WO2017061091A1 - 非接触給電装置および非接触給電システム - Google Patents

非接触給電装置および非接触給電システム Download PDF

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WO2017061091A1
WO2017061091A1 PCT/JP2016/004408 JP2016004408W WO2017061091A1 WO 2017061091 A1 WO2017061091 A1 WO 2017061091A1 JP 2016004408 W JP2016004408 W JP 2016004408W WO 2017061091 A1 WO2017061091 A1 WO 2017061091A1
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WO
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power
pair
contact
coil
output
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Application number
PCT/JP2016/004408
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
田村 秀樹
佑介 丹治
Original Assignee
パナソニックIpマネジメント株式会社
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/10Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling
    • H02J50/12Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling of the resonant type

Definitions

  • the present invention relates to a contactless power supply device and a contactless power supply system.
  • Patent Document 1 a non-contact power feeding device that uses electromagnetic induction to supply power to a load in a non-contact manner has been proposed, and is disclosed in Patent Document 1, for example.
  • the non-contact power supply device described in Patent Document 1 includes a power supply coil (primary coil) that supplies electric power by generating a magnetic field, and is used for power supply to a moving body such as an electric vehicle.
  • the non-contact power receiving device includes a power receiving coil (secondary coil) and a storage battery, and accumulates the power supplied from the power feeding coil of the non-contact power feeding device to the power receiving coil in the storage battery.
  • the coupling coefficient between the primary side coil and the secondary side coil changes depending on the relative positional relationship between the primary side coil and the secondary side coil. For this reason, when the relative positional relationship of a primary side coil and a secondary side coil changes, the output electric power output from a non-contact electric power feeding device may reduce, and required electric power may be insufficient.
  • the present invention has been made in view of the above points, and aims to reduce conduction noise.
  • a contactless power supply device includes a primary coil and a pair of power correction circuits.
  • the primary side coil is electrically connected between a pair of electric wires, and is configured to supply output power to the secondary side coil in a non-contact manner by applying an AC voltage via the pair of electric wires.
  • the pair of power correction circuits are configured to correct the magnitude of the output power by adjusting the magnitude of the AC voltage.
  • the first power correction circuit of the pair of power correction circuits is electrically connected to the first electric wire of the pair of electric wires.
  • the second power correction circuit of the pair of power correction circuits is electrically connected to the second electric wire of the pair of electric wires.
  • a non-contact power feeding system includes the above-described non-contact power feeding device and a non-contact power receiving device having the secondary coil.
  • the contactless power receiving device is configured such that the output power is supplied in a contactless manner from the contactless power feeding device.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a non-contact power feeding system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a circuit diagram showing the contactless power feeding system of the embodiment.
  • FIG. 3 is a waveform diagram of a drive signal of the non-contact power feeding device of the above embodiment.
  • FIG. 4 is a block diagram illustrating a contactless power feeding device of a comparative example.
  • FIG. 5A is a waveform diagram of a voltage in the non-contact power feeding device of the comparative example.
  • FIG. 5B is a waveform diagram of a common mode voltage in the contactless power feeding device of the comparative example.
  • FIG. 6A is a waveform diagram of a voltage in the contactless power feeding device of the embodiment.
  • FIG. 6B is a waveform diagram of a common mode voltage in the contactless power supply device of the above embodiment.
  • FIG. 7 is a circuit diagram showing a modification of the first power correction circuit and the second power correction circuit in the non-contact power feeding apparatus of the above embodiment.
  • FIG. 8 is a graph showing an example of resonance characteristics in the non-contact power feeding device of the embodiment.
  • the present embodiment relates to a non-contact power supply device 2 and a non-contact power supply system 1, and more particularly to a non-contact power supply device 2 and a non-contact power supply system 1 that perform power supply to a load without contact.
  • the contactless power supply device 2 of the present embodiment includes a primary coil L1 and a pair of power correction circuits 23 and 24, as shown in FIGS.
  • the primary side coil L1 is electrically connected between the pair of electric wires 51 and 52, and an AC voltage is applied through the pair of electric wires 51 and 52 to supply output power to the secondary side coil L2 in a non-contact manner.
  • the pair of power correction circuits 23 and 24 each corrects the magnitude of the output power by adjusting the magnitude of the AC voltage.
  • the first power correction circuit 23 of the pair of power correction circuits 23 and 24 is electrically connected to the first electric wire 51 of the pair of electric wires 51 and 52. Further, the second power correction circuit 24 of the pair of power correction circuits 23 and 24 is electrically connected to the second electric wire 52 of the pair of electric wires 51 and 52.
  • the non-contact electric power feeding system 1 of this embodiment is provided with the non-contact electric power feeder 2 and the non-contact electric power receiving apparatus 3 which has the secondary side coil L2, as shown in FIG. 1, FIG.
  • the non-contact power receiving device 3 is configured so that output power is supplied from the non-contact power feeding device 2 in a non-contact manner.
  • the non-contact power feeding device 2 and the non-contact power feeding system 1 of the present embodiment will be described in detail.
  • the configuration described below is merely an example of the present invention, and the present invention is not limited to the following embodiment, and the technical idea according to the present invention is not limited to this embodiment.
  • Various changes can be made according to the design or the like as long as they do not deviate.
  • the non-contact power feeding system 1 includes a non-contact power feeding device 2 having a primary side coil L1 and a non-contact power receiving device 3 having a secondary side coil L2.
  • the non-contact power receiving device 3 is configured so that output power is supplied from the non-contact power feeding device 2 in a non-contact manner.
  • the output power is power output from the non-contact power feeding device 2. That is, the output power is power that is supplied from the primary coil L1 to the secondary coil L2 in a non-contact manner by applying an AC voltage to the primary coil L1.
  • the non-contact power receiving device 3 is mounted on an electric vehicle
  • the storage battery 4 mounted on the electric vehicle is a load
  • the electric vehicle is a vehicle that travels using electric energy stored in the storage battery 4.
  • the non-contact power receiving device 3 is used as a charging device for the storage battery 4.
  • an electric vehicle that travels by driving force generated by an electric motor will be described as an example of an electric vehicle.
  • the electric vehicle is not limited to an electric vehicle, and may be a two-wheeled vehicle (electric motorcycle), an electric bicycle, or the like.
  • the non-contact power supply device 2 charges the storage battery 4 by supplying electric power supplied from a commercial power source (system power source) or power generation equipment such as solar power generation equipment to the non-contact power receiving device 3 in a non-contact manner.
  • the power supplied to the non-contact power supply device 2 may be either AC power or DC power.
  • the non-contact power supply apparatus 2 includes an AC / DC converter circuit 21 that converts AC power supplied from the commercial power supply AC1 into DC power.
  • DC power may be supplied to the non-contact power feeding device 2 from a DC power source. In this case, the non-contact power feeding device 2 does not need to include the AC / DC converter circuit 21.
  • the contactless power supply device 2 is installed in a parking lot such as a commercial facility, a public facility, or an apartment house. At least the primary coil L1 of the non-contact power feeding device 2 is installed on the floor or the ground. And the non-contact electric power feeder 2 supplies output electric power non-contact with respect to the non-contact electric power receiving apparatus 3 with which the electric vehicle parked on the primary side coil L1 is provided. At this time, the secondary side coil L2 of the non-contact power receiving device 3 is located above the primary side coil L1, thereby being electromagnetically coupled to the primary side coil L1 (at least one of electric field coupling and magnetic field coupling). . Note that the primary coil L1 is not limited to be installed so as to be exposed from the floor or the ground, but may be installed so as to be embedded in the floor or the ground.
  • the non-contact power receiving device 3 includes a secondary coil L2, a pair of secondary capacitors C21 and C22, a rectifier circuit 31, and a smoothing capacitor C2.
  • the rectifier circuit 31 includes a diode bridge having a pair of AC input points and a pair of DC output points.
  • One end of the secondary side coil L2 is electrically connected to one AC input point of the rectifier circuit 31 via the secondary side capacitor C21, and the other end of the secondary side coil L2 is connected via the secondary side capacitor C22.
  • the other rectifier circuit 31 is electrically connected to the other AC input point.
  • the smoothing capacitor C2 is electrically connected between the pair of DC output points of the rectifier circuit 31. Furthermore, both ends of the smoothing capacitor C2 are electrically connected to a pair of output terminals T21 and T22, respectively.
  • the storage battery 4 is electrically connected to the pair of output terminals T21 and T22.
  • the non-contact power receiving device 3 receives the output power from the primary side coil L1 of the non-contact power feeding device 2 by the secondary side coil L2.
  • the non-contact power receiving device 3 rectifies the AC voltage generated between both ends of the secondary coil L2 by the rectifier circuit 31 and further smoothes the DC voltage by the smoothing capacitor C2 to generate a pair of output terminals. Output (apply) to the storage battery 4 from T21, T22.
  • the non-contact power feeding device 2 includes a pair of primary side capacitors C11 and C12 that form a resonance circuit (hereinafter referred to as “primary side resonance circuit”) together with the primary side coil L1.
  • the secondary coil L2 forms a resonance circuit (hereinafter referred to as “secondary resonance circuit”) together with the pair of secondary capacitors C21 and C22.
  • the non-contact electric power feeding system 1 of this embodiment employ
  • the non-contact power feeding system 1 of the present embodiment increases the output power of the non-contact power feeding device 2 relative to the non-contact power receiving device 3 even when the primary side coil L1 and the secondary side coil L2 are relatively separated. It can be transmitted efficiently.
  • the contactless power supply device 2 includes a pair of input terminals T11 and T12, an AC / DC converter circuit 21, an inverter circuit 22, a pair of power correction circuits 23 and 24, and a control circuit 25. Yes.
  • the non-contact electric power feeder 2 of this embodiment is provided with the primary side coil L1 and a pair of primary side capacitor
  • a commercial power supply AC1 is electrically connected to the pair of input terminals T11 and T12.
  • the non-contact power feeding device 2 of the present embodiment includes a power feeding unit 6 that outputs an AC voltage, a coil unit 7 having a primary side coil L1, and a pair of electric wires 51 and 52.
  • the power supply unit 6 is configured, for example, by housing an AC / DC converter circuit 21, an inverter circuit 22, a pair of power correction circuits 23 and 24, and a control circuit 25 in a casing.
  • the coil unit 7 is configured by housing the primary side capacitors C11 and C12 and the primary side coil L1 in a case different from the case of the power supply unit 6, for example.
  • the pair of electric wires 51 and 52 are arranged between the power supply unit 6 and the coil unit 7 and are configured to electrically connect the power supply unit 6 and the coil unit 7.
  • the primary coil L ⁇ b> 1 is electrically connected between the pair of electric wires 51 and 52.
  • the pair of electric wires 51 and 52 are configured as one cable by being covered with a film formed of an insulating material.
  • the 1st electric wire 51 and the 2nd electric wire 52 may each be comprised as a separate cable, and does not need to be covered with the film.
  • the AC / DC converter circuit 21 has a pair of input points 211 and 212 and a pair of output points 213 and 214.
  • the pair of input points 211 and 212 is electrically connected to the commercial power supply AC1 via the pair of input terminals T11 and T12. Further, the pair of output points 213 and 214 are electrically connected to the pair of input points 221 and 222 of the inverter circuit 22.
  • the AC / DC converter circuit 21 is configured by a switching power supply having a switch element.
  • the AC / DC converter circuit 21 converts the AC voltage from the commercial power supply AC1 applied to the pair of input points 211 and 212 to a DC voltage by controlling the switch element by the control circuit 25, and converts the AC voltage.
  • the DC voltage is output from the pair of output points 213 and 214.
  • the AC / DC converter circuit 21 also functions as a PFC (Power Factor Correction) circuit.
  • the inverter circuit 22 is a full bridge inverter circuit in which four switch elements Q1 to Q4 are connected in a full bridge.
  • each of the switch elements Q1 to Q4 is an n-channel depletion type MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor-Field-Effect-Transistor).
  • the inverter circuit 22 is configured by electrically connecting a series circuit of switching elements Q1 and Q2 and a series circuit of switching elements Q3 and Q4 in parallel between a pair of input points 221 and 222.
  • a connection point between the switch elements Q1 and Q2 and a connection point between the switch elements Q3 and Q4 are a pair of output points 223 and 224.
  • the drains of the switch elements Q1, Q3 are electrically connected to the first input point 221.
  • the sources of the switch elements Q2 and Q4 are electrically connected to the second input point 222.
  • a connection point between the source of the switch element Q1 and the drain of the switch element Q2 is a first output point 223.
  • a connection point between the source of the switch element Q3 and the drain of the switch element Q4 is a second output point 224.
  • Diodes D1 to D4 are electrically connected between the drains and sources of the switch elements Q1 to Q4, respectively.
  • the diodes D1 to D4 are connected in such a direction that the drain side of the switching elements Q1 to Q4 is a cathode.
  • the diodes D1 to D4 are parasitic diodes of the switch elements Q1 to Q4.
  • the first power correction circuit 23 has a capacitor C31 and four switch elements Q5 to Q8.
  • each of the switch elements Q5 to Q8 is an n-channel depletion type MOSFET.
  • the input point 231 of the first power correction circuit 23 is electrically connected to the first output point 223 of the inverter circuit 22.
  • the output point 232 of the first power correction circuit 23 is electrically connected to the first end of the primary side coil L1 via the primary side capacitor C11.
  • the first power correction circuit 23 electrically connects the series circuit of the switch elements Q5 and Q7 and the series circuit of the switch elements Q6 and Q8 in parallel between the first output point 223 of the inverter circuit 22 and the primary side capacitor C11. Connected to each other.
  • a capacitor C31 is electrically connected between the connection point of the switch elements Q5 and Q7 and the connection point of the switch elements Q6 and Q8.
  • the first output point 223 of the inverter circuit 22 is electrically connected to the source of the switch element Q5 and the drain of the switch element Q6. Further, the source of the switching element Q7 and the drain of the switching element Q8 are electrically connected to the first end of the primary side coil L1 via the primary side capacitor C11.
  • the second power correction circuit 24 has a capacitor C32 and four switch elements Q9 to Q12.
  • each of the switch elements Q9 to Q12 is an n-channel depletion type MOSFET.
  • the input point 241 of the second power correction circuit 24 is electrically connected to the second output point 224 of the inverter circuit 22.
  • the output point 242 of the second power correction circuit 24 is electrically connected to the second end of the primary coil L1 via the primary capacitor C12.
  • the second power correction circuit 24 electrically connects the series circuit of the switch elements Q9 and Q11 and the series circuit of the switch elements Q10 and Q12 in parallel between the second output point 224 of the inverter circuit 22 and the primary side capacitor C12. Connected to each other.
  • a capacitor C32 is electrically connected between the connection point of the switch elements Q9 and Q11 and the connection point of the switch elements Q10 and Q12.
  • the second output point 224 of the inverter circuit 22 is electrically connected to the source of the switch element Q9 and the drain of the switch element Q10. Further, the source of the switching element Q11 and the drain of the switching element Q12 are electrically connected to the second end of the primary side coil L1 via the primary side capacitor C12.
  • Diodes D5 to D12 are electrically connected between the drains and sources of the switch elements Q5 to Q12, respectively.
  • the diodes D5 to D12 are connected in such a direction that the drain side of the switch elements Q5 to Q12 is a cathode.
  • the diodes D5 to D12 are parasitic diodes of the switch elements Q5 to Q12.
  • the control circuit 25 includes, for example, a microcomputer as a main component.
  • the microcomputer realizes a function as the control circuit 25 by executing a program recorded in the memory by a CPU (Central Processing Unit).
  • the program may be recorded in advance in a memory of a microcomputer, may be provided by being recorded on a recording medium such as a memory card, or may be provided through an electric communication line.
  • the control circuit 25 outputs a drive signal for switching on / off of the switch element of the AC / DC converter circuit 21.
  • the control circuit 25 outputs drive signals G1 to G4 for switching on / off of the switch elements Q1 to Q4 of the inverter circuit 22.
  • the drive signals G1 to G4 correspond one-to-one with the switch elements Q1 to Q4.
  • the control circuit 25 controls the switch elements Q1 to Q4 by outputting the drive signals G1 to G4 to the gates of the corresponding switch elements Q1 to Q4, respectively.
  • the control circuit 25 also turns on / off the drive signals G5 to G8 for switching on / off the switch elements Q5 to Q8 of the first power correction circuit 23 and the switch elements Q9 to Q12 of the second power correction circuit 24.
  • the drive signals G9 to G12 for switching are output.
  • the drive signals G5 to G12 correspond one-to-one with the switch elements Q5 to Q12.
  • the control circuit 25 controls the switch elements Q5 to Q12 by outputting the drive signals G5 to G12 to the gates of the corresponding switch elements Q5 to Q12, respectively.
  • the control circuit 25 directly outputs the drive signals G1 to G12 to the gates of the switch elements Q1 to Q12.
  • the present invention is not limited to this configuration.
  • the non-contact power feeding device 2 may further include a drive circuit for the switch elements Q1 to Q12. Then, the drive circuit may receive the drive signals G1 to G12 from the control circuit 25 and drive the switch elements Q1 to Q12.
  • the contactless power supply device 2 of the present embodiment further includes a measurement unit 26.
  • the current sensor 27 which consists of a current transformer, for example is provided.
  • the measuring unit 26 receives the output of the current sensor 27 and measures the magnitude of the current flowing through the primary coil L1 as a measured value.
  • the measuring unit 26 is configured to output a signal including a measurement value to the control circuit 25.
  • the control circuit 25 monitors the magnitude of the output power output from the primary coil L1 using the measurement value measured by the measurement unit 26.
  • the DC voltage output from the AC / DC converter circuit 21 is applied to the pair of input points 221 and 222 of the inverter circuit 22 by the control circuit 25 controlling the AC / DC converter circuit 21.
  • the control circuit 25 uses the drive signals G1 and G4 corresponding to the switch elements Q1 and Q4 and the drive signals G2 and G3 corresponding to the switch elements Q2 and Q3 as opposite phases (with a phase difference of 180). Degree) signal.
  • the inverter circuit 22 is controlled so that the pair of switch elements Q1 and Q4 and the pair of switch elements Q2 and Q3 are alternately turned on.
  • a dead time is provided between the on period of the pair of switch elements Q1 and Q4 and the on period of the pair of switch elements Q2 and Q3. It has been.
  • a voltage (AC voltage) whose polarity (positive / negative) is periodically inverted is generated between the pair of output points 223 and 224 of the inverter circuit 22. That is, the inverter circuit 22 converts the DC voltage applied to the pair of input points 221 and 222 into an AC voltage by switching the switching elements Q1 to Q4, and converts the converted AC voltage from the pair of output points 223 and 224. Output.
  • the output voltage of the inverter circuit 22 the polarity at which the potential at the first output point 223 becomes a high potential is referred to as “positive polarity”, and the polarity at which the potential at the second output point 224 becomes a high potential is referred to as “negative polarity”. That is, the output voltage of the inverter circuit 22 is positive when the switch elements Q1 and Q4 are on, and is negative when the switch elements Q2 and Q3 are on.
  • the primary coil L1 forms a primary resonance circuit together with a pair of primary capacitors C11 and C12. For this reason, the magnitude of the output power (output voltage) output from the primary coil L1 varies according to the operating frequency of the inverter circuit 22 (that is, the frequency of the drive signals G1 to G4). The magnitude of the output power output from the primary side coil L1 reaches a peak when the operating frequency of the inverter circuit 22 matches the resonance frequency of the primary side resonance circuit.
  • the output power of the non-contact power feeding device 2 Frequency characteristics (hereinafter referred to as “resonance characteristics”) change.
  • resonance characteristics of the non-contact power feeding device 2 change, for example, even if the operating frequency of the inverter circuit 22 is adjusted within a frequency range permitted for use by the government or the like, the output power of the non-contact power feeding device 2 becomes the target. May not reach the power.
  • the magnitude of the output power output from the primary coil L1 is corrected by adjusting the AC voltage output from the inverter circuit 22 by the power correction circuits 23 and 24.
  • the operation of each of the power correction circuits 23 and 24 will be described.
  • the control circuit 25 uses the drive signals G5 and G8 corresponding to the switch elements Q5 and Q8 and the drive signals G6 and G7 corresponding to the switch elements Q6 and Q7 as opposite phases (with a phase difference of 180). Degree) signal. Therefore, the first power correction circuit 23 is controlled so that the pair of switch elements Q5 and Q8 and the pair of switch elements Q6 and Q7 are turned on alternately. In order to prevent all of the switch elements Q5 to Q8 from being turned on, a dead time is provided between the on period of the pair of switch elements Q5 and Q8 and the on period of the pair of switch elements Q6 and Q7. It has been.
  • the capacitor C31 is not electrically connected and the capacitor C31 is not electrically connected between the first output point 223 of the inverter circuit 22 and the primary coil L1. Switch between states.
  • the first power correction circuit 23 corrects the magnitude of the output power by adding or subtracting the charging voltage of the capacitor C31 to the primary side coil L1 to the voltage output from the inverter circuit 22. That is, the first power correction circuit 23 is configured to adjust the charging voltage of the capacitor C31 to the primary coil L1 by controlling the plurality of switch elements Q5 to Q8. In other words, the first power correction circuit 23 adjusts the magnitude of the capacitance component of the primary side resonance circuit between the first output point 223 of the inverter circuit 22 and the primary side coil L1, thereby increasing the magnitude of the output power. Is configured to correct.
  • the control circuit 25 controls the pair of switch elements Q5 and Q7 (or the pair of switch elements Q6 and Q8) to be on.
  • the capacitor C31 is not electrically connected between the first output point 223 of the inverter circuit 22 and the primary coil L1, so the magnitude of the output power is not corrected. .
  • the control circuit 25 outputs driving signals G9 and G12 corresponding to the switching elements Q9 and Q12 and driving signals G10 and G11 corresponding to the switching elements Q10 and Q11 to each other in opposite phases (positions). A signal having a phase difference of 180 degrees is generated. Therefore, the second power correction circuit 24 is controlled so that the pair of switch elements Q9 and Q12 and the pair of switch elements Q10 and Q11 are turned on alternately. In order to prevent all the switch elements Q9 to Q12 from being turned on, a dead time is provided between the on period of the pair of switch elements Q9 and Q12 and the on period of the pair of switch elements Q10 and Q11. It has been.
  • the second power correction circuit 24 corrects the magnitude of the output power by adding or subtracting the charging voltage of the capacitor C32 to the primary coil L1 to the voltage output from the inverter circuit 22. That is, the second power correction circuit 24 is configured to adjust the charging voltage of the capacitor C32 to the primary coil L1 by controlling the plurality of switch elements Q9 to Q12. In other words, the second power correction circuit 24 adjusts the magnitude of the capacitance component of the primary side resonance circuit between the second output point 224 of the inverter circuit 22 and the primary side coil L1, thereby increasing the magnitude of the output power. Is configured to correct.
  • the control circuit 25 controls the pair of switch elements Q9 and Q11 (or the pair of switch elements Q10 and Q12) to be on.
  • the capacitor C32 is not electrically connected between the second output point 224 of the inverter circuit 22 and the primary coil L1, so the magnitude of the output power is not corrected. .
  • the first power correction circuit 23 is such that the control circuit 25 controls the phase difference between the drive signals G1 to G4 and the drive signals G5 to G8, whereby the charging voltage of the capacitor C31 that is adjusted to the primary coil L1. Is adjusted.
  • the phase difference is a phase delay of the drive signals G6 and G7 with respect to the drive signals G1 and G4, or a phase delay of the drive signals G5 and G8 with respect to the drive signals G2 and G3.
  • the second power correction circuit 24 adjusts the charging voltage of the capacitor C32 that is added to or subtracted from the primary coil L1 by the control circuit 25 controlling the phase difference between the drive signals G1 to G4 and the drive signals G9 to G12. is doing.
  • the phase difference is a phase delay of the drive signals G9 and G12 with respect to the drive signals G1 and G4, or a phase delay of the drive signals G10 and G11 with respect to the drive signals G2 and G3.
  • the drive signals G9 and G12 given to the second power correction circuit 24 are signals having the same phase as the drive signals G6 and G7 given to the first power correction circuit 23, respectively.
  • the drive signals G10 and G11 given to the second power correction circuit 24 are signals having the same phase as the drive signals G5 and G8 given to the first power correction circuit 23, respectively.
  • the control circuit 25 uses the same frequency for the drive signals G1 to G4 given to the inverter circuit 22 and the drive signals G5 to G12 given to the power correction circuits 23 and 24.
  • the contactless power supply device 2 is configured so that the power correction circuits 23 and 24 can provide the AC voltage applied to the primary coil L1 when the output power is insufficient with respect to the target power.
  • the size can be adjusted. Therefore, the non-contact power feeding device 2 of the present embodiment can correct the magnitude of the output power so as to satisfy the target power.
  • the contactless power supply device 200 of the comparative example is different from the contactless power supply device 2 of the present embodiment in that it includes only the first power correction circuit 23.
  • the non-contact power feeding apparatus 200 of the comparative example adjusts the magnitude of the AC voltage applied to the primary coil L1 by the first power correction circuit 23, so that the output power is the same as the non-contact power feeding apparatus 2 of the present embodiment. Can be corrected.
  • common mode noise can occur with the correction of the magnitude of the output power.
  • the voltages V1 to V4 and the common mode voltage VC1 shown in FIGS. 1 and 4 to 6B are all ground voltages with the ground (ground) GND (see FIG. 1) as a reference potential point. Represents.
  • 5B demonstrated below represent the result of having performed the simulation of the non-contact electric power feeder 200 of a comparative example. This simulation was performed under the condition that the first power correction circuit 23 is operating and the magnitude of the output power of the non-contact power feeding apparatus 200 of the comparative example is corrected by the first power correction circuit 23. .
  • the inverter circuit 22 alternately outputs a positive voltage and a negative voltage, and the amplitude of the output voltage is the same. Therefore, as shown in FIG. 5A, the voltage V1 at the first output point 223 of the inverter circuit 22 and the voltage V2 at the second output point 224 have almost the same amplitude.
  • the voltage V3 at the output point 232 of the first power correction circuit 23 and the voltage V2 at the second output point 224 of the inverter circuit 22 have different amplitudes.
  • the voltage V3 becomes a voltage obtained by adding or subtracting the charging voltage of the capacitor C31 to the voltage V1 as shown in FIG. 5A.
  • the common mode voltage VC1 varies as shown in FIG. 5B.
  • the common mode voltage VC1 is a voltage obtained by dividing the voltage between the pair of electric wires 51 and 52 by the stray capacitances CP1 and CP2.
  • the stray capacitances CP1 and CP2 exist between the pair of electric wires 51 and 52 and the ground GND, respectively.
  • a leakage current may flow through the stray capacitances CP1 and CP2 between the pair of electric wires 51 and 52 and the ground.
  • the leakage current may flow out as conduction noise.
  • the contactless power supply device 2 of the present embodiment includes a pair of power correction circuits 23 and 24 unlike the contactless power supply device 200 of the comparative example.
  • the first power correction circuit 23 of the pair of power correction circuits 23 and 24 is electrically connected to the first electric wire 51 of the pair of electric wires 51 and 52.
  • the second power correction circuit 24 of the pair of power correction circuits 23 and 24 is electrically connected to the second electric wire 52 of the pair of electric wires 51 and 52.
  • FIG. 6A and FIG. 6B show the results of simulation of the non-contact power feeding device 2 of the present embodiment. This simulation was performed under the condition that the power correction circuits 23 and 24 are both operating and the magnitude of the output power of the non-contact power feeding device 2 is corrected by the power correction circuits 23 and 24.
  • the voltage V4 at the output point 242 of the second power correction circuit 24 is a voltage obtained by adding or subtracting the charging voltage of the capacitor C32 to the voltage V2.
  • the voltage V3 and the voltage V4 have almost the same amplitude as shown in FIG. 6A.
  • the common mode voltage VC1 is a voltage obtained by dividing the voltage between the pair of cables 51 and 52 (that is, the difference voltage between the voltage V3 and the voltage V4) by the stray capacitances CP1 and CP2, the common mode voltage VC1 hardly fluctuates. .
  • the contactless power supply device 2 of the present embodiment includes the pair of power correction circuits 23 and 24, and thus can suppress fluctuations in the common mode voltage VC1. For this reason, in the non-contact electric power feeder 2 of this embodiment, the conduction noise transmitted through a pair of cables 51 and 52 can be reduced. In the contactless power supply device 2 of the present embodiment, the leakage current flowing through the stray capacitances CP1 and CP2 can also be reduced. Therefore, in the non-contact power feeding device 2 of the present embodiment, it is not necessary to add a capacitor or a coil, so that the resonance frequency of the primary side resonance circuit can be easily adjusted.
  • non-contact electric power feeder 2 of this embodiment it is not necessary to prepare a dedicated cable, and a relatively inexpensive general-purpose cable can be adopted as the pair of electric wires 51 and 52, thereby suppressing an increase in cost. be able to.
  • the pair of power correction circuits 23 and 24 include capacitors C31 and C32 and a plurality of switch elements Q5 to Q8 and Q9 to Q12, respectively.
  • the contactless power supply device 2 of the present embodiment further includes a control circuit 25 that controls the plurality of switch elements Q5 to Q8 and Q9 to Q12 of each of the pair of power correction circuits 23 and 24.
  • the pair of power correction circuits 23 and 24 adjust the charging voltages of the capacitors C31 and C32 to the primary coil L1 by controlling the plurality of switch elements Q5 to Q8 and Q9 to Q12 by the control circuit 25, respectively. It is configured as follows.
  • the magnitude of the output power from the primary coil L1 can be easily corrected by controlling the frequency and phase of the drive signals G5 to G12 applied to the switch elements Q5 to Q12. Note that whether or not to adopt the configuration is arbitrary.
  • the pair of power correction circuits 23 and 24 have the same configuration.
  • the control circuit 25 is configured to control the plurality of switch elements Q5 to Q8 and Q9 to Q12 corresponding to each other in the pair of power correction circuits 23 and 24 at the same timing.
  • the amplitude of the voltage V3 at the output point 232 of the first power correction circuit 23 and the amplitude of the voltage V4 at the output point 242 of the second power correction circuit 24 can be almost matched.
  • the phases of the voltages V3 and V4 can be almost aligned so that the voltage V4 is negative when the voltage V3 is positive.
  • the non-contact power feeding device 2 has an effect of suppressing fluctuations in the common mode voltage VC1 only by including the pair of power correction circuits 23 and 24.
  • the non-contact electric power feeder 2 of this embodiment is provided with the electric power feeding unit 6 which outputs an alternating voltage, the coil unit 7 which has the primary side coil L1, and a pair of electric wires 51 and 52, as shown in FIG. ing.
  • the pair of electric wires 51 and 52 electrically connect the power supply unit 6 and the coil unit 7.
  • the pair of power correction circuits 23 and 24 are included in the power supply unit 6.
  • the first power correction circuit 23 is not limited to the configuration using the four switch elements Q5 to Q8 as in the present embodiment, but is configured using the two switch elements Q13 and Q14 as shown in FIG. 7, for example. May be.
  • the switch elements Q13 and Q14 are double-gate semiconductor switch elements having two gates.
  • the switch element Q13 is electrically connected in series with the capacitor C31.
  • Switch element Q14 is electrically connected in parallel to the series circuit of switch element Q13 and capacitor C31.
  • Drive signals G7 and G8 are input to the two gates of the switch element Q13, respectively.
  • the drive signals G5 and G6 are input to the two gates of the switch element Q14, respectively.
  • the second power correction circuit 24 may be configured using two switch elements Q15 and Q16 which are semiconductor switch elements having a double gate structure.
  • the switch element Q15 is electrically connected in series with the capacitor C32.
  • Switch element Q16 is electrically connected in parallel to the series circuit of switch element Q15 and capacitor C32.
  • Drive signals G11 and G12 are input to the two gates of the switch element Q15, respectively.
  • the drive signals G9 and G10 are input to the two gates of the switch element Q16, respectively.
  • the second power correction circuit 24 shown in FIG. 7 functions equivalently to the second power correction circuit 24 shown in FIGS. 1 and 2 in which the two switch elements Q15 and Q16 are controlled by the drive signals G9 to G12. .
  • the load to which output power is supplied (that is, supplied with power) in a non-contact manner from the non-contact power supply device 2 is not limited to the storage battery 4 of the electric vehicle, but an electric device including a storage battery such as a mobile phone or a smartphone, or It may be an electric device such as a lighting fixture that does not include a storage battery.
  • the transmission method of the output power from the non-contact power feeding device 2 to the non-contact power receiving device 3 is not limited to the above-described magnetic field resonance method, and may be, for example, an electromagnetic induction method or a microwave transmission method.
  • the switch elements Q1 to Q4 of the inverter circuit 22 and the switch elements Q5 to Q12 of the power correction circuits 23 and 24 are each composed of other semiconductor switching elements such as bipolar transistors and IGBTs (Insulated Gate Gate Bipolar Transistors). Also good.
  • the diodes D1 to D4 of the inverter circuit 22 are not limited to the parasitic diodes of the switch elements Q1 to Q4, respectively, and may be externally attached to the switch elements Q1 to Q4.
  • the diodes D5 to D12 of the power correction circuits 23 and 24 are not limited to the parasitic diodes of the switch elements Q5 to Q12, respectively, and may be externally attached to the switch elements Q5 to Q12.
  • the measurement unit 26 is not limited to the configuration provided separately from the control circuit 25, and may be provided integrally with the control circuit 25. Furthermore, since the measurement unit 26 only needs to measure the magnitude of the current flowing through the primary side coil L1, the current sensor 27 is not limited to the current flowing through the primary side coil L1 but between the primary side coil L1 and the primary side capacitor C12. On the path.
  • the primary side capacitors C11 and C12 are not limited to a configuration in which the primary side capacitors C11 and C12 are directly electrically connected to the primary side coil L1.
  • the primary side capacitor C ⁇ b> 11 may be provided between the first output point 223 of the inverter circuit 22 and the input point 231 of the first power correction circuit 23.
  • the primary side capacitor C ⁇ b> 12 may be provided between the second output point 224 of the inverter circuit 22 and the input point 241 of the second power correction circuit 24.
  • the primary side coil L1 and the secondary side coil L2 in this embodiment may be a solenoid type coil in which the conducting wire is wound spirally around the core, the conducting wire is wound spirally on a plane.
  • the conducting wire is wound spirally on a plane.
  • it is a spiral coil.
  • Spiral type coils have the advantage that unnecessary radiation noise is less likely to occur than solenoid type coils.
  • the use of the spiral type coil has the advantage that the range of operating frequencies that can be used in the inverter circuit 22 is expanded as a result of reducing unnecessary radiation noise.
  • the resonance characteristics in the non-contact power feeding system 1 change according to the coupling coefficient between the primary side coil L1 and the secondary side coil L2 as described above.
  • the output has two maximum values as shown in FIG. It shows a so-called bimodal characteristic in which a value occurs.
  • this resonance characteristic (bimodal characteristic), as shown in FIG. 8, two “mountains” in which the output is maximized at each of the first frequency fr1 and the third frequency fr3 are generated. Between these two “mountains”, a “valley” in which the output is minimized at the second frequency fr2 occurs.
  • the first frequency fr1, the second frequency fr2, and the third frequency fr3 are in a relationship of fr1 ⁇ fr2 ⁇ fr3.
  • a frequency region lower than the second frequency fr2 is referred to as a “low frequency region”
  • a frequency region higher than the second frequency fr2 is referred to as a “high frequency region”.
  • each of a “mountain” in the low-frequency region (a mountain that becomes maximum at the first frequency fr1) and a “mountain” in the high-frequency region (a mountain that becomes maximum at the third frequency fr3) a region where the inverter circuit 22 operates in the slow phase mode (hereinafter referred to as “slow phase region”) occurs. Therefore, the inverter circuit 22 can operate in the slow phase mode even when the operating frequency f1 is in any of the two “mountains”.
  • the slow phase mode is a mode in which the inverter circuit 22 operates in a state in which the phase of the output current of the inverter circuit 22 (current flowing through the primary coil L1) is delayed from the phase of the output voltage of the inverter circuit 22. It is.
  • the switching operation of the inverter circuit 22 is soft switching. Therefore, in the slow phase mode, the switching loss of the switch elements Q1 to Q4 can be reduced, and stress is not easily applied to the switch elements.
  • the phase advance mode shown in FIG. 8 is a state in which the phase of the output current of the inverter circuit 22 (current flowing through the primary coil L1) is higher than the phase of the output voltage of the inverter circuit 22, It is a mode to operate.
  • the case where it is in the “mountain” of the low frequency region Comparing the case where the operating frequency f1 of the inverter circuit 22 is in the “mountain” of the low frequency region and the case of being in the “mountain” of the high frequency region, the case where it is in the “mountain” of the low frequency region Noise is reduced. That is, in the “mountain” of the high frequency region, the current flowing through the primary coil L1 and the current flowing through the secondary coil L2 have the same phase. On the other hand, in the “mountain” in the low frequency region, the current flowing through the primary coil L1 and the current flowing through the secondary coil L2 are in opposite phases.
  • the inverter circuit 22 since the operating frequency f1 of the inverter circuit 22 is in the “mountain” slow phase region (fr1 to fr2) in the low frequency region, the inverter circuit 22 operates in the slow phase mode. In addition, unnecessary radiation noise is also reduced. However, since the slow phase region of the “mountain” in the low frequency region changes according to the coupling coefficient between the primary side coil L1 and the secondary side coil L2, the inverter circuit 22 has such an indefinite slow phase region. Control to accommodate the operating frequency f1 is required.
  • the operating frequency f1 of the inverter circuit 22 is in the “mountain” slow phase region (higher frequency side than fr3) of the high frequency region, compared to the solenoid type coil. Unwanted radiation noise is greatly reduced.
  • the operating frequency f1 of the inverter circuit 22 is not limited to the “mountain” slow phase region of the low frequency region, and the range of the operating frequency f1 usable in the inverter circuit 22 is expanded. Will be.
  • the slow phase region of the “mountain” in the high frequency region is an uncertain region, if the operating frequency f1 of the inverter circuit 22 is swept from a sufficiently high frequency to a low frequency side, the operating frequency f1 is Since it passes through the “mountain” slow-phase region, no complicated control is required.
  • the non-contact power feeding device (2) includes a primary coil (L1) and a pair of power correction circuits (23, 24). .
  • the primary coil (L1) is electrically connected between the pair of electric wires (51, 52), and an AC voltage is applied via the pair of electric wires (51, 52), whereby the secondary coil (L2). Is configured to supply output power in a non-contact manner.
  • the pair of power correction circuits (23, 24) is configured to correct the magnitude of the output power by adjusting the magnitude of the AC voltage.
  • the first power correction circuit (23) of the pair of power correction circuits (23, 24) is electrically connected to the first electric wire (51) of the pair of electric wires (51, 52).
  • the second power correction circuit (24) of the pair of power correction circuits (23, 24) is electrically connected to the second electric wire (52) of the pair of electric wires (51, 52).
  • the pair of power correction circuits (23, 24) includes a capacitor (C31, C32) and a plurality of switch elements, respectively. (Q5 to Q8, Q9 to Q12).
  • the non-contact power feeding device (2) further includes a control circuit (25) for controlling the plurality of switch elements (Q5 to Q8, Q9 to Q12) of each of the pair of power correction circuits (23, 24).
  • the pair of power correction circuits (23, 24) controls the charge voltage of the capacitors (C 31, C 32) by controlling the plurality of switch elements (Q 5 to Q 8, Q 9 to Q 12) by the control circuit (25), respectively. It is configured to adjust to the side coil (L1).
  • the pair of power correction circuits (23, 24) have the same configuration.
  • the control circuit (25) is configured to control a plurality of switch elements (Q5 to Q8, Q9 to Q12) corresponding to each other of the pair of power correction circuits (23, 24) at the same timing.
  • the non-contact electric power feeder (2) which concerns on the 4th aspect of this invention measures the magnitude
  • the control circuit (25) is configured to monitor the magnitude of the output power output from the primary coil (L1) using the measurement value measured by the measurement unit (26).
  • a contactless power supply device (2) includes a power supply unit (6) that outputs an alternating voltage and a primary coil (L1) in any one of the first to fourth aspects.
  • a coil unit (7) having a pair of electric wires (51, 52). The pair of electric wires (51, 52) electrically connect the power supply unit (6) and the coil unit (7).
  • the pair of power correction circuits (23, 24) is included in the power supply unit (6).
  • a non-contact power feeding system (1) includes a non-contact power feeding device (2) according to any one of the first to fifth aspects, and a non-contact power feeding system (1) having a secondary coil (L2). And a contact power receiving device (3).
  • the non-contact power receiving device (3) is configured such that output power is supplied in a non-contact manner from the non-contact power feeding device (2).
  • the contactless power supply device (2) and the contactless power supply system (1) can reduce conduction noise.

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Abstract

本発明の課題は、伝導ノイズを低減することにある。非接触給電装置(2)は、一次側コイル(L1)と、一対の電力補正回路(23,24)とを備えている。一次側コイル(L1)は、一対の電線(51,52)間に電気的に接続され、一対の電線(51,52)を介して交流電圧が印加されることにより二次側コイル(L2)に非接触で出力電力を供給する。一対の電力補正回路(23,24)は、それぞれ交流電圧の大きさを調整することで出力電力の大きさを補正する。第1電力補正回路(23)は、第1電線(51)に電気的に接続されている。また、第2電力補正回路(24)は、第2電線(52)に電気的に接続されている。

Description

非接触給電装置および非接触給電システム
 本発明は、非接触給電装置および非接触給電システムに関する。
 従来、電磁誘導を利用して負荷に非接触で電力を供給する非接触給電装置が提案されており、たとえば特許文献1に開示されている。特許文献1に記載の非接触給電装置は、磁界を発生させることで電力を供給する給電コイル(一次側コイル)を備えており、電気自動車などの移動体への給電に用いられる。非接触受電装置は、受電コイル(二次側コイル)および蓄電池を備えており、非接触給電装置の給電コイルから受電コイルに供給された電力を蓄電池に蓄積する。
 ところで、上述したような非接触給電装置では、一次側コイルと二次側コイルとの相対的な位置関係によって、一次側コイルと二次側コイルとの間の結合係数が変化する。このため、一次側コイルと二次側コイルとの相対的な位置関係が変化した場合、非接触給電装置から出力される出力電力が減少し、必要な電力が不足する可能性がある。
 そこで、非接触給電装置では、必要な電力を確保するために出力電力の大きさを補正するとともに、補正に伴って生じ得る伝導ノイズを低減する対策が望まれている。
特開2013-243929号公報
 本発明は、上記の点に鑑みてなされており、伝導ノイズを低減することを目的とする。
 本発明の一態様に係る非接触給電装置は、一次側コイルと、一対の電力補正回路とを備える。前記一次側コイルは、一対の電線間に電気的に接続され、前記一対の電線を介して交流電圧が印加されることにより二次側コイルに非接触で出力電力を供給するように構成される。前記一対の電力補正回路は、それぞれ前記交流電圧の大きさを調整することで前記出力電力の大きさを補正するように構成される。前記一対の電力補正回路のうちの第1電力補正回路は、前記一対の電線のうちの第1電線に電気的に接続される。前記一対の電力補正回路のうちの第2電力補正回路は、前記一対の電線のうちの第2電線に電気的に接続される。
 また、本発明の一態様に係る非接触給電システムは、上記の非接触給電装置と、前記二次側コイルを有する非接触受電装置とを備える。前記非接触受電装置は、前記非接触給電装置から非接触で前記出力電力が供給されるように構成される。
図1は、本発明の一実施形態の非接触給電システムを示すブロック図である。 図2は、上記実施形態の非接触給電システムを示す回路図である。 図3は、上記実施形態の非接触給電装置の駆動信号の波形図である。 図4は、比較例の非接触給電装置を示すブロック図である。 図5Aは、上記比較例の非接触給電装置における電圧の波形図である。図5Bは、上記比較例の非接触給電装置におけるコモンモード電圧の波形図である。 図6Aは、上記実施形態の非接触給電装置における電圧の波形図である。図6Bは、上記実施形態の非接触給電装置におけるコモンモード電圧の波形図である。 図7は、上記実施形態の非接触給電装置における、第1電力補正回路および第2電力補正回路の変形例を示す回路図である。 図8は、上記実施形態の非接触給電装置における共振特性の例を示すグラフである。
 本実施形態は、非接触給電装置2および非接触給電システム1、より詳細には負荷に非接触で給電を行う非接触給電装置2および非接触給電システム1に関する。
 本実施形態の非接触給電装置2は、図1、図2に示すように、一次側コイルL1と、一対の電力補正回路23,24とを備えている。一次側コイルL1は、一対の電線51,52間に電気的に接続され、一対の電線51,52を介して交流電圧が印加されることにより二次側コイルL2に非接触で出力電力を供給する。一対の電力補正回路23,24は、それぞれ交流電圧の大きさを調整することで出力電力の大きさを補正する。
 そして、一対の電力補正回路23,24のうちの第1電力補正回路23は、一対の電線51,52のうちの第1電線51に電気的に接続されている。また、一対の電力補正回路23,24のうちの第2電力補正回路24は、一対の電線51,52のうちの第2電線52に電気的に接続されている。
 また、本実施形態の非接触給電システム1は、図1、図2に示すように、非接触給電装置2と、二次側コイルL2を有する非接触受電装置3とを備えている。非接触受電装置3は、非接触給電装置2から非接触で出力電力が供給されるように構成されている。
 以下、本実施形態の非接触給電装置2および非接触給電システム1について詳しく説明する。ただし、以下に説明する構成は、本発明の一例に過ぎず、本発明は、下記の実施形態に限定されることはなく、この実施形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。
 まず、本実施形態の非接触給電システム1の概要について図1を用いて説明する。非接触給電システム1は、一次側コイルL1を有する非接触給電装置2と、二次側コイルL2を有する非接触受電装置3とを備えている。非接触受電装置3は、非接触給電装置2から非接触で出力電力が供給されるように構成されている。ここで、出力電力とは、非接触給電装置2から出力される電力である。つまり、出力電力は、一次側コイルL1に交流電圧が印加されることにより、一次側コイルL1から二次側コイルL2に非接触で供給される電力である。
 本実施形態では、非接触受電装置3が電動車両に搭載されている場合を例に説明する。また、電動車両に搭載されている蓄電池4が負荷である場合を例にして説明する。ここで、電動車両とは、蓄電池4に蓄積された電気エネルギーを用いて走行する車両である。そして、非接触受電装置3は、蓄電池4の充電装置として用いられる。なお、ここでは、電動機で生じる駆動力によって走行する電気自動車を電動車両の例として説明するが、電動車両は電気自動車に限らず、たとえば二輪車(電動バイク)、電動自転車などであってもよい。
 非接触給電装置2は、商用電源(系統電源)や、太陽光発電設備などの発電設備から供給される電力を、非接触受電装置3に非接触で供給することで、蓄電池4を充電する。非接触給電装置2に供給される電力は、交流電力と直流電力とのいずれであってもよい。本実施形態では、非接触給電装置2に商用電源AC1から交流電力が供給される場合を例に説明する。このため、非接触給電装置2は、商用電源AC1から供給される交流電力を直流電力に変換するAC/DCコンバータ回路21を備えている。なお、非接触給電装置2に直流電源から直流電力が供給されてもよい。この場合、非接触給電装置2は、AC/DCコンバータ回路21を備える必要がない。
 非接触給電装置2は、たとえば商業施設や公共施設、あるいは集合住宅などの駐車場に設置される。非接触給電装置2のうち少なくとも一次側コイルL1は、床あるいは地面に設置される。そして、非接触給電装置2は、一次側コイルL1の上に駐車された電動車両が備える非接触受電装置3に対して非接触で出力電力を供給する。このとき、非接触受電装置3の二次側コイルL2は、一次側コイルL1の上方に位置することで、一次側コイルL1と電磁界結合(電界結合と磁界結合との少なくとも一方)されている。なお、一次側コイルL1は、床あるいは地面から露出するように設置される構成に限らず、床あるいは地面に埋め込まれるように設置されていてもよい。
 非接触受電装置3は、図1、図2に示すように、二次側コイルL2と、一対の二次側コンデンサC21,C22と、整流回路31と、平滑コンデンサC2とを有している。整流回路31は、一対の交流入力点と、一対の直流出力点とを有するダイオードブリッジで構成されている。二次側コイルL2の一端は、二次側コンデンサC21を介して整流回路31の一方の交流入力点に電気的に接続され、二次側コイルL2の他端は、二次側コンデンサC22を介して整流回路31の他方の交流入力点に電気的に接続されている。平滑コンデンサC2は、整流回路31の一対の直流出力点間に電気的に接続されている。さらに、平滑コンデンサC2の両端は、それぞれ一対の出力端子T21,T22に電気的に接続されている。一対の出力端子T21,T22には、蓄電池4が電気的に接続されている。
 非接触受電装置3は、非接触給電装置2の一次側コイルL1からの出力電力を二次側コイルL2で受ける。そして、非接触受電装置3は、二次側コイルL2の両端間に発生する交流電圧を整流回路31にて整流し、さらに平滑コンデンサC2により平滑することで得られる直流電圧を、一対の出力端子T21,T22から蓄電池4に出力(印加)する。
 本実施形態では、非接触給電装置2は、一次側コイルL1とともに共振回路(以下、「一次側共振回路」という)を構成する一対の一次側コンデンサC11,C12を備えている。また、非接触受電装置3では、二次側コイルL2は、一対の二次側コンデンサC21,C22とともに共振回路(以下、「二次側共振回路」という)を構成している。
 そして、本実施形態の非接触給電システム1は、一次側共振回路と二次側共振回路とを共鳴させることにより電力の伝送を行う磁界共鳴方式(磁気共鳴方式)を採用している。このため、本実施形態の非接触給電システム1は、一次側コイルL1と二次側コイルL2が比較的離れた状態でも、非接触給電装置2の出力電力を非接触受電装置3に対して高効率で伝送可能である。
 次に、本実施形態の非接触給電装置2について図1、図2を用いて説明する。本実施形態の非接触給電装置2は、一対の入力端子T11,T12と、AC/DCコンバータ回路21と、インバータ回路22と、一対の電力補正回路23,24と、制御回路25とを備えている。また、本実施形態の非接触給電装置2は、既に述べたように、一次側共振回路を構成する一次側コイルL1および一対の一次側コンデンサC11,C12を備えている。一対の入力端子T11,T12には、商用電源AC1が電気的に接続されている。
 また、本実施形態の非接触給電装置2は、交流電圧を出力する給電ユニット6と、一次側コイルL1を有するコイルユニット7と、一対の電線51,52とで構成されている。給電ユニット6は、たとえば筐体に、AC/DCコンバータ回路21と、インバータ回路22と、一対の電力補正回路23,24と、制御回路25とを収納して構成されている。コイルユニット7は、たとえば給電ユニット6の筐体とは異なる筐体に、一次側コンデンサC11,C12と、一次側コイルL1とを収納して構成されている。
 一対の電線51,52は、給電ユニット6とコイルユニット7との間に配置され、かつ、給電ユニット6とコイルユニット7とを電気的に接続するように構成されている。そして、一次側コイルL1は、一対の電線51,52間に電気的に接続されている。本実施形態では、一対の電線51,52は、絶縁性を有する材料で形成された被膜に覆われて1本のケーブルとして構成されている。もちろん、第1電線51と第2電線52とは、それぞれ別々のケーブルとして構成されていてもよいし、被膜に覆われていなくてもよい。
 AC/DCコンバータ回路21は、一対の入力点211,212と、一対の出力点213,214とを有している。一対の入力点211,212は、一対の入力端子T11,T12を介して商用電源AC1に電気的に接続されている。また、一対の出力点213,214は、インバータ回路22の一対の入力点221,222に電気的に接続されている。
 本実施形態では、AC/DCコンバータ回路21は、スイッチ素子を有するスイッチング電源で構成されている。そして、AC/DCコンバータ回路21は、スイッチ素子を制御回路25に制御されることにより、一対の入力点211,212に印加される商用電源AC1からの交流電圧を直流電圧に変換して、変換した直流電圧を一対の出力点213,214から出力する。また、本実施形態では、AC/DCコンバータ回路21は、PFC(Power Factor Correction)回路としても機能する。
 インバータ回路22は、4つのスイッチ素子Q1~Q4がフルブリッジ接続されたフルブリッジインバータ回路である。本実施形態では、スイッチ素子Q1~Q4は、それぞれnチャネルのデプレッション型MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)である。インバータ回路22は、スイッチ素子Q1,Q2の直列回路と、スイッチ素子Q3,Q4の直列回路とを一対の入力点221,222間に並列に電気的に接続して構成されている。スイッチ素子Q1,Q2の接続点およびスイッチ素子Q3,Q4の接続点は、一対の出力点223,224となる。
 一対の入力点221,222のうち、第1入力点221には、スイッチ素子Q1,Q3のドレインが電気的に接続されている。また、第2入力点222には、スイッチ素子Q2,Q4のソースが電気的に接続されている。そして、スイッチ素子Q1のソースとスイッチ素子Q2のドレインとの接続点が、第1出力点223となる。また、スイッチ素子Q3のソースとスイッチ素子Q4のドレインとの接続点が、第2出力点224となる。
 スイッチ素子Q1~Q4のドレイン-ソース間には、それぞれダイオードD1~D4が電気的に接続されている。ダイオードD1~D4は、スイッチ素子Q1~Q4のドレイン側をカソードとする向きで接続されている。ここでは、ダイオードD1~D4は、スイッチ素子Q1~Q4の寄生ダイオードである。
 第1電力補正回路23は、コンデンサC31と、4つのスイッチ素子Q5~Q8とを有している。本実施形態では、スイッチ素子Q5~Q8は、それぞれnチャネルのデプレッション型MOSFETである。第1電力補正回路23の入力点231は、インバータ回路22の第1出力点223に電気的に接続されている。また、第1電力補正回路23の出力点232は、一次側コンデンサC11を介して一次側コイルL1の第1端に電気的に接続されている。第1電力補正回路23は、インバータ回路22の第1出力点223と一次側コンデンサC11との間に、スイッチ素子Q5,Q7の直列回路と、スイッチ素子Q6,Q8の直列回路とを並列に電気的に接続して構成されている。
 スイッチ素子Q5,Q7の接続点と、スイッチ素子Q6,Q8の接続点との間には、コンデンサC31が電気的に接続されている。インバータ回路22の第1出力点223には、スイッチ素子Q5のソースおよびスイッチ素子Q6のドレインが電気的に接続されている。また、一次側コイルL1の第1端には、一次側コンデンサC11を介してスイッチ素子Q7のソースおよびスイッチ素子Q8のドレインが電気的に接続されている。
 第2電力補正回路24は、コンデンサC32と、4つのスイッチ素子Q9~Q12とを有している。本実施形態では、スイッチ素子Q9~Q12は、それぞれnチャネルのデプレッション型MOSFETである。第2電力補正回路24の入力点241は、インバータ回路22の第2出力点224に電気的に接続されている。また、第2電力補正回路24の出力点242は、一次側コンデンサC12を介して一次側コイルL1の第2端に電気的に接続されている。第2電力補正回路24は、インバータ回路22の第2出力点224と一次側コンデンサC12との間に、スイッチ素子Q9,Q11の直列回路と、スイッチ素子Q10,Q12の直列回路とを並列に電気的に接続して構成されている。
 スイッチ素子Q9,Q11の接続点と、スイッチ素子Q10,Q12の接続点との間には、コンデンサC32が電気的に接続されている。インバータ回路22の第2出力点224には、スイッチ素子Q9のソースおよびスイッチ素子Q10のドレインが電気的に接続されている。また、一次側コイルL1の第2端には、一次側コンデンサC12を介してスイッチ素子Q11のソースおよびスイッチ素子Q12のドレインが電気的に接続されている。
 スイッチ素子Q5~Q12のドレイン-ソース間には、それぞれダイオードD5~D12が電気的に接続されている。ダイオードD5~D12は、スイッチ素子Q5~Q12のドレイン側をカソードとする向きで接続されている。ここでは、ダイオードD5~D12は、スイッチ素子Q5~Q12の寄生ダイオードである。
 制御回路25は、たとえばマイコン(マイクロコンピュータ)を主構成として備えている。マイコンは、そのメモリに記録されているプログラムをCPU(Central Processing Unit)で実行することにより、制御回路25としての機能を実現する。プログラムは、予めマイコンのメモリに記録されていてもよいし、メモリカードのような記録媒体に記録されて提供されたり、電気通信回線を通して提供されたりしてもよい。
 制御回路25は、AC/DCコンバータ回路21のスイッチ素子のオン/オフを切り替えるための駆動信号を出力する。また、制御回路25は、インバータ回路22のスイッチ素子Q1~Q4のオン/オフを切り替えるための駆動信号G1~G4を出力する。駆動信号G1~G4は、スイッチ素子Q1~Q4に一対一に対応する。制御回路25は、駆動信号G1~G4を、それぞれ対応するスイッチ素子Q1~Q4のゲートに出力することで、スイッチ素子Q1~Q4の制御を行っている。
 また、制御回路25は、第1電力補正回路23のスイッチ素子Q5~Q8のオン/オフを切り替えるための駆動信号G5~G8、および第2電力補正回路24のスイッチ素子Q9~Q12のオン/オフを切り替えるための駆動信号G9~G12を出力する。駆動信号G5~G12は、スイッチ素子Q5~Q12に一対一に対応する。制御回路25は、駆動信号G5~G12を、それぞれ対応するスイッチ素子Q5~Q12のゲートに出力することで、スイッチ素子Q5~Q12の制御を行っている。
 なお、本実施形態では、制御回路25が、スイッチ素子Q1~Q12のゲートに対して駆動信号G1~G12を直接出力しているが、この構成に限らない。たとえば、非接触給電装置2は、スイッチ素子Q1~Q12の駆動回路をさらに備えていてもよい。そして、駆動回路は、制御回路25からの駆動信号G1~G12を受けて、スイッチ素子Q1~Q12を駆動してもよい。
 本実施形態の非接触給電装置2は、計測部26をさらに備えている。一次側コイルL1と一次側コンデンサC12との間には、たとえば変流器からなる電流センサ27が設けられている。計測部26は、電流センサ27の出力を受けて、一次側コイルL1に流れる電流の大きさを計測値として計測する。また、計測部26は、計測値を含む信号を制御回路25に出力するように構成されている。制御回路25は、計測部26で計測された計測値を用いて、一次側コイルL1から出力される出力電力の大きさを監視する。
 以下、本実施形態の非接触給電装置2の動作について図1~図3を用いて説明する。なお、図3における「オン」、「オフ」は、対応するスイッチ素子のオン、オフを表している。
 インバータ回路22の一対の入力点221,222には、制御回路25がAC/DCコンバータ回路21を制御することにより、AC/DCコンバータ回路21の出力する直流電圧が印加される。制御回路25は、図3に示すように、スイッチ素子Q1,Q4に対応する駆動信号G1,G4と、スイッチ素子Q2,Q3に対応する駆動信号G2,G3として、互いに逆位相(位相差が180度)の信号を発生する。このため、インバータ回路22では、スイッチ素子Q1,Q4のペアと、スイッチ素子Q2,Q3のペアとが交互にオンするように制御される。なお、スイッチ素子Q1~Q4が全てオンするのを防止するために、スイッチ素子Q1,Q4のペアのオン期間と、スイッチ素子Q2,Q3のペアのオン期間との間には、デッドタイムが設けられている。
 その結果、インバータ回路22の一対の出力点223,224間には、周期的に極性(正・負)が反転する電圧(交流電圧)が発生する。つまり、インバータ回路22は、スイッチ素子Q1~Q4のスイッチングにより、一対の入力点221,222に印加される直流電圧を交流電圧に変換して、変換した交流電圧を一対の出力点223,224から出力する。以下では、インバータ回路22の出力電圧について、第1出力点223の電位が高電位となる極性を「正極性」、第2出力点224の電位が高電位となる極性を「負極性」という。つまり、インバータ回路22の出力電圧は、スイッチ素子Q1,Q4がオンの状態で正極性となり、スイッチ素子Q2,Q3がオンの状態で負極性となる。
 本実施形態の非接触給電装置2では、一次側コイルL1は、一対の一次側コンデンサC11,C12とともに一次側共振回路を構成している。このため、一次側コイルL1から出力される出力電力(出力電圧)の大きさは、インバータ回路22の動作周波数(つまり、駆動信号G1~G4の周波数)に応じて変化する。そして、一次側コイルL1から出力される出力電力の大きさは、インバータ回路22の動作周波数が一次側共振回路の共振周波数と一致するときにピークに達する。
 ここで、一次側コイルL1と二次側コイルL2との相対的な位置関係が変化し、一次側コイルL1と二次側コイルL2との結合係数が変化すると、非接触給電装置2の出力電力の周波数特性(以下、「共振特性」という)が変化する。非接触給電装置2の共振特性が変化すると、たとえば政府等から使用が許可されている周波数の範囲内でインバータ回路22の動作周波数を調整しても、非接触給電装置2の出力電力が目標となる電力に達しない可能性がある。
 そこで、本実施形態では、電力補正回路23,24によりインバータ回路22の出力する交流電圧を調整することで、一次側コイルL1から出力される出力電力の大きさを補正している。以下、電力補正回路23,24の各々の動作について説明する。
 制御回路25は、図3に示すように、スイッチ素子Q5,Q8に対応する駆動信号G5,G8と、スイッチ素子Q6,Q7に対応する駆動信号G6,G7として、互いに逆位相(位相差が180度)の信号を発生する。このため、第1電力補正回路23では、スイッチ素子Q5,Q8のペアと、スイッチ素子Q6,Q7のペアとが交互にオンするように制御される。なお、スイッチ素子Q5~Q8が全てオンするのを防止するために、スイッチ素子Q5,Q8のペアのオン期間と、スイッチ素子Q6,Q7のペアのオン期間との間には、デッドタイムが設けられている。
 その結果、第1電力補正回路23は、インバータ回路22の第1出力点223と一次側コイルL1との間に、コンデンサC31が電気的に接続される状態と、コンデンサC31が電気的に接続されない状態とを切り替える。そして、第1電力補正回路23は、インバータ回路22の出力する電圧に、さらにコンデンサC31の充電電圧を一次側コイルL1に加減することで、出力電力の大きさを補正する。つまり、第1電力補正回路23は、複数のスイッチ素子Q5~Q8が制御されることにより、コンデンサC31の充電電圧を一次側コイルL1に加減するように構成されている。言い換えれば、第1電力補正回路23は、インバータ回路22の第1出力点223と一次側コイルL1との間における一次側共振回路の容量成分の大きさを調整することにより、出力電力の大きさを補正するように構成されている。
 なお、出力電力の大きさを補正する必要がない場合、制御回路25は、スイッチ素子Q5,Q7のペア(またはスイッチ素子Q6,Q8のペア)をオンに制御する。これにより、第1電力補正回路23では、インバータ回路22の第1出力点223と一次側コイルL1との間にコンデンサC31が電気的に接続されない状態となるので、出力電力の大きさが補正されない。
 同様に、制御回路25は、図2に示すように、スイッチ素子Q9,Q12に対応する駆動信号G9,G12と、スイッチ素子Q10,Q11に対応する駆動信号G10,G11として、互いに逆位相(位相差が180度)の信号を発生する。このため、第2電力補正回路24では、スイッチ素子Q9,Q12のペアと、スイッチ素子Q10,Q11のペアとが交互にオンするように制御される。なお、スイッチ素子Q9~Q12が全てオンするのを防止するために、スイッチ素子Q9,Q12のペアのオン期間と、スイッチ素子Q10,Q11のペアのオン期間との間には、デッドタイムが設けられている。
 その結果、第2電力補正回路24は、インバータ回路22の第2出力点224と一次側コイルL1との間に、コンデンサC32が電気的に接続される状態と、コンデンサC32が電気的に接続されない状態とを切り替える。そして、第2電力補正回路24は、インバータ回路22の出力する電圧に、さらにコンデンサC32の充電電圧を一次側コイルL1に加減することで、出力電力の大きさを補正する。つまり、第2電力補正回路24は、複数のスイッチ素子Q9~Q12が制御されることにより、コンデンサC32の充電電圧を一次側コイルL1に加減するように構成されている。言い換えれば、第2電力補正回路24は、インバータ回路22の第2出力点224と一次側コイルL1との間における一次側共振回路の容量成分の大きさを調整することにより、出力電力の大きさを補正するように構成されている。
 なお、出力電力の大きさを補正する必要がない場合、制御回路25は、スイッチ素子Q9,Q11のペア(またはスイッチ素子Q10,Q12のペア)をオンに制御する。これにより、第2電力補正回路24では、インバータ回路22の第2出力点224と一次側コイルL1との間にコンデンサC32が電気的に接続されない状態となるので、出力電力の大きさが補正されない。
 本実施形態では、第1電力補正回路23は、駆動信号G1~G4と駆動信号G5~G8との位相差を制御回路25が制御することにより、一次側コイルL1に加減するコンデンサC31の充電電圧を調整している。ここで、位相差とは、駆動信号G1,G4に対する駆動信号G6,G7の位相の遅れ、あるいは駆動信号G2,G3に対する駆動信号G5,G8の位相の遅れである。同様に、第2電力補正回路24は、駆動信号G1~G4と駆動信号G9~G12との位相差を制御回路25が制御することにより、一次側コイルL1に加減するコンデンサC32の充電電圧を調整している。ここで、位相差とは、駆動信号G1,G4に対する駆動信号G9,G12の位相の遅れ、あるいは駆動信号G2,G3に対する駆動信号G10,G11の位相の遅れである。
 また、本実施形態では、第2電力補正回路24に与える駆動信号G9,G12は、それぞれ第1電力補正回路23に与える駆動信号G6,G7と同じ位相の信号である。また、第2電力補正回路24に与える駆動信号G10,G11は、それぞれ第1電力補正回路23に与える駆動信号G5,G8と同じ位相の信号である。さらに、本実施形態では、制御回路25は、インバータ回路22に与える駆動信号G1~G4と、電力補正回路23,24に与える駆動信号G5~G12との周波数を同一の周波数としている。
 上述のように、本実施形態の非接触給電装置2は、その出力電力が目標となる電力に対して不足する場合に、電力補正回路23,24により、一次側コイルL1に印加する交流電圧の大きさを調整することができる。したがって、本実施形態の非接触給電装置2は、目標となる電力を満たすように出力電力の大きさを補正することが可能である。
 以下、本実施形態の非接触給電装置2の比較例として、電力補正回路を1つのみ備えた非接触給電装置200について説明する。比較例の非接触給電装置200は、図4に示すように、第1電力補正回路23のみを備えている点で、本実施形態の非接触給電装置2と相違する。
 比較例の非接触給電装置200は、第1電力補正回路23により、一次側コイルL1に印加する交流電圧の大きさを調整することで、本実施形態の非接触給電装置2と同様に出力電力の大きさを補正することが可能である。しかしながら、比較例の非接触給電装置200では、出力電力の大きさの補正に伴ってコモンモードノイズが生じ得る。以下、この点について説明する。なお、以下の説明において、図1、図4~図6Bに示す電圧V1~V4、およびコモンモード電圧VC1は、いずれも大地(グランド)GND(図1参照)を基準電位点とする対地間電圧を表している。また、以下で説明する図5A、図5Bは、比較例の非接触給電装置200のシミュレーションを行った結果を表している。このシミュレーションは、第1電力補正回路23が動作しており、第1電力補正回路23により比較例の非接触給電装置200の出力電力の大きさが補正されているという条件の下、行われた。
 既に述べたように、インバータ回路22は、正極性の電圧と負極性の電圧とを交互に出力しており、その出力する電圧の振幅は同じである。したがって、図5Aに示すように、インバータ回路22の第1出力点223での電圧V1と、第2出力点224での電圧V2とは、振幅が殆ど同じである。
 一方、第1電力補正回路23の出力点232での電圧V3と、インバータ回路22の第2出力点224での電圧V2とは、振幅が互いに異なる。図5Aに示すように、電圧V3は、電圧V1にコンデンサC31の充電電圧を加減した電圧となるためである。このため、図5Bに示すように、コモンモード電圧VC1が変動する。ここで、コモンモード電圧VC1は、一対の電線51,52間の電圧を、浮遊容量CP1,CP2で分圧した電圧である。浮遊容量CP1,CP2は、それぞれ一対の電線51,52と大地GNDとの間に存在する。
 コモンモード電圧VC1が変動すると、一対の電線51,52と大地との間の浮遊容量CP1,CP2を介して漏洩電流が流れる可能性がある。また、漏洩電流が伝導ノイズとして外部に流出してしまう可能性がある。
 伝導ノイズへの対策としては、伝導ノイズを低減すべく、一次側コンデンサC11,C12や一次側コイルL1の他に、さらにコンデンサやコイルを追加することが考えられる。しかしながら、この場合、一次側共振回路の共振周波数の調整が難しくなるという問題がある。また、漏洩電流への対策としては、浮遊容量CP1,CP2を低減すべく、一対の電線51,52として電磁シールドを施したケーブルを採用することが考えられる。しかしながら、この場合、専用のケーブルを用意する必要があるため、コストが増大するという問題がある。
 そこで、本実施形態の非接触給電装置2では、比較例の非接触給電装置200とは異なり、一対の電力補正回路23,24を備えている。そして、一対の電力補正回路23,24のうちの第1電力補正回路23は、一対の電線51,52のうちの第1電線51に電気的に接続されている。さらに、一対の電力補正回路23,24のうちの第2電力補正回路24は、一対の電線51,52のうちの第2電線52に電気的に接続されている。
 本実施形態の非接触給電装置2のシミュレーションを行った結果を図6A、図6Bに示す。このシミュレーションは、電力補正回路23、24がいずれも動作しており、電力補正回路23,24により非接触給電装置2の出力電力の大きさが補正されているという条件の下、行われた。本実施形態の非接触給電装置2では、図6Aに示すように、第2電力補正回路24の出力点242での電圧V4は、電圧V2にコンデンサC32の充電電圧を加減した電圧となる。そして、電圧V3と電圧V4とは、図6Aに示すように、振幅が殆ど同じになる。そして、コモンモード電圧VC1は、一対のケーブル51,52間の電圧(つまり、電圧V3と電圧V4との差電圧)を、浮遊容量CP1,CP2で分圧した電圧であるため、殆ど変動しなくなる。
 上述のように、本実施形態の非接触給電装置2は、一対の電力補正回路23,24を備えているので、コモンモード電圧VC1の変動を抑制することができる。このため、本実施形態の非接触給電装置2では、一対のケーブル51,52を伝わる伝導ノイズを低減することができる。また、本実施形態の非接触給電装置2では、浮遊容量CP1,CP2を介して流れる漏洩電流も低減することができる。したがって、本実施形態の非接触給電装置2では、コンデンサやコイルを追加する必要がないため、一次側共振回路の共振周波数の調整が容易である。また、本実施形態の非接触給電装置2では、専用のケーブルを用意する必要がなく、比較的安価な汎用ケーブルを一対の電線51,52として採用することができるので、コストの増大を抑制することができる。
 また、本実施形態の非接触給電装置2では、一対の電力補正回路23,24は、それぞれコンデンサC31,C32および複数のスイッチ素子Q5~Q8,Q9~Q12を有している。また、本実施形態の非接触給電装置2は、一対の電力補正回路23,24の各々の複数のスイッチ素子Q5~Q8,Q9~Q12を制御する制御回路25をさらに備えている。そして、一対の電力補正回路23,24は、それぞれ制御回路25により複数のスイッチ素子Q5~Q8,Q9~Q12が制御されることで、コンデンサC31,C32の充電電圧を一次側コイルL1に加減するように構成されている。
 この構成では、スイッチ素子Q5~Q12に与える駆動信号G5~G12の周波数や位相を制御することで、一次側コイルL1からの出力電力の大きさを容易に補正することができる。なお、当該構成を採用するか否かは任意である。
 さらに、本実施形態の非接触給電装置2では、一対の電力補正回路23,24は、互いに同じ構成である。そして、制御回路25は、一対の電力補正回路23,24の互いに対応する複数のスイッチ素子Q5~Q8,Q9~Q12を同じタイミングで制御するように構成されている。この構成では、第1電力補正回路23の出力点232での電圧V3の振幅と、第2電力補正回路24の出力点242での電圧V4の振幅を殆ど一致させることができる。また、この構成では、電圧V3が正極性のときに電圧V4が負極性となるように、電圧V3,V4の位相を殆ど揃えることができる。言い換えれば、この構成では、電圧V3と電圧V4とを殆ど互いに逆位相とすることができる。したがって、この構成では、コモンモード電圧VC1の変動をより抑制することができる。さらに、この構成では、一対の電力補正回路23,24が同じ構成であるため、制御回路25による制御がし易い。
 なお、当該構成を採用するか否かは任意である。もちろん、当該構成を採用せずとも、非接触給電装置2は、一対の電力補正回路23,24を備えるだけでも、コモンモード電圧VC1の変動を抑制する効果がある。
 また、本実施形態の非接触給電装置2は、図1に示すように、交流電圧を出力する給電ユニット6と、一次側コイルL1を有するコイルユニット7と、一対の電線51,52とを備えている。一対の電線51,52は、給電ユニット6とコイルユニット7とを電気的に接続している。そして、一対の電力補正回路23,24は、給電ユニット6に含まれている。
 この構成では、一対の電線51,52を長くしても、給電ユニット6の一対の電力補正回路23,24によりコモンモード電圧VC1の変動を抑制できるので、給電ユニット6とコイルユニット7とを互いに離れた位置に配置することができる。したがって、この構成では、コイルユニット7の配置の自由度を高めることができる。なお、当該構成を採用するか否かは任意である。
 ところで、第1電力補正回路23は、本実施形態のように4つのスイッチ素子Q5~Q8を用いた構成に限らず、たとえば図7に示すように、2つのスイッチ素子Q13,Q14を用いて構成されていてもよい。図7に示す第1電力補正回路23において、スイッチ素子Q13,Q14は、ゲートを2つ有するダブルゲート構造の半導体スイッチ素子である。また、スイッチ素子Q13は、コンデンサC31と直列に電気的に接続されている。スイッチ素子Q14は、スイッチ素子Q13およびコンデンサC31の直列回路に対して、並列に電気的に接続されている。スイッチ素子Q13の2つのゲートには、それぞれ駆動信号G7,G8が入力される。また、スイッチ素子Q14の2つのゲートには、それぞれ駆動信号G5,G6が入力される。
 同様に、第2電力補正回路24は、たとえば図7に示すように、ダブルゲート構造の半導体スイッチ素子である2つのスイッチ素子Q15,Q16を用いて構成されていてもよい。図7に示すように、スイッチ素子Q15は、コンデンサC32と直列に電気的に接続されている。スイッチ素子Q16は、スイッチ素子Q15およびコンデンサC32の直列回路に対して、並列に電気的に接続されている。スイッチ素子Q15の2つのゲートには、それぞれ駆動信号G11,G12が入力される。また、スイッチ素子Q16の2つのゲートには、それぞれ駆動信号G9,G10が入力される。
 図7に示す第1電力補正回路23は、駆動信号G5~G8によって2つのスイッチ素子Q13,Q14が制御され、図1、図2に示す第1電力補正回路23と等価に機能する。同様に、図7に示す第2電力補正回路24は、駆動信号G9~G12によって2つのスイッチ素子Q15,Q16が制御され、図1、図2に示す第2電力補正回路24と等価に機能する。
 また、非接触給電装置2から非接触で出力電力が供給される(つまり給電される)負荷は、電動車両の蓄電池4に限らず、たとえば携帯電話機やスマートフォンなどの蓄電池を備えた電気機器、あるいは蓄電池を備えない照明器具などの電気機器であってもよい。
 また、非接触給電装置2から非接触受電装置3への出力電力の伝送方式は、上述した磁界共鳴方式に限らず、たとえば電磁誘導方式、マイクロ波伝送方式などであってもよい。
 また、インバータ回路22のスイッチ素子Q1~Q4や、電力補正回路23,24のスイッチ素子Q5~Q12は、それぞれバイポーラトランジスタやIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等の他の半導体スイッチング素子で構成されていてもよい。
 また、インバータ回路22のダイオードD1~D4は、それぞれスイッチ素子Q1~Q4の寄生ダイオードに限らず、スイッチ素子Q1~Q4に外付けされていてもよい。同様に、電力補正回路23,24のダイオードD5~D12は、それぞれスイッチ素子Q5~Q12の寄生ダイオードに限らず、スイッチ素子Q5~Q12に外付けされていてもよい。
 また、計測部26は、制御回路25と別に設けられる構成に限らず、制御回路25と一体に設けられていてもよい。さらに、計測部26は一次側コイルL1に流れる電流の大きさを計測できればよいので、電流センサ27は、一次側コイルL1と一次側コンデンサC12との間に限らず、一次側コイルL1に流れる電流の経路上にあればよい。
 また、一次側コンデンサC11,C12は、図1に示すように、一次側コイルL1に直接に電気的に接続される構成に限られない。たとえば、一次側コンデンサC11は、インバータ回路22の第1出力点223と、第1電力補正回路23の入力点231との間に設けられてもよい。同様に、一次側コンデンサC12は、インバータ回路22の第2出力点224と、第2電力補正回路24の入力点241との間に設けられてもよい。
 ところで、本実施形態における一次側コイルL1および二次側コイルL2は、コアに対して導線が螺旋状に巻き付けられたソレノイド型のコイルであってもよいが、平面上において導線が渦巻き状に巻かれたスパイラル型のコイルであることが好ましい。スパイラル型のコイルは、ソレノイド型のコイルに比べて、不要輻射ノイズが生じにくいという利点がある。また、スパイラル型のコイルが用いられることで、不要輻射ノイズが低減される結果、インバータ回路22において使用可能な動作周波数の範囲が拡大されるという利点もある。以下、この点について詳細に説明する。
 非接触給電システム1における共振特性は、上述したように一次側コイルL1と二次側コイルL2との結合係数に応じて変化し、ある条件下では、図8に示すように出力に2つの極大値が生じる、いわゆる双峰特性を示す。この共振特性(双峰特性)では、図8に示すように、第1周波数fr1と第3周波数fr3とのそれぞれで出力が極大となる2つの“山”が生じる。これら2つの“山”の間には、第2周波数fr2で出力が極小となる“谷”が生じる。ここで、第1周波数fr1と第2周波数fr2と第3周波数fr3とは、fr1<fr2<fr3の関係にある。以下では、第2周波数fr2を基準に、第2周波数fr2よりも低い周波数領域を「低周波領域」といい、第2周波数fr2よりも高い周波数領域を「高周波領域」という。
 このような共振特性にあっては、低周波領域の“山”(第1周波数fr1で極大となる山)と、高周波領域の“山”(第3周波数fr3で極大となる山)とのそれぞれに、インバータ回路22が遅相モードで動作する領域(以下、「遅相領域」という)が生じる。このため、インバータ回路22は、その動作周波数f1が2つの“山”のいずれにある場合でも、遅相モードで動作可能である。
 ここで、遅相モードとは、インバータ回路22の出力電流(一次側コイルL1を流れる電流)の位相が、インバータ回路22の出力電圧の位相よりも遅れた状態で、インバータ回路22が動作するモードである。遅相モードでは、インバータ回路22のスイッチング動作がソフトスイッチングになる。このため、遅相モードでは、スイッチ素子Q1~Q4のスイッチング損失を低減でき、また、スイッチ素子にストレスが加わり難い。なお、図8に示す進相モードとは、インバータ回路22の出力電流(一次側コイルL1を流れる電流)の位相が、インバータ回路22の出力電圧の位相よりも進んだ状態で、インバータ回路22が動作するモードである。
 インバータ回路22の動作周波数f1が低周波領域の“山”にある場合と、高周波領域の“山”にある場合とを比較すると、低周波領域の“山”にある場合の方が、不要輻射ノイズは小さくなる。つまり、高周波領域の“山”では、一次側コイルL1を流れる電流と、二次側コイルL2を流れる電流とは同位相になる。これに対して、低周波領域の“山”では、一次側コイルL1を流れる電流と、二次側コイルL2を流れる電流とが逆位相になる。このため、低周波領域の“山”では、一次側コイルL1で生じる不要輻射ノイズと、二次側コイルL2で生じる不要輻射ノイズとが、互いに相殺されることになり、非接触給電システム1全体でみれば不要輻射ノイズが低減される。
 したがって、ソレノイド型のコイルが採用される場合でも、インバータ回路22の動作周波数f1が低周波領域の“山”の遅相領域(fr1~fr2)にあれば、インバータ回路22が遅相モードで動作し、かつ不要輻射ノイズも低減されることになる。しかし、低周波領域の“山”の遅相領域は、一次側コイルL1と二次側コイルL2との結合係数に応じて変化するため、このような不確定な遅相領域にインバータ回路22の動作周波数f1を収める制御が必要になる。
 これに対して、スパイラル型のコイルであれば、たとえインバータ回路22の動作周波数f1が高周波領域の“山”の遅相領域(fr3より高周波側)にあっても、ソレノイド型のコイルに比べれば不要輻射ノイズは大幅に低減される。つまり、スパイラル型のコイルが用いられることで、インバータ回路22の動作周波数f1は低周波領域の“山”の遅相領域に制限されず、インバータ回路22において使用可能な動作周波数f1の範囲が拡大されることになる。なお、高周波領域の“山”の遅相領域も不確定な領域ではあるが、インバータ回路22の動作周波数f1を十分に高い周波数から低周波側にスイープさせれば、動作周波数f1は高周波領域の“山”の遅相領域を通るので、複雑な制御は不要である。
 以上述べた実施形態から明らかなように、本発明の第1の態様に係る非接触給電装置(2)は、一次側コイル(L1)と、一対の電力補正回路(23,24)とを備える。一次側コイル(L1)は、一対の電線(51,52)間に電気的に接続され、一対の電線(51,52)を介して交流電圧が印加されることにより二次側コイル(L2)に非接触で出力電力を供給するように構成される。一対の電力補正回路(23,24)は、それぞれ交流電圧の大きさを調整することで出力電力の大きさを補正するように構成される。一対の電力補正回路(23,24)のうちの第1電力補正回路(23)は、一対の電線(51,52)のうちの第1電線(51)に電気的に接続される。一対の電力補正回路(23,24)のうちの第2電力補正回路(24)は、一対の電線(51,52)のうちの第2電線(52)に電気的に接続される。
 また、本発明の第2の態様に係る非接触給電装置(2)では、第1の態様において、一対の電力補正回路(23,24)は、それぞれコンデンサ(C31,C32)および複数のスイッチ素子(Q5~Q8,Q9~Q12)を有する。また、非接触給電装置(2)は、一対の電力補正回路(23,24)の各々の複数のスイッチ素子(Q5~Q8,Q9~Q12)を制御する制御回路(25)をさらに備える。一対の電力補正回路(23,24)は、それぞれ制御回路(25)により複数のスイッチ素子(Q5~Q8,Q9~Q12)が制御されることで、コンデンサ(C31,C32)の充電電圧を一次側コイル(L1)に加減するように構成される。
 また、本発明の第3の態様に係る非接触給電装置(2)では、第2の態様において、一対の電力補正回路(23,24)は、互いに同じ構成である。制御回路(25)は、一対の電力補正回路(23,24)の互いに対応する複数のスイッチ素子(Q5~Q8,Q9~Q12)を同じタイミングで制御するように構成される。
 また、本発明の第4の態様に係る非接触給電装置(2)は、第2または第3の態様において、一次側コイル(L1)に流れる電流の大きさを計測値として計測し、計測値を含む信号を制御回路(25)に出力する計測部(26)をさらに備える。制御回路(25)は、計測部(26)で計測された計測値を用いて、一次側コイル(L1)から出力される出力電力の大きさを監視するように構成される。
 また、本発明の第5の態様に係る非接触給電装置(2)は、第1~第4のいずれかの態様において、交流電圧を出力する給電ユニット(6)と、一次側コイル(L1)を有するコイルユニット(7)と、一対の電線(51,52)とを備える。一対の電線(51,52)は、給電ユニット(6)とコイルユニット(7)とを電気的に接続する。一対の電力補正回路(23,24)は、給電ユニット(6)に含まれる。
 また、本発明の第6の態様に係る非接触給電システム(1)は、第1~第5のいずれかの態様の非接触給電装置(2)と、二次側コイル(L2)を有する非接触受電装置(3)とを備える。非接触受電装置(3)は、非接触給電装置(2)から非接触で出力電力が供給されるように構成される。
 非接触給電装置(2)および非接触給電システム(1)は、伝導ノイズを低減することができる。
 1 非接触給電システム
 2 非接触給電装置
 23 第1電力補正回路
 24 第2電力補正回路
 25 制御回路
 26 計測部
 3 非接触受電装置
 51 第1電線
 52 第2電線
 6 給電ユニット
 7 コイルユニット
 C31,C32 コンデンサ
 L1 一次側コイル
 L2 二次側コイル
 Q5~Q12 スイッチ素子

Claims (6)

  1.  一対の電線間に電気的に接続され、前記一対の電線を介して交流電圧が印加されることにより二次側コイルに非接触で出力電力を供給する一次側コイルと、
     それぞれ前記交流電圧の大きさを調整することで前記出力電力の大きさを補正する一対の電力補正回路とを備え、
     前記一対の電力補正回路のうちの第1電力補正回路は、前記一対の電線のうちの第1電線に電気的に接続され、
     前記一対の電力補正回路のうちの第2電力補正回路は、前記一対の電線のうちの第2電線に電気的に接続されることを特徴とする非接触給電装置。
  2.  前記一対の電力補正回路は、それぞれコンデンサおよび複数のスイッチ素子を有し、
     前記一対の電力補正回路の各々の前記複数のスイッチ素子を制御する制御回路をさらに備え、
     前記一対の電力補正回路は、それぞれ前記制御回路により前記複数のスイッチ素子が制御されることで、前記コンデンサの充電電圧を前記一次側コイルに加減するように構成されることを特徴とする請求項1記載の非接触給電装置。
  3.  前記一対の電力補正回路は、互いに同じ構成であり、
     前記制御回路は、前記一対の電力補正回路の互いに対応する前記複数のスイッチ素子を同じタイミングで制御するように構成されることを特徴とする請求項2記載の非接触給電装置。
  4.  前記一次側コイルに流れる電流の大きさを計測値として計測し、前記計測値を含む信号を前記制御回路に出力する計測部をさらに備え、
     前記制御回路は、前記計測部で計測された前記計測値を用いて、前記一次側コイルから出力される出力電力の大きさを監視するように構成されることを特徴とする請求項2または3に記載の非接触給電装置。
  5.  前記交流電圧を出力する給電ユニットと、前記一次側コイルを有するコイルユニットと、前記給電ユニットと前記コイルユニットとを電気的に接続する前記一対の電線とを備え、
     前記一対の電力補正回路は、前記給電ユニットに含まれることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の非接触給電装置。
  6.  請求項1乃至5のいずれか1項に記載の非接触給電装置と、前記二次側コイルを有する非接触受電装置とを備え、
     前記非接触受電装置は、前記非接触給電装置から非接触で前記出力電力が供給されるように構成されることを特徴とする非接触給電システム。
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