JP6138504B2 - Power transmission device and power reception device - Google Patents
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Description
本発明は、送電装置および受電装置に関する。 The present invention relates to a power transmission device and a power reception device.
従来から、非接触で受電装置に電力を送電する送電装置や、非接触で送電装置から電力を受電する受電装置などが各種提案されている。 Conventionally, various power transmission devices that transmit power to a power receiving device in a contactless manner, power receiving devices that receive power from a power transmission device in a contactless manner, and the like have been proposed.
このような提案の一つとして、特開2011−50127号公報(特許文献1)には、H型コアを採用し、コアの細幅部に巻線を巻回した受電部が開示されている。 As one of such proposals, Japanese Patent Laying-Open No. 2011-50127 (Patent Document 1) discloses a power receiving unit that employs an H-type core and has a winding wound around a narrow portion of the core. .
また、特開2010−239777号公報に記載された無線電力装置は、送電コイルと受電コイルとの結合状態に応じて、受電コイルと電力取出コイルとの結合状態を変化させている。 Further, the wireless power device described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-239777 changes the coupling state between the power reception coil and the power extraction coil in accordance with the coupling state between the power transmission coil and the power reception coil.
受電装置と送電装置との位置関係は、常に一定に保つことは難しい。たとえば車両などに非接触給電を適用する場合には、駐車位置や車両のコイル搭載位置によって受電装置と送電装置との位置関係が給電時毎に変化することも考えられる。携帯型の端末等への非接触給電であっても、受電装置に端末を置く位置を合わせることは面倒である。 It is difficult to always keep the positional relationship between the power receiving device and the power transmitting device constant. For example, when non-contact power feeding is applied to a vehicle or the like, it is conceivable that the positional relationship between the power receiving device and the power transmitting device changes at each power feeding time depending on the parking position or the coil mounting position of the vehicle. Even in the case of contactless power feeding to a portable terminal or the like, it is troublesome to match the position where the terminal is placed on the power receiving apparatus.
給電時に受電コイルと受電コイルとの結合状態が改善されるように、特開2011−50127号公報に記載のH型コアに巻回されたコイルをコイル長やコイル位置を選択可能な構成とすることも考えられる。しかし、たとえば、1つのH型コアに位置を変えて複数のコイルを巻回する場合には、コイル端部とH型コアの太幅部との距離が遠くなるコイルもある。そのようなコイルが選択された場合、H型コアの太幅部によって磁界結合がよくなるというH型コアの利点を享受することができない。 The coil wound around the H-shaped core described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2011-50127 is configured so that the coil length and coil position can be selected so that the coupling state between the power receiving coil and the power receiving coil is improved during power feeding. It is also possible. However, for example, when a plurality of coils are wound while changing the position to one H-shaped core, there is a coil in which the distance between the coil end portion and the thick-width portion of the H-shaped core is increased. When such a coil is selected, the advantage of the H-type core that the magnetic field coupling is improved by the thick portion of the H-type core cannot be enjoyed.
この発明の目的は、H型コアの利点とコイル長またはコイル位置調整可能なコイル構成の利点とをともに享受可能な送電装置および受電装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide a power transmission device and a power reception device that can enjoy the advantages of an H-shaped core and the advantages of a coil configuration that can be adjusted in coil length or coil position.
この発明は、車両に搭載された受電装置の二次コイルを備えるコアに対向する、一次コイルを備えるコアを有し、受電装置に非接触で電力を送電する送電装置であって、
受電装置のコアは、二次コイルが巻回される平板状の細幅部と、この細幅部の両端に在って細幅部とH字状を形成するように配置された、二次コイルが巻回されない太幅部と、を有する磁性体で形成されたH型コアから成り、H型コアの細幅部に巻回された二次コイルの巻回軸が車両の前後方向を向くように車両に搭載され、
送電装置は、
磁性体で形成されたコアと、
コアの周りに巻回される複数の一次コイルと、
複数の一次コイルの一部を選択して電源に接続するコイル選択部と、
を備え、
送電装置のコアは、
受電装置の細幅部と略等しい形状を有し、車両の前後方向に直線状に配列された複数の細幅部と、
複数の細幅部の配列における両端位置及び隣接する細幅部の中間位置にそれぞれ配置された、受電装置の太幅部と略等しい形状の複数の太幅部と、
を有し、
複数の細幅部と複数の太幅部とが直線に沿って交互に、且つ、受電装置のH型コアの長さを超えて配置され、
複数の太幅部には一次コイルが巻回されず、複数の細幅部の各々には一次コイルが巻回され、
コイル選択部が、複数の細幅部の一つに巻回された一次コイルを選択して電源に接続するように構成されている。
The present invention is a power transmission device that has a core including a primary coil facing a core including a secondary coil of a power reception device mounted on a vehicle, and transmits power in a non-contact manner to the power reception device ,
The core of the power receiving device is arranged to form a flat narrow portion around which the secondary coil is wound, and to form a narrow portion and an H shape at both ends of the narrow portion. And a winding core of a secondary coil wound around the narrow portion of the H-type core faces in the longitudinal direction of the vehicle. Mounted on the vehicle as
The power transmission device
A core formed of a magnetic material;
A plurality of primary coils wound around the core;
A coil selector to connect to a power source by selecting a portion of the plurality of primary coils,
Equipped with a,
The core of the power transmission device is
A plurality of narrow portions having a shape substantially equal to the narrow portion of the power receiving device and arranged linearly in the longitudinal direction of the vehicle ;
A plurality of wide portions having a shape substantially the same as the wide portion of the power receiving device, disposed at both end positions in the arrangement of the plurality of narrow portions and an intermediate position between adjacent narrow portions;
Have
The plurality of narrow portions and the plurality of thick portions are alternately arranged along a straight line and beyond the length of the H-type core of the power receiving device,
The primary coil is not wound around the plurality of thick portions, and the primary coil is wound around each of the plurality of narrow portions,
The coil selection unit is configured to select a primary coil wound around one of the plurality of narrow portions and connect it to the power source .
また、本発明の送電装置は、コアが、受電装置の細幅部の形状と比べて車両の方向のサイズが半分の形状を有し、車両の前後方向に直線状に配列された複数の細幅部と、複数の細幅部の配列における両端位置及び隣接する細幅部の中間位置のそれぞれに配置された複数の太幅部とが直線に沿って交互に、且つ、受電装置のH型コアの長さを超えて配置されるようにしてもよい。 Further, in the power transmission device of the present invention, the core has a shape in which the size in the vehicle direction is half that of the narrow width portion of the power reception device, and a plurality of fine wires arranged linearly in the front-rear direction of the vehicle. The width portions and the plurality of thick width portions arranged at both end positions in the arrangement of the plurality of narrow width portions and the intermediate positions of the adjacent narrow width portions alternately along the straight line, and the H type of the power receiving device You may make it arrange | position beyond the length of a core.
また、本発明は、車両に搭載され、送電装置の一次コイルを備えるコアに対向する、二次コイルを備えるコアを有し、前記送電装置から非接触で電力を受電する受電装置であって、
送電装置のコアは、一次コイルが巻回される平板状の細幅部と、この細幅部の両端に在って細幅部とH字状を形成するように配置された、一次コイルが巻回されない太幅部と、を有する磁性体で形成されたH型コアから成り、H型コアの細幅部に巻回された一次コイルの巻回軸が車両の前後方向を向くように地上側に設置され、
受電装置は、
磁性体で形成されたコアと、
コアの周りに巻回される複数の二次コイルと、
複数の二次コイルの一部を選択して負荷に接続するコイル選択部と、
を備え、
受電装置のコアは、
送電装置の細幅部と略等しい形状を有し、車両の前後方向に直線状に配列された複数の細幅部と、
複数の細幅部の配列における両端位置及び隣接する細幅部の中間位置にそれぞれ配置された、送電装置の太幅部と略等しい形状の複数の太幅部と、
を有し、
複数の細幅部と複数の太幅部とが直線に沿って交互に、且つ、送電装置のH型コアの長さを超えて配置され、
複数の太幅部には二次コイルが巻回されず、複数の細幅部の各々には前記二次コイルが巻回され、
コイル選択部が、複数の細幅部の一つに巻回された二次コイルを選択して負荷に接続するように構成される。
In addition, the present invention is a power receiving device that is mounted on a vehicle and has a core that includes a secondary coil that faces a core that includes a primary coil of the power transmitting device, and that receives power from the power transmitting device in a contactless manner.
The core of the power transmission device includes a flat narrow portion around which the primary coil is wound, and a primary coil disposed at both ends of the narrow portion so as to form a narrow portion and an H-shape. An H-shaped core formed of a magnetic material having a wide portion that is not wound, and the ground surface so that the winding axis of the primary coil wound around the narrow portion of the H-shaped core faces the longitudinal direction of the vehicle Installed on the side,
The power receiving device
A core formed of a magnetic material;
A plurality of secondary coils wound around the core;
A coil selector that connects to a load using a selected subset of the plurality of secondary coils,
Equipped with a,
The core of the power receiving device is
A plurality of narrow portions having a shape substantially equal to the narrow portion of the power transmission device and arranged linearly in the longitudinal direction of the vehicle ,
A plurality of wide portions having a shape substantially equal to the thick width portion of the power transmission device, disposed at both end positions in the arrangement of the plurality of narrow width portions and an intermediate position between the adjacent narrow portions ,
Have
A plurality of narrow portions and a plurality of thick portions are alternately arranged along a straight line and beyond the length of the H core of the power transmission device,
The secondary coil is not wound around the plurality of thick portions, and the secondary coil is wound around each of the plurality of narrow portions,
A coil selection part is comprised so that the secondary coil wound by one of several narrow width parts may be selected and connected to load .
また、本発明の受電装置は、コアが、送電装置の細幅部の形状と比べて車両の方向のサイズが半分の形状を有し、車両の前後方向に直線状に配列された複数の細幅部と、複数の細幅部の配列における両端位置及び隣接する細幅部の中間位置のそれぞれに配置された複数の太幅部とが直線に沿って交互に、且つ、送電装置のH型コアの長さを超えて配置されるようにしてもよい。 Further, in the power receiving device of the present invention, the core has a shape in which the size in the vehicle direction is half that of the narrow width portion of the power transmission device, and a plurality of fine wires arranged linearly in the front-rear direction of the vehicle. The width portion and the plurality of thick width portions arranged at both end positions in the arrangement of the plurality of narrow width portions and the intermediate position of the adjacent narrow width portions alternately along the straight line, and the H type of the power transmission device You may make it arrange | position beyond the length of a core.
本発明によれば、H型コアの利点を生かしつつ、送受電の相手方の位置またはコイル長の変化に対応可能な送電装置および受電装置を実現することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the power transmission apparatus and power receiving apparatus which can respond to the change of the position or coil length of the other party of power transmission / reception can be implement | achieved, utilizing the advantage of an H-type core.
以下、図面を参照して、本実施の形態について説明する。なお、以下に複数の実施の形態について説明するが、各実施の形態で説明された構成を適宜組み合わせることは出願当初から予定されている。なお、実質的に同一の構成については同一の符号を付してその説明を繰返さない場合がある。 Hereinafter, the present embodiment will be described with reference to the drawings. In addition, although several embodiment is described below, combining the structure demonstrated by each embodiment suitably is planned from the beginning of an application. Note that substantially the same configuration is denoted by the same reference numeral, and the description thereof may not be repeated.
[実施の形態1]
図1は、実施の形態1に係る電力伝送システム、車両、受電装置および送電装置などを示す図である。
[Embodiment 1]
FIG. 1 is a diagram illustrating a power transmission system, a vehicle, a power reception device, a power transmission device, and the like according to the first embodiment.
本実施の形態1に係る電力伝送システムは、車両10と、送電装置51とを含む。車両10の受電装置11は、主に、送電装置51から電力を受電する。
The power transmission system according to the first embodiment includes a
駐車スペース52には、車両10を所定の位置に停車させるように、輪止や駐車位置および駐車範囲を示すラインが設けられている。
The
送電装置51は、外部電源53に接続された高周波電力ドライバ54と、高周波電力ドライバ54などの駆動を制御する制御部55と、高周波電力ドライバ54に接続された送電部56と、通信部57とを含む。
The
図1において、車両10は、通信部9と、車両本体10Aと、車両本体10Aに設けられた受電装置11と、受電装置11に接続された整流器13と、この整流器13に接続されたDC/DCコンバータ14と、このDC/DCコンバータ14に接続されたバッテリ15と、パワーコントロールユニット(PCU(Power Control Unit))16と、このパワーコントロールユニット16に接続されたモータユニット17と、DC/DCコンバータ14やパワーコントロールユニット16などの駆動を制御する車両ECU(Electronic Control Unit)12とを備える。
In FIG. 1, a
そして、整流器13と、コンバータ14と、バッテリ15とによって、外部から電力を受電して、バッテリ15に蓄電する受電ユニット18が形成される。
The
車両本体10Aは、エンジンコンパートメントや乗員収容室が内部に形成されたボディと、このボディに設けられたフェンダなどの外装部品とを備える。車両10は、前輪19Fと、後輪19Bとをさらに備える。
The vehicle
なお、本実施の形態1においては、エンジンを備えたハイブリッド車両について説明するが、本発明の適用対象は、ハイブリッド車両には限られない。たとえば、エンジンを備えていない電気自動車やエンジンに替えて燃料電池を備えた燃料電池車両などにも本発明を適用してもよい。 In the first embodiment, a hybrid vehicle including an engine will be described. However, the application target of the present invention is not limited to a hybrid vehicle. For example, the present invention may be applied to an electric vehicle that does not include an engine, a fuel cell vehicle that includes a fuel cell instead of the engine, and the like.
整流器13は、受電装置11に接続されており、受電装置11から供給される交流電流を直流電流に変換して、DC/DCコンバータ14に供給する。
The
DC/DCコンバータ14は、整流器13から供給された直流電流の電圧を調整して、バッテリ15に供給する。なお、DC/DCコンバータ14は必須の構成ではなく省略してもよい。この場合には、送電装置51にインピーダンスを整合するための整合器を送電部56と高周波電力ドライバ54との間に設けることで、DC/DCコンバータ14の代用をすることができる。また、トランスの巻数比を用いる方法でDC/DCコンバータ14の代用をしてもよい。
The DC /
パワーコントロールユニット16は、バッテリ15に接続されたコンバータと、このコンバータに接続されたインバータとを含む。コンバータは、バッテリ15から供給される直流電流を調整(昇圧)して、インバータに供給する。インバータは、コンバータから供給される直流電流を交流電流に変換して、モータユニット17に供給する。なお、コンバータを含まず、バッテリからインバータに直接電圧が供給される構成としても良い。
モータユニット17は、たとえば、三相交流モータなどが採用されており、パワーコントロールユニット16のインバータから供給される交流電流によって駆動する。
The
受電装置11は、受電部20を含む。受電部20は、コイルユニット24と、このコイルユニット24に接続されたキャパシタ23とを含む。コイルユニット24は、フェライトコア21と、フェライトコア21に巻回された二次コイル22とを含む。なお、受電部20においても、キャパシタ23は、必須の構成ではない。二次コイル22は、整流器13に接続されている。なお、特に図示しないが、二次コイル22およびキャパシタ23によって閉ループを形成し、二次コイル22により受電された交流電力を電磁誘導により二次コイル22から取出して整流器13へ出力するコイルを別途設けてもよい。
The
なお、キャパシタ23は、共振回路の固有周波数を調整するために設けられるものであり、一次コイル58および二次コイル22の浮遊容量を利用して所望の固有周波数が得られる場合には、キャパシタ23を設けない構成としてもよい。なお、二次コイル22とキャパシタ23とが並列に接続されているが、二次コイル22とキャパシタ23とを直列に接続するようにしてもよい。
The
送電部56は、キャパシタ33と、コイル選択部32と、コイルユニット31とを含む。後に図2で説明するが、コイルユニット31には複数の一次コイルが含まれている。
The
図1のように、車両10が停車した後における送電装置51の動作について簡単に説明する。車両10が停車すると車両10は、通信部9から送電装置51の通信部57に、二次コイル22の大きさや車両上の搭載位置などに関する情報を送信する。二次コイル22の大きさに関する情報には、巻回軸線の延びる方向における二次コイル22の長さが含まれる。搭載位置に関する情報は、二次コイル22の車両上の搭載位置が車両の前方部、中央部、後方部のいずれであるかを示す数値などを含む。送電装置51では、制御部55が送信された情報に基づき、一次コイルの選択をコイル選択部32に実行させる。
The operation of the
図2は、図1の送電部56のより詳細な構成を示した図である。図2を参照して、送電部56は、キャパシタ33と、コイル選択部32と、コイルユニット31とを含む。送電部56には、外部電源53から高周波電力ドライバ54および整合器60を経て電力が与えられる。
FIG. 2 is a diagram showing a more detailed configuration of the
コイルユニット31は、磁性体で形成されたコア70と、コア70の周りに巻回される複数の一次コイルL1〜L3とを含む。コイル選択部32は、一次コイルL1〜L3の一部を選択して負荷または電源に接続することにより、給電に用いるコイルのコイル長またはコイル位置を調整可能である。
The
コア70は、巻線が巻回されない複数の太幅部71〜74と、複数の太幅部71〜74の間に形成され、太幅部71〜74の各々よりも幅が狭く、一次コイルL1〜L3の巻線がそれぞれ巻回される複数の細幅部81〜83とを含む。
The
コイル選択部32は、コイルL1を選択する際に導通されるスイッチ91と、コイルL2を選択する際に導通されるスイッチ92と、コイルL3を選択する際に導通されるスイッチ93とを含む。コイル選択部32によってコイルL1〜L3のいずれか1つが選択される。
The
コイルL1〜L3の各々は、コア70に対する巻回位置がそれぞれ異なるため、同じ巻き数では自己インダクタンスが異なってしまう。自己インダクタンスが異なると、自己共振周波数も変動するので、キャパシタ33の容量値Csも変えるほうが好ましい。しかしキャパシタ33にもスイッチ91〜93のような切替可能な構成を設けると構成が複雑化し、送電部56の部品点数も増える。
Since each of the coils L1 to L3 has a different winding position with respect to the
したがって、コイルL1〜L3は、自己インダクタンスが等しくなるようにコイルのコア70に対する位置によって巻回数(ターン数)Tが調整されている。たとえば図2の構成では、コア70の両端に位置するコイルL1およびL3のターン数は16Tであり、コア70の中央にあるコイルL2のターン数は14Tに設定されている。これによって、キャパシタ33の容量値Csは共通の値とすることができ、キャパシタ33をコイルL1〜L3に共通して使用することができる。
Therefore, the number of turns (number of turns) T of the coils L1 to L3 is adjusted by the position of the coil with respect to the core 70 so that the self-inductance becomes equal. For example, in the configuration of FIG. 2, the number of turns of the coils L1 and L3 located at both ends of the
図3は、車両におけるコイルユニット24の搭載向きについて示した図である。図5に示すように、コイルユニット24は車両の前後方向Xに沿って巻回軸が向くように配置される。
FIG. 3 is a view showing the mounting direction of the
図4は、標準的なH型コアに巻回された一次コイルおよび二次コイルの大きさや形状を説明するための側面図である。 FIG. 4 is a side view for explaining the size and shape of a primary coil and a secondary coil wound around a standard H-shaped core.
図4を参照して、コイルユニット24とコイルユニット30は、上下方向ZにエアギャップAGを介して対向して配置されている。車両側のコイルユニット24は電磁波遮蔽用の背面板202と、コア204とコア204に巻回されたコイル206とを含む。
Referring to FIG. 4,
送電装置側のコイルユニット30は電磁波遮蔽用の背面板212と、コア214とコア214に巻回されたコイル216とを含む。
The
図5は、標準的なH型コアに巻回された一次コイルおよび二次コイルの大きさや形状を説明するための上面図である。なお、図4のコイルユニット24とコイルユニット30は同じ形状であるため、図5についてはコイルユニット30についてのみ寸法を示し、コイルユニット24の対応する部分の説明は繰返さない。
FIG. 5 is a top view for explaining the size and shape of a primary coil and a secondary coil wound around a standard H-shaped core. Since
図4、図5を参照して、コイルユニット30は、背面板212と、コア214と、コイル216とを含む。コア214は、太幅部222,226と、細幅部224とを含む。細幅部224にはコイル216が巻回される。太幅部222,226は、コイルは巻回されず、受電部と対抗する面は磁束の通り道となる。コア214はフェライトなどの磁性材料で形成される。コイル216は、銅線などを使用することが好ましい。
With reference to FIGS. 4 and 5,
背面板212は、左右方向(幅方向)Yが600mm、前後方向Xが600mmの大きさである。太幅部222,226の幅方向Yのサイズは各々300mmである。太幅部222,226の前後方向Xのサイズは各々40mmである。細幅部224の幅方向Yのサイズは150mmである。細幅部224の前後方向Xのサイズは240mmであり、その中央の部分(230mm)にコイル206が巻回されている。
The
図6は、コイルユニットに発生する磁束を説明するための斜視図である。図7は、コイルユニットの磁束の通過経路を説明するための断面図である。 FIG. 6 is a perspective view for explaining the magnetic flux generated in the coil unit. FIG. 7 is a cross-sectional view for explaining a magnetic flux passing path of the coil unit.
図6、図7を参照して、送電側のコイルユニット31は一次コイル216を含み、受電側のコイルユニット24は二次コイル206を含む。一次コイル216は、H型平板状の磁性材で形成されたコア214に巻回される。二次コイル206は、H型平板状の磁性材で形成されたコア204に巻回される。
6 and 7, the
コイルユニット24および31の各々では、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。一次コイル216の一方端から他方端に向けてコア214の内部を通った磁束は、二次コイル206の一方端に向かい、二次コイル206の一方端から他方端に向けてコア204の内部を通り、一次コイル216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。
In each of the
図8は、図2に示した実施の形態1のコイルユニットを送電側に配置した断面図である。図8において、受電側に配置されるコイルユニット24については、図4、図5で示した場合と同じ(1コイルのH型コア)であるので、ここでは説明は繰返さない。
FIG. 8 is a cross-sectional view in which the coil unit of Embodiment 1 shown in FIG. 2 is arranged on the power transmission side. In FIG. 8,
図8を参照して、コイルユニット31は、図4、図5で説明した標準的なH型コアに巻回されたコイルユニットを前後方向Xに縦に3台並べたような構成を有する。
Referring to FIG. 8, the
コイルユニット31は、背面板312と、コア314と、複数の一次コイル316,318,320とを含む。背面板312の前後方向Xのサイズは、1160mmであり、複数の一次コイル316,318,320がそれぞれ巻回されているコア314の細幅部の前後方向Xのサイズは240mmであり、コア314のコイルが巻回されていない太幅部の前後方向Xのサイズは40mmである。
The
左右方向Yのサイズについては、図5に示した場合と同様であり、背面板の左右方向Yのサイズは、600mmであり、コアの太幅部のサイズは300mmであり、コアの細幅部のサイズは150mmである。 About the size of the left-right direction Y, it is the same as that of the case shown in FIG. 5, the size of the left-right direction Y of a backplate is 600 mm, the size of the thick part of a core is 300 mm, and the narrow part of a core The size is 150 mm.
図2および図8に示したコイルユニットのコア314の形状は、太幅部と細幅部とが交互に配置された形状(フィッシュボーン(fishbone)形状)である。
The shape of the
図9は、実施の形態1の変形例のコイルユニットを送電側に配置した断面図である。図9において、受電側に配置されるコイルユニット24については、図4、図5で示した場合と同じであるので、ここでは説明は繰返さない。
FIG. 9 is a cross-sectional view in which the coil unit according to the modification of the first embodiment is arranged on the power transmission side. In FIG. 9,
図9を参照して、コイルユニット401は、図4、図5で説明したコイルユニットの前後方向Xのサイズが半分のコイルユニットを前後方向Xに縦に6台並べたような構成を有する。
Referring to FIG. 9, the
コイルユニット401は、背面板412と、コア414と、複数の一次コイル416,418,420,422,424,426とを含む。背面板312の前後方向Xのサイズは、1280mmであり、複数の一次コイル416,418,420,422,424,426がそれぞれ巻回されているコア414の細幅部の前後方向Xのサイズは120mmであり、コア414のコイルが巻回されていない太幅部の前後方向Xのサイズは40mmである。
The
左右方向Yのサイズについては、図5に示した場合と同様であり、背面板の左右方向Yのサイズは、600mmであり、コアの太幅部のサイズは300mmであり、コアの細幅部のサイズは150mmである。 About the size of the left-right direction Y, it is the same as that of the case shown in FIG. 5, the size of the left-right direction Y of a backplate is 600 mm, the size of the thick part of a core is 300 mm, and the narrow part of a core The size is 150 mm.
図10は、実施の形態1のコイルユニットのコイルのX方向の位置ずれと結合係数の変化との関係を示した図である。図10において、横軸には、X方向(車両前後方向)の送電ユニットと受電ユニットの位置ずれ量(mm)が示され、縦軸には、結合係数kが示される。 FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the positional deviation in the X direction of the coil of the coil unit of Embodiment 1 and the change in the coupling coefficient. In FIG. 10, the horizontal axis represents the amount of displacement (mm) between the power transmission unit and the power reception unit in the X direction (vehicle longitudinal direction), and the vertical axis represents the coupling coefficient k.
グラフG1は、図4、図5に示した標準的な1コイルのH型コアを送電側および受電側の両方に配置した場合の特性を示すグラフである。位置ずれ量0mmとなる基準点は、図4に示すようにコア同士が完全に正対する状態である。グラフG1では、位置ずれ量0mmの時に結合係数kが最も大きくなり、X方向の位置ずれが300mmに至るまで、位置ずれ量が大きくなるほど結合係数も小さくなることが示されている。 The graph G1 is a graph showing characteristics when the standard one-coil H-type core shown in FIGS. 4 and 5 is arranged on both the power transmission side and the power reception side. The reference point at which the positional deviation amount is 0 mm is a state where the cores are completely facing each other as shown in FIG. The graph G1 shows that the coupling coefficient k becomes the largest when the positional deviation amount is 0 mm, and the coupling coefficient becomes smaller as the positional deviation amount increases until the positional deviation in the X direction reaches 300 mm.
グラフG2は、図8に示すように、標準的な1コイルのH型コアを受電側に配置し、3コイルが巻回されたフィッシュボーン形状のコアを送電側に配置した場合の特性を示すグラフである。位置ずれ量0mmとなる基準点は、図8に示すように送電側の中央のコイル318と受電側のコイル206とが完全に正対する状態である。グラフG2では、位置ずれ量0mmの時に結合係数kが最も大きくなる点はグラフG1と同じである。しかし、X方向の位置ずれが120mmを超えたあたりで一度結合係数はk=0.191で極小となったあと、位置ずれ量が増加すると結合係数も増加し位置ずれ量が250mm当たりで再び極大となる。この極大値をとる位置ずれ量から位置ずれ量500mmに至るまでは、位置ずれ量が大きくなるほど結合係数も小さくなる。
As shown in FIG. 8, the graph G2 shows characteristics when a standard one-coil H-shaped core is disposed on the power receiving side and a fishbone-shaped core around which three coils are wound is disposed on the power transmitting side. It is a graph. As shown in FIG. 8, the reference point at which the positional deviation amount is 0 mm is a state in which the
図2のコイル選択部32のスイッチ切替は、X方向位置ずれ量が0からkが極小値をとるまでは、スイッチ92がオン、スイッチ91および93がオフに制御され、kが極小値をとる位置ずれ量よりもズレが大きくなるとスイッチ93がオン、スイッチ91および92がオフに制御される。
The switching of the
グラフG3は、図9に示すように、標準的な1コイルのH型コアを受電側に配置し、6コイルが巻回されたフィッシュボーン形状のコアを送電側に配置した場合の特性を示すグラフである。位置ずれ量0mmとなる基準点は、図8に示すように送電側の中央のコイル420および422と受電側のコイル206とが完全に正対する状態である。グラフG3では、位置ずれ量0mmの時に結合係数kが最も大きくなる点はグラフG1と同じである。しかし、X方向の位置ずれが80mmあたりと240mmあたりの2箇所で結合係数は極小値をとる。X方向の位置ずれが240mmあたりでの極小値のほうが小さく、結合係数はk=0.193である。
The graph G3 shows the characteristics when a standard one-coil H-shaped core is disposed on the power receiving side and a fishbone-shaped core wound with six coils is disposed on the power transmitting side, as shown in FIG. It is a graph. As shown in FIG. 8, the reference point at which the positional deviation amount is 0 mm is a state in which the
コイル選択部の構成は図示しないが、図9に示す構成の場合には、送電側で使用するコイルが2つ選択可能に構成される。図9に示すようなX方向位置ずれ量が0の場合にはコイル420および422が選択され、他のコイルは非選択とされる。ズレ量が大きくなるにつれてコイル422および424が選択され、他のコイルは非選択とされる状態、コイル424および426が選択され、他のコイルは非選択とされる状態に順にコイルの選択状態が遷移する。反対方向の位置ずれの場合には、ズレ量が大きくなるにつれてコイル418および420が選択され、他のコイルは非選択とされる状態、コイル416および418が選択され、他のコイルは非選択とされる状態に順にコイルの選択状態が遷移する。
Although the configuration of the coil selection unit is not illustrated, in the configuration illustrated in FIG. 9, two coils used on the power transmission side can be selected. When the amount of positional deviation in the X direction as shown in FIG. 9 is 0, the
図10に示されるように、グラフG1に示す特性では、位置ずれ量が120mmよりも大きくなると受電効率ηが90%よりも小さくなるが、グラフG2、G3に示す特性では、位置ずれ量がそれぞれ0〜370mm、0〜400mmの範囲で受電効率ηを90%以上とすることができる。したがって位置ずれ量に対して連続的に受電可能な範囲がグラフG1に示す例に比べて拡大する。またコアの両端部のみではなく中間部分に太幅部を設けることにより、使用するコイル端部と太幅部の距離を近くすることができ、図9に示すような磁束の経路が形成される場合の受電部と送電部の結合強度を大きくすることができる。また太幅部にはコイルが巻回されないので、選択されたコイルが中間のコイルである場合には、太幅部を設けることにより磁束を対向するユニットに向けて通しやすくなる。 As shown in FIG. 10, in the characteristics shown in the graph G1, the power reception efficiency η becomes smaller than 90% when the positional deviation amount is larger than 120 mm. However, in the characteristics shown in the graphs G2 and G3, the positional deviation amount is The power receiving efficiency η can be 90% or more in the range of 0 to 370 mm and 0 to 400 mm. Therefore, the range in which power can be continuously received with respect to the displacement amount is expanded as compared with the example shown in the graph G1. Further, by providing a thick portion not only at both ends of the core but also at the middle portion, the distance between the coil end to be used and the thick portion can be reduced, and a magnetic flux path as shown in FIG. 9 is formed. In this case, the coupling strength between the power receiving unit and the power transmitting unit can be increased. In addition, since the coil is not wound around the thick portion, when the selected coil is an intermediate coil, providing the thick portion facilitates the passage of the magnetic flux toward the opposing unit.
[実施の形態2]
実施の形態1では、送電装置に複数のコイルが巻回されたコアが配置された例を示したが、受電装置(車両)に複数のコイルが巻回されたコアを配置しても良い。
[Embodiment 2]
In the first embodiment, an example in which a core around which a plurality of coils is wound is arranged in the power transmission device is shown, but a core around which a plurality of coils is wound may be arranged in the power receiving device (vehicle).
図11は、実施の形態2に係る電力伝送システム、車両、受電装置および送電装置などを模式的に示す模式図である。 FIG. 11 is a schematic diagram schematically illustrating a power transmission system, a vehicle, a power receiving device, a power transmitting device, and the like according to the second embodiment.
実施の形態2に係る電力伝送システムは、受電装置211を含む車両210と、送電部56を含む送電装置251とを含む。車両210の受電装置211は、主に、送電部56から電力を受電する。
The power transmission system according to the second embodiment includes a
送電部256は、コイルユニット100と、キャパシタ101とを含み、コイルユニット100は、コア102と、コア102の周面に巻回された一次コイル103とを含む。
The
車両210は、受電装置11に代えて受電装置211を含む点が図1の構成と異なる。他の構成については、図1と同様であるので、ここでは説明は繰返さない。
The
受電装置211は、コイルユニット230と、コイル選択部232とを含む。コイルユニット230は、フィッシュボーン型のコアに複数のコイルが巻回された図2および図8に示した3コイルのコイルユニット31または図9に示した6コイルのコイルユニット401と同様な構成とすることができる。コイル選択部232は、図2に示したコイル選択部32と同様な構成とすることができる。
The
また、送電部256は、図4および図5で説明した標準的なH型コア1コイルのユニットを用いることができる。
In addition, the
このような構成とすることによっても、実施の形態1と同様な効果を得ることができる。 By adopting such a configuration, the same effect as in the first embodiment can be obtained.
最後に、実施の形態1および2について図面を再び参照して総括する。主に図1、図2を参照して、送電装置51は、車両10に搭載された二次コイル22に非接触で電力を送電する。送電装置51は、磁性体で形成されたコア(図2の70;図8の314;図9の414)と、コアの周りに巻回される複数の一次コイル(図2のL1,L2,L3;図8の316,318,320;図9の416,418,420,422,424,426)と、複数の一次コイルの一部を選択して負荷または電源に接続することにより、送電に用いるコイルのコイル長またはコイル位置を調整可能なコイル選択部32とを備える。コアは、巻線が巻回されない複数の太幅部71〜74と、複数の太幅部71〜74の間に形成され、太幅部71〜74よりも幅が狭く、複数の一次コイルの巻線がそれぞれ巻回される複数の細幅部81〜83とを含む。
Finally, Embodiments 1 and 2 are summarized with reference to the drawings again. Referring mainly to FIG. 1 and FIG. 2, the
好ましくは、コア70,314,414は、複数の細幅部として3つ以上の細幅部を含む。図2、図8のコア70,314は3つの細幅部を有し、図9のコア414は、6つの細幅部を有する。
Preferably, the
好ましくは、図2に示すように複数の太幅部71〜74と複数の細幅部81〜83とは、直線に沿って交互に配置される。図9の例でも図2の構成が6つの細幅部を有するように延長された形状である。
Preferably, as shown in FIG. 2, the plurality of
より好ましくは、直線は、一次コイルから電力を受電可能なように(たとえば図1に示す向きに)停車した車両10の前後方向に延在する直線である。
More preferably, the straight line is a straight line extending in the front-rear direction of the
好ましくは、コア70,314,414は、車両10に対向可能な平面を有し、平面における細幅部81〜83の幅は太幅部71〜74の幅よりも狭い。
Preferably, the
図11を参照して、受電装置211は、車両210に搭載され、251送電装置の一次コイル103から非接触で電力を受電する。受電装置211は、図2と同様に、磁性体で形成されたコア70と、コアの周りに巻回される複数の二次コイルL1〜L3と、複数の二次コイルL1〜L3の一部を選択して負荷または電源に接続することにより、受電に用いるコイルのコイル長またはコイル位置を調整可能なコイル選択部232とを備える。コイル選択部232は、図2のコイル選択部32と同様な構成を有する。コア70は、巻線が巻回されない複数の太幅部71〜74と、複数の太幅部71〜74の間に形成され、太幅部71〜74よりも幅が狭く、複数の二次コイルL1〜L3の巻線がそれぞれ巻回される複数の細幅部81〜83とを含む。
Referring to FIG. 11,
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。本発明の範囲は請求の範囲によって示され、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。さらに、上記数値などは、例示であり、上記数値および範囲に限られない。 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, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims. Furthermore, the above numerical values are examples, and are not limited to the above numerical values and ranges.
9,57 通信部、10,210 車両、10A 車両本体、11,191,211 受電装置、13 整流器、14 コンバータ、15 バッテリ、16 パワーコントロールユニット、17 モータユニット、18 受電ユニット、19B 後輪、19F 前輪、20,196 受電部、21 フェライトコア、22,206 二次コイル、23,33,101,195,198 キャパシタ、24,30,31,100,401 コイルユニット、32 コイル選択部、51,190,251 送電装置、52 駐車スペース、53 外部電源、54 高周波電力ドライバ、55 制御部、56,193,256 送電部、60 整合器、70,102,204,214,314,414 コア、71〜74,222,226 太幅部、81〜83,224 細幅部、91〜93 スイッチ、58,103,192,194,197,199,204,216,316,318,416,418,420,422,424,L1〜L3 コイル、202,212,312,412 背面板。 9,57 communication unit 10,210 vehicle, 10A vehicle main body, 11, 191, 211 power receiving device, 13 rectifier, 14 converter, 15 battery, 16 power control unit, 17 motor unit, 18 power receiving unit, 19B rear wheel, 19F Front wheel, 20,196 Power receiving unit, 21 Ferrite core, 22,206 Secondary coil, 23, 33, 101, 195, 198 Capacitor, 24, 30, 31, 100, 401 Coil unit, 32 Coil selection unit, 51, 190 , 251 Power transmission device, 52 Parking space, 53 External power supply, 54 High frequency power driver, 55 Control unit, 56, 193, 256 Power transmission unit, 60 Matching unit, 70, 102, 204, 214, 314, 414 Core, 71-74 , 222, 226 Wide part, 81-83, 22 Narrow part, 91-93 switch, 58, 103, 192, 194, 197, 199, 204, 216, 316, 318, 416, 418, 420, 422, 424, L1-L3 coils, 202, 212, 312, 412 Back plate.
Claims (8)
前記受電装置のコアは、前記二次コイルが巻回される平板状の細幅部と、該細幅部の両端に在って前記細幅部とH字状を形成するように配置された、前記二次コイルが巻回されない太幅部と、を有する磁性体で形成されたH型コアから成り、前記H型コアの前記細幅部に巻回された前記二次コイルの巻回軸が車両の前後方向を向くように車両に搭載され、
前記送電装置は、
磁性体で形成されたコアと、
前記コアの周りに巻回される複数の一次コイルと、
前記複数の一次コイルの一部を選択して電源に接続するコイル選択部と、
を備え、
前記送電装置のコアは、
前記受電装置の前記細幅部と略等しい形状を有し、車両の前後方向に直線状に配列された複数の細幅部と、
前記複数の細幅部の配列における両端位置及び隣接する前記細幅部の中間位置にそれぞれ配置された、前記受電装置の前記太幅部と略等しい形状の複数の太幅部と、
を有し、
前記複数の細幅部と前記複数の太幅部とが直線に沿って交互に、且つ、前記受電装置のH型コアの長さを超えて配置され、
前記複数の太幅部には一次コイルが巻回されず、前記複数の細幅部の各々には前記一次コイルが巻回され、
前記コイル選択部が、前記複数の細幅部の一つに巻回された前記一次コイルを選択して電源に接続する送電装置。 A power transmission device that has a core including a primary coil facing a core including a secondary coil of a power reception device mounted on a vehicle, and transmits power in a non-contact manner to the power reception device ,
The core of the power receiving device is disposed so as to form a flat narrow portion around which the secondary coil is wound, and to form the narrow portion and an H shape at both ends of the narrow portion. And a winding axis of the secondary coil wound around the narrow portion of the H-type core, which is formed of a magnetic body having a thick portion where the secondary coil is not wound. Is mounted on the vehicle so that the
The power transmission device is:
A core formed of a magnetic material;
A plurality of primary coils wound around the core;
A coil selector to connect to a power source by selecting a portion of said plurality of primary coils,
With
The core of the power transmission device is:
A plurality of narrow portions having a shape substantially equal to the narrow portion of the power receiving device and arranged linearly in the front-rear direction of the vehicle ;
A plurality of wide portions having a shape substantially equal to the wide portion of the power receiving device, disposed at both end positions in the array of the plurality of narrow portions and an intermediate position between the adjacent narrow portions;
Have
The plurality of narrow width portions and the plurality of thick width portions are alternately arranged along a straight line, and are arranged to exceed the length of the H-type core of the power receiving device,
The primary coil is not wound around the plurality of thick portions, and the primary coil is wound around each of the plurality of narrow portions,
The power transmission device , wherein the coil selection unit selects the primary coil wound around one of the plurality of narrow portions and connects it to a power source .
前記受電装置のコアは、前記二次コイルが巻回される平板状の細幅部と、該細幅部の両端に在って前記細幅部とH字状を形成するように配置された、前記二次コイルが巻回されない太幅部と、を有する磁性体で形成されたH型コアから成り、前記H型コアの前記細幅部に巻回された前記二次コイルの巻回軸が車両の前後方向を向くように車両に搭載され、
前記送電装置は、
磁性体で形成されたコアと、
前記コアの周りに巻回される複数の一次コイルと、
前記複数の一次コイルの一部を選択して電源に接続するコイル選択部と、
を備え、
前記送電装置のコアは、
前記受電装置の前記細幅部の形状と比べて車両の前後方向のサイズが半分の形状を有し、車両の前後方向に直線状に配列された複数の細幅部と、
前記複数の細幅部の配列における両端位置及び隣接する前記細幅部の中間位置のそれぞれに配置された、前記受電装置の前記太幅部と略等しい形状の複数の太幅部と、
を有し、
前記複数の細幅部と前記複数の太幅部とが直線に沿って交互に、且つ、前記受電装置のH型コアの長さを超えて配置され、
前記複数の太幅部には一次コイルが巻回されず、前記複数の細幅部の各々には前記一次コイルが巻回され、
前記コイル選択部が、前記複数の細幅部の隣接する二つに巻回された前記一次コイルを選択して電源に接続する送電装置。 A power transmission device that has a core including a primary coil facing a core including a secondary coil of a power reception device mounted on a vehicle, and transmits power in a non-contact manner to the power reception device,
The core of the power receiving device is disposed so as to form a flat narrow portion around which the secondary coil is wound, and to form the narrow portion and an H shape at both ends of the narrow portion. And a winding axis of the secondary coil wound around the narrow portion of the H-type core, which is formed of a magnetic body having a thick portion where the secondary coil is not wound. Is mounted on the vehicle so that the
The power transmission device is:
A core formed of a magnetic material;
A plurality of primary coils wound around the core;
A coil selector that selects a part of the plurality of primary coils and connects to a power source;
With
The core of the power transmission device is:
Compared to the shape of the narrow portion of the power receiving device, the size of the vehicle in the front-rear direction is half, and a plurality of narrow portions arranged linearly in the front-rear direction of the vehicle ;
A plurality of wide width portions having a shape substantially equal to the wide width portion of the power receiving device, disposed at both end positions in the arrangement of the plurality of narrow width portions and at an intermediate position between the adjacent narrow width portions;
Have
The plurality of narrow width portions and the plurality of thick width portions are alternately arranged along a straight line, and are arranged to exceed the length of the H-type core of the power receiving device,
The primary coil is not wound around the plurality of thick portions, and the primary coil is wound around each of the plurality of narrow portions,
The power transmission device , wherein the coil selection unit selects the primary coil wound around two adjacent narrow width portions and connects to the power source .
前記送電装置のコアは、前記一次コイルが巻回される平板状の細幅部と、該細幅部の両端に在って前記細幅部とH字状を形成するように配置された、前記一次コイルが巻回されない太幅部と、を有する磁性体で形成されたH型コアから成り、前記H型コアの前記細幅部に巻回された前記一次コイルの巻回軸が車両の前後方向を向くように地上側に設置され、
前記受電装置は、
磁性体で形成されたコアと、
前記コアの周りに巻回される複数の二次コイルと、
前記複数の二次コイルの一部を選択して負荷に接続するコイル選択部と、
を備え、
前記受電装置のコアは、
前記送電装置の前記細幅部と略等しい形状を有し、車両の前後方向に直線状に配列された複数の細幅部と、
前記複数の細幅部の配列における両端位置及び隣接する前記細幅部の中間位置にそれぞれ配置された、前記送電装置の前記太幅部と略等しい形状の複数の太幅部と、
を有し、
前記複数の細幅部と前記複数の太幅部とが直線に沿って交互に、且つ、前記送電装置のH型コアの長さを超えて配置され、
前記複数の太幅部には二次コイルが巻回されず、前記複数の細幅部の各々には前記二次コイルが巻回され、
前記コイル選択部が、前記複数の細幅部の一つに巻回された前記二次コイルを選択して負荷に接続する受電装置。 A power receiving device that is mounted on a vehicle and has a core that includes a secondary coil that faces a core that includes a primary coil of a power transmitting device, and that receives power from the power transmitting device in a non-contact manner,
The core of the power transmission device is arranged so as to form a flat narrow portion around which the primary coil is wound, and the narrow portion and the H shape at both ends of the narrow portion, An H-shaped core formed of a magnetic material having a thick-width portion around which the primary coil is not wound, and a winding axis of the primary coil wound around the narrow-width portion of the H-shaped core is a vehicle It is installed on the ground side so that it faces in the front-rear direction,
The power receiving device is:
A core formed of a magnetic material;
A plurality of secondary coils wound around the core;
A coil selector that connects to a load using a selected subset of said plurality of secondary coils,
With
The core of the power receiving device is
A plurality of narrow portions having a shape substantially equal to the narrow portion of the power transmission device and arranged linearly in the front-rear direction of the vehicle ,
A plurality of wide portions having a shape substantially equal to the wide portion of the power transmission device, disposed at both end positions in the arrangement of the narrow portions and an intermediate position between the adjacent narrow portions;
Have
The plurality of narrow width portions and the plurality of thick width portions are alternately arranged along a straight line, and are disposed beyond the length of the H-shaped core of the power transmission device,
A secondary coil is not wound around the plurality of wide portions, and the secondary coil is wound around each of the plurality of narrow portions,
The power receiving device , wherein the coil selection unit selects the secondary coil wound around one of the plurality of narrow portions and connects it to a load .
前記送電装置のコアは、前記一次コイルが巻回される平板状の細幅部と、該細幅部の両端に在って前記細幅部とH字状を形成するように配置された、前記一次コイルが巻回されない太幅部と、を有する磁性体で形成されたH型コアから成り、前記H型コアの前記細幅部に巻回された前記一次コイルの巻回軸が車両の前後方向を向くように地上側に設置され、
前記受電装置は、
磁性体で形成されたコアと、
前記コアの周りに巻回される複数の二次コイルと、
前記複数の二次コイルの一部を選択して負荷に接続するコイル選択部と、
を備え、
前記受電装置のコアは、
前記送電装置の前記細幅部の形状と比べて車両の前後方向のサイズが半分の形状を有し、車両の前後方向に直線状に配列された複数の細幅部と、
前記複数の細幅部の配列における両端位置及び隣接する前記細幅部の中間位置にそれぞれ配置された、前記送電装置の前記太幅部と略等しい形状の複数の太幅部と、
を有し、
前記複数の細幅部と前記複数の太幅部とが直線に沿って交互に、且つ、前記送電装置のH型コアの長さを超えて配置され、
前記複数の太幅部には二次コイルが巻回されず、前記複数の細幅部の各々には前記二次コイルが巻回され、
前記コイル選択部が、前記複数の細幅部の隣接する二つに巻回された前記二次コイルを選択して負荷に接続する受電装置。 A power receiving device that is mounted on a vehicle and has a core that includes a secondary coil that faces a core that includes a primary coil of a power transmitting device, and that receives power from the power transmitting device in a non-contact manner,
The core of the power transmission device is arranged so as to form a flat narrow portion around which the primary coil is wound, and the narrow portion and the H shape at both ends of the narrow portion, An H-shaped core formed of a magnetic material having a thick-width portion around which the primary coil is not wound, and a winding axis of the primary coil wound around the narrow-width portion of the H-shaped core is a vehicle It is installed on the ground side so that it faces in the front-rear direction,
The power receiving device is:
A core formed of a magnetic material;
A plurality of secondary coils wound around the core;
A coil selection unit that selects a part of the plurality of secondary coils and connects to a load;
With
The core of the power receiving device is
Compared with the shape of the narrow portion of the power transmission device, the vehicle has a half size in the front-rear direction, and a plurality of narrow portions arranged linearly in the front-rear direction of the vehicle,
A plurality of wide portions having a shape substantially equal to the wide portion of the power transmission device, disposed at both end positions in the arrangement of the narrow portions and an intermediate position between the adjacent narrow portions;
Have
The plurality of narrow width portions and the plurality of thick width portions are alternately arranged along a straight line, and are disposed beyond the length of the H-shaped core of the power transmission device,
A secondary coil is not wound around the plurality of wide portions, and the secondary coil is wound around each of the plurality of narrow portions,
The power receiving device , wherein the coil selection unit selects and connects the secondary coil wound around two adjacent narrow width portions to a load .
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