JP6016654B2 - Wireless power transmission system - Google Patents
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Description
本発明は、無線電力伝送システムに関するものである。 The present invention relates to a wireless power transmission system.
特許文献1には、電磁誘導を用いて、非接触の二つの電気回路間で電力の伝送を行う無線電力伝送装置が開示されている。
ところで、特許文献1に開示された技術では、電力を伝送するためのコイルにおける電力の損失が大きいため、電力を効率良く伝送できないという問題点がある。また、送電側と受電側のコイル間の距離が遠い場合には電力を効率良く伝送できないという問題点がある。
By the way, in the technique disclosed in
そこで、本発明は、電力を遠くまで効率良く伝送できる無線電力伝送システムを提供することを目的としている。 Therefore, an object of the present invention is to provide a wireless power transmission system that can efficiently transmit power far away.
上記課題を解決するために、本発明は、送電装置から受電装置に対して無線で交流電力を伝送する無線電力伝送システムにおいて、前記送電装置は、所定の距離を隔てて配置され、当該所定の距離を含む合計幅が近傍界であるλ/2π以下の長さを有する平板形状の第1および第2電極と、前記第1および第2電極と交流電力発生部の2つの出力端子とをそれぞれ電気的に接続する第1および第2接続線と、前記第1および第2電極と前記交流電力発生部の2つの出力端子の少なくとも一方の間に挿入される第1インダクタと、を有し、前記受電装置は、所定の距離を隔てて配置され、当該所定の距離を含む合計幅が近傍界であるλ/2π以下の長さを有する平板形状の第3および第4電極と、前記第3および第4電極と負荷の2つの入力端子とをそれぞれ電気的に接続する第3および第4接続線と、前記第3および第4電極と前記負荷の2つの入力端子の少なくとも一方の間に挿入される第2インダクタと、を有し、前記第1乃至第4電極の少なくとも1つは、対向する電極から離れる方向に一部の端部が折り曲げられた折り曲げ部を有し、前記第1および第2電極と前記第1インダクタによって構成される送電用カプラの共振周波数と、前記第3および第4電極と前記第2インダクタによって構成される受電用カプラの共振周波数が略等しくなるように設定され、前記折り曲げ部は、電極に対して略直角になるように折り曲げられて構成されていることを特徴とする。
このような構成によれば、電力を遠くまで効率良く伝送できる無線電力伝送システムを提供することができる。
In order to solve the above problems, the present invention provides a wireless power transmission system that wirelessly transmits AC power from a power transmission device to a power reception device, wherein the power transmission device is disposed at a predetermined distance, The first and second electrodes having a plate-like shape having a total width including the distance of λ / 2π or less that is the near field, and the first and second electrodes and the two output terminals of the AC power generation unit, respectively First and second connection lines that are electrically connected; a first inductor that is inserted between at least one of the first and second electrodes and the two output terminals of the AC power generation unit; The power receiving device is disposed at a predetermined distance, and the third and fourth electrodes having a plate shape having a total width including the predetermined distance of λ / 2π or less, which is a near field, and the third electrode And four input terminals for the fourth electrode and the load And a second inductor inserted between at least one of the third and fourth electrodes and the two input terminals of the load, and At least one of the first to fourth electrodes has a bent portion in which a part of the end portion is bent in a direction away from the opposing electrode, and is configured by the first and second electrodes and the first inductor. The resonance frequency of the power transmission coupler and the resonance frequency of the power reception coupler constituted by the third and fourth electrodes and the second inductor are set to be substantially equal, and the bent portion is substantially perpendicular to the electrode. It is configured to be bent so as to become .
According to such a configuration, it is possible to provide a wireless power transmission system that can efficiently transmit power far away.
また、本発明の一側面は、前記折り曲げ部は、前記カプラを構成する2枚の前記電極の隣接する一方の端部間に形成される電気力線の延長線上にある他方の端部が折り曲げられて構成されていることを特徴とする。
このような構成によれば、電極の投影面積を大きくすることなく、電力を遠くまで効率良く伝送することができる。
Also, according to one aspect of the present invention, the bent portion is bent at the other end portion on the extension line of the electric lines of force formed between the adjacent one end portions of the two electrodes constituting the coupler. It is characterized by being configured.
According to such a configuration, it is possible to efficiently transmit power far away without increasing the projected area of the electrode.
また、本発明の一側面は、前記共振周波数において前記カプラに形成される電流経路の端部同士を結んだ方向を電界の方向としたとき、前記折り曲げ部の幅が前記電界と平行な方向の長さの20〜40%であることを特徴とする。
このような構成によれば、電極の投影面積に比して、電力を遠くまで効率良く伝送することができる。
In addition, according to one aspect of the present invention, when the direction connecting the ends of the current path formed in the coupler at the resonance frequency is the direction of the electric field, the width of the bent portion is a direction parallel to the electric field. It is characterized by being 20 to 40% of the length.
According to such a configuration, it is possible to efficiently transmit power farther than the projected area of the electrode.
送電装置から受電装置に対して無線で交流電力を伝送する無線電力伝送システムにおいて、前記送電装置は、所定の距離を隔てて配置され、当該所定の距離を含む合計幅が近傍界であるλ/2π以下の長さを有する平板形状の第1および第2電極と、前記第1および第2電極と交流電力発生部の2つの出力端子とをそれぞれ電気的に接続する第1および第2接続線と、前記第1および第2電極と前記交流電力発生部の2つの出力端子の少なくとも一方の間に挿入される第1インダクタと、を有し、前記受電装置は、所定の距離を隔てて配置され、当該所定の距離を含む合計幅が近傍界であるλ/2π以下の長さを有する平板形状の第3および第4電極と、前記第3および第4電極と負荷の2つの入力端子とをそれぞれ電気的に接続する第3および第4接続線と、前記第3および第4電極と前記負荷の2つの入力端子の少なくとも一方の間に挿入される第2インダクタと、を有し、前記第1乃至第4電極の少なくとも1つは、対向する電極から離れる方向に一部の端部が折り曲げられた折り曲げ部を有し、前記第1および第2電極と前記第1インダクタによって構成される送電用カプラの共振周波数と、前記第3および第4電極と前記第2インダクタによって構成される受電用カプラの共振周波数が略等しくなるように設定され、前記折り曲げ部が円筒形状を有していることを特徴とする。
このような構成によれば、電極の投影面積を小さく保ちつつ、電力を遠くまで効率良く伝送することができる。
In a wireless power transmission system that wirelessly transmits AC power from a power transmission device to a power reception device, the power transmission devices are arranged at a predetermined distance, and a total width including the predetermined distance is λ / Flat first and second electrodes having a length of 2π or less, and first and second connection lines that electrically connect the first and second electrodes and the two output terminals of the AC power generation unit, respectively. And a first inductor inserted between at least one of the first and second electrodes and the two output terminals of the AC power generation unit, and the power receiving device is disposed at a predetermined distance The third and fourth electrodes having a plate-like shape having a total width including the predetermined distance of λ / 2π or less that is a near field, and the two input terminals of the third and fourth electrodes and the load. Are electrically connected to each other. A fourth connecting line; and a second inductor inserted between the third and fourth electrodes and at least one of the two input terminals of the load; and at least one of the first to fourth electrodes Has a bent portion with a part of the end bent in a direction away from the opposing electrode, and a resonance frequency of a power transmission coupler constituted by the first and second electrodes and the first inductor, and the first The power receiving coupler configured by the third and fourth electrodes and the second inductor are set to have substantially the same resonance frequency, and the bent portion has a cylindrical shape.
According to such a configuration, it is possible to efficiently transmit power far away while keeping the projected area of the electrode small.
また、本発明の一側面は、前記円筒形状の半径が電界と平行な方向の長さの4〜12%であることを特徴とする。
このような構成によれば、電極の投影面積に比して、電力を遠くまで効率良く伝送することができる。
Another aspect of the present invention is characterized in that the radius of the cylindrical shape is 4 to 12% of the length in the direction parallel to the electric field.
According to such a configuration, it is possible to efficiently transmit power farther than the projected area of the electrode.
本発明によれば、電力を遠くまで効率良く伝送できる無線電力伝送システムを提供することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to provide a wireless power transmission system capable of efficiently transmitting power far away.
次に、本発明の実施形態について説明する。 Next, an embodiment of the present invention will be described.
(A)直列共振を利用した無線伝送システムの説明
以下では、直列共振を利用した無線伝送システムについて説明した後に、本発明の実施形態について説明する。
(A) Description of Wireless Transmission System Using Series Resonance Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described after describing a wireless transmission system using series resonance.
図1は直列共振を利用した無線電力伝送システムを構成する送電用カプラの詳細な構成例を示している。この図に示すように、直列共振を利用した無線電力伝送システムでは、送電用カプラ110は、矩形の板状形状を有する絶縁部材(誘電体基板)によって構成される回路基板118の表(おもて)面118A上に、矩形形状を有する導電性部材によって構成される電極111,112が配置されて構成される。回路基板118の裏面118Bには、この図1の例では、電極等は配置されていない。具体的な構成例としては、例えば、ガラスエポキシ基板やガラスコンポジット基板等によって構成される回路基板118上に、銅等の導電性の薄膜によって電極111,112が形成される。電極111,112は、所定の距離d1だけ離れた位置に平行に配置されている。また、距離d1を含む電極111,112の幅Dは、これらの電極から放射される電界の波長をλとした場合に、λ/2πで示される近傍界よりも狭くなるように設定されている。
FIG. 1 shows a detailed configuration example of a power transmission coupler constituting a wireless power transmission system using series resonance. As shown in this figure, in a wireless power transmission system using series resonance, a
回路基板118の電極111,112の短手方向の端部には、インダクタ113,114の一端がそれぞれ接続されている。また、インダクタ113,114の他端は、接続線115,116の一端にそれぞれ接続されている。接続線115,116は、電極111,112の領域およびこれらに挟まれる領域を回避するように配置されるとともに、これらの領域から遠ざかる方向(図1の左下方向)に伸延するように配置されている。より詳細には、電極111,112のそれぞれの矩形領域と、これら2つの電極111,112によって挟まれた領域を回避して配置されるとともに、これらの領域から遠ざかる方向に伸延するように配置されている。このように配置することで、電極111,112と接続線115,116の間の干渉を少なくすることができるので、伝送効率の低下を防止できる。接続線115,116は、例えば、同軸ケーブルまたは平衡ケーブルによって構成されている。なお、接続線115,116の他端は、図示しない交流電力発生部の出力端子にそれぞれ接続されている。接続線115,116によって送電用カプラ110に交流電力発生部が接続されることにより、送電装置が構成される。
One ends of
送電用カプラ110は、電極111,112が所定の距離d1を隔てて配置されることによって形成されるキャパシタのキャパシタンスCと、インダクタ113,114のインダクタンスLによる直列共振回路を構成するので、これらによる固有の共振周波数fCを有している。
The
受電用カプラ120は、送電用カプラ110と同様の構成とされ、回路基板128の表面128A上に、矩形形状を有する導電性部材によって構成される電極121,122およびインダクタ123,124が配置され、インダクタ123,124の他端に接続線125,126が接続されて構成される。電極121,122によって形成されるキャパシタのキャパシタンスCと、インダクタ123,124のインダクタンスLによる直列共振回路の共振周波数fCは送電用カプラ110と略同じに設定される。接続線125,126は、例えば、同軸ケーブルまたは平衡ケーブルによって構成されている。受電用カプラ120の接続線125,126の他端には、図示しない負荷が接続される。接続線125,126によって受電用カプラ120に負荷が接続されることにより、受電装置が構成される。
The
図2は、送電用カプラ110と受電用カプラ120を対向配置した状態を示す図である。この図に示すように、送電用カプラ110と受電用カプラ120は、回路基板118,128の表面118A,128Aが対向するように距離d2を隔て、回路基板118,128が平行になるように配置される。
FIG. 2 is a diagram illustrating a state in which the
図3は、図2に示す無線電力伝送システム1の等価回路を示す図である。この図3において、交流電力発生部211は、共振周波数に対応する周波数の交流電力を生成して出力する。電源部負荷212は、接続線115,116および接続線125,126の特性インピーダンスと等しい値を示し、Z0の値を有している。インダクタ213はインダクタ113,114に対応し、L1の素子値を有している。抵抗214は、送電側回路、主にインダクタに付随する抵抗を示し、R1の素子値を有している。キャパシタ215は、電極111,112の間に生じる素子値C1のキャパシタである。キャパシタ221は、電極121,122の間に生じる素子値C2のキャパシタである。インダクタ222はインダクタ123,124に対応し、L2の素子値を有している。抵抗223は、受電側回路、主にインダクタに付随する抵抗を示し、R2の素子値を有している。負荷224は、交流電力発生部211から出力され、送電用カプラおよび受電用カプラを介して伝送された電力が供給される。キャパシタ241は、電極111,112と電極121,122の間に生じるキャパシタを示し、Cm1の素子値を有している。なお、負荷224は、例えば、整流装置および二次電池等によって構成されている。もちろん、これ以外であってもよい。
FIG. 3 is a diagram showing an equivalent circuit of the wireless
つぎに、図2に示す直列共振を利用した無線電力伝送システムの動作について説明する。図4は、図2に示す無線電力伝送システムの送電用カプラ110と受電用カプラ120を200mm隔てて対向配置した場合(d2=200mmの場合)における送電用カプラ110から受電用カプラ120への伝送効率η21(=|S21|2)と、反射損η11(=|S11|2)の周波数特性を示す図である。この図において横軸は伝送する交流電力の周波数(MHz)を示し、縦軸は伝送効率を示している。図4に示す例では、27MHz周辺において、伝送効率約95%を達成していることが分かる。なお、図2では、例えば、インダクタ113,114,123,124は、それぞれ、巻き数が13回、インダクタンス値が2.8μHとされ、回路基板118,128のサイズ(DとL)は250×250mmとされ、電極111,112および電極121,122間のギャップd1は34.4mmとされている。
Next, the operation of the wireless power transmission system using the series resonance shown in FIG. 2 will be described. FIG. 4 illustrates transmission from the
図5は、図2に示す直列共振を利用した無線電力伝送システムの送電用カプラ110のインピーダンスS11のスミスチャートを示している。この場合、測定器のポートインピーダンスは接続線路の特性インピーダンスZ0(実数値)と等しい値に設定している。これらの図に示すように、図2に示す無線電力伝送システムでは、送電用カプラ110および受電用カプラ120のインピーダンスの軌跡は、スミスチャートの円の中心付近を通過することから、この付近において伝送を行うように設定することにより反射を抑えて効率良く電力を伝送することができる。
FIG. 5 shows a Smith chart of the impedance S11 of the
図6および図7は、図2に示す無線電力伝送システムの送電用カプラ110と受電用カプラ120との間の距離d2を図2の200mmよりも短い100mmに設定した場合の伝送効率および反射特性と、インピーダンスS11のスミスチャートを示している。これらの図に示すように、送電用カプラ110と受電用カプラ120との間の距離d2を短く設定すると、目的の周波数である27MHz以外の周波数にピークが2つ生じ、また、インピーダンスS11の軌跡も整合する位置を2回通過する形状となっている。
6 and 7 show transmission efficiency and reflection characteristics when the distance d2 between the
図8および図9は、図2に示す無線電力伝送システムの送電用カプラ110と受電用カプラ120との間の距離d2を図2の200mmよりも長い300mmに設定した場合の伝送効率および反射特性と、インピーダンスS11のスミスチャートを示している。これらの図に示すように、送電用カプラ110と受電用カプラ120との間の距離d2を長く設定すると、インピーダンスが整合しないために、伝送効率が低下するとともに、反射が増加する。
8 and 9 show transmission efficiency and reflection characteristics when the distance d2 between the
以上から、送電用カプラ110と受電用カプラ120との距離には最適値が存在し、その最適値からずれると電力を効率良く伝送することができなくなる。これを図3に示す等価回路で説明すると、送電用カプラ110と受電用カプラ120との距離が長くなると、キャパシタ241の素子値Cm1が減少する。このため、入力インピーダンスが小さくなるため不整合が生じる。このような不整合を解消する方法としては、素子値Cmを大きくするために、電極の面積を増大することが考えられる。このように、電極の面積を大きくすることで、結合係数が増大するため、整合する距離を伸ばし、結果として、伝送する距離を延長することができる。
From the above, there is an optimum value for the distance between the
図10は、図2に比較してカプラの面積を2倍に増やした例である。この場合、結合係数が増加するので、伝送距離を図2の200mmに比較して、352mmにした場合でも、図11および図12に示すように、図2の場合と略同様の伝送効率およびインピーダンス特性を得ることができる。 FIG. 10 shows an example in which the area of the coupler is doubled compared to FIG. In this case, since the coupling coefficient increases, even when the transmission distance is 352 mm compared to 200 mm in FIG. 2, as shown in FIGS. 11 and 12, the transmission efficiency and impedance are almost the same as those in FIG. Characteristics can be obtained.
しかし、このような方法では、電極設置のためのスペース(投影面積)が増大する。このため、例えば、設置スペースが限定される電気自動車等への充電のための設備では問題がある。もちろん、電気自動車以外のアプリケーションでも、サイズは小さい方が望ましい。 However, in such a method, the space (projection area) for electrode installation increases. For this reason, for example, there is a problem in equipment for charging an electric vehicle or the like whose installation space is limited. Of course, for applications other than electric vehicles, a smaller size is desirable.
(B)本発明の第1実施形態の説明
つぎに、図13および図14を参照して、本発明の第1実施形態に係る無線電力伝送システムの基本構成について説明する。図13は第1実施形態の構成例を説明するための斜視図であり、図14は図13に示す第1実施形態の各部寸法および接続状態を示す図である。図13および図14に示す例では、図2に比較すると、電極111,112,121,122の端部が折り曲げられて折り曲げ部111a,112a,121a,122aが形成されている。より詳細には、送電用カプラ110を構成する電極111,112は、送電用カプラ110を構成する2枚の電極の隣接する一方の端部間に形成される電気力線の延長線上にある他方の端部に折り曲げ部が設けられ、そこから、受電用カプラ120の電極から離れる方向に長さLrだけ略直角に折り曲げ部111a,112aが形成されている。また、受電用カプラ120を構成する電極121,122も同様に、受電用カプラ120を構成する2枚の電極の隣接する一方の端部間に形成される電気力線の延長線上にある他方の端部に折り曲げ部が設けられ、そこから、送電用カプラ110の電極から離れる方向に長さLrだけ略直角に折り曲げ部121a,122aが形成されている。なお、本明細書中において「折り曲げる」とは、図13に示すように直角に折り曲げる場合のみならず、直角以外の角度(90度未満および90度を超える角度)に曲げる場合や、折り曲げ断面が直線的ではなく曲線的になる場合も含むものとする。また、図13および図14では、図面を簡略化するために、電極だけを示しているが、実際には図2と同様に誘電体基板を用いることができる。
(B) Description of First Embodiment of the Present Invention Next, a basic configuration of a wireless power transmission system according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 13 and 14. FIG. 13 is a perspective view for explaining a configuration example of the first embodiment, and FIG. 14 is a diagram showing dimensions and connection states of the first embodiment shown in FIG. In the example shown in FIGS. 13 and 14, the end portions of the
図15は、図13に示す第1実施形態の折り曲げ部111a,112a,121a,122aの長さLrと、整合時の送受電用カプラの距離の関係を示す図である。この図15において、横軸は折り曲げ部の長さLrを示し、縦軸は距離を示している。また、グラフの菱形は整合時の送受電用カプラの内側距離d2を示し、三角形は整合時の送受電用カプラの外側距離d3を示している。この図に示すように、折り曲げ部の長さLrを長くすると、菱形で示す伝送距離d2が増加し、約75mmの折り曲げ時(Lr=75mmの時)に伝送距離が極大となる。この結果、端部を折り曲げることにより、カプラの設置面積(投影面積)を増加することなく、伝送距離を伸ばすことが可能になる。なお、外側距離d3は折り曲げの長さLrが長くなるにつれて略直線的に大きくなっているが、内側距離d2が極大となるLr=75mmを超えると、傾きが減少している。また、折り曲げの長さLrとしては、図15の例では、カプラの電界と平行な方向の長さの20%から40%程度となることが望ましい。すなわち、図15の例では、カプラの電界と平行な方向の長さは250mmであるので、その20%から40%の範囲は略50mmから100mmとなる。このような範囲では、折り曲げによる効果が十分に期待できる。もちろん、このような範囲のみに本発明が限定される訳ではない。ここで、電界の向きとは、共振周波数においてカプラに形成される「電流経路の両端」を「結んだ向き」とする。図面を参照して説明する。図16には、共振周波数において送電用カプラ110および受電用カプラ120に形成される電流経路を点線で模式的に示している。「電流経路の両端」は、図中に中抜きの逆三角形(▽)で示した位置であり、両端を「結ぶ向き」、つまり、「電界の向き」は、両端に矢印を有する線分で示す方向Dr1,Dr2となる。
FIG. 15 is a diagram showing the relationship between the length Lr of the bent portions 111a, 112a, 121a, 122a of the first embodiment shown in FIG. 13 and the distance of the power transmitting / receiving coupler at the time of matching. In FIG. 15, the horizontal axis indicates the length Lr of the bent portion, and the vertical axis indicates the distance. The rhombus in the graph indicates the inner distance d2 of the power transmission / reception coupler during matching, and the triangle indicates the outer distance d3 of the power transmission / reception coupler during matching. As shown in this figure, when the length Lr of the bent portion is increased, the transmission distance d2 indicated by a rhombus is increased, and the transmission distance is maximized when bent about 75 mm (when Lr = 75 mm). As a result, it is possible to extend the transmission distance without increasing the installation area (projection area) of the coupler by bending the end portion. The outer distance d3 increases substantially linearly as the bending length Lr increases. However, the inclination decreases when the inner distance d2 exceeds Lr = 75 mm at which the inner distance d2 reaches a maximum. Further, the bending length Lr is desirably about 20% to 40% of the length in the direction parallel to the electric field of the coupler in the example of FIG. That is, in the example of FIG. 15, the length of the coupler in the direction parallel to the electric field is 250 mm, so the range of 20% to 40% is approximately 50 mm to 100 mm. In such a range, the effect of bending can be sufficiently expected. Of course, the present invention is not limited to such a range. Here, the direction of the electric field is defined as “the direction in which the“ both ends of the current path ”formed in the coupler at the resonance frequency is“ connected ”. This will be described with reference to the drawings. In FIG. 16, current paths formed in the
図17は図13に示す第1実施形態をY方向から眺めた場合の電界の分布状態(Y座標は電極のY方向中央部)を示すシミュレーション結果であり、図18は端部を折り曲げない場合(図2の場合)のシミュレーション結果を示している。これらの図の比較から、図17に示すように端部を折り曲げた場合には、折り曲げ端部における電界の結合領域(図中破線で囲んだ部分に存在する濃度が濃い領域)が増加している。このため、端部を折り曲げることにより、電界の結合領域を増加させ、これにより、投影面積を増加させることなく、伝送距離を伸ばすことが可能になる。 FIG. 17 is a simulation result showing a distribution state of the electric field when the first embodiment shown in FIG. 13 is viewed from the Y direction (Y coordinate is the center of the electrode in the Y direction). FIG. The simulation result (in the case of FIG. 2) is shown. From the comparison of these figures, when the end portion is bent as shown in FIG. 17, the electric field coupling region (the region having a high concentration existing in the portion surrounded by the broken line in the drawing) at the bent end portion increases. Yes. Therefore, by bending the end portion, the electric field coupling region can be increased, and thereby the transmission distance can be extended without increasing the projection area.
なお、第1実施形態では電極の端部を、他方のカプラから遠ざかる方向(外側)に折り曲げるようにしたが、図19および図20に示すように、他方のカプラに近づく方向(内側)に折り曲げることもできる。しかし、その場合には、折り曲げ部が内側(他方のカプラ方向)に突出するため、図21に示すように、伝送距離は折り曲げ部の長さが長くなるにつれて、整合時の外側距離(d3)は増加するが、内側距離(d2)は短くなってしまう。従って、電極の投影面積を大きくせずに、伝送距離を伸ばすためには、図13および図14に示すように、他方のカプラから遠ざかる方向(外側)に折り曲げることが望ましい。 In the first embodiment, the end portion of the electrode is bent in the direction away from the other coupler (outside), but as shown in FIGS. 19 and 20, the electrode is bent in the direction approaching the other coupler (inner side). You can also. However, in this case, since the bent portion protrudes inward (toward the other coupler), as shown in FIG. 21, the transmission distance increases as the length of the bent portion increases, and the outer distance (d3) at the time of matching Increases, but the inner distance (d2) becomes shorter. Therefore, in order to extend the transmission distance without increasing the projected area of the electrode, it is desirable to bend in the direction away from the other coupler (outside) as shown in FIGS.
(C)本発明の第2実施形態の説明
つぎに、図22および図23を参照して、本発明の第2実施形態について説明する。図22は第2実施形態の構成例を説明するための斜視図であり、図23は図22に示す第2実施形態の各部寸法を示す図である。図22および図23に示す第2実施形態では、図2に比較すると、電極111,112,121,122の端部に円筒状の折り曲げ部111b,112b,121b,122bが形成されている。より詳細には、送電用カプラ110を構成する電極111,112は、2枚の電極の隣接する一方の端部間に形成される電気力線の延長線上にある他方の端部が、受電用カプラ120の電極から離れる方向に半径がrとなるように円筒状に折り曲げられて折り曲げ部111b,112bが形成されている。また、受電用カプラ120を構成する電極121,122も同様に、2枚の電極の隣接する一方の端部間に形成される電気力線の延長線上にある他方の端部が、送電用カプラ110の電極から離れる方向に半径がrとなるように円筒状に折り曲げられて折り曲げ部121b,122bが形成されている。
(C) Description of Second Embodiment of the Present Invention Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 22 and FIG. FIG. 22 is a perspective view for explaining a configuration example of the second embodiment, and FIG. 23 is a diagram showing dimensions of each part of the second embodiment shown in FIG. In the second embodiment shown in FIGS. 22 and 23, compared to FIG. 2, cylindrical bent portions 111b, 112b, 121b, and 122b are formed at the ends of the
図24は図22および図23に示す第2実施形態の折り曲げ部の円筒の半径rと、整合時の送受電用カプラの距離の関係を示す図である。この図24において、横軸は折り曲げ部の円筒の半径rを示し、縦軸は距離を示している。また、グラフの菱形は整合時の送受電用カプラの内側距離d2を示し、三角形は整合時の送受電用カプラの外側距離d3を示している。この図に示すように、折り曲げ部の円筒の半径rを大きくすると、菱形で示す伝送距離d2が増加し、半径が約20mmの時(r=20mmの時)に伝送距離が極大となる。この結果、端部を円筒状に折り曲げることにより、カプラの設置面積(投影面積)を増加することなく、伝送距離を伸ばすことが可能になる。なお、円筒形の半径rとしては、図24の例では、カプラの電界と平行な方向の長さの4%から12%程度となることが望ましい。すなわち、図24の例では、カプラの電界と平行な方向の長さは250mmであるので、その4%から12%の範囲は略10mmから30mmとなる。このような範囲では、折り曲げによる効果が十分に期待できる。もちろん、このような範囲のみに本発明が限定される訳ではない。 FIG. 24 is a diagram showing the relationship between the radius r of the cylinder of the bent portion of the second embodiment shown in FIGS. 22 and 23 and the distance of the power transmitting / receiving coupler during matching. In FIG. 24, the horizontal axis indicates the radius r of the cylinder of the bent portion, and the vertical axis indicates the distance. The rhombus in the graph indicates the inner distance d2 of the power transmission / reception coupler during matching, and the triangle indicates the outer distance d3 of the power transmission / reception coupler during matching. As shown in this figure, when the radius r of the cylinder of the bent portion is increased, the transmission distance d2 indicated by diamonds increases, and the transmission distance becomes maximum when the radius is about 20 mm (when r = 20 mm). As a result, it is possible to extend the transmission distance without increasing the installation area (projection area) of the coupler by bending the end into a cylindrical shape. The cylindrical radius r is preferably about 4% to 12% of the length in the direction parallel to the electric field of the coupler in the example of FIG. That is, in the example of FIG. 24, the length of the coupler in the direction parallel to the electric field is 250 mm, so the range of 4% to 12% is about 10 mm to 30 mm. In such a range, the effect of bending can be sufficiently expected. Of course, the present invention is not limited to such a range.
以上に説明したように、本発明の実施形態によれば、折り曲げ部を設けることにより、電界の結合領域を増やし、投影面積を増加させることなく、伝送距離を伸ばすことが可能になる。また、本実施形態によれば、端部を折り曲げることにより、極板の強度を向上させることができる。このため、強度を高めるための補強が不要になるため、コストを低減することができるという副次的な効果も期待できる。 As described above, according to the embodiment of the present invention, by providing the bent portion, it is possible to increase the transmission distance without increasing the coupling area of the electric field and increasing the projection area. Moreover, according to this embodiment, the strength of the electrode plate can be improved by bending the end portion. For this reason, since the reinforcement for increasing the strength is not necessary, a secondary effect that the cost can be reduced can be expected.
(D)変形実施形態
第1実施形態では、端部を直角に折り曲げるようにしたが、例えば、直角以外の角度でもよい。例えば、電極との角度が90度未満となるようにしたり、90度を超える角度となるようにしたりしてもよい。
(D) Modified Embodiment In the first embodiment, the end portion is bent at a right angle, but may be an angle other than a right angle, for example. For example, the angle with the electrode may be less than 90 degrees, or the angle may be greater than 90 degrees.
また、第1実施形態では、端部は断面が直線状に曲げるようにしたが、断面が曲線状に曲げるようにしてもよい。また、第2実施形態では端部は真円状の円柱形状を有するようにしたが楕円形状であったり、あるいは、多角形状であったりしてもよい。 Further, in the first embodiment, the end portion is bent in a straight line, but the cross section may be bent in a curved shape. In the second embodiment, the end portion has a perfect circular cylindrical shape, but may have an elliptical shape or a polygonal shape.
また、第2実施形態では形成された楕円の端部は極板の平板状の部分に接触するようにしたが、端部は平板状の部分に接触しないように構成することも可能である。また、折り曲げ部として、極板とは別の部材によって円筒を形成し、この円筒を溶接等によって接続するようにしてもよい。第1実施形態の場合にも、電極を折り曲げるのではなく、別の部材を溶接することによって折り曲げ部を形成するようにしてもよい。 In the second embodiment, the end of the formed ellipse is in contact with the flat plate portion of the electrode plate. However, the end portion may be configured not to contact the flat plate portion. Further, as the bent portion, a cylinder may be formed by a member different from the electrode plate, and the cylinder may be connected by welding or the like. Also in the case of the first embodiment, the bent portion may be formed by welding another member instead of bending the electrode.
また、第1および第2実施形態では、図面を省略するために、誘電体基板については図示を省略したが、実際には誘電体基板の上に図2または図22に示す電極を形成することができる。 Further, in the first and second embodiments, the illustration of the dielectric substrate is omitted in order to omit the drawing, but in practice, the electrodes shown in FIG. 2 or FIG. 22 are formed on the dielectric substrate. Can do.
また、第1および第2実施形態では、折り曲げ部は、電極111,112,121,122の全てに設けるようにしたが、これらの少なくとも1つに設けるようにしてもよい。例えば、受電用カプラ120だけに折り曲げ部を設けるようにしてもよい。なお、全ての極板に折り曲げ部を設けない場合であっても、送電用カプラ110と受電用カプラ120の共振周波数が等しくなるように設定すればよい。また、第1実施形態の折り曲げ部と、第2実施形態の折り曲げ部の双方を合わせて設けるようにしてもよい。
In the first and second embodiments, the bent portion is provided on all of the
また、第1および第2実施形態では、折り曲げ部は、電極111,112,121,122の外側の端部(図のX方向の外側端部)に設けるようにしたが、これ以外の部分、例えば、Y方向の端部に設けることも可能である。 Moreover, in 1st and 2nd embodiment, although the bending part was provided in the outer edge part (outer edge part of the X direction of a figure) of electrode 111,112,121,122, For example, it can be provided at the end in the Y direction.
また、以上の各実施形態では、接続線115,116と電極111,112の間に2つのインダクタ113,114を挿入するようにしたが、これらのいずれか一方に挿入するようにしてもよい。同様に、接続線125,126と電極121,122の間に2つのインダクタ123,124を挿入するようにしたが、これらのいずれか一方に挿入するようにしてもよい。
Further, in each of the above embodiments, the two
また、以上の実施形態では、インダクタとしては、導体線を円柱状に巻回して構成するようにしたが、例えば、マイクロストリップラインで使用されるような、平面上を蛇行する形状を有するものや、平面上で螺旋形状を有するものによって構成するようにしてもよい。 In the above embodiment, the inductor is configured by winding a conductor wire in a cylindrical shape. For example, the inductor has a shape meandering on a plane as used in a microstrip line. Further, it may be configured by a spiral shape on a plane.
110 送電用カプラ
111,112 電極
111a,112a 折り曲げ部
113,114 インダクタ
115,116 接続線
120 受電用カプラ
121,122 電極
121a,122a 折り曲げ部
123,124 インダクタ
125,126 接続線
110 Coupler for
Claims (5)
前記送電装置は、
所定の距離を隔てて配置され、当該所定の距離を含む合計幅が近傍界であるλ/2π以下の長さを有する平板形状の第1および第2電極と、
前記第1および第2電極と交流電力発生部の2つの出力端子とをそれぞれ電気的に接続する第1および第2接続線と、
前記第1および第2電極と前記交流電力発生部の2つの出力端子の少なくとも一方の間に挿入される第1インダクタと、を有し、
前記受電装置は、
所定の距離を隔てて配置され、当該所定の距離を含む合計幅が近傍界であるλ/2π以下の長さを有する平板形状の第3および第4電極と、
前記第3および第4電極と負荷の2つの入力端子とをそれぞれ電気的に接続する第3および第4接続線と、
前記第3および第4電極と前記負荷の2つの入力端子の少なくとも一方の間に挿入される第2インダクタと、を有し、
前記第1乃至第4電極の少なくとも1つは、対向する電極から離れる方向に一部の端部が折り曲げられた折り曲げ部を有し、前記第1および第2電極と前記第1インダクタによって構成される送電用カプラの共振周波数と、前記第3および第4電極と前記第2インダクタによって構成される受電用カプラの共振周波数が略等しくなるように設定され、前記折り曲げ部は、電極に対して略直角になるように折り曲げられて構成されている
ことを特徴とする無線電力伝送システム。 In a wireless power transmission system that transmits AC power wirelessly from a power transmitting device to a power receiving device,
The power transmission device is:
Flat plate-shaped first and second electrodes which are arranged at a predetermined distance and have a total width including the predetermined distance of λ / 2π or less which is a near field;
First and second connection lines that electrically connect the first and second electrodes and the two output terminals of the AC power generation unit, respectively;
A first inductor inserted between the first and second electrodes and at least one of the two output terminals of the AC power generation unit;
The power receiving device is:
Flat plate-shaped third and fourth electrodes that are arranged at a predetermined distance and have a total width including the predetermined distance of λ / 2π or less that is a near field;
Third and fourth connection lines that electrically connect the third and fourth electrodes and the two input terminals of the load, respectively;
A second inductor inserted between the third and fourth electrodes and at least one of the two input terminals of the load;
At least one of the first to fourth electrodes has a bent portion in which a part of the end portion is bent in a direction away from the opposing electrode, and is configured by the first and second electrodes and the first inductor. The resonance frequency of the power transmission coupler is set to be substantially equal to the resonance frequency of the power reception coupler constituted by the third and fourth electrodes and the second inductor, and the bent portion is substantially the same as the electrode. A wireless power transmission system, wherein the wireless power transmission system is configured to be bent at a right angle .
前記送電装置は、
所定の距離を隔てて配置され、当該所定の距離を含む合計幅が近傍界であるλ/2π以下の長さを有する平板形状の第1および第2電極と、
前記第1および第2電極と交流電力発生部の2つの出力端子とをそれぞれ電気的に接続する第1および第2接続線と、
前記第1および第2電極と前記交流電力発生部の2つの出力端子の少なくとも一方の間に挿入される第1インダクタと、を有し、
前記受電装置は、
所定の距離を隔てて配置され、当該所定の距離を含む合計幅が近傍界であるλ/2π以下の長さを有する平板形状の第3および第4電極と、
前記第3および第4電極と負荷の2つの入力端子とをそれぞれ電気的に接続する第3および第4接続線と、
前記第3および第4電極と前記負荷の2つの入力端子の少なくとも一方の間に挿入される第2インダクタと、を有し、
前記第1乃至第4電極の少なくとも1つは、対向する電極から離れる方向に一部の端部が折り曲げられた折り曲げ部を有し、前記第1および第2電極と前記第1インダクタによって構成される送電用カプラの共振周波数と、前記第3および第4電極と前記第2インダクタによって構成される受電用カプラの共振周波数が略等しくなるように設定され、
前記折り曲げ部が円筒形状を有していることを特徴とする無線電力伝送システム。 In a wireless power transmission system that transmits AC power wirelessly from a power transmitting device to a power receiving device,
The power transmission device is:
Flat plate-shaped first and second electrodes which are arranged at a predetermined distance and have a total width including the predetermined distance of λ / 2π or less which is a near field;
First and second connection lines that electrically connect the first and second electrodes and the two output terminals of the AC power generation unit, respectively;
A first inductor inserted between the first and second electrodes and at least one of the two output terminals of the AC power generation unit;
The power receiving device is:
Flat plate-shaped third and fourth electrodes that are arranged at a predetermined distance and have a total width including the predetermined distance of λ / 2π or less that is a near field;
Third and fourth connection lines that electrically connect the third and fourth electrodes and the two input terminals of the load, respectively;
A second inductor inserted between the third and fourth electrodes and at least one of the two input terminals of the load;
At least one of the first to fourth electrodes has a bent portion in which a part of the end portion is bent in a direction away from the opposing electrode, and is configured by the first and second electrodes and the first inductor. The resonance frequency of the power transmission coupler is set to be substantially equal to the resonance frequency of the power reception coupler constituted by the third and fourth electrodes and the second inductor,
The wireless power transmission system, wherein the bent portion has a cylindrical shape .
The wireless power transmission system according to claim 4, wherein a radius of the cylindrical shape is 4 to 12% of a length in a direction parallel to the electric field .
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