4-210

平成 27 年電気学会全国大会

直列接続コイルを用いた非接触給電システムの共振コンデンサ方式・電源駆動方法の検討
今野 純也＊、津田 和真、金子 裕良 (埼玉大学)、岸 洋之、保田 富夫（㈱テクノバ）
Study about Resonant Capacitor Method and Power control of Wireless Power Transfer System
by Series Connected Coils
Junya Konno, Kazuma Tsuda, Yasuyoshi Kaneko, Hiroyuki Kishi, Tomio Yasuda (Technova Inc.)

１．はじめに環境問題や石油依存度の軽減などの観点から電気自動車(EV)やプラグインハイブリッド車(PHV)が注目されている。
EV には充電時間および航続距離という課題が存在する。走
行中非接触給電システムはそれらの課題を解決し、電池容量の削減･車両価格を抑えることができる。位置ずれに優位
yな H 型ソレノイドコイル(1)を用いて、これを地上側に複数並べた走行中非接触給電システムは、停車中給電システム

進行方向 xとの共用も可能で有用である(2)。本稿では、地上側コイルをFig.1. Outline of an H-shaped solenoid coil

電源に直列接続した場合の給電特性について検討し、補償コンデンサ配置や電源駆動方式による違いを論じる。

原点位置

２．提案する走行中非接触給電システム
走行中非接触給電には、地上に埋設された架線やほぼ間進行方向 x

160mm

隔ゼロで設置された複数コイルで誘起した磁束を車両側コイルでピックアップして送電する方式が提案されているが、600mm埋設コストやメンテナンスに問題がある(3)。本研究では小型(a) Outline of the proposal system

で位置ずれに強い H 型コアソレノイドコイル(図 1)を採用し、その磁極方向を進行方向とし複数の地上側コイルを間隔を開けて配置する(図 2)。これにより車載コイルへの給電電力が大きく変動することなく連続的な給電が可能となる。
＜2・1＞地上コイルの直列接続

提案システムでは多数の地上コイルを設置する必要があるが、各コイルにそれぞれ電源を接続することや多数のスイッチを用いて駆動コイルを切り替えることはコストの面から望ましくない。一つの電源で複数のコイルを駆動する場合、車載コイルとの結合がないコイルの入力インピーダンスが小さくなることが(b) Photograph of the proposal systemある。これに対し図 3 に示す地上コイルの直列接続方式でFig.2. Proposal system

は、電源から見たコイルの入力インピーダンスは各コイル側コンデンサは SP/SS 両方式において電源出力力率を高めの入力インピーダンスの総和となるため、直列に接続される役割を持つが、車両位置の変化によって回路定数が変化たコイルの内一つ以上が車載コイルと結合していれば地上するため、提案する走行中非接触給電システムにおける電コイル全体の入力インピーダンスが小さくならない。

源出力力率の特性を明らかにする必要がある。

＜2・2＞コンデンサ方式

３．給電実験による検証

非接触給電は結合係数が低く、漏れインダクタンスの補償のために共振コンデンサを用い

図 1 のコイル 3 個を地上側に用い、図 3 の SP と SS 両方るのが一般的である。その主な方式として SP(一次直列二次式の回路構成で給電実験を行った。各コイルの背面には磁並列)方式と SS (一次直列二次直列)方式が存在する(2)。地上

気遮蔽用のアルミ板(600mm×600mm 厚さ 2mm)を設置し、2015/3/24～26 東京-353( 第 4 分冊 )©2015 IEE Japan

4-210平成 27 年電気学会全国大会

C11C11C2L11L11C12C12L2L12RL

C2L2L12RL

C13C13L13L13(b) SS method(a) SP method
Fig.3. Experimental circuit

Table1 Experimental parameter

表１に示す実験条件において進行方向 x への位置ずれ特性

コンデンサ方式を測定した。位置ずれ特性の測定において、真ん中の地上SPSS

コイルの真上の位置を車載コイル位置 x の原点位置とした。

電源周波数85kHz

車載側コンデンサ C2 は車載コイルの自己インダクタンス L2

地上コイル間隔600mmと共振する値に、地上側コンデンサ C1 は全ての位置ずれ測

磁気 gap160mm

定範囲において電源出力が進相とならないような値とした。

地上コイル巻数

各 14T

地上コンデンサ C1 は実験中の過電圧を防ぐため、3 倍の容車載コイル巻数4T量をもつ 3 つのコンデンサ C11～C13 に分圧し各コイルと交

地上コンデンサ C10.0171µF0.0173µF互に接続した。

車載コンデンサ C20.583µF

0.0493µF

負荷抵抗 RL50Ω

10Ω＜3・1＞電源駆動方法の比較

図 4 は各コンデンサ方式

14T

および電源駆動における、車載コイル位置 x と負荷電力・容量の制約から、測定範囲を SP 方式では 800mm、SS 方式

602000401000の位置における効率の差はほとんどない。定電流駆動では00

車載コイルが地上コイルと正対する位置で負荷電力が極大負荷電力(定電流)負荷電力(定電圧)
効率(定電流)効率(定電圧)300となり、定電圧駆動では車載コイルが地上コイルの間の位4000

図 5 は各コンデンサ方式における定電流駆動時の電源出力力率の位置ずれ特性で正対する位置で高力率、地上コイルの間の位置では低力率となっているがその変動幅は小さい。

10080

3000
負荷電力 [W]ある。両コンデンサ方式ともに車載コイルが地上コイルと01200

900(a) SP method

置にあるとき負荷電力が極大となっている。
＜3・2＞コンデンサ方式の比較

600
車載コイル位置x [mm]

2060
2000
40
1000

４．まとめ
00

本稿では間隔を開けて複数配置した地上側コイルを直列負荷電力(定電流)負荷電力(定電圧)
効率(定電流)効率(定電圧)300

接続する H 型ソレノイドコイル方式の走行中非接触給電シ600
車載コイル位置x [mm]20

トランス効率 ηTR[%]は地上コイルと車載コイルが正対する位置(0mm と 600mm)で高いがその変動幅は小さい。また各方式の間でそれぞれ803000負荷電力 [W]では 700mm とした。いずれの方式においてもトランス効率

100
トランス効率 ηTR[%]4000

トランス効率の関係である。定電圧駆動時は電源出力電流01200900(b) SS method

ステムの給電実験を行い、共振コンデンサ配置(SP/SS 方式)

Fig.4. Measured Supplied Power and ηTRや電源駆動方式(定電流/定電圧)の違いによる給電特性、電1源の容量及び力率への影響について示した。

0.8
電源出力力率文 献(1) 千明,金子,保田他 電学論 D Vol.132,No.1 pp.9-16(2012)(2) 保田,大場,佐藤 自動車技術会 2014 年秋季大会 297-20145827

0.60.4(3) In-Soo Suh, ”Innovative EV Charging with OLEV Technology0.2and its Practical Applicability” , ETEV-2012, October 2012

00SP方式
SS方式
300

600
900
車載コイル位置x [mm]1200

Fig.5. Measured Power Factor of Power Source output

2015/3/24～26 東京-354( 第 4 分冊 )©2015 IEE Japan