact electric power feeding system 1 to the mobile body (guide type conveyance vehicle) 25. As shown in FIG. The power transmission side device is housed in the power transmission casing 26 and fixed to the stationary member 27, and the power reception side device B is housed in the power reception casing 28 and mounted on the moving body 25 traveling on the floor W inside and outside the factory and inside and outside the warehouse. It

受電対象物である受電側キャパシタ24は移動体25に設けられており、後述する駆動輪の駆動モータ(いずれも図示せず)及び操舵輪33の左右に設けた操舵モータ34の駆動に用いられる。移動体25は、床面Wの走行により工場や倉庫内などに置かれた各種の工具、部品あるいは製品(図示せず)などを運搬するための無人運転に用いられる。なお、送電側装置Aは後述する静止部材27に固定され、受電側装置Bも同様に、後付けにより移動体25に搭載されてもよい。   The power receiving side capacitor 24, which is a power receiving target, is provided in the moving body 25, and is used to drive a drive motor (not shown) for driving wheels, which will be described later, and a steering motor 34 provided on the left and right of the steered wheels 33. .. The moving body 25 is used for unmanned operation for carrying various tools, parts or products (not shown) placed in factories or warehouses while traveling on the floor surface W. The power transmission side device A may be fixed to a stationary member 27 described later, and the power reception side device B may also be mounted on the moving body 25 by retrofitting.

移動体25は、四隅に車輪29を設けた矩形の車台30を有し、車台30には左右の電磁センサ31a、31bを接続する駆動制御部32を取り付けている。駆動制御部32は、出力制御部32aを介して受電側キャパシタ24からの給電を受けるように構成されている。床面Wには、例えばアルミニウム製テープからなる誘導体35が所定の軌道に沿って閉ループ状に貼着されている。移動体25の走行時には、左右の電磁センサ31a、31bからの出力信号により、駆動制御部32を介して駆動モータおよび操舵モータ34の駆動が制御されている。   The moving body 25 has a rectangular chassis 30 having wheels 29 at four corners, and a drive controller 32 for connecting left and right electromagnetic sensors 31a and 31b is attached to the chassis 30. The drive control unit 32 is configured to receive power from the power receiving side capacitor 24 via the output control unit 32a. A dielectric 35 made of, for example, aluminum tape is attached to the floor surface W in a closed loop along a predetermined track. When the moving body 25 travels, the drive signals of the left and right electromagnetic sensors 31a and 31b control the drive of the drive motor and the steering motor 34 via the drive control unit 32.

移動体25の走行時に移動体25を静止部材27に接近させて停止し、送電ケーシング26を僅少なギャップGを余して受電ケーシング28に接近させる。   When the moving body 25 is traveling, the moving body 25 is brought close to the stationary member 27 and stopped, and the power transmission casing 26 is brought close to the power receiving casing 28 with a small gap G left.

これに伴い、受電ヘッド部5の二次コイル19aが送電ヘッド部4の一次コイル18と対向するように位置決めされ、通信回路17が通信制御部20の発信部に対応するように位置する。この際、制御検出回路22が受電側キャパシタ24の電流値を検出し、この電流値の閾値レベルが所定未満の時、受電側制御回路部23により通信制御部20が作動し、通信制御部20からの制御信号S1により通信回路17を作動させ、電源回路12の送電側制御回路部16を介して充電制御部10を作動させる。   Along with this, the secondary coil 19 a of the power reception head unit 5 is positioned so as to face the primary coil 18 of the power transmission head unit 4, and the communication circuit 17 is positioned so as to correspond to the transmission unit of the communication control unit 20. At this time, the control detection circuit 22 detects the current value of the power receiving side capacitor 24, and when the threshold level of this current value is less than a predetermined value, the power receiving side control circuit section 23 activates the communication control section 20 and the communication control section 20. The communication circuit 17 is operated by the control signal S1 from the power supply circuit 12, and the charging control unit 10 is operated via the power transmission side control circuit unit 16 of the power supply circuit 12.

これにより、パイロットランプ15が点灯し、送電側整流回路8からの電力が電源回路12の充電制御部10に送られると同時に、電源7による送電側キャパシタ9に蓄えられていた電力が充電制御部10に送られる。送電側整流回路8からの電力と送電側キャパシタ9に蓄えられていた電力とは、充電制御部10で加算された合成電力の高周波電力として、発振回路13および駆動回路14を介して一次コイル18に送られて二次コイル19aを励起する。   As a result, the pilot lamp 15 is turned on, the power from the power transmission side rectifier circuit 8 is sent to the charging control unit 10 of the power supply circuit 12, and at the same time, the power stored in the power transmission side capacitor 9 by the power supply 7 is charged in the charging control unit. Sent to 10. The power from the power transmission side rectification circuit 8 and the power stored in the power transmission side capacitor 9 are high-frequency power of the combined power added by the charge control unit 10 and are passed through the oscillation circuit 13 and the drive circuit 14 to the primary coil 18 To excite the secondary coil 19a.

すなわち、電磁的な誘導現象により一次コイル18と二次コイル19aとにより電磁界結合が生じ、一次コイル18から二次コイル19aへと電力伝送が行われる。このとき、二次コイル19aによる電力が受電側整流回路19を介して整流化された直流電流を生じ、制御検出回路22からの受電側キャパシタ24を流れて充電する。   That is, electromagnetic coupling occurs due to the electromagnetic induction phenomenon between the primary coil 18 and the secondary coil 19a, and power is transmitted from the primary coil 18 to the secondary coil 19a. At this time, the electric power generated by the secondary coil 19a generates a rectified direct current via the power receiving side rectifying circuit 19 and flows through the power receiving side capacitor 24 from the control detection circuit 22 to be charged.

受電側キャパシタ24の充電量が満杯となって充電が終了すると、制御検出回路22が電流値の閾値レベルを検出する。これに伴い、受電側制御回路部23により通信制御部20及び通信回路17を介して送電側制御回路部16を作動させ、パイロットランプ15を消灯させるとともに、充電制御部10に停止信号S4を送って発振回路13に対する送電を停止する。   When the charge amount of the power receiving side capacitor 24 is full and the charging is completed, the control detection circuit 22 detects the threshold level of the current value. Along with this, the power receiving side control circuit unit 23 operates the power transmission side control circuit unit 16 via the communication control unit 20 and the communication circuit 17, turns off the pilot lamp 15, and sends a stop signal S4 to the charging control unit 10. Power transmission to the oscillation circuit 13 is stopped.

受電側キャパシタ24の充電量が満杯となったことにより、移動体25の駆動制御部32の出力制御部32aを介して受電側キャパシタ24から給電を受け、駆動輪の駆動モータ及び操舵輪33が作動し、左右の電磁センサ31a、31bにより検出される誘導体35に沿って誘導式搬送車25が床面Wを走行して工具や部品などの運搬を行う。   When the charge amount of the power receiving side capacitor 24 is full, power is supplied from the power receiving side capacitor 24 via the output control unit 32a of the drive control unit 32 of the moving body 25, and the drive motor of the drive wheel and the steered wheel 33 are supplied. The guide type guided vehicle 25 runs on the floor surface W along the guide 35 detected by the left and right electromagnetic sensors 31a and 31b to carry tools and parts.

図6は、非接触給電システム1を乗用車などの車両47に適用した図である。車両47への適用に伴い、受電側装置Bの受電側キャパシタ24に代わって、例えば12V/23Ah×2直列の規格を有する電気容量の受電側バッテリ48を受電対象物として設けている。受電側バッテリ48は、車両47のボンネット49内に設置する通常のものである。   FIG. 6 is a diagram in which the contactless power supply system 1 is applied to a vehicle 47 such as a passenger car. With the application to the vehicle 47, instead of the power receiving side capacitor 24 of the power receiving side device B, a power receiving side battery 48 having an electric capacity having a standard of, for example, 12V/23Ah×2 series is provided as a power receiving target. The power receiving side battery 48 is a normal battery installed in the hood 49 of the vehicle 47.

この場合、送電側装置Aは静止部材27に固定され、受電側装置Bは車両47に搭載され、受電側バッテリ48は車両47に搭載されたエンジン(図示せず)の始動や駆動に用いられる。   In this case, the power transmission side device A is fixed to the stationary member 27, the power reception side device B is mounted on the vehicle 47, and the power reception side battery 48 is used for starting and driving an engine (not shown) mounted on the vehicle 47. .

受電側バッテリ48の充電時には、車両47が静止部材27に接近して停止し、位置決めにより送電ケーシング26を受電ケーシング28と対応させる。これにより、通信制御部20が作動し、制御信号S1により通信回路17を作動させ、受電側整流回路19からの直流電流が制御検出回路22を介して受電側バッテリ48に給電する。   When the power receiving side battery 48 is charged, the vehicle 47 approaches the stationary member 27 and stops, and the power transmission casing 26 corresponds to the power receiving casing 28 by positioning. As a result, the communication control unit 20 operates, the communication circuit 17 is operated by the control signal S1, and the DC current from the power receiving side rectifying circuit 19 supplies power to the power receiving side battery 48 via the control detection circuit 22.

また、送電側装置Aを静止部材27に固定し、又は受電側装置Bを車両47に搭載することが可能となるので、送電側装置A及び受電側装置Bのそれぞれを単独で取引の対象として製造販売することができる。   Further, since the power transmitting side device A can be fixed to the stationary member 27 or the power receiving side device B can be mounted on the vehicle 47, each of the power transmitting side device A and the power receiving side device B can be independently traded. It can be manufactured and sold.

なお、充電回路部2における送電側キャパシタ9に代わって、小型で小容量の送電側バッテリを送電側バッファ部として設けてもよい。この送電側バッテリは、大容量の大型ではなく小容量の小型のものでよいため、非接触給電システム1の軽量化及びコスト削減に寄与する。この観点を考慮して、送電側バッテリは、送電側キャパシタ9に代わって設けてもよい。送電側キャパシタ9に代わって送電側バッテリを設けた場合、受電側キャパシタ24の代わりに受電側バッテリを設置してもよい。   Instead of the power transmission side capacitor 9 in the charging circuit unit 2, a small size and small capacity power transmission side battery may be provided as the power transmission side buffer unit. Since the battery on the power transmission side may be a small battery with a small capacity instead of a large battery with a large capacity, it contributes to weight reduction and cost reduction of the non-contact power feeding system 1. In consideration of this point, the power transmission side battery may be provided instead of the power transmission side capacitor 9. When the power transmission side battery is provided instead of the power transmission side capacitor 9, the power reception side battery may be installed instead of the power reception side capacitor 24.

図7は、受電側装置Bを備えた移動体(車両)25と軌道内に設けた送電側装置Aとを示した図である。送電側装置Aは、移動体25が走行する地上の軌道100A内(例えば、舗装道路内)に埋設され、受電側装置Bは、移動体25に取り付けられている。車両などの移動体25の走行中に、一次コイルに対する電源7(図6では省略)からの通電時に、前記した通り、一次コイル18の回路側から二次コイル19aとの遭遇時に電磁界結合により、一次コイル18の回路側から二次コイル19aの回路側への電力伝送を行って受電対象物に給電する。   FIG. 7 is a diagram showing a moving body (vehicle) 25 including a power receiving side device B and a power transmitting side device A provided in a track. The power transmission side device A is embedded in the track 100A on the ground on which the moving body 25 travels (for example, inside a paved road), and the power receiving side device B is attached to the moving body 25. As described above, when the primary coil is energized by the power supply 7 (not shown in FIG. 6) while the moving body 25 such as a vehicle is traveling, electromagnetic field coupling is caused when the secondary coil 19a is encountered from the circuit side of the primary coil 18. , Power is transmitted from the circuit side of the primary coil 18 to the circuit side of the secondary coil 19a to supply power to the power receiving target.

軌道100A内に埋設された送電側装置の一次コイル18は、並列に配置された二本の線状部分と線状部分の両端部を連結する円弧状部分から横長の楕円状を成し、多数の一次コイル18が所定の間隔で軌道100Aの走行方向Rmに沿って配置されている。なお、軌道100Aにおける送電側装置の一次コイル18の下方には、一次コイル18と二次コイル19aとの間の磁気拡散を防いで結合係数を向上させる目的で、フェライトなどの硬磁性体から成る集磁板(図示せず)を一次コイル18と近接平衡状態に配置している。   The primary coil 18 of the power transmission side device embedded in the track 100A has a laterally elongated elliptical shape from two linear parts arranged in parallel and an arc-shaped part that connects both ends of the linear part. The primary coils 18 are arranged at predetermined intervals along the traveling direction Rm of the track 100A. Below the primary coil 18 of the power transmission side device on the track 100A, a hard magnetic material such as ferrite is used for the purpose of preventing magnetic diffusion between the primary coil 18 and the secondary coil 19a and improving the coupling coefficient. A magnetism collecting plate (not shown) is arranged in close proximity to the primary coil 18.

一次コイル18が横長楕円状であるため、多数の一次コイル18を軌道100Aの走行方向Rmに沿って所定間隔で横長に敷設することで、単一の一次コイル18当たりの敷設距離を確保することができ、少ない本数の一次コイル18で長距離にわたって配置することができる。この場合、コイルを有するインピーダンス整合回路100が一次コイル18の範囲内に位置するので、一次コイル18に対しるインピーダンス整合回路100の磁束を外部に漏らすことなく効率的に送ることができる。   Since the primary coil 18 has a horizontally elongated elliptical shape, a large number of primary coils 18 are laid horizontally at a predetermined interval along the traveling direction Rm of the track 100A to secure a laying distance per single primary coil 18. The number of primary coils 18 can be reduced, and the coils can be arranged over a long distance. In this case, since the impedance matching circuit 100 having a coil is located within the range of the primary coil 18, the magnetic flux of the impedance matching circuit 100 for the primary coil 18 can be efficiently sent without leaking to the outside.

隣り合う一次コイル18同士は、スイッチング素子100B(切替部に該当)を介して、配線(連結部に該当)により接続されている。隣り合う一次コイル18同士の離間寸法、すなわち、一方の一次コイル18の先端と他方の一次コイル18の後端との離間距離は、例えば、移動体25の走行方向に沿う一次コイル18の長円寸法の1/2から2倍に設定する。しかしながら、前記離間距離については、一次コイル18の配置状況、軌道100Aの敷設状況ならびに使用環境などに応じで所望に設定可能である。   The adjacent primary coils 18 are connected to each other via a switching element 100B (corresponding to a switching unit) by a wiring (corresponding to a connecting unit). The distance between adjacent primary coils 18, that is, the distance between the tip of one primary coil 18 and the rear end of the other primary coil 18 is, for example, an ellipse of the primary coil 18 along the traveling direction of the moving body 25. Set to 1/2 to twice the size. However, the separation distance can be set as desired according to the arrangement of the primary coil 18, the laying of the track 100A, the use environment, and the like.

移動体25の走行中に、一次コイル18と二次コイル19aとの遭遇時に、両者の遭遇を近接センサ100C(近接検知部に該当)が検知することにより、スイッチング素子100Bが作動し、軌道100A内で進行方向Rmに隣接する一次コイル18のうち、一方から他方に切り替わるように設定されている。   When the primary coil 18 and the secondary coil 19a encounter each other while the moving body 25 is traveling, the proximity sensor 100C (corresponding to the proximity detection unit) detects the encounter between the primary coil 18 and the secondary coil 19a, whereby the switching element 100B operates and the track 100A. Of the primary coils 18 adjacent to each other in the traveling direction Rm, one of the primary coils 18 is set to switch to the other.

このように、走行時の移動体25が進行方向Rmに移動するに伴って、隣接する多数の一次コイル18に二次コイル19aが順次遭遇するたびに、二次コイル19aを持続的に共振させることができて、移動体25の走行時の連続給電が可能となる。   As described above, the secondary coil 19a is continuously resonated every time the secondary coil 19a sequentially encounters a large number of adjacent primary coils 18 as the moving body 25 travels in the traveling direction Rm. As a result, it is possible to continuously supply power when the moving body 25 is running.

具体的には、インピーダンス整合回路100、二次コイル19aを含む受電側装置Bは、移動体25の車体25aの裏面側に取付板を介して取り付けられる。   Specifically, the power receiving side device B including the impedance matching circuit 100 and the secondary coil 19a is attached to the rear surface side of the vehicle body 25a of the moving body 25 via a mounting plate.

受電対象物である受電側キャパシタ24は、例えば、自動車のボンネット内に配された充電用のバッテリセル24Aに接続され、自動車のスタータ用や空調コンプレッサ用の駆動モータあるいは種々の電装品(図示せず)などの作動に用いられるようになっている。   The power receiving side capacitor 24, which is a power receiving object, is connected to, for example, a battery cell 24A for charging, which is arranged in a hood of a vehicle, and is used as a drive motor for a vehicle starter or an air conditioning compressor or various electric components (not shown). It is supposed to be used for operations such as.

100、200 インピーダンス整合回路
101 インピーダンス変更部
102 開閉部
103 開閉制御部
104、201 検出部
105、202 信号処理部
106、203 調整部
107、204 整合部
100, 200 Impedance matching circuit 101 Impedance changing unit
102 opening/closing unit 103 opening/closing control unit 104, 201 detection unit 105, 202 signal processing unit 106, 203 adjusting unit 107, 204 matching unit

本発明は、送電電源及び送電素子を含む回路の出力インピーダンスと、負荷及び前記送電素子に対向して非接触で配された受電素子を含む回路の負荷インピーダンスとの間で電力伝送におけるインピーダンス整合を行うインピーダンス整合回路及び該インピーダンス整合回路を有する非接触給電システムに関するものである。   The present invention provides impedance matching in power transmission between an output impedance of a circuit including a power transmission power source and a power transmission element and a load impedance of a circuit including a load and a power receiving element that is arranged in a contactless manner facing the power transmission element. The present invention relates to an impedance matching circuit and a contactless power feeding system having the impedance matching circuit.

近年、充電等のための電力伝送の利便性向上を目的として、非接触で電力を出力するための送電素子を持つ送電側装置と、該送電側装置から供給される電力を非接触で受け付けるための受電素子を有する受電側装置とを含む非接触給電システムが注目されている。   In recent years, for the purpose of improving the convenience of power transmission for charging, etc., a power transmitting side device having a power transmitting element for outputting power in a non-contact manner, and receiving power supplied from the power transmitting side device in a non-contact manner A non-contact power feeding system including a power receiving side device having the power receiving element has attracted attention.

非接触給電において、電力の損失がなく最大の伝達効率で前記電力伝送を行うためには、前記送電側装置側の出力インピーダンスと受電側装置の負荷インピーダンスとの整合をとる必要がある。特に、高周波回路の場合、前記出力インピーダンスと前記負荷インピーダンス、すなわち、両インピーダンスの不整合により、反射が発生し、前記伝達効率を低下させるため、前記両インピーダンスを整合させることが必要となる。   In non-contact power feeding, in order to perform the power transmission with the maximum transmission efficiency without power loss, it is necessary to match the output impedance of the power transmission side device and the load impedance of the power reception side device. Particularly in the case of a high frequency circuit, reflection occurs due to the mismatch between the output impedance and the load impedance, that is, both impedances, and the transmission efficiency is reduced, so that it is necessary to match both impedances.

例えば、インピーダンス整合回路は、集中定数LとCとで構成される回路または分布定数マイクロストリップから構成されており、集中定数LとCで構成される回路はアンテナと増幅回路との間に接続されている。これにより、送電に戻ってくる反射電力ロスを抑制するとともに、システム全体の送電効率の改善に役にたっている(例えば、特許文献1参照。)。   For example, the impedance matching circuit is composed of a circuit composed of lumped constants L and C or a distributed constant microstrip, and the circuit composed of lumped constants L and C is connected between the antenna and the amplifier circuit. ing. Thereby, the reflected power loss returning to power transmission is suppressed and the power transmission efficiency of the entire system is improved (see, for example, Patent Document 1).

また、π整合回路としてインピーダンス整合回路が記載されており、高周波の信号源を有する駆動源と負荷との間に接続され、電源からの電源電圧の印加により、インピーダンスを自動的に整合させる手法がある(例えば、特許文献2参照。)。   Further, an impedance matching circuit is described as a π matching circuit, which is connected between a drive source having a high-frequency signal source and a load, and a method of automatically matching impedance by applying a power supply voltage from a power supply is proposed. There is (for example, refer to Patent Document 2).

この整合回路では、方向性結合器により検出された進行波成分の信号と反射波成分の信号とに基づいて、位相検出回路が進行波成分の信号を基準として反射波成分の信号の位相差を検出する。この位相差は、修正方向判定回路により、所定角度の進み又は遅れ成分を有するか否かを判定する。可変容量制御回路は、判定結果に基づいてコンデンサの可変容量を増減調整して、駆動源の出力インピーダンスと出力端子側の負荷のインピーダンスとを整合させる。   In this matching circuit, based on the traveling wave component signal and the reflected wave component signal detected by the directional coupler, the phase detection circuit detects the phase difference between the reflected wave component signal and the traveling wave component signal as a reference. To detect. This phase difference is judged by the correction direction judgment circuit whether or not it has a lead or lag component of a predetermined angle. The variable capacitance control circuit increases or decreases the variable capacitance of the capacitor based on the determination result to match the output impedance of the drive source with the impedance of the load on the output terminal side.

また、他の非接触電力伝送システムでは、整合回路が設けられており、送電共振器に入力された交流信号を検出部が検出する。検出部が検出した交流信号の変動に基づいて、インピーダンス制御部により、送電共振器のインピーダンスと電源の出力インピーダンスとを整合させている(例えば、特許文献3参照。)。   Further, in another contactless power transmission system, a matching circuit is provided, and the detection unit detects the AC signal input to the power transmission resonator. The impedance control unit matches the impedance of the power transmission resonator with the output impedance of the power supply based on the fluctuation of the AC signal detected by the detection unit (see, for example, Patent Document 3).

さらに、別の無線電力伝送システムによれば、可変リアクタンス素子を有する整合回路と、進行波電圧及び反射波電圧を取り出す進行波・反射波抽出部と、前記進行波・反射波抽出部により取り出された前記進行波電圧と前記反射波電圧とから反射係数を算出するとともに、前記反射係数と整合目標のインピーダンスと入力インピーダンスとの関係から前記入力インピーダンスを算出する反射係数算出部と、前記入力インピーダンスから前記整合回路の前記可変リアクタンス素子に振り分けられる容量値を算出して前記リアクタンス素子のリアクタンス値を設定する位置決定部及び制御値出力部と、を具備し、反射係数絶対値が所定の閾値よりも大きい場合には、整合補正量テーブルで使用する行を変更して整合回路の構成を変更するようにし、前記インピーダンスを自動的に整合させるための構成を介する前記送電アンテナと前記受電アンテナとによる電磁界結合時に、前記電源からの電力により前記負荷が給電される電気自動走行時の無線電力伝送システムが開示されている(例えば、特許文献4参照。)。   Further, according to another wireless power transmission system, a matching circuit having a variable reactance element, a traveling wave/reflected wave extraction unit for extracting traveling wave voltage and reflected wave voltage, and a traveling wave/reflected wave extraction unit for extracting the traveling wave/reflected wave voltage. A reflection coefficient calculation unit that calculates a reflection coefficient from the traveling wave voltage and the reflected wave voltage, and calculates the input impedance from the relationship between the reflection coefficient, the impedance of the matching target, and the input impedance, and from the input impedance The position determining unit and the control value output unit for calculating the capacitance value distributed to the variable reactance element of the matching circuit and setting the reactance value of the reactance element, and the absolute value of the reflection coefficient is greater than a predetermined threshold value. If it is larger, the row used in the matching correction amount table is changed so as to change the configuration of the matching circuit, and the electromagnetic waves generated by the power transmitting antenna and the power receiving antenna through the configuration for automatically matching the impedance. There is disclosed a wireless power transmission system during electric automatic traveling, in which the load is supplied with electric power from the power source at the time of field coupling (for example, see Patent Document 4).

特開2015−56760号公報JP, 2005-56760, A 特開2010−87845号公報JP, 2010-87845, A 特開2012−135117号公報JP 2012-135117 A 特開2015−122955号公報JP, 2005-122955, A

しかしながら、前記特許文献1乃至3については、いくつかの整合回路をあらかじめ用意し、最適回路をスイッチング回路で切り替える必要がある。電圧のフィードバックから最適アルゴリズムを用いて最適整合回路を組み合わせる手間がかかることがある。整合させる負荷インピーダンスを未知の状態で行うことになり、回路の肥大化が生じるとともに、最適アルゴリズムを確保できない場合が生じる。送信側インピーダンスと受信側インピーダンスとを正確に測定していないため、整合精度や調整範囲に限界があり、インピーダンス整合が取れない場合がある。   However, in Patent Documents 1 to 3, it is necessary to prepare some matching circuits in advance and switch the optimum circuit by the switching circuit. It may take time and effort to combine the optimum matching circuit using the optimum algorithm from the voltage feedback. Since the load impedance to be matched is performed in an unknown state, the circuit becomes bulky and the optimum algorithm may not be secured. Since the impedance on the transmitting side and the impedance on the receiving side are not accurately measured, the matching accuracy and the adjustment range are limited, and impedance matching may not be achieved.

また、特許文献4については、整合回路の構成を変更する場合に、予め定められた整合補正量テーブルから変更量に対応するデータを読み出さなければならず、処理のスループットに時間を要するという問題があった。特に、移動体の移動中に電力伝送を行う場合等、短時間での処理が必要な環境では、かかる処理の所要時間が重要な課題となる。特に、整合に必要な補正量は、受電側装置の負荷によって相違するが、予め定めた整合補正量テーブルの値は、離散的な値をリスト化したものであるから、該当する補正量が存在しない場合に、いわゆる無限ループに陥るおそれもあった。   Further, in Patent Document 4, when changing the configuration of the matching circuit, it is necessary to read the data corresponding to the change amount from the predetermined matching correction amount table, and there is a problem that the throughput of the processing takes time. there were. In particular, in an environment where a short-time process is required, such as when power is transferred while the mobile body is moving, the time required for the process is an important issue. In particular, the correction amount required for matching differs depending on the load of the power receiving side device, but the value of the predetermined matching correction amount table is a list of discrete values, so there is a corresponding correction amount. If you don't, you might end up in an infinite loop.

ところで、インピーダンスは、交流信号に対するパラメータであるため、信号電圧と電流の商で、振幅と位相の2つの成分を持つ。すなわち、複素数である。そして、インピーダンス整合に必要な負荷インピーダンスの推定について、前記いずれの先行技術も、複素数の反射係数の測定に基づいて行うため、反射係数の位相成分について、位相の同期やケーブル長さなどの影響で推定誤差が生じやすく、インピーダンス整合の精度に対する信頼性が低くなるという問題があった。   By the way, since the impedance is a parameter for an AC signal, it is a quotient of a signal voltage and a current, and has two components of amplitude and phase. That is, it is a complex number. In addition, since the load impedance required for impedance matching is estimated based on the measurement of the complex reflection coefficient in any of the above prior arts, the phase component of the reflection coefficient is affected by the phase synchronization and the cable length. There is a problem that an estimation error is likely to occur and the reliability of the impedance matching accuracy becomes low.

本発明は、上記課題を解消させるためのものであり、インピーダンス整合に必要な負荷インピーダンスと整合量の算定速度及び整合の精度を飛躍的に向上させるインピーダンス整合回路及び該インピーダンス整合回路を有する非接触給電システムを提供することを目的とする。   The present invention is for solving the above problems, and an impedance matching circuit that dramatically improves the calculation speed of the load impedance and the matching amount necessary for impedance matching and the matching accuracy, and a non-contact circuit having the impedance matching circuit. The purpose is to provide a power supply system.

上記目的を達成させるために、第1の発明にかかるインピーダンス整合回路は、負荷側の負荷インピーダンスを変更可能な変更素子によって得られる第1反射係数と第2反射係数から、振幅成分のみを特定し、2つの振幅成分の算出式から生成される方程式により負荷インピーダンスを正確に算出し、算出された前記負荷インピーダンスから目標インピーダンスを整合させるために必要な可変リアクタンス素子のリアクタンス量を算定し、可変リアクタンス素子のインピーダンスを調整する整合回路を提供することを最も主要な特徴とする。   In order to achieve the above object, an impedance matching circuit according to a first aspect of the present invention specifies only an amplitude component from a first reflection coefficient and a second reflection coefficient obtained by a change element capable of changing a load impedance on a load side. The load impedance is accurately calculated by the equation generated from the calculation formulas of the two amplitude components, and the reactance amount of the variable reactance element necessary for matching the target impedance is calculated from the calculated load impedance. The most important feature is to provide a matching circuit that adjusts the impedance of the device.

すなわち、送電電源及び送電素子を含む回路の出力インピーダンスと、負荷及び前記送電素子に対向して非接触で配された受電素子を含む回路の負荷インピーダンスとの間で電力伝送におけるインピーダンス整合を行うインピーダンス整合回路であって、
前記負荷側の負荷インピーダンスを、所定の変更量を有する変更素子によって変更するインピーダンス変更部と、
前記インピーダンスと前記受電素子との接続の開閉を行う開閉部と、
前記開閉部の開閉を制御する開閉制御部と、
前記開閉の両時における前記送電電源からの進行波の電圧と前記負荷からの反射波の電圧とを検出する検出部と、
前記インピーダンス変更部は、前記開閉部によって前記受電素子との接続を開状態とされときに、前記検出された進行波と反射波から第1反射係数を計算して振幅成分のみを特定し、前記開閉部によって前記受電素子との接続を閉状態とされたときに、前記検出された進行波と反射波から第2反射係数を計算して振幅成分のみを特定し、前記2つの振幅成分の計算式から生成される二次方程式により、前記負荷インピーダンスの推定値を計算する計算部と、
前記計算された負荷インピーダンスに対して前記出力インピーダンスとの整合をとるための目標インピーダンスを整合させるために、可変リアクタンス素子を有する整合部と、
前記計算された負荷インピーダンスから、前記整合に必要な前記可変リアクタンス素子のリアクタンス量を算定し、算定されたリアクタンス量に基づいて可変リアクタンス素子のインピーダンスを調整するインピーダンス調整部と、
を有することを特徴とする。
That is, an impedance that performs impedance matching in power transmission between an output impedance of a circuit including a power transmission power source and a power transmission element and a load impedance of a circuit including a load and a power receiving element that is arranged in a contactless manner facing the power transmission element. A matching circuit,
An impedance changing unit that changes the load impedance on the load side by a changing element having a predetermined change amount,
An opening and closing unit that opens and closes the connection between the impedance and the power receiving element,
An opening and closing control unit that controls opening and closing of the opening and closing unit,
A detection unit that detects a voltage of a traveling wave from the power transmission power source and a voltage of a reflected wave from the load at both times of opening and closing,
The impedance changing unit calculates a first reflection coefficient from the detected traveling wave and reflected wave to specify only an amplitude component when the connection with the power receiving element is opened by the opening/closing unit, and When the connection to the power receiving element is closed by the opening/closing unit, the second reflection coefficient is calculated from the detected traveling wave and reflected wave to specify only the amplitude component, and the calculation of the two amplitude components is performed. With a quadratic equation generated from the equation, a calculation unit for calculating the estimated value of the load impedance,
A matching unit having a variable reactance element to match a target impedance for matching the output impedance with the calculated load impedance;
From the calculated load impedance, the reactance amount of the variable reactance element required for the matching is calculated, and an impedance adjusting unit that adjusts the impedance of the variable reactance element based on the calculated reactance amount,
It is characterized by having.

この構成によれば、前記負荷側の負荷インピーダンスを変更する素子を設け、前記受電素子との接続を開閉制御することにより、二つの異なる反射係数を得ることが可能になり、さらに、当該二つの反射係数の位相成分を排除した振幅のみ、すなわち、スカラ量のみの二次方程式によって負荷インピーダンスを推定し、前記目標インピーダンスを整合させるために必要なリアクタンス量を計算することが可能になる。   According to this configuration, by providing an element that changes the load impedance on the load side and controlling the opening and closing of the connection with the power receiving element, it becomes possible to obtain two different reflection coefficients, and further, the two It becomes possible to estimate the load impedance by a quadratic equation only for the amplitude excluding the phase component of the reflection coefficient, that is, for the scalar amount, and calculate the reactance amount necessary for matching the target impedance.

なお、前記発明にかかる整合回路を有する非接触給電システムを提供するようにしてもよい。 Incidentally, it is also possible to provide a contactless power supply system having a matching circuit according to prior Symbol onset bright.

本発明の整合回路及び非接触給電システムは、インピーダンス整合に必要な負荷インピーダンスの計算と計算された負荷インピーダンスによる整合量の特定を予めデータテーブルで定めて読み出す必要がなく、簡単な方程式で直ちに算定できるため、インピーダンス整合の処理速度が飛躍的に向上し、迅速な電力伝送及び給電を実現できるという効果を奏する。   The matching circuit and the contactless power feeding system of the present invention do not require calculation of the load impedance necessary for impedance matching and specification of the matching amount based on the calculated load impedance in advance in a data table to read out, and a simple equation is used for immediate calculation. As a result, the processing speed of impedance matching is dramatically improved, and rapid power transmission and power feeding can be achieved.

また、前記方程式は、位相成分を排除し、振幅成分のみで生成するものであるため、負荷インピーダンスの算定精度が飛躍的に向上し、効率的で実効性の高い電力伝送及び給電用整合回路を実現できるという効果を奏する。   Further, since the above equation excludes the phase component and generates only the amplitude component, the calculation accuracy of the load impedance is dramatically improved, and an efficient and highly effective power transmission and power supply matching circuit is provided. There is an effect that can be realized.

図1は、本明細書で開示する実施形態にかかるインピーダンス整合回路のブロック構成図を示した図である。FIG. 1 is a diagram showing a block configuration diagram of an impedance matching circuit according to an embodiment disclosed in this specification . 図2は、本明細書で開示する非接触給電システムのブロック構成図を示した図である。FIG. 2 is a diagram showing a block configuration diagram of the contactless power feeding system disclosed in this specification . 図3は、受電側装置を備えた搬送車と送電側装置との遭遇状態を示す模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram showing an encounter state between a carrier vehicle including a power receiving side device and a power transmitting side device. 図4は、受電側装置を備えた自動車と送電側装置との遭遇状態を示す模式図である。FIG. 4 is a schematic diagram showing an encounter state between a vehicle including a power receiving side device and a power transmitting side device. 図5は、受電側装置を備えた移動体と軌道内に設けた送電側装置とを示した図であり、(a)は、前記移動体と前記送電側装置の対応関係を示す側面図、(b)は、軌道内に配置した送電側装置の平面図である。FIG. 5 is a diagram showing a moving body including a power receiving side device and a power transmitting side device provided in a track, and (a) is a side view showing a correspondence relationship between the moving body and the power transmitting side device, (B) is a top view of the power transmission side apparatus arrange|positioned in the track.

以下、本実施の形態では、送電素子として一次コイル及び受電素子として二次コイルから構成される整合回路を例に説明するが、本発明にかかる整合回路は、磁界結合、電界結合、さらには放射型の給電方式のいずれであっても適用可能であり、送電素子、受電素子の形状もコイルに限定されるものではない。   Hereinafter, in the present embodiment, a matching circuit configured by a primary coil as a power transmitting element and a secondary coil as a power receiving element will be described as an example, but the matching circuit according to the present invention includes magnetic field coupling, electric field coupling, and radiation. Any type of power feeding system can be applied, and the shapes of the power transmitting element and the power receiving element are not limited to the coil.

<インピーダンス整合回路の実施形態>
図1を参照して、100は、第1実施形態にかかるインピーダンス整合回路である。インピーダンス整合回路100は、後述するように、給電側(送電電源)の出力インピーダンスと、受電側(負荷)の負荷インピーダンスとの間で電力伝送におけるインピーダンス整合を行うために、設けられる回路である。給電側の出力インピーダンスと受電側の負荷インピーダンスとの間で整合がとれていないと、受電側で消費できない電力によって発生する反射波と給電側の入射波とが干渉し、定在波が発生する。そして、かかる定在波によって発生する電力の損失が生じる。
<Implementation form of the impedance matching circuit>
With reference to FIG. 1, 100 is an impedance matching circuit according to the first embodiment. The impedance matching circuit 100 is a circuit provided for performing impedance matching in power transmission between the output impedance of the power feeding side (power transmission power source) and the load impedance of the power receiving side (load), as described later. If the output impedance of the power feeding side and the load impedance of the power receiving side are not matched, the reflected wave generated by the power that cannot be consumed on the power receiving side interferes with the incident wave on the power feeding side, and a standing wave is generated. . Then, a loss of electric power generated by the standing wave occurs.

インピーダンス整合回路100は、後述するように、負荷となる受電対象物の負荷インピーダンスZLに対して、整合部107によって整合インピーダンス(すなわち、目標とするインピーダンス)が決定される。 In the impedance matching circuit 100, the matching impedance (that is, the target impedance) is determined by the matching unit 107 with respect to the load impedance Z L of the power receiving target serving as a load, as described later.

前記負荷と整合部107との間には、インピーダンス変更部101が接続されている。本実施の形態では、前記負荷に対して並列に接続されているが、直列であってもよい。インピーダンス変更部101は、インピーダンス整合回路100に接続されることにより、負荷インピーダンスを変更する素子を接続すればよく、例えば、コンデンサ、コイルであればよい。なお、インピーダンス変更部101に接続される素子自体のインピーダンスは既知のものである。   An impedance changing unit 101 is connected between the load and the matching unit 107. Although the load is connected in parallel in the present embodiment, it may be connected in series. The impedance changing unit 101 may be connected to the impedance matching circuit 100 to connect an element that changes the load impedance, and may be, for example, a capacitor or a coil. The impedance of the element itself connected to the impedance changing unit 101 is known.

インピーダンス変更部101は、開閉部102の開閉によって負荷インピーダンスを変更する。例えば、開閉部102は、スイッチによって二次コイル19a(インピーダンス整合回路100)との接続を開閉すればよい。開閉部102の開閉は、所定の条件によって前記スイッチの開閉をマイコン制御する開閉制御部103によって制御される。なお、前記所定の条件とは、例えば、開閉部102を初期状態でインピーダンス変更部101に対して開状態(オフ状態)とし、後述する信号処理部105で前記初期状態のデータを取得すると、インピーダンス変更部101に対して閉状態(オン状態)とすればよい。   The impedance changing unit 101 changes the load impedance by opening/closing the opening/closing unit 102. For example, the opening/closing unit 102 may open/close the connection with the secondary coil 19a (impedance matching circuit 100) with a switch. The opening and closing of the opening and closing unit 102 is controlled by an opening and closing control unit 103 which controls the opening and closing of the switch by a microcomputer according to a predetermined condition. The predetermined condition is, for example, when the opening/closing unit 102 is in an open state (OFF state) with respect to the impedance changing unit 101 in the initial state and the signal processing unit 105 described later acquires the data in the initial state, the impedance is changed. It suffices to bring the changing unit 101 into a closed state (on state).

検出部104は、給電側からの前記入射波の電圧と負荷側からの前記反射波の電圧とをリアルタイムで検出する。すなわち、入射波電圧viは、第1検波部104aで検出され、反射波電圧vrは、第2検波部104bによって検出される。反射係数は反射波電圧vrと入射波電圧viの比から求められる。従って、検出部104では、開閉部102の開閉によってインピーダンス変更部101が介在しない場合と介在する場合の2つ反射係数の検出をする。   The detection unit 104 detects the voltage of the incident wave from the power supply side and the voltage of the reflected wave from the load side in real time. That is, the incident wave voltage vi is detected by the first detection unit 104a, and the reflected wave voltage vr is detected by the second detection unit 104b. The reflection coefficient is obtained from the ratio of the reflected wave voltage vr and the incident wave voltage vi. Therefore, the detection unit 104 detects two reflection coefficients depending on whether the impedance changing unit 101 is present or not depending on the opening/closing of the opening/closing unit 102.

検出部104で検出された前記入射波電圧vi、反射波電圧vrは、信号処理部105のAD変換部105aにより、アナログ−ディジタル変換処理後、計算部105bで負荷インピーダンスの推定のための計算を実行する。ここで、インピーダンス変更部101がオフの場合の反射係数をΓ、負荷インピーダンスをZ、目標インピーダンスZとすると、以下の式が成り立つ。 The incident wave voltage vi and the reflected wave voltage vr detected by the detection unit 104 are subjected to analog-digital conversion processing by the AD conversion unit 105a of the signal processing unit 105, and then calculation for calculation of load impedance is performed by the calculation unit 105b. Run. Here, when the reflection coefficient when the impedance changing unit 101 is off is Γ 1 , the load impedance is Z L , and the target impedance Z 0 , the following equations hold.

Figure 2020080601
Figure 2020080601

一方、インピーダンス変更部101がオンの場合の反射係数をΓ、負荷インピーダンスをZL2、目標インピーダンスZ、インピーダンス変更部101がオフのときからオンになったときのインピーダンスの変化量をjΔX、負荷インピーダンスZの実部をR、虚部をjXとすると、以下の式が成り立つ。 On the other hand, when the impedance changing unit 101 is on, the reflection coefficient is Γ 2 , the load impedance is Z L2 , the target impedance Z 0 , and the amount of change in impedance when the impedance changing unit 101 is turned on to jΔX, When the real part of the load impedance Z L is R and the imaginary part is jX, the following equation holds.

Figure 2020080601
但し、
Figure 2020080601
Figure 2020080601
However,
Figure 2020080601

ところで、反射係数Γ、Γは、いずれも、振幅値と位相角を含む値であるが、位相角を含むことにより、反射係数Γ、Γが複素数となる。そして、位相推定の難しさから、負荷インピーダンスZの推定の精度が低くなるおそれがある。そこで、反射係数の大きさのみを抽出するために、計算部105bでは、絶対値|Γ|、|Γ|を算出する。また、インピーダンス変更部101を構成する前記素子のインピーダンスは、既知の値である。したがって、計算部105bは、インピーダンス変更部101を備えたインピーダンス整合回路100の構成により、数式1と数式2から、以下、数式3の通り、実部Rの二次方程式を導出することができる。なお、下記数式3の定数a、b、c及びp、qは、前記算出された絶対値|Γ|、|Γ|及び前記インピーダンスの変化量をjΔXから求めることができる。 By the way, the reflection coefficients Γ 1 and Γ 2 are both values including the amplitude value and the phase angle, but by including the phase angle, the reflection coefficients Γ 1 and Γ 2 are complex numbers. Then, due to the difficulty of phase estimation, the accuracy of estimation of the load impedance Z L may decrease. Therefore, in order to extract only the magnitude of the reflection coefficient, the calculation unit 105b calculates the absolute values |Γ 1 | and |Γ 2 |. In addition, the impedance of the element that constitutes the impedance changing unit 101 is a known value. Therefore, the calculation unit 105b can derive the quadratic equation of the real part R from Expression 1 and Expression 2 as shown in Expression 3 below by the configuration of the impedance matching circuit 100 including the impedance changing unit 101. The constants a, b, c and p, q in the following mathematical formula 3 can be obtained from the calculated absolute values |Γ 1 |, |Γ 2 | and the amount of change in the impedance from jΔX.

Figure 2020080601
Figure 2020080601

負荷インピーダンスと反射係数とは、一対一に対応する関係にあるため、インピーダンス変更部101を設けてオン、オフ制御することにより、負荷インピーダンスZを反射係数から前記3式を導き出せるため、このような簡易な算定が可能となる。 Since there is a one-to-one correspondence between the load impedance and the reflection coefficient, the load impedance Z L can be derived from the reflection coefficient by the expression 3 by providing the impedance changing unit 101 to control ON/OFF. It enables simple calculations.

次いで、計算部105bで負荷インピーダンスZの推定値が算出されると、目標インピーダンスZに整合する整合回路の要素を定めることができる。 Then, when the estimated value of the load impedance Z L is calculated by the calculation unit 105b, the element of the matching circuit that matches the target impedance Z 0 can be determined.

算定された前記整合量は、調整部106で、まず、DA変換部106aにより、アナログ信号に変換される。そこから、T型、L型またはπ型回路の各可変コンデンサCx、Cy、Czの各容量値を計算される。   The calculated matching amount is first converted by the adjusting unit 106 into an analog signal by the DA converting unit 106a. From there, the capacitance values of the variable capacitors Cx, Cy, Cz of the T-type, L-type or π-type circuit are calculated.

調整部106は、前記整合量に応じた制御電圧値を設定し、前記各容量値に対応した該制御電圧値に基づき第1駆動部106b、第2駆動部106c、第3駆動部106dを介して整合部107の前記各可変コンデンサCx、Cy、Czに接続されている第1モータ106e、第2モータ106f、第3モータ106gを通電し、インピーダンス整合処理を行う。   The adjusting unit 106 sets a control voltage value according to the matching amount, and via the first driving unit 106b, the second driving unit 106c, and the third driving unit 106d based on the control voltage value corresponding to each capacitance value. Then, the first motor 106e, the second motor 106f, and the third motor 106g connected to the variable capacitors Cx, Cy, and Cz of the matching unit 107 are energized to perform impedance matching processing.

以上のような構成により、簡易な計算処理によってインピーダンス整合を行うことができるため、例えば、予め反射係数と前記のような制御値との関係を示すデータテーブルを設定し、インピーダンス整合処理の都度、前記データテーブルを読み出す等の処理は不要になる。また、インピーダンス変更部101を設けて、意図的に2つの異なる負荷インピーダンスを算出することにより、計算の精度を下げる位相角を排除することが可能になり、かつ、前記データテーブルを読み出す煩雑な処理を排除することができるため、インピーダンス整合を実行する計算処理精度が向上するとともに、スループットも向上する。   With the above configuration, impedance matching can be performed by a simple calculation process. Therefore, for example, a data table indicating the relationship between the reflection coefficient and the control value as described above is set in advance, and each time the impedance matching process is performed, Processing such as reading the data table becomes unnecessary. Further, by providing the impedance changing unit 101 and intentionally calculating two different load impedances, it becomes possible to eliminate a phase angle that reduces the calculation accuracy, and a complicated process of reading the data table. Can be eliminated, so that the accuracy of calculation processing for executing impedance matching is improved and the throughput is also improved.

<非接触給電システムの実施形態>
本実施の形態は、非接触給電システムの一実施形態を例示的に示したものであり、本発明にかかる非 接触給電システムは、この形態に限定する趣旨ではない。図2を参照して、1は、非接触給電システムである。非接触給電システム1は、充電回路部2、送電部3、送電ヘッド部4、受電ヘッド部5及び受電部6を備えている。充電回路部2、送電部3及び送電ヘッド部4は送電側装置Aを構成し、受電ヘッド部5および受電部6は受電側装置Bを構成する。送電側装置Aと受電側装置Bとは互いに分離された状態で別個に設けられている。
<Embodiment of non-contact power feeding system>
The present embodiment exemplifies one embodiment of the non-contact power feeding system, and the non-contact power feeding system according to the present invention is not limited to this mode. Referring to FIG. 2, reference numeral 1 is a contactless power feeding system. The contactless power feeding system 1 includes a charging circuit unit 2, a power transmitting unit 3, a power transmitting head unit 4, a power receiving head unit 5, and a power receiving unit 6. The charging circuit unit 2, the power transmission unit 3, and the power transmission head unit 4 configure a power transmission side device A, and the power reception head unit 5 and the power reception unit 6 configure a power reception side device B. The power transmission side device A and the power reception side device B are separately provided in a state of being separated from each other.

送電側装置Aの充電回路部2は、例えば50Hzあるいは60Hzの周波数でAC100/200Vの規格電圧を有する電源7(送電電源)により、送電側整流回路8を介して充電される送電側キャパシタ9を送電側バッファ部として設けている。送電側キャパシタ9は、電源7から給電を受けるように接続され、電源7による通電時は、常に充電を受けている。送電側キャパシタ9は、送電部3を構成する電源回路12に接続されている。この「給電」という文言は、以下の説明において、「充電」と同義で用いる。   The charging circuit unit 2 of the power transmission side device A charges the power transmission side capacitor 9 charged via the power transmission side rectification circuit 8 by the power source 7 (power transmission power source) having a standard voltage of AC100/200V at a frequency of 50 Hz or 60 Hz, for example. It is provided as a power transmission side buffer unit. The power transmission side capacitor 9 is connected so as to be supplied with power from the power supply 7, and is constantly charged when energized by the power supply 7. The power transmission side capacitor 9 is connected to the power supply circuit 12 that configures the power transmission unit 3. The word "power feeding" is used synonymously with "charging" in the following description.

送電部3は、電源7に接続された電源回路12を備えている。電源回路12は、充電制御回路としての充電制御部10およびインバータ回路を構成する発振回路13および送電側制御回路部16が設けられている。電源回路12には、パイロットランプ15を接続した送電側制御回路部16が設けられている。送電側制御回路部16は、後述する通信回路17からの給電信号S1を受けたとき、パイロットランプ15を点灯する。   The power transmission unit 3 includes a power supply circuit 12 connected to the power supply 7. The power supply circuit 12 is provided with a charging control unit 10 as a charging control circuit, an oscillation circuit 13 forming an inverter circuit, and a power transmission side control circuit unit 16. The power supply circuit 12 is provided with a power transmission side control circuit section 16 to which a pilot lamp 15 is connected. The power transmission side control circuit unit 16 turns on the pilot lamp 15 when receiving the power supply signal S1 from the communication circuit 17 described later.

送電ヘッド部4は、通信回路17と一次コイル18とを備え、通信回路17は、後述する通信制御部20からの通信媒体(電波、光、音波、紫外線、赤外線あるいは感熱波)として制御信号S1を受けるようになっている。一次コイル18は駆動回路14からの電流を受けて磁界を生じるように接続されている。   The power transmission head unit 4 includes a communication circuit 17 and a primary coil 18, and the communication circuit 17 uses the control signal S1 as a communication medium (radio wave, light, sound wave, ultraviolet ray, infrared ray or heat sensitive wave) from a communication control unit 20 described later. I am supposed to receive it. The primary coil 18 is connected to receive a current from the drive circuit 14 and generate a magnetic field.

受電側装置Bの受電ヘッド部5は受電側整流回路19と通信制御部20とを備える。受電側整流回路19は、電磁界結合部における電磁界結合により一次コイル18からの電力伝送を、インピーダンス整合回路100を介して受ける二次コイル19aを有する。通信制御部20は制御信号S1を通信回路17に送る発信部(図示せず)を有している。インピーダンス整合回路100は、電源と一次コイル18の回路側とのインピーダンスを後述する機構により自動整合させるために設けられている。インピーダンス整合回路100のコイル、一次コイル18および二次コイル19aは、いずれもリッツ線により形成してQ値(Quality Factor)を高めている。   The power reception head unit 5 of the power reception side device B includes a power reception side rectifier circuit 19 and a communication control unit 20. The power receiving side rectifier circuit 19 has a secondary coil 19a that receives power transmission from the primary coil 18 through the impedance matching circuit 100 by electromagnetic field coupling in the electromagnetic field coupling section. The communication controller 20 has a transmitter (not shown) that sends the control signal S1 to the communication circuit 17. The impedance matching circuit 100 is provided for automatically matching the impedance between the power source and the circuit side of the primary coil 18 by a mechanism described later. The coil of the impedance matching circuit 100, the primary coil 18 and the secondary coil 19a are all formed by a litz wire to enhance the Q value (Quality Factor).

受電部6は、制御検出回路22および受電側制御回路部23を備え、受電側整流回路19からの電流を制御検出回路22に送るようになっている。受電側制御回路部23は制御検出回路22からの検出信号S3を通信制御部20に送るように接続されている。制御検出回路22は、受電対象物としての受電側キャパシタ24に接続されている。受電側キャパシタ24は、蓄電部11を構成し、合成電力により充電される。   The power reception unit 6 includes a control detection circuit 22 and a power reception side control circuit unit 23, and sends the current from the power reception side rectification circuit 19 to the control detection circuit 22. The power receiving side control circuit unit 23 is connected so as to send the detection signal S3 from the control detection circuit 22 to the communication control unit 20. The control detection circuit 22 is connected to a power receiving side capacitor 24 as a power receiving target. The power receiving side capacitor 24 constitutes the power storage unit 11 and is charged by the combined power.

そして、インピーダンス整合回路100は、送電電源7と一次コイル18との間に設けられている。なお、インピーダンス整合回路100は、二次コイル19aと負荷側との間に設けてもよい。   The impedance matching circuit 100 is provided between the power transmission power supply 7 and the primary coil 18. The impedance matching circuit 100 may be provided between the secondary coil 19a and the load side.

図3は、非接触給電システム1を移動体(誘導式搬送車)25に適用した図である。送電側装置Aは、送電ケーシング26に収納されて静止部材27に固定され、受電側装置Bは、受電ケーシング28に収納されて工場内外、倉庫内外の床面Wを走行する移動体25に搭載される。 FIG. 3 is a diagram in which the non-contact power feeding system 1 is applied to a moving body (guided guided vehicle) 25. The power transmitting side device A is housed in the power transmitting casing 26 and fixed to the stationary member 27, and the power receiving side device B is housed in the power receiving casing 28 and mounted on the moving body 25 traveling on the floor W inside and outside the factory and inside and outside the warehouse. To be done.

受電対象物である受電側キャパシタ24は移動体25に設けられており、後述する駆動輪の駆動モータ(いずれも図示せず)及び操舵輪33の左右に設けた操舵モータ34の駆動に用いられる。移動体25は、床面Wの走行により工場や倉庫内などに置かれた各種の工具、部品あるいは製品(図示せず)などを運搬するための無人運転に用いられる。なお、送電側装置Aは後述する静止部材27に固定され、受電側装置Bも同様に、後付けにより移動体25に搭載されてもよい。   The power receiving side capacitor 24, which is a power receiving target, is provided in the moving body 25, and is used to drive a drive motor (not shown) for driving wheels, which will be described later, and a steering motor 34 provided on the left and right of the steered wheels 33. .. The moving body 25 is used for unmanned operation for carrying various tools, parts or products (not shown) placed in a factory or a warehouse by traveling on the floor surface W. The power transmission side device A may be fixed to a stationary member 27 described later, and the power reception side device B may also be mounted on the moving body 25 by retrofitting.

移動体25は、四隅に車輪29を設けた矩形の車台30を有し、車台30には左右の電磁センサ31a、31bを接続する駆動制御部32を取り付けている。駆動制御部32は、出力制御部32aを介して受電側キャパシタ24からの給電を受けるように構成されている。床面Wには、例えばアルミニウム製テープからなる誘導体35が所定の軌道に沿って閉ループ状に貼着されている。移動体25の走行時には、左右の電磁センサ31a、31bからの出力信号により、駆動制御部32を介して駆動モータおよび操舵モータ34の駆動が制御されている。   The moving body 25 has a rectangular chassis 30 having wheels 29 at four corners, and a drive controller 32 for connecting left and right electromagnetic sensors 31a and 31b is attached to the chassis 30. The drive control unit 32 is configured to receive power from the power receiving side capacitor 24 via the output control unit 32a. A dielectric 35 made of, for example, an aluminum tape is attached to the floor surface W in a closed loop along a predetermined track. When the moving body 25 travels, the drive signals of the left and right electromagnetic sensors 31a and 31b control the drive of the drive motor and the steering motor 34 via the drive control unit 32.

移動体25の走行時に移動体25を静止部材27に接近させて停止し、送電ケーシング26を僅少なギャップGを余して受電ケーシング28に接近させる。   When the moving body 25 is traveling, the moving body 25 is brought close to the stationary member 27 and stopped, and the power transmission casing 26 is brought close to the power receiving casing 28 with a small gap G left.

これに伴い、受電ヘッド部5の二次コイル19aが送電ヘッド部4の一次コイル18と対向するように位置決めされ、通信回路17が通信制御部20の発信部に対応するように位置する。この際、制御検出回路22が受電側キャパシタ24の電流値を検出し、この電流値の閾値レベルが所定未満の時、受電側制御回路部23により通信制御部20が作動し、通信制御部20からの制御信号S1により通信回路17を作動させ、電源回路12の送電側制御回路部16を介して充電制御部10を作動させる。   Along with this, the secondary coil 19 a of the power reception head unit 5 is positioned so as to face the primary coil 18 of the power transmission head unit 4, and the communication circuit 17 is positioned so as to correspond to the transmission unit of the communication control unit 20. At this time, the control detection circuit 22 detects the current value of the power receiving side capacitor 24, and when the threshold level of this current value is less than a predetermined value, the power receiving side control circuit section 23 activates the communication control section 20 and the communication control section 20. The communication circuit 17 is operated by the control signal S1 from the power supply circuit 12, and the charging control unit 10 is operated via the power transmission side control circuit unit 16 of the power supply circuit 12.

これにより、パイロットランプ15が点灯し、送電側整流回路8からの電力が電源回路12の充電制御部10に送られると同時に、電源7による送電側キャパシタ9に蓄えられていた電力が充電制御部10に送られる。送電側整流回路8からの電力と送電側キャパシタ9に蓄えられていた電力とは、充電制御部10で加算された合成電力の高周波電力として、発振回路13および駆動回路14を介して一次コイル18に送られて二次コイル19aを励起する。   As a result, the pilot lamp 15 is turned on, the electric power from the power transmission side rectification circuit 8 is sent to the charging control unit 10 of the power supply circuit 12, and at the same time, the electric power stored in the power transmission side capacitor 9 by the power supply 7 is charged. Sent to 10. The power from the power transmission side rectification circuit 8 and the power stored in the power transmission side capacitor 9 are high-frequency power of the combined power added by the charging control unit 10, and the primary coil 18 via the oscillation circuit 13 and the drive circuit 14. To excite the secondary coil 19a.

すなわち、電磁的な誘導現象により一次コイル18と二次コイル19aとにより電磁界結合が生じ、一次コイル18から二次コイル19aへと電力伝送が行われる。このとき、二次コイル19aによる電力が受電側整流回路19を介して整流化された直流電流を生じ、制御検出回路22からの受電側キャパシタ24を流れて充電する。   That is, electromagnetic coupling occurs due to the electromagnetic induction phenomenon between the primary coil 18 and the secondary coil 19a, and power is transmitted from the primary coil 18 to the secondary coil 19a. At this time, the electric power generated by the secondary coil 19a generates a rectified direct current through the power receiving side rectifying circuit 19 and flows through the power receiving side capacitor 24 from the control detection circuit 22 to be charged.

受電側キャパシタ24の充電量が満杯となって充電が終了すると、制御検出回路22が電流値の閾値レベルを検出する。これに伴い、受電側制御回路部23により通信制御部20及び通信回路17を介して送電側制御回路部16を作動させ、パイロットランプ15を消灯させるとともに、充電制御部10に停止信号S4を送って発振回路13に対する送電を停止する。   When the charge amount of the power receiving side capacitor 24 is full and the charging is completed, the control detection circuit 22 detects the threshold level of the current value. Along with this, the power receiving side control circuit unit 23 operates the power transmission side control circuit unit 16 via the communication control unit 20 and the communication circuit 17, turns off the pilot lamp 15, and sends a stop signal S4 to the charging control unit 10. Power transmission to the oscillation circuit 13 is stopped.

受電側キャパシタ24の充電量が満杯となったことにより、移動体25の駆動制御部32の出力制御部32aを介して受電側キャパシタ24から給電を受け、駆動輪の駆動モータ及び操舵輪33が作動し、左右の電磁センサ31a、31bにより検出される誘導体35に沿って誘導式搬送車25が床面Wを走行して工具や部品などの運搬を行う。   When the charge amount of the power receiving side capacitor 24 is full, power is supplied from the power receiving side capacitor 24 via the output control unit 32a of the drive control unit 32 of the moving body 25, and the drive motor of the drive wheel and the steered wheel 33 are supplied. The guide type guided vehicle 25 runs on the floor surface W along the guide 35 detected by the left and right electromagnetic sensors 31a and 31b to carry tools and parts.

図4は、非接触給電システム1を乗用車などの車両47に適用した図である。車両47への適用に伴い、受電側装置Bの受電側キャパシタ24に代わって、例えば12V/23Ah×2直列の規格を有する電気容量の受電側バッテリ48を受電対象物として設けている。受電側バッテリ48は、車両47のボンネット49内に設置する通常のものである。   FIG. 4 is a diagram in which the contactless power supply system 1 is applied to a vehicle 47 such as a passenger car. With the application to the vehicle 47, instead of the power receiving side capacitor 24 of the power receiving side device B, a power receiving side battery 48 having an electric capacity having a standard of, for example, 12V/23Ah×2 series is provided as a power receiving target. The power receiving side battery 48 is a normal battery installed in the hood 49 of the vehicle 47.

この場合、送電側装置Aは静止部材27に固定され、受電側装置Bは車両47に搭載され、受電側バッテリ48は車両47に搭載されたエンジン(図示せず)の始動や駆動に用いられる。   In this case, the power transmission side device A is fixed to the stationary member 27, the power reception side device B is mounted on the vehicle 47, and the power reception side battery 48 is used for starting and driving an engine (not shown) mounted on the vehicle 47. ..

受電側バッテリ48の充電時には、車両47が静止部材27に接近して停止し、位置決めにより送電ケーシング26を受電ケーシング28と対応させる。これにより、通信制御部20が作動し、制御信号S1により通信回路17を作動させ、受電側整流回路19からの直流電流が制御検出回路22を介して受電側バッテリ48に給電する。   When the power receiving side battery 48 is charged, the vehicle 47 approaches the stationary member 27 and stops, and the power transmission casing 26 corresponds to the power receiving casing 28 by positioning. As a result, the communication control unit 20 operates, the communication circuit 17 is operated by the control signal S1, and the DC current from the power receiving side rectifying circuit 19 supplies power to the power receiving side battery 48 via the control detection circuit 22.

また、送電側装置Aを静止部材27に固定し、又は受電側装置Bを車両47に搭載することが可能となるので、送電側装置A及び受電側装置Bのそれぞれを単独で取引の対象として製造販売することができる。   Further, since the power transmitting side device A can be fixed to the stationary member 27 or the power receiving side device B can be mounted on the vehicle 47, each of the power transmitting side device A and the power receiving side device B can be independently traded. It can be manufactured and sold.

なお、充電回路部2における送電側キャパシタ9に代わって、小型で小容量の送電側バッテリを送電側バッファ部として設けてもよい。この送電側バッテリは、大容量の大型ではなく小容量の小型のものでよいため、非接触給電システム1の軽量化及びコスト削減に寄与する。この観点を考慮して、送電側バッテリは、送電側キャパシタ9に代わって設けてもよい。送電側キャパシタ9に代わって送電側バッテリを設けた場合、受電側キャパシタ24の代わりに受電側バッテリを設置してもよい。   Instead of the power transmission side capacitor 9 in the charging circuit unit 2, a small size and small capacity power transmission side battery may be provided as the power transmission side buffer unit. Since the battery on the power transmission side may be a small battery with a small capacity instead of a large battery with a large capacity, it contributes to weight reduction and cost reduction of the non-contact power feeding system 1. In consideration of this point, the power transmission side battery may be provided instead of the power transmission side capacitor 9. When the power transmission side battery is provided instead of the power transmission side capacitor 9, the power reception side battery may be installed instead of the power reception side capacitor 24.

図5は、受電側装置Bを備えた移動体(車両)25と軌道内に設けた送電側装置Aとを示した図である。送電側装置Aは、移動体25が走行する地上の軌道100A内(例えば、舗装道路内)に埋設され、受電側装置Bは、移動体25に取り付けられている。車両などの移動体25の走行中に、一次コイルに対する電源7(図6では省略)からの通電時に、前記した通り、一次コイル18の回路側から二次コイル19aとの遭遇時に電磁界結合により、一次コイル18の回路側から二次コイル19aの回路側への電力伝送を行って受電対象物に給電する。   FIG. 5 is a diagram showing a moving body (vehicle) 25 including the power receiving side device B and the power transmitting side device A provided in the track. The power transmission side device A is embedded in the track 100A on the ground on which the moving body 25 travels (for example, inside a paved road), and the power receiving side device B is attached to the moving body 25. As described above, when the primary coil is energized by the power supply 7 (not shown in FIG. 6) while the moving body 25 such as a vehicle is traveling, electromagnetic field coupling is caused when the secondary coil 19a is encountered from the circuit side of the primary coil 18. , Power is transmitted from the circuit side of the primary coil 18 to the circuit side of the secondary coil 19a to supply power to the power receiving target.

軌道100A内に埋設された送電側装置の一次コイル18は、並列に配置された二本の線状部分と線状部分の両端部を連結する円弧状部分から横長の楕円状を成し、多数の一次コイル18が所定の間隔で軌道100Aの走行方向Rmに沿って配置されている。なお、軌道100Aにおける送電側装置の一次コイル18の下方には、一次コイル18と二次コイル19aとの間の磁気拡散を防いで結合係数を向上させる目的で、フェライトなどの硬磁性体から成る集磁板(図示せず)を一次コイル18と近接平衡状態に配置している。   The primary coil 18 of the power transmission side device embedded in the track 100A has a horizontally elongated elliptical shape from two linear parts arranged in parallel and an arc-shaped part connecting both ends of the linear part, The primary coils 18 are arranged at predetermined intervals along the traveling direction Rm of the track 100A. Below the primary coil 18 of the power transmission side device on the track 100A, a hard magnetic material such as ferrite is used for the purpose of preventing magnetic diffusion between the primary coil 18 and the secondary coil 19a and improving the coupling coefficient. A magnetism collecting plate (not shown) is arranged in close proximity to the primary coil 18.

一次コイル18が横長楕円状であるため、多数の一次コイル18を軌道100Aの走行方向Rmに沿って所定間隔で横長に敷設することで、単一の一次コイル18当たりの敷設距離を確保することができ、少ない本数の一次コイル18で長距離にわたって配置することができる。この場合、コイルを有するインピーダンス整合回路100が一次コイル18の範囲内に位置するので、一次コイル18に対しるインピーダンス整合回路100の磁束を外部に漏らすことなく効率的に送ることができる。   Since the primary coil 18 has a horizontally long elliptical shape, a large number of primary coils 18 are laid horizontally at predetermined intervals along the traveling direction Rm of the track 100A to secure a laying distance per single primary coil 18. The number of primary coils 18 can be reduced, and the coils can be arranged over a long distance. In this case, since the impedance matching circuit 100 having a coil is located within the range of the primary coil 18, the magnetic flux of the impedance matching circuit 100 for the primary coil 18 can be efficiently sent without leaking to the outside.

隣り合う一次コイル18同士は、スイッチング素子100B(切替部に該当)を介して、配線(連結部に該当)により接続されている。隣り合う一次コイル18同士の離間寸法、すなわち、一方の一次コイル18の先端と他方の一次コイル18の後端との離間距離は、例えば、移動体25の走行方向に沿う一次コイル18の長円寸法の1/2から2倍に設定する。しかしながら、前記離間距離については、一次コイル18の配置状況、軌道100Aの敷設状況ならびに使用環境などに応じで所望に設定可能である。   The adjacent primary coils 18 are connected to each other via a switching element 100B (corresponding to a switching unit) by a wiring (corresponding to a connecting unit). The distance between the adjacent primary coils 18, that is, the distance between the tip of one primary coil 18 and the rear end of the other primary coil 18 is, for example, an ellipse of the primary coil 18 along the traveling direction of the moving body 25. Set to 1/2 to twice the size. However, the separation distance can be set as desired according to the arrangement of the primary coil 18, the laying of the track 100A, the use environment, and the like.

移動体25の走行中に、一次コイル18と二次コイル19aとの遭遇時に、両者の遭遇を近接センサ100C(近接検知部に該当)が検知することにより、スイッチング素子100Bが作動し、軌道100A内で進行方向Rmに隣接する一次コイル18のうち、一方から他方に切り替わるように設定されている。   When the primary coil 18 and the secondary coil 19a encounter each other while the moving body 25 is traveling, the proximity sensor 100C (corresponding to the proximity detection unit) detects the encounter between the primary coil 18 and the secondary coil 19a, whereby the switching element 100B operates and the track 100A. Of the primary coils 18 adjacent to each other in the traveling direction Rm, one of the primary coils 18 is set to switch to the other.

このように、走行時の移動体25が進行方向Rmに移動するに伴って、隣接する多数の一次コイル18に二次コイル19aが順次遭遇するたびに、二次コイル19aを持続的に共振させることができて、移動体25の走行時の連続給電が可能となる。   As described above, the secondary coil 19a is continuously resonated every time the secondary coil 19a sequentially encounters a large number of adjacent primary coils 18 as the moving body 25 travels in the traveling direction Rm. As a result, it is possible to continuously supply power when the moving body 25 is running.

具体的には、インピーダンス整合回路100、二次コイル19aを含む受電側装置Bは、移動体25の車体25aの裏面側に取付板を介して取り付けられる。   Specifically, the power receiving side device B including the impedance matching circuit 100 and the secondary coil 19a is attached to the rear surface side of the vehicle body 25a of the moving body 25 via a mounting plate.

受電対象物である受電側キャパシタ24は、例えば、自動車のボンネット内に配された充電用のバッテリセル24Aに接続され、自動車のスタータ用や空調コンプレッサ用の駆動モータあるいは種々の電装品(図示せず)などの作動に用いられるようになっている。   The power receiving side capacitor 24, which is a power receiving object, is connected to, for example, a battery cell 24A for charging arranged in the hood of a vehicle, and is used as a drive motor for a vehicle starter or an air conditioning compressor or various electric components (not shown). It is supposed to be used for operations such as.

100 インピーダンス整合回路
101 インピーダンス変更部
102 開閉部
103 開閉制御部
104 検出部
105 信号処理部
106 調整部
107 整合部
100 impedance matching circuit 101 impedance changing unit
102 Opening/Closing Unit 103 Opening/Closing Control Unit 104 Detection Unit 105 Signal Processing Unit 106 Adjusting Unit 107 Matching Unit

Claims (10)

送電電源及び送電素子を含む回路の出力インピーダンスと、負荷及び前記送電素子に対向して非接触で配された受電素子を含む回路の負荷インピーダンスとの間で電力伝送におけるインピーダンス整合を行うインピーダンス整合回路であって、
前記負荷側の負荷インピーダンスを所定の変更量を有する変更素子によって変更するインピーダンス変更部と、
前記インピーダンス変更部と前記受電素子との接続の開閉を行う開閉部と、
前記開閉部の開閉を制御する開閉制御部と、
前記開閉の両時における前記送電電源からの進行波の電圧と前記負荷からの反射波の電圧とを検出する検出部と、
前記インピーダンス変更部は、前記開閉部によって前記受電素子との接続を開状態とされたときに、前記検出された進行波と反射波から第1反射係数を計算して振幅成分のみを特定し、前記開閉部によって前記受電素子との接続を閉状態とされたときに、前記検出された進行波と反射波から第2反射係数を計算して振幅成分のみを特定し、前記2つの振幅成分の計算式から生成される二次方程式により、前記負荷インピーダンスの推定値を計算する計算部と、
前記計算された負荷インピーダンスに対して前記出力インピーダンスとの整合をとるための目標インピーダンスを整合させるために、可変リアクタンス素子を有する整合部と、
前記計算された負荷インピーダンスから、前記整合に必要な前記可変リアクタンス素子のリアクタンス量を算定し、算定されたリアクタンス量に基づいて前記可変リアクタンス素子のインピーダンスを調整するインピーダンス調整部と、を有することを特徴とするインピーダンス整合回路。
An impedance matching circuit that performs impedance matching in power transmission between an output impedance of a circuit including a power transmission power source and a power transmission element and a load impedance of a circuit including a load and a power receiving element that is arranged in a contactless manner facing the power transmission element. And
An impedance changing unit that changes the load impedance on the load side by a changing element having a predetermined change amount,
An opening and closing unit that opens and closes the connection between the impedance changing unit and the power receiving element,
An opening and closing control unit that controls opening and closing of the opening and closing unit,
A detection unit that detects a voltage of a traveling wave from the power transmission power source and a voltage of a reflected wave from the load at both times of opening and closing,
The impedance changing unit, when the connection with the power receiving element is opened by the opening and closing unit, calculates the first reflection coefficient from the detected traveling wave and reflected wave to specify only the amplitude component, When the connection with the power receiving element is closed by the opening/closing unit, a second reflection coefficient is calculated from the detected traveling wave and reflected wave to specify only the amplitude component, and the amplitude component of the two amplitude components is determined. With a quadratic equation generated from the calculation formula, a calculation unit for calculating the estimated value of the load impedance,
A matching unit having a variable reactance element to match a target impedance for matching the output impedance with the calculated load impedance;
From the calculated load impedance, the reactance amount of the variable reactance element required for the matching is calculated, and an impedance adjusting unit that adjusts the impedance of the variable reactance element based on the calculated reactance amount. Characteristic impedance matching circuit.
送電電源及び送電素子を含む回路の出力インピーダンスと、負荷及び前記送電素子に対向して非接触で配された受電素子を含む回路の負荷インピーダンスとの間で電力伝送におけるインピーダンス整合を行うインピーダンス整合回路であって、
所定の長さを有する伝送線路上の異なる2点の電圧を第1検出電圧と第2検出電圧として検出する検出部と、
前記第1検出電圧及び第2検出電圧と、前記伝送線路上の入射波電圧と、位相定数と、前記2点の反射係数とから生成される連立方程式により、前記負荷インピーダンスの推定値を計算する計算部と、
前記計算された負荷インピーダンスに対して前記出力インピーダンスとの整合をとるための目標インピーダンスを整合させるために、可変リアクタンス素子を有する整合部と、
前記計算された負荷インピーダンスから、前記整合に必要な前記可変リアクタンス素子のリアクタンス量を算定し、算定されたリアクタンス量に基づいて前記可変リアクタンス素子のインピーダンスを調整するインピーダンス調整部と、を有することを特徴とするインピーダンス整合回路。
An impedance matching circuit that performs impedance matching in power transmission between an output impedance of a circuit including a power transmission power source and a power transmission element and a load impedance of a circuit including a load and a power receiving element that is arranged in a contactless manner facing the power transmission element. And
A detection unit that detects voltages at two different points on the transmission line having a predetermined length as a first detection voltage and a second detection voltage;
The estimated value of the load impedance is calculated by a simultaneous equation generated from the first detection voltage and the second detection voltage, the incident wave voltage on the transmission line, the phase constant, and the reflection coefficient at the two points. With the calculator
A matching unit having a variable reactance element to match a target impedance for matching the output impedance with the calculated load impedance;
From the calculated load impedance, the reactance amount of the variable reactance element required for the matching is calculated, and an impedance adjusting unit that adjusts the impedance of the variable reactance element based on the calculated reactance amount. Characteristic impedance matching circuit.
少なくとも送電電源と送電素子を含む送電側装置と、少なくとも受電対象物を含む負荷と前記送電素子に非接触で対向して配される受電素子を含む受電側装置とを備え、前記送電側装置の出力インピーダンスと前記受電側装置の負荷インピーダンスとの間で電力伝送におけるインピーダンス整合を行うインピーダンス整合回路を有する非接触給電システムであって、
前記負荷側の負荷インピーダンスを所定の変更量を有する変更素子によって変更するインピーダンス変更部と、
前記インピーダンス変更部と前記受電素子との接続の開閉を行う開閉部と、
前記開閉部の開閉を制御する開閉制御部と、
前記開閉の両時における前記送電電源からの進行波の電圧と前記負荷からの反射波の電圧とを検出する検出部と、
前記インピーダンス変更部は、前記開閉部によって前記受電素子との接続を開状態とされたときに、前記検出された進行波と反射波から第1反射係数を算出して振幅成分のみを特定し、前記開閉部によって前記受電素子との接続を閉状態とされたときに、前記検出された進行波と反射波から第2反射係数を算出して振幅成分のみを特定し、前記2つの振幅成分の算出式から生成される二次方程式により、前記負荷インピーダンスの推定値を計算する計算部と、
前記算出された負荷インピーダンスに対して前記出力インピーダンスとの整合をとるための目標インピーダンスを整合させるために、可変リアクタンス素子を有する整合部と、
前記算出された負荷インピーダンスから、前記整合に必要な前記可変リアクタンス素子のリアクタンス量を算定し、算定されたリアクタンス量に基づいて前記可変リアクタンス素子のインピーダンスを調整するインピーダンス調整部と、
を有し、
前記送電側装置は、前記送電電源による通電時は常に充電されている送電側バッファ部が設けられ、前記電力伝送のときに、前記送電電源からの電力及び前記送電側バッファ部からの電力により前記受電側装置の受電対象物に給電されることを特徴とする非接触給電システム。
A power transmission side device including at least a power transmission power source and a power transmission element, a load including at least a power receiving target, and a power reception side device including a power reception element that is arranged to face the power transmission element in a noncontact manner A contactless power feeding system having an impedance matching circuit for performing impedance matching in power transmission between an output impedance and a load impedance of the power receiving side device,
An impedance changing unit that changes the load impedance on the load side by a changing element having a predetermined change amount,
An opening and closing unit that opens and closes the connection between the impedance changing unit and the power receiving element,
An opening and closing control unit that controls opening and closing of the opening and closing unit,
A detection unit that detects a voltage of a traveling wave from the power transmission power source and a voltage of a reflected wave from the load at both times of opening and closing,
The impedance changing unit, when the connection with the power receiving element is opened by the opening and closing unit, calculates the first reflection coefficient from the detected traveling wave and reflected wave to specify only the amplitude component, When the connection with the power receiving element is closed by the opening/closing unit, the second reflection coefficient is calculated from the detected traveling wave and reflected wave to specify only the amplitude component, and the amplitude component of the two amplitude components is calculated. With a quadratic equation generated from the calculation formula, a calculation unit for calculating the estimated value of the load impedance,
In order to match the target impedance for matching the output impedance with the calculated load impedance, a matching unit having a variable reactance element,
From the calculated load impedance, the reactance amount of the variable reactance element required for the matching is calculated, and an impedance adjusting unit that adjusts the impedance of the variable reactance element based on the calculated reactance amount,
Have
The power transmission side device is provided with a power transmission side buffer unit that is constantly charged when energized by the power transmission power source, and during the power transmission, the power transmission side buffer unit uses the power from the power transmission power source and the power from the power transmission side buffer unit. A non-contact power feeding system, wherein power is fed to a power receiving target of a power receiving side device.
少なくとも送電電源と送電素子を含む送電側装置と、少なくとも受電対象物を含む負荷と前記送電素子に非接触で対向して配される受電素子を含む受電側装置とを備え、前記送電側装置の出力インピーダンスと前記受電側装置の負荷インピーダンスとの間で電力伝送におけるインピーダンス整合を行うインピーダンス整合回路を有する非接触給電システムであって、
所定の長さを有する伝送線路上の異なる2点の電圧を第1検出電圧と第2検出電圧として検出する検出部と、
前記第1検出電圧及び第2検出電圧と、前記伝送線路上の入射波電圧と、位相定数と、前記2点の反射係数とから生成される連立方程式により、前記負荷インピーダンスの推定値を計算する計算部と、
前記計算された負荷インピーダンスに対して前記出力インピーダンスとの整合をとるための目標インピーダンスを整合させるために、可変リアクタンス素子を有する整合部と、
前記計算された負荷インピーダンスから、前記整合に必要な前記可変リアクタンス素子のリアクタンス量を算定し、算定されたリアクタンス量に基づいて前記可変リアクタンス素子のインピーダンスを調整するインピーダンス調整部と、
を有し、
前記送電側装置は、前記送電電源による通電時は常に充電されている送電側バッファ部が設けられ、前記電力伝送のときに、前記送電電源からの電力及び前記送電側バッファ部からの電力により前記受電側装置の受電対象物に給電されることを特徴とする非接触給電システム。
A power transmission side device including at least a power transmission power source and a power transmission element, a load including at least a power receiving target, and a power reception side device including a power reception element that is arranged so as to face the power transmission element in a non-contact manner. A contactless power feeding system having an impedance matching circuit for performing impedance matching in power transmission between an output impedance and a load impedance of the power receiving side device,
A detection unit that detects voltages at two different points on the transmission line having a predetermined length as a first detection voltage and a second detection voltage;
The estimated value of the load impedance is calculated by a simultaneous equation generated from the first detection voltage and the second detection voltage, the incident wave voltage on the transmission line, the phase constant, and the reflection coefficient at the two points. With the calculator
A matching unit having a variable reactance element to match a target impedance for matching the output impedance with the calculated load impedance;
From the calculated load impedance, the reactance amount of the variable reactance element necessary for the matching is calculated, and an impedance adjusting unit that adjusts the impedance of the variable reactance element based on the calculated reactance amount,
Have
The power transmission side device is provided with a power transmission side buffer unit that is always charged when energized by the power transmission power source, and at the time of the power transmission, by the power from the power transmission power source and the power from the power transmission side buffer unit, A non-contact power feeding system, wherein power is fed to a power receiving target of a power receiving side device.
前記送電側バッファ部は、少なくとも送電側キャパシタ又は送電側バッテリのいずれか一つであり、前記受電対象物は、少なくとも受電側キャパシタ又は受電側バッテリのいずれか一つとして設けられていることを特徴とする請求項3又は請求項4のいずれかに記載の非接触給電システム。   The power transmission side buffer unit is at least one of a power transmission side capacitor or a power transmission side battery, and the power receiving target is provided as at least one of a power receiving side capacitor or a power receiving side battery The non-contact power feeding system according to claim 3 or 4. 前記送電側装置は、静止部材に固定され、前記受電側装置は、所定の床面を走行する誘導式搬送車に搭載され、前記受電対象物は前記誘導式搬送車の駆動用に設けられていることを特徴とする請求項3又は請求項4のいずれかに記載の非接触給電システム。   The power transmission side device is fixed to a stationary member, the power reception side device is mounted on a guided vehicle that travels on a predetermined floor surface, and the power receiving target is provided for driving the guided vehicle. The contactless power feeding system according to claim 3, wherein the contactless power feeding system is provided. 前記送電側装置は、静止部材に固定され、前記受電側装置は、車両に搭載され、前記受電対象物は前記車両の駆動に適用されることを特徴とする請求項3又は請求項4のいずれかに記載の非接触給電システム。   5. The power transmission side device is fixed to a stationary member, the power reception side device is mounted on a vehicle, and the power receiving target is applied to drive the vehicle. The contactless power supply system described in 1. 前記送電側装置は、移動体の走行する軌道内に設けられ、前記受電側装置は、前記移動体に取り付けられており、前記移動体の走行時に、前記電力伝送を行うように構成されたものであることを特徴とする請求項3又は請求項4のいずれかに記載の非接触給電システム。   The power transmission side device is provided in a track on which a moving body travels, the power receiving side device is attached to the moving body, and is configured to perform the power transmission when the moving body travels. The contactless power supply system according to claim 3, wherein 前記軌道内に設けられた前記送電側装置の送電素子は、並列に配置された二本の線状部分と線状部分の両端部を連結する円弧状部分とを一体化した横長楕円状を成し、複数本の前記送電素子が所定の間隔で前記軌道に配置されていることを特徴とする請求項8記載の非接触給電システム。   The power transmission element of the power transmission side device provided in the track has a horizontally elongated elliptical shape in which two linear parts arranged in parallel and an arc-shaped part connecting both ends of the linear part are integrated. The contactless power feeding system according to claim 8, wherein a plurality of the power transmitting elements are arranged on the track at a predetermined interval. 前記軌道には、前記送電素子が複数敷設され、前記複数の送電素子は、各々、前記移動体の近接を検知する近接検知部と、相互に隣接する送電素子を連結する連結部と、前記移動体が、前記送電素子と前記受電素子との前記対向して配される位置から、進行方向に隣接する送電素子側に移動し、前記隣接する送電素子の近接検知部で前記移動体の近接を検知すると、前記連結部に介在するスイッチング素子の作動により、前記通電する送電素子を前記隣接する送電素子に切り替える切替部と、を有していることを特徴とする請求項8又は請求項9記載の非接触給電システム。   A plurality of the power transmission elements are laid on the track, and each of the plurality of power transmission elements includes a proximity detection unit that detects proximity of the moving body, a connection unit that connects mutually adjacent power transmission elements, and the movement. The body moves from the position where the power transmitting element and the power receiving element are opposed to each other, to the power transmitting element side adjacent in the traveling direction, and the proximity detecting unit of the adjacent power transmitting element closes the moving body. 10. When it detects, it has a switching part which switches the said electrically conductive power transmission element to the said adjacent power transmission element by operation|movement of the switching element interposed in the said connection part, The Claim 8 or Claim 9 characterized by the above-mentioned. Contactless power supply system.
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