JP7611528B2 - Non-contact power transmission device - Google Patents
Non-contact power transmission device Download PDFInfo
- Publication number
- JP7611528B2 JP7611528B2 JP2021024932A JP2021024932A JP7611528B2 JP 7611528 B2 JP7611528 B2 JP 7611528B2 JP 2021024932 A JP2021024932 A JP 2021024932A JP 2021024932 A JP2021024932 A JP 2021024932A JP 7611528 B2 JP7611528 B2 JP 7611528B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- unit
- power transmission
- power
- stage
- rectifier
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 title claims description 128
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims description 17
- 230000004044 response Effects 0.000 claims description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 17
- 230000008859 change Effects 0.000 description 6
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 4
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 3
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 3
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 230000001934 delay Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000001646 magnetic resonance method Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
- Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
- Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes
Landscapes
- Manipulator (AREA)
Description
本発明は、非接触電力伝送によって電力を多段伝送する非接触電力伝送装置に関する。 The present invention relates to a non-contact power transmission device that transmits power in multiple stages by non-contact power transmission.
近年、電力伝送に配線を用いない非接触電力伝送が多く用いられるようになってきている。そのような非接触電力伝送の設計において最も困難性を伴うものに出力制御がある。多くの出力制御では、出力側の情報を無線通信によって送電側にフィードバックする手法が採用されているが、無線通信の遅延や不確実性などが制御システムの構築を困難にするという問題がある。このような背景の中、制御機構なしに、負荷変動に対して出力(例えば、電圧や電流)を一定にしようとする「負荷非依存技術」がある。 In recent years, non-contact power transmission, which does not use wires for power transmission, has come to be widely used. One of the most difficult aspects of designing such non-contact power transmission is output control. Many output control techniques use a method of feeding back information from the output side to the power transmission side via wireless communication, but problems such as delays and uncertainties in wireless communication make it difficult to build a control system. Against this background, there is a "load-independent technology" that attempts to keep the output (e.g., voltage and current) constant in the face of load fluctuations without a control mechanism.
負荷非依存技術の中の一つに、「負荷非依存インバータ」と呼ばれる技術がある(例えば、非特許文献1参照)。これは、インバータの中に複数の共振回路を構成することにより、負荷変動が生じても出力電流または出力電圧が一定となる回路である。また、この回路では、負荷変動に対し常にソフトスイッチングが達成される。 One of the load-independent technologies is called the "load-independent inverter" (see, for example, Non-Patent Document 1). This is a circuit that configures multiple resonant circuits within the inverter, so that the output current or output voltage remains constant even when load fluctuations occur. Furthermore, this circuit always achieves soft switching in response to load fluctuations.
この負荷非依存インバータを用いたワイヤレス給電システムも提案されており、例えば、次の非特許文献2では、負荷非依存インバータに結合部、出力回路を接続することにより、出力電流が一定となるワイヤレス給電システムが開発されている。
Wireless power supply systems using this load-independent inverter have also been proposed. For example, in the following
上記非特許文献2に記載されている負荷非依存インバータを用いたワイヤレス給電システムでは、非接触電力伝送が1箇所でのみ行われている。一方、例えば、ロボットアームの関節の箇所において非接触電力伝送を行う場合には、非接触電力伝送によって電力を多段伝送することになる。そのため、多段の非接触電力伝送においても、負荷非依存にしたいという要望がある。
In the wireless power supply system using the load-independent inverter described in Non-Patent
本発明は、上記状況に応じてなされたものであり、非接触電力伝送によって電力を多段伝送する際に負荷非依存を実現することができる非接触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 in response to the above situation, and aims to provide a non-contact power transmission device that can achieve load independence when transmitting power in multiple stages by non-contact power transmission.
上記目的を達成するため、本発明の一態様による非接触電力伝送装置は、非接触電力伝送によって電力を多段伝送する非接触電力伝送装置であって、負荷非依存のインバータ及びインバータによって交流に変換された電力を非接触で送電する送電部を有する第1段のユニットと、前段のユニットから非接触で電力を受電する受電部、及び後段のユニットに非接触で電力を送電する送電部を有する第2段から第N-1段のユニットと、第N-1段のユニットから非接触で電力を受電する受電部を有する第N段のユニットと、を備え、Nは3以上の整数であり、第2段から第N段のユニットのうち、1以上のユニットは非接触電力伝送された交流電力を整流して一定の電圧または一定の電流を出力する整流器を有しており、送電部及び受電部は、整流器の出力において一定となる電圧または電流に応じて直列共振または並列共振によって非接触電力伝送を行う、ものである。 In order to achieve the above object, a non-contact power transmission device according to one aspect of the present invention is a non-contact power transmission device that transmits power in multiple stages by non-contact power transmission, and includes a first stage unit having a load-independent inverter and a power transmission unit that transmits power converted to AC by the inverter in a non-contact manner, second stage to N-1th stage units having a power receiving unit that receives power in a non-contact manner from the previous stage unit and a power transmission unit that transmits power in a non-contact manner to the subsequent stage unit, and an Nth stage unit having a power receiving unit that receives power in a non-contact manner from the N-1th stage unit, where N is an integer of 3 or more, and one or more of the second stage to Nth stage units have a rectifier that rectifies the AC power transmitted in a non-contact manner and outputs a constant voltage or current, and the power transmission unit and the power receiving unit perform non-contact power transmission by series resonance or parallel resonance according to the voltage or current that is constant at the output of the rectifier.
このような構成により、非接触電力伝送によって電力を多段伝送する際に負荷非依存を実現することができる。また、送電部及び受電部の共振形態を適切に選択することによって、各整流器の出力が、一定の電圧や一定の電流になるようにすることができる。そのため、例えば、すべての整流器の出力が電圧一定になるようにしたり、複数の整流器が交互に電圧一定、電流一定になるようにしたりすることができる。 This configuration makes it possible to achieve load independence when transmitting power in multiple stages through non-contact power transmission. In addition, by appropriately selecting the resonance form of the power transmitting unit and the power receiving unit, the output of each rectifier can be made to have a constant voltage or a constant current. Therefore, for example, it is possible to make the output of all rectifiers a constant voltage, or to make multiple rectifiers alternately have a constant voltage and a constant current.
また、本発明の一態様による非接触電力伝送装置では、整流器は、すべて一定の電圧を出力するか、または、すべて一定の電流を出力するものであり、2個のユニット間ではそれぞれ、送電部及び受電部によって直列共振と並列共振との組み合わせによる非接触電力伝送が行われてもよい。 In addition, in a contactless power transmission device according to one aspect of the present invention, the rectifiers all output a constant voltage or all output a constant current, and contactless power transmission between the two units may be performed by a combination of series resonance and parallel resonance using the power transmitting unit and the power receiving unit, respectively.
このような構成により、すべての整流器の出力が、負荷に依存しないで電圧一定または電流一定で揃うようにすることができる。なお、一定となる電圧値や電流値は、例えば、ユニットごとに同じであっていてもよく、または異なっていてもよい。後者の場合には、例えば、あるユニットの出力電圧は5(V)で一定であり、また別のユニットの出力電圧は10(V)で一定であってもよい。 This configuration allows the outputs of all rectifiers to be consistent at a constant voltage or current, independent of the load. The constant voltage or current value may be the same for each unit, or may be different. In the latter case, for example, the output voltage of one unit may be constant at 5 (V), and the output voltage of another unit may be constant at 10 (V).
また、本発明の一態様による非接触電力伝送装置では、第2段から第N段のユニットのうち、2以上のユニットが整流器を有していてもよい。 In addition, in a non-contact power transmission device according to one aspect of the present invention, two or more of the units in the second stage to the Nth stage may have a rectifier.
このような構成により、整流器を有する2以上のユニットにおいて、整流器の出力が負荷に依存しないで電圧一定や電流一定となるようにすることができる。 With this configuration, in two or more units with rectifiers, the rectifier output can be made constant voltage and current, independent of the load.
また、本発明の一態様による非接触電力伝送装置では、ユニットはリンクであり、第1段から第N段のユニットは、関節によって連結されることによってリンク機構を構成し、連結箇所において非接触電力伝送が行われてもよい。 In addition, in a non-contact power transmission device according to one aspect of the present invention, the units are links, and the units in the first to Nth stages are connected by joints to form a link mechanism, and non-contact power transmission may be performed at the connection points.
このような構成により、関節によって連結された複数のリンクを有するリンク機構において、第2段以降のリンクの有する整流器の出力が、負荷に依存しないで電圧一定や電流一定となるようにすることができる。 With this configuration, in a link mechanism having multiple links connected by joints, the output of the rectifiers in the second and subsequent links can be made to have a constant voltage and current, independent of the load.
本発明の一態様による非接触電力伝送装置によれば、非接触電力伝送によって電力を多段伝送する際に、負荷に依存しないで電圧一定または電流一定を実現することができる。 According to one aspect of the present invention, a contactless power transmission device can achieve a constant voltage or current regardless of the load when transmitting power in multiple stages by contactless power transmission.
以下、本発明による非接触電力伝送装置について、実施の形態を用いて説明する。なお、以下の実施の形態において、同じ符号を付した構成要素は同一または相当するものであり、再度の説明を省略することがある。本実施の形態による非接触電力伝送装置は、非接触電力伝送によって電力を多段伝送する際に負荷非依存を実現すると共に、非接触電力伝送における共振形態を適切に選択することによって、各整流器の出力が、電圧一定または電流一定となるようにすることができるものである。なお、多段伝送とは、2以上の箇所で非接触電力伝送を行うことである。 The contactless power transmission device according to the present invention will be described below using an embodiment. Note that in the following embodiment, components with the same reference numerals are the same or equivalent, and repeated description may be omitted. The contactless power transmission device according to this embodiment realizes load independence when transmitting power in multiple stages by contactless power transmission, and by appropriately selecting the resonance form in contactless power transmission, the output of each rectifier can be made to be a constant voltage or current. Note that multistage transmission means performing contactless power transmission at two or more points.
図1は、本実施の形態による非接触電力伝送装置1の構成を示す機能ブロック図であり、図2は、非接触電力伝送装置1の構成を示す回路図であり、図3は、非接触電力伝送装置1によって非接触電力伝送を行うリンク機構を示す模式図である。
Figure 1 is a functional block diagram showing the configuration of a non-contact
本実施の形態による非接触電力伝送装置1は、非接触電力伝送によって電力を多段伝送するものであり、第1段のユニット10と、第2段のユニット20と、第3段のユニット30とを備える。なお、本実施の形態による非接触電力伝送は、例えば、磁界共鳴方式によって行われてもよい。その共鳴(共振)の形態として、後述するように、直列共振や並列共振を適宜、組み合わせて用いるものとする。また、本実施の形態では、非接触電力伝送装置1が、3個のユニット、すなわち第1段から第3段のユニット10~30を有する場合について説明するが、非接触電力伝送装置1は、後述するように、N個のユニット、すなわち第1段から第N段のユニットを有するものであってもよい。ここで、Nは3以上の整数である。
The contactless
本実施の形態では、第1段から第3段のユニット10~30がそれぞれリンクであり、関節によって連結されることによってリンク機構を構成する場合について主に説明する。この場合には、ユニット間における非接触電力伝送は、連結箇所、すなわち関節の位置において行われる。
In this embodiment, the first to
リンク機構は、直列に連結された3個以上のリンクを有するものであってもよい。また、リンク機構は、例えば、ロボットアームであってもよく、ロボットアーム以外のものであってもよい。後者の場合には、リンク機構は、例えば、4足歩行ロボットの脚であってもよく、ヒューマノイドロボットの腕や脚であってもよく、クレーンなどのリンク機構であってもよい。なお、本実施の形態では、第1段のユニット10が基端側のリンクであり、第2段のユニット20が、第1段のユニット10の先端側に連結されたリンクであり、第3段のユニット30が、第2段のユニット20の先端側に連結されたリンクであるとする。
The link mechanism may have three or more links connected in series. The link mechanism may be, for example, a robot arm, or may be something other than a robot arm. In the latter case, the link mechanism may be, for example, the legs of a quadruped robot, the arms or legs of a humanoid robot, or a link mechanism such as a crane. In this embodiment, the
第1段のユニット10は、インバータ11と、送電部12とを備える。第1段のユニット10は、例えば、図2の回路図で示されるように、直流電源13に接続されていてもよい。一例として、第1段のユニット10は、図3で示されるように、基端側のベース部材3に固定されていてもよい。
The
インバータ11は、直流の電力を交流に変換して送電部12に出力する。なお、このインバータ11は、負荷非依存のインバータである。負荷非依存のインバータについては、例えば、上記非特許文献2を参照されたい。一例として、インバータ11は、図2で示される回路であってもよい。図2の回路図で示されるインバータ11は、負荷非依存であり、電圧が一定となるクラスEのインバータである。
The
送電部12は、インバータ11によって交流に変換された電力を、非接触で第2段のユニット20の受電部21に送電する。一例として、送電部12は、図2で示されるように、コンデンサとコイルとが直列に接続された直列共振のものであってもよい。
The
第2段のユニット20は、受電部21と、整流器22と、送電部23と、負荷24とを備える。第2段のユニット20は、第1段のユニット10から非接触で受電した電力によって負荷24を駆動すると共に、その電力を第3段のユニット30に非接触で送電するものである。
The
受電部21は、第1段のユニット10から非接触で電力を受電する。受電された電力は、整流器22及び送電部23に出力される。一例として、受電部21は、図2で示されるように、コンデンサとコイルとが並列に接続された並列共振のものであってもよい。
The
整流器22は、非接触電力伝送された交流電力を整流して直流電力を出力する。その直流電力は、負荷24で用いられる。整流器22は、入力インピーダンスにリアクタンス成分を持たないものが好適である。一例として、整流器22は、図2で示される回路であってもよい。図2の回路図で示される整流器22は、電圧駆動型であり、出力電圧が一定となるクラスDの整流器である。
The
送電部23は、受電部21で受電された電力を、第3段のユニット30に非接触で送電する。一例として、送電部23は、図2で示されるように、コンデンサとコイルとが直列に接続された直列共振のものであってもよい。
The
負荷24は、例えば、第2段のユニット20の先端側の関節において、第3段のユニット30を回転させるモータであってもよい。後述するように、非接触電力伝送装置1が図2で示される回路である場合には、負荷24に依存することなく、整流器22の出力電圧が一定となる。
The
第3段のユニット30は、受電部31と、整流器32と、負荷33とを備える。第3段のユニット30は、第2段のユニット20から非接触で受電した電力によって負荷33を駆動するものである。第3段のユニット30は、リンク機構における先端のリンクである。本実施の形態では、この第3段のユニット30が、対象物を把持可能な把持部を先端側に有している場合について主に説明する。
The
受電部31は、第2段のユニット20から非接触で電力を受電する。受電された電力は、整流器32に出力される。一例として、受電部31は、図2で示されるように、コンデンサとコイルとが並列に接続された並列共振のものであってもよい。
The
整流器32は、非接触電力伝送された交流電力を整流して直流電力を出力する。その直流電力は、負荷33で用いられる。整流器32も、整流器22と同様に、入力インピーダンスにリアクタンス成分を持たないものが好適である。一例として、整流器32は、図2で示される回路であってもよい。図2の回路図で示される整流器32も、整流器22と同様に、電圧駆動型であり、出力電圧が一定となるクラスDの整流器である。
The
負荷33は、例えば、第3段のユニット30において、把持部を開閉する開閉機構のモータであってもよい。後述するように、非接触電力伝送装置1が図2で示される回路である場合には、負荷33に依存することなく、整流器32の出力電圧が一定となる。
The
なお、図3で示されるように、第1段のユニット10と第2段のユニット20との連結部分においては、送電部12の送電用コイル12aと、受電部21の受電用コイル21aとの間で、非接触で電力が伝送されてもよい。また、第2段のユニット20と第3段のユニット30との連結部分においても、送電部23の送電用コイル23aと、受電部31の受電用コイル31aとの間で、非接触で電力が伝送されてもよい。
As shown in FIG. 3, at the connection between the
送電用コイル12aと受電用コイル21aとは、それぞれ円筒形状のものであり、関節の回転軸41がその円筒形状の中心軸の位置となり、両コイル12a,21aが軸方向において対面するように設けられてもよい。このように送電用コイル12a及び受電用コイル21aが配設されることによって、回転軸41を中心として関節が回転したとしても、両コイルの位置関係は変化しないことになる。そのため、送電部12と受電部21との間の結合係数が、回転軸41を中心として関節が回転しても変化しないで一定になる。送電用コイル23a及び受電用コイル31aと回転軸42とについても同様であるとする。各整流器22,32の出力が電圧一定または電流一定となるためには、このように2個のユニット間ではそれぞれ、非接触電力伝送で用いられる送電部と受電部との間の結合係数は変化しないで一定になっていることが好適である。
The
次に、整流器の出力形態に応じた共振形態の選択について説明する。本実施の形態による非接触電力伝送装置1では、基端のユニット、すなわち、第1段のユニット10が有するインバータ11が負荷非依存のインバータであるため、後段側の整流器22の出力は電圧一定または電流一定となり、整流器32の出力も電圧一定または電流一定となる。ここで、本発明者は、鋭意研究の結果、非接触電力伝送において、前段側の送電モードと、前段側(一次側)の送電部の共振形態と、後段側(二次側)の受電部の共振形態と、後段側の整流器のタイプと、後段側の受電モードとに、図4の表で示される関係があることを見出した。図4の表におけるIDは、送電モード等の組み合わせを識別するためのものである。なお、送電モードは、前段側のユニットにおける整流器やインバータの出力形態である。また、受電モードは、後段側のユニットにおける整流器の出力形態である。また、前段側とは、基端側のことである。
Next, the selection of the resonance form according to the output form of the rectifier will be described. In the contactless
図4の表におけるID「2」「4」「6」「8」の組み合わせでは、送電モードと受電モードとが同じになっており、送電側の共振形態と受電側の共振形態とが直列共振と並列共振との組み合わせであることが分かる。したがって、非接触電力伝送において、前段側のユニットの出力形態と後段側のユニットの出力形態とを変えたくない場合には、2個のユニット間の送電部及び受電部によって、直列共振と並列共振との組み合わせによる非接触電力伝送を行えばよいことになる。すなわち、2個のユニット間において、直列共振の送電部と並列共振の受電部による非接触電力伝送、または、並列共振の送電部と直列共振の受信部による非接触電力伝送を行えばよいことになる。 In the table of FIG. 4, the combinations of IDs "2", "4", "6", and "8" have the same power transmission mode and power receiving mode, and it can be seen that the resonance form on the power transmitting side and the resonance form on the power receiving side are a combination of series resonance and parallel resonance. Therefore, in non-contact power transmission, if it is not desired to change the output form of the unit on the front stage and the output form of the unit on the rear stage, non-contact power transmission can be performed by a combination of series resonance and parallel resonance using the power transmitting unit and power receiving unit between the two units. In other words, non-contact power transmission can be performed between the two units using a series resonant power transmitting unit and a parallel resonant power receiving unit, or a parallel resonant power transmitting unit and a series resonant receiving unit.
一方、ID「1」「3」「5」「7」の組み合わせでは、送電モードと受電モードとが逆になっており、送電側の共振形態と受電側の共振形態とが直列共振同士の組み合わせ、または、並列共振同士の組み合わせであることが分かる。したがって、非接触電力伝送において、前段側のユニットの出力形態と後段側のユニットの出力形態とを変えたい場合には、2個のユニット間の送電部及び受電部によって、同じ共振形態の組み合わせによる非接触電力伝送を行えばよいことになる。すなわち、2個のユニット間において、直列共振の送電部と直列共振の受電部による非接触電力伝送、または、並列共振の送電部と並列共振の受信部による非接触電力伝送を行えばよいことになる。 On the other hand, in the combinations of IDs "1", "3", "5", and "7", the transmission mode and the reception mode are reversed, and it can be seen that the resonance form on the transmission side and the resonance form on the reception side are a combination of series resonances, or a combination of parallel resonances. Therefore, in non-contact power transmission, if you want to change the output form of the unit on the front side and the unit on the rear side, you can perform non-contact power transmission with the same combination of resonance forms using the power transmission unit and power receiving unit between the two units. In other words, you can perform non-contact power transmission between the two units using a series resonance power transmission unit and a series resonance power receiving unit, or a parallel resonance power transmission unit and a parallel resonance receiving unit.
このようにして、非接触電力伝送の共振形態の組み合わせに応じて、後段側の整流器の出力形態、すなわち電圧一定または電流一定を決定することができる。したがって、各ユニットの整流器の所望の出力形態に応じて、適宜、非接触電力伝送における共振形態を採用すればよいことになる。例えば、後段側の出力形態を前段側の出力形態と同じにしたい場合には、非接触電力伝送において直列共振と並列共振との組み合わせを採用すればよいことになる。また、例えば、後段側の出力形態を前段側の出力形態と違うようにしたい場合には、非接触電力伝送において同じ共振形態の組み合わせを採用すればよいことになる。 In this way, the output form of the rectifier on the subsequent stage, i.e., constant voltage or constant current, can be determined according to the combination of resonance forms for contactless power transmission. Therefore, the resonance form in contactless power transmission can be appropriately adopted according to the desired output form of the rectifier of each unit. For example, if it is desired to make the output form of the subsequent stage the same as the output form of the preceding stage, a combination of series resonance and parallel resonance can be adopted in contactless power transmission. Also, for example, if it is desired to make the output form of the subsequent stage different from the output form of the preceding stage, the same combination of resonance forms can be adopted in contactless power transmission.
通常、各ユニットの整流器は、すべて一定の電圧を出力するように揃っているか、または、すべて一定の電流を出力するように揃っていることが多いと考えられる。整流器を有するすべてのユニットに応じて、同様の負荷(例えば、リンク機構における関節を回動させるためのモータなど)を採用することが多いと考えられるからである。この場合には、2個のユニット間ではそれぞれ、送電部及び受電部によって直列共振と並列共振との組み合わせによる非接触電力伝送を行えばよいことになる。なお、電圧が一定の電力によって駆動される負荷が多いと考えられるため、通常、各整流器の出力が電圧一定にすることが多いと考えられる。一方、整流器の出力が電流一定の場合には、過電流を防止できるという効果を得ることができる。 Normally, it is thought that the rectifiers of each unit are all aligned to output a constant voltage or all aligned to output a constant current. This is because it is thought that similar loads (for example, motors for rotating joints in a link mechanism) are often used for all units having rectifiers. In this case, it is sufficient to perform non-contact power transmission between two units by combining series resonance and parallel resonance using the power transmitting unit and power receiving unit. Note that since it is thought that there are many loads that are driven by power with a constant voltage, it is thought that the output of each rectifier is usually made constant voltage. On the other hand, if the output of the rectifier is constant current, it is possible to obtain the effect of preventing overcurrent.
図2の回路図で示される非接触電力伝送装置1では、送電部12が直列共振であり、受電部21が並列共振であるため、整流器22の出力形態はインバータ11と同じ電圧一定となる。また、送電部23が直列共振であり、受電部31が並列共振であるため、整流器32の出力形態は、整流器22と同じ電圧一定となる。したがって、図2で示される非接触電力伝送装置1では、各ユニット10~30において、電圧が一定になることが揃うことになる。なお、整流器22,32の出力電圧は、同じであってもよく、または異なっていてもよい。
In the contactless
なお、図2以外の回路図の一例として、図5の回路図について簡単に説明する。図5の回路図では、インバータ11は、負荷非依存であり、電流が一定となるクラスEFのインバータである。また、整流器22,32は、電流駆動型であり、出力電圧が一定となるクラスDの整流器である。なお、図5の回路図では、送電部12は直列共振であり、受電部21も直列共振である。また、送電部23は並列共振であり、受電部31は直列共振である。したがって、第1段のユニット10と第2段のユニット20との間の非接触電力伝送によって出力形態が変化し、インバータ11は電流一定であるが、上記のように整流器22の出力は電圧一定となる。また、第2段のユニット20と第3段のユニット30との間の非接触電力伝送では出力形態が変化しないため、整流器32の出力は、整流器22と同じく、上記のように電圧一定となる。図5の回路図の例のように、第2段以降のユニット20,30の整流器22,32の出力が電圧一定で揃っている場合であっても、第1段のユニット10のインバータ11の出力は、電流一定であってもよい。このように、本実施の形態による非接触電力伝送装置1の具体的な回路としては、種々のものを採用することができる。
As an example of a circuit diagram other than FIG. 2, the circuit diagram of FIG. 5 will be briefly described. In the circuit diagram of FIG. 5, the
本実施の形態による非接触電力伝送装置1を設計する際には、まず、各ユニットの整流器を電圧一定にするか、電流一定にするかを決定すると共に、第1段のユニットの負荷非依存のインバータ11を一定電圧または一定電流のものに決定する。次に、第2段のユニットの整流器の出力形態が決定に応じたものになるように、各非接触電力伝送における共振形態の組み合わせを決定することになる。なお、共振形態の組み合わせは、異なる共振形態の組み合わせと、同じ共振形態の組み合わせとのうち、出力形態に応じた組み合わせを採用すればよい。異なる共振形態の組み合わせは2通りあり、また同じ共振形態の組み合わせも2通りある。したがって、各非接触電力伝送における共振形態の組み合わせには2通りの任意性があることになるが、それは設計者が自由に選択すればよい。
When designing the contactless
以上のように、本実施の形態による非接触電力伝送装置1によれば、非接触電力伝送によって電力を多段伝送する際に負荷非依存を実現することができる。また、整流器の出力形態に応じた共振形態の組み合わせによって送電部及び受電部が非接触電力伝送を行うようにすることによって、各ユニットの整流器が所望の出力形態となるようにすることができる。例えば、すべての整流器の出力が電圧一定となるようにすることができる。また、例えば、整流器の出力が基端側から交互に電圧一定、電流一定を繰り返すようにすることもできる。また、例えば、特定の段のユニットの整流器の出力のみを電流一定にし、それ以外の整流器の出力を電圧一定にすることもできる。また、インバータ11が負荷非依存であるため、負荷変動に対してスイッチング損失をゼロにすることができる。その結果、高周波での電力伝送が可能となり、非接触電力伝送装置1の小型化、軽量化を実現することもできる。
As described above, according to the non-contact
なお、本実施の形態では、非接触電力伝送装置1が、図1,図2等で示されるように3個のユニットから構成される場合について主に説明したが、そうでなくてもよい。非接触電力伝送装置1は、第1段のユニットから、第N段のユニットまでのN個のユニットを有していてもよい。Nは3以上の整数である。この場合にも、上記説明と同様に、第2段のユニットから第N段のユニットまでが有する各整流器の出力形態に応じた各非接触電力伝送における共振形態の組み合わせを選択することによって、各整流器が所望の出力形態となるようにすることができる。
In the present embodiment, the contactless
また、本実施の形態では、第2段以降のユニットがすべて整流器を有する場合について説明したが、そうでなくてもよい。第2段から第N段までのユニットのうち、1以上のユニットが整流器を有していなくてもよい。この場合でも、第2段から第N段までのユニットのうち、1以上のユニットが整流器を有しているものとする。そうでなければ、出力を得られないからである。なお、整流器を有していないユニットは、通常、その整流器の出力電力によって駆動される負荷も有していないことになる。また、整流器及び負荷を有していないユニットは、例えば、図2の第2段のユニット20において、整流器22及び負荷24を削除した回路を有するものであってもよい。すなわち、整流器及び負荷を有していないユニットは、受電部及び送電部を有するユニットであってもよい。なお、第N段のユニットが整流器を有していない場合には、第N段のユニットに電力伝送を行う必要がないとも考えられるため、第N段のユニットは整流器を有していてもよい。整流器を有していないユニットが存在する場合であっても、第2段以降の各ユニットが整流器を有している場合と同様に、非接触電力伝送における共振形態の組み合わせを決定すればよい。ただし、整流器を有していないユニットにおいて、電圧一定及び電流一定の2パターンを想定することができるため、共振形態の組み合わせの任意性は上がることになる。
In addition, in this embodiment, the case where all the units from the second stage onwards have a rectifier has been described, but this is not necessary. One or more units from the second stage to the Nth stage may not have a rectifier. Even in this case, one or more units from the second stage to the Nth stage are assumed to have a rectifier. This is because output cannot be obtained otherwise. Note that a unit that does not have a rectifier usually does not have a load driven by the output power of the rectifier. Also, a unit that does not have a rectifier and a load may have a circuit in which the
また、本実施の形態では、各ユニットがリンクであり、リンクである各ユニットが関節で連結されることによってリンク機構が構成される場合について主に説明したが、そうでなくてもよい。リンク機構以外の多段の非接触電力伝送において、本実施の形態による非接触電力伝送装置1が用いられてもよい。
In addition, in this embodiment, the case where each unit is a link and each unit that is a link is connected by a joint to form a link mechanism has been mainly described, but this is not necessarily the case. The contactless
また、上記実施の形態において、各処理または各機能は、単一の装置または単一のシステムによって集中処理されることによって実現されてもよく、または、複数の装置または複数のシステムによって分散処理されることによって実現されてもよい。 In addition, in the above embodiments, each process or function may be realized by centralized processing in a single device or a single system, or may be realized by distributed processing in multiple devices or multiple systems.
また、本発明は、以上の実施の形態に限定されることなく、種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることは言うまでもない。 Furthermore, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications are possible, and it goes without saying that these are also included within the scope of the present invention.
以上より、本発明の一態様による非接触電力伝送装置によれば、負荷に依存しない多段の非接触電力伝送を実現できるという効果が得られ、例えば、複数のリンクを有するリンク機構において非接触電力伝送を行う装置等として有用である。 As described above, the non-contact power transmission device according to one aspect of the present invention has the effect of realizing multi-stage non-contact power transmission independent of the load, and is useful, for example, as a device for non-contact power transmission in a link mechanism having multiple links.
1 非接触電力伝送装置
10 第1段のユニット
11 インバータ
12、23 送電部
20 第2段のユニット
21、31 受電部
22、32 整流器
24、33 負荷
30 第3段のユニット
REFERENCE SIGNS
Claims (4)
負荷非依存のインバータ及び前記インバータによって交流に変換された電力を非接触で送電する送電部を有する第1段のユニットと、
前段のユニットから非接触で電力を受電する受電部、及び後段のユニットに非接触で電力を送電する送電部を有する第2段から第N-1段のユニットと、
前記第N-1段のユニットから非接触で電力を受電する受電部を有する第N段のユニットと、を備え、
Nは3以上の整数であり、
前記第2段から前記第N段のユニットのうち、1以上のユニットは非接触電力伝送された交流電力を整流して一定の電圧または一定の電流を出力する整流器を有しており、
前記送電部及び前記受電部は、前記整流器の出力において一定となる電圧または電流に応じて直列共振または並列共振によって非接触電力伝送を行う、非接触電力伝送装置。 A non-contact power transmission device that transmits power in multiple stages by non-contact power transmission,
A first stage unit having a load-independent inverter and a power transmission unit that transmits, in a non-contact manner, the power converted into AC by the inverter;
A second to (N-1)th stage unit has a power receiving unit that receives power from a previous stage unit in a non-contact manner and a power transmitting unit that transmits power to a subsequent stage unit in a non-contact manner;
An N-th stage unit having a power receiving unit that receives power from the N-1-th stage unit in a non-contact manner,
N is an integer of 3 or more,
At least one unit among the second stage to the Nth stage units has a rectifier that rectifies AC power transmitted in a non-contact manner and outputs a constant voltage or a constant current,
The power transmitting unit and the power receiving unit perform contactless power transmission by series resonance or parallel resonance in response to a constant voltage or current at the output of the rectifier.
2個の前記ユニット間ではそれぞれ、前記送電部及び前記受電部によって直列共振と並列共振との組み合わせによる非接触電力伝送が行われる、請求項1記載の非接触電力伝送装置。 The rectifiers all output a constant voltage or all output a constant current;
The contactless power transmission device according to claim 1 , wherein contactless power transmission between the two units is performed by a combination of series resonance and parallel resonance using the power transmitting section and the power receiving section.
前記第1段から前記第N段のユニットは、関節によって連結されることによってリンク機構を構成し、
当該連結箇所において非接触電力伝送が行われる、請求項1から請求項3のいずれか記載の非接触電力伝送装置。 the unit is a link,
the first stage to the Nth stage units are connected by joints to form a link mechanism;
The contactless power transmission device according to claim 1 , wherein contactless power transmission is performed at the connection point.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2021024932A JP7611528B2 (en) | 2021-02-19 | 2021-02-19 | Non-contact power transmission device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2021024932A JP7611528B2 (en) | 2021-02-19 | 2021-02-19 | Non-contact power transmission device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2022127021A JP2022127021A (en) | 2022-08-31 |
| JP7611528B2 true JP7611528B2 (en) | 2025-01-10 |
Family
ID=83060288
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2021024932A Active JP7611528B2 (en) | 2021-02-19 | 2021-02-19 | Non-contact power transmission device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP7611528B2 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN121175905A (en) * | 2023-05-26 | 2025-12-19 | 三菱电机株式会社 | Wireless power supply device |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2018093706A (en) | 2016-11-30 | 2018-06-14 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Wireless power feeding unit, power transmission module, power reception module, and wireless power transmission system |
| WO2020144963A1 (en) | 2019-01-11 | 2020-07-16 | オムロン株式会社 | Contactless power transmission system |
| JP2020195223A (en) | 2019-05-29 | 2020-12-03 | 長野日本無線株式会社 | Contactless power supply system |
-
2021
- 2021-02-19 JP JP2021024932A patent/JP7611528B2/en active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2018093706A (en) | 2016-11-30 | 2018-06-14 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Wireless power feeding unit, power transmission module, power reception module, and wireless power transmission system |
| US20190123593A1 (en) | 2016-11-30 | 2019-04-25 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Wireless power feeding unit, power transmitting module, power receiving module, and wireless power transmission system |
| WO2020144963A1 (en) | 2019-01-11 | 2020-07-16 | オムロン株式会社 | Contactless power transmission system |
| JP2020195223A (en) | 2019-05-29 | 2020-12-03 | 長野日本無線株式会社 | Contactless power supply system |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2022127021A (en) | 2022-08-31 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP7611528B2 (en) | Non-contact power transmission device | |
| CN102823148A (en) | Wireless power receiving apparatus capable of providing high q value | |
| CN106471710B (en) | Power harvesting circuit and method | |
| Wu et al. | A coupling mechanism with multidegree freedom for bidirectional multistage WPT system | |
| KR20180069026A (en) | Josephson transmission line system | |
| JP5399340B2 (en) | Wireless power supply method and wireless power supply system | |
| CN106560979A (en) | Wireless Power Transmission System | |
| CN107104512A (en) | Electric device | |
| CN110535250B (en) | A wireless power transfer system and power transfer method | |
| CN107106075A (en) | Method and system for the non-contact power transfer in gate driver unit | |
| CN109687602A (en) | A kind of radio energy multistage Transmission system | |
| JP2016005393A (en) | Contactless power supply system | |
| CN209805437U (en) | Charging system and electronic device | |
| CN107886019B (en) | Cascade device and antenna cascade system | |
| EP3454452A1 (en) | Inductive coupled power transfer (icpt) in multiple gap applications | |
| US11889573B2 (en) | Wireless intercommunication system and group pairing method of intercommunication system | |
| CN101662169B (en) | Power management method, power management circuit using same and energy transmission system | |
| JP2025123635A (en) | Contactless power transmission device | |
| JP2017070180A (en) | Wireless power transmission system | |
| JP6724897B2 (en) | Non-contact power transfer device, battery pack using the same, power grid system, and power transfer method | |
| JP2020195223A (en) | Contactless power supply system | |
| CN216290361U (en) | Multistage multi-load wireless energy transmission circuit | |
| US20240202560A1 (en) | Magnetic flux bias circuit | |
| CN105450267A (en) | Wireless power receiver | |
| JP6646840B2 (en) | Wireless power transmission system |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20240119 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20241113 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20241119 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20241213 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7611528 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |