CN107800201B - 滤波电路及无线电力输送系统 - Google Patents

Abstract

实施方式的滤波电路具备：第1线圈，与被插入到通电路径中的通电线圈电磁耦合；以及第2线圈及电容器的并联电路，与该第1线圈的两端连接，上述第2线圈及电容器的元件常数被设定为，使上述通电线圈的端子间阻抗以与该通电线圈为单体的状态等价的任意的频率并联谐振。

Description

滤波电路及无线电力输送系统

技术领域

本发明的实施方式涉及设置于被插入到通电路径的通电线圈的滤波电路、以及具备上述通电线圈及上述滤波电路的无线电力输送系统。

背景技术

关于在使送电侧的线圈与受电侧的线圈电磁耦合的状态下通过无线来输送电力的系统，被公开在例如专利文献1等中。在此种系统中，在放射在电力输送中使用的频率以外的频率成分的电磁信号时，会成为对周边环境的噪声。为此，需要进行噪声对策，以满足作为标准而被容许的等级。作为关联的现有技术文献，有日本国特开2013－247822号公报。

并且，在如上所述的系统中，电力输送用的线圈不能屏蔽，所以通常使用滤波电路执行对策。然而，在通电路径中配置滤波电路时，会对阻抗的匹配状态造成影响从而电力的输送效率降低的情况未得到避免，未必可以说是优选的对策。

发明内容

因此，提供能够减轻对通电路径的阻抗带来的影响的滤波电路、及具备该滤波电路的无线电力输送系统。

实施方式的滤波电路具备：第1线圈，与被插入到通电路径中的通电线圈电磁耦合；以及

第2线圈及电容器的并联电路，与该第1线圈的两端连接，

上述第2线圈及电容器的元件常数被设定为，使上述通电线圈的端子间阻抗，以与该通电线圈为单体的状态等价的任意的频率并联谐振。

另外，实施方式的无线电力输送系统包括：将上述通电线圈作为送电用线圈并具备实施方式的滤波电路的电力发送装置；以及

将上述通电线圈作为受电用线圈并具备实施方式的滤波电路的电力接收装置。

附图说明

图1是表示第1实施方式中电力输送系统的构成的图。

图2是表示滤波电路的电气构成的图。

图3是说明滤波电路的作用的图(其一)。

图4是说明滤波电路的作用的图(其二)。

图5是表示形成有送电用线圈及线圈L1的多层基板构造的立体图。

图6是表示绝缘层的形成有送电用线圈的面侧的图。

图7是表示绝缘层的形成有线圈L1的面侧的图。

图8是示意地表示多层基板构成的截面图。

图9是表示仿真中使用的电路元件的常数的图。

图10是表示没有滤波电路的情况下的仿真结果的电压光谱图。

图11是表示有滤波电路的情况下的仿真结果的电压光谱图。

图12是表示电压由于滤波电路而减少了的等级的图。

图13是表示与滤波电路的有无相应的电流等级及相位的变化的图。

图14是表示送电用线圈单体的情况下的远场模式的图。

图15是表示使送电用线圈与线圈L1电磁耦合的情况下的远场模式的图。

图16是表示与滤波电路的有无相应的放射电场强度的变化的图。

图17是表示使对置距离d变化的情况下的放射电场强度的变化的图。

图18是表示使对置距离d固定并使LC并联谐振器的时间常数变化的情况下的放射电场强度的变化的图。

图19是表示在第2实施方式中将滤波电路应用于同轴电缆的构成的图。

图20是表示在第3实施方式中在滤波电路中设置有中性点的构成的图。

具体实施方式

(第1实施方式)

以下，参照图1至图18对第1实施方式进行说明。图1表示本实施方式的电力输送系统的构成，电力输送系统1具备电力发送装置2及电力接收装置3。电力发送装置2具备：将输入的直流电源转换为交流电源的DC－AC转换器4、及DC－AC转换器4的输出端子间连接的电容器5及送电用线圈6的串联电路。并且，电力发送装置2具备与送电用线圈6电磁耦合的滤波电路7。

另一方面，电力接收装置3具备：电容器8及送电用线圈9的串联电路、以及输入端子间连接该串联电路的AC－DC转换器10。AC－DC转换器10将输入的交流电源转换为直流电源后输出。同样地，电力接收装置3具备与受电用线圈9电磁耦合的滤波电路11。DC－AC转换器4、AC－DC转换器10也成为电力输送系统1中的噪声源。

滤波电路7及11是同一构成，因此以下关于滤波电路7，参照图2来说明。滤波电路7通过与送电用线圈6电磁耦合的线圈L1和与线圈L1并联地连接的由线圈L2及电容器C2构成的LC并联谐振器12构成。LC并联谐振器12的时间常数被选择为，阻抗在电力发送装置2的电力输送频率例如6.78MHz达到最大。此外，送电用线圈6相当于通电用线圈。另外，线圈L1、L2分别相当于第1、第2线圈。

其结果如图3所示，在输送频率，线圈L1中不产生激励电流，即不进行滤波作用，对电力接收装置3侧输送的电力没有损失。并且，如图4所示，在比输送频率高的频率的区域，LC并联谐振器12的阻抗降低而激励电流在线圈L1中以反相流通。因此，线圈L1中产生的磁场将送电用线圈7中产生的磁场抵消，进行滤波作用。

图5至图8表示滤波电路7的物理的构成。滤波电路7为，在作为基板的绝缘层13的表面侧形成有送电用线圈6的图案，在其背面侧形成有线圈L1的图案。如图8所示，在送电用线圈6的上层配置有保护层14，在线圈L1的下层也配置有保护层15。即，它们构成多层基板。在保护层14，形成有用于将送电用线圈6的两端与DC－AC转换器4的输出端子连接的开口部16。同样地，在保护层15，形成有用于将线圈L1的两端与LC并联谐振器12的两端连接的开口部17。

接下来，关于本实施方式的滤波电路7及11的效果，使用仿真结果来说明。将送电用线圈6及线圈L1设为同一形状，例如以线路宽度2.5mm的图案形成，电感设为1μH。将两者的对置间隔即绝缘层13的厚度设为0.1mm时，耦合系数k为0.97～0.98，将对置间隔设为0.025mm时k＝0.99。图9表示仿真中使用的各电路元件的常数。图9所示的L1相当于本实施方式的送电用线圈6，该L2相当于本实施方式的线圈L1。此时，如图10及图11所示可知，在输送频率6.78MHz，没有损失，在更高的频率区域，通过滤波作用来压抑噪声等级。

图12表示滤波电路7的作用引起的图10、图11间的电压衰减等级。在频率10MHz之前大致没有衰减，超过40MHz时发生衰减，在超过300MHz的附近衰减等级示出峰值。另外，图13表示送电用线圈6、线圈L1中分别流通的电流的大小和两者的电流相位差。在超过频率50MHz的附近，电流的大小相等，相位差也在180°前后，从而产生滤波作用。

图14、图15分别关于没有滤波电路7的情况、有滤波电路7的情况的频率6.78MHz下的远场模式。可知，关于远场模式，几乎不受滤波电路7的有无的影响。

图16表示将送电用线圈6、线圈L1的电感设为1.3μH、将电容器5及C2的电容设为425pF、并设为两线圈的对置距离d＝25μm、没有滤波电路7的情况下、有滤波电路7的情况下的放射电场强度[dBμV/m]及放射电场抑制等级[dB]。在输送频率6.78MHz，对放射电场强度没有影响，从超过10MHz的附近起，抑制等级上升。

图17表示使对置距离d变化的情况下的放射电场强度的变化。在d＝200μm的情况下，在频率30MHz附近，抑制等级达到最大。另一方面，通过缩短对置距离d来提高耦合系数k，从而可获得遍及较宽的频带的噪声抑制效果。

另外，图18表示对置距离固定为d＝25μm并使LC并联谐振器12的时间常数变化的情况下的放射电场强度的变化。线圈L2的电感越小，则从更低的频率起产生噪声抑制效果。

如以上所述，根据本实施方式，滤波电路7具备：与被插入到电力发送装置2的通电路径中的送电用线圈6电磁耦合的线圈L1、及与线圈L1的两端连接的线圈L2及电容器C2的并联电路12。并且，将线圈L2及电容器C2的元件常数设定为，使送电用线圈6的端子间阻抗以与线圈6为单体的状态等价的任意的频率并联谐振。换言之，将LC并联谐振器12的时间常数选择为，在上述任意的频率即电力发送装置2的电力输送频率6.78MHz，阻抗最大。

据此，不会对电力输送中使用的频率的电磁信号赋予衰减，能够滤除更高的频率的噪声。此时，通过将线圈L2的电感设定为线圈L1的电感以下，能够进一步提高滤波效果。

另外，通过将线圈L1配置于在一方的面侧配置有送电用线圈6的绝缘层13的另一方的面侧，能够通过绝缘层13的厚度容易地调整送电用线圈6与线圈L1的对置间隔。据此，线圈L1相对于送电用线圈6的电磁耦合程度的调整变得容易。并且，将滤波电路7及11应用于具备电力发送装置2及电力接收装置3的无线电力输送系统1，因而能够以高效率进行电力的输送。

(第2实施方式)

以下，对与第1实施方式相同的部分附以同一符号并省略说明，对不同的部分予以说明。如图19所示，第2实施方式，利用作为同轴电缆21的内导体的中心导体22和作为外导体的包覆导体23来构成滤波电路。例如将中心导体22作为通电线圈，将包覆导体23作为构成滤波电路的线圈L1，将LC并联谐振器12连接。此外，也可以变换双方的对应关系。

(第3实施方式)

如图20所示，在第3实施方式中，将相对于LC并联谐振器12并联地连接了电容器C3a及C3b的串联电路的部分作为LC并联谐振器31，构成滤波电路32。该情况下，通过将电容器C3a、C3b的电容设定为相等将两者的共用连接点作为中性点，并与例如接地连接，从而被赋予规定电位。

在信号发生源33的输出端子间连接有通电线圈34，信号发生源33的接地端子经由电容器C4与接地连接的构成中，滤波电路32的线圈L1与通电线圈34电磁耦合。此时，在通电线圈34与线圈L1之间，存在图中以虚线表示的寄生电容时，在图中以虚线箭头表示的路径产生共态噪声的情况是存在的。在此种情况下，通过在LC并联谐振器31中设置中性点，能够有效地将共态噪声传递至接地。

(其他的实施方式)

关于任意的频率、各电路元件的常数、构成滤波电路时的尺寸等，只要根据个别的设计适当变更即可。

在第3实施方式中，规定电位并不限于接地电位。另外，不一定必须对中性点赋予规定电位，也可以将线圈L2、电容器C2的一端与规定电位连接。

不限于应用于无线电力输送系统，如果是其他无线信号输送系统、发送电磁信号的装置、接收电磁信号的装置，也能够应用。

对本发明的几个实施方式进行了说明，但这些实施方式作为例子提示，意图不是限定发明的范围。这些新的实施方式，能够以其他各种各样的方式实施，在不脱离发明的主旨的范围内，能够进行各种省略、置换、变更。这些实施方式及其变形，包含在发明的范围及主旨中，并且包含在权利要求书记载的发明及其等同的范围中。

Claims (16)

1.一种滤波电路，具备：

第1线圈，与被插入到通电路径中的通电线圈电磁耦合；以及

第2线圈及电容器的并联电路，与该第1线圈的两端连接，

上述第2线圈及电容器的元件常数被设定为，使上述通电线圈的端子间阻抗以与该通电线圈为单体的状态等价的任意的频率并联谐振。

2.如权利要求1所述的滤波电路，其中，

上述第2线圈的电感被设定为上述第1线圈的电感以下。

3.如权利要求1或2所述的滤波电路，其中，

上述第1线圈被配置于在一方的面侧配置有上述通电线圈的基板的另一方的面侧。

4.如权利要求1或2所述的滤波电路，其中，

上述通电线圈作为同轴电缆的内导体或外导体的一方而形成时，

上述第1线圈作为上述内导体或外导体的另一方而形成。

5.如权利要求1所述的滤波电路，其中，

在上述并联电路中设置中性点，对上述中性点赋予规定电位。

6.如权利要求2所述的滤波电路，其中，

在上述并联电路中设置中性点，对上述中性点赋予规定电位。

7.如权利要求3所述的滤波电路，其中，

在上述并联电路中设置中性点，对上述中性点赋予规定电位。

8.如权利要求4所述的滤波电路，其中，

在上述并联电路中设置中性点，对上述中性点赋予规定电位。

9.一种无线电力输送系统，包括电力发送装置和电力接收装置，

所述电力发送装置具备送电用线圈以及滤波电路，该滤波电路具备：与该送电用线圈电磁耦合的送电用第1线圈、及与该送电用第1线圈的两端连接的送电用第2线圈及电容器的并联电路，上述送电用第2线圈及电容器的元件常数被设定为，使上述送电用线圈的端子间阻抗以与该送电用线圈为单体的状态等价的任意的频率并联谐振，

所述电力接收装置具备受电用线圈以及滤波电路，该滤波电路具备：与该受电用线圈电磁耦合的受电用第1线圈、及与该受电用第1线圈的两端连接的受电用第2线圈及电容器的并联电路，上述受电用第2线圈及电容器的元件常数被设定为，使上述受电用线圈的端子间阻抗以与该受电用线圈为单体的状态等价的任意的频率并联谐振。

10.如权利要求9所述的无线电力输送系统，其中，

上述滤波电路的送电用第2线圈的电感被设定为上述送电用第1线圈的电感以下，

上述滤波电路的受电用第2线圈的电感被设定为上述受电用第1线圈的电感以下。

11.如权利要求9或10所述的无线电力输送系统，其中，

上述滤波电路的送电用第1线圈被配置于在一方的面侧配置有上述送电用线圈的基板的另一方的面侧，

上述滤波电路的受电用第1线圈被配置于在一方的面侧配置有上述受电用线圈的基板的另一方的面侧。

12.如权利要求9或10所述的无线电力输送系统，其中，

上述送电用线圈及上述受电用线圈作为同轴电缆的内导体或外导体的一方而形成，

上述滤波电路的送电用第1线圈及上述滤波电路的受电用第1线圈作为上述内导体或外导体的另一方而形成。

13.如权利要求9所述的无线电力输送系统，其中，

在上述电力发送装置及上述电力接收装置具备的滤波电路的并联电路中设置中性点，对上述中性点赋予规定电位。

14.如权利要求10所述的无线电力输送系统，其中，

在上述电力发送装置及上述电力接收装置具备的滤波电路的并联电路中设置中性点，对上述中性点赋予规定电位。

15.如权利要求11所述的无线电力输送系统，其中，

在上述电力发送装置及上述电力接收装置具备的滤波电路的并联电路中设置中性点，对上述中性点赋予规定电位。

16.如权利要求12所述的无线电力输送系统，其中，

在上述电力发送装置及上述电力接收装置具备的滤波电路的并联电路中设置中性点，对上述中性点赋予规定电位。

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