JP6360657B2 - 非接触電力伝送方法及び非接触電力伝送システム - Google Patents
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Description
Zx=Zo・[A・exp(γ・x)+B・exp(-γ・x)]/[A・exp(γ・x)-B・exp(-γ・x)]…(2)
但し、A・exp(γ・x):入射波電圧、B・exp(-γ・x):反射波電圧、
で表わされるが、分布定数線路の負荷端のインピーダンスZLがショートの場合、ZL=0よりA+B=0であるから、(2)式は、
Zx=Zo・[exp(γ・x)−exp(-γ・x)]/[exp(γ・x)+exp(-γ・x)]
=Zo・[exp(2・γ・x)−1]/[exp(2・γ・x)+1]…(3)
となる。
Zx=Zo・(ξ・ζ−1)/(ξ・ζ+1)…(4)
となる。
exp(2・α・x)=[1+tanh(α・x)]/[1−tanh(α・x)]
exp(2・j・β・x)=[1+j・tan(β・x)]/[1−j・tan(β・x)]
であるから、tanh(α・x)=a、j・tan(β・x)=bとおくと、
ξ=exp(2・α・x)=[1+a]/[1−a]
ζ=exp(2・j・β・x)=[1+b]/[1−b])
ξ・ζ+1=[(1+a)・(1+b)]/[(1−a)・(1−b)]+1
=2・(1+a・b)/[(1−a)・(1−b)] …(5)
ξ・ζ−1=[(1+a)・(1+b)]/[(1−a)・(1−b)]−1
=2・(a+b)/[(1−a)・(1−b)] …(6)
となる。
Zx=Zo・(a+b)/(1+a・b)…(7)
となるから、(7)式にx=x2として、a=tanh(α・x2)、b=j・tan(β・x2)を代入すると、(1)式が得られる。
Zo=√(L/C)[Ω]
L=(μ/π)・cosh-1(d/r)[H/m]
C=(π・ε)/cosh-1(d/r)[F/m]
で表される。平衡線路3が無損失であると仮定すると、tanh(α・x2)=0よりインピーダンスZ2は、Z2=j・Zo・tan(β・x2)となる。
V=Z1’・I1+j・ω・L1・I1−j・ω・M・I2+Z2・I1
ZL・I2=j・ω・L1・I2−j・ω・M・I1
が成立するから、
V=Z1’・I1
+(Z2+j・ω・L1−j・ωM)・I1−j・ω・M・(I2−I1)…(8)
ZL・I2=j・ω・(L1−M)・I2−j・ω・M・(I1−I2)…(9)
と変形すると、(8)式と(9)式より図4の等価回路が得られる。
I1=Ib+I2 …(10)
V−V2=I1・Za …(11)
V2=Ib・Zc=I2・Zc …(12)
Za=Z1’+Z2+j・ω・(L1−M) …(13)
Zb=ZL+j・ω・(L2−M) …(14)
Zc=j・ωM …(15)
の関係があるから、これらの式を用いて電圧Vと電流I2の関係を求めると、下記のようになる。
V=V2+I1・Za
=V2+[(1/Zb)+(1/Zc)]・V2・Za
=[1+(Za/Zb)+(Za/Zc)]・V2
=[1+(Za/Zb)+(Za/Zc)]・I2・Zb
=[(Zb・Zc+Zc・Za+Za・Zb)/Zc]・I2 …(16)
が得られる。
Zb・Zc+Zc・Za+Za・Zb=(Za+Zc)・Zb+Zc・Za
=[Z1’+Z2+j・ω・(L1−M)+j・ω・M]・[ZL+j・ω・(L2−M)]
+j・ω・M・[Z1’+Z2+j・ω・(L1−M)]
=(Z1’+Z2+j・ω・L1)・[ZL+j・ω・(L2−M)]
+j・ω・M・[Z1’+Z2+j・ω・(L1−M)] …(17)
となるから、この(17)式と(15)式を(16)式に代入すると、電圧Vと電流I2の関係式は、
PL=|I2|2・RL
=|V/X|2・RL
=|V|2・RL/|X|2 …(19)
で表わされる。
X=R1・(RL−j・ω・M)+j・ω・M・(R1−j・ω・M)/j・ω・M
=R1・RL+(ω・M)2/j・ω・M …(20)
となる。
∂PL/∂RL=[B・|RL+k2|2−B・RL・2・|RL+k2|]/(RL+k2)4
=B・|RL+k2|・(k2−RL)/(RL+k2)4
より、∂PL’/∂RL=0を満たすRLoptは、RLopt=k2となるから、電力PL’は、
RLopt=(ω・M)2/R1 …(22)
のときに極大値となり、そのときの電力PLoutは、
1A 送電部(送電手段)
1B 受電部(受電手段)
2 高周波電源装置(電力供給手段)
21 インピーダンス調整回路(第1のインピーダンス調整手段)
3 平衡線路
3a,3b 導体線
4 コイル
5 負荷
51 インピーダンス調整回路(第2のインピーダンス調整手段)
Claims (6)
- 送電部に、
平衡線路と、
前記平衡線路に所定の高周波で電力を供給する電力供給手段と、
前記送電部のインピーダンスを調整するための第1のインピーダンス調整手段と、
を備え、
受電部に、
前記平衡線路に磁気的に結合されるコイルと、
前記コイルに接続され、当該コイルで受電した電力を消費する負荷と、
前記受電部のインピーダンスを調整するための第2のインピーダンス調整手段と、
を備える非接触電力伝送システムにおいて、
前記電力供給手段内の電力発生源から前記平衡線路における前記コイルの結合点までの第1のインピーダンスと前記平衡線路の前記結合点から終端側を見た第2のインピーダンスを直列に接続した第1の回路と、前記平衡線路の自己インダクタンス値から前記平衡線路と前記コイルの相互インダクタンス値を引いた第1のインダクタンス値を有する第1のインダクタンス回路とを直列に接続した第1の直列回路と、
前記コイルの自己インダクタンス値から前記相互インダクタンス値を引いた第2のインダクタンス値を有する第2のインダクタンス回路と前記負荷を直列に接続した第2の直列回路と、
前記相互インダクタンス値を有する第3のインダクタンス回路と、
を含む等価回路に基づいて、
前記第1のインピーダンス、前記第2のインピーダンスおよび前記第1のインダクタンス回路のインピーダンスを含む前記第1の直列回路のインピーダンスの虚数部をゼロにするように前記第1のインピーダンス調整手段を調整し、前記第2のインダクタンス回路のインピーダンスおよび前記負荷のインピーダンスを含む前記第2の直列回路のインピーダンスの虚数部をゼロにするように前記第2のインピーダンス調整手段を調整することを特徴とする、非接触電力伝送方法。 - 送電手段から受電手段に非接触で電力を伝送する非接触電力伝送システムであって、
前記送電手段は、
平衡線路と、
前記平衡線路に所定の高周波で電力を供給する電力供給手段と、
前記送電手段のインピーダンスを調整するための第1のインピーダンス調整手段と、
を含み、
前記受電手段は、
前記平衡線路に磁気的に結合されるコイルと、
前記コイルに接続され、当該コイルで受電した電力を消費する負荷と、
前記受電手段のインピーダンスを調整するための第2のインピーダンス調整手段と、
を含み、
前記非接触電力伝送システムの等価回路は、
前記電力供給手段内の電力発生源から前記平衡線路における前記コイルの結合点までの第1のインピーダンスと前記平衡線路の前記結合点から終端側を見た第2のインピーダンスを直列に接続した第1の回路と、前記平衡線路の自己インダクタンス値から前記平衡線路と前記コイルの相互インダクタンス値を引いた第1のインダクタンス値を有する第1のインダクタンス回路とを直列に接続した第1の直列回路と、
前記コイルの自己インダクタンス値から前記相互インダクタンス値を引いた第2のインダクタンス値を有する第2のインダクタンス回路と前記負荷を直列に接続した第2の直列回路と、
前記相互インダクタンス値を有する第3のインダクタンス回路と、
を含み、
前記第1のインピーダンス調整手段は、前記第1のインピーダンス、前記第2のインピーダンスおよび前記第1のインダクタンス回路のインピーダンスを含む前記第1の直列回路のインピーダンスの虚数部をゼロにするように調整され、前記第2のインピーダンス調整手段は、前記第2のインダクタンス回路のインピーダンスおよび前記負荷のインピーダンスを含む前記第2の直列回路のインピーダンスの虚数部をゼロにするように調整されることを特徴とする、非接触電力伝送システム。 - 前記コイルは、コイル面の形状が前記平衡線路の幅と略同一の幅を有する矩形状をなし、前記平衡線路を含む面に対して所定の距離に前記コイル面を平行に配置して前記平衡線路に磁気結合される、請求項2に記載の非接触電力伝送システム。
- 前記平衡線路の特性インピーダンスは、前記平衡線路の延びる方向にわたっていずれの位置でも一定である、請求項2または3のいずれかに記載の非接触電力伝送システム。
- 前記平衡線路は、2本の平行に延びる導体線を備えている、請求項2乃至4のいずれかに記載の非接触電力伝送システム。
- 前記コイルは、前記平衡線路に対して所定の高さの位置を移動する、請求項2乃至5のいずれかに記載の非接触電力伝送システム。
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