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JP6904652B2 - Communication device of non-contact power supply device - Google Patents

Communication device of non-contact power supply device Download PDF

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JP6904652B2 JP2018236882A JP2018236882A JP6904652B2 JP 6904652 B2 JP6904652 B2 JP 6904652B2 JP 2018236882 A JP2018236882 A JP 2018236882A JP 2018236882 A JP2018236882 A JP 2018236882A JP 6904652 B2 JP6904652 B2 JP 6904652B2
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Description

本発明は、非接触給電装置の通信装置に関する。すなわち、非接触給電装置において使用され、給電情報を送受信する通信装置に関する。 The present invention relates to a communication device of a non-contact power feeding device. That is, it relates to a communication device used in a non-contact power feeding device to transmit and receive power feeding information.

《技術的背景》
電気自動車(EV)や電動車輌等について、ケーブル等の機械的接続なしのワイヤレスで給電する、非接触給電装置(WPT)が開発され広く使用されている。
非接触給電装置では、電磁誘導の相互誘導作用に基づき、高周波電源に接続された送電側の送電コイルから、電池に接続された受電側の受電コイルに、エアギャップを存し非接触で近接対峙位置して、電力が供給される。
もって非接触給電装置では、給電開始に際し、送電コイルと受電コイルとが、対峙位置決めされていることが必要である。
《Technical background》
For electric vehicles (EVs), electric vehicles, etc., a non-contact power supply device (WPT) that supplies power wirelessly without mechanical connection such as a cable has been developed and is widely used.
In the non-contact power supply device, based on the mutual induction action of electromagnetic induction, there is an air gap between the power transmission coil on the power transmission side connected to the high frequency power supply and the power reception coil on the power reception side connected to the battery, and they face each other in a non-contact manner. Positioned and powered.
Therefore, in the non-contact power feeding device, it is necessary that the power transmitting coil and the power receiving coil are positioned facing each other at the start of power feeding.

《従来技術》
さて、このような非接触給電装置では、通信装置が使用されている。通信装置が、送電側と受電側に対をなして設けられ、給電情報を送受信するようになっている。
例えば、電気自動車等の受電側から、外部地上の給電スタンド等の送電側に対し、給電指示,要求電力等の給電情報が、通信装置にて送受信される。
<< Conventional technology >>
By the way, in such a non-contact power feeding device, a communication device is used. Communication devices are provided in pairs on the power transmission side and the power reception side to transmit and receive power supply information.
For example, power supply information such as a power supply instruction and required power is transmitted / received from a power receiving side of an electric vehicle or the like to a power transmitting side such as an external ground power supply stand by a communication device.

ところで、このような通信装置の電源については、以下のとおり。まず受電側において、これから給電される電池を通信装置の電源とすることは、適切ではない。
すなわち受電側において、これから給電しようとする電池は、当然のことながら多くの場合、残留容量がゼロであるのに対し、通信装置は、電池の残留容量がゼロであっても、立ち上げ,作動することを要するので、電池を電源とすることは適切でない。
このように電池残留容量がゼロの状態等、電源のない状態から通信装置を立ち上げ,作動することは、コールドスタートと称される。他方、給電開始に際しては前述したように、送電コイルと受電コイルが、確かに対峙位置決めされていることを要し、その認証は、受電相手の初期認証と称される。
By the way, the power supply of such a communication device is as follows. First, on the power receiving side, it is not appropriate to use the battery to be supplied from now on as the power source for the communication device.
That is, on the power receiving side, the battery to be supplied with power from now on naturally has a residual capacity of zero in many cases, whereas the communication device starts up and operates even if the residual capacity of the battery is zero. It is not appropriate to use a battery as a power source because it is necessary to do so.
Starting and operating the communication device from a state where there is no power supply, such as when the remaining battery capacity is zero, is called a cold start. On the other hand, at the start of power supply, as described above, the power transmission coil and the power reception coil must be positioned facing each other, and the authentication is called the initial authentication of the power reception partner.

そしてコールドスタートができ、かつ受電相手の初期認証ができるためには、給電開始に先立ち何らかのパッシブな検知手段が、従来必要とされていた。
すなわち、通信装置のコールドスタートと、送電コイル,受電コイル間が対峙位置決めされている旨の受電相手の初期認証とを、共に可能とするには、給電開始に先立ち、受電側にパッシブな検知手段が必要とされていた。受電側についてエネルギーを要しない、つまり能動的な動作を伴わないパッシブな検知手段が、必要とされていた。
パッシブな検知手段については、例えば次のとおり。例えば送電側に、電磁波,音波,光等の波動発生源を配設すると共に、受電側に、その波動を反射する反射器を配設する方式や、例えば送電側に、磁気センサを配設すると共に、受電側に鉄,フェライト等の強磁性体を配設し、もって磁気センサが磁気の強さや変化を捉える方式、等々が考えられていた。
そして、このようなパッシブな検知手段により、受電相手が初期認証されてから、給電が開始され、給電された電池を電源として、通信装置の送受信が実施されていた。
In order to be able to perform a cold start and to be able to perform initial authentication of the power receiving partner, some kind of passive detection means has been conventionally required prior to the start of power supply.
That is, in order to enable both the cold start of the communication device and the initial authentication of the power receiving partner that the power transmitting coil and the power receiving coil are positioned facing each other, a passive detection means on the power receiving side prior to the start of power supply. Was needed. There was a need for passive sensing means that did not require energy on the receiving side, that is, without active action.
For example, the passive detection means are as follows. For example, a wave generation source such as an electromagnetic wave, a sound wave, or light is arranged on the power transmission side, and a reflector that reflects the wave is arranged on the power reception side, or a magnetic sensor is arranged on the power transmission side, for example. At the same time, a method in which a ferromagnetic material such as iron or ferrite is arranged on the power receiving side and a magnetic sensor captures the strength or change of magnetism has been considered.
Then, by such a passive detection means, after the power receiving partner is initially authenticated, power supply is started, and transmission / reception of the communication device is carried out using the supplied battery as a power source.

特開2008―288889号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2008-288889

《従来技術の問題点》
ところで、このような従来の非接触給電装置の通信装置については、次の問題が課題として指摘されていた。
まず、パッシブな検知手段を必要とし、コスト増となるという問題が指摘されていた。
すなわち送電側について、波動発生源や磁気センサ等を新設すると共に、受電側について、反射器や強磁性体等を新設することを要し、その分、設備コストが嵩むという問題が指摘されていた。
又、様々な周辺ノイズにより、信頼性にも問題が指摘されていた。
すなわち、パッシブな検知手段は、電磁波,音波,光,磁気等を利用するので、周辺の電磁環境,音源,光源等の影響を受けて、ノイズ,エラー,障害等が発生し易く、動作の安定性,信頼性に問題が指摘されていた。
因に、非接触給電装置の通信装置の従来例としては、例えば前記の特許文献1が挙げられるものもあった。
しかしながら前述したように、このような従来の通信装置は、そのままではコールドスタートができないため、初期認証ができなかった。すなわち、受電側の電池残留容量がゼロの状態では、立ち上げ,作動できず、送電コイルと受電コイルの対峙位置決めの初期認証は不可能であった。
もって、コールドスタートができ、受電相手の初期認証が可能となる。通信装置の登場が従来より切望されていた。
<< Problems of conventional technology >>
By the way, the following problems have been pointed out as problems with the communication device of such a conventional non-contact power feeding device.
First, it has been pointed out that a passive detection means is required, which increases the cost.
That is, it has been pointed out that it is necessary to newly install a wave source, a magnetic sensor, etc. on the power transmission side and a reflector, a ferromagnet, etc. on the power reception side, and the equipment cost increases accordingly. ..
In addition, problems with reliability have been pointed out due to various ambient noises.
That is, since the passive detection means uses electromagnetic waves, sound waves, light, magnetism, etc., noise, errors, obstacles, etc. are likely to occur due to the influence of the surrounding electromagnetic environment, sound source, light source, etc., and the operation is stable. Problems were pointed out in terms of sex and reliability.
Incidentally, as a conventional example of a communication device of a non-contact power feeding device, for example, the above-mentioned Patent Document 1 can be mentioned.
However, as described above, since such a conventional communication device cannot be cold-started as it is, initial authentication cannot be performed. That is, when the remaining battery capacity on the power receiving side was zero, it could not be started up and operated, and the initial authentication of the confrontation positioning of the power transmission coil and the power receiving coil was impossible.
Therefore, a cold start can be performed and the initial authentication of the receiving party becomes possible. The advent of communication devices has long been coveted.

《本発明について》
本発明の非接触給電装置の通信装置は、このような実情に鑑み、上記従来技術の課題を解決すべくなされたものである。
そして本発明は、第1に、コールドスタートおよび受電相手の初期認証ができると共に、第2に、これらがコスト面や信頼性等にも優れて実現される、非接触給電装置の通信装置を提案することを目的とする。
<< About the present invention >>
In view of such circumstances, the communication device of the non-contact power feeding device of the present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art.
The present invention proposes a communication device for a non-contact power supply device, which can firstly perform cold start and initial authentication of a power receiving partner, and secondly, realize these in excellent cost and reliability. The purpose is to do.

《各請求項について》
このような課題を解決する本発明の技術的手段は、特許請求の範囲の請求項1に記載したように、次のとおりである。
この通信装置は、非接触給電装置において使用される。
該非接触給電装置は、給電ステージにおいて、電磁誘導の相互誘導作用に基づき、高周波電源に接続された送電側の送電コイルから、負荷電池に接続された受電側の受電コイルに、エアギャップを存し非接触で近接対峙位置して、電力を供給する。
該通信装置は、送電側と受電側に対をなして設けられ、給電情報を送受信し、給電ステージに先立つサーチステージにおいては、該送電コイルと該受電コイルとが対峙位置決めされた旨の初期認証情報を、送受信可能である。
そしてこの初期認証情報は、サーチステージにおいて、該送電コイルの周囲に微小磁界が形成されると共に、該受電コイルが該微小磁界の圏内に入ったことに基づき、得られる。
<< About each claim >>
As described in claim 1, the technical means of the present invention for solving such a problem is as follows.
This communication device is used in a non-contact power supply device.
The non-contact power feeding device has an air gap in the power feeding stage from the power transmitting coil on the power transmitting side connected to the high frequency power supply to the power receiving coil on the power receiving side connected to the load battery based on the mutual induction action of electromagnetic induction. It is non-contact and close to each other to supply power.
The communication device is provided as a pair on the power transmission side and the power reception side to transmit and receive power supply information, and in the search stage prior to the power supply stage, initial authentication that the power transmission coil and the power reception coil are positioned facing each other. Information can be sent and received.
Then, this initial authentication information is obtained based on the fact that a minute magnetic field is formed around the power transmission coil and the power receiving coil is within the range of the minute magnetic field in the search stage.

該送電コイルは、サーチステージにおいて、給電ステージの励磁電流より大幅に引き下げられた微小な励磁電流であるサーチ電流により、該微小磁界が周囲に形成される。
そして該受電コイルは、サーチステージにおいて、該送電コイルと対峙位置決めされて、該微小磁界の圏内に入ると、電磁誘導の相互誘導作用に基づき誘起電力が生成される。
受電側の該通信装置は、サーチステージにおいて、該受電コイルに生成された誘起電力により給電されて立ち上げ,作動したことに基づき、初期認証情報を送信する。
そして該送電コイルは、この初期認証情報に基づき、励磁電流が、サーチステージのサーチ電流より大幅に引き上げられた定格運転電流とされ、もって給電ステージとなる。
In the power transmission coil, the minute magnetic field is formed around the search stage by the search current, which is a minute exciting current that is significantly reduced from the exciting current of the power feeding stage.
Then, when the power receiving coil is positioned confronting the power transmission coil in the search stage and enters the range of the minute magnetic field, induced power is generated based on the mutual induction action of electromagnetic induction.
In the search stage, the communication device on the power receiving side transmits initial authentication information based on the fact that the power is supplied by the induced power generated in the power receiving coil to start up and operate.
Then, based on this initial authentication information, the power transmission coil has a rated operating current whose exciting current is significantly higher than the search current of the search stage, and thus serves as a power feeding stage.

そして給電ステージでは、該高周波電源の運転周波数が、定電圧領域周波数に設定される。
サーチステージでは、該高周波電源の運転周波数が、給電ステージの定電圧領域周波数と相違する定電流領域周波数に設定される。もって、受電側の該通信装置への給電電圧が、定電圧領域周波数のままとした場合より高くなる。
これにより、該通信装置への給電電圧の変動範囲が狭まること、を特徴とする。
Then, in the power feeding stage, the operating frequency of the high frequency power supply is set to the constant voltage region frequency.
In the search stage, the operating frequency of the high-frequency power supply is set to a constant current region frequency different from the constant voltage region frequency of the power feeding stage. Therefore, the power supply voltage to the communication device on the power receiving side becomes higher than when the constant voltage region frequency is left as it is.
As a result, the fluctuation range of the power supply voltage to the communication device is narrowed.

《作用等について》
本発明は、このような手段よりなるので、次のようになる。
(1)この非接触給電装置では、給電ステージに先立ちサーチステージが実施される。
(2)サーチステージでは、送電コイルに微小な励磁電流が通電され、もって周囲に微小磁界が形成される。
(3)そして受電コイルが、送電コイルに対峙位置決めされ、送電コイルの微小磁界圏内に入ると、電磁誘導の相互誘導作用に基づき、受電コイルに誘起電力が生成される。
(4)これにより、受電側の通信装置が給電,立ち上げ,作動される。そして、送電コイルに受電コイルが対峙位置決めされた旨の初期認証情報が、送信される。
(5)もってサーチステージから、給電ステージとなり、電磁誘導の相互誘導作用に基づき、送電コイルから受電コイルに電力が供給される。
(6)本発明は、このようなサーチステージを、給電ステージに先立って採用したので、受電側の電池残留容量がゼロであっても、通信装置のコールドスタートおよび受電相手の初期認証が可能である。
(7)そして本発明は、これらを、新たな設備,構成を採用,新設することなく実現する。又、微小磁界を利用するので、周辺の電磁環境等から悪影響を受ける虞や、悪影響を及ぼす虞もない。
(8)なお、サーチステージの励磁電流は、給電ステージに比し大幅に引き下げられた微小値よりなる。つまり、送電コイルにて生成される微小磁界が、周辺の電磁環境悪化を招かないレベルよりなる。
(9)そして、送電側の高周波電源の運転周波数は、給電ステージでは定電圧領域に設定されるのに対し、励磁電流が絞られるサーチステージでは定電流領域に設定されて、受電側の通信装置への給電電圧を高くすることができる。もって、給電電圧の変動範囲が狭くなるので、受電側の通信装置のDC/DCコンバータに、汎用品を使用できるようになる。
(10)そこで、本発明に係る非接触給電装置の通信装置は、次の効果を発揮する。
<< About action >>
Since the present invention comprises such means, it is as follows.
(1) In this non-contact power feeding device, a search stage is performed prior to the power feeding stage.
(2) In the search stage, a minute exciting current is applied to the power transmission coil, thereby forming a minute magnetic field around it.
(3) Then, when the power receiving coil is positioned opposite to the power transmission coil and enters the micromagnetic field range of the power transmission coil, induced power is generated in the power receiving coil based on the mutual induction action of electromagnetic induction.
(4) As a result, the communication device on the power receiving side is supplied with power, started up, and operated. Then, the initial authentication information indicating that the power receiving coil is confronted with the power transmitting coil is transmitted.
(5) From the search stage to the power supply stage, power is supplied from the power transmission coil to the power reception coil based on the mutual induction action of electromagnetic induction.
(6) Since such a search stage is adopted prior to the power supply stage in the present invention, it is possible to perform a cold start of the communication device and initial authentication of the power receiving partner even if the battery remaining capacity on the power receiving side is zero. be.
(7) And the present invention realizes these without adopting or newly installing new equipment and configurations. Further, since a minute magnetic field is used, there is no possibility of being adversely affected by the surrounding electromagnetic environment or the like.
(8) The exciting current of the search stage is composed of a minute value that is significantly reduced as compared with the feeding stage. That is, the minute magnetic field generated by the power transmission coil is at a level that does not cause deterioration of the surrounding electromagnetic environment.
(9) The operating frequency of the high-frequency power supply on the power transmission side is set in the constant voltage region in the power supply stage, whereas it is set in the constant current region in the search stage where the exciting current is throttled, and the communication device on the power reception side. The power supply voltage to can be increased. As a result, the fluctuation range of the feed voltage becomes narrower, so that a general-purpose product can be used for the DC / DC converter of the communication device on the power receiving side.
(10) Therefore, the communication device of the non-contact power feeding device according to the present invention exerts the following effects.

《第1の効果》
第1に、コールドスタートおよび受電相手の初期認証ができるようになる。
本発明では、給電ステージに先立つサーチステージにおいて、送電コイルの周囲に微小磁界が形成され、受電コイルが対峙位置決めされて微小磁界に入ると、誘起電力が生成される。もって、受電側の通信装置が給電され立ち上げ,作動されて、初期認証情報が送受信される。
このように本発明の通信装置は、受電側の電池残留容量がゼロであっても、電池電力に頼らないで立ち上げ可能,作動可能、コールドスタート可能であり、受電コイルが送電コイルと対峙位置決めされた旨の初期認証情報を、送受信可能である。
前述したこの種従来例の非接触給電装置の通信装置のように、そのままではコールドスタートができないため、初期認証もできない事態は解消される。
<< First effect >>
First, cold start and initial authentication of the receiving party will be possible.
In the present invention, in the search stage prior to the power feeding stage, a minute magnetic field is formed around the power transmission coil, and when the power receiving coil is positioned facing each other and enters the minute magnetic field, an induced power is generated. Therefore, the communication device on the power receiving side is supplied with power, started up, operated, and the initial authentication information is transmitted and received.
As described above, the communication device of the present invention can be started up, operated, and cold-started without relying on the battery power even if the remaining battery capacity on the power receiving side is zero, and the power receiving coil is positioned confronting the power transmission coil. It is possible to send and receive the initial authentication information to that effect.
Unlike the communication device of this type of conventional non-contact power supply device described above, the cold start cannot be performed as it is, so that the situation where the initial authentication cannot be performed is solved.

《第2の効果》
第2に、しかもこれらは、コスト面や信頼性等に優れて実現される。
本発明は、給電ステージに先立つサーチステージにおいて、微小なサーチ電流を励磁電流として、送電コイルの周囲に微小磁界を形成することに基づき、前述の第1の効果を実現する。
前述したこの種従来例のように、パッシブは検知手段,その他の新たな設備,構成を、新たに採用,新設することなく、コールドスタート可能,受電相手の初期認証可能となる。もって、設備コストが嵩むことなく、コスト面に優れている。
又、微小磁界を形成する方式なので、前述したこの種従来例のパッシブな検知手段を要する方式のように、様々な周辺ノイズにより信頼性に問題が生じることもない。すなわち、周辺の電磁環境,音源,光源等の影響を受けにくく、ノイズ,エラー,障害等の発生が防止され、安定性,信頼性に優れている。又、周囲の電磁環境等に対し悪影響を及ぼす虞もない。
そして、送電側の高周波電源の定電圧領域と定電流領域との運転周波数変更により、受電側の通信装置のDC/DC電源装置(DC/DCコンバータ)について、給電電圧の変動範囲を狭くできるので、汎用品を使用可能であり、コスト面に優れている。
このように、この種従来技術に存した課題がすべて解決される等、本発明の発揮する効果は、顕著にして大なるものがある。
<< Second effect >>
Secondly, these are realized with excellent cost and reliability.
The present invention realizes the above-mentioned first effect based on forming a minute magnetic field around the power transmission coil by using a minute search current as an exciting current in the search stage prior to the feeding stage.
As in the conventional example of this type described above, the passive can be cold-started and the initial authentication of the receiving party can be performed without newly adopting or newly installing a detection means and other new equipment and configurations. Therefore, the equipment cost does not increase and the cost is excellent.
Further, since it is a method of forming a minute magnetic field, there is no problem in reliability due to various ambient noises unlike the above-mentioned method requiring a passive detection means of the conventional example. That is, it is not easily affected by the surrounding electromagnetic environment, sound source, light source, etc., noise, errors, obstacles, etc. are prevented from occurring, and it is excellent in stability and reliability. In addition, there is no risk of adversely affecting the surrounding electromagnetic environment or the like.
By changing the operating frequency between the constant voltage region and the constant current region of the high-frequency power supply on the power transmission side, the fluctuation range of the power supply voltage can be narrowed for the DC / DC power supply (DC / DC converter) of the communication device on the power reception side. , General-purpose products can be used, and it is excellent in terms of cost.
As described above, the effects exhibited by the present invention are remarkably great, such as solving all the problems existing in the prior art of this kind.

本発明に係る非接触給電装置の通信装置について、発明を実施するための形態の説明に供する。そして(1)図は、電気系統の構成ブロック図、(2)図は、基本回路の等価回路図である。The communication device of the non-contact power feeding device according to the present invention will be described in a mode for carrying out the present invention. Then, (1) is a block diagram of an electric system, and (2) is an equivalent circuit diagram of a basic circuit. 同発明を実施するための形態の説明に供する。そして(1)図は、負荷電圧の周波数特性図、(2)図は、出力電力の周波数特性図である。It is provided for the description of the embodiment for carrying out the present invention. (1) is a frequency characteristic diagram of the load voltage, and (2) is a frequency characteristic diagram of the output power. 同発明を実施するための形態の説明に供する。そして(1)図は、送電コイルの周波数特性図、(2)図は、非接触給電装置全体の側面概略図である。It is provided for the description of the embodiment for carrying out the present invention. (1) is a frequency characteristic diagram of the power transmission coil, and (2) is a side schematic view of the entire non-contact power feeding device.

以下、本発明について、図面を参照して説明する。
《本発明の概要》
まず、本発明の概要については、次のとおり。
本発明の通信装置1は、非接触給電装置2において使用される。
非接触給電装置2は、給電ステージAにおいて、電磁誘導の相互誘導作用に基づき、送電側の送電コイルL1から受電側の受電コイルL2に、エアギャップGを存し近接対峙位置して、電力を供給する。
通信装置1は、送電側と受電側に対をなして設けられ、給電情報を送受信する。そして、給電ステージAに先立つサーチステージBにおいては、送電コイルL1と受電コイルL2とが対峙位置決めされた旨の初期認証情報を、送受信可能である。
そしてこの初期認証は、サーチステージBにおいて、送電コイルL1の周囲に微小磁界Dが形成されると共に、受電コイルL2がこの微小磁界Dの圏内に入ったことに基づき、得られる。
給電ステージAでは、高周波電源V1の運転周波数が、定電圧領域周波数に設定される。これに対しサーチステージBでは、高周波電源の運転周波数が、給電ステージAの定電圧領域周波数とは相違する定電流領域周波数に設定され、もって受電側の通信装置1への給電電圧が、定電圧領域周波数のままとした場合より高くなる。
これにより、通信装置1への給電電圧の変動範囲が狭まるようになる。
本発明の概要については、以上のとおり。以下、このような本発明の非接触給電装置2の通信装置1について、更に詳述する。
Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings.
<< Outline of the present invention >>
First, the outline of the present invention is as follows.
The communication device 1 of the present invention is used in the non-contact power feeding device 2.
In the power feeding stage A, the non-contact power feeding device 2 has an air gap G between the power transmitting coil L1 on the power transmitting side and the power receiving coil L2 on the power receiving side, and positions the power in close proximity to each other based on the mutual induction action of electromagnetic induction. Supply.
The communication device 1 is provided as a pair on the power transmission side and the power reception side, and transmits / receives power supply information. Then, in the search stage B prior to the power feeding stage A, initial authentication information indicating that the power transmitting coil L1 and the power receiving coil L2 are confronted and positioned can be transmitted and received.
Then, this initial authentication is obtained based on the fact that the micro magnetic field D is formed around the power transmission coil L1 and the power receiving coil L2 is within the range of the micro magnetic field D in the search stage B.
In the power feeding stage A, the operating frequency of the high frequency power supply V1 is set to the constant voltage region frequency. In contrast search stage B, the operating frequency of the high frequency power source, the feeding stage to the constant voltage region frequency A is set to the constant current region frequencies differ, with and supply voltage to the power receiving side of the communication device 1 2, constant It will be higher than if the voltage region frequency is left as it is.
Thus, as the range of variation of the supply voltage to the communication device 1 2 is narrowed.
The outline of the present invention is as described above. Hereinafter, the communication device 1 of the non-contact power feeding device 2 of the present invention will be described in more detail.

《非接触給電装置2,給電ステージAについて》
まず、本発明の前提として、非接触給電装置(WPT)2について、図1の(2)図,図3の(2)図等を参照して、一般的に説明しておく。
非接触給電装置2は給電ステージAにおいて、電磁誘導の相互誘導作用に基づき、高周波電源Vを備えた送電側回路3の送電コイルL1から、負荷抵抗R2の電池を備えた受電側回路4の受電コイルL2に、エアギャップGを存し非接触で近接対峙位置しつつ、電力を供給する。
このような非接触給電装置2について、更に詳述する。まず、1次側の送電側回路3は、給電スタンド5等の給電エリアにおいて、地面,路面,床面,その他の地上6側に定置配置されている。
これに対し、2次側の受電側回路4は、電気自動車(EV),電動移動台車(AGV),電動車輌等の車輌7,その他の移動体側に搭載されると共に、負荷抵抗の電池R2を備えている。給電ステージAにおいて、送電側回路3の送電コイルL1と受電側回路4の受電コイルL2とは、例えば100mm〜150mm程度の僅かなエアギャップGを存して、対峙位置する。
そして図示したように、受電コイルL2が送電コイルL1に対し、上側等から対峙位置して停止される、停止給電方式が代表的である。停止給電方式の場合、受電コイルL2と送電コイルL1とは、上下等で対をなす対称構造よりなる。これに対し、受電コイルL2が送電コイルL1上を低速走行されつつ給電を行う、移動給電方式も可能である。
<< Non-contact power supply device 2, power supply stage A >>
First, as a premise of the present invention, the non-contact power feeding device (WPT) 2 will be generally described with reference to FIGS. 1 (2), 3 (2), and the like.
In the power supply stage A, the non-contact power supply device 2 receives power from the power transmission coil L1 of the power transmission side circuit 3 provided with the high frequency power supply V to the power reception side circuit 4 provided with the battery of the load resistance R2 based on the mutual induction action of electromagnetic induction. An air gap G exists in the coil L2, and power is supplied while being in close contact with each other.
Such a non-contact power feeding device 2 will be described in more detail. First, the power transmission side circuit 3 on the primary side is stationaryly arranged on the ground, road surface, floor surface, and other ground 6 sides in the power supply area such as the power supply stand 5.
On the other hand, the power receiving side circuit 4 on the secondary side is mounted on the electric vehicle (EV), the electric mobile vehicle (AGV), the vehicle 7 such as the electric vehicle, and other moving bodies, and the load resistance battery R2 is installed. I have. In the power supply stage A, the power transmission coil L1 of the power transmission side circuit 3 and the power reception coil L2 of the power reception side circuit 4 are located opposite to each other with a slight air gap G of, for example, about 100 mm to 150 mm.
As shown in the figure, a stop power supply system in which the power receiving coil L2 is stopped at a position facing the power transmission coil L1 from above or the like is typical. In the case of the stop power supply system, the power receiving coil L2 and the power transmitting coil L1 have a symmetrical structure that is paired vertically or the like. On the other hand, a mobile power feeding system is also possible in which the power receiving coil L2 feeds power while traveling on the power transmitting coil L1 at a low speed.

送電側回路3の送電コイルL1は、高周波電源V1に接続されており、高周波電源V1は、例えば数kHz〜数10kHz〜数100kHz程度の高周波交流を、励磁電圧,励磁電流として送電コイルL1に向けて通電する。
受電側回路4の受電コイルL2からの出力は、整流されて電池R2に供給され、充電された電池R2にて、図3の(2)図の例では走行用モータ8が駆動される。図3の(2)図中、9は、交流を直流に変換する整流器、10は、直流を交流に変換するインバータである。
図1の(2)図中、C1,L3,C2は、送電コイルL1用の補償回路素子、C3,C4は、受電コイルL2用の補償回路素子である。すなわち、C1,L3はバントパス(ローパス)フィルター,C2は共振用の並列コンデンサである。C3は共振用の並列コンデンサ、C4は共振用の直列コンデンサである。
The power transmission coil L1 of the power transmission side circuit 3 is connected to the high frequency power supply V1, and the high frequency power supply V1 directs high frequency alternating current of, for example, several kHz to several tens of kHz to several hundreds of kHz toward the power transmission coil L1 as an exciting voltage and an exciting current. And energize.
The output from the power receiving coil L2 of the power receiving side circuit 4 is rectified and supplied to the battery R2, and the charged battery R2 drives the traveling motor 8 in the example of FIG. 3 (2). In FIG. 3 (2), 9 is a rectifier that converts alternating current into direct current, and 10 is an inverter that converts direct current into direct current.
In FIG. 1 (2), C1, L3, and C2 are compensation circuit elements for the power transmission coil L1, and C3 and C4 are compensation circuit elements for the power reception coil L2. That is, C1 and L3 are buntpass (lowpass) filters, and C2 is a parallel capacitor for resonance. C3 is a parallel capacitor for resonance, and C4 is a series capacitor for resonance.

電磁誘導の相互誘導作用については、次のとおり。給電ステージAでの給電に際しては、送電コイルL1での磁束形成により、受電コイルL2に誘起電力を生成させ、もって送電コイルL1から受電コイルL2に電力を供給する。
すなわち送電コイルL1に、高周波電源V1から給電交流として励磁電圧,励磁電流を印加,通電することにより、自己誘導起電力が発生して磁界が送電コイルL1の周囲に形成され、磁束がコイル面に対して直角方向に形成される。そして形成された磁束が、受電コイルL2を貫き錯交することにより、誘起電力が生成され磁界が誘起される。
そして誘起された磁界を利用して、数kW以上〜数10kW〜数100kW程度の電力供給が可能となる。送電コイルL1側の磁束の磁気回路と、受電コイルL2側の磁束の磁気回路とは、相互間にも磁束の磁気回路つまり磁路が形成され、総合係数kで磁気結合される。非接触給電装置2では、このような電磁誘導の相互誘導作用に基づき、非接触給電が行われる。
非接触給電装置2,給電ステージについて、一般的説明は以上のとおり。
The mutual induction action of electromagnetic induction is as follows. When power is supplied in the power supply stage A, induced power is generated in the power receiving coil L2 by forming a magnetic flux in the power transmission coil L1, and the power is supplied from the power transmission coil L1 to the power receiving coil L2.
That is, by applying and energizing the power transmission coil L1 from the high frequency power supply V1 as a power feeding AC, an exciting voltage and an exciting current are generated, a self-induced electromotive force is generated, a magnetic field is formed around the power transmission coil L1, and a magnetic flux is generated on the coil surface. It is formed in the direction perpendicular to it. Then, the formed magnetic flux penetrates and crosses the power receiving coil L2 to generate an induced power and induce a magnetic field.
Then, by utilizing the induced magnetic field, it is possible to supply electric power of several kW or more to several tens of kW to several hundred kW. A magnetic flux magnetic circuit, that is, a magnetic path, is formed between the magnetic flux magnetic circuit on the transmission coil L1 side and the magnetic flux magnetic circuit on the power receiving coil L2 side, and is magnetically coupled with a total coefficient k. In the non-contact power feeding device 2, non-contact power feeding is performed based on such mutual induction action of electromagnetic induction.
The general explanation of the non-contact power supply device 2 and the power supply stage is as described above.

《サーチステージB等について》
サーチステージBについて、図1の(1)図等を参照して説明する。
本発明の非接触給電装置2では、上述した給電ステージAに先立ち、短い時間ではあるが、サーチステージBが実施される。
サーチステージBでは、送電コイルL1の周囲に微小磁界Dが形成され、受電コイルL2がこの微小磁界Dの圏内に入ったことに基づき、初期認証情報が得られると共に通信装置1が立ち上げ,作動されて、初期認証情報を送受信可能となる。
<< About Search Stage B, etc. >>
The search stage B will be described with reference to FIG. 1 (1) and the like.
In the non-contact power feeding device 2 of the present invention, the search stage B is performed for a short time prior to the above-mentioned power feeding stage A.
In the search stage B, a minute magnetic field D is formed around the power transmission coil L1, and based on the fact that the power receiving coil L2 is within the range of this minute magnetic field D, initial authentication information is obtained and the communication device 1 is started up and operated. Then, the initial authentication information can be sent and received.

このようなサーチステージBについて、更に詳述する。まず送電コイルL1は、サーチステージBにおいてサーチ電流により、すなわち給電ステージAの励磁電流より大幅に引き下げられた微小な励磁電流であるサーチ電流により、微小磁界Dがその周囲に形成される。
サーチ電流の設定については、次のa,bのとおり。サーチステージBの励磁電圧そしてサーチ電流は、まずa.送電側において送電コイルL1にて形成されて空間放射される電磁界が、周辺の電磁環境悪化を抑制可能なレベル以下となるように、小さく設定される。つまり、励磁電圧そして励磁電流,サーチ電流は、送電コイルL1で微小磁界Dが形成されるに足るレベルに抑えられる。
これと共にb.サーチステージBの励磁電圧そして励磁電流,サーチ電流は、受電側において受電コイルL2にて生成されることになる誘起電力が、通信装置1の作動電力を確保可能,取り出し可能となるようなレベル以上に、設定される。
つまり、励磁電圧そして励磁電流,サーチ電流は、受電コイルL2で対応生成されることになる誘起電力が、通信装置1を立ち上げ,作動せしめるに足るレベルを、最低限確保すべく設定される。
図示例では、図3の(1)図に示したように、サーチステージBの励磁電流であるサーチ電流は、5A程度に設定される。これに対し、給電ステージAの励磁電流は、50A程度の定格運転電流となっている。
Such a search stage B will be described in more detail. First, in the power transmission coil L1, a minute magnetic field D is formed around the search stage B by a search current, that is, by a search current which is a minute exciting current significantly reduced from the exciting current of the power feeding stage A.
The search current settings are as shown in a and b below. The excitation voltage and search current of the search stage B are first determined by a. The electromagnetic field formed by the power transmission coil L1 on the power transmission side and radiated in space is set small so as to be below a level at which deterioration of the surrounding electromagnetic environment can be suppressed. That is, the exciting voltage, the exciting current, and the search current are suppressed to a level sufficient for the minute magnetic field D to be formed in the power transmission coil L1.
Along with this, b. The exciting voltage, exciting current, and search current of the search stage B are equal to or higher than the level at which the induced power generated by the power receiving coil L2 on the power receiving side can secure the operating power of the communication device 1 and can be taken out. Is set to.
That is, the exciting voltage, the exciting current, and the search current are set so as to secure at least a level at which the induced power to be generated correspondingly by the power receiving coil L2 is sufficient to start up and operate the communication device 1.
In the illustrated example, as shown in FIG. 3 (1), the search current, which is the exciting current of the search stage B, is set to about 5 A. On the other hand, the exciting current of the power feeding stage A is a rated operating current of about 50 A.

サーチステージBでは、送電コイルL1にこのようなサーチ電流が送られ、もって微小電力により送電コイルL1の周囲に微小磁界Dが、形成される(図1の(1)図の右側を参照)。
すなわち、まずサーチステージBの初期段階においては、送電コイルL1と受電コイルL2とは、未だ近接対峙してはいない。つまり、移動する車輌7側の受電コイルL2が、地上6側に固定された送電コイルL1と近接対峙すべく、サーチしている状態にある。
そして、サーチステージBの最終段階において、受電コイルL2が送電コイルL1に近付き、やがて送電コイルL1に対峙位置決めされると、次のようになる。
受電コイルL2は、送電コイルL1の微小磁界Dの圏内に入るので、電磁誘導の相互誘導作用に基づき、誘起電力が生成される(図1の(1)図の中央や、図3の(2)図を参照)。
サーチステージB等については以上のとおり。
In the search stage B, such a search current is sent to the power transmission coil L1, and a minute magnetic field D is formed around the power transmission coil L1 by the minute power (see the right side of FIG. 1 (1)).
That is, first, in the initial stage of the search stage B, the power transmission coil L1 and the power reception coil L2 are not yet in close proximity to each other. That is, the power receiving coil L2 on the moving vehicle 7 side is in a state of searching in order to face the power transmission coil L1 fixed on the ground 6 side in close proximity.
Then, in the final stage of the search stage B, when the power receiving coil L2 approaches the power transmission coil L1 and is positioned confronting the power transmission coil L1, the result is as follows.
Since the power receiving coil L2 falls within the range of the minute magnetic field D of the power transmission coil L1, induced power is generated based on the mutual induction action of electromagnetic induction (center of FIG. 1 (1) and FIG. 3 (2). ) See the figure).
The search stage B etc. are as described above.

《通信装置1等について》
次に、通信装置1について、図1の(1)図等を参照して説明する。
通信装置1は、このような非接触給電装置2において使用され、送電側と受電側に対をなして設けられ、給電情報を送受信する。
そして、給電ステージAに先立つサーチステージBにおいては、受電コイルL2に生成される誘起電力により給電されて、立ち上げ,作動され、もって、送電コイルL1と受電コイルL2とが対峙位置決めされた旨の受電相手の初期認証情報を、送受信可能である。
<< Communication device 1 etc. >>
Next, the communication device 1 will be described with reference to FIG. 1 (1) and the like.
The communication device 1 is used in such a non-contact power supply device 2, and is provided as a pair on the power transmission side and the power reception side to transmit and receive power supply information.
Then, in the search stage B prior to the power feeding stage A, power is supplied by the induced power generated in the power receiving coil L2 to start up and operate, so that the power transmitting coil L1 and the power receiving coil L2 are confronted and positioned. It is possible to send and receive the initial authentication information of the receiving party.

このような通信装置1について、更に詳述する。送電側の通信装置1は送電側回路3に、受電側の通信装置1は受電側回路4に、それぞれ設けられており、各々送電側アンテナ11,受電側アンテナ11が付設されている。
受電側の通信装置1は、前述したサーチステージBにおいて、受電コイルL2に生成された誘起電力が、整流器9により直流電力に変換されて給電され、もって立ち上げ,作動される。サーチステージBにおいて通信装置1は、送電コイルL1,受電コイルL2,整流器9からの電力により給電,作動される。そして初期認証情報を、送電側の通信装置1に送信する。
送電側の通信装置1で受信された初期認証情報は、制御部12に入力される。もって、制御部12から高周波電源V1に指示信号が出力されて、高周波電源V1の電源出力が切り換えられる。
そして、送電コイルL1への励磁電流が、サーチステージBのサーチ電流より大幅に引き上げられた定格運転電流に、切り換えられ(図3の(1)図を参照)、もって給電ステージAとなる。
すなわち給電ステージAでは、送電側回路3について、高周波電源V1の励磁電圧が大幅に引き上げられ、もって受電側回路4において、整流器9による整流後の直流電圧を電池R2の電圧より高くして、電池R2への給電が開始される。同時に受電側の通信装置1へも給電される。
通信装置1等については、以上のとおり。
Such a communication device 1 will be described in more detail. The power transmission side communication device 1 1 is provided in the power transmission side circuit 3, and the power reception side communication device 1 2 is provided in the power reception side circuit 4, and the power transmission side antenna 11 1 and the power reception side antenna 112 2 are attached, respectively. There is.
Communication device 1 2 of the power receiving side, in the search stage B as described above, the induced electric power generated in the power receiving coil L2, a rectifier 9 is powered is converted into DC power by the launched with, is activated. In the search stage B, the communication devices 1 and 2 are fed and operated by the electric power from the power transmission coil L1, the power reception coil L2, and the rectifier 9. And sends an initial authentication information, to the communication device 1 1 of the power transmission.
The initial authentication information received by the communication device 1 on the power transmission side is input to the control unit 12. Therefore, an instruction signal is output from the control unit 12 to the high frequency power supply V1 to switch the power supply output of the high frequency power supply V1.
Then, the exciting current to the power transmission coil L1 is switched to the rated operating current that is significantly higher than the search current of the search stage B (see FIG. 3 (1)), so that the power supply stage A is formed.
That is, in the power feeding stage A, the exciting voltage of the high frequency power supply V1 is significantly raised in the power transmitting side circuit 3, so that the DC voltage after rectification by the rectifier 9 is made higher than the voltage of the battery R2 in the power receiving side circuit 4 to make the battery. Power supply to R2 is started. It fed simultaneously to the power receiving side of the communication device 1 2.
The communication device 1 etc. are as described above.

《負荷電圧や逆流防止ダイオード13について》
次に、負荷電圧や逆流防止ダイオード13等について、図1の(1)図,図2の(1)図を参照して説明する。
まず給電ステージAにおいて、送電側回路3の高周波電源V1の運転周波数は、定電圧領域周波数に設定される。
受電側回路4の負荷抵抗R2の抵抗値が定格値R2’から8倍の8・SR’まで各種変化しても、ほぼ同じ負荷電圧値に収束するようになる、定電圧領域周波数に設定される。受電側回路4の整流器9の出力電圧や、これとほぼ等価の電池等の負荷抵抗R2への負荷電圧は、一定値となる。
他方、サーチステージBでは、前述したように、送電側回路3の高周波電源V1からの励磁電流(つまりサーチ電流)や励磁電圧が、微小値に絞られる。もって、受電側回路4の整流器9の出力電圧、そして負荷抵抗R2への負荷電圧も、対応した値に下げられる。
<< About load voltage and backflow prevention diode 13 >>
Next, the load voltage, the backflow prevention diode 13, and the like will be described with reference to FIGS. 1 (1) and 2 (1) of FIG.
First, in the power supply stage A, the operating frequency of the high frequency power supply V1 of the power transmission side circuit 3 is set to the constant voltage region frequency.
Even if the resistance value of the load resistance R2 of the power receiving side circuit 4 changes from the rated value R2'to 8 times SR', it is set to a constant voltage region frequency that converges to almost the same load voltage value. NS. The output voltage of the rectifier 9 of the power receiving side circuit 4 and the load voltage on the load resistance R2 of a battery or the like substantially equivalent thereto are constant values.
On the other hand, in the search stage B, as described above, the exciting current (that is, the search current) and the exciting voltage from the high-frequency power supply V1 of the power transmission side circuit 3 are narrowed down to minute values. Therefore, the output voltage of the rectifier 9 of the power receiving side circuit 4 and the load voltage on the load resistor R2 are also lowered to the corresponding values.

なおサーチステージBにおいて、負荷抵抗R2は、受電側の通信装置1に付設された電圧変換用のDC/DC電源装置(DC/DCコンバータ)の入力抵抗を、指すことになる。
すなわち受電側回路4において、整流器9と、給電ステージAの負荷抵抗R2である電池との間には、逆流防止ダイオード13が設けられている。この逆流防止ダイオード13は、整流器9出力電圧Va<電池電圧Vbの関係が成立している場合、(図示例では後述するように、サーチステージBにおいて、Va120V<Vb315V)、スイッチオフ状態となり導通されない。
もってサーチステージBでは、受電側回路4について、整流器9には通信装置1のみが繋がっている状態となり、負荷抵抗R2は、通信装置1の入力抵抗と見做される。
負荷抵抗や逆流防止ダイオード13については、以上のとおり。
Note in the search stage B, the load resistor R2, the input resistance of the DC / DC power supply for voltage conversion, which is attached to the power receiving side of the communication device 1 2 (DC / DC converter), will point.
That is, in the power receiving side circuit 4, a backflow prevention diode 13 is provided between the rectifier 9 and the battery which is the load resistance R2 of the power feeding stage A. When the relationship of the rectifier 9 output voltage Va <battery voltage Vb is established, the backflow prevention diode 13 is in a switch-off state and is not conducted when the search stage B is in the search stage B (as will be described later in the illustrated example, Va120V <Vb315V). ..
In the search stage B has, for the power receiving side circuit 4, the rectifier 9 in a state in which only the communication device 1 2 are connected, the load resistor R2, is considered input resistance of the communication device 1 2 and.
The load resistance and the backflow prevention diode 13 are as described above.

《周波数変更について》
次に、周波数の変更について、図1の(1)図,図2の(1)図,図3の(1)図等を参照して説明する。
給電ステージAでは、高周波電源V1の運転周波数が、定電圧領域周波数に設定される。これに対しサーチステージBでは、高周波電源の運転周波数が、給電ステージAの定電圧領域周波数とは相違する定電流領域周波数に設定され、もって受電側の通信装置1への給電電圧が、定電圧領域周波数のままとした場合より高くなる。
これにより、通信装置1への給電電圧の変動範囲が狭まるようになる。
<< About frequency change >>
Next, the frequency change will be described with reference to FIG. 1 (1), FIG. 2 (1), FIG. 3 (1), and the like.
In the power feeding stage A, the operating frequency of the high frequency power supply V1 is set to the constant voltage region frequency. In contrast search stage B, the operating frequency of the high frequency power source, the feeding stage to the constant voltage region frequency A is set to the constant current region frequencies differ, with and supply voltage to the power receiving side of the communication device 1 2, constant It will be higher than if the voltage region frequency is left as it is.
Thus, as the range of variation of the supply voltage to the communication device 1 2 is narrowed.

このような周波数変更について、更に詳述する。図2の(1)図は、負荷抵抗R2をパラメータとした、負荷抵抗R2への負荷電圧の周波数特性図である。ここでは、負荷抵抗R2の抵抗値を、定格値R2’から8倍の8・R2’まで等差変化させた、8本の曲線で描いている。
そして同図は、高周波電源V1の励磁電圧を、給電ステージA用の定格値100%から、サーチステージB用とすべく10%に絞った状態を示す。前述したように励磁電流も、図示例では、給電ステージA用の定格運転電流50A程度から、サーチステージB用のサージ電流5A程度に絞られる(図3の(1)図を参照)。
Such a frequency change will be described in more detail. FIG. 2 (1) is a frequency characteristic diagram of the load voltage on the load resistance R2 with the load resistance R2 as a parameter. Here, the resistance value of the load resistance R2 is drawn by eight curves in which the resistance value of the load resistance R2 is arithmetically changed from the rated value R2'to 8 times R2'.
The figure shows a state in which the exciting voltage of the high-frequency power supply V1 is narrowed down from the rated value of 100% for the power feeding stage A to 10% for the search stage B. As described above, the exciting current is also narrowed down from the rated operating current of about 50 A for the power supply stage A to about 5 A of the surge current for the search stage B in the illustrated example (see FIG. 3 (1)).

さて同図において、送電側回路3の高周波電源V1について、仮に運転周波数を前述した定電圧領域周波数(図示例では85kHz)としたまま、送電コイルL1への励磁電圧を、給電ステージAの定格値100%に対し、サーチステージBではその10%に絞った場合は、次のようになる。
この場合、サーチステージBの受電側回路4では、整流器9の出力電圧そして負荷抵抗R2への負荷電圧も10%まで下がることになる。従って、負荷抵抗R2である通信装置1のDC/DC電源装置は、対応した広い範囲の給電電圧変動に、対応することが必要となる。
図示例では、送電コイルL1への励磁電圧が定格値100%の給電ステージAでは、負荷電圧が315Vであるのに対し、励磁電圧が10%のサーチステージBでは、負荷電圧は31.5Vとなる。つまり、100%から10%、315V〜31.5Vの広い範囲の電圧変動に、対応することが必要となる。
そして、このように広範囲に対応可能なDC/DC電源装置は、汎用品は入手困難とされている。
In the figure, with respect to the high-frequency power supply V1 of the power transmission side circuit 3, the excitation voltage to the power transmission coil L1 is set to the rated value of the power supply stage A while the operating frequency is assumed to be the above-mentioned constant voltage region frequency (85 kHz in the illustrated example). When the search stage B is narrowed down to 10% with respect to 100%, the result is as follows.
In this case, in the power receiving side circuit 4 of the search stage B, the output voltage of the rectifier 9 and the load voltage on the load resistor R2 are also reduced to 10%. Therefore, the load resistor R2 and a communication device 1 2 of the DC / DC power supply, the power supply voltage variation in a wide range corresponding is required and respond to.
In the illustrated example, the load voltage is 315V in the power feeding stage A in which the exciting voltage to the power transmission coil L1 is rated at 100%, whereas the load voltage is 31.5V in the search stage B in which the exciting voltage is 10%. Become. That is, it is necessary to deal with voltage fluctuations in a wide range of 100% to 10%, 315V to 31.5V.
As for the DC / DC power supply device capable of supporting such a wide range, it is difficult to obtain a general-purpose product.

これに対し本発明では、サーチステージBについては、送電側回路3の高周波電源V1の運転周波数を、定電流領域周波数に変更する。
すなわち運転周波数を、給電ステージAの定電圧領域周波数(図示例では85kHz)とは相違する、定電流(図示例では5Aのサーチ電流)領域周波数(図示例では85kHzより高い105kHzだが、85kHzより低い周波数でも可能)に変更する。そこで、次のようになる。
この場合、サーチステージBの受電側回路4では、負荷抵抗R2の抵抗値を高くすると、それに応じて負荷電圧が、前述した定電圧領域周波数のままとした場合より、高くなる。同時に図2の(2)図に示したように、負荷抵抗R2で取り出せる電力も増加する(図示例では53W程度まで増加する)。
On the other hand, in the present invention, for the search stage B, the operating frequency of the high frequency power supply V1 of the power transmission side circuit 3 is changed to the constant current region frequency.
That is, the operating frequency is different from the constant voltage region frequency of the feeding stage A (85 kHz in the illustrated example), and the constant current (search current of 5 A in the illustrated example) region frequency (105 kHz higher than 85 kHz in the illustrated example, but lower than 85 kHz. It is also possible with frequency). Therefore, it becomes as follows.
In this case, in the power receiving side circuit 4 of the search stage B, when the resistance value of the load resistance R2 is increased, the load voltage becomes higher accordingly than when the constant voltage region frequency described above is maintained. At the same time, as shown in FIG. 2 (2), the power that can be taken out by the load resistance R2 also increases (in the illustrated example, it increases to about 53 W).

本発明では、このように、サーチステージBの受電側回路4では、整流器9を介した負荷抵抗R2である通信装置1のDC/DC電源装置は、より狭い範囲の電圧変動に対応すれば良いことになる。
図示例においては、送電コイルL1への励磁電圧が前記定格値100%の給電ステージAでは、負荷電圧が315Vであるのに対し、サーチステージBでは、負荷抵抗R2の抵抗値を、定格値R2’の8倍の8・R2’とした場合、120Vの電圧が得られる。つまり、100%から38%、315V〜120Vの狭い電圧変動範囲に、対応すれば良いことになる。
そして、この程度の狭い範囲に対応可能なDC/DC電源装置は、汎用品として容易に入手可能である。
周波数変更については、以上のとおり。
In the present invention, thus, the power receiving side circuit 4 of the search stage B, the load resistor is R2 communication device 1 2 of the DC / DC power supply through a rectifier 9, if corresponding to the voltage variation in a narrower range It will be good.
In the illustrated example, the load voltage is 315V in the power feeding stage A in which the excitation voltage to the power transmission coil L1 is 100% of the rated value, whereas in the search stage B, the resistance value of the load resistance R2 is set to the rated value R2. When it is set to 8 · R2', which is 8 times as much as', a voltage of 120 V can be obtained. That is, it suffices to correspond to a narrow voltage fluctuation range of 100% to 38%, 315V to 120V.
A DC / DC power supply device that can handle such a narrow range is easily available as a general-purpose product.
The frequency change is as described above.

《作用等》
本発明の非接触給電装置2の通信装置1は、以上説明したように構成されている。そこで以下のようになる。
(1)この非接触給電装置2では、給電ステージAに先立ち、サーチステージBが実施される。
<< Action, etc. >>
The communication device 1 of the non-contact power feeding device 2 of the present invention is configured as described above. Therefore, it becomes as follows.
(1) In the non-contact power feeding device 2, the search stage B is performed prior to the power feeding stage A.

(2)サーチステージBでは、まず送電側回路3において、送電コイルL1に微小な励磁電流であるサーチ電流が印加,通電され、もって送電コイルL1の周囲に、微小磁界Dが形成される(図1の(1)図の右側を参照) (2) In the search stage B, first, in the power transmission side circuit 3, a search current, which is a minute exciting current, is applied and energized to the power transmission coil L1, and a minute magnetic field D is formed around the power transmission coil L1 (FIG. FIG. 1 (1) See the right side of the figure)

(3)そしてサーチステージBでは、その後のサーチにより、車輌7側の受電側回路4の受電コイルL2が、地上6側の送電コイルL1に対峙位置決めされ、送電コイルL2による微小磁界Dの圏内に入ると、受電コイルL2について、電磁誘導の相互誘導作用に基づき、誘起電力が生成される(図1の(1)図の中央や、図3の(2)図を参照)。 (3) Then, in the search stage B, the power receiving coil L2 of the power receiving side circuit 4 on the vehicle 7 side is positioned opposite to the power transmitting coil L1 on the ground 6 side by the subsequent search, and is within the range of the minute magnetic field D by the power transmitting coil L2. Upon entering, induced power is generated for the power receiving coil L2 based on the mutual induction action of electromagnetic induction (see the center of FIG. 1 (1) and FIG. 3 (2)).

(4)そこでサーチステージBでは、受電側回路4において、受電側の通信装置1が、受電コイルL2に生成される誘起電力にて給電されて、立ち上げ,作動される。
もって、送電コイルL1に受電コイルL2が対峙位置決めされた旨の受電相手の初期認証情報を、送電側の通信装置1に送信する(図1の(1)図を参照)。
(4) Therefore, in the search stage B, the power receiving side circuit 4, the power receiving side of the communication device 1 2, is powered by the induced power generated in the power receiving coil L2, up, is activated.
Have been, the power receiving coil L2 to the power transmission coil L1 initial authentication information of the power receiving party indicating that the opposed positioning, to the communication device 1 1 of the power transmission (see (1) Figure 1).

(5)このような初期認証情報の送受信に基づき、サーチステージBから給電ステージAへと進む。そして電磁誘導の相互誘導作用に基づき、送電側回路3の送電コイルL1から、受電側回路4の受電コイルL2へと電力が供給され、電池R2や通信装置1が給電される(図1の(1)図,図3の(2)図を参照)。 (5) Based on the transmission / reception of such initial authentication information, the process proceeds from the search stage B to the power supply stage A. And based on the mutual induction effect of electromagnetic induction from the power transmission coil L1 of the power transmission circuit 3, power to the power receiving coil L2 of the power receiving side circuit 4 is supplied, the battery R2 and communication device 1 2 is fed (in FIG. 1 (1) See Fig. 3 and Fig. 3 (2)).

(6)さて本発明では、上述したようにサーチステージBにおいて、送電コイルL1の周囲に形成された微小磁界Dに受電コイルL2が入ると、誘起電力が形成されて、受電側の通信装置1が立ち上げ,作動され、初期認証情報が送受信される。
このようなサーチステージBを給電ステージAに先立って採用したので、受電側の電池残留容量がゼロであっても、コールドスタートおよび受電相手の初期認証が可能となる。
(6) In the present invention, as described above, when the power receiving coil L2 enters the minute magnetic field D formed around the power transmission coil L1 in the search stage B, an induced power is formed and the communication device 1 on the power receiving side is formed. 2 is started and activated, and initial authentication information is transmitted and received.
Since such a search stage B is adopted prior to the power supply stage A, cold start and initial authentication of the power receiving partner can be performed even if the battery remaining capacity on the power receiving side is zero.

(7)そして本発明は、これらを、新たな設備,構成を採用,新設することなく、実現する。すなわち、これ迄使用されていた高周波電源V1,送電コイルL1,受電コイルL2,電池R2,通信装置1等を、そのまま利用することにより、実現する。
又、微小磁界Dを形成する方式よりなるので、周辺の電磁環境,音源,光源等の影響を受けにくく、ノイズ,エラー,障害等の発生も防止される。更に、周辺の電磁環境に対し悪影響を及ぼす虞もない。
(7) And the present invention realizes these without adopting or newly installing new equipment and configurations. That is, it is realized by using the high frequency power supply V1, the power transmission coil L1, the power receiving coil L2, the battery R2, the communication device 1, etc. that have been used so far as they are.
Further, since the method is such that a minute magnetic field D is formed, it is not easily affected by the surrounding electromagnetic environment, sound source, light source, etc., and noise, errors, obstacles, etc. are prevented from occurring. Furthermore, there is no risk of adversely affecting the surrounding electromagnetic environment.

(8)なお励磁電流については、次のとおり。給電ステージAの励磁電流(図示例では定格運転電流50A程度)に比し、サーチステージBの励磁電流であるサーチ電流は、大幅に引き下がられた微小値(図示例では5A程度)よりなる(図3の(1)図を参照)。
すなわちサーチ電流は、送電コイルL1にて生成される微小磁界(電磁界)が、周辺の電磁環境悪化を招かないレベル以下に、設定される。しかし、受電コイルLの誘起電力が通信装置1を立ち上げ,作動せしめるに足るレベル以上に、設定される。
(8) The exciting current is as follows. Compared to the exciting current of the feeding stage A (rated operating current of about 50A in the illustrated example), the search current, which is the exciting current of the search stage B, consists of a significantly reduced minute value (about 5A in the illustrated example). (See Fig. 3 (1)).
That is, the search current is set to a level or less at which the minute magnetic field (electromagnetic field) generated by the power transmission coil L1 does not cause deterioration of the surrounding electromagnetic environment. However, the induced power receiving coil L 2 is launched the communication device 1 2, or the level sufficient to allowed to operate, is set.

(9)又、送電側回路3の高周波電源V1の運転周波数については、次のとおり。給電ステージAでは、定電圧領域周波数(図示例では85kHz)に設定されるのに対し、サーチステージBでは、定電流領域周波数(図示例では105kHz)に設定される(サーチステージBの図2の(1)図,(2)図を参照)。
すなわち、受電側の通信装置1のDC/DC電源装置(DC/DCコンバータ)は、給電ステージAとサーチステージBとで、異なる給電電圧の変動に対応することになる。
そしてその際、励磁電流が絞られるサーチステージBについて、このように定電流領域周波数としたことに基づき、その給電電圧をより高くすることができる。
もって、給電ステージAとサーチステージBとについて、より狭い範囲の給電電圧変動への対応で済むようになり、DC/DC電源装置に汎用品を使用できるようになる。
本発明の作用等については、以上のとおり。
(9) The operating frequency of the high-frequency power supply V1 of the power transmission side circuit 3 is as follows. In the feeding stage A, the constant voltage region frequency (85 kHz in the illustrated example) is set, whereas in the search stage B, the constant current region frequency (105 kHz in the illustrated example) is set (FIG. 2 of the search stage B). (1) Figure, (2) Figure).
That is, the communication device 1 2 of the DC / DC power supply of the power receiving side (DC / DC converter) is between the feed stage A and the search stage B, it will correspond to the variation of the different power supply voltages.
At that time, the feed voltage of the search stage B in which the exciting current is narrowed can be further increased based on the constant current region frequency as described above.
As a result, the power supply stage A and the search stage B can handle fluctuations in the power supply voltage in a narrower range, and general-purpose products can be used for the DC / DC power supply device.
The operation and the like of the present invention are as described above.

A 給電ステージ
B サーチステージ
C1 補償回路素子
C2 補償回路素子
C3 補償回路素子
C4 補償回路素子
D 微小磁界
G エアギャップ
L1 送電コイル
L2 受電コイル
L3 補償回路素子
R2 負荷抵抗(電池)
R2’ 定格値
V1 高周波電源
1 通信装置
通信装置(送電側)
通信装置(受電側)
2 非接触給電装置
3 送電側回路
4 受電側回路
5 給電スタンド
6 地上
7 車輌
8 モータ
9 整流器
10 インバータ
11 送電側アンテナ
11 受電側アンテナ
12 制御部
13 逆流防止ダイオード
A Power supply stage B Search stage C1 Compensation circuit element C2 Compensation circuit element C3 Compensation circuit element C4 Compensation circuit element D Micromagnetic field G Air gap L1 Transmission coil L2 Power reception coil L3 Compensation circuit element R2 Load resistance (battery)
R2'Rated value V1 High frequency power supply 1 Communication device 1 1 Communication device (power transmission side)
1 2 Communication device (power receiving side)
2 Non-contact power feeding device 3 Transmission side circuit 4 Power receiving side circuit 5 Power supply stand 6 Ground 7 Vehicle 8 Motor 9 Rectifier 10 Inverter 11 1 Transmission side antenna 11 2 Power receiving side antenna 12 Control unit 13 Backflow prevention diode

Claims (1)

非接触給電装置において使用される通信装置であって、該非接触給電装置は、給電ステージにおいて、電磁誘導の相互誘導作用に基づき、高周波電源に接続された送電側の送電コイルから、負荷電池に接続された受電側の受電コイルに、エアギャップを存し非接触で近接対峙位置して、電力を供給し、
該通信装置は、送電側と受電側に対をなして設けられ、給電情報を送受信し、給電ステージに先立つサーチステージにおいては、該送電コイルと該受電コイルとが対峙位置決めされた旨の初期認証情報を、送受信可能であり、
この初期認証情報は、サーチステージにおいて、該送電コイルの周囲に微小磁界が形成されると共に、該受電コイルが該微小磁界の圏内に入ったことに基づき得られ、
該送電コイルは、サーチステージにおいて、給電ステージの励磁電流より大幅に引き下げられた微小な励磁電流であるサーチ電流により、該微小磁界が周囲に形成され、
該受電コイルは、サーチステージにおいて、該送電コイルと対峙位置決めされて、該微小磁界の圏内に入ると、電磁誘導の相互誘導作用に基づき誘起電力が生成され、
受電側の該通信装置は、サーチステージにおいて、該受電コイルに生成された誘起電力により給電されて立ち上げ,作動したことに基づき、初期認証情報を送信し、
該送電コイルは、この初期認証情報に基づき、励磁電流が、サーチステージのサーチ電流より大幅に引き上げられた定格運転電流とされ、もって給電ステージとなり、
給電ステージでは、該高周波電源の運転周波数が、定電圧領域周波数に設定され、サーチステージでは、該高周波電源の運転周波数が、給電ステージの定電圧領域周波数と相違する定電流領域周波数に設定され、もって受電側の該通信装置への給電電圧が、定電圧領域周波数のままとした場合より高くなり、
これにより、該通信装置への給電電圧の変動範囲が狭まること、を特徴とする非接触給電装置の通信装置。
A communication device used in a non-contact power supply device, which is connected to a load battery from a power transmission coil on the power transmission side connected to a high-frequency power source based on the mutual induction action of electromagnetic induction in the power supply stage. There is an air gap in the power receiving coil on the power receiving side, and it is located in close proximity to each other in a non-contact manner to supply power.
The communication device is provided as a pair on the power transmission side and the power reception side to transmit and receive power supply information, and in the search stage prior to the power supply stage, initial authentication that the power transmission coil and the power reception coil are positioned facing each other. Information can be sent and received,
This initial authentication information is obtained based on the fact that a minute magnetic field is formed around the power transmission coil and the power receiving coil is within the range of the minute magnetic field in the search stage.
In the power transmission coil, the minute magnetic field is formed around the search stage by the search current, which is a minute exciting current that is significantly reduced from the exciting current of the feeding stage.
When the power receiving coil is positioned confronting the power transmission coil in the search stage and enters the range of the minute magnetic field, induced power is generated based on the mutual induction action of electromagnetic induction.
In the search stage, the communication device on the power receiving side transmits initial authentication information based on the fact that the power is supplied by the induced power generated in the power receiving coil to start up and operate.
Based on this initial authentication information, the power transmission coil has a rated operating current whose exciting current is significantly higher than the search current of the search stage, and thus serves as a power feeding stage.
In the power supply stage, the operating frequency of the high frequency power supply is set to the constant voltage region frequency, and in the search stage, the operating frequency of the high frequency power supply is set to a constant current region frequency different from the constant voltage region frequency of the power supply stage. Therefore, the power supply voltage to the communication device on the power receiving side becomes higher than when the constant voltage region frequency is left as it is.
As a result, the fluctuation range of the feeding voltage to the communication device is narrowed, and the communication device of the non-contact power feeding device is characterized.
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