JP5692426B2 - 電力伝送システム - Google Patents
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Description
特許文献1の電力伝送システムは、高周波高電圧発生器、パッシブ電極およびアクティブ電極を備えた電力送電装置と、高周波高電圧負荷、パッシブ電極およびアクティブ電極を備えた電力受電装置とで構成される。
第1の実施形態に係る電力伝送システムの構成を図1〜図4を参照して説明する。
Z1×Z4=Z2×Z3
である。この平衡条件を満足すると、送電装置側基準電位点TGと受電装置側基準電位点RGとの電位差は0となる。
図5は第2の実施形態に係る電力伝送システム302を構成する電力送電装置102および電力受電装置201の主要部を概念的に表した断面図である。
図7は第3の実施形態の電力伝送システムが備える電力送電装置103の回路図である。電力送電装置103の筐体の上面付近には、送電装置側アクティブ電極11と、この電極11の周囲を絶縁状態で取り囲む送電装置側パッシブ電極12とが形成されている。また、電力送電装置103の筐体内には、アクティブ電極11とパッシブ電極12との間に高周波の高電圧を印加する高周波高電圧発生回路が設けられている。この高周波高電圧発生回路は、高周波電圧発生回路13Sおよび昇圧トランス13Tを備えている。また、送電装置側アクティブ電極11と送電装置側パッシブ電極12との間に、キャパシタC1、可変キャパシタC2による直列回路が接続されている。このキャパシタC1、可変キャパシタC2の接続点とグランドとの間に可変インピーダンス回路Zwが接続されている。また、アクティブ電極11とグランドとの間にキャパシタCx、パッシブ電極12とグランドとの間にキャパシタCyがそれぞれ接続されている。
図10は第4の実施形態の電力伝送システムが備える電力受電装置204の回路図である。この例では、降圧トランス23Tの二次側にダイオードブリッジ回路DBおよびキャパシタCsによる整流平滑回路が構成されている。そして、この整流平滑回路の出力部にDC−DCコンバータCNVが接続されていて、このコンバータの出力で二次電池SBが充電されるように構成されている。
図12は第5の実施形態の電力伝送システムが備える電力受電装置205の回路図である。この例では、降圧トランス23Tの二次側の中間タップが基準電位であり、両端にダイオードD1,D2が接続されて中間タップ整流回路が構成されている。そして、この整流平滑回路の出力部にDC−DCコンバータCNVが接続されていて、このコンバータの出力で二次電池SBが充電されるように構成されている。
図14は第6の実施形態の電力伝送システム306の等価回路図である。第3の実施形態で図8Aに示した等価回路と異なり、調整用交流源13aを備えている。この調整用交流源13aとインダクタL1との直列回路の一端は基準電位(接地電位)に接続され、他端はキャパシタC1,C2の接続点に接続されている。調整用交流源13aとインダクタL1とで電流源として作用する。
図17は第7の実施形態の電力伝送システムが備える電力送電装置107の回路図である。電力送電装置107の筐体の上面付近には、送電装置側アクティブ電極11と、この電極11の周囲を絶縁状態で取り囲む送電装置側パッシブ電極12と補助電極17とが形成されている。送電装置側アクティブ電極11は受電装置側アクティブ電極に対向し、送電装置側パッシブ電極12は受電装置側パッシブ電極に対向する。さらに、補助電極17は受電装置側パッシブ電極に対向する。
図18は第8の実施形態の電力伝送システム308の等価回路図である。
図18に示す電力伝送システム308は、第2の実施形態で図6に示した等価回路の可変インピーダンス素子Zx,Zyを備えず、昇圧トランス13Tの2次コイルが引き出し端子を備えている。2次コイルは、引き出し端子により第1の2次コイルns1と第2の2次コイルns2とに分割されている。具体的には、第1の2次コイルns1は、送電装置側アクティブ電極と引き出し端子との間に形成され、第2の2次コイルns2は、送電装置側パッシブ電極と引き出し端子との間に形成されている。
図19は第9の実施形態の電力伝送システム309の等価回路図である。
図19に示す電力伝送システム309は、第6の実施形態で図14に示した等価回路と異なり、キャパシタC1,C2を備えていない。また、昇圧トランス13Tの2次コイルは、第8の実施形態で図18に示した等価回路と同様に、引き出し端子を有し、引き出し端子により第1の2次コイルns1と第2の2次コイルns2とに分割されている。第1の2次コイルns1は、寄生容量とでインピーダンス素子Z1を形成している。このインピーダンス素子Z1は本発明の第1素子に相当する。また、第2の2次コイルns2は、寄生容量とでインピーダンス素子Z2を形成している。このインピーダンス素子Z2は本発明の第2素子に相当する。
図20は第10の実施形態の電力伝送システム310の等価回路図である。
図20に示す電力伝送システム310は、第9の実施形態で図19に示した等価回路と異なり、調整用交流源13aとインダクタL1との直列回路を備えていない。また、昇圧トランス13Tの2次コイルは中間タップTcを有し、第1の2次コイルns1および第2の2次コイルns2が形成されている。さらに、第1の2次コイルns1は引き出し端子T1を有し、第2の2次コイルns2は引き出し端子T2を有している。
図21は第11の実施形態の電力伝送システム311の等価回路図である。
図21に示す電力伝送システム311は、第9の実施形態で図19に示した等価回路と異なり、調整用交流源13aとインダクタL1との直列回路を備えていない。また、昇圧トランス13Tの2次コイルは、基準電位点TGに接続される引き出し端子を有している。昇圧トランス13Tの2次コイルは、引き出し端子により、第1の2次コイルns11,ns12と第2の2次コイルns2とに分割されている。
図22は第12の実施形態の電力伝送システム312の等価回路図である。
図21に示す第11の実施形態の電力伝送システム311では、昇圧トランス13Tの2次コイルに基準電位点に接続される引き出し端子を設けているが、図22に示す電力伝送システム312は、2次コイルに引き出し端子を設けない構成としている。
第1から第12の実施形態では、ブリッジ回路の平衡条件がZ1×Z4=Z2×Z3を満足する構成について説明しているが、第13の実施形態では、平衡条件Z1×Z4=Z2×Z3を完全には満たさないが、平衡条件Z1×Z4=Z2×Z3に近似させることができる構成について説明する。
図29Aは第14の実施形態に係る電力伝送システムの回路図であり、図29Bは、図29Aに示す電力伝送システムの等価回路図である。電力伝送システム314の容量Ca,Cp、負荷RL、インダクタLL、インダクタLGおよびキャパシタC1a,C2pなどは、第13の実施形態と同じである。
Ca,Cp…結合容量
Cm…相互容量
CNV…DC−DCコンバータ
D1,D2…ダイオード
DB…ダイオードブリッジ回路
RC1…昇圧回路
RC2…降圧回路
RG…受電装置側基準電位点
RL…負荷
RLa,RLb…負荷
S1…調整用スイッチ回路(接続切替回路)
SB…二次電池
TG…送電装置側基準電位点
XG…昇圧トランス
XL…降圧トランス
10…筐体
11…送電装置側アクティブ電極
12…送電装置側パッシブ電極
13a…調整用交流源
13S…高周波電圧発生回路
13T…昇圧トランス
14…電力増幅回路
15…ガード電極
16…直列回路
16x…第1素子
16y…第2素子
17…補助電極
18…制御回路
20…筐体
21…受電装置側アクティブ電極
22…受電装置側パッシブ電極
23…負荷回路
23T…降圧トランス
31…高周波電圧発生部
32…電力増幅回路
33…昇圧トランス
41…降圧トランス
42…整流回路
43…負荷
101〜103,107…電力送電装置
201,204,205…電力受電装置
301〜312…電力伝送システム
Claims (4)
- 送電装置側第一電極と、送電装置側第二電極と、前記送電装置側第一電極と前記送電装置側第二電極との間に交流電圧を給電する給電回路と、を有する電力送電装置と、
受電装置側第一電極と、受電装置側第二電極と、前記受電装置側第一電極と前記受電装置側第二電極との間に生じる交流電圧を受ける負荷回路と、を有する電力受電装置と、
を備えた電力伝送システムにおいて、
前記負荷回路と前記受電装置側第二電極との接続点、または前記負荷回路の中点、である受電装置側基準電位点は受電装置の基準電位に接続され、
前記電力送電装置は、前記送電装置側第一電極と前記送電装置側第二電極との間に、第1素子が前記送電装置側第一電極に接続されるように、第1素子および第2素子が直列接続された直列回路を備え、
前記直列回路の前記第1素子と第2素子との接続点である送電装置側基準電位点は送電装置の基準電位に接続され、
前記第1素子のインピーダンスをZ1、前記第2素子のインピーダンスをZ2、前記送電装置側第一電極と前記受電装置側第一電極との間に生じる容量および負荷回路を含む直列回路のインピーダンスをZ3、前記送電装置側第二電極と前記受電装置側第二電極との間に生じる容量を含むインピーダンスをZ4で表したとき、前記交流電圧の基本波周波数において、平衡条件Z1×Z4=Z2×Z3を満足する、または前記平衡条件に近似させ得るように前記直列回路が設けられ、
前記第1素子のインピーダンスZ1および前記第2素子のインピーダンスZ2の少なくとも一方を可変インピーダンスとし、前記平衡条件が維持されるように前記可変インピーダンスを制御する制御手段を備えた、
電力伝送システム。 - 前記制御手段は、前記受電装置側基準電位点の電位を測定し、前記受電装置側基準電位点の電位が所定の電位となるように前記可変インピーダンスを制御する、
請求項1に記載の電力伝送システム。 - 前記制御手段は、前記送電装置側基準電位点に流れるコモンモード電流を測定し、前記コモンモード電流が流れなくなるように前記可変インピーダンスを制御する、
請求項1に記載の電力伝送システム。 - 前記送電装置側基準電位点と前記受電装置側基準電位点との間に容量が接続されている、または容量が構成されている、請求項1から3の何れかに記載の電力伝送システム。
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