JP5794203B2 - Power transmission device, power reception device, vehicle, and non-contact power supply system - Google Patents

Power transmission device, power reception device, vehicle, and non-contact power supply system Download PDF

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Description

本発明は、送電装置、受電装置、車両、および非接触給電システムに関し、より特定的には、非接触給電システムにおける電力伝送効率を改善するための技術に関する。   The present invention relates to a power transmission device, a power reception device, a vehicle, and a non-contact power feeding system, and more particularly to a technique for improving power transmission efficiency in a non-contact power feeding system.

電源コードや送電ケーブルを用いない非接触のワイヤレス電力伝送が近年注目されており、車両外部の電源(以下「外部電源」とも称する。)によって車載の蓄電装置を充電可能な電気自動車やハイブリッド車両等への適用が提案されている。   In recent years, non-contact wireless power transmission without using a power cord or a power transmission cable has attracted attention, and an electric vehicle, a hybrid vehicle, or the like that can charge an in-vehicle power storage device with a power source outside the vehicle (hereinafter also referred to as “external power source”). Application to is proposed.

非接触給電システムにおいては、電力伝送効率を向上させるために、電力を送電する送電部と、電力を受電する受電部との間のインピーダンスを整合させることが重要となる。   In a non-contact power supply system, in order to improve power transmission efficiency, it is important to match impedances between a power transmission unit that transmits power and a power reception unit that receives power.

特開2010−233354号公報(特許文献1)は、電磁誘導作用を利用して電力伝送を行なう非接触給電装置において、受電コイルに直列に接続された可変容量コンデンサによって受電側回路のインピーダンスを調整する構成が開示される。   Japanese Patent Laying-Open No. 2010-233354 (Patent Document 1) adjusts the impedance of a power receiving side circuit by a variable capacitor connected in series to a power receiving coil in a non-contact power feeding device that performs power transmission using electromagnetic induction. A configuration is disclosed.

特開2010−233354号公報JP 2010-233354 A 特開2012−039692号公報JP2012-039692A

非接触給電システムにおいては、送電部と受電部との間のインピーダンスを整合させる、すなわち、互いの共振周波数を近づけることが電力伝送効率の向上につながる。そして、特開2010−233354号公報(特許文献1)に開示されたような、コイルに直列接続された可変キャパシタを設けることで、共振周波数を調整することができる。   In the non-contact power supply system, matching the impedance between the power transmission unit and the power reception unit, that is, bringing the resonance frequencies closer to each other leads to an improvement in power transmission efficiency. And the resonant frequency can be adjusted by providing the variable capacitor connected in series with the coil as disclosed by Unexamined-Japanese-Patent No. 2010-233354 (patent document 1).

しかしながら、送電部および受電部との間のインピーダンスを単に整合させるだけでは、必ずしも電力伝送効率が最適にはならない場合が生じ得る。たとえば、共振周波数が同じであっても、互いの結合度が異なれば電力伝送効率が変化し得る。   However, simply matching the impedance between the power transmission unit and the power reception unit may not necessarily optimize the power transmission efficiency. For example, even if the resonance frequency is the same, the power transmission efficiency can change if the mutual coupling degree is different.

したがって、非接触給電システムにおいて、電力伝送効率のさらなる向上を図るためには、より広範囲にインピーダンスを調整できるようにすることが望まれる。   Therefore, in the non-contact power supply system, in order to further improve the power transmission efficiency, it is desired to be able to adjust the impedance over a wider range.

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであって、その目的は、非接触給電システムにおいて、電力伝送効率を向上させるためのインピーダンス調整手法を提供することである。   The present invention has been made to solve such problems, and an object of the present invention is to provide an impedance adjustment method for improving power transmission efficiency in a non-contact power feeding system.

本発明による受電装置は、電気負荷に供給する電力を送電装置から非接触で受電するための受電装置であって、送電装置から非接触で受電する受電部を備える。受電部は、電気負荷に電気的に接続されるコイルと、コイルと電気負荷との間に、コイルと直列に接続される第1の可変容量部と、コイルに並列に接続される第2の可変容量部とを含む。   A power receiving device according to the present invention is a power receiving device for receiving power supplied to an electric load from a power transmission device in a contactless manner, and includes a power receiving unit that receives power from the power transmission device in a contactless manner. The power receiving unit includes a coil electrically connected to the electric load, a first variable capacitance unit connected in series with the coil between the coil and the electric load, and a second connected in parallel to the coil. Including a variable capacitance section.

好ましくは、受電装置は、受電部を制御する制御装置をさらに備える。制御装置は、第1および第2の可変容量部の合成容量を維持しながら、第1および第2の可変容量部の容量を調整する。   Preferably, the power reception device further includes a control device that controls the power reception unit. The control device adjusts the capacities of the first and second variable capacitor parts while maintaining the combined capacity of the first and second variable capacitor parts.

好ましくは、制御装置は、調整可能範囲において送電装置と受電装置との間の電力伝送効率がより大きくなる第1および第2の可変容量部の合成容量を決定し、その後、決定された合成容量を維持しながら、電力伝送効率がさらに大きくなるように第1および第2の可変容量部の容量を調整する。   Preferably, the control device determines a combined capacity of the first and second variable capacitance units in which the power transmission efficiency between the power transmitting device and the power receiving device is larger in the adjustable range, and then determines the determined combined capacity While maintaining the above, the capacities of the first and second variable capacitor sections are adjusted so that the power transmission efficiency is further increased.

好ましくは、受電装置は、受電部を制御する制御装置をさらに備える。制御装置は、送電装置と受電装置との間の電力伝送効率に応じて、第1および第2の可変容量部の容量を調整する。   Preferably, the power reception device further includes a control device that controls the power reception unit. The control device adjusts the capacities of the first and second variable capacitance units according to the power transmission efficiency between the power transmitting device and the power receiving device.

好ましくは、制御装置は、電力伝送効率が予め定められたしきい値を上回るように第1および第2の可変容量部の容量を調整する。   Preferably, the control device adjusts the capacities of the first and second variable capacitance units so that the power transmission efficiency exceeds a predetermined threshold value.

好ましくは、送電装置は、電力を非接触で供給するための送電部を含む。送電部の固有周波数と受電部の固有周波数との差は、送電部の固有周波数または受電部の固有周波数の±10%以下である。   Preferably, the power transmission device includes a power transmission unit for supplying power in a contactless manner. The difference between the natural frequency of the power transmission unit and the natural frequency of the power reception unit is ± 10% or less of the natural frequency of the power transmission unit or the natural frequency of the power reception unit.

好ましくは、送電装置は、電力を非接触で供給するための送電部を含み、送電部と受電部との結合係数は0.1以下である。   Preferably, the power transmission device includes a power transmission unit for supplying power in a contactless manner, and a coupling coefficient between the power transmission unit and the power reception unit is 0.1 or less.

好ましくは、送電装置は、電力を非接触で供給するための送電部を含む。受電部は、受電部と送電部との間に形成される特定の周波数で振動する磁界、および、受電部と送電部との間に形成される特定の周波数で振動する電界の少なくとも一方を通じて、送電部から受電する。   Preferably, the power transmission device includes a power transmission unit for supplying power in a contactless manner. The power receiving unit, through at least one of a magnetic field that vibrates at a specific frequency formed between the power receiving unit and the power transmitting unit, and an electric field that vibrates at a specific frequency formed between the power receiving unit and the power transmitting unit, Receives power from the power transmission unit.

本発明による車両は、上記の受電装置と、受電装置で受電した電力を蓄える蓄電装置とを備える。   A vehicle according to the present invention includes the above power receiving device and a power storage device that stores electric power received by the power receiving device.

本発明による送電装置は、電源からの電力を受電装置へ非接触で供給する送電装置であって、受電装置へ非接触で送電する送電部を備える。送電部は、電源に電気的に接続されるコイルと、電源とコイルとの間に、コイルと直列に接続される第1の可変容量部と、コイルに並列に接続される第2の可変容量部とを含む。   A power transmission device according to the present invention is a power transmission device that supplies power from a power source to a power receiving device in a contactless manner, and includes a power transmission unit that transmits power to the power receiving device in a contactless manner. The power transmission unit includes a coil electrically connected to the power source, a first variable capacitor unit connected in series with the coil between the power source and the coil, and a second variable capacitor connected in parallel to the coil. Part.

本発明による非接触給電システムは、送電装置から車両へ非接触で電力を伝達する。非接触給電システムは、送電装置に含まれ、電源に電気的に接続される送電コイルを有する送電部と、車両に含まれ、電気負荷に電気的に接続される受電コイルを有する受電部と、送電部および受電部を制御するための制御装置とを備える。送電コイルおよび受電コイルの少なくとも一方は、当該コイルに直列に接続される第1の可変容量部と、当該コイルに並列に接続される第2の可変容量部とを有する。制御装置は、調整可能範囲内において送電部と受電部との間の電力伝送効率がより大きくなるように第1および第2の可変容量部を調整する。   The non-contact power feeding system according to the present invention transmits electric power from the power transmission device to the vehicle in a non-contact manner. The non-contact power supply system is included in a power transmission device, a power transmission unit having a power transmission coil electrically connected to a power source, a power reception unit included in a vehicle and having a power reception coil electrically connected to an electrical load, And a control device for controlling the power transmission unit and the power reception unit. At least one of the power transmission coil and the power receiving coil has a first variable capacitor connected in series to the coil and a second variable capacitor connected in parallel to the coil. The control device adjusts the first and second variable capacitance units so that the power transmission efficiency between the power transmission unit and the power reception unit is larger within the adjustable range.

本発明による非接触給電システムは、送電装置から車両へ非接触で電力を伝達する。非接触給電システムは、送電装置に含まれ、電源に電気的に接続される送電コイルを有する送電部と、車両に含まれ、電気負荷に電気的に接続される受電コイルを有する受電部と、送電部および受電部を制御するための制御装置とを備える。送電コイルは、送電コイルと電源との間に、送電コイルと直列に接続される第1の可変容量部と、送電コイルに並列に接続される第2の可変容量部とを有する。受電コイルは、受電コイルと電気負荷との間に、受電コイルと直列に接続される第3の可変容量部と、受電コイルに並列に接続される第4の可変容量部とを有する。制御装置は、受電コイルにおける第3および第4の可変容量部を変化させない状態で、調整可能範囲内において送電部と受電部との間の電力伝送効率がより大きくなるように第1および第2の可変容量部を調整する。制御装置は、その後、送電コイルにおける第1および第2の可変容量部を変化させない状態で、調整可能範囲内において電力伝送効率がより大きくなるように第3および第4の可変容量部を調整する。   The non-contact power feeding system according to the present invention transmits electric power from the power transmission device to the vehicle in a non-contact manner. The non-contact power supply system is included in a power transmission device, a power transmission unit having a power transmission coil electrically connected to a power source, a power reception unit included in a vehicle and having a power reception coil electrically connected to an electrical load, And a control device for controlling the power transmission unit and the power reception unit. The power transmission coil includes a first variable capacitance portion connected in series with the power transmission coil and a second variable capacitance portion connected in parallel with the power transmission coil between the power transmission coil and the power source. The power receiving coil includes a third variable capacitor connected in series with the power receiving coil and a fourth variable capacitor connected in parallel with the power receiving coil between the power receiving coil and the electric load. The control device performs the first and second operations so that the power transmission efficiency between the power transmission unit and the power reception unit is larger within the adjustable range without changing the third and fourth variable capacitance units in the power reception coil. Adjust the variable capacity section. Thereafter, the control device adjusts the third and fourth variable capacitance units so that the power transmission efficiency becomes larger within the adjustable range without changing the first and second variable capacitance units in the power transmission coil. .

本発明による非接触給電システムは、送電装置から車両へ非接触で電力を伝達する。非接触給電システムは、送電装置に含まれ、電源に電気的に接続される送電コイルを有する送電部と、車両に含まれ、電気負荷に電気的に接続される受電コイルを有する受電部と、送電部および受電部を制御するための制御装置とを備える。送電コイルは、送電コイルと電源との間に、送電コイルと直列に接続される第1の可変容量部と、送電コイルに並列に接続される第2の可変容量部とを有する。受電コイルは、受電コイルと電気負荷との間に、受電コイルと直列に接続される第3の可変容量部と、受電コイルに並列に接続される第4の可変容量部とを有する。制御装置は、送電コイルにおける第1および第2の可変容量部を変化させない状態で、調整可能範囲内において送電部と受電部との間の電力伝送効率がより大きくなるように第3および第4の可変容量部を調整する。制御装置は、その後、受電コイルにおける第3および第4の可変容量部を変化させない状態で、調整可能範囲内において電力伝送効率がより大きくなるように第1および第2の可変容量部を調整する。   The non-contact power feeding system according to the present invention transmits electric power from the power transmission device to the vehicle in a non-contact manner. The non-contact power supply system is included in a power transmission device, a power transmission unit having a power transmission coil electrically connected to a power source, a power reception unit included in a vehicle and having a power reception coil electrically connected to an electrical load, And a control device for controlling the power transmission unit and the power reception unit. The power transmission coil includes a first variable capacitance portion connected in series with the power transmission coil and a second variable capacitance portion connected in parallel with the power transmission coil between the power transmission coil and the power source. The power receiving coil includes a third variable capacitor connected in series with the power receiving coil and a fourth variable capacitor connected in parallel with the power receiving coil between the power receiving coil and the electric load. In the state where the first and second variable capacitors in the power transmission coil are not changed, the control device performs the third and fourth so that the power transmission efficiency between the power transmission unit and the power reception unit is larger within the adjustable range. Adjust the variable capacity section. Thereafter, the control device adjusts the first and second variable capacitance units so that the power transmission efficiency becomes larger within the adjustable range without changing the third and fourth variable capacitance units in the power receiving coil. .

本発明によれば、非接触給電システムにおいて、より広範なインピーダンス調整を行なって、電力伝送効率を向上させることができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, in a non-contact electric power feeding system, more extensive impedance adjustment can be performed and electric power transmission efficiency can be improved.

本発明の実施の形態に従う車両給電システムの全体構成図である。1 is an overall configuration diagram of a vehicle power feeding system according to an embodiment of the present invention. 図1に示す車両および送電装置の構成を詳細に説明する機能ブロック図である。It is a functional block diagram explaining the structure of the vehicle and power transmission apparatus which are shown in FIG. 1 in detail. 送電装置から車両への電力伝送時の等価回路図である。It is an equivalent circuit diagram at the time of power transmission from the power transmission device to the vehicle. 電力伝送システムのシミュレーションモデルを示す図である。It is a figure which shows the simulation model of an electric power transmission system. 送電部および受電部の固有周波数のズレと電力伝送効率との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the shift | offset | difference of the natural frequency of a power transmission part and a power receiving part, and electric power transmission efficiency. 固有周波数を固定した状態で、エアギャップを変化させたときの電力伝送効率と、送電部に供給される電流の周波数との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the electric power transmission efficiency when changing an air gap in the state which fixed the natural frequency, and the frequency of the electric current supplied to a power transmission part. 電流源(磁流源)からの距離と電磁界の強度との関係を示した図である。It is the figure which showed the relationship between the distance from an electric current source (magnetic current source), and the intensity | strength of an electromagnetic field. コイルユニットにおいて合成容量を維持しながら2つの可変キャパシタの容量を変化させた場合の、共振周波数と電力伝送効率との関係についてのシミュレーションの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the simulation about the relationship between the resonant frequency and electric power transmission efficiency at the time of changing the capacity | capacitance of two variable capacitors, maintaining a synthetic capacity in a coil unit. コイルユニットにおいて、可変キャパシタの合成容量とコイルのリアクタンスとの乗算値を維持しながら、合成容量とリアクタンスとの比率を変化させた場合の、周波数に対する合成インピーダンスおよび電力伝送効率の変化を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing changes in combined impedance and power transmission efficiency with respect to frequency when the ratio of the combined capacitance and reactance is changed while maintaining the multiplication value of the combined capacitance of the variable capacitor and the reactance of the coil in the coil unit. is there. 本実施の形態において、ECUで実行されるインピーダンス調整制御を説明するためのフローチャートである。In this Embodiment, it is a flowchart for demonstrating the impedance adjustment control performed by ECU. 送電装置側のコイルユニットのコイルに、並列および直列に接続された可変キャパシタを有する第1の変形例を示す図である。It is a figure which shows the 1st modification which has the variable capacitor connected to the coil of the coil unit by the side of the power transmission apparatus in parallel and series. 送電装置側のコイルユニットのコイルに、並列および直列に接続された可変キャパシタを有する第2の変形例を示す図である。It is a figure which shows the 2nd modification which has the variable capacitor connected to the coil of the coil unit by the side of the power transmission apparatus in parallel and in series. 送電装置側のコイルユニットのコイルに、並列および直列に接続された可変キャパシタを有する第3の変形例を示す図である。It is a figure which shows the 3rd modification which has the variable capacitor connected to the coil of the coil unit by the side of the power transmission apparatus in parallel and in series. 受電装置側のコイルユニットのコイルに、並列および直列に接続された可変キャパシタを有する第1の変形例を示す図である。It is a figure which shows the 1st modification which has the variable capacitor connected to the coil of the coil unit by the side of a receiving device in parallel and in series. 受電装置側のコイルユニットのコイルに、並列および直列に接続された可変キャパシタを有する第2の変形例を示す図である。It is a figure which shows the 2nd modification which has the variable capacitor connected to the coil of the coil unit by the side of a receiving device in parallel and in series. 受電装置側のコイルユニットのコイルに、並列および直列に接続された可変キャパシタを有する第3の変形例を示す図である。It is a figure which shows the 3rd modification which has the variable capacitor connected to the coil of the coil unit by the side of a receiving device in parallel and in series. コイルユニットにおける可変キャパシタの詳細構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the detailed structure of the variable capacitor in a coil unit.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals and description thereof will not be repeated.

[非接触給電システムの構成]
図1は、この発明の実施の形態に従う車両給電システム(非接触給電システム)10の全体構成図である。図1を参照して、車両給電システム10は、車両100と、送電装置200とを備える。車両100は、受電部110と、通信部160とを含む。また、送電装置200は、電源装置210と、送電部220と、通信部230とを含む。
[Configuration of wireless power supply system]
FIG. 1 is an overall configuration diagram of a vehicle power supply system (non-contact power supply system) 10 according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, vehicle power feeding system 10 includes a vehicle 100 and a power transmission device 200. Vehicle 100 includes a power reception unit 110 and a communication unit 160. The power transmission device 200 includes a power supply device 210, a power transmission unit 220, and a communication unit 230.

受電部110は、たとえば車体底面に設置され、送電装置200の送電部220から出力される高周波の交流電力を、電磁界を介して非接触で受電する。なお、受電部110の詳細な構成については、送電部220の構成、ならびに送電部220から受電部110への電力伝送とともに、後ほど説明する。通信部160は、車両100が送電装置200と通信を行なうための通信インターフェースである。   The power receiving unit 110 is installed on the bottom surface of the vehicle body, for example, and receives high-frequency AC power output from the power transmitting unit 220 of the power transmitting device 200 in a contactless manner via an electromagnetic field. The detailed configuration of power reception unit 110 will be described later together with the configuration of power transmission unit 220 and power transmission from power transmission unit 220 to power reception unit 110. Communication unit 160 is a communication interface for vehicle 100 to communicate with power transmission device 200.

送電装置200における電源装置210は、所定の周波数を有する交流電力を発生する。一例として、電源装置210は、図示されない系統電源から電力を受けて高周波の交流電力を発生し、その発生した交流電力を送電部220へ供給する。   The power supply apparatus 210 in the power transmission apparatus 200 generates AC power having a predetermined frequency. As an example, the power supply device 210 receives power from a system power supply (not shown), generates high-frequency AC power, and supplies the generated AC power to the power transmission unit 220.

送電部220は、たとえば駐車場の床面に設置され、電源装置210から高周波の交流電力の供給を受ける。そして、送電部220は、送電部220の周囲に発生する電磁界を介して車両100の受電部110へ非接触で電力を出力する。なお、送電部220の詳細な構成についても、受電部110の構成、ならびに送電部220から受電部110への電力伝送とともに、後ほど説明する。通信部230は、送電装置200が車両100と通信を行なうための通信インターフェースである。   The power transmission unit 220 is installed, for example, on the floor of a parking lot and receives supply of high-frequency AC power from the power supply device 210. Then, power transmission unit 220 outputs electric power in a non-contact manner to power reception unit 110 of vehicle 100 via an electromagnetic field generated around power transmission unit 220. The detailed configuration of the power transmission unit 220 will be described later together with the configuration of the power reception unit 110 and the power transmission from the power transmission unit 220 to the power reception unit 110. Communication unit 230 is a communication interface for power transmission device 200 to communicate with vehicle 100.

車両給電システム10においては、送電装置200の送電部220から車両100の受電部110へ非接触で電力が伝送される。   In the vehicle power supply system 10, power is transmitted in a non-contact manner from the power transmission unit 220 of the power transmission device 200 to the power reception unit 110 of the vehicle 100.

図2は、図1に示した車両給電システム10の詳細構成図である。図2を参照して、送電装置200は、上述のように、電源装置210と、送電部220とを含む。電源装置210は、通信部230に加えて、制御装置である送電ECU240と、電源部250とをさらに含む。また、送電部220は、共振コイル221(1次コイルとも称する。)と、可変キャパシタ222,223とを有するコイルユニットを含む。   FIG. 2 is a detailed configuration diagram of the vehicle power supply system 10 shown in FIG. Referring to FIG. 2, power transmission device 200 includes power supply device 210 and power transmission unit 220 as described above. In addition to communication unit 230, power supply device 210 further includes a power transmission ECU 240 that is a control device, and a power supply unit 250. The power transmission unit 220 includes a coil unit having a resonance coil 221 (also referred to as a primary coil) and variable capacitors 222 and 223.

電源部250は、送電ECU240からの制御信号MODによって制御され、商用電源400などの交流電源から受ける電力を高周波の電力に変換する。そして、電源部250は、その変換した高周波電力を送電部220へ供給する。   Power supply unit 250 is controlled by control signal MOD from power transmission ECU 240, and converts power received from an AC power supply such as commercial power supply 400 into high-frequency power. Then, the power supply unit 250 supplies the converted high frequency power to the power transmission unit 220.

また、電源部250は、図示されない電圧センサ,電流センサによってそれぞれ検出される送電電圧Vtrおよび送電電流Itrを送電ECU240へ出力する。   In addition, power supply unit 250 outputs power transmission voltage Vtr and power transmission current Itr detected by a voltage sensor and a current sensor (not shown) to power transmission ECU 240, respectively.

共振コイル221は、車両100の受電部110に含まれる共振コイル111へ非接触で電力を転送する。   The resonance coil 221 transfers electric power to the resonance coil 111 included in the power reception unit 110 of the vehicle 100 in a non-contact manner.

可変キャパシタ222は、共振コイル221と電源部250との間に、共振コイル221に直列に接続される。可変キャパシタ223は、共振コイル221に並列に接続される。可変キャパシタ222,223は、送電ECU240から制御信号SIG2によって制御され、送電部220のインピーダンスを調整する。   The variable capacitor 222 is connected in series with the resonance coil 221 between the resonance coil 221 and the power supply unit 250. The variable capacitor 223 is connected to the resonance coil 221 in parallel. The variable capacitors 222 and 223 are controlled by the control signal SIG <b> 2 from the power transmission ECU 240 and adjust the impedance of the power transmission unit 220.

なお、受電部110と送電部220との間の電力伝送については、図3を用いて後述する。   Note that power transmission between the power reception unit 110 and the power transmission unit 220 will be described later with reference to FIG.

通信部230は、上述のように、送電装置200と車両100との間で無線通信を行なうための通信インターフェースであり、通信部160と情報INFOの授受を行なう。通信部230は、車両100側の通信部160から送信される車両情報、ならびに、送電の開始および停止を指示する信号等を受信し、受信したこれらの情報を送電ECU240へ出力する。また、通信部230は、送電ECU240からの送電電圧Vtrおよび送電電流Itrを含む情報を車両100へ送信する。   As described above, communication unit 230 is a communication interface for performing wireless communication between power transmission device 200 and vehicle 100, and exchanges information INFO with communication unit 160. Communication unit 230 receives vehicle information transmitted from communication unit 160 on vehicle 100 side, a signal for instructing start and stop of power transmission, and the like, and outputs the received information to power transmission ECU 240. Communication unit 230 transmits information including power transmission voltage Vtr and power transmission current Itr from power transmission ECU 240 to vehicle 100.

送電ECU240は、いずれも図1には図示しないがCPU(Central Processing Unit)、記憶装置および入出力バッファを含み、各センサ等からの信号の入力や各機器への制御信号の出力を行なうとともに、電源装置210における各機器の制御を行なう。なお、これらの制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア(電子回路)で処理することも可能である。   Although not shown in FIG. 1, the power transmission ECU 240 includes a CPU (Central Processing Unit), a storage device, and an input / output buffer, and inputs signals from each sensor and outputs control signals to each device. Each device in the power supply device 210 is controlled. Note that these controls are not limited to processing by software, and can be processed by dedicated hardware (electronic circuit).

車両100は、受電部110および通信部160に加えて、充電リレーCHR170と、整流器180と、蓄電装置190と、システムメインリレーSMR115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、電圧センサ195と、電流センサ196とを含む。受電部110は、共振コイル111(2次コイルとも称する。)と、可変キャパシタ112,113とを有するコイルユニットを含む。   In addition to power receiving unit 110 and communication unit 160, vehicle 100 includes a charging relay CHR 170, a rectifier 180, a power storage device 190, a system main relay SMR 115, a power control unit PCU (Power Control Unit) 120, and a motor generator 130. Power transmission gear 140, drive wheel 150, vehicle ECU (Electronic Control Unit) 300 as a control device, voltage sensor 195, and current sensor 196. Power reception unit 110 includes a coil unit having a resonance coil 111 (also referred to as a secondary coil) and variable capacitors 112 and 113.

共振コイル111は、送電装置200に含まれる共振コイル221から非接触で電力を受電する。可変キャパシタ112は、共振コイル111と整流器180との間に、共振コイル111と直列に接続される。可変キャパシタ113は、共振コイル111に並列に接続される。可変キャパシタ112,113は、車両ECU300からの制御信号SIG1によって制御され、受電部110のインピーダンスを調整する。   The resonance coil 111 receives power from the resonance coil 221 included in the power transmission device 200 in a contactless manner. The variable capacitor 112 is connected in series with the resonance coil 111 between the resonance coil 111 and the rectifier 180. The variable capacitor 113 is connected to the resonance coil 111 in parallel. Variable capacitors 112 and 113 are controlled by control signal SIG <b> 1 from vehicle ECU 300 to adjust the impedance of power reception unit 110.

また、本実施の形態においては、車両100として電気自動車を例として説明するが、蓄電装置に蓄えられた電力を用いて走行が可能な車両であれば車両100の構成はこれに限られない。車両100の他の例としては、エンジンを搭載したハイブリッド車両や、燃料電池を搭載した燃料電池車などが含まれる。   In this embodiment, an electric vehicle is described as an example of vehicle 100, but the configuration of vehicle 100 is not limited thereto as long as the vehicle can travel using electric power stored in the power storage device. Other examples of the vehicle 100 include a hybrid vehicle equipped with an engine and a fuel cell vehicle equipped with a fuel cell.

整流器180は、共振コイル112から受けた交流電力を整流し、その整流された直流電力を、CHR170を介して蓄電装置190に出力する。整流器180としては、たとえば、ダイオードブリッジおよび平滑用のキャパシタ(いずれも図示せず)を含む構成とすることができる。整流器180として、スイッチング制御を用いて整流を行なう、いわゆるスイッチングレギュレータを用いることも可能である。整流器180が受電部110に含まれる場合には、発生する電磁場に伴うスイッチング素子の誤動作等を防止するために、ダイオードブリッジのような静止型の整流器とすることがより好ましい。   Rectifier 180 rectifies the AC power received from resonance coil 112, and outputs the rectified DC power to power storage device 190 via CHR 170. For example, the rectifier 180 may include a diode bridge and a smoothing capacitor (both not shown). As the rectifier 180, a so-called switching regulator that performs rectification using switching control may be used. When the rectifier 180 is included in the power receiving unit 110, it is more preferable to use a static rectifier such as a diode bridge in order to prevent a malfunction of the switching element due to the generated electromagnetic field.

CHR170は、整流器180と蓄電装置190との間に電気的に接続される。CHR170は、車両ECU300からの制御信号SE2により制御され、整流器180から蓄電装置190への電力の供給と遮断とを切換える。   CHR 170 is electrically connected between rectifier 180 and power storage device 190. CHR 170 is controlled by a control signal SE2 from vehicle ECU 300, and switches between supply and interruption of power from rectifier 180 to power storage device 190.

蓄電装置190は、充放電可能に構成された電力貯蔵要素である。蓄電装置190は、たとえば、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池あるいは鉛蓄電池などの二次電池や、電気二重層キャパシタなどの蓄電素子を含んで構成される。   The power storage device 190 is a power storage element configured to be chargeable / dischargeable. The power storage device 190 includes, for example, a secondary battery such as a lithium ion battery, a nickel metal hydride battery, or a lead storage battery, and a power storage element such as an electric double layer capacitor.

蓄電装置190は、整流器180に接続される。そして、蓄電装置190は、受電部110で受電されかつ整流器180で整流された電力を蓄電する。また、蓄電装置190は、SMR115を介してPCU120とも接続される。蓄電装置190は、車両駆動力を発生させるための電力をPCU120へ供給する。さらに、蓄電装置190は、モータジェネレータ130で発電された電力を蓄電する。蓄電装置190の出力は、たとえば200V程度である。   Power storage device 190 is connected to rectifier 180. Power storage device 190 stores the power received by power reception unit 110 and rectified by rectifier 180. The power storage device 190 is also connected to the PCU 120 via the SMR 115. Power storage device 190 supplies power for generating vehicle driving force to PCU 120. Further, power storage device 190 stores the electric power generated by motor generator 130. The output of power storage device 190 is, for example, about 200V.

なお、図2には示されていないが、受電電圧と蓄電装置190の充電電圧とが異なる場合には、整流器180と蓄電装置190との間に、DC−DCコンバータのような電力変換装置を設けるようにしてもよい。   Although not shown in FIG. 2, when the power reception voltage and the charging voltage of the power storage device 190 are different, a power conversion device such as a DC-DC converter is provided between the rectifier 180 and the power storage device 190. You may make it provide.

蓄電装置190には、いずれも図示しないが、蓄電装置190の電圧VBおよび入出力される電流IBを検出するための電圧センサおよび電流センサが設けられる。これらの検出値は、車両ECU300へ出力される。車両ECU300は、この電圧VBおよび電流IBに基づいて、蓄電装置190の充電状態(「SOC(State Of Charge)」とも称する。)を演算する。   Although not shown, power storage device 190 is provided with a voltage sensor and a current sensor for detecting voltage VB of power storage device 190 and input / output current IB. These detection values are output to vehicle ECU 300. Vehicle ECU 300 calculates the state of charge of power storage device 190 (also referred to as “SOC (State Of Charge)”) based on voltage VB and current IB.

SMR115は、蓄電装置190とPCU120との間に電気的に接続される。そして、SMR115は、車両ECU300からの制御信号SE1によって制御され、蓄電装置190とPCU120との間での電力の供給と遮断とを切換える。   SMR 115 is electrically connected between power storage device 190 and PCU 120. SMR 115 is controlled by control signal SE <b> 1 from vehicle ECU 300, and switches between supply and interruption of power between power storage device 190 and PCU 120.

PCU120は、いずれも図示しないが、コンバータやインバータを含む。コンバータは、車両ECU300からの制御信号PWCにより制御されて蓄電装置190からの電圧を変換する。インバータは、車両ECU300からの制御信号PWIにより制御されて、コンバータで変換された電力を用いてモータジェネレータ130を駆動する。   Although not shown, the PCU 120 includes a converter and an inverter. The converter is controlled by a control signal PWC from vehicle ECU 300 to convert the voltage from power storage device 190. The inverter is controlled by a control signal PWI from vehicle ECU 300 and drives motor generator 130 using electric power converted by the converter.

モータジェネレータ130は交流回転電機であり、たとえば、永久磁石が埋設されたロータを備える永久磁石型同期電動機である。   Motor generator 130 is an AC rotating electric machine, for example, a permanent magnet type synchronous motor including a rotor in which permanent magnets are embedded.

モータジェネレータ130の出力トルクは、動力伝達ギヤ140を介して駆動輪150に伝達される。車両100は、このトルクを用いて走行する。モータジェネレータ130は、車両100の回生制動動作時には、駆動輪150の回転力によって発電することができる。そして、その発電電力は、PCU120によって蓄電装置190の充電電力に変換される。   The output torque of motor generator 130 is transmitted to drive wheel 150 via power transmission gear 140. The vehicle 100 travels using this torque. The motor generator 130 can generate electric power by the rotational force of the drive wheels 150 during the regenerative braking operation of the vehicle 100. Then, the generated power is converted by PCU 120 into charging power for power storage device 190.

また、モータジェネレータ130の他にエンジン(図示せず)が搭載されたハイブリッド自動車では、エンジンおよびモータジェネレータ130を協調的に動作させることによって、必要な車両駆動力が発生される。この場合、エンジンの回転による発電電力を用いて、蓄電装置190を充電することも可能である。   Further, in a hybrid vehicle equipped with an engine (not shown) in addition to motor generator 130, necessary vehicle driving force is generated by operating engine and motor generator 130 in a coordinated manner. In this case, the power storage device 190 can be charged using the power generated by the rotation of the engine.

通信部160は、上述のように、車両100と送電装置200との間で無線通信を行なうための通信インターフェースであり、送電装置200の通信部230と情報INFOの授受を行なう。通信部160から送電装置200へ出力される情報INFOには、車両ECU300からの車両情報や、送電の開始および停止を指示する信号が含まれる。   As described above, communication unit 160 is a communication interface for performing wireless communication between vehicle 100 and power transmission device 200, and exchanges information INFO with communication unit 230 of power transmission device 200. Information INFO output from communication unit 160 to power transmission device 200 includes vehicle information from vehicle ECU 300 and a signal for instructing start and stop of power transmission.

車両ECU300は、いずれも図1には図示しないがCPU、記憶装置および入出力バッファを含み、各センサ等からの信号の入力や各機器への制御信号の出力を行なうとともに、車両100における各機器の制御を行なう。なお、これらの制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア(電子回路)で処理することも可能である。   Although not shown in FIG. 1, vehicle ECU 300 includes a CPU, a storage device, and an input / output buffer, and inputs a signal from each sensor and outputs a control signal to each device. Control. Note that these controls are not limited to processing by software, and can be processed by dedicated hardware (electronic circuit).

電圧センサ195は、共振コイル112に並列に接続され、受電部110で受電された受電電圧Vreを検出する。電流センサ196は、共振コイル111と整流器180とを結ぶ電力線に設けられ、受電電流Ireを検出する。検出された受電電圧Vreおよび受電電流Ireは、車両ECU300に送信され、伝送効率の演算等に用いられる。   The voltage sensor 195 is connected in parallel to the resonance coil 112 and detects the received voltage Vre received by the power receiving unit 110. The current sensor 196 is provided on a power line connecting the resonance coil 111 and the rectifier 180, and detects the received current Ire. The detected power reception voltage Vre and power reception current Ire are transmitted to the vehicle ECU 300 and used for calculation of transmission efficiency and the like.

[電力伝送の原理]
図3は、送電装置200から車両100への電力伝送時の等価回路図である。図3を参照して、送電装置200の送電部220は、共振コイル221と、可変キャパシタ222,223とを含む。
[Principle of power transmission]
FIG. 3 is an equivalent circuit diagram when power is transmitted from the power transmission device 200 to the vehicle 100. Referring to FIG. 3, power transmission unit 220 of power transmission device 200 includes a resonance coil 221 and variable capacitors 222 and 223.

共振コイル221は、可変キャパシタ222,223とともにLC共振回路を形成する。なお、後述するように、車両100の受電部110においてもLC共振回路が形成される。共振コイル221および可変キャパシタ222,223によって形成されるLC共振回路の固有周波数と、受電部110のLC共振回路の固有周波数との差は、前者の固有周波数または後者の固有周波数の±10%以下である。そして、共振コイル221は、電源部250から電力を受け、車両100の受電部110へ非接触で送電する。   The resonance coil 221 forms an LC resonance circuit together with the variable capacitors 222 and 223. As will be described later, an LC resonance circuit is also formed in the power receiving unit 110 of the vehicle 100. The difference between the natural frequency of the LC resonant circuit formed by the resonant coil 221 and the variable capacitors 222 and 223 and the natural frequency of the LC resonant circuit of the power receiving unit 110 is ± 10% or less of the former natural frequency or the latter natural frequency. It is. Resonant coil 221 receives power from power supply unit 250 and transmits power to power receiving unit 110 of vehicle 100 in a contactless manner.

車両100の受電部110は、共振コイル111と、可変キャパシタ112,113とを含む。   Power receiving unit 110 of vehicle 100 includes a resonance coil 111 and variable capacitors 112 and 113.

共振コイル111は、可変キャパシタ112,113とともにLC共振回路を形成する。上述のように、共振コイル111および可変キャパシタ112,113によって形成されるLC共振回路の固有周波数と、送電装置200の送電部220における、共振コイル221および可変キャパシタ112,113によって形成されるLC共振回路の固有周波数との差は、前者の固有周波数または後者の固有周波数の±10%である。そして、共振コイル111は、送電装置200の送電部220から非接触で受電する。   The resonance coil 111 forms an LC resonance circuit together with the variable capacitors 112 and 113. As described above, the natural frequency of the LC resonance circuit formed by the resonance coil 111 and the variable capacitors 112 and 113 and the LC resonance formed by the resonance coil 221 and the variable capacitors 112 and 113 in the power transmission unit 220 of the power transmission device 200. The difference from the natural frequency of the circuit is ± 10% of the natural frequency of the former or the natural frequency of the latter. Then, the resonance coil 111 receives power from the power transmission unit 220 of the power transmission device 200 in a non-contact manner.

送電装置200において、電源装置210から共振コイル221へ電力が供給されると、共振コイル221と車両100の共振コイル111との間に形成される磁界を通じて共振コイル221から共振コイル111へエネルギ(電力)が移動する。共振コイル111へ移動したエネルギ(電力)は、車両100の電気負荷装置118へ伝送される。なお、電気負荷装置118は、受電部110によって受電された電力を利用する電気機器であり、具体的には、整流器180(図2)以降の電気機器を包括的に表わしたものである。   In power transmission device 200, when power is supplied from power supply device 210 to resonance coil 221, energy (power) from resonance coil 221 to resonance coil 111 through a magnetic field formed between resonance coil 221 and resonance coil 111 of vehicle 100. ) Moves. The energy (electric power) moved to the resonance coil 111 is transmitted to the electric load device 118 of the vehicle 100. The electrical load device 118 is an electrical device that uses the power received by the power receiving unit 110, and specifically represents the electrical devices after the rectifier 180 (FIG. 2).

上述のように、この電力伝送システムにおいては、送電装置200の送電部220の固有周波数と、車両100の受電部110の固有周波数との差は、送電部220の固有周波数または受電部110の固有周波数の±10%以下である。このような範囲に送電部220および受電部110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。一方、上記の固有周波数の差が±10%よりも大きくなると、電力伝送効率が10%よりも小さくなり、電力伝送時間が長くなるなどの弊害が生じる可能性がある。   As described above, in this power transmission system, the difference between the natural frequency of power transmission unit 220 of power transmission device 200 and the natural frequency of power reception unit 110 of vehicle 100 is the natural frequency of power transmission unit 220 or the specific frequency of power reception unit 110. It is ± 10% or less of the frequency. By setting the natural frequencies of the power transmission unit 220 and the power reception unit 110 in such a range, the power transmission efficiency can be increased. On the other hand, if the difference between the natural frequencies is larger than ± 10%, there is a possibility that the power transmission efficiency becomes smaller than 10% and the power transmission time becomes longer.

なお、送電部220(受電部110)の固有周波数とは、送電部220(受電部110)を構成する電気回路(共振回路)が自由振動する場合の振動周波数を意味する。なお、送電部220(受電部110)を構成する電気回路(共振回路)において、制動力または電気抵抗を実質的に零としたときの固有周波数は、送電部220(受電部110)の共振周波数とも呼ばれる。   In addition, the natural frequency of the power transmission unit 220 (power reception unit 110) means a vibration frequency when the electric circuit (resonance circuit) constituting the power transmission unit 220 (power reception unit 110) freely vibrates. In the electric circuit (resonance circuit) constituting the power transmission unit 220 (power reception unit 110), the natural frequency when the braking force or the electrical resistance is substantially zero is the resonance frequency of the power transmission unit 220 (power reception unit 110). Also called.

図4および図5を用いて、固有周波数の差と電力伝送効率との関係とを解析したシミュレーション結果について説明する。図4は、電力伝送システムのシミュレーションモデルを示す図である。また、図5は、送電部および受電部の固有周波数のズレと電力伝送効率との関係を示す図である。   A simulation result obtained by analyzing the relationship between the natural frequency difference and the power transmission efficiency will be described with reference to FIGS. 4 and 5. FIG. 4 is a diagram illustrating a simulation model of the power transmission system. FIG. 5 is a diagram illustrating the relationship between the deviation of the natural frequency of the power transmission unit and the power reception unit and the power transmission efficiency.

図4を参照して、電力伝送システム89は、送電部90と、受電部91とを備える。送電部90は、共振コイル94と、共振コイル94に設けられたキャパシタ95とを含む。受電部91は、共振コイル99と、共振コイル99に接続されたキャパシタ98とを含む。   Referring to FIG. 4, power transmission system 89 includes a power transmission unit 90 and a power reception unit 91. The power transmission unit 90 includes a resonance coil 94 and a capacitor 95 provided in the resonance coil 94. Power reception unit 91 includes a resonance coil 99 and a capacitor 98 connected to resonance coil 99.

共振コイル94のインダクタンスをインダクタンスLtとし、キャパシタ95のキャパシタンスをキャパシタンスC1とする。また、共振コイル99のインダクタンスをインダクタンスLrとし、キャパシタ98のキャパシタンスをキャパシタンスC2とする。このように各パラメータを設定すると、送電部90の固有周波数f1は、下記の式(1)によって示され、受電部91の固有周波数f2は下記の式(2)によって示される。   The inductance of the resonance coil 94 is defined as an inductance Lt, and the capacitance of the capacitor 95 is defined as a capacitance C1. Further, the inductance of the resonance coil 99 is an inductance Lr, and the capacitance of the capacitor 98 is a capacitance C2. When each parameter is set in this way, the natural frequency f1 of the power transmission unit 90 is represented by the following equation (1), and the natural frequency f2 of the power reception unit 91 is represented by the following equation (2).

f1=1/{2π(Lt×C1)1/2} … (1)
f2=1/{2π(Lr×C2)1/2} … (2)
ここで、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において、送電部90および受電部91の固有周波数のズレと電力伝送効率との関係を図5に示す。なお、このシミュレーションにおいては、共振コイル94および共振コイル99の相対的な位置関係は固定とし、さらに、送電部90に供給される電流の周波数は一定である。
f1 = 1 / {2π (Lt × C1) 1/2 } (1)
f2 = 1 / {2π (Lr × C2) 1/2 } (2)
Here, when the inductance Lr and the capacitances C1 and C2 are fixed and only the inductance Lt is changed, the relationship between the deviation of the natural frequency of the power transmission unit 90 and the power reception unit 91 and the power transmission efficiency is shown in FIG. In this simulation, the relative positional relationship between the resonance coil 94 and the resonance coil 99 is fixed, and the frequency of the current supplied to the power transmission unit 90 is constant.

図5に示すグラフのうち、横軸は固有周波数のズレ(%)を示し、縦軸は一定周波数の電流における電力伝送効率(%)を示す。固有周波数のズレ(%)は、下記の式(3)によって示される。   In the graph shown in FIG. 5, the horizontal axis indicates the deviation (%) of the natural frequency, and the vertical axis indicates the power transmission efficiency (%) at a constant frequency current. The deviation (%) in natural frequency is expressed by the following equation (3).

(固有周波数のズレ)={(f1−f2)/f2}×100(%) … (3)
図5から明らかなように、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%程度となる。固有周波数のズレ(%)が±10%の場合には、電力伝送効率は10%程度となる。固有周波数のズレ(%)が±15%の場合には、電力伝送効率は5%程度となる。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91の固有周波数の10%以下の範囲となるように送電部90および受電部91の固有周波数を設定することで、電力伝送効率を実用的なレベルに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91の固有周波数の5%以下となるように送電部90および受電部91の固有周波数を設定すると、電力伝送効率をさらに高めることができるのでより好ましい。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。
(Deviation of natural frequency) = {(f1−f2) / f2} × 100 (%) (3)
As is clear from FIG. 5, when the deviation (%) of the natural frequency is 0%, the power transmission efficiency is close to 100%. When the deviation (%) in natural frequency is ± 5%, the power transmission efficiency is about 40%. When the deviation (%) in natural frequency is ± 10%, the power transmission efficiency is about 10%. When the deviation (%) in natural frequency is ± 15%, the power transmission efficiency is about 5%. That is, the natural frequency of the power transmission unit 90 and the power reception unit 91 is set so that the absolute value of the deviation (%) in natural frequency (difference in natural frequency) is within a range of 10% or less of the natural frequency of the power reception unit 91. Thus, it can be seen that the power transmission efficiency can be increased to a practical level. Furthermore, if the natural frequency of the power transmission unit 90 and the power reception unit 91 is set so that the absolute value of the deviation (%) of the natural frequency is 5% or less of the natural frequency of the power reception unit 91, the power transmission efficiency can be further increased. It is more preferable. The simulation software employs electromagnetic field analysis software (JMAG (registered trademark): manufactured by JSOL Corporation).

再び図2を参照して、送電装置200の送電部220および車両100の受電部110は、送電部220と受電部110との間に形成され、かつ、特定の周波数で振動する磁界と、送電部220と受電部110との間に形成され、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、非接触で電力を授受する。送電部220と受電部110との結合係数κは0.1以下が好ましく、送電部220と受電部110とを電磁界によって共振(共鳴)させることで、送電部220から受電部110へ電力が伝送される。   Referring again to FIG. 2, power transmission unit 220 of power transmission device 200 and power reception unit 110 of vehicle 100 are formed between power transmission unit 220 and power reception unit 110, and a magnetic field that vibrates at a specific frequency and power transmission Power is exchanged in a non-contact manner through at least one of an electric field that is formed between the unit 220 and the power receiving unit 110 and vibrates at a specific frequency. The coupling coefficient κ between the power transmission unit 220 and the power reception unit 110 is preferably 0.1 or less, and power is transmitted from the power transmission unit 220 to the power reception unit 110 by causing the power transmission unit 220 and the power reception unit 110 to resonate with each other by an electromagnetic field. Is transmitted.

ここで、送電部220の周囲に形成される特定の周波数の磁界について説明する。「特定の周波数の磁界」は、典型的には、電力伝送効率と送電部220に供給される電流の周波数と関連性を有する。そこで、まず、電力伝送効率と、送電部220に供給される電流の周波数との関係について説明する。送電部220から受電部110に電力を伝送するときの電力伝送効率は、送電部220および受電部110間の距離などの様々な要因よって変化する。たとえば、送電部220および受電部110の固有周波数(共振周波数)をf0とし、送電部220に供給される電流の周波数をf3とし、送電部220および受電部110の間のエアギャップをエアギャップAGとする。   Here, a magnetic field having a specific frequency formed around the power transmission unit 220 will be described. The “magnetic field of a specific frequency” typically has a relationship with the power transmission efficiency and the frequency of the current supplied to the power transmission unit 220. First, the relationship between the power transmission efficiency and the frequency of the current supplied to the power transmission unit 220 will be described. The power transmission efficiency when power is transmitted from the power transmission unit 220 to the power reception unit 110 varies depending on various factors such as the distance between the power transmission unit 220 and the power reception unit 110. For example, the natural frequency (resonance frequency) of the power transmission unit 220 and the power reception unit 110 is f0, the frequency of the current supplied to the power transmission unit 220 is f3, and the air gap between the power transmission unit 220 and the power reception unit 110 is the air gap AG. And

図6は、固有周波数f0を固定した状態で、エアギャップAGを変化させたときの電力伝送効率と、送電部220に供給される電流の周波数f3との関係を示すグラフである。図6を参照して、横軸は、送電部220に供給される電流の周波数f3を示し、縦軸は、電力伝送効率(%)を示す。効率曲線L1は、エアギャップAGが小さいときの電力伝送効率と、送電部220に供給される電流の周波数f3との関係を模式的に示す。この効率曲線L1に示すように、エアギャップAGが小さい場合には、電力伝送効率のピークは周波数f4,f5(f4<f5)において生じる。エアギャップAGを大きくすると、電力伝送効率が高くなるときの2つのピークは、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、送電部220に供給され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。   FIG. 6 is a graph showing the relationship between the power transmission efficiency when the air gap AG is changed and the frequency f3 of the current supplied to the power transmission unit 220 while the natural frequency f0 is fixed. With reference to FIG. 6, the horizontal axis indicates the frequency f3 of the current supplied to the power transmission unit 220, and the vertical axis indicates the power transmission efficiency (%). The efficiency curve L1 schematically shows the relationship between the power transmission efficiency when the air gap AG is small and the frequency f3 of the current supplied to the power transmission unit 220. As shown in the efficiency curve L1, when the air gap AG is small, the peak of power transmission efficiency occurs at frequencies f4 and f5 (f4 <f5). When the air gap AG is increased, the two peaks when the power transmission efficiency is increased change so as to approach each other. As shown in the efficiency curve L2, when the air gap AG is larger than the predetermined distance, the power transmission efficiency has one peak, and the power transmission efficiency is obtained when the frequency of the current supplied to the power transmission unit 220 is the frequency f6. Becomes a peak. When the air gap AG is further increased from the state of the efficiency curve L2, the peak of power transmission efficiency is reduced as shown by the efficiency curve L3.

たとえば、電力伝送効率の向上を図るため手法として次のような手法が考えられる。第1の手法としては、エアギャップAGにあわせて、送電部220に供給される電流の周波数を一定として、可変キャパシタ112,113および可変キャパシタ222,223のキャパシタンスを変化させることで、送電部220と受電部110との間での電力伝送効率の特性を変化させる手法が考えられる。具体的には、送電部220に供給される電流の周波数を一定とした状態で、電力伝送効率がピークとなるように、可変キャパシタ112,113および可変キャパシタ222,223のキャパシタンスを調整する。この手法では、エアギャップAGの大きさに関係なく、送電部220および受電部110に流れる電流の周波数は一定である。なお、電力伝送効率の特性を変化させる手法としては、車両100において整流器180と蓄電装置190との間に設けられるコンバータ(図示せず)を利用する手法などを採用することも可能である。   For example, the following method can be considered as a method for improving the power transmission efficiency. As a first method, the capacitance of the variable capacitors 112 and 113 and the variable capacitors 222 and 223 is changed in accordance with the air gap AG, with the frequency of the current supplied to the power transmission unit 220 being constant, thereby transmitting the power transmission unit 220. A method of changing the characteristic of power transmission efficiency between the power receiving unit 110 and the power receiving unit 110 is conceivable. Specifically, the capacitances of the variable capacitors 112 and 113 and the variable capacitors 222 and 223 are adjusted so that the power transmission efficiency reaches a peak in a state where the frequency of the current supplied to the power transmission unit 220 is constant. In this method, the frequency of the current flowing through the power transmission unit 220 and the power reception unit 110 is constant regardless of the size of the air gap AG. As a method for changing the characteristics of the power transmission efficiency, a method using a converter (not shown) provided between rectifier 180 and power storage device 190 in vehicle 100 may be employed.

また、第2の手法としては、エアギャップAGの大きさに基づいて、送電部220に供給される電流の周波数を調整する手法である。たとえば、電力伝送特性が効率曲線L1となる場合には、周波数f4またはf5の電流を送電部220に供給する。周波数特性が効率曲線L2,L3となる場合には、周波数f6の電流を送電部220に供給する。この場合においては、エアギャップAGの大きさに合わせて送電部220および受電部110に流れる電流の周波数を変化させることになる。   The second method is a method of adjusting the frequency of the current supplied to the power transmission unit 220 based on the size of the air gap AG. For example, when the power transmission characteristic is the efficiency curve L1, a current having a frequency f4 or f5 is supplied to the power transmission unit 220. When the frequency characteristic is the efficiency curves L2 and L3, the current having the frequency f6 is supplied to the power transmission unit 220. In this case, the frequency of the current flowing through power transmission unit 220 and power reception unit 110 is changed in accordance with the size of air gap AG.

第1の手法では、送電部220を流れる電流の周波数は、固定された一定の周波数となり、第2の手法では、送電部220を流れる周波数は、エアギャップAGによって適宜変化する周波数となる。第1の手法や第2の手法などによって、電力伝送効率が高くなるように設定された特定の周波数の電流が送電部220に供給される。送電部220に特定の周波数の電流が流れることで、送電部220の周囲には、特定の周波数で振動する磁界(電磁界)が形成される。受電部110は、受電部110と送電部220との間に形成され、かつ特定の周波数で振動する磁界を通じて送電部220から電力を受電している。したがって、「特定の周波数で振動する磁界」とは、必ずしも固定された周波数の磁界とは限らない。なお、上記の例では、エアギャップAGに着目して、送電部220に供給される電流の周波数を設定するようにしているが、電力伝送効率は、送電部220および受電部110の水平方向のずれ等のように他の要因によっても変化するものであり、当該他の要因に基づいて、送電部220に供給される電流の周波数を調整する場合がある。   In the first method, the frequency of the current flowing through the power transmission unit 220 is a fixed constant frequency, and in the second method, the frequency flowing through the power transmission unit 220 is a frequency that changes as appropriate depending on the air gap AG. A current having a specific frequency set so as to increase the power transmission efficiency is supplied to the power transmission unit 220 by the first method, the second method, or the like. When a current having a specific frequency flows through the power transmission unit 220, a magnetic field (electromagnetic field) that vibrates at a specific frequency is formed around the power transmission unit 220. The power receiving unit 110 receives power from the power transmitting unit 220 through a magnetic field that is formed between the power receiving unit 110 and the power transmitting unit 220 and vibrates at a specific frequency. Therefore, the “magnetic field oscillating at a specific frequency” is not necessarily a magnetic field having a fixed frequency. In the above example, focusing on the air gap AG, the frequency of the current supplied to the power transmission unit 220 is set, but the power transmission efficiency is the horizontal direction of the power transmission unit 220 and the power reception unit 110. The frequency changes due to other factors such as a deviation, and the frequency of the current supplied to the power transmission unit 220 may be adjusted based on the other factors.

なお、上記の説明では、共振コイルとしてヘリカルコイルを採用した例について説明したが、共振コイルとして、メアンダラインなどのアンテナなどを採用した場合には、送電部220に特定の周波数の電流が流れることで、特定の周波数の電界が送電部220の周囲に形成される。そして、この電界を通して、送電部220と受電部110との間で電力伝送が行なわれる。   In the above description, an example in which a helical coil is used as the resonance coil has been described. However, when an antenna such as a meander line is used as the resonance coil, a current having a specific frequency flows in the power transmission unit 220. Thus, an electric field having a specific frequency is formed around the power transmission unit 220. And electric power transmission is performed between the power transmission part 220 and the power receiving part 110 through this electric field.

この電力伝送システムにおいては、電磁界の「静電磁界」が支配的な近接場(エバネッセント場)を利用することで、送電および受電効率の向上が図られている。   In this power transmission system, power transmission and power reception efficiency are improved by using a near field (evanescent field) in which the “electrostatic magnetic field” of the electromagnetic field is dominant.

図7は、電流源(磁流源)からの距離と電磁界の強度との関係を示した図である。図7を参照して、電磁界は3つの成分から成る。曲線k1は、波源からの距離に反比例した成分であり、「輻射電磁界」と称される。曲線k2は、波源からの距離の2乗に反比例した成分であり、「誘導電磁界」と称される。また、曲線k3は、波源からの距離の3乗に反比例した成分であり、「静電磁界」と称される。なお、電磁界の波長を「λ」とすると、「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と表わすことができる。   FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the distance from the current source (magnetic current source) and the intensity of the electromagnetic field. Referring to FIG. 7, the electromagnetic field is composed of three components. The curve k1 is a component that is inversely proportional to the distance from the wave source, and is referred to as a “radiated electromagnetic field”. A curve k2 is a component inversely proportional to the square of the distance from the wave source, and is referred to as an “induction electromagnetic field”. The curve k3 is a component inversely proportional to the cube of the distance from the wave source, and is referred to as an “electrostatic magnetic field”. When the wavelength of the electromagnetic field is “λ”, the distance at which the strengths of “radiation electromagnetic field”, “induction electromagnetic field”, and “electrostatic magnetic field” are substantially equal can be expressed as λ / 2π.

「静電磁界」は、波源からの距離とともに急激に電磁波の強度が減少する領域であり、この実施の形態に係る電力伝送システムでは、この「静電磁界」が支配的な近接場(エバネッセント場)を利用してエネルギ(電力)の伝送が行なわれる。すなわち、「静電磁界」が支配的な近接場において、近接する固有周波数を有する送電部220および受電部110(たとえば一対のLC共振コイル)を共鳴させることにより、送電部220から他方の受電部110へエネルギ(電力)を伝送する。この「静電磁界」は遠方にエネルギを伝播しないので、遠方までエネルギを伝播する「輻射電磁界」によってエネルギ(電力)を伝送する電磁波に比べて、共鳴法は、より少ないエネルギ損失で送電することができる。   The “electrostatic magnetic field” is a region where the intensity of the electromagnetic wave suddenly decreases with the distance from the wave source. In the power transmission system according to this embodiment, the near field (evanescent field) in which the “electrostatic magnetic field” is dominant. ) Is used to transmit energy (electric power). That is, in the near field where the “electrostatic magnetic field” is dominant, by resonating the power transmitting unit 220 and the power receiving unit 110 (for example, a pair of LC resonance coils) having adjacent natural frequencies, the power receiving unit 220 and the other power receiving unit are resonated. Energy (electric power) is transmitted to 110. Since this “electrostatic magnetic field” does not propagate energy far away, the resonance method transmits power with less energy loss than electromagnetic waves that transmit energy (electric power) by “radiant electromagnetic field” that propagates energy far away. be able to.

このように、この電力伝送システムにおいては、送電部220と受電部110とを電磁界によって共振(共鳴)させることで、送電部220と受電部110との間で、非接触で電力が伝送される。このような受電部と送電部との間に形成される電磁場は、たとえば、近接場共振(共鳴)結合場という場合がある。そして、送電部220と受電部110との間の結合係数(κ)は、たとえば、0.3以下程度であり、好ましくは、0.1以下である。当然のことながら、結合係数(κ)を0.1〜0.3程度の範囲も採用することができる。結合係数(κ)は、このような値に限定されるものでなく、電力伝送が良好となる種々の値をとり得る。   Thus, in this power transmission system, power is transmitted in a non-contact manner between the power transmission unit 220 and the power reception unit 110 by causing the power transmission unit 220 and the power reception unit 110 to resonate (resonate) with an electromagnetic field. The Such an electromagnetic field formed between the power reception unit and the power transmission unit may be referred to as a near-field resonance (resonance) coupling field, for example. And the coupling coefficient ((kappa)) between the power transmission part 220 and the power receiving part 110 is about 0.3 or less, for example, Preferably, it is 0.1 or less. As a matter of course, a coupling coefficient (κ) in the range of about 0.1 to 0.3 can also be adopted. The coupling coefficient (κ) is not limited to such a value, and may take various values that improve power transmission.

なお、電力伝送における、上記のような送電部220と受電部110との結合を、たとえば、「磁気共鳴結合」、「磁界(磁場)共鳴結合」、「磁場共振(共鳴)結合」、「近接場共振(共鳴)結合」、「電磁界(電磁場)共振結合」または「電界(電場)共振結合」という。「電磁界(電磁場)共振結合」は、「磁気共鳴結合」、「磁界(磁場)共鳴結合」、「電界(電場)共振結合」のいずれも含む結合を意味する。   Note that the coupling between the power transmission unit 220 and the power reception unit 110 in the power transmission is, for example, “magnetic resonance coupling”, “magnetic field (magnetic field) resonance coupling”, “magnetic field resonance (resonance) coupling”, “proximity” It is referred to as “field resonance (resonance) coupling”, “electromagnetic field (electromagnetic field) resonance coupling” or “electric field (electric field) resonance coupling”. The “electromagnetic field (electromagnetic field) resonance coupling” means a coupling including any of “magnetic resonance coupling”, “magnetic field (magnetic field) resonance coupling”, and “electric field (electric field) resonance coupling”.

送電部220と受電部110とが上記のようにコイルによって形成される場合には、送電部220と受電部110とは、主に磁界(磁場)によって結合し、「磁気共鳴結合」または「磁界(磁場)共鳴結合」が形成される。なお、送電部220と受電部110とに、たとえば、メアンダライン等のアンテナを採用することも可能であり、この場合には、送電部220と受電部110とは、主に電界(電場)によって結合し、「電界(電場)共鳴結合」が形成される。   When the power transmission unit 220 and the power reception unit 110 are formed by coils as described above, the power transmission unit 220 and the power reception unit 110 are mainly coupled by a magnetic field (magnetic field), and are referred to as “magnetic resonance coupling” or “magnetic field”. (Magnetic field) resonance coupling "is formed. For example, an antenna such as a meander line may be employed for the power transmission unit 220 and the power reception unit 110. In this case, the power transmission unit 220 and the power reception unit 110 are mainly based on an electric field (electric field). The “electric field (electric field) resonance coupling” is formed.

図2に示されたようなコイルユニットにおいては、コイルに直列に接続されるキャパシタの容量をC11とし、コイルに並列に接続されるキャパシタの容量をC12とすると、合成容量はC=C11+C12となる。そして、コイルユニットの共振周波数Fは、コイルのリアクタンスをLとすると、上記の式(1),(2)と同様に、以下の式(4)で表される。   In the coil unit as shown in FIG. 2, if the capacitance of the capacitor connected in series with the coil is C11 and the capacitance of the capacitor connected in parallel with the coil is C12, the combined capacitance is C = C11 + C12. . And the resonance frequency F of a coil unit is represented by the following formula | equation (4) similarly to said formula (1), (2), when the reactance of a coil is set to L. FIG.

F=1/{2π(L×C)1/2} … (4)
ところで、上述のような構成のコイルユニットにおいては、合成容量Cが同じであっても、各キャパシタの容量が異なると、送電部と受電部との結合度が変化することによって、電力伝送効率が変化し得る。
F = 1 / {2π (L × C) 1/2 } (4)
By the way, in the coil unit having the above-described configuration, even if the combined capacitance C is the same, if the capacitance of each capacitor is different, the degree of coupling between the power transmission unit and the power reception unit is changed, so that the power transmission efficiency is improved. Can change.

図8は、図2に示されるようなコイルユニットにおいて、合成容量を維持したまま可変キャパシタの容量を変化させた場合の電力伝送効率の変化をシミュレーションした結果を示す図である。   FIG. 8 is a diagram showing a result of simulating a change in power transmission efficiency when the capacitance of the variable capacitor is changed while maintaining the combined capacitance in the coil unit as shown in FIG.

図8においては、横軸に周波数が示され、縦軸に電力伝送効率が示される。そして、曲線W10,W11,W12,W13となるにつれて、コイルに直列に接続された可変キャパシタの容量C11が徐々に小さくなり、逆にコイルに並列に接続された可変キャパシタの容量C12は徐々に大きくなる。   In FIG. 8, the horizontal axis represents frequency, and the vertical axis represents power transmission efficiency. As the curves W10, W11, W12, and W13 are obtained, the capacitance C11 of the variable capacitor connected in series with the coil gradually decreases, and conversely, the capacitance C12 of the variable capacitor connected in parallel with the coil increases gradually. Become.

結合係数κと電力伝送効率との関係については、一般的に、結合係数κがκ>1となると双峰特性となってκが大きく(すなわち、結合が強く)なるにつれて共振周波数F0における電力伝送効率が低下し、κ=1で電力伝送効率は最大となり、そしてκ<1では単峰特性となってκが小さく(すなわち、結合が弱く)なるにつれて電力伝送効率は低下することが知られている。   Regarding the relationship between the coupling coefficient κ and the power transmission efficiency, in general, when the coupling coefficient κ is κ> 1, the power transmission at the resonance frequency F0 is achieved as κ becomes larger (that is, the coupling becomes stronger) as κ increases. It is known that the power transmission efficiency is maximized when κ = 1, and the power transmission efficiency decreases as κ becomes smaller (that is, the coupling becomes weaker) when κ <1 and becomes unimodal. Yes.

図8からわかるように、キャパシタの合成容量Cは同じであっても、コイルに並列に接続されるキャパシタの容量を変化させると、結合係数κが変化して電力伝送効率が変化する。したがって、図2に示したようなコイルユニットの構成とすることによって、共振周波数を変更することなく、電力伝送効率を調整することができる。   As can be seen from FIG. 8, even if the combined capacitance C of the capacitors is the same, when the capacitance of the capacitors connected in parallel to the coil is changed, the coupling coefficient κ changes and the power transmission efficiency changes. Therefore, by adopting the configuration of the coil unit as shown in FIG. 2, the power transmission efficiency can be adjusted without changing the resonance frequency.

また、上述のように、共振周波数は式(4)のようにF=1/{2π(L×C)1/2}で規定されるため、コイルユニットの設計においては、所望の共振周波数であっても、コイルのリアクタンスLとキャパシタの合成容量Cとの組み合わせを異なる態様とすることができる。すなわち、L×Cを維持しながら、リアクタンスLと合成容量Cとの比率を変化させることができる。 Further, as described above, since the resonance frequency is defined by F = 1 / {2π (L × C) 1/2 } as shown in Equation (4), in the design of the coil unit, a desired resonance frequency is used. Even if it exists, the combination of the reactance L of a coil and the synthetic capacity C of a capacitor can be made into a different aspect. That is, the ratio of the reactance L and the combined capacitance C can be changed while maintaining L × C.

図9は、コイルユニットにおいて、キャパシタの合成容量CとコイルのリアクタンスLとの乗算値(L×C)を維持しながら、合成容量CとリアクタンスLとの比率を変化させた場合の、周波数に対する合成インピーダンスおよび電力伝送効率の変化をシミュレーションしたものである。   FIG. 9 is a diagram illustrating the frequency when the ratio of the combined capacitance C and the reactance L is changed while maintaining the multiplication value (L × C) of the combined capacitance C of the capacitor and the reactance L of the coil in the coil unit. This is a simulation of changes in synthetic impedance and power transfer efficiency.

図9を参照して、合成インピーダンスについては、曲線W21,W22,W23,W24となるにつれてリアクタンスLが大きくなり、逆に合成容量Cが小さくなる。すなわち、各周波数において、リアクタンスLが大きいほど合成インピーダンスが高くなる。   Referring to FIG. 9, with respect to the combined impedance, reactance L increases as curves W21, W22, W23, and W24, and conversely, combined capacitance C decreases. That is, at each frequency, the combined impedance increases as the reactance L increases.

また、電力伝送効率については、曲線W31,W32,W33,W34が、それぞれ曲線W21,W22,W23,W24の場合の電力伝送効率に対応する。電力伝送効率は、リアクタンスLの増加とともに単峰特性で徐々に増加するが(W31→W32)、リアクタンスLが大きくなりすぎると双峰特性となり、逆にリアクタンスLの増加とともに電力伝送効率は低下する(W32→W33→W44)。これは、リアクタンスLを大きくすると、コイルの抵抗成分が増大してしまうことが要因の1つである。   As for the power transmission efficiency, the curves W31, W32, W33, and W34 correspond to the power transmission efficiency in the case of the curves W21, W22, W23, and W24, respectively. The power transmission efficiency gradually increases with a single-peak characteristic as the reactance L increases (W31 → W32). However, if the reactance L becomes too large, it becomes a bimodal characteristic. (W32 → W33 → W44). One reason for this is that when the reactance L is increased, the resistance component of the coil increases.

このように、電力伝送効率を向上させるためには、設計時においてコイルのリアクタンスLと合成容量Cとの関係を適切に設定することが重要となる。   As described above, in order to improve the power transmission efficiency, it is important to appropriately set the relationship between the reactance L of the coil and the combined capacitance C at the time of design.

本実施の形態においては、図2に示したような構成を有する可変キャパシタを上述のような特性に従って調整するインピーダンス制御を実行することによって、非接触給電システムにおける電力伝送効率を向上させる。   In the present embodiment, the power transmission efficiency in the non-contact power feeding system is improved by executing impedance control for adjusting the variable capacitor having the configuration as shown in FIG. 2 according to the above-described characteristics.

図10は、本実施の形態において、車両ECU300および送電ECU240で実行されるインピーダンス調整制御を説明するためのフローチャートである。図10に示されるフローチャート中の各ステップについては、車両ECU300および送電ECU240に予め格納されたプログラムがメインルーチンから呼び出されて、所定周期もしくは所定の条件が成立したことに応答して実行されることによって実現される。あるいは、一部のステップについては、専用のハードウェア(電子回路)を構築して処理を実現することも可能である。なお、以下の説明においては、車両ECU300で実行される処理を例として説明するが、送電ECU240で実行される場合も同様であるのでその説明は繰り返さない。   FIG. 10 is a flowchart for illustrating impedance adjustment control executed by vehicle ECU 300 and power transmission ECU 240 in the present embodiment. Each step in the flowchart shown in FIG. 10 is executed in response to a predetermined period or a predetermined condition being established when a program stored in advance in vehicle ECU 300 and power transmission ECU 240 is called from the main routine. It is realized by. Alternatively, for some steps, it is also possible to construct dedicated hardware (electronic circuit) and realize processing. In the following description, the process executed by vehicle ECU 300 will be described as an example, but the same applies to the case where it is executed by power transmission ECU 240, and the description thereof will not be repeated.

図2および図10を参照して、車両ECU300は、ステップ(以下、ステップをSと略す。)100において、まず、予め規格等により定められた電磁場の周波数(すなわち、受電部110の共振周波数)Fと、共振コイル111の設計上のリアクタンスLとを取得する。これらの情報は、車両ECU300内に予め記憶されている。   Referring to FIGS. 2 and 10, in step 100 (hereinafter, step is abbreviated as “S”), vehicle ECU 300 first determines the frequency of the electromagnetic field determined in advance by the standard or the like (that is, the resonance frequency of power reception unit 110). F and reactance L in the design of the resonance coil 111 are acquired. These pieces of information are stored in advance in the vehicle ECU 300.

車両ECU300は、これらの情報と、F=1/{2π(L×C)1/2}とから、必要とされる合成容量Cの初期値を演算する。 The vehicle ECU 300 calculates an initial value of the required composite capacity C from these information and F = 1 / {2π (L × C) 1/2 }.

そして、車両ECU300は、送電装置200に対してテスト送電を実行させる指令を出力する。このテスト送電は、可変キャパシタ112,113の容量C11,C12を調整するための送電である。テスト送電において伝送される電力は、蓄電装置190の本格的な充電を行なう通常送電の場合と同じ大きさであってもよいが、可変キャパシタ112,113の容量の調整に伴って伝送効率が低い状態となり得るので、通常送電に用いる電力よりも小さい電力とすることが好ましい。   Then, vehicle ECU 300 outputs a command to cause power transmission device 200 to perform test power transmission. This test power transmission is a power transmission for adjusting the capacitances C11 and C12 of the variable capacitors 112 and 113. The power transmitted in the test power transmission may be the same magnitude as that in the normal power transmission in which the power storage device 190 is fully charged, but the transmission efficiency is low as the capacity of the variable capacitors 112 and 113 is adjusted. Since it can be in a state, it is preferable that the power be smaller than the power used for normal power transmission.

その後、車両ECU300は、共振コイル110の設計上のリアクタンスLのバラツキによる共振周波数への変動を排除するために合成容量Cの調整を行なう。言い換えれば、車両ECU300は、合成容量Cを調整することによって、受電部110の共振周波数を規定の周波数Fに整合させる。   Thereafter, the vehicle ECU 300 adjusts the combined capacitance C in order to eliminate fluctuations in the resonance frequency due to variations in the design reactance L of the resonance coil 110. In other words, the vehicle ECU 300 adjusts the composite capacity C to match the resonance frequency of the power reception unit 110 with the specified frequency F.

具体的には、車両ECU300は、S125にて、可変キャパシタ112,113を調整して、それらの可変範囲内で合成容量Cを変化させる。たとえば、可変範囲において合成容量Cが最小となる状態から最大となる状態まで、所定の変化ステップで容量値を順次設定する。   Specifically, vehicle ECU 300 adjusts variable capacitors 112 and 113 in S125, and changes combined capacitance C within the variable range. For example, the capacitance value is sequentially set in a predetermined change step from the state in which the combined capacity C is minimized to the state in which the composite capacity C is maximized in the variable range.

そして、車両ECU300は、S130にて、送電装置200からの送電電力に関する情報と、電圧センサ195および電流センサ196の検出値から演算した受電電力とから、設定した合成容量Cにおける伝送効率EFを演算する。   In step S130, the vehicle ECU 300 calculates the transmission efficiency EF in the set combined capacity C from the information related to the transmission power from the power transmission device 200 and the received power calculated from the detection values of the voltage sensor 195 and the current sensor 196. To do.

車両ECU300は、S140にて、演算した伝送効率EFが、合成容量Cの可変範囲で最大であるか否かを判定する。なお、伝送効率EFが最大であるか否かの判定は、合成容量Cの可変範囲全体の伝送効率EFを演算した結果を用いて判定してもよいが、たとえば、必ずしも伝送効率EFが最大とならなくとも、予め定められたしきい値よりも大きくなるような伝送効率EFとなったか否かを判定するようにしてもよい。   In S140, vehicle ECU 300 determines whether or not the calculated transmission efficiency EF is the maximum within the variable range of combined capacity C. Note that whether or not the transmission efficiency EF is maximum may be determined using the result of calculating the transmission efficiency EF of the entire variable range of the combined capacity C. For example, the transmission efficiency EF is not necessarily maximum. Alternatively, it may be determined whether or not the transmission efficiency EF is larger than a predetermined threshold value.

伝送効率EFが最大でない場合(S140にてNO)は、処理がS125に戻されて、伝送効率EFが最大となるように、合成容量Cをさらに調整する。   If transmission efficiency EF is not maximum (NO in S140), the process returns to S125, and combined capacity C is further adjusted so that transmission efficiency EF is maximum.

伝送効率EFが最大となった場合(S140にてYES)は、処理がS150に進められ、電力伝送に用いる合成容量Cの大きさを決定する。   If transmission efficiency EF is maximized (YES in S140), the process proceeds to S150 to determine the size of combined capacity C used for power transmission.

その後、車両ECU300は、図8で説明したように、決定された合成容量Cを達成可能な可変キャパシタ112,113の組み合わせを調整することによって、送電部220と受電部110との結合度を変更し、伝送効率EFを最適化する。   Thereafter, as described in FIG. 8, the vehicle ECU 300 changes the degree of coupling between the power transmission unit 220 and the power reception unit 110 by adjusting the combination of the variable capacitors 112 and 113 that can achieve the determined combined capacity C. And the transmission efficiency EF is optimized.

具体的には、車両ECU300は、S155にて、可変キャパシタ112,113の容量を調整する。このとき、可変キャパシタ112,113によってC=C11+C12の関係が維持されるようにしたまま、たとえばC11を小さい値から大きい値に変更するように順次設定する。   Specifically, vehicle ECU 300 adjusts the capacity of variable capacitors 112 and 113 in S155. At this time, while maintaining the relationship of C = C11 + C12 by the variable capacitors 112 and 113, for example, C11 is sequentially set to change from a small value to a large value.

そして、車両ECU300は、S160にて、可変キャパシタ調整後の伝送効率EFを演算するとともに、S170にて演算された伝送効率EFが合成容量Cにおいて最大であるか否かを判定する。なお、S170における伝送効率EFの判定においても、S140と同様に、伝送効率EFが所定のしきい値より大きいか否かを判定するようにしてもよい。   Then, vehicle ECU 300 calculates transmission efficiency EF after variable capacitor adjustment in S160, and determines whether or not transmission efficiency EF calculated in S170 is the maximum in combined capacity C. In the determination of the transmission efficiency EF in S170, it may be determined whether the transmission efficiency EF is larger than a predetermined threshold as in S140.

伝送効率EFが最大でない場合(S170にてNO)は、処理がS155に戻されて、車両ECU300は、伝送効率EFが最大となるように、可変キャパシタ112,113の容量をさらに調整する。   If transmission efficiency EF is not maximum (NO in S170), the process returns to S155, and vehicle ECU 300 further adjusts the capacity of variable capacitors 112 and 113 so that transmission efficiency EF is maximum.

伝送効率EFが最大となった場合(S170にてYES)は、処理がS180に進められ、車両ECU300は、可変キャパシタ112,113の容量を決定する。   If transmission efficiency EF is maximized (YES in S170), the process proceeds to S180, and vehicle ECU 300 determines the capacities of variable capacitors 112 and 113.

その後、車両ECU300は、S190に処理を進めて、蓄電装置190を充電するための本格的な送電を開始するような指令を送電装置200に対して送信する。これによって、蓄電装置190への充電処理が開始される。   Thereafter, vehicle ECU 300 advances the process to S190 and transmits a command to start power transmission for charging power storage device 190 to power transmission device 200. Thereby, the charging process to the power storage device 190 is started.

なお、図2のように送電部および受電部の双方に、共振コイルに並列および直列に接続された可変キャパシタが設けられる場合には、送電部および受電部のいずれか一方についての可変キャパシタを優先的に調整し、その後に他方についての可変キャパシタを調整するようにする。   In addition, when both the power transmission unit and the power reception unit are provided with variable capacitors connected in parallel and in series to the resonance coil as shown in FIG. 2, the variable capacitor for either the power transmission unit or the power reception unit is given priority. And then adjust the variable capacitor for the other.

図2に示したような、共振コイルに並列および直列に接続された可変キャパシタを備えたコイルユニットを用いて、上記のような処理に従って制御を行なうことによって、非接触給電システムにおいて、より広範なインピーダンス調整が可能となり、それによって電力伝送効率を向上させることができる。   By using the coil unit including the variable capacitor connected in parallel and in series with the resonance coil as shown in FIG. Impedance adjustment is possible, thereby improving power transmission efficiency.

[変形例]
なお、本発明のようなコイルユニットの構成は、図2のように送電部および受電部の双方に設けられることは必ずしも必要ではなく、送電部および受電部の少なくとも一方に設けられればよい。
[Modification]
The configuration of the coil unit as in the present invention is not necessarily provided in both the power transmission unit and the power reception unit as illustrated in FIG. 2, and may be provided in at least one of the power transmission unit and the power reception unit.

図11〜図13は、送電部220のみに共振コイルに並列および直列に接続された可変キャパシタを備えたコイルユニットが設けられる場合のバリエーションを示す図である。また、図14〜図16は、受電部110のみに、上述のようなコイルユニットが設けられる場合のバリエーションを示す図である。   11-13 is a figure which shows the variation in the case where the coil unit provided with the variable capacitor connected in parallel and in series with the resonance coil only in the power transmission part 220 is provided. 14-16 is a figure which shows the variation in the case where the above coil units are provided only in the power receiving part 110. FIG.

図11における受電部110A、および図14における送電部220Aにおいては、共振コイル111,221にそれぞれ並列に固定キャパシタ113A,223Aが設けられる。   In power reception unit 110A in FIG. 11 and power transmission unit 220A in FIG. 14, fixed capacitors 113A and 223A are provided in parallel with resonance coils 111 and 221, respectively.

図12における受電部110B、および図15における送電部220Bにおいては、共振コイル111,221にそれぞれ直列に固定キャパシタ112A,222Aが設けられる。   In power reception unit 110B in FIG. 12 and power transmission unit 220B in FIG. 15, fixed capacitors 112A and 222A are provided in series with resonance coils 111 and 221, respectively.

図13における受電部110Cにおいては、共振コイル111の両端に固定キャパシタ113A,113Bがそれぞれ設けられており、図16における送電部220Cにおいては、共振コイル221の両端に固定キャパシタ223A,223Bがそれぞれ設けられる。   In power reception unit 110C in FIG. 13, fixed capacitors 113A and 113B are provided at both ends of resonance coil 111, respectively, and in power transmission unit 220C in FIG. 16, fixed capacitors 223A and 223B are provided at both ends of resonance coil 221, respectively. It is done.

なお、図11〜図16で示した固定キャパシタは、可変キャパシタであってもよい。
また、可変キャパシタについては、容量を連続的に変化させることができるものであってもよいし、たとえば、図17に示されるように、互いに並列に接続された複数のキャパシタを、スイッチで切換えることによって容量を変化させるようにしてもよい。
Note that the fixed capacitors shown in FIGS. 11 to 16 may be variable capacitors.
Further, the variable capacitor may be capable of continuously changing the capacitance. For example, as shown in FIG. 17, a plurality of capacitors connected in parallel to each other are switched by a switch. The capacity may be changed by the above.

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

10,89 電力伝送システム、90,220,220A〜220C 送電部、91,110,110A〜110C 受電部、94,99,110,111,221 共振コイル、95,98,112,112A,112B,113,113A,113B,222A,223A,223B キャパシタ、100 車両、118 電気負荷装置、130 モータジェネレータ、140 動力伝達ギヤ、150 駆動輪、160,230 通信部、180 整流器、190 蓄電装置、195 電圧センサ、196 電流センサ、200 送電装置、210 電源装置、240 送電ECU、250 電源部、300 車両ECU、400 商用電源。   10, 89 Power transmission system, 90, 220, 220A to 220C Power transmission unit, 91, 110, 110A to 110C Power reception unit, 94, 99, 110, 111, 221 Resonance coil, 95, 98, 112, 112A, 112B, 113 , 113A, 113B, 222A, 223A, 223B capacitor, 100 vehicle, 118 electric load device, 130 motor generator, 140 power transmission gear, 150 driving wheel, 160, 230 communication unit, 180 rectifier, 190 power storage device, 195 voltage sensor, 196 Current sensor, 200 power transmission device, 210 power supply device, 240 power transmission ECU, 250 power supply unit, 300 vehicle ECU, 400 commercial power supply.

Claims (14)

電気負荷に供給する電力を送電装置から非接触で受電するための受電装置であって、
前記送電装置から非接触で受電する受電部と、
前記受電部を制御する制御装置とを備え、
前記受電部は、
前記電気負荷に電気的に接続されるコイルと、
前記コイルと前記電気負荷との間に、前記コイルと直列に接続される第1の可変容量部と、
前記コイルに並列に接続される第2の可変容量部とを含み、
前記制御装置は、調整可能範囲において前記送電装置と前記受電装置との間の電力伝送効率がより大きくなるように前記第1および第2の可変容量部の合成容量を決定し、その後、決定された前記合成容量を維持しながら、前記電力伝送効率がさらに大きくなるように前記第1および第2の可変容量部の容量を調整する、受電装置。
A power receiving device for receiving power supplied to an electric load from a power transmitting device in a contactless manner,
A power receiving unit that receives power from the power transmission device in a contactless manner;
A control device for controlling the power reception unit,
The power receiving unit
A coil electrically connected to the electrical load;
A first variable capacitor connected in series with the coil between the coil and the electrical load;
A second variable capacitor connected in parallel to the coil,
The control device determines a combined capacity of the first and second variable capacitance units so that power transmission efficiency between the power transmitting device and the power receiving device is larger in an adjustable range, and is then determined. In addition, the power receiving device adjusts the capacities of the first and second variable capacity units so that the power transmission efficiency is further increased while maintaining the combined capacity.
前記制御装置は、前記送電装置と前記受電装置との間の電力伝送効率に応じて、前記第1および第2の可変容量部の容量を調整する、請求項1に記載の受電装置。   The power receiving device according to claim 1, wherein the control device adjusts the capacities of the first and second variable capacitance units according to power transmission efficiency between the power transmitting device and the power receiving device. 前記制御装置は、前記電力伝送効率が予め定められたしきい値を上回るように前記第1および第2の可変容量部の容量を調整する、請求項2に記載の受電装置。   The power receiving device according to claim 2, wherein the control device adjusts the capacities of the first and second variable capacitance units such that the power transmission efficiency exceeds a predetermined threshold value. 前記送電装置は、電力を非接触で供給するための送電部を含み、
前記送電部の固有周波数と前記受電部の固有周波数との差は、前記送電部の固有周波数または前記受電部の固有周波数の±10%以下である、請求項1に記載の受電装置。
The power transmission device includes a power transmission unit for supplying power in a contactless manner,
The power receiving device according to claim 1, wherein a difference between a natural frequency of the power transmission unit and a natural frequency of the power reception unit is ± 10% or less of the natural frequency of the power transmission unit or the natural frequency of the power reception unit.
前記送電装置は、電力を非接触で供給するための送電部を含み、
前記送電部と前記受電部との結合係数は0.1以下である、請求項1に記載の受電装置。
The power transmission device includes a power transmission unit for supplying power in a contactless manner,
The power receiving device according to claim 1, wherein a coupling coefficient between the power transmitting unit and the power receiving unit is 0.1 or less.
送電装置は、電力を非接触で供給するための送電部を含み、
前記受電部は、前記受電部と前記送電部との間に形成される特定の周波数で振動する磁
界、および、前記受電部と前記送電部との間に形成される特定の周波数で振動する電界の少なくとも一方を通じて、前記送電部から受電する、請求項1に記載の受電装置。
The power transmission device includes a power transmission unit for supplying power in a contactless manner,
The power reception unit includes a magnetic field that vibrates at a specific frequency formed between the power reception unit and the power transmission unit, and an electric field that vibrates at a specific frequency formed between the power reception unit and the power transmission unit. The power receiving device according to claim 1, wherein the power receiving device receives power from the power transmission unit through at least one of the two.
前記第1および第2の可変容量部は、キャパシタを含み、前記キャパシタの容量を変更できるように構成される、請求項1に記載の受電装置。   2. The power receiving device according to claim 1, wherein each of the first and second variable capacitance units includes a capacitor, and is configured to change a capacitance of the capacitor. 請求項1に記載の受電装置と、
前記受電装置で受電した電力を蓄える蓄電装置とを備える、車両。
A power receiving device according to claim 1;
A vehicle comprising: a power storage device that stores electric power received by the power receiving device.
電源からの電力を受電装置へ非接触で供給する送電装置であって、
前記受電装置へ非接触で送電する送電部と、
前記送電部を制御する制御装置とを備え、
前記送電部は、
前記電源に電気的に接続されるコイルと、
前記電源と前記コイルとの間に、前記コイルと直列に接続される第1の可変容量部と、
前記コイルに並列に接続される第2の可変容量部とを含み、
前記制御装置は、調整可能範囲において前記送電装置と前記受電装置との間の電力伝送効率がより大きくなるように前記第1および第2の可変容量部の合成容量を決定し、その後、決定された前記合成容量を維持しながら、前記電力伝送効率がさらに大きくなるように前記第1および第2の可変容量部の容量を調整する、送電装置。
A power transmission device that supplies power from a power source to a power receiving device in a contactless manner,
A power transmission unit that transmits power to the power receiving device in a contactless manner;
A control device for controlling the power transmission unit,
The power transmission unit
A coil electrically connected to the power source;
A first variable capacitor connected in series with the coil between the power source and the coil;
A second variable capacitor connected in parallel to the coil,
The control device determines a combined capacity of the first and second variable capacitance units so that power transmission efficiency between the power transmitting device and the power receiving device is larger in an adjustable range, and is then determined. A power transmission device that adjusts the capacities of the first and second variable capacity units so that the power transmission efficiency is further increased while maintaining the combined capacity.
前記第1および第2の可変容量部は、キャパシタを含み、前記キャパシタの容量を変更できるように構成される、請求項9に記載の送電装置。   The power transmission device according to claim 9, wherein the first and second variable capacitance units include a capacitor, and are configured to be able to change a capacitance of the capacitor. 送電装置から車両へ非接触で電力を伝達する非接触給電システムであって、
前記送電装置に含まれ、電源に電気的に接続される送電コイルを有する送電部と、
前記車両に含まれ、電気負荷に電気的に接続される受電コイルを有する受電部と、
前記送電部および前記受電部を制御するための制御装置とを備え、
前記送電コイルおよび前記受電コイルの少なくとも一方は、当該コイルに直列に接続される第1の可変容量部と、当該コイルに並列に接続される第2の可変容量部とを有し、
前記制御装置は、調整可能範囲内において前記送電部と前記受電部との間の電力伝送効率がより大きくなるように前記第1および第2の可変容量部の合成容量を決定し、その後、決定された前記合成容量を維持しながら、前記電力伝送効率がさらに大きくなるように前記第1および第2の可変容量部の容量を調整する、非接触給電システム。
A non-contact power supply system that transmits electric power from a power transmission device to a vehicle in a non-contact manner,
A power transmission unit included in the power transmission device and having a power transmission coil electrically connected to a power source;
A power receiving unit included in the vehicle and having a power receiving coil electrically connected to an electrical load;
A control device for controlling the power transmission unit and the power reception unit,
At least one of the power transmission coil and the power receiving coil has a first variable capacitor connected in series to the coil and a second variable capacitor connected in parallel to the coil,
The control device determines a combined capacity of the first and second variable capacitance units so that power transmission efficiency between the power transmission unit and the power reception unit is larger within an adjustable range, and then determines A non-contact power feeding system that adjusts the capacities of the first and second variable capacity sections so as to further increase the power transmission efficiency while maintaining the combined capacity.
前記第1および第2の可変容量部は、キャパシタを含み、前記キャパシタの容量を変更できるように構成される、請求項11に記載の非接触給電システム。   The contactless power feeding system according to claim 11, wherein the first and second variable capacitance units include a capacitor, and are configured to change a capacitance of the capacitor. 送電装置から車両へ非接触で電力を伝達する非接触給電システムであって、
前記送電装置に含まれ、電源に電気的に接続される送電コイルを有する送電部と、
前記車両に含まれ、電気負荷に電気的に接続される受電コイルを有する受電部と、
前記送電部および前記受電部を制御するための制御装置とを備え、
前記送電コイルは、前記送電コイルと前記電源との間に、前記送電コイルと直列に接続される第1の可変容量部と、前記送電コイルに並列に接続される第2の可変容量部とを有し、
前記受電コイルは、前記受電コイルと前記電気負荷との間に、前記受電コイルと直列に接続される第3の可変容量部と、前記受電コイルに並列に接続される第4の可変容量部とを有し、
前記制御装置は、前記受電コイルにおける前記第3および第4の可変容量部を変化させない状態で、調整可能範囲内において前記送電部と前記受電部との間の電力伝送効率がよ
り大きくなるように前記第1および第2の可変容量部の合成容量を決定し、その後、決定された合成容量を維持しながら、前記電力伝送効率がさらに大きくなるように前記第1および第2の可変容量部の容量を調整し、
前記制御装置は、その後、前記送電コイルにおける前記第1および第2の可変容量部を変化させない状態で、調整可能範囲内において前記電力伝送効率がより大きくなるように前記第3および第4の可変容量部の合成容量を決定し、その後、決定された合成容量を維持しながら、前記電力伝送効率がさらに大きくなるように前記第3および第4の可変容量部の容量を調整する、非接触給電システム。
A non-contact power supply system that transmits electric power from a power transmission device to a vehicle in a non-contact manner,
A power transmission unit included in the power transmission device and having a power transmission coil electrically connected to a power source;
A power receiving unit included in the vehicle and having a power receiving coil electrically connected to an electrical load;
A control device for controlling the power transmission unit and the power reception unit,
The power transmission coil includes a first variable capacitance unit connected in series with the power transmission coil and a second variable capacitance unit connected in parallel to the power transmission coil between the power transmission coil and the power source. Have
The power receiving coil includes a third variable capacitor connected in series with the power receiving coil and a fourth variable capacitor connected in parallel to the power receiving coil between the power receiving coil and the electric load. Have
The control device is configured so that the power transmission efficiency between the power transmission unit and the power reception unit is larger within the adjustable range without changing the third and fourth variable capacitance units in the power reception coil. Determining a combined capacity of the first and second variable capacitance sections, and then maintaining the determined combined capacity while further increasing the power transmission efficiency of the first and second variable capacitance sections; Adjust the capacity,
Thereafter, the control device is configured to change the third and fourth variable so that the power transmission efficiency becomes larger within the adjustable range without changing the first and second variable capacitance portions in the power transmission coil. Non-contact power supply that determines a combined capacity of the capacity unit, and then adjusts the capacity of the third and fourth variable capacity units so as to further increase the power transmission efficiency while maintaining the determined combined capacity system.
送電装置から車両へ非接触で電力を伝達する非接触給電システムであって、
前記送電装置に含まれ、電源に電気的に接続される送電コイルを有する送電部と、
前記車両に含まれ、電気負荷に電気的に接続される受電コイルを有する受電部と、
前記送電部および前記受電部を制御するための制御装置とを備え、
前記送電コイルは、前記送電コイルと前記電源との間に、前記送電コイルと直列に接続される第1の可変容量部と、前記送電コイルに並列に接続される第2の可変容量部とを有し、
前記受電コイルは、前記受電コイルと前記電気負荷との間に、前記受電コイルと直列に接続される第3の可変容量部と、前記受電コイルに並列に接続される第4の可変容量部とを有し、
前記制御装置は、前記送電コイルにおける前記第1および第2の可変容量部を変化させない状態で、調整可能範囲内において前記送電部と前記受電部との間の電力伝送効率がより大きくなるように前記第3および第4の可変容量部の合成容量を決定し、その後、決定された合成容量を維持しながら、前記電力伝送効率がさらに大きくなるように前記第3および第4の可変容量部の容量を調整し、
前記制御装置は、その後、前記受電コイルにおける前記第3および第4の可変容量部を変化させない状態で、調整可能範囲内において前記電力伝送効率がより大きくなるように前記第1および第2の可変容量部の合成容量を決定し、その後、決定された合成容量を維持しながら、前記電力伝送効率がさらに大きくなるように前記第1および第2の可変容量部の容量を調整する、非接触給電システム。
A non-contact power supply system that transmits electric power from a power transmission device to a vehicle in a non-contact manner,
A power transmission unit included in the power transmission device and having a power transmission coil electrically connected to a power source;
A power receiving unit included in the vehicle and having a power receiving coil electrically connected to an electrical load;
A control device for controlling the power transmission unit and the power reception unit,
The power transmission coil includes a first variable capacitance unit connected in series with the power transmission coil and a second variable capacitance unit connected in parallel to the power transmission coil between the power transmission coil and the power source. Have
The power receiving coil includes a third variable capacitor connected in series with the power receiving coil and a fourth variable capacitor connected in parallel to the power receiving coil between the power receiving coil and the electric load. Have
The control device is configured such that the power transmission efficiency between the power transmission unit and the power reception unit is larger within the adjustable range without changing the first and second variable capacitance units in the power transmission coil. Determining a combined capacity of the third and fourth variable capacitors, and then maintaining the determined combined capacity so that the power transmission efficiency is further increased. Adjust the capacity,
Thereafter, the control device does not change the third and fourth variable capacitance units in the power receiving coil, and the first and second variable variables so that the power transmission efficiency becomes larger within an adjustable range. Non-contact power supply that determines a combined capacity of the capacitor unit, and then adjusts the capacities of the first and second variable capacitor units so as to further increase the power transmission efficiency while maintaining the determined combined capacity system.
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