JP2017093180A - Noncontact power transmission system, and power transmission device - Google Patents

Noncontact power transmission system, and power transmission device Download PDF

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Hiroyuki Kotani
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a noncontact power transmission system which enables the simplification of the structure of a drive circuit.SOLUTION: A noncontact power transmission system C transmits an electric power from a power transmission device A to a power-receiving device B1 in a noncontact manner. The power transmission device A includes: a high-frequency power supply device 1 operable to output a constant high-frequency current; and a power transmission unit 2. The power-receiving device B1 includes a power-receiving unit 3. The high-frequency power supply device 1 includes: a DC power supply 11 operable to output a DC voltage; a switching element Qs operable to perform a switching action based on a high-frequency control signal S2; an inductor L1 connected in series between the DC power supply 11 and the switching element Qs; a first resonance circuit LC3 connected in series between the power transmission unit 2 and a node of the switching element Qs and the inductor L1, of which the resonance frequency is coincident with a frequency of the high frequency control signal S2; and a second resonance circuit LC2 connected in parallel with the switching element Qs, of which the resonance frequency is double the frequency of the high frequency control signal S2.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、非接触で電力の伝送を行う非接触電力伝送システム、および、送電装置に関する。   The present invention relates to a non-contact power transmission system that performs non-contact power transmission and a power transmission device.

負荷と電源とを直接接続することなく、電源が出力する電力を非接触で負荷に伝送する技術が開発されている。当該技術は、一般的に、非接触電力伝送やワイヤレス給電と呼ばれている。当該技術は、携帯電話や家電製品、電気自動車、無人搬送車(AGV:Automated Guided Vehicle)などへの電力伝送に応用されている。   A technique has been developed in which power output from a power source is transmitted to the load in a contactless manner without directly connecting the load and the power source. This technique is generally called non-contact power transmission or wireless power feeding. This technology is applied to power transmission to mobile phones, home appliances, electric vehicles, automated guided vehicles (AGV), and the like.

非接触電力伝送では、高周波電源装置に接続された送電装置から、負荷に接続された受電装置に、非接触で送電を行う。送電装置には送電コイルが備えられており、受電装置には受電コイルが備えられている。送電コイルと受電コイルとが磁気的に結合されることで、非接触での送電が行われる。   In non-contact power transmission, power is transmitted in a non-contact manner from a power transmission device connected to a high-frequency power supply device to a power reception device connected to a load. The power transmission device includes a power transmission coil, and the power reception device includes a power reception coil. Contactless power transmission is performed by magnetically coupling the power transmission coil and the power reception coil.

非接触電力伝送で用いられる高周波電源装置は、数MHz〜数百MHzの高周波電力を出力する。このような高周波電源装置は、一般的に、スイッチング素子を2個使用したハーフブリッジ型のインバータ回路や、スイッチング素子を4個使用したフルブリッジ型のインバータ回路を備えている(例えば、特許文献1参照)。   A high frequency power supply device used in non-contact power transmission outputs high frequency power of several MHz to several hundred MHz. Such a high-frequency power supply device generally includes a half-bridge type inverter circuit using two switching elements and a full-bridge type inverter circuit using four switching elements (for example, Patent Document 1). reference).

特許5447509号Patent No. 5447509

しかしながら、ハーフブリッジ型やフルブリッジ型のインバータ回路を用いる場合、インバータ回路を駆動するドライブ回路は、デッドタイムを設ける必要があるので、回路構成が複雑になる。   However, when a half-bridge type or full-bridge type inverter circuit is used, a drive circuit that drives the inverter circuit needs to be provided with a dead time, so that the circuit configuration becomes complicated.

本発明は上記した事情のもとで考え出されたものであって、ドライブ回路を単純な構成とすることができる非接触電力伝送システムおよび送電装置を提供することを目的としている。   The present invention has been conceived under the circumstances described above, and an object of the present invention is to provide a non-contact power transmission system and a power transmission device in which a drive circuit can have a simple configuration.

上記課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。   In order to solve the above problems, the present invention takes the following technical means.

本発明の第1の側面によって提供される非接触電力伝送システムは、送電装置から受電装置に非接触で電力を伝送する非接触電力伝送システムであって、前記送電装置は、一定の高周波電流を出力する高周波電源装置と、送電コイル、および、前記送電コイルに直列接続された共振コンデンサを備えている送電ユニットとを備え、前記受電装置は、前記送電コイルに磁気的に結合される受電コイル、および、前記受電コイルに接続された共振コンデンサを備えている受電ユニットを備え、前記高周波電源装置は、直流電圧を出力する直流電源装置と、入力される高周波制御信号に基づいてスイッチング動作を行うスイッチング素子と、前記直流電源装置と前記スイッチング素子との間に直列接続されたインダクタと、前記スイッチング素子と前記インダクタとの接続点と前記送電ユニットとの間に直列接続され、前記高周波制御信号の周波数を共振周波数とする第1の共振回路と、前記スイッチング素子に並列接続され、前記高周波制御信号の周波数の2倍の周波数を共振周波数とする第2の共振回路とを備え、前記送電ユニットから前記受電ユニットへの送電方式は、磁界共鳴方式であることを特徴とする。   A non-contact power transmission system provided by the first aspect of the present invention is a non-contact power transmission system that non-contactly transmits power from a power transmission device to a power reception device, and the power transmission device transmits a constant high-frequency current. A high-frequency power supply device to output, a power transmission coil, and a power transmission unit including a resonance capacitor connected in series to the power transmission coil, the power reception device is a power reception coil magnetically coupled to the power transmission coil, And a power receiving unit including a resonance capacitor connected to the power receiving coil, wherein the high frequency power supply device performs a switching operation based on a DC power supply device that outputs a DC voltage and an input high frequency control signal. An element, an inductor connected in series between the DC power supply device and the switching element, and the switching element A first resonance circuit that is connected in series between a connection point with the inductor and the power transmission unit and that has a frequency of the high-frequency control signal as a resonance frequency, and is connected in parallel to the switching element, and the frequency of the high-frequency control signal And a second resonance circuit having a resonance frequency of twice as high as the resonance frequency, and a power transmission method from the power transmission unit to the power reception unit is a magnetic field resonance method.

本発明の好ましい実施の形態においては、前記受電ユニットは、前記受電コイルと受電側の前記共振コンデンサとが並列接続されている。   In a preferred embodiment of the present invention, in the power reception unit, the power reception coil and the resonance capacitor on the power reception side are connected in parallel.

本発明の好ましい実施の形態においては、前記受電ユニットは、前記受電コイルと受電側の前記共振コンデンサとが直列接続されており、前記受電装置は、前記受電ユニットの後段に、前記受電ユニットからの電圧出力を電流出力に変換する電圧‐電流変換回路をさらに備えている。   In a preferred embodiment of the present invention, the power receiving unit is configured such that the power receiving coil and the resonance capacitor on the power receiving side are connected in series, and the power receiving device is connected to the power receiving unit at a subsequent stage from the power receiving unit. A voltage-current conversion circuit for converting the voltage output into the current output is further provided.

本発明の好ましい実施の形態においては、前記電圧‐電流変換回路は、前記高周波電源装置が出力する高周波電流の周波数において各インピーダンスの大きさが等しくなるように設計されているインダクタとコンデンサとを、T型またはπ型に配置した回路である。   In a preferred embodiment of the present invention, the voltage-current conversion circuit includes an inductor and a capacitor that are designed so that the magnitude of each impedance is equal at the frequency of the high-frequency current output from the high-frequency power supply device. A circuit arranged in a T-type or a π-type.

本発明の好ましい実施の形態においては、前記電圧‐電流変換回路は、前記受電ユニットに直列接続された伝送線路であり、前記伝送線路の長さは、前記高周波電源装置が出力する周波数の、当該伝送線路における伝送波長の略4分の1の長さである。   In a preferred embodiment of the present invention, the voltage-current conversion circuit is a transmission line connected in series to the power receiving unit, and the length of the transmission line is the frequency of the frequency output from the high-frequency power supply device. The length is approximately one quarter of the transmission wavelength in the transmission line.

本発明の好ましい実施の形態においては、前記伝送線路は、同軸ケーブルである。   In a preferred embodiment of the present invention, the transmission line is a coaxial cable.

本発明の好ましい実施の形態においては、前記受電装置は、前記受電ユニットからの出力電流を整流する整流回路をさらに備えている。   In a preferred embodiment of the present invention, the power receiving device further includes a rectifier circuit that rectifies an output current from the power receiving unit.

本発明の好ましい実施の形態においては、前記受電装置は、前記整流回路の出力側に、平滑回路が接続されている。   In a preferred embodiment of the present invention, the power reception device has a smoothing circuit connected to the output side of the rectifier circuit.

本発明の好ましい実施の形態においては、前記高周波電源装置は、2つの前記スイッチング素子と、2つの前記インダクタと、2つの前記第1の共振回路と、2つの前記第2の共振回路とを備えており、プッシュプル回路として構成されている。   In a preferred embodiment of the present invention, the high frequency power supply device includes two switching elements, two inductors, two first resonance circuits, and two second resonance circuits. And is configured as a push-pull circuit.

本発明の好ましい実施の形態においては、前記受電装置は、車両に配置され、前記送電装置は、床面に配置されている。   In a preferred embodiment of the present invention, the power receiving device is disposed in a vehicle, and the power transmitting device is disposed on a floor surface.

本発明の第2の側面によって提供される送電装置は、受電装置に非接触で電力を伝送する送電装置であって、一定の高周波電流を出力する高周波電源装置と、送電コイル、および、前記送電コイルに直列接続された共振コンデンサを備えている送電ユニットとを備え、前記高周波電源装置は、直流電圧を出力する直流電源装置と、入力される高周波制御信号に基づいてスイッチング動作を行うスイッチング素子と、前記直流電源装置と前記スイッチング素子との間に直列接続されたインダクタと、前記スイッチング素子と前記インダクタとの接続点と前記送電ユニットとの間に直列接続され、前記高周波制御信号の周波数を共振周波数とする第1の共振回路と、前記スイッチング素子に並列接続され、前記高周波制御信号の周波数の2倍の周波数を共振周波数とする第2の共振回路とを備え、前記受電装置への送電方式は、磁界共鳴方式であることを特徴とする。   A power transmission device provided by the second aspect of the present invention is a power transmission device that transmits power to a power reception device in a contactless manner, a high-frequency power supply device that outputs a constant high-frequency current, a power transmission coil, and the power transmission device A power transmission unit including a resonance capacitor connected in series to a coil, wherein the high-frequency power device includes a DC power device that outputs a DC voltage, and a switching element that performs a switching operation based on an input high-frequency control signal. Inductor connected in series between the DC power supply device and the switching element, and connected in series between the connection point of the switching element and the inductor and the power transmission unit, and resonates the frequency of the high frequency control signal A first resonant circuit having a frequency and a parallel connection to the switching element, and a frequency twice the frequency of the high-frequency control signal And a second resonant circuit that the number and the resonance frequency, the power transmission system to the power receiving device is characterized in that a magnetic field resonance method.

本発明によると、前記高周波電源装置は、スイッチング素子に高周波制御信号を入力することで、出力線から一定の大きさの高周波電流を出力することができる。高周波制御信号にデッドタイムを設ける必要がないので、高周波制御信号をスイッチング素子に出力するためのドライブ回路を単純な構成とすることができる。   According to the present invention, the high-frequency power supply device can output a high-frequency current of a certain magnitude from the output line by inputting a high-frequency control signal to the switching element. Since it is not necessary to provide a dead time for the high-frequency control signal, a drive circuit for outputting the high-frequency control signal to the switching element can have a simple configuration.

本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。   Other features and advantages of the present invention will become more apparent from the detailed description given below with reference to the accompanying drawings.

第1実施形態に係る非接触電力伝送システムの全体構成の概要を示す図である。It is a figure which shows the outline | summary of the whole structure of the non-contact electric power transmission system which concerns on 1st Embodiment. (a)は、第1実施形態に係る非接触電力伝送システムの全体構成を示す回路図であり、(b)は、高周波電源装置の内部構成の詳細を示す回路図である。(A) is a circuit diagram which shows the whole structure of the non-contact electric power transmission system which concerns on 1st Embodiment, (b) is a circuit diagram which shows the detail of the internal structure of a high frequency power supply device. 第1実施形態に係る非接触電力伝送システムの主要部分の回路を、等価回路で説明するための図である。It is a figure for demonstrating the circuit of the principal part of the non-contact electric power transmission system which concerns on 1st Embodiment with an equivalent circuit. 第1実施形態に係る非接触電力伝送システムに基づいてシミュレーションを行ったときの各波形を示す図である。It is a figure which shows each waveform when a simulation is performed based on the non-contact electric power transmission system which concerns on 1st Embodiment. 第2実施形態に係る非接触電力伝送システムの全体構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the whole structure of the non-contact electric power transmission system which concerns on 2nd Embodiment. 第2実施形態に係る非接触電力伝送システムの主要部分の回路を、等価回路で説明するための図である。It is a figure for demonstrating the circuit of the principal part of the non-contact electric power transmission system which concerns on 2nd Embodiment with an equivalent circuit. 第2実施形態に係る非接触電力伝送システムに基づいてシミュレーションを行ったときの各波形を示す図である。It is a figure which shows each waveform when a simulation is performed based on the non-contact electric power transmission system which concerns on 2nd Embodiment. 第2実施形態に係る非接触電力伝送システムに基づいてシミュレーションを行ったときの各波形を示す図である。It is a figure which shows each waveform when a simulation is performed based on the non-contact electric power transmission system which concerns on 2nd Embodiment. 第3実施形態に係る非接触電力伝送システムの全体構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the whole structure of the non-contact electric power transmission system which concerns on 3rd Embodiment. 第3実施形態に係る非接触電力伝送システムの主要部分の回路を示す図である。It is a figure which shows the circuit of the principal part of the non-contact electric power transmission system which concerns on 3rd Embodiment. 第3実施形態に係る非接触電力伝送システムに基づいてシミュレーションを行ったときの各波形を示す図である。It is a figure which shows each waveform when a simulation is performed based on the non-contact electric power transmission system which concerns on 3rd Embodiment. 高周波電源装置の変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of a high frequency power supply device. 第1〜第3実施形態に係る非接触給電システムの他の実施例を示す図である。It is a figure which shows the other Example of the non-contact electric power feeding system which concerns on 1st-3rd embodiment.

以下、本発明の実施の形態を、本発明に係る非接触電力伝送システムを電気自動車の充電システムに適用した場合を例として、図面を参照して具体的に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the drawings, taking as an example a case where the non-contact power transmission system according to the present invention is applied to a charging system of an electric vehicle.

図1および図2は、第1実施形態に係る非接触電力伝送システムCを説明するための図である。図1は、非接触電力伝送システムCの全体構成の概要を示している。図2(a)は、非接触電力伝送システムCの全体構成を示す回路図であり、図2(b)は、高周波電源装置1の内部構成の詳細を示す回路図である。   1 and 2 are diagrams for explaining the non-contact power transmission system C according to the first embodiment. FIG. 1 shows an overview of the overall configuration of the non-contact power transmission system C. FIG. 2A is a circuit diagram showing the overall configuration of the non-contact power transmission system C, and FIG. 2B is a circuit diagram showing details of the internal configuration of the high-frequency power supply device 1.

図1に示すように、非接触電力伝送システムCは、電気自動車などの車体に備えられた受電装置B1と、駐車場などの床面に埋設された送電装置Aとを備えている。送電装置Aは床面に配置された送電コイルを備えており、受電装置B1は車体底面に配置された受電コイルを備えている。送電コイルと受電コイルとが磁気結合することで、受電装置B1は、送電装置Aから送電される高周波電力を受電する。すなわち、送電コイルに高周波電流が流れることで磁束が変化し、この磁束に鎖交する受電コイルに高周波電流が流れる。これにより、送電装置Aから受電装置B1に、非接触で電力を伝送することができる。受電装置B1は、高周波電流を整流平滑回路で整流して、バッテリDに供給する。   As shown in FIG. 1, the non-contact power transmission system C includes a power receiving device B1 provided in a vehicle body such as an electric vehicle, and a power transmitting device A embedded in a floor surface such as a parking lot. The power transmission device A includes a power transmission coil disposed on the floor surface, and the power reception device B1 includes a power reception coil disposed on the bottom surface of the vehicle body. The power receiving device B1 receives high-frequency power transmitted from the power transmitting device A by magnetically coupling the power transmitting coil and the power receiving coil. In other words, the magnetic flux changes as a high-frequency current flows through the power transmission coil, and the high-frequency current flows through the power receiving coil interlinked with the magnetic flux. Thereby, electric power can be transmitted from the power transmission device A to the power reception device B1 in a non-contact manner. The power receiving device B1 rectifies the high-frequency current with a rectifying / smoothing circuit and supplies the rectified current to the battery D.

送電コイルおよび受電コイルは、渦巻状に巻回された平面コイルであり、それぞれコイル面が床面に対して略平行になるように配置されている。給電を行う場合は、図1に示すように、受電装置B1が送電装置Aの真上にきて、受電コイルが送電コイルに上方から見て重なり合うように、車体を配置する。図2(a)は、受電コイルが送電コイルに磁気結合した状態を示している。   The power transmission coil and the power reception coil are planar coils wound in a spiral shape, and are arranged such that the coil surfaces are substantially parallel to the floor surface. When power is supplied, as shown in FIG. 1, the vehicle body is arranged such that the power receiving device B1 is directly above the power transmitting device A and the power receiving coil overlaps the power transmitting coil when viewed from above. FIG. 2A shows a state where the power receiving coil is magnetically coupled to the power transmitting coil.

図2(a)に示すように、送電装置Aは、高周波電源装置1、および、送電ユニット2を備えている。   As illustrated in FIG. 2A, the power transmission device A includes a high frequency power supply device 1 and a power transmission unit 2.

高周波電源装置1は、高周波電力を送電ユニット2に供給するものである。高周波電源装置1は、いわゆる定電流源であり、一定の大きさの高周波電流を出力する。図2(b)に示すように、高周波電源装置1は、直流電源装置11、制御装置12、スイッチング素子Qs、ダイオードD1、インダクタL1,L2,L3、および、コンデンサC1,C2,C3,C4,C10を備えている。高周波電源装置1は、直流電源装置11が生成した直流電力を、スイッチング素子Qsのスイッチング動作によって高周波電力に変換する。   The high frequency power supply device 1 supplies high frequency power to the power transmission unit 2. The high-frequency power supply device 1 is a so-called constant current source, and outputs a high-frequency current having a certain magnitude. As shown in FIG. 2B, the high frequency power supply device 1 includes a DC power supply device 11, a control device 12, a switching element Qs, a diode D1, inductors L1, L2, L3, and capacitors C1, C2, C3, C4. C10 is provided. The high frequency power supply device 1 converts the DC power generated by the DC power supply device 11 into high frequency power by the switching operation of the switching element Qs.

直流電源装置11は、直流電力を生成して出力するものである。直流電源装置11は、商用電源から入力される交流電圧(例えば、商用電圧200[V]など)を図示しない整流回路によって整流し、図示しない平滑回路によって平滑することで、直流電圧に変換する。そして、図示しないDC−DCコンバータによって、所定のレベル(目標電圧)の直流電圧に変換する。直流電源装置11は、制御装置12から入力される電圧制御信号S1によって、DC−DCコンバータの変換動作を制御することにより、整流、平滑後の直流電圧を所定のレベルの直流電圧に変換する。なお、直流電源装置11の構成は限定されず、所定の高周波電圧を出力するものであればよい。   The DC power supply device 11 generates and outputs DC power. The DC power supply device 11 rectifies an AC voltage (for example, a commercial voltage 200 [V]) input from a commercial power source by a rectifier circuit (not shown) and smoothes it by a smoothing circuit (not shown), thereby converting it into a DC voltage. And it converts into the DC voltage of a predetermined level (target voltage) with the DC-DC converter which is not illustrated. The DC power supply device 11 converts the DC voltage after rectification and smoothing into a DC voltage of a predetermined level by controlling the conversion operation of the DC-DC converter according to the voltage control signal S1 input from the control device 12. Note that the configuration of the DC power supply device 11 is not limited as long as it outputs a predetermined high-frequency voltage.

スイッチング素子Qs、ダイオードD1、インダクタL1,L3、および、コンデンサC1,C3,C4,C10は、いわゆるE級アンプを構成する。E級アンプは、直流電源装置11より直流電力を入力され、高周波電力を生成して出力する。   Switching element Qs, diode D1, inductors L1 and L3, and capacitors C1, C3, C4, and C10 constitute a so-called class E amplifier. The class E amplifier receives DC power from the DC power supply 11 and generates and outputs high-frequency power.

コンデンサC10は、直流電源装置11に並列接続されており、直流電源装置11より入力される直流電圧を平滑化するものである。   The capacitor C10 is connected in parallel to the DC power supply device 11, and smoothes the DC voltage input from the DC power supply device 11.

インダクタL1は、直流電源装置11の高電位側の出力端子とスイッチング素子Qsとの間に直列接続されている。直流電源装置11が一定の直流電圧を出力することにより、インダクタL1は、スイッチング素子Qsに一定の直流電流を供給する。   The inductor L1 is connected in series between the output terminal on the high potential side of the DC power supply device 11 and the switching element Qs. When the DC power supply device 11 outputs a constant DC voltage, the inductor L1 supplies a constant DC current to the switching element Qs.

スイッチング素子Qsは、制御装置12から入力される高周波制御信号S2に応じて、オン状態とオフ状態とを切り替えるものである。本実施形態では、スイッチング素子QsとしてMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)を使用している。なお、スイッチング素子QsはMOSFETに限定されず、バイポーラトランジスタ、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor : 絶縁ゲート・バイポーラトランジスタ)などであってもよい。スイッチング素子Qsのドレイン端子は、インダクタL1の一方の端子(直流電源装置11の出力端子に接続されたのとは異なる方の端子)に接続されている。スイッチング素子Qsのソース端子は、直流電源装置11の低電位側の出力端子に接続されている。スイッチング素子Qsのゲート端子には、制御装置12から高周波制御信号S2が入力される。高周波制御信号S2は、所定の周波数f0(例えば、85[kHz]や13.56[MHz]など)でハイレベルとローレベルとを繰り返すパルス信号である。周波数f0は、スイッチング素子Qsをスイッチングさせる周波数なので、以下では「スイッチング周波数f0」と記載する場合がある。スイッチング素子Qsは、高周波制御信号S2がローレベルのときオフ状態になり、高周波制御信号S2がハイレベルのときオン状態になる。 The switching element Qs switches between an on state and an off state in accordance with the high frequency control signal S2 input from the control device 12. In the present embodiment, a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) is used as the switching element Qs. The switching element Qs is not limited to a MOSFET, but may be a bipolar transistor, an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), or the like. The drain terminal of the switching element Qs is connected to one terminal of the inductor L1 (the terminal different from the terminal connected to the output terminal of the DC power supply device 11). The source terminal of the switching element Qs is connected to the output terminal on the low potential side of the DC power supply device 11. A high frequency control signal S2 is input from the control device 12 to the gate terminal of the switching element Qs. The high frequency control signal S2 is a pulse signal that repeats a high level and a low level at a predetermined frequency f 0 (for example, 85 [kHz], 13.56 [MHz], etc.). Since the frequency f 0 is a frequency for switching the switching element Qs, it may be described as “switching frequency f 0 ” below. The switching element Qs is turned off when the high-frequency control signal S2 is at a low level, and turned on when the high-frequency control signal S2 is at a high level.

ダイオードD1は、いわゆるフライホイールダイオードであって、スイッチング素子Qsのドレイン端子とソース端子との間に、逆並列に接続されている。すなわち、ダイオードD1のアノード端子はスイッチング素子Qsのソース端子に接続され、ダイオードD1のカソード端子はスイッチング素子Qsのドレイン端子に接続されている。ダイオードD1は、スイッチング素子Qsの切り替えによって発生する逆起電力による逆方向の高い電圧がスイッチング素子Qsに印加されないようにするためのものである。なお、スイッチング素子Qsが内部にダイオードの動作をする機能を有する場合は、ダイオードD1を設けないようにしてもよい。   The diode D1 is a so-called flywheel diode, and is connected in antiparallel between the drain terminal and the source terminal of the switching element Qs. That is, the anode terminal of the diode D1 is connected to the source terminal of the switching element Qs, and the cathode terminal of the diode D1 is connected to the drain terminal of the switching element Qs. The diode D1 is for preventing a high reverse voltage due to the counter electromotive force generated by switching the switching element Qs from being applied to the switching element Qs. When the switching element Qs has a function of operating as a diode inside, the diode D1 may not be provided.

コンデンサC1は、スイッチング素子Qsに並列接続されており、スイッチング素子Qsがオフ状態のときに電流が流れて、電気エネルギーを蓄積する。そして、コンデンサC1の両端電圧がピークになった後は放電を行い、電気エネルギーを放出する。そして、コンデンサC1の両端電圧がゼロになったタイミングで、スイッチング素子Qsがオフ状態からオン状態に切り替わる。   The capacitor C1 is connected in parallel to the switching element Qs. When the switching element Qs is in an off state, a current flows and accumulates electric energy. And after the both-ends voltage of the capacitor | condenser C1 becomes a peak, it discharges and discharge | releases electrical energy. Then, at the timing when the voltage across the capacitor C1 becomes zero, the switching element Qs is switched from the off state to the on state.

インダクタL3とコンデンサC3とは、直列接続されて共振回路LC3を構成している。インダクタL3およびコンデンサC3は、共振周波数がスイッチング周波数f0と一致するように設計される。共振回路LC3は、スイッチング素子Qsのドレイン端子とインダクタL1の一方の端子との接続点と送電ユニット2との間に、直列接続されている。共振回路LC3の共振特性により、出力電流が、共振周波数(スイッチング周波数f0)の正弦波状になる。なお、当該共振回路LC3が、本発明の「第1の共振回路」に相当する。 The inductor L3 and the capacitor C3 are connected in series to form a resonance circuit LC3. Inductor L3 and the capacitor C3, the resonance frequency is designed to match the switching frequency f 0. The resonance circuit LC3 is connected in series between the connection point between the drain terminal of the switching element Qs and one terminal of the inductor L1 and the power transmission unit 2. Due to the resonance characteristics of the resonance circuit LC3, the output current becomes a sine wave having a resonance frequency (switching frequency f 0 ). The resonance circuit LC3 corresponds to the “first resonance circuit” of the present invention.

コンデンサC4は、共振回路LC3の出力側に、直流電源装置11に対して並列となるように、接続されている。コンデンサC4、インダクタL3およびコンデンサC3は、インピーダンス整合回路として機能する。また、コンデンサC3は、高周波電源装置1から出力される高周波電流から直流成分をカットする。   The capacitor C4 is connected to the output side of the resonance circuit LC3 so as to be in parallel with the DC power supply device 11. The capacitor C4, the inductor L3, and the capacitor C3 function as an impedance matching circuit. The capacitor C3 cuts a direct current component from the high frequency current output from the high frequency power supply device 1.

以上の構成から、スイッチング素子Qs、ダイオードD1、インダクタL1,L3、および、コンデンサC1,C3,C4,C10を備えたE級アンプは、制御装置12より入力される高周波制御信号S2に応じてスイッチング素子Qsがスイッチングすることで、スイッチング周波数f0の高周波電流を生成して出力する。 With the configuration described above, the class E amplifier including the switching element Qs, the diode D1, the inductors L1 and L3, and the capacitors C1, C3, C4, and C10 is switched according to the high frequency control signal S2 input from the control device 12. By switching the element Qs, a high-frequency current having a switching frequency f 0 is generated and output.

また、本実施形態においては、高周波電源装置1は、インダクタL2とコンデンサC2とが直列接続された共振回路LC2を、スイッチング素子Qsに並列接続させている。インダクタL2およびコンデンサC2は、共振周波数がスイッチング周波数f0の2倍の周波数と一致するように設計される。共振回路LC2は、スイッチング周波数f0の2倍の周波数成分(2次高調波成分)に対して、低インピーダンスとなり、スイッチング周波数f0の成分(基本波成分)およびその3倍の周波数成分(3次高調波成分)に対して、高インピーダンスとなる。なお、当該共振回路LC2が、本発明の「第2の共振回路」に相当する。 In the present embodiment, the high frequency power supply device 1 has a resonance circuit LC2 in which an inductor L2 and a capacitor C2 are connected in series, connected in parallel to the switching element Qs. Inductor L2 and capacitor C2, the resonance frequency is designed to match the frequency twice the switching frequency f 0. Resonant circuit LC2, to the double frequency component of the switching frequency f 0 (2-order harmonic component) becomes a low impedance, the components of the switching frequency f 0 (fundamental wave component) and 3 times the frequency component (3 It becomes high impedance to the second harmonic component). The resonance circuit LC2 corresponds to the “second resonance circuit” of the present invention.

また、インダクタL1およびコンデンサC1からなるフィルタLC1も、共振回路LC2と合わせたインピーダンスが、スイッチング周波数f0の成分(基本波成分)およびその3倍の周波数成分(3次高調波成分)に対して、高インピーダンスとなり、スイッチング周波数f0の2倍の周波数成分(2次高調波成分)に対して、低インピーダンスとなるように設計される。なお、コンデンサC1のキャパシタンスは、スイッチング素子Qsの内部の容量成分も考慮して設計される。 In addition, the filter LC1 including the inductor L1 and the capacitor C1 also has an impedance combined with the resonance circuit LC2 with respect to the component (fundamental wave component) of the switching frequency f 0 and the frequency component (third harmonic component) three times that of the component. It is designed to have a high impedance and a low impedance with respect to a frequency component (second harmonic component) twice the switching frequency f 0 . The capacitance of the capacitor C1 is designed in consideration of the capacitance component inside the switching element Qs.

以上の構成から、発生した高周波電流のうちの2次高調波成分は、共振回路LC2に流れ、スイッチング素子Qsのドレイン‐ソース間の2次高調波成分電流による発生電圧を抑制することができる。   From the above configuration, the second harmonic component of the generated high-frequency current flows to the resonance circuit LC2, and the generated voltage due to the second harmonic component current between the drain and source of the switching element Qs can be suppressed.

制御装置12は、高周波電源装置1を制御するものであり、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)及びRAM(Random Access Memory)を備えるマイクロコンピュータやFPGA(Field-Programmable Gate Array)で構成される。   The control device 12 controls the high-frequency power supply device 1 and is a microcomputer or FPGA (Field-Programmable Gate Array) equipped with a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), and a RAM (Random Access Memory). Composed.

制御装置12は、フィードバック制御によって、直流電源装置11から出力される直流電圧のレベルを制御する。具体的には、制御装置12は、直流電源装置11の出力電圧と設定された目標電圧との偏差をゼロにするための制御パルス信号を生成する。そして、当該制御パルス信号を図示しないドライブ回路でDC−DCコンバータを駆動できるレベルに増幅して、電圧制御信号S1として直流電源装置1に出力する。これにより、制御装置12は、直流電源装置11から出力される直流電圧を目標電圧に制御して、直流電源装置11から一定の直流電圧を出力させることができる。また、制御装置12は、目標電圧を変更することで、直流電源装置11の出力電圧のレベルを変更する。   The control device 12 controls the level of the DC voltage output from the DC power supply device 11 by feedback control. Specifically, the control device 12 generates a control pulse signal for making the deviation between the output voltage of the DC power supply device 11 and the set target voltage zero. Then, the control pulse signal is amplified to a level at which the DC-DC converter can be driven by a drive circuit (not shown), and is output to the DC power supply device 1 as the voltage control signal S1. Accordingly, the control device 12 can control the DC voltage output from the DC power supply device 11 to the target voltage and output a constant DC voltage from the DC power supply device 11. Further, the control device 12 changes the level of the output voltage of the DC power supply device 11 by changing the target voltage.

また、制御装置12は、基準クロックに基づいて、スイッチング周波数f0のパルス信号(なお、正弦波信号などでもよい)を生成し、当該パルス信号を図示しないドライブ回路でスイッチング素子Qsを駆動できるレベルに増幅して、高周波制御信号S2としてスイッチング素子Qsのゲート端子に出力する。 Further, the control device 12 generates a pulse signal (which may be a sine wave signal or the like) having a switching frequency f 0 based on the reference clock, and a level at which the switching element Qs can be driven by a drive circuit (not shown). And output as a high frequency control signal S2 to the gate terminal of the switching element Qs.

送電ユニット2は、送電コイルLtおよび共振コンデンサCtを備えている。送電コイルLtは、高周波電源装置1より供給される高周波電力を、受電装置Bに送電するものである。共振コンデンサCtは、送電コイルLtに直列接続されて、直列共振回路を構成するためのものである。   The power transmission unit 2 includes a power transmission coil Lt and a resonance capacitor Ct. The power transmission coil Lt transmits the high frequency power supplied from the high frequency power supply device 1 to the power receiving device B. The resonance capacitor Ct is connected in series to the power transmission coil Lt to form a series resonance circuit.

送電コイルLtおよび共振コンデンサCtは、共振周波数が高周波電源装置1より供給される高周波電力の周波数f0(スイッチング周波数f0)と一致するように設計される。すなわち、送電コイルLtの自己インダクタンスLRと、共振コンデンサCtのキャパシタンスCRとが、下記(1)式の関係になるように設計される。なお、スイッチング周波数f0が高い場合は、送電コイルLtの巻線間の浮遊キャパシタンスを共振コンデンサCtとして用いるようにしてもよい。
The power transmission coil Lt and the resonance capacitor Ct are designed so that the resonance frequency matches the frequency f 0 (switching frequency f 0 ) of the high frequency power supplied from the high frequency power supply device 1. That is, the self-inductance L R of the power transmission coil Lt and the capacitance C R of the resonance capacitor Ct are designed so as to have a relationship of the following expression (1). If the switching frequency f 0 is high, the stray capacitance between the windings of the power transmission coil Lt may be used as the resonance capacitor Ct.

また、図2(a)に示すように、受電装置B1は、受電ユニット3および整流平滑回路4を備えている。   Further, as shown in FIG. 2A, the power receiving device B <b> 1 includes a power receiving unit 3 and a rectifying / smoothing circuit 4.

受電ユニット3は、受電コイルLr、および、共振コンデンサCrを備えている。受電コイルLrは、送電コイルLtと磁気結合して、非接触で受電するものである。共振コンデンサCrは、受電コイルLrに並列接続されて、並列共振回路を構成するためのものである。   The power receiving unit 3 includes a power receiving coil Lr and a resonance capacitor Cr. The power receiving coil Lr is magnetically coupled to the power transmitting coil Lt and receives power in a non-contact manner. The resonance capacitor Cr is connected in parallel to the power receiving coil Lr to form a parallel resonance circuit.

受電コイルLrおよび共振コンデンサCrは、送電コイルLtおよび共振コンデンサCtと同様に、共振周波数が高周波電源装置1より供給される高周波電力の周波数f0(スイッチング周波数f0)と一致するように設計される。なお、スイッチング周波数f0が高い場合は、受電コイルLrの巻線間の浮遊キャパシタンスを共振コンデンサCrとして用いるようにしてもよい。 Similarly to the power transmission coil Lt and the resonance capacitor Ct, the power reception coil Lr and the resonance capacitor Cr are designed such that the resonance frequency matches the frequency f 0 (switching frequency f 0 ) of the high frequency power supplied from the high frequency power supply device 1. The If the switching frequency f 0 is high, the stray capacitance between the windings of the power receiving coil Lr may be used as the resonance capacitor Cr.

送電ユニット2および受電ユニット3は、いずれも共振回路であり、共鳴して結合される。すなわち、送電ユニット2から受電ユニット3へは、磁界共鳴方式により、非接触で電力伝送が行われる。受電ユニット3が受電した電力は、整流平滑回路4に出力される。   The power transmission unit 2 and the power reception unit 3 are both resonant circuits and are coupled in resonance. That is, power transmission is performed from the power transmission unit 2 to the power reception unit 3 in a non-contact manner by a magnetic field resonance method. The power received by the power receiving unit 3 is output to the rectifying and smoothing circuit 4.

整流平滑回路4は、受電ユニット3より出力される高周波電流を整流して、直流電流に変換するものである。整流平滑回路4は、4つのダイオードをブリッジ接続した全波整流回路を備えている。また、整流平滑回路4は、整流後の出力を平滑するための平滑回路も備えている。なお、整流平滑回路4の構成は限定されず、高周波電流を直流電流に変換するものであればよい。整流平滑回路4から出力される直流電流は、バッテリDに供給される。   The rectifying / smoothing circuit 4 rectifies the high-frequency current output from the power receiving unit 3 and converts it into a direct current. The rectifying / smoothing circuit 4 includes a full-wave rectifying circuit in which four diodes are bridge-connected. The rectifying / smoothing circuit 4 also includes a smoothing circuit for smoothing the rectified output. The configuration of the rectifying / smoothing circuit 4 is not limited as long as it converts a high-frequency current into a direct current. The direct current output from the rectifying / smoothing circuit 4 is supplied to the battery D.

バッテリDは、例えばリチウムイオン電池などの二次電池である。バッテリDは、整流平滑回路4より出力される直流電力によって充電され、図示しないモータなどに電力を供給する。バッテリDには、バッテリDの充電状態に関係なく、一定大きさの電流が入力される。なお、二次電池の種類は限定されず、鉛蓄電池などであってもよい。また、バッテリDに代えて、電気二重層キャパシタやリチウムイオンキャパシタを用いるようにしてもよい。   The battery D is a secondary battery such as a lithium ion battery. The battery D is charged by DC power output from the rectifying and smoothing circuit 4 and supplies power to a motor (not shown). A constant current is input to the battery D regardless of the state of charge of the battery D. In addition, the kind of secondary battery is not limited, A lead storage battery etc. may be sufficient. Further, instead of the battery D, an electric double layer capacitor or a lithium ion capacitor may be used.

次に、図3を参照して、バッテリDに供給される電流が、バッテリDの充電状態に関係なく一定になることを説明する。   Next, with reference to FIG. 3, it will be described that the current supplied to the battery D is constant regardless of the state of charge of the battery D.

図3(a)は、図2(a)に示す非接触電力伝送システムCの主要部分を抜き出したものである。   FIG. 3A shows the main part of the non-contact power transmission system C shown in FIG.

高周波電源装置1の出力電圧をV1、出力電流をI1とする。また、整流平滑回路4に印加される電圧をV2、整流平滑回路4に入力される電流をI2とする。なお、各電圧V1,V2および各電流I1,I2は、いずれもベクトルである。 The output voltage of the high-frequency power supply device 1 is V 1 and the output current is I 1 . Further, the voltage applied to the rectifying / smoothing circuit 4 is V 2 , and the current input to the rectifying / smoothing circuit 4 is I 2 . The voltages V 1 and V 2 and the currents I 1 and I 2 are all vectors.

一般的に、非接触電力伝送システムの等価回路は、磁気結合した送電コイルと受電コイルとを、3つのコイルで構成されたT型回路に置き換えて表すことができる。図3(a)に示す回路を、T型回路を用いて表した等価回路に変換すると、図3(b)に示す回路になる。図3(b)においては、図に示すように、コンデンサまたはコイルのインピーダンスをZ1〜Z4として表している。なお、各インピーダンスZ1〜Z4は、いずれもベクトルである。T型回路のコイルのうちの送電ユニット側のコイル(インピーダンスZ1に含まれるコイル)のインダクタンスは、送電コイルLtの自己インダクタンスから、送電コイルLtと受電コイルLrとの間の磁気結合による相互インダクタンスを減じたものとなる。T型回路のコイルのうちの受電ユニット側のコイル(インピーダンスZ3に含まれるコイル)のインダクタンスは、受電コイルLrの自己インダクタンスから、送電コイルLtと受電コイルLrとの間の磁気結合による相互インダクタンスを減じたものとなる。また、T型回路のコイルのうちの並列接続されたコイル(インピーダンスZ2に含まれるコイル)のインダクタンスは、送電コイルLtと受電コイルLrとの間の磁気結合による相互インダクタンスとなる。したがって、各インピーダンスZ1〜Z4は、下記(2)〜(5)式で表すことができる。なお、送電コイルLtおよび受電コイルLrのインダクタンスを、それぞれ、LtおよびLrとし、共振コンデンサCtおよび共振コンデンサCrのキャパシタンスを、それぞれ、CtおよびCrとしている。また、送電コイルLtと受電コイルLrの結合係数をkとしている。
In general, an equivalent circuit of a non-contact power transmission system can be represented by replacing a magnetically coupled power transmission coil and power reception coil with a T-type circuit composed of three coils. When the circuit shown in FIG. 3A is converted into an equivalent circuit expressed using a T-type circuit, the circuit shown in FIG. 3B is obtained. In FIG. 3B, as shown in the figure, the impedance of the capacitor or coil is expressed as Z1 to Z4. Each impedance Z1 to Z4 is a vector. Among the coils of the T-type circuit, the inductance of the coil on the power transmission unit side (the coil included in the impedance Z1) is the mutual inductance due to the magnetic coupling between the power transmission coil Lt and the power reception coil Lr from the self-inductance of the power transmission coil Lt. It will be reduced. Among the coils of the T-type circuit, the inductance of the coil on the power receiving unit side (the coil included in the impedance Z3) is the mutual inductance due to the magnetic coupling between the power transmitting coil Lt and the power receiving coil Lr from the self-inductance of the power receiving coil Lr. It will be reduced. In addition, the inductance of the coils connected in parallel among the coils of the T-type circuit (the coil included in the impedance Z2) is a mutual inductance due to magnetic coupling between the power transmission coil Lt and the power reception coil Lr. Therefore, each impedance Z1-Z4 can be represented by the following formulas (2)-(5). Note that the inductances of the power transmission coil Lt and the power reception coil Lr are L t and L r , respectively, and the capacitances of the resonance capacitor Ct and the resonance capacitor Cr are C t and C r , respectively. The coupling coefficient between the power transmission coil Lt and the power reception coil Lr is k.

図3(c)は、図3(b)に示す回路を、Fパラメータを用いて表した等価回路を示す図である。なお、Fパラメータの各要素A,B,C,Dは、いずれもベクトルであり、Fパラメータは、下記(6)式のようになる。
FIG. 3C is a diagram showing an equivalent circuit in which the circuit shown in FIG. 3B is expressed using the F parameter. The elements A, B, C, and D of the F parameter are all vectors, and the F parameter is expressed by the following equation (6).

磁界共鳴の条件式であるZ1+Z2=Z2+Z3+Z4=0を、上記(6)式に代入すると、下記(7)式になる。これより、下記(8)式および上記(3),(4)式から、下記(9)式が求められる。
Substituting Z1 + Z2 = Z2 + Z3 + Z4 = 0, which is a conditional expression of magnetic resonance, into the above equation (6), the following equation (7) is obtained. From this, the following formula (9) is obtained from the following formula (8) and the above formulas (3) and (4).

送電コイルLtと受電コイルLrの距離が変化しなければ、結合係数kは変化しない。したがって、上記(9)式より、受電ユニット3から出力される電流I2の大きさは、送電ユニット2に入力される電流I1の大きさに比例する。また、送電ユニット2に入力される電流I1は、高周波電源装置1の出力電流I1である。直流電源装置11が出力する直流電圧が一定の場合、高周波電源装置1の出力電流I1の大きさは一定である。したがって、直流電源装置11が出力する直流電圧が一定の場合、受電ユニット3の出力電流I2の大きさは、接続される負荷のインピーダンスなどに関係なく、一定である。つまり、受電ユニット3の出力は、一定の大きさの電流I2を出力する定電流源と考えることができる。受電ユニット3の出力電流I2の大きさが一定なので、整流平滑回路4によって整流および平滑化された電流は一定になる。したがって、バッテリDに供給される電流は、バッテリDの充電状態に関係なく一定になる。 If the distance between the power transmission coil Lt and the power reception coil Lr does not change, the coupling coefficient k does not change. Therefore, from the above equation (9), the magnitude of the current I 2 output from the power receiving unit 3 is proportional to the magnitude of the current I 1 input to the power transmission unit 2. Further, the current I 1 is input to the power transmission unit 2, an output current I 1 of the high-frequency power supply device 1. When the DC voltage output from the DC power supply device 11 is constant, the magnitude of the output current I 1 of the high frequency power supply device 1 is constant. Therefore, when the DC voltage output from the DC power supply device 11 is constant, the magnitude of the output current I 2 of the power receiving unit 3 is constant regardless of the impedance of the connected load. That is, the output of the power receiving unit 3 can be considered as a constant current source that outputs a constant current I 2 . Since the magnitude of the output current I 2 of the power receiving unit 3 is constant, the current rectified and smoothed by the rectifying and smoothing circuit 4 is constant. Therefore, the current supplied to the battery D is constant regardless of the state of charge of the battery D.

図4は、図2に示す回路において、整流平滑回路4およびバッテリDを負荷抵抗に置き換えて、シミュレーションを行ったときの各波形を示している。直流電源装置11が出力する直流電圧Vdcを200[V]、高周波制御信号S2を、周波数f=13.56[MHz]、デューティー比40%の矩形波信号とし、送電コイルLtと受電コイルLrの結合係数をk=0.5とし、負荷抵抗の抵抗値を5[Ω]、10[Ω]、15[Ω]、20[Ω]、25[Ω]、30[Ω]と変化させて、シミュレーションを行った。図4(a)は、スイッチング素子Qsのドレイン‐ソース間電圧Vdsの波形を示しており、図4(b)は、受電ユニット3の出力電圧(すなわち、負荷抵抗に印加される電圧)V2の波形を示している。また、図4(c)は、受電ユニット3の出力電流(すなわち、負荷抵抗に流れる電流)I2の波形を示している。 FIG. 4 shows each waveform when the rectifying / smoothing circuit 4 and the battery D are replaced with load resistors in the circuit shown in FIG. The DC voltage V dc output from the DC power supply 11 is 200 [V], the high-frequency control signal S2 is a rectangular wave signal having a frequency f = 13.56 [MHz] and a duty ratio of 40%, and the power transmission coil Lt and the power reception coil Lr. The coupling coefficient of k is 0.5, and the resistance value of the load resistance is changed to 5 [Ω], 10 [Ω], 15 [Ω], 20 [Ω], 25 [Ω], and 30 [Ω]. A simulation was performed. 4A shows the waveform of the drain-source voltage V ds of the switching element Qs, and FIG. 4B shows the output voltage (that is, the voltage applied to the load resistor) V of the power receiving unit 3. 2 shows the waveform. FIG. 4C shows the waveform of the output current (that is, the current flowing through the load resistor) I 2 of the power receiving unit 3.

図4(a)に示されているように、スイッチング素子Qsのドレイン‐ソース間電圧Vdsは、500[V]未満となっており、直流電圧Vdc(200[V])に対して2.5倍程度に収まっている。一方、図2(b)に示す、インダクタL2とコンデンサC2からなる共振回路LC2を削除してシミュレーションを行った場合は、スイッチング素子Qsのドレイン‐ソース間電圧Vdsは、700[V]以上となり(図示しない)、直流電圧Vdcに対して3.5倍以上になった。つまり、インダクタL2とコンデンサC2からなる共振回路LC2によって、スイッチング素子Qsに発生する電圧を抑制できることが確認できた。 As shown in FIG. 4A, the drain-source voltage V ds of the switching element Qs is less than 500 [V], which is 2 with respect to the DC voltage V dc (200 [V]). It is about 5 times. On the other hand, when the simulation is performed by deleting the resonance circuit LC2 including the inductor L2 and the capacitor C2 shown in FIG. 2B, the drain-source voltage V ds of the switching element Qs becomes 700 V or more. (Not shown), 3.5 times or more of the DC voltage V dc . That is, it was confirmed that the voltage generated in the switching element Qs can be suppressed by the resonance circuit LC2 including the inductor L2 and the capacitor C2.

また、図4(b)に示されているように、受電ユニット3の出力電圧V2の波形が、負荷抵抗の抵抗値によって変化するのに対して、図4(c)に示されているように、受電ユニット3の出力電流I2の波形は、負荷抵抗の抵抗値によって変化しないことが確認できた。 Further, as shown in FIG. 4B, the waveform of the output voltage V 2 of the power receiving unit 3 varies depending on the resistance value of the load resistance, whereas it is shown in FIG. Thus, it was confirmed that the waveform of the output current I 2 of the power receiving unit 3 did not change depending on the resistance value of the load resistance.

次に、第1実施形態に係る非接触電力伝送システムCの作用効果について説明する。   Next, the effect of the non-contact power transmission system C according to the first embodiment will be described.

本実施形態によると、高周波電源装置1は、1つのスイッチング素子Qsに高周波制御信号S2を入力することで、一定の大きさの高周波電流を、送電ユニット2に出力することができる。高周波制御信号S2にデッドタイムを設ける必要がないので、高周波制御信号S2をスイッチング素子に出力するためのドライブ回路を単純な構成とすることができる。   According to the present embodiment, the high frequency power supply device 1 can output a high frequency current of a certain magnitude to the power transmission unit 2 by inputting the high frequency control signal S2 to one switching element Qs. Since there is no need to provide a dead time for the high-frequency control signal S2, a drive circuit for outputting the high-frequency control signal S2 to the switching element can have a simple configuration.

また、本実施形態によると、高周波電源装置1のスイッチング素子Qsには、インダクタL2とコンデンサC2からなる共振回路LC2が並列接続されている。当該共振回路LC2は、スイッチング周波数f0の2倍の周波数成分(2次高調波成分)に対して、低インピーダンスとなり、スイッチング周波数f0の成分(基本波成分)およびその3倍の周波数成分(3次高調波成分)に対して、高インピーダンスとなる。したがって、高周波電源装置1で発生した高周波電流のうちの2次高調波成分は、共振回路LC2に流れ、スイッチング素子Qsのドレイン‐ソース間の2次高調波成分電流による発生電圧を抑制することができる。よって、スイッチング素子Qsを高耐圧のものにする必要がない。 Further, according to the present embodiment, the resonance circuit LC2 including the inductor L2 and the capacitor C2 is connected in parallel to the switching element Qs of the high frequency power supply device 1. The resonant circuit LC2, to the double frequency component of the switching frequency f 0 (2-order harmonic component) becomes a low impedance, the components of the switching frequency f 0 (fundamental wave component) and 3 times the frequency components ( It becomes a high impedance to the third harmonic component). Accordingly, the second harmonic component of the high frequency current generated in the high frequency power supply device 1 flows into the resonance circuit LC2, and the generated voltage due to the second harmonic component current between the drain and source of the switching element Qs is suppressed. it can. Therefore, it is not necessary for the switching element Qs to have a high breakdown voltage.

本実施形態によると、送電ユニット2は直列共振回路であり、受電ユニット3は並列共振回路である。また、高周波電源装置1は送電ユニット2に一定の大きさの高周波電流を出力し、送電ユニット2から受電ユニット3へは磁界共鳴方式で送電を行う。したがって、受電ユニット3の出力が定電流源の出力と等価になる。よって、バッテリDの充電状態に関係なく、バッテリDに出力される電流は一定になる。つまり、バッテリDを、定電流で充電することができる。   According to this embodiment, the power transmission unit 2 is a series resonance circuit, and the power reception unit 3 is a parallel resonance circuit. The high frequency power supply device 1 outputs a high frequency current of a certain magnitude to the power transmission unit 2 and transmits power from the power transmission unit 2 to the power reception unit 3 by a magnetic field resonance method. Therefore, the output of the power receiving unit 3 is equivalent to the output of the constant current source. Therefore, the current output to the battery D is constant regardless of the state of charge of the battery D. That is, the battery D can be charged with a constant current.

上記第1実施形態においては、受電ユニット3が並列共振回路である場合について説明したが、これに限られない。受電ユニット3が直列共振回路である場合について、以下に説明する。   In the first embodiment, the case where the power receiving unit 3 is a parallel resonant circuit has been described. However, the present invention is not limited to this. A case where the power receiving unit 3 is a series resonance circuit will be described below.

図5は、第2実施形態に係る非接触電力伝送システムC’の全体構成を示す回路図である。図5において、第1実施形態に係る非接触電力伝送システムC(図2参照)と同一または類似の要素には、同一の符号を付している。非接触電力伝送システムC’は、受電ユニット3’が直列共振回路である点と、受電ユニット3’と整流平滑回路4との間に、電圧‐電流変換回路5が設けられている点で、第1実施形態に係る非接触電力伝送システムCと異なる。   FIG. 5 is a circuit diagram showing an overall configuration of a non-contact power transmission system C ′ according to the second embodiment. In FIG. 5, the same or similar elements as those in the non-contact power transmission system C (see FIG. 2) according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals. In the non-contact power transmission system C ′, the power receiving unit 3 ′ is a series resonance circuit, and the voltage-current conversion circuit 5 is provided between the power receiving unit 3 ′ and the rectifying / smoothing circuit 4. Different from the non-contact power transmission system C according to the first embodiment.

受電ユニット3’は、共振コンデンサCrが受電コイルLrに直列接続されており、直列共振回路を構成している。受電コイルLrおよび共振コンデンサCrは、送電コイルLtおよび共振コンデンサCtと同様に、共振周波数が高周波電源装置1より供給される高周波電力の周波数f0(スイッチング周波数f0)と一致するように設計される。なお、高周波電源装置1が出力する高周波電流の周波数が高い場合は、受電コイルLrの巻線間の浮遊キャパシタンスを共振コンデンサCrとして用いるようにしてもよい。 In the power reception unit 3 ′, a resonance capacitor Cr is connected in series to the power reception coil Lr, and a series resonance circuit is configured. Similarly to the power transmission coil Lt and the resonance capacitor Ct, the power reception coil Lr and the resonance capacitor Cr are designed such that the resonance frequency matches the frequency f 0 (switching frequency f 0 ) of the high frequency power supplied from the high frequency power supply device 1. The Note that when the frequency of the high-frequency current output from the high-frequency power supply device 1 is high, the floating capacitance between the windings of the power receiving coil Lr may be used as the resonance capacitor Cr.

電圧‐電流変換回路5は、電圧出力を電流出力に変換するものである。電圧‐電流変換回路5は、2つのインダクタL11,L12とコンデンサC11とを、T型に配置した回路である。インダクタL11とインダクタL12とは直列接続されており、受電ユニット3’と整流平滑回路4との間に、直列接続されている。そして、インダクタL11とインダクタL12との接続点に、コンデンサC11が並列接続されている。スイッチング周波数f0におけるインダクタL11,L12およびコンデンサC11の各インピーダンスの大きさが等しくなるように、各インダクタンスおよびキャパシタンスを決定している。 The voltage-current conversion circuit 5 converts a voltage output into a current output. The voltage-current conversion circuit 5 is a circuit in which two inductors L11 and L12 and a capacitor C11 are arranged in a T shape. The inductor L11 and the inductor L12 are connected in series, and are connected in series between the power receiving unit 3 ′ and the rectifying / smoothing circuit 4. A capacitor C11 is connected in parallel at a connection point between the inductor L11 and the inductor L12. Each inductance and capacitance is determined so that the magnitudes of the impedances of the inductors L11 and L12 and the capacitor C11 at the switching frequency f 0 are equal.

図6(a)は、図5に示す非接触電力伝送システムC’の主要部分を抜き出したものである。   FIG. 6A shows a main part of the non-contact power transmission system C ′ shown in FIG.

高周波電源装置1の出力電圧をV1、出力電流をI1とする。また、受電ユニット3’の出力電圧をV2、出力電流をI2とする。また、電圧‐電流変換回路5の出力電圧をV3、出力電流をI3とする。つまり、整流平滑回路4に印加される電圧がV3、整流平滑回路4に入力される電流がI3となる。なお、各電圧V1,V2,V3および各電流I1,I2,I3は、いずれもベクトルである。 The output voltage of the high-frequency power supply device 1 is V 1 and the output current is I 1 . The output voltage of the power receiving unit 3 ′ is V 2 and the output current is I 2 . The output voltage of the voltage-current conversion circuit 5 is V 3 and the output current is I 3 . That is, the voltage applied to the rectifying / smoothing circuit 4 is V 3 , and the current input to the rectifying / smoothing circuit 4 is I 3 . The voltages V 1 , V 2 , V 3 and the currents I 1 , I 2 , I 3 are all vectors.

図6(a)に示す回路を、T型回路を用いて表した等価回路に変換すると、図6(b)に示す回路になる。図6(b)においては、図に示すように、コンデンサまたはコイルのインピーダンスをZ1〜Z3として表している。なお、各インピーダンスZ1〜Z3は、いずれもベクトルであり、下記(10)〜(12)式で表すことができる。なお、送電コイルLtおよび受電コイルLrのインダクタンスを、それぞれ、LtおよびLrとし、共振コンデンサCtおよび共振コンデンサCrのキャパシタンスを、それぞれ、CtおよびCrとしている。また、送電コイルLtと受電コイルLrの結合係数をkとしている。
When the circuit shown in FIG. 6A is converted into an equivalent circuit expressed using a T-type circuit, the circuit shown in FIG. 6B is obtained. In FIG. 6B, as shown in the drawing, the impedance of the capacitor or coil is represented as Z1 to Z3. The impedances Z1 to Z3 are all vectors and can be expressed by the following equations (10) to (12). Note that the inductances of the power transmission coil Lt and the power reception coil Lr are L t and L r , respectively, and the capacitances of the resonance capacitor Ct and the resonance capacitor Cr are C t and C r , respectively. The coupling coefficient between the power transmission coil Lt and the power reception coil Lr is k.

図6(b)に示す回路をFパラメータを用いて表した場合、Fパラメータは、下記(13)式のようになる。なお、Fパラメータの各要素A,B,C,Dは、いずれもベクトルである。
When the circuit shown in FIG. 6B is expressed by using the F parameter, the F parameter is expressed by the following equation (13). Note that each of the elements A, B, C, and D of the F parameter is a vector.

磁界共鳴の条件式であるZ1+Z2=Z2+Z3=0を、上記(13)式に代入すると、下記(14)式になる。これより、下記(15)式および上記(11)式から、下記(16)式が求められる。
Substituting Z1 + Z2 = Z2 + Z3 = 0, which is a conditional expression of magnetic resonance, into the above equation (13), the following equation (14) is obtained. From this, the following equation (16) is obtained from the following equation (15) and the above equation (11).

送電コイルLtと受電コイルLrの距離が変化しなければ、結合係数kは変化しない。したがって、上記(16)式より、受電ユニット3’から出力される電圧V2の大きさは、送電ユニット2に入力される電流I1の大きさに比例する。また、送電ユニット2に入力される電流I1は、高周波電源装置1の出力電流I1である。直流電源装置11が出力する直流電圧が一定の場合、高周波電源装置1の出力電流I1の大きさは一定である。したがって、直流電源装置11が出力する直流電圧が一定の場合、受電ユニット3’の出力電圧V2の大きさは、接続される負荷のインピーダンスなどに関係なく、一定である。つまり、受電ユニット3’の出力は、一定の大きさの電圧V2を出力する定電圧源と考えることができる。 If the distance between the power transmission coil Lt and the power reception coil Lr does not change, the coupling coefficient k does not change. Therefore, from the above equation (16), the magnitude of the voltage V 2 output from the power receiving unit 3 ′ is proportional to the magnitude of the current I 1 input to the power transmission unit 2. Further, the current I 1 is input to the power transmission unit 2, an output current I 1 of the high-frequency power supply device 1. When the DC voltage output from the DC power supply device 11 is constant, the magnitude of the output current I 1 of the high frequency power supply device 1 is constant. Therefore, when the DC voltage output from the DC power supply 11 is constant, the magnitude of the output voltage V 2 of the power receiving unit 3 ′ is constant regardless of the impedance of the connected load. That is, the output of the power receiving unit 3 ′ can be considered as a constant voltage source that outputs a voltage V 2 having a constant magnitude.

図6(c)は、電圧‐電流変換回路5の回路を示している。図6(c)においては、図に示すように、コンデンサまたはコイルのインピーダンスをZ4〜Z6として表している。なお、各インピーダンスZ4〜Z6は、いずれもベクトルであり、下記(17)〜(19)式で表すことができる。なお、インダクタL11およびインダクタL12のインダクタンスを、それぞれ、L11およびL12とし、コンデンサC11のキャパシタンスをC11としている。
FIG. 6C shows a circuit of the voltage-current conversion circuit 5. In FIG. 6C, as shown in the drawing, the impedance of the capacitor or coil is represented as Z4 to Z6. The impedances Z4 to Z6 are all vectors and can be expressed by the following equations (17) to (19). Note that the inductance of the inductor L11 and inductor L12, respectively, and L 11 and L 12, has a capacitance of the capacitor C11 and C 11.

図6(c)に示す回路をFパラメータを用いて表した場合、Fパラメータは、下記(20)式のようになる。なお、Fパラメータの各要素A,B,C,Dは、いずれもベクトルである。
When the circuit shown in FIG. 6C is expressed using F parameters, the F parameters are expressed by the following equation (20). Note that each of the elements A, B, C, and D of the F parameter is a vector.

高周波電源装置1より供給される高周波電力の周波数f0(スイッチング周波数f0)におけるインダクタL11,L12およびコンデンサC11の各インピーダンスの大きさが等しくなるように、各インダクタンスやキャパシタンスを決定しているため、Z4+Z5=Z5+Z6=0となる。これを、上記(20)式に代入すると、下記(21)式になる。これより、下記(22)式および上記(18)式から、下記(23)式が求められる。
The inductances and capacitances are determined so that the magnitudes of the impedances of the inductors L11 and L12 and the capacitor C11 at the frequency f 0 (switching frequency f 0 ) of the high-frequency power supplied from the high-frequency power supply device 1 are equal. Z4 + Z5 = Z5 + Z6 = 0. Substituting this into the above equation (20) yields the following equation (21). From this, the following equation (23) is obtained from the following equation (22) and the above equation (18).

キャパシタンスC11は固定値なので、上記(23)式より、電圧‐電流変換回路5の出力電流I3の大きさは、受電ユニット3’から出力されて電圧‐電流変換回路5に入力される電圧V2の大きさに比例する。また、直流電源装置11が出力する直流電圧が一定の場合、受電ユニット3’の出力電圧V2の大きさは一定である。したがって、直流電源装置11が出力する直流電圧が一定の場合、電圧‐電流変換回路5の出力電流I3の大きさは、接続される負荷のインピーダンスなどに関係なく、一定である。つまり、電圧‐電流変換回路5の出力は、一定の大きさの電流I3を出力する定電流源と考えることができる。電圧‐電流変換回路5の出力電流I3の大きさが一定なので、整流平滑回路4によって整流および平滑化された電流は一定になる。したがって、バッテリDに供給される電流は、バッテリDの充電状態に関係なく一定になる。 Since the capacitance C 11 is a fixed value, from the above equation (23), the magnitude of the output current I 3 of the voltage-current conversion circuit 5 is the voltage output from the power receiving unit 3 ′ and input to the voltage-current conversion circuit 5. proportional to the magnitude of V 2. Further, when the DC voltage output from the DC power supply device 11 is constant, the magnitude of the output voltage V 2 of the power receiving unit 3 ′ is constant. Therefore, when the DC voltage output from the DC power supply 11 is constant, the magnitude of the output current I 3 of the voltage-current conversion circuit 5 is constant regardless of the impedance of the connected load. That is, the output of the voltage-current conversion circuit 5 can be considered as a constant current source that outputs a constant current I 3 . Since the magnitude of the output current I 3 of the voltage-current conversion circuit 5 is constant, the current rectified and smoothed by the rectifying and smoothing circuit 4 is constant. Therefore, the current supplied to the battery D is constant regardless of the state of charge of the battery D.

図7および図8は、図5に示す回路において、整流平滑回路4およびバッテリDを負荷抵抗に置き換えて、シミュレーションを行ったときの各波形を示している。直流電源装置11が出力する直流電圧Vdcを200[V]、高周波制御信号S2を、周波数f=13.56[MHz]、デューティー比40%の矩形波信号とし、負荷抵抗の抵抗値を5[Ω]、10[Ω]、15[Ω]、20[Ω]、25[Ω]、30[Ω]と変化させて、シミュレーションを行った。 FIG. 7 and FIG. 8 show waveforms when the rectifying / smoothing circuit 4 and the battery D are replaced with load resistors in the circuit shown in FIG. 5 and simulation is performed. The DC voltage V dc output from the DC power supply 11 is 200 [V], the high frequency control signal S2 is a rectangular wave signal having a frequency f = 13.56 [MHz] and a duty ratio of 40%, and the resistance value of the load resistance is 5 The simulation was performed by changing [Ω], 10 [Ω], 15 [Ω], 20 [Ω], 25 [Ω], and 30 [Ω].

図7は、送電コイルLtと受電コイルLrの結合係数をk=0.5としたものである。図7(a)は、スイッチング素子Qsのドレイン‐ソース間電圧Vdsの波形を示しており、図7(b)は、電圧‐電流変換回路5の出力電圧(すなわち、負荷抵抗に印加される電圧)V3の波形を示している。また、図7(c)は、電圧‐電流変換回路5の出力電流(すなわち、負荷抵抗に流れる電流)I3の波形、および、送電ユニット2に入力される電流(高周波電源装置1の出力電流)I1の波形を示している。 In FIG. 7, the coupling coefficient between the power transmission coil Lt and the power reception coil Lr is set to k = 0.5. FIG. 7A shows the waveform of the drain-source voltage V ds of the switching element Qs, and FIG. 7B shows the output voltage of the voltage-current conversion circuit 5 (that is, applied to the load resistance). shows the waveform of the voltage) V 3. 7C shows the waveform of the output current of the voltage-current conversion circuit 5 (that is, the current flowing through the load resistor) I 3 and the current input to the power transmission unit 2 (the output current of the high-frequency power supply device 1). ) The waveform of I 1 is shown.

図7(a)に示されているように、スイッチング素子Qsのドレイン‐ソース間電圧Vdsは、図4(a)と同様、500[V]未満となっており、直流電圧Vdc(200[V])に対して2.5倍程度に収まっている。また、図7(b)に示されているように、電圧‐電流変換回路5の出力電圧V3の波形が、負荷抵抗の抵抗値によって変化するのに対して、図7(c)に示されているように、電圧‐電流変換回路5の出力電流I3の波形は、負荷抵抗の抵抗値によって変化しないことが確認できた。 As shown in FIG. 7A, the drain-source voltage V ds of the switching element Qs is less than 500 [V] as in FIG. 4A, and the DC voltage V dc (200 [V]) is about 2.5 times. Further, as shown in FIG. 7B, the waveform of the output voltage V 3 of the voltage-current conversion circuit 5 varies depending on the resistance value of the load resistance, whereas FIG. As shown, it has been confirmed that the waveform of the output current I 3 of the voltage-current conversion circuit 5 does not change depending on the resistance value of the load resistance.

図8は、送電コイルLtと受電コイルLrの結合係数をk=0.3としたものである。図8(a)は、スイッチング素子Qsのドレイン‐ソース間電圧Vdsの波形を示しており、図8(b)は、電圧‐電流変換回路5の出力電圧(すなわち、負荷抵抗に印加される電圧)V3の波形を示している。また、図8(c)は、電圧‐電流変換回路5の出力電流(すなわち、負荷抵抗に流れる電流)I3の波形、および、送電ユニット2に入力される電流(高周波電源装置1の出力電流)I1の波形を示している。 In FIG. 8, the coupling coefficient between the power transmission coil Lt and the power reception coil Lr is k = 0.3. FIG. 8A shows the waveform of the drain-source voltage V ds of the switching element Qs, and FIG. 8B shows the output voltage of the voltage-current conversion circuit 5 (that is, applied to the load resistance). shows the waveform of the voltage) V 3. 8C shows the waveform of the output current of the voltage-current conversion circuit 5 (that is, the current flowing through the load resistor) I 3 and the current input to the power transmission unit 2 (the output current of the high-frequency power supply device 1). ) The waveform of I 1 is shown.

図8(a)に示されているように、スイッチング素子Qsのドレイン‐ソース間電圧Vdsは、図8(a)と同様、500[V]未満となっており、直流電圧Vdc(200[V])に対して2.5倍程度に収まっている。また、図8(b)に示されているように、電圧‐電流変換回路5の出力電圧V3の波形が、負荷抵抗の抵抗値によって変化するのに対して、図8(c)に示されているように、電圧‐電流変換回路5の出力電流I3の波形は、負荷抵抗の抵抗値によって変化しないことが確認できた。 As shown in FIG. 8A, the drain-source voltage V ds of the switching element Qs is less than 500 [V] as in FIG. 8A, and the DC voltage V dc (200 [V]) is about 2.5 times. Further, as shown in FIG. 8B, the waveform of the output voltage V 3 of the voltage-current conversion circuit 5 changes depending on the resistance value of the load resistance, whereas FIG. As shown, it has been confirmed that the waveform of the output current I 3 of the voltage-current conversion circuit 5 does not change depending on the resistance value of the load resistance.

さらに、図7(c)および図8(c)に示されているように、結合係数kが変化することで、電圧‐電流変換回路5の出力電流I3の大きさが変化していることが確認できた。結合係数kが小さくなると(図8(c)参照)、出力電流I3の大きさは小さくなっている。また、図7(b)および図8(b)に示されているように、結合係数kが小さくなると、出力電圧V3も小さくなっている。 Further, as shown in FIG. 7C and FIG. 8C, the magnitude of the output current I 3 of the voltage-current conversion circuit 5 changes as the coupling coefficient k changes. Was confirmed. When the coupling coefficient k decreases (see FIG. 8C), the output current I 3 decreases. Further, as shown in FIGS. 7B and 8B, when the coupling coefficient k decreases, the output voltage V 3 also decreases.

第2実施形態においても、高周波電源装置1は、1つのスイッチング素子Qsに高周波制御信号S2を入力することで、一定の大きさの高周波電流を、送電ユニット2に出力することができる。高周波制御信号S2にデッドタイムを設ける必要がないので、高周波制御信号S2をスイッチング素子に出力するためのドライブ回路を単純な構成とすることができる。   Also in the second embodiment, the high frequency power supply device 1 can output a high frequency current of a certain magnitude to the power transmission unit 2 by inputting the high frequency control signal S2 to one switching element Qs. Since there is no need to provide a dead time for the high-frequency control signal S2, a drive circuit for outputting the high-frequency control signal S2 to the switching element can have a simple configuration.

また、第2実施形態においても、高周波電源装置1のスイッチング素子Qsには、インダクタL2とコンデンサC2からなる共振回路LC2が並列接続されている。したがって、高周波電源装置1で発生した高周波電流のうちの2次高調波成分は、共振回路LC2に流れ、スイッチング素子Qsのドレイン‐ソース間の2次高調波成分電流による発生電圧を抑制することができる。   Also in the second embodiment, the switching circuit Qs of the high frequency power supply device 1 is connected in parallel with a resonance circuit LC2 including an inductor L2 and a capacitor C2. Accordingly, the second harmonic component of the high frequency current generated in the high frequency power supply device 1 flows into the resonance circuit LC2, and the generated voltage due to the second harmonic component current between the drain and source of the switching element Qs is suppressed. it can.

また、第2実施形態によると、送電ユニット2は直列共振回路であり、受電ユニット3’は直列共振回路である。また、高周波電源装置1は送電ユニット2に一定の大きさの高周波電流を出力し、送電ユニット2から受電ユニット3’へは磁界共鳴方式で送電を行う。したがって、受電ユニット3’の出力が定電圧源の出力と等価になる。また、受電ユニット3’の後段には、電圧‐電流変換回路5が接続されている。したがって、電圧‐電流変換回路5の出力が定電流源の出力と等価になる。よって、バッテリDの充電状態に関係なく、バッテリDに出力される電流は一定になる。つまり、バッテリDを、定電流で充電することができる。   According to the second embodiment, the power transmission unit 2 is a series resonance circuit, and the power reception unit 3 ′ is a series resonance circuit. The high-frequency power supply 1 outputs a high-frequency current of a certain magnitude to the power transmission unit 2 and transmits power from the power transmission unit 2 to the power reception unit 3 ′ by magnetic field resonance. Therefore, the output of the power receiving unit 3 'is equivalent to the output of the constant voltage source. Further, a voltage-current conversion circuit 5 is connected to the subsequent stage of the power receiving unit 3 '. Therefore, the output of the voltage-current conversion circuit 5 is equivalent to the output of the constant current source. Therefore, the current output to the battery D is constant regardless of the state of charge of the battery D. That is, the battery D can be charged with a constant current.

なお、第2実施形態においては、電圧‐電流変換回路5を、2つのインダクタL11,L12とコンデンサC11とをT型に配置した回路とした場合について説明したが、電圧‐電流変換回路5の回路構成は、上述したものに限定されない。例えば、1つのインダクタと2つのコンデンサとをT型に配置した回路としてもよいし、2つのインダクタと1つのコンデンサとをπ型に配置した回路としてもよいし、1つのインダクタと2つのコンデンサとをπ型に配置した回路としてもよい。   In the second embodiment, the voltage-current conversion circuit 5 is described as a circuit in which the two inductors L11 and L12 and the capacitor C11 are arranged in a T shape. However, the circuit of the voltage-current conversion circuit 5 is described. The configuration is not limited to that described above. For example, a circuit in which one inductor and two capacitors are arranged in a T-type may be used, a circuit in which two inductors and one capacitor are arranged in a π-type, or one inductor and two capacitors may be used. It is good also as a circuit which has arrange | positioned to pi type.

また、電圧‐電流変換回路5は、インダクタとコンデンサを組み合わせた回路に限定されない。電圧‐電流変換回路5は、受電ユニット3’からの電圧出力を電流出力に変換するものであればよい。   The voltage-current conversion circuit 5 is not limited to a circuit combining an inductor and a capacitor. The voltage-current conversion circuit 5 may be any circuit that converts the voltage output from the power receiving unit 3 ′ into a current output.

図9は、第3実施形態に係る非接触電力伝送システムC”の全体構成を示す回路図である。図9において、第2実施形態に係る非接触電力伝送システムC’(図5参照)と同一または類似の要素には、同一の符号を付している。非接触電力伝送システムC”は、電圧‐電流変換回路5’の構成が、第2実施形態に係る非接触電力伝送システムC’の電圧‐電流変換回路5と異なっている。   FIG. 9 is a circuit diagram showing an overall configuration of a non-contact power transmission system C ″ according to the third embodiment. In FIG. 9, a non-contact power transmission system C ′ (see FIG. 5) according to the second embodiment and The same or similar elements are denoted by the same reference numerals. The non-contact power transmission system C ″ has a configuration of the voltage-current conversion circuit 5 ′ according to the second embodiment. This is different from the voltage-current conversion circuit 5 of FIG.

電圧‐電流変換回路5’は、電圧出力を電流出力に変換するものである。電圧‐電流変換回路5は、伝送線路TLを備えている。伝送線路TLは、受電ユニット3’と整流平滑回路4との間に直列接続されている。本実施形態においては、伝送線路TLを同軸ケーブルとしている。なお、伝送線路TLは、同軸ケーブルに限定されず、例えば、同軸管、基板上に形成された線路などであってもよい。   The voltage-current conversion circuit 5 'converts a voltage output into a current output. The voltage-current conversion circuit 5 includes a transmission line TL. The transmission line TL is connected in series between the power receiving unit 3 ′ and the rectifying / smoothing circuit 4. In the present embodiment, the transmission line TL is a coaxial cable. Note that the transmission line TL is not limited to a coaxial cable, and may be a coaxial tube, a line formed on a substrate, or the like.

伝送線路TLの長さは、受電ユニット3’より入力される高周波(すなわち、高周波電源装置1が出力する高周波)の基本波の、伝送線路TLにおける伝送波長の略4分の1としている。高周波電源装置1が出力する高周波の波長λは、周波数をfとして、伝送線路TL内の電波の速度をνとすると、λ[m]=ν[m/s]/f[Hz]で表わされる。同軸ケーブル(ポリエチレン製)上の電波の速度νは、真空中の電波の速度(3.0×108[m/s])の約66%程度なので、例えば、スイッチング周波数f0=13.56[MHz]とすると、高周波電源装置1が出力する高周波の波長λは、λ=(3.0×108)×(66/100)/(13.56×106)≒14.60[m]となる。伝送線路TLの長さは、この波長λの略1/4であるので、14.60×(1/4)≒3.65[m]となる。なお、上記同軸ケーブル上の電波の速度νを、真空中の電波の速度の約66%としたが、同軸ケーブル上の電波の速度は、用いる同軸ケーブルの波長短縮率(詳細には同軸ケーブルの絶縁材料)により異なる。したがって、伝送線路TLの長さは、用いる同軸ケーブルの種類に応じて、適宜変更すればよい。また、上記算出式から分かるように、高周波電源装置1が出力する高周波の周波数が低ければ低いほど、波長λは長くなる。したがって、周波数が低い場合、長い伝送線路TLを用いる必要があり、当該伝送線路TLを受電装置B3の筺体に収容するために、受電装置B3の大きさを大きくしなければならない。よって、高周波電源装置1が出力する高周波の周波数は、6.78MHz以上であることが望ましい。 The length of the transmission line TL is set to approximately one quarter of the transmission wavelength of the fundamental wave of the high frequency (that is, the high frequency output from the high frequency power supply device 1) input from the power receiving unit 3 ′ in the transmission line TL. The high-frequency wavelength λ output from the high-frequency power supply device 1 is expressed by λ [m] = ν [m / s] / f [Hz] where f is the frequency and ν is the velocity of the radio wave in the transmission line TL. . The speed ν of the radio wave on the coaxial cable (made of polyethylene) is about 66% of the speed of the radio wave in the vacuum (3.0 × 10 8 [m / s]). For example, the switching frequency f 0 = 13.56 Assuming [MHz], the wavelength λ of the high frequency output from the high frequency power supply device 1 is λ = (3.0 × 10 8 ) × (66/100) / (13.56 × 10 6 ) ≈14.60 [m ]. Since the length of the transmission line TL is approximately ¼ of the wavelength λ, 14.60 × (1/4) ≈3.65 [m]. Note that the radio wave velocity ν on the coaxial cable is about 66% of the radio wave velocity in vacuum, but the radio wave velocity on the coaxial cable depends on the wavelength reduction rate of the coaxial cable used (specifically, the coaxial cable It depends on the insulating material. Therefore, the length of the transmission line TL may be appropriately changed according to the type of the coaxial cable used. Further, as can be seen from the above calculation formula, the wavelength λ becomes longer as the frequency of the high frequency output from the high frequency power supply device 1 is lower. Therefore, when the frequency is low, it is necessary to use a long transmission line TL. In order to accommodate the transmission line TL in the housing of the power receiving device B3, the size of the power receiving device B3 must be increased. Therefore, the high frequency output from the high frequency power supply device 1 is desirably 6.78 MHz or more.

図10は、図9に示す非接触電力伝送システムC”の主要部分を抜き出したものである。   FIG. 10 shows the main part of the non-contact power transmission system C ″ shown in FIG.

高周波電源装置1の出力電圧をV1、出力電流をI1とする。また、受電ユニット3’の出力電圧をV2、出力電流をI2とする。また、電圧‐電流変換回路5’の出力電圧をV3、出力電流をI3とする。つまり、整流平滑回路4に印加される電圧がV3、整流平滑回路4に入力される電流がI3となる。なお、各電圧および電流は交流なので、V1,I1,V2,I2,V3,I3は、いずれもベクトルである。 The output voltage of the high-frequency power supply device 1 is V 1 and the output current is I 1 . The output voltage of the power receiving unit 3 ′ is V 2 and the output current is I 2 . The output voltage of the voltage-current conversion circuit 5 ′ is V 3 and the output current is I 3 . That is, the voltage applied to the rectifying / smoothing circuit 4 is V 3 , and the current input to the rectifying / smoothing circuit 4 is I 3 . Since the voltages and currents are alternating currents, V 1 , I 1 , V 2 , I 2 , V 3 , and I 3 are all vectors.

送電ユニット2および受電ユニット3’は第2実施形態と共通しているので、直流電源装置11が出力する直流電圧が一定の場合、受電ユニット3’の出力電圧V2の大きさが、接続される負荷のインピーダンスなどに関係なく一定であることも同様である。 Since the power transmission unit 2 and the power reception unit 3 ′ are common to the second embodiment, the magnitude of the output voltage V 2 of the power reception unit 3 ′ is connected when the DC voltage output from the DC power supply device 11 is constant. The same is true regardless of the load impedance.

電圧‐電流変換回路5’の回路をFパラメータを用いて表した場合、Fパラメータは、下記(24)式のようになる。なお、Fパラメータの各要素A,B,C,Dは、いずれもベクトルである。Z0は伝送線路TLの特性インピーダンスであり、βは位相定数(2π/λ)であり(λは伝送線路TLにおける伝送波長)、lは線路長である。伝送線路TLの線路長lは、伝送波長λの4分の1なので、β・l=π/2となる。したがって、Fパラメータは、下記(25)式のようになる。
When the circuit of the voltage-current conversion circuit 5 ′ is expressed using the F parameter, the F parameter is expressed by the following equation (24). Note that each of the elements A, B, C, and D of the F parameter is a vector. Z 0 is a characteristic impedance of the transmission line TL, β is a phase constant (2π / λ) (λ is a transmission wavelength in the transmission line TL), and l is a line length. Since the line length l of the transmission line TL is ¼ of the transmission wavelength λ, β · l = π / 2. Accordingly, the F parameter is expressed by the following equation (25).

これより、下記(26)式から、下記(27)式が求められる。
From this, the following equation (27) is obtained from the following equation (26).

特性インピーダンスZ0は固定値なので、上記(27)式より、電圧‐電流変換回路5’の出力電流I3の大きさは、受電ユニット3’から出力されて電圧‐電流変換回路5’に入力される電圧V2の大きさに比例する。また、直流電源装置11が出力する直流電圧が一定の場合、受電ユニット3’の出力電圧V2の大きさは一定である。したがって、直流電源装置11が出力する直流電圧が一定の場合、電圧‐電流変換回路5’の出力電流I3の大きさは、接続される負荷のインピーダンスなどに関係なく、一定である。つまり、電圧‐電流変換回路5’の出力は、一定の大きさの電流I3を出力する定電流源と考えることができる。電圧‐電流変換回路5’の出力電流I3の大きさが一定なので、整流平滑回路4によって整流および平滑化された電流は一定になる。したがって、バッテリDに供給される電流は、バッテリDの充電状態に関係なく一定になる。 Since the characteristic impedance Z 0 is a fixed value, the magnitude of the output current I 3 of the voltage-current conversion circuit 5 ′ is output from the power receiving unit 3 ′ and input to the voltage-current conversion circuit 5 ′ from the above equation (27). Is proportional to the magnitude of the applied voltage V 2 . Further, when the DC voltage output from the DC power supply device 11 is constant, the magnitude of the output voltage V 2 of the power receiving unit 3 ′ is constant. Therefore, when the DC voltage output from the DC power supply 11 is constant, the magnitude of the output current I 3 of the voltage-current conversion circuit 5 ′ is constant regardless of the impedance of the connected load. That is, the output of the voltage-current conversion circuit 5 ′ can be considered as a constant current source that outputs a current I 3 having a constant magnitude. Since the output current I 3 of the voltage-current conversion circuit 5 ′ is constant, the current rectified and smoothed by the rectifying and smoothing circuit 4 is constant. Therefore, the current supplied to the battery D is constant regardless of the state of charge of the battery D.

図11は、図10に示す回路において、整流平滑回路4およびバッテリDを負荷抵抗に置き換えて、シミュレーションを行ったときの各波形を示している。直流電源装置11が出力する直流電圧Vdcを200[V]、高周波制御信号S2を、周波数f=13.56[MHz]、デューティー比40%の矩形波信号とし、送電コイルLtと受電コイルLrの結合係数をk=0.5とし、負荷抵抗の抵抗値を5[Ω]、10[Ω]、15[Ω]、20[Ω]、25[Ω]、30[Ω]と変化させて、シミュレーションを行った。図11(a)は、スイッチング素子Qsのドレイン‐ソース間電圧Vdsの波形を示しており、図11(b)は、電圧‐電流変換回路5’の出力電圧(すなわち、負荷抵抗に印加される電圧)V3の波形を示している。また、図11(c)は、電圧‐電流変換回路5’の出力電流(すなわち、負荷抵抗に流れる電流)I3の波形、および、送電ユニット2に入力される電流(高周波電源装置1の出力電流)I1の波形を示している。 FIG. 11 shows each waveform when the rectifying / smoothing circuit 4 and the battery D are replaced with load resistors in the circuit shown in FIG. The DC voltage V dc output from the DC power supply 11 is 200 [V], the high-frequency control signal S2 is a rectangular wave signal having a frequency f = 13.56 [MHz] and a duty ratio of 40%, and the power transmission coil Lt and the power reception coil Lr. The coupling coefficient of k is 0.5, and the resistance value of the load resistance is changed to 5 [Ω], 10 [Ω], 15 [Ω], 20 [Ω], 25 [Ω], and 30 [Ω]. A simulation was performed. 11A shows the waveform of the drain-source voltage V ds of the switching element Qs, and FIG. 11B shows the output voltage of the voltage-current conversion circuit 5 ′ (that is, applied to the load resistance). Voltage) V 3 waveform. FIG. 11C shows the waveform of the output current (that is, the current flowing through the load resistor) I 3 of the voltage-current conversion circuit 5 ′ and the current input to the power transmission unit 2 (the output of the high-frequency power supply device 1). The waveform of (current) I 1 is shown.

図11(a)に示されているように、スイッチング素子Qsのドレイン‐ソース間電圧Vdsは、500[V]未満となっており、直流電圧Vdc(200[V])に対して2.5倍程度に収まっている。また、図11(b)に示されているように、電圧‐電流変換回路5’の出力電圧V3の波形が、負荷抵抗の抵抗値によって変化するのに対して、図11(c)に示されているように、電圧‐電流変換回路5’の出力電流I3の波形は、負荷抵抗の抵抗値によって変化しないことが確認できた。 As shown in FIG. 11A, the drain-source voltage V ds of the switching element Qs is less than 500 [V], which is 2 with respect to the DC voltage V dc (200 [V]). It is about 5 times. Further, as shown in FIG. 11B, the waveform of the output voltage V 3 of the voltage-current conversion circuit 5 ′ varies depending on the resistance value of the load resistance, whereas in FIG. As shown, it was confirmed that the waveform of the output current I 3 of the voltage-current conversion circuit 5 ′ did not change depending on the resistance value of the load resistance.

第3実施形態においても、高周波電源装置1は、1つのスイッチング素子Qsに高周波制御信号S2を入力することで、一定の大きさの高周波電流を、送電ユニット2に出力することができる。高周波制御信号S2にデッドタイムを設ける必要がないので、高周波制御信号S2をスイッチング素子に出力するためのドライブ回路を単純な構成とすることができる。   Also in the third embodiment, the high frequency power supply device 1 can output a high frequency current of a certain magnitude to the power transmission unit 2 by inputting the high frequency control signal S2 to one switching element Qs. Since there is no need to provide a dead time for the high-frequency control signal S2, a drive circuit for outputting the high-frequency control signal S2 to the switching element can have a simple configuration.

また、第3実施形態においても、高周波電源装置1のスイッチング素子Qsには、インダクタL2とコンデンサC2からなる共振回路LC2が並列接続されている。したがって、高周波電源装置1で発生した高周波電流のうちの2次高調波成分は、共振回路LC2に流れ、スイッチング素子Qsのドレイン‐ソース間の2次高調波成分電流による発生電圧を抑制することができる。   In the third embodiment, the switching circuit Qs of the high frequency power supply device 1 is also connected in parallel with a resonance circuit LC2 including an inductor L2 and a capacitor C2. Accordingly, the second harmonic component of the high frequency current generated in the high frequency power supply device 1 flows into the resonance circuit LC2, and the generated voltage due to the second harmonic component current between the drain and source of the switching element Qs is suppressed. it can.

第3実施形態によると、送電ユニット2は直列共振回路であり、受電ユニット3’は直列共振回路である。また、高周波電源装置1は送電ユニット2に一定の大きさの高周波電流を出力し、送電ユニット2から受電ユニット3’へは磁界共鳴方式で送電を行う。したがって、受電ユニット3’の出力が定電圧源の出力と等価になる。また、受電ユニット3’の後段には、電圧‐電流変換回路5’が接続されている。したがって、電圧‐電流変換回路5’の出力が定電流源の出力と等価になる。よって、バッテリDの充電状態に関係なく、バッテリDに出力される電流は一定になる。つまり、バッテリDを、定電流で充電することができる。   According to the third embodiment, the power transmission unit 2 is a series resonance circuit, and the power reception unit 3 ′ is a series resonance circuit. The high-frequency power supply 1 outputs a high-frequency current of a certain magnitude to the power transmission unit 2 and transmits power from the power transmission unit 2 to the power reception unit 3 ′ by magnetic field resonance. Therefore, the output of the power receiving unit 3 'is equivalent to the output of the constant voltage source. In addition, a voltage-current conversion circuit 5 'is connected to the subsequent stage of the power receiving unit 3'. Therefore, the output of the voltage-current conversion circuit 5 'is equivalent to the output of the constant current source. Therefore, the current output to the battery D is constant regardless of the state of charge of the battery D. That is, the battery D can be charged with a constant current.

上記第1ないし第3実施形態においては、高周波電源装置1がいわゆる一石のE級アンプを利用した場合について説明したが、これに限られない。例えば、図12に示すように、プッシュプル回路で構成するようにしてもよい。高周波電源装置1’は、E級アンプを正負対称に接続して、それぞれが一方の極性の信号のみを増幅するようにした、いわゆるプッシュプル方式のアンプを利用したものである。共振回路LC2も、それぞれの極性用に、2つ設けられている。この場合でも、高周波電源装置1は、各スイッチング素子Qsに高周波制御信号S2を入力することで、一定の大きさの高周波電流を、送電ユニット2に出力することができる。高周波制御信号S2にデッドタイムを設ける必要がないので、高周波制御信号S2をスイッチング素子に出力するためのドライブ回路を単純な構成とすることができる。また、各スイッチング素子Qsには、インダクタL2とコンデンサC2からなる共振回路LC2がそれぞれ並列接続されている。したがって、2次高調波成分が共振回路LC2に流れ、スイッチング素子Qsのドレイン‐ソース間の2次高調波成分電流による発生電圧を抑制することができる。   In the first to third embodiments, the case where the high-frequency power supply 1 uses a so-called single-class class E amplifier has been described. However, the present invention is not limited to this. For example, as shown in FIG. 12, a push-pull circuit may be used. The high-frequency power supply device 1 ′ uses a so-called push-pull type amplifier in which class E amplifiers are connected symmetrically so as to amplify only one polarity signal. Two resonant circuits LC2 are also provided for each polarity. Even in this case, the high-frequency power supply device 1 can output a high-frequency current of a certain magnitude to the power transmission unit 2 by inputting the high-frequency control signal S2 to each switching element Qs. Since there is no need to provide a dead time for the high-frequency control signal S2, a drive circuit for outputting the high-frequency control signal S2 to the switching element can have a simple configuration. Each switching element Qs is connected in parallel with a resonance circuit LC2 including an inductor L2 and a capacitor C2. Therefore, the second harmonic component flows into the resonance circuit LC2, and the voltage generated by the second harmonic component current between the drain and source of the switching element Qs can be suppressed.

上記第1ないし第3実施形態においては、送電装置Aが床面に埋設されている場合(図1参照)について説明したが、これに限られない。例えば、送電コイルのみが床面に埋設されるようにしてもよいし、送電コイルを床面に埋設せずに床面上に配置するようにしてもよい。また、送電コイルおよび受電コイルが、床面に対して略平行となるように設けられる場合に限定されない。例えば、図13(a)に示すように、受電装置Bが車体の後部に配置され、送電装置Aが車庫の壁面に配置され、送電コイルおよび受電コイルが床面に対して略垂直になるようにしてもよい。また、図13(b)に示すように、受電装置Bが車体の側面に配置され、送電装置Aが車庫の壁面に配置され、送電コイルおよび受電コイルが床面に対して略垂直になるようにしてもよい。要するに、送電コイルと受電コイルとが略平行で向かい合う位置に配置できるように、それぞれ、車体と車庫(駐車場)に配置されていればよい。   In the said 1st thru | or 3rd Embodiment, although the case where the power transmission apparatus A was embed | buried under the floor surface (refer FIG. 1) was demonstrated, it is not restricted to this. For example, only the power transmission coil may be embedded in the floor surface, or the power transmission coil may be disposed on the floor surface without being embedded in the floor surface. Moreover, it is not limited to when the power transmission coil and the power reception coil are provided so as to be substantially parallel to the floor surface. For example, as shown in FIG. 13A, the power receiving device B is disposed at the rear part of the vehicle body, the power transmitting device A is disposed on the wall surface of the garage, and the power transmitting coil and the power receiving coil are substantially perpendicular to the floor surface. It may be. Moreover, as shown in FIG.13 (b), the power receiving apparatus B is arrange | positioned at the side surface of a vehicle body, the power transmission apparatus A is arrange | positioned at the wall surface of a garage, and a power transmission coil and a power receiving coil become substantially perpendicular | vertical with respect to a floor surface. It may be. In short, the power transmission coil and the power reception coil need only be disposed in the vehicle body and in the garage (parking lot) so that they can be disposed in substantially parallel positions.

上記第1ないし第3実施形態においては、本発明に係る非接触電力伝送システムを、電気自動車に内蔵されたバッテリの充電に利用する場合を例として説明したが、これに限られない。例えば、工場内の搬送に用いられるAGV(automatic guided vehicle:無人搬送車)のバッテリや電気二重層キャパシタなどへの充電にも、利用することができる。また、電動工具やノートパソコンなどの電気製品のバッテリに充電を行う場合にも、本発明を適用することができる。また、バッテリに充電するのではなく、受電装置に接続された電気製品などの負荷に直接、電力を供給する場合にも、本発明を適用することができる。この場合、負荷に高周波電力をそのまま供給するのであれば、整流平滑回路4を設けないようにしてもよい。また、整流後の直流電力を、インバータ回路で適切な交流電力に変換して用いるようにしてもよい。   In the first to third embodiments, the case where the non-contact power transmission system according to the present invention is used for charging a battery built in an electric vehicle has been described as an example. However, the present invention is not limited to this. For example, it can also be used for charging an AGV (automatic guided vehicle) battery or an electric double layer capacitor used for transportation in a factory. The present invention can also be applied when charging a battery of an electric product such as an electric tool or a notebook computer. Further, the present invention can also be applied to a case where power is directly supplied to a load such as an electric product connected to the power receiving device instead of charging the battery. In this case, the rectifying and smoothing circuit 4 may not be provided as long as the high frequency power is supplied to the load as it is. Further, the rectified DC power may be converted into suitable AC power by an inverter circuit and used.

本発明に係る非接触電力伝送システムおよび送電装置は、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係る非接触電力伝送システムおよび送電装置の各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。   The non-contact power transmission system and the power transmission device according to the present invention are not limited to the above-described embodiments. The specific configuration of each part of the non-contact power transmission system and the power transmission device according to the present invention can be varied in design in various ways.

A 送電装置
1,1’ 高周波電源装置
11 直流電源装置
12 制御装置
C1,C2,C3,C4,C10 コンデンサ
L1,L2,L3 インダクタ
LC1 フィルタ
LC2 共振回路(第2の共振回路)
LC3 共振回路(第1の共振回路)
Qs スイッチング素子
D1 ダイオード
2 送電ユニット
Lt 送電コイル
Ct 共振コンデンサ
B1,B2,B3 受電装置
3,3’ 受電ユニット
Lr 受電コイル
Cr 共振コンデンサ
4 整流平滑回路
5,5’ 電圧-電流変換回路
L11,L12 インダクタ
C11 コンデンサ
TL 伝送線路
C,C’,C“ 非接触電力伝送システム
D1 バッテリ
A power transmission device 1,1 ′ high frequency power supply device 11 DC power supply device 12 control device C1, C2, C3, C4, C10 capacitor L1, L2, L3 inductor LC1 filter LC2 resonance circuit (second resonance circuit)
LC3 resonant circuit (first resonant circuit)
Qs switching element D1 diode 2 power transmission unit Lt power transmission coil Ct resonance capacitor B1, B2, B3 power reception device 3, 3 ′ power reception unit Lr power reception coil Cr resonance capacitor 4 rectification smoothing circuit 5, 5 ′ voltage-current conversion circuit L11, L12 inductor C11 Capacitor TL Transmission line C, C ', C "Non-contact power transmission system D1 Battery

Claims (11)

送電装置から受電装置に非接触で電力を伝送する非接触電力伝送システムであって、
前記送電装置は、
一定の高周波電流を出力する高周波電源装置と、
送電コイル、および、前記送電コイルに直列接続された共振コンデンサを備えている送電ユニットと、
を備え、
前記受電装置は、
前記送電コイルに磁気的に結合される受電コイル、および、前記受電コイルに接続された共振コンデンサを備えている受電ユニットを備え、
前記高周波電源装置は、
直流電圧を出力する直流電源装置と、
入力される高周波制御信号に基づいてスイッチング動作を行うスイッチング素子と、
前記直流電源装置と前記スイッチング素子との間に直列接続されたインダクタと、
前記スイッチング素子と前記インダクタとの接続点と前記送電ユニットとの間に直列接続され、前記高周波制御信号の周波数を共振周波数とする第1の共振回路と、
前記スイッチング素子に並列接続され、前記高周波制御信号の周波数の2倍の周波数を共振周波数とする第2の共振回路と、
を備え、
前記送電ユニットから前記受電ユニットへの送電方式は、磁界共鳴方式である、
ことを特徴とする非接触電力伝送システム。
A non-contact power transmission system for transmitting power from a power transmission device to a power reception device in a non-contact manner,
The power transmission device is:
A high frequency power supply device that outputs a constant high frequency current;
A power transmission unit, and a power transmission unit including a resonance capacitor connected in series to the power transmission coil;
With
The power receiving device is:
A power reception coil magnetically coupled to the power transmission coil, and a power reception unit including a resonance capacitor connected to the power reception coil,
The high frequency power supply device
A DC power supply that outputs a DC voltage;
A switching element that performs a switching operation based on an input high-frequency control signal;
An inductor connected in series between the DC power supply device and the switching element;
A first resonance circuit connected in series between a connection point between the switching element and the inductor and the power transmission unit, and having a frequency of the high-frequency control signal as a resonance frequency;
A second resonance circuit connected in parallel to the switching element and having a resonance frequency of twice the frequency of the high-frequency control signal;
With
The power transmission method from the power transmission unit to the power reception unit is a magnetic resonance method.
A non-contact power transmission system characterized by that.
前記受電ユニットは、前記受電コイルと受電側の前記共振コンデンサとが並列接続されている、
請求項1に記載の非接触電力伝送システム。
In the power receiving unit, the power receiving coil and the resonance capacitor on the power receiving side are connected in parallel.
The contactless power transmission system according to claim 1.
前記受電ユニットは、前記受電コイルと受電側の前記共振コンデンサとが直列接続されており、
前記受電装置は、前記受電ユニットの後段に、前記受電ユニットからの電圧出力を電流出力に変換する電圧‐電流変換回路をさらに備えている、
請求項1に記載の非接触電力伝送システム。
In the power receiving unit, the power receiving coil and the resonance capacitor on the power receiving side are connected in series,
The power receiving apparatus further includes a voltage-current conversion circuit that converts a voltage output from the power receiving unit into a current output at a subsequent stage of the power receiving unit.
The contactless power transmission system according to claim 1.
前記電圧‐電流変換回路は、
前記高周波電源装置が出力する高周波電流の周波数において各インピーダンスの大きさが等しくなるように設計されているインダクタとコンデンサとを、T型またはπ型に配置した回路である、
請求項3に記載の非接触電力伝送システム。
The voltage-current conversion circuit includes:
A circuit in which inductors and capacitors designed so that the magnitude of each impedance is equal at the frequency of the high-frequency current output from the high-frequency power supply device is arranged in a T-type or a π-type.
The contactless power transmission system according to claim 3.
前記電圧‐電流変換回路は、前記受電ユニットに直列接続された伝送線路であり、
前記伝送線路の長さは、前記高周波電源装置が出力する周波数の、当該伝送線路における伝送波長の略4分の1の長さである、
請求項3に記載の非接触電力伝送システム。
The voltage-current conversion circuit is a transmission line connected in series to the power receiving unit,
The length of the transmission line is a length of about a quarter of the transmission wavelength in the transmission line of the frequency output by the high-frequency power supply device.
The contactless power transmission system according to claim 3.
前記伝送線路は、同軸ケーブルである、
請求項5に記載の非接触電力伝送システム。
The transmission line is a coaxial cable.
The contactless power transmission system according to claim 5.
前記受電装置は、前記受電ユニットからの出力電流を整流する整流回路をさらに備えている、
請求項1ないし6のいずれかに記載の非接触電力伝送システム。
The power receiving device further includes a rectifier circuit that rectifies an output current from the power receiving unit.
The contactless power transmission system according to claim 1.
前記整流回路の出力側に、平滑回路が接続されている、
請求項7に記載の非接触電力伝送システム。
A smoothing circuit is connected to the output side of the rectifier circuit,
The contactless power transmission system according to claim 7.
前記高周波電源装置は、
2つの前記スイッチング素子と、2つの前記インダクタと、2つの前記第1の共振回路と、2つの前記第2の共振回路とを備えており、
プッシュプル回路として構成されている、
請求項1ないし8のいずれかに記載の非接触電力伝送システム。
The high frequency power supply device
Two switching elements, two inductors, two first resonance circuits, and two second resonance circuits,
Configured as a push-pull circuit,
The non-contact power transmission system according to claim 1.
前記受電装置は、車両に配置され、
前記送電装置は、床面に配置されている、
請求項1ないし9のいずれかに記載の非接触電力伝送システム。
The power receiving device is disposed in a vehicle,
The power transmission device is disposed on a floor surface,
The contactless power transmission system according to claim 1.
受電装置に非接触で電力を伝送する送電装置であって、
一定の高周波電流を出力する高周波電源装置と、
送電コイル、および、前記送電コイルに直列接続された共振コンデンサを備えている送電ユニットと、
を備え、
前記高周波電源装置は、
直流電圧を出力する直流電源装置と、
入力される高周波制御信号に基づいてスイッチング動作を行うスイッチング素子と、
前記直流電源装置と前記スイッチング素子との間に直列接続されたインダクタと、
前記スイッチング素子と前記インダクタとの接続点と前記送電ユニットとの間に直列接続され、前記高周波制御信号の周波数を共振周波数とする第1の共振回路と、
前記スイッチング素子に並列接続され、前記高周波制御信号の周波数の2倍の周波数を共振周波数とする第2の共振回路と、
を備え、
前記受電装置への送電方式は、磁界共鳴方式である、
ことを特徴とする送電装置。
A power transmission device that transmits power to a power receiving device in a contactless manner,
A high frequency power supply device that outputs a constant high frequency current;
A power transmission unit, and a power transmission unit including a resonance capacitor connected in series to the power transmission coil;
With
The high frequency power supply device
A DC power supply that outputs a DC voltage;
A switching element that performs a switching operation based on an input high-frequency control signal;
An inductor connected in series between the DC power supply device and the switching element;
A first resonance circuit connected in series between a connection point between the switching element and the inductor and the power transmission unit, and having a frequency of the high-frequency control signal as a resonance frequency;
A second resonance circuit connected in parallel to the switching element and having a resonance frequency of twice the frequency of the high-frequency control signal;
With
The power transmission method to the power receiving device is a magnetic resonance method.
A power transmission device characterized by that.
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