特許ウォッチ

公開番号2024060471
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-05-02
出願番号2022167860
出願日2022-10-19
発明の名称非接触給電装置
出願人オムロン株式会社
代理人個人,個人,個人,個人
主分類H02J 50/50 20160101AFI20240424BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】受電側の装置に接続される負荷が変動する場合でも、電力伝送効率の低下を抑制できる非接触給電装置を提供する。
【解決手段】非接触給電装置1は、送電装置2から受電装置3へ非接触で伝送される電力を中継する中継回路4を有する。送電装置2は、電力供給回路11から供給された所定の周波数を持つ交流電力を中継回路4へ伝送する送信12コイルを有する。中継回路4は、送信コイル12と電磁結合するように配置され、送信コイル12から交流電力を受信する第1のコイル31と、受信した交流電力を受電装置3へ伝送する第2のコイル32と、第1のコイル31及び第2のコイル32とともに、送信コイル12に供給された交流電力と共振する共振コンデンサ33とを有する。そして受電装置3は、中継回路4の第2のコイル32と電磁結合することで第2のコイル32から交流電力を受信する受信コイル21を有する共振回路20を有する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
送電装置と、
受電装置と、
前記送電装置から前記受電装置へ非接触で伝送される電力を中継する中継回路と、
を有し、
前記送電装置は、
供給された交流電力を前記中継回路へ伝送する送信コイルと、
直流電源から供給される直流電力を所定の周波数を有する交流電力に変換し、変換された前記交流電力を前記送信コイルに供給する電力供給回路と、
を有し、
前記中継回路は、
前記送信コイルと電磁結合するように配置され、前記送信コイルから交流電力を受信する第１のコイルと、
前記第１のコイルを介して受信した交流電力を前記受電装置へ伝送する第２のコイルと、
前記第１のコイル及び前記第２のコイルとともに、前記送信コイルに供給された交流電力と共振する共振コンデンサと、
を有し、
前記受電装置は、
前記中継回路の前記第２のコイルと電磁結合することで前記第２のコイルから交流電力を受信する受信コイルを有する共振回路と、
前記共振回路から出力される交流電力を整流して直流電力に変換し、当該直流電力を負荷回路へ出力する整流平滑回路と、
を有する非接触給電装置。
続きを表示（約 370 文字）【請求項２】
前記中継回路の前記第２のコイルは、前記中継回路の前記第１のコイル及び前記送電装置の前記送信コイルと電磁結合しないように配置される、請求項１に記載の非接触給電装置。
【請求項３】
前記第２のコイルの外周は前記第１のコイルの外周よりも大きい、請求項２に記載の非接触給電装置。
【請求項４】
前記中継回路の前記第１のコイルは基板の一方の面上に形成され、かつ、前記送電装置の前記送信コイルは、前記基板の他方の面上において、前記第１のコイルの中心軸と前記送信コイルの中心軸とが同軸となるように形成される、請求項１に記載の非接触給電装置。
【請求項５】
前記中継回路の前記第１のコイルと前記送電装置の前記送信コイルとは、同一のコアに巻き付けられる、請求項１に記載の非接触給電装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、非接触給電装置に関する。
続きを表示（約 2,000 文字）【背景技術】
【０００２】
従来より、金属の接点などを介さずに、空間を通じて電力を伝送する、いわゆる非接触給電（ワイヤレス給電とも呼ばれる）技術が研究されている。
【０００３】
非接触給電技術の一つとして、電磁誘導により給電する方式が知られている。電磁誘導により給電する方式では、一般に、1MHzよりも低いスイッチングの周波数にて、送電側の装置に設けられるインバータを駆動することで、送電側のコイルに交流電力を供給して、受電側のコイルとの間に電磁誘導を生じさせる。これに対して、給電用の送電機をE級アンプとして構成することで、6.78MHzの周波数によるスイッチングを可能とする技術が提案されている（例えば、非特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
市原文夫、大村一郎、「窒化ガリウム（GaN）FETを使用したワイヤレス給電用Ｅ級送信機」、電力技術/電力系統技術/半導体電力変換合同研究会 2016、EDD-16-069/SPC-16-156、2016年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
非接触給電装置の送電側の装置において、送電側のコイルに電力を供給する電力供給回路がE級アンプとして構成されるためには、電力供給回路に設けられるスイッチング素子について、下記の条件が満たされることが求められる。
・オンからオフ、あるいはオフからオンにスイッチングするタイミングにおいてスイッチング素子に印加される電圧がゼロであること(Zero-Voltage-Switching, 以下では、ZVSと呼ぶことがある)
・スイッチング素子がオフからオンになるタイミングにおいてスイッチング素子に印加される電圧の時間変化に対する傾きがゼロ(すなわち、dV/dt=0)であること(Zero-Voltage-Derivative-Switching, 以下では、ZDSと呼ぶことがある)
【０００６】
上記のZVS及びZDSの条件が満たされることで、スイッチング素子におけるスイッチングロスが可能な限り低減され、その結果として電力伝送の効率が向上する。しかしながら、受電側の装置に接続される負荷の変動により、ZVS及びZDSを達成するための条件が変動する。
【０００７】
そこで、本発明は、受電側の装置に接続される負荷が変動する場合でも、電力伝送効率の低下を抑制できる非接触給電装置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】
【０００８】
本発明の一つの形態として、非接触給電装置が提供される。この非接触給電装置は、送電装置と、受電装置と、送電装置から受電装置へ非接触で伝送される電力を中継する中継回路とを有する。送電装置は、供給された交流電力を中継回路へ伝送する送信コイルと、直流電源から供給される直流電力を所定の周波数を有する交流電力に変換し、変換された交流電力を送信コイルに供給する電力供給回路とを有する。中継回路は、送信コイルと電磁結合するように配置され、送信コイルから交流電力を受信する第１のコイルと、第１のコイルを介して受信した交流電力を受電装置へ伝送する第２のコイルと、第１のコイル及び第２のコイルとともに、送信コイルに供給された交流電力と共振する共振コンデンサとを有する。そして受電装置は、中継回路の第２のコイルと電磁結合することで第２のコイルから交流電力を受信する受信コイルを有する共振回路と、共振回路から出力される交流電力を整流して直流電力に変換し、直流電力を負荷回路へ出力する整流平滑回路とを有する。
係る構成を有することにより、この非接触給電装置は、受電側の装置に接続される負荷が変動する場合でも、電力伝送効率の低下を抑制することができる。
【０００９】
この非接触給電装置において、中継回路の第２のコイルは、中継回路の第１のコイル及び送電装置の送信コイルと電磁結合しないように配置されることが好ましい。
係る構成を有することで、この非接触給電装置は、受電側の装置に接続される負荷の変動に対する、電力伝送効率の低下の抑制をより確実に実行することができる。
【００１０】
この場合において、中継回路の第２のコイルの外周は中継回路の第１のコイルの外周よりも大きいことが好ましい。
係る構成を有することで、この非接触給電装置は、受電装置の受信コイルが、中継回路の第２のコイルに対して電磁結合しつつ、送信コイル及び第１のコイルと電磁結合しないように配置することを容易化できる。
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許