JPWO2018221532A1 - Power transmission device, wireless power transmission system, and control device - Google Patents
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Abstract
【課題】受電装置から送電装置への通信を行うことなく、受電装置の状態に応じて伝送電力を制御する。【解決手段】送電装置は、インバータ回路と、送電共振器と、計測器と、制御回路とを備える。前記計測器は、前記インバータ回路の入力電圧または出力電圧、および前記インバータ回路の入力電流または出力電流を計測する。前記制御回路は、送電中、前記インバータ回路から出力される交流電力の電圧値を第1の電圧値から第2の電圧値に変更し、変更の前後で、前記計測器によって計測された電圧および電流の第1の計測値および第2の計測値をそれぞれ取得し、前記第1および第2の計測値を用いた演算を含む処理により、第3の電圧値を決定し、前記インバータ回路から前記第3の電圧値を有する交流電力を出力させて送電を継続する。【選択図】図4PROBLEM TO BE SOLVED: To control transmission power according to a state of a power receiving device without performing communication from the power receiving device to the power transmitting device. A power transmission device includes an inverter circuit, a power transmission resonator, a measuring instrument, and a control circuit. The measuring instrument measures an input voltage or an output voltage of the inverter circuit and an input current or an output current of the inverter circuit. During the power transmission, the control circuit changes the voltage value of the AC power output from the inverter circuit from the first voltage value to the second voltage value, and before and after the change, the voltage measured by the measuring device and The first measured value and the second measured value of the current are respectively acquired, the third voltage value is determined by the process including the calculation using the first and second measured values, and the third voltage value is determined from the inverter circuit. AC power having the third voltage value is output to continue power transmission. [Selection diagram] FIG.
Description
本願は、無線電力伝送システム、ならびに、当該無線電力伝送システムにおいて用いられる送電装置および制御装置に関する。 The present application relates to a wireless power transmission system, and a power transmission device and a control device used in the wireless power transmission system.
送電装置から受電装置に無線で電力を伝送する無線電力伝送システム(非接触給電システムとも呼ばれる)の開発が進められている。特許文献1および2は、非接触給電システムの例を開示している。特許文献1および2のシステムでは、無線通信を利用して受電装置から送電装置に受電電圧などの情報をフィードバックし、その情報に基づいて送電装置が伝送電力を制御する。
Development of a wireless power transmission system (also referred to as a non-contact power supply system) for wirelessly transmitting power from a power transmitting device to a power receiving device is under way.
特許文献1、2に開示された技術では、受電装置から送電装置に情報をフィードバックするための通信が必要である。本開示の実施形態は、そのような通信を行うことなく、受電装置の状態に応じて伝送電力を適切に制御する技術を提供する。
In the technologies disclosed in
本開示の例示的な実施形態における送電装置は、受電共振器を備える受電装置に無線で電力を伝送する。前記送電装置は、インバータ回路と、前記インバータ回路に接続された送電共振器と、前記インバータ回路に入力される電圧および前記インバータ回路から出力される電圧の一方、ならびに前記インバータ回路に入力される電流および前記インバータ回路から出力される電流の一方を計測する計測器と、前記インバータ回路を制御する制御回路と、を備える。前記制御回路は、前記インバータ回路から第1の電圧値を有する交流電力を出力させて前記送電共振器から前記受電共振器に送電している状態で、前記計測器によって計測された電圧および電流の第1の計測値を取得し、前記インバータ回路から出力される前記交流電力の電圧値を前記第1の電圧値とは異なる第2の電圧値に変更した状態で、前記計測器によって計測された電圧および電流の第2の計測値を取得し、前記第1および第2の計測値を用いた演算を含む処理により、第3の電圧値を決定し、前記インバータ回路から前記第3の電圧値を有する交流電力を出力させて送電を継続する。
また、本開示の例示的な実施形態における無線電力伝送システムは、上述の送電装置と、受電装置とを備える。本開示の例示的な実施形態における制御装置は、上述の送電装置における制御回路を備える。本開示の例示的な実施形態におけるプログラムは、受電共振器を備える受電装置に無線で電力を伝送する送電装置において用いられる。A power transmitting device according to an exemplary embodiment of the present disclosure wirelessly transmits power to a power receiving device including a power receiving resonator. The power transmission device includes an inverter circuit, a power transmission resonator connected to the inverter circuit, one of a voltage input to the inverter circuit and a voltage output from the inverter circuit, and a current input to the inverter circuit. A measuring instrument for measuring one of the currents output from the inverter circuit; and a control circuit for controlling the inverter circuit. The control circuit is configured to output AC power having a first voltage value from the inverter circuit and transmit power from the power transmission resonator to the power reception resonator, while controlling the voltage and current measured by the measurement device. A first measurement value is obtained, and measured by the measuring device in a state where the voltage value of the AC power output from the inverter circuit is changed to a second voltage value different from the first voltage value. A second measurement value of voltage and current is obtained, a third voltage value is determined by a process including an operation using the first and second measurement values, and the third voltage value is determined from the inverter circuit. , And the power transmission is continued.
Further, a wireless power transmission system according to an exemplary embodiment of the present disclosure includes the above-described power transmission device and a power reception device. A control device according to an exemplary embodiment of the present disclosure includes a control circuit in the above-described power transmission device. A program according to an exemplary embodiment of the present disclosure is used in a power transmission device that wirelessly transmits power to a power reception device including a power reception resonator.
上記の包括的または具体的な態様は、装置、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラム、または記録媒体で実現され得る。あるいは、システム、装置、方法、集積回路、コンピュータプログラムおよび記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。 The above-described generic or specific aspects can be realized by an apparatus, a system, a method, an integrated circuit, a computer program, or a recording medium. Alternatively, the present invention may be realized by any combination of a system, an apparatus, a method, an integrated circuit, a computer program, and a recording medium.
本開示の実施形態によれば、受電装置から送電装置への通信を行うことなく、受電装置の状態に応じて伝送電力を適切に制御することができる。 According to the embodiment of the present disclosure, transmission power can be appropriately controlled according to the state of the power receiving device without performing communication from the power receiving device to the power transmitting device.
本開示の実施形態を説明する前に、本開示の基礎となった知見を説明する。 Before describing the embodiments of the present disclosure, the knowledge that became the basis of the present disclosure will be described.
従来の非接触給電技術では、給電制御のために、受電装置における電圧、電流、電力、またはインピーダンスなどの情報が、無線通信によって送電装置にフィードバックされる。このような無線通信を実現するために、例えばWi−Fi(登録商標)またはBluetooth(登録商標)などの無線通信を行う機器が、送電装置および受電装置の両方に用いられる。 In the conventional contactless power supply technology, information such as voltage, current, power, or impedance in the power receiving device is fed back to the power transmitting device by wireless communication for power supply control. In order to realize such wireless communication, a device that performs wireless communication such as Wi-Fi (registered trademark) or Bluetooth (registered trademark) is used for both the power transmitting device and the power receiving device.
しかし、受電装置が、例えば工場または道路などで使用される移動体のような装置である場合、通信干渉またはノイズの影響により、送電装置と受電装置との間で無線通信が正常にできない状況が頻繁に生じるおそれがある。無線通信が切断されると、送電装置は、受電装置の情報を得ることができなくなるため、伝送電力を適切に制御することができなくなる。さらに、無線機器は、通信前の接続および認証に時間を要する。接続および認証が確立するまでは、伝送電力を制御することができない。特に、移動中の受電装置に給電する場合、僅かな時間のロスでも、全体の給電時間に占める割合が高くなるため、給電効率が大きく低下する。さらに、無線機器の搭載はコストの増加を招く。 However, when the power receiving device is a device such as a mobile body used in a factory or a road, for example, there is a situation where wireless communication between the power transmitting device and the power receiving device cannot be normally performed due to the influence of communication interference or noise. May occur frequently. When the wireless communication is disconnected, the power transmitting device cannot obtain information on the power receiving device, and thus cannot appropriately control transmission power. Furthermore, wireless devices require time for connection and authentication before communication. Until connection and authentication are established, transmission power cannot be controlled. In particular, when power is supplied to a moving power receiving device, even a slight loss of time increases the ratio of the power to the entire power supply time. In addition, mounting a wireless device causes an increase in cost.
本発明者は、以上の課題を見出し、これらの課題を解決するための構成を検討した。本発明者は、電力伝送中に、伝送される交流電力の電圧を短い時間間隔で変化させ、変化の前後で計測した送電側の電圧および電流の情報から、コイル間の相互インダクタンスおよび受電電圧などの情報を推定できることを発見した。この発見により、受電装置から送電装置への通信を行うことなく、受電装置の状態を推定し、その状態に応じて伝送電力を適切に制御することが可能になった。 The present inventor has found the above-mentioned problems, and studied a configuration for solving these problems. The present inventor, during power transmission, changes the voltage of the transmitted AC power at short time intervals, from the information on the voltage and current on the power transmission side measured before and after the change, the mutual inductance between the coils and the received voltage, etc. Information can be estimated. This discovery has made it possible to estimate the state of the power receiving device without performing communication from the power receiving device to the power transmitting device, and to appropriately control the transmission power according to the state.
以下、本開示の実施形態の概要を説明する。 Hereinafter, an outline of an embodiment of the present disclosure will be described.
本開示の一態様に係る送電装置は、受電共振器を備える受電装置に無線で電力を伝送する。前記送電装置は、インバータ回路と、前記インバータ回路に接続された送電共振器と、計測器と、前記インバータ回路を制御する制御回路とを備える。前記計測器は、前記インバータ回路に入力される電圧および前記インバータ回路から出力される電圧の一方、ならびに前記インバータ回路に入力される電流および前記インバータ回路から出力される電流の一方を計測する。前記制御回路は、以下の動作を行う。(1)前記インバータ回路から第1の電圧値を有する交流電力を出力させて前記送電共振器から前記受電共振器に送電している状態で、前記計測器によって計測された電圧および電流の第1の計測値を取得する。(2)前記インバータ回路から出力される前記交流電力の電圧値を前記第1の電圧値とは異なる第2の電圧値に変更した状態で、前記計測器によって計測された電圧および電流の第2の計測値を取得する。(3)前記第1および第2の計測値を用いた演算を含む処理により、第3の電圧値を決定し、前記インバータ回路から前記第3の電圧値を有する交流電力を出力させて送電を継続する。 A power transmission device according to an aspect of the present disclosure wirelessly transmits power to a power reception device including a power reception resonator. The power transmission device includes an inverter circuit, a power transmission resonator connected to the inverter circuit, a measuring instrument, and a control circuit that controls the inverter circuit. The measuring device measures one of a voltage input to the inverter circuit and a voltage output from the inverter circuit, and one of a current input to the inverter circuit and a current output from the inverter circuit. The control circuit performs the following operation. (1) In the state where the AC power having the first voltage value is output from the inverter circuit and the power is transmitted from the power transmitting resonator to the power receiving resonator, the first of the voltage and the current measured by the measuring device is measured. Get the measured value of. (2) In a state where the voltage value of the AC power output from the inverter circuit is changed to a second voltage value different from the first voltage value, a second voltage and current measured by the measuring device are changed. Get the measured value of. (3) A third voltage value is determined by a process including an operation using the first and second measurement values, and the inverter circuit outputs AC power having the third voltage value to perform power transmission. continue.
上記の構成により、受電装置から送電装置への通信を行うことなく、受電装置の状態の変化に応じて伝送電力を適切に制御することができる。 According to the above configuration, transmission power can be appropriately controlled according to a change in the state of the power receiving device without performing communication from the power receiving device to the power transmitting device.
送電共振器は送電コイルを含み、受電共振器は受電コイルを含む。制御回路は、例えば、第1および第2の計測値を用いた演算により、受電装置の状態を示す1つ以上のパラメータの値を推定する。当該1つ以上のパラメータの値とインバータ回路から出力すべき電圧の値との対応関係を規定するデータを参照して、推定したパラメータの値から、上記第3の電圧値を決定することができる。そのような対応関係を規定するデータは、例えばテーブルまたは数式もしくは関数の形態で、送電装置内のメモリなどの記録媒体に格納される。当該データは、例えば、コイル間の相互インダクタンスまたは受電共振器から出力される電圧と、インバータ回路の出力電圧との対応関係を規定するテーブルであり得る。 The power transmitting resonator includes a power transmitting coil, and the power receiving resonator includes a power receiving coil. The control circuit estimates one or more parameter values indicating the state of the power receiving device by, for example, an operation using the first and second measurement values. The third voltage value can be determined from the estimated parameter value with reference to data defining the correspondence between the value of the one or more parameters and the value of the voltage to be output from the inverter circuit. . Data defining such correspondence is stored in a recording medium such as a memory in the power transmission device, for example, in the form of a table or a mathematical expression or a function. The data may be, for example, a table that defines the correspondence between the mutual inductance between the coils or the voltage output from the power receiving resonator and the output voltage of the inverter circuit.
制御回路は、第1および第2の計測値の取得および第3の電圧値の決定を、例えば周期T1ごとに実行する。制御回路は、第1および第2の計測値から推定される受電装置の状態を示す1つ以上のパラメータの値が、前回推定したときの当該パラメータの値から変化したとき、第3の電圧値を前記第1の電圧値とは異なる値に設定する。他方、制御回路は、当該パラメータの値が、前回推定したときの当該パラメータの値と同一であるとき、第3の電圧値を第1の電圧値と同一の値に設定する。各パラメータの値が、前回推定したときの値から変化したか否かは、そのパラメータの前回の値からの差分または変化率が、閾値を上回っているかを判断することで決定することができる。The control circuit performs the determination of the acquisition and the third voltage values of the first and second measurement values, for example, every period T 1. When the value of one or more parameters indicating the state of the power receiving device estimated from the first and second measured values changes from the value of the parameter estimated at the previous time, the control circuit sets a third voltage value Is set to a value different from the first voltage value. On the other hand, when the value of the parameter is the same as the value of the parameter at the time of the previous estimation, the control circuit sets the third voltage value to the same value as the first voltage value. Whether or not the value of each parameter has changed from the value at the time of the previous estimation can be determined by determining whether the difference or the change rate of the parameter from the previous value exceeds a threshold.
上記1つ以上のパラメータは、送電共振器に含まれる送電コイルと受電共振器に含まれる受電コイルとの間の相互インダクタンス、受電共振器から出力される電圧、受電共振器から出力される電流、および受電共振器から出力される電力の少なくとも1つを含み得る。これらのパラメータを推定する具体的な処理については、後述する。 The one or more parameters include a mutual inductance between the power transmission coil included in the power transmission resonator and the power reception coil included in the power reception resonator, a voltage output from the power reception resonator, a current output from the power reception resonator, And at least one of the power output from the power receiving resonator. Specific processing for estimating these parameters will be described later.
受電装置は、例えば移動体である。「移動体」とは、電力によって駆動または充電される可動物体を意味する。移動体は、例えば、無人搬送車(Automated Guided Vehicle:AGV)、電気自動車(EV)、可動ロボット、無人航空機(Unmanned Aerial Vehicle:UAV、所謂ドローン)であり得る。受電装置は、例えば携帯機器のように、自ら移動しない装置であってもよい。 The power receiving device is, for example, a moving object. “Moving object” means a movable object driven or charged by electric power. The moving object can be, for example, an automated guided vehicle (AGV), an electric vehicle (EV), a mobile robot, an unmanned aerial vehicle (Unmanned Aerial Vehicle: UAV, so-called drone). The power receiving device may be a device that does not move by itself, such as a mobile device.
送電装置は、受電装置が送電装置に対して移動しているか否かを検出するセンサを備えていてもよい。そのようなセンサは、例えば可視光または赤外線を利用したセンサであってもよいし、送電装置の回路内の電圧または電流の変化に基づいて受電装置の移動を検出するセンサであってもよい。 The power transmitting device may include a sensor that detects whether the power receiving device is moving with respect to the power transmitting device. Such a sensor may be a sensor using, for example, visible light or infrared light, or may be a sensor that detects movement of the power receiving device based on a change in voltage or current in a circuit of the power transmitting device.
計測器は、2回の計測を比較的短い時間内で連続して実行する。例えば、送電コイルと受電コイルとの間の相互インダクタンスが一定であるとみなせる程度の時間間隔で2回の計測が行われる。この時間間隔は、送電中に受電装置が移動する速度が高いほど、短く設定される。計測器は、制御回路の指示に応答して計測するように構成されていてもよいし、一定の短い時間間隔で常時電圧および電流をモニタするように構成されていてもよい。 The measuring instrument continuously performs two measurements within a relatively short time. For example, two measurements are performed at time intervals such that the mutual inductance between the power transmitting coil and the power receiving coil can be considered to be constant. This time interval is set shorter as the speed at which the power receiving device moves during power transmission is higher. The measuring device may be configured to measure in response to an instruction from the control circuit, or may be configured to constantly monitor voltage and current at fixed short time intervals.
制御回路は、様々な方法でインバータ回路の出力電圧(以下、「送電電圧」と呼ぶことがある。)を調整することができる。例えばインバータ回路に含まれる複数のスイッチング素子の各々に供給する制御信号のデューティ比、位相、または周波数を変化させたり、インバータ回路に入力される直流電圧を変化させることによって送電電圧を調整することができる。インバータ回路に入力される直流電圧の制御は、送電装置が、インバータ回路と直流電源との間に接続されたDC−DCコンバータを備える形態において可能である。そのような形態では、制御回路は、DC−DCコンバータに含まれるスイッチング素子のオン/オフを制御することにより、インバータ回路に入力される直流電圧を変化させることができる。 The control circuit can adjust the output voltage of the inverter circuit (hereinafter, may be referred to as “transmission voltage”) in various ways. For example, the transmission voltage can be adjusted by changing the duty ratio, phase, or frequency of a control signal supplied to each of the plurality of switching elements included in the inverter circuit, or changing the DC voltage input to the inverter circuit. it can. The control of the DC voltage input to the inverter circuit is possible in a mode in which the power transmission device includes a DC-DC converter connected between the inverter circuit and the DC power supply. In such an embodiment, the control circuit can change the DC voltage input to the inverter circuit by controlling on / off of a switching element included in the DC-DC converter.
本開示は、上記の制御回路を備える制御装置、および上記の制御回路が実行する動作を規定するコンピュータプログラム(以下、単にプログラムと称する)も含む。そのようなプログラムは、例えば送電装置内のメモリなどの記録媒体に格納され、制御回路に前述の動作を実行させる。 The present disclosure also includes a control device including the control circuit described above, and a computer program (hereinafter, simply referred to as a program) that defines an operation performed by the control circuit. Such a program is stored in a recording medium such as a memory in the power transmission device, and causes the control circuit to execute the above-described operation.
以下、本開示の例示的な実施形態を説明する。ただし、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複する説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になることを避け、当業者の理解を容易にするためである。なお、発明者は、当業者が本開示を十分に理解するために添付図面および以下の説明を提供するのであって、これらによって特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。以下の説明においては、同一または類似する構成要素には、同一の参照符号を付している。 Hereinafter, exemplary embodiments of the present disclosure will be described. However, an unnecessary detailed description may be omitted. For example, a detailed description of well-known matters or a redundant description of substantially the same configuration may be omitted. This is to prevent the following description from being unnecessarily redundant and to facilitate understanding of those skilled in the art. The inventor provides the accompanying drawings and the following description in order for those skilled in the art to fully understand the present disclosure, and it is not intended that the present invention limit the subject matter described in the claims. Absent. In the following description, the same or similar components are denoted by the same reference numerals.
(実施形態)
<構成>
図1は、本実施形態における移動体システムの概要を説明するための図である。移動体システムは、本開示における無線電力伝送システムの一例である。移動体システムは、例えば工場内における物品の搬送用のシステムとして利用され得る。移動体システムは、少なくとも1つの無線送電装置(以下、単に「送電装置」と称する。)100と、少なくとも1つの移動体200とを備える。移動体200は、受電装置の一例である。移動体200は、例えば工場内を自律的に移動して物品を必要な場所に搬送する無人搬送車(AGV)であり得る。図1には、4台の送電装置100と4台の移動体200とが例示されている。送電装置100および移動体200の各々の数は4つに限らず、任意である。(Embodiment)
<Structure>
FIG. 1 is a diagram for describing an overview of a mobile system according to the present embodiment. A mobile system is an example of a wireless power transmission system according to the present disclosure. The mobile system can be used, for example, as a system for transporting articles in a factory. The mobile system includes at least one wireless power transmission device (hereinafter, simply referred to as “power transmission device”) 100 and at least one
送電装置100は、移動体200に無線で電力を伝送する。送電装置100は、交流電力を空間に送出する送電コイルを含む送電コイルユニット105を有する。移動体200は、受電コイルを含む受電コイルユニット205を有する。送電コイルと受電コイルとが磁界共振によって結合することにより、送電コイルから受電コイルに電力が無線で伝送される。このように、本実施形態では、磁界共振結合(「磁界共鳴結合」または「共振磁界結合」と呼ばれることもある。)による無線電力伝送が利用される。磁界共振結合方式の無線電力伝送によれば、電磁誘導による方法と比較して、より長距離の電力伝送が可能である。なお、本開示の技術は、磁界共振結合方式に限らず、電磁誘導方式による無線電力伝送にも適用可能である。よって、本開示は、電磁誘導方式による構成も含む。
The
移動体200は、キャパシタおよびモータを備える。受電コイルユニット205内の受電コイルが受け取った電力は整流され、キャパシタに蓄えられる。キャパシタには、例えば電気二重層キャパシタまたはリチウムイオンキャパシタなどの大容量かつ低抵抗なキャパシタが用いられ得る。移動体200は、キャパシタに蓄えられた電力によってモータを駆動して移動することができる。
The moving
移動体200が移動すると、キャパシタの蓄電量(即ち充電量)が低下する。このため、移動を継続するためには、再充電が必要になる。そこで、移動体200は、移動中に充電量が所定の閾値を下回ると、送電装置100の近傍まで移動し、充電を行う。図1に示すように、複数の箇所に送電装置100が設置されていれば、移動体200は、最も近い送電装置100の近傍まで移動すればよいので、移動距離を短縮できる。
When the moving
このようなシステムは、前述のように、例えば工場内における物品の搬送用のシステムとして利用され得る。移動体200は、典型的には物品を積載する荷台を有し、工場内を自律的に移動して物品を必要な場所に搬送する台車として機能する。移動体システムは、工場に限らず、例えば店舗、病院、家庭、その他のあらゆる場所で利用され得る。また、移動体200は、AGVに限らず、他の産業機械またはサービスロボットであってもよい。移動体200は、例えば有人の車両、無人航空機(Unmanned Arial Vehicle:UAV、所謂ドローン)または掃除ロボットなどの、移動可能な機構を有する任意の機器であり得る。本開示における受電装置は、移動体に限定されない。電力伝送中に送電コイルと受電コイルとの相対位置が変化し得る任意の無線電力伝送システムに、本開示の技術を適用することができる。
Such a system can be used, for example, as a system for transporting articles in a factory, as described above. The moving
図2は、本実施形態における移動体200の一例を模式的に示す斜視図である。この移動体200は、側面に設置された受電コイルユニット205と、モータによって駆動される駆動輪207を含む複数の車輪と、物品を載せる荷台206とを備えている。受電コイルユニット205は、受電コイルを含む受電共振器を収納している。
FIG. 2 is a perspective view schematically illustrating an example of the moving
図3は、充電時における送電コイルユニット105と受電コイルユニット205との配置関係の一例を示す斜視図である。図3には、互いに直交するX、Y、Z方向を示すXYZ座標が示されている。以下の説明では、図に示された座標系を用いる。XY面は、水平面または床面に平行であり、移動体200が前進する方向をX軸の正方向、鉛直上方向をZ軸の正方向とする。
FIG. 3 is a perspective view illustrating an example of an arrangement relationship between the power transmitting
本願の図面に示されている構造物の向きは、説明のわかり易さを考慮して設定されており、本開示の実施形態が現実に実施されるときの向きを制限するものではない。また、図面に示されている構造物の全体または一部分の形状および大きさも、現実の形状および大きさを制限するものではない。 The orientation of the structure shown in the drawings of the present application is set in consideration of the clarity of the description, and does not limit the orientation when the embodiment of the present disclosure is actually implemented. Further, the shape and size of the whole or a part of the structure shown in the drawings do not limit the actual shape and size.
図3に示されるように、送電コイルユニット105における送電コイル112は、X方向に相対的に長くZ方向に相対的に短くなるように巻かれた導体線(巻線)を有する。受電コイルユニット205における受電コイル212も同様に、X方向に長くZ方向に短くなるように巻かれた導体線(巻線)を有する。図示されるように、本実施形態における送電コイル112および受電コイル212の形状およびサイズは非対称である。本実施形態においては、受電コイル212の巻線によって規定される領域の大きさは、送電コイル112の巻線によって規定される領域の大きさよりも小さい。
As shown in FIG. 3, the
電力伝送は、送電コイル112と受電コイル212とが対向している状態において行われる。より具体的には、送電コイル112の巻線によって規定される面と、受電コイル212の巻線によって規定される面(図示される例ではいずれもXZ面に平行)とが対向している状態で充電が行われる。これらの面が完全に平行である場合に限らず、相互に傾いていても充電は可能である。
Power transmission is performed in a state where the
本実施形態では、送電コイル112がX方向に長い形状を有しているため、移動体200がX方向に少しずれたとしても、コイル間の対向状態が維持され、高い効率での電力伝送を維持できる。
In the present embodiment, since the
移動体200は、各種のセンサを用いて、自機の位置および向き、ならびに送電コイル112の位置および向きを把握することができる。これにより、自機に最も近い送電装置100を特定し、その送電装置100の近傍に移動して高効率な電力伝送が可能な姿勢、すなわち、受電コイル212が送電コイル112に近接して対向する姿勢をとることができる。移動体200は、最も近い送電装置100が他の移動体200に給電中である場合は、次に近い送電装置100に移動してもよい。
The moving
以下、本実施形態の移動体システムの構成をより詳細に説明する。 Hereinafter, the configuration of the mobile system of the present embodiment will be described in more detail.
図4は、本実施形態の移動体システムの構成を示すブロック図である。 FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of the mobile system of the present embodiment.
送電装置100は、外部の直流(DC)電源50に接続されたインバータ回路120と、インバータ回路120に接続された送電共振器110と、インバータ回路120から出力される電圧を計測する電圧計測器130aと、インバータ回路120から出力される電流を計測する電流計測器130bと、インバータ回路120を制御する制御回路140と、移動体200の位置および/または動きを検出するセンサ150を備えている。送電共振器110は、前述の送電コイル112を含む。以下の説明において、電圧計測器130aおよび電流計測器130bをまとめて「計測器130」と呼ぶことがある。本実施形態における計測器130は、インバータ回路120から出力される電圧および電流を計測する。後述するように、電圧計測器130aは、インバータ回路120に入力される電圧を計測してもよい。同様に、電流計測器130bは、インバータ回路120に入力される電流を計測してもよい。
The
移動体(受電装置)200は、受電共振器210と、受電共振器210に接続された整流器(整流回路)220と、整流器220に接続されたキャパシタ230と、キャパシタ230に接続された蓄電素子245とを有している。受電共振器210は、前述の受電コイル212を含む。蓄電素子245は、電気二重層キャパシタまたはバッテリなどを含む。なお、送電装置100および移動体200は、図示されていない他の構成要素を備えていてもよい。また、移動体システムは、必ずしも図4に示されている構成要素の全てを備えている必要はなく、適宜省略することが可能である。
The moving body (power receiving device) 200 includes a
以下、各構成要素をより詳細に説明する。 Hereinafter, each component will be described in more detail.
<DC電源>
DC電源50は、所定の大きさの直流電圧を出力する電源である。DC電源50は、例えば商用交流電力を、送電装置100の動作電圧をもつ直流電力に変換して出力するコンバータを含み得る。<DC power supply>
The
<インバータ回路および制御回路>
インバータ回路120は、DC電源50から供給された直流電力を交流電力に変換する。インバータ回路120は、例えばフルブリッジインバータ回路であり得る。フルブリッジインバータ回路は、4つのスイッチング素子のスイッチングのタイミングを調整することによって所望の周波数および電圧値の交流電力を出力することができる。各スイッチング素子は、制御回路140から供給されるパルス信号に応じて導通および非導通の状態を切替える。<Inverter circuit and control circuit>
図5は、インバータ回路120および制御回路140の構成例を示す図である。図5に示されるインバータ回路120は、4つのスイッチング素子G1〜G4を有するフルブリッジインバータ回路の構成を有する。各スイッチング素子は、IGBT(Insulated−gate bipolar transistor)またはMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field−Effect Transistor)などのトランジスタであり得る。
FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration example of the
制御回路140は、制御IC142と、ゲートドライバ144と、メモリ143とを有する。制御IC142は、メモリ143に格納された制御プログラムを実行することにより、インバータ回路120に出力させる交流電力の電圧(実効値を意味する。以下同じ。)および周波数を決定する。本実施形態では特に、計測器130が計測した電圧V1および電流I1の値に基づいて、効率が最大になる電圧または周波数が決定される。この動作の詳細は、後述する。ゲートドライバ144は、制御IC142が決定した周波数およびデューティ比をもつパルス信号を、各スイッチング素子G1〜G4のゲートに供給する。これにより、各スイッチング素子G1〜G4の導通(オン)/非導通(オフ)の状態が制御される。なお、制御回路140の一部または全体は、例えばマイクロコンピュータ(マイコン)などの集積回路によって実現され得る。
The
4つのスイッチング素子G1〜G4のうち、スイッチング素子G1およびG4がオン(導通状態)のタイミングでは、DC電源50から供給された直流電圧と同じ極性の電圧がインバータ回路120から出力される。一方、スイッチング素子G2およびG3がオン(導通状態)のタイミングでは、DC電源50から供給された直流電圧と逆の極性の電圧がインバータ回路120から出力される。制御回路140は、各スイッチング素子G1〜G4に供給するパルス信号のタイミングを調整することにより、所望の周波数および電圧の交流電力をインバータ回路120に出力させる。
When the switching elements G1 and G4 among the four switching elements G1 to G4 are turned on (conducting state), a voltage having the same polarity as the DC voltage supplied from the
図6は、制御回路140からスイッチング素子G1〜G4に供給されるパルス信号、およびインバータ回路120から出力される電圧の波形の一例を示す図である。図6において、記号EはDC電源50から出力される電圧の大きさを表し、記号Tは周期を表している。インバータ回路120の出力電圧V1がDC電源50の出力電圧の大きさEと同じになる期間は、デューティ比dinvによって制御される。すなわち、制御回路140は、デューティ比dinvを調整することにより、出力電圧V1を正弦波で近似した交流電圧の振幅および実効値を調整することができる。FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a pulse signal supplied from the
なお、インバータ回路120は図5に示す構成に限定されない。例えば、ハーフブリッジ型の構成でもよい。その場合でも、2つのスイッチング素子に与えるゲート駆動パルスのタイミングを調整することにより、所望の交流電圧を出力することができる。インバータ回路120は、例えば市販の高周波電源装置によって実現され得る。
Note that the
<送電共振器および受電共振器>
図7は、送電共振器110および受電共振器210の等価回路を示す図である。送電共振器110は、送電コイル112によるインダクタンス成分(L1)と、キャパシタンス成分(C1)と、抵抗成分(R1)とを有する直列共振回路である。受電共振器210は、受電コイル212によるインダクタンス成分(L2)と、キャパシタンス成分(C2)と、抵抗成分(R2)とを有する直列共振回路である。キャパシタンス成分(C1およびC2)は、それぞれ、送電コイル112および受電コイル212の寄生容量成分であってもよいし、別途設けられたキャパシタによるものでもよい。<Transmitting and receiving resonators>
FIG. 7 is a diagram showing an equivalent circuit of the
送電共振器110の共振周波数と、受電共振器210の共振周波数とは、ほぼ同じ値に設定される。共振周波数は、特に限定されないが、例えば、5キロヘルツ(kHz)以上50メガヘルツ(MHz)以下に設定できる。共振周波数は、より好ましくは、10kHz以上1MHzである。各共振器は、直列共振回路に限らず、並列共振回路であってもよい。図示されている構成に限らず、例えば特許文献1に開示されているように、送電共振器110に電磁誘導によって結合する一次コイルと、受電共振器210に電磁誘導によって結合する二次コイルとを設けてもよい。
The resonance frequency of
図8Aは、送電コイル112および受電コイル212の形状および配置関係をより詳細に説明するための斜視図である。なお、図8Aは、図3の例よりも、送電コイル112のY方向の幅が小さい例を示している。図8Aに示す二点鎖線は、コイル112、212によって規定される面の法線を表している。図8Bは、送電コイル112をY方向から見た場合の形状を模式的に示している。図8Cは、受電コイル212をY方向から見た場合の形状を模式的に示している。
FIG. 8A is a perspective view for describing the shapes and arrangement of the
送電コイル112は、第1の導体線で巻かれた巻線であり、横方向に延びる第1の上側部分112aおよび第1の下側部分112bと、これらを繋ぐ円弧状の2つの部分とを含む。受電コイル212は、第2の導体線で巻かれた巻線であり、横方向に延びる第2の上側部分212aおよび第2の下側部分212bと、これらを繋ぐ円弧状の2つの部分とを含む。
The
送電コイル112の上側部分112aと下側部分112bとによって規定される第1の矩形面112c(図8B)、および、受電コイル212の第2の上側部分212aと第2の下側部分212bとによって規定される第2の矩形面212c(図8C)は、水平面に対して垂直または傾斜している。受電コイル112は、移動体200の側面に配置され、電力伝送時において、第2の矩形面212cが送電コイル112の第1の矩形面112cに対向する。
A first
送電コイル112および受電コイル212は、図示されている形状に限定されない。例えば、各コイルの形状は、矩形(正方形を含む)または楕円形(円形を含む)であってもよい。各コイル112、212の構造は、適用されるシステムの構成に応じて適宜変形してもよい。例えば、本実施形態では各コイル112、212は、X方向に延びた構造を有しているが、必ずしもこのような構造を有している必要はない。また、必ずしも送電コイル112が受電コイル212よりも大きいサイズを有している必要はない。送電コイル112と受電コイルとが同様の構造を有していてもよい。各コイル112の構造は、電力伝送が可能である限り、任意である。
The
<整流器、キャパシタ、蓄電素子>
図9は、整流器220、キャパシタ230、および蓄電素子245の構成例を示す図である。<Rectifier, capacitor, storage element>
FIG. 9 is a diagram illustrating a configuration example of the
整流器220は、図示されるように、ダイオードブリッジおよび平滑コンデンサを含む全波整流回路であり得る。整流器220は、他の種類の全波整流回路であってもよいし、半波整流回路であってもよい。整流器220は、受電共振器210からの交流電力を直流電力に変換して出力する。
キャパシタ230は、整流器220に並列に接続されている。キャパシタ230は、整流器220から蓄電素子245に供給される直流電圧の変動を緩和して安定化させるために設けられている。キャパシタ230は不要であれば省略してもよい。
蓄電素子245は、キャパシタ230に並列に接続されている。蓄電素子245は、例えばキャパシタまたはバッテリである。蓄電素子245は、キャパシタおよびバッテリの両方を有していてもよい。キャパシタとしては、例えば電気二重層キャパシタまたはリチウムイオンキャパシタを用いることができる。電気二重層キャパシタまたはリチウムイオンキャパシタは、内部抵抗が小さい(例えば数十mΩ)ため、大電流での充放電を低損失で行うことができる。このため、急速な充電が可能である。また、他の種類のキャパシタと比較して静電容量が大きいため、比較的長時間の連続放電が可能である。バッテリとして、例えばリチウムイオンバッテリなどの、エネルギ密度および充放電効率の高い二次電池を用いることができる。
<センサ>
センサ150は、移動体200の位置または動きを検出する。センサ150は、例えば光(可視光または近赤外線)を利用したセンサであり得る。センサ150は、計測器130の出力に基づいて移動体200の移動を検出するように構成されていてもよい。計測器130によって計測される電圧および電流の少なくとも一方の時間変化に基づいて、移動体200が移動しているか否かを判断することができる。<Sensor>
The
<動作>
次に、送電装置100の動作を説明する。<Operation>
Next, the operation of the
図10は、送電装置100が送電を開始する際の動作の一例を示すフローチャートである。この例における送電装置100の制御回路140は、電源が投入されると、微弱な送電を行い、受電装置である移動体200を検出する動作を実行する。移動体200が近傍に検出されると、制御回路140は、移動体200への給電を開始する。
FIG. 10 is a flowchart illustrating an example of an operation when the
図10の例において、制御回路140は、電圧V1を微小な値に設定して微弱送電を開始する(ステップS11)。その状態で、計測器130は、インバータ回路120から出力される電圧V1および電流I1を計測する(ステップS12)。制御回路140は、V1およびI1の値に基づいて、移動体200が受電可能な位置に存在するかを判断する(ステップS13)。移動体200が受電可能な位置に存在しない場合(ステップS14におけるNo)、制御回路140は微弱送電を停止する(ステップS15)。制御回路140は、時間T0が経過した後(ステップS16におけるYes)、再度ステップS11の動作を実行する。移動体200が受電可能な位置に存在する場合(ステップS14におけるYes)、制御回路140は、出力電圧V1を増加させて移動体200への給電を開始する。In the example of FIG. 10, the
ステップS13における受電装置の検出は、例えば、V1の値に依存する所定の基準値と、I1の値との差が閾値を超えているか否かに基づいて判断され得る。移動体200の接近に伴い、送電コイルと受電コイルとの相互インダクタンスが増加する。その影響により、送電装置100の回路内を流れる電流が変化する。その電流の変化に基づいて、移動体200の接近を検知できる。
The detection of the power receiving device in step S13 can be determined based on, for example, whether or not a difference between a predetermined reference value depending on the value of V1 and the value of I1 exceeds a threshold value. As the moving
図10の例では、送電装置100の回路内の電流および電圧に基づいて移動体200(受電装置)の接近が検知される。このような検知の方法以外にも、例えばセンサ150(図4参照)を利用して移動体200の接近を検知してもよい。
In the example of FIG. 10, the approach of the moving body 200 (power receiving device) is detected based on the current and the voltage in the circuit of the
<受電装置の状態の推定>
本実施形態における送電装置100は、移動体200への給電中に、移動体200から送信される情報を利用することなく、移動体200の状態を推定し、その状態に応じて伝送電力を適切に制御することができる。以下、その方法を具体的に説明する。<Estimation of power receiving device state>
The
以下の説明において、移動体200の状態を示す情報またはパラメータを「受電パラメータ」と称することがある。受電パラメータは、例えば、コイル間の相互インダクタンス、受電装置の回路内における電流、電圧、電力、インピーダンスのうちの少なくとも1つを含み得る。
In the following description, information or a parameter indicating the state of the
図11Aは、本実施形態における無線電力伝送システムの等価回路を示す図である。図11Aに示す等価回路は、図11Bのようにも表すことができる。図11Aおよび図11Bにおいて、送電共振器110に接続されたインバータ回路120などの構成要素(図4参照)は、まとめて1つの交流電源として表されている。また、受電共振器210に接続された整流器220などの構成要素は、まとめて1つの負荷として表されている。負荷の抵抗値をRLとする。受電共振器210に接続される整流回路などの構成要素は、実際には抵抗成分に加えてリアクタンス成分も有する。しかし、図11Aおよび図11Bでは、簡単のため、リアクタンス成分を無視し、負荷を抵抗として表している。伝送される交流電力の角周波数をωとし、相互インダクタンスをLmとする。角周波数ωは、インバータ回路120の駆動角周波数と同じである。FIG. 11A is a diagram illustrating an equivalent circuit of the wireless power transmission system according to the present embodiment. The equivalent circuit shown in FIG. 11A can also be represented as shown in FIG. 11B. 11A and 11B, components (see FIG. 4) such as the
以下の説明では、交流電圧および交流電流をフェーザ(phasor)表示で表す。つまり、電圧および電流を複素数として扱う。フェーザ表示において、電圧および電流の絶対値は、それぞれの実効値を表す。 In the following description, the AC voltage and the AC current are represented by phasor. That is, the voltage and the current are treated as complex numbers. In the phasor display, the absolute values of the voltage and the current represent their effective values.
交流電源の電圧および電流のフェーザ表示を、それぞれv1およびi1とする。交流電源の電圧および電流の実効値を、それぞれV1およびI1とすると、V1=|v1|およびI1=|i1|である。同様に、負荷の電圧および電流のフェーザ表示を、それぞれv2およびi2とすると、V2=|v2|およびI2=|i2|である。The phasor of the voltage and current of the AC power supply, and v 1 and i 1, respectively. The effective value of the voltage and current of the AC power supply, when V 1 and I 1 respectively, V 1 = | v 1 | and I 1 = | i 1 | is. Similarly, the phasor of the load voltage and current, when v 2 and i 2, respectively, V 2 = | v 2 | and I 2 = | i 2 | is.
図11Aおよび図11Bに示される電圧v1および電流i1は、インバータ回路120から出力される交流電力の電圧v1および電流i1をそれぞれ表す。負荷に入力される電圧v2および電流i2は、受電共振器210から出力される電圧および電流をそれぞれ表す。Voltage v 1 and the current i 1 is shown in FIGS. 11A and 11B, represents the voltage v 1 and the current i 1 of the AC power output from the
図11Aおよび図11Bに示す等価回路の回路方程式より、v1、i1、v2、およびi2は、以下の式(1)および(2)を満たす。
以下の説明では、ωが共振角周波数ω0=1/(L1C1)1/2=1/(L2C2)1/2に等しいものとする。ただし、共振条件ω=ω0が満たされていなくても、ωとω0とのずれが小さければ、以下の議論は有効である。例えば、|ω−ω0|/ω0の値が0.05以下であれば、以下の議論は十分に有効である。In the following description, it is assumed that ω is equal to the resonance angular frequency ω 0 = 1 / (L 1 C 1 ) 1/2 = 1 / (L 2 C 2 ) 1/2 . However, even if the resonance condition ω = ω 0 is not satisfied, the following discussion is valid if the deviation between ω and ω 0 is small. For example, if the value of | ω−ω 0 | / ω 0 is 0.05 or less, the following discussion is sufficiently effective.
v2=RLi2を式(2)に代入すると、共振条件ωL2=1/ωC2から、i2=j{ωLm/(R2+RL)}i1が得られる。この式は、i2の位相がi1の位相よりも90°進むことを示している。この式を用いて式(1)からi2を消去すると、v1={R1/ω2Lm2/(R2+RL)}i1が得られる。この式は、v1およびi1が、同じ位相を有することを示している。また、v2=RLi2から、v2およびi2は、同じ位相を有する。これらの位相関係から、共振条件下では、v1=V1ejθ、i1=I1ejθ、v2=jV2ejθ、およびi2=jI2ejθと表すことができる。ここでθは位相を表す。これらのv1、i1、v2、およびi2を式(1)および(2)に代入すると、V1、I1、V2、およびI2は、実数のみを含む以下の式(3)および(4)を満たす。
式(3)および(4)を解くと、以下の式(5)および(6)が得られる。
電圧の実効値V1は、例えば、送電装置100における電圧計測器130aによって計測された電圧のリアルタイムの波形を積分することによって得られる。同様に、電流の実効値I1は、送電装置100における電流計測器130bによって計測された電流のリアルタイムの波形を積分することによって得られる。The effective value V 1 of the voltage is obtained, for example, by integrating real-time waveform of the voltage measured by the
式(5)および(6)において、V2、I2およびLmの3つの未知のパラメータが存在する。式の数が未知のパラメータの数よりも少ないため、このままでは、V2、I2およびLmを計算することはできない。In the formula (5) and (6), three unknown parameters of V 2, I 2 and L m are present. Since the number of equations is smaller than the number of unknown parameters, V 2 , I 2 and L m cannot be calculated as they are.
そこで、本実施形態における送電装置100は、送電中に、送電電圧の値を変化させ、変化の前後で電圧および電流を計測する。2回の計測によって得られた電圧および電流の値から、Lm、V2、I2の少なくとも1つを推定することができる。以下、この推定方法をより具体的に説明する。Therefore, the
制御回路140は、送電中、インバータ回路120を駆動して送電コイル112から受電コイル122に送電する。この状態を第1の状態と称する。制御回路140は、第1の状態において、計測器130a、130bによってそれぞれ計測された電圧および電流の計測値を取得する。この計測値を第1の計測値と称する。次に、制御回路140は、インバータ回路120から出力される電圧の値を、第1の状態における電圧値とは異なる第2の値に変更する。この状態を第2の状態と称する。制御回路140は、第2の状態において、計測器130a、130bによってそれぞれ計測された電圧および電流の計測値を取得する。この計測値を第2の計測値と称する。
The
第1の計測値の取得から第2の計測値の取得までの時間が十分に短ければ、蓄電素子245の電圧V2の変化は小さい。例えば、第1の計測値の取得から第2の計測値の取得までの時間が0.1秒以下である場合、電圧V2の変動を0.1V以下に抑えることができる。このような場合、上記の2回の計測において、V2は一定であると仮定できる。If the time from acquisition of the first measurement to the acquisition of the second measured value is sufficiently short, the change of the voltage V 2 of the
第1の計測値から得られる、インバータ回路120から出力される交流電力の電圧および電流の実効値を、それぞれV10およびI10とする。第2の計測値から得られる、インバータ回路120から出力される交流電力の電圧の実効値および電流の実効値を、それぞれV11およびI11とする。V2が一定であると仮定すると、式(5)から、以下の式(7)および(8)が得られる。
また、式(6)から以下の式(9)が得られる。
式(7)から(9)を用いることにより、V2、I2およびLmの3つの未知のパラメータを計算することができる。By using equations (7) to (9), three unknown parameters of V 2 , I 2 and L m can be calculated.
式(7)および(8)からV2を消去すると、以下のLmの推定式(10)が得られる。
他方、式(7)から以下のV2の推定式(11)が得られる。On the other hand, the estimated equation V 2 of the following from equation (7) (11) is obtained.
さらに、式(9)および(11)から以下のI2の推定式(12)
が得られる。
Is obtained.
制御回路140は、式(10)から(12)の演算によって相互インダクタンスLm、受電電圧V2、および受電電流I2を推定することができる。これにより、送電装置100および移動体200の間で通信することなく、送電装置100における電圧および電流の情報から、受電装置のパラメータを推定することができる。The
制御回路140は、推定した受電装置のパラメータに基づいて、例えばV2およびI2の一方または両方が所望の値になるように、インバータ回路120から出力される交流電力の電圧値(第3の電圧値)を決定し、決定した電圧値で送電を継続する。これにより、移動体200が送電中に移動する場合でも、給電を最適化することができる。例えば、伝送効率の低下を抑制したり、給電を安定化したりすることができる。
図5に示すメモリ143には、Lm、V2、I2の少なくとも1つのパラメータと、インバータ回路120から出力されるべき電圧V1との対応関係を規定するテーブルまたは数式などのデータが予め格納されている。制御回路140は、当該データを参照することにより、推定したパラメータから、電圧V1の変更後の値を決定することができる。当該データは、第1の計測値から得られる電圧V10および電流I10と、第2の計測値から得られる電圧V11および電流I11との組み合わせと、送電すべき電圧V1との対応関係を規定していてもよい。その場合には、制御回路140は、式(10)から(12)の演算を行うことなく、当該データを参照することにより、V10、I10、V11、I11の組み合わせから送電すべき電圧V1を決定することができる。In a
制御回路140は、当該データを参照して、第1の計測値から得た電圧の実効値V10および電流の実効値I10と、第2の計測値から得た電圧の実効値V11および電流の実効値I11との組み合わせから、相互インダクタンスLmなどの受電パラメータを推定する。The
メモリ143には、移動体200における電圧V2と、蓄電素子245の充電量との関係を規定するデータが格納されていてもよい。制御回路140は、当該データを参照して、電圧V2から蓄電素子245の充電量を推定することができる。制御回路140は、充電量が基準値以上であれば、送電装置100から移動体200への給電を停止する、といった制御を行うことができる。The
制御回路140は、受電パラメータを、例えば周期T1ごとに推定する。周期T1は、例えば数ミリ秒(ms)から数秒程度の範囲の値に設定され得る。ある例において、周期T1は100ms程度の時間に設定され得る。制御回路140は、パラメータの推定値が、前回推定したときの値から変化した場合には、インバータ回路120から出力される電圧V1を変化させ、それ以外の場合には、電圧V1を維持する。パラメータの推定値が変化したか否かは、今回の推定値と前回の推定値との差または変化率が、所定の閾値を超えているか否かによって決定され得る。例えば、制御回路140は、推定した相互インダクタンスLmなどのパラメータの値と、前回推定したときの同じパラメータの値との差または変化率が閾値を超えている場合のみ、電圧V1を変化させる。The
以下、図12を参照しながら、本実施形態における送電時のパラメータ推定処理を説明する。図12は、本実施形態における送電時の動作を示すフローチャートである。制御回路140は、受電装置の状態を推定する際、まず、インバータ回路120に第1の電圧値を有する交流電力を出力させる(ステップS101)。第1の電圧値は、本実施形態では、既に行っている送電中の交流電圧の実効値である。制御回路140は、その状態で計測器130によって計測された第1の計測値を取得する(ステップS102)。第1の計測値は、前述のV10およびI10に相当する。V10およびI10は実効値であるため、計測器130から出力される計測値が瞬時値である場合、制御回路140は、必要な演算を行って電圧の実効値V10および電流の実効値I10を得る。Hereinafter, the parameter estimation processing at the time of power transmission in the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 12 is a flowchart illustrating an operation at the time of power transmission in the present embodiment. When estimating the state of the power receiving device, the
次に、制御回路140は、インバータ回路120に、第1の電圧値とは異なる第2の電圧値を有する交流電力を出力させる(ステップS103)。つまり、送電電圧V1をそれまでの第1の電圧値とは異なる第2の電圧値に変更する。第2の電圧値は、第1の電圧値との差が、ノイズ成分の大きさよりも大きくなる値に設定される。例えば、第2の電圧値は第1の電圧値の半分程度の値に設定され得る。第2の電圧値は第1の電圧値よりも大きい値に設定されてもよい。Next, the
制御回路140は、その状態で、電圧および電流の第2の計測値を取得する(ステップS104)。第2の計測値は、前述のV11およびI11に相当する。V11およびI11は実効値であるため、計測器130から出力される計測値が瞬時値である場合、制御回路140は、必要な演算を行って電圧の実効値V11および電流の実効値I11を得る。The
次に、制御回路140は、第1の計測値(V10、I10)および第2の計測値(V11、I11)を用いた演算により、受電装置の状態を示すパラメータLm、V2、I2を計算する(ステップS105)。この計算は、前述の式(10)〜(12)を用いて行われる。続いて制御回路140は、メモリ143に格納されたテーブル等のデータを参照して、推定したパラメータLm、V2、I2の値から、インバータ回路120に出力させる交流電力の第3の電圧値を決定する(ステップS106)。制御回路140は、インバータ回路120に、第3の電圧値を有する交流電力を出力させて送電を継続する(ステップS107)。その後、制御回路140は、前回の計測から時間T1が経過したかを判断する(ステップS108)。時間T1が経過した場合、再びステップS102からS107の動作が実行される。この際、先の第3の電圧値は、新たな第1の電圧値として扱われる。各回の処理における第1から第3の電圧値は、前回の値とは異なる値であり得る。Next, the
第3の電圧値は、推定したパラメータLm、V2、I2の値が前回の値から変化していない場合、第1の電圧値と同一の値に設定される。他方、推定したパラメータLm、V2、I2の値が前回の値から変化している場合、第3の電圧値は第1の電圧値とは異なる値に設定される。The third voltage value is set to the same value as the first voltage value when the estimated values of the parameters L m , V 2 , and I 2 have not changed from the previous values. On the other hand, when the values of the estimated parameters L m , V 2 , and I 2 have changed from the previous values, the third voltage value is set to a value different from the first voltage value.
図13Aは、インバータ回路120の出力電圧V1の時間変化の一例を示す図である。図13Aの例では、1回目の推定の後には電圧V1は変化していない、すなわち、第3の電圧値は第1の電圧値と同じ値に設定されている。他方、2回目および3回目の推定の後には電圧V1が変化している、すなわち、第3の電圧値は第1の電圧値とは異なる値に設定されている。Figure 13A is a diagram showing an example of a time variation of the output voltage V 1 of the
図13Aに示すように、ステップS102における第1の計測値(V10、I10)の取得に要する時間をtaとする。ステップS104における第2の計測値(V11、I11)の取得に要する時間をtbとする。ステップS105およびS106におけるパラメータ推定および第3の電圧値の決定に要する時間をtcとする。図13Aの例では、第1の計測値を取得した後、第3の電圧値を決定するまでの時間tb+tcにおいて、制御回路140は、電圧V1を第2の電圧値に設定している。この例に限定されず、制御回路140は、第2の計測値を取得した後、電圧V1を第1の計測値に一旦戻してからステップS105およびS106の動作を行ってもよい。図13Bは、そのような動作の例を示している。図13Bに示す例では、電圧V1が第2の計測値に設定される時間はtbであり、その後の時間tcにおいて、受電装置のパラメータの推定および第3の電圧値の決定が行われる。As shown in FIG. 13A, the time required for the acquisition of the first measurement value in step S102 (V 10, I 10) and t a. Second measurement value in step S104 the time required for acquisition of the (V 11, I 11) and t b. Step S105 and S106 the time required for the determination of the parameter estimation and the third voltage value at the t c. In the example of FIG. 13A, after acquiring the first measurement value, the
上記の推定方法は、移動体200への給電開始時および給電中のいずれにおいても適用できる。
The above estimation method can be applied both at the start of power supply to the
<受電パラメータのリアルタイム推定>
上記の例では、例えば図13Aに示すように、2回の計測による受電パラメータの推定から、再び2回の計測が始まるまで、インバータ回路120から出力される交流電力の電圧値は一定に保たれる。より短い周期T1で受電パラメータを推定して、インバータ回路120から出力される交流電力の電圧値を変更すれば、移動体200の動作を、よりきめ細かに制御することができる。しかし、2回の計測および受電パラメータの推定には、ta+tb+tcの時間を要する。また、頻繁に第2の状態にすると、移動体200の動作に影響を与える可能性がある。<Real-time estimation of power reception parameters>
In the above example, as shown in FIG. 13A, for example, the voltage value of the AC power output from the
そこで、2回の計測による受電パラメータの推定は比較的長い周期T1で行い、さらに短い周期T2で、1回の計測による受電パラメータの推定を行ってもよい。周期T2は周期T1よりも短く、例えばT2/T1は、1/1000以上1/10以下に設定され得る。T1は、例えばT2の整数倍であり得る。ある例では、周期T1は100ms程度であり、周期T2は1ms程度に設定される。以下の説明において、周期T2のような十分に短い時間間隔で行われる受電パラメータの推定を、リアルタイム推定と称する。Therefore, estimation of the power reception parameters by two measurements is carried out at a relatively long period T 1, further short period T 2, may be performed to estimate the power reception parameters by one measurement. Period T 2 are shorter than the period T 1, for example, T 2 / T 1 may be set to 1/10 or less 1/1000 or more. T 1 can be, for example, an integer multiple of T 2 . In one example, the period T 1 is about 100 ms, the period T 2 are set to about 1 ms. In the following description, the estimation of the power receiving parameters performed in a sufficiently short time interval such as the period T 2, referred to as real-time estimation.
図14Aは、2回の計測に基づく推定と、リアルタイム推定とのタイミングの例を示す図である。図14Aにおいて、2回の計測に基づく推定を推定1と称し、1回の計測に基づく推定(リアルタイム推定)を推定2と称している。図示されるように、推定2は、推定1よりも高い頻度で実行される。
FIG. 14A is a diagram illustrating an example of timings of estimation based on two measurements and real-time estimation. In FIG. 14A, estimation based on two measurements is referred to as
リアルタイム推定においては、送電中に移動体200が移動している場合と静止している場合とで異なる方法が適用される。移動体200が移動している場合、送電コイルと受電コイルとの相対位置が変化するため、相互インダクタンスLmが変化し得る。一方、時間T2の間に受電電圧V2は大きくは変化しない。そこで、式(5)を変形した以下の式(13)を用いて、V2が一定であるものとして、相互インダクタンスLmだけをリアルタイムに推定することができる。
式(13)において、V1およびI1は、計測器130a、130bによるリアルタイムの計測から得られる。V2は、リアルタイム推定を行う前に、式(11)の演算によって得られた値である。制御回路140は、周期T2ごとに、式(13)を用いて、Lmをリアルタイムに推定することができる。この場合、変化の小さいV2は周期T1ごとに推定され、変化の大きいLmは、より短い周期T2ごとに推定される。In equation (13), V 1 and I 1 are obtained from real-time measurements by measuring
この例では、制御回路140は、受電装置が送電装置100に対して移動しているとき、周期T1ごとに、第1および第2の計測値を用いた演算により、相互インダクタンスLm、および受電コイルから出力される電圧V2を推定する第1の処理を実行する。そして、周期T1よりも短い周期T2ごとに、前回の第1の処理において推定された電圧V2の値を用いて、式(13)の演算によって相互インダクタンスLmを推定する。受電装置が送電装置100に対して移動していることは、センサ150によって検出することができる。In this example, the
送電中に移動体200が停止している場合には、相互インダクタンスLmは変化しないが、受電電圧V2は変化し得る。特に、送電開始時に蓄電素子245における充電量がほぼゼロである場合、V2は大きく変化し得る。そこで、移動体200が停止している場合には、Lmが一定であるものとして、式(11)と同じ以下の式(14)を用いて、V2だけをリアルタイムに推定することができる。
式(14)において、V1およびI1は、計測器130a、130bによるリアルタイムの計測から得られる。Lmは、リアルタイム推定を行う前に、式(10)の演算によって得られた値である。制御回路140は、周期T2ごとに、式(14)を用いて、V2をリアルタイムに推定することができる。この場合、変化の小さいLmは周期T1ごとに推定され、変化の大きいV2は、より短い周期T2ごとに推定される。In equation (14), V 1 and I 1 are obtained from real-time measurements by measuring
この例では、制御回路140は、受電装置が送電装置100に対して静止しているとき、周期T1ごとに、第1および第2の計測値を用いた演算により、相互インダクタンスLm、および前記受電コイルから出力される電圧V2を推定する第1の処理を実行する。そして、制御回路140は、周期T1よりも短い周期T2ごとに、前回の第1の処理において推定された相互インダクタンスLmの値を用いて、式(14)の演算によって前記電圧V2を推定する。受電装置が送電装置100に対して静止していることは、センサ150によって検出することができる。In this example, the
このように、リアルタイム推定では、Lm、V2およびI2などの受電パラメータのうち、変化の小さいパラメータは一定であると仮定し、それ以外の変化の大きいパラメータは、リアルタイムに推定される。変化の小さいパラメータには、リアルタイム推定の開始前に行われた2回の計測による推定パラメータが用いられる。As described above, in the real-time estimation, among the receiving parameters such as L m , V 2, and I 2 , it is assumed that a parameter having a small change is constant, and other parameters having a large change are estimated in real time. As the parameter having a small change, an estimation parameter obtained by two measurements performed before the start of the real-time estimation is used.
図14Bは、周期T2でリアルタイム推定を行って電圧V1を制御する場合の電圧V1の時間変化の一例を示す図である。図示されるように、この例における制御回路140は、リアルタイム推定によって推定した受電パラメータに基づいて、周期T2ごとに、インバータ回路120から出力される交流電力の電圧値を決定する。制御回路140は、前回推定したパラメータと、新しく推定したパラメータとの差または変化率が所定の値を超えたとき、電圧V1を変更する。これにより、移動体200の動作を、よりきめ細かに制御することができる。14B is a diagram showing an example of a time variation of the voltage V 1 of the case of controlling the voltages V 1 performs real-time estimated by the period T 2. As shown, the
図15は、周期T1ごとに行われる2回の計測による推定と、周期T2ごとに行われるリアルタイム推定とを組み合わせた動作の一例を示すフローチャートである。図15におけるステップS202からS205は、2回の計測に基づく推定処理を示している。ステップS211からS214は、リアルタイム推定処理を示している。Figure 15 is a flowchart showing the estimation by two measurements performed every cycle T 1, an example of operation of a combination of a real-time estimation performed in every cycle T 2. Steps S202 to S205 in FIG. 15 show an estimation process based on two measurements. Steps S211 to S214 show a real-time estimation process.
この例における制御回路140は、周期T1よりも短い周期T2ごとに、ステップS211からS214のリアルタイム推定処理を実行する。制御回路140は、ステップS211において、前回のリアルタイム推定処理の開始から時間T2が経過したかを判断する。この判断がYesの場合、制御回路140は、ステップS212において、計測器によって計測された電圧および電流の計測値V1、I1を取得する。ステップS213において、制御回路140は、受電パラメータを推定する。前述のように、移動体200が移動している場合は受電電圧V2が一定であると仮定し、式(13)の演算によって相互インダクタンスLmを推定する。逆に、移動体200が静止している場合は、相互インダクタンスLmが一定であると仮定し、式(14)の演算によって受電電圧V2を推定する。制御回路140は、ステップS214において、推定した受電パラメータに基づいて、テーブルなどを参照して、次に設定すべき送電電圧V1の値を決定する。The control circuit in this example 140, in every cycle T 2 shorter than the period T 1, to perform a real-time estimation process in S214 from step S211.
制御回路140は、前回のステップS202から時間T1が経過するまで、ステップS211からS214を繰り返す。時間T1が経過すると、ステップS202からS205を実行し、送電電圧V1の更新値を決定する。ステップS202からS205の処理は、図12を参照して説明した処理と同様であるため、説明を省略する。
以上の動作により、送電中に受電装置との間で通信を行うことなく、受電パラメータの推定を高い頻度で行うことができる。 According to the above operation, power reception parameters can be estimated with high frequency without performing communication with the power receiving device during power transmission.
<電流および電圧の変換>
上記の推定方法において用いられる電圧の実効値V1および電流の実効値I1は、角周波数ωを有する正弦波信号の実効値である。しかし、インバータ回路120から出力される電圧は正弦波とは限らず、矩形波の場合もある。そのような場合、制御回路140は、計測器130によって計測された値を適宜変換した上で前述の演算を行う。<Current and voltage conversion>
The effective value I 1 of the effective value V 1 and current of the voltage used in the above estimation method is the effective value of the sine wave signal having an angular frequency omega. However, the voltage output from the
インバータ回路120から出力される電圧の波形は、矩形波であり得る。一方、インバータ回路120から出力される電流の波形は、ほぼ正弦波であると考えることができる。上記電圧が、最大値V1mおよび最小値−V1mを有する周期2π/ωの矩形波であるものとする。計測器130aから得られる電圧の実効値をV1mとし、計測器130bから得られる電流の実効値をI1mとする。The waveform of the voltage output from the
矩形波の電圧の実効値V1mを、正弦波の電圧の実効値V1としてそのまま用いることはできない。矩形波をフーリエ(Fourier)級数展開し、角周波数ωの正弦波の成分を有する項21/2V1×sin(ωt+θ)の係数V1を導出することが必要である。これにより、V1=((2×21/2)/π)V1mとすればよいことがわかる。一方、インバータ回路120から出力される電流は正弦波として扱えることから、I1=I1mとすることができる。The effective value V 1 m of the voltage of the rectangular wave, can not be used as it is as an effective value V 1 of the voltage sine wave. It is necessary to expand the square wave to a Fourier series to derive a coefficient V 1 of a term 2 1/2 V 1 × sin (ωt + θ) having a sine wave component of the angular frequency ω. This indicates that V 1 = ((2 × 2 1/2 ) / π) V 1m should be satisfied. On the other hand, since the current output from the
受電装置における、蓄電素子145の直流電圧値V2dcおよび直流電流値I2dcと、受電共振器からの出力電圧の実効値V2および出力電流の実効値I2との換算について説明する。 Conversion of DC voltage value V 2dc and DC current value I 2dc of power storage element 145 and effective value V 2 of output voltage from power receiving resonator and effective value I 2 of output current in power receiving device will be described.
図4および図9に示すように、受電共振器210から出力された交流電力は、整流器220およびキャパシタ230を介して、直流電力として蓄電素子245に蓄電される。蓄電素子245において、直流電圧値は、V2dc=(π/(2×21/2))V2と推定され、直流電流値は、I2dc=((2×21/2)/π)I2と推定される。したがって、V2、I2ではなく、V2dc、I2dcを推定して送電制御を行う場合、制御回路140は、上記の式に基づいて、V2、I2を、V2dc、I2dcに変換すればよい。As shown in FIGS. 4 and 9, AC power output from
計測器130a、130bの配置、または蓄電素子245の部分構成が本実施形態における構成とは異なっていてもよい。その場合でも、計測された電圧の実効値および電流の実効値を、適切な式を用いて換算することにより、本実施形態における処理を適用することができる。
The arrangement of measuring
図16Aから図16Cは、電圧計測器130aおよび電流計測器130bの配置の他の例を示している。図16Aは、電圧計測器130aが、DC電源50とインバータ回路120との間に接続されている例を示す模式図である。図16Bは、電流計測器130bがDC電源50とインバータ回路120との間に接続されている例を示す模式図である。図16Cは、電圧計測器130aおよび電流計測器130bの両方がDC電源50とインバータ回路120との間に接続されている例を示す模式図である。
16A to 16C show another example of the arrangement of the
図16Aの例では、電圧計測器130aは、インバータ回路120に入力される電圧を計測する。電圧計測器130aから得られる電圧の実効値V1mを用いて、インバータ回路120から出力される交流電圧の実効値は、V1=((2×21/2)/π)V1mの演算によって得ることができる。In the example of FIG. 16A, the
図16Bの例では、電流計測器130bは、インバータ回路120に入力される電流を計測する。電流計測器130bから得られる電流の実効値I1mを用いて、インバータ回路120から出力される交流電流の実効値は、I1=(π/(2×21/2))I1mの演算によって得ることができる。In the example of FIG. 16B, the
図16Cの例では、電圧計測器130aおよび電流計測器130bは、インバータ回路120に入力される電圧および電流をそれぞれ計測する。この例では、インバータ回路120から出力される交流電圧の実効値はV1=((2×21/2)/π)V1mの演算によって得られ、交流電流の実効値はI1=(π/(2×21/2))I1mの演算によって得ることができる。In the example of FIG. 16C, the
図17Aは、キャパシタ230と蓄電素子245との間に、DC−DCコンバータ250が接続されている例を示す模式図である。図17Bは、図17Aの構成における蓄電素子245の代わりにモータなどの負荷抵抗240が配置されている例を示す模式図である。これらの例において、DC−DCコンバータ250から出力される直流電力の電圧および電流に基づいて送電制御を行ってもよい。その場合、制御回路140は、前述の処理によって計算したV2、I2の値から、DC−DCコンバータ250から出力される電圧および電流を計算する。DC−DCコンバータ250のデューティ比Dが一定の場合、蓄電素子245、または負荷抵抗240において、直流電圧値は、V2dc=(π/(2×21/2))V2Dと推定される。直流電流値は、I2dc=((2×21/2)/π)I2/Dと推定される。FIG. 17A is a schematic diagram illustrating an example in which a DC-
<効果>
本実施形態によれば、受電装置から送電装置100への通信を行うことなく、受電装置の位置、インピーダンスなどの状態に応じて伝送電力を適切に制御することができる。このため、例えば工場または道路などの使用環境において生じる通信干渉などの影響を排除することができる。また、通信前の接続および承認による時間ロスも生じない。さらに、電装置100および移動体200の両方において、無線機器を搭載する必要がないため、システムのメンテナンス性の向上と、小型化および低コスト化とを図ることができる。<Effect>
According to the present embodiment, the transmission power can be appropriately controlled according to the position of the power receiving device, the state of the impedance, and the like without performing communication from the power receiving device to the
送電装置および受電装置は、送電中のフィードバック制御とは異なる目的のために通信機器を搭載していてもよい。例えば、送電を開始する前に、送電装置と受電装置との位置合わせを行うために通信が行われる形態も、本開示に含まれる。 The power transmitting device and the power receiving device may include a communication device for a purpose different from feedback control during power transmission. For example, a form in which communication is performed to perform alignment between the power transmitting device and the power receiving device before starting power transmission is also included in the present disclosure.
上記の説明における式(10)〜(12)、(13)、(14)に基づく処理は例示であり、適宜変形して利用することができる。例えば、誤差が小さくなるように必要に応じて式を補正して利用してもよい。 The processing based on the expressions (10) to (12), (13), and (14) in the above description is an example, and can be appropriately modified and used. For example, the formula may be corrected and used as necessary so that the error is reduced.
本開示の技術は、例えば無人搬送車(AGV)などの移動体への無線電力伝送システムに適用され得る。本開示の技術は、他の産業機械、マルチコプター、サービスロボット等にも適用できる。 The technology of the present disclosure can be applied to a wireless power transmission system to a mobile body such as an automatic guided vehicle (AGV). The technology of the present disclosure can be applied to other industrial machines, multicopters, service robots, and the like.
50・・・直流(DC)電源 100・・・無線送電装置 105・・・送電コイルユニット 110・・・送電共振器 112・・・送電コイル 112a・・・第1の上側部分 112b・・・第1の下側部分 112c・・・第1の矩形面 120・・・インバータ回路 130・・・電流計測器 140・・・制御回路 142・・・制御IC 143・・・メモリ 144・・・ゲートドライバ 150・・・センサ 200・・・移動体 205・・・受電コイルユニット 207・・・駆動輪 210・・・受電共振器 212・・・受電コイル 212a・・・第2の上側部分 212b・・・第2の下側部分 212c・・・第2の矩形面 220・・・整流器 230・・・キャパシタ 240・・・モータ等の負荷抵抗 245・・・蓄電素子 250・・・DC−DCコンバータ
50: Direct current (DC) power supply 100: Wireless power transmitting device 105: Power transmitting coil unit 110: Power transmitting resonator 112:
Claims (14)
インバータ回路と、
前記インバータ回路に接続された送電共振器と、
前記インバータ回路に入力される電圧および前記インバータ回路から出力される電圧の一方、ならびに前記インバータ回路に入力される電流および前記インバータ回路から出力される電流の一方を計測する計測器と、
前記インバータ回路を制御する制御回路と、を備え、
前記制御回路は、
前記インバータ回路から第1の電圧値を有する交流電力を出力させて前記送電共振器から前記受電共振器に送電している状態で、前記計測器によって計測された電圧および電流の第1の計測値を取得し、
前記インバータ回路から出力される前記交流電力の電圧値を前記第1の電圧値とは異なる第2の電圧値に変更した状態で、前記計測器によって計測された電圧および電流の第2の計測値を取得し、
前記第1および第2の計測値を用いた演算を含む処理により、第3の電圧値を決定し、
前記インバータ回路から前記第3の電圧値を有する交流電力を出力させて送電を継続する、送電装置。A power transmitting device that wirelessly transmits power to a power receiving device including a power receiving resonator,
An inverter circuit,
A power transmission resonator connected to the inverter circuit,
A measuring instrument for measuring one of a voltage input to the inverter circuit and a voltage output from the inverter circuit, and one of a current input to the inverter circuit and a current output from the inverter circuit;
A control circuit for controlling the inverter circuit,
The control circuit includes:
A first measurement value of a voltage and a current measured by the measuring device in a state where the inverter circuit outputs AC power having a first voltage value and transmits power from the power transmitting resonator to the power receiving resonator. And get
In a state where the voltage value of the AC power output from the inverter circuit is changed to a second voltage value different from the first voltage value, a second measurement value of a voltage and a current measured by the measuring device And get
A third voltage value is determined by a process including an operation using the first and second measurement values,
A power transmission device that outputs AC power having the third voltage value from the inverter circuit to continue power transmission.
前記第1および第2の計測値を用いた前記演算により、前記受電装置の状態を示す1つ以上のパラメータの値を推定し、
前記1つ以上のパラメータの値と、前記インバータ回路から出力すべき電圧の値との対応関係を規定するデータを参照して、推定した前記パラメータの値から、前記第3の電圧値を決定する、請求項1に記載の送電装置。The control circuit includes:
By the calculation using the first and second measurement values, the value of one or more parameters indicating the state of the power receiving device is estimated,
The third voltage value is determined from the estimated parameter value with reference to data defining the correspondence between the value of the one or more parameters and the value of the voltage to be output from the inverter circuit. The power transmission device according to claim 1.
前記第1および第2の計測値の取得および前記第3の電圧値の決定を、周期T1ごとに実行し、
前記第1および第2の計測値から推定される前記受電装置の状態を示す前記1つ以上のパラメータの値が、前回推定したときの前記パラメータの値から変化したとき、前記第3の電圧値を前記第1の電圧値とは異なる値に設定し、
前記パラメータの値が、前回推定したときの前記パラメータの値と同一であるとき、前記第3の電圧値を前記第1の電圧値と同一の値に設定する、請求項2に記載の送電装置。The control circuit includes:
Determination of the acquisition and the third voltage value of the first and second measurement values, run in every cycle T 1,
When the value of the one or more parameters indicating the state of the power receiving device estimated from the first and second measured values changes from the value of the parameter estimated last time, the third voltage value Is set to a value different from the first voltage value,
The power transmission device according to claim 2, wherein the third voltage value is set to the same value as the first voltage value when the value of the parameter is the same as the value of the parameter estimated last time. .
前記第1の計測値から得られる、前記インバータ回路から出力される電圧および電流の実効値を、それぞれV10およびI10とし、
前記第2の計測値から得られる、前記インバータ回路から出力される電圧および電流の実効値を、それぞれV11およびI11とし、
前記相互インダクタンスをLmとし、
前記送電共振器の抵抗値をR1とし、
前記受電共振器の抵抗値をR2とし、
前記インバータ回路の駆動角周波数をωとするとき、
前記制御回路は、
Obtained from the first measurement value, the effective value of the voltage and current output from the inverter circuit, and V 10 and I 10, respectively,
The effective values of the voltage and current output from the inverter circuit obtained from the second measurement value are V 11 and I 11 , respectively.
The mutual inductance and L m,
The resistance value of the power transmission resonator and R 1,
The resistance value of the power receiving resonator is R 2 ,
When the driving angular frequency of the inverter circuit is ω,
The control circuit includes:
前記受電共振器から出力される電圧をV2とし、
前記受電共振器から出力される電流をI2とするとき、
前記制御回路は、
The voltage output from the power receiving resonator is V 2 ,
When the current output from the power reception resonator and I 2,
The control circuit includes:
周期T1ごとに、前記第1および第2の計測値を用いた前記演算により、前記相互インダクタンスLm、および前記受電共振器から出力される電圧V2を推定する第1の処理を実行し、
前記周期T1よりも短い周期T2ごとに、前回の前記第1の処理において推定された前記電圧V2の値を用いて、
In every cycle T 1, by the operation using the first and second measurement values, executes a first process of estimating the mutual inductance L m, and the voltage V 2 output from the power reception resonator ,
Wherein in every cycle T 2 shorter than the period T 1, by using the estimated value of the voltage V 2 in the first process of the previous,
周期T1ごとに、前記第1および第2の計測値を用いた前記演算により、前記相互インダクタンスLm、および前記受電共振器から出力される電圧V2を推定する第1の処理を実行し、
前記周期T1よりも短い周期T2ごとに、前回の前記第1の処理において推定された前記相互インダクタンスLmの値を用いて、
In every cycle T 1, by the operation using the first and second measurement values, executes a first process of estimating the mutual inductance L m, and the voltage V 2 output from the power reception resonator ,
Wherein in every cycle T 2 shorter than the period T 1, by using the value of the mutual inductance L m estimated in the first process of the previous,
前記制御回路は、前記複数のスイッチング素子の各々に、導通/非導通の状態を決定するパルス信号を供給し、前記パルス信号のデューティ比を調整することにより、前記インバータ回路から出力される前記交流電力の電圧値を制御する、請求項1から10のいずれかに記載の送電装置。The inverter circuit has a plurality of switching elements,
The control circuit supplies a pulse signal for determining a conduction / non-conduction state to each of the plurality of switching elements, and adjusts a duty ratio of the pulse signal to thereby control the AC output from the inverter circuit. The power transmission device according to claim 1, wherein the power transmission device controls a voltage value of electric power.
前記受電装置と、を備える、無線電力伝送システム。A power transmission device according to any one of claims 1 to 11,
And a power receiving device.
前記送電装置は、
インバータ回路と、
前記インバータ回路に接続された送電共振器と、
前記インバータ回路に入力される電圧および前記インバータ回路から出力される電圧の一方、ならびに前記インバータ回路に入力される電流および前記インバータ回路から出力される電流の一方を計測する計測器と、
前記インバータ回路を制御する制御回路と、を備え、
前記プログラムは、前記制御回路に、
前記インバータ回路から第1の電圧値を有する交流電力を出力させて前記送電共振器から前記受電共振器に送電している状態で、前記計測器によって計測された電圧および電流の第1の計測値を取得し、
前記インバータ回路から出力される前記交流電力の電圧値を前記第1の電圧値とは異なる第2の電圧値に変更した状態で、前記計測器によって計測された電圧および電流の第2の計測値を取得し、
前記第1および第2の計測値を用いた演算を含む処理により、第3の電圧値を決定し、
前記インバータ回路から前記第3の電圧値を有する交流電力を出力させて送電を継続することを実行させる、プログラム。A program used in a power transmitting device that wirelessly transmits power to a power receiving device including a power receiving resonator,
The power transmission device,
An inverter circuit,
A power transmission resonator connected to the inverter circuit,
A measuring instrument for measuring one of a voltage input to the inverter circuit and a voltage output from the inverter circuit, and one of a current input to the inverter circuit and a current output from the inverter circuit;
A control circuit for controlling the inverter circuit,
The program includes:
A first measurement value of a voltage and a current measured by the measuring device in a state where the inverter circuit outputs AC power having a first voltage value and transmits power from the power transmitting resonator to the power receiving resonator. And get
In a state where the voltage value of the AC power output from the inverter circuit is changed to a second voltage value different from the first voltage value, a second measurement value of a voltage and a current measured by the measuring device And get
A third voltage value is determined by a process including an operation using the first and second measurement values,
A program for causing the inverter circuit to output AC power having the third voltage value and to continue power transmission.
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