CN110692176A - 输电装置、无线电力传输***以及控制装置 - Google Patents

输电装置、无线电力传输***以及控制装置 Download PDF

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CN110692176A CN201880035387.0A CN201880035387A CN110692176A CN 110692176 A CN110692176 A CN 110692176A CN 201880035387 A CN201880035387 A CN 201880035387A CN 110692176 A CN110692176 A CN 110692176A
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Abstract

在不进行从受电装置到输电装置的通信的情况下，根据受电装置的状态对传输电力进行控制。输电装置具有逆变电路、输电谐振器、测量器以及控制电路。所述测量器对所述逆变电路的输入电压或输出电压以及所述逆变电路的输入电流或输出电流进行测量。所述控制电路在输电中将从所述逆变电路输出的交流电力的电压值从第1电压值变更为第2电压值，在变更的前后分别获得通过所述测量器测量到的电压以及电流的第1测量值以及第2测量值，通过包含利用所述第1以及第2测量值的运算的处理而确定第3电压值，使所述逆变电路输出具有所述第3电压值的交流电力而继续输电。

Description

输电装置、无线电力传输***以及控制装置
技术领域
本申请涉及无线电力传输***、在该无线电力传输***中使用的输电装置以及控制装置。
背景技术
正在推进以无线方式从输电装置向受电装置传输电力的无线电力传输***(还被称作非接触供电***)的开发。专利文献1以及2公开了非接触供电***的例。在专利文献1以及2的***中，利用无线通信从受电装置向输电装置反馈受电电压等信息，输电装置根据该信息而对传输电力进行控制。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第WO2012/073349号
专利文献2：国际公开第WO2014/148144号
发明内容
发明要解决的课题
在专利文献1、2所公开的技术中，需要用于从受电装置向输电装置反馈信息的通信。本公开的实施方式提供在不进行这样的通信的情况下根据受电装置的状态而适当地控制传输电力的技术。
用于解决课题的手段
本公开的例示性的实施方式中的输电装置以无线方式向具有受电谐振器的受电装置传输电力。所述输电装置具有：逆变电路；输电谐振器，其与所述逆变电路连接；测量器，其对输入到所述逆变电路的电压以及从所述逆变电路输出的电压中的一方以及输入到所述逆变电路的电流以及从所述逆变电路输出的电流中的一方进行测量；以及控制电路，其对所述逆变电路进行控制。所述控制电路在使所述逆变电路输出具有第1电压值的交流电力而从所述输电谐振器向所述受电谐振器进行输电的状态下，获得通过所述测量器测量到的电压以及电流的第1测量值，在将从所述逆变电路输出的所述交流电力的电压值变更为与所述第1电压值不同的第2电压值的状态下，获得通过所述测量器测量到的电压以及电流的第2测量值，通过包含利用所述第1以及第2测量值的运算的处理而确定第3电压值，使所述逆变电路输出具有所述第3电压值的交流电力而继续输电。
并且，本公开的例示性的实施方式中的无线电力传输***具有上述的输电装置和受电装置。本公开的例示性的实施方式中的控制装置具有上述的输电装置中的控制电路。本公开的例示性的实施方式中的程序在以无线方式向具有受电谐振器的受电装置传输电力的输电装置中使用。
上述的总括或具体的方式能够通过装置、***、方法、集成电路、计算机程序或记录介质来实现。或者，可以通过***、装置、方法、集成电路、计算机程序以及记录介质的任意组合来实现。
发明效果
根据本公开的实施方式，能够在不进行从受电装置到输电装置的通信的情况下根据受电装置的状态而适当地控制传输电力。
附图说明
图1是用于对本公开的例示性的实施方式中的移动体***的概要进行说明的图。
图2是示意性地示出本公开的例示性的实施方式中的移动体200的一例的立体图。
图3是示出充电时的输电线圈单元105与受电线圈单元205之间的配置关系的一例的立体图。
图4是示出本公开的例示性的实施方式中的移动体***的结构的框图。
图5是示出逆变电路120以及控制电路140的结构例的图。
图6是示出从控制电路140供给到开关元件G1～G4的脉冲信号以及从逆变电路120输出的电压的波形的一例的图。
图7是示出输电谐振器110以及受电谐振器210的等效电路的图。
图8A是用于对输电线圈112以及受电线圈212的形状以及配置关系的一例进行说明的立体图。
图8B是示意性地示出从Y方向观察输电线圈112时的形状的例的图。
图8C是示意性地示出从Y方向观察受电线圈212时的形状的例的图。
图9是示出整流器220、电容器230以及蓄电元件245的结构例的图。
图10是示出输电装置100开始进行输电时的动作的一例的流程图。
图11A是示出本公开的例示性的实施方式中的无线电力传输***的等效电路的图。
图11B是示出本公开的例示性的实施方式中的无线电力传输***的其他等效电路的图。
图12是示出本公开的例示性的实施方式中的输电时的动作的流程图。
图13A是示出逆变电路120的输出电压V1的时间变化的一例的图。
图13B是示出逆变电路120的输出电压V1的时间变化的其他例的图。
图14A是示出根据两次测量的估计和实时估计的时刻的例的图。
图14B是示出以周期T2进行实时估计来控制电压V1时的电压V1的时间变化的一例的图。
图15是示出将按照每个周期T1进行的根据两次测量的估计和按照每个周期T2进行的实时估计组合起来的动作的一例的流程图。
图16A是示出电压测量器130a连接于DC电源50与逆变电路120之间的例的示意图。
图16B是示出电流测量器130b连接于DC电源50与逆变电路120之间的结构例的示意图。
图16C是示出电压测量器130a以及电流测量器130b这两者连接于DC电源50与逆变电路120之间的例的示意图。
图17A是示出在电容器230与蓄电元件245之间连接有DC-DC转换器250的例的示意图。
图17B是示出代替图17A的结构中的蓄电元件245而配置有马达等负载电阻240的例的示意图。
具体实施方式
在对本公开的实施方式进行说明之前，对成为本公开的基础的知识进行说明。
在以往的非接触供电技术中，为了进行供电控制，受电装置中的电压、电流、电力或阻抗等信息通过无线通信而反馈到输电装置。为了实现这样的无线通信，进行例如Wi-Fi(注册商标)或Bluetooth(注册商标)等无线通信的设备用于输电装置以及受电装置这两者。
但是，在受电装置是例如在工厂内或道路等上使用的移动体那样的装置的情况下，有可能频繁地发生因通信干扰或噪声的影响而无法在输电装置与受电装置之间正常地进行无线通信的状况。若无线通信被切断，则输电装置无法得到受电装置的信息，因此无法适当地控制传输电力。而且，无线设备在通信前的连接以及认证时需要花费时间。到连接以及认证建立为止，无法控制传输电力。尤其是在向移动中的受电装置进行供电的情况下，即使是微小的时间损耗，在整体的供电时间中所占的比例也很高，因此供电效率大幅下降。而且，无线设备的搭载导致成本的增加。
本发明人发现以上课题，并研究出了用于解决这些课题的结构。本发明人发现：在电力传输中，能够以较短的时间间隔改变所传输的交流电力的电压，并根据在变化的前后测量到的输电侧的电压以及电流的信息而对线圈之间的互感以及受电电压等信息进行估计。通过该发现，能够在不进行从受电装置到输电装置的通信的情况下估计受电装置的状态，并根据该状态适当地控制传输电力。
以下，对本公开的实施方式的概要进行说明。
本公开的一方式所涉及的输电装置以无线方式向具有受电谐振器的受电装置传输电力。所述输电装置具有逆变电路、与所述逆变电路连接的输电谐振器、测量器以及对所述逆变电路进行控制的控制电路。所述测量器对输入到所述逆变电路的电压以及从所述逆变电路输出的电压中的一方以及输入到所述逆变电路的电流以及从所述逆变电路输出的电流中的一方进行测量。所述控制电路进行以下动作。(1)在使所述逆变电路输出具有第1电压值的交流电力而从所述输电谐振器向所述受电谐振器进行输电的状态下，获得通过所述测量器测量到的电压以及电流的第1测量值。(2)在将从所述逆变电路输出的所述交流电力的电压值变更为与所述第1电压值不同的第2电压值的状态下，获得通过所述测量器测量到的电压以及电流的第2测量值。(3)通过包含利用所述第1以及第2测量值的运算的处理而确定第3电压值，使所述逆变电路输出具有所述第3电压值的交流电力而继续输电。
通过上述的结构，能够在不进行从受电装置到输电装置的通信的情况下根据受电装置的状态的变化而适当地控制传输电力。
输电谐振器包含输电线圈，受电谐振器包含受电线圈。控制电路例如通过利用第1以及第2测量值的运算而估计表示受电装置的状态的一个以上的参数的值。能够参照对该一个以上的参数的值与应从逆变电路输出的电压的值之间的对应关系进行规定的数据，并根据估计出的参数的值而确定上述第3电压值。规定这样的对应关系的数据例如以表或算式或者函数的形态存储于输电装置内的存储器等记录介质。该数据例如能够是对线圈间的互感或从受电谐振器输出的电压与逆变电路的输出电压之间的对应关系进行规定的表。
控制电路例如按照每个周期T1执行第1以及第2测量值的获得以及第3电压值的确定。当根据第1以及第2测量值估计的表示受电装置的状态的一个以上的参数的值从上一次估计时的该参数的值发生了变化时，控制电路将第3电压值设定为与所述第1电压值不同的值。另一方面，当该参数的值与上一次估计时的该参数的值相同时，控制电路将第3电压值设定为与第1电压值相同的值。能够通过判断参数的与上一次的值之间的差分或变化率是否超过阈值而确定该各参数的值是否从上一次估计时的值发生了变化。
上述一个以上的参数能够包含输电谐振器中所包含的输电线圈与受电谐振器中所包含的受电线圈之间的互感、从受电谐振器输出的电压、从受电谐振器输出的电流以及从受电谐振器输出的电力中的至少一个。后面对估计这些参数的具体的处理进行叙述。
受电装置例如是移动体。“移动体”是指通过电力而被驱动或充电的可动物体。移动体例如能够是无人搬运车(Automated Guided Vehicle：AGV)、电动汽车(EV)、可动机器人、无人驾驶飞行器(Unmanned Aerial Vehicle：UAV，所谓的无人机)。受电装置也可以是例如便携设备那样不会自动移动的装置。
输电装置也可以具有检测受电装置是否相对于输电装置移动的传感器。这样的传感器例如可以是利用可见光或红外线的传感器，也可以是根据输电装置的电路内的电压或电流的变化而检测受电装置的移动的传感器。
测量器在比较短的时间内连续执行两次测量。例如，以视为输电线圈与受电线圈之间的互感恒定的程度的时间间隔进行两次测量。在输电中受电装置移动的速度越快，则越短地设定该时间间隔。测量器可以构成为响应控制电路的指示而进行测量，也可以构成为以固定的较短的时间间隔始终监视电压以及电流。
控制电路能够通过各种各样的方法调整逆变电路的输出电压(以下，有时称作“输电电压”。)。例如，能够通过改变供给到逆变电路中所包含的多个开关元件中的各个开关元件的控制信号的占空比、相位或频率或者改变输入到逆变电路的直流电压而调整输电电压。能够在输电装置具有连接于逆变电路与直流电源之间的DC-DC转换器的方式中进行被输入到逆变电路的直流电压的控制。在这样的方式中，控制电路能够通过对DC-DC转换器中所包含的开关元件的接通/断开进行控制而改变输入到逆变电路的直流电压。
本公开还包含计算机程序(以下，简称为程序)，该程序对具有上述的控制电路的控制装置以及上述的控制电路所执行的动作进行规定。这样的程序例如存储于输电装置内的存储器等记录介质，使控制电路执行前述的动作。
以下，对本公开的例示性的实施方式进行说明。但是，有时省略不必要的详细说明。例如，有时省略众所周知的事项的详细说明或对实质上相同的结构的重复说明。这是为了避免以下说明不必要地冗长，便于本领域技术人员理解。另外，发明人为了使本领域技术人员充分地理解本公开而提供附图以及以下说明，并不表示由这些限定权利要求书中记载的主题。在以下说明中，对同一或类似的构成要素标注同一参照符号。
(实施方式)
＜结构＞
图1是用于对本实施方式中的移动体***的概要进行说明的图。移动体***是本公开中的无线电力传输***的一例。移动体***能够用作例如工厂内的物品的搬运用***。移动体***具有至少一个无线输电装置(以下，简称为“输电装置”。)100和至少一个移动体200。移动体200是受电装置的一例。移动体200能够是例如在工厂内自主移动而将物品搬运到必要场所的无人搬运车(AGV)。在图1中例示了四台输电装置100和四台移动体200。输电装置100以及移动体200各自的数量并不限于四个，是任意的。
输电装置100以无线方式向移动体200传输电力。输电装置100具有包含将交流电力送出到空间的输电线圈的输电线圈单元105。移动体200具有包含受电线圈的受电线圈单元205。通过输电线圈与受电线圈利用磁场谐振而耦合，电力以无线方式从输电线圈传输到受电线圈。这样，在本实施方式中，利用通过磁场谐振耦合(还有时被称作“磁场共振耦合”或“谐振磁场耦合”。)的无线电力传输。根据磁场谐振耦合方式的无线电力传输，与通过电磁感应的方法相比，能够进行更长距离的电力传输。另外，本公开的技术并不限于磁场谐振耦合方式，还能够适用于通过电磁感应方式的无线电力传输。由此，本公开还包含通过电磁感应方式的结构。
移动体200具有电容器以及马达。受电线圈单元205内的受电线圈接收到的电力被整流，并储存于电容器。电容器能够使用例如双电层电容器或锂离子电容器等大容量并且低电阻的电容器。移动体200能够通过储存于电容器的电力来驱动马达而移动。
当移动体200移动时，电容器的蓄电量(即充电量)下降。因此，为了继续移动，需要再充电。因此，当在移动中充电量低于规定的阈值时，移动体200移动至输电装置100的附近进行充电。如图1所示，若输电装置100设置于多个部位，则移动体200只要移动至最近的输电装置100的附近即可，因此能够缩短移动距离。
如前述那样，这样的***能够用作例如工厂内的物品的搬运用***。移动体200代表性地具有装载物品的载台，作为在工厂内自主移动而将物品搬运到必要场所的台车发挥功能。移动体***并不限于在工厂内利用，例如能够在店铺、医院、家庭以及其他所有场所利用。并且，移动体200并不限于AGV，也可以是其他工业机械或服务机器人。移动体200例如能够是有人的车辆、无人驾驶飞行器(Unmanned Arial Vehicle：UAV，所谓的无人机)或扫地机器人等具有可移动的机构的任意设备。本公开中的受电装置并不限定于移动体。能够将本公开的技术适用于在电力传输中输电线圈与受电线圈的相对位置能够发生变化的任意的无线电力传输***。
图2是示意性地示出本实施方式中的移动体200的一例的立体图。该移动体200具有：设置于侧面的受电线圈单元205；包含通过马达驱动的驱动轮207的多个车轮；以及放置物品的载台206。受电线圈单元205收纳包含受电线圈的受电谐振器。
图3是示出充电时的输电线圈单元105与受电线圈单元205之间的配置关系的一例的立体图。在图3中示出了表示相互垂直的X、Y、Z方向的XYZ坐标。在以下说明中，使用图示的坐标系。XY面与水平面或地面平行，将移动体200前进的方向设为X轴的正方向，将铅垂上方向设为Z轴的正方向。
本申请的附图所示的结构物的朝向是考虑便于说明而设定的，并不限制实际实施本公开的实施方式时的朝向。并且，附图所示的结构物的整体或一部分的形状以及大小也并不限制实际的形状以及大小。
如图3所示，输电线圈单元105中的输电线圈112具有在X方向上相对长且在Z方向上相对短地卷绕的导体线(绕组)。受电线圈单元205中的受电线圈212也同样地具有在X方向上较长且在Z方向上较短地卷绕的导体线(绕组)。如图示那样，本实施方式中的输电线圈112以及受电线圈212的形状以及尺寸是非对称的。在本实施方式中，由受电线圈212的绕组规定的区域的大小小于由输电线圈112的绕组规定的区域的大小。
在输电线圈112与受电线圈212相对的状态下进行电力传输。更具体地说，在由输电线圈112的绕组规定的面与由受电线圈212的绕组规定的面(在图示的例中，均与XZ面平行)相对的状态下进行充电。不限于这些面完全平行的情况，即使相互倾斜，也能够进行充电。
在本实施方式中，由于输电线圈112具有在X方向上较长的形状，因此即使移动体200在X方向上稍微偏离，也能够维持线圈间的相对状态，能够维持高效率的电力传输。
移动体200能够使用各种传感器掌握本机的位置以及朝向以及输电线圈112的位置以及朝向。由此，能够确定离本机最近的输电装置100，并移动到该输电装置100的附近而取能够进行高效的电力传输的姿势，即受电线圈212靠近输电线圈112而与其相对的姿势。在最近的输电装置100正向其他移动体200供电中的情况下，移动体200也可以移动到下一个较近的输电装置100。
以下，对本实施方式的移动体***的结构进行更详细的说明。
图4是示出本实施方式的移动体***的结构的框图。
输电装置100具有：与外部的直流(DC)电源50连接的逆变电路120；与逆变电路120连接的输电谐振器110；对从逆变电路120输出的电压进行测量的电压测量器130a；对从逆变电路120输出的电流进行测量的电流测量器130b；对逆变电路120进行控制的控制电路140；以及对移动体200的位置和/或移动进行检测的传感器150。输电谐振器110包含前述的输电线圈112。在以下说明中，有时将电压测量器130a以及电流测量器130b统称为“测量器130”。本实施方式中的测量器130对从逆变电路120输出的电压以及电流进行测量。如后述，电压测量器130a也可以对输入到逆变电路120的电压进行测量。同样地，电流测量器130b也可以对输入到逆变电路120的电流进行测量。
移动体(受电装置)200具有受电谐振器210、与受电谐振器210连接的整流器(整流电路)220、与整流器220连接的电容器230以及与电容器230连接的蓄电元件245。受电谐振器210包含前述的受电线圈212。蓄电元件245包含双电层电容器或蓄电池等。另外，输电装置100以及移动体200也可以具有未图示的其他构成要素。并且，移动体***并非必须具有图4所示的所有构成要素，能够适当地省略。
以下，对各构成要素进行更详细的说明。
＜DC电源＞
DC电源50是输出规定大小的直流电压的电源。DC电源50能够包含例如将商用交流电力转换为具有输电装置100的动作电压的直流电力而进行输出的转换器。
＜逆变电路以及控制电路＞
逆变电路120将从DC电源50供给的直流电力转换为交流电力。逆变电路120例如能够是全桥逆变电路。全桥逆变电路能够通过调整四个开关元件的开关的时刻来输出所期望的频率以及电压值的交流电力。各开关元件根据从控制电路140供给的脉冲信号而切换导通以及非导通的状态。
图5是示出逆变电路120以及控制电路140的结构例的图。图5所示的逆变电路120具有包括四个开关元件G1～G4的全桥逆变电路的结构。各开关元件能够是IGBT(Insulated-gate bipolar transistor：绝缘栅双极型晶体管)或MOSFET(Metal OxideSemiconductor Field-Effect Transistor：金属氧化物半导体场效应晶体管)等晶体管。
控制电路140具有控制IC142、栅极驱动器144以及存储器143。控制IC142通过执行存储器143中存储的控制程序来确定使逆变电路120输出的交流电力的电压(是指实效值。以下相同。)以及频率。在本实施方式中，尤其根据测量器130所测量的电压V1以及电流I1的值来确定效率最大的电压或频率。后面详细叙述该动作。栅极驱动器144将具有控制IC142所确定的频率以及占空比的脉冲信号供给到各开关元件G1～G4的栅极。由此，控制各开关元件G1～G4的导通(接通)/非导通(断开)的状态。另外，控制电路140的一部分或整体例如能够通过微型计算机(微机)等集成电路实现。
在四个开关元件G1～G4中的开关元件G1以及G4接通(导通状态)的时刻，从逆变电路120输出极性与从DC电源50供给的直流电压相同的电压。另一方面，在开关元件G2以及G3接通(导通状态)的时刻，从逆变电路120输出极性与从DC电源50供给的直流电压相反的电压。控制电路140对供给到各开关元件G1～G4的脉冲信号的时刻进行调整，由此使逆变电路120输出所期望的频率以及电压的交流电力。
图6是示出从控制电路140供给到开关元件G1～G4的脉冲信号以及从逆变电路120输出的电压的波形的一例的图。在图6中，记号E表示从DC电源50输出的电压的大小，记号T表示周期。通过占空比dinv来控制逆变电路120的输出电压V1与DC电源50的输出电压的大小E相同的期间。即，控制电路140通过调整占空比dinv，能够调整以正弦波对输出电压V1进行近似而得到的交流电压的振幅以及实效值。
另外，逆变电路120并不限定于图5所示的结构。例如，也可以是半桥型的结构。在该情况下，也能够通过对提供到两个开关元件的栅极驱动脉冲的时刻进行调整来输出所期望的交流电压。逆变电路120例如能够通过市售的高频电源装置实现。
＜输电谐振器以及受电谐振器＞
图7是示出输电谐振器110以及受电谐振器210的等效电路的图。输电谐振器110是具有由输电线圈112产生的电感分量(L1)、电容分量(C1)以及电阻分量(R1)的串联谐振电路。受电谐振器210是具有由受电线圈212产生的电感分量(L2)、电容分量(C2)以及电阻分量(R2)的串联谐振电路。电容分量(C1以及C2)可以分别是输电线圈112以及受电线圈212的寄生电容分量，也可以由分体地设置的电容器产生。
输电谐振器110的谐振频率和受电谐振器210的谐振频率被设定为大致相同的值。谐振频率并无特别限定，但是例如能够设定为5千赫(kHz)以上且50兆赫(MHz)以下。谐振频率更优选为10kHz以上且1MHz。各谐振器并不限于串联谐振电路，也可以是并联谐振电路。不限于图示的结构，例如也可以如专利文献1中公开那样，设置通过电磁感应而与输电谐振器110耦合的一次线圈和通过电磁感应而与受电谐振器210耦合的二次线圈。
图8A是用于对输电线圈112以及受电线圈212的形状以及配置关系进行更详细的说明的立体图。另外，图8A示出了输电线圈112的Y方向的宽度比图3的例小的例。图8A所示的双点划线表示由线圈112、212规定的面的法线。图8B示意性地示出了从Y方向观察输电线圈112时的形状。图8C示意性地示出了从Y方向观察受电线圈212时的形状。
输电线圈112是由第1导体线卷绕而成的绕组，包含沿横向延伸的第1上侧部分112a和第1下侧部分112b以及将第1上侧部分112a与第1下侧部分112b连接起来的圆弧状的两个部分。受电线圈212是由第2导体线卷绕而成的绕组，包含沿横向延伸的第2上侧部分212a和第2下侧部分212b以及将第2上侧部分212a与第2下侧部分212b连接起来的圆弧状的两个部分。
由输电线圈112的上侧部分112a和下侧部分112b规定的第1矩形面112c(图8B)以及由受电线圈212的第2上侧部分212a和第2下侧部分212b规定的第2矩形面212c(图8C)相对于水平面垂直或倾斜。受电线圈112配置于移动体200的侧面，在电力传输时，第2矩形面212c与输电线圈112的第1矩形面112c相对。
输电线圈112以及受电线圈212并不限定于图示的形状。例如，各线圈的形状也可以是矩形(包含正方形)或椭圆形(包含圆形)。各线圈112、212的结构也可以根据所适用的***的结构而适当地变形。例如，在本实施方式中，各线圈112、212具有沿X方向延伸的结构，但是并非必须具有这样的结构。并且，输电线圈112并非必须具有比受电线圈212大的尺寸。输电线圈112和受电线圈也可以具有相同的结构。各线圈112的结构只要能够进行电力传输，则是任意的。
＜整流器、电容器、蓄电元件＞
图9是示出整流器220、电容器230以及蓄电元件245的结构例的图。
如图示那样，整流器220能够是包含二极管电桥以及平滑电容器的全波整流电路。整流器220可以是其他种类的全波整流电路，也可以是半波整流电路。整流器220将来自受电谐振器210的交流电力转换为直流电力并进行输出。
电容器230与整流器220并联连接。电容器230为了缓和从整流器220供给到蓄电元件245的直流电压的变动并使其稳定化而设置。若不需要电容器230，则也可以省略。
蓄电元件245与电容器230并联连接。蓄电元件245例如是电容器或蓄电池。蓄电元件245也可以具有电容器以及蓄电池这两者。作为电容器，例如能够使用双电层电容器或锂离子电容器。双电层电容器或锂离子电容器由于内部电阻较小(例如数十mΩ)，因此能够以低损耗进行大电流下的充放电。因此，能够进行急速充电。并且，由于静电容量比其他种类的电容器大，因此能够进行比较长时间的连续放电。作为蓄电池，能够使用例如锂离子蓄电池等能量密度以及充放电效率较高的二次电池。
＜传感器＞
传感器150检测移动体200的位置或移动。传感器150例如能够是利用光(可见光或近红外线)的传感器。传感器150也可以构成为根据测量器130的输出而检测移动体200的移动。能够根据通过测量器130测量的电压以及电流中的至少一方的时间变化来判断移动体200是否移动。
＜动作＞
接着，对输电装置100的动作进行说明。
图10是示出输电装置100开始进行输电时的动作的一例的流程图。当投入了电源时，该例中的输电装置100的控制电路140进行微弱的输电，执行对作为受电装置的移动体200进行检测的动作。在检测到移动体200位于附近时，控制电路140开始向移动体200供电。
在图10的例中，控制电路140将电压V1设定为微小的值，开始进行微弱输电(步骤S11)。在该状态下，测量器130测量从逆变电路120输出的电压V1以及电流I1(步骤S12)。控制电路140根据V1以及I1的值而判断移动体200是否存在于可受电的位置(步骤S13)。在移动体200不存在于可受电的位置的情况下(步骤S14中的否)，控制电路140停止进行微弱输电(步骤S15)。控制电路140在经过时间T0之后(步骤S16中的是)，再次执行步骤S11的动作。在移动体200存在于可受电的位置的情况下(步骤S14中的是)，控制电路140增加输出电压V1而开始向移动体200供电。
关于步骤S13中的受电装置的检测，例如能够根据依赖于V1的值的规定的基准值与I1的值之差是否超过阈值来判断。随着移动体200的靠近，输电线圈与受电线圈的互感增加。通过该影响，在输电装置100的电路内流过的电路发生变化。能够根据该电流的变化来检测移动体200的靠近。
在图10的例中，根据输电装置100的电路内的电流以及电压而检测移动体200(受电装置)的靠近。除这样的检测方法以外，例如也可以利用传感器150(参照图4)检测移动体200的靠近。
＜受电装置的状态的估计＞
本实施方式中的输电装置100在向移动体200供电时能够在不利用从移动体200发送的信息的情况下估计移动体200的状态，并根据该状态适当地控制传输电力。以下，对该方法进行具体说明。
在以下说明中，有时将表示移动体200的状态的信息或参数称作“受电参数”。受电参数例如能够包含线圈间的互感、受电装置的电路内的电流、电压、电力、阻抗中的至少一个。
图11A是示出本实施方式中的无线电力传输***的等效电路的图。图11A所示的等效电路还能够如图11B那样表示。在图11A以及图11B中，与输电谐振器110连接的逆变电路120等构成要素(参照图4)统一表示为一个交流电源。并且，与受电谐振器210连接的整流器220等构成要素统一表示为一个负载。设负载的电阻值为RL。与受电谐振器210连接的整流电路等构成要素实际上除具有电阻分量之外，还具有电抗分量。但是，在图11A以及图11B中，为了简便而忽略电抗分量，将负载表示为电阻。设所传输的交流电力的角频率为ω，设互感为Lm。角频率ω与逆变电路120的驱动角频率相同。
在以下说明中，以相量(phasor)显示的方式表示交流电压以及交流电流。即，将电压以及电流作为复数来处理。在相量显示中，电压以及电流的绝对值表示各自的实效值。
若设交流电源的电压以及电流的相量显示分别为v1以及i1。设交流电源的电压以及电流的实效值分别为V1以及I1，则为V1＝|v1|以及I1＝|i1|。同样地，若设负载的电压以及电流的相量显示分别为v2以及i2，则为V2＝|v2|以及I2＝|i2|。
图11A以及图11B所示的电压v1以及电流i1分别表示从逆变电路120输出的交流电力的电压v1以及电流i1。被输入到负载的电压v2以及电流i2分别表示从受电谐振器210输出的电压以及电流。
根据图11A以及图11B所示的等效电路的电路方程式，v1、i1、v2以及i2满足以下算式(1)以及(2)。
[算式1]
Figure BDA0002293217320000131
[算式2]
Figure BDA0002293217320000141
在此，j是虚数单位。
在以下说明中，ω与谐振角频率ω0＝1/(L1C1)1/2＝1/(L2C2)1/2相等。但是，即使不满足谐振条件ω＝ω0，只要ω与ω0的偏离较小，则以下论据是有根据的。例如，若|ω-ω0|/ω0的值为0.05以下，则以下论据有充分的根据。
若将v2＝RLi2代入算式(2)，则根据谐振条件ωL2＝1/ωC2得到i2＝j{ωLm/(R2+RL)}i1。该算式表示i2的相位比i1的相位前进90°。若利用该算式从算式(1)中去掉i2，则得到v1＝{R1/ω2Lm2/(R2+RL)}i1。该算式表示v1以及i1具有相同的相位。并且，根据v2＝RLi2，v2以及i2具有相同的相位。根据它们之间的相位关系，在谐振条件下能够表示为v1＝V1ejθ、i1＝I1ejθ、v2＝jV2ejθ以及i2＝jI2ejθ。在此，θ表示相位。若将这些v1、i1、v2以及i2代入算式(1)以及(2)，则V1、I1、V2以及I2满足只包含实数的以下算式(3)以及(4)。
[算式3]
R1I1+ωLmI2＝V1 (3)
[算式4]
-ωLmI1+R2I2＝-V2 (4)
若解算式(3)以及(4)，则得到以下算式(5)以及(6)。
[算式5]
Figure BDA0002293217320000142
[算式6]
Figure BDA0002293217320000143
电压的实效值V1例如通过对由输电装置100中的电压测量器130a测量到的电压的实时波形进行积分而得到。同样地，电流的实效值I1通过对由输电装置100中的电流测量器130b测量到的电流的实时波形进行积分而得到。
在算式(5)以及(6)中，存在V2、I2以及Lm这三个未知的参数。由于算式的数量比未知的参数的数量少，因此无法直接计算V2、I2以及Lm。
因此，本实施方式中的输电装置100在输电中改变输电电压的值，并在变化的前后测量电压以及电流。能够根据通过两次测量而得到的电压以及电流的值而估计Lm、V2、I2中的至少一个。以下，对该估计方法进行更具体的说明。
控制电路140在输电中驱动逆变电路120而从输电线圈112向受电线圈122进行输电。将该状态称为第1状态。控制电路140在第1状态下获得分别通过测量器130a、130b测量到的电压以及电流的测量值。将该测量值称为第1测量值。接着，控制电路140将从逆变电路120输出的电压的值变更为与第1状态下的电压值不同的第2值。将该状态称为第2状态。控制电路140在第2状态下获得分别通过测量器130a、130b测量到的电压以及电流的测量值。将该测量值称为第2测量值。
若从第1测量值的获得到第2测量值的获得为止的时间充分短，则蓄电元件245的电压V2的变化就小。例如，在从第1测量值的获得到第2测量值的获得为止的时间为0.1秒以下的情况下，能够将电压V2的变动抑制在0.1V以下。在这样的情况下，能够假设在上述的两次测量中V2恒定。
设根据第1测量值得到的、从逆变电路120输出的交流电力的电压以及电流的实效值分别为V10以及I10。设根据第2测量值得到的从逆变电路120输出的交流电力的电压的实效值以及电流的实效值分别为V11以及I11。若假设V2恒定，则根据算式(5)得到以下算式(7)以及(8)。
[算式7]
Figure BDA0002293217320000151
[算式8]
Figure BDA0002293217320000152
并且，根据算式(6)得到以下算式(9)。
[算式9]
Figure BDA0002293217320000161
通过使用算式(7)至算式(9)，能够计算V2、I2以及Lm这三个未知的参数。
若从算式(7)以及(8)中去掉V2，则得到以下Lm的估计式(10)。
[算式10]
Figure BDA0002293217320000162
另一方面，根据算式(7)得到以下V2的估计式(11)。
[算式11]
而且，根据算式(9)以及(11)得到以下I2的估计式(12)。
[算式12]
Figure BDA0002293217320000164
控制电路140能够通过算式(10)至算式(12)的运算而估计互感Lm、受电电压V2以及受电电流I2。由此，能够在不进行输电装置100与移动体200之间的通信的情况下，根据输电装置100中的电压以及电流的信息来估计受电装置的参数。
控制电路140根据估计出的受电装置的参数，例如以V2以及I2中的一方或双方成为所期望的值的方式确定从逆变电路120输出的交流电力的电压值(第3电压值)，并利用确定了的电压值继续输电。由此，即使在移动体200在输电中移动的情况下，也能够使供电最佳化。例如，能够抑制传输效率下降或者使供电稳定化。
在图5所示的存储器143中预先存储有对Lm、V2、I2中的至少一个参数与应从逆变电路120输出的电压V1之间的对应关系进行规定的表或算式等数据。控制电路140能够通过参照该数据并根据估计出的参数来确定电压V1的变更后的值。该数据也可以对根据第1测量值得到的电压V10以及电流I10和根据第2测量值得到的电压V11以及电流I11的组合跟应输电的电压V1之间的对应关系进行规定。在该情况下，控制电路140能够在不进行算式(10)至算式(12)的运算的情况下，通过参照该数据并根据V10、I10、V11、I11的组合来确定应输电的电压V1。
控制电路140参照该数据并根据以下两个实效值的组合来估计互感Lm等受电参数，该两个实效值分别是：根据第1测量值得到的电压的实效值V10以及电流的实效值I10；以及根据第2测量值得到的电压的实效值V11以及电流的实效值I11。
在存储器143中也可以存储有对移动体200中的电压V2与蓄电元件245的充电量之间的关系进行规定的数据。控制电路140能够参照该数据并根据电压V2估计蓄电元件245的充电量。控制电路140能够进行当充电量为基准值以上时停止从输电装置100向移动体200供电之类的控制。
控制电路140例如按照每个周期T1估计受电参数。周期T1例如能够被设定为数毫秒(ms)至数秒左右的范围的值。在某个例中，周期T1能够被设定为100ms左右的时间。在参数的估计值从上一次估计时的值发生了变化的情况下，控制电路140改变从逆变电路120输出的电压V1，在除此以外的情况下，维持电压V1。能够根据本次的估计值与上一次的估计值之差或变化率是否超过规定的阈值来确定确定参数的估计值是否发生了变化。例如，控制电路140只在估计出的互感Lm等参数的值与上一次估计时的相同的参数的值之差或变化率超过阈值的情况下改变电压V1。
以下，参照图12对本实施方式中的输电时的参数估计处理进行说明。图12是示出本实施方式中的输电时的动作的流程图。控制电路140在估计受电装置的状态时，首先使逆变电路120输出具有第1电压值的交流电力(步骤S101)。在本实施方式中，第1电压值是已进行的输电中的交流电压的实效值。控制电路140在该状态下获得通过测量器130测量到的第1测量值(步骤S102)。第1测量值相当于前述的V10以及I10。由于V10以及I10是实效值，因此在从测量器130输出的测量值是瞬时值的情况下，控制电路140进行必要的运算而得到电压的实效值V10以及电流的实效值I10。
接着，控制电路140使逆变电路120输出具有与第1电压值不同的第2电压值的交流电力(步骤S103)。即，将输电电压V1变更为与当前为止的第1电压值不同的第2电压值。第2电压值被设定为与第1电压值之间的差小于噪声分量的大小的值。例如，第2电压值能够被设定为第1电压值的一半左右的值。第2电压值也可以被设定为比第1电压值大的值。
控制电路140在该状态下获得电压以及电流的第2测量值(步骤S104)。第2测量值相当于前述的V11以及I11。由于V11以及I11是实效值，因此在从测量器130输出的测量值是瞬时值的情况下，控制电路140进行必要的运算而得到电压的实效值V11以及电流的实效值I11。
接着，控制电路140通过利用第1测量值(V10、I10)以及第2测量值(V11、I11)的运算而计算表示受电装置的状态的参数Lm、V2、I2(步骤S105)。利用前述算式(10)～(12)进行该计算。接下来，控制电路140参照存储器143中存储的表等数据并根据估计出的参数Lm、V2、I2的值来确定使逆变电路120输出的交流电力的第3电压值(步骤S106)。控制电路140使逆变电路120输出具有第3电压值的交流电力而继续输电(步骤S107)。之后，控制电路140判断是否从上一次测量起经过了时间T1(步骤S108)。在经过了时间T1的情况下，再次执行步骤S102至S107的动作。此时，之前的第3电压值作为新的第1电压值来处理。每次处理中的第1至第3电压值能够是与上一次的值不同的值。
在估计出的参数Lm、V2、I2的值未从上一次的值发生变化的情况下，第3电压值被设定为与第1电压值相同的值。另一方面，在估计出的参数Lm、V2、I2的值从上一次的值发生了变化的情况下，第3电压值被设定为与第1电压值不同的值。
图13A是示出逆变电路120的输出电压V1的时间变化的一例的图。在图13A的例中，在第一次估计之后，电压V1未发生变化，即第3电压值被设定为与第1电压值相同的值。另一方面，在第二次以及第三次估计之后，电压V1发生变化，即第3电压值被设定为与第1电压值不同的值。
如图13A所示，设步骤S102中的第1测量值(V10、I10)的获得所需的时间为ta。设步骤S104中的第2测量值(V11、I11)的获得所需的时间为tb。设步骤S105以及S106中的参数估计以及第3电压值的确定所需的时间为tc。在图13A的例中，在获得第1测量值之后到确定第3电压值为止的时间tb+tc内，控制电路140将电压V1设定为第2电压值。不限定于该例，控制电路140也可以在获得第2测量值之后，在使电压V1暂时恢复为第1测量值之后，进行步骤S105以及S106的动作。图13B示出了这样的动作的例。在图13B所示的例中，电压V1被设定为第2测量值的时间是tb，在之后的时间tc进行受电装置的参数的估计以及第3电压值的确定。
上述的估计方法还能够适用于开始向移动体200供电时以及供电中的任一方。
＜受电参数的实时估计＞
在上述的例中，例如图13A所示，从根据两次测量的受电参数的估计到再次开始两次测量为止，从逆变电路120输出的交流电力的电压值保持恒定。只要按照更短的周期T1估计受电参数，并变更为从逆变电路120输出的交流电力的电压值，则能够更加仔细地控制移动体200的动作。但是，在两次测量以及受电参数的估计时，需要ta+tb+tc的时间。并且，若频繁地设成第2状态，则有可能影响移动体200的动作。
因此，也可以按照比较长的周期T1进行根据两次测量的受电参数的估计，而且按照较短的周期T2进行根据一次测量的受电参数的估计。周期T2比周期T1短，例如T2/T1能够被设定为1/1000以上且1/10以下。T1例如能够是T2的整数倍。在某个例中，周期T1是100ms左右，周期T2被设定为1ms左右。在以下说明中，将以周期T2这样的充分短的时间间隔进行的受电参数的估计称作实时估计。
图14A是示出根据两次测量的估计和实时估计的时刻的例的图。在图14A中，将根据两次测量的估计称作估计1，将根据一次测量的估计(实时估计)称作估计2。如图示那样，估计2以比估计1高的频度执行。
在实时估计中，在输电中移动体200移动的情况下和静止的情况下适用不同的方法。在移动体200移动的情况下，由于输电线圈与受电线圈的相对位置发生变化，因此互感Lm有可能发生变化。另一方面，在时间T2期间，受电电压V2并未大幅改变。因此，能够利用将算式(5)变形而得的以下算式(13)，并假设V2恒定来只对互感Lm进行实时估计。
[算式13]
Figure BDA0002293217320000191
在算式(13)中，V1以及I1根据通过测量器130a、130b的实时测量而得到。V2是在进行实时估计之前通过算式(11)的运算而得到的值。控制电路140能够按照每个周期T2利用算式(13)而实时估计Lm。在该情况下，按照每个周期T1对变化较小的V2进行估计，按照每个更短的周期T2对变化较大的Lm进行估计。
在该例中，当受电装置相对于输电装置100移动时，控制电路140执行第1处理，该第1处理中按照每个周期T1，通过利用第1以及第2测量值的运算而对互感Lm以及从受电线圈输出的电压V2进行估计。然后，按照每个比周期T1短的周期T2利用在上一次的第1处理中估计出的电压V2的值，并通过算式(13)的运算而估计互感Lm。能够通过传感器150检测受电装置相对于输电装置100的移动。
在输电中移动体200停止的情况下，虽然互感Lm不发生变化，但是受电电压V2有可能发生变化。尤其是在开始输电时蓄电元件245中的充电量为大致零的情况下，V2有可能大幅改变。因此，在移动体200停止的情况下，能够假设Lm恒定，利用与算式(11)相同的以下算式(14)来只对V2进行实时估计。
[算式14]
Figure BDA0002293217320000201
在算式(14)中，V1以及I1根据通过测量器130a、130b的实时测量而得到。Lm是在进行实时估计之前通过算式(10)的运算而得到的值。控制电路140能够按照每个周期T2利用算式(14)而实施估计V2。在该情况下，按照每个周期T1对变化较小的Lm进行估计，按照每个更短的周期T2对变化较大的V2进行估计。
在该例中，当受电装置相对于输电装置100静止时，控制电路140执行如下的第1处理：按照每个周期T1，通过利用第1以及第2测量值的运算而对互感Lm以及从所述受电线圈输出的电压V2进行估计。然后，控制电路140按照每个比周期T1短的周期T2，利用在上一次的第1处理中估计出的互感Lm的值，并通过算式(14)的运算来估计所述电压V2。能够通过传感器150检测出受电装置相对于输电装置100静止。
这样，在实时估计中，假设Lm、V2以及I2等受电参数中的变化较小的参数恒定，实时估计除此以外的变化较大的参数。变化较小的参数使用根据在开始实时估计之前进行的两次测量而得到的估计参数。
图14B是示出按照周期T2进行实时估计来控制电压V1时的电压V1的时间变化的一例的图。如图示那样，该例中的控制电路140根据通过实时估计而估计出的受电参数，并按照每个周期T2确定从逆变电路120输出的交流电力的电压值。当上一次估计出的参数与重新估计出的参数之差或变化率超过规定的值时，控制电路140变更电压V1。由此，能够更仔细地控制移动体200的动作。
图15是示出将按照每个周期T1进行的根据两次测量的估计和按照每个周期T2进行的实时估计组合起来的动作的一例的流程图。图15中的步骤S202至S205表示根据两次测量的估计处理。步骤S211至S214表示实时估计处理。
该例中的控制电路140按照每个比周期T1短的周期T2执行步骤S211至S214的实时估计处理。控制电路140在步骤S211中判断是否从上一次的实时估计处理的开始起经过了时间T2。在该判断为是的情况下，控制电路140在步骤S212中获得通过测量器测量到的电压以及电流的测量值V1、I1。在步骤S213中，控制电路140估计受电参数。如前述那样，在移动体200移动的情况下，假设受电电压V2恒定，并通过算式(13)的运算而估计互感Lm。相反，在移动体200静止的情况下，假设互感Lm恒定，通过算式(14)的运算而估计受电电压V2。控制电路140在步骤S214中根据估计出的受电参数并参照表等来确定下一次应设定的输电电压V1的值。
控制电路140从上一次的步骤S202起经过时间T1为止，重复步骤S211至S214。若经过时间T1，则执行步骤S202至S205，确定输电电压V1的更新值。由于步骤S202至S205的处理与参照图12说明的处理相同，因此省略说明。
通过以上的动作，能够在输电中不进行与受电装置之间的通信的情况下以较高的频度进行受电参数的估计。
＜电流以及电压的转换＞
在上述的估计方法中使用的电压的实效值V1以及电流的实效值I1是具有角频率ω的正弦波信号的实效值。但是，从逆变电路120输出的电压并不限于正弦波，还有时为矩形波。在这样的情况下，控制电路140在适当地转换通过测量器130测量到的值之后，进行前述的运算。
从逆变电路120输出的电压的波形能够是矩形波。另一方面，从逆变电路120输出的电流的波形能够考虑为大致正弦波。上述电压是具有最大值V1m以及最小值-V1m的周期2π/ω的矩形波。设从测量器130a得到的电压的实效值为V1m，设从测量器130b得到的电流的实效值为I1m。
无法将矩形波的电压的实效值V1m直接用作正弦波的电压的实效值V1。需要对矩形波进行傅里叶(Fourier)级数展开，导出具有角频率ω的正弦波的分量的项21/2V1×sin(ωt+θ)的系数V1。由此可知，只要设成V1＝((2×21/2)/π)V1m即可。另一方面，由于从逆变电路120输出的电流作为正弦波来处理，因此能够设成I1＝I1m。
对受电装置中的蓄电元件145的直流电压值V2dc以及直流电流值I2dc和来自受电谐振器的输出电压的实效值V2以及输出电流的实效值I2的换算进行说明。
如图4以及图9所示，从受电谐振器210输出的交流电力借助整流器220以及电容器230而作为直流电力蓄电于蓄电元件245。在蓄电元件245中，直流电压值被估计为V2dc＝(π/(2×21/2))V2，直流电流值被估计为I2dc＝((2×21/2)/π)I2。因而，在估计V2dc、I2dc而不是估计V2、I2来进行输电控制的情况下，控制电路140只要根据上述算式将V2、I2转换为V2dc、I2dc即可。
测量器130a、130b的配置或蓄电元件245的局部结构也可以与本实施方式中的结构不同。即使在该情况下，也能够通过利用适当的算式对测量到的电压的实效值以及电流的实效值进行换算来适用本实施方式中的处理。
图16A至图16C示出了电压测量器130a以及电流测量器130b的配置的其他例。图16A是示出电压测量器130a连接于DC电源50与逆变电路120之间的例的示意图。图16B是示出电流测量器130b连接于DC电源50与逆变电路120之间的例的示意图。图16C是示出电压测量器130a以及电流测量器130b这两者连接于DC电源50与逆变电路120之间的例的示意图。
在图16A的例中，电压测量器130a对输入到逆变电路120的电压进行测量。能够利用从电压测量器130a得到的电压的实效值V1m，并通过V1＝((2×21/2)/π)V1m的运算而得到从逆变电路120输出的交流电压的实效值。
在图16B的例中，电流测量器130b对输入到逆变电路120的电流进行测量。能够利用从电流测量器130b得到的电流的实效值I1m，并通过I1＝(π/(2×21/2))I1m的运算而得到从逆变电路120输出的交流电流的实效值。
在图16C的例中，电压测量器130a以及电流测量器130b分别对输入到逆变电路120的电压以及电流进行测量。在该例中，能够通过V1＝((2×21/2)/π)V1m的运算而得到从逆变电路120输出的交流电压的实效值，能够通过I1＝(π/(2×21/2))I1m的运算而得到交流电流的实效值。
图17A是示出DC-DC转换器250连接于电容器230与蓄电元件245之间的例的示意图。图17B是示出在图17A的结构中代替蓄电元件245而配置有马达等负载电阻240的例的示意图。在这些例中，也可以根据从DC-DC转换器250输出的直流电力的电压以及电流进行输电控制。在该情况下，控制电路140根据通过前述的处理而计算出的V2、I2的值而计算从DC-DC转换器250输出的电压以及电流。在DC-DC转换器250的占空比D恒定的情况下，在蓄电元件245或负载电阻240中，直流电压值被估计为V2dc＝(π/(2×21/2))V2D。直流电流值被估计为I2dc＝((2×21/2)/π)I2/D。
＜效果＞
根据本实施方式，能够在不进行从受电装置到输电装置100的通信的情况下根据受电装置的位置、阻抗等状态适当地控制传输电力。因此，能够排除例如在工厂或道路等使用环境中产生的通信干扰等影响。并且，还不产生因通信前的连接以及认证引起的时间损耗。而且，由于无需在无线输电装置100以及移动体200这两者中搭载无线设备，因此能够实现***的维护性的提高和小型化以及低成本化。
输电装置以及受电装置也可以为了与输电中的反馈控制不同的目的而搭载通信设备。例如，在开始输电之前为了进行输电装置与受电装置的对齐而进行通信的方式也包含于本公开。
上述说明中的根据算式(10)～(12)、(13)、(14)的处理是例示，能够适当地变形来利用。例如，也可以为了误差变小而根据需要校正算式来利用。
产业上的可利用性
本公开的技术能够适用于例如相对于无人搬运车(AGV)等移动体的无线电力传输***。本公开的技术还能够适用于其他工业机械、多轴飞行器、服务机器人等。
符号说明
50……直流(DC)电源 100……无线输电装置 105……输电线圈单元 110……输电谐振器 112……输电线圈 112a……第1上侧部分 112b……第1下侧部分 112c……第1矩形面 120……逆变电路 130……电流测量器 140……控制电路 142……控制IC143……存储器 144……栅极驱动器 150……传感器 200……移动体 205……受电线圈单元 207……驱动轮 210……受电谐振器 212……受电线圈 212a……第2上侧部分212b……第2下侧部分 212c……第2矩形面 220……整流器 230……电容器 240……马达等负载电阻 245……蓄电元件 250……DC-DC转换器。

Claims (14)

1.一种输电装置，其以无线方式向具有受电谐振器的受电装置传输电力，
所述输电装置具有：
逆变电路；
输电谐振器，其与所述逆变电路连接；
测量器，其对输入到所述逆变电路的电压以及从所述逆变电路输出的电压中的一方以及输入到所述逆变电路的电流以及从所述逆变电路输出的电流中的一方进行测量；以及
控制电路，其对所述逆变电路进行控制，
所述控制电路进行以下处理：
在使所述逆变电路输出具有第1电压值的交流电力而从所述输电谐振器向所述受电谐振器进行输电的状态下，获得通过所述测量器测量到的电压以及电流的第1测量值，
在将从所述逆变电路输出的所述交流电力的电压值变更为与所述第1电压值不同的第2电压值的状态下，获得通过所述测量器测量到的电压以及电流的第2测量值，
通过包含利用所述第1测量值以及第2测量值的运算的处理而确定第3电压值，
使所述逆变电路输出具有所述第3电压值的交流电力而继续输电。
2.根据权利要求1所述的输电装置，其中，
所述控制电路通过利用所述第1测量值以及第2测量值的所述运算而估计表示所述受电装置的状态的一个以上的参数的值，
参照对所述一个以上的参数的值与应从所述逆变电路输出的电压的值之间的对应关系进行规定的数据，并根据估计出的所述参数的值而确定所述第3电压值。
3.根据权利要求2所述的输电装置，其中，
所述控制电路进行以下处理：
按照每个周期T1执行所述第1测量值以及第2测量值的获得以及所述第3电压值的确定，
当根据所述第1测量值以及第2测量值而估计的表示所述受电装置的状态的所述一个以上的参数的值从上一次估计时的所述参数的值发生了变化时，将所述第3电压值设定为与所述第1电压值不同的值，
当所述参数的值与上一次估计时的所述参数的值相同时，将所述第3电压值设定为与所述第1电压值相同的值。
4.根据权利要求2或3所述的输电装置，其中，
所述一个以上的参数包含所述输电谐振器中所包含的输电线圈与所述受电谐振器中所包含的受电线圈之间的互感、从所述受电谐振器输出的电压、从所述受电谐振器输出的电流以及从所述受电谐振器输出的电力中的至少一个。
5.根据权利要求4所述的输电装置，其中，
所述一个以上的参数包含所述互感，
在设根据所述第1测量值而得到的从所述逆变电路输出的电压以及电流的实效值分别为V10以及I10、
设根据所述第2测量值而得到的从所述逆变电路输出的电压以及电流的实效值分别为V11以及I11、
设所述互感为Lm、
设所述输电谐振器的电阻值为R1、
设所述受电谐振器的电阻值为R2、
设所述逆变电路的驱动角频率为ω时，
所述控制电路通过以下算式1的运算而估计所述互感Lm，
[算式1]
Figure FDA0002293217310000021
6.根据权利要求5所述的输电装置，其中，
所述一个以上的参数包含从所述受电谐振器输出的电压以及从所述受电谐振器输出的电流中的至少一方，
在设从所述受电谐振器输出的电压为V2、
设从所述受电谐振器输出的电流为I2时，
所述控制电路通过以下算式2或算式3的运算而估计所述电压V2以及所述电流I1中的所述至少一方，
[算式2]
Figure FDA0002293217310000031
[算式3]
Figure FDA0002293217310000032
7.根据权利要求6所述的输电装置，其中，
在所述受电装置相对于所述输电装置移动时，
所述控制电路执行如下的第1处理：按照每个周期T1，通过利用所述第1测量值以及第2测量值的所述运算，对所述互感Lm以及从所述受电谐振器输出的电压V2进行估计，
所述控制电路按照每个比所述周期T1短的周期T2，利用在上一次的所述第1处理中估计出的所述电压V2的值，并通过以下算式4的运算而估计所述互感Lm，
[算式4]
8.根据权利要求6或7所述的输电装置，其中，
在所述受电装置相对于所述输电装置静止时，
所述控制电路执行如下的第1处理：按照每个周期T1，通过利用所述第1测量值以及第2测量值的所述运算，对所述互感Lm以及从所述受电谐振器输出的电压V2进行估计，
所述控制电路按照每个比所述周期T1短的周期T2，利用在上一次的所述第1处理中估计出的所述互感Lm的值，并通过以下算式5的运算而估计所述电压V2，
[算式5]
Figure FDA0002293217310000034
9.根据权利要求1至8中任意一项所述的输电装置，其中，
所述输电装置还具有传感器，所述传感器检测所述受电装置是否相对于所述输电装置移动。
10.根据权利要求1至9中任意一项所述的输电装置，其中，
所述受电装置是移动体。
11.根据权利要求1至10中任意一项所述的输电装置，其中，
所述逆变电路具有多个开关元件，
所述控制电路向所述多个开关元件中的各个开关元件提供确定导通/非导通的状态的脉冲信号，通过调整所述脉冲信号的占空比来对从所述逆变电路输出的所述交流电力的电压值进行控制。
12.一种无线电力传输***，其具有：
权利要求1至11中任意一项所述的输电装置；以及
所述受电装置。
13.一种控制装置，其具有权利要求1至11中任意一项所述的输电装置中的所述控制电路。
14.一种程序，其在以无线方式向具有受电谐振器的受电装置传输电力的输电装置中使用，
所述输电装置具有：
逆变电路；
输电谐振器，其与所述逆变电路连接；
测量器，其对输入到所述逆变电路的电压以及从所述逆变电路输出的电压中的一方以及输入到所述逆变电路的电流以及从所述逆变电路输出的电流中的一方进行测量；以及
控制电路，其对所述逆变电路进行控制，
所述程序使所述控制电路执行以下动作：
在使所述逆变电路输出具有第1电压值的交流电力而从所述输电谐振器向所述受电谐振器进行输电的状态下，获得通过所述测量器测量到的电压以及电流的第1测量值，
在将从所述逆变电路输出的所述交流电力的电压值变更为与所述第1电压值不同的第2电压值的状态下，获得通过所述测量器测量到的电压以及电流的第2测量值，
通过包含利用所述第1测量值以及第2测量值的运算的处理而确定第3电压值，
使所述逆变电路输出具有所述第3电压值的交流电力而继续输电。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115021429A (zh) * 2022-07-05 2022-09-06 深圳市好斯美科技有限公司 一种判断无线接收设备介入互感自动开机控制方法

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7234759B2 (ja) * 2019-04-10 2023-03-08 株式会社デンソー 非接触給電システム
JP2023005860A (ja) * 2021-06-29 2023-01-18 京セラ株式会社 電子機器、ワイヤレス電力伝送システム、制御方法及び制御プログラム
DE102021124121A1 (de) * 2021-09-17 2023-03-23 Beckhoff Automation Gmbh Energieübertragung in einem linearen Transportsystem

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015018334A1 (en) * 2013-08-06 2015-02-12 The University Of Hong Kong Methods for parameter identification, load monitoring and output power control in wireless power transfer systems
US20150303714A1 (en) * 2014-04-18 2015-10-22 Qualcomm Incorporated Devices, systems, and method for power control of dynamic electric vehicle charging systems
WO2016191999A1 (en) * 2015-06-01 2016-12-08 The University Of Hong Kong Fast method for identifying coil misalignment/mutualcoupling in wireless charging systems
CN106340974A (zh) * 2016-09-21 2017-01-18 西安交通大学 应用于无线电能传输原边控制的阻感性负载在线识别算法
CN106410978A (zh) * 2016-11-24 2017-02-15 浙江大学 一种无线电能传输***中耦合线圈互感系数的在线测量方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5732870B2 (ja) * 2011-01-25 2015-06-10 株式会社明電舎 非接触給電装置および非接触給電方法
JP6221460B2 (ja) * 2013-07-25 2017-11-01 日産自動車株式会社 非接触給電装置及び非接触給電システム
JP6242311B2 (ja) * 2013-10-29 2017-12-06 パナソニック株式会社 無線送電装置及び無線電力伝送システム
WO2017017768A1 (ja) * 2015-07-27 2017-02-02 株式会社 東芝 無線電力伝送装置および制御装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015018334A1 (en) * 2013-08-06 2015-02-12 The University Of Hong Kong Methods for parameter identification, load monitoring and output power control in wireless power transfer systems
US20150303714A1 (en) * 2014-04-18 2015-10-22 Qualcomm Incorporated Devices, systems, and method for power control of dynamic electric vehicle charging systems
WO2016191999A1 (en) * 2015-06-01 2016-12-08 The University Of Hong Kong Fast method for identifying coil misalignment/mutualcoupling in wireless charging systems
CN106340974A (zh) * 2016-09-21 2017-01-18 西安交通大学 应用于无线电能传输原边控制的阻感性负载在线识别算法
CN106410978A (zh) * 2016-11-24 2017-02-15 浙江大学 一种无线电能传输***中耦合线圈互感系数的在线测量方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115021429A (zh) * 2022-07-05 2022-09-06 深圳市好斯美科技有限公司 一种判断无线接收设备介入互感自动开机控制方法

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