JP2008109762A - Power transmission device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電子機器へ無接点方式で電力を供給する電力伝送装置に関する。 The present invention relates to a power transmission device that supplies electric power to an electronic device in a contactless manner.
電子機器へ無接点方式で電力を供給する電力伝送装置として、特許文献1に開示されたものは、一次側装置に複数の磁路を形成するコイル群を有する分離トランス(エネルギや情報の伝達を行なう)を配し、各コイルに時間や位相の異なるパルス電流や交流電流を流すことによって電磁結合面上に回転磁界や帯状の移動磁界などを発生させる。これにより一次側装置と二次側装置との電磁結合可能領域を相対的に拡大させ、二次側に電力、または、情報を伝送することができる。
特許文献1による電力伝送装置は、一次側装置と二次側装置との電磁結合可能領域を相対的に拡大させることができるので、一次側装置のコイルと二次側装置のコイルとに位置が近くなりエネルギーの給電という点で多少効率が上がると思われる。しかしながら、一次側装置のコイルと二次側装置のコイルとが常に一対一で対応する位置関係になる確率はかなり小さく、常に最も効率的なエネルギー給電が行われるとは限らない。また、複数の磁路を形成するコイル群を有する分離トランスを構成しなければならないために、構成が複雑になっている。
Since the electric power transmission device according to
本発明は、上述の問題を解決するためになされたものであり、電子機器へ無接点方式で電力を供給する電力伝送装置において、一次側装置と二次側装置との位置関係が効率よくエネルギー給電が行うことができる位置関係にあるか否かを簡単な構成で判定できる電力伝送装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problem, and in a power transmission device that supplies power to an electronic device in a contactless manner, the positional relationship between the primary device and the secondary device is energy efficient. It is an object of the present invention to provide a power transmission device that can determine with a simple configuration whether or not there is a positional relationship where power can be supplied.
本発明の請求項1記載の電力伝送装置は、電子機器へ無接点方式で電力を供給する電力伝送装置において、上記電子機器に設けられた二次コイルと磁気的に結合する一次コイルと、上記一次コイルに電流を供給する供給手段と、上記一次コイルと上記二次コイルとが磁気的に結合することにより、当該二次コイルに所定のダミー電流が供給された際に、当該ダミー電流に対応して発生する一次コイル側の誘電電圧を検出する電圧検出手段と、上記発生した誘電電圧が上記一次コイルと上記二次コイルとが最も効率的に磁気的に結合した際に発生する結合誘電電圧よりも小さい場合に、上記一次コイルの電圧が当該結合誘電電圧となるように上記供給手段を制御して上記一次コイルに流れる電流を増加させる電流制御手段と、一次コイルに供給される電流値を検出する電流検出手段と、上記検出された上記一次コイルを流れる電流値に基づいて、上記一次コイルと上記二次コイルとの位置関係を判定する判定手段とを具備する。
The power transmission device according to
本発明の請求項2記載の電力伝送装置は、請求項1記載の電力伝送装置において、さらに、上記一次コイルを移動させる移動手段と、上記判定手段によって上記一次コイルと上記二次コイルとの位置関係が最も充電に適している位置ではないと判定された際に、上記移動手段を制御して上記一次コイルを任意の方向へ移動させる移動制御手段とを具備し、上記移動制御手段は、上記一次コイルを流れる電流値が最も小さくなるように上記移動手段によって上記一次コイルを任意の方向へ移動させる。
The power transmission device according to
本発明の請求項3記載の電力伝送装置は、請求項2記載の電力伝送装置において、上記移動制御手段は、各移動位置において上記電流検出手段で検出された一次コイルの電流値を比較することによって、当該一次コイルの移動方向を決定する移動方向決定手段を含む。
The power transmission device according to
本発明の請求項4記載の電力伝送装置は、請求項1乃至3記載の電力伝送装置において、上記電流制御手段は、上記一次コイルと上記二次コイルとの位置関係が最も充電に適している位置にあると判定された場合に上記供給手段から上記一次コイルに供給される電流量を本充電用の電流量に切換える。
The power transmission device according to claim 4 of the present invention is the power transmission device according to any one of
本発明によれば、電子機器へ無接点方式で電力を供給する電力伝送装置において、電力を供給する電力伝送装置の一次コイルが電力を供給される二次コイルに対して最も効率よく給電できる位置にあるか否かを確実に判定することができる。 According to the present invention, in a power transmission device that supplies power to an electronic device in a contactless manner, the primary coil of the power transmission device that supplies power can supply power most efficiently to the secondary coil that is supplied with power. It is possible to determine with certainty whether or not there is.
以下、図を用いて本発明の実施形態について説明する。
図1は、本発明の一実施形態の電力伝送装置である充電装置の外観を示す斜視図である。図2は、上記充電装置に内蔵されるXY駆動機構部の斜視図である。図3は、上記充電装置に内蔵される電気回路部と電磁結合されるカメラの充電回路部との主要電気回路図である。図4は、上記充電装置に組み込まれる一次コイルの平面図である。図5は、図4のA−A断面図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a perspective view showing an appearance of a charging device that is a power transmission device according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a perspective view of an XY drive mechanism unit built in the charging apparatus. FIG. 3 is a main electric circuit diagram of the electric circuit unit built in the charging apparatus and the charging circuit unit of the camera electromagnetically coupled. FIG. 4 is a plan view of a primary coil incorporated in the charging device. 5 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG.
本実施形態の充電装置1は、例えば、電子機器であるカメラ6の電源用電池の充電(電力供給)を無接点方式により行う充電装置であり、図1に示すように載置台3を備えた装置本体部2を有しており、載置台3上の任意位置に置かれたカメラ6の充電を装置本体部2側の移動可能な一次コイル5とカメラ側の二次コイル7との電磁結合による電力伝送によって行うことができる。
The
装置本体部2は、載置台3の下部に配される移動手段であるXY駆動機構部10と、電気回路部(基板)24とを内蔵している。なお、X,Y軸は、載置台3の平面に沿った直交座標軸である。
The apparatus
XY駆動機構部10は、図2に示すように機構台11と、機構台11に軸支されるX軸方向に沿った送りねじ軸12およびガイド軸13と、送りねじ軸12およびガイド軸13に支持されるX軸駆動台15と、X軸駆動台15に軸支されるY軸方向に沿った送りねじ軸16およびガイド軸17と、送りねじ軸16およびガイド軸17に支持されるY軸駆動台18と、Y軸駆動台18の上面に保持される一次コイル5と、機構台11の送りねじ軸12の軸端部周辺、または、X軸駆動台15のガイド軸周辺にそれぞれ配されるフォトリフレクタからなるX軸原点検出用Xセンサ(以下、Xセンサ)20、および、Y軸原点検出用Yセンサ(以下、Yセンサ)22と、所定の移動位置(原点位置)でX軸駆動台15上のXセンサ20に対向する位置、または、Y軸駆動台18上のYセンサ22に対向する位置にそれぞれ配されるセンサ反射板21および23と、機構台11、または、X軸駆動台15に取り付けられ、送りねじ軸12、または、16をそれぞれ回転駆動するステッピングモータからなるXモータ14およびYモータ19とを有している。電気回路部(基板)24は、機構台11の下面部上に配されている。
As shown in FIG. 2, the XY
Xモータ14が回転駆動されるとX軸駆動台15は、X軸方向に移動する。また、Yモータ19が回転駆動されるとX軸駆動台15に支持されているY軸駆動台18は、Y軸方向に移動する。従って、一次コイル5が上面に固着されているY軸駆動台18は、Xモータ14、および/または、Yモータ19により載置台3のXY平面に沿って駆動可能である。
When the
電気回路部24には、図3に示すようにAC−DC変換回路部30と、該変換回路部30の出力を受け、一次コイル電流を供給する供給手段であるDC−AC変換回路部32と、一次コイル5の端子電圧(誘電電圧)を検出するための電圧検出手段である電圧検出部39と、AC−DC変換回路部30の出力電流(一次コイル電流)を検出するための電流検出手段である電流検出部31と、充電装置の制御を行う制御部33と、X,Yモータ14,19およびX,Yセンサ20,22を含む駆動部40と、通信用コイル41からの出力を取り込み、メモリ部43に出力する通信部42と、カメラから出力される画像情報、カメラ情報、電圧制御情報および充電関連情報を取り込み、または、記憶しているメモリ部43とが実装されている。
As shown in FIG. 3, the
制御部33は、一次コイルの端子電圧が所定の誘導電圧となるように一次コイルの電流を制御する電流制御手段を含む誘電電圧設定部34と、移動制御手段である移動制御部35と、駆動部40を制御する駆動制御部36とを有している。
The
移動制御部35は、電流検出部31による電流値に基づいて一次コイル5と二次コイル7の相対位置関係を判定する位置判定部37と、電流検出部31によって検出された電流値を比較することにより一次コイル5の移動方向を決定する移動方向決定部38とを有しており、一次コイル位置検索処理時に一次コイル5を電流が最も小さくなるような方向にXY駆動機構部10を介して移動制御する。詳細は後述するが、この移動制御は一次コイルと二次コイルとが近ければ、一次コイルが所定の誘導電圧となるように電流を流してもその値は小さく、遠ければ、一次コイルに多くの電流を流さなければ誘導電圧とならないという原理を利用するものである。
The
一次コイル5は、図1に示すXY平面に直交する軸まわりに巻回されて形成されるコイルであり、その下面部に電磁波反射板5aが配されている(図4,5)。この一次コイル5に隣接し、同一表面上に通信用コイル41が配されている(図4)。この通信コイル41は、カメラ側から送られてくるカメラ情報や充電情報を取り込むための通信用コイルである。
The
カメラ6には図3に示すように二次コイル7とこの二次コイル7が接続されるAC−DC変換回路部51と、AD−DC変換回路部51のDC出力が接続される充電回路部52と、充電回路部52,切り換えスイッチ55および通信部57を制御する制御部53と、リチウムイオン電池からなるカメラ電源用電池54と、DC−DC変換部からなるカメラ電源回路部56と、切り換えスイッチ55を介してカメラ側画像情報、カメラ情報や充電情報を通信用コイル58に出力するための通信部57とを有している。なお、充電回路部52では、常に一定状態で電池54を充電するように設定されている。
As shown in FIG. 3, the
カメラ6の底面部には二次コイル7が配されている。この二次コイル7は、カメラ6の載置台3上に載置した状態で一次コイル5と対称形状を有しており、XY平面に直交する軸まわりに巻回され、一次コイル5と同一巻き数を有している。さらに、コイル裏面部には電磁波反射板が取り付けられている。また、二次コイルに隣接してカメラ側通信用コイル58が配されている。
A
なお、二次コイル7は、必ずしも一次コイル5と同一巻き数でなくてもよい。すなわち、二次コイル7の巻き数を一次コイル5の巻き数の倍程度まで増やし、充電効率を増やすようにしてもよい。また、一次コイル5と二次コイル7とには、互いが最適電磁結合状態にあるとき、通信用コイル41と58とは、通信可能な対向位置にある。
The
上述した構成を有する充電装置1によるカメラ6の電源用電池54への充電処理動作について、図6〜12を用いて説明する。
The charging processing operation to the power supply battery 54 of the
図6は、上記カメラ側電源用電池への充電時の充電電圧と充電電流の変化を示す図である。図7は、一次コイル位置のダミー電流が殆ど流れない予備検索動作時からダミー電流が流れる最適位置検索動作時を経て充電動作開始時までの一次コイル電流変化と二次コイル電流変化の例を示す図である。図8は、カメラ側二次コイルと一次コイルとが所定離間距離範囲内にあるとき、二次コイルに所定のダミー電流を流している状態で二次コイルと一次コイルとの離間位置に対する一次コイルに流れる電流の変化を示す図である。 FIG. 6 is a diagram showing changes in charging voltage and charging current when charging the camera-side power source battery. FIG. 7 shows an example of primary coil current change and secondary coil current change from the preliminary search operation in which the dummy current at the primary coil position hardly flows through the optimum position search operation in which the dummy current flows to the start of the charging operation. FIG. FIG. 8 shows the primary coil relative to the separation position between the secondary coil and the primary coil in a state where a predetermined dummy current is passed through the secondary coil when the camera-side secondary coil and the primary coil are within the predetermined separation distance range. It is a figure which shows the change of the electric current which flows into.
図9は、予備検索動作時における計測タイミングパルスに対する一次コイル電流の変化を示す図である。図10は、最適位置検索動作時における二次コイルとの一次コイルの離間距離に対する一次コイル電流の変化を示す図である。図11は、予備検索動作の後、最適位置検索動作を行うときの一次コイルのX,Y軸移動量の変化および一次コイルの電流の変化の例を示す図である。図12は、本充電装置による「充電処理」のメインルーチンのフローチャートである。 FIG. 9 is a diagram illustrating changes in the primary coil current with respect to the measurement timing pulse during the preliminary search operation. FIG. 10 is a diagram illustrating changes in the primary coil current with respect to the distance between the primary coil and the primary coil during the optimum position search operation. FIG. 11 is a diagram illustrating an example of changes in the X and Y axis movement amounts of the primary coil and changes in the primary coil current when the optimum position search operation is performed after the preliminary search operation. FIG. 12 is a flowchart of a main routine of “charging process” by the charging apparatus.
本充電装置1によりカメラ6の電池54に充電を行う場合、まず、カメラ6を二次コイル7側を下面側にした状態で載置台3の任意の位置に置き、電源スイッチ4をオンとする。
When the battery 54 of the
電気回路部24の制御部33および駆動部40の制御のもとでXY駆動機構部10を駆動制御して一次コイル5の移動が開始され、図12の充電処理のメインルーチンにおける予備検索処理(ステップS1)が実行される。
Under the control of the
上記予備検索処理においては、XY駆動機構部10により一次コイル5を予め規定されている検索軌跡を移動させて所定の移動点(図17に示す一次コイル5の位置を点P0 から点P1 〜点P24等)を通過させる。一次コイル5の通過時に一次コイル5の電流値の変化を検出することによって、一次コイル5の電磁結合範囲内位置(後述する最適位置を含むより近い領域内の位置、例えば、図17の点P20)を検出し、予備検索の終了時に一次コイル5は上記電磁結合範囲内位置まで駆動される。
In the preliminary search process, the XY
上記最適位置とは、一次コイル5がカメラ側二次コイル7の直下位置、言い換えれば、最も効率のよい電力伝送が実行できる最適電磁結合位置、例えば、図18の点Ph である。
The optimum position is a position where the
続いて、最適位置検索処理(ステップS2)が実行される。この処理では一次コイル5の電流値の変化によって充電装置側一次コイル5をカメラ側二次コイル7の直下の最適電磁結合位置(最適位置、例えば、図18の点Ph )を検出し、当該位置に移動させ、双方のコイルを最適な電磁結合状態とする。その最適な電磁結合状態で一次コイル5側から電力を二次コイル7側に伝送し、電池54の効率のよい充電が行われる(ステップS3)。
Subsequently, the optimum position search process (step S2) is executed. In this process, the charging device side
なお、上記予備検索処理および最適位置検索処理時、カメラ6側においては二次コイル7が一次コイル5と電磁結合状態にあるとき、二次コイル7には、予めカメラ側で設定された所定のダミー電流I2d(図7,8)が流れるように制御部53により制御される。
In the preliminary search process and the optimum position search process, when the
また、上記予備検索処理および最適位置検索処理中、一次コイル5には所定の電圧V1が印加される。この所定の電圧V1は、二次コイル7に上記所定のダミー電流I2dを与えるための電圧であって、詳しくは、一次コイル5が最適電磁結合位置にあって、二次コイル7に所定ダミー電流I2dが流れているときの結合誘導電圧に等しい電圧とする。この電圧V1により一次コイル電流I1 が流される。
Further, during the preliminary search process and the optimum position search process, a predetermined voltage V1 is applied to the
図8に示すように一次コイル5が二次コイル7に対して上記電磁結合範囲内にあるとき、二次コイル7のダミー電流I2dを一定とし、上記一次コイル電圧V1による一次コイル5の電流I1は、一次コイル5と二次コイル7との離間距離Dによるコイル間の相互インダクタンスの変化に伴って変化する。すなわち、電磁結合状態にあって、離間距離Dが大きいと電流I1 は大きく、離間距離Dが小さくなると減少する。そして、一次コイル5が二次コイル7の位置に合致した上記最適電磁結合位置に到達すると電流I1 は、最小値の電流I1dとなる。最適位置検索処理ではこの一次コイル5の電流I1を検出して最適電磁結合位置を検索する。
As shown in FIG. 8, when the
なお、上記最適位置検索処理においては、上述したように二次コイル7のダミー電流I2dとしてカメラ6側にて一定値に設定されている。これは一次コイル5が二次コイル7に接近して一次コイル電流が減少すると、二次コイルのダミー電流が増加して二次コイル電圧も増加してしまう。二次コイル7の電流や電圧が変化すると一次コイル5の正確な電流や電圧が測定できない。そこで、本実施形態では、充電回路部52で抵抗を制御し、二次コイル7のダミー電流およびその電圧を一定に保ち、この状態で二次コイル7の電流に対する一次コイル5の電流を検出できるようにしている。すなわち、その際に検出される一次コイル電流値の最小値がカメラ6側の二次コイル7との充電装置1の一次コイル5とが最も効率よく充電される状態での値として検出されることになる。
In the optimum position searching process, as described above, the dummy current I2d of the
図9は、予備検索処理時において一次コイル5が、例えば、図17の点P20に到達したとき、制御部から出力される計測タイミングパルスに基づき、印加される一次コイル5の電圧V1によって一次コイル電流I1 が流れる状態を示している。この計測タイミングt20は、図7のタイミングt20に対応し、このときの一次コイル電流I1 は、電流検出部31により検出される。
FIG. 9 shows that when the
ここで、図7を用いて上記充電処理における予備検索処理、最適位置検索処理、さらに、その後の充電処理の実行過程での一次コイル電流I1 と二次コイル電流I2 の変化例を説明する。 Here, an example of changes in the primary coil current I1 and the secondary coil current I2 in the execution process of the preliminary search process, the optimum position search process in the charging process, and the subsequent charging process will be described with reference to FIG.
上記予備検索処理時、一次コイル5と二次コイル7とが遠く離れており、時間t0 では一次コイル5には殆ど電流は流れない。また、時間t1 でも一次コイル5に電流I1d0を流したとして二次コイル7の電流I2d0は、所定のダミー電流I2dより少ない値である。その後の予備検索処理中の時間t1 〜t2 で一次コイル5の上述した電磁結合範囲内の位置(例えば、上記点P20)を通過する。該電磁結合範囲内の位置に達したことは、二次コイル7には所定のダミー電流I2dが流れ、その電流に対応する一次コイル5の比較的に大きな電流I1d1により検出される。この一次コイル5の電流I1d1は、後述するように一次コイル5が相対的に二次コイル7に対して最適位置(最適電磁結合位置、例えば、点Ph )にあるときに二次コイル7に所定のダミー電流I2dが流れるときの一次コイル5の電流I1dより大きい値である。なお、上記予備検索処理の終了時である時間t2 には、一次コイル5は、上述した最適電磁結合位置から離れた電磁結合範囲内の位置(例えば、上記点P20)に移動させる。一次コイル5に上記電流I1d1が流れる状態にある。
During the preliminary search process, the
その後、最適位置検索処理(ステップS2)が実行される。この処理状態の初期には一次コイル5は、上記電磁結合範囲内の位置(例えば、上記点P20)にあり、一次コイル5を微小駆動させながら、一次コイル電流I1 が最も少ない電流値I1dになる最適電磁結合位置を検索する。すなわち、二次コイル7にダミー電流I2dが流れる状態のもとで電圧検出部39で検出される一次コイル電圧がV1以下である場合には、一次コイル電流I1 を増やして一次コイル電圧V1に保ちつつ、一次コイル電流I1 がより少なくなる方向に一次コイル5を駆動制御する。
Thereafter, the optimum position search process (step S2) is executed. In the initial stage of this processing state, the
上記駆動制御により図7に示すように一次コイル電流I1は、段階的に減少し、一次コイル5が二次コイル7により接近する充電効率のよい最適電磁結合位置に向けて移動する。時間t4 にて一次コイル電流I1が最小のI1dであることが検出されると、一次コイル5が上記最適電磁結合位置に到達した判断し、最適位置検索処理を終了する。
As shown in FIG. 7, the primary coil current I <b> 1 decreases stepwise as a result of the drive control, and the
上記最適位置検索処理の終了後、制御部33により一次コイル5に電圧V1chを印加して、一次コイル5に電流I1dより多い電流I1chを流すように制御し、二次コイル7側に充電電流I2chを流し、充電動作が開始される。該充電動作時の充電電圧V2chと充電電流I2chの変化は、図6に示される。すなわち、充電電圧V2chは、充電開始とともに線形的に増加し、時間t10経過した後、フル充電電圧(4.2V)となり、その後は一定値を示す。一方、充電電流I2chは、予め定められた一定値で充電開始され、時間t10経過して上記フル充電状態になった後は、漸次的に0に近い状態となる。
After completion of the optimum position search process, the
図10は、上記最適位置検索処理時、図7の経過時間t3 〜t4 にて一次コイル5が移動点PaからPhまで移動して一次コイル離間距離Dが減少する連れて一次コイル電流I1 が減少していく過程を示している。なお、移動点PaからPhは、図18に示される一次コイル移動点を示しており、移動点Paは、最適位置検索処理開始時における一次コイル位置であり、移動点Phは、最適位置検索処理の終了時における一次コイル最適電磁結合位置を示している。
FIG. 10 shows that the primary coil current I1 decreases as the primary coil separation distance D decreases as the
図10に示すように一次コイル電流I1 は、移動点Pa〜Phまでの各点に対応する一次コイル電流Ia〜Ihは、それぞれ減少していき、一次コイル最適電磁結合位置である移動点Phにて最小値を示す。その最小の一次コイル電流Ihを検出することによって一次コイル最適電磁結合位置到達が認識される。 As shown in FIG. 10, the primary coil current I1 is decreased as the primary coil currents Ia to Ih corresponding to the respective points from the movement points Pa to Ph are respectively reduced to the movement point Ph which is the primary coil optimum electromagnetic coupling position. Indicates the minimum value. By detecting the minimum primary coil current Ih, the arrival of the optimum electromagnetic coupling position of the primary coil is recognized.
図11は、上記最適位置検索処理時、図7の経過時間t3 〜t4 にて一次コイル5が移動点PaからPhまで移動するときの一次コイル電流の変化の状態およびXY駆動機構10による一次コイルのX軸及びY軸移動量の変化を示している。図11に示すように上記最適位置検索処理動作によれば、一旦、一次コイル電流が少なくなる移動点Phに到達後、確認のためにその周辺を検索し、上記移動点Phが一次コイル電流の最小値である電流I1dが得られる一次コイル最適電磁結合位置であると確定し、該移動点Phに戻る。
FIG. 11 shows the state of change in the primary coil current when the
なお、上述した一次コイル5の印加電圧V1は、上記予備検索処理、最適位置検索処理中に一次コイル端子電圧として電圧検出部39で検出される。制御部33は、誘導電圧設定部34で電圧V1 が所定の誘導電圧となるように一次コイル電流I1 を制御する。また、この誘導電圧設定部34により一次コイル端子電圧は、上述した予備検索処理時、最適位置検索処理時に一次コイル電圧V1に、充電時には一次コイル電圧V1chにそれぞれ切り換えられる。
The voltage V1 applied to the
なお、検索時、上記一次コイル5の電圧V1(誘導電圧),充電時の印加電圧V1ch等の値は、制御部33のメモリ部に記憶されており、必要に応じて呼び出される。そして、一次コイル5の印加電圧V1は、前述したように一次コイル5が最適電磁結合位置にあって、二次コイル7に所定ダミー電流I2dが流れているときの結合誘導電圧に等しいが、予備検索処理時においては、それ以上の電圧としてもよい。また、充電時の一次コイル電圧V1chは、上記印加電圧V1よりも高い。
At the time of search, values such as the voltage V1 (inductive voltage) of the
次に、本充電装置1における充電処理の詳細について、上記図7〜11、および、図12,13の概略のフローチャートを用いて説明する。
Next, details of the charging process in the
図12は、前述したように本充電装置における充電処理のメインルーチンのフローチャートであり、図13は、図12の充電処理のメインルーチンで呼び出されるサブルーチン「予備検索処理」の概略のフローチャートである。 FIG. 12 is a flowchart of the main routine of the charging process in the present charging device as described above, and FIG. 13 is a schematic flowchart of a subroutine “preliminary search process” called by the main routine of the charging process of FIG.
制御部33の制御のもとで図12のメインルーチンのステップS1にて図13に示すサブルーチンの「予備検索処理」が呼び出される。「予備検索処理」のステップS11で移動制御部35の駆動制御部36によりX,Yモータ14,19が駆動され、一次コイル5が予め設定されている移動軌跡(図17の破線で示す軌跡)に沿ってX,Y軸方向に移動する。
Under the control of the
ステップS12にて上記移動軌跡上の位置(図17の点P1 等)で電圧V1 を印加した状態で計測タイミングパルス出力時に一次コイル電流I1 の計測を行う。ステップS13で計測値に変化があり、その計測値が電流I1dを超える値であった場合、磁気結合領域内(最適磁気結合位置を含む範囲)に到達したとして、ステップS14に進む。上記計測値に変化がなかった場合は、ステップS11に戻る。 In step S12, the primary coil current I1 is measured when the measurement timing pulse is output in a state where the voltage V1 is applied at a position on the movement locus (point P1 etc. in FIG. 17). If the measured value is changed in step S13 and the measured value exceeds the current I1d, it is determined that the magnetic coupling region (range including the optimum magnetic coupling position) has been reached, and the process proceeds to step S14. If there is no change in the measured value, the process returns to step S11.
ステップS14では、上記計測電流値とともに上記到達移動点の座標を記憶する。 In step S14, the coordinates of the reaching movement point are stored together with the measured current value.
続いて、ステップS15で上記移動軌跡の全ての移動点における一次コイル電流I1 の計測が終了したかをチェックし、終了した場合は、ステップS16に進み、ステップS14で上記磁気結合領域内の記憶した移動点に一次コイル5を移動させる。但し、記憶した移動点が複数である場合は、上記計測電流値の少ない方(より最適磁気結合位置に近い方)の移動点に一次コイル5を移動させ、メインルーチンに戻る。
Subsequently, in step S15, it is checked whether or not the measurement of the primary coil current I1 at all the movement points of the movement locus is completed. If completed, the process proceeds to step S16, and in step S14, the data stored in the magnetic coupling area is stored. The
ここで、上述したサブルーチン「予備検索処理」のさらなる詳細動作について、図14,17を用い、その具体例に沿って説明する。 Here, further detailed operations of the above-described subroutine “preliminary search processing” will be described with reference to FIGS.
図14は、図13のサブルーチン「予備検索処理」における具体例の処理の流れ(フローA)を示す図である。図17は、図14の予備検索動作のフローAにおける一次コイルの載置台上での移動軌跡を示した図である。 FIG. 14 is a diagram showing a flow (flow A) of a specific example in the subroutine “preliminary search process” of FIG. FIG. 17 is a diagram showing a movement locus of the primary coil on the mounting table in the flow A of the preliminary search operation of FIG.
予備検索処理においては、図14のフローAに示すように充電装置1の電源スイッチ4のオンに伴って一次コイル5の初期位置P0 を認識し、一次コイル5を初期位置P0 から原点となる点P1 に移動させる(F1 )。なお、この原点位置は、X,Yセンサ20,22に出力によって検出される。
In the preliminary search process, the initial position P0 of the
続いて、一次コイル5を図17の破線に沿って移動させ(F2 )、一次コイル5が各移動点P1 〜P24に到達したときのタイミングで送電側である一次コイル5の電流I1 を計測する(F3 )。
Subsequently, the
一次コイル5と二次コイル7とが所定の離間距離外にある場合は、非磁気結合状態にあり、一次コイル5の負荷がない状態であり、一次コイルの電流I1 の変化は生じない(F4 )。
When the
一次コイル5が図17の移動点P20に到達すると、一次コイル(送電側)5と二次コイル(受電側)7とが一部で重なる状態(電磁結合状態)となり、一次コイル電流が流れ、その電流I1 が計測される(F5 )。その計測値と移動位置座標とをメモリに記憶する(F6 )。
When the
一次コイル5の全移動軌跡の移動と電流計測を終了したことを確認後、一次コイル5の移動点P20が二次コイル7の位置に近い(電磁結合位置)と判断し、一次コイル5を該移動点P20に移動させて本予備検索動作を終了する。
After confirming that the movement of all the movement paths of the
上述したサブルーチン「予備検索処理」に続いてメインルーチンのステップS2でサブルーチンの「最適位置検索処理」が呼び出される。 Subsequent to the subroutine “preliminary search process”, the subroutine “optimum position search process” is called in step S2 of the main routine.
サブルーチンの「最適位置検索処理」は、移動点P20(後述する図18の点Paと同一点)からスタートして、まず、一次コイル5を+,−X軸方向に所定距離移動量Δdずつ移動させる。その移動位置で一次コイル電流I1 を計測する。上記計測電流値がX軸方向移動範囲で最小か、または、より小さいをチェックし、最小、または、より小さい値を示す位置に一次コイル5を移動させる。続いて、一次コイル5を+,−Y軸方向に所定距離移動量Δdずつ移動させ、その移動位置で一次コイル電流I1 を計測する。上記計測電流値がY軸方向移動範囲で最小か、または、より小さいかをチェックし、最小、または、より小さい値を示す位置に一次コイル5を移動させる。
The “optimum position search process” of the subroutine starts from a movement point P20 (the same point as point Pa in FIG. 18 described later), and first moves the
その後、+,−X,Y軸方向の所定距離移動量Δd/2だけ移動させることによって、より細かい移動範囲での一次コイル電流I1 の変化を計測し、一次コイル電流I1 が最小値、または、より小さい値が得られる点(最適電磁結合位置となる)を検索し、計測電流値がI1dに、あるいは、I1dに極めて近くなった移動点(例えば、図18の点Ph)を上記最適電磁結合位置として本サブルーチンを終了し、メインルーチンに戻る。上記一次コイル5が到達した最適電磁結合位置は、カメラ6がセットされた二次コイル7の位置P00(図18)と一致、または、略一致する。
After that, by moving by a predetermined distance movement amount Δd / 2 in the +, −X, and Y axis directions, the change in the primary coil current I1 in a finer movement range is measured, and the primary coil current I1 is the minimum value, or A point at which a smaller value is obtained (becomes the optimum electromagnetic coupling position) is searched, and a moving point where the measured current value is very close to I1d or very close to I1d (for example, point Ph in FIG. 18) is determined as the optimum electromagnetic coupling. This subroutine is terminated as a position, and the process returns to the main routine. The optimum electromagnetic coupling position reached by the
ここで、上述したサブルーチン「最適位置検索処理」のさらなる詳細動作について、図15〜18を用い、その具体例に沿って説明する。 Here, further detailed operations of the above-described subroutine “optimum position search process” will be described with reference to FIGS.
図15,16は、上記サブルーチン「最適位置検索処理」における具体例の処理の流れ(フローB)を示す図である。図18は、図15,16の最適位置検索動作のフローBにおける一次コイルの載置台上での移動軌跡を示す図である。 FIGS. 15 and 16 are diagrams showing a flow of processing (flow B) of a specific example in the subroutine “optimum position search processing”. FIG. 18 is a diagram showing a movement locus of the primary coil on the mounting table in the flow B of the optimum position search operation of FIGS.
図15のフローBにおいては、まず、上述の予備検索動作によって検索された移動点Pa(すなわち、点P20)における一次コイル電流Iaを計測し、記憶する(F11)。そして、一次コイル5のX方向の移動による一次コイル電流の変化の計測を開始する(F12)。図18に示すように−X方向へ所定の距離Δdだけ移動し、その移動点Pbを記憶し、かつ、点Pbにおける一次コイル電流Ibを計測して、記憶する(F13,F14)。なお、一次コイル5が目的とする最適電磁結合位置から離れていくと誘電電圧V(=上記一次コイル印加電圧V1 )を保つために一次コイル5に電流をより多く流す必要がある。
In the flow B of FIG. 15, first, the primary coil current Ia at the moving point Pa (that is, the point P20) searched by the above-described preliminary search operation is measured and stored (F11). And the measurement of the change of the primary coil current by the movement of the X direction of the
一次コイル電流IaとIbを比較する(F15)。Ia<Ibである場合、点Pb側は目的点から離れると判断し、一次コイル5を逆方向(+方向)へΔdだけ移動する。その移動点をPcとする(F16)。点Pcで一次コイル電流を計測し、その電流値Icを記憶する(F17)。
The primary coil currents Ia and Ib are compared (F15). When Ia <Ib, it is determined that the point Pb side is away from the target point, and the
電流値IcとIa,Ibとを比較する(F18)。Ic<Ia、かつ、Ic<Ibであれば、点Pcの方向が目的点(最適電磁結合位置)に近づいたと判断して点PcのX方向座標を記憶する(F19)。そこで、X方向の検索(移動と計測)を一旦中止し、Y方向の検索(移動と計測)を開始する(F20)。 The current value Ic is compared with Ia and Ib (F18). If Ic <Ia and Ic <Ib, it is determined that the direction of the point Pc has approached the target point (optimal electromagnetic coupling position), and the X-direction coordinate of the point Pc is stored (F19). Therefore, the search (movement and measurement) in the X direction is temporarily stopped, and the search (movement and measurement) in the Y direction is started (F20).
なお、上記Y方向の移動に移る前にさらにX方向の移動と電流計測を続行してX方向の電流最小値の位置を検索してからY方向の移動と計測に移行するようにしてもよい。 Before moving to the Y direction, the X direction movement and current measurement may be continued to search for the position of the minimum current value in the X direction, and then move to the Y direction movement and measurement. .
一次コイル5を点Pcから−Y方向へΔdだけ移動させ、点Pdで計測した一次コイル電流をIdとして記憶する(F21,F22)。電流IdとIcを比較して(F23)、Ic<Idであれば、−Y方向は目的点から離れると判断して一次コイル5を点Pcから+Y方向にΔdだけ移動させる(F24)。その到達点Peにて一次コイル電流Ieを計測し、記憶する(F25)。
The
電流IeとIc,Idとを比較する(F26)。Ie<Ic、かつ、Ie<Idであれば、点Pe側が目的点に近づくと判断して点PeのY方向座標を記憶する。そして、Y方向の検索を一旦中止し、再度、X方向の検索を開始する(F27)。 The current Ie is compared with Ic and Id (F26). If Ie <Ic and Ie <Id, it is determined that the point Pe side approaches the target point, and the Y-direction coordinate of the point Pe is stored. Then, the search in the Y direction is temporarily stopped and the search in the X direction is started again (F27).
なお、ここでも上記X方向の移動に移る前にさらにY方向の検索を続行してY方向の電流最小値の位置を検索してからX方向の検索を行うようにしてもよい。 In this case as well, the search in the Y direction may be continued before the movement in the X direction, and the search in the X direction may be performed after searching for the position of the minimum current value in the Y direction.
図16に示すように前回のX方向の検索で−X方向(左方向)が目的点から離れることが解っているので+X方向にΔdだけ一次コイル5を移動させ、その移動点Pfでの一次コイル電流Ifを計測し、記憶する(F28,F29)。
As shown in FIG. 16, in the previous search in the X direction, it is known that the -X direction (left direction) is away from the target point, so the
電流IfとIeとを比較する(F30)。If<Ieであれば、+X方向が目的点に近づいた方向であると判断し、X方向の検索を中止してY方向の検索に移る(F31)。 The currents If and Ie are compared (F30). If If <Ie, it is determined that the + X direction is the direction approaching the target point, the search in the X direction is stopped, and the search in the Y direction is started (F31).
一次コイル5を点PfからΔdだけ+Y方向に移動させる(F32)。その移動点Pgにて一次コイル電流Igを計測し、記憶する(F33)。
The
電流IgとIfとを比較する(F34)。If<Igであれば、前回のY方向も共に+方向であったことから目的点を通り過ぎたと判断する。そして、−Y方向に半値のΔd/2だけ戻し、その移動点Phで計測した電流Ihを記憶する(F35)。そこで、Y方向の検索を終了し、再度X方向の検索に移る。 The currents Ig and If are compared (F34). If If <Ig, since the previous Y direction was also the + direction, it is determined that the target point has been passed. Then, the half value Δd / 2 is returned in the −Y direction, and the current Ih measured at the moving point Ph is stored (F35). Therefore, the search in the Y direction is terminated, and the search again in the X direction.
+X方向にΔdだけ移動し(F36)、その移動点Piでの電流Iiを計測し、記憶する(F37)。 It moves by Δd in the + X direction (F36), and measures and stores the current Ii at the moving point Pi (F37).
電流IiとIhとを比較する(F38)。Ii>Ihであれば、目的点を通り過ぎたと判断し、半値のΔd/2だけ−X方向に戻り(F39)、その移動点Pjでの電流Ijを計測し、記憶する(F40)。 The currents Ii and Ih are compared (F38). If Ii> Ih, it is determined that the vehicle has passed the target point, the half value Δd / 2 is returned in the −X direction (F39), and the current Ij at the moving point Pj is measured and stored (F40).
電流IjとIhとを比較し、Ij>Ihであれば、前回のY方向も共に+方向であったことから目的点を通り過ぎたと判断し、半値のΔd/2だけ−X方向に戻し、移動点Phに移動させる(F41)。同じ方向に半値のΔd/2だけ戻ったことで移動点Phが最適磁気結合位置であると判断し、最適位置検索処理を終了する(F42)。 The currents Ij and Ih are compared, and if Ij> Ih, the previous Y direction is also the + direction, so it is determined that the target point has been passed, and the half-value Δd / 2 is returned to the −X direction by the half value Δd / 2. Move to point Ph (F41). The movement point Ph is determined to be the optimum magnetic coupling position by returning by half value Δd / 2 in the same direction, and the optimum position search process is terminated (F42).
その後、一次コイル5の端子電圧を充電時の印加電圧V1chに切り換え、二次コイル7を介してカメラ6側の電池54の充電が開始される。
Thereafter, the terminal voltage of the
以上、説明したように本実施形態の充電装置1によれば、上述した予備検索動作および最適位置検索動作により一次コイル5と二次コイル7との電磁結合状態で最も効率的なエネルギー給電が行われる位置を検索し、その位置で効率のよい電力伝送を行うことができる。
As described above, according to the
そして、一次コイル5と二次コイル7との電磁結合位置が最も効率的なエネルギー給電が行われる位置関係でない場合には、最も効率的なエネルギー給電が行われる位置関係となるように制御部33により二次コイル7の所定のダミー電流I2dを流すための一次コイル電流がもっとも少なくなる位置を検索し、当該一次コイル5と当該二次コイル7との最適な相対位置をもとめることができる。
And when the electromagnetic coupling position of the
この発明は、上記各実施の形態に限ることなく、その他、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々の変形を実施し得ることが可能である。さらに、上記各実施形態には、種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組合せにより種々の発明が抽出され得る。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention at the stage of implementation. Further, the above embodiments include inventions at various stages, and various inventions can be extracted by appropriately combining a plurality of disclosed constituent elements.
本発明による電力伝送装置は、電子機器へ無接点方式で電力を供給する電力伝送装置において、効率よくエネルギー給電が行うことができ、構成も簡単である電力伝送装置とし利用可能である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The power transmission device according to the present invention can be used as a power transmission device that can efficiently supply energy and has a simple configuration in a power transmission device that supplies power to an electronic device in a contactless manner.
1 …充電装置(電力伝送装置)
5 …一次コイル
6 …カメラ(電子機器)
7 …二次コイル
10 …XY駆動機構部(移動手段)
31 …電流検出部(電流検出手段)
32 …DC−AC変換回路部(供給手段)
34 …誘導電圧設定部(電流制御手段)
37 …位置判定部(判定手段)
39 …電圧検出部(電圧検出手段)
35 …移動制御部(移動制御手段)
I2d…二次コイル側ダミー電流
V1 …一次コイル側結合誘導電圧
1 ... Charging device (power transmission device)
5 ...
7 ...
31 ... Current detection part (current detection means)
32 ... DC-AC conversion circuit section (supply means)
34 ... Induction voltage setting section (current control means)
37 ... Position determination unit (determination means)
39: Voltage detection unit (voltage detection means)
35 ... Movement control unit (movement control means)
I2d ... secondary coil side dummy current V1 ... primary coil side coupling induced voltage
Claims (4)
上記電子機器に設けられた二次コイルと磁気的に結合する一次コイルと、
上記一次コイルに電流を供給する供給手段と、
上記一次コイルと上記二次コイルとが磁気的に結合することにより、当該二次コイルに所定のダミー電流が供給された際に、当該ダミー電流に対応して発生する一次コイル側の誘電電圧を検出する電圧検出手段と、
上記発生した誘電電圧が上記一次コイルと上記二次コイルとが最も効率的に磁気的に結合した際に発生する結合誘電電圧よりも小さい場合に、上記一次コイルの電圧が当該結合誘電電圧となるように上記供給手段を制御して上記一次コイルに流れる電流を増加させる電流制御手段と、
一次コイルに供給される電流値を検出する電流検出手段と、
上記検出された上記一次コイルを流れる電流値に基づいて、上記一次コイルと上記二次コイルとの位置関係を判定する判定手段と、
を具備したことを特徴とする電力伝送装置。 In power transmission devices that supply power to electronic devices in a contactless manner,
A primary coil that is magnetically coupled to a secondary coil provided in the electronic device;
Supply means for supplying current to the primary coil;
When the primary coil and the secondary coil are magnetically coupled, when a predetermined dummy current is supplied to the secondary coil, a dielectric voltage on the primary coil side corresponding to the dummy current is generated. Voltage detecting means for detecting;
When the generated dielectric voltage is smaller than the combined dielectric voltage generated when the primary coil and the secondary coil are most effectively magnetically coupled, the voltage of the primary coil becomes the combined dielectric voltage. Current control means for controlling the supply means to increase the current flowing through the primary coil,
Current detection means for detecting a current value supplied to the primary coil;
Determination means for determining the positional relationship between the primary coil and the secondary coil based on the detected current value flowing through the primary coil;
A power transmission device comprising:
上記判定手段によって上記一次コイルと上記二次コイルとの位置関係が最も充電に適している位置ではないと判定された際に、上記移動手段を制御して上記一次コイルを任意の方向へ移動させる移動制御手段と、
を具備し、上記移動制御手段は、上記一次コイルを流れる電流値が最も小さくなるように上記移動手段によって上記一次コイルを任意の方向へ移動させることを特徴とする請求項1記載の電力伝送装置。 A moving means for moving the primary coil;
When the determining means determines that the positional relationship between the primary coil and the secondary coil is not the most suitable position for charging, the moving means is controlled to move the primary coil in an arbitrary direction. Movement control means;
2. The power transmission device according to claim 1, wherein the movement control unit moves the primary coil in an arbitrary direction by the moving unit so that a current value flowing through the primary coil is minimized. .
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