JP7261517B1 - インピーダンス変換装置 - Google Patents
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Abstract
Description
互いに異なるインピーダンスを有する電源と負荷との間をインピーダンス整合するように接続するインピーダンス変換装置であって、
共振周波数が同一のLC共振器又はオープンリング共振器からなる共振器対を有し、
前記共振器対は、下記の式(X1)を充足するように設定され、電磁的な共鳴を利用して、前記電源側から送出される交流信号を前記負荷側に伝達する、
インピーダンス変換装置である。
Qe1=Qe2=1/k …式(X1)
(但し、Qe1:送電側共振器の外部Q、Qe2:受電側共振器の外部Q、k:送電側共振器と受電側共振器との間の結合係数)
互いに異なるインピーダンスを有する電源と負荷との間をインピーダンス整合するように接続するインピーダンス変換装置であって、
前記電源と前記負荷との間を中継するインピーダンス線路と、
前記インピーダンス線路の一端と前記電源とを電気接続するように配設された、共振周波数が同一のLC共振器又はオープンリング共振器からなる第1の共振器対と、
前記インピーダンス線路の他端と前記負荷とを電気接続するように配設された、共振周波数が同一のLC共振器又はオープンリング共振器からなる第2の共振器対と、
を備え、
前記第1の共振器対及び前記第2の共振器対は、それぞれ、下記の式(X2)を充足するように設定され、電磁的な共鳴を利用して、前記電源側から送出される交流信号を前記負荷側に伝達する、
インピーダンス変換装置である。
Qe1=Qe2=1/k …式(X2)
(但し、Qe1:送電側共振器の外部Q、Qe2:受電側共振器の外部Q、k:送電側共振器と受電側共振器との間の結合係数)
ところで、上記したように、近年、パワーエレクトロニクスにおいては、小型化、軽量化及び低価格化などの要請があり、かかる要請に応えるため、パワーエレクトロニクスの電力伝送で用いられる交流信号の信号周波数はkHzからMHz、GHz帯へと広がっている。その際、これまで通信分野でしか考慮されなかったインピーダンス線路による機器間の接続をパワーエレクトロニクスにも適用せざるを得なくなる。しかしながら、パワーエレクトロニクスでは通信で使うような50Ωという一定のインピーダンスでの接続標準化では、応用(即ち、電源や負荷の機器特性)が大幅に制限されてしまう。又、上記したように、機械式コネクタ接続は、接触不良や水分による漏電や劣化の点で、大電力では特に問題となる。
電源5と負荷6との間を中継するインピーダンス線路Mcと、
インピーダンス線路Mcの一端と電源5とを電気接続するように配設された、共振周波数が同一のLC共振器又はオープンリング共振器からなる第1の共振器対(以下、「電源側共振器対」とも称する)Maと、
インピーダンス線路Mcの他端と負荷6とを電気接続するように配設された、共振周波数が同一のLC共振器又はオープンリング共振器からなる第2の共振器対(以下、「負荷側共振器対」とも称する)Mbと、
を備え、
前記第1の共振器対Ma及び前記第2の共振器対Mbは、それぞれ、下記の式(14)を充足するように設定され、電磁的な共鳴を利用して、電源5側から送出される交流信号を負荷6側に伝達する。
Qe1=Qe2=1/k …(14)
(但し、Qe1:送電側共振器の外部Q、Qe2:受電側共振器の外部Q、k:送電側共振器と受電側共振器との間の結合係数)
次に、本発明に係るケーブル接続型インピーダンス変換装置Mのより好適な適用例について、説明する。
本発明に係るケーブル接続型インピーダンス変換装置Mは、オープンリング共振器を用いた共鳴送電にも適用可能である。
以上のように、本発明に係るインピーダンス変換装置Mによれば、共鳴する2つの共振器間での最平坦特性を利用したインピーダンス整合を行うため、インピーダンス整合のための各回路部品のインピーダンスの選定を大幅に緩和すると共に、回路部品や使用環境の若干の特性ばらつきがあっても100%透過を実現できる。即ち、本発明に係るインピーダンス変換装置Mにおいては、接続対象機器のインピーダンスにあわせたインピーダンス変換装置を用意することで、無調整で接続対象機器への接続が可能となる。
UA 送電装置
UB 受電装置
1 送電側コイル
2 受電側コイル
3 送電側キャパシタ
4 受電側キャパシタ
5 電源
6 負荷
111 送電側オープンリング共振器
211 受電側オープンリング共振器
Ma 電源側共振器対
Mb 負荷側共振器対
Mc インピーダンス線路
Claims (6)
- 電源に接続された第1の共振器と、
インピーダンス線路に接続された第2の共振器と、
前記インピーダンス線路に接続された第3の共振器と、
負荷に接続された第4の共振器と、
を有し、
前記第1の共振器と前記第2の共振器とで構成される第1の共振器対は、下記の式(1)を充足するような外部Qに事前に設定されており、
前記第3の共振器と前記第4の共振器とで構成される第2の共振器対は、下記の式(2)を充足するような外部Qに事前に設定されている、
電源から負荷へ電磁的な共鳴を利用して電力を伝送するインピーダンス変換装置。
Q e1 =Q e2 =1/k 1 …式(1)
(但し、Q e1 :第1の共振器の外部Q、Q e2 :第2の共振器の外部Q、k 1 :第1の共振器と第2の共振器との間の結合係数)
Q e3 =Q e4 =1/k 2 …式(2)
(但し、Q e3 :第3の共振器の外部Q、Q e4 :第4の共振器の外部Q、k 2 :第3の共振器と第4の共振器との間の結合係数) - 電源に接続された第1の共振器と負荷に接続された第4の共振器の間に配置され、電磁的な共鳴を利用する非接触電力伝送システムに用いるインピーダンス変換装置であって、
インピーダンス線路に接続され、前記第1の共振器とで共振器対を構成する第2の共振器と、
前記インピーダンス線路に接続され、前記第4の共振器とで共振器対を構成する第3の共振器と、
を有し、
前記第2の共振器は、下記の式(1)を充足するような外部Qに事前に設定されており、
前記第3の共振器は、下記の式(2)を充足するような外部Qに事前に設定されている、
インピーダンス変換装置。
Q e1 =Q e2 =1/k 1 …式(1)
(但し、Q e1 :第1の共振器の外部Q、Q e2 :第2の共振器の外部Q、k 1 :第1の共振器と第2の共振器との間の結合係数)
Q e3 =Q e4 =1/k 2 …式(2)
(但し、Q e3 :第3の共振器の外部Q、Q e4 :第4の共振器の外部Q、k 2 :第3の共振器と第4の共振器との間の結合係数) - 各共振器は、キャパシタとコイルとからなるLC共振器であり、
前記LC共振器は、前記コイルに並列に接続される第1キャパシタと、前記コイル及び第1キャパシタの並列回路に対して直列に接続される第2キャパシタとを有している、又は、
前記LC共振器は、前記コイルに直列に接続される第3キャパシタと、前記コイル及び第3キャパシタの直列回路に対して並列に接続される第4キャパシタとを有している、
請求項1又は2に記載のインピーダンス変換装置。 - 各共振器は、オープンリング共振器であり、
前記オープンリング共振器は、自身に電気接続される入出力線路のポート角度(但し、ポート角度は、前記オープンリング共振器のリング周方向において、前記オープンリング共振器と前記入出力線路とが電気接続する位置を表す)が所定位置に設定されている、
請求項1又は2に記載のインピーダンス変換装置。 - 前記電源は、ゼロオーム電源であり、
前記負荷は、当該負荷での反射が前記電源側に戻らないように接続されている、
請求項1又は2に記載のインピーダンス変換装置。 - 各共振器対を構成する共振器同士の位置関係を所定の関係に拘束する位置決め機構を有する、
請求項1又は2に記載のインピーダンス変換装置。
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大野泰夫、伊藤弘子,容量分割により外部Qを調整する磁界共鳴送電,信学技報,一般社団法人電子情報通信学会,2022年02月28日,Vol. 121, No. 414,p. 21-24,ISSN: 0913-5685, 2432-6380 |
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