JP7117693B2 - power transmission system - Google Patents

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Description

本発明は、特に車両に対して、ワイヤレスで給電を行う電力伝送システムに関する。 The present invention particularly relates to a power transmission system that wirelessly supplies power to a vehicle.

従来、電気自動車や、無人搬送車等、電動モータを用いた移動体として、電池に蓄えられたエネルギを使用して走行するようにしたものが知られている。このように電池に蓄えられたエネルギを使用して走行する移動体は、移動距離に限界があり、また、電池への充電に時間を要するため再稼動に時間がかかる、等といった電池に起因する課題がある。 2. Description of the Related Art Conventionally, moving bodies using electric motors, such as electric vehicles and unmanned guided vehicles, are known to run using energy stored in batteries. A moving object that runs using the energy stored in the battery in this way has a limited moving distance, and it takes time to recharge the battery, which is caused by the battery. I have a problem.

この課題を解決する方法として、移動体へのワイヤレス給電技術が注目されている。
このワイヤレス給電技術は、路面下に埋設された送電電極としての導体からなる電力伝送路から、移動体に搭載された受電電極へＲＦ電力（高周波電力）を非接触で送電する技術である。
この技術により、移動体は電池からのエネルギに頼ることなく、路面からの送電電力だけで走行することができる。すなわち、路面からの送電電力を受電することができれば充電無しに走行することができるという、これまでにない新しい移動体と言える。 As a method for solving this problem, wireless power feeding technology for moving bodies is attracting attention.
This wireless power supply technology is a technology for wirelessly transmitting RF power (high-frequency power) to a power receiving electrode mounted on a moving body from a power transmission line made of a conductor as a power transmitting electrode buried under the road surface.
With this technology, a moving object can run only on electric power transmitted from the road surface without relying on energy from batteries. In other words, it can be said that it is an unprecedented new mobile object that can run without charging as long as it can receive power transmitted from the road surface.

この移動体へのワイヤレス給電技術における課題の一つに、「電力伝送路に生じる定在波が、移動体への電力伝送効率を低下させる。」という課題がある。具体的には、図８に示すように、送電電極１０２に立つ定在波の節の位置に移動体の受電電極１０５が重なるとき、受電電極１０５はＲＦ電力を受電できないという課題である。なお、図８において、１０３ａは電源１０１から送電電極１０２の出力端に向かう進行波、１０３ｂは送電電極１０２の出力端から電源１０１に向かう反射波であり、これら進行波及び反射波が合成された波動が定在波１０３となる。 One of the problems in this wireless power supply technology to mobile bodies is that "a standing wave generated in a power transmission line lowers the efficiency of power transmission to a mobile body." Specifically, as shown in FIG. 8, when the power receiving electrode 105 of the moving object overlaps the position of the node of the standing wave standing on the power transmitting electrode 102, the power receiving electrode 105 cannot receive RF power. In FIG. 8, 103a is a traveling wave from the power source 101 to the output end of the power transmission electrode 102, and 103b is a reflected wave from the output end of the power transmission electrode 102 to the power source 101. These traveling waves and reflected waves are synthesized. The wave becomes the standing wave 103 .

図８に示すように定在波１０３は、振幅が最大となる腹１０３maxの部分と、最小となる節１０３minの部分とを備える。移動体としての車両１０４は、道路の表層材１０６の下に埋設された導体からなる送電電極１０２からＲＦ電力を受電電極１０５で受電し、受電したＲＦ電力を利用して電動モータＭを駆動している。そのため、図８に示すように、受電電極１０５と節１０３minの部分とが対向する地点では、ＲＦ電力を受電することができない。つまり、安定してＲＦ電力を受電することができない。 As shown in FIG. 8, the standing wave 103 has an antinode 103max portion where the amplitude is maximum and a node 103min portion where the amplitude is minimum. A vehicle 104 as a moving object receives RF power from a power transmitting electrode 102 made of a conductor buried under a road surface layer 106 with a power receiving electrode 105, and drives an electric motor M using the received RF power. ing. Therefore, as shown in FIG. 8, RF power cannot be received at the point where the power receiving electrode 105 and the node 103min face each other. In other words, RF power cannot be stably received.

この課題を解決するために、例えば、電力伝送路をＲＦ電力の波長よりも充分短い長さまで分割し、分割した電力伝送路間を左手系回路と呼ばれるＬＣ回路で接続する、右手左手複合系電極線路が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。このような構成とすることにより、電力伝送路に生じる定在波をなくすことができる。そのため、走行路上のどの位置においても、車両（移動体）は高い伝送効率でＲＦ電力を受電することができる。
また、例えば、電力伝送路の出力端に可変リアクタンス回路を装荷し、可変リアクタンス回路を制御することで定在波の腹の位置を受電電極の位置に常に追従させるようにした給電システムも提案されている（例えば、特許文献２参照。）。このような構成とすることにより、どの位置においても車両（移動体）は高い伝送効率でＲＦ電力を受電することができる。 In order to solve this problem, for example, the power transmission line is divided into lengths sufficiently shorter than the wavelength of the RF power, and the divided power transmission lines are connected by an LC circuit called a left-handed circuit. A track has been proposed (see, for example, Patent Document 1). With such a configuration, standing waves generated in the power transmission line can be eliminated. Therefore, the vehicle (moving body) can receive RF power with high transmission efficiency at any position on the road.
Further, for example, a power feeding system has been proposed in which a variable reactance circuit is mounted at the output end of a power transmission line and the position of the antinode of the standing wave always follows the position of the power receiving electrode by controlling the variable reactance circuit. (See Patent Document 2, for example). With such a configuration, the vehicle (moving body) can receive RF power with high transmission efficiency at any position.

特開２０１４－２２７０２５号公報JP 2014-227025 A 特開２０１７－０３４９１９号公報JP 2017-034919 A

しかしながら、右手左手複合系電極線路にあっては、複数の電力伝送路をＬＣ回路で接続しているため、ＲＦ電力の波長よりも十分に短い間隔で複数のＬＣ回路を路面下に埋設する必要があり、敷設コストが高いという課題がある。
また、可変リアクタンス回路を装荷した給電システムにあっては、車両の位置を検出し、検出した車両の位置に応じて可変リアクタンスを制御している。そのため、常時車両の位置を把握して可変リアクタンスを制御する必要があり、装置の複雑化につながるという課題がある。 However, in the right-hand/left-hand composite electrode line, since a plurality of power transmission lines are connected by LC circuits, it is necessary to bury a plurality of LC circuits under the road surface at intervals sufficiently shorter than the wavelength of the RF power. There is a problem that the installation cost is high.
Further, in a power feeding system equipped with a variable reactance circuit, the position of the vehicle is detected and the variable reactance is controlled according to the detected position of the vehicle. Therefore, it is necessary to always grasp the position of the vehicle and control the variable reactance, which leads to the problem of complicating the device.

そこで、この発明は上記従来の未解決の課題に着目してなされたものであり、敷設コストの増加や装置の複雑化を伴うことなく、受電側の車両が高効率で送電電力を受電することの可能な電力伝送システムを提供することを目的としている。 Therefore, the present invention has been made with a focus on the above-mentioned unsolved problems of the prior art. is intended to provide a power transmission system capable of

本願発明の一態様によれば、車両にワイヤレスで電力供給を行う電力伝送システム部が複数所定間隔で配置された電力伝送システムであって、電力伝送システム部は、走行路に沿って配置され、かつ高周波電力を伝送する導体からなる送電電極と、送電電極の入力端に給電を行う給電装置と、送電電極の出力端に設けられ、送電電極の特性インピーダンスと同値の入力インピーダンスを有する整流回路からなる負荷と、を有し、給電装置は、高周波電力給電用の直流電源と、直流電力を高周波電力に変換し、高周波電力を送電電極に入力する高周波インバータと、整流回路から出力される直流電力と、直流電源から出力される直流電力とを合成し、高周波インバータに出力する電力合成回路と、高周波インバータと送電電極との間でのインピーダンス整合を行って、高周波電力を送電電極に出力する整合回路と、を備え、複数の電力伝送システム部のうちの第一の電力伝送システム部が備える電力合成回路に入力される直流電力は、複数の電力伝送システム部のうちの第二の電力伝送システム部が備える整流回路の出力を含む電力伝送システムが提供される。 According to one aspect of the present invention, there is provided a power transmission system in which a plurality of power transmission system units for wirelessly supplying power to a vehicle are arranged at predetermined intervals, wherein the power transmission system units are arranged along a running path, And from a power transmission electrode made of a conductor that transmits high-frequency power, a power supply device that supplies power to the input end of the power transmission electrode , and a rectifier circuit that is provided at the output end of the power transmission electrode and has an input impedance that is the same as the characteristic impedance of the power transmission electrode. The power supply device includes a DC power supply for high-frequency power supply, a high-frequency inverter that converts the DC power into high-frequency power and inputs the high-frequency power to the power transmission electrode, and a DC power output from the rectifier circuit . and the DC power output from the DC power supply, and perform impedance matching between the power combining circuit that outputs to the high-frequency inverter, the high-frequency inverter and the power transmission electrode, and output the high-frequency power to the power transmission electrode. and a circuit, wherein the DC power input to the power combining circuit included in the first power transmission system unit among the plurality of power transmission system units is supplied to the second power transmission system among the plurality of power transmission system units. A power transmission system is provided that includes the output of a rectifier circuit that includes a unit .

また、本願発明の他の態様によれば、車両にワイヤレスで電力供給を行う電力伝送システム部が複数所定間隔で配置された電力伝送システムであって、電力伝送システム部はそれぞれ、入力端に入力される高周波電力を伝送する導体からなる送電電極と、送電電極の出力端に設けられ、送電電極の特性インピーダンスと同値の入力インピーダンスを有する整流回路からなる負荷と、を有し、直流電力を高周波電力に変換し、高周波電力を複数の電力伝送システムに含まれる送電電極それぞれに入力する高周波インバータと、入力される複数の直流電力を合成して高周波インバータに出力する電力合成回路と、を備え、電力合成回路に入力される複数の直流電力は、複数の電力伝送システム部に含まれる整流回路それぞれの出力を含む電力伝送システムが提供される。 Further , according to another aspect of the present invention, there is provided a power transmission system in which a plurality of power transmission system units for wirelessly supplying power to a vehicle are arranged at predetermined intervals, and each of the power transmission system units is input to an input terminal. and a load comprising a rectifier circuit provided at the output end of the power transmission electrode and having an input impedance equal to the characteristic impedance of the power transmission electrode. a high-frequency inverter that converts the high-frequency power into electric power and inputs the high-frequency power to each of power transmission electrodes included in a plurality of power transmission systems; A power transmission system is provided in which the plurality of DC powers input to the power combining circuit include the outputs of the rectifier circuits included in the plurality of power transmission system units .

埋設コストの増加や装置の複雑化を伴うことなく低コストで、受電電極での高効率な受電を実現することができる。 It is possible to realize highly efficient power reception at the power receiving electrode at low cost without increasing the embedding cost or complicating the device.

本発明に係る電力伝送システムの一例を示すブロック図である。1 is a block diagram showing an example of a power transmission system according to the present invention; FIG. 図１に示す電力伝送システムの等価回路モデルの一例である。It is an example of an equivalent circuit model of the power transmission system shown in FIG. 電力伝送効率特性の一例を示す特性図である。FIG. 4 is a characteristic diagram showing an example of power transmission efficiency characteristics; 図１に示す電力伝送システムの等価回路モデルの他の例である。2 is another example of an equivalent circuit model of the power transmission system shown in FIG. 1; 電力伝送効率特性の一例を示す特性図である。FIG. 4 is a characteristic diagram showing an example of power transmission efficiency characteristics; 本発明に係る電力伝送システムの他の例である。It is another example of the power transmission system according to the present invention. 本発明に係る電力伝送システムの他の例である。It is another example of the power transmission system according to the present invention. 従来の給電システムの一例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows an example of the conventional electric power feeding system.

以下の詳細な説明では、本発明の実施形態の完全な理解を提供するように多くの特定の具体的な構成について記載されている。しかしながら、このような特定の具体的な構成に限定されることなく他の実施態様が実施できることは明らかであろう。また、以下の実施形態は、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、実施形態で説明されている特徴的な構成の組み合わせの全てを含むものである。
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。 In the following detailed description, a number of specific specific configurations are set forth in order to provide a thorough understanding of the embodiments of the invention. However, it will be apparent that other embodiments may be practiced without being limited to such specific specific configurations. Moreover, the following embodiments do not limit the invention according to the claims, but include all combinations of characteristic configurations described in the embodiments.
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図１は、本発明を適用した電力伝送システムの一例を示す概略構成図であり、電気自動車や電動カート、電動フォークリフト、電動自動運搬装置等の車両に対して非接触で給電を行う。
車両１０４は、図１に示すように、送電電極１０２から、ＲＦ電力（高周波電力）を、例えば車輪に設けられた受電電極１０５で受電し、受電したＲＦ電力を利用して電動モータＭを駆動する。そして、走行路に沿って送電電極１０２を所定間隔で配置することによって、車両１０４は、走行路から受電を行って継続して走行できるようになっている。 FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an example of a power transmission system to which the present invention is applied, which supplies electric power to vehicles such as electric vehicles, electric carts, electric forklifts, and electric automatic transport devices in a non-contact manner.
As shown in FIG. 1 , the vehicle 104 receives RF power (high-frequency power) from the power transmission electrode 102 by power receiving electrodes 105 provided on wheels, for example, and drives the electric motor M using the received RF power. do. By arranging the power transmission electrodes 102 along the travel path at predetermined intervals, the vehicle 104 can continue to travel while receiving power from the travel path.

電力伝送システム１は、図１に示すように、道路の表層材１０６の下に埋設された送電電極１０２と、送電電極１０２の一端に給電を行う給電装置２と、送電電極１０２の他端に接続されたＲＦ整流回路３と、を備える。
送電電極１０２は、例えば一対の帯状の導体で形成され、車両１０４の左右の車輪間の幅相当だけ離して平行に配置される。そして、車両１０４の左右の車輪がそれぞれ送電電極１０２と対向するように車両１０４が走行することによって、車両１０４は送電電極１０２から受電するようになっている。 The power transmission system 1 includes, as shown in FIG. and a connected RF rectifier circuit 3 .
The power transmission electrodes 102 are formed of, for example, a pair of strip-shaped conductors, and are arranged in parallel with a distance corresponding to the width between the left and right wheels of the vehicle 104 . When the vehicle 104 runs so that the left and right wheels of the vehicle 104 face the power transmission electrodes 102 , the vehicle 104 receives power from the power transmission electrodes 102 .

給電装置２は、高周波電力給電用の直流電源１１と、電力合成回路１２と、ＲＦインバータ１３と、整合回路１４と、を備える。
電力合成回路１２は、ＲＦ整流回路３から出力される直流電力と、直流電源１１から出力される直流電力とを合成し、ＲＦインバータ１３に出力する。
ＲＦインバータ１３は、電力合成回路１２で合成された直流電力を高周波電力に変換して、整合回路１４に出力する。整合回路１４は、ＲＦインバータ１３と送電電極１０２との間でのインピーダンス整合を行って、高周波電力を送電電極１０２に出力する。 The power supply device 2 includes a DC power supply 11 for high frequency power supply, a power combiner circuit 12, an RF inverter 13, and a matching circuit .
The power combining circuit 12 combines the DC power output from the RF rectifier circuit 3 and the DC power output from the DC power supply 11 and outputs the combined DC power to the RF inverter 13 .
The RF inverter 13 converts the DC power combined by the power combining circuit 12 into high frequency power and outputs the high frequency power to the matching circuit 14 . The matching circuit 14 performs impedance matching between the RF inverter 13 and the power transmission electrode 102 and outputs high frequency power to the power transmission electrode 102 .

ＲＦ整流回路３は、送電電極１０２を介して伝送される交流電力を入力し、入力した交流電力を直流電力に変換して電力合成回路１２に出力する。また、ＲＦ整流回路３の入力インピーダンスＺｒｅｃは、送電電極１０２の特性インピーダンスＺ０と同一値に設定されている。そのため、ＲＦ整流回路３が設けられていなければ反射波となるはずであった、送電電極１０２を介して伝達される高周波電力は、ＲＦ整流回路３の出力である直流電力に変換されることになり、送電電極１０２の出力端からの反射波が零となるように調整されたことと同等となる。 The RF rectifier circuit 3 inputs AC power transmitted through the power transmission electrode 102 , converts the input AC power into DC power, and outputs the DC power to the power combining circuit 12 . Also, the input impedance Zrec of the RF rectifier circuit 3 is set to the same value as the characteristic impedance Z0 of the power transmission electrode 102 . Therefore, the high-frequency power transmitted through the power transmission electrode 102, which should have become a reflected wave if the RF rectifier circuit 3 was not provided, is converted into DC power, which is the output of the RF rectifier circuit 3. , which is equivalent to adjustment so that the reflected wave from the output end of the power transmission electrode 102 is zero.

このように、ＲＦ整流回路３を設けることによって、送電電極１０２の出力端からの反射波が零であることと同等となる。そのため、送電電極１０２上に反射波が存在しないことから、定在波１０３が存在しないことになる。
前述のように、定在波１０３が生じる要因は、送電電極１０２上に存在する進行波と反射波とが合成されることにある。そして、本発明の一実施形態では、ＲＦ整流回路３を設け、ＲＦ整流回路３の入力インピーダンスＺｒｅｃと送電電極１０２の特性インピーダンスＺ０とを同一値に設定している。そのため、送電電極１０２に反射波が存在せず、すなわち、定在波１０３が存在しない。その結果、送電電極１０２から受電電極１０５に給電されるＲＦ電力は略一定となり、送電電極１０２から車両１０４に対して安定した電力供給を行うことができる。 By providing the RF rectifier circuit 3 in this way, it becomes equivalent to the fact that the reflected wave from the output terminal of the power transmission electrode 102 is zero. Therefore, since no reflected wave exists on the power transmission electrode 102, the standing wave 103 does not exist.
As described above, the standing wave 103 is caused by combining the traveling wave and the reflected wave existing on the power transmission electrode 102 . In one embodiment of the present invention, an RF rectifier circuit 3 is provided, and the input impedance Zrec of the RF rectifier circuit 3 and the characteristic impedance Z0 of the power transmission electrode 102 are set to the same value. Therefore, no reflected wave exists in the power transmission electrode 102, that is, no standing wave 103 exists. As a result, the RF power supplied from the power transmitting electrode 102 to the power receiving electrode 105 becomes substantially constant, and power can be stably supplied from the power transmitting electrode 102 to the vehicle 104 .

また、ＲＦ整流回路３を一つ設ければよく、このＲＦ整流回路３は必ずしも表層材１０６の下に埋設する必要はない。そのため、敷設コストの増加を伴うことなく実現することができる。また、ＲＦ整流回路３の入力インピーダンスＺｒｅｃを送電電極１０２の特性インピーダンスＺ０と同一値に設定すればよく、給電中においても、複雑な制御を必要としないため、給電装置２の装置の煩雑化を回避することができる。
ここで、図１に示す電力伝送システム１を、等価回路モデルに置き換えてシミュレーションを行い、回路解析を行ったところ、次の結果を得た。 Moreover, only one RF rectifier circuit 3 may be provided, and this RF rectifier circuit 3 does not necessarily have to be embedded under the surface layer material 106 . Therefore, it can be realized without increasing the installation cost. In addition, the input impedance Zrec of the RF rectifier circuit 3 can be set to the same value as the characteristic impedance Z0 of the power transmission electrode 102, and complicated control is not required even during power supply, so the power supply device 2 becomes complicated. can be avoided.
Here, when the electric power transmission system 1 shown in FIG. 1 was replaced with an equivalent circuit model, simulation was performed, and circuit analysis was performed, and the following results were obtained.

〔回路解析１〕
図２は、図１に示す電力伝送システム１を置き換えた等価回路モデルの一例である。
図２において、交流電源２１はＲＦインバータ１３を模擬し、抵抗２２は整合回路１４を模擬している。また、伝送線路２３及び２４は送電電極１０２を模擬し、抵抗２５が送電電極１０２から車両１０４を見たインピーダンスを模擬している。さらに、抵抗２６がＲＦ整流回路３の入力インピーダンスＺｒｅｃを模擬している。
図２に示す等価回路モデルにおいて、送電電極１０２から見た車両１０４は５０Ωの負荷（抵抗２５に対応）、ＲＦ整流回路３は５０Ωの負荷（抵抗２６に対応）とした。また、送電電極１０２は、全長１０ｍ、特性インピーダンスＺ０は５０Ω、実効比誘電率は“２”とした。 [Circuit analysis 1]
FIG. 2 is an example of an equivalent circuit model in which the power transmission system 1 shown in FIG. 1 is replaced.
In FIG. 2, AC power supply 21 simulates RF inverter 13 and resistor 22 simulates matching circuit 14 . The transmission lines 23 and 24 simulate the power transmission electrode 102 , and the resistor 25 simulates the impedance of the vehicle 104 viewed from the power transmission electrode 102 . Furthermore, the resistor 26 simulates the input impedance Zrec of the RF rectifier circuit 3 .
In the equivalent circuit model shown in FIG. 2, the vehicle 104 viewed from the power transmission electrode 102 has a 50Ω load (corresponding to the resistor 25), and the RF rectifier circuit 3 has a 50Ω load (corresponding to the resistor 26). The power transmission electrode 102 has a total length of 10 m, a characteristic impedance Z0 of 50Ω, and an effective relative permittivity of "2".

図２に示す等価回路モデルを用いてシミュレーションを行った結果得られた、ＲＦインバータ１３（交流電源２１に対応）から車両１０４（抵抗２６に対応）までの電力伝送効率の車両位置特性を図３（ａ）に示す。同様にして得た、ＲＦインバータ１３からＲＦ整流回路３（抵抗２６に対応）までの電力伝送効率の車両位置特性を図３（ｂ）に示す。
また、比較例として、図３（ｃ）に、送電電極１０２の出力端を開放した従来のワイヤレス給電装置における、電力伝送効率の車両位置特性を示す。 FIG. 3 shows the vehicle position characteristics of the power transmission efficiency from the RF inverter 13 (corresponding to the AC power supply 21) to the vehicle 104 (corresponding to the resistor 26) obtained as a result of a simulation using the equivalent circuit model shown in FIG. (a) shows. FIG. 3B shows the vehicle position characteristics of the power transmission efficiency from the RF inverter 13 to the RF rectifier circuit 3 (corresponding to the resistor 26) obtained in the same manner.
As a comparative example, FIG. 3C shows vehicle position characteristics of power transmission efficiency in a conventional wireless power supply device in which the output end of the power transmission electrode 102 is open.

ＲＦインバータ１３から車両１０４までの電力伝送効率（図３（ａ））は、送電電極１０２上の車両１０４の位置に関わらず、約４４．４％となることが確認された。同様に、ＲＦインバータ１３からＲＦ整流回路３までの電力伝送効率（図３（ｂ））は、送電電極１０２上の車両１０４の位置に関わらず、約４４．４％となることが確認された。
これに対し、従来のワイヤレス給電装置では、図３（ｃ）に示すように、定在波の影響によって、送電電極１０２上の車両１０４の位置に応じて電力伝送効率が大きく変化し、車両１０４が送電電極１０２上の入力端から２．２ｍ程度の位置にあるときには電力伝送効率は最大１００％となり、同様に入力端から６．１ｍ程度の位置にあるときには電力伝送効率が最小０％となっている。 It was confirmed that the power transmission efficiency from RF inverter 13 to vehicle 104 ( FIG. 3( a )) is about 44.4% regardless of the position of vehicle 104 on power transmission electrode 102 . Similarly, it was confirmed that the power transmission efficiency from the RF inverter 13 to the RF rectifier circuit 3 (FIG. 3(b)) was about 44.4% regardless of the position of the vehicle 104 on the power transmission electrode 102. .
On the other hand, in the conventional wireless power supply device, as shown in FIG. When is at a position of about 2.2 m from the input end on the power transmission electrode 102, the power transmission efficiency becomes 100% at maximum, and similarly, when it is at a position of about 6.1 m from the input end, the power transmission efficiency is at a minimum of 0%. ing.

図３から、本発明の一実施形態に係る図１に示す電力伝送システム１によれば、送電電極１０２上の車両１０４の位置に関係なく、略一定の電力伝送効率で車両１０４に対して給電を行うことができ、また、ＲＦ整流回路３は略一定の入力電力を得られることが推測される。
言い換えれば、ＲＦ整流回路３への入力電力を再利用した場合、ＲＦインバータ１３の出力電力のうち、約８８．８％の電力を常に有効利用することができることが推測される。 3, according to the power transmission system 1 shown in FIG. 1 according to the embodiment of the present invention, power is supplied to the vehicle 104 with substantially constant power transmission efficiency regardless of the position of the vehicle 104 on the power transmission electrode 102. and that the RF rectifier circuit 3 can obtain substantially constant input power.
In other words, when the power input to the RF rectifier circuit 3 is reused, it is estimated that approximately 88.8% of the power output from the RF inverter 13 can always be effectively used.

〔回路解析２〕
図４は、図１に示す電力伝送システム１を置き換えた等価回路モデルの他の例であって、図２に示す等価回路モデルにおいて、ＲＦ整流回路３をより詳細に模擬したものである。
図２と同様に、交流電源２１はＲＦインバータ１３を模擬し、抵抗２２は整合回路１４を模擬している。また、伝送線路２３及び２４は送電電極１０２を模擬し、抵抗２５が送電電極１０２から車両１０４を見たインピーダンスを模擬している。さらに、インダクタンス３１及び容量３２で模擬される高調波フィルタと、容量３３と、ダイオード３４と、インダクタンス３５とで、ＲＦ整流回路３を模擬している。なお、抵抗３６は、ＲＦ整流回路３に接続される直流負荷を模擬している。 [Circuit analysis 2]
FIG. 4 is another example of an equivalent circuit model that replaces the power transmission system 1 shown in FIG. 1, and simulates the RF rectifier circuit 3 in more detail in the equivalent circuit model shown in FIG.
As in FIG. 2, AC power supply 21 simulates RF inverter 13 and resistor 22 simulates matching circuit 14 . The transmission lines 23 and 24 simulate the power transmission electrode 102 , and the resistor 25 simulates the impedance of the vehicle 104 viewed from the power transmission electrode 102 . Further, the RF rectifier circuit 3 is simulated by a harmonic filter simulated by an inductance 31 and a capacitor 32, a capacitor 33, a diode 34, and an inductance 35. FIG. A resistor 36 simulates a DC load connected to the RF rectifier circuit 3 .

図４に示す等価回路モデルにおいて、送電電極１０２から見た車両１０４は、５０Ωの負荷（抵抗２５に対応）、ＲＦ整流回路３はシングルシャント整流回路に高調波フィルタを設けた回路とした。このとき、ＲＦ整流回路３の入力インピーダンスＺｒｅｃが、送電電極１０２の特性インピーダンスＺ０（＝５０Ω）と同一値である“５０Ω”となるように、ＲＦ整流回路３に接続される直流負荷としての抵抗３６を４５Ωに設定した。また、送電電極１０２は、全長１０ｍ、特性インピーダンスＺ０は、５０Ω、実効比誘電率は“２”とした。 In the equivalent circuit model shown in FIG. 4, the vehicle 104 viewed from the power transmission electrode 102 has a 50Ω load (corresponding to the resistor 25), and the RF rectifier circuit 3 is a single-shunt rectifier circuit with a harmonic filter. At this time, the DC load connected to the RF rectifier circuit 3 is set so that the input impedance Zrec of the RF rectifier circuit 3 becomes “50Ω”, which is the same value as the characteristic impedance Z 0 (=50Ω) of the power transmitting electrode 102. Resistor 36 was set to 45Ω. The power transmission electrode 102 has a total length of 10 m, a characteristic impedance Z0 of 50Ω, and an effective dielectric constant of "2".

図４に示す等価回路モデルを用いてシミュレーションを行った結果得られた、ＲＦインバータ１３（交流電源２１に対応）から車両１０４（抵抗２５に対応）までの電力伝送効率の車両位置特性を図５（ａ）に示す。同様にして得た、ＲＦインバータ１３からＲＦ整流回路３（抵抗２６に対応）までの電力伝送効率の車両位置特性を図５（ｂ）に示す。
車両１０４までの電力伝送効率（図５（ａ））は、送電電極１０２上の車両１０４の位置に応じて、４０％以上５０％以下の範囲で変動することが推測される。同様に、ＲＦ整流回路３までの電力伝送効率（図５（ｂ））は、送電電極１０２上の車両１０４の位置に関わらず、約４１％前後で変動することが推測される。 FIG. 5 shows the vehicle position characteristics of the power transmission efficiency from the RF inverter 13 (corresponding to the AC power supply 21) to the vehicle 104 (corresponding to the resistor 25) obtained as a result of a simulation using the equivalent circuit model shown in FIG. (a) shows. FIG. 5B shows the vehicle position characteristics of the power transmission efficiency from the RF inverter 13 to the RF rectifier circuit 3 (corresponding to the resistor 26) obtained in the same manner.
It is estimated that the power transmission efficiency to vehicle 104 ( FIG. 5( a )) fluctuates within a range of 40% or more and 50% or less depending on the position of vehicle 104 on power transmission electrode 102 . Similarly, the power transmission efficiency ( FIG. 5B ) up to the RF rectifier circuit 3 is estimated to fluctuate around 41% regardless of the position of the vehicle 104 on the power transmission electrode 102 .

言い換えれば、ＲＦ整流回路３への入力電力を再利用した場合、ＲＦインバータ１３の出力電力のうち、約８０％の電力を常に有効利用することができることが推測される。
図５から、本発明の一実施形態に係る電力伝送システム１によれば、送電電極１０２上の車両１０４の位置に関係なく、略一定の電力伝送効率で車両１０４に対して給電を行うことができ、また、ＲＦ整流回路３は略一定の入力電力を得られることが推測される。 In other words, when the input power to the RF rectifier circuit 3 is reused, it is estimated that approximately 80% of the power output from the RF inverter 13 can always be effectively used.
5, according to the power transmission system 1 according to the embodiment of the present invention, power can be supplied to the vehicle 104 with substantially constant power transmission efficiency regardless of the position of the vehicle 104 on the power transmission electrode 102. It is assumed that the RF rectifier circuit 3 can obtain substantially constant input power.

なお、上記実施形態においては、ＲＦ整流回路３から出力される直流電力を、自電力伝送システム１内の電力合成回路１２に戻す場合について説明したがこれに限るものではない。例えば図６に示すように、図１に示す単体の電力伝送システム１を複数配置し、複数の電力伝送システム１を結合した結合電力伝送システム４１を構成する。そして、この結合電力伝送システム４１に含まれる複数の電力伝送システム１のうちの、例えば電力伝送システム１ａに含まれるＲＦ整流回路３の出力を、電力伝送システム１ａの出力端側に配置された電力伝送システム１ｂの電力合成回路１２に供給し、電力伝送システム１ｂに含まれるＲＦ整流回路３の出力を、電力伝送システム１ｂの出力端側に配置された電力伝送システム１ｃの電力合成回路１２に供給し、というように、結合電力伝送システム４１のうちの一の電力伝送システム１に含まれるＲＦ整流回路３から出力される直流電力を、この一の電力伝送システム１の出力端側に配置された次の電力伝送システム１に含まれる電力合成回路１２に供給するようにしてもよい。 In addition, in the above embodiment, the case where the DC power output from the RF rectifier circuit 3 is returned to the power combining circuit 12 in the own power transmission system 1 has been described, but the present invention is not limited to this. For example, as shown in FIG. 6, a plurality of single power transmission systems 1 shown in FIG. Then, the output of the RF rectifier circuit 3 included in, for example, the power transmission system 1a among the plurality of power transmission systems 1 included in the combined power transmission system 41 is used as the power arranged on the output end side of the power transmission system 1a. The output of the RF rectifier circuit 3 included in the power transmission system 1b is supplied to the power combining circuit 12 of the power transmission system 1b, and the output of the RF rectifier circuit 3 included in the power transmission system 1b is supplied to the power combining circuit 12 of the power transmission system 1c arranged on the output end side of the power transmission system 1b. and so on, the DC power output from the RF rectifier circuit 3 included in one power transmission system 1 of the coupled power transmission system 41 is arranged on the output end side of this one power transmission system 1 It may be supplied to a power combiner circuit 12 included in the power transmission system 1 described below.

ＲＦ整流回路３は送電電極１０２の出力端に設けられ、電力合成回路１２は送電電極１０２の入力端側に設けられているため、図１に示すように、自電力伝送システム１内で、ＲＦ整流回路３の出力を電力合成回路１２に戻す場合には、送電電極１０２の出力端側から入力端側まで、ＲＦ整流回路３の出力を伝送するためのケーブルＬを設ける必要がある。そのため、電力伝送システム１の中で、ＲＦ整流回路３の出力を、電力合成回路１２に戻すのではなく、図６に示すように、一の電力伝送システム１ａに含まれるＲＦ整流回路３の出力を、一の電力伝送システム１ａの出力端側に配置された次の電力伝送システム１ｂに含まれる電力合成回路１２に供給することにより、ＲＦ整流回路３の出力を電力合成回路１２に伝送するためのケーブルＬはより短くてすむ。したがって、ＲＦ整流回路３の出力を電力合成回路１２に戻す場合には、他の電力伝送システム１に含まれる電力合成回路１２に供給することが好ましい。 Since the RF rectifier circuit 3 is provided at the output end of the power transmission electrode 102 and the power combining circuit 12 is provided at the input end side of the power transmission electrode 102, as shown in FIG. When returning the output of the rectifier circuit 3 to the power combining circuit 12, it is necessary to provide a cable L for transmitting the output of the RF rectifier circuit 3 from the output terminal side of the power transmission electrode 102 to the input terminal side. Therefore, in the power transmission system 1, instead of returning the output of the RF rectifier circuit 3 to the power combining circuit 12, as shown in FIG. to the power combining circuit 12 included in the next power transmission system 1b arranged on the output end side of one power transmission system 1a, so that the output of the RF rectifier circuit 3 is transmitted to the power combining circuit 12 cable L can be shorter. Therefore, when returning the output of the RF rectifier circuit 3 to the power combiner circuit 12 , it is preferable to supply it to the power combiner circuit 12 included in another power transmission system 1 .

また、上記実施形態においては、電力伝送システム１毎に直流電源１１を備える場合について説明したが、これに限るものではなく、共通の直流電源１１から複数の電力伝送システム１に対して直流電力を供給するようにしてもよい。
また、図７に示すように、図１に示す電力伝送システム１において、複数の電力伝送システム１間で、直流電源１１、電力合成回路１２及びＲＦインバータ１３を共通化した結合電力伝送システム４２を形成するようにしてもよい。すなわち、図１に示す電力伝送システム１の構成要素のうち、直流電源１１、電力合成回路１２及びＲＦインバータ１３を除く、残りの構成要素、つまり整合回路１４、送電電極１０２、及びＲＦ整流回路３を備えたシステムを電力伝送システム１′とすると、この電力伝送システム１′を複数配置した結合電力伝送システム４２を形成する。 Further, in the above embodiment, the case where the DC power supply 11 is provided for each power transmission system 1 has been described, but the present invention is not limited to this. may be supplied.
Further, as shown in FIG. 7, in the power transmission system 1 shown in FIG. may be formed. That is, among the components of the power transmission system 1 shown in FIG. is a power transmission system 1', a coupled power transmission system 42 is formed by arranging a plurality of power transmission systems 1'.

具体的には、図７に示すように、結合電力伝送システム４２は、直流電源１１と電力合成回路１２とＲＦインバータ１３と、複数の電力伝送システム１′（図７では３つの電力伝送システム１ａ′～１ｃ′）と、を含む。
ＲＦインバータ１３は、電力合成回路１２から出力される直流電力を高周波電力に変換し、複数の電力伝送システム１ａ′～１ｃ′それぞれに含まれる整合回路１４に出力する。整合回路１４は、ＲＦインバータ１３と送電電極１０２との間でのインピーダンス整合を行って、高周波電力を送電電極１０２に出力する。 Specifically, as shown in FIG. 7, the coupled power transmission system 42 includes a DC power supply 11, a power combining circuit 12, an RF inverter 13, and a plurality of power transmission systems 1' (three power transmission systems 1a in FIG. ' to 1c') and
The RF inverter 13 converts the DC power output from the power combining circuit 12 into high frequency power, and outputs the high frequency power to the matching circuits 14 included in each of the plurality of power transmission systems 1a' to 1c'. The matching circuit 14 performs impedance matching between the RF inverter 13 and the power transmission electrode 102 and outputs high frequency power to the power transmission electrode 102 .

ＲＦ整流回路３は、送電電極１０２を介して伝送される交流電力を入力し、入力した交流電力を直流電力に変換して電力合成回路１２に出力する。また、ＲＦ整流回路３の入力インピーダンスＺｒｅｃは、送電電極１０２の特性インピーダンスＺ０と同一値に設定されている。
そして、電力合成回路１２は、各電力伝送システム１ａ′～１ｃ′に含まれるＲＦ整流回路３それぞれから出力される直流電力と、直流電源１１から出力される直流電力とを合成し、ＲＦインバータ１３に出力する。
このように、直流電源１１、電力合成回路１２及びＲＦインバータ１３を共通化するこ４によって、部品点数を削減することができる。 The RF rectifier circuit 3 inputs AC power transmitted through the power transmission electrode 102 , converts the input AC power into DC power, and outputs the DC power to the power combining circuit 12 . Also, the input impedance Zrec of the RF rectifier circuit 3 is set to the same value as the characteristic impedance Z0 of the power transmission electrode 102 .
Then, the power combining circuit 12 combines the DC power output from each of the RF rectifier circuits 3 included in the power transmission systems 1a′ to 1c′ and the DC power output from the DC power supply 11, and the RF inverter 13 output to
By sharing the DC power supply 11, the power combining circuit 12 and the RF inverter 13 in this manner 4, the number of parts can be reduced.

また、上記実施形態においては、ＲＦ整流回路３の出力を、電力合成回路１２に戻しているが、これに限るものではない。例えば、道路脇に設置されている街灯や、道路に設置されている装置、例えば、融雪装置に対して動作電力として供給するようにしてもよい。要はＲＦ整流回路３の出力を消費することの可能な設備に対して動作電力として供給するようにしてもよい。
ＲＦ整流回路３の出力を自電力伝送システム１内に戻さない場合には、電力合成回路１２を設けなくともよい。 Also, in the above embodiment, the output of the RF rectifier circuit 3 is returned to the power combiner circuit 12, but the present invention is not limited to this. For example, it may be supplied as operating power to a streetlight installed on the side of the road or a device installed on the road, such as a snow melting device. In short, the output of the RF rectifier circuit 3 may be supplied as operating power to equipment capable of consuming the output.
If the output of the RF rectifier circuit 3 is not returned to the own power transmission system 1, the power combiner circuit 12 may not be provided.

なお、本発明の範囲は、図示され記載された例示的な実施形態に限定されるものではなく、本発明が目的とするものと均等な効果をもたらす全ての実施形態をも含む。
さらに、本発明の範囲は、請求項により画される発明の特徴の組み合わせに限定されるものではなく、全ての開示されたそれぞれの特徴のうち特定の特徴のあらゆる所望する組み合わせによって画されうる。 It should be noted that the scope of the invention is not limited to the illustrated and described exemplary embodiments, but includes all embodiments that achieve equivalent effects for which the invention is intended.
Furthermore, the scope of the invention is not limited to the combination of inventive features defined by the claims, but may be defined by any desired combination of the particular features of all individual disclosed features.

１、１′ 電力伝送システム
２ 給電装置
３ ＲＦ整流回路
１１ 直流電源
１２ 電力合成回路
１３ ＲＦインバータ
１４ 整合回路
４１、４２ 結合電力伝送システム
１０２ 送電電極
１０３ 定在波
１０４ 車両
１０５ 受電電極 Reference Signs List 1, 1' power transmission system 2 power supply device 3 RF rectifier circuit 11 DC power supply 12 power combining circuit 13 RF inverter 14 matching circuits 41, 42 coupled power transmission system 102 power transmission electrode 103 standing wave 104 vehicle 105 power reception electrode

Claims (3)

車両にワイヤレスで電力供給を行う電力伝送システム部が複数所定間隔で配置された電力伝送システムであって、
前記電力伝送システム部は、
走行路に沿って配置され、かつ 高周波電力を伝送する導体からなる送電電極と、
前記送電電極の入力端に給電を行う給電装置と、
前記送電電極の出力端に設けられ、前記送電電極の特性インピーダンスと同値の入力インピーダンスを有する整流回路からなる負荷と、を有し、
前記給電装置は、
高周波電力給電用の直流電源と、
直流電力を高周波電力に変換し、前記高周波電力を前記送電電極に入力する高周波インバータと、
前記整流回路から出力される直流電力と、前記直流電源から出力される直流電力とを合成し、前記高周波インバータに出力する電力合成回路と、
前記高周波インバータと前記送電電極との間でのインピーダンス整合を行って、高周波電力を前記送電電極に出力する整合回路と、
を備え 、
複数の前記電力伝送システム部のうちの第一の電力伝送システム部が備える前記電力合成回路に入力される前記直流電力は、複数の前記電力伝送システム部のうちの第二の電力伝送システム部が備える前記整流回路の出力を含むことを特徴とする 電力伝送システム。 A power transmission system that wirelessly supplies power to a vehicleA power transmission system in which a plurality of parts are arranged at predetermined intervalsand
The power transmission system unit
located along the travel path, and transmit high-frequency powerPower transmission electrode made of conductorWhen,
a power supply device that supplies power to the input end of the power transmission electrode;
Saidpower transmission electrodeprovided at the output end of thepower transmission electrodehas the same input impedance as the characteristic impedance ofconsists of a rectifier circuitload and, has
The power supply device
a DC power supply for high-frequency power feeding;
a high-frequency inverter that converts direct-current power into high-frequency power and inputs the high-frequency power to the power transmission electrode;
a power synthesis circuit that combines the DC power output from the rectifier circuit and the DC power output from the DC power supply and outputs the power to the high-frequency inverter;
a matching circuit that performs impedance matching between the high-frequency inverter and the power transmission electrode and outputs high-frequency power to the power transmission electrode;
equipped with ,
The DC power input to the power combining circuit included in the first power transmission system unit among the plurality of power transmission system units is supplied to the second power transmission system unit among the plurality of power transmission system units. characterized by including the output of the rectifier circuit provided power transmission system. 前記第一の電力伝送システム部は、前記第二の電力伝送システム部が備える前記送電電極の出力端側に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の電力伝送システム。 2. The power transmission system according to claim 1 , wherein said first power transmission system section is arranged on an output end side of said power transmission electrode provided in said second power transmission system section . 車両にワイヤレスで電力供給を行う電力伝送システム部が複数所定間隔で配置された電力伝送システムであって、
前記電力伝送システム部はそれぞれ、入力端に入力される高周波電力を伝送する導体からなる送電電極と、
前記送電電極の出力端に設けられ、前記送電電極の特性インピーダンスと同値の入力インピーダンスを有する整流回路からなる負荷と、を有し、
直流電力を高周波電力に変換し、前記高周波電力を複数の前記電力伝送システム部に含まれる前記送電電極それぞれに入力する高周波インバータと、
入力される複数の直流電力を合成して前記高周波インバータに出力する電力合成回路と、を備え、
前記電力合成回路に入力される前記複数の直流電力は、複数の前記電力伝送システム部に含まれる前記整流回路それぞれの出力を含むことを特徴とする電力伝送システム。 A power transmission system in which a plurality of power transmission system units that wirelessly supply power to a vehicle are arranged at predetermined intervals,
each of the power transmission system units includes a power transmission electrode made of a conductor that transmits high-frequency power input to an input terminal;
a load provided at the output end of the power transmission electrode and comprising a rectifier circuit having an input impedance equal to the characteristic impedance of the power transmission electrode;
DC power is converted into high frequency power, and the high frequency power is transmitted to the plurality of power transmission systemsDepartmentA high-frequency inverter input to each of the power transmission electrodes included in the
a power combining circuit that combines a plurality of input DC powers and outputs them to the high-frequency inverter;
The plurality of DC powers input to the power combiner circuit are transmitted from the plurality of power transmission systemsDepartmentA power transmission system comprising an output of each of the rectifier circuits included in the power transmission system.
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