JP2017163802A - Power transmission device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、一次共振回路を備える一次側装置との間で電力伝送を行う電力伝送装置に関する。 The present invention relates to a power transmission device that performs power transmission with a primary device including a primary resonance circuit.
近年、ケーブルを用いず、無線にて電力を伝送するワイヤレス電力伝送が注目されている。ワイヤレス電力伝送の適用例の１つとして、車両のホイール側に駆動源（電動機）を配置し、車体側からホイール側に無線で電力を伝送し、駆動源を駆動するシステムがある（非特許文献１参照）。このようなシステムは、ワイヤレスインホイールモータ駆動システムと称される。 In recent years, wireless power transmission that transmits power wirelessly without using a cable has attracted attention. As one application example of wireless power transmission, there is a system in which a drive source (electric motor) is disposed on the wheel side of a vehicle, power is transmitted wirelessly from the vehicle body side to the wheel side, and the drive source is driven (non-patent document). 1). Such a system is referred to as a wireless in-wheel motor drive system.
図６は、ワイヤレス電力伝送システム（ワイヤレスインホイールモータ駆動システム）の構成例を示す図である。 FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration example of a wireless power transmission system (wireless in-wheel motor drive system).
図６に示すワイヤレス電力伝送システムは、一次側装置１００と、電動機２に接続された二次側装置２００とを備え、一次側装置１００と二次側装置２００との間で無線にて電力が伝送される。電動機２の力行時には一次側装置１００から二次側装置２００に電力が伝送され、回生時には二次側装置２００から一次側装置１００に電力が伝送される。
The wireless power transmission system shown in FIG. 6 includes a primary side device 100 and a secondary side device 200 connected to the
図６に示すワイヤレス電力伝送システムは、電動機２と、バッテリ１１と、昇降圧形ＤＣ−ＤＣコンバータ１２と、コンデンサ１３と、単相電圧形インバータ１４と、一次共振回路１５と、無線機１０１と、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）１０２と、二次共振回路２１と、単相電圧形インバータ２２と、コンデンサ２３と、電圧検出器２４と、三相インバータ２５と、速度検出器２０１と、無線機２０２と、ＣＰＵ２０３とを備える。バッテリ１１、昇降圧形ＤＣ−ＤＣコンバータ１２、コンデンサ１３、単相電圧形インバータ１４、一次共振回路１５、無線機１０１およびＣＰＵ１０２は一次側装置１００を構成する。電動機２、二次共振回路２１、単相電圧形インバータ２２、コンデンサ２３、電圧検出器２４、三相インバータ２５、速度検出器２０１、無線機２０２およびＣＰＵ２０３は、二次側装置２００を構成する。
The wireless power transmission system shown in FIG. 6 includes an
昇降圧形ＤＣ−ＤＣコンバータ１２は、入力部にはバッテリ１１が接続され、出力部には平滑用のコンデンサ１３が接続される。
The step-up / step-down DC-
単相電圧形インバータ１４は、入力部にはコンデンサ１３が接続され、出力部には一次共振回路１５が接続される。単相電圧形インバータ１４は、それぞれダイオードが逆並列接続されたスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４を備える。スイッチング素子Ｑ１とスイッチング素子Ｑ２とが直列に接続されて直列体を構成し、スイッチング素子Ｑ３とスイッチング素子Ｑ４とが直列に接続されて直列体を構成し、この２つの直列体が、コンデンサ１３に並列に接続される。また、スイッチング素子Ｑ１とスイッチング素子Ｑ２との接続点およびスイッチング素子Ｑ３とスイッチング素子Ｑ４との接続点が一次共振回路１５に接続される。
In the single-phase
単相電圧形インバータ１４は、ＣＰＵ１０２によるスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４の制御に従い、昇降圧形ＤＣ−ＤＣコンバータ１２から出力され、コンデンサ１３により平滑化された直流電圧を交流電圧に変換して一次共振回路１５に出力する。以下では、コンデンサ１３の両端の電圧、すなわち、単相電圧形インバータ１４の入力側の電圧を入力電圧Ｅ１とし、出力側の電圧を出力電圧Ｖ１とする。
The single-phase
一次共振回路１５は、コンデンサ１５１とインダクタ１５２とが直列に接続された共振回路である。コンデンサ１５１は、一端がインダクタ１５２の一端に接続され、他端がスイッチング素子Ｑ１とスイッチング素子Ｑ２との接続点に接続される。インダクタ１５２は、一端がコンデンサ１５１の一端に接続され、他端がスイッチング素子Ｑ３とスイッチング素子Ｑ４との接続点に接続される。一次共振回路１５には、一次共振回路１５の共振周波数と一致する周波数の電圧（出力電圧Ｖ１）が単相電圧形インバータ１４から供給される。
The
無線機１０１は、二次側装置２００の無線機２０２と無線通信を行い、例えば、無線機２０２から電動機２の角速度ωなどの各種情報、信号を受信してＣＰＵ１０２に出力し、ＣＰＵ１０２から出力された、電動機２の出力トルクを指示するトルク指令Ｔ*などの各種情報、信号を無線機２０２に送信する。
The
ＣＰＵ１０２は、トルク指令Ｔ*が入力され、入力されたトルク指令Ｔ*に無線機１０１から出力された電動機２の角速度ωを乗算して電力指令を算出し、算出した電力指令に基づき、単相電圧形インバータ１４の出力電圧Ｖ１の電圧指令値を算出する。そして、ＣＰＵ１０２は、算出した電圧指令値に基づき、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４を制御するゲート信号を生成するとともに、昇降圧形ＤＣ−ＤＣコンバータ１２を制御する。また、ＣＰＵ１０２は、トルク指令Ｔ*を無線機１０１に出力し、二次側装置２００へ送信させる。
The
二次共振回路２１は、インダクタ２１１の一端とコンデンサ２１２の一端とが直列に接続された共振回路であり、一次共振回路１５と同じ共振周波数を有する。二次共振回路２１が一次共振回路１５と同じ共振周波数を有することで、一次共振回路１５への電圧の印加に応じて、一次共振回路１５と二次共振回路２１とが共に共振して磁気的に結合し、電力伝送が行われる。このような電力伝送方式は、磁界共振結合方式と称される。
The
単相電圧形インバータ２２は、入力部にはコンデンサ２３が接続され、出力部には二次共振回路２１が接続される。単相電圧形インバータ２２は、それぞれダイオードが逆並列接続されたスイッチング素子Ｑ５〜Ｑ８を備える。スイッチング素子Ｑ５とスイッチング素子Ｑ６とが直列に接続されて直列体を構成し、スイッチング素子Ｑ７とスイッチング素子Ｑ８とが直列に接続されて直列体を構成し、この２つの直列体が、コンデンサ２３と並列に接続される。また、スイッチング素子Ｑ５とスイッチング素子Ｑ６との接続点がコンデンサ２１２の他端に接続され、スイッチング素子Ｑ７とスイッチング素子Ｑ８との接続点がインダクタ２１１の他端に接続される。
The single-phase
単相電圧形インバータ２２は、ＣＰＵ２０３によるスイッチング素子Ｑ５〜Ｑ８の制御に従い、コンデンサ２３からの直流電圧を交流電圧に変換して二次共振回路２１に出力する。以下では、コンデンサ２３の両端の電圧、すなわち、単相電圧形インバータ２２の入力側の電圧を入力電圧Ｅ２とし、出力側の電圧を出力電圧Ｖ２とする。
The single-phase
コンデンサ２３は、単相電圧形インバータ２２の入力部に接続された充放電可能な素子であり、直流電圧源として機能する。
The
電圧検出器２４は、コンデンサ２３の両端の電圧、すなわち、単相電圧形インバータ２２の入力電圧Ｅ２を検出し、検出結果をＣＰＵ２０３に出力する。
The
三相インバータ２５は、入力部にはコンデンサ２３が接続され、出力部には電動機２が接続される。三相インバータ２５は、力行時には、コンデンサ２３から電動機２に電力を供給し、回生時には、電動機２からコンデンサ２３に電力を供給する。このように、コンデンサ２３と負荷である電動機2との間で、三相インバータ２５を介して電力がやり取りされる。
In the three-
速度検出器２０１は、電動機２の角速度ωを検出し、検出結果をＣＰＵ２０３に出力する。
The speed detector 201 detects the angular speed ω of the
無線機２０２は、一次側装置１００の無線機１０１と無線通信を行い、例えば、無線機２０２からトルク指令Ｔ*などの各種情報、信号を受信してＣＰＵ２０３に出力し、ＣＰＵ２０３から出力された、電動機２の角速度ωなどの各種情報、信号を無線機１０１に送信する。
The
ＣＰＵ２０３は、無線機２０２を介して受信したトルク指令Ｔ*に基づき、三相インバータ２５を制御し、電動機２に電力を供給する。また、ＣＰＵ２０３は、速度検出器２０１により検出された電動機２の角速度ωを無線機２０２に出力し、一次側装置１００へ送信させる。
The
図６に示すワイヤレス電力伝送システムにおいては、単相電圧形インバータ２２の入力電圧Ｅ２の変動を抑制し、所定の範囲内に保つことが、電動機２への安定した電力供給のために必要である。
In the wireless power transmission system shown in FIG. 6, it is necessary for the stable power supply to the
そこで、力行状態においては、ＣＰＵ１０２は、単相電圧形インバータ１４の出力電圧Ｖ１の電圧指令値に基づき、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４を制御する。また、ＣＰＵ２０３は、スイッチング素子Ｑ５，Ｑ７をオフ状態とし、単相電圧形インバータ２２の入力電圧Ｅ２が所定値より大きければ、スイッチング素子Ｑ６，Ｑ８をオンにし、入力電圧Ｅ２が所定値より小さければ、スイッチング素子Ｑ６，Ｑ８をオフにする。
Therefore, in the power running state, the
回生状態においては、ＣＰＵ２０３は、単相電圧形インバータ２２の入力電圧Ｅ２が所定値となるようにスイッチング素子Ｑ５〜Ｑ８を操作して、出力電圧Ｖ２を制御する。また、ＣＰＵ１０２は、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４を全てオフにして、単相電圧形インバータ１４をダイオード整流器として動作させる。
In the regenerative state, the
図６に示すワイヤレス電力伝送システムにおいては、力行状態と回生状態との切り替えの要否は、ＣＰＵ２０３が判断する。ＣＰＵ２０３は、例えば、回生状態において、入力電圧Ｅ２が所定値より小さくなると、力行状態への切り替えが必要であると判定し、スイッチング素子Ｑ５〜Ｑ８を全てオフにした状態で、力行切り替え要求を無線機２０２に一次側装置１００へ送信させる。ＣＰＵ１０２は、無線機１０１を介して力行切り替え要求を受信すると、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４を力行状態で動作させる。
In the wireless power transmission system shown in FIG. 6, the
また、ＣＰＵ２０３は、例えば、力行状態において、入力電圧Ｅ２が所定値より大きくなると、回生状態への切り替えが必要であると判定し、回生切り替え要求を無線機２０２に一次側装置１００へ送信させる。ＣＰＵ１０２は、無線機１０１を介して回生切り替え要求を受信すると、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４を全てオフにし、回生状態受付完了を無線機１０１に二次側装置２００へ送信させる。ＣＰＵ２０３は、無線機２０２を介して回生状態受付完了を受信すると、スイッチング素子Ｑ５〜Ｑ８を回生状態で動作させる。
Further, for example, when the input voltage E <b> 2 becomes larger than a predetermined value in the power running state, the
このように、図６に示すワイヤレス電力伝送システムにおいては、一次側装置１００と二次側装置２００との間で信号（切り替え信号など）を送受信してからでないと、力行状態と回生状態との切り替えを行うことができない。一次側装置１００と二次側装置２００との間の信号の送受信には一定の時間を要するため、図６に示すワイヤレス電力伝送システムにおいては、力行状態と回生状態との滑らかな切り替えを行うことが難しく、単相電圧形インバータ２２の入力電圧Ｅ２の制御が困難となる。
As described above, in the wireless power transmission system shown in FIG. 6, the power running state and the regenerative state must be performed after a signal (such as a switching signal) is transmitted and received between the primary device 100 and the secondary device 200. Switching cannot be performed. Since it takes a certain time to transmit and receive signals between the primary device 100 and the secondary device 200, in the wireless power transmission system shown in FIG. 6, smooth switching between the power running state and the regenerative state is performed. This makes it difficult to control the input voltage E2 of the single-phase
そこで、入力電圧Ｅ２を所定の範囲内に制御するための手法として、トルク指令Ｔ*を操作する手法がある。この手法では、例えば、入力電圧Ｅ２が所定値より小さくなりそうであれば、トルク指令Ｔ*を回生方向に制限し、入力電圧Ｅ２が所定値より大きくなりそうであれば、トルク指令Ｔ*を力行方向に制限する。しかしながら、この手法では、トルク指令Ｔ*通りのトルクを電動機２が出力することができなくなってしまう。
Therefore, as a method for controlling the input voltage E2 within a predetermined range, there is a method for operating the torque command T * . In this method, for example, if the input voltage E2 is likely to be smaller than a predetermined value, the torque command T * is limited to the regeneration direction, and if the input voltage E2 is likely to be larger than the predetermined value, the torque command T * is changed. Restrict to powering direction. However, with this method, the
本発明の目的は、上述した課題を解決し、力行状態と回生状態との滑らかな切り替えを可能とし、トルク指令に応じたトルクを電動機に出力させることができる電力伝送装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide an electric power transmission apparatus that solves the above-described problems, enables a smooth switching between a power running state and a regenerative state, and allows the motor to output a torque according to a torque command. .
上記課題を解決するため、本発明に係る電力伝送装置は、一次共振回路を備える一次側装置との間で電力伝送を行う電力伝送装置であって、前記一次共振回路と同じ共振周波数を有し、前記一次共振回路と磁気的に結合する二次共振回路と、直流電圧源と、前記直流電圧源からの直流電圧を交流電圧に変換して前記二次共振回路に出力する単相電圧形インバータと、伝送する電力を指示する電力指令を生成する指令生成器と、前記単相電圧形インバータから前記二次共振回路への出力電圧のパルス幅を、前記電力指令の絶対値に応じた幅とし、前記出力電圧の位相を、前記電力指令が正のときは前記二次共振回路に流れる電流の位相と一致させ、前記電力指令が負のときは前記二次共振回路に流れる電流の位相に対して反転するように前記単相電圧形インバータを制御するインバータ制御器と、を備える。 In order to solve the above problems, a power transmission device according to the present invention is a power transmission device that performs power transmission with a primary-side device including a primary resonance circuit, and has the same resonance frequency as the primary resonance circuit. A secondary resonance circuit magnetically coupled to the primary resonance circuit, a DC voltage source, and a single-phase voltage source inverter that converts a DC voltage from the DC voltage source into an AC voltage and outputs the AC voltage to the secondary resonance circuit And a command generator for generating a power command for instructing power to be transmitted, and a pulse width of the output voltage from the single-phase voltage source inverter to the secondary resonance circuit is set to a width corresponding to the absolute value of the power command. The phase of the output voltage matches the phase of the current flowing through the secondary resonant circuit when the power command is positive, and the phase of the current flowing through the secondary resonant circuit when the power command is negative. To invert Comprising an inverter controller for controlling the voltage source inverter, a.
また、上記課題を解決するため、本発明に係る電力伝送装置は、一次共振回路を備える一次側装置との間で電力伝送を行う電力伝送装置であって、前記一次共振回路と同じ共振周波数を有し、前記一次共振回路と磁気的に結合する二次共振回路と、直流電圧源と、前記直流電圧源からの直流電圧を交流電圧に変換して前記二次共振回路に出力する単相電圧形インバータと、伝送する電力を指示する電力指令を生成する指令生成器と、前記単相電圧形インバータから前記二次共振回路への出力電圧のパルス幅を固定とし、前記固定したパルス幅の電圧を前記単相電圧形インバータに出力させる期間と出力させない期間との比を前記電力指令の絶対値に応じた比とし、前記出力電圧の位相を、前記電力指令が正のときは前記二次共振回路に流れる電流の位相と一致させ、前記電力指令が負のときは前記二次共振回路に流れる電流の位相に対して反転するように前記単相電圧形インバータを制御するインバータ制御器と、を備える。 In order to solve the above problem, a power transmission device according to the present invention is a power transmission device that performs power transmission with a primary-side device including a primary resonance circuit, and has the same resonance frequency as that of the primary resonance circuit. A secondary resonance circuit that is magnetically coupled to the primary resonance circuit, a DC voltage source, and a single-phase voltage that converts a DC voltage from the DC voltage source into an AC voltage and outputs the AC voltage to the secondary resonance circuit. Type inverter, a command generator for generating a power command for instructing power to be transmitted, and a pulse width of the output voltage from the single-phase voltage source inverter to the secondary resonant circuit is fixed, and the voltage of the fixed pulse width Is a ratio corresponding to the absolute value of the power command, and the phase of the output voltage is the secondary resonance when the power command is positive. Flowing into the circuit To match the flow of the phase, when the power command is negative and a inverter controller for controlling the single-phase voltage source inverter to invert the phase of the current flowing in the secondary resonant circuit.
また、上記課題を解決するため、本発明に係る電力伝送装置において、前記直流電圧源はコンデンサであり、前記コンデンサには、該コンデンサと電力をやり取りする負荷が接続され、前記指令生成器は、前記コンデンサの電圧を調整するように前記電力指令を生成することが好ましい。 In order to solve the above-described problem, in the power transmission device according to the present invention, the DC voltage source is a capacitor, and the capacitor is connected to a load that exchanges power with the capacitor. Preferably, the power command is generated so as to adjust the voltage of the capacitor.
本発明に係る電力伝送装置によれば、力行状態と回生状態との滑らかな切り替えを可能とし、トルク指令に応じたトルクを電動機に出力させることができる。 According to the power transmission device of the present invention, it is possible to smoothly switch between the power running state and the regenerative state, and it is possible to cause the electric motor to output torque according to the torque command.
以下、本発明の実施の形態について説明する。 Embodiments of the present invention will be described below.
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム１の構成例を示す図である。図１において、図６と同様の構成については同じ符号を付し、説明を省略する。
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of a wireless
図１に示すワイヤレス電力伝送システム１は、一次側装置１０と、負荷である電動機２に接続された二次側装置２０（電力伝送装置）とを備え、一次側装置１０と二次側装置２０との間で無線にて電力を伝送する。ここで、図１に示すワイヤレス電力伝送システム１においては、電動機２の力行時には一次側装置１０から二次側装置２０に電力が伝送され、電動機２の回生時には二次側装置２０から一次側装置１０に電力が伝送される。
A wireless
図１に示すワイヤレス電力伝送システム１は、図６に示すワイヤレス電力伝送システムと比較して、無線機１０１、ＣＰＵ１０２、速度検出器２０１、無線機２０２およびＣＰＵ２０３を削除した点と、電流検出器２６と、指令生成器２７と、インバータ制御器２８と、反転回路２９ａ，２９ｂを追加した点とが異なる。ただし、図１においては、バッテリ１１、昇降圧形ＤＣ−ＤＣコンバータ１２、コンデンサ１３および単相電圧形インバータ１４が一次電圧源１６に相当するものとしている。
The wireless
すなわち、本実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム１は、電動機２と、一次電圧源１６と、一次共振回路１５と、二次共振回路２１と、単相電圧形インバータ２２と、コンデンサ２３と、電圧検出器２４と、三相インバータ２５と、電流検出器２６と、指令生成器２７と、インバータ制御器２８と、反転回路２９ａ，２９ｂとを備える。一次電圧源１６および一次共振回路１５は一次側装置１０を構成する。電動機２、二次共振回路２１、単相電圧形インバータ２２、コンデンサ２３、電圧検出器２４、三相インバータ２５、電流検出器２６、指令生成器２７、インバータ制御器２８および反転回路２９ａ，２９ｂは、二次側装置２０を構成する。
That is, the wireless
一次電圧源１６は、交流電圧（出力電圧Ｖ１）を一次共振回路１５に出力する交流電圧源である。出力電圧Ｖ１は、一次共振回路１５の共振周波数と同じ周波数であり、一次共振回路１５と二次共振回路２１との間で伝送すべき電力を満たす電圧である。
The
電流検出器２６は、二次共振回路２１を流れる電流Ｉ２を検出し、検出結果をインバータ制御器２８に出力する。
The
指令生成器２７は、電圧検出器２４から単相電圧形インバータ２２の入力電圧Ｅ２（コンデンサ２３の両端の電圧）の検出結果が入力され、入力電圧Ｅ２の検出結果に基づき、コンデンサ２３の電圧（入力電圧Ｅ２）を調整するように、伝送すべき電力を指示する電力指令Ｐ*を生成し、インバータ制御器２８に出力する。
The
図２は、指令生成器２７の構成例を示す図である。
FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of the
図２に示すように、指令生成器２７は、減算器２７１と、ＰＩ（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｎａｌ Ｉｎｔｅｇｒａｌ）制御器２７２とを備える。
As shown in FIG. 2, the
減算器２７１は、入力電圧Ｅ２の値を指示する電圧指令値Ｅ２*と電圧検出器２４により検出された入力電圧Ｅ２との差分を算出し、ＰＩ制御器２７２に出力する。
The
ＰＩ制御器２７２は、減算器２７１により算出された差分がゼロとなるような電力指令Ｐ*を生成し、インバータ制御器２８に出力する。
The
図１を再び参照すると、インバータ制御器２８は、指令生成器２７から出力された電力指令Ｐ*および電流検出器２６による電流Ｉ２の検出結果に基づき、スイッチング素子Ｑ５のゲート信号Ｇ５を生成し、スイッチング素子Ｑ５および反転回路２９ａに出力する。また、インバータ制御器２８は、電力指令Ｐ*および電流Ｉ２の検出結果に基づき、スイッチング素子Ｑ７のゲート信号Ｇ７を生成し、スイッチング素子Ｑ７および反転回路２９ｂに出力する。
Referring to FIG. 1 again, the
反転回路２９ａは、インバータ制御器２８から出力されたゲート信号Ｇ５を反転した信号をスイッチング素子Ｑ６のゲート信号Ｇ６として、スイッチング素子Ｑ６に出力する。反転回路２９ｂは、インバータ制御器２８から出力されたゲート信号Ｇ７を反転した信号をスイッチング素子Ｑ８のゲート信号Ｇ８として、スイッチング素子Ｑ８に出力する。
The inverting
次に、インバータ制御器２８の動作について、より詳細に説明する。
Next, the operation of the
本実施形態においては、インバータ制御器２８は、単相電圧形インバータ２２の出力電圧Ｖ２のパルス幅が電力指令Ｐ*の絶対値に応じた値となるように、単相電圧形インバータ２２の各スイッチング素子Ｑ５〜Ｑ８を制御する。また、インバータ制御器２８は、出力電圧Ｖ２の位相を、電力指令Ｐ*が正の場合には、電流Ｉ２の位相と一致させ、電力指令Ｐ*が負の場合には、電流Ｉ２の位相に対して反転させる。
In the present embodiment, the
図３は、電力指令Ｐ*が正の場合の電流Ｉ２、ゲート信号Ｇ５，Ｇ７および出力電圧Ｖ２の波形例を示す図である。また、図４は、電力指令Ｐ*が負の場合の電流Ｉ２、ゲート信号Ｇ５，Ｇ７および出力電圧Ｖ２の波形例を示す図である。 FIG. 3 is a diagram illustrating waveform examples of the current I2, the gate signals G5 and G7, and the output voltage V2 when the power command P * is positive. FIG. 4 is a diagram showing examples of waveforms of the current I2, the gate signals G5 and G7, and the output voltage V2 when the power command P * is negative.
以下では、電流Ｉ２の一周期の時間をＴｓと定義する。また、ゲート信号Ｇ５，Ｇ７はそれぞれ、Ｔｓ期間中において、論理レベルがＨｉｇｈの状態とＬｏｗの状態との時間比率が１対１であるとする。 Hereinafter, a period of one cycle of the current I2 is defined as Ts. Further, it is assumed that the gate signals G5 and G7 have a one-to-one time ratio between the logic level High and the Low state during the Ts period.
インバータ制御器２８は、ゲート信号Ｇ５の立上り（論理レベルのＬｏｗからＨｉｇｈへの遷移）を、Ｔｓ／４よりもαＴｓ／４だけ進んだタイミングとし、ゲート信号Ｇ７の立上りを、Ｔｓ／４よりもαＴｓ／４だけ遅れたタイミングとする。ただし、−１≦α≦１である。
The
電力指令Ｐ*が正の場合（力行状態の場合）、インバータ制御器２８は、α≧０とする。α≧０では、図３に示すように、出力電圧Ｖ２は、電流Ｉ２が正のとき、パルス幅がαＴｓ／２で大きさがＥ２となり、Ｉ２が負のとき、パルス幅がαＴｓ／２で大きさが−Ｅ２となる。すなわち、インバータ制御器２８は、電力指令Ｐ*が正のとき、出力電圧Ｖ２の基本波の位相を電流Ｉ２の位相と一致させる。そして、インバータ制御器２８は、αを電力指令Ｐ*の絶対値に応じた値とする。こうすることで、電力指令Ｐ*相当の電力をコンデンサ２３に伝送することができる。
When the power command P * is positive (in the power running state), the
電力指令Ｐ*が負の場合（回生状態の場合）、インバータ制御器２８は、α≦０とする。α≦０では、図４に示すように、出力電圧Ｖ２は、電流Ｉ２が正のとき、パルス幅がαＴｓ／２で大きさが−Ｅ２となり、Ｉ２が負のとき、パルス幅がαＴｓ／２で大きさがＥ２となる。すなわち、インバータ制御器２８は、電力指令Ｐ*が負のとき、出力電圧Ｖ２の基本波の位相を電流Ｉ２の位相に対して反転させる。そして、インバータ制御器２８は、αを電力指令Ｐ*の絶対値に応じた値とする。こうすることで、電力指令Ｐ*相当の電力を一次電圧源１６に伝送することができる。
When the power command P * is negative (in the regeneration state), the
このように本実施形態によれば、二次側装置２０は、一次共振回路１５と同じ共振周波数を有し、一次共振回路１５と磁気的に結合する二次共振回路２１と、直流電圧源として機能するコンデンサ２３と、コンデンサ２３からの直流電圧を交流電圧に変換して二次共振回路２１に出力する単相電圧形インバータ２２と、伝送すべき電力を指示する電力指令Ｐ*を生成する指令生成器２７と、単相電圧形インバータ２２の出力電圧Ｖ２のパルス幅を、電力指令Ｐ*の絶対値に応じた幅とし、出力電圧Ｖ２の位相を、電力指令Ｐ*が正のときは二次共振回路２１に流れる電流Ｉ２の位相と一致させ、電力指令Ｐ*が負のときは電流Ｉ２の位相に対して反転するように単相電圧形インバータ２２を制御するインバータ制御器２８とを備える。
As described above, according to the present embodiment, the
出力電圧Ｖ２のパルス幅を、電力指令Ｐ*の絶対値に応じた幅とし、出力電圧Ｖ２の位相を、電力指令Ｐ*が正のときは電流Ｉ２の位相と一致させ、電力指令Ｐ*が負のときは電流Ｉ２の位相に対して反転させることで、電力指令Ｐ*相当の電力を伝送することができる。さらに、スイッチング素子Ｑ５〜Ｑ８のオン、オフの制御だけで伝送方向の切り替えを行うことができるため、一次側と二次側とで信号の送受信をする場合と比べて、力行状態と回生状態との切り替えを滑らかに行うことができる。また、本実施形態においては、トルク指令を制限する必要が無いため、トルク指令に応じたトルクを電動機２に出力させることができる。また、力行時において、スイッチング素子Ｑ５〜Ｑ８に逆並列接続される各ダイオードに流れていた電流が、スイッチング素子Ｑ５〜Ｑ８とダイオードとに分流するようになり、回生時においては、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４に逆並列接続される各ダイオードに流れていた電流が、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４とダイオードとに分流するようになるため、導通損失を低減し、高効率な電力伝送が可能となる。ただし、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ８は、ユニポーラのスイッチング素子であるとする。
The pulse width of the output voltage V2, the width corresponding to the absolute value of the power command P *, the output voltage V2 of the phase, when the power command P * positive to match the phase of the current I2, the power command P * When it is negative, the power equivalent to the power command P * can be transmitted by reversing the phase of the current I2. Furthermore, since the transmission direction can be switched only by turning on and off the switching elements Q5 to Q8, the power running state and the regenerative state can be compared with the case where signals are transmitted and received between the primary side and the secondary side. Can be smoothly switched. Moreover, in this embodiment, since it is not necessary to restrict | limit a torque command, the torque according to a torque command can be output to the
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムの構成は、第１の実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム１の構成と同じである。ただし、本実施形態においては、インバータ制御器２８の動作が第１の実施形態とは異なっている。以下では、本実施形態における、インバータ制御器２８の動作について説明する。
(Second Embodiment)
The configuration of the wireless power transmission system according to the second embodiment of the present invention is the same as the configuration of the wireless
図５は、電力指令Ｐ*が正の場合の電流Ｉ２、ゲート信号Ｇ５，Ｇ７および出力電圧Ｖ２の波形例を示す図である。 FIG. 5 is a diagram illustrating waveform examples of the current I2, the gate signals G5 and G7, and the output voltage V2 when the power command P * is positive.
本実施形態においては、インバータ制御器２８は、ゲート信号Ｇ５，Ｇ７の立上り、立下りのタイミングを電流Ｉ２に同期させる。すなわち、インバータ制御器２８は、図５に示すように、電流Ｉ２が正の間は、ゲート信号Ｇ５の論理レベルをＨｉｇｈとし、ゲート信号Ｇ７の論理レベルをＬｏｗとする。また、インバータ制御器２８は、電流Ｉ２が負の間は、ゲート信号Ｇ５の論理レベルをＬｏｗとし、ゲート信号Ｇ７の論理レベルをＨｉｇｈとする。したがって、出力電圧Ｖ２は、電流Ｉ２が正の間は大きさがＥ２となり、電流Ｉ２が負の間は大きさが−Ｅ２となる。すなわち、本実施形態においては、インバータ制御器２８は、出力電圧Ｖ２のパルス幅を固定する。そして、インバータ制御器２８は、電力指令Ｐ*に応じて、−１≦β≦１の範囲の変数βを決定し、固定のパルス幅の出力電圧Ｖ２を出力させる期間と出力電圧Ｖ２を出力させない期間との比率をβの絶対値に一致させる。また、インバータ制御器２８は、出力電圧Ｖ２の位相を、βが正のとき（電力指令Ｐ*が正のとき）は、電流Ｉ２の位相と一致させ、βが負のとき（電力指令Ｐ*が負のとき）は、電流Ｉ２の位相に対して反転させる。
In the present embodiment, the
例えば、電力指令Ｐ*が正であり（力行状態であり）、β＝３／５とした場合、インバータ制御器２８は、図５に示すように、電流Ｉ２の５周期のうち、３周期は出力電圧Ｖ２が出力され、残りの２周期は出力電圧Ｖ２が出力されないようにする。電力指令Ｐ*が正のとき、出力電圧Ｖ２の位相は電流Ｉ２の位相と一致するので、βを電力指令Ｐ＊の絶対値に応じた値（電力指令Ｐ＊の絶対値に比例した値）とすることで、電力指令Ｐ＊相当の電力をコンデンサ２３に伝送することができる。
For example, when the power command P * is positive (it is in a power running state) and β = 3/5, the
また、電力指令Ｐ*が負であり（回生状態であり）、β＝−３／５とした場合、インバータ制御器２８は、電流Ｉ２の５周期のうち、３周期は出力電圧Ｖ２が出力され、残りの２周期は出力電圧Ｖ２が出力されないようにする。電力指令Ｐ*が負のとき、出力電圧Ｖ２の位相は電流Ｉ２の位相に対して反転するので、βを電力指令Ｐ＊の絶対値に応じた値（電力指令Ｐ＊の絶対値に比例した値）とすることで、電力指令Ｐ＊相当の電力を一次電圧源１６に伝送することができる。
Further, when the power command P * is negative (regenerative state) and β = −3 / 5, the
このように本実施形態においては、インバータ制御器２８は、出力電圧Ｖ２のパルス幅を固定とし、固定したパルス幅の電圧を単相電圧形インバータ２２に出力させる期間と出力させない期間との比を電力指令Ｐ*の絶対値に応じた比とし、出力電圧Ｖ２の位相を、電力指令Ｐ*が正のときは電流Ｉ２の位相と一致させ、電力指令Ｐ*が負のときは電流Ｉ２の位相に対して反転させる。
Thus, in the present embodiment, the
こうすることによっても、第１の実施形態と同様に、電力指令Ｐ*相当の電力を伝送することができ、また、力行状態と回生状態との切り替えを滑らかに行うことができる。また、導通損失を低減し、高効率な電力伝送が可能となる。 By doing this as well, similarly to the first embodiment, power corresponding to the power command P * can be transmitted, and switching between the power running state and the regenerative state can be performed smoothly. In addition, conduction loss is reduced, and highly efficient power transmission is possible.
なお、第１の実施形態においては、電流Ｉ２の一周期内単位で、伝送される電力の制御を行っているが、第２の実施系形態においては、電流Ｉ２の複数周期単位で、伝送される電力の制御を行っている。ただし、このような複数周期単位の制御であっても、一次側と二次側とで信号の送受信をする場合と比べて、力行状態と回生状態との切り替えを高速に（滑らかに）行うことができる。 In the first embodiment, the transmitted power is controlled in units of one cycle of the current I2, but in the second embodiment, the current I2 is transmitted in units of multiple cycles. The power is controlled. However, even in such multi-cycle unit control, switching between the power running state and the regenerative state is performed at high speed (smoothly) as compared with the case where signals are transmitted and received between the primary side and the secondary side. Can do.
なお、上述した第１および第２の実施形態においては、一次側装置１０は電圧源（一次電圧源１６）を備える例を用いて説明したが、これに限られるものではなく、一次側装置１０は電流源（交流電源）を備え、この電流源からの出力により一次共振回路１５を共振させるようにしてもよい。この場合、一次共振回路１５および二次共振回路２１をインダクタとコンデンサとが並列に接続された共振回路とすることで、第１および第２の実施形態にて説明した手法により、同様の効果を得ることができる。
In the first and second embodiments described above, the
本発明を図面および実施形態に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形または修正を行うことが容易であることに注意されたい。したがって、これらの変形または修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各ブロックなどに含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数のブロックを１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。 Although the present invention has been described based on the drawings and embodiments, it should be noted that those skilled in the art can easily make various variations or modifications based on the present disclosure. Therefore, it should be noted that these variations or modifications are included in the scope of the present invention. For example, functions included in each block or the like can be rearranged so that there is no logical contradiction, and a plurality of blocks can be combined into one or divided.
１ ワイヤレス電力伝送システム
２ 電動機
１０ 一次側装置
１５ 一次共振回路
１６ 一次電圧源
１５１，２１２，２３ コンデンサ
１５２，２１１ インダクタ
２０ 二次側装置
２１ 二次共振回路
２２ 単相電圧形インバータ
２４ 電圧検出器
２５ 三相インバータ
２６ 電流検出器
２７ 指令生成器
２８ インバータ制御器
２７１ 減算器
２７２ ＰＩ制御器
Ｑ１〜Ｑ８ スイッチング素子
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記一次共振回路と同じ共振周波数を有し、前記一次共振回路と磁気的に結合する二次共振回路と、
直流電圧源と、
前記直流電圧源からの直流電圧を交流電圧に変換して前記二次共振回路に出力する単相電圧形インバータと、
伝送する電力を指示する電力指令を生成する指令生成器と、
前記単相電圧形インバータから前記二次共振回路への出力電圧のパルス幅を、前記電力指令の絶対値に応じた幅とし、前記出力電圧の位相を、前記電力指令が正のときは前記二次共振回路に流れる電流の位相と一致させ、前記電力指令が負のときは前記二次共振回路に流れる電流の位相に対して反転するように前記単相電圧形インバータを制御するインバータ制御器と、
を備えることを特徴とする電力伝送装置。 A power transmission device that performs power transmission with a primary side device including a primary resonance circuit,
A secondary resonant circuit having the same resonant frequency as the primary resonant circuit and magnetically coupled to the primary resonant circuit;
A DC voltage source;
A single-phase voltage source inverter that converts a DC voltage from the DC voltage source into an AC voltage and outputs the AC voltage to the secondary resonance circuit;
A command generator that generates a power command that indicates the power to be transmitted;
The pulse width of the output voltage from the single-phase voltage source inverter to the secondary resonance circuit is set to a width corresponding to the absolute value of the power command, and the phase of the output voltage is the second when the power command is positive. An inverter controller for controlling the single-phase voltage source inverter so that the phase of the current flowing in the secondary resonance circuit is matched, and when the power command is negative, the phase is reversed with respect to the phase of the current flowing in the secondary resonance circuit ,
A power transmission device comprising:
前記一次共振回路と同じ共振周波数を有し、前記一次共振回路と磁気的に結合する二次共振回路と、
直流電圧源と、
前記直流電圧源からの直流電圧を交流電圧に変換して前記二次共振回路に出力する単相電圧形インバータと、
伝送する電力を指示する電力指令を生成する指令生成器と、
前記単相電圧形インバータから前記二次共振回路への出力電圧のパルス幅を固定とし、前記固定したパルス幅の電圧を前記単相電圧形インバータに出力させる期間と出力させない期間との比を前記電力指令の絶対値に応じた比とし、前記出力電圧の位相を、前記電力指令が正のときは前記二次共振回路に流れる電流の位相と一致させ、前記電力指令が負のときは前記二次共振回路に流れる電流の位相に対して反転するように前記単相電圧形インバータを制御するインバータ制御器と、
を備えることを特徴とする電力伝送装置。 A power transmission device that performs power transmission with a primary side device including a primary resonance circuit,
A secondary resonant circuit having the same resonant frequency as the primary resonant circuit and magnetically coupled to the primary resonant circuit;
A DC voltage source;
A single-phase voltage source inverter that converts a DC voltage from the DC voltage source into an AC voltage and outputs the AC voltage to the secondary resonance circuit;
A command generator that generates a power command that indicates the power to be transmitted;
The pulse width of the output voltage from the single-phase voltage source inverter to the secondary resonance circuit is fixed, and the ratio of the period in which the voltage of the fixed pulse width is output to the single-phase voltage source inverter and the period in which the voltage is not output is The ratio is in accordance with the absolute value of the power command, and the phase of the output voltage coincides with the phase of the current flowing through the secondary resonance circuit when the power command is positive, and the phase of the output voltage is the second when the power command is negative. An inverter controller for controlling the single-phase voltage source inverter so as to be inverted with respect to the phase of the current flowing through the next resonance circuit;
A power transmission device comprising:
前記直流電圧源はコンデンサであり、
前記コンデンサには、該コンデンサと電力をやり取りする負荷が接続され、
前記指令生成器は、前記コンデンサの電圧を調整するように前記電力指令を生成することを特徴とする電力伝送装置。
In the electric power transmission apparatus according to claim 1 or 2,
The DC voltage source is a capacitor;
A load that exchanges power with the capacitor is connected to the capacitor,
The power transmission device, wherein the command generator generates the power command so as to adjust a voltage of the capacitor.
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|---|---|---|---|---|
| JP2003257604A (en) * | 2002-02-28 | 2003-09-12 | Toshiba Corp | Inverter cooker |
| JP2014195387A (en) * | 2013-03-29 | 2014-10-09 | Fuji Electric Co Ltd | Power feeding device |
| WO2015133301A1 (en) * | 2014-03-07 | 2015-09-11 | 国立大学法人 東京大学 | In-wheel motor system |
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