JP2015050888A - Non-contact power supply device - Google Patents
Non-contact power supply device Download PDFInfo
- Publication number
- JP2015050888A JP2015050888A JP2013182737A JP2013182737A JP2015050888A JP 2015050888 A JP2015050888 A JP 2015050888A JP 2013182737 A JP2013182737 A JP 2013182737A JP 2013182737 A JP2013182737 A JP 2013182737A JP 2015050888 A JP2015050888 A JP 2015050888A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- coil
- resonance
- inductance
- power
- capacitor
- 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.)
- Granted
Links
Images
Landscapes
- Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
- Current-Collector Devices For Electrically Propelled Vehicles (AREA)
Abstract
Description
本発明は非接触給電装置に関し、特に、同心上に設置された送電コイルおよび受電コイルにより電磁誘導を利用して電力を供給する非接触給電装置に用いて好適なものである。 The present invention relates to a non-contact power supply device, and is particularly suitable for use in a non-contact power supply device that supplies power using electromagnetic induction by a power transmission coil and a power reception coil installed concentrically.
タービンやモータなど回転機械の監視制御においては、回転するロータの応力や温度を計測し、その計測データをリアルタイムで制御監視装置に伝送することが必要である。ロータなどの回転体の場合、電力の供給に従来はスリップリングやトロリー方式の接触型が主に用いられてきた。しかし、これらの方式のシステムは高価であり、接触部の機械的摩耗の問題もあることから、近年では電磁誘導を利用した非接触型の給電方式が用いられてきている。 In monitoring and control of rotating machines such as turbines and motors, it is necessary to measure stress and temperature of a rotating rotor and transmit the measurement data to a control and monitoring device in real time. In the case of a rotating body such as a rotor, conventionally, a contact type of a slip ring or a trolley type has been mainly used for supplying electric power. However, these types of systems are expensive, and there is a problem of mechanical wear of the contact portion. In recent years, a non-contact type power feeding method using electromagnetic induction has been used.
一般的に、電磁誘導を利用して回転体に対して電力を供給する非接触給電装置は、図2に示すように構成されている。すなわち、従来の一般的な非接触給電装置は、回転体100の外周において同心上に設置される送電コイル101および受電コイル102と、送電コイル101に対して交流電力を供給する送電用発振器103と、受電コイル102のインンダクタンスに対して同調する容量を有するコンデンサを備えた共振回路104と、受電コイル102から共振回路104を通して供給される交流電力を整流して直流電力に変換する整流回路105とを備えている。なお、送電コイル101に対して同調用のコンデンサを接続したものも存在する(例えば、特許文献1参照)。
In general, a non-contact power supply device that supplies electric power to a rotating body using electromagnetic induction is configured as shown in FIG. That is, the conventional general non-contact power feeding apparatus includes a
電磁誘導を利用した非接触給電装置において、できるだけ効率よく電力の供給を行うためには、送電コイル101に供給される交流電力の周波数と、受電コイル102のインンダクタンスおよび共振回路104が備えるコンデンサの容量で定まる共振周波数との値が同一もしくはそれに近くなるように調整する必要がある。そのためには、共振回路104が備えるコンデンサの容量を適切な値に調整することが重要となる。
In a non-contact power feeding apparatus using electromagnetic induction, in order to supply power as efficiently as possible, the frequency of the AC power supplied to the
しかしながら、大型のタービンやモータのように巨大な設備に非接触給電装置を設置する場合、タービンやモータがある現場において送電コイル101や受電コイル102を回転体100に巻き付け、その現場においてコンデンサの容量Cの値も調整しなければならない。この場合、共振周波数の値は、回転体100に巻き付ける受電コイル102の径の大きさや、当該受電コイル102のインンダクタンスの値、使用する鉄心の透磁率など多くの要素の影響を受けて変わってしまう。
However, when the non-contact power supply apparatus is installed in a huge facility such as a large turbine or motor, the
そのため、給電の最大効率を得るのに必要な値にコンデンサの容量を調整するためには、様々な容量のコンデンサを接続しては共振周波数を測定してみるといった試行錯誤的な作業が必要となり、現場での非接触給電装置の設置作業が非常に煩雑になるという問題があった。 Therefore, in order to adjust the capacitance of the capacitor to the value necessary to obtain the maximum efficiency of power supply, trial and error work such as connecting the capacitors of various capacities and measuring the resonance frequency is required. There is a problem that the installation work of the non-contact power feeding apparatus on the site becomes very complicated.
本発明は、このような問題を解決するために成されたものであり、共振周波数を調整して給電効率を最大限に上げた状態で非接触給電装置を現場で設置する作業を容易に行うことができるようにすることを目的とする。 The present invention has been made to solve such a problem, and easily performs an operation of installing a non-contact power feeding apparatus on site in a state where the resonance frequency is adjusted and the power feeding efficiency is maximized. The purpose is to be able to.
上記した課題を解決するために、本発明の非接触給電装置は、同心上に設置される送電コイルおよび受電コイルと、受電コイルに接続された共振回路とを備え、当該共振回路は、コンデンサと、当該コンデンサと共振する共振用コイルとを備えており、受電コイルのインダクタンスに対して共振用コイルのインダクタンスを十分に大きな値に設定している。 In order to solve the above-described problem, a contactless power supply device of the present invention includes a power transmission coil and a power reception coil that are installed concentrically, and a resonance circuit connected to the power reception coil. And a resonance coil that resonates, and the inductance of the resonance coil is set to a sufficiently large value with respect to the inductance of the power receiving coil.
上記のように構成した本発明によれば、受電コイルのインダクタンスに対して共振用コイルのインダクタンスが十分に大きな値に設定されているため、共振回路内のコンデンサの容量との関係で共振周波数を定めるインダクタンスに関して、受電コイルのインダクタンスは殆ど無視することができる。すなわち、受電コイルの径の大きさ、受電コイルのインンダクタンスの値、鉄心の透磁率などの影響を受けて共振周波数が変わってしまうことがなく、受電コイルとは別に設けた共振用コイルのインダクタンスとコンデンサの容量とによって共振周波数が定まる。 According to the present invention configured as described above, since the inductance of the resonance coil is set to a sufficiently large value relative to the inductance of the power receiving coil, the resonance frequency is set in relation to the capacitance of the capacitor in the resonance circuit. Regarding the inductance to be determined, the inductance of the receiving coil can be almost ignored. That is, the resonance frequency does not change under the influence of the diameter of the receiving coil, the inductance value of the receiving coil, the magnetic permeability of the iron core, etc. The inductance of the resonance coil provided separately from the receiving coil The resonance frequency is determined by the capacitance of the capacitor.
このため、共振用コイルのインダクタンスとの関係だけでコンデンサの容量を調整することにより、給電効率を最大限に上げるために必要な共振周波数の設定を行うことができる。これにより、作業者が現場に向かう前に、共振回路が備えるコンデンサの容量と共振用コイルのインダクタンスの調整を行って共振周波数を設定しておけば、現場では共振回路を受電コイルに接続するだけの作業で済む。したがって、共振周波数を調整して給電効率を最大限に上げた状態で非接触給電装置を現場で設置する作業を容易に行うことができるようになる。 For this reason, by adjusting the capacitance of the capacitor only in relation to the inductance of the resonance coil, it is possible to set the resonance frequency necessary to maximize the power supply efficiency. As a result, if the resonance frequency is set by adjusting the capacitance of the capacitor provided in the resonance circuit and the inductance of the resonance coil before the worker goes to the site, the resonance circuit is simply connected to the receiving coil at the site. This is all you need to do. Therefore, it is possible to easily perform the work of installing the non-contact power feeding apparatus on site with the resonance frequency adjusted to maximize the power feeding efficiency.
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図1は、本実施形態による非接触給電装置の構成例を示す図である。なお、図1に示す非接触給電装置は、その構成を模式的に示すものであって、大きさや形状を正確に反映したものではない。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of the contactless power feeding device according to the present embodiment. In addition, the non-contact electric power feeder shown in FIG. 1 shows the structure typically, and does not reflect a magnitude | size and a shape correctly.
図1に示すように、本実施形態の非接触給電装置は、例えばタービンのロータのような回転体100の外周において同心上に設置される送電コイル11および受電コイル12と、受電コイル12に接続された共振回路13と、受電コイル12から共振回路13を通して供給される交流電力を整流して直流電力に変換する整流回路14とを備えている。
As shown in FIG. 1, the contactless power feeding device of the present embodiment is connected to the
送電コイル11には、当該送電コイル11に対して交流電力を供給するための送電用発振器20が接続される。この送電コイル11は、電磁誘導を利用して受電コイル12に電力を給電する。受電コイル12は、電磁誘導を利用して送電コイル11より電力を受電する。受電コイル12は、例えば回転体100の外周表面に巻き付けられ、共振回路13および整流回路14は、例えば回転体100の外周表面に設置される。
A
共振回路13は、送電用発振器20から送電コイル11に給電する交流電力の周波数と略一致する共振周波数を受電コイル12側に発生させるための回路であり、コンデンサ15と、当該コンデンサ15と共振する共振用コイル16とを備えて構成される。
The
本実施形態では、共振用コイル16をトロイダルコイルにより構成している。そして、このトロイダルコイルに2組の接続端子を設け、その1組をコンデンサ15を介して受電コイル12に接続するとともに、もう1組を整流回路14に接続している。
In this embodiment, the
また、本実施形態では、共振用コイル16の巻数を受電コイル12の巻数に対して十分に大きな値に設定することにより、受電コイル12のインダクタンスL2に対して共振用コイル16のインダクタンスL3を十分に大きな値に設定している。例えば、受電コイル12の巻数を1回とする一方、共振用コイル16の巻数をn回(n>>1)とする。
Further, in the present embodiment, by setting the number of turns of the
このように構成することにより、共振回路13におけるコンデンサ15の容量Cとの関係で共振周波数を定めるインダクタンスの値に関して、共振用コイル16のインダクタンスL3と比べて受電コイル12のインダクタンスL2の値は殆ど無視することができる。
With this configuration, the inductance L2 of the
すなわち、ロータの外周に現場で巻き付ける受電コイル12の径の大きさ、受電コイル12のインンダクタンスL2の値、鉄心の透磁率などの影響を受けて共振回路13の共振周波数が変わってしまうことがなく、受電コイル12とは別に設けた共振用コイル16のインダクタンスL3の値とコンデンサの容量Cの値とによって共振周波数が定まる。
That is, the resonance frequency of the
このため、共振用コイル16のインダクタンスL3との関係だけでコンデンサ15の容量Cを調整することにより、給電効率を最大限に上げるために必要な共振周波数の設定を行うことができる。例えば、送電コイル11に給電する交流電力の周波数がf1[kHz]である場合、共振用コイル16のインダクタンスL3とコンデンサ15の容量Cとにより定まる共振周波数f2[kHz]をf1と略一致するようにコンデンサ15の容量Cを調整すればよい。
For this reason, by adjusting the capacitance C of the
これにより、作業者が現場に向かう前に、共振回路13が備えるコンデンサ15の容量Cと共振用コイル16のインダクタンスL3の調整を行って共振周波数を設定しておけば、現場では共振回路13を受電コイル12に接続するだけの作業で済む。したがって、共振周波数を調整して給電効率を最大限に上げた状態で非接触給電装置を現場で設置する作業を容易に行うことができるようになる。また、本実施形態では、受電コイル12の巻数を1回としているので、現場でロータの外周に受電コイル12を巻き付ける作業も極めて簡単に行うことができる。
As a result, before the operator goes to the site, if the resonance frequency is set by adjusting the capacitance C of the
ここで、受電コイル12のインダクタンスL2と共振用コイル16のインダクタンスL3との比が大きければ大きいほど、共振回路13の共振周波数は受電コイル12のインダクタンス変動の影響を受けにくくなる。例えば、共振用コイル16のインダクタンスL3は、受電コイル12のインダクタンスL2のおよそ10倍以上の値に設定するのが望ましい。
Here, the larger the ratio between the inductance L2 of the
すなわち、受電側における受電コイル12および共振用コイル16の合成インダクタンスをL=(L2+L3)とすると、受電側の共振周波数frは、
fr=1/2π√(LC)・・・(1)
である。そして、受電側の共振周波数frが送電側の発振周波数fo(上述した送電コイル11に給電する交流電力の周波数f1に相当)と一致したときに、受電ゲインは最大となる。
That is, if the combined inductance of the
f r = 1 / 2π√ (LC) (1)
It is. When the resonance frequency f r of the power receiving side is matched with the transmission side of the oscillation frequency f o (corresponding to the frequency f 1 of the AC power to power transmitting
これに対して、共振周波数frが発信周波数foに対してずれがあると、そのずれの大きさに応じて受電ゲインが減少する。受電コイル12および共振用コイル16の周辺の磁性体の配置の違いによってインダクタンスのQ値が影響を受けるため、受電ゲインの減少の仕方は装置の設置状態で変わり得るが、概ね5%ずれると、受電ゲインは最大値の約1/2となることを実験で確認している。
In contrast, the resonance frequency f r is a deviation with respect to the oscillation frequency f o, the power receiving gain is decreased in accordance with the magnitude of the deviation. Since the Q value of the inductance is affected by the difference in the arrangement of the magnetic material around the
仮に、受電ゲインの低下が1/2までを実用範囲と考えて、受電側の合成インダクタンスLを(1)式に当てはめると、L3≧10*L2であれば、受電側のインダクタンスがL=(L2+L3)のときの共振周波数frとL=L3のときの共振周波数f2とのずれは5%以下となり、現場での共振周波数の調整なしでも実用範囲で使用することが可能となる。 Assuming that the decrease in the power receiving gain is up to 1/2, and applying the combined inductance L on the power receiving side to the equation (1), if L3 ≧ 10 * L2, the power receiving side inductance is L = ( L2 + L3) deviation becomes less than 5% of the resonance frequency f 2 at the resonance frequency f r and L = L3 when the, it is possible to use in a practical range without adjustment of the resonance frequency in the field.
なお、ここでは共振周波数frの発信周波数foに対するずれが5%以下である場合を実用範囲として想定したが、この数値は単なる一例に過ぎない。より厳密な制御が望まれる場合やQ値が高い環境では、受電コイル12のインダクタンスL2と共振用コイル16のインダクタンスL3との比率を10倍よりももっと大きく設定すればよい。逆に、共振周波数frの発信周波数foに対するずれの許容量が5%より大きい場合やQ値が低い環境では、受電コイル12のインダクタンスL2と共振用コイル16のインダクタンスL3との比率を10倍よりも小さく設定することが可能である。
Here, it is assumed when the deviation with respect to the oscillation frequency f o of the resonance frequency f r is 5% or less as a practical range, this number is merely an example. In a case where more strict control is desired or in an environment where the Q value is high, the ratio between the inductance L2 of the
なお、上記実施形態では、受電コイル12の巻数を1回とする例について説明したが、本発明はこれに限定されない。すなわち、共振用コイル16のインダクタンスL3と比べて受電コイル12のインダクタンスL2の値が殆ど無視できるほど、受電コイル12のインダクタンスL2に対して共振用コイル16のインダクタンスL3が十分に大きな値となればよく、受電コイル12の巻数を複数回としてもよい。
In the above-described embodiment, the example in which the number of turns of the
ちなみに、コイルのインダクタンスの大きさは、コイルの巻数の2乗に比例するととともに、コイルの断面積に比例する。ここで、タービンのロータのように巨大な設備に受電コイル12を巻き付ける場合、受電コイル12の断面積は必然的に大きくなる。一方、共振用コイル16の断面積は小さくなる。よって、受電コイル12のインダクタンスL2に対して共振用コイル16のインダクタンスL3を十分に大きな値とするためには、受電コイル12の巻数を少なくする一方で共振用コイル16の巻数を多くすることにより、その巻数の差によってL2<<L3となるようにすることが必要である。
Incidentally, the magnitude of the inductance of the coil is proportional to the square of the number of turns of the coil and proportional to the cross-sectional area of the coil. Here, when the
また、上記実施形態では、タービンのロータに非接触給電装置を設置する例について説明したが、非接触給電装置を設置する機器や設備はこれ以外のものであってもよい。その場合、非接触給電装置を設置する機器や設備は回転体であってもよいし、回転体でなくてもよい。ただし、通常は設置の作業が煩雑で困難な機器や設備に設置する場合が最も有用である。 Moreover, although the said embodiment demonstrated the example which installs a non-contact electric power feeder in the rotor of a turbine, the apparatus and installation which install a non-contact electric power feeder may be other than this. In that case, the device or facility for installing the non-contact power feeding device may be a rotating body or may not be a rotating body. However, it is usually most useful when installed in equipment or facilities where installation is complicated and difficult.
また、上記実施形態では、共振用コイル16の一例としてトロイダルコイルを用いる例について説明したが、本発明はこれに限定されない。ただ、トロイダルコイルは、発生する磁束が外部に漏れないためコイル効率がとても良い、インダクタンスの安定性が良いという特徴がある。したがって、共振周波数をより的確な値に設定しやすいという点で、トロイダルコイルを用いるのが好ましい。
Moreover, although the said embodiment demonstrated the example which uses a toroidal coil as an example of the
その他、上記実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその要旨、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。 In addition, each of the above-described embodiments is merely an example of implementation in carrying out the present invention, and the technical scope of the present invention should not be construed in a limited manner. That is, the present invention can be implemented in various forms without departing from the gist or the main features thereof.
11 送電コイル
12 受電コイル
13 共振回路
14 整流回路
15 コンデンサ
16 共振用コイル(トロイダルコイル)
DESCRIPTION OF
Claims (3)
上記受電コイルに接続された共振回路とを備え、
上記共振回路は、コンデンサと、当該コンデンサと共振する共振用コイルとを備えており、
上記受電コイルのインダクタンスに対して上記共振用コイルのインダクタンスを十分に大きな値に設定したことを特徴とする非接触給電装置。 A power transmission coil and a power reception coil installed concentrically;
A resonance circuit connected to the power receiving coil,
The resonance circuit includes a capacitor and a resonance coil that resonates with the capacitor.
A non-contact power feeding apparatus, wherein an inductance of the resonance coil is set to a sufficiently large value with respect to an inductance of the power receiving coil.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013182737A JP5978184B2 (en) | 2013-09-04 | 2013-09-04 | Contactless power supply |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013182737A JP5978184B2 (en) | 2013-09-04 | 2013-09-04 | Contactless power supply |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2015050888A true JP2015050888A (en) | 2015-03-16 |
JP5978184B2 JP5978184B2 (en) | 2016-08-24 |
Family
ID=52700469
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2013182737A Active JP5978184B2 (en) | 2013-09-04 | 2013-09-04 | Contactless power supply |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5978184B2 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH1070856A (en) * | 1996-08-26 | 1998-03-10 | Hitachi Kiden Kogyo Ltd | Constant voltage induction feeding device |
JP2010011654A (en) * | 2008-06-27 | 2010-01-14 | Sony Corp | Power transmitter, power supplying device, and power receiving device |
JP2010063324A (en) * | 2008-09-07 | 2010-03-18 | Hideo Kikuchi | Induced power transmission circuit |
JP2011147278A (en) * | 2010-01-15 | 2011-07-28 | Daifuku Co Ltd | Lead-battery charger |
JP2013219888A (en) * | 2012-04-06 | 2013-10-24 | Hitachi Cable Ltd | Contactless feeding system |
-
2013
- 2013-09-04 JP JP2013182737A patent/JP5978184B2/en active Active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH1070856A (en) * | 1996-08-26 | 1998-03-10 | Hitachi Kiden Kogyo Ltd | Constant voltage induction feeding device |
JP2010011654A (en) * | 2008-06-27 | 2010-01-14 | Sony Corp | Power transmitter, power supplying device, and power receiving device |
JP2010063324A (en) * | 2008-09-07 | 2010-03-18 | Hideo Kikuchi | Induced power transmission circuit |
JP2011147278A (en) * | 2010-01-15 | 2011-07-28 | Daifuku Co Ltd | Lead-battery charger |
JP2013219888A (en) * | 2012-04-06 | 2013-10-24 | Hitachi Cable Ltd | Contactless feeding system |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP5978184B2 (en) | 2016-08-24 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6614272B2 (en) | Power feeding device, power receiving device, power feeding system, and method for controlling power feeding device | |
JP5476917B2 (en) | Wireless power feeding device, wireless power receiving device, and wireless power transmission system | |
JP5573190B2 (en) | Wireless power supply system | |
JP6059522B2 (en) | Wireless power supply system, power supply device, power reception device, and magnetic field space forming method | |
JP6025893B2 (en) | Wireless power supply system | |
JP5968596B2 (en) | Wireless power supply system | |
WO2016007674A1 (en) | Resonator balancing in wireless power transfer systems | |
JP2013110947A (en) | Contactless charging system, contactless power transmission apparatus, and control method thereof | |
KR20120080136A (en) | Non-contact power transmission apparatus and power transmission method therefor | |
WO2013145788A1 (en) | Power transmitting device, electronic equipment and wireless power transmission system | |
JP2014027102A (en) | Coil unit and wireless power feeder using the same | |
JP6584896B2 (en) | Power transmission or reception coil, wireless power transmission device using the same, and rotating body | |
JP2015513081A (en) | Test system and method for testing high voltage technology equipment | |
JPWO2013125090A1 (en) | Power transmission system | |
KR20130041870A (en) | Wireless power transmission apparatus and method | |
US20140083623A1 (en) | Ultrasonic Welding Device with Rotary Coupler | |
JP2012147560A (en) | Wireless power transmission device | |
JP5978184B2 (en) | Contactless power supply | |
JPWO2015015635A1 (en) | Non-contact power transmission device and non-contact power transmission system | |
KR20130123349A (en) | Wireless power transmission apparatus and method | |
KR101371058B1 (en) | Coil assembly for power transmission, coil assembly for power receiving and wireless power transfer apparatus using electric resonance | |
KR20170075608A (en) | wireless power transmission module having variable inductor | |
JP2016123187A (en) | Wireless power transmitter | |
JP2012257374A (en) | Non-contact power transmission device | |
WO2017208498A1 (en) | Contactless power supply system and contactless power transmission system |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20150413 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20160113 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20160126 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20160308 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20160705 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20160725 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5978184 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |