JP6696563B2 - 送電装置、受電装置およびワイヤレス給電システム - Google Patents
送電装置、受電装置およびワイヤレス給電システム Download PDFInfo
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Description
送電コイルを備える送電装置から、前記送電コイルに対して少なくとも磁界結合する受電コイルを備える受電装置へ、ワイヤレスで高周波電力を供給するワイヤレス給電システムの送電装置において、
前記送電コイルはコイル開口を有し、
前記送電コイルに接続される送電回路と、
前記送電コイルの前記コイル開口に対向して配置される、平面状または曲面状の面状部を有し、前記ワイヤレス給電システムの動作による磁界によって渦電流が流れる、導電性または磁性の送電コイル近接部材と、
前記送電コイルに対して前記送電コイル近接部材が配置される側とは反対側に配置され、少なくとも磁界を介して前記送電コイルと結合する中継コイルと、
を備え、
前記送電コイルと前記送電コイル近接部材との最短距離をdt1、前記送電コイルと前記中継コイルとの最短距離をdt2、でそれぞれ表すとき、dt2≦dt1の関係にある。
送電コイルを備える送電装置から、前記送電コイルに対して少なくとも磁界結合する受電コイルを備える受電装置へ、ワイヤレスで高周波電力を供給するワイヤレス給電システムの送電装置であって、
前記送電コイルはコイル開口を有し、
前記送電コイルに接続される送電回路と、
前記送電コイルを収容し、前記送電コイルの前記コイル開口と対向する内面と、前記内面の裏側に位置する外面と、を有する筐体と、
前記送電コイルに対して前記筐体の前記内面とは反対側に配置され、少なくとも磁界を介して前記送電コイルと結合する中継コイルと、
を備え、
前記送電コイルと前記筐体の前記外面との最短距離をdt1’、前記送電コイルと前記中継コイルとの最短距離をdt2、でそれぞれ表すとき、dt2≦dt1’の関係にある。
送電コイルを備える送電装置から、前記送電コイルに対して少なくとも磁界結合する受電コイルを備える受電装置へ、ワイヤレスで高周波電力を供給するワイヤレス給電システムの受電装置において、
前記受電コイルはコイル開口を有し、
前記受電コイルに接続される受電回路と、
前記受電コイルの前記コイル開口に対向して配置される、平面状または曲面状の面状部を有し、前記ワイヤレス給電システムの動作による磁界によって渦電流が流れる、導電性または磁性の受電コイル近接部材と、
前記受電コイルに対して前記受電コイル近接部材が配置される側とは反対側に配置され、少なくとも磁界を介して前記受電コイルと結合する中継コイルと、
を備え、
前記受電コイルと前記受電コイル近接部材との最短距離をdr1、前記受電コイルと前記中継コイルとの最短距離をdr2、でそれぞれ表すとき、dr2≦dr1の関係にある。
送電コイルを備える送電装置から、前記送電コイルに対して少なくとも磁界結合する受電コイルを備える受電装置へ、ワイヤレスで高周波電力を供給するワイヤレス給電システムの受電装置において、
前記受電コイルはコイル開口を有し、
前記受電コイルに接続される受電回路と、
前記受電コイルを収容し、前記受電コイルの前記コイル開口と対向する内面と、前記内面の裏側に位置する外面と、を有する筐体と、
前記受電コイルに対して前記筐体の前記内面とは反対側に配置され、少なくとも磁界を介して前記受電コイルと結合する中継コイルと、
を備え、
前記受電コイルと前記筐体の前記外面との距離をdr1’、前記受電コイルと前記中継コイルとの距離をdr2、でそれぞれ表すとき、dr2≦dr1’の関係にある。
送電コイルを備える送電装置から、前記送電コイルに対して少なくとも磁界結合する受電コイルを備える受電装置へ、ワイヤレスで高周波電力を供給するワイヤレス給電システムにおいて、
前記送電コイルはコイル開口を有し、
前記送電装置は、前記送電コイルに接続される送電回路と、前記送電コイルの前記コイル開口に対向して配置される、平面状または曲面状の面状部を有し、前記ワイヤレス給電システムの動作による磁界によって渦電流が流れる、導電性または磁性の送電コイル近接部材と、前記送電コイルに対して前記送電コイル近接部材が配置される側とは反対側に配置され、少なくとも磁界を介して前記送電コイルと結合する中継コイルと、を備え、
前記送電コイルと前記送電コイル近接部材との距離をdt1、前記送電コイルと前記中継コイルとの距離をdt2、でそれぞれ表すとき、dt2≦dt1の関係にある。
送電コイルを備える送電装置から、前記送電コイルに対して少なくとも磁界結合する受電コイルを備える受電装置へ、ワイヤレスで高周波電力を供給するワイヤレス給電システムであって、
前記送電コイルはコイル開口を有し、
前記送電装置は、前記送電コイルに接続される送電回路と、前記送電コイルを収容し、前記送電コイルの前記コイル開口と対向する内面と、前記内面の裏側に位置する外面と、を有する筐体と、前記送電コイルに対して前記筐体の前記内面とは反対側に配置され、少なくとも磁界を介して前記送電コイルと結合する中継コイルと、を備え、
前記送電コイルと前記筐体の前記外面との距離をdt1’、前記送電コイルと前記中継コイルとの距離をdt2、でそれぞれ表すとき、dt2≦dt1’の関係にある。
送電コイルを備える送電装置から、前記送電コイルに対して少なくとも磁界結合する受電コイルを備える受電装置へ、ワイヤレスで高周波電力を供給するワイヤレス給電システムにおいて、
前記受電コイルはコイル開口を有し、
前記受電装置は、前記送電コイルに接続される受電回路と、前記受電コイルの前記コイル開口に対向して配置される、平面状または曲面状の面状部を有し、前記ワイヤレス給電システムの動作による磁界によって渦電流が流れる、導電性または磁性の受電コイル近接部材と、前記受電コイルに対して前記受電コイル近接部材が配置される側とは反対側に配置され、少なくとも磁界を介して前記受電コイルと結合する中継コイルと、を備え、
前記受電コイルと前記受電コイル近接部材との距離をdr1、前記受電コイルと前記中継コイルとの距離をdr2、でそれぞれ表すとき、dr2≦dr1の関係にある。
送電コイルを備える送電装置から、前記送電コイルに対して少なくとも磁界結合する受電コイルを備える受電装置へ、ワイヤレスで高周波電力を供給するワイヤレス給電システムにおいて、
前記受電コイルはコイル開口を有し、
前記受電装置は、前記送電コイルに接続される受電回路と、前記受電コイルを収容し、前記受電コイルの前記コイル開口と対向する内面と、前記内面の裏側に位置する外面と、を有する筐体と、前記受電コイルに対して前記筐体の前記内面とは反対側に配置され、少なくとも磁界を介して前記受電コイルと結合する中継コイルと、を備え、
前記受電コイルと前記筐体の前記外面との距離をdr1’、前記受電コイルと前記中継コイルとの距離をdr2、でそれぞれ表すとき、dr2≦dr1’の関係にある。
図1は第1の実施形態に係る送電装置およびワイヤレス給電システム401Aの構成を示す図である。このワイヤレス給電システム401Aは、送電コイル10を備える送電装置から、送電コイル10に対して少なくとも磁界結合する受電コイル30を備える受電装置へ、少なくとも磁界共鳴方式で高周波電力を供給するワイヤレス給電システムである。
先ず、ダイオードDds1が導通する。ダイオードDds1の導通期間においてスイッチ素子Q1をターンオンすることでZVS動作が行われ、スイッチ素子Q1は導通する。送電コイル10と受電コイル30との間に相互誘導によって等価的な相互インダクタンスLm,Lmsが形成され、Cr,Lr,Lm,Lms,Crs,Lrsからなる複共振回路において、送電共振回路と受電共振回路とが共鳴して、相互インダクタンスLm,Lmsに共振電流が流れ、電磁界共鳴結合を形成して、送電回路から受電回路へ電力が供給される。送電側では、キャパシタCr、漏れインダクタンスLrに共振電流が流れる。受電側では、キャパシタCrsおよび漏れインダクタンスLrsに共振電流が流れ、スイッチ素子Q3,Q4により整流されて負荷に電力が供給される。
送電回路1側では、漏れインダクタンスLrに流れていた電流irにより、寄生キャパシタCds1が充電され、寄生キャパシタCds2は放電される。電圧vds1が入力電圧Viの電圧になり、電圧vds2が0VになるとダイオードDds2が導通して状態3となる。
先ず、ダイオードDds2が導通する。ダイオードDds2の導通期間においてスイッチ素子Q2をターンオンすることでZVS動作が行われ、スイッチ素子Q2は導通する。送電コイル10と受電コイル30との間に相互誘導によって等価的な相互インダクタンスLm,Lmsが形成され、Cr,Lr,Lm,Lms,Crs,Lrsからなる複共振回路において、送電共振回路と受電共振回路とが共鳴して、相互インダクタンスLm,Lmsに共振電流が流れ、電磁界共鳴結合を形成して送電回路から受電回路へ電力が供給される。送電側では、キャパシタCr、漏れインダクタンスLrに共振電流が流れる。受電側では、キャパシタCrs、漏れインダクタンスLrsに共振電流が流れ、スイッチ素子Q3,Q4により整流されて負荷に電力が供給される。
送電回路1側では、漏れインダクタンスLrに流れていた電流irにより、寄生キャパシタCds1は放電され、寄生キャパシタCds2は充電される。電圧vds1が0V、電圧vds2が入力電源Viの電圧になるとダイオードDds1は導通して再び状態1となる。
第2の実施形態では、筐体の外部に送電コイル近接部材がある送電装置の例を示す。
第3の実施形態では、複数の中継コイルを有するワイヤレス給電システムの例を示す。
第4の実施形態では、受電コイル近接部材が存在するワイヤレス給電システムについて示す。
第5の実施形態では、送電コイル近接部材および受電コイル近接部材を含むワイヤレス給電システムについて示す。
Q1,Q2,Q3,Q4…スイッチ素子
Ro…負荷
S1,S2,S3,S4…スイッチ回路
Vi…入力電源
1…送電回路
1C…スイッチング制御回路
3…受電回路
3C…スイッチング制御回路
10…送電コイル
11…送電コイル近接部材
12…筐体
12IF…筐体の内面
12OF…筐体の外面
20,20A,20B…中継コイル
22…筐体
30…受電コイル
31…受電コイル近接部材
101,102,105…送電装置
205…中継装置
301,305…受電装置
401A,401B…ワイヤレス給電システム
403,404,405…ワイヤレス給電システム
Claims (15)
- 送電コイルを備える送電装置から、前記送電コイルに対して少なくとも磁界結合する受電コイルを備える受電装置へ、ワイヤレスで高周波電力を供給するワイヤレス給電システムの送電装置において、
前記送電コイルはコイル開口を有し、
前記送電コイルに接続される送電回路と、
前記送電コイルの前記コイル開口に対向して配置される、平面状または曲面状の面状部を有し、前記ワイヤレス給電システムの動作による磁界によって渦電流が流れる、導電性または磁性の送電コイル近接部材と、
前記送電コイルに対して前記送電コイル近接部材が配置される側とは反対側に配置され、少なくとも磁界を介して前記送電コイルと結合する中継コイルと、
を備え、
前記送電コイルと前記送電コイル近接部材との最短距離をdt1、前記送電コイルと前記中継コイルとの最短距離をdt2、でそれぞれ表すとき、dt2≦dt1の関係にある、送電装置。 - 送電コイルを備える送電装置から、前記送電コイルに対して少なくとも磁界結合する受電コイルを備える受電装置へ、ワイヤレスで高周波電力を供給するワイヤレス給電システムの送電装置において、
前記送電コイルはコイル開口を有し、
前記送電コイルに接続される送電回路と、
前記送電コイルを収容し、前記送電コイルの前記コイル開口と対向する内面と、前記内面の裏側に位置する外面と、を有する非磁性および絶縁性の筐体と、
前記送電コイルに対して前記筐体の前記内面とは反対側に配置され、少なくとも磁界を介して前記送電コイルと結合する中継コイルと、
を備え、
前記送電コイルと前記筐体の前記外面との最短距離をdt1’、前記送電コイルと前記中継コイルとの最短距離をdt2、でそれぞれ表すとき、dt2≦dt1’の関係にある、送電装置。 - 前記中継コイルに接続されて、前記中継コイルとともに共振回路を構成する共振キャパシタを備える、請求項1または2に記載の送電装置。
- 前記共振回路の共振周波数は、前記送電コイルから形成される交番磁界の周波数に等しい、請求項3に記載の送電装置。
- 送電コイルを備える送電装置から、前記送電コイルに対して少なくとも磁界結合する受電コイルを備える受電装置へ、ワイヤレスで高周波電力を供給するワイヤレス給電システムの受電装置において、
前記受電コイルはコイル開口を有し、
前記受電コイルに接続される受電回路と、
前記受電コイルの前記コイル開口に対向して配置される、平面状または曲面状の面状部を有し、前記ワイヤレス給電システムの動作による磁界によって渦電流が流れる、導電性または磁性の受電コイル近接部材と、
前記受電コイルに対して前記受電コイル近接部材が配置される側とは反対側に配置され、少なくとも磁界を介して前記受電コイルと結合する中継コイルと、
を備え、
前記受電コイルと前記受電コイル近接部材との最短距離をdr1、前記受電コイルと前記中継コイルとの最短距離をdr2、でそれぞれ表すとき、dr2≦dr1の関係にある、受電装置。 - 送電コイルを備える送電装置から、前記送電コイルに対して少なくとも磁界結合する受電コイルを備える受電装置へ、ワイヤレスで高周波電力を供給するワイヤレス給電システムの受電装置において、
前記受電コイルはコイル開口を有し、
前記受電コイルに接続される受電回路と、
前記受電コイルを収容し、前記受電コイルの前記コイル開口と対向する内面と、前記内面の裏側に位置する外面と、を有する非磁性および絶縁性の筐体と、
前記受電コイルに対して前記筐体の前記内面とは反対側に配置され、少なくとも磁界を介して前記受電コイルと結合する中継コイルと、
を備え、
前記受電コイルと前記筐体の前記外面との距離をdr1’、前記受電コイルと前記中継コイルとの距離をdr2、でそれぞれ表すとき、dr2≦dr1’の関係にある、受電装置。 - 前記中継コイルに接続されて、前記中継コイルとともに共振回路を構成する共振キャパシタを備える、請求項5または6に記載の受電装置。
- 前記共振回路の共振周波数は、前記送電コイルから形成される交番磁界の周波数に等しい、請求項7に記載の受電装置。
- 送電コイルを備える送電装置から、前記送電コイルに対して少なくとも磁界結合する受電コイルを備える受電装置へ、ワイヤレスで高周波電力を供給するワイヤレス給電システムにおいて、
前記送電コイルはコイル開口を有し、
前記送電装置は、前記送電コイルに接続される送電回路と、前記送電コイルの前記コイル開口に対向して配置される、平面状または曲面状の面状部を有し、前記ワイヤレス給電システムの動作による磁界によって渦電流が流れる、導電性または磁性の送電コイル近接部材と、前記送電コイルに対して前記送電コイル近接部材が配置される側とは反対側に配置され、少なくとも磁界を介して前記送電コイルと結合する中継コイルと、を備え、
前記送電コイルと前記送電コイル近接部材との距離をdt1、前記送電コイルと前記中継コイルとの距離をdt2、でそれぞれ表すとき、dt2≦dt1の関係にある、ワイヤレス給電システム。 - 送電コイルを備える送電装置から、前記送電コイルに対して少なくとも磁界結合する受電コイルを備える受電装置へ、ワイヤレスで高周波電力を供給するワイヤレス給電システムにおいて、
前記送電コイルはコイル開口を有し、
前記送電装置は、前記送電コイルに接続される送電回路と、前記送電コイルを収容し、前記送電コイルの前記コイル開口と対向する内面と、前記内面の裏側に位置する外面と、を有する非磁性および絶縁性の筐体と、前記送電コイルに対して前記筐体の前記内面とは反対側に配置され、少なくとも磁界を介して前記送電コイルと結合する中継コイルと、を備え、
前記送電コイルと前記筐体の前記外面との距離をdt1’、前記送電コイルと前記中継コイルとの距離をdt2、でそれぞれ表すとき、dt2≦dt1’の関係にある、ワイヤレス給電システム。 - 序数をn(1以上の整数)で表すと、
前記中継コイルは、第n中継コイルと、前記第n中継コイルよりも前記送電コイルから更に遠方に位置する第(n+1)中継コイルと、を含み、
前記第n中継コイルから前記第(n+1)中継コイルまでの距離をdt(n+2)で表し、
前記第n中継コイルよりも前記送電コイル側に位置する第(n−1)中継コイルから前記第n中継コイルまでの距離、または前記送電コイルから前記第n中継コイルまでの距離をdt(n+1)で表すとき、dt(n+2)≦dt(n+1)の関係にある、請求項9または10に記載のワイヤレス給電システム。 - 送電コイルを備える送電装置から、前記送電コイルに対して少なくとも磁界結合する受電コイルを備える受電装置へ、ワイヤレスで高周波電力を供給するワイヤレス給電システムにおいて、
前記受電コイルはコイル開口を有し、
前記受電装置は、前記受電コイルに接続される受電回路と、前記受電コイルの前記コイル開口に対向して配置される、平面状または曲面状の面状部を有し、前記ワイヤレス給電システムの動作による磁界によって渦電流が流れる、導電性または磁性の受電コイル近接部材と、前記受電コイルに対して前記受電コイル近接部材が配置される側とは反対側に配置され、少なくとも磁界を介して前記受電コイルと結合する中継コイルと、を備え、
前記受電コイルと前記受電コイル近接部材との距離をdr1、前記受電コイルと前記中継コイルとの距離をdr2、でそれぞれ表すとき、dr2≦dr1の関係にある、ワイヤレス給電システム。 - 送電コイルを備える送電装置から、前記送電コイルに対して少なくとも磁界結合する受電コイルを備える受電装置へ、ワイヤレスで高周波電力を供給するワイヤレス給電システムにおいて、
前記受電コイルはコイル開口を有し、
前記受電装置は、前記受電コイルに接続される受電回路と、前記受電コイルを収容し、前記受電コイルの前記コイル開口と対向する内面と、前記内面の裏側に位置する外面と、を有する非磁性および絶縁性の筐体と、前記受電コイルに対して前記筐体の前記内面とは反対側に配置され、少なくとも磁界を介して前記受電コイルと結合する中継コイルと、を備え、
前記受電コイルと前記筐体の前記外面との距離をdr1’、前記受電コイルと前記中継コイルとの距離をdr2、でそれぞれ表すとき、dr2≦dr1’の関係にある、ワイヤレス給電システム。 - 前記中継コイルに接続されて、前記中継コイルとともに共振回路を構成する共振キャパシタを備える、請求項9から13のいずれかに記載のワイヤレス給電システム。
- 前記共振回路の共振周波数は、前記送電コイルから形成される交番磁界の周波数に等しい、請求項14に記載のワイヤレス給電システム。
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