JP2016081750A - Power transmission device, non-contact power supply device and induction heating apparatus - Google Patents

Power transmission device, non-contact power supply device and induction heating apparatus Download PDF

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裕二 高津
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress a voltage increase of an output terminal relative to an input terminal of a high-frequency cable more than in the conventional way.SOLUTION: The power transmission device, transmitting an output of an AC power supply to a load through a high-frequency cable, includes a current suppression circuit that is a multi-tap transformer capable of changing a winding ratio for suppressing a power supply current and provided between the output of the AC power supply and an input terminal of the high-frequency cable.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、電力伝送装置、非接触給電装置及び誘導加熱装置に関する。   The present invention relates to a power transmission device, a non-contact power feeding device, and an induction heating device.

例えば数百kHz〜数百MHzの交流電力(高周波電力)を高周波電源から負荷に伝送する場合、高周波ケーブルが使用される。この高周波ケーブルは、一般的に所定の特性インピーダンス(例えば50Ω)を有した同軸ケーブルである。また、このような高周波ケーブルを使用する電力伝送装置として、非接触給電装置や誘導加熱装置がある。   For example, when AC power (high frequency power) of several hundred kHz to several hundred MHz is transmitted from a high frequency power source to a load, a high frequency cable is used. This high-frequency cable is generally a coaxial cable having a predetermined characteristic impedance (for example, 50Ω). Moreover, there exist a non-contact electric power feeder and an induction heating apparatus as an electric power transmission apparatus which uses such a high frequency cable.

例えば非接触給電装置の場合、高周波電源と給電コイルとが高周波ケーブルによって接続され、高周波電源から給電コイルに高周波ケーブルを介して高周波電力が供給されることよって、給電コイルと対向配置されて受電コイルに高周波電力が非接触伝送される。下記特許文献1には、車両を用いた非接触給電装置の一例が開示されている。
なお、誘導加熱装置の場合には、高周波電源と加熱用コイルとが高周波ケーブルによって接続され、高周波電源から加熱用コイルに高周波ケーブルを介して高周波電力が供給されることよって、加熱用コイルに隣接する加熱対象物が誘導加熱される。
For example, in the case of a non-contact power supply device, a high-frequency power source and a power supply coil are connected by a high-frequency cable, and high-frequency power is supplied from the high-frequency power source to the power supply coil via the high-frequency cable. High frequency power is transmitted in a non-contact manner. Patent Document 1 below discloses an example of a non-contact power feeding device using a vehicle.
In the case of the induction heating device, the high frequency power source and the heating coil are connected by a high frequency cable, and high frequency power is supplied from the high frequency power source to the heating coil via the high frequency cable, so that the heating coil is adjacent to the heating coil. The object to be heated is induction heated.

特開2013−219971号公報JP 2013-219971 A

ところで、上記高周波ケーブルを用いた高周波電力の伝送では、高周波ケーブルのインピーダンスの影響で高周波ケーブルの出力端(給電コイル側端部)の電圧が高周波ケーブルの入力端(高周波電源側端部)の電圧よりも大きくなる。この電圧上昇は、高周波ケーブルのインピーダンスが大きくなる程、つまり高周波ケーブルが長くなる程に大きくなることが知られている。   By the way, in the transmission of high frequency power using the high frequency cable, the voltage at the output end (feed coil side end) of the high frequency cable is changed to the voltage at the input end (high frequency power source side end) of the high frequency cable due to the influence of the impedance of the high frequency cable. Bigger than. It is known that this voltage increase increases as the impedance of the high-frequency cable increases, that is, as the high-frequency cable becomes longer.

したがって、高周波ケーブルの出力端に接続される給電コイルとしては、高周波ケーブルの長さが長くなる程、高耐圧の共振回路部品(コイル,コンデンサ)を採用する必要があるので、このことが高周波ケーブルの長さを制限する要因になっている。   Therefore, as the power supply coil connected to the output end of the high-frequency cable, it is necessary to employ a high-voltage resonance circuit component (coil, capacitor) as the length of the high-frequency cable increases. It is a factor that limits the length of the.

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、高周波ケーブルの入力端に対する出力端の電圧上昇を従来よりも抑制することを目的とする。   This invention is made | formed in view of the situation mentioned above, and aims at suppressing the voltage rise of the output terminal with respect to the input terminal of a high frequency cable rather than before.

上記目的を達成するために、本発明では、電力伝送装置に係る第1の解決手段として、交流電源の出力を高周波ケーブルを介して負荷に伝送する電力伝送装置であって、前記交流電源の出力端と前記高周波ケーブルの入力端との間に伝送電流を抑制する電流抑制回路を備える、という手段を採用する。   In order to achieve the above object, in the present invention, as a first solving means related to a power transmission device, a power transmission device that transmits an output of an AC power source to a load via a high frequency cable, the output of the AC power source is provided. A means is provided that includes a current suppression circuit that suppresses transmission current between the end and the input end of the high-frequency cable.

本発明では、電力伝送装置に係る第2の解決手段として、上記第1の解決手段において、前記電流抑制回路はトランスである、という手段を採用する。   In the present invention, as a second solving means relating to the power transmission device, a means is adopted in which, in the first solving means, the current suppression circuit is a transformer.

本発明では、電力伝送装置に係る第3の解決手段として、上記第2の解決手段において、前記トランスは、巻線比の変更が自在な多タップ型のトランスである、という手段を採用する。   In the present invention, as a third solving means relating to the power transmission device, in the second solving means, a means is adopted in which the transformer is a multi-tap transformer whose winding ratio can be freely changed.

本発明では、非接触給電装置に係る解決手段として、上記第1〜第3のいずれかの電力伝送装置を用いて前記負荷である給電コイルに交流電力を供給する、という手段を採用する。   In the present invention, as means for solving the contactless power feeding device, means for supplying AC power to the power feeding coil as the load using any one of the first to third power transmission devices is employed.

本発明では、誘導加熱装置に係る第1の解決手段として、上記第1〜第3のいずれかの電力伝送装置を用いて前記負荷である加熱用コイルに交流電力を供給する、という手段を採用する。   In the present invention, as a first solving means related to the induction heating apparatus, means is adopted in which AC power is supplied to the heating coil as the load using any one of the first to third power transmission apparatuses. To do.

本発明によれば、電流抑制回路によって伝送電流が抑制されるので、高周波ケーブルの入力端に対する出力端の電圧上昇を従来よりも抑制することが可能である。   According to the present invention, since the transmission current is suppressed by the current suppression circuit, it is possible to suppress the voltage increase at the output end with respect to the input end of the high-frequency cable as compared with the conventional case.

本発明の一実施形態に係る電力伝送装置及び非接触給電装置の機能構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the function structure of the electric power transmission apparatus which concerns on one Embodiment of this invention, and a non-contact electric power supply. 本発明の一実施形態に係る電力伝送装置の変形例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the modification of the electric power transmission apparatus which concerns on one Embodiment of this invention.

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
本実施形態に係る非接触給電装置は、図1に示すように、整流回路1、インバータ回路2、スイッチング制御部3、電流抑制トランス4(電流抑制回路)、高周波ケーブル5及び給電コイル6を備えている。これら非接触給電装置を構成する各構成要素のうち、整流回路1、インバータ回路2及びスイッチング制御部3は、高周波電源D(交流電源)を構成している。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, the contactless power supply device according to the present embodiment includes a rectifier circuit 1, an inverter circuit 2, a switching control unit 3, a current suppression transformer 4 (current suppression circuit), a high-frequency cable 5, and a power supply coil 6. ing. Among the components constituting these non-contact power feeding devices, the rectifier circuit 1, the inverter circuit 2, and the switching control unit 3 constitute a high frequency power source D (AC power source).

また、本実施形態に係る電力伝送装置は、非接触給電装置内に組み込まれて機能するものであり、電流抑制トランス4及び高周波ケーブル5から構成されている。このように構成された電力伝送装置及び非接触給電装置は、地上に設けられた給電施設に固定配置され、給電対象(例えば移動体)に備えられた受電装置に対して所定周波数の交流電力を非接触で給電する装置である。   In addition, the power transmission device according to the present embodiment functions by being incorporated in a non-contact power feeding device, and includes a current suppression transformer 4 and a high-frequency cable 5. The power transmission device and the non-contact power supply device configured as described above are fixedly arranged in a power supply facility provided on the ground, and AC power having a predetermined frequency is supplied to a power reception device provided in a power supply target (for example, a moving body). It is a device that supplies power without contact.

なお、上記受電装置は、本実施形態に係る非接触給電装置が出力する高周波電力を受電する装置であり、図1に示すように、受電コイル7、整流回路8、充電回路9及びバッテリ10等を備えている。   The power receiving device is a device that receives high-frequency power output from the non-contact power feeding device according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, the power receiving coil 7, the rectifier circuit 8, the charging circuit 9, the battery 10, and the like. It has.

非接触給電装置における整流回路1は、例えばダイオードブリッジ及び平滑回路であり、外部の商用電源から供給される商用電力(例えば単相200ボルト、50Hz)を全波整流してインバータ回路2に出力する。インバータ回路2は、スイッチング制御部3によってスイッチング動作が制御されることにより、上記整流回路1から供給される直流電力を所定周波数fの交流電力に変換して電流抑制トランス4に出力する。上記交流電力は、例えば数百kHzオーダーの高周波電力である。   The rectifier circuit 1 in the non-contact power supply device is, for example, a diode bridge and a smoothing circuit, and full-wave rectifies commercial power (for example, single phase 200 volts, 50 Hz) supplied from an external commercial power source and outputs it to the inverter circuit 2. . When the switching operation is controlled by the switching control unit 3, the inverter circuit 2 converts the DC power supplied from the rectifier circuit 1 into AC power having a predetermined frequency f and outputs the AC power to the current suppression transformer 4. The AC power is high-frequency power on the order of several hundred kHz, for example.

スイッチング制御部3は、PWM(Pulse Width Modulation)信号等のスイッチング信号をインバータ回路2に出力することにより当該インバータ回路2の動作を制御するものである。すなわち、このスイッチング制御部3は、インバータ回路2が出力する高周波電力の振幅及び周波数が所定の目標値となるように制御する。このようなスイッチング制御部3は、演算回路として機能するCPU(Central Processing Unit)、当該CPUが処理する制御プログラム等を記憶するROM(Read Only Memory)、CPUの演算結果等を一時的に記憶するRAM(Random Access Memory)及びインバータ回路2とのインタフェース回路を備えている。   The switching control unit 3 controls the operation of the inverter circuit 2 by outputting a switching signal such as a PWM (Pulse Width Modulation) signal to the inverter circuit 2. That is, the switching control unit 3 controls the amplitude and frequency of the high frequency power output from the inverter circuit 2 to be a predetermined target value. Such a switching control unit 3 temporarily stores a CPU (Central Processing Unit) that functions as an arithmetic circuit, a ROM (Read Only Memory) that stores a control program processed by the CPU, a calculation result of the CPU, and the like. A RAM (Random Access Memory) and an interface circuit with the inverter circuit 2 are provided.

電流抑制トランス4は、インバータ回路2の出力端つまり高周波電源(交流電源)の出力端と高周波ケーブル5の入力端5aとの間に設けられた変圧器である。この電流抑制トランス4は、後段の高周波ケーブル5に流れる高周波電流(伝送電流)を抑制するために設けられている。   The current suppression transformer 4 is a transformer provided between the output terminal of the inverter circuit 2, that is, the output terminal of the high frequency power supply (AC power supply) and the input terminal 5 a of the high frequency cable 5. The current suppression transformer 4 is provided to suppress a high-frequency current (transmission current) flowing in the subsequent high-frequency cable 5.

すなわち、この電流抑制トランス4は、二次巻線の巻線数が一次巻線の巻線数よりも大きな昇圧トランスであり、インバータ回路2の出力端から一次巻線に入力された高周波電力を一次巻線と二次巻線の巻線比に応じた昇圧比で昇圧して二次巻線から高周波ケーブル5に出力する。このような電流抑制トランス4の昇圧機能によって、二次巻線から高周波ケーブル5の入力端5aに出力される高周波電流(二次電流)は、インバータ回路2が一次巻線に出力する高周波電流(一次電流)よりも上記昇圧比の逆数分だけ小さくなる。   In other words, the current suppression transformer 4 is a step-up transformer in which the number of secondary windings is larger than the number of primary windings, and the high-frequency power input from the output terminal of the inverter circuit 2 to the primary winding is reduced. The voltage is boosted at a boosting ratio corresponding to the winding ratio of the primary winding and the secondary winding and output from the secondary winding to the high-frequency cable 5. The high-frequency current (secondary current) output from the secondary winding to the input terminal 5a of the high-frequency cable 5 by the step-up function of the current suppressing transformer 4 is a high-frequency current (secondary current) output from the inverter circuit 2 to the primary winding ( Smaller than the primary current) by the inverse of the step-up ratio.

なお、この電流抑制トランス4については、中間タップを備えない対応の変圧器よりも、二次巻線に1あるいは複数の中間タップを備える多タップ型の変圧器が好ましい。すなわち、多タップ型の変圧器を採用した場合には、巻線比の変更が自在(容易)なので、一次電流に対する二次電流の比率(電流比)を容易に最適化することが可能となる。   Note that the current suppression transformer 4 is preferably a multi-tap transformer having one or a plurality of intermediate taps in the secondary winding, rather than a corresponding transformer without an intermediate tap. That is, when a multi-tap transformer is employed, the ratio of the secondary current to the primary current (current ratio) can be easily optimized because the winding ratio can be changed freely (easy). .

高周波ケーブル5は、入力端5aが電流抑制トランス4の出力端(二次巻線)に接続される一方、出力端5bが給電コイル6の入力端に接続される電力ケーブルである。この高周波ケーブル5は、所定インピーダンスを有する同軸ケーブルであり、電流抑制トランス4から入力される高周波電力を給電コイル6に伝送する。なお、高周波ケーブル5は、同軸ケーブルに限定されるものではなく、例えば撚線ケーブル、平行二線ケーブルあるいはバスバーであってもよい。   The high-frequency cable 5 is a power cable in which the input end 5 a is connected to the output end (secondary winding) of the current suppression transformer 4 and the output end 5 b is connected to the input end of the power feeding coil 6. The high-frequency cable 5 is a coaxial cable having a predetermined impedance, and transmits high-frequency power input from the current suppression transformer 4 to the feeding coil 6. The high-frequency cable 5 is not limited to a coaxial cable, and may be, for example, a stranded cable, a parallel two-wire cable, or a bus bar.

ここで、非接触給電装置における給電コイル6は、給電効率を極力向上させるために移動体等の給電対象に近接させた状態で設けられる。これに対して、高周波電源(交流電源)は、例えば安定動作を確保する必要から給電コイル6から離間した位置に配置される。すなわち、高周波電源と給電コイル6とでは、設計条件が異なるので異なる環境下に置かざるを得ず、このために高周波ケーブル5によって高周波電源と給電コイル6とを接続せざるを得ない。   Here, the power supply coil 6 in the non-contact power supply device is provided in a state of being close to a power supply target such as a moving body in order to improve power supply efficiency as much as possible. On the other hand, the high-frequency power source (AC power source) is disposed at a position separated from the feeding coil 6 because, for example, it is necessary to ensure stable operation. That is, since the design conditions differ between the high frequency power supply and the feeding coil 6, it must be placed in different environments, and for this reason, the high frequency power supply and the feeding coil 6 must be connected by the high frequency cable 5.

従来の非接触給電装置では、高周波電源と給電コイルとを高周波ケーブルを用いて直接接続していたが、本実施形態に係る非接触給電装置では、上述したようにインバータ回路2の出力端つまり交流電源の出力端と高周波ケーブル5の入力端5aとの間に電流抑制トランス4を設ける。すなわち、本実施形態に係る非接触給電装置は、電流抑制トランス4及び高周波ケーブル5から構成された電力伝送装置を備えている。   In the conventional non-contact power supply apparatus, the high-frequency power source and the power supply coil are directly connected using a high-frequency cable. However, in the non-contact power supply apparatus according to the present embodiment, as described above, the output end of the inverter circuit 2, that is, the alternating current A current suppression transformer 4 is provided between the output end of the power source and the input end 5 a of the high-frequency cable 5. That is, the non-contact power feeding device according to the present embodiment includes a power transmission device including the current suppression transformer 4 and the high frequency cable 5.

給電コイル6は、上記移動体等の給電対象の所定箇所(受電コイル7が設けられている箇所)と対向する位置に設けられている。この給電コイル6は、高周波ケーブル5から供給される高周波電力に基づいて高周波磁界を周囲に発生させる。すなわち、給電コイル6は、上記高周波磁界によって受電コイル7と所定の結合係数で結合し、高周波電力を非接触で受電コイル7に伝送する。なお、このような給電コイル6については、コンデンサを直列あるいは並列に設けることにより、直列共振回路あるいは並列共振回路としてもよい。この場合、直列共振回路及び並列共振回路の共振周波数は、高周波電力の周波数と同一に設定される。   The power feeding coil 6 is provided at a position facing a predetermined location (a location where the power receiving coil 7 is provided) to be fed such as the moving body. The feeding coil 6 generates a high-frequency magnetic field around the high-frequency power supplied from the high-frequency cable 5. That is, the feeding coil 6 is coupled to the power receiving coil 7 with a predetermined coupling coefficient by the high frequency magnetic field, and transmits high frequency power to the power receiving coil 7 in a non-contact manner. In addition, about such a feeding coil 6, it is good also as a series resonance circuit or a parallel resonance circuit by providing a capacitor | condenser in series or in parallel. In this case, the resonance frequency of the series resonance circuit and the parallel resonance circuit is set to be the same as the frequency of the high frequency power.

一方、受電装置における受電コイル7は、移動体等の給電対象に設けられ、上記給電コイル6と電磁気的に結合することにより高周波電力を受電して整流回路8に出力する。なお、この受電コイル7が給電コイル6から受電する高周波電力は、電力伝送装置を介して高周波電源から給電コイル6に供給された高周波電力に給電コイル6と受電コイル7との結合係数(1以下の定数)を乗じた電力である。   On the other hand, the power receiving coil 7 in the power receiving device is provided on a power supply target such as a moving body, and receives the high frequency power by being electromagnetically coupled to the power feeding coil 6 and outputs it to the rectifier circuit 8. The high frequency power received by the power receiving coil 7 from the power feeding coil 6 is a coupling coefficient (1 or less) between the power feeding coil 6 and the power receiving coil 7 to the high frequency power supplied from the high frequency power source to the power feeding coil 6 via the power transmission device. The power multiplied by a constant).

整流回路8は、例えばダイオードブリッジ及び平滑回路から構成されており、上記受電コイル7から入力された高周波電力を全波整流かつ平滑化して充電回路9に出力する。充電回路9は、上記整流回路8から入力された直流電力をバッテリ10に充電させる回路である。すなわち、この充電回路9は、バッテリ10の充電状態(充電率)に応じて充電電流あるいは充電電圧等を調節することにより、バッテリ10を満充電状態とする。   The rectifier circuit 8 is composed of, for example, a diode bridge and a smoothing circuit, and full-wave rectifies and smoothes the high-frequency power input from the power receiving coil 7 and outputs it to the charging circuit 9. The charging circuit 9 is a circuit that charges the battery 10 with the DC power input from the rectifying circuit 8. That is, the charging circuit 9 sets the battery 10 to a fully charged state by adjusting the charging current or the charging voltage according to the charging state (charging rate) of the battery 10.

バッテリ10は、リチウムイオン電池等の二次電池であり、上記充電回路9から供給される直流電力を充電して蓄える。また、図示しないが、このバッテリ10は、移動体等の給電対象に備えられた電力需要部(例えばモータや各種電気回路)に必要電力を供給する。   The battery 10 is a secondary battery such as a lithium ion battery, and charges and stores DC power supplied from the charging circuit 9. Moreover, although not shown in figure, this battery 10 supplies required electric power to the electric power demand part (for example, motor and various electric circuits) with which electric power feeding objects, such as a moving body, were equipped.

次に、このように構成された電力伝送装置及び非接触給電装置の動作について詳しく説明する。   Next, operations of the power transmission device and the non-contact power feeding device configured as described above will be described in detail.

本実施形態に係る非接触給電装置では、高周波電源Dが外部の商用電源から供給された商用電力に基づいて生成した高周波電力を電力伝送装置が直接の負荷である給電コイル6に伝送する。すなわち、整流回路1が商用電力(交流電力)から生成した直流電力をインバータ回路2及びスイッチング制御部3が高周波電力に変換し、当該高周波電力を電力伝送装置が給電コイル6に伝送する。   In the contactless power supply device according to the present embodiment, the high-frequency power source D transmits the high-frequency power generated based on the commercial power supplied from the external commercial power source to the power supply coil 6 that is a direct load. That is, the inverter circuit 2 and the switching control unit 3 convert the DC power generated from the commercial power (AC power) by the rectifier circuit 1 into high-frequency power, and the power transmission device transmits the high-frequency power to the feeding coil 6.

そして、給電コイル6は、非接触給電装置の負荷である受電装置に高周波電力を非接触給電する。すなわち、受電装置では、給電コイル6と電磁気的に結合した受電コイル7が高周波電力を受電して整流回路8に出力し、当該整流回路8が上記高周波電力(交流電力)を整流することによって直流電力に変換して充電回路9に出力する。そして、充電回路9は、上記直流電力をバッテリ10の充電率に応じて調節しつつ当該バッテリ10に供給することにより充電させる。   The power supply coil 6 supplies high-frequency power to the power receiving device, which is a load of the non-contact power supply device, in a contactless manner. That is, in the power receiving device, the power receiving coil 7 electromagnetically coupled to the power feeding coil 6 receives the high frequency power and outputs it to the rectifier circuit 8, and the rectifier circuit 8 rectifies the high frequency power (alternating current power) to generate direct current. It is converted into electric power and output to the charging circuit 9. The charging circuit 9 is charged by supplying the DC power to the battery 10 while adjusting the DC power according to the charging rate of the battery 10.

以上が本実施形態に係る電力伝送装置及び非接触給電装置の全体的な動作であるが、本実施形態に係る電力伝送装置では、電流抑制トランス4がインバータ回路2から入力された高周波電力を昇圧して高周波ケーブル5に出力するので、すなわち周知のトランスの電気素子としての性質(入力電力と出力電力とが固有損失を無視した場合に等しくなる)に起因して、高周波ケーブル5の入力端5aに出力される高周波電流(二次電流)は、インバータ回路2が電流抑制トランス4に出力する高周波電流(一次電流)よりも小さくなる。   The above is the overall operation of the power transmission device and the non-contact power feeding device according to the present embodiment. In the power transmission device according to the present embodiment, the current suppression transformer 4 boosts the high-frequency power input from the inverter circuit 2. Therefore, because of the nature of the known transformer as an electrical element (the input power and the output power are equal when the inherent loss is ignored), the input end 5a of the high-frequency cable 5 is output to the high-frequency cable 5. The high-frequency current (secondary current) output to is smaller than the high-frequency current (primary current) output from the inverter circuit 2 to the current suppression transformer 4.

例えば、電流抑制トランス4の昇圧比を「n」、電流抑制トランス4の入力電圧を「V」、電流抑制トランス4の入力電流を「I」とした場合、高周波ケーブル5の入力端5aの電圧、つまり電流抑制トランス4の出力電圧Vは入力電圧Vのn倍になる一方、電流抑制トランス4の出力電流I(高周波ケーブル5の入力端電流)は、入力電流Iの1/nとなる。 For example, when the step-up ratio of the current suppression transformer 4 is “n”, the input voltage of the current suppression transformer 4 is “V 1 ”, and the input current of the current suppression transformer 4 is “I 1 ”, the input end 5a of the high-frequency cable 5 , That is, the output voltage V 2 of the current suppression transformer 4 is n times the input voltage V 1 , while the output current I 2 of the current suppression transformer 4 (the input terminal current of the high-frequency cable 5) is equal to the input current I 1 . 1 / n.

すなわち、電流抑制トランス4の昇圧効果をも加味した高周波ケーブル5の出力端電圧Vは、高周波ケーブル5のインピーダンスを「Z」とすると、下式(1)によって表される。この式(1)の右辺において、第1項は電流抑制トランス4の昇圧効果に相当する項であり、第2項は高周波ケーブル5のインピーダンスZに起因する昇圧効果に相当する項である。
=n・V+(1/n)・Z・I
That is, the output terminal voltage V 3 of the high frequency cable 5 in consideration also the boosting effect of the current suppressing transformer 4, when the impedance of the high frequency cable 5 and "Z" is represented by the following formula (1). In the right side of the equation (1), the first term is a term corresponding to the boosting effect of the current suppression transformer 4, and the second term is a term corresponding to the boosting effect due to the impedance Z of the high-frequency cable 5.
V 3 = n · V 1 + (1 / n) · Z · I 1

一例として、V=110〔V〕、I=150〔A〕、n=3、f=100〔kHz〕とし、また高周波ケーブル5のインピーダンスZが誘導性リアクタンスXのみからなり、インダクタンスL=5〔μH〕とする。また、出力端電圧Vは、上式(1)に各数値を代入することにより、以下に示すように約487〔V〕となる。
=3×110+(1/3)×2π×100×10×5×10−6×150
=330+157=487〔V〕
As an example, V 1 = 110 [V], I 1 = 0.99 [A], n = 3, f = a 100 [kHz], also the impedance Z of the high-frequency cable 5 comprises only inductive reactance X L, the inductance L = 5 [μH]. The output terminal voltage V 3, by substituting each value into the equation (1) is about 487 [V] as shown below.
V 3 = 3 × 110 + (1/3) × 2π × 100 × 10 3 × 5 × 10 −6 × 150
= 330 + 157 = 487 [V]

これに対して、電流抑制トランス4を設けない場合(つまり従来の場合)は、上式(1)においてn=1、またI=I=150〔A〕とした場合である。この場合の出力端電圧Vは、以下に示すように約581〔V〕となる。
=1×110+(1/1)×2π×100×10×5×10−6×150
=110+471=581〔V〕
On the other hand, the case where the current suppression transformer 4 is not provided (that is, the conventional case) is a case where n = 1 and I 2 = I 1 = 150 [A] in the above equation (1). Output voltage V 3 in this case is approximately 581 [V] as shown below.
V 3 = 1 × 110 + (1/1) × 2π × 100 × 10 3 × 5 × 10 −6 × 150
= 110 + 471 = 581 [V]

すなわち、式(1)の右辺の第1項は、電流抑制トランス4を設けることによって電流抑制トランス4を設けない場合よりも大きな値となるが、式(1)の右辺の第1項は、電流抑制トランス4による出力電流Iの低減の影響で大幅に小さな値となる。 That is, the first term on the right side of Equation (1) is larger than the case where the current suppression transformer 4 is not provided by providing the current suppression transformer 4, but the first term on the right side of Equation (1) is The value is greatly reduced due to the effect of the reduction of the output current I 2 by the current suppression transformer 4.

このような本実施形態によれば、電流抑制トランス4を設けて高周波ケーブル5に流れる電流、つまり電流抑制トランス4の出力電流Iを抑制することによって、高周波ケーブル5の出力端電圧Vを従来よりも抑制することが可能である。この結果として、本実施形態によれば、高周波ケーブル5を従来よりも長くすることが可能、あるいは高周波ケーブル5の負荷である給電コイル6の高耐圧化を抑制することが可能である。 According to this embodiment, the output terminal voltage V 3 of the high frequency cable 5 is reduced by providing the current suppression transformer 4 and suppressing the current flowing through the high frequency cable 5, that is, the output current I 2 of the current suppression transformer 4. It is possible to suppress more than before. As a result, according to the present embodiment, it is possible to make the high-frequency cable 5 longer than before, or it is possible to suppress the high withstand voltage of the feeding coil 6 that is a load of the high-frequency cable 5.

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような変形例が考えられる。
(1)上記実施形態では非接触給電装置について説明したが、本願発明はこれに限定されない。本願発明に係る電力伝送装置は、高周波ケーブルを利用して交流電力を伝送する各種アプリケーションに適用可能である。
In addition, this invention is not limited to the said embodiment, For example, the following modifications can be considered.
(1) Although the non-contact electric power feeder was demonstrated in the said embodiment, this invention is not limited to this. The power transmission device according to the present invention is applicable to various applications that transmit AC power using a high-frequency cable.

本願発明に係る電力伝送装置は、例えば図2に示すような誘導加熱装置にも適用可能である。この誘導加熱装置は、整流回路1、インバータ回路2、スイッチング制御部3、電流抑制トランス4、高周波ケーブル5及び加熱用コイル11を備えており、加熱用コイル11の周囲に形成されて高周波磁界によって加熱対象物Wを誘導加熱する。なお、この図2では、便宜上、図1の非接触給電装置の構成要素と同一機能の構成要素には同一符合を付している。   The power transmission device according to the present invention is also applicable to an induction heating device as shown in FIG. The induction heating device includes a rectifier circuit 1, an inverter circuit 2, a switching control unit 3, a current suppression transformer 4, a high frequency cable 5, and a heating coil 11, and is formed around the heating coil 11 by a high frequency magnetic field. The heating object W is induction-heated. In FIG. 2, for the sake of convenience, components having the same functions as those of the contactless power supply device of FIG.

このような誘導加熱装置では、電力伝送装置の負荷は加熱用コイル11であり、電力伝送装置が上述した非接触給電装置の場合と同様な作用を奏することにより、高周波ケーブル5を従来よりも長くすることが可能、あるいは高周波ケーブル5の負荷である加熱用コイル11の高耐圧化を抑制することが可能である。   In such an induction heating device, the load of the power transmission device is the heating coil 11, and the high-frequency cable 5 is made longer than the conventional one by performing the same operation as the case of the non-contact power feeding device described above. It is possible to suppress the increase in the withstand voltage of the heating coil 11 that is the load of the high-frequency cable 5.

(2)上記実施形態では、本発明の電流抑制回路として電流抑制トランス4を採用したが、本発明はこれに限定されない。電流抑制回路に必要な最も主要な機能は、高周波ケーブルの入力端に出力する高周波電流を抑制することなので、電流抑制トランス4(変圧器)以外の単一あるいは複数の回路素子からなる回路を電流抑制回路として採用してもよい。 (2) Although the current suppression transformer 4 is employed as the current suppression circuit of the present invention in the above embodiment, the present invention is not limited to this. The most important function necessary for the current suppression circuit is to suppress the high-frequency current output to the input end of the high-frequency cable, so that a circuit composed of a single or a plurality of circuit elements other than the current suppression transformer 4 (transformer) You may employ | adopt as a suppression circuit.

例えば、電流抑制トランス4に代えて抵抗器を採用してもよい。抵抗器は、周知のように原理的に電力損失を伴う回路素子であるが、高周波電流を抑制することが可能である。なお、抵抗器を採用する場合には、高周波ケーブル5に出力する高周波電流の大きさの調節が自在(容易)な可変抵抗器を採用することが好ましい。   For example, a resistor may be employed instead of the current suppression transformer 4. As is well known, the resistor is a circuit element with a power loss in principle, but can suppress a high-frequency current. When a resistor is employed, it is preferable to employ a variable resistor that can freely (easy) adjust the magnitude of the high-frequency current output to the high-frequency cable 5.

1…整流回路、2…インバータ回路、3…スイッチング制御部、4…電流抑制トランス(電流抑制回路)、5…高周波ケーブル、5a…入力端、5b…出力端、6…給電コイル、7…受電コイル、8…整流回路、9…充電回路、10…バッテリ、11…加熱用コイル、D…高周波電源(交流電源)、W…加熱対象物   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Rectification circuit, 2 ... Inverter circuit, 3 ... Switching control part, 4 ... Current suppression transformer (current suppression circuit), 5 ... High frequency cable, 5a ... Input end, 5b ... Output end, 6 ... Feeding coil, 7 ... Power reception Coil, 8 ... Rectification circuit, 9 ... Charging circuit, 10 ... Battery, 11 ... Coil for heating, D ... High frequency power supply (AC power supply), W ... Object to be heated

Claims (5)

交流電源の出力を高周波ケーブルを介して負荷に伝送する電力伝送装置であって、
前記交流電源の出力端と前記高周波ケーブルの入力端との間に伝送電流を抑制する電流抑制回路を備える電力伝送装置。
A power transmission device that transmits the output of an AC power source to a load via a high-frequency cable,
A power transmission device comprising a current suppression circuit for suppressing a transmission current between an output end of the AC power source and an input end of the high-frequency cable.
前記電流抑制回路はトランスである請求項1記載の電力伝送装置。   The power transmission device according to claim 1, wherein the current suppression circuit is a transformer. 前記トランスは、巻線比の変更が自在な多タップ型のトランスである請求項2記載の電力伝送装置。   The power transmission device according to claim 2, wherein the transformer is a multi-tap transformer whose winding ratio can be freely changed. 請求項1〜3のいずれか一項に記載の電力伝送装置を用いて前記負荷である給電コイルに交流電力を供給する非接触給電装置。   The non-contact electric power feeder which supplies alternating current power to the electric power feeding coil which is the said load using the electric power transmission apparatus as described in any one of Claims 1-3. 請求項1〜3のいずれか一項に記載の電力伝送装置を用いて前記負荷である加熱用コイルに交流電力を供給する誘導加熱装置。   The induction heating apparatus which supplies alternating current power to the heating coil which is the said load using the electric power transmission apparatus as described in any one of Claims 1-3.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2022016299A (en) * 2020-07-10 2022-01-21 島田理化工業株式会社 Non-contact power supply inverter device, control method of non-contact power supply inverter device, non-contact power transmission device, non-contact power transmission and reception device, non-contact power supply system, and non-contact power transmission and reception system

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JP2022016299A (en) * 2020-07-10 2022-01-21 島田理化工業株式会社 Non-contact power supply inverter device, control method of non-contact power supply inverter device, non-contact power transmission device, non-contact power transmission and reception device, non-contact power supply system, and non-contact power transmission and reception system

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