JP6070650B2 - 送電装置並びに受電装置及びそれを搭載した車両 - Google Patents
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Description
C1=(a1+1)/(a1・ω・Z01)[F] …(2)
L2=a1・Z01/ω[H] …(3)
C2=(a1+1)/(a12・ω・Z01)[F] …(4)
ここで、Z01は、任意の定数である。たとえば、Z01の値を大きくとると、インダクタンスL1,L2は大きくなり、キャパシタンスC1,C2は小さくなる。コイル212,216及びキャパシタ214,218の製作のし易さ(コスト)や発熱等を考慮して、Z01の大きさを決めることができる。a1は、フィルタ回路200の入力電圧Vin1(すなわちインバータ100の出力電圧)に対するフィルタ回路200の出力電圧Vout1(すなわち送電部310の電圧)の比である。ωは、伝送される電力の周波数(インバータ100により生成される電力の周波数に相当)である。
Iin1=−a1・Iout1 …(7)
式(6),(7)は、フィルタ回路200が理想トランス特性を有することを示している。すなわち、フィルタ回路200によって送電電圧及び送電電流に位相変化は生じない。したがって、フィルタ回路200を導入することによる電力伝送効率の低下を抑制することができる。
L3=(a2+1)・Z02/ω[H] …(9)
C4=1/(a2・ω・Z02)[F] …(10)
L4=a2・(a2+1)・Z02/ω[H] …(11)
ここで、Z02は、任意の定数である。たとえば、Z02の値を大きくとると、インダクタンスL3,L4は大きくなり、キャパシタンスC3,C4は小さくなる。キャパシタ412,416及びコイル414,418の製作のし易さ(コスト)や発熱等を考慮して、Z02の大きさを決めることができる。a2は、フィルタ回路400の入力電圧Vin2(すなわち受電部320の電圧)に対するフィルタ回路400の出力電圧Vout2の比である。
Iin2=−a2・Iout2 …(14)
式(13),(14)は、フィルタ回路400が理想トランス特性を有することを示している。すなわち、フィルタ回路400によって送電電圧及び送電電流に位相変化は生じない。したがって、フィルタ回路400を導入することによる電力伝送効率の低下を抑制することができる。
一方、送電部310から受電部320への電力伝送効率を最大にする最適インピーダンスは、たとえばコイル312とコイル322とのインダクタンスが等しい場合、k・ω・Lr(k:結合係数、Lr:コイル322のインダクタンス)であることが知られており、最適インピーダンスを実現する受電部320の受電電圧すなわちフィルタ回路400の入力電圧Vin2は、次式で示される。
ここで、Prは、受電部320による受電電力である。したがって、送電部310から受電部320への電力伝送効率を最大にし得るa2は、次式で示される。
=4・Vb/(π・√(2・Pr・k・ω・Lr))
以上のように、この実施の形態によれば、送電装置10のフィルタ回路200は、理想トランス特性を有するので、フィルタ回路200によって電圧及び電流に位相変化は生じない。したがって、この実施の形態によれば、送電装置10にフィルタ回路200を設けることによる電力伝送効率の低下を抑制することができる。
L2A=a1・Z01/(2・ω)[H]
また、図3に示すように、コイル212,216の一方を電力線対の一方に設け、コイル212,216の他方を電力線対の他方に設けてもよい。この場合のコイル212,216のインダクタンスは、上記式(1),(3)で示したとおりである。
L4A=a2・(a2+1)・Z02/(2・ω)[H]
また、コイル414,418の一方を電力線対の一方に設け、コイル414,418の他方を電力線対の他方に設けてもよい(図示せず)。この場合のコイル414,418のインダクタンスは、上記式(9),(11)で示したとおりである。
Claims (11)
- 交流電源と、
前記交流電源から出力される電力を受電装置へ非接触で送電するための送電部と、
前記交流電源と前記送電部との間に設けられるフィルタ回路とを備え、
前記フィルタ回路は、
前記交流電源と前記送電部との間に接続される電力線対の少なくとも一方に設けられる第1及び第2のコイルと、
各々が前記電力線対間に接続され、前記交流電源と前記送電部との間において前記第1及び第2のコイルと交互に設けられる第1及び第2のキャパシタとを含み、
前記第1及び第2のコイル並びに前記第1及び第2のキャパシタは、前記交流電源側から、前記第1のコイル、前記第1のキャパシタ、前記第2のコイル、前記第2のキャパシタの順に設けられ、
前記交流電源の周波数をω、前記フィルタ回路の入力電圧に対する前記フィルタ回路の出力電圧の比をa、任意の設計値をZとした場合に、
前記第1のコイルのインダクタンスは、Z/ωに設定され、
前記第1のキャパシタのキャパシタンスは、(a+1)/aωZに設定され、
前記第2のコイルのインダクタンスは、aZ/ωに設定され、
前記第2のキャパシタのキャパシタンスは、(a+1)/a2ωZに設定される、送電装置。 - 前記交流電源は、電圧型インバータを含む、請求項1に記載の送電装置。
- 前記aは、前記電圧型インバータの定格電圧と、前記送電部の電圧のとり得る最大値とに基づいて決定される、請求項2に記載の送電装置。
- 前記第1のコイルは、2分割にされて前記電力線対の双方に平衡に設けられる第3及び第4のコイルによって構成され、
前記第2のコイルは、2分割にされて前記電力線対の双方に平衡に設けられる第5及び第6のコイルによって構成され、
前記第3及び第4のコイルの各々のインダクタンスは、Z/(2ω)に設定され、
前記第5及び第6のコイルの各々のインダクタンスは、aZ/(2ω)に設定される、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の送電装置。 - 前記交流電源の出力側に設けられ、前記交流電源の出力電流の位相進みを抑制するための位相補償コイルをさらに備える、請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の送電装置。
- 前記位相補償コイルは、前記第1のコイルに統合される、請求項5に記載の送電装置。
- 送電装置から出力される交流電力を非接触で受電するための受電部と、
前記受電部によって受電される交流電力を整流する整流部と、
前記受電部と前記整流部との間に設けられるフィルタ回路とを備え、
前記フィルタ回路は、
前記受電部と前記整流部との間に接続される電力線対の少なくとも一方に設けられる第1及び第2のコイルと、
各々が前記電力線対間に接続され、前記受電部と前記整流部との間において前記第1及び第2のコイルと交互に設けられる第1及び第2のキャパシタとを含み、
前記第1及び第2のコイル並びに前記第1及び第2のキャパシタは、前記受電部側から、前記第1のキャパシタ、前記第1のコイル、前記第2のキャパシタ、前記第2のコイルの順に設けられ、
前記交流電力の周波数をω、前記フィルタ回路の入力電圧に対する前記フィルタ回路の出力電圧の比をa、任意の設計値をZとした場合に、
前記第1のキャパシタのキャパシタンスは、1/(ωZ)に設定され、
前記第1のコイルのインダクタンスは、(a+1)Z/ωに設定され、
前記第2のキャパシタのキャパシタンスは、1/(aωZ)に設定され、
前記第2のコイルのインダクタンスは、a(a+1)Z/ωに設定される、受電装置。 - 前記整流部は、コンデンサインプット型の整流回路によって構成される、請求項7に記載の受電装置。
- 前記整流部の出力電圧をV、前記受電部による受電電力をP、結合係数をk、前記受電部及び前記送電装置の送電部の各々のコイルのインダクタンスをLとした場合に、
前記aは、4V/(π√(2PkωL))に設定される、請求項7又は請求項8に記載の受電装置。 - 前記第1のコイルは、2分割にされて前記電力線対の双方に平衡に設けられる第3及び第4のコイルによって構成され、
前記第2のコイルは、2分割にされて前記電力線対の双方に平衡に設けられる第5及び第6のコイルによって構成され、
前記第3及び第4のコイルの各々のインダクタンスは、(a+1)Z/(2ω)に設定され、
前記第5及び第6のコイルの各々のインダクタンスは、a(a+1)Z/(2ω)に設定される、請求項7から請求項9のいずれか1項に記載の受電装置。 - 請求項7から請求項10のいずれか1項に記載の受電装置を搭載した車両。
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