JP5966038B1 - Contactless power supply system - Google Patents
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Abstract
【課題】各送電ユニットおよび各受電ユニットの仕様や結合係数が異なっていても、各受電ユニットから負荷に適切に給電することができる非接触給電システムを提供する。【解決手段】送電装置Ａから受電装置Ｂに非接触で電力を供給する非接触給電システムにおいて、送電装置Ａは、一定の高周波電圧を出力する高周波電源装置４と、送電ユニット１１，１２，１３とを備え、受電装置Ｂは、受電ユニット２１，２２，２３を備えるようにした。送電ユニット１１（１２，１３）は、送電コイルＬ１１（Ｌ１２，Ｌ１３）を備えている。受電ユニット２１（２２，２３）は、送電コイルＬ１１（Ｌ１２，Ｌ１３）に磁気的に結合される受電コイルＬ２１（Ｌ２２，Ｌ２３）を備えている。各受電ユニット２１，２２，２３の出力は並列接続され、送電ユニット１１（１２，１３）から受電ユニット２１（２２，２３）への送電方式は、磁界共鳴方式である。【選択図】図２Provided is a non-contact power supply system that can appropriately supply power to a load from each power receiving unit even if the specifications and coupling coefficients of each power transmitting unit and each power receiving unit are different. In a non-contact power supply system that supplies electric power from a power transmission device A to a power reception device B in a non-contact manner, the power transmission device A includes a high-frequency power supply device 4 that outputs a constant high-frequency voltage, and power transmission units 11, 12, and 13. The power receiving apparatus B includes power receiving units 21, 22 and 23. The power transmission unit 11 (12, 13) includes a power transmission coil L11 (L12, L13). The power reception unit 21 (22, 23) includes a power reception coil L21 (L22, L23) that is magnetically coupled to the power transmission coil L11 (L12, L13). Outputs of the power receiving units 21, 22, and 23 are connected in parallel, and a power transmission method from the power transmission unit 11 (12, 13) to the power reception unit 21 (22, 23) is a magnetic field resonance method. [Selection] Figure 2
Description
本発明は、電気自動車などに非接触で電力の供給を行う非接触給電システムに関する。 The present invention relates to a non-contact power supply system that supplies electric power to an electric vehicle or the like in a non-contact manner.
負荷と電源とを直接接続することなく、電源が出力する電力を非接触で負荷に伝送する方法が開発されている。当該技術は、一般的に、非接触給電やワイヤレス給電と呼ばれている。当該技術は、携帯電話や家電製品、電気自動車などへの給電に応用されている。 A method has been developed in which the power output from the power source is transmitted to the load in a contactless manner without directly connecting the load and the power source. This technology is generally called non-contact power feeding or wireless power feeding. This technology is applied to power supply to mobile phones, home appliances, electric vehicles and the like.
非接触給電では、高周波電源装置に接続された送電装置から、負荷に接続された受電装置に、非接触で送電を行う。送電装置には送電コイルが備えられており、受電装置には受電コイルが備えられている。送電コイルと受電コイルとが磁気的に結合されることで、非接触での送電が行われる。 In non-contact power feeding, power is transmitted in a non-contact manner from a power transmitting device connected to a high-frequency power supply device to a power receiving device connected to a load. The power transmission device includes a power transmission coil, and the power reception device includes a power reception coil. Contactless power transmission is performed by magnetically coupling the power transmission coil and the power reception coil.
負荷がバッテリなどの直流負荷の場合、受電装置には整流回路が備えられており、受電コイルから出力される交流電流は、当該整流回路で直流電流に変換される。受電コイルから出力される交流電流が大きい場合、整流回路を構成する各ダイオードに流れる電流が大きくなり、ダイオードが故障する場合がある。ダイオードに流れる電流を分散させるために、複数のダイオードを並列接続して用いることが考えられる。しかしながら、受電コイルから出力される交流電流が６．７８ＭＨｚ〜４０．６８ＭＨｚの高周波電流の場合、配線のインピーダンスの影響などにより、並列接続させたダイオードに流れる電流のバランスを取ることが難しいので、並列接続を実現することは困難である。 When the load is a direct current load such as a battery, the power receiving device includes a rectifier circuit, and an alternating current output from the power receiving coil is converted into a direct current by the rectifier circuit. When the alternating current output from the power receiving coil is large, the current flowing through each diode constituting the rectifier circuit becomes large, and the diode may fail. In order to disperse the current flowing through the diodes, it is conceivable to use a plurality of diodes connected in parallel. However, when the alternating current output from the receiving coil is a high-frequency current of 6.78 MHz to 40.68 MHz, it is difficult to balance the current flowing through the diodes connected in parallel due to the influence of the impedance of the wiring. It is difficult to realize the connection.
ダイオードを並列接続しない整流回路を用いる場合、整流回路に流れる電流を抑制するために、受電装置に複数の受電コイルを設け、各受電コイルにそれぞれ整流回路を接続する方法がある。この場合、高周波電源装置が出力する電力が複数の受電コイルに分散されて受電されるため、各整流回路に流れる電流を分散させることができる。例えば、特許文献１には、受電コイルおよび共振コンデンサから成る共振回路と、整流回路と、平滑回路とを備えた受電ユニットを複数備え、各受電ユニットの出力を並列接続して負荷に出力する非接触給電装置が記載されている。 In the case of using a rectifier circuit in which diodes are not connected in parallel, there is a method in which a plurality of power receiving coils are provided in a power receiving device and a rectifier circuit is connected to each power receiving coil in order to suppress current flowing in the rectifier circuit. In this case, since the electric power output from the high frequency power supply device is distributed and received by the plurality of power receiving coils, the current flowing through each rectifier circuit can be dispersed. For example, Patent Document 1 includes a plurality of power reception units each including a resonance circuit including a power reception coil and a resonance capacitor, a rectifier circuit, and a smoothing circuit. The outputs of the power reception units are connected in parallel and output to a load. A contact power supply is described.
しかしながら、特許文献１に記載の非接触給電装置の場合、各受電ユニットが定電圧源と等価になるので、各受電ユニットの出力電力を負荷に供給するためには、各受電ユニットの出力電圧を略同一にする必要がある。したがって、各送電ユニットの仕様、および、各受電ユニットの仕様を統一させる必要がある。また、送電コイルと受電コイルとの結合係数も、各受電ユニットで同一である必要がある。しかし、送電コイルと受電コイルとの位置関係（例えば距離など）が変わると結合係数も変わってしまう。 However, in the case of the non-contact power feeding device described in Patent Document 1, each power receiving unit is equivalent to a constant voltage source. Therefore, in order to supply the output power of each power receiving unit to a load, the output voltage of each power receiving unit is It needs to be almost the same. Therefore, it is necessary to unify the specifications of each power transmission unit and the specifications of each power receiving unit. In addition, the coupling coefficient between the power transmission coil and the power reception coil needs to be the same in each power reception unit. However, when the positional relationship (for example, distance) between the power transmission coil and the power reception coil changes, the coupling coefficient also changes.
本発明は上記した事情のもとで考え出されたものであって、各送電ユニットおよび各受電ユニットの仕様や結合係数が異なっていても、各受電ユニットから負荷に適切に給電することができる非接触給電システムを提供することを目的としている。 The present invention has been conceived under the circumstances described above, and even if the specifications and coupling coefficients of each power transmission unit and each power reception unit are different, power can be appropriately supplied from each power reception unit to the load. The object is to provide a non-contact power supply system.
上記課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。 In order to solve the above problems, the present invention takes the following technical means.
本発明の第１の側面によって提供される非接触給電システムは、送電装置から受電装置に非接触で電力を供給する非接触給電システムであって、前記送電装置は、一定の高周波電圧を出力する高周波電源装置と、前記高周波電源装置に接続された送電コイル、および、前記送電コイルに直列接続された共振コンデンサを備えている送電ユニットとを備えており、前記受電装置は、前記送電コイルに磁気的に結合される受電コイル、および、前記受電コイルに直列接続された共振コンデンサを備えている受電ユニットを、複数備え、前記各受電ユニットの出力は並列接続されて、負荷に出力されており、前記送電ユニットから前記受電ユニットへの送電方式は、磁界共鳴方式であることを特徴とする。 A contactless power supply system provided by the first aspect of the present invention is a contactless power supply system that supplies power from a power transmission device to a power reception device in a contactless manner, and the power transmission device outputs a constant high-frequency voltage. A high-frequency power supply device; a power transmission coil connected to the high-frequency power supply device; and a power transmission unit including a resonance capacitor connected in series to the power transmission coil. A plurality of power receiving units each having a power receiving coil coupled to each other and a resonance capacitor connected in series to the power receiving coil, and the outputs of the power receiving units are connected in parallel and output to a load, The power transmission method from the power transmission unit to the power reception unit is a magnetic field resonance method.
本発明の好ましい実施の形態においては、前記送電ユニットが前記受電ユニットと同じ数だけ備えられており、前記各受電ユニットの受電コイルは、対応する送電ユニットの送電コイルに磁気結合する。 In a preferred embodiment of the present invention, the same number of power transmission units as the power receiving units are provided, and the power receiving coils of the power receiving units are magnetically coupled to the power transmitting coils of the corresponding power transmitting units.
本発明の好ましい実施の形態においては、前記各送電ユニットは、１つの前記高周波電源装置に並列接続している。 In a preferred embodiment of the present invention, each of the power transmission units is connected in parallel to one of the high frequency power supply devices.
本発明の好ましい実施の形態においては、前記高周波電源装置が前記送電ユニットと同じ数だけ備えられており、前記各高周波電源装置は、対応する送電ユニットの送電コイルに接続している。 In a preferred embodiment of the present invention, the same number of the high frequency power supply devices as that of the power transmission units are provided, and each of the high frequency power supply devices is connected to a power transmission coil of a corresponding power transmission unit.
本発明の好ましい実施の形態においては、前記受電装置は、前記各受電ユニットからの出力電流をそれぞれ整流する整流回路をさらに備えており、前記各整流回路の出力が並列接続されて、負荷に出力される。 In a preferred embodiment of the present invention, the power receiving device further includes a rectifier circuit that rectifies output currents from the power receiving units, and outputs of the rectifier circuits are connected in parallel to be output to a load. Is done.
本発明の好ましい実施の形態においては、前記各整流回路の出力側に、それぞれ平滑回路が接続されている。 In a preferred embodiment of the present invention, a smoothing circuit is connected to the output side of each rectifier circuit.
本発明の好ましい実施の形態においては、前記各整流回路の並列接続された出力と負荷との間に、平滑回路が接続されている。 In a preferred embodiment of the present invention, a smoothing circuit is connected between the output of each rectifier circuit connected in parallel and a load.
本発明の好ましい実施の形態においては、前記高周波電源装置の出力周波数は、６．７８ＭＨｚ〜４０．６８ＭＨｚである。 In preferable embodiment of this invention, the output frequency of the said high frequency power supply device is 6.78 MHz-40.68 MHz.
本発明の好ましい実施の形態においては、前記受電ユニットが３つ備えられている。 In a preferred embodiment of the present invention, three power receiving units are provided.
本発明の好ましい実施の形態においては、前記受電装置は、車両に配置され、前記送電装置は、床面に配置されている。 In a preferred embodiment of the present invention, the power receiving device is disposed in a vehicle, and the power transmitting device is disposed on a floor surface.
本発明によると、高周波電源装置が送電ユニットに一定の高周波電圧を出力し、送電ユニットから受電ユニットへは磁界共鳴方式で送電を行うので、各受電ユニットが定電流源と等価になる。したがって、各受電ユニットが出力する電流は足し合わされて、負荷に供給される。これにより、各送電ユニットや各受電ユニットの仕様が異なっていたり、結合係数が異なっている場合でも、各受電ユニットから負荷に適切に給電することができる。 According to the present invention, since the high frequency power supply device outputs a constant high frequency voltage to the power transmission unit and transmits power from the power transmission unit to the power reception unit by the magnetic resonance method, each power reception unit becomes equivalent to a constant current source. Therefore, the currents output by the power receiving units are added and supplied to the load. Thereby, even when the specifications of each power transmission unit and each power reception unit are different or the coupling coefficients are different, power can be appropriately supplied from each power reception unit to the load.
本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。 Other features and advantages of the present invention will become more apparent from the detailed description given below with reference to the accompanying drawings.
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して具体的に説明する。 Embodiments of the present invention will be specifically described below with reference to the drawings.
図１および図２は、第１実施形態に係る非接触給電システムを説明するための図であり、図１は全体構成を示し、図２は回路図を示している。 FIG. 1 and FIG. 2 are diagrams for explaining the non-contact power feeding system according to the first embodiment. FIG. 1 shows an overall configuration, and FIG. 2 shows a circuit diagram.
図１に示すように、非接触給電システムＣは、電気自動車などの車体に備えられた受電装置Ｂと、駐車場などの床面に埋設された送電装置Ａとを備えている。送電装置Ａは床面に配置された送電コイルを備えており、受電装置Ｂは車体底面に配置された受電コイルを備えている。送電コイルと受電コイルとが磁気結合することで、受電装置Ｂは、送電装置Ａから送電される高周波電力を受電する。すなわち、送電コイルに高周波電流が流れることで磁束が変化し、この磁束に鎖交する受電コイルに高周波電流が流れる。これにより、送電装置Ａから受電装置Ｂに、非接触で電力を供給することができる。受電装置Ｂは、高周波電流を整流回路で整流して、バッテリＤに供給する。なお、実際には、後述するように、整流回路の出力側に平滑回路が設けられており、整流回路の出力電流は、平滑されたうえで、バッテリＤに供給される。 As shown in FIG. 1, the non-contact power feeding system C includes a power receiving device B provided in a vehicle body such as an electric vehicle and a power transmitting device A embedded in a floor surface such as a parking lot. The power transmission device A includes a power transmission coil disposed on the floor surface, and the power reception device B includes a power reception coil disposed on the bottom surface of the vehicle body. The power receiving device B receives high-frequency power transmitted from the power transmitting device A by magnetically coupling the power transmitting coil and the power receiving coil. In other words, the magnetic flux changes as a high-frequency current flows through the power transmission coil, and the high-frequency current flows through the power receiving coil interlinked with the magnetic flux. Thereby, electric power can be supplied from the power transmission device A to the power reception device B in a non-contact manner. The power receiving device B rectifies the high-frequency current with a rectifier circuit and supplies the rectified current to the battery D. In practice, as will be described later, a smoothing circuit is provided on the output side of the rectifier circuit, and the output current of the rectifier circuit is supplied to the battery D after being smoothed.
送電コイルおよび受電コイルは、渦巻状に巻回された平面コイルであり、それぞれコイル面が床面に対して略平行になるように配置されている。本実施形態では、送電装置Ａは３つの送電コイルを備えており、受電装置Ｂは３つの受電コイルを備えている。給電を行う場合は、図１に示すように、受電装置Ｂが送電装置Ａの真上にきて、各受電コイルがそれぞれ対応する送電コイルに上方から見て重なり合うように、車体を配置する。図２は、各受電コイルがそれぞれ対応する送電コイルに磁気結合した状態を示している。 The power transmission coil and the power reception coil are planar coils wound in a spiral shape, and are arranged such that the coil surfaces are substantially parallel to the floor surface. In the present embodiment, the power transmission device A includes three power transmission coils, and the power reception device B includes three power reception coils. When power feeding is performed, as shown in FIG. 1, the vehicle body is arranged so that the power receiving device B is directly above the power transmitting device A and each power receiving coil overlaps the corresponding power transmitting coil when viewed from above. FIG. 2 shows a state where each power receiving coil is magnetically coupled to a corresponding power transmitting coil.
図２に示すように、送電装置Ａは、高周波電源装置４、および、送電ユニット１１，１２，１３を備えている。 As shown in FIG. 2, the power transmission device A includes a high frequency power supply device 4 and power transmission units 11, 12, and 13.
高周波電源装置４は、一定の大きさの高周波電圧を出力するものであり、いわゆる定電圧源である。高周波電源装置４は、図示しない電力系統から入力される交流電力を図示しない整流回路で直流電力に変換し、図示しないインバータで高周波電力に変換して、各送電ユニット１１，１２，１３に出力する。当該インバータは、出力電圧を目標電圧に一致させるように、フィードバック制御を行う。なお、高周波電源装置４の構成は限定されず、所定の高周波電圧を出力するものであればよい。 The high-frequency power supply device 4 outputs a high-frequency voltage having a certain magnitude, and is a so-called constant voltage source. The high frequency power supply device 4 converts AC power input from a power system (not shown) into DC power by a rectifier circuit (not shown), converts it to high frequency power by an inverter (not shown), and outputs the power to the power transmission units 11, 12, and 13. . The inverter performs feedback control so that the output voltage matches the target voltage. In addition, the structure of the high frequency power supply device 4 is not limited, What is necessary is just to output a predetermined high frequency voltage.
送電ユニット１１は、送電コイルＬ１１および共振コンデンサＣ１１を備えている。送電コイルＬ１１は、高周波電源装置４より供給される高周波電力を、受電装置Ｂに送電するものである。共振コンデンサＣ１１は、送電コイルＬ１１に直列接続されて、直列共振回路を構成するためのものである。 The power transmission unit 11 includes a power transmission coil L11 and a resonance capacitor C11. The power transmission coil L11 transmits the high frequency power supplied from the high frequency power supply device 4 to the power receiving device B. The resonance capacitor C11 is connected in series to the power transmission coil L11 to form a series resonance circuit.
送電コイルＬ１１および共振コンデンサＣ１１は、共振周波数が高周波電源装置４より供給される高周波電力の周波数ｆ0（例えば、１３．５６ＭＨｚ）と一致するように設計される。すなわち、送電コイルＬ１１の自己インダクタンスＬRと、共振コンデンサＣ１１のキャパシタンスＣRとが、下記（１）式の関係になるように設計される。
送電ユニット１２は、送電ユニット１１と同様の構成であり、送電コイルＬ１２および共振コンデンサＣ１２を備えている。送電ユニット１３も、送電ユニット１１と同様の構成であり、送電コイルＬ１３および共振コンデンサＣ１３を備えている。送電ユニット１１，１２，１３は、それぞれ、高周波電源装置４に並列接続されている。 The power transmission unit 12 has the same configuration as the power transmission unit 11 and includes a power transmission coil L12 and a resonance capacitor C12. The power transmission unit 13 has the same configuration as that of the power transmission unit 11 and includes a power transmission coil L13 and a resonance capacitor C13. The power transmission units 11, 12, and 13 are each connected in parallel to the high frequency power supply device 4.
また、図２に示すように、受電装置Ｂは、受電ユニット２１，２２，２３、および、整流回路３１，３２，３３を備えている。 Further, as shown in FIG. 2, the power receiving device B includes power receiving units 21, 22, 23 and rectifier circuits 31, 32, 33.
受電ユニット２１は、受電コイルＬ２１、および、共振コンデンサＣ２１を備えている。受電コイルＬ２１は、送電コイルＬ１１と磁気結合して、非接触で受電するものである。共振コンデンサＣ２１は、受電コイルＬ２１に直列接続されて、直列共振回路を構成するためのものである。 The power receiving unit 21 includes a power receiving coil L21 and a resonance capacitor C21. The power receiving coil L21 is magnetically coupled to the power transmitting coil L11 and receives power in a non-contact manner. The resonance capacitor C21 is connected in series to the power receiving coil L21 to form a series resonance circuit.
受電コイルＬ２１および共振コンデンサＣ２１は、送電コイルＬ１１および共振コンデンサＣ１１と同様に、共振周波数が高周波電源装置４より供給される高周波電力の周波数ｆ0と一致するように設計される。 The power receiving coil L21 and the resonance capacitor C21 are designed so that the resonance frequency matches the frequency f 0 of the high frequency power supplied from the high frequency power supply device 4, similarly to the power transmission coil L11 and the resonance capacitor C11.
受電ユニット２２は、受電ユニット２１と同様の構成であり、受電コイルＬ２２、および、共振コンデンサＣ２２を備えている。受電ユニット２３も、受電ユニット２１と同様の構成であり、受電コイルＬ２３、および、共振コンデンサＣ２３を備えている。 The power receiving unit 22 has the same configuration as the power receiving unit 21 and includes a power receiving coil L22 and a resonance capacitor C22. The power reception unit 23 has the same configuration as that of the power reception unit 21 and includes a power reception coil L23 and a resonance capacitor C23.
送電ユニット１１および受電ユニット２１は、いずれも共振回路であり、共鳴して結合される。すなわち、送電ユニット１１から受電ユニット２１へは、磁界共鳴方式により、非接触給電が行われる。また、送電ユニット１２および受電ユニット２２も、いずれも共振回路であり、共鳴して結合される。すなわち、送電ユニット１２から受電ユニット２２へも、磁界共鳴方式により、非接触給電が行われる。また、送電ユニット１３および受電ユニット２３も、いずれも共振回路であり、共鳴して結合される。すなわち、送電ユニット１３から受電ユニット２３へも、磁界共鳴方式により、非接触給電が行われる。 The power transmission unit 11 and the power reception unit 21 are both resonant circuits and are coupled in resonance. That is, non-contact power feeding is performed from the power transmission unit 11 to the power receiving unit 21 by the magnetic field resonance method. The power transmission unit 12 and the power reception unit 22 are both resonant circuits and are coupled in resonance. That is, non-contact power feeding is also performed from the power transmission unit 12 to the power receiving unit 22 by the magnetic field resonance method. The power transmission unit 13 and the power reception unit 23 are both resonant circuits and are coupled in resonance. That is, non-contact power feeding is also performed from the power transmission unit 13 to the power receiving unit 23 by the magnetic field resonance method.
整流回路３１は、受電ユニット２１より出力される高周波電流を整流して、直流電流に変換するものである。整流回路３１は、４つのダイオードをブリッジ接続した全波整流回路である。なお、整流回路３１の構成は限定されず、高周波電流を直流電流に変換するものであればよい。整流回路３１から出力される直流電流は、バッテリＤに供給される。整流回路３２は、整流回路３１と同様の構成であり、受電ユニット２２より出力される高周波電流を整流して、直流電流に変換し、バッテリＤに出力する。整流回路３３も、整流回路３１と同様の構成であり、受電ユニット２３より出力される高周波電流を整流して、直流電流に変換し、バッテリＤに出力する。整流回路３１，３２，３３は、それぞれ、バッテリＤに並列接続されている。整流回路３１，３２，３３から出力される電流は、足し合わされて、バッテリＤに供給される。 The rectifier circuit 31 rectifies the high-frequency current output from the power receiving unit 21 and converts it into a direct current. The rectifier circuit 31 is a full-wave rectifier circuit in which four diodes are bridge-connected. In addition, the structure of the rectifier circuit 31 is not limited, What is necessary is just to convert a high frequency current into a direct current. The direct current output from the rectifier circuit 31 is supplied to the battery D. The rectifier circuit 32 has the same configuration as the rectifier circuit 31, rectifies the high-frequency current output from the power receiving unit 22, converts the high-frequency current into a direct current, and outputs the direct current to the battery D. The rectifier circuit 33 also has the same configuration as the rectifier circuit 31, rectifies the high-frequency current output from the power receiving unit 23, converts it into a direct current, and outputs it to the battery D. The rectifier circuits 31, 32, and 33 are connected in parallel to the battery D, respectively. The currents output from the rectifier circuits 31, 32, and 33 are added together and supplied to the battery D.
以下に、図３〜図７を参照して、整流回路３１，３２，３３から出力される電流が足し合わされることを説明する。 Hereinafter, it will be described with reference to FIGS. 3 to 7 that the currents output from the rectifier circuits 31, 32, and 33 are added.
図３は、非接触給電システムを一般化した回路図であり、ｎ個の送電ユニットを備える送電装置Ａ’と、ｎ個の受電ユニットを備える受電装置Ｂ’とを備えている。当該非接触給電システムは、交流の負荷Ｌに交流電力を供給する。 FIG. 3 is a generalized circuit diagram of the non-contact power supply system, and includes a power transmission device A ′ including n power transmission units and a power reception device B ′ including n power reception units. The contactless power supply system supplies AC power to an AC load L.
高周波電源装置４の出力電圧をＶ1、出力電流をＩ1とし、負荷Ｌに印加される電圧をＶ2、負荷Ｌに流れる電流をＩ2とする。また、送電ユニット１ｋ（ｋ＝１，２，…，ｎ）に流れる電流をＩ1kとし、受電ユニット２ｋに流れる電流をＩ2kとする。なお、各電圧および電流は交流なので、Ｖ1，Ｉ1，Ｖ2，Ｉ2，Ｉ1k，Ｉ2kは、いずれもベクトルである。 The output voltage of the high frequency power supply device 4 is V 1 , the output current is I 1 , the voltage applied to the load L is V 2 , and the current flowing through the load L is I 2 . Further, the current flowing through the power transmission unit 1k (k = 1, 2,..., N) is defined as I 1k, and the current flowing through the power receiving unit 2k is defined as I 2k . Since each voltage and current are alternating current, V 1 , I 1 , V 2 , I 2 , I 1k , and I 2k are all vectors.
一般的に、非接触給電システムの等価回路は、図４（ａ）のようになる。送電装置において、高周波電源装置の電圧をＶ、送電コイルの自己インダクタンスをＬS、共振コンデンサのキャパシタンスをＣSとし、受電装置において、受電コイルの自己インダクタンスをＬL、共振コンデンサのキャパシタンスをＣL、負荷の抵抗をＲLとしている。また、送電コイルと受電コイルとの間の磁気結合による相互インダクタンスをＭとしている。 In general, an equivalent circuit of a non-contact power feeding system is as shown in FIG. In the power transmission device, the voltage of the high frequency power supply device is V, the self-inductance of the power transmission coil is L S , and the capacitance of the resonance capacitor is C S. In the power reception device, the self-inductance of the power reception coil is L L , and the capacitance of the resonance capacitor is C L. The resistance of the load is R L. In addition, M is the mutual inductance due to magnetic coupling between the power transmission coil and the power reception coil.
図４（ａ）に示す回路は、図４（ｂ）に示す等価回路に変換することができる。 The circuit shown in FIG. 4A can be converted into an equivalent circuit shown in FIG.
すなわち、送電装置を流れる電流をＩSとし、受電装置を流れる電流をＩLとすると、高周波電源装置の電圧Ｖは、下記（２）式で表すことができ、また、下記（３）式も成立する。
上記（２）および（３）式をそれぞれ変形して下記（４）および（５）式とすると、この（４）および（５）式より、図４（ｂ）の等価回路が得られる。
図４に示す等価回路の変換を用いて、図３に示す回路を、Ｔ型回路を用いて表した等価回路に変換すると、図５に示す回路になる。各Ｔ型回路において並列接続されているコイルのインダクタンスは、送電コイルＬ1kと受電コイルＬ2kの相互インダクタンスＭkになる。 If the circuit shown in FIG. 3 is converted into an equivalent circuit expressed using a T-type circuit by using the equivalent circuit conversion shown in FIG. 4, the circuit shown in FIG. 5 is obtained. The inductance of the coils connected in parallel in each T-type circuit is the mutual inductance M k of the power transmission coil L 1k and the power reception coil L 2k .
図６（ａ）は、図５に示す回路を、インピーダンスＺを用いて表した等価回路を示す図である。なお、各インピーダンスＺ1k，Ｚ2k，Ｚ3k（ｋ＝１，２，…，ｎ）は、いずれもベクトルである。 FIG. 6A is a diagram illustrating an equivalent circuit in which the circuit illustrated in FIG. Each impedance Z 1k , Z 2k , Z 3k (k = 1, 2,..., N) is a vector.
図６（ｂ）は、図６（ａ）に示す回路を、Ｆパラメータを用いて表した等価回路を示す図である。なお、各Ｆパラメータの各要素Ａｋ，Ｂｋ，Ｃｋ，Ｄｋ（ｋ＝１，２，…，ｎ）は、いずれもベクトルである。 FIG. 6B is a diagram illustrating an equivalent circuit in which the circuit illustrated in FIG. 6A is represented using F parameters. Each element Ak, Bk, Ck, Dk (k = 1, 2,..., N) of each F parameter is a vector.
例えば、図６（ｂ）の最上段のＦパラメータは、下記（６）式のようになる。
磁界共鳴の条件式であるＺ11＋Ｚ31＝Ｚ31＋Ｚ21＝０を、上記（６）式に代入すると、下記（７）式になる。これより、下記（８）式から、下記（９）式が求められる。
ここで、Ｚ31は、送電コイルＬ１１と受電コイルＬ２１の相互インダクタンスＭ1によるインピーダンス（Ｔ型等価回路の特性インピーダンスに相当）である（図５参照）。送電コイルＬ１１と受電コイルＬ２１の距離が変化しなければ、結合係数が変化せず、相互インダクタンスＭ1は変化しない。したがって、Ｚ31は変化しない。よって、高周波電源装置４の出力電圧Ｖ1の大きさが一定の場合、受電ユニット２１から出力される電流Ｉ21の大きさも一定である。すなわち、受電ユニット２１は、負荷Ｌのインピーダンスに関係なく、一定の大きさの電流Ｉ21を出力する定電流源と考えることができる。 Here, Z 31 is an impedance (corresponding to the characteristic impedance of the T-type equivalent circuit) due to the mutual inductance M 1 of the power transmission coil L11 and the power reception coil L21 (see FIG. 5). If the distance of the power receiving coil L21 and the power transmission coil L11 is changed, the coupling coefficient is not changed, the mutual inductance M 1 does not change. Therefore, Z 31 does not change. Therefore, when the magnitude of the output voltage V 1 of the high frequency power supply device 4 is constant, the magnitude of the current I 21 output from the power receiving unit 21 is also constant. That is, the power receiving unit 21 can be considered as a constant current source that outputs a current I 21 having a constant magnitude regardless of the impedance of the load L.
同様に、下記（１０）式が算出され、下記（１１）式が求められる。
また、下記（１２）式が算出され、下記（１３）式が求められる。
上記（９）、（１１）、（１３）式より、各受電ユニット２ｋ（ｋ＝１，２，…，ｎ）から出力される電流Ｉ2kの大きさは、負荷Ｌのインピーダンスに関係なく一定であり、各受電ユニット２ｋは、定電流源と考えることができる。定電流源を並列接続した場合、各出力電流は足し合わされて出力される。したがって、高周波電源装置４を定電圧源として動作させ、電圧Ｖ1を一定の電圧とした場合、出力電流Ｉ21，Ｉ22，…，Ｉ2nを合成した電流Ｉ2は、出力電流Ｉ21，Ｉ22，…，Ｉ2nを足し合わせたものになり、下記（１４）式で表すことができる。また、各出力電流Ｉ21，Ｉ22，…，Ｉ2nの大きさは一定であり、電流Ｉ2の大きさも一定になる。つまり、図３における受電装置Ｂ’は定電流源と等価であり、負荷Ｌのインピーダンスに影響されない。また、下記（１４）式と、上記（９）、（１１）、（１３）式より、電流Ｉ2を下記（１５）式で表すことができる。
以上より、図３に示す非接触給電システムでは、各受電ユニットの出力電流を足し合わせた電流を、負荷Ｌに供給することができる。 As described above, in the non-contact power feeding system illustrated in FIG. 3, a current obtained by adding the output currents of the power receiving units can be supplied to the load L.
次に、図３に示す非接触給電システムの各受電ユニットの出力側にそれぞれ整流回路を追加した非接触給電システムについて説明する。 Next, a non-contact power feeding system in which a rectifier circuit is added to the output side of each power receiving unit of the non-contact power feeding system shown in FIG. 3 will be described.
図７は、図３に示す回路に整流回路を追加した回路を示す図である。 FIG. 7 is a diagram showing a circuit obtained by adding a rectifier circuit to the circuit shown in FIG.
図７に示す受電装置Ｂ’においては、各受電ユニット２ｋ（ｋ＝１，２，…，ｎ）の出力側に、それぞれ整流回路３ｋが追加されている。整流回路３ｋの出力電流をＩ3kとし、直流の負荷Ｌ’に印加される電圧をＶ3、負荷Ｌ’に流れる電流をＩ3とする。 In the power receiving device B ′ shown in FIG. 7, a rectifier circuit 3k is added to the output side of each power receiving unit 2k (k = 1, 2,..., N). The output current of the rectifier circuit 3k is I 3k , the voltage applied to the DC load L ′ is V 3 , and the current flowing through the load L ′ is I 3 .
各受電ユニット２ｋは定電流源と等価なので、各整流回路３ｋの出力電流Ｉ3kの大きさは、各受電ユニット２ｋの出力電流Ｉ2kの大きさに比例する。したがって、上記（１４）式より、出力電流Ｉ31，Ｉ32，…，Ｉ3nを合成した電流Ｉ3は、出力電流Ｉ31，Ｉ32，…，Ｉ3nを足し合わせたものとして、下記（１６）式で表すことができる。
以上より、図７に示す非接触給電システムでは、各整流回路の出力電流を足し合わせた電流を、負荷Ｌ’に供給することができる。 As described above, in the non-contact power feeding system shown in FIG. 7, a current obtained by adding the output currents of the rectifier circuits can be supplied to the load L ′.
本実施形態によると、高周波電源装置４は、一定の大きさの高周波電圧を、送電ユニット１１，１２，１３にそれぞれ出力する。送電ユニット１１，１２，１３は、それぞれ、受電ユニット２１，２２，２３に、磁界共鳴方式で送電を行う。この場合、各受電ユニット２１，２２，２３は定電流源と等価になり、各整流回路３１，３２，３３をそれぞれ含めた回路も、定電流源と等価になる。したがって、各整流回路３１，３２，３３が出力する電流は足し合わされて、負荷（バッテリＤ）に供給される。これにより、各送電ユニット１１，１２，１３や、各受電ユニット２１，２２，２３の仕様が異なっていたり、結合係数が異なっている場合でも、各受電ユニット２１，２２，２３から負荷に適切に給電することができる。 According to the present embodiment, the high-frequency power supply device 4 outputs a high-frequency voltage having a certain magnitude to the power transmission units 11, 12, and 13, respectively. The power transmission units 11, 12, and 13 transmit power to the power receiving units 21, 22, and 23 by the magnetic field resonance method, respectively. In this case, each power receiving unit 21, 22, 23 is equivalent to a constant current source, and a circuit including each rectifier circuit 31, 32, 33 is also equivalent to a constant current source. Therefore, the currents output from the rectifier circuits 31, 32, and 33 are added together and supplied to the load (battery D). As a result, even if the specifications of the power transmission units 11, 12, 13 and the power reception units 21, 22, 23 are different or the coupling coefficients are different, the power reception units 21, 22, 23 are appropriately adapted to the load. Power can be supplied.
本実施形態においては、送電ユニットと受電ユニットの組を３つ備えた場合について説明したが、これに限られない。送電ユニットと受電ユニットの組を２つ備えていてもよいし、４つ以上備えていてもよい。 In the present embodiment, the case where three sets of power transmission units and power reception units are provided has been described, but the present invention is not limited to this. Two sets of power transmission units and power reception units may be provided, or four or more sets may be provided.
本実施形態においては、１つの送電ユニットと１つの受電ユニットとが対になっている場合について説明したが、これに限られない。例えば、図８（ａ）に示すように、送電装置Ａが１つの送電ユニット１１のみを備え、受電装置Ｂの各受電ユニットの受電コイルＬ２１，Ｌ２２，Ｌ２３が、送電コイルＬ１１に磁気結合するようにしてもよい。この場合、送電コイルＬ１１と各受電コイルＬ２１，Ｌ２２，Ｌ２３との結合係数が異なるようになっても、各整流回路３１，３２，３３が出力する電流は足し合わされて、負荷（バッテリＤ）に供給される。 In this embodiment, although the case where one power transmission unit and one power receiving unit were paired was demonstrated, it is not restricted to this. For example, as illustrated in FIG. 8A, the power transmission device A includes only one power transmission unit 11, and the power reception coils L21, L22, and L23 of each power reception unit of the power reception device B are magnetically coupled to the power transmission coil L11. It may be. In this case, even if the coupling coefficients of the power transmission coil L11 and each of the power receiving coils L21, L22, and L23 are different, the currents output from the rectifier circuits 31, 32, and 33 are added together to the load (battery D). Supplied.
本実施形態においては、各送電ユニット１１，１２，１３が１つの高周波電源装置４に並列接続している場合について説明したが、これに限られない。例えば、図８（ｂ）に示すように、各送電ユニット１１，１２，１３が、それぞれ別の高周波電源装置４に接続するようにしてもよい。また、図８（ｃ）に示すように、送電ユニット１１，１２が１つの高周波電源装置４に並列接続し、送電ユニット１３が別の高周波電源装置４に接続するようにしてもよい。これらの場合、各高周波電源装置４の出力電圧の大きさ、周波数、位相が異なっていてもよい。各高周波電源装置４の出力電圧の設定が異なっていても、各整流回路３１，３２，３３が出力する電流は足し合わされて、負荷（バッテリＤ）に供給される。 In this embodiment, although the case where each power transmission unit 11,12,13 was connected in parallel to one high frequency power supply device 4 was demonstrated, it is not restricted to this. For example, as shown in FIG. 8B, each power transmission unit 11, 12, 13 may be connected to a different high frequency power supply device 4. Further, as illustrated in FIG. 8C, the power transmission units 11 and 12 may be connected in parallel to one high frequency power supply device 4 and the power transmission unit 13 may be connected to another high frequency power supply device 4. In these cases, the magnitude, frequency, and phase of the output voltage of each high-frequency power supply device 4 may be different. Even if the setting of the output voltage of each high-frequency power supply device 4 is different, the currents output from the rectifier circuits 31, 32, 33 are added and supplied to the load (battery D).
図９は、送電装置Ａが図８（ｃ）に示す構成である場合でも、各整流回路の出力電流が足し合わされて負荷に供給されることを確認するためのシミュレーションを説明するための図である。 FIG. 9 is a diagram for explaining a simulation for confirming that the output currents of the rectifier circuits are added and supplied to the load even when the power transmission apparatus A has the configuration shown in FIG. is there.
図９（ａ）に示す回路でシミュレーションを行った。当該回路においては、電源Ｖａに、送電コイルＬ１１および共振コンデンサＣ１１を備えている送電ユニットと、送電コイルＬ１２および共振コンデンサＣ１２を備えている送電ユニットとを並列接続し、電源Ｖｂに、送電コイルＬ１３および共振コンデンサＣ１３を備えている送電ユニットを接続している。また、送電コイルＬ１１に結合係数ｋ１で磁気結合する受電コイルＬ２１および共振コンデンサＣ２１を備えている受電ユニットと、送電コイルＬ１２に結合係数ｋ２で磁気結合する受電コイルＬ２２および共振コンデンサＣ２２を備えている受電ユニットと、送電コイルＬ１３に結合係数ｋ３で磁気結合する受電コイルＬ２３および共振コンデンサＣ２３を備えている受電ユニットとに、それぞれ整流回路を接続して、負荷に並列接続している。送電コイルＬ１１，Ｌ１２，Ｌ１３、受電コイルＬ２１，Ｌ２２，Ｌ２３の自己インダクタンスは、いずれも１［μＨ］とし、共振コンデンサＣ１１，Ｃ１２，Ｃ１３，Ｃ２１，Ｃ２２，Ｃ２３の静電容量は、いずれも１３７．７［ｐＦ］としている。また、結合係数は、ｋ１＝０．２、ｋ２＝０．３、ｋ３＝０．１とし、負荷は１０［Ω］の抵抗としている。 A simulation was performed with the circuit shown in FIG. In this circuit, a power transmission unit including a power transmission coil L11 and a resonance capacitor C11 and a power transmission unit including a power transmission coil L12 and a resonance capacitor C12 are connected in parallel to the power source Va, and the power transmission coil L13 is connected to the power source Vb. And the power transmission unit provided with the resonant capacitor C13 is connected. The power receiving unit includes a power receiving coil L21 and a resonant capacitor C21 that are magnetically coupled to the power transmitting coil L11 with a coupling coefficient k1, and a power receiving coil L22 and a resonant capacitor C22 that are magnetically coupled to the power transmitting coil L12 with a coupling coefficient k2. A rectifier circuit is connected to each of the power reception unit and the power reception unit including the power reception coil L23 and the resonance capacitor C23 that are magnetically coupled to the power transmission coil L13 with a coupling coefficient k3, and is connected in parallel to the load. The self-inductances of the power transmission coils L11, L12, L13 and the power receiving coils L21, L22, L23 are all 1 [μH], and the capacitances of the resonance capacitors C11, C12, C13, C21, C22, C23 are all 137. 7 [pF]. The coupling coefficients are k1 = 0.2, k2 = 0.3, k3 = 0.1, and the load is a resistance of 10 [Ω].
図９（ｂ）は、シミュレーション結果を示している。上段は、電源Ｖａ，Ｖｂの出力電圧波形を示している。電源Ｖａの出力電圧は、振幅を１００［Ｖ］とし、周波数を１３．５６［ＭＨｚ］としている。電源Ｖｂの出力電圧は、振幅を１５０［Ｖ］とし、周波数を１３．５６［ＭＨｚ］とし、電源Ｖａの出力電圧に対して、位相を９０°進ませている。 FIG. 9B shows the simulation result. The upper part shows output voltage waveforms of the power supplies Va and Vb. The output voltage of the power supply Va has an amplitude of 100 [V] and a frequency of 13.56 [MHz]. The output voltage of the power supply Vb has an amplitude of 150 [V], a frequency of 13.56 [MHz], and is advanced in phase by 90 ° with respect to the output voltage of the power supply Va.
図９（ｂ）の中段は、各受電ユニットの出力電流Ｉ21，Ｉ22，Ｉ23の電流波形を示している。図９（ｂ）の下段は、各受電ユニットに接続された整流回路の出力電流Ｉ31，Ｉ32，Ｉ33の電流波形、および、負荷に流れる電流Ｉ3の電流波形を示している。各整流回路から出力された電流Ｉ31，Ｉ32，Ｉ33が足し合わされて、負荷に流れることが分かる。また、電源と各送電ユニットの接続の仕方に関係なく、また、各電源の電圧の振幅や位相の違いがあっても、各受電ユニットの出力電流の整流後の電流が足し合わされていることが分かる。また、各結合係数が異なる場合、すなわち、送電コイルと受電コイルとの距離がそれぞれ異なる場合でも、各受電ユニットの出力電流の整流後の電流が足し合わされていることが分かる。 The middle part of FIG. 9B shows current waveforms of output currents I 21 , I 22 , and I 23 of each power receiving unit. The lower part of FIG. 9B shows the current waveforms of the output currents I 31 , I 32 and I 33 of the rectifier circuit connected to each power receiving unit, and the current waveform of the current I 3 flowing through the load. It can be seen that the currents I 31 , I 32 , and I 33 output from the rectifier circuits are added together and flow to the load. Regardless of how the power supply and each power transmission unit are connected, and even if there is a difference in the voltage amplitude and phase of each power supply, the current after rectification of the output current of each power reception unit may be added together. I understand. Further, it can be seen that even when the coupling coefficients are different, that is, when the distance between the power transmission coil and the power reception coil is different, the rectified currents of the output currents of the power reception units are added.
上記第１実施形態においては、受電装置Ｂに平滑回路を設けていない場合について説明したが、これに限られない。例えば、図１０（ａ）に示すように、各整流回路３１，３２，３３の出力側に、それぞれ平滑回路５１，５２，５３を備えるようにしてもよい。なお、平滑回路として直列にコイルを設ける代わりに、並列に平滑コンデンサを設けるようにしたり、直列コイルのあとに並列にコンデンサを設けるようにしてもよい。また、図１０（ｂ）に示すように、各整流回路３１，３２，３３の出力を並列接続した後に、平滑回路５０を備えるようにしてもよい。なお、この場合も、平滑回路として直列にコイルを設ける代わりに、並列に平滑コンデンサを設けるようにしたり、直列コイルのあとに並列にコンデンサを設けるようにしてもよい。これらの場合、平滑回路によって、出力電流の脈動を抑制することができる。 In the first embodiment, the case where the power receiving apparatus B is not provided with the smoothing circuit has been described, but the present invention is not limited to this. For example, as shown in FIG. 10A, smoothing circuits 51, 52, and 53 may be provided on the output sides of the rectifier circuits 31, 32, and 33, respectively. Instead of providing a coil in series as a smoothing circuit, a smoothing capacitor may be provided in parallel, or a capacitor may be provided in parallel after the series coil. Further, as shown in FIG. 10B, a smoothing circuit 50 may be provided after the outputs of the rectifier circuits 31, 32, and 33 are connected in parallel. In this case as well, instead of providing a coil in series as a smoothing circuit, a smoothing capacitor may be provided in parallel, or a capacitor may be provided in parallel after the series coil. In these cases, the pulsation of the output current can be suppressed by the smoothing circuit.
図１１は、受電装置Ｂが図１０（ａ）に示す構成である場合でも、各整流回路の出力電流が足し合わされて負荷に供給されることを確認するためのシミュレーションを説明するための図である。 FIG. 11 is a diagram for explaining a simulation for confirming that the output currents of the rectifier circuits are added and supplied to the load even when the power receiving apparatus B has the configuration shown in FIG. is there.
図１１（ａ）に示す回路でシミュレーションを行った。当該回路においては、電源Ｖａに、送電コイルＬ１１および共振コンデンサＣ１１を備えている送電ユニットと、送電コイルＬ１２および共振コンデンサＣ１２を備えている送電ユニットと、送電コイルＬ１３および共振コンデンサＣ１３を備えている送電ユニットとを並列接続している。また、送電コイルＬ１１に結合係数ｋ１で磁気結合する受電コイルＬ２１および共振コンデンサＣ２１を備えている受電ユニットと、送電コイルＬ１２に結合係数ｋ２で磁気結合する受電コイルＬ２２および共振コンデンサＣ２２を備えている受電ユニットと、送電コイルＬ１３に結合係数ｋ３で磁気結合する受電コイルＬ２３および共振コンデンサＣ２３を備えている受電ユニットとに、それぞれ整流回路を接続して、負荷に並列接続している。各整流回路の出力側には、平滑回路としてのコイルを直列接続している。送電コイルＬ１１，Ｌ１２，Ｌ１３、受電コイルＬ２１，Ｌ２２，Ｌ２３の自己インダクタンスは、いずれも１［μＨ］とし、共振コンデンサＣ１１，Ｃ１２，Ｃ１３，Ｃ２１，Ｃ２２，Ｃ２３の静電容量は、いずれも１３７．７［ｐＦ］としている。また、結合係数は、ｋ１＝０．２、ｋ２＝０．３、ｋ３＝０．１とし、負荷は１００［μＦ］のコンデンサとしている。また、各平滑回路としてのコイルの自己インダクタンスは、いずれも３［μＨ］としている。 A simulation was performed with the circuit shown in FIG. In the circuit, the power source Va includes a power transmission unit including a power transmission coil L11 and a resonance capacitor C11, a power transmission unit including a power transmission coil L12 and a resonance capacitor C12, and a power transmission coil L13 and a resonance capacitor C13. The power transmission unit is connected in parallel. The power receiving unit includes a power receiving coil L21 and a resonant capacitor C21 that are magnetically coupled to the power transmitting coil L11 with a coupling coefficient k1, and a power receiving coil L22 and a resonant capacitor C22 that are magnetically coupled to the power transmitting coil L12 with a coupling coefficient k2. A rectifier circuit is connected to each of the power reception unit and the power reception unit including the power reception coil L23 and the resonance capacitor C23 that are magnetically coupled to the power transmission coil L13 with a coupling coefficient k3, and is connected in parallel to the load. A coil as a smoothing circuit is connected in series to the output side of each rectifier circuit. The self-inductances of the power transmission coils L11, L12, L13 and the power receiving coils L21, L22, L23 are all 1 [μH], and the capacitances of the resonance capacitors C11, C12, C13, C21, C22, C23 are all 137. 7 [pF]. The coupling coefficients are k1 = 0.2, k2 = 0.3, k3 = 0.1, and the load is a 100 [μF] capacitor. In addition, the self-inductance of the coil as each smoothing circuit is 3 [μH].
図１１（ｂ）は、シミュレーション結果を示している。上段は、電源Ｖａの出力電圧波形を示している。電源Ｖａの出力電圧は、振幅を１００［Ｖ］とし、周波数を１３．５６［ＭＨｚ］としている。 FIG. 11B shows the simulation result. The upper part shows the output voltage waveform of the power supply Va. The output voltage of the power supply Va has an amplitude of 100 [V] and a frequency of 13.56 [MHz].
図１１（ｂ）の中段は、各受電ユニットの出力電流Ｉ21，Ｉ22，Ｉ23の電流波形を示している。図１１（ｂ）の下段は、各平滑回路の出力電流Ｉ31，Ｉ32，Ｉ33の電流波形、および、負荷に流れる電流Ｉ3の電流波形を示している。各平滑回路から出力された電流Ｉ31，Ｉ32，Ｉ33が足し合わされて、負荷に流れることが分かる。また、各平滑回路から出力された電流Ｉ31，Ｉ32，Ｉ33の脈動が抑制されて、足し合わされた電流Ｉ3の脈動も抑制されていることが分かる。また、各結合係数が異なる場合、すなわち、送電コイルと受電コイルとの距離がそれぞれ異なる場合でも、各受電ユニットの出力電流の整流後の電流が足し合わされていることが分かる。 The middle part of FIG. 11B shows current waveforms of output currents I 21 , I 22 , and I 23 of each power receiving unit. The lower part of FIG. 11B shows the current waveforms of the output currents I 31 , I 32 and I 33 of each smoothing circuit, and the current waveform of the current I 3 flowing through the load. It can be seen that the currents I 31 , I 32 , and I 33 output from the respective smoothing circuits are added and flow to the load. It can also be seen that the pulsations of the currents I 31 , I 32 and I 33 output from the respective smoothing circuits are suppressed, and the pulsation of the added current I 3 is also suppressed. Further, it can be seen that even when the coupling coefficients are different, that is, when the distance between the power transmission coil and the power reception coil is different, the rectified currents of the output currents of the power reception units are added.
上記第１実施形態においては、送電コイルおよび受電コイルが床面に対して略平行となるように設けられている場合について説明したが、これに限られない。例えば、図１２（ａ）に示すように、受電装置Ｂが車体の後部に配置され、送電装置Ａが車庫の壁面に配置され、送電コイルおよび受電コイルが床面に対して略垂直になるようにしてもよい。また、図１２（ｂ）に示すように、受電装置Ｂが車体の側面に配置され、送電装置Ａが車庫の壁面に配置され、送電コイルおよび受電コイルが床面に対して略垂直になるようにしてもよい。要するに、送電コイルと受電コイルとが略平行で向かい合う位置に配置できるように、それぞれ、車体と車庫（駐車場）に配置されていればよい。 In the said 1st Embodiment, although the case where the power transmission coil and the power receiving coil were provided so that it might become substantially parallel with respect to a floor surface was demonstrated, it is not restricted to this. For example, as shown in FIG. 12A, the power receiving device B is disposed at the rear part of the vehicle body, the power transmitting device A is disposed on the wall surface of the garage, and the power transmitting coil and the power receiving coil are substantially perpendicular to the floor surface. It may be. Moreover, as shown in FIG.12 (b), the power receiving apparatus B is arrange | positioned at the side surface of a vehicle body, the power transmission apparatus A is arrange | positioned at the wall surface of a garage, and a power transmission coil and a power receiving coil become substantially perpendicular | vertical with respect to a floor surface. It may be. In short, the power transmission coil and the power reception coil need only be disposed in the vehicle body and in the garage (parking lot) so that they can be disposed in substantially parallel positions.
上記第１実施形態においては、本発明に係る非接触給電システムを、電気自動車に内蔵されたバッテリの充電に利用する場合を例として説明したが、これに限られない。例えば、工場内の搬送に用いられるＡＧＶ（automatic guided vehicle：無人搬送車）のバッテリや電気二重層キャパシタなどへの充電にも、利用することができる。また、その他の電気製品のバッテリに充電を行う場合にも、本発明を適用することができる。また、バッテリに充電するのではなく、受電装置に接続された電気製品などの負荷に直接、電力を供給する場合にも、本発明を適用することができる。この場合、負荷に高周波電力をそのまま供給するのであれば、整流回路を設けないようにしてもよい。また、整流後の直流電力を、インバータ回路で適切な交流電力に変換して用いるようにしてもよい。 In the said 1st Embodiment, although the case where the non-contact electric power feeding system which concerns on this invention was utilized for charge of the battery incorporated in the electric vehicle was demonstrated as an example, it is not restricted to this. For example, it can also be used for charging an AGV (automatic guided vehicle) battery or an electric double layer capacitor used for transportation in a factory. Further, the present invention can also be applied when charging a battery of another electrical product. Further, the present invention can also be applied to a case where power is directly supplied to a load such as an electric product connected to the power receiving device instead of charging the battery. In this case, if the high frequency power is supplied to the load as it is, the rectifier circuit may not be provided. Further, the rectified DC power may be converted into suitable AC power by an inverter circuit and used.
本発明に係る非接触給電システムは、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係る非接触給電システムの各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。 The non-contact power feeding system according to the present invention is not limited to the embodiment described above. The specific configuration of each part of the non-contact power feeding system according to the present invention can be varied in design in various ways.
Ａ 送電装置
１１，１２，１３，１ｎ 送電ユニット
Ｌ１１，Ｌ１２，Ｌ１３，Ｌ１ｎ 送電コイル
Ｃ１１，Ｃ１２，Ｃ１３，Ｃ１ｎ 共振コンデンサ
４ 高周波電源装置
Ｂ 受電装置
２１，２２，２３，２ｎ 受電ユニット
Ｌ２１，Ｌ２２，Ｌ２３，Ｌ２ｎ 受電コイル
Ｃ２１，Ｃ２２，Ｃ２３，Ｃ２ｎ 共振コンデンサ
３１，３２，３３，３ｎ 整流回路
５０，５１，５２，５３ 平滑回路
Ｃ 非接触給電システム
Ｄ バッテリ（負荷）
A Power transmission device 11, 12, 13, 1n Power transmission unit L11, L12, L13, L1n Power transmission coil C11, C12, C13, C1n Resonance capacitor 4 High frequency power supply device B Power reception device 21, 22, 23, 2n Power reception unit L21, L22, L23, L2n Receiving coil C21, C22, C23, C2n Resonant capacitor 31, 32, 33, 3n Rectifier circuit 50, 51, 52, 53 Smoothing circuit C Non-contact power supply system D Battery (load)
Claims (10)
前記送電装置は、
一定の高周波電圧を出力する高周波電源装置と、
前記高周波電源装置に接続された送電コイル、および、前記送電コイルに直列接続された共振コンデンサを備えている送電ユニットと、
を備えており、
前記受電装置は、
前記送電コイルに磁気的に結合される受電コイル、および、前記受電コイルに直列接続された共振コンデンサを備えている受電ユニットを、複数備え、
前記各受電ユニットの出力は並列接続されて、負荷に出力されており、
前記送電ユニットから前記受電ユニットへの送電方式は、磁界共鳴方式である、
ことを特徴とする非接触給電システム。 A non-contact power feeding system that supplies power from a power transmitting device to a power receiving device in a contactless manner,
The power transmission device is:
A high-frequency power supply device that outputs a constant high-frequency voltage;
A power transmission coil connected to the high-frequency power supply device, and a power transmission unit including a resonance capacitor connected in series to the power transmission coil;
With
The power receiving device is:
A power receiving coil magnetically coupled to the power transmitting coil, and a plurality of power receiving units including a resonance capacitor connected in series to the power receiving coil,
The output of each power receiving unit is connected in parallel and output to the load,
The power transmission method from the power transmission unit to the power reception unit is a magnetic resonance method.
A non-contact power feeding system characterized by that.
前記各受電ユニットの受電コイルは、対応する送電ユニットの送電コイルに磁気結合する、
請求項１に記載の非接触給電システム。 The power transmission unit is provided in the same number as the power reception unit,
The power receiving coil of each power receiving unit is magnetically coupled to the power transmitting coil of the corresponding power transmitting unit.
The contactless power supply system according to claim 1.
請求項２に記載の非接触給電システム。 Each of the power transmission units is connected in parallel to one of the high frequency power supply devices,
The non-contact electric power feeding system according to claim 2.
前記各高周波電源装置は、対応する送電ユニットの送電コイルに接続している、
請求項２に記載の非接触給電システム。 The high frequency power supply device is provided in the same number as the power transmission unit,
Each high frequency power supply device is connected to a power transmission coil of a corresponding power transmission unit,
The non-contact electric power feeding system according to claim 2.
前記各整流回路の出力が並列接続されて、負荷に出力される、
請求項１ないし４のいずれかに記載の非接触給電システム。 The power receiving device further includes a rectifier circuit that rectifies the output current from each power receiving unit,
The outputs of the rectifier circuits are connected in parallel and output to a load.
The non-contact electric power feeding system in any one of Claims 1 thru | or 4.
請求項５に記載の非接触給電システム。 A smoothing circuit is connected to the output side of each rectifier circuit,
The non-contact electric power feeding system according to claim 5.
請求項５に記載の非接触給電システム。 A smoothing circuit is connected between the parallel output of each rectifier circuit and the load.
The non-contact electric power feeding system according to claim 5.
請求項１ないし７のいずれかに記載の非接触給電システム。 The output frequency of the high-frequency power device is 6.78 MHz to 40.68 MHz.
The non-contact electric power feeding system in any one of Claims 1 thru | or 7.
請求項１ないし８のいずれかに記載の非接触給電システム。 Three power receiving units are provided,
The non-contact electric power feeding system in any one of Claims 1 thru | or 8.
前記送電装置は、床面に配置されている、
請求項１ないし９のいずれかに記載の非接触給電システム。 The power receiving device is disposed in a vehicle,
The power transmission device is disposed on a floor surface,
The non-contact electric power feeding system in any one of Claim 1 thru | or 9.
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Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002354712A (en) * | 2001-05-22 | 2002-12-06 | Shinko Electric Co Ltd | Noncontact power feeder device |
| JP2008259335A (en) * | 2007-04-05 | 2008-10-23 | Hitachi Plant Technologies Ltd | Non-contact type power feeding device |
| JP2010263683A (en) * | 2009-05-01 | 2010-11-18 | Panasonic Corp | Charger |
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Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002354712A (en) * | 2001-05-22 | 2002-12-06 | Shinko Electric Co Ltd | Noncontact power feeder device |
| JP2008259335A (en) * | 2007-04-05 | 2008-10-23 | Hitachi Plant Technologies Ltd | Non-contact type power feeding device |
| JP2010263683A (en) * | 2009-05-01 | 2010-11-18 | Panasonic Corp | Charger |
| JP2013070477A (en) * | 2011-09-21 | 2013-04-18 | Panasonic Corp | Non-contact power supply system |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP7447863B2 (en) | 2021-04-26 | 2024-03-12 | 株式会社デンソー | Coil assembly and power supply system for contactless power supply |
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