JP2014170905A - 非接触給電装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】複数個の1次コイルが一方向に等間隔を配置されている。2次コイルは、前記一方向に並設した複数の1次コイルに沿って移動する。1次コイルに流す高周波電流の給電周波数fnは、2次コイルの移動によって各1次コイルと2次コイルの相対位置で決まる共振回路の共振特性のうち最も離間した第1共振特性A1と第2共振特性A2に対し、その両共振特性の交差する点Pの周波数fpとする。
【選択図】図7
Description
以下、非接触給電装置を具体化した第1実施形態を図面に従って説明する。
図1に示すように、部屋の鴨居1と敷居2との間に引戸3が配置されている。引戸3はその鴨居1と敷居2に形成された溝を滑って、図1に実線で示す位置と2点鎖線で示す位置との間をスライド可能に支持されている。鴨居1には、複数個の1次コイルL1が予め定めた間隔を開けて鴨居1の溝に沿って内設されている。図2及び図3(a)に示すように、1次コイルL1は、正方形状の基板5上に固設された断面正方形の四角柱状の磁性体からなる1次側コア6の外側面に巻回されている。
まず、引戸3に設けられた受電装置20について説明する。図5に示すように、受電装置20は、2次コイルL2に対して共振用の2次側共振コンデンサC2が直列に接続されている。2次コイルL2は、給電装置10の各1次コイルL1から放射される交番磁界にて2次電力を発生する。また、2次コイルL2と2次側共振コンデンサC2からなる2次側共振回路は、全波整流回路21に接続されている。
各基本給電ユニット回路11は、その回路構成が同じであるため説明の便宜上、1つの基本給電ユニット回路11について、図6に従って説明する。
インバータ回路15は、公知のハーフブリッジ回路である。インバータ回路15は、第1コンデンサCaと第2コンデンサCbを直列に接続した分圧回路と、この分圧回路に対して、第1パワートランジスタQaと第2パワートランジスタQbを直列に接続した直列回路からなる駆動回路が並列に接続されている。第1及び第2パワートランジスタQa,Qbは、本実施形態では、NチャネルMOSFETにて構成されている。
次に、給電周波数fnについて説明する。
ここで、一方向に移動させる前の2次コイルL2の移動方向側の先端辺の位置を始端位置とし、移動方向と反対側の後端辺の位置を終端位置とする。そして、2次コイルL2の後端辺が後端位置から始端位置に到達するまで2次コイルL2を一方向に移動させる。
今、第1共振特性A1での共振周波数fr1で複数個の1次コイルL1を励磁駆動したとき、正対位置では最も給電効率のよい給電が行えるが、狭間位置では最も給電効率の悪い給電となり、図7に示すように出力電圧の変動幅G1は大きくなる。反対に、第2共振特性A2での共振周波数fr2で複数個の1次コイルL1を励磁駆動したとき、狭間位置では最も給電効率のよい給電が行えるが、正対位置では最も給電効率の悪い給電となり、図7に示すように出力電圧の変動幅G2は大きくなる。
2次コイルL2の第2縦幅Y2は、1次コイルL1の第1縦幅Y1に対して、Y2≧Y1となるように形成している。
また、1次コイルL1と1次コイルL1の離間長Z1は、1次コイルL1の第1横幅X1(=Y1)に対して、Z1<X1となるように配置している。
また、1次コイルL1は第1横幅X1(=Y1)が42mmのものを使用した。従って、2次コイルL2の第2横幅X2は、210mm(=5×X1)となる。
また、1次コイルL1は第1横幅X1(=Y1)が42mmのものを使用した。従って、2次コイルL2の第2横幅X2は、168mm(=4×X1)となる。
また、1次コイルL1は第1横幅X1(=Y1)が42mmのものを使用した。従って、2次コイルL2の第2横幅X2は、126mm(=3×X1)となる。
図9(a)(b)、図10(a)(b)は、2次コイルL2の第2横幅X2を、X2=5×X1にし、離間長Z1をそれぞれ変更した時の各ずれ位置における周波数に対する出力電圧の推移を実験にて求めた例である。ここで、ずれ位置とは、1次コイルL1のコイル面に対して2次コイルL2のコイル面が移動方向にずれる長さいう。
図9(a)から明らかなように、離間長Z1を第1横幅X1と同じにした時には、各ずれ位置における周波数に対する出力電圧の推移を示す共振特性は、大きく離間し一致していない。
図9(b)から明らかなように、離間長Z1を第1横幅X1の0.5倍にしたときには、各ずれ位置における周波数に対する出力電圧の推移を示す共振特性は、図9(a)に比べて近接している。
図10(a)から明らかなように、離間長Z1を第1横幅X1の0.24倍にした時には、各ずれ位置における周波数に対する出力電圧の推移を示す共振特性は、ほぼ一致している。
図10(b)から明らかなように、離間長Z1を第1横幅X1の0.125倍にした時には、同様に、各ずれ位置における周波数に対する出力電圧の推移を示す共振特性は、ほぼ一致している。
今、鴨居1に設けた各1次コイルL1は、それぞれの基本給電ユニット回路11によって給電周波数fnの高周波電流が通電されて交番磁界を発生している。
しかも、2次コイルL2の第2横幅X2を、X2=5×X1にしたことから、引戸3がどの移動位置にあっても、2次コイルL2とその時に相対向する1次コイルL1との漏れインダクタンスの変化率(%)を±10%未満にすることができる。その結果、最も離間した第1共振特性A1と第2共振特性A2の間隔を縮めることができことから、交差する点Pでの周波数fpを給電周波数fnとした場合に対する出力電圧は高電圧に推移しかつ出力電圧の変動幅G3はより小さくなる。
上記実施形態によれば、1次コイルL1に流す高周波電流の給電周波数fnを、最も離間した第1共振特性A1の特性線と第2共振特性A2の特性線が交差する点Pの周波数fpとした。そのため、2次コイルL2は、引戸3がスライド位置して個々の位置で得られる出力電圧うちの最大値と最小値との間隔が小さく、即ち、出力電圧の変動幅G3が小さくすることができる。その結果、引戸3をどの位置にスライドさせても安定した出力電圧を機器Eに供給できる。
次に、第2実施形態について説明する。本実施形態は、1次コイルL1及び2次コイルL2の構造とその配置に特徴を有する。そのため、本実施形態では、その特徴部分について詳細に説明し共通の部分に対しては説明の便宜上詳細な説明は省略する。
一方、図11に示すように、2次コイルL2は、断面コ字状であって移動方向に長い、所謂C型の2次側コア32の両側部32aをつなぐ中間部32bに巻回される。従って、2次コイルL2はC型形状の磁性体の2次側コア32に巻回された閉磁路型のコイルである。そして、2次側コア32は、引戸3を移動させたとき、その両側部32aの移動方向に長い長方形形状の先端面32cが、鴨居1に設けた各1次側コア31の両側部31aの先端面31cとそれぞれ相対向するように配置される。
ちなみに、本実施形態では、2次側コア32の第2横幅X2は、X2≧2×X1+Z1という関係が成立するように形成されている。
図12(a)は、2次側コア32の第2横幅X2を、X2=2×X1にし、離間長Z1を第1横幅X1の1.5倍した時(Z1=1.5×X1)の、各ずれ位置における周波数に対する出力電圧の推移を求めたグラフである。
図13(b)は、2次側コア32の第2横幅X2を、X2=2×X1にし、離間長Z1を第1横幅X1の0.5倍(Z1=X1/2)にした時の、各ずれ位置における周波数に対する出力電圧の推移を求めたグラフである。
従って、離間長Z1を上記条件で配置し、第1共振特性A1と第2共振特性A2の交差する点Pでの周波数fpを給電周波数fnとした場合、出力電圧は高電圧に推移しかつ変動幅G3がより小さくなる。
今、各1次コイルL1を励磁する高周波電流の給電周波数fnを、各1次コイルL1と2次コイルL2の相対位置によって決まる共振回路の共振特性の最も離間した第1共振特性A1の特性線と第2共振特性A2の特性線が交差する点Pの周波数fpとした。
しかも、離間長Z1をZ1≦X1にするとともに、2次側コア32の第2横幅X2をX2≧2×X1+Z1にしたことから、引戸3がどの移動位置にあっても、第1共振特性A1と第2共振特性A2は近接することができる。従って、第1共振特性A1と第2共振特性A2の交差する点Pでの周波数fpを給電周波数fnとした場合に対する出力電圧はさらに高電圧に推移しかつ出力電圧の変動幅G3はより小さくなる。
上記実施形態によれば、1次コイルL1を通電する高周波電流に給電周波数fnを、最も離間した第1共振特性A1の特性線と第2共振特性A2の特性線が交差する点Pの周波数fpとした。そのため、2次コイルL2は、引戸3がスライド位置して個々の位置で得られる出力電圧うちの最大値と最小値との間隔が小さく、即ち、出力電圧の変動幅が小さくすることができる。その結果、引戸3をどの位置にスライドさせても安定した出力電圧を機器Eに供給できる。
○第1実施形態では、1次コイルL1ついて、横辺の長さを第1横幅X1とし、縦辺の長さを第1縦幅Y1とし、2次コイルL2について、長辺の長さを第2横幅X2とし、短辺の長さを第2縦幅Y2として実施した。
○第2実施形態では、1次コイルL1及び2次コイルL2はC型形状の磁性体の1次側コア31及び2次側コア32にそれぞれ巻回された閉磁路型のコイルであった。これを、1次コイルL1及び2次コイルL2を、E型形状の磁性体コアに巻回した閉磁路型のコイルで実施してもよい。
同様に、2次コイルL2に対して共振コンデンサC2を直列に接続した。これを2次コイルL2に対して共振用のコンデンサを並列に接続して実施してもよい。
Claims (4)
- 1次側コアに巻回された複数個の1次コイルを一方向に等間隔を配置し、前記一方向に並設した複数の1次コイルに沿って移動する2次側コアに巻回された2次コイルを設け、前記1次コイルに高周波電流を通電させて、該各1次コイルが発生する交番磁界にて前記2次コイルの各移動位置においてその2次コイルに2次電力を発生させるようにした非接触給電装置であって、
前記高周波電流の給電周波数は、前記2次コイルの移動によって決まる前記各1次コイルと前記2次コイルの位置関係によって決まる共振回路の共振特性のうち最も離間した第1共振特性と第2共振特性に対し、その両共振特性の交差する点の周波数とすることを特徴とする非接触給電装置。 - 請求項1に記載の非接触給電装置において、
前記1次コイルの前記一方向の長さをX1、前記2次コイルの前記一方向の長さをX2とした時、
前記2次コイルの前記一方向の長さが、
X2≧5×X1
を満たすようにしたことを特徴とする非接触給電装置。 - 請求項2に記載の非接触給電装置において、
隣接する前記1次コイルの間隔をZ1とした時、
前記1次コイルの間隔をZ21が、
Z1<X1
を満たすように、前記各1次コイルを前記一方向に配置したことを特徴とする非接触給電装置。 - 請求項1に記載の非接触給電装置において、
前記1次コイル及び前記2次コイルは、C型又はE型形状の1次側及び2次側コアにそれぞれ巻回された閉磁路型のコイルであり、
前記1次側コアの前記一方向の長さをX1とし、前記2次側コアの前記一方向の長さをX2とするとともに、隣接する前記1次側コアの間隔をZ1とした時、
前記1次側コアの間隔をZ1が、
Z1≦X1
を満たし、かつ、
前記2次側コアの前記一方向の長さが、
X2≧2×X1+Z1
を満たすようにしたことを特徴とする非接触給電装置。
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