JP4774217B2 - 電力伝送装置、電力伝送方法 - Google Patents
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1次コイルL1と2次コイルL2には、0.1mmの銅線20本撚りのリッツ線8を平面上で円形、且つ、螺旋状に巻数20で巻き、2次側コイルL2を携帯電話に内蔵することを考慮して外周直径30mm、内周空芯部直径7mmに構成された平面状空芯コイルを使用した。1次コイルL1のインダクタンスを計測した所10μH、直流抵抗は0.2Ωである。コンデンサC1の静電容量を0.03μFとすると、ω=1/√LCから1次側直列共振回路6の共振周波数(共振点)fs1は290KHzと導き出されるが、2次コイルL2による相互インダクタンスMを考慮に入れて、1次側直列共振回路6の共振周波数(共振点)fs1より高い周波数400KHz(fs2)に1次側直列共振回路6の駆動周波数を設定すると、1次側送電部1の発振回路3、分周器4を含めた消費電流は100mA程度にまで下がる。この状態で2次コイルL2を2mmの間隔を設けて1次コイルL1に重なるように近接させて試験を実施した結果、
1次側 5V 1A 5×1=5W
2次側 負荷抵抗10Ω 6V 600mA 6×0.6=3.6W
よって、直流対直流の電力伝送効率は3.6÷5=72%になる。
1次側 5V 1A 5×1=5W
2次側 負荷抵抗10Ω 交流電圧実行値6.36V 6.36×6.36÷10≒4W
よって直流対交流の電力伝送効率は4÷5=80%になる。
1次コイルL1には、0.1mmの銅線15本撚りのリッツ線8を平面上で円形、且つ、螺旋状に巻数20で巻き、外周直径25mm、内周空芯部直径5mmに構成された平面状空芯コイルを使用し、2次コイルL2には、0.1mmの銅線15本撚りのリッツ線8を平面上で円形、且つ、螺旋状に巻数15で巻き、外周直径20mm、内周空芯部直径5mmに構成された平面状空芯コイルを使用した。1次コイルL1のインダクタンスを計測した所8μH、直流抵抗成分は0.2Ωである。コンデンサC1の静電容量を0.03μFとすると、ω=1/√LCから1次側直列共振回路6の共振周波数(共振点)fs1は324KHzと導き出されるが、2次コイルL2による相互インダクタンスMを考慮に入れて、1次側直列共振回路6の共振周波数(共振点)fs1より高い周波数440KHz(fs2)に1次側直列共振回路6の駆動周波数を設定すると、1次側送電部1の発振回路3、分周器4を含めた消費電流は80mA程度にまで下がる。この状態で2次コイルL2を2mmの間隔を設けて1次コイルL1に重なるように近接させて試験を実施した結果、
1次側 5V 0.8A 5×0.8=1W
2次側 負荷抵抗10Ω 5.2V 520mA 5.2×0.52=2.7W
よって、直流対直流の電力伝送効率は2.7÷4=67.5%になる。
1次側 5V 0.8A 5×0.8=4W
2次側 負荷抵抗10Ω 交流電圧実行値5.66V 5.66×5.66÷10≒3.2W
よって直流対交流の電力伝送効率は3.2÷4=80%になる。
1次コイルL1に直列に1次コイルL1を挟んで2個、静電容量0.06μFのコンデンサC1,C1aを配置した以外は「試験1」と同じ条件で試験を実施した結果、「試験1」と全く同じ結果を得た。
2 2次側受電部
3 発振器(発振手段)
4 分周器
5 ドライブ用ブリッジ回路(給電手段)
5A,5B C−MOSFET回路
6 1次側直列共振回路
7 直列共振回路
8 リッツ線
9 位相検出回路
10 制御回路
11 振幅検出回路
L1 1次コイル(1次側送電用コイル)
L2 2次コイル(2次側受電用コイル)
C1 C1a コンデンサ
M 相互インダクタンス
DB ダイオードブリッジ回路(整流手段)
C2 電解コンデンサ(平滑手段)
C3 コンデンサ
R 負荷
Q1,Q3 PチャンネルMOSFET
Q2,Q4 NチャンネルMOSFET
Claims (8)
- 1次側送電用コイルと2次側受電用コイルを磁気的に結合し、1次側送電用コイルから2次側受電用コイルに無接点非接触で電力を伝送する電力伝送装置において、1次側送電用コイルと2次側受電用コイルは、平面状空芯コイルで構成し、1次側送電用コイルに直列に接続され、1次側送電用コイルに供給する電圧を交流化及び昇圧すると共に、2次側受電コイルによる相互インダクタンスを含んだ直列共振回路を構成するコンデンサを備え、2次側受電用コイルによる相互インダクタンスを含んだ直列共振回路の共振点を1次側送電用コイルとコンデンサでなる1次側直列共振回路の共振点よりも高い周波数に設定し、1次側送電用コイルの電圧の位相を検知する位相検出手段と、位相検出手段の出力に基づいて1次側送電用コイルに供給する電力量を制御するための制御信号を出力する制御手段とを備え、制御手段は、1次側送電用コイルに供給される電圧に比べて1次側送電用コイルの電圧の位相が、遅れたときに無負荷と判断し、また、進んだときに異物負荷と判断し、このときに1次側送電用コイルに一定間隔で一定時間だけ間欠的に電力を供給するための第1の制御信号を出力し、同一位相のときに正規負荷と判断し、1次側送電用コイルに継続的に電力を供給するための第2の制御信号を出力することを特徴とする電力伝送装置。
- 1次側送電用コイルと2次側受電用コイルは、リッツ線を平面上にて10以上50以下の巻数で螺旋状に巻いて構成された平面状空芯コイルでなることを特徴とする請求項1に記載の電力伝送装置。
- 1次側送電用コイルの電圧の位相を検知する位相検出手段に加えて振幅を検知する振幅検知手段を備え、制御手段は、1次側送電用コイルに供給される電圧に比べて1次側送電用コイルの電圧の位相が進み、且つ、振幅が予め設定された基準値以上のときに異物負荷と判断することを特徴とする請求項1又は2に記載の電力伝送装置。
- 位相検知手段と振幅検出手段は、コンデンサの1次側送電用コイル側から1次側送電用コイルの電圧を入力することを特徴とする請求項3に記載の電力伝送装置。
- 位相検知手段と振幅検出手段は、コンデンサの1次側送電用コイルと反対側から他のコンデンサを介して1次側送電用コイルの電圧を入力することを特徴とする請求項3に記載の電力伝送装置。
- 2次側受電用コイルに接続され、予め設定された特定の2次側1D信号に基づいて電力に対する負荷を変化させる2次側ID出力手段を備え、負荷変調により2次側受電用コイルから1次側受電用コイルに情報伝達を行い、制御手段は、1次側受電用コイルに伝達された情報に基づいて正規負荷を確認することを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の電力伝送装置。
- 2次側受電用コイルの出力電圧を整流する整流手段と、整流手段からの整流出力を平滑する平滑手段とを備えたことを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の電力伝送装置。
- 1次側送電用コイルと2次側受電用コイルを磁気的に結合し、1次側送電用コイルから2次側受電用コイルに無接点非接触で電力を伝送する電力伝送方法において、1次側送電用コイルと2次側受電用コイルは、平面状空芯コイルで構成し、少なくとも一方の給電路にコンデンサを直列に配置し、1次側送電用コイルに供給する電圧を交流化及び昇圧すると共に、2次側受電コイルによる相互インダクタンスを含んだ直列共振回路を構成し、2次側受電コイルによる相互インダクタンスを含んだ直列共振回路を、1次側送電用コイルと2次側受電用コイル及びコンデンサにより、1次側送電用コイルとコンデンサでなる1次側直列共振回路の共振周波数よりも高い周波数で共振させ、1次側送電用コイルの電圧の位相を検知する位相検出手段と、位相検出手段の出力に基づいて1次側送電用コイルに供給する電力量を制御するための制御信号を出力する制御手段とを備え、制御手段は、1次側送電用コイルに供給される電圧に比べて1次側送電用コイルの電圧の位相が、遅れたときに無負荷と判断し、また、進んだときに異物負荷と判断し、このときに1次側送電用コイルに一定間隔で一定時間だけ間欠的に電力を供給するための第1の制御信号を出力し、同一位相のときに正規負荷と判断し、1次側送電用コイルに継続的に電力を供給するための第2の制御信号を出力する1次側送電用コイルから2次側受電用コイルに電力を伝送することを特徴とする電力伝送方法。
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