WO2016006066A1 - Contactless power supply device - Google Patents
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- the present invention relates to a non-contact power feeding device.
- the high-frequency power generated by the high-frequency power supply unit is linked to the high-frequency magnetic flux converted by the primary conduction and the high-frequency magnetic flux converted by the primary conduction.
- a receiving coil that generates an induced electromotive force and supplies the induced electromotive force to a load
- a resistance detection circuit that detects a resistance component of the load
- a frequency control unit that controls the frequency of the AC wave power.
- the ampere-turn composite value is determined to be a unique value corresponding to the single frequency.
- the ampere turn composite value is determined at a high value, there is a problem that the ampere turn composite value cannot be controlled and the leakage magnetic field becomes large.
- the problem to be solved by the present invention is to provide a non-contact power feeding device that can control the ampere turn composite value and reduce the leakage magnetic field.
- the drive frequency of the inverter is set as a plurality of discrete frequencies. Then, during frequency variable control, the frequency at the time of driving the inverter is repeatedly varied at the plurality of driving frequencies to drive the inverter, and the power is supplied from the power transmission coil to the power reception coil in a non-contact manner, thereby solving the above problem. To do.
- the ampere-turn composite value is lowered, and the leakage magnetic flux can be suppressed.
- the non-contact electric power feeding system concerning this embodiment, it is a graph which shows the frequency characteristic of an output current, an ampere turn synthetic value, a coil current, and input impedance.
- the non-contact power supply system according to the present embodiment is a vector diagram for explaining the ampere-turns synthesis value when the carrier frequency is set to f 1 and f 2.
- the magnitude of the coil current (I 1 , I 2 ) when the inverter 18 is driven with a single carrier frequency (f 1 , f 2 ) and the ampere-turn composite value are expressed as follows: It is a graph to show. It is a circuit diagram of the inverter of FIG.
- each carrier frequency (f 1, f 2, f 3, f 4)
- f 1, f 2, f 3, f 4) is a table showing the phase, the relationship between the ampere-turns combined value.
- the non-contact electric power feeding system which concerns on other embodiment, it is a graph which shows the characteristic of the carrier signal at the time of PAM control, and the characteristic of the carrier signal at the time of PFM control. It is a graph which shows the characteristic of a carrier frequency in the non-contact electric power feeding system which concerns on other embodiment. It is the graph which showed the coil loss and the ampere turn synthetic
- each carrier frequency (f 1, f 2, f 3, f 4), is a table showing the phase, the relationship between the ampere-turns combined value. It is a graph which shows the characteristic of a carrier frequency in the non-contact electric power feeding system which concerns on a modification. It is a graph which shows the frequency characteristic of an input impedance, an output current, and an ampere turn synthetic value in the non-contact electric supply system concerning a modification.
- each carrier frequency (f 1, f 2, f 3, f 4) is a table showing the phase, the relationship between the ampere-turns combined value.
- FIG. 1 is a block diagram of a non-contact power feeding system according to an embodiment of the present invention.
- the contactless power supply system of this example is a system for supplying contactless power from the ground side toward the vehicle battery when charging a battery of a vehicle such as an electric vehicle.
- the non-contact power feeding system according to the present invention is not limited to a vehicle including a battery, and can be applied to other devices.
- the non-contact power supply system includes a primary-side non-contact power supply device provided on the ground side and a secondary-side power supply device provided on the vehicle side.
- the non-contact power feeding device on the primary side includes an AC power source 11, a rectifier circuit 12, a power factor correction circuit (PFC) 15, a capacitor 17, an inverter 18, a primary side resonance circuit 19, voltage sensors 13, 16 and a current sensor. 14 and a ground side controller 100.
- the secondary-side non-contact power feeding device includes a secondary-side resonance circuit 21, a rectifier circuit 22, an LC filter 23, a voltage sensor 24, a current sensor 25, a battery 26, and a vehicle-side controller 200.
- AC power supply 11 is a commercial power supply for outputting AC power of a commercial frequency (for example, 50 Hz or 60 Hz).
- the AC power supply has a pair of power lines.
- the rectifier circuit 12 is a circuit that rectifies AC power output from the AC power supply 11 into DC.
- the rectifier circuit 12 is connected between the AC power supply 11 and the power factor correction circuit 15.
- the rectifier circuit 12 includes a plurality of diodes connected in a bridge shape.
- the voltage sensor 13 and the current sensor 14 are sensors that respectively detect the voltage and current input from the rectifier circuit 12 to the power factor correction circuit 15. Detection values of the voltage sensor 13 and the current sensor 14 are output to the PFC controller 110.
- a power factor correction circuit (PFC (Power Factor Correction) circuit) 15 is a step-up chopper circuit in which a coil, a diode, and a transistor are connected, and is a circuit that improves an input power factor to the inverter 18.
- the power factor correction circuit 15 has a series circuit in which one end of a coil and the anode of a diode are connected, and a parallel circuit of a transistor and a diode.
- the series circuit is connected to the positive power supply line.
- the parallel circuit is connected to a connection point between the coil and the diode between the pair of power supply lines.
- the target amplitude value of the input current to the power factor correction circuit 15 is calculated based on the target value of the output voltage of the power factor correction circuit 15 and the actual output voltage value (output voltage control).
- the actual output voltage is a detection voltage of the voltage sensor 16.
- the waveform of the target value of the input current is calculated (input current control).
- the actual input voltage is a detection voltage of the voltage sensor 13.
- the actual input current is detected by the current sensor 14, and the duty of the transistor is calculated so that the actual input current matches the target value of the input current. Then, the power factor correction circuit 15 operates by switching on and off of the transistor according to the duty.
- the voltage sensor 16 is a sensor that detects the voltage output from the power factor correction circuit 15 to the inverter 18. The detection voltage of the voltage sensor 16 is output to the PFC controller 110.
- the smoothing capacitor 17 is a capacitor for smoothing the voltage input from the power factor correction circuit 15 to the inverter 18.
- the smoothing capacitor 17 is connected to the input side of the inverter 18.
- the inverter 18 converts power input from the AC power supply 11 via the rectifier circuit 12 and the like into high-frequency AC power, and outputs AC power to the power transmission coil 19 a included in the primary side resonance circuit 19. Circuit.
- the inverter 18 is a circuit in which switching elements S 1 to S 4 such as IGBTs and free-wheeling diodes D 1 to D 4 are connected in parallel, and a parallel circuit of the switching elements and the diodes is connected in series by each arm.
- the diodes D 1 to D 4 are connected so as to be opposite to the direction of the current flowing through the switching elements S 1 to S 4 .
- the input side of the inverter 18 is connected to the power factor correction circuit 15, and the output side is connected to the primary side resonance circuit 19, so that the inverter 18 is connected between the AC power source 11 and the power transmission coil 19a. Yes.
- the primary side resonance circuit 19 is a circuit for resonating AC power on the power transmission side.
- the primary side resonance circuit 19 includes a power transmission coil 19a and a capacitor 19b.
- the power transmission coil 19a and the capacitor 19b form a series LC resonance circuit.
- the power transmission coil 19a is a coil for supplying electric power to the power reception coil 21a in a non-contact manner.
- the power transmission coil 19a is constituted by, for example, a loop-shaped coil having a coil surface along the ground surface of a parking space where a vehicle is parked. When a vehicle including the power receiving coil 21a is parked in the parking space, the power transmitting coil 19a faces the power receiving coil 21a while leaving a predetermined gap.
- the primary side resonance circuit 19 is not limited to the above, and may be another resonance circuit.
- the ground side controller 100 controls the power supply device on the ground side.
- the ground side controller 100 includes a PFC controller 110, a wireless communication device 120, and an inverter controller 130.
- the PFC controller 110 controls the power factor improvement circuit 15 so as to improve the power factor of the output power with respect to the input power to the power factor improvement circuit 15 based on the detection values of the voltage sensor 13 and the current sensor 14. A drive signal is transmitted to the transistor.
- the power factor improvement circuit 15 operates by the transistor of the power factor improvement circuit 15 being switched on and off according to the drive signal, and the power factor is improved.
- the wireless communication device 120 is a communication device for wireless communication with the vehicle-side controller 200.
- the wireless communication device 120 receives a signal including information such as a command signal for starting charging of the battery 26, an output voltage to the battery 26, and an output current, from the wireless communication device 220 of the vehicle-side controller 200.
- the inverter controller 130 controls the inverter 18 based on the charging command and output power received by the wireless communication device 120.
- the charging command includes a command to start charging and a command indicating required power required for charging the battery 26.
- the output power is power output from the LC filter 23 to the battery 26.
- FIG. 2 is a block diagram of the inverter controller 130.
- the inverter controller 130 includes a power feedback control calculation unit 131, a carrier frequency variable unit 132, a carrier signal generation unit 133, a duty calculation unit 134, a carrier comparison value conversion unit 135, and a drive signal generation unit 136.
- the inverter controller 130 controls the inverter 18 while switching between PAM control for controlling at a single drive frequency and PFM control for controlling the frequency at the time of driving the inverter 18 at a plurality of drive frequencies. .
- the power feedback control calculation unit 131 calculates a drive frequency (f PWM ) at which the output power to the battery 26 becomes the required power from the required power and the actual output power to the battery 26.
- the drive frequency corresponds to the carrier frequency when controlling the inverter by PAM control or PFM control.
- the power feedback control calculation unit 131 can set a plurality of frequencies that are required power. Specific control when setting the drive frequency will be described later.
- the carrier frequency variable unit 132 selects a drive frequency (hereinafter also referred to as a carrier frequency) when the inverter 18 is actually driven from a plurality of drive frequencies set by the power feedback control calculation unit 131.
- a carrier frequency hereinafter also referred to as a carrier frequency
- the carrier frequency variable unit 132 selects one frequency as the carrier frequency of the inverter 18 from among a plurality of drive frequencies set by the power feedback control calculation unit 131, The selected carrier frequency is not changed during PAM control.
- the carrier frequency variable unit 132 selects one frequency as the carrier frequency of the inverter 18 from among a plurality of drive frequencies set by the power feedback control calculation unit 131.
- the frequency to be selected is varied periodically.
- the carrier frequency variable unit 132 repeatedly varies the frequency to be selected during PFM control. That is, the carrier frequency variable unit 132 repeatedly varies the carrier frequency at the time of driving the inverter 18 at a plurality of frequencies set by the power feedback control calculation unit 131 during the PFM control. Then, the carrier frequency variable unit 132 outputs the selected frequency (f D ) to the carrier signal generation unit 133.
- the carrier signal generation unit 133 generates a carrier signal having a frequency (f D ) selected by the carrier variable frequency 132 and outputs the carrier signal to the drive signal generation unit 136.
- the duty calculation unit 134 calculates the duty (D) so that the output power to the battery 26 matches the required power indicated by the charge command.
- the duty is a duty in the PWM control of the inverter 18 and represents the ON period of the switching elements (S 1 to S 4 ).
- the carrier comparison value conversion unit 135 calculates a comparison value (determination voltage) for comparison with the carrier signal from the duty (D), and outputs it to the drive signal generation unit 136.
- the drive signal generation unit 136 generates a drive signal by comparing the comparison value with the carrier signal.
- the drive signal is a switching signal used when switching the switching elements S 1 to S 4 of the inverter 18 on and off.
- the drive signal generation unit 136 compares the carrier signal having the frequency (f D ) with the comparison value.
- the frequency (f D ) is a frequency set by the carrier frequency variable unit 132. Then, the drive signal generation unit 136 outputs a drive signal based on the comparison result to the inverter 18. Thereby, the inverter 18 is driven by PWM control.
- the drive signal generation unit 136 generates a drive signal while comparing the variable frequency (f D ) with the carrier frequency.
- the inverter controller 106 controls the inverter 18 while changing the input voltage to the inverter 18 in conjunction with the PFC controller 110, thereby increasing the output voltage to the battery 26. I have control.
- the secondary side resonance circuit 21 is a circuit for resonating the AC power on the power receiving side.
- the secondary resonance circuit 21 includes a power receiving coil 21a and capacitors 21b and 21c.
- the power receiving coil 21a and the capacitor 21b are connected in parallel, and a parallel circuit of the power receiving coil 21a and the capacitor 21b is connected in series to the capacitor 21c.
- the power receiving coil 21a is constituted by, for example, a loop-like coil similar to the power transmitting coil 19a, and is attached so that the coil surface follows the vehicle chassis.
- the secondary resonance circuit 21 is not limited to the above, and may be another resonance circuit.
- the rectifier circuit 22 is a circuit in which a plurality of diodes are connected in a bridge shape, and is connected to the secondary resonance circuit 21 and the LC filter 23.
- the LC filter 23 is configured by connecting a capacitor between a pair of power supply lines while being connected to the positive electrode side of the power receiving coil 21a and connecting the coil to the power supply line.
- the voltage sensor 24 is connected to the capacitor of the LC filter 23 and detects the output voltage from the LC filter 23 to the battery 26.
- the current sensor 25 is connected between the LC filter 23 and the battery 26 and detects an output current from the LC filter 23 to the battery 26.
- the battery 26 is a power source for supplying electric power to the motor of the vehicle, and includes a plurality of secondary batteries. The battery 26 is electrically connected to the power receiving coil 21a via the LC filter 23 and the like.
- the vehicle-side controller 200 controls the vehicle-side power supply device.
- the vehicle-side controller 200 has a data processing unit 210 and a wireless communication device 220.
- the data processing unit 210 acquires a command (charging command) for starting charging of the battery 26 input from the outside, the data processing unit 210 converts the data into data for wireless communication and outputs the charging command to the wireless communication device 220.
- the charge command includes power suitable for charging the battery 26 as required power.
- the battery controller that transmits a charging command to the data processing unit 210 is mounted on the vehicle, and calculates the power suitable for charging the battery 26 as the required power while managing the state of the battery 26.
- the data processing unit 210 outputs detection values (output voltage and output current to the battery 26) detected by the voltage sensor 24 and the current sensor 25 to the wireless communication device 220 while the battery 26 is being charged.
- the wireless communication device 220 is a communication device for wirelessly communicating with the ground controller 100.
- the controller on the ground side changes the carrier frequency from the high frequency side to the low frequency side, and drives the inverter 18 at the frequency when the output current to the battery 26 matches the current value corresponding to the required power. Set to frequency. Then, after setting the carrier frequency, the controller drives the inverter 18 at a constant single frequency without changing the carrier frequency.
- the controller drives the inverter 18 at a constant single frequency without changing the carrier frequency.
- FIG. 3 shows the frequency characteristic (a) of the output current (I out ), the frequency characteristic (b) of the ampere-turn composite value (AT), and the frequency characteristic (c) of the coil current in the comparative example.
- the current threshold value (I th ) of the output current is a current value corresponding to the required power with the output voltage to the battery 26 being a constant value. If the output current to the battery 26 is a current threshold value (I th ), the required power is input to the battery 26.
- the controller actually sets the carrier frequency (f 1 ) to the inverter 18
- the inverter 18 is controlled by setting the drive frequency.
- the threshold value (I th ) of the output current is 10 A when the required power is 3 kW.
- the frequency (f 1 ) when the current threshold value (I th ) is reached becomes the carrier frequency when controlling the inverter 18 in the comparative example.
- FIG. 4A is a circuit diagram of the power transmission coil 19a and the power reception coil 21a
- FIG. 4B is a diagram showing a vector of the coil current
- FIG. 4C is a graph showing the relationship between the ampere turn composite value and the electric field strength. It is.
- the phase ( ⁇ 12 ) in FIG. 4B is a phase difference of the coil current (I 2 ) with respect to the coil current (I 1 ).
- the current flowing through the transmitting coil 19a and I 1 As shown in FIG. 4 (a), the current flowing through the transmitting coil 19a and I 1, the current flowing through the power receiving coil 21a and I 2, the number of turns of the transmission coil 19a and receiving coil 21a and the N 1 and N 2 .
- the coil current in Figure 4 (I 1, I 2) is the same as the coil current (I 1, I 2) shown in FIG.
- the ampere turn composite value corresponds to the leakage magnetic field (or leakage electric field) between the coils, and is a value uniquely determined from the coil current.
- the ampere-turn composite value is represented by the vector represented by the product of the coil current (I 1 ) and the winding (N 1 ), and the product of the coil current (I 2 ) and the winding (N 2 ). It is determined by the synthesized value of the vector synthesized with the vector (see FIG. 4B).
- a leakage magnetic field (equivalent to the electric field strength shown on the vertical axis
- the inverter 18 is driven at a single carrier frequency in the comparative example, the level of EMI noise associated with the switching operation of the switching elements S 1 to S 4 increases. This is a case where a communication device that communicates with the outside, such as a radio timepiece, is mounted on the vehicle.
- a communication device that communicates with the outside, such as a radio timepiece, is mounted on the vehicle.
- the EMI noise when the inverter 18 is driven based on the carrier frequency (f 1 ) interferes with the frequency band used in the communication device, the EMI noise is large in the comparative example, so the influence on the communication device is large.
- FIG. 5 shows the frequency characteristic (a) of the output current (I out ), the frequency characteristic (b) of the ampere-turn composite value (AT), the frequency characteristic (c) of the coil current, and the characteristic (d in ) of the input impedance (Z in ).
- the input impedance (Z in ) is an impedance when the primary side resonance circuit 19 is viewed from the output side of the inverter 18, and is an impedance obtained by combining the primary side resonance circuit 19 and the secondary side resonance circuit 21.
- the controller 100 on the ground side sets a plurality of frequencies when the output current to the battery 26 matches the current value corresponding to the required power while changing the carrier frequency from the high frequency side to the low frequency side.
- the output current (I out ) of the battery 26 becomes the current threshold value (I th ). If the carrier frequency is further varied to the low frequency side, the output current (I out ) of the battery 26 becomes the current threshold value (I th ) when the carrier frequency reaches f 2 . Thereby, the carrier frequency (f 1 , f 2 ) becomes a discrete frequency.
- FIG. 6 shows a vector diagram of ampere-turns synthesis value when the carrier frequency is f 1, it shows a vector diagram of (b) is ampere-turns synthesis value when the carrier frequency is f 2.
- the phase difference ( ⁇ 12 ) in FIG. 6A represents the phase ( ⁇ 12 ) with respect to the frequency (f 1 ) in the phase characteristics in FIG. 5D, and the phase difference ( ⁇ 12 ) represents the phase ( ⁇ 12 ) with respect to the frequency (f 2 ) in the phase characteristics of FIG.
- the ampere-turn composite value when the carrier frequency is f 2 is shown in FIGS. 6 (a) and 6 (b).
- the phase difference ( ⁇ 12 ) of the coil current is almost the same as the phase difference ( ⁇ 12 ) when the carrier frequency is f 1 when viewed in absolute value.
- the coil currents (I 1 , I 2 ) are smaller than the coil currents (I 1 , I 2 ) when the carrier frequency is f 1 . For this reason, the ampere-turn composite value when the carrier frequency is f 2 is smaller than the ampere-turn composite value when the carrier frequency is f 1 .
- FIG. 7A and FIG. 7B show the magnitude of the ampere turn composite value (AT), respectively.
- FIG. 8 is a circuit diagram of the inverter 18.
- the load represents a load (including the primary side resonance circuit 19, the secondary side resonance circuit, the battery 26, etc.) connected to the output side of the inverter 18.
- the load on the output side of the inverter 18 appears to be a capacitive load. Therefore, the load on the output side of the inverter 18 accumulates energy.
- the recovery current is generated by the stored energy in the load, the recovery current flows as a return current to the diodes D 1 ⁇ D 4, diodes D 1 ⁇ D 4 Generates heat.
- the diodes D 1 to D 4 allowable power values are set in advance according to the characteristics of the elements. Then, the recovery current flows through the diodes D 1 ⁇ D 4, when the power value of the diode D 1 ⁇ D 4 becomes higher than the allowable value, the heating value of the diode D 1 ⁇ D 4 exceeds the allowable value As a result, there is a high possibility that abnormality occurs in the diodes D 1 to D 4 . Thus, in the state of phase advance phase of the coil current, when continued to drive the inverter 18, the recovery current flowing through the diode D 1 ⁇ D 4, the heating value of the diode D 1 ⁇ D 4 is increased . Therefore, it is not preferable to drive the inverter 18 for a long time with a single carrier frequency having a frequency (f 2 ).
- FIG. 9 is a flowchart showing the control procedure of the controller of the non-contact power feeding system.
- a specific control flow will be described with an example in which the characteristics such as the output current to the battery 26 have the characteristics shown in FIG.
- the flowchart shown in FIG. 9 is executed while looping from the start to the end of charging of the battery.
- step S1 when the ground-side controller 100 receives the charging start command and the required power for charging the battery 26 from the vehicle-side controller 200 by wireless communication, the ground-side controller 100 drives the inverter 18 by PAM control. While driving the inverter 18, the vehicle-side controller 200 transmits the detected voltage and the detected current to the ground-side controller 100 by wireless communication while detecting the voltage and current output to the battery 26 by the voltage sensor 24 and the current sensor 25. . In addition, the vehicle-side controller 200 transmits a charging command including the output voltage to the battery 26, the output current, and the required power to the ground-side controller 100. The ground-side controller 100 controls the power factor correction circuit 15 and the inverter 18 so that the output power to the battery 26 matches the required power.
- step S2 the ground-side controller 100 determines whether to switch from PAM control to PFM control.
- the time zone for performing the PFM control is determined in advance, and is set according to the time zone for receiving radio waves in order to adjust the radio clock, for example. If the current time falls within the PFM control time zone, the ground controller 100 switches the control by the inverter controller 130 from PAM control to PFM control, and proceeds to step S3. On the other hand, when the current time is not the PFM control time zone, the ground-side controller 100 continues the PAM control.
- step S3 inverter controller 130 acquires output power from vehicle-side controller 200 to battery 26 while changing the carrier frequency from the high frequency side to the low frequency side.
- the inverter controller 130 identifies the carrier frequency that is the required power while comparing the output power to the battery 26 and the required power while the carrier frequency is variable. At this time, the specified frequency is a discrete frequency.
- the inverter controller 130 controls the inverter 18 to energize at a low output before charging the battery 26. Then, the inverter controller 130 varies the carrier frequency and sets a plurality of carrier frequencies in a state where the output from the inverter 18 is lower than the output when the battery 26 is charged.
- the power feedback control calculation unit 131 sets a plurality of frequencies (f 1 , f 2 ) as carrier frequencies.
- step S4 the power feedback control calculation unit 131 calculates the phase of the coil current when the inverter 18 is driven at the set carrier frequency.
- the phase of the coil current is calculated from the phase characteristic of the input impedance (Z in ) with respect to the output of the inverter 18. Then, the power feedback control calculation unit 131 identifies whether the phase corresponding to the set carrier frequency is a fast phase or a slow phase. In the example of FIG. 5, the power feedback control calculation unit 131 specifies the phase corresponding to the carrier frequency (f 1 ) as a slow phase and specifies the phase corresponding to the carrier frequency (f 2 ) as a fast phase.
- step S ⁇ b> 5 the carrier frequency variable unit 132 of the inverter controller 130 selects one frequency as the carrier frequency of the inverter 18 from among the plurality of drive frequencies set by the power feedback control calculation unit 131. Then, the inverter controller 130 drives the inverter 18 with the selected carrier frequency. The output of the inverter 18 is larger than the output when the carrier frequency is set in step S3. Further, the carrier frequency varying unit 132 varies the carrier frequency at a predetermined period. The predetermined period is determined by the reciprocal of a plurality of set drive frequencies.
- FIG. 10 shows the time characteristics of the carrier signal.
- Graph a shows the characteristics of the carrier frequency for PFM control
- graph b shows the characteristics of the carrier frequency for PAM control.
- the carrier frequency is fixed at the frequency (f 1 ).
- the carrier frequency varying unit 132 varies the carrier frequency from f 1 to f 2 when the period (1 / f 1 ) elapses, and the period (1 / f 2 ) elapses from the frequency variation time.
- the carrier frequency variable unit 132 repeatedly varies the carrier frequency at the time of the period (1 / f 1 ) and the period (1 / f 2 ).
- the inverter 18 is driven a plurality of times at the carrier frequency (f 1 ) and is driven a plurality of times at the carrier frequency (f 2 ) during PFM control.
- step S6 the inverter controller 130 calculates the current value of each of the diodes D 1 to D 4 from the input current to the inverter 18 and the switching waveform of the switching elements S 1 to S 4 , and diodes D 1 to current value of D 4 and calculates the power value of the diode D 1 ⁇ D 4 of the diode of the on resistance D 1 ⁇ D 4. Then, the inverter controller 130 determines whether or not the power values of the diodes D 1 to D 4 are equal to or less than an allowable value. If the power value is greater than the allowable value, the process proceeds to step S7, and if the power value is less than the allowable value, the process proceeds to step S8.
- the allowable value is a value determined by the specification values (heat generation upper limit value) of the elements of the diodes D1 to D4, and is set to, for example, 80% of the specification value.
- the inverter controller 130 causes the carrier frequency variable unit 132 to change only the carrier frequency at the slow phase to the carrier at the time of driving the inverter 18.
- the inverter 18 is controlled while selecting the frequency. Then, the process proceeds to step S8.
- the inverter controller 130 controls the inverter 18 only with the carrier frequency (f 1 ).
- the carrier frequency varying unit 132 varies the carrier frequency only with the plurality of slow-phase frequencies.
- step S8 the ground-side controller 100 determines whether to switch from PFM control to PAM control. If the current time is in the PFM control time zone, the ground-side controller 100 returns to step S5 and continues PFM control. On the other hand, when the current time is out of the time zone of the PFM control, the ground-side controller 100 returns the control of the inverter 18 from the PFM control to the PAM control, and the control flow of FIG.
- the non-contact power feeding apparatus controls the inverter 18 by repeatedly varying the carrier frequency with a plurality of seed wave numbers.
- the time transition of the carrier frequency of the inverter 18 is represented by the graph of FIG.
- PAM control is performed in the time zone from time (0) to time (t 1 ) and the time zone after time (t 2 ), and the time from time (t 1 ) to time (t 2 ).
- the band performs PFM control.
- the carrier frequency during PAM control is set to f A , but the carrier frequency during PAM control may be a frequency other than f A or f 1 .
- the carrier frequency is a fixed value of f A. Between time (t 1 ) and time (t 2 ), since the inverter 18 is controlled by PFM control, the carrier frequency is a timing determined by the period (1 / f 1 ) and the period (1 / f 2 ). alternately switched at f 1 and f 2. That is, the carrier frequency is continuously changed.
- FIG. 12A is a graph showing the coil loss
- FIG. 12B is a graph showing the ampere turn composite value
- FIG. 13A is a graph showing the frequency characteristics of the EMI noise of the comparative example
- FIG. 13B is a graph showing the frequency characteristics of the EMI noise of the present invention
- FIG. 13C is a graph showing the maximum value of the EMI level.
- the non-contact power feeding system of the comparative example shows characteristics when the inverter 18 is driven with a single carrier frequency (f 1 ).
- the carrier frequency (f 1) and the carrier frequency (f 2) by varying, it is possible to suppress the coil loss than the comparative example. Further, as described above, when the inverter 18 is driven at the carrier frequency (f 2 ), the ampere turn composite value is smaller than the ampere turn composite value at the carrier frequency (f 1 ) (see FIG. 6). Since the contactless power feeding system of the present invention includes not only the carrier frequency (f 1 ) but also the carrier frequency (f 2 ) in the selectable frequency, the ampere-turn composite value can be made smaller than that of the comparative example.
- the contactless power feeding system of the present invention drives the inverter 18 at the carrier frequency (f 1 , f 2 ), so that energy can be dispersed. Therefore, as shown in FIG. 13B, the noise level corresponding to the harmonics of the carrier frequency (f 1 ) and the carrier frequency (f 2 ) becomes small. And as shown in FIG.13 (c), the maximum value of the EMI noise level of the non-contact electric power feeding system of this invention can be made smaller than a comparative example.
- a plurality of drive frequencies of the inverter 18 are set, and the inverter 18 is driven by repeatedly varying the drive frequency of the inverter 18 at the set drive frequencies.
- the ampere-turn composite value can be controlled, so that the leakage magnetic field (leakage electric field) can be reduced.
- coil loss is reduced, the efficiency at the time of power transmission can be improved.
- EMI noise accompanying switching of the inverter 18 can be reduced.
- the drive frequency at which the power supplied from the power receiving coil 21 a to the battery 26 becomes the required power to the battery 26 is set to the frequency when the inverter 18 is driven.
- PFM control for controlling the inverter 18 while repeatedly varying at a plurality of drive frequencies and PAM control for controlling the inverter at a single drive frequency are switched.
- the control mode can be switched in accordance with a time zone in which noise is not desired to be interfered, such as a time zone in which a radio wave for adjusting a radio timepiece is received.
- the drive frequency at which the phase of the output current of the inverter 18 is advanced is set to the frequency at the time of driving the inverter 18 according to the power values of the diodes D 1 to D 4 .
- phase of the output current of the inverter 18 becomes the leading phase
- the frequency is set to the frequency when the inverter 18 is driven.
- the power value is larger than the allowable value, only the drive frequency at which the phase of the output current of the inverter 18 is delayed is set as the frequency at the time of driving the inverter.
- the inverter 18 is driven while periodically changing a plurality of drive frequencies. Thereby, the energy of noise generation can be evenly distributed.
- two frequencies (f 1 , f 2 ) are set as carrier frequencies in the PFM control, but the number of carrier frequencies may be three or more.
- the carrier frequencies may be varied randomly.
- the carrier frequency is, f x, f y, f z, f x, f z, in the order of f x, may be variable. Thereby, the carrier frequency at the time of driving the inverter 18 is repeatedly varied.
- ground side controller 100 corresponds to the “control means” of the present invention.
- control in steps S11 and S12 is the same as that in steps S1 and S2 according to the first embodiment, and the control in steps S18 and S19 is the same as that in steps S8 and S9 according to the first embodiment. Is omitted.
- step S13 the inverter controller 130 causes the carrier frequency variable unit 132 to drive the inverter 18 while varying the carrier frequency from the high frequency side to the low frequency side, and obtains output power from the vehicle-side controller 200 to the battery 26.
- the carrier frequency the upper limit frequency and the lower limit frequency are determined in advance, and the inverter controller 130 changes the carrier frequency from the upper limit frequency to the lower limit frequency.
- the power feedback control calculation unit 131 of the inverter controller 130 specifies all carrier frequencies at which the output power to the battery 26 matches the required power when the carrier frequency is varied from the upper limit frequency to the lower limit frequency. .
- FIG. 15A is a graph showing the frequency characteristics of the input impedance (Z in ) and the phase
- FIG. 15B is a graph showing the frequency characteristics of the output current of the inverter 18,
- FIG. It is a graph which shows a frequency characteristic.
- the solid line in FIG. 15A indicates the input impedance characteristic
- the dotted line indicates the phase characteristic.
- the characteristics shown in FIG. 15 are merely examples, and differ depending on the battery capacity, the circuit parameters of the resonance circuit, and the like.
- the inverter controller 130 varies the carrier frequency from the high frequency side to the low frequency side, and specifies four frequencies (f 1 , f 2 , f 3 , f 4 ) that match the required power. .
- step S14 the power feedback control calculation unit 131 calculates a phase corresponding to the specified frequency from the phase characteristic of the input impedance (Z in ), and determines whether the phase is a leading phase or a lagging phase. To do. As shown in FIG. 15, the phases corresponding to the carrier frequencies (f 1 , f 2 , f 3 ) are delayed, and the phases corresponding to the carrier frequency (f 4 ) are advanced.
- step S15 the power feedback control calculation unit 131 calculates an ampere-turn combined value corresponding to each carrier frequency (f 1 , f 2 , f 3 , f 4 ).
- the ampere-turn composite value is calculated from the phase difference ( ⁇ 12 ) between the coil current (I 1 , I 2 ) and the coil current when driven at each carrier frequency (f 1 , f 2 , f 3 , f 4 ).
- the inverter controller 130 is preset with a regulation value (upper limit value) of the ampere-turn composite value.
- the regulation value defines the upper limit value of the EMI noise level, and is set according to the upper limit of the electric field strength regulated by the law. For example, in Japan, since the electric field intensity at a position 30 m away from the specimen is regulated by the Radio Law, the regulation value is determined according to the value regulated by the Radio Law.
- the power feedback control calculation unit 131 compares the ampere-turn composite value corresponding to each carrier frequency (f 1 , f 2 , f 3 , f 4 ) with the regulation value, and identifies the carrier frequency that is equal to or less than the regulation value. To do. As shown in FIG. 15C, when the regulation value is set, the carrier frequencies that are equal to or less than the regulation value are f 1 , f 2 , and f 3 . The relationship between each carrier frequency (f 1 , f 2 , f 3 , f 4 ), the phase, and the ampere turn composite value is expressed as a table in FIG. Note that “OK” in FIG. 16 indicates that the ampere-turn composite value is less than or equal to the regulation value, and “NO” indicates that the ampere-turn synthesis value is greater than the regulation value.
- FIG. 17A shows coil currents (I 1 , I 2 ) when the inverter 18 is driven at each carrier frequency (f 1 , f 2 , f 3 ), and FIG. Show.
- the coil current (I 1 ) flowing through the power transmission coil 19a has different magnitudes depending on the phase difference between the currents.
- the ampere-turn composite value for each carrier frequency (f 1 , f 2 , f 3 ) becomes a different value due to the difference in phase and the magnitude of the coil current (I 1 ).
- step S ⁇ b > 16 the power feedback control calculation unit 131 selects a frequency satisfying the condition among the carrier frequencies (f 1 , f 2 , f 3 , and f 4 ) that match the required power by the inverter 18.
- the conditions are that the phase corresponding to the carrier frequency is slow, and that the ampere-turn composite value corresponding to the carrier frequency is equal to or less than the regulation value.
- a plurality of carrier frequencies (f 1 , f 2 , f 3 ) are set as frequencies when the inverter 18 is driven.
- the carrier frequency variable unit 132 of the inverter controller 130 drives the inverter 18 while being varied at the set carrier frequencies (f 1 , f 2 , f 3 ). Then, the process proceeds to step S17.
- the graph a shows the carrier frequency characteristic of PFM control
- the graph b shows the carrier frequency characteristic of PAM control.
- the carrier frequency is fixed at the frequency (f 1 ).
- the carrier frequency varying unit 132 varies the carrier frequency from f 1 to f 2 when the period (1 / f 1 ) elapses, and the period (1 / f 2 ) elapses from the frequency variation time.
- the carrier frequency variable unit 132 repeatedly varies the carrier frequency at the period (1 / f 1 ), the period (1 / f 2 ), and the period (1 / f 3 ).
- FIG. 19 shows the time characteristics of the carrier frequency when the inverter 18 is driven.
- the carrier frequency is a periodic function of a period (Tm), and is varied so as to make a transition from a low frequency to a high frequency in order from a high frequency to a low frequency.
- Tm period
- frequency transition time can be shortened, and energy and EMI noise can be dispersed.
- FIG. 20A is a graph showing the coil loss
- FIG. 20B is a graph showing the ampere turn composite value
- FIG. 21A is a graph showing the frequency characteristics of the EMI noise of the comparative example
- FIG. 21B is a graph showing the frequency characteristics of the EMI noise of the present invention
- FIG. 21C is a graph showing the maximum value of the EMI level.
- the non-contact power feeding system of the comparative example shows characteristics when the inverter 18 is driven with a single carrier frequency (f 1 ).
- the coil loss can be suppressed more than in the comparative example by making the frequency variable by the carrier frequency (f 1 , f 2 , f 3 ).
- the amperage composite value of the present invention is higher than that of the comparative example, but is kept below the regulation value.
- noise corresponding to the harmonic of the carrier frequency (f 1 ) is generated at a high value.
- the contactless power feeding system of the present embodiment drives the inverter 18 at the carrier frequency (f 1 , f 2 , f 3 ), as shown in FIG. 21 (b), the carrier frequency (f 1 , The noise level corresponding to the harmonics of f 2 , f 3 ) is reduced.
- the maximum value of the EMI noise level of the non-contact electric power feeder of this embodiment can be made smaller than a comparative example.
- the drive frequency (carrier frequency) at which the phase of the output current of the inverter 18 is delayed is set as the frequency when the inverter 18 is driven.
- the phase of the output current of the inverter 18 advances even if the ampere-turn composite value corresponding to the carrier frequency is equal to or less than the regulation value. If it is a phase, the above conditions are not satisfied. Therefore, the phase advance carrier frequency is excluded from the frequency set at the time of driving.
- 22A to 22C are graphs showing the frequency characteristics of the input impedance (Z in ) and the phase, the frequency characteristics of the output current of the inverter 18, and the frequency characteristics of the ampere-turn composite value.
- the solid line in FIG. 22A indicates the input impedance characteristic, and the dotted line indicates the phase characteristic.
- the phases corresponding to the carrier frequencies (f 1 , f 3 ) are respectively The phase is delayed, and the phase corresponding to the carrier frequency (f 2 , f 4 ) is advanced.
- the ampere turn composite value corresponding to the carrier frequency (f 1 , f 2 , f 3 ) is equal to or lower than the regulation value, and the ampere turn synthesis value corresponding to the carrier frequency (f 4 ) is higher than the regulation value.
- the relationship between each carrier frequency (f 1 , f 2 , f 3 , f 4 ), the phase, and the ampere turn composite value is expressed as shown in the table of FIG.
- the ampere-turn composite value corresponding to the carrier frequency (f 2 ) is equal to or less than the regulation value, and the ampere-turn composite value condition is satisfied. However, since the phase corresponding to the carrier frequency (f 2 ) is a leading phase, the phase condition is not satisfied. Therefore, the power feedback control calculation unit 131 sets the carrier frequency (f 1 , f 3 ) to the frequency at the time of driving the inverter 18 while excluding the carrier frequency (f 2 ) from the carrier frequency at the time of driving the inverter 18. . Then, the inverter controller 130 drives the inverter 18 while varying the set carrier frequency (f 1 , f 3 ).
- the carrier frequency varying unit 132 varies the carrier frequency that satisfies the condition (the carrier frequency set in step 16 above), as shown in FIG. f 1 , 1 / f 2 , 1 / f 3 ), each of which is an integer multiple (however, 2 or more), at a timing for each of a plurality of periods, from a high frequency to a low frequency, or from a low frequency to a high frequency, You may make a transition. As a result, frequency transition time can be shortened, and energy and EMI noise can be dispersed.
- FIGS. 25A to 25C are graphs showing the frequency characteristics of the input impedance (Z in ) and the phase, the frequency characteristics of the output current of the inverter 18, and the frequency characteristics of the ampere-turn composite value.
- the solid line in FIG. 25A indicates the input impedance characteristic, and the dotted line indicates the phase characteristic.
- the phases corresponding to the carrier frequencies (f 1 , f 3 ) are respectively The phase is delayed, and the phase corresponding to the carrier frequency (f 2 , f 4 ) is advanced.
- the ampere turn composite value corresponding to the carrier frequency (f 1 , f 2 , f 3 ) is equal to or lower than the regulation value, and the ampere turn synthesis value corresponding to the carrier frequency (f 4 ) is higher than the regulation value.
- the relationship between each carrier frequency (f 1 , f 2 , f 3 , f 4 ), the phase, and the ampere turn composite value is expressed as a table in FIG.
- the power feedback control calculation unit 131 selects a frequency satisfying a condition among carrier frequencies (f 1 , f 2 , f 3 , f 4 ) that matches the required power when the inverter 18 is driven. Set the frequency to.
- the condition is that the ampere-turn composite value corresponding to the carrier frequency is less than or equal to the regulation value, and no phase condition is imposed.
- the power feedback control calculation unit 131 of the carrier frequency (f 1, f 2, f 3, f 4), the carrier frequency (f 1, f 2, f 3), the frequency at the time of driving of the inverter 18 Set. Then, the inverter controller 130 drives the inverter 18 while being varied at a plurality of carrier frequencies (f 1 , f 2 , f 3 ).
- the inverter controller 130 compares the power value and the allowable value while calculating the power values of the diodes D 1 to D 4 while the inverter 18 is being driven. When the power values of the diodes D 1 to D 4 are larger than the allowable value, the inverter controller 130 controls the inverter 18 while selecting only the carrier phase of the slow phase as the carrier frequency when the inverter 18 is driven.
- the inverter controller 130 selects the carrier frequency at the time of driving the inverter 18 including the advanced carrier frequency, and the inverter 18 To control.
- the present invention can reduce the leakage magnetic flux while suppressing the heat generation of the diodes D 1 to D 4 .
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Abstract
Description
本発明は、非接触給電装置に関するものである。 The present invention relates to a non-contact power feeding device.
高周波電力を非接触で負荷に供給する非接触給電装置において、高周波電源部が生成した高周波電力をインバータにより高周波磁束に変換する1次導電と、1次導電が変換した高周波磁束と鎖交して誘導起電力を生成し、誘導起電力を負荷に供給する受電コイルと、負荷の抵抗成分を検出する抵抗検出回路と、交流波電力の周波数を制御する周波数制御部とを備え、抵抗検出回路により負荷の等価的な抵抗成分を求め、負荷側から見たインピーダンスがほぼ純抵抗成分になるようにインバータの駆動周波数を制御することで、負荷側に供給さえる電力の力率をほぼ1近くに制御するものが開示されている(例えば、特許文献1)。 In a non-contact power supply device that supplies high-frequency power to a load in a non-contact manner, the high-frequency power generated by the high-frequency power supply unit is linked to the high-frequency magnetic flux converted by the primary conduction and the high-frequency magnetic flux converted by the primary conduction. A receiving coil that generates an induced electromotive force and supplies the induced electromotive force to a load, a resistance detection circuit that detects a resistance component of the load, and a frequency control unit that controls the frequency of the AC wave power. By calculating the equivalent resistance component of the load and controlling the drive frequency of the inverter so that the impedance seen from the load side is almost a pure resistance component, the power factor of the power supplied to the load side is controlled to be close to 1. Is disclosed (for example, Patent Document 1).
しかしながら、上記の非接触給電装置は、単一の周波数でインバータを駆動させているため、アンペアターン合成値が当該単一の周波数に応じた一意的な値に決まってしまう。そして、アンペアターン合成値が高い値で決まった場合には、アンペアターン合成値をコントロールできず、漏洩磁界が大きくなってしまうという問題があった。 However, since the above non-contact power feeding device drives the inverter at a single frequency, the ampere-turn composite value is determined to be a unique value corresponding to the single frequency. When the ampere turn composite value is determined at a high value, there is a problem that the ampere turn composite value cannot be controlled and the leakage magnetic field becomes large.
本発明が解決しようとする課題は、アンペアターン合成値をコントロールし、漏洩磁界を低減できる非接触給電装置を提供することである。 The problem to be solved by the present invention is to provide a non-contact power feeding device that can control the ampere turn composite value and reduce the leakage magnetic field.
本発明は、インバータの駆動周波数を複数の離散的な周波数として設定する。そして、周波数可変制御中に、インバータの駆動時の周波数を当該複数の駆動周波数で繰り返し可変してインバータを駆動させて、送電コイルから受電コイルへ非接触で電力を供給することによって上記課題を解決する。 In the present invention, the drive frequency of the inverter is set as a plurality of discrete frequencies. Then, during frequency variable control, the frequency at the time of driving the inverter is repeatedly varied at the plurality of driving frequencies to drive the inverter, and the power is supplied from the power transmission coil to the power reception coil in a non-contact manner, thereby solving the above problem. To do.
本発明によれば、駆動周波数を可変しつつインバータを駆動させることで、エネルギーを分散させているため、アンペアターン合成値が低くなり、漏洩磁束を抑制できるという効果を奏する。 According to the present invention, since the energy is dispersed by driving the inverter while changing the drive frequency, the ampere-turn composite value is lowered, and the leakage magnetic flux can be suppressed.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
《第1実施形態》
図1は、本発明の実施形態に係る非接触給電システムのブロック図である。本例の非接触給電システムは、例えば、電気自動車等の車両のバッテリを充電する際に、地上側から車両のバッテリに向けて非接触電力を供給するためのシステムである。本発明に係る非接触給電システムは、バッテリを備えた車両に限らず、他の装置にも適用可能である。
<< First Embodiment >>
FIG. 1 is a block diagram of a non-contact power feeding system according to an embodiment of the present invention. The contactless power supply system of this example is a system for supplying contactless power from the ground side toward the vehicle battery when charging a battery of a vehicle such as an electric vehicle. The non-contact power feeding system according to the present invention is not limited to a vehicle including a battery, and can be applied to other devices.
非接触給電システムは、地上側に設けられる1次側の非接触給電装置と、車両側に設けられる2次側の給電装置を備えている。そして、1次側の非接触給電装置は、交流電源11、整流回路12、力率改善回路(PFC)15、コンデンサ17、インバータ18、1次側共振回路19、電圧センサ13、16、電流センサ14、及び地上側コントローラ100を備えている。2次側の非接触給電装置は、2次側共振回路21、整流回路22、LCフィルタ23、電圧センサ24、電流センサ25、バッテリ26、及び車側コントローラ200を備えている。
The non-contact power supply system includes a primary-side non-contact power supply device provided on the ground side and a secondary-side power supply device provided on the vehicle side. The non-contact power feeding device on the primary side includes an
交流電源11は、商用周波数(例えば50Hz又は60Hz)の交流電力を出力するための商用電源である。交流電源には一対の電源線がされている。整流回路12は、交流電源11から出力される交流電力を直流に整流する回路である。整流回路12は交流電源11と力率改善回路15との間に接続されている。整流回路12は、ブリッジ状に接続された複数のダイオードにより構成されている。
電圧センサ13及び電流センサ14は、整流回路12から力率改善回路15に入力される電圧及び電流をそれぞれ検出するセンサである。電圧センサ13及び電流センサ14の検出値はPFC制御器110に出力される。
The
力率改善回路(PFC(Power Factor Correction)回路)15は、コイル、ダイオード、トランジスタの接続した昇圧チョッパ回路であり、インバータ18への入力力率を改善する回路である。力率改善回路15はコイルの一端とダイオードのアノードを接続した直列回路、及び、トランジスタとダイオードの並列回路を有する。当該直列回路は正極側の電源線に接続されている。当該並列回路は、一対の電源線の間で、コイルとダイオードとの接続点に接続されている。
A power factor correction circuit (PFC (Power Factor Correction) circuit) 15 is a step-up chopper circuit in which a coil, a diode, and a transistor are connected, and is a circuit that improves an input power factor to the
力率改善回路15の動作を説明する。
力率改善回路15への入力電流の振幅目標値は、力率改善回路15の出力電圧の目標値と実際の出力電圧の値に基づき演算される(出力電圧制御)。実際の出力電圧は、電圧センサ16の検出電圧である。演算された入力電流の振幅目標値と力率改善回路15への実際の入力電圧に基づいて、入力電流の目標値の波形が演算される(入力電流制御)。実際の入力電圧は、電圧センサ13の検出電圧である。実際の入力電流が電流センサ14により検出され、実際の入力電流を入力電流の目標値と一致させるように、トランジスタのデューティが演算される。そして、デューティによりトランジスタのオン、オフが切り替わることで、力率改善回路15が動作する。
The operation of the power
The target amplitude value of the input current to the power
電圧センサ16は力率改善回路15からインバータ18に出力される電圧を検出するセンサである。電圧センサ16の検出電圧は、PFC制御器110に出力される。
The
平滑コンデンサ17は、力率改善回路15からインバータ18に入力される電圧を平滑するためのコンデンサである。平滑コンデンサ17はインバータ18の入力側に接続されている。
The smoothing
インバータ18は、交流電源11から整流回路12等を介して入力される電力を高周波の交流電力に変換して、1次側共振回路19に含まれる送電コイル19aに、交流電力を出力するための回路である。インバータ18は、IGBT等のスイッチング素子S1~S4と還流用のダイオードD1~D4を並列接続しつつ、スイッチング素子及びダイオードの並列回路を各アームで直列に接続した回路である。ダイオードD1~D4は、スイッチング素子S1~S4に流れる電流の向きに対して、逆方向になるよう接続されている。インバータ18の入力側は力率改善回路15に接続されており、出力側は1次側共振回路19に接続されることで、インバータ18は交流電源11と送電コイル19aとの間に接続されている。
The
1次側共振回路19は、送電側の交流電力を共振させるための回路である。1次側共振回路19は、送電コイル19aとコンデンサ19bを有している。送電コイル19aとコンデンサ19bは直列LC共振回路を形成している。送電コイル19aは、受電コイル21aに対して非接触で電力を供給するためのコイルである。送電コイル19aは、例えば、車両が駐車する駐車スペースの地表に沿うようなコイル面をもったループ状のコイルにより構成される。そして、受電コイル21aを備えた車両が、当該駐車スペースに駐車されると、送電コイル19aは受電コイル21aと所定の隙間を空けつつ互いに向き合う。これにより、送電コイル19aと受電コイル21aとの間が磁気的に結合する。さらに、1次側共振回路19と2次側共振回路21との間の共振作用によって、送電コイル19aから受電コイル21aに対して非接触で電力が供給される。なお、1次側共振回路19は上記に限らず他の共振回路でもよい。
The primary
地上側コントローラ100は、地上側の給電装置を制御する。地上側コントローラ100はPFC制御器110、無線通信器120、及びインバータ制御器130を有している。PFC制御器110は、電圧センサ13及び電流センサ14の検出値に基づいて、力率改善回路15への入力電力に対して、出力電力の力率を改善するように、力率改善回路15のトランジスタに対して駆動信号を送信する。力率改善回路15のトランジスタが、駆動信号に応じてオン、オフを切り替えることで、力率改善回路15が動作し、力率が改善される。
The
無線通信器120は車側コントローラ200と無線通信するための通信装置である。無線通信器120は、車側コントローラ200の無線通信器220から、バッテリ26の充電を開始するための指令信号、バッテリ26への出力電圧及び出力電流等の情報を含む信号を受信する。
The
インバータ制御器130は、無線通信器120により受信された充電指令及び出力電力に基づき、インバータ18を制御する。充電指令は、充電を開始する旨の指令と、バッテリ26への充電に要求される要求電力を示す指令を含んでいる。出力電力は、LCフィルタ23からバッテリ26に出力される電力である。
The
図2を用いて、インバータ制御器130の詳細な構成を説明する。図2はインバータ制御器130のブロック図である。インバータ制御器130は、電力フィードバック制御演算部131、キャリア周波数可変部132、キャリア信号生成部133、Duty演算部134、キャリア比較値変換部135、及び駆動信号生成部136を有している。インバータ制御器130は、単一の駆動周波数で制御するPAM制御と、複数の駆動周波数でインバータ18の駆動時の周波数を可変しつつ制御するPFM制御とを切り替えつつ、インバータ18を制御している。
The detailed configuration of the
電力フィードバック制御演算部131は、バッテリ26への出力電力が要求電力となる駆動周波数(fPWM)を、要求電力と、バッテリ26への実際の出力電力から演算する。駆動周波数は、PAM制御又はPFM制御によりインバータを制御する際のキャリア周波数に対応する。電力フィードバック制御演算部131は、要求電力となる周波数を複数、設定できる。なお、駆動周波数を設定する際の具体的な制御は後述する。
The power feedback
キャリア周波数可変部132は、電力フィードバック制御演算部131により設定された複数の駆動周波数から、インバータ18を実際に駆動させる際の駆動周波数(以下、キャリア周波数とも称す)を選択する。PAM制御によりインバータ18を制御する場合には、キャリア周波数可変部132は、電力フィードバック制御演算部131により設定された複数の駆動周波数の中から、1つの周波数をインバータ18のキャリア周波数に選択し、PAM制御中、選択されたキャリア周波数を可変しない。
The carrier frequency
一方、PFM制御によりインバータ18を制御する場合には、キャリア周波数可変部132は、電力フィードバック制御演算部131により設定された複数の駆動周波数の中から、1つの周波数をインバータ18のキャリア周波数に選択しつつ、選択する周波数を周期的に可変させている。また、キャリア周波数可変部132は、PFM制御中、選択する周波数を繰り返し可変させている。すなわち、キャリア周波数可変部132は、PFM制御中、インバータ18の駆動時のキャリア周波数を、電力フィードバック制御演算部131により設定された複数の周波数で繰り返し可変している。そして、キャリア周波数可変部132は、選択した周波数(fD)をキャリア信号生成部133に出力する。
On the other hand, when the
キャリア信号生成部133は、キャリア可変周波数132により選択された周波数(fD)をもつキャリア信号を生成し、駆動信号生成部136に出力する。
The carrier
Duty演算部134は、バッテリ26への出力電力が充電指令で示される要求電力と一致するように、デューティ(D)を演算する。デューティはインバータ18のPWM制御におけるデューティであって、スイッチング素子(S1~S4)のオン期間を表している。キャリア比較値変換部135は、デューティ(D)から、キャリア信号と比較する際の比較値(判定電圧)を演算し、駆動信号生成部136に出力する。駆動信号生成部136は、比較値とキャリア信号とを比較することで、駆動信号を生成する。駆動信号は、インバータ18のスイッチング素子S1~S4のオン、オフを切り替える際のスイッチング信号である。
The
PAM制御によりインバータ18を制御する場合には、駆動信号生成部136は周波数(fD)のキャリア信号と比較値とを比較する。周波数(fD)はキャリア周波数可変部132により設定された周波数である。そして、駆動信号生成部136は、比較結果に基づく駆動信号をインバータ18に出力する。これにより、インバータ18がPWM制御で駆動する。一方、PFM制御によりインバータ18を制御する場合には、駆動信号生成部136は、可変される周波数(fD)とキャリア周波数とを比較しつつ、駆動信号を生成する。また、PAM制御の際には、インバータ制御器106は、PFC制御器110と連動して、インバータ18への入力電圧を変化させつつ、インバータ18を制御することで、バッテリ26への出力電圧を制御している。
When the
図1に戻り、2次側の構成について説明する。2次側共振回路21は受電側の交流電力を共振させるための回路である。2次側共振回路21は、受電コイル21aとコンデンサ21b、21cとを有している。受電コイル21aとコンデンサ21bが並列に接続され、受電コイル21aとコンデンサ21bとの並列回路がコンデンサ21cに直列に接続されている。受電コイル21aは、例えば送電コイル19aと同様のループ状のコイルにより構成されており、コイル面が車両のシャシに沿うように取り付けられている。なお、2次側共振回路21は上記に限らず他の共振回路でもよい。
Referring back to FIG. 1, the secondary side configuration will be described. The secondary
整流回路22は、複数のダイオードをブリッジ状に接続した回路であり、2次側共振回路21とLCフィルタ23に接続されている。LCフィルタ23は、受電コイル21aの正極側に接続されて電源線にコイルを接続しつつ、一対の電源線間にコンデンサを接続することで構成されている。電圧センサ24は、LCフィルタ23のコンデンサに接続されており、LCフィルタ23からバッテリ26への出力電圧を検出する。電流センサ25はLCフィルタ23とバッテリ26との間に接続されており、LCフィルタ23からバッテリ26への出力電流を検出する。バッテリ26は、車両のモータに対して電力を供給するための電力源であり、複数の二次電池により構成されている。バッテリ26は、LCフィルタ23等を介して受電コイル21aに電気的に接続されている。
The
車側コントローラ200は車両側の給電装置を制御する。車側コントローラ200は、データ処理部210及び無線通信器220を有している。データ処理部210は、外部から入力されるバッテリ26の充電を開始する指令(充電指令)を取得すると、無線通信用のデータに変換しつつ、充電指令を無線通信器220に出力する。なお、充電指令には、バッテリ26の充電に適した電力が要求電力として含まれている。データ処理部210に対して充電指令を送信するバッテリコントローラは、車両に搭載されており、バッテリ26の状態を管理しつつ、バッテリ26の充電に適した電力を要求電力として演算している。
The vehicle-
またデータ処理部210は、バッテリ26の充電中、電圧センサ24及び電流センサ25により検出された検出値(バッテリ26への出力電圧、出力電流)を無線通信器220に出力する。無線通信器220は地上側コントローラ100と無線通信するための通信装置である。
Further, the
次に、比較例として単一の周波数でインバータ18を制御した場合の漏洩磁束とノイズについて説明する。比較例では、地上側のコントローラがキャリア周波数を高周波側から低周波側に可変しつつ、バッテリ26への出力電流が要求電力に相当する電流値と一致したときの周波数を、インバータ18を駆動させる周波数に設定する。そして、コントローラは、キャリア周波数の設定後には、キャリア周波数を可変させずに、一定の単一周波数でインバータ18を駆動させている。なお、このようなインバータ18の制御以外の比較例の各構成は、図1に示した構成と同様である。
Next, the leakage magnetic flux and noise when the
図3は、比較例における、出力電流(Iout)の周波数特性(a)、アンペアターン合成値(AT)の周波数特性(b)、及びコイル電流の周波数特性(c)を示す。出力電流の電流閾値(Ith)は、バッテリ26への出力電圧を一定値として、要求電力に相当する電流値である。バッテリ26への出力電流が電流閾値(Ith)であれば、バッテリ26に対して要求電力が入力されていることになる。
FIG. 3 shows the frequency characteristic (a) of the output current (I out ), the frequency characteristic (b) of the ampere-turn composite value (AT), and the frequency characteristic (c) of the coil current in the comparative example. The current threshold value (I th ) of the output current is a current value corresponding to the required power with the output voltage to the
図3に示すように、キャリア周波数がf1になったときに、バッテリ26への出力電流が電流閾値(Ith)になり、コントローラは、キャリア周波数(f1)を、実際にインバータ18の駆動周波数に設定して、インバータ18を制御する。
As shown in FIG. 3, when the carrier frequency reaches f 1 , the output current to the
例えば、バッテリ26がリチウムイオン電池として、バッテリ26のSOCが50%で、バッテリ26の電圧が300Vとすると、要求電力が3kWの場合には、出力電流の閾値(Ith)は10Aとなる。そして、電流閾値(Ith)に達したときの周波数(f1)が、比較例において、インバータ18を制御する際のキャリア周波数となる。
For example, if the
比較例において、キャリア周波数(f1)でインバータ18を駆動させたときのコイル電流(I1、I2)、アンペアターン合成値、及び電界強度について図4を用いて説明する。図4(a)は送電コイル19a及び受電コイル21aの回路図を示し、(b)はコイル電流のベクトルを表した図であり、(c)はアンペアターン合成値と電界強度の関係を示すグラフである。また、図4(b)の位相(θ12)はコイル電流(I1)に対するコイル電流(I2)の位相差である。
In the comparative example, the coil current (I 1 , I 2 ), the ampere turn composite value, and the electric field strength when the
図4(a)に示すように、送電コイル19aに流れる電流をI1とし、受電コイル21aに流れる電流をI2とし、送電コイル19a及び受電コイル21aの巻き数をN1及びN2とする。なお、図4のコイル電流(I1、I2)は図3に示したコイル電流(I1、I2)と同じである。
As shown in FIG. 4 (a), the current flowing through the transmitting
アンペアターン合成値は、コイル間における漏洩磁界(又は漏洩電界)に相当し、コイル電流から一意的に決まる値である。また、アンペアターン合成値は、コイル電流(I1)と巻線(N1)との積で表されるベクトルと、コイル電流(I2)と巻線(N2)との積で表されるベクトルとを合成したベクトルの合成値で決まる(図4(b)を参照)。そして、図4(c)に示すように、アンペアターン合成値が大きいほど、漏洩磁界(図4(c)の縦軸に示す電界強度に相当)も大きくなる。そのため、比較例のように、コイル電流(I1、I2)が大きい場合には、漏洩磁束が大きくなる。また、コイルの損失も大きくなるため、コイル効率(電力の送電効率)が悪化する。 The ampere turn composite value corresponds to the leakage magnetic field (or leakage electric field) between the coils, and is a value uniquely determined from the coil current. The ampere-turn composite value is represented by the vector represented by the product of the coil current (I 1 ) and the winding (N 1 ), and the product of the coil current (I 2 ) and the winding (N 2 ). It is determined by the synthesized value of the vector synthesized with the vector (see FIG. 4B). And as shown in FIG.4 (c), a leakage magnetic field (equivalent to the electric field strength shown on the vertical axis | shaft of FIG.4 (c)) becomes large, so that an ampere turn synthetic | combination value is large. Therefore, as in the comparative example, when the coil current (I 1 , I 2 ) is large, the leakage magnetic flux increases. Moreover, since the loss of a coil also becomes large, coil efficiency (power transmission efficiency) deteriorates.
さらに、比較例では単一のキャリア周波数でインバータ18を駆動させているため、スイッチング素子S1~S4のスイッチング動作に伴う、EMIノイズのレベルが大きくなる。例えば電波時計など、外部と通信する通信機器を車両に搭載している場合である。キャリア周波数(f1)に基づきインバータ18が駆動した際のEMIノイズが通信機器で使用される周波数帯域と干渉するときには、比較例ではEMIノイズが大きいため、通信機器への影響が大きい。
Furthermore, since the
次に、本発明のように、インバータ18のキャリア周波数を、複数の周波数で可変しつつインバータ18を駆動した場合の漏洩磁束とノイズについて、図5を用いて説明する。図5は出力電流(Iout)の周波数特性(a)、アンペアターン合成値(AT)の周波数特性(b)、コイル電流の周波数特性(c)、及び入力インピーダンス(Zin)の特性(d)を示す。入力インピーダンス(Zin)はインバータ18の出力側から、1次側共振回路19をみたときのインピーダンスであり、1次側共振回路19と2次側共振回路21を合成したインピーダンスである。
Next, the leakage magnetic flux and noise when the
本発明では、地上側のコントローラ100がキャリア周波数を高周波側から低周波側に可変しつつ、バッテリ26への出力電流が要求電力に相当する電流値と一致したときの周波数を複数設定する。
In the present invention, the
図5に示すように、高周波側から低周波側に可変したとき、キャリア周波数がf1になったときに、バッテリ26の出力電流(Iout)が電流閾値(Ith)となる。そして、さらにキャリア周波数を低周波側に可変すると、キャリア周波数がf2になったときに、バッテリ26の出力電流(Iout)が電流閾値(Ith)となる。これにより、キャリア周波数(f1、f2)は離散的な周波数となる。
As shown in FIG. 5, when the carrier frequency is f 1 when the frequency is varied from the high frequency side to the low frequency side, the output current (I out ) of the
図6を用いて、キャリア周波数をf1に設定した状態でインバータ18を駆動させた際のアンペアターン合成値と、キャリア周波数をf2に設定した状態でインバータ18を駆動させた際のアンペアターン合成値とを説明する。図6(a)はキャリア周波数をf1とした場合のアンペアターン合成値のベクトル図を示し、(b)はキャリア周波数をf2とした場合のアンペアターン合成値のベクトル図を示す。なお、図6(a)の位相差(θ12)は、図5(d)の位相特性において周波数(f1)に対する位相(θ12)を表しており、図6(b)の位相差(θ12)は、図5(d)の位相特性において周波数(f2)に対する位相(θ12)を表している。
Using FIG. 6, the ampere turn composite value when the
キャリア周波数をf1とした場合、キャリア周波数をf2とした場合のアンペアターン合成値を表すと、図6(a)及び(b)のようになる。キャリア周波数をf2とした場合に、コイル電流の位相差(θ12)は、絶対値でみたときに、キャリア周波数をf1とした場合の位相差(θ12)とほぼ同様の値である。一方、コイル電流(I1、I2)は、キャリア周波数をf1とした場合のコイル電流(I1、I2)よりそれぞれ小さくなっている。そのため、キャリア周波数をf2とした場合のアンペアターン合成値は、キャリア周波数をf1とした場合のアンペアターン合成値より小さくなっている。 When the carrier frequency is f 1 , the ampere-turn composite value when the carrier frequency is f 2 is shown in FIGS. 6 (a) and 6 (b). When the carrier frequency is f 2 , the phase difference (θ 12 ) of the coil current is almost the same as the phase difference (θ 12 ) when the carrier frequency is f 1 when viewed in absolute value. . On the other hand, the coil currents (I 1 , I 2 ) are smaller than the coil currents (I 1 , I 2 ) when the carrier frequency is f 1 . For this reason, the ampere-turn composite value when the carrier frequency is f 2 is smaller than the ampere-turn composite value when the carrier frequency is f 1 .
キャリア周波数を周波数(f1、f2)にそれぞれ設定しつつ、単一のキャリア周波数(f1、f2)でインバータ18を駆動させたときのコイル電流(I1、I2)の大きさと、アンペアターン合成値(AT)の大きさとを図7(a)と図7(b)にそれぞれ示す。
The magnitude of the coil current (I 1 , I 2 ) when the
キャリア周波数をf1とした場合と比較して、キャリア周波数をf2とした場合には、コイル電流(I1、I2)が小さくなり、アンペアターン合成値(AT)も小さくなる。この点から、キャリア周波数を周波数(f2)に設定しつつ、単一のキャリア周波数(f2)でインバータ18を駆動させることで、アンペアターン合成値(AT)は比較例よりも小さくすることができる。
The carrier frequency in comparison with the case of the f 1, when the carrier frequency is f 2, the coil current (I 1, I 2) is reduced, ampere turns composite value (AT) is also reduced. From this point, by setting the carrier frequency to the frequency (f 2 ) and driving the
しかしながら、キャリア周波数を周波数(f2)に設定した場合には、コイル電流(I1、I2)の位相が進相になるため(図5(d)を参照)、インバータ18のダイオードD1~D4の発熱量が大きくなる。 However, when the carrier frequency is set to the frequency (f 2 ), the phase of the coil current (I 1 , I 2 ) is advanced (see FIG. 5 (d)), and therefore the diode D 1 of the inverter 18. calorific value of ~ D 4 increases.
コイル電流(I1、I2)の位相と、ダイオードD1~D4の熱量との関係について、図8を用いて説明する。図8はインバータ18の回路図である。なお、図8において負荷は、インバータ18の出力側に接続されている負荷(1次側共振回路19、2次側共振回路、バッテリ26等を含む)を表している。
The relationship between the phase of the coil current (I 1 , I 2 ) and the amount of heat of the diodes D 1 to D 4 will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a circuit diagram of the
インバータ18から出力されるコイル電流の位相が進相の場合には、インバータ18の出力側の負荷が容量性の負荷にみえる。そのため、インバータ18の出力側の負荷がエネルギーを蓄積する。インバータ18のスイッチング素子S1~S4のターンオフ直後は、負荷で蓄積されたエネルギーによりリカバリ電流が発生して、リカバリ電流がダイオードD1~D4に還流電流として流れ、ダイオードD1~D4で熱量が発生する。
When the phase of the coil current output from the
ダイオードD1~D4には、素子の特性に応じて、電力値の許容値が予め設定されている。そして、リカバリ電流がダイオードD1~D4に流れて、ダイオードD1~D4の電力値が許容値より高くなった場合には、ダイオードD1~D4の発熱量が許容値を超えてしまい、ダイオードD1~D4に異常が生じる可能性が高くなる。このように、コイル電流の位相が進相の状態で、インバータ18を駆動し続けた場合には、ダイオードD1~D4に流れるリカバリ電流によって、ダイオードD1~D4の発熱量が高くなる。そのため、周波数(f2)の単一のキャリア周波数でインバータ18を長時間、駆動させることは好ましくない。
In the diodes D 1 to D 4 , allowable power values are set in advance according to the characteristics of the elements. Then, the recovery current flows through the diodes D 1 ~ D 4, when the power value of the diode D 1 ~ D 4 becomes higher than the allowable value, the heating value of the diode D 1 ~ D 4 exceeds the allowable value As a result, there is a high possibility that abnormality occurs in the diodes D 1 to D 4 . Thus, in the state of phase advance phase of the coil current, when continued to drive the
以下、図9に示すフローチャートを用いて、非接触給電システムの制御を説明する。図9は、非接触給電システムのコントローラの制御手順を示すフローチャートである。なお、バッテリ26への出力電流等の特性が図5に示した特性をとる場合を、一例として挙げつつ、具体的な制御フローを説明する。図9に示すフローチャートはバッテリの充電の開始から終了まで、ループしつつ実行されている。
Hereinafter, the control of the non-contact power feeding system will be described using the flowchart shown in FIG. FIG. 9 is a flowchart showing the control procedure of the controller of the non-contact power feeding system. A specific control flow will be described with an example in which the characteristics such as the output current to the
ステップS1にて、地上側コントローラ100は、車側コントローラ200から、充電開始の指令及びバッテリ26を充電するための要求電力を無線通信で受信すると、インバータ18をPAM制御により駆動させる。インバータ18の駆動中、車側コントローラ200は、電圧センサ24及び電流センサ25によりバッテリ26へ出力される電圧及び電流を検出しつつ、検出電圧及び検出電流を無線通信により地上側コントローラ100に送信する。また、車側コントローラ200は、バッテリ26への出力電圧、出力電流、及び、要求電力を含む充電指令を、地上側コントローラ100に送信する。地上側コントローラ100は、バッテリ26への出力電力が要求電力と一致するように、力率改善回路15及びインバータ18を制御する。
In step S1, when the ground-
ステップS2にて、地上側コントローラ100は、PAM制御からPFM制御に切り替えるか否かを判定する。PFM制御を行う時間帯は予め決まっており、例えば電波時計を調整ために電波を受信する時間帯に応じて設定されている。そして、地上側コントローラ100は、現在の時刻がPFM制御の時間帯に入る場合には、インバータ制御器130による制御をPAM制御からPFM制御に切り替え、ステップS3に進む。一方、現在の時刻がPFM制御の時間帯でない場合には、地上側コントローラ100は、PAM制御を継続する。
In step S2, the ground-
ステップS3にて、インバータ制御器130は、キャリア周波数を高周波側から低周波側に可変しつつ、車側コントローラ200からバッテリ26への出力電力を取得する。インバータ制御器130は、キャリア周波数の可変中、バッテリ26への出力電力と要求電力とを比較しつつ、要求電力となるキャリア周波数を特定する。このとき、特定される周波数は、離散的な周波数となる。なお、ステップS3の制御では、インバータ制御器130はバッテリ26への充電の前に低出力で通電するようインバータ18を制御する。そして、インバータ制御器130は、インバータ18からの出力をバッテリ26の充電時の出力よりも低くした状態で、キャリア周波数を可変し、複数のキャリア周波数を設定する。図5の例では、電力フィードバック制御演算部131は複数の周波数(f1、f2)をキャリア周波数に設定する。
In step S3,
ステップS4にて、電力フィードバック制御演算部131は、設定したキャリア周波数でインバータ18を駆動させた際のコイル電流の位相を演算する。コイル電流の位相は、インバータ18の出力に対する、入力インピーダンス(Zin)の位相特性から演算される。そして、電力フィードバック制御演算部131は、設定したキャリア周波数に対応する位相が進相であるか遅相であるかを特定する。図5の例では、電力フィードバック制御演算部131は、キャリア周波数(f1)に対応する位相を遅相として特定し、キャリア周波数(f2)に対応する位相を進相として特定する。
In step S4, the power feedback
ステップS5にて、インバータ制御器130のキャリア周波数可変部132は、電力フィードバック制御演算部131により設定された複数の駆動周波数の中から、1つの周波数をインバータ18のキャリア周波数に選択する。そして、インバータ制御器130は選択したキャリア周波数でインバータ18を駆動させる。インバータ18の出力は、ステップS3でキャリア周波数の設定の際の出力よりも大きい。また、キャリア周波数可変部132は、キャリア周波数を所定の周期で可変させる。所定の周期は、設定された複数の駆動周波数の逆数により決まる。
In step S <b> 5, the carrier frequency
図10にキャリア信号の時間特性を示す。グラフaはPFM制御のキャリア周波数の特性を示し、グラフbはPAM制御のキャリア周波数の特性を示す。PAM制御では、キャリア周波数は周波数(f1)で固定される。一方、PFM制御では、キャリア周波数可変部132は、周期(1/f1)の経過時点でキャリア周波数をf1からf2に可変し、周波数の可変時点から周期(1/f2)の経過した時点でキャリア周波数をf2からf1に可変する。そして、キャリア周波数可変部132は、周期(1/f1)及び周期(1/f2)の時点で、キャリア周波数の可変を繰り返し行う。キャリア周波数の可変が繰り返し行われることで、PFM制御中、インバータ18は、キャリア周波数(f1)で複数回駆動し、キャリア周波数(f2)で複数回駆動する。
FIG. 10 shows the time characteristics of the carrier signal. Graph a shows the characteristics of the carrier frequency for PFM control, and graph b shows the characteristics of the carrier frequency for PAM control. In PAM control, the carrier frequency is fixed at the frequency (f 1 ). On the other hand, in the PFM control, the carrier
ステップS6にて、インバータ制御器130は、インバータ18への入力電流とスイッチング素子S1~S4のスイッチングの波形から、各ダイオードD1~D4の電流値を演算しつつ、ダイオードD1~D4の電流値及びダイオードD1~D4のオン抵抗からダイオードD1~D4の電力値を演算する。そして、インバータ制御器130は、ダイオードD1~D4の電力値が許容値以下であるか否かを判定する。電力値が許容値より大きい場合にはステップS7に進み、電力値が許容値以下である場合にはステップS8に進む。なお、許容値は、ダイオードD1~D4の素子の仕様値(発熱上限値)により決まる値であり、例えば仕様値の80%の値に設定されている。
In step S6, the
ステップS7にて、ダイオードD1~D4の電力値が許容値より大きい場合には、インバータ制御器130は、キャリア周波数可変部132により、遅相のキャリア周波数のみをインバータ18の駆動時のキャリア周波数に選択しつつ、インバータ18を制御する。そしてステップS8に進む。図5の例では、インバータ制御器130は、キャリア周波数(f1)のみでインバータ18を制御する。なお、遅相の周波数が複数ある場合には、キャリア周波数可変部132は、複数の遅相の周波数のみでキャリア周波数を可変する。
When the power values of the diodes D 1 to D 4 are larger than the allowable values in step S 7, the
ステップS8にて、地上側コントローラ100は、PFM制御からPAM制御に切り替えるか否かを判定する。地上側コントローラ100は、現在の時刻がPFM制御の時間帯に入っている場合には、ステップS5に戻り、PFM制御を継続して行う。一方、現在の時刻がPFM制御の時間帯から外れている場合には、地上側コントローラ100はインバータ18の制御をPFM制御からPAM制御に戻し、図9の制御フローを終了する。
In step S8, the ground-
上記のように、本実施形態において、非接触給電装置はキャリア周波数を複数の種波数で繰り返し可変してインバータ18を制御している。インバータ18のキャリア周波数の時間的な推移は、図11のグラフにより表される。図11において、時間(0)から時間(t1)までの時間帯及び時間(t2)以降の時間帯はPAM制御を行っており、時間(t1)から時間(t2)までの時間帯はPFM制御を行っている。なお、図11では、PAM制御時のキャリア周波数をfAとしているが、PAM制御時のキャリア周波数はfA以外の周波数でもよく、f1でもよい。
As described above, in the present embodiment, the non-contact power feeding apparatus controls the
時間(0)から時間(t1)の間、及び時間(t2)以降では、インバータ18はPAM制御で制御されるため、キャリア周波数はfAの固定した値となる。時間(t1)から時間(t2)の間では、インバータ18はPFM制御で制御されるため、キャリア周波数は、周期(1/f1)及び周期(1/f2)で決まるタイミングで、f1及びf2で交互に切り替わる。すなわち、キャリア周波数の可変は連続的に行われる。なお、キャリア周波数をf1及びf2で可変する際、変調周波数(1/Tm:Tm=1/f1+1/f2)は1kHz以上に設定されている。これにより、ラジオの受信周波数(可聴周波数帯域)を避けることができる。
From time (0) to time (t 1 ) and after time (t 2 ), since the
次に、本発明の非接触給電システムにおけるコイル損失、アンペアターン合成値、及びEMIノイズを、比較例の非接触給電システムと比較して説明する。図12(a)はコイル損失を示すグラフであり、図12(b)はアンペアターン合成値を示すグラフである。図13(a)は比較例のEMIノイズの周波数特性を示すグラフであり、図13(b)は本発明のEMIノイズの周波数特性を示すグラフである。図13(c)はEMIレベルの最大値を示すグラフである。比較例の非接触給電システムは、単一のキャリア周波数(f1)でインバータ18を駆動させた場合の特性を示している。
Next, the coil loss, the ampere turn composite value, and the EMI noise in the contactless power supply system of the present invention will be described in comparison with the contactless power supply system of the comparative example. FIG. 12A is a graph showing the coil loss, and FIG. 12B is a graph showing the ampere turn composite value. FIG. 13A is a graph showing the frequency characteristics of the EMI noise of the comparative example, and FIG. 13B is a graph showing the frequency characteristics of the EMI noise of the present invention. FIG. 13C is a graph showing the maximum value of the EMI level. The non-contact power feeding system of the comparative example shows characteristics when the
図12(a)に示すように、本発明の非接触給電システムでは、キャリア周波数(f1)とキャリア周波数(f2)を可変させることで、比較例よりもコイル損失を抑制できる。また、上記のとおり、キャリア周波数(f2)でインバータ18を駆動した際に、アンペアターン合成値はキャリア周波数(f1)のときのアンペアターン合成値よりも小さい(図6を参照)。本発明の非接触給電システムは、キャリア周波数(f1)のみでなく、キャリア周波数(f2)も選択可能な周波数に含めているため、比較例よりもアンペアターン合成値を小さくできる。
As shown in FIG. 12 (a), in a non-contact power supply system of the present invention, the carrier frequency (f 1) and the carrier frequency (f 2) by varying, it is possible to suppress the coil loss than the comparative example. Further, as described above, when the
また、図13(a)に示すように、比較例の非接触給電システムでは、キャリア周波数(f1)の高調波に相当するノイズが高い値で発生している。一方、本発明の非接触給電システムは、キャリア周波数(f1、f2)でインバータ18を駆動させているため、エネルギーを分散させることができる。そのため、図13(b)に示すように、キャリア周波数(f1)及びキャリア周波数(f2)の高調波に相当するノイズレベルは小さくなる。そして、図13(c)に示すように、本発明の非接触給電システムのEMIノイズレベルの最大値は、比較例よりも小さくできる。
Further, as shown in FIG. 13A, in the non-contact power feeding system of the comparative example, noise corresponding to the harmonic of the carrier frequency (f 1 ) is generated at a high value. On the other hand, the contactless power feeding system of the present invention drives the
上記のように、本実施形態はインバータ18の駆動周波数を複数設定し、インバータ18の駆動時の周波数を、設定した複数の駆動周波数で繰り返し可変してインバータ18を駆動させている。これにより、単一の駆動周波数のみでインバータ18を駆動させた場合と比較して、アンペアターン合成値をコントロールできるため、漏洩磁界(漏洩電界)を低減できる。また、コイル損失が低減されるため、送電する際の効率を高めることができる。また、インバータ18のスイッチングに伴うEMIノイズを低減できる。
As described above, in the present embodiment, a plurality of drive frequencies of the
また本実施形態は、受電コイル21aからバッテリ26に供給される電力がバッテリ26への要求電力となる駆動周波数を、インバータ18の駆動時の周波数に設定する。これにより、バッテリ26への出力電力を要求電力まで高めつつ、漏洩磁界を低減できる。
In the present embodiment, the drive frequency at which the power supplied from the
また本実施形態は、複数の駆動周波数で繰り返し可変しつつインバータ18を制御するPFM制御と、単一の駆動周波数でインバータを制御するPAM制御とを切り替える。これにより、例えば電波時計の調整用の電波を受信する時間帯など、ノイズを干渉させたくない時間帯に合わせて、制御モードを切り替えることができる。
In the present embodiment, PFM control for controlling the
また本実施形態は、ダイオードD1~D4の電力値に応じて、インバータ18の出力電流の位相が進相となる駆動周波数を、インバータ18の駆動時の周波数に設定する。これにより、要求電力を満たすキャリア周波数が進相時の周波数のときでも、当該キャリア周波数をインバータ18の駆動に用いることができるため、漏洩磁束を低減できる。
In the present embodiment, the drive frequency at which the phase of the output current of the
また本実施形態は、ダイオードD1~D4の電力値がダイオードD1~D4に許容される電力の許容値以下である場合には、インバータ18の出力電流の位相が進相となる駆動周波数をインバータ18の駆動時の周波数に設定する。一方、電力値が許容値より大きい場合には、インバータ18の出力電流の位相が遅相となる駆動周波数のみをインバータの駆動時の周波数に設定する。これにより、ダイオードD1~D4の発熱を抑制しつつ漏洩磁束を低減できる。
In the first embodiment, when the power value of the diode D 1 ~ D 4 is equal to or less than the allowable value of power allowed to the diode D 1 ~ D 4 is driven phase of the output current of the
また実施形態は、複数の駆動周波数を周期的に可変しつつインバータ18を駆動する。これにより、ノイズ発生のエネルギーを均等に分散できる。
In the embodiment, the
なお、本実施形態では、PFM制御において、2つの周波数(f1、f2)がキャリア周波数として設定されたが、キャリア周波数は3つ以上であってもよい。また、例えば、電力フィードバック制御演算部131が3つの周波数(fx、fy、fz)をキャリア周波数に設定した場合に、キャリア周波数はランダムに可変されるてよい。例えば、PFM制御中、キャリア周波数は、fx、fy、fz、fx、fz、fxの順番で、可変されてもよい。これにより、インバータ18の駆動時のキャリア周波数が繰り返し可変されている。
In the present embodiment, two frequencies (f 1 , f 2 ) are set as carrier frequencies in the PFM control, but the number of carrier frequencies may be three or more. In addition, for example, when the power feedback
上記の地上側コントローラ100が本発明の「制御手段」に相当する。
The above-mentioned
《第2実施形態》
発明の他の実施形態に係る非接触給電システムについて、説明する。本例では、上述した第1実施形態に対して、インバータ18をPFM制御で駆動させる際に、インバータ18の出力電流の位相が遅相となる駆動周波数のみをインバータの駆動時の周波数に設定する点が異なる。これ以外の構成は上述した第1実施形態と同じであり、その記載を援用する。
<< Second Embodiment >>
A non-contact power feeding system according to another embodiment of the invention will be described. In this example, in contrast to the first embodiment described above, when the
以下、図14に示すフローチャートを用いて、非接触給電システムの制御を説明する。ステップS11、S12の制御は、第1実施形態に係るステップS1、S2とそれぞれ同様であり、ステップS18、19の制御は、第1実施形態に係るステップS8、S9とそれぞれ同様であるため、説明を省略する。 Hereinafter, the control of the non-contact power feeding system will be described using the flowchart shown in FIG. The control in steps S11 and S12 is the same as that in steps S1 and S2 according to the first embodiment, and the control in steps S18 and S19 is the same as that in steps S8 and S9 according to the first embodiment. Is omitted.
ステップS13にて、インバータ制御器130は、キャリア周波数可変部132により、キャリア周波数を高周波側から低周波側に可変しつつインバータ18を駆動させ、車側コントローラ200からバッテリ26への出力電力を取得する。キャリア周波数を可変する際に、上限の周波数と下限の周波数は予め決まっており、インバータ制御器130は、上限の周波数から下限の周波数までキャリア周波数を可変する。そして、インバータ制御器130の電力フィードバック制御演算部131は、上限の周波数から下限の周波数までキャリア周波数を可変したときに、バッテリ26への出力電力が要求電力と一致するキャリア周波数を、全て特定する。
In step S13, the
具体例を挙げつつ、上記の制御を説明する。図15(a)は入力インピーダンス(Zin)及び位相の周波数特性を示すグラフであり、(b)はインバータ18の出力電流の周波数特性を示すグラフであり、(c)はアンペアターン合成値の周波数特性を示すグラフである。図15(a)の実線が入力インピーダンスの特性を示し、点線が位相特性を示す。なお、図15に示す特性は一例にすぎず、バッテリの容量や、共振回路の回路パラメータ等により、異なる特性となる。
The above control will be described with a specific example. FIG. 15A is a graph showing the frequency characteristics of the input impedance (Z in ) and the phase, FIG. 15B is a graph showing the frequency characteristics of the output current of the
図15の例では、インバータ制御器130は、キャリア周波数を高周波側から低周波側に可変して、要求電力と一致する4つの周波数(f1、f2、f3、f4)を特定する。
In the example of FIG. 15, the
ステップS14にて、電力フィードバック制御演算部131は、入力インピーダンス(Zin)の位相特性から、特定した周波数に対応する位相を演算し、当該位相が進相であるか遅相であるかを判定する。図15に示すように、キャリア周波数(f1、f2、f3)に対応する位相はそれぞれ遅相となり、キャリア周波数(f4)に対応する位相は進相となる。
In step S14, the power feedback
ステップS15にて、電力フィードバック制御演算部131は、各キャリア周波数(f1、f2、f3、f4)に対応するアンペアターン合成値を演算する。アンペアターン合成値は、各キャリア周波数(f1、f2、f3、f4)で駆動したときのコイル電流(I1、I2)とコイル電流の位相差(θ12)から演算される。インバータ制御器130には、アンペアターン合成値の規制値(上限値)が予め設定されている。規制値は、EMIノイズのレベルの上限値を規定しており、法で規制された電界強度の上限に応じて設定されている。例えば、日本国においては、供試体から30m離れた位置における電界強度が電波法で規制されているため、規制値は、電波法で規制された値に応じて決まる。
In step S15, the power feedback
また、電力フィードバック制御演算部131は、各キャリア周波数(f1、f2、f3、f4)に対応するアンペアターン合成値と規制値とを比較し、規制値以下であるキャリア周波数を特定する。図15(c)に示すように、規制値が設定されている場合に、規制値以下であるキャリア周波数はf1、f2、f3となる。各キャリア周波数(f1、f2、f3、f4)と、位相、アンペアターン合成値との関係は、図16の表のように表される。なお、図16の「OK」はアンペアターン合成値が規制値以下であることを示し、「NO」はアンペアターン合成値が規制値より大きいことを示す。
In addition, the power feedback
ここで、各キャリア周波数(f1、f2、f3)に対するアンペアターン合成値について、図17を用いて説明する。各キャリア周波数(f1、f2、f3)でインバータ18を駆動したときのコイル電流(I1、I2)を図17(a)に示し、アンペアターン合成値を図17(b)に示す。なお、バッテリ26へ出力される電力は、各キャリア周波数(f1、f2、f3)で同一としているため、受電コイル21aを流れるコイル電流(I2)は同じである。一方、送電コイル19aを流れるコイル電流(I1)は、電流間の位相の違いによって異なる大きさとなる。そして、位相の違いとコイル電流(I1)の大きさの違いにより、各キャリア周波数(f1、f2、f3)に対するアンペアターン合成値も異なる値となる。
Here, the ampere-turn composite value for each carrier frequency (f 1 , f 2 , f 3 ) will be described with reference to FIG. FIG. 17A shows coil currents (I 1 , I 2 ) when the
図14に戻り、ステップS16にて、電力フィードバック制御演算部131は、要求電力と一致するキャリア周波数(f1、f2、f3、f4)のうち、条件を満たす周波数を、インバータ18の駆動時の周波数に設定する。条件は、キャリア周波数に対応する位相が遅相であること、及び、キャリア周波数に対応するアンペアターン合成値が規制値以下であること、である。図15の例では、複数のキャリア周波数(f1、f2、f3)がインバータ18の駆動時の周波数に設定される。インバータ制御器130のキャリア周波数可変部132は、設定したキャリア周波数(f1、f2、f3)で可変しつつ、インバータ18を駆動する。そして、ステップS17に進む。
Returning to FIG. 14, in step S < b > 16, the power feedback
インバータ18の駆動時のキャリア信号の時間特性を図18に示す。図18において、グラフaはPFM制御のキャリア周波数の特性を示し、グラフbはPAM制御のキャリア周波数の特性を示す。PAM制御では、キャリア周波数は周波数(f1)で固定される。一方、PFM制御では、キャリア周波数可変部132は、周期(1/f1)の経過時点でキャリア周波数をf1からf2に可変し、周波数の可変時点から周期(1/f2)の経過した時点でキャリア周波数をf2からf3に可変し、周波数の可変時点から周期(1/f3)の経過した時点でキャリア周波数をf3からf1に可変する。そして、キャリア周波数可変部132は、周期(1/f1)、周期(1/f2)、及び周期(1/f3)の時点で、キャリア周波数の可変を繰り返し行う。
The time characteristics of the carrier signal when the
また、インバータ18の駆動時のキャリア周波数の時間特性を図19に示す。図19に示すように、キャリア周波数は、周期(Tm)の周期関数で、高い周波数から低い周波数へ順に遷移しつつ、低い周波数から高い周波数へ順に遷移するように、可変されている。これにより、周波数の遷移時間を短縮でき、またEMIノイズを発生するエネルギーと分散できる。
FIG. 19 shows the time characteristics of the carrier frequency when the
次に、本実施形態の非接触給電システムにおけるコイル損失、アンペアターン合成値、及びEMIノイズを、比較例の非接触給電システムと比較して説明する。図20(a)はコイル損失を示すグラフであり、図20(b)はアンペアターン合成値を示すグラフである。図21(a)は比較例のEMIノイズの周波数特性を示すグラフであり、図21(b)は本発明のEMIノイズの周波数特性を示すグラフである。図21(c)はEMIレベルの最大値を示すグラフである。比較例の非接触給電システムは、単一のキャリア周波数(f1)でインバータ18を駆動させた場合の特性を示している。
Next, the coil loss, the ampere turn composite value, and the EMI noise in the contactless power supply system of the present embodiment will be described in comparison with the contactless power supply system of the comparative example. FIG. 20A is a graph showing the coil loss, and FIG. 20B is a graph showing the ampere turn composite value. FIG. 21A is a graph showing the frequency characteristics of the EMI noise of the comparative example, and FIG. 21B is a graph showing the frequency characteristics of the EMI noise of the present invention. FIG. 21C is a graph showing the maximum value of the EMI level. The non-contact power feeding system of the comparative example shows characteristics when the
図20(a)に示すように、本実施形態の非接触給電システムでは、キャリア周波数(f1、f2、f3)で可変させることで、比較例よりもコイル損失を抑制できる。本発明のアンペターン合成値は、比較例よりも高くなっているが、規制値以下には抑えている。 As shown in FIG. 20A, in the non-contact power feeding system of the present embodiment, the coil loss can be suppressed more than in the comparative example by making the frequency variable by the carrier frequency (f 1 , f 2 , f 3 ). The amperage composite value of the present invention is higher than that of the comparative example, but is kept below the regulation value.
また、図21(a)に示すように、比較例の非接触給電システムでは、キャリア周波数(f1)の高調波に相当するノイズが高い値で発生している。一方、本実施形態の非接触給電システムは、キャリア周波数(f1、f2、f3)でインバータ18を駆動させているため、図21(b)に示すように、キャリア周波数(f1、f2、f3)の高調波に相当するノイズレベルは小さくなる。そして、図21(c)に示すように、本実施形態の非接触給電装置のEMIノイズレベルの最大値は、比較例よりも小さくできる。
Further, as shown in FIG. 21A, in the non-contact power feeding system of the comparative example, noise corresponding to the harmonic of the carrier frequency (f 1 ) is generated at a high value. On the other hand, since the contactless power feeding system of the present embodiment drives the
上記のように、本実施形態では、インバータ18の出力電流の位相が遅相となる駆動周波数(キャリア周波数)のみがインバータ18の駆動時の周波数として設定される。これにより、本実施形態においてダイオードD1~D4の発熱が抑制され漏洩磁束が低減される。
As described above, in the present embodiment, only the drive frequency (carrier frequency) at which the phase of the output current of the
なお、本実施形態の他の具体例として、インバータ18をPFM制御で駆動させる際に、キャリア周波数に対応するアンペアターン合成値が規制値以下であっても、インバータ18の出力電流の位相が進相であれば、上記条件を満たさない。そのため、進相のキャリア周波数は、駆動時に設定される周波数から除外される。以下、他の具体例について、図22、23を用いて説明する。
As another specific example of the present embodiment, when the
図22(a)~(c)に、入力インピーダンス(Zin)と位相の周波数特性、インバータ18の出力電流の周波数特性、及び、アンペアターン合成値の周波数特性をグラフで示す。図22(a)の実線が入力インピーダンスの特性を示し、点線が位相特性を示す。
22A to 22C are graphs showing the frequency characteristics of the input impedance (Z in ) and the phase, the frequency characteristics of the output current of the
図22に示すように、要求電力と一致する周波数が4つ(f1、f2、f3、f4)特定された場合に、キャリア周波数(f1、f3)に対応する位相はそれぞれ遅相となり、キャリア周波数(f2、f4)に対応する位相は進相となる。また、キャリア周波数(f1、f2、f3)に対応するアンペアターン合成値は規制値以下となり、キャリア周波数(f4)に対応するアンペアターン合成値は規制値より高くなる。各キャリア周波数(f1、f2、f3、f4)と、位相、アンペアターン合成値との関係は、図23の表のように表される。 As shown in FIG. 22, when four frequencies (f 1 , f 2 , f 3 , f 4 ) that match the required power are specified, the phases corresponding to the carrier frequencies (f 1 , f 3 ) are respectively The phase is delayed, and the phase corresponding to the carrier frequency (f 2 , f 4 ) is advanced. In addition, the ampere turn composite value corresponding to the carrier frequency (f 1 , f 2 , f 3 ) is equal to or lower than the regulation value, and the ampere turn synthesis value corresponding to the carrier frequency (f 4 ) is higher than the regulation value. The relationship between each carrier frequency (f 1 , f 2 , f 3 , f 4 ), the phase, and the ampere turn composite value is expressed as shown in the table of FIG.
キャリア周波数(f2)に対応するアンペアターン合成値は規制値以下となり、アンペアターン合成値の条件は満たしている。しかしながら、キャリア周波数(f2)に対応する位相は進相であるため、位相の条件は満たしていない。そのため、電力フィードバック制御演算部131は、キャリア周波数(f2)をインバータ18の駆動時のキャリア周波数から除外しつつ、キャリア周波数(f1、f3)をインバータ18の駆動時の周波数に設定する。そして、インバータ制御器130は、設定したキャリア周波数(f1、f3)で可変しつつ、インバータ18を駆動させる。
The ampere-turn composite value corresponding to the carrier frequency (f 2 ) is equal to or less than the regulation value, and the ampere-turn composite value condition is satisfied. However, since the phase corresponding to the carrier frequency (f 2 ) is a leading phase, the phase condition is not satisfied. Therefore, the power feedback
なお、本実施形態の変形例として、キャリア周波数可変部132は、条件を満たすキャリア周波数(上記のステップ16で設定されるキャリア周波数)を可変する際、図24に示すように、周期(1/f1、1/f2、1/f3)をそれぞれ整数倍(ただし、2以上)した複数の周期毎のタイミングで、高い周波数から低い周波数に、又は、低い周波数から高い周波数になるよう、遷移させてもよい。これにより、周波数の遷移時間を短縮でき、またEMIノイズを発生するエネルギーと分散できる。
As a modification of the present embodiment, when the carrier
《第3実施形態》
発明の他の実施形態に係る非接触給電システムについて、説明する。本例では、上述した第2実施形態に対して、インバータ18をPFM制御で駆動させる際に、キャリア周波数に対応するアンペアターン合成値が規制値以下であれば、インバータ18の出力電流の位相が進相であっても、当該キャリア周波数をインバータの駆動時の周波数に設定する点が異なる。これ以外の構成は上述した第2実施形態と同じであり、その記載を援用する。
<< Third Embodiment >>
A non-contact power feeding system according to another embodiment of the invention will be described. In this example, when the
一例として、図25(a)~(c)に、入力インピーダンス(Zin)と位相の周波数特性、インバータ18の出力電流の周波数特性、及び、アンペアターン合成値の周波数特性をグラフで示す。図25(a)の実線が入力インピーダンスの特性を示し、点線が位相特性を示す。
As an example, FIGS. 25A to 25C are graphs showing the frequency characteristics of the input impedance (Z in ) and the phase, the frequency characteristics of the output current of the
図25に示すように、要求電力と一致する周波数が4つ(f1、f2、f3、f4)特定された場合に、キャリア周波数(f1、f3)に対応する位相はそれぞれ遅相となり、キャリア周波数(f2、f4)に対応する位相は進相となる。また、キャリア周波数(f1、f2、f3)に対応するアンペアターン合成値は規制値以下となり、キャリア周波数(f4)に対応するアンペアターン合成値は規制値より高くなる。各キャリア周波数(f1、f2、f3、f4)と、位相、アンペアターン合成値との関係は、図26の表のように表される。 As shown in FIG. 25, when four frequencies (f 1 , f 2 , f 3 , f 4 ) that match the required power are specified, the phases corresponding to the carrier frequencies (f 1 , f 3 ) are respectively The phase is delayed, and the phase corresponding to the carrier frequency (f 2 , f 4 ) is advanced. In addition, the ampere turn composite value corresponding to the carrier frequency (f 1 , f 2 , f 3 ) is equal to or lower than the regulation value, and the ampere turn synthesis value corresponding to the carrier frequency (f 4 ) is higher than the regulation value. The relationship between each carrier frequency (f 1 , f 2 , f 3 , f 4 ), the phase, and the ampere turn composite value is expressed as a table in FIG.
電力フィードバック制御演算部131は、第2実施形態と同様に、要求電力と一致するキャリア周波数(f1、f2、f3、f4)のうち、条件を満たす周波数を、インバータ18の駆動時の周波数に設定する。条件はキャリア周波数に対応するアンペアターン合成値が規制値以下であることであり、位相の条件は課されない。
As in the second embodiment, the power feedback
そのため、電力フィードバック制御演算部131は、キャリア周波数(f1、f2、f3、f4)のうち、キャリア周波数(f1、f2、f3)を、インバータ18の駆動時の周波数に設定する。そして、インバータ制御器130は、複数のキャリア周波数(f1、f2、f3)で可変しつつ、インバータ18を駆動する。
Therefore, the power feedback
インバータ制御器130は、インバータ18の駆動中、ダイオードのD1~D4の電力値を演算しつつ、電力値と許容値とを比較する。ダイオードD1~D4の電力値が許容値より大きい場合には、インバータ制御器130は、遅相のキャリア周波数のみをインバータ18の駆動時のキャリア周波数に選択しつつ、インバータ18を制御する。
The
一方、ダイオードD1~D4の電力値が許容値以下である場合には、インバータ制御器130は、進相のキャリア周波数も含めてインバータ18の駆動時のキャリア周波数に選択しつつ、インバータ18を制御する。これにより、本発明はダイオードD1~D4の発熱を抑制しつつ漏洩磁束を低減できる。
On the other hand, when the power values of the diodes D 1 to D 4 are equal to or less than the allowable value, the
11…交流電源
19…1次側共振回路
19a…送電コイル
19b…コンデンサ
21…二次側共振回路
21a…受電コイル
21b、c…コンデンサ
26…バッテリ
100…地上側コントローラ
130…インバータ制御器
200…車側コントローラ
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記送電コイルと電源との間に接続され、前記電源の電力を交流電力に変換し前記交流電力を前記送電コイルに出力するインバータと、
前記インバータの駆動周波数を複数設定し、前記インバータの駆動時の周波数を可変する周波数可変制御により、前記インバータを駆動させる制御手段とを備え、
複数の前記駆動周波数は、離散的な周波数であり、
前記制御手段は、前記周波数可変制御中に、前記インバータの駆動時の周波数を前記複数の駆動周波数で繰り返し可変する
ことを特徴とする非接触給電装置。 A power transmission coil that transmits power in a contactless manner to a power reception coil electrically connected to a load;
An inverter that is connected between the power transmission coil and a power source, converts the power of the power source into AC power, and outputs the AC power to the power transmission coil;
Control means for driving the inverter by frequency variable control for setting a plurality of drive frequencies of the inverter and varying the frequency at the time of driving the inverter;
The plurality of drive frequencies are discrete frequencies,
The non-contact power feeding apparatus, wherein the control means repeatedly varies the frequency at the time of driving the inverter at the plurality of drive frequencies during the frequency variable control.
前記制御手段は、前記受電コイルから前記負荷に供給される電力が前記負荷への要求電力となる前記駆動周波数を、前記インバータの駆動時の周波数に設定する
ことを特徴とする非接触給電装置。 In the non-contact electric power feeder of Claim 1,
The non-contact power feeding apparatus, wherein the control means sets the drive frequency at which the power supplied from the power receiving coil to the load becomes the required power to the load, as a frequency at the time of driving the inverter.
前記制御手段は、
前記インバータの駆動時の周波数を単一の前記駆動周波数に設定しつつ前記インバータを駆動させる制御と前記周波数可変制御とを切り替える
ことを特徴とする非接触給電装置。 In the non-contact electric power feeder of Claim 1 or 2,
The control means includes
A contactless power feeding device that switches between control for driving the inverter and frequency variable control while setting a frequency at the time of driving the inverter to the single drive frequency.
前記インバータは、
前記電源の正極と負極との間にされた複数のスイッチング素子と、
前記スイッチング素子に流れる電流の向きと逆方向で、前記複数のスイッチング素子にそれぞれ並列に接続された複数のダイオードとを有し、
前記制御手段は、
前記ダイオードの電力値に応じて、前記インバータの出力の位相が進相となる前記駆動周波数を前記インバータの駆動時の周波数に設定する
ことを特徴とする非接触給電装置。 The contactless power feeding device according to any one of claims 1 to 3,
The inverter is
A plurality of switching elements provided between a positive electrode and a negative electrode of the power source;
A plurality of diodes connected in parallel to each of the plurality of switching elements in a direction opposite to the direction of the current flowing through the switching elements;
The control means includes
The non-contact power feeding apparatus according to claim 1, wherein the driving frequency at which the phase of the output of the inverter is advanced is set to a frequency at the time of driving the inverter according to a power value of the diode.
前記制御手段は、
前記電力値が前記ダイオードに許容される電力の許容値未満である場合には、前記インバータの出力の位相が進相となる前記駆動周波数を前記インバータの駆動時の周波数に設定し、
前記電力値が前記許容値以上である場合には、前記インバータの出力の位相が遅相となる前記駆動周波数のみを前記インバータの駆動時の周波数に設定する
ことを特徴とする非接触給電装置。 In the non-contact electric power feeder of Claim 4,
The control means includes
When the power value is less than the allowable power value allowed for the diode, the driving frequency at which the phase of the output of the inverter is advanced is set to the frequency at the time of driving the inverter,
When the power value is equal to or greater than the allowable value, only the drive frequency at which the phase of the output of the inverter is delayed is set as a frequency at the time of driving the inverter.
前記制御手段は、前記インバータの出力の位相が遅相となる前記駆動周波数のみを前記インバータの駆動時の周波数に設定する
ことを特徴とする非接触給電装置。 The contactless power feeding device according to any one of claims 1 to 3,
The non-contact power feeding apparatus, wherein the control means sets only the driving frequency at which the phase of the output of the inverter is delayed to the frequency at the time of driving the inverter.
前記制御手段は、前記複数の前記駆動周波数を周期的に可変して前記インバータを駆動する
ことを特徴とする非接触給電装置。 The contactless power feeding device according to any one of claims 1 to 6,
The non-contact power feeding apparatus, wherein the control means drives the inverter by periodically varying the plurality of driving frequencies.
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2018093691A (en) * | 2016-12-07 | 2018-06-14 | Tdk株式会社 | Power feeding device and wireless power transmission device using the same |
| JP2020156221A (en) * | 2019-03-20 | 2020-09-24 | Tdk株式会社 | Transmission equipment and wireless power transfer system |
| JP2020156220A (en) * | 2019-03-20 | 2020-09-24 | Tdk株式会社 | Power transmission device and wireless power transmission system |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003115369A (en) * | 2001-10-05 | 2003-04-18 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Induction heating cooker |
| JP2006278062A (en) * | 2005-03-28 | 2006-10-12 | Matsushita Electric Works Ltd | Electrodeless discharge lamp lighting device and lighting fixture |
| JP2010154670A (en) * | 2008-12-25 | 2010-07-08 | Seiko Epson Corp | Power transmitter and method for testing the same |
| JP2011166883A (en) * | 2010-02-05 | 2011-08-25 | Sony Corp | Wireless power transmission device |
| WO2012093423A1 (en) * | 2011-01-06 | 2012-07-12 | パナソニック株式会社 | Non-contact charging system power supply device |
-
2014
- 2014-07-09 WO PCT/JP2014/068336 patent/WO2016006066A1/en not_active Ceased
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003115369A (en) * | 2001-10-05 | 2003-04-18 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Induction heating cooker |
| JP2006278062A (en) * | 2005-03-28 | 2006-10-12 | Matsushita Electric Works Ltd | Electrodeless discharge lamp lighting device and lighting fixture |
| JP2010154670A (en) * | 2008-12-25 | 2010-07-08 | Seiko Epson Corp | Power transmitter and method for testing the same |
| JP2011166883A (en) * | 2010-02-05 | 2011-08-25 | Sony Corp | Wireless power transmission device |
| WO2012093423A1 (en) * | 2011-01-06 | 2012-07-12 | パナソニック株式会社 | Non-contact charging system power supply device |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2018093691A (en) * | 2016-12-07 | 2018-06-14 | Tdk株式会社 | Power feeding device and wireless power transmission device using the same |
| JP2020156221A (en) * | 2019-03-20 | 2020-09-24 | Tdk株式会社 | Transmission equipment and wireless power transfer system |
| JP2020156220A (en) * | 2019-03-20 | 2020-09-24 | Tdk株式会社 | Power transmission device and wireless power transmission system |
| US11211823B2 (en) | 2019-03-20 | 2021-12-28 | Tdk Corporation | Power transmission device and wireless power transmission system |
| JP7200784B2 (en) | 2019-03-20 | 2023-01-10 | Tdk株式会社 | Power transmission device and wireless power transmission system |
| JP7225986B2 (en) | 2019-03-20 | 2023-02-21 | Tdk株式会社 | Power transmission device and wireless power transmission system |
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