KR102236047B1

KR102236047B1 - 공진 결합형 전력 전송 시스템, 공진형 전력 송신 장치 및 공진형 전력 수신 장치

Info

Publication number: KR102236047B1
Application number: KR1020177006025A
Authority: KR
Inventors: 요시유키 아쿠자와; 기요히데 사카이; 도시히로 에조에
Original assignee: 미쓰비시 덴끼 엔지니어링 가부시키가이샤
Priority date: 2014-09-02
Filing date: 2014-09-02
Publication date: 2021-04-02
Also published as: TWI515994B; US10158254B2; EP3190684A4; JPWO2016035141A1; CN106797143A; JP5738497B1; EP3190684A1; TW201539928A; WO2016035141A1; KR20170049510A; EP3190684B1; CN106797143B; US20170155283A1

Abstract

전력을 공급하는 공진형 전원(11) 및 공진형 전원(11)에 의해 공급된 전력을 전송하는 공진형 송신 안테나(13)를 갖는 공진형 전력 송신 장치(1)와, 공진형 송신 안테나(13)에 의해 전송된 전력을 수신하는 공진형 수신 안테나(21) 및 공진형 수신 안테나(21)에 의해 수신된 전력을 부하에 공급하는 수신 회로(23)를 갖는 공진형 전력 수신 장치(2)를 구비하고, 공진형 전원(11)의 공진 특성값, 공진형 송신 안테나(13)의 공진 특성값 및 공진형 전력 수신 장치(2)의 공진 특성값이 상관 관계를 갖도록, 각 기능부의 특성 임피던스를 설정했다.

Description

공진 결합형 전력 전송 시스템, 공진형 전력 송신 장치 및 공진형 전력 수신 장치{RESONANCE COUPLING POWER TRANSMISSION SYSTEM, RESONANCE COUPLING POWER TRANSMISSION DEVICE, AND RESONANCE COUPLING POWER RECEPTION DEVICE}

본 발명은 공진형 송수신 안테나의 공진 특성을 이용해서 전력 전송을 행하는 공진 결합형 전력 전송 시스템, 공진형 전력 송신 장치 및 공진형 전력 수신 장치에 관한 것이다.

종래부터, 에너지를 무선으로 전송하는 장치가 알려져 있다(예를 들면 특허문헌 1-3 참조). 이 장치는 제 1 공진기 구조(공진형 송신 안테나)와, 이 제 1 공진기 구조로부터 원거리에 위치하는 제 2 공진기 구조(공진형 수신 안테나)로 구성되어 있다. 제 1 공진기 구조는 전력 공급원(교류 출력형 전원)으로부터 에너지를 받아서, 전자기 공명(자계 공진 결합)에 의해 제 2 공진기 구조에 비방사로 전송하는 것이다. 또, 제 2 공진기 구조는 제 1 공진기 구조로부터의 에너지를 받아서 외부 부하(수신 회로)에 공급하는 것이다. 또, 제 1 공진기 구조의 공진 특성값 Q1 및 제 2 공진기 구조의 공진 특성값 Q2가 아래의 식(1)을 만족하도록 설정되어 있다.

√(Q1·Q2)＞100 (1)

이것에 의해, 에너지의 전송 효율을 저하시키지 않고, 제 1, 2의 공진기 구조 간의 거리를 그 특징적인 사이즈(종래의 전자기 유도에 따른 거리)보다 크게 할 수 있다.

일본 공개 특허 공보 제2011-177018호 일본 공개 특허 공표 제2012-502602호 일본 공개 특허 공표 제2009-501510호

그렇지만, 특허문헌 1 내지 3에 개시된 종래 장치에서는, 제 1, 2의 공진기 구조의 공진 특성값 Q1, Q2만을 고려하고 있어, 제 1 공진기 구조에 연결되는 전력 공급원에 의한 공진 특성값의 변동, 및 제 2 공진기 구조에 연결되는 외부 부하에 의한 공진 특성값의 변동이 고려되어 있지 않다고 하는 과제가 있다.

즉, 고주파 회로에서는, 회로 블록마다 임피던스의 정합을 취하는 인터페이스가 필요하다. 한편, 종래 장치에서는, 제 1, 2의 공진기 구조의 공진 특성값 Q1, Q2만을 고려하고 있기 때문에, 제 1 공진기 구조와 전력 공급원의 사이 및 제 2 공진기 구조와 외부 부하의 사이에 상기 인터페이스가 설치되게 된다. 이 구성의 경우, 제 1, 2의 공진기 구조 간에는, 고효율로 전력 전송을 행할 수 있다. 그렇지만, 전력 공급원 및 외부 부하를 포함한 시스템 전체적으로 보았을 경우, 상기와 같은 인터페이스가 있기 때문에, 전력 손실이 매우 커진다.

또, 식(1)의 조건에서는, 제 1, 2의 공진기 구조간의 결합도가 적절하지 않은 경우, 즉, 제 1, 2의 공진기 구조간의 거리에 따라서는, 손실 에너지가 크고, 효율적인 전력 전송을 행할 수 없다고 하는 과제가 있다. 또, 상기 조건에서는, 제 1, 2의 공진기 구조의 안테나 구성이 제한되어 버려 자유도가 없고, 소형화, 경량화, 저비용화가 곤란하다고 하는 과제가 있다. 또, 상기 조건에서는, 제 1, 2의 공진기 구조의 일부로서 이용하는 캐패시터에 고전압이 인가되기 때문에, 고내압인 캐패시터 등의 특수 부품이 필요하게 되어, 소형화, 경량화, 저비용화가 곤란하다고 하는 과제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 공진형 전원 및 수신 회로의 영향에 의한 공진 특성값의 변동을 고려한 설정을 행하고, 종래 장치에 대해서 시스템 전체에서의 전력 전송의 고효율화를 도모할 수 있는 공진 결합형 전력 전송 시스템, 공진형 전력 송신 장치 및 공진형 전력 수신 장치를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

본 발명에 따른 공진 결합형 전력 전송 시스템은 전력을 공급하는 공진형 전원 및 공진형 전원에 의해 공급된 전력을 전송하는 공진형 송신 안테나를 갖는 공진형 전력 송신 장치와, 공진형 송신 안테나에 의해 전송된 전력을 수신하는 공진형 수신 안테나 및 공진형 수신 안테나에 의해 수신된 전력을 부하에 공급하는 수신 회로를 갖는 공진형 전력 수신 장치를 구비하고, 공진형 전원의 공진 특성값, 공진형 송신 안테나의 공진 특성값 및 공진형 전력 수신 장치의 공진 특성값이 상관 관계를 갖도록, 각 기능부의 특성 임피던스를 설정한 것이다.

본 발명에 따르면, 상기와 같이 구성했으므로, 공진형 전원 및 수신 회로의 영향에 의한 공진 특성값의 변동을 고려한 설정을 행하고, 종래 장치에 대해서 시스템 전체에서의 전력 전송의 고효율화를 도모할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시의 형태 1에 따른 공진 결합형 전력 전송 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시의 형태 1에 따른 공진 결합형 전력 전송 시스템의 구성을 나타내는 회로도이다.
도 3은 본 발명의 실시의 형태 1에 있어서의 공진형 송수신 안테나 간의 거리와 결합 계수의 관계를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시의 형태 1에 따른 공진 결합형 전력 전송 시스템의 전력 전송 효율을 나타내는 도면이며, (a) k√(Qo·Qt)＞1, k·Qr＞1의 경우를 나타내는 도면이며, (b) k√(Qo·Qt)≒1, k·Qr≒1의 경우를 나타내는 도면이며, (c) k√(Qo·Qt)＜1, k·Qr＜1의 경우를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시의 형태 1에 있어서의 공진형 송수신 안테나의 공진 주파수의 설정을 설명하는 도면이며, (a) 공진형 송수신 안테나의 공진 주파수를 나타내는 도면이며, (b) 공진형 송수신 안테나의 공진 주파수의 설정에 따른 전력 전송 효율을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시의 형태 1에 있어서의 공진형 전원 회로의 다른 구성을 나타내는 회로도이며, (a) 브리지형 컨버터를 나타내는 도면이며, (b) D급 컨버터를 나타내는 도면이며, (c) DE급 컨버터를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시의 형태 1에 있어서의 정류 회로의 다른 구성을 나타내는 회로도이며, (a) E급 정류 회로를 나타내는 도면이며, (b) 배전류 정류 회로(current doubler rectifier circuit)를 나타내는 도면이며, (c) 반파 정류 회로를 나타내는 도면이며, (d) 배전압 정류 회로(voltage doubler rectifier circuit)를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시의 형태 1에 따른 공진 결합형 전력 전송 시스템의 다른 구성을 나타내는 도면이다.

이하, 본 발명의 실시의 형태에 대해 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다.

실시의 형태 1.

도 1은 본 발명의 실시의 형태 1에 따른 공진 결합형 전력 전송 시스템의 구성을 나타내는 도면이며, 도 2는 구체적인 회로도이다.

공진 결합형 전력 전송 시스템은 도 1, 2에 나타내는 바와 같이, 공진형 전력 송신 장치(1) 및 공진형 전력 수신 장치(2)로 구성되어 있다. 또한 도 2에 나타내는 공진 결합형 전력 전송 시스템에서는, 후술하는 공진형 전원(11)의 공진 주파수가 2 MHz 이상인 경우를 나타내고 있지만, 2 MHz 미만의 것을 이용해도 좋다.

공진형 전력 송신 장치(1)는 공진형 전원(11), 정합 회로(12) 및 공진형 송신 안테나(13)로 구성되어 있다.

공진형 전원(11)은 공진형 송신 안테나(13)로의 전력의 공급을 제어하는 것이며, 직류 또는 교류의 입력 전력을 소정의 주파수의 교류로 변환해서 출력하는 것이다. 이 공진형 전원(11)은 공진 스위칭 방식에 의한 전원 회로로 구성되고, 출력 임피던스 Zo, 공진 주파수 fo 및 공진 특성값 Qo를 갖는다.

정합 회로(12)는 공진형 전원(11)의 출력 임피던스 Zo와 공진형 송신 안테나(13)의 통과 특성 임피던스 Zt의 사이의 임피던스 정합을 행하는 것이다. 이 정합 회로(12)는 인덕터 L 및 캐패시터 C에 의한 π형이나 L형의 필터로 구성되고, 그 통과 특성 임피던스 Zp를 갖는다.

공진형 송신 안테나(13)는 정합 회로(12)를 거친 공진형 전원(11)으로부터의 교류 전력이 입력되어 공진 동작을 행하고, 비방사형의 전자계를 근방에 발생시킴으로써, 공진형 수신 안테나(21)에 대해서 전력 전송을 행하는 것이다. 이 공진형 송신 안테나(13)는 코일 형상의 공진형 안테나이며, 그 통과 특성 임피던스 Zt, 공진 주파수 ft 및 공진 특성값 Qt를 갖는다.

또, 공진형 전원(11)의 공진 주파수 fo 및 공진 특성값 Qo는 공진형 전원(11)의 출력 임피던스 Zo와 정합 회로(12)의 통과 특성 임피던스 Zp로부터 정해진다. 공진형 송신 안테나(13)의 공진 주파수 ft 및 공진 특성값 Qt는 공진형 송신 안테나(13)의 통과 특성 임피던스 Zt와 정합 회로(12)의 통과 특성 임피던스 Zp로부터 정해진다.

그리고, 이 2개의 공진 특성값 Qo, Qt로부터, 공진형 전력 송신 장치(1)는 공진 특성값 Qtx=√(Qo·Qt)를 갖게 된다.

공진형 전력 수신 장치(2)는 공진형 수신 안테나(21), 정류 회로(22) 및 수신 회로(23)에 의해 구성되어 있다. 이 공진형 전력 수신 장치(2)는 공진 주파수 fr 및 공진 특성값 Qr를 갖고 있다.

공진형 수신 안테나(21)는 공진형 송신 안테나(13)로부터의 비방사형의 전자계와 공진 결합 동작을 행함으로써 전력을 수신하여, 교류 전력을 출력하는 것이다. 이 공진형 수신 안테나(21)는 코일 형상의 공진형 안테나이며, 그 통과 특성 임피던스 Zr를 갖는다.

정류 회로(22)는 공진형 수신 안테나(21)로부터의 교류 전력을 직류 전력으로 변환하는 정류 기능과, 공진형 수신 안테나(21)의 통과 특성 임피던스 Zr와 수신 회로(23)의 입력 임피던스 ZRL의 사이의 임피던스 정합을 행하는 정합 기능을 갖는 정합형 정류 회로이다. 정합 기능은 인덕터 L 및 캐패시터 C에 의한 π형이나 L형의 필터로 구성된다. 또, 정류 회로(22)는 통과 특성 임피던스 Zs를 갖는다. 또한 여기에서는, 정류 회로(22)가 정류 기능 및 정합 기능을 갖는 것으로 했지만, 이것에 한정하는 것이 아니고, 정류 효율은 떨어지지만 정류 기능만으로 구성해도 좋다.

수신 회로(23)는 정류 회로(22)로부터의 직류 전력이 입력되어, 소정의 전압으로 변환해서 부하(미도시)에 공급하는 것이다. 이 수신 회로(23)는 고주파 전압 리플을 평활하기 위한 LC 필터(평활 필터)와, 소정의 전압으로 변환하기 위한 DC/DC 컨버터 등으로 구성되고, 그 입력 임피던스 ZRL를 갖고 있다. 또, DC/DC 컨버터를 마련하지 않고, 평활 필터만으로 구성해도 좋다.

또, 공진형 전력 수신 장치(2)의 공진 특성값 Qr 및 공진 주파수 fr는 공진형 수신 안테나(21)의 통과 특성 임피던스 Zr와, 정류 회로(22)의 통과 특성 임피던스 Zs와, 수신 회로(23)의 입력 임피던스 ZRL로부터 정해진다.

또, 공진형 송수신 안테나(13, 21)의 공진 결합에 의한 전력 전송 방식은 특별히 한정되는 것이 아니고, 자계 공명에 의한 방식, 전계 공명에 의한 방식, 전자기 유도에 의한 방식, 접촉형의 공진 결합 방식 중 어느 하나이어도 좋다.

그리고, 본 발명에서는, 공진형 전원(11)의 공진 특성값 Qo, 공진형 송신 안테나(13)의 공진 특성값 Qt 및 공진형 전력 수신 장치(2)의 공진 특성값 Qr이 상관 관계를 갖도록, 각 기능부의 특성 임피던스를 설정한다. 즉, 공진형 전력 송신 장치(1)의 공진 특성값 Qtx(=√(Qo·Qt))와 공진형 전력 수신 장치(2)의 공진 특성값 Qr이 근사하게 한다(아래의 식(2)). 구체적으로는 아래의 식(3)의 범위내이면 좋다.

√(Qo·Qt)≒Qr (2)

0.5 Qr≤√(Qo·Qt)≤1.5 Qr (3)

이것에 의해, 공진형 송신 안테나(13)에 연결되는 공진형 전원(11)의 영향으로 인한 공진 특성값의 변동 및 공진형 수신 안테나(21)에 연결되는 수신 회로(23)의 영향으로 인한 공진 특성값의 변동을 고려해서, 공진형 전력 송신 장치(1) 및 공진형 전력 수신 장치(2)를 설정하는 것이 가능해진다. 그 결과, 시스템 전체적으로 고효율의 전력 전송이 가능해진다.

다음으로, 도 3을 이용해서, 공진형 송수신 안테나(13, 21) 간의 거리 d와 결합 계수 k(≒자속 쇄교율))의 관계에 대해 설명한다. 여기서, 공진형 송수신 안테나(13, 21)(나선형 안테나)의 지름 φ을 18 [㎝]로 했을 경우, 거리 d와 결합 계수 k의 관계는 도 3(b)과 같이 된다. 즉, 거리 d가 가까울수록 결합 계수 k가 커지고, 거리 d가 멀어질수록 결합 계수 k가 작아진다.

그렇지만, 본 발명과 같이 3개의 공진 특성값 Qo, Qt, Qr이 상관 관계를 갖게 함으로써, 전력 전송 효율을 떨어뜨리지 않고, 공진형 송수신 안테나(13, 21) 간의 거리를 종래의 전자기 유도에 의한 거리보다 크게 할 수 있다.

또, 공진형 전력 송신 장치(1)에 있어서, 아래의 식(4)을 만족하도록, 각 기능부의 특성 임피던스를 설정한다. 구체적으로는 아래의 식(5)의 범위내이면 좋다.

k√(Qo·Qt)≒1 (4)

0.5≤k√(Qo·Qt)≤1.5 (5)

또, 공진형 전력 수신 장치(2)에 있어서, 아래의 식(6)을 만족하도록, 각 기능부의 특성 임피던스를 설정한다. 구체적으로는 아래의 식(7)의 범위내이면 좋다.

k·Qr≒1 (6)

0.5≤k·Qr≤1.5 (7)

이것에 의해, 도 4에 나타내는 바와 같이, 시스템 전체적으로의 전력 전송 효율을 보다 높일 수 있다.

또한, 도 5(a)에 나타내는 바와 같이, 식(2), (3)의 조건하에서, 공진형 송신 안테나(13)의 공진 주파수 ft(실선)와 공진형 수신 안테나(21)의 공진 주파수 fr(점선)를 상이한 값으로 설정한다. 이때, 이상적으로는, 공진 특성값 Qtx, Qr의 교점이 가장 높아지도록 공진 주파수 ft, fr를 어긋나게 하고, 또한, 해당 교점을 공진형 전원(11)의 공진 주파수 fo에 일치시킨다. 이것에 의해, 도 5(b)에 나타내는 바와 같이, 식(2), (3)에서의 공진 특성값을 최대에 근사하게 할 수 있어 공진 주파수(전송 주파수) fo에 있어서, 전력 전송 효율을 최대에 근사하게 할 수 있다.

다음으로, 종래 장치와 본 발명의 차이에 대해 설명한다.

종래 장치는, 상술한 바와 같이, 제 1 공진기 구조(공진형 송신 안테나)의 공진 특성값 Q1과 제 2 공진기 구조(공진형 수신 안테나)의 공진 특성값 Q2를, 식(1)을 만족하도록 높게 설정한 것이다. 한편, 본 발명에서는, 공진형 전원(11)의 공진 특성값 Qo, 공진형 송신 안테나(13)의 공진 특성값 Qt 및 공진형 전력 수신 장치(2)의 공진 특성값 Qr의 3개의 공진 특성값이 상관 관계를 갖게 한 것이다. 그 결과, 전력 전송 효율을 떨어뜨리지 않고, 공진형 송수신 안테나(13, 21) 간의 거리 d를 종래의 전자기 유도에 의한 거리보다 크게 할 수 있다. 즉, 본 발명에서는, 종래 장치의 공진 특성값 Q1, Q2에 상당하는 공진형 송수신 안테나(13, 21)의 공진 특성값 √(Qo·Qt), Qr가 종래 장치보다 낮은 경우에도, 원거리에 고효율의 전력 전송이 가능하다. 이하, 구체적인 예를 나타낸다.

우선, 공진형 전원(11)의 공진 주파수 fo에 있어서, 공진형 전원(11)의 공진 특성값 Qo를 4로 설정하고, 공진형 송신 안테나(13)의 공진 특성값 Qt를 6으로 설정하고, 공진형 전력 수신 장치(2)의 공진 특성값 Qr를 5로 설정한 경우를 나타낸다.

이 경우, 아래의 식(8)의 관계가 성립한다.

√(Qo·Qt)≒Qr≒5 (8)

이때, 식(4), (6)로부터, 아래의 식(9)을 만족하는 결합 계수 k의 조건에서, 가장 고효율인 전력 전송이 가능해진다.

k≒1/5=0.2 (9)

여기서, 공진형 송수신 안테나(13, 21)의 지름 φ이 18[㎝]인 경우(도 3), 상기 결합 계수 k=0.2를 만족하기 위해서는, 공진형 송수신 안테나(13, 21)의 거리 d를 약 7 ㎝로 설정하면 좋다. 또, 그 공진형 송수신 안테나(13, 21) 간의 동손(銅損)을 제외한 전송 효율 η은 아래의 식(10)으로 된다.

η≒k√(√(Qo·Qt)·Qr)=99% (10)

다음으로, 공진형 전원(11)의 공진 주파수 fo에 있어서, 공진형 전원(11)의 공진 특성값 Qo를 40으로 설정하고, 공진형 송신 안테나(13)의 공진 특성값 Qt를 60으로 설정하고, 공진형 전력 수신 장치(2)의 공진 특성값 Qr를 50으로 설정한 경우를 나타낸다.

이 경우, 아래의 식(11)의 관계가 성립한다.

√(Qo·Qt)≒Qr≒50 (11)

이때, 식(4), (6)으로부터, 아래의 식(12)을 만족하는 결합 계수 k의 조건에서, 가장 고효율인 전력 전송이 가능해진다.

k≒1/50=0.02 (12)

여기서, 공진형 송수신 안테나(13, 21)의 지름 φ이 18[cm]인 경우(도 3), 상기 결합 계수 k=0.02를 만족하기 위해서는, 공진형 송수신 안테나(13, 21)의 거리 d를 약 20 ㎝로 설정하면 좋다. 또, 그 공진형 송수신 안테나(13, 21) 간의 동손을 제외한 전송 효율 η은 식(10)으로 된다.

다음으로, 공진형 전원(11)의 공진 주파수 fo에 있어서, 공진형 전원(11)의 공진 특성값 Qo를 120으로 설정하고, 공진형 송신 안테나(13)의 공진 특성값 Qt를 80으로 설정하고, 공진형 전력 수신 장치(2)의 공진 특성값 Qr를 100으로 설정한 경우를 나타낸다.

이 경우, 아래의 식(13)의 관계가 성립한다.

√(Qo·Qt)≒Qr≒100 (13)

이때, 식(4), (6)으로부터, 아래의 식(14)을 만족하는 결합 계수 k의 조건에서, 가장 고효율인 전력 전송이 가능해진다.

k≒1/100=0.01 (14)

여기서, 공진형 송수신 안테나(13, 21)의 지름 φ이 18[㎝]인 경우(도 3), 상기 결합 계수 k=0.01을 만족하기 위해서는, 공진형 송수신 안테나(13, 21)의 거리 d를 약 30 ㎝로 설정하면 좋다. 또, 그 공진형 송수신 안테나(13, 21) 간의 동손을 제외한 전송 효율 η은 식(10)으로 된다.

이상과 같이, 이 실시의 형태 1에 따르면, 공진형 전원(11)의 공진 특성값 Qo, 공진형 송신 안테나(13)의 공진 특성값 Qt 및 공진형 전력 수신 장치(2)의 공진 특성값 Qr이 상관 관계를 갖도록, 각 기능부의 특성 임피던스를 설정했으므로, 공진형 전원(11) 및 수신 회로(23)의 영향으로 인한 공진 특성값의 변동을 고려해서, 공진형 전력 송신 장치(1) 및 공진형 전력 수신 장치(2)를 설정하는 것이 가능해지고, 종래 장치에 대해서 시스템 전체적으로 전력 전송의 고효율화를 도모할 수 있다. 또, 공진형 송수신 안테나(13, 21)의 공진 특성값에 의존하지 않고, 전력 전송 효율을 떨어뜨리지 않고, 공진형 송수신 안테나(13, 21) 간의 거리를 종래의 전자기 유도에 의한 거리보다 멀게 할 수 있다.

또, 공진형 송수신 안테나(13, 21)의 공진 특성값을 높이지 않아도 좋기 때문에, 공진형 송수신 안테나(13, 21)는 공진 특성값으로 제한되지 않는 자유도가 있는 안테나 설계가 가능해지고, 소형화, 경량화, 저비용화가 가능해진다. 또, 공진형 송수신 안테나(13, 21)의 일부로서 이용되는 캐패시터에, 고내압의 캐패시터 등의 특수한 부품을 이용할 필요는 없기 때문에, 소형화, 경량화, 저비용화가 가능해진다.

또, 본 발명의 공진형 전원(11)은 도 2에 나타내는 회로 구성에 한정하는 것이 아니고, 예를 들면 도 6에 나타내는 회로 구성으로 해도 좋다. 여기서, 도 6(a)은 브리지형 컨버터를 나타내고, 도 6(b)은 D급 컨버터를 나타내고, 도 6(c)은 DE급 컨버터를 나타내고 있다.

또, 본 발명의 정류 회로(22)는 도 2에 나타내는 회로 구성에 한정하는 것이 아니고, 예를 들면 도 7에 나타내는 회로 구성으로 해도 좋다. 여기서, 도 7(a)은 E급 정류 회로를 나타내고, 도 7(b)은 배전류 정류 회로를 나타내고, 도 7(c)은 반파 정류 회로를 나타내고, 도 7(d)은 배전압 정류 회로를 나타내고 있다.

또 도 1에서는, 공진형 전력 송신 장치(1)에 정합 회로(12)를 마련한 경우를 나타냈다. 그렇지만, 이것에 한정하는 것이 아니고, 도 8에 나타내는 바와 같이, 정합 회로(12)를 마련하지 않고 구성해도 좋다. 이 경우, 공진형 전원(11)의 공진 주파수 fo 및 공진 특성값 Qo는 공진형 전원(11)의 출력 임피던스 Zo와 공진형 송신 안테나(13)의 통과 특성 임피던스 Zt로부터 정해진다. 또, 공진형 송신 안테나(13)의 공진 주파수 ft 및 공진 특성값 Qt는 공진형 송신 안테나(13)의 통과 특성 임피던스 Zt와 공진형 전원(11)의 출력 임피던스 Zo로부터 정해진다.

또, 본원 발명은 그 발명의 범위내에서, 실시의 형태의 임의의 구성 요소의 변형, 혹은 실시의 형태의 임의의 구성 요소의 생략이 가능하다.

(산업상의 이용 가능성)

본 발명에 따른 공진 결합형 전력 전송 시스템은 공진형 전원 및 수신 회로의 영향으로 인한 공진 특성값의 변동을 고려한 설정을 행하여, 종래 장치에 대해서 시스템 전체에서의 전력 전송의 고효율화를 도모할 수 있고, 공진형 송수신 안테나의 공진 특성을 이용해서 전력 전송을 행하는 공진 결합형 전력 전송 시스템 등에 이용하는데 적합하다.

1 : 공진형 전력 송신 장치 2 : 공진형 전력 수신 장치
11 : 공진형 전원 12 : 정합 회로
13 : 공진형 송신 안테나 21 : 공진형 수신 안테나
22 : 정류 회로 23 : 수신 회로

Claims

전력을 공급하는 공진형 전원 및 상기 공진형 전원에 의해 공급된 전력을 전송하는 공진형 송신 안테나를 갖는 공진형 전력 송신 장치와,
상기 공진형 송신 안테나에 의해 전송된 전력을 수신하는 공진형 수신 안테나 및 상기 공진형 수신 안테나에 의해 수신된 전력을 부하에 공급하는 수신 회로를 갖는 공진형 전력 수신 장치
를 구비하고,
상기 공진형 전원의 공진 특성값을 Qo로 하고, 상기 공진형 송신 안테나의 공진 특성값을 Qt로 하고, 상기 공진형 전력 수신 장치의 공진 특성값을 Qr로 했을 때, 0.5 Qr≤√(Qo·Qt)≤1.5 Qr를 만족하는
것을 특징으로 하는 공진 결합형 전력 전송 시스템.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 공진형 송신 안테나와 상기 공진형 수신 안테나의 사이의 결합 계수를 k로 했을 때, 0.5≤k√(Qo·Qt)≤1.5를 만족하는 것을 특징으로 하는 공진 결합형 전력 전송 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 공진형 송신 안테나와 상기 공진형 수신 안테나의 사이의 결합 계수를 k로 했을 때, 0.5≤k·Qr≤1.5를 만족하는 것을 특징으로 하는 공진 결합형 전력 전송 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 공진형 송신 안테나의 공진 주파수와 상기 공진형 수신 안테나의 공진 주파수는 상이한 것을 특징으로 하는 공진 결합형 전력 전송 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 공진형 전원의 공진 주파수는 2 MHz 이상인 것을 특징으로 하는 공진 결합형 전력 전송 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 공진형 송신 안테나와 상기 공진형 수신 안테나의 사이의 공진 결합에 의한 전력 전송 방식은 자계, 전계, 전자기 유도 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 공진 결합형 전력 전송 시스템.
삭제
전력을 공급하는 공진형 전원과,
상기 공진형 전원에 의해 공급된 전력을 전송하는 공진형 송신 안테나
를 갖고,
상기 공진형 전원의 공진 특성값을 Qo로 하고, 상기 공진형 송신 안테나의 공진 특성값을 Qt로 하고, 상기 공진형 송신 안테나에 의해 전송된 전력을 수신하는 공진형 수신 안테나 및 상기 공진형 수신 안테나에 의해 수신된 전력을 부하에 공급하는 수신 회로를 갖는 공진형 전력 수신 장치의 공진 특성값을 Qr로 했을 때, 0.5 Qr≤√(Qo·Qt)≤1.5 Qr를 만족하는
것을 특징으로 하는 공진형 전력 송신 장치.
공진형 전력 수신 장치에 있어서,
전력을 공급하는 공진형 전원 및 상기 공진형 전원에 의해 공급된 전력을 전송하는 공진형 송신 안테나를 갖는 공진형 전력 송신 장치에 의해 전송된 전력을 수신하는 공진형 수신 안테나와,
상기 공진형 수신 안테나에 의해 수신된 전력을 부하에 공급하는 수신 회로
를 갖고,
상기 공진형 전원의 공진 특성값을 Qo로 하고, 상기 공진형 송신 안테나의 공진 특성값을 Qt로 하고, 상기 공진형 전력 수신 장치의 공진 특성값을 Qr로 했을 때, 0.5 Qr≤√(Qo·Qt)≤1.5 Qr를 만족하는
것을 특징으로 하는 공진형 전력 수신 장치.