JP2010183810A - 非接触電力伝送装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】非接触電力伝送装置10は、交流電源11と、交流電源11に接続された1次コイル13と1次側共鳴コイル14と2次側共鳴コイル15と2次コイル16とを有する共鳴系と、2次コイル16に接続された負荷(二次電池19)とを備える。また、非接触電力伝送装置10は、共鳴系の入力インピーダンスを測定可能なインピーダンス測定手段22と、インピーダンス測定手段22の測定結果を解析する制御装置23とを備えている。制御装置23はインピーダンス測定手段22の測定結果に基づいて、1次側共鳴コイル14と2次側共鳴コイル15との距離を演算するとともに、2次コイル16に接続されている負荷としての二次電池19のインピーダンスを演算可能に構成されている。
【選択図】図2
Description
図1に示すように、非接触電力伝送装置10は、交流電源11から供給される電力を非接触で伝送する共鳴系12を備える。共鳴系12は、交流電源11に接続される1次コイル13と、1次側共鳴コイル14と、2次側共鳴コイル15と、2次コイル16とを有する。2次コイル16は負荷17に接続されている。
両共鳴コイル14,15:巻数…45巻、径…直径150mm、密巻、巻線の両端を開放
[測定条件]
入力電圧:20Vpp(振幅10V)の正弦波2MHz〜5MHz
共鳴コイル間距離:200mm
出力の負荷抵抗:10Ω、20Ω、30Ω、50Ω、100Ω
共鳴系12の入力インピーダンス及び電力伝送効率と周波数の関係を図3に、共鳴系12の入力インピーダンス及び出力電圧と周波数の関係を図4に示す。また、出力負荷(負荷抵抗)を変えたときの、最大出力電圧及び最大電力伝送効率の関係を図5に、入力インピーダンス及び周波数の関係を図6に示す。なお、図5中の数字は出力電圧及び電力伝送効率ηが最大となった周波数の値(MHz)を示す。また、電力伝送効率ηは次のようにして求められる。
図3〜図5から次のことが言える。
・最大出力電圧は出力負荷の増加に従い単調に増加する。
・順抵抗による出力負荷の変化による共鳴周波数の変動は少ない。
・出力負荷の変化は、共鳴周波数付近で入力インピーダンスに影響を与える。
そして、この実施形態では、負荷インピーダンス演算用マップとして、図6のように入力インピーダンス及び周波数の関係を示すグラフが、共鳴コイル間距離が異なる複数種、メモリ25に記憶されている。
[測定条件]
入力電圧:20Vpp(振幅10V)の正弦波2MHz〜5MHz
出力の負荷抵抗:50Ω
共鳴コイル間距離:50mm、100mm、200mm、300mm、400mm
共鳴系12の入力インピーダンス及び電力伝送効率と周波数の関係を図7に、共鳴系12の入力インピーダンス及び出力電圧と周波数の関係を図8に示す。また、共鳴コイル間距離を変えたときの、最大出力電圧及び最大電力伝送効率の関係を図9に示す。なお、図9中の数字は出力電圧及び電力伝送効率ηが最大となった周波数の値(MHz)を示す。
・共鳴コイル間距離がある程度以上大きくなると、最大電力伝送効率が低下する。
・出力電圧が最大となる周波数と電力伝送効率が最大となる周波数は異なる。
・共鳴点が2つ存在する距離においては、広い周波数帯(範囲)で高効率となる距離が存在する。
移動体18に搭載された二次電池19の充電が必要な状態になると、移動体18は充電装置20による二次電池19の充電を行うために、充電装置20と対応する位置で停止する。なお、移動体18には二次電池19の負荷抵抗を検出するセンサが装備され、二次電池19の負荷抵抗が予め設定された値に達すると充電を行うようになっている。
(1)非接触電力伝送装置10は、交流電源11と、交流電源11に接続された1次コイル13と1次側共鳴コイル14と2次側共鳴コイル15と2次コイル16とを有する共鳴系12と、2次コイル16に接続された負荷17とを備えている。そして、共鳴系12の入力インピーダンスを測定可能なインピーダンス測定手段22と、インピーダンス測定手段22の測定結果を解析する解析手段(CPU24)とを備えている。したがって、共鳴系12の入力インピーダンスの解析結果に基づいて適切な条件で電力伝送を行うことができる。
○ 1次コイル13、1次側共鳴コイル14、2次側共鳴コイル15及び2次コイル16の仕様の巻数、巻径は前記実施形態の値に限らない。
○ 移動体18は二次電池を備えたものに限らず、コンベア等の移送手段により定められた作業位置に移動されるとともに、電力で駆動されるモータを備えた装置であってもよい。この場合、モータが負荷17を構成し、移動体18には2次側共鳴コイル15及び2次コイル16が設けられる。また、作業位置毎に交流電源11、1次コイル13、1次側共鳴コイル14及び制御装置23が設けられる。そして、移動体18が作業位置に移動された状態で、交流電源11から装置に電力が供給される。
○ 1次コイル13、1次側共鳴コイル14、2次側共鳴コイル15及び2次コイル16が全て同じ径に形成されている必要はない。例えば、1次側共鳴コイル14及び2次側共鳴コイル15は同じ径で、1次コイル13及び2次コイル16は異なる径としてもよい。
(1)請求項2〜請求項4のいずれか一項に記載の発明において、前記解析手段は、前記入力インピーダンスの低周波数側の極大値における周波数の値と、前記入力インピーダンスの高周波数側の極小値における周波数の値との差に基づいて、前記1次側共鳴コイルと前記2次側共鳴コイルとの距離を演算する。
Claims (5)
- 交流電源と、前記交流電源に接続された1次コイルと1次側共鳴コイルと2次側共鳴コイルと2次コイルとを有する共鳴系と、前記2次コイルに接続された負荷とを備える非接触電力伝送装置であって、
前記共鳴系の入力インピーダンスを測定可能なインピーダンス測定手段と、前記インピーダンス測定手段の測定結果を解析する解析手段とを備えていることを特徴とする非接触電力伝送装置。 - 前記解析手段は、少なくとも前記インピーダンス測定手段の測定結果に基づいて、前記1次側共鳴コイルと前記2次側共鳴コイルとの距離を演算するとともに、前記負荷のインピーダンスを演算可能である請求項1に記載の非接触電力伝送装置。
- 前記解析手段は、少なくとも前記インピーダンス測定手段の測定結果に基づいて、前記負荷のインピーダンスを演算するとともに、前記1次側共鳴コイルと前記2次側共鳴コイルとの距離を演算可能である請求項1に記載の非接触電力伝送装置。
- 前記2次側共鳴コイル及び前記2次コイルは移動体に搭載されるとともに前記2次コイルは負荷としての二次電池に接続されており、前記交流電源、前記1次コイル及び前記1次側共鳴コイルは前記二次電池に非接触状態で充電を行う充電装置に装備されており、前記充電装置は前記解析手段を備えた制御部により、前記移動体との距離に対応した適切な周波数で前記1次コイルに電流を供給する請求項2又は請求項3に記載の非接触電力伝送装置。
- 前記2次側共鳴コイル及び前記2次コイルは移動体に搭載されるとともに前記2次コイルは負荷としての二次電池に接続されており、前記交流電源、前記1次コイル及び前記1次側共鳴コイルは前記二次電池に非接触状態で充電を行う充電装置に装備されており、前記充電装置は前記解析手段を備えた制御部により、前記二次電池の充電状態を把握して充電制御を行う請求項2〜請求項4のいずれか一項に記載の非接触電力伝送装置。
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