JP6678804B1 - Impedance matching circuit and contactless power supply system having the impedance matching circuit - Google Patents
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Abstract
【課題】インピーダンス整合に必要な負荷インピーダンスと整合量の算定速度及び整合の精度を飛躍的に向上させるインピーダンス整合回路及び該インピーダンス整合回路を有する非接触給電システムを提供することを目的とする。【解決手段】伝送線路上の異なる2点の電圧を検出し、当該2点の電圧の大きさから生成される連立方程式により負荷インピーダンスを計算し、計算された前記負荷インピーダンスから目標インピーダンスを整合させるために必要な可変リアクタンス素子のリアクタンス量を算定し、可変リアクタンス素子のインピーダンスを調整する整合回路を提供する。【選択図】図1PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an impedance matching circuit and a contactless power feeding system having the impedance matching circuit, which dramatically improves the calculation speed of the load impedance and the matching amount required for impedance matching and the matching accuracy. SOLUTION: Voltages at two different points on a transmission line are detected, load impedances are calculated by simultaneous equations generated from the magnitudes of the voltages at the two points, and target impedances are matched from the calculated load impedances. A matching circuit that calculates the reactance amount of the variable reactance element necessary for that purpose and adjusts the impedance of the variable reactance element is provided. [Selection diagram] Fig. 1
Description
本明細書の開示は、送電電源及び送電素子を含む回路の出力インピーダンスと、負荷及び前記送電素子に対向して非接触で配された受電素子を含む回路の負荷インピーダンスとの間で電力伝送におけるインピーダンス整合を行うインピーダンス整合回路及び該インピーダンス整合回路を有する非接触給電システムに関するものである。 The disclosure of the present specification relates to power transmission between a power source and a circuit including a power transmitting element, and a load and a load impedance of a circuit including a power receiving element disposed in a non-contact manner facing the power transmitting element. The present invention relates to an impedance matching circuit that performs impedance matching and a wireless power supply system having the impedance matching circuit.
近年、充電等のための電力伝送の利便性向上を目的として、非接触で電力を出力するための送電素子を持つ送電側装置と、該送電側装置から供給される電力を非接触で受け付けるための受電素子を有する受電側装置とを含む非接触給電システムが注目されている。 In recent years, for the purpose of improving the convenience of power transmission for charging and the like, a power transmitting side device having a power transmitting element for outputting power in a non-contact manner, and a non-contact receiving of power supplied from the power transmitting side device. A non-contact power supply system including a power receiving side device having the above power receiving element has attracted attention.
非接触給電において、電力の損失がなく最大の伝達効率で前記電力伝送を行うためには、前記送電側装置側の出力インピーダンスと受電側装置の負荷インピーダンスとの整合をとる必要がある。特に、高周波回路の場合、前記出力インピーダンスと前記負荷インピーダンス、すなわち、両インピーダンスの不整合により、反射が発生し、前記伝達効率を低下させるため、前記両インピーダンスを整合させることが必要となる。 In non-contact power feeding, in order to perform the power transmission with the maximum transmission efficiency without power loss, it is necessary to match the output impedance of the power transmitting side device with the load impedance of the power receiving side device. Particularly, in the case of a high-frequency circuit, reflection occurs due to mismatch between the output impedance and the load impedance, that is, both impedances, and the transmission efficiency is reduced. Therefore, it is necessary to match both impedances.
例えば、インピーダンス整合回路は、集中定数LとCとで構成される回路または分布定数マイクロストリップから構成されており、集中定数LとCで構成される回路はアンテナと増幅回路との間に接続されている。これにより、送電に戻ってくる反射電力ロスを抑制するとともに、システム全体の送電効率の改善に役にたっている(例えば、特許文献1参照。)。 For example, the impedance matching circuit is composed of a circuit composed of lumped constants L and C or a distributed constant microstrip, and a circuit composed of lumped constants L and C is connected between the antenna and the amplifier circuit. ing. This suppresses the reflected power loss returning to the power transmission and helps to improve the power transmission efficiency of the entire system (for example, refer to Patent Document 1).
また、π整合回路としてインピーダンス整合回路が記載されており、高周波の信号源を有する駆動源と負荷との間に接続され、電源からの電源電圧の印加により、インピーダンスを自動的に整合させる手法がある(例えば、特許文献2参照。)。 In addition, an impedance matching circuit is described as a π matching circuit, which is connected between a drive source having a high-frequency signal source and a load, and automatically applies impedance by applying a power supply voltage from a power supply. (For example, see Patent Document 2).
この整合回路では、方向性結合器により検出された進行波成分の信号と反射波成分の信号とに基づいて、位相検出回路が進行波成分の信号を基準として反射波成分の信号の位相差を検出する。この位相差は、修正方向判定回路により、所定角度の進み又は遅れ成分を有するか否かを判定する。可変容量制御回路は、判定結果に基づいてコンデンサの可変容量を増減調整して、駆動源の出力インピーダンスと出力端子側の負荷のインピーダンスとを整合させる。 In this matching circuit, based on the traveling wave component signal and the reflected wave component signal detected by the directional coupler, the phase detection circuit determines the phase difference between the reflected wave component signal and the traveling wave component signal as a reference. To detect. This phase difference is determined by a correction direction determination circuit as to whether or not it has a leading or lagging component at a predetermined angle. The variable capacitance control circuit adjusts the variable capacitance of the capacitor based on the determination result to match the output impedance of the drive source with the load impedance on the output terminal side.
また、他の非接触電力伝送システムでは、整合回路が設けられており、送電共振器に入力された交流信号を検出部が検出する。検出部が検出した交流信号の変動に基づいて、インピーダンス制御部により、送電共振器のインピーダンスと電源の出力インピーダンスとを整合させている(例えば、特許文献3参照。)。 In another non-contact power transmission system, a matching circuit is provided, and the detection unit detects an AC signal input to the power transmission resonator. Based on the fluctuation of the AC signal detected by the detection unit, the impedance of the power transmission resonator and the output impedance of the power supply are matched by the impedance control unit (for example, see Patent Document 3).
さらに、別の無線電力伝送システムによれば、可変リアクタンス素子を有する整合回路と、進行波電圧及び反射波電圧を取り出す進行波・反射波抽出部と、前記進行波・反射波抽出部により取り出された前記進行波電圧と前記反射波電圧とから反射係数を算出するとともに、前記反射係数と整合目標のインピーダンスと入力インピーダンスとの関係から前記入力インピーダンスを算出する反射係数算出部と、前記入力インピーダンスから前記整合回路の前記可変リアクタンス素子に振り分けられる容量値を算出して前記リアクタンス素子のリアクタンス値を設定する位置決定部及び制御値出力部と、を具備し、反射係数絶対値が所定の閾値よりも大きい場合には、整合補正量テーブルで使用する行を変更して整合回路の構成を変更するようにし、前記インピーダンスを自動的に整合させるための構成を介する前記送電アンテナと前記受電アンテナとによる電磁界結合時に、前記電源からの電力により前記負荷が給電される電気自動走行時の無線電力伝送システムが開示されている(例えば、特許文献4参照。)。 Further, according to another wireless power transmission system, a matching circuit having a variable reactance element, a traveling-wave / reflected-wave extracting unit for extracting a traveling-wave voltage and a reflected-wave voltage, and extracted by the traveling-wave / reflected-wave extracting unit. A reflection coefficient is calculated from the traveling wave voltage and the reflected wave voltage, and a reflection coefficient calculation unit that calculates the input impedance from the relationship between the reflection coefficient and the impedance of the matching target and the input impedance, from the input impedance. A position determining unit and a control value output unit for calculating a capacitance value distributed to the variable reactance element of the matching circuit and setting a reactance value of the reactance element, wherein a reflection coefficient absolute value is smaller than a predetermined threshold value. If it is larger, change the row used in the matching correction amount table to change the configuration of the matching circuit. A wireless power transmission system during automatic electric traveling in which the load is fed by power from the power source when electromagnetic coupling is performed by the power transmitting antenna and the power receiving antenna through a configuration for automatically matching the impedance. It is disclosed (for example, see Patent Document 4).
しかしながら、前記特許文献1乃至3については、いくつかの整合回路をあらかじめ用意し、最適回路をスイッチング回路で切り替える必要がある。電圧のフィードバックから最適アルゴリズムを用いて最適整合回路を組み合わせる手間がかかることがある。整合させる負荷インピーダンスを未知の状態で行うことになり、回路の肥大化が生じるとともに、最適アルゴリズムを確保できない場合が生じる。送信側インピーダンスと受信側インピーダンスとを正確に測定していないため、整合精度や調整範囲に限界があり、インピーダンス整合が取れない場合がある。
However, in
また、特許文献4については、整合回路の構成を変更する場合に、予め定められた整合補正量テーブルから変更量に対応するデータを読み出さなければならず、処理のスループットに時間を要するという問題があった。特に、移動体の移動中に電力伝送を行う場合等、短時間での処理が必要な環境では、かかる処理の所要時間が重要な課題となる。特に、整合に必要な補正量は、受電側装置の負荷によって相違するが、予め定めた整合補正量テーブルの値は、離散的な値をリスト化したものであるから、該当する補正量が存在しない場合に、いわゆる無限ループに陥るおそれもあった。
Further, with respect to
ところで、インピーダンスは、交流信号に対するパラメータであるため、信号電圧と電流の商で、振幅と位相の2つの成分を持つ。すなわち、複素数である。そして、インピーダンス整合に必要な負荷インピーダンスの推定について、前記いずれの先行技術も、複素数の反射係数の測定に基づいて行うため、反射係数の位相成分について、位相の同期やケーブル長さなどの影響で推定誤差が生じやすく、インピーダンス整合の精度に対する信頼性が低くなるという問題があった。 By the way, since the impedance is a parameter for an AC signal, the impedance is a quotient of a signal voltage and a current, and has two components of amplitude and phase. That is, it is a complex number. Then, since the prior arts described above estimate the load impedance necessary for impedance matching based on the measurement of the complex reflection coefficient, the phase component of the reflection coefficient is affected by phase synchronization, cable length, and the like. There has been a problem that an estimation error is likely to occur and the reliability of the impedance matching accuracy is reduced.
本明細書の開示は、上記課題を解消させるためのものであり、インピーダンス整合に必要な負荷インピーダンスと整合量の算定速度及び整合の精度を飛躍的に向上させるインピーダンス整合回路及び該インピーダンス整合回路を有する非接触給電システムを提供することを目的とする。 The disclosure of the present specification is intended to solve the above-described problem, and provides an impedance matching circuit and a impedance matching circuit that dramatically improve the calculation speed and matching accuracy of a load impedance and a matching amount required for impedance matching. It is an object of the present invention to provide a non-contact power supply system having:
上記目的を達成させるために、本明細書の開示にかかるインピーダンス整合回路は、伝送線路上の異なる2点の電圧を検出し、当該2点の電圧の大きさから生成される連立方程式により負荷インピーダンスを計算し、計算された前記負荷インピーダンスから目標インピーダンスを整合させるために必要な可変リアクタンス素子のリアクタンス量を算定し、可変リアクタンス素子のインピーダンスを調整する整合回路を提供することを最も主要な特徴とする。 In order to achieve the above object, an impedance matching circuit according to the present disclosure detects a voltage at two different points on a transmission line, and calculates a load impedance by a simultaneous equation generated from the magnitudes of the voltages at the two points. The most main feature is to calculate a reactance amount of the variable reactance element necessary to match the target impedance from the calculated load impedance, and to provide a matching circuit for adjusting the impedance of the variable reactance element. I do.
すなわち、送電電源及び送電素子を含む回路の出力インピーダンスと、負荷及び前記送電素子に非接触で対向して配された受電素子を含む回路の負荷インピーダンスとの間で電力伝送におけるインピーダンス整合を行うインピーダンス整合回路であって、
前記インピーダンス整合回路を構成し、所定の長さを有する伝送線路上で、前記負荷から異なる距離にある2点の電圧を第1検出電圧と第2検出電圧として検出する検出部と、前記異なる2点の距離と、前記第1検出電圧及び第2検出電圧と、前記送電電源から得られる既知の入射波電圧と、位相定数とから、前記伝送線路の反射係数を推定する連立方程式を生成し、前記推定された反射係数及び前記整合を行うための目標インピーダンスから前記負荷インピーダンスの推定値を計算する計算部と、
前記計算された負荷インピーダンスに対して前記出力インピーダンスとの整合をとるための前記目標インピーダンスを整合させるために、可変リアクタンス素子を有する整合部と、
前記計算された負荷インピーダンスから、前記整合に必要な前記可変リアクタンス素子のリアクタンス量を算定し、算定されたリアクタンス量に基づいて前記可変リアクタンス素子のインピーダンスを調整するインピーダンス調整部と、を有することを特徴とする。
That is, an impedance for performing impedance matching in power transmission between an output impedance of a circuit including a power transmission power supply and a power transmission element and a load impedance of a circuit including a load and a power reception element arranged to face the power transmission element in a non-contact manner. A matching circuit,
It constitutes the impedance matching circuit, a transmission line path having a predetermined length, a detector for detecting a voltage of the two points at different distances from the load as the first detection voltage and second detection voltage, wherein the two different From a distance between points, the first detection voltage and the second detection voltage, a known incident wave voltage obtained from the power transmission power supply, and a phase constant, a simultaneous equation for estimating a reflection coefficient of the transmission line is generated, A calculation unit that calculates an estimated value of the load impedance from the estimated reflection coefficient and a target impedance for performing the matching ,
In order to match the target impedance for matching between the output impedance to the calculated load impedance, a matching unit having a variable reactance element,
From the calculated load impedance, a reactance amount of the variable reactance element required for the matching is calculated, and an impedance adjustment unit that adjusts the impedance of the variable reactance element based on the calculated reactance amount. Features.
この構成によれば、伝送線路上の異なる2点から第1検出電圧及び第2検出電圧を得て、連立方程式によって負荷インピーダンスを計算し、目標インピーダンスを整合させるために必要なリアクタンス量を算定することが可能になる。 According to this configuration, the first detection voltage and the second detection voltage are obtained from two different points on the transmission line, the load impedance is calculated by the simultaneous equations, and the reactance amount necessary for matching the target impedance is calculated. It becomes possible.
なお、前記発明にかかる整合回路を有する非接触給電システムを提供するようにしてもよい。 In addition, you may make it provide the non-contact electric power feeding system which has the matching circuit concerning the said invention.
本明細書に開示の整合回路及び非接触給電システムは、インピーダンス整合に必要な負荷インピーダンスの計算と計算された負荷インピーダンスによる整合量の特定を予めデータテーブルで定めて読み出す必要がなく、簡単な方程式で直ちに算定できるため、インピーダンス整合の処理速度が飛躍的に向上し、迅速な電力伝送及び給電を実現できるという効果を奏する。 The matching circuit and the non-contact power supply system disclosed in the present specification do not require calculation of load impedance required for impedance matching and specification of a matching amount based on the calculated load impedance in a data table in advance, which is a simple equation. , The processing speed of impedance matching is dramatically improved, and an effect is achieved in that quick power transmission and power supply can be realized.
また、前記方程式は、位相成分を排除し、振幅成分のみで生成するものであるため、負荷インピーダンスの算定精度が飛躍的に向上し、効率的で実効性の高い電力伝送及び給電用整合回路を実現できるという効果を奏する。 Further, since the above equation eliminates the phase component and generates only the amplitude component, the calculation accuracy of the load impedance is dramatically improved, and an efficient and effective matching circuit for power transmission and power supply is provided. This has the effect of realizing it.
以下、本実施の形態では、送電素子として一次コイル及び受電素子として二次コイルから構成される整合回路を例に説明するが、本明細書の開示にかかる整合回路は、磁界結合、電界結合、さらには放射型の給電方式のいずれであっても適用可能であり、送電素子、受電素子の形状もコイルに限定されるものではない。 Hereinafter, in the present embodiment, a matching circuit including a primary coil as a power transmitting element and a secondary coil as a power receiving element will be described as an example.However, the matching circuit according to the present disclosure includes magnetic field coupling, electric field coupling, Furthermore, any of the radiation type power supply methods is applicable, and the shapes of the power transmitting element and the power receiving element are not limited to the coils.
<インピーダンス整合回路の実施形態>
図1を参照して、200は、第2実施形態にかかるインピーダンス整合回路である。インピーダンス整合回路200も、第1実施形態にかかるインピーダンス整合回路200同様、簡易な算出処理によってインピーダンス整合を行うものである。負荷インピーダンスは、所定の長さを有する伝送線路を有し、伝送線路上の異なる2点の電圧から算出される。すなわち、高周波の場合、長さのある同軸ケーブル、平行導線などの伝送線路上では、反射波がなければ、いずれの位置であっても、電圧は一定であるが、送電側と受電側で不整合があるために、反射波が発生すると、定在波の存在により、分布定数回路として、伝送線路上の異なる2点で電圧の振幅値に不一致が生じる。本実施形態は、この性質を利用したものである。
<Embodiment of impedance matching circuit>
Referring to FIG. 1,
インピーダンス整合回路200は、後述するように、前記負荷となる受電対象物の負荷インピーダンスZLに対して、整合部204によって整合インピーダンス(すなわち、目標とするインピーダンス)が決定される。
検出部201は、図2で示す通り、伝送線路W上の任意の異なる2点、すなわち、前記負荷からX1の距離にある点と負荷からX2の距離にある点との2点の電圧を検出する。第1電圧検出部201aが、X1の距離にある点の電圧を検出し、第2電圧検出部201bが、X2の距離にある点の電圧を各々リアルタイムで検出する。
検出部201で検出された前記2点の電圧は、信号処理部202のAD変換部202aにより、アナログ−ディジタル変換処理後、計算部202bで負荷インピーダンスの推定のための計算を実行する。ここで、X1で検出された電圧をV1、X2で検出された電圧をV2、入射波電圧をVi、伝送線路の反射係数をΓL、位相定数をβ、負荷からX1離れた点の反射係数をΓL −2βX1、負荷からX2離れた点の反射係数をΓL −2βX2とすると、以下の2式が成り立つ。
The voltages at the two points detected by the
そして、前記入射波電圧Viは既知であり、位相定数βの一般式より、数式1の2式は、前記伝送線路の反射係数ΓLを推定する連立方程式として成立する。ところで、負荷インピーダンスZL、目標インピーダンスZ0とすると、以下の式が成り立つ。すなわち、2点の電圧の検出と数式1の2式による連立方程式に基づいて、負荷インピーダンスZLを推定することができる。
Then, the incident wave voltage V i is known, from the general formula of the phase constant beta, the two equations in
次いで、計算部202bで負荷インピーダンスZLの推定値が算出されると、目標インピーダンスZ0に整合する回路素子が算定される。
Then, the estimated value of the load impedance Z L at the
算定された前記整合量は、調整部203で、まず、DA変換部203aにより、アナログ信号に変換される。変換された整合量は、整合部204を構成するT型回路(またはL型またはπ型)の各可変コンデンサCx、Cy、Czの各容量値に振り分けられる。前記各容量値は、各可変コンデンサCx、Cy、Czの総和量が前記整合量であり、電圧値、電流値がわかれば、容易に算定できる。
The calculated matching amount is first converted into an analog signal by the
調整部203は、前記整合量に応じた制御電圧値を設定し、前記各容量値に対応した該制御電圧値に基づき第1駆動部203b、第2駆動部203c、第3駆動部203dを介して整合部204の前記各可変コンデンサCx、Cy、Czに接続されている第1モータ203e、第2モータ203f、第3モータ203gを通電し、インピーダンス整合処理を行う。
The adjusting
以上のような構成により、簡易な計算処理によってインピーダンス整合を行うことができるため、例えば、予め任意の点の電圧と前記のような制御値との関係を示すデータテーブルを設定し、インピーダンス整合処理の都度、前記データテーブルを読み出す等の処理は不要になる。すなわち、前記データテーブルを読み出す煩雑な処理を排除することができるため、少ない手順で、解析的な手法により、インピーダンス整合を実行することができ、計算処理精度が向上するとともに、スループットも向上する。なお、本実施の形態では、前記負荷インピーダンスZLの推定で任意の2点(X1、X2)の電圧を検出する構成としたが、検出する点は、3点以上であってもよい。 With the above configuration, the impedance matching can be performed by a simple calculation process. For example, a data table indicating the relationship between the voltage at an arbitrary point and the control value as described above is set in advance, and the impedance matching process is performed. In each case, processing such as reading the data table becomes unnecessary. That is, since complicated processing for reading the data table can be eliminated, impedance matching can be performed by an analytical method with a small number of procedures, thereby improving calculation accuracy and throughput. In the present embodiment, the load impedance Z any two points in the estimation of the L (X 1, X 2) has been configured to detect the voltage of the point to be detected, may be three or more points .
<非接触給電システムの実施形態>
以下、図3により、本明細書の開示にかかる整合回路を使った非接触給電システムを説明する。本実施の形態は、非接触給電システムの一実施形態を例示的に示したものであり、本明細書の開示にかかる非接触給電システムは、この形態に限定する趣旨ではない。
<Embodiment of non-contact power supply system>
Hereinafter, a wireless power supply system using the matching circuit according to the present disclosure will be described with reference to FIG. The present embodiment exemplarily shows one embodiment of a non-contact power supply system, and the non-contact power supply system according to the disclosure of the present specification is not limited to this embodiment.
図3を参照して、1は、非接触給電システムである。非接触給電システム1は、充電回路部2、送電部3、送電ヘッド部4、受電ヘッド部5及び受電部6を備えている。充電回路部2、送電部3及び送電ヘッド部4は送電側装置Aを構成し、受電ヘッド部5および受電部6は受電側装置Bを構成する。送電側装置Aと受電側装置Bとは互いに分離された状態で別個に設けられている。
Referring to FIG. 3,
送電側装置Aの充電回路部2は、例えば50Hzあるいは60Hzの周波数でAC100/200Vの規格電圧を有する電源7(送電電源)により、送電側整流回路8を介して充電される送電側キャパシタ9を送電側バッファ部として設けている。送電側キャパシタ9は、電源7から給電を受けるように接続され、電源7による通電時は、常に充電を受けている。送電側キャパシタ9は、送電部3を構成する電源回路12に接続されている。この「給電」という文言は、以下の説明において、「充電」と同義で用いる。
The charging
送電部3は、電源7に接続された電源回路12を備えている。電源回路12は、充電制御回路としての充電制御部10およびインバータ回路を構成する発振回路13および送電側制御回路部16が設けられている。電源回路12には、パイロットランプ15を接続した送電側制御回路部16が設けられている。送電側制御回路部16は、後述する通信回路17からの給電信号S1を受けたとき、パイロットランプ15を点灯する。
The
送電ヘッド部4は、通信回路17と一次コイル18とを備え、通信回路17は、後述する通信制御部20からの通信媒体(電波、光、音波、紫外線、赤外線あるいは感熱波)として制御信号S1を受けるようになっている。一次コイル18は駆動回路14からの電流を受けて磁界を生じるように接続されている。
The power
受電側装置Bの受電ヘッド部5は受電側整流回路19と通信制御部20とを備える。受電側整流回路19は、電磁界結合部における電磁界結合により一次コイル18からの電力伝送を、インピーダンス整合回路200を介して受ける二次コイル19aを有する。通信制御部20は制御信号S1を通信回路17に送る発信部(図示せず)を有している。インピーダンス整合回路200は、電源と一次コイル18の回路側とのインピーダンスを後述する機構により自動整合させるために設けられている。インピーダンス整合回路200のコイル、一次コイル18および二次コイル19aは、いずれもリッツ線により形成してQ値(Quality Factor)を高めている。
The power
受電部6は、制御検出回路22および受電側制御回路部23を備え、受電側整流回路19からの電流を制御検出回路22に送るようになっている。受電側制御回路部23は制御検出回路22からの検出信号S3を通信制御部20に送るように接続されている。制御検出回路22は、受電対象物としての受電側キャパシタ24に接続されている。受電側キャパシタ24は、蓄電部11を構成し、合成電力により充電される。
The
そして、インピーダンス整合回路200は、送電電源7と一次コイル18との間に設けられている。なお、インピーダンス整合回路200は、二次コイル19aと負荷側との間に設けてもよい。
Further, the
図4は、非接触給電システム1を移動体(誘導式搬送車)25に適用した図である。送電側装置Aは、送電ケーシング26に収納されて静止部材27に固定され、受電側装置Bは、受電ケーシング28に収納されて工場内外、倉庫内外の床面Wを走行する移動体25に搭載される。
FIG. 4 is a diagram in which the non-contact
受電対象物である受電側キャパシタ24は移動体25に設けられており、後述する駆動輪の駆動モータ(いずれも図示せず)及び操舵輪33の左右に設けた操舵モータ34の駆動に用いられる。移動体25は、床面Wの走行により工場や倉庫内などに置かれた各種の工具、部品あるいは製品(図示せず)などを運搬するための無人運転に用いられる。なお、送電側装置Aは後述する静止部材27に固定され、受電側装置Bも同様に、後付けにより移動体25に搭載されてもよい。
The power receiving
移動体25は、四隅に車輪29を設けた矩形の車台30を有し、車台30には左右の電磁センサ31a、31bを接続する駆動制御部32を取り付けている。駆動制御部32は、出力制御部32aを介して受電側キャパシタ24からの給電を受けるように構成されている。床面Wには、例えばアルミニウム製テープからなる誘導体35が所定の軌道に沿って閉ループ状に貼着されている。移動体25の走行時には、左右の電磁センサ31a、31bからの出力信号により、駆動制御部32を介して駆動モータおよび操舵モータ34の駆動が制御されている。
The moving
移動体25の走行時に移動体25を静止部材27に接近させて停止し、送電ケーシング26を僅少なギャップGを余して受電ケーシング28に接近させる。
When the moving
これに伴い、受電ヘッド部5の二次コイル19aが送電ヘッド部4の一次コイル18と対向するように位置決めされ、通信回路17が通信制御部20の発信部に対応するように位置する。この際、制御検出回路22が受電側キャパシタ24の電流値を検出し、この電流値の閾値レベルが所定未満の時、受電側制御回路部23により通信制御部20が作動し、通信制御部20からの制御信号S1により通信回路17を作動させ、電源回路12の送電側制御回路部16を介して充電制御部10を作動させる。
Accordingly, the
これにより、パイロットランプ15が点灯し、送電側整流回路8からの電力が電源回路12の充電制御部10に送られると同時に、電源7による送電側キャパシタ9に蓄えられていた電力が充電制御部10に送られる。送電側整流回路8からの電力と送電側キャパシタ9に蓄えられていた電力とは、充電制御部10で加算された合成電力の高周波電力として、発振回路13および駆動回路14を介して一次コイル18に送られて二次コイル19aを励起する。
As a result, the
すなわち、電磁的な誘導現象により一次コイル18と二次コイル19aとにより電磁界結合が生じ、一次コイル18から二次コイル19aへと電力伝送が行われる。このとき、二次コイル19aによる電力が受電側整流回路19を介して整流化された直流電流を生じ、制御検出回路22からの受電側キャパシタ24を流れて充電する。
That is, electromagnetic coupling occurs between the
受電側キャパシタ24の充電量が満杯となって充電が終了すると、制御検出回路22が電流値の閾値レベルを検出する。これに伴い、受電側制御回路部23により通信制御部20及び通信回路17を介して送電側制御回路部16を作動させ、パイロットランプ15を消灯させるとともに、充電制御部10に停止信号S4を送って発振回路13に対する送電を停止する。
When the charging amount of the power receiving
受電側キャパシタ24の充電量が満杯となったことにより、移動体25の駆動制御部32の出力制御部32aを介して受電側キャパシタ24から給電を受け、駆動輪の駆動モータ及び操舵輪33が作動し、左右の電磁センサ31a、31bにより検出される誘導体35に沿って誘導式搬送車25が床面Wを走行して工具や部品などの運搬を行う。
When the charged amount of the power receiving
図5は、非接触給電システム1を乗用車などの車両47に適用した図である。車両47への適用に伴い、受電側装置Bの受電側キャパシタ24に代わって、例えば12V/23Ah×2直列の規格を有する電気容量の受電側バッテリ48を受電対象物として設けている。受電側バッテリ48は、車両47のボンネット49内に設置する通常のものである。
FIG. 5 is a diagram in which the non-contact
この場合、送電側装置Aは静止部材27に固定され、受電側装置Bは車両47に搭載され、受電側バッテリ48は車両47に搭載されたエンジン(図示せず)の始動や駆動に用いられる。
In this case, the power transmitting device A is fixed to the
受電側バッテリ48の充電時には、車両47が静止部材27に接近して停止し、位置決めにより送電ケーシング26を受電ケーシング28と対応させる。これにより、通信制御部20が作動し、制御信号S1により通信回路17を作動させ、受電側整流回路19からの直流電流が制御検出回路22を介して受電側バッテリ48に給電する。
When the power receiving
また、送電側装置Aを静止部材27に固定し、又は受電側装置Bを車両47に搭載することが可能となるので、送電側装置A及び受電側装置Bのそれぞれを単独で取引の対象として製造販売することができる。
In addition, since the power transmission side device A can be fixed to the
なお、充電回路部2における送電側キャパシタ9に代わって、小型で小容量の送電側バッテリを送電側バッファ部として設けてもよい。この送電側バッテリは、大容量の大型ではなく小容量の小型のものでよいため、非接触給電システム1の軽量化及びコスト削減に寄与する。この観点を考慮して、送電側バッテリは、送電側キャパシタ9に代わって設けてもよい。送電側キャパシタ9に代わって送電側バッテリを設けた場合、受電側キャパシタ24の代わりに受電側バッテリを設置してもよい。
In addition, instead of the power
図6は、受電側装置Bを備えた移動体(車両)25と軌道内に設けた送電側装置Aとを示した図である。送電側装置Aは、移動体25が走行する地上の軌道200A内(例えば、舗装道路内)に埋設され、受電側装置Bは、移動体25に取り付けられている。車両などの移動体25の走行中に、一次コイルに対する電源7(図6では省略)からの通電時に、前記した通り、一次コイル18の回路側から二次コイル19aとの遭遇時に電磁界結合により、一次コイル18の回路側から二次コイル19aの回路側への電力伝送を行って受電対象物に給電する。
FIG. 6 is a diagram illustrating a moving body (vehicle) 25 including a power receiving side device B and a power transmitting side device A provided in a track. The power transmitting device A is embedded in a
軌道200A内に埋設された送電側装置の一次コイル18は、並列に配置された二本の線状部分と線状部分の両端部を連結する円弧状部分から横長の楕円状を成し、多数の一次コイル18が所定の間隔で軌道200Aの走行方向Rmに沿って配置されている。なお、軌道200Aにおける送電側装置の一次コイル18の下方には、一次コイル18と二次コイル19aとの間の磁気拡散を防いで結合係数を向上させる目的で、フェライトなどの硬磁性体から成る集磁板(図示せず)を一次コイル18と近接平衡状態に配置している。
The
一次コイル18が横長楕円状であるため、多数の一次コイル18を軌道200Aの走行方向Rmに沿って所定間隔で横長に敷設することで、単一の一次コイル18当たりの敷設距離を確保することができ、少ない本数の一次コイル18で長距離にわたって配置することができる。この場合、コイルを有するインピーダンス整合回路200が一次コイル18の範囲内に位置するので、一次コイル18に対しるインピーダンス整合回路200の磁束を外部に漏らすことなく効率的に送ることができる。
Since the
隣り合う一次コイル18同士は、スイッチング素子200B(切替部に該当)を介して、配線(連結部に該当)により接続されている。隣り合う一次コイル18同士の離間寸法、すなわち、一方の一次コイル18の先端と他方の一次コイル18の後端との離間距離は、例えば、移動体25の走行方向に沿う一次コイル18の長円寸法の1/2から2倍に設定する。しかしながら、前記離間距離については、一次コイル18の配置状況、軌道200Aの敷設状況ならびに使用環境などに応じで所望に設定可能である。
The adjacent
移動体25の走行中に、一次コイル18と二次コイル19aとの遭遇時に、両者の遭遇を近接センサ200C(近接検知部に該当)が検知することにより、スイッチング素子200Bが作動し、軌道200A内で進行方向Rmに隣接する一次コイル18のうち、一方から他方に切り替わるように設定されている。
When the
このように、走行時の移動体25が進行方向Rmに移動するに伴って、隣接する多数の一次コイル18に二次コイル19aが順次遭遇するたびに、二次コイル19aを持続的に共振させることができて、移動体25の走行時の連続給電が可能となる。
As described above, as the moving
具体的には、インピーダンス整合回路200、二次コイル19aを含む受電側装置Bは、移動体25の車体25aの裏面側に取付板を介して取り付けられる。
Specifically, the power receiving side device B including the
受電対象物である受電側キャパシタ24は、例えば、自動車のボンネット内に配された充電用のバッテリセル24Aに接続され、自動車のスタータ用や空調コンプレッサ用の駆動モータあるいは種々の電装品(図示せず)などの作動に用いられるようになっている。
The power receiving
200 インピーダンス整合回路
201 検出部
202 信号処理部
203 調整部
204 整合部
200
Claims (8)
前記インピーダンス整合回路を構成し、所定の長さを有する伝送線路上で、前記負荷から異なる距離にある2点の電圧を第1検出電圧と第2検出電圧として検出する検出部と、
前記異なる2点の距離と、前記第1検出電圧及び第2検出電圧と、前記送電電源から得られる既知の入射波電圧と、位相定数とから、前記伝送線路の反射係数を推定する連立方程式を生成し、前記推定された反射係数及び前記整合を行うための目標インピーダンスから前記負荷インピーダンスの推定値を計算する計算部と、
前記計算された負荷インピーダンスに対して前記出力インピーダンスとの整合をとるための前記目標インピーダンスを整合させるために、可変リアクタンス素子を有する整合部と、
前記計算された負荷インピーダンスから、前記整合に必要な前記可変リアクタンス素子のリアクタンス量を算定し、算定されたリアクタンス量に基づいて前記可変リアクタンス素子のインピーダンスを調整するインピーダンス調整部と、
を有することを特徴とするインピーダンス整合回路。 An impedance matching circuit that performs impedance matching in power transmission between an output impedance of a circuit including a power transmitting power supply and a power transmitting element, and a load impedance of a circuit including a load and a power receiving element disposed in a non-contact manner facing the power transmitting element. And
A detecting unit that configures the impedance matching circuit and detects voltages at two points at different distances from the load on a transmission line having a predetermined length as a first detection voltage and a second detection voltage;
A simultaneous equation for estimating the reflection coefficient of the transmission line from the distance between the two different points, the first detection voltage and the second detection voltage, a known incident wave voltage obtained from the power transmission power supply, and a phase constant. A calculation unit that generates and calculates an estimated value of the load impedance from the estimated reflection coefficient and a target impedance for performing the matching ,
In order to match the target impedance for matching between the output impedance to the calculated load impedance, a matching unit having a variable reactance element,
From the calculated load impedance, an impedance adjustment unit that calculates the reactance amount of the variable reactance element necessary for the matching, and adjusts the impedance of the variable reactance element based on the calculated reactance amount,
An impedance matching circuit comprising:
前記インピーダンス整合回路を構成し、所定の長さを有する伝送線路上で、前記負荷から異なる距離にある2点の電圧を第1検出電圧と第2検出電圧として検出する検出部と、
前記異なる2点の距離と、前記第1検出電圧及び第2検出電圧と、前記送電電源から得られる既知の入射波電圧と、位相定数とから、前記伝送線路の反射係数を推定する連立方程式を生成し、前記推定された反射係数及び前記整合を行うための目標インピーダンスから前記負荷インピーダンスの推定値を計算する計算部と、
前記計算された負荷インピーダンスに対して前記出力インピーダンスとの整合をとるための前記目標インピーダンスを整合させるために、可変リアクタンス素子を有する整合部と、
前記計算された負荷インピーダンスから、前記整合に必要な前記可変リアクタンス素子のリアクタンス量を算定し、算定されたリアクタンス量に基づいて前記可変リアクタンス素子のインピーダンスを調整するインピーダンス調整部と、
を有し、
前記送電側装置は、前記送電電源による通電時は常に充電されている送電側バッファ部が設けられ、前記電力伝送のときに、前記送電電源からの電力及び前記送電側バッファ部からの電力により前記受電側装置の受電対象物に給電されることを特徴とする非接触給電システム。 A power transmitting side device including at least a power transmitting power source and a power transmitting element, and a power receiving side device including a load including at least a power receiving target and a power receiving element arranged in a non-contact manner facing the power transmitting element; A non-contact power supply system having an impedance matching circuit that performs impedance matching in power transmission between an output impedance and a load impedance of the power receiving side device,
A detecting unit that configures the impedance matching circuit and detects voltages at two points at different distances from the load on a transmission line having a predetermined length as a first detection voltage and a second detection voltage;
A simultaneous equation for estimating the reflection coefficient of the transmission line from the distance between the two different points, the first detection voltage and the second detection voltage, a known incident wave voltage obtained from the power transmission power supply, and a phase constant. A calculation unit that generates and calculates an estimated value of the load impedance from the estimated reflection coefficient and a target impedance for performing the matching ,
In order to match the target impedance for matching between the output impedance to the calculated load impedance, a matching unit having a variable reactance element,
From the calculated load impedance, an impedance adjustment unit that calculates the reactance amount of the variable reactance element necessary for the matching, and adjusts the impedance of the variable reactance element based on the calculated reactance amount,
Has,
The power transmission side device is provided with a power transmission side buffer unit that is always charged when energized by the power transmission power source, and at the time of the power transmission, the power from the power transmission power source and the power from the power transmission side buffer unit are used. A non-contact power supply system, wherein power is supplied to a power receiving target of a power receiving side device.
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