JP2012138529A - Secondary side power reception circuit of non-contact power supply facility, and saturable reactor used in secondary side power reception circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、無接触給電設備の2次側受電回路、特に可飽和リアクトルを用いた無接触給電設備の2次側受電回路に関する。 The present invention relates to a secondary power receiving circuit of a contactless power feeding facility, and more particularly to a secondary power receiving circuit of a contactless power feeding facility using a saturable reactor.
従来の可飽和リアクトルを用いた無接触給電設備の2次側受電回路の構成が特許文献1(図2)に開示されている。
特許文献1に開示されている2次側受電回路は、高周波電流を流す誘導線路に対向して前記誘導線路より起電力が誘起される受電コイルと、この受電コイルとともに前記誘導線路の周波数に共振する共振回路を形成する共振コンデンサと、環状磁路を形成するコア部材(磁性体コア)、およびコア部材に巻かれ前記共振回路に並列に接続されたコイルを有する可飽和リアクトルと、受電コイルから出力される電流を整流して負荷に出力する整流回路を備えている。
そして、可飽和リアクトルの磁性体コアの飽和電圧を、負荷が要求する電圧(例えば、許容の上限電圧)に設定することにより、共振回路の共振電圧を可飽和リアクトルの磁性体コアの飽和電圧に抑え、よって負荷へ印加される電圧を、負荷が要求する電圧に抑えている。
A configuration of a secondary power receiving circuit of a contactless power supply facility using a conventional saturable reactor is disclosed in Patent Document 1 (FIG. 2).
The secondary-side power receiving circuit disclosed in Patent Document 1 is a power receiving coil in which an electromotive force is induced from the induction line facing an induction line through which a high-frequency current flows, and resonates with the frequency of the induction line together with the power receiving coil. A resonant capacitor that forms a resonant circuit, a core member (magnetic core) that forms an annular magnetic path, a saturable reactor having a coil wound around the core member and connected in parallel to the resonant circuit, and a receiving coil A rectifier circuit is provided for rectifying the output current and outputting it to the load.
Then, by setting the saturation voltage of the magnetic core of the saturable reactor to a voltage required by the load (for example, an allowable upper limit voltage), the resonance voltage of the resonance circuit is changed to the saturation voltage of the magnetic core of the saturable reactor. Therefore, the voltage applied to the load is suppressed to a voltage required by the load.
しかし、通常、可飽和リアクトルの磁性体コア(フェライト材料)は、使用する温度により磁気飽和する磁束密度が変化するため、環境の温度の変化や自己の発熱により飽和電圧が変動し、可飽和リアクトルだけでは、負荷が要求する電圧に安定させることは困難であった。
加えて、フェライト材料は、個々の磁気特性のバラツキが大きいために、個々の特性を計測する必要があり、この特性によっては、所定の飽和電圧を得るためには、コイルの巻数を変える必要が生じることがあり、所定の特性を安定して確保した可飽和リアクトルを量産するには、困難があった。
また負荷が要求する電圧が変更された場合には、コイルの巻数を変更する必要があり、簡単に対応できないという問題があった。
However, the magnetic core of a saturable reactor (ferrite material) usually has a magnetic saturation density that changes depending on the temperature used. Therefore, the saturation voltage fluctuates due to changes in the environmental temperature and self-heating. Alone, it was difficult to stabilize the voltage required by the load.
In addition, since ferrite materials have large variations in individual magnetic characteristics, it is necessary to measure individual characteristics. Depending on this characteristic, it is necessary to change the number of turns of the coil in order to obtain a predetermined saturation voltage. In some cases, it has been difficult to mass-produce a saturable reactor having a predetermined characteristic stably secured.
Further, when the voltage required by the load is changed, it is necessary to change the number of turns of the coil, and there is a problem that it cannot be easily handled.
そこで、本発明は、環境の温度の変化や磁性体コアの磁気特性により変動する可飽和リアクトルの飽和電圧に頼ることなく、負荷が要求する電圧で安定して給電できる無接触給電設備の2次側受電回路およびこの2次側受電回路において使用される可飽和リアクトルを提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention provides a secondary power supply system that can stably supply power at a voltage required by a load without depending on the saturation voltage of a saturable reactor that varies depending on changes in environmental temperature and magnetic characteristics of a magnetic core. It is an object of the present invention to provide a side power receiving circuit and a saturable reactor used in the secondary power receiving circuit.
前述した目的を達成するために、本発明のうち請求項1に記載の発明は、高周波電流が供給される1次側の誘導線路または1次側の給電コイルから無接触で給電され、負荷に給電する無接触給電設備の2次側受電回路であって、
前記1次側の誘導線路または1次側の給電コイルより起電力が誘起される受電コイルと、前記受電コイルに並列に接続され、この受電コイルと前記高周波電流の周波数に共振する共振回路を形成する共振コンデンサと、前記共振回路の両端に接続された可飽和リアクトルと、前記共振回路から出力される電流を整流して出力する整流回路と、前記整流回路の出力端に、前記負荷とともに並列に接続された出力コンデンサとを備え、
前記可飽和リアクトルは、複数の第1磁性体コアと、前記複数の第1磁性体コアに共通に巻かれ前記共振回路に並列に接続された一次コイルと、前記各第1磁性体コアに各々巻かれ、前記一次コイルに電流が流れたときに起電力が各々相殺するように接続されたバイアスコイルを備え、前記第1磁性体コアの総断面積は、第1磁性体コア全体の飽和電圧が前記負荷が要求する目標電圧より高くなるように設定されており、前記負荷の電圧が前記目標電圧以上となると、前記バイアスコイルに直流のバイアス電流を流し、前記第1磁性体コアを飽和する電流回路を備えたことを特徴とするものである。
In order to achieve the above-described object, the invention according to claim 1 of the present invention is fed in a contactless manner from a primary induction line or a primary feeding coil to which a high-frequency current is supplied, and is supplied to a load. A secondary power receiving circuit of a contactless power supply facility for supplying power,
A receiving coil in which an electromotive force is induced from the primary-side induction line or the primary-side feeding coil, and a resonance circuit that is connected in parallel to the receiving coil and resonates with the frequency of the receiving coil and the high-frequency current are formed. A resonant capacitor, a saturable reactor connected to both ends of the resonant circuit, a rectifier circuit that rectifies and outputs a current output from the resonant circuit, and an output terminal of the rectifier circuit in parallel with the load With a connected output capacitor,
The saturable reactor includes a plurality of first magnetic cores, a primary coil that is commonly wound around the plurality of first magnetic cores and connected in parallel to the resonance circuit, and each of the first magnetic cores. A bias coil wound and connected so that electromotive forces cancel each other when a current flows through the primary coil, and the total cross-sectional area of the first magnetic core is a saturation voltage of the entire first magnetic core Is set to be higher than the target voltage required by the load, and when the load voltage becomes equal to or higher than the target voltage, a DC bias current is passed through the bias coil to saturate the first magnetic core. A current circuit is provided.
上記構成によれば、以下の作用を奏する。
まず、第1磁性体コアを2個で構成し、これに伴いバイアスコイルを2本で構成し、これらバイアスコイルにバイアス電流を流さない状態としているときの作用について説明する。
共振回路の共振電圧が、可飽和リアクトルの第1磁性体コアの飽和電圧未満の場合は、共振回路から出力された(一定)電流は、整流回路により整流されて負荷および出力コンデンサへ供給され、出力コンデンサは充填される。また負荷が減少し、これに伴い出力コンデンサの両端電圧および共振回路の共振電圧が上昇し、第1磁性体コアの飽和電圧以上となると、一次コイルのインダクタンスが低下して急激に電流が流れ、共振回路の共振電圧は、第1磁性体コアの飽和電圧に抑えられ、出力コンデンサの両端電圧、すなわち負荷へ印加される電圧は、前記飽和電圧以下に抑えられる。これは、図5(a)の磁性体コアの磁気ヒステリシス曲線(B−H曲線)において、正と負のサイクル間において第一象限の+Bmと第三象限の−Bmの間でB−Hが遷移している状態として理解される。
このとき、第1磁性体コアに巻かれた2本のバイアスコイルは、一次コイルに電流が流れたときに発生する起電力が各々相殺するように、つまりは逆極性で接続されていることにより、これらバイアスコイルに発生する起電力は互いに打ち消しあってバランスするので、バイアスコイルに電流が流れる事無く、よって一次コイルには影響を与えない。
According to the said structure, there exist the following effects.
First, a description will be given of the operation when the first magnetic core is composed of two pieces, and the bias coil is composed of two first magnetic cores, and no bias current flows through these bias coils.
When the resonance voltage of the resonance circuit is less than the saturation voltage of the first magnetic core of the saturable reactor, the (constant) current output from the resonance circuit is rectified by the rectification circuit and supplied to the load and the output capacitor. The output capacitor is filled. Also, when the load decreases, the voltage across the output capacitor and the resonance voltage of the resonance circuit increase, and when the voltage exceeds the saturation voltage of the first magnetic core, the inductance of the primary coil decreases and current flows rapidly. The resonance voltage of the resonance circuit is suppressed to the saturation voltage of the first magnetic core, and the voltage across the output capacitor, that is, the voltage applied to the load is suppressed to the saturation voltage or less. This is because, in the magnetic hysteresis curve (BH curve) of the magnetic core in FIG. 5A, BH is between + Bm in the first quadrant and -Bm in the third quadrant between the positive and negative cycles. It is understood as a transition state.
At this time, the two bias coils wound around the first magnetic core are connected so that the electromotive forces generated when a current flows through the primary coil cancel each other, that is, with opposite polarities. Since the electromotive forces generated in these bias coils cancel each other and balance, current does not flow through the bias coils, and therefore the primary coil is not affected.
このような作用を前提として、第1磁性体コア2個に巻かれる2本のバイアスコイルにバイアス電流が流れるときの作用について説明する。
前記第1磁性体コアの飽和電圧は、環境の温度や磁性体コアの磁気特性により変動することから、第1磁性体コア全体の飽和電圧を、負荷が要求する目標電圧より高く設定し、負荷へ印加される電圧、すなわち出力コンデンサの両端電圧を抑えるバックアップ電圧とし、第1磁性体コア全体の飽和電圧より低い前記目標電圧への定電圧制御を実行する。
すなわち、負荷の電圧(出力コンデンサの両端電圧)が前記目標電圧以上となると、電流回路により、2つのバイアスコイルに直流のバイアス電流を流す。
Based on such an operation, the operation when a bias current flows through the two bias coils wound around the two first magnetic cores will be described.
Since the saturation voltage of the first magnetic core varies depending on the temperature of the environment and the magnetic characteristics of the magnetic core, the saturation voltage of the entire first magnetic core is set higher than the target voltage required by the load. The constant voltage control to the target voltage lower than the saturation voltage of the entire first magnetic core is performed using a backup voltage that suppresses the voltage applied to the output capacitor, that is, the voltage across the output capacitor.
That is, when the voltage of the load (the voltage across the output capacitor) becomes equal to or higher than the target voltage, a direct current bias current is passed through the two bias coils by the current circuit.
するとバイアス電流により、第1磁性体コアに直流磁場が鎖交される。すると、図5(a)の磁性体コアの磁気ヒステリシス曲線(B−H曲線)に示すように、一次コイルに印加される共振電圧により流れる電流によって起磁力が発生するが、正のサイクルでは一方のバイアスコイルに流れる電流による直流磁場によってプラス側にバイアスがかかるので、バイアス電流を流さない状態に比べて少ない起磁力で+Bmに到達して一方の第1磁性体コアが飽和し、負のサイクルでは他方のバイアスコイルに流れる逆向きの電流による直流磁場によってマイナス側にバイアスがかかるので、バイアス電流を流さない状態に比べて少ない起磁力で−Bmに到達して他方の第1磁性体コアが飽和する。つまり、第1磁性体コアに印加される共振電圧が前記飽和電圧未満であっても、2つのうち何れかの第1磁性体コアが飽和する。一方の第1磁性体コアが飽和すると、一次コイルのインダクタンスが低下して急激に電流が流れて他方の第1磁性体コアも飽和する(なお、バイアスコイルにダイオードが接続されている場合には、一方の第1磁性体コアが飽和すると一次コイルによってバイアスコイルに発生する起電力のバランスが崩れ、バイアスコイル電流の順方向に起電力が作用して、ダイオードを介しバイアスコイルに循環電流が流れる。この循環電流が他方の第1磁性体コアを瞬時に飽和させるので、バイアスコイルに発生する起電力のバランス崩れによる電圧値を抑制することが出来る)。このように、図5(b)に示す如く、見かけ上のB−H曲線が狭まり、磁場Aを発生する交流電圧(<飽和電圧)で、飽和磁束密度に達して第1磁性体コアが飽和する。すると、交流電圧(<飽和電圧)で、一次コイルに急激に電流が流れて共振回路の共振電圧は前記目標電圧に抑えられる。
前記バイアス電流は、負荷の電圧(出力コンデンサの両端電圧)が前記目標電圧以上となると流されることから、共振回路の共振電圧、すなわち出力コンデンサの両端電圧は、前記目標電圧に抑えられる。
このように、簡易な構成で、環境の温度や磁性体コアの磁気特性を考慮することなく、負荷の電圧を、安定して目標電圧に制御できる定電圧制御を実現できる。
Then, a DC magnetic field is linked to the first magnetic core by the bias current. Then, as shown in the magnetic hysteresis curve (BH curve) of the magnetic core in FIG. 5A, a magnetomotive force is generated by the current flowing by the resonance voltage applied to the primary coil. Since the bias is applied to the plus side by the DC magnetic field generated by the current flowing through the bias coil, the first magnetic core is saturated with a smaller magnetomotive force than in the case where no bias current is passed, and one of the first magnetic cores is saturated. Then, since the bias is applied to the minus side by the DC magnetic field due to the reverse current flowing in the other bias coil, it reaches -Bm with less magnetomotive force than in the state where no bias current flows, and the other first magnetic core becomes Saturates. That is, even if the resonance voltage applied to the first magnetic core is less than the saturation voltage, one of the two first magnetic cores is saturated. When one of the first magnetic cores is saturated, the inductance of the primary coil is reduced and a current flows rapidly, and the other first magnetic core is saturated (in the case where a diode is connected to the bias coil) When one of the first magnetic cores is saturated, the balance of the electromotive force generated in the bias coil by the primary coil is lost, the electromotive force acts in the forward direction of the bias coil current, and the circulating current flows through the bias coil through the diode. Since this circulating current instantaneously saturates the other first magnetic core, the voltage value due to the imbalance of the electromotive force generated in the bias coil can be suppressed. Thus, as shown in FIG. 5 (b), the apparent BH curve narrows, and the alternating magnetic voltage (<saturation voltage) generating the magnetic field A reaches the saturation magnetic flux density and the first magnetic core is saturated. To do. Then, with an alternating voltage (<saturation voltage), a current suddenly flows through the primary coil, and the resonance voltage of the resonance circuit is suppressed to the target voltage.
Since the bias current flows when the load voltage (the voltage across the output capacitor) becomes equal to or higher than the target voltage, the resonance voltage of the resonance circuit, that is, the voltage across the output capacitor is suppressed to the target voltage.
In this way, with a simple configuration, it is possible to realize constant voltage control that can stably control the load voltage to the target voltage without considering the environmental temperature and the magnetic characteristics of the magnetic core.
また請求項2に記載の発明は、高周波電流が供給される1次側の誘導線路または1次側の給電コイルから無接触で給電され、蓄電手段(電池)に給電する無接触給電設備の2次側受電回路であって、
前記1次側の誘導線路または1次側の給電コイルより起電力が誘起される受電コイルと、前記受電コイルに並列に接続され、この受電コイルと前記高周波電流の周波数に共振する共振回路を形成する共振コンデンサと、前記共振回路の両端に接続された可飽和リアクトルを備え、
前記可飽和リアクトルは、複数の第1磁性体コアと、前記複数の第1磁性体コアに共通に巻かれ前記共振回路に並列に接続された一次コイルと、前記複数の第1磁性体コアに共通に、前記一次コイルより少ない巻数で巻かれた二次コイルと、前記各第1磁性体コアに各々巻かれ、前記一次コイルに電流が流れたときに起電力が各々相殺するように接続されたバイアスコイルを備え、前記可飽和リアクトルのニ次コイルから出力される電流を整流して前記蓄電手段へ出力する整流回路を備え、前記第1磁性体コアの総断面積は、第1磁性体コア全体の飽和電圧が前記負荷が要求する目標電圧より高くなるように設定されており、前記蓄電手段の電圧が前記目標電圧以上となると、前記バイアスコイルに直流のバイアス電流を流し、前記第1磁性体コアを飽和する電流回路とを備えたことを特徴とするものである。
According to the second aspect of the present invention, there is provided a non-contact power supply facility for supplying power to a power storage means (battery) without contact from a primary induction line or a primary power supply coil to which a high-frequency current is supplied. A secondary power receiving circuit,
A receiving coil in which an electromotive force is induced from the primary-side induction line or the primary-side feeding coil, and a resonance circuit that is connected in parallel to the receiving coil and resonates with the frequency of the receiving coil and the high-frequency current are formed. And a saturable reactor connected to both ends of the resonance circuit,
The saturable reactor includes a plurality of first magnetic cores, a primary coil wound around the plurality of first magnetic cores and connected in parallel to the resonance circuit, and the plurality of first magnetic cores. Commonly, a secondary coil wound with a smaller number of turns than the primary coil and each of the first magnetic cores are connected so that the electromotive forces cancel each other when a current flows through the primary coil. And a rectifier circuit that rectifies current output from the secondary coil of the saturable reactor and outputs the rectified current to the power storage means, and the total cross-sectional area of the first magnetic core is the first magnetic body The saturation voltage of the entire core is set to be higher than the target voltage required by the load, and when the voltage of the power storage means becomes equal to or higher than the target voltage, a DC bias current is passed through the bias coil, and the first Magnetism It is characterized in that a current circuit to saturate the core.
上記構成によれば、以下の作用を奏する。
まず、第1磁性体コアを2個で構成し、これに伴いバイアスコイルを2本で構成し、これらバイアスコイルにバイアス電流を流さない状態としているときの作用について説明する。 共振回路の共振電圧が、可飽和リアクトルの第1磁性体コアの飽和電圧未満の場合は、一次コイルと二次コイルのトランスの作用により共振電圧より低電圧化されて、共振回路から出力された(一定)電流は整流回路により整流されて蓄電手段へ供給される。また蓄電手段の電圧が上昇し、共振回路の共振電圧が第1磁性体コアの飽和電圧以上となると、一次コイルのインダクタンスが低下して一次コイルに急激に電流が流れ、共振回路の共振電圧は第1磁性体コアの飽和電圧に押さえられ、二次コイルの電圧、すなわち蓄電手段の電圧は、第1磁性体コアの飽和電圧未満に抑えられる。これは、図5(a)の磁性体コアの磁気ヒステリシス曲線(B−H曲線)において、正と負のサイクル間において第一象限の+Bmと第三象限の−Bmの間でB−Hが遷移している状態として理解される。
このとき、第1磁性体コアに巻かれた2本のバイアスコイルは、一次コイルに電流が流れたときに発生する起電力が各々相殺するように、つまりは逆極性で接続されていることにより、これらバイアスコイルに発生する起電力は互いに打ち消しあってバランスするので、バイアスコイルに電流が流れる事無く、よって一次コイルには影響を与えない。
According to the said structure, there exist the following effects.
First, a description will be given of the operation when the first magnetic core is composed of two pieces, and the bias coil is composed of two first magnetic cores, and no bias current flows through these bias coils. When the resonance voltage of the resonance circuit is lower than the saturation voltage of the first magnetic core of the saturable reactor, the voltage is lowered from the resonance voltage by the action of the transformer of the primary coil and the secondary coil, and is output from the resonance circuit. The (constant) current is rectified by the rectifier circuit and supplied to the storage means. Further, when the voltage of the power storage means rises and the resonance voltage of the resonance circuit becomes equal to or higher than the saturation voltage of the first magnetic core, the inductance of the primary coil is reduced and a current flows rapidly to the primary coil, and the resonance voltage of the resonance circuit is The saturation voltage of the first magnetic core is suppressed, and the voltage of the secondary coil, that is, the voltage of the power storage means is suppressed to less than the saturation voltage of the first magnetic core. This is because, in the magnetic hysteresis curve (BH curve) of the magnetic core in FIG. 5A, BH is between + Bm in the first quadrant and -Bm in the third quadrant between the positive and negative cycles. It is understood as a transition state.
At this time, the two bias coils wound around the first magnetic core are connected so that the electromotive forces generated when a current flows through the primary coil cancel each other, that is, with opposite polarities. Since the electromotive forces generated in these bias coils cancel each other and balance, current does not flow through the bias coils, and therefore the primary coil is not affected.
このような作用を前提として、第1磁性体コア2個に巻かれる2本のバイアスコイルにバイアス電流が流れるときの作用について説明する。
前記第1磁性体コアの飽和電圧は、環境の温度や磁性体コアの磁気特性により変動することから、第1磁性体コアの飽和電圧を、蓄電手段が要求する目標電圧より高く設定し、蓄電手段へ印加される電圧を抑えるバックアップ電圧とし、第1磁性体コアの飽和電圧より低い前記目標電圧への定電圧制御を実行する。
すなわち、蓄電手段の電圧が前記目標電圧以上となると、電流回路により、2本のバイアスコイルに直流のバイアス電流を流す。
バイアスコイルに直流のバイアス電流を流したときの作用は、上述した通りであり、蓄電手段の電圧は、前記目標電圧に抑えられる。
このように、簡易な構成で、環境の温度や磁性体コアの磁気特性を考慮することなく、蓄電手段の電圧を目標電圧に安定して制御できる定電圧制御を実現できる。
Based on such an operation, the operation when a bias current flows through the two bias coils wound around the two first magnetic cores will be described.
Since the saturation voltage of the first magnetic core varies depending on the temperature of the environment and the magnetic characteristics of the magnetic core, the saturation voltage of the first magnetic core is set higher than the target voltage required by the storage means, A constant voltage control is performed to a target voltage that is lower than the saturation voltage of the first magnetic core, using a backup voltage that suppresses the voltage applied to the means.
That is, when the voltage of the power storage means becomes equal to or higher than the target voltage, a direct current bias current is passed through the two bias coils by the current circuit.
The action when a DC bias current is passed through the bias coil is as described above, and the voltage of the storage means is suppressed to the target voltage.
In this way, with a simple configuration, it is possible to realize constant voltage control that can stably control the voltage of the power storage means to the target voltage without considering the environmental temperature and the magnetic characteristics of the magnetic core.
また請求項3に記載の発明は、請求項1または請求項2に記載の発明であって、前記電流回路は、前記負荷または蓄電手段の電圧が前記目標電圧以上となると動作するスイッチ手段と、前記スイッチ手段が動作すると、前記バイアスコイルへバイアス電流を流す電流手段と、前記バイアスコイルの両端に接続され、バイアスコイルに流れる電流を循環させる循環手段を備えていることを特徴とするものである。 The invention according to claim 3 is the invention according to claim 1 or 2, wherein the current circuit includes switch means that operates when a voltage of the load or the storage means becomes equal to or higher than the target voltage; When the switch means is operated, it comprises current means for supplying a bias current to the bias coil, and circulation means connected to both ends of the bias coil for circulating the current flowing through the bias coil. .
上記構成によれば、以下の作用を奏する。
第1磁性体コアを2個で構成し、これに伴い各々に巻かれるバイアスコイルを2本で構成したときの作用について説明する。
負荷または蓄電手段の電圧が目標電圧以上となると、スイッチ手段が動作し、スイッチン手段が動作すると、電流手段により2本のバイアスコイルへバイアス電流が流れる。電流は、出力コンデンサまたは蓄電手段から供給される。
前記バイアス電流は2本のバイアスコイルに流れると、各バイアスコイルにそれぞれ逆向きに発生している磁束(起電力)のうち、バイアス電流により発生している磁束によってこの磁束の向きとは逆向きに発生している一方の磁束は打ち消され、他方の磁束には、バイアス電流により発生している磁束が加わって、常に2本のバイアスコイルの両端に、バイアス電流が流れる向きに起電力が発生し、2つのバイアスコイルと循環手段からなる閉回路に、バイアス電流を遥かに上回る電流値の循環電流が流れる。この循環電流により、上記磁場のバイアスaが発生するので、最初に流すバイアス電流は循環電流を発生するだけの小さな電流でよい。
そして、上述したようにこのバイアス電流により、負荷または電池の電圧は目標電圧に抑えられる。
また負荷または蓄電手段の目標電圧の変更に際して可飽和リアクトル自体を取り替える必要がなく、スイッチ手段の動作電圧を変えることによって対処を簡単に行える。
According to the said structure, there exist the following effects.
The operation when the first magnetic core is composed of two pieces and the bias coil wound around each of the first magnetic cores is composed of two pieces will be described.
When the voltage of the load or the storage means becomes equal to or higher than the target voltage, the switch means operates, and when the switch means operates, a bias current flows to the two bias coils by the current means. The current is supplied from an output capacitor or power storage means.
When the bias current flows through the two bias coils, out of the magnetic fluxes (electromotive forces) generated in the respective bias coils in opposite directions, the direction of the magnetic flux is opposite to the direction of the magnetic flux generated by the bias current. One of the magnetic fluxes generated in the current is canceled, and the magnetic flux generated by the bias current is added to the other magnetic flux, and an electromotive force is always generated in the direction in which the bias current flows at both ends of the two bias coils. A circulating current having a current value far exceeding the bias current flows through a closed circuit composed of two bias coils and circulating means. Since the magnetic field bias a is generated by this circulating current, the first bias current to be applied may be small enough to generate the circulating current.
As described above, the voltage of the load or the battery is suppressed to the target voltage by this bias current.
In addition, it is not necessary to replace the saturable reactor itself when changing the target voltage of the load or the power storage means, and the countermeasure can be easily performed by changing the operating voltage of the switch means.
また請求項4に記載の発明は、請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の発明であって、前記可飽和リアクトルは、前記第1磁性体コアより磁気抵抗の大きい第2磁性体コアを備え、前記一次コイルを前記第1磁性体コアに巻いた後、この一次コイルを前記第2磁性体コアに巻いたことを特徴とするものである。 The invention according to claim 4 is the invention according to any one of claims 1 to 3, wherein the saturable reactor has a second magnetic property having a larger magnetic resistance than the first magnetic core. A primary core is wound around the first magnetic core, and then the primary coil is wound around the second magnetic core.
上記構成によれば、以下の作用を奏する。
一次コイルに流れる電流によって、第1磁性体コアおよび第2磁性体コアに磁束が生じ、この状態では一次コイルは大きなインダクタンス値を示す。
そして、一次コイルの両端電圧(共振電圧)が増加すると、前記第1磁性体コアは、第2磁性体コアより磁気抵抗が小さいことにより、先に第1磁性体コアが飽和して第1磁性体コアの透磁率は略1(μ=1)まで急激に低下し、第1磁性体コアに巻かれている一次コイルのインダクタンスが急激に低下して急激にパルス電流が流れ始める。このとき、未だ、第2磁性体コアは飽和していないため、このときの第2磁性体コアの透磁率(低下している)に応じて第2磁性体コアに巻かれている一次コイルのインダクタンスはある程度の値が維持される。よって、第1磁性体コアが磁気飽和しても一次コイルに流れるパルス電流は、それほど急峻で過大とはならない。パルス電流が流れることによって、一次コイルの両端電圧(共振電圧)は、第1磁性体コアの飽和電圧に抑えられる。
このように、第2磁性体コアを設けることにより、穏やかに電圧抑制の作用が働くことになり、急峻で過大なパルス電流に起因する渦電流による発熱や電磁妨害の問題を軽減できる。
According to the said structure, there exist the following effects.
A magnetic flux is generated in the first magnetic core and the second magnetic core by the current flowing through the primary coil. In this state, the primary coil exhibits a large inductance value.
When the voltage across the primary coil (resonance voltage) increases, the first magnetic core has a lower magnetic resistance than the second magnetic core, so that the first magnetic core is saturated first and the first magnetic core is saturated. The magnetic permeability of the body core rapidly decreases to approximately 1 (μ = 1), the inductance of the primary coil wound around the first magnetic core rapidly decreases, and the pulse current starts to flow rapidly. At this time, since the second magnetic core is not yet saturated, the primary coil wound around the second magnetic core according to the magnetic permeability (decreasing) of the second magnetic core at this time The inductance is maintained at a certain value. Therefore, even if the first magnetic core is magnetically saturated, the pulse current flowing through the primary coil is not so steep and excessive. When the pulse current flows, the voltage across the primary coil (resonance voltage) is suppressed to the saturation voltage of the first magnetic core.
As described above, by providing the second magnetic core, the voltage suppressing action is gently acted, and the problems of heat generation and electromagnetic interference due to the eddy current caused by the steep and excessive pulse current can be reduced.
また請求項5記載の発明は、請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の無接触給電設備の2次側受電回路に使用される可飽和リアクトルであって、
前記第1磁性体コアを、環状磁路を形成し、空洞を有する同一特性の2個のコア部材により形成し、前記コア部材毎に、熱伝導率の高い低透磁率材料からなり、前記コア部材とほぼ同径の空洞を有する放熱板を設け、前記一次コイルは、これら空洞を使用して前記2個のコア部材および放熱板に巻かれ、前記一方のバイアスコイルは、前記一方のコア部材およびこのコア部材を設けた放熱板の空洞を使用して、前記一方のコア部材および前記放熱板に巻かれ、前記他方のバイアスコイルは、前記他方のコア部材およびこのコア部材を設けた放熱板の空洞を使用して、前記他方のコア部材および前記放熱板に巻かれ、前記一方のバイアスコイルと他方のバイアスコイルは、逆極性となるように接続されていることを特徴とするものである。
The invention according to claim 5 is a saturable reactor used in the secondary power receiving circuit of the non-contact power feeding facility according to any one of claims 1 to 4,
The first magnetic body core is formed by two core members having the same characteristics that form an annular magnetic path and have a cavity, and each core member is made of a low magnetic permeability material having high thermal conductivity, and the core A heat sink having a cavity with substantially the same diameter as the member is provided, and the primary coil is wound around the two core members and the heat sink using these cavities, and the one bias coil is the one core member. And the other bias coil is wound around the one core member and the heat radiating plate using a cavity of the heat radiating plate provided with the core member, and the other bias coil is provided with the other core member and the heat radiating plate provided with the core member. The one core is wound around the other core member and the heat radiating plate, and the one bias coil and the other bias coil are connected so as to have opposite polarities. .
上記構成によれば、以下の作用を奏する。
まず、コア部材毎に空洞を揃えて放熱板を取り付け、続いて、コア部材および放熱板の空洞を使用して各バイアスコイルをそれぞれ各コア部材およびその放熱板に巻く。
続いて、2個のコア部材および2個の放熱板の空洞を揃えて、これら空洞を使用して一次コイルを、2個のコア部材および2個の放熱板に巻く。
続いて、バイアスコイルを逆極性となるように接続して可飽和リアクトルを形成する。
このように、コア部材および放熱板の空洞を利用して、各バイアスコイルと一次コイルを容易に巻くことができ、製作が容易となる。
According to the said structure, there exist the following effects.
First, heat sinks are attached with the cavities aligned for each core member, and then each bias coil is wound around each core member and its heat sink using the core member and the cavity of the heat sink.
Subsequently, the cavities of the two core members and the two heat sinks are aligned, and the primary coil is wound around the two core members and the two heat sinks using these cavities.
Subsequently, the saturable reactor is formed by connecting the bias coils so as to have the reverse polarity.
Thus, each bias coil and primary coil can be easily wound using the core member and the cavity of the heat sink, and the manufacture is facilitated.
本発明の無接触給電設備の2次側受電回路は、負荷あるいは蓄電手段の電圧が、負荷あるいは蓄電手段が要求する目標電圧以上となると、電流回路により2本のバイアスコイルに直流のバイアス電流を流すことにより、負荷あるいは蓄電手段の電圧を、前記目標電圧へ抑えることができ、したがって、可飽和リアクトルの第1磁性体コアの飽和電圧を前記目標電圧より高く設定することによって、環境の温度や磁性体コアの磁気特性により変動する第1磁性体コアの飽和電圧に頼ることなく、安定した目標電圧への定電圧制御を実現でき、さらに万一、電流回路に不具合が発生した場合においても、負荷あるいは蓄電手段の電圧の上昇を可飽和リアクトルで抑えることができる(バックアップとすることができる)、という効果を有している。 The secondary power receiving circuit of the contactless power supply facility according to the present invention is configured such that when the voltage of the load or the power storage means becomes equal to or higher than the target voltage required by the load or the power storage means, a DC bias current is applied to the two bias coils by the current circuit. By flowing, the voltage of the load or the storage means can be suppressed to the target voltage. Therefore, by setting the saturation voltage of the first magnetic core of the saturable reactor higher than the target voltage, Without relying on the saturation voltage of the first magnetic core that fluctuates depending on the magnetic characteristics of the magnetic core, it is possible to realize a constant voltage control to a stable target voltage. An increase in voltage of the load or power storage means can be suppressed with a saturable reactor (can be used as a backup).
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
[実施の形態1]
図1は、本発明の実施の形態1における無接触給電設備の2次側受電回路の回路図であり、例えば、10kHzほどの一定周波数の高周波電流が供給される1次側の誘導線路または1次側の給電コイルから無接触で給電され、例えば、定格電圧がDC250V±5%の負荷に給電する無接触給電設備の2次側受電回路である。
図1に示すように、無接触給電設備の2次側受電回路は、
高周波電流が供給される1次側の誘導線路11(あるいは給電コイルであってもよい)より起電力が誘起される受電コイル12と、
前記受電コイル12に並列に接続され、この受電コイル12と前記高周波電流の周波数に共振する共振回路13を形成する共振コンデンサ14と、
共振回路13の両端に接続された可飽和リアクトル15と、
共振回路13から出力される電流を整流して出力する整流回路(全波整流器)16と、
整流回路16のプラス出力端子に一端が接続されたチョークコイル17と、
チョークコイル17の他端と整流回路16のマイナス出力端子との間に接続され、整流回路16の出力端に、チョークコイル17を介して負荷18とともに並列に接続された出力コンデンサ19を備えている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[Embodiment 1]
FIG. 1 is a circuit diagram of a secondary-side power receiving circuit of a contactless power supply facility according to Embodiment 1 of the present invention. For example, a primary induction line or a 1-side induction line to which a high-frequency current having a constant frequency of about 10 kHz is supplied. For example, it is a secondary-side power receiving circuit of a non-contact power feeding facility that is fed contactlessly from a power feeding coil on the secondary side and feeds a load having a rated voltage of DC250V ± 5%.
As shown in FIG. 1, the secondary power receiving circuit of the contactless power supply facility is
A receiving
A
A
A rectifier circuit (full-wave rectifier) 16 that rectifies and outputs a current output from the
A
An
前記可飽和コアリアクトル15は、図2に示すように、磁気抵抗の極めて小さい連続した環状磁路を形成する第1磁性体コア21として、空隙(gap;ギャップ)無しの同一特性の2個の円環型第1コア部材22,23を備え、また第1磁性体コア21(第1コア部材22,23)より磁気抵抗の大きい環状磁路を形成する第2磁性体コア25として、空隙(gap;ギャップ)26有りの円環型第2コア部材27を備えている。
またこれらコア部材22,23,27は、同じ特性の高透磁率材料から形成され、コア断面積をほぼ同一としているが、第2コア部材27に空隙26を設けることにより、第2コア部材27の透磁率は第1コア部材22,23の透磁率より低く、第2コア部材27の飽和電圧は、第1コア部材22,23の飽和電圧より高く設定されている。また第1コア部材22,23(第1磁性体コア21)は、その飽和電圧が、負荷18が要求する目標電圧(定格電圧に相当)より高い許容上限電圧(>定格電圧)のものが選定されており、第1磁性体コア21の飽和電圧は、負荷18が要求する目標電圧より高く設定されている。
As shown in FIG. 2, the
The
またこれらコア部材22,23,27にはそれぞれ、熱伝導率の高い低透磁率材料からなる放熱板29が取り付けられている。なお、第2コア部材27を取り付ける放熱板29は、放熱板でなくてもよく、第2コア部材27を単に支持できるものであってもよい。またこれら放熱板29は、平行に揃えて配置されて台座30に立設されており、またこれらコア部材22,23,27および放熱板29の空洞31は、ほぼ同径とされている。
また、第1コア部材22,23および放熱板29の空洞31を使用して、一次コイル33が2個の第1コア部材22,23(および放熱板29)に巻かれており、続けて一次コイル33は第2コア部材27および放熱板29の空洞31を使用して、第2コア部材27(および放熱板29)に巻かれている。また一次コイル33の両端が、台座30上に配置された端子台34に接続され、共振回路13に並列に接続されている。
また一方の第1コア部材22およびこの第1コア部材22を設けた放熱板29の空洞31を使用して、第1バイアスコイル36が、第1コア部材22(および放熱板29)に巻かれている。また他方の第1コア部材23およびこの第1コア部材23を設けた放熱板29の空洞31を使用して、第1バイアスコイル36と同一の(同じ特性で同じ長さの)第2バイアスコイル37が、他方の第1コア部材23(および放熱板29)に巻かれている。そして、これら第1バイアスコイル36と第2バイアスコイル37は逆極性となるように直列に接続されて、その両端が、台座30上に配置された端子台34に接続されている。
以上のように、可飽和リアクトル15は、2個(複数の一例)の第1コア部材22,23(第1磁性体コア21)と、これら第1コア部材22,23(第1磁性体コア21)に共通に巻かれ共振回路13に並列に接続された一次コイル33と、前記各第1コア部材22,23に各々巻かれ、一次コイル33に電流が流れたときに起電力が各々相殺するように、つまり逆極性に接続されたバイアスコイル36,37を備え、第1コア部材22,23の総断面積は、第1磁性体コア21(全体)の飽和電圧が負荷18が要求する目標電圧より高くなるように設定されている。
また第1コア部材22,23および放熱板29の空洞31を利用して、一次コイル33と各バイアスコイル36,37とを容易に巻くことができ、製作を容易としている。
Further, a
Further, the
The
As described above, the
Further, the
また出力コンデンサ19の両端電圧(負荷18に印加される電圧)が、負荷18が要求する目標電圧以上となると、バイアスコイル36,37に直流のバイアス電流を流して第1磁性体コア21を飽和する電流回路41を備えている(詳細は後述する)。
When the voltage across the output capacitor 19 (the voltage applied to the load 18) exceeds the target voltage required by the
この電流回路41は、
出力コンデンサ19のプラス側電極にカソードが接続され、出力コンデンサ19の両端電圧が前記目標電圧以上となると導通する定電圧ダイオード(ツェナーダイオード;スイッチ手段の一例)42と、
一端が定電圧ダイオード42のアノードに接続され、他端が直列接続された2本のバイアスコイル36,37の一端に接続された抵抗(電流手段の一例)43と、
カソードが抵抗43の他端および2本のバイアスコイル36,37の一端の接続点に接続され、アノードが出力コンデンサ19のマイナス側電極および2本のバイアスコイル36,37の他端の接続点に接続され、すなわち2本のバイアスコイル36,37の両端に接続され、これら2つのバイアスコイル36,37に流れる電流を循環させる循環用ダイオード(循環手段の一例)44
を備えている。
This
A cathode connected to the positive electrode of the
A resistor (an example of current means) 43 having one end connected to the anode of the
The cathode is connected to the connection point of the other end of the
It has.
前記定電圧ダイオード42は、図1に等価回路として示す、出力コンデンサ19の両端電圧が前記目標電圧以上となると動作するスイッチ手段46を構成しており、降伏電圧(ツェナー電圧)が前記目標電圧(例えば、240V)のものが選定されている。
また抵抗43は、図1に等価回路として示す、スイッチン手段46が動作すると、すなわち定電圧ダイオード42が導通すると、2本のバイアスコイル36,37へバイアス電流を流す電流手段47を構成しており、抵抗値は、バイアス電流を小さくするとき大きく、逆にバイアス電流を大きくするとき小さいものが選定される。電流は、出力コンデンサ19より供給される。
また上記バイアス電流は、後述する循環電流を発生させ、第1磁性体コア21を飽和させる電流であり、例えば、10mAが流される。
The
Further, the
The bias current is a current that generates a circulating current, which will be described later, and saturates the first
上記構成による作用を説明する。
まず、2本のバイアスコイル36,37にバイアス電流を流さない状態としているときの作用について説明する。
可飽和リアクトル15の一次コイル33に印加される共振回路13の共振電圧が、第1磁性体コア21の飽和電圧未満の場合は、共振回路13から出力された(一定)電流は、整流回路16により整流されて負荷18および出力コンデンサ19へ供給され、出力コンデンサ19は充填される。この状態では一次コイル33は大きなインダクタンスを示している。
なお、第1磁性体コア21が磁気飽和していない領域においては、可飽和リアクトル15の第1磁性体コア21(第1コア部材22,23)は、第2磁性体コア25(第2コア部材27)より磁気抵抗が小さいことにより、一次コイル33に流れる電流による磁界は第2磁性体コア25より第1磁性体コア21に大きな磁束を生じさせている。
The operation of the above configuration will be described.
First, the operation when the bias current is not passed through the two bias coils 36 and 37 will be described.
When the resonance voltage of the
In the region where the first
また負荷18が減少し、これに伴い出力コンデンサ19の両端電圧が上昇し、一次コイル33の両端電圧(共振電圧)が上昇し、可飽和リアクトル15の第1磁性体コア21が飽和すると(飽和電圧以上となると)、第1磁性体コア21は、第2磁性体コア25より磁気抵抗が小さいことにより、先に第1磁性体コア21が飽和して第1磁性体コア21の透磁率が略1(μ=1)まで急激に低下し、第1磁性体コア21に巻かれている一次コイル33のインダクタンスが急激に低下して急激にパルス電流が流れ始める。このとき、未だ、第2磁性体コア25は飽和していないため、このときの第2磁性体コア25の透磁率(低下している)に応じて第2磁性体コア25に巻かれている一次コイル33のインダクタンスはある程度の値に維持される。よって、第1磁性体コア21が磁気飽和しても一次コイル33に流れるパルス電流は、それほど急峻で過大とはならない。このように、第2磁性体コア25を設けることにより、穏やかに電圧抑制の作用が働くことになり、急峻で過大なパルス電流に起因する渦電流による発熱や電磁妨害の問題を軽減している。
上記パルス電流が流れることによって、一次コイル33の両端電圧(共振電圧)は、第1磁性体コア21の飽和電圧に抑えられ、よって出力コンデンサ19の両端電圧、すなわち負荷18へ印加される電圧は、前記飽和電圧以下に抑えられる。図3に、共振電圧と一次コイル33に流れるパルス電流の特性図を示す。これは、図5(a)の第1磁性体コア21の磁気ヒステリシス曲線(B−H曲線)において、正と負のサイクル間において第一象限の+Bmと第三象限の−Bmの間でB−Hが遷移している状態として理解される。
When the
When the pulse current flows, the voltage across the primary coil 33 (resonance voltage) is suppressed to the saturation voltage of the first
なお、2本のバイアスコイル36,37はそれぞれ、可飽和リアクトル15の第1磁性体コア21(第1コア部材22,23)に巻かれて、一次コイル33に電流が流れたときに発生する起電力が各々相殺するように、つまりは逆極性に接続されていることにより、これらバイアスコイル36,37に発生する起電力は互いに打ち消しあってバランスするので、バイアスコイル36,37に電流が流れる事無く、よって一次コイル33には影響を与えない。
The two bias coils 36 and 37 are respectively wound around the first magnetic core 21 (
上記作用を前提として、各第1コア部材22,23に巻かれる2本のバイアスコイル36,37にバイアス電流が流れるときの作用について説明する。
第1磁性体コア21の飽和電圧は、環境の温度や磁性体コアの磁気特性により変動することから、上述したように、第1磁性体コア21の飽和電圧を、負荷18が要求する目標電圧{出力コンデンサ19の両端電圧;負荷18の定格電圧に相当}より高い、負荷18の許容上限電圧(>定格電圧)に設定しており、負荷18へ印加される電圧を抑えるバックアップ電圧としている。このように、可飽和リアクトル15を、負荷18へ印加される電圧を抑えるバックアップとして使用している。
Based on the premise of the above operation, the operation when a bias current flows through the two bias coils 36 and 37 wound around the
Since the saturation voltage of the first
出力コンデンサ19の電圧が前記目標電圧{降伏電圧(ツェナー電圧)}以上となると、定電圧ダイオード42が導通し、抵抗43の抵抗値により規定された電流が、2つのバイアスコイル36,37へバイアス電流として流れる。電流は、出力コンデンサ19から供給される。すなわち、図1に等価の回路として示すように、定電圧ダイオード42が、バイアス電流を流すかどうかのスイッチ手段46の役目を果たし、出力コンデンサ19および抵抗43が電流手段47となって、2つのバイアスコイル36,37へバイアス電流を供給する。このように、電流回路41により、2つのバイアスコイル36,37に直流のバイアス電流が供給される。
When the voltage of the
このバイアス電流により、第1磁性体コア21(第1コア部材22,23)に直流磁界が鎖交される。すると、図5(a)の第1磁性体コア21の磁気ヒステリシス曲線(B−H曲線)に示すように、一次コイル33に印加される共振電圧により流れる電流によって起磁力が発生するが、正のサイクルでは一方のバイアスコイル36(37)に流れる電流による直流磁場によってプラス側にバイアスaがかかるので、バイアス電流を流さない状態に比べて少ない起磁力で+Bmに到達して一方の第1コア部材22(23)が飽和し、負のサイクルでは他方のバイアスコイル37(36)に流れる逆向きの電流による直流磁場によってマイナス側にバイアスaがかかるので、バイアス電流を流さない状態に比べて少ない起磁力で−Bmに到達して他方の第1磁性体コア23(22)が飽和する。つまり、第1磁性体コア21に印加される共振電圧が前記飽和電圧未満であっても、2つのうち何れかの第1コア部材22または23が飽和する。一方の第1磁性体コア22(23)が飽和すると、一次コイル33のインダクタンスが低下して急激に電流が流れて他方の第1コア部材23(22)も飽和する。このように、図5(b)に示す如く、見かけ上のB−H曲線が狭まり、磁場Aを発生する電圧(<飽和電圧)で、飽和磁束密度に達して第1磁性体コア21が飽和する。
A DC magnetic field is linked to the first magnetic core 21 (
前記バイアス電流は、出力コンデンサ19の電圧が前記目標電圧以上となると流れることから、出力コンデンサ19の電圧が目標電圧以上となると、バイアスaがかかり第1磁性体コア21は飽和し、共振電圧が目標電圧(<飽和電圧)で、一次コイル33にパルス電流が流れて共振回路13の共振電圧はこの目標電圧に抑えられ、負荷18へ印加される電圧は、安定して目標電圧に制御される。
The bias current flows when the voltage of the
また一方の第1コア部材22(23)が飽和すると一次コイル33によってバイアスコイル36,37に発生する起電力のバランスが崩れ、バイアスコイル電流の順方向に起電力が作用して、2つのバイアスコイル36,37と循環用ダイオード44からなる閉回路に、バイアス電流を遥かに上回る電流値の循環電流が流れる。この循環電流により、上記磁場のバイアスaが発生するので、最初に流すバイアス電流は循環電流を発生するだけの小さな電流でよい。そして、上述したようにこのバイアス電流により、出力コンデンサ19の両端電圧、すなわち負荷18に印加される電圧は目標電圧に制御される。なお、循環電流が他方の第1コア部材23(22)を瞬時に飽和させるので、バイアスコイル36,37に発生する起電力のバランス崩れによる電圧値を抑制することが出来る。
図4(a)に、バイアス電流が流れたときの共振電圧と一次コイル33に流れるパルス電流の特性図、図4(b)に共振電圧とバイアス電流の特性図を示す。
Further, when one of the first core members 22 (23) is saturated, the balance of electromotive forces generated in the bias coils 36 and 37 by the
FIG. 4A shows a characteristic diagram of the resonance voltage and the pulse current flowing through the
以上のように本実施の形態1によれば、2つのバイアスコイル36,37と電流回路41の追加という簡易な構成で、環境の温度や磁性体コアの磁気特性を考慮することなく、負荷18へ印加される電圧を、安定して目標電圧に制御できる定電圧制御を実現できる。また万一、電流回路41に不具合が発生した場合においても、負荷18の電圧の上昇を可飽和リアクトル15で抑えることができる(バックアップとすることができる)。
As described above, according to the first embodiment, the
また本実施の形態1によれば、目標電圧が変更となった場合、可飽和リアクトル15自体を取り替える必要がなく、定電圧ダイオード42の降伏電圧(ツェナー電圧)を目標電圧に合わせたものに取り替えればよく(スイッチ手段46の動作電圧を変えればよく)、簡単に対処できる。
Further, according to the first embodiment, when the target voltage is changed, it is not necessary to replace the
また本実施の形態1によれば、バイアス電流によりバイアスaを変更できることにより、抵抗43の抵抗値を小さくしてバイアス電流を増加させると、応答のはやい定電圧制御を実現でき、逆に抵抗43の抵抗値を大きくしてバイアス電流を減少させると、応答の緩やかな定電圧制御を実現することができる。
Further, according to the first embodiment, since the bias a can be changed by the bias current, when the resistance value of the
[実施の形態2]
図6は、本発明の実施の形態2における無接触給電設備の2次側受電回路の回路図であり、例えば、10kHzほどの一定周波数の高周波電流が供給される1次側の誘導線路または1次側の給電コイルから無接触で給電され、電池に給電する無接触給電設備の2次側受電回路である。実施の形態1と同一の構成には、同一の符号を付して説明を省略する。
[Embodiment 2]
FIG. 6 is a circuit diagram of a secondary-side power receiving circuit of the contactless power supply facility according to Embodiment 2 of the present invention. For example, the primary-side induction line or the 1-side induction line to which a high-frequency current having a constant frequency of about 10 kHz is supplied. It is the secondary side power receiving circuit of the non-contact electric power feeding equipment which is fed non-contact from the secondary side feeding coil and feeds the battery. The same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
実施の形態2では、負荷18を電池(蓄電手段の一例)51とし、また可飽和リアクトル15と整流回路16と切り離し、可飽和リアクトル15の第1磁性体コア21に、一次33より少ない巻数で二次コイル52を巻いて可飽和リアクトル15’を形成し、可飽和リアクトル15’の二次2次コイル52の両端に整流回路16を接続し、二次次コイル52から出力される電流を整流して電池51へ出力している。
二次コイル52は、図7に示すように、第1コア部材22,23(第1磁性体コア21)および放熱板29の空洞31を使用して2個の第1コア部材22,23に共通に巻かれ、その両端が、台座30上に配置された端子台34に接続されている。
In the second embodiment, the
As shown in FIG. 7, the
なお、上記可飽和リアクトル15’の第1磁性体コア21は、その飽和電圧が、電池51が要求する目標電圧(充電電圧に相当)より高い許容上限電圧に設定されたものが選定されており、第1磁性体コア21の飽和電圧は、電池51が要求する目標電圧より高く設定されている。
また定電圧ダイオード42は、降伏電圧(ツェナー電圧)が、電池51が要求する目標電圧(充電電圧に相当)のものが選定されている。
The first
The
このような構成によれば、一次コイル33と二次コイル52のトランスの作用により巻線比に応じて、高電圧の共振電圧を低電圧の電池51の定格電圧に降圧でき、電池51の定格電圧(例えば、12V)への定電圧制御を実現できる。
2つのバイアスコイル36,37と電流回路41の構成により、電池51へ印加される電圧を、安定して目標電圧に制御する作用は、上記実施の形態1の作用と同一であり、説明を省略する。
According to such a configuration, the high resonance voltage can be stepped down to the rated voltage of the
The operation of stably controlling the voltage applied to the
以上のように本実施の形態2によれば、2つのバイアスコイル36,37と二次コイル52と電流回路41との追加という簡易な構成で、環境の温度や磁性体コアの磁気特性を考慮することなく、電池51へ印加される電圧を、安定して目標電圧に制御できる定電圧制御を実現できる。また万一、電流回路41に不具合が発生した場合においても、電池51の電圧の上昇を可飽和リアクトル15’で抑えることができる(バックアップとすることができる)。
As described above, according to the second embodiment, the temperature of the environment and the magnetic characteristics of the magnetic core are taken into account with a simple configuration in which the two bias coils 36 and 37, the
なお、本実施の形態1または2において、可飽和リアクトル15,15’は、第2磁性体コア25を備え、一次コイル33の一部を巻いているが、この第2磁性体コア25は必ずしも必要ではなく、無くても可飽和リアクトル15,15’として共振電圧を抑える機能を果たすことはできる。
また本実施の形態1または2において、第1磁性体コア21を2個の第1コア部材22,23で構成しているが、さらに多くの数のコア部材で構成してもよく、このとき、一次コイル33は、これらコア部材に共通に巻く。またバイアスコイルを各第1コア部材に巻いて直列に接続するが、接続するとき、一次コイル33に電流が流れたときに起電力が各々相殺するように接続される。また二次コイル52は、これらコア部材に共通に巻く。 また本実施の形態1または2において、バイアス電流を規定する素子として抵抗43を使用しているが、定電流ダイオードを使用してもよい。このとき、定電流ダイオードは、アノードを定電圧ダイオード42のアノードに接続し、カソードを2本のバイアスコイル36,37の一端に接続する。
また本実施の形態1または2において、蓄電手段として電池51を充電しているが、蓄電手段は電気2重層コンデンサであってもよい。
In the first or second embodiment, the
In the first or second embodiment, the first
In Embodiment 1 or 2, the
11 誘導線路
12 受電コイル
13 共振回路
14 共振コンデンサ
15,15’ 可飽和リアクトル
16 整流回路
17 チョークコイル
18 負荷
19 出力コンデンサ
21 第1磁性体コア
22,23 第1コア部材(ギャップなし)
25 第2磁性体コア
26 空隙
27 第2コア部材(ギャップあり)
29 放熱板
31 空洞
33 一次コイル
36 第1バイアスコイル
37 第2バイアスコイル
41 電流回路
42 定電圧ダイオード
43 抵抗
44 循環用ダイオード
46 スイッチ手段
47 電流手段
51 電池
52 二次コイル
DESCRIPTION OF
25 Second
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記1次側の誘導線路または1次側の給電コイルより起電力が誘起される受電コイルと、
前記受電コイルに並列に接続され、この受電コイルと前記高周波電流の周波数に共振する共振回路を形成する共振コンデンサと、
前記共振回路の両端に接続された可飽和リアクトルと、
前記共振回路から出力される電流を整流して出力する整流回路と、
前記整流回路の出力端に、前記負荷とともに並列に接続された出力コンデンサと
を備え、
前記可飽和リアクトルは、
複数の第1磁性体コアと、
前記複数の第1磁性体コアに共通に巻かれ前記共振回路に並列に接続された一次コイルと、
前記各第1磁性体コアに各々巻かれ、前記一次コイルに電流が流れたときに起電力が各々相殺するように接続されたバイアスコイル
を備え、
前記第1磁性体コアの総断面積は、第1磁性体コア全体の飽和電圧が前記負荷が要求する目標電圧より高くなるように設定されており、
前記負荷の電圧が前記目標電圧以上となると、前記バイアスコイルに直流のバイアス電流を流し、前記第1磁性体コアを飽和する電流回路を備えたこと
を特徴とする無接触給電設備の2次側受電回路。 A secondary side power receiving circuit of a non-contact power feeding facility that is fed contactlessly from a primary side induction line or a primary side feeding coil to which a high-frequency current is supplied and feeds a load,
A receiving coil in which an electromotive force is induced from the primary side induction line or the primary side feeding coil;
A resonant capacitor connected in parallel to the power receiving coil and forming a resonant circuit that resonates with the power receiving coil and the frequency of the high frequency current;
A saturable reactor connected to both ends of the resonant circuit;
A rectifier circuit that rectifies and outputs a current output from the resonant circuit;
An output capacitor connected in parallel with the load at the output end of the rectifier circuit,
The saturable reactor is
A plurality of first magnetic cores;
A primary coil wound around the plurality of first magnetic cores and connected in parallel to the resonant circuit;
A bias coil wound around each of the first magnetic cores and connected so that electromotive forces cancel each other when a current flows through the primary coil;
The total cross-sectional area of the first magnetic core is set so that the saturation voltage of the entire first magnetic core is higher than the target voltage required by the load,
A secondary side of a contactless power supply facility, comprising: a current circuit that causes a DC bias current to flow through the bias coil and saturate the first magnetic core when the load voltage is equal to or higher than the target voltage. Power receiving circuit.
前記1次側の誘導線路または1次側の給電コイルより起電力が誘起される受電コイルと、
前記受電コイルに並列に接続され、この受電コイルと前記高周波電流の周波数に共振する共振回路を形成する共振コンデンサと、
前記共振回路の両端に接続された可飽和リアクトル
を備え、
前記可飽和リアクトルは、
複数の第1磁性体コアと、
前記複数の第1磁性体コアに共通に巻かれ前記共振回路に並列に接続された一次コイルと、
前記複数の第1磁性体コアに共通に、前記一次コイルより少ない巻数で巻かれた二次コイルと、
前記各第1磁性体コアに各々巻かれ、前記一次コイルに電流が流れたときに起電力が各々相殺するように接続されたバイアスコイル
を備え、
前記可飽和リアクトルのニ次コイルから出力される電流を整流して前記蓄電手段へ出力する整流回路を備え、
前記第1磁性体コアの総断面積は、第1磁性体コア全体の飽和電圧が前記負荷が要求する目標電圧より高くなるように設定されており、
前記蓄電手段の電圧が前記目標電圧以上となると、前記バイアスコイルに直流のバイアス電流を流し、前記第1磁性体コアを飽和する電流回路と
を備えたこと
を特徴とする無接触給電設備の2次側受電回路。 A secondary-side power receiving circuit of a non-contact power feeding facility that is fed contactlessly from a primary induction line or a primary feeding coil to which a high-frequency current is supplied and feeds power storage means,
A receiving coil in which an electromotive force is induced from the primary side induction line or the primary side feeding coil;
A resonant capacitor connected in parallel to the power receiving coil and forming a resonant circuit that resonates with the power receiving coil and the frequency of the high frequency current;
Comprising a saturable reactor connected to both ends of the resonant circuit;
The saturable reactor is
A plurality of first magnetic cores;
A primary coil wound around the plurality of first magnetic cores and connected in parallel to the resonant circuit;
A secondary coil wound with a smaller number of turns than the primary coil in common to the plurality of first magnetic cores;
A bias coil wound around each of the first magnetic cores and connected so that electromotive forces cancel each other when a current flows through the primary coil;
A rectifier circuit that rectifies the current output from the secondary coil of the saturable reactor and outputs the rectified current to the power storage means;
The total cross-sectional area of the first magnetic core is set so that the saturation voltage of the entire first magnetic core is higher than the target voltage required by the load,
2. A non-contact power supply facility comprising: a current circuit for supplying a DC bias current to the bias coil and saturating the first magnetic core when the voltage of the power storage unit becomes equal to or higher than the target voltage. Secondary power receiving circuit.
前記負荷または蓄電手段の電圧が前記目標電圧以上となると動作するスイッチ手段と、
前記スイッチン手段が動作すると、前記バイアスコイルへバイアス電流を流す電流手段と、
前記バイアスコイルの両端に接続され、バイアスコイルに流れる電流を循環させる循環手段
を備えていること
を特徴とする請求項1または請求項2に記載の無接触給電設備の2次側受電回路。 The current circuit is
Switch means that operates when the voltage of the load or power storage means is equal to or higher than the target voltage;
When the switch-on means operates, current means for supplying a bias current to the bias coil;
The secondary-side power receiving circuit of the non-contact power feeding equipment according to claim 1, further comprising a circulation unit that is connected to both ends of the bias coil and circulates a current flowing through the bias coil.
を特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の無接触給電設備の2次側受電回路。 The saturable reactor includes a second magnetic core having a magnetic resistance larger than that of the first magnetic core, and the primary coil is wound around the first magnetic core, and then the primary coil is wound on the second magnetic core. The secondary side power reception circuit of the non-contact electric power supply equipment according to any one of claims 1 to 3, wherein
前記第1磁性体コアを、環状磁路を形成し、空洞を有する同一特性の2個のコア部材により形成し、
前記コア部材毎に、熱伝導率の高い低透磁率材料からなり、前記コア部材とほぼ同径の空洞を有する放熱板を設け、
前記一次コイルは、これら空洞を使用して前記2個のコア部材および放熱板に巻かれ、
前記一方のバイアスコイルは、前記一方のコア部材およびこのコア部材を設けた放熱板の空洞を使用して、前記一方のコア部材および前記放熱板に巻かれ、
前記他方のバイアスコイルは、前記他方のコア部材およびこのコア部材を設けた放熱板の空洞を使用して、前記他方のコア部材および前記放熱板に巻かれ、
前記一方のバイアスコイルと他方のバイアスコイルは、逆極性となるように接続されていること
を特徴とする可飽和リアクトル。 It is a saturable reactor used for the secondary receiving circuit of the non-contact electric power supply equipment according to any one of claims 1 to 4,
The first magnetic core is formed by two core members having the same characteristics, forming an annular magnetic path and having a cavity,
Each of the core members is made of a low magnetic permeability material having a high thermal conductivity, and is provided with a heat sink having a cavity having substantially the same diameter as the core member,
The primary coil is wound around the two core members and the heat sink using these cavities,
The one bias coil is wound around the one core member and the heat radiating plate using the one core member and a cavity of the heat radiating plate provided with the core member,
The other bias coil is wound around the other core member and the heat sink using the other core member and a cavity of the heat sink provided with the core member,
The saturable reactor is characterized in that the one bias coil and the other bias coil are connected to have opposite polarities.
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