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電力伝送装置および電気装置 新技術説明会

国内特許コード P150011281
整理番号 S2014-1234-N0
掲載日 2015年2月6日
出願番号 特願2014-146119
公開番号 特開2016-025677
出願日 平成26年7月16日(2014.7.16)
公開日 平成28年2月8日(2016.2.8)
発明者
  • 柴 建次
出願人
  • 学校法人東京理科大学
発明の名称 電力伝送装置および電気装置 新技術説明会
発明の概要 【課題】負荷変動に伴う出力電圧の変動を安定的に抑制する。
【解決手段】電力伝送装置は、環状のコアと、コアに巻回された第1のコイルと、巻回部分の内側をコアが貫通し且つコアとの間に間隙を有して環状に巻回された第2のコイルと、第1のコイルまたは第2のコイルに接続されたキャパシタと、を含む。第2のコイルは、第1のコイルとの間の電磁誘導に寄与する第1のインダクタンスと、第1のコイルとの間の電磁誘導に寄与しない第2のインダクタンスと、巻線抵抗と、の直列結合の等価として表される。キャパシタのキャパシタンスは、第2のインダクタンスを打ち消す値に設定されている。
【選択図】図3
従来技術、競合技術の概要


完全埋込型人工心臓へ駆動用エネルギーを供給する方法の一つに経皮伝送がある。経皮伝送は、体外および体内に配置した一組のコイル(経皮トランス)を用いて、非侵襲でエネルギー伝送を行うものである。経皮伝送によれば、電線が皮膚を貫くことで起きる感染症のリスクを回避することができ、QOL(Quality of life)などの点において優れている。



特許文献1には、2次側における電圧および電流に関する信号を非接触の電磁結合コイルを用いて1次側に送信し、1次側ユニットでは2次側から送られてきた信号を受信して、1次側のインバータの駆動周波数を可変させる非接触電力伝送装置が記載されている。特許文献1には、この非接触電力伝送装置において、軽負荷時や無負荷時において駆動周波数を高い方に移動させ、結合トランスの1次側コイルの電流を減少させて二次側の出力電圧及び電流を安定化制御する手段を設けることにより、一次側の無効な消費電力を減少させることが記載されている。



特許文献2には、体内埋込み可能な駆動部と、電源部と、電源部に接続される1次コイル、および、駆動部に接続される2次コイルを有し、電磁誘導により電力を伝送する電力伝送部と、を備える医療装置が記載されている。この医療装置において、電源部は、1次コイルに流れる電流を検知する電流検知部と、電流検知部の検知結果を、予め求められた、1次コイルに流れる電流および2次コイルに発生する電圧との関係データに適用した結果に基づいて、電源が出力する電圧を制御する電圧制御部と、を備える。



特許文献3には、負荷に電力を供給するために供給側電流および供給側電圧を発生する電力供給部と、電力供給部からの電力を入力する1次コイルと、1次コイルと磁気的に結合されるとともに1次コイルに対する位置が移動可能である、負荷に電力を供給する2次コイルと、1次コイルに接続された第一の共振用コンデンサと2次コイルに接続された第二の共振用コンデンサと、を備えた非接触電力供給システムが記載されている。この非接触電力供給システムにおいて、電力供給部は、供給側電流を検知する電流検知部と、負荷に供給される負荷側電圧を所定の目標値とするための供給側電流の値を、電流検知部の検知結果に基づいて演算する演算部と、演算部の演算結果に応じて供給側電圧を制御する電圧制御部と、を備える。



特許文献4には、1次側から電力を無接点で2次側の負荷に伝送するためのトランスを有する無接点電力伝送装置が記載されている。この無接点電力伝送装置は、直流電源からの直流電力を交流電力に変換してトランスの1次側コイルに供給する給電手段と、外部から設定される駆動周波数で信号を発振し、給電手段に供給する発振手段と、1次側コイルからGNDに流れる1次電流を検出する電流検出手段と、電流検出手段により検出された1次電流を基に、2次側の負荷の値を推定し、該負荷の値に適応した駆動周波数を決定し、該駆動周波数を発振手段に設定する制御手段と、を有する。制御手段は、発振手段に設定し得る駆動周波数毎に予め求めた1次電流と負荷の値との間の特性、および予め求めた負荷の値と該負荷の値に適応する駆動周波数との間の特性を保持し、これらの特性を参照して、発振手段に設定する駆動周波数を決定する。

産業上の利用分野


本発明は、電磁誘導によって2つのコイル間で電力伝送を行う電力伝送装置および電力伝送装置を備えた電気装置に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
環状のコアと、
前記コアに巻回された第1のコイルと、
巻回部分の内側を前記コアが貫通し且つ前記コアとの間に間隙を有して環状に巻回された第2のコイルと、
前記第1のコイルまたは前記第2のコイルに接続されたキャパシタと、を含み、
前記第2のコイルは、前記第1のコイルとの間の電磁誘導に寄与する第1のインダクタンス、前記第1のコイルとの間の電磁誘導に寄与しない第2のインダクタンスおよび前記第2のコイルの巻線抵抗を直列接続した等価回路で表したとき、前記キャパシタのキャパシタンスは、前記第2のインダクタンスを打ち消す値に設定されている
電力伝送装置。

【請求項2】
前記キャパシタは、前記第2のコイルに接続され、前記第2のインダクタンスとともに共振回路を形成する
請求項1に記載の電力伝送装置。

【請求項3】
前記第2のインダクタンスをl、電磁誘導により前記第1のコイルから前記第2のコイルに伝送される交流電力の周波数をfとした場合において、前記キャパシタのキャパシタンスCは、
C=1/4πに相当する値に設定されている
請求項2に記載の電力伝送装置。

【請求項4】
前記キャパシタは、前記第1のコイルに接続され、前記第2のインダクタンスとともに共振回路を形成する
請求項1に記載の電力伝送装置。

【請求項5】
前記第2のインダクタンスをl、電磁誘導により前記第1のコイルから前記第2のコイルに伝送される交流電力の周波数をf、前記第1のコイルの巻数nと前記第2のコイルの巻数nとの比n/nをaとした場合において、前記キャパシタのキャパシタンスCは、
C=1/4πに相当する値に設定されている
請求項4に記載の電力伝送装置。

【請求項6】
前記第2のコイルの巻回部分の内側に前記コアを貫通させない空心状態で測定した前記第2のコイルのインダクタンスを前記第2のインダクタンスlとして適用して前記キャパシタのキャパシタンスCの値が設定された
請求項3または請求項5に記載の電力伝送装置。

【請求項7】
請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の電力伝送装置と、
前記第2のコイルから出力される電力が供給される負荷と、
を含む電気装置。

【請求項8】
入力された直流電力を交流電力に変換し、前記第1のコイルに供給する第1の電力変換部と、
前記第2のコイルから出力される交流電力を直流電力に変換し、前記負荷に供給する第2の電力変換部と、
を更に含む請求項7に記載の電気装置。

【請求項9】
前記第2のコイルおよび前記負荷が生体の内部に配置され、
前記第1のコイルが前記生体の外部に配置された
請求項7または請求項8に記載の電気装置。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2014146119thum.jpg
出願権利状態 公開
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