JP5532133B2 - 高周波電力装置、電力送電装置及び電力伝送システム - Google Patents
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Description
前記トランスの2次コイルの両端の電圧、又は2次コイルの両端間に接続された回路のうち高電圧が掛かる素子の両端の電圧、を所定の電圧比に分圧する分圧回路を備え、
前記分圧回路は、第1のインピーダンス素子および第2のインピーダンス素子を含む直列回路であり、
前記第1のインピーダンス素子は、前記トランスの2次コイルの両端のうち又は2次コイルの両端に接続された回路のうち、接地電位を基準とする高電位側につながる素子であり、
前記第2のインピーダンス素子は、前記トランスの2次コイルの両端のうち又は2次コイルの両端に接続された回路のうち、接地電位を基準とする低電位側につながる素子であり、
前記第1のインピーダンス素子のインピーダンスをZa、前記第2のインピーダンス素子のインピーダンスをZpで表し、前記高電位側と接地との間に生じる等価対接地容量である第1の等価対接地容量をCa、前記低電位側と接地との間に生じる等価対接地容量である第2の等価対接地容量をCpで表すと、Za/ZpはCp/Caにほぼ等しい。
前記給電部は前記トランスの1次コイルであり、
前記トランスの2次コイルは引出端子を備え、
前記第1のインピーダンス素子は、前記2次コイルの引出端子から前記アクティブ電極側の端までに相当する第1のインダクタであり、
前記第2のインピーダンス素子は、前記2次コイルの引出端子から前記パッシブ電極側の端までに相当する第2のインダクタであり、
前記第1のインダクタのインダクタンスをLa、前記第2のインダクタのインダクタンスをLpで表すと、La/Lpが、前記第1の等価対接地容量Caに対する前記第2の等価対接地容量Cpの比Cp/Caにほぼ等しい。
前記第1のインダクタのインダクタンスをLa、前記第2のインダクタのインダクタンスをLpで表し、
前記第1の抵抗素子の抵抗値をRa、前記第2の抵抗素子の抵抗値をRpで表すと、
La+Lp×(Ra/(Ra+Rp))に対する、Lp×(Rp/(Ra+Rp))の比が、前記第2の等価対接地容量Cpに対する前記第1の等価対接地容量Caの比にほぼ等しい。
前記第1のインダクタのインダクタンスをLa、前記第2のインダクタのインダクタンスをLpで表し、
前記第1のキャパシタのキャパシタンスをCDa、前記第2のキャパシタのキャパシタンスをCDpで表すと、
La+Lp×(CDp/(CDa+CDp))に対する、Lp×(CDa/(CDa+CDp))の比が、前記第2の等価対接地容量Cpに対する前記第1の等価対接地容量Caの比にほぼ等しい。
前記前記電流検出回路の検出結果に基づいて前記副分圧回路の分圧比を制御する分圧比制御回路を備える。
前記電力受電装置は、前記電力受電装置のアクティブ電極と前記電力受電装置のパッシブ電極との間に誘起される電力を受ける負荷回路を備える。
第1の実施形態に係る電力伝送システムの構成を図6A,図6B,図6C,図7を参照して説明する。
(1)式の左辺は、分圧回路の第2のインピーダンス素子C2のインピーダンスZp(=1/C2)に対する第1のインピーダンス素子C1のインピーダンスZa(=1/C1)の比Za/Zp(=C2/C1)である。
図8A、図8B、図8Cは、第2の実施形態に係る3つの電力伝送システムの構成例である。いずれも、グランド漏洩電流Igが流れる経路に電流検出・容量制御回路12を設けている。
図9Aは第3の実施形態に係る電力送電装置104の主要部を概念的に表した図、図9Bはその等価回路図である。
《第4の実施形態》
図10Aは第4の実施形態に係る電力送電装置105の主要部を概念的に表した図、図10Bはその等価回路図である。
{Lp×(Rp/(Ra+Rp))}/{La+Lp×(Ra/(Ra+Rp))}
である。したがって、次式の関係が成り立つときグランド漏洩電流Igが最小になる。
={Lp×(Rp/(Ra+Rp))}/{La+Lp×(Ra/(Ra+Rp))}
…(4)
《第5の実施形態》
図11Aは第5の実施形態に係る電力送電装置106の主要部を概念的に表した図、図11Bはその等価回路図である。
{Lp×(CDa/(CDa+CDp))}/{La+Lp×(CDp/(CDa+CDp))}
である。したがって、次式の関係が成り立つときグランド漏洩電流Igが最小になる。
={Lp×(CDa/(CDa+CDp))}/{La+Lp×(CDp/(CDa+CDp))} …(5)
《第6の実施形態》
図12は第6の実施形態に係る電力送電装置107の主要部を概念的に表した図である。
第7の実施形態では、以上に示した各実施形態における電力受電装置201の内部に備えられている負荷回路5の具体例を示す。図13は第7の実施形態に係る電力受電装置201の回路図である。
第8の実施形態では、トランスを備えた高周波電力装置の例を示す。図14は高周波電力装置の主要部の回路図である。高周波電圧発生回路10はトランス11の1次コイルNpに高周波電圧を印加する。トランス11は、その1次コイルNpに高周波電圧発生回路10からの高周波電圧が印加されることによって、2次コイルNsに高周波電圧を発生する。そして、負荷回路5に2次コイルNsの高周波電圧が印加される。
第9の実施形態ではトランスを備えた電界発生装置の例を示す。図15は電界発生装置の回路図である。高周波電圧発生回路10はトランス11の1次コイルNpに高周波電圧を印加する。トランス1の2次コイルNsには電界発生用の対向電極が接続されている。
第10の実施形態では容量結合型の電力伝送システムの例を示す。図16は共振回路同士が容量結合して電力伝送する電力伝送システムの回路図である。この電力伝送システムは電力送電装置108と電力受電装置208とで構成されている。電力送電装置108と電力受電装置208はそれぞれ発生電極および起電電極を構成するパッシブ電極とアクティブ電極を備えて、電力送電装置108のアクティブ電極と電力受電装置208のアクティブ電極とが強い場の領域に囲まれている。電力送電装置108の容量Csと電力受電装置208の容量Crとが発生電極と起電電極および周囲の誘電性媒質を介して容量結合している。
容量Cs,Crは、トランス11の二次コイルNsと,トランス17の一次コイルに並列に接続される容量である。
第11の実施形態では誘導結合型の電力伝送システムの例を示す。図17に示す電力伝送システムは電力送電装置109と電力受電装置209とで構成されている。電力送電装置109は電力送電用コイルNp、電力受電装置209は電力受電用コイルNsをそれぞれ備えて、これらのコイル同士が磁界で結合する。
第12の実施形態では誘導結合型の電力伝送システムにおいてグランド漏洩電流Igが最小になるように容量C2を自動調整するようにした例である。図18に示す電力伝送システムは電力送電装置110と電力受電装置210とで構成されている。電力送電装置110は電力送電用コイルNp、電力受電装置210は電力受電用コイルNsをそれぞれ備えて、これらのコイル同士が磁界で結合する。また、電力送電装置110には電極18、電力受電装置210には電極19が形成されていて、両者の対向によって、容量を生じさせる。
第13の実施形態では磁界共鳴による電力伝送システムの例を示す。図19に示す電力伝送システムは電力送電装置111と電力受電装置211とで構成されている。電力送電装置111は、高周波電圧発生回路10、トランス11を備え,トランス11の2次コイルNsに、電力送電用コイルである共振コイルLsおよび共振コンデンサCsが接続されている。電力受電装置211は電力受電用コイルである共振コイルLr、共振コンデンサCr、トランス17、負荷回路5を備えている。
第14の実施形態では磁界共鳴による電力伝送システムの電力受電装置側においてグランド漏洩電流を抑制する例を示す。図20に示す電力伝送システムは電力送電装置111と電力受電装置212とで構成されている。電力送電装置111の構成は図19に示したものと同じである。電力受電装置212は電力受電用コイルである共振コイルLr、共振コンデンサCr、トランス17、負荷回路5を備えている。
以上に示したいつかの実施形態のうち容量結合型の電力伝送システムおよびその電力受電装置の例では、電力受電装置201のパッシブ電極7を電力送電装置から離れた位置に配置したが、電力受電装置201のパッシブ電極の形状はこれに限らない。例えば、パッシブ電極7が負荷回路5の周囲を囲むとともに、アクティブ電極6の近傍を開口させた形状にしてもよい。
C2…第2の容量
C3…第1の等価遮蔽電極容量
C4…第2の等価遮蔽電極容量
Ca…第1の等価対接地容量
Cp…第2の等価対接地容量
D1,D2…整流ダイオード
Ig…グランド漏洩電流
Np…1次コイル
Ns…2次コイル
T…トランス
2…パッシブ電極
3…アクティブ電極
5…負荷回路
6…アクティブ電極
7…パッシブ電極
10…高周波電圧発生回路
11…トランス
12…電流検出・容量制御回路
13…遮蔽導体
14…副分圧回路
21…筐体
29…低電圧回路部
30…整流平滑回路
31…制御回路
32…二次電池
101,102A,102B,102C,103A,103B…電力送電装置
104〜111…電力送電装置
201,208〜212…電力受電装置
301,303A,303B…電力伝送システム
Claims (12)
- トランスと、給電部である前記トランスの1次コイルに高周波電圧を給電する高周波電圧発生回路と、を有し、前記トランスの2次コイルから高周波電力を出力する高周波電力装置において、
前記トランスの2次コイルの両端の電圧、又は2次コイルの両端間に接続された回路のうち高電圧が掛かる素子の両端の電圧、を所定の電圧比に分圧する分圧回路を備え、
前記分圧回路は、第1のインピーダンス素子および第2のインピーダンス素子を含む直列回路であり、
前記第1のインピーダンス素子は、前記トランスの2次コイルの両端のうち又は2次コイルの両端に接続された回路のうち、接地電位を基準とする高電位側につながる素子であり、
前記第2のインピーダンス素子は、前記トランスの2次コイルの両端のうち又は2次コイルの両端に接続された回路のうち、接地電位を基準とする低電位側につながる素子であり、
前記第1のインピーダンス素子のインピーダンスをZa、前記第2のインピーダンス素子のインピーダンスをZpで表し、前記高電位側と接地との間に生じる等価対接地容量である第1の等価対接地容量をCa、前記低電位側と接地との間に生じる等価対接地容量である第2の等価対接地容量をCpで表すと、Za/ZpはCp/Caにほぼ等しいことを特徴とする、高周波電力装置。 - 電力送電装置および電力受電装置で構成される電力伝送システムであって、請求項1に記載の高周波電力装置を有し、前記電力送電装置は前記トランスの1次コイルを備え、前記電力受電装置は前記トランスの2次コイルを備え、前記トランスの誘導結合によって前記電力送電装置から前記電力受電装置へ電力を伝送する電力伝送システム。
- 電力送電装置および電力受電装置で構成される電力伝送システムに用いられる電力送電装置であって、請求項1に記載の高周波電力装置を有し、前記高電位側に接続された容量結合用のアクティブ電極および前記低電位側に接続された容量結合用のパッシブ電極を備えた、電力送電装置。
- 前記第1のインピーダンス素子は前記アクティブ電極と前記給電部との間の第1の容量であり、
前記第2のインピーダンス素子は前記パッシブ電極と前記給電部との間の第2の容量である、請求項3に記載の電力送電装置。 - 前記第1の容量は、前記アクティブ電極と前記給電部との間に接続された容量素子と寄生容量との合成容量、又は寄生容量自体であり、前記第2の容量は、前記パッシブ電極と前記給電部との間に接続された容量素子と寄生容量との合成容量、又は寄生容量自体であり、前記アクティブ電極と前記給電部との間、又は前記パッシブ電極と前記給電部との間の少なくとも一方に接続される前記容量素子は可変容量素子を含む、請求項4に記載の電力送電装置。
- 前記高周波電圧を発生する回路のグランドに流れる電流を検出し、検出結果に基づいて、前記可変容量素子の容量を制御する容量制御回路を備えた、請求項5に記載の電力送電装置。
- 前記トランスの2次コイルは引出端子を備え、
前記第1のインピーダンス素子は、前記引出端子から前記2次コイルの前記アクティブ電極側の端までに相当する第1のインダクタであり、
前記第2のインピーダンス素子は、前記2次コイルの引出端子から前記2次コイルの前記パッシブ電極側の端までに相当する第2のインダクタであり、
前記第1のインダクタのインダクタンスをLa、前記第2のインダクタのインダクタンスをLpで表すと、La/Lpが、前記第1の等価対接地容量に対する前記第2の等価対接地容量の比にほぼ等しい、請求項3乃至6の何れかに記載の電力送電装置。 - 前記第2のインダクタの両端電圧を分圧し、分圧出力端を接地する副分圧回路を備える、請求項7に記載の電力送電装置。
- 前記副分圧回路は、前記引出端子と分圧出力端との間に接続された第1の抵抗素子と前記パッシブ電極側の端と前記分圧出力端との間に接続された第2の抵抗素子の直列回路であり、
前記第1のインダクタのインダクタンスをLa、前記第2のインダクタのインダクタンスをLpで表し、
前記第1の抵抗素子の抵抗値をRa、前記第2の抵抗素子の抵抗値をRpで表すと、
La+Lp×(Ra/(Ra+Rp))に対する、Lp×(Rp/(Ra+Rp))の比が、前記第2の等価対接地容量に対する前記第1の等価対接地容量の比にほぼ等しい、請求項8に記載の電力送電装置。 - 前記副分圧回路は、前記引出端子と分圧出力端との間に接続された第1のキャパシタと前記パッシブ電極側の端と前記分圧出力端との間に接続された第2のキャパシタの直列接続回路であり、
前記第1のインダクタのインダクタンスをLa、前記第2のインダクタのインダクタンスをLpで表し、
前記第1のキャパシタのキャパシタンスをCDa、前記第2のキャパシタのキャパシタンスをCDpで表すと、
La+Lp×(CDp/(CDa+CDp))に対する、Lp×(CDa/(CDa+CDp))の比が、前記第2の等価対接地容量に対する前記第1の等価対接地容量の比にほぼ等しい、請求項8に記載の電力送電装置。 - 前記高周波電圧を発生する回路のグランドに流れる電流を検出する電流検出回路を備え、
前記電流検出回路の検出結果に基づいて前記副分圧回路の分圧比を制御する分圧比制御回路を備えた、請求項8に記載の電力送電装置。 - 請求項3乃至11の何れかに記載の電力送電装置及び電力受電装置を備え、
前記電力受電装置は、前記電力受電装置のアクティブ電極と前記電力受電装置のパッシブ電極との間に誘起される電力を受ける負荷回路を備えた、電力伝送システム。
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