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JP7270212B2 - wireless power supply - Google Patents

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JP7270212B2
JP7270212B2 JP2019087551A JP2019087551A JP7270212B2 JP 7270212 B2 JP7270212 B2 JP 7270212B2 JP 2019087551 A JP2019087551 A JP 2019087551A JP 2019087551 A JP2019087551 A JP 2019087551A JP 7270212 B2 JP7270212 B2 JP 7270212B2
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孝 大平
悟司 塚本
尚貴 坂井
晋士 阿部
敬章 正木
涼一 馬場
啓輔 宮地
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Toyohashi University of Technology NUC
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Toyohashi University of Technology NUC
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Description

本発明は、無線給電装置に関する。 The present invention relates to a wireless power feeding device.

例えばロボットやAGV(Automated Guided Vehicle)などの工場設備は、周辺に金属などの導体が多く存在することから、渦電流の発生が少ない電界結合を用いた無線給電装置が適している。電界結合を用いた無線給電装置の場合、数MHz帯の高周波が用いられる。そのため、高周波を生成する高周波生成部として、プッシュプル型も含むE級インバータが用いられている。 For example, factory facilities such as robots and AGVs (Automated Guided Vehicles) are surrounded by a large number of conductors such as metal. In the case of a wireless power supply device using electric field coupling, a high frequency of several MHz is used. Therefore, a class E inverter including a push-pull type inverter is used as a high frequency generator for generating high frequency.

このようなインバータは、損失を低減するために、最適負荷においてZVS(Zero Voltage Switching)となるように設計されている。そのため、インバータは、この最適負荷と異なる領域で作動すると、ZVSが困難となり、スイッチング時における損失が発生し、効率の低下を招く。すなわち、電力の供給先である負荷機器の負荷が変化すると、インピーダンスの変化にともなってZVSが困難となり、効率の低下を招く。そこで、例えばモータなどのアクチュエータなどのように負荷の変動をともなう負荷機器の場合、高周波生成部から電力の供給の対象となる側のインピーダンスを一定に保持するためにバッテリなどを組み合わせることが必須となる。 Such inverters are designed for ZVS (Zero Voltage Switching) at optimum loads in order to reduce losses. Therefore, when the inverter operates in a region different from this optimum load, ZVS becomes difficult, loss occurs during switching, and efficiency decreases. That is, when the load of the load device to which power is supplied changes, ZVS becomes difficult due to the change in impedance, resulting in a decrease in efficiency. Therefore, in the case of a load device such as an actuator such as a motor that involves load fluctuations, it is essential to combine a battery or the like to keep the impedance constant on the side to which power is supplied from the high-frequency generator. Become.

しかしながら、例えばロボットのように変動が激しい複数の負荷を備える場合、負荷ごとにバッテリなどを組み合わせると、体格および重量の増大を招くという問題がある。 However, in the case of a robot, for example, having a plurality of loads that fluctuate greatly, combining a battery or the like for each load poses a problem of increasing the physical size and weight.

特開2019-17151号公報JP 2019-17151 A

そこで、負荷が変動する場合でも、スイッチング時における損失を低減し、効率の低下を低減する無線給電装置を提供することを目的とする。 Therefore, it is an object of the present invention to provide a wireless power supply device that reduces loss during switching and reduces efficiency deterioration even when the load fluctuates.

本実施形態の無線給電装置は、インピーダンス変更回路部を備えている。インピーダンス変更回路部は、高周波生成部の出力側に設けられている。電界結合による無線給電を用いる伝送部を通して高周波生成部から電力の供給を受ける負荷機器は、その作動状態による負荷の変動にともなってインピーダンスが変動する。インピーダンス変更回路部は、負荷機器における負荷の変動にともなうインピーダンスに変動にあわせて、高周波生成部におけるインピーダンスを変更する。すなわち、インピーダンス変更回路部は、高周波生成部におけるインピーダンスを変更することにより、負荷機器における負荷の変動にともなってインピーダンスが変動しても、高周波生成部のインピーダンスを効率が高い高効率領域に合わせ込む。すなわち、負荷機器の実働領域におけるインピーダンスは、高周波生成部の高効率領域となるインピーダンスと重複する。したがって、負荷機器の負荷が変動する場合でも、高周波生成部のスイッチング時における損失を低減し、効率の低下を低減することができる。 The wireless power feeding device of this embodiment includes an impedance changing circuit section. The impedance changing circuit section is provided on the output side of the high frequency generating section. A load device that receives electric power from a high-frequency generator through a transmission unit that uses wireless power supply based on electric field coupling varies in impedance as the load varies depending on the operating state of the device. The impedance changing circuit section changes the impedance in the high-frequency generating section in accordance with the impedance variation caused by the load variation in the load device. In other words, the impedance changing circuit unit adjusts the impedance of the high-frequency generation unit to a high-efficiency region with high efficiency even if the impedance fluctuates due to changes in the load of the load device by changing the impedance of the high-frequency generation unit. . In other words, the impedance in the operating region of the load device overlaps with the impedance in the high efficiency region of the high frequency generator. Therefore, even when the load of the load device fluctuates, it is possible to reduce the loss during switching of the high-frequency generator and reduce the decrease in efficiency.

第1実施形態による無線給電装置の電気的な回路構成を示す概略図Schematic diagram showing the electrical circuit configuration of the wireless power feeder according to the first embodiment 第1実施形態による無線給電装置のインピーダンス特性を示す概略図Schematic diagram showing impedance characteristics of the wireless power supply device according to the first embodiment インピーダンス変更回路部を備えない無線給電装置のインピーダンス特性を示す概略図Schematic diagram showing impedance characteristics of a wireless power feeder without an impedance changing circuit 第1実施形態による無線給電装置および比較例による負荷と電力との関係を示す概略図Schematic diagram showing the relationship between the load and power in the wireless power supply device according to the first embodiment and the comparative example 第1実施形態による無線給電装置の等価回路を示す概略図Schematic diagram showing an equivalent circuit of the wireless power feeder according to the first embodiment 第2実施形態による無線給電装置の等価回路を示す概略図Schematic diagram showing an equivalent circuit of the wireless power feeder according to the second embodiment 第3実施形態による無線給電装置の電気的な回路構成を示す概略図Schematic diagram showing an electrical circuit configuration of a wireless power supply device according to a third embodiment 第3実施形態による無線給電装置のインピーダンス変更回路部の変形例を示す概略図Schematic diagram showing a modification of the impedance changing circuit unit of the wireless power supply device according to the third embodiment

以下、無線給電装置の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。
(第1実施形態)
図1に示す第1実施形態による無線給電装置10は、高周波生成部11、伝送部12、負荷機器13およびインピーダンス変更回路部14を備えている。無線給電装置10は、伝送部12を経由することにより、高周波生成部11から負荷機器13へ非接触で電力を供給する。
A plurality of embodiments of the wireless power feeder will be described below with reference to the drawings.
(First embodiment)
A wireless power supply device 10 according to the first embodiment shown in FIG. The wireless power supply device 10 supplies electric power from the high frequency generator 11 to the load device 13 in a non-contact manner via the transmission unit 12 .

第1実施形態の場合、高周波生成部11は、E級インバータで構成されている。高周波生成部11は、電源15から供給された電力を用いて高周波を生成する。伝送部12は、高周波生成部11の出力側に設けられており、高周波生成部11で生成した高周波を伝送する。伝送部12は、送電電極部16および受電電極部17を有している。送電電極部16と受電電極部17とは、接触することなく対向している。伝送部12は、送電電極部16において高周波を出力することにより、電界結合を利用して非接触で受電電極部17へ電力を伝達する。負荷機器13は、伝送部12を経由して伝達された電力で作動する。負荷機器13は、例えばモータやアクチュエータなどを有しており、作動にともなって時間とともに消費する電力が変動する。負荷機器13は、消費する電力が変動することによって、インピーダンスも変化する。なお、負荷機器13は、伝送部12を経由して伝達された電力を整流する図示しない整流部を有していてもよい。 In the case of the first embodiment, the high frequency generator 11 is composed of a class E inverter. The high frequency generator 11 generates high frequency using power supplied from the power supply 15 . The transmission unit 12 is provided on the output side of the high frequency generation unit 11 and transmits the high frequency generated by the high frequency generation unit 11 . The transmission section 12 has a power transmission electrode section 16 and a power reception electrode section 17 . The power transmitting electrode portion 16 and the power receiving electrode portion 17 face each other without contacting each other. The transmission unit 12 transmits power to the power receiving electrode unit 17 in a non-contact manner using electric field coupling by outputting a high frequency signal from the power transmitting electrode unit 16 . The load device 13 operates with power transmitted via the transmission unit 12 . The load device 13 has, for example, a motor, an actuator, and the like, and the power it consumes fluctuates over time as it operates. The impedance of the load device 13 changes as the power it consumes fluctuates. Note that the load device 13 may have a rectifying section (not shown) that rectifies the power transmitted via the transmitting section 12 .

インピーダンス変更回路部14は、高周波生成部11と負荷機器13との間に設けられている。より具体的には、インピーダンス変更回路部14は、高周波生成部11と伝送部12との間に設けられている。インピーダンス変更回路部14は、負荷機器13における負荷RLの変動にともなって伝送部12よりも負荷機器13側のインピーダンスが変動すると、このインピーダンスの変動にあわせて伝送部12よりも高周波生成部11側のインピーダンスを変更する。 The impedance changing circuit section 14 is provided between the high frequency generating section 11 and the load device 13 . More specifically, the impedance changing circuit section 14 is provided between the high frequency generation section 11 and the transmission section 12 . When the impedance of the load device 13 side rather than the transmission section 12 changes due to the variation of the load RL of the load device 13, the impedance change circuit section 14 changes the impedance of the high frequency generation section 11 side rather than the transmission section 12 in accordance with the impedance variation. change the impedance of

インピーダンス変更回路部14は、いわゆるジャイレータであり、例えば図1に示すようなλ/4型のローパスフィルタなどを有している。これにより、インピーダンス変更回路部14は、負荷機器13の負荷の変動にともなうインピーダンス特性を後述するように反転させる。つまり、高周波生成部11と負荷機器13との間にインピーダンス変更回路部14を設けることにより、負荷機器13側のインピーダンスが変動すると、この変動にあわせて高周波生成部11側のインピーダンスを変更する。その結果、高周波生成部11と負荷機器13との間にインピーダンス変更回路部14を設けることにより、電源15から高周波生成部11へ供給される入力電力は、高周波生成部11から負荷機器13へ出力される出力電力にあわせて変動する。 The impedance changing circuit section 14 is a so-called gyrator, and has, for example, a λ/4 type low-pass filter as shown in FIG. As a result, the impedance changing circuit section 14 inverts the impedance characteristic associated with the change in the load of the load device 13 as will be described later. That is, by providing the impedance changing circuit unit 14 between the high frequency generator 11 and the load device 13, when the impedance on the load device 13 side fluctuates, the impedance on the high frequency generator 11 side is changed according to this fluctuation. As a result, by providing the impedance changing circuit unit 14 between the high frequency generation unit 11 and the load device 13, the input power supplied from the power supply 15 to the high frequency generation unit 11 is output from the high frequency generation unit 11 to the load device 13. It fluctuates according to the output power applied.

高周波生成部11へ入力される入力電力と高周波生成部11から出力される出力電力との関係は、図2および図3に示すような関係にある。上述のように、負荷機器13のインピーダンスは、負荷機器13の負荷RLの変動にともなって時間とともに変動する。E級インバータを用いる高周波生成部11は、負荷機器13における負荷RLが最適負荷Roになるとき、ZVSとなるように設計されている。すなわち、高周波生成部11は、負荷機器13が最適負荷Roになるとき、図2および図3に示すように電源15から入力される入力電力Wi、および負荷機器13へ出力する出力電力Woが最大となるインピーダンス特性となっている。 The relationship between the input power input to the high frequency generator 11 and the output power output from the high frequency generator 11 is as shown in FIGS. As described above, the impedance of the load device 13 fluctuates over time as the load RL of the load device 13 fluctuates. The high frequency generator 11 using a class E inverter is designed to be ZVS when the load RL in the load device 13 becomes the optimum load Ro. That is, when the load device 13 becomes the optimum load Ro, the high-frequency generator 11 maximizes the input power Wi input from the power supply 15 and the output power Wo output to the load device 13 as shown in FIGS. The impedance characteristics are as follows.

インピーダンス変更回路部14が設けられていない高周波生成部11は、図3に示すように変動する負荷機器13のインピーダンスが最適負荷Ro以下の領域にあるとき、効率が高い高効率領域となる。一方、負荷機器13は、インピーダンスが最小負荷RLm以上となる実働領域で作動する。最小負荷RLmは、実働領域の負荷機器13において想定される負荷RLの最小値に相当し、最適負荷Roよりも大きく設定されている。インピーダンス変更回路部14を備えていない場合、図3に示すように入力電力Wiと出力電力Woとは、実働領域において乖離が大きくなる。このように入力電力Wiと出力電力Woとの乖離は、高周波生成部11におけるスイッチング損失として効率の低下を招く。つまり、インピーダンス変更回路部14を備えない場合、負荷機器13の実働領域では高周波生成部11から負荷機器13への電力の伝達効率が低下する。そこで、一般的には、負荷機器13側のインピーダンスを一定に維持するためにバッテリなどの蓄電部を通して負荷機器13を駆動する必要がある。この蓄電部などは重量の増加や体格の大型化を招くため、例えばロボットなど負荷の変動が生じる装置への無線給電装置10の適用は困難である。 The high-frequency generator 11 without the impedance changing circuit 14 is in a high efficiency region with high efficiency when the varying impedance of the load device 13 is in the region below the optimum load Ro as shown in FIG. On the other hand, the load device 13 operates in a working range in which the impedance is equal to or higher than the minimum load RLm. The minimum load RLm corresponds to the minimum value of the load RL assumed in the load equipment 13 in the operating area, and is set larger than the optimum load Ro. If the impedance changing circuit section 14 is not provided, the difference between the input power Wi and the output power Wo becomes large in the actual working range as shown in FIG. The divergence between the input power Wi and the output power Wo in this manner causes switching loss in the high-frequency generation unit 11, resulting in a decrease in efficiency. In other words, when the impedance changing circuit section 14 is not provided, the efficiency of power transmission from the high-frequency generation section 11 to the load device 13 decreases in the actual operating range of the load device 13 . Therefore, generally, it is necessary to drive the load device 13 through a power storage unit such as a battery in order to keep the impedance of the load device 13 constant. Since the power storage unit and the like cause an increase in weight and size, it is difficult to apply the wireless power supply device 10 to a device, such as a robot, in which the load fluctuates.

これに対し、第1実施形態のようにインピーダンス変更回路部14を備える場合、負荷機器13のインピーダンスの変動に対するインピーダンス特性は反転する。すなわち、図2に示すように負荷機器13のインピーダンスが変動するとき、入力電力Wiと出力電力Woとの関係は、最適負荷Roを境界として図3に示す例と反転する。これにより、第1実施形態の場合、高周波生成部11に入力される入力電力Wiは、負荷機器13の実働領域において、高周波生成部11から出力される出力電力Woに追従する。すなわち、負荷機器13のインピーダンスが、高周波生成部11における出力電力Woが最大となる領域よりも大きくなる領域において、インピーダンス変更回路部14は入力電力Wiを出力電力Woに追従して低下させる。その結果、負荷機器13の実働領域において入力電力Wiと出力電力Woとの乖離が小さくなり、高周波生成部11の作動効率、および高周波生成部11から負荷機器13への電力の伝達効率は高効率領域となる。 On the other hand, when the impedance changing circuit section 14 is provided as in the first embodiment, the impedance characteristic with respect to the impedance variation of the load device 13 is reversed. That is, when the impedance of the load device 13 fluctuates as shown in FIG. 2, the relationship between the input power Wi and the output power Wo is reversed from the example shown in FIG. 3 with the optimum load Ro as the boundary. Thus, in the case of the first embodiment, the input power Wi input to the high frequency generator 11 follows the output power Wo output from the high frequency generator 11 in the operating range of the load device 13 . That is, in a region where the impedance of the load device 13 is higher than the region where the output power Wo of the high frequency generation unit 11 is maximized, the impedance change circuit unit 14 reduces the input power Wi following the output power Wo. As a result, the divergence between the input power Wi and the output power Wo in the operating region of the load device 13 becomes small, and the operating efficiency of the high frequency generator 11 and the efficiency of power transmission from the high frequency generator 11 to the load device 13 are high. area.

このように、インピーダンス変更回路部14を備える第1実施形態の場合、負荷機器13の実働領域と高周波生成部11の高効率領域とは重複する。そのため、高周波生成部11から負荷機器13への電力の伝達効率は向上が図られる。つまり、図4に示すように、第1実施形態の場合、入力電力Wiは、負荷機器13の負荷RLにともなって変化する出力電力Woに追従して変化する。これに対し、比較例であるインピーダンス変更回路部14を備えない構成は、出力電力Woが変化しても、入力電力Wixが追従しない。このことからも、第1実施形態のようにインピーダンス変更回路部14を備える場合、電力の伝達効率が向上することが明らかとなる。 As described above, in the case of the first embodiment including the impedance changing circuit section 14, the active region of the load device 13 and the high efficiency region of the high frequency generating section 11 overlap. Therefore, the efficiency of power transmission from the high frequency generator 11 to the load device 13 is improved. In other words, as shown in FIG. 4, in the case of the first embodiment, the input power Wi changes following the output power Wo that changes with the load RL of the load device 13 . On the other hand, in the configuration without the impedance changing circuit section 14, which is the comparative example, even if the output power Wo changes, the input power Wix does not follow. This also reveals that the power transmission efficiency is improved when the impedance changing circuit unit 14 is provided as in the first embodiment.

第1実施形態の場合、インピーダンス変更回路部14は、図1に示すようにいわゆるΠ型である。すなわち、インピーダンス変更回路部14は、コンデンサ21、コンデンサ22およびコイル23を有している。図5に示すような等価回路において、コンデンサ21およびコンデンサ22の容量、ならびにコイル23のインダクタンスは、下記の式(1)から式(3)によって算出される。この場合、コンデンサ21およびコンデンサ22は図5に示す「jX1」として、コイル23は図5に示す「jX2」として、下記の式(1)から式(3)を適用する。以下、「j」は虚数を示す。 In the case of the first embodiment, the impedance changing circuit section 14 is a so-called Π type as shown in FIG. That is, the impedance changing circuit section 14 has a capacitor 21 , a capacitor 22 and a coil 23 . In the equivalent circuit as shown in FIG. 5, the capacitances of capacitors 21 and 22 and the inductance of coil 23 are calculated by the following equations (1) to (3). In this case, the capacitors 21 and 22 are set to "jX1" shown in FIG. 5, the coil 23 is set to "jX2" shown in FIG. 5, and the following formulas (1) to (3) are applied. Hereinafter, "j" indicates an imaginary number.

Figure 0007270212000001
Figure 0007270212000001

上記の式(1)において、Roは最適負荷であり、RLmは最小負荷である。また、fは高周波生成部11が生成する高周波の周波数である。なお、図1に示すようなインピーダンス変更回路部14における素子は、一例であり、上記の式(1)から式(3)を満たすものであればコンデンサ21、コンデンサ22およびコイル23に限らず任意の素子を適用することができる。 In equation (1) above, Ro is the optimum load and RLm is the minimum load. Also, f is the frequency of the high frequency generated by the high frequency generator 11 . It should be noted that the elements in the impedance changing circuit section 14 as shown in FIG. 1 are only examples, and any element other than the capacitor 21, the capacitor 22 and the coil 23 can be used as long as it satisfies the above equations (1) to (3). can be applied.

以上説明した第1実施形態の無線給電装置10は、インピーダンス変更回路部14を備えている。インピーダンス変更回路部14は、高周波生成部11と負荷機器13との間に設けられている。インピーダンス変更回路部14は、高周波生成部11から負荷機器13へ供給される出力電力Woにあわせて、電源15から高周波生成部11へ入力される入力電力Wiを変更する。すなわち、インピーダンス変更回路部14は、伝送部12よりも高周波生成部11側においてインピーダンス特性を変更することにより、負荷機器13の実働領域におけるインピーダンス特性を高周波生成部11の効率が高い高効率領域に合わせ込む。すなわち、インピーダンス変更回路部14を設けることにより、負荷機器13の実働領域は高周波生成部11の高効率領域に重複する。したがって、負荷機器13における負荷RLの変動ともなって負荷機器13側のインピーダンスが変化する場合でも、高周波生成部11のスイッチング時における損失を低減し、効率の低下を低減することができる。 The wireless power feeding device 10 of the first embodiment described above includes the impedance changing circuit section 14 . The impedance changing circuit section 14 is provided between the high frequency generating section 11 and the load device 13 . The impedance changing circuit unit 14 changes the input power Wi input from the power supply 15 to the high frequency generator 11 according to the output power Wo supplied from the high frequency generator 11 to the load device 13 . That is, the impedance changing circuit unit 14 changes the impedance characteristics in the high-frequency generation unit 11 side of the transmission unit 12, thereby changing the impedance characteristics in the operating region of the load device 13 to the high-efficiency region where the high-frequency generation unit 11 has high efficiency. match. That is, by providing the impedance changing circuit section 14 , the effective operating region of the load device 13 overlaps with the high efficiency region of the high frequency generating section 11 . Therefore, even when the load RL of the load device 13 varies and the impedance on the load device 13 side changes, the loss during switching of the high frequency generator 11 can be reduced, and the decrease in efficiency can be reduced.

また、第1実施形態では、インピーダンス変更回路部14は、高周波生成部11における出力電力Woが最大値となる領域より負荷機器13のインピーダンスが大きな領域において、入力電力Wiを出力電力Woに追従して低下させる。すなわち、インピーダンス変更回路部14は、ジャイレータとして機能する。そのため、入力電力Wiと出力電力Woとの関係は、簡単な回路で反転される。したがって、構造の複雑化を招くことなく、高周波生成部11のスイッチング時における損失を低減し、効率の低下を低減することができる。 Further, in the first embodiment, the impedance changing circuit unit 14 causes the input power Wi to follow the output power Wo in a region where the impedance of the load device 13 is greater than the region where the output power Wo of the high frequency generation unit 11 is the maximum value. to lower. That is, the impedance changing circuit section 14 functions as a gyrator. Therefore, the relationship between the input power Wi and the output power Wo is inverted with a simple circuit. Therefore, it is possible to reduce the loss during switching of the high-frequency generator 11 and reduce the decrease in efficiency without complicating the structure.

さらに、第1実施形態では、インピーダンス変更回路部14は、高周波生成部11と伝送部12との間に設けられている。これにより、例えばロボットに無線給電装置10を適用する場合、固定側である送電電極部16側にインピーダンス変更回路部14が追加され、可動側である受電電極部17側には追加の回路は必要とならない。そのため、可動側の重量の増加や体格の大型化を招かない。したがって、例えばロボットのように可動側の負荷機器13の負荷RLが変動する場合でも、重量や体格の増大を招くことなく効率の低下を低減することができる。 Furthermore, in the first embodiment, the impedance changing circuit section 14 is provided between the high frequency generation section 11 and the transmission section 12 . As a result, for example, when the wireless power supply device 10 is applied to a robot, the impedance changing circuit unit 14 is added to the power transmission electrode unit 16 side, which is the fixed side, and an additional circuit is required to the power reception electrode unit 17 side, which is the movable side. does not become Therefore, an increase in the weight of the movable side and an increase in physical size are not caused. Therefore, even if the load RL of the load device 13 on the movable side fluctuates, as in a robot, for example, it is possible to reduce the decrease in efficiency without increasing the weight and size.

(第2実施形態)
第2実施形態による無線給電装置10を図6に示す。
第2実施形態の場合、インピーダンス変更回路部14の構成が第1実施形態と異なる。第2実施形態の場合、図6に示すようにインピーダンス変更回路部14は、T型である。第1実施形態の場合、インピーダンス変更回路部14を構成する素子は、1対の並列に挿入された素子、および1つの直列に挿入された素子からなるΠ型を構成している。これに対し、第2実施形態の場合、インピーダンス変更回路部14を構成する素子は、1対の直列に挿入された素子31および素子32、ならびに1つの並列に挿入された素子33からなるT型を構成している。これら素子31~素子33は、例えばコンデンサやコイルなどT型のジャイレータとして機能するのであれば任意の素子を適用することができる。この場合、素子31および素子32は図6に示す「jX1」として、素子33は図6に示す「jX2」として、上記の式(1)から式(3)を適用する。
このように、インピーダンス変更回路部14を構成する素子は、インピーダンス特性を反転する機能を有していれば任意の回路構成とすることができる。
(Second embodiment)
FIG. 6 shows a wireless power supply device 10 according to the second embodiment.
In the case of the second embodiment, the configuration of the impedance changing circuit section 14 is different from that of the first embodiment. In the case of the second embodiment, as shown in FIG. 6, the impedance changing circuit section 14 is of T type. In the case of the first embodiment, the elements forming the impedance changing circuit section 14 form a Π type consisting of a pair of elements inserted in parallel and one element inserted in series. On the other hand, in the case of the second embodiment, the elements constituting the impedance changing circuit section 14 are a T-shaped element composed of a pair of elements 31 and 32 inserted in series and one element 33 inserted in parallel. constitutes Arbitrary elements such as capacitors and coils can be applied to these elements 31 to 33 as long as they function as a T-shaped gyrator. In this case, the elements 31 and 32 are set to "jX1" shown in FIG. 6, the element 33 is set to "jX2" shown in FIG. 6, and the above equations (1) to (3) are applied.
As described above, the elements constituting the impedance changing circuit section 14 can have any circuit configuration as long as they have the function of inverting the impedance characteristics.

(第3実施形態)
第3実施形態による無線給電装置10を図7に示す。
第3実施形態の場合、図7に示すように高周波生成部11はE級プッシュプルインバータで構成されている。このような第3実施形態による無線給電装置10は、インピーダンス変更回路部14を有している。E級プッシュプルインバータで構成される高周波生成部11は、出力電力Woが差動である。そのため、インピーダンス変更回路部14も、この差動となる高周波生成部11にあわせて差動となる。すなわち、インピーダンス変更回路部14は、ジャイレータを構成する素子として、並列に挿入されたコンデンサ41およびコンデンサ42、ならびに直列に挿入されたコイル43およびコイル44を有している。この場合、コンデンサ41およびコンデンサ42は図7に示す「jX1」として、コイル43およびコイル44は図7に示す「(jX2)/2」として、上記の式(1)から式(3)を適用する。
(Third Embodiment)
FIG. 7 shows a wireless power supply device 10 according to the third embodiment.
In the case of the third embodiment, as shown in FIG. 7, the high frequency generator 11 is composed of a class E push-pull inverter. The wireless power feeding device 10 according to such a third embodiment has an impedance changing circuit section 14 . The high-frequency generator 11, which is composed of a class E push-pull inverter, has a differential output power Wo. Therefore, the impedance changing circuit section 14 is also differential in accordance with the high frequency generating section 11 which is differential. That is, the impedance changing circuit section 14 has capacitors 41 and 42 inserted in parallel, and coils 43 and 44 inserted in series as elements constituting a gyrator. In this case, the capacitors 41 and 42 are "jX1" shown in FIG. 7, the coils 43 and 44 are "(jX2)/2" shown in FIG. 7, and the above equations (1) to (3) are applied. do.

このように、高周波生成部11は、E級インバータに限らず、E級プッシュプルインバータを適用することができる。また、このようなE級プッシュプルインバータを用いる場合、図7に示すようなΠ型のインピーダンス変更回路部14に限らず、図8に示すようなT型のインピーダンス変更回路部14を適用することもできる。図8に示すT型のインピーダンス変更回路部14の場合、コイル51、コイル52、コイル53およびコイル54は図8に示す「(jX1)/2」として、コンデンサ55は図8に示す「jX2」として、上記の式(1)から式(3)を適用する。 In this way, the high-frequency generator 11 can apply not only the class E inverter but also the class E push-pull inverter. When using such a class E push-pull inverter, not only the Π-type impedance change circuit unit 14 shown in FIG. 7 but also the T-type impedance change circuit unit 14 shown in FIG. 8 can be applied. can also In the case of the T-type impedance changing circuit section 14 shown in FIG. 8, the coils 51, 52, 53 and 54 are set to "(jX1)/2" shown in FIG. 8, and the capacitor 55 is set to "jX2" shown in FIG. , the above equations (1) to (3) are applied.

以上説明した本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。
上述の複数の実施形態による無線給電装置10は、例えばロボットなどのように負荷機器13であるモータやアクチュエータの負荷が変動する機器に適用することができる。例えば3軸のロボットの場合、固定側にインピーダンス変更回路部14を設けることにより、可動部であるモータやアクチュエータ側にはバッテリなどの蓄電部を必要としない。そのため、ロボットの可動部分の大型化や質量の増大を招かない。したがって、出力の増大や大型化を招くことなく無線給電装置10をロボットに適用することができる。
本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。
The present invention described above is not limited to the above-described embodiments, and can be applied to various embodiments without departing from the gist of the present invention.
The wireless power supply device 10 according to the plurality of embodiments described above can be applied to a device, such as a robot, in which the load of the motor or actuator, which is the load device 13, fluctuates. For example, in the case of a three-axis robot, by providing the impedance changing circuit unit 14 on the fixed side, the motor and actuator side, which are movable parts, do not require a power storage unit such as a battery. Therefore, it does not lead to an increase in the size and mass of the movable parts of the robot. Therefore, the wireless power supply device 10 can be applied to the robot without increasing the output or increasing the size.
Although the present disclosure has been described with reference to examples, it is understood that the present disclosure is not limited to such examples or structures. The present disclosure also includes various modifications and modifications within the equivalent range. In addition, various combinations and configurations, as well as other combinations and configurations, including single elements, more, or less, are within the scope and spirit of this disclosure.

図面中、10は無線給電装置、11は高周波生成部、12は伝送部、13は負荷機器、14はインピーダンス変更回路部、15は電源、16は送電電極部、17は受電電極部を示す。 In the drawing, 10 is a wireless power supply device, 11 is a high frequency generator, 12 is a transmission unit, 13 is a load device, 14 is an impedance change circuit, 15 is a power source, 16 is a power transmission electrode, and 17 is a power reception electrode.

Claims (1)

高周波の電力を生成する高周波生成部(11)と、
送電電極部(16)および受電電極部(17)を有し、前記高周波生成部(11)で生成した高周波の電力を、電界結合を用いて前記送電電極部(16)から前記受電電極部(17)へ非接触で電力を伝達する伝送部(12)と、
前記伝送部(12)を通して前記高周波生成部(11)から受け取った電力で作動する負荷機器(13)と、
前記高周波生成部(11)の出力側において前記伝送部(12)との間に設けられ、前記負荷機器(13)における負荷の変動にともなう前記負荷機器(13)側のインピーダンスの変動にあわせて、電力を供給する電源(15)と前記伝送部(12)との間におけるインピーダンスを変更するインピーダンス変更回路部(14)と、
を備え
前記電源(15)から前記高周波生成部(11)へ入力する入力電力をWiと定義し、前記高周波生成部(11)が前記負荷機器(13)側へ出力する出力電力をWoと定義したとき、
前記高周波生成部(11)は、前記負荷機器(13)の負荷RLが最適負荷Roとなるとき、前記入力電力Wiおよび前記出力電力Woが最大となるZVSとなるようなインピーダンス特性に設定され、
前記最適負荷Roは、前記高周波生成部(11)における出力電圧Woが最大となる領域であり、
前記インピーダンス変更回路部(14)は、前記負荷機器(13)側のインピーダンスの変化に対する前記高周波生成部(11)と前記伝送部(12)との間におけるインピーダンスを反転するジャイレータとして機能することにより、前記最適負荷Roを境界として、前記負荷機器(13)のインピーダンスが大きい領域において前記負荷機器(13)のインピーダンスが小さな領域よりも前記入力電力Wiと前記出力電力Woの乖離を小さくする無線給電装置。
a high-frequency generator (11) that generates high-frequency power;
It has a power transmission electrode section (16) and a power reception electrode section (17), and the high frequency power generated by the high frequency generation section (11) is transferred from the power transmission electrode section (16) to the power reception electrode section (17) using electric field coupling. 17) a transmission unit (12) for contactlessly transmitting power to
a load device (13) operated by power received from the high frequency generator (11) through the transmitter (12);
provided between the transmission section (12) on the output side of the high-frequency generation section (11) and adapted to change the impedance of the load device (13) due to changes in the load on the load device (13); In addition, an impedance changing circuit unit (14) for changing impedance between a power source (15) for supplying power and the transmission unit (12) ;
with
When the input power input from the power supply (15) to the high-frequency generator (11) is defined as Wi, and the output power output from the high-frequency generator (11) to the load device (13) is defined as Wo ,
The high-frequency generator (11) is set to have impedance characteristics such that when the load RL of the load device (13) is the optimum load Ro, the input power Wi and the output power Wo are maximum ZVS,
The optimum load Ro is a region in which the output voltage Wo of the high frequency generator (11) is maximized,
The impedance changing circuit section (14) functions as a gyrator that inverts the impedance between the high frequency generating section (11) and the transmitting section (12) with respect to the impedance change on the load device (13) side. , with the optimum load Ro as a boundary, a wireless system that makes the difference between the input power Wi and the output power Wo smaller in a region where the impedance of the load device (13) is large than in a region where the impedance of the load device (13) is small. Power supply.
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