KR101783727B1 - 수전 장치, 급전 시스템 - Google Patents

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카즈마 오키단
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쥬코쿠 덴료쿠 가부시키 가이샤
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Abstract

본 발명은 1차측 코일을 갖는 송전 장치와, 2차측 코일을 갖는 수전 장치를 갖는 급전 시스템에 있어서, 수전 장치측이 부하에 공급되는 전류의 값이 소정값이 되도록 조정함으로써, 예를 들면 부하에 공급되는 전류값의 상승에 의해 부하의 손상이 야기될 우려가 있다는 종래의 급전 시스템의 과제를 해결하고자 하는 것이다. 1차측 코일을 갖는 송전 장치로부터 출력된 전력을 수전해서 상기 전력에 따른 전력을 부하에 공급하는 수전 장치로서, 상기 1차측 코일에 공급되어 있는 제 1 전류에 따라 제 2 전류가 발생하는 2차측 코일과, 상기 제 2 전류로부터 생성됨과 아울러, 상기 부하에 공급되는 제 3 전류의 값이 소정값이 되도록 조정하는 조정 장치를 구비한다.

Description

수전 장치, 급전 시스템{POWER-RECEIVING DEVICE AND POWER-FEEDING SYSTEM}
본 발명은 수전 장치, 급전 시스템에 관한 것이다.
예를 들면, 송전 장치와 수전 장치를 갖는 급전 시스템이 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 1).
일본 특허공개 2013-70590호 공보
예를 들면, 특허문헌 1의 급전 시스템은 송전 장치와 수전 장치 사이의 전력의 전송 효율에 의거하여 송전 장치에 설정되어 있는 콘덴서의 용량값 등을 조정하고 있다. 이 급전 시스템에서는 부하에 공급되는 전류가 소정값이 되도록 조정되어 있는 것은 아니므로, 예를 들면 부하에 공급되는 전류의 값이 상승하여 부하의 손상이 야기될 우려가 있다.
상술한 과제를 해결하는 주된 본 발명은 1차측 코일을 갖는 송전 장치로부터 출력되는 전력을 수전하여 상기 전력에 따른 전력을 부하에 공급하는 수전 장치로서, 상기 1차측 코일에 공급되어 있는 제 1 전류에 따라 제 2 전류가 발생하는 2차측 코일과, 상기 제 2 전류로부터 생성됨과 아울러, 상기 부하에 공급되는 제 3 전류의 값이 소정값이 되도록 조정하는 조정 장치를 구비한 것을 특징으로 하는 수전 장치이다.
본 발명의 다른 특징에 대해서는 첨부 도면 및 본 명세서의 기재에 의해 명백해진다.
(발명의 효과)
본 발명에 의하면 부하에 공급되는 전류의 값이 소정값이 되도록 조정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 있어서의 급전 시스템을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시형태에 있어서의 급전 시스템을 나타내는 사시도이다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시형태에 있어서의 급전 시스템을 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제 1 실시형태에 있어서의 주파수와 전송 전력의 관계를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 제 1 실시형태에 있어서의 전송 거리와 부하 전류의 값의 관계를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 제 1 실시형태에 있어서의 제어 장치의 하드를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 제 1 실시형태에 있어서의 제어 장치의 기능을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 제 1 실시형태에 있어서의 제어 장치의 동작을 나타내는 플로우 차트이다.
도 9는 본 발명의 제 1 실시형태에 있어서의 가변 콘덴서의 용량값과 부하 전류의 값의 관계의 일례를 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 제 2 실시형태에 있어서의 수전 장치를 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 제 3 실시형태에 있어서의 수전 장치를 나타내는 도면이다.
도 12는 본 발명의 제 4 실시형태에 있어서의 수전 장치의 동작을 나타내는 플로우 차트이다.
도 13은 본 발명의 제 5 실시형태에 있어서의 수전 장치를 나타내는 도면이다.
본 명세서 및 첨부 도면의 기재에 의해 적어도 이하의 사항이 명백해진다.
[제 1 실시형태]
===급전 시스템===
이하, 도 1을 참조하여 본 실시형태에 있어서의 급전 시스템에 대하여 설명한다. 도 1은 본 실시형태에 있어서의 급전 시스템을 나타내는 도면이다.
급전 시스템(100)은, 예를 들면 전자계의 공명 현상을 사용하여 비접촉 전력 전송을 행하는 시스템이다. 급전 시스템(100)은 송전 장치(2), 수전 장치(3)를 갖는다.
송전 장치(2)는 수전 장치(3)에 대하여 비접촉으로 전력을 송전하는 장치이다.
수전 장치(3)는 송전 장치(2)로부터 출력되는 전력을 수전하고, 수전한 전력에 따른 전력을 부하(31)에 공급하는 장치이다.
부하(31)는 수전 장치(3)로부터 공급되는 전력에 의거하여 동작하는 전기 기기 등의 전력 부하이다.
===송전 장치===
이하, 도 1 및 도 2를 참조하여 본 실시형태에 있어서의 송전 장치에 대하여 설명한다. 도 2는 본 실시형태에 있어서의 급전 시스템을 나타내는 사시도이다. 또한, 송전 코일(24), 수전 코일(34)은 보이지 않는 상태로 되어 있지만, 설명의 편의상 파선으로 나타내어져 있다. 또한, 송전 코일(24)의 권취축(241), 수전 코일(34)의 권취축(341)은 설명의 편의상 일점 쇄선으로 나타내어져 있다.
<형상 등>
송전 장치(2)는 송전 코일(24), 하우징(25)(도 2)을 갖는다.
하우징(25)은 송전 코일(24)을 갖는 송전 회로(200)를 수용한다. 하우징(25)의 외형은, 예를 들면 원기둥형상을 나타내고 있고, 예를 들면 수지 등 절연성의 재료를 사용하여 형성되어 있다.
송전 코일(24)은 상하 방향(Z축)을 따르고 있는 권취축(241)을 중심으로 권취되어 있다. 송전 코일(24)은 하우징(25)의 내부에 있어서의 상측(+Z) 부근의 소정 위치에 고정되어 있다.
<회로>
송전 장치(2)는 전원(21)(도 1), 인버터(22), 콘덴서(23)를 더 갖는다.
전원(21)은 직류 전력을 발생한다. 인버터(22)는 전원(21)으로부터 공급되는 직류 전력을 교류 전력으로 변환한다. 송전 코일(24)은 수전 코일(34)에 대하여 비접촉으로 전력을 공급하기 위한 급전 시스템(100)의 1차측 코일이다. 콘덴서(23)는 송전 회로(200)의 임피던스를 설정하는 데에 사용된다.
전원(21)의 일단은 인버터(22)를 개재하여 콘덴서(23)의 일단에 접속된다. 전원(21)의 타단은 인버터(22)를 개재하여 송전 코일(24)의 일단에 접속된다. 송전 코일(24)의 타단은 콘덴서(23)의 타단과 접속된다. 이들 접속에 의해 전원(21), 인버터(22), 콘덴서(23), 송전 코일(24)을 갖는 송전 회로(200)가 형성된다.
전원(21)으로부터 출력되는 직류 전력은 인버터(22)에 의해 직류로부터 교류로 변환되어서 송전 코일(24)에 공급된다. 송전 코일(24)에 공급된 교류 전력은 송전 코일(24)로부터 수전 코일(34)에 공급된다.
===수전 장치===
이하, 도 1 및 도 2를 참조하여 본 실시형태에 있어서의 수전 장치에 대하여 설명한다.
<형상 등>
수전 장치(3)는 수전 코일(34), 하우징(35)(도 2)을 갖는다.
하우징(35)은 수전 코일(34)을 갖는 수전 회로(300)를 수용한다. 하우징(35)의 외형은, 예를 들면 원기둥형상을 나타내고 있고, 예를 들면 수지 등 절연성 재료를 사용하여 형성되어 있다.
수전 코일(34)은 상하 방향(Z축)을 따르고 있는 권취축(341)을 중심으로 권취되어 있다. 수전 코일(34)은 하우징(35)의 내부에 있어서의 하측(-Z) 부근의 소정 위치에 고정되어 있다.
<회로 등>
수전 장치(3)는 제어 장치(4), 서보 모터(51), 측정 장치(52)(검출 장치), 정류 회로(32), 가변 콘덴서(33), 수전 코일(34)을 더 갖는다. 또한, 제어 장치(4), 서보 모터(51)가 조정 장치에 상당한다.
수전 코일(34)은 송전 코일(24)로부터 비접촉으로 전력이 공급되는 급전 시스템(100)의 2차측 코일이다. 정류 회로(32)는 수전 코일(34)로부터 공급되는 교류 전력을 직류 전력으로 변환하고, 상기 변환된 직류 전력을 부하(31)에 공급한다.
가변 콘덴서(33)는 용량값을 변경할 수 있는 콘덴서이다. 또한, 가변 콘덴서(33)에는, 예를 들면 회동 손잡이(도시하지 않음)가 설치되어 있고, 상기 회동 손잡이의 회동량에 따라 가변 콘덴서(33)의 용량값이 연속적으로 변화되는 것으로 한다.
측정 장치(52)는 부하(31)에 공급되는 전류(제 3 전류)를 측정(검출)한다. 측정 장치(52)의 측정 결과는 제어 장치(4)에 송신된다. 측정 장치(52)는, 예를 들면 부하(31)에 공급되는 전류를 도전선(311)에 대하여 전기적으로 절연된 상태로 측정하는 클램프식의 전류계이다. 또한, 측정 장치(52)가 도전선(311)에 대하여 전기적으로 절연되어 있으므로 수전 회로(300)에 대하여 전기적인 영향을 주는 일 없이 전류를 확실하게 측정할 수 있다.
수전 코일(34)의 일단은 가변 콘덴서(33), 정류 회로(32) 및 도전선(311)을 개재하여 부하(31)에 접속된다. 즉, 가변 콘덴서(33)는 수전 코일(34)과 부하(31) 사이에 있어서 직렬로 접속되어 있다. 수전 코일(34)의 타단은 정류 회로(32)를 개재하여 부하(31)에 접속된다. 이들 접속에 의해 수전 코일(34), 가변 콘덴서(33), 정류 회로(32), 도전선(311), 부하(31)를 갖는 수전 회로(300)가 형성된다.
수전 코일(34)에 공급되는 교류 전력은 정류 회로(32)에 의해 교류로부터 직류로 변환되어서 부하(31)에 공급된다.
즉, 송전 코일(24)에 공급되어 있는 전류(제 1 전류)에 따라 수전 코일(34)에서 전류(제 2 전류)가 발생한다. 상기 수전 코일(34)에서 발생한 전류로부터 생성되는 전류가 부하(31)에 공급된다. 또한, 부하(31)에 공급되는 전류를 부하 전류라고도 칭한다. 부하 전류의 값은 공명 주파수 등에 의거하여 결정되므로, 예를 들면 송전 코일(24)과 수전 코일(34) 사이의 전송 거리(D), 수전 회로(300)의 임피던스 등에 의거하여 결정되게 된다.
서보 모터(51)는 가변 콘덴서(33)의 회동 손잡이를 회동시키기 위한 회동력을 상기 회동 손잡이에 대하여 부여한다. 즉, 서보 모터(51)는 가변 콘덴서(33)의 용량값을 변화시킨다. 서보 모터(51)는 제어 장치(4)에 의해 제어된다.
제어 장치(4)는 측정 장치(52)의 측정 결과에 의거하여 서보 모터(51)를 제어함으로써 가변 콘덴서(33)의 용량값을 조정한다. 또한, 제어 장치(4)에 대해서는 후술한다.
===부하 전류===
이하, 도 3~도 5를 참조하여 본 실시형태에 있어서의 부하 전류에 대하여 설명한다. 도 3은 본 실시형태에 있어서의 급전 시스템을 나타내는 단면도이다. 또한, 도 3은 도 2의 급전 시스템(100)의 대략 중앙을 지나며 또한 XZ 평면에 평행한 단면으로부터 +Y측을 향해 본 도면이다. 도 4는 본 실시형태에 있어서의 주파수와 전송 전력의 관계를 나타내는 도면이다. 또한, 도 4의 주파수는 수전 코일(34)에 공급되는 전력의 주파수를 나타내고 있다. 또한, 전송 전력이란 송전 코일(24)로부터 수전 코일(34)로 전송되는 전력을 나타내고 있다. 또한, 이 전송 전력은, 예를 들면 송전 코일(24)로부터 수전 코일(34)로의 전력의 전송 효율 등에 의거하여 결정된다. 도 5는 본 실시형태에 있어서의 전송 거리와 부하 전류의 값의 관계를 나타내는 도면이다.
<부하 전류>
부하 전류의 값은 상술한 바와 같이 공명 주파수 등에 의거하여 결정된다. 이 공명 주파수(f1, f2)는, 예를 들면 식(1)~식(3)에 의거하여 결정된다.
Figure 112016023130910-pct00001
또한, L은 송전 회로(200) 및 수전 회로(300)의 인덕턴스의 값을 나타내고 있고, C는 송전 회로(200) 및 수전 회로(300)의 용량값을 나타내고 있다. k는 송전 코일(24)과 수전 코일(34) 사이의 결합 계수를 나타내고 있다.
결합 계수(k)의 값은 전송 거리(D)에 따라 변화된다. 또한, 고유 공진 주파수(f0)는 수전 회로(300)의 용량값에 따라 변동한다. 즉, 공명 주파수(f1, f2)는 전송 거리(D) 및 가변 콘덴서(33)의 용량값에 따라 변동한다. 따라서, 전송 거리(D)가 변동할 경우, 가변 콘덴서(33)의 용량값을 조정함으로써 공명 주파수(f1, f2)의 값을 일정하게 유지하는 것이 가능해진다.
<송전 장치 및 수전 장치의 설정>
송전 장치(2) 및 수전 장치(3)는, 예를 들면 송전 장치(2)의 대향면(251)을 수전 장치(3)의 대향면(351)과 접촉시킨 상태로 부하 전류의 값이 소정값(A11)이 되도록 설정되어 있다. 또한, 소정값(A11)은 부하(31)의 사양 등에 의거하여 결정되어 있는 규정값이다. 부하(31)에 대하여 소정값(A11)의 부하 전류가 공급되었을 경우, 상기 부하(31)의 동작이 정상적으로 행해지게 된다. 또한, 대향면(251)과 대향면(351)이 서로 접촉하고 있을 때의 전송 거리(D)를 전송 거리(D11)로 한다. 또한, 송전 장치(2) 및 수전 장치(3)는 대향면(251)을 대향면(351)과 접촉시킨 상태로 공명 주파수(f1) 또는 공명 주파수(f2) 중 어느 하나의 주파수 또는 상기 주파수의 근방의 주파수로 전력을 송전할 수 있도록 설정되어 있다.
즉, 예를 들면 전송 거리(D)를 전송 거리(D11)로 했을 때의 송전 코일(24)로부터 출력되는 전력의 주파수가 공명 주파수(f1) 또는 공명 주파수(f2)의 한쪽과 일치하거나 또는 근방이 되며, 또한 전송 거리(D)를 전송 거리(D11)로 했을 때의 부하 전류의 값이 소정값(A11) 또는 소정값(A11)의 근방의 값이 되도록 송전 장치(2) 및 수전 장치(3)가 설정되어 있다. 또한, 수전 장치(3)가 설정된다란, 예를 들면 가변 콘덴서(33)의 용량값이 설정되는 것 등을 나타내고 있다.
<부하 전류의 값의 유지>
전송 거리(D)가 전송 거리(D11)(제 1 거리)보다 긴 전송 거리(D12)(제 2 거리)가 되었을 경우, 공명 주파수(f1, f2)의 값이 변동함으로써 부하 전류의 값이 소정값(A11)으로부터 소정값(A11)보다 낮은 전류값(A12)으로 저하된다. 이때, 가변 콘덴서(33)의 용량값을 조정함으로써 공명 주파수(f1, f2)의 값을 전송 거리(D)가 전송 거리(D11)일 때의 공명 주파수(f1, f2)의 값으로 리턴시킬 수 있다. 공명 주파수(f1, f2)의 값이 리턴됨으로써 부하 전류의 값이 소정값(A11)으로 유지되게 된다.
===제어 장치===
이하, 도 6 및 도 7을 참조하여 본 실시형태에 있어서의 제어 장치에 대하여 설명한다. 도 6은 본 실시형태에 있어서의 제어 장치의 하드를 나타내는 도면이다. 도 7은 본 실시형태에 있어서의 제어 장치의 기능을 나타내는 도면이다.
제어 장치(4)는 CPU(Central Processing Unit)(41), 통신 장치(42), 기억 장치(43), 표시 장치(44), 입력 장치(45)를 갖는다. CPU(41)는 기억 장치(43)에 기억되어 있는 프로그램을 실행함으로써 제어 장치(4)의 각종 기능을 실현하여 제어 장치(4)를 통괄 제어한다. 기억 장치(43)에는 상술한 프로그램, 각종 정보가 기억되어 있다. 표시 장치(44)는 제어 장치(4)의 정보를 표시하는 디스플레이이다. 입력 장치(45)는 제어 장치(4)에 대하여 정보를 입력하기 위한, 예를 들면 키보드, 마우스 등이다. 통신 장치(42)는 서보 모터(51) 및 측정 장치(52) 사이에서 통신을 행한다.
제어 장치(4)는 용량 판정부(46), 전류 비교부(47), 제어부(48)(「제어 장치(4)의 각종 기능」이라고도 칭함)를 더 갖는다. 또한, 제어 장치(4)의 각종 기능은 기억 장치(43)에 기억되어 있는 프로그램의 CPU(41)에 의한 실행에 의해 실현된다.
용량 판정부(46)는 가변 콘덴서(33)의 용량값이 상한값인지의 여부와, 가변 콘덴서(33)의 용량값이 하한값인지의 여부에 대해서 판정한다. 상한값 및 하한값은 가변 콘덴서(33)의 사양 등에 의거하여 결정되어 있다. 가변 콘덴서(33)는 상한값과 하한값 사이의 조정 범위 내에 있어서 용량값이 조정 가능하게 되어 있다. 상한값 및 하한값을 나타내는 정보는, 예를 들면 입력 장치(45)로부터 입력되어서 기억 장치(43)에 기억된다. 용량 판정부(46)는 가변 콘덴서(33)의 회동 손잡이의 회동량에 의거하여 상기 판정을 행하는 것으로 해도 좋다.
전류 비교부(47)는 서로 다른 때에 측정된 부하 전류의 값 각각을 비교한다. 측정된 부하 전류의 값이란 측정 장치(52)에 의해 측정된 부하 전류의 값을 나타내고 있다. 서로 다른 때란, 예를 들면 다른 타이밍, 다른 시간 등을 나타내고 있다.
제어부(48)는 용량 판정부(46)의 판정 결과 및 전류 비교부(47)의 비교 결과 등에 의거하여 서보 모터(51)를 제어하여 가변 콘덴서(33)의 용량값을 조정한다.
===제어 장치의 동작===
이하, 도 8 및 도 9를 참조하여 본 실시형태에 있어서의 제어 장치의 동작에 대하여 설명한다. 도 8은 본 실시형태에 있어서의 제어 장치의 동작을 나타내는 플로우 차트이다. 도 9는 본 실시형태에 있어서의 가변 콘덴서의 용량값과 부하 전류의 값의 관계의 일례를 나타내는 도면이다.
<동작>
예를 들면, 전송 거리(D)가 전송 거리(D11)로부터 전송 거리(D12)가 되었을 경우, 제어 장치(4)는 동작을 개시한다. 예를 들면, 입력 장치(45)에 입력되는 기동 신호에 의거하여 제어 장치(4)가 동작을 개시하는 것으로 해도 좋다. 또한, 예를 들면 소정 시간(수ms)마다 제어 장치(4)가 동작을 개시하는 것으로 해도 좋다.
측정 장치(52)는 부하 전류를 측정한다(스텝 S11). 용량 판정부(46)는 가변 콘덴서(33)의 용량값이 상한값인지의 여부를 판정한다(스텝 S12).
가변 콘덴서(33)의 용량값이 상한값이 아닌 것으로 판정되었을 경우(스텝 S12의 NO), 제어부(48)는 소정값(ΔC)만큼 가변 콘덴서(33)의 용량을 증가시킨다(스텝 S13). 이때, 변수(n)의 값이 1만큼 증가된다. 측정 장치(52)는 부하 전류를 다시 측정한다(스텝 S14). 전류 비교부(47)는 직전에 측정된 부하 전류(「제 1 부하 전류」라고도 칭한다)의 값과, 제 1 부하 전류 직전에 측정된 부하 전류(「제 2 부하 전류」라고도 칭한다)의 값을 비교한다(스텝 S15). 이 경우, 예를 들면 제 1 부하 전류가 스텝 S14에서의 부하 전류에 대응하고, 제 2 부하 전류가 스텝 S11에서의 부하 전류에 대응한다.
제 1 부하 전류의 값이 제 2 부하 전류의 값보다 클 경우(스텝 S15의 YES), 제어 장치(4)는 스텝 S12의 판정을 다시 행한다. 한편, 제 1 부하 전류의 값이 제 2 부하 전류의 값보다 작을 경우(스텝 S15의 NO), 용량 판정부(46)는 가변 콘덴서(33)의 용량값이 하한값인지의 여부를 판정한다(스텝 S16).
가변 콘덴서(33)의 용량값이 하한값이 아니면 판정되었을 경우(스텝 S16의 NO), 제어부(48)는 소정값(ΔC)만큼 가변 콘덴서(33)의 용량을 감소시킨다(스텝 S17). 이때, 변수(n)의 값이 1만큼 감소된다. 측정 장치(52)는 부하 전류를 다시 측정한다(스텝 S18).
전류 비교부(47)는 제 1 부하 전류의 값과, 제 2 부하 전류의 값을 비교한다(스텝 S19). 제 1 부하 전류의 값이 제 2 부하 전류의 값보다 작을 경우(스텝 S19의 YES), 제어 장치(4)는 스텝 S16의 판정을 다시 행한다. 한편, 제 1 부하 전류의 값이 제 2 부하 전류의 값보다 클 경우(스텝 S19의 NO), 제어부(48)는 소정값(ΔC)만큼 가변 콘덴서(33)의 용량을 증가시킨 후, 동작을 종료한다.
스텝 S12의 판정에 있어서, 가변 콘덴서(33)의 용량값이 상한값인 것으로 판정되었을 경우(스텝 S12의 YES), 제어 장치(4)는 스텝 S16의 판정을 행한다.
스텝 S16의 판정에 있어서, 가변 콘덴서(33)의 용량값이 하한값인 것으로 판정되었을 경우(스텝 S12의 YES), 제어 장치(4)는 제어 동작을 종료한다.
<동작의 일례(도 9)>
예를 들면, 제어 장치(4)의 동작이 개시되었을 때의 가변 콘덴서(33)의 용량값이 C1이며, 가변 콘덴서(33)의 용량값이 C4가 되었을 때의 부하 전류의 값이 소정값(A11)이 되는 경우에 대하여 설명한다.
이 경우, 스텝 S13이 3회 실행된 후 스텝 S17이 1회 실행되고, 도 9의 P11에 나타내어지는 상태로부터 P12, P13, P14, P15에 나타내어지는 상태로 변화된다. 이 후, 스텝 S20이 실행됨으로써 다시 P14의 상태로 변화되어 부하 전류의 값이 소정값(A11)이 된다.
이들과 같이 제어 장치(4)는 부하 전류의 값이 최대값이 되도록 가변 콘덴서(33)의 용량값을 조정하고 있다. 그리고, 부하 전류의 값이 최대값이 되었을 때, 상기 부하 전류의 값은 소정값(A11)이 된다. 이것은 전송 거리(D)를 전송 거리(D11)로 했을 때의 송전 코일(24)로부터 출력되는 전력의 주파수가 공명 주파수(f1) 또는 공명 주파수(f2) 중 한쪽과 일치하거나 또는 근방이 되며, 또한 전송 거리(D)를 전송 거리(D11)로 했을 때의 부하 전류의 값이 소정값(A11) 또는 소정값(A11)의 근방의 값이 되도록 송전 장치(2) 및 수전 장치(3)가 설정되어 있는 것에 의거하는 것이다.
[제 2 실시형태]
제 2 실시형태의 수전 장치(3B)는 제 1 실시형태의 수전 장치(3)에 있어서의 가변 콘덴서(33), 제어 장치(4)를 각각 가변 콘덴서 장치(33B), 제어 장치(4B)로 변경한 것이다.
===수전 장치===
이하, 도 10을 참조하여 본 실시형태에 있어서의 수전 장치에 대하여 설명한다. 도 10은 본 실시형태에 있어서의 수전 장치를 나타내는 도면이다. 또한, 도 1에 나타내어지는 구성과 마찬가지인 구성에는 동일 부호를 붙여 그 설명을 생략한다.
수전 장치(3B)는 가변 콘덴서 장치(33B), 제어 장치(4B)를 갖는다.
가변 콘덴서 장치(33B)는 수전 회로(300B)에 있어서 용량값을 단계적으로 조정할 수 있는 가변 콘덴서로서 기능한다. 가변 콘덴서 장치(33B)는 고정 콘덴서(351~354), 스위치(SW1~SW4), 통전 코일(361~364)을 갖는다.
고정 콘덴서(351~354)의 용량값은 각각 다른 값으로 고정되어 있다. 고정 콘덴서(351~354)의 일단은 정류 회로(32)에 접속되어 있다. 고정 콘덴서(351~354)의 타단은 각각 스위치(SW1~SW4)를 개재하여 수전 코일(34)의 일단에 접속되어 있다.
스위치(SW1~SW4)는 각각 통전 코일(361~364)로의 전류의 공급 또는 차단에 의해 온오프하는 릴레이 스위치이다.
제어 장치(4B)는 부하 전류의 값이 소정값(A11)에 따른 값이 되도록 통전 코일(361~364)로의 전류를 적당히 공급 또는 차단한다. 즉, 제어 장치(4B)는 부하 전류의 값이 소정값(A11)에 따른 값이 되도록 수전 회로(300B)의 임피던스의 값을 적당히 단계적으로 조정한다. 또한, 제어 장치(4B)는 제어 장치(4)와 마찬가지로 하여 제어하는 것으로 해도 좋다.
[제 3 실시형태]
제 3 실시형태의 수전 장치(3C)는 제 1 실시형태의 수전 장치(3)에 있어서의 가변 콘덴서(33), 제어 장치(4), 서보 모터(51)를 각각 고정 콘덴서(33C), 제어 장치(4C), 서보 모터(51C)로 변경한 것이다. 수전 장치(3C)는 또한 수전 장치(3)에 대하여 자성체(342) 및 액츄에이터(53)를 추가한 것이다.
===수전 장치===
이하, 도 11을 참조하여 본 실시형태에 있어서의 수전 장치에 대하여 설명한다. 도 11은 본 실시형태에 있어서의 수전 장치를 나타내는 도면이다. 또한, 도 1에 나타내어지는 구성과 마찬가지인 구성에는 동일 부호를 붙여 그 설명을 생략한다.
수전 장치(3C)는 고정 콘덴서(33C), 자성체(342), 서보 모터(51C), 액츄에이터(53), 제어 장치(4C)를 갖는다. 또한, 서보 모터(51C), 액츄에이터(53), 제어 장치(4C)가 조정 장치, 이동 장치에 상당한다.
고정 콘덴서(33C)는 용량값이 일정하게 되어 있다.
자성체(342)는 수전 코일(34)의 근방에 설치되어 있으며, 예를 들면 페라이트 등이다. 자성체(342)는 수전 코일(34)의 권취축(341)(도 2)을 따른 장척형상을 나타내고 있다.
서보 모터(51C)는 제어 장치(4C)에 제어되고, 자성체(342)를 이동시키기 위한 구동력을 액츄에이터(53)에 부여한다.
액츄에이터(53)는 서보 모터(51C)로부터 부여된 구동력에 의거하여 자성체(342)를 권취축(341)을 따라 이동시킨다. 액츄에이터(53)는 통형상으로 권취되어 있는 수전 코일(34)의 내측과 수전 코일(34)의 외측 사이에 있어서 자성체(342)를 이동시킨다. 이 자성체(342)의 이동에 의거하여 부하(31)를 포함하는 수전 회로(300C)의 임피던스가 변화되게 된다.
제어 장치(4C)는 서보 모터(51C) 및 액츄에이터(53)를 개재하여 자성체(342)의 이동을 제어한다. 제어 장치(4C)는 부하 전류의 값이 소정값(A11)이 되도록 자성체(342)를 이동시킨다. 또한, 제어 장치(4C)는 제어 장치(4)와 마찬가지로 하여 제어하는 것으로 해도 좋다.
[제 4 실시형태]
제 4 실시형태의 수전 장치는 제 1 실시형태의 수전 장치(3)에 있어서의 제어 장치(4)를 제어 장치(4D)(도 1)로 변경한 것이다.
===수전 장치===
이하, 도 12를 참조하여 본 실시형태에 있어서의 수전 장치에 대하여 설명한다. 도 12는 본 실시형태에 있어서의 수전 장치의 동작을 나타내는 플로우 차트이다. 또한, 도 8에 나타내어지는 스텝과 마찬가지의 스텝에는 동일 부호를 붙여 그 설명을 생략한다.
제어 장치(4D)는 스텝 S14의 동작 후에 부하 전류의 값이 소정값(A11)인지의 여부를 판정한다(스텝 S35). 부하 전류의 값이 소정값(A11)인 경우(스텝 S35의 YES), 제어 장치(4D)는 제어 동작을 종료한다. 한편, 부하 전류의 값이 소정값(A11)이 아닌 경우(스텝 S35의 NO), 제어 장치(4D)는 스텝 S12의 판정을 행한다.
제어 장치(4D)는 스텝 S18의 동작 후에 스텝 S39의 판정을 행한다. 또한, 스텝 S39의 판정은 스텝 S35의 판정과 마찬가지의 판정이다. 스텝 S39가 YES인 경우, 제어 장치(4D)는 제어 동작을 종료한다. 스텝 S39이 NO인 경우, 제어 장치(4D)는 스텝 S16의 판정을 행한다. 또한, 상기 제어 등에 의거하여 제어 장치(4D)의 동작이 소정 시간 내에 종료되지 않을 경우, 부하 전류의 값과 소정값(A11)의 차가 소정 범위 내로 되었을 때에 제어 장치(4D)가 동작을 종료하는 것으로 해도 좋다.
따라서, 예를 들면 수신 회로(300)의 임피던스를 변동시킴으로써 부하 전류의 값을 확실하게 조정할 수 있다.
[제 5 실시형태]
제 5 실시형태의 수전 장치는 제 1 실시형태의 수전 장치(3)에 있어서의 제어 장치(4), 가변 콘덴서(33)를 각각 제어 장치(4E), 가변 콘덴서(33E)로 변경한 것이다.
===수전 장치===
이하, 도 13을 참조하여 본 실시형태에 있어서의 수전 장치에 대하여 설명한다. 도 13은 본 실시형태에 있어서의 수전 장치를 나타내는 도면이다. 또한, 도 1에 나타내어지는 구성과 마찬가지인 구성에는 동일 부호를 붙여 그 설명을 생략한다.
수전 장치(3)E는 제어 장치(4E), 서보 모터(51E), 가변 콘덴서(33E)를 갖는다.
가변 콘덴서(33E)의 구성은 가변 콘덴서(33)(도 1)의 구성과 마찬가지이다. 가변 콘덴서(33E)는 부하(31) 및 수전 코일(34)에 대하여 병렬로 접속된다.
제어 장치(4E)는 부하 전류의 값이 소정값(A11)이 되도록 서보 모터(51E)를 통해 가변 콘덴서(33E)의 용량값을 조정한다.
상술한 바와 같이, 수전 장치(3)(도 1)는 송전 코일(24)을 갖는 송전 장치(2)로부터 출력되는 전력을 수전하고, 수전한 전력에 따른 전력을 부하(31)에 공급한다. 수전 장치(3)는 수전 코일(34), 제어 장치(4), 서보 모터(51)를 갖는다. 수전 코일(34)은 송전 코일(24)에 공급되어 있는 전류에 따라 전류가 발생한다. 제어 장치(4)는 서보 모터(51)를 개재하여 수전 코일(34)로부터 발생하는 전류로부터 생성되는 부하 전류의 값이 소정값(A11)이 되도록 조정한다. 따라서, 부하 전류의 값이 소정값(A11)이 되도록 조정할 수 있다. 또한, 송전 장치(2)의 설정을 변경하는 일 없이 가변 콘덴서(33)의 용량값의 조정만으로 부하 전류의 값을 소정값(A11)으로 할 수 있다. 따라서, 송전 장치(2)에 대하여 수전 장치(3)와 마찬가지의 구성의 수전 장치가 복수개 설치되어 있을 때에도 복수의 수전 장치 각각에 있어서 부하 전류의 값을 소정값(A11)으로 할 수 있다. 또한, 전송 거리(D)가 전송 거리(D11)보다 길어지는 위치에 수전 장치(3)가 설치되어 있는 경우에 있어서도 전송 효율을 향상시켜서 부하 전류의 값을 소정값(A11)으로 할 수 있다. 또한, 수전 장치(3)에 있어서의 수전 회로(300)를 간소화함으로써 수전 장치(3)의 소형화 및 제조 비용의 저감을 도모할 수 있다.
또한, 수전 장치(3)는 측정 장치(52)를 갖는다. 측정 장치(52)는 부하 전류를 측정한다. 제어 장치(4)는 측정 장치(52)의 측정 결과에 의거하여 부하 전류의 값이 소정값(A11)이 되도록 조정한다. 따라서, 부하 전류의 값을 확실하게 소정값(A11)으로 할 수 있다.
또한, 수전 장치(3)는 가변 콘덴서(33)를 갖는다. 가변 콘덴서(33)는 수전 코일(34)과 부하(31) 사이에 접속되어 있고, 용량값을 변경할 수 있는 콘덴서이다. 제어 장치(4)는 서보 모터(51)를 개재하여 측정 장치(52)의 측정 결과에 의거하여 가변 콘덴서(33)의 용량값을 조정한다.
또한, 가변 콘덴서(33)는 수전 코일(34) 및 부하(31)에 대하여 직렬로 접속되어 있다. 전송 거리(D)가 전송 거리(D11)로 되어 있을 때에 부하 전류의 값이 소정값(A11)이 되도록 가변 콘덴서(33)의 용량값이 설정(조정)되어 있을 때에 전송 거리(D1)가 전송 거리(D11)로부터 전송 거리(D11)보다 긴 전송 거리(D12)가 되었을 경우, 제어 장치(4)는 가변 콘덴서(33)의 용량값의 상한값 및 하한값에 의해 설정되는 조정 범위 내에 있어서 용량값을 증가시키는 것(도 8의 스텝 S13)을 용량값을 감소시키는 것(도 8의 스텝 S17)보다 우선적으로 행하여 가변 콘덴서(33)의 용량값을 조정한다. 따라서, 전송 거리(D)의 변동에 의해 변동된 공명 주파수(f1, f2)의 값을 비교적 단시간에 원래로 리턴시킴과 아울러, 수전 회로(300)의 임피던스를 저하시킴으로써 전송 거리(D)의 변동에 의해 저하한 부하 전류의 값을 상승시킬 수 있다. 따라서, 전송 거리(D)의 변동에 의해 변동된 부하 전류의 값을 비교적 단시간에 소정값(A11)으로 할 수 있다.
또한, 가변 콘덴서(33)는 용량값이 연속적으로 변화된다. 따라서, 부하 전류의 값을 확실하게 소정값(A11)으로 할 수 있다.
또한, 수전 장치(3B)(도 10)는 가변 콘덴서 장치(33B)를 갖는다. 가변 콘덴서 장치(33B)는 용량값이 단계적으로 변화된다. 따라서, 가변 콘덴서 장치(33B)의 용량값의 미세 조정 등이 불필요해지므로 비교적 단시간에 부하 전류의 값을 소정값(A11)으로 할 수 있다.
또한, 수전 장치(3C)(도 11)는 자성체(342), 제어 장치(4C), 서보 모터(51C), 액츄에이터(53)를 갖는다. 자성체(342)는 수전 코일(34)의 근방에 설치된다. 제어 장치(4C)는 서보 모터(51C) 및 액츄에이터(53)를 개재하여 부하 전류의 값이 소정값(A11)이 되도록 수전 코일(34)과 자성체(342)의 상호 인덕턴스값을 조정하도록 측정 장치(52)의 측정 결과에 의거하여 자성체(342)를 이동시킨다. 따라서, 수전 회로(300C)의 임피던스를 조정하기 위한, 예를 들면 콘덴서 등의 소자를 수전 코일(34)에 대하여 접속하는 일 없이 수전 회로(300C)의 임피던스를 조정할 수 있다. 따라서, 수전 회로(300C)의 접속 관계를 변경하는 일 없이 비교적 용이하게 제조 가능한 수전 장치(3C)를 제공할 수 있다.
또한, 수전 코일(34)은 통형상으로 권취되어 있다. 제어 장치(4C)는 수전 코일(34)의 내측과 외측 사이에 있어서 수전 코일(34)의 권취축(341)을 따라 자성체(342)를 이동시킨다. 따라서, 수전 코일(34)과 자성체(342)의 상호 인덕턴스의 조정폭을 비교적 크게 할 수 있다. 따라서, 부하 전류의 값을 확실하게 소정값(A11)으로 할 수 있다.
또한, 자성체(342)는 권취축(341)을 따른 장척형상을 나타낸다. 따라서, 자성체(342)의 이동량에 대한 수전 코일(34)과 자성체(342)의 상호 인덕턴스의 변동량을 비교적 작게 할 수 있다. 따라서, 수전 회로(300)의 임피던스의 급격한 변동에 의거하여 부하(31)에 대하여 과전류가 공급되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 제 1~제 5 실시형태는 본 발명의 이해를 용이하게 하기 위한 것이며, 본 발명을 한정해서 해석하기 위한 것은 아니다. 본 발명은 그 취지를 일탈하는 일 없이 변경, 개량될 수 있음과 아울러, 본 발명에는 그 등가물도 포함된다.
제 1 실시형태에 있어서는 송전 장치(2)가 수전 장치(3)에 대하여 전력을 송전하는 것에 대하여 설명했지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 송전 장치(2)가 수전 장치(3)와 마찬가지인 구성의 복수의 수전 장치에 대하여 전력을 공급하는 것으로 해도 좋다.
또한, 제 4 실시형태에 있어서는 부하 전류의 값이 소정값(A11)이 되도록 제어 장치(4D)가 제어하는 것에 대하여 설명했지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 부하 전류의 값이 최대값이 되도록 제어 장치(4D)가 제어하는 것으로 해도 좋다. 또한, 부하 전류의 값이 최대값이 된다란 가변 용량(33)의 용량값을 하한값과 상한값 사이에서 조정했을 때의 부하 전류의 값이 최대가 되는 것을 나타낸다. 또한, 예를 들면 부하 전류의 값이 소정값이 되도록 제어 장치(4D)가 제어하는 것으로 해도 좋다. 이 경우, 부하(31)에 대하여 과전류가 공급되어서 부하(31)가 손상하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 예를 들면 부하 전류의 값이 소정 범위 내가 되도록 제어 장치(4D)가 제어하는 것으로 해도 좋다. 또한, 소정 범위란 소정값(A11)을 포함하는 상한값 및 하한값 사이의 범위이며, 부하(31)의 사양 등에 의거하여 결정되는 것으로 해도 좋다.
또한, 제 1 실시형태에 있어서는 측정 장치(52)가 클램프식의 전류계인 것에 대하여 설명했지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 측정 장치(52)이 션트 저항의 양단에 발생하는 전압에 의거하여 전류를 측정하는 전류계인 것으로 해도 좋다.
또한, 제 3 실시형태에 있어서는 수전 코일(34)의 내측과 수전 코일(34)의 외측 사이에 있어서 자성체(342)를 이동시키는 것에 대하여 설명했지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 수전 코일(34)의 외측에 있어서만 자성체(342)를 이동시키는 것으로 해도 좋고, 수전 코일(34)의 내측에 있어서만 자성체(342)를 이동시키는 것으로 해도 좋다.
2 : 송전 장치 3, 3B, 3C, 3E : 수전 장치
4, 4B, 4C, 4D, 4E : 제어 장치 24 : 송전 코일
33, 33E : 가변 콘덴서 33B : 가변 콘덴서 장치
34 : 수전 코일 100 : 급전 시스템

Claims (10)

1차측 코일을 갖는 송전 장치로부터 출력되는 전력을 수전해서 상기 전력에 따른 전력을 부하에 공급하는 수전 장치로서,
상기 1차측 코일에 공급되어 있는 제 1 전류에 따라 제 2 전류가 발생하는 2차측 코일과,
상기 제 2 전류로부터 생성됨과 아울러, 상기 부하에 공급되는 제 3 전류의 값이 소정값이 되도록 조정하는 조정 장치와,
상기 제 3 전류를 검출하는 검출 장치와
상기 2차측 코일과 상기 부하 사이에 접속되어 있으며, 용량값을 변경할 수 있는 가변 콘덴서를 구비하고,
상기 조정 장치는 상기 검출 장치의 검출 결과에 의거하여 상기 용량값을 조정하고,
상기 가변 콘덴서는 상기 2차측 코일 및 상기 부하에 대하여 직렬로 접속되어 있고,
상기 조정 장치는,
상기 용량값을 증가시키는 제 1 조정 장치와,
상기 용량값을 감소시키는 제 2 조정 장치를 갖고,
상기 2차측 코일과 상기 1차측 코일 사이의 거리가 제 1 거리로 되어 있을 때에 상기 제 3 전류의 값이 상기 소정값이 되도록 상기 용량값이 조정되어 있을 때에 상기 2차측 코일과 상기 1차측 코일 사이의 거리가 상기 제 1 거리로부터 상기 제 1 거리보다 긴 제 2 거리로 되었을 경우, 상기 용량값의 조정 범위 내에 있어서 상기 제 1 조정 장치가 상기 제 2 조정 장치보다 우선적으로 상기 용량값을 조정하는 것을 특징으로 하는 수전 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 가변 콘덴서는 상기 용량값이 연속적으로 변화되는 것을 특징으로 하는 수전 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 가변 콘덴서는 상기 용량값이 단계적으로 변화되는 것을 특징으로 하는 수전 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 2차측 코일의 근방에 설치되는 자성체를 더 구비하고,
상기 조정 장치는,
상기 제 3 전류의 값이 소정값이 되도록 상기 2차측 코일과 상기 자성체의 상호 인덕턴스값을 조정하도록 상기 검출 장치의 검출 결과에 의거하여 상기 자성체를 이동시키는 이동 장치를 갖는 것을 특징으로 하는 수전 장치.
제 4 항에 있어서,
상기 2차측 코일은 통형상으로 권취되어 있고,
상기 이동 장치는 상기 2차측 코일의 내측과 상기 2차측 코일의 외측 사이에 있어서 상기 2차측 코일의 권취축을 따라 상기 자성체를 이동시키는 것을 특징으로 하는 수전 장치.
제 5 항에 있어서,
상기 자성체는 상기 권취축을 따른 장척형상을 나타내는 것을 특징으로 하는 수전 장치.
1차측 코일을 갖는 송전 장치와,
상기 송전 장치로부터 출력되는 전력을 수전해서 상기 전력에 따른 전력을 부하에 공급하는 수전 장치를 구비하고,
상기 수전 장치는,
상기 1차측 코일에 공급되어 있는 제 1 전류에 따라 제 2 전류가 발생하는 2차측 코일과,
상기 제 2 전류에 따른 제 3 전류의 값이 소정값이 되도록 조정하는 조정 장치와,
상기 제 3 전류를 검출하는 검출 장치와,
상기 2차측 코일과 상기 부하 사이에 접속되어 있으며, 용량값을 변경할 수 있는 가변 콘덴서를 구비하고,
상기 조정 장치는 상기 검출 장치의 검출 결과에 의거하여 상기 용량값을 조정하고,
상기 가변 콘덴서는 상기 2차측 코일 및 상기 부하에 대하여 직렬로 접속되어 있고,
상기 조정 장치는,
상기 용량값을 증가시키는 제 1 조정 장치와,
상기 용량값을 감소시키는 제 2 조정 장치를 갖고,
상기 2차측 코일과 상기 1차측 코일 사이의 거리가 제 1 거리로 되어 있을 때에 상기 제 3 전류의 값이 상기 소정값이 되도록 상기 용량값이 조정되어 있을 때에 상기 2차측 코일과 상기 1차측 코일 사이의 거리가 상기 제 1 거리로부터 상기 제 1 거리보다 긴 제 2 거리로 되었을 경우, 상기 용량값의 조정 범위 내에 있어서 상기 제 1 조정 장치가 상기 제 2 조정 장치보다 우선적으로 상기 용량값을 조정하는 것을 특징으로 하는 급전 시스템.
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