JP2016005394A - Non-contact power supply system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、非接触で電力を供給する非接触給電装置を複数備えた非接触給電システムに関する。 The present invention relates to a contactless power supply system including a plurality of contactless power supply apparatuses that supply power in a contactless manner.
近年、送電側から受電側に非接触で電力を伝送する非接触電力伝送技術が注目されている。例えば、この非接触電力伝送技術を、電気自動車等に搭載された蓄電池を充電するために用いた非接触充電装置の開発が盛んに行なわれている。この非接触充電装置では、送電側のコイルにより発生させた磁界を介して、送電側のコイルから受電側のコイルに電力が伝送される。このような磁界を介しての電力伝送では、送電側のコイルにより発生させた磁界の一部が漏洩磁界となり、この漏洩磁界が他の電気機器に悪影響を及ぼす恐れがある。 2. Description of the Related Art In recent years, contactless power transmission technology that transmits power in a non-contact manner from a power transmission side to a power reception side has attracted attention. For example, a non-contact charging apparatus that uses this non-contact power transmission technology for charging a storage battery mounted on an electric vehicle or the like is being actively developed. In this non-contact charging device, electric power is transmitted from the power transmission side coil to the power reception side coil via the magnetic field generated by the power transmission side coil. In power transmission through such a magnetic field, a part of the magnetic field generated by the coil on the power transmission side becomes a leakage magnetic field, and this leakage magnetic field may adversely affect other electrical devices.
また、電気自動車の普及に伴い、充電ステーション(充電スタンド)の拡充も進められている。この充電ステーションでは、複数の充電装置が設置される場合が多いため、充電装置として非接触充電装置を用いる場合には、漏洩磁界の低減がより重要になる。このような漏洩磁界を低減するため、特許文献1では、給電線により発生する漏洩磁界を打ち消すような磁界を発生させる外付けアンテナ(コイル)を用いている。この技術を応用すれば、上記の非接触充電装置においても、送電側のコイルから放出される漏洩磁界を、低減させることができる。
In addition, with the widespread use of electric vehicles, the expansion of charging stations (charging stations) is also underway. In this charging station, a plurality of charging devices are often installed. Therefore, when a non-contact charging device is used as the charging device, it is more important to reduce the leakage magnetic field. In order to reduce such a leakage magnetic field,
しかしながら、特許文献1の技術を応用する場合には、漏洩磁界を打ち消すための磁界を発生させるコイル(アンテナ)を別途設けなければならない。更に、漏洩磁界を打ち消すための磁界を発生させる電力が必要となり、消費電力が増加してしまう。また、複数の非接触充電装置が設置される充電ステーション(充電スタンド)では、発生する漏洩磁界が増加するため、その漏洩磁界を打ち消すための磁界を発生させる電力が更に増加する。
However, when applying the technique of
そこで本発明は、漏洩磁界を打ち消すための磁界を発生させるコイル(アンテナ)を別途設けることなく、非接触電力伝送の際に放出される漏洩磁界を低減させることができる非接触給電システムを提供することを目的とする。 Therefore, the present invention provides a non-contact power feeding system that can reduce a leakage magnetic field emitted during non-contact power transmission without separately providing a coil (antenna) that generates a magnetic field for canceling the leakage magnetic field. For the purpose.
上記の課題を解決するため、本発明に係る非接触給電システムは、それぞれが独立して非接触電力伝送を行う複数の給電装置を備えた非接触給電システムであって、前記複数の給電装置の動作の設定を行う動作設定手段を備え、前記動作設定手段は、前記複数の給電装置のうちn(nは2以上の整数)台の給電装置が電力伝送を行っているときに、当該n台の給電装置の送電コイルに供給される交流電流の周波数がほぼ同一になるように設定すると共に、それぞれの送電コイルに供給される交流電流の位相がほぼ(360/n)度ずつずれるように設定することを特徴とする。 In order to solve the above-described problem, a contactless power supply system according to the present invention is a contactless power supply system including a plurality of power supply devices that each independently perform contactless power transmission, and includes a plurality of power supply devices. An operation setting unit configured to set an operation, wherein the operation setting unit includes n units (n is an integer of 2 or more) among the plurality of power supply units when the power supply unit performs power transmission. The frequency of the alternating current supplied to the power transmission coil of the power supply apparatus is set to be substantially the same, and the phase of the alternating current supplied to each power transmission coil is set to be shifted by approximately (360 / n) degrees. It is characterized by doing.
このようにn台の給電装置から漏洩磁界が生じているときに、n台の給電装置の送電コイルを流れる交流電流の位相を(360/n)度ずつずらすことにより、全体としての漏洩磁界の強度を低減させることができる。つまり、それぞれの交流電流の位相をこのように設定することにより、それらの給電装置の送電コイルから生じる漏洩磁界が合成されたときの合成磁界の強度が弱められる。したがって、漏洩磁界を打ち消すための磁界を発生させるコイル(アンテナ)を別途設けることなく、非接触電力伝送の際に放出される漏洩磁界を低減させることができる When leakage magnetic fields are generated from the n power supply devices in this way, the phase of the alternating current flowing through the power transmission coils of the n power supply devices is shifted by (360 / n) degrees to thereby reduce the leakage magnetic field as a whole. The strength can be reduced. That is, by setting the phases of the alternating currents in this way, the strength of the combined magnetic field when the leakage magnetic fields generated from the power transmission coils of those power supply devices are combined is weakened. Therefore, the leakage magnetic field emitted during non-contact power transmission can be reduced without separately providing a coil (antenna) that generates a magnetic field for canceling the leakage magnetic field.
さらに、前記複数の給電装置は、交流電圧を出力する駆動回路をそれぞれ備え、前記送電コイルに供給される交流電流は、前記駆動回路から出力される交流電圧に基づいた交流電流であり、前記動作設定手段は、前記n台の給電装置が備える前記駆動回路から出力される交流電圧の周波数がほぼ同一になるように設定すると共に、それぞれの送電コイルに供給される交流電圧の位相がほぼ(360/n)度ずつずれるように設定することを特徴とする。 Furthermore, each of the plurality of power supply devices includes a drive circuit that outputs an alternating voltage, and the alternating current supplied to the power transmission coil is an alternating current based on the alternating voltage output from the drive circuit, and the operation The setting means sets the frequency of the AC voltage output from the drive circuit included in the n power supply devices to be substantially the same, and the phase of the AC voltage supplied to each power transmission coil is approximately (360). / N) It is set so as to be shifted by degrees.
このようにn台の給電装置の駆動回路から出力される交流電圧の位相を(360/n)度ずつずらすことにより、n台の給電装置の送電コイルを流れる交流電流の位相を(360/n)度ずつずらすことができる。 Thus, by shifting the phase of the AC voltage output from the drive circuits of the n power supply devices by (360 / n) degrees, the phase of the AC current flowing through the power transmission coils of the n power supply devices is (360 / n). ) Can be shifted by degrees.
前記n台の給電装置が備える前記駆動回路から出力されるそれぞれの交流電圧の周波数に一時的に差異を設けることにより、当該それぞれの交流電圧間の位相差を調整することを特徴とする。 The phase difference between the AC voltages is adjusted by temporarily providing a difference in the frequency of the AC voltages output from the drive circuits included in the n power supply devices.
このように、n台の給電装置のうちの一部の給電装置の駆動回路から出力される交流電圧の周波数を一時的に大きくすることにより、または一時的に小さくすることにより、それぞれの交流電圧間の位相差が所望の関係になるように調整することができる。 As described above, by temporarily increasing or temporarily decreasing the frequency of the AC voltage output from the drive circuit of some of the n power supply devices, each AC voltage is set. The phase difference between them can be adjusted so as to have a desired relationship.
本発明に係る非接触給電システムよれば、漏洩磁界を打ち消すための磁界を発生させるコイル(アンテナ)を別途設けることなく、非接触電力伝送の際に放出される漏洩磁界を低減させることができる。 According to the non-contact power feeding system according to the present invention, it is possible to reduce the leakage magnetic field emitted during non-contact power transmission without separately providing a coil (antenna) for generating a magnetic field for canceling the leakage magnetic field.
発明を実施するための形態を、図面を参照して説明する。なお、以下の実施の形態で説明する内容により本発明が限定されるものではない。また、以下の説明において、同一要素または同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Embodiments for carrying out the invention will be described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited by the contents described in the following embodiments. In the following description, the same reference numerals are used for the same elements or elements having the same functions, and redundant description is omitted.
図1は、本実施形態の非接触給電システムの構成を示す概略図である。非接触給電システム10は、非接触給電装置11,12,13と非接触給電装置11,12,13の動作を制御する制御装置14により構成されている。非接触給電装置11,12,13は、それぞれが送電コイルを備えている。非接触給電装置11,12,13から供給される電力を受電する車両21,22,23は、非接触受電装置21a,22a,23aをそれぞれ備えている。非接触受電装置21a,22a,23aは、それぞれが受電コイルを備えている。この例では、非接触給電装置11から非接触受電装置21aへの電力伝送と、非接触給電装置12から非接触受電装置22aへの電力伝送と、非接触給電装置13から非接触受電装置23aへの電力伝送が同時に行われている。電力伝送が行われているとき、非接触給電装置11,12,13は、送電コイルにより磁界を発生させる。この磁界により非接触受電装置21a,22a,23aの受電コイルには起電力が発生する。この起電力に基づいた電流が車両21,22,23内の蓄電池に供給される。
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a configuration of a contactless power feeding system according to the present embodiment. The non-contact
また、非接触給電装置11,12,13の送電コイルは、非接触給電装置11の送電コイルの中心部に発生する磁界に垂直な平面と、非接触給電装置12の送電コイルの中心部に発生する磁界に垂直な平面と、非接触給電装置12の送電コイルの中心部に発生する磁界に垂直な平面とが、ほぼ平行になるように設置されている。そして、非接触給電装置11の送電コイル、非接触給電装置12の送電コイルおよび非接触給電装置13の送電コイルに同一方向の電流を流したとき、それぞれの送電コイルには同じ向きの磁界が発生するように設定されている。
Further, the power transmission coils of the non-contact
次に、図2を参照して、送電コイルに交流電流を供給する駆動回路および受電コイルにより受電された電力を蓄電池に供給する受電回路について説明する。ここで、駆動回路は、非接触給電装置に組み込まれる回路であり、受電回路は、非接触受電装置に組み込まれる回路である。駆動回路は、スイッチ素子SW1〜4により構成されている。スイッチ素子SW1とスイッチ素子SW2は直列に接続され、その両端には入力電圧Vinが印加されている。同様に、スイッチ素子SW3とスイッチ素子SW4は直列に接続され、その両端には入力電圧Vinが印加されている。送電コイルLtの一端には、コンデンサCtの一端が接続され、送電コイルLtの他端はスイッチ素子SW3とスイッチ素子SW4の接続点に接続され、コンデンサCtの他端はスイッチ素子SW1とスイッチ素子SW2の接続点に接続されている。送電コイルLtを流れる電流Idrは、スイッチ素子SW1〜4のオンオフにより制御される。 Next, a drive circuit that supplies an alternating current to the power transmission coil and a power reception circuit that supplies power received by the power reception coil to the storage battery will be described with reference to FIG. Here, the driving circuit is a circuit incorporated in the non-contact power feeding device, and the power receiving circuit is a circuit incorporated in the non-contact power receiving device. The drive circuit is composed of switch elements SW1 to SW4. The switch element SW1 and the switch element SW2 are connected in series, and the input voltage Vin is applied to both ends thereof. Similarly, the switch element SW3 and the switch element SW4 are connected in series, and the input voltage Vin is applied to both ends thereof. One end of the capacitor Ct is connected to one end of the power transmission coil Lt, the other end of the power transmission coil Lt is connected to the connection point of the switch element SW3 and the switch element SW4, and the other end of the capacitor Ct is the switch element SW1 and the switch element SW2. Connected to the connection point. The current Idr flowing through the power transmission coil Lt is controlled by turning on and off the switch elements SW1 to SW4.
受電回路は、ブリッジダイオードDrとコンデンサCoにより構成されている。受電コイルLrの一端には、コンデンサCrの一端が接続され、受電コイルLrの他端はブリッジダイオードDrの一方の入力に接続され、コンデンサCrの他端はブリッジダイオードDrの他方の入力に接続されている。ブリッジダイオードDrの出力端子間には、コンデンサCoが接続されている。受電コイルLrを流れる電流は、ブリッジダイオードDrにより全波整流され、コンデンサCoに供給される。なおあ、コンデンサCoの後段には、DCDCコンバータ等を介して蓄電池等の負荷が接続される。 The power receiving circuit includes a bridge diode Dr and a capacitor Co. One end of the receiving coil Lr is connected to one end of the capacitor Cr, the other end of the receiving coil Lr is connected to one input of the bridge diode Dr, and the other end of the capacitor Cr is connected to the other input of the bridge diode Dr. ing. A capacitor Co is connected between the output terminals of the bridge diode Dr. The current flowing through the receiving coil Lr is full-wave rectified by the bridge diode Dr and supplied to the capacitor Co. Note that a load such as a storage battery is connected to the subsequent stage of the capacitor Co via a DCDC converter or the like.
次に、図3を参照して、スイッチ素子SW1〜4のスイッチング動作を説明する。図3に示した例では、スイッチ素子SW1とスイッチ素子SW4が同期してオンオフする。同様に、スイッチ素子SW2とスイッチ素子SW3も同期してオンオフする。スイッチ素子SW1とスイッチ素子SW2の接続点と、スイッチ素子SW3とスイッチ素子SW4の接続点との間の電圧Vdr(スイッチ素子SW3とスイッチ素子SW4の接続点側を基準にした電圧)は、スイッチ素子SW1〜4のオンオフに基づいて変化する。図3に示したように、スイッチ素子SW1とスイッチ素子SW4がオンし、スイッチ素子SW2とスイッチ素子SW3がオフしたときには、電圧Vdrは絶対値が入力電圧Vinとほぼ等しい正の電圧値になる。一方、スイッチ素子SW1とスイッチ素子SW4がオフし、スイッチ素子SW2とスイッチ素子SW3がオンしたときには、電圧Vdrは絶対値が入力電圧Vinとほぼ等しい負の電圧値になる。 Next, the switching operation of the switch elements SW1 to SW4 will be described with reference to FIG. In the example shown in FIG. 3, the switch element SW1 and the switch element SW4 are turned on and off in synchronization. Similarly, the switch element SW2 and the switch element SW3 are turned on and off in synchronization. The voltage Vdr between the connection point of the switch element SW1 and the switch element SW2 and the connection point of the switch element SW3 and the switch element SW4 (voltage based on the connection point side of the switch element SW3 and the switch element SW4) is It changes based on on / off of SW1-4. As shown in FIG. 3, when the switch element SW1 and the switch element SW4 are turned on and the switch element SW2 and the switch element SW3 are turned off, the voltage Vdr becomes a positive voltage value whose absolute value is substantially equal to the input voltage Vin. On the other hand, when the switch element SW1 and the switch element SW4 are turned off and the switch element SW2 and the switch element SW3 are turned on, the voltage Vdr becomes a negative voltage value whose absolute value is substantially equal to the input voltage Vin.
図1に示した例において、非接触給電装置11が備える送電コイル、非接触給電装置12が備える送電コイルおよび非接触給電装置13が備える送電コイルには、周波数がほぼ同一の交流電流が供給されるように設定される。この周波数は10kHz〜200kHz程度に設定される。また、非接触給電装置11、非接触給電装置12および非接触給電装置13が備えるそれぞれの送電コイルに供給される交流電流の位相は、ほぼ120度ずつずれるように設定される。つまり、非接触給電装置12が備える送電コイルを流れる交流電流Idr2の位相は、非接触給電装置11が備える送電コイルを流れる交流電流Idr1の位相より120度遅れるように設定される。そして、非接触給電装置13が備える送電コイルを流れる交流電流Idr3の位相は、非接触給電装置12が備える送電コイルを流れる交流電流Idr2の位相より120度遅れるように設定される。このように設定されると、交流電流Idr1、交流電流Idr2および交流電流Idr3のそれぞれの交流電流に基づいた磁界(漏洩磁界)の位相もほぼ120度ずつずれる。そして、このような位相差を持った3つの漏洩磁界が合成されることにより、全体としての漏洩磁界の強度が弱められる。
In the example illustrated in FIG. 1, an alternating current having substantially the same frequency is supplied to the power transmission coil included in the contactless power supply device 11, the power transmission coil included in the contactless
送電コイルを流れる交流電流の周波数及びそれぞれの送電コイルを流れる交流電流の位相差は、制御装置14から与えられる信号に基づいて設定される。つまり、制御装置14により、それぞれの非接触給電装置の動作が設定される。ただし、制御装置14により動作設定を行わずに、それぞれの非接触給電装置が自身の動作を設定するための手段を備え、外部から与えられる基準信号等に基づいて、それぞれの非接触給電装置が自身の動作を設定するようにしてもよい。例えば、それぞれの非接触給電装置に同じ基準信号が与えられるようにし、その基準信号に基づいて、それぞれの非接触給電装置が送電コイルに供給する交流電流(交流電圧)を設定するようにしてもよい。この際、それぞれの非接触給電装置は、動作している非接触給電装置の台数、及びその動作開始順序に基づいて自身の動作設定を行う。
The frequency of the alternating current flowing through the power transmission coils and the phase difference between the alternating currents flowing through the power transmission coils are set based on a signal given from the
次に、図4を参照して駆動回路から出力される交流電圧と交流電流(送電コイルに供給される交流電流)について説明する。図4において、交流電圧Vdr1は、非接触給電装置11の駆動回路から出力される交流電圧であり、交流電圧Vdr2は、非接触給電装置12の駆動回路から出力される交流電圧であり、交流電圧Vdr3は、非接触給電装置13の駆動回路から出力される交流電圧である。また、交流電流Idr1は、非接触給電装置11の送電コイルを流れる交流電流であり、交流電流Idr2は、非接触給電装置12の送電コイルを流れる交流電流であり、交流電流Idr3は、非接触給電装置13の送電コイルを流れる交流電流である。
Next, an AC voltage and an AC current (AC current supplied to the power transmission coil) output from the drive circuit will be described with reference to FIG. In FIG. 4, an AC voltage Vdr1 is an AC voltage output from the drive circuit of the non-contact power supply device 11, and an AC voltage Vdr2 is an AC voltage output from the drive circuit of the non-contact
図4に示されているように、非接触給電装置11、非接触給電装置12および非接触給電装置13のそれぞれの駆動回路から出力される交流電圧Vdr1,Vdr2,Vdr3の位相は120度ずつずれるように設定されている。つまり、交流電圧Vdr2の位相は、交流電圧Vdr1の位相より120度遅れるように設定されている。そして、交流電圧Vdr3の位相は、交流電圧Vdr2の位相より120度遅れるように設定されている。このような交流電圧Vdr1,Vdr2,Vdr3が非接触給電装置11,12,13の送電コイルに印加されるため、非接触給電装置11,12,13の送電コイルを流れる交流電流Idr1,Idr2,Idr3には、120度ずつの位相差が生じる。つまり、交流電流Idr2の位相は、交流電流Idr1の位相より120度遅れ、交流電流Idr3の位相は、交流電流Idr2の位相より120度遅れる。
As shown in FIG. 4, the phases of the AC voltages Vdr1, Vdr2, and Vdr3 output from the drive circuits of the contactless power supply device 11, the contactless
図5は、交流電流Idr1,Idr2,Idr3における相互の位相差を示したベクトル図である。この図に示されているように、交流電流Idr1と交流電流Idr2との位相差、交流電流Idr2と交流電流Idr3との位相差および交流電流Idr3と交流電流Idr1が等しくなるようにこれらの交流電流の位相が設定されている。ここで、交流電流Idr1が供給されている送電コイルにより生じる漏洩磁界をH1、交流電流Idr2が供給されている送電コイルにより生じる漏洩磁界をH2、交流電流Idr3が供給されている送電コイルにより生じる漏洩磁界をH3とした場合、漏洩磁界H1,H2,H3は次の式で与えられる。
H1=A・sin(2πft) (1)
H2=A・sin(2πft+2π/3) (2)
H3=A・sin(2πft+4π/3)
=A・sin(2πft−2π/3) (3)
ここで、Aは振幅であり、fは漏洩磁界の周波数(交流電流の周波数と等しい周波数)である。
FIG. 5 is a vector diagram showing mutual phase differences in the alternating currents Idr1, Idr2, and Idr3. As shown in this figure, the phase difference between the alternating current Idr1 and the alternating current Idr2, the phase difference between the alternating current Idr2 and the alternating current Idr3, and the alternating current Idr3 and the alternating current Idr1 are equal to each other. The phase is set. Here, the leakage magnetic field generated by the power transmission coil supplied with the alternating current Idr1 is H1, the leakage magnetic field generated by the power transmission coil supplied with the alternating current Idr2 is H2, and the leakage generated by the power transmission coil supplied with the alternating current Idr3. When the magnetic field is H3, the leakage magnetic fields H1, H2, and H3 are given by the following equations.
H1 = A · sin (2πft) (1)
H2 = A · sin (2πft + 2π / 3) (2)
H3 = A · sin (2πft + 4π / 3)
= A · sin (2πft-2π / 3) (3)
Here, A is the amplitude, and f is the frequency of the leakage magnetic field (frequency equal to the frequency of the alternating current).
式(2)および(3)は次の式のように展開することができる。
H2=A{sin2πft・cos(2π/3)
+cos2πft・sin(2π/3)} (4)
H3=A{sin2πft・cos(2π/3)
−cos2πft・sin(2π/3)} (5)
これらの式より、漏洩磁界をH1,H2,H3による合成磁界は次の式で与えられる。
H1+H2+H3=A・sin(2πft)
+A{sin2πft・cos(2π/3)}×2 (6)
ここで、cos(2π/3)=−0.5なので、H1+H2+H3=0となる。このように、3個の送電コイルから漏洩磁界が生じているときには(3台の非接触給電装置が同時に稼動しているときには)、それらの送電コイルを流れる交流電流の位相を120(360/3)度ずつずらすことにより、全体としての漏洩磁界の強度を低減させることができる。
Equations (2) and (3) can be expanded as follows:
H2 = A {sin2πft · cos (2π / 3)
+ Cos2πft · sin (2π / 3)} (4)
H3 = A {sin2πft · cos (2π / 3)
-Cos2πft · sin (2π / 3)} (5)
From these equations, the combined magnetic field by the leakage magnetic field H1, H2, and H3 is given by the following equation.
H1 + H2 + H3 = A · sin (2πft)
+ A {sin2πft · cos (2π / 3)} × 2 (6)
Here, since cos (2π / 3) = − 0.5, H1 + H2 + H3 = 0. As described above, when leakage magnetic fields are generated from the three power transmission coils (when three non-contact power feeding devices are operating simultaneously), the phase of the alternating current flowing through the power transmission coils is set to 120 (360/3). ) The intensity of the leakage magnetic field as a whole can be reduced by shifting each degree.
図6に示したように、4個の送電コイルから漏洩磁界が生じているときには(4台の非接触給電装置が同時に稼動しているときには)、それらの送電コイルを流れる交流電流の位相を90(360/4)度ずつずらすことにより、全体としての漏洩磁界の強度を低減させることができる。 As shown in FIG. 6, when a leakage magnetic field is generated from four power transmission coils (when four non-contact power feeding devices are operating simultaneously), the phase of the alternating current flowing through the power transmission coils is set to 90. By shifting by (360/4) degrees, the strength of the leakage magnetic field as a whole can be reduced.
つまり、本発明の非接触給電システムでは、n(2以上の整数)台の非接触給電装置が同時に稼動しているときに、それらの非接触給電装置の送電コイルに(360/n)度ずつ位相をずらした交流電流を供給することにより、全体としての漏洩磁界の強度を低減させている。つまり、これらの交流電流に基づいた磁界(漏洩磁界)の位相もほぼ(360/n)度ずつずれるため、これらの漏洩磁界の合成磁界である全体としての漏洩磁界の強度が弱められる。なお、非接触給電システムが備える非接触給電装置のうち、少なくとも送電コイルに交流電流が供給されている非接触給電装置において、この位相に関する条件が満たされていればよい。 That is, in the non-contact power feeding system of the present invention, when n (an integer of 2 or more) non-contact power feeding devices are operating simultaneously, the power transmission coils of these non-contact power feeding devices are (360 / n) degrees each. By supplying an alternating current whose phase is shifted, the strength of the leakage magnetic field as a whole is reduced. That is, since the phase of the magnetic field (leakage magnetic field) based on these alternating currents is also shifted by approximately (360 / n) degrees, the strength of the overall leakage magnetic field, which is a combined magnetic field of these leakage magnetic fields, is weakened. Of the non-contact power supply devices included in the non-contact power supply system, at least the non-contact power supply device in which an alternating current is supplied to the power transmission coil only needs to satisfy the condition regarding this phase.
なお、それぞれの送電コイルからの距離の差異により、漏洩磁界の振幅Aや位相に差異が生じる。しかし、この距離の差異に基づいて生じる位相のずれについては、周波数が10kHz〜200kHz程度に設定されている場合には無視することができる。つまり、周波数が10kHz〜200kHzのときに発生する漏洩磁界の波長は30km〜1.5km程度なので、送電コイルからの距離の差異が漏洩磁界の波長と比べて非常に小さいからである。 In addition, a difference arises in the amplitude A and phase of a leakage magnetic field by the difference in distance from each power transmission coil. However, the phase shift caused by the difference in distance can be ignored when the frequency is set to about 10 kHz to 200 kHz. That is, since the wavelength of the leakage magnetic field generated when the frequency is 10 kHz to 200 kHz is about 30 km to 1.5 km, the difference in distance from the power transmission coil is very small compared to the wavelength of the leakage magnetic field.
次に、この距離の差異に基づいて生じる位相のずれについて説明する。送電コイルから距離D離れた場所における漏洩磁界の波動Hdは次の式で与えられる。
Hd=A・sin(2πft−2πD/λ) (7)
ここで、Aは振幅であり、fは漏洩磁界の周波数であり、Dは送電コイルからの距離であり、λは漏洩磁界の波長である。ここで、振幅Aは、距離Dに基づいて変化する変数であり、距離Dの3乗に逆比例する成分と距離Dの2乗に逆比例する成分が含まれている。また、この式(1)は次の式のように展開することができる。
Hd=A{sin2πft・cos(2πD/λ)
−cos2πft・sin(2πD/λ)} (8)
ここで、漏洩磁界の周波数fが200kHz(漏洩磁界の波長λが1500m)で、送電コイルからの距離Dが100mとした場合、cos(2πD/λ)≒1とし、sin(2πD/λ)≒0とすることができる。従って、このように漏洩磁界の波長λが送電コイルからの距離Dと比べて十分に大きければ、漏洩磁界の波動Hdは次の近似式を用いることができる。
Hd≒A・sin2πft (9)
このように、周波数が10kHz〜200kHzの場合には、距離の差異に基づいて生じる位相のずれを無視することができる。
Next, a phase shift that occurs based on the difference in distance will be described. The wave Hd of the leakage magnetic field at a location away from the power transmission coil by the distance D is given by
Hd = A · sin (2πft−2πD / λ) (7)
Here, A is the amplitude, f is the frequency of the leakage magnetic field, D is the distance from the power transmission coil, and λ is the wavelength of the leakage magnetic field. Here, the amplitude A is a variable that changes based on the distance D, and includes a component that is inversely proportional to the cube of the distance D and a component that is inversely proportional to the square of the distance D. Further, the equation (1) can be expanded as the following equation.
Hd = A {sin 2πft · cos (2πD / λ)
-Cos2πft · sin (2πD / λ)} (8)
Here, when the frequency f of the leakage magnetic field is 200 kHz (the leakage magnetic field wavelength λ is 1500 m) and the distance D from the power transmission coil is 100 m, cos (2πD / λ) ≈1 and sin (2πD / λ) ≈ It can be set to zero. Therefore, if the wavelength λ of the leakage magnetic field is sufficiently larger than the distance D from the power transmission coil in this way, the following approximate expression can be used for the wave Hd of the leakage magnetic field.
Hd≈A · sin2πft (9)
Thus, when the frequency is 10 kHz to 200 kHz, the phase shift caused by the difference in distance can be ignored.
次に、非接触給電装置の送電コイルに供給されている交流電流の位相を調整する方法について説明する。例えば、4台の非接触給電装置があり、そのうちの3台が稼動している状態から4台が稼動している状態に移行する場合について説明する。 Next, a method for adjusting the phase of the alternating current supplied to the power transmission coil of the non-contact power feeding device will be described. For example, there will be described a case where there are four non-contact power supply apparatuses, and three of them are in operation and the four are in operation.
3台の非接触給電装置が稼動しているとき、それらに供給されている交流電流は、図5に示されている交流電流Idr1,Idr2,Idr3のように、位相が120(360/3)度ずつずれている。このように3台の非接触給電装置が稼動しているとき、さらにもう1台の非接触給電装置が稼動する場合、その非接触給電装の送電コイルには、交流電流Idr1より位相が270度遅れた交流電流Idr4が供給される。また、交流電流Idr2の位相は、交流電流Idr1より120度遅れた状態から90度遅れた状態に変更され、交流電流Idr3の位相は、交流電流Idr1より240度遅れた状態から180度遅れた状態に変更される。この変更では、交流電流Idr2,Idr3の周波数を一時的に大きくし(つまり、周期を一時的に短くし)、位相差を小さくしていく。そして、交流電流Idr2と交流電流Idr1の位相差が90度に到達すると、交流電流Idr2の周波数は、交流電流Idr1の周波数と同じ周波数に維持される。同様に、交流電流Idr3と交流電流Idr1の位相差が180度に到達すると、交流電流Idr3の周波数は、交流電流Idr1の周波数と同じ周波数に維持される。このようにして、交流電流Idr1,Idr2,Idr3,Idr4は、図6に示されているように、90(360/4)度ずつずれた位相に設定される。 When three non-contact power feeding devices are operating, the alternating current supplied to them has a phase of 120 (360/3) as in the alternating currents Idr1, Idr2, and Idr3 shown in FIG. It is shifted by degrees. When three non-contact power supply devices are operating in this manner and when another non-contact power supply device is further operated, the phase of the power transmission coil of the non-contact power supply device is 270 degrees from the alternating current Idr1. The delayed alternating current Idr4 is supplied. Further, the phase of the alternating current Idr2 is changed from a state delayed by 120 degrees from the alternating current Idr1 to a state delayed by 90 degrees, and the phase of the alternating current Idr3 is a state delayed by 180 degrees from the state delayed by 240 degrees from the alternating current Idr1. Changed to In this change, the frequency of the alternating currents Idr2 and Idr3 is temporarily increased (that is, the period is temporarily shortened), and the phase difference is decreased. When the phase difference between the alternating current Idr2 and the alternating current Idr1 reaches 90 degrees, the frequency of the alternating current Idr2 is maintained at the same frequency as the frequency of the alternating current Idr1. Similarly, when the phase difference between AC current Idr3 and AC current Idr1 reaches 180 degrees, the frequency of AC current Idr3 is maintained at the same frequency as the frequency of AC current Idr1. In this way, the alternating currents Idr1, Idr2, Idr3, Idr4 are set to phases shifted by 90 (360/4) degrees as shown in FIG.
次に、4台が稼動している状態から3台が稼動している状態に移行する場合について説明する。4台の非接触給電装置が稼動しているとき、それらに供給されている交流電流は、図6に示されている交流電流Idr1,Idr2,Idr3,Idr4のように、位相が90(360/4)度ずつずれている。この4台の非接触給電装置のうち、交流電流Idr4が供給されている非接触給電装置が停止した場合、交流電流Idr2の位相は、交流電流Idr1より90度遅れた状態から120度遅れた状態に変更され、交流電流Idr3の位相は、交流電流Idr1より180度遅れた状態から240度遅れた状態に変更される。この変更では、交流電流Idr2,Idr3の周波数を一時的に小さくし(つまり、周期を一時的に長くし)、位相差を大きくしていく。そして、交流電流Idr2と交流電流Idr1の位相差が120度に到達すると、交流電流Idr2の周波数は、交流電流Idr1の周波数と同じ周波数に維持される。同様に、交流電流Idr3と交流電流Idr1の位相差が240度に到達すると、交流電流Idr3の周波数は、交流電流Idr1の周波数と同じ周波数に維持される。このようにして、交流電流Idr1,Idr2,Idr3は、図5に示されているように、120(360/3)度ずつずれた位相に設定される。
Next, a case will be described in which a transition is made from a state where four units are operating to a state where three units are operating. When the four contactless power supply devices are operating, the alternating current supplied to them has a phase of 90 (360/360) as in the alternating currents Idr1, Idr2, Idr3, Idr4 shown in FIG. 4) It is shifted by degrees. When the non-contact power feeding device to which the alternating current Idr4 is supplied is stopped among the four non-contact power feeding devices, the phase of the alternating current Idr2 is 120 degrees behind the
なお、非接触給電装置の送電コイルに供給される交流電流の周波数を変化させるときには、駆動回路から出力される交流電圧の周波数を変化させればよい。つまり、それぞれの交流電流の位相差を調整するときに、駆動回路から出力される交流電圧の周波数を一時的に変化させ、所望の位相差に到達したときに、その交流電圧の周波数を所定の周波数(元の周波数)に戻せばよい。 In addition, what is necessary is just to change the frequency of the alternating voltage output from a drive circuit, when changing the frequency of the alternating current supplied to the power transmission coil of a non-contact electric power feeder. That is, when adjusting the phase difference of each AC current, the frequency of the AC voltage output from the drive circuit is temporarily changed, and when the desired phase difference is reached, the frequency of the AC voltage is set to a predetermined value. What is necessary is just to return to a frequency (original frequency).
以上、本発明に係る非接触給電システムの実施の形態を説明したが、本発明は、上記で説明した実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において様々な変更を加えることができる。また、非接触給電装置の構成する送電コイルおよび駆動回路ならびに制御装置の回路構成、構造、制御方式等については、当業者が容易に想定できる様々な回路構成、構造、制御方式等を用いることができる。例えば、送電コイルとしては、スパイラル形状やソレノイド形状のコイル、またはこれらを組み合わせたコイル、ならびにこれらに他の形状のコイルやコンデンサを組み合わせたコイルを用いることができる。また、駆動回路についても、図2に示したようなフルブリッジ構成以外の回路構成、例えば、ハーフブリッジ構成を用いてもよい。また、駆動回路の前段または駆動回路と送電コイルとの間に力率を改善するための回路やインピーダンスを調整するための回路を追加してもよい。 As mentioned above, although embodiment of the non-contact electric power feeding system concerning this invention was described, this invention is not limited to embodiment described above, In the range which does not deviate from the summary, various changes are added. be able to. Further, regarding the circuit configuration, structure, control method, and the like of the power transmission coil and drive circuit and the control device that constitute the non-contact power feeding device, various circuit configurations, structures, control methods, etc. that can be easily assumed by those skilled in the art may be used. it can. For example, as the power transmission coil, a spiral-shaped or solenoid-shaped coil, a coil that combines these coils, or a coil that combines these with other-shaped coils or capacitors can be used. Also for the drive circuit, a circuit configuration other than the full bridge configuration as shown in FIG. 2, for example, a half bridge configuration may be used. Further, a circuit for improving the power factor and a circuit for adjusting impedance may be added before the drive circuit or between the drive circuit and the power transmission coil.
このように、本発明に係る非接触給電システムは、n(2以上の整数)台の非接触給電装置から生じる漏洩磁界が合成されたときに、その合成磁界の強度が弱くなるように、それぞれの非接触給電装置に供給される交流電流の位相が360/nずつずらされるという要旨を逸脱しない範囲において、様々な変形や応用を加えることができる。 As described above, the contactless power supply system according to the present invention is configured so that when the leakage magnetic fields generated from n (an integer greater than or equal to 2) contactless power supply devices are combined, the strength of the combined magnetic field is reduced. Various modifications and applications can be made without departing from the gist that the phase of the alternating current supplied to the non-contact power feeding apparatus is shifted by 360 / n.
10…非接触給電システム、11,12,13…非接触給電装置、14…制御装置、21,22,23…車両、21a,22a,23a…非接触受電装置。
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記複数の給電装置の動作の設定を行う動作設定手段を備え、
前記動作設定手段は、前記複数の給電装置のうちn(nは2以上の整数)台の給電装置が電力伝送を行っているときに、当該n台の給電装置の送電コイルに供給される交流電流の周波数がほぼ同一になるように設定すると共に、それぞれの送電コイルに供給される交流電流の位相がほぼ(360/n)度ずつずれるように設定することを特徴とする非接触給電システム。 A non-contact power feeding system including a plurality of power feeding devices each independently performing non-contact power transmission,
Comprising an operation setting means for setting operations of the plurality of power supply devices;
The operation setting means includes an alternating current supplied to power transmission coils of the n power supply devices when n (n is an integer of 2 or more) power supply devices among the plurality of power supply devices perform power transmission. A non-contact power feeding system, wherein the current frequency is set to be substantially the same, and the phase of the alternating current supplied to each power transmission coil is set to be shifted by approximately (360 / n) degrees.
前記送電コイルに供給される交流電流は、前記駆動回路から出力される交流電圧に基づいた交流電流であり、
前記動作設定手段は、前記n台の給電装置が備える前記駆動回路から出力される交流電圧の周波数がほぼ同一になるように設定すると共に、それぞれの送電コイルに供給される交流電圧の位相がほぼ(360/n)度ずつずれるように設定することを特徴とする請求項1に記載の非接触給電システム。 Each of the plurality of power supply devices includes a drive circuit that outputs an alternating voltage,
The alternating current supplied to the power transmission coil is an alternating current based on an alternating voltage output from the drive circuit,
The operation setting means sets the frequency of the AC voltage output from the drive circuit included in the n power supply devices to be substantially the same, and the phase of the AC voltage supplied to each power transmission coil is substantially the same. The non-contact power feeding system according to claim 1, wherein the non-contact power feeding system is set to be shifted by (360 / n) degrees.
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