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. Patent Documents 1 and 2 disclose examples of a non-contact power supply system. In the systems of Patent Documents 1 and 2, information such as a received voltage is fed back from a power receiving device to a power transmitting device using wireless communication, and the power transmitting device controls transmission power based on the information.

国際公開第WO2012/073349号International Publication No. WO2012 / 073349 国際公開第WO2014/148144号International Publication No. WO2014 / 148144

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 Patent Literatures 1 and 2, communication for feeding back information from the power receiving device to the power transmitting device is required. Embodiments of the present disclosure provide a technique for appropriately controlling transmission power according to the state of a power receiving device without performing such communication.

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.

図1は、本開示の例示的な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。FIG. 1 is a diagram for describing an overview of a mobile system according to an exemplary embodiment of the present disclosure. 図2は、本開示の例示的な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。FIG. 2 is a perspective view schematically illustrating an example of the moving body 200 according to the exemplary embodiment of the present disclosure. 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。FIG. 3 is a perspective view illustrating an example of an arrangement relationship between the power transmitting coil unit 105 and the power receiving coil unit 205 during charging. 図4は、本開示の例示的な実施形態における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 illustrating a configuration of the mobile system according to the exemplary embodiment of the present disclosure. 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。FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration example of the inverter circuit 120 and the control circuit 140. 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。FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a pulse signal supplied from the control circuit 140 to the switching elements G1 to G4 and a waveform of a voltage output from the inverter circuit 120. 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。FIG. 7 is a diagram showing an equivalent circuit of the power transmitting resonator 110 and the power receiving resonator 210. 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の一例を説明するための斜視図である。FIG. 8A is a perspective view illustrating an example of the shape and arrangement of power transmission coil 112 and power reception coil 212. 図8Bは、送電コイル112をY方向から見た場合の形状の例を模式的に示す図である。FIG. 8B is a diagram schematically illustrating an example of a shape when the power transmission coil 112 is viewed from the Y direction. 図8Cは、受電コイル212をY方向から見た場合の形状の例を模式的に示す図である。FIG. 8C is a diagram schematically illustrating an example of a shape when the power receiving coil 212 is viewed from the Y direction. 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。FIG. 9 is a diagram illustrating a configuration example of the rectifier 220, the capacitor 230, and the power storage element 245. 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。FIG. 10 is a flowchart illustrating an example of an operation when the power transmission device 100 starts power transmission. 図11Aは、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の等価回路を示す図である。FIG. 11A is a diagram illustrating an equivalent circuit of a wireless power transmission system according to an exemplary embodiment of the present disclosure. 図11Bは、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の他の等価回路を示す図である。FIG. 11B is a diagram illustrating another equivalent circuit of the wireless power transmission system according to the exemplary embodiment of the present disclosure. 図12は、本開示の例示的な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。FIG. 12 is a flowchart illustrating an operation during power transmission according to the exemplary embodiment of the present disclosure. 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。FIG. 13A is a diagram illustrating an example of a temporal change of the output voltage V1 of the inverter circuit 120. 図13Bは、インバータ回路120の出力電圧V1の時間変化の他の例を示す図である。FIG. 13B is a diagram illustrating another example of a temporal change of the output voltage V1 of the inverter circuit 120. 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。FIG. 14A is a diagram illustrating an example of timings of estimation based on two measurements and real-time estimation. 図14Bは、周期T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。14B is a diagram showing an example of time change of the voltage V1 in the case of controlling the voltage V1 by performing real-time estimated by the period T 2. 図15は、周期Tごとに行われる2回の計測による推定と、周期T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。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. 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。FIG. 16A is a schematic diagram illustrating an example in which the voltage measuring device 130a is connected between the DC power supply 50 and the inverter circuit 120. 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構成例を示す模式図である。FIG. 16B is a schematic diagram illustrating a configuration example in which the current measuring device 130b is connected between the DC power supply 50 and the inverter circuit 120. 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。FIG. 16C is a schematic diagram illustrating an example in which both the voltage measuring device 130a and the current measuring device 130b are connected between the DC power supply 50 and the inverter circuit 120. 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。FIG. 17A is a schematic diagram illustrating an example in which a DC-DC converter 250 is connected between a capacitor 230 and a storage element 245. 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。FIG. 17B is a schematic diagram showing an example in which a load resistor 240 such as a motor is arranged instead of power storage element 245 in the configuration of FIG. 17A.

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T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 mobile device 200. The moving body 200 is an example of a power receiving device. The moving body 200 may be, for example, an automatic guided vehicle (AGV) that autonomously moves in a factory and conveys articles to a required location. FIG. 1 illustrates four power transmission devices 100 and four moving objects 200. The number of each of the power transmission device 100 and the moving body 200 is not limited to four, and is arbitrary.

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 power transmission device 100 wirelessly transmits power to the mobile unit 200. The power transmission device 100 includes a power transmission coil unit 105 including a power transmission coil that transmits AC power to a space. The moving body 200 has a power receiving coil unit 205 including a power receiving coil. Power is wirelessly transmitted from the power transmission coil to the power reception coil by coupling the power transmission coil and the power reception coil by magnetic field resonance. As described above, in the present embodiment, wireless power transmission using magnetic resonance coupling (sometimes called “magnetic resonance coupling” or “resonant magnetic coupling”) is used. According to the wireless power transmission using the magnetic resonance coupling method, power transmission over a longer distance is possible as compared with the method using electromagnetic induction. Note that the technology of the present disclosure is not limited to the magnetic field resonance coupling method, but is also applicable to wireless power transmission by an electromagnetic induction method. Therefore, the present disclosure also includes a configuration based on the electromagnetic induction method.

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 body 200 includes a capacitor and a motor. The power received by the power receiving coil in the power receiving coil unit 205 is rectified and stored in a capacitor. As the capacitor, for example, a large-capacity and low-resistance capacitor such as an electric double layer capacitor or a lithium ion capacitor can be used. The moving body 200 can move by driving a motor with the electric power stored in the capacitor.

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 body 200 moves, the charged amount (that is, charged amount) of the capacitor decreases. For this reason, recharging is required to continue moving. Therefore, when the amount of charge falls below a predetermined threshold during the movement, mobile unit 200 moves to the vicinity of power transmission device 100 and performs charging. As shown in FIG. 1, if the power transmitting devices 100 are installed at a plurality of locations, the moving body 200 only needs to move to the vicinity of the nearest power transmitting device 100, so that the moving distance can be reduced.

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 body 200 typically has a carrier on which articles are loaded, and functions as a cart that moves autonomously in the factory and transports the articles to a required location. The mobile system can be used not only in factories but also in, for example, stores, hospitals, homes, and any other places. The moving body 200 is not limited to the AGV, and may be another industrial machine or a service robot. The moving body 200 may be any device having a movable mechanism, such as a manned vehicle, an unmanned aerial vehicle (UNV), or a cleaning robot. The power receiving device according to the present disclosure is not limited to a mobile object. The technology of the present disclosure can be applied to any wireless power transmission system in which the relative position between the power transmission coil and the power reception coil can change during power transmission.

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 body 200 according to the present embodiment. The moving body 200 includes a power receiving coil unit 205 installed on a side surface, a plurality of wheels including driving wheels 207 driven by a motor, and a loading platform 206 on which articles are placed. The power receiving coil unit 205 houses a power receiving resonator including a power receiving coil.

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 coil unit 105 and the power receiving coil unit 205 during charging. FIG. 3 shows XYZ coordinates indicating X, Y, and Z directions orthogonal to each other. In the following description, the coordinate system shown in the figure is used. The XY plane is parallel to the horizontal plane or floor, and the direction in which the moving body 200 moves forward is defined as the positive direction of the X axis, and the direction vertically above is defined as the positive direction of the Z axis.

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 power transmission coil 112 in the power transmission coil unit 105 has a conductor wire (winding) wound so as to be relatively long in the X direction and relatively short in the Z direction. Similarly, the power receiving coil 212 in the power receiving coil unit 205 has a conductor wire (winding) wound long in the X direction and short in the Z direction. As illustrated, the shapes and sizes of the power transmission coil 112 and the power reception coil 212 in the present embodiment are asymmetric. In the present embodiment, the size of the region defined by the winding of the power receiving coil 212 is smaller than the size of the region defined by the winding of the power transmitting coil 112.

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 power transmission coil 112 and the power reception coil 212 face each other. More specifically, a state where the surface defined by the winding of power transmission coil 112 and the surface defined by the winding of power reception coil 212 (in the illustrated example, both are parallel to the XZ plane) face each other. Is charged. The charging is possible not only when these surfaces are completely parallel but also when they are inclined with respect to each other.

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 power transmission coil 112 has a shape that is long in the X direction, even if the moving body 200 is slightly displaced in the X direction, the facing state between the coils is maintained, and power transmission with high efficiency is achieved. Can be maintained.

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 body 200 can grasp the position and the direction of the mobile unit 200 and the position and the direction of the power transmission coil 112 using various sensors. Thereby, the power transmission device 100 closest to the own device is identified, and the power transmission device 100 moves to the vicinity of the power transmission device 100 to enable high-efficiency power transmission, that is, the power reception coil 212 is opposed to the power transmission coil 112 in close proximity. You can take a posture. The moving body 200 may move to the next closest power transmitting apparatus 100 when the closest power transmitting apparatus 100 is supplying power to another moving body 200.

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 power transmission device 100 includes an inverter circuit 120 connected to an external direct current (DC) power supply 50, a power transmission resonator 110 connected to the inverter circuit 120, and a voltage measuring device 130a that measures a voltage output from the inverter circuit 120. And a current measuring device 130b for measuring a current output from the inverter circuit 120, a control circuit 140 for controlling the inverter circuit 120, and a sensor 150 for detecting the position and / or movement of the moving body 200. The power transmission resonator 110 includes the power transmission coil 112 described above. In the following description, the voltage measuring device 130a and the current measuring device 130b may be collectively referred to as "measuring device 130". The measuring device 130 in the present embodiment measures the voltage and the current output from the inverter circuit 120. As described later, the voltage measuring device 130a may measure a voltage input to the inverter circuit 120. Similarly, the current measuring device 130b may measure the current input to the inverter circuit 120.

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 power receiving resonator 210, a rectifier (rectifying circuit) 220 connected to the power receiving resonator 210, a capacitor 230 connected to the rectifier 220, and a power storage element 245 connected to the capacitor 230. And The power receiving resonator 210 includes the power receiving coil 212 described above. Power storage element 245 includes an electric double layer capacitor or a battery. The power transmission device 100 and the moving body 200 may include other components not shown. In addition, the mobile system does not necessarily need to include all of the components illustrated in FIG. 4 and can be omitted as appropriate.

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 DC power supply 50 is a power supply that outputs a DC voltage of a predetermined magnitude. The DC power supply 50 may include, for example, a converter that converts commercial AC power into DC power having an operating voltage of the power transmission device 100 and outputs the DC power.

<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>
Inverter circuit 120 converts DC power supplied from DC power supply 50 to AC power. The inverter circuit 120 can be, for example, a full-bridge inverter circuit. The full-bridge inverter circuit can output AC power having a desired frequency and voltage value by adjusting the switching timing of the four switching elements. Each switching element switches between a conductive state and a non-conductive state according to a pulse signal supplied from the control circuit 140.

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 inverter circuit 120 and the control circuit 140. The inverter circuit 120 shown in FIG. 5 has a configuration of a full-bridge inverter circuit having four switching elements G1 to G4. Each switching element may be a transistor such as an IGBT (Insulated-Gate Bipolar Transistor) or a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor).

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 control circuit 140 includes a control IC 142, a gate driver 144, and a memory 143. The control IC 142 executes a control program stored in the memory 143 to determine a voltage (meaning an effective value; the same applies hereinafter) and a frequency of AC power to be output to the inverter circuit 120. In the present embodiment, in particular, the voltage or the frequency at which the efficiency is maximized is determined based on the values of the voltage V1 and the current I1 measured by the measuring device 130. Details of this operation will be described later. The gate driver 144 supplies a pulse signal having the frequency and the duty ratio determined by the control IC 142 to the gates of the switching elements G1 to G4. Thereby, the conduction (on) / non-conduction (off) state of each of the switching elements G1 to G4 is controlled. Note that a part or the whole of the control circuit 140 can be realized by an integrated circuit such as a microcomputer.

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 DC power supply 50 is output from the inverter circuit 120. On the other hand, at the timing when the switching elements G2 and G3 are turned on (conduction state), a voltage having a polarity opposite to the DC voltage supplied from the DC power supply 50 is output from the inverter circuit 120. The control circuit 140 causes the inverter circuit 120 to output AC power of a desired frequency and voltage by adjusting the timing of the pulse signal supplied to each of the switching elements G1 to G4.

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V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 control circuit 140 to the switching elements G1 to G4 and a waveform of a voltage output from the inverter circuit 120. In FIG. 6, symbol E represents the magnitude of the voltage output from DC power supply 50, and symbol T represents the period. A period during which the output voltage V1 of the inverter circuit 120 is equal to the magnitude E of the output voltage of the DC power supply 50 is controlled by the duty ratio d inv . That is, the control circuit 140 by adjusting the duty ratio d inv, the output voltages V 1 can be adjusted amplitude and the effective value of the AC voltage approximating a sine wave.

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 inverter circuit 120 is not limited to the configuration illustrated in FIG. For example, a half-bridge type configuration may be used. Even in such a case, a desired AC voltage can be output by adjusting the timing of the gate drive pulse given to the two switching elements. The inverter circuit 120 can be realized by, for example, a commercially available high-frequency power supply device.

<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(L)と、キャパシタンス成分(C)と、抵抗成分(R)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(L)と、キャパシタンス成分(C)と、抵抗成分(R)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 power transmitting resonator 110 and the power receiving resonator 210. The power transmission resonator 110 is a series resonance circuit having an inductance component (L 1 ), a capacitance component (C 1 ), and a resistance component (R 1 ) by the power transmission coil 112. The power receiving resonator 210 is a series resonance circuit having an inductance component (L 2 ), a capacitance component (C 2 ), and a resistance component (R 2 ) by the power receiving coil 212. The capacitance components (C1 and C2) may be parasitic capacitance components of the power transmitting coil 112 and the power receiving coil 212, respectively, or may be a capacitor provided separately.

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 power transmission resonator 110 and the resonance frequency of power reception resonator 210 are set to substantially the same value. The resonance frequency is not particularly limited, but can be set, for example, to 5 kHz or more and 50 MHz or less. The resonance frequency is more preferably 10 kHz or more and 1 MHz. Each resonator is not limited to a series resonance circuit and may be a parallel resonance circuit. Not limited to the illustrated configuration, for example, as disclosed in Patent Document 1, a primary coil coupled to the power transmitting resonator 110 by electromagnetic induction, and a secondary coil coupled to the power receiving resonator 210 by electromagnetic induction. It may be provided.

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 power transmission coil 112 and the power reception coil 212 in more detail. FIG. 8A shows an example in which the width of the power transmission coil 112 in the Y direction is smaller than that of the example of FIG. The two-dot chain line shown in FIG. 8A indicates the normal line of the plane defined by the coils 112 and 212. FIG. 8B schematically illustrates a shape when the power transmission coil 112 is viewed from the Y direction. FIG. 8C schematically illustrates a shape when the power receiving coil 212 is viewed from the Y direction.

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 power transmission coil 112 is a winding wound by a first conductor wire, and includes a first upper portion 112a and a first lower portion 112b extending in the lateral direction, and two arc-shaped portions connecting these. Including. The power receiving coil 212 is a winding wound around a second conductor wire, and includes a second upper portion 212a and a second lower portion 212b extending in the lateral direction, and two arc-shaped portions connecting these. Including.

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 rectangular surface 112c (FIG. 8B) defined by an upper portion 112a and a lower portion 112b of the power transmitting coil 112, and a second upper portion 212a and a second lower portion 212b of the power receiving coil 212. The defined second rectangular surface 212c (FIG. 8C) is perpendicular or inclined with respect to the horizontal plane. The power receiving coil 112 is arranged on a side surface of the moving body 200, and the second rectangular surface 212 c faces the first rectangular surface 112 c of the power transmitting coil 112 during power transmission.

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 power transmission coil 112 and the power reception coil 212 are not limited to the illustrated shapes. For example, the shape of each coil may be rectangular (including a square) or elliptical (including a circle). The structure of each coil 112, 212 may be appropriately modified depending on the configuration of the system to which the coil is applied. For example, in the present embodiment, each of the coils 112 and 212 has a structure extending in the X direction, but need not necessarily have such a structure. Further, the power transmission coil 112 does not necessarily need to have a size larger than the power reception coil 212. The power transmitting coil 112 and the power receiving coil may have the same structure. The structure of each coil 112 is arbitrary as long as power transmission is possible.

<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 rectifier 220, the capacitor 230, and the power storage element 245.

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。   Rectifier 220 may be a full-wave rectifier circuit including a diode bridge and a smoothing capacitor, as shown. Rectifier 220 may be another type of full-wave rectifier circuit or a half-wave rectifier circuit. Rectifier 220 converts AC power from power receiving resonator 210 into DC power and outputs the DC power.

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。   Capacitor 230 is connected in parallel with rectifier 220. Capacitor 230 is provided to reduce and stabilize the fluctuation of the DC voltage supplied from rectifier 220 to power storage element 245. The capacitor 230 may be omitted if unnecessary.

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。   Power storage element 245 is connected in parallel with capacitor 230. The storage element 245 is, for example, a capacitor or a battery. Power storage element 245 may include both a capacitor and a battery. As the capacitor, for example, an electric double layer capacitor or a lithium ion capacitor can be used. Since the electric double layer capacitor or the lithium ion capacitor has a small internal resistance (for example, several tens of mΩ), charging and discharging with a large current can be performed with low loss. For this reason, rapid charging is possible. In addition, since the capacitance is larger than other types of capacitors, continuous discharge for a relatively long time is possible. As the battery, a secondary battery with high energy density and high charge / discharge efficiency, such as a lithium ion battery, can be used.

<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 sensor 150 detects the position or the movement of the moving body 200. The sensor 150 may be, for example, a sensor using light (visible light or near infrared light). The sensor 150 may be configured to detect the movement of the moving body 200 based on the output of the measuring device 130. Whether or not the moving body 200 is moving can be determined based on a time change of at least one of the voltage and the current measured by the measuring device 130.

<動作>
次に、送電装置100の動作を説明する。
<Operation>
Next, the operation of the power transmission device 100 will be described.

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 power transmission device 100 starts power transmission. When the power is turned on, the control circuit 140 of the power transmission device 100 in this example performs weak power transmission and performs an operation of detecting the moving body 200 that is the power reception device. When the moving body 200 is detected in the vicinity, the control circuit 140 starts power supply to the moving body 200.

図10の例において、制御回路140は、電圧V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Vおよび電流Iを計測する(ステップS12)。制御回路140は、VおよびI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T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V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 control circuit 140 sets the voltages V 1 to minute value starts weak power transmission (step S11). In this state, the instrument 130 measures the voltage V 1 and current I 1 output from the inverter circuit 120 (step S12). Control circuit 140, based on the values of V 1 and I 1, the mobile 200 determines whether there a possible power receiving position (step S13). When the moving body 200 is not located at a position where power can be received (No in step S14), the control circuit 140 stops weak power transmission (step S15). Control circuit 140, (Yes in step S16) after the time T 0, executes the operation of step S11 again. If the mobile 200 is present capable receiving position (Yes in step S14), and the control circuit 140 starts the power supply to the mobile 200 to increase the output voltage V 1.

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 body 200 approaches, the mutual inductance between the power transmitting coil and the power receiving coil increases. Due to the influence, the current flowing in the circuit of the power transmission device 100 changes. The approach of the moving body 200 can be detected based on the change in the current.

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 power transmitting device 100. Instead of such a detection method, for example, the approach of the moving body 200 may be detected using the sensor 150 (see FIG. 4).

<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 power transmission device 100 according to the present embodiment estimates the state of the mobile unit 200 without using information transmitted from the mobile unit 200 during power supply to the mobile unit 200, and appropriately adjusts the transmission power according to the state. Can be controlled. Hereinafter, the method will be described specifically.

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 mobile unit 200 may be referred to as a “power receiving parameter”. The power receiving parameter may include, for example, at least one of mutual inductance between coils, current, voltage, power, and impedance in a circuit of the power receiving device.

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R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L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 inverter circuit 120 connected to the power transmission resonator 110 are collectively represented as one AC power supply. Components such as the rectifier 220 connected to the power receiving resonator 210 are collectively represented as one load. Let RL be the resistance value of the load. A component such as a rectifier circuit connected to the power receiving resonator 210 actually has a reactance component in addition to a resistance component. However, in FIGS. 11A and 11B, for simplicity, the reactance component is ignored, and the load is represented as a resistance. The angular frequency of the AC power transmitted to the omega, the mutual inductance between L m. The angular frequency ω is the same as the driving angular frequency of the inverter circuit 120.

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vおよびiとする。交流電源の電圧および電流の実効値を、それぞれVおよびIとすると、V=|v|およびI=|i|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vおよびiとすると、V=|v|およびI=|i|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vおよび電流iは、インバータ回路120から出力される交流電力の電圧vおよび電流iをそれぞれ表す。負荷に入力される電圧vおよび電流i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 inverter circuit 120, respectively. Voltage v 2 and the current i 2 is input to the load represents the voltage and current output from the power reception resonator 210, respectively.

図11Aおよび図11Bに示す等価回路の回路方程式より、v、i1、、およびiは、以下の式(1)および(2)を満たす。

Figure 2018221532
Figure 2018221532
ここで、jは虚数単位である。From the circuit equations of the equivalent circuits shown in FIGS. 11A and 11B, v 1 , i 1, v 2 , and i 2 satisfy the following equations (1) and (2).
Figure 2018221532
Figure 2018221532
Here, j is an imaginary unit.

以下の説明では、ωが共振角周波数ω=1/(L1/2=1/(L1/2に等しいものとする。ただし、共振条件ω=ωが満たされていなくても、ωとω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−ω|/ω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.

=Rを式(2)に代入すると、共振条件ωL=1/ωCから、i=j{ωL/(R+R)}iが得られる。この式は、iの位相がi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iを消去すると、v={R/ωLm/(R+R)}iが得られる。この式は、vおよびiが、同じ位相を有することを示している。また、v=Rから、vおよびi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、v=Vjθ、i=Ijθ、v=jVjθ、およびi=jIjθと表すことができる。ここでθは位相を表す。これらのv、i、v、およびiを式(1)および(2)に代入すると、V、I、V、およびIは、実数のみを含む以下の式(3)および(4)を満たす。

Figure 2018221532
Figure 2018221532
Substituting v 2 = R L i 2 into equation (2) yields i 2 = j {ωL m / (R 2 + R L )} i 1 from the resonance condition ωL 2 = 1 / ωC 2 . This equation shows that advances 90 ° the phase of the i 2 is i 1 phase. Clearing the i 2 from equation (1) using this equation, v 1 = {R 1 / ω 2 Lm 2 / (R 2 + R L)} i 1 is obtained. This equation shows that v 1 and i 1 have the same phase. Also, from v 2 = R L i 2 , v 2 and i 2 have the same phase. From these phase relations, the resonance conditions, v 1 = V 1 e jθ , i 1 = I 1 e jθ, v 2 = jV 2 e jθ, and i 2 = jI can be expressed as 2 e j.theta.. Here, θ represents the phase. By substituting these v 1 , i 1 , v 2 , and i 2 into equations (1) and (2), V 1 , I 1 , V 2 , and I 2 are represented by the following equation (3) containing only real numbers. ) And (4) are satisfied.
Figure 2018221532
Figure 2018221532

式(3)および(4)を解くと、以下の式(5)および(6)が得られる。

Figure 2018221532
Figure 2018221532
By solving equations (3) and (4), the following equations (5) and (6) are obtained.
Figure 2018221532
Figure 2018221532

電圧の実効値V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I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 voltage measuring instrument 130a in the power transmission device 100. Similarly, the effective value I 1 of the current is obtained by integrating real-time waveform of the current measured by the current measuring device 130b in the power transmitting apparatus 100.

式(5)および(6)において、V、IおよびL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、V、IおよびL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、L、V、I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 power transmission device 100 in the present embodiment changes the value of the transmission voltage during power transmission, and measures the voltage and the current before and after the change. From the voltage and current values obtained by the two measurements, at least one of L m , V 2 , and I 2 can be estimated. Hereinafter, this estimation method will be described more specifically.

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 control circuit 140 drives the inverter circuit 120 to transmit power from the power transmission coil 112 to the power reception coil 122 during power transmission. This state is called a first state. The control circuit 140 acquires the measured values of the voltage and the current measured by the measuring devices 130a and 130b in the first state. This measured value is referred to as a first measured value. Next, the control circuit 140 changes the value of the voltage output from the inverter circuit 120 to a second value different from the voltage value in the first state. This state is called a second state. The control circuit 140 acquires the measured values of the voltage and current measured by the measuring devices 130a and 130b in the second state. This measured value is called a second measured value.

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V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V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、V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 storage element 245 is small. For example, if the time from the acquisition of the first measurement to the acquisition of the second measured value is less than 0.1 seconds, it is possible to suppress the variation in the voltage V 2 to 0.1V or less. In this case, the two measurements of the above, V 2 can be assumed to be constant.

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。V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。

Figure 2018221532
Figure 2018221532
Obtained from the first measurement value, the effective value of the alternating-current power voltage and current output from the inverter circuit 120, and V 10 and I 10, respectively. Obtained from the second measurement value, the effective value of the effective value and the current of the AC power voltage output from the inverter circuit 120, and V 11 and I 11, respectively. When V 2 is assumed to be constant, from equation (5), the following equation is obtained (7) and (8).
Figure 2018221532
Figure 2018221532

また、式(6)から以下の式(9)が得られる。

Figure 2018221532
The following equation (9) is obtained from the equation (6).
Figure 2018221532

式(7)から(9)を用いることにより、V、IおよびL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Vを消去すると、以下のLの推定式(10)が得られる。

Figure 2018221532
Clearing the V 2 from equation (7) and (8), the estimated equation of L m (10) is obtained.
Figure 2018221532

他方、式(7)から以下のV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.

Figure 2018221532
Figure 2018221532

さらに、式(9)および(11)から以下のIの推定式(12)
が得られる。

Figure 2018221532
Further, the following equation (12) for estimating I 2 is obtained from equations (9) and (11).
Is obtained.
Figure 2018221532

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L、受電電圧V、および受電電流I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 control circuit 140 can estimate the mutual inductance L m , the receiving voltage V 2 , and the receiving current I 2 by the calculations of Expressions (10) to (12). Accordingly, the parameters of the power receiving device can be estimated from the information on the voltage and current in power transmitting device 100 without communication between power transmitting device 100 and mobile unit 200.

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VおよびI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。Control circuit 140, based on the parameters of the estimated power receiving device, for example, as one or both of V 2 and I 2 is the desired value, the voltage value of the AC power output from the inverter circuit 120 (the third Voltage value) and power transmission is continued at the determined voltage value. Thereby, even when the mobile unit 200 moves during power transmission, power supply can be optimized. For example, it is possible to suppress a decrease in transmission efficiency and to stabilize power supply.

図5に示すメモリ143には、L、V、I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V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V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V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Vを決定することができる。In a memory 143 shown in FIG. 5, data such as a table or a formula defining a correspondence relationship between at least one parameter of L m , V 2 , and I 2 and a voltage V 1 to be output from the inverter circuit 120 is stored in advance. Is stored. Control circuit 140, by referring to the data, from the estimated parameters, it is possible to determine the value after the change voltage V 1. The data, corresponding to the voltage V 10 and the current I 10 obtained from the first measurement value, and the combination of the voltage V 11 and the current I 11 obtained from the second measurement value, the voltages V 1 to be transmission The relationship may be prescribed. In that case, the control circuit 140 should transmit the power from the combination of V 10 , I 10 , V 11 , and I 11 by referring to the data without performing the calculations of Expressions (10) to (12). it can be determined voltage V 1.

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Lなどの受電パラメータを推定する。The control circuit 140 refers to the data, the effective value I 10 RMS V 10 and the current of the voltage obtained from the first measurement value, voltage effective value V 11 and obtained from the second measurement value a combination of the effective value I 11 of the current, estimating the power receiving parameters, such as the mutual inductance L m.

メモリ143には、移動体200における電圧V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V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 memory 143 includes a voltage V 2 in the moving object 200, data defining the relationship between the amount of charge of the power storage device 245 may be stored. The control circuit 140 refers to the data, it is possible to estimate the charge amount of the power storage device 245 from the voltage V 2. The control circuit 140 can perform control such as stopping power supply from the power transmission device 100 to the moving body 200 if the charge amount is equal to or more than the reference value.

制御回路140は、受電パラメータを、例えば周期Tごとに推定する。周期T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T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Vを変化させ、それ以外の場合には、電圧V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Vを変化させる。The control circuit 140 estimates the power receiving parameters, for example, every period T 1. Period T 1 may be set to a value in the range of several seconds, for example, from a few milliseconds (ms). In one example, the period T 1 may be set to about 100ms time. Control circuit 140, estimates of parameters, if changed from the value when the previously estimated, changing the voltage V 1 output from the inverter circuit 120, otherwise, maintains the voltages V 1 I do. Whether or not the estimated value of the parameter has changed can be determined based on whether or not the difference or the rate of change between the current estimated value and the previous estimated value exceeds a predetermined threshold. For example, the control circuit 140, the value of parameters such as the mutual inductance Lm estimated, only when the difference or the rate of change of the value of the same parameter when the previously estimated exceeds a threshold, changing the voltage V 1.

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 control circuit 140 first causes the inverter circuit 120 to output AC power having the first voltage value (step S101). In the present embodiment, the first voltage value is the effective value of the AC voltage already being transmitted. The control circuit 140 acquires the first measurement value measured by the measuring device 130 in that state (step S102). First measurement value corresponds to V 10 and I 10 described above. Since V 10 and I 10 are effective values, when the measurement value output from the measuring device 130 is an instantaneous value, the control circuit 140 performs necessary calculations to perform the effective value V 10 of the voltage and the effective value of the current. get the I 10.

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V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 control circuit 140 causes the inverter circuit 120 to output AC power having a second voltage value different from the first voltage value (Step S103). That is, the transmission voltages V 1 to change to a different second voltage value to the first voltage value so far. The second voltage value is set to a value such that the difference from the first voltage value is larger than the magnitude of the noise component. For example, the second voltage value can be set to a value that is about half of the first voltage value. The second voltage value may be set to a value larger than the first voltage value.

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 control circuit 140 acquires the second measured values of the voltage and the current in that state (step S104). Second measurement value corresponds to V 11 and I 11 described above. Since V 11 and I 11 are effective values, when the measurement value output from the measuring instrument 130 is an instantaneous value, the control circuit 140 performs necessary calculations to perform the effective value V 11 of the voltage and the effective value of the current. get the I 11.

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L、V、I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L、V、I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Tが経過したかを判断する(ステップS108)。時間T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 control circuit 140 calculates the parameters L m , V indicating the state of the power receiving device by calculation using the first measurement value (V 10 , I 10 ) and the second measurement value (V 11 , I 11 ). 2, to calculate the I 2 (step S105). This calculation is performed using the above equations (10) to (12). Subsequently, the control circuit 140 refers to data in a table or the like stored in the memory 143 and determines the third voltage of the AC power to be output to the inverter circuit 120 from the estimated values of the parameters L m , V 2 , and I 2. The value is determined (Step S106). The control circuit 140 causes the inverter circuit 120 to output AC power having the third voltage value, and continues power transmission (step S107). Thereafter, the control circuit 140 determines whether the time T 1 from the previous measurement has elapsed (step S108). If the time T 1 is passed, is performed the operation of steps S102 S107 again. At this time, the third voltage value is treated as a new first voltage value. The first to third voltage values in each process may be different from the previous value.

第3の電圧値は、推定したパラメータL、V、I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L、V、I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V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V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V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 inverter circuit 120. In the example of FIG. 13A, the voltage V 1 was after the first estimate has not changed, i.e., the third voltage value is set to the same value as the first voltage value. On the other hand, after the second and third estimates are voltages V 1 is changed, i.e., the third voltage value is set to a value different from the first voltage value.

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t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t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t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t+tにおいて、制御回路140は、電圧V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 control circuit 140 sets the voltage V 1 to the second voltage value at time t b + t c until the determination of the third voltage value. ing. The present invention is not limited to this example, and after acquiring the second measurement value, the control circuit 140 may return the voltage V1 to the first measurement value and then perform the operations of steps S105 and S106. FIG. 13B shows an example of such an operation. In the example illustrated in FIG. 13B, the time when the voltage V1 is set to the second measurement value is tb, and at the subsequent time tc, the parameters of the power receiving device are estimated and the third voltage value is determined.

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 mobile unit 200 and during power supply.

<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T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、t+t+t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 inverter circuit 120 is kept constant from the estimation of the power reception parameter based on the two measurements until the start of the two measurements again. It is. By estimating the power reception parameter in a shorter cycle T 1 and changing the voltage value of the AC power output from the inverter circuit 120, the operation of the mobile unit 200 can be more finely controlled. However, it takes time t a + t b + t c to perform two measurements and to estimate the power reception parameter. Further, if the second state is frequently set, the operation of the moving body 200 may be affected.

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Tで行い、さらに短い周期T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Tは周期Tよりも短く、例えばT/Tは、1/1000以上1/10以下に設定され得る。Tは、例えばTの整数倍であり得る。ある例では、周期Tは100ms程度であり、周期Tは1ms程度に設定される。以下の説明において、周期T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 estimation 1, and estimation based on one measurement (real-time estimation) is referred to as estimation 2. As shown, Estimation 2 is performed more frequently than Estimation 1.

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Lが変化し得る。一方、時間Tの間に受電電圧V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、Vが一定であるものとして、相互インダクタンスLだけをリアルタイムに推定することができる。

Figure 2018221532
In the real-time estimation, different methods are applied depending on whether the moving body 200 is moving or stationary while transmitting power. When the moving body 200 is moving, the relative position between the power transmitting coil and the power receiving coil changes, so that the mutual inductance Lm may change. On the other hand, the receiving voltage V 2 for the time T 2 are largely unchanged. Therefore, using equation (5) Equation (13) below obtained by modifying, as V 2 is constant, it is possible to estimate only the mutual inductance L m in real time.
Figure 2018221532

式(13)において、VおよびIは、計測器130a、130bによるリアルタイムの計測から得られる。V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Tごとに、式(13)を用いて、L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Vは周期Tごとに推定され、変化の大きいLは、より短い周期Tごとに推定される。In equation (13), V 1 and I 1 are obtained from real-time measurements by measuring instruments 130a, 130b. V 2, before performing the real-time estimation is a value obtained by calculation of equation (11). Control circuit 140 in every cycle T 2, can be using equation (13), for estimating the L m in real time. In this case, a small V 2 of the change is estimated for each period T 1, a large L m changes are estimated for each shorter period T 2.

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T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L、および受電コイルから出力される電圧Vを推定する第1の処理を実行する。そして、周期Tよりも短い周期Tごとに、前回の第1の処理において推定された電圧Vの値を用いて、式(13)の演算によって相互インダクタンスL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 control circuit 140 when the power receiving device is moved with respect to the power transmission device 100, for each period T 1, the operation using the first and second measurement values, mutual inductance L m, and performing a first process of estimating the voltage V 2 output from the receiving coil. Then, in every cycle T 2 shorter than the period T 1, by using the value of the voltage V 2 which is estimated in the first process of the previous estimates of the mutual inductance L m by the calculation formula (13). The fact that the power receiving device is moving with respect to the power transmitting device 100 can be detected by the sensor 150.

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Lは変化しないが、受電電圧V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、V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、L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、Vだけをリアルタイムに推定することができる。

Figure 2018221532
If the moving object 200 is stopped in the power transmission, the mutual inductance L m does not change, receiving voltage V 2 may vary. In particular, when the charge amount of the power storage device 245 at the transmission start is substantially zero, V 2 may vary significantly. Therefore, when the moving body 200 is stopped, as L m is constant, it is possible by using the equation (11) the same following equations (14) to estimate only V 2 in real time .
Figure 2018221532

式(14)において、VおよびIは、計測器130a、130bによるリアルタイムの計測から得られる。L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Tごとに、式(14)を用いて、V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Lは周期Tごとに推定され、変化の大きいVは、より短い周期Tごとに推定される。In equation (14), V 1 and I 1 are obtained from real-time measurements by measuring instruments 130a, 130b. L m, before performing the real-time estimation is a value obtained by calculation of equation (10). Control circuit 140 in every cycle T 2, can be using equation (14), estimates the V 2 in real time. In this case, small L m of the change is estimated for each period T 1, a large V 2 changes are estimated for each shorter period T 2.

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T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L、および前記受電コイルから出力される電圧V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Tよりも短い周期T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Lの値を用いて、式(14)の演算によって前記電圧V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 control circuit 140 when the power receiving device is stationary relative to the power transmission device 100, for each period T 1, the operation using the first and second measurement values, mutual inductance L m, and performing a first process of estimating the voltage V 2 output from the receiving coil. Then, the control circuit 140 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 processing of the previous, wherein the calculation of the equation (14) voltage V 2 Is estimated. The fact that the power receiving device is stationary with respect to the power transmitting device 100 can be detected by the sensor 150.

このように、リアルタイム推定では、L、VおよびI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Tでリアルタイム推定を行って電圧Vを制御する場合の電圧V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T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V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 control circuit 140 in this example, based on the power receiving parameters estimated by real-time estimation for each period T 2, to determine the voltage value of the AC power output from the inverter circuit 120. Control circuit 140, when the parameters previously estimated, the difference or the rate of change of the newly estimated parameter exceeds a predetermined value, changes the voltage V 1. Thereby, the operation of the moving body 200 can be more finely controlled.

図15は、周期Tごとに行われる2回の計測による推定と、周期T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Tよりも短い周期T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T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V、I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V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L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Lが一定であると仮定し、式(14)の演算によって受電電圧V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V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. Control circuit 140, in step S211, it is determined whether elapsed time T 2 from the start of the previous real-time estimation process. If this determination is Yes, the control circuit 140 acquires the measured values V 1 and I 1 of the voltage and current measured by the measuring device in step S212. In step S213, the control circuit 140 estimates a power receiving parameter. As described above, if the mobile 200 is moving is assumed to be constant receiving voltage V 2, to estimate the mutual inductance L m by the calculation formula (13). Conversely, if the mobile 200 is stationary, it is assumed that the mutual inductance L m is constant, estimates the receiving voltage V 2 by the operation of Equation (14). Control circuit 140, in step S214, the based on the power receiving parameters estimated by referring to a table to determine the next value of the transmission voltages V 1 to be set.

制御回路140は、前回のステップS202から時間Tが経過するまで、ステップS211からS214を繰り返す。時間T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。Control circuit 140, from the previous step S202 until the time T 1 is elapsed, repeats S214 from step S211. When the time T 1 is elapsed, it performs the S205 from step S202, to determine the updated value of the transmission voltage V1. The processing in steps S202 to S205 is the same as the processing described with reference to FIG.

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Vおよび電流の実効値I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 inverter circuit 120 is not limited to a sine wave and may be a rectangular wave. In such a case, the control circuit 140 performs the above-described calculation after appropriately converting the value measured by the measuring device 130.

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 inverter circuit 120 may be a rectangular wave. On the other hand, the waveform of the current output from the inverter circuit 120 can be considered to be substantially a sine wave. It is assumed that the voltage is a rectangular wave having a period 2π / ω having a maximum value V 1m and a minimum value −V 1m . The effective value of the voltage obtained from the measuring instrument 130a and V 1 m, the effective value of the current obtained from the instrument 130b and I 1 m.

矩形波の電圧の実効値V1mを、正弦波の電圧の実効値V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21/2×sin(ωt+θ)の係数Vを導出することが必要である。これにより、V=((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、I=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 inverter circuit 120 can be handled as a sine wave, it is possible to set I 1 = I 1m .

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Vおよび出力電流の実効値I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))Vと推定され、直流電流値は、I2dc=((2×21/2)/π)Iと推定される。したがって、V、I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、V、Iを、V2dc、I2dcに変換すればよい。As shown in FIGS. 4 and 9, AC power output from power receiving resonator 210 is stored in power storage element 245 as DC power via rectifier 220 and capacitor 230. In storage element 245, the DC voltage value is estimated as V 2dc = (π / (2 × 2 1/2 )) V 2, and the DC current value is I 2dc = ((2 × 2 1/2 ) / π ) it is estimated to I 2. Therefore, when performing power transmission control by estimating V 2dc and I 2dc instead of V 2 and I 2 , the control circuit 140 converts V 2 and I 2 to V 2dc and I 2dc based on the above equation. Just convert it.

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 devices 130a and 130b or the partial configuration of power storage element 245 may be different from the configuration in the present embodiment. Even in such a case, the processing in the present embodiment can be applied by converting the measured effective value of the voltage and the effective value of the current using an appropriate formula.

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 voltage measuring device 130a and the current measuring device 130b. FIG. 16A is a schematic diagram illustrating an example in which the voltage measuring device 130a is connected between the DC power supply 50 and the inverter circuit 120. FIG. 16B is a schematic diagram illustrating an example in which the current measuring device 130b is connected between the DC power supply 50 and the inverter circuit 120. FIG. 16C is a schematic diagram illustrating an example in which both the voltage measuring device 130a and the current measuring device 130b are connected between the DC power supply 50 and the inverter circuit 120.

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、V=((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 voltage measuring device 130a measures the voltage input to the inverter circuit 120. Using the effective value V 1m of the voltage obtained from the voltage measuring device 130a, the effective value of the AC voltage output from the inverter circuit 120 is calculated as V 1 = ((2 × 2 1/2 ) / π) V 1m Can be obtained by

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、I=(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 current measuring device 130b measures the current input to the inverter circuit 120. Using the effective value I 1m of the current obtained from the current measuring device 130b, the effective value of the alternating current output from the inverter circuit 120 is calculated as I 1 = (π / (2 × 2 1/2 )) I 1m Can be obtained by

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V=((2×21/2)/π)V1mの演算によって得られ、交流電流の実効値はI=(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 voltage measuring device 130a and the current measuring device 130b measure the voltage and the current input to the inverter circuit 120, respectively. In this example, the effective value of the AC voltage output from the inverter circuit 120 is obtained by the calculation of V 1 = ((2 × 2 1/2 ) / π) V 1m , and the effective value of the AC current is I 1 = ( π / (2 × 2 1/2 )) I 1m can be obtained.

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))VDと推定される。直流電流値は、I2dc=((2×21/2)/π)I/Dと推定される。FIG. 17A is a schematic diagram illustrating an example in which a DC-DC converter 250 is connected between a capacitor 230 and a storage element 245. FIG. 17B is a schematic diagram showing an example in which a load resistor 240 such as a motor is arranged instead of power storage element 245 in the configuration of FIG. 17A. In these examples, power transmission control may be performed based on the voltage and current of the DC power output from DC-DC converter 250. In that case, the control circuit 140 calculates the voltage and the current output from the DC-DC converter 250 from the values of V2 and I2 calculated by the above-described processing. When the duty ratio D of DC-DC converter 250 is constant, DC voltage value is estimated as V 2dc = (π / (2 × 2 1/2 )) V 2 D in power storage element 245 or load resistor 240. You. The DC current value is estimated as I 2dc = ((2 × 1/2 ) / π) I 2 / D.

<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 power transmitting device 100. For this reason, it is possible to eliminate the influence of communication interference or the like that occurs in a use environment such as a factory or a road. Also, there is no time loss due to connection and approval before communication. Furthermore, since there is no need to mount a wireless device in both the electric device 100 and the moving body 200, it is possible to improve the maintainability of the system and to reduce the size and cost.

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: Power transmitting coil 112a: First upper part 112b: First 1 Lower side portion 112c: First rectangular surface 120: Inverter circuit 130: Current measuring device 140: Control circuit 142: Control IC 143: Memory 144: Gate driver 150 sensor 200 moving body 205 receiving coil unit 207 driving wheel 210 receiving resonator 212 receiving coil 212a second upper part 212b Second lower portion 212c: second rectangular surface 220: rectifier 230: capacitor 240: load resistance of motor or the like 245: storage Electric element 250 ・ ・ ・ DC-DC converter

Claims (14)

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であって、
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.
前記制御回路は、
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.
前記制御回路は、
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T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1つ以上のパラメータは、前記送電共振器に含まれる送電コイルと前記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、前記受電共振器から出力される電圧、前記受電共振器から出力される電流、および前記受電共振器から出力される電力の少なくとも1つを含む、請求項2または3に記載の送電装置。   The one or more parameters are a mutual inductance between a power transmission coil included in the power transmission resonator and a power reception coil included in the power reception resonator, a voltage output from the power reception resonator, and an output from the power reception resonator. The power transmission device according to claim 2, wherein the power transmission device includes at least one of a current to be supplied and power output from the power receiving resonator. 前記1つ以上のパラメータは、前記相互インダクタンスを含み、
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Lとし、
前記送電共振器の抵抗値をRとし、
前記受電共振器の抵抗値をR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、
Figure 2018221532
の演算によって前記相互インダクタンスLを推定する、請求項4に記載の送電装置。
The one or more parameters include the mutual inductance;
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:
Figure 2018221532
Estimating the mutual inductance L m by the calculation of the power transmission device according to claim 4.
前記1つ以上のパラメータは、前記受電共振器から出力される電圧、および前記受電共振器から出力される電流の少なくとも一方を含み、
前記受電共振器から出力される電圧をVとし、
前記受電共振器から出力される電流をIとするとき、
前記制御回路は、
Figure 2018221532
または
Figure 2018221532
の演算によって前記電圧Vおよび前記電流Iの前記少なくとも一方を推定する、請求項5に記載の送電装置。
The one or more parameters include at least one of a voltage output from the power receiving resonator and a current output from the power receiving resonator,
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:
Figure 2018221532
Or
Figure 2018221532
The operation by the voltage V 2 and the current I 1 of at least one of estimating the power transmission device according to claim 5.
前記制御回路は、前記受電装置が前記送電装置に対して移動しているとき、
周期T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L、および前記受電共振器から出力される電圧Vを推定する第1の処理を実行し、
前記周期Tよりも短い周期T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Vの値を用いて、
Figure 2018221532
の演算によって前記相互インダクタンスLを推定する、請求項6に記載の送電装置。
The control circuit, when the power receiving device is moving with respect to the power transmitting device,
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,
Figure 2018221532
Estimating the mutual inductance L m by the calculation of the power transmission device according to claim 6.
前記制御回路は、前記受電装置が前記送電装置に対して静止しているとき、
周期T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L、および前記受電共振器から出力される電圧Vを推定する第1の処理を実行し、
前記周期Tよりも短い周期T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Lの値を用いて、
Figure 2018221532
の演算によって前記電圧Vを推定する、請求項6または7に記載の送電装置。
The control circuit, when the power receiving device is stationary with respect to the power transmitting device,
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,
Figure 2018221532
Estimating the voltage V 2 by the operation of the power transmission device according to claim 6 or 7.
前記受電装置が前記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さらに備える、請求項1から8のいずれかに記載の送電装置。   The power transmission device according to any one of claims 1 to 8, further comprising a sensor that detects whether the power reception device is moving with respect to the power transmission device. 前記受電装置は移動体である、請求項1から9のいずれかに記載の送電装置。   The power transmitting device according to any one of claims 1 to 9, wherein the power receiving device is a moving body. 前記インバータ回路は、複数のスイッチング素子を有し、
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.
請求項1から11のいずれかに記載の送電装置と、
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.
請求項1から11のいずれかに記載の送電装置における前記制御回路を備える制御装置。   A control device comprising the control circuit in the power transmission device according to any one of claims 1 to 11. 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プログラムであって、
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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