JP2019161929A - Wireless power transmission system and power reception device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、無線電力伝送システム及びそれに用いられる受電装置に関する。 Embodiments described herein relate generally to a wireless power transmission system and a power receiving apparatus used therefor.
無線電力伝送システムの方式の１つとして、送電コイルを含む送電装置と受電コイルを含む受電装置とを用いた電磁誘導によって電力を伝送する方式が知られている。この種の無線電力伝送システムの送電装置において、電源の出力にインピーダンス変換器となるＴ型回路を挿入する構成が知られている。このようなＴ型回路を用いた無線電力伝送システムでは、送電コイルを定電流で駆動することができる。 As one of wireless power transmission system methods, a method of transmitting power by electromagnetic induction using a power transmission device including a power transmission coil and a power reception device including a power reception coil is known. In a power transmission device of this type of wireless power transmission system, a configuration is known in which a T-type circuit serving as an impedance converter is inserted into the output of a power source. In a wireless power transmission system using such a T-type circuit, the power transmission coil can be driven with a constant current.
送電装置にＴ型回路を挿入する技術を直列共振型の無線電力伝送システムに応用すると、受電装置の側に負荷が存在しない場合又は受電装置が開放状態となった場合の送電装置の電源から見たシステムの負荷を略無限大に置き換えることができる。このため、例えば送電装置の近くに受電装置がないときに誤って電力の伝送が開始されたり、途中で電力の伝送が遮断されたりした場合であっても、送電装置における電源は保護される。 When the technology for inserting a T-type circuit in a power transmission device is applied to a series resonance type wireless power transmission system, it is viewed from the power source of the power transmission device when there is no load on the power reception device side or when the power reception device is in an open state. The system load can be replaced with almost infinite. For this reason, for example, even when power transmission is erroneously started when there is no power receiving device near the power transmitting device, or when power transmission is interrupted in the middle, the power source in the power transmitting device is protected.
送電装置にＴ型回路を挿入する技術は、送受電ともに直列共振器を用いて無線給電によってバッテリを充電する無線電力伝送システムにも適用され得る。しかしながら、この場合の無線電力伝送システムでは、Ｔ型回路においてインピーダンス変換が行われた後、さらに送受電の直列共振器でもインピーダンス変換が行われる。このとき、バッテリから見たシステムは電圧源に置き換えられる。このため、電源の電圧がバッテリの電圧に近づくにしたがって、バッテリの充電電流が急激に上昇してしまう。 The technique of inserting a T-type circuit in a power transmission device can also be applied to a wireless power transmission system that charges a battery by wireless power feeding using a series resonator for both power transmission and reception. However, in the wireless power transmission system in this case, after impedance conversion is performed in the T-type circuit, impedance conversion is also performed in a power transmission / reception series resonator. At this time, the system viewed from the battery is replaced with a voltage source. For this reason, as the voltage of the power supply approaches the voltage of the battery, the charging current of the battery rapidly increases.
本実施形態は、バッテリの充電電流の急激な上昇を抑制することができる無線電力伝送システム及びそれに用いられる受電装置を提供することを目的とする。 An object of the present embodiment is to provide a wireless power transmission system capable of suppressing a rapid increase in charging current of a battery and a power receiving device used therefor.
無線電力伝送システムは、送電装置と受電装置とを有する。送電装置は、直流電流を高周波電流に変換するインバータと、インバータで変換された高周波電流に応じた交流電力を無線で伝送する送電コイル及び送電コイルと直列に接続される送電キャパシタを有する送電共振器と、インバータと送電コイルとの間に接続され、インダクタとキャパシタとを有するＴ型回路とを備える。受電装置は、送電コイルから伝送された交流電力を受ける受電コイル及び受電コイルと直列に接続される受電キャパシタを有する受電共振器と、受電コイルが受けた交流電力を直流電力に変換する交直変換器と、交直変換器で変換された直流電力を蓄積するバッテリとを備える。そして、高周波電流の周波数での受電コイルのインピーダンスの絶対値は、受電キャパシタのインピーダンスの絶対値よりも大きい。 The wireless power transmission system includes a power transmission device and a power reception device. A power transmission device includes an inverter that converts a direct current into a high-frequency current, a power transmission coil that wirelessly transmits AC power corresponding to the high-frequency current converted by the inverter, and a power transmission resonator that is connected in series with the power transmission coil And a T-type circuit connected between the inverter and the power transmission coil and having an inductor and a capacitor. A power receiving device includes a power receiving coil that receives AC power transmitted from a power transmitting coil, a power receiving resonator having a power receiving capacitor connected in series with the power receiving coil, and an AC / DC converter that converts AC power received by the power receiving coil into DC power And a battery for storing the DC power converted by the AC / DC converter. The absolute value of the impedance of the power receiving coil at the frequency of the high frequency current is larger than the absolute value of the impedance of the power receiving capacitor.
以下、図面を参照して実施形態を説明する。図１は、１つの実施形態に係る無線電力伝送システムの構成を示す回路図である。無線電力伝送システムは、送電装置と受電装置とを有する２端子対回路で表される。送電装置は、電源を有し、電源によって生成された電力を受電装置に伝送する。受電装置は、バッテリを有し、送電装置から伝送された電力に従ってバッテリを充電する。送電装置は、例えば固定された充電ステーションに設けられる。一方、受電装置は、移動できる機器に設けられる。送電装置と受電装置とは互いに電気接点を有していないが、送電装置と受電装置とが近接したときの電磁結合により、無線での電力の伝送が行われる。以下、送電装置と受電装置のそれぞれについて説明する。 Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a wireless power transmission system according to one embodiment. The wireless power transmission system is represented by a two-terminal pair circuit having a power transmission device and a power reception device. The power transmission device has a power source, and transmits power generated by the power source to the power receiving device. The power receiving apparatus has a battery and charges the battery according to the power transmitted from the power transmitting apparatus. The power transmission device is provided in a fixed charging station, for example. On the other hand, the power receiving device is provided in a movable device. The power transmission device and the power reception device do not have electrical contacts with each other, but wireless power transmission is performed by electromagnetic coupling when the power transmission device and the power reception device are close to each other. Hereinafter, each of the power transmission device and the power reception device will be described.
送電装置は、高周波電源としてのインバータＶ１と、インダクタＬ１及びＬ２とキャパシタＣ１とを含むＴ型ＬＣＬ回路と、送電コイルＬ３とを備える。また、送電コイルＬ３には、送電キャパシタＣ２が直列に接続されている。ここで、インダクタＬ１及びＬ２、送電コイルＬ３は、それぞれ、単一の素子である必要はなく、複数の素子によって所定のインダクタンスを有する素子として構成されていてもよい。同様に、キャパシタＣ１及びＣ２も、それぞれ、単一の素子である必要はなく、複数の素子によって所定のキャパシタンスを有する素子として構成されていてもよい。また、インダクタＬ１及びＬ２、送電コイルＬ３のインダクタンス、キャパシタＣ１及びＣ２のキャパシタンスは、例えば受電装置のバッテリＶ２に要求されるバッテリ電圧の範囲、バッテリＶ２の充電電流、送電コイルＬ３と受電コイルＬ４とで構成される変圧器に要求される結合係数の範囲、インバータＶ１の上限電圧といったパラメータに応じて適宜に設定されるものとする。 The power transmission device includes an inverter V1 as a high-frequency power source, a T-type LCL circuit including inductors L1 and L2, and a capacitor C1, and a power transmission coil L3. A power transmission capacitor C2 is connected in series to the power transmission coil L3. Here, each of the inductors L1 and L2 and the power transmission coil L3 does not need to be a single element, and may be configured as an element having a predetermined inductance by a plurality of elements. Similarly, each of the capacitors C1 and C2 does not need to be a single element, and may be configured as an element having a predetermined capacitance by a plurality of elements. The inductors L1 and L2, the inductance of the power transmission coil L3, and the capacitances of the capacitors C1 and C2 are, for example, the range of battery voltage required for the battery V2 of the power receiving device, the charging current of the battery V2, the power transmission coil L3 and the power receiving coil L4 It is assumed that it is appropriately set according to parameters such as the range of the coupling coefficient required for the transformer constituted by and the upper limit voltage of the inverter V1.
インバータＶ１は、受電装置のバッテリの充電のための高周波電流を生成する高周波電源である。インバータＶ１は、送電装置に接続される直流電源装置から供給される直流電流を高周波電流に変換してＴ型ＬＣＬ回路に出力する。 The inverter V1 is a high frequency power source that generates a high frequency current for charging the battery of the power receiving device. The inverter V1 converts a direct current supplied from a direct current power supply device connected to the power transmission device into a high frequency current and outputs the high frequency current to the T-type LCL circuit.
Ｔ型ＬＣＬ回路は、インバータＶ１の出力に接続されている。Ｔ型ＬＣＬ回路のインダクタＬ１とインダクタＬ２とはインバータＶ１の出力に対して直列に接続されている。一方、キャパシタＣ１は、インバータＶ１の出力に対してシャント接続されている。ここで、インダクタＬ１とインダクタＬ２とは同じインダクタンスを有する素子である。また、インバータＶ１で生成される高周波電流の周波数におけるインダクタＬ１とインダクタＬ２のインピーダンスの和の絶対値がキャパシタＣ１のインピーダンスの絶対値と等しくなるように、インダクタＬ１、Ｌ２のインダクタンス及びキャパシタＣ１のキャパシタンスの値が設定されている。このようなＴ型ＬＣＬ回路は、インピーダンス変換器（インピーダンス−アドミタンス変換器）として動作し、インバータＶ１で発生した定電圧に基づく高周波電流を定電流にして送電コイルＬ３に出力する。なお、インピーダンス変換器としてのＴ型回路は、π型回路に置き換えられてもよい。ただし、Ｔ型回路を用いたほうが、π型回路を用いるよりもインバータＶ１への負荷を軽減することができる。 The T-type LCL circuit is connected to the output of the inverter V1. The inductor L1 and the inductor L2 of the T-type LCL circuit are connected in series with the output of the inverter V1. On the other hand, the capacitor C1 is shunt-connected to the output of the inverter V1. Here, the inductor L1 and the inductor L2 are elements having the same inductance. Further, the inductances of the inductors L1 and L2 and the capacitance of the capacitor C1 are set so that the absolute value of the sum of the impedances of the inductor L1 and the inductor L2 at the frequency of the high frequency current generated by the inverter V1 is equal to the absolute value of the impedance of the capacitor C1. Value is set. Such a T-type LCL circuit operates as an impedance converter (impedance-admittance converter), and outputs a high-frequency current based on a constant voltage generated by the inverter V1 to the power transmission coil L3 as a constant current. Note that the T-type circuit as the impedance converter may be replaced with a π-type circuit. However, the load on the inverter V1 can be reduced by using the T-type circuit rather than using the π-type circuit.
送電コイルＬ３は、送電装置と受電装置とが近接したときに、受電装置の受電コイルＬ４と電磁結合される。つまり、送電コイルＬ３は、送電装置と受電装置とが近接したときに変圧器の１次側コイルとして動作し、Ｔ型ＬＣＬ回路から出力された高周波電流に応じた交流電力を受電コイルＬ４に伝送する。 The power transmission coil L3 is electromagnetically coupled to the power receiving coil L4 of the power receiving device when the power transmitting device and the power receiving device are close to each other. That is, the power transmission coil L3 operates as a primary coil of the transformer when the power transmission device and the power reception device are close to each other, and transmits AC power corresponding to the high-frequency current output from the T-type LCL circuit to the power reception coil L4. To do.
また、前述したように送電コイルＬ３には、送電キャパシタＣ２が直列に接続されている。送電コイルＬ３のインダクタンスと送電キャパシタＣ２のキャパシタンスとは、インバータＶ１で生成される高周波電流の周波数において略直列共振するように設定されている。通常、送電コイルＬ３と受電コイルＬ４の間にはギャップが生じる。このギャップ等に起因して、送電コイルＬ３と受電コイルＬ４の間には磁束の漏れが発生する。この漏れ磁束は、等価的には、送電コイルＬ３に直列に接続されたインダクタとして働く。この漏れ磁束によるインダクタ成分の影響により、送電装置における電源力率は低下する。送電コイルＬ３と送電キャパシタＣ２とによって形成される直列共振器により、漏れ磁束によるインダクタ成分の影響が打ち消される。これにより、電源力率の低下は補償される。 Further, as described above, the power transmission capacitor C2 is connected in series to the power transmission coil L3. The inductance of the power transmission coil L3 and the capacitance of the power transmission capacitor C2 are set so as to substantially resonate at the frequency of the high-frequency current generated by the inverter V1. Usually, a gap is generated between the power transmission coil L3 and the power reception coil L4. Due to this gap or the like, magnetic flux leakage occurs between the power transmission coil L3 and the power reception coil L4. This leakage flux acts equivalently as an inductor connected in series with the power transmission coil L3. Due to the influence of the inductor component due to the leakage magnetic flux, the power source power factor in the power transmission device is reduced. The series resonator formed by the power transmission coil L3 and the power transmission capacitor C2 cancels the influence of the inductor component due to the leakage magnetic flux. This compensates for a decrease in power source power factor.
受電装置は、受電コイルＬ４と、ダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４を含む交直変換器と、バッテリＶ２とを備える。また、受電コイルＬ４には、受電キャパシタＣ３が直列に接続されている。ここで、受電コイルＬ４は、単一の素子である必要はなく、複数の素子によって所定のインダクタンスを有する素子として構成されていてもよい。同様に、受電キャパシタＣ３も、単一の素子である必要はなく、複数の素子によって所定のキャパシタンスを有する素子として構成されていてもよい。また、受電コイルＬ４のインダクタンス、受電キャパシタＣ３のキャパシタンスは、例えば受電装置のバッテリＶ２のバッテリ電圧の範囲、充電電流、送電コイルＬ３と受電コイルＬ４とで構成される変圧器の結合係数の範囲、インバータＶ１の上限電圧といったパラメータに応じて適宜に設定されるものとする。 The power receiving device includes a power receiving coil L4, an AC / DC converter including diodes D1, D2, D3, and D4, and a battery V2. A power receiving capacitor C3 is connected in series to the power receiving coil L4. Here, the power receiving coil L4 does not have to be a single element, and may be configured as an element having a predetermined inductance by a plurality of elements. Similarly, the power receiving capacitor C3 does not have to be a single element, and may be configured as an element having a predetermined capacitance by a plurality of elements. Further, the inductance of the power receiving coil L4 and the capacitance of the power receiving capacitor C3 are, for example, the range of the battery voltage of the battery V2 of the power receiving device, the charging current, the range of the coupling coefficient of the transformer configured by the power transmitting coil L3 and the power receiving coil L4, It is assumed that it is appropriately set according to parameters such as the upper limit voltage of the inverter V1.
受電コイルＬ４は、送電装置と受電装置とが近接したときに、送電装置の送電コイルＬ３と電磁結合される。つまり、受電コイルＬ４は、送電装置と受電装置とが近接したときに変圧器の２次側コイルとして動作し、送電コイルＬ３から伝送された交流電力を受ける。また、前述したように受電コイルＬ４には、受電キャパシタＣ３が直列に接続されている。受電コイルＬ４と受電キャパシタＣ３とによって形成される直列共振器により、漏れ磁束によるインダクタ成分の影響が打ち消される。これにより、電力の伝送効率の低下は補償される。ここで、本実施形態では、受電コイルＬ４と受電キャパシタＣ３とを完全には共振させずに意図的に漏れ磁束の影響を残すことでバッテリＶ２における急激な充電電流の上昇を抑制する。詳しくは後で説明する。 The power reception coil L4 is electromagnetically coupled to the power transmission coil L3 of the power transmission device when the power transmission device and the power reception device are close to each other. That is, the power receiving coil L4 operates as a secondary coil of the transformer when the power transmitting device and the power receiving device are close to each other, and receives AC power transmitted from the power transmitting coil L3. As described above, the power receiving coil L4 is connected to the power receiving capacitor C3 in series. The series resonator formed by the power receiving coil L4 and the power receiving capacitor C3 cancels the influence of the inductor component due to the leakage magnetic flux. This compensates for a decrease in power transmission efficiency. Here, in the present embodiment, a sudden rise in the charging current in the battery V2 is suppressed by intentionally leaving the influence of the leakage magnetic flux without completely resonating the power receiving coil L4 and the power receiving capacitor C3. Details will be described later.
交直変換器は、受電コイルＬ４に接続されている。交直変換器は、例えばダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４によるダイオードブリッジ回路である。この交直変換器は、受電コイルＬ４から出力される交流電力（交流電流）を直流電力（直流電流）に変換する。 The AC / DC converter is connected to the power receiving coil L4. The AC / DC converter is, for example, a diode bridge circuit including diodes D1, D2, D3, and D4. This AC / DC converter converts AC power (AC current) output from the power receiving coil L4 into DC power (DC current).
バッテリＶ２は、例えばリチウムイオンバッテリといったバッテリであって、交直変換器からの出力に応じて電力を蓄積する。受電装置を有する機器は、バッテリＶ２に蓄積された電力を用いて所望の動作をする。 The battery V2 is a battery such as a lithium ion battery, for example, and accumulates electric power according to the output from the AC / DC converter. The device having the power receiving device performs a desired operation using the power stored in the battery V2.
ここで、本実施形態の受電装置では、インバータＶ１で生成される高周波電流の周波数における受電コイルＬ４のインピーダンスの絶対値が受電キャパシタＣ３のインピーダンスの絶対値よりも大きくなるように、受電コイルＬ４のインダクタンス及び受電キャパシタＣ３のキャパシタンスの値が設定されている。すなわち、以下の（式１）の関係が成り立つように、インダクタンスＬｒ及びキャパシタンスＣｒの値が設定される。なお、（式１）のωは高周波電流の角周波数であり、Ｌｒは受電コイルのＬ４のインダクタンスであり、Ｃｒは受電キャパシタＣ３のキャパシタンスである。
図２は、受電コイルＬ４のインピーダンスの絶対値が受電キャパシタＣ３のインピーダンスの絶対値と等しい場合において、インバータＶ１の出力電圧実効値を徐々に上げていったときのバッテリＶ２を流れる充電電流の変化を示した図である。受電コイルＬ４のインピーダンスの絶対値が受電キャパシタＣ３のインピーダンスの絶対値と等しい場合、すなわち受電コイルＬ４と受電キャパシタＣ３とが直列共振している場合、バッテリＶ２から見たシステムは電圧源に置き換えられる。このとき、図１の無線電力伝送システムは、電圧源であるインバータＶ１が電圧源であるバッテリＶ２を充電する回路に置き換わる。このため、図２に示すように、インバータＶ１の出力電圧がバッテリＶ２のバッテリ電圧Ｖｂに近づくにしたがって急激に充電電流が上昇する。 FIG. 2 shows a change in the charging current flowing through the battery V2 when the output voltage effective value of the inverter V1 is gradually increased in the case where the absolute value of the impedance of the power receiving coil L4 is equal to the absolute value of the impedance of the power receiving capacitor C3. FIG. When the absolute value of the impedance of the receiving coil L4 is equal to the absolute value of the impedance of the receiving capacitor C3, that is, when the receiving coil L4 and the receiving capacitor C3 are in series resonance, the system viewed from the battery V2 is replaced with a voltage source. . At this time, the wireless power transmission system of FIG. 1 is replaced with a circuit in which the inverter V1 as the voltage source charges the battery V2 as the voltage source. For this reason, as shown in FIG. 2, the charging current rapidly increases as the output voltage of the inverter V1 approaches the battery voltage Vb of the battery V2.
図３は、受電コイルＬ４のインピーダンスの絶対値が受電キャパシタＣ３のインピーダンスの絶対値よりも大きい場合において、インバータＶ１の出力電圧実効値を徐々に上げていったときのバッテリＶ２を流れる充電電流の変化を示した図である。受電コイルＬ４のインピーダンスの絶対値を受電キャパシタＣ３のインピーダンスの絶対値よりも大きくして意図的に漏れ磁束の影響を残すことにより、図３に示すようにバッテリＶ２における急激な充電電流の上昇は抑制される。つまり、インバータＶ１の出力電圧がバッテリＶ２のバッテリ電圧Ｖｂに近づいても急激な充電電流の上昇は生じない。 FIG. 3 shows the charging current flowing through the battery V2 when the output voltage effective value of the inverter V1 is gradually increased when the absolute value of the impedance of the power receiving coil L4 is larger than the absolute value of the impedance of the power receiving capacitor C3. It is the figure which showed the change. By making the absolute value of the impedance of the power receiving coil L4 larger than the absolute value of the impedance of the power receiving capacitor C3 and intentionally leaving the influence of the leakage magnetic flux, as shown in FIG. It is suppressed. That is, even if the output voltage of the inverter V1 approaches the battery voltage Vb of the battery V2, a rapid increase in charging current does not occur.
ここで、受電コイルＬ４のインピーダンスの絶対値が受電キャパシタＣ３のインピーダンスの絶対値よりも大きくなるにつれて、充電電流の急激な上昇は抑制される。一方、受電コイルＬ４のインピーダンスの絶対値が受電キャパシタＣ３のインピーダンスの絶対値よりも大きくなるにつれて、電力伝送の効率は低下することになる。このため、所望のバッテリ電圧まで上昇させるためにインバータＶ１の出力電圧実効値を大きくする必要が生じたり、所望のバッテリ電圧まで上昇するまでに時間がかかるようになったりする。したがって、実際には、受電コイルＬ４のインピーダンスの絶対値を受電キャパシタＣ３のインピーダンスの絶対値よりもどの程度大きくするかは、例えば受電装置のバッテリＶ２に要求されるバッテリ電圧の範囲、バッテリＶ２の充電電流、送電コイルＬ３と受電コイルＬ４とで構成される変圧器に要求される結合係数の範囲、インバータＶ１の上限電圧といったパラメータに応じて適宜に設定されることが望ましい。 Here, as the absolute value of the impedance of the power receiving coil L4 becomes larger than the absolute value of the impedance of the power receiving capacitor C3, the rapid increase of the charging current is suppressed. On the other hand, as the absolute value of the impedance of the power receiving coil L4 becomes larger than the absolute value of the impedance of the power receiving capacitor C3, the efficiency of power transmission decreases. For this reason, it is necessary to increase the effective value of the output voltage of the inverter V1 in order to increase the voltage to a desired battery voltage, or it may take time to increase the voltage to the desired battery voltage. Therefore, in practice, how much the absolute value of the impedance of the power receiving coil L4 is larger than the absolute value of the impedance of the power receiving capacitor C3 depends on, for example, the battery voltage range required for the battery V2 of the power receiving device, It is desirable to set appropriately according to parameters such as a charging current, a range of a coupling coefficient required for a transformer constituted by the power transmission coil L3 and the power reception coil L4, and an upper limit voltage of the inverter V1.
以上説明したように本実施形態によれば、受電コイルＬ４のインピーダンスの絶対値を受電キャパシタＣ３のインピーダンスの絶対値よりも大きくすることにより、充電電流の急激な上昇が抑制される。 As described above, according to the present embodiment, by making the absolute value of the impedance of the power receiving coil L4 larger than the absolute value of the impedance of the power receiving capacitor C3, a rapid increase in the charging current is suppressed.
［変形例１］
図４は、変形例１に係る無線電力伝送システムの構成を示す回路図である。図１では、送電装置のインピーダンス変換器を構成するＴ型回路は、キャパシタＣ１をシャント素子とするＬＣＬ型のＴ型回路である。これに対し、図４では、送電装置のインピーダンス変換器を構成するＴ型回路は、インダクタＬ５をシャント素子とするＣＬＣ型のＴ型回路である。すなわち、図４のＴ型回路では、キャパシタＣ４とキャパシタＣ５とはインバータＶ１の出力に対して直列に接続されている。一方、インダクタＬ５は、インバータＶ１の出力に対してシャント接続されている。ここで、キャパシタＣ４とキャパシタＣ５とは同じキャパシタンスを有する素子である。また、インバータＶ１で生成される高周波電流の周波数におけるキャパシタＣ４とキャパシタＣ５のインピーダンスの和の絶対値がインダクタＬ５のインピーダンスの絶対値と等しくなるように、インダクタＬ１、Ｌ２のインダクタンス及びキャパシタＣ１のキャパシタンスの値が設定されている。
[Modification 1]
FIG. 4 is a circuit diagram illustrating a configuration of a wireless power transmission system according to the first modification. In FIG. 1, the T-type circuit constituting the impedance converter of the power transmission device is an LCL-type T-type circuit having the capacitor C1 as a shunt element. On the other hand, in FIG. 4, the T-type circuit constituting the impedance converter of the power transmission device is a CLC-type T-type circuit using the inductor L5 as a shunt element. That is, in the T-type circuit of FIG. 4, the capacitor C4 and the capacitor C5 are connected in series with the output of the inverter V1. On the other hand, the inductor L5 is shunt-connected to the output of the inverter V1. Here, the capacitor C4 and the capacitor C5 are elements having the same capacitance. Further, the inductances of the inductors L1 and L2 and the capacitance of the capacitor C1 so that the absolute value of the sum of the impedances of the capacitors C4 and C5 at the frequency of the high-frequency current generated by the inverter V1 is equal to the absolute value of the impedance of the inductor L5. Value is set.
このように、Ｔ型回路がＬＣＬ型からＣＬＣ型に置き換えられたとしても、受電コイルＬ４のインピーダンスの絶対値を受電キャパシタＣ３のインピーダンスの絶対値よりも大きくすることにより、充電電流の急激な上昇が抑制される。 Thus, even if the T-type circuit is replaced from the LCL type to the CLC type, the charging current increases rapidly by making the absolute value of the impedance of the receiving coil L4 larger than the absolute value of the impedance of the receiving capacitor C3. Is suppressed.
［変形例２］
図５は、変形例２に係る無線電力伝送システムの構成を示す回路図である。図５では、受電キャパシタＣ３と交直変換器との間にさらに受電インダクタＬ６が挿入されている。変形例２では、受電コイルＬ４のインピーダンスと受電インダクタＬ６のインピーダンスとの和の絶対値が受電キャパシタＣ３のインピーダンスの絶対値よりも大きくなるように、受電コイルＬ４及び受電インダクタＬ６のインダクタンス及び受電キャパシタＣ３のキャパシタンスの値が設定されている。すなわち、以下の（式２）の関係が成り立つように、インダクタンスＬｒ１、Ｌｒ２及びキャパシタンスＣｒの値が設定される。（式２）のωは高周波電流の角周波数であり、Ｌｒ１は受電コイルのＬ４のインダクタンスであり、Ｌｒ２は受電インダクタＬ６のインダクタンスであり、Ｃｒは受電キャパシタＣ３のキャパシタンスである。
FIG. 5 is a circuit diagram illustrating a configuration of a wireless power transmission system according to the second modification. In FIG. 5, a power receiving inductor L6 is further inserted between the power receiving capacitor C3 and the AC / DC converter. In the second modification, the inductance of the power receiving coil L4 and the power receiving inductor L6 and the power receiving capacitor so that the absolute value of the sum of the impedance of the power receiving coil L4 and the impedance of the power receiving inductor L6 is larger than the absolute value of the impedance of the power receiving capacitor C3. A capacitance value of C3 is set. That is, the values of the inductances Lr1, Lr2 and the capacitance Cr are set so that the following relationship (Equation 2) is satisfied. In Equation 2, ω is the angular frequency of the high-frequency current, Lr1 is the inductance of the power receiving coil L4, Lr2 is the inductance of the power receiving inductor L6, and Cr is the capacitance of the power receiving capacitor C3.
このように、受電キャパシタＣ３と交直変換器との間にさらに受電インダクタＬ６を挿入し、かつ、受電コイルＬ４のインピーダンスと受電インダクタＬ６のインピーダンスとの絶対値を受電キャパシタＣ３のインピーダンスの絶対値よりも大きくすることにより、充電電流の急激な上昇が抑制される。 In this manner, the power receiving inductor L6 is further inserted between the power receiving capacitor C3 and the AC / DC converter, and the absolute value of the impedance of the power receiving coil L4 and the impedance of the power receiving inductor L6 is determined from the absolute value of the impedance of the power receiving capacitor C3. Is also increased, a rapid increase in charging current is suppressed.
なお、受電インダクタＬ６は、受電キャパシタＣ３と交直変換器との間ではなく、受電コイルＬ４と交直変換器との間の位置に挿入されてもよい。 The power receiving inductor L6 may be inserted not at a position between the power receiving capacitor C3 and the AC / DC converter but at a position between the power receiving coil L4 and the AC / DC converter.
［その他の変形例］
前述した実施形態及びその変形例では、インダクタＬ１、インダクタＬ２、送電キャパシタＣ２、受電キャパシタＣ３は２端子対回路の片方の線路にのみ設けられている。これに対し、インダクタＬ１、インダクタＬ２、送電キャパシタＣ２、受電キャパシタＣ３は、２端子対回路の両方の線路に分けて設けられてもよい。この場合、両方の線路に設けられたインダクタがインダクタＬ１及びＬ２のそれぞれと同等のインダクタンスを有する素子を形成し、両方の線路に設けられたキャパシタが送電キャパシタＣ２及び受電キャパシタＣ３のそれぞれと同等のキャパシタンスを有する素子を形成するように素子のパラメータが設定される。インダクタＬ１、インダクタＬ２、送電キャパシタＣ２、受電キャパシタＣ３が２端子対回路の両方の線路に分けて設けられることにより、クロストークが抑制される。
[Other variations]
In the above-described embodiment and its modification, the inductor L1, the inductor L2, the power transmission capacitor C2, and the power reception capacitor C3 are provided only on one line of the two-terminal pair circuit. On the other hand, the inductor L1, the inductor L2, the power transmission capacitor C2, and the power reception capacitor C3 may be provided separately on both lines of the two-terminal pair circuit. In this case, the inductors provided on both lines form elements having inductances equivalent to the inductors L1 and L2, respectively, and the capacitors provided on both lines are equivalent to the transmission capacitor C2 and the receiving capacitor C3, respectively. The device parameters are set to form a device having capacitance. By providing the inductor L1, the inductor L2, the power transmission capacitor C2, and the power reception capacitor C3 separately for both lines of the two-terminal pair circuit, crosstalk is suppressed.
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.
Ｃ１ キャパシタ、Ｃ２ 送電キャパシタ、Ｃ３ 受電キャパシタ、Ｄ１ ダイオード、Ｄ２ ダイオード、Ｄ３ ダイオード、Ｄ４ ダイオード、Ｌ１ インダクタ、Ｌ２ インダクタ、Ｌ３ 送電コイル、Ｌ４ 受電コイル、Ｌ５ インダクタ、Ｌ６ 受電インダクタ、Ｃ４ キャパシタ、Ｃ５ キャパシタ、Ｖ１ インバータ、Ｖ２ バッテリ。 C1 capacitor, C2 power transmission capacitor, C3 power reception capacitor, D1 diode, D2 diode, D3 diode, D4 diode, L1 inductor, L2 inductor, L3 power transmission coil, L4 power reception coil, L5 inductor, L6 power reception inductor, C4 capacitor, C5 capacitor, V1 inverter, V2 battery.
Claims (8)
前記インバータで変換された高周波電流に応じた交流電力を無線で伝送する送電コイルと、前記送電コイルと直列に接続される送電キャパシタとを有する送電共振器と、
前記インバータと前記送電コイルとの間に接続され、インダクタとキャパシタとを有するＴ型回路と、
を備える送電装置と、
前記送電コイルから伝送された前記交流電力を受ける受電コイルと、前記受電コイルと直列に接続される受電キャパシタとを有する受電共振器と、
前記受電コイルが受けた前記交流電力を直流電力に変換する交直変換器と、
前記交直変換器で変換された直流電力を蓄積するバッテリと、
を備える受電装置と、
を有し、
前記高周波電流の周波数での前記受電コイルのインピーダンスの絶対値は、前記受電キャパシタのインピーダンスの絶対値よりも大きい無線電力伝送システム。 An inverter that converts direct current to high frequency current;
A power transmission resonator having a power transmission coil for wirelessly transmitting AC power corresponding to the high-frequency current converted by the inverter, and a power transmission capacitor connected in series with the power transmission coil;
A T-type circuit connected between the inverter and the power transmission coil and having an inductor and a capacitor;
A power transmission device comprising:
A power receiving resonator having a power receiving coil that receives the AC power transmitted from the power transmitting coil, and a power receiving capacitor connected in series with the power receiving coil;
An AC / DC converter that converts the AC power received by the power receiving coil into DC power;
A battery for storing DC power converted by the AC / DC converter;
A power receiving device comprising:
Have
The wireless power transmission system, wherein an absolute value of an impedance of the power receiving coil at a frequency of the high frequency current is larger than an absolute value of an impedance of the power receiving capacitor.
前記インバータで変換された高周波電流に応じた交流電力を無線で伝送する送電コイルと、前記送電コイルと直列に接続される送電キャパシタとを有する送電共振器と、
前記インバータと前記送電コイルとの間に接続され、インダクタとキャパシタとを有するＴ型回路と、
を備える送電装置と、
前記送電コイルから伝送された前記交流電力を受ける受電コイルと、前記受電コイルと直列に接続される受電キャパシタとを有する受電共振器と、
前記受電コイルが受けた前記交流電力を直流電力に変換する交直変換器と、
前記交直変換器で変換された直流電力を蓄積するバッテリと、
前記交直変換器と前記受電キャパシタとの間に直列に接続された受電インダクタと、
を備える受電装置と、
を有し、
前記受電コイルと前記受電インダクタとのインピーダンスの和の絶対値は、前記受電キャパシタのインピーダンスの絶対値よりも大きい無線電力伝送システム。 An inverter that converts direct current to high frequency current;
A power transmission resonator having a power transmission coil for wirelessly transmitting AC power corresponding to the high-frequency current converted by the inverter, and a power transmission capacitor connected in series with the power transmission coil;
A T-type circuit connected between the inverter and the power transmission coil and having an inductor and a capacitor;
A power transmission device comprising:
A power receiving resonator having a power receiving coil that receives the AC power transmitted from the power transmitting coil, and a power receiving capacitor connected in series with the power receiving coil;
An AC / DC converter that converts the AC power received by the power receiving coil into DC power;
A battery for storing DC power converted by the AC / DC converter;
A power receiving inductor connected in series between the AC / DC converter and the power receiving capacitor;
A power receiving device comprising:
Have
The wireless power transmission system, wherein an absolute value of a sum of impedances of the power receiving coil and the power receiving inductor is larger than an absolute value of an impedance of the power receiving capacitor.
前記受電コイルが受けた前記交流電力を直流電力に変換する交直変換器と、
前記交直変換器で変換された直流電力を蓄積するバッテリと、
を備え、
前記高周波電流の周波数での前記受電コイルのインピーダンスの絶対値は、前記受電キャパシタのインピーダンスの絶対値よりも大きい受電装置。 A power transmission resonator including an inverter that converts a direct current into a high frequency current, a power transmission coil that wirelessly transmits AC power corresponding to the high frequency current converted by the inverter, and a power transmission capacitor connected in series with the power transmission coil A power receiving coil that receives the AC power transmitted from the power transmitting coil of a power transmitting device that is connected between the inverter and the power transmitting coil and includes a T-type circuit having an inductor and a capacitor, and the power receiving coil. A power receiving resonator having a power receiving capacitor connected in series;
An AC / DC converter that converts the AC power received by the power receiving coil into DC power;
A battery for storing DC power converted by the AC / DC converter;
With
The power receiving device, wherein an absolute value of impedance of the power receiving coil at a frequency of the high frequency current is larger than an absolute value of impedance of the power receiving capacitor.
前記受電コイルが受けた前記交流電力を直流電力に変換する交直変換器と、
前記交直変換器で変換された直流電力を蓄積するバッテリと、
前記交直変換器と前記受電キャパシタとの間に直列に接続された受電インダクタと、
を備え、
前記受電コイルと前記受電インダクタとのインピーダンスの和の絶対値は、前記受電キャパシタのインピーダンスの絶対値よりも大きい受電装置。 A power transmission resonator including an inverter that converts a direct current into a high frequency current, a power transmission coil that wirelessly transmits AC power corresponding to the high frequency current converted by the inverter, and a power transmission capacitor connected in series with the power transmission coil A power receiving coil that receives the AC power transmitted from the power transmitting coil of a power transmitting device that is connected between the inverter and the power transmitting coil and includes a T-type circuit having an inductor and a capacitor, and the power receiving coil. A power receiving resonator having a power receiving capacitor connected in series;
An AC / DC converter that converts the AC power received by the power receiving coil into DC power;
A battery for storing DC power converted by the AC / DC converter;
A power receiving inductor connected in series between the AC / DC converter and the power receiving capacitor;
With
A power receiving device in which an absolute value of a sum of impedances of the power receiving coil and the power receiving inductor is larger than an absolute value of an impedance of the power receiving capacitor.
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| CN113346632A (en) * | 2021-06-07 | 2021-09-03 | 华南理工大学 | Series-series compensation based wireless power transmission system and current sharing method |
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