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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2016
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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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