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公開番号2025136976
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-09-19
出願番号2024035928
出願日2024-03-08
発明の名称非接触給電システムとその制御方法、送電装置及び受電装置
出願人オムロン株式会社
代理人個人,個人
主分類H02J 50/12 20160101AFI20250911BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】受電装置の損失を低減して電力効率を増大させることができる非接触給電システムを提供する。
【解決手段】非接触給電システムは、第1のコンバータと、第1の共振回路と、第1の共振回路電磁的に結合された第2の共振回路と、第2のコンバータとを含む。非接触給電システムは、第2の共振回路と第2のコンバータとの間に挿入された切替トランス回路であって、複数個のトランスのうちのいずれかを選択し、もしくはトランスを挿入するか否かを選択的に切り替えることでインピーダンス変換比が変化するようにインピーダンス変換を行う切替トランス回路と、第1のコンバータに入力される入力電圧と整流回路から出力される出力電圧とにより計算される電圧利得に基づいて、第1のコンバータから整流回路に電力が伝送されるときの伝送効率が増大するように、複数個のトランスのうちのいずれかを選択するように切り替えるように制御する制御回路とを備える。
【選択図】図8
特許請求の範囲【請求項１】
送電装置と、受電装置とを備える非接触給電システムであって、
前記送電装置は、
直流電力を交流電力に変換する第１のコンバータと、
第１のインダクタと、第１のキャパシタとを含む第１の共振回路であって、前記第１のコンバータにより変換された交流電力が入力される前記第１の共振回路とを備え、
前記受電装置は、
前記第１のインダクタと電磁的に結合される第２のインダクタと、第２のキャパシタとを含む第２の共振回路であって、交流電力を出力する第２の共振回路と、
前記第２の共振回路からの交流電力を直流電力に変換する第２のコンバータとを備え、
前記受電装置はさらに、
前記第２の共振回路と前記第２のコンバータとの間に挿入された切替トランス回路であって、複数個のトランスのうちのいずれかを選択し、もしくはトランスを挿入するか否かを選択的に切り替えることでインピーダンス変換比が変化するようにインピーダンス変換を行う切替トランス回路を備え、
前記非接触給電システムはさらに、
（１）前記第１のコンバータに入力される入力電圧と前記第２のコンバータから出力される出力電圧とにより計算される電圧利得と、
（２）前記第１のコンバータに入力される入力電流と前記第２のコンバータから出力される出力電流とにより計算される電流利得と、
（３）前記第１のコンバータに入力される入力電流と前記第２のコンバータから出力される出力電圧とにより計算される利得と、
（４）前記第１のコンバータに入力される入力電圧と前記第２のコンバータから出力される出力電流とにより計算される利得と、
（５）前記第１のコンバータに対する出力電圧の操作指令値と、
（６）前記第１のコンバータに対する出力電流の操作指令値と、
のうちのいずれかに基づいて、前記第１のコンバータから前記第２のコンバータに電力が伝送されるときの伝送効率が増大するように、複数個のトランスのうちのいずれかを選択し、もしくはトランスを挿入するか否かを選択的に切り替えるように、前記切替トランス回路を制御する制御回路を備える、
非接触給電システム。
続きを表示（約 1,200 文字）【請求項２】
前記切替トランス回路は、
複数個の巻線を有する一次巻線と、
１個の巻線を有する二次巻線と、
前記複数個の巻線のうちのいずれかを選択するスイッチ素子と、
を備える請求項１に記載の非接触給電システム。
【請求項３】
前記切替トランス回路は、
複数個の巻線を有する一次巻線と、
１個の巻線を有する二次巻線と、
前記複数個の巻線の全部を選択するか、前記複数個の巻線のいずれかを選択するかを選択するスイッチ素子と、
を備える請求項１に記載の非接触給電システム。
【請求項４】
前記切替トランス回路は、
複数個の巻線を有する一次巻線と、
１個の巻線を有する二次巻線と、
前記複数個の巻線のうちの１個又は所定数を選択するかを選択するスイッチ素子と、
を備える請求項１に記載の非接触給電システム。
【請求項５】
前記切替トランス回路はさらに、
前記スイッチ素子と前記各一次巻線との間に接続された力率調整用キャパシタを、
備える請求項２～４のうちのいずれか１つに記載の非接触給電システム。
【請求項６】
前記切替トランス回路は、
１個の巻線を有する一次巻線と、
複数個の巻線を有する二次巻線と、
前記複数個の巻線のうちのいずれかを選択するスイッチ素子と、
を備える請求項１に記載の非接触給電システム。
【請求項７】
前記切替トランス回路は、
１個の巻線を有する一次巻線と、
複数個の巻線を有する二次巻線と、
前記複数個の巻線の全部を選択するか、前記複数個の巻線のいずれかを選択するかを選択するスイッチ素子と、
を備える請求項１に記載の非接触給電システム。
【請求項８】
前記切替トランス回路は、
１個の巻線を有する一次巻線と、
複数個の巻線を有する二次巻線と、
前記複数個の巻線のうちの１個又は所定数を選択するかを選択するスイッチ素子と、
を備える請求項１に記載の非接触給電システム。
【請求項９】
前記切替トランス回路はさらに、
前記スイッチ素子と前記各二次巻線との間に接続された力率調整用キャパシタを、
備える請求項６～８のうちのいずれか１つに記載の非接触給電システム。
【請求項１０】
前記送電装置はさらに、
前記第１のコンバータの前段に設けられ、交流電力を直流電力に変換するＡＣ／ＤＣコンバータをさらに備える、
請求項１～４及び６～８のうちのいずれか１つに記載の非接触給電システム。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば送電装置及び受電装置を含む非接触給電システムとその制御方法、前記非接触給電システムのための送電装置と、前記非接触給電システムのための受電装置とに関する。
続きを表示（約 3,000 文字）【背景技術】
【０００２】
従来、例えば無線搬送車（ＡＧＶ（Automatic Guided Vehicle)などの移動体はリチウムイオンバッテリなどの充電池を搭載している。この充電池を充電するときは、ＡＧＶを充電ステーションまで移動させた後、ＡＧＶに搭載された受電コイルを、充電ステーションの送電コイルに電磁的に結合させて非接触充電システムにおいて非接触充電を行う。
【０００３】
前記非接触給電を用いた非接触給電システムでは、利便性や安全性向上のために広く検討されている。使用されるアプリケーションでは送受電コイル間の位置関係が変動する場合があり、これによる磁気特性の変化は電力変換(供給)効率を高く保つことの阻害要因の１つとなっている。具体的には、ＡＧＶの停止誤差があり、コイルの配置に位置のずれが発生することにより、電力伝送効率（以下、伝送効率という。）が低下する。また、送受電コイルの伝送距離変動、位置ずれより、非接触給電コイル間のインピーダンス不整合が発生し、伝送効率が低下する。これらの問題点を解決するために、以下の２つの特許文献が開示されている。
【０００４】
例えば特許文献１では、インピーダンス変換用の可変トランスの巻数比を高速で切り替えて高周波電源への反射波電力を抑制するための無線電力伝送装置が開示されている。この無線電力伝送装置において、磁界共鳴方式により電力を受信装置に伝送する送電装置は高周波電源と送電用ＬＣ共振器の間にインピーダンス変換用の可変トランスを備える。可変トランスの巻数比はＭＯＳＦＥＴを用いた５つの交流スイッチ回路によって切り換えられる。制御ユニットはＲＦ検出ユニットで検出した高周波電圧、高周波電流及び位相差から可変トランスの出力端のインピーダンスを算出し、その算出値と５つの巻数比に基づいてオンにする交流スイッチ回路を決定し、その交流スイッチ回路だけをスイッチ駆動ユニットによりオン状態にするように制御することを特徴としている。
【０００５】
また、例えば特許文献２では、電磁誘導電力伝送装置が開示されている。この電磁誘導電力伝送装置は、アクティブ状態及び非アクティブ状態を有し、選択可能なデューティサイクルでアクティブ状態と非アクティブ状態との間で切り替わるように構成された電源、及び、電源に結合された電力送信インダクタを含む。ここで、電磁誘導電力伝送装置は、誘導電力送信機と、電力送信インダクタに誘導近接して配置された電力受信インダクタ、プログラム可能負荷、及び、電力受信インダクタに結合されたインピーダンスコントローラを含む。インピーダンスコントローラは、プログラム可能負荷の電力需要の変化に応じて、誘導電力受信機の電気インピーダンスを増加又は減少させるように構成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
特許第６０４９６０５号公報
特許第６４９９１８５号公報
【非特許文献】
【０００７】
Yuyu Geng, et al., " A High Efficiency Charging Strategy for a Supercapacitor Using a Wireless Power Transfer System Based on Inductor/Capacitor/Capacitor (LCC) Compensation Topology", [online], 2017年10月, Energies, Vol.10, No. 135, (2017), [令和6年2月20日検索］，インターネット，＜URL：http://www.mdpi.com/1996-1072/10/1/135.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１では、インピーダンス整合回路が送電装置に配置されているために、受電装置の損失を低減できないという問題点があった。また、特許文献２では、受電装置の損失を軽減するために、受電装置にＤＣ／ＤＣコンバータを追加してインピーダンス変換を行っているが、ＤＣ／ＤＣコンバータの追加により部品点数が大幅に増加して装置が大型化しかつコストが大幅に増大するという問題点があった。
【０００９】
本開示の目的は、以上の問題点を解決し、非接触給電システムにおいて、従来技術に比較して、受電装置の損失を低減して電力効率を増大させることができ、しかも回路構成が簡単であって小型化可能な非接触給電システムとその制御方法、送電装置及び受電装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本開示の一態様に係る非接触給電システムは、
送電装置と、受電装置とを備える非接触給電システムであって、
前記送電装置は、
直流電力を交流電力に変換する第１のコンバータと、
第１のインダクタと、第１のキャパシタとを含む第１の共振回路であって、前記第１のコンバータにより変換された交流電力が入力される前記第１の共振回路とを備え、
前記受電装置は、
前記第１のインダクタと電磁的に結合される第２のインダクタと、第２のキャパシタとを含む第２の共振回路であって、交流電力を出力する第２の共振回路と、
前記第２の共振回路からの交流電力を直流電力に変換する第２のコンバータとを備え、
前記受電装置はさらに、
前記第２の共振回路と前記第２のコンバータとの間に挿入された切替トランス回路であって、複数個のトランスのうちのいずれかを選択し、もしくはトランスを挿入するか否かを選択的に切り替えることでインピーダンス変換比が変化するようにインピーダンス変換を行う切替トランス回路を備え、
前記非接触給電システムはさらに、
（１）前記第１のコンバータに入力される入力電圧と前記第２のコンバータから出力される出力電圧とにより計算される電圧利得と、
（２）前記第１のコンバータに入力される入力電流と前記第２のコンバータから出力される出力電流とにより計算される電流利得と、
（３）前記第１のコンバータに入力される入力電流と前記第２のコンバータから出力される出力電圧とにより計算される利得と、
（４）前記第１のコンバータに入力される入力電圧と前記第２のコンバータから出力される出力電流とにより計算される利得と、
（５）前記第１のコンバータに対する出力電圧の操作指令値と、
（６）前記第１のコンバータに対する出力電流の操作指令値と、
のうちのいずれかに基づいて、前記第１のコンバータから前記第２のコンバータに電力が伝送されるときの伝送効率が増大するように、複数個のトランスのうちのいずれかを選択し、もしくはトランスを挿入するか否かを選択的に切り替えるように、前記切替トランス回路を制御する制御回路を備える。
【発明の効果】
（【００１１】以降は省略されています）

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