JP7061058B2 - Power receiving device - Google Patents
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Description
本発明は、送電機器から非接触で交流電力を受電する受電機器に関するものである。 The present invention relates to a power receiving device that receives AC power from a power transmitting device in a non-contact manner.
従来、電源コードや送電ケーブルを用いずに、非接触で相手側に電力伝送する非接触電力伝送装置として、例えば磁界共振を用いたものが知られている。例えば特許文献1の非接触電力装置は、交流電力が入力される1次側コイルを有する送電機器と、車両に搭載され、非接触で交流電力を受電可能な2次側コイルを有する受電機器を備えている。そして、受電機器には、1次側コイルと2次側コイルの間の距離に基づいて、インピーダンスを変更可能なインピーダンス可変装置が設けられている。インピーダンス可変装置によってインピーダンスを可変とすることで、距離のずれによるインピーダンスのずれに対応することができる。
Conventionally, as a non-contact power transmission device that non-contactly transmits power to the other side without using a power cord or a power transmission cable, for example, one using magnetic field resonance is known. For example, the non-contact power device of
しかしながら、インピーダンス可変装置は、体格が大きく、部品点数が多くなるという問題がある。また、インピーダンス可変装置は、コストアップの要因になる。 However, the impedance variable device has a problem that the body size is large and the number of parts is large. Further, the impedance variable device becomes a factor of cost increase.
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、適切な電力伝送効率で受電可能な受電装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and a main object thereof is to provide a power receiving device capable of receiving power with an appropriate power transmission efficiency.
本手段は、交流電力が入力される1次側コイル(21)を有する送電機器(20)から前記交流電力を受電可能であり、負荷(16)に電力を供給し、車両(15)に搭載された受電機器(30)であって、前記1次側コイルから非接触で受電可能な2次側コイル(31)と、前記2次側コイルに接続され、該2次側コイルとともに共振回路(33)を構成するコンデンサ(32)と、入出力の一方が、前記コンデンサに接続され、他方が前記負荷に接続されたフィルタ回路(40)と、を備えており、前記フィルタ回路において、前記送電機器に対して前記受電機器が最も離れると想定される位置での前記負荷の出力電圧及び出力電力に基づき、予め定めた所定以上の電力伝送効率になるように、フィルタ定数が調整されている。 This means can receive the AC power from the transmission device (20) having the primary side coil (21) into which the AC power is input, supplies power to the load (16), and mounts it on the vehicle (15). The power receiving device (30) is a secondary side coil (31) capable of receiving power from the primary side coil in a non-contact manner, and a resonance circuit (31) connected to the secondary side coil together with the secondary side coil. A capacitor (32) constituting 33) and a filter circuit (40) in which one of the input and output is connected to the capacitor and the other is connected to the load are provided. In the filter circuit, the power transmission is performed. The filter constant is adjusted so that the power transmission efficiency is equal to or higher than a predetermined value based on the output voltage and output power of the load at the position where the power receiving device is assumed to be the farthest from the device.
1次側コイルと2次側コイルとの間で、例えば磁界共振が成立することで、送電機器から受電機器に交流電力が伝送される。1次側コイルと2次側コイルとの間の磁界共振が成立するように、コンデンサや2次側コイルが調整されている。そして、2次側コイルで受電した電力は、フィルタ回路で所定周波数以上の高周波成分がカットされ、整流器で整流されて負荷に供給される。 For example, when a magnetic field resonance is established between the primary coil and the secondary coil, AC power is transmitted from the power transmitting device to the power receiving device. The capacitor and the secondary coil are adjusted so that the magnetic field resonance between the primary coil and the secondary coil is established. Then, the electric power received by the secondary coil is supplied to the load after the high frequency component having a predetermined frequency or higher is cut by the filter circuit and rectified by the rectifier.
ところで、例えば車両の状態によって、1次側コイルに対する2次側コイルの距離等が変化すると、送電機器から受電機器に電力を伝送する効率が低下したり、最悪の場合には、磁界共振が成り立たなくなったりすることがある。上記問題に関し、本出願の発明者の研究の結果、高周波をカットするフィルタ回路のフィルタ定数を調整することで、予め定めた所定以上の電力伝送効率が得られることを発見した。 By the way, for example, if the distance of the secondary coil to the primary coil changes depending on the state of the vehicle, the efficiency of transmitting electric power from the power transmission device to the power receiving device decreases, or in the worst case, magnetic field resonance is established. It may disappear. Regarding the above problem, as a result of the research of the inventor of the present application, it has been found that the power transmission efficiency of a predetermined value or more can be obtained by adjusting the filter constant of the filter circuit that cuts high frequency.
フィルタ定数を調整すると、電力伝送効率が変化するが、その値には極大値が存在する。また、電力伝送効率は結合係数によって変化し、1次側コイルと2次側コイルとの間の距離が大きい場合に、結合係数が小さくなり、電力伝送効率が低下する。この場合、1次側コイルに対して2次側コイルが最も離れると想定される位置で電力伝送効率を設定すれば、電力伝送効率の変動が小さくなることを見出した。そこで、結合係数が最も小さくなる場合のフィルタ定数を調整することで、仮にインピーダンス可変装置がなくても、予め定めた所定以上の電力伝送効率を得ることができる。これにより、部品点数の削減によるコスト低減を可能としつつ、所望とする電力伝送を好適に実施できる。 Adjusting the filter constant changes the power transmission efficiency, but there is a maximum value at that value. Further, the power transmission efficiency changes depending on the coupling coefficient, and when the distance between the primary side coil and the secondary side coil is large, the coupling coefficient becomes small and the power transmission efficiency decreases. In this case, it has been found that if the power transmission efficiency is set at a position where the secondary coil is assumed to be the farthest from the primary coil, the fluctuation of the power transmission efficiency becomes small. Therefore, by adjusting the filter constant when the coupling coefficient is the smallest, it is possible to obtain a predetermined or higher power transmission efficiency even if there is no impedance variable device. As a result, the desired power transmission can be suitably carried out while the cost can be reduced by reducing the number of parts.
<実施形態>
本実施形態は、車両に搭載された受電機器を対象にしている。図1は、本実施形態における非接触電力伝送装置10の概略構成図である。車両15は、例えば、EV(電気自動車)やPEV(プラグインハイブリッド自動車)といった電動の車両駆動装置(駆動モータ等)で走行する自動車である。
<Embodiment>
This embodiment is intended for a power receiving device mounted on a vehicle. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of the non-contact
送電機器20は、車両15に搭載された受電機器30に対して非接触の状態で、送電(給電)を行う。送電機器20は、地面Gから露出するように地面G上に設置又は地面Gに埋設される。送電機器20は、例えば駐車スペースや車両15の走行道路に設けられ、車両15の駐車中や走行中に送電する。送電機器20には、1次側コイル21が設けられている。1次側コイル21は、フェライトコア等の心材に巻線(例えばリッツ線)が例えば平面状に巻かれることで形成されている。1次側コイル21は、その軸線が地面Gに直交する、つまり平面状に巻かれた平面が地面Gと平行になるように配されている。
The
受電機器30は、車両15の床部15aに設けられている。受電機器30には、2次側コイル31が設けられており、2次側コイル31は、フェライトコア等の心材に巻線(例えばリッツ線)が例えば平面状に巻かれることで形成されている。2次側コイル31は、その軸線が地面Gに直交する、つまり平面状に巻かれた平面が地面Gと平行で、1次側コイル21に平行に対向するように配される。なお、地面Gと床部15aとの間の距離が、床面距離hである。この床面距離hは、車両15の車高によって変化し、車高が高くなると床面距離hも大きくなる。
The
図2は、非接触電力伝送装置10のブロック図である。非接触電力伝送装置10は、送電機器20と受電機器30とを備えている。送電機器20は、1次側共振部23と、インバータ24と、コンバータ25と、電源装置26とを備えている。
FIG. 2 is a block diagram of the non-contact
電源装置26は、商用電源等から所定の電圧及び電流の交流電力をコンバータ25に供給する。コンバータ25は、AC/DCコンバータであって、電源装置26から供給された交流電力を所定の電圧の直流電力に変換する。インバータ24は、コンバータ25から供給された直流電力を所定の周波数の交流電力に変換する。なお、インバータ24と1次側共振部23との間には、所定周波数以上の高周波成分をカットするフィルタ回路、特にイミタンスフィルタが設けられていてもよい。
The
1次側共振部23は、1次側コイル21と1次側コンデンサ22が直列に接続された共振回路となっている。1次側共振部23は、所定の周波数の交流電力が入力されると共振し、2次側共振部33に送電する。
The primary
2次側共振部33は、2次側コイル31と2次側コンデンサ32が直列に接続された共振回路となっている。1次側共振部23と2次側共振部33とは、S-S方式で構成されていることが望ましい。2次側共振部33は、1次側共振部23との間の磁界共振が成立するように、調整されている。具体的には、2次側共振部33の共振周波数は、1次側共振部23の共振周波数と一致することが望ましい。
The secondary
そして、送電機器20と受電機器30との相対位置が、磁界共振が成立する位置にある状況において、インバータ24から所定の周波数の交流電力が入力されると、1次側共振部23(1次側コイル21)と2次側共振部33(2次側コイル31)とが磁界共振する。これにより、2次側共振部33は1次側共振部23から交流電力を受電する。なお、インバータ24から入力される交流電力の所定の周波数は、1次側共振部23と2次側共振部33間にて電力伝送が可能な周波数となっているとよい。具体的には、1次側共振部23と2次側共振部33の共振周波数に設定されていることが望ましい。
Then, in a situation where the relative position between the power transmitting
受電機器30は、上述の2次側共振部33と、フィルタ回路40と、整流器34とを備える。なお、2次側コイル31から蓄電池16までの間に、可変インピーダンス素子は設けられていない。本実施形態では、可変インピーダンス素子を用いなくても、後述するように、予め定めた所定以上の電力伝送効率ηを得ることができる。これにより、部品点数の削減によるコスト低減を可能としつつ、所望とする電力伝送を好適に実施できる。以下、受電機器30の具体的な構成について説明する。
The
整流器34は、交流電力を直流電力に変換する周知の構成である。整流器34は、例えば、4つのダイオードからなるダイオードブリッジ回路によって構成される。
The
整流器34で直流電力に変換された電力は、蓄電池16に供給される。蓄電池16は、例えば二次電池(リチウムイオン電池又はニッケル水素電池等)を含んで構成される。蓄電池16は、受電機器30から供給される電力を蓄えて、車両駆動装置へ電力を供給する。なお、蓄電池16が「負荷」に相当する。
The electric power converted into DC electric power by the
フィルタ回路40は、入出力の一方が2次側コンデンサ32に接続され、他方が整流器34を介して蓄電池16に接続されている。つまり、2次側共振部33と蓄電池16の間にフィルタ回路40が接続されている。フィルタ回路40は、所定周波数以上の高周波成分がカットされるローパスフィルタの一種である。具体的には、フィルタ回路40は、インダクタであるフィルタコイル41と、キャパシタであるフィルタコンデンサ42と、インダクタであるフィルタコイル41とがT字状に接続されたイミタンスフィルタである。イミタンスフィルタ(フィルタ回路40)は、インピーダンス・アドミタンス変換器であり、イミタンスフィルタの入力端から見たインピーダンスが、出力端に接続された負荷のアドミタンスに比例するように構成されたフィルタである。
In the
ところで、送電機器20と受電機器30との間の距離、つまり1次側コイル21に対する2次側コイル31の距離等が変化すると、送電機器20から受電機器30に電力を伝送する効率が低下したり、最悪の場合には、磁界共振が成り立たなくなったりすることがある。そこで、本出願の発明者が研究した結果、フィルタ回路40のフィルタ定数xcを調整することで、予め定めた所定以上の電力伝送効率ηが得られることを発見した。フィルタ定数xcとは、フィルタコイル41とフィルタコンデンサ42のインピーダンスである。フィルタコイル41のインピーダンスは、jxcで表すことができ、フィルタコンデンサ42のインピーダンスは、-jxcで表すことができる。
By the way, if the distance between the
また、電力伝送効率ηは、1次側コイル21と2次側コイル31との間の結合係数kによって変化する。結合係数kは、1次側コイル21と2次側コイル31の相互インダクタンスMに関する係数であって、相互インダクタンスMは、M=k√L1L2で表すことができる。ここで、L1は1次側コイル21のインダクタンスであり、L2は2次側コイル31のインダクタンスである。例えば、1次側コイル21と2次側コイル31との間の距離が大きい場合には、結合係数kが小さくなり、電力伝送効率ηが低下する。具体的には、車高(床面距離h)が最大の場合に、結合係数kが最も小さくなる。
Further, the power transmission efficiency η changes depending on the coupling coefficient k between the
そして、本実施形態では、1次側コイル21に対して2次側コイル31が最も離れると想定される位置での電力伝送効率を予め定めた所定以上の電力伝送効率ηとすることとしている。例えば、車高(床面距離h)が最大の場合を想定して、電力伝送効率ηを算出する。なお、車高(床面距離h)が最大の場合とは、平坦な地面Gにおいて、例えば積載量が最小の場合や車高調節機能等で車高が最大に設定されている場合を示す。また、1次側コイル21と2次側コイル31との水平方向においても、位置ずれが所定の範囲内にない場合には、磁界共振が成立しなくなる。そこで、以下の本実施形態においては、水平方向の位置ずれが、磁界共振が成立する許容範囲内の最大であると想定する。
In the present embodiment, the power transmission efficiency at the position where the
図3は、フィルタ定数xcと電力伝送効率ηの関係を示す図である。フィルタ定数xcを調整すると、電力伝送効率ηが変化し、その電力伝送効率ηには極大値(フィルタ定数xcを調整する範囲で電力伝送効率ηが最大となる値)が存在する。そこで、結合係数kが最も小さくなる場合の電力伝送効率ηを代数的に導出後、フィルタ定数xcで微分する。そして、電力伝送効率ηが極大値となるフィルタ定数xc(算出値x)を求めることで、式(1)を導出した。 FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the filter constant xc and the power transmission efficiency η. When the filter constant xc is adjusted, the power transmission efficiency η changes, and the power transmission efficiency η has a maximum value (a value at which the power transmission efficiency η becomes the maximum within the range in which the filter constant xc is adjusted). Therefore, the power transmission efficiency η when the coupling coefficient k is the smallest is derived algebraically and then differentiated by the filter constant xc. Then, the equation (1) was derived by obtaining the filter constant xc (calculated value x) at which the power transmission efficiency η becomes the maximum value.
そして、フィルタ定数xcは、算出値x及び又はその算出値xを含む所定の範囲内に調整されている。具体的には、フィルタ定数xcは、算出値xの60%~160%の範囲内になるように調整されていることが望ましい。このような範囲では、電力伝送効率ηが極大値又は極大値から5%以内の範囲に収まることになるため、所望とする電力伝送を好適に実施できる。 Then, the filter constant xc is adjusted within a predetermined range including the calculated value x and / or the calculated value x. Specifically, it is desirable that the filter constant xc is adjusted so as to be within the range of 60% to 160% of the calculated value x. In such a range, the power transmission efficiency η is within the range of the maximum value or within 5% from the maximum value, so that the desired power transmission can be suitably carried out.
なお、算出値xの所定の範囲において、下限側の算出値xとの差が上限側に比べて小さくなっているのは、電力伝送効率ηの感度の違いによる。電力伝送効率ηは算出値xの下限側の範囲では感度が高いため、フィルタ回路40のフィルタ定数xcを小さくしすぎると、電力伝送効率ηが低下しすぎる。そこで、算出値xに対する下限側との差を上限側よりも小さくすることで、電力伝送効率ηの低下幅を上限側と下限側とで同等としつつ、フィルタ定数xcに幅を持たせている。
In the predetermined range of the calculated value x, the difference from the calculated value x on the lower limit side is smaller than that on the upper limit side because of the difference in the sensitivity of the power transmission efficiency η. Since the power transmission efficiency η has high sensitivity in the range on the lower limit side of the calculated value x, if the filter constant xc of the
図4は、1次側コイル21と2次側コイル31との間の距離が異なる場合、つまり1次側コイル21と2次側コイル31との間の結合係数kが異なる場合において、フィルタ定数xcと電力伝送効率ηの関係を示す図である。図4において、破線で示されたkmaxは、結合係数kが最大の場合、つまり車高(床面距離h)が最小の場合におけるフィルタ定数xcと電力伝送効率ηの関係を示し、実線で示されたkminは、結合係数kが最小の場合、つまり車高(床面距離h)が最大の場合におけるフィルタ定数xcと電力伝送効率ηの関係を示す。
FIG. 4 shows a filter constant when the distance between the
上述したように、本実施形態では、結合係数kが最小となる場合の電力伝送効率ηの極大値に基づいて、フィルタ定数xcは調整されている。これにより、電力伝送効率ηの最低ラインを引き上げることができる。また、結合係数kの変動(車高の変化に)に伴う電力伝送効率ηの変動も小さくすることができる。式(1)では、結合係数kが小さくなるほど、つまりkminに近づくほど、フィルタ定数xcを変更した場合の電力伝送効率ηの変動幅が大きくなる。つまり、結合係数kが小さいほど、フィルタ定数xcに対する電力伝送効率ηの傾きが大きくなる。また、結合係数kが大きくなるほど、つまりkmaxに近づくほど、電力伝送効率ηが最大となる場合のフィルタ定数xcが大きくなる。つまり、結合係数kが大きくなるほど、電力伝送効率ηを表すグラフが図4上において右上にずれる。 As described above, in the present embodiment, the filter constant xc is adjusted based on the maximum value of the power transmission efficiency η when the coupling coefficient k is the minimum. As a result, the minimum line of the power transmission efficiency η can be raised. Further, the fluctuation of the power transmission efficiency η due to the fluctuation of the coupling coefficient k (due to the change of the vehicle height) can be reduced. In the equation (1), the smaller the coupling coefficient k, that is, the closer to kmin, the larger the fluctuation range of the power transmission efficiency η when the filter constant xc is changed. That is, the smaller the coupling coefficient k, the larger the slope of the power transmission efficiency η with respect to the filter constant xc. Further, the larger the coupling coefficient k, that is, the closer to kmax, the larger the filter constant xc when the power transmission efficiency η becomes maximum. That is, as the coupling coefficient k becomes larger, the graph showing the power transmission efficiency η shifts to the upper right in FIG.
結合係数kとフィルタ定数xcと電力伝送効率ηの関係から、同じフィルタ定数xcでの結合係数kの違いによる電力伝送効率ηの差について検討する。具体的には、kminにおける電力伝送効率ηが極大値となる点におけるフィルタ定数x1(算出値x)と、kmaxにおける電力伝送効率ηが極大値となる点におけるフィルタ定数x2とにおいて、結合係数kの違いによる電力伝送効率ηの差d1,d2を比較する。フィルタ定数x1における差d1は、フィルタ定数x2における差d2よりも小さい。つまり、フィルタ定数x1を用いると、フィルタ定数x2を用いる場合よりも電力伝送効率ηの変動を小さくすることができる。 From the relationship between the coupling coefficient k, the filter constant xc, and the power transmission efficiency η, the difference in the power transmission efficiency η due to the difference in the coupling coefficient k with the same filter constant xc will be examined. Specifically, the coupling coefficient k at the filter constant x1 (calculated value x) at the point where the power transmission efficiency η in kmin becomes the maximum value and the filter constant x2 at the point where the power transmission efficiency η at kmax becomes the maximum value. The differences d1 and d2 of the power transmission efficiency η due to the difference between the two are compared. The difference d1 at the filter constant x1 is smaller than the difference d2 at the filter constant x2. That is, when the filter constant x1 is used, the fluctuation of the power transmission efficiency η can be made smaller than when the filter constant x2 is used.
結合係数kが最小となる場合(kmin)の(1)式での算出値xに基づいてフィルタ定数xcを調整することにより、結合係数kの変動に伴う電力伝送効率ηの変動を抑制することができる。これにより、非接触電力伝送装置10に用いられる素子の耐圧や容量等を小さくすることができる。
By adjusting the filter constant xc based on the calculated value x in the equation (1) in the case where the coupling coefficient k is the minimum (kmin), the fluctuation of the power transmission efficiency η due to the fluctuation of the coupling coefficient k is suppressed. Can be done. As a result, the withstand voltage, capacity, and the like of the element used in the non-contact
なお、フィルタ定数xcとして、算出値xを含む所定の範囲の値を用いることで、予め定めた所定以上の電力伝送効率ηを実現できる。この際に、算出値xよりも大きいフィルタ定数xcにした場合の結合係数kの変更に伴う電力伝送効率ηの変動幅が、算出値xより小さいフィルタ定数xcにした場合の変動幅よりも大きくなる。そこで、算出値xよりも小さい範囲で、具体的には、算出値xの60~100%の範囲内になるようにフィルタ定数xcを調整することで、予め定めた所定以上の電力伝送効率ηを満たしつつ、より結合係数kの変動に伴う電力伝送効率ηの変動を抑制することができる。 By using a value in a predetermined range including the calculated value x as the filter constant xc, it is possible to realize a power transmission efficiency η of a predetermined value or more. At this time, the fluctuation range of the power transmission efficiency η due to the change of the coupling coefficient k when the filter constant xc larger than the calculated value x is set is larger than the fluctuation range when the filter constant xc smaller than the calculated value x is set. Become. Therefore, by adjusting the filter constant xc so that it is within the range smaller than the calculated value x, specifically, within the range of 60 to 100% of the calculated value x, the power transmission efficiency η above a predetermined value is determined. It is possible to suppress the fluctuation of the power transmission efficiency η due to the fluctuation of the coupling coefficient k while satisfying the above conditions.
以上説明した本実施形態では以下の効果を奏する。 The present embodiment described above has the following effects.
1次側コイル21と2次側コイル31との間で、例えば磁界共振が成立することで、送電機器20から受電機器30に交流電力が伝送される。1次側コイル21と2次側コイル31との間の磁界共振が成立するように、2次側コンデンサ32や2次側コイル31が調整されている。そして、2次側コイル31で受電した電力は、フィルタ回路40で所定周波数以上の高周波成分がカットされ、整流器34で整流されて負荷に供給される。
For example, when a magnetic field resonance is established between the
ところで、例えば車両15の状態によって、1次側コイル21に対する2次側コイル31の距離等が変化すると、送電機器20から受電機器30に電力を伝送する効率(電力伝送効率η)が低下する。そこで、フィルタ定数xcを調整すると、電力伝送効率ηが変化し、その電力伝送効率ηには極大値が存在する。また、電力伝送効率ηは結合係数kによって変化し、1次側コイル21と2次側コイル31との間の距離が大きい場合、例えば車高(床面距離h)が大きい場合に、結合係数kが小さくなり、電力伝送効率ηが低下する。この場合、1次側コイル21に対して2次側コイル31が最も離れると想定される位置で電力伝送効率ηを設定すれば、電力伝送効率ηの変動が小さくなることを見出した。フィルタ定数xcの調整することで、仮にインピーダンス可変装置がなくても、予め定めた所定以上の電力伝送効率ηを得ることができる。これにより、部品点数の削減によるコスト低減を可能としつつ、所望とする電力伝送を好適に実施できる。
By the way, for example, when the distance of the
本実施形態では、2次側コイル31と2次側コンデンサ32が直列に接続されており、フィルタ回路40として、T字状にフィルタコイル41とフィルタコンデンサ42とフィルタコイル41とが接続されたT-LCT型のイミタンスフィルタが用いられている。このような構成で、式(1)で電力伝送効率ηが極大となる算出値xを求める。そして、算出値x及び算出値xを含む所定の範囲内の値をフィルタ定数xcとすることで、予め定めた所定以上の電力伝送効率ηを満たすことができる。
In the present embodiment, the
式(1)で算出した算出値xの60%~160%範囲内でフィルタ定数xcを設定すると、電力伝送効率ηを所定の範囲内に収めることができる。なお、下限側の算出値xとの差が上限側に比べて小さく設定しているのは、電力伝送効率ηが算出した算出値xの下限側で感度が高く、電力伝送効率ηが低下しやすいためである。上記のような所定の範囲でフィルタ定数xcを設定することで、電力伝送効率ηの低下を抑制しつつ、フィルタ定数xcに幅を持たせることができる。 If the filter constant xc is set within the range of 60% to 160% of the calculated value x calculated by the equation (1), the power transmission efficiency η can be kept within a predetermined range. The difference from the calculated value x on the lower limit side is set smaller than that on the upper limit side because the sensitivity is high on the lower limit side of the calculated value x calculated by the power transmission efficiency η, and the power transmission efficiency η decreases. Because it is easy. By setting the filter constant xc within a predetermined range as described above, it is possible to give a range to the filter constant xc while suppressing a decrease in the power transmission efficiency η.
式(1)において、結合係数kは、1次側コイル21と2次側コイル31との間の距離に基づいて算出することができる。そのため、結合係数kは、車両15の状態、具体的には車両15の車高によって変動する。そこで、車両15の車高(床面距離h)が最大値の場合には、1次側コイル21と2次側コイル31との間の距離が最も離れるため、結合係数kが最小になり、電力伝送効率ηが最小になる。そこで、結合係数kが最小となる場合の電力伝送効率ηが最大になる値に基づいて、フィルタ定数xcを調整することにより、電力伝送効率ηの最低値を上げることができ、予め定めた所定以上の電力伝送効率ηを満たすことができる。
In the formula (1), the coupling coefficient k can be calculated based on the distance between the
また、結合係数kとフィルタ定数xcと電力伝送効率ηの関係から、kminでの極大値のフィルタ定数x1における結合係数kが最小の場合と最大の場合の差d1は、kmaxでの極大値のフィルタ定数x2における結合係数kが最小の場合と最大の場合の差d2よりも小さい。そのため、結合係数kが最小となる場合の(1)式での算出値xに基づいてフィルタ定数xcを調整することにより、結合係数kの変動に伴う電力伝送効率ηの変動を抑制することができる。これにより、非接触電力伝送装置10に用いられる素子の耐圧や容量等を小さくすることができる。
Further, from the relationship between the coupling coefficient k, the filter constant xc, and the power transmission efficiency η, the difference d1 between the case where the coupling coefficient k is the minimum and the case where the coupling coefficient k is the maximum in the filter constant x1 at the maximum value in kmin is the maximum value at kmax. The difference d2 between the case where the coupling coefficient k at the filter constant x2 is the minimum and the case where the coupling coefficient k is the maximum is smaller. Therefore, by adjusting the filter constant xc based on the calculated value x in the equation (1) when the coupling coefficient k is minimized, it is possible to suppress the fluctuation of the power transmission efficiency η due to the fluctuation of the coupling coefficient k. can. As a result, the withstand voltage, capacity, and the like of the element used in the non-contact
算出値xよりも大きいフィルタ定数xcにした場合の結合係数kの変更に伴う電力伝送効率ηの変動幅が、算出値xより小さいフィルタ定数xcにした場合の変動幅よりも大きくなる。そこで、算出値xよりも小さい範囲でフィルタ定数xcを設定することで、予め定めた所定以上の電力伝送効率ηを満たしつつ、より結合係数kの変動に伴う電力伝送効率ηの変動を抑制することができる。 The fluctuation range of the power transmission efficiency η due to the change of the coupling coefficient k when the filter constant xc is larger than the calculated value x is larger than the fluctuation range when the filter constant xc is smaller than the calculated value x. Therefore, by setting the filter constant xc in a range smaller than the calculated value x, the fluctuation of the power transmission efficiency η due to the fluctuation of the coupling coefficient k is suppressed while satisfying the power transmission efficiency η of a predetermined value or more. be able to.
フィルタ定数xcを調整することで、電力伝送効率ηを予め定めた所定以上の範囲にしているため、インピーダンス可変装置を設けなくても、電力伝送効率ηを予め定めた所定以上の範囲にすることができる。そのため、必要なスペースや部品点数等を削減することができる。 By adjusting the filter constant xc, the power transmission efficiency η is set to a predetermined range or more, so that the power transmission efficiency η is set to a predetermined range or more even if an impedance variable device is not provided. Can be done. Therefore, the required space and the number of parts can be reduced.
<他の実施形態>
本発明は、上記実施形態に限定されず、例えば以下のように実施してもよい。
<Other embodiments>
The present invention is not limited to the above embodiment, and may be implemented as follows, for example.
・1次側共振部23は、1次側コイル21と1次側コンデンサ22が並列接続された共振回路となっていてもよい。2次側共振部33も同様に、2次側コイル31と2次側コンデンサ32が並列接続された共振回路となっていてもよい。なお、この場合には、フィルタ定数を求める式は、式(1)とは異なるものとなる。具体的には、式(1)と同様に、結合係数kが最も小さくなる場合の電力伝送効率ηを代数的に導出後、フィルタ定数で微分し、電力伝送効率ηが極大値となるフィルタ定数(算出値)を求めるとよい。
The primary
・フィルタ回路40は、他のローパスフィルタ回路であってもよい。なお、この場合には、フィルタ定数を求める式は、そのローパスフィルタ回路に基づいて算出する必要があり、式(1)とは異なるものとなる。具体的には、式(1)と同様に、結合係数kが最も小さくなる場合の電力伝送効率ηを代数的に導出後、フィルタ定数で微分し、電力伝送効率ηが極大値となるフィルタ定数(算出値)を求めるとよい。
The
・2次側コイル31と蓄電池16との間に、可変インピーダンス装置を備えていてもよい。具体的には、2次側共振部33とフィルタ回路40との間に、可変インピーダンス装置を設け、磁界共振が確実に成立するようにインピーダンスを可変としてもよい。この場合にも、結合係数kが最も小さくなる場合の極大値を算出し、フィルタ回路40のフィルタ定数とするとよい。
A variable impedance device may be provided between the
・受電機器30に接続される負荷は、蓄電池16ではなく、駆動装置(例えば、駆動モータ)等であってもよい。
The load connected to the
・受電機器は、車両の側部に設けられていてもよい。この場合には、送電機器が道路の側方に配されたガードレール等に埋め込まれていてもよい。 -The power receiving device may be provided on the side of the vehicle. In this case, the power transmission device may be embedded in a guardrail or the like arranged on the side of the road.
15…車両、16…蓄電池、20…送電機器、21…1次側コイル、30…受電機器、31…2次側コイル、32…2次側コンデンサ、33…2次側共振部、40…フィルタ回路。 15 ... Vehicle, 16 ... Storage battery, 20 ... Transmission equipment, 21 ... Primary side coil, 30 ... Power receiving equipment, 31 ... Secondary side coil, 32 ... Secondary side capacitor, 33 ... Secondary side resonance part, 40 ... Filter circuit.
Claims (5)
前記1次側コイルから非接触で受電可能な2次側コイル(31)と、
前記2次側コイルに接続され、該2次側コイルとともに共振回路(33)を構成するコンデンサ(32)と、
入出力の一方が、前記コンデンサに接続され、他方が前記負荷に接続されたフィルタ回路(40)と、を備えており、
前記フィルタ回路において、前記送電機器に対して前記受電機器が最も離れると想定される位置での前記負荷の出力電圧及び出力電力に基づき、予め定めた所定以上の電力伝送効率になるように、フィルタ定数が調整されており、
前記コンデンサは、前記2次側コイルに直列に接続されており、
前記フィルタ回路は、インダクタ(41)とキャパシタ(42)とインダクタ(41)がT字状に接続されたイミタンスフィルタであり、
前記フィルタ定数は、下記式(1)に基づいて算出された算出値x又はその算出値xを含む所定の範囲内に調整されている受電機器。
The secondary coil (31), which can receive power from the primary coil in a non-contact manner,
A capacitor (32) connected to the secondary coil and forming a resonance circuit (33) together with the secondary coil.
One of the inputs and outputs comprises a filter circuit (40) connected to the capacitor and the other connected to the load.
In the filter circuit, a filter is used so as to achieve a predetermined or higher power transmission efficiency based on the output voltage and output power of the load at a position where the power receiving device is assumed to be the farthest from the power transmitting device. The constant has been adjusted ,
The capacitor is connected in series with the secondary coil.
The filter circuit is an imittance filter in which an inductor (41), a capacitor (42), and an inductor (41) are connected in a T shape.
The power receiving device whose filter constant is adjusted within a predetermined range including the calculated value x calculated based on the following equation (1) or the calculated value x.
前記結合係数は、前記車両の車高が最大値である場合の値になっている請求項1又は請求項2に記載の受電機器。 A power receiving device provided on the floor of the vehicle.
The power receiving device according to claim 1 or 2 , wherein the coupling coefficient is a value when the vehicle height of the vehicle is the maximum value.
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