JP6911594B2 - Contactless power transfer system - Google Patents

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本開示は、送電装置から受電装置へ非接触で電力を伝送する非接触電力伝送システムに関する。 The present disclosure relates to a non-contact power transmission system that transmits power from a power transmitting device to a power receiving device in a non-contact manner.

特開２０１７−２８８２８号公報（特許文献１）には、送電装置から受電装置へ非接触で電力を伝送する非接触電力伝送システムが開示されている。このシステムに含まれる送電装置は、受電装置の受電コイルへ非接触で送電する送電コイルと、駆動周波数に応じた交流電流を生成して送電コイルへ出力するインバータと、インバータを制御する制御部とを備える。送電装置の制御部は、インバータの駆動周波数を制御することによって、送電コイルから出力される電力の周波数（以下「送電周波数」ともいう）を調整するように構成される。送電装置の制御部は、送電周波数を調整することによって、インバータの出力電圧の立上り時におけるインバータの出力電流を示す「ターンオン電流」を抑制する。 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2017-28828 (Patent Document 1) discloses a non-contact power transmission system that transmits power from a power transmitting device to a power receiving device in a non-contact manner. The power transmission device included in this system includes a power transmission coil that transmits power to the power receiving coil of the power receiving device in a non-contact manner, an inverter that generates alternating current according to the drive frequency and outputs it to the power transmission coil, and a control unit that controls the inverter. To be equipped. The control unit of the power transmission device is configured to adjust the frequency of the electric power output from the power transmission coil (hereinafter, also referred to as “power transmission frequency”) by controlling the drive frequency of the inverter. By adjusting the transmission frequency, the control unit of the power transmission device suppresses the "turn-on current" that indicates the output current of the inverter when the output voltage of the inverter rises.

特開２０１７−２８８２８号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2017-28828 特開２０１３−１５４８１５号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2013-154815 特開２０１３−１４６１５４号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2013-146154 特開２０１３−１４６１４８号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2013-146148 特開２０１３−１１０８２２号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2013-10822 特開２０１３−１２６３２７号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2013-126327

非接触電力伝送システムにおいて、送電周波数と送電装置の共振周波数と受電装置の共振周波数との関係は、ターンオン電流だけでなく、電力伝送効率にも大きな影響を与える。 In a non-contact power transmission system, the relationship between the transmission frequency, the resonance frequency of the power transmission device, and the resonance frequency of the power receiving device has a great influence not only on the turn-on current but also on the power transmission efficiency.

上述の特許文献１に開示されているように、送電周波数は、インバータの駆動周波数を制御することによって調整可能である。 As disclosed in Patent Document 1 described above, the power transmission frequency can be adjusted by controlling the drive frequency of the inverter.

送電装置の共振周波数（以下「送電側共振周波数」ともいう）は、送電装置のインダクタンスやキャパシタンスによって決まるところ、送電装置がインダクタンスあるいはキャパシタンスを変更可能に構成される場合には送電側共振周波数も調整可能である。同様に、受電装置の共振周波数（以下「受電側共振周波数」ともいう）は、受電装置のインダクタンスやキャパシタンスによって決まるところ、受電装置がインダクタンスあるいはキャパシタンスを変更可能に構成される場合には、受電装置の共振周波数も調整可能である。 The resonance frequency of the power transmission device (hereinafter also referred to as "transmission side resonance frequency") is determined by the inductance and capacitance of the power transmission device. If the power transmission device is configured so that the inductance or capacitance can be changed, the resonance frequency on the power transmission side is also adjusted. It is possible. Similarly, the resonance frequency of the power receiving device (hereinafter, also referred to as “power receiving side resonance frequency”) is determined by the inductance and capacitance of the power receiving device. When the power receiving device is configured so that the inductance or capacitance can be changed, the power receiving device The resonance frequency of is also adjustable.

このように、送電周波数だけでなく、送電側共振周波数および受電側共振周波数をも調整可能に構成される場合に、ターンオン電流を抑制しつつ電力伝送効率を高めるために上述の３つの周波数をどのように調整するかについて、特許文献１には何ら示されていない。 In this way, when not only the power transmission frequency but also the power transmission side resonance frequency and the power reception side resonance frequency are configured to be adjustable, which of the above three frequencies is used in order to improve the power transmission efficiency while suppressing the turn-on current. Nothing is shown in Patent Document 1 as to how to make such adjustments.

本開示は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、送電周波数、送電側共振周波数および受電側共振周波数を調整可能に構成された非接触電力伝送システムにおいて、ターンオン電流を抑制しつつ電力伝送効率を高めることである。 The present disclosure has been made to solve the above-mentioned problems, and an object thereof is to turn on in a non-contact power transmission system configured so that the transmission frequency, the transmission side resonance frequency and the power reception side resonance frequency can be adjusted. It is to improve the power transmission efficiency while suppressing the current.

本開示による非接触電力伝送システムは、非接触で送電するように構成された送電装置と、送電装置からの電力を非接触で受電するように構成された受電装置と、送電装置から出力される電力の周波数である送電周波数、送電装置の共振周波数である送電側共振周波数、および受電装置の共振周波数である受電側共振周波数を調整するように構成された制御装置とを備える。制御装置は、送電周波数と送電側共振周波数との差の大きさが送電周波数と受電側共振周波数との差の大きさ以上となる範囲で、送電周波数、送電側共振周波数および受電側共振周波数を調整する。 The non-contact power transmission system according to the present disclosure is output from a power transmission device configured to transmit power in a non-contact manner, a power receiving device configured to receive power from the power transmission device in a non-contact manner, and a power transmission device. It includes a power transmission frequency which is a frequency of electric power, a power transmission side resonance frequency which is a resonance frequency of a power transmission device, and a control device configured to adjust a power reception side resonance frequency which is a resonance frequency of a power reception device. The control device sets the power transmission frequency, power transmission side resonance frequency, and power reception side resonance frequency within a range in which the size of the difference between the power transmission frequency and the power transmission side resonance frequency is greater than or equal to the size of the difference between the power transmission frequency and the power reception side resonance frequency. adjust.

一般的に、ターンオン電流は、送電周波数と送電側共振周波数との差を増加させることで抑制可能である。一方、電力伝送効率は、送電周波数と受電側共振周波数との差を低下させることで向上する。 In general, the turn-on current can be suppressed by increasing the difference between the transmission frequency and the transmission side resonance frequency. On the other hand, the power transmission efficiency is improved by reducing the difference between the transmission frequency and the resonance frequency on the power receiving side.

この点に鑑み、上記構成においては、送電周波数と送電側共振周波数との差の大きさ（絶対値）が送電周波数と受電側共振周波数との差の大きさ（絶対値）以上となるように調整される。これにより、たとえば、ターンオン電流の抑制のために送電周波数と送電側共振周波数との差を増加させつつ、かつ電力伝送効率の向上のために送電周波数と受電側共振周波数との差を低下させることが可能となる。その結果、送電周波数、送電側共振周波数および受電側共振周波数を調整可能に構成された非接触電力伝送システムにおいて、ターンオン電流を抑制しつつ電力伝送効率を高めることができる。 In view of this point, in the above configuration, the magnitude of the difference between the transmission frequency and the resonance frequency on the transmission side (absolute value) is equal to or greater than the magnitude of the difference between the transmission frequency and the resonance frequency on the power reception side (absolute value). It will be adjusted. Thereby, for example, the difference between the transmission frequency and the resonance frequency on the transmission side is increased to suppress the turn-on current, and the difference between the transmission frequency and the resonance frequency on the power reception side is decreased to improve the power transmission efficiency. Is possible. As a result, in a non-contact power transmission system configured so that the power transmission frequency, the power transmission side resonance frequency, and the power reception side resonance frequency can be adjusted, the power transmission efficiency can be improved while suppressing the turn-on current.

非接触電力伝送システムの全体構成図である。It is the whole block diagram of the non-contact power transmission system. 送電装置および受電装置の回路構成の一例を示した図である。It is a figure which showed an example of the circuit structure of a power transmission device and a power receiving device. 送電装置のインバータの回路構成の一例を示した図である。It is a figure which showed an example of the circuit structure of the inverter of a power transmission device. インバータのスイッチング波形と、出力電圧Ｖｏおよび出力電流Ｉｏの波形とを示した図である。It is a figure which showed the switching waveform of the inverter, and the waveform of the output voltage Vo and the output current Io. 送電周波数ｆとシステム損失との対応関係の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the correspondence relationship between a transmission frequency f and a system loss. 電力伝送システムが実行する処理手順の一例を示すフローチャート（その１）である。It is a flowchart (the 1) which shows an example of the processing procedure executed by a power transmission system. 電力伝送システムが実行する処理手順の一例を示すフローチャート（その２）である。It is a flowchart (2) which shows an example of the processing procedure executed by a power transmission system.

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。 Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described in detail with reference to the drawings. The same or corresponding parts in the drawings are designated by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated.

（電力伝送システムの構成）
図１は、本実施の形態による非接触電力伝送システムの全体構成図である。この電力伝送システムは、送電装置１０と、受電装置２０とを備える。受電装置２０は、たとえば、送電装置１０から供給され蓄えられた電力を用いて走行可能な車両等に搭載され得る。 (Configuration of power transmission system)
FIG. 1 is an overall configuration diagram of a non-contact power transmission system according to the present embodiment. This power transmission system includes a power transmission device 10 and a power receiving device 20. The power receiving device 20 can be mounted on, for example, a vehicle or the like that can travel using the electric power supplied and stored from the power transmission device 10.

送電装置１０は、力率改善（ＰＦＣ（Power Factor Correction））回路２１０と、インバータ２２０と、フィルタ回路２３０と、送電部２４０とを含む。また、送電装置１０は、電源ＥＣＵ（Electronic Control Unit）２５０と、通信部２６０と、電圧センサ２７０と、電流センサ２７２，２７４とをさらに含む。 The power transmission device 10 includes a power factor correction (PFC) circuit 210, an inverter 220, a filter circuit 230, and a power transmission unit 240. Further, the power transmission device 10 further includes a power supply ECU (Electronic Control Unit) 250, a communication unit 260, a voltage sensor 270, and a current sensor 272,274.

ＰＦＣ回路２１０は、交流電源１００（たとえば系統電源）から受ける交流電力を整流および昇圧してインバータ２２０へ供給するとともに、入力電流を正弦波に近づけることで力率を改善することができる。このＰＦＣ回路２１０には、公知の種々のＰＦＣ回路を採用し得る。なお、ＰＦＣ回路２１０に代えて、力率改善機能を有しない整流器を採用してもよい。 The PFC circuit 210 rectifies and boosts the AC power received from the AC power supply 100 (for example, a system power supply) and supplies it to the inverter 220, and can improve the power factor by bringing the input current closer to a sine wave. Various known PFC circuits can be adopted as the PFC circuit 210. Instead of the PFC circuit 210, a rectifier having no power factor improving function may be adopted.

インバータ２２０は、電源ＥＣＵ２５０によって制御され、ＰＦＣ回路２１０から受ける直流電力を、所定の周波数（たとえば数十ｋＨｚ）を有する送電電力（交流）に変換する。インバータ２２０は、電源ＥＣＵ２５０からの制御信号に従ってスイッチング周波数を変更することにより、送電電力の周波数を調整することができる。 The inverter 220 is controlled by the power supply ECU 250 and converts the DC power received from the PFC circuit 210 into power transmission power (alternating current) having a predetermined frequency (for example, several tens of kHz). The inverter 220 can adjust the frequency of the transmitted power by changing the switching frequency according to the control signal from the power supply ECU 250.

フィルタ回路２３０は、インバータ２２０と送電部２４０との間に設けられ、インバータ２２０から発生する高調波ノイズを抑制する。フィルタ回路２３０は、たとえば、コイルおよびキャパシタを含むＬＣフィルタによって構成される（図２参照）。 The filter circuit 230 is provided between the inverter 220 and the power transmission unit 240, and suppresses harmonic noise generated from the inverter 220. The filter circuit 230 is composed of, for example, an LC filter including a coil and a capacitor (see FIG. 2).

送電部２４０は、伝送周波数を有する交流電力（送電電力）をインバータ２２０からフィルタ回路２３０を通じて受け、送電部２４０の周囲に生成される電磁界を通じて、受電装置２０の受電部３１０へ非接触で送電する。送電部２４０は、たとえば、受電部３１０へ非接触で送電するための共振回路を含む。共振回路は、コイルとキャパシタとによって構成され得るが、コイルのみで所望の共振状態が形成される場合には、キャパシタを設けなくてもよい。 The power transmission unit 240 receives AC power (transmission power) having a transmission frequency from the inverter 220 through the filter circuit 230, and transmits the AC power (transmission power) to the power reception unit 310 of the power reception device 20 in a non-contact manner through an electromagnetic field generated around the power transmission unit 240. do. The power transmission unit 240 includes, for example, a resonance circuit for transmitting power to the power reception unit 310 in a non-contact manner. The resonance circuit may be composed of a coil and a capacitor, but if a desired resonance state is formed only by the coil, the capacitor may not be provided.

電圧センサ２７０は、インバータ２２０の出力電圧を検出し、その検出値を電源ＥＣＵ２５０へ出力する。電流センサ２７２は、インバータ２２０の出力電流を検出し、その検出値を電源ＥＣＵ２５０へ出力する。電圧センサ２７０および電流センサ２７２の検出値に基づいて、インバータ２２０から送電部２４０へ供給される送電電力（すなわち、送電部２４０から受電装置２０へ出力される電力）が検出され得る。電流センサ２７４は、送電部２４０に流れる電流を検出し、その検出値を電源ＥＣＵ２５０へ出力する。 The voltage sensor 270 detects the output voltage of the inverter 220 and outputs the detected value to the power supply ECU 250. The current sensor 272 detects the output current of the inverter 220 and outputs the detected value to the power supply ECU 250. Based on the detected values of the voltage sensor 270 and the current sensor 272, the power transmitted from the inverter 220 to the power transmission unit 240 (that is, the power output from the power transmission unit 240 to the power receiving device 20) can be detected. The current sensor 274 detects the current flowing through the power transmission unit 240 and outputs the detected value to the power supply ECU 250.

なお、送電電力の検出には、電流センサ２７２に代えて電流センサ２７４が用いられてもよいし、ＰＦＣ回路２１０とインバータ２２０との間の直流ラインにおいて電圧および電流が検出されることにより送電電力が算出されてもよい。 A current sensor 274 may be used instead of the current sensor 272 to detect the transmitted power, or the transmitted power is detected by detecting the voltage and the current in the DC line between the PFC circuit 210 and the inverter 220. May be calculated.

電源ＥＣＵ２５０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、記憶装置、入出力バッファ等を含み（いずれも図示せず）、各種センサや機器からの信号を受けるとともに、送電装置１０における各種機器の制御を行なう。一例として、電源ＥＣＵ２５０は、送電装置１０から受電装置２０への電力伝送の実行時に、インバータ２２０が送電電力（交流）を生成するようにインバータ２２０のスイッチング制御を行なう。各種制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア（電子回路）で処理することも可能である。 The power supply ECU 250 includes a CPU (Central Processing Unit), a storage device, an input / output buffer, and the like (none of which are shown), receives signals from various sensors and devices, and controls various devices in the power transmission device 10. As an example, the power supply ECU 250 performs switching control of the inverter 220 so that the inverter 220 generates the transmitted power (alternating current) when the power transmission from the power transmitting device 10 to the power receiving device 20 is executed. Various controls are not limited to software processing, but can also be processed by dedicated hardware (electronic circuits).

電源ＥＣＵ２５０は、受電装置２０への送電中に、インバータ２２０の出力電圧のデューティ（duty）を調整することによって、送電電力を目標電力に制御する。なお、出力電圧のデューティは、出力電圧波形（矩形波）の周期に対する正（または負）の電圧出力時間の比として定義される。インバータ２２０のスイッチング素子の動作タイミングを変化させることによって、インバータ出力電圧のデューティを調整することができる。目標電力は、たとえば、受電装置２０の受電状況に基づいて生成され得る。 The power supply ECU 250 controls the transmitted power to the target power by adjusting the duty of the output voltage of the inverter 220 during power transmission to the power receiving device 20. The duty of the output voltage is defined as the ratio of the positive (or negative) voltage output time to the period of the output voltage waveform (square wave). The duty of the inverter output voltage can be adjusted by changing the operation timing of the switching element of the inverter 220. The target power can be generated, for example, based on the power receiving status of the power receiving device 20.

また、電源ＥＣＵ２５０は、インバータ２２０の駆動周波数（スイッチング周波数）を調整することによって、ターンオン電流Ｉｔを目標値に制御する。ターンオン電流Ｉｔとは、インバータ２２０の出力電圧の立上り時におけるインバータ２２０の出力電流の瞬時値である。ターンオン電流Ｉｔが正であると、インバータ２２０の還流ダイオードに逆方向のリカバリー電流が流れ、還流ダイオードにおいて発熱すなわち損失が発生する。そこで、ターンオン電流制御の上記目標値（ターンオン電流目標値）は、インバータ２２０の還流ダイオードにリカバリー電流が生じない範囲に設定され、基本的には０以下の所定値とされる（力率が良くなる「０」が理想的であるが、マージンをとって負値に設定してもよく、また、リカバリー電流による損失が問題とならない程度に小さい正値に設定してもよい。）。 Further, the power supply ECU 250 controls the turn-on current It to a target value by adjusting the drive frequency (switching frequency) of the inverter 220. The turn-on current It is an instantaneous value of the output current of the inverter 220 when the output voltage of the inverter 220 rises. When the turn-on current It is positive, a recovery current in the reverse direction flows through the freewheeling diode of the inverter 220, and heat generation, that is, loss occurs in the freewheeling diode. Therefore, the above target value (turn-on current target value) of the turn-on current control is set in a range in which a recovery current does not occur in the freewheeling diode of the inverter 220, and is basically set to a predetermined value of 0 or less (power factor is good). Although "0" is ideal, it may be set to a negative value with a margin, or it may be set to a positive value so small that the loss due to the recovery current does not matter.)

また、電源ＥＣＵ２５０は、インバータ２２０の駆動周波数を調整することによって、送電電力の周波数（以下「送電周波数ｆ」ともいう）を調整することができる。送電周波数ｆが適切な値に調整されることによって、送電装置１０から受電装置２０への電力伝送効率を高めることができる。 Further, the power supply ECU 250 can adjust the frequency of the transmitted power (hereinafter, also referred to as “transmission frequency f”) by adjusting the drive frequency of the inverter 220. By adjusting the transmission frequency f to an appropriate value, the power transmission efficiency from the power transmission device 10 to the power reception device 20 can be improved.

通信部２６０は、受電装置２０の通信部３７０と無線通信するように構成され、受電装置２０から送信される送電電力の目標値（目標電力）を受信するほか、送電の開始／停止や受電装置２０の受電状況等の情報を受電装置２０とやり取りする。 The communication unit 260 is configured to wirelessly communicate with the communication unit 370 of the power receiving device 20, receives a target value (target power) of the transmitted power transmitted from the power receiving device 20, and also starts / stops power transmission and receives the power receiving device. Information such as the power receiving status of the 20 is exchanged with the power receiving device 20.

次に、受電装置２０について説明する。受電装置２０は、受電部３１０と、フィルタ回路３２０と、整流部３３０と、リレー回路３４０と、蓄電装置３５０とを含む。また、受電装置２０は、充電ＥＣＵ３６０と、通信部３７０と、電圧センサ３８０と、電流センサ３８２とをさらに含む。 Next, the power receiving device 20 will be described. The power receiving device 20 includes a power receiving unit 310, a filter circuit 320, a rectifying unit 330, a relay circuit 340, and a power storage device 350. Further, the power receiving device 20 further includes a charging ECU 360, a communication unit 370, a voltage sensor 380, and a current sensor 382.

受電部３１０は、送電装置１０の送電部２４０から出力される電力（交流）を非接触で受電する。受電部３１０は、たとえば、送電部２４０から非接触で受電するための共振回路を含む。共振回路は、コイルとキャパシタとによって構成され得るが、コイルのみで所望の共振状態が形成される場合には、キャパシタを設けなくてもよい。受電部３１０は、受電した電力をフィルタ回路３２０を通じて整流部３３０へ出力する。 The power receiving unit 310 receives the electric power (alternating current) output from the power transmitting unit 240 of the power transmission device 10 in a non-contact manner. The power receiving unit 310 includes, for example, a resonance circuit for receiving power from the power transmitting unit 240 in a non-contact manner. The resonance circuit may be composed of a coil and a capacitor, but if a desired resonance state is formed only by the coil, the capacitor may not be provided. The power receiving unit 310 outputs the received power to the rectifying unit 330 through the filter circuit 320.

フィルタ回路３２０は、受電部３１０と整流部３３０との間に設けられ、受電時に発生する高調波ノイズを抑制する。フィルタ回路３２０は、たとえば、インダクタ＊＊およびキャパシタを含むＬＣフィルタによって構成される。整流部３３０は、受電部３１０によって受電された交流電力を整流して蓄電装置３５０へ出力する。 The filter circuit 320 is provided between the power receiving unit 310 and the rectifying unit 330 to suppress harmonic noise generated during power receiving. The filter circuit 320 is composed of, for example, an LC filter including an inductor ** and a capacitor. The rectifying unit 330 rectifies the AC power received by the power receiving unit 310 and outputs it to the power storage device 350.

蓄電装置３５０は、再充電可能な直流電源であり、たとえばリチウムイオン電池やニッケル水素電池などの二次電池によって構成される。蓄電装置３５０は、整流部３３０から出力される電力を蓄える。そして、蓄電装置３５０は、その蓄えられた電力を図示しない負荷駆動装置等へ供給する。なお、蓄電装置３５０として大容量のキャパシタも採用可能である。 The power storage device 350 is a rechargeable DC power source, and is composed of a secondary battery such as a lithium ion battery or a nickel hydrogen battery. The power storage device 350 stores the electric power output from the rectifying unit 330. Then, the power storage device 350 supplies the stored electric power to a load drive device or the like (not shown). A large-capacity capacitor can also be used as the power storage device 350.

リレー回路３４０は、整流部３３０と蓄電装置３５０との間に設けられ、送電装置１０による蓄電装置３５０の充電時にオンされる。なお、特に図示しないが、整流部３３０と蓄電装置３５０との間（たとえば、整流部３３０とリレー回路３４０との間）に、整流部３３０の出力電圧を調整するＤＣ／ＤＣコンバータを設けてもよい。 The relay circuit 340 is provided between the rectifying unit 330 and the power storage device 350, and is turned on when the power storage device 350 is charged by the power transmission device 10. Although not particularly shown, a DC / DC converter for adjusting the output voltage of the rectifying unit 330 may be provided between the rectifying unit 330 and the power storage device 350 (for example, between the rectifying unit 330 and the relay circuit 340). good.

電圧センサ３８０は、整流部３３０の出力電圧（受電電圧）を検出し、その検出値を充電ＥＣＵ３６０へ出力する。電流センサ３８２は、整流部３３０からの出力電流（受電電流）を検出し、その検出値を充電ＥＣＵ３６０へ出力する。電圧センサ３８０および電流センサ３８２の検出値に基づいて、受電部３１０による受電電力（すなわち、蓄電装置３５０の充電電力）を検出することができる。なお、受電電力の検出については、受電部３１０とフィルタ回路３２０との間の電力線、またはフィルタ回路３２０と整流部３３０との間の電力線において、電圧および電流を検出することにより受電電力を検出してもよい。 The voltage sensor 380 detects the output voltage (received voltage) of the rectifying unit 330 and outputs the detected value to the charging ECU 360. The current sensor 382 detects the output current (received current) from the rectifying unit 330 and outputs the detected value to the charging ECU 360. Based on the detected values of the voltage sensor 380 and the current sensor 382, the power received by the power receiving unit 310 (that is, the charging power of the power storage device 350) can be detected. Regarding the detection of the received power, the received power is detected by detecting the voltage and the current in the power line between the power receiving unit 310 and the filter circuit 320 or the power line between the filter circuit 320 and the rectifying unit 330. You may.

充電ＥＣＵ３６０は、ＣＰＵ、記憶装置、入出力バッファ等を含み（いずれも図示せず）、各種センサや機器からの信号を受けるとともに、受電装置２０における各種機器の制御を行なう。各種制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア（電子回路）で処理することも可能である。 The charging ECU 360 includes a CPU, a storage device, an input / output buffer, and the like (none of which are shown), receives signals from various sensors and devices, and controls various devices in the power receiving device 20. Various controls are not limited to software processing, but can also be processed by dedicated hardware (electronic circuits).

充電ＥＣＵ３６０は、送電装置１０からの受電中に、受電装置２０における受電電力が所望の目標値となるように、送電装置１０における送電電力の目標値（目標電力）を生成する。具体的には、充電ＥＣＵ３６０は、受電電力の検出値と目標値との偏差に基づいて、送電装置１０における送電電力の目標値を生成する。そして、充電ＥＣＵ３６０は、生成された送電電力の目標値（目標電力）を通信部３７０によって送電装置１０へ送信する。 While receiving power from the power transmission device 10, the charging ECU 360 generates a target value (target power) of the power transmitted by the power transmission device 10 so that the power received by the power receiving device 20 becomes a desired target value. Specifically, the charging ECU 360 generates a target value of the transmitted power in the power transmission device 10 based on the deviation between the detected value of the received power and the target value. Then, the charging ECU 360 transmits the target value (target power) of the generated power transmission power to the power transmission device 10 by the communication unit 370.

通信部３７０は、送電装置１０の通信部２６０と無線通信するように構成され、充電ＥＣＵ３６０において生成される送電電力の目標値（目標電力）を送電装置１０へ送信するほか、電力伝送の開始／停止に関する情報を送電装置１０とやり取りしたり、受電装置２０の受電状況（受電電圧や受電電流、受電電力等）を送電装置１０へ送信したりする。 The communication unit 370 is configured to wirelessly communicate with the communication unit 260 of the power transmission device 10, transmits a target value (target power) of the power transmission power generated by the charging ECU 360 to the power transmission device 10, and starts power transmission / Information regarding the stoppage is exchanged with the power transmission device 10, and the power reception status (power reception voltage, power reception current, power reception power, etc.) of the power reception device 20 is transmitted to the power transmission device 10.

この電力伝送システムにおいては、インバータ２２０からフィルタ回路２３０を通じて送電部２４０へ送電電力（交流）が供給される。送電部２４０および受電部３１０の各々は、コイルとキャパシタとを含み、伝送周波数において共振するように設計されている。送電部２４０および受電部３１０の共振強度を示すＱ値は、１００以上であることが好ましい。 In this power transmission system, power transmission (alternating current) is supplied from the inverter 220 to the power transmission unit 240 through the filter circuit 230. Each of the power transmitting unit 240 and the power receiving unit 310 includes a coil and a capacitor and is designed to resonate at a transmission frequency. The Q value indicating the resonance strength of the power transmitting unit 240 and the power receiving unit 310 is preferably 100 or more.

送電装置１０において、インバータ２２０から送電部２４０へ送電電力が供給されると、送電部２４０のコイルと受電部３１０のコイルとの間に形成される電磁界を通じて、送電部２４０から受電部３１０へエネルギー（電力）が移動する。受電部３１０へ移動したエネルギー（電力）は、フィルタ回路３２０および整流部３３０を通じて蓄電装置３５０へ供給される。 In the power transmission device 10, when the power transmission is supplied from the inverter 220 to the power transmission unit 240, the power transmission unit 240 goes to the power reception unit 310 through an electromagnetic field formed between the coil of the power transmission unit 240 and the coil of the power reception unit 310. Energy (electric power) moves. The energy (electric power) transferred to the power receiving unit 310 is supplied to the power storage device 350 through the filter circuit 320 and the rectifying unit 330.

図２は、送電装置１０のインバータ２２０、フィルタ回路２３０および送電部２４０と、受電装置２０の受電部３１０およびフィルタ回路３２０との回路構成の一例を示した図である。 FIG. 2 is a diagram showing an example of a circuit configuration of the inverter 220, the filter circuit 230, and the power transmission unit 240 of the power transmission device 10, and the power reception unit 310 and the filter circuit 320 of the power reception device 20.

フィルタ回路２３０は、コイル２３２およびキャパシタ２３４を含むＬＣフィルタによって構成される。以下、コイル２３２のインダクタンスは「Ｌ１１」であり、キャパシタ２３４のキャパシタンスは「Ｃ１１」であるものとする。 The filter circuit 230 is composed of an LC filter including a coil 232 and a capacitor 234. Hereinafter, it is assumed that the inductance of the coil 232 is “L11” and the capacitance of the capacitor 234 is “C11”.

送電部２４０は、送電コイル２４２と、キャパシタ２４４とを含む。キャパシタ２４４は、送電電力の力率を補償するために設けられ、送電コイル２４２に直列に接続される。以下、送電コイル２４２のインダクタンスは「Ｌ１」であり、キャパシタ２４４のキャパシタンスは「Ｃ１」であるものとする。 The power transmission unit 240 includes a power transmission coil 242 and a capacitor 244. The capacitor 244 is provided to compensate for the power factor of the transmitted power and is connected in series with the transmission coil 242. Hereinafter, it is assumed that the inductance of the power transmission coil 242 is “L1” and the capacitance of the capacitor 244 is “C1”.

受電部３１０は、受電コイル３１２と、キャパシタ３１４とを含む。キャパシタ３１４は、受電電力の力率を補償するために設けられ、受電コイル３１２に直列に接続される。以下、受電コイル３１２のインダクタンスは「Ｌ２」であり、キャパシタ３１４のキャパシタンスは「Ｃ２」であるものとする。 The power receiving unit 310 includes a power receiving coil 312 and a capacitor 314. The capacitor 314 is provided to compensate for the power factor of the received power and is connected in series with the power receiving coil 312. Hereinafter, it is assumed that the inductance of the power receiving coil 312 is “L2” and the capacitance of the capacitor 314 is “C2”.

フィルタ回路３２０は、コイル３２２およびキャパシタ３２４を含むＬＣフィルタによって構成される。以下、コイル３２２のインダクタンスは「Ｌ２２」であり、キャパシタ３２４のキャパシタンスは「Ｃ２２」であるものとする。 The filter circuit 320 is composed of an LC filter including a coil 322 and a capacitor 324. Hereinafter, it is assumed that the inductance of the coil 322 is “L22” and the capacitance of the capacitor 324 is “C22”.

フィルタ回路２３０および送電部２４０を含む送電装置１０の共振周波数（以下「送電側共振周波数ｆｇａ」ともいう）は、コイル２３２のインダクタンスＬ１１、キャパシタ２３４のキャパシタンスＣ１１、送電コイル２４２のインダクタンスＬ１、およびキャパシタ２４４のキャパシタンスＣ１によって決まる。本実施の形態においては、送電部２４０のキャパシタ２４４は、電源ＥＣＵ２５０からの制御信号に従って、そのキャパシタンスＣ１を調整可能に構成される。したがって、電源ＥＣＵ２５０は、送電部２４０のキャパシタンスＣ１を調整することによって、送電側共振周波数ｆｇａを調整することができる。 The resonance frequency of the power transmission device 10 including the filter circuit 230 and the power transmission unit 240 (hereinafter, also referred to as “transmission side resonance frequency fga”) is the inductance L11 of the coil 232, the capacitance C11 of the capacitor 234, the inductance L1 of the power transmission coil 242, and the capacitor. It is determined by the capacitance C1 of 244. In the present embodiment, the capacitor 244 of the power transmission unit 240 is configured so that its capacitance C1 can be adjusted according to a control signal from the power supply ECU 250. Therefore, the power supply ECU 250 can adjust the power transmission side resonance frequency fga by adjusting the capacitance C1 of the power transmission unit 240.

なお、送電部２４０のキャパシタンスＣ１だけでなく、送電部２４０のインダクタンスＬ１、フィルタ回路２３０のインダクタンスＬ１１あるいはキャパシタンスＣ１１が調整可能に構成されている場合には、電源ＥＣＵ２５０は、キャパシタンスＣ１，Ｃ１１およびインダクタンスＬ１，Ｌ１１のうちの少なくともいずれかを調整することによって送電側共振周波数ｆｇａを調整することができる。 When not only the capacitance C1 of the power transmission unit 240 but also the inductance L1 of the power transmission unit 240, the inductance L11 of the filter circuit 230 or the capacitance C11 are adjustable, the power supply ECU 250 has the capacitances C1 and C11 and the inductance. The power transmission side resonance frequency fga can be adjusted by adjusting at least one of L1 and L11.

受電部３１０およびフィルタ回路３２０を含む受電装置２０の共振周波数（以下「受電側共振周波数ｆｖａ」ともいう）は、受電コイル３１２のインダクタンスＬ２、キャパシタ３１４のキャパシタンスＣ２、コイル３２２のインダクタンスＬ２２、およびキャパシタ３２４のキャパシタンスＣ２２によって決まる。本実施の形態においては、受電部３１０のキャパシタ３１４は、充電ＥＣＵ３６０からの制御信号に従って、そのキャパシタンスＣ２を調整可能に構成される。したがって、充電ＥＣＵ３６０は、受電部３１０のキャパシタンスＣ２を調整することによって、受電側共振周波数ｆｖａを調整することができる。 The resonance frequency of the power receiving device 20 including the power receiving unit 310 and the filter circuit 320 (hereinafter, also referred to as “power receiving side resonance frequency fva”) is the inductance L2 of the power receiving coil 312, the capacitance C2 of the capacitor 314, the inductance L22 of the coil 322, and the capacitor. It is determined by the capacitance C22 of 324. In the present embodiment, the capacitor 314 of the power receiving unit 310 is configured so that its capacitance C2 can be adjusted according to the control signal from the charging ECU 360. Therefore, the charging ECU 360 can adjust the power receiving side resonance frequency fva by adjusting the capacitance C2 of the power receiving unit 310.

なお、受電部３１０のキャパシタンスＣ２だけでなく、受電部３１０のインダクタンスＬ２、フィルタ回路３２０のインダクタンスＬ２２あるいはキャパシタンスＣ２２が調整可能に構成されている場合には、充電ＥＣＵ３６０は、キャパシタンスＣ２，Ｃ２２およびインダクタンスＬ２，Ｌ２２のうちの少なくともいずれかを調整することによって受電側共振周波数ｆｖａを調整することができる。 When not only the capacitance C2 of the power receiving unit 310 but also the inductance L2 of the power receiving unit 310, the inductance L22 of the filter circuit 320 or the capacitance C22 are adjustable, the charging ECU 360 has the capacitances C2 and C22 and the inductance. The power receiving side resonance frequency fva can be adjusted by adjusting at least one of L2 and L22.

図３は、送電装置１０のインバータ２２０の回路構成の一例を示した図である。インバータ２２０は、電圧型インバータであり、電力用半導体スイッチング素子（以下、単に「スイッチング素子」ともいう）Ｑ１〜Ｑ４と、還流ダイオードＤ１〜Ｄ４とを含む。直流側の端子Ｅ１，Ｅ２には、ＰＦＣ回路２１０（図１）が接続され、交流側の端子Ｅ３，Ｅ４には、フィルタ回路２３０が接続される。 FIG. 3 is a diagram showing an example of the circuit configuration of the inverter 220 of the power transmission device 10. The inverter 220 is a voltage type inverter and includes power semiconductor switching elements (hereinafter, also simply referred to as “switching elements”) Q1 to Q4 and freewheeling diodes D1 to D4. The PFC circuit 210 (FIG. 1) is connected to the terminals E1 and E2 on the DC side, and the filter circuit 230 is connected to the terminals E3 and E4 on the AC side.

スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４は、たとえば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、バイポーラトランジスタ、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）、ＧＴＯ（Gate Turn Off thyristor）等によって構成される。還流ダイオードＤ１〜Ｄ４は、それぞれスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４に逆並列に接続される。 The switching elements Q1 to Q4 are composed of, for example, an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), a bipolar transistor, a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor), a GTO (Gate Turn Off thyristor), and the like. The freewheeling diodes D1 to D4 are connected to the switching elements Q1 to Q4 in antiparallel, respectively.

端子Ｅ１，Ｅ２間には、ＰＦＣ回路２１０から出力される直流電圧Ｖ１が印加される。そして、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のスイッチング動作に伴なって、端子Ｅ３，Ｅ４間に出力電圧Ｖｏおよび出力電流Ｉｏが生じる（図中、矢印で示される方向を正値とする。）。この図３では、一例として、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ４がＯＮであり、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３がＯＦＦである状態が示されており、この場合の出力電圧Ｖｏはほぼ電圧Ｖ１（正値）となる。 A DC voltage V1 output from the PFC circuit 210 is applied between the terminals E1 and E2. Then, along with the switching operation of the switching elements Q1 to Q4, an output voltage Vo and an output current Io are generated between the terminals E3 and E4 (the direction indicated by the arrow in the figure is a positive value). In FIG. 3, as an example, a state in which the switching elements Q1 and Q4 are ON and the switching elements Q2 and Q3 are OFF is shown, and the output voltage Vo in this case is substantially the voltage V1 (positive value). ..

＜ターンオン電流の抑制＞
図４は、インバータ２２０のスイッチング波形と、出力電圧Ｖｏおよび出力電流Ｉｏの波形とを示した図である。スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４を図示のようにＯＮ／ＯＦＦさせることにより、スイッチング周波数で変動する方形波の出力電圧Ｖｏが生成される。すなわち、インバータ２２０のスイッチング周波数を操作することにより、送電周波数ｆを調整することができる。 <Suppression of turn-on current>
FIG. 4 is a diagram showing a switching waveform of the inverter 220 and a waveform of an output voltage Vo and an output current Io. By turning the switching elements Q1 to Q4 ON / OFF as shown in the figure, the output voltage Vo of the square wave that fluctuates with the switching frequency is generated. That is, the power transmission frequency f can be adjusted by manipulating the switching frequency of the inverter 220.

点線で示される電流波形は、出力電圧Ｖｏとの位相差が０であるときの出力電流Ｉｏを示す。一方、実線で示される電流波形は、電圧Ｖｏの位相に対して電流の位相が進んでいるときの出力電流Ｉｏを示す。電圧Ｖｏに対して電流Ｉｏの位相が進むと、スイッチング素子Ｑ１のターンオン時に、スイッチング素子Ｑ３に逆並列に接続される還流ダイオードＤ３（図３）に逆方向の電流すなわちリカバリー電流が流れる。還流ダイオードＤ３にリカバリー電流が流れると、還流ダイオードＤ３が破損するおそれがある。電圧Ｖｏと電流Ｉｏとの位相差が０のとき（点線）、或いは電圧Ｖｏに対して電流Ｉｏの位相が遅れているときは（図示せず）、還流ダイオードＤ３にリカバリー電流は流れない。 The current waveform shown by the dotted line indicates the output current Io when the phase difference from the output voltage Vo is 0. On the other hand, the current waveform shown by the solid line indicates the output current Io when the phase of the current is advanced with respect to the phase of the voltage Vo. When the phase of the current Io advances with respect to the voltage Vo, a current in the opposite direction, that is, a recovery current flows through the freewheeling diode D3 (FIG. 3) connected in antiparallel to the switching element Q3 when the switching element Q1 is turned on. If a recovery current flows through the freewheeling diode D3, the freewheeling diode D3 may be damaged. When the phase difference between the voltage Vo and the current Io is 0 (dotted line), or when the phase of the current Io is delayed with respect to the voltage Vo (not shown), no recovery current flows through the freewheeling diode D3.

電圧Ｖｏの立上り時（時刻ｔ４や時刻ｔ８）における電流Ｉｏの瞬時値はターンオン電流Ｉｔを示し、図から理解されるように、電圧Ｖｏの位相に対する電流Ｉｏの位相の進みは、正のターンオン電流Ｉｔが流れるか否かで検知することができる。 The instantaneous value of the current Io at the rising edge of the voltage Vo (time t4 or time t8) indicates the turn-on current It, and as can be seen from the figure, the phase lead of the current Io with respect to the phase of the voltage Vo is a positive turn-on current. It can be detected by whether or not It flows.

電圧Ｖｏに対する電流Ｉｏの位相は、送電周波数ｆ（インバータ２２０のスイッチング周波数）と送電側共振周波数ｆｇａとの差の大きさ（＝｜ｆ−ｆｇａ｜）を大きくすることによって、遅らせることができる。 The phase of the current Io with respect to the voltage Vo can be delayed by increasing the magnitude of the difference (= | f-fga |) between the power transmission frequency f (switching frequency of the inverter 220) and the power transmission side resonance frequency fga.

そこで、本実施の形態による電力伝送システムにおいては、ターンオン電流Ｉｔがしきい値（たとえば０）よりも大きい場合、｜ｆ−ｆｇａ｜が大きくなる方向に送電周波数ｆまたは送電側共振周波数ｆｇａが調整される。これにより、電圧Ｖｏに対する電流Ｉｏの位相の進みが軽減されるため、ターンオン電流Ｉｔが抑制される。 Therefore, in the power transmission system according to the present embodiment, when the turn-on current It is larger than the threshold value (for example, 0), the power transmission frequency f or the power transmission side resonance frequency fga is adjusted in the direction in which | f-fga | becomes larger. Will be done. As a result, the phase advance of the current Io with respect to the voltage Vo is reduced, so that the turn-on current It is suppressed.

なお、ターンオン電流Ｉｔは、電圧センサ２７０および電流センサ２７２（図１）によってそれぞれ検出される電圧Ｖｏおよび電流Ｉｏに基づいて検出することができる。具体的には、電圧Ｖｏの立上り時における電流Ｉｏを検出することによってターンオン電流Ｉｔを検出することができる。 The turn-on current It can be detected based on the voltage Vo and the current Io detected by the voltage sensor 270 and the current sensor 272 (FIG. 1), respectively. Specifically, the turn-on current It can be detected by detecting the current Io at the rising edge of the voltage Vo.

なお、図中、Ｔはインバータ２２０のスイッチング周期を示し、Ｔｄは電圧Ｖｏの出力時間を示す。周期Ｔに対するＴｄの期間比は、インバータ出力電圧のデューティとして定義される。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ３のオン／オフタイミング（オン／オフ期間比０．５）に対してスイッチング素子Ｑ２，Ｑ４のオン／オフタイミング（オン／オフ期間比０．５）を変化させることによって、インバータ出力電圧のデューティを調整することができる。 In the figure, T indicates the switching cycle of the inverter 220, and Td indicates the output time of the voltage Vo. The period ratio of Td to period T is defined as the duty of the inverter output voltage. Inverter by changing the on / off timing (on / off period ratio 0.5) of switching elements Q2 and Q4 with respect to the on / off timing (on / off period ratio 0.5) of switching elements Q1 and Q3. The duty of the output voltage can be adjusted.

＜コイル間損失＞
上記のような回路構成において、送電コイル２４２と受電コイル３１２との間の電力伝送効率ηは、次式（１）にて表される。なお、式（１）において、Ｉ１は送電コイル２４２に流れる電流を示し、Ｉ２は受電コイル３１２に流れる電流を示す。また、ｒ１は送電コイル２４２の巻線抵抗を示し、ｒ２は受電コイル３１２の巻線抵抗を示す。また、ＲＬは受電コイル３１２に接続される電気負荷の等価インピーダンスを示す。 <Loss between coils>
In the circuit configuration as described above, the power transmission efficiency η between the power transmission coil 242 and the power reception coil 312 is expressed by the following equation (1). In the equation (1), I1 represents the current flowing through the power transmission coil 242, and I2 represents the current flowing through the power receiving coil 312. Further, r1 indicates the winding resistance of the power transmission coil 242, and r2 indicates the winding resistance of the power receiving coil 312. Further, RL indicates the equivalent impedance of the electric load connected to the power receiving coil 312.

Figure 0006911594
Figure 0006911594

一方、送電コイル２４２に流れる電流Ｉ１と、受電コイル３１２に流れる電流Ｉ２とには、次式（２）に示す関係が成り立つ。なお、式（２）において、ωは、電流Ｉ１の周波数、すなわち送電周波数ｆである。Ｍは、送電コイル２４２と受電コイル３１２との相互インピーダンスを示す。 On the other hand, the relationship shown in the following equation (2) is established between the current I1 flowing through the power transmission coil 242 and the current I2 flowing through the power receiving coil 312. In the equation (2), ω is the frequency of the current I1, that is, the power transmission frequency f. M indicates the mutual impedance between the power transmission coil 242 and the power reception coil 312.

Figure 0006911594
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ここで、送電周波数ｆと受電側共振周波数ｆｖａとが一致する場合、式（２）の右辺の「ω・Ｌ２−｛１／（ω・Ｃ２）｝」はゼロとなって消去されるため、式（２）の左辺「（Ｉ１／Ｉ２）２」の値は最小となり、その結果、式（１）に示す電力伝送効率ηは最大となる。これは、送電周波数ｆと受電側共振周波数ｆｖａとが一致する場合（｜ｆ−ｆｖａ｜＝０である場合）に、送電コイル２４２と受電コイル３１２との間の電力伝送損失（以下「コイル間損失」ともいう）は最小（極小）となることを意味する。 Here, when the power transmission frequency f and the power reception side resonance frequency fva match, “ω ・ L2- {1 / (ω ・ C2)}” on the right side of the equation (2) becomes zero and is erased. The value of the left side "(I1 / I2) 2 " of the equation (2) becomes the minimum, and as a result, the power transmission efficiency η shown in the equation (1) becomes the maximum. This means that when the transmission frequency f and the resonance frequency fva on the power receiving side match (when | f−fva | = 0), the power transmission loss between the power transmission coil 242 and the power reception coil 312 (hereinafter, “between coils”). "Loss") means the minimum (minimum).

＜システム損失＞
上述のように、コイル間損失は、送電周波数ｆと受電側共振周波数ｆｖａとが一致する場合に最小となる。しかしながら、インバータ２２０のスイッチング動作などによって生じる損失（以下「インバータ損失」ともいう）は、送電周波数ｆと受電側共振周波数ｆｖａとが一致する場合に最小になるとは限らない。その結果、コイル間伝送損失とインバータ損失とを含めたシステム全体の電力伝送損失（以下「システム損失」ともいう）は、送電周波数ｆが受電側共振周波数ｆｖａからずれた値であるときに最小となる。 <System loss>
As described above, the inter-coil loss is minimized when the power transmission frequency f and the power reception side resonance frequency fva match. However, the loss caused by the switching operation of the inverter 220 (hereinafter, also referred to as “inverter loss”) is not always minimized when the transmission frequency f and the resonance frequency fva on the power receiving side match. As a result, the power transmission loss of the entire system including the coil-to-coil transmission loss and the inverter loss (hereinafter, also referred to as “system loss”) is minimized when the transmission frequency f deviates from the power receiving side resonance frequency fva. Become.

図５は、送電周波数ｆとシステム損失との対応関係の一例を示す図である。図５において、横軸は送電周波数ｆを示し、縦軸はシステム損失を示す。また、図５において、一点鎖線はコイル間損失を示し、二点鎖線はインバータ損失を示し、実線はシステム損失（コイル間損失とインバータ損失との合計）を示す。 FIG. 5 is a diagram showing an example of the correspondence relationship between the power transmission frequency f and the system loss. In FIG. 5, the horizontal axis represents the transmission frequency f, and the vertical axis represents the system loss. Further, in FIG. 5, the alternate long and short dash line indicates the inter-coil loss, the two-dot chain line indicates the inverter loss, and the solid line indicates the system loss (the sum of the inter-coil loss and the inverter loss).

図５に示す例においては、コイル間損失（一点鎖線）は送電周波数ｆが受電側共振周波数ｆｖａと一致する場合に最小となるが、インバータ損失（二点鎖線）は、送電周波数ｆが受電側共振周波数ｆｖａよりも所定量Δｆ（Δｆ＞０）だけ小さい所定値ｆ１である場合に極小となる。この影響により、システム損失（コイル間損失とインバータ損失との合計）は、送電周波数ｆが所定値ｆ１である場合に最小となる。 In the example shown in FIG. 5, the loss between coils (dashed line) is minimized when the transmission frequency f matches the resonance frequency fva on the power receiving side, but the inverter loss (dashed line f) is minimized when the transmission frequency f is on the power receiving side. It becomes the minimum when the predetermined value f1 is smaller than the resonance frequency fva by a predetermined amount Δf (Δf> 0). Due to this effect, the system loss (the sum of the coil-to-coil loss and the inverter loss) becomes the minimum when the transmission frequency f is a predetermined value f1.

このように、システム損失は、送電周波数ｆが受電側共振周波数ｆｖａから所定量Δｆだけずれた所定値ｆ１である場合に最小となる。 As described above, the system loss is minimized when the transmission frequency f is a predetermined value f1 deviated from the power receiving side resonance frequency fva by a predetermined amount Δf.

そこで、本実施の形態による電力伝送システムにおいては、送電周波数ｆと受電側共振周波数ｆｖａとの差の大きさ（＝｜ｆ−ｆｖａ｜）が所定量Δｆに近づくように、送電周波数ｆまたは受電側共振周波数ｆｖａが調整される。これにより、システム損失が軽減されるため、電力伝送効率を向上させることができる。なお、所定量Δｆは、正の値である（Δｆ＞０）であるが、その大きさは０に近い小さな値である。 Therefore, in the power transmission system according to the present embodiment, the power transmission frequency f or the power reception is received so that the magnitude of the difference (= | f−fva |) between the power transmission frequency f and the power reception side resonance frequency fva approaches a predetermined amount Δf. The side resonance frequency fva is adjusted. As a result, the system loss is reduced, so that the power transmission efficiency can be improved. The predetermined amount Δf is a positive value (Δf> 0), but its magnitude is a small value close to 0.

＜送電周波数ｆ、送電側共振周波数ｆｇａおよび受電側共振周波数ｆｖａの関係＞
既に述べたように、本実施の形態による電力伝送システムは、送電周波数ｆ、送電側共振周波数ｆｇａおよび受電側共振周波数ｆｖａをそれぞれ調整可能に構成される。 <Relationship between power transmission frequency f, power transmission side resonance frequency fga, and power reception side resonance frequency fva>
As described above, the power transmission system according to the present embodiment is configured so that the transmission frequency f, the transmission side resonance frequency fga, and the power reception side resonance frequency fva can be adjusted, respectively.

そして、送電周波数ｆと送電側共振周波数ｆｇａとの差の大きさ（＝｜ｆ−ｆｇａ｜）が、ターンオン電流Ｉｔを抑制するために調整される。さらに、送電周波数ｆと受電側共振周波数ｆｖａとの差の大きさ（＝｜ｆ−ｆｖａ｜）が、電力伝送効率を向上させるために調整される。 Then, the magnitude of the difference between the power transmission frequency f and the power transmission side resonance frequency fga (= | f−fga |) is adjusted in order to suppress the turn-on current It. Further, the magnitude of the difference between the power transmission frequency f and the power receiving side resonance frequency fva (= | f−fva |) is adjusted in order to improve the power transmission efficiency.

さらに、本実施の形態による電力伝送システムにおいては、送電周波数ｆ、送電側共振周波数ｆｇａおよび受電側共振周波数ｆｖａの関係が次式（３）を満たすように調整される。 Further, in the power transmission system according to the present embodiment, the relationship between the power transmission frequency f, the power transmission side resonance frequency fga, and the power reception side resonance frequency fva is adjusted so as to satisfy the following equation (3).

｜ｆ−ｆｇａ｜≧｜ｆ−ｆｖａ｜＞０ …（３）
図６は、電力伝送システムの電源ＥＣＵ２５０が実行する処理手順の一例を示すフローチャートである。このフローチャートは、たとえば所定周期で繰り返し実行される。 | F-fga | ≧ | f-fva |> 0 ... (3)
FIG. 6 is a flowchart showing an example of a processing procedure executed by the power supply ECU 250 of the power transmission system. This flowchart is repeatedly executed, for example, at a predetermined cycle.

電源ＥＣＵ２５０は、送電部２４０から受電部３１０への送電中であるか否かを判定する（ステップＳ１０）。送電中でない場合（ステップＳ１０においてＮＯ）、電源ＥＣＵ２５０は、以降の処理をスキップしてリターンへと処理を移す。 The power supply ECU 250 determines whether or not power is being transmitted from the power transmission unit 240 to the power reception unit 310 (step S10). When power transmission is not in progress (NO in step S10), the power supply ECU 250 skips the subsequent processing and shifts the processing to the return.

一方、送電中である場合（ステップＳ１０においてＹＥＳ）、電源ＥＣＵ２５０は、ターンオン電流Ｉｔがしきい値（たとえば０）よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ１２）。 On the other hand, when power transmission is in progress (YES in step S10), the power supply ECU 250 determines whether or not the turn-on current It is larger than the threshold value (for example, 0) (step S12).

ターンオン電流Ｉｔがしきい値よりも大きい場合（ステップＳ１２においてＹＥＳ）、電源ＥＣＵ２５０は、送電周波数ｆと送電側共振周波数ｆｇａとの差の大きさ（＝｜ｆ−ｆｇａ｜）が大きくなる方向に、送電周波数ｆまたは送電側共振周波数ｆｇａを調整する（ステップＳ１４）。これにより、電圧Ｖｏに対する電流Ｉｏの位相の進みが軽減されるため、ターンオン電流Ｉｔが抑制される。 When the turn-on current It is larger than the threshold value (YES in step S12), the power supply ECU 250 tends to increase the size of the difference between the power transmission frequency f and the power transmission side resonance frequency fga (= | f-fga |). , The transmission frequency f or the transmission side resonance frequency fga is adjusted (step S14). As a result, the phase advance of the current Io with respect to the voltage Vo is reduced, so that the turn-on current It is suppressed.

一方、ターンオン電流Ｉｔがしきい値よりも小さい場合（ステップＳ１２においてＮＯ）、電源ＥＣＵ２５０は、受電装置２０から受電側共振周波数ｆｖａを示す情報を取得し、送電周波数ｆと受電側共振周波数ｆｖａとの差の大きさ（＝｜ｆ−ｆｖａ｜）が所定量Δｆ（Δｆ＞０）に近づくように、送電周波数ｆまたは受電側共振周波数ｆｖａを調整する（ステップＳ１６）。ここで、所定量Δｆは上述したように０に近い値である。したがって、ステップＳ１６の処理において、電源ＥＣＵ２５０は、｜ｆ−ｆｖａ｜が所定量Δｆ（０に近い値）に向けて低下するように、送電周波数ｆまたは受電側共振周波数ｆｖａを調整することになる。 On the other hand, when the turn-on current It is smaller than the threshold value (NO in step S12), the power supply ECU 250 acquires information indicating the power receiving side resonance frequency fva from the power receiving device 20, and sets the power transmission frequency f and the power receiving side resonance frequency fva. The transmission frequency f or the resonance frequency fva on the power receiving side is adjusted so that the magnitude of the difference (= | f−fva |) approaches a predetermined amount Δf (Δf> 0) (step S16). Here, the predetermined amount Δf is a value close to 0 as described above. Therefore, in the process of step S16, the power supply ECU 250 adjusts the power transmission frequency f or the power receiving side resonance frequency fva so that | f-fva | decreases toward a predetermined amount Δf (value close to 0). ..

このように、電源ＥＣＵ２５０は、ターンオン電流Ｉｔとしきい値とを比較した結果に応じて、｜ｆ−ｆｇａ｜を増加させる処理、｜ｆ−ｆｖａ｜を低下させる処理のどちらかを選択的に実行する。その結果、送電周波数ｆ、送電側共振周波数ｆｇａおよび受電側共振周波数ｆｖａが上述の式（３）を満たすように調整される。 In this way, the power supply ECU 250 selectively executes either the process of increasing | f-fga | or the process of decreasing | f-fva | according to the result of comparing the turn-on current It and the threshold value. do. As a result, the power transmission frequency f, the power transmission side resonance frequency fga, and the power reception side resonance frequency fva are adjusted so as to satisfy the above equation (3).

なお、ステップＳ１６において電源ＥＣＵ２５０が受電側共振周波数ｆｖａを調整する場合には、送電装置１０の電源ＥＣＵ２５０が受電装置２０の充電ＥＣＵ３６０に対して受電側共振周波数ｆｖａの調整を要求し、この要求に応答して受電装置２０の充電ＥＣＵ３６０が受電側共振周波数ｆｖａの調整を行なうことになる。 When the power supply ECU 250 adjusts the power receiving side resonance frequency fva in step S16, the power supply ECU 250 of the power transmission device 10 requests the charging ECU 360 of the power receiving device 20 to adjust the power receiving side resonance frequency fva, and the request is made. In response, the charging ECU 360 of the power receiving device 20 adjusts the power receiving side resonance frequency fva.

以上のように、本実施の形態による電力伝送システムにおいては、送電周波数ｆ、送電側共振周波数ｆｇａおよび受電側共振周波数ｆｖａが、｜ｆ−ｆｇａ｜≧｜ｆ−ｆｖａ｜＞０の関係式を満たすように調整される。これにより、ターンオン電流Ｉｔの抑制のために｜ｆ−ｆｇａ｜を増加させつつ、かつ電力伝送効率の向上のために｜ｆ−ｆｖａ｜を所定量Δｆに向けて低下させることが可能となる。その結果、送電周波数ｆ、送電側共振周波数ｆｇａおよび受電側共振周波数ｆｖａを調整可能に構成された非接触電力伝送システムにおいて、ターンオン電流Ｉｔを抑制しつつ、電力伝送効率を高めることができる。 As described above, in the power transmission system according to the present embodiment, the relational expression of the transmission frequency f, the transmission side resonance frequency fga and the power reception side resonance frequency fva is | f-fga | ≧ | f-fva |> 0. Adjusted to meet. As a result, | f-fga | can be increased to suppress the turn-on current It, and | f-fva | can be decreased toward a predetermined amount Δf to improve the power transmission efficiency. As a result, in the non-contact power transmission system configured so that the power transmission frequency f, the power transmission side resonance frequency fga, and the power reception side resonance frequency fva can be adjusted, the power transmission efficiency can be improved while suppressing the turn-on current It.

＜変形例１＞
上述の実施の形態においては、図６に示すフローチャートを実行する主体が、送電装置１０の電源ＥＣＵ２５０である例について説明した。しかしながら、図６に示すフローチャートを実行する主体は、受電装置２０の充電ＥＣＵ３６０であってもよい。この場合、送電側共振周波数ｆｇａの調整は、充電ＥＣＵ３６０が送電装置１０の電源ＥＣＵ２５０との通信を行なうことによって実現される。 <Modification example 1>
In the above-described embodiment, an example in which the main body that executes the flowchart shown in FIG. 6 is the power supply ECU 250 of the power transmission device 10 has been described. However, the main body that executes the flowchart shown in FIG. 6 may be the charging ECU 360 of the power receiving device 20. In this case, the adjustment of the resonance frequency fga on the power transmission side is realized by the charging ECU 360 communicating with the power supply ECU 250 of the power transmission device 10.

＜変形例２＞
上述の実施の形態においては、ターンオン電流Ｉｔがしきい値よりも小さい場合（図６のステップＳ１２においてＮＯ）、電力伝送効率を高めるために、｜ｆ−ｆｖａ｜が所定量Δｆに向けて低下するように送電周波数ｆまたは受電側共振周波数ｆｖａが調整される（図６のステップＳ１６）。 <Modification 2>
In the above-described embodiment, when the turn-on current It is smaller than the threshold value (NO in step S12 of FIG. 6), | f-fva | decreases toward a predetermined amount Δf in order to increase the power transmission efficiency. The power transmission frequency f or the power reception side resonance frequency fva is adjusted so as to be performed (step S16 in FIG. 6).

しかしながら、ターンオン電流Ｉｔがしきい値よりも小さい場合であっても、ターンオン電流Ｉｔがしきい値付近である場合には、ターンオン電流Ｉｔがしきい値を超える可能性があることに鑑み、｜ｆ−ｆｖａ｜を低下させることなく現状の状態に維持するようにしてもよい。 However, even if the turn-on current It is smaller than the threshold value, if the turn-on current It is near the threshold value, the turn-on current It may exceed the threshold value. The current state may be maintained without lowering f-fva |.

図７は、本変形例２による電源ＥＣＵ２５０が実行する処理手順の一例を示すフローチャートである。図７に示すフローチャートは、図６に示すフローチャートに対して、ステップＳ２０，Ｓ２２を追加したものである。その他のステップ（上述の図６に示したステップと同じ番号を付しているステップ）については、既に説明したため詳細な説明はここでは繰り返さない。 FIG. 7 is a flowchart showing an example of a processing procedure executed by the power supply ECU 250 according to the second modification. The flowchart shown in FIG. 7 is obtained by adding steps S20 and S22 to the flowchart shown in FIG. Since the other steps (steps having the same numbers as the steps shown in FIG. 6 above) have already been described, detailed description will not be repeated here.

ターンオン電流Ｉｔがしきい値よりも小さい場合（ステップＳ１２においてＮＯ）、電源ＥＣＵ２５０は、ターンオン電流Ｉｔがしきい値付近である（すなわちターンオン電流Ｉｔがしきい値よりも僅かに小さい値である）か否かを判定する（ステップＳ２０）。 When the turn-on current It is smaller than the threshold value (NO in step S12), the power supply ECU 250 has the turn-on current It near the threshold value (that is, the turn-on current It is a value slightly smaller than the threshold value). Whether or not it is determined (step S20).

ターンオン電流Ｉｔがしきい値付近ではない場合（ステップＳ２０においてＮＯ）、電源ＥＣＵ２５０は、｜ｆ−ｆｖａ｜が所定量Δｆに近づくように送電周波数ｆまたは受電側共振周波数ｆｖａを調整する（ステップＳ１６）。 When the turn-on current It is not near the threshold value (NO in step S20), the power supply ECU 250 adjusts the power transmission frequency f or the power receiving side resonance frequency fva so that | f-fva | approaches a predetermined amount Δf (step S16). ).

一方、ターンオン電流Ｉｔがしきい値付近である場合（ステップＳ２０においてＹＥＳ）、電源ＥＣＵ２５０は、｜ｆ−ｆｖａ｜の状態を維持する（ステップＳ２２）。 On the other hand, when the turn-on current It is near the threshold value (YES in step S20), the power supply ECU 250 maintains the state of | f-fva | (step S22).

このように、ターンオン電流Ｉｔがしきい値よりも小さい場合であっても、ターンオン電流Ｉｔがしきい値付近である場合には、｜ｆ−ｆｖａ｜を低下させることなく現状の状態に維持することによって、ターンオン電流Ｉｔがしきい値を超過することを適切に抑制することができる。 In this way, even when the turn-on current It is smaller than the threshold value, when the turn-on current It is near the threshold value, the current state is maintained without lowering | f-fva |. Thereby, it is possible to appropriately prevent the turn-on current It from exceeding the threshold value.

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 It should be considered that the embodiments disclosed this time are exemplary in all respects and not restrictive. The scope of the present disclosure is indicated by the scope of claims rather than the above description, and is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims.

１０ 送電装置、２０ 受電装置、１００ 交流電源、２１０ ＰＦＣ回路、２２０ インバータ、２３０，３２０ フィルタ回路、２３２，３２２ コイル、２３４，２４４，３１４，３２４ キャパシタ、２４０ 送電部、２４２ 送電コイル、２５０ 電源ＥＣＵ、２６０，３７０ 通信部、２７０，３８０ 電圧センサ、２７２，２７４，３８２ 電流センサ、３１０ 受電部、３１２ 受電コイル、３３０ 整流部、３４０ リレー回路、３５０ 蓄電装置、３６０ 充電ＥＣＵ。 10 Transmission device, 20 Power receiving device, 100 AC power supply, 210 PFC circuit, 220 inverter, 230, 320 filter circuit, 232,322 coil, 234,244,314,324 capacitor, 240 transmission unit, 242 transmission coil, 250 power supply ECU 260,370 communication unit, 270,380 voltage sensor, 272,274,382 current sensor, 310 power receiving unit, 312 power receiving coil, 330 rectifying unit, 340 relay circuit, 350 power storage device, 360 charging ECU.

Claims (1)

非接触で送電するように構成された送電装置と、
前記送電装置からの電力を非接触で受電するように構成された受電装置と、
前記送電装置から出力される電力の周波数である送電周波数、前記送電装置の共振周波数である送電側共振周波数、および前記受電装置の共振周波数である受電側共振周波数を調整するように構成された制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記送電装置のターンオン電流がしきい値より大きい場合、前記送電周波数と前記送電側共振周波数との差の大きさが大きくなるように前記送電周波数または前記送電側共振周波数を調整し、前記送電装置のターンオン電流が前記しきい値よりも小さい場合、前記送電周波数と前記受電側共振周波数との差の大きさが所定値に近づくように前記送電周波数または前記受電側共振周波数を調整するとともに、前記送電周波数と前記送電側共振周波数との差の大きさが前記送電周波数と前記受電側共振周波数との差の大きさ以上となる範囲で、前記送電周波数、前記送電側共振周波数および前記受電側共振周波数を調整する、非接触電力伝送システム。 A power transmission device configured to transmit power in a non-contact manner,
A power receiving device configured to receive power from the power transmitting device in a non-contact manner, and a power receiving device.
Control configured to adjust the transmission frequency, which is the frequency of the power output from the power transmission device, the transmission side resonance frequency, which is the resonance frequency of the power transmission device, and the power reception side resonance frequency, which is the resonance frequency of the power reception device. Equipped with equipment,
The control device, wherein when terpolymer down on current of the power transmission device is greater than the threshold, the transmission frequency and the transmission side resonance frequency as the transmission frequency or the transmission side resonance frequency such that the magnitude increases the difference When the turn-on current of the power transmission device is smaller than the threshold value, the power transmission frequency or the power reception side resonance is adjusted so that the magnitude of the difference between the power transmission frequency and the power reception side resonance frequency approaches a predetermined value. While adjusting the frequency, the power transmission frequency and the power transmission side are within a range in which the size of the difference between the power transmission frequency and the power transmission side resonance frequency is equal to or greater than the size of the difference between the power transmission frequency and the power reception side resonance frequency. A non-contact power transmission system that adjusts the resonance frequency and the power receiving side resonance frequency.
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