特許 7005351 非接触電力伝送装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-01-07

(45)【発行日】2022-01-21

(54)【発明の名称】非接触電力伝送装置

(51)【国際特許分類】

   H02J 50/40 20160101AFI20220114BHJP

   H02J 50/50 20160101ALI20220114BHJP

   H02J 50/12 20160101ALI20220114BHJP

【ＦＩ】

H02J50/40

H02J50/50

H02J50/12

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2018001442

(22)【出願日】2018-01-09

(65)【公開番号】P2019122172

(43)【公開日】2019-07-22

【審査請求日】2021-01-06

(73)【特許権者】

【識別番号】000004330

【氏名又は名称】日本無線株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100119677

【弁理士】

【氏名又は名称】岡田 賢治

(74)【代理人】

【識別番号】100115794

【弁理士】

【氏名又は名称】今下 勝博

(72)【発明者】

【氏名】堀内 雅城

【審査官】大濱 伸也

(56)【参考文献】

【文献】特開２００７－０６０８２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－０７７７３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０７００３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－０７３０１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１０１０７９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｊ ５０／００－５０／９０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

インバータにより構成され、電力を送電する送電機と、
前記送電機により送電された電力を非接触伝送するＳＰ方式の第１非接触伝送回路と、
第ｎ非接触伝送回路により伝送された電力のうち、一部を受電する第ｎ受電機と、
前記第ｎ受電機により受電された電力を供給される第ｎ負荷と、
前記第ｎ非接触伝送回路により伝送された電力のうち、前記第ｎ受電機により受電されなかった残りを整流せずそのまま非接触伝送するＳＰ方式の第ｎ＋１非接触電力伝送回路と、
を備え、
前記第ｎ負荷は、１次側及び２次側のコイルにより構成される関節を屈曲及び／又は回転させる第ｎモータと、前記第ｎモータの制御信号を無線受信する第ｎ無線機と、を含み、
前記第ｎ非接触伝送回路において、前記第ｎ負荷が最大負荷であるときに、第ｎの２次側並列コンデンサの容量が２次側の共振条件を満足する値より小さく、前記第ｎ負荷が最小負荷であるときも、２次側の共振条件が満足されず、
前記送電機から見た入力インピーダンスは、前記第ｎ負荷の変動範囲内で誘導性である
ことを特徴とする非接触電力伝送装置。

【請求項2】

少なくとも前記第１非接触伝送回路において、１次側の共振条件が満足されず、
前記送電機から見た入力インピーダンスは、誘導性である
ことを特徴とする、請求項１に記載の非接触電力伝送装置。

【請求項3】

前記第ｎ負荷の印加電圧は、ｎによらずほぼ同一である
ことを特徴とする、請求項１又は２に記載の非接触電力伝送装置。

【請求項4】

前記第ｎ非接触伝送回路において、２次側コイルのインダクタンスは、１次側コイルのインダクタンスのｋ^２倍である（ｋは前記１次側コイルと前記２次側コイルとの結合係数）
ことを特徴とする、請求項３に記載の非接触電力伝送装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、送電機により送電された電力を数段にわたり非接触伝送する技術に関する。

【背景技術】

【0002】

ロボット等の多関節を屈曲及び／又は回転させるモータに対して、内部配線により電力伝送及び通信制御を行なう技術が存在する（例えば、特許文献１等を参照。）。

【0003】

従来技術の電力伝送装置の構成を図１に示す。電力伝送装置１は、送電側から受電側へと、モータドライバ１０、第０負荷Ｒ０、第１関節１１、第１負荷Ｒ１、第２関節１２、第２負荷Ｒ２、第３関節１３及び第３負荷Ｒ３から構成される。

【0004】

第０負荷Ｒ０、第１負荷Ｒ１、第２負荷Ｒ２及び第３負荷Ｒ３は、第１関節１１、第２関節１２及び第３関節１３を屈曲及び／又は回転させるモータであり、モータドライバ１０からの内部配線により電力伝送及び通信制御を受ける。しかし、第１関節１１、第２関節１２及び第３関節１３が屈曲及び／又は回転することにより、内部配線が疲労及び／又は断線するため、内部配線を定期的に交換及び／又は修理する必要がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１２－１９２４９７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

そこで、ロボット等の多関節を屈曲及び／又は回転させるモータに対して、非接触伝送により電力伝送を行なうとともに、無線通信により通信制御を行なうことが考えられる。

【0007】

比較例の非接触電力伝送装置の構成を図２に示す。非接触電力伝送装置２は、送電側から受電側へと、電源２０、モータ制御部２１、第０負荷Ｒ０、第１送電機２２、第１非接触伝送回路２３、第１受電機２４、第１負荷Ｒ１、第２送電機２５、第２非接触伝送回路２６、第２受電機２７、第２負荷Ｒ２、第３送電機２８、第３非接触伝送回路２９、第３受電機３０及び第３負荷Ｒ３から構成される。第１非接触伝送回路２３は、第１の１次側コイルＬｔ１及び第１の２次側コイルＬｒ１から構成され、第２非接触伝送回路２６は、第２の１次側コイルＬｔ２及び第２の２次側コイルＬｒ２から構成され、第３非接触伝送回路２９は、第３の１次側コイルＬｔ３及び第３の２次側コイルＬｒ３から構成される。

【0008】

第０負荷Ｒ０、第１負荷Ｒ１、第２負荷Ｒ２及び第３負荷Ｒ３は、１次側及び２次側のコイルにより構成される関節を屈曲及び／又は回転させるモータであり、第１非接触伝送回路２３、第２非接触伝送回路２６及び第３非接触伝送回路２９により電力伝送を受け、モータ制御部２１により無線制御を受ける。しかし、各関節の負荷毎に送電機及び受電機が必要であるため、省スペース化及び低コスト化を図ることができない。

【0009】

そこで、前記課題を解決するために、本開示は、送電機により送電された電力を数段にわたり非接触伝送するにあたり、省スペース化及び低コスト化を図ることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

前記課題を解決するために、各負荷毎に受電機を配置するのみであり、各負荷毎に送電機を配置するわけではなく、送電機を初段のみに配置することとした。そして、初段のみに配置された送電機により送電された電力を数段にわたり非接触伝送するために、各負荷毎に非接触伝送回路として適切な整合回路を挿入することとした。

【0011】

具体的には、本開示は、インバータにより構成され、電力を送電する送電機と、前記送電機により送電された電力を非接触伝送するＳＰ方式の第１非接触伝送回路と、第ｎ非接触伝送回路により伝送された電力のうち、一部を受電する第ｎ受電機と、前記第ｎ受電機により受電された電力を供給される第ｎ負荷と、前記第ｎ非接触伝送回路により伝送された電力のうち、前記第ｎ受電機により受電されなかった残りを整流せずそのまま非接触伝送するＳＰ方式の第ｎ＋１非接触電力伝送回路と、を備えることを特徴とする非接触電力伝送装置である。

【0012】

この構成によれば、初段のみに配置された送電機により送電された電力を数段にわたり非接触伝送するにあたり、省スペース化及び低コスト化を図ることができる。

【0013】

また、本開示は、前記第ｎ負荷は、１次側及び２次側のコイルにより構成される関節を屈曲及び／又は回転させる第ｎモータと、前記第ｎモータの制御信号を無線受信する第ｎ無線機と、を含むことを特徴とする非接触電力伝送装置である。

【0014】

この構成によれば、多関節のロボット等に本開示の発明を用いることができる。

【0015】

また、本開示は、前記送電機から見た入力インピーダンスは、誘導性であることを特徴とする非接触電力伝送装置である。

【0016】

この構成によれば、送電機が備えるブリッジ回路に流れる貫通電流を小さくすることができるため、送電機における損失を減らすことができる。

【0017】

また、本開示は、少なくとも前記第１非接触伝送回路において、１次側の共振条件が満足されないことを特徴とする非接触電力伝送装置である。

【0018】

この構成によれば、送電機から見た入力インピーダンスを誘導性とすることができる。

【0019】

また、本開示は、前記送電機から見た入力インピーダンスは、前記第ｎ負荷の変動範囲内で誘導性であることを特徴とする非接触電力伝送装置である。

【0020】

この構成によれば、各負荷毎の変動範囲内で、送電機が備えるブリッジ回路に流れる貫通電流を小さくすることができるため、送電機における損失を減らすことができる。

【0021】

また、本開示は、前記第ｎ非接触伝送回路において、２次側の共振条件が満足されないことを特徴とする非接触電力伝送装置である。

【0022】

この構成によれば、各負荷毎の変動範囲内で、送電機から見た入力インピーダンスを誘導性とすることができる。

【0023】

また、本開示は、前記第ｎ負荷の印加電圧は、ｎによらずほぼ同一であることを特徴とする非接触電力伝送装置である。

【0024】

この構成によれば、複数の負荷として同一の負荷を用いることができる。

【0025】

また、本開示は、前記第ｎ非接触伝送回路において、２次側コイルのインダクタンスは、１次側コイルのインダクタンスのｋ^２倍である（ｋは前記１次側コイルと前記２次側コイルとの結合係数）ことを特徴とする非接触電力伝送装置である。

【0026】

この構成によれば、各負荷毎の印加電圧をほぼ同一とすることができる。

【発明の効果】

【0027】

このように、本開示は、送電機により送電された電力を数段にわたり非接触伝送するにあたり、省スペース化及び低コスト化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0028】

【図1】従来技術の電力伝送装置の構成を示す図である。

【図2】比較例の非接触電力伝送装置の構成を示す図である。

【図3】本開示の非接触電力伝送装置の構成を示す図である。

【図4】本開示の送電機の構成を示す図である。

【図5】比較例の送電機の貫通電流及び損失を示す図である。

【図6】本開示の送電機の貫通電流及び損失を示す図である。

【図7】本開示の送電機出力の電圧／電流及び各負荷の電圧／電流を示す図である。

【図8】本開示の送電機出力の電圧／電流及び各負荷の電圧／電流を示す図である。

【図9】本開示の送電機出力の電圧／電流及び各負荷の電圧／電流を示す図である。

【図10】本開示の送電機出力の電圧／電流及び各負荷の電圧／電流を示す図である。

【図11】本開示の送電機出力の電圧／電流及び各負荷の電圧／電流を示す図である。

【図12】本開示の送電機出力の電圧／電流及び各負荷の電圧／電流を示す図である。

【図13】本開示の送電機出力の電圧／電流及び各負荷の電圧／電流を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0029】

添付の図面を参照して本開示の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本開示の実施の例であり、本開示は以下の実施形態に制限されるものではない。

【0030】

本開示の非接触電力伝送装置の構成を図３に示す。非接触電力伝送装置３は、送電側から受電側へと、電源３１、モータ制御部３２、第０負荷Ｒ０、送電機３３、第１非接触伝送回路３４、第１受電機３５、第２非接触伝送回路３６、第２受電機３７、第３非接触伝送回路３８及び第３受電機３９から構成される。第１受電機３５、第２受電機３７及び第３受電機３９には、各々、第１負荷Ｒ１、第２負荷Ｒ２及び第３負荷Ｒ３が接続される。

【0031】

第１非接触伝送回路３４は、第１の１次側コイルＬｔ１、第１の１次側直列コンデンサＣｓ１、第１の２次側コイルＬｒ１及び第１の２次側並列コンデンサＣｐ１から構成される。第２非接触伝送回路３６は、第２の１次側コイルＬｔ２、第２の１次側直列コンデンサＣｓ２、第２の２次側コイルＬｒ２及び第２の２次側並列コンデンサＣｐ２から構成される。第３非接触伝送回路３８は、第３の１次側コイルＬｔ３、第３の１次側直列コンデンサＣｓ３、第３の２次側コイルＬｒ３及び第３の２次側並列コンデンサＣｐ３から構成される。後述のように、第１の１次側直列コンデンサＣｓ１のみがあってもよく、第２の１次側直列コンデンサＣｓ２及び第３の１次側直列コンデンサＣｓ３はなくてもよい。

【0032】

送電機３３は、インバータにより構成され、電力を送電する。ＳＰ方式の第１非接触伝送回路３４は、送電機３３により送電された電力を非接触伝送する。第１受電機３５は、第１非接触伝送回路３４により伝送された電力のうち、一部を受電する。ＳＰ方式の第２非接触伝送回路３６は、第１非接触伝送回路３４により伝送された電力のうち、第１受電機３５により受電されなかった残りを整流せずそのまま非接触伝送する。第２受電機３７は、第２非接触伝送回路３６により伝送された電力のうち、一部を受電する。ＳＰ方式の第３非接触伝送回路３８は、第２非接触伝送回路３６により伝送された電力のうち、第２受電機３７により受電されなかった残りを整流せずそのまま非接触伝送する。第３受電機３９は、第３非接触伝送回路３８により伝送された電力を受電する。

【0033】

第０負荷Ｒ０、第１負荷Ｒ１、第２負荷Ｒ２及び第３負荷Ｒ３は、各々、１次側及び２次側のコイルにより構成される関節を屈曲及び／又は回転させる第０モータ、第１モータ、第２モータ及び第３モータと、これらのモータの制御信号をモータ制御部３２から無線受信する第０無線機、第１無線機、第２無線機及び第３無線機と、を含む。

【0034】

つまり、各負荷Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３毎に受電機３５、３７、３９を配置するのみであり、各負荷Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３毎に送電機３３を配置するわけではなく、送電機３３を初段のみに配置する。そして、初段のみに配置された送電機３３により送電された電力を数段にわたり非接触伝送するために、各負荷Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３毎に非接触伝送回路３４、３６、３８として適切な整合回路を挿入する。よって、初段のみに配置された送電機３３により送電された電力を数段にわたり非接触伝送するにあたり、省スペース化及び低コスト化を図ることができる。そして、多関節のロボット等に本開示の発明を用いることができる。

【0035】

ここで、非接触電力伝送効率を最適化するためには、送電機３３から見た入力インピーダンスＺ_ＩＮは、純抵抗であることが望ましい。しかし、図４から図６までで後述するように、送電機３３における損失を減らすためには、送電機３３から見た入力インピーダンスＺ_ＩＮは、純抵抗より若干分だけ誘導性であることが望ましい。

【0036】

本開示の送電機の構成を図４に示す。送電機３３は、フルブリッジ回路であり、ハイサイドトランジスタ３３ＡＨ、ローサイドトランジスタ３３ＡＬ、ハイサイドトランジスタ３３ＢＨ及びローサイドトランジスタ３３ＢＬから構成される。

【0037】

ハイサイドトランジスタ３３ＡＨに印加される電圧及びこれに流れる電流を、各々、Ｖ_ＡＨ及びＩ_ＡＨとする。ローサイドトランジスタ３３ＡＬに印加される電圧及びこれに流れる電流を、各々、Ｖ_ＡＬ及びＩ_ＡＬとする。ハイサイドトランジスタ３３ＢＨに印加される電圧及びこれに流れる電流を、各々、Ｖ_ＢＨ及びＩ_ＢＨとする。ローサイドトランジスタ３３ＢＬに印加される電圧及びこれに流れる電流を、各々、Ｖ_ＢＬ及びＩ_ＢＬとする。送電機３３から出力される電圧及びこれから流れる電流を、各々、Ｖ_Ｔ及びＩ_Ｔとする。

【0038】

比較例の送電機の貫通電流及び損失を図５に示す。比較例の送電機３３では、送電機３３から見た入力インピーダンスＺ_ＩＮは、純抵抗より若干分だけ容量性である。つまり、電流Ｉ_Ｔの位相は、電圧Ｖ_Ｔの位相より、若干分だけ進んでいる。

【0039】

ここで、ハイサイドトランジスタ３３ＡＨ（３３ＢＨ）がオンからオフへと切り替わり、ローサイドトランジスタ３３ＡＬ（３３ＢＬ）がオフからオンへと切り替わる時について考える。この時、ハイサイドトランジスタ３３ＡＨ（３３ＢＨ）のボディダイオードには、順方向に電流Ｉ_ＡＨ（Ｉ_ＢＨ）＜０が流れる。そこに、ハイサイドトランジスタ３３ＡＨ（３３ＢＨ）に、電圧Ｖ_ＡＨ（Ｖ_ＢＨ）＞０が印加される。すると、ハイサイドトランジスタ３３ＡＨ（３３ＢＨ）のボディダイオードには、逆方向にリカバリ電流が流れる。よって、ハイサイドトランジスタ３３ＡＨ（３３ＢＨ）からローサイドトランジスタ３３ＡＬ（３３ＢＬ）へと、黒丸で示した大きさの貫通電流が流れる。そして、送電機３３において、黒丸で示した大きさの損失が生じる。なお、ハイサイドトランジスタ３３ＡＨ（３３ＢＨ）がオフからオンへと切り替わり、ローサイドトランジスタ３３ＡＬ（３３ＢＬ）がオンからオフへと切り替わる時についても、以上の説明と同様となる。

【0040】

本開示の送電機の貫通電流及び損失を図６に示す。本開示の送電機３３では、送電機３３から見た入力インピーダンスＺ_ＩＮは、純抵抗より若干分だけ誘導性である。つまり、電流Ｉ_Ｔの位相は、電圧Ｖ_Ｔの位相より、若干分だけ遅れている。

【0041】

ここで、ハイサイドトランジスタ３３ＡＨ（３３ＢＨ）がオンからオフへと切り替わり、ローサイドトランジスタ３３ＡＬ（３３ＢＬ）がオフからオンへと切り替わる時について考える。この時、ハイサイドトランジスタ３３ＡＨ（３３ＢＨ）のボディダイオードには、順方向に電流Ｉ_ＡＨ（Ｉ_ＢＨ）＜０が流れるわけではない。よって、ハイサイドトランジスタ３３ＡＨ（３３ＢＨ）からローサイドトランジスタ３３ＡＬ（３３ＢＬ）へと、図５の黒丸で示した大きさの貫通電流が流れるわけではない。そして、送電機３３において、図５の黒丸で示した大きさの損失が生じるわけではない。なお、ハイサイドトランジスタ３３ＡＨ（３３ＢＨ）がオフからオンへと切り替わり、ローサイドトランジスタ３３ＡＬ（３３ＢＬ）がオンからオフへと切り替わる時についても、以上の説明と同様となる。

【0042】

そこで、送電機３３から見た入力インピーダンスＺ_ＩＮは、純抵抗より若干分だけ誘導性であることが望ましい。ここで、「純抵抗より若干分だけ誘導性である」とは、非接触電力伝送効率の最適化と、送電機３３における損失の低減と、を両立させる程度に、電流Ｉ_Ｔの位相を電圧Ｖ_Ｔの位相より遅らせる（位相差の最大限は、π／４ｒａｄ。）ことをいう。

【0043】

例えば、第１非接触伝送回路３４、第２非接触伝送回路３６及び第３非接触伝送回路３８が、各々、１次側の共振条件を満足しないようにすればよい。具体的には、第１の１次側直列コンデンサＣｓ１、第２の１次側直列コンデンサＣｓ２及び第３の１次側直列コンデンサＣｓ３が、各々、１次側の共振条件を満足しないようにすればよい。

【0044】

或いは、第１の１次側直列コンデンサＣｓ１のみがあってもよく、第２の１次側直列コンデンサＣｓ２及び第３の１次側直列コンデンサＣｓ３はなくてもよい。そして、第１非接触伝送回路３４が、１次側の共振条件を満足しないようにすればよい。具体的には、第１の１次側直列コンデンサＣｓ１が、１次側の共振条件を満足しないようにすればよい。

【0045】

このように、送電機３３が備えるブリッジ回路に流れる貫通電流を小さくすることができるため、送電機３３における損失を減らすことができる。

【0046】

そして、送電機３３から見た入力インピーダンスＺ_ＩＮは、第１負荷Ｒ１、第２負荷Ｒ２及び第３負荷Ｒ３の変動範囲内で、純抵抗より若干分だけ誘導性であることが望ましい。ここで、「純抵抗より若干分だけ誘導性である」とは、非接触電力伝送効率の最適化と、送電機３３における損失の低減と、を両立させる程度に、電流Ｉ_Ｔの位相を電圧Ｖ_Ｔの位相より遅らせる（位相差の最大限は、π／４ｒａｄ。）ことをいう。

【0047】

例えば、第１非接触伝送回路３４、第２非接触伝送回路３６及び第３非接触伝送回路３８が、各々、２次側の共振条件を満足しないようにすればよい。具体的には、第１負荷Ｒ１、第２負荷Ｒ２及び第３負荷Ｒ３が、最大負荷（例えば、５０Ω。）であるときに、第１の２次側並列コンデンサＣｐ１、第２の２次側並列コンデンサＣｐ２及び第３の２次側並列コンデンサＣｐ３が、各々、２次側の共振条件を満足する値より若干分だけ小さくなればよい。すると、第１負荷Ｒ１、第２負荷Ｒ２及び第３負荷Ｒ３が、最小負荷（例えば、０Ω。）であるときも、第１非接触伝送回路３４、第２非接触伝送回路３６及び第３非接触伝送回路３８が、各々、２次側の共振条件を満足しないようにすることができる。

【0048】

或いは、第１非接触伝送回路３４、第２非接触伝送回路３６及び第３非接触伝送回路３８が、各々、２次側の共振条件を満足するようにすればよい。そして、送電機３３の出力端に、第１の１次側コイルＬｔ１と並列に、インダクタ（不図示）を配置すればよい。

【0049】

このように、各負荷毎の変動範囲内で、送電機３３が備えるブリッジ回路に流れる貫通電流を小さくすることができるため、送電機３３における損失を減らすことができる。

【0050】

さらに、第１負荷Ｒ１、第２負荷Ｒ２及び第３負荷Ｒ３の印加電圧は、ほぼ同一であることが望ましい。例えば、第１非接触伝送回路３４、第２非接触伝送回路３６及び第３非接触伝送回路３８において、第１の２次側コイルＬｒ１、第２の２次側コイルＬｒ２及び第３の２次側コイルＬｒ３のインダクタンスは、各々、第１の１次側コイルＬｔ１、第２の１次側コイルＬｔ２及び第３の１次側コイルＬｔ３のインダクタンスのｋ^２倍であればよい。ここで、ｋは、１次側コイルと２次側コイルとの結合係数である。

【0051】

第１非接触伝送回路３４、第２非接触伝送回路３６及び第３非接触伝送回路３８において、入力電圧及び出力電圧を各々Ｖ_ＩＮ及びＶ_ＯＵＴとすると、Ｖ_ＯＵＴ＝（１／ｋ）Ｖ_ＩＮ√（Ｌｒｎ／Ｌｔｎ）（ｎ＝１～３）となり、Ｌｒｎ＝ｋ^２Ｌｔｎであるとき、Ｖ_ＯＵＴ＝Ｖ_ＩＮとなり、第１負荷Ｒ１、第２負荷Ｒ２及び第３負荷Ｒ３の印加電圧は、ほぼ同一となる。

【0052】

１次側コイルと２次側コイルとの間の傾きを変化させることなく、関節を屈曲又は回転させることができれば、１次側コイルと２次側コイルとの結合係数ｋは一定であり、一定のｋに基づいて、１次側コイル及び２次側コイルのインダクタンスを設計すればよい。

【0053】

関節を屈曲又は回転させる際に、１次側コイルと２次側コイルとの間の傾きを変化させる場合においても、ｋが大きく変化しない範囲で、１次側コイル及び２次側コイルのインダクタンスを設計すればよい。

【0054】

このように、各負荷Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３毎の印加電圧をほぼ同一とすることができるため、複数の負荷Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３として同一の負荷を用いることができる。

【0055】

受電部分を４段とし、各負荷が最大負荷であるときに、各２次側並列コンデンサの値が、各２次側の共振条件を満足する場合と、各２次側の共振条件からずれる場合と、において、各負荷の状態変化によって、送電機出力の電圧／電流及び各負荷の電圧／電流が変化する様子をシミュレーションした。結果を図７及び図８並びに図９から図１３に示す。

【0056】

図７及び図８では、Ｒ１＝Ｒ２＝Ｒ３＝Ｒ４＝５０Ω（最大負荷）であるときに、各２次側の共振条件が満足されている。具体的には、Ｒ１＝Ｒ２＝Ｒ３＝Ｒ４＝５０Ω（最大負荷）であるときに、Ｃｐ１、Ｃｐ２、Ｃｐ３及びＣｐ４が、各２次側のＬｒ１、Ｌｒ２，Ｌｒ３及びＬｒ４との共振条件を満足する値となっている。そして、送電機３３から見たインピーダンスがほぼ純抵抗に見えるように、Ｃｓ１が調整されている。さらに、Ｌｒｎ＝ｋ^２Ｌｔｎ（ｎ＝１～４、ｋは結合係数）が成立している。

【0057】

図７では、Ｒ１＝Ｒ２＝Ｒ３＝Ｒ４＝５０Ω（最大負荷）である。すると、電流Ｉ_Ｔの位相が電圧Ｖ_Ｔの位相とほぼ揃っており、送電機３３における損失が小さくなる。そして、Ｖ_Ｒ１、Ｖ_Ｒ２、Ｖ_Ｒ３及びＶ_Ｒ４は、ほぼ同一の値となっている。

【0058】

図８では、Ｒ１＝Ｒ２＝Ｒ３＝Ｒ４＝０Ω（最小負荷）である。すると、電流Ｉ_Ｔの位相が電圧Ｖ_Ｔの位相より進んでおり、送電機３３における損失が大きくなる。ただし、Ｖ_Ｒ１、Ｖ_Ｒ２、Ｖ_Ｒ３及びＶ_Ｒ４は、ほぼ同一の値となっている。

【0059】

図９から図１３では、Ｒ１＝Ｒ２＝Ｒ３＝Ｒ４＝５０Ω（最大負荷）であるときに、各２次側の共振条件が満足されていない。具体的には、Ｒ１＝Ｒ２＝Ｒ３＝Ｒ４＝５０Ω（最大負荷）であるときに、Ｃｐ１、Ｃｐ２、Ｃｐ３及びＣｐ４が、各２次側の共振条件を満足する値の９割となっている。そして、送電機３３から見たインピーダンスがほぼ純抵抗に見えるように、Ｃｓ１が調整されている。さらに、Ｌｒｎ＝ｋ^２Ｌｔｎ（ｎ＝１～４、ｋは結合係数）が成立している。

【0060】

図９では、Ｒ１＝Ｒ２＝Ｒ３＝Ｒ４＝５０Ω（最大負荷）である。すると、電流Ｉ_Ｔの位相が電圧Ｖ_Ｔの位相とほぼ揃っており、送電機３３における損失が小さくなる。そして、Ｖ_Ｒ１、Ｖ_Ｒ２、Ｖ_Ｒ３及びＶ_Ｒ４は、ほぼ同一の値となっている。

【0061】

図１０では、Ｒ１＝Ｒ２＝Ｒ３＝Ｒ４＝０Ω（最小負荷）である。すると、電流Ｉ_Ｔの位相が電圧Ｖ_Ｔの位相より遅れており、送電機３３における損失が小さくなる。そして、Ｖ_Ｒ１、Ｖ_Ｒ２、Ｖ_Ｒ３及びＶ_Ｒ４は、ほぼ同一の値となっている。

【0062】

図１１では、Ｒ２＝０Ω（最小負荷）、Ｒ１＝Ｒ３＝Ｒ４＝５０Ω（最大負荷）である。すると、電流Ｉ_Ｔの位相が電圧Ｖ_Ｔの位相より遅れており、送電機３３における損失が小さくなる。そして、Ｖ_Ｒ１、Ｖ_Ｒ３及びＶ_Ｒ４は、Ｒ２＝５０Ω（最大負荷）の場合（図９を参照。）とほぼ同一であり、Ｒ２の変動によらない値となっている。

【0063】

図１２では、Ｒ１＝０Ω（最小負荷）、Ｒ２＝Ｒ３＝Ｒ４＝５０Ω（最大負荷）である。すると、電流Ｉ_Ｔの位相が電圧Ｖ_Ｔの位相より遅れており、送電機３３における損失が小さくなる。そして、Ｖ_Ｒ２、Ｖ_Ｒ３及びＶ_Ｒ４は、Ｒ１＝５０Ω（最大負荷）の場合（図９を参照。）とほぼ同一であり、Ｒ１の変動によらない値となっている。

【0064】

図１３では、Ｒ１＝Ｒ３＝０Ω（最小負荷）、Ｒ２＝Ｒ４＝５０Ω（最大負荷）である。すると、電流Ｉ_Ｔの位相が電圧Ｖ_Ｔの位相より遅れており、送電機３３における損失が小さくなる。そして、Ｖ_Ｒ２及びＶ_Ｒ４は、Ｒ１＝Ｒ３＝５０Ω（最大負荷）の場合（図９を参照。）とほぼ同一であり、Ｒ１及びＲ３の変動によらない値となっている。

【0065】

このように、本開示のより効果的な各２次側並列コンデンサの値の決定方法として、各２次側の共振条件からずれる値とすることにより、各負荷の状態変化に対して送電効率の変化を小さくすることができる。

【産業上の利用可能性】

【0066】

本開示の非接触電力伝送装置は、多関節のロボットや接続式のホース等に用いることができる。つまり、多関節のロボットでは、各関節毎に非接触伝送回路を配置し、各関節毎の屈曲／回転用モータに非接触給電すればよい。そして、接続式のホースでは、各接続部毎に非接触伝送回路を配置し、各接続部毎の何らかのセンサに非接触給電すればよい。

【符号の説明】

【0067】

図１→１：電力伝送装置、１０：モータドライバ、１１：第１関節、１２：第２関節、１３：第３関節、Ｒ０：第０負荷、Ｒ１：第１負荷、Ｒ２：第２負荷、Ｒ３：第３負荷
図２→２：非接触電力伝送装置、２０：電源、２１：モータ制御部、２２：第１送電機、２３：第１非接触伝送回路、２４：第１受電機、２５：第２送電機、２６：第２非接触伝送回路、２７：第２受電機、２８：第３送電機、２９：第３非接触伝送回路、３０：第３受電機、Ｒ０：第０負荷、Ｒ１：第１負荷、Ｒ２：第２負荷、Ｒ３：第３負荷、Ｌｔ１：第１の１次側コイル、Ｌｒ１：第１の２次側コイル、Ｌｔ２：第２の１次側コイル、Ｌｒ２：第２の２次側コイル、Ｌｔ３：第３の１次側コイル、Ｌｒ３：第３の２次側コイル
図３、１４、１５、１６→３：非接触電力伝送装置、３１：電源、３２：モータ制御部、３３：送電機、３４：第１非接触伝送回路、３５：第１受電機、３６：第２非接触伝送回路、３７：第２受電機、３８：第３非接触伝送回路、３９：第３受電機、Ｒ０：第０負荷、Ｒ１：第１負荷、Ｒ２：第２負荷、Ｒ３：第３負荷、Ｌｔ１：第１の１次側コイル、Ｌｒ１：第１の２次側コイル、Ｌｔ２：第２の１次側コイル、Ｌｒ２：第２の２次側コイル、Ｌｔ３：第３の１次側コイル、Ｌｒ３：第３の２次側コイル
図３→Ｃｓ１：第１の１次側直列コンデンサ、Ｃｐ１：第１の２次側並列コンデンサ、Ｃｓ２：第２の１次側直列コンデンサ、Ｃｐ２：第２の２次側並列コンデンサ、Ｃｓ３：第３の１次側直列コンデンサ、Ｃｐ３：第３の２次側並列コンデンサ
図４→３３ＡＨ：ハイサイドトランジスタ、３３ＡＬ：ローサイドトランジスタ、３３ＢＨ：ハイサイドトランジスタ、３３ＢＬ：ローサイドトランジスタ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】