JPWO2014087889A1 - Non-contact power feeding apparatus and control method thereof - Google Patents
Non-contact power feeding apparatus and control method thereof Download PDFInfo
- Publication number
- JPWO2014087889A1 JPWO2014087889A1 JP2014551052A JP2014551052A JPWO2014087889A1 JP WO2014087889 A1 JPWO2014087889 A1 JP WO2014087889A1 JP 2014551052 A JP2014551052 A JP 2014551052A JP 2014551052 A JP2014551052 A JP 2014551052A JP WO2014087889 A1 JPWO2014087889 A1 JP WO2014087889A1
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- coil
- power
- frequency
- side circuit
- receiving side
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
- H02J50/10—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling
- H02J50/12—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling of the resonant type
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
- H02J50/70—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power involving the reduction of electric, magnetic or electromagnetic leakage fields
Abstract
非接触給電装置(1)は、第1コイル(L1)を有する給電側回路(10)と第2コイル(L2)を有する受電側回路(20)との間で、少なくとも磁気的結合によって非接触で電力を送電又は受電し、且つ送受電時において第1コイル(L1)の磁極方向が第2コイル(L2)の磁極方向と同じ向きとなるものであって、上記給電側回路(10)は、第1コイル(L1)に供給する高周波電力を生成すべくインバータ(14)を駆動する電力制御部(15)を備えている。電力制御部(15)は、受電側回路(20)の共振周波数よりも高く、且つ、第1コイル(L1)と第2コイル(L2)との合成アンペアターンが、受電側回路(20)の共振周波数時における合成アンペアターンよりも小さくなる範囲内の周波数を選択してインバータ(14)を駆動する。The non-contact power feeding device (1) is non-contact by at least magnetic coupling between a power feeding side circuit (10) having a first coil (L1) and a power receiving side circuit (20) having a second coil (L2). The electric power is transmitted or received at the same time, and the magnetic pole direction of the first coil (L1) is the same as the magnetic pole direction of the second coil (L2) at the time of power transmission and reception. And a power control unit (15) for driving the inverter (14) to generate high-frequency power to be supplied to the first coil (L1). The power control unit (15) is higher than the resonance frequency of the power receiving side circuit (20), and a combined ampere turn of the first coil (L1) and the second coil (L2) is generated by the power receiving side circuit (20). A frequency within a range smaller than the combined ampere turn at the resonance frequency is selected to drive the inverter (14).
Description
本発明は、非接触給電装置及びその制御方法に関する。 The present invention relates to a non-contact power feeding device and a control method thereof.
従来、非接触にてバッテリ等の負荷を充電する非接触給電装置が知られている。このような非接触給電装置は、電力供給側のコイルと充電側のコイルとを備え、電磁誘導作用により高周波電力の送電及び充電を行う構成となっている。また、非接触給電装置は、送電側の1次コンデンサが負荷を含む2次側のインダクタンス成分と同じ共振周波数で共振するように設定され、力率を「1」とするようにされている。 Conventionally, a non-contact power supply apparatus that charges a load such as a battery in a non-contact manner is known. Such a non-contact power feeding device includes a power supply side coil and a charging side coil, and is configured to transmit and charge high-frequency power by electromagnetic induction. The non-contact power supply apparatus is set so that the primary capacitor on the power transmission side resonates at the same resonance frequency as the inductance component on the secondary side including the load, and the power factor is set to “1”.
また、非接触給電装置には、効率的な電力伝送を行うべく、負荷の抵抗成分に応じて高周波電力の周波数を制御するものが提案されている。この非接触給電装置では、負荷の抵抗成分が変化してしまっても、高周波電力の周波数を制御するため、供給する電力の力率を「1」とすることができる(特許文献1参照)。 In addition, as a non-contact power feeding device, a device that controls the frequency of high-frequency power according to the resistance component of a load has been proposed in order to perform efficient power transmission. In this non-contact power supply device, even if the resistance component of the load changes, the power factor of the supplied power can be set to “1” in order to control the frequency of the high frequency power (see Patent Document 1).
しかし、特許文献1に記載の非接触給電装置では、コイルから発生する磁界が大きくなってしまうため、放射電界強度が大きくなってしまうという問題があった。そこで、放射電界強度を抑えるべく磁界を低減する構造部材を備えた場合には、放射電界強度を抑えることができるものの装置自体が大型化してしまうという問題が生じてしまう。
However, the contactless power supply device described in
本発明はこのような従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、放射電界強度を抑えつつ、大型化を防止することが可能な非接触給電装置及びその制御方法を提供することにある。 The present invention has been made in order to solve such a conventional problem, and an object of the present invention is to provide a non-contact power feeding apparatus capable of preventing an increase in size while suppressing a radiated electric field intensity and a control thereof. It is to provide a method.
上述した課題を解決するため、本発明の非接触給電装置は、第1コイルを有する給電側回路と、第2コイルを有する受電側回路と、を少なくとも有し、給電側回路と受電側回路との間で、磁気的結合によって非接触で電力を送受電(送電又は受電)すると共に、送受電時において第1コイルの磁極方向が第2コイルの磁極方向と同じ向きとなるものであって、給電側回路は、第1コイルに供給する高周波電力を生成すべくインバータを駆動する駆動手段を備え、駆動手段は、受電側回路の共振周波数よりも高く、且つ、第1コイルと第2コイルとの合成アンペアターンが、受電側回路の共振周波数時における合成アンペアターンよりも小さくなる範囲内の周波数を選択してインバータを駆動することを特徴としている。 In order to solve the above-described problem, the non-contact power feeding device of the present invention includes at least a power feeding side circuit having a first coil and a power receiving side circuit having a second coil, and the power feeding side circuit and the power receiving side circuit. In between, power transmission and reception (power transmission or reception) in a contactless manner by magnetic coupling, and at the time of power transmission and reception, the magnetic pole direction of the first coil is the same direction as the magnetic pole direction of the second coil, The power supply side circuit includes drive means for driving the inverter to generate high-frequency power to be supplied to the first coil, the drive means being higher than the resonance frequency of the power reception side circuit, and the first coil and the second coil. The combined ampere turn is selected to select a frequency within a range smaller than the combined ampere turn at the resonance frequency of the power receiving side circuit, and the inverter is driven.
本発明の非接触給電装置において、受電側回路は、充電対象となる負荷に供給された電力を検出する電力検出手段と、負荷に供給する電力の指令値を算出する指令値算出手段と、をさらに備え、駆動手段は、第1コイルと第2コイルとの合成アンペアターンが、最小となる周波数を選択し、電力検出手段により検出された電力が指令値算出手段により算出された電力の指令値に合致するようにデューティ比及び昇圧比の少なくとも一方の比率を決定することが好ましい。 In the non-contact power supply device of the present invention, the power receiving side circuit includes: a power detection unit that detects power supplied to a load to be charged; and a command value calculation unit that calculates a command value of power supplied to the load. In addition, the drive means selects a frequency at which the combined ampere turn of the first coil and the second coil is minimum, and the power command value calculated by the command value calculation means is the power detected by the power detection means. It is preferable to determine at least one of the duty ratio and the step-up ratio so that
本発明の非接触給電装置において、第1コイルの電流と第2コイルの電流との位相差は、90度よりも大きいことが好ましい。 In the non-contact power feeding device of the present invention, the phase difference between the current of the first coil and the current of the second coil is preferably greater than 90 degrees.
本発明の非接触給電装置の制御方法は、第1コイルを有する給電側回路と、第2コイルを有する受電側回路と、を少なくとも有し、給電側回路と受電側回路との間で、磁気的結合によって非接触で電力を送電又は受電すると共に、送受電時において第1コイルの磁極方向が第2コイルの磁極方向と同じ向きとなる非接触給電装置の制御方法であって、第1コイルに供給する高周波電力を生成すべくインバータを駆動する駆動工程を備え、駆動工程では、受電側回路の共振周波数よりも高く、且つ、第1コイルと第2コイルとの合成アンペアターンが、受電側回路の共振周波数時における合成アンペアターンよりも小さくなる範囲内の周波数を選択してインバータを駆動することを特徴としている。 The method for controlling a non-contact power feeding device of the present invention includes at least a power feeding side circuit having a first coil and a power receiving side circuit having a second coil, and a magnetic field between the power feeding side circuit and the power receiving side circuit. A method for controlling a non-contact power feeding device in which electric power is transmitted or received in a contactless manner by mechanical coupling, and the magnetic pole direction of the first coil is the same as the magnetic pole direction of the second coil during power transmission and reception. A drive step of driving the inverter to generate high-frequency power to be supplied to the power source, wherein in the drive step, the combined ampere turn of the first coil and the second coil is higher than the resonance frequency of the power receiving side circuit. The inverter is driven by selecting a frequency within a range smaller than the combined ampere turn at the resonance frequency of the circuit.
なお、上記合成アンペアターンは、合成アンペアターンからターン数の概念を除いた合成電流を含む概念であるとする。 The combined ampere turn is a concept including a combined current obtained by removing the concept of the number of turns from the combined ampere turn.
以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。図1は、第1実施形態に係る非接触給電装置を示す構成図である。図1に示すように、非接触給電装置1は、例えば車両に搭載される負荷24の充電に用いられるものであって、給電側回路10と、受電側回路20とから構成されている。なお、非接触給電装置1が車両バッテリ(負荷24の一例)の充電に用いられる場合、給電側回路10が地上側に設けられ、受電側回路20が車両側に設けられる。
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a configuration diagram illustrating a contactless power supply device according to the first embodiment. As shown in FIG. 1, the non-contact
給電側回路10は、受電側回路20に対して高周波電力を送電するものであって、商用電源11と、整流部12と、力率改善昇圧部13と、インバータ14と、第1コンデンサC1と、第1コイルL1とを備えている。The power
商用電源11は、50Hz又は60Hzの交流電源である。整流部12は、商用電源11からの交流電圧12を整流するものである。力率改善昇圧部13は、昇圧型のPFC回路であって、スイッチング素子S0をスイッチングすることにより、整流部12にて整流された交流電流による高調波電流の発生を抑え、力率を「1」に近づけるものである。The
インバータ14は、平滑コンデンサやスイッチング素子S1〜S4を備え、スイッチング素子S1〜S4がスイッチングされることにより、高周波の交流電力を発生させるものである。ここで、発生した高周波電流が第1コンデンサC1と第1コイルL1とからなる共振回路に供給されることとなる。なお、第1コンデンサC1と第1コイルL1とは直列接続されているが、これに限らず、並列接続されていてもよい。第1コンデンサC1と第1コイルL1とからなる共振回路は、LC回路を形成している。The
受電側回路20は、給電側回路10から高周波電力を受電するものであって、第2コイルL2と、第2コンデンサC2と、整流部21と、フィルタ部22と、リレー23と、負荷24とを備えている。The power receiving
第2コイルL2は、第1コイルL1との間で電磁誘導作用により高周波電力を受電するものであり(磁気的結合)、第2コンデンサC2と共に共振回路を構成している。なお、第2コンデンサC2と第2コイルL2とは直列接続されているが、これに限らず、並列接続されていてもよい。第2コンデンサC2と第2コイルL2とからなる共振回路は、LC回路を形成しており、共振周波数ω1を有する。The second coil L 2 receives high-frequency power from the first coil L 1 by electromagnetic induction (magnetic coupling), and constitutes a resonance circuit together with the second capacitor C 2 . Incidentally, the second capacitor C 2 and the second coil L 2 are connected in series, but not limited thereto, and may be connected in parallel. Resonant circuit and the second capacitor C 2 and a second coil L 2 Metropolitan forms an LC circuit has a resonant frequency omega 1.
すなわち、第1コイルL1と第2コイルL2は、磁気的結合によって非接触で電力を送受電(送電又は受電)するように構成されている。That is, the first coil L 1 and the second coil L 2 is configured to transmitting and receiving electric power (transmission or receiving) in a non-contact by the magnetic coupling.
整流部21は、共振回路からの高周波電力を直流に整流する整流回路である。フィルタ22は、電圧変動を抑える平滑コンデンサにより構成されている。リレー23は、オンオフが切り替えられるリレースイッチにより構成されている。負荷24は、バッテリであって、充電対象となるものである。
The
さらに、図1に示すように、受電側回路20は、コントローラ25を備えている。このコントローラ25は、負荷電力検出部(電力検出手段)25aと、負荷制御部(指令値算出手段)25bと、結合係数検出部25cと、を備えている。負荷電力検出部25aは、充電対象となる負荷24に供給された電力を検出するものである。負荷制御部25bは、負荷24に供給する電力の指令値を算出するものである。
Furthermore, as shown in FIG. 1, the
結合係数検出部25cは、第1コイルL1と第2コイルL2との磁気的結合の結合度合いを表わす結合係数kを検出するものである。この結合係数検出部25cは、例えばリレー23を開いて給電側回路10のみに電流を流したときに発生する受電側回路20側の誘起電圧から求めることができるが、結合係数kの検出方法はこれに限られるものではない。Coupling
なお、コントローラ25は、1つのコントロールユニット内に上記の機能を搭載しても良いし、複数のコントロールユニット内に上記の機能を分散させて搭載しても良い。例えば、負荷24としてのバッテリを制御するバッテリコントロールユニット内に負荷電力検出部25aと負荷制御部25bを備え、給電側回路10と受電側回路20との間の無線通信の制御や、バッテリコントロールユニットとの通信を行う非接触給電コントロールユニット内に、結合係数検出部25cを備えるように構成しても良い。
Note that the
さらに、給電側回路10は、電力制御部(駆動手段)15を備えている。この電力制御部15は、第1コイルL1に供給する高周波電力を生成すべくインバータ14を駆動するものであって、デューティ生成部15aと、駆動周波数選択部15bと、パルス生成部15cとを備えている。Further, the power
デューティ生成部15aは、負荷電力検出部25aにより検出された現在の電力Poutが、負荷制御部25bにより検出された電力の指令値Prefとなるようなデューティ比を生成するものであり、例えばPI制御(比例動作と積分動作を組み合わせた制御)が行われる。そのため、デューティ生成部15aには、負荷電力検出部25aで検出した現在の電力Poutの情報と、負荷制御部25bにより検出された電力の指令値Prefの情報が入力される。The duty generation unit 15a generates a duty ratio such that the current power P out detected by the load
駆動周波数選択部15bは、インバータ14の駆動周波数を生成するものである。駆動周波数選択部15bは、デューティ生成部15aには、負荷電力検出部25aで検出した現在の電力Poutの情報と、負荷制御部25bにより検出された電力の指令値Prefの情報と、結合係数検出部25cで検出した結合係数kの情報が入力される。The drive
パルス生成部15cは、駆動周波数選択部15bにて生成された周波数、且つ、デューティ生成部15aにより生成されたデューティ比となるパルスを生成するものである。このパルスにより、インバータ14のスイッチング素子S1〜S4が駆動されることとなる。The
特に、第1実施形態に係る非接触給電装置1において、第1コイルL1及び第2コイルL2がディスク型コイルとなっており、駆動周波数選択部15bは、受電側回路20の共振周波数よりも高く、且つ、第1コイルL1と第2コイルL2との合成アンペアターンが、受電側回路20の共振周波数時における合成アンペアターンよりも小さくなる範囲内の周波数を選択する。これにより、第1実施形態では、放射電界強度を抑えつつ、大型化を防止することができる。以下、この点について詳細に説明する。In particular, in the non-contact
図2は、第1コイルL1と第2コイルL2とがディスク型コイルである場合に発生する磁界を示す概略図である。なお、図2において第1コイルL1と第2コイルL2との巻き方向は同じである。また、図2において、負荷24を便宜上抵抗RLと示すものとする。2, the first coil L 1 and the second coil L 2 is a schematic diagram illustrating a magnetic field generated when a disk-type coil. The first winding directions of the coil L 1 and the second coil L 2 in FIG. 2 are the same. In FIG. 2, the
まず、ディスク型コイルとは、図2に示すようにコイルL1,L2の軸方向が車両上下方向(垂直方向)となっているものである。この場合、電力の送受電時において磁界が以下のようになる。すなわち、給電側回路10に対して交流電圧V1を印加した場合に、第1コイルL1に対して電圧e1及び電流I1が発生したとする。また、受電側回路20では、e1・I1=e2・I2の関係式に基づいて、第2コイルL2に電圧e2及び電流I2が発生する。なお図2に示す向きでe1、e2、I1、I2の向きを定義する。First, the disk type coil is one in which the axial directions of the coils L 1 and L 2 are the vehicle vertical direction (vertical direction) as shown in FIG. In this case, the magnetic field is as follows during power transmission / reception. In other words, it is assumed that when the AC voltage V 1 is applied to the power
このとき、第1コイルL1にて磁束φ1が発生する。この磁束φ1から明らかなように、第1コイルL1の一端(図2において上側)が磁石でいうところのN極に相当し、第1コイルL1の他端(図2において下側)が磁石でいうところのS極に相当する。At this time, the magnetic flux φ 1 is generated in the first coil L 1 . As is apparent from the flux phi 1, the first end of the coil L 1 corresponds to the N pole as referred by a magnet (upper side in FIG. 2), the first end of the coil L 1 (lower side in FIG. 2) Corresponds to the S pole in terms of a magnet.
同様に、第2コイルL2にて磁束φ2が発生する。この磁束φ2から明らかなように、第2コイルL2の一端(図2において上側)が磁石でいうところのN極に相当し、第2コイルL2の他端(図2において下側)が磁石でいうところのS極に相当する。Similarly, a magnetic flux φ 2 is generated in the second coil L 2 . As is apparent from this magnetic flux φ 2 , one end of the second coil L 2 (upper side in FIG. 2) corresponds to the N pole in terms of a magnet, and the other end of the second coil L 2 (lower side in FIG. 2). Corresponds to the S pole in terms of a magnet.
このため、図2に示す例において第1コイルL1と第2コイルL2との磁極方向は同じ向きとなっている。そして、図2に示す例における全体の磁束φTotalは、φTotal=φ1+φ2となる。Therefore, the magnetic pole direction of the first coil L 1 and the second coil L 2 in the example shown in FIG. 2 has the same orientation. Then, the whole of the magnetic flux phi Total in the example shown in FIG. 2, the φ Total = φ 1 + φ 2 .
すなわち、図2に示すように、第1コイルL1と第2コイルL2との軸方向が車両上下方向(垂直方向)となっている場合、第1コイルL1にて発生する磁束φ1と第2コイルL2にて発生する磁束φ2とは同方向となり、全体の磁束φTotalはそれぞれの磁束φ1,φ2を加算したものとなる。なお、図2においてφmとは、磁束φ1,φ2の合成磁束である。That is, as shown in FIG. 2, when the axial direction of the first coil L 1 and the second coil L 2 is the vehicle vertical direction (vertical direction), the magnetic flux φ 1 generated in the first coil L 1 . And the magnetic flux φ 2 generated in the second coil L 2 have the same direction, and the total magnetic flux φ Total is the sum of the magnetic fluxes φ 1 and φ 2 . In FIG. 2, φ m is a combined magnetic flux of magnetic fluxes φ 1 and φ 2 .
図3は、第1コイルL1と第2コイルL2とがソレノイド型コイルである場合に発生する磁界を示す概略図である。なお、図3において第1コイルL1と第2コイルL2との巻き方向は同じである。また、図3において、負荷24を便宜上抵抗RLと示すものとする。3, the first coil L 1 and the second coil L 2 is a schematic diagram illustrating a magnetic field generated when a solenoid coil. The first winding directions of the coil L 1 and the second coil L 2 in FIG. 3 are the same. In FIG. 3, the
ソレノイド型コイルとは、図3に示すようにコイルL1,L2の軸方向が車両平面方向(水平方向)となっているものである。この場合、電力の送受電時において磁界が以下のようになる。すなわち、給電側回路10に対して交流電圧V1を印加した場合に、第1コイルL1に対して電圧e1及び電流I1が発生したとする。また、受電側回路20では、e1・I1=e2・I2の関係式に基づいて、第2コイルL2に電圧e2及び電流I2が発生する。なお図3に示す向きでe1、e2、I1、I2の向きを定義する。In the solenoid type coil, as shown in FIG. 3, the axial directions of the coils L 1 and L 2 are the vehicle plane direction (horizontal direction). In this case, the magnetic field is as follows during power transmission / reception. In other words, it is assumed that when the AC voltage V 1 is applied to the power
このとき、第1コイルL1にて磁束φ1が発生する。この磁束φ1から明らかなように、第1コイルL1の一端(図3において右側)が磁石でいうところのN極に相当し、第1コイルL1の他端(図3において左側)が磁石でいうところのS極に相当する。At this time, the magnetic flux φ 1 is generated in the first coil L 1 . As is apparent from the flux phi 1, the first end of the coil L 1 (right side in FIG. 3) corresponds to the N pole as referred in the magnet, the first end of the coil L 1 (left side in FIG. 3) is This corresponds to the S pole in terms of a magnet.
同様に、第2コイルL2にて磁束φ2が発生する。この磁束φ2から明らかなように、第2コイルL2の一端(図3において右側)が磁石でいうところのS極に相当し、第2コイルL2の他端(図3において左側)が磁石でいうところのN極に相当する。Similarly, a magnetic flux φ 2 is generated in the second coil L 2 . As is apparent from this magnetic flux φ 2 , one end of the second coil L 2 (right side in FIG. 3) corresponds to the S pole in terms of a magnet, and the other end (left side in FIG. 3) of the second coil L 2 . This corresponds to the N pole in terms of a magnet.
このため、図3に示す例において第1コイルL1と第2コイルL2との磁極方向は反対の向きとなっている。そして、図3に示す例における全体の磁束φTotalは、φTotal=φ1−φ2となる。Therefore, the magnetic pole direction of the first coil L 1 and the second coil L 2 in the example shown in FIG. 3 has a reverse orientation. Then, the whole of the magnetic flux phi Total in the example shown in FIG. 3, the φ Total = φ 1 -φ 2.
すなわち、図3に示すように、第1コイルL1と第2コイルL2との軸方向が車両平面方向(水平方向)となっている場合、第1コイルL1にて発生する磁束φ1と第2コイルL2にて発生する磁束φ2とは逆方向となり、全体の磁束φTotalは磁束φ1から磁束φ2を減算したものとなる。なお、図3においてφmとは、磁束φ1,φ2の合成磁束である。That is, as shown in FIG. 3, when the axial direction of the first coil L 1 and the second coil L 2 is the vehicle plane direction (horizontal direction), the magnetic flux φ 1 generated in the first coil L 1 . The magnetic flux φ 2 generated in the second coil L 2 is in the opposite direction, and the total magnetic flux φ Total is obtained by subtracting the magnetic flux φ 2 from the magnetic flux φ 1 . In FIG. 3, φ m is a combined magnetic flux of magnetic fluxes φ 1 and φ 2 .
次に、電波の大きさ(放射電界強度)は第1コイルL1及び第2コイルL2の磁束の大きさに依存する。ここで、磁束の大きさBは、図1のディスク型コイルの配置では以下の数式1により表わすことができ、図2のソレノイド型コイルの配置では以下の数式2により表わすことができる。
なお、数式1、数式2において、N1は第1コイルL1のターン数であり、D1は第1コイルL1の内側面積である。また、N2は第2コイルL2のターン数であり、D2は第2コイルL2の内側面積である。さらに、Xは、第1コイルL1及び第2コイルL2と、磁束密度を測定する位置との間の距離である。ここで、コイルから離れた位置での電波の大きさを考えるため、第1のコイルL1と第2のコイルL2の間の距離よりもXは十分に大きいものとしており、数式1、数式2は近似的に成立するものである。In
面積D1,D2が固定であるとした場合、磁束Bは、第1コイルL1及び第2コイルL2のターン数N1,N2と、第1コイルL1及び第2コイルL2に流れる電流I1,I2に依存する。When the
図1、図2、図3に示されている構成によれば、受電側回路20において、電圧について次の数式3に示すような関係が成立することが分かる。
なお、数式3において、L2は第2コイルL2のインダクタンスであり、ωはインバータ14の駆動周波数である。また、C2は第2コンデンサC2の容量である。Mは第1コイルL1及び第2コイルL2の相互インダクタンスを表しており、結合係数kに依存して変化する数である。特に、図2のディスク型コイルでは磁極方向が同じ向きであることに対応して、相互インダクタンスMは正の値となり、図3のソレノイド型コイルでは磁極方向が反対の向きであることに対応して、相互インダクタンスMは負の値となる。In
第2コンデンサC2と第2コイルL2とからなる共振回路の共振周波数ω1は、第2コイルL2のインダクタンスと第2コンデンサC2の容量の積の平方根の逆数となっている。The resonance frequency ω 1 of the resonance circuit composed of the second capacitor C 2 and the second coil L 2 is the reciprocal of the square root of the product of the inductance of the second coil L 2 and the capacitance of the second capacitor C 2 .
数式3によって電流I1,I2の間の関係が表されている。そこで、数式3を用いることにより、ターン数N1,N2及び電流I1,I2の大きさから定まる第1コイルL1及び第2コイルL2の合成アンペアターンSATは、ディスク型コイルにおいて以下の数式4により表わすことができ、ソレノイド型コイルにおいて以下の数式5により表わすことができる。なお以下の数式4、数式5において、V2は負荷24の電圧を表しており、オームの法則により、V2=RL・I2の関係がある。
図4は、負荷電力を一定とした時のインバータ14の駆動周波数とディスク型コイルにおける合成アンペアターンSATとの相関を示す図である。数式1及び数式4から明らかなように、合成アンペアターンSATが小さくなればなるほど磁束Bは小さくなり、放射電界強度を抑えることができる。図4に示すように、本件発明者らは、ディスク型コイルの場合、既知の値である受電側回路20の共振周波数ω1よりも高い周波数において、合成アンペアターンSATが小さくなることを見出した。このように、負荷電力が一定であっても、周波数の取り方によって最適な合成アンペアターンSATを得ることができる。FIG. 4 is a diagram showing the correlation between the drive frequency of the
図5は、負荷電力を一定とした時のインバータ14の駆動周波数とソレノイド型コイルにおける合成アンペアターンSATとの相関を示す図である。数式2及び数式5から明らかなように、合成アンペアターンSATが小さくなればなるほど磁束Bは小さくなり、放射電界強度を抑えることができる。図5に示すように、本件発明者らは、ソレノイド型コイルの場合、既知の値である受電側回路20の共振周波数ω1よりも低い周波数において、合成アンペアターンSATが小さくなることを見出した。このように、負荷電力が一定であっても、周波数の取り方によって最適な合成アンペアターンSATを得ることができる。FIG. 5 is a diagram showing the correlation between the drive frequency of the
よって、第1実施形態に係る非接触給電装置1はコイルL1,L2の軸方向が車両上下方向(垂直方向)となるディスク型コイルであるため、駆動周波数選択部15bは、受電側回路20の共振周波数ω1よりも高い周波数を選択し、この周波数でインバータ14を駆動することとなる。図6は、第1実施形態に係る非接触給電装置において、駆動周波数選択部による駆動周波数の選択の様子を示す図である。特に図6では、負荷24に供給される電力と周波数の関係を示している。Therefore, since the contactless
第2コイルL2が、第1コイルL1との間で電磁誘導作用により高周波電力を受電しているとき、第1コイルL1と第2コイルL2との間で磁気的結合が起こっている。給電側回路10、受電側回路20の構成、及び負荷24の抵抗RLの大きさ、相互インダクタンスMの大きさなどに依存して、周波数と負荷24に供給される電力との関係は定まるが、一般に、周波数と負荷24に供給される電力との関係を表すグラフには、図6のようにピークが2つ現れる。The second coil L 2 is, while receiving a high-frequency power by electromagnetic induction between the first coil L 1, and magnetic coupling occurs between the first coil L 1 and the second coil L 2 Yes. The relationship between the frequency and the power supplied to the
そのため図6に示すように、指令値Prefを満たす周波数は、ω2〜ω5の4つが存在することとなる。現在電力Poutにおける現在の周波数がfrefである場合において、駆動周波数選択部15bは、順次周波数を下げていき、図6に示す現在の電力Poutと指令値Prefとが一致する周波数ω4,ω5のいずれか一方を選択する。なお、周波数ω2,ω3については、共振周波数ω1以下の周波数であり、合成アンペアターンSATが大きくなってしまい磁束Bを小さく抑えることができない。そのため周波数ω2,ω3は選択しないこととなる。Therefore, as shown in FIG. 6, there are four frequencies ω 2 to ω 5 that satisfy the command value P ref . In case the current is the current frequency of the power P out is f ref, the
そして、パルス生成部15cは、上記のようにして、駆動周波数選択部15bにより選択された周波数に応じたパルスを生成して、インバータ14を駆動することとなる。
Then, the
ここで、第1コイルL1及び第2コイルL2のターン数N1,N2についても予め同数としておくことにより、数式4は以下のように簡略化される。第1コイルL1,及び第2コイルL2のターン数N1,N2が同数の場合における合成電流SA(合成アンペアターンSATをターン数で割った値)は以下の数式6により表わすことができる。
このように、第1コイルL1及び第2コイルL2のターン数N1,N2が同じである場合には、上記の数式1及び数式6から明らかなように、合成電流SAが小さくなればなるほど磁束Bは小さくなり、放射電界強度を抑えることができる。また、合成電流SAは、図4に示す合成アンペアターンSATと同様の周波数依存性を示し、既知の値である受電側回路20の共振周波数ω1よりも高い周波数において、合成電流SAは小さくなる。よって、第1実施形態に係る駆動周波数選択部15bは、ターン数N1,N2が同じである場合、合成電流SAに基づいて、受電側回路20の共振周波数ω1よりも高い周波数を選択し、この周波数でインバータ14を駆動してもよい。As described above, when the number of turns N 1 and N 2 of the first coil L 1 and the second coil L 2 are the same, the combined current SA can be reduced as apparent from the
なお、上記及び以下の説明において、合成電流SAは、合成アンペアターンSATからターン数N1,N2の概念を除いたものであるため、合成アンペアターンSATの一種であるとし、合成アンペアターンSATの概念に含まれるものとする。In the above and the following description, since the combined current SA is obtained by removing the concept of the number of turns N 1 and N 2 from the combined ampere turn SAT, it is assumed that it is a kind of combined ampere turn SAT, and the combined ampere turn SAT. It shall be included in the concept of
さらに、本件発明者らは、図4に示すように、受電側回路20の共振周波数ω1よりも高い周波数域において、周波数が高過ぎると合成アンペアターンSATが受電側回路20の共振周波数ω1時における合成アンペアターンAT1よりも大きくなることを見出した。また、受電側回路20の共振周波数ω1時における合成アンペアターンAT1よりも大きくなる周波数は、結合係数kによって異なることも見出した。このため、結合係数kに基づいて、受電側回路20の共振周波数ω1時における合成アンペアターンAT1よりも小さくなる周波数を選択することで、より確実に放射電界強度を低減することができる。Furthermore, as shown in FIG. 4, the inventors of the present invention, when the frequency is too high in the frequency range higher than the resonance frequency ω 1 of the power receiving
具体的に説明すると、図4に示すように結合係数kが0.2である場合、合成アンペアターンSATは、共振周波数ω1より高くなると低下する傾向にあり、周波数ω6にて最小値となる。さらに、周波数が高くなると、合成アンペアターンSATは、周波数ω7において共振周波数ω1時と同じ値となる。以後、周波数が高くなると合成アンペアターンSATは、さらに高くなる。More specifically, as shown in FIG. 4, when the coupling coefficient k is 0.2, the combined ampere turn SAT tends to decrease when it becomes higher than the resonance frequency ω 1 , and reaches a minimum value at the frequency ω 6 . Become. Further, when the frequency is increased, the combined ampere turn SAT becomes the same value as the resonance frequency ω 1 at the frequency ω 7 . Thereafter, as the frequency increases, the combined ampere turn SAT further increases.
よって、第1実施形態において駆動周波数選択部15bは、係合係数kが0.2である場合、インバータ14の駆動周波数を、ω1より大きく、ω7より小さくなるようにする(ω1<インバータ14の駆動周波数<ω7とする)。これにより、第1実施形態に係る非接触給電装置1は、より確実に放射電界強度を低減するようにしている。Therefore, the
さらに、電力制御部15は、一層放射電界強度を抑えるべく、第1コイルL1の電流と第2コイルL2の電流との位相差を90度よりも大きくすることとしている。より詳細に電力制御部15は、第1コイルL1の電流と第2コイルL2の電流との位相差を90度よりも大きく270度よりも小さくすることとしている。Furthermore, the
図7(a)、図7(b)、図7(c)は、コイルL1,L2に流れる電流による磁束を示す波形図であり、図7(a)は第1の例を示し、図7(b)は第2の例を示し、図7(c)は第3の例を示している。図7(a)に示すように、電流位相が同相に近い場合、第1コイルL1による磁界B1と第2コイルL2による磁界B2とは互いに強めあって全体の磁束φTotalは大きくなってしまう。これに対して、位相差を90度よりも大きく270度よりも小さくすることにより、図7(b)に示すように、両磁束B1,B2を互いに打ち消すように作用させることができ、全体の磁束φTotalを小さくして、放射電界強度を抑えることができる。なお、位相差は、受電側回路20側のインピーダンス又は周波数を調整することにより、設定可能である。FIG. 7A, FIG. 7B, and FIG. 7C are waveform diagrams showing magnetic fluxes due to currents flowing through the coils L 1 and L 2 , and FIG. 7A shows a first example. FIG. 7B shows a second example, and FIG. 7C shows a third example. As shown in FIG. 7 (a), when the current phase is close to the same phase, the total magnetic flux phi Total there reinforce each other and the magnetic field B 2 by the magnetic field B 1 and the second coil L 2 by the first coil L 1 is greater turn into. On the other hand, by making the phase difference larger than 90 degrees and smaller than 270 degrees, both magnetic fluxes B 1 and B 2 can be made to cancel each other as shown in FIG. The overall magnetic flux φ Total can be reduced to suppress the radiation electric field strength. The phase difference can be set by adjusting the impedance or frequency on the power receiving
なお、図7(c)に示すように、互いの振幅の差が大きい場合には、上記位相差であっても両磁束B1,B2を互いに打ち消す効果が小さくなってしまう。このため、第1実施形態において電力制御部15は、互いの振幅についても調整することが好ましい。その点、合成アンペアターンSATは、コイルL1,L2を流れる電流の、互いの振幅差と位相差から成る評価指標であり、合成アンペアターンSATを小さくする周波数を選択すれば、個別に振幅と位相を調整しなくても、振幅、位相が全体として最適化されることになる。As shown in FIG. 7C, when the difference between the amplitudes is large, the effect of canceling the magnetic fluxes B 1 and B 2 with each other is small even with the above phase difference. For this reason, in the first embodiment, the
次に、第1実施形態に係る非接触給電装置1の制御方法について説明する。図8は、第1実施形態に係る非接触給電装置1の制御方法を示すフローチャートである。図8に示すように、まず電力制御部15は、負荷電力検出部25aにより検出された現在電力Pout、及び、負荷制御部25bにより算出された指令値Prefを入力する(ステップS101)。Next, the control method of the non-contact
次いで、電力制御部15は、結合係数検出部25cにより検出された結合係数kを入力する(ステップS102)。その後、電力制御部15のデューティ生成部15aは、負荷電力検出部25aにより検出された現在電力Poutと、負荷制御部25bにより算出された指令値Prefとから、デューティ比を決定する(ステップS103)。Next, the
次に、電力制御部15の駆動周波数選択部15bは、インバータ14の駆動周波数を選択する(ステップS104)。このとき、駆動周波数選択部15bは、上記した理論に示すように、受電側回路20の共振周波数ω1よりも高く、且つ、合成アンペアターンSATが、受電側回路20の共振周波数ω1時における合成アンペアターンAT1よりも小さくなる範囲内の周波数を選択する。より具体的に、駆動周波数選択部15bは、ステップS102にて入力した結合係数kから、周波数の上限値を決定する。例えば図4に示すように、結合係数kが0.2である場合、上限値はω7となる。駆動周波数選択部15bは、例えばこの上限値から順次周波数を下げていき、周波数が共振周波数ω1以下とならない範囲でPref=Poutとなる周波数を選択することとなる。Next, the drive
その後、電力制御部15のパルス生成部15cは、ステップS103にて決定したデューティ比とステップS104にて選択された周波数とからパルスを生成し、このパルスによりスイッチング素子S1〜S4をスイッチングすることによりインバータ14を駆動する(ステップS105)。これにより、上記の数式1、数式4、数式6を参照して説明したように、放射電界強度を抑えることができる。Then, the
その後、非接触給電装置1は充電が完了であるか否かを判断する(ステップS106)。この際、非接触給電装置1は、負荷24であるバッテリの残容量が所定値を超えた場合に、充電が完了であると判断する。
Thereafter, the contactless
充電が完了していないと判断した場合(ステップS106:NO)、処理はステップS101に移行する。一方、充電が完了したと判断した場合(ステップS106:YES)、図8に示す処理は終了することとなる。 If it is determined that charging has not been completed (step S106: NO), the process proceeds to step S101. On the other hand, when it is determined that the charging is completed (step S106: YES), the process shown in FIG. 8 ends.
このようにして、給電側回路10と受電側回路20との間で、磁気的結合によって非接触で電力を送受電(送電又は受電)する非接触給電装置1及びその制御方法によれば、周波数の選択によって合成アンペアターンSATを小さくでき、構造部材を極力用いることなく放射電界強度を低減することができる。詳細に本件発明者らは、電波の大きさが第1コイルL1及び第2コイルL2のターン数N1,N2及びそれらに流れる電流に依存し、ターン数N1,N2及び電流の大きさから定まる、第1コイルL1及び第2コイルL2の合成アンペアターンSATが、ディスク型コイル(第1コイルL1及び第2コイルL2の磁極方向が同じ向き)の場合、受電側回路20の共振周波数ω1よりも高い周波数で小さくなることを見出した。また、本件発明者らは、ディスク型コイルの場合、受電側回路20の共振周波数ω1よりも高い周波数域において、周波数が高過ぎると合成アンペアターンSATが受電側回路20の共振周波数ω1時における合成アンペアターンSATよりも大きくなることを見出した。このため、受電側回路20の共振周波数ω1よりも高い周波数であって、且つ、第1コイルL1と第2コイルL2との合成アンペアターンSATが、受電側回路20の共振周波数ω1時における合成アンペアターンSATよりも小さくなる範囲内の周波数を選択することで、放射電界強度を低減できる。また、放射電界強度の低減には、磁界を低減する構造部材を極力用いることなく、周波数の選択により実現することができる。従って、放射電界強度を抑えつつ、大型化を防止することができる。In this way, according to the non-contact
また、第1コイルL1の電流と第2コイルL2の電流との位相差は90度よりも大きいため、発生する磁束を互いに打ち消すこととなり、より一層放射電界強度を低減することができる。Further, since the first current coil L 1 is the phase difference between the second current coil L 2 greater than 90 degrees, it becomes possible to cancel the magnetic flux generated by each other, it can be reduced even more radiated emission.
次に、本発明の第2実施形態を説明する。第2実施形態に係る非接触給電装置及びその制御方法は、第1実施形態と同様であるが、構成及び処理内容が一部異なっている。以下、第1実施形態との相違点を説明する。 Next, a second embodiment of the present invention will be described. The non-contact power feeding device and the control method thereof according to the second embodiment are the same as those of the first embodiment, but the configuration and processing contents are partially different. Hereinafter, differences from the first embodiment will be described.
図9は、第2実施形態に係る非接触給電装置2を示す構成図である。図9に示すように、第2実施形態に係る非接触給電装置2において、駆動周波数選択部15bは、結合係数検出部25cからの結合係数kに基づいて周波数を選択する。具体的に駆動周波数選択部15bは、図9に示すような結合係数kと周波数との対応関係を示すマップを記憶しており、結合係数検出部25cからの結合係数kを入力すると、マップを参照して周波数を決定する。
FIG. 9 is a configuration diagram showing the non-contact
ここで、駆動周波数選択部15bにより選択される周波数は、図4に示す合成アンペアターンSATが最小となる周波数となっている。よって、放射電界強度を最大限に抑えることができる。
Here, the frequency selected by the
また、駆動周波数選択部15bは、マップに代えて、以下の数式7又は数式8を記憶していてもよい。
上記の数式7は、負荷24の抵抗RLが0である場合において、合成アンペアターンSATが最小となる周波数を決定する式となっている。数式8は、さらにターン数N1,N2が同じである場合に合成電流SAが最小となる周波数を決定する式となっている。ここで抵抗RLが0でない場合には、負荷24を考慮して数式7、数式8は修正される。この場合においても、修正後の数式により、同様に合成アンペアターンSAT、合成電流SAを最小とする周波数を決定することができる。The above Equation 7 is an equation for determining the frequency at which the combined ampere turn SAT is minimum when the resistance RL of the load 24 is zero. Expression 8 is an expression for determining a frequency at which the combined current SA is minimized when the number of turns N 1 and N 2 are the same. Here, when the resistance RL is not 0, Equations 7 and 8 are corrected in consideration of the
すなわち、駆動周波数選択部15bは、結合係数kによって相互インダクタンスMを求め、さらに負荷電力検出部25aで検出した現在の電力Poutの情報などから負荷24の抵抗RLを求めることができるため、上述した数式によって合成アンペアターンSAT、合成電流SAを最小とする周波数を決定することができる。That is, since the
ここで、第2実施形態では結合係数kにより周波数が一義的に決まってしまうことから、Pout=Prefとする制御に支障をきたす可能性がある。そこで、第2実施形態では、デューティ比を制御することにより、Pout=Prefを実現するようにしている。Here, in the second embodiment, since the frequency is uniquely determined by the coupling coefficient k, there is a possibility of hindering the control to set P out = P ref . Therefore, in the second embodiment, P out = P ref is realized by controlling the duty ratio.
図10(a)、図10(b)は、第2実施形態に係るデューティ比による調整手法を説明する図であり、周波数と負荷24に供給される電力との関係を表す。図10(a)は調整前における周波数と負荷24に供給される電力との関係を示しており、図10(b)は調整後における周波数と負荷24に供給される電力との関係を示している。
FIG. 10A and FIG. 10B are diagrams for explaining the adjustment method based on the duty ratio according to the second embodiment, and show the relationship between the frequency and the power supplied to the
図10(a)に示すように、合成アンペアターンSATが最小となる周波数がω6である場合、Pout>Prefとなってしまう。そこで、デューティ生成部15aは、デューティ比を小さくする。これにより、図10(b)に示すように、出力電力を図中の下方向にシフトさせ、周波数がω6においてPout=Prefを実現する。As shown in FIG. 10A, when the frequency at which the combined ampere turn SAT is minimum is ω 6 , P out > P ref is satisfied. Therefore, the duty generation unit 15a decreases the duty ratio. As a result, as shown in FIG. 10B, the output power is shifted downward in the figure, and P out = P ref is realized at the frequency ω 6 .
なお、図10では、デューティ比を小さくする場合を例に説明したが、合成アンペアターンSATが最小となる周波数においてPout<Prefとなっている場合には、デューティ比を大きくすることとなる。In FIG. 10, the case where the duty ratio is decreased is described as an example. However, when P out <P ref at the frequency at which the combined ampere turn SAT is minimum, the duty ratio is increased. .
さらに、第2実施形態ではインバータ14のスイッチング素子S1〜S4の駆動によってデューティ比を制御することにより、合成アンペアターンSATが最小となる周波数においてPout=Prefを実現するようにしているが、これに限らず、スイッチング素子S0のデューティ比を算出して力率改善昇圧部13の昇圧比を変更するようにしてもよい。これによっても、デューティ比の制御と同等に、合成アンペアターンSATが最小となる周波数においてPout=Prefを実現することができるからである。Furthermore, in the second embodiment, P out = P ref is realized at a frequency at which the combined ampere turn SAT is minimized by controlling the duty ratio by driving the switching elements S 1 to S 4 of the
次に、第2実施形態に係る非接触給電装置2の制御方法を説明する。図11は、第2実施形態に係る非接触給電装置1の制御方法を示すフローチャートである。なお、図8に示す処理と同一の処理には、同一の符号を付して説明を省略する。
Next, a method for controlling the non-contact
結合係数kを入力した後(ステップS102の後)、駆動周波数選択部15bは、マップ、又は数式7又は数式8(もしくは負荷24を考慮して修正された後の数式7又は数式8)から、合成アンペアターンSATが最小となる周波数を選択する(ステップS107)。次いで、デューティ制御部15aは、ステップS107にて選択された周波数において、Pout=Prefとなるように、デューティ比(および昇圧比)を選択する(ステップS108)。After inputting the coupling coefficient k (after step S102), the drive
その後、図8に示したステップS105,ステップS106と同様の処理が実行され、図11に示す処理は終了することとなる。 Thereafter, processing similar to that in steps S105 and S106 shown in FIG. 8 is executed, and the processing shown in FIG. 11 ends.
このようにして、第2実施形態に係る非接触給電装置2及びその制御方法によれば、第1実施形態と同様に、放射電界強度を抑えつつ、大型化を防止することができ、磁束を打ち消すことにより、より一層放射電界強度を低減することができる。
In this way, according to the non-contact
また第2実施形態に係る、非接触給電装置2及びその制御方法によれば、給電側回路10の駆動手段である電力制御部15が、合成アンペアターンSATが最小となる周波数を選択するため、より一層放射電界強度を低減することができる。さらに、最小となる周波数を選択したことにより、現在電力Pout=指令値Prefとならなくなった場合には、電力検出手段である負荷電力検出部25aによって検出された現在の電力Poutが、指令値算出手段である負荷制御部25bによって算出された電力の指令値Prefに合致するようにデューティ比及び昇圧比の少なくとも一方の比率を決定し、調節するため、デューティ比及び昇圧比の少なくとも一方の比率を調整することで、現在電力Pout=指令値Prefとすることができる。従って、充電電力に影響を与えることなく、より一層放射電界強度を低減することができる。Further, according to the non-contact
以上、実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものでは無く、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、変更を加えてもよいし、各実施形態を組み合わせてもよい。 As mentioned above, although this invention was demonstrated based on embodiment, this invention is not limited to the said embodiment, You may add a change in the range which does not deviate from the meaning of this invention, and combines each embodiment. Also good.
例えば上記実施形態に係る非接触給電装置1,2は、図示した回路構成に限るものではなく、例えば給電側回路10に絶縁トランスを備えるなど、種々の変更が可能である。
For example, the contactless
また、上記実施形態において非接触給電装置1,2は、結合係数検出部25cを備えているが、これに代えて、結合係数kのデータを予め記憶しておいてもよい。例えば、非接触給電装置1,2が特定の乗用車専用に用いられ、給電側回路10と受電側回路20の距離が既に分かっている場合などには、結合係数kのデータを電力制御部15が記憶しておき、この結合係数kに基づいて周波数を選択するようにしてもよい。
Further, in the above embodiment, the contactless
さらに、非接触給電装置1,2が車両バッテリの充電に用いられる場合、車高に基づく給電側回路10と受電側回路20との距離が予想できることから、車両側に結合係数kのデータを記憶させておき、充電時に電力制御部15に送信する構成であってもよい。
Further, when the non-contact
以上、本発明の実施形態について説明したが、これらの実施形態は本発明の理解を容易にするために記載された単なる例示に過ぎず、本発明は当該実施形態に限定されるものではない。本発明の技術的範囲は、上記実施形態で開示した具体的な技術事項に限らず、そこから容易に導きうる様々な変形、変更、代替技術なども含むものである。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described, these embodiment is only the illustration described in order to make an understanding of this invention easy, and this invention is not limited to the said embodiment. The technical scope of the present invention is not limited to the specific technical matters disclosed in the above embodiment, but includes various modifications, changes, alternative techniques, and the like that can be easily derived therefrom.
本出願は、2012年12月7日に出願された日本国特許願第2012−267742号に基づく優先権、及び2013年4月15日に出願された日本国特許願第2013−084547号に基づく優先権を主張しており、この2つの出願の全内容が参照により本明細書に組み込まれる。 This application is based on the priority based on Japanese Patent Application No. 2012-267742 filed on December 7, 2012 and on Japanese Patent Application No. 2013-084547 filed on April 15, 2013 All of the contents of the two applications are hereby incorporated by reference.
本発明によれば、上記範囲内の周波数を選択してインバータを駆動するため、周波数の選択によって合成アンペアターンを小さくでき、構造部材を備える必要が無く放射電界強度を低減することができる。従って、放射電界強度を抑えつつ、大型化を防止することができる。 According to the present invention, since the inverter is driven by selecting a frequency within the above range, the combined ampere turn can be reduced by selecting the frequency, and it is not necessary to provide a structural member, and the radiation electric field strength can be reduced. Therefore, enlargement can be prevented while suppressing the radiation electric field intensity.
1,2 非接触給電装置
10 給電側回路
11 商用電源
12 整流部
13 力率改善昇圧部
14 インバータ
15 電力制御部(駆動手段)
20 受電側回路
21 整流部
22 フィルタ部
23 リレー
24 負荷
25 バッテリコントローラ
25a 負荷電力検出部(電力検出手段)
25b 負荷制御部(指令値算出手段)
25c 結合係数検出部
C1 第1コンデンサ
L1 第1コイル
C2 第2コンデンサ
L2 第2コイル DESCRIPTION OF
20 Power Receiving
24
25b Load control unit (command value calculation means)
25c coupling coefficient detector C 1 first capacitor L 1 first coil C 2 second capacitor L 2 second coil
Claims (4)
前記給電側回路と前記受電側回路との間で、磁気的結合によって非接触で電力を送受電すると共に、送受電の時において前記第1コイルの磁極方向が前記第2コイルの磁極方向と同じ向きとなる非接触給電装置において、
前記給電側回路は、前記第1コイルに供給する高周波電力を生成すべくインバータを駆動する駆動手段を備え、
前記駆動手段は、前記受電側回路の共振周波数よりも高く、且つ、前記第1コイルと前記第2コイルとの合成アンペアターンが、前記受電側回路の共振周波数の時における合成アンペアターンよりも小さくなる範囲内の周波数を選択して前記インバータを駆動する
ことを特徴とする非接触給電装置。Having at least a power feeding side circuit having a first coil and a power receiving side circuit having a second coil;
Power is transmitted and received in a contactless manner by magnetic coupling between the power supply side circuit and the power reception side circuit, and the magnetic pole direction of the first coil is the same as the magnetic pole direction of the second coil during power transmission and reception. In the contactless power supply device
The power supply side circuit includes driving means for driving an inverter to generate high-frequency power to be supplied to the first coil,
The driving means is higher than a resonance frequency of the power receiving side circuit, and a combined ampere turn of the first coil and the second coil is smaller than a combined ampere turn at the resonance frequency of the power receiving side circuit. A non-contact power feeding apparatus, wherein a frequency within a range is selected to drive the inverter.
前記受電側回路は、充電対象となる負荷に供給された電力を検出する電力検出手段と、前記負荷に供給する電力の指令値を算出する指令値算出手段と、をさらに備え、
前記駆動手段は、前記第1コイルと前記第2コイルとの合成アンペアターンが、最小となる周波数を選択し、前記電力検出手段により検出された電力が前記指令値算出手段により算出された電力の指令値に合致するようにデューティ比及び昇圧比の少なくとも一方の比率を決定すること
を特徴とする非接触給電装置。The contactless power supply device according to claim 1,
The power receiving side circuit further includes power detection means for detecting power supplied to a load to be charged, and command value calculation means for calculating a command value of power supplied to the load,
The drive means selects a frequency at which a combined ampere turn of the first coil and the second coil is minimized, and the power detected by the power detection means is the power of the power calculated by the command value calculation means. A non-contact power feeding apparatus, wherein at least one ratio of a duty ratio and a step-up ratio is determined so as to match a command value.
前記第1コイルの電流と前記第2コイルの電流との位相差は、90度よりも大きいこと
を特徴とする非接触給電装置。A contactless power supply device according to claim 1 or 2,
The non-contact power feeding apparatus according to claim 1, wherein a phase difference between the current of the first coil and the current of the second coil is greater than 90 degrees.
前記第1コイルに供給する高周波電力を生成すべくインバータを駆動する駆動工程を備え、
前記駆動工程では、前記受電側回路の共振周波数よりも高く、且つ、前記第1コイルと前記第2コイルとの合成アンペアターンが、前記受電側回路の共振周波数時における合成アンペアターンよりも小さくなる範囲内の周波数を選択して前記インバータを駆動する
ことを特徴とする非接触給電装置の制御方法。 At least a power feeding side circuit having a first coil and a power receiving side circuit having a second coil, and transmitting power in a contactless manner by magnetic coupling between the power feeding side circuit and the power receiving side circuit or In the control method of the non-contact power feeding device in which the magnetic pole direction of the first coil is the same direction as the magnetic pole direction of the second coil during power transmission and reception
A driving step of driving an inverter to generate high-frequency power to be supplied to the first coil;
In the driving step, the combined ampere turn of the first coil and the second coil is higher than the resonance frequency of the power receiving side circuit and smaller than the combined ampere turn at the resonance frequency of the power receiving side circuit. A method for controlling a non-contact power feeding device, wherein a frequency within a range is selected to drive the inverter.
Applications Claiming Priority (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012267742 | 2012-12-07 | ||
JP2012267742 | 2012-12-07 | ||
JP2013084547 | 2013-04-15 | ||
JP2013084547 | 2013-04-15 | ||
PCT/JP2013/081842 WO2014087889A1 (en) | 2012-12-07 | 2013-11-27 | Non-contact power supply apparatus and method for controlling same |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP6052301B2 JP6052301B2 (en) | 2016-12-27 |
JPWO2014087889A1 true JPWO2014087889A1 (en) | 2017-01-05 |
Family
ID=50883310
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2014551052A Active JP6052301B2 (en) | 2012-12-07 | 2013-11-27 | Non-contact power feeding apparatus and control method thereof |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6052301B2 (en) |
WO (1) | WO2014087889A1 (en) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6083310B2 (en) * | 2013-04-15 | 2017-02-22 | 日産自動車株式会社 | Non-contact power feeding apparatus and control method thereof |
JP6124136B2 (en) * | 2013-08-30 | 2017-05-10 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Non-contact power receiving device |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002369414A (en) * | 2001-04-20 | 2002-12-20 | Koninkl Philips Electronics Nv | System for wireless transmission |
JP2007535859A (en) * | 2004-04-30 | 2007-12-06 | ギランド、ゲイル、オラブ | Non-contact energy transmission apparatus and method |
JP2009278837A (en) * | 2008-05-18 | 2009-11-26 | Hideo Kikuchi | Induced-power transmission system |
WO2012046453A1 (en) * | 2010-10-08 | 2012-04-12 | パナソニック株式会社 | Wireless power transmission device, and power generation device provided with wireless power transmission device |
JP2012143106A (en) * | 2011-01-05 | 2012-07-26 | Showa Aircraft Ind Co Ltd | Non-contact power feeding device of magnetic field resonance type |
JP2013219210A (en) * | 2012-04-10 | 2013-10-24 | Panasonic Corp | Non-contact power transmission device |
-
2013
- 2013-11-27 JP JP2014551052A patent/JP6052301B2/en active Active
- 2013-11-27 WO PCT/JP2013/081842 patent/WO2014087889A1/en active Application Filing
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002369414A (en) * | 2001-04-20 | 2002-12-20 | Koninkl Philips Electronics Nv | System for wireless transmission |
JP2007535859A (en) * | 2004-04-30 | 2007-12-06 | ギランド、ゲイル、オラブ | Non-contact energy transmission apparatus and method |
JP2009278837A (en) * | 2008-05-18 | 2009-11-26 | Hideo Kikuchi | Induced-power transmission system |
WO2012046453A1 (en) * | 2010-10-08 | 2012-04-12 | パナソニック株式会社 | Wireless power transmission device, and power generation device provided with wireless power transmission device |
JP2012143106A (en) * | 2011-01-05 | 2012-07-26 | Showa Aircraft Ind Co Ltd | Non-contact power feeding device of magnetic field resonance type |
JP2013219210A (en) * | 2012-04-10 | 2013-10-24 | Panasonic Corp | Non-contact power transmission device |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP6052301B2 (en) | 2016-12-27 |
WO2014087889A1 (en) | 2014-06-12 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6083310B2 (en) | Non-contact power feeding apparatus and control method thereof | |
EP2675038B1 (en) | Contactless electrical-power-supplying device | |
US9842688B2 (en) | Resonator balancing in wireless power transfer systems | |
US9466987B2 (en) | Power transmission device and wireless power transmission system using the power transmission device | |
US10076966B2 (en) | Contactless power transmission device, contactless power reception device, and contactless power transmission system | |
JP6111139B2 (en) | Bi-directional contactless power feeder | |
JP5899490B2 (en) | Contactless power supply system | |
WO2013002319A1 (en) | Electrical power transmission system | |
WO2012132413A1 (en) | Power transmission system | |
US9849796B2 (en) | Method for charging a vehicle battery by induction | |
WO2014125698A1 (en) | Power receiving apparatus and non-contact power supply apparatus | |
US10411525B2 (en) | System and method for frequency prediction | |
US11728647B2 (en) | Active harmonics cancellation | |
JP6052301B2 (en) | Non-contact power feeding apparatus and control method thereof | |
JP2017060328A (en) | Non-contact power reception device and power transmission system | |
JP6951373B2 (en) | Power receiving equipment | |
CN112583130A (en) | Non-contact power supply device | |
US20200365316A1 (en) | Wireless Power Transmission with Current-Limiting Coil | |
JP2017131004A (en) | Non-contact power reception device | |
WO2016006066A1 (en) | Contactless power supply device | |
JP6565809B2 (en) | Power transmission device and power transmission system | |
JP6085817B2 (en) | Power transmission system | |
JP2013157944A (en) | Antenna | |
JP2014121101A (en) | Non-contact feeder | |
JP7061058B2 (en) | Power receiving device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20161101 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20161114 |
|
R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 6052301 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |