JP5577886B2 - ワイヤレス給電装置およびワイヤレス電力伝送システム - Google Patents
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Description
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、基本構成として、電源回路200、受電コイル回路130およびロード回路140を含む。また、ワイヤレス電力伝送システム100は、駆動周波数foを自動的に調整するための構成として、第1波形整流器142、第2波形整流器144、位相検出回路150および駆動周波数追随回路152を含む。電源回路200は、その一部に給電コイルL2を含む。給電コイルL2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L2から受電コイル回路130にワイヤレスにて電力を送ることである。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fr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L2と受電コイルL3の共振周波数fr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。
図14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、オシレータ202が給電コイルL2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、オシレータ202は給電コイルL2ではなくエキサイトコイルL1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等と同様である。図1等と同一の符号を付した構成は、図1等で説明した構成と同一または同様の機能を有する。
図15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、電源回路206と、エキサイト回路110、給電コイル回路120、受電コイル回路130、ロード回路140を含む。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、図11〜図14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。
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
142 第1波形整流器
144 第2波形整流器
150 位相検出回路
152 駆動周波数追随回路
154 コア
170 検出コイル回路
200、204、206 電源回路
202 オシレータ
Claims (16)
- 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む共振回路と、
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のコイルと、
前記交流電力の電圧位相と電流位相の位相差を検出する位相検出回路と、を備え、
前記第1および第2のスイッチを流れる電流の経路と前記共振回路を流れる電流の経路は結合トランスにより分離され、前記結合トランスを介して、前記共振回路に交流電力が供給され、
前記位相検出回路は、前記第2のコイルに流れる誘導電流の位相を計測することにより、前記交流電力の電流位相を計測することを特徴とするワイヤレス給電装置。 - 前記検出された位相差が減少するように前記送電制御回路の駆動周波数を調整することにより、前記駆動周波数を前記共振周波数に追随させる駆動周波数追随回路、を更に備えることを特徴とする請求項1に記載のワイヤレス給電装置。
- 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または2に記載のワイヤレス給電装置。
- 前記交流電力の電流波形と同相となるアナログ波形をデジタル波形に整形する第1波形整流器と、
前記交流電力の電圧波形と同相となるアナログ波形をデジタル波形に整形する第2波形整流器と、を更に備え、
前記位相検出回路は、2種類のデジタル波形のエッジを比較することにより、前記位相差を検出することを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載のワイヤレス給電装置。 - 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む共振回路と、
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のコイルと、
前記交流電力の電圧位相と電流位相の位相差を検出する位相検出回路と、を備え、
前記第2のコイルはトロイダルコアに巻回されており、前記トロイダルコアに前記第1のコイルの一部を通過させることにより、前記第1コイルと前記第2コイルとで結合トランスを形成し、
前記位相検出回路は、前記第2のコイルに流れる誘導電流の位相を計測することにより、前記交流電力の電流位相を計測することを特徴とするワイヤレス給電装置。 - 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む共振回路と、
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のコイルと、
前記交流電力の電圧位相と電流位相の位相差を検出する位相検出回路と、を備え、
前記第2のコイルの両端に抵抗を並列接続し、
前記位相検出回路は、前記抵抗に印加される電圧の変化から前記第2のコイルに流れる誘導電流の位相を計測することにより、前記交流電力の電流位相を計測することを特徴とするワイヤレス給電装置。 - 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、
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と、
前記交流電力の電圧位相と電流位相の位相差を検出する位相検出回路と、を備え、
前記検出コイルはトロイダルコアに巻回されており、前記トロイダルコアに前記エキサイトコイルの一部を通過させることにより、前記エキサイトコイルと前記検出コイルとで結合トランスを形成し、
前記電源回路は、第1および第2の電流経路を含み、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し、
前記位相検出回路は、前記検出コイルに流れる前記誘導電流の位相を計測することにより、前記交流電力の電流位相を計測することを特徴とするワイヤレス給電装置。 - 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、
前記給電コイルに駆動周波数にて交流電力を供給する電源回路と、
前記給電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給電コイル回路と、
前記給電コイル回路の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と、
前記交流電力の電圧位相と電流位相の位相差を検出する位相検出回路と、を備え、
前記検出コイルはトロイダルコアに巻回されており、前記トロイダルコアに前記給電コイルの一部を通過させることにより、前記給電コイルと前記検出コイルとで結合トランスを形成し、
前記電源回路は、第1および第2の電流経路を含み、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のスイッチを交互に導通させることにより、前記給電コイル回路に前記交流電力を供給し、
前記位相検出回路は、前記検出コイルに流れる前記誘導電流の位相を計測することにより、前記交流電力の電流位相を計測することを特徴とするワイヤレス給電装置。 - 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7または8に記載のワイヤレス給電装置。
- 前記検出コイルは、前記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7に記載のワイヤレス給電装置。
- 前記検出された位相差が減少するように前記送電制御回路の駆動周波数を調整することにより、前記駆動周波数を前記共振周波数に追随させる駆動周波数追随回路、を更に備えることを特徴とする請求項7から10のいずれかに記載のワイヤレス給電装置。
- 前記交流電力の電流波形と同相となるアナログ波形をデジタル波形に整形する第1波形整流器と、
前記交流電力の電圧波形と同相となるアナログ波形をデジタル波形に整形する第2波形整流器と、を更に備え、
前記位相検出回路は、2種類のデジタル波形のエッジを比較することにより、前記位相差を検出することを特徴とする請求項7から11のいずれかに記載のワイヤレス給電装置。 - 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、
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と、
前記交流電力の電圧位相と電流位相の位相差を検出する位相検出回路と、を備え、
前記検出コイルはトロイダルコアに巻回されており、前記トロイダルコアに前記給電コイルの一部を通過させることにより、前記給電コイルと前記検出コイルとで結合トランスを形成し、
前記電源回路は、第1および第2の電流経路を含み、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し、
前記位相検出回路は、前記検出コイルに流れる前記誘導電流の位相を計測することにより、前記交流電力の電流位相を計測することを特徴とするワイヤレス給電装置。 - 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、
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と、
前記交流電力の電圧位相と電流位相の位相差を検出する位相検出回路と、を備え、
前記検出コイルの両端に抵抗を並列接続し、
前記電源回路は、第1および第2の電流経路を含み、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し、
前記位相検出回路は、前記抵抗に印加される電圧の変化から前記検出コイルに流れる前記誘導電流の位相を計測することにより、前記交流電力の電流位相を計測することを特徴とするワイヤレス給電装置。 - 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、
前記給電コイルに駆動周波数にて交流電力を供給する電源回路と、
前記給電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給電コイル回路と、
前記給電コイル回路の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と、
前記交流電力の電圧位相と電流位相の位相差を検出する位相検出回路と、を備え、
前記検出コイルの両端に抵抗を並列接続し、
前記電源回路は、第1および第2の電流経路を含み、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のスイッチを交互に導通させることにより、前記給電コイル回路に前記交流電力を供給し、
前記位相検出回路は、前記抵抗に印加される電圧の変化から前記検出コイルに流れる前記誘導電流の位相を計測することにより、前記交流電力の電流位相を計測することを特徴とするワイヤレス給電装置。 - 請求項1から15のいずれかに記載のワイヤレス給電装置と、
前記受電コイルと、
前記受電コイルと磁気結合し、前記受電コイルが前記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と、を備えることを特徴とするワイヤレス電力伝送システム。
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