JP7008545B2 - Power transmission equipment and power supply system - Google Patents
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Description
本発明は、送電装置及び給電システムに関する。 The present invention relates to a power transmission device and a power supply system.
従来、送電装置の送電コイルから受電装置の受電コイルへ電力を伝送する、ワイヤレス給電システムが用いられている。ワイヤレス給電システムでは、電力を伝送する際に、送電コイルの中心軸と受電コイルの中心軸を合わせ、かつ両者の距離を所望の値にすることが好ましい。 Conventionally, a wireless power feeding system that transmits electric power from a power transmitting coil of a power transmitting device to a power receiving coil of a power receiving device has been used. In a wireless power transfer system, when transmitting electric power, it is preferable that the central axis of the transmission coil and the central axis of the power receiving coil are aligned and the distance between the two is set to a desired value.
しかしながら、実際の伝送時には、送電コイルの中心軸と受電コイルの中心軸がずれたり、両者の距離が変化したりすることがある。この場合、コイル間の電磁結合係数が変化し、送電装置が備える交流電源の出力電圧と出力電流の位相差が変化して、無効電力が発生し得る。 However, during actual transmission, the central axis of the power transmission coil and the central axis of the power receiving coil may deviate or the distance between the two may change. In this case, the electromagnetic coupling coefficient between the coils changes, the phase difference between the output voltage and the output current of the AC power supply included in the power transmission device changes, and reactive power may be generated.
そのような無効電力の発生を防ぐため、例えば下記特許文献１には、交流電力を出力する発振器と、当該交流電力が供給される給電用共振器と、受電用共振器と、給電側から見た受電側のインピーダンスを検出するインピーダンス検出装置とを備える非接触電力供給装置が提案されている。この非接触電力供給装置では、給電用共振器と受電用共振器の結合状態が変化しても、検出されたインピーダンスに応じて交流電力の周波数を変えることにより、送電効率の低下を抑制している。
In order to prevent the generation of such reactive power, for example, in
また、下記特許文献２には、給電側のインピーダンスを検出するインピーダンス検出部と、インピーダンス整合機能を含む可変整合部と、検出されたインピーダンスに基づいて可変整合部を制御する制御部とを有する給電装置が記載されている。ここで、可変整合部は、例えば径を変更可能な可変コイルである。 Further, Patent Document 2 below includes a power supply having an impedance detection unit that detects impedance on the power supply side, a variable matching unit that includes an impedance matching function, and a control unit that controls a variable matching unit based on the detected impedance. The device is described. Here, the variable matching portion is, for example, a variable coil whose diameter can be changed.
しかしながら、上記の特許文献１又は２に記載の従来の技術は、いずれもインピーダンスを測定し、交流電源や可変素子を能動的に制御するためのハードウェアが必要となり、給電システムの製造コストが増大し得る。また、従来の技術では、交流電源や可変素子の制御が複雑となることがあり、制御部に高い演算能力が求められ、これによっても、給電システムの製造コストが増大し得る。
However, the conventional techniques described in
そこで、本発明は、電磁結合係数が変化する場合であっても、コストを抑えつつ無効電力の発生を防ぐことができる送電装置及び給電システムを提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a power transmission device and a power supply system capable of preventing the generation of reactive power while suppressing the cost even when the electromagnetic coupling coefficient changes.
本発明の一態様に係る送電装置は、交流電源に接続されている第１送電コイルと、交流電源に接続され、かつ第１送電コイルと並列に接続されている第２送電コイルと、交流電源と第１送電コイルの間に接続されている第１素子と、交流電源と第２送電コイルの間に接続されている第２素子と、を備え、第１素子のリアクタンスと、第２素子のリアクタンスは、符号が互いに異なり、絶対値が略等しい。 The power transmission device according to one aspect of the present invention includes a first power transmission coil connected to an AC power source, a second power transmission coil connected to the AC power source and connected in parallel with the first power transmission coil, and an AC power source. The reactance of the first element and the reactance of the second element are provided with the first element connected between the first power transmission coil and the second element connected between the AC power supply and the second power transmission coil. The reactances have different signs and have approximately equal absolute values.
この態様によれば、送電装置が第１素子及び第２素子を備えることにより、第１送電コイル及び第２送電コイルの一方には遅れ電流が流れ、他方には進み電流が流れる。そして、これらの電流が合成されることにより、交流電源から出力される出力電流の位相の変動が抑制され、ひいては交流電源の出力電圧と出力電流の位相差の変動が抑制される。従って、電磁結合係数が変化する場合であっても、コストを抑えつつ無効電力の発生を防ぐことができる。 According to this aspect, when the power transmission device includes the first element and the second element, a delayed current flows in one of the first power transmission coil and the second power transmission coil, and a lead current flows in the other. Then, by synthesizing these currents, the fluctuation of the phase of the output current output from the AC power supply is suppressed, and by extension, the fluctuation of the phase difference between the output voltage and the output current of the AC power supply is suppressed. Therefore, even when the electromagnetic coupling coefficient changes, it is possible to prevent the generation of reactive power while suppressing the cost.
上記態様において、第１素子のインピーダンスの絶対値及び第２素子のインピーダンスの絶対値は、それぞれ、第１送電コイル及び第２送電コイルにより送電される電力を受電する受電装置に接続される負荷のインピーダンスの絶対値に略等しくてもよい。 In the above embodiment, the absolute value of the impedance of the first element and the absolute value of the impedance of the second element are the loads connected to the power receiving device that receives the power transmitted by the first power transmission coil and the second power transmission coil, respectively. It may be approximately equal to the absolute value of impedance.
この態様によれば、第１素子と負荷、及び、第２素子と負荷のインピーダンスがそれぞれ整合されるため、負荷に供給される電力が最大となる。従って、送電装置から受電装置への電力伝送効率を向上させることができる。 According to this aspect, since the impedances of the first element and the load and the impedance of the second element and the load are matched, the power supplied to the load is maximized. Therefore, it is possible to improve the power transmission efficiency from the power transmission device to the power receiving device.
上記態様において、送電装置は、交流電源と、第１素子及び第２素子との間に接続され、入力側と出力側のインピーダンスを整合させる整合回路をさらに備えていてもよい。 In the above embodiment, the power transmission device may further include a matching circuit connected between the AC power supply and the first element and the second element to match the impedances on the input side and the output side.
この態様によれば、送電装置が整合回路を備えることにより、交流電源と第１素子、及び、交流電源と第２素子のインピーダンスがそれぞれ整合される。従って、送電装置の送電電力を増大させることができる。 According to this aspect, the impedances of the AC power supply and the first element, and the AC power supply and the second element are matched by the transmission device including the matching circuit. Therefore, the power transmitted by the power transmission device can be increased.
上記態様において、送電装置は、第１素子と第１送電コイルの間に接続され、入力側と出力側のインピーダンスを整合させる第１整合回路と、第２素子と第２送電コイルの間に接続され、入力側と出力側のインピーダンスを整合させる第２整合回路と、をさらに備えていてもよい。 In the above embodiment, the power transmission device is connected between the first element and the first power transmission coil, and is connected between the first matching circuit that matches the impedances of the input side and the output side, and the second element and the second power transmission coil. A second matching circuit that matches the impedances of the input side and the output side may be further provided.
この態様によれば、送電装置が第１整合回路及び第２整合回路を備えることにより、第１素子と第１送電コイル、及び、第２素子と第２送電コイルのインピーダンスがそれぞれ整合される。従って、送電装置の送電電力を増大させることができる。 According to this aspect, the power transmission device includes the first matching circuit and the second matching circuit, so that the impedances of the first element and the first power transmission coil and the second element and the second power transmission coil are matched, respectively. Therefore, the power transmitted by the power transmission device can be increased.
上記態様において、第１素子は、１つのコイルにより構成され、第２素子は、１つのキャパシタにより構成されていてもよい。 In the above embodiment, the first element may be composed of one coil and the second element may be composed of one capacitor.
この態様によれば、２つの受動素子により、リアクタンスの符号が互いに異なり、絶対値が略等しい構成を実現することができる。従って、コストを抑えつつ無効電力の発生を防ぐことができる。 According to this aspect, the two passive elements can realize a configuration in which the reactance signs are different from each other and the absolute values are substantially the same. Therefore, it is possible to prevent the generation of reactive power while suppressing the cost.
上記態様において、第１送電コイルと第２送電コイルは、互いに逆巻きとなるように交流電源に接続されていてもよい。 In the above embodiment, the first power transmission coil and the second power transmission coil may be connected to an AC power source so as to be reversely wound to each other.
この態様によれば、第１送電コイルと第２送電コイルからの電力を１つの受電コイルにより受電することができる。従って、送電装置から電力を受電する受電装置のコストを抑制することができる。 According to this aspect, the electric power from the first power transmission coil and the second power transmission coil can be received by one power receiving coil. Therefore, it is possible to reduce the cost of the power receiving device that receives electric power from the power transmitting device.
本発明の一態様に係る給電システムは、送電装置と、受電装置と、を備え、送電装置は、交流電源に接続されている第１送電コイルと、交流電源に接続され、かつ第１送電コイルと並列に接続されている第２送電コイルと、交流電源と第１送電コイルの間に接続されている第１素子と、交流電源と第２送電コイルの間に接続されている第２素子と、を有し、第１素子のリアクタンスと、第２素子のリアクタンスは、符号が互いに異なり、絶対値が略等しい。 The power supply system according to one aspect of the present invention includes a power transmission device and a power reception device, and the power transmission device includes a first power transmission coil connected to an AC power source and a first power transmission coil connected to the AC power source. The second power transmission coil connected in parallel with, the first element connected between the AC power supply and the first power transmission coil, and the second element connected between the AC power supply and the second power transmission coil. , And the reactors of the first element and the reactors of the second element have different symbols and have substantially the same absolute value.
この態様によれば、送電装置が第１素子及び第２素子を備えることにより、第１送電コイル及び第２送電コイルの一方には遅れ電流が流れ、他方には進み電流が流れる。そして、これらの電流が合成されることにより、交流電源から出力される出力電流の位相の変動が抑制され、ひいては交流電源の出力電圧と出力電流の位相差の変動が抑制される。従って、電磁結合係数が変化する場合であっても、コストを抑えつつ無効電力の発生を防ぐことができる。 According to this aspect, when the power transmission device includes the first element and the second element, a delayed current flows in one of the first power transmission coil and the second power transmission coil, and a lead current flows in the other. Then, by synthesizing these currents, the fluctuation of the phase of the output current output from the AC power supply is suppressed, and by extension, the fluctuation of the phase difference between the output voltage and the output current of the AC power supply is suppressed. Therefore, even when the electromagnetic coupling coefficient changes, it is possible to prevent the generation of reactive power while suppressing the cost.
上記態様において、受電装置は、第１送電コイルから送電される電力を受電する第１受電コイルと、第２送電コイルから送電される電力を受電する第２受電コイルと、第１受電コイルと負荷の間に接続され、交流を直流に整流する第１整流回路と、第２受電コイルと負荷の間に接続され、交流を直流に整流する第２整流回路と、を備えていてもよい。 In the above embodiment, the power receiving device includes a first power receiving coil that receives power transmitted from the first power transmission coil, a second power receiving coil that receives power transmitted from the second power transmission coil, a first power receiving coil, and a load. A first rectifying circuit connected between the two and rectifying the alternating current to direct current, and a second rectifying circuit connected between the second power receiving coil and the load to rectify the alternating current to direct current may be provided.
この態様によれば、受電装置が第１整流回路及び第２整流回路を備えることにより、受電装置が受電した電力が交流から直流に整流されて負荷に供給される。従って、複数の受電コイルにより受電された電力を単一の負荷に供給することができる。 According to this aspect, when the power receiving device includes the first rectifying circuit and the second rectifying circuit, the power received by the power receiving device is rectified from alternating current to direct current and supplied to the load. Therefore, the electric power received by the plurality of power receiving coils can be supplied to a single load.
上記態様において、受電装置は、第１送電コイルから送電される電力を受電する第１受電コイルと、第２送電コイルから送電される電力を受電する第２受電コイルと、第１受電コイルと第１負荷の間に接続され、入力側と出力側のインピーダンスを整合させる第１整合回路と、第２受電コイルと第２負荷の間に接続され、入力側と出力側のインピーダンスを整合させる第２整合回路と、を備えていてもよい。 In the above embodiment, the power receiving device includes a first power receiving coil that receives power transmitted from the first power transmission coil, a second power receiving coil that receives power transmitted from the second power transmission coil, a first power receiving coil, and a first power receiving coil. A first matching circuit that is connected between one load and matches the impedances of the input side and the output side, and a second matching circuit that is connected between the second power receiving coil and the second load and matches the impedances of the input side and the output side. It may be provided with a matching circuit.
この態様によれば、受電装置が第１整合回路及び第２整合回路を備えることにより、第１受電コイルと第１負荷、及び、第２受電コイルと第２負荷のインピーダンスがそれぞれ整合される。従って、送電装置から受電装置への電力伝送効率を向上させることができる。 According to this aspect, the impedance of the first power receiving coil and the first load, and the impedance of the second power receiving coil and the second load are matched by the power receiving device including the first matching circuit and the second matching circuit. Therefore, it is possible to improve the power transmission efficiency from the power transmission device to the power receiving device.
本発明によれば、電磁結合係数が変化する場合であっても、コストを抑えつつ無効電力の発生を防ぐことができる送電装置及び給電システムを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a power transmission device and a power supply system capable of preventing the generation of reactive power while suppressing the cost even when the electromagnetic coupling coefficient changes.
［実施形態］
添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。なお、各図において、同一の符号を付したものは、同一又は同様の構成を有する。
[Embodiment]
An embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In each figure, those with the same reference numerals have the same or similar configurations.
図１は、本発明の実施形態に係る給電システムの概要を示す図である。同図に示される給電システム１は、電力を送電する送電装置１０と、当該電力を非接触で受電する受電装置２０と、を備える。
FIG. 1 is a diagram showing an outline of a power supply system according to an embodiment of the present invention. The
送電装置１０は、例えば、交流電源１１と、第１送電コイル１２と、第２送電コイル１３と、コイル１５と、キャパシタ１６とを備える。
The
交流電源１１は、所定の周波数（例えば、数ｋＨｚ～数百ＭＨｚ程度）の交流電源電圧を生成して出力する。この出力電圧は、第１送電コイル１２及び第２送電コイル１３に供給される。
The
第１送電コイル１２及び第２送電コイル１３は、それぞれ、交流電源１１に接続され、かつ互いに並列に接続されている。第１送電コイル１２及び第２送電コイル１３には、それぞれ、交流電源１１からの出力電圧及び出力電流（以下、単に「出力電圧」及び「出力電流」ともいう。）が供給される。
The first
コイル１５（第１素子）は、交流電源１１と第１送電コイル１２の間に直列に接続されている。キャパシタ１６（第２素子）は、交流電源１１と第２送電コイル１３の間に直列に接続されている。コイル１５とキャパシタ１６の作用については後述する。
The coil 15 (first element) is connected in series between the
受電装置２０は、例えば、第１受電コイル２１と、第２受電コイル２２と、第１負荷２３と、第２負荷２４とを備える。
The
第１受電コイル２１及び第２受電コイル２２は、それぞれ、第１送電コイル１２及び第２送電コイル１３と磁界結合され、第１送電コイル１２及び第２送電コイル１３により送電される電力を受電する。また、第１受電コイル２１及び第２受電コイル２２は、それぞれ、第１負荷２３及び第２負荷２４に接続される。
The first
第１負荷２３及び第２負荷２４は、それぞれ、第１受電コイル２１及び第２受電コイル２２により受電された電力を消費する。なお、図１においては、第１負荷２３及び第２負荷２４が受電装置２０に含まれた構成が示されているが、これらの負荷は受電装置２０に含まれず、受電装置２０の外部に設けられていてもよい。また、第１負荷２３及び第２負荷２４に替えて、例えばバッテリやコンデンサ等の充電対象に電力が蓄電されてもよい。
The
また、図１では図示が省略されているが、受電装置は、例えば第１受電コイル２１及び第２受電コイル２２により受電された電力を整流及び平滑化する整流平滑回路をさらに備えていてもよい。
Further, although not shown in FIG. 1, the power receiving device may further include, for example, a rectifying and smoothing circuit for rectifying and smoothing the power received by the first
次に、図２を参照して、コイル１５及びキャパシタ１６の作用効果について説明する。図２は、図１に示される給電システム１の等価回路図である。説明の便宜上、第１負荷２３及び第２負荷２４は、同じ抵抗値Ｒを有し、第１送電コイル１２、第２送電コイル１３、第１受電コイル２１及び第２受電コイル２２（図１参照）は、それぞれ同じインダクタンス値Ｌを有するとする。受電装置２０では、第１負荷２３と第２負荷２４の間の位置関係が固定され、第１負荷２３と第２負荷２４が一緒に移動すると仮定すると、第１送電コイル１２と第１受電コイル２１、及び、第２送電コイル１３と第２受電コイル２２の間の電磁結合係数は同様に変化する。すなわち、これらの電磁結合係数は互いに同じであり、この電磁結合係数をｋとする。
Next, with reference to FIG. 2, the operation and effect of the
図２に示されるように、第１送電コイル１２と第１受電コイル２１の磁界結合は、Ｔ型に接続されたコイル３０～３２により等価的に表される。同様に、第２送電コイル１３と第２受電コイル２２の磁界結合は、Ｔ型に接続されたコイル３３～３５により等価的に表される。コイル３１のインダクタンス値はＬＭ＝ｋ√（Ｌ2）（Ｍは第１送電コイル１２と第１受電コイル２１の相互インダクタンス値）により表され、コイル３０，３２のインダクタンス値はＬ－ＬＭにより表される。なお、コイル３３～３５については、コイル３０～３２と同様であるため、詳細な説明は省略する。
As shown in FIG. 2, the magnetic field coupling between the first
第１送電コイル１２と第１受電コイル２１との相対的な位置関係が変化することにより、電磁結合係数ｋが変化すると、ＬＭ（＝ｋ√（Ｌ2））が変化する。これにより、交流電源１１から見て「点Ａ－コイル１５－第１負荷２３－点Ｂ」を経由する経路（以下、「第１経路」ともいう。）のインピーダンスが変化する。同様に、交流電源１１から見て「点Ａ－キャパシタ１６－第２負荷２４－点Ｂ」を経由する経路（以下、「第２経路」ともいう。）のインピーダンスもまた変化する。
When the electromagnetic coupling coefficient k changes due to the change in the relative positional relationship between the first
このように、電磁結合係数ｋの変化により交流電源１１から見た負荷側のインピーダンスが変化すると、交流電源１１の出力電圧と出力電流の位相差が変化して、無効電力が発生し得る。このような無効電力の発生を防ぎ、高効率で電力を伝送するためにコイル１５及びキャパシタ１６が満たすべき条件について説明する。
As described above, when the impedance on the load side seen from the
まず、コイル１５のインダクタンス値をＬ0とし、キャパシタ１６のキャパシタンス値をＣ0とする。コイル１５のインピーダンスＺ１及びキャパシタ１６のインピーダンスＺ２は下記式（１）（２）により表される。
本実施形態において、コイル１５のインダクタンス値Ｌ0とキャパシタ１６のキャパシタンス値Ｃ0は、コイル１５のリアクタンス（すなわち、インピーダンスＺ１の虚部）と、キャパシタ１６のリアクタンス（すなわち、インピーダンスＺ２の虚部）とが、符号が互いに異なり、かつ絶対値が等しくなるように設計される。すなわち、コイル１５のインダクタンス値Ｌ0とキャパシタ１６のキャパシタンス値Ｃ0は、下記式（３）を満たす。
これにより、交流電源１１から出力される出力電流に対して、第１経路及び第２経路のうち一方（本実施形態においては第１経路）には遅れ電流が流れ、他方（本実施形態においては第２経路）には進み電流が流れる。図２に示される点Ａ及び点Ｂでは、これらの遅れ電流と進み電流が合成されることにより、位相差が相殺されるため、電磁結合係数ｋの変動による出力電流の位相の変動が抑制される。また、出力電圧の位相は、電磁結合係数ｋの変動にかかわらず略一定である。従って、本実施形態においては、電磁結合係数ｋが変動しても、出力電圧と出力電流の位相差の変動が抑制され、ひいては無効電力の発生を防ぐことができる。なお、このとき、第１経路及び第２経路をそれぞれ流れる電流の絶対値は、出力電流の絶対値の略半分となる。
As a result, with respect to the output current output from the
このように、給電システム１では、従来技術のようにインピーダンスを測定したり、交流電源又は可変素子等を能動的に制御したりすることなく、２つの受動素子（１つのコイル１５及び１つのキャパシタ１６）により出力電流の位相の変動を抑制することができる。従って、給電システム１によると、電磁結合係数ｋが変化する場合であっても、従来技術に比べてコストを抑えつつ、無効電力の発生を防ぐことができる。これにより、給電システム１では、送電装置１０の出力電力が安定化され、送電装置１０から受電装置２０への電力伝送効率が向上する。
As described above, in the
また、第１送電コイル１２及び第２送電コイル１３には逆位相の電流が流れるため、これらの両コイルから放出される電磁波は逆位相になる。これにより、遠方へと放出される磁界強度が弱められ、同位相の電磁波が放出される構成に比べて、給電システム１の外部への影響が緩和される。
Further, since currents having opposite phases flow through the first
なお、交流電源１１と第１送電コイル１２及び第２送電コイル１３との間に接続される素子は、１つのコイルと１つのキャパシタに限られず、リアクタンスの符号が互いに異なり、絶対値が略等しければ他の素子等により構成されていてもよい。例えば、コイル及びキャパシタの数は複数であってもよく、また抵抗素子等が含まれていてもよい。
The elements connected between the
また、第１送電コイル１２と第２送電コイル１３、及び、第１受電コイル２１と第２受電コイル２２は、回路図においては並列に並べられているが、装置におけるレイアウト上は各コイルの中心軸が一致するように重ね合わせられていてもよい。この配置により、１つの送電コイル及び１つの受電コイルが用いられる構成に比べて、回路面積の増大を抑制することができる。
Further, although the first
図３Ａは、給電システム１におけるコイル１５及びキャパシタ１６をそれぞれ流れる電流のシミュレーション結果の一例を示す図であり、図３Ｂは、給電システム１における交流電源１１の出力電圧及び出力電流のシミュレーション結果の一例を示す図である。具体的に、図３Ａに示されるグラフは、電磁結合係数ｋを０．１から０．５まで０．１刻みに変化させた場合において、コイル１５を流れる電流（すなわち、第１送電コイル１２を流れる電流）（実線）及びキャパシタ１６を流れる電流（すなわち、第２送電コイル１３を流れる電流）（破線）のシミュレーション結果であり、横軸は時間（ｍｓ）、縦軸は電流（Ａ）を示す。また、図３Ｂに示されるグラフは、電磁結合係数ｋを０．１から０．５まで０．１刻みに変化させた場合における、交流電源１１の出力電圧（実線）及び出力電流（破線）のシミュレーション結果であり、横軸は時間（ｍｓ）、縦軸は電圧（Ｖ）及び電流（Ａ）を示す。なお、図３Ｂに示される出力電流の電流値は２分の１に圧縮されている。
FIG. 3A is a diagram showing an example of simulation results of currents flowing through the
図３Ａに示されるように、電磁結合係数ｋが比較的大きい（すなわち、電流の振幅が大きい）ときに、コイル１５を流れる電流（実線）は相対的に遅れており、キャパシタ１６を流れる電流（破線）は相対的に進んでいることが分かる。他方、図３Ｂに示されるように、交流電源１１の出力電流（破線）は、電磁結合係数ｋが変動しても位相が変動していない。これは、図３Ａに示される遅れ電流及び進み電流が合成されるためである。また、出力電圧（実線）の位相は、電磁結合係数ｋの変動にかかわらず略一定である。ここから、電磁結合係数ｋが変化しても、出力電圧と出力電流の位相差の変動が抑制されていることが分かる。
As shown in FIG. 3A, when the electromagnetic coupling coefficient k is relatively large (that is, the amplitude of the current is large), the current flowing through the coil 15 (solid line) is relatively delayed, and the current flowing through the capacitor 16 (that is, the current flowing through the capacitor 16). It can be seen that the broken line) is relatively advanced. On the other hand, as shown in FIG. 3B, the phase of the output current (broken line) of the
図２に戻り、さらに電力伝送効率を向上させるためには、上記式（３）に加えて、コイル１５のインピーダンスＺ１の絶対値が、第１負荷２３のインピーダンスの絶対値と等しいことが好ましい。これにより、コイル１５と第１負荷２３のインピーダンスが整合され、第１負荷２３に供給される電力が最大となる。同様に、キャパシタ１６のインピーダンスＺ２の絶対値は、第２負荷２４のインピーダンスの絶対値と等しいことが好ましい。これにより、キャパシタ１６と第２負荷２４のインピーダンスが整合され、第２負荷２４に供給される電力が最大となる。
Returning to FIG. 2, in order to further improve the power transmission efficiency, it is preferable that the absolute value of the impedance Z1 of the
以上の条件をまとめると、コイル１５のインダクタンス値Ｌ0とキャパシタ１６のキャパシタンス値Ｃ0は、下記式（４）を満たすときに第１負荷２３及び第２負荷２４にそれぞれ供給される電力が最大となり、電力伝送効率が向上する。
なお、本実施形態においては、第１負荷２３及び第２負荷２４が抵抗値Ｒの抵抗素子により構成される例について説明したが、第１負荷２３及び第２負荷２４を構成する要素は抵抗素子に限られず、コイル等であってもよい。
In this embodiment, an example in which the
［変形例］
図４は、本発明の第１変形例に係る給電システムの概要を示す図である。なお、図１に示される給電システム１と同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。また、本変形例以降では給電システム１と共通の事柄についての記述を省略し、異なる点についてのみ説明する。特に、同様の構成による同様の作用効果については実施形態毎には逐次言及しない。
[Modification example]
FIG. 4 is a diagram showing an outline of a power feeding system according to a first modification of the present invention. The same elements as those of the
同図に示される給電システム１ａは、給電システム１に比べて、第１整流回路２６及び第２整流回路２７をさらに備え、第１負荷２３及び第２負荷２４に替えて１つの負荷２５を備える。
The
第１整流回路２６は、第１受電コイル２１と負荷２５との間に設けられる。第２整流回路２７は、第２受電コイル２２と負荷２５との間に設けられる。第１整流回路２６及び第２整流回路２７は、それぞれ、第１受電コイル２１及び第２受電コイル２２が受電した電力を交流から直流に整流する。これにより、給電システム１ａでは、直流に整流された電力が負荷２５に供給される。従って、給電システム１ａによると、複数の受電コイルにより受電された電力を単一の負荷２５に供給することができる。なお、給電システム１ａは、例えば、負荷２５がバッテリ等の直流負荷である場合に好適に機能する。
The
図５は、本発明の第２変形例に係る給電システムの概要を示す図である。同図に示される給電システム１ｂは、給電システム１に比べて、整合回路１７をさらに備える。
FIG. 5 is a diagram showing an outline of a power feeding system according to a second modification of the present invention. The
整合回路１７は、交流電源１１とコイル１５及びキャパシタ１６との間に設けられ、交流電源１１（入力側）と、整合回路１７から見た負荷側（出力側）のインピーダンスを整合させる。これにより、給電システム１ｂでは、交流電源１１とコイル１５、及び、交流電源１１とキャパシタ１６のインピーダンスが整合される。このように、給電システム１ｂでは、送電装置１０が整合回路１７を備えることにより、給電システム１に比べて送電電力が増大する。なお、整合回路１７は、例えば、コイル、キャパシタ又は抵抗素子等の組み合わせにより構成されてもよい。
The matching
図６は、本発明の第３変形例に係る給電システムの概要を示す図である。同図に示される給電システム１ｃは、給電システム１ｂに比べて、整合回路１７に替えて第１整合回路１８及び第２整合回路１９を備える。
FIG. 6 is a diagram showing an outline of a power feeding system according to a third modification of the present invention. The
第１整合回路１８は、コイル１５と第１送電コイル１２の間に接続され、コイル１５（入力側）のインピーダンスと第１整合回路１８から見た負荷側（出力側）のインピーダンスを整合させる。第２整合回路１９は、キャパシタ１６と第２送電コイル１３の間に接続され、キャパシタ１６（入力側）のインピーダンスと第２整合回路１９から見た負荷側（出力側）のインピーダンスを整合させる。このように、給電システム１ｃでは、送電装置１０が第１整合回路１８及び第２整合回路１９を備えることにより、給電システム１に比べて送電電力が増大する。
The
図７は、本発明の第４変形例に係る給電システムの概要を示す図である。同図に示される給電システム１ｄは、給電システム１ｃに比べて、第１整合回路１８及び第２整合回路１９に替えて、第１整合回路２８及び第２整合回路２９を備える。
FIG. 7 is a diagram showing an outline of a power feeding system according to a fourth modification of the present invention. The
第１整合回路２８は、第１受電コイル２１と第１負荷２３の間に接続され、第１受電コイル２１（入力側）のインピーダンスと第１整合回路２８から見た負荷側（出力側）のインピーダンスを整合させる。第２整合回路２９は、第２受電コイル２２と第２負荷２４の間に接続され、第２受電コイル２２（入力側）のインピーダンスと第２整合回路２９から見た負荷側（出力側）のインピーダンスを整合させる。このように、給電システム１ｄでは、受電装置２０が第１整合回路２８及び第２整合回路２９を備えることにより、給電システム１に比べて電力伝送効率が向上する。
The
図８は、本発明の第５変形例に係る給電システムの概要を示す図である。同図に示される給電システム１ｅは、給電システム１に比べて、受電装置２０が第２受電コイル２２及び第２負荷２４を備えない点において相違する。
FIG. 8 is a diagram showing an outline of a power feeding system according to a fifth modification of the present invention. The
給電システム１ｅにおいては、送電装置１０の第１送電コイル１２と第２送電コイル１３とが、互いに逆巻きとなるように交流電源１１に接続される。また、受電装置２０の第１受電コイル２１は、図示はされないが、第１送電コイル１２及び第２送電コイル１３のいずれとも磁界結合される。これにより、給電システム１ｅでは、１つの受電コイルが２つの送電コイルから電力を受電することができる。なお、第１送電コイル１２及び第２送電コイル１３は、各中心軸が一致するように重ね合わせられていてもよく、あるいは第１受電コイル２１と磁界結合される程度に互いに近接して設けられていてもよい。
In the
このように、給電システム１ｅによると、給電システム１に比べて受電装置２０の構成要素を減らすことができ、受電装置２０のコストを抑えることができる。なお、これらの第１～第５変形例は、それぞれ組み合わせて用いられてもよい。
As described above, according to the
図９は、比較例における交流電源の出力電圧及び出力電流のシミュレーション結果の一例を示す図である。また、図１０は、給電システム１ｅにおける交流電源１１の出力電圧及び出力電流のシミュレーション結果の一例を示す図である。なお、この比較例とは、図８に示される給電システム１ｅのうち、コイル１５及びキャパシタ１６を備えない構成である。また、これらのシミュレーション結果は、図３Ａ及び図３Ｂと同様に、電磁結合係数ｋを０．１から０．５まで０．１刻みに変化させた結果である。
FIG. 9 is a diagram showing an example of simulation results of the output voltage and output current of the AC power supply in the comparative example. Further, FIG. 10 is a diagram showing an example of simulation results of the output voltage and output current of the
図９から、比較例においては、電磁結合係数ｋが変動した場合、出力電圧（実線）の位相は一定であるが、出力電流（破線）の位相は、特に電磁結合係数が大きい場合にずれていることが分かる。ここから、出力電圧と出力電流の位相差の変動が生じていると言える。 From FIG. 9, in the comparative example, when the electromagnetic coupling coefficient k fluctuates, the phase of the output voltage (solid line) is constant, but the phase of the output current (broken line) shifts especially when the electromagnetic coupling coefficient is large. You can see that there is. From this, it can be said that the phase difference between the output voltage and the output current fluctuates.
他方、図１０から、給電システム１ｅにおいては、電磁結合係数ｋが変動しても、出力電圧（実線）及び出力電流（破線）ともに位相がほぼ変動していないことが分かる。ここから、給電システム１ｅによると、電磁結合係数ｋが変動しても、出力電圧と出力電流の位相差の変動を抑制することができると言える。また、図９と図１０の比較から、給電システム１ｅは、比較例に比べて交流電源１１の出力電流が増加していることが分かる。なお、当該シミュレーション結果は、他の実施形態及び変形例においても同様に成立すると考えられる。
On the other hand, from FIG. 10, it can be seen that in the
以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。実施形態が備える各要素並びにその配置、材料、条件、形状及びサイズ等は、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、異なる実施形態で示した構成同士を部分的に置換し又は組み合わせることが可能である。 The embodiments described above are for facilitating the understanding of the present invention, and are not for limiting the interpretation of the present invention. Each element included in the embodiment and its arrangement, material, condition, shape, size, and the like are not limited to those exemplified, and can be appropriately changed. Further, it is possible to partially replace or combine the configurations shown in different embodiments.
１，１ａ～１ｅ…給電システム、１０…送電装置、１１…交流電源、１２…第１送電コイル、１３…第２送電コイル、１５…コイル、１６…キャパシタ、１７…整合回路、１８…第１整合回路、１９…第２整合回路、２０…受電装置、２１…第１受電コイル、２２…第２受電コイル、２３…第１負荷、２４…第２負荷、２５…負荷、２６…第１整流回路、２７…第２整流回路、２８…第１整合回路、２９…第２整合回路、３０～３５…コイル 1,1a-1e ... Power supply system, 10 ... Transmission device, 11 ... AC power supply, 12 ... First transmission coil, 13 ... Second transmission coil, 15 ... Coil, 16 ... Capacitor, 17 ... Matching circuit, 18 ... First Matching circuit, 19 ... 2nd matching circuit, 20 ... Power receiving device, 21 ... 1st power receiving coil, 22 ... 2nd power receiving coil, 23 ... 1st load, 24 ... 2nd load, 25 ... Load, 26 ... 1st rectification Circuit, 27 ... 2nd rectifying circuit, 28 ... 1st matching circuit, 29 ... 2nd matching circuit, 30-35 ... coil
Claims (9)
前記交流電源に接続され、かつ前記第１送電コイルと並列に接続されている第２送電コイルと、
前記交流電源と前記第１送電コイルの間に直列に接続されている第１素子と、
前記交流電源と前記第２送電コイルの間に直列に接続されている第２素子と、を備え、
前記第１素子のリアクタンスと、前記第２素子のリアクタンスは、符号が互いに異なり、絶対値が略等しい、
送電装置。 The first power transmission coil connected to the AC power supply and
A second power transmission coil connected to the AC power source and connected in parallel with the first power transmission coil.
The first element connected in series between the AC power supply and the first power transmission coil,
A second element connected in series between the AC power supply and the second power transmission coil is provided.
The reactance of the first element and the reactance of the second element have different signs and have substantially the same absolute value.
Power transmission device.
請求項１に記載の送電装置。 The absolute value of the impedance of the first element and the absolute value of the impedance of the second element are the loads connected to the power receiving device that receives the power transmitted by the first power transmission coil and the second power transmission coil, respectively. Approximately equal to the absolute value of impedance,
The power transmission device according to claim 1.
請求項１又は２に記載の送電装置。 Further comprising a matching circuit connected between the AC power supply and the first element and the second element to match impedances on the input side and the output side.
The power transmission device according to claim 1 or 2.
前記第２素子と前記第２送電コイルの間に接続され、入力側と出力側のインピーダンスを整合させる第２整合回路と、をさらに備える、
請求項１又は２に記載の送電装置。 A first matching circuit connected between the first element and the first power transmission coil to match impedances on the input side and the output side,
A second matching circuit, which is connected between the second element and the second power transmission coil and matches impedances on the input side and the output side, is further provided.
The power transmission device according to claim 1 or 2.
前記第２素子は、１つのキャパシタにより構成された、
請求項１から４のいずれか一項に記載の送電装置。 The first element is composed of one coil.
The second element is composed of one capacitor.
The power transmission device according to any one of claims 1 to 4.
請求項１から５のいずれか一項に記載の送電装置。 The first power transmission coil and the second power transmission coil were connected to the AC power source so as to be reversely wound with each other.
The power transmission device according to any one of claims 1 to 5.
前記送電装置は、
交流電源に接続されている第１送電コイルと、
前記交流電源に接続され、かつ前記第１送電コイルと並列に接続されている第２送電コイルと、
前記交流電源と前記第１送電コイルの間に直列に接続されている第１素子と、
前記交流電源と前記第２送電コイルの間に直列に接続されている第２素子と、を有し、
前記第１素子のリアクタンスと、前記第２素子のリアクタンスは、符号が互いに異なり、絶対値が略等しい、
給電システム。 A power supply system including a power transmission device and a power reception device.
The power transmission device
The first power transmission coil connected to the AC power supply and
A second power transmission coil connected to the AC power source and connected in parallel with the first power transmission coil.
The first element connected in series between the AC power supply and the first power transmission coil,
It has a second element connected in series between the AC power supply and the second power transmission coil.
The reactance of the first element and the reactance of the second element have different signs and have substantially the same absolute value.
Power supply system.
前記第１送電コイルから送電される電力を受電する第１受電コイルと、
前記第２送電コイルから送電される電力を受電する第２受電コイルと、
前記第１受電コイルと負荷の間に接続され、交流を直流に整流する第１整流回路と、
前記第２受電コイルと前記負荷の間に接続され、交流を直流に整流する第２整流回路と、を備える、
請求項７に記載の給電システム。 The power receiving device is
The first power receiving coil that receives the electric power transmitted from the first power transmission coil, and
The second power receiving coil that receives the electric power transmitted from the second power transmission coil, and
A first rectifier circuit that is connected between the first power receiving coil and the load and rectifies alternating current to direct current.
A second rectifying circuit connected between the second power receiving coil and the load and rectifying alternating current to direct current is provided.
The power supply system according to claim 7.
前記第１送電コイルから送電される電力を受電する第１受電コイルと、
前記第２送電コイルから送電される電力を受電する第２受電コイルと、
前記第１受電コイルと第１負荷の間に接続され、入力側と出力側のインピーダンスを整合させる第１整合回路と、
前記第２受電コイルと第２負荷の間に接続され、入力側と出力側のインピーダンスを整合させる第２整合回路と、を備える、
請求項７に記載の給電システム。 The power receiving device is
The first power receiving coil that receives the electric power transmitted from the first power transmission coil, and
The second power receiving coil that receives the electric power transmitted from the second power transmission coil, and
A first matching circuit connected between the first power receiving coil and the first load to match the impedances of the input side and the output side,
A second matching circuit, which is connected between the second power receiving coil and the second load and matches impedances on the input side and the output side, is provided.
The power supply system according to claim 7.
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