JP5470965B2 - Power supply device - Google Patents

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Description

本発明は、電磁誘導作用を利用して非接触で電力を変換伝送して負荷に供給可能な給電装置に関する。   The present invention relates to a power supply device that can convert and transmit electric power in a non-contact manner using an electromagnetic induction effect and supply the electric power to a load.

従来、この電磁誘導作用を利用した給電装置としては、地上側の給電装置がコンバータ、インバータ、可変インダクタ、コンデンサを有し、可変インダクタとコンデンサとの間に誘導線路が接続されて電流が流される一方、搬送台車に受電コイル、コンデンサ、整流ダイオード、安定化電源回路、インバータ、走行モータが搭載され、誘導線路により受電コイルに起電力が誘起されて走行モータを駆動可能にしたものが知られている(例えば、特許文献1参照)。   Conventionally, as a power supply device using this electromagnetic induction action, a ground-side power supply device has a converter, an inverter, a variable inductor, and a capacitor, and an induction line is connected between the variable inductor and the capacitor so that a current flows. On the other hand, it is known that a power receiving coil, a capacitor, a rectifier diode, a stabilized power circuit, an inverter, and a traveling motor are mounted on a transport cart, and an electromotive force is induced in the receiving coil by an induction line so that the traveling motor can be driven. (For example, refer to Patent Document 1).

特開2005−313884号公報JP-A-2005-313884

しかしながら、上記従来の装置にあっては、送電側と受電側との間で電力負荷の値を制御する目的で、受電側の電圧を安定させる安定化電源回路(DC−DCコンバータ)が備えられており、この安定化電源回路がリアクトル等の部品を内蔵する構成となっているので、部品点数が増大し装置が大型化するといった問題点がある。   However, the conventional apparatus includes a stabilized power supply circuit (DC-DC converter) that stabilizes the voltage on the power receiving side for the purpose of controlling the value of the power load between the power transmitting side and the power receiving side. In addition, since this stabilized power supply circuit is configured to incorporate components such as a reactor, there is a problem that the number of components increases and the apparatus becomes large.

本発明は、上記問題に着目してなされたもので、その目的とするところは、送電側と受電側との間で電磁誘導作用を利用して電力を変換伝達することにより受電側で得られる出力電圧を制御する非接触給電装置にあって、その部品点数を少なくして装置の小型化を図ることができる給電装置を提供することにある。   The present invention has been made paying attention to the above problems, and the object thereof is obtained on the power receiving side by converting and transmitting power between the power transmitting side and the power receiving side using electromagnetic induction action. An object of the present invention is to provide a non-contact power feeding device that controls an output voltage, and to provide a power feeding device that can be reduced in size by reducing the number of components.

この目的のため本発明による給電装置は、電磁誘導作用を利用した非接触給電装置にあって、給電側の出力を定電圧制御と定電流制御との間で切り替えて制御するとともに、この切り替えに合わせて受電側の短絡手段により受電コイルを短絡できるようにしたことを特徴とする。   For this purpose, the power feeding device according to the present invention is a non-contact power feeding device using electromagnetic induction action, and controls the output on the power feeding side by switching between constant voltage control and constant current control. In addition, the power receiving coil can be short-circuited by the short circuit means on the power receiving side.

本発明の給電装置にあっては、給電側の出力を定電圧制御と定電流制御との間で切り替え、かつ短絡手段により受電コイルを短絡するように制御したので、DC−DCコンバータを構成するリアクトルやダイオードなどを必要とする従来技術の安定化給電装置を不要として、その部品点数を削減することができ、装置全体の小型化を図ることができる。   In the power supply apparatus of the present invention, the output on the power supply side is switched between constant voltage control and constant current control, and the power receiving coil is controlled to be short-circuited by the short-circuit means, so that the DC-DC converter is configured. The stabilized power supply device of the prior art that requires a reactor, a diode, or the like is not required, the number of components can be reduced, and the overall size of the device can be reduced.

本発明に係る実施例1の給電装置の回路を示す図である。It is a figure which shows the circuit of the electric power feeder of Example 1 which concerns on this invention. 実施例1の給電装置の受電側回路図で用いられるスイッチの構成を示す図であり、(a)、(b)はその異なる例を示す図である。 It is a figure which shows the structure of the switch used with the power receiving side circuit diagram of the electric power feeder of Example 1 , (a), (b) is a figure which shows the example which is different . 実施例1の給電装置とこの制御部分を示す図である。It is a figure which shows the electric power feeder of Example 1, and this control part . 実施例1の給電装置で実行する制御内容表の図である。FIG. 3 is a control content table executed by the power supply apparatus according to the first embodiment. 二次コイル電圧と結合係数との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between a secondary coil voltage and a coupling coefficient. 実施例1の給電装置のパルス生成部による、給電側回路の電圧型インバータの出力線間電圧の制御方法を説明する図であり、(a)は3値の電圧による交流電圧を生成する場合の図、(b)は2値の電圧による交流電圧を生成する場合の図である。図である。It is a figure explaining the control method of the output line voltage of the voltage type | mold inverter of the voltage side inverter of the electric power feeding side circuit by the pulse generation part of the electric power feeder of Example 1, (a) is the case where the alternating voltage by a ternary voltage is produced | generated FIG. 4B is a diagram in the case of generating an alternating voltage with a binary voltage. FIG. 実施例1の給電装置で用いる負荷CC制御部の構成を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of a load CC control unit used in the power supply apparatus according to the first embodiment. 実施例1の給電装置で用いる負荷CV制御部の構成を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of a load CV control unit used in the power supply apparatus according to the first embodiment. 負荷CC制御部および負荷CV制御部のパルス生成部における制御パルス生成方方を説明する図である。It is a figure explaining how to generate a control pulse in the pulse generator of the load CC controller and the load CV controller. 負荷電圧と短絡スイッチ駆動用の制御パルスとの関係をみるために実施例1の給電装置を用いたシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result using the electric power feeder of Example 1 in order to see the relationship between a load voltage and the control pulse for a short circuit switch drive. デューティ制御により負荷電圧を昇圧させた場合のシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result at the time of raising a load voltage by duty control. デューティ制御により負荷電圧を降圧させた場合のシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result at the time of lowering | hanging load voltage by duty control. (a)は一次側がCVモードである場合のデューティ比と負荷電圧との関係を示す図、(b)は一次側がCCモードである場合のデューティ比と負荷電圧との関係を示す図である。(a) is a figure which shows the relationship between duty ratio and load voltage when a primary side is CV mode, (b) is a figure which shows the relationship between duty ratio and load voltage when a primary side is CC mode. 本発明に係る実施例2の給電装置に用いる負荷CC制御部の変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of the load CC control part used for the electric power feeder of Example 2 which concerns on this invention. 本発明に係る実施例3の給電装置図において一次側をCVモードにし、短絡スイッチのデューティ比を0.5として位相を可変にした場合の負荷電圧の変化を示す図である。In the electric power feeder figure of Example 3 which concerns on this invention, it is a figure which shows the change of the load voltage at the time of making a primary side into CV mode and making the duty ratio of a short circuit switch 0.5, and making a phase variable. (a)は位相を240度とした場合の、また(b)は位相を150度とした場合の、受電コイル電流と短絡スイッチのパルス波形を示す図である。(a) is a figure which shows the pulse waveform of a receiving coil current and a short circuit switch when a phase is set to 240 degrees, and (b) is a phase set to 150 degrees. 実施例1の給電装置の変形例を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a modification of the power feeding device according to the first embodiment. 実施例1の給電装置の別の変形例を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating another modification of the power supply apparatus according to the first embodiment. 実施例1の給電装置のさらに別の変形例を示す図であるIt is a figure which shows another modification of the electric power feeder of Example 1.

本発明では、受電側の出力電圧を制御するのに必要な部品点数を減らし装置の小型化を図るという目的を、送信側と受電側とで電磁誘導作用を利用して電力を変換伝達する給電装置にあって、受電コイルに定電流と定電圧とを切り替える短絡手段を設け、この短絡手段によって受電コイルを短絡することにより給電装置の出力電圧を制御することで実現した。   In the present invention, for the purpose of reducing the number of parts required for controlling the output voltage on the power receiving side and reducing the size of the apparatus, the power feeding that converts and transmits power using the electromagnetic induction action between the transmitting side and the power receiving side. In the apparatus, the receiving coil is provided with a short-circuit unit that switches between a constant current and a constant voltage, and the output voltage of the power feeding apparatus is controlled by short-circuiting the receiving coil by the short-circuit unit.

以下、本発明の実施の形態を、図面に示す実施例に基づき詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail based on examples shown in the drawings.

図1は本発明の実施例1の給電装置の主な回路を示す図、図2は実施例1の給電装置の制御部分を示す図、図3は短絡スイッチの構成を示す図、図4〜図6は実施例1の給電装置の制御部分で実行される詳細内容を説明する図、図7は図2の制御部分を構成する負荷CC制御部の構成を示すブロック図、図8は負荷CV制御部の構成を示すブロック図である。   1 is a diagram illustrating a main circuit of a power feeding device according to a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a diagram illustrating a control portion of the power feeding device according to the first embodiment, FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of a short-circuit switch, and FIGS. 6 is a diagram for explaining the detailed contents executed in the control part of the power supply apparatus according to the first embodiment, FIG. 7 is a block diagram showing the structure of the load CC control unit constituting the control part of FIG. 2, and FIG. It is a block diagram which shows the structure of a control part.

実施例1の給電装置は、図1に示すように、地上側に設置される給電側(一次側)回路14と、車両などの移動体に搭載される受電側(二次側)回路15とで構成される。   As shown in FIG. 1, the power supply apparatus according to the first embodiment includes a power supply side (primary side) circuit 14 installed on the ground side, and a power reception side (secondary side) circuit 15 mounted on a moving body such as a vehicle. Consists of.

まず、給電側回路14の詳細構成から説明する。   First, the detailed configuration of the power supply side circuit 14 will be described.

給電側回路14は、商用周波数の電力を供給可能な交流電源部1と、この交流電源部1から給電された交流電圧を直流電圧に変換する直流電源部2と、この直流電源部2から出力される直流電圧を1〜50Hz程度の高周波電力に逆変換する電圧型インバータ3と、この電圧型インバータ3から出力される高周波電力を受電側回路15に電磁誘導作用にて非接触で供給する給電コイル(一次コイル)Lと、この給電コイルLおよびこれに直列に接続した一次コンデンサCからなる給電側の共振回路4と、を備えている。なお、電圧型インバータ3は、本発明の電力変換手段を構成する。 The power supply side circuit 14 includes an AC power supply unit 1 that can supply power at a commercial frequency, a DC power supply unit 2 that converts an AC voltage fed from the AC power supply unit 1 into a DC voltage, and an output from the DC power supply unit 2. The voltage type inverter 3 that reversely converts the DC voltage to be converted into high frequency power of about 1 to 50 Hz, and the power supply that supplies the high frequency power output from the voltage type inverter 3 to the power receiving side circuit 15 by electromagnetic induction without contact. A coil (primary coil) L 1 and a power supply side resonance circuit 4 including the power supply coil L 1 and a primary capacitor C 2 connected in series to the power supply coil L 1 are provided. The voltage type inverter 3 constitutes the power conversion means of the present invention.

直流電源部2は、本実施例では、6個の整流ダイオードを用いて3組のブリッジ結線を行ったコンバータで構成し、交流電源部1から給電された交流電圧を直流電圧に整流する。なお、この直流電源部2は上記構成に限られず、周知の他の整流回路を用いてもよいことは言うまでもない。   In this embodiment, the DC power supply unit 2 is configured by a converter in which three sets of bridge connections are made using six rectifier diodes, and rectifies the AC voltage fed from the AC power supply unit 1 into a DC voltage. Needless to say, the DC power supply unit 2 is not limited to the above-described configuration, and another known rectifier circuit may be used.

電圧型インバータ3は、直流電源部2に並列に接続した平滑コンデンサC1と、ブリッジ接続した第1〜第4スイッチS〜S及びこれら第1〜第4スイッチS〜Sにそれぞれ並列に接続した4個の逆接続ダイオードと、で構成する。本実施例では、第1〜第4スイッチS〜Sに絶縁ゲートバイポーラ型トランジスタ(IGBT)を用いる。なお、この電圧型インバータ3も上記構成に限られず、周知の他のインバータを用いてもよいことは言うまでもない。 Voltage inverter 3, a smoothing capacitor C1 connected in parallel to the DC power supply section 2, parallel respectively to the first to fourth switches S 1 to S 4 and the first to fourth switches S 1 to S 4 thereof which bridge-connected And four reverse connection diodes connected to each other. In this embodiment, insulated gate bipolar transistors (IGBTs) are used for the first to fourth switches S 1 to S 4 . Needless to say, the voltage-type inverter 3 is not limited to the above configuration, and other known inverters may be used.

給電コイルLと一次コンデンサCとは直列に接続され、その一端側が第1スイッチSと第2スイッチSとの間に、またその他端側が第3スイッチSと第4スイッチSとの間に、それぞれ接続する。なお、給電コイルLは、コイルに限ることなく導線を用いても良い。 The feeding coil L 1 and the primary capacitor C 2 are connected in series, one end side of the first switch S 1 and the second switch S between 2 and other end side of the third switch S 3 fourth switch S 4 Connect with each other. Incidentally, the feeding coil L 1 may be used a conductive wire not limited to the coil.

次に、受電側回路15の詳細構成につき説明する。   Next, a detailed configuration of the power receiving side circuit 15 will be described.

受電側回路15は、給電側回路14の給電コイルLからの高周波電力を電磁誘導作用により非接触状態で受電する受電コイル(二次コイル)Lと、この受電コイルLに並列に接続したし短絡スイッチSと、受電コイルLで受電した高周波電力を整流する整流部10と、この整流器10の出力電圧を平滑化する平滑コンデンサ20と、バッテリなどの電力供給の対象となる負荷11と、を備えている。バッテリ11としては、リチウム・イオン電池などを用いる。なお、上記受電側回路15の短絡スイッチSは本発明の短絡手段を構成する。 The power receiving side circuit 15 is connected in parallel to a power receiving coil (secondary coil) L 2 that receives high-frequency power from the power feeding coil L 1 of the power feeding side circuit 14 in a non-contact state by electromagnetic induction, and to the power receiving coil L 2. and the to shunt switch S 5, a rectifying unit 10 for rectifying the high frequency power received by the receiving coil L 2, a smoothing capacitor 20 for smoothing the output voltage of the rectifier 10, it is subject to the power supply such as a battery load 11. As the battery 11, a lithium ion battery or the like is used. Incidentally, the short-circuit switch S 5 of the power receiving side circuit 15 constitutes a short-circuiting means of the present invention.

受電コイルLは、少なくとも1つ以上のコイルで構成する。 Receiving coil L 2 is composed of at least one or more coils.

整流器10は、4個のダイオードをブリッジ結合して全波整流を行う回路であって、2個のダイオードのカソード同士を結合した一端側と他の2個のダイオードのアノード同士を結合した他端側との間に、この間の出力電圧のリップルを平滑化する平滑コンデンサ20とバッテリ11とを並列にした状態で結合する。なお、直列に接続した2個のダイオード間と、直列に接続した他の2個のダイオード間には、インピーダンス可変回路の一端側、受電コイルLの一端側をそれぞれ接続する。 The rectifier 10 is a circuit for performing full-wave rectification by bridge-coupling four diodes, one end side coupling the cathodes of two diodes and the other end coupling the anodes of the other two diodes. And a smoothing capacitor 20 for smoothing the ripple of the output voltage during this period and the battery 11 are coupled in parallel. Note that the between the two diodes connected in series, between the other two diodes connected in series, connects one end of the variable impedance circuit, the receiving coil L 2 at one end, respectively.

短絡スイッチSは、双方向スイッチであり、本実施例では図2に示すように構成する。すなわち、図2(a)に示すように、IGBTとこれに並列に接続した逆並列ダイオードの組を逆接続して構成したものや、あるいは図2(b)に示すように、逆阻止IGBT同士を逆接続したものなどで構成する。 Shunt switch S 5 is a bidirectional switch, in this embodiment constructed as shown in FIG. That is, as shown in FIG. 2 (a), the IGBT is configured by reversely connecting a pair of antiparallel diodes connected in parallel, or as shown in FIG. It is composed of things that are reversely connected.

次に、上記図1に示した給電側回路14と受電側回路15との制御を行う給電装置の制御部分につき説明する。   Next, the control part of the power feeding apparatus that controls the power feeding side circuit 14 and the power receiving side circuit 15 shown in FIG. 1 will be described.

図3に示すように、給電装置の制御回路は、給電側回路14の第1〜第4スイッチS〜S及び受電側回路15の短絡スイッチSを、それぞれON/OFF切替制御する電力変換制御部16と、負荷11の負荷制御及び電力変換制御部16を制御する負荷制御部21と、を有する。なお、電力変換制御部16は本発明の電力変換制御手段を、それぞれ構成する。 As shown in FIG. 3, the control circuit of the power supply apparatus is a power for controlling ON / OFF switching of the first to fourth switches S 1 to S 4 of the power supply side circuit 14 and the short circuit switch S 5 of the power reception side circuit 15. A conversion control unit 16 and a load control unit 21 that controls the load control of the load 11 and the power conversion control unit 16 are included. In addition, the power conversion control part 16 comprises the power conversion control means of this invention, respectively.

まず、上記電力変換制御部16の詳細構成につき説明する。   First, the detailed configuration of the power conversion control unit 16 will be described.

電力変換制御部16は、負荷制御部21からの負荷定電流/定電圧(CC/CV)指令に基づき、受電側回路15の短絡スイッチSのON/OFF切替を制御して負荷の状態に応じて、定電流制御および定電圧制御と、給電側回路14の第1〜第4スイッチS〜SのON/OFF制御を行ってパルス幅変調(PWM)方式による制御による電圧型インバータ3の出力の定電流制御および定電圧制御と、いった4つの制御パターンの切り替えを行うように構成する。なお、以下の説明では、特に説明がないかぎり、「一定電流」、「一定電圧」は基本波の実効値が一定という意味で用い、「CC」は電流実効値が一定、「CV」は電圧実効値が一定という意味で用いることとする。 Power conversion control unit 16, based on the load constant current / constant voltage (CC / CV) command from the load control unit 21, the ON / OFF switching control to the load condition of the short-circuit switch S 5 of the power receiving circuit 15 Accordingly, constant voltage control and constant voltage control and ON / OFF control of the first to fourth switches S 1 to S 4 of the power supply side circuit 14 are performed, and the voltage type inverter 3 is controlled by the pulse width modulation (PWM) method. The four control patterns such as constant current control and constant voltage control of the output are switched. In the following description, unless otherwise specified, “constant current” and “constant voltage” are used to mean that the effective value of the fundamental wave is constant, “CC” is constant current effective value, and “CV” is voltage. It is used in the sense that the effective value is constant.

そのため、電力変換制御部16は、一次CC・CV切り替え部61、一次電圧制御部62、一次電流制御部63、パルス生成部64、負荷CC/CV制御部65、負荷CC制御手段66、および負荷CV制御手段67を備えている。なお、一次電圧制御部62およびパルス生成部64は本発明の定電圧制御手段を、また一次電流制御部63およびパルス生成部64は本発明の定電流制御手段を、また負荷CC制御手段66は本発明の第1デューティ制御手段を、また負荷CV制御手段67は本発明の第2のデューティ手段を、それぞれ構成する。
Therefore, the power conversion control unit 16 includes a primary CC / CV switching unit 61, a primary voltage control unit 62, a primary current control unit 63, a pulse generation unit 64, a load CC / CV control unit 65, a load CC control unit 66, and a load CV control means 67 is provided. The primary voltage controller 62 and the pulse generator 64 are the constant voltage controller of the present invention, the primary current controller 63 and the pulse generator 64 are the constant current controller of the present invention, and the load CC controller 66 is the load CC controller 66. The first duty control means of the present invention and the load CV control means 67 constitute the second duty means of the present invention.

一次CC・CV切替部61は、受電コイルLの電圧(負荷電圧指令)と整流器10の出力電圧(負荷電圧)とが入力されて、これらの電圧値の大小関係に応じて電圧型インバータ3を一定電流出力(CC)で運転するか、または一定電圧出力(CV)で運転するかをCC/CV判定を行い、CC指令およびCV指令のいずれかとCC/CV指令とを出力するように構成する。すなわち、受電コイル電圧が整流器10の出力電圧値より低い場合には昇圧制御を選択し、受電コイル電圧が整流器10の出力電圧値より高い場合には降圧制御を選択する。 Primary CC · CV switching unit 61, the output voltage (load voltage) and is input voltage of the power reception coil L 2 and the (load voltage command) the rectifier 10, a voltage type inverter 3 in accordance with the magnitude relation between these voltage values CC / CV judgment is performed to determine whether to operate with constant current output (CC) or constant voltage output (CV), and either CC command or CV command and CC / CV command are output To do. That is, when the receiving coil voltage is lower than the output voltage value of the rectifier 10, the boost control is selected, and when the receiving coil voltage is higher than the output voltage value of the rectifier 10, the step-down control is selected.

一次電圧制御部62は、CC/CV判定に基づき、CVが判定された場合に電圧型インバータ3を基準電圧での一定電圧出力で運転するためのデューティ比を生成し、デューティ比D、Dを出力するように構成する。 Based on the CC / CV determination, the primary voltage control unit 62 generates a duty ratio for operating the voltage type inverter 3 with a constant voltage output at the reference voltage when the CV is determined, and the duty ratios D 1 , D 2 is output.

一次電流制御部63は、CC/CV判定に基づき、CCが判定された場合に電圧型インバータ3を基準電流での一定電流出力で運転するためのデューティ比を生成し、デューティ比D、Dを出力するように構成する。 Based on the CC / CV determination, the primary current control unit 63 generates a duty ratio for operating the voltage type inverter 3 with a constant current output at the reference current when CC is determined, and the duty ratios D 1 , D 2 is output.

パルス生成部64は、一次電圧制御部62または一次電流制御部63から入力されるデューティ比D、Dに応じて給電側回路14の電圧型インバータ3のスイッチS〜Sを駆動するパルスを生成しこれらのスイッチへ供給するように構成する。 The pulse generation unit 64 drives the switches S 1 to S 4 of the voltage type inverter 3 of the power supply side circuit 14 according to the duty ratios D 1 and D 2 input from the primary voltage control unit 62 or the primary current control unit 63. A pulse is generated and configured to be supplied to these switches.

一方、負荷CC/CV切替部65は、負荷制御手段からの負荷CC/CV指令に応じて負荷の制御方法をCC制御とCV制御との間で切り替えよう、負荷電流指令または負荷電圧指令を出力するように構成する。   On the other hand, the load CC / CV switching unit 65 outputs a load current command or a load voltage command so as to switch the load control method between CC control and CV control according to the load CC / CV command from the load control means. To be configured.

負荷CC制御部66は、負荷CC/CV切替部65からの負荷CC指令、負荷電流、一次側のCC/CV指令、負荷電流指令に応じて負荷の電流を一定にするように短絡スイッチSを制御するように構成する。 The load CC control unit 66 short-circuits the switch S 5 so as to make the load current constant according to the load CC command, load current, primary-side CC / CV command, and load current command from the load CC / CV switching unit 65. Is configured to control.

負荷CV制御部67は、負荷CC/CV切替部65からの負荷CV切替指令、負荷電圧、一次側のCC/CV指令、負荷電圧指令に応じて負荷の電圧を一定にするように短絡スイッチSを制御するように構成する。 The load CV control unit 67 is connected to the short-circuit switch S so as to make the load voltage constant according to the load CV switching command, the load voltage, the primary CC / CV command, and the load voltage command from the load CC / CV switching unit 65. 5 is controlled.

なお、負荷制御部21は、負荷11としてのバッテリの充電状態(S.O.C.)を監視してバッテリの各セルの過電圧、過充電を制御するセルフ・コントローラを有し、充電電力の指令値としての負荷CC/CV指令を生成する。   Note that the load control unit 21 has a self-controller that controls the overvoltage and overcharge of each cell of the battery by monitoring the state of charge (SOC) of the battery as the load 11, and the load as a command value for the charge power A CC / CV command is generated.

次に、上記のように構成した給電装置の作用につき、説明する。   Next, the operation of the power feeding device configured as described above will be described.

給電側回路14では、交流電源1から供給された商用交流電力を、直流電源部2にて直流電圧に変換する。平滑コンデンサC1は、直流電源部2からの出力電圧を平滑化する。   In the power supply side circuit 14, the commercial AC power supplied from the AC power supply 1 is converted into a DC voltage by the DC power supply unit 2. The smoothing capacitor C1 smoothes the output voltage from the DC power supply unit 2.

この直流電圧は、上記パルス生成部64により制御される電圧型インバータ3に供給し、ここで1〜50Hz程度の高周波電力に逆変換する。   This DC voltage is supplied to the voltage type inverter 3 controlled by the pulse generator 64, and is converted back to high frequency power of about 1 to 50 Hz.

ここで、給電側回路14の電圧型インバータ3とスイッチを制御する方法につき説明する。   Here, a method for controlling the voltage type inverter 3 and the switch of the power supply side circuit 14 will be described.

本実施例の給電装置にあっては、負荷11のCC/CV指令と結合係数に対して図4の表に示すように、給電側回路14の電圧型インバータ3のCC/CV制御と、受電側回路15の短絡スイッチSを用いた負荷11のCC/CV制御を切り替えることで最適な制御を行う。 In the power supply apparatus of the present embodiment, as shown in the table of FIG. 4 with respect to the CC / CV command and the coupling coefficient of the load 11, CC / CV control of the voltage type inverter 3 of the power supply side circuit 14, and power reception perform optimum control by switching the CC / CV control of the load 11 using the short-circuit switch S 5 side circuit 15.

なお、ここで、「結合係数」とは、給電側コイルLと受電側コイルLとの結合の度合いを示す係数であって、一次側、二次側それぞれの自己インダクタンスのうちどの程度が変換器として働き、どの程度がチョークコイルとして働いているかを表す係数である。 Here, the “coupling coefficient” is a coefficient indicating the degree of coupling between the power supply side coil L 1 and the power reception side coil L 2, and how much is the self-inductance of each of the primary side and the secondary side. It is a coefficient representing how much works as a choke coil, acting as a converter.

すなわち、上記CC/CV制御の切り替えは以下のように行う。   That is, the switching of the CC / CV control is performed as follows.

結合係数が低い場合には、一次側(給電側回路14)を一定電圧で制御し、二次側(受電側回路15)の短絡スイッチSをスイッチングすることで、負荷電圧を昇圧する。そして、この昇圧電流を使って、負荷11の要求がCC制御である場合には電流フィードバック制御を行い、CV制御である場合には、電圧フィードバック制御を行う。 If the coupling coefficient is low, the primary side (power supply side circuit 14) is controlled at a constant voltage, by switching the short-circuit switch S 5 of the secondary side (power receiving side circuit 15), to boost the load voltage. Then, using this boosted current, current feedback control is performed when the demand of the load 11 is CC control, and voltage feedback control is performed when it is CV control.

これに対し、結合係数が高い場合には、一次側を一定電流で制御し、2次側の短絡スイッチSをスイッチングすることで負荷電圧を降圧する。以下、この制御方法を具体的に説明する。 In contrast, when the coupling coefficient is high, it controls the primary-side constant current steps down the load voltage by switching the short-circuit switch S 5 on the secondary side. Hereinafter, this control method will be described in detail.

一次CC・CV切替部61では、負荷制御部21から負荷電圧指令を受け、昇圧するか降圧するかを判定するため、受電コイルL(二次コイル)の電圧と負荷電圧とが入力され、これらを比較することで、以下の判定基準にしたがって一次側CC/CV判定を行う。 The primary CC / CV switching unit 61 receives the load voltage command from the load control unit 21 and receives the voltage of the power receiving coil L 2 (secondary coil) and the load voltage in order to determine whether to step up or step down. By comparing these, primary CC / CV determination is performed according to the following determination criteria.

すなわち、具体的に説明すると、   That is, specifically,

負荷電圧 > 二次コイル電圧 ならば、一次側CVと判定し、   If load voltage> secondary coil voltage, determine primary side CV,

負荷電圧 <or= 二次コイル電圧 ならば、一次側CCと判定する。   If load voltage <or = secondary coil voltage, the primary side CC is determined.

図5に、二次コイル電圧と結合係数との関係を示す。この図からわかるように、一次側の電流が一定の場合、結合係数が増大することで二次コイル電圧が上昇するので、二次コイル電圧を検出すればそのときの結合係数を判定することができることになる。負荷11がバッテリなどの場合を想定すると、負荷電圧に比べ二次コイルの電圧が低い場合などが考えられる。したがって、負荷電圧に対して結合係数が低く電圧が足りない場合には昇圧制御を行い、それ以外の場合には降圧制御を行う。   FIG. 5 shows the relationship between the secondary coil voltage and the coupling coefficient. As can be seen from this figure, when the primary current is constant, the secondary coil voltage rises as the coupling coefficient increases, so if the secondary coil voltage is detected, the coupling coefficient at that time can be determined. It will be possible. Assuming the case where the load 11 is a battery or the like, a case where the voltage of the secondary coil is lower than the load voltage can be considered. Accordingly, when the coupling coefficient is low with respect to the load voltage and the voltage is insufficient, the boost control is performed, and in other cases, the buck control is performed.

また、一次側の電圧が一定の場合においても、二次コイルと負荷電圧との大小関係から昇降圧判定を行えばよいので、上記いずれの場合にあっても、結合係数の大小に対して最適となる制御方法を判定することができる。   In addition, even when the primary voltage is constant, it is only necessary to make a step-up / down determination based on the magnitude relationship between the secondary coil and the load voltage. Can be determined.

図2に戻って、一時電圧制御部62では、一次CC・CV切替部61の判定結果に基づき、その判定結果が一次側CVの場合には電圧型インバータ3を一定圧に制御するためのデューティ指令(第1デューティ比D1、第2デューティ比D2)を生成する。なお、電圧型インバータ3の場合にはフィードバック制御を行わなくてもオープンループ制御でも一定電圧を生成することが可能であり、整流部2の電圧からの計算によって第1デューティ比D1と第2デューティ比D2を求めることができる。   Returning to FIG. 2, the temporary voltage control unit 62 is based on the determination result of the primary CC / CV switching unit 61 and, when the determination result is the primary side CV, the duty for controlling the voltage type inverter 3 to a constant pressure. A command (first duty ratio D1, second duty ratio D2) is generated. In the case of the voltage type inverter 3, it is possible to generate a constant voltage by open loop control without performing feedback control, and the first duty ratio D1 and the second duty are calculated by calculation from the voltage of the rectifying unit 2. The ratio D2 can be determined.

一方、一次CC・CV切替部61の判定結果の判定結果が一次側CCの場合には、一時電流制御部63にて、電圧型インバータ3の電流が一定となるように電流フィードバック制御を行う。この場合、電圧型インバータ3の出力電流を検出し、PI制御などによって電圧型インバータ3の出力電流の実効値が一定となるような第1デューティ比D1と第2デューティ比D2を生成する。   On the other hand, when the determination result of the determination result of the primary CC / CV switching unit 61 is the primary side CC, the temporary current control unit 63 performs current feedback control so that the current of the voltage type inverter 3 becomes constant. In this case, the output current of the voltage type inverter 3 is detected, and the first duty ratio D1 and the second duty ratio D2 are generated so that the effective value of the output current of the voltage type inverter 3 becomes constant by PI control or the like.

パルス生成部64は、一時電圧制御部62または一時電流制御部63から得た第1デューティ比D1、第2デューティ比D2と図示しないタイマで生成された三角波のキャリアとの比較で図6(a)に示すように、電圧型インバータ3のスイッチS〜Sの制御パルスを生成する。 The pulse generation unit 64 compares the first duty ratio D1 and the second duty ratio D2 obtained from the temporary voltage control unit 62 or the temporary current control unit 63 with a triangular wave carrier generated by a timer not shown in FIG. ), The control pulses of the switches S 1 to S 4 of the voltage type inverter 3 are generated.

すなわち、図6(a)の中央上段に示すように、パルス生成部64では、キャリアと第2デューティ比Dとの比較により、第1スイッチS用の制御パルス及び第2スイッチS用の制御パルスを以下のようにそれぞれ生成する。 That is, as shown in the middle upper part of FIG. 6 (a), the pulse generator 64, by comparing the carrier and the second duty ratio D 2, the control pulse and the second switch S 2 for the first switch S 1 The control pulses are generated as follows.

第1スイッチS用の制御パルスを得るには、以下のようにする。 To obtain a control pulse for the first switch S 1, to the following.

キャリア > D のとき、 ON When the carrier> D 2, ON

キャリア <or= D のとき、 OFF
として幅広のONとなる矩形信号を得る。
OFF when carrier <or = D 2
As a result, a wide rectangular signal is obtained.

第2スイッチS用の制御パルスを得るには、 To obtain a control pulse for the second switch S 2,

キャリア <or= D のとき、 ON ON when carrier <or = D 2

キャリア > D のとき、 OFF
として幅広のOFFとなる矩形信号を得る。
When the carrier> D 2, OFF
As a result, a wide rectangular signal is obtained.

一方、図6(a)の中央下段に示すように、パルス生成部64では、上記三角波のキャリアと第1デューティ比Dとの比較により、第3スイッチS用の制御パルス及び第4スイッチS用の制御パルスを以下のようにそれぞれ生成する。 On the other hand, the central as shown in the lower part, the pulse generator 64, by comparing the carrier and the first duty ratio D 1 of the said triangular wave, the control pulse and the fourth switch for the third switch S 3 shown in FIG. 6 (a) the control pulses for S 4 respectively generate as follows.

第3スイッチS用の制御パルスを得るには、 To obtain a third control pulse for the switch S 3,

キャリア > D のとき、 ON ON when carrier> D 1

キャリア <or= D のとき、 OFF
として幅狭のONとなる矩形信号を得る。
OFF when carrier <or = D 1
As a result, a rectangular signal that becomes narrow ON is obtained.

第4スイッチS用の制御パルスを得るには、 To obtain a control pulse for the fourth switch S 4,

キャリア <or= D のとき、 ON ON when carrier <or = D 1

キャリア > D のとき、 OFF
として幅狭のOFFとなる矩形信号を得る。
OFF when carrier> D 1
As a result, a rectangular signal that is narrow and OFF is obtained.

なお、パルス生成手段62では、第1スイッチS及び第3スイッチSの間、また第2スイッチS及び第4スイッチSとの間とがアーム短絡しないように、デッド・タイムを生成する。 In the pulse generating means 62, as between the first switch S 1 and the third switch S 3, also has a between the second switch S 2 and the fourth switch S 4 is not arm short, generates a dead time To do.

したがって、図6(a)の最下段に示すように、上記各矩形信号を組み合わせた3つの電圧値の矩形パルスからなる交流電圧が、電圧型インバータ3からの一定の電力出力(電圧型インバータ3の出力線間電圧Vinv)として得られる。 Therefore, as shown in the lowermost stage of FIG. 6A, an AC voltage composed of rectangular pulses of three voltage values obtained by combining the rectangular signals is a constant power output from the voltage type inverter 3 (voltage type inverter 3). Output line voltage V inv ).

なお、上記では3値の電圧での矩形交流電圧を得るようにしたが、これに限る必要はなく、たとえば図6(b)に示すように、2値の電圧を有する矩形パルスによる交流波を得るようにしても良い。この場合、矩形パルスを用いたデューティ比50%の波形で制御するようにして、第1スイッチSと第4スイッチSとを矩形パルスの同波形とするとともに、第2スイッチSと第3スイッチSとを矩形パルスの反転波形とする。したがって、本ケースの場合、デューティ演算部を省略することができ、電圧型インバータ3の制御をより簡単な構成でより簡単に制御できる。 In the above description, a rectangular AC voltage with a ternary voltage is obtained. However, the present invention is not limited to this. For example, as shown in FIG. 6B, an AC wave generated by a rectangular pulse having a binary voltage is applied. You may make it get. In this case, so as to control at a duty ratio of 50% of the waveform using the rectangular pulse, with a first switch S 1 and the fourth switch S 4 and the waveform of a rectangular pulse, the second switch S 2 a 3 and a switch S 3 and the inverted waveform of the rectangular pulse. Therefore, in this case, the duty calculation unit can be omitted, and the control of the voltage type inverter 3 can be more easily controlled with a simpler configuration.

また、図2に戻って、負荷CC/CV切替部65では、負荷制御部21からの負荷CC/CV指令に応じて負荷11の制御方法を、負荷CC制御と負荷CV制御との間で切り替える。   Returning to FIG. 2, the load CC / CV switching unit 65 switches the control method of the load 11 between the load CC control and the load CV control according to the load CC / CV command from the load control unit 21. .

負荷CC/CV指令が負荷CC指令であった場合には、負荷CC制御部66により、負荷電流が負荷制御部21からの負荷電流指令に一致するようにフィードバック制御を行う。   When the load CC / CV command is a load CC command, the load CC control unit 66 performs feedback control so that the load current matches the load current command from the load control unit 21.

一方、負荷CC/CV指令が負荷CV指令であった場合には、負荷CV栄魚部67により、負荷電圧が負荷制御部21からの負荷電圧指令に一致するようにフィードバック制御する。   On the other hand, when the load CC / CV command is a load CV command, the load CV booster unit 67 performs feedback control so that the load voltage matches the load voltage command from the load control unit 21.

図7に、上記負荷CC制御部66の構成を示す。同図に示すように、負荷CC制御部66は、負荷制御部21からの負荷電流指令値から負荷電流値を引き算して得た差を演算する減算器66Aと、一次CC・CV切替部61からのCC/CV指令が入力され、かつ減算器66Aからの差が入力されてPI制御などの電流制御を行い、デューティ比Dを決める一次CC負荷CC制御部66Bおよび一次CV負荷CC制御部66Cと、このデューティ比Dを受けて短絡スイッチS5を駆動するパルスを生成するパルス生成部66Dと、を有する。なお、一次CC負荷CC制御部66Bおよび一次CV負荷CC制御部66Cとは、一次側の一次CC/CVの切り替えに応じた異なるゲインを設定するようにしてある。 FIG. 7 shows the configuration of the load CC control unit 66. As shown in the figure, the load CC control unit 66 includes a subtractor 66A that calculates a difference obtained by subtracting the load current value from the load current command value from the load control unit 21, and a primary CC / CV switching unit 61. CC / CV command is inputted from, and the subtracter 66A difference from is inputted performs current control such as PI control, the primary determines the duty ratio D 5 CC load CC controller 66B and primary CV load CC controller has a 66C, the pulse generator 66D which generates a pulse for driving the short-circuit switch S5 receives the duty ratio D 5, a. The primary CC load CC control unit 66B and the primary CV load CC control unit 66C set different gains according to the primary CC / CV switching on the primary side.

図8に、上記負荷CV制御部67の構成を示す。同図に示すように、負荷CV制御部67は、負荷CC制御部66と同様に、負荷制御部21からの負荷電圧指令値から負荷電圧値を引き算して得た差を演算する減算器67Aと、この差が入力されてPI制御などの電流制御を行い、デューティ比Dを決める一次CC負荷CV制御部67Bおよび一次CV負荷CV制御部67Cと、このデューティ比Dを受けて短絡スイッチSを駆動するパルスを生成するパルス生成部67Dと、を有する。なお、一次CC負荷CV制御部67Bおよび一次CV負荷CV制御部67Cとは、一次側の一次CC/CVの切り替えに応じた異なるゲインを設定するようにしてある。 FIG. 8 shows the configuration of the load CV control unit 67. As shown in the figure, the load CV control unit 67, like the load CC control unit 66, calculates a difference obtained by subtracting the load voltage value from the load voltage command value from the load control unit 21. If, performs current control such as PI control this difference is inputted, the short-circuit switch receiving a primary CC load CV controller 67B and primary CV load CV controller 67C for determining the duty ratio D 5, the duty ratio D 5 has a pulse generator 67D which generates a pulse for driving the S 5, the. The primary CC load CV control unit 67B and the primary CV load CV control unit 67C set different gains according to the primary CC / CV switching on the primary side.

パルス生成部66D及びパルス生成部67Dにあっては、図9に示すように、キャリアとデューティ比Dとの比較により、短絡スイッチS用の制御パルスを以下のようにそれぞれ生成する。 In the pulse generator 66D and a pulse generator 67D, as shown in FIG. 9, by comparing the carrier and the duty ratio D 5, respectively generate a control pulse for shorting switches S 5 as follows.

すなわち、短絡スイッチS用の制御パルスを得るには、 In other words, to obtain a control pulse for short-circuiting switches S 5,

キャリア <or= D のとき、 ON Carrier <when or = D 5, ON

キャリア > D のとき OFF
として幅広のOFFとなる矩形信号を得る。
Carrier> OFF when the D 5
As a result, a wide rectangular signal is obtained.

なお、キャリアの周波数は、電圧型インバータ3のキャリア周波数の2倍の周波数とすると良い。   The carrier frequency is preferably twice the carrier frequency of the voltage type inverter 3.

次に、上記短絡スイッチSの具体的な動作につき、図10に基づき説明する。図10は、本実施例の給電装置を用いたシミュレーション結果を示す図であり、図10(a)は、電圧型インバータ3が定電流制御された場合の受電コイルLの電流、負荷11の電圧、短絡スイッチS5に加えられる制御パルスの時間波形を示す。時間T秒において短絡スイッチSをONにすると、負荷11に電力が供給されなくなるため負荷電圧は下降する。次いで、T秒において短絡スイッチSをOFFにすると、負荷11に電力が供給されるため負荷電圧が上昇する。T秒、T秒においてもそれぞれT秒、T秒と同様になる。したがって、T−T区間のON区間とT−T区間のOFF区間との比に相当するデューティ比を制御することで負荷電圧を制御することができることになる。 Next, a specific operation of the short-circuit switch S 5, will be described with reference to FIG. 10. Figure 10 is a diagram showing a simulation result of using the power supply device of this embodiment, FIG. 10 (a), the power receiving coil L 2 of the current when the voltage-type inverter 3 is constant current control, the load 11 The time waveform of the control pulse applied to voltage and the short circuit switch S5 is shown. When the short-circuit switch S 5 is turned ON at time T 1 seconds, the load voltage because the power is not supplied to the load 11 is lowered. Then, when the short-circuit switch S 5 is turned OFF at T 2 seconds, the load voltage because the electric power is supplied to the load 11 is raised. T 3 seconds and T 4 seconds are the same as T 1 second and T 2 seconds, respectively. Therefore, the load voltage can be controlled by controlling the duty ratio corresponding to the ratio of the ON period of the T 1 -T 2 period and the OFF period of the T 2 -T 3 period.

一方、図10(b)は、電圧型インバータ3が定電圧制御された場合の受電コイルLの電流、負荷11の電圧、短絡スイッチS5に加えられる制御パルスの時間波形を示す。時間T秒において短絡スイッチSをONにすると、受電コイルLに流れる電流が増える。次いで、T秒において短絡スイッチSをOFFにすると、受電コイルLの電流が負荷11に供給されるため、負荷電圧を昇圧することができる。T秒、T秒においてもそれぞれT秒、T秒と同様になる。したがって、T−T区間のON区間とT−T区間のOFF区間との比に相当するデューティ比を制御することで受電コイルLに流れる電流を制御、すなわちそのインダクタンス成分を利用することで、従来のDC−DCコンバータのリアクトルを用いることなく負荷電圧を昇圧制御することができることになる。 On the other hand, FIG. 10 (b) shows the power receiving coil L 2 of the current when the voltage-type inverter 3 is constant voltage control, the voltage of the load 11, the time waveform of the control pulse applied to the short-circuiting switch S5. When the short-circuit switch S 5 is turned ON at time T 1 seconds, increases the current flowing through the power receiving coil L 2. Then, when the OFF the short-circuit switch S 5 in T 2 seconds, the current of the power receiving coil L 2 is supplied to the load 11, it can boost the load voltage. T 3 seconds and T 4 seconds are the same as T 1 second and T 2 seconds, respectively. Thus, controlling the current flowing to the power receiving coil L 2 by controlling the duty ratio corresponding to the ratio between T 1 -T 2 interval ON duration and T 2 -T 3 section OFF interval, i.e. utilizing the inductance component By doing so, the load voltage can be boosted without using the reactor of the conventional DC-DC converter.

図11、図12は、上記の昇降圧運転をシミュレーションした結果を示す図であり、図11は、一次側が定電圧制御で時間T−Tで短絡スイッチSへ供給する制御パルスのデューティ比を順次増加させた場合の負荷電圧の時間波形を示している。これによれば、デューティ比の増加に伴って、負荷電圧が上昇していくことが分かる。 11, FIG. 12 is a graph showing the results of simulation of the buck-boost operation of the FIG. 11, the duty of the control pulse supplied primary side to the short-circuit switch S 5 at time T 1 -T 4 at a constant voltage control The time waveform of the load voltage when the ratio is sequentially increased is shown. According to this, it can be seen that the load voltage increases as the duty ratio increases.

一方、図12は、一次側が定電流制御で時間T−Tで短絡スイッチSへ供給する制御パルスのデューティ比を順次増加させた場合の負荷電圧の時間波形を示している。これによれば、デューティ比の増加に伴って、負荷電圧が減少していくことが分かる。 On the other hand, FIG. 12 illustrates a time waveform of the load voltage when the primary side is sequentially increased duty ratio of the control pulse supplied to the short-circuit switch S 5 at time T 1 -T 4 at a constant current control. According to this, it can be seen that the load voltage decreases as the duty ratio increases.

図13(a)は一次側がCVモードである場合のデューティ比と負荷電圧の関係を示したものであり、このCVモードではデューティ比に対して負荷電圧がほぼ単純増加する特性となっていることが分かる。   FIG. 13A shows the relationship between the duty ratio and the load voltage when the primary side is in the CV mode. In this CV mode, the load voltage almost simply increases with respect to the duty ratio. I understand.

一方、図13(b)は一次側がCCモードである場合のデューティ比と負荷電圧の関係を示したものであり、このCCモードではデューティ比に対して負荷電圧がほぼ単純減少する特性となっていることが分かる。   On the other hand, FIG. 13B shows the relationship between the duty ratio and the load voltage when the primary side is in the CC mode. In this CC mode, the load voltage almost simply decreases with respect to the duty ratio. I understand that.

上記の特性から、図7における一次CC負荷Cc制御部66Bおよび一次CV負荷CC制御部66Cにおける各制御ゲインを、また図8における一次CC負荷CV制御部67Bおよび一次CV負荷CV制御部67Cの各制御ゲインを決定する。   From the above characteristics, the control gains in the primary CC load Cc control unit 66B and the primary CV load CC control unit 66C in FIG. 7 and the primary CC load CV control unit 67B and the primary CV load CV control unit 67C in FIG. Determine the control gain.

以上、説明したように、本発明の実施例1の給電装置にあっては、以下に挙げる効果を得ることができる。   As described above, in the power supply device according to the first embodiment of the present invention, the following effects can be obtained.

(1) 実施例1の給電装置では、電圧型インバータ3を定電圧制御する場合には、短絡スイッチSを閉にしたときに給電コイルL、受電コイルLに流れる電流が増加するのに対し、短絡スイッチSを開にしたときには負荷11側に電流が流れるので、整流器10の出力端電圧を昇圧することができる。一方、電圧型インバータ3を定電流制御する場合には、短絡スイッチSを閉にしたときに負荷11側に電流が流れなくなるので、整流器10の出力端電圧を降圧させることができる。したがって、この二つのモードを切り替えることで、昇降圧制御を行うことが可能となる。この結果、DC−DCコンバータを構成するリアクトルやダイオードなどを必要とする従来技術の安定化給電装置を不要として部品点数を削減することにより装置の小型化を図ることができ、またリアクトルやDC−DCコンバートを構成する複数のダイオード等のコスト分を削減できる。 (1) In the power supply apparatus of the first embodiment, when the voltage type inverter 3 is controlled at a constant voltage, the current flowing through the power supply coil L 1 and the power reception coil L 2 increases when the short-circuit switch S 5 is closed. contrast, when the short-circuit switch S 5 to open a current flows to the load 11 side, it is possible to boost the output voltage of the rectifier 10. On the other hand, when the constant current control voltage inverter 3, since the current does not flow to the load 11 side when the short-circuit switch S 5 was closed, it is possible to step down the output voltage of the rectifier 10. Therefore, it is possible to perform step-up / step-down control by switching between these two modes. As a result, it is possible to reduce the size of the device by reducing the number of parts by eliminating the need for a conventional stabilized power supply device that requires a reactor, a diode, or the like that constitutes a DC-DC converter. Costs such as a plurality of diodes constituting the DC conversion can be reduced.

また、後で説明する17〜19に示すように、受電コイルLに直列にコンデンサCを配置し、他は図1と同じ構成にして、給電コイルLを地上に設置し受電コイルLを車両に搭載して非接触で車両のバッテリを充電する場合のように、車高や車両の位置で相互インダクタンスが変化し、結合係数が大きく変化する場合にあっても、実施例1の給電装置は従来のDC−DCコンバータなしで出力電圧の昇降圧制御が可能であり、リアクトルレスとなって、軽量化、小型化、コスト低減が可能である。
Further, as shown in FIG. 17 to 19 described later, the capacitor C 3 is arranged in series with the receiving coil L 2, the other is in the same configuration as FIG. 1, the receiving coil is placed a feeding coil L 1 on the ground the L 2 as in the case of charging a vehicle battery in a non-contact mounted on a vehicle, the mutual inductance is changed at the position of the vehicle height and vehicle, even when the coupling coefficient changes greatly, example 1 This power supply apparatus can control the output voltage step-up / step-down without a conventional DC-DC converter, and can be reduced in weight, size, and cost by being reactorless.

また、負荷11に対する制御を主に二次側で行うことによって、一次側の電源の制御を簡単に行うことができるので、一次側の電源設備を低コスト化することができる。また、給電コイルLの出力端子に並列コンデンサを接続して電源出力を電流型にする場合に比べても、コイルと並列コンデンサとの間の共振電流を減らすことができるため、給電コイルLの効率が向上する。 Further, by controlling the load 11 mainly on the secondary side, it is possible to easily control the power source on the primary side, thereby reducing the cost of the power source equipment on the primary side. In addition, since the resonance current between the coil and the parallel capacitor can be reduced compared to the case where a parallel capacitor is connected to the output terminal of the feed coil L 1 to make the power output a current type, the feed coil L 1 Increases efficiency.

(2) 実施例1の給電装置では、一次側の定電流制御、定電流制御を結合係数に応じて切り替えることができるようにしたため、図14の場合のようにあっても変化する合係数に応じた最適な制御方法を選択することが可能となるため、給電装置の効率を最適化することが可能となる。   (2) In the power supply apparatus according to the first embodiment, the primary constant current control and the constant current control can be switched according to the coupling coefficient. Therefore, even in the case of FIG. Since it is possible to select an optimal control method according to the efficiency, it is possible to optimize the efficiency of the power feeding device.

(3) 実施例1の給電装置では、一次側の定電流制御、定電流制御を整流器10の出力電圧値と受電コイル電圧値の大小関係に応じて切り替えるようにしたので、たとえば受電コイル電圧が整流器10の出力電圧値より低い場合には、昇圧制御を選択し、受電コイル電圧が整流器10の出力電圧値より高い場合には、降圧制御を選択するようにしたため、負荷に対して昇圧・降圧を切り替えることで負荷に応じた制御が可能となり、効率がよくなる。   (3) In the power feeding device of the first embodiment, the primary side constant current control and constant current control are switched according to the magnitude relationship between the output voltage value of the rectifier 10 and the receiving coil voltage value. When the output voltage value of the rectifier 10 is lower, the boost control is selected, and when the power receiving coil voltage is higher than the output voltage value of the rectifier 10, the step-down control is selected. By switching the, control according to the load becomes possible, and the efficiency is improved.

(4) 実施例1の給電装置では、短絡スイッチSのデューティ比を可変することで負荷電圧を制御するので、簡単な構成で負荷電圧を制御でき、給電装置の制御部分を低コスト化できる。 (4) In the power supply device in Example 1, and it controls the load voltage by varying the duty ratio of the short-circuit switch S 5, to control the load voltage with a simple configuration, can cost a control portion of the power supply device .

(5) 実施例1の給電装置では、一次側の定電流制御、定電圧制御に応じてそれぞれデューティ比の制御部の切り替えを行うようにしたので、一次側の制御が変化した場合の回路特性に合わせた最適なデューティ制御ができ、給電装置を安定化させることができる。   (5) In the power supply apparatus according to the first embodiment, the duty ratio control unit is switched according to the constant current control and the constant voltage control on the primary side, and thus the circuit characteristics when the control on the primary side changes. The optimum duty control according to the power supply can be performed, and the power feeding device can be stabilized.

次に、本発明に係る実施例2の給電装置につき、添付の図に基づき説明する。   Next, a power feeding device according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

実施例2においては、一次側のCC/CVの切り替えに応じて短絡スイッチSのスイッチング周波数を可変することで、効率を向上させる。なお、実施例2にあっては、実施例1と同じ部品、同じ部分については図中で同じ番号を付し、それらの説明については省略する。 In Example 2, by varying the switching frequency of the shunt switch S 5 in accordance with the switching of the primary side of the CC / CV, improve efficiency. In the second embodiment, the same parts and portions as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals in the drawing, and the description thereof is omitted.

図14は、実施例2の給電装置の負荷CC制御部の構成を示している。同図に示すように、負荷CC制御部は、負荷制御部21からの負荷電流指令値から負荷電流値を引き算して得た差を演算する減算器66Aと、一次CC/CV切替部61からのCC/CV指令が入力され、かつ減算器66Aからの差が入力されてPI制御などの電流制御を行い、デューティ比Dを決める一次CC負荷CC制御部66Bおよび一次CV負荷CC制御部66Cと、このデューティ比Dと一次CC/CV切替部61からのCC/CV指令とを受けて短絡スイッチS5を駆動するパルスを生成するパルス生成部66Dと、を有する。このパルス生成部66Dは、一次CC/CV切替部61からのCC/CV指令による一次側のCC/Cvの切り替えに応じて短絡スイッチSのスイッチング周波数を切り替える。なお、一次CC負荷CC制御部66Bおよび一次CV負荷CC制御部66Cとは、一次側の一次CC/CVの切り替えに応じた異なるゲインを設定するようにしてある。 FIG. 14 illustrates the configuration of the load CC control unit of the power supply apparatus according to the second embodiment. As shown in the figure, the load CC control unit includes a subtractor 66A that calculates the difference obtained by subtracting the load current value from the load current command value from the load control unit 21, and the primary CC / CV switching unit 61. the CC / CV command is inputted, and the subtractor difference from 66A is inputted performs current control such as PI control, primary CC load determines the duty ratio D 5 CC controller 66B and primary CV load CC controller 66C When, having a pulse generator 66D which generates a pulse for driving the short-circuit switch S5 receives a CC / CV instruction from the duty ratio D 5 the primary CC / CV switching unit 61. The pulse generator 66D switches the switching frequency of the shunt switch S 5 in accordance with the switching of the primary side of the CC / Cv by CC / CV command from primary CC / CV switching unit 61. The primary CC load CC control unit 66B and the primary CV load CC control unit 66C set different gains according to the primary CC / CV switching on the primary side.

このスイッチング周波数の切り替えにあっては、特にCVモードでは、電圧型インバータ3のスイッチング周波数を2N(Nは整数)倍に高く設定するが、CCモードの場合は低く設定して良い。   In switching the switching frequency, particularly in the CV mode, the switching frequency of the voltage type inverter 3 is set to be high by 2N (N is an integer), but may be set low in the CC mode.

短絡スイッチSのスイッチング周波数は、低いほどスイッチング損失を低くできるが、負荷電圧のリップルが大きくなるので、これら間のトレードオフを考慮して設定する。その他の部品、その他の部分は、実施例1と同じ構成である。 The switching frequency of the shunt switch S 5 is so low that although the switching loss can be reduced, since the ripple of the load voltage increases, is set in consideration of the trade-off between these. Other parts and other parts have the same configuration as in the first embodiment.

上記のように構成することで、実施例2の給電装置では、実施例1の効果に加え、下記の効果を得ることができる。
(6) 実施例2の給電装置では、一次側の定電流制御、定電圧制御の切り替えに応じて短絡スイッチSのスイッチング周波数を可変するようにしたので、たとえば一次側が定電圧制御である場合にスイッチング周波数を下げることでスイッチング損失を小さくでき、効率が良くなる。また、高周波のスイッチングを行うことで整流器10の出力端の電圧リップルを低減することが可能となり、コンデンサの損失を小さくでき、効率が良くなる。
By configuring as described above, the power feeding device according to the second embodiment can obtain the following effects in addition to the effects of the first embodiment.
(6) In the power supply apparatus of Example 2, the constant current control of the primary side, since the switching frequency of the shunt switch S 5 in accordance with the switching of the constant voltage control was variably, for example if the primary side is constant voltage control If the switching frequency is lowered, the switching loss can be reduced and the efficiency is improved. Further, by performing high-frequency switching, it is possible to reduce the voltage ripple at the output terminal of the rectifier 10, and the loss of the capacitor can be reduced, thereby improving the efficiency.

(7) 実施例2の給電装置では、一次側を定電圧制御している場合における短絡スイッチSのスイッチング周波数を、電圧型インバータ3のスイッチング周波数の2N(Nは整数)倍にすることにより一次側電源の電流オフセットが発生しなくなるため、電流容量の大きく高価な半導体素子を用いることなく、電圧インバータ3を構成することができ、その低コストが可能となる。 (7) In the power supply apparatus of Example 2, the switching frequency of the shunt switch S 5 in the case that the constant voltage control of the primary side (N is an integer) 2N switching frequency of the voltage-type inverter 3 by doubling Since the current offset of the primary side power supply does not occur, the voltage inverter 3 can be configured without using an expensive semiconductor element having a large current capacity, and its cost can be reduced.

次に、本発明に係る実施例3の給電装置につき、添付の図に基づき説明する。   Next, a power feeding apparatus according to Embodiment 3 of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

実施例3の給電装置においては、実施例1と同様に構成するが、実施例3では負荷CC制御部66および負荷CV制御部67を、短絡スイッチSのデューティ比を固定し、電圧型インバータ3の出力電圧または出力電流に対する位相を可変にすることで負荷電流を制御するように構成する。この実施例3の負荷CC制御部66および負荷CV制御部67は、本発明の位相制御手段を構成する。 In the power supply device of Embodiment 3 is configured similarly to Example 1, the load CC control unit 66 and the load CV controller 67 in Example 3, fixing the duty ratio of the short-circuit switch S 5, the voltage-type inverter The load current is controlled by making the phase with respect to the output voltage or output current 3 variable. The load CC control unit 66 and the load CV control unit 67 of the third embodiment constitute the phase control means of the present invention.

図15に、一次側をCVモードにし、短絡スイッチSのデューティ比を0.5として位相を可変した場合の負荷電圧の変化を示す。この場合は、負荷電圧が位相θ1を境に図中左側が単純減少、図中右側が単純増加となる特性を示す。したがって、この特性を用いて、位相の範囲をθ1以上に制限して負荷電圧を制御する。 15 shows a change in the load voltage when the primary side and the CV mode and the variable phase duty ratio of the short-circuit switch S 5 as 0.5. In this case, the load voltage has a characteristic that the left side in the figure simply decreases and the right side in the figure simply increases with the phase θ1 as a boundary. Therefore, the load voltage is controlled by limiting the phase range to θ1 or more using this characteristic.

また、図16(a)に位相を240度とした場合の、また図16(b)に位相を150度とした場合の受電コイルLでの電流と短絡スイッチS5のパルス波形とを示す。これらから、短絡スイッチSへのパルスの位相を可変することで、短絡スイッチSがOFFしたときの電流を可変することができるのが分かる。負荷11の電圧は、短絡スイッチSがOFFした瞬時の電流が大きいほど高くなるので、この特性を利用して負荷電圧を制御する。なお、その他の部品、その他の部分は、実施例1と同じであり、それらの説明は省略する。 Also shows the pulse waveform of FIG. 16 in the case was set to 240 degrees phase (a), the addition 16 current and short circuit power receiving coil L 2 in the case where the phase is 150 degrees (b) switch S5. These, by varying the pulse phase to the short-circuit switch S 5, see that it is possible to vary the current when the short circuit switch S 5 were turn OFF. Voltage of the load 11, since the short-circuit switch S 5 increases the larger the instantaneous current that is OFF, the control load voltage using this characteristic. Other parts and other parts are the same as those in the first embodiment, and a description thereof is omitted.

上記のように構成することで、実施例3の給電装置では、上記効果に加え、下記の効果を得ることができる。
(8) 実施例3の給電装置にあっては、短絡スイッチSのスイッチングの位相を可変して負荷電圧を制御するようにしたので、デューティ比一定としても負荷電圧を制御することが可能となり、簡単な構成で済み、給電装置の制御部分の低コスト化ができる。
With the configuration described above, the power feeding device according to the third embodiment can obtain the following effects in addition to the above effects.
(8) In the power supply device of the third embodiment, since the switching of the phase of the short-circuit switch S 5 so as to control the variable to the load voltage, it is possible to control the load voltage as a constant duty ratio A simple configuration is sufficient, and the cost of the control part of the power feeding device can be reduced.

(9) また、実施例3の給電装置にあっては、負荷電圧と位相との関係を単純減少か、または単純増加となる範囲を利用して制御することで、簡単な構成で負荷電圧を制御でき、給電装置の制御部分の低コスト化ができる。   (9) Further, in the power supply device of the third embodiment, the load voltage can be controlled with a simple configuration by controlling the relationship between the load voltage and the phase using a simple decrease or simple increase range. It can be controlled, and the cost of the control part of the power feeding device can be reduced.

以上のように、本発明の給電装置を上記のように構成した各実施例に基づき、説明してきたが、本発明はこれらの実施例に限られることなく、本発明の要旨を逸脱しないかぎり、設計変更や変形例は本発明に含まれる。     As described above, the power feeding device of the present invention has been described based on the respective embodiments configured as described above, but the present invention is not limited to these examples, and unless it departs from the gist of the present invention. Design changes and modifications are included in the present invention.

たとえば、実施例1の給電回路を図17〜図19のように一部変更して構成しても良い。   For example, the power supply circuit according to the first embodiment may be configured by changing partly as shown in FIGS.

すなわち、図17に示すように、受電コイルLに直列にコンデンサCを接続してこれらで二次側の共振回路を構成するようにしても良い。 That is, as shown in FIG. 17, may be a resonant circuit of the secondary side to the receiving coil L 2 and a capacitor C 3 in series.

また、図18に示すように、一次側の共振回路を絶縁トランス19と一次コンデンサCとコンデンサCとから構成し、一次コンデンサCを電圧型インバータ3に直列に接続し、絶縁トランス19の2次側にコンデンサCと給電コイルLとを並列に接続するとともに、受電コイルLに直列にコンデンサCを接続してこれらで二次側の共振回路を構成するようにしても良い。 As shown in FIG. 18, the primary resonance circuit is composed of an insulating transformer 19, a primary capacitor C 2, and a capacitor C 5, and the primary capacitor C 2 is connected in series to the voltage type inverter 3. The capacitor C 5 and the feeding coil L 1 are connected in parallel to the secondary side of the power source, and the capacitor C 3 is connected in series to the power receiving coil L 2 to form a secondary side resonance circuit. good.

また、図19に示すように、一次側の共振回路を、共振用リアクトルLと並列コンデンサCとで構成し、共振用リアクトルLを電圧型インバータ3に直列に接続し、並列コンデンサCを給電コイルLに並列に接続するとともに、受電コイルLに直列にコンデンサCを接続してこれらで二次側の共振回路を構成するようにしても良い。 Further, as shown in FIG. 19, the primary side resonance circuit is constituted by a resonance reactor L 3 and a parallel capacitor C 5, and the resonance reactor L 3 is connected in series to the voltage type inverter 3, and the parallel capacitor C 3 5 as well as connected in parallel to the feeding coil L 1 and the receiving coil L 2 and a capacitor C 3 in series may constitute a resonance circuit of the secondary side.

これらの変形例にあっても、実施例1と同様の効果を得ることができる。   Even in these modified examples, the same effects as those of the first embodiment can be obtained.

本発明の給電装置は、電気モータで走行する車両に適用したが、これに限られず、電磁誘導作用を利用する他の非接触給電装置に用いることも可能である。   Although the power feeding device of the present invention is applied to a vehicle that travels with an electric motor, the power feeding device is not limited to this, and can be used for other non-contact power feeding devices that use electromagnetic induction.

給電コイル
受電コイル
〜C コンデンサ
短絡スイッチ(短絡手段)
1 交流電源部
2 整流部
3 電圧型インバータ(電力変換手段)
4 共振回路
10 整流器
11 負荷
14 供電側回路
15 受電側回路
16 電力変換制御部
20 平滑コンデンサ
61 一次CC・CV切替部
62 一次電圧制御部(定電圧制御手段)
63 一次電流制御部(定電流制御手段)
64 パルス生成部(定電圧制御手段、定電流制御手段)
65 負荷CC/CV切替部
66 負荷CC制御部(第1のデューティ制御手段、位相制御手段)
67 負荷CV制御部(第2のデューティ制御部、位相制御手段)
L 1 feeding coil L 2 receiving coil C 1 -C 5 capacitor S 5 short-circuit switch (shorting means)
1 AC power supply unit 2 Rectification unit 3 Voltage type inverter (power conversion means)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 4 Resonant circuit 10 Rectifier 11 Load 14 Power supply side circuit 15 Power receiving side circuit 16 Power conversion control part 20 Smoothing capacitor 61 Primary CC / CV switching part 62 Primary voltage control part (constant voltage control means)
63 Primary current control unit (constant current control means)
64 Pulse generator (constant voltage control means, constant current control means)
65 Load CC / CV switching unit 66 Load CC control unit (first duty control means, phase control means)
67 Load CV control section (second duty control section, phase control means)

Claims (9)

コイルもしくは導線からなり、電源からの交流電力を通電する給電コイルを地上に設置し、少なくとも1つ以上のコイルからなり、前記給電コイルとの間での電磁誘導作用により出力電圧を発生可能な受電コイルを車両に搭載して、前記給電コイルと前記受電コイルとによって非接触で車両に電力を給電可能な給電装置であって、
前記給電コイルに高周波電流を通電する電力変換手段と、
前記受電コイルの交流電圧を整流する整流器と、
前記受電コイルを短絡可能な短絡手段と、
前記電力変換手段の出力を一定電流に制御する定電流制御手段と、
前記電力変換手段の出力を一定電圧に制御する定電圧制御手段と、
前記定電流制御手段と前記定電圧制御手段と前記短絡手段とを前記給電コイルと前記受電コイルとの結合係数に応じて切り替えて電力供給の対象となる負荷への出力を制御する電力変換制御手段と、
を備えたことを特徴とする給電装置。
A power receiving coil that is made of a coil or a conductive wire and energizes AC power from a power source is installed on the ground . The power receiving coil is composed of at least one coil and can generate an output voltage by electromagnetic induction with the power feeding coil. A power supply device that can mount a coil on a vehicle and can supply power to the vehicle in a non-contact manner by the power supply coil and the power reception coil,
Power conversion means for supplying a high-frequency current to the power supply coil;
A rectifier for rectifying the AC voltage of the power receiving coil;
Short-circuit means capable of short-circuiting the power receiving coil;
Constant current control means for controlling the output of the power conversion means to a constant current;
Constant voltage control means for controlling the output of the power conversion means to a constant voltage;
Power conversion control means for switching the constant current control means, the constant voltage control means, and the short-circuit means according to a coupling coefficient between the power supply coil and the power reception coil to control output to a load to be supplied with power. When,
A power supply apparatus comprising:
請求項1に記載の給電装置において、
前記電力変換制御手段は、前記結合係数が低いときには、定電圧制御にして前記短絡手段をOFFさせ、前記結合係数が高いときには、定電流制御にして前記短絡手段をONさせるようにしたこと、を特徴とする給電装置。
In the electric power feeder of Claim 1,
The power converter control means, when before Kiyui if the coefficient is low, is OFF the short-circuiting means in the constant voltage control, when the coupling coefficient is high, it has to make ON the short-circuiting means in the constant current control A power supply device characterized by the above.
請求項1又は請求項2に記載の給電装置において、
前記電力変換制御手段は、前記受電コイルの電圧と前記整流器の出力電圧を検出し、
前記受電コイルの電圧値と前記整流器の出力電圧値との大小関係に応じて定電流制御と定電圧制御とを切り替えるようにしたこと、を特徴とする給電装置。
In the electric power feeder of Claim 1 or Claim 2,
The power conversion control means detects the voltage of the power receiving coil and the output voltage of the rectifier,
A power feeding apparatus, wherein constant current control and constant voltage control are switched according to a magnitude relationship between a voltage value of the power receiving coil and an output voltage value of the rectifier.
請求項3に記載の給電装置において、
前記短絡手段を双方向スイッチで構成し、
該短絡手段のスイッチング周波数とデューティ比と位相とを制御する短絡制御手段を設け、
該短絡制御手段は、前記定電流制御と前記定電圧制御との切り替えに応じて前記短絡手段のスイッチング周波数を切り替えること、を特徴とする給電装置。
In the electric power feeder of Claim 3,
The short-circuit means is composed of a bidirectional switch,
Short circuit control means for controlling the switching frequency, duty ratio and phase of the short circuit means;
The power supply device, wherein the short-circuit control means switches a switching frequency of the short-circuit means in accordance with switching between the constant current control and the constant voltage control.
請求項3に記載の給電装置において、
前記短絡制御手段は、前記電力変換手段の定電圧運転時に該電力変換手段のスイッチング周波数の2N(Nは整数)倍の周波数で前記短絡手段をスイッチングすること、を特徴とする給電装置。
In the electric power feeder of Claim 3,
The power supply device, wherein the short-circuit control means switches the short-circuit means at a frequency 2N (N is an integer) times the switching frequency of the power conversion means during constant voltage operation of the power conversion means.
請求項5に記載の給電装置において、
前記短絡制御手段は、前記短絡手段のスイッチングのデューティ比を可変とすること、を特徴とする給電装置。
In the electric power feeder of Claim 5,
The power supply device, wherein the short-circuit control means makes a switching duty ratio of the short-circuit means variable.
請求項6に記載の給電装置において、
前記短絡制御手段は、前記電力変換手段が定電流運転の場合に前記短絡手段のデューティ比を制御する第1のデューティ制御手段と、
前記電力変換手段が定電圧運転の場合に前記短絡手段のデューティ比を制御する第2のデューティ制御手段と、を備え、
前記電力変換手段の定電流運転と定電圧運転との切り替えに応じて前記第1のデューティ制御手段と前記第2のデューティ制御手段とを切り替えること、を特徴とする給電装置。
In the electric power feeder of Claim 6,
The short-circuit control means includes a first duty control means for controlling a duty ratio of the short-circuit means when the power conversion means is in constant current operation,
A second duty control means for controlling a duty ratio of the short-circuit means when the power conversion means is in a constant voltage operation,
A power feeding apparatus, wherein the first duty control means and the second duty control means are switched according to switching between a constant current operation and a constant voltage operation of the power conversion means.
請求項7に記載の給電装置において、
前記短絡制御手段は、前記電力変換手段の高周波電圧または高周波電流に対する前記短絡手段のスイッチングの位相を制御する位相制御手段を備え、前記短絡手段の位相を可変することで前記負荷への出力電圧を制御すること、を特徴とする給電装置。
In the electric power feeder of Claim 7,
The short circuit control means comprises phase control means for controlling the phase of the switching of the short-circuit means for frequency voltage or a high frequency current before Symbol power conversion means, the output voltage to the load by varying the phase of said shorting means A power feeding device characterized by controlling the power supply.
請求項8に記載の給電装置において、
前記位相制御手段は、前記負荷への出力電圧と位相との関係が単純減少または単純増加となる範囲で位相制御すること、を特徴とする給電装置。
The power feeding device according to claim 8, wherein
The power supply apparatus, wherein the phase control means performs phase control in a range in which a relationship between an output voltage to the load and a phase is simply reduced or simply increased.
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