JP7177567B1 - Power transmission device for wireless power transmission system - Google Patents

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Abstract

複数の送電コイルが用いられる場合に、従来よりも送電効率を向上することのできるワイヤレス送電システムの送電装置を提供する。送電コイル11,12,13と受電コイル20との間でワイヤレス送電を行うワイヤレス送電システム1における送電装置2であって、複数の送電コイル11,12,13と、所定の電源30に接続され各送電コイル11,12,13へ電力を供給するインバータ回路40と、を備え、インバータ回路40は、各送電コイル11,12,13ごとに設けられ互いに並列接続された複数のレグ41,42,43を有する。Disclosed is a power transmission device for a wireless power transmission system capable of improving power transmission efficiency more than conventionally when a plurality of power transmission coils are used. A power transmitting device 2 in a wireless power transmitting system 1 that performs wireless power transmission between power transmitting coils 11, 12, 13 and a power receiving coil 20, and is connected to a plurality of power transmitting coils 11, 12, 13 and a predetermined power source 30. and an inverter circuit 40 that supplies power to the power transmission coils 11, 12, and 13. The inverter circuit 40 includes a plurality of legs 41, 42, and 43 that are provided for each of the power transmission coils 11, 12, and 13 and connected in parallel. have

Description

本発明は、送電コイルと受電コイルとの間でワイヤレス送電を行うワイヤレス送電システムの送電装置に関する。 The present invention relates to a power transmission device of a wireless power transmission system that performs wireless power transmission between a power transmission coil and a power reception coil.

同一平面に複数の送電コイルを並べて配置し、受電コイルの細やかな位置制御をせずに、ワイヤレス送電を行うワイヤレス送電システムが知られている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1に記載のワイヤレス送電装置は、直列共振キャパシタおよび切り替え可能な複数の送信コイルを含む送信アンテナと、出力側が送信アンテナと接続されるインバータと、インバータを制御するコントローラと、を備え、コントローラが、所定の条件に基づいて、送電に使用する1つの送電コイルを決定している。 A wireless power transmission system is known in which a plurality of power transmission coils are arranged side by side on the same plane and wireless power transmission is performed without finely controlling the position of the power reception coils (see, for example, Patent Document 1). The wireless power transmission device described in Patent Document 1 includes a transmission antenna including a series resonant capacitor and a plurality of switchable transmission coils, an inverter whose output side is connected to the transmission antenna, and a controller that controls the inverter. determines one power transmission coil to be used for power transmission based on a predetermined condition.

特開2018-78754号公報JP 2018-78754 A

しかしながら、特許文献1に記載のワイヤレス送電システムでは、送電に使用する送電コイルが1つであるため、受電コイルの位置によっては、送電効率が低下してしまう。例えば、送電コイルがアレイ状に並べられている場合、受電コイルが各送電コイルの目地の上に位置してしまうと、送電効率が大きく低下してしまう。 However, in the wireless power transmission system described in Patent Literature 1, one power transmission coil is used for power transmission, so the power transmission efficiency decreases depending on the position of the power reception coil. For example, when the power transmission coils are arranged in an array, if the power reception coils are positioned above the joints of the power transmission coils, the power transmission efficiency is greatly reduced.

本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、複数の送電コイルが用いられる場合に、従来よりも送電効率を向上することのできるワイヤレス送電システムの送電装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a power transmission device for a wireless power transmission system that can improve power transmission efficiency compared to the conventional one when a plurality of power transmission coils are used. to provide.

前記目的を達成するため、本発明では、
送電コイルと受電コイルとの間でワイヤレス送電を行うワイヤレス送電システムにおける送電装置であって、
複数の前記送電コイルと、
所定の電源に接続され、前記各送電コイルごとに設けられ互いに並列接続された複数のレグを有し、前記各送電コイルへ電力を供給するインバータ回路と、を備えたワイヤレス送電システムの送電装置が提供される。
In order to achieve the above object, in the present invention,
A power transmission device in a wireless power transmission system that performs wireless power transmission between a power transmission coil and a power reception coil,
a plurality of the power transmission coils;
a power transmission device of a wireless power transmission system, comprising: an inverter circuit connected to a predetermined power supply, having a plurality of legs provided for each of the power transmission coils and connected in parallel to each other, and supplying power to each of the power transmission coils; provided.

上記ワイヤレス送電システムの送電装置において、前記各送電コイルとともに共振回路をなす力率補償回路を備えることが好ましい。 The power transmission device of the wireless power transmission system preferably includes a power factor compensation circuit forming a resonance circuit together with each of the power transmission coils.

上記ワイヤレス送電システムの送電装置において、
前記各送電コイルの一端側は、互いに接続され、
前記各送電コイルの一端側の接続部分は、前記インバータ回路における所定電圧の部分に接続され、
前記力率補償回路は、前記各送電コイルの一端側の接続部分と前記インバータ回路における前記所定電圧の部分との間に介在し前記各送電コイルの間の相互インダクタンスに基づいてインダクタンス又はキャパシタンスが設定されたインダクタ又はコンデンサを含むことが好ましい。
In the power transmission device of the wireless power transmission system,
one end sides of the power transmission coils are connected to each other;
A connection portion on one end side of each power transmission coil is connected to a predetermined voltage portion in the inverter circuit,
The power factor compensation circuit is interposed between a connection portion on one end side of each of the power transmission coils and the predetermined voltage portion of the inverter circuit, and the inductance or capacitance is set based on the mutual inductance between the power transmission coils. preferably includes an inductor or capacitor.

上記ワイヤレス送電システムの送電装置において、前記力率補償回路は、前記各送電コイルごとに設けられ前記各送電コイルの自己インダクタンス及び前記各送電コイルの間の相互インダクタンスに基づいてキャパシタンスが設定されたコンデンサを含むことが好ましい。 In the power transmission device of the wireless power transmission system, the power factor compensation circuit is provided for each of the power transmission coils, and is a capacitor whose capacitance is set based on the self-inductance of each power transmission coil and the mutual inductance between the power transmission coils. is preferably included.

上記ワイヤレス送電システムの送電装置において、前記各送電コイルの間の相互インダクタンスの差に基づいて、当該相互インダクタンスを調整する相互インダクタンス補償回路を備えることが好ましい。 The power transmission device of the wireless power transmission system preferably includes a mutual inductance compensation circuit that adjusts the mutual inductance based on the mutual inductance difference between the power transmission coils.

上記ワイヤレス送電システムの送電装置において、
前記各送電コイルの一端側は、互いに接続され、
前記各送電コイルの一端側の接続部分は、前記インバータ回路における所定電圧の部分に接続され、
前記力率補償回路は、前記各送電コイルの一端側の接続部分と前記インバータ回路における前記所定電圧の部分との間に介在し前記相互インダクタンス補償回路により調整された前記各送電コイルの間の相互インダクタンスに基づいてインダクタンス又はキャパシタンスが設定されることが好ましい。
In the power transmission device of the wireless power transmission system,
one end sides of the power transmission coils are connected to each other;
A connection portion on one end side of each power transmission coil is connected to a predetermined voltage portion in the inverter circuit,
The power factor compensation circuit is interposed between a connection portion on one end side of each of the power transmission coils and the portion of the inverter circuit where the predetermined voltage is applied, and the mutual power between the power transmission coils adjusted by the mutual inductance compensation circuit is adjusted. Preferably, the inductance or capacitance is set based on the inductance.

上記ワイヤレス送電システムの送電装置において、
前記力率補償回路は、前記各送電コイルの自己インダクタンスと、前記相互インダクタンス補償回路の自己インダクタンスと、前記相互インダクタンス補償回路により調整された前記各送電コイルの間の相互インダクタンスと、に基づいてキャパシタンスが設定され前記各送電コイルごとに設けられたコンデンサを含むことが好ましい。
In the power transmission device of the wireless power transmission system,
The power factor compensation circuit is configured to provide capacitance based on the self-inductance of each power transmission coil, the self-inductance of the mutual inductance compensation circuit, and the mutual inductance between the power transmission coils adjusted by the mutual inductance compensation circuit. is set and a capacitor is provided for each of said transmitting coils.

上記ワイヤレス送電システムの送電装置に
前記インバータ回路の前記レグのスイッチング素子を制御する制御部を備え、
前記制御部は、前記各送電コイルの電流の比が、前記各送電コイルと前記受電コイルの間の相互インダクタンスの比となるように、前記各送電コイルの電流を制御することが好ましい。
The power transmission device of the wireless power transmission system includes a control unit that controls the switching element of the leg of the inverter circuit,
It is preferable that the control unit controls the currents of the power transmission coils such that the current ratio of the power transmission coils becomes the mutual inductance ratio between the power transmission coils and the power reception coils.

また、本発明では、
送電コイルと受電コイルとの間でワイヤレス送電を行うワイヤレス送電システムにおける送電装置であって、
複数の送電グループのいずれかに割り当てられた複数の前記送電コイルと、
所定の電源に接続され、前記各送電グループごとに設けられ互いに並列接続された複数のレグを有し、前記各送電グループへ電力を供給するインバータ回路と、
前記インバータ回路からの電力が、前記各送電グループから選択された1つの前記送電コイルへ供給されるように、電力の供給先を切り替える切替回路と、を備えたワイヤレス送電システムの送電装置が提供される。
Moreover, in the present invention,
A power transmission device in a wireless power transmission system that performs wireless power transmission between a power transmission coil and a power reception coil,
a plurality of the power transmission coils assigned to one of a plurality of power transmission groups;
an inverter circuit connected to a predetermined power supply, having a plurality of legs provided for each power transmission group and connected in parallel with each other, and supplying power to each power transmission group;
a switching circuit for switching a power supply destination such that the power from the inverter circuit is supplied to one of the power transmission coils selected from each of the power transmission groups; and a power transmission device for a wireless power transmission system. be.

本発明のワイヤレス送電システムの送電装置によれば、複数の送電コイルが用いられる場合に、従来よりも送電効率を向上することができる。 According to the power transmission device of the wireless power transmission system of the present invention, when a plurality of power transmission coils are used, power transmission efficiency can be improved more than conventionally.

本発明の第1の実施形態を示すワイヤレス送電システムの送電装置及び受電装置の回路図である。1 is a circuit diagram of a power transmitting device and a power receiving device of a wireless power transmission system showing a first embodiment of the present invention; FIG. 送電コイル及び受電コイルの平面説明図である。It is plane explanatory drawing of a power transmission coil and a receiving coil. 各レグのスイッチングのタイミングを示す説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram showing switching timing of each leg; 本発明の第2の実施形態を示す送電コイル及び受電コイルの平面説明図である。It is plane explanatory drawing of the power transmission coil and power receiving coil which show the 2nd Embodiment of this invention. ワイヤレス送電システムの送電装置及び受電装置の回路図である。1 is a circuit diagram of a power transmitting device and a power receiving device of a wireless power transmission system; FIG. 本発明の第3の実施形態を示す送電コイルの平面説明図である。It is a plane explanatory view of the power transmission coil which shows the 3rd Embodiment of this invention. ワイヤレス送電システムの送電装置及び受電装置の回路図である。1 is a circuit diagram of a power transmitting device and a power receiving device of a wireless power transmission system; FIG. 本発明の第4の実施形態を示す送電コイルの平面説明図である。It is a plane explanatory view of the power transmission coil which shows the 4th Embodiment of this invention. ワイヤレス送電システムの送電装置及び受電装置の回路図である。1 is a circuit diagram of a power transmitting device and a power receiving device of a wireless power transmission system; FIG. 本発明の第5の実施形態を示す送電コイル及び受電コイルの平面説明図である。It is plane explanatory drawing of the power transmission coil and power receiving coil which show the 5th Embodiment of this invention. ワイヤレス送電システムの送電装置の回路図である。1 is a circuit diagram of a power transmission device of a wireless power transmission system; FIG. 本発明の第6の実施形態を示す送電コイルの平面説明図である。It is a plane explanatory view of the power transmission coil which shows the 6th Embodiment of this invention. ワイヤレス送電システムの送電装置の回路図である。1 is a circuit diagram of a power transmission device of a wireless power transmission system; FIG. 本発明の第7の実施形態を示す送電コイルの平面説明図である。It is plane explanatory drawing of the power transmission coil which shows the 7th Embodiment of this invention. ワイヤレス送電システムの送電装置の回路図である。1 is a circuit diagram of a power transmission device of a wireless power transmission system; FIG. 変形例を示す送電装置の回路図である。It is a circuit diagram of a power transmission device showing a modification. 変形例を示す送電装置の回路図である。It is a circuit diagram of a power transmission device showing a modification. 変形例を示す送電装置の回路図である。It is a circuit diagram of a power transmission device showing a modification. 変形例を示す送電装置の回路図である。It is a circuit diagram of a power transmission device showing a modification. 変形例を示す送電装置の回路図である。It is a circuit diagram of a power transmission device showing a modification. 変形例を示す受電装置の回路図である。It is a circuit diagram of a power receiving device showing a modification. 変形例を示す受電装置の回路図である。It is a circuit diagram of a power receiving device showing a modification. 比較例を示す送電装置の回路図である。It is a circuit diagram of a power transmission device showing a comparative example. 実施例と比較例の送電効率を示すシミュレーション結果である。It is a simulation result which shows the power transmission efficiency of an Example and a comparative example.

図1から図3は本発明の第1の実施形態を示すものであり、図1はワイレス送電システムの回路図、図2は送電コイル及び受電コイルの平面説明図、図3は各レグのスイッチングを示す説明図である。 1 to 3 show a first embodiment of the present invention, FIG. 1 is a circuit diagram of a wireless power transmission system, FIG. 2 is a plan view of power transmission coils and power reception coils, and FIG. 3 is switching of each leg. It is an explanatory view showing .

図1に示すように、このワイヤレス送電システム1は、複数の送電コイル11,12,13を有する送電装置2と、各送電コイル11,12,13とワイヤレス送電を行う受電コイル20を有する受電装置3と、を備えている。本実施形態においては、図2に示すように、所定厚さで平面視円形の3つの送電コイル11,12,13が、互いに重ならないように同一平面上で隣接して配置される。本実施形態においては、3つの送電コイル11,12,13は、同一のものが用いられる。送電装置2と受電装置3は、相対的に移動自在であり、受電コイル20が各送電コイル11,12,13に近接した状態でワイヤレス送電が可能となる。 As shown in FIG. 1, this wireless power transmission system 1 includes a power transmission device 2 having a plurality of power transmission coils 11, 12, and 13, and a power reception device having a power reception coil 20 that performs wireless power transmission with the power transmission coils 11, 12, and 13. 3 and . In this embodiment, as shown in FIG. 2, three power transmission coils 11, 12, and 13 having a predetermined thickness and having a circular shape in plan view are arranged adjacently on the same plane so as not to overlap each other. In this embodiment, the three power transmission coils 11, 12, and 13 are the same. The power transmitting device 2 and the power receiving device 3 are relatively movable, and wireless power transmission is possible in a state where the power receiving coil 20 is in close proximity to each of the power transmitting coils 11 , 12 , and 13 .

図1に示すように、送電装置2は、直流電源30に接続され、各送電コイル11,12,13へ電力を供給するインバータ回路40を備えている。インバータ回路40は、正負の母線間に、各送電コイル11,12,13ごとに設けられ互いに並列接続された複数のレグ41,42,43を有する。本実施形態においては、送電コイル11,12,13が3つであることから、これに対応してレグ41,42,43も3つである。各レグ41,42,43は、直流電源30の正側に接続される正側スイッチング素子41a,42a,43aと、負側に接続される負側スイッチング素子41b,42b,43bと、が直列に接続されている。各スイッチング素子41a,41b,42a,42b,43a,43bとして、例えば、IGBT、MOSFET、HEMT等のトランジスタを使用することができる。正側スイッチング素子41a,42a,43aと負側スイッチング素子41b,42b,43bの間に、各送電コイル11,12,13の他端と接続される正側ノード41c,42c,43cが設定される。 As shown in FIG. 1 , the power transmission device 2 includes an inverter circuit 40 connected to a DC power supply 30 and supplying power to each power transmission coil 11 , 12 , 13 . The inverter circuit 40 has a plurality of legs 41, 42, 43 provided for each of the power transmission coils 11, 12, 13 and connected in parallel between positive and negative busbars. In this embodiment, since there are three power transmission coils 11, 12 and 13, there are also three legs 41, 42 and 43 correspondingly. Each leg 41, 42, 43 has positive side switching elements 41a, 42a, 43a connected to the positive side of the DC power supply 30 and negative side switching elements 41b, 42b, 43b connected to the negative side in series. It is connected. As the switching elements 41a, 41b, 42a, 42b, 43a, 43b, for example, transistors such as IGBTs, MOSFETs, and HEMTs can be used. Positive nodes 41c, 42c, 43c connected to the other ends of the power transmission coils 11, 12, 13 are set between the positive switching elements 41a, 42a, 43a and the negative switching elements 41b, 42b, 43b. .

また、インバータ回路40は、正負の母線間に、直列接続された正側コンデンサ51及び負側コンデンサ52を有する。正側コンデンサ51及び負側コンデンサ52は、直流電源30からの入力電圧を等分する。すなわち、直流電源30の入力電圧をEとしたとき、正側コンデンサ51及び負側コンデンサ52の間の電圧がE/2となるよう設計される。正側コンデンサ51と負側コンデンサ52の間に、各送電コイル11,12,13の一端と接続される負側ノード53が設定される。 The inverter circuit 40 also has a positive side capacitor 51 and a negative side capacitor 52 connected in series between the positive and negative bus lines. The positive side capacitor 51 and the negative side capacitor 52 equally divide the input voltage from the DC power supply 30 . That is, when the input voltage of the DC power supply 30 is E, the voltage between the positive side capacitor 51 and the negative side capacitor 52 is designed to be E/2. A negative node 53 connected to one end of each power transmission coil 11 , 12 , 13 is set between the positive capacitor 51 and the negative capacitor 52 .

図1に示すように、各送電コイル11,12,13の一端は、互いに接続されている。本実施形態においては、いわゆるY結線であり、各送電コイル11,12,13の一端に結線ノード14が設定される。このように、各送電コイル11,12,13の一端は結線された状態で、インダクタ60を介して直流電源30の入力電圧の中間電圧に接続される。また、各送電コイル11,12,13の他端は、それぞれ共振コンデンサ61,62,63を介して各レグ41,42,43に接続される。本実施形態においては、インダクタ60及び各共振コンデンサ61,62,63が各送電コイル11,12,13とともに共振回路をなす力率補償回路70をなしている。 As shown in FIG. 1, one end of each power transmission coil 11, 12, 13 is connected to each other. In this embodiment, so-called Y-connection is used, and a connection node 14 is set at one end of each of the power transmission coils 11 , 12 , and 13 . In this manner, one end of each of the power transmission coils 11 , 12 , 13 is connected to the intermediate voltage of the input voltage of the DC power supply 30 via the inductor 60 . The other end of each power transmission coil 11, 12, 13 is connected to each leg 41, 42, 43 via resonance capacitors 61, 62, 63, respectively. In this embodiment, the inductor 60 and the resonance capacitors 61, 62, 63 together with the power transmission coils 11, 12, 13 form a power factor compensation circuit 70 forming a resonance circuit.

インダクタ60は、各送電コイル11,12,13の間の相互インダクタンスに基づいてインダクタンスが設定されている。また、各共振コンデンサ61,62,63は、各送電コイル11,12,13の自己インダクタンス及び各送電コイル11,12,13の間の相互インダクタンスを考慮してキャパシタンスが設定される。 The inductor 60 has an inductance set based on the mutual inductance between the power transmission coils 11 , 12 , and 13 . Also, the capacitance of each resonance capacitor 61 , 62 , 63 is set in consideration of the self-inductance of each power transmission coil 11 , 12 , 13 and the mutual inductance between each power transmission coil 11 , 12 , 13 .

具体的に、本実施形態においては、各送電コイル11,12,13の自己インダクタンスは互いに等しく、各送電コイル11,12,13間の相互インダクタンスも互いに等しい。ただし、各送電コイル11,12,13は、同方向に電流が流れた際に互いに磁界を弱め合うことから、相互インダクタンスの値はマイナスとなる。装置の動作角周波数をω、各送電コイル11,12,13の自己インダクタンスをL、各送電コイル11,12,13間の相互インダクタンスを-M(M>0)としたとき、各共振コンデンサ61,62,63のキャパシタンスC及びインダクタ60のインダクタンスLは、
=1/(ω(L+M))
=M
と設定される。
Specifically, in the present embodiment, the self-inductances of the power transmission coils 11, 12, 13 are equal to each other, and the mutual inductances of the power transmission coils 11, 12, 13 are also equal to each other. However, since the power transmission coils 11, 12, and 13 weaken each other's magnetic fields when currents flow in the same direction, the value of mutual inductance is negative. When the operating angular frequency of the device is ω, the self-inductance of each power transmission coil 11, 12, 13 is L t , and the mutual inductance between each power transmission coil 11, 12, 13 is −M t (M t > 0), each The capacitance Ct of the resonant capacitors 61, 62, 63 and the inductance L0 of the inductor 60 are
C t =1/(ω 2 (L t +M t ))
L0 = Mt
is set.

また、図1に示すように、受電装置3は、受電コイル20と直列に接続される共振コンデンサ21及び負荷抵抗22を有している。負荷抵抗22には、送電装置2から送電された電力が供給される。受電装置3においては、共振コンデンサ21が受電側の力率補償回路をなしている。受電コイル20の自己インダクタンスをLとしたとき、共振コンデンサ21のキャパシタンスCは、
=1/(ω
と設定される。
Further, as shown in FIG. 1 , the power receiving device 3 has a resonance capacitor 21 and a load resistor 22 that are connected in series with the power receiving coil 20 . The power transmitted from the power transmission device 2 is supplied to the load resistor 22 . In the power receiving device 3, the resonance capacitor 21 forms a power factor compensation circuit on the power receiving side. When the self- inductance of the receiving coil 20 is Lr , the capacitance Cr of the resonance capacitor 21 is
C r =1/(ω 2 L r )
is set.

また、送電装置2は、各スイッチング素子41a,41b,42a,42b,43a,43bのスイッチ動作を制御する制御部80を有している。第1から第3の送電コイル11,12,13と受電コイル20の間の相互インダクタンスをMt1r,Mt2r,Mt3r、第1から第3の送電コイル11,12,13の電流をIt1,It2,It3としたとき、制御部80は、
t1r:Mt2r:Mt3r=It1:It2:It3
となるよう各スイッチング素子41a,41b,42a,42b,43a,43bを制御する。ここで、各送電コイル11,12,13の巻線抵抗が無視できる場合、インバータ回路40が出力する相電圧の比は、各送電コイル11,12,13と受電コイル20の間の相互インダクタンスMt1r,Mt2r,Mt3rの比に一致する。この場合、制御部80は、インバータ回路40の出力電圧の比に応じて、各送電コイル11,12,13の電流の比を制御すればよい。図3に示すように、制御部80は、相互インダクタンスMt1r,Mt2r,Mt3rが負となる場合は、正となるものに対して電流の位相を180°(π)だけずらすよう制御する。
The power transmission device 2 also has a control section 80 that controls switching operations of the switching elements 41a, 41b, 42a, 42b, 43a, and 43b. M t1r , M t2r , and M t3r are mutual inductances between the first to third power transmission coils 11, 12, and 13 and the power reception coil 20, and I t1 is the current of the first to third power transmission coils 11, 12, and 13. , It2 and It3 , the control unit 80
M t1r :M t2r :M t3r =I t1 :I t2 :I t3
Each switching element 41a, 41b, 42a, 42b, 43a, 43b is controlled so that Here, when the winding resistance of each power transmission coil 11, 12, 13 can be ignored, the ratio of the phase voltages output by the inverter circuit 40 is the mutual inductance M between each power transmission coil 11, 12, 13 and the power reception coil 20 Matches the ratio of t1r , Mt2r and Mt3r . In this case, the control unit 80 may control the current ratio of each power transmission coil 11 , 12 , 13 according to the output voltage ratio of the inverter circuit 40 . As shown in FIG. 3, when the mutual inductances M t1r , M t2r and M t3r are negative, the control unit 80 controls the phase of the current to be shifted by 180° (π) with respect to the positive mutual inductances. .

以上のように構成されたワイヤレス送電システム1の送電装置2によれば、ワイヤレス送電時に各送電コイル11,12,13へそれぞれ電流を流すようにしたので、1つの送電コイルを選択して電流を流す従来のものと比べて、送電効率を向上させることができる。特に、受電コイル20が各送電コイル11,12,13の隙間に位置する場合に、送電効率が大きく向上する。 According to the power transmission device 2 of the wireless power transmission system 1 configured as described above, current is applied to each of the power transmission coils 11, 12, and 13 during wireless power transmission. It is possible to improve power transmission efficiency compared to the conventional one that flows. In particular, when the power receiving coil 20 is positioned between the power transmitting coils 11, 12, and 13, the power transmission efficiency is significantly improved.

また、制御部80が、各送電コイル11,12,13の電流の比が、各送電コイル11,12,13と受電コイル20の間の相互インダクタンスの比となるように、各送電コイル11,12,13の電流を制御するようにしたので、送電効率が極めて高くなっている。さらに、1つのインバータ回路40により複数の送電コイル11,12,13へ電力を供給するようにしたので、複数の送電コイルに対応して複数のインバータ回路を設ける必要はなく、装置の小型化を図ることができる。 Further, the control unit 80 controls each of the power transmission coils 11, 12, and 13 so that the current ratio of each of the power transmission coils 11, 12, and 13 becomes the mutual inductance ratio between each of the power transmission coils 11, 12, and 13 and the power reception coil 20. Since the currents of 12 and 13 are controlled, the power transmission efficiency is extremely high. Furthermore, since one inverter circuit 40 supplies electric power to the plurality of power transmission coils 11, 12, and 13, there is no need to provide a plurality of inverter circuits corresponding to the plurality of power transmission coils, thereby miniaturizing the apparatus. can be planned.

また、各送電コイル11,12,13の一端側を、互いに接続した上で、インダクタ60を介して、電源電圧30の所定電圧の部分に接続したので、各送電コイル11,12,13の間の相互インダクタンスに対応して共振回路を構成することができる。また、各共振コンデンサ61,62,63を各送電コイルごと11,12,13に設けたので、各送電コイル11,12,13の自己インダクタンスに対応して共振回路を構成することができる。特に、本実施形態においては、C=1/(ω(L+M))、かつ、L=M(M>0)とすることにより、自己インダクタンス及び相互インダクタンスに起因するリアクタンス成分を打ち消すことができる。In addition, since one end sides of the power transmission coils 11, 12, and 13 are connected to each other and then connected to the predetermined voltage portion of the power supply voltage 30 via the inductor 60, the power transmission coils 11, 12, and 13 A resonance circuit can be configured corresponding to the mutual inductance of Further, since the resonance capacitors 61, 62, 63 are provided for the power transmission coils 11, 12, 13, respectively, resonance circuits can be configured corresponding to the self-inductances of the power transmission coils 11, 12, 13, respectively. In particular, in the present embodiment, by setting C t =1/(ω 2 (L t +M t )) and L 0 =M t (M t >0), The reactance component can be canceled.

図4及び図5は本発明の第2の実施形態を示すものであり、図4は送電コイル及び受電コイルの平面説明図、図5はワイヤレス送電システムの送電装置及び受電装置の回路図である。 4 and 5 show a second embodiment of the present invention. FIG. 4 is a plan view of a power transmitting coil and a power receiving coil, and FIG. 5 is a circuit diagram of a power transmitting device and a power receiving device of a wireless power transmission system. .

本実施形態のワイヤレス送電システム101においては、図4に示すように、所定厚さで平面視四角形の2つの送電コイル111,112が、互いに重ならないように同一平面上で隣接して配置される。本実施形態においては、2つの送電コイル111,112は、同一のものが用いられる。また、受電装置103は、受電コイル120と、受電コイル120と直列に接続される共振コンデンサ121及び負荷抵抗122と、を有している。 In the wireless power transmission system 101 of the present embodiment, as shown in FIG. 4, two power transmission coils 111 and 112 having a predetermined thickness and having a rectangular shape in plan view are arranged adjacently on the same plane so as not to overlap each other. . In this embodiment, the two power transmission coils 111 and 112 are the same. The power receiving device 103 also includes a power receiving coil 120 and a resonance capacitor 121 and a load resistor 122 that are connected in series with the power receiving coil 120 .

図5に示すように、送電装置102は、直流電源130に接続され、各送電コイル111,112へ電力を供給するインバータ回路140を備えている。インバータ回路140は、正負の母線間に、各送電コイル111,112ごとに設けられ互いに並列接続された2つのレグ141,142を有する。直列に接続された正側スイッチング素子141a,142aと負側スイッチング素子141b,142bの間に、各送電コイル111,112の他端と接続される正側ノード141c,142cが設定される。 As shown in FIG. 5 , the power transmission device 102 includes an inverter circuit 140 connected to a DC power supply 130 and supplying power to the power transmission coils 111 and 112 . The inverter circuit 140 has two legs 141 and 142 provided for each of the power transmission coils 111 and 112 and connected in parallel between the positive and negative busbars. Positive nodes 141c and 142c connected to the other ends of the power transmission coils 111 and 112 are set between the positive switching elements 141a and 142a and the negative switching elements 141b and 142b connected in series.

また、インバータ回路140は、正負の母線間に、正側コンデンサ151及び負側コンデンサ152を有する。正側コンデンサ151及び負側コンデンサ152は、直流電源130からの入力電圧を等分する。正側コンデンサ151と負側コンデンサ152の間に、各送電コイル111,112の一端と接続される負側ノード153が設定される。 The inverter circuit 140 also has a positive side capacitor 151 and a negative side capacitor 152 between the positive and negative bus lines. The positive side capacitor 151 and the negative side capacitor 152 equally divide the input voltage from the DC power supply 130 . A negative node 153 connected to one end of each of the power transmission coils 111 and 112 is set between the positive capacitor 151 and the negative capacitor 152 .

図5に示すように、各送電コイル111,112の一端は、互いに接続され、結線ノード114が設定されている。各送電コイル111,112の一端は結線された状態で、インダクタ160を介して直流電源130の入力電圧の中間電圧に接続される。また、各送電コイル111,112の他端は、それぞれ共振コンデンサ161,162を介して各レグ141,142に接続される。本実施形態においては、インダクタ160及び各共振コンデンサ161,162が各送電コイル111,112とともに共振回路をなす力率補償回路170をなしている。 As shown in FIG. 5 , one ends of the power transmission coils 111 and 112 are connected to each other, and a connection node 114 is set. One end of each power transmission coil 111 , 112 is connected to an intermediate voltage of the input voltage of DC power supply 130 via inductor 160 . Also, the other ends of the power transmission coils 111 and 112 are connected to the legs 141 and 142 via resonance capacitors 161 and 162, respectively. In this embodiment, the inductor 160 and the resonance capacitors 161 and 162 together with the power transmission coils 111 and 112 form a power factor compensation circuit 170 that forms a resonance circuit.

インダクタ160は、各送電コイル111,112の間の相互インダクタンスに基づいてインダクタンスが設定されている。また、各共振コンデンサ161,162は、各送電コイル111,112の自己インダクタンスと各送電コイル111,112の間の相互インダクタンスに基づいてキャパシタンスが設定されている。 The inductor 160 has an inductance set based on the mutual inductance between the power transmission coils 111 and 112 . Also, the capacitances of the resonance capacitors 161 and 162 are set based on the self-inductance of the power transmission coils 111 and 112 and the mutual inductance between the power transmission coils 111 and 112 .

本実施形態においても、各送電コイル111,112の自己インダクタンスは互いに等しく、同方向に電流が流れた際に互いに磁界を弱め合うことから、各送電コイル111,112間の相互インダクタンスの値はマイナスとなる。装置の動作角周波数をω、各送電コイル111,112の自己インダクタンスをL、各送電コイル111,112間の相互インダクタンスを-Mとしたとき、各共振コンデンサ161,162のキャパシタンスC及びインダクタ160のインダクタンスLは、
=1/(ω(L+M))
=M(M>0)
と設定される。
Also in the present embodiment, the self-inductances of the power transmission coils 111 and 112 are equal to each other, and the magnetic fields weaken each other when currents flow in the same direction. becomes. When the operating angular frequency of the device is ω, the self-inductance of each of the power transmission coils 111 and 112 is L t , and the mutual inductance between the power transmission coils 111 and 112 is −M t , the capacitance of each of the resonance capacitors 161 and 162 is C t and The inductance L0 of inductor 160 is
C t =1/(ω 2 (L t +M t ))
L 0 =M t (M t >0)
is set.

また、図5に示すように、受電装置103は、受電コイル120と直列に接続される共振コンデンサ121及び負荷抵抗122を有している。受電コイル120の自己インダクタンスをLとしたとき、共振コンデンサ121のキャパシタンスCは、
=1/(ω
と設定される。
Further, as shown in FIG. 5, the power receiving device 103 has a resonance capacitor 121 and a load resistor 122 that are connected in series with the power receiving coil 120 . When the self- inductance of the receiving coil 120 is Lr , the capacitance Cr of the resonance capacitor 121 is
C r =1/(ω 2 L r )
is set.

また、送電装置102は、各スイッチング素子141a,141b,142a,142bのスイッチ動作を制御する制御部180を有している。第1及び第2の送電コイル111,112と受電コイル120の間の相互インダクタンスをMt1r,Mt2r、第1及び第2の送電コイル111,112の電流をIt1,It2としたとき、制御部180は、
t1r:Mt2r=It1:It2
となるよう各スイッチング素子141a,141b,142a,142bを制御する。ここで、各送電コイル111,112の巻線抵抗が無視できる場合、インバータ回路140が出力する相電圧の比は、各送電コイル111,112と受電コイル120の間の相互インダクタンスMt1r,Mt2rの比に一致する。この場合、制御部180は、インバータ回路140の出力電圧の比に応じて、各送電コイル111,112の電流の比を制御すればよい。
The power transmission device 102 also has a control unit 180 that controls switching operations of the switching elements 141a, 141b, 142a, and 142b. When the mutual inductance between the first and second power transmitting coils 111, 112 and the power receiving coil 120 is Mt1r , Mt2r , and the currents of the first and second power transmitting coils 111, 112 are It1 , It2 , The control unit 180
M t1r :M t2r =I t1 :I t2
Each switching element 141a, 141b, 142a, 142b is controlled so that Here, when the winding resistance of each of the power transmission coils 111 and 112 can be ignored, the ratio of the phase voltages output by the inverter circuit 140 is the mutual inductance M t1r and M t2r between each of the power transmission coils 111 and 112 and the power reception coil 120. corresponds to the ratio of In this case, the control unit 180 may control the current ratio of the power transmission coils 111 and 112 according to the output voltage ratio of the inverter circuit 140 .

以上のように構成されたワイヤレス送電システム101の送電装置102によれば、ワイヤレス送電時に各送電コイル111,112へそれぞれ電流を流すようにしたので、1つの送電コイルを選択して電流を流す従来のものと比べて、送電効率を向上させることができる。特に、受電コイル120が各送電コイル111,112の中間に位置する場合に、送電効率が大きく向上する。 According to the power transmission device 102 of the wireless power transmission system 101 configured as described above, current is applied to each of the power transmission coils 111 and 112 during wireless power transmission. can improve the power transmission efficiency compared to that of In particular, when the power receiving coil 120 is positioned between the power transmitting coils 111 and 112, power transmission efficiency is greatly improved.

また、制御部180が、各送電コイル111,112の電流の比が、各送電コイル111,112と受電コイル120の間の相互インダクタンスの比となるように、各送電コイル111,112の電流を制御するようにしたので、送電効率が極めて高くなっている。さらに、1つのインバータ回路140により複数の送電コイル111,112へ電力を供給するようにしたので、複数の送電コイルに対応して複数のインバータ回路を設ける必要はなく、装置の小型化を図ることができる。 Further, the control unit 180 adjusts the currents of the power transmission coils 111 and 112 so that the ratio of the currents of the power transmission coils 111 and 112 becomes the ratio of the mutual inductance between the power transmission coils 111 and 112 and the power reception coil 120. Since it is controlled, the power transmission efficiency is extremely high. Furthermore, since one inverter circuit 140 supplies electric power to the plurality of power transmission coils 111 and 112, there is no need to provide a plurality of inverter circuits corresponding to the plurality of power transmission coils, thereby miniaturizing the device. can be done.

また、各送電コイル111,112一端側を、互いに接続した上で、インダクタ160を介して、電源電圧130の所定電圧の部分に接続したので、各送電コイル111,112の間の相互インダクタンスに対応して共振回路を構成することができる。また、各共振コンデンサ161,162を各送電コイルごと111,112に設けたので、各送電コイル111,112の自己インダクタンスに対応して共振回路を構成することができる。本実施形態においては、C=1/(ω(L+M))、かつ、L=M(M>0)とすることにより、自己インダクタンス及び相互インダクタンスに起因するリアクタンス成分を打ち消すことができる。In addition, since one end side of each of the power transmission coils 111 and 112 is connected to each other and then connected to the predetermined voltage portion of the power supply voltage 130 via the inductor 160, the mutual inductance between the power transmission coils 111 and 112 can be accommodated. A resonant circuit can be configured by Also, since the resonance capacitors 161 and 162 are provided in the power transmission coils 111 and 112, respectively, the resonance circuits can be configured corresponding to the self-inductances of the power transmission coils 111 and 112, respectively. In this embodiment, by setting C t =1/(ω 2 (L t +M t )) and L 0 =M t (M t >0), the reactance component due to self-inductance and mutual inductance can be canceled.

図6及び図7は本発明の第3の実施形態を示すものであり、図6は送電コイルの平面説明図、図7はワイヤレス送電システムの送電装置及び受電装置の回路図である。 6 and 7 show a third embodiment of the present invention, wherein FIG. 6 is a plan view of a power transmission coil, and FIG. 7 is a circuit diagram of a power transmission device and a power reception device of a wireless power transmission system.

本実施形態のワイヤレス送電システム201は、図6に示すように、第2の実施形態の各送電コイル111,112が一部重なり、同方向に電流が流れた際に互いに磁界を強め合うよう配置されている。すなわち、各送電コイル111,112間の相互インダクタンスの値はプラスである。また、本実施形態のワイヤレス送電システム201は、図7に示すように、第2の実施形態のインダクタ160に代えて、コンデンサ260が配置されている。その他は、第2の実施形態と同様の構成である。 As shown in FIG. 6, in the wireless power transmission system 201 of the present embodiment, the power transmission coils 111 and 112 of the second embodiment are partially overlapped and arranged so that the magnetic fields are strengthened when currents flow in the same direction. It is That is, the value of mutual inductance between the power transmission coils 111 and 112 is positive. Also, in the wireless power transmission system 201 of this embodiment, as shown in FIG. 7, a capacitor 260 is arranged instead of the inductor 160 of the second embodiment. Otherwise, the configuration is the same as that of the second embodiment.

コンデンサ260は、各送電コイル111,112の間の相互インダクタンスに基づいてキャパシタンスが設定されている。各送電コイル111,112の自己インダクタンスをL、各送電コイル111,112間の相互インダクタンスをMとしたとき、各共振コンデンサ161,162のキャパシタンスC及びコンデンサ260のキャパシタンスCは、
=1/(ω(L-M))
=1/(ω
と設定される。
以上のように構成されたワイヤレス送電システム201によっても、第2の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
Capacitance of capacitor 260 is set based on mutual inductance between power transmission coils 111 and 112 . When the self-inductance of each power transmission coil 111, 112 is Lt , and the mutual inductance between each power transmission coil 111, 112 is Mt, the capacitance Ct of each resonance capacitor 161, 162 and the capacitance C0 of the capacitor 260 are :
C t = 1/(ω 2 (L t −M t ))
C 0 =1/(ω 2 M t )
is set.
With the wireless power transmission system 201 configured as described above, it is possible to obtain the same effects as those of the second embodiment.

図8及び図9は本発明の第4の実施形態を示すものであり、図8は送電コイルの平面説明図、図9はワイヤレス送電システムの送電装置及び受電装置の回路図である。 8 and 9 show a fourth embodiment of the present invention. FIG. 8 is a plan view of a power transmission coil, and FIG. 9 is a circuit diagram of a power transmission device and a power reception device of a wireless power transmission system.

本実施形態のワイヤレス送電システム301は、図8に示すように、第2の実施形態の隣接する各送電コイル111,112の並び方向に、さらにもう1つの送電コイル113が隣接して配置される。本実施形態においても、3つの送電コイル111,112,113は、同一のものが用いられる。すなわち、送電装置302の送電コイル111,112,113は、3つである。本実施形態においては、一端側の送電コイル111と中央側の送電コイル112と、中央側の送電コイル112と他端側の送電コイル113の間の相互インダクタンスは等しいものの、一端側の送電コイル111と他端側の送電コイル113の間の相互インダクタンスとは異なっている。 In the wireless power transmission system 301 of the present embodiment, as shown in FIG. 8, another power transmission coil 113 is arranged adjacent to the adjacent power transmission coils 111 and 112 of the second embodiment. . Also in this embodiment, the three power transmission coils 111, 112, and 113 are the same. That is, the number of power transmission coils 111, 112, and 113 of power transmission device 302 is three. In the present embodiment, the mutual inductance between the power transmission coil 111 on the one end side and the power transmission coil 112 on the center side and between the power transmission coil 112 on the center side and the power transmission coil 113 on the other end side are equal, but the power transmission coil 111 on the one end side and the mutual inductance between the power transmission coil 113 on the other end side.

図9に示すように、送電装置302のインバータ回路340は、正負の母線間に、各送電コイル111,112,113ごとに設けられた3つのレグ141,142,143を有する。直列に接続された正側スイッチング素子141a,142a,143aと負側スイッチング素子141b,142b,143bの間に、各送電コイル111,112,113の他端と接続される正側ノード141c,142c,143cが設定される。各送電コイル111,112,113の一端は、互いに接続され、結線ノード314が設定されている。各送電コイル111,112,113の一端は結線された状態で、インダクタ360を介して直流電源130の入力電圧の中間電圧に接続される。各送電コイル111,112,113の他端は、それぞれ共振コンデンサ361,362,363を介して各レグ141,142,143に接続される。本実施形態においては、インダクタ360及び各共振コンデンサ361,362,363が各送電コイル111,112,113とともに共振回路をなす力率補償回路370をなしている。 As shown in FIG. 9, the inverter circuit 340 of the power transmission device 302 has three legs 141, 142, 143 provided for each of the power transmission coils 111, 112, 113 between the positive and negative busbars. Positive nodes 141c, 142c, 141c, 142c connected to the other ends of the power transmission coils 111, 112, 113 are placed between the positive switching elements 141a, 142a, 143a and the negative switching elements 141b, 142b, 143b connected in series. 143c is set. One end of each power transmission coil 111, 112, 113 is connected to each other, and a connection node 314 is set. One end of each power transmission coil 111 , 112 , 113 is connected to an intermediate voltage of the input voltage of DC power supply 130 via inductor 360 . The other end of each power transmission coil 111, 112, 113 is connected to each leg 141, 142, 143 via resonance capacitors 361, 362, 363, respectively. In this embodiment, the inductor 360 and the resonance capacitors 361, 362, 363 together with the power transmission coils 111, 112, 113 form a power factor compensation circuit 370 forming a resonance circuit.

さらに、本実施形態においては、各共振コンデンサ361,362,363と各レグ141,142,143の間に、変圧器391,392が介在する。本実施形態においては、一端側及び中央側の各送電コイル111,112に対応する変圧器391と、中央側及び他端側の各送電コイル112,113に対応する変圧器392の、2つの変圧器391,392が設けられる。各変圧器391,392は、その相互インダクタンスと各送電コイル111,112,113の間の相互インダクタンスの和が、互いに等しくなるようにする。すなわち、各変圧器391,392は、各送電コイル111,112,113の間の相互インダクタンスの差に基づいて、相互インダクタンスを調整する相互インダクタンス補償回路390をなしている。尚、相互インダクタンス補償回路390を、一端側及び他端側の各送電コイル111,113に対応する1つの変圧器により構成することもできる。 Furthermore, transformers 391, 392 are interposed between each resonance capacitor 361, 362, 363 and each leg 141, 142, 143 in this embodiment. In this embodiment, there are two transformers, a transformer 391 corresponding to each of the power transmission coils 111 and 112 on the one end side and the center side, and a transformer 392 corresponding to each of the power transmission coils 112 and 113 on the center side and the other end side. Devices 391, 392 are provided. Each transformer 391, 392 makes the sum of its mutual inductance and the mutual inductance between each transmitting coil 111, 112, 113 equal to each other. That is, each transformer 391 and 392 constitutes a mutual inductance compensation circuit 390 that adjusts mutual inductance based on the mutual inductance difference between each of the power transmission coils 111 , 112 and 113 . The mutual inductance compensation circuit 390 can also be configured by one transformer corresponding to each of the power transmission coils 111 and 113 on the one end side and the other end side.

本実施形態においては、インダクタ360のインダクタンスは、調整後の相互インダクタンスに基づいて設定される。また、相互インダクタンス補償回路390に自己インダクタンスがあることから、各共振コンデンサ361,362,363のキャパシタンスCt1,Ct2,Ct3は、各変圧器391,392の自己インダクタンスを考慮して設定される。具体的に、各送電コイル111,112,113における自己インダクタンスに各変圧器391,392の自己インダクタンスを足し合わせたものをL´t1,L´t2,L´t3,調整後の各送電コイル111,112,113間の相互インダクタンスを-M(M>0)としたとき、各共振コンデンサ361,362,363のキャパシタンスCt1,Ct2,Ct3及びインダクタ360のインダクタンスLは、
t1=1/(ω(L´t1+M)),Ct2=1/(ω(L´t2+M)),Ct3=1/(ω(L´t3+M))
=M
と設定される。
In this embodiment, the inductance of inductor 360 is set based on the adjusted mutual inductance. Also, since the mutual inductance compensation circuit 390 has self-inductance, the capacitances Ct1 , Ct2 and Ct3 of the resonance capacitors 361, 362 and 363 are set in consideration of the self-inductance of the transformers 391 and 392. be. Specifically, L' t1 , L' t2 , and L' t3 are the sums of the self-inductances of the power transmission coils 111, 112, and 113 and the self-inductances of the transformers 391 and 392, and the power transmission coils 111 after adjustment. , 112 and 113 is -M t (M t >0), the capacitances C t1 , C t2 and C t3 of the resonance capacitors 361, 362 and 363 and the inductance L 0 of the inductor 360 are given by
Ct1 =1/(ω2 ( L' t1 +Mt)), Ct2 =1/(ω2 ( L' t2 + Mt )), Ct3 = 1/(ω2 ( L' t3 + Mt ))
L0 = Mt
is set.

また、制御部380は、各送電コイル111,112,113の電流の比が、各送電コイル111,112,113と受電コイル120の間の相互インダクタンスの比となるように、各送電コイル111,112,113の電流を制御する。
以上のように構成されたワイヤレス送電システム301によれば、第3の実施形態の作用効果に加え、相互インダクタンス補償回路390を設けたことにより、各送電コイル111,112,113の間の相互インダクタンスが互いに等しい場合と同様に各送電コイル111,112,113への電力供給を制御することができる。
In addition, the control unit 380 controls each of the power transmission coils 111, 112, and 113 so that the current ratio of each of the power transmission coils 111, 112, and 113 becomes the mutual inductance ratio between each of the power transmission coils 111, 112, and 113 and the power reception coil 120. 112, 113 current is controlled.
According to the wireless power transmission system 301 configured as described above, in addition to the effects of the third embodiment, mutual inductance compensation between the power transmission coils 111, 112, and 113 is achieved by providing the mutual inductance compensation circuit 390. are equal to each other.

図10及び図11は本発明の第5の実施形態を示すものであり、図10は送電コイル及び受電コイルの平面説明図、図11はワイヤレス送電システムの送電装置の回路図である。尚、図11では、受電装置の回路図は省略している。尚、図11において、受電装置、受電コイル等を図示していないが、受電装置、受電コイル等は第2の実施形態と同様である。 10 and 11 show a fifth embodiment of the present invention. FIG. 10 is a plan view of a power transmission coil and a power reception coil, and FIG. 11 is a circuit diagram of a power transmission device of a wireless power transmission system. Note that the circuit diagram of the power receiving device is omitted in FIG. Although the power receiving device, the power receiving coil, and the like are not shown in FIG. 11, the power receiving device, the power receiving coil, and the like are the same as those in the second embodiment.

本実施形態のワイヤレス送電システムは、図10に示すように、第2の実施形態の2つの送電コイル111,112の並び方向と直交する方向に、さらに2つの送電コイル113,114を隣接して設けている。すなわち、送電装置402の送電コイル111,112,113,114は、4つである。本実施形態においては、4つの送電コイル111,112,113,114は、同一のものが用いられる。本実施形態においては、並び方向又はこれと直交する方向に隣接する送電コイル111,112,113,114の間の相互インダクタンスは等しいものの、いずれの方向にも隣接しない送電コイル111,112,113,114の間の相互インダクタンスとは異なっている。 As shown in FIG. 10, the wireless power transmission system of this embodiment further includes two power transmission coils 113 and 114 adjacent to each other in a direction perpendicular to the alignment direction of the two power transmission coils 111 and 112 of the second embodiment. are provided. That is, the power transmission coils 111, 112, 113, and 114 of the power transmission device 402 are four. In this embodiment, the four power transmission coils 111, 112, 113, and 114 are the same. In the present embodiment, the power transmission coils 111, 112, 113, and 114 adjacent in the alignment direction or the direction orthogonal thereto have the same mutual inductance, but the power transmission coils 111, 112, 113, 113, 113, 113 114 is different.

図11に示すように、送電装置402のインバータ回路440は、正負の母線間に、各送電コイル111,112,113,114ごとに設けられた4つのレグ141,142,143,144を有する。直列に接続された正側スイッチング素子141a,142a,143a,144aと負側スイッチング素子141b,142b,143b,144bの間に、各送電コイル111,112,113,114の他端と接続される正側ノード141c,142c,143c,144cが設定される。各送電コイル111,112,113,114の一端は、互いに接続され、結線ノード414が設定されている。各送電コイル111,112,113,114の一端は結線された状態で、インダクタ460を介して直流電源130の入力電圧の中間電圧に接続される。各送電コイル111,112,113,114の他端は、それぞれ共振コンデンサ461,462,463,464を介して各レグ141,142,143,144に接続される。本実施形態においては、インダクタ460及び各共振コンデンサ461,462,463,464が各送電コイル111,112,113,114とともに共振回路をなす力率補償回路470をなしている。 As shown in FIG. 11, the inverter circuit 440 of the power transmission device 402 has four legs 141, 142, 143, 144 provided for each of the power transmission coils 111, 112, 113, 114 between the positive and negative busbars. Positive switching elements 141a, 142a, 143a, 144a and negative switching elements 141b, 142b, 143b, 144b connected in series with the other ends of the power transmission coils 111, 112, 113, 114 Side nodes 141c, 142c, 143c, and 144c are set. One ends of the power transmission coils 111, 112, 113, and 114 are connected to each other, and a connection node 414 is set. One end of each power transmission coil 111 , 112 , 113 , 114 is connected to an intermediate voltage of the input voltage of DC power supply 130 via inductor 460 . The other end of each power transmission coil 111, 112, 113, 114 is connected to each leg 141, 142, 143, 144 via resonance capacitors 461, 462, 463, 464, respectively. In this embodiment, the inductor 460 and the resonance capacitors 461, 462, 463, 464 together with the power transmission coils 111, 112, 113, 114 form a power factor compensation circuit 470 forming a resonance circuit.

さらに、本実施形態においては、各共振コンデンサ461,462,463,464と各レグ141,142,143,144の間に、各変圧器491,492が介在する。各変圧器491,492は、その相互インダクタンスと各送電コイル111,112,113,114の間の相互インダクタンスの和が、互いに等しくなるようにする。すなわち、各変圧器491,492は、各送電コイル111,112,113,114の間の相互インダクタンスの差に基づいて、相互インダクタンスを調整する相互インダクタンス補償回路490をなしている。第4の実施形態と同様に、インダクタ460のインダクタンスは、調整後の相互インダクタンスに基づいて設定され、各共振コンデンサ461,462,463,464のキャパシタンスは、調整後の自己インダクタンスを考慮して設定される。 Further, in this embodiment, transformers 491 and 492 are interposed between the resonance capacitors 461, 462, 463 and 464 and the legs 141, 142, 143 and 144, respectively. Each transformer 491, 492 makes the sum of its mutual inductance and mutual inductance between each transmitting coil 111, 112, 113, 114 equal to each other. That is, each transformer 491, 492 constitutes a mutual inductance compensation circuit 490 that adjusts mutual inductance based on the mutual inductance difference between each of the power transmission coils 111, 112, 113, 114. FIG. As in the fourth embodiment, the inductance of the inductor 460 is set based on the adjusted mutual inductance, and the capacitances of the resonance capacitors 461, 462, 463, and 464 are set in consideration of the adjusted self-inductance. be done.

また、制御部480は、各送電コイル111,112,113,114の電流の比が、各送電コイル111,112,113,114と受電コイル120の間の相互インダクタンスの比となるように、各送電コイル111,112,113,114の電流を制御する。
以上のように構成されたワイヤレス送電システムによっても、第4の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
In addition, the control unit 480 controls each power transmission coil 111 , 112 , 113 , 114 so that the current ratio of each power transmission coil 111 , 112 , 113 , 114 becomes the mutual inductance ratio between each power transmission coil 111 , 112 , 113 , 114 and the power reception coil 120 . The currents of the power transmission coils 111, 112, 113, and 114 are controlled.
With the wireless power transmission system configured as described above, it is possible to obtain the same effects as those of the fourth embodiment.

図12及び図13は本発明の第6の実施形態を示すものであり、図12は送電コイルの平面説明図、図13はワイヤレス送電システムの送電装置の回路図である。尚、図12及び図13において、受電装置、受電コイル等を図示していないが、受電装置、受電コイル等は第1の実施形態と同様である。 12 and 13 show a sixth embodiment of the present invention, wherein FIG. 12 is a plan view of the power transmission coil and FIG. 13 is a circuit diagram of the power transmission device of the wireless power transmission system. 12 and 13 do not show the power receiving device, the power receiving coil, etc., but the power receiving device, the power receiving coil, etc. are the same as in the first embodiment.

図12に示すように、このワイヤレス送電装置502では、複数の送電コイル511~519が、所定の平面上で横方向と斜め縦方向とに並んで整列している。本実施形態においては、各送電コイル511~519は、同一のものが用いられる。本実施形態においては、横方向と斜め縦方向のなす角は60°である。図13に示すように、送電装置502は、第1の実施形態と同様に3つのレグ41,42,43を有するインバータ回路40を備えている。各送電コイル511~519は、レグ41,42,43の数に対応して、3つの送電グループのいずかに割り当てられている。 As shown in FIG. 12, in this wireless power transmitting device 502, a plurality of power transmitting coils 511 to 519 are aligned horizontally and diagonally on a predetermined plane. In this embodiment, the same power transmitting coils 511 to 519 are used. In this embodiment, the angle between the horizontal direction and the oblique vertical direction is 60°. As shown in FIG. 13, the power transmission device 502 includes an inverter circuit 40 having three legs 41, 42, 43 as in the first embodiment. Each power transmission coil 511-519 is assigned to one of three power transmission groups corresponding to the number of legs 41,42,43.

本実施形態においては、図12に示すように、各送電コイル511~519は、横方向につき、一方(図12中右方)へ向かって、第1の送電グループに属する送電コイル、第2の送電グループに属する送電コイル、第3の送電グループの順に繰り返し並べられている。また、各送電コイル511~519は、斜め縦方向につき、一方(図12中右上方向)へ向かって、第1の送電グループに属する送電コイル、第3の送電グループに属する送電コイル、第2の送電コイルに属する送電コイルの順に繰り返し並べられている。 In the present embodiment, as shown in FIG. 12, the power transmission coils 511 to 519 belong to the first power transmission group and the power transmission coils belong to the second power transmission group toward one side (right side in FIG. 12). The power transmission coils belonging to the power transmission group and the third power transmission group are repeatedly arranged in this order. In addition, each of the power transmission coils 511 to 519 is arranged in an oblique vertical direction toward one side (upper right direction in FIG. 12), the power transmission coil belonging to the first power transmission group, the power transmission coil belonging to the third power transmission group, and the power transmission coil belonging to the second power transmission group. They are repeatedly arranged in the order of the power transmission coils belonging to the power transmission coils.

図13に示すように、ワイヤレス送電装置502のインバータ回路40の各レグ41,42,43は、各送電コイル511~519の他端と切替スイッチ581,582,583を介して接続される。各切替スイッチ581,582,583は、送電グループごとに設けられ、各送電グループに属する1つの送電コイル511~519へ選択的に電力を供給する。本実施形態においては、各切替スイッチ581,582,583が切替回路をなしている。制御部580は、受電コイルに関する情報に基づいて、各切替スイッチ581,582,583を切り替える。また、制御部580は、各送電コイル511~519の電流の比が、各送電511~519と受電コイルの間の相互インダクタンスの比となるように、各送電コイル511~519の電流を制御する。 As shown in FIG. 13 , each leg 41 , 42 , 43 of the inverter circuit 40 of the wireless power transmission device 502 is connected to the other end of each power transmission coil 511 to 519 via changeover switches 581 , 582 , 583 . Each switch 581, 582, 583 is provided for each power transmission group, and selectively supplies power to one power transmission coil 511 to 519 belonging to each power transmission group. In this embodiment, the changeover switches 581, 582, 583 form a changeover circuit. The control unit 580 switches each switch 581, 582, 583 based on the information about the power receiving coil. In addition, the control unit 580 controls the currents of the power transmission coils 511 to 519 so that the ratio of the currents of the power transmission coils 511 to 519 becomes the ratio of mutual inductance between the power transmission coils 511 to 519 and the power reception coils. .

各送電コイル511~519の一端は、互いに接続された状態で、インダクタ560を介して直流電源30の入力電圧の中間電圧に接続される。各送電コイル511~519の他端と選択的に接続される各切替スイッチ581,582,583は、それぞれ共振コンデンサ561,562,563を介して各レグ41,42,43に接続される。本実施形態においては、インダクタ560及び各共振コンデンサ561,562,563が各送電コイル511~519とともに共振回路をなす力率補償回路570をなしている。 One end of each of the power transmission coils 511 to 519 is connected to an intermediate voltage of the input voltage of the DC power supply 30 via an inductor 560 while being connected to each other. Changeover switches 581, 582, 583 selectively connected to the other ends of the power transmission coils 511 to 519 are connected to the legs 41, 42, 43 via resonance capacitors 561, 562, 563, respectively. In this embodiment, the inductor 560 and the resonance capacitors 561, 562, 563 together with the power transmission coils 511 to 519 form a power factor compensation circuit 570 forming a resonance circuit.

本実施形態のワイヤレス送電装置502によれば、送電コイル511~519の数が多い場合であっても、インバータ回路40のレグの数を増やすことなく、全ての送電コイル511~519に対応することができる。 According to the wireless power transmission device 502 of this embodiment, even when the number of the power transmission coils 511 to 519 is large, all the power transmission coils 511 to 519 can be handled without increasing the number of legs of the inverter circuit 40. can be done.

図14及び図15は本発明の第7の実施形態を示すものであり、図14は送電コイルの平面説明図、図15はワイヤレス送電システムの送電装置の回路図である。尚、図14及び図15において、受電装置、受電コイル等を図示していないが、受電装置、受電コイル等は第1の実施形態と同様である。 14 and 15 show a seventh embodiment of the present invention, wherein FIG. 14 is a plan view of the power transmission coil and FIG. 15 is a circuit diagram of the power transmission device of the wireless power transmission system. 14 and 15 do not show the power receiving device, the power receiving coil, etc., but the power receiving device, the power receiving coil, etc. are the same as in the first embodiment.

図14に示すように、このワイヤレス送電装置602では、複数の送電コイル611~619が、所定の平面上で横方向と縦方向とに並んで整列している。本実施形態においては、各送電コイル611~619は、同一のものが用いられる。図14に示すように、送電装置602は、4つのレグ41,42,43,44を有するインバータ回路640を備えている。各送電コイル611~619は、レグ41,42,43,44の数に対応して、4つの送電グループのいずかに割り当てられている。 As shown in FIG. 14, in this wireless power transmitting device 602, a plurality of power transmitting coils 611 to 619 are aligned horizontally and vertically on a predetermined plane. In this embodiment, the same power transmitting coils 611 to 619 are used. As shown in FIG. 14, the power transmission device 602 includes an inverter circuit 640 having four legs 41, 42, 43, 44. In FIG. Each transmitting coil 611-619 is assigned to one of the four transmitting groups corresponding to the number of legs 41,42,43,44.

本実施形態においては、図14に示すように、各送電コイル611~619は、第1の送電グループに属する送電コイルに横方向に隣接して第2の送電グループに属する送電コイルが配置され、第1の送電グループに属する送電コイルに縦方向に隣接して第3の送電グループに属する送電コイルが配置され、第3の送電グループに属する送電コイルに横方向に隣接して第4の送電グループに属する送電コイルが配置されている。すなわち、横方向についてみると、第1及び第2の送電グループに属する送電コイルが交互に並べられる、もしくは、第3及び第4の送電グループに属する送電コイルが交互に並べられた状態となっている。また、縦方向についてみると、第1及び第3の送電グループに属する送電コイルが交互に並べられる、もしくは、第2及び第4の送電グループに属する送電コイルが交互に並べられた状態となっている。 In the present embodiment, as shown in FIG. 14, the power transmission coils 611 to 619 belonging to the second power transmission group are arranged laterally adjacent to the power transmission coils belonging to the first power transmission group, A power transmission coil belonging to the third power transmission group is arranged vertically adjacent to the power transmission coil belonging to the first power transmission group, and a fourth power transmission group is arranged laterally adjacent to the power transmission coil belonging to the third power transmission group. are arranged. That is, in the horizontal direction, the power transmission coils belonging to the first and second power transmission groups are alternately arranged, or the power transmission coils belonging to the third and fourth power transmission groups are alternately arranged. there is In the vertical direction, the power transmission coils belonging to the first and third power transmission groups are alternately arranged, or the power transmission coils belonging to the second and fourth power transmission groups are alternately arranged. there is

図15に示すように、ワイヤレス送電装置602のインバータ回路640の各レグ41,42,43,44は、各送電コイル611~619の他端と切替スイッチ681,682,683,684を介して接続される。各切替スイッチ681,682,683,684は、送電グループごとに設けられ、各送電グループに属する1つの送電コイル611~619へ選択的に電力を供給する。本実施形態においては、各切替スイッチ681,682,683,684が切替回路をなしている。制御部680は、受電コイルに関する情報に基づいて、各切替スイッチ681,682,683,684を切り替える。さらに、本実施形態においては、各切替スイッチ681,682,683,684と各レグ41,42,43,44の間に、各送電コイル611~619の間の相互インダクタンスの差に基づいて、相互インダクタンスを調整する相互インダクタンス補償回路690が介在する。また、制御部680は、各送電コイル611~619の電流の比が、各送電コイル611~619と受電コイルの間の相互インダクタンスの比となるように、各送電コイル611~619の電流を制御する。 As shown in FIG. 15, each leg 41, 42, 43, 44 of the inverter circuit 640 of the wireless power transmission device 602 is connected to the other end of each of the power transmission coils 611 to 619 via changeover switches 681, 682, 683, 684. be done. Each switch 681, 682, 683, 684 is provided for each power transmission group and selectively supplies power to one power transmission coil 611 to 619 belonging to each power transmission group. In this embodiment, the changeover switches 681, 682, 683, 684 form a changeover circuit. Control unit 680 switches each switch 681, 682, 683, 684 based on the information on the power receiving coil. Furthermore, in the present embodiment, mutual A mutual inductance compensation circuit 690 is interposed to adjust the inductance. Further, the control unit 680 controls the currents of the power transmitting coils 611 to 619 so that the ratio of the currents of the power transmitting coils 611 to 619 becomes the ratio of the mutual inductance between the power transmitting coils 611 to 619 and the power receiving coils. do.

各送電コイル611~619の一端は、互いに接続された状態で、インダクタ660を介して直流電源30の入力電圧の中間電圧に接続される。各送電コイル611~619の他端と選択的に接続される各切替スイッチ681,682,683,684は、それぞれ共振コンデンサ661,662,663,664を介して各レグ41,42,43,44に接続される。本実施形態においては、インダクタ660及び各共振コンデンサ661,662,663,664が各送電コイル611~619とともに共振回路をなす力率補償回路670をなしている。 One end of each of the power transmission coils 611 to 619 is connected to an intermediate voltage of the input voltage of the DC power supply 30 via an inductor 660 while being connected to each other. Switches 681, 682, 683, 684 selectively connected to the other ends of power transmission coils 611 to 619 connect legs 41, 42, 43, 44 via resonance capacitors 661, 662, 663, 664, respectively. connected to In this embodiment, the inductor 660 and the resonant capacitors 661, 662, 663, 664 together with the power transmitting coils 611 to 619 form a power factor compensation circuit 670 forming a resonant circuit.

本実施形態のワイヤレス送電装置602によっても、送電コイル611~619の数が多い場合であっても、インバータ回路640のレグの数を増やすことなく、全ての送電コイル611~619に対応することができる。 Even if the number of power transmission coils 611 to 619 is large, the wireless power transmission device 602 of the present embodiment can support all the power transmission coils 611 to 619 without increasing the number of legs of the inverter circuit 640. can.

尚、第6及び第7の実施形態では、インバータ回路のレグの数が3つ及び4つのものを示したが、レグの数は2つであってもよいし、5以上であってもよく、レグの数は任意に変更することができる。また、各共振コンデンサ661,662,663,664を各送電コイル611~619の他端側に設けたものを示したが、図16に示すように、各共振コンデンサ661,662,663,664を各送電コイル611~619の一端側に設けてもよい。ここで、各送電コイル611~619の自己インダクタンスが互いに異なる場合は、各送電コイル611~619毎に直列に共振コンデンサを設ければよい。 In the sixth and seventh embodiments, the number of legs of the inverter circuit is 3 or 4, but the number of legs may be 2 or 5 or more. , the number of legs can be changed arbitrarily. Also, although the resonance capacitors 661, 662, 663, and 664 are provided on the other end side of each of the power transmission coils 611 to 619, as shown in FIG. It may be provided on one end side of each of the power transmission coils 611 to 619 . Here, if the power transmission coils 611 to 619 have different self-inductances, a resonance capacitor may be provided in series for each of the power transmission coils 611 to 619 .

また、前記各実施形態では、同一の送電コイルが複数設けられるものを示したが、例えば素線種類、材質、大きさ、巻き数、形状等が異なる等により、互いの自己インダクタンスが異なる送電コイルが複数設けられるものであってもよい。また、各送電コイルが、互いに同一平面上に位置するものを示したが、同一平面上に位置する必要はなく、さらに規則的に配置されている必要もなく、各送電コイル間の相互インダクタンスに規則性等がなくともよい。これらの場合における送電装置の回路図の例を図17に示す。図17の回路図は、各送電コイル1111,1112,1113、力率補償回路1370及び相互インダクタンス補償回路1390を除いて図9と同様である。 In each of the above-described embodiments, a plurality of identical power transmission coils are provided. may be provided in plurality. In addition, although each power transmission coil is shown to be positioned on the same plane with each other, it is not necessary to be positioned on the same plane, and it is not necessary to be regularly arranged. There may be no regularity or the like. FIG. 17 shows an example of a circuit diagram of the power transmission device in these cases. The circuit diagram of FIG. 17 is the same as that of FIG.

図17の回路図における3つの送電コイル1111,1112,1113は、互いに異なる仕様であり、また同一平面上に配置されておらず、互いの距離も異なっている。図17の回路図では、各送電コイル1111,1112,1113の組合せにそれぞれ対応する3つの変圧器1391,1392,1393を含む相互インダクタンス補償回路1390が設けられている。また、図17の回路図では、各送電コイル1111,1112,1113に対応するインダクタ1360及び共振コンデンサ1361,1362,1363を含む力率補償回路1370が設けられている。 The three power transmission coils 1111, 1112, and 1113 in the circuit diagram of FIG. 17 have different specifications, are not arranged on the same plane, and have different distances from each other. In the circuit diagram of FIG. 17, a mutual inductance compensation circuit 1390 is provided that includes three transformers 1391, 1392 and 1393 corresponding to each combination of power transmitting coils 1111, 1112 and 1113 respectively. Also, in the circuit diagram of FIG. 17, a power factor compensation circuit 1370 including inductors 1360 and resonance capacitors 1361, 1362, 1363 corresponding to the power transmission coils 1111, 1112, 1113 is provided.

ここで、第1から第3の送電コイル1111,1112,1113の電流及び自己インダクタンスをIt1,It2,It3,Lt1,Lt2,Lt3、各共振コンデンサ1361,1362,1363のキャパシタンスをCt1,Ct2,Ct3、第1及び第2の送電コイルに対応する変圧器1391の第1及び第2の送電コイル側の自己インダクタンス並びに相互インダクタンスをLc121,Lc122,Mc12、第2及び第3の送電コイルに対応する変圧器1392の第2及び第3の送電コイル側の自己インダクタンス並びに相互インダクタンスをLc232,Lc233,Mc23、第3及び第1の送電コイルに対応する変圧器1393の第3及び第1の送電コイル側の自己インダクタンス並びに相互インダクタンスをLc313,Lc311,Mc31、第1の送電コイルと第2の送電コイルの間の相互インダクタンスをMt12、第2の送電コイルと第3の送電コイルの間の相互インダクタンスをMt23、第3の送電コイルと第1の送電コイルの間の相互インダクタンスをMt31、インダクタ1360のインダクタンスをL、第1から第3の送電コイルと受電コイルの相互インダクタンスをMt1r,Mt2r,Mt3r、受電コイルの電流をIとし、第1から第3の送電コイル1111,1112,1113の巻線抵抗を無視したとき、インバータ回路340の出力相電圧Vt1,Vt2,Vt3は、次のように表される。

Figure 0007177567000001







ここで、任意の実数M´に対して、
Figure 0007177567000002


が成立するようにMc12,Mc23,Mc31を設定するとともに、L´t1,L´t2,L´t3
Figure 0007177567000003


とすると、(1)-(3)式は、
Figure 0007177567000004






となる。これを整理すると、
Figure 0007177567000005




となる。そして、Ct1,Ct2,Ct3を、
Figure 0007177567000006




とし、M´が負の場合に、
Figure 0007177567000007
とすることで、インバータ回路340の出力相電圧Vt1,Vt2,Vt3は、
Figure 0007177567000008


となる。すなわち、各送電コイルの自己インダクタンス及び相互インダクタンスに起因するリアクタンス成分が打ち消されている。尚、M´が正の場合は、インダクタ1360に代えてキャパシタンスCが、
Figure 0007177567000009

となるキャパシタとすることにより、(20)-(22)式を得ることができる。
また、図17の回路図においても、制御部380は、
t1r:Mt2r:Mt3r=It1:It2:It3
となるよう各スイッチング素子141a,141b,142a,142b,143a,143bを制御する。式(20)-(22)から理解されるように、インバータ回路340の出力相電圧Vt1,Vt2,Vt3の比は、各送電コイルと受電コイルの相互インダクタンスMt1r,Mt2r,Mt3rの比に一致する。従って、制御部380は、インバータ回路340の出力相電圧の比に応じて、各送電コイルの電流の比を制御すればよい。
尚、巻線抵抗が無視できない場合、各送電コイルの抵抗値をrt1,rt2,rt3とすると、インバータ回路340の出力相電圧Vt1,Vt2,Vt3は、
Figure 0007177567000010


で表される。従って、各送電コイルの抵抗値rt1,rt2,rt3に関する情報を予め測定等により取得しておき、インバータ回路340の出力相電圧及び電流の値から相互インダクタンスの比を求めればよい。Here, the currents and self-inductances of the first to third power transmitting coils 1111, 1112, 1113 are It1 , It2 , It3 , Lt1 , Lt2 , Lt3 , and the capacitances of the resonance capacitors 1361, 1362, 1363 are C t1 , C t2 , C t3 , L c121 , L c122 , Mc12 the self-inductance and mutual inductance of the first and second transmission coil sides of the transformer 1391 corresponding to the first and second transmission coils, L c232 , L c233 , M c23 of the self-inductance and mutual inductance on the side of the second and third power transmission coils of the transformer 1392 corresponding to the second and third power transmission coils, corresponding to the third and first power transmission coils L c313 , L c311 , M c31 are the self-inductance and mutual inductance on the side of the third and first power transmission coils of the transformer 1393 , M t12 is the mutual inductance between the first power transmission coil and the second power transmission coil, Mutual inductance between the second power transmission coil and the third power transmission coil is M t23 , mutual inductance between the third power transmission coil and the first power transmission coil is M t31 , inductance of the inductor 1360 is L 0 , and the first M t1r , M t2r , and M t3r are the mutual inductances of the third power transmitting coil and the power receiving coil, Ir is the current of the power receiving coil, and the winding resistances of the first to third power transmitting coils 1111, 1112, and 1113 are ignored. Then, the output phase voltages V t1 , V t2 and V t3 of the inverter circuit 340 are expressed as follows.
Figure 0007177567000001







Now, for any real number M' t ,
Figure 0007177567000002


is established, and L ' t1 , L ' t2 and L' t3 are set as
Figure 0007177567000003


Then, formulas (1)-(3) are
Figure 0007177567000004






becomes. Arranging this gives
Figure 0007177567000005




becomes. Then, C t1 , C t2 and C t3 are
Figure 0007177567000006




and when M't is negative,
Figure 0007177567000007
As a result, the output phase voltages V t1 , V t2 , and V t3 of the inverter circuit 340 are
Figure 0007177567000008


becomes. That is, the reactance components resulting from the self-inductance and mutual inductance of each power transmission coil are cancelled. Note that if M't is positive, instead of the inductor 1360, the capacitance C0 is
Figure 0007177567000009

Equations (20)-(22) can be obtained by setting the capacitor as follows.
Also in the circuit diagram of FIG. 17, the control unit 380
M t1r :M t2r :M t3r =I t1 :I t2 :I t3
Each switching element 141a, 141b, 142a, 142b, 143a, 143b is controlled so that As understood from equations (20)-(22), the ratio of the output phase voltages V t1 , V t2 , V t3 of the inverter circuit 340 is the mutual inductance M t1r , M t2r , M Matches the ratio of t3r . Therefore, the control section 380 may control the current ratio of each power transmission coil according to the output phase voltage ratio of the inverter circuit 340 .
When the winding resistance cannot be ignored, and the resistance values of the power transmission coils are rt1 , rt2 , and rt3 , the output phase voltages Vt1 , Vt2 , and Vt3 of the inverter circuit 340 are given by
Figure 0007177567000010


is represented by Therefore, information about the resistance values r t1 , r t2 , and r t3 of the power transmission coils is acquired in advance by measurement or the like, and the ratio of mutual inductance is obtained from the values of the output phase voltage and current of the inverter circuit 340 .

また、前記各実施形態では、インバータ回路が直流電源に接続されるものを示したが、例えば図18に示すようにインバータ回路1040が交流電源1030に接続されるものであってもよく、細部の回路構成は任意に変更することができる。図18の回路図は、図1の回路図に対し、直流電源30に代えて交流電源1030を設けた点、正側コンデンサ51及び負側コンデンサ52に代えて第1回路1051及び第2回路1052を設けた点が異なっている。第1回路1051は、例えばダイオード整流回路、AC-DCコンバータ等であり、交流電源1030からの入力により直流電圧を出力する。第2回路1054は、例えばダイオード整流回路、AC-DCコンバータ、DC-DCコンバータ、バランサ付き直列コンデンサ等であり、その入力端子は正負の母線もしくは別途直流電源や交流電源に接続され、その出力端子は各送電コイル11,12,13の一端と接続され、各送電コイル11,12,13側が所定電圧となるよう設計される。この所定電圧は任意に設定することができ、交流電源1030の入力電圧をEとしたとき、所定電圧をE/2とすることができることは勿論、所定電圧を0、あるいは、Eとすることもできる。 Further, in each of the above embodiments, the inverter circuit is connected to the DC power supply, but the inverter circuit 1040 may be connected to the AC power supply 1030 as shown in FIG. The circuit configuration can be changed arbitrarily. The circuit diagram of FIG. 18 differs from the circuit diagram of FIG. The difference is that the The first circuit 1051 is, for example, a diode rectifier circuit, an AC-DC converter, or the like, and outputs a DC voltage upon input from the AC power supply 1030 . The second circuit 1054 is, for example, a diode rectifier circuit, an AC-DC converter, a DC-DC converter, a series capacitor with a balancer, or the like. is connected to one end of each of the power transmission coils 11, 12 and 13, and is designed so that each of the power transmission coils 11, 12 and 13 has a predetermined voltage. This predetermined voltage can be arbitrarily set. When the input voltage of the AC power supply 1030 is E, the predetermined voltage can be set to E/2, or the predetermined voltage can be set to 0 or E. can.

また、前記各実施形態においては、送電装置の力率補償回路の各共振コンデンサが各送電コイルと直列に接続されて直列共振回路をなすものを示したが、各共振コンデンサと各送電コイルが並列に接続されて並列共振回路をなすものであってもよいし、図19に示すようにLCL共振回路をなすものでもあってもよく、力率補償回路の構成は任意に変更できる。図19の送電装置702の力率補償回路770では、各送電コイル11,12,13の他端が、それぞれ共振インダクタ761,762,763を介して各レグ41,42,43に接続されるとともに、共振コンデンサ764,765,766を介して入力電圧の中間電圧に接続されている。 In each of the above-described embodiments, each resonant capacitor of the power factor compensation circuit of the power transmission device is connected in series with each power transmission coil to form a series resonant circuit. may be connected to form a parallel resonance circuit, or may form an LCL resonance circuit as shown in FIG. 19, and the configuration of the power factor compensation circuit may be arbitrarily changed. In the power factor compensation circuit 770 of the power transmission device 702 of FIG. 19, the other ends of the power transmission coils 11, 12 and 13 are connected to the legs 41, 42 and 43 via resonance inductors 761, 762 and 763, respectively. , are connected to the intermediate voltage of the input voltage through resonant capacitors 764 , 765 , 766 .

また、前記各実施形態においては、送電装置のリアクタンス成分がゼロとなるように各共振コンデンサのキャパシタンスを設定し、比較的低い入力電圧で電力を送電できるものを示したが、例えば、図20に示すように、各スイッチング素子41a,41b,42a,42b,43a,43bと並列にコンデンサ41d,41e,42d,42e,43d,43eを接続し、インバータ40の出力インピーダンスが遅れ力率となるよう各共振コンデンサ61,62,63のキャパシタンスを設定することで、インバータ40の動作をソフトスイッチングとして、送電効率を改善するようにすることもできる。さらに、コンデンサ41d,41e,42d,42e,43d,43eでなく各スイッチング素子41a,41b,42a,42b,43a,43bの寄生キャパシタンスを利用して、インバータ40の出力インピーダンスが遅れ力率となるよう各共振コンデンサ61,62,63のキャパシタンスを設定することもできる。 In each of the above-described embodiments, the capacitance of each resonance capacitor is set so that the reactance component of the power transmission device becomes zero, and power can be transmitted at a relatively low input voltage. As shown, capacitors 41d, 41e, 42d, 42e, 43d, and 43e are connected in parallel with switching elements 41a, 41b, 42a, 42b, 43a, and 43b so that the output impedance of inverter 40 has a lagging power factor. By setting the capacitances of the resonance capacitors 61, 62, and 63, the operation of the inverter 40 can be soft switching to improve power transmission efficiency. Further, by using the parasitic capacitances of the switching elements 41a, 41b, 42a, 42b, 43a, and 43b instead of the capacitors 41d, 41e, 42d, 42e, 43d, and 43e, the output impedance of the inverter 40 is set to a lagging power factor. The capacitance of each resonant capacitor 61, 62, 63 can also be set.

また、前記各実施形態においては、受電装置の力率補償回路の共振コンデンサが受電コイルと直列に接続されて直列共振回路をなすものを示したが、図21に示すように各共振コンデンサと各送電コイルが並列に接続されて並列共振回路をなすものであってもよいし、図22に示すようにLCL共振回路をなすものでもあってもよく、力率補償回路の構成は任意に変更できる。図21の受電装置803では、出力回路822に対し、受電コイル20及び共振コンデンサ821が並列に接続されている。また、図22の受電装置903では、出力回路923に対し、受電コイル20及び共振コンデンサ921が並列に接続されるとともに、受電コイル20の一端と出力回路923の間に共振インダクタ922が設けられている。出力回路822,923は、例えば、交流負荷、整流器又はADコンバータを介した直流負荷等とすることができる。 In each of the above-described embodiments, the resonant capacitor of the power factor compensation circuit of the power receiving device is connected in series with the power receiving coil to form a series resonant circuit. The transmission coils may be connected in parallel to form a parallel resonance circuit, or may form an LCL resonance circuit as shown in FIG. 22, and the configuration of the power factor compensation circuit may be arbitrarily changed. . In the power receiving device 803 of FIG. 21, the power receiving coil 20 and the resonant capacitor 821 are connected in parallel to the output circuit 822 . 22, the power receiving coil 20 and the resonance capacitor 921 are connected in parallel to the output circuit 923, and the resonance inductor 922 is provided between one end of the power receiving coil 20 and the output circuit 923. there is The output circuits 822 and 923 can be, for example, AC loads, DC loads via rectifiers or AD converters, or the like.

ここで、第1の実施形態の送電装置2を実施例とし、従来の構成の送電装置を比較例とし、送電効率をシミュレーションにより比較した。図23は比較例を示す送電装置の回路図、図24は実施例と比較例の送電効率を示すシミュレーション結果である。 Here, using the power transmission device 2 of the first embodiment as an example and a power transmission device having a conventional configuration as a comparative example, the power transmission efficiency was compared by simulation. FIG. 23 is a circuit diagram of a power transmission device showing a comparative example, and FIG. 24 is a simulation result showing the power transmission efficiency of the example and the comparative example.

図23に示すように、比較例の送電装置では、第1の実施形態と同様に配置された送電コイル11,12,13のいずれかに、1つのインバータ回路から電力が供給されるようにした。
図24に示すように、実施例の送電装置では、比較例の送電装置に対し、送電可能な受電コイル20の領域が拡大するとともに送電効率が向上した。特に、受電コイル20が各送電コイル11,12,13の目地の部分に位置するときに、送電効率が飛躍的に向上した。
As shown in FIG. 23, in the power transmission device of the comparative example, power is supplied from one inverter circuit to any of the power transmission coils 11, 12, and 13 arranged in the same manner as in the first embodiment. .
As shown in FIG. 24 , in the power transmission device of the example, the area of the power receiving coil 20 capable of power transmission was expanded and the power transmission efficiency was improved as compared with the power transmission device of the comparative example. In particular, when the power receiving coil 20 was positioned at the joints of the power transmitting coils 11, 12, and 13, the power transmission efficiency was dramatically improved.

以上、本発明の実施の形態を説明したが、上記に記載した実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the embodiments described above do not limit the invention according to the scope of claims. Also, it should be noted that not all combinations of features described in the embodiments are essential to the means for solving the problems of the invention.

1 ワイヤレス送電システム
2 送電装置
3 受電装置
11 送電コイル
12 送電コイル
13 送電コイル
20 受電コイル
30 直流電源
40 インバータ回路
41 レグ
42 レグ
43 レグ
44 レグ
60 インダクタ
61 共振コンデンサ
62 共振コンデンサ
63 共振コンデンサ
70 力率補償回路
80 制御部
101 ワイヤレス送電システム
102 送電装置
103 受電装置
111 送電コイル
112 送電コイル
113 送電コイル
114 送電コイル
120 受電コイル
130 直流電源
140 インバータ回路
141 レグ
142 レグ
143 レグ
144 レグ
160 インダクタ
161 共振コンデンサ
162 共振コンデンサ
170 力率補償回路
180 制御部
201 ワイヤレス送電システム
202 送電装置
260 コンデンサ
270 力率補償回路
301 ワイヤレス送電システム
302 送電装置
340 インバータ回路
360 インダクタ
361 共振コンデンサ
362 共振コンデンサ
363 共振コンデンサ
370 力率補償回路
380 制御部
390 相互インダクタンス補償回路
391 変圧器
392 変圧器
402 送電装置
440 インバータ回路
460 インダクタ
461 共振コンデンサ
462 共振コンデンサ
463 共振コンデンサ
464 共振コンデンサ
470 力率補償回路
480 制御部
490 相互インダクタンス補償回路
491 変圧器
492 変圧器
502 送電装置
511 送電コイル
512 送電コイル
513 送電コイル
514 送電コイル
515 送電コイル
516 送電コイル
517 送電コイル
518 送電コイル
519 送電コイル
560 インダクタ
561 共振コンデンサ
562 共振コンデンサ
563 共振コンデンサ
570 力率補償回路
580 制御部
581 切替スイッチ
582 切替スイッチ
583 切替スイッチ
602 送電装置
611 送電コイル
612 送電コイル
613 送電コイル
614 送電コイル
615 送電コイル
616 送電コイル
617 送電コイル
618 送電コイル
619 送電コイル
640 インバータ回路
660 インダクタ
661 共振コンデンサ
662 共振コンデンサ
663 共振コンデンサ
664 共振コンデンサ
670 力率補償回路
680 制御部
681 切替スイッチ
682 切替スイッチ
683 切替スイッチ
684 切替スイッチ
690 相互インダクタンス補償回路
702 送電装置
761 共振インダクタ
762 共振インダクタ
763 共振インダクタ
764 共振コンデンサ
765 共振コンデンサ
766 共振コンデンサ
770 力率補償回路
803 受電装置
821 共振コンデンサ
822 出力回路
903 受電装置
921 共振コンデンサ
922 共振インダクタ
923 出力回路
1111 送電コイル
1112 送電コイル
1113 送電コイル
1360 インダクタ
1361 共振コンデンサ
1362 共振コンデンサ
1363 共振コンデンサ
1370 力率補償回路
1390 相互インダクタンス補償回路
1391 変圧器
1392 変圧器
1393 変圧器
1 wireless power transmission system 2 power transmission device 3 power reception device 11 power transmission coil 12 power transmission coil 13 power transmission coil 20 power reception coil 30 DC power supply 40 inverter circuit 41 leg 42 leg 43 leg 44 leg 60 inductor 61 resonance capacitor 62 resonance capacitor 63 resonance capacitor 70 power factor Compensation circuit 80 control unit 101 wireless power transmission system 102 power transmission device 103 power reception device 111 power transmission coil 112 power transmission coil 113 power transmission coil 114 power transmission coil 120 power reception coil 130 DC power supply 140 inverter circuit 141 leg 142 leg 143 leg 144 leg 160 inductor 161 resonance capacitor 162 Resonant Capacitor 170 Power Factor Compensation Circuit 180 Control Unit 201 Wireless Power Transmission System 202 Power Transmission Device 260 Capacitor 270 Power Factor Compensation Circuit 301 Wireless Power Transmission System 302 Power Transmission Device 340 Inverter Circuit 360 Inductor 361 Resonance Capacitor 362 Resonance Capacitor 363 Resonance Capacitor 370 Power Factor Compensation Circuit 380 control unit 390 mutual inductance compensation circuit 391 transformer 392 transformer 402 power transmission device 440 inverter circuit 460 inductor 461 resonance capacitor 462 resonance capacitor 463 resonance capacitor 464 resonance capacitor 470 power factor compensation circuit 480 control unit 490 mutual inductance compensation circuit 491 transformer 492 transformer 502 power transmission device 511 power transmission coil 512 power transmission coil 513 power transmission coil 514 power transmission coil 515 power transmission coil 516 power transmission coil 517 power transmission coil 518 power transmission coil 519 power transmission coil 560 inductor 561 resonance capacitor 562 resonance capacitor 563 resonance capacitor 570 power factor compensation circuit 580 Control unit 581 changeover switch 582 changeover switch 583 changeover switch 602 power transmission device 611 power transmission coil 612 power transmission coil 613 power transmission coil 614 power transmission coil 615 power transmission coil 616 power transmission coil 617 power transmission coil 618 power transmission coil 619 power transmission coil 640 inverter circuit 660 inductor 661 resonance capacitor 662 Resonance capacitor 663 Resonance capacitor 664 Resonance capacitor 670 Power factor compensation circuit 680 Control unit 681 Changeover switch 682 Changeover switch 683 Changeover switch 684 Changeover switch 690 Mutual inductance compensation circuit 702 Power transmission device 761 Resonance inductor 762 Resonance inductor 763 Resonance inductor 764 Resonance capacitor 765 Resonance Capacitor 766 resonant capacitor 770 power factor compensation circuit 803 power receiving device 821 resonant capacitor 822 output circuit 903 power receiving device 921 resonant capacitor 922 resonant inductor 923 output circuit 1111 power transmitting coil 1112 power transmitting coil 1113 power transmitting coil 1360 inductor 1361 resonant capacitor 1362 resonant capacitor 1363 resonant capacitor 1370 power factor compensation circuit 1390 mutual inductance compensation circuit 1391 transformer 1392 transformer 1393 transformer

Claims (1)

送電コイルと受電コイルとの間でワイヤレス送電を行うワイヤレス送電システムにおける送電装置であって、
1つの前記受電コイルに対して設けられた 複数の前記送電コイルと、
所定の電源に接続され、前記各送電コイルごとに設けられ互いに並列接続された複数のレグを有し、前記各送電コイルへ電力を供給するインバータ回路と、
前記各送電コイルとともに共振回路をなす力率補償回路と、
前記インバータ回路の前記レグのスイッチング素子を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、1つの前記受電コイルへのワイヤレス送電時に前記各送電コイルへそれぞれ電流を流し、
前記各送電コイルの一端側は、互いに接続され、
前記各送電コイルの一端側の接続部分は、前記インバータ回路における所定電圧の部分に接続され、
前記力率補償回路は、前記各送電コイルごとに設けられ前記各送電コイルと直列に接続されたコンデンサを含む直列共振回路、前記各送電コイルごとに設けられ前記各送電コイルと並列に接続されたコンデンサを含む並列共振回路、または、前記各送電コイルごとに設けられ前記各送電コイルと直列に接続されたインダクタ及び前記各送電コイルごとに設けられ前記各送電コイルと並列に接続されたコンデンサを含むLCL共振回路を有するとともに、前記各送電コイルの一端側の接続部分と前記インバータ回路における前記所定電圧の部分との間に介在するインダクタ又はコンデンサを有し、
前記制御部は、前記各送電コイルの電流の比が、前記各送電コイルと前記受電コイルの間の相互インダクタンスの比となるように、前記各送電コイルの電流を制御するワイヤレス送電システムの送電装置。
A power transmission device in a wireless power transmission system that performs wireless power transmission between a power transmission coil and a power reception coil,
provided for one of the receiving coils a plurality of the power transmission coils;
an inverter circuit connected to a predetermined power supply, having a plurality of legs provided for each of the power transmission coils and connected in parallel with each other, and supplying power to each of the power transmission coils;
a power factor compensation circuit forming a resonance circuit together with each of the power transmission coils;
A control unit that controls the switching element of the leg of the inverter circuit,
The control unit applies a current to each of the power transmitting coils during wireless power transmission to one of the power receiving coils,
one end sides of the power transmission coils are connected to each other;
A connection portion on one end side of each power transmission coil is connected to a predetermined voltage portion in the inverter circuit,
The power factor compensation circuit includes a series resonance circuit including a capacitor provided for each power transmission coil and connected in series with each power transmission coil, and a series resonance circuit provided for each power transmission coil and connected in parallel with each power transmission coil. A parallel resonant circuit including a capacitor, or an inductor provided for each power transmission coil and connected in series with each power transmission coil, and a capacitor provided for each power transmission coil and connected in parallel with each power transmission coil. Having an LCL resonance circuit and having an inductor or a capacitor interposed between a connection portion on one end side of each of the power transmission coils and the predetermined voltage portion of the inverter circuit,
The control unit controls the currents of the power transmission coils so that the ratio of the currents of the power transmission coils becomes the ratio of mutual inductance between the power transmission coils and the power reception coils. .
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