JP2017041921A - Power transmission device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、送電機器に係り、詳しくは電源コードや送電ケーブルを用いない非接触電力伝送装置の送電機器に関する。 The present invention relates to a power transmission device, and more particularly to a power transmission device of a non-contact power transmission apparatus that does not use a power cord or a power transmission cable.
従来から、電源コードや送電ケーブルを用いない非接触電力伝送装置として、例えば、磁場共鳴を用いたものが知られている。非接触電力伝送装置は、交流電源と、交流電源から交流電力が入力される１次側コイルとを有する送電機器を備えている。また、非接触電力伝送装置は、１次側コイルと磁場共鳴可能な２次側コイルを有する受電機器を備えている。そして、１次側コイルと２次側コイルとが磁場共鳴することにより、送電機器から受電機器に交流電力が伝送される。 2. Description of the Related Art Conventionally, as a non-contact power transmission device that does not use a power cord or a power transmission cable, for example, a device using magnetic field resonance is known. The non-contact power transmission device includes a power transmission device having an AC power source and a primary coil to which AC power is input from the AC power source. The non-contact power transmission apparatus includes a power receiving device having a primary side coil and a secondary side coil capable of magnetic field resonance. Then, AC power is transmitted from the power transmitting device to the power receiving device due to magnetic field resonance between the primary side coil and the secondary side coil.
非接触電力伝送装置で、例えば、数ｋＷの電力を伝送する場合、１次側コイルと２次側コイルの位置関係の変動により、送電機器の電源の出力インピーダンスが数Ω〜数十Ωまで変動する。１次側コイルと２次側コイルの位置ズレにより、ＤＣ／ＡＣ変換部からの出力電圧と出力電流との位相状態が変化して電力損失が発生する。電力損失が発生すると送電機器の電源が発熱する。 For example, when transmitting several kW of power with a non-contact power transmission device, the output impedance of the power supply of the power transmission device varies from several Ω to several tens of Ω due to variations in the positional relationship between the primary coil and the secondary coil. To do. Due to the positional deviation between the primary side coil and the secondary side coil, the phase state between the output voltage and the output current from the DC / AC converter changes and power loss occurs. When power loss occurs, the power source of the power transmission equipment generates heat.
特許文献１には、電力伝送を行っている状況において、周波数の変動に起因した交流電源の異常を回避することができる非接触電力伝送装置の送電機器が提案されている。特許文献１の送電機器は、交流電力を出力可能な交流電源と、前記交流電力が入力される１次側コイルと、を備えている。そして、交流電源は、２次側コイルを有する受電機器に対して非接触で交流電力を送電するため、交流電源が交流電力を出力している状況において、交流電力の周波数が予め定められた許容範囲から外れた場合に、交流電力の出力が停止されるか、又は交流電力の電力値が小さくなるように制御される。 Patent Document 1 proposes a power transmission device of a non-contact power transmission device that can avoid an abnormality of an AC power source due to frequency fluctuation in a situation where power transmission is performed. The power transmission device of Patent Document 1 includes an AC power source capable of outputting AC power and a primary coil to which the AC power is input. The AC power source transmits AC power in a non-contact manner to the power receiving device having the secondary coil, and therefore the AC power frequency is determined in advance in a situation where the AC power source outputs AC power. When the power is out of the range, the output of the AC power is stopped or the power value of the AC power is controlled to be small.
特許文献１では、交流電源が出力している交流電力の周波数が予め定められた許容範囲から外れたか否かを判断するために、交流電力の周波数を測定する周波数測定器が必要になる。また、交流電力の周波数が予め定められた許容範囲から外れた場合に、交流電力の出力を継続するためには、交流電力の電力値が小さくなるように制御を行う必要があり、電力値を測定する測定装置（電力計）が必要になる。 In Patent Document 1, in order to determine whether or not the frequency of the AC power output from the AC power source is out of a predetermined allowable range, a frequency measuring device that measures the frequency of the AC power is required. In addition, when the frequency of the AC power deviates from a predetermined allowable range, in order to continue the output of the AC power, it is necessary to perform control so that the power value of the AC power becomes small. A measuring device (wattmeter) to measure is required.
本発明は、前記の問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、簡単なセンサを設けるだけで、共鳴系の共鳴状態に影響する１次側コイルと２次側コイルとの位置ズレ等に対応して、ＤＣ／ＡＣ変換部の損失を低減した制御を行うことができる送電機器を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a positional shift between the primary side coil and the secondary side coil that affects the resonance state of the resonance system only by providing a simple sensor. It is providing the power transmission apparatus which can perform control which reduced the loss of the DC / AC conversion part.
上記課題を解決する送電機器は、外部電力を予め定められた電圧値の直流電力に変換する外部電力変換部と、前記直流電力を予め定められた周波数の交流電力に変換するＤＣ／ＡＣ変換部とを有する交流電源と、前記交流電力が入力される１次側コイルと、前記交流電源の出力電力値の可変制御を含む前記交流電源の制御を行う制御部と、を備え、前記１次側コイルから、２次側コイル及び負荷を有する受電機器の前記２次側コイルに対して非接触で前記交流電力を送電可能な送電機器において、前記ＤＣ／ＡＣ変換部は、互いに直列に接続された２つのスイッチング素子を有するハーフブリッジ回路を２つ含むフルブリッジ回路を備え、前記ＤＣ／ＡＣ変換部は、前記スイッチング素子の温度を検知する温度検知部を備え、前記制御部は、前記温度検知部により検知した前記スイッチング素子の温度が予め設定された温度より高い場合に、温度が低くなるように前記ＤＣ／ＡＣ変換部の発振周波数を調整する。ここで、「予め設定された温度」とは、１点の温度ではなく、損失として支障のない範囲の温度を含む。 A power transmission device that solves the above problems includes an external power conversion unit that converts external power to DC power having a predetermined voltage value, and a DC / AC conversion unit that converts the DC power to AC power having a predetermined frequency. A primary side coil to which the AC power is input, and a control unit that controls the AC power including variable control of an output power value of the AC power, and the primary side In the power transmission device capable of transmitting the AC power in a non-contact manner from the coil to the secondary coil of the power receiving device having a secondary coil and a load, the DC / AC converters are connected in series with each other A full-bridge circuit including two half-bridge circuits having two switching elements, the DC / AC conversion unit includes a temperature detection unit that detects the temperature of the switching element, and the control unit includes: When the temperature of the switching element has been detected by the serial temperature detector is higher than a preset temperature, the temperature is to adjust an oscillation frequency of the DC / AC conversion unit so as to be lower. Here, the “preset temperature” includes not a single temperature but a temperature in a range where there is no problem as a loss.
本発明は、ＤＣ／ＡＣ変換部の位相状態に応じて、ＤＣ／ＡＣ変換部における電力損失が異なるという知見に基づいてなされた。詳述すると、ＤＣ／ＡＣ変換部からの出力電圧と出力電流との位相状態として、出力電圧に対して出力電流が進んでいる位相進みの状態における損失と、出力電圧に対して出力電流が遅れている位相遅れの状態における損失では、位相進みの状態における損失の方が大きいという知見に基づいてなされた。 The present invention has been made based on the knowledge that the power loss in the DC / AC converter varies depending on the phase state of the DC / AC converter. More specifically, as the phase state of the output voltage and output current from the DC / AC converter, the loss in the phase advance state where the output current is advanced with respect to the output voltage, and the output current is delayed with respect to the output voltage The loss in the phase lag state is based on the knowledge that the loss in the phase advance state is larger.
本発明では、温度検知部によりＤＣ／ＡＣ変換部を構成するスイッチング素子の温度が予め設定された温度より高い場合は、ＤＣ／ＡＣ変換部の位相進みの状態を軽減させるように、具体的にはＤＣ／ＡＣ変換部の発振周波数を増加させるようにスイッチング素子のスイッチングを制御（調整）する。したがって、簡単なセンサを設けるだけで、共鳴系の共鳴状態に影響する１次側コイルと２次側コイルとの位置ズレ等に対応して、ＤＣ／ＡＣ変換部の損失を低減した制御を行うことができる。 In the present invention, when the temperature of the switching element constituting the DC / AC conversion unit is higher than a preset temperature by the temperature detection unit, the phase advance state of the DC / AC conversion unit is specifically reduced. Controls (adjusts) the switching of the switching element so as to increase the oscillation frequency of the DC / AC converter. Therefore, by simply providing a simple sensor, control is performed with reduced loss of the DC / AC converter in response to a positional deviation between the primary side coil and the secondary side coil that affects the resonance state of the resonance system. be able to.
前記温度検知部は、各ハーフブリッジ回路の温度を検知可能であり、前記制御部は、各ハーフブリッジ回路の温度差に応じて、前記ＤＣ／ＡＣ変換部の発振周波数を調整することが好ましい。小電力の電力伝送時において、１次側コイル及び２次側コイルの位置ズレなどによる位相進みの状態における各ハーフブリッジ回路の温度と、位相０の状態の温度との差は小さいため、いずれか一方のハーフブリッジ回路の温度を検知しても位相進みの状態か否かの判断は難しい。しかし、電力伝送時における２つのハーフブリッジ回路の温度差は、小電力出力であっても発生する。したがって、この発明の構成では、小電力出力であっても、ＤＣ／ＡＣ変換部の発振周波数を調整することができる。 Preferably, the temperature detection unit can detect the temperature of each half bridge circuit, and the control unit adjusts the oscillation frequency of the DC / AC conversion unit according to a temperature difference between the half bridge circuits. Since the difference between the temperature of each half-bridge circuit in the phase advance state due to the positional deviation of the primary side coil and the secondary side coil and the temperature in the phase 0 state is small at the time of low power transmission, either Even if the temperature of one half-bridge circuit is detected, it is difficult to determine whether or not the phase is advanced. However, the temperature difference between the two half bridge circuits during power transmission occurs even with a small power output. Therefore, in the configuration of the present invention, the oscillation frequency of the DC / AC converter can be adjusted even with a low power output.
前記温度検知部は、固定相とシフト相の各ハーフブリッジ回路の温度を検知可能であり、前記制御部は、各ハーフブリッジ回路の温度差に応じて、前記ＤＣ／ＡＣ変換部をフェーズシフト方式で制御することが好ましい。この構成では、周波数の調整が容易になる。 The temperature detection unit is capable of detecting the temperature of each half-bridge circuit of the stationary phase and the shift phase, and the control unit is configured to phase-convert the DC / AC conversion unit according to the temperature difference between the half-bridge circuits. It is preferable to control by. With this configuration, the frequency can be easily adjusted.
前記温度検知部は、前記フルブリッジ回路のハイサイド相とローサイド相の温度を検知可能であり、前記制御部は、前記ハイサイド相とローサイド相の温度差に応じて、前記ＤＣ／ＡＣ変換部をＰＷＭ方式で制御してもよい。この構成では、フェーズシフト式ではなくても、位相進みの状態を軽減させるようにスイッチング制御を行うことができる。 The temperature detector can detect the temperature of the high-side phase and the low-side phase of the full-bridge circuit, and the controller can detect the DC / AC converter according to a temperature difference between the high-side phase and the low-side phase. May be controlled by the PWM method. In this configuration, switching control can be performed so as to reduce the state of phase advance even if the phase shift type is not used.
前記制御部は、前記ＤＣ／ＡＣ変換部が小電力出力の状態において、前記各ハーフブリッジ回路の温度差が予め設定された値となるように、前記各ハーフブリッジ回路の前記スイッチング素子のスイッチング周波数を調整した後、前記ＤＣ／ＡＣ変換部から大電力を出力することが好ましい。電力伝送時における２つのハーフブリッジ回路の温度差は、小電力出力であっても発生する。小電力で電力伝送中にスイッチング周波数の調整を行うと、その間の損失は、大電力で電力伝送中にスイッチング周波数の調整を行う場合の損失に比べて小さくなる。この構成では、小電力で電力伝送中にスイッチング周波数の調整を行った後、大電力で電力伝送を行うため、スイッチング周波数の調整を行う間の電力損失を低減することができる。 The control unit is configured to switch the switching frequency of the switching element of each half bridge circuit so that a temperature difference between the half bridge circuits becomes a preset value when the DC / AC conversion unit is in a low power output state. It is preferable to output a large amount of power from the DC / AC converter after adjusting the power. The temperature difference between the two half-bridge circuits during power transmission occurs even with a small power output. When the switching frequency is adjusted during power transmission with low power, the loss during that time becomes smaller than the loss when the switching frequency is adjusted during power transmission with high power. In this configuration, after adjusting the switching frequency during power transmission with low power, power transmission is performed with high power, so that power loss during adjustment of the switching frequency can be reduced.
本発明によれば、簡単なセンサを設けるだけで、共鳴系の共鳴状態に影響する１次側コイルと２次側コイルとの位置ズレ等に対応して、ＤＣ／ＡＣ変換部の損失を低減した制御を行うことができる。 According to the present invention, the loss of the DC / AC converter is reduced by providing a simple sensor, corresponding to the positional deviation between the primary side coil and the secondary side coil that affects the resonance state of the resonance system. Control can be performed.
（第１の実施形態）
以下、本発明を具体化した第１の実施形態を図１〜図４にしたがって説明する。
図１に示すように、非接触電力伝送装置１０は、非接触で電力伝送が可能な送電機器１１及び受電機器２１を備えている。送電機器１１は地上に設けられており、受電機器２１は車両に搭載されている。
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 1, the non-contact power transmission apparatus 10 includes a power transmission device 11 and a power reception device 21 that can transmit power in a non-contact manner. The power transmission device 11 is provided on the ground, and the power receiving device 21 is mounted on the vehicle.
送電機器１１は、交流電力を出力する交流電源１２を備えている。交流電源１２は、予め定められた周波数の交流電力を出力可能に構成されている。詳述すると、交流電源１２は、系統電源Ｅから入力される外部電力としての系統電力を予め定められた電圧値の直流電力に変換する外部電力変換部としてのＡＣ／ＤＣ変換器１２ａと、前記直流電力を予め定められた周波数の交流電力に変換するＤＣ／ＡＣ変換部としてのＤＣ／ＲＦ変換器１２ｂとを備えている。すなわち、交流電源１２は、外部電力を予め定められた電圧値の直流電力に変換する外部電力変換部と、前記直流電力を予め定められた周波数の交流電力に変換するＤＣ／ＡＣ変換部とを有する。 The power transmission device 11 includes an AC power source 12 that outputs AC power. The AC power source 12 is configured to output AC power having a predetermined frequency. More specifically, the AC power supply 12 includes an AC / DC converter 12a as an external power conversion unit that converts system power as external power input from the system power supply E into DC power having a predetermined voltage value; And a DC / RF converter 12b serving as a DC / AC converter for converting DC power into AC power having a predetermined frequency. That is, the AC power supply 12 includes an external power conversion unit that converts external power into DC power having a predetermined voltage value, and a DC / AC conversion unit that converts the DC power into AC power having a predetermined frequency. Have.
交流電源１２から出力された交流電力は、非接触で受電機器２１に伝送され、受電機器２１に設けられた負荷としてのバッテリ２２の充電に用いられる。具体的には、非接触電力伝送装置１０は、送電機器１１及び受電機器２１間の電力伝送を行うものとして、送電機器１１に設けられた送電器１３と、受電機器２１に設けられた受電器２３とを備えている。送電機器１１は、送電機器１１に設けられた１次側インピーダンス変換器１４を介して、交流電源１２から出力された交流電力が送電器１３に入力されるように構成されている。受電機器２１は、受電器２３によって受電される交流電力を整流し、その整流された直流電力を出力する整流器２４を備えている。 The AC power output from the AC power supply 12 is transmitted to the power receiving device 21 in a non-contact manner and used for charging the battery 22 as a load provided in the power receiving device 21. Specifically, the non-contact power transmission apparatus 10 performs power transmission between the power transmission device 11 and the power reception device 21, and includes a power transmitter 13 provided in the power transmission device 11 and a power receiver provided in the power reception device 21. 23. The power transmission device 11 is configured such that AC power output from the AC power source 12 is input to the power transmitter 13 via a primary-side impedance converter 14 provided in the power transmission device 11. The power receiving device 21 includes a rectifier 24 that rectifies AC power received by the power receiver 23 and outputs the rectified DC power.
送電器１３及び受電器２３は同一の構成となっており、両者は磁場共鳴可能に構成されている。詳細には、送電器１３は、互いに並列に接続された１次側コイル１３ａ及び１次側コンデンサ１３ｂを含む共振回路を有している。受電器２３は、互いに並列に接続された２次側コイル２３ａ及び２次側コンデンサ２３ｂを含む共振回路を有している。両共振回路の共振周波数は同一に設定されている。すなわち、送電機器１１は、１次側コイル１３ａから、２次側コイル２３ａ及び負荷（バッテリ２２）を有する受電機器２１の２次側コイル２３ａに対して非接触で交流電力を送電可能に構成されている。 The power transmitter 13 and the power receiver 23 have the same configuration, and both are configured to be capable of magnetic field resonance. Specifically, the power transmitter 13 has a resonance circuit including a primary side coil 13a and a primary side capacitor 13b connected in parallel to each other. The power receiver 23 has a resonance circuit including a secondary coil 23a and a secondary capacitor 23b connected in parallel to each other. The resonant frequencies of both resonant circuits are set to be the same. That is, the power transmission device 11 is configured to be able to transmit AC power in a non-contact manner from the primary side coil 13a to the secondary side coil 23a of the power receiving device 21 having the secondary side coil 23a and a load (battery 22). ing.
交流電源１２から出力される交流電力の周波数は、送電器１３及び受電器２３間にて電力伝送が可能となるように、送電器１３及び受電器２３の共振周波数に対応させて設定されている。例えば、交流電力の周波数は、送電器１３及び受電器２３の共振周波数と同一に設定されている。なお、これに限られず、電力伝送が可能な範囲内で、交流電力の周波数と、送電器１３及び受電器２３の共振周波数とがずれていてもよい。 The frequency of the AC power output from the AC power supply 12 is set corresponding to the resonance frequency of the power transmitter 13 and the power receiver 23 so that power can be transmitted between the power transmitter 13 and the power receiver 23. . For example, the frequency of AC power is set to be the same as the resonance frequency of the power transmitter 13 and the power receiver 23. In addition, it is not restricted to this, The frequency of alternating current power and the resonant frequency of the power transmission device 13 and the power receiving device 23 may have shifted | deviated within the range which can be transmitted.
ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａは、図示しないスイッチング素子を有し、当該スイッチング素子を周期的にＯＮ／ＯＦＦさせることにより直流電力を出力する。
ＤＣ／ＲＦ変換器１２ｂは、互いに直列に接続された２つのスイッチング素子を有するハーフブリッジ回路を２つ含むフルブリッジ回路１２ｂａを備えている。詳述すると、フルブリッジ回路１２ｂａは、４つのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４を有し、各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４はｎ型のパワーＭＯＳＦＥＴで構成されている。各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４は、それぞれ、ボディダイオード（寄生ダイオード）Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４を有している。
The AC / DC converter 12a has a switching element (not shown), and outputs DC power by periodically turning the switching element ON / OFF.
The DC / RF converter 12b includes a full bridge circuit 12ba including two half bridge circuits each having two switching elements connected in series. More specifically, the full bridge circuit 12ba has four switching elements Q1 to Q4, and each switching element Q1 to Q4 is composed of an n-type power MOSFET. Each switching element Q1-Q4 has body diode (parasitic diode) D1, D2, D3, D4, respectively.
フルブリッジ回路１２ｂａは、互いに直列に接続された第１のスイッチング素子Ｑ１及び第２のスイッチング素子Ｑ２を有する第１のハーフブリッジ回路１２ｂｂと、互いに直列に接続された第３のスイッチング素子Ｑ３及び第４のスイッチング素子Ｑ４を有する第２のハーフブリッジ回路１２ｂｃとを含む。両ハーフブリッジ回路１２ｂｂ，１２ｂｃは並列に接続されている。第１のハーフブリッジ回路１２ｂｂはシフト相を構成し、第２のハーフブリッジ回路１２ｂｃは固定相を構成する。 The full bridge circuit 12ba includes a first half bridge circuit 12bb having a first switching element Q1 and a second switching element Q2 connected in series with each other, a third switching element Q3 and a second switching element Q3 connected in series with each other. And a second half-bridge circuit 12bc having four switching elements Q4. Both half-bridge circuits 12bb and 12bc are connected in parallel. The first half bridge circuit 12bb constitutes a shift phase, and the second half bridge circuit 12bc constitutes a stationary phase.
第１のスイッチング素子Ｑ１のドレインは、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａの正（＋）の出力端に接続されており、第２のスイッチング素子Ｑ２のソースは、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａの負（−）の出力端に接続されている。第１のスイッチング素子Ｑ１のソースと第２のスイッチング素子Ｑ２のドレインとは、接続線Ｌ１を介して接続されている。 The drain of the first switching element Q1 is connected to the positive (+) output terminal of the AC / DC converter 12a, and the source of the second switching element Q2 is the negative (−) of the AC / DC converter 12a. ) Is connected to the output terminal. The source of the first switching element Q1 and the drain of the second switching element Q2 are connected via a connection line L1.
同様に、第３のスイッチング素子Ｑ３のドレインは、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａの正（＋）の出力端に接続されており、第４のスイッチング素子Ｑ４のソースは、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａの負（−）の出力端に接続されている。第３のスイッチング素子Ｑ３のソースと第４のスイッチング素子Ｑ４のドレインとは、接続線Ｌ２を介して接続されている。 Similarly, the drain of the third switching element Q3 is connected to the positive (+) output terminal of the AC / DC converter 12a, and the source of the fourth switching element Q4 is connected to the AC / DC converter 12a. It is connected to the negative (-) output terminal. The source of the third switching element Q3 and the drain of the fourth switching element Q4 are connected via a connection line L2.
送電器１３の一方の入力端（１次側コイル１３ａの一端）は、１次側インピーダンス変換器１４を介して接続線Ｌ１に接続されている。送電器１３の他方の入力端（１次側コイル１３ａの他端）は、１次側インピーダンス変換器１４を介して接続線Ｌ２に接続されている。 One input end of the power transmitter 13 (one end of the primary side coil 13a) is connected to the connection line L1 via the primary side impedance converter 14. The other input end of the power transmitter 13 (the other end of the primary side coil 13a) is connected to the connection line L2 via the primary side impedance converter 14.
送電機器１１は、交流電源１２の出力電力値の可変制御を含む交流電源１２の制御を行う制御部としての送電側コントローラ１５を備えている。送電側コントローラ１５は、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａのスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ制御（スイッチング制御）を行う。また、ＤＣ／ＲＦ変換器１２ｂは、フルブリッジ回路１２ｂａ（詳細には両ハーフブリッジ回路１２ｂｂ，１２ｂｃ）を動作（駆動）させるドライバ回路１６を備えている。送電側コントローラ１５はドライバ回路１６を介してフルブリッジ回路１２ｂａのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のＯＮ／ＯＦＦ制御（スイッチング制御）を行う。 The power transmission device 11 includes a power transmission side controller 15 as a control unit that controls the AC power supply 12 including variable control of the output power value of the AC power supply 12. The power transmission side controller 15 performs ON / OFF control (switching control) of the switching element of the AC / DC converter 12a. The DC / RF converter 12b includes a driver circuit 16 that operates (drives) the full bridge circuit 12ba (specifically, both the half bridge circuits 12bb and 12bc). The power transmission side controller 15 performs ON / OFF control (switching control) of the switching elements Q1 to Q4 of the full bridge circuit 12ba via the driver circuit 16.
送電側コントローラ１５は、各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４の状態が、第１状態と第２状態とに交互に切り替わるようにスイッチング制御を行う。第１状態とは、第１のスイッチング素子Ｑ１及び第４のスイッチング素子Ｑ４がＯＮで、かつ、第２のスイッチング素子Ｑ２及び第３のスイッチング素子Ｑ３がＯＦＦの状態である。また、第２状態とは、第１のスイッチング素子Ｑ１及び第４のスイッチング素子Ｑ４がＯＦＦで、かつ、第２のスイッチング素子Ｑ２及び第３のスイッチング素子Ｑ３がＯＮの状態である。 The power transmission side controller 15 performs switching control so that the states of the switching elements Q1 to Q4 are alternately switched between the first state and the second state. The first state is a state in which the first switching element Q1 and the fourth switching element Q4 are ON, and the second switching element Q2 and the third switching element Q3 are OFF. The second state is a state in which the first switching element Q1 and the fourth switching element Q4 are OFF, and the second switching element Q2 and the third switching element Q3 are ON.
ＤＣ／ＲＦ変換器１２ｂは、スイッチング素子の温度を検知する温度検知部としての温度センサ１７を備えている。この実施形態では、温度センサ１７は、固定相である第２のハーフブリッジ回路１２ｂｃのスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４の温度を検知する位置に設けられている。温度センサ１７としては、例えば、サーミスタやダイオードを用いた公知の構成のものが使用される。 The DC / RF converter 12b includes a temperature sensor 17 as a temperature detection unit that detects the temperature of the switching element. In this embodiment, the temperature sensor 17 is provided at a position for detecting the temperature of the switching elements Q3 and Q4 of the second half bridge circuit 12bc which is a stationary phase. As the temperature sensor 17, for example, a sensor having a known configuration using a thermistor or a diode is used.
送電側コントローラ１５は、温度センサ１７の検知結果に基づいて第２のハーフブリッジ回路１２ｂｃの温度を把握する。送電側コントローラ１５は、温度センサ１７により検知したスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４の温度が、予め設定された温度より高い場合に、温度が低くなるように交流電源１２の発振周波数を調整する。 The power transmission side controller 15 grasps the temperature of the second half bridge circuit 12bc based on the detection result of the temperature sensor 17. The power transmission side controller 15 adjusts the oscillation frequency of the AC power supply 12 so that the temperature is lowered when the temperature of the switching elements Q3, Q4 detected by the temperature sensor 17 is higher than a preset temperature.
詳述すると、送電側コントローラ１５は、送電器１３及び受電器２３が適切な位置関係において交流電源１２から電力伝送が行われる際の第２のハーフブリッジ回路１２ｂｃの温度の値、すなわち基準となる温度の値をメモリに記憶している。なお、交流電源１２の温度は、交流電源１２から出力される電力の大きさによっても変化し、出力される電力が大きくなるとそれだけでスイッチング素子の温度が高くなる。そのため、基準となる温度は、出力電力を上げたことによる温度上昇を考慮して設定され、出力電力の大きさに対応して基準温度が設定される。 Specifically, the power transmission side controller 15 serves as a temperature value of the second half-bridge circuit 12bc when the power transmission 13 and the power receiver 23 are transmitted from the AC power supply 12 in an appropriate positional relationship, that is, a reference. The temperature value is stored in the memory. Note that the temperature of the AC power supply 12 also changes depending on the magnitude of the power output from the AC power supply 12, and the temperature of the switching element increases only when the output power increases. Therefore, the reference temperature is set in consideration of the temperature increase caused by increasing the output power, and the reference temperature is set corresponding to the magnitude of the output power.
送電機器１１から受電機器２１への非接触電力伝送が行われる際には、送電側コントローラ１５は、温度センサ１７により検知された第２のハーフブリッジ回路１２ｂｃの温度を把握する。送電側コントローラ１５は、第２のハーフブリッジ回路１２ｂｃの温度が、基準となる温度より高い場合には、第２のハーフブリッジ回路１２ｂｃの温度が低くなるように、ＤＣ／ＲＦ変換器１２ｂの発振周波数を大きくするように調整する。 When non-contact power transmission from the power transmission device 11 to the power reception device 21 is performed, the power transmission-side controller 15 grasps the temperature of the second half-bridge circuit 12bc detected by the temperature sensor 17. When the temperature of the second half bridge circuit 12bc is higher than the reference temperature, the power transmission side controller 15 oscillates the DC / RF converter 12b so that the temperature of the second half bridge circuit 12bc becomes lower. Adjust to increase the frequency.
受電機器２１は、送電側コントローラ１５と無線通信可能に構成された受電側コントローラ２５を備えている。非接触電力伝送装置１０は、送電側コントローラ１５及び受電側コントローラ２５間の情報の送受信を通じて、電力伝送の開始又は終了などを行う。 The power receiving device 21 includes a power receiving side controller 25 configured to be capable of wireless communication with the power transmitting side controller 15. The non-contact power transmission device 10 starts or ends power transmission through transmission / reception of information between the power transmission side controller 15 and the power reception side controller 25.
次に前記のように構成された非接触電力伝送装置１０及び送電機器１１の作用を説明する。
車両に搭載されたバッテリ２２に充電を行う場合には、車両が送電機器１１の近くの所定位置に停止した状態でバッテリ２２への充電が行われる。車両が所定位置に停止した後、受電側コントローラ２５は、送電側コントローラ１５に充電要求信号を送信する。
Next, the operation of the non-contact power transmission device 10 and the power transmission device 11 configured as described above will be described.
When charging the battery 22 mounted on the vehicle, the battery 22 is charged with the vehicle stopped at a predetermined position near the power transmission device 11. After the vehicle stops at a predetermined position, the power receiving side controller 25 transmits a charge request signal to the power transmitting side controller 15.
送電側コントローラ１５は、受電側コントローラ２５からの充電要求信号を受信すると、電力伝送を行うための制御を開始する。
送電側コントローラ１５は、先ず、温度センサ１７の検知結果に基づいて第２のハーフブリッジ回路１２ｂｃの温度を把握し、温度センサ１７により検知したスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４の温度が、予め設定された温度（基準温度）より高い場合に、温度が低くなるように交流電源１２の発振周波数を調整する。
When the power transmission side controller 15 receives the charge request signal from the power reception side controller 25, the power transmission side controller 15 starts control for performing power transmission.
First, the power transmission side controller 15 grasps the temperature of the second half-bridge circuit 12bc based on the detection result of the temperature sensor 17, and the temperature of the switching elements Q3 and Q4 detected by the temperature sensor 17 is a preset temperature. When the temperature is higher than (reference temperature), the oscillation frequency of the AC power supply 12 is adjusted so that the temperature becomes lower.
詳述すると、ＤＣ／ＲＦ変換器１２ｂからの出力電圧と出力電流との位相状態として、出力電圧に対して出力電流が進んでいる位相進みの状態と、出力電圧に対して出力電流が遅れている位相遅れの状態と、位相進みも位相遅れもない位相０の状態とがある。そして、交流電源１２から出力される交流電力の周波数ｆＯと位相状態との関係は、図２に示すように、位相０の状態における周波数ｆＯより周波数ｆＯが大きくなると位相遅れとなり、周波数ｆＯが小さくなると位相進みとなる。 More specifically, the phase state between the output voltage and the output current from the DC / RF converter 12b is a phase advance state in which the output current is advanced with respect to the output voltage, and the output current is delayed with respect to the output voltage. There are a phase delay state and a phase 0 state in which there is no phase advance or phase delay. As shown in FIG. 2, the relationship between the frequency fO of the AC power output from the AC power supply 12 and the phase state becomes a phase delay when the frequency fO is larger than the frequency fO in the phase 0 state, and the frequency fO is small. Then, it becomes phase advance.
ＤＣ／ＲＦ変換器１２ｂからの出力電圧と出力電流との関係を位相状態に対応して示すと、図３に示すようになる。
位相状態が位相進みか、位相０か、位相遅れの状態かは、出力電圧のピークと出力電流のピークの関係で判断するのではなく、出力電圧の立ち上がりのタイミングで出力電流がプラス（＋）かマイナス（−）かで決まり、出力電圧の立ち上がりのタイミングで出力電流がプラスであれば位相進みとなり、マイナスであれば位相遅れとなる。したがって、図３の上側に示す状態では、出力電圧の立ち上がりのタイミングで出力電流がプラスのため、位相進みとなる。また、図３の中央に示す状態では、出力電圧の立ち上がりのタイミングと、出力電流の立ち上がりのタイミングとは、ほぼ同時となっているため、位相０となる。図３の下側に示す状態では、出力電圧の立ち上がりのタイミングで出力電流がマイナスのため、位相遅れとなる。
FIG. 3 shows the relationship between the output voltage from the DC / RF converter 12b and the output current corresponding to the phase state.
Whether the phase state is phase advance, phase 0, or phase lag is not determined by the relationship between the peak of the output voltage and the peak of the output current, but the output current is positive (+) at the rising timing of the output voltage. Or negative (−), and if the output current is positive at the rising timing of the output voltage, the phase is advanced, and if it is negative, the phase is delayed. Therefore, in the state shown in the upper side of FIG. 3, the output current is positive at the rising timing of the output voltage, and therefore the phase is advanced. Further, in the state shown in the center of FIG. 3, the timing of rising of the output voltage and the timing of rising of the output current are almost the same, and therefore the phase is zero. In the state shown in the lower side of FIG. 3, the output current is negative at the rising timing of the output voltage, resulting in a phase delay.
位相０の状態では、出力電圧の立ち上がりのタイミングにおける出力電流の値は０で、スイッチングによる電力損失が０になる。位相進みの状態では、出力電圧の立ち上がりのタイミングのときに、出力電流はプラスの値となり、電力損失が大きくなる。一方、位相遅れの状態では、出力電圧の立ち上がりのタイミングのときに、出力電流はマイナスの値となり、電力損失が小さくなる。 In the phase 0 state, the value of the output current at the rising timing of the output voltage is 0, and the power loss due to switching is 0. In the phase advance state, the output current becomes a positive value and the power loss becomes large at the rising timing of the output voltage. On the other hand, in the phase lag state, the output current becomes a negative value at the timing of rising of the output voltage, and the power loss is reduced.
そして、位相状態と電力損失との関係を模式的に示すと、図４のようになる。即ち、位相０の状態では非接触電力伝送装置１０の損失が最も小さく、位相０の状態から位相遅れ側へ位相状態が変化しても位相進み側へ位相状態が変化しても損失は大きくなる。しかし、位相０の状態から同じ割合で位相が変化した場合、位相進みの方が位相遅れに比べて損失が大きくなる。なお、位相０の状態でも損失が０にならないのは、スイッチングによる損失以外の損失があるためである。 The relationship between the phase state and the power loss is schematically shown in FIG. That is, the loss of the non-contact power transmission device 10 is the smallest in the phase 0 state, and the loss increases even if the phase state changes from the phase 0 state to the phase lag side or the phase advance side. . However, when the phase changes at the same rate from the phase 0 state, the phase advance increases the loss compared to the phase lag. Note that the loss does not become zero even in the phase 0 state because there is a loss other than the loss due to switching.
送電側コントローラ１５は、温度センサ１７により検知された温度が予め設定された温度より高い場合は、ＤＣ／ＲＦ変換器１２ｂの出力電流が位相進みの状態と判断し、位相進みの状態を軽減させるように、具体的にはＤＣ／ＲＦ変換器１２ｂの発振周波数を増加させるようにスイッチング素子のスイッチングを制御（調整）する。周波数の調整は、例えば、１００Ｈｚずつ変化させる。その結果、ＤＣ／ＲＦ変換器１２ｂの位相進みの状態が軽減され、電力損失が軽減される。すなわち、位相検知回路を設けなくても位相状態を判断でき、位相進みの状態で電力伝送を行って電力損失が大きくなることを防止することができる。 When the temperature detected by the temperature sensor 17 is higher than the preset temperature, the power transmission side controller 15 determines that the output current of the DC / RF converter 12b is in the phase advance state, and reduces the phase advance state. Specifically, the switching of the switching element is controlled (adjusted) so as to increase the oscillation frequency of the DC / RF converter 12b. The frequency is adjusted, for example, by 100 Hz. As a result, the state of phase advance of the DC / RF converter 12b is reduced and power loss is reduced. That is, it is possible to determine the phase state without providing a phase detection circuit, and it is possible to prevent power loss from being increased by performing power transmission in a phase advance state.
ＤＣ／ＲＦ変換器１２ｂの発振周波数を上げてＤＣ／ＲＦ変換器１２ｂの温度が下がった後は、その周波数を維持する。
この実施形態によれば、以下に示す効果を得ることができる。
After the oscillation frequency of the DC / RF converter 12b is raised and the temperature of the DC / RF converter 12b is lowered, the frequency is maintained.
According to this embodiment, the following effects can be obtained.
（１）送電機器１１は、外部電力を予め定められた電圧値の直流電力に変換するＡＣ／ＤＣ変換器（外部電力変換部）１２ａと、直流電力を予め定められた周波数の交流電力に変換するＤＣ／ＲＦ変換器（ＤＣ／ＡＣ変換部）１２ｂと、を有する交流電源１２と、交流電力が入力される１次側コイル１３ａと、交流電源１２の出力電力値の可変制御を含む交流電源１２の制御を行う送電側コントローラ（制御部）１５と、を備え、１次側コイル１３ａから、２次側コイル２３ａ及びバッテリ２２を有する受電機器２１の２次側コイル２３ａに対して非接触で交流電力を送電可能な送電機器である。そして、ＤＣ／ＲＦ変換器１２ｂは、互いに直列に接続された２つのスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２、Ｑ３，Ｑ４を有するハーフブリッジ回路（第１のハーフブリッジ回路１２ｂｂ及び第２のハーフブリッジ回路１２ｂｃ）を２つ含むフルブリッジ回路１２ｂａを備えている。ＤＣ／ＲＦ変換器１２ｂは、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４の温度を検知する温度センサ（温度検知部）１７を備え、送電側コントローラ１５は、温度センサ１７により検知したスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４の温度が予め設定された温度より高い場合に、温度が低くなるようにＤＣ／ＲＦ変換器１２ｂの発振周波数を調整する。具体的には、ＤＣ／ＲＦ変換器１２ｂの発振周波数を増加させるようにスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のスイッチングを制御（調整）する。したがって、簡単なセンサ（温度センサ１７）を設けるだけで、共鳴系の共鳴状態に影響する１次側コイル１３ａと２次側コイル２３ａとの位置ズレ等に対応して、ＤＣ／ＲＦ変換器１２ｂの損失を低減した制御を行うことができる。 (1) The power transmission device 11 includes an AC / DC converter (external power conversion unit) 12a that converts external power into DC power having a predetermined voltage value, and converts DC power into AC power having a predetermined frequency. AC power supply 12 having a DC / RF converter (DC / AC conversion section) 12b, a primary coil 13a to which AC power is input, and an AC power supply including variable control of the output power value of the AC power supply 12 Power transmission side controller (control unit) 15 that performs control of 12 from the primary side coil 13a to the secondary side coil 23a of the power receiving device 21 having the secondary side coil 23a and the battery 22 in a non-contact manner. It is a power transmission device that can transmit AC power. The DC / RF converter 12b includes a half bridge circuit (first half bridge circuit 12bb and second half bridge circuit 12bc) having two switching elements Q1, Q2, Q3, and Q4 connected in series. A full bridge circuit 12ba including two is provided. The DC / RF converter 12b includes a temperature sensor (temperature detection unit) 17 that detects the temperature of the switching elements Q3 and Q4, and the power transmission side controller 15 determines that the temperature of the switching elements Q3 and Q4 detected by the temperature sensor 17 is in advance. When the temperature is higher than the set temperature, the oscillation frequency of the DC / RF converter 12b is adjusted so that the temperature becomes lower. Specifically, the switching of the switching elements Q1 to Q4 is controlled (adjusted) so as to increase the oscillation frequency of the DC / RF converter 12b. Therefore, only by providing a simple sensor (temperature sensor 17), the DC / RF converter 12b corresponds to the positional deviation between the primary side coil 13a and the secondary side coil 23a that affects the resonance state of the resonance system. Control with reduced loss can be performed.
（２）ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａにより変換された直流電力を予め定められた周波数の交流電力に変換するＤＣ／ＡＣ変換部としてＤＣ／ＲＦ変換器１２ｂが使用されている。ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａにより変換された直流電力を予め定められた周波数の交流電力に変換するＤＣ／ＡＣ変換部としては、ＤＣ／ＲＦ変換器１２ｂ以外の構成の回路もあるが、ＤＣ／ＲＦ変換器１２ｂを使用した場合は、周波数の調整が容易になる。 (2) The DC / RF converter 12b is used as a DC / AC converter that converts the DC power converted by the AC / DC converter 12a into AC power having a predetermined frequency. The DC / AC converter that converts the DC power converted by the AC / DC converter 12a into AC power having a predetermined frequency includes a circuit other than the DC / RF converter 12b. When the converter 12b is used, the frequency can be easily adjusted.
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態を図５及び図６にしたがって説明する。なお、第２の実施形態は、交流電源１２を構成するスイッチング素子の温度を検知する温度検知部が２個設けられている点が第１の実施形態と大きく異なる。第１の実施形態と同様の部分についてはその詳細な説明を省略する。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment will be described with reference to FIGS. Note that the second embodiment is greatly different from the first embodiment in that two temperature detectors for detecting the temperature of the switching elements constituting the AC power supply 12 are provided. Detailed description of the same parts as those in the first embodiment will be omitted.
図５に示すように、ＤＣ／ＲＦ変換器１２ｂは、スイッチング素子の温度を検知する温度検知部として、温度センサ１７に加えて、シフト相である第１のハーフブリッジ回路１２ｂｂのスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の温度を検知する位置に設けられている温度センサ１８を備えている。すなわち、温度検知部は、各ハーフブリッジ回路１２ｂｂ，１２ｂｃの温度を検知可能である。 As shown in FIG. 5, the DC / RF converter 12b serves as a temperature detection unit that detects the temperature of the switching element, in addition to the temperature sensor 17, the switching element Q1 of the first half-bridge circuit 12bb that is a shift phase. A temperature sensor 18 is provided at a position for detecting the temperature of Q2. That is, the temperature detector can detect the temperatures of the half bridge circuits 12bb and 12bc.
送電側コントローラ１５は、各ハーフブリッジ回路１２ｂｂ，１２ｂｃの温度差に応じて、フェーズシフト方式でＤＣ／ＲＦ変換器１２ｂの各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のスイッチング制御を行い、発振周波数を調整する。詳述すると、送電側コントローラ１５は、シフト相の第１のハーフブリッジ回路１２ｂｂの温度を温度センサ１８の検知信号から把握し、固定相の第２のハーフブリッジ回路１２ｂｃの温度を温度センサ１７の検知信号から把握する。送電側コントローラ１５は、両ハーフブリッジ回路１２ｂｂ，１２ｂｃの温度差から交流電源１２の出力状態が位相進みの状態であるか否かを判断する。そして、位相進みの状態であれば、ＤＣ／ＲＦ変換器１２ｂの発振周波数を増加させるように、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４をフェーズシフト方式によりスイッチング制御する。その結果、固定相の第２のハーフブリッジ回路１２ｂｃの位相進みを軽減させる。その結果、位相進みの状態で交流電源１２の駆動が継続することによる電力損失の増加が防止される。 The power transmission side controller 15 performs switching control of each switching element Q1-Q4 of the DC / RF converter 12b by a phase shift method according to the temperature difference of each half bridge circuit 12bb and 12bc, and adjusts an oscillation frequency. More specifically, the power transmission side controller 15 grasps the temperature of the first half-bridge circuit 12bb in the shift phase from the detection signal of the temperature sensor 18, and determines the temperature of the second half-bridge circuit 12bc in the fixed phase of the temperature sensor 17. From the detection signal. The power transmission controller 15 determines whether or not the output state of the AC power supply 12 is in a phase advance state based on the temperature difference between the half bridge circuits 12bb and 12bc. If the phase is advanced, the switching elements Q1 to Q4 are subjected to switching control by the phase shift method so as to increase the oscillation frequency of the DC / RF converter 12b. As a result, the phase advance of the second half bridge circuit 12bc of the stationary phase is reduced. As a result, an increase in power loss due to continued driving of the AC power supply 12 in a state of phase advance is prevented.
フェーズシフト方式によりスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のデューティ制御を行うと、シフト相の第１のハーフブリッジ回路１２ｂｂ及び固定相の第２のハーフブリッジ回路１２ｂｃの位相状態と、出力電圧、出力電流及び差動出力の関係は図６に示すようになる。すなわち、固定相が位相０の状態におけるスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のデューティに対して、デューティを小さくしてデューティ制御を行うと、固定相は位相進みの状態になり、差動出力のパルス幅が小さくなる。また、固定相が位相０の状態におけるスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のデューティに対して、デューティを大きくしてデューティ制御を行うと、固定相は位相遅れの状態になり、差動出力のパルス幅が大きくなる。 When the duty control of the switching elements Q1 to Q4 is performed by the phase shift method, the phase state of the first half bridge circuit 12bb of the shift phase and the second half bridge circuit 12bc of the fixed phase, the output voltage, the output current, and the differential The output relationship is as shown in FIG. In other words, when duty control is performed with a smaller duty with respect to the duty of switching elements Q1 to Q4 when the stationary phase is in phase 0, the stationary phase is in a phase advance state and the pulse width of the differential output is reduced. Become. Further, when duty control is performed by increasing the duty with respect to the duty of the switching elements Q1 to Q4 when the stationary phase is in phase 0, the stationary phase is in a phase lag state and the pulse width of the differential output is increased. Become.
ＤＣ／ＲＦ変換器１２ｂでは、位相が進んでいる状態と遅れている状態では温度の上がり方が違うため、第１のハーフブリッジ回路１２ｂｂと第２のハーフブリッジ回路１２ｂｃの温度差により位相進みか位相遅れかを判断することができる。したがって、この実施形態では、第１の実施形態のように一方のハーフブリッジ回路の温度により位相状態を判断する場合に比べて、判断が容易で正確になる。その結果、損失がより少なくなり、効率良く電力伝送を行うことができる。 In the DC / RF converter 12b, the temperature rises differently between the state in which the phase is advanced and the state in which the phase is delayed. Therefore, the phase advance is caused by the temperature difference between the first half bridge circuit 12bb and the second half bridge circuit 12bc. It is possible to determine whether the phase is delayed. Therefore, in this embodiment, the determination is easier and more accurate than in the case where the phase state is determined based on the temperature of one half-bridge circuit as in the first embodiment. As a result, loss is reduced and power transmission can be performed efficiently.
（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態を図７にしたがって説明する。この実施形態は、非接触電力伝送装置１０において電力伝送を行う際のＤＣ／ＲＦ変換器１２ｂのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４を適切な状態でスイッチング制御する方法が第２の実施形態と異なっており、非接触電力伝送装置１０のハード面の構成は同じで、制御部としての送電側コントローラ１５のソフトが異なっている。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment will be described with reference to FIG. This embodiment is different from the second embodiment in the method of switching control the switching elements Q1 to Q4 of the DC / RF converter 12b when performing power transmission in the contactless power transmission device 10 in an appropriate state. The hardware configuration of the non-contact power transmission apparatus 10 is the same, and the software of the power transmission side controller 15 as a control unit is different.
詳述すると、この実施形態では、電力伝送を行う場合、送電機器１１の送電側コントローラ１５は、最初から目的の大電力を出力する状態で１次側コイル１３ａと２次側コイル２３ａの位置ズレなどによる位相進みの状態を抑制する制御を行うのではなく、先ず、小電力の出力状態で位相進みの状態を設定範囲に調整する。そして、位相進みの状態が電力損失の少ない状態で電力伝送が可能な設定範囲に調整された後、大電力の電力伝送を行う。ここで、大電力とは、例えば、数ｋＷを意味し、小電力とは、例えば、数Ｗ〜数十Ｗを意味する。 More specifically, in this embodiment, when power transmission is performed, the power transmission side controller 15 of the power transmission device 11 outputs a target large power from the beginning in a state where the primary side coil 13a and the secondary side coil 23a are misaligned. Instead of performing control to suppress the phase advance state due to the above, first, the phase advance state is adjusted to the set range in the low power output state. Then, after the phase advance state is adjusted to a setting range in which power transmission is possible with little power loss, high-power power transmission is performed. Here, high power means, for example, several kW, and low power means, for example, several watts to several tens of watts.
以下、図７のフローチャートにしたがって、送電側コントローラ１５による制御を説明する。
送電側コントローラ１５は、ステップＳ１で、ＤＣ／ＲＦ変換器１２ｂの出力を小電力出力に設定する。次に送電側コントローラ１５は、ステップＳ２で、スイッチング周波数の調整を行う。スイッチング周波数の調整は、ステップＳ１で設定された小電力出力を、１次側コイル１３ａ及び２次側コイル２３ａの位置ズレなどによる位相進みのない状態で電力伝送を行う場合のスイッチング制御のスイッチング周波数に設定することである。
Hereinafter, control by the power transmission side controller 15 is demonstrated according to the flowchart of FIG.
In step S1, the power transmission controller 15 sets the output of the DC / RF converter 12b to a low power output. Next, the power transmission side controller 15 adjusts a switching frequency by step S2. The adjustment of the switching frequency is performed by switching the switching power in the case where the small power output set in step S1 is transmitted in a state in which there is no phase advance due to the positional deviation of the primary side coil 13a and the secondary side coil 23a. Is to set.
次に送電側コントローラ１５は、ステップＳ３で、温度センサ１７，１８の検知信号から第１のハーフブリッジ回路１２ｂｂの温度Ｔ１及び第２のハーフブリッジ回路１２ｂｃの温度Ｔ２を把握する。 Next, in step S3, the power transmission side controller 15 grasps the temperature T1 of the first half bridge circuit 12bb and the temperature T2 of the second half bridge circuit 12bc from the detection signals of the temperature sensors 17 and 18.
次に送電側コントローラ１５は、ステップＳ４で、第１のハーフブリッジ回路１２ｂｂの温度Ｔ１と第２のハーフブリッジ回路１２ｂｃの温度Ｔ２の差が、予め設定された所定の温度差ΔＴより大きいか否か、すなわち、Ｔ１−Ｔ２＞ΔＴか否かを判断する。 Next, in step S4, the power transmission controller 15 determines whether or not the difference between the temperature T1 of the first half-bridge circuit 12bb and the temperature T2 of the second half-bridge circuit 12bc is greater than a predetermined temperature difference ΔT. That is, it is determined whether or not T1-T2> ΔT.
送電側コントローラ１５は、ステップＳ４で、Ｔ１−Ｔ２＞ΔＴであればステップＳ２へ戻り、スイッチング周波数の調整を行う。スイッチング周波数の調整は、現在の周波数より所定周波数大きくすることである。送電側コントローラ１５は、ステップＳ２でスイッチング周波数の調整を行った後、ステップＳ３及びステップＳ４の動作を行う。 If T1-T2> ΔT in step S4, the power transmission side controller 15 returns to step S2 and adjusts the switching frequency. The adjustment of the switching frequency is to increase the predetermined frequency from the current frequency. The power transmission side controller 15 adjusts the switching frequency in step S2, and then performs the operations in steps S3 and S4.
送電側コントローラ１５は、ステップＳ４で、Ｔ１−Ｔ２＞ΔＴでなければ、すなわち、第１のハーフブリッジ回路１２ｂｂの温度Ｔ１と第２のハーフブリッジ回路１２ｂｃの温度Ｔ２の差が、予め設定された所定の温度差ΔＴ以下であれば、ステップＳ５に進み、大電力出力で電力伝送を行う。 In step S4, the power transmission side controller 15 does not satisfy T1-T2> ΔT, that is, the difference between the temperature T1 of the first half-bridge circuit 12bb and the temperature T2 of the second half-bridge circuit 12bc is set in advance. If the temperature difference is equal to or less than the predetermined temperature difference ΔT, the process proceeds to step S5, and power is transmitted with a large power output.
小電力の電力伝送時において、１次側コイル１３ａ及び２次側コイル２３ａの位置ズレなどによる位相進みの状態における第１のハーフブリッジ回路１２ｂｂ及び第２のハーフブリッジ回路１２ｂｃの温度と、位相０の状態の温度との差は小さいため、いずれか一方のハーフブリッジ回路の温度を検知しても位相進みの状態か否かの判断は難しい。 At the time of low power transmission, the temperature of the first half-bridge circuit 12bb and the second half-bridge circuit 12bc in the phase advance state due to the positional deviation of the primary side coil 13a and the secondary side coil 23a, and the phase 0 Since the difference from the temperature in this state is small, it is difficult to determine whether or not the phase is advanced even if the temperature of one of the half bridge circuits is detected.
しかし、電力伝送時における第１のハーフブリッジ回路１２ｂｂ及び第２のハーフブリッジ回路１２ｂｃの温度差は、小電力出力であっても発生する。小電力で電力伝送中にスイッチング周波数の調整を行うと、その間の損失は、大電力で電力伝送中にスイッチング周波数の調整を行う場合の損失に比べて小さくなる。したがって、この実施形態では、スイッチング周波数調整の間の電力損失を低減することができる。 However, the temperature difference between the first half-bridge circuit 12bb and the second half-bridge circuit 12bc at the time of power transmission occurs even with a small power output. When the switching frequency is adjusted during power transmission with low power, the loss during that time becomes smaller than the loss when the switching frequency is adjusted during power transmission with high power. Therefore, in this embodiment, the power loss during switching frequency adjustment can be reduced.
（第４の実施形態）
次に、第４の実施形態を図８にしたがって説明する。この実施形態は、フルブリッジ回路１２ｂａのハイサイド相とローサイド相の温度を把握して、ハイサイド相とローサイド相の温度差により、位相進みの状態か否かを判断する点が第２の実施形態と異なっている。２個の温度センサ１７，１８を設ける位置と、温度センサ１７，１８の検知信号に基づいて送電側コントローラ１５が行うスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のスイッチング制御の方法が異なる点を除き、他の構成は第２の実施形態と同様である。
(Fourth embodiment)
Next, a fourth embodiment will be described with reference to FIG. In the second embodiment, the temperature of the high-side phase and the low-side phase of the full-bridge circuit 12ba is grasped and it is determined whether or not the phase is advanced by the temperature difference between the high-side phase and the low-side phase. It is different from the form. Other configurations are different except that the positions of the two temperature sensors 17 and 18 and the switching control methods of the switching elements Q1 to Q4 performed by the power transmission side controller 15 based on the detection signals of the temperature sensors 17 and 18 are different. This is the same as in the second embodiment.
詳述すると、図８に示すように、ＤＣ／ＲＦ変換器１２ｂには、フルブリッジ回路１２ｂａのハイサイド相のスイッチング素子となる第１のスイッチング素子Ｑ１及び第３のスイッチング素子Ｑ３のうち、第１のスイッチング素子Ｑ１の温度を検知する位置に温度センサ１７が設けられている。また、フルブリッジ回路１２ｂａのローサイド相のスイッチング素子となる第２のスイッチング素子Ｑ２及び第４のスイッチング素子Ｑ４のうち、第２のスイッチング素子Ｑ２の温度を検知する位置に温度センサ１８が設けられている。 More specifically, as shown in FIG. 8, the DC / RF converter 12b includes a first switching element Q1 and a third switching element Q3, which are high-side switching elements of the full bridge circuit 12ba. A temperature sensor 17 is provided at a position for detecting the temperature of one switching element Q1. Further, a temperature sensor 18 is provided at a position where the temperature of the second switching element Q2 is detected among the second switching element Q2 and the fourth switching element Q4 which are the low-side phase switching elements of the full bridge circuit 12ba. Yes.
送電側コントローラ１５は、ハイサイド相のスイッチング素子である第１のスイッチング素子Ｑ１とローサイド相のスイッチング素子である第４のスイッチング素子Ｑ４を同時にオンオフし、ローサイド相のスイッチング素子である第２のスイッチング素子Ｑ２とハイサイド相のスイッチング素子である第３のスイッチング素子Ｑ３を同時にオンオフする。 The power transmission side controller 15 simultaneously turns on and off the first switching element Q1 that is a high-side phase switching element and the fourth switching element Q4 that is a low-side phase switching element, and performs second switching that is a low-side phase switching element. The element Q2 and the third switching element Q3, which is a high-side phase switching element, are simultaneously turned on / off.
送電側コントローラ１５は、ハイサイド相の第１のスイッチング素子Ｑ１の温度を温度センサ１７の検知信号から把握し、ローサイド相の第２のスイッチング素子Ｑ２の温度を温度センサ１８の検知信号から把握する。送電側コントローラ１５は、ハイサイド相とローサイド相の温度差から交流電源１２の出力状態が位相進みの状態であるか否かを判断する。そして、位相進みの状態であれば、位相進みを軽減させるように、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４をＰＷＭ方式で制御する。 The power transmission side controller 15 grasps the temperature of the first switching element Q1 in the high side phase from the detection signal of the temperature sensor 17, and grasps the temperature of the second switching element Q2 in the low side phase from the detection signal of the temperature sensor 18. . The power transmission controller 15 determines whether or not the output state of the AC power supply 12 is a phase advance state from the temperature difference between the high side phase and the low side phase. And if it is a phase advance state, switching element Q1-Q4 is controlled by a PWM system so that phase advance may be reduced.
実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
○ 第１の実施形態において、第２のハーフブリッジ回路１２ｂｃの温度を検知する代わりに、第１のハーフブリッジ回路１２ｂｂの温度を検知してもよい。送電側コントローラ１５は、その検知信号からＤＣ／ＲＦ変換器１２ｂが位相進みの状態か否かを判断して、位相進みの状態では位相進みの状態を軽減させるようにスイッチング制御を行う。
The embodiment is not limited to the above, and may be embodied as follows, for example.
In the first embodiment, instead of detecting the temperature of the second half bridge circuit 12bc, the temperature of the first half bridge circuit 12bb may be detected. The power transmission side controller 15 determines whether or not the DC / RF converter 12b is in a phase advance state from the detection signal, and performs switching control so as to reduce the phase advance state in the phase advance state.
○ 温度センサ１７，１８の検知信号から位相進みの状態と判断した場合、出力電力を調整して発振周波数を高くするようにしてもよい。
○ 外部電力は系統電源Ｅからの交流電力に限らず、所定の電力値の直流電力が入力されてもよい。この場合、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａに代えて、ＤＣ／ＤＣコンバータを設けてもよい。この場合、ＤＣ／ＤＣコンバータが外部電力変換部となる。
When the phase advance state is determined from the detection signals of the temperature sensors 17 and 18, the output power may be adjusted to increase the oscillation frequency.
O External power is not limited to AC power from the system power supply E, and DC power having a predetermined power value may be input. In this case, a DC / DC converter may be provided instead of the AC / DC converter 12a. In this case, the DC / DC converter becomes the external power converter.
○ 各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４はパワー型のＭＯＳＦＥＴであったが、これに限られず、ＩＧＢＴ等他のスイッチング素子を用いてもよい。また、ボディダイオードＤ１〜Ｄ４に代えて、各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４に並列に接続されるダイオードを別途設けてもよい。要は、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４に対して並列に接続されるダイオードは、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４に内蔵されたものであってもよいし、別途取り付けられるものであってもよい。 The switching elements Q1 to Q4 are power-type MOSFETs, but are not limited thereto, and other switching elements such as IGBTs may be used. Further, instead of the body diodes D1 to D4, diodes connected in parallel to the switching elements Q1 to Q4 may be separately provided. In short, the diodes connected in parallel to the switching elements Q1 to Q4 may be built in the switching elements Q1 to Q4 or may be separately attached.
○ 送電器１３と受電器２３とは同一の構成であったが、これに限られず、異なる構成であってもよい。
○ １次側コンデンサ１３ｂ及び２次側コンデンサ２３ｂを省略してもよい。この場合、１次側コイル１３ａ及び２次側コイル２３ａの寄生容量を用いて磁場共鳴させる。
The power transmitter 13 and the power receiver 23 have the same configuration, but are not limited to this, and may have different configurations.
The primary side capacitor 13b and the secondary side capacitor 23b may be omitted. In this case, magnetic field resonance is performed using parasitic capacitances of the primary side coil 13a and the secondary side coil 23a.
○ 実施形態では、非接触の電力伝送を実現させるために磁場共鳴を用いたが、これに限られず、電磁誘導を用いてもよい。
○ 実施形態では、受電器２３にて受電された交流電力は車両のバッテリ２２の充電に用いられたが、別の用途に用いてもよい。
In the embodiment, magnetic field resonance is used in order to realize non-contact power transmission. However, the present invention is not limited to this, and electromagnetic induction may be used.
In the embodiment, the AC power received by the power receiver 23 is used for charging the battery 22 of the vehicle, but may be used for other purposes.
以下の技術的思想（発明）は前記実施形態から把握できる。
（１）前記制御部は、前記温度検知部により検知した前記スイッチング素子の温度から、前記ＤＣ／ＡＣ変換部からの出力電圧と出力電流との位相状態が、前記出力電圧に対して前記出力電流が進んでいる位相進みであるか、前記出力電圧に対して前記出力電流が遅れている位相遅れであるかを判断し、位相進みの場合に、位相を遅らせるように、前記ＤＣ／ＡＣ変換部の発振周波数を調整する請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の送電機器。
The following technical idea (invention) can be understood from the embodiment.
(1) From the temperature of the switching element detected by the temperature detection unit, the control unit determines that the phase state between the output voltage and the output current from the DC / AC conversion unit is the output current with respect to the output voltage. The DC / AC converter is configured to determine whether the phase is advanced or is a phase lag in which the output current is delayed with respect to the output voltage. The power transmission device according to any one of claims 1 to 5, wherein an oscillation frequency of the power is adjusted.
Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４…スイッチング素子、１１…送電機器、１２…交流電源、１２ｂａ…フルブリッジ回路、１２ｂｂ，１２ｂｃ…ハーフブリッジ回路、１３ａ…１次側コイル、２１…受電機器、２３ａ…２次側コイル。 Q1, Q2, Q3, Q4 ... switching element, 11 ... power transmission device, 12 ... AC power supply, 12ba ... full bridge circuit, 12bb, 12bc ... half bridge circuit, 13a ... primary coil, 21 ... power receiving device, 23a ... 2 Secondary coil.
Claims (5)
前記交流電力が入力される１次側コイルと、
前記交流電源の出力電力値の可変制御を含む前記交流電源の制御を行う制御部と、
を備え、
前記１次側コイルから、２次側コイル及び負荷を有する受電機器の前記２次側コイルに対して非接触で前記交流電力を送電可能な送電機器において、
前記ＤＣ／ＡＣ変換部は、互いに直列に接続された２つのスイッチング素子を有するハーフブリッジ回路を２つ含むフルブリッジ回路を備え、
前記ＤＣ／ＡＣ変換部は、前記スイッチング素子の温度を検知する温度検知部を備え、
前記制御部は、前記温度検知部により検知した前記スイッチング素子の温度が、予め設定された温度より高い場合に、温度が低くなるように前記ＤＣ／ＡＣ変換部の発振周波数を調整することを特徴とする送電機器。 An AC power source having an external power converter that converts external power into DC power having a predetermined voltage value, and a DC / AC converter that converts the DC power into AC power having a predetermined frequency;
A primary coil to which the AC power is input;
A control unit for controlling the AC power supply including variable control of the output power value of the AC power supply;
With
In the power transmission device capable of transmitting the AC power in a non-contact manner from the primary side coil to the secondary side coil of the power receiving device having a secondary side coil and a load,
The DC / AC converter includes a full-bridge circuit including two half-bridge circuits having two switching elements connected in series with each other,
The DC / AC converter includes a temperature detector that detects the temperature of the switching element,
The controller adjusts the oscillation frequency of the DC / AC converter so that the temperature is lowered when the temperature of the switching element detected by the temperature detector is higher than a preset temperature. Power transmission equipment.
前記制御部は、各ハーフブリッジ回路の温度差に応じて、前記ＤＣ／ＡＣ変換部の発振周波数を調整する請求項１に記載の送電機器。 The temperature detector can detect the temperature of each half-bridge circuit,
The power transmission device according to claim 1, wherein the control unit adjusts an oscillation frequency of the DC / AC conversion unit according to a temperature difference between the half-bridge circuits.
前記制御部は、各ハーフブリッジ回路の温度差に応じて、前記ＤＣ／ＡＣ変換部をフェーズシフト方式で制御する請求項２に記載の送電機器。 The temperature detection unit can detect the temperature of each half-bridge circuit of the stationary phase and the shift phase,
The power transmission device according to claim 2, wherein the control unit controls the DC / AC conversion unit by a phase shift method in accordance with a temperature difference between the half-bridge circuits.
前記制御部は、前記ハイサイド相とローサイド相の温度差に応じて、前記ＤＣ／ＡＣ変換部をＰＷＭ方式で制御する請求項２に記載の送電機器。 The temperature detector can detect the temperature of the high-side phase and the low-side phase of the full bridge circuit,
The power transmission device according to claim 2, wherein the control unit controls the DC / AC conversion unit by a PWM method according to a temperature difference between the high-side phase and the low-side phase.
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|---|---|---|---|---|
| CN108599389A (en) * | 2017-03-08 | 2018-09-28 | 武汉理工大学 | A kind of implantation type wireless electric energy transmitting device |
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