本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。
DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Embodiments (embodiments) for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the description, the same reference numerals are used for the same elements or elements having the same function, and redundant description is omitted.
（第１実施形態）
まず、図１〜図５を参照して、本発明の第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム１０の構成について説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムを示す模式図である。図２は、本発明の第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムの給電コイル部と給電側共振コンデンサを拡大して示す模式構成図である。図３は、本発明の第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムの補助給電コイル部と補助給電側共振コンデンサを拡大して示す模式構成図である。図４は、本発明の第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムの給電コイル、補助給電コイルおよび受電コイルの配置を説明するための図である。図５は、本発明の第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムの受電コイル部と受電側共振コンデンサを拡大して示す模式構成図である。なお、図４においては、説明の便宜上、筐体等の図示を省略した給電コイル、補助給電コイル、受電コイルを図示している。
(First embodiment)
First, with reference to FIGS. 1-5, the structure of the wireless power transmission system 10 which concerns on 1st Embodiment of this invention is demonstrated. FIG. 1 is a schematic diagram showing a wireless power transmission system according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is an enlarged schematic configuration diagram showing the power supply coil unit and the power supply side resonance capacitor of the wireless power transmission system according to the first embodiment of the present invention. FIG. 3 is an enlarged schematic configuration diagram illustrating the auxiliary power supply coil unit and the auxiliary power supply side resonance capacitor of the wireless power transmission system according to the first embodiment of the present invention. FIG. 4 is a diagram for explaining the arrangement of the feeding coil, auxiliary feeding coil, and receiving coil of the wireless power transmission system according to the first embodiment of the present invention. FIG. 5 is an enlarged schematic configuration diagram showing the power receiving coil unit and the power receiving side resonance capacitor of the wireless power transmission system according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 4, for convenience of explanation, a power feeding coil, an auxiliary power feeding coil, and a power receiving coil, which are not illustrated, such as a housing, are illustrated.
ワイヤレス電力伝送システム１０は、図１に示されるように、ワイヤレス給電装置１００と、ワイヤレス受電装置２００と、を有する。ワイヤレス給電装置１００は、地上に配設される給電設備に搭載され、ワイヤレス受電装置２００は、移動体５００に搭載されている。ここで、ワイヤレス受電装置２００が搭載される移動体５００は、内蔵のバッテリーに蓄えられた電力を利用して推進力を発生させるものであれば特に制限されず、電気自動車（ＥＶ：Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）やハイブリッド自動車（ＨＶ：Ｈｙｂｒｉｄ Ｖｅｈｉｃｌｅ）などの車両が挙げられる。また、ワイヤレス受電装置２００が搭載される移動体５００は、電気自動車やハイブリッド自動車だけではなく、工場内で物品等を搬送する走行車や移動ロボットなども挙げられる。さらに、ワイヤレス受電装置２００が搭載される移動体５００としては、車輪を持たず、外部の駆動手段によって移動するエレベータにおけるエレベータかごなどもあげられる。なお、本実施形態では、ワイヤレス受電装置２００を電気自動車に搭載した例を用いて説明する。
As illustrated in FIG. 1, the wireless power transmission system 10 includes a wireless power feeding device 100 and a wireless power receiving device 200. The wireless power supply apparatus 100 is mounted on a power supply facility disposed on the ground, and the wireless power reception apparatus 200 is mounted on a moving body 500. Here, the mobile body 500 on which the wireless power receiving apparatus 200 is mounted is not particularly limited as long as it generates propulsion using electric power stored in a built-in battery, and is an electric vehicle (EV). And vehicles such as hybrid vehicles (HV: Hybrid Vehicle). In addition, the moving body 500 on which the wireless power receiving apparatus 200 is mounted includes not only an electric vehicle and a hybrid vehicle, but also a traveling vehicle or a mobile robot that conveys an article or the like in a factory. Furthermore, examples of the moving body 500 on which the wireless power receiving device 200 is mounted include an elevator car in an elevator that does not have wheels and moves by external driving means. In this embodiment, an example in which the wireless power receiving apparatus 200 is mounted on an electric vehicle will be described.
ワイヤレス給電装置１００は、電源１１０と、第１インバータ１２０と、第２インバータ１２１と、給電コイル部１３０と、給電側共振コンデンサ１３３と、補助給電コイル部１４０と、補助給電側共振コンデンサ１４３を有する。ワイヤレス受電装置２００は、受電コイル部２１０と、受電側共振コンデンサ２１３と、整流部２４０と、充電部２５０と、を有する。
The wireless power supply apparatus 100 includes a power source 110, a first inverter 120, a second inverter 121, a power supply coil unit 130, a power supply side resonance capacitor 133, an auxiliary power supply coil unit 140, and an auxiliary power supply side resonance capacitor 143. . The wireless power receiving apparatus 200 includes a power receiving coil unit 210, a power receiving side resonance capacitor 213, a rectifying unit 240, and a charging unit 250.
電源１１０は、直流電力を後述する第１インバータ１２０および第２インバータ１２１に供給する。電源１１０としては、直流電力を出力するものであれば特に制限されず、商用交流電源を整流・平滑した直流電源、二次電池、太陽光発電した直流電源、あるいはスイッチングコンバータなどのスイッチング電源装置などが挙げられる。
The power supply 110 supplies DC power to a first inverter 120 and a second inverter 121, which will be described later. The power source 110 is not particularly limited as long as it outputs DC power, and is a DC power source obtained by rectifying and smoothing a commercial AC power source, a secondary battery, a DC power source generated by photovoltaic power, or a switching power source device such as a switching converter. Is mentioned.
第１インバータ１２０および第２インバータは、電源１１０から供給される直流電力を交流電力に変換する機能を有している。本実施形態では、第１インバータ１２０は、電源１１０から供給される直流電力を交流電力に変換し、後述する給電コイル部１３０に供給し、第２インバータ１２１は、電源１１０から供給される直流電力を交流電力に変換し、後述する補助給電コイル部１４０に供給する。第１インバータ１２０および第２インバータ１２１としては、図示しない複数のスイッチング素子がブリッジ接続されたスイッチング回路から構成される。このスイッチング回路を構成するスイッチング素子としては、例えばＭＯＳ−ＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ−Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）やＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などが挙げられる。
The first inverter 120 and the second inverter have a function of converting DC power supplied from the power source 110 into AC power. In the present embodiment, the first inverter 120 converts DC power supplied from the power source 110 into AC power and supplies it to a power supply coil unit 130 described later, and the second inverter 121 supplies DC power supplied from the power source 110. Is converted into AC power and supplied to an auxiliary power supply coil unit 140 described later. Each of the first inverter 120 and the second inverter 121 includes a switching circuit in which a plurality of switching elements (not shown) are bridge-connected. Examples of the switching element constituting the switching circuit include a MOS-FET (Metal Oxide Semiconductor-Field Effect Transistor) and an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor).
給電コイル部１３０は、第１インバータ１２０から供給された交流電力を後述する受電コイル部２１０に給電する機能を有する。この給電コイル部１３０は、地中あるいは地面近傍に配置される。本実施形態では、給電コイル部１３０は、図２に示されるように、給電コイル１３１と、磁性体１３２と、を有し、絶縁性を有する筺体１３４によってパッケージングされている。なお、給電コイル部１３０は、給電コイル１３１のみから構成されていてもよい。
The feeding coil unit 130 has a function of feeding AC power supplied from the first inverter 120 to a receiving coil unit 210 described later. The power supply coil unit 130 is disposed in the ground or in the vicinity of the ground. In the present embodiment, as shown in FIG. 2, the power supply coil unit 130 includes a power supply coil 131 and a magnetic body 132 and is packaged by a casing 134 having an insulating property. Note that the feeding coil unit 130 may be configured only by the feeding coil 131.
給電コイル１３１は、交流電流が流れると第１磁界を発生させる。具体的には、給電コイル１３１は、第１インバータ１２０から所定の駆動周波数の交流電圧が供給されると、交流電流が流れて交流磁界（第１磁界）を発生させる。この給電コイル１３１は、銅やアルミニウムなどの導線を複数撚り合わせたリッツ線を巻回して形成され、形状としては、例えば平面コイルやソレノイドコイルが挙げられる。なお、給電コイル１３１の巻数は、所望の電力伝送効率に基づいて適宜設定される。
The feeding coil 131 generates a first magnetic field when an alternating current flows. Specifically, when an AC voltage having a predetermined drive frequency is supplied from the first inverter 120, the feeding coil 131 generates an AC magnetic field (first magnetic field) by flowing an AC current. The power supply coil 131 is formed by winding a litz wire obtained by twisting a plurality of conductive wires such as copper and aluminum, and examples of the shape include a planar coil and a solenoid coil. Note that the number of turns of the feeding coil 131 is appropriately set based on a desired power transmission efficiency.
磁性体１３２は、磁路の磁気抵抗を減らし、コイル間の磁気的な結合を高める作用を有する。つまり、磁性体１３２は、給電コイル１３１が効率良く磁界を発生するための機能を果たす。なお、給電コイル１３１を平面コイルで構成する場合、磁性体１３２は、給電コイル１３１の後述する受電コイル２１１と対向する面とは反対側である給電コイル１３１の背面側に設置され、板状または棒状の磁性材料から構成される。このとき、磁性体１３２と給電コイル１３１の間には、絶縁性のシートが設置されていてもよい。一方、給電コイル１３１をソレノイドコイルで構成する場合、磁性体１３２は、ソレノイドコイルのコイル軸を貫通するように設置され、コアとして機能することとなる。このとき、中空状の絶縁性ボビンに磁性体１３２を挿入し、この絶縁性ボビンの外表面に給電コイル１３１の導線を巻回するようにしてもよい。本実施形態では、図２に示されるように、平面コイルから構成される給電コイル１３１と、この給電コイル１３１の背面側であって、給電コイル１３１のコイル軸方向と直交する方向に沿って伸びる板状の磁性体１３２から構成されている。この磁性体１３２としては、比較的透磁率の高いフェライトなどが挙げられる。
The magnetic body 132 has an action of reducing the magnetic resistance of the magnetic path and increasing the magnetic coupling between the coils. That is, the magnetic body 132 fulfills a function for the feeding coil 131 to efficiently generate a magnetic field. When the power supply coil 131 is configured by a planar coil, the magnetic body 132 is installed on the back side of the power supply coil 131 that is opposite to the surface of the power supply coil 131 that faces a power receiving coil 211 described later. It is composed of a rod-shaped magnetic material. At this time, an insulating sheet may be provided between the magnetic body 132 and the feeding coil 131. On the other hand, when the power supply coil 131 is configured by a solenoid coil, the magnetic body 132 is installed so as to penetrate the coil axis of the solenoid coil and functions as a core. At this time, the magnetic body 132 may be inserted into a hollow insulating bobbin, and the conducting wire of the power feeding coil 131 may be wound around the outer surface of the insulating bobbin. In the present embodiment, as shown in FIG. 2, the feeding coil 131 configured by a planar coil and the back side of the feeding coil 131 extend along a direction orthogonal to the coil axis direction of the feeding coil 131. It is composed of a plate-like magnetic body 132. Examples of the magnetic body 132 include ferrite having a relatively high magnetic permeability.
給電側共振コンデンサ１３３は、給電コイル１３１と接続されており、給電コイル１３１とともに給電側ＬＣ共振回路を形成している。給電側共振コンデンサ１３３は、給電側ＬＣ共振回路の共振周波数を調整する機能を有する。この給電側共振コンデンサ１３３は、給電コイル１３１に直列接続されていてもよく、並列接続されていてもよく、あるいは直並列接続されていてもよい。そして、給電側ＬＣ共振回路の共振周波数を後述する受電側ＬＣ共振回路の共振周波数とほぼ等しく構成することで、高効率な磁界共鳴方式のワイヤレス電力伝送を実現することが可能となる。なお、図２では、給電側共振コンデンサ１３３は、給電コイル部１３０の筐体１３４から離間して配置されているがこれに限られることなく、給電コイル部１３０の筐体１３４の外表面に設置されていてもよく、給電コイル部１３０の筐体１３４の内部に収納されていても構わない。
The power supply side resonance capacitor 133 is connected to the power supply coil 131 and forms a power supply side LC resonance circuit together with the power supply coil 131. The power supply side resonance capacitor 133 has a function of adjusting the resonance frequency of the power supply side LC resonance circuit. The power supply side resonance capacitor 133 may be connected in series to the power supply coil 131, may be connected in parallel, or may be connected in series-parallel. By configuring the resonance frequency of the power supply side LC resonance circuit to be substantially equal to the resonance frequency of the power reception side LC resonance circuit, which will be described later, it is possible to realize highly efficient magnetic field resonance wireless power transmission. In FIG. 2, the power supply side resonance capacitor 133 is disposed away from the housing 134 of the power supply coil unit 130, but is not limited thereto, and is installed on the outer surface of the housing 134 of the power supply coil unit 130. The power supply coil unit 130 may be housed inside the housing 134.
補助給電コイル部１４０は、第２インバータ１２１から供給された交流電力を後述する受電コイル部２１０に給電する機能を有する。本実施形態では、補助給電コイル部１４０は、図３に示されるように、補助給電コイル１４１と、磁性体１４２と、を有し、絶縁性を有する筐体１４４によってパッケージングされている。なお、補助給電コイル部１４０は、補助給電コイル１４１のみから構成されていてもよい。本実施形態では、補助給電コイル部１４０は、給電コイル部１３０と同様に、地中あるいは地面近傍に配置されることとなる。
The auxiliary power supply coil unit 140 has a function of supplying the AC power supplied from the second inverter 121 to the power receiving coil unit 210 described later. In the present embodiment, as shown in FIG. 3, the auxiliary power supply coil unit 140 includes an auxiliary power supply coil 141 and a magnetic body 142 and is packaged by a casing 144 having insulation properties. In addition, the auxiliary power supply coil unit 140 may be configured only from the auxiliary power supply coil 141. In the present embodiment, the auxiliary power feeding coil unit 140 is disposed in the ground or in the vicinity of the ground, like the power feeding coil unit 130.
補助給電コイル１４１は、交流電流が流れると第２磁界を発生させる。具体的には、補助給電コイル１４１は、第２インバータ１２１から所定の駆動周波数の交流電圧が供給されると、交流電流が流れて交流磁界（第２磁界）を発生させる。この補助給電コイル１４１は、銅やアルミニウムなどの導線を複数撚り合わせたリッツ線を巻回して形成され、形状としては、例えば平面コイルやソレノイドコイルが挙げられる。本実施形態では、補助給電コイル１４１から発生する第２磁界の強度は、給電コイル１３１から発生する第１磁界の強度よりも小さくなっている。具体的には、第２インバータ１２１から補助給電コイル部１４０に供給される交流電力の交流電流を小さくすることにより、補助給電コイル１４１から発生する第２磁界の強度が給電コイル１３１から発生する第１磁界の強度より小さくなるように調整してもよく、補助給電コイル１４１の巻数を少なくすることにより、補助給電コイル１４１から発生する第２磁界の強度が給電コイル１３１から発生する第１磁界の強度よりも小さくなるように調整してもよい。このように、補助給電コイル１４１から発生する第２磁界の強度が、給電コイル１３１から発生する第１磁界の強度よりも小さいと、補助給電コイル１４１が発生する第２磁界を介して受電した電力を受けて後述する充電部２５０の起動を開始する際に発生する漏洩電磁ノイズが抑制される。したがって、漏洩電磁ノイズによる周囲の電子機器への影響を防止しつつ、充電部２５０の起動を即座に実行することができる。また、本実施形態では、補助給電コイル１４１の外形寸法は、給電コイル１３１の外形寸法よりも小さくなっている。具体的には、本実施形態のように、補助給電コイル１４１および給電コイル１３１が平面コイルから構成される場合は、補助給電コイル１４１を構成する導線の最外周部分により画定される外形面積が、給電コイル１３１を構成する導線の最外周部分により画定される外形面積より小さくなっている。
The auxiliary power supply coil 141 generates a second magnetic field when an alternating current flows. Specifically, when an AC voltage having a predetermined drive frequency is supplied from the second inverter 121, the auxiliary power supply coil 141 generates an AC magnetic field (second magnetic field) by flowing an AC current. The auxiliary power supply coil 141 is formed by winding a litz wire in which a plurality of conductive wires such as copper and aluminum are twisted, and examples of the shape include a planar coil and a solenoid coil. In the present embodiment, the intensity of the second magnetic field generated from the auxiliary power supply coil 141 is smaller than the intensity of the first magnetic field generated from the power supply coil 131. Specifically, by reducing the AC current of the AC power supplied from the second inverter 121 to the auxiliary power supply coil unit 140, the second magnetic field intensity generated from the auxiliary power supply coil 141 is generated from the power supply coil 131. The intensity of the first magnetic field generated from the power supply coil 131 may be adjusted by reducing the number of turns of the auxiliary power supply coil 141 so that the strength of the second magnetic field generated from the auxiliary power supply coil 141 is reduced. You may adjust so that it may become smaller than intensity | strength. As described above, when the intensity of the second magnetic field generated from the auxiliary power supply coil 141 is smaller than the intensity of the first magnetic field generated from the power supply coil 131, the power received via the second magnetic field generated by the auxiliary power supply coil 141. In response, leakage electromagnetic noise that occurs when starting the charging unit 250 described later is started is suppressed. Therefore, it is possible to immediately start the charging unit 250 while preventing the leakage electromagnetic noise from affecting the surrounding electronic devices. In the present embodiment, the external dimensions of the auxiliary power supply coil 141 are smaller than the external dimensions of the power supply coil 131. Specifically, as in the present embodiment, when the auxiliary power supply coil 141 and the power supply coil 131 are configured by planar coils, the outer area defined by the outermost peripheral portion of the conducting wire that constitutes the auxiliary power supply coil 141 is It is smaller than the outer area defined by the outermost peripheral part of the conducting wire constituting the power supply coil 131.
給電コイル１３１および補助給電コイル１４１は、図４に示されるように、移動体５００の進行方向に沿って、手前側から補助給電コイル１４１、給電コイル１３１の順で配置されている。つまり、補助給電コイル１４１は、給電コイル１３１よりも移動体５００の進行方向に沿って手前側に位置することになる。したがって、移動体５００が給電エリアに進入した際に、補助給電コイル１４１が先行して受電コイル２１１に重なることとなる。ここで、移動体５００の進行方向に沿った手前側とは、移動体５００の進行に合わせて変化する。具体的には、移動体５００が前進してワイヤレス給電装置１００が配設されている給電エリアに進入する場合は、移動体５００の進行方向に沿った手前側とは、移動体５００の前方部に近接する側となり、補助給電コイル１４１は、給電コイル１３１よりも移動体５００の前方部に近接して配置されることとなる。一方、移動体５００が後退してワイヤレス給電装置１００が配設されている給電エリアに進入する場合は、移動体５００の進行方向に沿った手前側とは、移動体５００の後方部に近接する側となり、補助給電コイル１４１は、給電コイル１３１よりも移動体５００の後方部に近接して配置されることとなる。なお、本実施形態では、移動体５００として電気自動車の例を用いて説明しているが、移動体５００がエレベータかごの場合についても同様である。すなわち、エレベータかごが上昇してワイヤレス給電装置１００が配設されている給電エリアに進入する場合、移動体５００の進行方向に沿った手前側とは、エレベータかごの上方部に近接する側となり、エレベータかごが下降してワイヤレス給電装置１００が配設されている給電エリアに進入する場合、移動体５００の進行方向に沿った手前側とは、エレベータかごの下方部となる。さらに、本実施形態では、補助給電コイル１４１の中心は、給電コイル１３１の中心から移動体５００の進行方向に沿って手前側に伸ばした仮想線上に位置している。またさらには、補助給電コイル１４１は、平面視した場合、給電コイル１３１と重ならない範囲で近接して配置されている。なお、補助給電コイル１４１と給電コイル１３１の離間距離は、後述する充電部２５０の起動時間や移動体５００の走行速度に基づいて設定されることとなる。
As shown in FIG. 4, the power feeding coil 131 and the auxiliary power feeding coil 141 are arranged in this order from the near side along the traveling direction of the moving body 500 in the order of the auxiliary power feeding coil 141 and the power feeding coil 131. That is, the auxiliary power supply coil 141 is positioned on the near side of the moving body 500 in the traveling direction with respect to the power supply coil 131. Therefore, when the mobile unit 500 enters the power supply area, the auxiliary power supply coil 141 precedes and overlaps the power reception coil 211. Here, the near side along the traveling direction of the moving body 500 changes in accordance with the traveling of the moving body 500. Specifically, when the mobile object 500 moves forward and enters a power supply area where the wireless power supply device 100 is disposed, the near side along the traveling direction of the mobile object 500 is the front part of the mobile object 500. The auxiliary power supply coil 141 is arranged closer to the front portion of the moving body 500 than the power supply coil 131. On the other hand, when the mobile unit 500 moves backward and enters the power supply area where the wireless power supply apparatus 100 is disposed, the near side along the traveling direction of the mobile unit 500 is close to the rear part of the mobile unit 500. The auxiliary power supply coil 141 is disposed closer to the rear portion of the moving body 500 than the power supply coil 131. In the present embodiment, an example of an electric vehicle is described as the moving body 500, but the same applies to the case where the moving body 500 is an elevator car. That is, when the elevator car rises and enters the power feeding area where the wireless power feeding device 100 is disposed, the near side along the traveling direction of the moving body 500 is the side close to the upper part of the elevator car, When the elevator car descends and enters the power feeding area where the wireless power feeding device 100 is disposed, the near side along the traveling direction of the moving body 500 is the lower part of the elevator car. Further, in the present embodiment, the center of the auxiliary power supply coil 141 is located on an imaginary line extending from the center of the power supply coil 131 toward the near side along the traveling direction of the moving body 500. Furthermore, the auxiliary power supply coil 141 is disposed close to the power supply coil 131 in a range that does not overlap with the power supply coil 131 when viewed in plan. Note that the distance between the auxiliary power supply coil 141 and the power supply coil 131 is set based on the starting time of the charging unit 250 described later and the traveling speed of the moving body 500.
磁性体１４２は、磁路の磁気抵抗を減らし、コイル間の磁気的な結合を高める作用を有する。つまり、磁性体１４２は、補助給電コイル１４１が効率よく磁界を発生するための機能を果たす。なお、補助給電コイル１４１を平面コイルで構成する場合、磁性体１４２は、補助給電コイル１４１の後述する受電コイル２１１と対向する面とは反対側である背面側に設置され、板状または棒状の磁性材料から構成される。このとき、磁性体１４２と補助給電コイル１４１の間には、絶縁性のシートが設置されていてもよい。一方、補助給電コイル１４１をソレノイドコイルで構成する場合、磁性体１４２は、ソレノイドコイルのコイル軸を貫通するように設置され、コアとして機能することとなる。このとき、中空状の絶縁性ボビンに磁性体１４２を挿入し、この絶縁性ボビンの外表面に補助給電コイル１４１の導線を巻回するようにしてもよい。本実施形態では、図３に示されるように、平面コイルから構成される補助給電コイル１４１と、この補助給電コイル１４１の背面側であって、補助給電コイル１４１のコイル軸方向と直交する方向に沿って伸びる板状の磁性体１４２から構成されている。この磁性体１４２としては、比較的透磁率の高いフェライトなどが挙げられる。
The magnetic body 142 has an action of reducing the magnetic resistance of the magnetic path and increasing the magnetic coupling between the coils. That is, the magnetic body 142 performs a function for the auxiliary power supply coil 141 to efficiently generate a magnetic field. When the auxiliary power supply coil 141 is configured by a planar coil, the magnetic body 142 is installed on the back side of the auxiliary power supply coil 141 opposite to the surface facing a power receiving coil 211 described later, and is plate-shaped or bar-shaped. Consists of magnetic materials. At this time, an insulating sheet may be provided between the magnetic body 142 and the auxiliary power supply coil 141. On the other hand, when the auxiliary power supply coil 141 is configured by a solenoid coil, the magnetic body 142 is installed so as to penetrate the coil axis of the solenoid coil and functions as a core. At this time, the magnetic body 142 may be inserted into a hollow insulating bobbin, and the conducting wire of the auxiliary power supply coil 141 may be wound around the outer surface of the insulating bobbin. In the present embodiment, as shown in FIG. 3, the auxiliary power supply coil 141 composed of a planar coil and the back side of the auxiliary power supply coil 141 in a direction orthogonal to the coil axial direction of the auxiliary power supply coil 141. It is comprised from the plate-shaped magnetic body 142 extended along. Examples of the magnetic body 142 include ferrite having a relatively high magnetic permeability.
補助給電側共振コンデンサ１４３は、補助給電コイル１４１と接続されており、補助給電コイル１４１とともに補助給電側ＬＣ共振回路を形成している。補助給電側共振コンデンサ１４３は、補助給電側ＬＣ共振回路の共振周波数を調整する機能を有する。この補助給電側共振コンデンサ１４３は、補助給電コイル１４１に直列接続されていてもよく、並列接続されていてもよく、あるいは直並列接続されていてもよい。そして、補助給電側ＬＣ共振回路の共振周波数を後述する受電側ＬＣ共振回路の共振周波数とほぼ等しく構成することで、高効率な磁界共鳴方式のワイヤレス電力伝送を実現することが可能となる。なお、図３では、補助給電側共振コンデンサ１４３は、補助給電コイル部１４０の筐体１４４から離間して配置されているがこれに限られることなく、補助給電コイル部１４０の筐体１４４の外表面に設置されていてもよく、補助給電コイル部１４０の筐体１４４の内部に収納されていても構わない。
The auxiliary power supply side resonance capacitor 143 is connected to the auxiliary power supply coil 141 and forms an auxiliary power supply side LC resonance circuit together with the auxiliary power supply coil 141. The auxiliary power supply side resonance capacitor 143 has a function of adjusting the resonance frequency of the auxiliary power supply side LC resonance circuit. The auxiliary power supply side resonance capacitor 143 may be connected in series to the auxiliary power supply coil 141, may be connected in parallel, or may be connected in series-parallel. Then, by configuring the resonance frequency of the auxiliary power supply side LC resonance circuit to be substantially equal to the resonance frequency of the power reception side LC resonance circuit described later, it is possible to realize highly efficient magnetic field resonance type wireless power transmission. In FIG. 3, the auxiliary power supply side resonance capacitor 143 is disposed away from the housing 144 of the auxiliary power supply coil unit 140, but is not limited to this, and the outside of the housing 144 of the auxiliary power supply coil unit 140. It may be installed on the surface, and may be housed inside the housing 144 of the auxiliary power supply coil unit 140.
受電コイル部２１０は、ワイヤレス給電装置１００から給電された交流電力を受電する機能を有する。本実施形態では、受電コイル部２１０は、移動体５００の下部に搭載されることとなる。この受電コイル部２１０は、図５に示されるように、受電コイル２１１と、磁性体２１２と、を有し、絶縁性を有する筐体によってパッケージングされている。なお、受電コイル部２１０は、受電コイル２１１のみから構成されていてもよい。
The power receiving coil unit 210 has a function of receiving AC power supplied from the wireless power supply apparatus 100. In the present embodiment, the power receiving coil unit 210 is mounted below the moving body 500. As shown in FIG. 5, the power receiving coil unit 210 includes a power receiving coil 211 and a magnetic body 212 and is packaged by an insulating housing. Note that the power receiving coil unit 210 may be configured only from the power receiving coil 211.
受電コイル２１１は、給電コイル１３１が発生する第１磁界または補助給電コイル１４１が発生する第２磁界を介して、給電コイル１３１または補助給電コイル１４１から電力を受電する。具体的には、受電コイル２１１は、給電コイル１３１が発生する第１磁界または補助給電コイル１４１が発生する第２磁界により、電磁誘導作用による起電力が生じ、この起電力に基づく交流電流が流れる。そして、受電コイル２１１に発生した交流電流は、後述する整流部２４０に供給される。本実施形態では、受電コイル２１１は、第１磁界および第２磁界を介して、給電コイル１３１および補助給電コイル１４１から電力を受電する。この受電コイル２１１は、銅やアルミニウムなどの導線を複数撚り合わせたリッツ線を巻き回して形成され、形状としては、例えば平面コイルやソレノイドコイルが挙げられる。なお、受電コイル２１１の巻数は、所望の電力伝送効率に基づいて適宜設定される。
The power reception coil 211 receives power from the power supply coil 131 or the auxiliary power supply coil 141 via the first magnetic field generated by the power supply coil 131 or the second magnetic field generated by the auxiliary power supply coil 141. Specifically, in the power receiving coil 211, an electromotive force is generated by an electromagnetic induction action by a first magnetic field generated by the power supply coil 131 or a second magnetic field generated by the auxiliary power supply coil 141, and an alternating current based on the electromotive force flows. . Then, the alternating current generated in the power receiving coil 211 is supplied to the rectifying unit 240 described later. In the present embodiment, the power receiving coil 211 receives power from the power supply coil 131 and the auxiliary power supply coil 141 via the first magnetic field and the second magnetic field. The power receiving coil 211 is formed by winding a litz wire obtained by twisting a plurality of conductive wires such as copper and aluminum, and examples of the shape include a planar coil and a solenoid coil. Note that the number of turns of the power receiving coil 211 is appropriately set based on a desired power transmission efficiency.
磁性体２１２は、磁路の磁気抵抗を減らし、コイル間の磁気的な結合を高める作用を有する。つまり、磁性体２１２は、給電コイル１３１および補助給電コイル１４１が発生する交流磁界を効率良く受電コイル２１１に集中させる機能を果たす。なお、受電コイル２１１を平面コイルで構成する場合、磁性体２１２は、受電コイル２１１の給電コイル１３１および補助給電コイルと対向する面とは反対側である背面側に設置され、板状または棒状の磁性材料から構成される。このとき、磁性体２１２と受電コイル２１１の間には、絶縁性のシートが設置されていてもよい。一方、受電コイル２１１をソレノイドコイルで構成する場合、磁性体２１２は、ソレノイドコイルのコイル軸を貫通するように設置され、コアとして機能することとなる。このとき、中空状の絶縁性ボビンに磁性体２１２を挿入し、この絶縁性ボビンの外表面に受電コイル２１１の導線を巻回するようにしてもよい。本実施形態では、図５に示されるように、平面コイルから構成される受電コイル２１１と、この受電コイル２１１の背面側であって、受電コイル２１１のコイル軸方向と直交する方向に沿って伸びる板状の磁性体２１２から構成されている。この磁性体２１２としては、比較的透磁率の高いフェライトなどが挙げられる。
The magnetic body 212 has a function of reducing the magnetic resistance of the magnetic path and increasing the magnetic coupling between the coils. That is, the magnetic body 212 functions to efficiently concentrate the alternating magnetic field generated by the power feeding coil 131 and the auxiliary power feeding coil 141 on the power receiving coil 211. When the power receiving coil 211 is configured by a planar coil, the magnetic body 212 is installed on the back side opposite to the surface facing the power feeding coil 131 and the auxiliary power feeding coil of the power receiving coil 211, and has a plate shape or a rod shape. Consists of magnetic materials. At this time, an insulating sheet may be provided between the magnetic body 212 and the power receiving coil 211. On the other hand, when the power receiving coil 211 is configured by a solenoid coil, the magnetic body 212 is installed so as to penetrate the coil axis of the solenoid coil and functions as a core. At this time, the magnetic body 212 may be inserted into a hollow insulating bobbin, and the conducting wire of the power receiving coil 211 may be wound around the outer surface of the insulating bobbin. In the present embodiment, as shown in FIG. 5, the power receiving coil 211 configured by a planar coil and the back side of the power receiving coil 211 extend along a direction orthogonal to the coil axis direction of the power receiving coil 211. It consists of a plate-like magnetic body 212. Examples of the magnetic body 212 include ferrite having a relatively high magnetic permeability.
受電側共振コンデンサ２１３は、受電コイル２１１と接続されており、受電コイル２１１とともに受電側ＬＣ共振回路を形成している。受電側共振コンデンサ２１３は、受電側ＬＣ共振回路の共振周波数を調整する機能を有する。この受電側共振コンデンサ２１３は、受電コイル２１１に直列接続されていてもよく、並列接続されていてもよく、あるいは直並列接続されていてもよい。そして、受電側ＬＣ共振回路の共振周波数を給電側ＬＣ共振回路および補助給電側ＬＣ共振回路の共振周波数とほぼ等しく構成することで、高効率な磁界共鳴方式のワイヤレス電力伝送を実現することが可能となる。なお、図５では、受電側共振コンデンサ２１３は、受電コイル部２１０の筐体２１４から離間して配置されているがこれに限られることなく、受電コイル部２１０の筐体２１４の外表面に設置されていてもよく、受電コイル部２１０の筐体２１４の内部に収納されていても構わない。
The power reception side resonance capacitor 213 is connected to the power reception coil 211 and forms a power reception side LC resonance circuit together with the power reception coil 211. The power reception side resonance capacitor 213 has a function of adjusting the resonance frequency of the power reception side LC resonance circuit. The power receiving side resonance capacitor 213 may be connected in series to the power receiving coil 211, may be connected in parallel, or may be connected in series-parallel. In addition, by configuring the resonance frequency of the power reception side LC resonance circuit to be substantially equal to the resonance frequency of the power supply side LC resonance circuit and the auxiliary power supply side LC resonance circuit, it is possible to realize highly efficient magnetic field resonance wireless power transmission. It becomes. In FIG. 5, the power receiving side resonance capacitor 213 is disposed away from the housing 214 of the power receiving coil unit 210, but is not limited thereto, and is installed on the outer surface of the housing 214 of the power receiving coil unit 210. The power receiving coil unit 210 may be housed inside the housing 214.
整流部２４０は、受電コイル２１１が受電した交流電力を直流電力に整流して、後述する充電部２５０に出力する。整流部２４０を構成する素子としては、トランジスタやダイオード等の半導体素子が挙げられる。例えば、複数のダイオードがブリッジ接続されたブリッジ型回路と、このブリッジ型回路に並列に接続され、整流された電圧を平滑して直流電圧を生成する平滑コンデンサから構成される。
The rectifying unit 240 rectifies the AC power received by the power receiving coil 211 into DC power, and outputs the DC power to the charging unit 250 described later. Examples of the elements constituting the rectifying unit 240 include semiconductor elements such as transistors and diodes. For example, a bridge type circuit in which a plurality of diodes are bridge-connected and a smoothing capacitor connected in parallel to the bridge type circuit and smoothing the rectified voltage to generate a DC voltage.
充電部２５０は、整流部２４０により整流された直流電力の電圧を、移動体５００に搭載される蓄電部３２０を充電するための電圧に変換する機能を有する。具体的には、充電部２５０は、整流部２４０に接続されており、起動回路２５１と、電力変換回路２５２から構成される。これにより、整流部２４０から直流電力が供給されると、この直流電力を受けて充電部２５０内部の起動回路２５１が起動し、供給された直流電力が、起動回路２５１により充電部２５０内部の電力変換回路２５２の起動用の電力に変換されて電力変換回路２５２に供給される。電力変換回路２５２は、起動用の電力を受けて起動状態となり、整流部２４０から供給される直流電圧を蓄電部３２０への充電電圧に変換して蓄電部３２０に出力する。すなわち、充電部２５０は、整流部２４０から供給される直流電力により、起動回路２５１、電力変換回路２５２の順に起動したのち、電力変換回路２５２による充電動作が開始されることとなる。ここで、起動回路２５１が消費する電力は、電力変換回路２５２が蓄電部３２０の充電動作のために出力する電力に比べて極めて小さいものの、起動回路２５１に電力が供給されてから起動するまでに時間を要することから、電力変換回路２５２による充電動作が開始するまでに時間を要し、即座に充電動作が開始できない。本実施形態では、給電コイル１３１および補助給電コイル１４１は、移動体５００の進行方向に沿って、手前側から補助給電コイル１４１、給電コイル１３１の順で配置されていることから、充電部２５０は、給電コイル１３１が発生する第１磁界を介して受電した電力を受ける前に、補助給電コイル１４１が発生する第２磁界を介して受電した電力を受けて起動を開始することとなる。したがって、充電部２５０は、給電コイル１３１が発生する第１磁界を介して受電した電力を受ける際には、既にスタンバイ状態となっている。このように構成される充電部２５０としては、整流部２４０から出力される直流電圧および蓄電部３２０の定格電圧に応じて、昇圧型コンバータ、昇降圧型コンバータ、降圧型コンバータ等の非絶縁型が用いられる。また、充電部２５０は、トランスを用いる絶縁型であってもよく、複数の素子を用いるインターリーブ型であっても構わない。蓄電部３２０は、移動体５００に搭載されており、繰り返し充電可能な電池であれば特に制限されず、例えばリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池などが挙げられる。また、蓄電部３２０は、蓄電量の高い電気二重層キャパシタ（ＥＤＬＣ：Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｄｏｕｂｌｅ−Ｌａｙｅｒ Ｃａｐａｃｉｔｏｒ）であってもよく、電力を一時的に蓄え、蓄えられた電力を負荷部に供給することが可能な電力バッファとして機能するものであっても構わない。
The charging unit 250 has a function of converting the voltage of the DC power rectified by the rectifying unit 240 into a voltage for charging the power storage unit 320 mounted on the moving body 500. Specifically, the charging unit 250 is connected to the rectifying unit 240 and includes a startup circuit 251 and a power conversion circuit 252. Thus, when DC power is supplied from the rectifying unit 240, the activation circuit 251 inside the charging unit 250 is activated by receiving this DC power, and the supplied DC power is converted into power inside the charging unit 250 by the activation circuit 251. It is converted into power for starting up the conversion circuit 252 and supplied to the power conversion circuit 252. The power conversion circuit 252 receives the power for activation, enters an activated state, converts the DC voltage supplied from the rectifying unit 240 into a charging voltage for the power storage unit 320, and outputs the voltage to the power storage unit 320. That is, the charging unit 250 is activated by the DC power supplied from the rectifying unit 240 in the order of the activation circuit 251 and the power conversion circuit 252, and then the charging operation by the power conversion circuit 252 is started. Here, although the power consumed by the startup circuit 251 is extremely small compared to the power output by the power conversion circuit 252 for the charging operation of the power storage unit 320, the power is supplied from the startup circuit 251 to the startup. Since time is required, it takes time until the charging operation by the power conversion circuit 252 starts, and the charging operation cannot be started immediately. In the present embodiment, since the power feeding coil 131 and the auxiliary power feeding coil 141 are arranged in this order from the near side along the traveling direction of the moving body 500, the auxiliary power feeding coil 141 and the power feeding coil 131 are arranged in this order. Before receiving the power received through the first magnetic field generated by the power supply coil 131, the power reception received through the second magnetic field generated by the auxiliary power supply coil 141 is started. Therefore, the charging unit 250 is already in a standby state when receiving the power received through the first magnetic field generated by the power supply coil 131. As charging unit 250 configured in this manner, a non-insulating type such as a boost converter, a buck-boost converter, a buck converter, or the like is used according to the DC voltage output from rectifier 240 and the rated voltage of power storage unit 320. It is done. The charging unit 250 may be an insulating type using a transformer or an interleaved type using a plurality of elements. The power storage unit 320 is not particularly limited as long as it is mounted on the mobile unit 500 and can be repeatedly charged, and examples thereof include a lithium ion secondary battery and a nickel hydride secondary battery. The power storage unit 320 may be an electric double-layer capacitor (EDLC) having a high power storage amount, and can temporarily store power and supply the stored power to the load unit. It may function as a simple power buffer.
このような構成を備えることにより、ワイヤレス給電装置１００からワイヤレス受電装置２００にワイヤレスにて電力伝送するワイヤレス電力伝送システム１０が実現される。
With such a configuration, the wireless power transmission system 10 that wirelessly transmits power from the wireless power feeding apparatus 100 to the wireless power receiving apparatus 200 is realized.
続いて、本実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム１０の給電動作について説明する。
Subsequently, a power feeding operation of the wireless power transmission system 10 according to the present embodiment will be described.
まず、ワイヤレス受電装置２００を備えた移動体５００が、ワイヤレス給電装置１００が配設されている給電エリアに進入する。移動体５００が給電エリアに進入すると、先行して補助給電コイル１４１が受電コイル２１１と重なる。このとき、補助給電コイル１４１が発生する第２磁界を介して受電コイル２１１に電力が給電される。受電コイル２１１で受電した電力は、整流部２４０によって整流され、整流部２４０から出力された直流電力は、充電部２５０に供給される。充電部２５０に整流部２４０から直流電力が供給されると、この電力を受けて充電部２５０内部の起動回路２５１が起動し、供給された直流電力が、起動回路２５１により充電部２５０内部の電力変換回路２５２の起動用の電力に変換されて電力変換回路２５２に供給され、電力変換回路２５２が起動用の電力を受けて起動状態となる。つまり、充電部２５０は、給電コイル１３１が発生する第１磁界を介して受電した電力を受ける前に、補助給電コイル１４１が発生する第２磁界を介して受電した電力を受けて起動を開始し、スタンバイ状態に移行する。一方、充電動作が準備されている間も移動体５００は進行し続けるため、続いて給電コイル１３１が、受電コイル２１１と重なる。このとき、給電コイル１３１が発生する第１磁界を介して受電コイル２１１に電力が給電される。受電コイル２１１が受電した電力は、整流部２４０によって整流され、整流部２４０から出力された直流電力は、充電部２５０に供給される。ここで、充電部２５０は、即座に充電動作が可能なスタンバイ状態に移行しているため、充電部２５０に供給された直流電圧は、充電部２５０内部の電力変換回路２５２によって蓄電部３２０への充電電圧に変換され、蓄電部３２０に充電される。このように、給電コイル１３１からの電力を受電コイル２１１で受電するときには、補助給電コイル１４１により給電され受電コイル２１１で受電した電力で充電部２５０が起動し、スタンバイ状態になっている。そのため、受電コイル２１１が給電コイル１３１から給電される電力を受電した直後から蓄電部３２０への充電が開始されることとなる。つまり、受電コイル２１１が給電コイル１３１から給電される電力を受電してから蓄電部３２０への充電動作が開始するまでの充電部２５０の充電動作のレスポンスが向上する。
First, the moving body 500 including the wireless power receiving apparatus 200 enters a power feeding area where the wireless power feeding apparatus 100 is disposed. When the moving body 500 enters the power feeding area, the auxiliary power feeding coil 141 overlaps the power receiving coil 211 in advance. At this time, power is fed to the power receiving coil 211 via the second magnetic field generated by the auxiliary power feeding coil 141. The power received by the power receiving coil 211 is rectified by the rectifying unit 240, and the DC power output from the rectifying unit 240 is supplied to the charging unit 250. When DC power is supplied from the rectifying unit 240 to the charging unit 250, the activation circuit 251 inside the charging unit 250 is activated by receiving this power, and the supplied DC power is converted into electric power inside the charging unit 250 by the activation circuit 251. The power is converted into power for starting up the conversion circuit 252 and supplied to the power conversion circuit 252, and the power conversion circuit 252 receives the power for starting up to be in a start-up state. In other words, the charging unit 250 starts to receive power received through the second magnetic field generated by the auxiliary power supply coil 141 before receiving power received through the first magnetic field generated by the power supply coil 131. Transition to the standby state. On the other hand, since the moving body 500 continues to advance while the charging operation is being prepared, the power feeding coil 131 overlaps with the power receiving coil 211. At this time, power is supplied to the power receiving coil 211 via the first magnetic field generated by the power feeding coil 131. The power received by the power receiving coil 211 is rectified by the rectification unit 240, and the DC power output from the rectification unit 240 is supplied to the charging unit 250. Here, since charging unit 250 is in a standby state in which a charging operation can be performed immediately, the DC voltage supplied to charging unit 250 is supplied to power storage unit 320 by power conversion circuit 252 inside charging unit 250. It is converted into a charging voltage and the power storage unit 320 is charged. Thus, when the power from the power feeding coil 131 is received by the power receiving coil 211, the charging unit 250 is activated by the power supplied by the auxiliary power feeding coil 141 and received by the power receiving coil 211, and is in a standby state. Therefore, charging of the power storage unit 320 is started immediately after the power receiving coil 211 receives power supplied from the power supply coil 131. That is, the response of the charging operation of the charging unit 250 from when the power receiving coil 211 receives power supplied from the power supply coil 131 to when the charging operation to the power storage unit 320 starts is improved.
以上のように、本実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム１０は、ワイヤレス給電装置１００と、ワイヤレス受電装置２００とを有し、ワイヤレス給電装置１００は、交流電流が流れると第１磁界を発生する給電コイル１３１と、交流電流が流れると第２磁界を発生する補助給電コイル１４１と、を備え、ワイヤレス受電装置２００は、第１磁界または第２磁界を介して電力を受電する受電コイル２１１と、受電コイル２１１に接続される整流部２４０と、整流部２４０に接続され、移動体５００に搭載される蓄電部３２０を充電する充電部２５０と、を備え、給電コイル１３１および補助給電コイル１４１は、移動体５００の進行方向に沿って、手前側から補助給電コイル１４１、給電コイル１３１の順で配置され、第２磁界の強度は、第１磁界の強度より小さく、充電部２５０は、第１磁界を介して受電した電力を受ける前に、第２磁界を介して受電した電力を受けて起動を開始している。そのため、補助給電コイル１４１から給電され、受電コイル２１１により受電された電力が先行して充電部２５０に供給されることから、充電部２５０の起動が開始し、充電部２５０をスタンバイ状態とすることができる。つまり、充電部２５０は即座に充電動作が可能となっている。したがって、走行中充電において、充電部２５０の充電動作のレスポンスを向上させ、効率的な充電動作が可能となる。
As described above, the wireless power transmission system 10 according to the present embodiment includes the wireless power feeding device 100 and the wireless power receiving device 200, and the wireless power feeding device 100 generates a first magnetic field when an alternating current flows. The wireless power receiving apparatus 200 includes a coil 131 and an auxiliary power supply coil 141 that generates a second magnetic field when an alternating current flows, and the wireless power receiving apparatus 200 receives a power via the first magnetic field or the second magnetic field, A rectifying unit 240 connected to the coil 211, and a charging unit 250 connected to the rectifying unit 240 and charging the power storage unit 320 mounted on the moving body 500. The feeding coil 131 and the auxiliary feeding coil 141 are moved. Auxiliary power supply coil 141 and power supply coil 131 are arranged in this order from the front side along the traveling direction of body 500, and the strength of the second magnetic field is Less than the strength of the first magnetic field, the charging unit 250, prior to receiving the power received via the first magnetic field, has started activated upon power received through the second magnetic field. Therefore, the power supplied from the auxiliary power supply coil 141 and the power received by the power receiving coil 211 is supplied to the charging unit 250 in advance, so that the charging unit 250 starts to start and the charging unit 250 is set to the standby state. Can do. That is, the charging unit 250 can immediately perform a charging operation. Therefore, in charging during traveling, the response of the charging operation of the charging unit 250 is improved, and an efficient charging operation is possible.
また、本発明に係るワイヤレス電力伝送システム１０においては、補助給電コイル１４１の発生する第２磁界の強度は、給電コイル１３１の発生する第１磁界の強度より小さくなっている。そのため、補助給電コイル１４１が発生する第２磁界を介して受電した電力を受けて充電部２５０の起動を開始する際に発生する漏洩電磁ノイズが抑制される。したがって、漏洩電磁ノイズによる周囲の電子機器への影響を防止しつつ、充電部２５０の起動を即座に実行することができる。
In the wireless power transmission system 10 according to the present invention, the intensity of the second magnetic field generated by the auxiliary power supply coil 141 is smaller than the intensity of the first magnetic field generated by the power supply coil 131. Therefore, leakage electromagnetic noise generated when starting the charging unit 250 upon receiving the power received via the second magnetic field generated by the auxiliary power supply coil 141 is suppressed. Therefore, it is possible to immediately start the charging unit 250 while preventing the leakage electromagnetic noise from affecting the surrounding electronic devices.
（第２実施形態）
次に、図６〜図８を参照して、本発明の第２実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム２０の構成について説明する。図６は、本発明の第２実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムの模式図である。図７は、本発明の第２実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムの給電コイル、補助給電コイルおよび受電コイルの配置を説明するための図である。図８は、図３で示した本発明の第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムの補助給電コイル部と補助給電側共振コンデンサとは別の本発明の第２実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムの補助給電コイル部と補助給電側共振コンデンサを拡大して示す模式構成図である。なお、図７においては、説明の便宜上、筐体等の図示を省略した給電コイル、補助給電コイル、受電コイルを図示している。
(Second Embodiment)
Next, with reference to FIGS. 6-8, the structure of the wireless power transmission system 20 which concerns on 2nd Embodiment of this invention is demonstrated. FIG. 6 is a schematic diagram of a wireless power transmission system according to the second embodiment of the present invention. FIG. 7 is a diagram for explaining the arrangement of the power feeding coil, the auxiliary power feeding coil, and the power receiving coil of the wireless power transmission system according to the second embodiment of the present invention. FIG. 8 shows the wireless power transmission system according to the second embodiment of the present invention, which is different from the auxiliary power supply coil section and the auxiliary power supply side resonance capacitor of the wireless power transmission system according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. It is a schematic block diagram which expands and shows the auxiliary power supply coil part and the auxiliary power supply side resonance capacitor. In FIG. 7, for convenience of explanation, a power feeding coil, an auxiliary power feeding coil, and a power receiving coil, which are not illustrated, such as a housing, are illustrated.
ワイヤレス電力伝送システム２０は、第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム１０と同様に、ワイヤレス給電装置１００と、ワイヤレス受電装置２００と、を有する。ワイヤレス給電装置１００は、電源１１０と、第１インバータ１２０と、第２インバータ１２１と、給電コイル部１３０と、給電側共振コンデンサ１３３と、補助給電コイル部１４０と、補助給電コイル部１４５と、補助給電側共振コンデンサ１４３と、補助給電側共振コンデンサ１４６と、を有し、ワイヤレス受電装置２００は、受電コイル部２１０と、受電側共振コンデンサ２１３と、整流部２４０と、充電部２５０と、を有する。電源１１０、第１インバータ１２０、給電コイル部１３０、給電側共振コンデンサ１３３、第２インバータ１２１、補助給電コイル部１４０、補助給電側共振コンデンサ１４３、受電コイル部２１０、受電側共振コンデンサ２１３、整流部２４０と充電部２５０の構成は、第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム１０と同様である。すなわち、第２実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム２０は、補助給電コイル部１４５と補助給電側共振コンデンサ１４６を備えている点において、第１実施形態と相違する。以下、第１実施形態と異なる点を中心に説明する。なお、第１実施形態では、移動体５００が前進あるいは後退してワイヤレス給電装置１００が配設されている給電エリアに進入する例を用いて説明したが、本実施形態では、移動体５００が前進および後退してワイヤレス給電装置１００が配設されている給電エリアに進入する例について説明する。
Similar to the wireless power transmission system 10 according to the first embodiment, the wireless power transmission system 20 includes a wireless power feeder 100 and a wireless power receiver 200. The wireless power supply apparatus 100 includes a power source 110, a first inverter 120, a second inverter 121, a power supply coil unit 130, a power supply side resonance capacitor 133, an auxiliary power supply coil unit 140, an auxiliary power supply coil unit 145, and an auxiliary power supply. The wireless power receiving apparatus 200 includes a power receiving coil unit 210, a power receiving side resonant capacitor 213, a rectifying unit 240, and a charging unit 250. The power receiving side resonant capacitor 143 and the auxiliary power feeding side resonant capacitor 146 are provided. . Power supply 110, first inverter 120, power supply coil unit 130, power supply side resonance capacitor 133, second inverter 121, auxiliary power supply coil unit 140, auxiliary power supply side resonance capacitor 143, power reception coil unit 210, power reception side resonance capacitor 213, rectification unit The configurations of 240 and the charging unit 250 are the same as those of the wireless power transmission system 10 according to the first embodiment. That is, the wireless power transmission system 20 according to the second embodiment is different from the first embodiment in that the auxiliary power supply coil unit 145 and the auxiliary power supply side resonance capacitor 146 are provided. Hereinafter, a description will be given focusing on differences from the first embodiment. Although the first embodiment has been described using an example in which the moving body 500 moves forward or backward and enters the power feeding area in which the wireless power feeding apparatus 100 is disposed, in the present embodiment, the moving body 500 moves forward. An example in which the vehicle moves backward and enters the power supply area where the wireless power supply apparatus 100 is disposed will be described.
補助給電コイル部１４５は、第２インバータ１２１から供給された交流電力を受けて第２磁界を発生し、受電コイル部２１０に給電する機能を有する。補助給電コイル部１４５の構成は、図８に示されるように、補助給電コイル１４１と、磁性体１４２と、を有し、絶縁性を有する筐体１４４によってパッケージングされている。なお、補助給電コイル部１４５は、補助給電コイル１４１のみから構成されていてもよい。本実施形態では、補助給電コイル部１４５は、給電コイル部１３０と同様に、地中あるいは地面近傍に配置されることとなる。
The auxiliary power supply coil unit 145 has a function of receiving the AC power supplied from the second inverter 121 to generate a second magnetic field and supplying power to the power receiving coil unit 210. As shown in FIG. 8, the configuration of the auxiliary power supply coil unit 145 includes an auxiliary power supply coil 141 and a magnetic body 142 and is packaged by a casing 144 having an insulating property. Note that the auxiliary power supply coil unit 145 may be configured only from the auxiliary power supply coil 141. In the present embodiment, the auxiliary power supply coil unit 145 is disposed in the ground or in the vicinity of the ground, like the power supply coil unit 130.
補助給電コイル部１４５の補助給電コイル１４１は、図７に示されるように、給電コイル１３１を基準に、移動体５００の進行方向に沿って補助給電コイル部１４０の補助給電コイル１４１とは反対側に配置されている。したがって、移動体５００が前進してワイヤレス給電装置１００が配設されている給電エリアに進入する際は、移動体５００の進行方向に沿って、手前側から補助給電コイル部１４０の補助給電コイル１４１、給電コイル１３１の順で位置することとなり、移動体５００が後退してワイヤレス給電装置１００が配設されている給電エリアに進入する際は、移動体５００の進行方向に沿って、手前側から補助給電コイル部１４５の補助給電コイル１４１、給電コイル１３１の順で位置することとなる。つまり、本実施形態では、移動体５００が前進してワイヤレス給電装置１００が配設されている給電エリアに進入した場合、および、移動体５００が後退してワイヤレス給電装置１００が配設されている給電エリアに進入した場合のいずれにおいても、給電コイル１３１よりも移動体５００の進行方向に沿って手前側に補助給電コイル部１４０の補助給電コイル１４１あるいは補助給電コイル部１４５の補助給電コイル１４１が位置することとなる。また、補助給電コイル部１４５の補助給電コイル１４１の中心は、給電コイル１３１の中心から移動体５００の進行方向に沿って伸ばした仮想線上に位置している。さらに、補助給電コイル部１４５の補助給電コイル１４１は、平面視した場合、給電コイル１３１と重ならない範囲で近接して配置されている。なお、補助給電コイル部１４５の補助給電コイル１４１と給電コイル１３１の離間距離は、充電部２５０の起動時間や移動体５００の走行速度に基づいて設定されることとなる。
As shown in FIG. 7, the auxiliary power supply coil 141 of the auxiliary power supply coil unit 145 is on the side opposite to the auxiliary power supply coil 141 of the auxiliary power supply coil unit 140 along the traveling direction of the moving body 500 with respect to the power supply coil 131. Is arranged. Therefore, when the mobile unit 500 moves forward and enters the power supply area in which the wireless power supply apparatus 100 is disposed, the auxiliary power supply coil 141 of the auxiliary power supply coil unit 140 from the near side along the traveling direction of the mobile unit 500. When the mobile unit 500 moves backward and enters the power supply area in which the wireless power supply apparatus 100 is disposed, the mobile unit 500 is moved from the front side along the traveling direction. The auxiliary power supply coil 141 of the auxiliary power supply coil unit 145 and the power supply coil 131 are positioned in this order. That is, in this embodiment, when the mobile body 500 moves forward and enters the power supply area where the wireless power supply apparatus 100 is disposed, and when the mobile body 500 moves backward and the wireless power supply apparatus 100 is disposed. In any case of entering the power supply area, the auxiliary power supply coil 141 of the auxiliary power supply coil unit 140 or the auxiliary power supply coil 141 of the auxiliary power supply coil unit 145 is closer to the front side of the moving body 500 than the power supply coil 131. Will be located. Further, the center of the auxiliary power supply coil 141 of the auxiliary power supply coil unit 145 is located on an imaginary line extending from the center of the power supply coil 131 along the traveling direction of the moving body 500. Further, the auxiliary power supply coil 141 of the auxiliary power supply coil unit 145 is disposed close to the power supply coil 131 in a range that does not overlap with the power supply coil 131 when viewed in plan. Note that the distance between the auxiliary power supply coil 141 and the power supply coil 131 of the auxiliary power supply coil unit 145 is set based on the starting time of the charging unit 250 and the traveling speed of the moving body 500.
補助給電側共振コンデンサ１４６は、補助給電コイル部１４５の補助給電コイル１４１と接続されており、補助給電コイル部１４５の補助給電コイル１４１とともに補助給電側ＬＣ共振回路を形成している。補助給電側共振コンデンサ１４６は、補助給電側ＬＣ共振回路の共振周波数を調整する機能を有する。この補助給電側共振コンデンサ１４６は、補助給電コイル部１４５の補助給電コイル１４１に直列接続されていてもよく、並列接続されていてもよく、あるいは直並列接続されていてもよい。そして、補助給電側ＬＣ共振回路の共振周波数を受電側ＬＣ共振回路の共振周波数とほぼ等しく構成することで、高効率な磁界共鳴方式のワイヤレス電力伝送を実現することが可能となる。なお、図８では、補助給電側共振コンデンサ１４６は、補助給電コイル部１４５の筐体１４４から離間して配置されているがこれに限られることなく、補助給電コイル部１４５の筐体１４４の外表面に設置されていてもよく、補助給電コイル部１４５の筐体１４４の内部に収納されていても構わない。
The auxiliary power supply side resonance capacitor 146 is connected to the auxiliary power supply coil 141 of the auxiliary power supply coil unit 145, and forms an auxiliary power supply side LC resonance circuit together with the auxiliary power supply coil 141 of the auxiliary power supply coil unit 145. The auxiliary power supply side resonance capacitor 146 has a function of adjusting the resonance frequency of the auxiliary power supply side LC resonance circuit. The auxiliary power supply side resonance capacitor 146 may be connected in series to the auxiliary power supply coil 141 of the auxiliary power supply coil unit 145, may be connected in parallel, or may be connected in series-parallel. Then, by configuring the resonance frequency of the auxiliary power supply side LC resonance circuit to be substantially equal to the resonance frequency of the power reception side LC resonance circuit, it is possible to realize highly efficient magnetic field resonance wireless power transmission. In FIG. 8, the auxiliary power supply side resonance capacitor 146 is disposed apart from the housing 144 of the auxiliary power supply coil unit 145, but is not limited to this, and the outside of the housing 144 of the auxiliary power supply coil unit 145 is not limited thereto. It may be installed on the surface, or may be housed inside the housing 144 of the auxiliary power supply coil portion 145.
続いて、本実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム２０の給電動作について説明する。
Subsequently, a power feeding operation of the wireless power transmission system 20 according to the present embodiment will be described.
まず、ワイヤレス受電装置２００を備えた移動体５００が、ワイヤレス給電装置１００が配設されている給電エリアに前進して進入する。移動体５００が給電エリアに進入すると、先行して補助給電コイル部１４０の補助給電コイル１４１が受電コイル２１１と重なる。このとき、補助給電コイル部１４０の補助給電コイル１４１が発生する第２磁界を介して受電コイル２１１に電力が給電される。受電コイル２１１で受電した電力は、整流部２４０によって整流され、整流部２４０から出力された直流電力は、充電部２５０に供給される。充電部２５０に整流部２４０から直流電力が供給されると、この電力を受けて充電部２５０内部の起動回路２５１が起動し、供給された直流電力が、起動回路２５１により充電部２５０内部の電力変換回路２５２の起動用の電力に変換されて電力変換回路２５２に供給され、電力変換回路２５２が起動用の電力を受けて起動状態となる。つまり、充電部２５０は、給電コイル１３１が発生する第１磁界を介して受電した電力を受ける前に、補助給電コイル部１４０の補助給電コイル１４１が発生する第２磁界を介して受電した電力を受けて起動を開始し、スタンバイ状態に移行する。一方、充電動作が準備されている間も移動体５００は進行し続けるため、続いて給電コイル１３１が、受電コイル２１１と重なる。このとき、給電コイル１３１が発生する第１磁界を介して受電コイル２１１に電力が給電される。受電コイル２１１が受電した電力は、整流部２４０によって整流され、整流部２４０から出力された直流電力は、充電部２５０に供給される。ここで、充電部２５０は、即座に充電動作が可能なスタンバイ状態に移行しているため、充電部２５０に供給された直流電圧は、充電部２５０内部の電力変換回路２５２によって蓄電部３２０への充電電圧に変換され、蓄電部３２０に充電される。このように、給電コイル１３１からの電力を受電コイル２１１で受電するときには、補助給電コイル部１４０の補助給電コイル１４１により給電され受電コイル２１１で受電した電力で充電部２５０の起動が開始し、スタンバイ状態になっている。そのため、受電コイル２１１が給電コイル１３１から給電される電力を受電した直後から蓄電部３２０への充電が開始されることとなる。つまり、受電コイル２１１が給電コイル１３１から給電される電力を受電してから蓄電部３２０への充電動作が開始するまでの充電部２５０の充電動作のレスポンスが向上する。
First, the moving body 500 including the wireless power receiving device 200 moves forward and enters the power feeding area where the wireless power feeding device 100 is disposed. When the mobile unit 500 enters the power supply area, the auxiliary power supply coil 141 of the auxiliary power supply coil unit 140 overlaps the power reception coil 211 in advance. At this time, power is supplied to the power receiving coil 211 via the second magnetic field generated by the auxiliary power supply coil 141 of the auxiliary power supply coil unit 140. The power received by the power receiving coil 211 is rectified by the rectifying unit 240, and the DC power output from the rectifying unit 240 is supplied to the charging unit 250. When DC power is supplied from the rectifying unit 240 to the charging unit 250, the activation circuit 251 inside the charging unit 250 is activated by receiving this power, and the supplied DC power is converted into electric power inside the charging unit 250 by the activation circuit 251. The power is converted into power for starting up the conversion circuit 252 and supplied to the power conversion circuit 252, and the power conversion circuit 252 receives the power for starting up to be in a start-up state. That is, the charging unit 250 receives the power received via the second magnetic field generated by the auxiliary power supply coil 141 of the auxiliary power supply coil unit 140 before receiving the power received via the first magnetic field generated by the power supply coil 131. In response, it starts to boot and enters standby mode. On the other hand, since the moving body 500 continues to advance while the charging operation is being prepared, the power feeding coil 131 overlaps with the power receiving coil 211. At this time, power is supplied to the power receiving coil 211 via the first magnetic field generated by the power feeding coil 131. The power received by the power receiving coil 211 is rectified by the rectification unit 240, and the DC power output from the rectification unit 240 is supplied to the charging unit 250. Here, since charging unit 250 is in a standby state in which a charging operation can be performed immediately, the DC voltage supplied to charging unit 250 is supplied to power storage unit 320 by power conversion circuit 252 inside charging unit 250. It is converted into a charging voltage and the power storage unit 320 is charged. Thus, when the power from the power feeding coil 131 is received by the power receiving coil 211, the charging unit 250 starts to be activated by the power fed by the auxiliary power feeding coil 141 of the auxiliary power feeding coil unit 140 and received by the power receiving coil 211, and the standby It is in a state. Therefore, charging of the power storage unit 320 is started immediately after the power receiving coil 211 receives power supplied from the power supply coil 131. That is, the response of the charging operation of the charging unit 250 from when the power receiving coil 211 receives power supplied from the power supply coil 131 to when the charging operation to the power storage unit 320 starts is improved.
続いて、移動体５００が、ワイヤレス給電装置１００が配設されている給電エリアに後退して進入すると、先行して補助給電コイル部１４５の補助給電コイル１４１が受電コイル２１１と重なる。このとき、補助給電コイル部１４５の補助給電コイル１４１が発生する第２磁界を介して受電コイル２１１に電力が給電される。受電コイル２１１で受電した電力は、整流部２４０によって整流され、整流部２４０から出力された直流電力は、充電部２５０に供給される。充電部２５０に整流部２４０から直流電力が供給されると、この電力を受けて充電部２５０内部の起動回路２５１が起動し、供給された直流電力が、起動回路２５１により充電部２５０内部の電力変換回路２５２の起動用の電力に変換されて電力変換回路２５２に供給され、電力変換回路２５２が起動用の電力を受けて起動状態となる。つまり、充電部２５０は、給電コイル１３１が発生する第１磁界を介して受電した電力を受ける前に、補助給電コイル部１４５の補助給電コイル１４１が発生する第２磁界を介して受電した電力を受けて起動を開始し、スタンバイ状態に移行する。一方、充電動作が準備されている間も移動体５００は進行し続けるため、続いて給電コイル１３１が、受電コイル２１１と重なる。このとき、給電コイル１３１が発生する第１磁界を介して受電コイル２１１に電力が給電される。受電コイル２１１が受電した電力は、整流部２４０によって整流され、整流部２４０から出力された直流電力は、充電部２５０に供給される。ここで、充電部２５０は、即座に充電動作が可能なスタンバイ状態に移行しているため、充電部２５０に供給された直流電圧は、充電部２５０内部の電力変換回路２５２によって蓄電部３２０への充電電圧に変換され、蓄電部３２０に充電される。このように、給電コイル１３１からの電力を受電コイル２１１で受電するときには、補助給電コイル部１４５の補助給電コイル１４１により給電され受電コイル２１１で受電した電力で充電部２５０の起動が開始し、スタンバイ状態になっている。そのため、受電コイル２１１が給電コイル１３１から給電される電力を受電した直後から蓄電部３２０への充電が開始されることとなる。つまり、移動体５００が前進および後退のいずれかによってワイヤレス給電装置１００が配設されている給電エリアに進入したとしても、受電コイル２１１が給電コイル１３１から給電される電力を受電してから蓄電部３２０への充電動作が開始するまでの充電部２５０の充電動作のレスポンスが向上する。
Subsequently, when the mobile unit 500 moves backward into the power supply area where the wireless power supply apparatus 100 is disposed, the auxiliary power supply coil 141 of the auxiliary power supply coil unit 145 overlaps the power reception coil 211 in advance. At this time, power is supplied to the power receiving coil 211 via the second magnetic field generated by the auxiliary power supply coil 141 of the auxiliary power supply coil unit 145. The power received by the power receiving coil 211 is rectified by the rectifying unit 240, and the DC power output from the rectifying unit 240 is supplied to the charging unit 250. When DC power is supplied from the rectifying unit 240 to the charging unit 250, the activation circuit 251 inside the charging unit 250 is activated by receiving this power, and the supplied DC power is converted into electric power inside the charging unit 250 by the activation circuit 251. The power is converted into power for starting up the conversion circuit 252 and supplied to the power conversion circuit 252, and the power conversion circuit 252 receives the power for starting up to be in a start-up state. That is, the charging unit 250 receives the power received through the second magnetic field generated by the auxiliary power supply coil 141 of the auxiliary power supply coil unit 145 before receiving the power received through the first magnetic field generated by the power supply coil 131. In response, it starts to boot and enters standby mode. On the other hand, since the moving body 500 continues to advance while the charging operation is being prepared, the power feeding coil 131 overlaps with the power receiving coil 211. At this time, power is supplied to the power receiving coil 211 via the first magnetic field generated by the power feeding coil 131. The power received by the power receiving coil 211 is rectified by the rectification unit 240, and the DC power output from the rectification unit 240 is supplied to the charging unit 250. Here, since charging unit 250 is in a standby state in which a charging operation can be performed immediately, the DC voltage supplied to charging unit 250 is supplied to power storage unit 320 by power conversion circuit 252 inside charging unit 250. It is converted into a charging voltage and the power storage unit 320 is charged. Thus, when the power from the power feeding coil 131 is received by the power receiving coil 211, the charging unit 250 starts to start with the power supplied by the auxiliary power feeding coil 141 of the auxiliary power feeding coil unit 145 and received by the power receiving coil 211, and the standby It is in a state. Therefore, charging of the power storage unit 320 is started immediately after the power receiving coil 211 receives power supplied from the power supply coil 131. In other words, even if the mobile unit 500 enters the power supply area where the wireless power supply device 100 is disposed by either forward or backward movement, the power storage coil 211 receives power supplied from the power supply coil 131 and then stores the power. The response of the charging operation of the charging unit 250 until the charging operation to 320 is started is improved.
以上のように、本実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム２０は、ワイヤレス給電装置１００と、ワイヤレス受電装置２００とを有し、ワイヤレス給電装置１００は、交流電流が流れると第１磁界を発生する給電コイル１３１と、交流電流が流れると第２磁界を発生する補助給電コイル１４１と、を備え、ワイヤレス受電装置２００は、第１磁界または第２磁界を介して電力を受電する受電コイル２１１と、受電コイル２１１に接続される整流部２４０と、整流部２４０に接続され、移動体５００に搭載される蓄電部３２０を充電する充電部２５０と、を備え、給電コイル１３１および補助給電コイル１４１は、移動体５００の進行方向に沿って、手前側から補助給電コイル１４１、給電コイル１３１の順で配置され、第２磁界の強度は、第１磁界の強度より小さく、充電部２５０は、第１磁界を介して受電した電力を受ける前に、第２磁界を介して受電した電力を受けて起動を開始している。そのため、補助給電コイル１４１から給電され、受電コイル２１１により受電された電力が先行して充電部２５０に供給されることから、充電部２５０の起動が開始し、充電部２５０をスタンバイ状態とすることができる。つまり、充電部２５０は即座に充電動作が可能となっている。したがって、走行中充電において、充電部２５０の充電動作のレスポンスを向上させ、効率的な充電動作が可能となる。
As described above, the wireless power transmission system 20 according to the present embodiment includes the wireless power feeder 100 and the wireless power receiver 200, and the wireless power feeder 100 generates a first magnetic field when an alternating current flows. The wireless power receiving apparatus 200 includes a coil 131 and an auxiliary power supply coil 141 that generates a second magnetic field when an alternating current flows, and the wireless power receiving apparatus 200 receives a power via the first magnetic field or the second magnetic field, A rectifying unit 240 connected to the coil 211, and a charging unit 250 connected to the rectifying unit 240 and charging the power storage unit 320 mounted on the moving body 500. The feeding coil 131 and the auxiliary feeding coil 141 are moved. Auxiliary power supply coil 141 and power supply coil 131 are arranged in this order from the front side along the traveling direction of body 500, and the strength of the second magnetic field is Less than the strength of the first magnetic field, the charging unit 250, prior to receiving the power received via the first magnetic field, has started activated upon power received through the second magnetic field. Therefore, the power supplied from the auxiliary power supply coil 141 and the power received by the power receiving coil 211 is supplied to the charging unit 250 in advance, so that the charging unit 250 starts to start and the charging unit 250 is set to the standby state. Can do. That is, the charging unit 250 can immediately perform a charging operation. Therefore, in charging during traveling, the response of the charging operation of the charging unit 250 is improved, and an efficient charging operation is possible.
また、本発明に係るワイヤレス電力伝送システム２０においては、補助給電コイル１４１の発生する第２磁界の強度は、給電コイル１３１の発生する第１磁界の強度より小さくなっている。そのため、補助給電コイル１４１が発生する第２磁界を介して受電した電力を受けて充電部２５０の起動を開始する際に発生する漏洩電磁ノイズが抑制される。したがって、漏洩電磁ノイズによる周囲の電子機器への影響を防止しつつ、充電部２５０の起動を即座に実行することができる。
In the wireless power transmission system 20 according to the present invention, the intensity of the second magnetic field generated by the auxiliary power supply coil 141 is smaller than the intensity of the first magnetic field generated by the power supply coil 131. Therefore, leakage electromagnetic noise generated when starting the charging unit 250 upon receiving the power received via the second magnetic field generated by the auxiliary power supply coil 141 is suppressed. Therefore, it is possible to immediately start the charging unit 250 while preventing the leakage electromagnetic noise from affecting the surrounding electronic devices.
（第３実施形態）
次に、図９〜図１１を参照して、本発明の第３実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム３０の構成について説明する。図９は、本発明の第３実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムの模式図である。図１０は、本発明の第３実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムの補助受電コイル部と補助受電側共振コンデンサを拡大して示す模式構成図である。図１１は、第３実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムの給電コイル、補助給電コイル、受電コイルおよび補助受電コイルの配置を説明するための図である。なお、図１１においては、説明の便宜上、筐体等の図示を省略した給電コイル、補助給電コイル、受電コイル、補助受電コイルを図示している。
(Third embodiment)
Next, the configuration of the wireless power transmission system 30 according to the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 9 is a schematic diagram of a wireless power transmission system according to the third embodiment of the present invention. FIG. 10 is an enlarged schematic configuration diagram illustrating the auxiliary power receiving coil unit and the auxiliary power receiving side resonance capacitor of the wireless power transmission system according to the third embodiment of the present invention. FIG. 11 is a diagram for explaining the arrangement of the power feeding coil, the auxiliary power feeding coil, the power receiving coil, and the auxiliary power receiving coil of the wireless power transmission system according to the third embodiment. In FIG. 11, for convenience of explanation, a power feeding coil, an auxiliary power feeding coil, a power receiving coil, and an auxiliary power receiving coil, which are not illustrated, such as a housing, are illustrated.
ワイヤレス電力伝送システム３０は、第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム１０と同様に、ワイヤレス給電装置１００と、ワイヤレス受電装置２００と、を有する。ワイヤレス給電装置１００は、電源１１０と、第１インバータ１２０と、第２インバータ１２１と、給電コイル部１３０と、給電側共振コンデンサ１３３と、補助給電コイル部１４０と、補助給電側共振コンデンサ１４３と、を有し、ワイヤレス受電装置２００は、受電コイル部２１０と、受電側共振コンデンサ２１３と、補助受電コイル部２２０と、補助受電側共振コンデンサ２２３と、整流部２４０と、充電部２５０と、を有する。電源１１０、第１インバータ１２０、第２インバータ１２１、給電コイル部１３０、給電側共振コンデンサ１３３、補助給電コイル部１４０、補助給電側共振コンデンサ１４３、受電コイル部２１０、受電側共振コンデンサ２１３、整流部２４０、充電部２５０の構成は、第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム１０と同様である。すなわち、第３実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム３０は、第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム１０に加えて、補助受電コイル部２２０と、補助受電側共振コンデンサ２２３を備えている点において、第１実施形態と相違する。以下、第１実施形態と異なる点を中心に説明する。
Similar to the wireless power transmission system 10 according to the first embodiment, the wireless power transmission system 30 includes a wireless power supply apparatus 100 and a wireless power reception apparatus 200. The wireless power supply apparatus 100 includes a power source 110, a first inverter 120, a second inverter 121, a power supply coil unit 130, a power supply side resonance capacitor 133, an auxiliary power supply coil unit 140, an auxiliary power supply side resonance capacitor 143, The wireless power receiving apparatus 200 includes a power receiving coil unit 210, a power receiving side resonance capacitor 213, an auxiliary power receiving coil unit 220, an auxiliary power receiving side resonance capacitor 223, a rectifying unit 240, and a charging unit 250. . Power supply 110, first inverter 120, second inverter 121, power supply coil unit 130, power supply side resonance capacitor 133, auxiliary power supply coil unit 140, auxiliary power supply side resonance capacitor 143, power reception coil unit 210, power reception side resonance capacitor 213, rectification unit The configurations of 240 and the charging unit 250 are the same as those of the wireless power transmission system 10 according to the first embodiment. That is, the wireless power transmission system 30 according to the third embodiment includes an auxiliary power receiving coil unit 220 and an auxiliary power receiving side resonance capacitor 223 in addition to the wireless power transmission system 10 according to the first embodiment. This is different from the first embodiment. Hereinafter, a description will be given focusing on differences from the first embodiment.
補助受電コイル部２２０は、受電コイル部２１０と同様に、ワイヤレス給電装置１００から供給された交流電力を受電する機能を有し、受電した交流電力を整流部２４０に供給する。この補助受電コイル部２２０は、図１０に示されるように、補助受電コイル２２１と、磁性体２２２と、を有し、絶縁性を有する筐体２２４によってパッケージングされている。なお、補助受電コイル部２２０は、補助受電コイル２２１のみから構成されていてもよい。本実施形態では、補助受電コイル部２２０は、受電コイル部２１０と同様に、移動体５００の下部に搭載されることとなる。具体的には、図９に示されるように、補助受電コイル部２２０は、移動体５００の進行方向において、受電コイル部２１０よりも移動体５００の前側下部に配置されている。
The auxiliary power receiving coil unit 220 has a function of receiving AC power supplied from the wireless power supply apparatus 100 as well as the power receiving coil unit 210, and supplies the received AC power to the rectifying unit 240. As shown in FIG. 10, the auxiliary power receiving coil unit 220 includes an auxiliary power receiving coil 221 and a magnetic body 222, and is packaged by a casing 224 having an insulating property. Note that the auxiliary power receiving coil unit 220 may be composed of only the auxiliary power receiving coil 221. In the present embodiment, the auxiliary power receiving coil unit 220 is mounted on the lower part of the moving body 500, similarly to the power receiving coil unit 210. Specifically, as illustrated in FIG. 9, the auxiliary power receiving coil unit 220 is disposed at a lower front side of the moving body 500 than the power receiving coil unit 210 in the traveling direction of the moving body 500.
補助受電コイル２２１は、整流部２４０に接続されており、給電コイル１３１が発生する第１磁界または補助給電コイル１４１が発生する第２磁界を介して交流電力を受電する。具体的には、給電コイル１３１が発生する第１磁界または補助給電コイル１４１が発生する第２磁界により、電磁誘導作用による起電力が生じ、この起電力に基づく交流電流が流れる。そして、補助受電コイル２２１に発生した交流電流は、整流部２４０に供給される。この補助受電コイル２２１は、銅やアルミニウムなどの導線を複数撚り合わせたリッツ線を巻回して形成され、形状としては、例えば平面コイルやソレノイドコイルが挙げられる。補助受電コイル２２１の単位時間当たりに受電する電力量は、受電コイル２１１の単位時間当たりに受電する電力量よりも小さくなっている。本実施形態では、補助受電コイル２２１の外形寸法が受電コイル２１１の外形寸法より小さくなっており、これにより受電する電力量を調整している。具体的には、本実施形態のように、補助受電コイル２２１および受電コイル２１１が平面コイルから構成される場合、補助受電コイル２２１を構成する導線の最外周部分により画定される外形面積が、受電コイル２１１を構成する導線の最外周部分により画定される外形面積より小さくなっている。なお、補助受電コイル２２１の巻数は、受電する電力量に基づいて適宜設定され、受電コイル２１１の巻数よりも少なくても構わない。
The auxiliary power receiving coil 221 is connected to the rectifying unit 240 and receives AC power via the first magnetic field generated by the power feeding coil 131 or the second magnetic field generated by the auxiliary power feeding coil 141. Specifically, an electromotive force due to electromagnetic induction is generated by the first magnetic field generated by the power supply coil 131 or the second magnetic field generated by the auxiliary power supply coil 141, and an alternating current based on the electromotive force flows. Then, the alternating current generated in the auxiliary power receiving coil 221 is supplied to the rectifying unit 240. The auxiliary power receiving coil 221 is formed by winding a litz wire obtained by twisting a plurality of conductive wires such as copper and aluminum, and examples of the shape include a planar coil and a solenoid coil. The amount of power received per unit time of the auxiliary power receiving coil 221 is smaller than the amount of power received per unit time of the power receiving coil 211. In the present embodiment, the external dimensions of the auxiliary power receiving coil 221 are smaller than the external dimensions of the power receiving coil 211, thereby adjusting the amount of power to be received. Specifically, when the auxiliary power receiving coil 221 and the power receiving coil 211 are configured as planar coils as in the present embodiment, the outer area defined by the outermost peripheral portion of the conducting wire constituting the auxiliary power receiving coil 221 is the power receiving power. It is smaller than the outer area defined by the outermost peripheral part of the conducting wire constituting the coil 211. Note that the number of turns of the auxiliary power receiving coil 221 is set as appropriate based on the amount of power to be received, and may be smaller than the number of turns of the power receiving coil 211.
受電コイル２１１および補助受電コイル２２１は、図１１に示されるように、移動体５００の進行方向に沿って、進行方向前側から補助受電コイル２２１、受電コイル２１１の順で配置されている。つまり、補助受電コイル２２１は、受電コイル２１１よりも移動体５００の進行方向前側に位置することとなる。ここで、移動体５００の進行方向前側とは、移動体５００の進行に合わせて変化する。具体的には、移動体５００が前進してワイヤレス給電装置１００が配設されている給電エリアに進入する場合は、移動体５００の進行方向前側は移動体５００の前方部となり、補助受電コイル２２１は、受電コイル２１１よりも移動体５００の前方下部に配置されることとなる。一方、移動体５００が後退してワイヤレス給電装置１００が配設されている給電エリアに進入する場合は、移動体５００の進行方向前側は移動体５００の後方部となり、補助受電コイル２２１は、受電コイル２１１よりも移動体５００の後方下部に配置されることとなる。なお、本実施形態では、移動体５００として電気自動車の例を用いて説明しているが、移動体５００がエレベータかごの場合についても同様である。すなわち、エレベータかごが上昇してワイヤレス給電装置１００が配設されている給電エリアに進入する場合、エレベータかごの進行方向前側は上方部となり、エレベータかごが下降してワイヤレス給電装置１００が配設されている給電エリアに進入する場合、エレベータかごの進行方向前側は下方部となる。また、補助受電コイル２２１の中心は、受電コイル２１１の中心から移動体５００の進行方向における前方側に伸ばした仮想線上に位置している。さらに、補助受電コイル２２１は、平面視した場合、受電コイル２１１と重ならないように配置されている。なお、補助受電コイル２２１と受電コイル２１１の離間距離は、充電部２５０の起動時間や移動体５００の走行速度に基づいて設定されることとなる。
As shown in FIG. 11, the power receiving coil 211 and the auxiliary power receiving coil 221 are arranged in the order of the auxiliary power receiving coil 221 and the power receiving coil 211 from the front side in the traveling direction along the traveling direction of the moving body 500. That is, the auxiliary power receiving coil 221 is positioned on the front side in the traveling direction of the moving body 500 with respect to the power receiving coil 211. Here, the traveling direction front side of the moving body 500 changes in accordance with the traveling of the moving body 500. Specifically, when the moving body 500 moves forward and enters a power feeding area where the wireless power feeding apparatus 100 is disposed, the front side of the moving body 500 in the traveling direction is a front portion of the moving body 500 and the auxiliary power receiving coil 221. Is arranged at the lower front part of the moving body 500 than the power receiving coil 211. On the other hand, when the mobile unit 500 moves backward and enters the power supply area where the wireless power supply device 100 is disposed, the front side in the traveling direction of the mobile unit 500 is the rear part of the mobile unit 500, and the auxiliary power receiving coil 221 receives the power The moving body 500 is disposed below the coil 211 in the lower rear portion. In the present embodiment, an example of an electric vehicle is described as the moving body 500, but the same applies to the case where the moving body 500 is an elevator car. That is, when the elevator car rises and enters the power feeding area where the wireless power feeding device 100 is disposed, the front side of the elevator car in the traveling direction is an upper portion, and the elevator car descends and the wireless power feeding device 100 is disposed. When entering the power feeding area, the front side in the traveling direction of the elevator car is the lower part. Further, the center of the auxiliary power receiving coil 221 is located on an imaginary line extending from the center of the power receiving coil 211 to the front side in the traveling direction of the moving body 500. Further, the auxiliary power receiving coil 221 is disposed so as not to overlap the power receiving coil 211 when viewed in plan. Note that the distance between the auxiliary power receiving coil 221 and the power receiving coil 211 is set based on the activation time of the charging unit 250 and the traveling speed of the moving body 500.
磁性体２２２は、磁路の磁気抵抗を減らし、コイル間の磁気的な結合を高める作用を有する。つまり、磁性体２２２は、補助給電コイル１４１が発生する磁界を効率良く補助受電コイル２２１に集中させる機能を果たす。なお、補助受電コイル２２１を平面コイルで構成する場合、磁性体２２２は、補助受電コイル２２１の給電側のコイルと対向する面とは反対側である背面側に設置され、板状または棒状の磁性材料から構成される。このとき、磁性体２２２と補助受電コイル２２１の間には、絶縁性のシートが設置されていてもよい。一方、補助受電コイル２２１をソレノイドコイルで構成する場合、磁性体２２２は、ソレノイドコイルのコイル軸を貫通するように設置され、コアとして機能することとなる。このとき、中空状の絶縁性ボビンに磁性体２２２を挿入し、この絶縁性ボビンの外表面に補助受電コイル２２１の導線を巻回するようにしてもよい。本実施形態では、図１０に示されるように、平面コイルから構成される補助受電コイル２２１と、この補助受電コイル２２１の背面側であって、補助受電コイル２２１のコイル軸方向と直交する方向に沿って伸びる板状の磁性体２２２から構成されている。この磁性体２２２としては、比較的透磁率の高いフェライトなどが挙げられる。
The magnetic body 222 has an effect of reducing the magnetic resistance of the magnetic path and increasing the magnetic coupling between the coils. That is, the magnetic body 222 functions to efficiently concentrate the magnetic field generated by the auxiliary power supply coil 141 on the auxiliary power receiving coil 221. When the auxiliary power receiving coil 221 is configured by a planar coil, the magnetic body 222 is installed on the back side opposite to the surface facing the power feeding side coil of the auxiliary power receiving coil 221, and has a plate-like or bar-like magnetic property. Consists of materials. At this time, an insulating sheet may be provided between the magnetic body 222 and the auxiliary power receiving coil 221. On the other hand, when the auxiliary power receiving coil 221 is constituted by a solenoid coil, the magnetic body 222 is installed so as to penetrate the coil axis of the solenoid coil and functions as a core. At this time, the magnetic body 222 may be inserted into a hollow insulating bobbin, and the conducting wire of the auxiliary power receiving coil 221 may be wound around the outer surface of the insulating bobbin. In the present embodiment, as shown in FIG. 10, the auxiliary power receiving coil 221 composed of a planar coil and the back side of the auxiliary power receiving coil 221 in a direction orthogonal to the coil axis direction of the auxiliary power receiving coil 221. It is comprised from the plate-shaped magnetic body 222 extended along. Examples of the magnetic body 222 include ferrite having a relatively high magnetic permeability.
補助受電側共振コンデンサ２２３は、補助受電コイル２２１と接続されており、補助受電コイル２２１とともに補助受電側ＬＣ共振回路を形成している。補助受電側共振コンデンサ２２３は、補助受電側ＬＣ共振回路の共振周波数を、補助給電側ＬＣ共振回路の共振周波数とほぼ等しくなるように調整する機能を有する。この補助受電側共振コンデンサ２２３は、補助受電コイル２２１に直列接続されていてもよく、並列接続されていてもよく、あるいは直並列接続されていてもよい。なお、補助受電側ＬＣ共振回路を形成しなくても、補助受電コイル２２１のみで受電した電力で、充電部２５０を起動する電力が確保できるのであれば、補助受電側ＬＣ共振回路を形成する必要はなく、補助受電側共振コンデンサ２２３は不要となる。なお、図１０では、補助受電側共振コンデンサ２２３は、補助受電コイル部２２０の筐体２２４から離間して配置されているがこれに限られることなく、補助受電コイル部２２０の筐体２２４の外表面に設置されていてもよく、補助受電コイル部２２０の筐体２２４の内部に収納されていても構わない。
The auxiliary power receiving side resonance capacitor 223 is connected to the auxiliary power receiving coil 221 and forms an auxiliary power receiving side LC resonance circuit together with the auxiliary power receiving coil 221. The auxiliary power receiving side resonance capacitor 223 has a function of adjusting the resonance frequency of the auxiliary power receiving side LC resonance circuit to be substantially equal to the resonance frequency of the auxiliary power feeding side LC resonance circuit. The auxiliary power receiving side resonance capacitor 223 may be connected in series to the auxiliary power receiving coil 221, may be connected in parallel, or may be connected in series-parallel. In addition, even if the auxiliary power receiving side LC resonance circuit is not formed, it is necessary to form the auxiliary power receiving side LC resonance circuit as long as the power for starting the charging unit 250 can be secured by the power received only by the auxiliary power receiving coil 221. There is no need for the auxiliary power receiving side resonance capacitor 223. In FIG. 10, the auxiliary power receiving side resonance capacitor 223 is arranged away from the housing 224 of the auxiliary power receiving coil unit 220, but is not limited to this, and the outside of the housing 224 of the auxiliary power receiving coil unit 220 is arranged. It may be installed on the surface, or may be housed inside the housing 224 of the auxiliary power receiving coil unit 220.
続いて、本実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム３０の給電動作について説明する。
Subsequently, a power feeding operation of the wireless power transmission system 30 according to the present embodiment will be described.
まず、ワイヤレス受電装置２００を備えた移動体５００が、ワイヤレス給電装置１００が配設されている給電エリアに進入する。移動体５００が給電エリアに進入すると、先行して補助受電コイル２２１が補助給電コイル１４１と重なる。このとき、補助給電コイル１４１が発生する第２磁界を介して補助受電コイル２２１に電力が給電される。補助受電コイル２２１で受電した電力は、整流部２４０によって整流され、整流部２４０から出力された直流電力は、充電部２５０に供給される。充電部２５０に整流部２４０から直流電力が供給されると、この電力を受けて充電部２５０内部の起動回路２５１が起動し、供給された直流電力が、起動回路２５１により充電部２５０内部の電力変換回路２５２の起動用の電力に変換されて電力変換回路２５２に供給され、電力変換回路２５２が起動用の電力を受けて起動状態となる。つまり、充電部２５０は、給電コイル１３１が発生する第１磁界を介して受電した電力を受ける前に、補助給電コイル１４１が発生する第２磁界を介して受電した電力を受けて起動を開始し、スタンバイ状態に移行する。さらに、移動体５００が進行し続けると、補助受電コイル２２１は給電コイル１３１と重なる。このとき、給電コイル１３１が発生する第１磁界を介して補助受電コイル２２１に電力が給電される。補助受電コイル２２１で受電した電力は、整流部２４０によって整流され、整流部２４０から出力された直流電力は、充電部２５０に供給される。このとき、充電部２５０は、補助受電コイル２２１で受電した電力で既に起動が開始しているため、充電部２５０の起動が維持されつつ、充電部２５０の起動の維持に使われる電力をこえた電力は蓄電部３２０に充電される。さらに、移動体５００が進行し続けると、続いて受電コイル２１１が補助給電コイル１４１と重なる。このとき、補助給電コイル１４１が発生する第２磁界を介して受電コイル２１１に電力が給電される。受電コイル２１１で受電した電力は、整流部２４０によって整流され、整流部２４０から出力された直流電力は、充電部２５０に供給される。充電部２５０は、補助受電コイル２２１で受電した電力で既に起動が開始しているため、充電部２５０の起動が維持されつつ、充電部２５０の起動の維持に使われる電力をこえた電力は蓄電部３２０に充電される。さらに、移動体５００が進行し続けると、続いて受電コイル２１１が、給電コイル１３１と重なる。このとき、給電コイル１３１が発生する第１磁界を介して受電コイル２１１に電力が給電される。受電コイル２１１が受電した電力は、整流部２４０によって整流され、整流部２４０から出力された直流電力は、充電部２５０に供給される。ここで、充電部２５０は、すでに起動が開始しているため、充電部２５０に供給された直流電圧は、即座に充電部２５０内部の電力変換回路２５２によって蓄電部３２０への充電電圧に変換され、蓄電部３２０に充電される。このように、給電コイル１３１からの電力を受電コイル２１１で受電するときには、補助受電コイル２２１が補助給電コイル１４１より受電した受電電力で充電部２５０が起動し、スタンバイ状態になっているとともに、補助受電コイル２２１が給電コイル１３１より受電した電力ならびに受電コイル２１１が補助給電コイル１４１より受電した電力で充電部２５０の起動が維持されている。そのため、受電コイル２１１が電力を受電した直後から蓄電部３２０への充電が開始されることとなる。つまり、受電コイル２１１が電力を受電してから蓄電部３２０への充電動作が開始するまでの充電部２５０の充電動作のレスポンスが向上する。
First, the moving body 500 including the wireless power receiving apparatus 200 enters a power feeding area where the wireless power feeding apparatus 100 is disposed. When the moving body 500 enters the power feeding area, the auxiliary power receiving coil 221 overlaps the auxiliary power feeding coil 141 in advance. At this time, power is supplied to the auxiliary power receiving coil 221 through the second magnetic field generated by the auxiliary power supply coil 141. The power received by the auxiliary power receiving coil 221 is rectified by the rectifying unit 240, and the DC power output from the rectifying unit 240 is supplied to the charging unit 250. When DC power is supplied from the rectifying unit 240 to the charging unit 250, the activation circuit 251 inside the charging unit 250 is activated by receiving this power, and the supplied DC power is converted into electric power inside the charging unit 250 by the activation circuit 251. The power is converted into power for starting up the conversion circuit 252 and supplied to the power conversion circuit 252, and the power conversion circuit 252 receives the power for starting up to be in a start-up state. In other words, the charging unit 250 starts to receive power received through the second magnetic field generated by the auxiliary power supply coil 141 before receiving power received through the first magnetic field generated by the power supply coil 131. Transition to the standby state. Furthermore, as the moving body 500 continues to travel, the auxiliary power receiving coil 221 overlaps the power feeding coil 131. At this time, power is supplied to the auxiliary power receiving coil 221 through the first magnetic field generated by the power feeding coil 131. The power received by the auxiliary power receiving coil 221 is rectified by the rectifying unit 240, and the DC power output from the rectifying unit 240 is supplied to the charging unit 250. At this time, since the activation of the charging unit 250 has already started with the power received by the auxiliary power receiving coil 221, the activation of the charging unit 250 is maintained and the power used for maintaining the activation of the charging unit 250 is exceeded. Electric power is charged in power storage unit 320. Further, when the moving body 500 continues to advance, the power receiving coil 211 subsequently overlaps the auxiliary power feeding coil 141. At this time, power is fed to the power receiving coil 211 via the second magnetic field generated by the auxiliary power feeding coil 141. The power received by the power receiving coil 211 is rectified by the rectifying unit 240, and the DC power output from the rectifying unit 240 is supplied to the charging unit 250. Since the charging unit 250 has already started up with the power received by the auxiliary power receiving coil 221, the charging unit 250 is kept running, and the power exceeding the power used to maintain the starting of the charging unit 250 is stored. The unit 320 is charged. Further, when the moving body 500 continues to advance, the power receiving coil 211 subsequently overlaps the power feeding coil 131. At this time, power is supplied to the power receiving coil 211 via the first magnetic field generated by the power feeding coil 131. The power received by the power receiving coil 211 is rectified by the rectification unit 240, and the DC power output from the rectification unit 240 is supplied to the charging unit 250. Here, since charging unit 250 has already started, the DC voltage supplied to charging unit 250 is immediately converted into a charging voltage for power storage unit 320 by power conversion circuit 252 inside charging unit 250. The power storage unit 320 is charged. Thus, when the power from the power feeding coil 131 is received by the power receiving coil 211, the charging unit 250 is activated by the power received by the auxiliary power receiving coil 221 from the auxiliary power feeding coil 141, and is in a standby state. The activation of the charging unit 250 is maintained by the power received by the power receiving coil 221 from the power feeding coil 131 and the power received by the power receiving coil 211 from the auxiliary power feeding coil 141. Therefore, charging of power storage unit 320 is started immediately after power receiving coil 211 receives power. That is, the response of the charging operation of the charging unit 250 from when the power receiving coil 211 receives power until the charging operation to the power storage unit 320 starts is improved.
以上のように、本実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム３０は、ワイヤレス受電装置２００が、補助受電コイル２２１をさらに備え、整流部２４０は、補助受電コイル２２１と接続され、受電コイル２１１および補助受電コイル２２１は、移動体５００の進行方向前側から補助受電コイル２２１、受電コイル２１１の順で配置され、補助受電コイル２２１は、第１磁界または第２磁界を介して電力を受電している。そのため、補助給電コイル１４１から給電される電力が、受電コイル２１１により受電する前に、補助受電コイル２２１により受電して充電部２５０に供給されることから、充電部２５０の起動をより早めることが可能となる。したがって、給電コイル１４１から給電された電力を受電コイル２１１で受電するときには、確実に充電部２５０をスタンバイ状態とすることができる。
As described above, in the wireless power transmission system 30 according to the present embodiment, the wireless power receiving apparatus 200 further includes the auxiliary power receiving coil 221, and the rectifier 240 is connected to the auxiliary power receiving coil 221, and the power receiving coil 211 and the auxiliary power receiving The coil 221 is disposed in the order of the auxiliary power receiving coil 221 and the power receiving coil 211 from the front side of the moving body 500 in the traveling direction, and the auxiliary power receiving coil 221 receives power via the first magnetic field or the second magnetic field. Therefore, the power supplied from the auxiliary power supply coil 141 is received by the auxiliary power reception coil 221 and supplied to the charging unit 250 before being received by the power reception coil 211, so that the activation of the charging unit 250 can be further accelerated. It becomes possible. Therefore, when the power received from the power supply coil 141 is received by the power reception coil 211, the charging unit 250 can be reliably placed in the standby state.
（第４実施形態）
次に、図１２を参照して、本発明の第４実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム４０の構成について説明する。図１２は、本発明の第４実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムの模式図である。
(Fourth embodiment)
Next, the configuration of the wireless power transmission system 40 according to the fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 12 is a schematic diagram of a wireless power transmission system according to the fourth embodiment of the present invention.
ワイヤレス電力伝送システム４０は、第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム１０と同様に、ワイヤレス給電装置１００と、ワイヤレス受電装置２００と、を有する。ワイヤレス給電装置１００は、電源１１０と、第１インバータ１２０と、第２インバータ１２１と、給電コイル部１３０と、給電側共振コンデンサ１３３と、補助給電コイル部１４０と、補助給電側共振コンデンサ１４３と、第１検知部１５１と、切換部１６０と、を有し、ワイヤレス受電装置２００は、受電コイル部２１０と、受電側共振コンデンサ２１３と、整流部２４０と、充電部２５０と、を有する。電源１１０、第１インバータ１２０、第２インバータ１２１、給電コイル部１３０、給電側共振コンデンサ１３３、補助給電コイル部１４０、補助給電側共振コンデンサ１４３、受電コイル部２１０、受電側共振コンデンサ２１３、整流部２４０と充電部２５０の構成は、第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム１０と同様である。すなわち、第４実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム４０は、第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム１０に加えて、第１検知部１５１と、切換部１６０を備えている点において、第１実施形態と相違する。以下、第１実施形態と異なる点を中心に説明する。
Similar to the wireless power transmission system 10 according to the first embodiment, the wireless power transmission system 40 includes a wireless power feeder 100 and a wireless power receiver 200. The wireless power supply apparatus 100 includes a power source 110, a first inverter 120, a second inverter 121, a power supply coil unit 130, a power supply side resonance capacitor 133, an auxiliary power supply coil unit 140, an auxiliary power supply side resonance capacitor 143, The wireless power receiving apparatus 200 includes a power receiving coil unit 210, a power receiving side resonance capacitor 213, a rectifying unit 240, and a charging unit 250. Power supply 110, first inverter 120, second inverter 121, power supply coil unit 130, power supply side resonance capacitor 133, auxiliary power supply coil unit 140, auxiliary power supply side resonance capacitor 143, power reception coil unit 210, power reception side resonance capacitor 213, rectification unit The configurations of 240 and the charging unit 250 are the same as those of the wireless power transmission system 10 according to the first embodiment. That is, the wireless power transmission system 40 according to the fourth embodiment includes the first detection unit 151 and the switching unit 160 in addition to the wireless power transmission system 10 according to the first embodiment. It differs from the form. Hereinafter, a description will be given focusing on differences from the first embodiment.
第１検知部１５１は、第１インバータ１２０と給電コイル１３１との間に設けられ、給電コイル１３１を流れる電流を検知する機能を有する。すなわち、給電コイル１３１に受電コイル２１１が重なって、受電コイル２１１による電力の受電が開始されたことを、給電コイル１３１に流れる電流を検知して認識するものである。この第１検知部１５１には、閾値が設定されており、第１検知部１５１で検知した電流の値が閾値を超えたとき、出力信号を後述する切換部１６０に出力する。なお、閾値は、給電コイル１３１から受電コイル２１１に電力伝送され、受電コイル２１１が電力を受電するときに給電コイル１３１を流れる電流の最小の値が設定される。この第１検知部１５１は、電流センサやカレントトランスから構成される。
The first detection unit 151 is provided between the first inverter 120 and the power supply coil 131 and has a function of detecting a current flowing through the power supply coil 131. That is, the current flowing through the power supply coil 131 is recognized by detecting that the power reception coil 211 overlaps the power supply coil 131 and that the power reception by the power reception coil 211 is started. A threshold value is set in the first detection unit 151, and when the value of the current detected by the first detection unit 151 exceeds the threshold value, an output signal is output to the switching unit 160 described later. The threshold value is set to the minimum value of the current flowing through the power supply coil 131 when power is transmitted from the power supply coil 131 to the power reception coil 211 and the power reception coil 211 receives power. The first detection unit 151 includes a current sensor and a current transformer.
切換部１６０は、第２インバータ１２１と補助給電コイル１４１との間に設けられ、第１検知部１５１よりの出力信号を受け取ったときに、第２インバータ１２１と補助給電コイル１４１との間の接続状態を切換える。具体的には、切換部１６０は、給電コイル１３１を流れる電流が閾値を超えない状態では、第１検知部１５１からの出力信号が入力されないため、第２インバータ１２１と補助給電コイル１４１との接続状態を維持し、給電コイル１３１を流れる電流が閾値を超えたときには、第１検知部１５１からの出力信号が入力され、第２インバータ１２１と補助給電コイル１４１との接続を遮断する。すなわち、切換部１６０は、第１検知部１５１により検知された電流が閾値を超えたとき、第２インバータ１２１と補助給電コイル１４１との間の接続を遮断することとなる。ここで、第２インバータ１２１と補助給電コイル１４１との間の接続とは、電気的な接続のことを意味する。この切換部１６０としては、半導体スイッチやリレーが用いられる。
The switching unit 160 is provided between the second inverter 121 and the auxiliary power supply coil 141. When an output signal is received from the first detection unit 151, the switching unit 160 is connected between the second inverter 121 and the auxiliary power supply coil 141. Switch state. Specifically, in the state where the current flowing through the power supply coil 131 does not exceed the threshold value, the switching unit 160 does not receive the output signal from the first detection unit 151, so the connection between the second inverter 121 and the auxiliary power supply coil 141 is not performed. When the state is maintained and the current flowing through the feeding coil 131 exceeds the threshold value, the output signal from the first detection unit 151 is input, and the connection between the second inverter 121 and the auxiliary feeding coil 141 is cut off. In other words, the switching unit 160 disconnects the connection between the second inverter 121 and the auxiliary power supply coil 141 when the current detected by the first detection unit 151 exceeds the threshold value. Here, the connection between the second inverter 121 and the auxiliary power supply coil 141 means an electrical connection. As the switching unit 160, a semiconductor switch or a relay is used.
続いて、本実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム４０の給電動作について説明する。
Subsequently, a power feeding operation of the wireless power transmission system 40 according to the present embodiment will be described.
まず、ワイヤレス受電装置２００を備えた移動体５００が、ワイヤレス給電装置１００が配設されている給電エリアに進入する。移動体５００が給電エリアに進入すると、先行して補助給電コイル１４１が受電コイル２１１と重なる。このとき、補助給電コイル１４１が発生する第２磁界を介して受電コイル２１１に電力が給電される。受電コイル２１１で受電した電力は、整流部２４０によって整流され、整流部２４０から出力された直流電力は、充電部２５０に供給される。充電部２５０に整流部２４０から直流電力が供給されると、この電力を受けて充電部２５０内部の起動回路２５１が起動し、供給された直流電力が、起動回路２５１により充電部２５０内部の電力変換回路２５２の起動用の電力に変換されて電力変換回路２５２に供給され、電力変換回路２５２が起動用の電力を受けて起動状態となる。つまり、充電部２５０は、給電コイル１３１が発生する第１磁界を介して受電した電力を受ける前に、補助給電コイル１４１が発生する第２磁界を介して受電した電力を受けて起動を開始し、スタンバイ状態に移行する。一方、充電動作が準備されている間も移動体５００は進行し続けるため、続いて給電コイル１３１が、受電コイル２１１と重なる。このとき、給電コイル１３１が発生する第１磁界を介して受電コイル２１１に電力が給電される。受電コイル２１１が受電した電力は、整流部２４０によって整流され、整流部２４０から出力された直流電力は、充電部２５０に供給される。ここで、充電部２５０は、即座に充電動作が可能なスタンバイ状態に移行しているため、充電部２５０に供給された直流電圧は、充電部２５０内部の電力変換回路２５２によって蓄電部３２０への充電電圧に変換され、蓄電部３２０に充電される。このように、給電コイル１３１からの電力を受電コイル２１１で受電するときには、補助給電コイル１４１により給電され受電コイル２１１で受電した電力で充電部２５０が起動し、スタンバイ状態になっている。そのため、受電コイル２１１が給電コイル１３１から給電される電力を受電した直後から蓄電部３２０への充電が開始されることとなる。本実施形態では、給電コイル１３１からの電力を受電コイル２１１で受電開始すると、第１検知部１５１で検知される電流が閾値を超える。第１検知部１５１で検知された電流が閾値を超えると、第１検知部１５１より出力信号が切換部１６０に出力される。切換部１６０が第１検知部１５１からの出力信号を受け取ると、切換部１６０によって第２インバータ１２１と補助給電コイル１４１との間の接続が遮断され、補助給電コイル１４１からの給電が停止される。つまり、補助給電コイル１４１での電力消費は発生しないこととなる。
First, the moving body 500 including the wireless power receiving apparatus 200 enters a power feeding area where the wireless power feeding apparatus 100 is disposed. When the moving body 500 enters the power feeding area, the auxiliary power feeding coil 141 overlaps the power receiving coil 211 in advance. At this time, power is fed to the power receiving coil 211 via the second magnetic field generated by the auxiliary power feeding coil 141. The power received by the power receiving coil 211 is rectified by the rectifying unit 240, and the DC power output from the rectifying unit 240 is supplied to the charging unit 250. When DC power is supplied from the rectifying unit 240 to the charging unit 250, the activation circuit 251 inside the charging unit 250 is activated by receiving this power, and the supplied DC power is converted into electric power inside the charging unit 250 by the activation circuit 251. The power is converted into power for starting up the conversion circuit 252 and supplied to the power conversion circuit 252, and the power conversion circuit 252 receives the power for starting up to be in a start-up state. In other words, the charging unit 250 starts to receive power received through the second magnetic field generated by the auxiliary power supply coil 141 before receiving power received through the first magnetic field generated by the power supply coil 131. Transition to the standby state. On the other hand, since the moving body 500 continues to advance while the charging operation is being prepared, the power feeding coil 131 overlaps with the power receiving coil 211. At this time, power is supplied to the power receiving coil 211 via the first magnetic field generated by the power feeding coil 131. The power received by the power receiving coil 211 is rectified by the rectification unit 240, and the DC power output from the rectification unit 240 is supplied to the charging unit 250. Here, since charging unit 250 is in a standby state in which a charging operation can be performed immediately, the DC voltage supplied to charging unit 250 is supplied to power storage unit 320 by power conversion circuit 252 inside charging unit 250. It is converted into a charging voltage and the power storage unit 320 is charged. Thus, when the power from the power feeding coil 131 is received by the power receiving coil 211, the charging unit 250 is activated by the power supplied by the auxiliary power feeding coil 141 and received by the power receiving coil 211, and is in a standby state. Therefore, charging of the power storage unit 320 is started immediately after the power receiving coil 211 receives power supplied from the power supply coil 131. In the present embodiment, when power reception from the power supply coil 131 is started by the power reception coil 211, the current detected by the first detection unit 151 exceeds the threshold value. When the current detected by the first detection unit 151 exceeds the threshold value, an output signal is output from the first detection unit 151 to the switching unit 160. When the switching unit 160 receives an output signal from the first detection unit 151, the switching unit 160 disconnects the connection between the second inverter 121 and the auxiliary power supply coil 141, and the power supply from the auxiliary power supply coil 141 is stopped. . That is, power consumption in the auxiliary power supply coil 141 does not occur.
以上のように、本実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム４０は、ワイヤレス給電装置１００が、給電コイル１３１に接続され、給電コイル１３１に電力を供給する第１インバータ１２０と、補助給電コイル１４１に接続され、補助給電コイル１４１に電力を供給する第２インバータ１２１と、給電コイル１３１を流れる電流を検知する第１検知部１５１と、第２インバータ１２１と補助給電コイル１４１との間の接続状態を切り換える切換部１６０と、を備え、切換部１６０は、給電コイル１３１を流れる電流が閾値を超えたときに、第２インバータ１２１と補助給電コイル１４１との接続を遮断している。そのため、受電コイル２１１が給電コイル１３１からの電力を受電開始したときには、補助給電コイル１４１からの給電が停止される。したがって、受電コイル２１１が給電コイル１３１からの電力を受電中に補助給電コイル１４１が動作しないため、無駄な電力消費を抑制することができる。
As described above, in the wireless power transmission system 40 according to the present embodiment, the wireless power feeding apparatus 100 is connected to the power feeding coil 131, and is connected to the first inverter 120 that supplies power to the power feeding coil 131 and the auxiliary power feeding coil 141. The second inverter 121 that supplies power to the auxiliary power supply coil 141, the first detector 151 that detects the current flowing through the power supply coil 131, and the connection state between the second inverter 121 and the auxiliary power supply coil 141 are switched. Switching unit 160, and switching unit 160 blocks connection between second inverter 121 and auxiliary power supply coil 141 when the current flowing through power supply coil 131 exceeds a threshold value. Therefore, when the power receiving coil 211 starts receiving power from the power feeding coil 131, power feeding from the auxiliary power feeding coil 141 is stopped. Therefore, since the auxiliary power supply coil 141 does not operate while the power receiving coil 211 is receiving power from the power supply coil 131, wasteful power consumption can be suppressed.
（第５実施形態）
次に、図１３〜図１６を参照して、本発明の第５実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム５０の構成について説明する。図１３は、本発明の第５実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムの模式図である。図１４は、本発明の第５実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムの補助給電コイル部と補助給電側共振コンデンサを拡大して示す模式構成図である。図１５ａは、本発明の第５実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムにおいて、移動体が給電エリアに進入する前の状態を示す図である。図１５ｂは、本発明の第５実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムにおいて、移動体が給電エリアに進入を開始した状態を示す図である。図１５ｃは、本発明の第５実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムにおいて、受電コイルが補助給電コイルに重なり始めた状態を示す図である。図１５ｄは、本発明の第５実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムにおいて、給電コイルを給電に適した位置に移動させる前の状態を示す図である。図１５ｅは、本発明の第５実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムにおいて、給電コイルを給電に適した位置に移動させた状態を示す図である。図１５ｆは、本発明の第５実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムにおいて、受電コイルが給電コイルに重なり始めた状態を示す図である。なお、図１５ａ〜図１５ｆにおいては、説明の便宜上、筐体等の図示を省略した給電コイル、第１〜第３補助給電コイル、受電コイルを図示している。
(Fifth embodiment)
Next, the configuration of the wireless power transmission system 50 according to the fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 13 is a schematic diagram of a wireless power transmission system according to the fifth embodiment of the present invention. FIG. 14 is an enlarged schematic configuration diagram illustrating the auxiliary power supply coil unit and the auxiliary power supply side resonance capacitor of the wireless power transmission system according to the fifth embodiment of the present invention. FIG. 15a is a diagram illustrating a state before a mobile object enters a power feeding area in a wireless power transmission system according to the fifth embodiment of the present invention. FIG. 15B is a diagram illustrating a state in which the moving body starts entering the power feeding area in the wireless power transmission system according to the fifth embodiment of the present invention. FIG. 15c is a diagram illustrating a state where the power receiving coil starts to overlap the auxiliary power feeding coil in the wireless power transmission system according to the fifth embodiment of the present invention. FIG. 15d is a diagram illustrating a state before the feeding coil is moved to a position suitable for feeding in the wireless power transmission system according to the fifth embodiment of the present invention. FIG. 15e is a diagram illustrating a state where the feeding coil is moved to a position suitable for feeding in the wireless power transmission system according to the fifth embodiment of the present invention. FIG. 15f is a diagram illustrating a state in which the power receiving coil starts to overlap the power feeding coil in the wireless power transmission system according to the fifth embodiment of the present invention. 15a to 15f, for convenience of explanation, a power supply coil, first to third auxiliary power supply coils, and a power reception coil, which are not illustrated, such as a housing, are illustrated.
ワイヤレス電力伝送システム５０は、第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム１０と同様に、ワイヤレス給電装置１００と、ワイヤレス受電装置２００と、を有する。ワイヤレス給電装置１００は、電源１１０と、第１インバータ１２０と、第２インバータ１２１と、給電コイル部１３０と、給電側共振コンデンサ１３３と、補助給電コイル部１９０と、補助給電側共振コンデンサ１９３と、動作部１８１と、第２検知部１５２を有し、ワイヤレス受電装置２００は、受電コイル部２１０と、受電側共振コンデンサ２１３と、整流部２４０と、充電部２５０と、を有する。電源１１０、第１インバータ１２０、第２インバータ１２１、給電コイル部１３０、給電側共振コンデンサ１３３、受電コイル部２１０、受電側共振コンデンサ２１３、整流部２４０と充電部２５０の構成は、第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム１０と同様である。すなわち、第５実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム５０は、第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム１０の補助給電コイル部１４０と補助給電側共振コンデンサ１４３に代えて、補助給電コイル部１９０と補助給電側共振コンデンサ１９３と、を備え、またさらに、動作部１８１と、第２検知部１５２を備えている点において、第１実施形態と相違する。以下、第１実施形態と異なる点を中心に説明する。
Similar to the wireless power transmission system 10 according to the first embodiment, the wireless power transmission system 50 includes a wireless power feeding device 100 and a wireless power receiving device 200. The wireless power supply apparatus 100 includes a power source 110, a first inverter 120, a second inverter 121, a power supply coil unit 130, a power supply side resonance capacitor 133, an auxiliary power supply coil unit 190, an auxiliary power supply side resonance capacitor 193, The wireless power receiving apparatus 200 includes an operating unit 181 and a second detection unit 152, and includes a power receiving coil unit 210, a power receiving side resonance capacitor 213, a rectifying unit 240, and a charging unit 250. The configurations of the power source 110, the first inverter 120, the second inverter 121, the power feeding coil unit 130, the power feeding side resonance capacitor 133, the power receiving coil unit 210, the power receiving side resonance capacitor 213, the rectifying unit 240, and the charging unit 250 are the first embodiment. This is the same as the wireless power transmission system 10 according to FIG. That is, the wireless power transmission system 50 according to the fifth embodiment replaces the auxiliary power supply coil unit 140 and the auxiliary power supply side resonance capacitor 143 of the wireless power transmission system 10 according to the first embodiment with the auxiliary power supply coil unit 190 and the auxiliary power supply. It is different from the first embodiment in that it includes a power supply side resonance capacitor 193 and further includes an operation unit 181 and a second detection unit 152. Hereinafter, a description will be given focusing on differences from the first embodiment.
補助給電コイル部１９０は、第２インバータ１２１から供給された交流電力を受電コイル部２１０に給電する機能を有する。本実施形態では、補助給電コイル部１９０は、図１４に示されるように、補助給電コイル１９１と、磁性体１９２と、を有し、絶縁性を有する筐体１９４によってパッケージングされている。なお、補助給電コイル部１９０は、補助給電コイル１９１のみから構成されていてもよい。本実施形態では、補助給電コイル部１９０は、給電コイル部１３０と同様に、地中あるいは地面近傍に配置されることとなる。
The auxiliary power supply coil unit 190 has a function of supplying AC power supplied from the second inverter 121 to the power receiving coil unit 210. In the present embodiment, as shown in FIG. 14, the auxiliary power supply coil unit 190 includes an auxiliary power supply coil 191 and a magnetic body 192 and is packaged by a casing 194 having an insulating property. In addition, the auxiliary power supply coil unit 190 may be configured only from the auxiliary power supply coil 191. In the present embodiment, the auxiliary power supply coil unit 190 is disposed in the ground or in the vicinity of the ground, like the power supply coil unit 130.
給電コイル１３１および補助給電コイル１９１は、図１５ａに示されるように、移動体５００の進行方向に沿って、手前側から補助給電コイル１９１、給電コイル１３１の順で配置されている。つまり、補助給電コイル１９１は、給電コイル１３１よりも移動体５００の進行方向に沿って手前側に位置することになる。したがって、移動体５００が給電エリアに進入した際に、補助給電コイル１９１が先行して受電コイル２１１に重なることとなる。補助給電コイル１９１は、複数のコイルから構成され、本実施形態では、第１補助給電コイル１９１ａ、第２補助給電コイル１９１ｂ、第３補助給電コイル１９１ｃの３つのコイルから構成されている。第１〜第３補助給電コイル１９１ａ〜１９１ｃは、地中あるいは地面近傍において、互いに重なり合わないように位置している。具体的には、第２補助給電コイル１９１ｂの中心は、給電コイル１３１の中心から移動体５００の進行方向に沿って手前側に伸ばした仮想線上に位置し、第１および第３補助給電コイル１９１ａ，１９１ｃは、給電コイル１３１の中心から移動体５００の進行方向に沿って手前側に伸ばした仮想線に対して線対称になるように位置している。またさらには、第１〜第３補助給電コイル１９１ａ〜１９１ｃは、第１〜第３補助給電コイル１９１ａ〜１９１ｃの中心同士を結ぶ仮想線が移動体５００の進行方向と直交する方向に平行となるように位置している。すなわち、第１〜第３補助給電コイル１９１ａ〜１９１ｃは、移動体５００の進行方向と直交する方向に並置されている。ここで、本実施形態では、第１〜第３補助給電コイル１９１ａ〜１９１ｃは、それぞれ補助給電側共振コンデンサ１９３と接続され補助給電側ＬＣ共振回路を形成している。なお、図１４では、３つの補助給電側共振コンデンサ１９３は、それぞれ補助給電コイル部１９０の筐体１９４から離間して配置されているがこれに限られることなく、補助給電コイル部１９０の筐体１９４の外表面に設置されていてもよく、補助給電コイル部１９０の筐体１９４の内部に収納されていても構わない。また、第１〜第３補助給電コイル１９１ａ〜１９１ｃは、磁性体１９２とともに１つの筐体１９４にパッケージングされているがこれに限られることなく、第１〜第３補助給電コイル１９１ａ〜１９１ｃが別々の筐体にそれぞれのコイルに対応する磁性体とともにパッケージングされていてもよい。
As shown in FIG. 15 a, the power feeding coil 131 and the auxiliary power feeding coil 191 are arranged in this order from the near side along the traveling direction of the moving body 500 in the order of the auxiliary power feeding coil 191 and the power feeding coil 131. That is, the auxiliary power supply coil 191 is positioned closer to the front side in the traveling direction of the moving body 500 than the power supply coil 131. Therefore, when the mobile unit 500 enters the power supply area, the auxiliary power supply coil 191 precedes and overlaps the power reception coil 211. The auxiliary power supply coil 191 includes a plurality of coils. In the present embodiment, the auxiliary power supply coil 191 includes three coils including a first auxiliary power supply coil 191a, a second auxiliary power supply coil 191b, and a third auxiliary power supply coil 191c. The first to third auxiliary power supply coils 191a to 191c are positioned so as not to overlap each other in the ground or in the vicinity of the ground. Specifically, the center of the second auxiliary power supply coil 191b is located on an imaginary line extending from the center of the power supply coil 131 to the near side along the traveling direction of the moving body 500, and the first and third auxiliary power supply coils 191a. , 191 c are positioned so as to be line-symmetric with respect to a virtual line extending from the center of the power supply coil 131 toward the front side along the traveling direction of the moving body 500. Still further, in the first to third auxiliary power supply coils 191 a to 191 c, a virtual line connecting the centers of the first to third auxiliary power supply coils 191 a to 191 c is parallel to a direction orthogonal to the traveling direction of the moving body 500. Is located. That is, the first to third auxiliary power supply coils 191 a to 191 c are juxtaposed in a direction orthogonal to the traveling direction of the moving body 500. Here, in the present embodiment, the first to third auxiliary power supply coils 191a to 191c are respectively connected to the auxiliary power supply side resonance capacitor 193 to form an auxiliary power supply side LC resonance circuit. In FIG. 14, the three auxiliary power supply side resonance capacitors 193 are arranged separately from the housing 194 of the auxiliary power supply coil unit 190, but the present invention is not limited thereto, and the housing of the auxiliary power supply coil unit 190 is not limited thereto. It may be installed on the outer surface of 194 or may be housed inside the housing 194 of the auxiliary power supply coil unit 190. The first to third auxiliary power supply coils 191a to 191c are packaged together with the magnetic body 192 in one housing 194. However, the first to third auxiliary power supply coils 191a to 191c are not limited to this and are not limited thereto. You may package with the magnetic body corresponding to each coil in a separate housing | casing.
第２検知部１５２は、第２インバータ１２１と補助給電コイル１９１との間に設けられ、補助給電コイル１９１を流れる電流を検知する。すなわち、受電コイル２１１への給電電力を、補助給電コイル１９１を流れる電流を検知して認識するものである。ここで、補助給電コイル１９１からの電力を受電コイル２１１で受電する際の電力伝送効率が良い場合、つまり、補助給電コイル１９１の位置が、受電コイル２１１への給電に適した位置の場合、補助給電コイル１９１を流れる電流が小さくなる。一方、電力伝送効率が悪い場合、つまり、補助給電コイル１９１の位置が、受電コイル２１１への給電に適した位置ではない場合、補助給電コイル１９１を流れる電流が大きくなる。この第２検知部１５２は、電流を検知したとき、検知した電流の値を後述する動作部１８１に出力する。なお、第２検知部１５２は、電流センサやカレントトランスから構成される。
The second detection unit 152 is provided between the second inverter 121 and the auxiliary power supply coil 191 and detects a current flowing through the auxiliary power supply coil 191. That is, the power supplied to the power receiving coil 211 is recognized by detecting the current flowing through the auxiliary power supply coil 191. Here, when the power transmission efficiency when the power from the auxiliary power supply coil 191 is received by the power receiving coil 211 is good, that is, when the position of the auxiliary power supply coil 191 is a position suitable for power supply to the power receiving coil 211, The current flowing through the feeding coil 191 is reduced. On the other hand, when the power transmission efficiency is poor, that is, when the position of the auxiliary power supply coil 191 is not a position suitable for power supply to the power receiving coil 211, the current flowing through the auxiliary power supply coil 191 increases. When the second detection unit 152 detects a current, the second detection unit 152 outputs a value of the detected current to the operation unit 181 described later. The second detection unit 152 includes a current sensor and a current transformer.
動作部１８１は、給電コイル１３１を移動体５００の進行方向と交差する方向に移動させる機能を有する。動作部１８１は、図１３に示されるように給電コイル部１３０を動作部１８１上面に搭載し、地中あるいは地面近傍を、第２検知部１５２からの電流の値に基づいて、給電コイル部１３０を介して、給電コイル１３１を移動させることができる。具体的には、動作部１８１は、第２検知部１５２と接続され、第２検知部１５２で検知した第１〜第３補助給電コイル１９１ａ〜１９１ｃを流れる電流のうち、電流の値が最も小さい補助給電コイルの位置に給電コイル１３１を移動させる。すなわち、移動体５００の進行に伴って、複数の補助給電コイル１９１を流れる電流の値に変化が生じたときに、電流の値に変化が生じた補助給電コイル１９１のうち、第２検知部１５２で検知される電流の値が最も小さい補助給電コイル１９１の位置が最も電力伝送効率の良い位置であるため、この位置に給電コイル１３１を移動させることで、給電コイル１３１を給電に適した位置に配置させることが可能となる。この動作部１８１としては、単軸ロボット、直動アクチュエータ、あるいは、ボールねじとサーボモータで構成されるサーボステージなど、サーボ制御できるものであってもよい。
The operation unit 181 has a function of moving the power supply coil 131 in a direction that intersects the traveling direction of the moving body 500. As shown in FIG. 13, the operation unit 181 has the power supply coil unit 130 mounted on the upper surface of the operation unit 181, and the power supply coil unit 130 is located in the ground or in the vicinity of the ground based on the current value from the second detection unit 152. The feeding coil 131 can be moved via Specifically, the operation unit 181 is connected to the second detection unit 152 and has the smallest current value among the currents flowing through the first to third auxiliary power supply coils 191 a to 191 c detected by the second detection unit 152. The feeding coil 131 is moved to the position of the auxiliary feeding coil. That is, when the value of the current flowing through the plurality of auxiliary power supply coils 191 changes with the progress of the moving body 500, the second detection unit 152 among the auxiliary power supply coils 191 that have changed in the current value. Since the position of the auxiliary power supply coil 191 having the smallest current value detected in step 1 is the position with the best power transmission efficiency, the power supply coil 131 is moved to this position, so that the power supply coil 131 is brought into a position suitable for power supply. It becomes possible to arrange. The operation unit 181 may be a unit that can perform servo control, such as a single-axis robot, a linear actuator, or a servo stage composed of a ball screw and a servo motor.
続いて、図１５を参照して、本実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム５０の給電コイル部１３０の位置合わせ動作について説明する。
Next, with reference to FIG. 15, the positioning operation of the feeding coil unit 130 of the wireless power transmission system 50 according to the present embodiment will be described.
まず、図１５ａに示すとおり、ワイヤレス受電装置２００を備えた移動体５００が、ワイヤレス給電装置１００が配設されている給電エリアに進入する前の状態から、給電エリアの第１〜第３補助給電コイル１９１ａ〜１９１ｃが配置されている側に向かって進行すると、図１５ｂに示すとおり、先行して、第１補助給電コイル１９１ａが、受電コイル２１１と重なる。このとき、第１補助給電コイル１９１ａが発生する第２磁界を介して受電コイル２１１に電力が給電される。受電コイル２１１で受電が始まると、第１補助給電コイル１９１ａを流れる電流が変化する。第２検知部１５２は、第１〜第３補助給電コイル１９１ａ〜１９１ｃを流れる電流を検知しており、第１補助給電コイル１９１ａを流れる電流の値を動作部１８１に通知する。動作部１８１は、第２検知部１５２からの通知を受けて、電流の値が変化したのは第１補助給電コイル１９１ａであることを認識する。移動体５００が進行すると、図１５ｃに示すとおり、第１補助給電コイル１９１ａと受電コイル２１１の重なる範囲が拡大するとともに、第２補助給電コイル１９１ｂが受電コイル２１１に重なり始める。このとき、第１補助給電コイル１９１ａから受電コイル２１１への電力伝送が継続しつつ、新たに第２補助給電コイル１９１ｂが発生する第２磁界を介して受電コイル２１１に電力が給電される。受電コイル２１１で、第２補助給電コイル１９１ｂから給電された電力の受電が始まると、第２補助給電コイル１９１ｂを流れる電流が変化する。第２検知部１５２は、第２補助給電コイル１９１ｂを流れる電流を検知し、電流の値を動作部１８１に通知する。移動体５００の進行に伴い、第２検知部１５２で検知する第１補助給電コイル１９１ａの電流の値および第２補助給電コイル１９１ｂの電流の値が次第に減少していくが、さらに移動体５００が進行し、受電コイル２１１の中心位置が第１〜第３補助給電コイル１９１ａ〜１９１ｃの中心位置（補助給電コイル１９１の中心位置）を超えると、今度は電流の値は増加に転じる。ここで、図１５ｄに示すとおり、受電コイル２１１が第２補助給電コイル１９１ｂよりも第１補助給電コイル１９１ａの中心近傍を通過することから、電流の値が減少から増加に転じる際に第１補助給電コイル１９１ａを流れる電流が第２補助給電コイル１９１ｂを流れる電流より小さくなる。これにより、動作部１８１は、検知された電流の値が最も小さかった補助給電コイル１９１が第１補助給電コイル１９１ａであることを認識し、図１５ｅに示すとおり、給電コイル１３１を第１補助給電コイル１９１ａの移動体５００の進行方向と直交する方向の位置に移動させる。つまり、この位置が、給電コイル１３１が受電コイル２１１に給電するために適した位置であるため、給電コイル１３１が給電した電力を受電コイル２１１が受電する前に、給電コイル１３１を給電に適した位置に移動させることができる。そして、図１５ｆに示す、受電コイル２１１が給電コイル１３１に重なり、給電コイル１３１から給電された電力を受電コイル２１１が受電開始するときには、給電コイル１３１は給電に適した位置に移動されている。
First, as shown in FIG. 15a, the first to third auxiliary power feeding in the power feeding area from the state before the moving body 500 including the wireless power receiving device 200 enters the power feeding area in which the wireless power feeding device 100 is disposed. When proceeding toward the side where the coils 191a to 191c are arranged, the first auxiliary power supply coil 191a overlaps the power receiving coil 211 in advance, as shown in FIG. At this time, power is fed to the power receiving coil 211 via the second magnetic field generated by the first auxiliary power feeding coil 191a. When power reception starts at the power reception coil 211, the current flowing through the first auxiliary power supply coil 191a changes. The second detection unit 152 detects the current flowing through the first to third auxiliary power supply coils 191a to 191c, and notifies the operating unit 181 of the value of the current flowing through the first auxiliary power supply coil 191a. In response to the notification from the second detection unit 152, the operation unit 181 recognizes that the current value has changed in the first auxiliary power supply coil 191a. When the moving body 500 advances, the overlapping range of the first auxiliary power supply coil 191a and the power receiving coil 211 is expanded and the second auxiliary power supply coil 191b starts to overlap the power receiving coil 211 as shown in FIG. At this time, the power transmission from the first auxiliary power supply coil 191a to the power reception coil 211 is continued, and power is supplied to the power reception coil 211 via the second magnetic field newly generated by the second auxiliary power supply coil 191b. When the power receiving coil 211 starts to receive the power supplied from the second auxiliary power supply coil 191b, the current flowing through the second auxiliary power supply coil 191b changes. The second detection unit 152 detects the current flowing through the second auxiliary power supply coil 191b and notifies the operation unit 181 of the current value. As the moving body 500 advances, the current value of the first auxiliary power supply coil 191a and the current value of the second auxiliary power supply coil 191b detected by the second detection unit 152 gradually decrease. As the power progresses and the center position of the power receiving coil 211 exceeds the center position of the first to third auxiliary power supply coils 191a to 191c (center position of the auxiliary power supply coil 191), the current value starts to increase. Here, as shown in FIG. 15d, since the power receiving coil 211 passes near the center of the first auxiliary power supply coil 191a rather than the second auxiliary power supply coil 191b, the first auxiliary current is changed when the current value starts to increase from the decrease. The current flowing through the feeding coil 191a is smaller than the current flowing through the second auxiliary feeding coil 191b. Accordingly, the operating unit 181 recognizes that the auxiliary power supply coil 191 having the smallest detected current value is the first auxiliary power supply coil 191a, and as shown in FIG. The coil 191a is moved to a position in a direction orthogonal to the traveling direction of the moving body 500. That is, since this position is a position suitable for the power feeding coil 131 to feed power to the power receiving coil 211, the power feeding coil 131 is suitable for power feeding before the power receiving coil 211 receives the power fed by the power feeding coil 131. Can be moved to a position. When the power receiving coil 211 overlaps with the power feeding coil 131 and the power receiving coil 211 starts to receive the power fed from the power feeding coil 131, the power feeding coil 131 is moved to a position suitable for power feeding, as shown in FIG.
以上のように、本実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム４０は、ワイヤレス給電装置１００が、補助給電コイル１９１を流れる電流を検知する第２検知部１５２と、給電コイル１３１を移動体５００の進行方向と交差する方向に移動させる動作部１８１を、備え、補助給電コイル１９１は、複数のコイルを含み、動作部１８１は、第２検知部１５２により検知した複数のコイルそれぞれを流れる電流に基づき、給電コイル１３１を移動させている。そのため、給電コイル１３１が給電した電力を受電コイル２１１が受電する前に、給電コイル１３１を給電に適した位置に移動させることが可能となる。したがって、電力伝送効率を向上させることができる。
As described above, in the wireless power transmission system 40 according to the present embodiment, the wireless power feeding apparatus 100 uses the second detection unit 152 that detects the current flowing through the auxiliary power feeding coil 191 and the power feeding coil 131 in the traveling direction of the moving body 500. The auxiliary power supply coil 191 includes a plurality of coils, and the operation unit 181 supplies power based on the current flowing through each of the plurality of coils detected by the second detection unit 152. The coil 131 is moved. Therefore, before the power receiving coil 211 receives the power supplied by the power feeding coil 131, the power feeding coil 131 can be moved to a position suitable for power feeding. Therefore, power transmission efficiency can be improved.
以上、本発明を実施の形態をもとに説明したが、本発明は上述の実施形態に限られることなく、様々な変形や変更が可能である。上述の実施形態では、第２〜第５実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム２０〜５０における特徴的構成ならびに機能を、第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム１０に適用した例を用いて説明したがこれに限られることなく、他の実施形態に組み合わせても構わない。
While the present invention has been described based on the embodiments, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and changes can be made. In the above-described embodiment, the characteristic configurations and functions of the wireless power transmission systems 20 to 50 according to the second to fifth embodiments have been described using examples applied to the wireless power transmission system 10 according to the first embodiment. However, the present invention is not limited to this, and may be combined with other embodiments.
