KR101191824B1 - 비접촉 전력 전송 장치 및 그 설계 방법 - Google Patents

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Abstract

비접촉 전력 전송 장치가 개시된다. 당해 비접촉 전력 전송 장치는, 교류 전원과 공명계를 구비한다. 상기 공명계는, 상기 교류 전원에 접속되는 1차 코일과, 1차측 공명 코일과, 2차측 공명 코일과, 부하가 접속되는 2차 코일을 갖는다. 비접촉 전력 전송 장치는, 제1 콘덴서와 제2 콘덴서를 구비한다. 상기 1차측 공명 코일과 상기 제1 콘덴서와의 공진 주파수인 제1 공진 주파수는, 상기 2차측 공명 코일과 상기 제2 콘덴서와의 공진 주파수인 제2 공진 주파수와 동일해지도록 설정된다. 상기 교류 전원의 교류 전압의 주파수는, 상기 제1 공진 주파수 및 상기 제2 공진 주파수와 일치하도록 설정된다.

Description

비접촉 전력 전송 장치 및 그 설계 방법{NON-CONTACT POWER TRANSMISSION APPARATUS AND DESIGN METHOD}
본 발명은 비접촉 전력 전송 장치 및 그 설계 방법에 관한 것으로, 상세하게는 공명(resonance)형의 비접촉 전력 전송 장치 및 그 설계 방법에 관한 것이다.
도 5는, 제1 구리선 코일(51)로부터 당해 제1 구리선 코일(51)에 대하여 떨어뜨려 배치된 제2 구리선 코일(52)에 전자장의 공명에 의해 전력을 전송하는 비접촉 전력 전송 장치의 개요를 나타내고 있다. 이러한 장치는, 예를 들면 비특허문헌 1 및 특허문헌 1에 개시되어 있다. 도 5에 있어서, 교류 전원(53)에 접속된 1차 코일(54)에서 발생한 자장(magnetic field)을, 제1 및 제2 구리선 코일(51, 52)에 의한 자장 공명에 의해 증강하고, 제2 구리선 코일(52) 부근의 증강된 자장의 전자 유도 작용을 통하여 2차 코일(55)에 발생한 전력을 부하(56)에 공급한다. 반경 30cm의 제1 및 제2 구리선 코일(51, 52)을 서로 2m 떨어뜨려 배치한 경우에, 부하(56)로서의 60W의 전등을 점등할 수 있는 것이 확인되고 있다.
국제공개특허 WO/2007/008646 A2
NIKKEI ELECTRONICS 2007.12.3 117페이지～128페이지
도 5에 나타내는 공명형 비접촉 전력 전송 장치에 있어서, 공명 코일인 각 구리선 코일(51, 52)의 양단은 개방되어 있기 때문에, 공명계의 공진 주파수는 제1 및 제2 구리선 코일(51, 52)의 인덕턴스 및 부유 용량(stray capacitance)에 의해 결정된다. 이 때문에, 공명계의 공진 주파수를 예측하는 것은 어렵고, 실제로 공진 주파수를 측정하는 것에 의해서만 당해 공진 주파수를 파악할 수 있다. 공명형 비접촉 전력 전송 장치에 있어서 교류 전원(53)의 전력을 부하(56)에 효율 좋게 공급하려면, 교류 전원(53)은 공명계의 공진 주파수에 적합한 주파수로 교류 전압을 출력할 필요가 있다. 그러나, 공명계의 공진 주파수를 실제로 측정하는 것은 수고가 든다. 예를 들면, 교류 전원이 ISM대(industrial, scientific and medical radio band)와 같은 특정의 주파수를 갖는 교류 전압을 출력하도록 비접촉 전력 전송 장치를 설계하는 경우, 임시로 설정한 사양으로 동(同) 장치를 제조한 후에 공명계의 실제의 공진 주파수를 측정하고, 측정한 공진 주파수가 소망하는 공진 주파수에 대응할 수 있는지 없는지를 확인하여, 대응할 수 없는 경우는 공명 코일의 사양을 변경하지 않으면 안 되어, 수고가 든다는 문제가 있다.
본 발명의 목적은, 공명계의 공진 주파수를 실제로 측정하는 일 없이, 소망하는 공진 주파수로 용이하게 설정할 수 있음과 함께 교류 전원의 전력을 부하에 효율 좋게 공급할 수 있는 비접촉 전력 전송 장치 및 그 설계 방법을 제공하는 것에 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 제1 실시 형태에 따라, 비접촉 전력 전송 장치가 제공된다. 당해 비접촉 전력 전송 장치는 교류 전원과 공명계를 구비한다. 상기 공명계는, 상기 교류 전원에 접속되는 1차 코일과, 1차측 공명 코일과, 2차측 공명 코일과, 부하가 접속되는 2차 코일을 갖는다. 비접촉 전력 전송 장치는 제1 콘덴서와 제2 콘덴서를 구비한다. 제1 콘덴서는 상기 1차측 공명 코일에 대하여 병렬로 접속된다. 제2 콘덴서는 상기 2차측 공명 코일에 대하여 병렬로 접속된다. 상기 1차측 공명 코일과 상기 제1 콘덴서와의 공진 주파수인 제1 공진 주파수는, 상기 2차측 공명 코일과 상기 제2 콘덴서와의 공진 주파수인 제2 공진 주파수와 동일해지도록 설정된다. 상기 교류 전원의 교류 전압의 주파수는, 상기 제1 공진 주파수 및 상기 제2 공진 주파수와 일치하도록 설정된다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 제2 실시 형태에 따라, 비접촉 전력 전송 장치의 설계 방법이 제공된다. 비접촉 전력 전송 장치는 교류 전원과 공명계를 구비한다. 상기 공명계는, 상기 교류 전원에 접속되는 1차 코일과, 1차측 공명 코일과, 2차측 공명 코일과, 부하가 접속되는 2차 코일을 갖는다. 상기 설계 방법은, 상기 1차측 공명 코일에 대하여 제1 콘덴서를 병렬로 접속하는 것과, 상기 2차측 공명 코일에 대하여 제2 콘덴서를 병렬로 접속하는 것과, 상기 1차측 공명 코일과 상기 제1 콘덴서와의 공진 주파수인 제1 공진 주파수를, 상기 2차측 공명 코일과 상기 제2 콘덴서와의 공진 주파수인 제2 공진 주파수와 동일해지도록 설정하는 것과, 상기 1차측 및 2차측 공명 코일의 사양 및, 상기 제1 및 제2 콘덴서의 사양을 각각 설정하는 것과, 상기 제1 및 제2 공진 주파수를 각각 산출하는 것과, 상기 교류 전원의 출력 전압의 주파수를, 상기 제1 및 제2 공진 주파수와 일치하도록 조정하는 것을 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 비접촉 전력 전송 장치의 개략 구성도이다.
도 2는 공명 코일에 콘덴서를 접속하지 않는 경우의 공명계의 입력 임피던스 및 전력 전송 효율과, 교류 전원의 교류 전압의 주파수와의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 3은 공명 코일에 콘덴서를 접속한 경우의 공명계의 입력 임피던스 및 전력 전송 효율과, 교류 전원의 교류 전압의 주파수와의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 4는 1차측 공명 코일 및 2차측 공명 코일의 다른 예를 나타내는 개략도이다.
도 5는 종래의 비접촉 전력 전송 장치의 개략 구성도이다.
(발명을 실시하기 위한 형태)
이하, 본 발명의 비접촉 전력 전송 장치(10)에 따른 일 실시 형태를 도 1～도 3에 따라서 설명한다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 비접촉 전력 전송 장치(10)는, 교류 전원(11)으로부터 공급되는 전력을 비접촉으로 부하(17)에 전송하는 공명계(12)를 구비한다. 공명계(12)는, 교류 전원(11)에 접속되는 1차 코일(13)과, 1차측 공명 코일(14)과, 2차측 공명 코일(15)과, 2차 코일(16)을 갖는다. 2차 코일(16)은 부하(17)에 접속되어 있다. 교류 전원(11)은 교류 전압을 1차 코일(13)에 공급한다. 이 교류 전원(11)은, 직류 전원으로부터 입력된 직류 전압을 교류 전압으로 변환하여 1차 코일(13)에 공급하는 것이라도 좋다. 교류 전원(11)이 출력하는 교류 전압의 주파수는 자유롭게 바꿀 수 있도록 되어 있다.
1차측 공명 코일(14) 및 2차측 공명 코일(15)에는 각각 콘덴서(18)가 병렬로 접속되어 있다. 1차측 공명 코일(14)과 당해 1차측 공명 코일(14)에 접속되는 콘덴서(18)와의 공진 주파수(제1 공진 주파수) 및, 2차측 공명 코일(15)과 당해 2차측 공명 코일(15)에 접속되는 콘덴서(18)와의 공진 주파수(제2 공진 주파수)는 동일해지도록 설정되어 있다. 이하, 2개의 콘덴서(18) 중 1차측 공명 코일(14)에 대하여 병렬로 접속되는 콘덴서(18)를 제1 콘덴서(18)라고 하고, 2차측 공명 코일(15)에 대하여 병렬로 접속되는 콘덴서(18)를 제2 콘덴서(18)라고 한다. 1차측 공명 코일(14) 및 2차측 공명 코일(15)의 사양은 동일하다. 양 콘덴서(18)는 가변 콘덴서이며, 양 콘덴서(18)의 용량치가 서로 동일해지도록 조정되어 있다. 그리고, 교류 전원(11)의 출력 전압의 주파수가, 1차측 공명 코일(14)과 제1 콘덴서(18)와의 공진 주파수 및, 2차측 공명 코일(15)과 제2 콘덴서(18)와의 공진 주파수와 일치하도록 설정되어 있다.
비접촉 전력 전송 장치(10)는, 교류 전원(11)으로부터 1차 코일(13)에 교류 전압을 인가함으로써 1차 코일(13)에 자장을 발생시킨다. 비접촉 전력 전송 장치(10)는, 1차 코일(13)에서 발생한 자장을 1차측 공명 코일(14)과 2차측 공명 코일(15)에 의한 자장 공명에 의해 증강하고, 2차측 공명 코일(15) 부근의 증강된 자장의 전자 유도 작용을 통하여 2차 코일(16)에 전력을 발생시켜, 당해 전력을 부하(17)에 공급한다.
1차 코일(13), 1차측 공명 코일(14), 2차측 공명 코일(15) 및 2차 코일(16)은 전선에 의해 형성되어 있다. 각 코일(13, 14, 15, 16)을 구성하는 전선에는, 예를 들면, 절연 비닐 피복선이 사용된다. 각 코일(13, 14, 15, 16)의 지름이나 권선수(number of turns)는, 전송해야 할 전력의 크기 등에 대응하여 적절히 설정된다. 이 실시 형태에서는, 1차 코일(13), 1차측 공명 코일(14), 2차측 공명 코일(15) 및 2차 코일(16)은 동일한 지름으로 형성되어 있다.
다음으로 상기 비접촉 전력 전송 장치(10)의 설계 방법 및 제조 방법을 설명한다.
우선, 공명계(12)를 구성하는 1차측 공명 코일(14) 및 2차측 공명 코일(15)의 사양을 설정한다. 사양으로서는, 예를 들면, 1차측 공명 코일(14) 및 2차측 공명 코일(15)을 구성하는 전선의 재질 외에, 전선의 굵기, 코일의 지름, 권선수, 양 공명 코일(14, 15)간의 거리 등과 같은 양 공명 코일(14, 15)을 제작 및 설치하는 데에 필요한 값이 있다. 다음으로, 1차 코일(13) 및 2차 코일(16)의 사양을 설정한다. 사양으로서는, 양 코일(13, 16)을 구성하는 전선의 재질 외에, 전선의 굵기, 코일의 지름, 권선수가 있다. 통상은 전선으로서 구리선이 사용된다.
다음으로, 공명계(12)의 공진 주파수를 설정한다. 공진 주파수로서는, 예를 들면, 2～7MHz의 주파수가 사용된다. 그리고, 설정된 사양의 1차측 공명 코일(14) 및 2차측 공명 코일(15)의 각각에 콘덴서(18)를 병렬로 접속한 후에, 1차측 공명 코일(14)과 제1 콘덴서(18)와의 공진 주파수 및, 2차측 공명 코일(15)과 제2 콘덴서(18)와의 공진 주파수를, 각각 예정된 공명계(12)의 공진 주파수와 일치시키기 위한 콘덴서(18)의 용량치를 각각 산출한다. 그리고, 그와 같이 산출된 용량치에 각 콘덴서(18)의 용량치가 일치하도록 각 콘덴서(18)의 용량치를 조정하여, 비접촉 전력 전송 장치(10)의 설계가 종료된다. 이 설계 방법은, 실험을 통하여 발명자들이 얻은 「공명 코일(1차측 공명 코일(14) 및 2차측 공명 코일(15))에 콘덴서(18)를 각각 병렬로 접속한 경우, 공명계(12)의 공진 주파수가, 1차측 공명 코일(14)과 제1 콘덴서(18)와의 공진 주파수 및, 2차측 공명 코일(15)과 제2 콘덴서(18)와의 공진 주파수와 대체로 일치한다」라는 제1 인식 및, 「공명계(12) 전체의 전력 전송 특성은, 1차 코일(13)의 임피던스에 영향받지 않는다」라는 제2 인식에 기초한다.
제1 인식의 뒷받침이 되는 측정 결과를 도 2 및 도 3의 그래프에 나타낸다. 도 2 및 도 3은, 부하(17)로서 저항값 50Ω의 저항을 2차 코일(16)에 접속하고, 교류 전원(11)로부터 1차 코일(13)에 공급되는 정현파 교류 전압의 주파수를 바꾼 경우의 공명계(12)의 입력 임피던스(Zin) 및 전력 전송 효율(η)의 측정 결과이다. 도 2는, 1차측 공명 코일(14) 및 2차측 공명 코일(15)에 각각 콘덴서(18)를 접속하지 않는 경우의 측정 결과를 나타낸다. 도 3은, 1차측 공명 코일(14) 및 2차측 공명 코일(15)에 각각 콘덴서(18)를 접속한 경우의 측정 결과를 나타낸다.
공명계(12)를 구성하는 각 코일(13, 14, 15, 16)의 전선으로서 사이즈(단면적)가 0.5sq(평방 mm)의 자동차용 박육(thin-walled) 비닐 절연 저압 전선(AVS선)을 사용하고 있다. 또한, 1차 코일(13), 1차측 공명 코일(14), 2차측 공명 코일(15) 및 2차 코일(16)을 다음의 사양으로 형성했다.
1차 코일(13) 및 2차 코일(16): 권선수…2권, 지름…직경 300mm, 밀권(closely wound)
양 공명 코일(14, 15): 권선수…45권, 지름…직경 300mm, 밀권
1차측 공명 코일(14)과 2차측 공명 코일(15)과의 사이의 거리: 200mm
그리고, 입력 전압으로서 교류 전원(11)으로부터 10Vpp(진폭 5V), 주파수 1MHz～7MHz의 정현파 교류 전압을 1차 코일(13)에 공급했다.
또한, 전력 전송 효율(η)은 1차 코일(13)로의 입력 전력에 대한 부하(17)에서의 소비 전력의 비율을 나타내고, ％로 나타내는 경우는 다음과 같이 하여 구할 수 있다.
전력 전송 효율(η)＝(부하에서의 소비 전력)/(1차 코일(13)로의 입력 전력)×100[％]
도 2에 나타내는 바와 같이, 공명 코일(14, 15)에 각각 콘덴서(18)를 접속하지 않는 경우에 있어서, 공명계(12)의 입력 임피던스(Zin)는 2개의 극대점 및 2개의 극소점을 발생하도록 변화했다. 입력 임피던스(Zin)에 있어서의 2개의 극대점 및 2개의 극소점 중, 입력 전압(교류 전원(11)의 교류 전압)의 주파수가 낮은 쪽의 극대점은 병렬 공진을 나타내고, 동 입력 전압의 주파수가 높은 쪽의 극소점은 직렬 공진을 나타낸다. 공명계(12)의 공진 주파수, 즉 전력 전송 효율(η)이 피크가 되는 입력 전압의 주파수는, 병렬 공진을 나타내는 입력 임피던스(Zin)의 극대점에 대응되는 주파수와, 직렬 공진을 나타내는 입력 임피던스(Zin)의 극소점에 대응되는 주파수와의 사이의 값이 된다.
한편, 도 3에 나타내는 바와 같이, 공명 코일(14, 15)에 각각 콘덴서(18)를 접속한 경우에 있어서, 공명계(12)의 입력 임피던스(Zin)는 1개의 극대점 및 1개의 극소점을 발생하도록 변화했다. 또한, 공명계(12)의 공진 주파수, 즉 전력 전송 효율(η)이 피크가 되는 입력 전압의 주파수와, 병렬 공진을 나타내는 입력 임피던스(Zin)의 극대점에 대응되는 입력 전압의 주파수가 거의 일치했다. 2차 코일(16)에 접속되는 부하(17)의 저항값을 바꾸어 동일한 측정을 행한 경우도, 동일한 결과를 얻을 수 있었다. 따라서, 교류 전원(11)의 교류 전압의 주파수를, 1차측 공명 코일(14)과 제1 콘덴서(18)와의 공진 주파수 및, 2차측 공명 코일(15)과 제2 콘덴서(18)와의 공진 주파수에 각각 일치하도록 설정하면, 공명계(12)의 공진 주파수를 측정하지 않더라도, 당해 공진 주파수로 교류 전원(11)의 교류 전력을 부하(17)에 전송할 수 있다. 또한, 공명 코일(14, 15)에 각각 콘덴서(18)를 접속한 경우의 공명계(12)의 공진 주파수는, 콘덴서(18)를 접속하지 않는 경우에 비교하여 낮아졌다.
비접촉 전력 전송 장치(10)를 제조하는 경우는, 설정된 사양으로 1차 코일(13), 1차측 공명 코일(14), 2차측 공명 코일(15) 및 2차 코일(16)을 형성하고, 공명계(12)를 조립한다. 그 후, 1차측 공명 코일(14) 및 2차측 공명 코일(15)에 각각 병렬로 접속된 콘덴서(18)의 용량치를 설계상 설정된 용량치가 되도록 조정한다. 또한, 1차 코일(13)에 인가되는 교류 전원(11)의 교류 전압의 주파수를, 1차측 공명 코일(14)과 제1 콘덴서(18)와의 공진 주파수 및, 2차측 공명 코일(15)과 제2 콘덴서(18)와의 공진 주파수에 각각 일치하도록 설정한다. 「교류 전원(11)의 교류 전압의 주파수를, 1차측 공명 코일(14)과 제1 콘덴서(18)와의 공진 주파수 및, 2차측 공명 코일(15)과 제2 콘덴서(18)와의 공진 주파수에 각각 일치하도록 설정한다」란, 교류 전원(11)의 교류 전압의 주파수가, 1차측 공명 코일(14)과 제1 콘덴서(18)와의 공진 주파수 및, 2차측 공명 코일(15)과 제2 콘덴서(18)와의 공진 주파수와 각각 완전하게 일치하는 것만을 의미하지 않는다. 예를 들면, 비접촉 전력 전송 장치(10)의 전력 전송 효율 80％ 이상, 또는, 1차 코일(13)로부터 교류 전원(11)으로의 반사 전력이 5％ 이하 등과 같은, 비접촉 전력 전송 장치로서 소망하는 성능을 달성하는 범위 내라면, 교류 전원(11)의 교류 전압의 주파수와, 1차측 공명 코일(14)과 제1 콘덴서(18)와의 공진 주파수(혹은 2차측 공명 코일(15)과 제2 콘덴서(18)와의 공진 주파수)와의 차이는 허용된다. 예를 들면, 교류 전원(11)의 교류 전압의 주파수와, 1차측 공명 코일(14)과 제1 콘덴서(18)와의 공진 주파수(혹은 2차측 공명 코일(15)과 제2 콘덴서(18)와의 공진 주파수)와의 차이가 ±10％의 범위 내, 바람직하게는 ±5％의 범위 내, 또는 ±500kHz의 범위 내이면 좋고, 이러한 범위의 차이라면 양 주파수는 일치된 것으로 한다.
본 실시 형태는 이하의 이점을 갖는다.
(1) 비접촉 전력 전송 장치(10)는, 교류 전원(11)과 공명계(12)를 구비하고, 공명계(12)는, 교류 전원(11)에 접속된 1차 코일(13)과, 1차측 공명 코일(14)과, 2차측 공명 코일(15)과, 부하(17)가 접속되는 2차 코일(16)을 갖는다. 1차측 공명 코일(14) 및 2차측 공명 코일(15)에는 각각 콘덴서(18)가 병렬로 접속된다. 1차측 공명 코일(14)과 제1 콘덴서(18)와의 공진 주파수 및, 2차측 공명 코일(15)과 제2 콘덴서(18)와의 공진 주파수는 동일해지도록 설정되어 있다. 또한, 교류 전원(11)의 교류 전압의 주파수를, 각 공명 코일(1차측 공명 코일(14) 및 2차측 공명 코일(15))과 그것에 대응되는 콘덴서(18)와의 공진 주파수와 일치하도록 설정한다. 각 공명 코일(14, 15)과 콘덴서(18)와의 공진 주파수는, 1차측 공명 코일(14) 및 2차측 공명 코일(15)의 사양과 콘덴서(18)의 용량치가 정해지면 산출할 수 있기 때문에, 비접촉 전력 전송 장치(10)의 공진 주파수를 실제로 측정하는 일 없이 교류 전원(11)으로부터 출력된 전력을 부하(17)에 효율 좋게 공급할 수 있다. 또한, 예를 들면, 공명 코일(14, 15)의 사양과 교류 전원(11)의 교류 전압의 주파수가 결정된 조건하에서 비접촉 전력 전송 장치(10)를 설계해야 하는 경우, 각 공명 코일(14, 15)과 콘덴서(18)와의 공진 주파수가 공명계(12)의 공진 주파수와 일치하는 용량치를 갖는 콘덴서(18)를 사용함으로써, 비접촉 전력 전송 장치(10)를 용이하게 설계할 수 있다. 또한, 공명계(12)의 공진 주파수로서, 오로지 통신 이외의 목적으로 전파를 이용하는 용도를 위해 설정되어 있는 IMS대의 주파수로 하는 설계도 용이해진다.
(2) 콘덴서(18)로서 가변 콘덴서가 사용되고 있다. 공명 코일(14, 15)의 사양과 교류 전원(11)의 교류 전압의 주파수가 정해진 조건하에서 비접촉 전력 전송 장치(10)를 제조하는 경우, 그 교류 전압의 주파수를 공명계(12)의 공진 주파수와 일치시키려면, 각 공명 코일(14, 15)과 콘덴서(18)와의 공진 주파수가, 공명계(12)의 공진 주파수와 일치하는 용량치를 갖는 콘덴서(18)를 사용할 필요가 있다. 그런데, 용량치가 고정된 콘덴서를 사용하는 경우, 요구되는 용량치를 갖는 콘덴서가 시판되고 있지 않는 경우가 있다. 콘덴서(18)로서 시판품을 사용하지 않고, 소망하는 용량치를 갖는 콘덴서를 특별히 주문하거나 스스로 제조하거나 하면 비접촉 전력 전송 장치(10)의 비용이 비싸진다. 당해 비용이 비싸지는 것을 회피하려면, 시판의 콘덴서의 용량치에 맞추어, 교류 전원(11)의 교류 전압의 주파수, 또는, 공명 코일(14, 15)의 사양을 변경하지 않으면 안 되게 된다. 그러나, 콘덴서(18)로서 가변 콘덴서를 사용하면, 시판의 콘덴서를 사용하여 교류 전원(11)의 교류 전압의 주파수를, 각 공명 코일(14, 15)과 콘덴서(18)와의 공진 주파수에 일치시킬 수 있다. 또한, 공명 코일(14, 15)의 사양이 상이한 비접촉 전력 전송 장치(10)를 제조하는 경우에서도, 가변 콘덴서(18)의 용량치를 변경함으로써 대응할 수 있기 때문에, 공명 코일(14, 15)의 사양에 맞추어 용량치가 상이한 복수의 콘덴서를 준비할 필요가 없다.
(3) 1차측 공명 코일(14) 및 2차측 공명 코일(15)에 각각 콘덴서(18)가 접속되어 있는 경우, 공명계(12)의 공진 주파수는, 1차측 공명 코일(14) 및 2차측 공명 코일(15)에 각각 콘덴서(18)가 접속되어 있지 않은 경우에 비하여 작아진다. 그 때문에, 교류 전원(11)으로서 염가의 것을 사용할 수 있다. 또한, 콘덴서(18)를 접속한 경우, 콘덴서(18)를 접속하지 않는 경우에 비하여 1차측 공명 코일(14) 및 2차측 공명 코일(15)을 소형화할 수 있다.
본 발명은 상기 실시 형태로 한정되는 것은 아니고, 예를 들면, 다음과 같이 구체화해도 좋다.
콘덴서(18)는 가변 콘덴서에 한하지 않고, 용량치가 고정된 콘덴서를 사용해도 좋다. 소망하는 고정된 용량치를 갖는 콘덴서가 시판품으로서 존재하면, 가변 콘덴서를 사용하는 경우에 비하여 비접촉 전력 전송 장치(10)의 비용을 낮출 수 있다.
교류 전원(11)은, 그 교류 전압의 주파수를 자유롭게 바꿀 수 있는 구성에 한하지 않고, 일정한 주파수를 갖는 교류 전압을 출력하는 것이라도 좋다.
2차 코일(16)에, 복수 단계로 사용 전력을 변경 가능한 부하(17)가 접속된 비접촉 전력 전송 장치(10)에 있어서, 양 콘덴서(18)의 용량치를 복수 단계의 사용 전력에 맞추어 조정 가능한 구성으로 해도 좋다.
전선을 권회하여 코일(13, 14, 15, 16)을 형성하는 경우, 각 코일(13, 14, 15, 16)의 형상은 원통형으로 한정되지 않는다. 예를 들면, 삼각통 형상, 사각통 형상, 육각통 형상 등의 다각통 형상이나 타원통 형상 등의 단순한 형상의 통 형상으로 하거나, 또는, 대칭 도형이 아닌 형상의 단면을 갖는 통 형상으로 하거나 해도 좋다.
1차측 공명 코일(14) 및 2차측 공명 코일(15)은, 전선이 통 형상으로 권회된 코일에 한하지 않고, 예를 들면, 도 4에 나타내는 바와 같이, 전선이 일 평면 상에 권회된 형상으로 해도 좋다.
코일(13, 14, 15, 16)은 각각, 전선이 밀권되어 인접하는 권회부가 접촉하는 구성이라도 좋고, 권회부가 접촉하지 않도록 권회부의 간격을 벌려 전선이 권회된 구성이라도 좋다.
1차 코일(13), 1차측 공명 코일(14), 2차측 공명 코일(15) 및 2차 코일(16)이 모두 동일한 지름으로 형성되어 있을 필요는 없다. 예를 들면, 1차측 공명 코일(14) 및 2차측 공명 코일(15)은 동일한 지름이고, 1차 코일(13) 및 2차 코일(16)은 상이하거나, 혹은 양 공명 코일(14, 15)과는 상이한 지름으로 해도 좋다.
코일(13, 14, 15, 16)을 구성하는 전선은, 절연 비닐 피복선에 한하지 않고, 에나멜선을 사용하거나, 혹은 나선(bare wire)을 권회한 후에 수지 몰드하거나 해도 좋다.
코일(13, 14, 15, 16)을 구성하는 전선은, 단면이 원형인 일반적인 구리선에 한하지 않고, 단면이 직사각형인 판 형상의 구리선이라도 좋다.
코일(13, 14, 15, 16)을 구성하는 전선의 재료는 구리에 한하지 않고, 예를 들면, 알루미늄이나 은을 이용해도 좋다.
1차 코일(13), 1차측 공명 코일(14), 2차측 공명 코일(15) 및 2차 코일(16)을 전선으로 형성하는 대신에, 기판 상에 형성된 배선 패턴으로 형성해도 좋다.
10 : 비접촉 전력 전송 장치
11 : 교류 전원
12 : 공명계
13 : 1차 코일
14 : 1차측 공명 코일
15 : 2차측 공명 코일
16 : 2차 코일
17 : 부하
18 : 콘덴서

Claims (4)

  1. 교류 전원과 공명계를 구비하고, 상기 공명계가, 상기 교류 전원에 접속되는 1차 코일과, 1차측 공명 코일과, 2차측 공명 코일과, 부하가 접속되는 2차 코일을 갖는 비접촉 전력 전송 장치에 있어서,
    상기 1차측 공명 코일에 대하여 병렬로 접속되는 제1 콘덴서와,
    상기 2차측 공명 코일에 대하여 병렬로 접속되는 제2 콘덴서
    를 구비하고,
    상기 1차측 공명 코일과 상기 제1 콘덴서와의 공진 주파수인 제1 공진 주파수는, 상기 2차측 공명 코일과 상기 제2 콘덴서와의 공진 주파수인 제2 공진 주파수와 동일해지도록 설정되고,
    상기 교류 전원의 교류 전압의 주파수는, 상기 제1 공진 주파수 및 상기 제2 공진 주파수와 일치하도록 설정되는 것을 특징으로 하는 비접촉 전력 전송 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 콘덴서는 가변 콘덴서인 비접촉 전력 전송 장치.
  3. 교류 전원과 공명계를 구비하고, 상기 공명계가, 상기 교류 전원에 접속되는 1차 코일과, 1차측 공명 코일과, 2차측 공명 코일과, 부하가 접속되는 2차 코일을 갖는 비접촉 전력 전송 장치의 설계 방법에 있어서,
    상기 1차측 공명 코일에 대하여 제1 콘덴서를 병렬로 접속하는 것과,
    상기 2차측 공명 코일에 대하여 제2 콘덴서를 병렬로 접속하는 것과,
    상기 1차측 공명 코일과 상기 제1 콘덴서와의 공진 주파수인 제1 공진 주파수를, 상기 2차측 공명 코일과 상기 제2 콘덴서와의 공진 주파수인 제2 공진 주파수와 동일해지도록 설정하는 것과,
    상기 1차측 및 2차측 공명 코일의 사양 및, 상기 제1 및 제2 콘덴서의 사양을 각각 설정하는 것과,
    상기 제1 및 제2 공진 주파수를 각각 산출하는 것과,
    상기 교류 전원의 출력 전압의 주파수를, 상기 제1 및 제2 공진 주파수와 일치하도록 조정하는 것
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 비접촉 전력 전송 장치의 설계 방법.
  4. 교류 전원과 공명계를 구비하고, 상기 공명계가, 상기 교류 전원에 접속되는 1차 코일과, 1차측 공명 코일과, 2차측 공명 코일과, 부하가 접속되는 2차 코일을 갖는 비접촉 전력 전송 장치의 설계 방법에 있어서,
    상기 1차측 공명 코일에 대하여 제1 콘덴서를 병렬로 접속하는 것과,
    상기 2차측 공명 코일에 대하여 제2 콘덴서를 병렬로 접속하는 것과,
    상기 1차측 공명 코일과 상기 제1 콘덴서와의 공진 주파수인 제1 공진 주파수를, 상기 2차측 공명 코일과 상기 제2 콘덴서와의 공진 주파수인 제2 공진 주파수와 동일해지도록 설정하는 것과,
    상기 교류 전원의 교류 전압의 주파수와, 상기 1차측 공명 코일 및 2차측 공명 코일의 사양을 설정하는 것과,
    상기 제1 및 제2 공진 주파수와 상기 교류 전원의 교류 전압의 주파수가 일치하도록, 상기 제1 및 제2 콘덴서의 용량치를 각각 조정하는 것을 포함하는 것
    을 특징으로 하는 비접촉 전력 전송 장치의 설계 방법.
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