JP6308310B2 - Contactless power supply - Google Patents
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Description
本発明は、受電装置に設けられる負荷に非接触で電力を供給する非接触給電装置に関する。 The present invention relates to a non-contact power supply apparatus that supplies power in a non-contact manner to a load provided in a power receiving apparatus.
例えば、車両に搭載されるバッテリ等の負荷に対して非接触で電力を供給するために、非接触給電装置が提案されている。非接触給電装置は、送電コイルと共振コンデンサを備える送電コイルユニットと、この送電コイルユニットに送電用の電力を供給する電力変換ユニットを備えている。そして、送電コイルユニットと電力変換ユニットは、離れた場所に設けられることが多く、両者間は電力供給ケーブルを介して電気的に接続されている。 For example, a non-contact power supply device has been proposed in order to supply electric power in a non-contact manner to a load such as a battery mounted on a vehicle. The non-contact power supply device includes a power transmission coil unit including a power transmission coil and a resonance capacitor, and a power conversion unit that supplies power for power transmission to the power transmission coil unit. In many cases, the power transmission coil unit and the power conversion unit are provided at remote locations, and the two are electrically connected via a power supply cable.
一方、電力変換ユニットに設けられるインバータ装置(電力変換回路)は、半導体素子の損失を低減するために、出力側のインピーダンスが誘導性であることが必要である。特許文献1には、電力変換ユニット内のインバータ装置の出力側にインダクタ(誘導性素子)と可変コンデンサを設け、可変コンデンサを用いてインダクタとの間でインピーダンスマッチングを行い、出力側のインピーダンスを誘導性にすることが開示されている。 On the other hand, in the inverter device (power conversion circuit) provided in the power conversion unit, the impedance on the output side needs to be inductive in order to reduce the loss of the semiconductor element. In Patent Document 1, an inductor (inductive element) and a variable capacitor are provided on the output side of the inverter device in the power conversion unit, and impedance matching is performed with the inductor using the variable capacitor to induce the impedance on the output side. It is disclosed to make it.
しかし、インバータ装置の出力側にインダクタを設けると、電力変換ユニットと送電コイルユニットとの間を接続するための電力供給ケーブルに生じる電圧が上昇するので、高電圧の対策を採る必要が発生する。 However, when an inductor is provided on the output side of the inverter device, the voltage generated in the power supply cable for connecting the power conversion unit and the power transmission coil unit rises, so that it is necessary to take measures against high voltage.
上述したように、インバータ装置の出力側にインダクタ(誘導性素子)を設けると、電力変換ユニットと送電コイルユニットとの間を接続するための電力供給ケーブルに生じる電圧が上昇するので、高電圧の対策を採らなければならないという問題が発生する。 As described above, when an inductor (inductive element) is provided on the output side of the inverter device, the voltage generated in the power supply cable for connecting between the power conversion unit and the power transmission coil unit is increased. The problem arises that measures must be taken.
本発明は、このような従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、電力供給ケーブルに生じる電圧を低減することが可能な非接触給電装置を提供することにある。 The present invention has been made to solve such a conventional problem, and an object of the present invention is to provide a non-contact power feeding device capable of reducing a voltage generated in a power supply cable. is there.
本発明の一態様に係る非接触給電装置は、受電側共振回路を有する受電装置に対して前記受電側共振回路と共振する送電側共振回路を有し、非接触で電力を送電する非接触給電装置であり、送電コイルと送電側コンデンサを有し、受電装置に電力を送電する送電コイルユニットを有する。また、交流電力を出力する電力変換回路を備え、且つ、誘導性素子と電力出力側コンデンサの直列接続回路を備え、接続用電線を介して送電コイルユニットに電力を供給する電力変換ユニットと、を有する。電力変換回路より出力される交流電力の周波数と、誘導性素子のインダクタンス及び電力出力側コンデンサの静電容量による共振周波数と、が一致するように電力出力側コンデンサの容量が設定される。また、送電側コンデンサと電力出力側コンデンサとの合成の静電容量が、送電側共振回路として送電コイルに対して設置するべき共振コンデンサの静電容量と一致するように設定される。 A non-contact power feeding device according to an aspect of the present invention includes a power transmission-side resonance circuit that resonates with the power reception-side resonance circuit with respect to a power reception device having a power-receiving-side resonance circuit, and transmits power without contact. The apparatus includes a power transmission coil and a power transmission side capacitor, and includes a power transmission coil unit that transmits power to the power receiving apparatus. A power conversion unit that includes a power conversion circuit that outputs AC power, and that includes a series connection circuit of an inductive element and a power output side capacitor, and that supplies power to the power transmission coil unit via a connection wire; Have. The capacity of the power output side capacitor is set so that the frequency of the AC power output from the power conversion circuit matches the resonance frequency due to the inductance of the inductive element and the electrostatic capacity of the power output side capacitor. Further, the combined capacitance of the power transmission side capacitor and the power output side capacitor is set so as to coincide with the capacitance of the resonance capacitor to be installed on the power transmission coil as the power transmission side resonance circuit.
[第1実施形態の説明]
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図1は、本発明の実施形態に係る非接触給電装置101、及びこの非接触給電装置101より電力が給電される受電装置102の構成を示すブロック図である。[Description of First Embodiment]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of a contactless
非接触給電装置101は、例えば車両の駐車スペースの地面に設けられる送電コイルユニット11と、該送電コイルユニット11と電力供給ケーブル12a、12b(接続用電線)にて接続された電力変換ユニット13と、を備えている。また、受電装置102は、例えば電動車両に設けられおり、受電コイルユニット21と、整流器22、及びバッテリ23を備えている。受電コイルユニット21は、共振コイルL31と共振コンデンサC31を備えている。共振コイルL31と共振コンデンサC31により、「受電側共振回路」が構成される。
The non-contact
即ち、図2に示すように、駐車スペースの地面103には、送電コイルユニット11が設けられているので、電動車両V1がこの駐車スペースに停車されると、電動車両V1の底面に配置された受電コイルユニット21と、送電コイルユニット11が対向することになる。従って、この状態で送電コイルユニット11に電力を供給すると、該送電コイルユニット11から受電コイルユニット21に非接触で電力が送電される。受電コイルユニット21で受電された電力は、整流器22で整流された後、バッテリ23に充電される。
That is, as shown in FIG. 2, since the power
図1に示す電力変換ユニット13は、半導体スイッチのブリッジ回路からなるインバータ装置31(電力変換回路)と、インダクタL1(誘導性素子)とコンデンサC1(電力出力側コンデンサ)の直接接続からなるリアクタンス回路32と、を含んでいる。インダクタL1は、インバータ装置31の後段側のインピーダンスを誘導性とするために設置している。また、コンデンサC1は、送電コイルユニット11に設けられる送電コイルL11(詳細は後述)との間で共振回路を形成するためのコンデンサの、一部の役割を果たしている。送電コイル11に設けられるコンデンサC2及び送電コイルL11と、リアクタンス回路32に設けられるコンデンサC1により、「送電側共振回路」が構成される。
A
また、電力変換ユニット13の上流側には、図示省略の商用電源(例えば、100V、50Hz)の交流を直流に変換するコンバータ、平滑コンデンサが設けられている。なお以下では、コンデンサC1は、その静電容量も同様の記号C1で示し、インダクタL1は、そのインダクタンスも同様の記号L1で示すことにする。
Further, on the upstream side of the
インバータ装置31は、複数の半導体スイッチのオン、オフを切り替えることにより、所望周波数の交流電力を生成し、この交流電力を2本の電力供給ケーブル12a、12bを経由して送電コイルユニット11に出力する。
The
送電コイルユニット11は、送電コイルL11とコンデンサC2(送電側コンデンサ)との直列接続回路を備えている。なお、コンデンサC2は、その静電容量も同様の記号C2で示すことにする。そして、リアクタンス回路32に設けられるコンデンサC1と、送電コイルユニット11に設けられるコンデンサC2の合成の静電容量は、送電コイルL11を含む送電側共振回路と受電コイルL31を含む受電側共振回路との間で共振させるために必要な共振コンデンサの容量(これをC0とする)と等しくなるように設定されている。つまり、下記(1)式の関係が成立している。
1/C0=(1/C1)+(1/C2) …(1)The power
1 / C0 = (1 / C1) + (1 / C2) (1)
図3は、本実施形態に係る非接触給電装置101の回路図、図4は、本実施形態の比較例に係る非接触給電装置201の回路図である。以下、本実施形態に係る非接触給電装置101の作用を、比較例と対比して説明する。
FIG. 3 is a circuit diagram of the non-contact
図4に示すように、比較例に係る非接触給電装置201では、電力変換ユニット113に設けられるリアクタンス回路132がインダクタL1のみとされ、且つ、送電コイルユニット111には、送電コイルL11と共振コンデンサとしてのコンデンサC0が設けられている。なお、共振コンデンサC0は、その静電容量も同一の記号C0で示すことにする。
As shown in FIG. 4, in the non-contact
上述したように、インダクタL1を設けることにより、インバータ装置31の後段側のインピーダンスを誘導性にしている。インダクタL1を設けることにより電力変換ユニット113の後段側のインピーダンスが大きくなるので、2本の電力供給ケーブル12a、12b間に生じる電圧が高まる。従って、電力供給ケーブル12a、12b間の耐圧を大きくする必要があり、装置規模が増大し、更には、ノイズが発生する等の問題が生じる。
As described above, by providing the inductor L1, the impedance on the rear stage side of the
これに対して、図3に示すように、本実施形態に係る非接触給電装置101では、リアクタンス回路32にインダクタL1とコンデンサC1(電力出力側コンデンサ)を設けており、これらは直列接続されている。そして、インバータ装置31より出力される交流電力の周波数をf1とした場合、以下の(2)式が成立するように、インダクタンスL1及び静電容量C1を設定している。
つまり、インダクタンスL1と静電容量C1による共振周波数が周波数f1になるように設定する。そして、静電容量C1を、上述した(2)式に基づいて設定することにより、電力変換ユニット13の後段側のインピーダンスを小さくすることができる。よって、2本の電力供給ケーブル12a、12b間に生じる電圧を低減することができる。
That is, the resonance frequency by the inductance L1 and the capacitance C1 is set to be the frequency f1. And the impedance of the back | latter stage side of the
また、上述したように、コンデンサC1(電力出力側コンデンサ)は、送電コイルユニット11に設けられるコンデンサC2(送電側コンデンサ)との間に、上記(1)式の関係を有している。即ち、送電側コンデンサC2と電力出力側コンデンサC1との合成の静電容量が、送電側共振回路として送電コイルL11に対して設置するべき共振コンデンサC0の静電容量と一致するように設定されている。従って、2つのコンデンサC1、C2により、送電コイルL11を共振させることができるので、インバータ装置31で発生した電力を安定的に、受電装置102(図1参照)へ非接触で送電することができる。
Further, as described above, the capacitor C1 (power output side capacitor) has the relationship of the above expression (1) with the capacitor C2 (power transmission side capacitor) provided in the power
図5は、図3に示した本実施形態に係る非接触給電装置101に設けられる2本の電力供給ケーブル12a、12b間に生じる電圧のシミュレーション結果を示す波形図、図6は、図4に示した比較例に係る非接触給電装置201に設けられる2本の電力供給ケーブル12a、12b間に生じる電圧のシミュレーション結果を示す波形図である。そして、図5、図6を対比して理解されるように、本実施形態のように、共振コンデンサC0を2つのコンデンサC1、C2に分割し、このうちコンデンサC1(電力出力側コンデンサ)を電力変換ユニット13内に設置することにより、コンデンサC0を分割しない場合と対比して、2本の電力供給ケーブル12a、12b間に生じる電圧のピークがほぼ半分に低減していることが判る。即ち、図5に示す曲線q1のピーク値は、図6に示す曲線q2に示すピーク値のほぼ半分程度となっている。
FIG. 5 is a waveform diagram showing a simulation result of the voltage generated between the two
このようにして、本実施形態に係る非接触給電装置101では、リアクタンス回路32内にコンデンサC1を設置し、該コンデンサC1の静電容量と、インダクタL1のインダクタンスにより、上述した(2)式が成立するようにしている。その結果、電力変換ユニット13と送電コイルユニット11との間を接続するための2本の電力供給ケーブル12a、12b間に生じる電圧を低減することができる。このため、2本の電力供給ケーブル12a、12b間の耐圧性能を高める必要が無い。その結果、装置の大規模化を抑えることができ、コストの低下を図ることが可能となる。
Thus, in the non-contact
[第1実施形態の変形例の説明]
次に、第1実施形態の変形例について説明する。図7は、変形例に係る非接触給電装置101aの構成を示す回路図である。該変形例では、電力変換ユニット13aに設けられるリアクタンス回路32a内に、2つのコンデンサC11、C12が設けられている点で図3に示した非接触給電装置101と相違している。そして、各コンデンサC11、C12の合成の静電容量が、図3に示したコンデンサC1の静電容量と等しくなるように設定されている。2つのコンデンサC11、C12の並列接続により「電力出力側コンデンサ」が構成される。[Description of Modified Example of First Embodiment]
Next, a modification of the first embodiment will be described. FIG. 7 is a circuit diagram showing a configuration of a non-contact
このような構成においても、前述した第1実施形態と同様に、2本の電力供給ケーブル12a、12b間に生じる電圧を低減できるので、耐圧性能を高める必要が無い。このため、装置の大規模化を抑えることができ、コストの低減を図ることが可能となる。また、小容量のコンデンサを2個(複数個)で構成できるので、コンデンサを分散して配置することができる。
Even in such a configuration, the voltage generated between the two
[第2実施形態の説明]
次に、本発明の第2実施形態について説明する。第2実施形態に係る非接触給電装置は、前述した第1実施形態に示した非接触給電装置101と対比して、図3に示した送電コイルユニット11に設けるコンデンサC2を2分割にした点、及びリアクタンス回路32に設けたインダクタL1、及びコンデンサC1をそれぞれ2分割にした点で相違する。[Description of Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. The contactless power supply device according to the second embodiment is divided into two parts for the capacitor C2 provided in the power
図8に示すように、第2実施形態に係る非接触給電装置101bは、リアクタンス回路32bに、インダクタL21とコンデンサC13との直列接続回路、及びインダクタL22とコンデンサC14の直列接続回路を備えている。インダクタL21及びL22は同一のインダクタンスを有しており、コンデンサC13とC14は同一の静電容量を有している。
As shown in FIG. 8, the non-contact
送電コイルユニット11bは、送電コイルL11と、該送電コイルL11の両端にそれぞれ接続されたコンデンサC21、C22を備えている。コンデンサC21、C22は同一の静電容量を有している。ここで、コンデンサC13、C14により「電力出力側コンデンサ」が構成され、コンデンサC21、C22により「送電側コンデンサ」が構成される。
The power
即ち、電力変換ユニット13bは、インバータ装置31(電力変換回路)の2つの出力部と、2本の電線(電力供給ケーブル12a、12b)との間にそれぞれ、インダクタL21、L22(誘導性素子)と、コンデンサC13、C14(電力出力側コンデンサ)との直列接続回路を備えている。
That is, the
そして、2つのインダクタL21とL22の合成のインダクタンスが、第1実施形態で示したインダクタL1(図3参照)のインダクタンスと等しくなるように設定されている。また、2つのコンデンサC13、C14の合成の静電容量が、第1実施形態で示したコンデンサC1(図3参照)の静電容量と等しくなるように設定されている。更に、2つのコンデンサC21、C22の合成の静電容量が、第1実施形態で示したコンデンサC2(図3参照)の静電容量と等しくなるように設定されている。 The combined inductance of the two inductors L21 and L22 is set to be equal to the inductance of the inductor L1 (see FIG. 3) shown in the first embodiment. The combined capacitance of the two capacitors C13 and C14 is set to be equal to the capacitance of the capacitor C1 (see FIG. 3) shown in the first embodiment. Further, the combined capacitance of the two capacitors C21 and C22 is set to be equal to the capacitance of the capacitor C2 (see FIG. 3) shown in the first embodiment.
従って、上述した(1)式、及び(2)式が成立することになる。このため、第1実施形態と同様に、2本の電力供給ケーブル12a、12b間に生じる電圧を低減することができる。2本の電力供給ケーブル12a、12b間の耐圧を大きくする必要がなく、装置の大規模化を抑えることができ、コストの低下を図ることが可能となる。
Therefore, the above-described equations (1) and (2) are established. For this reason, the voltage which arises between the two electric
このようにして、第2実施形態に係る非接触給電装置101bでは、前述した第1実施形態と同様に、2本の電力供給ケーブル12a、12b間に生じる電圧を低減できるので、耐圧性能を高める必要がない。このため、装置の大規模化を抑えることができ、コストの低減を図ることが可能となる。更に、2本の電力供給ケーブル12a、12bと、グランドとの間の電圧が安定させることが可能となる。
In this way, in the non-contact
以上、本発明の非接触給電装置を図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置き換えることができる。 As mentioned above, although the non-contact electric power feeder of this invention was demonstrated based on embodiment of illustration, this invention is not limited to this, The structure of each part is replaced with the thing of the arbitrary structures which have the same function. be able to.
例えば、上述した各実施形態では、車両に搭載するバッテリ等の負荷に非接触で電力を給電する非接触給電装置について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、その他の負荷に非接触で電力を給電する場合においても適用することが可能である。 For example, in each of the above-described embodiments, a non-contact power supply device that supplies power to a load such as a battery mounted on a vehicle in a non-contact manner has been described, but the present invention is not limited to this, and other loads may be used. The present invention can also be applied when power is supplied in a non-contact manner.
11、11b 送電コイルユニット
12a、12b 電力供給ケーブル(接続用電線)
13、13a、13b 電力変換ユニット
21 受電コイルユニット
22 整流器
23 バッテリ
31 インバータ装置
32、32a、32b リアクタンス回路
101、101a、101b 非接触給電装置
102 受電装置
103 地面
111 送電コイルユニット
113 電力変換ユニット
132 リアクタンス回路
201 非接触給電装置
C0 共振コンデンサ
C1 コンデンサ(電力出力側コンデンサ)
C2 コンデンサ(送電側コンデンサ)
L1 インダクタ
L11 送電コイル
L31 受電コイル
V1 電動車両11, 11b Power
13, 13a, 13b
C2 capacitor (capacitor on the power transmission side)
L1 Inductor L11 Power transmission coil L31 Power reception coil V1 Electric vehicle
Claims (3)
送電コイルと、送電側コンデンサを有し、前記受電装置に電力を送電する送電コイルユニットと、
交流電力を出力する電力変換回路を備え、且つ、誘導性素子と電力出力側コンデンサの直列接続回路を備え、接続用電線を介して前記送電コイルユニットと接続されて、該送電コイルユニットに電力を供給する電力変換ユニットと、を有し、
前記電力変換回路より出力される交流電力の周波数と、前記誘導性素子のインダクタンス及び前記電力出力側コンデンサの静電容量による共振周波数と、が一致するように前記電力出力側コンデンサの容量が設定され、
更に、前記送電側コンデンサと前記電力出力側コンデンサとの合成の静電容量が、前記送電側共振回路として前記送電コイルに対して設置するべき共振コンデンサの静電容量と一致するように設定されていること
を特徴とする非接触給電装置。A non-contact power feeding device that has a power transmission side resonance circuit that resonates with the power reception side resonance circuit with respect to a power reception device having a power reception side resonance circuit, and that transmits power in a non-contact manner,
A power transmission coil unit having a power transmission side capacitor and transmitting power to the power receiving device;
A power conversion circuit for outputting AC power, and a series connection circuit of an inductive element and a power output side capacitor, connected to the power transmission coil unit via a connecting wire, and supplying power to the power transmission coil unit A power conversion unit to supply,
The capacity of the power output side capacitor is set so that the frequency of the AC power output from the power conversion circuit matches the resonance frequency of the inductance of the inductive element and the capacitance of the power output side capacitor. ,
Furthermore, the combined capacitance of the power transmission side capacitor and the power output side capacitor is set to coincide with the capacitance of a resonance capacitor to be installed on the power transmission coil as the power transmission side resonance circuit. A non-contact power feeding device characterized by comprising:
を特徴とする請求項1に記載の非接触給電装置。The power conversion unit includes a plurality of power output side capacitors, and a combined capacitance of a combined capacitance of each power output side capacitor and a capacitance of the power transmission side capacitor is the power transmission side resonance. The non-contact power feeding device according to claim 1, wherein the non-contact power feeding device is set to coincide with a capacitance of a resonance capacitor to be installed as a circuit with respect to the power transmission coil.
2つの誘導性素子の合成のインダクタンスと、2つの電力出力側コンデンサとの合成の静電容量と、による共振周波数が、前記電力変換回路より出力される交流電力の周波数と一致するように設定され、
2つの電力出力側コンデンサの合成の静電容量と、前記送電側コンデンサの静電容量と、の合成の静電容量が、前記送電側共振回路として前記送電コイルに対して設置するべき共振コンデンサの静電容量と一致するように設定されていること
を特徴とする請求項2に記載の非接触給電装置。The power conversion unit includes a series connection circuit of an inductive element and a power output side capacitor between the two output portions of the power conversion circuit and the two wires constituting the connection wire, respectively.
The resonance frequency due to the combined inductance of the two inductive elements and the combined capacitance of the two power output capacitors is set to match the frequency of the AC power output from the power conversion circuit. ,
The combined capacitance of the combined capacitance of the two power output side capacitors and the capacitance of the power transmission side capacitor is the resonance capacitor to be installed on the power transmission coil as the power transmission side resonance circuit. The non-contact power feeding device according to claim 2, wherein the non-contact power feeding device is set so as to coincide with a capacitance.
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