JP5454590B2 - Resonance frequency control method, power transmission device, and power reception device in magnetic resonance power transmission system - Google Patents
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Description
本発明は、磁界共鳴型電力伝送システムにおける共振周波数制御方法、送電装置、および受電装置に関する。 The present invention relates to a resonance frequency control method, a power transmission device, and a power reception device in a magnetic field resonance type power transmission system.
無線で電力を伝送する、所謂無線電力伝送またはワイヤレス電力供給(WPS:Wireless Power Supply ) においては、空間的に離れた2点間でケーブルを用いることなく電力(エネルギ)の送受電を行なう。無線電力伝送には、電磁誘導を用いる方式と電波を用いる方式の2つの方式がある。また、磁界共鳴(磁場共鳴、磁気共鳴、磁界共鳴モードともいう)を用いる方式も提案されている(特許文献1)。
本発明は、磁界共鳴型電力伝送システムにおいて、コイルの共振周波数を高速にかつ正確にリアルタイムで調整できるようにすることを目的とする。 An object of the present invention is to make it possible to adjust the resonance frequency of a coil at high speed and accurately in real time in a magnetic field resonance type power transmission system.
本発明が適用される磁界共鳴型電力伝送システムを説明する。 A magnetic resonance power transmission system to which the present invention is applied will be described.
磁界共鳴を用いた方式(磁界共鳴型)では、電波を用いた方式と比べて大電力の伝送が可能であり、電磁誘導方式と比べて伝送距離を長くすることができまたは送受電用のコイルを小さくできる、というメリットがある。 The method using magnetic field resonance (magnetic field resonance type) can transmit higher power than the method using radio waves, and the transmission distance can be longer than that of electromagnetic induction method. There is an advantage that can be reduced.
磁界共鳴を用いた方式では、送電系コイルおよび受電系コイルの共振周波数を互いに同じ値に設定しておき、その近傍の周波数で電力伝送を行うことによって、高い効率でエネルギの伝送を行うことが可能になる。 In the method using magnetic field resonance, energy transmission can be performed with high efficiency by setting the resonance frequencies of the power transmission coil and the power reception coil to the same value and performing power transmission at frequencies in the vicinity thereof. It becomes possible.
磁界共鳴型電力伝送システムにおいて電力伝送の効率を高めるために、1次コイル側の発振信号の周波数に比して高い周波数を2次コイル側の共振周波数としたものがある(特許文献1)。これによると、キヤパシタンスを小さくし、1次コイルと2次コイルとの結合係数を見かけ上高くすることができるとのことである。 In order to increase the efficiency of power transmission in a magnetic field resonance type power transmission system, there is one in which a higher frequency than the frequency of the oscillation signal on the primary coil side is used as the resonance frequency on the secondary coil side (Patent Document 1). According to this, the capacitance can be reduced and the coupling coefficient between the primary coil and the secondary coil can be increased apparently.
コイル同士の結合度を高めることによって、電力伝送の効率をある程度高めることが可能である。 By increasing the degree of coupling between the coils, the efficiency of power transmission can be increased to some extent.
また、電力伝送の効率を高めるために、各コイルの共振ピークができるだけ鋭くなるようにすることが考えられる。そのためには、例えば各コイルのQ値が高くなるように設計すればよい。 In order to increase the efficiency of power transmission, it is conceivable to make the resonance peak of each coil as sharp as possible. For this purpose, for example, the Q value of each coil may be designed to be high.
しかし、Q値を高くした場合には、両コイルの共振周波数のズレに対する感度が高くなってしまうという問題、つまり両コイルの共振周波数のズレによる電力伝送の効率の低下への影響が大きくなってしまうという問題がある。 However, when the Q value is increased, the sensitivity to the deviation of the resonance frequency of both coils is increased, that is, the influence on the reduction of the power transmission efficiency due to the deviation of the resonance frequency of both coils is increased. There is a problem of end.
例えば、温度などの環境要因の変化、人や金属などの導体または磁性体が近づくことによるインダクタンスや容量の変化などによって、コイルの共振周波数が変化してしまう。また、製造時におけるバラツキによる共振周波数のズレもある。 For example, the resonance frequency of the coil changes due to changes in environmental factors such as temperature, changes in inductance and capacitance due to the approach of a conductor such as a person or metal, or a magnetic body. There is also a shift in the resonance frequency due to variations in manufacturing.
そのため、Q値が高い磁界共鳴型電力伝送システムにおいては、その最大限のメリットを生かすためには、コイルの共振周波数を環境変動などに対応して調整する仕組みが必要である。 Therefore, in the magnetic field resonance type power transmission system having a high Q value, a mechanism for adjusting the resonance frequency of the coil in response to an environmental change or the like is required in order to take advantage of the maximum merit.
コイルの共振周波数を目標周波数に合わせるためには、コイルのL(インダクタンス)またはコンデンサのC(容量)を調整する必要がある。 In order to adjust the resonance frequency of the coil to the target frequency, it is necessary to adjust L (inductance) of the coil or C (capacitance) of the capacitor.
ここに述べる1つの形態の方法では、送電系コイルから受電系コイルへ磁界共鳴を利用して電力を伝送する磁界共鳴型電力伝送システムにおける共振周波数制御方法において、前記送電系コイルに供給される電圧の位相および前記送電系コイルまたは前記受電系コイルに流れる電流の位相を検出し、それらの位相差が目標値となるように、前記送電系コイルまたは前記受電系コイルの共振周波数を可変する。 According to one aspect of the method described herein, in a resonance frequency control method in a magnetic field resonance type power transmission system that transmits electric power from a power transmission system coil to a power reception system coil by using magnetic field resonance, a voltage supplied to the power transmission system coil. And the phase of the current flowing in the power transmission coil or the power reception coil are detected, and the resonance frequency of the power transmission coil or the power reception coil is varied so that the phase difference thereof becomes a target value.
前記送電系コイルと前記受電系コイルとの結合度が大きくなって双峰特性が現れたときに、前記交流電源の周波数において電流のピークが現れるように、前記送電系コイルまたは前記受電系コイルの共振周波数を可変することも可能である。 When the degree of coupling between the power transmission coil and the power reception coil increases and a bimodal characteristic appears, a current peak appears at the frequency of the AC power supply. It is also possible to vary the resonance frequency.
また、ここに述べる1つの形態の装置では、送電系コイルから受電系コイルへ磁界共鳴を利用して電力を伝送する磁界共鳴型電力伝送システムにおいて、前記送電系コイルに供給される電圧の位相および前記送電系コイルまたは前記受電系コイルに流れる電流の位相を検出する位相検出部と、検出されたそれらの位相の位相差が目標値となるように、前記送電系コイルまたは前記受電系コイルの共振周波数を可変する共振周波数制御部と、を有する。 Further, in one form of device described herein, in a magnetic field resonance type power transmission system that transmits power from a power transmission system coil to a power reception system coil using magnetic field resonance, the phase of the voltage supplied to the power transmission system coil and A phase detector that detects a phase of a current flowing through the power transmission coil or the power reception coil, and resonance of the power transmission coil or the power reception coil so that a phase difference between the detected phases becomes a target value. A resonance frequency control unit that varies the frequency.
以下に述べる実施形態の電力伝送システム(電力伝送装置)1では、交流電源の電圧(ドライブ電圧)とコイルに流れる電流との位相差Δφを基に、コイル(共振回路)のLまたはCに対してリアルタイムの共振周波数制御を行う。 In the power transmission system (power transmission device) 1 of the embodiment described below, based on the phase difference Δφ between the voltage of the AC power supply (drive voltage) and the current flowing through the coil, L or C of the coil (resonance circuit) Real-time resonance frequency control.
また、送電系コイルと受電系コイルとの結合が大きくなって双峰特性(スプリット)が現れたときに、電力伝送の効率の低下を抑えるため、ピーク(スプリットピーク)が交流電源の周波数において現れるように、送電系コイルまたは受電系コイルの共振周波数をシフトさせる。この場合の共振周波数制御を、双峰特性が現れていない場合の共振周波数制御と区別するため、「双峰共振制御」ということがある。 In addition, when the coupling between the power transmission coil and the power reception coil is increased and a bimodal characteristic (split) appears, a peak (split peak) appears at the frequency of the AC power supply in order to suppress a decrease in power transmission efficiency. As described above, the resonance frequency of the power transmission coil or the power reception coil is shifted. In order to distinguish the resonance frequency control in this case from the resonance frequency control in the case where the bimodal characteristic does not appear, it may be referred to as “bimodal resonance control”.
また、「双峰共振制御」を含まない場合の共振周波数制御を「通常の共振周波数制御」と記載することがある。単に「共振周波数制御」と記載したときは原則として「双峰共振制御」を含む。 Further, the resonance frequency control in the case of not including “bimodal resonance control” may be described as “normal resonance frequency control”. When simply “resonance frequency control” is described, “bimodal resonance control” is included in principle.
図1および図2において、電力伝送システム1は、送電系コイルSC、受電系コイルJC、交流電源11、送電側制御部14、負荷となるデバイス21、および受電側制御部24を備える。
1 and 2, the
図2において、送電系コイルSCは、電力供給コイル12および送電共振コイル13を備える。電力供給コイル12は、銅線またはアルミニウム線などの金属線が円周状に複数回巻かれたものであり、その両端に交流電源11による交流電圧(高周波電圧)が印加される。
In FIG. 2, the power transmission coil SC includes a
送電共振コイル13は、銅線またはアルミニウム線などの金属線が円周状に巻かれたコイル131と、コイル131の両端に接続されたコンデンサ132とからなり、それらによる共振回路を形成する。共振周波数f0 は次の(1)式で示される。
The power
送電共振コイル13のコイル131は、例えばワンターンコイルである。コンデンサ132として、種々の形式のコンデンサが用いられるが、できるだけ損失が少なく十分な耐圧を有するものが好ましい。本実施形態では、共振周波数を可変するために、コンデンサ132として可変コンデンサが用いられる。可変コンデンサとして、例えばMEMS技術を用いて製作された可変容量デバイスが用いられる。半導体を用いた可変容量デバイス(バラクタ)でもよい。
The
電力供給コイル12と送電共振コイル13とは、電磁的に互いに密に結合するように配置される。例えば、同一平面上にかつ同心上に配置される。つまり、例えば、送電共振コイル13の内周側に電力供給コイル12が嵌まり込んだ状態で配置される。または、同軸上で適当な距離をあけて配置してもよい。
The
この状態で、交流電源11から電力供給コイル12に交流電圧が供給されたときに、電力供給コイル12に生じた交番磁界による電磁誘導によって送電共振コイル13に共振電流が流れる。つまり、電磁誘導によって、電力供給コイル12から送電共振コイル13に電力が供給される。
In this state, when an AC voltage is supplied from the
受電系コイルJCは、受電共振コイル22および電力取出コイル23を備える。受電共振コイル22は、銅線またはアルミニウム線などの金属線が円周状に巻かれたコイル221と、コイル221の両端に接続されたコンデンサ222とからなる。受電共振コイル22の共振周波数f0 は、コイル221のインダクタンスおよびコンデンサ222の静電容量に基づいて上の(1)式で示される。
The power receiving system coil JC includes a power
受電共振コイル22のコイル221は、例えばワンターンコイルである。コンデンサ222として、上に述べたように種々の形式のコンデンサが用いられる。本実施形態では、共振周波数を可変するために、コンデンサ222として可変コンデンサが用いられる。可変コンデンサとして、例えばMEMS技術を用いて製作された可変容量デバイスが用いられる。半導体を用いた可変容量デバイス(バラクタ)でもよい。
The
電力取出コイル23は、銅線またはアルミニウム線などの金属線が円周状に複数回巻かれたものであり、その両端に負荷であるデバイス21が接続される。
The
受電共振コイル22と電力取出コイル23とは、電磁的に互いに密に結合するように配置される。例えば、同一平面上にかつ同心上に配置される。つまり、例えば、受電共振コイル22の内周側に電力取出コイル23が嵌まり込んだ状態で配置される。または、同軸上で適当な距離をあけて配置してもよい。
The power
この状態で、受電共振コイル22に共振電流が流れると、それによって発生した交番磁界による電磁誘導によって電力取出コイル23に電流が流れる。つまり、電磁誘導によって、受電共振コイル22から電力取出コイル23に電力が送られる。
In this state, when a resonance current flows through the power
送電系コイルSCと受電系コイルJCとは、磁界共鳴によって無線で電力を伝送するため、図2に示されるように、コイル面が互いに平行になるように、かつコイル軸心が互いに一致するかまたは余りずれないように、互いに適当な距離の範囲内に配置される。例えば、送電共振コイル13および受電共振コイル22の直径が100mm程度の場合に、数百mm程度の距離の範囲内に配置される。
Since the power transmission coil SC and the power reception coil JC transmit power wirelessly by magnetic field resonance, are the coil surfaces parallel to each other and the coil axes coincide with each other as shown in FIG. Alternatively, they are arranged within an appropriate distance from each other so as not to deviate so much. For example, when the diameters of the power
図2に示す電力伝送システム1において、コイル軸心KSに沿う方向が磁界KKの主な放射方向であり、送電系コイルSCから受電系コイルJCに向かう方向が送電方向SHである。
In the
ここで、送電共振コイル13の共振周波数fsと受電共振コイル22の共振周波数fjとが、ともに交流電源11の周波数fdと一致しているときは、最大の電力が伝送される。しかし、もし、それらの共振周波数fs,fjが互いにズレたり、それらと交流電源11の周波数fdとがズレたりすると、伝送される電力は低下し、効率が低下する。
Here, when the resonance frequency fs of the power
すなわち、図9において、横軸は交流電源11の周波数fd〔MHz〕であり、縦軸は伝送される電力の大きさ〔dB〕である。曲線CV1は、送電共振コイル13の共振周波数fsと受電共振コイル22の共振周波数fjとが一致している場合を示す。この場合に、図9によると、その共振周波数fs,fjは13.56MHzである。
That is, in FIG. 9, the horizontal axis represents the frequency fd [MHz] of the
また、曲線CV2,CV3は、受電共振コイル22の共振周波数fjが送電共振コイル13の共振周波数fsに対して、5パーセント、10パーセント、それぞれ高い場合を示す。
Curves CV2 and CV3 indicate cases where the resonance frequency fj of the power
図9において、交流電源11の周波数fdが13.56MHzであるときに、曲線CV1では最高の電力が伝送されるが、曲線CV2,CV3では順次低下している。また、交流電源11の周波数fdが13.56MHzからシフトしたとき、上側に僅かにシフトしたときを除いて、曲線CV1〜CV3のいずれにおいても伝送される電力が低下している。
In FIG. 9, when the frequency fd of the
したがって、送電共振コイル13および受電共振コイル22の共振周波数fs,fjを、交流電源11の周波数fdに極力一致させる必要がある。
Therefore, it is necessary to make the resonance frequencies fs and fj of the power
図10において、横軸は周波数〔MHz〕であり、縦軸はコイルに流れる電流の大きさ〔dB〕である。曲線CV4は、コイルの共振周波数が交流電源11の周波数fdに一致している場合を示す。この場合に、図10によると、その共振周波数は10MHzである。
In FIG. 10, the horizontal axis represents the frequency [MHz], and the vertical axis represents the magnitude [dB] of the current flowing through the coil. A curve CV4 shows a case where the resonance frequency of the coil matches the frequency fd of the
また、曲線CV5,CV6は、コイルの共振周波数が、交流電源11の周波数fdに対して、高くなった場合または低くなった場合を示す。
Curves CV5 and CV6 indicate the case where the resonance frequency of the coil is higher or lower than the frequency fd of the
図10において、曲線CV4では最大の電流が流れるが、曲線CV5,CV6ではいずれも電流が低下している。なお、コイルのQ値が高い場合には、共振周波数のズレによる電流または伝送電力の低下への影響が大きい。 In FIG. 10, the maximum current flows in the curve CV4, but the current decreases in both the curves CV5 and CV6. In addition, when the Q value of the coil is high, the influence on the decrease of the current or the transmission power due to the deviation of the resonance frequency is large.
そこで、本実施形態の電力伝送システム1では、送電側制御部14および受電側制御部24により、交流電源11の位相φvs、送電共振コイル13および受電共振コイル22に流れる電流の位相φis,φijを用いて、共振周波数制御を行う。
Therefore, in the
ここで、送電側制御部14は、送電系コイルSCに供給される電圧Vsの位相φvsおよび送電系コイルSCに流れる電流Isの位相φisを検出し、それらの位相差Δφsが所定の目標値φmsとなるように、送電系コイルSCの共振周波数fsを可変する。
Here, the power transmission
すなわち、送電側制御部14は、電流検出センサSE1、位相検出部141,142、目標値設定部143、フィードバック制御部144、および位相送信部145を有する。
That is, the power transmission
電流検出センサSE1は、送電共振コイル13に流れる電流Isを検出する。電流検出センサSE1として、ホール素子、磁気抵抗素子、または検出コイルなどを用いることが可能である。電流検出センサSE1は、例えば電流Isの波形に応じた電圧信号を出力する。
The current detection sensor SE <b> 1 detects the current Is flowing through the power
位相検出部141は、電力供給コイル12に供給される電圧Vsの位相φvsを検出する。位相検出部141は、例えば、電圧Vsの波形に応じた電圧信号を出力する。この場合に、電圧Vsをそのまま出力してもよく、または適当な抵抗によって分圧して出力してもよい。したがって、位相検出部141は、単なる電線により、または1つまたは複数の抵抗器によって構成することも可能である。
The
位相検出部142は、電流検出センサSE1からの出力に基づいて、送電共振コイル13に流れる電流Isの位相φisを検出する。位相検出部142は、例えば、電流Isの波形に応じた電圧信号を出力する。この場合には、位相検出部142は、電流検出センサSE1の出力をそのまま出力してもよい。したがって、電流検出センサSE1が位相検出部142を兼ねるようにすることも可能である。
The
目標値設定部143は、位相差Δφsの目標値φmsを設定して記憶する。したがって、目標値設定部143には目標値φmsを記憶するためのメモリが設けられる。目標値φmsとして、後で述べるように、例えば、「−π」、または「−πに適当な補正値aを加えた値」などが設定される。 Target value setting unit 143 sets and stores target value φms of phase difference Δφs. Therefore, the target value setting unit 143 is provided with a memory for storing the target value φms. As the target value φms, as described later, for example, “−π” or “a value obtained by adding an appropriate correction value a to −π” or the like is set.
なお、目標値φmsの設定は、予め記憶された1つまたは複数のデータの中から選択することにより行ってもよく、またCPUやキーボードなどからの指令によって行われるようにしてもよい。 The target value φms may be set by selecting from one or a plurality of data stored in advance, or may be performed by a command from a CPU or a keyboard.
フィードバック制御部144は、交流電源11の電圧Vsの位相φvsと送電共振コイル13の電流Isの位相φisとの位相差Δφsが、設定された目標値φmsとなるように、送電共振コイル13の共振周波数fsを可変する。
The
位相送信部145は、電力供給コイル12に供給される電圧Vsの位相φvsについての情報を、受電側制御部24に対して例えば無線で送信する。位相送信部145は、例えば、電圧Vsの波形に応じた電圧信号を、アナログ信号としてまたはデジタル信号として送信する。その場合に、S/N比を向上させるために、電圧Vsの波形に応じた電圧信号を整数倍に逓倍して送信してもよい。
The
受電側制御部24は、送電系コイルSCに供給される電圧VSの位相φvsおよび受電系コイルJCに流れる電流IJの位相φijを検出し、それらの位相差Δφjが所定の目標値φmjとなるように、受電系コイルJCの共振周波数fjを可変する。
The power receiving
すなわち、受電側制御部24は、電流検出センサSE2、位相受信部241、位相検出部242、目標値設定部243、およびフィードバック制御部244を有する。
That is, the power reception
電流検出センサSE2は、受電共振コイル22に流れる電流Ijを検出する。電流検出センサSE2として、ホール素子、磁気抵抗素子、または検出コイルなどを用いることが可能である。電流検出センサSE2は、例えば電流Ijの波形に応じた電圧信号を出力する。
The current detection sensor SE2 detects a current Ij flowing through the power
位相受信部241は、位相送信部145から送信された位相φvsについての情報を受信し、その情報を出力する。位相送信部145において電圧信号を逓倍した場合には、位相受信部241において元に戻すために分周を行う。位相受信部241は、例えば、電圧Vsに応じた電圧信号を出力する。
The
位相検出部242は、電流検出センサSE2からの出力に基づいて、受電共振コイル22に流れる電流Ijの位相φijを検出する。位相検出部242は、例えば、電流Ijの波形に応じた電圧信号を出力する。この場合には、位相検出部242は、電流検出センサSE2の出力をそのまま出力してもよい。したがって、電流検出センサSE2が位相検出部242を兼ねるようにすることも可能である。
The phase detector 242 detects the phase φij of the current Ij flowing through the power
目標値設定部243は、位相差Δφjの目標値φmjを設定して記憶する。目標値φmjとして、後で述べるように、例えば、送電側制御部14における目標値φmsに「−π/2」を加算した値が設定される。つまり目標値φmjとして、「−3π/2」が設定される。または、それに適当な補正値bを加えた値などが設定される。なお、目標値φmjの設定方法などについては、目標値φmsの場合と同様である。
The target
フィードバック制御部244は、交流電源11の電圧Vsの位相φvsと受電共振コイル22の電流Ijの位相φijとの位相差Δφjが、設定された目標値φmjとなるように、受電共振コイル22の共振周波数fjを可変する。
The
なお、送電側制御部14における目標値設定部143とフィードバック制御部144、受電側制御部24における目標値設定部243とフィードバック制御部244は、それぞれ共振周波数制御部の例である。
The target value setting unit 143 and the
以下において、図3を用いてさらに詳しく説明する。なお、図3において、図2に示した要素と同じ機能を有する要素には、同じ符号を付して説明を省略しまたは簡略化することがある。 This will be described in more detail with reference to FIG. In FIG. 3, elements having the same functions as those shown in FIG. 2 may be denoted by the same reference numerals and description thereof may be omitted or simplified.
図3において、電力伝送システム(電力伝送装置)1Bは、送電装置3および受電装置4を有する。
In FIG. 3, a power transmission system (power transmission device) 1 </ b> B includes a
送電装置3は、交流電源11、電力供給コイル12および送電共振コイル13からなる送電系コイルSC、および共振周波数制御部CTsなどを備える。
The
受電装置4は、受電共振コイル22および電力取出コイル23からなる受電系コイルJC、および共振周波数制御部CTjなどを備える。
The power receiving device 4 includes a power receiving system coil JC including a power
送電側の共振周波数制御部CTsは、目標値設定部143、位相比較部151、加算部152、ゲイン調整部153,154、補償部155、およびドライバ156などを備える。
The resonance frequency control unit CTs on the power transmission side includes a target value setting unit 143, a
位相比較部151は、電流検出センサSE1で検出された電流Isの位相φisと、交流電源11の電圧Vsの位相φvsとを比較し、それらの差である位相差Δφsを出力する。
The
加算部152は、位相比較部151の出力する位相差Δφsと、目標値設定部143に設定された目標値φmsとを加算する。本実施形態では、目標値φmsは、目標となる位相差Δφsに対して正負が逆になるように設定されるので、位相差Δφsと目標値φmsとの絶対値が一致したときに、加算部152の出力は0となる。
The
ゲイン調整部153,154は、制御が正しく行われるよう、それぞれ入力される値またはデータに対するゲイン(利得)を調整し、またはデータなどの換算を行う。
The
補償部155は、例えば低周波成分に対するゲインを定める。本実施形態の共振周波数制御部CTsは、コンデンサ132であるMEMS可変容量デバイスに対するフィードバック制御を行うサーボ系を構成するとみることができる。したがって、補償部155には、サーボ系の安定化、高速化、高精度化を図るための適当なサーボフィルタが用いられる。また、このようなサーボ系においてPID動作を行わせるためのフィルタ回路または微分積分回路などが、必要に応じて用いられる。
The
ドライバ156は、コンデンサ132であるMEMS可変容量デバイスを駆動し、その静電容量を可変制御するために、コンデンサ132に駆動KSsを出力する。
The
MEMS可変容量デバイス(MEMS可変キャパシタ)は、例えば、ガラスの基板上に下部電極および上部電極が設けられ、それらの間に印加する電圧による静電吸引力によって撓んで間隔が変化し、それらの間の静電容量が可変される。キャパシタのための電極と駆動のための電極とが別個に設けられることもある。駆動のための電極に印加する電圧と静電容量の変化量との関係が線形でないので、ドライバ156においてその変換のための演算またはテーブル換算なども必要に応じて行う。
In a MEMS variable capacitance device (MEMS variable capacitor), for example, a lower electrode and an upper electrode are provided on a glass substrate, and an interval between them is changed by bending due to an electrostatic attraction force due to a voltage applied between them. The capacitance of is variable. An electrode for a capacitor and an electrode for driving may be provided separately. Since the relationship between the voltage applied to the electrodes for driving and the amount of change in capacitance is not linear, the
受電側の共振周波数制御部CTjは、目標値設定部243、位相比較部251、加算部252、ゲイン調整部253,254、補償部255、およびドライバ256などを備える。受電側の共振周波数制御部CTjの各部の構成および動作は、上に述べた送電側の共振周波数制御部CTsの各部の構成および動作と同様である。
The power-reception-side resonance frequency control unit CTj includes a target
なお、電力伝送システム1,1Bにおける送電側制御部14、受電側制御部24、共振周波数制御部CTs,CTjなどは、ソフトウエアまたはハードウエアにより、またはそれらの組み合わせにより、実現することが可能である。例えば、CPU、ROMおよびRAMなどのメモリ、その他の周辺素子などよりなるコンピュータを用い、適当なコンピュータプログラムをCPUに実行させてもよい。その場合に、適当なハードウエア回路を併用すればよい。
The power transmission
次に、図4〜図7を参照して、電力伝送システム1Bにおける共振周波数制御の動作について説明する。 Next, the operation of the resonance frequency control in the power transmission system 1B will be described with reference to FIGS.
図4〜図7において、それぞれの各図(A)では、横軸は交流電源11の周波数f〔MHz〕であり、縦軸は各コイルに流れる電流Iの大きさ〔dB〕である。各図(B)では、横軸は交流電源11の周波数f〔MHz〕であり、縦軸は各コイルに流れる電流Iの位相φ〔radian〕である。図4〜図7のそれぞれにおいて、図(A)と図(B)とは対応している。
4 to 7, in each figure (A), the horizontal axis represents the frequency f [MHz] of the
なお、位相φは、交流電源11の電圧Vsの位相φvs、つまり電力供給コイル12に供給される電圧Vsの位相φvsを基準とし、その位相差Δφを示している。つまり、位相φvsと一致した場合に位相φが0となる。
The phase φ indicates the phase difference Δφ with reference to the phase φvs of the voltage Vs of the
各曲線に付した符号CAA1〜4、CAB1〜4、CBA1〜4、CBB1〜4、CCA1〜4、CCB1〜4、CDA1〜4、CDB1〜4において、末尾の数字1、2、3、4は、それぞれ、電力供給コイル12、送電共振コイル13、受電共振コイル22、電力取出コイル23に対応することを示す。
The symbols CAA1-4, CAB1-4, CBA1-4, CBB1-4, CCA1-4, CCB1-4, CDA1-4, CDB1-4 attached to each curve, These correspond to the
そして、共振周波数制御において、送電共振コイル13、または送電共振コイル13と受電共振コイル22とを、その共振周波数fs,fjが10MHzとなるように制御する。
In the resonance frequency control, the power
これら図4〜図7は、このような条件の下でコンピュータによるシミュレーションを行ってその結果を示したものである。 4 to 7 show the results of a computer simulation under such conditions.
図4は送電側制御部14または送電装置3のいずれかのみによって共振周波数制御を行った場合を示し、図5は送電側制御部14または送電装置3および受電側制御部24または受電装置4の両方によって共振周波数制御を行った場合を示す。
FIG. 4 shows a case where the resonance frequency control is performed only by either the power transmission
図4において、送電共振コイル13について、その共振周波数fsが10MHzとなるように、共振周波数制御が行われる。この場合に、交流電源11の周波数fdを10MHzとし、目標値設定部143においては目標値φmsとして「−π」が設定される。
In FIG. 4, the resonance frequency control is performed on the power
曲線CAA2に示されるように、送電共振コイル13の電流Isは、交流電源11の周波数fdと一致する10MHzにおいて最大となっている。
As indicated by the curve CAA2, the current Is of the power
曲線CAB2に示されるように、送電共振コイル13の電流Isの位相φisは、共振周波数fsである10MHzにおいて、−πとなっている。つまり、目標値φmsと一致している。
As shown by the curve CAB2, the phase φis of the current Is of the power
また、送電共振コイル13は、電力供給コイル12からみて直列共振回路と見ることができる。したがって、共振周波数fsよりも低い周波数fdにおいては容量性となって−π/2に近づき、高い周波数fdにおいては誘導性となって−3π/2に近づく。
Further, the power
このように、送電共振コイル13に流れる電流Isの位相φisは、共振周波数fsの近辺において大きく変化する。位相φisつまり位相差Δφsが−πとなるように制御することによって、送電共振コイル13の共振周波数fsを電圧Vsの周波数fdに高精度で一致させることができる。
Thus, the phase φis of the current Is flowing through the power
なお、曲線CAA1に示されるように、電力供給コイル12に流れる電流Iも、共振周波数fsにおいて最大となる。曲線CAB1に示されるように、電力供給コイル12に流れる電流Iの位相φiは、共振周波数fsの近辺において0または進み位相となり、共振周波数fsから外れると−π/2となる。
As indicated by the curve CAA1, the current I flowing through the
図5において、送電共振コイル13および受電共振コイル22について、その共振周波数fs,fjが10MHzとなるように、共振周波数制御が行われる。この場合に、目標値設定部143,243において、目標値φmsとして「−π」が、目標値φmjとして「−3π/2」が、それぞれ設定される。
In FIG. 5, the resonance frequency control is performed on the power
つまり、目標値φmjには、目標値φmsに−π/2を加算した値「φms−π/2」、つまり目標値φmsよりもπ/2遅れた位相が設定される。 That is, the target value φmj is set to a value “φms−π / 2” obtained by adding −π / 2 to the target value φms, that is, a phase delayed by π / 2 from the target value φms.
曲線CBA2および曲線CBB2については、図4における曲線CAA2および曲線CAB2とほぼ同様である。 The curve CBA2 and the curve CBB2 are substantially the same as the curve CAA2 and the curve CAB2 in FIG.
曲線CBA3に示されるように、受電共振コイル22の電流Ijは、交流電源11の周波数fdと一致する10MHzにおいて最大となっている。
As indicated by the curve CBA3, the current Ij of the power
曲線CBB3に示されるように、受電共振コイル22の電流Ijの位相φijは、共振周波数fsである10MHzにおいて、−3π/2となっている。つまり、目標値φmjと一致している。また、周波数fdが共振周波数fsよりも低くなった場合に、位相差Δφが減少して−π/2に近づき、共振周波数fsよりも高くなった場合に、位相差Δφが増大して−5π/2つまり−π/2に近づく。
As indicated by the curve CBB3, the phase φij of the current Ij of the power
このように、送電共振コイル13および受電共振コイル22に流れる電流Is,Ijの位相φis,φijは、共振周波数fs,fjの近辺において大きく変化する。位相φis,φijつまり位相差Δφs,Δφjが−πまたは−3π/2となるように制御することによって、送電共振コイル13および受電共振コイル22の共振周波数fs,fjを電圧Vsの周波数fdに高精度で一致させることができる。
Thus, the phases φis and φij of the currents Is and Ij flowing through the power
このように、本実施形態の電力伝送システム1,1Bによると、送電系コイルSCおよび受電系コイルJCの共振周波数を高速にかつ正確にリアルタイムで制御することができる。
Thus, according to the
これにより、送電系コイルSCおよび受電系コイルJCの共振周波数を交流電源11の周波数fdに正確に一致させることができ、送電装置3から受電装置4に対し常に最大の電力を伝送することが可能である。
As a result, the resonance frequency of the power transmission coil SC and the power reception coil JC can be exactly matched to the frequency fd of the
そのため、環境要因などの変化があっても、常に最大の電力を伝送することができ、高い効率でエネルギの伝送を行うことができる。 Therefore, even if there are changes in environmental factors, the maximum power can always be transmitted, and energy can be transmitted with high efficiency.
また、本実施形態の共振周波数制御方法によると、交流電源の電圧Vsに対するコイル電流の位相差Δφを基に制御を行うので、スイープサーチ法による場合のように電流の振幅の変動による影響を受けることがなく、正確な制御が行える。 Further, according to the resonance frequency control method of the present embodiment, control is performed based on the phase difference Δφ of the coil current with respect to the voltage Vs of the AC power supply, so that it is affected by fluctuations in current amplitude as in the case of the sweep search method. And accurate control is possible.
なお、スイープサーチ法では、例えば、送電系コイルSCまたは受電系コイルJCにおけるLまたはCをスイープさせ、コイルの電流値が最大(ピーク)となる位置を試行錯誤的にサーチする。 In the sweep search method, for example, L or C in the power transmission coil SC or the power reception coil JC is swept, and the position where the coil current value is maximum (peak) is searched by trial and error.
しかし、このようなスイープサーチ法による場合には次の問題が考えられる。すなわち、
(1)使用状態によってはコイルの電流値が常に変動するので、コイルの電流値の変動(振幅変動)によって誤検出が生じ、正確な調整を行うのが容易でない。
(2)調整のために往復スイープ動作が必要となり、調整に時間を要し、高速なリアルタイム制御が困難である。また、一度調整を行っても、使用環境が変わると再度調整を行う必要があるので、その都度使用を一時停止しなければならない。However, in the case of such a sweep search method, the following problem can be considered. That is,
(1) Since the current value of the coil always varies depending on the use state, a false detection occurs due to the variation (amplitude variation) of the coil current value, and it is not easy to perform accurate adjustment.
(2) A reciprocating sweep operation is required for adjustment, and time is required for adjustment, and high-speed real-time control is difficult. Even if the adjustment is performed once, it is necessary to adjust again if the use environment changes. Therefore, the use must be suspended each time.
しかし、本実施形態の共振周波数制御方法によると、リアルタイムで制御を行っているので、交流電源11の周波数fdの変動や環境要因などの変動に対して常に補正が行われ、スイープサーチ法による場合のように再調整や一時停止などの必要がない。
However, according to the resonance frequency control method of the present embodiment, since control is performed in real time, correction is always performed for fluctuations in the frequency fd of the
また、本実施形態の電力伝送システム1,1Bでは、送電共振コイル13および受電共振コイル22のQ値が高い場合に、両コイルの共振周波数のズレに対する感度が高くなってしまう。
Further, in the
しかし、本実施形態の共振周波数制御方法によると、Q値が高くなることによって、位相φis,φijの共振周波数の近辺における変化割合が大きくなるので、これによって制御の感度も高くなる。その結果、位相差Δφs,Δφjをより高い精度で目標値φms,φmjに一致させることができ、Q値が高くなることによって一層高い効率の電力伝送を行うことができる。 However, according to the resonance frequency control method of the present embodiment, since the Q ratio increases, the rate of change in the vicinity of the resonance frequency of the phases φis and φij increases, so that the control sensitivity also increases. As a result, the phase differences Δφs and Δφj can be matched with the target values φms and φmj with higher accuracy, and higher efficiency power transmission can be performed by increasing the Q value.
次に、送電系コイルSCと受電系コイルJCとの結合が大きくなって双峰特性が現れたときの共振周波数制御(双峰共振制御)について説明する。 Next, the resonance frequency control (bimodal resonance control) when the coupling between the power transmission coil SC and the power receiving coil JC is increased and the bimodal characteristics appear will be described.
図6には、双峰特性が現れた場合であって、双峰共振制御を行っていない場合の、電流Is,Ijおよび位相φis、φijの状態が示されている。 FIG. 6 shows the states of the currents Is and Ij and the phases φis and φij when the bimodal characteristics appear and the bimodal resonance control is not performed.
つまり、図6に示す状態は、例えば図5に示す状態で動作しているときに、受電系コイルJCが送電系コイルSCに近づいて結合が大きくなった場合に現れる。 That is, the state shown in FIG. 6 appears when, for example, the power receiving coil JC approaches the power transmitting coil SC and the coupling becomes large when operating in the state shown in FIG.
図5において曲線CBA2,CBA3,に示すように単峰であったものが、図6においては、曲線CCA2,CCA3に示すように双峰となっている。これにより、共振周波数である10MHzにおいて、曲線CCA4に示すように、電力取出コイル23から取り出される電流が低下し、伝送電力が減少する。
What was unimodal as shown by curves CBA2, CBA3 in FIG. 5 is bimodal as shown by curves CCA2, CCA3 in FIG. As a result, at the resonance frequency of 10 MHz, as indicated by the curve CCA4, the current extracted from the
そこで、双峰共振制御では、2つあるピークのうちの1つのピークが、共振周波数fsである10MHzにおいて現れるように、送電系コイルSCおよび受電系コイルJCの共振周波数をシフトさせる。 Therefore, in the bimodal resonance control, the resonance frequencies of the power transmission coil SC and the power reception coil JC are shifted so that one of the two peaks appears at 10 MHz which is the resonance frequency fs.
そのため、通常の共振周波数制御では目標値φmjとして「−3π/2」が設定されたが、双峰共振制御では、目標値φmjとしてさらに−π/2を加算した位相、つまりさらにπ/2だけ遅れた位相である「−2π」を設定する。つまり、目標値φmjを、「−3π/2」から「−2π」に切り替える。 Therefore, in the normal resonance frequency control, “−3π / 2” is set as the target value φmj, but in the bimodal resonance control, the phase obtained by adding −π / 2 as the target value φmj, that is, only π / 2. “−2π” which is a delayed phase is set. That is, the target value φmj is switched from “−3π / 2” to “−2π”.
このように、双峰共振制御においては、目標値設定部243の目標値φmjとして、「−2π」が設定される。
Thus, in the bimodal resonance control, “−2π” is set as the target value φmj of the target
目標値設定部143の目標値φmsは、「−π」のままで変わらない。したがって、目標値φmsと目標値φmjとの差が、双峰共振制御になることによって、−π/2から−πに切り替わる。 The target value φms of the target value setting unit 143 remains “−π” and does not change. Therefore, the difference between the target value φms and the target value φmj is switched from −π / 2 to −π by the bimodal resonance control.
図7において、曲線CDB2に示されるように、送電共振コイル13の電流Isの位相φisは、共振周波数fsである10MHzにおいて、−πとなっている。また、曲線CDB3に示されるように、受電共振コイル22の電流Ijの位相φijは、共振周波数fsである10MHzにおいて、−2πとなっている。
In FIG. 7, the phase φis of the current Is of the power
曲線CDA2,CDA3,CDA4に示されるように、いずれの電流Iも双峰共振制御によって増大している。例えば、曲線CDA4において、通常の共振周波数制御においては電流が約−30dBであったものが、双峰共振制御においては約−20dBとなり、約10dB増大している。 As shown by the curves CDA2, CDA3 and CDA4, all the currents I are increased by the bimodal resonance control. For example, in the curve CDA4, the current that is about −30 dB in the normal resonance frequency control is about −20 dB in the bimodal resonance control, which is increased by about 10 dB.
図8には、送電共振コイル13と受電共振コイル22との距離を、200mmから100mmの間で変化させた場合の、電力取出コイル23から取り出される電力の変化の状態が示されている。
FIG. 8 shows a change state of electric power extracted from the electric
なお、図8は、コイルの直径を100mmとし、電力供給コイル12と送電共振コイル13との間隔を50mm、受電共振コイル22と電力取出コイル23との間隔を40mmとしてシミュレーションを行った結果である。電力取出コイル23の負荷であるデバイス21として、10Ωの抵抗器を接続した。
FIG. 8 shows the result of the simulation in which the coil diameter is 100 mm, the distance between the
図8において、曲線CU1は通常の共振周波数制御と双峰共振制御とを切り替えた場合、曲線CU2は双峰共振制御を行わなかった場合を、それぞれ示す。 In FIG. 8, a curve CU1 indicates a case where normal resonance frequency control and bimodal resonance control are switched, and a curve CU2 indicates a case where bimodal resonance control is not performed.
双峰共振制御を行わない場合には、曲線CU2に示されるように、コイル間の距離が近づくにつれて電力が低下する。これに対し、曲線CU1に示されるように、コイル間の距離が140mm程度に近づいたときに双峰共振制御に切り替えると、電力は低下することなく、却って増大する。 When the bimodal resonance control is not performed, the power decreases as the distance between the coils approaches, as indicated by the curve CU2. On the other hand, as shown by the curve CU1, when switching to the bimodal resonance control when the distance between the coils approaches about 140 mm, the power does not decrease but increases instead.
なお、通常の共振周波数制御と双峰共振制御とを自動的に切り替える方法として、種々の方法が考えられる。 Various methods are conceivable as a method for automatically switching between normal resonance frequency control and bimodal resonance control.
例えば、図11に示すように、目標値設定部243Cに、通常の共振周波数制御のための目標値φmj1と、双峰共振制御のための目標値φmj2とを記憶しておく。そして、双峰特性が現れたことを検出するための双峰検出部245を設ける。
For example, as shown in FIG. 11, the target
目標値設定部243Cは、通常の共振周波数制御においては目標値φmj1を目標値φmjとして出力するが、双峰検出部245が検出信号S1を出力したときには、目標値φmj2を目標値φmjとして出力する。これによって、通常の共振周波数制御と双峰共振制御とが自動的に切り替えられる。
The target
なお、双峰検出部245は、例えば、伝送電力が所定量よりも低下したこと、または、受電系コイルJCの距離が所定よりも近づいたことなどを検出するものでもよい。または、適当なタイミングで、2つの目標値φmj1,φmj2を切り替えて出力し、電力の大きい方の目標値φmを選択するようにしてもよい。
Note that the twin
次に、本実施形態の電力伝送システム1,1Bにおける共振周波数制御について、フローチャートを参照して説明する。
Next, resonance frequency control in the
図12において、交流電源11の位相φvsを検出し(#11)、送電共振コイル13および受電共振コイル22の位相φis,φijを検出し(#12)、位相差Δφs,Δφjを求める(#13)。
In FIG. 12, the phase φvs of the
そして、位相差Δφs,Δφjが目標値φms,φmjと一致するように、フィードバック制御を行う(#14)。 Then, feedback control is performed so that the phase differences Δφs and Δφj coincide with the target values φms and φmj (# 14).
図13において、フィードバック制御では、双峰特性が現れたか否かによって(#21)、目標値φmj2,φmj1を切り替える(#22、23)。 In FIG. 13, in the feedback control, the target values φmj2 and φmj1 are switched (# 22, 23) depending on whether or not a bimodal characteristic appears (# 21).
このように、双峰特性が現れたときに双峰共振制御を行うことにより、伝送電力の低下を抑制することができ、電力伝送の効率を向上させることができる。 As described above, by performing the bimodal resonance control when the bimodal characteristic appears, it is possible to suppress a decrease in transmission power and to improve the efficiency of power transmission.
したがって、通常の共振周波数制御と、双峰特性が現れた場合の双峰共振制御とを、切り替えて行うことにより、送電装置3から受電装置4に対し常に最大の電力を伝送することができ、高い効率でエネルギの伝送を行うことができる。
Therefore, it is possible to always transmit the maximum power from the
上に述べた各実施形態においては、目標値φmsとして−πを、目標値φmjとして−3π/2または−2πを設定した。目標値φmsとして設定された「−π」は、目標値「β」の例である。また、目標値φmjとして設定された「−3π/2」および「−2π」は、それぞれ目標値「β−π/2」「β−π」の例である。 In each embodiment described above, −π is set as the target value φms, and −3π / 2 or −2π is set as the target value φmj. “−π” set as the target value φms is an example of the target value “β”. Further, “−3π / 2” and “−2π” set as the target value φmj are examples of the target values “β−π / 2” and “β−π”, respectively.
これら目標値φms,φmjは、送電側制御部14、受電側制御部24、フィードバック制御部144,244、共振周波数制御部CTs,CTjの構成に応じて、種々変更することが可能である。
These target values φms and φmj can be variously changed according to the configurations of the power transmission
なお、本実施形態では、位相および位相差をラジアン(radian) で表した。位相または位相差をα〔radian〕としたとき、これは(α+2nπ)〔radian〕と等価である。nは任意の整数である。また、位相および位相差をラジアンではなく、度で表してもよい。 In the present embodiment, the phase and the phase difference are expressed in radians. When the phase or phase difference is α [radian], this is equivalent to (α + 2nπ) [radian]. n is an arbitrary integer. Also, the phase and phase difference may be expressed in degrees instead of radians.
また、目標値φms,φmsの設定に際し、それらの値に補正値a,bを加えてもよいことを述べた。そのような補正値a,bは、例えば、実際に最大の電力が得られるように決めればよい。 Further, it has been described that correction values a and b may be added to the target values φms and φms when they are set. Such correction values a and b may be determined so that, for example, the maximum power is actually obtained.
上に述べた実施形態において、位相検出部141,142の構成は種々変更することが可能である。つまり、電圧波形または電流波形であってもよく、位相を示す値またはデータなどであってもよい。つまり電圧Vsまたは電流Isについての位相情報を含んだ信号またはデータであればよい。
In the embodiment described above, the configurations of the
上に述べた実施形態において、加算部152とゲイン調整部153、および加算部252とゲイン調整部253は、それぞれ演算部の例である。ドライバ156,256によってコンデンサ132,222であるMEMS可変容量デバイスを駆動したが、他の形態のコンデンサを駆動するようにしてもよい。また、ドライバ156によって、コンデンサではなく、コイルのインダクタンスを可変するように駆動してもよい。
In the embodiment described above, the adding
上に述べた実施形態において、送電系コイルSC、受電系コイルJC、送電側制御部14、受電側制御部24、フィードバック制御部144,244、共振周波数制御部CTs,CTj、送電装置3、受電装置4、電力伝送システム1,1Bの各部または全体の構成、構造、回路、形状、個数、配置などは、本発明の主旨に沿って適宜変更することができる。
In the embodiment described above, the power transmission system coil SC, the power reception system coil JC, the power transmission
上に述べた実施形態の電力伝送システム(電力伝送装置)1,1Bは、例えば、携帯電話、モバイルコンピュータ、および携帯音楽プレーヤなどのモバイル機器に内蔵した二次電池の充電、または、自動車などの輸送機器の二次電池の充電などに適用することが可能である。
<符号の説明>
1、1B 電力伝送システム
3 送電装置
4 受電装置
SC 送電系コイル
11 交流電源
12 電力供給コイル
13 送電共振コイル
131 コイル
132 コンデンサ
JC 受電系コイル
22 受電共振コイル
221 コイル
222 コンデンサ
14 送電側制御部
SE1 電力検出センサ
141、142 位相検出部
143 目標値設定部
144 フィードバック制御部
145 位相送信部
151 位相比較部
152 加算部
153、154 ゲイン調整部
155 補償部
156 ドライバ
21 デバイス
24 受電側制御部
SE2 電力検出センサ
241 位相受信部
242 位相検出部
243 目標値設定部
244 フィードバック制御部
245 双峰検出部
251 位相比較部
252 加算部
253、254 ゲイン調整部
255 補償部
256 ドライバ
CTs (送信側)共振周波数制御部
CTj (受信側)共振周波数制御部
The power transmission system (power transmission device) 1, 1B of the above-described embodiment is, for example, a rechargeable battery built in a mobile device such as a mobile phone, a mobile computer, and a portable music player, or a car The present invention can be applied to charging secondary batteries of transportation equipment.
<Explanation of symbols>
1, 1B Power transmission system
3 Power transmission equipment
4 Power receiving device
SC power transmission coil
11 AC power supply
12 Power supply coil
13 Transmission resonance coil
131 coils
132 capacitors
JC Power receiving coil
22 Receiving resonance coil
221 coil
222 capacitors
14 Power transmission side controller
SE1 Power detection sensor
141, 142 Phase detector
143 Target value setting section
144 Feedback control unit
145 Phase transmitter
151 Phase comparator
152 Adder
153, 154 Gain adjuster
155 Compensator
156 driver
21 devices
24 Power-receiving-side control unit
SE2 Power detection sensor
241 Phase receiver
242 Phase detector
243 Target value setting section
244 Feedback control unit
245 Sohomi detector
251 Phase comparator
252 Adder
253, 254 Gain adjuster
255 Compensator
256 drivers
CTs (transmission side) resonance frequency control unit
CTj (reception side) resonance frequency control unit
Claims (16)
前記送電系コイルに供給される電圧の位相、前記送電系コイルおよび前記受電系コイルに流れる電流の位相を検出し、前記送電系コイルに供給される電圧の位相と前記送電系コイルに流れる電流の位相との差が第1目標値となるように、前記送電系コイルの共振周波数を可変し、前記送電系コイルに供給される電圧の位相と前記受電系コイルに流れる電流の位相との差が第2目標値となるように、前記受電共振コイルの共振周波数を可変する、
磁界共鳴型電力伝送システムにおける共振周波数制御方法。 In a resonance frequency control method in a magnetic field resonance type power transmission system that transmits electric power from a power transmission coil to a power reception coil using magnetic field resonance,
The phase of the voltage supplied to the power transmission system coil, the phase of the current flowing through the power transmission system coil and the power reception system coil are detected, and the phase of the voltage supplied to the power transmission system coil and the current flowing through the power transmission system coil The resonance frequency of the power transmission coil is varied so that the difference from the phase becomes the first target value, and the difference between the phase of the voltage supplied to the power transmission coil and the phase of the current flowing through the power reception coil is Changing the resonance frequency of the power receiving resonance coil so as to be the second target value;
A resonance frequency control method in a magnetic field resonance type power transmission system.
前記受電系コイルは、前記送電系コイルから磁界共鳴を利用して伝送された電力を受電する受電共振コイル、および前記受電共振コイルと電磁的に密に結合した電力取出コイルを有しており、
前記送電系コイルに供給される電圧の位相は、前記交流電源の電圧の位相である、
請求項1記載の磁界共鳴型電力伝送システムにおける共振周波数制御方法。 The power transmission coil includes a power supply coil to which an AC power supply is connected, and a power transmission resonance coil that is electromagnetically coupled to the power supply coil.
The power receiving coil includes a power receiving resonant coil that receives power transmitted from the power transmitting coil using magnetic field resonance, and a power extraction coil that is electromagnetically coupled to the power receiving resonant coil.
The phase of the voltage supplied to the power transmission coil is the phase of the voltage of the AC power supply.
The resonance frequency control method in the magnetic field resonance type electric power transmission system according to claim 1.
請求項1ないし3のいずれか1項記載の磁界共鳴型電力伝送システムにおける共振周波数制御方法。 The first target value is −π.
The resonance frequency control method in the magnetic field resonance type power transmission system according to any one of claims 1 to 3 .
前記受電系コイルは、前記送電系コイルから磁界共鳴を利用して伝送された電力を受電する受電共振コイル、および前記受電共振コイルと電磁的に密に結合した電力取出コイルを有しており、
前記送電共振コイルと前記受電共振コイルとの結合度が大きくなって双峰特性が現れたときに、
前記交流電源の電圧と前記送電共振コイルの電流との位相差の目標値がαとなるように、前記送電共振コイルの共振周波数を可変し、
前記交流電源の電圧と前記受電共振コイルの電流との位相差の目標値が(α−π)となるように、前記受電共振コイルの共振周波数を可変する、
請求項1ないし4のいずれか1項記載の磁界共鳴型電力伝送システムにおける共振周波数制御方法。 The power transmission coil includes a power supply coil to which an AC power supply is connected, and a power transmission resonance coil that is electromagnetically coupled to the power supply coil.
The power receiving coil includes a power receiving resonant coil that receives power transmitted from the power transmitting coil using magnetic field resonance, and a power extraction coil that is electromagnetically coupled to the power receiving resonant coil.
When the degree of coupling between the power transmission resonance coil and the power reception resonance coil is increased and a bimodal characteristic appears,
The resonance frequency of the power transmission resonance coil is varied so that the target value of the phase difference between the voltage of the AC power supply and the current of the power transmission resonance coil is α ,
Varying the resonance frequency of the power receiving resonance coil such that the target value of the phase difference between the voltage of the AC power supply and the current of the power receiving resonance coil is ( α− π);
The resonance frequency control method in the magnetic field resonance type power transmission system according to any one of claims 1 to 4 .
前記送電系コイルから磁界共鳴を利用して伝送された電力を受電する受電系コイルと、
前記送電系コイルに供給される電圧の位相、前記送電系コイルおよび前記受電系コイルに流れる電流の位相を検出する位相検出部と、
検出された前記送電系コイルに供給される電圧の位相と前記送電系コイルに流れる電流の位相との差が第1目標値となるように、前記送電系コイルの共振周波数を可変し、前記送電系コイルに供給される電圧の位相と前記受電系コイルに流れる電流の位相との差が第2目標値となるように、前記受電共振コイルの共振周波数を可変する共振周波数制御部と、
を有する磁界共鳴型電力伝送装置。 A power transmission coil;
A power receiving coil that receives power transmitted from the power transmitting coil using magnetic field resonance; and
A phase detector for detecting a phase of a voltage supplied to the power transmission coil, a phase of a current flowing through the power transmission coil and the power receiving coil, and
The resonance frequency of the power transmission coil is varied so that the difference between the detected phase of the voltage supplied to the power transmission coil and the phase of the current flowing through the power transmission coil becomes a first target value, and the power transmission A resonance frequency control unit configured to vary a resonance frequency of the power reception resonance coil so that a difference between a phase of a voltage supplied to the system coil and a phase of a current flowing in the power reception system coil becomes a second target value;
Magnetic field resonance type power transmission device.
前記交流電源の電圧の位相および前記送電共振コイルに流れる電流の位相を検出する送電系位相検出部と、
検出されたそれら位相の位相差が目標値となるように、前記送電系コイルの共振周波数を可変する送電系共振周波数制御部と、
を有する磁界共鳴型電力伝送装置における送電装置。 A power transmission coil having a power supply coil to which an AC power supply is connected and a power transmission resonance coil electromagnetically tightly coupled to the power supply coil, and using magnetic field resonance from the power transmission coil to the power reception coil A power transmission device for transmitting power,
A power transmission system phase detection unit that detects a phase of a voltage of the AC power supply and a phase of a current flowing through the power transmission resonance coil;
A power transmission resonance frequency control unit that varies the resonance frequency of the power transmission coil so that the detected phase difference between the phases becomes a target value;
A power transmission device in a magnetic field resonance type power transmission device.
前記目標値を設定して記憶する目標値設定部と、
前記交流電源の電圧と前記送電共振コイルの電流との位相差が設定された前記目標値となるように、前記送電共振コイルの共振周波数を可変するフィードバック制御部と、を有する、
請求項7記載の磁界共鳴型電力伝送装置における送電装置。 The power transmission resonance frequency controller is
A target value setting unit for setting and storing the target value;
A feedback control unit that varies the resonance frequency of the power transmission resonance coil so that the phase difference between the voltage of the AC power supply and the current of the power transmission resonance coil becomes the set target value;
The power transmission apparatus in the magnetic field resonance type power transmission apparatus according to claim 7.
前記電圧の位相と前記電流の位相とを比較し、それらの差である位相差を出力する位相比較部と、
前記位相比較部の出力する位相差と、前記目標値設定部に設定された目標値とを演算する演算部と、
前記送電共振コイルにおけるインダクタンスまたは静電容量を可変するために駆動するドライバと、を含む、
請求項8記載の磁界共鳴型電力伝送装置における送電装置。 The feedback control unit includes:
A phase comparison unit that compares the phase of the voltage with the phase of the current and outputs a phase difference that is a difference between them;
A calculation unit that calculates a phase difference output from the phase comparison unit and a target value set in the target value setting unit;
A driver that drives to vary inductance or capacitance in the power transmission resonance coil,
The power transmission apparatus in the magnetic field resonance type power transmission apparatus according to claim 8.
請求項8または9記載の磁界共鳴型電力伝送装置における送電装置。 The target value setting unit sets -π as the target value;
The power transmission apparatus in the magnetic field resonance type power transmission apparatus according to claim 8 or 9.
請求項7ないし10のいずれか1項に記載の磁界共鳴型電力伝送装置における送電装置。 A phase information transmission unit that wirelessly transmits information on the phase of the voltage supplied to the power transmission coil;
Power transmitting device in the magnetic field resonance type power transmission device according to any one of claims 7 to 10.
前記送電系コイルに供給される電圧の位相に関する情報を受信する位相情報受信部と、
前記受電系コイルに流れる電流の位相を検出する受電系位相検出部と、
前記位相情報受信部によって受信された電圧の位相と検出された電流の位相との位相差が目標値となるように、前記受電系コイルの共振周波数を可変する受電系共振周波数制御部と、
を有する磁界共鳴型電力伝送装置における受電装置。 A power receiving device in a magnetic field resonance type power transmission device that transmits electric power from a power transmission coil to a power receiving coil using magnetic field resonance,
A phase information receiver for receiving information on the phase of the voltage supplied to the power transmission coil;
A power receiving system phase detector for detecting a phase of a current flowing in the power receiving coil;
A power receiving system resonance frequency control unit that varies a resonance frequency of the power receiving system coil so that a phase difference between a phase of the voltage received by the phase information receiving unit and a phase of the detected current becomes a target value;
A power receiving device in a magnetic field resonance type power transmission device.
前記受電系共振周波数制御部は、
前記目標値を設定して記憶する目標値設定部と、
前記位相情報受信部によって受信された電圧の位相と検出された電流の位相との位相差が前記目標値となるように、前記受電共振コイルの共振周波数を可変するフィードバック制御部と、を有する、
請求項12記載の磁界共鳴型電力伝送装置における受電装置。 The power receiving system coil includes a power receiving resonance coil, and a power extraction coil electromagnetically tightly coupled to the power receiving resonance coil,
The power receiving system resonance frequency control unit is
A target value setting unit for setting and storing the target value;
A feedback control unit that varies the resonance frequency of the power receiving resonance coil so that the phase difference between the phase of the voltage received by the phase information receiving unit and the phase of the detected current becomes the target value;
A power receiving device in the magnetic field resonance type power transmission device according to claim 12.
前記電圧の位相と前記電流の位相とを比較し、それらの差である位相差を出力する位相比較部と、
前記位相比較部の出力する位相差と、前記目標値設定部に設定された目標値とを演算する演算部と、
前記受電共振コイルにおけるインダクタンスまたは静電容量を可変するために駆動するドライバと、を含む、
請求項13記載の磁界共鳴型電力伝送装置における受電装置。 The feedback control unit includes:
A phase comparison unit that compares the phase of the voltage with the phase of the current and outputs a phase difference that is a difference between them;
A calculation unit that calculates a phase difference output from the phase comparison unit and a target value set in the target value setting unit;
A driver that drives to vary inductance or capacitance in the power receiving resonance coil,
A power receiving device in the magnetic field resonance type power transmission device according to claim 13.
請求項13または14記載の磁界共鳴型電力伝送装置における受電装置。 The target value setting unit sets −3π / 2 as the target value;
The power receiving device in the magnetic field resonance type power transmission device according to claim 13 or 14.
請求項13ないし15のいずれか1項記載の磁界共鳴型電力伝送装置における受電装置。 The target value setting unit sets the target value to −2π when a coupling degree between the power transmission coil and the power reception coil is increased and a bimodal characteristic appears.
The power receiving device in the magnetic field resonance type power transmission device according to any one of claims 13 to 15 .
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