JP5591283B2 - 非接触送電装置、非接触受電装置、および非接触送受電システム - Google Patents
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Description
好ましくは、送電ユニットは、受電ユニットと送電ユニットの間に形成され、かつ特定の周波数で振動する磁界と、受電ユニットと送電ユニットの間に形成され、かつ特定の周波数で振動する電界との少なくとも一方を通じて、受電ユニットに電力を送電する。
好ましくは、受電ユニットは、受電ユニットと送電ユニットの間に形成され、かつ特定
の周波数で振動する磁界と、受電ユニットと送電ユニットの間に形成され、かつ特定の周波数で振動する電界との少なくとも一方を通じて、送電ユニットから電力を受電する。
図1は、非接触送受電システムの一例を示す全体ブロック図である。車両100は、駆動源として回転電機を用いる電気自動車が例示されるが、非接触で受電するものであれば、他の自動車であってもよいし、さらに、受電対象は車両でなくてもよい。
図2を参照して、この共鳴法では、2つの音叉が共鳴するのと同様に、同じ固有振動数を有する2つのLC共振コイルが電磁場(近接場)において共鳴することによって、一方のコイルから他方のコイルへ電磁場を介して電力が伝送される。
f2=1/{2π(Lr×C2)1/2}・・・(2)
図4は、送電部93および受電部96の固有周波数のズレと、電力伝送効率との関係を示した図である。図4においては、インダクタンスLrおよびキャパシタンスC1,C2を固定して、インダクタンスLtのみを変化させた場合が示されている。
図4からも明らかなように、固有周波数のズレ(%)が±0%の場合には、電力伝送効率は、100%近くとなる。固有周波数のズレ(%)が±5%の場合には、電力伝送効率は、40%となる。固有周波数のズレ(%)が±10%の場合には、電力伝送効率は、10%となる。固有周波数のズレ(%)が±15%の場合には、電力伝送効率は、5%となる。すなわち、固有周波数のズレ(%)の絶対値(固有周波数の差)が、受電部96の固有周波数の10%以下の範囲となるように各送電部および受電部の固有周波数を設定することで電力伝送効率を高めることができることがわかる。さらに、固有周波数のズレ(%)の絶対値が受電部96の固有周波数の5%以下となるように、各送電部および受電部の固有周波数を設定することで電力伝送効率をより高めることができることがわかる。なお、シミュレーションソフトしては、電磁界解析ソフトウェア(JMAG(登録商標):株式会社JSOL製)を採用している。
ークは、互いに近づくように変化する。そして、効率曲線L2に示すように、エアギャップAGを所定距離よりも大きくすると、電力伝送効率のピークは1つとなり、送電ユニット220中の共鳴コイルに供給する電流の周波数が周波数f6のときに電力伝送効率がピークとなる。エアギャップAGを効率曲線L2の状態よりもさらに大きくすると、効率曲線L3に示すように電力伝送効率のピークが小さくなる。
、「輻射電磁界」と「誘導電磁界」と「静電磁界」との強さが略等しくなる距離は、λ/2πとあらわすことができる。
図7は、図1に示した電力送受電システム10の詳細な構成を示す回路図である。図7を参照して、車両100は、受電ユニット110および通信部160に加えて、整流器180と、充電リレー(CHR)170と、蓄電装置190と、システムメインリレー(SMR)115と、パワーコントロールユニットPCU(Power Control Unit)120と、モータジェネレータ130と、動力伝達ギヤ140と、駆動輪150と、制御装置である車両ECU(Electronic Control Unit)300と、電流センサ171と、電圧センサ172とを含む。受電ユニット110は、コイル111(以下二次自己共振コイル111といい、「共鳴コイル」などと適宜の呼び方をしてもよい)と、コンデンサ112と、二次コイル113とを含む。
れる。なお、二次自己共振コイル111自身の有する浮遊容量で所望の共振周波数が得られる場合には、コンデンサ112が省略される場合がある。
コイル221(以下一次自己共振コイル221といい、「共鳴コイル」などと適宜の呼び方をしてもよい)と、コンデンサ222と、一次コイル223とを含む。
図8に示すように、図7の電磁誘導コイル113,223を介在させないようにしてもよい。図8の構成では、送電装置200には送電ユニット220Kが設けられ、車両100には受電ユニット110Kが設けられる。
送電ユニット、受電ユニットのコイルタイプは代表的には、磁束が中心を通過する中心型(円型コイルタイプ:Circular Coil Type)と、磁束が一方端から他方端に抜ける両端型(Polarized Coil Type)とがある。両端型は、磁束が通過する方向が車両の前後方向であるか左右方向であるかによって、両端前後型と両端左右型とにさらに分類される。両端型コイルは、ソレノイド型コイルと呼ぶこともある。
図9を参照して、中心型のコイルユニットは、送電ユニットは送電コイル221Aを含み、受電ユニットは受電コイル111Aを含む。
図9、図10を参照して、中心型のコイルユニットは、円形のコイルの中央部分に磁束が通る。円形コイルの外形円の中心付近であって、巻線が存在せず中空となっている部分を中央部と呼ぶことにする。送電コイル221Aの中央部から受電コイル111Aの中央部に抜けた磁束は、磁性材411Aの内部を外側に向けて通過して、コイル巻線の外側を戻り、磁性材421Aの内部を中央部に向けて通過して、送電コイル221Aの中央部に戻る。送電ユニットには交流電流が流れるので、コイルに流れる電流の向きが反転すると磁束の向きも反転する。
図11を参照して、両端型のコイルユニットは、送電ユニットは送電コイル221Bを含み、受電ユニットは受電コイル111Bを含む。送電コイル221Bは、平板状の磁性材421Bに巻回される。受電コイル111Bは、平板状の磁性材411Bに巻回される。
図11、図12を参照して、両端型のコイルユニットは、磁性材に巻回されたコイルの中央部分(磁性材内部)に磁束が通る。送電コイル221Bの一方端から他方端に向けて磁性材421Bの内部を通った磁束は、受電コイル111Bの一方端に向かい、受電コイル111Bの一方端から他方端に向けて磁性材411Bの内部を通り、送電コイル221Bの一方端に戻る。送電ユニットには交流電流が流れるので、コイルに流れる電流の向きが反転すると磁束の向きも反転する。
図13を参照して、両端前後型の受電コイル111BYは、磁束の通過方向が車両の前後方向となるように車両に配置されている。言い換えれば、受電コイル111BYは、コイル巻回軸方向が車両の前後方向となるように車両に配置されている。
図14を参照して、両端左右型の受電コイル111BXは、磁束の通過方向が車両の左右方向(車幅方向)となるように車両に配置されている。言い換えれば、受電コイル111BYは、コイル巻回軸方向が車両の左右方向となるように車両に配置されている。
[実施の形態1]
図15は、実施の形態1の非接触送受電システムの動作を説明するための図である。
イルタイプに対応可能な送電コイルが選択可能である場合には、ステップS550に処理が進み、送電ECU240は、充電可能の判定を確定させ、表示部242に判定結果を表示させるとともに、車両100に判定結果を送信する。
図17は、送電ユニットおよび受電ユニットがともに中心型コイルを含む場合の位置ずれ量について説明するための図である。図18は、図17に示した場合の縦方向ずれ、横方向ずれと比結合係数κ/κmaxの変化について示した図である。なお、以下図18、
図20、図26では結合係数はkと表記しているがκと同じ意味で使用している。また、κmaxまたはkmaxは、送電ユニットと受電ユニットが同じタイプのコイルの場合の位置ずれゼロのときの結合係数である。
図21は、コイルタイプが異なる場合の位置ずれが無い状態を示した図である。
図24は、図23に示した場合のΔY方向に沿ったコイルユニットの断面を示した図である。縦ずれ量ΔYが0から所定値に増加すると、図24に示すように中心型コイルユニットの中央部分から両端型コイルユニットの端部に磁束が向かい、両端型コイルユニットのコアの内部を紙面左右方向に磁束が通過可能となる。したがって、図24の破線矢印に示すような磁気回路が形成される。このため、2つのコイルユニットの比結合係数κ/κmaxは縦ずれ量ΔYが所定値になるまで増加する。そして縦ずれ量ΔYが所定値を超え
ると、縦ずれ量ΔYの増加に対する比結合係数κ/κmaxの変化は減少に転ずる。
点同士のずれを見てもよい。
実施の形態1では、送電装置が駐車目標位置情報を決定し、運転者に知らせたり、車両に送信したりする例を示した。駐車目標位置情報の決定は、車両で行なうようにしてもよい。
図30を参照して、車両100Aは中心型の受電コイル111Aが搭載された車両である。車両100Bは両端型の受電コイル111Bが搭載された車両である。このとき、充電インフラである送電装置200には、中心型または両端型のいずれかの送電ユニット220が設置されているとする。
図31は、実施の形態2において車両と送電装置で実行される制御を説明するためのフローチャートである。
電処理のルーチンに処理が移動する。
差は±10%以内である。
[変形例]
実施の形態1,2では、非接触送受電システムが車両に搭載されているコイルタイプに基づいて、送電ユニットと受電ユニットとの位置ずれ量を調整する例について説明したが、位置ずれ量の調整ではなく、駐車位置そのものを変更してもよい。
Claims (20)
- 車両に設けられた受電装置に搭載された受電ユニットに、非接触で送電可能に構成された送電コイルを含む送電ユニットと、
前記受電ユニットの種類に応じて、前記受電装置の受電時において電力が伝送される前記送電コイルに対する前記受電装置の案内位置を変更し、車両を案内する案内ユニットとを備える、非接触送電装置。 - 前記案内ユニットは、前記受電ユニットと前記送電ユニットの種類が同じ場合には、前記受電ユニットの中心位置と前記送電ユニットの中心位置とが重なるような前記受電ユニットの位置を前記案内位置とし、前記受電ユニットと前記送電ユニットの種類が異なる場合には、前記受電ユニットの中心位置と前記送電ユニットの中心位置とがずれるような前記受電ユニットの位置を前記案内位置とする、請求項1に記載の非接触送電装置。
- 前記種類は、送電時に前記送電ユニットおよび前記受電ユニットに生じる磁束分布に影響する前記送電ユニットまたは前記受電ユニットの構成部品の構造に基づいて分類される、請求項2に記載の非接触送電装置。
- 前記案内ユニットは、前記受電ユニットの種類が両端型であった場合には、前記受電装置への前記受電ユニットの搭載方向も考慮して、前記案内位置を決定する、請求項1に記載の非接触送電装置。
- 前記案内ユニットは、前記車両の受電時の駐車位置を前記案内位置として前記車両のユーザに対して報知する、請求項1に記載の非接触送電装置。
- 前記案内ユニットは、前記車両の受電時の駐車位置が定まるように前記車両の駐車支援を行なう、請求項1に記載の非接触送電装置。
- 前記送電ユニットの固有周波数と前記受電ユニットの固有周波数との差は±10%以内である、請求項1に記載の非接触送電装置。
- 前記受電ユニットと前記送電ユニットとの結合係数は、0.1以下である、請求項1に記載の非接触送電装置。
- 前記送電ユニットは、前記受電ユニットと前記送電ユニットの間に形成され、かつ特定の周波数で振動する磁界と、前記受電ユニットと前記送電ユニットの間に形成され、かつ特定の周波数で振動する電界との少なくとも一方を通じて、前記受電ユニットに電力を送電する、請求項1に記載の非接触送電装置。
- 送電装置から非接触で受電可能とされ、車両に設けられた受電装置であって、
前記送電装置に搭載された送電ユニットの送電コイルから非接触で受電可能に構成された受電ユニットと、
前記送電ユニットの種類に応じて、前記受電装置の受電時において電力伝送する前記送電コイルに対する前記受電装置の案内位置を変更し、車両を案内する案内ユニットとを備える、非接触受電装置。 - 前記案内ユニットは、前記受電ユニットと前記送電ユニットの種類が同じ場合には、前記受電ユニットの中心位置と前記送電ユニットの中心位置とが重なるような前記受電ユニットの位置を前記案内位置とし、前記受電ユニットと前記送電ユニットの種類が異なる場合には、前記受電ユニットの中心位置と前記送電ユニットの中心位置とがずれるような前記受電ユニットの位置を前記案内位置とする、請求項10に記載の非接触受電装置。
- 前記種類は、受電時に前記送電ユニットおよび前記受電ユニットに生じる磁束分布に影響する前記送電ユニットまたは前記受電ユニットの構成部品の構造に基づいて分類される、請求項11に記載の非接触受電装置。
- 前記案内ユニットは、前記送電ユニットの種類が両端型であった場合には、前記送電装置への前記送電ユニットの搭載方向も考慮して、前記案内位置を決定する、請求項10に記載の非接触受電装置。
- 前記案内ユニットは、前記車両の受電時の駐車位置を前記案内位置として前記車両のユーザに対して報知する、請求項10に記載の非接触受電装置。
- 前記案内ユニットは、前記車両の受電時の駐車位置が定まるように前記車両の駐車支援を行なう、請求項10に記載の非接触受電装置。
- 前記送電ユニットの固有周波数と前記受電ユニットの固有周波数との差は±10%以内である、請求項10に記載の非接触受電装置。
- 前記受電ユニットと前記送電ユニットとの結合係数は、0.1以下である、請求項10に記載の非接触受電装置。
- 前記受電ユニットは、前記受電ユニットと前記送電ユニットの間に形成され、かつ特定の周波数で振動する磁界と、前記受電ユニットと前記送電ユニットの間に形成され、かつ特定の周波数で振動する電界との少なくとも一方を通じて、前記送電ユニットから電力を受電する、請求項10に記載の非接触受電装置。
- 非接触送受電システムであって、
車両に設けられた受電装置と、
前記受電装置に非接触で送電することが可能な送電装置とを備え、
前記送電装置は、
前記受電装置に搭載された受電ユニットに非接触で送電可能に構成された送電コイルを含む送電ユニットと、
前記受電ユニットの種類に応じて、前記受電装置の受電時に電力伝送する前記送電コイルに対する案内位置を変更し、車両を案内する案内ユニットとを含む、非接触送受電システム。 - 非接触送受電システムであって、
送電コイルを含む送電装置と、
前記送電装置の送電コイルから非接触で受電することが可能とされ、車両に搭載された受電装置とを備え、
前記受電装置は、
前記送電装置に搭載された送電ユニットから非接触で受電可能に構成された受電ユニットと、
前記送電ユニットの種類に応じて、前記受電装置の受電時に電力伝送する前記送電コイルに対する案内位置を変更し、車両を案内する案内ユニットとを含む、非接触送受電システム。
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