JP2021125982A - 非接触給電システム - Google Patents
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Abstract
Description
さらに、インピーダンス変換部により二次側コイルに流れる電流を低減する場合、一次側コイルに流れる電流は逆に増大してしまうが、本発明の非接触給電システムでは、一次側コイルの導線の本数を二次側コイルの導線の本数よりも多くし、複数本の導線を巻回した構造にすることで、一次側コイルの導線の1本あたりの線径を小さくし、表皮効果による一次側コイルでの発熱を低減することができる。
そして、このように一次側コイル及び二次側コイルでの表皮効果による発熱を低減できるので、近接部品への熱影響を低減し、システムの小型化に寄与することができる。
このようなものであれば、充電時に送電ユニットと受電ユニットとの間に金属異物等が存在する場合でも、金属異物が急激に加熱されることを防止でき、火傷や火災の発生を抑制できる。
このような構成であれば、一次側コイルと二次側コイルが備える各磁性コアの対向面積が等しいので、電力の伝送効率を高めることができる。
本実施形態の非接触給電システム100は、例えばロボット掃除機等の電子機器に内蔵されたバッテリー(負荷)4を、充電器により非接触で充電するためのものである。具体的にこの非接触給電システム100は、図1に示すように、電源1に接続される充電器に内蔵された送電ユニット2と、ロボット掃除機に内蔵され、負荷4に接続される受電ユニット3とを備えている。この非接触給電システム100は、送電ユニット2が備える一次側コイル231と、受電ユニット3が備える二次側コイル311とを対向させるとともに、一次側コイル231と二次側コイル311とを、3kHz以下の低周波の共振周波数(商用電源周波数であることが好ましい)で共鳴させることにより、送電ユニット2から受電ユニット3に電力を伝送する所謂磁気共鳴方式のものである。以下、詳細に説明する。
送電ユニット2は、電源1からの電力を受電ユニット3に伝送するものである。具体的にこの送電ユニット2は、電源1から供給される交流電圧を直流電圧に整流及び平滑化する整流平滑回路21と、整流平滑回路21に並列に接続されて、直流電圧を任意の周波数の交流電圧に変換して出力するインバータ回路22と、インバータ回路22に並列に接続された一次側共振回路23と、制御部24とを備える。
受電ユニット3は、送電ユニット2から伝送された電力を受け取り、当該電力を負荷4に出力するものである。具体的にこの受電ユニット3は、一次側共振回路23と磁気共鳴し、交流電圧を生じさせる二次側共振回路31と、二次側共振回路31から出力された交流電圧を整流する整流回路32と、整流回路32から出力された直流電圧を平滑化する第1平滑回路33と、平滑化された直流電圧の電圧値を調節する電圧変換回路34と、電圧変換回路34から出力された直流電圧を平滑化する第2平滑回路35と、制御部36とを備える。受電ユニット3が備えるこれらの回路は、互いに並列に接続されており、かつ負荷4に対して並列に接続されている。
このように構成した本実施形態の非接触給電システム100によれば、インピーダンス変換部38により二次側コイル311の導線311Lに流れる電流の大きさを所定値以下に抑えることができるので、二次側コイル311の導線311Lの線径を小さくでき、表皮効果による二次側コイル311での発熱を低減することができる。さらに、インピーダンス変換部38により二次側コイル311に流れる電流を低減する場合には、一次側コイル231の導線231Lに流れる電流は逆に増大してしまうが、本実施形態の非接触給電システム100では、一次側コイル231の導線231Lの本数を二次側コイル311の導線311Lの本数よりも多くし、バイファイラ巻きにすることで、一次側コイル231の導線231Lの1本あたりの線径を小さくし、表皮効果による一次側コイル231での発熱を低減することができる。このように一次側コイル231及び二次側コイル311での表皮効果による発熱を低減できるので、近接部品への熱影響を低減し、非接触給電システム100を小型化することができる。
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。
1 ・・・電源
231 ・・・一次側コイル
231L・・・一次側導線
231C・・・一次側磁性コア
3 ・・・受電ユニット
311 ・・・二次側コイル
311L・・・二次側導線
311C・・・二次側磁性コア
37 ・・・電流センサ
38 ・・・インピーダンス変換部
4 ・・・負荷
Claims (5)
- 電源に接続される一次側コイルを有する送電ユニットと、負荷に接続される二次側コイルを有する受電ユニットとを備え、前記一次側コイルと、前記一次側コイルに対向配置された前記二次側コイルとを共鳴させることにより前記送電ユニットから前記受電ユニットに電力を伝送する磁気共鳴型の非接触給電システムであって、
前記一次側コイル及び前記二次側コイルが磁性コアに導線を巻回して構成したソレノイド型のものであり、
前記二次側共振回路から前記負荷を見た負荷抵抗値を制御することにより前記二次側コイルに流れる電流の大きさを所定値以下に抑えるインピーダンス変換部を備え、
前記一次側コイルの磁性コアに巻回される導線の本数が、前記二次側コイルの磁性コアに巻回される導線の本数よりも多くなるように構成された非接触給電システム。 - 前記一次側コイルと前記二次側コイルの共振周波数が3kHz以下である請求項1に記載の非接触給電システム。
- 前記一次側コイルと前記二次側コイルが備える各磁性コアは板状であり、互いに対向する面の面積が等しい請求項1又は2に記載の非接触給電システム。
- 前記送電ユニットは、前記一次側コイルと、前記一次側コイルに直列接続された一次側共振コンデンサとを含む一次側共振回路を備え、
前記受電ユニットは、前記二次側コイルと、前記二次側コイルに直列接続された二次側共振コンデンサとを含む二次側共振回路を備える請求項1〜3のいずれか1項に記載の非接触給電システム。 - 前記インピーダンス変換部は、
前記二次側コイルを流れる電流を検出する電流検出器と、
前記二次側共振回路に対して直列に接続される半導体スイッチと、
前記二次側共振回路及び前記半導体スイッチに対して直列に接続され、前記半導体スイッチと前記負荷との間に設けられたコイルと、
前記電流検出器が検出した電流値に応じて、前記半導体スイッチのスイッチング動作のデューティ比を制御する制御部とを備える請求項1〜4のいずれか一項に記載の非接触給電システム。
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