JP5545341B2 - Wireless power supply device - Google Patents

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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q7/00Loop antennas with a substantially uniform current distribution around the loop and having a directional radiation pattern in a plane perpendicular to the plane of the loop

Description

本発明は、ワイヤレスにて電力を送るためのワイヤレス給電装置に関する。   The present invention relates to a wireless power feeding apparatus for transmitting power wirelessly.

電源コードなしで電力を供給するワイヤレス給電技術が注目されつつある。現在のワイヤレス給電技術は、(A)電磁誘導を利用するタイプ(近距離用)、(B)電波を利用するタイプ(遠距離用)、(C)磁場の共振現象を利用するタイプ(中距離用)の3種類に大別できる。   Wireless power supply technology that supplies power without a power cord is drawing attention. Current wireless power transfer technologies are (A) a type that uses electromagnetic induction (for short distance), (B) a type that uses radio waves (for long distance), and (C) a type that uses magnetic field resonance (medium distance). Can be roughly divided into three types.

電磁誘導を利用するタイプ(A)は、電動シェーバーなどの身近な家電製品において一般的に利用されているが、数cm程度の近距離でしか使えないという課題がある。電波を利用するタイプ(B)は、遠距離で使えるが電力が小さいという課題がある。共振現象を利用するタイプ(C)は、比較的新しい技術であり、数m程度の中距離でも高い電力伝送効率を実現できることから特に期待されている。たとえば、EV(Electric Vehicle)の車両下部に受電コイルを埋め込み、地中の給電コイルから非接触にて電力を送り込むという案も検討されている。以下、タイプ(C)を「磁場共振型」とよぶ。   The type (A) using electromagnetic induction is generally used in household appliances such as an electric shaver, but has a problem that it can be used only at a short distance of about several centimeters. The type (B) using radio waves can be used at a long distance, but has a problem that power is small. The type (C) using the resonance phenomenon is a relatively new technology, and is particularly expected from the fact that high power transmission efficiency can be realized even at a middle distance of about several meters. For example, a proposal has been studied in which a receiving coil is embedded in the lower part of an EV (Electric Vehicle) and electric power is sent in a non-contact manner from a power feeding coil in the ground. Hereinafter, the type (C) is referred to as “magnetic field resonance type”.

磁場共振型は、マサチューセッツ工科大学が2006年に発表した理論をベースとしている(特許文献1参照)。特許文献1では、4つのコイルを用意している。これらのコイルを給電側から順に「エキサイトコイル」、「給電コイル」、「受電コイル」、「ロードコイル」とよぶことにする。エキサイトコイルと給電コイルは近距離にて向かい合わされ、電磁結合する。同様に、受電コイルとロードコイルも近距離にて向かい合わされ、電磁結合する。これらの距離に比べると、給電コイルから受電コイルまでの距離は「中距離」であり、比較的大きい。このシステムの目的は、給電コイルから受電コイルにワイヤレス給電することである。   The magnetic resonance type is based on a theory published by Massachusetts Institute of Technology in 2006 (see Patent Document 1). In Patent Document 1, four coils are prepared. These coils are called “exciting coil”, “power feeding coil”, “power receiving coil”, and “load coil” in order from the power feeding side. The exciting coil and the feeding coil face each other at a short distance and are electromagnetically coupled. Similarly, the power receiving coil and the load coil are also faced at a short distance and are electromagnetically coupled. Compared to these distances, the distance from the feeding coil to the receiving coil is a “medium distance”, which is relatively large. The purpose of this system is to wirelessly feed power from the feeding coil to the receiving coil.

エキサイトコイルに交流電力を供給すると、電磁誘導の原理により給電コイルにも電流が流れる。給電コイルが磁場を発生させ、給電コイルと受電コイルが磁気的に共振すると、受電コイルには大きな電流が流れる。電磁誘導の原理によりロードコイルにも電流が流れ、ロードコイルと直列接続される負荷から電力が取り出される。磁場共振現象を利用することにより、給電コイルから受電コイルの距離が大きくても高い電力伝送効率を実現できる。   When AC power is supplied to the exciting coil, current also flows through the feeding coil due to the principle of electromagnetic induction. When the power feeding coil generates a magnetic field and the power feeding coil and the power receiving coil resonate magnetically, a large current flows through the power receiving coil. Due to the principle of electromagnetic induction, a current also flows through the load coil, and electric power is extracted from a load connected in series with the load coil. By using the magnetic field resonance phenomenon, high power transmission efficiency can be realized even if the distance from the power feeding coil to the power receiving coil is large.

米国公開2008/0278264号公報US Publication No. 2008/0278264 特開2006−230032号公報JP 2006-230032 A 国際公開2006/022365号公報International Publication No. 2006/022365 米国公開2009/0072629号公報US Publication No. 2009/0072629

給電コイルから受電コイルへの電力伝送効率を最大化するためには、共振周波数の交流信号を生成する必要がある。たとえば、特許文献2では、発振器から所定周波数の信号(矩形波)を発生させ、更に、分周器によりその周波数を1/n倍に分周している。そして、この分周信号によりドライブ用ブリッジ回路(給電手段)を駆動している。本発明者は、交流電力そのものを利用することにより、給電コイルの駆動系をよりシンプルに構成できることに想到した。   In order to maximize the power transmission efficiency from the power feeding coil to the power receiving coil, it is necessary to generate an AC signal having a resonance frequency. For example, in Patent Document 2, a signal (rectangular wave) having a predetermined frequency is generated from an oscillator, and the frequency is further divided by 1 / n times by a frequency divider. Then, the drive bridge circuit (power feeding means) is driven by the divided signal. The inventor has conceived that the drive system of the feeding coil can be configured more simply by using the AC power itself.

本発明は、本発明者による上記認識に基づいて完成された発明であり、磁場共振型のワイヤレス給電において、給電コイルの駆動系をシンプルな構成にて実現することを主たる目的とする。   The present invention has been completed on the basis of the above recognition by the present inventor, and a main object of the present invention is to realize a drive system of a feeding coil with a simple configuration in a magnetic field resonance type wireless power feeding.

本発明に係るワイヤレス給電装置は、給電コイルと受電コイルの共振周波数にて、給電コイルから受電コイルにワイヤレス送電するための装置である。この装置は、直列接続された第1のコイルおよびキャパシタを含む共振回路と、共振回路への第1および第2の方向からの電流の供給を制御する第1および第2のスイッチと、第1および第2のスイッチを交互に導通させることにより共振回路を共振させ、第1のコイルを給電コイルとして、第1のコイルから受電コイルへ交流電力を送電させる送電制御回路を備える。送電制御回路は、交流電力により第1および第2のスイッチをフィードバック制御することにより、共振回路の共振状態を持続させる。   A wireless power feeder according to the present invention is a device for wirelessly transmitting power from a power feeding coil to a power receiving coil at a resonance frequency of the power feeding coil and the power receiving coil. The apparatus includes a resonant circuit including a first coil and a capacitor connected in series, first and second switches for controlling supply of current from the first and second directions to the resonant circuit, And a power transmission control circuit that resonates the resonance circuit by alternately conducting the second switch and uses the first coil as a power supply coil to transmit AC power from the first coil to the power reception coil. The power transmission control circuit maintains the resonance state of the resonance circuit by performing feedback control of the first and second switches with AC power.

この装置は、エキサイトコイルを用いることなく、直接給電コイルを駆動できる。したがって、製造コストを抑え構成をコンパクトにしやすい。装置が発生させる交流電力を利用して第1および第2のスイッチをフィードバック制御するため、他の発振源を持たない場合でもワイヤレス給電を持続させやすくなる。この結果、給電システムの駆動系をシンプルに構成できる。   This device can directly drive the feeding coil without using an exciting coil. Therefore, it is easy to reduce the manufacturing cost and make the configuration compact. Since the first and second switches are feedback-controlled using AC power generated by the apparatus, wireless power feeding can be easily maintained even when no other oscillation source is provided. As a result, the drive system of the power feeding system can be configured simply.

この装置は、交流電力が発生させる磁界により誘導電流を発生させる第2のコイルを更に備えてもよい。送電制御回路は、誘導電流により第1および第2のスイッチをフィードバック制御してもよい。交流電力が発生させる磁界により第2のコイル(検出コイル)に誘導電流を発生させ、その誘導電流を利用して第1および第2のスイッチをフィードバック制御するため、給電コイルに直接的な負荷がかかりにくい。このため、給電コイルの共振特性への影響を抑制しつつ、共振状態を維持しやすい構成となる。   The apparatus may further include a second coil that generates an induced current by a magnetic field generated by AC power. The power transmission control circuit may perform feedback control on the first and second switches with the induced current. Inductive current is generated in the second coil (detection coil) by the magnetic field generated by the AC power, and the first and second switches are feedback controlled using the induced current. Hard to take. For this reason, it becomes the structure which is easy to maintain a resonance state, suppressing the influence on the resonance characteristic of a feed coil.

送電制御回路は、共振回路のコイルを給電コイルとして動作させるのではなく、エキサイトコイルとして動作させ、別のコイルとして設けられる給電コイルに電力を供給させてもよい。   The power transmission control circuit may operate as an exciting coil instead of operating the coil of the resonance circuit as a power feeding coil, and supply power to a power feeding coil provided as another coil.

第2のコイルはトロイダルコアに巻回されてもよい。そして、このトロイダルコアに第1のコイルの一部を通過させることにより、第1コイルと第2コイルとで結合トランスを形成してもよい。このようにトロイダルコアを第1および第2のコイルで共有することにより、第2のコイルに誘導電流を好適に発生させることができる。   The second coil may be wound around the toroidal core. Then, a coupling transformer may be formed by the first coil and the second coil by passing a part of the first coil through the toroidal core. Thus, by sharing the toroidal core between the first and second coils, an induced current can be suitably generated in the second coil.

この装置は、有効信号を発生させる有効信号発生器、を更に備えてもよい。そして、送電制御回路は、有効信号の発生期間中であることを条件として、交流電力により第1および第2のスイッチを駆動してもよい。このような態様によれば、有効信号の発生期間の長さを制御することにより、交流電力の大きさや給電期間を調整しやすくなる。   The apparatus may further include an effective signal generator that generates an effective signal. The power transmission control circuit may drive the first and second switches with AC power on condition that the effective signal is being generated. According to such an aspect, it becomes easy to adjust the magnitude of the AC power and the power supply period by controlling the length of the generation period of the effective signal.

送電制御回路は、有効信号の発生を契機として、第1および第2のスイッチのいずれかの駆動を開始してもよい。有効信号をいわば開始スイッチとすることにより、交流電力の給電開始タイミングを有効信号発生器により制御できる。また、有効信号が停止したとき、第1および第2のスイッチをいずれもオフとすることにより給電を強制停止させてもよい。   The power transmission control circuit may start driving one of the first and second switches, triggered by the generation of the valid signal. By using an effective signal as a start switch, the supply start timing of AC power can be controlled by the effective signal generator. Further, when the valid signal is stopped, the power supply may be forcibly stopped by turning off both the first and second switches.

本発明に係る別のワイヤレス給電装置も、給電コイルと受電コイルの共振周波数にて、給電コイルから受電コイルにワイヤレス送電するための装置である。この装置は、第1および第2の電流経路を含む電源回路と、給電コイルと、給電コイルと磁気結合して電源回路から供給される交流電力を給電コイルに供給するエキサイトコイルと、第1および第2の電流経路それぞれに直列に接続される第1および第2のスイッチを共振周波数にて交互に導通させることによりエキサイトコイルに交流電力を供給させる送電制御回路を備える。送電制御回路は、交流電力により第1および第2のスイッチをフィードバック制御することによりエキサイトコイルへの交流電力の供給を持続させる。   Another wireless power feeder according to the present invention is also a device for wirelessly transmitting power from the power feeding coil to the power receiving coil at the resonance frequency of the power feeding coil and the power receiving coil. The apparatus includes a power supply circuit including first and second current paths, a power supply coil, an exciting coil that is magnetically coupled to the power supply coil and supplies AC power supplied from the power supply circuit to the power supply coil, A power transmission control circuit is provided that supplies alternating power to the exciting coil by alternately conducting first and second switches connected in series to each of the second current paths at a resonance frequency. The power transmission control circuit maintains the supply of AC power to the exciting coil by performing feedback control of the first and second switches with AC power.

このような態様においても、装置が発生させる交流電力を利用して第1および第2のスイッチをフィードバック制御するため、発振源を持たなくてもワイヤレス給電を持続させやすくなる。この結果、給電システムの駆動系をシンプルに構成できる。   Also in such an aspect, since the first and second switches are feedback-controlled using AC power generated by the apparatus, wireless power feeding can be easily maintained without having an oscillation source. As a result, the drive system of the power feeding system can be configured simply.

この装置は、交流電力が発生させる磁界により誘導電流を発生させる検出コイルを更に備えてもよい。そして、送電制御回路は、誘導電流により第1および第2のスイッチをフィードバック制御してもよい。   The apparatus may further include a detection coil that generates an induced current by a magnetic field generated by AC power. The power transmission control circuit may feedback control the first and second switches with the induced current.

検出コイルは、給電コイルを流れる交流電流が発生させる磁界により誘導電流を発生させてもよいし、エキサイトコイルを流れる交流電流が発生させる磁界により誘導電流を発生させてもよい。   The detection coil may generate an induced current by a magnetic field generated by an alternating current flowing through the feeding coil, or may generate an induced current by a magnetic field generated by an alternating current flowing through the exciting coil.

検出コイルはトロイダルコアに巻回されてもよい。そして、このトロイダルコアに給電コイルやエキサイトコイルの一部を通過させることにより、給電コイルおよびエキサイトコイルの一方と検出コイルとで結合トランスを形成してもよい。   The detection coil may be wound around a toroidal core. Then, a coupling transformer may be formed by one of the feeding coil and the exciting coil and the detection coil by passing a part of the feeding coil and the exciting coil through the toroidal core.

この装置も、有効信号を発生させる有効信号発生器を更に備えてもよい。そして、送電制御回路は、有効信号の発生期間中であることを条件として、第1および第2のスイッチを駆動してもよい。また、送電制御回路は、有効信号の発生を契機として、第1および第2のスイッチのいずれかの駆動を開始してもよい。   The apparatus may further include an effective signal generator that generates an effective signal. The power transmission control circuit may drive the first and second switches on condition that the effective signal is being generated. Further, the power transmission control circuit may start driving either the first switch or the second switch in response to the generation of the valid signal.

本発明におけるワイヤレス電力伝送システムは、上述した各種のワイヤレス給電装置と、受電コイルと、受電コイルと磁気結合して、受電コイルが給電コイルから受電した電力を供給されるロードコイルを備える。   A wireless power transmission system according to the present invention includes the above-described various wireless power feeders, a power receiving coil, and a load coil that is magnetically coupled to the power receiving coil and is supplied with power received by the power receiving coil from the power feeding coil.

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせ、本発明の表現を方法、装置、システムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。   It should be noted that any combination of the above-described constituent elements and a representation of the present invention converted between a method, an apparatus, a system, and the like are also effective as an aspect of the present invention.

本発明によれば、磁場共振型のワイヤレス給電技術において、給電コイルの駆動系をシンプルな構成にて実現できる。   According to the present invention, in the magnetic field resonance type wireless power feeding technology, the drive system of the power feeding coil can be realized with a simple configuration.

第1実施形態におけるワイヤレス電力伝送システムのシステム構成図である。1 is a system configuration diagram of a wireless power transmission system according to a first embodiment. 検出コイルおよび給電コイルの拡大構成図である。It is an expanded block diagram of a detection coil and a feeding coil. 電圧および電流の変化過程を示すタイムチャートである。It is a time chart which shows the change process of a voltage and an electric current. 波形増幅器の前後における制御電位の変化過程を示すタイムチャートである。It is a time chart which shows the change process of the control potential before and behind the waveform amplifier. 有効信号、制御信号および各スイッチングトランジスタのゲート電位の関係を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows the relationship between an effective signal, a control signal, and the gate potential of each switching transistor. 第1実施形態におけるワイヤレス電力伝送システムの別例としてのシステム構成図である。It is a system configuration figure as another example of the wireless power transmission system in a 1st embodiment. 第2実施形態におけるワイヤレス電力伝送システムのシステム構成図である。It is a system block diagram of the wireless power transmission system in 2nd Embodiment. 第3実施形態におけるワイヤレス電力伝送システムのシステム構成図である。It is a system configuration | structure figure of the wireless power transmission system in 3rd Embodiment. 第3実施形態におけるワイヤレス電力伝送システムの別例としてのシステム構成図である。It is a system block diagram as another example of the wireless power transmission system in 3rd Embodiment.

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態を説明する。まず、第1実施形態および第2実施形態としてハーフブリッジ型について説明する。次に、第3実施形態としてプッシュプル型について説明する。各実施形態を特に区別しないときには単に「本実施形態」とよぶ。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. First, a half-bridge type will be described as the first embodiment and the second embodiment. Next, a push-pull type will be described as a third embodiment. When the embodiments are not particularly distinguished, they are simply referred to as “this embodiment”.

[第1実施形態:ハーフブリッジ型]
図1は、第1実施形態におけるワイヤレス電力伝送システム100のシステム構成図である。ワイヤレス電力伝送システム100は、ワイヤレス給電装置200、受電コイル回路130およびロード回路140を含む。ワイヤレス給電装置200は、その一部に給電コイルLを含む。給電コイルLと受電コイル回路130の間には数m程度の距離がある。ワイヤレス電力伝送システム100の主目的は、給電コイルLから受電コイル回路130にワイヤレスにて交流電力を送電することである。本実施形態におけるワイヤレス電力伝送システムは、100MHz前後の共振周波数fにて動作させることを想定したシステムである。したがって、給電コイルLと受電コイルLの共振周波数fは100MHzに設定される。なお、本実施形態におけるワイヤレス電力伝送システムは、たとえば、ISM(Industry-Science-Medical)周波数帯のような高周波数帯にて動作させることも可能である。
[First embodiment: Half-bridge type]
FIG. 1 is a system configuration diagram of a wireless power transmission system 100 according to the first embodiment. The wireless power transmission system 100 includes a wireless power feeder 200, a power receiving coil circuit 130, and a load circuit 140. Wireless power supply apparatus 200 includes a feeding coil L 2 in a part thereof. There is a distance of about several meters between the feeding coil L 2 and the receiving coil circuit 130. The main purpose of the wireless power transmission system 100 is to power the AC power at the wireless receiving coil circuit 130 from the feeding coil L 2. Wireless power transmission system according to the present embodiment is a system assumed to operate at 100MHz around the resonance frequency f r. Therefore, the resonance frequency f r of the feeding coil L 2 and the power receiving coil L 3 is set to 100 MHz. Note that the wireless power transmission system according to the present embodiment can be operated in a high frequency band such as an ISM (Industry-Science-Medical) frequency band.

ワイヤレス給電装置200は、エキサイトコイルを介すことなく、給電コイルLに交流電力を直接供給するハーフブリッジ型の回路である。図1に示すように、ワイヤレス給電装置200は上下対称形となっている。給電コイルLを流れる電流Iは交流であり、同図矢印にて示す方向を正方向、反対方向を負方向とする。本実施形態における給電コイルLの巻き数は7回、導線の直径は5mm、給電コイルL自体の直径は280mmである。 Wireless power supply apparatus 200, without passing through the exciting coil, a circuit for directly supplying the half-bridge type AC power to the feeding coil L 2. As shown in FIG. 1, the wireless power feeder 200 is vertically symmetric. Current I S flowing through the feeding coil L 2 is an AC, and the direction indicated by arrow in FIG forward, the opposite direction a negative direction. The number of windings of the feeding coil L 2 in the present embodiment 7 times, the diameter of the wire 5 mm, the diameter of the feeding coil L 2 itself is 280 mm.

受電コイル回路130は、受電コイルLとキャパシタCが直列接続された回路である。給電コイルLと受電コイルLは互いに向かい合っている。給電コイルLと受電コイルLの距離は、0.2m〜1m程度と比較的長い。本実施形態における受電コイルLの巻き数は7回、導線の直径は5mm、受電コイルL自体の直径は280mmである。受電コイル回路130の共振周波数fも100MHzとなるように、受電コイルLとキャパシタCそれぞれの値が設定されている。したがって、給電コイルLと受電コイルLは同一形状である必要はない。給電コイルLが共振周波数fにて磁界を発生させると、給電コイルLと受電コイルLは磁気的に共振し、受電コイル回路130にも大きな電流Iが流れる。同図矢印に示す方向を正方向、反対方向を負方向とする。電流Iの向きと電流Iの向きは逆(逆相)である。 Receiving coil circuit 130 is a circuit in which a receiving coil L 3 and capacitor C 3 are connected in series. Feeding coil L 2 and the power receiving coil L 3 is face each other. Distance of the feeding coil L 2 and the power receiving coil L 3 is relatively long, about 0.2M~1m. Number of windings of the receiving coil L 3 in the present embodiment 7 times, the diameter of the wire 5 mm, the diameter of the power receiving coil L 3 itself is 280 mm. The resonance frequency f r of the receiving coil circuit 130 as is the 100 MHz, The values of the receiving coil L 3 and capacitor C 3 are set. Thus, the feeding coil L 2 and the power receiving coil L 3 need not have the same shape. When the feeding coil L 2 generates a magnetic field at the resonance frequency f r, the feeding coil L 2 and the power receiving coil L 3 is magnetically resonate, even a large current flows through I 3 in the receiving coil circuit 130. The direction indicated by the arrow in the figure is the positive direction, and the opposite direction is the negative direction. The flowing directions of the current I 3 of the current I S is reversed (reversed phase).

ロード回路140は、ロードコイルLと負荷Rが直列接続された回路である。本実施形態における負荷Rは電球である。受電コイルLとロードコイルLは互いに向かい合っている。受電コイルLとロードコイルLの距離は10mm以下と比較的近い。このため、受電コイルLとロードコイルLは電磁的に強く結合している。本実施形態におけるロードコイルLの巻き数は1回、導線の直径は3mm、ロードコイルL自体の直径は210mmである。受電コイルLに電流Iが流れることにより、ロード回路140に起電力が発生し、ロード回路140に電流Iが流れる。同図矢印に示す方向を正方向、反対方向を負方向とする。電流Iの向きと電流Iの向きは逆(逆相)である。すなわち、電流Iは、電流Iと同相である。こうして、電源回路200の給電コイルLから送電された交流電力は、受電コイル回路130とロード回路140により受電され、負荷Rから取り出される。 Load circuit 140 is a circuit for load R are connected in series with the load coil L 4. The load R in this embodiment is a light bulb. Receiving coil L 3 and loading coil L 4 are facing each other. The distance between the receiving coil L 3 and loading coil L 4 are follows relatively close 10 mm. Thus, the receiving coil L 3 and loading coil L 4 are electromagnetically strongly coupled to each other. The number of windings of the loading coil L 4 in this embodiment one, the diameter of the wire 3 mm, the diameter of the loading coil L 4 itself is 210 mm. When the current I 3 flows in the power receiving coil L 3 , an electromotive force is generated in the load circuit 140, and the current I 4 flows in the load circuit 140. The direction indicated by the arrow in the figure is the positive direction, and the opposite direction is the negative direction. The direction of the current I 3 and the direction of the current I 4 are opposite (reverse phase). That is, the current I 4 is in phase with the current I S. Thus, the AC power fed from the feeding coil L 2 of the power supply circuit 200 is received by the receiving coil circuit 130 and loading circuit 140, it is taken out from the load R.

負荷Rを受電コイル回路130に直列接続すると、受電コイル回路130のQ値が悪くなる。このため、受電用の受電コイル回路130と電力取り出し用のロード回路140を分離している。また、電力伝送効率を高めるためには、給電コイルL、受電コイルLおよびロードコイルLの中心線を揃えることが好ましい。 When the load R is connected in series to the power receiving coil circuit 130, the Q value of the power receiving coil circuit 130 is deteriorated. For this reason, the receiving coil circuit 130 for receiving power and the load circuit 140 for extracting power are separated. In order to increase the power transmission efficiency, it is preferable to align the center lines of the feeding coil L 2 , the receiving coil L 3 and the load coil L 4 .

次に、ワイヤレス給電装置200の構成を説明する。まず、ゲート駆動用トランスT1の一次側に駆動回路162が接続される。駆動回路162はトランスT1一次コイルLに動作周波数fの交流電圧(駆動信号DR)を供給する回路である。ただし、駆動回路162は交流電圧を独自生成する発振器ではない。駆動回路162は、給電コイルLから発生する交流電力を利用することにより共振周波数fと等しい動作周波数fの交流電圧(駆動信号DR)を供給する。詳細については後述する。 Next, the configuration of the wireless power supply apparatus 200 will be described. First, the drive circuit 162 is connected to the primary side of the gate drive transformer T1. Driving circuit 162 is a circuit for supplying an AC voltage operating frequency f o in the transformer T1 primary coil L h (driving signal DR). However, the drive circuit 162 is not an oscillator that independently generates an AC voltage. Driving circuit 162 supplies the AC voltage of the resonance frequency f r is equal operating frequency f o (the driving signal DR) by utilizing the AC power generated by the feeding coil L 2. Details will be described later.

駆動信号DRの電圧波形は正弦波でもよいが、ここでは矩形波であるとして説明する。この駆動信号DRにより、トランスT1一次コイルLには正負両方向に交互に電流が流れる。トランスT1一次コイルLとトランスT1二次コイルL、トランスT1二次コイルLはゲート駆動用の結合トランスT1を形成する。電磁誘導により、トランスT1二次コイルLとトランスT1二次コイルLにも正負の両方向に交互に電流が流れる。駆動回路162とゲート駆動用トランスT1が、ワイヤレス電力伝送システム100の駆動系として、ワイヤレス電力伝送システム100から受電コイル回路130等への送電を制御する。 The voltage waveform of the drive signal DR may be a sine wave, but will be described here as a rectangular wave. The driving signals DR, current flows alternately in both positive and negative directions in the transformer T1 primary coil L h. Transformer T1 primary coil L h and transformer T1 secondary coil L f, the transformer T1 secondary coil L g forms a gate-drive coupling transformer T1. By electromagnetic induction, alternating current flows in both positive and negative directions in the transformer T1 secondary coil L f and transformer T1 secondary coil L g. The drive circuit 162 and the gate drive transformer T1 control power transmission from the wireless power transmission system 100 to the power receiving coil circuit 130 and the like as a drive system of the wireless power transmission system 100.

トランスT1二次コイルLの一端は、スイッチングトランジスタQのゲートと接続され、他端はスイッチングトランジスタQのソースと接続される。トランスT1二次コイルLの一端は、別のスイッチングトランジスタQのゲートと接続され、他端はスイッチングトランジスタQのソースと接続される。駆動回路162が共振周波数fにて駆動信号DRを発生させると、スイッチングトランジスタQとスイッチングトランジスタQの各ゲートには、電圧Vx(Vx>0)が共振周波数fにて交互に印加される。このため、スイッチングトランジスタQとスイッチングトランジスタQは共振周波数fにて交互にオン・オフする。スイッチングトランジスタQとスイッチングトランジスタQは同一特性のエンハンスメント型MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)であるが、バイポーラトランジスタなど他のトランジスタでもよい。トランジスタの代わりにリレースイッチ等、他のスイッチを用いてもよい。 One end of the transformer T1 secondary coil L f is connected to the gate of the switching transistor Q 1, and the other end is connected to the source of a switching transistor Q 1. One end of the transformer T1 secondary coil L g is connected to the other gate of the switching transistor Q 2, the other end is connected to the source of a switching transistor Q 2. When the driving circuit 162 generates a drive signal DR at the resonance frequency f r, the respective gates of the switching transistors Q 1, a switching transistor Q 2, is applied alternately at voltage Vx (Vx> 0) is the resonance frequency f r Is done. Therefore, the switching transistor Q 1, a switching transistor Q 2 is turned on and off alternately at the resonance frequency f r. While the switching transistor Q 1, a switching transistor Q 2 is an enhancement-type MOSFET having the same characteristics (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) , it may be other transistors such as a bipolar transistor. Other switches such as a relay switch may be used instead of the transistor.

スイッチングトランジスタQのドレインは、電源Vdd1の正極に接続される。電源Vdd1の負極は、キャパシタCと給電コイルLを介して、スイッチングトランジスタQのソースに接続される。電源Vdd1の負極の電位は接地電位である。スイッチングトランジスタQのソースは、電源Vdd2の負極に接続される。電源Vdd2の正極は、キャパシタCと給電コイルLを介して、スイッチングトランジスタQのドレインに接続される。電源Vdd2の正極の電位は接地電位である。 The drain of the switching transistor Q 1 is, is connected to the positive pole of the power source V dd1. The negative electrode of the power source V dd1 via the capacitor C 1 and the feeding coil L 2, is connected to the source of the switching transistor Q 1. The negative potential of the power supply V dd1 is the ground potential. The source of the switching transistor Q 2 are connected to the negative pole of the power source V dd2. The positive electrode of the power source V dd2 via a capacitor C 1 and the feeding coil L 2, is connected to the drain of the switching transistor Q 2. The potential of the positive electrode of the power supply V dd2 is the ground potential.

スイッチングトランジスタQのソース・ドレイン間の電圧をソース・ドレイン電圧VDS1、スイッチングトランジスタQのソース・ドレイン間の電圧をソース・ドレイン電圧VDS2とよぶ。また、スイッチングトランジスタQのソース・ドレイン間を流れる電流をソース・ドレイン電流IDS1、スイッチングトランジスタQのソース・ドレイン間を流れる電流をソース・ドレイン電流IDS2とする。ソース・ドレイン電流IDS1、IDS2については、同図矢印に示す方向を正方向、反対方向を負方向とする。 The switching transistor to Q 1 source-drain voltage source-drain voltage V DS1 of, referred to as a switching transistor Q source-drain voltage V DS2 a voltage between the source and drain of 2. Further, the switching transistor to Q 1 source the current flowing between drain source drain current I DS1, the switching transistor Q 2 of the source-drain source-drain current the current flowing through the I DS2. For the source / drain currents I DS1 and I DS2 , the direction indicated by the arrow in the figure is the positive direction, and the opposite direction is the negative direction.

キャパシタCと給電コイルLは共振周波数fにて電流共振するように値設定される。いいかえれば、キャパシタCと給電コイルLは、共振周波数fの「共振回路」を形成している。また、キャパシタCと給電コイルLが存在することによりソース・ドレイン電流IDS1、IDS2の電流波形は正弦波状となる。 Capacitor C 1 and the feeding coil L 2 is the value set to the current resonance at the resonance frequency f r. In other words, the capacitor C 1 and the feeding coil L 2 forms a "resonance circuit" of the resonance frequency f r. Further, due to the presence of the capacitor C 1 and the feeding coil L 2 , the current waveforms of the source / drain currents I DS1 and I DS2 are sinusoidal.

スイッチングトランジスタQのソース・ドレイン間にはキャパシタCQ1が並列接続され、スイッチングトランジスタQのソース・ドレイン間にはキャパシタCQ2が並列接続される。キャパシタCQ1とキャパシタCQ2は同一特性のキャパシタである。キャパシタCQ1はソース・ドレイン電圧VDS1の電圧波形を整形し、キャパシタCQ2はソース・ドレイン電圧VDS2の電圧波形を整形するために挿入される。キャパシタCQ1、CQ2を省略しても、ワイヤレス給電装置200によるワイヤレス給電は可能である。特に、共振周波数fが低いときには、これらのキャパシタの影響は小さくなる。 Capacitor C Q1 between the source and drain of the switching transistor Q 1 is connected in parallel between the source and drain of the switching transistor Q 2 capacitor C Q2 are connected in parallel. Capacitor C Q1 and capacitor C Q2 are capacitors having the same characteristics. Capacitor C Q1 will shape the voltage waveform of the source-drain voltage V DS1, the capacitor C Q2 is inserted to shape the voltage waveform of the source-drain voltage V DS2. Even if the capacitors C Q1 and C Q2 are omitted, wireless power feeding by the wireless power feeder 200 is possible. In particular, when the resonance frequency fr is low, the influence of these capacitors is small.

スイッチングトランジスタQが導通(オン)するとき、スイッチングトランジスタQは非導通(オフ)となる。このときのメインの電流経路(以下、「第1電流経路102」とよぶ)は、電源Vdd1からスイッチングトランジスタQ、給電コイルL、キャパシタCを経由して帰還する経路となる。スイッチングトランジスタQは、第1電流経路102の導通・非導通を制御するスイッチとして機能する。 When the switching transistor Q 1 is turned conductive (ON), the switching transistor Q 2 is turned non-conductive (OFF). The main current path (hereinafter referred to as “first current path 102”) at this time is a path for returning from the power supply V dd1 via the switching transistor Q 1 , the feeding coil L 2 , and the capacitor C 1 . The switching transistor Q 1 functions as a switch that controls conduction / non-conduction of the first current path 102.

スイッチングトランジスタQが導通(オン)するとき、スイッチングトランジスタQは非導通(オフ)となる。このときのメインの電流経路(以下、「第2電流経路104」とよぶ)は、電源Vdd2からキャパシタC、給電コイルL、スイッチングトランジスタQを経由して帰還する経路となる。スイッチングトランジスタQは、第2電流経路104の導通・非導通を制御するスイッチとして機能する。 When the switching transistor Q 2 is turned conductive (ON), the switching transistor Q 1 is turned non-conductive (OFF). The main current path (hereinafter referred to as “second current path 104”) at this time is a path for returning from the power source V dd2 via the capacitor C 1 , the feeding coil L 2 , and the switching transistor Q 2 . The switching transistor Q 2 functions as a switch that controls conduction / non-conduction of the second current path 104.

駆動回路162が共振周波数fにて駆動信号DRを供給すると、第1電流経路102と第2電流経路104が共振周波数fにて交互に導通する。キャパシタCと給電コイルLには共振周波数fの交流電流が流れることになるため、キャパシタCと給電コイルLは共振状態となる。受電コイル回路130も共振周波数fの共振回路であるから、給電コイルLと受電コイルLは磁気的に共振する。このとき、電力伝送効率は最大となる。 When the driving circuit 162 supplies a driving signal DR at the resonance frequency f r, the first current path 102 and the second current path 104 is alternately turned on at the resonance frequency f r. Since the capacitor C 1 and the feeding coil L 2, which will be an alternating current of the resonance frequency f r flows, capacitor C 1 and the feeding coil L 2 is a resonance state. The receiving coil circuit 130 is also a resonance circuit of the resonance frequency f r, the feeding coil L 2 and the power receiving coil L 3 is magnetically resonate. At this time, the power transmission efficiency is maximized.

給電コイルLの近くには、検出コイルLSSが設置される。検出コイルLSSは、貫通孔を有するコア154(トロイダルコア)にN回巻き付けられたコイルである。給電コイルLの一部もコア154を貫通するため、給電コイルLと検出コイルLSSは結合トランスを形成する。共振周波数fの交流電流Iが発生させる交流磁界により、検出コイルLSSには共振周波数fの誘導電流ISSが流れる。電流Iと誘導電流ISSは同相である。 Near the feeding coil L 2, the detection coil L SS is installed. Detection coil L SS is a coil which is wound N S times the core 154 (toroidal core) having a penetration hole. For penetrating the core 154 also a part of the feeding coil L 2, the feeding coil L 2 and the detection coil L SS forms a coupling transformer. The AC magnetic field alternating current I S of the resonance frequency f r is to generate, in the detection coil L SS flows induced current I SS of the resonance frequency f r. The current IS and the induced current ISS are in phase.

検出コイルLSSの両端には抵抗Rが接続される。抵抗Rの一端Bは接地され、他端AはキャパシタC、波形増幅器160を介して駆動回路162に接続される。キャパシタCは、接続点Aの電位Vt0の電圧波形から直流成分をカットするために挿入される。カット後の電位を制御電位Vt1とよぶ。波形増幅器160は、アナログ波形の制御電位Vt1を増幅して2値化し、デジタル波形の制御電位Vt2に変換する。波形増幅器160は、制御電位Vt1が所定の閾値、たとえば、0.1(V)より大きくなると飽和電圧5(V)を出力する増幅器である。このため、電位Vt1がアナログ波形となる場合でも、波形増幅器160によって制御電位Vt1はデジタル波形の制御電位Vt2に変換される。詳細については図4に関連して後述する。制御電位Vt2は、制御信号INとして、駆動回路162に入力信号となる。 The resistance R 3 is connected to both ends of the detection coil L SS. One end B of the resistor R 3 is grounded, and the other end A is connected to the drive circuit 162 via the capacitor C 5 and the waveform amplifier 160. Capacitor C 5 is inserted in order to cut a DC component from the voltage waveform of the potential V t0 of the connection point A. The potential after cutting is called a control potential V t1 . The waveform amplifier 160 amplifies the control potential V t1 having an analog waveform, binarizes it, and converts it into a control potential V t2 having a digital waveform. The waveform amplifier 160 is an amplifier that outputs a saturation voltage of 5 (V) when the control potential V t1 exceeds a predetermined threshold, for example, 0.1 (V). Therefore, even when the potential V t1 has an analog waveform, the waveform potential 160 converts the control potential V t1 into a digital waveform control potential V t2 . Details will be described later with reference to FIG. The control potential V t2 becomes an input signal to the drive circuit 162 as the control signal IN.

駆動回路162は、制御信号INおよび有効信号ENを入力信号、駆動信号DRを出力信号とする回路である。有効信号ENは、有効信号発生器164から供給される2値の信号である。駆動回路162は、既知の回路であり、たとえば、テキサス・インツルメンツ社の製品番号UCC37321のIC(Integrated Circuit)を利用すればよい。   The drive circuit 162 is a circuit that uses the control signal IN and the enable signal EN as input signals and the drive signal DR as an output signal. The valid signal EN is a binary signal supplied from the valid signal generator 164. The drive circuit 162 is a known circuit, and for example, an IC (Integrated Circuit) having a product number UCC37321 manufactured by Texas Instruments may be used.

有効信号ENがローレベルからハイレベルに変化するとき、駆動信号DRはハイレベルまたはローレベルに変化する。このため、トランスT1一次コイルLにはいずれかの方向に瞬間的に電流が流れる。スイッチングトランジスタQとスイッチングトランジスタQのいずれかがオンとなるため、第1電流経路102か第2電流経路104のいずれかに電流Iが流れる。ここでは、電流Iは正方向(第1電流経路102)に流れたとする。給電コイルLに正方向の電流Iが流れると、検出コイルLSSに誘導電流ISSが発生し、駆動回路162にはハイレベルの制御信号INが入力される。共振回路(給電コイルLとキャパシタC)の共振現象により、やがて電流Iの向きは負方向(第2電流経路104)に変化する。このとき、駆動回路162にはローレベルの制御信号が入力される。この結果、制御信号INは共振周波数fの矩形波となる。更に詳細については図4に関連して後述する。 When the valid signal EN changes from low level to high level, the drive signal DR changes from high level to low level. Therefore, instantaneous current flows in the direction of either the transformer T1 primary coil L h. Since one of the switching transistors Q 1, a switching transistor Q 2 is turned on, current flows I S to either the first current path 102 or the second current path 104. Here, current I S is the flow in the positive direction (the first current path 102). When the feeding coil L 2 flows forward current I S, the induced current I SS is generated in the detection coil L SS, the control signal IN of high level is input to the drive circuit 162. The resonance of the resonant circuit (feeding coil L 2 and capacitor C 2), eventually the direction of the current I S is changed in the negative direction (second current path 104). At this time, a low-level control signal is input to the drive circuit 162. As a result, the control signal IN becomes a rectangular wave of the resonance frequency f r. Further details will be described later in connection with FIG.

有効信号ENがハイレベルに維持されている期間においては、駆動信号DR=制御信号INとなる。駆動信号DRは矩形波となるため、スイッチングトランジスタQとスイッチングトランジスタQが交互に導通し、共振状態が維持される。 In a period in which the valid signal EN is maintained at a high level, the drive signal DR = the control signal IN. Since the driving signal DR is a rectangular wave, the switching transistor Q 1, a switching transistor Q 2 are conducted alternately, the resonance state is maintained.

有効信号ENがローレベルとなると、駆動信号DRは強制停止される。このときには、スイッチングトランジスタQとスイッチングトランジスタQのいずれもオフとなり、電力供給は停止される。 When the valid signal EN becomes low level, the drive signal DR is forcibly stopped. In this case, none of the switching transistor Q 1, a switching transistor Q 2 turns off, the power supply is stopped.

ワイヤレス給電装置200の動作周波数fが共振周波数fと一致するとき、給電コイルLには共振周波数fにて交流電流Iが流れ、受電コイル回路130にも共振周波数fにて交流電流Iが流れる。給電コイルLおよびキャパシタCと、受電コイル回路130の受電コイルLおよびキャパシタCは、同一の共振周波数fにて共振するため、給電コイルLから受電コイルLへの電力伝送効率は最大となる。 When the operating frequency f o of the wireless power supply apparatus 200 coincides with the resonance frequency f r, the feeding coil L 2 AC current I S flows at the resonance frequency f r, in the receiving coil circuit 130 at the resonance frequency f r AC current I 3 flows. A feeding coil L 2 and capacitor C 1, the receiving coil L 3 and capacitor C 3 of the receiving coil circuit 130 to resonate at the same resonance frequency f r, the power transmission from the power feeding coil L 2 to the power receiving coil L 3 Efficiency is maximized.

図2は、検出コイルLSSおよび給電コイルLの拡大構成図である。図2は、検出コイルLSSの周辺構成を詳細に示す図である。コア154の形状は貫通孔を有する筒形状であり、その材質はフェライト、珪素鋼板、パーマロイ(permalloy)等の既知材料である。本実施形態における検出コイルLSSの巻き数Nは100回である。コア154の貫通孔を給電コイルLの一部が貫通している。これは、コア154に対する給電コイルLの巻き数Nが1回であることを意味する。このような構成により、検出コイルLSSと給電コイルLは結合トランスを形成する。 FIG. 2 is an enlarged configuration diagram of the detection coil L SS and the feeding coil L 2 . Figure 2 is a diagram showing a peripheral structure of the detection coil L SS in detail. The shape of the core 154 is a cylindrical shape having a through hole, and the material thereof is a known material such as ferrite, a silicon steel plate, and permalloy. The number of turns N S of the detection coil L SS in this embodiment is 100 times. Some through holes of the core 154 of the feeding coil L 2 extending therethrough. This means that the number of turns N P of the feeding coil L 2 relative to the core 154 is one. With such a configuration, the detection coil L SS and the feeding coil L 2 form a coupling transformer.

給電コイルLが一次側巻線、検出コイルLSSが二次側巻線となることにより両者間で結合トランスが形成される。給電コイルLの交流電流Iが発生させる交流磁界により、検出コイルLSSには同相の誘導電流ISSが流れる。等アンペア・ターンの法則により、誘導電流ISSの大きさは、I・(N/N)となる。検出コイルLSSの一端Aにおける電位Vt0が計測対象となる。検出コイルLSSの他端Bは接地されるので、電位Vt0は抵抗Rに印加される電圧値に等しい。 Feeding coil L 2 is the primary winding, the detection coil L SS is the coupling transformer between them is formed by the secondary winding. The AC magnetic field alternating current I S of the feeding coil L 2 is generating flows induced current I SS of the same phase in the detection coil L SS. According to the equal ampere-turn law, the magnitude of the induced current I SS is I S · (N P / N S ). Potential V t0 is a measurement target at one end A of the detection coil L SS. Since the other end B of the detection coil L SS is grounded, the potential V t0 is equal to the voltage value applied to the resistor R 3 .

図3は、電圧および電流の変化過程を示すタイムチャートである。時刻t〜時刻tの期間(以下、「第1期間」とよぶ)は、スイッチングトランジスタQがオン、スイッチングトランジスタQがオフとなる期間である。時刻t〜時刻tの期間(以下、「第2期間」とよぶ)は、スイッチングトランジスタQがオフ、スイッチングトランジスタQがオンとなる期間、時刻t〜時刻tの期間(以下、「第3期間」とよぶ)は、スイッチングトランジスタQがオン、スイッチングトランジスタQがオフとなる期間、時刻t〜時刻tの期間(以下、「第4期間」とよぶ)は、スイッチングトランジスタQがオフ、スイッチングトランジスタQがオンとなる期間であるとする。 FIG. 3 is a time chart showing a change process of voltage and current. A period from time t 0 to time t 1 (hereinafter referred to as “first period”) is a period in which the switching transistor Q 1 is on and the switching transistor Q 2 is off. A period from time t 1 to time t 2 (hereinafter referred to as “second period”) is a period in which the switching transistor Q 1 is turned off and the switching transistor Q 2 is turned on, and a period from time t 2 to time t 3 (hereinafter referred to as “second period”). , “Third period”) is a period in which the switching transistor Q 1 is on and the switching transistor Q 2 is off, and a period from time t 3 to time t 4 (hereinafter referred to as “fourth period”) is: the switching transistor Q 1 is turned off, the switching transistor Q 2 is a period in which an oN.

スイッチングトランジスタQのゲート・ソース電圧VGS1が所定の閾値Vを超えたとき、スイッチングトランジスタQは飽和状態となる。したがって、第1期間の開始タイミングである時刻tにスイッチングトランジスタQがオン(導通)となると、ソース・ドレイン電流IDS1が流れ始める。いいかえれば、正方向(第1電流経路102)に電流Iが流れ始める。共振回路(給電コイルLとキャパシタC)が電流共振するため、電流Iの第1期間における電流波形は矩形波とはならず、立ち上がりと立ち下がりが緩やかになる。 When the gate-source voltage V GS1 of the switching transistor Q 1 is greater than a predetermined threshold value V x, the switching transistor Q 1 is a saturated state. Therefore, when the switching transistor Q 1 is turned ON (conductive) at time t 0 is the start timing of the first period, it starts flowing drain current I DS1. In other words, the current I S starts flowing in the positive direction (the first current path 102). The resonance circuit (feeding coil L 2 and capacitor C 1) is the current resonance, the current waveform in the first period of the current I S does not become a rectangular wave, the rising and falling becomes gentle.

第2期間の開始タイミングである時刻tにスイッチングトランジスタQがオフ(非導通)となると、ソース・ドレイン電流IDS1は流れなくなる。代わりに、スイッチングトランジスタQがオン(導通)となり、ソース・ドレイン電流IDS2が流れはじめる。すなわち、負方向(第2電流経路104)に電流Iが流れ始める。 When the switching transistor Q 1 is turned off (non-conductive) at time t 1 which is the start timing of the second period, the source-drain current I DS1 does not flow. Alternatively, the switching transistor Q 2 is turned on (conductive), the source-drain current I DS2 starts flowing. That is, the current I S starts to flow in the negative direction (second current path 104).

電流Iと誘導電流ISSは同相であり、電位Vt1は誘導電流ISSと同相である。このため、電流Iの電流波形と電位Vt1の電圧波形は同期する。第3期間、第4期間以降は、第1期間、第2期間と同様の波形を繰り返す。 The current IS and the induced current I SS are in phase, and the potential V t1 is in phase with the induced current I SS . Therefore, the voltage waveform of the current waveform and the potential V t1 of the current I S is synchronized. After the third period and the fourth period, the same waveform as that in the first period and the second period is repeated.

図4は、制御電位Vt1と制御電位Vt2の変化過程を示すタイムチャートである。図4では、有効信号ENはハイレベルに固定されているものとする。トランスT1一次コイルLに瞬間電流が流れると、スイッチングトランジスタQとスイッチングトランジスタQのいずれかがオンとなり、第1電流経路102か第2電流経路104のいずれかの経路に電流Iが流れる。以下、第1電流経路102に電流Iが流れたとする。給電コイルLに流れる正方向の電流Iによって誘導電流ISSが発生する。図3に示したように、制御電位Vt1は正弦波状に増加する。波形増幅器160は制御電位Vt1を飽和電圧まで増幅する。したがって、電流Iが正方向(第1電流経路102)に流れ始めると、駆動回路162にはハイレベルの制御信号INが入力される。 FIG. 4 is a time chart showing the changing process of the control potential V t1 and the control potential V t2 . In FIG. 4, it is assumed that the valid signal EN is fixed at a high level. If the instantaneous current flowing in the transformer T1 primary coil L h, one of the switching transistors Q 1, a switching transistor Q 2 is turned on, current I S to one of the paths of the first current path 102 or the second current path 104 Flowing. Hereinafter, the current I S flows through the first current path 102. Induced current I SS is generated by the positive direction of the current I S flowing in the feeding coil L 2. As shown in FIG. 3, the control potential V t1 increases in a sine wave shape. The waveform amplifier 160 amplifies the control potential V t1 to the saturation voltage. Therefore, when the current I S starts to flow in the positive direction (the first current path 102), the control signal IN of high level is input to the drive circuit 162.

共振回路(給電コイルLとキャパシタC)の共振現象により、電流Iは徐々に減少し、負方向(第2電流経路104)に流れようとする。このとき制御電位Vt1も徐々に減少し、波形増幅器160は最低電位(ローレベル)の制御電位Vt1を出力する。駆動回路162にはローレベルの制御信号INが入力されるため、ローレベルの駆動信号DRが発生し、スイッチングトランジスタQがオンとなる。スイッチングトランジスタQはオフとなる。 The resonance of the resonant circuit (feeding coil L 2 and capacitor C 1), the current I S decreases gradually and tends to flow in the negative direction (second current path 104). At this time, the control potential V t1 also gradually decreases, and the waveform amplifier 160 outputs the control potential V t1 having the lowest potential (low level). Since the control signal IN having a low level is input to the drive circuit 162, the driving signal DR is generated at a low level, the switching transistor Q 2 is turned on. The switching transistor Q 1 is turned off.

以降は同様であり、共振回路(給電コイルLとキャパシタC)の共振現象により、電流Iの流れる方向が共振周波数fにて変化する。電流Iの流れる方向が変化するごとに制御電位Vt1が変化し、スイッチングトランジスタQとスイッチングトランジスタQが交互に導通する。駆動回路162は、いったん共振現象を発生させた後は、その共振現象を利用してスイッチングトランジスタQとスイッチングトランジスタQをフィードバック制御している。このため、ワイヤレス給電装置200は発振器を持たなくても自励動作できる。 Thereafter are similar, the resonance of the resonant circuit (feeding coil L 2 and capacitor C 1), the direction of current flow I S changes at the resonance frequency f r. Control potential V t1 is changed every time the direction of flow of the current I S changes, the switching transistor Q 1, a switching transistor Q 2 is turned on alternately. Driving circuit 162, once after generating the resonance phenomenon, and feedback control of the switching transistor Q 1, a switching transistor Q 2 by utilizing the resonance phenomenon. For this reason, the wireless power supply apparatus 200 can perform self-excited operation without having an oscillator.

図5は、有効信号EN、制御信号INおよび各スイッチングトランジスタのゲート電位の関係を示すタイミングチャートである。時刻tからtまでの期間において有効信号ENはローレベルである。時刻tからtまでの期間においては有効信号ENはハイレベルである。有効信号ENがローレベルに維持される期間を「停止期間」、有効信号ENがハイレベルに維持される期間を「駆動期間」とよぶ。 FIG. 5 is a timing chart showing the relationship between the valid signal EN, the control signal IN, and the gate potential of each switching transistor. Enable signal EN during the period from time t 5 to t 6 is at a low level. Enable signal EN during the period from time t 6 to t 7 is at a high level. A period during which the valid signal EN is maintained at a low level is referred to as a “stop period”, and a period during which the valid signal EN is maintained at a high level is referred to as a “drive period”.

まず、時刻tからtの停止期間においては、駆動信号DRはローレベルに固定される。トランスT1一次コイルLに電流が流れないため、スイッチングトランジスタQとスイッチングトランジスタQのいずれもオフである。ゲート・ソース電圧VGS1、VGS2はいずれもローレベルであり、共振回路に電流Iが流れないため、制御信号INもローレベルに固定される。 First, in the time t 5 the stop period of t 6, the driving signal DR is fixed to a low level. Since no current flows in the transformer T1 primary coil L h, none of the switching transistor Q 1, a switching transistor Q 2 is turned off. Both the gate-source voltage V GS1, V GS2 is at a low level, since the resonant circuit current I S does not flow, the control signal IN is also fixed at a low level.

時刻tに有効信号ENがローレベルからハイレベルに変化すると、駆動信号DRはハイレベルに変化する。トランスT1一次コイルLに瞬間的に電流が流れ、電流Iが流れ始める。電流Iが流れると、共振回路は共振を開始し、共振周波数fにて変化するデジタルパルス状の制御信号INが発生する。駆動期間においては、制御信号INの立ち上がりと立ち下がりに同期して駆動信号DRが変化する。駆動信号DRが変化するごとに、トランスT1一次コイルLには電流が流れる。トランスT1一次コイルLに流れる交流電流によって、スイッチングトランジスタQとスイッチングトランジスタQは交互に導通する。このため、駆動期間(時刻tからtの期間)においては、共振周波数fの交流電流Iが流れ続ける。給電コイルLは共振周波数fの交流電力を受電コイルLに給電し続ける。 When enabled signal EN at time t 6 is changed from the low level to the high level, the drive signal DR is changed to the high level. Instantaneous current flows in the transformer T1 primary coil L h, a current I S starts to flow. When the current I S flows, the resonant circuit starts a resonance, digital pulsed control signal IN changes at the resonance frequency f r is produced. In the drive period, the drive signal DR changes in synchronization with the rise and fall of the control signal IN. Each time the drive signal DR changes, current flows through the transformer T1 primary coil L h. The alternating current flowing through the transformer T1 primary coil L h, a switching transistor Q 1, a switching transistor Q 2 is turned on alternately. Therefore, in the driving period (t 7 from the time t 6), I continue alternating current I S of the resonance frequency f r flows. Feeding coil L 2 continues to feed the AC power of the resonance frequency f r to the power receiving coil L 3.

時刻tに有効信号ENがローレベルに変化すると、駆動信号DRはローレベルに固定され、電流Iは流れなくなる。ワイヤレス給電装置200からの給電も停止する。 When enabled signal EN at time t 7 is changed to the low level, the drive signal DR is fixed to the low level, the current I S does not flow. The power supply from the wireless power supply apparatus 200 is also stopped.

ワイヤレス給電装置200の場合、有効信号ENのデューティ比を変化させれば、給電コイルLから供給する交流電力の大きさを変化させることができる。本実施形態の場合、有効信号ENのデューティ比を変化させることにより、負荷Rとして接続されている電球の明るさが変化する。 For wireless power supply apparatus 200, if the duty ratio is changed in the effective signal EN, it is possible to change the amount of AC power supplied from the feeding coil L 2. In the case of this embodiment, the brightness of the light bulb connected as the load R changes by changing the duty ratio of the effective signal EN.

なお、誘導電流ISSではなく、電流Iから制御信号INを直接生成すると、給電コイルLに新たな負荷がかかり、共振回路のインピーダンスZが変化するため、Q値が悪化してしまう。共振している給電コイルLの電流経路に駆動回路162等を直接接続するのは、音叉を触りながらその振動を測定するようなものである。ワイヤレス電力伝送システム100では、給電コイルLが発生させる交流磁界を利用して検出コイルLSSに誘導電流ISSを発生させることにより、制御信号INを生成している。ワイヤレス給電装置200、特に、共振回路部分に負荷をかけない構成であることから、Q値への影響を抑制しつつスイッチングトランジスタQとスイッチングトランジスタQをフィードバック制御できる。 Incidentally, instead of inductive current I SS, when generating the control signal IN directly from the current I S, takes a new load to the feeding coil L 2, the impedance Z of the resonance circuit to vary, Q value is degraded. It is to connect the drive circuit 162 or the like directly to the current path of the feeding coil L 2 resonating is like measuring the vibration while touching the tuning fork. In the wireless power transmission system 100, by generating an induced current I SS in the detection coil L SS by using an alternating magnetic field feeding coil L 2 is generating, it generates a control signal IN. The wireless power supply apparatus 200, in particular, since it is configured not to apply a load to the resonant circuit part, the switching transistor Q 1, a switching transistor Q 2 may feedback control while suppressing the influence on the Q value.

給電コイルLに限らず、受電コイルLやロードコイルLなどを一次コイルとして結合トランスを形成し、検出コイルLSSに誘導電流ISSを発生させてもよい。 Not only the feeding coil L 2, and the power receiving coil L 3 and loading coil L 4 forms a coupling transformer as a primary coil, may generate an induced current I SS in the detection coil L SS.

図6は、第1実施形態におけるワイヤレス電力伝送システム100の別例としてのシステム構成図である。図1と同一の符号を付した構成は、図1で説明した構成と同一または同様の機能を有する。図1のシステム構成では給電コイルLと検出コイルLSSがコア154を共有することにより結合トランスを構成した。図6では、検出コイル回路170により制御電位Vt2を取り出している。検出コイル回路170は、コア154等を給電コイルL等と共有しないため、設置自由度が高まるというメリットがある。 FIG. 6 is a system configuration diagram as another example of the wireless power transmission system 100 according to the first embodiment. The configurations denoted by the same reference numerals as those in FIG. 1 have the same or similar functions as the configurations described in FIG. In the system configuration of FIG. 1, the coupling transformer is configured by the feeding coil L 2 and the detection coil L SS sharing the core 154. In FIG. 6, the control potential V t2 is extracted by the detection coil circuit 170. Detection coil circuit 170, because it does not share the core 154 such as the feeding coil L 2 and the like, there is a merit that degree of freedom of installation is enhanced.

検出コイル回路170は、検出コイルLSSと抵抗Rが直列接続された回路である。給電コイルLが発生させる磁束が検出コイルLSSを通過するように検出コイル回路170を設置する。図1と同じく、抵抗Rの一端Bは接地され、他端Aから電位Vt0が検出される。給電コイルLに流れる電流Iが発生させる交流磁界により、検出コイル回路170には誘導電流ISSが流れる。この誘導電流ISSにより発生する電位Vt0から制御信号INを生成する。 The detection coil circuit 170 is a circuit in which a detection coil L SS and a resistor R 3 are connected in series. Flux feeding coil L 2 is generating is placed a detection coil circuit 170 so as to pass through the detection coil L SS. As in FIG. 1, one end B of the resistor R 3 is grounded, and the potential V t0 is detected from the other end A. The AC magnetic field current I S flowing in the feeding coil L 2 causes inductive current I SS flows in the detection coil circuit 170. Generating a control signal IN from the potential V t0 generated by the induced current I SS.

検出コイル回路170を設置する目的は、給電コイルLから受電することではなく、給電コイルLから送電される交流電力と同期する制御信号INを取り出すことである。このため、検出コイルLSSのサイズは給電コイルLに比べて十分に小さくできる。なお、給電コイルLに限らず、受電コイルLを流れる電流IやロードコイルLを流れる電流Iが発生させる交流磁界に基づいて、検出コイル回路170に誘導電流ISSを発生させることにより、制御信号INを生成してもよい。 The purpose of installing the detection coil circuit 170 is not to be received from the power supply coil L 2, is to take out a control signal IN to be synchronized with the AC power transmitted from the feeding coil L 2. For this reason, the size of the detection coil L SS can be made sufficiently smaller than that of the feeding coil L 2 . The present invention is not limited to the feeding coil L 2, based on the alternating magnetic field current I 4 flowing through the current I 3 and loading coil L 4 passing through the receiving coil L 3 is to generate, to generate an induced current I SS in the detection coil circuit 170 Thus, the control signal IN may be generated.

[第2実施形態:ハーフブリッジ型]
図7は、第2実施形態におけるワイヤレス電力伝送システム106のシステム構成図である。第1実施形態におけるワイヤレス電力伝送システム100では、駆動回路162によって給電コイルLを直接駆動したが、第2実施形態におけるワイヤレス電力伝送システム106では、駆動回路162は給電コイルLではなくエキサイトコイルLを駆動する。ワイヤレス電力伝送システム106の他の部分の構成は図1と同様である。図1と同一の符号を付した構成は、図1で説明した構成と同一または同様の機能を有する。
[Second Embodiment: Half Bridge Type]
FIG. 7 is a system configuration diagram of the wireless power transmission system 106 according to the second embodiment. In the wireless power transmission system 100 according to the first embodiment has been driven feeding coil L 2 directly by the drive circuit 162, the wireless power transmission system 106 according to the second embodiment, the drive circuit 162 instead of the feeding coil L 2 exciting coil to drive the L 1. The configuration of other parts of the wireless power transmission system 106 is the same as that shown in FIG. The configurations denoted by the same reference numerals as those in FIG. 1 have the same or similar functions as the configurations described in FIG.

ワイヤレス給電装置204は、エキサイトコイルLに共振周波数fにて交流電力を供給する。エキサイトコイルLとキャパシタCが共振周波数fの共振回路を形成する。給電コイル回路120は、給電コイルLとキャパシタCが直列接続された回路である。エキサイトコイルLと給電コイルLは互いに向かい合っている。エキサイトコイルLと給電コイルLの距離は10mm程度と比較的近い。このため、エキサイトコイルLと給電コイルLは電磁気的に強く結合している。エキサイトコイルLに電流Iを流すと、給電コイル回路120に起電力が発生し、給電コイル回路120には電流Iが流れる。同図矢印にて示す方向を正方向、反対方向を負方向とする。電流Iの向きと電流Iの向きは逆(逆相)である。電流Iは電流Iよりも格段に大きい。給電コイルLとキャパシタCそれぞれの値は、給電コイル回路120の共振周波数fが100kHzとなるように設定すればよい。 Wireless power feeder 204 supplies AC power at the resonance frequency f r in the exciting coil L 1. Exciting coil L 1 and capacitor C 1 form a resonant circuit of the resonance frequency f r. Feeding coil circuit 120 is a circuit in which a feeding coil L 2 and capacitor C 2 are connected in series. Exciting coil L 1 and the feeding coil L 2 are facing each other. Excite distance of the coil L 1 and the feeding coil L 2 are relatively close to about 10 mm. Thus, the exciting coil L 1 and the feeding coil L 2 are electromagnetically strongly coupled. When flow exciting coil L 1 to the current I S, electromotive force is generated in the feeding coil circuit 120, a current flows I 2 in the feeding coil circuit 120. The direction indicated by the arrow in the figure is the positive direction, and the opposite direction is the negative direction. Direction and the current I 2 direction of the current I S is reversed (reversed phase). Current I 2 is much larger than the current I S. The values of the feeding coil L 2 and capacitor C 2, the resonance frequency f r of the feeding coil circuit 120 may be set so as to 100kHz.

第2実施形態では、エキサイトコイルLの側に検出コイルLSSを設置し、検出コイルLSSとエキサイトコイルLにより結合トランスを形成する。交流電流Iが発生させる磁界により、検出コイルLSSには誘導電流ISSが流れる。この誘導電流ISSに基づいて第1実施形態と同様の方法により制御信号INを発生させる。 In the second embodiment, it sets up a detection coil L SS on the side of the exciting coil L 1, to form a coupling transformer by the detection coil L SS and the exciting coil L 1. By a magnetic field alternating current I S is generated, the detection coil L SS flows induced current I SS. The induced current generates a control signal IN in the same manner as in the first embodiment based on the I SS.

第2実施形態においても、エキサイトコイルLに限らず、給電コイルL、受電コイルL、ロードコイルLなどを一次コイルとして結合トランスを形成し、検出コイルLSSに誘導電流ISSを発生させてもよい。図6に関連して説明した検出コイル回路170により誘導電流ISSを発生させてもよい。 Also in the second embodiment, not only the exciting coil L 1 but also a feeding transformer L 2 , a receiving coil L 3 , a load coil L 4 and the like are used as primary coils to form a coupling transformer, and an induction current I SS is applied to the detection coil L SS. It may be generated. The induced current I SS may be generated by the detection coil circuit 170 described with reference to FIG.

[第3実施形態:プッシュプル型]
図8は、第3実施形態におけるワイヤレス電力伝送システム108のシステム構成図である。ワイヤレス電力伝送システム108は、ワイヤレス給電装置206と受電コイル回路130、ロード回路140を含む。ワイヤレス給電装置206の構成は、電源制御回路208、エキサイト回路110および給電コイル回路120に大別できる。給電コイル回路120と受電コイル回路130の間には数m程度の距離がある。ワイヤレス電力伝送システム108の主目的も、給電コイル回路120から受電コイル回路130に電力を送ることである。図1や図6、図7と同一の符号を付した構成は、既に説明した構成と同一または同様の機能を有する。
[Third embodiment: push-pull type]
FIG. 8 is a system configuration diagram of the wireless power transmission system 108 according to the third embodiment. The wireless power transmission system 108 includes a wireless power feeder 206, a power receiving coil circuit 130, and a load circuit 140. The configuration of the wireless power feeder 206 can be broadly divided into a power supply control circuit 208, an exciting circuit 110, and a power feeding coil circuit 120. There is a distance of about several meters between the feeding coil circuit 120 and the receiving coil circuit 130. The main purpose of the wireless power transmission system 108 is to send power from the feeding coil circuit 120 to the receiving coil circuit 130. The configurations denoted by the same reference numerals as those in FIGS. 1, 6, and 7 have the same or similar functions as the configurations already described.

エキサイト回路110は、エキサイトコイルLとトランスT2二次コイルLが直列接続された回路である。エキサイト回路110は、電源制御回路208側のトランスT2二次コイルLを介して交流電力を供給される。トランスT2二次コイルLは、トランスT2一次コイルLおよびトランスT2一次コイルLと共に結合トランスT2を形成し、電磁誘導により交流電力を供給される。エキサイトコイルLの巻き数は1回、導線の直径は3mm、エキサイトコイルL自体の直径は210mmである。エキサイト回路110を流れる電流Iは交流であり、同図矢印にて示す方向を正方向、反対方向を負方向とする。 Exciting circuit 110 is a circuit in which an exciting coil L 1 and a transformer T2 secondary coil L i are connected in series. Exciting circuit 110 receives AC power through the transformer T2 secondary coil L i of the power control circuit 208 side. Transformer T2 secondary coil L i forms a transformer T2 primary coil L d and transformer T2 primary coil L b with coupling transformer T2, it receives AC power by electromagnetic induction. The number of turns of the exciting coil L 1 is 1, the diameter of the conducting wire is 3 mm, and the diameter of the exciting coil L 1 itself is 210 mm. The current I 1 flowing through the exciting circuit 110 is an alternating current, and the direction indicated by the arrow in the figure is the positive direction and the opposite direction is the negative direction.

給電コイル回路120は、第2実施形態に示した給電コイル回路120の構成と同様であり、共振周波数f=100kHzで共振する回路である。受電コイル回路130とロード回路140の構成は、第1および第2実施形態に示した構成と同様である。 The feeding coil circuit 120 is the same as the configuration of the feeding coil circuit 120 shown in the second embodiment, and is a circuit that resonates at a resonance frequency f r = 100 kHz. The configurations of the receiving coil circuit 130 and the load circuit 140 are the same as the configurations shown in the first and second embodiments.

電源制御回路208は、動作周波数fにて動作するプッシュプル型の回路であり、図13に示すように上下対称形である。エキサイト回路110は、動作周波数fの交流電力を電源制御回路208から供給される。この場合、エキサイト回路110、給電コイル回路120、受電コイル回路130およびロード回路140には、動作周波数fの電流I〜Iが流れる。動作周波数fと共振周波数fが一致するとき、すなわち、動作周波数f=100kHzとなるとき、給電コイル回路120と受電コイル回路130が磁場共振するため、電力伝送効率は最大となる。駆動回路162とゲート駆動用トランスT1が、ワイヤレス電力伝送システム108の駆動系として、ワイヤレス給電装置206から受電コイル回路130等への送電を制御する。 Power supply control circuit 208 is a circuit of a push-pull type operating at operating frequency f o, a vertically symmetrical as shown in FIG. 13. Exciting circuit 110 receives AC power operating frequency f o from the power control circuit 208. In this case, the exciting circuit 110, feeding coil circuit 120, receiving coil circuit 130 and loading circuit 140, the operating frequency f o current I 1 ~I 4 of flows. When the operating frequency f o and the resonance frequency f r is matched, i.e., when the operating frequency f o = 100kHz, the feeding coil circuit 120 and receiving coil circuit 130 for a magnetic field resonance, power transmission efficiency is maximized. The drive circuit 162 and the gate drive transformer T1 control power transmission from the wireless power feeder 206 to the power receiving coil circuit 130 as a drive system of the wireless power transmission system 108.

電源制御回路208に含まれるゲート駆動用トランスT1の一次側には、駆動回路162が接続される。駆動回路162は、共振周波数fと等しい動作周波数fの交流電圧(駆動信号DR)を発生させる。この駆動信号DRにより、トランスT1一次コイルLには正負の両方向に交互に電流が流れる。トランスT1一次コイルLとトランスT1二次コイルL、トランスT1二次コイルLはゲート駆動用の結合トランスT1を形成する。電磁誘導により、トランスT1二次コイルLとトランスT1一次コイルLにも正負の両方向に交互に電流が流れる。 A drive circuit 162 is connected to the primary side of the gate drive transformer T1 included in the power supply control circuit 208. Driving circuit 162 generates an AC voltage of the resonance frequency f r is equal operating frequency f o (the drive signal DR). The driving signals DR, current flows alternately in both directions of positive and negative in the transformer T1 primary coil L h. Transformer T1 primary coil L h and transformer T1 secondary coil L f, the transformer T1 secondary coil L g forms a gate-drive coupling transformer T1. By electromagnetic induction, alternating current flows in both positive and negative directions in the transformer T1 secondary coil L g and the transformer T1 primary coil L h.

トランスT1の二次コイルは中点接地される。すなわち、トランスT1二次コイルLの一端とトランスT1二次コイルLの一端は互いに接続され、そのまま接地される。トランスT1二次コイルLの他端は、スイッチングトランジスタQのゲートと接続され、トランスT1二次コイルLの他端は、別のスイッチングトランジスタQのゲートと接続される。スイッチングトランジスタQのソースとスイッチングトランジスタQのソースも接地されている。したがって、駆動回路162が共振周波数fにて交流電圧(駆動信号DR)を発生させると、スイッチングトランジスタQとスイッチングトランジスタQの各ゲートには、電圧Vx(Vx>0)が共振周波数fにて交互に印加される。すなわち、スイッチングトランジスタQとスイッチングトランジスタQは共振周波数fにて交互にオン・オフする。 The secondary coil of the transformer T1 is grounded at the midpoint. That is, one ends of the transformer T1 secondary coil L g of the transformer T1 secondary coil L f are connected to each other and grounded as it is. The other end of the transformer T1 secondary coil L f is connected to the gate of the switching transistor Q 1, the other end of the transformer T1 secondary coil L g is connected to another gate of the switching transistor Q 2. The source of the switching transistor Q 1 of the source and the switching transistor Q 2 is also grounded. Therefore, the drive circuit 162 generates the AC voltage (driving signal DR) at the resonance frequency f r, the respective gates of the switching transistors Q 1, a switching transistor Q 2, voltage Vx (Vx> 0) is the resonance frequency f Applied alternately at r . That is, the switching transistor Q 1, a switching transistor Q 2 is turned on and off alternately at the resonance frequency f r.

スイッチングトランジスタQのドレインは、トランスT2一次コイルLと直列接続される。同様に、スイッチングトランジスタQのドレインは、トランスT2一次コイルLと直列接続される。トランスT2一次コイルLとトランスT2一次コイルLの接続点には、平滑用のインダクタLが接続され、さらに、電源Vddが接続される。また、スイッチングトランジスタQのソース・ドレイン間にはキャパシタCQ1が並列接続され、スイッチングトランジスタQのソース・ドレイン間にはキャパシタCQ2が並列接続される。 The drain of the switching transistor Q 1 is, connected in series with the transformer T2 primary coil L d. Similarly, the drain of the switching transistor Q 2 are connected transformer T2 primary coil L b in series. The connection point of the transformer T2 primary coil L d and transformer T2 primary coil L c, the inductor L a for smoothing is connected, further, the power supply V dd is connected. Also, between the source and drain of the switching transistor Q 1 capacitor C Q1 are connected in parallel, between the source and drain of the switching transistor Q 2 capacitor C Q2 are connected in parallel.

キャパシタCQ1はソース・ドレイン電圧VDS1の電圧波形を整形し、キャパシタCQ2はソース・ドレイン電圧VDS2の電圧波形を整形するために挿入される。キャパシタCQ1、CQ2を省略しても、ワイヤレス給電装置206によるワイヤレス給電は可能である。特に、共振周波数fが低い場合には、これらのキャパシタを省略しても電力伝送効率を維持しやすい。 Capacitor C Q1 will shape the voltage waveform of the source-drain voltage V DS1, the capacitor C Q2 is inserted to shape the voltage waveform of the source-drain voltage V DS2. Even if the capacitors C Q1 and C Q2 are omitted, wireless power feeding by the wireless power feeder 206 is possible. In particular, when the resonance frequency fr is low, it is easy to maintain power transmission efficiency even if these capacitors are omitted.

エキサイト回路110の入力インピーダンスは50(Ω)である。また、電源制御回路208の出力インピーダンスがこの入力インピーダンス50(Ω)と等しくなるようにトランスT2一次コイルLおよびトランスT2一次コイルLの巻き数を設定している。電源制御回路208の出力インピーダンスとエキサイト回路110の入力インピーダンスが一致するとき、ワイヤレス給電装置206の出力は最大となる。 The input impedance of the exciting circuit 110 is 50 (Ω). Further, the output impedance of the power supply control circuit 208 is set to the number of windings of the transformer T2 primary coil L b and the transformer T2 primary coil L d to be equal to the the input impedance 50 (Ω). When the output impedance of the power supply control circuit 208 matches the input impedance of the exciting circuit 110, the output of the wireless power feeder 206 is maximized.

スイッチングトランジスタQが導通(オン)するとき、スイッチングトランジスタQは非導通(オフ)となる。このときのメインの電流経路(以下、「第1電流経路112」とよぶ)は、電源Vddから平滑用のインダクタL、トランスT2一次コイルL、スイッチングトランジスタQを経由してグランドへ至る経路となる。スイッチングトランジスタQは、第1電流経路112の導通・非導通を制御するスイッチとして機能する。 When the switching transistor Q 1 is turned conductive (ON), the switching transistor Q 2 is turned non-conductive (OFF). The main current path at this time (hereinafter referred to as “first current path 112”) is from the power supply V dd to the ground via the smoothing inductor L a , the transformer T2 primary coil L d , and the switching transistor Q 1 . It becomes a route to reach. The switching transistor Q 1 functions as a switch that controls conduction / non-conduction of the first current path 112.

スイッチングトランジスタQが導通(オン)するとき、スイッチングトランジスタQは非導通(オフ)となる。このときのメインの電流経路(以下、「第2電流経路114」とよぶ)は、電源Vddから平滑用のインダクタL、トランスT2一次コイルL、スイッチングトランジスタQを経由してグランドへ至る経路となる。スイッチングトランジスタQは、第2電流経路114の導通・非導通を制御するスイッチとして機能する。 When the switching transistor Q 2 is turned conductive (ON), the switching transistor Q 1 is turned non-conductive (OFF). The main current path of this time (hereinafter, referred to as "second current path 114") includes an inductor L a a smoothing from the power supply V dd, transformer T2 primary coil L b, to ground via a switching transistor Q 2 It becomes a route to reach. The switching transistor Q 2 functions as a switch that controls conduction / non-conduction of the second current path 114.

第3実施形態では、エキサイト回路110の側に検出コイルLSSを設置し、エキサイト回路110の一部と検出コイルLSSにより結合トランスを形成する。交流電流Iが発生させる磁界により、検出コイルLSSには誘導電流ISSが流れる。この誘導電流ISSに基づいて第1実施形態や第2実施形態と同様の方法にて制御信号INを生成する。 In the third embodiment, the detection coil L SS is installed on the side of the exciting circuit 110, and a coupling transformer is formed by a part of the exciting circuit 110 and the detection coil L SS . The induced current I SS flows through the detection coil L SS by the magnetic field generated by the alternating current I 1 . Based on this induced current I SS , the control signal IN is generated by the same method as in the first embodiment or the second embodiment.

図9は、第3実施形態におけるワイヤレス電力伝送システム108の別例としてのシステム構成図である。図8と同一の符号を付した構成は、図8で説明した構成と同一または同様の機能を有する。図8のシステム構成ではエキサイト回路110と検出コイルLSSがコア154を共有することにより結合トランスを構成しているが、図9のシステム構成では給電コイル回路120と検出コイルLSSがコア154を共有することにより結合トランスを形成している。 FIG. 9 is a system configuration diagram as another example of the wireless power transmission system 108 in the third embodiment. The configurations denoted by the same reference numerals as those in FIG. 8 have the same or similar functions as the configurations described in FIG. In the system configuration of FIG. 8, the exciting circuit 110 and the detection coil L SS share the core 154 to form a coupling transformer. However, in the system configuration of FIG. 9, the feeding coil circuit 120 and the detection coil L SS connect the core 154. A shared trans is formed by sharing.

エキサイト回路110や給電コイル回路120に限らず、受電コイル回路130、ロード回路140などを一次コイル側として結合トランスを形成し、検出コイルLSSに誘導電流ISSを発生させてもよい。図6に関連して説明した検出コイル回路170により誘導電流ISSを発生させてもよい。 Not only the exciting circuit 110 and the feeding coil circuit 120 but also a receiving transformer circuit 130, a load circuit 140, etc. may be formed on the primary coil side to form a coupling transformer, and the induction current I SS may be generated in the detection coil L SS . The induced current I SS may be generated by the detection coil circuit 170 described with reference to FIG.

以上、実施形態に基づいてワイヤレス電力伝送システム100、106、108を説明した。本実施形態においては、外部の発振器によって交流電力を制御するのではなく、発生させた交流電力から制御信号INを生成し、この制御信号INによりワイヤレス給電装置をフィードバック制御している。このため、発振器を設置しなくても、交流電力を持続的に供給させ続けることができるため、システム構成がシンプルとなる。   The wireless power transmission systems 100, 106, and 108 have been described based on the embodiments. In this embodiment, the AC power is not controlled by an external oscillator, but a control signal IN is generated from the generated AC power, and the wireless power feeding apparatus is feedback-controlled by this control signal IN. For this reason, since AC power can be continuously supplied without installing an oscillator, the system configuration is simplified.

給電コイルL、受電コイルL、ロードコイルLは、いずれも同一の共振周波数fにて共振するため、これらのコイルになんらかの負荷を接続するとQ値が敏感に反応してしまう。エキサイトコイルLを利用する場合についても同様である。本実施形態においては、送受電対象となる交流電力を駆動回路162に直接フィードバックさせるのではなく、送受電時に発生する交流磁界により検出コイルLSSに誘導電流ISSを発生させ、この誘導電流ISSによって駆動回路162を動作させている。このため、フィードバック制御の共振特性(Q値)に対する影響を抑制しやすくなる。 Feeding coil L 2, the power receiving coil L 3, the loading coil L 4, to resonate either at the same resonant frequency f r, Q value when connecting any load to these coils will be sensitive. The same applies to the case of using the exciting coil L 1. In the present embodiment, AC power to be transmitted / received is not directly fed back to the drive circuit 162, but an induction current I SS is generated in the detection coil L SS by an AC magnetic field generated during power transmission / reception, and this induction current I The drive circuit 162 is operated by SS . For this reason, it becomes easy to suppress the influence with respect to the resonance characteristic (Q value) of feedback control.

また、仮になんらかの原因で発振停止となっても、有効信号発生器164が有効信号ENをローレベルからハイレベルに変化させることにより、トランスT1一次コイルLに電流を流すことができる。有効信号発生器164は、共振周波数fよりも遙かに低い周波数にて有効信号ENを制御できる。 Further, even if become oscillation stop for some reason, by varying the effective signal generator 164 is enabled signal EN from the low level to the high level, current can flow in the transformer T1 primary coil L h. Enable signal generator 164 can control the valid signal EN at a low frequency that is much higher than the resonance frequency f r.

電源Vdd1、Vdd2、Vddが定電源であっても、有効信号発生器164のデューティ比を調整することにより交流電力の大きさを制御できるため、システム全体としてのコストダウンを図りやすい。 Even when the power supplies V dd1 , V dd2 , and V dd are constant power supplies, the magnitude of the AC power can be controlled by adjusting the duty ratio of the effective signal generator 164. Therefore, the cost of the entire system can be easily reduced.

以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。   The present invention has been described based on the embodiments. The embodiments are exemplifications, and it will be understood by those skilled in the art that various modifications can be made to combinations of the respective constituent elements and processing processes, and such modifications are within the scope of the present invention. .

100、106、108 ワイヤレス電力伝送システム
102、112 第1電流経路
104、114 第2電流経路
110 エキサイト回路
120 給電コイル回路
130 受電コイル回路
140 ロード回路
154 コア
160 波形増幅器
162 駆動回路
164 有効信号発生器
170 検出コイル回路
200、204、206 ワイヤレス給電装置
208 電源制御回路
100, 106, 108 Wireless power transmission system 102, 112 First current path 104, 114 Second current path 110 Excite circuit 120 Feed coil circuit 130 Receive coil circuit 140 Load circuit 154 Core 160 Waveform amplifier 162 Drive circuit 164 Effective signal generator 170 Detection coil circuit 200, 204, 206 Wireless power feeder 208 Power supply control circuit

Claims (8)

給電コイルと受電コイルの共振周波数にて、前記給電コイルから前記受電コイルにワイヤレス送電するための装置であって、
直列接続された第1のコイルおよびキャパシタを含み、前記共振周波数にて共振する共振回路と、
前記共振回路への第1の方向からの電流の供給を制御する第1のスイッチと、
前記共振回路への第2の方向からの電流の供給を制御する第2のスイッチと、
前記第1および第2のスイッチを前記共振周波数にて交互に導通させることにより前記共振回路を共振させ、前記第1のコイルを前記給電コイルとして、前記第1のコイルから前記受電コイルへ交流電力を送電させる送電制御回路と、
前記第1および第2のスイッチを駆動可能な駆動期間と駆動不可能な停止期間を設定するための有効信号を発生させる有効信号発生回路と、を備え、
前記有効信号における前記駆動期間と前記停止期間のデューティ比は変更可能であり、
前記送電制御回路は、前記駆動期間において前記交流電力により前記第1および第2のスイッチをフィードバック制御することにより、前記共振回路の共振状態を持続させることを特徴とするワイヤレス給電装置。
An apparatus for wirelessly transmitting power from the power supply coil to the power reception coil at a resonance frequency of the power supply coil and the power reception coil,
A resonant circuit including a first coil and a capacitor connected in series and resonating at the resonant frequency;
A first switch that controls the supply of current from the first direction to the resonant circuit;
A second switch for controlling supply of current from a second direction to the resonant circuit;
The resonance circuit is resonated by alternately conducting the first and second switches at the resonance frequency, and the first coil is used as the feeding coil, and AC power is supplied from the first coil to the receiving coil. A power transmission control circuit for transmitting power;
An effective signal generation circuit for generating an effective signal for setting a drive period in which the first and second switches can be driven and a stop period in which the first switch cannot be driven;
The duty ratio of the driving period and the stop period in the effective signal can be changed,
The wireless power feeding apparatus, wherein the power transmission control circuit maintains the resonance state of the resonance circuit by performing feedback control of the first and second switches with the AC power during the driving period.
前記送電制御回路は、前記有効信号の発生を契機として、前記第1および第2のスイッチのいずれかの駆動を開始することを特徴とする請求項に記載のワイヤレス給電装置。 2. The wireless power feeding apparatus according to claim 1 , wherein the power transmission control circuit starts driving one of the first and second switches in response to generation of the effective signal. 前記交流電力が発生させる磁界により誘導電流を発生させる第2のコイル、を更に備え、
前記送電制御回路は、前記誘導電流により前記第1および前記第2のスイッチをフィードバック制御することを特徴とする請求項1または2に記載のワイヤレス給電装置。
A second coil for generating an induced current by a magnetic field generated by the AC power;
The power transmission control circuit, a wireless power supply apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that feedback control of the first and the second switch by the induced current.
前記送電制御回路は、前記第1のコイルから、前記第1のコイルとは別のコイルである前記給電コイルに前記交流電力を供給することにより、前記給電コイルから前記受電コイルへ前記交流電力を送電させることを特徴とする請求項1からのいずれかに記載のワイヤレス給電装置。 The power transmission control circuit supplies the AC power from the power supply coil to the power reception coil by supplying the AC power from the first coil to the power supply coil that is a coil different from the first coil. wireless power feeder according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the power transmission. 給電コイルと受電コイルの共振周波数にて、前記給電コイルから前記受電コイルにワイヤレス送電するための装置であって、
第1および第2の電流経路を含む電源回路と、
前記給電コイルと、
前記給電コイルと磁気結合し、前記電源回路から供給される交流電力を前記給電コイルに供給するエキサイトコイルと、
前記第1および第2の電流経路それぞれに直列に接続される第1および第2のスイッチを前記共振周波数にて交互に導通させることにより前記エキサイトコイルに前記交流電力を供給する送電制御回路と、
前記第1および第2のスイッチを駆動可能な駆動期間と駆動不可能な停止期間を設定するための有効信号を発生させる有効信号発生回路と、を備え、
前記有効信号における前記駆動期間と前記停止期間のデューティ比は変更可能であり、
前記送電制御回路は、前記駆動期間において前記交流電力により前記第1および第2のスイッチをフィードバック制御することにより、前記共振回路の共振状態を持続させることを特徴とするワイヤレス給電装置。
An apparatus for wirelessly transmitting power from the power supply coil to the power reception coil at a resonance frequency of the power supply coil and the power reception coil,
A power supply circuit including first and second current paths;
The feeding coil;
An exciting coil that is magnetically coupled to the power supply coil and supplies AC power supplied from the power supply circuit to the power supply coil;
A power transmission control circuit that supplies the alternating current power to the exciting coil by alternately conducting first and second switches connected in series to the first and second current paths at the resonance frequency, and
An effective signal generation circuit for generating an effective signal for setting a drive period in which the first and second switches can be driven and a stop period in which the first switch cannot be driven;
The duty ratio of the driving period and the stop period in the effective signal can be changed,
The wireless power feeding apparatus, wherein the power transmission control circuit maintains the resonance state of the resonance circuit by performing feedback control of the first and second switches with the AC power during the driving period.
前記送電制御回路は、前記有効信号の発生を契機として、前記第1および第2のスイッチのいずれかの駆動を開始することを特徴とする請求項に記載のワイヤレス給電装置。 The wireless power feeding apparatus according to claim 5 , wherein the power transmission control circuit starts driving one of the first switch and the second switch when the effective signal is generated. 前記交流電力が発生させる磁界により誘導電流を発生させる検出コイル、を更に備え、
前記送電制御回路は、前記誘導電流により前記第1および前記第2のスイッチをフィードバック制御することを特徴とする請求項5または6に記載のワイヤレス給電装置。
A detection coil that generates an induced current by a magnetic field generated by the AC power;
The wireless power feeding apparatus according to claim 5 , wherein the power transmission control circuit performs feedback control of the first and second switches by the induced current.
前記検出コイルは、前記給電コイルを流れる交流電流が発生させる磁界により前記誘導電流を発生させるコイルであることを特徴とする請求項に記載のワイヤレス給電装置。 The wireless power feeding apparatus according to claim 7 , wherein the detection coil is a coil that generates the induced current by a magnetic field generated by an alternating current flowing through the power feeding coil.
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