JP2017212830A - Wireless power transmission system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電力を空間を越えて電気装置に給電する無線電力伝送システムに関する。 The present invention relates to a wireless power transmission system that supplies power to an electric device across a space.
送電コイルから空間を隔てて対向する受電コイルに電力を給電する無線電力伝送システムは、電源装置の電極端子と負荷装置の電極端子を接触させずに電力を伝送できるので、電気装置の電気端子同士を接触させる接点の接触不良問題が発生しない利点がある。その利点を生かして、歯ブラシや携帯電話などに無線電力伝送システムが利用されている。 A wireless power transmission system that feeds power to a power receiving coil that is opposed to a power transmitting coil with a space therebetween can transmit power without contacting the electrode terminal of the power supply device and the electrode terminal of the load device. There is an advantage that the problem of contact failure of the contact point where the contact is made does not occur. Taking advantage of this advantage, wireless power transmission systems are used for toothbrushes and mobile phones.
また、特許文献1では、電気自動車の移動位置に応じて設置した複数の送電コイルをスイッチで切り替えて通電することで受電コイルと送電コイルを1対1で誘導結合させて非接触で電気自動車に電力を伝送する無線電力伝送システムが提案されている。
Moreover, in
また、特許文献2では、長い長方形の送電コイルを用いて非接触で電気自動車に電力を伝送する無線電力伝送システムが提案されている。
しかし、特許文献1においては、受電コイルと送電コイルを1対1で誘導結合させて無線電力伝送するためにスイッチ回路を必要とするので、無線電力伝送システムのコストが高くなる問題があった。
However, in
また、特許文献2においては、長い送電コイルを用いることで、送電コイルから多くの不要輻射(放射ノイズ)が発生する問題があった。
Moreover, in
そのため、本発明の解決すべき課題は、受電コイルの配置位置が移動しても効率良い無線電力伝送が行なえ、かつ、不要輻射が少ない無線電力伝送システムを構築することにある。 Therefore, a problem to be solved by the present invention is to construct a wireless power transmission system that can perform efficient wireless power transmission even when the arrangement position of the power receiving coil is moved and that has less unnecessary radiation.
この課題を解決するために、本発明は、受電コイルに受電共振用コンデンサを接続し負荷回路を接続して構成した受電コイル共振回路を有し、局所中継コイルに局所共振用コンデンサを接続して構成した局所中継共振回路を有し、前記局所中継共振回路に交流電力を供給する電力並行給電手段を有し、前記受電コイルが前記局所中継コイルに接近した場合の前記局所中継共振回路と前記受電コイル共振回路が持つ第1の共振周波数を、前記局所中継コイルに前記受電コイルが接近していない場合の前記局所中継共振回路が持つ第2の共振周波数と異ならせ、前記電力並行給電手段から前記第1の共振周波数の交流電力を給電し、前記受電コイルに接近した前記局所中継コイルを、前記交流電力を前記受電コイルに送電する中継路にしたことを特徴とする無線電力伝送システムである。 In order to solve this problem, the present invention has a power reception coil resonance circuit configured by connecting a power reception resonance capacitor to a power reception coil and connecting a load circuit, and connecting a local resonance capacitor to a local relay coil. A local relay resonance circuit configured, power parallel feeding means for supplying AC power to the local relay resonance circuit, and the local relay resonance circuit and the power reception when the power receiving coil approaches the local relay coil The first resonance frequency of the coil resonance circuit is made different from the second resonance frequency of the local relay resonance circuit when the power receiving coil is not approaching the local relay coil, The AC power having the first resonance frequency is fed, and the local relay coil approaching the power receiving coil is used as a relay path for transmitting the AC power to the power receiving coil. A wireless power transmission system according to symptoms.
この構成により、本発明は、電力並行給電手段からの交流電力を、受電コイルが接近した局所中継コイルを共振させて電流を流させて受電コイル共振回路に電力を伝送する主な中継路にする。すなわち、局所中継共振回路に電力伝送のスイッチ機能を持たせる効果がある。そして、受電コイルが接近した局所中継コイルに主に共振電流が流れ、受電コイルが接近しない局所中継コイルに流れる電流値が小さいため、不要輻射を少なくできる効果がある。 With this configuration, the present invention makes the AC power from the parallel power feeding means a main relay path that resonates the local relay coil that is close to the power receiving coil to flow current and transmits power to the power receiving coil resonance circuit. . That is, there is an effect that the local relay resonance circuit has a power transmission switch function. And since a resonance current mainly flows through the local relay coil approaching the power receiving coil and a current value flowing through the local relay coil not approaching the power receiving coil is small, there is an effect that unnecessary radiation can be reduced.
また、本発明は、上記の無線電力伝送システムであって、前記電力並行給電手段が、前記局所中継コイルに誘導結合する給電用中継コイルを有することを特徴とする無線電力伝送システムである。 The present invention is the above-described wireless power transmission system, characterized in that the parallel power feeding means has a power feeding relay coil that is inductively coupled to the local relay coil.
また、本発明は、上記の無線電力伝送システムであって、前記電力並行給電手段が、前記局所中継共振回路に接続する電極端子を有し、前記電極端子に直列に結合容量が挿入されていることを特徴とする無線電力伝送システムである。 Further, the present invention is the above wireless power transmission system, wherein the parallel power feeding means has an electrode terminal connected to the local relay resonance circuit, and a coupling capacitor is inserted in series with the electrode terminal. This is a wireless power transmission system.
また、本発明は、上記の無線電力伝送システムであって、前記電力並行給電手段が、前記局所中継共振回路に接続する電極端子を有し、前記電極端子に直列に結合インダクタンスが挿入されていることを特徴とする無線電力伝送システムである。 Further, the present invention is the above wireless power transmission system, wherein the parallel power feeding unit has an electrode terminal connected to the local relay resonance circuit, and a coupling inductance is inserted in series with the electrode terminal. This is a wireless power transmission system.
また、本発明は、上記の無線電力伝送システムであって、前記電力並行給電手段が、前記局所中継共振回路に接続する電極端子を有し、前記電極端子に直列に、結合容量と結合インダクタンスの並列回路が挿入されていることを特徴とする無線電力伝送システムである。 Further, the present invention is the above wireless power transmission system, wherein the parallel power feeding means has an electrode terminal connected to the local relay resonance circuit, and a coupling capacitance and a coupling inductance are connected in series with the electrode terminal. A wireless power transmission system in which a parallel circuit is inserted.
本発明の無線電力伝送システムは、電力並行給電手段からの交流電力を、受電コイルが接近した局所中継コイルを主に共振させて電流を流させて受電コイル共振回路に電力を伝送する主な中継路にする。すなわち、局所中継共振回路に電力伝送のスイッチ機能を持たせる効果がある。 The wireless power transmission system of the present invention is a main relay that transmits AC power from the parallel power feeding means to the power receiving coil resonance circuit by causing the local relay coil close to the power receiving coil to resonate and causing a current to flow. On the road. That is, there is an effect that the local relay resonance circuit has a power transmission switch function.
そして、受電コイルが接近した局所中継コイルに主に電流が流れるので、不要輻射を発生する原因になる電流が主に流れる局所中継コイルが、受電コイルの位置の局所中継コイルに限定される。それにより、受電コイルが移動可能な広い面積の領域に比べて十分小さな面積の領域に主な電流が流れるので、不要輻射を少なくできる効果がある。 And since a current mainly flows through the local relay coil to which the power receiving coil approaches, the local relay coil through which a current mainly causing unnecessary radiation flows is limited to the local relay coil at the position of the power receiving coil. As a result, the main current flows in a region having a sufficiently small area as compared with a wide area where the power receiving coil can move, so that there is an effect that unnecessary radiation can be reduced.
<第1の実施形態>
(無線電力伝送システムの構成)
第1の実施形態の無線電力伝送システムの構成を、図1の平面図と図2の側面図に示す。図3に無線電力伝送システムの等価回路を示す。第1の実施形態の無線電力伝送システムは、図3の様に、受電コイルLUに受電共振用コンデンサCUを接続し負荷回路LDを接続して構成した受電コイル共振回路1を有する。負荷回路LDは、受電コイル共振回路1の受電コイルLUに直列又は並列に接続して、負荷回路LDが電力を消費する。
<First Embodiment>
(Configuration of wireless power transmission system)
The configuration of the wireless power transmission system of the first embodiment is shown in the plan view of FIG. 1 and the side view of FIG. FIG. 3 shows an equivalent circuit of the wireless power transmission system. As shown in FIG. 3, the wireless power transmission system of the first embodiment includes a power receiving
(受電コイル共振回路1)
受電コイル共振回路1は、図3の様に、受電コイルLUに受電共振用コンデンサCUを接続して受電コイル共振回路1を構成する。受電コイル共振回路1の受電共振用コンデンサCUに並列又は直列に負荷回路LDを接続する。受電コイルLUは、図2の側面図の様に、水平面内に配置した局所中継コイルLMの上方に一定の高さhを保って配置し、図1の様に受電コイルLUを同時に複数の局所中継コイルLMに接近させて誘導結合させる。
(Receiving coil resonance circuit 1)
As shown in FIG. 3, the power receiving
それらの複数の局所中継コイルLMに接近させた受電コイルLUを、図1の位置Aから位置Bまで高さhを一定に保ったままで移動させる。 The power receiving coil LU brought close to the plurality of local relay coils LM is moved from the position A to the position B in FIG. 1 while keeping the height h constant.
(局所中継共振回路2)
また、局所中継コイルLMに局所共振用コンデンサCMを接続して構成した局所中継共振回路2を図1の様に複数配置する。そして、図3の様にその複数の局所中継共振回路2へ第1の共振周波数f(後に説明する)の交流電力を給電する電力並行給電手段3を備える。
(Local relay resonance circuit 2)
Further, a plurality of local
(電力並行給電手段3)
電力並行給電手段3は、図1の様に、各局所中継共振回路2の局所中継コイルLMに誘導結合させる給電用中継コイルLPを複数有し、複数の給電用中継コイルLPを給電線対LAに並列に接続する。その給電線対LAには、交流電力を供給する電源回路SCを接続するとともに、その給電線対LAに並列に共用容量CWを接続し複数の給電用中継コイルLPと組み合わせて共用容量共振器を構成する。
(Parallel power feeding means 3)
As shown in FIG. 1, the parallel power feeding means 3 has a plurality of feeding relay coils LP that are inductively coupled to the local relay coils LM of each local
(共用容量共振器)
図1のように、電力並行給電手段3に局所中継共振回路2の局所中継コイルLMに接近させて誘導結合させる複数の給電用中継コイルLP1からLP6を設ける。給電用中継コイルLP1からLP6は給電線対LAに並列に接続する。給電線対LAには共用容量CWを並列に接続して、給電用中継コイルLP1からLP6と組み合わせて共用容量共振器を構成する。
(Shared capacity resonator)
As shown in FIG. 1, a plurality of power feeding relay coils LP <b> 1 to LP <b> 6 are provided in the parallel power feeding means 3 so as to be inductively coupled with the local relay coil LM of the local
その給電線対LAに電源回路SCを接続して電源回路SCの第1の共振周波数f(後に説明する)の交流電力を共用容量共振器に給電する。その交流電力が共用容量共振器の複数の給電用中継コイルLPに電流を流して局所中継コイルLMに電磁誘導することで局所中継共振回路2を共振させる。
A power supply circuit SC is connected to the pair of power supply lines LA to supply AC power having a first resonance frequency f (described later) of the power supply circuit SC to the shared capacitor resonator. The AC power causes the local
この共用容量共振器の構成は、給電線対LAを用いずに、電源回路SCを並列に接続した共用容量CWに直接に並列に複数の給電用中継コイルLPを接続して構成しても良い。電源回路SCを共用容量CWに並列に接続する構成では、回路のインピーダンスに整合させる電源回路SCの出力インピーダンスの値は高めになる。 The shared capacitor resonator may be configured by directly connecting a plurality of feed relay coils LP in parallel to the shared capacitor CW in which the power supply circuit SC is connected in parallel, without using the feed line pair LA. . In the configuration in which the power supply circuit SC is connected in parallel to the shared capacitor CW, the value of the output impedance of the power supply circuit SC that matches the impedance of the circuit is high.
本実施形態の電力並行給電手段3では、共用容量共振器の共用容量CWに並列に電源回路SCを接続するので、その共用容量共振器とインピーダンスを整合させる電源回路SCの出力インピーダンスの値は高めになる。 In the parallel power feeding means 3 of the present embodiment, the power supply circuit SC is connected in parallel to the shared capacitor CW of the shared capacitor resonator, so that the output impedance value of the power supply circuit SC that matches impedance with the shared capacitor resonator is increased. become.
(給電線対LA)
共用容量共振器の給電用中継コイルLPに電力を供給するために給電線対LAを用いる場合は、その給電線対LAの給電線LA1とLA2に互いに逆方向の電流が流れる場合における給電線対LAの自己インダクタンスを小さくすることが望ましい。そのために、帯状あるいは同軸の筒面状の2つの給電線LA1とLA2の面を平行に対向させて重ねた給電線対LAを用いることが出来る。
(Feeding line pair LA)
When the power supply line pair LA is used to supply power to the power supply relay coil LP of the shared capacity resonator, the power supply line pair in the case where currents in opposite directions flow through the power supply lines LA1 and LA2 of the power supply line pair LA. It is desirable to reduce the self-inductance of LA. For this purpose, it is possible to use a pair of power supply lines LA in which the surfaces of two power supply lines LA1 and LA2 having a strip or coaxial cylindrical surface are opposed in parallel.
また、共用容量共振器の複数の給電用中継コイルLPは形や自己インダクタンスが異なっても良い。各給電用中継コイルLPの自己インダクタンスが全て異なっても、各々の給電用中継コイルLPが共用容量CWの容量を分け合って利用し全給電用中継コイルLPが同じ共振周波数で共振し、無線電力伝送を高い効率で実行できる。 Further, the plurality of feeding relay coils LP of the shared capacitance resonator may have different shapes and self-inductances. Even if all the self-inductances of the power supply relay coils LP are different, the power supply relay coils LP share the capacity of the shared capacitor CW, and all the power supply relay coils LP resonate at the same resonance frequency, thereby transmitting wireless power. Can be executed with high efficiency.
(受電コイルLUと局所中継コイルLMの誘導結合による共振周波数の変化)
本実施形態では、図1の様に、受電コイルLUを複数の局所中継コイルLMに同時に接近させ誘導結合させる。例えば、局所中継コイルLMを水平面に設置し、その局所中継コイルLMに平行な水平面内に受電コイルLUを設置して局所中継コイルLMに平行に対向させる。両コイルの間の距離は、図2の側面図の様に、受電コイルLUの直径以下の距離hの高さで隔てて接近させ誘導結合させる。
(Change in resonance frequency due to inductive coupling of power receiving coil LU and local relay coil LM)
In the present embodiment, as shown in FIG. 1, the power receiving coil LU is simultaneously approached and inductively coupled to the plurality of local relay coils LM. For example, the local relay coil LM is installed on a horizontal plane, the power receiving coil LU is installed in a horizontal plane parallel to the local relay coil LM, and is opposed to the local relay coil LM in parallel. As shown in the side view of FIG. 2, the distance between the two coils is made to approach and be inductively coupled at a height of a distance h equal to or less than the diameter of the power receiving coil LU.
(第1の共振周波数と第2の共振周波数)
受電コイルLUが局所中継コイルLMに接近した場合に、その局所中継コイルLMを含む局所中継共振回路2(及び受電コイル共振回路1)の持つ共振周波数fを第1の共振周波数と定義する。一方、受電コイルLUが接近しない局所中継コイルLMを含む局所中継共振回路2が単独で存在する場合に持つ固有の共振周波数を第2の共振周波数と定義する。
(First resonance frequency and second resonance frequency)
When the power reception coil LU approaches the local relay coil LM, the resonance frequency f of the local relay resonance circuit 2 (and the power reception coil resonance circuit 1) including the local relay coil LM is defined as a first resonance frequency. On the other hand, a unique resonance frequency when the local
本発明は、受電コイルLUが接近した局所中継コイルLMを含む局所中継共振回路2の第1の共振周波数が、受電コイルLUが接近しない局所中継コイルLMを含む局所中継共振回路2の固有の共振周波数である第2の共振周波数からずれる現象を利用する。
In the present invention, the first resonance frequency of the local
局所中継共振回路2の第1の共振周波数が第2の共振周波数からずれる理由は、共振電流が流れている受電コイルLUが発生する磁界が、受電コイルLUに接近した局所中継コイルLMに電磁誘導して電圧を発生することで、その局所中継コイルLMを含む局所中継共振回路2の共振周波数を変化させるからである。
The reason why the first resonance frequency of the local
(共用容量共振器の共振周波数を第1の共振周波数に合わせる)
電源回路SCからは第1の共振周波数fの交流電力を電力並行給電手段3の共用容量共振器に供給する。電力並行給電手段3の共用容量共振器は、その第1の共振周波数fで共振するように共用容量CWの容量とそれに並列に接続する複数の給電用中継コイルLPのインダクタンスを定める。
(The resonance frequency of the shared capacitor resonator is adjusted to the first resonance frequency.)
From the power supply circuit SC, AC power having the first resonance frequency f is supplied to the shared capacitance resonator of the parallel power feeding means 3. The shared capacity resonator of the parallel power feeding means 3 determines the capacity of the shared capacity CW and the inductances of the plurality of power feeding relay coils LP connected in parallel so as to resonate at the first resonance frequency f.
それにより、電源回路SCからの第1の共振周波数fの交流電力により共用容量共振器が共振し、その給電用中継コイルLPに交流が流れ、その給電用中継コイルLPの交流が局所中継コイルLMに電磁誘導する。 As a result, the shared capacitor resonator resonates due to the AC power of the first resonance frequency f from the power supply circuit SC, AC flows through the power supply relay coil LP, and the AC of the power supply relay coil LP becomes the local relay coil LM. Electromagnetic induction.
(局所中継コイルLMのスイッチ機能)
受電コイルLUが接近した局所中継コイルLMは、その局所中継コイルLMを含む局所中継共振回路2の共振周波数が第1の共振周波数fであるので、その局所中継コイルLMに共振電流が流れる。
(Switch function of local relay coil LM)
Since the resonance frequency of the local
一方で、受電コイルLUが接近しない局所中継コイルLMでは、その局所中継コイルLMを含む局所中継共振回路2の持つ固有の共振周波数である第2の共振周波数は、電源回路SCから給電される交流電力の第1の共振周波数fと異なるため、その局所中継コイルLMに流れる電流が少なくなる。
On the other hand, in the local relay coil LM that the power receiving coil LU does not approach, the second resonance frequency, which is a specific resonance frequency of the local
以上の様に、受電コイルLUが接近していない局所中継コイルLMを含む局所中継共振回路2の持つ固有の共振周波数である第2の共振周波数を、電源回路SCから給電される交流電力の第1の共振周波数fと異ならせる。それにより、電源回路SCからの第1の共振周波数fの交流電力は、受電コイルLUが接近した局所中継コイルLMを主な中継路にして受電コイルLUに送電する。
As described above, the second resonance frequency, which is the inherent resonance frequency of the local
これにより、受電コイルLUが接近した局所中継コイルLMが電力の主な中継路になるスイッチ機能を局所中継コイルLMに持たせることができる。そして、交流電力を受電した受電コイルLUを含む受電コイル共振回路1の負荷回路LDがその電力を消費する。
As a result, the local relay coil LM can have a switching function in which the local relay coil LM to which the power receiving coil LU approaches is a main relay path for electric power. Then, the load circuit LD of the power receiving
受電コイルLUが接近した局所中継コイルLMの局所中継共振回路2が電力の主な中継路になるスイッチ機能があらわれた。このスイッチ機能は、受電コイルLUに接近した局所中継コイルLMを含む局所中継共振回路2の共振周波数が、受電コイルLUに流れる電流が発生する磁界の電磁誘導によって、局所中継共振回路2の固有の共振周波数(第2の共振周波数)から第1の共振周波数に変化することで発揮される。
A switching function was obtained in which the local
実際、(受電コイルLUに流れる電流)/(局所中継コイルLM2に流れる電流)を大きくすると、(局所中継コイルLM2に流れる電流)/(局所中継コイルLM6に流れる電流)が大きくなる法則がある。そのため、受電コイルLUが接近した局所中継コイルLM2に流れる電流を大きくする、すなわち、(局所中継コイルLM2に流れる電流)/(局所中継コイルLM6に流れる電流)の比を大きくするには、受電コイルLUに流れる共振電流を大きくする様に調整する必要がある。 In fact, there is a law that (current flowing through the local relay coil LM2) / (current flowing through the local relay coil LM6) increases as (current flowing through the power receiving coil LU) / (current flowing through the local relay coil LM2) increases. Therefore, in order to increase the current flowing through the local relay coil LM2 approached by the power receiving coil LU, that is, to increase the ratio of (current flowing through the local relay coil LM2) / (current flowing through the local relay coil LM6), the power receiving coil It is necessary to adjust so as to increase the resonance current flowing through the LU.
受電コイルLUが接近した局所中継コイルLMが電力の主な中継路になり、主にその局所中継コイルLMに電流が流れるので、不要輻射を発生する原因になる電流が主に流れる局所中継コイルLMが、受電コイルLUが接近した局所中継コイルLMに限定される効果がある。これにより、不要輻射の発生源になる電流は、全部の局所中継コイルLMの領域の面積に比べて十分小さな面積の領域の電流が主になり、不要輻射を低減できる効果がある。 The local relay coil LM to which the power receiving coil LU approaches becomes a main relay path for electric power, and a current flows mainly through the local relay coil LM. Therefore, a local relay coil LM in which a current that mainly causes unnecessary radiation flows flows. However, there exists an effect limited to the local relay coil LM with which the receiving coil LU approached. As a result, the current that becomes a source of unnecessary radiation is mainly current in a region having a sufficiently small area as compared with the area of all the local relay coils LM, and there is an effect that unnecessary radiation can be reduced.
(電源回路SC)
電源回路SC側から観察される無線電力伝送システムの回路の入力インピーダンスに電源回路SCの出力インピーダンスを等しくすることが、無線電力伝送システムの回路のインピーダンスを整合させ電力を効率良く伝送させるために望ましい。
(Power supply circuit SC)
It is desirable to make the output impedance of the power supply circuit SC equal to the input impedance of the circuit of the wireless power transmission system observed from the power supply circuit SC side in order to match the impedance of the circuit of the wireless power transmission system and transmit power efficiently. .
この条件は、出力インピーダンスが十分小さい定電圧電源又は定電流電源を用いた電源回路SCを用いることでも実現できる。その理由は、出力インピーダンスが十分小さい定電圧電源又は定電流電源で構成した電源回路SCは、電源回路SC側から観察される無線電力伝送システムの回路の入力インピーダンスと等しい出力インピーダンスを持つ電源回路と等価な動作をするからである。 This condition can also be realized by using a power supply circuit SC using a constant voltage power supply or a constant current power supply with sufficiently small output impedance. The reason is that the power supply circuit SC constituted by a constant voltage power supply or a constant current power supply having a sufficiently small output impedance has a power supply circuit having an output impedance equal to the input impedance of the circuit of the wireless power transmission system observed from the power supply circuit SC side. This is because the operation is equivalent.
出力インピーダンスが十分小さい定電圧電源が電源回路SCである場合は、電源回路SC側から観察される回路の入力インピーダンスの虚数成分(リアクタンス)が実数成分に比べて十分小さい場合は、その定電圧電源の電源回路SCは、回路の入力インピーダンスの実数成分に反比例した電流を流す。その場合は、その電源回路SCは、その回路の入力インピーダンスと等しい出力インピーダンスを持ち、内部の電圧源が出力電圧の2倍の電圧を持つ電源回路と等価である。すなわち、出力インピーダンスが回路の入力インピーダンスと等しくインピーダンスが整合している電源回路と等価である。 When the constant voltage power supply having a sufficiently small output impedance is the power supply circuit SC, when the imaginary component (reactance) of the input impedance of the circuit observed from the power supply circuit SC side is sufficiently smaller than the real component, the constant voltage power supply The power supply circuit SC supplies a current inversely proportional to the real component of the input impedance of the circuit. In that case, the power supply circuit SC has an output impedance equal to the input impedance of the circuit, and is equivalent to a power supply circuit in which the internal voltage source has a voltage twice the output voltage. That is, it is equivalent to a power supply circuit whose output impedance is equal to the input impedance of the circuit and whose impedance is matched.
回路の入力インピーダンスの虚数成分が小さい場合は、この電源回路SCの出力する電力、すなわち電圧と電流の積の大部分は実効電力になり、その実効電力の大部分が負荷回路LDで有効に消費される。そのため、電源回路SCとして出力インピーダンスが十分小さい定電圧電源又は定電流電源を用い、電源回路SC側から観察される回路の入力インピーダンスの虚数成分(リアクタンス)を実数成分より十分に小さくする条件で用いることで、無線電力伝送システムの無線電力伝送効率を良くできる効果がある。 When the imaginary component of the input impedance of the circuit is small, most of the power output from the power supply circuit SC, that is, the product of voltage and current is effective power, and most of the effective power is effectively consumed by the load circuit LD. Is done. Therefore, a constant voltage power source or a constant current power source having a sufficiently small output impedance is used as the power supply circuit SC, and the power circuit SC is used under the condition that the imaginary component (reactance) of the input impedance of the circuit observed from the power circuit SC side is sufficiently smaller than the real component. Thus, there is an effect that the wireless power transmission efficiency of the wireless power transmission system can be improved.
(負荷回路LDが整流回路と充電用コンデンサを持つ場合)
負荷回路LDが、整流回路とその先に接続した充電用のコンデンサ又は蓄電器で構成されている場合は以下の様に動作すると考える。負荷回路LDの充電用のコンデンサが充電されていない初期の状態では、負荷回路LDの容量が大きい充電用コンデンサはインピーダンスが0に近くインピーダンスが小さい負荷とみなすことが出来る。
(When load circuit LD has rectifier circuit and charging capacitor)
When the load circuit LD is composed of a rectifier circuit and a charging capacitor or capacitor connected to the rectifier circuit, the load circuit LD is considered to operate as follows. In the initial state in which the capacitor for charging the load circuit LD is not charged, the capacitor for charging having a large capacity of the load circuit LD can be regarded as a load having an impedance close to 0 and a small impedance.
次に、充電用のコンデンサが充電されると、負荷回路LDの整流回路が整流した電流が充電用のコンデンサに流入できなくなり、負荷回路LDの充電用コンデンサはインピーダンスが大きい負荷に変わったとみなすことが出来ると考える。その様に充電用のコンデンサの充電にともない負荷回路LDの負荷の大きさが変わるので、それに応じて充電用のコンデンサを充電させる電流を変える制御を行うことが望ましい。 Next, when the charging capacitor is charged, the current rectified by the rectifying circuit of the load circuit LD can no longer flow into the charging capacitor, and the charging capacitor of the load circuit LD is considered to have changed to a load having a large impedance. I think I can do it. As described above, since the load of the load circuit LD changes as the charging capacitor is charged, it is desirable to perform control to change the current for charging the charging capacitor accordingly.
(変形例1)
本実施形態の変形例1として、共用容量共振器に接続させ電源回路SCを、共振用容量と局所中継コイルLMで構成した局所中継共振回路2に直列あるいは並列に接続し、その局所中継コイルLMを給電用中継コイルLPの1つに対向させて電源回路SCの交流電力を無線で共用容量共振器に給電することもできる。
(Modification 1)
As a first modification of the present embodiment, a power supply circuit SC connected to a shared capacitor resonator is connected in series or in parallel to a local
(変形例2)
本実施形態の変形例2として、電源回路SCを共用容量共振器の給電用中継コイルLPの1つに直列に接続して共用容量共振器に電源回路SCの交流電力を給電することもできる。
(Modification 2)
As a second modification of the present embodiment, the power supply circuit SC can be connected in series to one of the feeding relay coils LP of the shared capacitance resonator to supply AC power of the power supply circuit SC to the shared capacitance resonator.
(変形例3)
本実施形態の変形例3として、負荷回路LDと受電コイルLUと受電共振用コンデンサCUを組み合わせた受電コイル共振回路1を複数用意し、その複数の受電コイル共振回路1に同時に交流電力を給電する無線電力伝送システムを構成することができる。
(Modification 3)
As a third modification of the present embodiment, a plurality of power receiving
複数の受電コイル共振回路1の各受電コイルLUを、共用容量共振器の複数の位置の給電用中継コイルLPの群に接近させて誘導結合させる。そして、電力並行給電手段3の、電源回路SCに接続した共用容量CWの容量とそれに並列に接続する複数の給電用中継コイルLPで構成した共用容量共振器の給電用中継コイルLPから、それら複数の受電コイル共振回路1の受電コイルLUに並行して電磁誘導して電力を給電することができる。
Each receiving coil LU of the plurality of receiving
(変形例4)
本実施形態の変形例4として、各局所中継共振回路2の局所中継コイルLMからループ配線を引き出して電力並行給電手段3の1つの給電用中継コイルLPに誘導結合させて電力を受電するように構成することもできる。すなわち、電力並行給電手段3の1つの給電用中継コイルLPから複数の局所中継共振回路2に電力を給電する無線電力伝送システムを構成することができる。
(Modification 4)
As a fourth modification of the present embodiment, the loop wiring is drawn out from the local relay coil LM of each local
(実施例1)
第1の実施形態の実施例1の無線電力伝送システムは、図1の様に、ループ状の受電コイルLUと受電共振用コンデンサCUと負荷回路LDを直列に接続して構成した受電コイル共振回路1と、複数の局所中継共振回路2と、その複数の局所中継共振回路2へ第1の共振周波数fの交流電力を給電する電力並行給電手段3を有する。この無線電力伝送システムの動作を電磁界シミュレーションで調べた。
Example 1
As shown in FIG. 1, the wireless power transmission system according to Example 1 of the first embodiment includes a receiving coil resonance circuit configured by connecting a loop-shaped receiving coil LU, a receiving resonance capacitor CU, and a load circuit LD in series. 1, a plurality of local
(受電コイル共振回路1)
実施例1の受電コイル共振回路1は、受電コイルLUに受電共振用コンデンサCUを接続して共振回路を構成し、受電共振用コンデンサCUに並列に負荷回路LDを接続して電力を消費させた。
(Receiving coil resonance circuit 1)
In the power receiving
(受電コイルLU)
受電コイルLUは、図2の様に、水平面内に配置した局所中継コイルLMの上方の高さh=200mmに配置する。そして、図1の様に、1つの受電コイルLUを、複数の局所中継コイルLMに接近させ誘導結合させる。受電コイルLUとして、幅が25mmで厚さが0.5mmの銅の帯で形成した大きさが2425mm×900mmの長方形の1巻のコイルを用いた。このコイルは6μHの自己インダクタンスを持つ。この受電コイルLUに受電共振用コンデンサCUを接続して受電コイル共振回路1を構成した。受電共振用コンデンサCUの容量を0.67μFにし、受電コイル共振回路1の単独での固有の共振周波数を79kHzにした。
(Receiving coil LU)
As shown in FIG. 2, the power receiving coil LU is arranged at a height h = 200 mm above the local relay coil LM arranged in the horizontal plane. As shown in FIG. 1, one power receiving coil LU is brought close to a plurality of local relay coils LM and inductively coupled. As the power receiving coil LU, a rectangular coil having a size of 2425 mm × 900 mm formed by a copper strip having a width of 25 mm and a thickness of 0.5 mm was used. This coil has a self-inductance of 6 μH. A power
(局所中継コイルLM)
局所中継共振回路2の局所中継コイルLMは、図1の様に、コイルの配線の幅が25mmで厚さが0.5mmの銅の帯で形成したコイルの面の寸法が900mm×900mmの矩形の1巻コイルを用いた。このコイルは3μHの自己インダクタンスを持つ。局所中継コイルLMに局所共振用コンデンサCMを接続して局所中継共振回路2を構成した。局所共振用コンデンサCMの容量を1.18μFにして局所中継共振回路2の単独での固有の共振周波数を85kHzにした。この共振周波数85kHzが第2の共振周波数である。
(Local relay coil LM)
As shown in FIG. 1, the local relay coil LM of the local
ここで、局所中継共振回路2の第2の共振周波数の85kHzは受電コイル共振回路1の単独での共振周波数79kHzより大きくしたが、局所中継共振回路2の第2の共振周波数を受電コイル共振回路1の単独での共振周波数と同じにして無線電力伝送システムを構成することもできる。この様に、局所中継共振回路2の第2の共振周波数には、設定の自由度がある。
Here, the second resonance frequency of 85 kHz of the local
図1の様に、複数の局所中継共振回路2の局所中継コイルLM1からLM6を、一方向に950mmのピッチで並べて配置した。各局所中継共振回路2の局所中継コイルLMに電力並行給電手段3の共用容量共振器の給電用中継コイルLPを接近させて誘導結合させた。
As shown in FIG. 1, the local relay coils LM1 to LM6 of the plurality of local
(給電線対LA)
実施例1の電力並行給電手段3の給電線対LAは給電線LA1と給電線LA2で構成する。給電線LA1と給電線LA2は、幅が50mmで厚さが0.5mmの銅の帯状の給電線LA1とLA2を用いた。その給電線LA1とLA2の面を平行に対向させ、給電線の面の間隔を面の幅50mmの50分の1の1mm以下にして給電線対LAを構成した。そうすることで給電線対LAの各給電線が持つ自己インダクタンスを共用容量共振器の給電用中継コイルLPのインダクタンスよりも十分小さくできる。
(Feeding line pair LA)
The power supply line pair LA of the power parallel
(給電用中継コイルLP)
電力並行給電手段3の給電用中継コイルLP1からLP6は、図1のように、コイルの配線の幅が25mmで厚さが0.5mmの銅の帯で形成したコイルの面の寸法が550mm×125mmの矩形の1巻コイルで形成した。このコイルは1μHの自己インダクタンスを持つ。
(Power supply relay coil LP)
As shown in FIG. 1, the relay coils LP1 to LP6 for power feeding of the parallel power feeding means 3 have a coil surface dimension of 550 mm × the width of the coil wiring is 25 mm and the thickness is 0.5 mm. It was formed with a 125 mm rectangular one-turn coil. This coil has a self-inductance of 1 μH.
共用容量CWと給電用中継コイルLP1からLP6で構成される共用容量共振器の単独での共振周波数は、共用容量CWを19μFにした場合に90kHzになり、共用容量CWを16μFにした場合に98kHzになった。そのどちらの条件の共用容量共振器を用いても最終結果には大きな差は出なかった。この結果は、共用容量共振器の共振周波数は、必ずしも無線電力伝送を行なうために用いる交流電力の第1の共振周波数f(シミュレーションで調べた結果の97.5kHz)に一致させる必要は無いことを意味する。 The single resonance frequency of the shared capacitor resonator composed of the shared capacitor CW and the feeding relay coils LP1 to LP6 is 90 kHz when the shared capacitor CW is 19 μF, and 98 kHz when the shared capacitor CW is 16 μF. Became. There was no significant difference in the final results using either type of shared capacitance resonator. This result shows that the resonance frequency of the shared capacitor resonator does not necessarily need to coincide with the first resonance frequency f of AC power used for wireless power transmission (97.5 kHz obtained by simulation). means.
共用容量共振器の単独での共振周波数は、無線電力伝送を行なう交流電力の第1の共振周波数fに合わせて調整することが望ましい。第1の共振周波数fは、局所中継共振回路2と受電コイル共振回路1を誘導結合させた場合の共振周波数である。そのため、共用容量共振器の共用容量CWを16μFにして共用容量共振器を、無線電力伝送を行なう交流電力の第1の共振周波数fに近い98kHzで共振させる。
It is desirable to adjust the resonance frequency of the shared capacitor resonator alone in accordance with the first resonance frequency f of AC power for wireless power transmission. The first resonance frequency f is a resonance frequency when the local
(シミュレーション結果)
図4のグラフに、実施例1の電磁界シミュレーションの結果の無線電力伝送効率をSパラメータ(S21)で表した周波数特性のグラフを示す。このシミュレーションでは、複数の局所中継コイルLMに接近させた受電コイルLUを、図1の局所中継共振回路2の集合の位置Aから位置Bまで3075mm移動させた。その際に、局所中継コイルLMからの高さh=200mmを一定に保った。
(simulation result)
The graph of FIG. 4 shows a graph of frequency characteristics in which the wireless power transmission efficiency as a result of the electromagnetic field simulation of Example 1 is represented by an S parameter (S21). In this simulation, the power receiving coil LU brought close to the plurality of local relay coils LM was moved 3075 mm from the position A to the position B of the set of local
本実施例では、局所中継コイルLMをスイッチ機能を持つ中継路にして、そのスイッチ機能を十分に発揮させるために、受電コイルLUに流れる共振電流を大きくする。そのために、(負荷回路LDの入力インピーダンスR2)/(電源回路SCの出力インピーダンスR1)の比を大きくして、電源回路SCの出力インピーダンスR1を0.24Ωにし、負荷回路LDの入力インピーダンスR2を26Ωにした。 In the present embodiment, the local relay coil LM is used as a relay path having a switch function, and the resonance current flowing through the power receiving coil LU is increased in order to fully exhibit the switch function. Therefore, the ratio of (input impedance R2 of load circuit LD) / (output impedance R1 of power supply circuit SC) is increased so that output impedance R1 of power supply circuit SC is 0.24Ω, and input impedance R2 of load circuit LD is 26Ω.
そのシミュレーションの結果は図4のSパラメータのグラフの様に、電源回路SCの交流電力の周波数fが97.5kHzの場合に、負荷回路LDまで伝送する電力の伝送効率が−0.9dBであった。すなわち80%の伝送効率であった。この伝送効率はコイルの幅25mmを大きくしてコイルの抵抗を小さくしてコイルの抵抗損失を少なくすることで大きく改善でき、効率良く無線電力伝送ができると考える。この周波数97.5kHzが第1の共振周波数fである。 As a result of the simulation, as shown in the S parameter graph of FIG. 4, when the frequency f of the AC power of the power supply circuit SC is 97.5 kHz, the transmission efficiency of the power transmitted to the load circuit LD is −0.9 dB. It was. That is, the transmission efficiency was 80%. This transmission efficiency can be greatly improved by enlarging the coil width 25 mm, reducing the coil resistance, and reducing the resistance loss of the coil, so that wireless power transmission can be performed efficiently. This frequency 97.5 kHz is the first resonance frequency f.
また、受電コイルLUを位置Aから位置Bまで3075mm移動させても、無線電力伝送効率がほとんど変わらず、受電コイルLUの位置によらず効率良く無線電力伝送を行える効果があった。 Further, even when the power receiving coil LU is moved 3075 mm from the position A to the position B, the wireless power transmission efficiency is hardly changed, and there is an effect that the wireless power transmission can be performed efficiently regardless of the position of the power receiving coil LU.
図5のグラフに、受電コイルLUの配置位置Aでの、各局所中継コイルLMに流れる電流のグラフを示す。このグラフは、電源回路SCの交流電力の周波数が90kHzから105kHzでの電流値を示す。図5のグラフから、周波数97.5kHzでは、受電コイルLUが接近した局所中継コイルLM2に流れる電流に対して、受電コイルLUが接近しない局所中継コイルLM6に流れる電流は18dB程度少ない、すなわち、電流が8分の1程度に少なくなった。これにより、局所中継コイルLM2の電流による不要輻射のエネルギーに対する局所中継コイルLM6の不要輻射のエネルギーは63分の1程度に弱くなる。 The graph of FIG. 5 shows a graph of the current flowing through each local relay coil LM at the arrangement position A of the power receiving coil LU. This graph shows the current value when the frequency of the AC power of the power supply circuit SC is 90 kHz to 105 kHz. From the graph of FIG. 5, at a frequency of 97.5 kHz, the current flowing through the local relay coil LM6 not approached by the power receiving coil LU is about 18 dB less than the current flowing through the local relay coil LM2 approached by the power receiving coil LU. Decreased to about one-eighth. As a result, the energy of unnecessary radiation of the local relay coil LM6 is reduced to about 1/63 of the energy of unnecessary radiation due to the current of the local relay coil LM2.
本実施例の無線電力伝送システムは、電源回路SCの出力インピーダンスR1が0.24Ωで、負荷回路LDの入力インピーダンスR2が26Ωの条件において、受電コイルLUが接近した局所中継コイルLMの電流に対し、それ以外の局所中継コイルLMの電流は8分の1程度に少なくなる。そのため、受電コイルLUが接近した局所中継コイルLMに主な電流が流れると言える。そして、共用容量共振器の給電用中継コイルLPからの電力は、電流が流れている局所中継コイルLMに主に供給される。 In the wireless power transmission system of the present embodiment, when the output impedance R1 of the power supply circuit SC is 0.24Ω and the input impedance R2 of the load circuit LD is 26Ω, the current of the local relay coil LM approaching the power receiving coil LU is obtained. The current of the other local relay coil LM is reduced to about 1/8. For this reason, it can be said that a main current flows through the local relay coil LM close to the power receiving coil LU. And the electric power from the feeding relay coil LP of the shared capacitance resonator is mainly supplied to the local relay coil LM through which a current flows.
すなわち、給電用中継コイルLPと受電コイルLUの間の局所中継共振回路2のうち、受電コイルLUが接近した局所中継共振回路2が、電力を伝送する主な中継路になり、それ以外の局所中継共振回路2は中継路にならないスイッチの働きをする。そうして、受電コイルLUが接近していないので中継路にならない局所中継コイルLMに流れる共振電流が少ないので、不要輻射が少なくなる。こうして、不要輻射を主に生じる局所中継コイルLMは、受電コイルLUが接近した局所中継コイルLMに限定される効果がある。
That is, among the local
これにより、本実施例の無線電力伝送システムは、全ての局所中継コイルLMの存在位置にわたる広い領域の任意の位置に受電コイルLUを配置して電力を無線電力伝送できる。そして、その広い領域の中で不要輻射を生じる原因の電流が主に流れる部分は受電コイルLUが接近した局所中継コイルLMの狭い領域に限定されるので、不要輻射を少なくできる効果がある。 Thereby, the wireless power transmission system of the present embodiment can wirelessly transmit power by arranging the power receiving coil LU at an arbitrary position in a wide area over the positions where all the local relay coils LM exist. In addition, since the portion where the current causing the unnecessary radiation mainly flows in the wide area is limited to the narrow area of the local relay coil LM close to the power receiving coil LU, there is an effect that the unnecessary radiation can be reduced.
<第2の実施形態>
(無線電力伝送システムの構成)
図6に、第2の実施形態の無線電力伝送システムの構成の平面図を示す。第2の実施形態の無線電力伝送システムは、第1の実施形態と同様に、受電コイル共振回路1を有し、局所中継共振回路2を複数有し、その局所中継共振回路2へ第1の共振周波数の交流電力を給電する電力並行給電手段3を有する。
<Second Embodiment>
(Configuration of wireless power transmission system)
FIG. 6 shows a plan view of the configuration of the wireless power transmission system of the second embodiment. As in the first embodiment, the wireless power transmission system according to the second embodiment includes a power receiving
(電力並行給電手段3)
第2の実施形態が第1の実施形態と異なる点は、図6の様に、電力並行給電手段3の給電線対LAに並列に、結合容量CPを直列に挿入した電極端子を引き出して局所中継共振回路2の局所共振用コンデンサCMに並列に接続することで、局所中継共振回路2の局所共振用コンデンサCMの電極端子に容量結合させる点にある。また、周波数fの交流電力を給電する電源回路SCに接続する給電線対LAに並列に、共用容量CWと共用インダクタンスLWで構成する共振回路を接続する点に特徴がある。
(Parallel power feeding means 3)
The second embodiment differs from the first embodiment in that, as shown in FIG. 6, an electrode terminal in which a coupling capacitor CP is inserted in series is pulled out in parallel with the feed line pair LA of the parallel power feeding means 3 and is locally By connecting in parallel to the local resonance capacitor CM of the
その結合容量CPは、図6の様に、共用容量CWと共用インダクタンスLWに並列に引き出した複数の電極端子の先端を電極板にし、その電極板を局所共振用コンデンサCMを構成する電極板に平行に対向させることで局所共振用コンデンサCMの電極板に結合する結合容量CPを形成することができる。あるいは、結合容量CP用の外付けコンデンサを電極端子に直列に挿入して、電極端子を局所共振用コンデンサCMの電極端子に接続することで結合容量CPを組み込むことができる。 As shown in FIG. 6, the coupling capacitor CP has a plurality of electrode terminals drawn in parallel with the shared capacitor CW and the shared inductance LW as electrode plates, and the electrode plates are used as electrode plates constituting the local resonance capacitor CM. By making them face each other in parallel, it is possible to form a coupling capacitance CP coupled to the electrode plate of the local resonance capacitor CM. Alternatively, the coupling capacitor CP can be incorporated by inserting an external capacitor for the coupling capacitor CP in series with the electrode terminal and connecting the electrode terminal to the electrode terminal of the local resonance capacitor CM.
(変形例5)
本実施形態の電力並行給電手段3の変形例5は、複数の局所的共用インダクタンスと局所的共用容量の組を並列に給電線対LAに接続して全体の共用インダクタンスLWと共用容量CWを構成する。例えば、局所中継共振回路2毎に局所的共用インダクタンスと局所的共用容量の組を給電線対LAに並列に接続する。また、複数の局所中継共振回路2毎に1組の局所的共用インダクタンスと局所的共用容量を給電線対LAに並列に接続することができる。
(Modification 5)
In the fifth modification of the parallel power feeding means 3 of the present embodiment, a plurality of sets of local shared inductances and local shared capacitors are connected in parallel to the feed line pair LA to form the entire shared inductance LW and shared capacitor CW. To do. For example, a set of local shared inductance and local shared capacity is connected in parallel to the feeder line pair LA for each local
変形例5は、その様にして局所中継共振回路2の近くに局所的共用インダクタンスと局所的共用容量の組の電力源を設置することで、各局所中継共振回路2は近くの組の電力源から電力を給電される。それにより、電力源から局所中継共振回路2までの配線の長さが実質的に短くなり、配線の電流による電力の損失が少なくなる効果がある。
In the fifth modification, a power source of a local shared inductance and a local shared capacity is installed in the vicinity of the local
第2の実施形態の無線電力伝送システムは、電源回路SCが電力並行給電手段3に、受電コイルLUが局所中継コイルLMに接近した場合に変化した受電コイル共振回路1の共振周波数である第1の共振周波数fの交流電力を給電する。そして、電力並行給電手段3がその交流電力を容量結合を介して各局所中継共振回路2に給電する。また、電力並行給電手段3の、共用容量CWと共用インダクタンスLWで構成する共振回路は、第1の共振周波数fで共振するように共用容量CWの容量と共用インダクタンスLWのインダクタンスを定める。
In the wireless power transmission system of the second embodiment, the first resonance frequency of the power receiving
その際に、受電コイルLUが局所中継コイルLMに接近した場合に、その局所中継コイルLMを含む局所中継共振回路2の共振周波数が、電力並行給電手段3から給電される交流電力の第1の共振周波数fに一致する。そのため、電力並行給電手段3から容量結合で局所中継共振回路2に電力が給電される。
At that time, when the power receiving coil LU approaches the local relay coil LM, the resonance frequency of the local
一方で、受電コイルLUが接近しない局所中継コイルLMを含む局所中継共振回路2の固有の共振周波数である第2の共振周波数は、電力並行給電手段3から給電される交流電力の第1の共振周波数fと異なり、その局所中継コイルLMには共振電流が流れず、電力並行給電手段3はその局所中継共振回路2に電力を給電しない。
On the other hand, the second resonance frequency that is a specific resonance frequency of the local
こうして、受電コイルLUが接近していない局所中継コイルLMを含む局所中継共振回路2の固有の共振周波数である第2の共振周波数を電源回路SCから給電される交流電力の第1の共振周波数fと異ならせる事で、電源回路SCからの交流電力を、受電コイルLUが接近した局所中継コイルLMを主な中継路にして受電コイル共振回路1に送電する。そして、受電コイル共振回路1に接続されている負荷回路LDがその電力を消費する。
In this way, the first resonance frequency f of the AC power supplied from the power supply circuit SC is set to the second resonance frequency that is the inherent resonance frequency of the local
(実施例2)
第2の実施形態の無線電力伝送システムの実施例2を図6の平面図に示す。図6の様に、実施例2は、実施例1と同じ受電コイル共振回路1と複数の局所中継共振回路2を用いた。実施例2では、その複数の局所中継共振回路2へ結合容量CPで容量結合する複数の電極端子を有する電力並行給電手段3を用いた。電力並行給電手段3は、第1の共振周波数fの交流電力を結合容量CPを介して局所中継共振回路2へ給電する。
(Example 2)
Example 2 of the wireless power transmission system of the second embodiment is shown in the plan view of FIG. As shown in FIG. 6, the second embodiment uses the same receiving
その電力並行給電手段3は、図6の様に、共用容量CWと共用インダクタンスLWで構成した共振回路を有し、その共振回路に並列に電源回路SCと給電線対LAを接続した。その共振回路に並列な給電線対LAから複数の電極端子を引き出し、その電極端子を、各局所中継共振回路2の局所共振用コンデンサCM1〜CM6に容量結合させた。
As shown in FIG. 6, the parallel power feeding means 3 has a resonance circuit composed of a shared capacitor CW and a shared inductance LW, and a power supply circuit SC and a feed line pair LA are connected in parallel to the resonance circuit. A plurality of electrode terminals were drawn out from the pair of power supply lines LA parallel to the resonance circuit, and the electrode terminals were capacitively coupled to the local resonance capacitors CM1 to CM6 of each local
この容量結合は、電極端子の先端を電極板にし、その電極板を局所共振用コンデンサCMを構成する電極板に平行に対向させることで容量結合させて結合容量CPを形成した。図6には、容量結合を結合容量CP1〜CP6で表した。この無線電力伝送システムの動作を電磁界シミュレーションで調べた。 In this capacitive coupling, the tip of the electrode terminal is used as an electrode plate, and the electrode plate is placed in parallel with the electrode plate constituting the local resonance capacitor CM to form a coupling capacitance CP. In FIG. 6, capacitive coupling is represented by coupling capacitances CP1 to CP6. The operation of this wireless power transmission system was investigated by electromagnetic field simulation.
(受電コイルLU)
実施例2の受電コイル共振回路1は、実施例1と同じ形の、幅が25mmで厚さが0.5mmの銅の帯で形成した大きさが2425mm×900mmの長方形の1巻の受電コイルLUを用いた。この受電コイルLUは6μHの自己インダクタンスを。その受電コイルLUを、局所中継コイルLMの上方の高さh=200mmに配置した。
(Receiving coil LU)
The receiving
実施例2では、受電コイル共振回路1の固有の共振周波数を局所中継共振回路2の固有の共振周波数85kHzと同じにするために、受電コイルLUに容量が0.58μFの受電共振用コンデンサCUを接続した。ここで、受電コイル共振回路1の固有の共振周波数は局所中継共振回路2の固有の共振周波数と異なっていても問題無く、受電コイルLUのインダクタンスと受電共振用コンデンサCUの容量の設定に自由度がある。
In the second embodiment, in order to make the unique resonance frequency of the receiving
(局所中継コイルLM)
実施例2の局所中継共振回路2の局所中継コイルLMは、実施例1の局所中継コイルLMと同じ形にし、図6の様に、コイルの配線の幅が25mmで厚さが0.5mmの銅の帯で形成した、コイルの面の寸法が900mm×900mmの矩形の1巻コイルを用いた。この局所中継コイルLMは3μHの自己インダクタンスを持つ。この局所中継コイルLMに容量が1.18μFの局所共振用コンデンサCMを接続して局所中継共振回路2を構成し、局所中継共振回路2の単独での固有の共振周波数である第2の共振周波数を85kHzにした。
(Local relay coil LM)
The local relay coil LM of the local
図6の様に、複数の局所中継共振回路2の局所中継コイルLM1からLM6を、一方向に950mmのピッチで並べて配置した。各局所中継共振回路2の局所共振用コンデンサCM1〜CM6には、電力並行給電手段3の電極端子の結合容量CP1〜CP6を接続した。これにより、局所共振用コンデンサCM1〜CM6が、結合容量CP1〜CP6を介して、電力並行給電手段3の、共用容量CWと共用インダクタンスLWで構成する共振回路に容量結合した。
As shown in FIG. 6, the local relay coils LM1 to LM6 of the plurality of local
(電力並行給電手段3)
実施例2は、図6のように、電力並行給電手段3に、共用容量CWと共用インダクタンスLWで構成する共振回路を設置した。共用インダクタンスLWは、図6の様に、コイルの配線の幅が25mmで厚さが0.5mmの銅の帯で形成したコイルの面の寸法が400mm×425mmの矩形の1巻コイルで形成した。このコイルは1.1μHの自己インダクタンスを持つ。この共用インダクタンスLWに2.5μFの共用容量CWを接続して97kHzで共振する共振回路を形成した。
(Parallel power feeding means 3)
In Example 2, as shown in FIG. 6, a resonant circuit configured by a shared capacitor CW and a shared inductance LW is installed in the parallel
その共振回路に並列な複数の電極端子を各局所中継共振回路2の局所共振用コンデンサCM1〜CM6に対向させて容量結合させた。それにより、その電極端子と局所共振用コンデンサCMの間に結合容量CPが形成された。結合容量CPの容量は0.05μFにした。
A plurality of electrode terminals in parallel with the resonance circuit were capacitively coupled to face the local resonance capacitors CM1 to CM6 of each local
等価回路で考えると、共用容量CWから並列に引き出した電極端子を局所共振用コンデンサCM1〜CM6に接続し、その各局所共振用コンデンサCM1〜CM6に接続する各電極端子に、結合容量CP1〜CP6を挿入した回路になる。こうして、共用容量CWを結合容量CP1〜CP6を介して局所共振用コンデンサCM1〜CM6に容量結合させた。 Considering an equivalent circuit, electrode terminals drawn in parallel from the shared capacitor CW are connected to local resonance capacitors CM1 to CM6, and coupling capacitors CP1 to CP6 are connected to the electrode terminals connected to the local resonance capacitors CM1 to CM6. It becomes the circuit which inserted. Thus, the shared capacitor CW was capacitively coupled to the local resonance capacitors CM1 to CM6 via the coupling capacitors CP1 to CP6.
この共用容量CWと共用インダクタンスLWで構成する共振回路に並列に給電線対LAを接続し、給電線対LAに電源回路SCを接続して電源回路SCから第1の共振周波数fの交流電力をその共振回路に給電した。給電線対LAを構成する給電線LA1と給電線LA2は、幅が200mmで厚さが0.5mmの銅の帯状の給電線LA1とLA2の面を平行に対向させ、給電線の面の間隔をその面の幅200mmの200分の1の1mm以下にして給電線対LAを構成する。そうすることで給電線対LAの各給電線が持つ自己インダクタンスが共用インダクタンスLWよりも十分小さくなる。 A power supply line pair LA is connected in parallel to the resonance circuit constituted by the shared capacitor CW and the common inductance LW, and the power supply circuit SC is connected to the power supply line pair LA so that the AC power of the first resonance frequency f is supplied from the power supply circuit SC. The resonant circuit was powered. The feeder lines LA1 and LA2 constituting the feeder line pair LA are parallel to each other with the surfaces of the copper strip-like feeder lines LA1 and LA2 having a width of 200 mm and a thickness of 0.5 mm facing each other. Is set to 1 mm or less of 1/200 of the width of the surface of 200 mm to form the feeder line pair LA. By doing so, the self-inductance of each feeder line of the feeder line pair LA is sufficiently smaller than the shared inductance LW.
(シミュレーション結果)
図7のグラフに、実施例2の電磁界シミュレーションの結果の無線電力伝送効率をSパラメータ(S21)で表した周波数特性のグラフを示す。このシミュレーションでは、複数の局所中継コイルLMに接近させた受電コイルLUを、図6の局所中継共振回路2の集合の位置Aから位置Bまで3075mm移動させた。その際に、局所中継コイルLMからの高さh=200mmを一定に保った。
(simulation result)
The graph of FIG. 7 shows a graph of frequency characteristics in which the wireless power transmission efficiency as a result of the electromagnetic field simulation of Example 2 is represented by the S parameter (S21). In this simulation, the power receiving coil LU brought close to the plurality of local relay coils LM was moved 3075 mm from the position A to the position B of the set of local
本実施例では、電源回路SCの出力インピーダンスR1を16Ωにし、負荷回路LDの入力インピーダンスR2を30Ωにした。 In this embodiment, the output impedance R1 of the power supply circuit SC is 16Ω, and the input impedance R2 of the load circuit LD is 30Ω.
そのシミュレーションの結果は図7のSパラメータのグラフの様に、電源回路SCの交流電力の周波数fが96.5kHzの場合に、負荷回路LDまで伝送する電力の伝送効率が−0.5dBであった。すなわち89%の伝送効率であった。この伝送効率はコイルの幅25mmを大きくしてコイルの抵抗を小さくしてコイルの抵抗損失を少なくすることで大きく改善できると考える。この周波数96.5kHzが第1の共振周波数fである。 As a result of the simulation, as shown in the graph of the S parameter in FIG. 7, when the frequency f of the AC power of the power supply circuit SC is 96.5 kHz, the transmission efficiency of the power transmitted to the load circuit LD is −0.5 dB. It was. That is, the transmission efficiency was 89%. It is considered that this transmission efficiency can be greatly improved by increasing the coil width 25 mm to reduce the coil resistance and reducing the resistance loss of the coil. This frequency 96.5 kHz is the first resonance frequency f.
また、受電コイルLUを位置Aから位置Bまで3075mm移動させても、無線電力伝送効率がほとんど変わらず、受電コイルLUの位置によらず効率良く無線電力伝送を行える効果があった。 Further, even when the power receiving coil LU is moved 3075 mm from the position A to the position B, the wireless power transmission efficiency is hardly changed, and there is an effect that the wireless power transmission can be performed efficiently regardless of the position of the power receiving coil LU.
図8のグラフに、受電コイルLUの配置位置Aでの、各局所中継コイルLMに流れる電流のグラフを示す。このグラフは、電源回路SCの交流電力の周波数が90kHzから105kHzでの電流値を示す。 The graph of FIG. 8 shows a graph of the current flowing through each local relay coil LM at the arrangement position A of the power receiving coil LU. This graph shows the current value when the frequency of the AC power of the power supply circuit SC is 90 kHz to 105 kHz.
図8のグラフから、本実施例の無線電力伝送システムでは、電源回路SCの出力インピーダンスR1が16Ωで、負荷回路LDの入力インピーダンスR2が30Ωの条件において、周波数96.5kHzでは、受電コイルLUが接近した局所中継コイルLM2に流れる電流に対して、受電コイルLUが接近しない局所中継コイルLM6に流れる電流は12dB程度少なくなった。 From the graph of FIG. 8, in the wireless power transmission system of the present embodiment, the receiving coil LU has a frequency of 96.5 kHz under the condition that the output impedance R1 of the power supply circuit SC is 16Ω and the input impedance R2 of the load circuit LD is 30Ω. The current that flows in the local relay coil LM6 that the power receiving coil LU does not approach is about 12 dB less than the current that flows in the local relay coil LM2 that approaches.
すなわち、受電コイルLUが接近した局所中継コイルLMの電流に対し、それ以外の局所中継コイルLMの電流は4分の1程度に少なくなった。そのため、電力並行給電手段3の複数の電極端子が容量結合している複数の局所中継共振回路2のうち、受電コイルLUが接近した局所中継共振回路2が主に受電コイルLUへ交流電力を伝送する中継路になり、それ以外の局所中継共振回路2は主な中継路にはならないスイッチの働きをする。
That is, the current of the local relay coils LM other than the local relay coil LM approaching the power receiving coil LU is reduced to about one-fourth. Therefore, among the plurality of local
そして、局所中継コイルLM2の電流による不要輻射のエネルギーに対する局所中継コイルLM6の不要輻射のエネルギーは16分の1程度に弱い。すなわち、受電コイルLUが接近していないので中継路にならない局所中継コイルLMに流れる共振電流が少ないので、主に不要輻射を生じる局所中継コイルLMは、受電コイルLUが接近した局所中継コイルLMに限定される効果がある。 And the energy of the unnecessary radiation of the local relay coil LM6 with respect to the energy of the unnecessary radiation due to the current of the local relay coil LM2 is weak to about 1/16. That is, since the power receiving coil LU is not approaching, the resonance current flowing through the local relay coil LM that does not become a relay path is small. Therefore, the local relay coil LM that mainly generates unwanted radiation is connected to the local relay coil LM that the power receiving coil LU approaches. There are limited effects.
これにより、本実施例の無線電力伝送システムは、全ての局所中継コイルLMの存在位置にわたる広い領域に受電コイルLUを配置して電力を無線電力伝送できる。そして、その広い領域の中で不要輻射を生じる原因の電流が主に流れる部分は受電コイルLUが接近した局所中継コイルLMの狭い領域に限定されるので、不要輻射を少なくできる効果がある。 Thereby, the wireless power transmission system of the present embodiment can transmit the power wirelessly by arranging the power receiving coil LU in a wide area extending over the positions where all the local relay coils LM exist. In addition, since the portion where the current causing the unnecessary radiation mainly flows in the wide area is limited to the narrow area of the local relay coil LM close to the power receiving coil LU, there is an effect that the unnecessary radiation can be reduced.
実施例2では、電力並行給電手段3に用いた共用容量CWが2.5μFであり、第1の実施形態の実施例1が用いた16μFの共用容量CWよりも小さな容量を用いた。実施例2の様に第2の実施形態は、電力並行給電手段3に用いる共用容量CWの容量を小さくできるので、共用容量CWの製造コストを低減できる効果がある。
In Example 2, the shared capacity CW used for the parallel
第2の実施形態も、受電コイルLUが局所中継コイルLMに接近した場合の局所中継コイルLMを含む局所中継共振回路2(及び受電コイル共振回路1)の持つ第1の共振周波数fが、局所中継共振回路2が単独で存在する場合に持つ固有の共振周波数である第2の共振周波数からずれる現象を利用している。これは、第1の共振周波数fの共振電流が流れている受電コイルLUが発生する磁界が、受電コイルLUに接近した局所中継コイルLMに電磁誘導して電圧を発生することで、その局所中継コイルLMを含む局所中継共振回路2の共振周波数を変化させることで生じる。
Also in the second embodiment, the first resonance frequency f of the local relay resonance circuit 2 (and the power reception coil resonance circuit 1) including the local relay coil LM when the power reception coil LU approaches the local relay coil LM is A phenomenon that deviates from the second resonance frequency, which is an inherent resonance frequency when the
第1の実施形態と第2の実施形態は、図3の様に、電源回路SCから電力並行給電手段3に、第1の共振周波数fの交流電力を給電する。電力並行給電手段3は、その周波数fの交流電力を、誘導結合又は容量結合を介して局所中継コイルLMに給電する。そして、受電コイルLUに接近した局所中継コイルLMに主に、第1の共振周波数fの共振電流が誘導され、その局所中継コイルLMが受電コイル共振回路1まで無線電力を伝送する主な中継路になる。すなわち、局所中継コイルLMが、受電コイルLUへの接近の有無で交流電力の中継のオン/オフが制御されるスイッチとして働く無線電力伝送システムである。
In the first embodiment and the second embodiment, as shown in FIG. 3, AC power having the first resonance frequency f is supplied from the power supply circuit SC to the parallel
<第3の実施形態>
(無線電力伝送システムの構成)
図9に、第3の実施形態の無線電力伝送システムの構成の平面図を示す。第3の実施形態の無線電力伝送システムは、第1の実施形態と同様に、受電コイル共振回路1を有し、局所中継共振回路2を複数有し、その局所中継共振回路2へ第1の共振周波数の交流電力を給電する電力並行給電手段3を有する。
<Third Embodiment>
(Configuration of wireless power transmission system)
FIG. 9 shows a plan view of the configuration of the wireless power transmission system of the third embodiment. As in the first embodiment, the wireless power transmission system according to the third embodiment includes a power receiving
(電力並行給電手段3)
第3の実施形態が先の実施形態と異なる点は、電力並行給電手段3の給電線対LAに並列に、結合容量Ccと結合インダクタンスLcの並列回路を直列に挿入した電極端子を引き出して局所中継共振回路2の局所共振用コンデンサCMに並列に接続する点である。また、共用容量CWと共用インダクタンスLW又は給電用中継コイルLPで構成する共振回路を使わない点である。
(Parallel power feeding means 3)
The third embodiment is different from the previous embodiment in that an electrode terminal in which a parallel circuit of a coupling capacitor Cc and a coupling inductance Lc is inserted in series is pulled out in parallel with the power supply line pair LA of the parallel power feeding means 3 and locally. The point is that the local resonance capacitor CM of the
そうして、電源回路SCから、給電線対LAを介して、結合容量Ccと結合インダクタンスLcの並列回路を挿入した電極端子を通して、局所中継共振回路2へ電力を供給する。
Thus, power is supplied from the power supply circuit SC to the local
第3の実施形態の無線電力伝送システムは、例えば図9の様に、給電線対LAから引き出した電極端子に直列に、結合容量Cc1と結合インダクタンスLc1の並列回路の組を挿入して、その電極端子を第1の局所中継共振回路2の局所共振用コンデンサCM1に並列に接続する。
In the wireless power transmission system according to the third embodiment, for example, as shown in FIG. 9, a set of a parallel circuit of a coupling capacitor Cc1 and a coupling inductance Lc1 is inserted in series with the electrode terminal drawn from the feeder line pair LA. The electrode terminal is connected in parallel to the local resonance capacitor CM1 of the first local
そして、第2の局所中継共振回路2の局所共振用コンデンサCM2には、結合容量Cc2と結合インダクタンスLc2の並列回路を直列に挿入した電極端子を並列に接続する。以降順次に、局所共振用コンデンサCM3に並列に接続する電極端子に結合容量Cc3と結合インダクタンスLc3の並列回路を直列に挿入し、局所共振用コンデンサCM4に並列に接続する電極端子に結合容量Cc4と結合インダクタンスLc4の並列回路を直列に挿入し、局所共振用コンデンサCM5に並列に接続する電極端子に結合容量Cc5と結合インダクタンスLc5の並列回路を直列に挿入し、局所共振用コンデンサCM6に並列に接続する電極端子に結合容量Cc6と結合インダクタンスLc6の並列回路を直列に挿入する。
An electrode terminal in which a parallel circuit of a coupling capacitor Cc2 and a coupling inductance Lc2 is inserted in series is connected in parallel to the local resonance capacitor CM2 of the second local
第3の実施形態の無線電力伝送システムは、受電コイルLUが局所中継コイルLMに接近した場合に変化した受電コイル共振回路の共振周波数を第1の共振周波数fとし、電源回路SCが第1の共振周波数fの交流電力を電力並行給電手段3に給電し、電力並行給電手段3がその交流電力を電極端子に直列に接続した結合容量Ccと結合インダクタンスLcの並列回路を通して各局所中継共振回路2に給電する。
In the wireless power transmission system of the third embodiment, the resonance frequency of the power reception coil resonance circuit that has changed when the power reception coil LU approaches the local relay coil LM is defined as the first resonance frequency f, and the power supply circuit SC is the first power supply circuit SC. Each local
これにより、受電コイルLUが局所中継コイルLMに接近した場合に、その局所中継コイルLMを含む局所中継共振回路2の共振周波数fが、電力並行給電手段3から給電される第1の共振周波数fの交流電力と周波数が一致する。そのため、電力並行給電手段3から結合容量Ccと結合インダクタンスLcを介して第1の共振周波数fで共振する局所中継共振回路2に電力が給電される。
Thereby, when the power receiving coil LU approaches the local relay coil LM, the resonance frequency f of the local
一方で、受電コイルLUが接近しない局所中継コイルLMを含む局所中継共振回路2の固有の共振周波数である第2の共振周波数は、電力並行給電手段3から給電される交流電力の第1の共振周波数fとは周波数が異なる。そのため、その局所中継共振回路2は第1の共振周波数fでは共振せず局所中継コイルLMに流れる電流が少なくなる。
On the other hand, the second resonance frequency that is a specific resonance frequency of the local
こうして、受電コイルLUが接近していない局所中継コイルLMを含む局所中継共振回路2の固有の共振周波数である第2の共振周波数を電源回路SCから給電される交流電力の第1の共振周波数fと異ならせる事で、電源回路SCからの交流電力を、受電コイルLUが接近した局所中継コイルLMを主な中継路にして受電コイル共振回路1に給電する。そして、受電コイル共振回路1に接続されている負荷回路LDがその電力を消費する。
In this way, the first resonance frequency f of the AC power supplied from the power supply circuit SC is set to the second resonance frequency that is the inherent resonance frequency of the local
(実施例3)
第3の実施形態の無線電力伝送システムの実施例3を図9の平面図に示す。図9の様に、ループ状の受電コイルLUと受電共振用コンデンサCUと負荷回路LDを直列に接続して構成した受電コイル共振回路1と、複数の局所中継共振回路2と、その複数の局所中継共振回路2へ第1の共振周波数fの交流電力を給電する電力並行給電手段3を有する。この無線電力伝送システムの動作を電磁界シミュレーションで調べた。
(Example 3)
Example 3 of the wireless power transmission system according to the third embodiment is shown in the plan view of FIG. As shown in FIG. 9, a receiving
(受電コイルLU)
実施例3は、受電コイル共振回路1の受電コイルLUは、コイルの配線の幅が100mmで厚さが0.5mmの銅の帯で形成した大きさが2800mm×900mmの長方形の1巻のコイルを用いた。この受電コイルLUは4.5μHの自己インダクタンスを持つ。受電コイルLUに接続する受電共振用コンデンサCUの容量は1.04μFにし、この受電コイル共振回路1単独での固有の共振周波数を74kHzにした。
(Receiving coil LU)
In the third embodiment, the receiving coil LU of the receiving
(局所中継コイルLM)
実施例3の局所中継共振回路2の局所中継コイルLMは、コイルの配線の幅が50mmで厚さが0.5mmの銅の帯で、コイルの面の寸法が900mm×900mmの矩形の1巻コイルを用いた。この局所中継コイルLMは2.4μHの自己インダクタンスを持つ。局所中継コイルLMに接続する局所共振用コンデンサCMの容量を1.48μFにして局所中継共振回路2の単独での固有の共振周波数を85kHzにした。この共振周波数85kHzが第2の共振周波数である。
(Local relay coil LM)
The local relay coil LM of the local
図9の様に、複数の局所中継共振回路2の局所中継コイルLM1からLM6を、一方向に1000mmのピッチで並べて配置した。
As shown in FIG. 9, the local relay coils LM1 to LM6 of the plurality of local
(電力並行給電手段3)
実施例3の電力並行給電手段3は、図9のように、帯状の給電線LA1とLA2を帯の面を平行に対向させて形成した給電線対LAから電極端子並列に引き出して各局所中継共振回路2の局所共振用コンデンサCMに並列に接続した。その電極端子には直列に、結合容量Ccと結合インダクタンスLcの並列回路を挿入した。この結合容量Ccを0.2μFにし、結合インダクタンスLcを50μHにし、この結合容量Ccと結合インダクタンスLcの回路の共振周波数を50kHzにした。
(Parallel power feeding means 3)
As shown in FIG. 9, the parallel power feeding means 3 of the third embodiment draws the belt-like feeder lines LA1 and LA2 in parallel with the electrode terminals from a pair of feeder lines LA formed with the strip surfaces facing each other in parallel. The local resonance capacitor CM of the
(シミュレーション結果)
図10のグラフに、実施例3の電磁界シミュレーションの結果の無線電力伝送効率をSパラメータ(S21)で表した周波数特性のグラフを示す。このシミュレーションでは、複数の局所中継コイルLMに接近させた受電コイルLUを、図9の局所中継共振回路2の集合の位置Aから位置Bまで、局所中継コイルLMからの高さh=200mmを一定に保ったままで移動させた。
(simulation result)
The graph of FIG. 10 shows a graph of frequency characteristics in which the wireless power transmission efficiency as a result of the electromagnetic field simulation of Example 3 is represented by the S parameter (S21). In this simulation, the power receiving coil LU brought close to a plurality of local relay coils LM is kept constant at a height h = 200 mm from the local relay coil LM from position A to position B of the set of local
本実施例では、電源回路SCの出力インピーダンスR1を2Ωにし、負荷回路LDの入力インピーダンスR2を10Ωにした。 In this embodiment, the output impedance R1 of the power supply circuit SC is 2Ω, and the input impedance R2 of the load circuit LD is 10Ω.
そのシミュレーションの結果は図10のSパラメータのグラフの様に、電源回路SCの交流電力の周波数fが91.6kHzの場合に、負荷回路LDまで伝送する電力の伝送効率が−0.35dBであった。すなわち92%の電力伝送効率があった。91.6kHzが第1の共振周波数である。この92%の電力伝送効率は、コイルの幅を大きくしてコイルの抵抗を小さくしてコイルの抵抗損失を少なくすることで更に電力伝送効率を大きくできると考える。 As a result of the simulation, as shown in the S parameter graph of FIG. 10, when the frequency f of the AC power of the power supply circuit SC is 91.6 kHz, the transmission efficiency of the power transmitted to the load circuit LD is −0.35 dB. It was. That is, the power transmission efficiency was 92%. 91.6 kHz is the first resonance frequency. The power transmission efficiency of 92% is considered to be able to further increase the power transmission efficiency by increasing the coil width to reduce the coil resistance to reduce the resistance loss of the coil.
また、受電コイルLUを位置Aから位置Bまで移動させても、無線電力伝送効率がほとんど変わらず、受電コイルLUの位置によらず効率良く無線電力伝送を行える効果があった。 Further, even when the power receiving coil LU is moved from the position A to the position B, the wireless power transmission efficiency is hardly changed, and there is an effect that the wireless power transmission can be performed efficiently regardless of the position of the power receiving coil LU.
図11のグラフに、受電コイルLUを、局所中継コイルLM3を中心にする位置に配置した場合での、局所中継コイルLM3とLM6に流れる電流を比較したグラフを示す。このグラフは、電源回路SCの交流電力の周波数を80kHzから95kHzまで変えた場合の局所中継コイルLMの電流値を示す。 The graph of FIG. 11 shows a graph comparing the current flowing through the local relay coils LM3 and LM6 when the power receiving coil LU is arranged at a position centered on the local relay coil LM3. This graph shows the current value of the local relay coil LM when the frequency of the AC power of the power supply circuit SC is changed from 80 kHz to 95 kHz.
図11のグラフから、電源回路SCから第1の共振周波数の91.6kHzの交流電力を供給する場合に、受電コイルLUが接近した局所中継コイルLM3に流れる電流値に対して、受電コイルLUが接近していない局所中継コイルLM6に流れる電流値は13dB程度少ない。すなわち、受電コイルLUが接近していない局所中継コイルLM6に流れる電流値は4.5分の1程度に少ない。これにより、受電コイルLUが接近していない局所中継コイルLM6の電流による不要輻射のエネルギーは、局所中継コイルLM3の電流による不要輻射のエネルギーの20分の1程度に少なくなる。 From the graph of FIG. 11, when the AC power of 91.6 kHz having the first resonance frequency is supplied from the power supply circuit SC, the power receiving coil LU is compared with the current value flowing through the local relay coil LM3 that the power receiving coil LU approaches. The value of the current flowing through the local relay coil LM6 that is not approaching is about 13 dB less. That is, the value of the current flowing through the local relay coil LM6 where the power receiving coil LU is not approaching is as small as about 1/4. As a result, the energy of unnecessary radiation due to the current of the local relay coil LM6 not approaching the power receiving coil LU is reduced to about 1/20 of the energy of unnecessary radiation due to the current of the local relay coil LM3.
なお、実施例3の無線電力伝送システムの構成に加えて、給電線対LAの給電線LA1とLA2を接続する6μHの共用インダクタンスLWを実施例2の様に追加すると、局所中継コイルLM6に流れる電流の周波数特性が、第1の共振周波数でその電流値が最小になるように安定化する。 In addition to the configuration of the wireless power transmission system according to the third embodiment, when a 6 μH common inductance LW for connecting the feeders LA1 and LA2 of the feeder pair LA is added as in the second embodiment, the current flows to the local relay coil LM6. The frequency characteristic of the current is stabilized so that the current value is minimized at the first resonance frequency.
実施例3の無線電力伝送システムも、電力並行給電手段3の複数の電極端子が結合している複数の局所中継共振回路2のうち、受電コイルLUが接近した局所中継コイルLMを含む局所中継共振回路2が受電コイルLUへ交流電力を伝送する主な中継路になり、それ以外の局所中継共振回路2は中継路にならないスイッチの働きをする。受電コイルLUが接近していないため主な中継路にならない局所中継コイルLMに流れる電流は少ないので、それが発生する不要輻射を少なくできる効果がある。
The wireless power transmission system according to the third embodiment also includes a local relay resonance including a local relay coil LM that is close to the power receiving coil LU among the plurality of local
実施例3の無線電力伝送システムは、受電コイルLUが移動し得る広い領域に多くの局所中継コイルLMを配置することができる。そのように多くの局所中継コイルLMを配置して電力を受電コイルLUに無線電力伝送する場合に、その広い領域の中で不要輻射を生じる原因の電流が主に流れる部分は受電コイルLUが接近した局所中継コイルLMの群の狭い領域に限定される。そのため多くの局所中継コイルLMを配置しても発生する不要輻射を少なくできる効果がある。 In the wireless power transmission system according to the third embodiment, many local relay coils LM can be arranged in a wide area where the power receiving coil LU can move. When such a large number of local relay coils LM are arranged to transmit power to the receiving coil LU wirelessly, the receiving coil LU is close to the portion where the current that causes unnecessary radiation flows mainly in the wide area. The local relay coil LM is limited to a narrow region of the group. Therefore, there is an effect that unnecessary radiation generated can be reduced even if a large number of local relay coils LM are arranged.
また、実施例3の無線電力伝送システムは、受電コイル共振回路1に並列に接続した負荷回路LDの入力インピーダンスR2を低めの10Ωに設定しても、局所中継共振回路2に十分なスイッチ機能を発揮させることができる効果があった。受電コイル共振回路1に並列に接続する負荷回路LDの入力インピーダンスR2を低くした場合は、受電コイルLUに流す共振電流が少なくなる。本実施形態は、その様に受電コイルLUに流す共振電流を少なくしても十分なスイッチ機能を発揮させることができる効果がある。
In addition, the wireless power transmission system according to the third embodiment has a sufficient switching function for the local
<第4の実施形態>
(無線電力伝送システムの構成)
図12に、第4の実施形態の無線電力伝送システムの構成の平面図を示す。第4の実施形態の無線電力伝送システムは、第3の実施形態と同様に、電力並行給電手段3の給電線対LAから並列に複数の電極端子を引き出しその電極端子を複数の局所中継共振回路2の局所共振用コンデンサCM1〜CM6に並列に接続する。
<Fourth Embodiment>
(Configuration of wireless power transmission system)
FIG. 12 is a plan view of the configuration of the wireless power transmission system according to the fourth embodiment. As in the third embodiment, the wireless power transmission system according to the fourth embodiment draws out a plurality of electrode terminals in parallel from the power supply line pair LA of the power parallel feeding means 3, and the electrode terminals are connected to a plurality of local relay resonance circuits. Two local resonance capacitors CM1 to CM6 are connected in parallel.
(電力並行給電手段3)
第4の実施形態が他の実施形態と異なる第1の特徴は、図12の様に、電力並行給電手段3から並列に引き出した電極端子に直列に結合容量Ccのみを挿入する点である。この構成は、第2の実施形態かから共用容量CWと共用インダクタンスLWを除去した構成であり、結合容量Ccは第2の実施形態の結合容量CPに対応する。
(Parallel power feeding means 3)
A first feature that the fourth embodiment differs from the other embodiments is that, as shown in FIG. 12, only the coupling capacitor Cc is inserted in series into the electrode terminals drawn in parallel from the parallel power feeding means 3. This configuration is a configuration in which the shared capacitor CW and the shared inductance LW are removed from the second embodiment, and the coupling capacitor Cc corresponds to the coupling capacitor CP of the second embodiment.
第4の実施形態が他の実施形態と異なる第2の特徴は、第4の実施形態では、受電コイルLUを小さくして、それが対向する局所中継コイルLMを1つのみにした点である。 The second feature of the fourth embodiment that is different from the other embodiments is that, in the fourth embodiment, the power receiving coil LU is made smaller and only one local relay coil LM is opposed to it. .
すなわち、受電コイルLUが同時には複数の局所中継コイルLMに対向しない構成であり、受電コイルLUが1つの局所中継コイルLMと1対1に対向して電力を受電する無線電力伝送システムである。 That is, the power receiving coil LU is configured so as not to face a plurality of local relay coils LM at the same time, and the power receiving coil LU receives power in a one-to-one relationship with one local relay coil LM.
結合容量Ccを直列に挿入した電極端子を、電力並行給電手段3の給電線対LAから並列に引き出し、局所中継共振回路2の局所共振用コンデンサCMに並列に接続することで、局所中継共振回路2へ電力を供給する。
The electrode terminal having the coupling capacitor Cc inserted in series is pulled out in parallel from the pair of power supply lines LA of the parallel power feeding means 3 and connected in parallel to the local resonance capacitor CM of the local
局所共振用コンデンサCMと局所中継コイルLMが局所中継共振回路2を構成する。局所中継共振回路2の数は1つだけでも良く、あるいは、図12の様に複数の局所中継共振回路2を、結合容量Cc1を挿入した電極端子を介して、給電線対LAに並列に接続しても良い。
The local resonance capacitor CM and the local relay coil LM constitute the local
第4の実施形態の無線電力伝送システムは、受電コイルLUが局所中継コイルLMに接近した場合に変化した受電コイル共振回路の共振周波数を第1の共振周波数fとし、電源回路SCが第1の共振周波数fの交流電力を電力並行給電手段3に給電し、電力並行給電手段3がその交流電力を電極端子に直列に接続した結合容量Ccを通して各局所中継共振回路2に給電する。
In the wireless power transmission system of the fourth embodiment, the resonance frequency of the power reception coil resonance circuit that has changed when the power reception coil LU approaches the local relay coil LM is set to the first resonance frequency f, and the power supply circuit SC is the first power supply circuit SC. AC power having a resonance frequency f is supplied to the parallel power feeding means 3, and the parallel power feeding means 3 feeds each local
これにより、受電コイルLUが局所中継コイルLMに接近した場合に、その局所中継コイルLMを含む局所中継共振回路2の共振周波数が、電力並行給電手段3から給電される第1の共振周波数fの交流電力と周波数が一致する。そのため、電力並行給電手段3から結合容量Ccを介して第1の共振周波数fで共振する局所中継共振回路2に電力が給電される。
Thus, when the power receiving coil LU approaches the local relay coil LM, the resonance frequency of the local
一方で、受電コイルLUが接近しない局所中継コイルLMを含む局所中継共振回路2の固有の共振周波数である第2の共振周波数は、電力並行給電手段3から給電される交流電力の第1の共振周波数fとは周波数が異なる。そのため、その局所中継共振回路2は第1の共振周波数fでは共振せず局所中継コイルLMに流れる電流が少なくなる。
On the other hand, the second resonance frequency that is a specific resonance frequency of the local
こうして、受電コイルLUが接近していない局所中継コイルLMを含む局所中継共振回路2の固有の共振周波数である第2の共振周波数を電源回路SCから給電される交流電力の第1の共振周波数fと異ならせる事で、電源回路SCからの交流電力を、受電コイルLUが接近した局所中継コイルLMを主な中継路にして受電コイル共振回路1に送電する。そして、受電コイル共振回路1に接続されている負荷回路LDがその電力を消費する。
In this way, the first resonance frequency f of the AC power supplied from the power supply circuit SC is set to the second resonance frequency that is the inherent resonance frequency of the local
(実施例4)
第4の実施形態の無線電力伝送システムの実施例4を図12の平面図に示す。図12の様に、ループ状の受電コイルLUと受電共振用コンデンサCUと負荷回路LDを並列に接続して構成した受電コイル共振回路1と、6つの局所中継共振回路2と、その局所中継共振回路2へ第1の共振周波数fの交流電力を給電する電力並行給電手段3を有する。この無線電力伝送システムの動作を電磁界シミュレーションで調べた。
Example 4
Example 4 of the wireless power transmission system according to the fourth embodiment is shown in the plan view of FIG. As shown in FIG. 12, a receiving
(局所中継コイルLM)
実施例4の局所中継共振回路2の局所中継コイルLMは、コイルの配線の幅が200mmで厚さが0.5mmの銅の帯で、コイルの面の寸法が900mm×900mmの矩形の1巻コイルを用いた。この局所中継コイルLMは1μHの自己インダクタンスを持つ。局所中継コイルLMに接続する局所共振用コンデンサCMの容量を3.4μFにして局所中継共振回路2の単独での固有の共振周波数を85kHzにした。この共振周波数85kHzが第2の共振周波数である。
(Local relay coil LM)
The local relay coil LM of the local
(電力並行給電手段3)
実施例4の電力並行給電手段3は、図12のように、帯状の給電線LA1とLA2を帯の面を平行に対向させて形成した給電線対LAから電極端子を並列に引き出して各局所中継共振回路2の局所共振用コンデンサCMに並列に接続した。その電極端子には直列に、結合容量Ccを挿入した。この結合容量Ccを1μFにした。
(Parallel power feeding means 3)
As shown in FIG. 12, the parallel power feeding means 3 of the fourth embodiment draws out electrode terminals in parallel from a pair of feeding lines LA formed with the belt-like feeding lines LA1 and LA2 facing each other in parallel. The local resonance capacitor CM of the
(受電コイルLU)
実施例4は、受電コイル共振回路1の受電コイルLUは、局所中継コイルLMと同じ形の、大きさが900mm×900mmの長方形の1巻のコイルを用いた。この受電コイルLUは1μHの自己インダクタンスを持つ。受電コイルLUに接続する受電共振用コンデンサCUの容量は、回路のインピーダンスを良く整合させるために、4μFにし、この受電コイル共振回路1単独での固有の共振周波数を80kHzにした。
(Receiving coil LU)
In the fourth embodiment, the receiving coil LU of the receiving
(シミュレーション結果)
図13のグラフに、実施例4の電磁界シミュレーションの結果の無線電力伝送効率をSパラメータ(S21)で表した周波数特性のグラフを示す。本実施例では、電源回路SCの出力インピーダンスR1を0.85Ωにし、負荷回路LDの入力インピーダンスR2を10Ωにした。
(simulation result)
The graph of FIG. 13 shows a graph of frequency characteristics in which the wireless power transmission efficiency as a result of the electromagnetic field simulation of Example 4 is represented by the S parameter (S21). In this embodiment, the output impedance R1 of the power supply circuit SC is set to 0.85Ω, and the input impedance R2 of the load circuit LD is set to 10Ω.
そのシミュレーションの結果は図13のSパラメータのグラフの様に、電源回路SCの交流電力の周波数fが87.6kHzの場合に、負荷回路LDまで伝送する電力の伝送効率が−0.21dBであった。すなわち95%の電力伝送効率があった。87.6kHzが第1の共振周波数である。この95%の電力伝送効率はコイルの幅を更に大きくしてコイルの抵抗を小さくしてコイルの抵抗損失を少なくすることで更に大きくできると考える。 As a result of the simulation, as shown in the S parameter graph of FIG. 13, when the frequency f of the AC power of the power supply circuit SC is 87.6 kHz, the transmission efficiency of the power transmitted to the load circuit LD is −0.21 dB. It was. That is, the power transmission efficiency was 95%. 87.6 kHz is the first resonance frequency. This 95% power transmission efficiency can be further increased by further increasing the coil width to reduce the coil resistance to reduce the coil resistance loss.
図14のグラフに、受電コイルLUを接近させた局所中継コイルLMに流れる電流と、受電コイルLUを接近させない局所中継コイルLMに流れる電流を比較したグラフを示す。このグラフは、電源回路SCの交流電力の周波数を60kHzから110kHzまで変えた場合の、各場合の局所中継コイルLMの電流値を相対的に比較して示したグラフである。 The graph of FIG. 14 shows a graph comparing the current flowing through the local relay coil LM with the power receiving coil LU approached and the current flowing through the local relay coil LM with the power receiving coil LU not approached. This graph is a graph in which the current value of the local relay coil LM in each case is relatively compared when the frequency of the AC power of the power supply circuit SC is changed from 60 kHz to 110 kHz.
図14のグラフから、電源回路SCから第1の共振周波数の87.6kHzの交流電力を供給する場合に、受電コイルLUが接近していない局所中継コイルLM6に流れる電流値よりも、受電コイルLUが接近した局所中継コイルLM1に流れる電流値が10dB以上大きい。すなわち、受電コイルLUが接近した局所中継コイルLM1に流れる電流値は局所中継コイルLM6に流れる電流値3倍以上大きい。そして、受電コイルLUが接近していない局所中継コイルLM6の電流による不要輻射のエネルギーが弱くなる。 From the graph of FIG. 14, when AC power of 87.6 kHz having the first resonance frequency is supplied from the power supply circuit SC, the power receiving coil LU is larger than the current value flowing through the local relay coil LM6 that is not approaching the power receiving coil LU. The value of the current flowing through the local relay coil LM1 approaching is larger by 10 dB or more. That is, the value of the current flowing through the local relay coil LM1 close to the power receiving coil LU is three times larger than the value of the current flowing through the local relay coil LM6. And the energy of the unnecessary radiation by the electric current of the local relay coil LM6 which the receiving coil LU is not approaching becomes weak.
なお、図14のグラフでは、第1の共振周波数の87.6kHzで、受電コイルLUに流れる電流値と局所中継コイルLM1に流れる電流値が同じ大きさである。この第1の共振周波数では、受電コイルLUに流れる電流と局所中継コイルLM1に流れる電流が平行するコイルの配線上で互いに逆方向に流れる。そのため、受電コイルLUに流れる電流が発生する不要輻射と局所中継コイルLM1に流れる電流が発生する不要輻射が互いに弱め合い、システム全体での不要輻射が少なくなる効果がある。 In the graph of FIG. 14, at the first resonance frequency of 87.6 kHz, the current value flowing through the power receiving coil LU and the current value flowing through the local relay coil LM1 have the same magnitude. At the first resonance frequency, the current flowing through the power receiving coil LU and the current flowing through the local relay coil LM1 flow in opposite directions on the parallel coil wiring. Therefore, the unnecessary radiation generated by the current flowing through the power receiving coil LU and the unnecessary radiation generated by the current flowing through the local relay coil LM1 weaken each other, and there is an effect of reducing unnecessary radiation in the entire system.
実施例4の無線電力伝送システムも、電力並行給電手段3の複数の電極端子が結合している複数の局所中継共振回路2のうち、受電コイルLUが接近した局所中継コイルLM1を含む局所中継共振回路2が受電コイルLUへ交流電力を伝送する主な中継路になり、それ以外の局所中継共振回路2は中継路にならないというスイッチの働きをする。受電コイルLUが接近していないため中継路にならない局所中継コイルLMに流れる共振電流が少ないので、それが発生する不要輻射を少なくできる効果がある。
The wireless power transmission system according to the fourth embodiment also includes a local relay resonance including the local relay coil LM1 close to the power receiving coil LU among the plurality of local
また、受電コイルLUが存在しない場合に局所中継コイルLMに流れる電流Imoは、受電コイルLUが接近した局所中継コイルLM1に流れる電流よりも少なくなった。こうして、局所中継コイルLMに流れる共振電流は、受電コイルLUが局所中継コイルLMに接近した場合に大きくなるスイッチ機能を持たせた無線電力伝送システムが構成できた。 Further, the current Imo that flows through the local relay coil LM when the power receiving coil LU does not exist is smaller than the current that flows through the local relay coil LM1 that the power receiving coil LU approaches. In this manner, a wireless power transmission system having a switching function in which the resonance current flowing through the local relay coil LM increases when the power receiving coil LU approaches the local relay coil LM can be configured.
(変形例6)
また、実施例4の局所中継共振回路2の数を1つだけにして無線電力伝送システムを構成することができる。すなわち、局所中継コイルLMが1つのみの無線電力伝送システムを構成する。
(Modification 6)
In addition, the wireless power transmission system can be configured with only one local
その場合に、回路のインピーダンスを良く整合させるために、受電コイルLUに接続する受電共振用コンデンサCUの容量を3.4μFにし、この受電コイル共振回路1単独での固有の共振周波数を85kHzにすることが望ましい。
In this case, in order to match the impedance of the circuit well, the capacity of the power receiving resonance capacitor CU connected to the power receiving coil LU is set to 3.4 μF, and the specific resonance frequency of the power receiving coil
その場合に、電源回路SCの交流電力の周波数fが92.4kHzの場合に、負荷回路LDまで伝送する電力の伝送効率が−0.13dBであった。すなわち97%の電力伝送効率があった。92.4kHzが第1の共振周波数である。 In that case, when the frequency f of the AC power of the power supply circuit SC was 92.4 kHz, the transmission efficiency of the power transmitted to the load circuit LD was −0.13 dB. That is, the power transmission efficiency was 97%. 92.4 kHz is the first resonance frequency.
また、局所中継コイルLMに流れる共振電流は、受電コイルLUが局所中継コイルLMに接近したときに大きくなるスイッチ機能を持つ無線電力伝送システムが構成できた。 In addition, a wireless power transmission system having a switching function in which the resonance current flowing through the local relay coil LM increases when the power receiving coil LU approaches the local relay coil LM could be configured.
<第5の実施形態>
(無線電力伝送システムの構成)
図15に、第5の実施形態の無線電力伝送システムの構成の平面図を示す。第5の実施形態の無線電力伝送システムは、第4の実施形態と同様に、受電コイルLUと対向させる局所中継コイルLMを1つにして、局所中継コイルLMと受電コイルLUを1対1で対向させる。
<Fifth Embodiment>
(Configuration of wireless power transmission system)
FIG. 15 is a plan view of the configuration of the wireless power transmission system of the fifth embodiment. As in the fourth embodiment, the wireless power transmission system according to the fifth embodiment has one local relay coil LM opposed to the power receiving coil LU, and one-to-one the local relay coil LM and the power receiving coil LU. Make them face each other.
(電力並行給電手段3)
第5の実施形態が第4の実施形態と異なる点は、電力並行給電手段3から並列に引き出した電極端子に直列に結合インダクタンスLcのみを挿入する点である。第5の実施形態では、1つ又は複数の局所中継共振回路2を用いて無線電力伝送システムを構成する。
(Parallel power feeding means 3)
The fifth embodiment is different from the fourth embodiment in that only the coupling inductance Lc is inserted in series with the electrode terminals drawn in parallel from the power parallel feeding means 3. In the fifth embodiment, a wireless power transmission system is configured using one or a plurality of local
(実施例5)
第5の実施形態の実施例5は、局所中継共振回路2を1つにする。すなわち、局所中継コイルLMが1つのみの無線電力伝送システムを構成する。
(Example 5)
In Example 5 of the fifth embodiment, the number of local
第5の実施形態の受電コイルLUと局所中継コイルLMは、実施例4と同じ形の、大きさが900mm×900mmの長方形の1巻のコイルを用いた。この受電コイルLUは1μHの自己インダクタンスを持つ。局所中継コイルLMに接続する局所共振用コンデンサCMの容量を3.4μFにして局所中継共振回路2の単独での固有の共振周波数を85kHzにした。この共振周波数85kHzが第2の共振周波数である。
As the power receiving coil LU and the local relay coil LM of the fifth embodiment, a rectangular one-turn coil having the same shape as that of the fourth embodiment and having a size of 900 mm × 900 mm was used. This power receiving coil LU has a self-inductance of 1 μH. The capacitance of the local resonance capacitor CM connected to the local relay coil LM was set to 3.4 μF, and the unique resonance frequency of the local
また、回路のインピーダンスを良く整合させるために、受電コイルLUに接続する受電共振用コンデンサCUの容量を3.4μFにし、この受電コイル共振回路1単独での固有の共振周波数を85kHzにした。
Further, in order to match the impedance of the circuit well, the capacity of the power receiving resonance capacitor CU connected to the power receiving coil LU is set to 3.4 μF, and the specific resonance frequency of the power receiving coil
(電力並行給電手段3)
実施例5の電力並行給電手段3は、電力並行給電手段3から並列に引き出した電極端子に直列に挿入した結合インダクタンスLcを35μHにした。
(Parallel power feeding means 3)
In the power
(シミュレーション結果)
図16のグラフに、実施例5の電磁界シミュレーションの結果の無線電力伝送効率をSパラメータ(S21)で表した周波数特性のグラフを示す。本実施例では、電源回路SCの出力インピーダンスR1を3Ωにし、負荷回路LDの入力インピーダンスR2を10Ωにした。
(simulation result)
The graph of FIG. 16 shows a graph of frequency characteristics in which the wireless power transmission efficiency as a result of the electromagnetic field simulation of Example 5 is represented by the S parameter (S21). In this embodiment, the output impedance R1 of the power supply circuit SC is 3Ω, and the input impedance R2 of the load circuit LD is 10Ω.
そのシミュレーションの結果は図16のSパラメータのグラフの様に、電源回路SCの交流電力の周波数fが97kHzの場合に、負荷回路LDまで伝送する電力の伝送効率が−0.1dBであった。すなわち98%の電力伝送効率があった。97kHzが第1の共振周波数fである。 As a result of the simulation, as shown in the S parameter graph of FIG. 16, when the frequency f of the AC power of the power supply circuit SC is 97 kHz, the transmission efficiency of the power transmitted to the load circuit LD is -0.1 dB. That is, the power transmission efficiency was 98%. 97 kHz is the first resonance frequency f.
図17のグラフに、受電コイルLUを接近させた局所中継コイルLMに流れる電流と、受電コイルLUが存在しない場合に局所中継コイルLMに流れる電流Imoを比較したグラフを示す。このグラフは、電源回路SCの交流電力の周波数を60kHzから110kHzまで変えた場合の、各場合の局所中継コイルLMの電流値を相対的に比較して示したグラフである。 The graph of FIG. 17 shows a graph comparing the current flowing through the local relay coil LM with the power receiving coil LU approached and the current Imo flowing through the local relay coil LM when the power receiving coil LU is not present. This graph is a graph in which the current value of the local relay coil LM in each case is relatively compared when the frequency of the AC power of the power supply circuit SC is changed from 60 kHz to 110 kHz.
図17のグラフで、電源回路SCから供給する交流電力の周波数が97kHzの第1の共振周波数fにおいて電流値を比較する。受電コイルLUが存在しない場合に局所中継コイルLMに流れる電流Imoを、局所中継コイルLMに受電コイルLUが接近した場合に局所中継コイルLMに流れる電流と比較すると、受電コイルLUが接近すると局所中継コイルLMに流れる電流値が大きくなる。すなわち、受電コイルLUが局所中継コイルLMに接近すると局所中継コイルLMに流れる第1の共振周波数fの電流値が大きくなるスイッチ機能があらわれた。 In the graph of FIG. 17, the current values are compared at the first resonance frequency f where the frequency of the AC power supplied from the power supply circuit SC is 97 kHz. When the current Imo that flows through the local relay coil LM when the power receiving coil LU does not exist is compared with the current that flows through the local relay coil LM when the power receiving coil LU approaches the local relay coil LM, the local relay when the power receiving coil LU approaches The value of the current flowing through the coil LM increases. That is, when the power receiving coil LU approaches the local relay coil LM, a switching function that increases the current value of the first resonance frequency f flowing through the local relay coil LM appears.
これにより、局所中継コイルLMに受電コイルLUが接近しない場合には、局所中継コイルLMに流れる電流が少ないので、その場合に局所中継コイルLMが発生する電流による不要輻射が少なくなる。 Accordingly, when the power receiving coil LU does not approach the local relay coil LM, the current flowing through the local relay coil LM is small, and in this case, unnecessary radiation due to the current generated by the local relay coil LM is reduced.
なお、本発明は、以上の実施形態に限定されず、本発明の各コイルは1巻きコイルに限定されず、多重巻きコイルでインダクタンスが大きいコイルを使用することができる。その場合に共振回路の共振周波数を所定の設計値に維持する共振用の容量は、コイルのインダクタンスの大きさに反比例した小さな容量で足りる。 In addition, this invention is not limited to the above embodiment, Each coil of this invention is not limited to 1 winding coil, A coil with a large inductance can be used by a multiple winding coil. In this case, a small capacity that is in inverse proportion to the inductance of the coil is sufficient as the capacity for resonance that maintains the resonance frequency of the resonance circuit at a predetermined design value.
また、本発明は、複数の局所中継コイルLMを、平面領域を埋め尽くす様に縦横方向に敷きつめて、その平面領域の何れかの位置の局所中継コイルLMに対向させた受電コイルLUに局所中継コイルLMから電力を給電する無線電力伝送システムを構成することもできる。 Further, the present invention provides a plurality of local relay coils LM arranged in the vertical and horizontal directions so as to fill the planar area, and is locally relayed to the power receiving coil LU facing the local relay coil LM at any position in the planar area. A wireless power transmission system that supplies power from the coil LM can also be configured.
また、本発明は、以上の実施形態の回路の電源回路SCと負荷回路LDを置き換えた回路構成の無線電力伝送システムを構成することもできる。 The present invention can also be configured as a wireless power transmission system having a circuit configuration in which the power supply circuit SC and the load circuit LD in the circuit of the above embodiment are replaced.
本発明は、電源回路SCから電力並行給電手段3に、第1の共振周波数fの交流電力を給電する。電力並行給電手段3は、その周波数fの交流電力を局所中継コイルLMに給電する。そして、受電コイルLUに接近した局所中継コイルLMに、第1の共振周波数fの共振電流が誘導され、それにより、その局所中継コイルLMが受電コイル共振回路1まで無線電力を伝送する中継路になる。すなわち、局所中継コイルLMが、受電コイルLUへの接近の有無で交流電力の中継のオン/オフが制御されるスイッチとして働く無線電力伝送システムである。
In the present invention, AC power having the first resonance frequency f is supplied from the power supply circuit SC to the parallel
本発明は、電気自動車への非接触の電力給電や、机の上に設置した電子装置に机の板を隔てて誘導電力を給電する用途に適用できる。また、半導体集積回路内で集積回路の配線層間で非接触で交流電力あるいは交流電気信号を伝送する用途に適用できる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be applied to non-contact power feeding to an electric vehicle and applications in which inductive power is fed to an electronic device installed on a desk via a desk plate. Further, the present invention can be applied to an application in which AC power or AC electric signal is transmitted in a non-contact manner between wiring layers of an integrated circuit within a semiconductor integrated circuit.
1・・・受電コイル共振回路
2・・・局所中継共振回路
3・・・電力並行給電手段
A・・・受電コイルLUの配置位置A
B・・・受電コイルLUの配置位置B
Cc1、Cc2、Cc3、Cc4、Cc5、Cc6・・・結合容量
CM、CM1、CM2、CM3、CM4、CM5、CM6・・・局所共振用コンデンサ
CP1、CP2、CP3、CP4、CP5、CP6・・・結合容量
CU・・・受電共振用コンデンサ
CW・・・共用容量
f・・・電源回路の交流電力の周波数
h・・・局所中継コイルLMの上方の受電コイルLUの高さ
Imo・・・受電コイルが存在しない場合に局所中継コイルに流れる電流
LA・・・給電線対
LA1、LA2・・・給電線
Lc1、Lc2、Lc3、Lc4、Lc5、Lc6・・・結合インダクタンス
LD・・・負荷回路
LM、LM1、LM2、LM3、LM4、LM5、LM6・・・局所中継コイル
LP、LP1、LP2、LP3、LP4、LP5、LP6・・・給電用中継コイル
LU・・・受電コイル
LW・・・共用インダクタンス
R1・・・電源回路の出力インピーダンス
R2・・・負荷回路の入力インピーダンス
SC・・・電源回路
DESCRIPTION OF
B: Arrangement position B of receiving coil LU
Cc1, Cc2, Cc3, Cc4, Cc5, Cc6 ... Coupling capacitors CM, CM1, CM2, CM3, CM4, CM5, CM6 ... Local resonance capacitors CP1, CP2, CP3, CP4, CP5, CP6 ... Coupling capacitor CU: Receiving resonance capacitor CW: Shared capacitor f: Frequency of AC power of power supply circuit h: Height Imo of receiving coil LU above local relay coil LM: Receiving coil Current LA flowing in the local relay coil when there is no current feed line pair LA1, LA2 ... feed lines Lc1, Lc2, Lc3, Lc4, Lc5, Lc6 ... coupling inductance LD ... load circuit LM, LM1, LM2, LM3, LM4, LM5, LM6 ... Local relay coils LP, LP1, LP2, LP3, LP4, LP5, LP6 ... Power feeding Input impedance SC · · · power supply circuit of the output impedance R2 · · · load circuit of the relay coil LU · · · receiving coil LW · · · shared inductance R1 · · · power supply circuit
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2016105709A JP2017212830A (en) | 2016-05-26 | 2016-05-26 | Wireless power transmission system |
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| JP2016105709A JP2017212830A (en) | 2016-05-26 | 2016-05-26 | Wireless power transmission system |
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|---|---|---|---|
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20230090835A (en) * | 2021-12-15 | 2023-06-22 | 서울시립대학교 산학협력단 | Wireless charging system for electric car |
| US11742699B2 (en) | 2021-03-03 | 2023-08-29 | Ihi Corporation | Power feeding device and power feeding system |
-
2016
- 2016-05-26 JP JP2016105709A patent/JP2017212830A/en active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11742699B2 (en) | 2021-03-03 | 2023-08-29 | Ihi Corporation | Power feeding device and power feeding system |
| KR20230090835A (en) * | 2021-12-15 | 2023-06-22 | 서울시립대학교 산학협력단 | Wireless charging system for electric car |
| KR102713319B1 (en) * | 2021-12-15 | 2024-10-04 | 서울시립대학교 산학협력단 | Wireless charging system for electric car |
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