WO2016072058A1 - 給電装置及び電力供給システム - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a power supply device and a power supply system for supplying power to a power receiving device in a contactless manner.
- a power supply system that supplies power to a power receiving device in a contactless manner
- a system that supplies power to the vehicle power receiving device from a ground power feeding device by electromagnetic induction is known.
- Such a power feeding device includes a power feeding coil and feeds power in a non-contact manner to the power receiving coil of the power receiving device of the vehicle.
- the power receiving coil of the power receiving device mainly includes a solenoid type (helical coil) and a spiral type (plane winding coil).
- the power supply device is a power supply device that supplies power to a power reception device having a power reception coil in a contactless manner.
- a plurality of feeding coils that are wound around a common core so as to generate magnetic fluxes in different directions and can be driven independently of each other, and a control for driving the feeding coil according to the type of the receiving coil from among the plurality of feeding coils
- the structure which has a part is taken.
- the power supply system is a power supply system having a power receiving device having a power receiving coil and a power feeding device that supplies power to the power receiving device in a contactless manner.
- the power supply apparatus includes a plurality of power supply coils and a control unit.
- the plurality of feeding coils are wound around the common core so as to generate different directions of magnetic fluxes, and can be driven independently of each other.
- the control unit determines a type of the power receiving coil, selects a power feeding coil corresponding to the type of the power receiving coil from the plurality of power feeding coils, and drives the selected power feeding coil.
- the power receiving coil of the power receiving device is either a solenoid type that is spirally wound around a horizontal axis or a spiral type that is spirally wound around a vertical axis. On the other hand, the configuration is adopted.
- the conventional power supply apparatus has a problem that it cannot cope with both the solenoid type power receiving coil and the spiral type power receiving coil with one type of power feeding coil. Even in a device having a plurality of power feeding coils as in Patent Document 1, power feeding cannot be performed if the types of power receiving coils are different.
- the coil type mainly indicates the shape of the winding.
- the power supply system 100 includes a power feeding device 1 and a vehicle 2.
- the power feeding device 1 is installed on the road and charges the storage battery 4 by feeding power to the power receiving device 3 mounted on the vehicle 2 in a non-contact manner.
- the power feeding device 1 may be embedded in the road g or may be installed on the road g.
- the power feeding device 1 includes a power feeding unit 10, a power feeding side control unit 11, and a power feeding side communication unit 12.
- the power supply unit 10 has a plurality of power supply coils that are wound in different directions and can be driven independently of each other. To be able to drive independently means that an independent current can flow. When a current flows through the power supply coil, a magnetic flux is generated to supply power to the power receiving device 3. Examples of the non-contact power supply method include a method using electromagnetic induction and a method using magnetic field resonance.
- the power supply side control unit 11 controls the start and stop of the power supply of the power supply unit 10.
- the power supply side control unit 11 determines the type of the power reception coil of the power reception unit 30 and performs control to select and drive a power supply coil corresponding to the power reception coil among the plurality of power supply coils of the power supply unit 10.
- the power supply side control unit 11 controls the magnitude (power amount) of power supplied from the power supply unit 10.
- the power supply side control unit 11 is typically configured by a CPU (Central Processing Unit) and an interface circuit.
- the power feeding side communication unit 12 communicates with the vehicle side communication unit 33 of the vehicle 2 wirelessly to transmit or receive a predetermined signal.
- the power supply side communication unit 12 outputs the received signal to the power supply side control unit 11.
- the vehicle 2 has a power receiving device 3 and a storage battery 4.
- the vehicle 2 has an electric motor (not shown) that generates a driving force transmitted to the tire by electric power.
- the vehicle 2 is typically an electric vehicle that obtains propulsive power by electricity.
- the storage battery 4 is charged by the power receiving device 3.
- the storage battery 4 stores electric power for driving the electric motor included in the vehicle 2.
- the power receiving device 3 includes a power receiving unit 30, a vehicle side control unit 32, and a vehicle side communication unit 33.
- the power receiving unit 30 can receive power by electromagnetic induction from the power supply unit 10. An induced current generated by electromagnetic induction in the power receiving unit 30 is input to a rectifier circuit (not shown), converted into direct current, and stored in the storage battery 4.
- the power receiving unit 30 has a power receiving coil described later.
- the vehicle side communication part 33 communicates with the electric power feeder 1 by radio
- the feeding coil 201 is a vertically wound solenoid type coil that is spirally wound around a quadrangular columnar core 203 in a rotation direction about a vertical axis.
- the feeding coil 201 may have a polygonal shape when viewed in the winding axis direction. Vertical means the direction of gravity.
- the feeding coil 202 is a laterally wound solenoid type coil that is spirally wound around a quadrangular columnar core 203 in a rotational direction about a horizontal axis.
- the feeding coil 202 may have a polygonal shape when viewed in the winding axis direction.
- the solenoid coil may have a structure in which coils are spirally wound in multiple stages.
- the core 203 is a magnetic material such as a ferromagnetic material, and increases the inductance of the power supply coil 201 or the power supply coil 202 to increase the magnetic flux generated by the current flowing through the power supply coil 201 or the power supply coil 202.
- the power supply coil 201 is wound in a rotation direction centered on an axis orthogonal (opposite) to the power reception coil 202 (power reception unit 30).
- the power supply coil 202 is wound in a rotational direction around an axis in a direction horizontal to the power reception coil 202 (power reception unit 30) (a direction orthogonal to a direction orthogonal to the power reception coil 202 (power reception unit 30)).
- the power receiving unit 30 includes a solenoid type power receiving coil 211 wound around a core 212 and a switch unit 701.
- the power receiving unit 30 may include a spiral type power receiving coil 401 instead of the power receiving coil 211.
- the solenoid-type power receiving coil means a configuration in which the coil is spirally wound in a rotational direction around a horizontal axis (in other words, an axis in a direction horizontal to the power feeding unit 10).
- the spiral type power receiving coil refers to a configuration in which a coil is wound in a spiral shape in a rotation direction around a vertical axis (in other words, an axis in a direction orthogonal (opposite) to the power feeding unit 10).
- the spiral type includes a planar winding type in which the winding of the coil is only one stage in the vertical direction and a multi-stage winding type in which the coils are stacked in multiple stages.
- the switch unit 701 puts the power receiving coil 211 or the power receiving coil 401 and the storage battery 4 into an energized state or a non-energized state according to the control of the vehicle side control unit 32.
- the power supply unit 10 includes a power supply circuit 802 and a switch unit 803 in addition to the power supply coil 201 and the power supply coil 202.
- the power supply side control unit 11 performs control for starting and stopping driving of the power supply circuit 802 and control for switching the switch unit 803.
- the power supply circuit 802 starts or stops driving according to the control of the power supply side control unit 11.
- the power supply circuit 802 is typically an inverter circuit.
- the switch unit 803 can be switched so that the power supply circuit 802 is connected to either the power feeding coil 201 or the power feeding coil 202.
- the switch unit 803 is typically a relay.
- the power supply side control unit 11 connects the terminal 803a and the terminal 803b of the switch unit 803. As a result, an alternating current flows through the feeding coil 202.
- the core 203 generates a magnetic flux B whose direction changes in the left-right direction in FIGS. 3A and 3B.
- This magnetic flux B passes through the core 212 of the power receiving coil 211, and a magnetic flux B whose direction changes in the left-right direction in FIGS. 3A and 3B is generated.
- an induced current flows through the power receiving coil 211, and the storage battery 4 can be charged by the induced current.
- the number of turns of the power supply coil 201 can be increased, and the power supply efficiency can be improved.
- the power supply side control unit 11 connects the terminal 803a and the terminal 803c of the switch unit 803. As a result, a current flows through the feeding coil 201.
- the solenoid-type power receiving coil 211 and the spiral-type power receiving coil 401 are switched by switching the driving of the power feeding coil 201 and the power feeding coil 202 by one switch unit 803. Can also be fed. Moreover, since the power feeding coil 201 and the power feeding coil 202 are wound so as to generate magnetic flux in the common core 203, the power feeding unit 10 can be reduced in size.
- the power supply side communication unit 12 wirelessly transmits a communication request signal to the vehicle side communication unit 33 (S901).
- the power supply side communication unit 12 determines whether or not a power supply start request signal has been received from the vehicle side communication unit 33 (S902).
- the power supply side communication unit 12 receives a power supply start request signal from the vehicle side communication unit 33 (S902: YES), the power supply side communication unit 12 outputs the received power supply start request signal to the power supply side control unit 11.
- the power supply side communication unit 12 When the power supply side communication unit 12 receives a signal including information indicating the type of the power receiving coil, the power supply side communication unit 12 outputs the received signal to the power supply side control unit 11.
- the power supply side control part 11 acquires the information which shows the type
- the power supply side control unit 11 determines whether or not the type of the receiving coil is a solenoid type (receiving coil 211) (S904).
- the power supply side control unit 11 is the solenoid type power receiving coil 211 (S904: YES)
- the power supply circuit 802 and the power supply coil 202 are connected by connecting the terminal 803a and the terminal 803b of the switch unit 803. Connection is made (S905), the process is terminated, and power feeding is started.
- the power supply side control unit 11 determines that the power receiving coil 401 is a spiral type (S904: NO)
- the power supply circuit 802 and the power supply coil 201 are connected by connecting the terminal 803a and the terminal 803c of the switch unit 803. Are connected (S906), the process is terminated, and power feeding is started.
- the power supply side control unit 11 determines whether or not the vehicle 2 is in a position where power can be supplied based on the detection result of a sensor (not shown) on the ground side (S1001).
- the power supply side control unit 11 repeats the process of S1001.
- the power supply side control unit 11 connects the power supply circuit 802 and the power supply coil 201 by connecting the terminal 803a and the terminal 803c of the switch unit 803. Connect (S1002).
- test power supply refers to power supply performed to determine the type of the power receiving coil, and is different from power supply for charging the storage battery 4.
- the vehicle-side control unit 32 calculates the amount of power received when the power is received by the power receiving coil, and controls the vehicle-side communication unit 33 so as to transmit power reception amount information indicating the calculated power reception amount.
- the vehicle-side communication unit 33 wirelessly transmits a signal including the received power amount information according to the control of the vehicle-side control unit 32.
- the power supply side communication unit 12 receives a signal including received power amount information.
- the power supply side control unit 11 acquires the received power amount information extracted from the signal input from the power supply side communication unit 12. In addition, the power supply side control unit 11 calculates the power supply amount supplied from the power supply apparatus 1 and calculates the power supply efficiency ⁇ 1 from the calculated power supply amount and the power reception amount indicated by the acquired power reception amount information (S1004).
- the power supply side control unit 11 connects the power supply circuit 802 and the power supply coil 202 by connecting the terminal 803a and the terminal 803b of the switch unit 803 (S1005).
- the power supply side control unit 11 starts test power supply (S1006).
- the vehicle-side control unit 32 calculates the amount of power received when the power is received by the power receiving coil, and controls the vehicle-side communication unit 33 so as to transmit power reception amount information indicating the calculated power reception amount.
- the vehicle-side communication unit 33 wirelessly transmits a signal including the received power amount information according to the control of the vehicle-side control unit 32.
- the power supply side communication unit 12 receives a signal including received power amount information.
- the power supply side control unit 11 acquires the received power amount information extracted from the signal input from the power supply side communication unit 12. In addition, the power supply side control unit 11 calculates the power supply amount supplied from the power supply apparatus 1, and calculates the power supply efficiency ⁇ 2 from the calculated power supply amount and the power reception amount indicated by the acquired power reception amount information (S1007).
- the power supply side control unit 11 determines whether or not the power supply efficiency ⁇ 1 is larger than the power supply efficiency ⁇ 2 (S1008).
- the power supply side control unit 11 determines that the type of the power receiving coil is a spiral type (the power receiving coil 401), and the terminal 803a of the switch unit 803 and the terminal By connecting the power supply circuit 803 to the power supply circuit 803, the power supply circuit 802 and the power supply coil 201 are connected to each other (S1009).
- the power supply side control unit 11 determines that the type of the power reception coil is a solenoid type (power reception coil 211), and the power supply circuit 802 and the power supply coil 202 The process is terminated while the power is connected, and the power supply coil 202 is driven to start power supply.
- the power feeding apparatus 1 may be configured to perform only one of the control operation illustrated in FIG. 7 and the control operation illustrated in FIG. 8, or the control operation illustrated in FIG. 7 and the control operation illustrated in FIG. 8. You may enable it to perform both control operation
- the type of the receiving coil is determined by a plurality of different determination methods. Even if a malfunction occurs, the type of the receiving coil can be determined.
- the feeding coil determined according to the type of the receiving coil among the feeding coil 201 and the feeding coil 202 wound around the same core 203 so as to be driven independently of each other. By driving, power can be supplied to the power receiving device 3 regardless of the type of the power receiving coil.
- the entire volume of the power supply unit can be reduced and the power supply unit can be reduced in size.
- the power supply coil 201 and the power supply coil 202 are wound in a spiral shape, the power supply coil can be easily formed.
- the power receiving coil is configured by one of a solenoid type and a spiral type, the power receiving unit can be reduced in height.
- the power supply coil 201 and the power supply coil 202 have been described as having a polygonal shape when viewed in the winding axis direction.
- the power supply coil 201 and the power supply coil 202 have a perfect circle shape when viewed from the winding axis direction.
- it can be configured in an elliptical shape.
- Modification 1 of the power feeding unit according to the embodiment of the present invention will be described in detail below with reference to FIG.
- the power feeding unit 1100 includes a power feeding coil 1201, a power feeding coil 1202, and a core 1203.
- the feeding coil 1201 is a longitudinally wound coil that is wound in a planar shape around a vertical axis (in other words, an axis in a direction orthogonal to (opposed to) the power receiving coil 202 (power receiving unit 30)).
- the term “planar” means that the coil wires do not overlap in multiple stages in the winding axis direction, and means that the coils are wound in a spiral shape.
- the feeding coil 1201 is wound around the core 1203 around a spherical core 1203.
- the feeding coil 1201 is wound around the core 1203 in a perfect circle shape when viewed from the winding axis direction.
- the feeding coil 1202 is a laterally wound coil that is wound in a plane in a rotational direction around a horizontal axis (in other words, an axis in a direction horizontal to the power receiving coil 202 (power receiving unit 30)).
- the term “planar” means that the coil wires do not overlap in multiple stages in the winding axis direction.
- the feeding coil 1202 is wound around the core 1203 around a spherical core 1203.
- the feeding coil 1202 is wound around the core 1203 in a perfect circle shape when viewed from the winding axis direction.
- the feeding coil 1202 and the feeding coil 1201 are wound around the core 1203 so that they can be driven independently of each other.
- the core 1203 is a magnetic body such as a ferromagnetic body, and increases the inductance of the power supply coil 1201 or the power supply coil 1202 to increase the magnetic flux generated when a current flows through the power supply coil 1201 or the power supply coil 1202.
- the feeding coil 1201 and the feeding coil 1202 are wound in a perfect circle shape when viewed from the winding axis direction, and have been described as having a perfect circular shape. However, the feeding coil 1201 and the feeding coil 1202 are viewed from the winding axis direction. It may be wound in an elliptical shape to have an elliptical shape.
- the feeding coil 2201 is a vertically wound coil that is wound in a planar shape in a rotational direction around a vertical axis (in other words, an axis in a direction orthogonal to (opposed to) the power receiving coil 202 (power receiving unit 30)).
- the power feeding coil 2201 is wound around the core 2203 around a quadrangular columnar core 2203.
- the feeding coil 2201 is wound around the core 2203 in a perfect circle shape when viewed from the winding axis direction, and has a perfect circle shape.
- the feeding coil 2202 is a horizontally wound coil wound around a horizontal axis (in other words, a horizontal axis with the power receiving coil 202 (power receiving unit 30)).
- the feeding coil 2202 is a solenoid type coil wound in a spiral shape.
- the feeding coil 2202 is wound around the core 2203 around a quadrangular prism-shaped core 2203.
- the feeding coil 2202 is wound around the core 2203 in a polygonal shape when viewed from the winding axis direction, and has a polygonal shape.
- the feeding coil 2202 and the feeding coil 2201 are wound around the core 2203 so that they can be driven independently of each other.
- the core 2203 is a magnetic material such as a ferromagnetic material, and increases the inductance of the power supply coil 2201 or the power supply coil 2202 to increase the magnetic flux generated when a current flows through the power supply coil 2201 or the power supply coil 2202.
- the power feeding unit can be reduced in height by winding the power feeding coil 2201 on the same plane.
- the feeding coil 2201 is wound in a perfect circle shape when viewed from the winding axis direction, and has been described as a perfect circle shape. However, the feeding coil 2201 is wound in an elliptical shape when viewed from the winding axis direction. Alternatively, an elliptical shape may be used.
- the feeding coil 2202 is wound in a polygonal shape when viewed from the winding axis direction, and has been described as a polygonal shape. However, the feeding coil 2202 is wound in a perfect circle or an ellipse when viewed from the winding axis direction. Further, it may be a perfect circle or an ellipse.
- the power feeding unit 3100 includes a power feeding coil 3201, a power feeding coil 3202, and a core 3203.
- the feeding coil 3201 is a longitudinally wound coil wound around a vertical axis (in other words, an axis in a direction orthogonal to (opposed to) the power receiving coil 202 (power receiving unit 30)).
- the feeding coil 3201 is wound in a plane above the quadrangular columnar core 3203, and is arranged so that the generated magnetic flux penetrates the core 3203.
- the feeding coil 3201 is wound in a perfect circle when viewed in the winding axis direction, and has a perfect circle shape.
- the feeding coil 3202 is a horizontally wound coil wound around a horizontal axis (in other words, a horizontal axis with the power receiving coil 202 (power receiving unit 30)).
- the power feeding coil 3202 is wound around the core 3203 around a quadrangular prism-shaped core 3203.
- the feeding coil 3202 is a solenoid type coil wound in a spiral shape.
- the feeding coil 3202 is wound around the core 3203 in a polygonal shape when viewed from the winding axis direction, and has a polygonal shape.
- the feeding coil 3202 and the feeding coil 3201 are wound so that they can be driven independently of each other.
- the core 3203 is a magnetic material such as a ferromagnetic material, and increases the inductance of the power supply coil 3201 or the power supply coil 3202 to increase the magnetic flux generated when a current flows through the power supply coil 3201 or the power supply coil 3202.
- the inductance of the power supply coil 3201 can be increased.
- the magnetic flux can be increased by the core 3203.
- the feeding coil 3201 is wound in a perfect circle shape when viewed from the winding axis direction, and has a perfect circle shape. However, the feeding coil 3201 is wound in an elliptical shape when viewed from the winding axis direction, It is good also as an elliptical shape. Further, the feeding coil 3202 is wound in a polygonal shape when viewed from the winding axis direction, and has a polygonal shape, but the feeding coil 3202 is wound in a perfect circle or an ellipse when viewed from the winding axis direction, It may be a polygonal shape.
- Modification 4 of the power feeding unit according to the embodiment of the present invention will be described in detail below with reference to FIGS. 12 and 13.
- the power feeding unit 4100 includes a power feeding coil 4201, a power feeding coil 3202, and a core 3203.
- the power supply coil 4201 By making the power supply coil 4201 into a figure-eight shape, power is supplied even when the gap between the power supply coil 4201 and the power reception coil 202 is larger than when the power supply coil 3201 has a perfect circular shape. It becomes possible.
- the common core may be divided into a plurality of common cores.
- the configuration in which the power feeding device feeds power to the power receiving device of the vehicle has been described as an example.
- the power feeding target is not limited to the vehicle, and various configurations may be targeted.
- the solenoid type and the spiral type are exemplified as the type of the power receiving coil.
- other power receiving coil types may be included, and in this case, depending on the type of the other power receiving coil. It is preferable to have a feeding coil.
- the power supply device is suitable for supplying power to a power receiving device of a vehicle without contact.
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Abstract
受電コイルの型が異なっても、受電装置に給電することができる給電装置及び電力供給システムを提供する。 給電装置は、受電コイルを有する受電装置に非接触で給電する給電装置であって、共通のコアに異なる向きの磁束を発生させるようにそれぞれ巻回され、互いに独立して駆動できる複数の給電コイルと、複数の給電コイルの中から受電コイルの型に応じた給電コイルを駆動させる制御部と、を有した構成を採る。
Description
本発明は、受電装置に非接触で給電する給電装置及び電力供給システムに関する。
受電装置に非接触で電力を供給する電力供給システムとして、車両の受電装置に地上の給電装置から電磁誘導により電力を供給するシステムが知られている。かかる給電装置は、給電コイルを備え、車両の受電装置の受電コイルに非接触で給電を行う。受電装置の受電コイルには、主にソレノイド型(ヘリカルコイル)とスパイラル型(平面巻きコイル)とがある。
特許文献1は、螺旋状に巻かれた3つのソレノイド型コイルから構成される球形状の送受電コイルを開示する。特許文献1によれば、送電(給電)コイルから受電コイルへの磁束の伝播方向が複数存在し、送電コイルと受電コイルとの位置関係に依り使用するコイルを選択する為、位置関係にズレが生じても高効率で非接触給電を実現することができる。
本発明の目的は、受電コイルの型が異なっても、受電装置に給電することができる給電装置及び電力供給システムを提供することである。
本発明に係る給電装置は、受電コイルを有する受電装置に非接触で給電する給電装置である。共通のコアに異なる向きの磁束を発生させるようにそれぞれ巻回され、互いに独立して駆動できる複数の給電コイルと、複数の給電コイルの中から受電コイルの型に応じた給電コイルを駆動させる制御部と、を有した構成を採る。
本発明に係る電力供給システムは、受電コイルを有する受電装置と、受電装置に非接触で給電する給電装置と、を有する電力供給システムである。給電装置は、複数の給電コイルと、制御部と、を有する。複数の給電コイルは、共通のコアに異なる向きの磁束を発生させるようにそれぞれ巻回され、互いに独立して駆動できる。制御部は、受電コイルの型を判別し、複数の給電コイルの中から受電コイルの型に応じた給電コイルを選択し、選択された給電コイルを駆動させる。受電装置の受電コイルは、水平な軸を中心とする回転方向に螺旋状に巻回されたソレノイド型、或いは、鉛直な軸を中心とする回転方向に渦巻状に巻回されたスパイラル型の何れか一方である、構成を採る。
本発明によれば、受電コイルの型が異なっても、受電装置に給電することができるという効果が得られる。
本発明の実施の形態の説明に先立ち、従来の装置における問題点を簡単に説明する。従来の給電装置は、1つの型の給電コイルで、ソレノイド型の受電コイルと、スパイラル型の受電コイルとの両方に対応することができないという問題がある。特許文献1のように複数の給電コイルを有する装置においても、受電コイルの型が異なると給電を行うことができない。ここでコイルの型とは、主に巻線の形状を示している。
以下、図面を適宜参照して、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
<電力供給システムの構成>
本発明の実施の形態における電力供給システム100の構成について、図1を参照しながら、以下に詳細に説明する。
本発明の実施の形態における電力供給システム100の構成について、図1を参照しながら、以下に詳細に説明する。
電力供給システム100は、給電装置1及び車両2を有している。
給電装置1は、道路に設置され、車両2に搭載されている受電装置3に非接触で給電して蓄電池4を充電する。給電装置1は、道路gに埋め込みしても、道路g上に据え置いてもかまわない。
給電装置1は、給電部10と、給電側制御部11と、給電側通信部12と、を有している。
給電部10は、異なる向きに巻回され、互いに独立して駆動できる複数の給電コイルを有している。独立して駆動できるとは、独立した電流を流せることを意味する。給電コイルに電流が流れることによって、磁束を発生させて受電装置3に給電する。非接触の電力供給の方式としては、電磁誘導を利用する方式や磁界共鳴を利用する方式等が挙げられる。
給電側制御部11は、給電部10の給電の開始及び停止を制御する。給電側制御部11は、受電部30の受電コイルの型を判断し、給電部10の複数の給電コイルのうち受電コイルに応じた給電コイルを選択して駆動させる制御を行う。給電側制御部11は、給電部10から供給する電力の大きさ(電力量)の制御を行う。給電側制御部11は、典型的にはCPU(中央演算処理装置)とインターフェース回路とにより構成される。
給電側通信部12は、無線により車両2の車両側通信部33と通信を行って所定の信号を送信又は受信する。給電側通信部12は、受信した信号を給電側制御部11に出力する。
車両2は、受電装置3及び蓄電池4を有している。車両2は、タイヤへ伝達される駆動力を電力にて発生させる図示しない電動機を有している。車両2は、典型的には電気により推進力を得る電気自動車である。
蓄電池4は、受電装置3により充電される。蓄電池4は、車両2が有する電動機を駆動させるための電力を蓄えている。
受電装置3は、受電部30と、車両側制御部32と、車両側通信部33と、を有している。
受電部30は、給電部10からの電磁誘導により電力の受電が可能となっている。受電部30において電磁誘導により生じた誘導電流は、図示しない整流回路に入力され直流に変換されて蓄電池4に蓄積される。受電部30は、後述する受電コイルを有している。
車両側制御部32は、受電部30で受電された電力により蓄電池4を充電する制御、車両側通信部33を用いて給電装置1と通信する制御を行う。
車両側通信部33は、車両側制御部32の制御に従って、無線により給電装置1と通信を行なう。
<給電部の構成>
本発明の実施の形態における給電部10の構成について、図2を参照しながら、以下に詳細に説明する。
本発明の実施の形態における給電部10の構成について、図2を参照しながら、以下に詳細に説明する。
給電部10は、給電コイル201と、給電コイル202と、コア203と、を有している。
給電コイル201は、四角柱状のコア203に、鉛直な軸を中心とする回転方向に、螺旋状に巻回された縦巻きのソレノイド型コイルである。給電コイル201は、巻回軸方向に見て多角形状をしていてもよい。鉛直とは重力方向を示す。
給電コイル202は、四角柱状のコア203に、水平方向の軸を中心とする回転方向に、螺旋状に巻回された横巻きのソレノイド型コイルである。給電コイル202は、巻回軸方向に見て多角形状をしていてもよい。なお、ソレノイド型コイルは螺旋状に多段にコイルが巻回された構成であってもよい。
コア203は、強磁性体などの磁性体であり、給電コイル201または給電コイル202のインダクタンスを大きくして、給電コイル201または給電コイル202に電流が流れて生じる磁束を増加させる。
なお、地面が傾斜している場合等を考慮して言い換えると、給電コイル201は、受電コイル202(受電部30)と直交(対向)する方向の軸を中心とする回転方向に巻回され、給電コイル202は、受電コイル202(受電部30)と水平な方向(受電コイル202(受電部30)と直交する方向と直交する方向)の軸を中心とする回転方向に巻回される。
なお、以下の説明では、説明の簡略化のため、地面が傾斜していない場合を例示して説明を行う。
<受電部の構成>
本発明の実施の形態における受電部30の構成について、図3A、図3B、図4A、図4Bおよび図5を参照しながら、以下に詳細に説明する。
本発明の実施の形態における受電部30の構成について、図3A、図3B、図4A、図4Bおよび図5を参照しながら、以下に詳細に説明する。
受電部30は、コア212に巻回されたソレノイド型の受電コイル211と、スイッチ部701と、を有している。或いは、受電部30は、受電コイル211の代わりに、スパイラル型の受電コイル401を有している場合もある。
ここで、ソレノイド型の受電コイルとは、水平な軸(言い換えると、給電部10と水平な方向の軸)を中心とする回転方向に螺旋状にコイルが巻回された構成を言う。スパイラル型の受電コイルとは、鉛直な軸(言い換えると、給電部10と直交(対向)する方向の軸)を中心とする回転方向に渦巻状にコイルが巻回された構成を言う。スパイラル型は、コイルの巻き線が鉛直方向に一段のみある平面巻型と、多段に積み重なった多段巻型とがある。
スイッチ部701は、車両側制御部32の制御に従って、受電コイル211又は受電コイル401と蓄電池4とを通電状態又は非通電状態にする。
スイッチ部701が通電状態である場合、給電コイル201又は給電コイル202による電磁誘導で生じた誘導電流が蓄電池4に供給され蓄電池4が充電される。
<給電部の回路構成>
本発明の実施の形態1における給電部10の回路構成について、図6を参照しながら、以下に詳細に説明する。
本発明の実施の形態1における給電部10の回路構成について、図6を参照しながら、以下に詳細に説明する。
給電部10は、給電コイル201及び給電コイル202に加えて、電源回路802と、スイッチ部803と、を有している。
給電側制御部11は、電源回路802の駆動を開始させたり停止させたりする制御と、スイッチ部803を切り替える制御とを行う。
電源回路802は、給電側制御部11の制御に従って駆動を開始又は停止する。電源回路802は、典型的にはインバータ回路である。
スイッチ部803は、電源回路802が給電コイル201と給電コイル202との何れかに接続されるように切替可能である。スイッチ部803は、典型的にはリレーである。
<給電方法>
本発明の実施の形態における給電方法について、図3Aから図6を参照しながら、以下に詳細に説明する。
本発明の実施の形態における給電方法について、図3Aから図6を参照しながら、以下に詳細に説明する。
最初に、ソレノイド型の受電コイル211に給電する場合について説明する。
この場合、給電側制御部11は、スイッチ部803の端子803aと端子803bとを接続させる。これにより、給電コイル202に交流電流が流れる。
これにより、図3A、図3Bに示すように、コア203には図3A、図3Bにおいて左右方向に向きが変化する磁束Bが生じる。この磁束Bが受電コイル211のコア212を貫いて、図3A、図3Bにおいて左右方向に向きが変化する磁束Bが生じる。これにより、受電コイル211に誘導電流が流れ、この誘導電流により蓄電池4を充電することができる。この構成では、コア203の縦方向の長さ(高さ)をある程度確保することにより、給電コイル201の巻き数を増やすことができ、給電効率を向上させることができる。
次に、スパイラル型の受電コイル401に給電する場合について説明する。
この場合、給電側制御部11は、スイッチ部803の端子803aと端子803cとを接続させる。これにより、給電コイル201に電流が流れる。
これにより、図4A、図4Bに示すように、コア203には上下に向きが変化する磁束Bを生じる。この磁束Bが受電コイル401の中央を貫いて、受電コイル401にも上下に向きを変化させる磁束Bが生じる。これにより、受電コイル401に誘導電流が流れ、この誘導電流により蓄電池4を充電することができる。
このように、実施の形態1の給電装置1によれば、1つのスイッチ部803により給電コイル201及び給電コイル202の駆動を切り替えることで、ソレノイド型の受電コイル211にもスパイラル型の受電コイル401にも給電を行うことができる。また、給電コイル201および給電コイル202は、共通のコア203に磁束を発生させるように巻回されているので、給電部10を小型化することができる。
<給電装置の制御動作>
本発明の実施の形態に係る給電装置の制御動作について、図7を参照しながら、以下に詳細に説明する。なお、図7のフローでは、受電コイルの型として、ソレノイド型とスパイラル型の2つのみを想定した場合について説明する。
本発明の実施の形態に係る給電装置の制御動作について、図7を参照しながら、以下に詳細に説明する。なお、図7のフローでは、受電コイルの型として、ソレノイド型とスパイラル型の2つのみを想定した場合について説明する。
まず、給電側通信部12は、車両側通信部33に通信要求の信号を無線で送信する(S901)。
次に、給電側通信部12は、車両側通信部33から給電開始要求信号を受信したか否かを判断する(S902)。
給電側通信部12は、車両側通信部33から給電開始要求信号を受信しない場合(S902:NO)、S901の処理に戻る。
一方、給電側通信部12は、車両側通信部33から給電開始要求信号を受信した場合(S902:YES)、受信した給電開始要求信号を給電側制御部11に出力する。
給電側通信部12は、受電コイルの型を示す情報を含む信号を受信した際に、受信した信号を給電側制御部11に出力する。
給電側制御部11は、給電側通信部12から入力された信号に含まれる情報より受電コイルの型を示す情報を取得する(S903)。
次に、給電側制御部11は、受電コイルの型がソレノイド型(受電コイル211)であるか否かを判断する(S904)。
次に、給電側制御部11は、ソレノイド型の受電コイル211である場合(S904:YES)、スイッチ部803の端子803aと端子803bとを接続させることにより、電源回路802と給電コイル202とを接続し(S905)、処理を終了して給電を開始する。
一方、給電側制御部11は、スパイラル型の受電コイル401であると判断した場合(S904:NO)、スイッチ部803の端子803aと端子803cとを接続させることにより、電源回路802と給電コイル201とを接続し(S906)、処理を終了して給電を開始する。
次に、本発明の実施の形態に係る給電装置1の制御動作の変形例について、図8を参照しながら、以下に詳細に説明する。
まず、給電側制御部11は、地上側の図示しないセンサーの検出結果に基づいて、車両2が給電可能な位置に有るか否かを判断する(S1001)。
給電側制御部11は、車両2が給電可能な位置に無い場合(S1001:NO)、S1001の処理を繰り返す。
一方、給電側制御部11は、車両2が給電可能な位置に有る場合(S1001:YES)、スイッチ部803の端子803aと端子803cとを接続させることにより、電源回路802と給電コイル201とを接続する(S1002)。
次に、給電側制御部11は、テスト給電を開始する(S1003)。ここで、テスト給電とは、受電コイルの型を判断するために行う給電を言い、蓄電池4を充電するための給電とは異なる。
車両側制御部32は、受電コイルで受電した際の受電量を算出し、算出した受電量を示す受電量情報を送信するように車両側通信部33を制御する。
車両側通信部33は、車両側制御部32の制御に従って受電量情報を含む信号を無線で送信する。
給電側通信部12は、受電量情報を含む信号を受信する。
給電側制御部11は、給電側通信部12から入力された信号より抽出した受電量情報を取得する。また、給電側制御部11は、給電装置1から給電した給電量を算出し、算出した給電量と、取得した受電量情報が示す受電量とから、給電効率η1を算出する(S1004)。
次に、給電側制御部11は、スイッチ部803の端子803aと端子803bとを接続させることにより、電源回路802と給電コイル202とを接続する(S1005)。
次に、給電側制御部11は、テスト給電を開始する(S1006)。
車両側制御部32は、受電コイルで受電した際の受電量を算出し、算出した受電量を示す受電量情報を送信するように車両側通信部33を制御する。
車両側通信部33は、車両側制御部32の制御に従って受電量情報を含む信号を無線で送信する。
給電側通信部12は、受電量情報を含む信号を受信する。
給電側制御部11は、給電側通信部12から入力された信号より抽出した受電量情報を取得する。また、給電側制御部11は、給電装置1から給電した給電量を算出し、算出した給電量と、取得した受電量情報が示す受電量とから、給電効率η2を算出する(S1007)。
次に、給電側制御部11は、給電効率η1が給電効率η2よりも大きいか否かを判断する(S1008)。
給電側制御部11は、給電効率η1が給電効率η2よりも大きい場合(S1008:YES)、受電コイルの型がスパイラル型(受電コイル401)であると判断し、スイッチ部803の端子803aと端子803cとを接続させることにより、電源回路802と給電コイル201とを接続し(S1009)、処理を終了すると共に給電コイル201を駆動させて給電を開始する。
一方、給電側制御部11は、給電効率η1が給電効率η2以下の場合(S1008:NO)、受電コイルの型がソレノイド型(受電コイル211)であると判断し、電源回路802と給電コイル202とを接続したまま処理を終了すると共に給電コイル202を駆動させて給電を開始する。
ここで、給電装置1は、図7に示す制御動作と図8に示す制御動作との何れか一方のみを行うことができるようにしてもよいし、図7に示す制御動作と図8に示す制御動作との両方を行うことが可能なようにしてもよい。図7に示す制御動作と図8に示す制御動作との両方を行うことを可能にした場合には、複数の異なる判断方式で受電コイルの型を判断するので、一方の判断方式における判断処理に不具合を生じた場合であっても、受電コイルの型を判断することができる。
このように、本実施形態によれば、互いに独立して駆動可能なように同一のコア203に巻回された給電コイル201及び給電コイル202のうち、受電コイルの型に応じて決定した給電コイルを駆動させることにより、受電コイルの型に関わらず、受電装置3へ給電することができる。
また、本実施の形態によれば、給電コイル201及び給電コイル202を同一のコア203に巻回することにより、給電部の全体の体積を低減して給電部を小型化することができる。
また、本実施に形態によれば、給電コイル201及び給電コイル202を螺旋状に巻回し構成するので、給電コイルを容易に形成することができる。
また、本実施の形態によれば、受電コイルはソレノイド型及びスパイラル型の何れか一方により構成されているので、受電部を低背化することができる。
なお、本実施の形態では、給電コイル201及び給電コイル202が巻回軸方向に見て多角形状であると説明したが、給電コイル201及び給電コイル202を巻回軸方向から見て真円状又は楕円状に構成することもできる。
<変形例1>
本発明の実施の形態の給電部の変形例1について、図9を参照しながら、以下に詳細に説明する。
本発明の実施の形態の給電部の変形例1について、図9を参照しながら、以下に詳細に説明する。
給電部1100は、給電コイル1201と、給電コイル1202と、コア1203と、を有している。
給電コイル1201は、鉛直な軸(言い換えると、受電コイル202(受電部30)と直交(対向)する方向の軸)を中心とする回転方向に平面状に巻回された縦巻きコイルである。平面状とは、巻回軸方向にコイル線が多段に重なっていないことを示し、渦巻状に巻回されたものを示す。給電コイル1201は、球状のコア1203を中心に、コア1203の回りに巻回されている。給電コイル1201は、巻回軸方向から見て真円状にコア1203に巻回されている。
給電コイル1202は、水平な軸(言い換えると、受電コイル202(受電部30)と水平な方向の軸)を中心とする回転方向に平面状に巻回された横巻きコイルである。平面状とは、巻回軸方向にコイル線が多段に重なっていないことを示す。給電コイル1202は、球状のコア1203を中心に、コア1203の回りに巻回されている。給電コイル1202は、巻回軸方向から見て真円状にコア1203に巻回されている。
給電コイル1202と給電コイル1201とは、互いに独立して駆動可能なようにコア1203に巻回されている。
コア1203は、強磁性体などの磁性体であり、給電コイル1201または給電コイル1202のインダクタンスを大きくして、給電コイル1201または給電コイル1202に電流が流れて生じる磁束を増加させる。
なお、給電コイル1201及び給電コイル1202は、巻回軸方向から見て真円状に巻回され、真円状の形状と説明したが、給電コイル1201及び給電コイル1202は巻回軸方向から見て楕円状に巻回し、楕円状の形状としてもよい。
<変形例2>
本発明の実施の形態の給電部の変形例2について、図10を参照しながら、以下に詳細に説明する。
本発明の実施の形態の給電部の変形例2について、図10を参照しながら、以下に詳細に説明する。
給電部2100は、給電コイル2201と、給電コイル2202と、コア2203と、を有している。
給電コイル2201は、鉛直な軸(言い換えると、受電コイル202(受電部30)と直交(対向)する方向の軸)を中心とする回転方向に平面状に巻回された縦巻コイルである。給電コイル2201は、四角柱状のコア2203を中心に、コア2203の回りに巻回されている。給電コイル2201は、巻回軸方向から見て真円状にコア2203に巻回され、真円状の形状をしている。
給電コイル2202は、水平な軸(言い換えると、受電コイル202(受電部30)と水平な方向の軸)を中心とする回転方向に巻回された横巻コイルである。給電コイル2202は、螺旋状に巻回されたソレノイド型コイルである。給電コイル2202は、四角柱状のコア2203を中心に、コア2203の回りに巻回されている。給電コイル2202は、巻回軸方向から見て多角形状にコア2203に巻回され、多角形状をしている。
給電コイル2202と給電コイル2201とは、互いに独立して駆動可能なようにコア2203に巻回されている。
コア2203は、強磁性体などの磁性体であり、給電コイル2201または給電コイル2202のインダクタンスを大きくして、給電コイル2201または給電コイル2202に電流が流れて生じる磁束を増加させる。
変形例2によれば、給電コイル2201を同一平面上において巻回することにより、給電部を低背化することができる。
なお、給電コイル2201は、巻回軸方向から見て真円状に巻回され、真円状の形状と説明したが、給電コイル2201は、巻回軸方向から見て楕円状に巻回され、楕円状の形状としてもよい。また、給電コイル2202は、巻回軸方向から見て多角形状に巻回され、多角形状と説明したが、給電コイル2202は、巻回軸方向から見て真円状又は楕円状に巻回され、真円状又は楕円状の形状としてもよい。
<変形例3>
本発明の実施の形態の給電部の変形例3について、図11を参照しながら、以下に詳細に説明する。
本発明の実施の形態の給電部の変形例3について、図11を参照しながら、以下に詳細に説明する。
給電部3100は、給電コイル3201と、給電コイル3202と、コア3203と、を有している。
給電コイル3201は、鉛直な軸(言い換えると、受電コイル202(受電部30)と直交(対向)する方向の軸)を中心とする回転方向に巻回された縦巻コイルである。給電コイル3201は、四角柱状のコア3203より上方に、平面状に巻回され、発生した磁束がコア3203を貫くように配置されている。給電コイル3201は、巻回軸方向に見て真円状に巻回され、真円状の形状をしている。
給電コイル3202は、水平な軸(言い換えると、受電コイル202(受電部30)と水平な方向の軸)を中心とする回転方向に巻回された横巻コイルである。給電コイル3202は、四角柱状のコア3203を中心に、コア3203の回りに巻回されている。給電コイル3202は、螺旋状に巻回されたソレノイド型コイルである。給電コイル3202は、巻回軸方向から見て多角形状にコア3203に巻回され、多角形状をしている。
給電コイル3202と給電コイル3201とは、互いに独立して駆動可能に巻回されている。
コア3203は、強磁性体などの磁性体であり、給電コイル3201または給電コイル3202のインダクタンスを大きくして、給電コイル3201または給電コイル3202に電流が流れて生じる磁束を増加させる。
変形例3のように、給電コイル3201の下方に磁性体となるコア3203を配置しても、給電コイル3201のインダクタンスを大きくすることができる。給電コイル3201に電流が流れて、給電コイル3201の中央を貫く磁束が生じたときに、コア3203により磁束を増加することができる。
なお、給電コイル3201は、巻回軸方向から見て真円状に巻回され、真円状の形状としたが、給電コイル3201は、巻回軸方向から見て楕円状に巻回され、楕円状の形状としてもよい。また、給電コイル3202は、巻回軸方向から見て多角形状に巻回され、多角形状としたが、給電コイル3202は、巻回軸方向から見て真円状又は楕円状に巻回され、多角形状としてもよい。
<変形例4>
本発明の実施の形態の給電部の変形例4について、図12、図13を参照しながら、以下に詳細に説明する。
本発明の実施の形態の給電部の変形例4について、図12、図13を参照しながら、以下に詳細に説明する。
給電部4100は、給電コイル4201と、給電コイル3202と、コア3203と、を有している。
給電コイル3202と、コア3203は、変形例3と同一であるため、説明を省略する。
給電コイル4201は、鉛直な軸(言い換えると、受電コイル202(受電部30)と直交(対向)する方向の軸)を中心とする回転方向に巻回された縦巻コイルである。給電コイル4201は、四角柱状のコア3203より上方に、平面状に巻回され、発生した磁束がコア3203を貫くように配置されている。給電コイル4201は、図13に示すように巻回軸方向に見て8の字に巻回され、8の字状の形状をしている。
給電コイル3202と給電コイル4201とは、互いに独立して駆動可能に巻回されている。
給電コイル4201を8の字状の形状とすることで、給電コイル3201が真円状の形状の場合と比較し、給電コイル4201と受電コイル202とのギャップが大きい場合であっても給電を行うことが可能となる。
本発明は、部材の種類、配置、個数等は前述の実施形態に限定されるものではなく、その構成要素を同等の作用効果を奏するものに適宜置換する等、発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能であることはもちろんである。
例えば、上記実施の形態では、2つの給電コイルに1つの共通のコアを有する構成を示したが、共通のコアは分割されて複数の共通のコアとしてもよい。また、給電コイルは3個以上として、複数の給電コイルが共通のコアに異なる向きの磁束を発生させる構成としてもよい。
また、上記実施の形態では、給電装置を車両の受電装置に給電する構成を例にとって説明したが、給電する対象は車両に限られず、種々の構成を対象としてもよい。
また、上記実施の形態では、受電コイルの型として、ソレノイド型とスパイラル型を例示したが、その他の受電コイルの型が含まれていてもよく、その場合、当該その他の受電コイルの型に応じた給電コイルを有していることが好ましい。
本発明に係る給電装置は、車両の受電装置に非接触で給電するのに好適である。
1 給電装置
2 車両
3 受電装置
4 蓄電池
10,1100,2100,3100,4100 給電部
11 給電側制御部
12 給電側通信部
30 受電部
32 車両側制御部
33 車両側通信部
100 電力供給システム
201,202,1201,1202,2201,2202,3201,3202,4201 給電コイル
211,401 受電コイル
203,212,1203,2203,3203 コア
802 電源回路
701,803 スイッチ部
803a,803b,803c 端子
2 車両
3 受電装置
4 蓄電池
10,1100,2100,3100,4100 給電部
11 給電側制御部
12 給電側通信部
30 受電部
32 車両側制御部
33 車両側通信部
100 電力供給システム
201,202,1201,1202,2201,2202,3201,3202,4201 給電コイル
211,401 受電コイル
203,212,1203,2203,3203 コア
802 電源回路
701,803 スイッチ部
803a,803b,803c 端子
Claims (8)
- 受電コイルを有する受電装置に非接触で給電する給電装置であって、
共通のコアに異なる向きの磁束を発生させるようにそれぞれ巻回され、互いに独立して駆動できる複数の給電コイルと、
前記複数の給電コイルの中から前記受電コイルの型に応じた給電コイルを駆動させる制御部と、
を有する給電装置。 - 前記複数の給電コイルは、
前記受電コイルと直交する方向の軸を中心とする回転方向に巻回された縦巻コイルと、前記受電コイルと水平な方向の軸を中心とする回転方向に巻回された横巻コイルと、から構成される、
請求項1記載の給電装置。 - 前記制御部は、
前記受電コイルがスパイラル型である場合に前記縦巻コイルを駆動させ、前記受電コイルがソレノイド型である場合に前記横巻コイルを駆動させる、
請求項2記載の給電装置。 - 前記複数の給電コイルは、
螺旋状に巻回されたソレノイド型コイル、渦巻状に巻回されたスパイラル型コイル、又は、前記ソレノイド型コイルと前記スパイラル型コイルとの組合せにより構成される、
請求項1に記載の給電装置。 - 前記複数の給電コイルの各々は、
巻回軸方向に見て、多角形状、真円状又は楕円状である、
請求項1に記載の給電装置。 - 前記制御部は、
前記受電装置との通信により前記受電コイルの型を示す情報を取得し、取得した前記情報に基づいて駆動する前記給電コイルを選択する、
請求項1に記載の給電装置。 - 前記制御部は、
前記複数の給電コイルのうち何れかを選択してテスト給電を行い、テスト給電の給電効率に基づいて駆動する前記給電コイルを選択する、
請求項1に記載の給電装置。 - 受電コイルを有する受電装置と、前記受電装置に非接触で給電する給電装置と、を有する電力供給システムであって、
前記給電装置は、
共通のコアに異なる向きの磁束を発生させるようにそれぞれ巻回され、互いに独立して駆動できる複数の給電コイルを有する給電部と、
前記受電コイルの型を判別し、前記複数の給電コイルの中から前記受電コイルの型に応じた給電コイルを選択し、選択された前記給電コイルを駆動させる制御部と、
を有し、
前記受電装置の前記受電コイルは、前記給電部と水平な方向の軸を中心とする回転方向に螺旋状に巻回されたソレノイド型、或いは、前記給電部と直交する方向の軸を中心とする回転方向に渦巻状に巻回されたスパイラル型の何れか一方である、
電力供給システム。
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