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公開番号2021058049
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210408
出願番号2019181639
出願日20191001
発明の名称受電装置及び無線給電システム
出願人株式会社ダイヘン
代理人個人,個人,個人,個人,個人
主分類H02J 50/12 20160101AFI20210312BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】給電対象のインピーダンスに依らず、給電対象に流れる電流の電流量を一定にする受電装置及び無線給電システムを提供する。
【解決手段】受電装置20は、送電コイル12から送電される電力を受電する受電コイル21と、受電コイル21が受電した電力に応じた電圧を電流に変換する電圧電流変換回路23A,23Bと、電圧電流変換回路23A,23Bの出力電流を整流する整流回路24と、整流回路24の出力電流を平滑化して給電対象26に供給する平滑回路25と、を備える。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項1】
送電コイルから送電される電力を受電する受電コイルと、
前記受電コイルが受電した電力に応じた電圧を電流に変換する電圧電流変換回路と、
前記電圧電流変換回路の出力電流を整流する整流回路と、
前記整流回路の出力電流を平滑化して給電対象に供給する平滑回路と、を備える、
受電装置。
続きを表示(約 870 文字)【請求項2】
前記電圧電流変換回路は、
一端が第1端子に接続された第1素子と、
一端が前記第1素子の他端に接続され、他端が第2端子に接続された第2素子と、
一端が前記第1素子の他端及び前記第2素子の一端に接続され、他端が第3端子及び第4端子に接続された第3素子と、
を含むT型回路を有し、
前記第1素子のインピーダンスと前記第3素子のインピーダンスの和がゼロであり、前記第2素子のインピーダンスと前記第3素子のインピーダンスの和がゼロである、
請求項1に記載の受電装置。
【請求項3】
前記給電対象への供給電圧をVLとし、前記給電対象への供給電流をILとすると、前記第1乃至第3素子のインピーダンスの絶対値は、それぞれVL/ILの10〜50%の範囲に含まれる、
請求項2に記載の受電装置。
【請求項4】
前記電圧電流変換回路は、
一端が第1端子に接続され、他端が第2端子に接続された第4素子と、
一端が前記第1端子に接続され、他端が第3端子に接続された第5素子と、
一端が前記第2端子に接続され、他端が第4端子に接続された第6素子と、
を含むπ型回路を有し、
前記第4素子のインピーダンスと前記第5素子のインピーダンスの和がゼロであり、前記第4素子のインピーダンスと前記第6素子のインピーダンスの和がゼロである、
請求項1に記載の受電装置。
【請求項5】
前記給電対象への供給電圧をVLとし、前記給電対象への供給電流をILとすると、前記第4乃至第6素子のインピーダンスの絶対値は、それぞれVL/ILの10〜50%の範囲に含まれる、
請求項4に記載の受電装置。
【請求項6】
請求項1から5のいずれか一項に記載の受電装置と、
前記送電コイル及び当該送電コイルに電源電圧を供給する電源回路を備える送電装置と、を備える、
無線給電システム。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、受電装置及び無線給電システムに関する。
続きを表示(約 4,200 文字)【背景技術】
【0002】
近年、送電装置から受電装置に非接触で電力を伝送する無線給電システムの開発が進められている。例えば特許文献1には、送電装置から出力される電力を受電装置が非接触で受電し、当該電力に応じた電圧が負荷に供給される無線給電測定装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
国際公開第2017/141340号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
このような無線給電システムにおいては、送電コイルと受電コイルとの間の電磁誘導により受電コイルの両端に生じた電圧が負荷に印加される。このとき、負荷から見て受電コイルは定電圧源としてふるまうため、受電コイルが受電する電力が一定であっても、負荷インピーダンスに応じて負荷に供給される電流の電流量が異なることとなる。例えば、負荷インピーダンスが高い場合は、負荷に流れる電流量は比較的少ないが、負荷インピーダンスが低い場合は、負荷に大電流が流れるおそれがある。従って、このような大電流を考慮して受電装置の部品等を選定する必要が生じ、コストアップを招くという問題がある。この問題に対処するため、負荷に流れる電流の電流量は、負荷インピーダンスによらず一定となることが好ましい。
【0005】
そこで、本発明は、給電対象のインピーダンスに依らず、給電対象に流れる電流の電流量を一定にする受電装置及び無線給電システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の一態様に係る受電装置は、送電コイルから送電される電力を受電する受電コイルと、受電コイルが受電した電力に応じた電圧を電流に変換する電圧電流変換回路と、電圧電流変換回路の出力電流を整流する整流回路と、整流回路の出力電流を平滑化して給電対象に供給する平滑回路と、を備える。
【0007】
この態様によれば、電圧電流変換回路を備えることにより、受電コイルの両端に生じた電圧が電流に変換されて給電対象に供給される。従って、給電対象から見て受電コイルは定電流源としてふるまうこととなり、給電対象のインピーダンスによらず給電対象に流れる電流の電流量を一定にすることができる。
【0008】
上記態様において、電圧電流変換回路は、一端が第1端子に接続された第1素子と、一端が第1素子の他端に接続され、他端が第2端子に接続された第2素子と、一端が第1素子の他端及び第2素子の一端に接続され、他端が第3端子及び第4端子に接続された第3素子と、を含むT型回路を有し、第1素子のインピーダンスと第3素子のインピーダンスの和がゼロであり、第2素子のインピーダンスと第3素子のインピーダンスの和がゼロであってもよい。
【0009】
この態様によれば、電圧電流変換回路を3つの受動素子により構成することができる。従って、例えばDC−DCコンバータや能動素子等を用いる構成に比べて、受電装置の小型化及び安定化を図ることができ、加えてコストを抑えることができる。
【0010】
上記態様において、給電対象への供給電圧をVLとし、給電対象への供給電流をILとすると、第1乃至第3素子のインピーダンスの絶対値は、それぞれVL/ILの10〜50%の範囲に含まれていてもよい。
【0011】
この態様によれば、整流回路及び平滑回路における電圧損失分を考慮して第1乃至第3素子のインピーダンスが設計されるため、給電対象に供給される電流を制御する精度が向上する。
【0012】
上記態様において、電圧電流変換回路は、一端が第1端子に接続され、他端が第2端子に接続された第4素子と、一端が第1端子に接続され、他端が第3端子に接続された第5素子と、一端が第2端子に接続され、他端が第4端子に接続された第6素子と、を含むπ型回路を有し、第4素子のインピーダンスと第5素子のインピーダンスの和がゼロであり、第4素子のインピーダンスと第6素子のインピーダンスの和がゼロであってもよい。
【0013】
この態様によれば、電圧電流変換回路を3つの受動素子により構成することができる。従って、例えばDC−DCコンバータや能動素子等を用いる構成に比べて、受電装置の小型化及び安定化を図ることができ、加えてコストを抑えることができる。
【0014】
上記態様において、給電対象への供給電圧をVLとし、給電対象への供給電流をILとすると、第4乃至第6素子のインピーダンスの絶対値は、それぞれVL/ILの10〜50%の範囲に含まれていてもよい。
【0015】
この態様によれば、整流回路及び平滑回路における電圧損失分を考慮して第4乃至第6素子のインピーダンスが設計されるため、給電対象に供給される電流を制御する精度が向上する。
【0016】
本発明の一態様に係る無線給電システムは、上述の受電装置と、送電コイル及び当該送電コイルに電源電圧を供給する電源回路を備える送電装置と、を備える。
【0017】
この態様によれば、受電装置が電圧電流変換回路を備えることにより、受電コイルの両端に生じた電圧が電流に変換されて給電対象に供給される。従って、給電対象のインピーダンスによらず給電対象に流れる電流の電流量を一定にしつつ、送電装置から受電装置に電力を伝送することができる。
【発明の効果】
【0018】
本発明によれば、給電対象のインピーダンスに依らず、給電対象に流れる電流の電流量を一定にする受電装置及び無線給電システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0019】
本発明の一実施形態に係る無線給電システムの回路図である。
電圧電流変換回路23Aの機能を説明するための図である。
電圧電流変換回路23Aの構成例を示す図である。
電圧電流変換回路23Aの構成例を示す図である。
電圧電流変換回路23Bの機能を説明するための図である。
電圧電流変換回路23Bの構成例を示す図である。
電圧電流変換回路23Bの構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0020】
添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。なお、各図において、同一の符号を付したものは、同一又は同様の構成を有する。
【0021】
図1は、本発明の一実施形態に係る無線給電システムの回路図である。同図に示されるように、無線給電システム1は、電力を送電する送電装置10と、当該電力を非接触で受電する受電装置20と、を備える。
【0022】
送電装置10は、例えば、電源回路11と、送電コイル12と、共振コンデンサ13と、を備える。
【0023】
電源回路11は、所定の周波数(例えば、数kHz〜数百MHz程度)の交流電源電圧を生成し、送電コイル12に供給する。
【0024】
送電コイル12は、例えば渦巻状に巻かれたコイルであり、電源回路11からの交流電源電圧が供給される。共振コンデンサ13は、送電コイル12に直列接続され、送電コイル12とともに共振回路を構成する。当該共振回路は、送電コイル12のインダクタンス値をLとし、共振コンデンサ13の容量値をCとすると、f=1/2π√LC(Hz)によって表される共振周波数fを有する。
【0025】
受電装置20は、受電コイル21と、共振コンデンサ22と、電圧電流変換回路23Aと、整流回路24と、平滑回路25と、給電対象26と、を備える。
【0026】
受電コイル21は、例えば渦巻状に巻かれたコイルであり、送電コイル12と磁界結合され、送電コイル12から送電される電力を受電する。共振コンデンサ22は、受電コイル21に直列接続され、受電コイル21とともに共振回路を構成する。送電装置10側の共振回路と受電装置20側の共振回路が同じ共振周波数において共鳴することにより、送電装置10から受電装置20へ電力が送電される(磁界共鳴方式)。
【0027】
電圧電流変換回路23Aは、受電コイル21と整流回路24との間に設けられ、受電コイル21が受電した電力に応じた電圧を電流に変換して出力する。本実施形態において、電圧電流変換回路23Aは、いわゆるT型回路を構成する3つの素子230〜232を備える。電圧電流変換回路23Aの構成の詳細については後述する。
【0028】
整流回路24は、電圧電流変換回路23Aが出力する交流電流を全波整流し、直流電力を出力する。整流回路24は、互いに直列接続された2組のダイオード240,241とダイオード242,243を含む。これらの2組のダイオード240,241とダイオード242,243は、並列接続される。なお、整流回路24の回路構成は一例であり、これに限定されない。例えば整流回路24は、半波整流回路であってもよい。
【0029】
平滑回路25は、整流回路24の出力電流の変動を低減し、平滑化させた直流電流を給電対象26に供給する。平滑回路25は、コイル250及びコンデンサ251により構成される、いわゆるL型フィルタ回路である。
【0030】
給電対象26は、平滑回路25により平滑化された直流電力が供給される対象である。給電対象26は、特に限定されないが、本実施形態においては例えばバッテリやコンデンサ等の蓄電器に電力が蓄電される場合が想定され、コンデンサ260が示されている。なお、給電対象26は、コンデンサ260に替えて、例えばモータ等のアクチュエータなど電力を消費する負荷であってもよい。また、図1においては、給電対象26が受電装置20に含まれた構成が示されているが、給電対象は受電装置20に含まれず、受電装置20の外部に設けられていてもよい。
(【0031】以降は省略されています)

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