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公開番号2025114908
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-08-06
出願番号2024009140
出願日2024-01-25
発明の名称非接触給電システム及びその制御方法
出願人オムロン株式会社
代理人個人,個人
主分類H02J 50/12 20160101AFI20250730BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】非接触給電システムにおいて、バッテリへの給電動作に影響を与えずに相互インダクタンスと受電コイルの自己インダクタンスを推定する。
【解決手段】送電装置と受電装置と制御部とを備える非接触給電システムにおいて、送電装置はインバータと送電部とを備え、受電装置は受電コイルを含む受電部と、充電モードと放電モードとを有する双方向コンバータとを備える。制御部は、インバータを短絡し、双方向コンバータを放電モードで動作させ、バッテリ電圧とバッテリ電流とに基づいて双方向コンバータの入力からバッテリを見たときの等価抵抗を計算し、共振周波数と送電電圧と受電電流とに基づいて相互インダクタンスを計算する。また、制御部は、共振周波数と相互インダクタンスと等価抵抗と受電コイルのインダクタンスとに基づいて送電電流を計算する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
送電装置と、受電装置と、前記送電装置及び前記受電装置を制御する制御部とを備える非接触給電システムであって、
前記送電装置は、
複数のスイッチング素子を含み、入力直流電圧を所定の交流電圧に変換するインバータと、
インダクタとキャパシタを含み所定の共振周波数を有する送電共振回路と、
前記送電共振回路に接続された送電コイルと、
前記送電コイルの第１の電圧を測定する第１の電圧センサとを備え、
前記送電共振回路は前記インバータと前記送電コイルとの間に挿入されて接続され、
前記受電装置は、
前記送電コイルと相互インダクタンスで電磁的に結合された受電コイルと、
前記受電コイルにより受電された交流電圧を所定の直流電圧に変換してバッテリに出力する充電モードと、前記バッテリからの直流電圧を所定の交流電圧に変換して送電コイルに出力する放電モードとを有する双方向コンバータと、
前記受電コイルの第２の電圧を測定する第２の電圧センサと、
前記受電コイルの第１の電流を測定する第１の電流センサと、
前記バッテリのバッテリ電圧を測定する第３の電圧センサと、
前記バッテリのバッテリ電流を測定する第２の電流センサとを備え、
前記制御部は、
前記複数のスイッチング素子をオン／オフ制御することにより前記インバータを短絡し、前記双方向コンバータを放電モードで動作させ、前記バッテリ電圧と前記バッテリ電流とに基づいて前記双方向コンバータの入力から前記バッテリを見たときの等価抵抗を計算し、
前記共振周波数と前記第１の電圧と前記第１の電流とに基づいて前記相互インダクタンスを計算する、非接触給電システム。
続きを表示（約 2,400 文字）【請求項２】
前記制御部はさらに、前記共振周波数と前記相互インダクタンスと前記等価抵抗と前記受電コイルのインダクタンスとに基づいて前記送電コイルの送電電流を計算する、
請求項１に記載の非接触給電システム。
【請求項３】
前記制御部はさらに、前記複数のスイッチング素子をオン／オフ制御することにより前記インバータを短絡し、前記双方向コンバータを放電モードで動作させたときに、前記共振周波数と前記第２の電圧と前記第１の電流とに基づいて前記受電コイルのインダクタンスを計算する、
請求項２に記載の非接触給電システム。
【請求項４】
前記送電共振回路は、
前記インバータと前記送電コイルの一端との間に接続された第１のリアクタンス素子と、
前記送電コイルの一端と前記送電コイルの他端との間に接続された第２のリアクタンス素子とを含み、
前記送電共振回路は前記第１と第２のリアクタンス素子によりＬ字構造を有し、
（１）前記第１のリアクタンス素子がインダクタでありかつ前記第２のリアクタンス素子がキャパシタであることと、
（２）前記第１のリアクタンス素子がキャパシタでありかつ前記第２のリアクタンス素子がインダクタであることと、
のうちのいずれかである、
請求項１に記載の非接触給電システム。
【請求項５】
前記制御部は、
前記共振周波数と前記送電共振回路のインダクタンスとに基づいて、前記送電コイルの所望の送電電流を流すために必要な前記インバータの出力電圧を計算し、
前記複数のスイッチング素子をオン／オフ制御することにより前記インバータをインバータ動作させ、前記双方向コンバータを充電モードで動作させ、前記前記インバータの出力電圧と前記入力直流電圧とに基づいて、前記所望の送電電流を流すように前記インバータの複数のスイッチング素子のオン／オフ制御の位相シフト量を制御する、
請求項１に記載の非接触給電システム。
【請求項６】
前記制御部は、第１の制御部と第２の制御部とを含み、
前記第２の制御部は、
前記複数のスイッチング素子をオン／オフ制御することにより前記インバータを短絡し、前記双方向コンバータを放電モードで動作させ、前記バッテリ電圧と前記バッテリ電流とに基づいて前記双方向コンバータの入力から前記バッテリを見たときの等価抵抗を計算し、前記共振周波数と前記第２の電圧と前記第１の電流とに基づいて受電コイルのインダクタンスを計算し、
前記第１の制御部は、
前記共振周波数と前記第１の電圧と前記第１の電流とに基づいて前記相互インダクタンスを計算し、前記共振周波数と前記相互インダクタンスと前記等価抵抗と前記受電コイルのインダクタンスとに基づいて前記送電コイルの送電電流を計算する、
請求項１に記載の非接触給電システム。
【請求項７】
前記制御部は、第１の制御部と第２の制御部とを含み、
前記第２の制御部は、
前記複数のスイッチング素子をオン／オフ制御することにより前記インバータを短絡し、前記双方向コンバータを放電モードで動作させ、前記バッテリ電圧と前記バッテリ電流とに基づいて前記双方向コンバータの入力から前記バッテリを見たときの等価抵抗を計算し、前記共振周波数と前記第２の電圧と前記第１の電流とに基づいて受電コイルのインダクタンスを計算し、
前記第１の制御部は、
前記共振周波数と前記第１の電圧と前記第１の電流とに基づいて前記相互インダクタンスを計算し、前記共振周波数と前記相互インダクタンスと前記等価抵抗と前記受電コイルのインダクタンスとに基づいて前記送電コイルの送電電流を計算し、
前記共振周波数と前記送電共振回路のインダクタンスとに基づいて、前記送電コイルの所望の送電電流を流すために必要な前記インバータの出力電圧を計算し、
前記複数のスイッチング素子をオン／オフ制御することにより前記インバータをインバータ動作させ、前記双方向コンバータを充電モードで動作させ、前記前記インバータの出力電圧と前記入力直流電圧とに基づいて、前記所望の送電電流を流すように前記インバータの複数のスイッチング素子のオン／オフ制御の位相シフト量を制御する、
請求項１に記載の非接触給電システム。
【請求項８】
前記非接触給電システムは複数の前記送電装置を備え、
前記非接触給電システムは、前記複数の送電装置の各第１の電圧間の位相差を検出する出力電圧検出回路をさらに備え、
前記制御部は、
前記共振周波数と前記位相差と前記複数の送電装置の各第１の電圧とに基づいて、前記複数の送電装置の各送電コイルと前記受電コイルとの間の各相互インダクタンスの値と符号を計算し、
前記共振周波数と前記各相互インダクタンスの値と符号と、前記等価抵抗と、前記受電コイルのインダクタンスとに基づいて前記送電コイルの送電電流を計算する、
請求項１に記載の非接触給電システム。
【請求項９】
前記送電装置又は前記各送電装置は、インダクタとキャパシタのうちの少なくとも１つを含む追加共振回路をさらに備える、
請求項１～８のうちのいずれか１つに記載の非接触給電システム。
【請求項１０】
前記受電装置は、前記双方向コンバータと前記バッテリとの間に挿入され、入力される直流電圧を所定の直流電圧に変換するＤＣ／ＤＣコンバータをさらに備える、
請求項１～８のうちのいずれか１つに記載の非接触給電システム。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、互いに電磁誘導で結合された複数のコイルを用いて非接触給電する非接触給電システムと、複数のコイル間の相互インダクタンスと受電コイルのインダクタンスとを推定する制御方法とに関する。
続きを表示（約 3,200 文字）【背景技術】
【０００２】
例えば、互いに電磁誘導で結合された複数のコイルを用いて非接触給電する非接触給電システムにおいて、複数のコイル間の相互インダクタンスと受電コイルのインダクタンスとを推定するために、送電コイルの回路に短絡用の電界効果トランジスタ（以下、ＦＥＴという。）を挿入し、当該ＦＥＴを開放することで、送電コイルの回路を開放して、複数のコイル間の相互インダクタンスと受電コイルのインダクタンスとを推定する、従来例１に係る推定方法が特許文献１において開示されている。
【０００３】
また、コアなしの複数のコイルを用いて非接触給電する非接触給電システムにおいて、複数のコイル間の相互インダクタンスと受電コイルのインダクタンスとを推定する、従来例２に係る推定方法が特許文献２及び３において開示されている。なお、特許文献３は特許文献２の対応する日本公報である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
中国特許出願公開第２０１９１０１７２５９８号公報
米国特許出願公開第２０１５／０２３６５２６号公報
特表２０１７－５１１１０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来例１に係る推定方法は、相互インダクタンスの値を推定するために、前記ＦＥＴを追加しており、これがバッテリへの給電動作に影響を与え、具体的には損失の増加を与えていた。また、相互インダクタンスの値は推定しているが、符号の推定方法は言及されていない。この推定方法によれば、追加部品や効率悪化による送電装置の大型化を招くという課題があった。
【０００６】
また、従来例２に係る推定方法では、コアなしの非接触給電システムを用いる必要があり、また、自己インダクタンスの推定方法に関しては言及されていない。
【０００７】
本発明の目的は、非接触給電システムにおいて、バッテリへの給電動作に影響を与えずに相互インダクタンスと受電コイルの自己インダクタンスを推定することができる非接触給電システム及びその制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様に係る非接触給電システムは、
送電装置と、受電装置と、前記送電装置及び前記受電装置を制御する制御部とを備える非接触給電システムであって、
前記送電装置は、
複数のスイッチング素子を含み、入力直流電圧を所定の交流電圧に変換するインバータと、
インダクタとキャパシタを含み所定の共振周波数を有する送電共振回路と、
前記送電共振回路に接続された送電コイルと、
前記送電コイルの第１の電圧を測定する第１の電圧センサとを備え、
前記送電共振回路は前記インバータと前記送電コイルとの間に挿入されて接続され、
前記受電装置は、
前記送電コイルと相互インダクタンスで電磁的に結合された受電コイルと、
前記受電コイルにより受電された交流電圧を所定の直流電圧に変換してバッテリに出力する充電モードと、前記バッテリからの直流電圧を所定の交流電圧に変換して送電コイルに出力する放電モードとを有する双方向コンバータと、
前記受電コイルの第２の電圧を測定する第２の電圧センサと、
前記受電コイルの第１の電流を測定する第１の電流センサと、
前記バッテリのバッテリ電圧を測定する第３の電圧センサと、
前記バッテリのバッテリ電流を測定する第２の電流センサとを備え、
前記制御部は、
前記複数のスイッチング素子をオン／オフ制御することにより前記インバータを短絡し、前記双方向コンバータを放電モードで動作させ、前記バッテリ電圧と前記バッテリ電流とに基づいて前記双方向コンバータの入力から前記バッテリを見たときの等価抵抗を計算し、
前記共振周波数と前記第１の電圧と前記第１の電流とに基づいて前記相互インダクタンスを計算する。
【発明の効果】
【０００９】
従って、本発明の一態様に係る非接触給電システムによれば、インバータのスイッチング素子をオンすることで、インバータの後段の送電部の入力側を短絡して、相互インダクタンスと受電コイルの自己インダクタンスを推定するので、バッテリへの給電動作に影響を与えずにこれらのパラメータを推定できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
実施形態１に係る非接触給電システムの構成例を示すブロック図である。
図１のＤＣ／ＡＣインバータ１１の第１の制御例を示すスイッチング素子Ｑ１～Ｑ４のゲート信号ＳＧ１～ＳＧ４のタイミングチャートである。
図１のＤＣ／ＡＣインバータ１１の第２の制御例を示すスイッチング素子Ｑ１～Ｑ４のゲート信号ＳＧ１～ＳＧ４のタイミングチャートである。
図１の送電部１２からの送電電流を位相シフト制御法により制御する制御例を示す、スイッチング素子Ｑ１～Ｑ４のゲート信号ＳＧ１～ＳＧ４及びＤＣ／ＡＣインバータ１１の最大時出力電圧ｖ
ｉｎｖ
のタイミングチャートである。
図１の送電部１２からの送電電流を位相シフト制御法により制御する制御例を示す、スイッチング素子Ｑ１～Ｑ４のゲート信号ＳＧ１～ＳＧ４及びＤＣ／ＡＣインバータ１１の低下時出力電圧ｖ
ｉｎｖ
のタイミングチャートである。
図１の制御部１０により実行される送電処理を示すフローチャートである。
図１の制御部２０により実行される受電処理を示すフローチャートである。
実施形態２に係る非接触給電システムの構成例を示すブロック図である。
図７の位相差検出回路１７の構成例を示すブロック図である。
図８の位相差検出回路１７の動作を示すタイミングチャートである。
図７の制御部１０Ａにより実行される送電処理を示すフローチャートである。
図７の制御部２０Ａにより実行される受電処理を示すフローチャートである。
複数ｎ個の送電コイルと１個の受電コイルを含む非接触給電システムの構成例を示す等価回路の回路図である。
図１２Ａの非接触給電システムの各電流の向きを示す概略図である。
図１２Ａの非接触給電システムにおいて相互インダクタンスＭ
１
～Ｍ
３
の符号がすべてプラスのときを示す概略図である。
図１２Ａの非接触給電システムにおいて相互インダクタンスのうちの２つの相互インダクタンスＭ
２
，Ｍ
３
がマイナスのときを示す概略図である。
変形例１に係る非接触給電システムの構成例を示すブロック図である。
図１４の追加共振回路１８，２８の各構成例を示す回路図である。
変形例２に係る受電装置１０２ＢＡの構成例を示すブロック図である。
図１６Ａの受電装置１０２ＢＡにおける等価抵抗Ｒ
ｅｑ
に対する伝送効率の特性を示すグラフである。
変形例３に係る送電装置１０１ＢＡの構成例を示すブロック図である。
変形例４に係る受電装置１０２ＢＢの構成例を示すブロック図である。
変形例５に係る受電装置１０２ＢＣの構成例を示すブロック図である。
変形例６に係る受電装置１０２ＢＤの構成例を示すブロック図である。
変形例７に係る送電装置１０１ＢＢの構成例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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