JP7724689B2 - 可変磁束磁石制御装置、受電装置、電力伝送システムおよび回転電機 - Google Patents

可変磁束磁石制御装置、受電装置、電力伝送システムおよび回転電機

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Description

本開示は、可変磁束磁石制御装置、受電装置、電力伝送システムおよび回転電機に関する。
ステータおよびローターから構成される回転電機(モータ)において、当該ローターに備えられる磁石として可変磁束磁石を用いて、当該可変磁束磁石の磁束を変化させることが行われている。
例えば、電気自動車あるいは鉄道車両などでは、回転電機の動作範囲が低速回転から高速回転まで広く、回転の速度に応じて可変磁束磁石の磁束を変化させることで高効率化することが図られている。
具体的には、低速時(低速回転時)には回転電機の磁石の磁力が大きい方が大きなトルクを生成し易く、一方、高速時(高速回転時)には回転電機の磁石の磁力が小さい方が高効率となる。このため、低速時でも高速時でも効率を高くするために、回転数に応じて磁力が変化させることが行われている。
可変磁束磁石とコイル(可変磁束磁石制御コイル)を備える可変磁束磁石モジュールでは、当該コイルにより生成される磁界を変化させることで、当該可変磁束磁石の磁束を変化させることが行われる。これにより、回転電機では、動作範囲が広い場合にも、高効率が実現される。このような高効率化は、回転電機にとって重要である。
ここで、可変磁束磁石は、コイルに流れる電流によって、増磁、または、減磁されるように制御される。可変磁束磁石の制御回路(駆動回路)は、増磁のときと減磁のときとで、コイルに流す電流の方向を異ならせるように制御する。
特許文献1には、固定磁石と可変磁石とを有した可変磁束モータを駆動するインバータを備えた可変磁束ドライブシステムにおいて、当該可変磁束モータのトルクがトルク指令となるように当該インバータを制御する主制御部と、当該可変磁束モータの可変磁石を磁化する磁化巻線と、当該磁化巻線に磁化電流を供給する磁化回路と、を備えた可変磁束モータドライブシステムが記載されている(特許文献1参照。)。
特開2008-125201号公報
しかしながら、従来の可変磁束磁石制御装置では、可変磁束磁石の磁束を変化させるためのコイルに電流を流す回路の部品点数が多くなり、コストが高くなる場合があった。
本開示は、このような事情を考慮してなされたもので、可変磁束磁石の磁束を変化させるためのコイルに電流を流す回路の部品点数を抑制してコストを抑制することができる可変磁束磁石制御装置、受電装置、電力伝送システムおよび回転電機を提供することを課題とする。
本開示の一態様は、交流電力発生部と、可変磁束磁石の磁化を制御するための可変磁束磁石制御コイルと前記交流電力発生部との間に配置される第1回路部および第2回路部を含む電流方向切替回路と、を備え、前記第1回路部は、第1スイッチ機能と、第1方向導通機能と、を含み、前記第2回路部は、第2スイッチ機能と、第2方向導通機能と、を含前記第1スイッチ機能は第1のゲートターンオフサイリスタのスイッチ機能により構成され、前記第1方向導通機能は前記第1のゲートターンオフサイリスタの導通機能により構成され、前記第2スイッチ機能は第2のゲートターンオフサイリスタのスイッチ機能により構成され、前記第2方向導通機能は前記第2のゲートターンオフサイリスタの導通機能により構成される、可変磁束磁石制御装置である。
本開示の一態様は、前記可変磁束磁石制御装置を備え、前記交流電力発生部は、受電コイルを含み、送電装置の送電コイルから送電される電力を前記受電コイルにより受電する、受電装置である。
本開示の一態様は、前記受電装置と、前記送電装置と、を備える電力伝送システムである。
本開示の一態様は、ステータと、ローターと、前記電力伝送システムと、を備える回転電機である。
本開示によれば、可変磁束磁石制御装置、受電装置、電力伝送システムおよび回転電機において、可変磁束磁石の磁束を変化させるためのコイルに電流を流す回路の部品点数を抑制してコストを抑制することができる。
実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムを備える回転電機の概略的な構成の一例を示す図である。 実施形態に係る回転電機の概略的な外観の一例を示す図である。 実施形態に係る可変磁束磁石モジュールの外観の一例を示す図である。 実施形態に係る可変磁束磁石の磁化曲線の概略的な一例を示す図である。 実施形態に係る可変磁束磁石制御回路の構成例を示す図である。 実施形態に係る第1制御パターンの第1交流電圧の一例を示す図である。 実施形態に係る第2制御パターンの第2交流電圧の一例を示す図である。 実施形態に係る電力供給回路の構成例を示す図である。 変形例に係る可変磁束磁石制御回路の構成例を示す図である。 変形例に係る可変磁束磁石制御回路の構成例を示す図である。 変形例に係る可変磁束磁石制御回路の構成例を示す図である。 変形例に係る可変磁束磁石制御回路の構成例を示す図である。 変形例に係る可変磁束磁石制御回路の構成例を示す図である。 変形例に係る可変磁束磁石制御回路の構成例を示す図である。 変形例に係る可変磁束磁石制御回路の構成例を示す図である。 他の例に係る電力伝送システムの概略的な構成の一例を示す外観斜視図である。 他の例に係る電力伝送システムの概略的な構成の一例を示す一部の断面図である。 他の例に係る電力伝送システムの概略的な構成の一例を示す分解図である。
以下、図面を参照し、本開示の実施形態について説明する。
[ワイヤレス電力伝送システムを備える回転電機]
図1は、実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム101を備える回転電機1の概略的な構成の一例を示す図である。
なお、回転電機1の構成に関しては、本実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム101に関する構成部分以外の詳しい説明については省略する。
回転電機1は、ステータ(固定子)11と、ローター(回転子)12と、を備える。
ステータ11は、巻線(ステータ巻線)31と、ワイヤレス送電装置111と、を備える。
ローター12は、可変磁束磁石モジュール51と、ワイヤレス受電装置112と、を備える。
また、ローター12は、可変磁束磁石モジュール51とワイヤレス受電装置112とを接続する2本の電線E1、E2を備える。
本実施形態では、ワイヤレス電力伝送システム101は、ワイヤレス送電装置111と、ワイヤレス受電装置112と、を備える。
ワイヤレス送電装置111は、送電部131を備える。送電部131は、送電コイル151と、送電回路152と、送電制御部153と、を備える。
ワイヤレス受電装置112は、受電部171を備える。受電部171は、受電コイル191と、受電回路192と、受電制御部193と、を備える。
なお、ワイヤレス電力伝送システム101、あるいは、送電部131または受電部171は、電源装置などと呼ばれてもよい。
<ワイヤレス電力伝送システム>
ワイヤレス電力伝送システム101について説明する。
ワイヤレス電力伝送システム101では、ワイヤレス送電装置111からワイヤレス受電装置112にワイヤレスで電力を伝送する。つまり、ワイヤレス送電装置111はワイヤレスで電力を送電し、ワイヤレス受電装置112はワイヤレスで当該電力を受電する。
ワイヤレス送電装置111では、送電回路152は送電コイル151に交流電圧を供給し、これにより、送電コイル151からワイヤレスで電力が送電される。送電制御部153は、送電回路152の動作などを制御する。
ワイヤレス受電装置112では、受電コイル191によりワイヤレスで電力を受電し、受電回路192は受電された電力を用いて可変磁束磁石モジュール51に電流を供給する。受電制御部193は、受電回路192の動作などを制御する。
本実施形態では、磁界結合(電磁誘導)方式あるいは磁界共鳴方式により、送電コイル151から受電コイル191にワイヤレスで電力が伝送される。
なお、送電制御部153および受電制御部193の機能のうちの一部または全部は、回転電機1を制御する制御部(例えば、メインコントローラ)に備えられてもよい。
また、ワイヤレス電力伝送システム101の送電部131に電力を供給する電源部(図1では図示を省略)と、回転電機1の動作(モータの動作)のために電力を供給する電源部(図1では図示を省略)とは、例えば、同じ電源部が用いられてもよく、あるいは、異なる電源部が用いられてもよい。
ここで、本実施形態では、送電部131が送電コイル151と送電回路152と送電制御部153を含む構成例を示したが、送電部131の構成は任意であってもよい。例えば、送電コイル151と送電回路152と送電制御部153のうちの1つが別体であってもよく、あるいは、これらすべてが別体であってもよい。また、送電コイル151と送電回路152と送電制御部153が一体である場合、これら各部の区別がなくてもよい。
また、本実施形態では、受電部171が受電コイル191と受電回路192と受電制御部193を含む構成例を示したが、受電部171の構成は任意であってもよい。例えば、受電コイル191と受電回路192と受電制御部193のうちの1つが別体であってもよく、あるいは、これらすべてが別体であってもよい。また、受電コイル191と受電回路192と受電制御部193が一体である場合、これら各部の区別がなくてもよい。
図2は、実施形態に係る回転電機1の概略的な外観の一例を示す図である。
図2には、ステータ11およびローター12の概略的な外観の一例を示してある。
ステータ11には、巻線31が搭載されている。
ローター12には、可変磁束磁石モジュール51が搭載されている。
なお、図2では、ワイヤレス電力伝送システム101の図示を省略している。
ここで、本実施形態では、ステータ11は複数の可変磁束磁石モジュール51を備えるが、図2の例では、図示を簡易化して、1個の可変磁束磁石モジュール51のみに符号を付してある。そして、本実施形態では、説明の便宜上、1個の可変磁束磁石モジュール51を代表させて説明する。
また、本実施形態では、複数の可変磁束磁石モジュール51のそれぞれについて、同様な制御が行われるが、これに限られず、例えば、それぞれの可変磁束磁石モジュール51ごとに任意の制御が行われてもよい。
<可変磁束磁石モジュール>
図3は、実施形態に係る可変磁束磁石モジュール51の外観の一例を示す図である。
可変磁束磁石モジュール51は、永久磁石から構成される可変磁束磁石211と、可変磁束磁石211の磁束を変化させるためのコイル(本実施形態では、説明の便宜上、可変磁束磁石制御コイル231と呼ぶ。)と、を備える。
なお、可変磁束磁石は、可変磁石などと呼ばれてもよい。また、可変磁束磁石制御コイルは、磁化コイルなどと呼ばれてもよい。
本実施形態では、可変磁束磁石制御コイル231は、ワイヤレス受電装置112の負荷となっている。可変磁束磁石制御コイル231には、ワイヤレス受電装置112から電力(電流)が供給される。
可変磁束磁石制御コイル231の一端には電線E1が接続されており、可変磁束磁石制御コイル231の他端には電線E2が接続されている。
説明の便宜上、電線E1にVo(+)を示してあり、電線E2にVo(-)を示してある。
ここで、電線E1、E2は、可変磁束磁石制御コイル231に備えられると捉えられてもよく、あるいは、可変磁束磁石制御コイル231の外部にあると捉えられてもよい。
可変磁束磁石制御コイル231に流れる電流によって、可変磁束磁石211の磁界(磁束)を制御することが可能である。
本実施形態では、電線E1から電線E2への第1方向D1に所定の電流が流れることで可変磁束磁石211の磁束が強められ、一方、電線E2から電線E1への第2方向D2に所定の電流が流れることで可変磁束磁石211の磁束が弱められる。
なお、図3に示される可変磁束磁石モジュール51の構成は一例であり、他の任意の構成が用いられてもよい。
例えば、可変磁束磁石211の形状またはサイズ、可変磁束磁石制御コイル231の配置などとしては、任意の構成が用いられてもよい。
ここで、本実施形態では、説明を簡易化するために、可変磁束磁石211のみを示したが、他の構成例として、可変磁束磁石211とともに、磁化が固定された固定磁石が用いられてもよい。
つまり、固定磁石と可変磁束磁石211との組み合わせが用いられてもよい。
また、それぞれの磁石(例えば、固定磁石、あるいは、可変磁束磁石211)は、例えば、複数の磁石片を組み合わせて構成されてもよい。
<可変磁束磁石の磁化曲線>
図4は、実施形態に係る可変磁束磁石211の磁化曲線2011の概略的な一例を示す図である。なお、図4に示される磁化曲線2011は、説明のために概略的な傾向を示すものであり、必ずしも厳密なものではない。
また、図4には、第1方向D1および第2方向D2を模式的に示してある。
図4に示されるグラフでは、横軸は可変磁束磁石制御コイル231に流れる電流によって可変磁束磁石211に加えられる磁場Hを表しており、縦軸は可変磁束磁石211の磁化Jを表している。
磁化曲線2011は、ヒステリシスの曲線となっている。
なお、一般に、可変磁束磁石211の内部の磁束密度Bは、磁場Hに透磁率μ(例えば、真空の透磁率)を乗算した結果と、磁化Jと、を加算した結果となる(B=μH+J)。
ここで、可変磁束磁石制御コイル231に流れる電流によって磁界が発生し、当該磁界によって可変磁束磁石211に磁場Hが加えられる。
図4には、磁化曲線2011において、本実施形態で用いられる高磁化の点(高磁化点P1)と、低磁化の点(低磁化点P2)と、を示してある。
また、図4には、低磁化点P2から高磁化点P1への増磁が行われる増磁経路2021と、高磁化点P1から低磁化点P2への減磁が行われる減磁経路2022と、を示してある。
なお、本明細書では、磁化が増加することを増磁と呼んで説明し、磁化が減少することを減磁と呼んで説明する。
本実施形態では、可変磁束磁石211が低磁化点P2の状態にあるときに可変磁束磁石制御コイル231に第1方向D1に所定の電流が流されることで、増磁経路2021によって、可変磁束磁石211が高磁化点P1の状態へ移行する。
一方、本実施形態では、可変磁束磁石211が高磁化点P1の状態にあるときに可変磁束磁石制御コイル231に第2方向D2に所定の電流が流されることで、減磁経路2022によって、可変磁束磁石211が低磁化点P2の状態へ移行する。
このように、可変磁束磁石211の磁力を可変させるために、可変磁束磁石制御コイル231に印加する電界を変えること(可変磁束磁石制御コイル231に流れる電流の方向を変えること)が行われる。可変磁束磁石211を増磁する場合と減磁する場合とで、互いに正負が逆の電界を印加することが行われる。
[可変磁束磁石制御回路]
図5は、実施形態に係る可変磁束磁石制御回路301の構成例を示す図である。
可変磁束磁石制御回路301は、送電部131の回路と、受電部171の回路と、可変磁束磁石制御コイル231を含む負荷回路Z1と、を備える。
図5の例では、可変磁束磁石制御回路301は、負荷回路Z1と、負荷回路Z1に電力を供給する電源回路(送電部131および受電部171)から構成される。
なお、本実施形態では、説明の便宜上、図5に示される全体の回路を可変磁束磁石制御回路301と呼んで説明するが、可変磁束磁石制御回路301は図5に示される一部の回路のみを備えてもよく、また、図5に示されていない他の回路を含んでもよい。
例えば、受電部171の回路の全部または一部が、可変磁束磁石制御回路と呼ばれてもよい。
<送電部の回路>
送電部131の回路は、電力供給回路311と、送電コイル312(電力伝送に関して1次側のコイル)と、コンデンサ313と、を備える。
電力供給回路311の一端(一方の端子)と他端(他方の端子)との間に、コンデンサ313と、送電コイル312が直列に接続されている。
具体的には、電力供給回路311の一端とコンデンサ313の一端とが接続されている。コンデンサ313の他端と送電コイル312の一端とが接続されている。送電コイル312の他端と電力供給回路311の他端とが接続されている。
電力供給回路311は、例えば、インバータ(INV)を用いて構成されている。
電力供給回路311は、交流電力(交流電圧)を送電コイル312に供給する。これにより、送電コイル312からワイヤレスで電力が送電される。
ここで、図5の例では、送電部131の回路のうち、送電コイル312は図1に示される送電コイル151の一例であり、他の回路部分は図1に示される送電回路152の一例である。
なお、図1に示される送電制御部153については、任意の箇所に備えられてもよい。
<受電部の回路>
受電部171の回路は、受電コイル331(電力伝送に関して2次側のコイル)と、コンデンサ332と、ダイオード351と、スイッチ352と、ダイオード353と、スイッチ354と、を備える。
コンデンサ332は、受電コイル331に組み合わせられる共振コンデンサの一例である。
受電コイル331とコンデンサ332とが直列に接続されている。この直列接続回路に、ダイオード351およびスイッチ352の組み合わせと、ダイオード353およびスイッチ354の組み合わせと、が並列に接続されている。
具体的には、受電コイル331の一端と、コンデンサ332の一端と、が接続されている。
受電コイル331の他端と、ダイオード351のアノードと、ダイオード353のカソードと、が接続されている。
コンデンサ332の他端と、スイッチ352の一端と、スイッチ354の一端と、が接続されている。
ダイオード351のカソードと、スイッチ352の他端と、が接続されている。
ダイオード353のアノードと、スイッチ354の他端と、が接続されている。
本実施形態では、受電コイル331とコンデンサ332から交流電力発生部A1が構成されている。受電コイル331では、送電部131からワイヤレスで送電される電力を受電するときに、交流電力(交流電圧)が発生する。つまり、受電コイル331では、送電コイル312から発生する磁界によって、当該磁界を介して交流電圧が発生する。
ダイオード351とスイッチ352から第1回路部A11が構成されている。
ダイオード353とスイッチ354から第2回路部A12が構成されている。
第1回路部A11と第2回路部A12から電流方向切替回路A2が構成されている。
交流電力発生部A1と負荷回路Z1との間に、第1回路部A11と第2回路部A12とが並列に接続されている。また、第1回路部A11のダイオード351の向き(導通方向)と、第2回路部A12のダイオード353の向き(導通方向)と、は互いに逆になっている。
ここで、図5の例では、受電部171の回路のうち、受電コイル331は図1に示される受電コイル191の一例であり、他の回路部分は図1に示される受電回路192の一例である。
なお、図1に示される受電制御部193については、任意の箇所に備えられてもよい。
なお、ダイオード351とダイオード353との一方または両方は、複数のダイオード素子を含んでもよい。
また、ダイオード351の部分およびダイオード353の部分としては、それぞれ、例えば、サイリスタを用いて構成されてもよい。
なお、スイッチ352とスイッチ354との一方または両方は、複数のスイッチ素子を含んでもよい。スイッチ352またはスイッチ354が複数のスイッチ素子から構成される場合、例えば、これら複数のスイッチ素子(スイッチ素子群)は、所望の導通状態となるように、同時に(または、所定のタイミングずれで)制御される。
また、スイッチ352およびスイッチ354としては、それぞれ、例えば、電界効果トランジスタ(FET:Field Effect Transistor)などの半導体スイッチが用いられてもよく、あるいは、接点リレースイッチが用いられてもよい。
<負荷回路>
負荷回路Z1は、可変磁束磁石制御コイル231と、抵抗411と、を備える。
可変磁束磁石制御コイル231と、抵抗411と、は直列に接続されている。
具体的には、可変磁束磁石制御コイル231の一端と、受電部171の回路におけるコンデンサ332の他端と、が電線371を介して接続されている。
可変磁束磁石制御コイル231の他端と、抵抗411の一端と、が接続されている。
抵抗411の他端と、受電部171の回路における受電コイル331の他端と、が電線372を介して接続されている。
ここで、電線371は図1および図3に示される電線E1の一例であり、電線372は図1および図3に示される電線E2の一例である。電線371および電線372は、例えば、負荷回路Z1の構成部であると捉えられてもよく、あるいは、他の構成例として、受電部171の回路の構成部であると捉えられてもよい。
図5の例では、説明の便宜上、可変磁束磁石制御コイル231の一端と電線371とが接続される点(接続点K1)と、抵抗411の他端と電線372とが接続される点(接続点K2)を示してある。
説明の便宜上、接続点K1(電線371)にVo(+)を示してあり、接続点K2(電線372)にVo(-)を示してある。
図5には、受電コイル331の両端のうち、コンデンサ332が接続されている方の端子の側が高電位側である状態における電圧の方向を第1電圧方向F1として示してある。また、受電コイル331の両端のうち、コンデンサ332が接続されている方の端子の側が低電位側である状態における電圧の方向を第2電圧方向F2として示してある。
図5には、可変磁束磁石制御コイル231に流れる電流について、第1方向D1と、第2方向D2と、を示してある。
ここで、図5の例では、交流電力発生部A1が、第1回路部A11および第2回路部A12と接続される一端にコンデンサ313を備える構成例を示したが、当該一端の代わりに、第1回路部A11および第2回路部A12と接続される他端にコンデンサを備える構成が用いられてもよい。また、交流電力発生部A1が、第1回路部A11および第2回路部A12と接続される一端および他端の両方にコンデンサを備える構成が用いられてもよい。
なお、交流電力発生部A1は、コンデンサを備える必要がない場合には、コンデンサを備えなくてもよい。
<可変磁束磁石制御回路の動作>
図6および図7を参照して、可変磁束磁石制御回路301の動作の例を示す。
図6は、実施形態に係る第1制御パターンの第1交流電圧3011の一例を示す図である。
図6に示されるグラフにおいて、横軸は時間を表しており、縦軸は電圧のレベルを表している。本実施形態では、第1電圧方向F1の電圧を正の電圧とし、第2電圧方向F2の電圧を負の電圧としている。
本実施形態では、第1制御パターンの第1交流電圧3011は、正の電圧から開始される交流電圧である。
本実施形態では、第1制御パターンの第1交流電圧3011は、送電部131において電力供給回路311により送電コイル312に第1制御パターンに対応する交流電圧が印加されることで、発生させられる。
本実施形態では、送電部131における第1制御パターンに対応する交流電圧は、電力供給回路311の両端のうち、コンデンサ313が接続されている方の端子の側が正の電圧から開始される交流電圧である。
本実施形態では、受電回路192において、第1制御パターンの第1交流電圧3011が発生した場合には、スイッチ352がオン(導通)の状態となり、スイッチ354がオフ(非導通)の状態となるように構成されている。
この状態では、ダイオード351により整流が行われる。なお、本実施形態では、可変磁束磁石制御コイル231に所定値以上の電流が流されればよいため、電流の平滑化(電圧の平滑化)は行われなくてもよく、つまり、直流でなくてもよい。
例えば、スイッチ352がオフの状態でスイッチ354がオフの状態において、第1制御パターンの第1交流電圧3011が発生した場合に、スイッチ352がオンの状態に切り替えられる。
この場合、受電回路192における検出電圧Vsとして正の電圧(第1電圧方向F1の電圧)が発生すると、スイッチ352がオンの状態になることで、負の電圧(第2電圧方向F2の電圧)が発生しなくなる。これにより、スイッチ354がオフの状態のままでオンにならなくなる。つまり、スイッチ352がオンの状態を維持し続けることで、スイッチ354がオフの状態のままとなる。
具体的には、スイッチ352がオンの状態で、スイッチ354がオフの状態であるときに、第1電圧方向F1の電圧から第2電圧方向F2の電圧になろうとしても、受電コイル331とコンデンサ332とダイオード351とスイッチ352のループが短絡されていることで、第2電圧方向F2の電圧はゼロ(または、ほぼゼロ)となり、第2電圧方向F2の電圧が発生しない。これにより、スイッチ354が自らオンになることを回避することができる。
図6には、第1交流電圧3011において、負の電圧(第2電圧方向F2の電圧)が発生しなくなる部分を不発生部3021、3022として示してある。
図6の例では、第1交流電圧3011は正弦波であり、時間T1~時間T2で正の電圧が発生し、時間T3~時間T4で正の電圧が発生する。また、時間T2~時間T3で不発生部3021となり、時間T4~時間T5で不発生部3022となる。
なお、時間T1~時間T5は、等間隔の時間である。
図7は、実施形態に係る第2制御パターンの第2交流電圧3111の一例を示す図である。
図7に示されるグラフにおいて、横軸は時間を表しており、縦軸は電圧のレベルを表している。
本実施形態では、第2制御パターンの第2交流電圧3111は、負の電圧から開始される交流電圧である。
本実施形態では、第2制御パターンの第2交流電圧3111は、送電部131において電力供給回路311により送電コイル312に第1制御パターンに対応する交流電圧が印加されることで、発生させられる。
本実施形態では、送電部131における第2制御パターンに対応する交流電圧は、電力供給回路311の両端のうち、コンデンサ313が接続されている方の端子の側が負の電圧から開始される交流電圧である。
本実施形態では、受電回路192において、第2制御パターンの第2交流電圧3111が発生した場合には、スイッチ354がオン(導通)の状態となり、スイッチ352がオフ(非導通)の状態となるように構成されている。
この状態では、ダイオード353により整流が行われる。なお、本実施形態では、可変磁束磁石制御コイル231に所定値以上の電流が流されればよいため、電流の平滑化(電圧の平滑化)は行われなくてもよく、つまり、直流でなくてもよい。
例えば、スイッチ352がオフの状態でスイッチ354がオフの状態において、第2制御パターンの第2交流電圧3111が発生した場合に、スイッチ354がオンの状態に切り替えられる。
この場合、受電回路192における検出電圧Vsとして負の電圧(第2電圧方向F2の電圧)が発生すると、スイッチ354がオンの状態になることで、負の電圧(第1電圧方向F1の電圧)が発生しなくなる。これにより、スイッチ352がオフの状態のままでオンにならなくなる。つまり、スイッチ354がオンの状態を維持し続けることで、スイッチ352がオフの状態のままとなる。
具体的には、スイッチ354がオンの状態で、スイッチ352がオフの状態であるときに、第2電圧方向F2の電圧から第1電圧方向F1の電圧になろうとしても、受電コイル331とコンデンサ332とダイオード353とスイッチ354のループが短絡されていることで、第1電圧方向F1の電圧はゼロ(または、ほぼゼロ)となり、第1電圧方向F1の電圧が発生しない。これにより、スイッチ352が自らオンになることを回避することができる。
図7には、第2交流電圧3111において、正の電圧(第1電圧方向F1の電圧)が発生しなくなる部分を不発生部3121、3122として示してある。
図7の例では、第2交流電圧3111は正弦波であり、時間T11~時間T12で負の電圧が発生し、時間T13~時間T14で負の電圧が発生する。また、時間T12~時間T13で不発生部3121となり、時間T14~時間T15で不発生部3122となる。
なお、時間T11~時間T15は、等間隔の時間である。
ここで、第1回路部A11および第2回路部A12の制御は、必ずしも図6および図7を用いて説明した態様に限られず、他の任意の態様で行われてもよい。
[電力供給回路の一例]
図8は、実施形態に係る電力供給回路631の構成例を示す図である。
図8には、直流電源である電源611と、電力供給回路631と、を示してある。
電力供給回路631は、図5に示される電力供給回路311の構成例である。
電力供給回路631は、4個のスイッチング素子651~654を備える。4個のスイッチング素子651~654により、フルブリッジ回路が構成されている。
具体的には、電源611に対して、2個のスイッチング素子651、652の直列接続部と、2個のスイッチング素子653、654の直列接続部と、が並列に接続されている。これら4個のスイッチング素子651~654の特性方向(例えば、トランジスタである場合には、ゲート端子とコレクタ端子とエミッタ端子の配置の仕方)が一致している。
2個のスイッチング素子651、652の間の点、および、2個のスイッチング素子653、654の間の点が、図5に示される電力供給回路311の2個の出力端となっている。
図5の例では、これら2個の出力端の間の電圧が、コンデンサ313を介して、送電コイル312に供給される。
ここで、図8の例では、電力供給回路631として、フルブリッジの回路(4個のスイッチング素子651~654を備える回路)が用いられる場合を示したが、他の構成例として、ハーフブリッジの回路(2個のスイッチング素子を備える回路)が用いられてもよい。
以上のように、本実施形態に係る回転電機1では、ワイヤレス電力伝送システム101によりステータ11の送電部131からローター12の受電部171にワイヤレスで電力を伝送する。
本実施形態に係る回転電機1は、例えば、自動車の車輪の駆動、鉄道の車輪の駆動、あるいは、洗濯機の回転部の駆動など、様々な機器に搭載されてもよい。
本実施形態では、ワイヤレス電力伝送システム101によりステータ11の送電部131からローター12の受電部171にワイヤレスで電力を伝送する構成により、ステータ11の側の電源部と、ローター12の側の負荷と、を絶縁することができる。
本実施形態では、回転するローター12の側に可変磁束磁石制御コイル231が備えられているのに対して、回転しないステータ11の側に送電部131を備える構成により、送電部131を安定化させることができる。
図5に示される可変磁束磁石制御回路301では、主要な回路素子として、2個のダイオード351、353および2個のスイッチ352、354を用いて構成されるため、少ないダイオードの数、少ないスイッチの数で、簡易な回路構成とすることができる。このように、図5の例では、可変磁束磁石211の磁束を変化させるためのコイル(本実施形態では、可変磁束磁石制御コイル231)に電流を流す回路の部品点数を抑制してコストを抑制することができる。
ここで、以上の実施形態では、送電部131がステータ11に備えられ、受電部171がローター12に備えられる構成を示したが、他の構成例として、送電部131および受電部171がローター12に備えられてもよい。
また、以上の実施形態では、ワイヤレス電力伝送システム101が用いられる場合を示したが、他の構成例として、送電部131の送電コイル151および受電部171の受電コイル191がトランスの1次コイルおよび2次コイルとして構成されてもよい。
また、以上の実施形態では、ワイヤレス電力伝送システム101が用いられる場合を示したが、受電部171の交流電力発生部が非絶縁で電力の供給を受ける構成が用いられてもよい。つまり、送電部から受電部に有線で電力を伝送する構成が用いられてもよい。
<構成例>
一構成例として、可変磁束磁石制御装置(図5の例では、例えば、ワイヤレス受電装置112の受電部171の回路)では、交流電力発生部(図5の例では、交流電力発生部A1)と、可変磁束磁石(図3の例では、可変磁束磁石211)の磁化を制御するための可変磁束磁石制御コイル(図3および図5の例では、可変磁束磁石制御コイル231)と交流電力発生部との間に配置される第1回路部(図5の例では、第1回路部A11)および第2回路部(図5の例では、第2回路部A12)を含む電流方向切替回路(図5の例では、電流方向切替回路A2)と、を備える。第1回路部は、第1スイッチ機能(図5の例では、スイッチ352の機能)と、第1方向導通機能(図5の例では、ダイオード351の機能)と、を含む。第2回路部は、第2スイッチ機能(図5の例では、スイッチ354の機能)と、第2方向導通機能(図5の例では、ダイオード353の機能)と、を含む。
一構成例として、可変磁束磁石制御装置において、交流電力発生部は、第1回路部および第2回路部と接続される一端、または、第1回路部および第2回路部と接続される他端、の少なくとも一方にコンデンサ(図5の例では、コンデンサ332)を備える。
一構成例として、受電装置(図1の例では、ワイヤレス受電装置112)では、可変磁束磁石制御装置を備える。交流電力発生部は、受電コイル(図1の例では、受電コイル191)を含み、送電装置(図1の例では、ワイヤレス送電装置111)の送電コイル(図1の例では、送電コイル151)から送電される電力を受電コイルにより受電する。
一構成例として、電力伝送システム(図1の例では、ワイヤレス電力伝送システム101)では、受電装置と、送電装置と、を備える。
一構成例として、回転電機(図1の例では、回転電機1)では、ステータ(図1の例では、ステータ11)と、ローター(図1の例では、ローター12)と、電力伝送システムと、を備える。
一構成例として、回転電機において、送電装置は、ステータに設けられ、受電装置は、ローターに設けられる。
[変形例に係る可変磁束磁石制御回路]
図9~図15を参照して、変形例に係る可変磁束磁石制御回路を示す。
図9は、変形例に係る可変磁束磁石制御回路301aの構成例を示す図である。
可変磁束磁石制御回路301aは、送電部131の回路と、受電部171aの回路と、可変磁束磁石制御コイル231を含む負荷回路Z1と、を備える。
また、可変磁束磁石制御回路301aは、電線371および電線372を備えている。
また、可変磁束磁石制御回路301aにおいて、接続点K1および接続点K2を示してある。
また、図9の例では、第1方向D1と、第2方向D2と、を示してある。
ここで、可変磁束磁石制御回路301aの構成は、図5に示される可変磁束磁石制御回路301と比べて、受電部171aの構成が異なる点を除いて、同様である。
説明の便宜上、可変磁束磁石制御回路301aにおいて、図5に示される可変磁束磁石制御回路301と同様な構成部については、同じ符号を付してある。
<受電部の回路>
受電部171aの回路は、受電コイル331(電力伝送に関して2次側のコイル)と、コンデンサ332と、ダイオード711と、スイッチ712と、スイッチ713と、ダイオード714と、を備える。
ここで、受電コイル331およびコンデンサ332は、図5に示されるものと同様であり、説明の便宜上、同じ符号を付してある。
受電コイル331とコンデンサ332とが直列に接続されている。この直列接続回路に、ダイオード711およびスイッチ712の組み合わせと、スイッチ713およびダイオード714の組み合わせと、が並列に接続されている。
具体的には、受電コイル331の一端と、コンデンサ332の一端と、が接続されている。
コンデンサ332の他端と、スイッチ712の一端と、ダイオード714のアノードと、が接続されている。
スイッチ712の他端と、ダイオード711のカソードと、が接続されている。
ダイオード714のカソードと、スイッチ713の一端と、が接続されている。
受電コイル331の他端と、ダイオード711のアノードと、スイッチ713の他端と、が接続されている。
本実施形態では、受電コイル331とコンデンサ332から交流電力発生部が構成されている。受電コイル331では、送電部131からワイヤレスで送電される電力を受電するときに、交流電力(交流電圧)が発生する。つまり、受電コイル331では、送電コイル312から発生する磁界によって、当該磁界を介して交流電圧が発生する。
ダイオード711とスイッチ712から第1回路部が構成されている。
スイッチ713とダイオード714から第2回路部が構成されている。
第1回路部と第2回路部から電流方向切替回路が構成されている。
交流電力発生部と負荷回路Z1との間に、第1回路部と第2回路部とが並列に接続されている。また、第1回路部のダイオード711の向き(導通方向)と、第2回路部のダイオード714の向き(導通方向)と、は互いに逆になっている。
ここで、ダイオード711およびスイッチ712から構成される第1回路部の構成は、図5に示されるダイオード351およびスイッチ352から構成される第1回路部の構成と同様である。
また、スイッチ713およびダイオード714から構成される第2回路部の構成は、図5に示されるダイオード353およびスイッチ354から構成される第2回路部の構成と比べて、スイッチ713とダイオード714との並び順が逆になっている。
以上のように、変形例に係る可変磁束磁石制御回路301aでは、可変磁束磁石の磁束を変化させるためのコイルに電流を流す回路の部品点数を抑制してコストを抑制することができる。
一構成例として、第1回路部は、第1スイッチ機能(図9の例では、スイッチ712の機能)と、第1方向導通機能(図9の例では、ダイオード711の機能)と、を含み、また、第2回路部は、第2スイッチ機能(図9の例では、スイッチ713の機能)と、第2方向導通機能(図9の例では、ダイオード714の機能)と、を含む。
図10は、変形例に係る可変磁束磁石制御回路301bの構成例を示す図である。
可変磁束磁石制御回路301bは、送電部131の回路と、受電部171bの回路と、可変磁束磁石制御コイル231を含む負荷回路Z1と、を備える。
また、可変磁束磁石制御回路301bは、電線371および電線372を備えている。
また、可変磁束磁石制御回路301bにおいて、接続点K1および接続点K2を示してある。
また、図10の例では、第1方向D1と、第2方向D2と、を示してある。
ここで、可変磁束磁石制御回路301bの構成は、図5に示される可変磁束磁石制御回路301と比べて、受電部171bの構成が異なる点を除いて、同様である。
説明の便宜上、可変磁束磁石制御回路301bにおいて、図5に示される可変磁束磁石制御回路301と同様な構成部については、同じ符号を付してある。
<受電部の回路>
受電部171bの回路は、受電コイル331(電力伝送に関して2次側のコイル)と、コンデンサ332と、ダイオード731と、スイッチ732と、スイッチ733と、ダイオード734と、を備える。
ここで、受電コイル331およびコンデンサ332は、図5に示されるものと同様であり、説明の便宜上、同じ符号を付してある。
受電コイル331とコンデンサ332とが直列に接続されている。この直列接続回路に、ダイオード731、スイッチ732、スイッチ733、および、ダイオード734の組み合わせからなる回路部が接続されている。
具体的には、受電コイル331の一端と、コンデンサ332の一端と、が接続されている。
コンデンサ332の他端と、スイッチ732の一端と、ダイオード734のアノードと、が接続されている。
スイッチ732の他端と、スイッチ733の一端と、ダイオード734のカソードと、ダイオード731のカソードと、が接続されている。
受電コイル331の他端と、スイッチ733の他端と、ダイオード731のアノードと、が接続されている。
本実施形態では、受電コイル331とコンデンサ332から交流電力発生部が構成されている。受電コイル331では、送電部131からワイヤレスで送電される電力を受電するときに、交流電力(交流電圧)が発生する。つまり、受電コイル331では、送電コイル312から発生する磁界によって、当該磁界を介して交流電圧が発生する。
ダイオード731とスイッチ732から第1回路部が構成されている。
スイッチ733とダイオード734から第2回路部が構成されている。
第1回路部と第2回路部から電流方向切替回路が構成されている。
交流電力発生部と負荷回路Z1との間に、第1回路部および第2回路部が接続されている。また、第1回路部のダイオード731の向き(導通方向)と、第2回路部のダイオード734の向き(導通方向)と、は互いに逆になっている。
なお、本例では、第1回路部と第2回路部とで、一部の導線が共通になっている。
以上のように、変形例に係る可変磁束磁石制御回路301bでは、可変磁束磁石の磁束を変化させるためのコイルに電流を流す回路の部品点数を抑制してコストを抑制することができる。
一構成例として、第1回路部は、第1スイッチ機能(図10の例では、スイッチ732の機能)と、第1方向導通機能(図10の例では、ダイオード731の機能)と、を含み、また、第2回路部は、第2スイッチ機能(図10の例では、スイッチ733の機能)と、第2方向導通機能(図10の例では、ダイオード734の機能)と、を含む。
図11は、変形例に係る可変磁束磁石制御回路301cの構成例を示す図である。
可変磁束磁石制御回路301cは、送電部131の回路と、受電部171cの回路と、可変磁束磁石制御コイル231を含む負荷回路Z1と、を備える。
また、可変磁束磁石制御回路301cは、電線371および電線372を備えている。
また、可変磁束磁石制御回路301cにおいて、接続点K1および接続点K2を示してある。
また、図11の例では、第1方向D1と、第2方向D2と、を示してある。
ここで、可変磁束磁石制御回路301cの構成は、図5に示される可変磁束磁石制御回路301と比べて、受電部171cの構成が異なる点を除いて、同様である。
説明の便宜上、可変磁束磁石制御回路301cにおいて、図5に示される可変磁束磁石制御回路301と同様な構成部については、同じ符号を付してある。
<受電部の回路>
受電部171cの回路は、受電コイル331(電力伝送に関して2次側のコイル)と、コンデンサ332と、ダイオード751と、スイッチ752と、スイッチ753と、ダイオード754と、を備える。
ここで、受電コイル331およびコンデンサ332は、図5に示されるものと同様であり、説明の便宜上、同じ符号を付してある。
受電コイル331とコンデンサ332とが直列に接続されている。この直列接続回路に、ダイオード751、スイッチ752、スイッチ753、および、ダイオード754の組み合わせからなる回路部が接続されている。
具体的には、受電コイル331の一端と、コンデンサ332の一端と、が接続されている。
コンデンサ332の他端とつながる点と、スイッチ752の一端とダイオード754のアノードとがつながる点と、が接続されている。
スイッチ752の他端とダイオード754のカソードとがつながる点と、スイッチ753の一端とダイオード751のカソードとがつながる点と、が接続されている。
受電コイル331の他端とつながる点と、スイッチ753の他端とダイオード751のアノードとがつながる点と、が接続されている。
本実施形態では、受電コイル331とコンデンサ332から交流電力発生部が構成されている。受電コイル331では、送電部131からワイヤレスで送電される電力を受電するときに、交流電力(交流電圧)が発生する。つまり、受電コイル331では、送電コイル312から発生する磁界によって、当該磁界を介して交流電圧が発生する。
ダイオード751とスイッチ752から第1回路部が構成されている。
スイッチ753とダイオード754から第2回路部が構成されている。
第1回路部と第2回路部から電流方向切替回路が構成されている。
交流電力発生部と負荷回路Z1との間に、第1回路部および第2回路部が接続されている。また、第1回路部のダイオード751の向き(導通方向)と、第2回路部のダイオード754の向き(導通方向)と、は互いに逆になっている。
なお、本例では、第1回路部と第2回路部とで、一部の導線が共通になっている。
以上のように、変形例に係る可変磁束磁石制御回路301cでは、可変磁束磁石の磁束を変化させるためのコイルに電流を流す回路の部品点数を抑制してコストを抑制することができる。
一構成例として、第1回路部は、第1スイッチ機能(図11の例では、スイッチ752の機能)と、第1方向導通機能(図11の例では、ダイオード751の機能)と、を含み、また、第2回路部は、第2スイッチ機能(図11の例では、スイッチ753の機能)と、第2方向導通機能(図11の例では、ダイオード754の機能)と、を含む。
図12は、変形例に係る可変磁束磁石制御回路301dの構成例を示す図である。
可変磁束磁石制御回路301dは、送電部131の回路と、受電部171dの回路と、可変磁束磁石制御コイル231を含む負荷回路Z1と、を備える。
また、可変磁束磁石制御回路301dは、電線371および電線372を備えている。
また、可変磁束磁石制御回路301dにおいて、接続点K1および接続点K2を示してある。
また、図12の例では、第1方向D1と、第2方向D2と、を示してある。
ここで、可変磁束磁石制御回路301dの構成は、図5に示される可変磁束磁石制御回路301と比べて、受電部171dの構成が異なる点を除いて、同様である。
説明の便宜上、可変磁束磁石制御回路301dにおいて、図5に示される可変磁束磁石制御回路301と同様な構成部については、同じ符号を付してある。
<受電部の回路>
受電部171dの回路は、受電コイル331(電力伝送に関して2次側のコイル)と、コンデンサ332と、スイッチ771と、スイッチ772と、を備える。
ここで、受電コイル331およびコンデンサ332は、図5に示されるものと同様であり、説明の便宜上、同じ符号を付してある。
スイッチ771およびスイッチ772は、それぞれ、n型のMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)である。
受電コイル331とコンデンサ332とが直列に接続されている。この直列接続回路に、スイッチ771とスイッチ772との直列接続回路が並列に接続されている。
具体的には、受電コイル331の一端と、コンデンサ332の一端と、が接続されている。
コンデンサ332の他端と、スイッチ771の一端(ソース端子)と、が接続されている。
スイッチ771の他端(ドレイン端子)と、スイッチ772の一端(ドレイン端子)と、が接続されている。
受電コイル331の他端と、スイッチ772の他端(ソース端子)と、が接続されている。
なお、スイッチ771の制御端子(ゲート端子)およびスイッチ772の制御端子(ゲート端子)は、それぞれ、オンとオフとの切り替えの制御に用いられる。
本実施形態では、受電コイル331とコンデンサ332から交流電力発生部が構成されている。受電コイル331では、送電部131からワイヤレスで送電される電力を受電するときに、交流電力(交流電圧)が発生する。つまり、受電コイル331では、送電コイル312から発生する磁界によって、当該磁界を介して交流電圧が発生する。
スイッチ771から第1回路部が構成されている。
スイッチ772から第2回路部が構成されている。
第1回路部と第2回路部から電流方向切替回路が構成されている。
交流電力発生部と負荷回路Z1との間に、第1回路部および第2回路部が接続されている。また、第1回路部のスイッチ771がオンであるときの導通方向と、第2回路部のスイッチ772がオンであるときの導通方向と、は互いに逆になっている。
本例では、第1回路部と第2回路部とが共通化されている。
以上のように、変形例に係る可変磁束磁石制御回路301dでは、可変磁束磁石の磁束を変化させるためのコイルに電流を流す回路の部品点数を抑制してコストを抑制することができる。
一構成例として、第1回路部は、第1スイッチ機能(図12の例では、スイッチ771の機能)と、第1方向導通機能(図12の例では、スイッチ772のボディダイオードの機能)と、を含み、また、第2回路部は、第2スイッチ機能(図12の例では、スイッチ772の機能)と、第2方向導通機能(図12の例では、スイッチ771のボディダイオードの機能)と、を含む。
図13は、変形例に係る可変磁束磁石制御回路301eの構成例を示す図である。
可変磁束磁石制御回路301eは、送電部131の回路と、受電部171eの回路と、可変磁束磁石制御コイル231を含む負荷回路Z1と、を備える。
また、可変磁束磁石制御回路301eは、電線371および電線372を備えている。
また、可変磁束磁石制御回路301eにおいて、接続点K1および接続点K2を示してある。
また、図13の例では、第1方向D1と、第2方向D2と、を示してある。
ここで、可変磁束磁石制御回路301eの構成は、図5に示される可変磁束磁石制御回路301と比べて、受電部171eの構成が異なる点を除いて、同様である。
説明の便宜上、可変磁束磁石制御回路301eにおいて、図5に示される可変磁束磁石制御回路301と同様な構成部については、同じ符号を付してある。
<受電部の回路>
受電部171eの回路は、受電コイル331(電力伝送に関して2次側のコイル)と、コンデンサ332と、スイッチ791と、スイッチ792と、を備える。
ここで、受電コイル331およびコンデンサ332は、図5に示されるものと同様であり、説明の便宜上、同じ符号を付してある。
スイッチ791およびスイッチ792は、それぞれ、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT:Insulated Gate Bipolar Transistor)である。
受電コイル331とコンデンサ332とが直列に接続されている。この直列接続回路に、スイッチ791と、スイッチ792と、が並列に接続されている。
具体的には、受電コイル331の一端と、コンデンサ332の一端と、が接続されている。
コンデンサ332の他端と、スイッチ791の一端(エミッタ端子)と、スイッチ792の一端(コレクタ端子)と、が接続されている。
受電コイル331の他端と、スイッチ791の他端(コレクタ端子)と、スイッチ792の他端(エミッタ端子)と、が接続されている。
なお、スイッチ791の制御端子(ゲート端子)およびスイッチ792の制御端子(ゲート端子)は、それぞれ、オンとオフとの切り替えの制御に用いられる。
本実施形態では、受電コイル331とコンデンサ332から交流電力発生部が構成されている。受電コイル331では、送電部131からワイヤレスで送電される電力を受電するときに、交流電力(交流電圧)が発生する。つまり、受電コイル331では、送電コイル312から発生する磁界によって、当該磁界を介して交流電圧が発生する。
スイッチ791から第1回路部が構成されている。
スイッチ792から第2回路部が構成されている。
第1回路部と第2回路部から電流方向切替回路が構成されている。
交流電力発生部と負荷回路Z1との間に、第1回路部と第2回路部とが並列に接続されている。また、第1回路部のスイッチ791がオンであるときの導通方向と、第2回路部のスイッチ792がオンであるときの導通方向と、は互いに逆になっている。
以上のように、変形例に係る可変磁束磁石制御回路301eでは、可変磁束磁石の磁束を変化させるためのコイルに電流を流す回路の部品点数を抑制してコストを抑制することができる。
一構成例として、第1回路部は、第1スイッチ機能(図13の例では、スイッチ791のスイッチ機能)と、第1方向導通機能(図13の例では、スイッチ791の導通機能)と、を含み、また、第2回路部は、第2スイッチ機能(図13の例では、スイッチ792のスイッチ機能)と、第2方向導通機能(図13の例では、スイッチ792の導通機能)と、を含む。
図14は、変形例に係る可変磁束磁石制御回路301fの構成例を示す図である。
可変磁束磁石制御回路301fは、送電部131の回路と、受電部171fの回路と、可変磁束磁石制御コイル231を含む負荷回路Z1と、を備える。
また、可変磁束磁石制御回路301fは、電線371および電線372を備えている。
また、可変磁束磁石制御回路301fにおいて、接続点K1および接続点K2を示してある。
また、図14の例では、第1方向D1と、第2方向D2と、を示してある。
ここで、可変磁束磁石制御回路301fの構成は、図5に示される可変磁束磁石制御回路301と比べて、受電部171fの構成が異なる点を除いて、同様である。
説明の便宜上、可変磁束磁石制御回路301fにおいて、図5に示される可変磁束磁石制御回路301と同様な構成部については、同じ符号を付してある。
<受電部の回路>
受電部171fの回路は、受電コイル331(電力伝送に関して2次側のコイル)と、コンデンサ332と、スイッチ811と、スイッチ812と、を備える。
ここで、受電コイル331およびコンデンサ332は、図5に示されるものと同様であり、説明の便宜上、同じ符号を付してある。
スイッチ811およびスイッチ812は、それぞれ、サイリスタ(Thyristor)である。サイリスタは、シリコン制御整流子(SCR:Silicon Controlled Rectifier)とも呼ばれる。
受電コイル331とコンデンサ332とが直列に接続されている。この直列接続回路に、スイッチ811と、スイッチ812と、が並列に接続されている。
具体的には、受電コイル331の一端と、コンデンサ332の一端と、が接続されている。
コンデンサ332の他端と、スイッチ811の一端(カソード)と、スイッチ812の一端(アノード)と、が接続されている。
受電コイル331の他端と、スイッチ811の他端(アノード)と、スイッチ812の他端(カソード)と、が接続されている。
なお、スイッチ811の制御端子(ゲート)およびスイッチ812の制御端子(ゲート)は、それぞれ、オンとオフとの切り替えの制御に用いられる。
本実施形態では、受電コイル331とコンデンサ332から交流電力発生部が構成されている。受電コイル331では、送電部131からワイヤレスで送電される電力を受電するときに、交流電力(交流電圧)が発生する。つまり、受電コイル331では、送電コイル312から発生する磁界によって、当該磁界を介して交流電圧が発生する。
スイッチ811から第1回路部が構成されている。
スイッチ812から第2回路部が構成されている。
第1回路部と第2回路部から電流方向切替回路が構成されている。
交流電力発生部と負荷回路Z1との間に、第1回路部と第2回路部とが並列に接続されている。また、第1回路部のスイッチ811がオンであるときの導通方向と、第2回路部のスイッチ812がオンであるときの導通方向と、は互いに逆になっている。
以上のように、変形例に係る可変磁束磁石制御回路301fでは、可変磁束磁石の磁束を変化させるためのコイルに電流を流す回路の部品点数を抑制してコストを抑制することができる。
一構成例として、第1回路部は、第1スイッチ機能(図14の例では、スイッチ811のスイッチ機能)と、第1方向導通機能(図14の例では、スイッチ811の導通機能)と、を含み、また、第2回路部は、第2スイッチ機能(図14の例では、スイッチ812のスイッチ機能)と、第2方向導通機能(図14の例では、スイッチ812の導通機能)と、を含む。
図15は、変形例に係る可変磁束磁石制御回路301gの構成例を示す図である。
可変磁束磁石制御回路301gは、送電部131の回路と、受電部171gの回路と、可変磁束磁石制御コイル231を含む負荷回路Z1と、を備える。
また、可変磁束磁石制御回路301gは、電線371および電線372を備えている。
また、可変磁束磁石制御回路301gにおいて、接続点K1および接続点K2を示してある。
また、図15の例では、第1方向D1と、第2方向D2と、を示してある。
ここで、可変磁束磁石制御回路301gの構成は、図5に示される可変磁束磁石制御回路301と比べて、受電部171gの構成が異なる点を除いて、同様である。
説明の便宜上、可変磁束磁石制御回路301gにおいて、図5に示される可変磁束磁石制御回路301と同様な構成部については、同じ符号を付してある。
<受電部の回路>
受電部171gの回路は、受電コイル331(電力伝送に関して2次側のコイル)と、コンデンサ332と、スイッチ831と、スイッチ832と、を備える。
ここで、受電コイル331およびコンデンサ332は、図5に示されるものと同様であり、説明の便宜上、同じ符号を付してある。
スイッチ831およびスイッチ832は、それぞれ、ゲートターンオフサイリスタ(GTO:Gate Turn-Off thyristor)である。
受電コイル331とコンデンサ332とが直列に接続されている。この直列接続回路に、スイッチ831と、スイッチ832と、が並列に接続されている。
具体的には、受電コイル331の一端と、コンデンサ332の一端と、が接続されている。
コンデンサ332の他端と、スイッチ831の一端(カソード)と、スイッチ832の一端(アノード)と、が接続されている。
受電コイル331の他端と、スイッチ831の他端(アノード)と、スイッチ832の他端(カソード)と、が接続されている。
なお、スイッチ831の制御端子(ゲート)およびスイッチ832の制御端子(ゲート)は、それぞれ、オンとオフとの切り替えの制御に用いられる。
本実施形態では、受電コイル331とコンデンサ332から交流電力発生部が構成されている。受電コイル331では、送電部131からワイヤレスで送電される電力を受電するときに、交流電力(交流電圧)が発生する。つまり、受電コイル331では、送電コイル312から発生する磁界によって、当該磁界を介して交流電圧が発生する。
スイッチ831から第1回路部が構成されている。
スイッチ832から第2回路部が構成されている。
第1回路部と第2回路部から電流方向切替回路が構成されている。
交流電力発生部と負荷回路Z1との間に、第1回路部と第2回路部とが並列に接続されている。また、第1回路部のスイッチ831がオンであるときの導通方向と、第2回路部のスイッチ832がオンであるときの導通方向と、は互いに逆になっている。
以上のように、変形例に係る可変磁束磁石制御回路301gでは、可変磁束磁石の磁束を変化させるためのコイルに電流を流す回路の部品点数を抑制してコストを抑制することができる。
一構成例として、第1回路部は、第1スイッチ機能(図15の例では、スイッチ831のスイッチ機能)と、第1方向導通機能(図15の例では、スイッチ831の導通機能)と、を含み、また、第2回路部は、第2スイッチ機能(図15の例では、スイッチ832のスイッチ機能)と、第2方向導通機能(図15の例では、スイッチ832の導通機能)と、を含む。
[他の例に係る電力伝送システム]
図16~図18を参照して、他の例に係る電力伝送システム1001を示す。
図16~図18には、それぞれ、説明の便宜上、三次元直交座標軸であるXYZ直交座標軸を示してある。
電力伝送システム1001は、ワイヤレスではない電力伝送システムの例である。
図16は、他の例に係る電力伝送システム1001の概略的な構成の一例を示す外観斜視図である。
図17は、他の例に係る電力伝送システム1001の概略的な構成の一例を示す一部の断面図である。
図18は、他の例に係る電力伝送システム1001の概略的な構成の一例を示す分解図である。
ここで、図17に示される断面部は、図16に示される部分B1の断面部であり、YZ平面に平行な面で切断した場合の断面の例を示してある。
電力伝送システム1001は、ステータおよびローターを有する回転電機(図示を省略)に備えられる。
電力伝送システム1001は、ステータの側に設けられる円板部1011と、ローターの側に設けられる円板部1012と、ステータ側の円板部1011に配置される送電コイル1111(送電部の送電コイル)と、ローター側の円板部1012に配置される受電コイル1131および受電コイル1132(受電部の受電コイル)と、4個の磁性材1013a~1013dと、を備える。
ステータ側の円板部1011は、4個の穴部1121a~1121d(開口部などと呼ばれてもよい。)を有している。
なお、図16~図18の例では、送電部における送電コイル1111以外の詳細な回路部、および、受電部における受電コイル(受電コイル1131および受電コイル1132)以外の詳細な回路部については、詳しい図示および説明を省略する。
ステータ側の円板部1011と、ローター側の円板部1012は、それぞれ、円板の形状を有している。図16~図18の例では、ステータ側の円板部1011とローター側の円板部1012とは、同じ形状(または、ほぼ同じ形状)を有しており、互いに円形の中心点同士が対向して円形同士が対向するように配置されている。
ステータ側の円板部1011が有する2個の面(図16~図18の例では、XY平面に平行な面)のうち、ローター側の円板部1012と対向する側の面(図16~図18の例では、Z軸の正方向を向く面)に、送電コイル1111が配置されている。送電コイル1111を構成する導線が、当該面の外周から中心に向かう所定の範囲に巻回されることで、送電コイル1111が構成されている。
ローター側の円板部1012が有する2個の面(図16~図18の例では、XY平面に平行な面)のうち、ステータ側の円板部1011と対向する側の面(図16~図18の例では、Z軸の負方向を向く面)に、受電コイル1131が配置されている。受電コイル1131を構成する導線が、当該面の外周から中心に向かう所定の範囲に巻回されることで、受電コイル1131が構成されている。
また、ローター側の円板部1012が有する2個の面(図16~図18の例では、XY平面に平行な面)のうち、ステータ側の円板部1011と対向しない側の面(図16~図18の例では、Z軸の正方向を向く面)に、受電コイル1132が配置されている。受電コイル1132を構成する導線が、当該面の外周から中心に向かう所定の範囲に巻回されることで、受電コイル1132が構成されている。
4個の磁性材1013a~1013dは、それぞれ、磁性材料を用いて構成されており、例えば、フェライトを用いて構成されている。
磁性材1013aは、ステータ側の円板部1011とローター側の円板部1012とが組み合わされた円板部(以下、説明の便宜上、組み合わせ円板部と呼ぶ。)の一部を、外周の外側から囲い込む形状(例えば、U字に似た形状)を有しており、また、ステータ側の円板部1011の穴部1121aに嵌め込まれる爪部を有している。そして、磁性材1013aは、当該爪部がステータ側の円板部1011の穴部1121aに嵌め込まれることで、組み合わせ円板部の一部を囲い込んだ配置で固定されている。
また、他の3個の磁性材1013b、1013c、1013dについても、それぞれ、磁性材1013aと同じ形状を有しており、磁性材1013aと同様に、それぞれの爪部がステータ側の円板部1011の穴部1121b、1121c、1121dに嵌め込まれることで、組み合わせ円板部の一部を囲い込んだ配置で固定されている。
4個の磁性材1013a~1013dは、それぞれ、組み合わせ円板部の円形において、等間隔(当該円形の面上において、90度の間隔)で配置されている。
ステータ側の円板部1011に配置される送電コイル1111と、ローター側の円板部1012に配置される受電コイル(受電コイル1131および受電コイル1132)は、それぞれ、円形の中心から外周へ向かう方向に関して、それぞれの磁性材1013a~1013dによって囲い込まれる範囲(図16~図18の例では、XY平面に平行な面において囲い込まれる範囲)に配置されている。
以上のように、他の例に係る電力伝送システム1001では、ステータ側の円板部1011に配置される送電コイル1111から、ローター側の円板部1012に配置される受電コイル(受電コイル1131および受電コイル1132)に、電力を伝送することができる。
なお、このような電力伝送の仕組みは、回転するトランスに類似する。
このように、電力伝送は、必ずしもワイヤレスで行われなくてもよい。例えば、図1に示されるワイヤレス電力伝送システム101の代わりに、図16~図18に示されるような電力伝送システム1001が用いられてもよい。
なお、以上に説明した任意の装置(例えば、ワイヤレス送電装置111、ワイヤレス受電装置112、回転電機1、電力伝送システム1001の装置など)における任意の構成部の機能を実現するためのプログラムを、コンピューター読み取り可能な記録媒体に記録し、そのプログラムをコンピューターシステムに読み込ませて実行するようにしてもよい。なお、ここでいう「コンピューターシステム」とは、オペレーティングシステムあるいは周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピューター読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、CD(Compact Disc)-ROM(Read Only Memory)等の可搬媒体、コンピューターシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピューター読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークあるいは電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバーあるいはクライアントとなるコンピューターシステム内部の揮発性メモリーのように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。当該揮発性メモリーは、例えば、RAM(Random Access Memory)であってもよい。記録媒体は、例えば、非一時的記録媒体であってもよい。
また、上記のプログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピューターシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピューターシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワークあるいは電話回線等の通信回線のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。
また、上記のプログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。さらに、上記のプログラムは、前述した機能をコンピューターシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイルであってもよい。差分ファイルは、差分プログラムと呼ばれてもよい。
また、以上に説明した任意の装置(例えば、ワイヤレス送電装置111、ワイヤレス受電装置112、回転電機1、電力伝送システム1001の装置など)における任意の構成部の機能は、プロセッサーにより実現されてもよい。例えば、実施形態における各処理は、プログラム等の情報に基づき動作するプロセッサーと、プログラム等の情報を記憶するコンピューター読み取り可能な記録媒体により実現されてもよい。ここで、プロセッサーは、例えば、各部の機能が個別のハードウェアで実現されてもよく、あるいは、各部の機能が一体のハードウェアで実現されてもよい。例えば、プロセッサーはハードウェアを含み、当該ハードウェアは、デジタル信号を処理する回路およびアナログ信号を処理する回路のうちの少なくとも一方を含んでもよい。例えば、プロセッサーは、回路基板に実装された1または複数の回路装置、あるいは、1または複数の回路素子のうちの一方または両方を用いて、構成されてもよい。回路装置としてはIC(Integrated Circuit)などが用いられてもよく、回路素子としては抵抗あるいはキャパシターなどが用いられてもよい。
ここで、プロセッサーは、例えば、CPUであってもよい。ただし、プロセッサーは、CPUに限定されるものではなく、例えば、GPU(Graphics Processing Unit)、あるいは、DSP(Digital Signal Processor)等のような、各種のプロセッサーが用いられてもよい。また、プロセッサーは、例えば、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)によるハードウェア回路であってもよい。また、プロセッサーは、例えば、複数のCPUにより構成されていてもよく、あるいは、複数のASICによるハードウェア回路により構成されていてもよい。また、プロセッサーは、例えば、複数のCPUと、複数のASICによるハードウェア回路と、の組み合わせにより構成されていてもよい。また、プロセッサーは、例えば、アナログ信号を処理するアンプ回路あるいはフィルター回路等のうちの1以上を含んでもよい。
以上、この開示の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この開示の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。
ここで、以上では、可変磁束磁石の磁化を制御するためのコイル(可変磁束磁石制御コイル)に流す電流の方向を制御する技術に適用された実施形態を示したが、以上の実施形態と同様な構成および動作が他の分野の技術に適用されてもよい。つまり、以上の実施形態と同様な構成および動作は、可変磁束磁石制御コイルに流す電流の方向を制御するという目的の代わりに、他の制御を行う目的で使用されてもよい。
1…回転電機、11…ステータ、12…ローター、31…巻線、51…可変磁束磁石モジュール、101…ワイヤレス電力伝送システム、111…ワイヤレス送電装置、112…ワイヤレス受電装置、131…送電部、151、312、1111…送電コイル、152…送電回路、153…送電制御部、171、171a、171b、171c、171d、171e、171f、171g…受電部、191、331、1131、1132…受電コイル、192…受電回路、193…受電制御部、211…可変磁束磁石、231…可変磁束磁石制御コイル、301、301a、301b、301c、301d、301e、301f、301g…可変磁束磁石制御回路、311、631…電力供給回路、313、332…コンデンサ、351、353、711、714、731、734、751、754…ダイオード、352、354、712、713、732、733、752、753、771、772、791、792、811、812、831、832…スイッチ、371、372、E1、E2…電線、411…抵抗、611…電源、651~654…スイッチング素子、2011…磁化曲線、2021…増磁経路、2022…減磁経路、3011…第1交流電圧、3021、3022、3121、3122…不発生部、3111…第2交流電圧、A1…交流電力発生部、A2…電流方向切替回路、A11…第1回路部、A12…第2回路部、D1…第1方向、D2…第2方向、F1…第1電圧方向、F2…第2電圧方向、K1、K2…接続点、P1…高磁化点、P2…低磁化点、Z1…負荷回路、1001…電力伝送システム、1011、1012…円板部、1013a、1013b、1013c、1013d…磁性材、1121a、1121b、1121c、1121d…穴部

Claims (6)

  1. 交流電力発生部と、
    可変磁束磁石の磁化を制御するための可変磁束磁石制御コイルと前記交流電力発生部との間に配置される第1回路部および第2回路部を含む電流方向切替回路と、
    を備え、
    前記第1回路部は、第1スイッチ機能と、第1方向導通機能と、を含み、
    前記第2回路部は、第2スイッチ機能と、第2方向導通機能と、を含
    前記第1スイッチ機能は第1のゲートターンオフサイリスタのスイッチ機能により構成され、前記第1方向導通機能は前記第1のゲートターンオフサイリスタの導通機能により構成され、
    前記第2スイッチ機能は第2のゲートターンオフサイリスタのスイッチ機能により構成され、前記第2方向導通機能は前記第2のゲートターンオフサイリスタの導通機能により構成される、
    可変磁束磁石制御装置。
  2. 前記交流電力発生部は、前記第1回路部および前記第2回路部と接続される一端、または、前記第1回路部および前記第2回路部と接続される他端、の少なくとも一方にコンデンサを備える、
    請求項1に記載の可変磁束磁石制御装置。
  3. 請求項1または請求項2に記載の可変磁束磁石制御装置を備え、
    前記交流電力発生部は、受電コイルを含み、送電装置の送電コイルから送電される電力を前記受電コイルにより受電する、
    受電装置。
  4. 請求項3に記載の受電装置と、
    前記送電装置と、
    を備える電力伝送システム。
  5. ステータと、
    ローターと、
    請求項4に記載の電力伝送システムと、
    を備える回転電機。
  6. 前記送電装置は、前記ステータに設けられ、
    前記受電装置は、前記ローターに設けられる、
    請求項5に記載の回転電機。
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