JP6628273B2 - Non-contact power transmission device - Google Patents
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Description
本発明は、一方側（電力を供給する側：一次側）から他方側（電力が供給される側：二次側）に非接触で電力を送る非接触電力伝送装置に関する。 The present invention is, one side (the side for supplying power: primary side): about non-contact power transmission apparatus that sent the power in a non-contact manner from the other side (secondary side side to which electric power is supplied).
一方側（電力を供給する側：一次側）から他方側（電力が供給される側：二次側）に非接触で電力を送る非接触充電技術としては、電磁誘導を利用した非接触充電方式と磁気共鳴を利用した非接触充電方式とが知られている。磁気共鳴方式を利用した電力伝送の技術として、特許文献１に開示する非接触給電システムが知られている。特許文献１に開示された技術は、一次側、二次側のコイルとして複数のコイルを並設し、一次側のコイルから二次側のコイルに磁気共鳴方式を利用して電力を伝送する電力伝送回路を有している。
Non-contact charging technology that uses electromagnetic induction to contactlessly transfer power from one side (the side that supplies power: the primary side) to the other side (the side that receives power: the secondary side) And a non-contact charging system using magnetic resonance. As a power transmission technique using a magnetic resonance method, a non-contact power supply system disclosed in
一次側、二次側のコイルとして複数のコイルを並設したことで、一次側のコイルの間隔（一次側コイルの幅）、及び、二次側のコイルの間隔（二次側コイルの幅）をある程度大きくすることができる。このため、例えば、電気自動車に対する充電装置、電気自動車と家屋との双方向の送電装置に対し、利便性良く適用できる環境を構築することができる。 By arranging a plurality of coils in parallel as the primary and secondary coils, the interval between the primary coils (the width of the primary coil) and the interval between the secondary coils (the width of the secondary coil) Can be increased to some extent. Therefore, for example, an environment that can be conveniently applied to a charging device for an electric vehicle and a bidirectional power transmission device between an electric vehicle and a house can be constructed.
一方、一次側から二次側に非接触で電力を送る非接触充電技術の適用として、高い箇所に設置された電力消費部材への給電、例えば、送電鉄塔の航空障害灯への給電に適用することが考えられる。非接触充電技術を適用することにより、電気絶縁距離を確保しながらの給電が可能になる。これまで、送電鉄塔の航空障害灯への給電に非接触で電力を供給する技術を適用する場合、架空地線からの誘導電流や太陽光発電付蓄電池等が用いられている。しかし、架空地線からの誘導電流を用いた場合、雷撃による電圧の上昇が生じる問題があり、太陽光発電付蓄電池を用いた場合、蓄電池の保守点検のための高所作業が必要になってしまう。 On the other hand, as an application of non-contact charging technology for transmitting electric power from the primary side to the secondary side in a non-contact manner, it is applied to power supply to a power consuming member installed at a high place, for example, to power supply to an aviation obstacle light of a power transmission tower. It is possible. By applying the non-contact charging technology, power can be supplied while securing an electrical insulation distance. Heretofore, when a technology for supplying electric power in a non-contact manner to supply power to an aviation obstacle light of a power transmission tower is applied, an induced current from an overhead ground wire, a storage battery with solar power generation, and the like have been used. However, when an induced current from an overhead ground wire is used, there is a problem that a voltage rise occurs due to a lightning strike, and when a storage battery with a photovoltaic power generation is used, work at a high place for maintenance and inspection of the storage battery is required. I will.
電圧の上昇や高所作業を減らすため、磁気共鳴方式における一次側のコイル、二次側のコイルとして複数のコイルを並設し、非接触で高所まで電力を供給することが考えられる。この場合、一次側のコイルの幅と二次側のコイルの幅をある程度大きくすることができるが、一次側のコイルの端部と二次側コイルの端部との間隔を大きくすることはできない。即ち、一次側のコイルの端部と二次側のコイルの端部との距離を長くすることはできず、送電鉄塔の地上近傍から最上部近傍までの長い距離を非接触で電力を送ることは困難である。このため、送電鉄塔等、高い構造物で電力供給装置を地上近傍に設けざるを得ない構造物の最上部近傍までの電力供給に対して、非接触の電力伝送装置が適用されていないのが現状である。 In order to reduce voltage rise and work at high places, it is conceivable to provide a plurality of coils in parallel as a primary side coil and a secondary side coil in the magnetic resonance system, and to supply power to a high place without contact. In this case, the width of the primary coil and the width of the secondary coil can be increased to some extent, but the distance between the end of the primary coil and the end of the secondary coil cannot be increased. . In other words, the distance between the end of the primary coil and the end of the secondary coil cannot be increased, and power must be transmitted in a non-contact manner over a long distance from near the ground to near the top of the transmission tower. It is difficult. For this reason, a non-contact power transmission device is not applied to power supply up to the vicinity of the uppermost part of a structure such as a power transmission tower in which a power supply device must be provided near the ground with a high structure. It is the current situation.
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、一方側（電力を供給する側：一次側）の一方コイル部材と他方側（電力が供給される側：二次側）の他方コイル部材との距離を長くすることができる非接触電力伝送回路を備えた非接触電力伝送装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above situation, and includes one coil member on one side (a side on which power is supplied: a primary side) and another coil member on the other side (a side on which power is supplied: a secondary side). It is an object of the present invention to provide a non-contact power transmission device including a non-contact power transmission circuit capable of increasing a distance.
上記目的を達成するための請求項１に係る本発明の非接触電力伝送装置は、一方側の一方コイルと前記一方コイルに並列に接続された一方コンデンサとで閉回路を形成し、送電鉄塔の地上側に設置して一方コイル部材とし、他方側の他方コイルと前記他方コイルに並列に接続された他方コンデンサとで閉回路を形成し、送電鉄塔の最上部の部位に設置して他方コイル部材とする一方、中継コイルと前記中継コイルに並列に接続された中継コンデンサとで閉回路を形成して中継コイル部材とし、前記一方コイル部材と前記他方コイル部材との間に、前記中継コイル部材を少なくとも一つ配置して非接触電力伝送回路とし、前記非接触電力伝送回路と、直流電源が接続され、前記直流電源の直流出力電圧を交流電圧に変換すると共に、変換した交流電圧が前記他方コイルに印加されるように前記一方コイルが接続されてインバータとして駆動される一方電力変換装置と、前記他方コイルに接続され、前記他方コイルを介して印加される交流電圧を直流出力電圧に変換し、直流出力電圧を直流負荷に印加するコンバータとして駆動される他方電力変換装置とを備えたことを特徴とする。 According to a first aspect of the present invention, there is provided a non-contact power transmission device according to the present invention, wherein a closed circuit is formed by one coil on one side and one capacitor connected in parallel to the one coil . It is installed on the ground side as one coil member, and the other coil on the other side and the other capacitor connected in parallel with the other coil form a closed circuit, and installed on the topmost part of the power transmission tower, the other coil member On the other hand, a relay coil and a relay capacitor connected in parallel to the relay coil form a closed circuit to form a relay coil member, and the relay coil member is provided between the one coil member and the other coil member. At least one is disposed as a non-contact power transmission circuit, wherein the non-contact power transmission circuit is connected to a DC power supply, and converts a DC output voltage of the DC power supply into an AC voltage, and converts the converted AC voltage. A power converter connected to the one coil and driven as an inverter so that a voltage is applied to the other coil; and a DC output connected to the other coil and applied to the AC voltage through the other coil. And a power converter that is driven as a converter that converts the voltage into a voltage and applies a DC output voltage to a DC load.
請求項１に係る本発明では、磁気共鳴方式において、一方コイル部材と他方コイル部材との間に、中継コイル部材を少なくとも一つ配置したので、中継コイルを介して一方コイル部材から他方コイル部材に向けてコイル電流を確保し、各コイル部材の間の距離のトータルにより、一方側（電力を供給する側：一次側）の一方コイル部材と他方側（電力が供給される側：二次側）の他方コイル部材との距離を確保することができる。
そして、一方側（一次側）の一方コイル部材と他方側（二次側）の他方コイル部材との距離を確保した状態で、インバータおよびコンバータを介した電力伝送を行うことができる。
In the present invention according to
Then, power can be transmitted via the inverter and the converter in a state where the distance between the one coil member on one side (primary side) and the other coil member on the other side (secondary side) is ensured.
この結果、一方側（一次側）の一方コイル部材と他方側（二次側）の他方コイル部材との距離を長くすることが可能になる。中継コイル部材の数を任意に選択することで、一方コイル部材と他方コイル部材との距離を任意の所望の距離に設定することができる。 As a result, it is possible to increase the distance between one coil member on one side (primary side) and the other coil member on the other side (secondary side). By arbitrarily selecting the number of relay coil members, the distance between the one coil member and the other coil member can be set to any desired distance.
そして、請求項２に係る本発明の非接触電力伝送装置は、請求項１に記載の非接触電力伝送装置において、前記中継コイル部材は２つ以上配置され、前記一方コイル部材と前記中継コイル部材の距離、前記中継コイル同士の距離、前記中継コイル部材と前記他方コイル部材との距離は、同じ距離に設定されていることを特徴とする。
The contactless power transmission apparatus of the present invention according to
請求項２に係る本発明では、一方コイル部材と中継コイル部材の距離、中継コイル同士の距離、中継コイル部材と他方コイル部材との距離が等しくなり、各コイルの損失（導線損失）を均等にすることができる。
In the present invention according to
また、請求項３に係る本発明の非接触電力伝送装置は、請求項１もしくは請求項２に記載の非接触電力伝送装置において、前記中継コイル部材は、少なくとも前記中継コイルが絶縁体に保持されていることを特徴とする。
The non-contact power transmission apparatus of the present invention according to
請求項３に係る本発明では、中継コイルが絶縁体に保持されて中継コイル部材となっているので、一方コイル部材と他方コイル部材との間の電気絶縁を確実に確保することができる。 According to the third aspect of the present invention, since the relay coil is held by the insulator to form the relay coil member, electrical insulation between the one coil member and the other coil member can be reliably ensured.
また、請求項４に係る本発明の非接触電力伝送装置は、請求項３に記載の非接触電力伝送装置において、前記中継コイルは、前記一方コイル、前記他方コイルに対して方向性が存在しないコイルであることを特徴とする。
The non-contact power transmission apparatus of the present invention according to
請求項４に係る本発明では、絶縁体に保持された中継コイルの方向性が問われないため、絶縁体で中継コイルを保持した部材の設置方向の制約がなく扱いが容易となる。
In the present invention according to
本発明の非接触電力伝送装置は、一方側（電力を供給する側：一次側）の一方コイル部材と他方側（電力が供給される側：二次側）の他方コイル部材との距離を長くすることができる非接触電力伝送回路を備えた非接触電力伝送装置とすることが可能になる。 The contactless power transmission device of the present invention increases the distance between one coil member on one side (the side that supplies power: the primary side) and the other coil member on the other side (the side that receives power: the secondary side). It is possible to provide a non-contact power transmission device including a non-contact power transmission circuit capable of performing the following.
図１から図２に基づいて本発明の非接触電力伝送回路、及び、非接触電力伝送装置の構成を説明する。 The configuration of the wireless power transmission circuit and the wireless power transmission device according to the present invention will be described with reference to FIGS.
図１には本発明の一実施例に係る非接触電力伝送回路を備えた非接触電力伝送装置の全体の概略を説明する概略系統、図２には一方コイル部材、他方コイル部材、中継コイル部材の配置の状況を示してある。 FIG. 1 is a schematic diagram illustrating the overall outline of a non-contact power transmission device including a non-contact power transmission circuit according to one embodiment of the present invention. FIG. 2 is a diagram illustrating one coil member, the other coil member, and a relay coil member. The situation of the arrangement is shown.
図１に示すように、非接触電力伝送装置１は、一方コイル部材２を備えた一方側（電力を供給する側：一次側）の設備（電源装置）である一次側設備３と、他方コイル部材５を備えた他方側（電力が供給される側：二次側）の設備である二次側設備６とを備えている。
As shown in FIG. 1, a non-contact
二次側設備６の例としては、例えば、送電鉄塔の航空障害灯が適用される。具体的には後述するが、一次側設備３としての電源装置を送電鉄塔の下に設置することで、高い箇所である送電鉄塔の上部に設置された航空障害灯への給電を地上の電源装置から絶縁部位を介在させて実施することができる。
As an example of the secondary facility 6, an aviation obstruction light of a power transmission tower is applied, for example. As will be described in detail later, by installing a power supply as the primary-
図２に示すように、一方コイル部材２は、一方コイル４と一方コイル４に並列に接続された一方コンデンサ８とで閉回路が形成されて構成されている。また、他方コイル部材５は、他方コイル７と他方コイル７に並列に接続された他方コンデンサ９とで閉回路が形成されて構成されている。
As shown in FIG. 2, one-
図１に示すように、一次側設備３には直流電源１１が備えられ、直流電源１１には一方電力変換装置としてのインバータ１２が接続され、インバータ１２には一方コイル部材２の一方コイルが接続されている。インバータ１２は、直流電源１１の直流出力電圧を交流電圧に変換し、一方コイル４を介して変換した交流電圧が他方コイル７に印加されるように駆動される。
As shown in FIG. 1, the primary-
二次側設備６には負荷１５（直流負荷：例えば、航空障害灯）が備えられ、負荷１５には他方電力変換装置としての整流器１６が接続され、整流器１６は他方コイル７に接続されている。整流器１６は、他方コイル７を介して印加される交流電圧を直流出力電圧に変換し、直流出力電圧を負荷１５に印加するコンバータとして駆動される。
The secondary facility 6 is provided with a load 15 (DC load: for example, an aviation obstruction light), and the
図１、図２に示すように、一方コイル部材２と他方コイル部材５の間には、中継コイル部材２１が２個配置されている。中継コイル部材２１は、中継コイル２２と中継コイル２２に並列に接続された中継コンデンサ２３とで閉回路が形成されて構成されている。中継コイル部材２１は、少なくとも一つ配置されていればよく、３個以上配置されていてもよい。隣接するコイル部材同士（コイル同士）が共振回路を構成している。
As shown in FIGS. 1 and 2, two
一方コイル部材２と他方コイル部材５の間に中継コイル部材２１を配置したので、磁気共鳴方式において、中継コイル２２を介して一方コイル部材２から他方コイル部材５に向けてコイル電流を確保し、各コイル部材の間の距離のトータルにより、一次側（電力を供給する側）の一方コイル部材２と二次側（電力が供給される側）の他方コイル部材５との距離Ｄを確保することができる。
Since the
このため、一次側の一方コイル部材２と二次側の他方コイル部材５との距離Ｄを長くすることが可能になる。中継コイル部材２１の数を任意に選択することで、一方コイル部材２と他方コイル部材５との距離Ｄを任意の所望の距離に設定することができる。
For this reason, it is possible to increase the distance D between the one
図２に示すように、一方コイル部材２と中継コイル部材２１の間の距離Ｓ、中継コイル部材２１の間の距離Ｓ、中継コイル部材２１と他方コイル部材５の間の距離Ｓは同じ距離に設定され、一次側の一方コイル部材２と二次側の他方コイル部材５との間の距離Ｄは、距離Ｓの３倍（３Ｓ）に設定されている。
As shown in FIG. 2, the distance S between the one
一方コイル部材２と中継コイル部材２１の距離Ｓ、中継コイル部材２１同士の距離Ｓ、中継コイル部材２１と他方コイル部材５との距離Ｓを等しくしたので、各コイルの損失（導線損失）を均等にすることができる。
On the other hand, since the distance S between the
そして、図には省略したが、中継コイル部材２１の中継コイル２２、中継コンデンサ２３は、絶縁体（例えば、碍子）で覆い固められた部材として構成されている。尚、絶縁体としては、コンクリート、ガラス、発泡スチロール等を適用することができる。中継コイル２２が絶縁体に保持されて中継コイル部材２１となっているので、一方コイル部材２と他方コイル部材５との間の電気絶縁を確実に確保することができる。
Although not shown in the drawings, the
中継コイル２２は、一方コイル４、他方コイル７に対して方向性が存在しないコイルで形成されている。このため、絶縁体（例えば、碍子）で保持された中継コイルの方向性が問われず、中継コイル２２が覆い固められた部材の設置方向の制約がなく扱いが容易となる。
The
上記構成の非接触電力伝送回路を備えた非接触電力伝送装置１では、直流電源１１からの直流出力電圧が、インバータ１２により交流電圧に変換され、変換された交流電圧が一方コイル４を介して中継コイル２２を介して他方コイル７に印加される。他方コイル７に印加された交流電圧が整流器１６により直流出力電圧に変換され、直流出力電圧が負荷１５に印加される。これにより、直流電源１１からの電力が磁気共鳴方式によって非接触で負荷１５に供給される。
In the non-contact
上述した非接触電力伝送回路を備えた非接触電力伝送装置１は、一方コイル部材２と他方コイル部材５の間に中継コイル部材２１を配置したので、間に電気絶縁を確保した状態で、直流電源１１を備えた一次側の一方コイル部材２と負荷１５を備えた二次側の他方コイル部材５を配置することができる。
In the non-contact
これにより、一方コイル部材２と他方コイル部材５との距離Ｄを長くすることが可能になる。そして、中継コイル部材２１を任意の数で配置することにより、一次側の一方コイル部材２と二次側の他方コイル部材５との距離Ｄを任意の所望の距離に設定することができる。
Thereby, the distance D between the one
図３から図８に基づいて、中継コイル部材２１を導入した際における一方コイル部材２、中継コイル部材２１、他方コイル部材５のコイルの間の電気的な結合係数の状況、及び、電力の伝送効率の状況、及び、電力の伝送損失の状況を説明する。
3 to 8, the state of the electric coupling coefficient between the coils of the one
図３には中継コイル部材２１を２個備えた非接触伝送回路の等価回路の状況を示してある。比較の例として、図４（ａ）には中継コイル部材２１を備えていない非接触伝送回路の等価回路の状況、図４（ｂ）には中継コイル部材２１を１個備えた非接触伝送回路の等価回路の状況を示してある。そして、図５には図３、図４の等価回路におけるコイルの間の結合係数を説明する表図、図６には図３、図４の等価回路における入力インピーダンスの周波数の特性、図７には図３、図４の等価回路における電力の伝送効率の状況、図８には図３、図４の等価回路におけるコイルの損失の状況を示してある。
FIG. 3 shows the state of an equivalent circuit of a non-contact transmission circuit including two
図３、図４に示すように、直流電源１１から負荷１５に電力を伝送する回路において、伝送側から順に各コイル（一方コイル４、中継コイル２２、他方コイル７）の自己インダクタンスをＬ０、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３（例えば、それぞれ約５３.３０μＨ）とし、各コイルの巻線抵抗をｒ０、ｒ１、ｒ２、ｒ３（例えば、それぞれ０.０８Ω）とし、共振コンデンサをＣ０、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３（例えば、それぞれ１μＦ）としている。また、各コイルの間の結合係数をｋ０１、ｋ２０、ｋ１２、ｋ２３、ｋ３０、ｋ３１としている。
As shown in FIGS. 3 and 4, in a circuit for transmitting power from the
直流電源１１から見た入力インピーダンスと電力の伝送効率は、コイルにかかる電圧、コイルの流れる電流との関係に基づき与えられ、相互インダクタンスは、結合係数、及び、自己インダクタンスを用いて導き出すことができる。そして、各コイルの損失は、電流の値、及び、コイルの巻線抵抗に基づく発熱量により導き出すことができる。
The input impedance and the power transmission efficiency as viewed from the
図５に基づいてコイルの間の結合係数を説明する。 The coupling coefficient between the coils will be described with reference to FIG.
一方コイル４に隣接するコイルとの間の結合係数ｋ０１は、コイルなし（図４（ａ））の場合、１コイル（図４（ｂ））の場合、２コイル（図３）の場合のいずれに０.２３となっている。
On the other hand the coupling coefficient k 01 between the coil adjacent to the
１コイル（図４（ｂ））の場合の一方コイル４と一つ間をあけた他方コイル７との間の結合係数ｋ２０、２コイル（図３）の場合の一方コイル４と一つ間をあけた中継コイル２２との間の結合係数ｋ２０は、いずれも０.０９となっている。
1 coil (FIG. 4 (b)) the coupling coefficient k 20 between one
１コイル（図４（ｂ））の場合の中継コイル２２と他方コイル７との間の結合係数ｋ１２、２コイル（図３）の場合の中継コイル２２と他方コイル７との間の結合係数ｋ１２は、いずれも０.２３となっている。
The coupling coefficient k 12 between the
また、２コイル（図３）の場合の中継コイル２２と他方コイル７との間の結合係数ｋ２３は０.２３となっている。２コイル（図３）の場合の一方コイル４と二つ間をあけた他方コイル７との間の結合係数ｋ３０は０.０３であり、２コイル（図３）の場合の中継コイル２２と一つ間をあけた他方コイル７との間の結合係数ｋ３１は０.０９となっている。
The two coil coupling coefficient k 23 between the
上述したように、本実施例における一方コイル４と中継コイル２２との間の結合係数ｋ０１は０.２３、中継コイル２２同士の間の結合係数ｋ１２は０.２３、中継コイル２２と他方コイル７との間の結合係数ｋ２３は０.２３となっている。また、中継コイル２２が一つの場合、一方コイル４と中継コイル２２との間の結合係数ｋ０１は０.２３、中継コイル２２と他方コイル７との間の結合係数ｋ１２は０.２３となっている。
As described above, the coupling coefficient k 01 is 0.23, the coupling coefficient k 12 between between the
即ち、隣接するコイルの間の結合係数が０．２３となっていることがわかる。そして、一つ間をあけたコイルの間の結合係数が０．０９となり、二つ間をあけたコイルの間の結合係数が０．０３となっていることがわかる。 That is, it can be seen that the coupling coefficient between adjacent coils is 0.23. It can be seen that the coupling coefficient between the coils separated by one is 0.09, and the coupling coefficient between the coils separated by two is 0.03.
従って、非接触電力伝送装置１は、中継コイル部材２１を介在させても、隣接するコイル同士の結合係数は、電力の伝送に必要な十分な値（例えば、０．２３）が維持されていることがわかる。つまり、本実施例の非接触電力伝送装置１では、中継コイル部材２１を介在させても、直流電源１１から負荷１５への電力の伝送が可能になっている。
Therefore, in the non-contact
図６に基づいて入力インピーダンスの周波数の特性を説明し、図７に基づいて、入力インピーダンスのピークに合わせてスイッチングを行った際の電力の伝送効率を説明する。 The frequency characteristics of the input impedance will be described with reference to FIG. 6, and the transmission efficiency of power when switching is performed in accordance with the peak of the input impedance will be described with reference to FIG.
図６に点線で示すように、中継コイル２２がない場合の入力インピーダンスのピークｆａが約１９．６０ｋＨｚの近傍に存在し、図６に一点鎖線で示すように、中継コイル２２が一つ存在している場合の入力インピーダンスのピークｆｂが約２３.１０ｋＨｚの近傍に存在し、図６に実線で示すように、中継コイル２２が二つ存在している本実施例の場合の入力インピーダンスのピークｆｃが２１.３０ｋＨｚの近傍に存在している。
As shown by the dotted line in FIG. 6, present in the vicinity of the peak f a is approximately 19.60kHz of the input impedance in the case where there is no
つまり、中継コイル部材２１を介在させても、１４ｋＨｚから２４ｋＨｚの間に入力インピーダンスのピークが存在することがわかる。
That is, it can be seen that the peak of the input impedance exists between 14 kHz and 24 kHz even when the
入力インピーダンスのピークに合わせてスイッチング周波数を設定し、入力電力と出力電力を測定して伝送効率を確認した。中継コイル２２がない場合、図７の□印を結ぶ点線で示す結果となり、中継コイル２２が一つ存在している場合、図７の×印を結ぶ一点鎖線で示す結果となり、中継コイル２２が二つ存在している本実施例の場合、図７の○印を結ぶ実線で示す結果となった。
The switching frequency was set according to the peak of the input impedance, the input power and the output power were measured, and the transmission efficiency was confirmed. When the
中継コイル２２がない場合の効率が若干高いが、いずれの場合も、出力が約７５０Ｗまで徐々に効率が高くなり、出力が約１０００Ｗを超えると、効率が低下することなく高い効率が維持されている。
Although the efficiency is slightly higher without the
つまり、中継コイル部材２１を一つ、もしくは二つ介在させても、所定の出力を超えると高い伝送効率が維持されることが示されている。従って、中継コイル２２を複数存在させても、即ち、一方コイル部材２と他方コイル部材５との距離Ｄを長くしても高い伝送効率を維持することが可能になる。
That is, it is shown that even if one or two
図８に基づいて各コイルの損失の状況を説明する。コイルの損失は、前述したように、各コイルの発熱量により導き出している。 The state of loss of each coil will be described with reference to FIG. As described above, the loss of the coil is derived from the heat value of each coil.
図８に示したＮｏ１（白抜き）は一方コイル４、Ｎｏ２（点）、Ｎｏ３（斜線）は中継コイル２２、Ｎｏ４（黒塗り）が他方コイル７である。
In FIG. 8, No. 1 (open) indicates one
中継コイル２２がない場合、図８の左側に示すように、Ｎｏ１（白抜き）とＮｏ４（黒塗り）の総損失のうち、Ｎｏ１（白抜き）の一方コイル４の損失が約８割を占めている。
When there is no
中継コイル２２が一つの場合、図８の中央に示すように、Ｎｏ１（白抜き）とＮｏ２（点）とＮｏ４（黒塗り）の総損失はほとんど増加せず、Ｎｏ２（点）の中継コイル２２の損失が、Ｎｏ１（白抜き）の一方コイル４、Ｎｏ４（黒塗り）の他方コイル７よりも多くなっている。
When there is one
中継コイル２２が二つの本実施例の場合、図８の右側に示すように、Ｎｏ１（白抜き）とＮｏ２（点）とＮｏ３（斜線）とＮｏ４（黒塗り）の総損失はほとんど増加せず、Ｎｏ１（白抜き）の一方コイル４の損失が少し多いが、Ｎｏ２（点）とＮｏ３（斜線）の中継コイル２２とＮｏ４（黒塗り）の他方コイル７の損失が略同じになっている。
When two relay coils 22 are used in the present embodiment, as shown on the right side of FIG. 8, the total loss of No. 1 (open), No. 2 (dot), No. 3 (oblique), and No. 4 (filled) hardly increases. , No. 1 (white), the loss of the
つまり、中継コイル部材２１を一つ、もしくは二つ介在させても、一方コイル４から他方コイル７までのトータルの損失（熱損失）はほとんど増加しない。そして、一方コイル４から他方コイル７までのトータルの熱損失が複数のコイルにほぼ均等に配分される。従って、一方コイル部材２と他方コイル部材５との距離Ｄを長くするために、中継コイル部材２１を設けても、トータルの熱損失がほとんど増加せず、一つの中継コイル２２の発熱を抑制することができる。
That is, even if one or two
上述したように、本実施例の非接触電力伝送装置１は、中継コイル部材２１を介在させても、隣接するコイル同士の結合係数は、電力の伝送に必要な十分な値が維持され、中継コイル部材２１を介在させても、直流電源１１から負荷１５への電力の伝送が可能になる。そして、中継コイル部材２１を介在させても、高い伝送効率が維持され、一方コイル４から他方コイル７までのトータルの熱損失はほとんど増加せず、熱損失が複数のコイルにほぼ均等に配分されて、コイル一つ当たりの発熱を抑制することが可能になる。
As described above, in the non-contact
このため、一方コイル部材２と他方コイル部材５との距離Ｄを長くしても高い伝送効率を維持し、複数のコイルの発熱を抑制した状態で、電力を伝送することが可能になる。従って、本実施例の非接触電力伝送装置１を用いることにより、一次側（電力を供給する側）の一方コイル部材２と二次側（電力が供給される側）の他方コイル部材５との距離を任意の長さで長くすることが可能になる。
For this reason, even if the distance D between the one
図９に基づいて本実施例の非接触電力伝送装置１の適用例を説明する。図９には非接触電力伝送装置を送電鉄塔の航空障害灯への給電に適用した状況の概念を示してある。
An application example of the wireless
送電鉄塔の最上部には航空障害灯が設けられ、航空障害灯は決められた色の光を点灯、もしくは、明滅を繰り返すものである。航空障害灯に給電を行う場合、架空地線からの誘導電流や太陽光発電付蓄電池等の利用が考えられるが、架空地線からの誘導電流を用いた場合、前述したように、雷撃による電圧の上昇が生じる問題があり、太陽光発電付蓄電池を用いた場合、蓄電池の保守点検のための高所作業が必要になってしまう。 An aviation obstruction light is provided at the top of the power transmission tower, and the aviation obstruction light emits light of a predetermined color or blinks repeatedly. When supplying power to an aircraft obstacle light, it is conceivable to use an induced current from an overhead ground wire or a storage battery with photovoltaic power generation.However, when an induced current from an overhead ground wire is used, as described above, the voltage due to lightning When a storage battery with photovoltaic power generation is used, work at a high place for maintenance and inspection of the storage battery is required.
図に示すように、送電鉄塔３１の地上部位に一次側設備３を設置し、送電鉄塔３１の最上部の部位に二次側設備６を設置し、二次側設備６の負荷１５を航空障害灯として運用する。一次側設備３と二次側設備６の間の送電鉄塔３１には、適宜の数の中継コイル部材２１が設けられている。即ち、一次側設備３と二次側設備６の距離を長く確保して、電力の伝送が可能な状態になっている。
As shown in the figure, the
これにより、一次側設備３としての電源装置を送電鉄塔の下に設置し、一次側設備３の直流電源の電力を、送電鉄塔の上部に設置された電力消費部材である二次側設備６の負荷１５（航空障害灯）に供給することができる。そして、一次側設備３と二次側設備６の間には、所定の間隔をあけて中継コイル部材２１が配されているので、絶縁部位を介在させて電気絶縁距離を確保することができ、雷撃等の影響を抑制して負荷１５である航空障害灯に電力を供給することができる。
Thereby, the power supply device as the
つまり、送受電コイルの間に、複数個の中継コイルを等間隔に挿入することで、電気絶縁距離を確保することが可能になり、架空地線からの誘導電流や太陽光発電付蓄電池等を用いた技術に対し、雷撃による電圧の上昇の影響を抑制して送電鉄塔３１の保守コストを低減することができる。
In other words, by inserting a plurality of relay coils at equal intervals between the power transmitting and receiving coils, it is possible to secure an electrical insulation distance, and to reduce the induced current from the overhead ground wire, the storage battery with solar power generation, and the like. With respect to the technology used, the effect of the voltage increase due to the lightning strike can be suppressed, and the maintenance cost of the
上述した非接触電力伝送装置１は、電気自動車等、電力を要する車両に対する給電に適用することができる。
The non-contact
例えば、給電場所の構成として、一次側設備３及び一つの中継コイル部材２１が設置され、車両には二次側設備が搭載される。車両が所定位置（例えば、中継コイル部材２１の直上）に移動することで、一次側設備３から中継コイル部材２１を介して二次側設備６に電力が伝送される。
For example, as a configuration of the power supply place, the
同じ設備で、車高が高い車両に対する給電を行う場合、中継コイル部材２１を追加する。これにより、一次側設備３と二次側設備６の距離が長くなっても給電が可能な状態になるため、車高が高い車両に対して電力を伝送することができる。
When power is supplied to a vehicle with a high vehicle height using the same equipment, the
尚、上述した実施例における非接触電力伝送回路は、直流電源１１から負荷１５に一方向で給電を行う例を挙げて説明したが、電力変換装置（インバータ１２、整流器１６）の回路を適宜変更することにより、双方向で電力を伝送する装置とすることができる。
Although the non-contact power transmission circuit in the above-described embodiment has been described with an example in which the
本発明は、一方側（電力を供給する側：一次側）から他方側（電力が供給される側：二次側）に非接触で電力を送る非接触電力伝送回路及び非接触電力伝送装置の産業分野で利用することができる。 The present invention relates to a non-contact power transmission circuit and a non-contact power transmission device that transmit power from one side (a side that supplies power: a primary side) to another side (a side to which power is supplied: a secondary side) in a non-contact manner. Can be used in industrial fields.
１ 非接触電力伝送装置
２ 一方コイル部材
３ 一次側設備
４ 一方コイル
５ 他方コイル部材
６ 二次側設備
７ 他方コイル
８ 一方コンデンサ
９ 他方コンデンサ
１１ 直流電源
１２ インバータ
１５ 負荷
１６ 整流器
２１ 中継コイル部材
２２ 中継コイル
２３ 中継コンデンサ
３１ 送電鉄塔
DESCRIPTION OF
Claims (4)
他方側の他方コイルと前記他方コイルに並列に接続された他方コンデンサとで閉回路を形成し、送電鉄塔の最上部の部位に設置して他方コイル部材とする一方、
中継コイルと前記中継コイルに並列に接続された中継コンデンサとで閉回路を形成して中継コイル部材とし、
前記一方コイル部材と前記他方コイル部材との間に、前記中継コイル部材を少なくとも一つ配置して非接触電力伝送回路とし、
前記非接触電力伝送回路と、
直流電源が接続され、前記直流電源の直流出力電圧を交流電圧に変換すると共に、変換した交流電圧が前記他方コイルに印加されるように前記一方コイルが接続されてインバータとして駆動される一方電力変換装置と、
前記他方コイルに接続され、前記他方コイルを介して印加される交流電圧を直流出力電圧に変換し、直流出力電圧を直流負荷に印加するコンバータとして駆動される他方電力変換装置とを備えた
ことを特徴とする非接触電力伝送装置。 Forming a closed circuit with one coil on one side and one capacitor connected in parallel to the one coil , installed on the ground side of the power transmission tower as one coil member,
While forming a closed circuit with the other coil on the other side and the other capacitor connected in parallel to the other coil, it is installed at the uppermost part of the power transmission tower to serve as the other coil member,
Forming a closed circuit with a relay coil and a relay capacitor connected in parallel to the relay coil to form a relay coil member,
Between the one coil member and the other coil member, at least one of the relay coil members is arranged as a non-contact power transmission circuit,
The non-contact power transmission circuit,
A DC power supply is connected, the DC output voltage of the DC power supply is converted to an AC voltage, and the one coil is connected so that the converted AC voltage is applied to the other coil, and is driven as an inverter. Equipment and
And a second power converter that is connected to the other coil, converts an AC voltage applied through the other coil into a DC output voltage, and is driven as a converter that applies the DC output voltage to a DC load. Characteristic non-contact power transmission device.
前記中継コイル部材は２つ以上配置され、
前記一方コイル部材と前記中継コイル部材の距離、前記中継コイル同士の距離、前記中継コイル部材と前記他方コイル部材との距離は、同じ距離に設定されている
ことを特徴とする非接触電力伝送装置。 The wireless power transmission device according to claim 1,
Two or more relay coil members are arranged,
The distance between the one coil member and the relay coil member, the distance between the relay coils, and the distance between the relay coil member and the other coil member are set to the same distance. .
前記中継コイル部材は、少なくとも前記中継コイルが絶縁体に保持されている
ことを特徴とする非接触電力伝送装置。 The wireless power transmission device according to claim 1 or 2,
The relay coil member, wherein at least the relay coil is held by an insulator.
前記中継コイルは、前記一方コイル、前記他方コイルに対して方向性が存在しないコイルである
ことを特徴とする非接触電力伝送装置。 The wireless power transmission device according to claim 3,
The relay coil is a coil having no directivity with respect to the one coil and the other coil.
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