JP2017184561A - Non-contact power transmission system and power reception device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a non-contact power transmission system capable of suppressing that an electric power to be received is largely changed depending on a received electric power position on parallel two lines.SOLUTION: A non-contact power transmission system 1A comprises a power transmission unit 22 in which a power transmission device 2 includes parallel two lines in which two conductive lines 22a and 22b are provided in parallel; and a high-frequency electric power device 21 that supplies a high-frequency electric power to the power transmission unit 22. A power reception device 3 comprises: a first power reception unit 31 that includes a magnetic field antenna 31a magnetically coupled to the parallel two lines, a resonance capacitor 31b, and a rectification filter circuit 31c; a second power reception unit 32 that includes electric field antennas 32a and 32b electrically coupled to the parallel two lines, a resonance coil 32c, and a rectification filter circuit 32d; and a synthesis part that synthesizes a DC electric power outputted by the first power reception unit 31 and the DC power outputted by the second power reception unit 32, and supplies to a load 4.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、平行二線路を利用して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、受電装置に関する。   The present invention relates to a non-contact power transmission system that performs power transmission in a non-contact manner using parallel two lines, and a power receiving apparatus.

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方法が開発されている。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、電気自動車などへの給電に応用されている。   A method has been developed in which the power output from the 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 supply to mobile phones, home appliances, electric vehicles and the like.

例えば特許文献1には、2本の導体線を平行に敷設した平行二線路に高周波電力を供給し、受電部のコイルを平行二線路に磁気的に結合させる非接触電力伝送システムが記載されている。非接触電力伝送システムでは、受電装置の小型軽量化を図るために、波長が10〜100[m](周波数が3〜30[MHz])程度(例えば13.56[MHz])の高周波電力を伝送する。   For example, Patent Document 1 describes a non-contact power transmission system that supplies high-frequency power to parallel two lines in which two conductor wires are laid in parallel, and magnetically couples a coil of a power receiving unit to the parallel two lines. Yes. In the non-contact power transmission system, in order to reduce the size and weight of the power receiving device, high-frequency power having a wavelength of about 10 to 100 [m] (frequency is 3 to 30 [MHz]) (for example, 13.56 [MHz]) is used. To transmit.

特開2014-183668号公報JP 2014-183668 A

平行二線路の線路長が100[m]以上になる場合、線路長は波長を無視できなくなるので、平行二線路を分布乗数回路として扱う必要がある。この場合、平行二線路上で進行波と反射波とが重なり合って、定在波が発生する。したがって、平行二線路近傍の磁界の強度が、平行二線路が延びる方向の位置によって、大きく異なる。つまり、平行二線路上のどの位置で受電するかによって、受電装置が受電できる電力が変化してしまい、電流定在波の谷の位置付近では、受電電力が大幅に減少してしまう。   When the line length of the parallel two lines is 100 [m] or more, the wavelength cannot be ignored for the line length, so it is necessary to treat the parallel two lines as a distributed multiplier circuit. In this case, the traveling wave and the reflected wave are overlapped on the two parallel lines to generate a standing wave. Therefore, the intensity of the magnetic field in the vicinity of the parallel two lines varies greatly depending on the position in the direction in which the parallel two lines extend. That is, the power that can be received by the power receiving device changes depending on the position on the parallel two lines where the power is received, and the received power is greatly reduced in the vicinity of the valley position of the current standing wave.

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、平行二線路上の受電位置によって受電電力が大きく変化してしまうことを抑制できる非接触電力伝送システム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 thereof is to provide a non-contact power transmission system capable of suppressing a large change in received power depending on a power receiving position on two parallel lines. It is said.

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、2本の導体の線路を平行に設置した平行二線路を有する送電ユニットと、前記送電ユニットに高周波電力を供給する高周波電源装置とを備えており、前記受電装置は、前記平行二線路に磁気的に結合する磁界アンテナと、前記磁界アンテナに接続された共振コンデンサと、前記磁界アンテナが受電した高周波電力を直流電力に変換する第1整流回路とを有する第1受電ユニットと、前記平行二線路に電界的に結合する電界アンテナと、前記電界アンテナに接続された共振コイルと、前記電界アンテナが受電した高周波電力を直流電力に変換する第2整流回路とを有する第2受電ユニットと、前記第1受電ユニットが出力する直流電力と第2受電ユニットが出力する直流電力とを合成して、負荷に供給する合成部とを備えていることを特徴とする。この構成によると、磁界アンテナが受電した電力と、電界アンテナが受電した電力とが、それぞれ整流され合成されて、負荷に供給される。平行二線路上の電流定在波と電圧定在波とでは位相が90°ずれているので、磁界アンテナが受電する電力と、電界アンテナが受電する電力とが互いに補完し合うことができる。これにより、平行二線路上の受電位置によって受電電力が大きく変化してしまうことを抑制できる。   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 includes two conductors. A power transmission unit having parallel two lines in which lines are installed in parallel; and a high-frequency power supply device that supplies high-frequency power to the power transmission unit, wherein the power reception device is magnetically coupled to the parallel two lines And a resonant capacitor connected to the magnetic field antenna; a first power receiving unit having a first rectifier circuit that converts high frequency power received by the magnetic field antenna into direct current power; and electric coupling to the parallel two lines. A first electric field antenna; a resonance coil connected to the electric field antenna; and a second rectifier circuit that converts high-frequency power received by the electric field antenna into direct-current power. A power receiving unit, the DC power and by synthesizing the DC power and the second power receiving unit first power receiving unit is outputted to the output, characterized by comprising a supplying synthesis part load. According to this configuration, the electric power received by the magnetic field antenna and the electric power received by the electric field antenna are rectified and combined, and supplied to the load. Since the current standing wave and the voltage standing wave on the two parallel lines are out of phase by 90 °, the power received by the magnetic field antenna and the power received by the electric field antenna can complement each other. Thereby, it can suppress that received electric power changes greatly by the receiving position on a parallel 2 line.

本発明の好ましい実施の形態においては、前記各線路は、帯状であり、前記磁界アンテナは、コイルを備えており、前記電界アンテナは、2つの導体板を備えている。この構成によると、帯状の各線路と電界アンテナの各導体板とで形成されるコンデンサの静電容量を大きくすることができる。   In a preferred embodiment of the present invention, each of the lines has a strip shape, the magnetic field antenna includes a coil, and the electric field antenna includes two conductor plates. According to this configuration, it is possible to increase the capacitance of the capacitor formed by each strip-shaped line and each conductor plate of the electric field antenna.

本発明の好ましい実施の形態においては、前記電界アンテナと前記磁界アンテナとは、前記平行二線路が延びる方向において、略同じ位置に配置されている。この構成によると、電界アンテナと磁界アンテナとが略同じ位置で受電するので、磁界アンテナが受電する電力と、電界アンテナが受電する電力との補完関係にずれが生じにくい。   In a preferred embodiment of the present invention, the electric field antenna and the magnetic field antenna are disposed at substantially the same position in the direction in which the two parallel lines extend. According to this configuration, since the electric field antenna and the magnetic field antenna receive power at substantially the same position, it is difficult for the complementary relationship between the power received by the magnetic field antenna and the power received by the electric field antenna to occur.

本発明の好ましい実施の形態においては、前記電界アンテナは、前記磁界アンテナと比べて、より前記平行二線路に近い位置に配置されている。この構成によると、電界アンテナと平行二線路との距離を短くして静電容量を大きくすることができる。   In a preferred embodiment of the present invention, the electric field antenna is disposed closer to the parallel two lines than the magnetic field antenna. According to this configuration, the electrostatic capacity can be increased by shortening the distance between the electric field antenna and the parallel two lines.

本発明の好ましい実施の形態においては、前記磁界アンテナは、前記電界アンテナの2つの導体板の間に配置されている。この構成によると、磁界アンテナのコイル面を、平行二線路によって構成される送電コイルのコイル面により近づけることができるので、両コイルの結合係数をより大きくすることができる。また、磁界アンテナおよび電界アンテナを配置する領域の高さ寸法を小さくすることができる。   In a preferred embodiment of the present invention, the magnetic field antenna is disposed between two conductor plates of the electric field antenna. According to this configuration, the coil surface of the magnetic field antenna can be brought closer to the coil surface of the power transmission coil constituted by two parallel lines, so that the coupling coefficient of both coils can be further increased. Moreover, the height dimension of the area | region which arrange | positions a magnetic field antenna and an electric field antenna can be made small.

本発明の好ましい実施の形態においては、前記共振コンデンサは、前記磁界アンテナに直列接続されている。この構成によると、第1受電ユニットを直列共振回路とすることができる。   In a preferred embodiment of the present invention, the resonant capacitor is connected in series to the magnetic field antenna. According to this configuration, the first power receiving unit can be a series resonant circuit.

本発明の好ましい実施の形態においては、前記共振コンデンサは、前記磁界アンテナに並列接続されている。この構成によると、第1受電ユニットを並列共振回路とすることができる。   In a preferred embodiment of the present invention, the resonant capacitor is connected in parallel to the magnetic field antenna. According to this configuration, the first power receiving unit can be a parallel resonant circuit.

本発明の好ましい実施の形態においては、前記共振コイルは、前記電界アンテナの一方の導体板と前記第2整流回路との間に直列接続されている。この構成によると、第2受電ユニットを直列共振回路とすることができる。   In a preferred embodiment of the present invention, the resonance coil is connected in series between one conductor plate of the electric field antenna and the second rectifier circuit. According to this configuration, the second power receiving unit can be a series resonant circuit.

本発明の好ましい実施の形態においては、前記共振コイルは、前記電界アンテナと前記第2整流回路との間に並列接続されている。この構成によると、第2受電ユニットを並列共振回路とすることができる。   In a preferred embodiment of the present invention, the resonance coil is connected in parallel between the electric field antenna and the second rectifier circuit. According to this configuration, the second power receiving unit can be a parallel resonant circuit.

本発明の好ましい実施の形態においては、前記合成部は、前記第1受電ユニットと前記第2受電ユニットとを並列接続させている。この構成によると、第1受電ユニットの出力電圧と第2受電ユニットの出力電圧のうち高い方の電圧を負荷に出力することで、第1受電ユニットが受電した電力と第2受電ユニットが受電した電力を合成して出力することができる。   In a preferred embodiment of the present invention, the combining unit connects the first power receiving unit and the second power receiving unit in parallel. According to this configuration, by outputting the higher voltage of the output voltage of the first power receiving unit and the output voltage of the second power receiving unit to the load, the power received by the first power receiving unit and the second power receiving unit received power. Power can be combined and output.

本発明の好ましい実施の形態においては、前記合成部は、前記第1受電ユニットと前記第2受電ユニットとを直列接続させている。この構成によると、第1受電ユニットの出力電圧と第2受電ユニットの出力電圧を合成した電圧を負荷に出力することで、第1受電ユニットが受電した電力と第2受電ユニットが受電した電力を合成して出力することができる。   In a preferred embodiment of the present invention, the combining unit connects the first power receiving unit and the second power receiving unit in series. According to this configuration, by combining the output voltage of the first power receiving unit and the output voltage of the second power receiving unit to a load, the power received by the first power receiving unit and the power received by the second power receiving unit are output. Can be synthesized and output.

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、インピーダンス整合器を備えている。この構成によると、反射波電力を抑制することができる。   In a preferred embodiment of the present invention, the high frequency power supply device includes an impedance matching device. According to this configuration, the reflected wave power can be suppressed.

本発明の好ましい実施の形態においては、前記平行二線路は、道路上に敷設または道路に埋設されており、前記受電装置は、車に搭載されており、前記磁界アンテナと前記電界アンテナとは、前記車の車体底面に配置されている。この構成によると、受電装置を搭載した車が道路上を走行するときに、平行二線路が送電する電力を効率よく受電することができる。   In a preferred embodiment of the present invention, the parallel two lines are laid on a road or embedded in a road, the power receiving device is mounted on a car, and the magnetic field antenna and the electric field antenna are It is arranged on the bottom of the vehicle body. According to this configuration, when the vehicle equipped with the power receiving device travels on the road, the power transmitted by the parallel two lines can be received efficiently.

本発明の第2の側面によって提供される受電装置は、2本の導体の線路を平行に設置した平行二線路から非接触で伝送される電力を受電する受電装置であって、前記平行二線路に磁気的に結合する磁界アンテナと、前記磁界アンテナに接続された共振コンデンサと、前記磁界アンテナが受電した高周波電力を直流電力に変換する第1整流回路とを有する第1受電ユニットと、前記平行二線路に電界的に結合する電界アンテナと、前記電界アンテナに接続された共振コイルと、前記電界アンテナが受電した高周波電力を直流電力に変換する第2整流回路とを有する第2受電ユニットと、前記第1受電ユニットが出力する直流電力と第2受電ユニットが出力する直流電力とを合成して、負荷に供給する合成部とを備えていることを特徴とする。この構成によると、磁界アンテナが受電した電力と、電界アンテナが受電した電力とが、それぞれ整流され合成されて、負荷に供給される。平行二線路上の電流定在波と電圧定在波とでは位相が90°ずれているので、磁界アンテナが受電する電力と、電界アンテナが受電する電力とが互いに補完し合うことができる。これにより、平行二線路上の受電位置によって受電電力が大きく変化してしまうことを抑制できる。   The power receiving device provided by the second aspect of the present invention is a power receiving device that receives electric power transmitted in a non-contact manner from two parallel lines in which two conductor lines are installed in parallel. A first magnetic power receiving unit having a magnetic field antenna that is magnetically coupled to the magnetic field antenna, a resonant capacitor connected to the magnetic field antenna, and a first rectifier circuit that converts high-frequency power received by the magnetic field antenna into direct-current power; A second power receiving unit comprising: an electric field antenna that is electrically coupled to two lines; a resonance coil connected to the electric field antenna; and a second rectifier circuit that converts high-frequency power received by the electric field antenna into DC power; And a combining unit configured to combine the DC power output from the first power receiving unit and the DC power output from the second power receiving unit and supply the combined power to the load. According to this configuration, the electric power received by the magnetic field antenna and the electric power received by the electric field antenna are rectified and combined, and supplied to the load. Since the current standing wave and the voltage standing wave on the two parallel lines are out of phase by 90 °, the power received by the magnetic field antenna and the power received by the electric field antenna can complement each other. Thereby, it can suppress that received electric power changes greatly by the receiving position on a parallel 2 line.

本発明によると、磁界アンテナが受電した電力と、電界アンテナが受電した電力とが、それぞれ整流され合成されて、負荷に供給される。平行二線路上の電流定在波と電圧定在波とでは位相が90°ずれているので、磁界アンテナが受電する電力と、電界アンテナが受電する電力とが互いに補完し合うことができる。これにより、平行二線路上の受電位置によって受電電力が大きく変化してしまうことを抑制できる。   According to the present invention, the electric power received by the magnetic field antenna and the electric power received by the electric field antenna are rectified and combined, and supplied to the load. Since the current standing wave and the voltage standing wave on the two parallel lines are out of phase by 90 °, the power received by the magnetic field antenna and the power received by the electric field antenna can complement each other. Thereby, it can suppress that received electric power changes greatly by the receiving position on a parallel 2 line.

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を示す概略図である。It is the schematic which shows the non-contact electric power transmission system which concerns on 1st Embodiment. 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る。1 is a circuit diagram illustrating an overall configuration of a contactless power transmission system according to a first embodiment. FIG. 第1実施形態に係る受電装置の変形例を示す概略図である。It is the schematic which shows the modification of the power receiving apparatus which concerns on 1st Embodiment. 第1実施形態に係る受電装置の他の変形例を示す概略図である。It is the schematic which shows the other modification of the power receiving apparatus 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を説明するための図である。It is a figure for demonstrating 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を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the non-contact electric power transmission system which concerns on 3rd Embodiment. 第1〜第3実施形態に係る非接触電力伝送システムの変形例を示す概略図である。It is the schematic which shows the modification of the non-contact electric power transmission system which concerns on 1st-3rd embodiment. 第1〜第3実施形態に係る非接触電力伝送システムの他の変形例を示す概略図である。It is the schematic which shows the other modification of the non-contact electric power transmission system which concerns on 1st-3rd embodiment.

以下、本発明の実施の形態を、受電装置を電気自動車に搭載した場合を例にして、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 a power receiving device is mounted on an electric vehicle.

図1は、第1実施形態に係る非接触電力伝送システム1Aを示す概略図である。同図(a)は、非接触電力伝送システム1Aの全体構成を示しており、平行二線路上を走行する電気自動車を上から見た状態を示している。同図(b)は、電気自動車の側面を見た状態(内部の記載を一部省略)を示している。図2は、非接触電力伝送システム1Aの全体構成を示す回路図である。   FIG. 1 is a schematic diagram showing a contactless power transmission system 1A according to the first embodiment. The figure (a) has shown the whole structure of non-contact electric power transmission system 1A, and has shown the state which looked at the electric vehicle which drive | works on a parallel two track | line from the top. FIG. 5B shows a state where the side of the electric vehicle is viewed (the internal description is partially omitted). FIG. 2 is a circuit diagram showing an overall configuration of the non-contact power transmission system 1A.

図1および図2に示すように、非接触電力伝送システム1Aは、送電装置2と受電装置3とを備えている。送電装置2は、高周波電力を発生させ、発生させた高周波電力を非接触で受電装置3に送電する。受電装置3は、送電装置2から送電された高周波電力を非接触で受電する。受電装置3は、受電した高周波電力を直流電力に変換して負荷4に供給する。負荷4は、例えば蓄電デバイスであり、受電装置3から供給される直流電力を蓄電し、電気自動車Vを駆動するモータなどに電力を供給する。なお、電気自動車Vは、蓄電デバイスを備えず、受電装置3から供給される直流電力でモータなどを直接駆動するようにしてもよい。この場合は、モータなどが負荷4に相当する。   As shown in FIGS. 1 and 2, the non-contact power transmission system 1 </ b> A includes a power transmission device 2 and a power reception device 3. The power transmission device 2 generates high-frequency power, and transmits the generated high-frequency power to the power receiving device 3 in a contactless manner. The power receiving device 3 receives the high-frequency power transmitted from the power transmitting device 2 in a contactless manner. The power receiving device 3 converts the received high frequency power into DC power and supplies it to the load 4. The load 4 is, for example, a power storage device, stores DC power supplied from the power receiving device 3, and supplies power to a motor or the like that drives the electric vehicle V. In addition, the electric vehicle V may not be provided with the power storage device and may directly drive a motor or the like with DC power supplied from the power receiving device 3. In this case, a motor or the like corresponds to the load 4.

送電装置2は、高周波電源装置21および送電ユニット22を備えている。   The power transmission device 2 includes a high frequency power supply device 21 and a power transmission unit 22.

高周波電源装置21は、高周波電力を送電ユニット22に供給するものである。高周波電源装置21は、一定の大きさの高周波電力を出力するものである。高周波電源装置21は、直流電源装置21a、インバータ回路21b、および、インピーダンス整合器21cを備えている。   The high frequency power supply device 21 supplies high frequency power to the power transmission unit 22. The high-frequency power supply device 21 outputs high-frequency power having a certain magnitude. The high frequency power supply device 21 includes a DC power supply device 21a, an inverter circuit 21b, and an impedance matching device 21c.

直流電源装置21a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21aは、整流回路、平滑コンデンサ、および、DC−DCコンバータ回路を備えている。直流電源装置21a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)を整流回路によって整流し、平滑コンデンサによって平滑することで、直流電圧に変換する。そして、DC−DCコンバータ回路によって、所定のレベル(目標電圧)の直流電圧に変換して、インバータ回路21bに出力する。なお、直流電源装置21aの構成は限定されず、所定のレベルの直流電圧を出力するものであればよい。   The DC power supply device 21a generates and outputs DC power. The DC power supply device 21a includes a rectifier circuit, a smoothing capacitor, and a DC-DC converter circuit. The DC power supply device 21a rectifies an AC voltage (for example, a commercial voltage 200 [V]) input from a commercial power source by a rectifier circuit and smoothes it by a smoothing capacitor, thereby converting it into a DC voltage. Then, it is converted into a DC voltage of a predetermined level (target voltage) by the DC-DC converter circuit and output to the inverter circuit 21b. The configuration of the DC power supply device 21a is not limited as long as it outputs a predetermined level of DC voltage.

インバータ回路21bは、直流電力を高周波電力に変換するものであり、直流電源装置21aより入力される直流電力を高周波電力に変換して、送電ユニット22に出力する。インバータ回路21bは、例えば、単相フルブリッジ型のインバータ回路であり、4個のスイッチング素子を備えている。本実施形態では、スイッチング素子として、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。   The inverter circuit 21 b converts DC power into high-frequency power, converts DC power input from the DC power supply device 21 a into high-frequency power, and outputs it to the power transmission unit 22. The inverter circuit 21b is, for example, a single-phase full bridge type inverter circuit, and includes four switching elements. In this embodiment, a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) is used as the switching element. The switching element is not limited to a MOSFET, but may be a bipolar transistor, an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), or the like.

インバータ回路21bは、図示しない制御回路から高周波制御信号を入力され、当該高周波制御信号に応じて各スイッチング素子のオン状態とオフ状態とを切り替えることで、直流電力を高周波電力に変換する。高周波制御信号は、所定の周波数f0(例えば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(なお、正弦波信号などでもよい)である。周波数f0は、スイッチング素子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。スイッチング素子は、高周波制御信号がローレベルのときオフ状態になり、高周波制御信号がハイレベルのときオン状態になる。 The inverter circuit 21b receives a high-frequency control signal from a control circuit (not shown), and converts DC power into high-frequency power by switching an on state and an off state of each switching element in accordance with the high-frequency control signal. The high-frequency control signal is a pulse signal (which may be a sine wave signal or the like) that repeats a high level and a low level at a predetermined frequency f 0 (for example, 13.56 [MHz]). Since the frequency f 0 is a frequency for switching the switching element, it may be described as “switching frequency f 0 ” below. The switching element is turned off when the high-frequency control signal is at a low level, and turned on when the high-frequency control signal is at a high level.

インバータ回路21bの出力端には、出力電力を検出するための電力センサ(図示なし)が設けられている。制御回路は、当該電力センサが検出した出力電力を、所定の目標電力に一致させるようにフィードバック制御を行っている。具体的には、制御回路は、電力センサが検出した出力電力と設定された目標電力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増幅して、高周波制御信号としてインバータ回路21bに出力する。これにより、インバータ回路21bの出力電力は、設定された目標電力に制御される。なお、インバータ回路21bおよび制御回路の構成は上記したものに限られず、出力電力を設定された目標電力に制御できるものであればよい。   A power sensor (not shown) for detecting output power is provided at the output end of the inverter circuit 21b. The control circuit performs feedback control so that the output power detected by the power sensor matches a predetermined target power. Specifically, the control circuit generates a control pulse signal for making the deviation between the output power detected by the power sensor and the set target power zero. Then, the control pulse signal is amplified by a drive circuit (not shown) and output to the inverter circuit 21b as a high frequency control signal. Thereby, the output power of the inverter circuit 21b is controlled to the set target power. The configurations of the inverter circuit 21b and the control circuit are not limited to those described above, and any configuration is possible as long as the output power can be controlled to the set target power.

インピーダンス整合器21cは、インバータ回路21bに入力される反射波電力を抑制するものである。平行二線路上の電気自動車Vの位置や数によって、高周波電源装置21の出力端から負荷側をみたインピーダンスは変化する。インピーダンス整合器21cは、インバータ回路21bの出力端から負荷側を見たインピーダンスをインバータ回路21bの出力端から直流電源装置21a側を見たインピーダンスに整合させて、インバータ回路21bの出力端で反射される反射波電力を抑制する。なお、インピーダンス整合器21cの構成は限定されない。   The impedance matching unit 21c suppresses reflected wave power input to the inverter circuit 21b. Depending on the position and number of electric vehicles V on the parallel two lines, the impedance of the high frequency power supply device 21 as viewed from the output side changes. The impedance matching unit 21c matches the impedance viewed from the output end of the inverter circuit 21b with the impedance viewed from the output end of the inverter circuit 21b to the DC power supply device 21a side, and is reflected at the output end of the inverter circuit 21b. Suppresses reflected wave power. The configuration of the impedance matching device 21c is not limited.

なお、高周波電源装置21の構成は、上記したものに限定されない。高周波電源装置21は、所定の高周波電力を出力するものであればよい。   Note that the configuration of the high-frequency power supply device 21 is not limited to that described above. The high frequency power supply device 21 only needs to output a predetermined high frequency power.

送電ユニット22は、高周波電源装置21から供給される高周波電力を、受電装置3の第1受電ユニット31および第2受電ユニット32に送電するものであり、線路22a,22bを備えている。   The power transmission unit 22 transmits high-frequency power supplied from the high-frequency power supply device 21 to the first power reception unit 31 and the second power reception unit 32 of the power reception device 3, and includes lines 22a and 22b.

線路22aおよび線路22bは、帯状の導体であり、互いに平行となる平行二線路として、道路の表面に敷設されている。本実施形態においては、線路22aおよび線路22bとして、厚さ0.1mm〜1cm程度、幅1cm〜10cm程度の銅板を用いている。なお、線路22aおよび線路22bの各寸法は限定されず、素材も限定されない。また、道路の表面に敷設するのではなく、道路の地表付近に埋設するようにしてもよい。線路22aと線路22bとの間隔は、数cm〜1m程度であり、使用される電気自動車Vの車幅などから適宜設計される。   The track 22a and the track 22b are strip-shaped conductors, and are laid on the surface of the road as two parallel tracks that are parallel to each other. In the present embodiment, copper plates having a thickness of about 0.1 mm to 1 cm and a width of about 1 cm to 10 cm are used as the line 22a and the line 22b. In addition, each dimension of the track | line 22a and the track | line 22b is not limited, A raw material is also not limited. Further, it may be embedded near the surface of the road instead of being laid on the surface of the road. The distance between the track 22a and the track 22b is about several centimeters to 1 meter, and is appropriately designed based on the width of the electric vehicle V used.

線路22aおよび線路22bは、電気自動車Vが走行する道路に沿って延びている。線路22aの一方端(図1(a)においては左端)は、高周波電源装置21の出力端子の一方に接続されている。また、線路22bの一方端は、高周波電源装置21の出力端子の他方に接続されている。線路22aの他方端(図1(a)においては右端)と線路22bの他方端とは、短絡されている。線路22aおよび線路22bからなる平行二線路は、高周波電源装置21が出力する電力を送出する送電アンテナとして機能する。当該平行二線路は、巻き数が1ターンの送電コイルLtとして機能し、同時に、2つの送電電極板22a,22bとして機能する(図2参照)。なお、本実施形態においては、線路22aの他方端と線路22bの他方端とが短絡されているが、これに限られず、絶縁されていてもよいし、特定のインピーダンスを介して接続されていてもよい。   The track 22a and the track 22b extend along the road on which the electric vehicle V runs. One end (the left end in FIG. 1A) of the line 22a is connected to one of the output terminals of the high frequency power supply device 21. In addition, one end of the line 22 b is connected to the other output terminal of the high frequency power supply device 21. The other end of the line 22a (the right end in FIG. 1A) and the other end of the line 22b are short-circuited. The parallel two lines composed of the line 22a and the line 22b function as a power transmission antenna that transmits power output from the high-frequency power supply device 21. The parallel two lines function as a power transmission coil Lt having a number of turns of one turn, and simultaneously function as two power transmission electrode plates 22a and 22b (see FIG. 2). In the present embodiment, the other end of the line 22a and the other end of the line 22b are short-circuited. However, the present invention is not limited to this, and may be insulated or connected via a specific impedance. Also good.

受電装置3は、第1受電ユニット31、第2受電ユニット32、および、合成部33を備えている。   The power receiving device 3 includes a first power receiving unit 31, a second power receiving unit 32, and a combining unit 33.

第1受電ユニット31は、磁界アンテナ31a、共振コンデンサ31bおよび整流平滑回路31cを備えている。   The first power receiving unit 31 includes a magnetic field antenna 31a, a resonant capacitor 31b, and a rectifying / smoothing circuit 31c.

磁界アンテナ31aは、線路22aおよび線路22bと同じ幅の銅板を、平面視において略矩形のC字形状に形成した、巻き数が1ターンのコイルであり、電気自動車Vの車体底面に、コイル面が道路と略平行となるように配置されている。磁界アンテナ31aは、送電コイルLt(線路22aおよび線路22bからなる平行二線路)と磁気結合して、非接触で受電する受電コイルとして機能する。なお、図1(a)においては、磁界アンテナ31a、電界アンテナ32a,32bおよび線路22a,22bの重なり具合がわかりやすくなるように、磁界アンテナ31aを形成する銅板の幅寸法を、実際より小さく記載している。電気自動車Vの走行中、磁界アンテナ31aの電気自動車Vの進行方向と平行な部分は、それぞれ、平面視において、線路22aおよび線路22bと重なるようになっている。なお、磁界アンテナ31aの形状、寸法および材質は、これに限定されない。磁界アンテナ31aは、送電コイルLt(線路22aおよび線路22bからなる平行二線路)を流れる電流によって変化する磁束に、より鎖交する形状が望ましい。したがって、磁界アンテナ31aの電気自動車Vの進行方向の寸法は、大きい方が望ましい。また、コイル面の形状は円形状より矩形状が望ましい。また、磁界アンテナ31aの巻き数は、1ターンに限定されず、複数ターンとしてもよい。また、磁界アンテナ31aを銅板で形成するのではなく、銅線で形成してもよい。   The magnetic field antenna 31a is a coil having the same width as the line 22a and the line 22b, formed in a substantially rectangular C-shape in plan view, and having a number of turns of 1 coil. Are arranged so as to be substantially parallel to the road. The magnetic field antenna 31a functions as a power reception coil that is magnetically coupled to the power transmission coil Lt (parallel two lines including the line 22a and the line 22b) and receives power in a non-contact manner. In FIG. 1A, the width dimension of the copper plate forming the magnetic field antenna 31a is shown smaller than the actual size so that the overlapping state of the magnetic field antenna 31a, the electric field antennas 32a and 32b, and the lines 22a and 22b can be easily understood. doing. While the electric vehicle V is traveling, the portions of the magnetic field antenna 31a that are parallel to the traveling direction of the electric vehicle V overlap the line 22a and the line 22b, respectively, in plan view. In addition, the shape, dimension, and material of the magnetic field antenna 31a are not limited to this. The magnetic field antenna 31a preferably has a shape more linked to the magnetic flux that changes due to the current flowing through the power transmission coil Lt (parallel two lines including the line 22a and the line 22b). Accordingly, it is desirable that the size of the magnetic antenna 31a in the traveling direction of the electric vehicle V is larger. Further, the coil surface is preferably rectangular rather than circular. The number of turns of the magnetic field antenna 31a is not limited to one turn, and may be a plurality of turns. Further, the magnetic field antenna 31a may be formed of a copper wire instead of a copper plate.

共振コンデンサ31bは、磁界アンテナ31a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 resonance capacitor 31b is connected in series to the magnetic field antenna 31a to form a series resonance circuit.

磁界アンテナ31aおよび共振コンデンサ31bは、共振周波数が高周波電源装置21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、磁界アンテナ31aの自己インダクタンスLRと、共振コンデンサ31b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。

Figure 2017184561
The magnetic field antenna 31a and the resonance capacitor 31b 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 21. That is, the self-inductance L R of the magnetic field antenna 31a and the capacitance C R of the resonance capacitor 31b are designed so as to have the relationship of the following expression (1).
Figure 2017184561

整流平滑回路31cは、磁界アンテナ31aが受電した高周波電力を直流電力に変換するものである。整流平滑回路31c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31c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31cの構成は限定されず、高周波電力を直流電力に変換するものであればよい。整流平滑回路31cから出力される直流電力は、合成部33に出力される。   The rectifying / smoothing circuit 31c converts high-frequency power received by the magnetic field antenna 31a into DC power. The rectifying / smoothing circuit 31c includes a full-wave rectifying circuit in which four diodes are bridge-connected. The rectifying / smoothing circuit 31c also includes a smoothing circuit for smoothing the rectified output. The configuration of the rectifying / smoothing circuit 31c is not limited as long as it converts high-frequency power into DC power. The DC power output from the rectifying / smoothing circuit 31 c is output to the combining unit 33.

磁界アンテナ31aが送電コイルLt(線路22aおよび線路22bからなる平行二線路)と磁気結合することで、第1受電ユニット31は、送電装置2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Lt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磁界アンテナ31aに高周波電流が流れる。これにより、送電装置2から第1受電ユニット31に、非接触で電力を供給することができる。   The first power reception unit 31 receives high-frequency power transmitted from the power transmission device 2 by magnetically coupling the magnetic field antenna 31a with the power transmission coil Lt (parallel two lines including the line 22a and the line 22b). That is, the magnetic flux changes due to the high-frequency current flowing through the power transmission coil Lt, and the high-frequency current flows through the magnetic field antenna 31a linked to the magnetic flux. Thereby, electric power can be supplied from the power transmission device 2 to the first power receiving unit 31 in a non-contact manner.

線路22aおよび線路22bは道路の表面に敷設されており、磁界アンテナ31aは電気自動車Vの車体底面に配置されている。したがって、線路22aおよび線路22bによって構成される送電コイルLtのコイル面と、受電コイルとして機能する磁界アンテナ31aのコイル面との距離は、電気自動車Vの走行中でも変化せず、両コイルの結合係数は一定である。   The track 22a and the track 22b are laid on the surface of the road, and the magnetic field antenna 31a is disposed on the bottom surface of the electric vehicle V. Therefore, the distance between the coil surface of the power transmission coil Lt constituted by the line 22a and the line 22b and the coil surface of the magnetic field antenna 31a functioning as the power receiving coil does not change even during the traveling of the electric vehicle V, and the coupling coefficient of both coils Is constant.

第2受電ユニット32は、電界アンテナ32a,32b、共振コイル32cおよび整流平滑回路32dを備えている。   The second power receiving unit 32 includes electric field antennas 32a and 32b, a resonance coil 32c, and a rectifying / smoothing circuit 32d.

電界アンテナ32a,32bは、線路22a,22bと同じ幅の矩形状の銅板であり、電気自動車Vの車体底面に、互いに略平行となり、かつ、各板面が道路と略平行となるように配置されている。電界アンテナ32a,32bは、送電電極板22a,22b(線路22a,22b)と電界結合して、非接触で受電する受電電極板として機能する。なお、図1(a)においては、磁界アンテナ31a、電界アンテナ32a,32bおよび線路22a,22bの重なり具合がわかりやすくなるように、電界アンテナ32a,32bの幅寸法を、実際より大きく記載している。電気自動車Vの走行中、電界アンテナ32a,32bは、それぞれ、平面視において、線路22a,22bと重なるようになっている。なお、電界アンテナ32a,32bの形状、寸法および材質は、これに限定されない。電界アンテナ32a(32b)は、線路22a(22b)との間で形成されるコンデンサの静電容量をより大きくできる形状、寸法、配置が望ましい。したがって、電界アンテナ32a,32bの電気自動車Vの進行方向の寸法は、大きい方が望ましい。また、電気自動車Vの幅方向の位置が変化しても、静電容量が変化しないように、電界アンテナ32a,32bの幅寸法を大きくしてもよい。また、本実施形態においては、電界アンテナ32a(32b)と線路22a(22b)との距離を短くして静電容量を大きくするために、電界アンテナ32a,32bを磁界アンテナ31aよりも道路側に配置している(図1参照)。   The electric field antennas 32a and 32b are rectangular copper plates having the same width as the lines 22a and 22b. The electric field antennas 32a and 32b are arranged on the bottom surface of the vehicle body of the electric vehicle V so as to be substantially parallel to each other and to be substantially parallel to the road. Has been. The electric field antennas 32a and 32b function as power receiving electrode plates that are coupled to the power transmitting electrode plates 22a and 22b (lines 22a and 22b) and receive power in a non-contact manner. In FIG. 1 (a), the width dimensions of the electric field antennas 32a and 32b are shown larger than actual so that the overlapping state of the magnetic field antenna 31a, the electric field antennas 32a and 32b, and the lines 22a and 22b can be easily understood. Yes. While the electric vehicle V is traveling, the electric field antennas 32a and 32b overlap the lines 22a and 22b in plan view, respectively. The shape, size and material of the electric field antennas 32a and 32b are not limited to this. The electric field antenna 32a (32b) preferably has a shape, size, and arrangement that can increase the capacitance of the capacitor formed between the line 22a (22b) and the electric field antenna 32a (32b). Therefore, it is desirable that the electric field antennas 32a and 32b have a larger dimension in the traveling direction of the electric vehicle V. The width dimensions of the electric field antennas 32a and 32b may be increased so that the capacitance does not change even if the position of the electric vehicle V in the width direction changes. In the present embodiment, in order to shorten the distance between the electric field antenna 32a (32b) and the line 22a (22b) and increase the capacitance, the electric field antennas 32a and 32b are placed closer to the road than the magnetic field antenna 31a. (See FIG. 1).

共振コイル32cは、電界アンテナ32aと整流平滑回路32dとの間に直列接続されて、直列共振回路を構成するためのものである。なお、共振コイル32cは、電界アンテナ32bと整流平滑回路32dとの間に直列接続されていてもよい。   The resonance coil 32c is connected in series between the electric field antenna 32a and the rectifying / smoothing circuit 32d to form a series resonance circuit. The resonance coil 32c may be connected in series between the electric field antenna 32b and the rectifying / smoothing circuit 32d.

電界アンテナ32a,32bおよび共振コイル32cは、磁界アンテナ31aおよび共振コンデンサ31bと同様に、共振周波数が高周波電源装置21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。 Similarly to the magnetic field antenna 31a and the resonance capacitor 31b, the electric field antennas 32a and 32b and the resonance coil 32c have a resonance frequency that matches the frequency f 0 (switching frequency f 0 ) of the high-frequency power supplied from the high-frequency power supply device 21. Designed.

整流平滑回路32dは、電界アンテナ32a,32bが受電した高周波電力を直流電力に変換するものである。整流平滑回路32dは、整流平滑回路31cと同様の構成である。なお、整流平滑回路32dの構成は限定されず、高周波電力を直流電力に変換するものであればよい。整流平滑回路32dから出力される直流電力は、合成部33に出力される。   The rectifying / smoothing circuit 32d converts high-frequency power received by the electric field antennas 32a and 32b into DC power. The rectifying / smoothing circuit 32d has the same configuration as the rectifying / smoothing circuit 31c. The configuration of the rectifying / smoothing circuit 32d is not limited as long as it converts high-frequency power into DC power. The DC power output from the rectifying / smoothing circuit 32d is output to the combining unit 33.

電界アンテナ32a,32bが送電電極板22a,22b(線路22a,22b)と電界結合することで、第2受電ユニット32は、送電装置2から送電される高周波電力を受電する。すなわち、送電電極板22a,22b(線路22a,22b)間の電位差が、電界アンテナ32a,32b間に発生し、電界アンテナ32aと電界アンテナ32bとの間に高周波電流が流れる。これにより、送電装置2から第2受電ユニット32に、非接触で電力を供給することができる。   The second power receiving unit 32 receives high-frequency power transmitted from the power transmission device 2 by the electric field coupling between the electric field antennas 32a and 32b and the power transmission electrode plates 22a and 22b (lines 22a and 22b). That is, a potential difference between the power transmission electrode plates 22a and 22b (lines 22a and 22b) is generated between the electric field antennas 32a and 32b, and a high-frequency current flows between the electric field antenna 32a and the electric field antenna 32b. Thereby, electric power can be supplied from the power transmission device 2 to the second power receiving unit 32 in a non-contact manner.

また、電界アンテナ32a,32bも電気自動車Vの車体底面に配置されているので、線路22aと電界アンテナ32aとの距離、および、線路22bと電界アンテナ32bとの距離も、電気自動車Vの走行中でも変化しない。したがって、線路22aと電界アンテナ32aとで形成されるコンデンサの静電容量、および、線路22bと電界アンテナ32bとで形成されるコンデンサの静電容量は一定である。   In addition, since the electric field antennas 32a and 32b are also arranged on the bottom surface of the electric vehicle V, the distance between the line 22a and the electric field antenna 32a and the distance between the line 22b and the electric field antenna 32b are also during the traveling of the electric vehicle V. It does not change. Therefore, the capacitance of the capacitor formed by the line 22a and the electric field antenna 32a and the capacitance of the capacitor formed by the line 22b and the electric field antenna 32b are constant.

合成部33は、第1受電ユニット31と第2受電ユニット32とを、互いに並列接続させる。合成部33は、第1受電ユニット31の出力電圧と第2受電ユニット32の出力電圧のうち高い方の電圧を負荷4に出力することで、第1受電ユニット31が受電した電力と第2受電ユニット32が受電した電力を合成して負荷4に出力する。   The combining unit 33 connects the first power receiving unit 31 and the second power receiving unit 32 in parallel with each other. The combining unit 33 outputs the higher voltage of the output voltage of the first power receiving unit 31 and the output voltage of the second power receiving unit 32 to the load 4, so that the power received by the first power receiving unit 31 and the second power receiving The power received by the unit 32 is combined and output to the load 4.

本実施形態によると、平行二線路(線路22a,22b)から送電された高周波電力は、磁界アンテナ31aと電界アンテナ32a,32bとで受電される。第1受電ユニット31は、磁界アンテナ31aが受電した高周波電力を直流電力に変換して合成部33に出力する。また、第2受電ユニット32は、電界アンテナ32a,32bが受電した高周波電力を直流電力に変換して合成部33に出力する。合成部33は、第1受電ユニット31から入力される電力と第2受電ユニット32から入力される電力とを合成して負荷4に出力する。平行二線路上の電流定在波と電圧定在波とでは位相が90°ずれているので、磁界アンテナ31aが受電する電力と、電界アンテナ32a,32bが受電する電力とは、互いに補完し合うことができる。例えば受電位置が電流定在波の谷の位置付近の場合、磁界アンテナ31aが受電する電力は小さくなるが、電圧定在波の山の位置になるので電界アンテナ32a,32bが受電する電力は大きくなる。逆に、受電位置が電圧定在波の谷の位置付近の場合、電界アンテナ32a,32bが受電する電力は小さくなるが、電流定在波の山の位置になるので磁界アンテナ31aが受電する電力は大きくなる。これにより、平行二線路上の受電位置によって受電電力が大きく変化してしまうことを抑制できる。   According to this embodiment, the high frequency power transmitted from the parallel two lines (lines 22a and 22b) is received by the magnetic field antenna 31a and the electric field antennas 32a and 32b. The first power receiving unit 31 converts the high frequency power received by the magnetic field antenna 31 a into DC power and outputs it to the combining unit 33. Further, the second power receiving unit 32 converts the high frequency power received by the electric field antennas 32 a and 32 b into direct current power and outputs the direct current power to the combining unit 33. The combining unit 33 combines the power input from the first power receiving unit 31 and the power input from the second power receiving unit 32 and outputs the combined power to the load 4. Since the current standing wave and the voltage standing wave on the two parallel lines are out of phase by 90 °, the power received by the magnetic field antenna 31a and the power received by the electric field antennas 32a and 32b complement each other. be able to. For example, when the power receiving position is in the vicinity of the valley of the current standing wave, the power received by the magnetic field antenna 31a is small, but the power received by the electric field antennas 32a and 32b is large because it is located at the peak of the voltage standing wave. Become. Conversely, when the power receiving position is near the position of the voltage standing wave valley, the electric power received by the electric field antennas 32a and 32b is small, but the electric power received by the magnetic field antenna 31a is the position of the current standing wave peak. Becomes bigger. Thereby, it can suppress that received electric power changes greatly by the receiving position on a parallel 2 line.

なお、図1においては、磁界アンテナ31aの右側に配線を接続して、共振コンデンサ31bなどを接続し、電界アンテナ32a,32bの右側に配線を接続して、共振コイル32cなどを接続している例を記載しているが、これに限られない。例えば、磁界アンテナ31aの向きを図1とは逆にして、左側に配線を接続してもよい。また、共振コンデンサ31bや共振コイル32cなどの配置場所は限定されない。   In FIG. 1, a wiring is connected to the right side of the magnetic field antenna 31a, a resonance capacitor 31b is connected, a wiring is connected to the right side of the electric field antennas 32a, 32b, and a resonance coil 32c is connected. Although an example is described, it is not limited to this. For example, the direction of the magnetic field antenna 31a may be reversed from that in FIG. Further, the arrangement location of the resonance capacitor 31b, the resonance coil 32c, and the like is not limited.

また、上記第1実施形態においては、磁界アンテナ31aと電界アンテナ32a,32bとが、平面視において重なる場合について説明したが、磁界アンテナ31aおよび電界アンテナ32a,32bの配置は、これに限られない。   In the first embodiment, the case where the magnetic field antenna 31a and the electric field antennas 32a and 32b overlap in plan view has been described. However, the arrangement of the magnetic field antenna 31a and the electric field antennas 32a and 32b is not limited thereto. .

図3は、受電装置3の変形例を説明するための図である。同図(a)は、送電装置3が搭載された電気自動車Vを上から見た状態を示しており、同図(b)は、電気自動車Vの側面を見た状態を示している。同図において、第1実施形態に係る受電装置3(図1参照)と同一または類似の要素には、同一の符号を付している。当該変形例に係る受電装置3は、磁界アンテナ31aが電界アンテナ32aと電界アンテナ32bとの間に配置されている点で、第1実施形態に係る受電装置3と異なる。当該変形例においては、磁界アンテナ31aのコイル面を、線路22aおよび線路22bによって構成される送電コイルLtのコイル面により近づけることができるので、両コイルの結合係数をより大きくすることができる。また、磁界アンテナ31aおよび電界アンテナ32a,32bを配置する領域の高さ寸法を小さくすることができる(図3(b)参照)。しかし、送電コイルLtのコイル面から発生する磁束に鎖交する面積が小さくなるので、磁界アンテナ31aが受電できる電力が減少する。   FIG. 3 is a diagram for explaining a modified example of the power receiving device 3. The figure (a) has shown the state which looked at the electric vehicle V in which the power transmission apparatus 3 was mounted from the top, and the figure (b) has shown the state which looked at the side surface of the electric vehicle V. In the same figure, the same code | symbol is attached | subjected to the same or similar element as the power receiving apparatus 3 (refer FIG. 1) which concerns on 1st Embodiment. The power receiving device 3 according to the modification is different from the power receiving device 3 according to the first embodiment in that the magnetic field antenna 31a is disposed between the electric field antenna 32a and the electric field antenna 32b. In the modified example, the coil surface of the magnetic field antenna 31a can be brought closer to the coil surface of the power transmission coil Lt configured by the line 22a and the line 22b, so that the coupling coefficient of both coils can be further increased. Moreover, the height dimension of the area | region which arrange | positions the magnetic field antenna 31a and the electric field antennas 32a and 32b can be made small (refer FIG.3 (b)). However, since the area linked to the magnetic flux generated from the coil surface of the power transmission coil Lt is reduced, the power that can be received by the magnetic field antenna 31a is reduced.

図4は、受電装置3の他の変形例を説明するための図である。同図(a)は、送電装置3が搭載された電気自動車Vを上から見た状態(磁界アンテナ31aおよび電界アンテナ32a,32b以外の記載を省略している)を示しており、同図(b)は、電気自動車Vの側面を見た状態を示している。同図において、第1実施形態に係る受電装置3(図1参照)と同一または類似の要素には、同一の符号を付している。当該変形例に係る受電装置3は、平面視において、磁界アンテナ31aと電界アンテナ32a,32bとが、並んで配置されている点で、第1実施形態に係る受電装置3と異なる。当該変形例においても、磁界アンテナ31aのコイル面を、線路22aおよび線路22bによって構成される送電コイルLtのコイル面により近づけることができるので、両コイルの結合係数をより大きくすることができる。また、磁界アンテナ31aおよび電界アンテナ32a,32bを配置する領域の高さ寸法を小さくすることができる(図3(b)参照)。また、図3の変形例とは異なり、送電コイルLtのコイル面から発生する磁束に鎖交する面積は変わらない。しかし、磁界アンテナ31aと電界アンテナ32a,32bとで、平行二線路(線路22a,22b)の延びる方向の配置位置が異なるので、磁界アンテナ31aが受電する電力と、電界アンテナ32a,32bが受電する電力との補完関係にずれが生じる。したがって、平行二線路上の受電位置による受電電力の変化が、磁界アンテナ31aと電界アンテナ32a,32bとで平行二線路の延びる方向の配置位置を一致させた場合より大きくなる。なお、配置位置のずれの長さが、用いる高周波電力の波長(例えば10〜100[m])と比べて充分小さい場合は、ずれによる影響は少ない。   FIG. 4 is a diagram for explaining another modification of the power receiving device 3. The figure (a) has shown the state (The description except magnetic field antenna 31a and electric field antenna 32a, 32b is abbreviate | omitted) which looked at the electric vehicle V carrying the power transmission apparatus 3 from the top. b) shows a state in which the side surface of the electric vehicle V is viewed. In the same figure, the same code | symbol is attached | subjected to the same or similar element as the power receiving apparatus 3 (refer FIG. 1) which concerns on 1st Embodiment. The power receiving device 3 according to the modification is different from the power receiving device 3 according to the first embodiment in that the magnetic field antenna 31a and the electric field antennas 32a and 32b are arranged side by side in a plan view. Also in the modified example, the coil surface of the magnetic field antenna 31a can be brought closer to the coil surface of the power transmission coil Lt constituted by the line 22a and the line 22b, so that the coupling coefficient of both coils can be further increased. Moreover, the height dimension of the area | region which arrange | positions the magnetic field antenna 31a and the electric field antennas 32a and 32b can be made small (refer FIG.3 (b)). Further, unlike the modification of FIG. 3, the area linked to the magnetic flux generated from the coil surface of the power transmission coil Lt does not change. However, since the magnetic antenna 31a and the electric field antennas 32a and 32b have different arrangement positions in the extending direction of the two parallel lines (lines 22a and 22b), the electric power received by the magnetic field antenna 31a and the electric field antennas 32a and 32b receive power. Deviation occurs in the complementary relationship with power. Therefore, the change in the received power due to the power receiving position on the parallel two lines becomes larger than that in the case where the arrangement positions in the extending direction of the parallel two lines are matched between the magnetic field antenna 31a and the electric field antennas 32a and 32b. In addition, when the length of the displacement of the arrangement position is sufficiently smaller than the wavelength of the high-frequency power used (for example, 10 to 100 [m]), the influence of the displacement is small.

なお、図4においては、磁界アンテナ31aの左側に配線を接続し、電界アンテナ32a,32bの右側に配線を接続している例を記載しているが、これに限られない。例えば、磁界アンテナ31aの向きを図4とは逆にして、右側に配線を接続してもよい。また、電界アンテナ32a,32bの左側に配線を接続してもよい。また、磁界アンテナ31aと電界アンテナ32a,32bの配置場所を、図4とは反対にしてもよい。   In FIG. 4, an example in which wiring is connected to the left side of the magnetic field antenna 31 a and wiring is connected to the right side of the electric field antennas 32 a and 32 b is described, but the present invention is not limited to this. For example, the direction of the magnetic field antenna 31a may be reversed from that in FIG. Further, wiring may be connected to the left side of the electric field antennas 32a and 32b. Further, the arrangement location of the magnetic field antenna 31a and the electric field antennas 32a and 32b may be opposite to that in FIG.

また、上記第1実施形態においては、第1受電ユニット31および第1受電ユニット32がいずれも直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。   Moreover, in the said 1st Embodiment, although the case where both the 1st power receiving unit 31 and the 1st power receiving unit 32 were series resonance circuits was demonstrated, it is not restricted to this.

図5は、第2実施形態に係る非接触電力伝送システム1Bを説明するための図である。同図(a)は、非接触電力伝送システム1Bの全体構成を示す回路図である。同図(b)は、非接触電力伝送システム1Bの全体構成を示す概略図である。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1A(図1(a)および図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1Bは、第1受電ユニット31’および第1受電ユニット32’がいずれも並列共振回路である点で、第1実施形態に係る非接触電力伝送システム1Aと異なる。   FIG. 5 is a diagram for explaining the non-contact power transmission system 1B according to the second embodiment. The figure (a) is a circuit diagram which shows the whole structure of the non-contact electric power transmission system 1B. FIG. 2B is a schematic diagram showing the overall configuration of the non-contact power transmission system 1B. In FIG. 5, the same or similar elements as those in the contactless power transmission system 1A according to the first embodiment (see FIGS. 1A and 2) are denoted by the same reference numerals. The non-contact power transmission system 1B is different from the non-contact power transmission system 1A according to the first embodiment in that both the first power receiving unit 31 'and the first power receiving unit 32' are parallel resonant circuits.

第1受電ユニット31’は、共振コンデンサ31bが磁界アンテナ31aに並列接続されており、並列共振回路を構成している。磁界アンテナ31aおよび共振コンデンサ31bは、共振周波数が高周波電源装置21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。 In the first power receiving unit 31 ′, a resonant capacitor 31b is connected in parallel to the magnetic field antenna 31a, thereby forming a parallel resonant circuit. The magnetic field antenna 31a and the resonance capacitor 31b 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 21.

第2受電ユニット32’は、共振コイル32cが電界アンテナ32a,32bと整流平滑回路32dとの間に並列接続されており、並列共振回路を構成している。電界アンテナ32a,32bおよび共振コイル32cは、共振周波数が高周波電源装置21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。 In the second power receiving unit 32 ′, a resonance coil 32c is connected in parallel between the electric field antennas 32a and 32b and the rectifying / smoothing circuit 32d, thereby forming a parallel resonance circuit. The electric field antennas 32 a and 32 b and the resonance coil 32 c 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 21.

第2実施形態においても、第1実施形態と同様の効果を奏することができる。なお、第1受電ユニット31と第2受電ユニット32’との組み合わせ、または、第1受電ユニット31’と第2受電ユニット32との組み合わせのように、一方を直列共振回路とし、他方を並列共振回路としてもよい。   In the second embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained. Note that, as in the combination of the first power receiving unit 31 and the second power receiving unit 32 ′, or the combination of the first power receiving unit 31 ′ and the second power receiving unit 32, one is a series resonance circuit and the other is in parallel resonance. It may be a circuit.

上記第1および第2実施形態においては、合成部33が第1受電ユニット31と第2受電ユニット32とを互いに並列接続させる場合について説明したが、これに限られない。合成部33が第1受電ユニット31と第2受電ユニット32とを互いに直列接続させる場合を、第3実施形態として、以下に説明する。   In the said 1st and 2nd embodiment, although the synthetic | combination part 33 demonstrated the case where the 1st power receiving unit 31 and the 2nd power receiving unit 32 were mutually connected in parallel, it is not restricted to this. A case where the combining unit 33 connects the first power receiving unit 31 and the second power receiving unit 32 in series will be described below as a third embodiment.

図6は、第3実施形態に係る非接触電力伝送システム1Cを説明するための図であり、全体構成を示す回路図である。図6において、第1実施形態に係る非接触電力伝送システム1A(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1Cは、合成部33’が第1受電ユニット31と第2受電ユニット32とを互いに直列接続させる点で、第1実施形態に係る非接触電力伝送システム1Aと異なる。   FIG. 6 is a diagram for explaining a non-contact power transmission system 1C according to the third embodiment, and is a circuit diagram showing an overall configuration. In FIG. 6, the same or similar elements as those in the contactless power transmission system 1A (see FIG. 2) according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals. The non-contact power transmission system 1C is different from the non-contact power transmission system 1A according to the first embodiment in that the combining unit 33 'connects the first power receiving unit 31 and the second power receiving unit 32 in series.

合成部33’は、第1受電ユニット31と第2受電ユニット32とを、互いに直列接続させる。合成部33’は、第1受電ユニット31の出力電圧と第2受電ユニット32の出力電圧を合成した電圧を負荷4に出力することで、第1受電ユニット31が受電した電力と第2受電ユニット32が受電した電力を合成して負荷4に出力する。   The combining unit 33 ′ connects the first power receiving unit 31 and the second power receiving unit 32 in series with each other. The combining unit 33 ′ outputs a voltage obtained by combining the output voltage of the first power receiving unit 31 and the output voltage of the second power receiving unit 32 to the load 4, so that the power received by the first power receiving unit 31 and the second power receiving unit are output. The power received by 32 is combined and output to the load 4.

第3実施形態によると、合成部33’は、第1受電ユニット31と第2受電ユニット32とを互いに直列接続させて、第1受電ユニット31から入力される電力と第2受電ユニット32から入力される電力とを合成して負荷4に出力する。よって、第3実施形態においても、磁界アンテナ31aが受電する電力と、電界アンテナ32a,32bが受電する電力とは、互いに補完し合うことができるので、平行二線路上の受電位置によって受電電力が大きく変化してしまうことを抑制できる。   According to the third embodiment, the synthesizer 33 ′ connects the first power receiving unit 31 and the second power receiving unit 32 in series to each other so that the power input from the first power receiving unit 31 and the second power receiving unit 32 are input. The generated power is combined and output to the load 4. Therefore, also in the third embodiment, the power received by the magnetic field antenna 31a and the power received by the electric field antennas 32a and 32b can complement each other, so that the received power depends on the power receiving position on the parallel two lines. It can suppress that it changes greatly.

なお、第3実施形態においては、第1受電ユニット31および第2受電ユニット32をいずれも直列共振回路としているが、これに限られず、いずれも並列共振回路(図5参照)としてもよい。また、一方を直列共振回路とし、他方を並列共振回路としてもよい。   In the third embodiment, each of the first power receiving unit 31 and the second power receiving unit 32 is a series resonant circuit. However, the present invention is not limited to this, and both may be a parallel resonant circuit (see FIG. 5). One may be a series resonant circuit and the other may be a parallel resonant circuit.

上記第1〜第3実施形態においては、平行二線路が道路の表面と平行となるように配置されている場合について説明したが、これに限られない。例えば、図7に示すように、平行二線路が道路の表面に対して略直交するように配置されていてもよい。この場合は、図7に示すように、磁界アンテナ31aおよび電界アンテナ32a,32bを、電気自動車Vの車体側面に、コイル面または板面が道路と略直交するように配置すればよい。   In the said 1st-3rd embodiment, although the case where the parallel two track | line was arrange | positioned so that it might become parallel to the surface of a road was demonstrated, it is not restricted to this. For example, as shown in FIG. 7, the parallel two tracks may be arranged so as to be substantially orthogonal to the surface of the road. In this case, as shown in FIG. 7, the magnetic field antenna 31a and the electric field antennas 32a and 32b may be arranged on the side surface of the electric vehicle V so that the coil surface or the plate surface is substantially orthogonal to the road.

また、上記第1〜第3実施形態においては、平行二線路(線路22aおよび線路22b)が帯状の導体である場合について説明したが、これに限られない。例えば、図8に示すように、線路22aおよび線路22bを、線状の導体としてもよい。この場合、電界アンテナ32a(32b)と線路22a(22b)との間で形成されるコンデンサの静電容量をより大きくするためには、図8(b)に示す概略斜視図のように、電界アンテナ32a(32b)を筒形状とし、線路22a(22b)がその内部を貫通するように配置すればよい。   Moreover, although the said 1st-3rd embodiment demonstrated the case where two parallel lines (line 22a and line 22b) were strip | belt-shaped conductors, it is not restricted to this. For example, as shown in FIG. 8, the line 22a and the line 22b may be linear conductors. In this case, in order to increase the capacitance of the capacitor formed between the electric field antenna 32a (32b) and the line 22a (22b), as shown in the schematic perspective view of FIG. The antenna 32a (32b) may have a cylindrical shape, and the line 22a (22b) may be disposed so as to penetrate the inside.

また、上記第1〜第3実施形態においては、受電装置3を電気自動車Vに搭載した場合について説明したが、これに限られない。例えば、予め設定された循環経路に沿って自動走行する無人搬送車(AGV:Automated Guided Vehicle)や、レール上を走行する車両などの、電力を用いる移動体に搭載するようにしてもよい。   Moreover, in the said 1st-3rd embodiment, although the case where the power receiving apparatus 3 was mounted in the electric vehicle V was demonstrated, it is not restricted to this. For example, you may make it mount in the mobile body using electric power, such as the automatic guided vehicle (AGV: Automated Guided Vehicle) which drive | works automatically along the preset circulation path | route, and the vehicle which drive | works on a rail.

本発明に係る非接触電力伝送システムおよび受電装置は、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受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 receiving 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 receiving device according to the present invention can be varied in design in various ways.

1A,1B,1C 非接触電力伝送システム
2 送電装置
21 高周波電源装置
21a 直流電源装置
21b インバータ回路
21c インピーダンス整合器
22 送電ユニット
22a,22b 線路(平行二線路)
3 受電装置
31,31’ 第1受電ユニット
31a 磁界アンテナ
31b 共振コンデンサ
31c 整流平滑回路(第1整流回路)
32,32’ 第2受電ユニット
32a、32b 電界アンテナ
32c 共振コイル
32d 整流平滑回路(第2整流回路)
33,33’ 合成部
4 負荷
V 電気自動車
1A, 1B, 1C Non-contact power transmission system 2 Power transmission device 21 High frequency power supply device 21a DC power supply device 21b Inverter circuit 21c Impedance matching device 22 Power transmission unit 22a, 22b Line (parallel two lines)
3 Power receiving device 31, 31 ′ First power receiving unit 31a Magnetic field antenna 31b Resonant capacitor 31c Rectification smoothing circuit (first rectification circuit)
32, 32 '2nd power receiving unit 32a, 32b Electric field antenna 32c Resonance coil 32d Rectification smoothing circuit (2nd rectification circuit)
33,33 'composition part 4 load V electric vehicle

Claims (14)

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、
2本の導体の線路を平行に設置した平行二線路を有する送電ユニットと、
前記送電ユニットに高周波電力を供給する高周波電源装置と、
を備えており、
前記受電装置は、
前記平行二線路に磁気的に結合する磁界アンテナと、前記磁界アンテナに接続された共振コンデンサと、前記磁界アンテナが受電した高周波電力を直流電力に変換する第1整流回路と、を有する第1受電ユニットと、
前記平行二線路に電界的に結合する電界アンテナと、前記電界アンテナに接続された共振コイルと、前記電界アンテナが受電した高周波電力を直流電力に変換する第2整流回路と、を有する第2受電ユニットと、
前記第1受電ユニットが出力する直流電力と第2受電ユニットが出力する直流電力とを合成して、負荷に供給する合成部と、
を備えている、
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 power transmission unit having two parallel lines in which two conductor lines are installed in parallel;
A high frequency power supply for supplying high frequency power to the power transmission unit;
With
The power receiving device is:
A first power receiving unit comprising: a magnetic field antenna that is magnetically coupled to the two parallel lines; a resonant capacitor connected to the magnetic field antenna; and a first rectifier circuit that converts high-frequency power received by the magnetic field antenna into DC power. Unit,
A second power receiving unit comprising: an electric field antenna that is electrically coupled to the two parallel lines; a resonance coil connected to the electric field antenna; and a second rectifier circuit that converts high-frequency power received by the electric field antenna into DC power. Unit,
A combining unit that combines the DC power output from the first power receiving unit and the DC power output from the second power receiving unit, and supplies the combined power to the load;
With
A non-contact power transmission system characterized by that.
前記各線路は、帯状であり、
前記磁界アンテナは、コイルを備えており、
前記電界アンテナは、2つの導体板を備えている、
請求項1に記載の非接触電力伝送システム。
Each of the lines is strip-shaped,
The magnetic field antenna includes a coil,
The electric field antenna includes two conductor plates.
The contactless power transmission system according to claim 1.
前記電界アンテナと前記磁界アンテナとは、前記平行二線路が延びる方向において、略同じ位置に配置されている、
請求項2に記載の非接触電力伝送システム。
The electric field antenna and the magnetic field antenna are arranged at substantially the same position in the direction in which the parallel two lines extend.
The contactless power transmission system according to claim 2.
前記電界アンテナは、前記磁界アンテナと比べて、より前記平行二線路に近い位置に配置されている、
請求項2または3に記載の非接触電力伝送システム。
The electric field antenna is disposed closer to the parallel two lines than the magnetic field antenna.
The contactless power transmission system according to claim 2 or 3.
前記磁界アンテナは、前記電界アンテナの2つの導体板の間に配置されている、
請求項2ないし4のいずれかに記載の非接触電力伝送システム。
The magnetic field antenna is disposed between two conductor plates of the electric field antenna.
The contactless power transmission system according to claim 2.
前記共振コンデンサは、前記磁界アンテナに直列接続されている、
請求項2ないし5のいずれかに記載の非接触電力伝送システム。
The resonant capacitor is connected in series to the magnetic field antenna,
The contactless power transmission system according to claim 2.
前記共振コンデンサは、前記磁界アンテナに並列接続されている、
請求項2ないし5のいずれかに記載の非接触電力伝送システム。
The resonant capacitor is connected in parallel to the magnetic field antenna,
The contactless power transmission system according to claim 2.
前記共振コイルは、前記電界アンテナの一方の導体板と前記第2整流回路との間に直列接続されている、
請求項2ないし7のいずれかに記載の非接触電力伝送システム。
The resonant coil is connected in series between one conductor plate of the electric field antenna and the second rectifier circuit,
The contactless power transmission system according to claim 2.
前記共振コイルは、前記電界アンテナと前記第2整流回路との間に並列接続されている、
請求項2ないし7のいずれかに記載の非接触電力伝送システム。
The resonant coil is connected in parallel between the electric field antenna and the second rectifier circuit.
The contactless power transmission system according to claim 2.
前記合成部は、前記第1受電ユニットと前記第2受電ユニットとを並列接続させている、
請求項2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 combining unit is configured to connect the first power receiving unit and the second power receiving unit in parallel.
The non-contact power transmission system according to claim 2.
前記合成部は、前記第1受電ユニットと前記第2受電ユニットとを直列接続させている、
請求項2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 combining unit is configured to connect the first power receiving unit and the second power receiving unit in series.
The non-contact power transmission system according to claim 2.
前記高周波電源装置は、インピーダンス整合器を備えている、
請求項2ないし11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 includes an impedance matching device,
The contactless power transmission system according to claim 2.
前記平行二線路は、道路上に敷設または道路に埋設されており、
前記受電装置は、車に搭載されており、
前記磁界アンテナと前記電界アンテナとは、前記車の車体底面に配置されている、
請求項1ないし12のいずれかに記載の非接触電力伝送システム。
The parallel two tracks are laid on the road or buried in the road,
The power receiving device is mounted on a car,
The magnetic field antenna and the electric field antenna are disposed on a bottom surface of the vehicle body,
The contactless power transmission system according to claim 1.
2本の導体の線路を平行に設置した平行二線路から非接触で伝送される電力を受電する受電装置であって、
前記平行二線路に磁気的に結合する磁界アンテナと、前記磁界アンテナに接続された共振コンデンサと、前記磁界アンテナが受電した高周波電力を直流電力に変換する第1整流回路と、を有する第1受電ユニットと、
前記平行二線路に電界的に結合する電界アンテナと、前記電界アンテナに接続された共振コイルと、前記電界アンテナが受電した高周波電力を直流電力に変換する第2整流回路と、を有する第2受電ユニットと、
前記第1受電ユニットが出力する直流電力と第2受電ユニットが出力する直流電力とを合成して、負荷に供給する合成部と、
を備えている、
ことを特徴とする受電装置。
A power receiving device that receives electric power transmitted in a non-contact manner from two parallel lines in which two conductor lines are installed in parallel,
A first power receiving unit comprising: a magnetic field antenna that is magnetically coupled to the two parallel lines; a resonant capacitor connected to the magnetic field antenna; and a first rectifier circuit that converts high-frequency power received by the magnetic field antenna into DC power. Unit,
A second power receiving unit comprising: an electric field antenna that is electrically coupled to the two parallel lines; a resonance coil connected to the electric field antenna; and a second rectifier circuit that converts high-frequency power received by the electric field antenna into DC power. Unit,
A combining unit that combines the DC power output from the first power receiving unit and the DC power output from the second power receiving unit, and supplies the combined power to the load;
With
A power receiving device.
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