JP6240311B2 - 制御装置および送電装置 - Google Patents
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Description
<第1の実施形態>
図1は、第1の実施形態における無線電力伝送システム1の構成を示す概略ブロック図である。無線電力伝送システム1は、送電装置10及び受電装置20を備える。
送電装置10は、電磁界を生成させて非接触で電力を受電装置20へ伝送する。伝送方式は、例えば電磁誘導方式または磁界共振(磁界共鳴)方式である。電磁誘導方式は、二つのコイルの一方に電流を流しエネルギーを磁界に変換して他方のコイルに起電力を発生させる方式である。電磁誘導方式は、磁界共鳴(磁界共振)方式と呼ばれることもある。
コイルの共振周波数を伝送周波数に用い、高効率伝送を行う特徴がある。なお、コイルとコンデンサを組み合わせ、共振周波数を調整することも行われる。
また受電装置20は、受電器201−1、201−2、…、201−M(Mは2以上の整数)を備える。
送電器101−iそれぞれは、送電コイル103−iと、この送電コイルの両端と電気的に接続され後述する制御装置110の制御部112と電気的に接続された送電回路104−iとを備える。
通信部111は、例えば無線により受電器201−iそれぞれと通信可能である。無線は、例えば無線LANである。
制御部112は、複数の送電コイル103−iのうち少なくとも二つについて、これらの送電コイル103−iに流れる複素電流と、これらの送電コイル103−iの巻数とに基づいて、送電回路104−iがこれらの送電コイル103−iへ出力する電流の位相を制御する。例えば、制御部112は、前記複数の送電コイルのうち少なくとも二つについて、これらの送電コイルに流れる複素電流と、これらの送電コイルの巻数とに基づいて、これらの送電コイルに電流を出力する送電回路104−iのインバータ回路のスイッチングタイミングを制御する。具体的には、例えば、制御部112は、送電回路104−iそれぞれから出力された電流信号SI−iを受信する。制御部112は例えば、予め送電コイル103−iそれぞれの巻数を保持する。
更に、各受電器201−iは、受電回路204−iと電気的に接続された通信部205―i、及び受電回路204−iと電気的に接続された二次電池206−1を備える。
2番目の送電コイル103−2は、巻数2、電流振幅1A、電流巻数積は2Aとなる。
3番目の送電コイル103−3は、巻数1、電流振幅1A、電流巻数積は1Aとなる。
電流位相の制御がない場合には、磁界がどのような位相関係で合成されるかどうか分からない。仮に同位相で合成されたとすると、電流巻数積5Aに対応する磁界強度になってしまう。
具体的には例えば、受電器201−iが新たに置かれてその受電器201−iが備える受電コイル203−iに流れる電流を検知した場合、受電器201−iが備える通信部205−iが受電器201−iが追加された旨を送電装置10へ無線送信してもよい。その場合、受電器201−iの制御部112は、通信部111がその受電器201−iが追加された旨を受信した場合、受電器数が増加したと判定してもよい。
ここで、ある受電器201−iがある場合、その受電器201−iに非接触で電力を伝送する送電コイル104−iに電流が流れる。一方、その受電器201−iがない場合、その受電器201−iに非接触で電力を伝送する送電コイル104−iにわずかに電流が流れる。
一方、変数kの数が受電器の数と同一となった場合(YES)、制御部112はステップS108へ進む。
制御部112は、受電器数に増減がない場合(NO)、ステップS111に進む。一方、制御部112は、受電器数に増減がある場合(YES)、ステップS112に進む。
以上、第1の実施形態において、制御部112は、複数の送電コイル103−iのうち少なくとも二つについて、送電コイル103−iに流れる複素電流と、送電コイル103−iの巻数とに基づいて、送電回路104−iがこれらの送電コイル103−iへ出力する電流の位相を制御する。
なお、電流位相のみの制御であるので、送電器と受電器間の電力伝送における、受電電力、伝送効率などは何ら変化無く実施可能である。
続いて、第2の実施形態について説明する。
第1の実施形態では、制御部112が、複数の送電コイルについて算出された送電コイルの電流振幅と送電コイルの巻数である電流巻数積の合成値の大きさが予め設定された閾値以下になるように、各送電コイルの電流位相を制御した。
なお、図2と共通する要素には同一の符号を付し、その具体的な説明を省略する。第2の実施形態における送電装置12の構成は、第1の実施形態における送電装置10の構成に対して、制御装置110が制御装置110bに変更されたものになっている。
一方、送電コイルの配置間隔が波長の6分の1を超える場合、送電コイルから観測点までの距離減衰は、送電コイル毎に異なってしまう。そのため、電磁界の低減効果が小さくなってしまう新たな課題がある。
以上説明したように、第2の実施形態の送電装置12において、記憶部113には、送電コイル103−i毎に、この送電コイル103−iから漏洩電磁界を観測する観測点までの伝送距離が記憶されている。そして、制御部112bは、送電コイル毎103−iに、この送電コイル103−iに対応する伝送距離を記憶部113から取得し、複数の電流巻数積それぞれを、対応する伝送距離のN乗(Nは予め設定された数)で除算した複数の距離電流巻数積を算出する。そして、制御部112bは、算出した複数の距離電流巻数積の合成値の大きさを抑制するように、送電コイル103−iに流れる電流の位相を制御する。
続いて、第3の実施形態について説明する。第1の実施形態では、制御部は、複数の電流巻数積の合成値の大きさが予め設定された閾値以下となるように、送電コイルに流れる電流の位相を制御した。
それに対し、第3の実施形態では、制御部は一例として複数の電流巻数積の合成値の大きさが最小となるように、送電コイルに流れる電流の位相を制御する。
なお、図2と共通する要素には同一の符号を付し、その具体的な説明を省略する。第3の実施形態における送電装置13の構成は、第1の実施形態における送電装置10の構成に対して、制御装置110が制御装置110cに変更されたものになっている。
このうち、測定値を電流振幅に設定する具体例は、以下の通りである。例えば、電流振幅設定部902は、送電回路104−iそれぞれから電流信号SI−iを取得することで、複数の送電コイル103−iに流れる電流について測定された電流振幅を取得し、取得した電流振幅を、対応する複数の送電コイル103−iに流れる電流の振幅に設定してもよい。
続いて、送電回路104−iの消費電力から電流振幅を設定する具体例は、以下の通りである。この場合、記憶部113には例えば、送電回路の消費電力と送電コイルに流れる電流の振幅との対応関係が予め記憶されていてもよい。
その場合、送電回路104−iは、送電回路104−iの消費電力を検出し、検出した消費電力を示す消費電力信号を制御部112cの後述する電流振幅設定部902へ出力してもよい。
続いて、受電器201−iでの受電電力から電流振幅を設定する具体例は、以下の通りである。通信部111は例えば、複数の送電コイルそれぞれに対向して配置される複数の受電器の受電電力の値を通信により取得してもよい。その場合、記憶部113には、送電コイル103−iに対向して配置される受電器201−iの受電電力と送電コイル103−iの電流振幅との対応関係が予め記憶されていてもよい。そして制御部112cは、通信部111が取得した複数の受電器の受電電力の値を記憶部113に記憶された対応関係に適用して、複数の送電コイル103−iに流れる電流の振幅を設定してもよい。
電流位相設定部904の第1の変形例として、電流位相設定部904は電流位相の値を0度と180度の2値のみに設定する方法でもよい。なお、電流位相は相対的な値なので、例えば20度と200度との組や、50度と230度との組などでも良い。このように、電流位相設定部904は、複数の送電コイル103−iに流れる電流の位相を、第1の相対位相と、第1の相対位相に対して逆位相の第2の相対位相のいずれかに設定する。ここで逆位相とは、位相が180度異なることである。
これにより、2つの位相しか有さないので、電流位相を制御する方法が簡易になる効果がある。一方、2値しか有しないが、互いに位相が180度異なるので、漏洩電磁界強度は十分低減できる効果がある。
電流位相設定部904の第2の変形例を以下に説明する。はじめに、電流位相設定部904は例えば、送電コイル103−iに対して、送電コイル103−iに流れる電流振幅が大きいものから順番に番号を付与してもよい。次に、電流位相設定部904は例えば、この番号が1番の送電コイル103−iの電流振幅の位相を第1の相対位相としてもよい。次に、電流位相設定部904は例えば、この番号が2番の電流振幅の位相を第2の相対位相としてもよい。すなわち、電流位相設定部904は、これら送電コイル103−iに流れる電流振幅を大きいものから順番に並べた場合に、順番が隣接する送電コイルのうち、一方の送電コイルの位相を第1の相対位相に設定し、他方の送電コイルの位相を第1の相対位相に対して逆位相の上記第2の相対位相に設定する。
電流位相設定部904は例えば、この番号が3番以降の対象の送電コイルの相対位相を、対象の送電コイルの番号より小さい番号の電流巻数積の合成値の相対位相に対して逆位相に設定してもよい。このような簡単なアルゴリズムにより、ベクトル合成後の電流振幅を小さくすることが可能となる。
電流位相設定部904の第3の変形例を以下に説明する。電流位相設定部904は例えば、第1の相対位相と、第1の相対位相に対して逆位相となる(位相が180度異なる)第2の相対位相を、複数の送電コイル103−iのうち端に配置されている送電コイル103−iから順番に交互に割り当ててもよい。このように電流位相設定部904が電流位相を設定することで、隣り合う送電コイル103−iからの漏洩電磁界が打消し合う関係になる。
電流位相設定部904の第4の変形例を以下説明する。第4の変形例において、送電コイルに流れる電流に高調波成分を有する場合に、制御部112cは、その高調波成分によって生成される漏洩電磁界強度を低減することができる。
第3の実施形態の変形例として、制御部112cの変形例を説明する。ここでの制御部112cは、複数の送電コイル103−i間の電流位相差を設定した後、予め設定された所定時間経過後に、複数の送電コイル103−iの電流位相を再設定する。すなわち、制御部112cは、所定の時間間隔毎に、上記電流の位相を制御する。このように制御部112cは電流位相を再設定することで、時間的に受電器への伝送電力が変化する場合でも、漏洩電磁界強度を低減することが可能となる。一般に、受電器へ伝送した電力が2次電池へ充電される場合を考えると、充電電力は時間と共に変化するので、このような場合に対応できる。
電流振幅が時間変化した場合でも、漏洩電磁界を低減する方法の変形例について、以下具体的に説明する。受電器201−iが備える二次電池への充電を想定して、時間が経過するにつれて、送電コイル103−iに流れる電流振幅が減少する場合で説明する。
続いて、第4の実施形態について説明する。第4の実施形態における送電装置は、第1の実施形態における送電装置10に比べて、送電コイルの配置が異なっている。
続いて、第5の実施形態について説明する。第5の実施形態における送電装置10は、第1の実施形態における送電装置10に比べて、送電器101−1〜101−Mが送電器1501−1〜1501−Mに変更されている。以下、送電器1501−1〜1501−Mを送電器1501と総称する。
更に、接続切り替え回路1503は、送電回路1504の第1出力に接続された第1の回路端子1507と、送電回路1504の第2出力に接続された第2の回路端子1508とを備える。
続いて、第6の実施形態について説明する。第6の実施形態における送電装置10は、第1の実施形態における送電装置10に比べて、同一形状の複数の送電コイル1601−iを含み、複数の送電コイル1601−iに流れる電流が同一である複数の送電器を備える。更に、第6の実施形態における送電装置10において、複数の送電コイル1601−iが、1次元の直線上、あるいは、2次元の平面上、あるいは、3次元の立体空間内に同一間隔で、かつ、送電コイルに流れる電流によって生成されるこの送電コイルを貫く磁界の向きが互いに平行になるように配置されている。更に、隣接して配置される複数の送電コイルの巻き方向は、互いに異なる。
また、各実施形態の制御装置の各処理を実行するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、当該記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより、制御装置に係る上述した種々の処理を行ってもよい。
Claims (19)
- 複数の送電コイルに電磁界を生成させることにより非接触で電力を送信する少なくとも一つ以上の送電回路を制御する制御装置であって、
前記複数の送電コイルのうち少なくとも二つについて、これらの送電コイルに流れる複素電流に、これらの送電コイルの巻数を乗じた電流巻数積を算出し、算出した複数の電流巻数積の合成値の大きさを抑制するように、前記送電回路が前記複数の送電コイルへ出力する電流の位相を制御する制御部
を備える制御装置。 - 前記送電コイル毎に、該送電コイルから電磁界を観測する観測点までの伝送距離が記憶されている記憶部を更に備え、
前記制御部は、前記送電コイル毎に、該送電コイルに対応する伝送距離を前記記憶部から取得し、前記複数の電流巻数積それぞれを、対応する前記伝送距離のN乗(Nは予め設定された数)で除算した複数の距離電流巻数積を算出し、算出した複数の距離電流巻数積の合成値の大きさを抑制するように、前記送電回路が前記複数の送電コイルへ出力する電流の位相を制御する
請求項1に記載の制御装置。 - 前記記憶部では、前記送電コイル毎に、該送電コイルから電磁界を観測する複数の観測点までの複数の伝送距離が記憶されており、
前記制御部は、前記複数の距離電流巻数積を前記複数の観測点で算出し、前記複数の観測点それぞれについて、前記合成値の大きさを抑制するように、前記送電回路が前記複数の送電コイルへ出力する電流の位相を制御する
請求項2に記載の制御装置。 - 前記Nの値は、2または3である
請求項2または3に記載の制御装置。 - 前記制御部は、更に、送電コイルの面積に基づいて、前記送電回路が前記複数の送電コイルへ出力する電流の位相を制御する
請求項1から4のいずれか一項に記載の制御装置。 - 前記制御部は、前記複数の送電コイルの中で最大の巻数である送電コイルから電力を伝送させる送電回路の送電電力が最大となるときの該送電コイルの電流振幅に応じて閾値を設定する電流閾値設定部を備え、
前記合成値の大きさを前記電流閾値設定部が設定した閾値以下になるように制御する
請求項1から5のいずれか一項に記載の制御装置。 - 前記送電回路の消費電力と前記送電コイルに流れる電流の振幅との対応関係が予め記憶されている記憶部を更に備え、
前記制御部は、前記複数の送電回路が検知した前記複数の送電回路の消費電力を取得し、取得した前記複数の送電回路の消費電力を前記記憶部に記憶されている前記対応関係と比較することにより、前記複数の送電コイルに流れる電流の振幅を設定する電流振幅設定部を備える
請求項2から6のいずれか一項に記載の制御装置。 - 前記複数の送電コイルそれぞれに対向して配置される複数の受電器の受電電力の値を通信により取得する通信部と、
前記送電コイルに対向して配置される受電器の受電電力と前記送電コイルの電流振幅との対応関係が予め記憶されている記憶部と、
を更に備え、
前記制御部は、前記通信部が取得した複数の受電器の受電電力の値を前記記憶部に記憶された前記関係に適用することにより、前記複数の送電コイルに流れる電流の振幅を設定する電流振幅設定部を備える
請求項1から6のいずれか一項に記載の制御装置。 - 前記制御部は、
前記合成値の大きさが、閾値以下または最小となるように、前記複数の送電コイルの電流位相を設定する電流位相設定部を備える
請求項1から6のいずれか一項に記載の制御装置。 - 前記制御部は、前記複数の送電コイルに流れる電流の位相を、第1の相対位相と、前記第1の相対位相に対して逆位相の第2の相対位相のいずれかに設定する電流位相設定部を備える
請求項1から9のいずれか一項に記載の制御装置。 - 前記電流位相設定部は、互いに隣り合う送電コイルのうち、一方の送電コイルの位相を前記第1の相対位相に設定し、他方の送電コイルの位相を前記第2の相対位相に設定する
請求項10に記載の制御装置。 - 前記制御部は、前記複数の電流巻数積のうち最も大きな電流巻数積に対応する電流位相に対して所定の角度を割り当て、前記複数の電流巻数積のうち2番目に大きな電流巻数積に対応する電流位相に対してこの所定の角度とは180度異なる位相を割り当て、以降、電流巻数積の大きい順に、電流位相が既に割り当てられた送電コイルについての電流巻数積のベクトル合成値の位相とは180度異なる位相を電流位相それぞれに割り当てる
請求項1から9のいずれか一項に記載の制御装置。 - 前記制御部は、前記電流位相設定部が設定した位相に応じて前記送電回路が出力する電流の位相を制御する制御信号を生成し、該生成した制御信号を前記送電回路へ出力する電流位相制御部を更に備える
請求項9から11のいずれか一項に記載の制御装置。 - 前記制御部は、所定の時間間隔毎に、前記電流の位相を制御する
請求項1から12のいずれか一項に記載の制御装置。 - 複数の送電コイルに電磁界を生成させることにより非接触で電力を送信する少なくとも一つ以上の送電回路を制御する制御装置であって、
前記送電コイルの電流振幅と、前記送電コイルに流れる電流の高調波成分が前記送電コイルから所定の距離離れた地点に生成する磁界強度または電界強度との対応関係が記憶されている電流振幅高調波対応記憶部と、
前記複数の送電コイルのうち少なくとも二つのそれぞれについて、前記送電コイルの電流振幅に対応する磁界強度または電界強度を前記電流振幅高調波対応記憶部から読み出し、読み出した複数の磁界強度または電界強度の合成値の大きさを抑制するように前記送電回路が前記複数の送電コイルへ出力する電流の位相を制御する制御部と
を備える制御装置。 - 複数の送電コイルと、
複数の送電コイルに電磁界を生成させることにより非接触で電力を送信する少なくとも一つ以上の送電回路と、
前記複数の送電コイルのうち少なくとも二つについて、これらの送電コイルに流れる複素電流に、これらの送電コイルの巻数を乗じた電流巻数積を算出し、算出した複数の電流巻数積の合成値の大きさを抑制するように、前記送電回路が前記複数の送電コイルへ出力する電流の位相を制御する制御部と、
を備える送電装置。 - 前記送電コイルに流れる電流によって生成される該送電コイルを貫く磁界の向きが互いに平行になるように前記複数の送電コイルが配置されている
請求項16に記載の送電装置。 - 複数の送電コイルと、
複数の送電コイルに電磁界を生成させることにより非接触で電力を送信する少なくとも一つ以上の送電回路と、
前記複数の送電コイルのうち少なくとも二つについて、これらの送電コイルに流れる複素電流と、これらの送電コイルの巻数とに基づいて、前記送電回路がこれらの送電コイルへ出力する電流の位相を制御する制御部と、
前記送電コイルのうちの一つの一端と前記送電回路のうちの一つの第1出力が接続され、かつこの送電コイルの他端とこの送電回路の第2出力とが接続された第1の接続状態と、この送電コイルの一端とこの送電回路の第2出力とが接続され、かつこの送電コイルの他端とこの送電回路の第1出力とが接続された第2の接続状態と、を切り替える接続切り替え回路と
備える送電装置。 - 複数の送電コイルに電磁界を生成させることにより非接触で電力を送信する少なくとも一つ以上の送電回路を制御する制御装置であって、
前記複数の送電コイルのうち少なくとも二つについて、これらの送電コイルに流れる複素電流に、これらの送電コイルの巻数を乗じた電流巻数積を算出し、算出した複数の電流巻数積の合成値の大きさを抑制するように、これらの送電コイルに電流を出力する前記送電回路のインバータ回路のスイッチングタイミングを制御する制御部
を備える制御装置。
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