JP7724690B2 - ワイヤレス電力伝送システム - Google Patents

ワイヤレス電力伝送システム

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Description

本開示は、イヤレス電力伝送システに関する。
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方向を切り替える構成および動作が複雑になる場合があった。
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方向を切り替える構成および動作を簡易化することができるイヤレス電力伝送システを提供することを課題とする。
本開示の一態様は、ワイヤレス送電装置の送電コイルユニットに印加する電圧が、正の電圧から開始される第1制御パターンの第1インバータ出力電圧、または、負の電圧から開始される第2制御パターンの第2インバータ出力電圧を発生させるインバータ部と、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受電コイルユニットとの間に配置され、前記インバータ部により前記第1インバータ出力電圧が発生させられた場合には前記可変磁束磁石制御コイルに第1方向の電流を流し、前記インバータ部により前記第2インバータ出力電圧が発生させられた場合には前記可変磁束磁石制御コイルに前記第1方向とは逆の第2方向の電流を流す電流方向切替回路と、を備えるワイヤレス電力伝送システムである。
本開示によれば、イヤレス電力伝送システにおいて、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方向を切り替える構成および動作を簡易化することができる。
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。 実施形態に係る制御部を含む可変磁束磁石制御回路の構成例を示す図である。 実施形態に係る電力供給回路の構成例を示す図である。 実施形態に係る送電部から受電部に制御指示を行う処理の手順の一例を示す図である。 実施形態に係る受電部により制御を行う処理の手順の一例を示す図である。 実施形態に係る全波整流の場合における受電部を含む可変磁束磁石制御回路の一例を示す図である。 実施形態に係る半波整流の場合における受電部を含む可変磁束磁石制御回路の一例を示す図である。 実施形態に係る制御部を含む可変磁束磁石制御回路の他の構成例を示す図である。 実施形態に係る制御部を含む可変磁束磁石制御回路の他の構成例を示す図である。
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。
[制御部を含む可変磁束磁石制御回路]
図8は、実施形態に係る制御部を含む可変磁束磁石制御回路301aの構成例を示す図である。
図8の例では、可変磁束磁石制御回路301a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131aおよび受電部171a)から構成される。
本実施形態では、説明の便宜上、可変磁束磁石制御回路301aについて、図5に示される可変磁束磁石制御回路301と対比して、説明する。
<送電部の回路>
送電部131aの回路は、電力供給回路511と、送電コイル512(電力伝送に関して1次側のコイル)と、コンデンサ513と、コンデンサ514と、送電制御部521と、を備える。
電力供給回路511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513と、送電コイル512と、コンデンサ514と、が直列に接続されている。
具体的には、電力供給回路511の一端とコンデンサ513の一端とが接続されている。コンデンサ513の他端と送電コイル512の一端とが接続されている。電力供給回路311の他端と、コンデンサ514の一端と、が接続されている。コンデンサ514の他端と、送電コイル512の他端と、が接続されている。
電力供給回路511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511は、交流電力(交流電圧)を送電コイル512に供給する。これにより、送電コイル512からワイヤレスで電力が送電される。
ここで、図8に示される送電部131aの回路は、図5に示される送電部131の回路と比べて、電力供給回路311の他端と送電コイル512の他端との間にコンデンサ514が接続されている点で異なっている。
また、図8の例では、送電制御部521を示してある。送電制御部521は、図1に示される送電制御部153の一例である。
<受電部の回路>
受電部171aの回路は、受電コイル531(電力伝送に関して2次側のコイル)と、コンデンサ532と、コンデンサ533と、ダイオード551と、スイッチ552と、ダイオード553と、スイッチ554と、ダイオード591と、第1制御部592と、ダイオード593と、第2制御部594と、を備える。
コンデンサ532およびコンデンサ533は、それぞれ、受電コイル531に組み合わせられる共振コンデンサの一例である。
スイッチ552はp型のMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)であり、スイッチ554はn型のMOSFETである。
受電コイル531とコンデンサ532とが直列に接続されている。
また、受電コイル531とコンデンサ533とが直列に接続されている。
これらの直列接続回路における受電コイル531とは反対側に、ダイオード551およびスイッチ552の組み合わせと、ダイオード553およびスイッチ554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531の一端と、コンデンサ532の一端と、が接続されている。
受電コイル531の他端と、コンデンサ533の一端と、が接続されている。
コンデンサ532の他端と、スイッチ552の一端(ドレイン端子)と、ダイオード553のアノードと、が接続されている。
スイッチ552の他端(ソース端子)と、ダイオード551のカソードと、が接続されている。
ダイオード553のカソードと、スイッチ554の一端(ドレイン端子)とが接続されている。
コンデンサ533の他端と、ダイオード551のアノードと、スイッチ554の他端(ソース端子)とが接続されている。
ここで、図8に示される受電部171aの回路は、図5に示される受電部171の回路と比べて、受電コイル531の他端にコンデンサ533が接続されている点で異なっている。
さらに、受電部171aの回路では、コンデンサ532の他端と、ダイオード591のアノードと、が接続されている。ダイオード591のカソードと、第1制御部592の一端と、が接続されている。第1制御部592の他端と、スイッチ552の制御端(ゲート端子)と、が接続されている。
また、コンデンサ533の他端と、ダイオード593のアノードと、が接続されている。ダイオード593のカソードと、第2制御部594の一端と、が接続されている。第1制御部592の他端と、スイッチ554の制御端(ゲート端子)と、が接続されている。
図8の例では、ダイオード591、第1制御部592、ダイオード593、および、第2制御部594は、図1に示される受電制御部193の一例である。
本実施形態では、受電コイル531とコンデンサ532とコンデンサ533から交流電力発生部A21が構成されている。
ダイオード551とスイッチ552から第1回路部A31が構成されている。
ダイオード553とスイッチ554から第2回路部A32が構成されている。
第1回路部A31と、第2回路部A32と、受電制御部(ダイオード591、第1制御部592、ダイオード593、および、第2制御部594)から電流方向切替回路A22が構成されている。
交流電力発生部A21と負荷回路Z1との間に、第1回路部A31と第2回路部A32とが並列に接続されている。また、第1回路部A31のダイオード551の向き(導通方向)と、第2回路部A32のダイオード553の向き(導通方向)と、は互いに逆になっている。
<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。
ここで、負荷回路Z1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。
具体的には、可変磁束磁石制御コイル231の一端と、受電部171aの回路におけるコンデンサ532の他端と、が電線571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171aの回路におけるコンデンサ533の他端と、が電線572を介して接続されている。
ここで、電線571は図1および図3に示される電線E1の一例であり、電線572は図1および図3に示される電線E2の一例である。電線571および電線572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171aの回路の構成部であると捉えられてもよい。
図8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571とが接続される点(接続点K11)と、抵抗411の他端と電線572とが接続される点(接続点K12)を示してある。
説明の便宜上、接続点K11(電線571)にVo(+)を示してあり、接続点K12(電線572)にVo(-)を示してある。
図8には、受電コイル531の両端のうち、コンデンサ532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F11として示してある。また、受電コイル531の両端のうち、コンデンサ533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F12として示してある。
ここで、第1電圧方向F11は図5に示される第1電圧方向F1と対応しており、第2電圧方向F12は図5に示される第2電圧方向F2と対応している。
図8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。
<第1回路部および第2回路部の制御>
送電部131aにおいて、送電制御部521は、受電部171aに送電する交流電圧の開始(立ち上がり)を正とするか負とするかを切り替える制御を行う。
ここで、交流電圧の開始が正である場合には、例えば、図6に示される第1交流電圧3011のように、立ち上がりが正である正弦波(ここでは、図6に示される不発生部3021、3022が生じない正弦波)の交流電圧が受電部171aに供給される。
一方、交流電圧の開始が負である場合には、例えば、図7に示される第2交流電圧3111のように、立ち上がりが負である正弦波(ここでは、図7に示される不発生部3121、3122が生じない正弦波)の交流電圧が受電部171aに供給される。
ここで、送電制御部521は、例えば、受電部171aから所定の情報の通知を受けて、当該情報に基づいて、受電部171aに送電する交流電圧の開始の正負を切り替えてもよく、あるいは、受電部171a以外の装置またはユーザ(人)から所定の情報の通知を受けて、当該情報に基づいて、受電部171aに送電する交流電圧の開始の正負を切り替えてもよい。また、送電制御部521は、例えば、あらかじめ定められた制御規則にしたがって、受電部171aに送電する交流電圧の開始の正負を切り替えてもよい。
受電部171aにおいて、第1制御部592は、受電コイル531により受電された交流電圧の開始が正である場合に、スイッチ552をオンの状態に切り替えるための制御信号(本実施形態では、制御電圧)をスイッチ552の制御端(ゲート端子)に出力する(所定の制御電圧を印加する)。これにより、スイッチ552がオンの状態(導通状態)に切り替えられる。
一方、第1制御部592は、受電コイル531により受電された交流電圧の開始が負である場合には、このような制御信号(本実施形態では、制御電圧)をスイッチ552の制御端(ゲート端子)に出力しない(所定の制御電圧を印加しない)。
受電部171aにおいて、第2制御部594は、受電コイル531により受電された交流電圧の開始が負である場合に、スイッチ554をオンの状態に切り替えるための制御信号(本実施形態では、制御電圧)をスイッチ554の制御端(ゲート端子)に出力する(所定の制御電圧を印加する)。これにより、スイッチ554がオンの状態(導通状態)に切り替えられる。
一方、第2制御部594は、受電コイル531により受電された交流電圧の開始が正である場合には、このような制御信号(本実施形態では、制御電圧)をスイッチ554の制御端(ゲート端子)に出力しない(所定の制御電圧を印加しない)。
このようなスイッチ552、554の切り替えにより、電流方向切替回路A22は、負荷回路Z1の可変磁束磁石制御コイル231に流れる電流の向きを、第1方向D1と第2方向D2とで切り替える。
本実施形態では、受電部171aにおいて、第1電圧方向F11の電圧から開始される場合には、第1方向D1の電流が可変磁束磁石制御コイル231に流れ、これにより、可変磁束磁石211が増磁される。
一方、第2電圧方向F12の電圧から開始される場合には、第2方向D2の電流が可変磁束磁石制御コイル231に流れ、これにより、可変磁束磁石211が減磁される。
このように、送電部131aが受電部171aに制御の指令(本実施形態では、可変磁束磁石211の磁化の状態を変更する指令)を送り、受電部171aが当該指令に応じてスイッチ552およびスイッチ554を制御することで、負荷回路Z1に流れる電流の方向を制御してもよい。
ここで、当該指令としては、任意の情報を用いて構成されてもよく、例えば、送電部131aから受電部171aに伝送される電力のパターンの情報が用いられる。
受電部171aでは、受電部171aの回路における所定の電圧に基づいて、負荷回路Z1に流す電流の方向を制御してもよい。例えば、受電部171aでは、受電部171aの回路における所定の電圧の極性(正負の極性)に基づいて、負荷回路Z1に流す電流の方向を制御してもよい。
電圧を検出する回路を有する制御部を電圧制御部と呼んで具体例を示す。
電圧制御部(図8の例では、第1制御部592および第2制御部594)は、受電コイル531により受電される交流電圧を検出し、検出された交流電圧(例えば、当該交流電圧の極性)に基づいてスイッチ552およびスイッチ554のオン/オフを制御してもよい。
例えば、電圧制御部は、所定の箇所の電圧を検出し、その検出結果に基づいて、スイッチ552およびスイッチ554を制御することで、負荷回路Z1に流す電流の方向を制御してもよい。
なお、電圧制御部が複数の制御部により構成されて、これら複数の制御部(図8の例では、第1制御部592および第2制御部594)により制御を行う構成としては、例えば、これらが同時に制御を行う構成であってもよく、または、互いにずれたタイミングで制御を行う構成であってもよく、あるいは、これら両方の場合がある構成であってもよい。
また、スイッチ552およびスイッチ554が制御される構成としては、例えば、これら両方が同時に制御される構成であってもよく、または、同一のタイミングではいずれか一方のみが制御される構成であってもよく、あるいは、これら両方の場合がある構成であってもよい。
本実施形態では、第1制御部592は、受電コイル531の両端に発生する電圧を検出し、当該電圧が正である場合に一方のスイッチ552をオンの状態に切り替える。これにより、他方のスイッチ554はオフの状態に維持される。
なお、第1制御部592は、受電コイル531の両端に発生する電圧の絶対値が所定の閾値以上である場合(または、当該所定の閾値を超える場合)に一方のスイッチ552をオンの状態に切り替えてもよい。
また、本実施形態では、第2制御部594は、受電コイル531の両端に発生する電圧を検出し、当該電圧が負である場合に他方のスイッチ554をオンの状態に切り替える。これにより、一方のスイッチ552はオフの状態に維持される。
なお、第2制御部594は、受電コイル531の両端に発生する電圧の絶対値が所定の閾値以上である場合(または、当該所定の閾値を超える場合)に他方のスイッチ554をオンの状態に切り替えてもよい。
ここで、受電部171aの回路における所定の箇所の電圧として、受電コイル531の両端にかかる電圧が用いられる場合を示したが、当該所定の箇所としては他の箇所が用いられてもよい。
当該所定の箇所の電圧としては、例えば、共振コンデンサの負荷側の電圧が用いられてもよく、具体例として、コンデンサ532の負荷側(負荷回路Z1の側)の電圧が用いられてもよく、同様に、コンデンサ533の負荷側(負荷回路Z1の側)の電圧が用いられてもよい。
所定の箇所の電圧を検出する電圧制御部の構成としては、当該所定の箇所に応じて、様々な構成が用いられてもよい。
なお、電圧制御部は、例えば、2つのスイッチ(図8の例では、スイッチ552とスイッチ554)を排他的にオン/オフ制御してもよい。
例えば、電圧制御部は、一方のスイッチをオンの状態にする場合に、他方のスイッチをオフの状態にする(他方のスイッチをオンの状態にさせない)構成であってもよい。
例えば、電圧制御部は、オンの状態である一方のスイッチに電流が流れた場合に、当該一方のスイッチをオフの状態にし、他方のスイッチをオンの状態に切り替えてもよい。そして、電圧制御部は、オンの状態である他方のスイッチに電流が流れた場合に、当該他方のスイッチをオフの状態にし、一方のスイッチをオンの状態に切り替えてもよい。この場合、電圧制御部は、これらの電流のそれぞれを検出する回路を有する。
ここで、本実施形態では、受電部171aの回路における所定の箇所の電圧に基づいて負荷回路Z1に流す電流の方向を制御する構成を示したが、他の構成例として、受電部171aの回路における所定の箇所の電流に基づいて負荷回路Z1に流す電流の方向を制御する構成が用いられてもよい。
受電部171aでは、受電部171aの回路における所定の電流に基づいて、負荷回路Z1に流す電流の方向を制御してもよい。例えば、受電部171aでは、受電部171aの回路における所定の電流の方向に基づいて、負荷回路Z1に流す電流の方向を制御してもよい。
電流を検出する回路を有する制御部を電流制御部と呼んで具体例を示す。
電流制御部(1つの制御部であってもよく、あるいは、複数の制御部であってもよい。)は、受電コイル531により受電される交流電圧に応じた電流を検出し、検出された電流(例えば、当該電流の方向)に基づいてスイッチ552およびスイッチ554のオン/オフを制御してもよい。
例えば、電流制御部は、所定の箇所の電流を検出し、その検出結果に基づいて、スイッチ552およびスイッチ554を制御することで、負荷回路Z1に流す電流の方向を制御してもよい。
なお、電流制御部が複数の制御部により構成されて、これら複数の制御部により制御を行う構成としては、例えば、これらが同時に制御を行う構成であってもよく、または、互いにずれたタイミングで制御を行う構成であってもよく、あるいは、これら両方の場合がある構成であってもよい。
また、スイッチ552およびスイッチ554が制御される構成としては、例えば、これら両方が同時に制御される構成であってもよく、または、同一のタイミングではいずれか一方のみが制御される構成であってもよく、あるいは、これら両方の場合がある構成であってもよい。
電流制御部は、受電コイル531に流れる電流を検出し、当該電流の方向が正(例えば、第1方向D1に対応する方向)である場合に一方のスイッチ552をオンの状態に切り替えてもよい。これにより、他方のスイッチ554はオフの状態に維持される。
なお、電流制御部は、受電コイル531に流れる電流の絶対値が所定の閾値以上である場合(または、当該所定の閾値を超える場合)に一方のスイッチ552をオンの状態に切り替えてもよい。
また、電流制御部は、受電コイル531に流れる電流を検出し、当該電流の方向が負(例えば、第2方向D2に対応する方向)である場合に他方のスイッチ554をオンの状態に切り替えてもよい。これにより、一方のスイッチ552はオフの状態に維持される。
なお、電流制御部は、受電コイル531に流れる電流の絶対値が所定の閾値以上である場合(または、当該所定の閾値を超える場合)に他方のスイッチ554をオンの状態に切り替えてもよい。
ここで、受電部171aの回路における所定の箇所の電流として、受電コイル531に流れる電流が用いられる場合を示したが、当該所定の箇所としては他の箇所が用いられてもよい。
当該所定の箇所の電流としては、例えば、共振コンデンサの両端に流れる電流が用いられてもよく、具体例として、コンデンサ532に流れる電流が用いられてもよく、同様に、コンデンサ533に流れる電流が用いられてもよい。
また、当該所定の箇所の電流としては、例えば、負荷回路Z1に流れる電流が用いられてもよく、具体例として、電線571に流れる電流が用いられてもよく、同様に、電線572に流れる電流が用いられてもよい。
また、当該所定の箇所の電流としては、例えば、第1回路A31に流れる電流(ダイオード551に流れる電流)が用いられてもよく、あるいは、第2回路A32に流れる電流(ダイオード553に流れる電流)が用いられてもよい。
所定の箇所の電流を検出する電流制御部の構成としては、当該所定の箇所に応じて、様々な構成が用いられてもよい。
一例として、受電部171aにおいて、電流制御部は、負荷(図8の例では、負荷回路Z1)に流れる電流を検出する検出回路を備え、当該検出回路により検出された電流の方向に基づいてスイッチ552およびスイッチ554のオン/オフを制御してもよい。
一例として、受電部171aにおいて、電流制御部は、スイッチ552およびスイッチ554を流れる電流を検出する検出回路を備え、当該検出回路により検出された電流の有無に基づいてスイッチ552およびスイッチ554のオン/オフを制御してもよい。
一例として、受電部171aにおいて、電流制御部は、交流電力発生部A21から供給される交流電流が正である期間または負である期間には交流電力発生部A21の両端を短絡する電流経路(図8の例では、第1回路A31および第2回路A32)を有する。
電流制御部は、交流電力発生部A21から供給される交流電流が正である期間中には、スイッチ552を制御して、交流電力発生部A21の両端を短絡する電流経路の導通状態を切り替える。
一方、電流制御部は、交流電力発生部A21から供給される交流電流が負である期間中には、スイッチ554を制御して、交流電力発生部A21の両端を短絡する電流経路の導通状態を切り替える。
なお、電流制御部は、例えば、2つのスイッチ(図8の例では、スイッチ552とスイッチ554)を排他的にオン/オフ制御してもよい。
例えば、電流制御部は、一方のスイッチをオンの状態にする場合に、他方のスイッチをオフの状態にする(他方のスイッチをオンの状態にさせない)構成であってもよい。
例えば、電流制御部は、オンの状態である一方のスイッチに電流が流れた場合に、当該一方のスイッチをオフの状態にし、他方のスイッチをオンの状態に切り替えてもよい。そして、電流制御部は、オンの状態である他方のスイッチに電流が流れた場合に、当該他方のスイッチをオフの状態にし、一方のスイッチをオンの状態に切り替えてもよい。この場合、電流制御部は、これらの電流のそれぞれを検出する回路を有する。
ここで、負荷回路Z1に流す電流の方向を制御する制御部(例えば、電圧制御部、あるいは、電流制御部)の構成としては、任意の構成が用いられてもよい。
例えば、本実施形態では、説明を簡易化するために、送電部131aが受電部171aに送る交流電圧の開始の極性(正または負)と、受電部171aに発生する交流電圧の開始の極性(正または負)と、が同じであり、受電部171aにおいて、当該交流電圧の開始の極性(正または負)に基づいて負荷回路Z1に流す電流の方向を制御する場合を示したが、この構成に限られない。
すなわち、送電部131aが受電部171aに送る交流電圧の開始の極性(正または負)に応じた情報を受電部171aの制御部が検出し、その検出結果に応じて負荷回路Z1に流す電流の方向を制御する構成であればよい。
このため、例えば、送電部131aが受電部171aに送る交流電圧の開始の極性(正または負)と、受電部171aに発生する交流電圧の開始の極性(正または負)と、が逆であってもよい。
また、例えば、交流電圧の1回のパルス(例えば、図6に示される時間T1~T2の波形、あるいは、図7に示される時間T11~T12の波形)によって、可変磁束磁石211の磁化の強弱が切り替えられる大きさの電流が得られる構成ばかりでなく、交流電圧の所定の複数回のパルス(例えば、8回分のパルスなど)によって、可変磁束磁石211の磁化の強弱が切り替えられる大きさの電流が得られる構成が用いられてもよい。
つまり、交流電圧の開始の極性(正または負)が発生した後に、所定時間が経過してから、2個のスイッチのうちの一方のスイッチがオンの状態に切り替えられるように構成される場合には、その切り替えの時点までの一連の回路状況(例えば、電圧または電流などの状況)によって当該一方のスイッチがオンの状態に切り替えられる。
このような構成においても、本実施形態では、送電部131aが受電部171aに送る交流電圧の開始の極性(正または負)と、受電部171aにより負荷回路Z1に流す電流の方向とが、1対1で対応している。このような対応が実現されるように、例えば、あらかじめ、送電部131aおよび受電部171aの回路構成(例えば、回路素子の接続の仕方、および、回路素子の特性)が設定される。
[電力供給回路の一例]
図9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9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および図8に示される電力供給回路511の構成例である。
ここでは、電力供給回路631が図8に示される電力供給回路511に適用された場合について説明する。
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8に示される電力供給回路511の2個の出力端となっている。
図8の例では、これら2個の出力端の間の電圧が、コンデンサ513、514を介して、送電コイル512に供給される。
送電部131aでは、例えば、スイッチング素子651とスイッチング素子654をオンの状態にするとともにスイッチング素子652とスイッチング素子653をオフの状態にする第1制御状態と、スイッチング素子651とスイッチング素子654をオフの状態にするとともにスイッチング素子652とスイッチング素子653をオンの状態にする第2制御状態と、を一定の時間間隔で切り替えることで、電力供給回路631から交流電圧を供給する。
ここで、送電部131aでは、交流電圧を発生する際に、開始の制御を第1制御状態と第2制御状態とで切り替えることで、送電部131aが受電部171aに送る交流電圧の開始の極性(正または負)を切り替えることができる。
本実施形態では、送電部131aにおいて、交流電圧を発生する際に、開始の制御を第1制御状態とすることで、受電部171aにおいて、交流電圧の開始の極性が正となるように構成されている(または、負となるように構成されてもよい。)。
一方、本実施形態では、送電部131aにおいて、交流電圧を発生する際に、開始の制御を第2制御状態とすることで、受電部171aにおいて、交流電圧の開始の極性が負となるように構成されている(または、正となるように構成されてもよい。)。
また、送電部131aでは、例えば、スイッチング素子651およびスイッチング素子653をオンの状態とするとともにスイッチング素子652およびスイッチング素子654をオフの状態にすること、または、スイッチング素子651およびスイッチング素子653をオフの状態とするとともにスイッチング素子652およびスイッチング素子654をオンの状態にすること、により、受電部171aにおけるスイッチ552、554をいったんリセットすること(例えば、両方とも非導通状態にすること)が可能である。
このように、送電部131aでは、例えばインバータである電力供給回路631のスイッチング素子651~654の駆動順番を制御することで、受電コイル531に発生する交流電圧の方向を制御することができ、これにより、受電部171aから負荷回路Z1に供給される電流の方向を制御することができる。
ここで、図9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。
[送電部および受電部における動作の例]
図8に示される送電部131aおよび受電部171aを例として、それぞれの動作の例を示す。
本例では、電流制御(本実施形態では、負荷回路Z1に流す電流の方向の制御)が行われる際に、制御パターンとして第1制御パターンまたは第2制御パターンが用いられる場合を示す。
<送電部における制御指示の動作の例>
図10は、実施形態に係る送電部131aから受電部171aに制御指示を行う処理の手順の一例を示す図である。
図10の例では、ステップS1~ステップS5の処理を示す。
なお、図10に示される処理の手順は一例であり、他の任意の処理の手順が用いられてもよい。
また、図10の例では、説明の便宜上、複数の処理の手順として説明するが、これらの処理が回路を用いて構成される場合には、必ずしも個々の処理が明確に区別される必要はなく、複数の処理の経路も明確に存在しなくてもよい。
(ステップS1)
送電部131aでは、電流制御(本実施形態では、負荷回路Z1に流す電流の方向の制御)するタイミングである場合(ステップS1のYES)、ステップS2の処理に移行する。
一方、送電部131aでは、電流制御するタイミングではない場合には(ステップS1のNO)、ステップS1の処理を繰り返して行う。
(ステップS2)
送電部131aでは、第1制御パターンの制御を行う場合(ステップS2のYES)、ステップS3の処理に移行する。
一方、送電部131aでは、第1制御パターンの制御を行わない(つまり、第2制御パターンの制御を行う)場合(ステップS2のNO)、ステップS4の処理に移行する。
(ステップS3)
送電部131aでは、第1制御パターンの制御を行うことで、第1制御パターンの出力を行い、これにより、第1交流電圧を発生させる。
そして、送電部131aでは、ステップS5の処理に移行する。
(ステップS4)
送電部131aでは、第2制御パターンの制御を行うことで、第2制御パターンの出力を行い、これにより、第2交流電圧を発生させる。
そして、送電部131aでは、ステップS5の処理に移行する。
(ステップS5)
送電部131aでは、本フローを終了するか否かを判定する。
この判定の結果、送電部131aでは、本フローを終了すると判定した場合(ステップS5のYES)、本フローの処理を終了する。この場合、送電部131aでは、本フローの処理の実行が必要になったときに、再び、ステップS1の処理を行う。
一方、この判定の結果、送電部131aでは、本フローを終了しないと判定した場合(ステップS5のNO)、ステップS1の処理に移行する。
なお、送電部131aでは、図10に示されるフローの処理を停止せずに継続的に繰り返す構成とされてもよく、この場合、ステップS5の処理は設けられず、ステップS3の処理およびステップS4の処理の後にステップS1の処理に戻る構成とされてもよい。
<受電部における制御の動作の例>
図11は、実施形態に係る受電部171aにより制御を行う処理の手順の一例を示す図である。
図11の例では、ステップS11~ステップS15の処理を示す。
なお、図11に示される処理の手順は一例であり、他の任意の処理の手順が用いられてもよい。
また、図11の例では、説明の便宜上、複数の処理の手順として説明するが、これらの処理が回路を用いて構成される場合には、必ずしも個々の処理が明確に区別される必要はなく、複数の処理の経路も明確に存在しなくてもよい。
(ステップS11)
受電部171aでは、送電部131aから電流制御の指示(本実施形態では、第1制御パターンまたは第2制御パターンの指示)があった場合(ステップS11のYES)、ステップS2の処理に移行する。
一方、受電部171aでは、送電部131aから電流制御の指示がない場合には(ステップS11のNO)、ステップS11の処理を繰り返して行う。
(ステップS12)
受電部171aでは、第1制御パターンの指示があって、第1制御パターンの制御を行う場合(ステップS12のYES)、ステップS13の処理に移行する。
一方、受電部171aでは、第2制御パターンの指示があって、第2制御パターンの制御を行う場合(ステップS12のNO)、ステップS14の処理に移行する。
(ステップS13)
受電部171aでは、第1制御パターンの制御を行うことで、第1方向D1の制御電流を負荷回路Z1に流す。
そして、受電部171aでは、ステップS15の処理に移行する。
(ステップS14)
受電部171aでは、第2制御パターンの制御を行うことで、第2方向D2の制御電流を負荷回路Z1に流す。
そして、受電部171aでは、ステップS15の処理に移行する。
(ステップS15)
受電部171aでは、本フローを終了するか否かを判定する。
この判定の結果、受電部171aでは、本フローを終了すると判定した場合(ステップS15のYES)、本フローの処理を終了する。この場合、受電部171aでは、本フローの処理の実行が必要になったときに、再び、ステップS11の処理を行う。
一方、この判定の結果、受電部171aでは、本フローを終了しないと判定した場合(ステップS15のNO)、ステップS11の処理に移行する。
なお、受電部171aでは、図11に示されるフローの処理を停止せずに継続的に繰り返す構成とされてもよく、この場合、ステップS15の処理は設けられず、ステップS13の処理およびステップS14の処理の後にステップS11の処理に戻る構成とされてもよい。
[受電部の回路の他の例]
図5の例(および図8の例)では、図6および図7に示されるような制御パターンを用いて、送電部131が、受電部171から負荷回路Z1に供給する電流の方向を制御する構成例を示したが、受電部の回路としては他の回路が用いられてもよく、例えば、送電部131からの指示に応じて負荷回路Z1に供給する電流の方向を制御することができればよい。
<全波整流の場合における受電部の回路の例>
図12は、実施形態に係る全波整流の場合における受電部171bを含む可変磁束磁石制御回路301bの一例を示す図である。
可変磁束磁石制御回路301bの構成は、図5に示される構成と比べて、送電部131および負荷回路Z1(ここでは、接続点K1、K2と電線371、372を含む。)の構成については同様であり、同じ符号を用いて示してある。
受電部171bの回路の構成について説明する。
受電部171bの回路は、受電コイル711と、コンデンサ712と、8個のダイオード731~734、741~744と、4個のスイッチ751、752、761、762と、を備える。
受電コイル711の一端と、コンデンサ712の一端と、が直列に接続されている。
ダイオード731のアノードと、ダイオード733のアノードと、スイッチ752の一端と、が接続されている。
ダイオード731のカソードと、ダイオード732のアノードと、コンデンサ712の他端と、が接続されている。
ダイオード733のカソードと、ダイオード734のアノードと、受電コイル711の他端と、が接続されている。
ダイオード732のカソードと、ダイオード734のカソードと、スイッチ751の一端と、が接続されている。
ダイオード741のアノードと、ダイオード743のアノードと、スイッチ761の一端と、が接続されている。
ダイオード741のカソードと、ダイオード742のアノードと、受電コイル711の他端と、が接続されている。
ダイオード743のカソードと、ダイオード744のアノードと、コンデンサ712の他端と、が接続されている。
ダイオード742のカソードと、ダイオード744のカソードと、スイッチ762の一端と、が接続されている。
スイッチ751の他端と、スイッチ761の他端と、電線371と、が接続されている。
スイッチ752の他端と、スイッチ762の他端と、電線372と、が接続されている。
図12の例では、受電コイル711とコンデンサ712から交流電力発生部が構成されている。
ここで、図12の例では、受電部171bの回路のうち、受電コイル711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。
図12の例では、受電制御部193(図12では図示を省略)が、送電部131からの指令(本実施形態では、制御パターン)に基づいて、スイッチ751およびスイッチ752の組み合わせのオン/オフの切り替えと、スイッチ761およびスイッチ762の組み合わせのオン/オフの切り替えと、を制御することで、負荷回路Z1に流す電流の方向を制御する。
このように、図12の例では、受電部171bは、交流電力発生部から供給される交流電流を負荷に第1方向D1に流れる電流に整流する電流経路を有する第1回路と、交流電力発生部から供給される交流電流を負荷に第2方向D2に流れる電流に整流する電流経路を有する第2回路と、第1回路の電流経路の導通状態を切り替える第1スイッチと、第2回路の電流経路の導通状態を切り替える第2スイッチと、を備える。
ここで、第1回路は、整流を行うダイオード731~734を含む。第1スイッチは、スイッチ751およびスイッチ752を含む。
また、第2回路は、整流を行うダイオード741~744を含む。第2スイッチは、スイッチ761およびスイッチ762を含む。
受電制御部193(図12では図示を省略)は、例えば、第1スイッチと第2スイッチを排他的にオン/オフに制御する。
ここで、図12の例では、4個のスイッチ751、752、761、762が備えられる構成例を示したが、他の構成例として、2個のスイッチ751、752のうちの1個のスイッチおよび2個のスイッチ761、762のうちの1個のスイッチ(一例として、スイッチ751およびスイッチ761)のみが備えられる構成が用いられてもよい。
<半波整流の場合における受電部の回路の例>
図13は、実施形態に係る半波整流の場合における受電部171cを含む可変磁束磁石制御回路301cの一例を示す図である。
可変磁束磁石制御回路301cの構成は、図5に示される構成と比べて、送電部131および負荷回路Z1(ここでは、接続点K1、K2と電線371、372を含む。)の構成については同様であり、同じ符号を用いて示してある。
受電部171cの回路の構成について説明する。
受電部171cの回路は、受電コイル811と、コンデンサ812と、4個のダイオード831、832、841、842と、4個のスイッチ851、852、861、862と、を備える。
受電コイル811の一端と、コンデンサ812の一端と、が直列に接続されている。
スイッチ852の一端と、スイッチ862の一端と、コンデンサ812の他端と、が接続されている。
スイッチ852の他端と、スイッチ851の一端と、ダイオード832のアノードと、が接続されている。
スイッチ862の他端と、スイッチ861の一端と、ダイオード842のカソードと、が接続されている。
スイッチ851の他端と、ダイオード831のカソードと、が接続されている。
スイッチ861の他端と、ダイオード841のアノードと、が接続されている。
ダイオード832のカソードと、ダイオード842のアノードと、電線371と、が接続されている。
ダイオード831のアノードと、ダイオード841のカソードと、受電コイル811の他端と、電線372と、が接続されている。
図13の例では、受電コイル811とコンデンサ812から交流電力発生部が構成されている。
ここで、図13の例では、受電部171cの回路のうち、受電コイル811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。
図13の例では、受電制御部193(図13では図示を省略)が、送電部131からの指令(本実施形態では、制御パターン)に基づいて、スイッチ851およびスイッチ852の組み合わせのオン/オフの切り替えと、スイッチ861およびスイッチ862の組み合わせのオン/オフの切り替えと、を制御することで、負荷回路Z1に流す電流の方向を制御する。
このように、図13の例では、受電部171cは、交流電力発生部から供給される交流電流を、当該交流電流の正の期間中は負荷に第1方向D1に流れる電流に整流し、当該交流電流の負の期間中は交流電力発生部の両端を短絡する電流経路を有する第1回路と、交流電力発生部から供給される交流電流を、当該交流電流の負の期間中は負荷に第2方向D2に流れる電流に整流し、当該交流電流の正の期間中は交流電力発生部の両端を短絡する電流経路を有する第2回路と、第1回路の電流経路の導通状態を切り替える第1スイッチと、第2回路の電流経路の導通状態を切り替える第2スイッチと、を備える。
ここで、第1回路は、整流を行うダイオード831~832を含む。第1スイッチは、スイッチ851およびスイッチ852を含む。
また、第2回路は、整流を行うダイオード841~842を含む。第2スイッチは、スイッチ861およびスイッチ862を含む。
受電制御部193(図13では図示を省略)は、例えば、第1スイッチと第2スイッチを排他的にオン/オフに制御する。
ここで、図13の例では、4個のスイッチ851、852、861、862が備えられる構成例を示したが、他の構成例として、スイッチ851が図13の位置の代わりにダイオード832のカソードの側に設けられ、スイッチ861が図13の位置の代わりにダイオード842のアノードの側に設けられる構成が用いられてもよい。また、当該構成において、スイッチ852およびスイッチ862が備えられない構成が用いられてもよい。
また、図13の例では、4個のスイッチ851、852、861、862が備えられる構成例を示したが、他の構成例として、スイッチ851およびスイッチ861が備えられない構成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際に、送電部131は、複数の制御パターンを用いることで、受電部171から負荷回路Z1に供給する電流の方向を制御する。
したがって、本実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム101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)に電流を流す方向を切り替える構成および動作を簡易化することができる。これにより、低コスト化、あるいは、小型化を図ることも可能である。
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(図8の例も同様)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(図8の例も同様)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。
なお、可変磁束磁石制御回路の回路構成としては、図5の例(あるいは、図8の例)に限られず、他の回路構成が用いられてもよい。
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(例えば、ワイヤレス受電装置112の受電部171の回路)では、正負のうちの正の電圧から開始される第1制御パターンの第1交流電圧(例えば、図6の例)、または、負の電圧から開始される第2制御パターンの第2交流電圧(例えば、図7の例)を発生させる交流電力発生部(図5の例では交流電力発生部A1、図8の例では交流電力発生部A21)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、交流電力発生部により第1交流電圧が発生させられた場合には可変磁束磁石制御コイルに第1方向(図5および図8の例では、第1方向D1)の電流を流し、交流電力発生部により第2交流電圧が発生させられた場合には可変磁束磁石制御コイルに第1方向とは逆の第2方向(図5および図8の例では、第2方向D2)の電流を流す電流方向切替回路(図5の例では電流方向切替回路A2、図8の例では電流方向切替回路A22)と、を備える。
一構成例として、可変磁束磁石制御装置において、電流方向切替回路は、第1方向の電流を流す第1回路部(図5の例では第1回路部A11、図8の例では第1回路部A31)と、第2方向の電流を流す第2回路部(図5の例では第2回路部A12、図8の例では第2回路部A32)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、図8の例ではスイッチ552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、図8の例ではダイオード551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、図8の例ではスイッチ554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、図8の例ではダイオード553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、図8の例ではコンデンサ532、533)を備える。
一構成例として、ワイヤレス受電装置(図1の例では、ワイヤレス受電装置112)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、ワイヤレス送電装置(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、ワイヤレス電力伝送システム(図1の例では、ワイヤレス電力伝送システム101)は、ワイヤレス受電装置と、ワイヤレス送電装置と、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)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、ワイヤレス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、ワイヤレス送電装置は、ステータに設けられ、ワイヤレス受電装置は、ローターに設けられる。
[制御部を含む可変磁束磁石制御回路の他の例]
図14は、実施形態に係る制御部を含む可変磁束磁石制御回路1001の他の構成例を示す図である。
図14の例では、可変磁束磁石制御回路1001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1111および受電部1112)から構成される。
本実施形態では、説明の便宜上、可変磁束磁石制御回路1001について、図5に示される可変磁束磁石制御回路301および図8に示される可変磁束磁石制御回路301aと対比して、説明する。
<送電部の回路>
送電部1111の回路は、電力供給回路1131と、送電コイル1132(電力伝送に関して1次側のコイル)と、コンデンサ1133と、送電制御部1121と、を備える。
ここで、電力供給回路1131と、送電コイル1132と、コンデンサ1133と、の接続の構成は、図5に示される電力供給回路311と、送電コイル312と、コンデンサ313と、の接続の構成と同様である。
電力供給回路1131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1131は、交流電力(交流電圧)を送電コイル1132に供給する。これにより、送電コイル1132からワイヤレスで電力が送電される。
なお、図8の例と同様に、電力供給回路1131の両端のうちでコンデンサ1133が接続されている端子とは反対側の端子と、送電コイル1132との間に、コンデンサ(図8に示されるコンデンサ514と同様なもの)が接続されていてもよい。
また、図14の例では、送電制御部1121を示してある。送電制御部1121は、図1に示される送電制御部153の一例である。
<受電部の回路>
受電部1112の回路は、受電コイル1151(電力伝送に関して2次側のコイル)と、制御パターン受信コイル1152(制御パターンの受信に関して2次側のコイル)と、コンデンサ1153と、コンデンサ1154と、制御部1171と、を備える。
また、受電部1112は、図5に示される回路素子と同様な構成として、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、を備えており、説明の便宜上、同じ符号を付してある。
コンデンサ1153は、受電コイル1151に組み合わせられる共振コンデンサの一例である。なお、受電コイル1151の反対側の端子(コンデンサ1153の接続側とは反対側の端子)にもコンデンサが設けられてもよい。
コンデンサ1154は、制御パターン受信コイル1152に組み合わせられる共振コンデンサの一例である。なお、制御パターン受信コイル1152の反対側の端子(コンデンサ1154の接続側とは反対側の端子)にもコンデンサが設けられてもよい。
ここで、受電コイル1151と、コンデンサ1153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、の接続の構成は、図5に示される受電コイル331と、コンデンサ332と、ダイオード351と、スイッチ352と、ダイオード353と、スイッチ354と、の接続の構成と同様である。
本実施形態では、受電コイル1151とコンデンサ1153から交流電力発生部が構成されている。
ダイオード351とスイッチ352から第1回路部が構成されている。
ダイオード353とスイッチ354から第2回路部が構成されている。
第1回路部と、第2回路部と、受電制御部(制御パターン受信コイル1152、コンデンサ1154、および、制御部1171)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351の向き(導通方向)と、第2回路部のダイオード353の向き(導通方向)と、は互いに逆になっている。
<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。
ここで、負荷回路Z1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。
また、受電部1112と負荷回路Z1とは、図5に示されるものと同様な電線371および電線372を介して接続されており、説明の便宜上、同じ符号を付してある。
また、図14の例では、図5に示されるものと同様に、電線371および電線372と、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)を示してあり、説明の便宜上、同じ符号を付してある。
また、図14の例では、図5に示されるものと同様に、第1方向D1と、第2方向D2と、を示してあり、説明の便宜上、同じ符号を付してある。
ここで、図14の例では、送電コイル1132およびコンデンサ1133を含む送電コイルユニットB1と、受電コイル1151およびコンデンサ1153を含む受電コイルユニットB2を示してある。
図14の例では、受電コイルユニットB2は、電力伝送に用いられ、送電コイルユニットB1から送電される電力を受電する。
また、図14の例では、制御パターン受信コイル1152およびコンデンサ1154を含むユニット(制御パターン受信コイルユニット)が備えられている。
ここで、制御パターン受信コイル1152は、受電コイル1151と同様に受電コイルであるが、本実施形態では、主に、送電部1111から受電される電力に含まれる制御パターンを受信するための構成部である。
図14の例では、制御パターン受信コイル1152は、送電コイルユニットB1から送電される電力を受電することで、当該電力に含められた制御パターンを受信する。なお、制御パターン受信コイル1152においても、送電コイル1132から送電された電力を受電すると捉えられてもよく、当該電力が制御部1171の動作に使用されてもよい。
<第1回路部および第2回路部の制御>
図8の例と同様に、送電部1111において、送電制御部1121は、受電部1112に送電する交流電圧の開始(立ち上がり)を正とするか負とするかを切り替える制御を行う。
受電部1112において、制御部1171は、制御パターン受信コイル1152により受電された交流電圧の開始が正である場合に、スイッチ352をオンの状態に切り替えるための制御信号(本実施形態では、制御電圧)をスイッチ352に出力する。これにより、スイッチ352がオンの状態(導通状態)に切り替えられる。
一方、制御部1171は、制御パターン受信コイル1152により受電された交流電圧の開始が負である場合には、このような制御信号(本実施形態では、制御電圧)をスイッチ352に出力しない。
また、受電部1112において、制御部1171は、制御パターン受信コイル1152により受電された交流電圧の開始が負である場合に、スイッチ354をオンの状態に切り替えるための制御信号(本実施形態では、制御電圧)をスイッチ354に出力する。これにより、スイッチ354がオンの状態(導通状態)に切り替えられる。
一方、制御部1171は、制御パターン受信コイル1152により受電された交流電圧の開始が正である場合には、このような制御信号(本実施形態では、制御電圧)をスイッチ354に出力しない。
このようなスイッチ352、354の切り替えにより、電流方向切替回路は、負荷回路Z1の可変磁束磁石制御コイル231に流れる電流の向きを、第1方向D1と第2方向D2とで切り替える。
このように、送電部1111が受電部1112に制御の指令(本実施形態では、可変磁束磁石211の磁化の状態を変更する指令)を送り、受電部1112に設けられた複数の受電コイルのうちの1以上の受電コイル(図14の例では、制御パターン受信コイル1152)と接続された制御部1171が当該指令に応じてスイッチ352およびスイッチ354を制御することで、負荷回路Z1に流れる電流の方向を制御してもよい。
ここで、受電部1112では、受電部1112の回路における所定の電圧に基づいて、負荷回路Z1に流す電流の方向を制御してもよい。例えば、受電部1112では、受電部1112の回路における所定の電圧の極性(正負の極性)に基づいて、負荷回路Z1に流す電流の方向を制御してもよい。
なお、制御部1171により行われる制御の詳細は、例えば、図8の例における第1制御部592および第2制御部594について説明した内容と同様である。
以上のように、図14に示される可変磁束磁石制御回路1001では、受電部1112において、電力伝送用の受電コイル1151とは別に、制御パターンの信号を伝送するための受電コイル(制御パターン受信コイル1152)を備えて、送電部1111から送信される制御パターンを受信する。
このような構成においても、電力供給回路1131からの出力(本実施形態では、例えば、インバータからの出力)を用いて、可変磁束磁石制御コイル231に電流を流す方向を切り替える制御を行うことができる。
一構成例として、ワイヤレス電力伝送システムは、インバータ部(図14の例では、インバータを用いて構成される電力供給回路1131)と、電流方向切替回路(図14の例では、制御パターン受信コイル1152、コンデンサ1154、制御部1171、ダイオード351、スイッチ352、ダイオード353、および、スイッチ354)と、を備える。
インバータ部は、ワイヤレス送電装置の送電コイルユニット(図14の例では、送電コイルユニットB1)に印加する電圧が、正の電圧から開始される第1制御パターンの第1インバータ出力電圧(インバータ部から出力される電圧)、または、当該送電コイルユニットに印加する電圧が、負の電圧から開始される第2制御パターンの第2インバータ出力電圧を発生させる。
電流方向切替回路は、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(図14の例では、可変磁束磁石制御コイル231)と受電コイルユニット(図14の例では、受電コイルユニットB2)との間に配置される。
電流方向切替回路は、インバータ部により第1インバータ出力電圧が発生させられた場合には可変磁束磁石制御コイルに第1方向(図14の例では、第1方向D1)の電流を流し、インバータ部により第2インバータ出力電圧が発生させられた場合には可変磁束磁石制御コイルに第1方向とは逆の第2方向(図14の例では、第2方向D2)の電流を流す。
[制御部を含む可変磁束磁石制御回路の他の例]
図15は、実施形態に係る制御部を含む可変磁束磁石制御回路1201の他の構成例を示す図である。
図15の例では、可変磁束磁石制御回路1201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1211および受電部1212)から構成される。
本実施形態では、説明の便宜上、可変磁束磁石制御回路1201について、図8に示される可変磁束磁石制御回路301aと対比して、説明する。
<送電部の回路>
送電部1211の回路は、電力供給回路1231と、送電コイル1232(電力伝送に関して1次側のコイル)と、コンデンサ1233と、コンデンサ1234と、送電制御部1221と、を備える。
ここで、電力供給回路1231と、送電コイル1232と、コンデンサ1233と、コンデンサ1234と、の接続の構成は、図8に示される電力供給回路511と、送電コイル512と、コンデンサ513と、コンデンサ514と、の接続の構成と同様である。
電力供給回路1231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1231は、交流電力(交流電圧)を送電コイル1232に供給する。これにより、送電コイル1232からワイヤレスで電力が送電される。
また、図15の例では、送電制御部1221を示してある。送電制御部1221は、図1に示される送電制御部153の一例である。
<受電部の回路>
受電部1212の回路は、受電コイル1251(電力伝送に関して2次側のコイル)と、コンデンサ1252と、コンデンサ1253と、を備える。
また、受電部1212は、スイッチ1271と、スイッチ1272と、コイル1311と、コイル1321と、コイル1322と、コア1331と、第1制御部1351と、第2制御部1352と、を備える。
コンデンサ1252およびコンデンサ1253は、受電コイル1251に組み合わせられる共振コンデンサの一例である。
ここで、受電コイル1251と、コンデンサ1252と、コンデンサ1253と、の接続の構成は、図8に示される受電コイル531と、コンデンサ532と、コンデンサ533と、の接続の構成と同様である。
スイッチ1271はn型のMOSFETであり、スイッチ1272はn型のMOSFETである。
具体的には、受電コイル1251の一端と、コンデンサ1252の一端と、が接続されている。
受電コイル1251の他端と、コンデンサ1253の一端と、が接続されている。
コンデンサ1252の他端と、スイッチ1271の一端(ソース端子)と、が接続されている。
スイッチ1271の他端(ドレイン端子)と、スイッチ1272の一端(ドレイン端子)と、が接続されている。
コンデンサ1253の他端と、スイッチ1272の他端(ソース端子)とが接続されている。
さらに、受電部1212の回路では、コンデンサ1252の他端と、コイル1311の一端と、コイル1321の一端と、が接続されている。
コンデンサ1253の他端と、コイル1311の他端と、コイル1322の一端と、が接続されている。
ここで、コイル1311は、コンデンサ1252の他端とコンデンサ1253の他端との間に備えられている。1次側のコイル1311と2次側のコイル1321およびコイル1322との間に、コア1331が配置されている。
また、コイル1321の他端と、第1制御部1351の一端と、が接続されている。
コイル1322の他端と、第2制御部1352の一端と、が接続されている。
第1制御部1351の他端と、スイッチ1271の制御端(ゲート端子)と、が接続されている。
第2制御部1352の他端と、スイッチ1272の制御端(ゲート端子)と、が接続されている。
本実施形態では、受電コイル1251とコンデンサ1252とコンデンサ1253から交流電力発生部が構成されている。
スイッチ1271から第1回路部が構成されている。
スイッチ1272から第2回路部が構成されている。
第1回路部と、第2回路部と、受電制御部(コイル1311、コイル1321、コイル1322、コア1331、第1制御部1351、第2制御部1352)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回路部とが接続されている。また、第1回路部がオンであるときの導通方向と、第2回路部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。
<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。
ここで、負荷回路Z1は、図8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。
また、受電部1212と負荷回路Z1とは、図8に示されるものと同様な電線571および電線572を介して接続されており、説明の便宜上、同じ符号を付してある。
また、図15の例では、図8に示されるものと同様に、可変磁束磁石制御コイル231の一端と電線571とが接続される点(接続点K11)と、抵抗411の他端と電線572とが接続される点(接続点K12)を示してあり、説明の便宜上、同じ符号を付してある。
また、図15の例では、図8に示されるものと同様に、第1方向D1と、第2方向D2と、を示してあり、説明の便宜上、同じ符号を付してある。
<第1回路部および第2回路部の制御>
図8の例と同様に、送電部1211において、送電制御部1221は、受電部1212に送電する交流電圧の開始(立ち上がり)を正とするか負とするかを切り替える制御を行う。
受電部1212において、第1制御部1351は、受電コイル1251により受電された交流電圧の開始が正である場合に、スイッチ1271をオンの状態に切り替えるための制御信号(本実施形態では、制御電圧)をスイッチ1271に出力する。これにより、スイッチ1271がオンの状態(導通状態)に切り替えられる。
一方、第1制御部1351は、受電コイル1251により受電された交流電圧の開始が負である場合には、このような制御信号(本実施形態では、制御電圧)をスイッチ1271に出力しない。
また、受電部1212において、第2制御部1352は、受電コイル1251により受電された交流電圧の開始が負である場合に、スイッチ1272をオンの状態に切り替えるための制御信号(本実施形態では、制御電圧)をスイッチ1272に出力する。これにより、スイッチ1272がオンの状態(導通状態)に切り替えられる。
一方、第2制御部1352は、受電コイル1251により受電された交流電圧の開始が正である場合には、このような制御信号(本実施形態では、制御電圧)をスイッチ1272に出力しない。
このようなスイッチ1271、1272の切り替えにより、電流方向切替回路は、負荷回路Z1の可変磁束磁石制御コイル231に流れる電流の向きを、第1方向D1と第2方向D2とで切り替える。
このように、送電部1211が受電部1212に制御の指令(本実施形態では、可変磁束磁石211の磁化の状態を変更する指令)を送り、受電部1212に設けられた受電コイル1251と接続(本例では、間接的に接続)された制御部(第1制御部1351および第2制御部1352)が当該指令に応じてスイッチ1271およびスイッチ1272を制御することで、負荷回路Z1に流れる電流の方向を制御してもよい。
ここで、受電部1212では、受電部1212の回路における所定の電圧に基づいて、負荷回路Z1に流す電流の方向を制御してもよい。例えば、受電部1212では、受電部1212の回路における所定の電圧の極性(正負の極性)に基づいて、負荷回路Z1に流す電流の方向を制御してもよい。
なお、制御部(第1制御部1351および第2制御部1352)により行われる制御の詳細は、例えば、図8の例における第1制御部592および第2制御部594について説明した内容と同様である。
以上のように、図15に示される可変磁束磁石制御回路1201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方向を切り替える構成および動作を簡易化することができる。
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1271の機能)と、第1方向導通機能(図15の例では、スイッチ1272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15の例では、スイッチ1272の機能)と、第2方向導通機能(図15の例では、スイッチ1271のボディダイオードの機能)と、を含む。
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、131a、1111、1211…送電部、151、312、512、1132、1232…送電コイル、152…送電回路、153、521、1121、1221…送電制御部、171、171a、171b、171c、1112、1212…受電部、191、331、531、711、811、1151、1251…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、1001、1201…可変磁束磁石制御回路、311、511、631、1131、1231…電力供給回路、313、332、513、514、532、533、712、812、1133、1153、1154、1233、1234、1252、1253…コンデンサ、351、353、551、553、591、593、731~734、741~744、831、832、841、842…ダイオード、352、354、552、554、751、752、761、762、851、852、861、862、1271、1272…スイッチ、371、372、571、572、E1、E2…電線、411…抵抗、592、1351…第1制御部、594、1352…第2制御部、611…電源、651~654…スイッチング素子、1152…制御パターン受信コイル、1171…制御部、1311、1321、1322…コイル、1331…コア、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、A21…交流電力発生部、A2、A22…電流方向切替回路、A11、A31…第1回路部、A12、A32…第2回路部、B1…送電コイルユニット、B2…受電コイルユニット、D1…第1方向、D2…第2方向、F1、F11…第1電圧方向、F2、F12…第2電圧方向、K1、K2、K11、K12…接続点、P1…高磁化点、P2…低磁化点、Z1…負荷回路

Claims (1)

  1. ワイヤレス送電装置の送電コイルユニットに印加する電圧が、正の電圧から開始される第1制御パターンの第1インバータ出力電圧、または、負の電圧から開始される第2制御パターンの第2インバータ出力電圧を発生させるインバータ部と、
    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受電コイルユニットとの間に配置され、前記インバータ部により前記第1インバータ出力電圧が発生させられた場合には前記可変磁束磁石制御コイルに第1方向の電流を流し、前記インバータ部により前記第2インバータ出力電圧が発生させられた場合には前記可変磁束磁石制御コイルに前記第1方向とは逆の第2方向の電流を流す電流方向切替回路と、
    を備えるワイヤレス電力伝送システム。
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008125201A (ja) 2006-11-10 2008-05-29 Toshiba Corp 可変磁束モータドライブシステム
JP2017073901A (ja) 2015-10-07 2017-04-13 株式会社豊田自動織機 回転電機
WO2017213032A1 (ja) 2016-06-06 2017-12-14 株式会社村田製作所 ワイヤレス給電システム、ワイヤレス電力送電装置およびワイヤレス電力受電装置
JP2018093695A (ja) 2016-12-02 2018-06-14 梨木 政行 モータとその制御装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008125201A (ja) 2006-11-10 2008-05-29 Toshiba Corp 可変磁束モータドライブシステム
JP2017073901A (ja) 2015-10-07 2017-04-13 株式会社豊田自動織機 回転電機
WO2017213032A1 (ja) 2016-06-06 2017-12-14 株式会社村田製作所 ワイヤレス給電システム、ワイヤレス電力送電装置およびワイヤレス電力受電装置
JP2018093695A (ja) 2016-12-02 2018-06-14 梨木 政行 モータとその制御装置

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