JP2018085913A - Wireless power transmission system - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce strength of a radiation magnetic field at an arbitrary point in the distance with simple structure even when there is a difference in coupling coefficients between a plurality of resonator pairs.SOLUTION: A wireless power transmission system according to an embodiment of the present invention comprises a power transmission device and a power reception device. The power transmission device comprises: an AC power generation circuit that generates AC power; a plurality of first circuits; and a plurality of power transmission resonators that generate magnetic fields according to the AC power received through the plurality of first circuits. The power reception device comprises: a plurality of power reception resonators that receives the AC power through magnetic field coupling to the plurality of power transmission resonators; a plurality of second circuits; and a rectifier circuit that converts the voltages of the AC power received through the plurality of second circuits to DC voltage. An absolute value of an open-circuit output reverse voltage gain in an F matrix of each of the plurality of first circuits is less than 1, and an absolute value of a short-circuit output reverse current gain in an F matrix of each of the plurality of second circuits is less than 1.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明の実施形態は、無線電力伝送システムに関する。   Embodiments described herein relate generally to a wireless power transmission system.

無線電力伝送システムでは、送電装置から受電装置に無線で電力を伝送する。送電装置は、商用の交流電源、交流電力を直流電力に変換するAC/DCコンバータ、AC/DCコンバータの出力電圧を、任意の電圧に変換するDC/DCコンバータ、DC/DCコンバータの出力電力から高周波電力を生成するインバータ、高周波電力に応じた磁界を生成する共振器(送電共振器)を備える。送電共振器は、コイルとコンデンサとを含む。高周波電力は、送電共振器の共振周波数を含む。これにより効率的な伝送を実現する。受電装置は、送電共振器から送電される磁界により電力を受電する共振器(受電共振器)、受電共振器で得られた交流電力を直流電力に変換する整流器、整流器の出力電圧をバッテリに合わせた電圧に変換するDC/DCコンバータを備える。送電共振器と受電共振器の対を、共振器対と呼ぶ。受電装置はバッテリに接続され、DC/DCコンバータの出力電圧がバッテリに供給される。無線電力伝送システムでは、送電共振器から受電共振器に向かって空間に放射される磁界によって電力が伝播される。この放射磁界(漏洩磁界)の強度は、電波法に代表される法令に準拠される値以下にすることが必要である。   In a wireless power transmission system, power is transmitted wirelessly from a power transmission device to a power reception device. The power transmission device includes a commercial AC power source, an AC / DC converter that converts AC power into DC power, a DC / DC converter that converts an output voltage of the AC / DC converter into an arbitrary voltage, and output power of the DC / DC converter. An inverter that generates high-frequency power and a resonator (power transmission resonator) that generates a magnetic field according to the high-frequency power are provided. The power transmission resonator includes a coil and a capacitor. The high frequency power includes the resonance frequency of the power transmission resonator. This realizes efficient transmission. The power receiving device is a resonator that receives power using a magnetic field transmitted from the power transmitting resonator (power receiving resonator), a rectifier that converts AC power obtained by the power receiving resonator into DC power, and an output voltage of the rectifier that matches the battery. DC / DC converter for converting the voltage into a voltage. A pair of a power transmission resonator and a power reception resonator is referred to as a resonator pair. The power receiving device is connected to the battery, and the output voltage of the DC / DC converter is supplied to the battery. In the wireless power transmission system, power is propagated by a magnetic field radiated from the power transmission resonator toward the power reception resonator. The intensity of the radiated magnetic field (leakage magnetic field) needs to be less than or equal to a value compliant with laws and regulations typified by the Radio Law.

この要求を満たすための技術として、複数の送電系統と、複数の受電系統とを用い、複数の送電系統から放射される磁界が遠方の任意の地点で打ち消し合うように、各送電系統の電流の位相関係を調整するものが知られている。しかし、各共振器対間の結合係数に差があった場合、各送電共振器の電流の振幅が異なってしまい、放射磁界を打ち消すことができない。これを改善するためには、各送信系統のDC/DCコンバータにおける出力電圧、および各受電系統における整流器の出力電圧を、各結合係数に応じて変更する必要がある。しかし、このことは、処理が複雑化するとともに、制御の収束性が低下する問題がある。   As a technology for satisfying this requirement, a plurality of power transmission systems and a plurality of power receiving systems are used, and the currents of the respective power transmission systems are adjusted so that magnetic fields radiated from the plurality of power transmission systems cancel each other at an arbitrary point in the distance. One that adjusts the phase relationship is known. However, if there is a difference in the coupling coefficient between each resonator pair, the amplitude of the current of each power transmission resonator is different, and the radiated magnetic field cannot be canceled. In order to improve this, it is necessary to change the output voltage in the DC / DC converter of each transmission system and the output voltage of the rectifier in each power reception system according to each coupling coefficient. However, this complicates the process and lowers the convergence of the control.

国際公開第2015/097806号International Publication No.2015 / 097806

本発明の実施形態は、この複数の共振器対間の結合係数に差があっても、遠方の任意の地点における放射磁界の強度を低減可能な無線電力伝送システムを簡素な構成として提供する。   The embodiment of the present invention provides a wireless power transmission system capable of reducing the intensity of a radiated magnetic field at a distant arbitrary point as a simple configuration even if there is a difference in the coupling coefficient between the plurality of resonator pairs.

本発明の実施形態としての無線電力伝送システムは、交流電力を生成する交流電力生成回路と、前記交流電力生成回路に接続された複数の第1回路と、それぞれ前記複数の第1回路のうちの異なる1つに接続され、前記複数の第1回路を介して受ける前記交流電力に応じて磁界を発生させる複数の送電共振器と、を含む送電装置と、前記複数の送電共振器との磁界結合を介して前記交流電力を受ける複数の受電共振器と、それぞれ前記複数の受電共振器のうちの異なる1つに接続された複数の第2回路と、前記複数の第2回路に接続され、前記複数の第2回路を介して受ける前記交流電力の電圧を、直流電圧に変換する整流回路と、を含む受電装置とを備える。前記複数の第1回路のそれぞれのF行列における出力開放逆電圧利得の絶対値は1未満であり、前記複数の第2回路のぞれぞれのF行列における出力短絡逆電流利得の絶対値は1未満である。   A wireless power transmission system as an embodiment of the present invention includes an AC power generation circuit that generates AC power, a plurality of first circuits connected to the AC power generation circuit, and each of the plurality of first circuits. A power transmission device including a plurality of power transmission resonators that are connected to different ones and generate a magnetic field according to the AC power received via the plurality of first circuits, and magnetic field coupling between the plurality of power transmission resonators A plurality of power receiving resonators that receive the AC power via the plurality of power receiving resonators, a plurality of second circuits connected to different ones of the plurality of power receiving resonators, respectively, and a plurality of second circuits, And a rectifier circuit that converts the voltage of the AC power received via the plurality of second circuits into a DC voltage. The absolute value of the output open reverse voltage gain in each F matrix of the plurality of first circuits is less than 1, and the absolute value of the output short circuit reverse current gain in each F matrix of the plurality of second circuits is Is less than 1.

第1の実施形態に係る無線電力伝送システムの全体構成を示す図。The figure which shows the whole structure of the wireless power transmission system which concerns on 1st Embodiment. F行列のパラメータA〜Dを説明する図。The figure explaining parameters A-D of F matrix. 第1回路および第2回路の構成例を示す図。The figure which shows the structural example of a 1st circuit and a 2nd circuit. 送電共振器および受電共振器の構成例を示す図。The figure which shows the structural example of a power transmission resonator and a power receiving resonator. 基本的な無線電力伝送システムにおける送電共振器と受電装置のブロック図。The block diagram of the power transmission resonator and power receiving apparatus in a basic wireless power transmission system. 図5のシステムに第1回路および第2回路を挿入した無線電力伝送システムの概略図。FIG. 6 is a schematic diagram of a wireless power transmission system in which a first circuit and a second circuit are inserted into the system of FIG. 5. 第1の実施形態の効果を説明するシミュレーション結果を示す図。The figure which shows the simulation result explaining the effect of 1st Embodiment. 第2の実施形態に係る無線電力伝送システムの全体構成を示す図。The figure which shows the whole structure of the wireless power transmission system which concerns on 2nd Embodiment. 第2の実施形態に係る無線電力伝送システムの全体構成の他の例を示す図。The figure which shows the other example of the whole structure of the wireless power transmission system which concerns on 2nd Embodiment. 第3の実施形態に係る無線電力伝送システムの全体構成を示す図。The figure which shows the whole structure of the wireless power transmission system which concerns on 3rd Embodiment. 第3の実施形態に係る無線電力伝送システムの全体構成の他の例を示す図。The figure which shows the other example of the whole structure of the wireless power transmission system which concerns on 3rd Embodiment. 第4の実施形態に係る無線電力伝送システムの全体構成を示す図。The figure which shows the whole structure of the wireless power transmission system which concerns on 4th Embodiment. 第4の実施形態に係る無線電力伝送システムの全体構成の他の例を示す図。The figure which shows the other example of the whole structure of the wireless power transmission system which concerns on 4th Embodiment.

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1に、本実施形態に係る無線電力伝送システムの全体構成を示す。本システムは、無線で高周波電力を送電する送電装置と、送電装置から高周波電力を受電する受電装置と、バッテリとを備え、送電装置から受電装置に送電した電力を、バッテリに充電する。   FIG. 1 shows an overall configuration of a wireless power transmission system according to the present embodiment. The system includes a power transmission device that wirelessly transmits high-frequency power, a power reception device that receives high-frequency power from the power transmission device, and a battery, and charges the battery with the power transmitted from the power transmission device to the power reception device.

送電装置は、交流電源101と、AC/DCコンバータ(交流/直流電圧変換器)102と、複数の送電系統(図の例では2系統)とを備える。一方の送電系統(送電系統Aとする)は、DC/DCコンバータ(直流/直流電圧変換器)103Aと、インバータ104Aと、第1回路105Aと、送電共振器106Aとを備える。他方の送電系統(送電系統Bとする)は、DC/DCコンバータ(直流/直流電圧変換器)103Bと、インバータ104Bと、第1回路105Bと、送電共振器106Bとを備える。AC/DCコンバータ102と、DC/DCコンバータ103A、103Bと、インバータ104A、104Bとの組は、交流電力生成回路107に対応する。交流電力生成回路107の入力側は交流電源101に接続され、出力側は、第1回路105A、105Bに接続されている。   The power transmission device includes an AC power source 101, an AC / DC converter (AC / DC voltage converter) 102, and a plurality of power transmission systems (two systems in the example in the figure). One power transmission system (referred to as power transmission system A) includes a DC / DC converter (DC / DC voltage converter) 103A, an inverter 104A, a first circuit 105A, and a power transmission resonator 106A. The other power transmission system (referred to as power transmission system B) includes a DC / DC converter (DC / DC voltage converter) 103B, an inverter 104B, a first circuit 105B, and a power transmission resonator 106B. A set of the AC / DC converter 102, the DC / DC converters 103A and 103B, and the inverters 104A and 104B corresponds to the AC power generation circuit 107. The input side of the AC power generation circuit 107 is connected to the AC power source 101, and the output side is connected to the first circuits 105A and 105B.

交流電源101は、一定周波数の交流電力(交流電圧および交流電流)を供給する。交流電源101の例として、商用電源がある。商用電源は、例えば、周波数50Hzまたは60Hzであって、単相100Vや3相200Vの交流電圧を出力する装置である。交流電源101は、任意の電源で構わない。   The AC power supply 101 supplies AC power (AC voltage and AC current) having a constant frequency. An example of the AC power supply 101 is a commercial power supply. The commercial power source is a device that outputs, for example, a single-phase 100V or three-phase 200V AC voltage at a frequency of 50 Hz or 60 Hz. The AC power supply 101 may be an arbitrary power supply.

AC/DCコンバータ102は、交流電源101に配線(ケーブル等)を介して接続されており、交流電源101から供給される交流電力の電圧を、直流電圧に変換する回路である。   The AC / DC converter 102 is connected to the AC power source 101 via a wiring (cable or the like), and is a circuit that converts the voltage of AC power supplied from the AC power source 101 into a DC voltage.

DC/DCコンバータ103A、103Bは、AC/DCコンバータ102に配線を介して接続されており、AC/DCコンバータ102から供給される直流電圧を、異なる直流電圧に変換(昇圧または降圧)する回路である。DC/DCコンバータ103A、103Bは、半導体スイッチ等のスイッチング素子を含み、スイッチング素子を一定の動作周波数で動作させることで、DC/DC変換を行う。DC/DCコンバータ103A、103Bの昇圧比または降圧比(以下、昇降圧比と記載)は個別に制御可能でもよい。ここでは、DC/DCコンバータ103A、103Bの昇降圧比は同じであるとする。昇降圧比が同じとは、DC/DCコンバータ103A、103Bから同一またはほぼ同一の振幅の電圧を出力することを意味する。   The DC / DC converters 103A and 103B are connected to the AC / DC converter 102 via wiring, and are circuits that convert (step up or step down) the DC voltage supplied from the AC / DC converter 102 into different DC voltages. is there. The DC / DC converters 103A and 103B include switching elements such as semiconductor switches, and perform DC / DC conversion by operating the switching elements at a constant operating frequency. The step-up ratio or step-down ratio (hereinafter referred to as the step-up / step-down ratio) of the DC / DC converters 103A and 103B may be individually controllable. Here, it is assumed that the DC / DC converters 103A and 103B have the same step-up / step-down ratio. The same step-up / step-down ratio means that voltages having the same or substantially the same amplitude are output from the DC / DC converters 103A and 103B.

インバータ104A、104Bは、DC/DCコンバータ103A、103Bに配線を介して接続されており、DC/DCコンバータ103A、103Bから供給される直流電圧に基づき、交流電力(交流電流および交流電圧)を生成する回路である。ここでは交流電力として高周波電力を生成する。インバータ104A、104Bは、互いに180度の位相差(逆相)をもつ電流を生成するように構成されている。すなわち、インバータ104A、104Bは逆相駆動される。このように逆相にするのは、送電共振器106A、106Bから放射する磁界を遠方で互いに打ち消し合わせることで、漏洩磁界を無くす、もしくは低減するためである。なお、磁界の打ち消し効果を得るために、必ずしも180度の位相差である必要はなく、例えば180度に対しプラスマイナスαの範囲の位相差を持たせることで、所望の程度の低減効果を得るようにしてもよい。   Inverters 104A and 104B are connected to DC / DC converters 103A and 103B via wiring, and generate AC power (AC current and AC voltage) based on the DC voltage supplied from DC / DC converters 103A and 103B. Circuit. Here, high frequency power is generated as AC power. The inverters 104A and 104B are configured to generate currents having a phase difference of 180 degrees (reverse phase). That is, inverters 104A and 104B are driven in reverse phase. The reason why the phases are reversed is to eliminate or reduce the leakage magnetic field by canceling out the magnetic fields radiated from the power transmission resonators 106A and 106B at a distance. In order to obtain a magnetic field canceling effect, it is not always necessary to have a phase difference of 180 degrees. For example, by providing a phase difference in the range of plus or minus α with respect to 180 degrees, a desired degree of reduction effect is obtained. You may do it.

第1回路105A、105Bは、交流電力生成回路107に接続されている。より詳細には、第1回路105Aは、インバータ104Aに配線を介して接続され、第1回路105Bは、インバータ104Bに配線を介して接続されている。つまり、第1回路105A、105Bはそれぞれ、インバータ104A、104Bのうち異なる1つに配線を介して接続されている。第1回路105A、105Bのそれぞれは、F行列における出力開放逆電圧利得Aの絶対値が1未満の回路である。第1回路105A、105Bは、複数の素子(コイル、コンデンサ等)により構成され、これらの素子の定数(インダクタンス、キャパシタンス等)は、出力開放逆電圧利得Aが1未満との条件を満たすように設定されている。本例では、Aを0に設定する場合を想定する。Aの値をこのように設定する理由は、後述する。第1回路105A、105Bの構成は特定の構成に限定されず、任意でよい。   The first circuits 105A and 105B are connected to the AC power generation circuit 107. More specifically, the first circuit 105A is connected to the inverter 104A via a wiring, and the first circuit 105B is connected to the inverter 104B via a wiring. That is, the first circuits 105A and 105B are respectively connected to different ones of the inverters 104A and 104B via the wiring. Each of the first circuits 105A and 105B is a circuit in which the absolute value of the output open reverse voltage gain A in the F matrix is less than 1. The first circuits 105A and 105B are composed of a plurality of elements (coils, capacitors, etc.), and the constants (inductance, capacitance, etc.) of these elements satisfy the condition that the output open reverse voltage gain A is less than 1. Is set. In this example, it is assumed that A is set to 0. The reason for setting the value of A in this way will be described later. The configuration of the first circuits 105A and 105B is not limited to a specific configuration and may be arbitrary.

ここで、F行列は、以下のように、4つのパラメータA、B、C、Dをそれぞれ該当する要素に格納した行列である。
Aは、出力開放逆電圧利得である。
Bは、出力短絡伝達インピーダンスである。
Cは、出力開放伝達アドミッタンスである。
Dは、出力短絡逆電流利得である。
Here, the F matrix is a matrix in which four parameters A, B, C, and D are stored in corresponding elements as follows.
A is the output open reverse voltage gain.
B is the output short-circuit transfer impedance.
C is an output open transmission admittance.
D is the output short-circuit reverse current gain.

図2は、パラメータA〜Dを説明する図である。回路への入力電流および入力電圧をI、Vとし、出力電流および出力電圧をI、Vとする。このとき、パラメータA〜Dは、以下のように表される。
また、以下の式が成立する。
FIG. 2 is a diagram illustrating the parameters A to D. The input current and input voltage to the circuit are I 1 and V 1 , and the output current and output voltage are I 2 and V 2 . At this time, the parameters A to D are expressed as follows.
Moreover, the following formula | equation is materialized.

第1回路105A、105Bの両方とも、F行列におけるB、C、Dは、特定の値または特定の範囲に限定されない。Aの絶対値は、好ましくは0.5以下であり、さらに好ましくは0.1以下であり、0が最も好ましい。Aの値は、第1回路105A、105B間で同じであるとする。ただし、必ずしもこれに限定されず、第1回路105Aと第1回路105Bとで、Aの値が異なってもよい。   In both of the first circuits 105A and 105B, B, C, and D in the F matrix are not limited to specific values or specific ranges. The absolute value of A is preferably 0.5 or less, more preferably 0.1 or less, and most preferably 0. The value of A is assumed to be the same between the first circuits 105A and 105B. However, the present invention is not necessarily limited to this, and the value of A may be different between the first circuit 105A and the first circuit 105B.

図3(A)に、第1回路105A、105Bの構成例を示す。図3(B)に、第1回路105A、105Bの他の構成例を示す。ここでは、第1回路105A、105Bのいずれも同じ構成を有するとするが、前述したパラメータAの値に関する条件が満たされる限り、同じである必要はない。   FIG. 3A illustrates a configuration example of the first circuits 105A and 105B. FIG. 3B illustrates another configuration example of the first circuits 105A and 105B. Here, it is assumed that both the first circuits 105A and 105B have the same configuration, but the first circuits 105A and 105B do not have to be the same as long as the above-described condition regarding the value of the parameter A is satisfied.

図3(A)の構成では、正側端子に、誘導性素子である複数のコイル11、12、・・・が直列に接続されている。隣接するコイル間に、容量性素子であるコンデンサ21、22、・・・の一端がそれぞれ接続されている。コンデンサ21、22、・・・の他端は、負側端子に接続されている。すなわち、図3(A)の構成は、梯子回路であり、低域通過フィルタの構成に相当する。   In the configuration of FIG. 3A, a plurality of coils 11, 12,... That are inductive elements are connected in series to the positive terminal. One end of each of capacitors 21, 22,..., Which are capacitive elements, is connected between adjacent coils. The other ends of the capacitors 21, 22,... Are connected to the negative terminal. That is, the configuration in FIG. 3A is a ladder circuit and corresponds to the configuration of a low-pass filter.

図3(B)の構成では、正側端子に、容量性素子である複数のコンデンサ31、32、・・・が直列に接続されている。隣接するコンデンサ間に、誘導性素子であるコイル41、42、・・・の一端がそれぞれ接続されている。コイル41、42、・・・の他端は、負側端子に接続されている。すなわち、図3(B)の構成は、梯子回路であり、高域通過フィルタの構成に相当する。   In the configuration of FIG. 3B, a plurality of capacitors 31, 32,... That are capacitive elements are connected in series to the positive terminal. One end of each of coils 41, 42,... That is an inductive element is connected between adjacent capacitors. The other ends of the coils 41, 42,... Are connected to the negative terminal. That is, the configuration in FIG. 3B is a ladder circuit and corresponds to the configuration of a high-pass filter.

送電共振器106A、106Bはそれぞれ、第1回路105A、105Bのうちの異なる1つに、配線を介して接続されている。具体的に、送電共振器106Aは第1回路105Aに接続され、送電共振器106Bは第1回路105Bに接続されている。送電共振器106A、106Bのそれぞれは、コイルとコンデンサとを含む。送電共振器106A、106Bは、第1回路105A、105Bを介して、インバータ104A、105Bから高周波電力(高周波電流)を受け、高周波電力に応じた磁界を発生させる。当該磁界が、受電装置の受電共振器106A、106Bに結合されることで、無線電力伝送が行われる。一例として、無線伝送する電力の周波数は、送電共振器106A、106Bの共振周波数に一致もしくは近似する。これにより、送電効率を高めることができる。   The power transmission resonators 106A and 106B are respectively connected to different ones of the first circuits 105A and 105B via wiring. Specifically, the power transmission resonator 106A is connected to the first circuit 105A, and the power transmission resonator 106B is connected to the first circuit 105B. Each of power transmission resonators 106A and 106B includes a coil and a capacitor. The power transmission resonators 106A and 106B receive high frequency power (high frequency current) from the inverters 104A and 105B via the first circuits 105A and 105B, and generate a magnetic field corresponding to the high frequency power. Wireless power transmission is performed by coupling the magnetic field to the power receiving resonators 106A and 106B of the power receiving apparatus. As an example, the frequency of the electric power transmitted wirelessly matches or approximates the resonance frequency of the power transmission resonators 106A and 106B. Thereby, power transmission efficiency can be improved.

図4(A)〜図4(C)に、送電共振器106A、106Bの構成例を示す。ここでは送電共振器106A、106Bの構成は同じであるとするが、それぞれが別の構成を有していてもかまわない。図4(A)の構成では、コイル(インダクタ)292の一端側にコンデンサ(容量)282が直列に接続されている。容量282を、図4(A)とは反対側、すなわち、コイル292の他端側に直列接続してもよい。図4(B)に示すように、コイル292の両側に容量282a、282bを接続しもよいし、図4(C)に示すように、複数のコイル292a、292bと、容量282aとを直列に接続してもよい。また、コイル292、292a、292bは、磁性体コアに巻き付けてもよい。コイル形状としては、スパイラル巻、ソレノイド巻など、任意の巻き方のコイルを用いてよい。図4(A)〜図4(C)で示した以外の構成も可能である。   4A to 4C show configuration examples of the power transmission resonators 106A and 106B. Here, the power transmission resonators 106A and 106B have the same configuration, but they may have different configurations. In the configuration of FIG. 4A, a capacitor (capacitance) 282 is connected in series to one end side of a coil (inductor) 292. The capacitor 282 may be connected in series to the opposite side of FIG. 4A, that is, the other end side of the coil 292. Capacitors 282a and 282b may be connected to both sides of the coil 292 as shown in FIG. 4B, or a plurality of coils 292a and 292b and a capacitor 282a are connected in series as shown in FIG. You may connect. The coils 292, 292a, and 292b may be wound around the magnetic core. As the coil shape, a coil having an arbitrary winding method such as spiral winding or solenoid winding may be used. Configurations other than those shown in FIGS. 4A to 4C are possible.

受電装置は、複数の受信系統(図の例では2系統)を備える。2つの受信系統の出力は、バッテリ205に接続されている。一方の受信系統(受電系統Aとする)は、受電共振器201Aと、第2回路202Aと、整流器203Aと、DC/DCコンバータ204Aとを備える。他方の受信系統(受電系統Bとする)は、受電共振器201Bと、第2回路202Bと、整流器203Bと、DC/DCコンバータ204Bとを備える。整流器203A、203BとDC/DCコンバータ204Aとの組は、整流回路206を構成する。
整流回路206の入力側は、第2回路202A、202Bに接続され、出力側はバッテリ205に接続されている。
The power receiving apparatus includes a plurality of reception systems (two systems in the example in the figure). The outputs of the two receiving systems are connected to the battery 205. One receiving system (referred to as power receiving system A) includes a power receiving resonator 201A, a second circuit 202A, a rectifier 203A, and a DC / DC converter 204A. The other receiving system (referred to as power receiving system B) includes a power receiving resonator 201B, a second circuit 202B, a rectifier 203B, and a DC / DC converter 204B. A set of the rectifiers 203A and 203B and the DC / DC converter 204A constitutes a rectifier circuit 206.
The input side of the rectifier circuit 206 is connected to the second circuits 202A and 202B, and the output side is connected to the battery 205.

受電共振器201Aは、送電共振器106Aと磁界を介して結合して、交流電力(交流電圧および交流電流)を受電する。ここでは交流電力として高周波電力を受電する。受電共振器201Aと送電共振器106A間の結合係数をk1とする。また、受電共振器201Bは、送電共振器106Bと磁界を介して結合して、交流電力(交流電圧および交流電流)を受ける。受電共振器201Bと送電共振器106B間の結合係数をk2とする。   The power receiving resonator 201A is coupled to the power transmitting resonator 106A via a magnetic field to receive AC power (AC voltage and AC current). Here, high-frequency power is received as AC power. A coupling coefficient between the power receiving resonator 201A and the power transmitting resonator 106A is k1. Power receiving resonator 201B is coupled to power transmitting resonator 106B via a magnetic field, and receives AC power (AC voltage and AC current). A coupling coefficient between the power receiving resonator 201B and the power transmitting resonator 106B is k2.

受電共振器201A、201Bは、コイルとコンデンサとを含む。受電共振器201A、201Bの共振周波数は、一例として、受電する交流電力の周波数と一致または近似している。受電共振器201A、201Bの構成例としては、送電共振器106A、106Bと同様、図4(A)〜図4(C)の構成を用いることができる。   The power receiving resonators 201A and 201B include a coil and a capacitor. As an example, the resonance frequencies of the power receiving resonators 201A and 201B match or approximate the frequency of the AC power to be received. As a configuration example of the power receiving resonators 201A and 201B, the configurations shown in FIGS. 4A to 4C can be used, similarly to the power transmitting resonators 106A and 106B.

送電共振器106Aおよび受電共振器201Aの配置関係、および送電共振器106Bおよび受電共振器201Bの配置関係、空間を介して磁気結合可能であれば任意でよい。   Any arrangement relationship between the power transmission resonator 106A and the power reception resonator 201A, the arrangement relationship between the power transmission resonator 106B and the power reception resonator 201B, and magnetic coupling through the space may be used.

第2回路202A、202Bはそれぞれ、受電共振器201A、201Bのうちの異なる1つに配線を介して接続されている。具体的に、第2回路202Aは受電共振器201Aに接続され、第2回路202Bは受電共振器201Bに接続されている。第2回路202A、202Bは、上述した式(A)に示したF行列における出力短絡逆電流利得Dの絶対値が1未満の回路である。第2回路202A、202Bは複数の素子(コイル、コンデンサ等)により構成され、素子の定数(インダクタンス、キャパシタンス等)は、出力開放逆電圧利得Dが1未満との条件を満たすように設定されている。本例では、Dの値は0とする。Dの値をこのように設定する理由は、後述する。第2回路202A、202Bの構成は任意でよい。第2回路202A、202Bの構成例として、送電側の第1回路105A、105Bと同様、図3(A)および図3(B)の構成を用いることができる。   The second circuits 202A and 202B are respectively connected to different ones of the power receiving resonators 201A and 201B via wiring. Specifically, the second circuit 202A is connected to the power receiving resonator 201A, and the second circuit 202B is connected to the power receiving resonator 201B. The second circuits 202A and 202B are circuits in which the absolute value of the output short-circuit reverse current gain D in the F matrix shown in the above formula (A) is less than 1. The second circuits 202A and 202B are composed of a plurality of elements (coils, capacitors, etc.), and the constants of the elements (inductance, capacitance, etc.) are set so as to satisfy the condition that the output open reverse voltage gain D is less than 1. Yes. In this example, the value of D is 0. The reason for setting the value of D in this way will be described later. The configurations of the second circuits 202A and 202B may be arbitrary. As a configuration example of the second circuits 202A and 202B, the configurations shown in FIGS. 3A and 3B can be used as in the first circuits 105A and 105B on the power transmission side.

第2回路202A、202Bとも、F行列におけるA、B、Cは、特定の値または特定の範囲に限定されない。Dの絶対値は、好ましくは0.5以下であり、さらに好ましくは0.1以下であり、0が最も好ましい。第2回路202AのDの値と、第2回路202BのDの値とが異なってもよい。ここでは、Dの値は、第2回路202A、202Bの両方とも0であるとする。   In both the second circuits 202A and 202B, A, B, and C in the F matrix are not limited to specific values or specific ranges. The absolute value of D is preferably 0.5 or less, more preferably 0.1 or less, and most preferably 0. The value D of the second circuit 202A may be different from the value D of the second circuit 202B. Here, it is assumed that the value of D is 0 in both the second circuits 202A and 202B.

整流器203A、203Bは、第2回路202A、202Bに、配線を介して接続されている。整流器203A、203Bは、第2回路202A、202Bを介して、受電共振器201A、201Bから交流電力を受け、交流電力の電圧を、直流電圧に変換する回路である。   The rectifiers 203A and 203B are connected to the second circuits 202A and 202B via wiring. The rectifiers 203A and 203B are circuits that receive AC power from the power receiving resonators 201A and 201B via the second circuits 202A and 202B, and convert the voltage of the AC power into DC voltage.

DC/DCコンバータ204A、204Bは、整流器203A、203Bに配線を介して接続されており、整流器203から出力される一定の直流電圧を、バッテリ205で利用可能な電圧(当該一定の直流電圧よりも高い、あるいは、同一、あるいは、低い電圧)に変換して、出力する回路である。DC/DCコンバータ204の後段には、配線を介して、バッテリ205が接続されている。DC/DCコンバータ204A、204Bの昇降圧比は、個別に制御可能でもよい。   The DC / DC converters 204A and 204B are connected to the rectifiers 203A and 203B via wiring, and a constant DC voltage output from the rectifier 203 is converted to a voltage that can be used by the battery 205 (more than the constant DC voltage). This is a circuit that converts the voltage into a high voltage, the same voltage, or a low voltage and outputs it. A battery 205 is connected to the subsequent stage of the DC / DC converter 204 via wiring. The step-up / step-down ratios of the DC / DC converters 204A and 204B may be individually controllable.

バッテリ205は、DC/DCコンバータ204A、204Bから入力される電力を蓄積する装置である。バッテリ205の代わりに、電力を消費する抵抗体(モータ等)を用いてもよい。抵抗体およびバッテリを総称して、負荷装置と呼んでもよい。   The battery 205 is a device that stores electric power input from the DC / DC converters 204A and 204B. Instead of the battery 205, a resistor (such as a motor) that consumes power may be used. The resistor and the battery may be collectively referred to as a load device.

上述したように、第1回路105A、105BのそれぞれのF行列のAの値の絶対値は1未満であり、本例では0である。また、第2回路202A、202BのそれぞれのF行列のDの絶対値は1未満であり、本例では0である。これらAおよびDが0との条件が満たされるとき、送電共振器106Aおよび受電共振器201Aの電流の絶対値は、送電共振器106Aおよび受電共振器201A間の結合係数k1に依存せず、送電共振器106Bおよび受電共振器201Bの電流の絶対値は、送電共振器106Aおよび受電共振器201A間の結合係数k1に依存しない(詳細は後述する)。よって、2つの送電系統のインバータ104A、104Bの昇降圧比を同じ値とし(インバータ104A、104Bの出力電圧を同じ値とし)、2つの受電系統の整流器203A、203Bの昇降圧比同じ値とすれば、系統A(送電系統Aおよび受電系統A)における送電共振器および受電共振器に流れる電流を、系統B(送電系統Bおよび受電系統B)における送電共振器および受電共振器に流れる電流と等しくできる。これにより充電の制御が非常に簡素化される。   As described above, the absolute value of the value A of the F matrix of each of the first circuits 105A and 105B is less than 1, and is 0 in this example. Further, the absolute value of D in each F matrix of the second circuits 202A and 202B is less than 1, and is 0 in this example. When the condition that A and D are 0 is satisfied, the absolute values of the currents of the power transmission resonator 106A and the power reception resonator 201A do not depend on the coupling coefficient k1 between the power transmission resonator 106A and the power reception resonator 201A. The absolute values of the currents of the resonator 106B and the power receiving resonator 201B do not depend on the coupling coefficient k1 between the power transmitting resonator 106A and the power receiving resonator 201A (details will be described later). Therefore, if the step-up / step-down ratios of the inverters 104A and 104B of the two power transmission systems are set to the same value (the output voltages of the inverters 104A and 104B are set to the same value), the step-up / step-down ratios of the rectifiers 203A and 203B of the two power receiving systems The current flowing through the power transmission resonator and the power reception resonator in the system A (the power transmission system A and the power reception system A) can be made equal to the current flowing through the power transmission resonator and the power reception resonator in the system B (power transmission system B and the power reception system B). This greatly simplifies charging control.

また、第1回路105A、105BのそれぞれのF行列のAの値が1未満であり、第2回路202A、202BのそれぞれのF行列のDの値が1未満であれば、送電共振器106Aおよび受電共振器201Aの電流の絶対値の結合係数k1への依存性を低下させ、送電共振器106Bおよび受電共振器201Bの電流の絶対値の結合係数k2への依存性を低下させることができる。AおよびDの値が0に近いほど、この効果は大きい。よって、結合係数k1、k2の違いに拘わらず、簡素な構成で、系統A(送電系統Aおよび受電系統A)における送電共振器および受電共振器に流れる電流を、系統B(送電系統Bおよび受電系統B)における送電共振器および受電共振器に流れる電流を、同じまたは近くにすることができる。結合係数k1、k2への依存を低くできるため、DC/DCコンバータ103A、103BおよびDC/DCコンバータ204A、204Bの昇降圧比を個別に制御する場合の制御も簡単になる。   If the value of A in the F matrix of each of the first circuits 105A and 105B is less than 1 and the value of D in the F matrix of each of the second circuits 202A and 202B is less than 1, the power transmission resonator 106A and The dependency of the absolute value of the current of the power receiving resonator 201A on the coupling coefficient k1 can be reduced, and the dependency of the absolute value of the current of the power transmission resonator 106B and the power receiving resonator 201B on the coupling coefficient k2 can be reduced. The closer the values of A and D are to 0, the greater this effect. Therefore, the current flowing through the power transmission resonator and the power reception resonator in the system A (the power transmission system A and the power reception system A) is changed to the system B (the power transmission system B and the power reception system) with a simple configuration regardless of the difference between the coupling coefficients k1 and k2. The currents flowing in the power transmission resonator and the power reception resonator in the system B) can be the same or close. Since the dependence on the coupling coefficients k1 and k2 can be reduced, the control for individually controlling the step-up / step-down ratio of the DC / DC converters 103A and 103B and the DC / DC converters 204A and 204B is also simplified.

以下、第1回路105A、105BのそれぞれのF行列のAの値の絶対値を1未満または0とし、また、第2回路202A、202BのそれぞれのF行列のDの絶対値を1未満または0とすることで、上述した効果が得られる理由について説明する。   Hereinafter, the absolute value of the A value of the F matrix of each of the first circuits 105A and 105B is less than 1 or 0, and the absolute value of D of the F matrix of each of the second circuits 202A and 202B is less than 1 or 0. The reason why the above-described effect can be obtained will be described.

上述したように、本実施形態に係る無線電力伝送システムでは、2つの送電系統のインバータを逆相で駆動することで、遠方の任意の地点における磁界をキャンセルする。ここで、遠方の磁界キャンセルするためには、一方の送電系統の送電共振器電流itx1と、当該一方の送電系統に対応する一方の受電系統の受電共振器電流irx1との和であるitrx1が、他方の送電系統の送電共振器電流itx2と、他方の送電系統に対応する他方の受電系統の受電共振器電流irx2との和であるitrx2と等しいことが求められる。この関係を式に表すと、以下のようになる。
As described above, the wireless power transmission system according to the present embodiment cancels the magnetic field at any distant point by driving the inverters of the two power transmission systems in opposite phases. Here, in order to cancel a far magnetic field, i is the sum of the power transmission resonator current i tx1 of one power transmission system and the power reception resonator current i rx1 of one power reception system corresponding to the one power transmission system. trx1 is a power transmitting resonator current i tx2 of the other grid, it is required equal to i TRX2 is the sum of the power-receiving resonator current i rx2 of the other power receiving system corresponding to the other grid. This relationship is expressed as follows.

図5(A)に、基本的な無線電力伝送システムにおける送電共振器と受電装置のブロック図を示す。このシステムは、1系統(1つの送電系統および1つの受電系統)のシステムである。
ここで、送電側(一次側)の
とは、送電共振器を形成している。この共振器の共振周波数f0は、入力交流電圧の周波数に等しいとする。また、受電側(二次側)の
も、共振周波数f0で共振する受電共振器である。VB は、本システムにより充電されるバッテリ(蓄電池)を示している。Zrecは、整流器301の入力インピーダンスであり、vrecは、整流器301への入力交流電圧を示している。さらに、
は、結合係数kにより磁気結合している。ここで、相互インダクタンスMは下記の式で示される。
FIG. 5A is a block diagram of a power transmission resonator and a power receiving device in a basic wireless power transmission system. This system is a system of one system (one power transmission system and one power reception system).
Here, on the power transmission side (primary side)
And form a power transmission resonator. The resonance frequency f 0 of this resonator is assumed to be equal to the frequency of the input AC voltage. Also, the power receiving side (secondary side)
Is a power receiving resonator that resonates at a resonance frequency f 0 . V B indicates a battery (storage battery) charged by the present system. Z rec is the input impedance of the rectifier 301, and v rec is the input AC voltage to the rectifier 301. further,
Are magnetically coupled by a coupling coefficient k. Here, the mutual inductance M is expressed by the following equation.

図5(B)は、図5(A)の回路を、相互インダクタンスを用いたT型回路に置き換えたものである。また、送電共振器の入力端子から受電共振器の出力端子のF行列Fresoは下記のように表される。
ここで、ω0は共振角周波数であり、ω0=2πf0として示される。図5(B)および式 (5)より、itxおよびirxは、下記のように示される。
さらに、逆伝達関数
は下記のように示される。
よって、式(8)より、Zrecは下記のように示される。
FIG. 5B is obtained by replacing the circuit of FIG. 5A with a T-type circuit using mutual inductance. The F matrix F reso from the input terminal of the power transmission resonator to the output terminal of the power reception resonator is expressed as follows .
Here, ω 0 is the resonance angular frequency and is expressed as ω 0 = 2πf 0 . From FIG. 5B and equation (5), i tx and i rx are expressed as follows.
In addition, the inverse transfer function
Is shown below.
Therefore, from the equation (8), Z rec is expressed as follows.

ここで、整流器301の電圧変換比が1の場合、vrecの絶対値は下記のとおり示される。
よって、式(7)、(9)および(10)より、|itx|および|irx|は下記のとおり導かれる。
Here, when the voltage conversion ratio of the rectifier 301 is 1, the absolute value of v rec is shown as follows.
Therefore, | i tx | and | i rx | are derived from equations (7), (9), and (10) as follows.

式(11) および (12)より、送電共振器の入力電流の絶対値|itx|、および受電共振器の出力電流|irx|は、結合係数kに依存することが確認できる。ここで、車両等の移動体への充電を行うシステムについては、大きな位置ずれ許容量が要求される。しかし、送電共振器および受電共振器の取り付け誤差が生じた場合、図1に示した一方の系統の送受電共振器間結合係数k1と他方の系統の送受電共振器間結合係数k2の差が、位置ずれが大きくなるに従い大きくなる。このため、Δitrxが大きくなり、磁界のキャンセリング効果が減少してしまう。 From equations (11) and (12), it can be confirmed that the absolute value | i tx | of the input current of the power transmission resonator and the output current | i rx | of the power reception resonator depend on the coupling coefficient k. Here, a large displacement tolerance is required for a system that charges a moving body such as a vehicle. However, when an installation error occurs between the power transmission resonator and the power reception resonator, the coupling coefficient k 1 between the power transmission / reception resonators of one system and the coupling coefficient k 2 between the power transmission / reception resonators of the other system shown in FIG. The difference increases as the positional deviation increases. For this reason, Δi trx increases and the magnetic field canceling effect decreases.

ここで、取り付け誤差により位置ずれが発生した場合においても、Δitrxを減少させるために、インバータと送電共振器の間に、梯子型回路(第1の回路に対応)を挿入し、および、受電共振器と整流器との間に、梯子型回路(第2の回路に対応)を挿入することを検討する。 Here, even when a positional deviation occurs due to an installation error, a ladder circuit (corresponding to the first circuit) is inserted between the inverter and the power transmission resonator in order to reduce Δi trx , and power reception Consider inserting a ladder circuit (corresponding to the second circuit) between the resonator and the rectifier.

図5(B)のシステムにおいて、インバータと送電共振器の間に第1の回路、受電共振器と整流器との間に第2の回路を挿入した無線電力伝送システムの概略図を図6に示す。   FIG. 6 is a schematic diagram of a wireless power transmission system in which a first circuit is inserted between the inverter and the power transmission resonator and a second circuit is inserted between the power reception resonator and the rectifier in the system of FIG. .

FTLCは第1回路311のF行列を表し、FRLCは第2回路312のF行列を表し、Fallは、インバータ出力端子から整流器301の入力端子までのF行列を表すとする。FTLC、FRLCおよびFallを下記のように置く。
F TLC represents the F matrix of the first circuit 311, F RLC represents the F matrix of the second circuit 312, and F all represents the F matrix from the inverter output terminal to the input terminal of the rectifier 301. Place F TLC , F RLC and F all as follows:

図6、式(5)、(14)より、itxおよびirxは下記のとおり示される。
さらに、整流器301の入力電流irecは、下記のように示され、
式(14) および (18)より、vrxは下記のとおり示される。
加えて逆電圧利得
下記のように示され、
式(20)より、Zrecは、
と示される。
また、式(10)、(13)および(14)よりFallは、
と示される。
よって、 式(16)、(17)、(18)、(19)、(21) および(22)より、itxおよびirxは下記のとおり示される。
ここで、βは整流器入力電圧とインバータ出力電圧比であり、
で与えられる。
From FIG. 6 and equations (5) and (14), i tx and i rx are expressed as follows.
Furthermore, the input current i rec of the rectifier 301 is expressed as follows:
From equations (14) and (18), v rx is expressed as follows.
Plus reverse voltage gain
As shown below,
From equation (20), Z rec is
It is shown.
Further, from the formulas (10), (13) and (14), F all is
It is shown.
Therefore, from equations (16), (17), (18), (19), (21) and (22), i tx and i rx are expressed as follows.
Where β is the rectifier input voltage to inverter output voltage ratio,
Given in.

ここで、第1回路311および第2回路312が、受動素子で構成される場合
である。
よって、式(23)、(24)および(25)より、itxおよびirxは、
と導き出される。ここで、ATLCとDRLCが0の場合、Mの係数が0になるため、式(10)、(26)および(27)より、
が導かれる。
Here, when the first circuit 311 and the second circuit 312 are composed of passive elements
It is.
Therefore, from equations (23), (24) and (25), i tx and i rx are
It is derived. Here, when A TLC and D RLC are 0, the coefficient of M is 0, so from equations (10), (26), and (27),
Is guided.

式(28)および(29)より、送電共振器および受電共振器電流の絶対値|itx|および|irx|が、結合係数kに依存しないことが理解される。 From equations (28) and (29), it is understood that the absolute values | i tx | and | i rx | of the transmitting and receiving resonator currents do not depend on the coupling coefficient k.

よって、図1の構成において、第1回路105A、105BのそれぞれのF行列のAが0(図6の例でATLCが0の場合に対応)、第2回路202A、202BのそれぞれのF行列のDが0(図6の例でARLCが0の場合に対応)の条件が満たされれば、2つの送電系統のインバータ104A、104Bの昇降圧比を同じ値とし、2つの受電系統の整流器203A、203Bの昇降圧比を同じ値とするだけで、送電共振器および受電共振器に流れる電流を、2つの系統間で等しくすることができる。これにより充電の制御が非常に簡素化される。 Therefore, in the configuration of FIG. 1, A of the F matrix of each of the first circuits 105A and 105B is 0 (corresponding to the case where A TLC is 0 in the example of FIG. 6), and the F matrix of each of the second circuits 202A and 202B. If the condition of D of 0 is satisfied (corresponding to the case where A RLC is 0 in the example of FIG. 6), the step-up / step-down ratios of the inverters 104A and 104B of the two power transmission systems are set to the same value, and the rectifiers 203A of the two power receiving systems , 203B can be equalized between the two systems by simply setting the step-up / step-down ratio of 203B to the same value. This greatly simplifies charging control.

上述した例では、式(26)および(27)において、ATLCとDRLCが0の場合を述べたが、ATLCとDRLCが1未満であれば、送電共振器電流および受電共振器電流の絶対値|itx|および|irx|の結合係数kへの依存性を低下させることができる。0に近ければ近いほど、結合係数kへの依存性を低下させることができる。 In the example described above, the case where A TLC and D RLC are 0 in Equations (26) and (27) has been described. However, if A TLC and D RLC are less than 1, the transmitting resonator current and the receiving resonator current are The dependence of the absolute values | i tx | and | i rx | on the coupling coefficient k can be reduced. The closer to 0, the lower the dependency on the coupling coefficient k.

すなわち、図6の例において、第1回路311と第2回路312を省いて、送電共振器を入力端子に直接配線で接続し、受電共振器を整流器301に直接配線で接続した状態を考える。すなわち、第1回路および第2回路が存在しないシステムを考える。このとき、以下が成立する。
That is, in the example of FIG. 6, a state in which the first circuit 311 and the second circuit 312 are omitted, the power transmission resonator is directly connected to the input terminal by wiring, and the power receiving resonator is directly connected to the rectifier 301 by wiring. That is, consider a system in which the first circuit and the second circuit do not exist. At this time, the following holds.

よって、送電側にATLCが1より小さい第1回路、受電側にDRLCが1より小さい第2回路を設けることで、第1回路および第2回路が存在しない無線電力伝送システムと比較して、本実施形態の効果(結合係数kへの依存性を低くできる)を得ることができる。 Therefore, by providing a first circuit with A TLC smaller than 1 on the power transmission side and a second circuit with D RLC smaller than 1 on the power receiving side, compared to a wireless power transmission system in which the first circuit and the second circuit do not exist The effect of the present embodiment (dependence on the coupling coefficient k can be reduced) can be obtained.

本実施形態の効果について、関連技術と比較して説明する。図7は、本実施形態の効果を説明するシミュレーション結果を示す。関連技術としては、図1の構成から第1回路105A、105B、202A、202Bを省いた構成を用いる。送電側のDC/DCコンバータ103A、103Bの昇降圧比を同一(出力電圧を同一またはほぼ同一)とし、受電側DC/DCコンバータ204A、204Bの昇降圧比を同一としている。また、第1回路105A、105BのF行列におけるパラメータAの値はいずれも0、第2回路202A、202BのF行列におけるパラメータDの値はいずれも0としている。   The effect of this embodiment will be described in comparison with related technology. FIG. 7 shows a simulation result for explaining the effect of the present embodiment. As a related technique, a configuration in which the first circuits 105A, 105B, 202A, and 202B are omitted from the configuration in FIG. 1 is used. The step-up / step-down ratios of the DC / DC converters 103A and 103B on the power transmission side are the same (the output voltages are the same or substantially the same), and the step-up / step-down ratios of the power-receiving side DC / DC converters 204A and 204B are the same. In addition, the value of the parameter A in the F matrix of the first circuits 105A and 105B is 0, and the value of the parameter D in the F matrix of the second circuits 202A and 202B is 0.

共振器対A(送電共振器106Aと受電共振器201Aの対)の結合係数k1と、共振器対B(送電共振器106Bと受電共振器201Bの対)の結合係数k2との間に、−0.2〜0.2の差があった場合の両送電共振器106A、106B間の電流差と、受電共振器201A、201B間の電流差とを計算した結果が図7に示されている。計算には、シミュレーションソフトであるSPICE(Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis)を用いている。   Between the coupling coefficient k1 of the resonator pair A (the pair of the power transmitting resonator 106A and the power receiving resonator 201A) and the coupling coefficient k2 of the resonator pair B (the pair of the power transmitting resonator 106B and the power receiving resonator 201B) − FIG. 7 shows the result of calculating the current difference between the two power transmission resonators 106A and 106B and the current difference between the power reception resonators 201A and 201B when there is a difference of 0.2 to 0.2. . For the calculation, simulation software SPICE (Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis) is used.

図7より、本実施形態に係る第1回路105A、105B、202A、202Bを挿入した無線電力伝送システムでは、共振器対Aおよび共振器対B間で結合係数の差が生じたとしても、送電共振器106A、106Bの電流がほぼ一定となり、受電共振器201A、201Bの電流もほぼ一定となる。このため、送電側のDC/DCコンバータ103A、103Bの昇降圧比を共通化でき、受電側のDC/DCコンバータ204A、204Bの昇降圧比も共通化できる。よって、制御変数を少なくでき、簡素な構成で、漏洩磁界を低減できる。   From FIG. 7, in the wireless power transmission system in which the first circuits 105A, 105B, 202A, 202B according to the present embodiment are inserted, even if a coupling coefficient difference occurs between the resonator pair A and the resonator pair B, The currents of the resonators 106A and 106B are substantially constant, and the currents of the power receiving resonators 201A and 201B are also substantially constant. For this reason, the step-up / step-down ratio of the DC / DC converters 103A and 103B on the power transmission side can be made common, and the step-up / step-down ratio of the DC / DC converters 204A and 204B on the power receiving side can be made common. Therefore, the control variable can be reduced, and the leakage magnetic field can be reduced with a simple configuration.

(第2の実施形態)
図8は、本実施形態に係る無線電力伝送システムの全体構成を示す。図1と同一または対応する要素には、同一の符号を付して、重複する説明を省略する。
(Second Embodiment)
FIG. 8 shows the overall configuration of the wireless power transmission system according to the present embodiment. Elements that are the same as or correspond to those in FIG. 1 are given the same reference numerals, and redundant descriptions are omitted.

第1の実施形態では、2つの送電系統のそれぞれに、DC/DCコンバータとインバータと設けられていたが、本実施形態では、2つの送電系統に共通に、DC/DCコンバータ103とインバータ104が設けられている。なお、2つの送電系統の一方は、第1回路105Aと送電共振器106Aの組に対応し、他方の送電系統は、第1回路105Bと送電共振器106Bの組に対応する。   In the first embodiment, each of the two power transmission systems is provided with a DC / DC converter and an inverter. However, in this embodiment, the DC / DC converter 103 and the inverter 104 are common to the two power transmission systems. Is provided. One of the two power transmission systems corresponds to the set of the first circuit 105A and the power transmission resonator 106A, and the other power transmission system corresponds to the set of the first circuit 105B and the power transmission resonator 106B.

送電共振器106A、106Bの電流を逆相にするため、第1回路105Bに対する送電共振器106Bの2つの入力端子(プラス端子、マイナス端子)の接続が、図1と逆になっている。   In order to reverse the currents of the power transmission resonators 106A and 106B, the connection of the two input terminals (plus terminal and minus terminal) of the power transmission resonator 106B to the first circuit 105B is opposite to that in FIG.

また、第1の実施形態では、2つの受電系統のそれぞれに、整流器とDC/DCコンバータが設けられていたが、本実施形態では、2つの受電系統に共通に、整流器203とDC/DCコンバータ204が設けられている。2つの受電系統のうちの一方は、受電共振器201Aと第2回路202Aの組に対応し、他方の受電系統は、受電共振器201Bと第2回路202Bの組に対応する。2つの受電系統から整流器203へ入力される電流の位相を同相にするため、第2回路202Bに対する受電共振器201Bの2つの出力端子(プラス端子、マイナス端子)の接続が、図1と逆になっている。   In the first embodiment, each of the two power receiving systems is provided with a rectifier and a DC / DC converter. However, in this embodiment, the rectifier 203 and the DC / DC converter are common to the two power receiving systems. 204 is provided. One of the two power receiving systems corresponds to a set of the power receiving resonator 201A and the second circuit 202A, and the other power receiving system corresponds to a set of the power receiving resonator 201B and the second circuit 202B. In order to make the phases of the currents input from the two power receiving systems to the rectifier 203 in phase, the connection of the two output terminals (plus terminal and minus terminal) of the power receiving resonator 201B to the second circuit 202B is opposite to FIG. It has become.

第1回路105A、105Bは、第1の実施形態と同様、第1回路105A、105BのF行列における出力開放逆電圧利得Aの絶対値が1未満になるように、複数の素子の定数が設定されている。一例として、両回路とも、Aの値が0である。第2回路202A、202Bも、第1の実施形態と同様、第2回路202A、202BのF行列における出力短絡逆電流利得Dの絶対値が1未満になるように、複数の素子の定数が設定されている。
一例として、両回路とも、Dの値が0である。
In the first circuits 105A and 105B, as in the first embodiment, the constants of the plurality of elements are set so that the absolute value of the output open reverse voltage gain A in the F matrix of the first circuits 105A and 105B is less than 1. Has been. As an example, the value of A is 0 in both circuits. In the second circuits 202A and 202B, as in the first embodiment, the constants of the plurality of elements are set so that the absolute value of the output short circuit reverse current gain D in the F matrix of the second circuits 202A and 202B is less than 1. Has been.
As an example, the value of D is 0 in both circuits.

以上の構成により、各共振器対間の結合係数に差に拘わらず、簡素な構成で、2つの送電系統の送電電流の振幅を同じまたは近くし、2つの受電系統の受電電流の振幅を同じまたは近くにできる。これにより、漏洩磁界の強度を低減できる。   With the above configuration, the amplitude of the transmission currents of the two power transmission systems is the same or close and the amplitude of the power reception currents of the two power reception systems is the same with a simple configuration regardless of the difference in the coupling coefficient between each resonator pair. Or you can be close. Thereby, the strength of the leakage magnetic field can be reduced.

図9は、本実施形態に係る無線電力伝送システムの全体構成の他の例を示す。図8との差分を説明する。送電側の第1回路105Bの入力側のプラス端子が、インバータ104の出力側のマイナス端子に電気的に接続され、送電側の第1回路105Bの入力側のマイナス端子が、インバータ104の出力側のプラス端子に電気的に接続される。これにより、第1回路105Bに入力される電流を、第1回路105Aに入力される電流に対して逆相にする。   FIG. 9 shows another example of the overall configuration of the wireless power transmission system according to the present embodiment. Differences from FIG. 8 will be described. The positive terminal on the input side of the first circuit 105B on the power transmission side is electrically connected to the negative terminal on the output side of the inverter 104, and the negative terminal on the input side of the first circuit 105B on the power transmission side is connected to the output side of the inverter 104. Is electrically connected to the positive terminal. As a result, the current input to the first circuit 105B is out of phase with the current input to the first circuit 105A.

また、受電側の第2回路202Bの出力側のプラス端子が、整流器203の入力側のマイナス端子に電気的に接続され、第2回路202Bの出力側のマイナス端子が、整流器203の入力側のプラス端子に電気的に接続される。これにより、第2回路202Bから出力される電流を、第2回路202Aから出力される電流に対して同相にする。本構成の効果は、図8と同様であるため、説明を省略する。   Further, the positive terminal on the output side of the second circuit 202B on the power receiving side is electrically connected to the negative terminal on the input side of the rectifier 203, and the negative terminal on the output side of the second circuit 202B is connected to the input side of the rectifier 203. Electrically connected to the positive terminal. As a result, the current output from the second circuit 202B is in phase with the current output from the second circuit 202A. The effect of this configuration is the same as in FIG.

(第3の実施形態)
図10は、本実施形態に係る無線電力伝送システムの全体構成を示す。送電装置の構成は、第1の実施形態の図1と同じである。受電装置の構成は、第2の実施形態の図8と同じである。送電側の第1回路105A、105BのそれぞれのF行列のパラメータAに関する条件、受電側の第2回路202A、202BのそれぞれのF行列のパラメータDに関する条件も同様である。
(Third embodiment)
FIG. 10 shows the overall configuration of the wireless power transmission system according to the present embodiment. The configuration of the power transmission device is the same as that in FIG. 1 of the first embodiment. The configuration of the power receiving apparatus is the same as that in FIG. 8 of the second embodiment. The conditions relating to the parameter A of the F matrix of each of the first circuits 105A and 105B on the power transmission side and the conditions relating to the parameter D of the F matrix of each of the second circuits 202A and 202B on the power receiving side are the same.

以上の構成によっても、第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。すなわち、各共振器対間の結合係数に差に拘わらず、簡素な構成で、2つの送電系統の送電電流の振幅を同じまたは近くにできる。よって、各共振器対間の結合係数に差に拘わらず、漏洩磁界の強度を簡単な制御で低減できる。   With the above configuration, the same effect as that of the first embodiment can be obtained. That is, regardless of the difference in the coupling coefficient between the resonator pairs, the amplitude of the transmission currents of the two transmission systems can be made the same or close with a simple configuration. Therefore, the strength of the leakage magnetic field can be reduced by simple control regardless of the difference in the coupling coefficient between the resonator pairs.

図11は、本実施形態に係る無線電力伝送システムの全体構成の他の例を示す。送電装置の構成は、第1の実施形態と同じである。受電装置の構成は、第2の実施形態の図9と同じである。本構成の効果は、図10と同様であるため、説明を省略する。   FIG. 11 shows another example of the overall configuration of the wireless power transmission system according to the present embodiment. The configuration of the power transmission device is the same as that of the first embodiment. The configuration of the power receiving apparatus is the same as that in FIG. 9 of the second embodiment. The effect of this configuration is the same as in FIG.

(第4の実施形態)
図12は、本実施形態に係る無線電力伝送システムの全体構成を示す。送電装置の構成は、第2の実施形態の図8と同じである。受電装置の構成は、第1の実施形態の図1と同じである。送電側の第1回路105A、105BのそれぞれのF行列のパラメータAに関する条件、受電側の第2回路202A、202BのそれぞれのF行列のパラメータDに関する条件も同様である。
(Fourth embodiment)
FIG. 12 shows the overall configuration of the wireless power transmission system according to the present embodiment. The configuration of the power transmission device is the same as that in FIG. 8 of the second embodiment. The configuration of the power receiving apparatus is the same as that in FIG. 1 of the first embodiment. The conditions relating to the parameter A of the F matrix of each of the first circuits 105A and 105B on the power transmission side and the conditions relating to the parameter D of the F matrix of each of the second circuits 202A and 202B on the power receiving side are the same.

以上の構成により、各共振器対間の結合係数に差に拘わらず、簡素な構成で、2つの受電系統の受電電流の振幅を同じまたは近くにできる。これにより漏洩磁界の強度を低減できる。   With the above configuration, the amplitudes of the received currents of the two power receiving systems can be made the same or close with a simple configuration regardless of the difference in the coupling coefficient between the resonator pairs. Thereby, the strength of the leakage magnetic field can be reduced.

図13は、本実施形態に係る無線電力伝送システムの全体構成の他の例を示す。送電装置の構成は、第2の実施形態の図9と同じである。受電装置の構成は、第1の実施形態の図1と同じである。本構成の効果は、図12と同様であるため、説明を省略する。   FIG. 13 shows another example of the overall configuration of the wireless power transmission system according to the present embodiment. The configuration of the power transmission device is the same as that in FIG. 9 of the second embodiment. The configuration of the power receiving apparatus is the same as that in FIG. 1 of the first embodiment. The effect of this configuration is the same as that of FIG.

(その他の実施形態)
前述した各実施形態では、送電系統数は2であった。また、受電系統数も2であった。
しかしながら、各実施形態において、送電系統数は3以上でもよい。また、受電系統数も3以上でもよい。この場合も、各送電系統に第1回路を配置し、各受電系統に第2回路を配置する。これらの送電系統の送電電流の位相関係は、送電系統数に応じて、調整すればよい。例えば送電系統数が3のときは、3つの送電系統間で位相が120度ずつ異なるように、各送電系統のインバータで、交流電流を生成すればよい。送電系統数がNであれば、第1回路の個数もN個であり、交流電力生成回路107(図1)から複数の第1回路に供給される交流電力の電流は、それぞれ360度/Nずつ位相がずれた交流電流である。
このように3系統以上の場合も、前述した第1〜第4の実施形態と同様の効果を得ることができる。よって、各送電系統から放射される磁界を遠方の地点で打ち消す無線電力伝送システムを、簡素な構成で実現できる。
(Other embodiments)
In each of the embodiments described above, the number of power transmission systems is two. Moreover, the number of power receiving systems was two.
However, in each embodiment, the number of power transmission systems may be three or more. Further, the number of power receiving systems may be three or more. Also in this case, a first circuit is arranged in each power transmission system, and a second circuit is arranged in each power reception system. What is necessary is just to adjust the phase relationship of the transmission current of these power transmission systems according to the number of power transmission systems. For example, when the number of power transmission systems is 3, an alternating current may be generated by an inverter of each power transmission system so that the phases differ between the three power transmission systems by 120 degrees. If the number of transmission systems is N, the number of first circuits is also N, and the AC power current supplied from the AC power generation circuit 107 (FIG. 1) to the plurality of first circuits is 360 degrees / N. The AC current is out of phase.
Thus, also in the case of three or more systems, the same effects as those of the first to fourth embodiments described above can be obtained. Therefore, a wireless power transmission system that cancels out the magnetic field radiated from each power transmission system at a distant point can be realized with a simple configuration.

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。   Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage. In addition, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of components disclosed in the embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, constituent elements over different embodiments may be appropriately combined.

11、12、31、32、292、292a、292b:インダクタ(コイル)
21、22、41、42、282、282a、282b:コンデンサ(容量)
101:交流電源
102:AC/DCコンバータ
103、103A、103B、204、204A、204B:DC/DCコンバータ
104、104A、104B:インバータ
105A、105B、311:第1回路(送電側梯子型回路)
202A、202B、312:第2回路(受電側梯子型回路)
106A、106B:送電共振器
107:交流電力生成回路
201A、201B:受電共振器
203、203A、203B、301:整流器
205:バッテリ(負荷装置)
206:整流回路
11, 12, 31, 32, 292, 292a, 292b: inductor (coil)
21, 22, 41, 42, 282, 282a, 282b: capacitors (capacitance)
101: AC power supply 102: AC / DC converters 103, 103A, 103B, 204, 204A, 204B: DC / DC converters 104, 104A, 104B: Inverters 105A, 105B, 311: First circuit (power transmission side ladder type circuit)
202A, 202B, 312: second circuit (power receiving side ladder type circuit)
106A, 106B: Power transmission resonator 107: AC power generation circuit 201A, 201B: Power reception resonator 203, 203A, 203B, 301: Rectifier 205: Battery (load device)
206: Rectifier circuit

Claims (9)

交流電力を生成する交流電力生成回路と、前記交流電力生成回路に接続された複数の第1回路と、それぞれ前記複数の第1回路のうちの異なる1つに接続され、前記複数の第1回路を介して受ける前記交流電力に応じて磁界を発生させる複数の送電共振器と、を含む送電装置と、
前記複数の送電共振器との磁界結合を介して前記交流電力を受ける複数の受電共振器と、それぞれ前記複数の受電共振器のうちの異なる1つに接続された複数の第2回路と、前記複数の第2回路に接続され、前記複数の第2回路を介して受ける前記交流電力の電圧を、直流電圧に変換する整流回路と、を含む受電装置とを備え、
前記複数の第1回路のそれぞれのF行列における出力開放逆電圧利得の絶対値は1未満であり、前記複数の第2回路のぞれぞれのF行列における出力短絡逆電流利得の絶対値は1未満である
無線電力伝送システム。
An AC power generation circuit for generating AC power, a plurality of first circuits connected to the AC power generation circuit, and a plurality of first circuits connected to different ones of the plurality of first circuits, respectively. A plurality of power transmission resonators that generate a magnetic field in accordance with the AC power received via the power transmission device,
A plurality of power receiving resonators that receive the AC power via magnetic field coupling with the plurality of power transmission resonators, a plurality of second circuits that are respectively connected to different ones of the plurality of power receiving resonators, and A rectifier circuit that is connected to a plurality of second circuits and converts the voltage of the AC power received via the plurality of second circuits into a DC voltage, and a power receiving device including:
The absolute value of the output open reverse voltage gain in each F matrix of the plurality of first circuits is less than 1, and the absolute value of the output short circuit reverse current gain in each F matrix of the plurality of second circuits is Wireless power transmission system that is less than one.
前記交流電力生成回路は、交流電源により供給される交流電圧を直流電圧に変換するAC/DCコンバータと、前記直流電圧を異なる直流電圧に変換する複数のDC/DCコンバータと、前記複数のDC/DCコンバータにより変換された直流電圧に基づき交流電力を生成する複数のインバータとを備え、
前記複数のDC/DCコンバータの昇圧比または降圧比は同じである
請求項1に記載の無線電力伝送システム。
The AC power generation circuit includes an AC / DC converter that converts an AC voltage supplied from an AC power source into a DC voltage, a plurality of DC / DC converters that convert the DC voltage into different DC voltages, and the DC / DC converters. A plurality of inverters that generate AC power based on the DC voltage converted by the DC converter,
The wireless power transmission system according to claim 1, wherein the step-up ratio or step-down ratio of the plurality of DC / DC converters is the same.
前記整流回路は、前記交流電力の電圧を前記直流電圧に変換する複数の整流器と、前記複数の整流器により変換された電圧を異なる直流電圧に変換する複数のDC/DCコンバータとを備え、
前記複数のDC/DCコンバータの昇圧比または降圧比は、同じである
請求項1または2に記載の無線電力伝送システム。
The rectifier circuit includes a plurality of rectifiers that convert the voltage of the AC power into the DC voltage, and a plurality of DC / DC converters that convert the voltages converted by the plurality of rectifiers into different DC voltages,
The wireless power transmission system according to claim 1, wherein step-up ratios or step-down ratios of the plurality of DC / DC converters are the same.
前記複数の第1回路のそれぞれは、直列に接続された複数の誘導性素子と、隣接する誘導性素子間に一端が接続された容量性素子とを含む
請求項1ないし3のいずれか一項に記載の無線電力伝送システム。
4. Each of the plurality of first circuits includes a plurality of inductive elements connected in series and a capacitive element having one end connected between adjacent inductive elements. The wireless power transmission system described in 1.
前記複数の第2回路のそれぞれは、直列に接続された複数の誘導性素子と、隣接する誘導性素子間に一端が接続された容量性素子とを含む
請求項1ないし4のいずれか一項に記載の無線電力伝送システム。
Each of the plurality of second circuits includes a plurality of inductive elements connected in series and a capacitive element having one end connected between adjacent inductive elements. The wireless power transmission system described in 1.
前記複数の第1回路のそれぞれは、直列に接続された複数の容量性素子と、隣接する容量性素子間に一端が接続された誘導性素子とを含む
請求項1ないし3のいずれか一項に記載の無線電力伝送システム。
4. Each of the plurality of first circuits includes a plurality of capacitive elements connected in series and an inductive element having one end connected between adjacent capacitive elements. 5. The wireless power transmission system described in 1.
前記複数の第2回路のそれぞれは、直列に接続された複数の容量性素子と、隣接する容量性素子間に一端が接続された誘導性素子とを含む
請求項1ないし3、6のいずれか一項に記載の無線電力伝送システム。
7. Each of the plurality of second circuits includes a plurality of capacitive elements connected in series and an inductive element having one end connected between adjacent capacitive elements. The wireless power transmission system according to one item.
前記複数の第1回路のそれぞれの前記出力開放逆電圧利得の絶対値は0であり、前記複数の第2回路のぞれぞれの前記出力短絡逆電流利得の絶対値は0である
請求項1ないし7のいずれか一項に記載の無線電力伝送システム。
The absolute value of the output open reverse voltage gain of each of the plurality of first circuits is 0, and the absolute value of the output short circuit reverse current gain of each of the plurality of second circuits is 0. The wireless power transmission system according to any one of 1 to 7.
前記複数の第1回路の個数はN個であり、
前記交流電力生成回路から前記複数の第1回路に供給される交流電力の電流は、それぞれ360度/Nずつ位相がずれた交流電流である
請求項1ないし8のいずれか一項に記載の無線電力伝送システム。
The number of the plurality of first circuits is N,
9. The radio according to claim 1, wherein currents of AC power supplied from the AC power generation circuit to the plurality of first circuits are AC currents whose phases are shifted by 360 degrees / N, respectively. Power transmission system.
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