JP6587930B2

JP6587930B2 - 測定装置

Info

Publication number: JP6587930B2
Application number: JP2015253377A
Authority: JP
Inventors: 智志路関
Original assignee: Hioki EE Corp
Current assignee: Hioki EE Corp
Priority date: 2015-12-25
Filing date: 2015-12-25
Publication date: 2019-10-09
Anticipated expiration: 2035-12-25
Also published as: JP2017118740A

Description

本発明は、非接触電力伝送装置における送信コイルと受信コイルとの間の相互インダクタンスおよび両コイル間の伝送効率のうちの少なくとも一方を測定する測定装置に関するものである。

この種の非接触電力伝送装置における送電（送信）コイルと受電（受信）コイルとの間の相互インダクタンスＭについては、下記の特許文献１に開示されているように、これら２つのコイルの差動結合時（差動接続時）の合成インダクタンスをＬａとし、また和動結合時（和動接続時）の合成インダクタンスをＬｂとしたときに、相互インダクタンスＭ＝（Ｌｂ−Ｌａ）／４の算出式で算出できることが公知となっている。また、この特許文献１に開示されているように、送電コイルから受電コイルへの電力の伝送効率については、相互インダクタンスＭ（または、この相互インダクタンスＭおよび各コイルのインダクタンスから算出される結合係数ｋ）に大きく依存していることも公知となっている。さらには、特に文献は提示しないが、相互インダクタンスＭに基づいてこの伝送効率を算出できることも公知である。

特開平７−１０６１７０号公報（第４頁）

ところで、送電コイルおよび受電コイルのうちの一方のコイルに対する他方のコイルの伝送効率上の最適な位置を特定すべく、一方のコイルに対する他方のコイルの位置を三次元的に移動させつつ各位置（測定位置）での相互インダクタンスＭの測定（さらには、この相互インダクタンスＭに基づく伝送効率の算出（測定））を行うことがある。

この相互インダクタンスＭの測定に際して、一方のコイルに対する他方のコイルの位置を相互インダクタンスＭを測定する位置（測定位置）に位置決めする位置決め作業、位置決めされた各コイルを差動接続する差動接続作業、差動接続された各コイルの合成インダクタンスＬａを測定する第１合成インダクタンス測定作業、位置決めされた各コイルを和動接続する和動接続作業、および和動接続された各コイルの合成インダクタンスＬｂを測定する第２合成インダクタンス測定作業の一連の作業を、測定位置の数だけ行う必要があるが、現状では、こられ一連の作業を手作業で行っているため、すべての測定位置における相互インダクタンスＭの測定（相互インダクタンスＭ（または伝送効率）の三次元的な分布データ（三次元データ）の測定）に大変な手間がかかるという解決すべき課題が存在している。

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、送電コイルと受電コイルとの間の相互インダクタンスおよび両コイル間の伝送効率のうちの少なくとも一方の測定に要する手間を大幅に低減し得る測定装置を提供することを主目的とする。

上記目的を達成すべく、請求項１記載の測定装置は、非接触電力伝送用の送電コイルおよび受電コイルを保持可能に構成されると共に当該保持された送電コイルおよび受電コイルの相対的位置が三次元的に変化するように当該送電コイルおよび当該受電コイルを相対的に移動させる移動部と、前記送電コイルおよび前記受電コイルを接続可能に構成されると共に当該接続された送電コイルおよび受電コイルの接続状態を差動接続状態および和動接続状態のうちの一方の接続状態に選択的に切り替える接続切替部と、前記接続切替部によって前記差動接続状態に切り替えられたときの前記送電コイルおよび前記受電コイルの差動時合成インダクタンスと前記和動接続状態に切り替えられたときの前記送電コイルおよび前記受電コイルの和動時合成インダクタンスとを測定する測定部と、前記移動部を制御して前記送電コイルおよび前記受電コイルを相対的に移動させることにより前記相対的位置を予め規定された複数の測定位置に順次移行させつつ、当該複数の測定位置のそれぞれにおいて前記接続切替部および前記測定部を制御して前記差動時合成インダクタンスと前記和動時合成インダクタンスとを測定させると共に当該測定された差動時合成インダクタンスおよび和動時合成インダクタンスに基づいて前記送電コイルおよび前記受電コイル間の相互インダクタンスを算出し、かつ当該算出した相互インダクタンスを当該複数の測定位置のそれぞれに対応させて記憶部に記憶させる処理部とを備えている。

また、請求項２記載の測定装置は、請求項１記載の測定装置において、前記処理部は、前記記憶された前記複数の測定位置での前記相互インダクタンスに基づいて、当該複数の測定位置での前記送電コイルおよび前記受電コイル間の伝送効率を測定する。

請求項１記載の測定装置によれば、処理部によって制御されて、送電コイルおよび受電コイルを互いの相対的位置が三次元的に変化するように両コイルを相対的に移動させる移動部と、処理部によって制御されて、両コイルの接続状態を和動接続状態および差動接続状態のうちの一方に選択的に切り替える接続切替部と、処理部によって制御されて、差動接続状態のときの両コイルの合成インダクタンスおよび和動接続状態のときの両コイルの合成インダクタンスを測定する測定部と、各合成インダクタンスに基づいて両コイル間の相互インダクタンスを算出する処理部とを備えたことにより、相互インダクタンスを測定すべき複数の測定位置（送電コイルおよび受電コイル間の複数の相対的位置）を操作部などを用いて記憶部に予め記憶させておくだけで、複数の測定位置での相互インダクタンスを自動的に測定することができるため、この相互インダクタンスの測定に要する時間を大幅に低減することができる。

また、請求項２記載の測定装置によれば、処理部が複数の測定位置での相互インダクタンスに基づいて、この複数の測定位置での両コイル間の伝送効率を測定することにより、複数の測定位置での伝送効率についても自動的に測定することができることから、この伝送効率の測定に要する時間についても大幅に低減することができる。

測定装置１の構成を示す構成図である。接続切替部３の構成と、接続切替部３、送電コイル１０１、受電コイル１０２および測定部４との接続構成を説明するための説明図である。

以下、測定装置の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。

まず、測定装置の一例である図１に示す測定装置１の構成について説明する。この測定装置１は、非接触電力伝送装置における送電側電極としての送電コイル１０１および受電側電極としての受電コイル１０２の相対的位置を三次元的に変化させて、この相対的位置が予め規定された複数の測定位置のそれぞれとなったときの各位置（測定位置）での両コイル１０１，１０２間の相互インダクタンスＭ（および／または伝送効率）を測定する装置であって、移動部２、接続切替部３、測定部４、処理部５、記憶部６および出力部７を備えて構成されている。

移動部２は、送電側保持部１１、受電側保持部１２および移動機構１３を備えている。この場合、送電側保持部１１は、送電コイル１０１を保持可能に構成されている。具体的には、送電側保持部１１は、送電コイル１０１を載置可能なテーブル状に形成されると共に、載置された送電コイル１０１を着脱自在に固定する不図示の固定具とを備えている。

受電側保持部１２は、受電コイル１０２を保持可能に構成されている。具体的には、受電側保持部１２は、受電コイル１０２を載置可能なテーブル状に形成されると共に、載置された受電コイル１０２を着脱自在に固定する不図示の固定具とを備えている。

また、送電側保持部１１および受電側保持部１２は、送電コイル１０１が発生する磁界（受電コイル１０２が受ける磁界でもある）に対する影響を低減するため、比透磁率（透磁率）および比誘電率（誘電率）が小さい材料を用いて構成されている。具体的には、この材料として、樹脂（一例として、ポリカーボネート、ポリスチレン、ＡＢＳ樹脂等の非晶性樹脂）を用いることができる。また、剛性の確保や製造効率を考慮して、この材料として金属を用いるときには、比透磁率および比誘電率が比較的小さいアルミニウムを用いるのが好ましい。

移動機構１３は、処理部５によって制御されることで、送電側保持部１１および受電側保持部１２の相対的位置が三次元的に変化するように送電側保持部１１および受電側保持部１２を相対的に移動させる。本例では一例として、移動機構１３では、送電側保持部１１は位置が固定され、受電側保持部１２は送電側保持部１１に対して平行な状態に維持された状態で、三軸（Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸）方向に移動可能に構成されている。この構成により、この移動機構１３は、送電側保持部１１に対する受電側保持部１２の位置（両保持部１１，１２間の相対的位置）を三次元的に変化させることが可能となっている。この構成により、移動機構１３は、送電側保持部１１に保持された送電コイル１０１と受電側保持部１２に保持された受電コイル１０２との間の相対的位置を三次元的に変化させる。

なお、移動機構１３については、送電側保持部１１を上記の位置が固定の構成に代えて、例えば、図１に示すように、Ｘ軸と平行なＡ軸、Ｙ軸と平行なＢ軸、およびＺ軸と平行なＣ軸のうちの少なくとも１軸を中心として回転可能な構成としたり、図示はしないが、受電側保持部１２をＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸のうちの少なくとも１軸を中心として回転可能な構成としたりすることで、送電側保持部１１に保持された送電コイル１０１に対する受電側保持部１２に保持された受電コイル１０２の傾きを任意の角度に変化させ得るようにしてもよい。この構成を採用することにより、移動機構１３は、送電コイル１０１に対する受電コイル１０２の傾きを任意の角度に規定した状態で、送電コイル１０１および受電コイル１０２間の相対的位置を三次元的に変化させることが可能となる。

接続切替部３は、送電側保持部１１に保持された送電コイル１０１および受電側保持部１２に保持された受電コイル１０２を接続可能に構成されると共に、処理部５によって制御されることで、この接続された送電コイル１０１および受電コイル１０２の接続状態を和動接続状態および差動接続状態のうちの一方の接続状態に選択的に切り替えることが可能となっている。具体的には、接続切替部３は、図２に示すように、一例として、処理部５によって制御される２つの切替スイッチ２１，２２を備えている。また、一例として、図２に示すように、切替スイッチ２１は、ｃ接点が配線（引き出し線）２３を介して送電コイル１０１の一端に接続され、ａ接点が配線（引き出し線）２４を介して受電コイル１０２の一端に接続されている。また、切替スイッチ２２は、ａ接点が配線（引き出し線）２５を介して受電コイル１０２の他端に接続され、ｃ接点が後述するように測定部４に接続されている。また、切替スイッチ２１のａ接点と切替スイッチ２２のｂ接点とが接続され、切替スイッチ２１のｂ接点と切替スイッチ２２のａ接点とが接続されている。

この構成により、接続切替部３は、各切替スイッチ２１，２２が図２において実線で示される状態（ｃ接点がａ接点に接続される状態）に切り替えられることで、送電コイル１０１および受電コイル１０２の接続状態を差動接続状態に切り替え、一方、各切替スイッチ２１，２２が図２において破線で示される状態（ｃ接点がｂ接点に接続される状態）に切り替えられることで、送電コイル１０１および受電コイル１０２の接続状態を和動接続状態に切り替えることが可能となっている。

測定部４は、例えば、いわゆるＬＣＲメータなどの測定機器で構成されている。また、測定部４は、図２に示すように、一方の入力端子（不図示）が、この入力端子に装着されたプローブＰＬ１および送電コイル１０１の他端に接続された配線（引き出し線）２６を介してこの送電コイル１０１の他端に接続され、他方の入力端子（不図示）が、この入力端子に装着されたプローブＰＬ２を介して切替スイッチ２２のｃ接点に接続されている。この構成により、測定部４は、処理部５によって制御されることで、接続切替部３によって上記したように差動接続状態に切り替えられたときの送電コイル１０１および受電コイル１０２の合成インダクタンス（差動時合成インダクタンス）Ｌｄｉｆを測定して出力し、また接続切替部３によって上記したように和動接続状態に切り替えられたときの送電コイル１０１および受電コイル１０２の合成インダクタンス（和動時合成インダクタンス）Ｌｓｕｍを測定して出力することが可能となっている。

処理部５は、例えば、コンピュータで構成されて、移動部２の移動機構１３を制御して、送電側保持部１１に保持された送電コイル１０１と受電側保持部１２に保持された受電コイル１０２を相対的に移動させることにより、送電コイル１０１と受電コイル１０２との間の相対的位置を予め規定された複数の測定位置に順次移動させる移動処理を実行する。また、処理部５は、接続切替部３を制御して、送電コイル１０１および受電コイル１０２の接続状態を、差動接続状態および和動接続状態のうちの一方の接続状態に選択的に切り替える接続切替処理を実行する。また、処理部５は、測定部４に対する制御を実行して、送電コイル１０１と受電コイル１０２との間の合成インダクタンスＬｄｉｆ，Ｌｓｕｍを測定させて出力させると共に、この出力された合成インダクタンスＬｄｉｆ，Ｌｓｕｍを取得する合成インダクタンス取得処理を実行する。また、処理部５は、この取得した合成インダクタンスＬｄｉｆ，Ｌｓｕｍに基づいて送電コイル１０１および受電コイル１０２間の相互インダクタンスＭを算出する算出処理を実行する。

また、処理部５は、送電コイル１０１と受電コイル１０２との相対的位置を上記した複数の測定位置のそれぞれにしたときに実行した算出処理で算出された相互インダクタンスＭを、上記した複数の測定位置のそれぞれに対応させて記憶部６に記憶させる記憶処理を実行する。この記憶処理によって記憶部６に記憶される情報は、送電コイル１０１および受電コイル１０２のうちの一方のコイル（本例では一例として送電コイル１０１）を固定した状態において、他方のコイル（受電コイル１０２）を一方のコイルに対して三次元的に各測定位置に移動させたときの各測定位置での相互インダクタンスＭの分布を示す情報（つまり、相互インダクタンスＭの三次元マップ）である。

また、処理部５は、記憶部６に記憶されている各測定位置での相互インダクタンスＭを出力部７に出力する出力処理を実行する。

記憶部６には、処理部５の動作プログラム（合成インダクタンスＬｄｉｆ，Ｌｓｕｍから相互インダクタンスＭを算出するための算出式（Ｍ＝（Ｌｓｕｍ−Ｌｄｉｆ）／４）を含む）、および複数の測定位置を示す情報が予め記憶されている。出力部７は、一例として液晶ディスプレイなどの表示装置で構成されて、処理部５から出力される各測定位置での相互インダクタンスＭに基づいて、送電コイル１０１および受電コイル１０２のうちの一方のコイル（本例では送電コイル１０１）を基準としたときの相互インダクタンスＭの三次元的な分布を画面上に表示させる。なお、出力部７については、表示装置とする構成に代えて、外部装置とデータ通信するインターフェース回路やリムーバブルメディアを装着し得るインターフェース回路とする構成として、このる各測定位置での相互インダクタンスＭを外部装置に送信したり、リムーバブルメディアに記憶させたりすることもできる。

次に、測定装置１の動作について説明する。なお、送電コイル１０１および受電コイル１０２は、図２に示す接続状態で、接続切替部３および測定部４に接続されているものとする。

測定装置１では、処理部５が、まず移動処理を実行する。この移動処理では、処理部５は、記憶部６から複数の測定位置のうちの１つを読み出すと共に、移動機構１３を制御することにより、送電側保持部１１（つまり、送電側保持部１１に保持された送電コイル１０１）と受電側保持部１２（つまり、受電側保持部１２に保持された受電コイル１０２）との相対的位置が、読み出した測定位置となるように、送電側保持部１１および受電側保持部１２を相対的に移動させる。

次いで、処理部５は、接続切替処理および合成インダクタンス取得処理を実行して、現在の測定位置での合成インダクタンスＬｄｉｆ，Ｌｓｕｍを取得する。具体的には、処理部５は、例えば、まず、接続切替部３を制御して送電コイル１０１および受電コイル１０２の接続状態を差動接続状態に切り替える接続切替処理を実行し、この状態において測定部４に対する制御を実行して合成インダクタンスＬｄｉｆを測定させて出力させ、この合成インダクタンスＬｄｉｆを取得する合成インダクタンス取得処理を実行する。次いで、処理部５は、接続切替部３を制御して送電コイル１０１および受電コイル１０２の接続状態を和動接続状態に切り替える接続切替処理を実行し、この状態において測定部４に対する制御を実行して合成インダクタンスＬｓｕｍを測定させて出力させ、この合成インダクタンスＬｓｕｍを取得する合成インダクタンス取得処理を実行する。

続いて、処理部５は、上記した相互インダクタンスＭを算出するための算出式を記憶部６から読み出して、その算出式に従って算出処理を実行して、この取得した合成インダクタンスＬｄｉｆ，Ｌｓｕｍに基づいて送電コイル１０１および受電コイル１０２間の相互インダクタンスＭを算出する。また、処理部５は、記憶処理を実行して、現在の送電コイル１０１と受電コイル１０２との相対的位置（読み出した１つの測定位置）に対応させて、算出した相互インダクタンスＭを記憶部６に記憶させる。

その後、処理部５は、上記の移動処理、接続切替処理、合成インダクタンス取得処理、算出処理および記憶処理を、記憶部６に記憶されているすべての測定位置について実行する。これにより、すべての測定位置における相互インダクタンスＭが記憶部６に記憶される。

最後に、処理部５は、出力処理を実行して、記憶部６に記憶されている複数の測定位置における相互インダクタンスＭを出力部７に出力する。これにより、この測定装置１では、図示はしないが、表示装置で構成される出力部７の画面上に、送電コイル１０１を基準としたときの相互インダクタンスＭの三次元的な分布が表示される。

このように、この測定装置１では、処理部５によって制御されて、送電コイル１０１および受電コイル１０２を互いの相対的位置が三次元的に変化するように両コイル１０１，１０２を相対的に移動させる移動部２と、処理部５によって制御されて、両コイル１０１，１０２の接続状態を和動接続状態および差動接続状態のうちの一方に選択的に切り替える接続切替部３と、処理部５によって制御されて、差動接続状態のときの両コイル１０１，１０２の合成インダクタンスＬｄｉｆおよび和動接続状態のときの両コイル１０１，１０２の合成インダクタンスＬｓｕｍを測定して出力する測定部４と、各合成インダクタンスＬｄｉｆ，Ｌｓｕｍに基づいて両コイル１０１，１０２間の相互インダクタンスＭを算出する処理部５とを備えている。

したがって、この測定装置１によれば、相互インダクタンスＭを測定すべき複数の測定位置（送電コイル１０１および受電コイル１０２間の複数の相対的位置）を操作部などを用いて記憶部６に予め記憶させておくだけで、複数の測定位置での相互インダクタンスＭを自動的に測定することができるため、この相互インダクタンスＭの測定に要する時間を大幅に低減することができる。

なお、上記の測定装置１において、処理部５が、各測定位置での相互インダクタンスＭに基づいて、各測定位置での伝送効率（送電コイル１０１および受電コイル１０２間の伝送効率η）を算出して、相互インダクタンスＭに代えて伝送効率ηを、または相互インダクタンスＭと共に伝送効率ηを各測定位置に対応させて記憶部６に記憶させる構成を採用することもできる。この構成を採用することにより、送電コイル１０１および受電コイル１０２間の伝送効率ηの測定に要する時間を大幅に短縮することができる。また、処理部５が、相互インダクタンスＭ、送電コイル１０１のインダクタンスＬ１および受電コイル１０２のインダクタンスＬ２（図２参照）に基づいて、各測定位置での両コイル１０１，１０２間の結合係数を算出するようにしてもよい。

１測定装置
２移動部
３接続切替部
４測定部
５処理部
１０１送電コイル
１０２受電コイル
Ｌｄｉｆ合成インダクタンス（差動時合成インダクタンス）
Ｌｓｕｍ合成インダクタンス（和動時合成インダクタンス）
Ｍ相互インダクタンス

Claims

非接触電力伝送用の送電コイルおよび受電コイルを保持可能に構成されると共に当該保持された送電コイルおよび受電コイルの相対的位置が三次元的に変化するように当該送電コイルおよび当該受電コイルを相対的に移動させる移動部と、
前記送電コイルおよび前記受電コイルを接続可能に構成されると共に当該接続された送電コイルおよび受電コイルの接続状態を差動接続状態および和動接続状態のうちの一方の接続状態に選択的に切り替える接続切替部と、
前記接続切替部によって前記差動接続状態に切り替えられたときの前記送電コイルおよび前記受電コイルの差動時合成インダクタンスと前記和動接続状態に切り替えられたときの前記送電コイルおよび前記受電コイルの和動時合成インダクタンスとを測定する測定部と、
前記移動部を制御して前記送電コイルおよび前記受電コイルを相対的に移動させることにより前記相対的位置を予め規定された複数の測定位置に順次移行させつつ、当該複数の測定位置のそれぞれにおいて前記接続切替部および前記測定部を制御して前記差動時合成インダクタンスと前記和動時合成インダクタンスとを測定させると共に当該測定された差動時合成インダクタンスおよび和動時合成インダクタンスに基づいて前記送電コイルおよび前記受電コイル間の相互インダクタンスを算出し、かつ当該算出した相互インダクタンスを当該複数の測定位置のそれぞれに対応させて記憶部に記憶させる処理部とを備えている測定装置。
前記処理部は、前記記憶された前記複数の測定位置での前記相互インダクタンスに基づいて、当該複数の測定位置での前記送電コイルおよび前記受電コイル間の伝送効率を測定する請求項１記載の測定装置。