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JP6301687B2 - Power transmission system - Google Patents

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JP6301687B2
JP6301687B2 JP2014052635A JP2014052635A JP6301687B2 JP 6301687 B2 JP6301687 B2 JP 6301687B2 JP 2014052635 A JP2014052635 A JP 2014052635A JP 2014052635 A JP2014052635 A JP 2014052635A JP 6301687 B2 JP6301687 B2 JP 6301687B2
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正弘 楠
正弘 楠
満 増田
満 増田
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THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
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THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
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Description

本発明は、電力伝送システムに関するものである。   The present invention relates to a 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。   Patent Document 1 discloses a wireless power transmission apparatus that transmits power between two non-contact electric circuits using electromagnetic induction.

特開平8−340285号公報JP-A-8-340285

ところで、特許文献1に開示された技術では、電力伝送が適正に行われるのは、送受電コイルが対向しており、その対向間隔が5〜10mmのときとされており(特許文献1の段落   By the way, in the technique disclosed in Patent Document 1, power transmission is appropriately performed when the power transmitting and receiving coils face each other and the facing distance is 5 to 10 mm (paragraph of Patent Document 1).

参照)、電力を伝送する距離を大きくできないという問題点がある。 (See reference), and there is a problem that the distance for transmitting power cannot be increased.

そこで、本発明は、電力を効率良く、長い距離を伝送できる電力伝送システムを提供することを目的としている。   Then, this invention aims at providing the electric power transmission system which can transmit electric power efficiently and a long distance.

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交流電力を伝送する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1組の第1組電極と、前記第1組電極に対して所定の角度だけ回転して配置され、前記第1組電極と同様に所定の距離を隔てて配置されるとともに、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1組の第2組電極と、前記第1組電極および前記第2組電極に対して位相差を持たせた交流電力を供給する供給手段と、前記供給手段と前記第1組電極の少なくとも一方の間に挿入される第1インダクタと、前記供給手段と前記第2組電極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1組の第3組電極と、前記第3組電極に対して所定の角度だけ回転して配置され、前記第3組電極と同様に所定の距離を隔てて配置されるとともに、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1組の第4組電極と、前記第3組電極および前記第4組電極によって受電された交流電力の位相を合わせて出力する出力手段と、前記出力手段と前記第3組電極の少なくとも一方の間に挿入される第3インダクタと、前記出力手段と前記第4組電極の少なくとも一方の間に挿入される第4インダクタと、を有し、前記送電装置と前記受電装置の間は回転する電界によって電力が伝送されることを特徴とする。
このような構成によれば、電力を効率良く、長い距離を伝送できる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 problem, the present invention provides a power transmission system that transmits AC power from a power transmission device to a power reception device, wherein the power transmission device is disposed at a predetermined distance and includes the predetermined distance. One set of first set electrodes having a total width of a near field of λ / 2π or less, and a predetermined angle rotated with respect to the first set electrode, the same as the first set electrode Are disposed at a predetermined distance, and a total width including the predetermined distance has a length of λ / 2π or less that is a near field, the second set electrode, the first set electrode, and the first set electrode A supply means for supplying AC power having a phase difference to the second set electrode; a first inductor inserted between at least one of the supply means and the first set electrode; the supply means; A second inserted between at least one of the second pair of electrodes; A third set of electrodes having a total width including the predetermined distance and a length equal to or less than λ / 2π which is a near field. And a predetermined angle rotated with respect to the third set electrode, and arranged at a predetermined distance as in the third set electrode, and the total width including the predetermined distance is a near field. A set of fourth set electrodes having a length of λ / 2π or less, output means for outputting the phase of AC power received by the third set electrode and the fourth set electrode, and the output And a fourth inductor inserted between at least one of the output means and the fourth set electrode, and the power transmission Electric power is generated by a rotating electric field between the device and the power receiving device. Characterized in that it is fed.
According to such a configuration, it is possible to provide a power transmission system that can efficiently transmit power over a long distance.

また、本発明は、前記第1〜第4組電極は平板形状の電極によって構成されることを特徴とする。
このような構成によれば、電力を効率良く、長い距離を伝送できるとともに、電極の放熱特性を高めることができる。
Further, the present invention is characterized in that the first to fourth assembled electrodes are constituted by flat electrodes.
According to such a configuration, power can be transmitted efficiently over a long distance, and the heat dissipation characteristics of the electrode can be enhanced.

また、本発明は、前記第1および第2組電極は導電性を有する遮蔽ボックス内に配置され、前記第3および第4組電極も同様に導電性を有する遮蔽ボックス内に配置されることを特徴とすることを特徴とする。
このような構成によれば、電極の周囲に存在する物体による影響を低減することができる。
In the present invention, the first and second assembled electrodes are disposed in a conductive shielding box, and the third and fourth assembled electrodes are disposed in a conductive shielding box as well. It is a characteristic.
According to such a structure, the influence by the object which exists around an electrode can be reduced.

また、本発明は、前記送電装置と前記受電装置の間に配置される中継装置を有し、当該中継装置は、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1組の第5組電極と、前記第5組電極に対して所定の角度だけ回転して配置され、前記第5組電極と同様に所定の距離を隔てて配置されるとともに、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1組の第6組電極と、前記第5組電極を構成する1組の電極を接続する第5インダクタと、前記第6組電極を構成する1組の電極を接続する第6インダクタと、を有することを特徴とする。
このような構成によれば、電力をさらに長い距離伝送することができる。
The present invention further includes a relay device disposed between the power transmission device and the power reception device, the relay device being disposed at a predetermined distance, and a total width including the predetermined distance being a near field. A set of fifth set electrodes having a length of λ / 2π or less and a predetermined angle rotated with respect to the fifth set electrode, and a predetermined distance similar to the fifth set electrode. A pair of sixth electrodes having a length equal to or less than λ / 2π that is a near field and a total width including the predetermined distance and a pair of electrodes constituting the fifth electrode And a sixth inductor for connecting one set of electrodes constituting the sixth set electrode.
According to such a configuration, power can be transmitted for a longer distance.

本発明によれば、電力を効率良く伝送できる電力伝送システムを提供することが可能となる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to provide the electric power transmission system which can transmit electric power efficiently.

本発明の実施形態の動作原理を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the principle of operation of embodiment of this invention. 図1に示す構成例の等価回路である。2 is an equivalent circuit of the configuration example shown in FIG. 1. 図2に示す等価回路の伝送特性を示す図である。It is a figure which shows the transmission characteristic of the equivalent circuit shown in FIG. 本発明の実施形態の原理を説明する送電用カプラの構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the coupler for power transmission explaining the principle of embodiment of this invention. 本発明の原理を説明する送電用カプラと受電用カプラの構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the coupler for power transmission and the coupler for power reception explaining the principle of this invention. 図5に示す構成例の送電用カプラの入力インピーダンスのスミスチャートである。6 is a Smith chart of input impedance of the power transmission coupler of the configuration example shown in FIG. 5. 図5に示す構成例のパラメータS11,S21,η21の周波数特性を示す図である。It is a figure which shows the frequency characteristic of parameter S11, S21, (eta) 21 of the structural example shown in FIG. 図5に示す構成例をZ軸を中心として90度回転させた状態を示す図である。It is a figure which shows the state rotated 90 degree | times centering | focusing on the Z-axis about the structural example shown in FIG. 図8に示す構成例の送電用カプラの入力インピーダンスのスミスチャートである。It is a Smith chart of the input impedance of the coupler for power transmission of the structural example shown in FIG. 図8に示す構成例のパラメータS11,S21,η21の周波数特性を示す図である。It is a figure which shows the frequency characteristic of parameter S11, S21, (eta) 21 of the structural example shown in FIG. 本発明の第1実施形態の基本構成を示す図である。It is a figure which shows the basic composition of 1st Embodiment of this invention. 図11に示す構成例の送電用カプラの入力インピーダンスのスミスチャートである。12 is a Smith chart of input impedance of the power transmission coupler of the configuration example shown in FIG. 11. 図11に示す構成例のパラメータS11,S21,η21の周波数特性を示す図である。It is a figure which shows the frequency characteristic of parameter S11, S21, (eta) 21 of the structural example shown in FIG. 図11に示す構成例の電界分布を示す図である。It is a figure which shows the electric field distribution of the structural example shown in FIG. 図11に示す構成例をZ軸を中心として回転させた状態を示す図である。It is a figure which shows the state rotated about the Z-axis about the structural example shown in FIG. 図15に示す構成例の伝送効率の周波数特性を示す図である。It is a figure which shows the frequency characteristic of the transmission efficiency of the structural example shown in FIG. 本発明の第1実施形態の構成例を示す図ある。It is a figure which shows the structural example of 1st Embodiment of this invention. 図17に示す実施形態の電力分配部の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the electric power distribution part of embodiment shown in FIG. 図17に示す実施形態の送電用カプラの入力インピーダンスのスミスチャートである。It is a Smith chart of the input impedance of the coupler for power transmission of embodiment shown in FIG. 図17に示す実施形態の伝送効率と反射損の周波数特性を示す図である。It is a figure which shows the frequency characteristic of the transmission efficiency and reflection loss of embodiment shown in FIG. 図17に示す実施形態の電界分布を示す図である。It is a figure which shows the electric field distribution of embodiment shown in FIG. 図17に示す実施形態をZ軸を中心として回転させた状態を示す図である。FIG. 18 is a diagram illustrating a state in which the embodiment illustrated in FIG. 17 is rotated about the Z axis. 図22に示す回転角と伝送効率の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the rotation angle shown in FIG. 22, and transmission efficiency. 図11に示す構成例を直線移動させた状態を示す図である。FIG. 12 is a diagram illustrating a state in which the configuration example illustrated in FIG. 11 is linearly moved. 図17に示す実施形態を直線移動させた状態を示す図である。It is a figure which shows the state which moved the embodiment shown in FIG. 17 linearly. 図11および図17の構成例を直線移動した場合の伝送効率のピークの変化を示す図である。It is a figure which shows the change of the peak of the transmission efficiency at the time of linearly moving the structural example of FIG. 11 and FIG. 本発明の第2実施形態の基本構成を説明する図である。It is a figure explaining the basic composition of a 2nd embodiment of the present invention. 図27に示す構成例のインダクタの詳細を説明する図である。It is a figure explaining the detail of the inductor of the structural example shown in FIG. 図27に示す構成例の伝送効率の周波数特性を示す図である。It is a figure which shows the frequency characteristic of the transmission efficiency of the structural example shown in FIG. 図27に示す構成例に交流電力を印加した場合に位相0度で生じる電界を示す図である。FIG. 28 is a diagram illustrating an electric field generated at a phase of 0 degree when AC power is applied to the configuration example illustrated in FIG. 27. 図27に示す構成例に交流電力を印加した場合に位相45度で生じる電界を示す図である。FIG. 28 is a diagram illustrating an electric field generated at a phase of 45 degrees when AC power is applied to the configuration example illustrated in FIG. 27. 図27に示す構成例に交流電力を印加した場合に位相90度で生じる電界を示す図である。FIG. 28 is a diagram illustrating an electric field generated at a phase of 90 degrees when AC power is applied to the configuration example illustrated in FIG. 27. 図27に示す構成例に交流電力を印加した場合に位相135度で生じる電界を示す図である。FIG. 28 is a diagram showing an electric field generated at a phase of 135 degrees when AC power is applied to the configuration example shown in FIG. 27. 図27に示す構成例に交流電力を印加した場合に位相180度で生じる電界を示す図である。FIG. 28 is a diagram showing an electric field generated at a phase of 180 degrees when AC power is applied to the configuration example shown in FIG. 27. 本発明の第2実施形態の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of 2nd Embodiment of this invention. 図35に示す実施形態のインダクタの詳細を説明する図である。It is a figure explaining the detail of the inductor of embodiment shown in FIG. 図35に示す実施形態の伝送効率の周波数特性を示す図である。It is a figure which shows the frequency characteristic of the transmission efficiency of embodiment shown in FIG. 図35に示す実施形態に交流電力を印加した場合に位相0度で生じる電界を示す図である。FIG. 36 is a diagram showing an electric field generated at a phase of 0 degrees when AC power is applied to the embodiment shown in FIG. 図35に示す実施形態に交流電力を印加した場合に位相45度で生じる電界を示す図である。FIG. 36 is a diagram showing an electric field generated at a phase of 45 degrees when AC power is applied to the embodiment shown in FIG. 図35に示す実施形態に交流電力を印加した場合に位相90度で生じる電界を示す図である。FIG. 36 is a diagram showing an electric field generated at a phase of 90 degrees when AC power is applied to the embodiment shown in FIG. 図35に示す実施形態に交流電力を印加した場合に位相135度で生じる電界を示す図である。FIG. 36 is a diagram showing an electric field generated at a phase of 135 degrees when AC power is applied to the embodiment shown in FIG. 図35に示す実施形態に交流電力を印加した場合に位相180度で生じる電界を示す図である。FIG. 36 is a diagram showing an electric field generated at a phase of 180 degrees when AC power is applied to the embodiment shown in FIG. 35. 図27および図35に示す構成例をZ軸を中心として回転させた状態を示す図である。FIG. 36 is a diagram illustrating a state in which the configuration example illustrated in FIGS. 27 and 35 is rotated about the Z axis. 図27に示す構成例の回転角と伝送効率の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the rotation angle of the structural example shown in FIG. 27, and transmission efficiency. 図35に示す実施形態の回転角と伝送効率の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the rotation angle and transmission efficiency of embodiment shown in FIG. 図27に示す構成例を直線移動させた状態を示す図である。FIG. 28 is a diagram illustrating a state in which the configuration example illustrated in FIG. 27 is linearly moved. 図46における移動距離と伝送効率のピークの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the movement distance in FIG. 46, and the peak of transmission efficiency. 図35に示す実施形態を直線移動させた状態を示す図である。FIG. 36 is a diagram showing a state where the embodiment shown in FIG. 35 is linearly moved. 図48における移動距離と伝送効率のピークの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the movement distance in FIG. 48, and the peak of transmission efficiency. 本発明の第3実施形態の基本構成を説明する図である。It is a figure explaining the basic composition of a 3rd embodiment of the present invention. 図50に示す構成例の等価回路を示す図である。It is a figure which shows the equivalent circuit of the structural example shown in FIG. 図50に示す構成例の伝送効率と反射損の周波数特性を示す図である。It is a figure which shows the frequency characteristic of the transmission efficiency and reflection loss of the structural example shown in FIG. 図50に示す構成例の入力インピーダンスの周波数特性を示す図である。It is a figure which shows the frequency characteristic of the input impedance of the structural example shown in FIG. 本発明の第3実施形態の基本構成を説明する図である。It is a figure explaining the basic composition of a 3rd embodiment of the present invention. 図54の詳細な構成例を示す図である。It is a figure which shows the detailed structural example of FIG. 図54の詳細な構成例を示す図である。It is a figure which shows the detailed structural example of FIG. 図54に示す実施形態の伝送効率の周波数特性を示す図である。It is a figure which shows the frequency characteristic of the transmission efficiency of embodiment shown in FIG. 図54に示す実施形態に交流電力を印加した場合に位相0度で生じる電界を示す図である。It is a figure which shows the electric field which arises in phase 0 degree, when alternating current power is applied to embodiment shown in FIG. 図54に示す実施形態に交流電力を印加した場合に位相45度で生じる電界を示す図である。FIG. 55 is a diagram showing an electric field generated at a phase of 45 degrees when AC power is applied to the embodiment shown in FIG. 54. 図54に示す実施形態に交流電力を印加した場合に位相90度で生じる電界を示す図である。FIG. 55 is a diagram showing an electric field generated at a phase of 90 degrees when AC power is applied to the embodiment shown in FIG. 54. 図54に示す実施形態に交流電力を印加した場合に位相135度で生じる電界を示す図である。It is a figure which shows the electric field which arises at the phase of 135 degree | times when alternating current power is applied to embodiment shown in FIG. 図54に示す実施形態に交流電力を印加した場合に位相180度で生じる電界を示す図である。It is a figure which shows the electric field which arises at a phase of 180 degree | times when alternating current power is applied to embodiment shown in FIG. 本発明の第4実施形態の基本構成を説明する図である。It is a figure explaining the basic composition of 4th Embodiment of this invention. 図63に示す実施形態の伝送効率の周波数特性を示す図である。FIG. 64 is a diagram showing frequency characteristics of transmission efficiency of the embodiment shown in FIG. 63. 図63に示す実施形態に交流電力を印加した場合に位相0度で生じる電界を示す図である。FIG. 64 is a diagram showing an electric field generated at a phase of 0 degrees when AC power is applied to the embodiment shown in FIG. 63. 図63に示す実施形態に交流電力を印加した場合に位相45度で生じる電界を示す図である。FIG. 64 is a diagram showing an electric field generated at a phase of 45 degrees when AC power is applied to the embodiment shown in FIG. 63. 図63に示す実施形態に交流電力を印加した場合に位相90度で生じる電界を示す図である。FIG. 64 is a diagram showing an electric field generated at a phase of 90 degrees when AC power is applied to the embodiment shown in FIG. 63. 図63に示す実施形態に交流電力を印加した場合に位相135度で生じる電界を示す図である。FIG. 64 is a diagram showing an electric field generated at a phase of 135 degrees when AC power is applied to the embodiment shown in FIG. 63. 図63に示す実施形態に交流電力を印加した場合に位相180度で生じる電界を示す図である。FIG. 64 is a diagram showing an electric field generated at a phase of 180 degrees when AC power is applied to the embodiment shown in FIG. 63. 本発明の第5実施形態の基本構成を説明する図である。It is a figure explaining the basic composition of a 5th embodiment of the present invention. 図70に示す実施形態の伝送効率の周波数特性を示す図である。It is a figure which shows the frequency characteristic of the transmission efficiency of embodiment shown in FIG. 図70に示す実施形態に交流電力を印加した場合に位相0度で生じる電界を示す図である。FIG. 71 is a diagram showing an electric field generated at a phase of 0 degrees when AC power is applied to the embodiment shown in FIG. 70. 図70に示す実施形態に交流電力を印加した場合に位相45度で生じる電界を示す図である。FIG. 71 is a diagram showing an electric field generated at a phase of 45 degrees when AC power is applied to the embodiment shown in FIG. 70. 図70に示す実施形態に交流電力を印加した場合に位相90度で生じる電界を示す図である。FIG. 71 is a diagram showing an electric field generated at a phase of 90 degrees when AC power is applied to the embodiment shown in FIG. 70. 図70に示す実施形態に交流電力を印加した場合に位相135度で生じる電界を示す図である。FIG. 71 is a diagram showing an electric field generated at a phase of 135 degrees when AC power is applied to the embodiment shown in FIG. 70. 図70に示す実施形態に交流電力を印加した場合に位相180度で生じる電界を示す図である。FIG. 71 is a diagram showing an electric field generated at a phase of 180 degrees when AC power is applied to the embodiment shown in FIG. 70. 本発明の第5実施形態の基本構成を説明する図である。It is a figure explaining the basic composition of a 5th embodiment of the present invention. 図77に示す実施形態の伝送効率の周波数特性を示す図である。FIG. 78 is a diagram showing frequency characteristics of transmission efficiency of the embodiment shown in FIG. 77. 図77に示す実施形態に交流電力を印加した場合に位相0度で生じる電界を示す図である。FIG. 78 is a diagram showing an electric field generated at a phase of 0 degrees when AC power is applied to the embodiment shown in FIG. 77. 図77に示す実施形態に交流電力を印加した場合に位相45度で生じる電界を示す図である。FIG. 78 is a diagram showing an electric field generated at a phase of 45 degrees when AC power is applied to the embodiment shown in FIG. 77. 図77に示す実施形態に交流電力を印加した場合に位相90度で生じる電界を示す図である。FIG. 78 is a diagram showing an electric field generated at a phase of 90 degrees when AC power is applied to the embodiment shown in FIG. 77. 図77に示す実施形態に交流電力を印加した場合に位相135度で生じる電界を示す図である。FIG. 78 is a diagram showing an electric field generated at a phase of 135 degrees when AC power is applied to the embodiment shown in FIG. 77. 図77に示す実施形態に交流電力を印加した場合に位相180度で生じる電界を示す図である。FIG. 78 is a diagram illustrating an electric field generated at a phase of 180 degrees when AC power is applied to the embodiment illustrated in FIG. 77. 電力分配部の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of a power distribution part. 図84に示す回路の位相特性を示す図である。It is a figure which shows the phase characteristic of the circuit shown in FIG. 図84に示す回路の利得特性を示す図である。It is a figure which shows the gain characteristic of the circuit shown in FIG.

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)実施形態の動作原理の説明
まず、本発明の実施形態について説明する前に、本発明の動作原理について説明する。図1は、本発明の動作原理を説明するための図である。この図の例では、電力伝送システム1は、送電装置10、および、受電装置20を有している。
(A) Description of Operation Principle of Embodiment First, before describing the embodiment of the present invention, the operation principle of the present invention will be described. FIG. 1 is a diagram for explaining the operating principle of the present invention. In the example of this figure, the power transmission system 1 includes a power transmission device 10 and a power reception device 20.

ここで、送電装置10は、電極11,12、インダクタ13,14、接続線15,16、および、交流電力発生部17を有している。また、受電装置20は、電極21,22、インダクタ23,24、接続線25,26、および、負荷27を有している。電極11,12およびインダクタ13,14は送電用カプラを構成する。電極21,22およびインダクタ23,24は受電用カプラを構成する。   Here, the power transmission device 10 includes electrodes 11 and 12, inductors 13 and 14, connection lines 15 and 16, and an AC power generation unit 17. The power receiving device 20 includes electrodes 21 and 22, inductors 23 and 24, connection lines 25 and 26, and a load 27. The electrodes 11 and 12 and the inductors 13 and 14 constitute a power transmission coupler. The electrodes 21 and 22 and the inductors 23 and 24 constitute a power receiving coupler.

ここで、電極11,12は、導電性を有する部材によって構成され、所定の距離d1を隔てて配置されている。図1の例では、電極11,12,21,22として、略同一のサイズを有する矩形形状を有する平板状の電極が例示されている。また、電極11と電極21は距離d2を隔てて対向するように平行に配置され、電極12と電極22も同じ距離d2を隔てて対向するように平行に配置されている。なお、電極11,12,21,22としては、図1に示す以外の形状の電極であってもよい。例えば、円形または楕円形状の平板電極であったり、球形等の立体形状であったり、平板ではなく湾曲した形状または屈曲した形状の電極であったりしてもよい。   Here, the electrodes 11 and 12 are comprised by the member which has electroconductivity, and are arrange | positioned at predetermined distance d1. In the example of FIG. 1, as the electrodes 11, 12, 21, and 22, flat plate electrodes having a rectangular shape having substantially the same size are illustrated. The electrode 11 and the electrode 21 are arranged in parallel so as to face each other with a distance d2, and the electrode 12 and the electrode 22 are also arranged in parallel so as to face each other with the same distance d2. The electrodes 11, 12, 21, and 22 may be electrodes having shapes other than those shown in FIG. For example, it may be a circular or elliptical plate electrode, a three-dimensional shape such as a sphere, or a curved or bent electrode instead of a flat plate.

電極11および電極12の距離d1を含む合計幅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。同様に、電極21および電極22の距離d1を含む合計幅Dは、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。また、電極11と電極21および電極12と電極22の間の距離d2についても、λ/2πで示される近傍界よりも短くなるように設定されている。   The total width D including the distance d1 between the electrode 11 and the electrode 12 is set to be narrower than the near field indicated by λ / 2π where λ is the wavelength of the electric field radiated from these electrodes. . Similarly, the total width D including the distance d1 between the electrode 21 and the electrode 22 is set to be narrower than the near field indicated by λ / 2π. Also, the distance d2 between the electrode 11 and the electrode 21 and between the electrode 12 and the electrode 22 is set to be shorter than the near field indicated by λ / 2π.

インダクタ13,14は、例えば、導電性の線材(例えば、銅線)を巻回して構成され、図1の例では、電極11,12の端部にそれぞれの一端が電気的に接続されている。接続線15はインダクタ13の他端と交流電力発生部17の出力端子の一端とを接続する導電性の線材(例えば、銅線)によって構成される。接続線16はインダクタ14の他端と交流電力発生部17の出力端子の他端とを接続する導電性の線材によって構成される。なお、接続線15,16は、同軸ケーブルまたは平衡ケーブルによって構成される。   For example, the inductors 13 and 14 are configured by winding a conductive wire (for example, copper wire), and one end of each of the inductors 13 and 12 is electrically connected to the ends of the electrodes 11 and 12 in the example of FIG. . The connection line 15 is composed of a conductive wire (for example, copper wire) that connects the other end of the inductor 13 and one end of the output terminal of the AC power generation unit 17. The connection line 16 is formed of a conductive wire material that connects the other end of the inductor 14 and the other end of the output terminal of the AC power generation unit 17. The connection lines 15 and 16 are constituted by coaxial cables or balanced cables.

交流電力発生部17は、所定の周波数の交流電力を発生し、接続線15,16を介してインダクタ13,14に供給する。   The AC power generation unit 17 generates AC power having a predetermined frequency and supplies the AC power to the inductors 13 and 14 via the connection lines 15 and 16.

電極21,22は、電極11,12と同様に、導電性を有する部材によって構成され、所定d1の距離を隔てて配置されている。   Similarly to the electrodes 11 and 12, the electrodes 21 and 22 are made of a conductive member, and are arranged at a predetermined distance d1.

インダクタ23,24は、例えば、導電性の線材を巻回して構成され、図1の例では、電極21,22の端部にそれぞれの一端が電気的に接続されている。接続線25はインダクタ23の他端と負荷27の入力端子の一端とを接続する導電性の線材(例えば、銅線)によって構成される。接続線26はインダクタ24の他端と負荷27の入力端子の他端とを接続する導電性の線材によって構成される。なお、接続線25,26は、同軸ケーブルまたは平衡ケーブルによって構成される。   For example, the inductors 23 and 24 are formed by winding a conductive wire. In the example of FIG. 1, one end of each of the inductors 23 and 22 is electrically connected to the end of the electrodes 21 and 22. The connection line 25 is composed of a conductive wire (for example, copper wire) that connects the other end of the inductor 23 and one end of the input terminal of the load 27. The connection line 26 is formed of a conductive wire that connects the other end of the inductor 24 and the other end of the input terminal of the load 27. The connection lines 25 and 26 are constituted by coaxial cables or balanced cables.

負荷27は、交流電力発生部17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。なお、負荷27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。   The load 27 is supplied with power output from the AC power generation unit 17 and transmitted via the power transmission coupler and the power reception coupler. The load 27 is constituted by, for example, a rectifier and a secondary battery. Of course, it may be other than this.

図2は、図1に示す電力伝送システム1の等価回路を示す図である。この図2において、インピーダンス2は交流電力発生部17の出力インピーダンスを示し、インピーダンス27は負荷27の入力インピーダンスを示す。ここでは、ともにZ0の値を有するとして説明する。なお、等価回路に明示されない接続線15,16及び接続線25,26の特性インピーダンスもZ0とする。インダクタ3はインダクタ13,14に対応し、Lの素子値を有している。キャパシタ4は、電極11,12の間に生じる素子値Cのキャパシタから、電極11,12と電極21,22の間に生じる素子値Cmのキャパシタを減じた素子値(C−Cm)を有する。キャパシタ5は、電極11,12と電極21,22の間に生じるキャパシタを示し、Cmの素子値を有している。キャパシタ6は、電極21,22の間に生じる素子値Cのキャパシタから、電極11,12と電極21,22の間に生じる素子値Cmのキャパシタを減じた素子値(C−Cm)を有する。インダクタ7はインダクタ23,24に対応し、Lの素子値を有している。抵抗8は、送電用カプラの抵抗を示し、インダクタ13,14に付随する抵抗値である。抵抗9は、受電用カプラの抵抗を示し、インダクタ24,24に付随する抵抗値である。   FIG. 2 is a diagram showing an equivalent circuit of the power transmission system 1 shown in FIG. In FIG. 2, impedance 2 indicates the output impedance of the AC power generator 17, and impedance 27 indicates the input impedance of the load 27. Here, it is assumed that both have a value of Z0. The characteristic impedances of the connection lines 15 and 16 and the connection lines 25 and 26 that are not clearly shown in the equivalent circuit are also Z0. The inductor 3 corresponds to the inductors 13 and 14 and has an element value of L. The capacitor 4 has an element value (C−Cm) obtained by subtracting a capacitor having an element value Cm generated between the electrodes 11 and 12 and the electrodes 21 and 22 from a capacitor having an element value C generated between the electrodes 11 and 12. The capacitor 5 is a capacitor generated between the electrodes 11 and 12 and the electrodes 21 and 22, and has an element value of Cm. The capacitor 6 has an element value (C−Cm) obtained by subtracting a capacitor having an element value Cm generated between the electrodes 11 and 12 and the electrodes 21 and 22 from a capacitor having an element value C generated between the electrodes 21 and 22. The inductor 7 corresponds to the inductors 23 and 24 and has an element value of L. The resistor 8 indicates the resistance of the power transmission coupler and is a resistance value associated with the inductors 13 and 14. The resistor 9 indicates the resistance of the power receiving coupler and is a resistance value associated with the inductors 24 and 24.

図3は、送電装置10と受電装置20の間のSパラメータの周波数特性を示している。具体的には、図3の横軸は周波数を示し、縦軸は送電装置10から受電装置20への挿入損失(S21)を示している。ここでは簡易的に、送電用カプラ及び受電用カプラの抵抗値を0とおいている。この図3に示すように、送電装置10から受電装置20への挿入損失は、周波数fでインピーダンス極大値を有し、周波数fおよびfでインピーダンス整合点、すなわち、共振点を有している。ここで、周波数fは、図2に示すインダクタ3,7のインダクタンス値Lと、電極11,12または電極21,22によって形成されるキャパシタのキャパシタンス値Cによって定まる。また、周波数fおよびfは、図2に示すインダクタ3,7のインダクタンス値Lと、電極11,12および電極21,22によって形成されるキャパシタのキャパシタンス値Cmと、ならびに、電極11,12の間および電極21,22の間にそれぞれ生じるキャパシタのキャパシタンス値Cによって近似値として定まる。 FIG. 3 shows the frequency characteristics of the S parameter between the power transmission device 10 and the power reception device 20. Specifically, the horizontal axis of FIG. 3 indicates the frequency, and the vertical axis indicates the insertion loss (S21) from the power transmission device 10 to the power reception device 20. Here, for simplicity, the resistance values of the power transmission coupler and the power reception coupler are set to zero. As shown in FIG. 3, the insertion loss from the power transmitting device 10 to the power receiving device 20 has an impedance maximum at the frequency f C and has impedance matching points, that is, resonance points at the frequencies f L and f H. ing. Here, the frequency f C is determined by the inductance value L of the inductors 3 and 7 shown in FIG. 2 and the capacitance value C of the capacitor formed by the electrodes 11 and 12 or the electrodes 21 and 22. Further, the frequencies f L and f H correspond to the inductance value L of the inductors 3 and 7 shown in FIG. 2, the capacitance value Cm of the capacitor formed by the electrodes 11 and 12 and the electrodes 21 and 22, and the electrodes 11 and 12. And the capacitance value C of the capacitor generated between the electrodes 21 and 22, respectively, are approximated.

交流電力発生部17が発生する交流電力の周波数は、図3に示すfからfの近傍、望ましくはfに設定する。交流電力の周波数がfもしくはfと一致していない場合でも、それらに近接していれば交流電力の周波数でのインピーダンスはZ0に近い値を有するので、整合回路を適用することで容易に整合を取り送電装置10から受電装置20への挿入損失を略0dBとすることが出来る。素子値Cmは送受電極の相対位置関係により変動し、その結果として図3に示すS21パラメータの周波数特性のグラフもCmの変化に応じて周波数シフトするが、交流電力の周波数が極値を取るfに設定されていれば、Cm変動の影響を緩和することができる。 The frequency of the AC power generated by the AC power generator 17 is set in the vicinity of f L to f H shown in FIG. 3, preferably f C. Even if the frequency of the AC power does not coincide with f L or f H , the impedance at the frequency of the AC power has a value close to Z0 if it is close to them, so that it is easy to apply a matching circuit. The insertion loss from the power transmission device 10 to the power reception device 20 can be made approximately 0 dB by matching. The element value Cm varies depending on the relative positional relationship between the transmitting and receiving electrodes. As a result, the frequency characteristic graph of the S21 parameter shown in FIG. 3 also shifts in frequency according to the change in Cm, but the frequency of the AC power takes an extreme value f. If it is set to C , the influence of Cm fluctuation can be mitigated.

図1に示す実施形態では、送電装置10の電極11,12と受電装置20の電極21,22は、電界共振結合されており、送電装置10の電極11,12から受電装置20の電極21,22に対して電界によって交流電力が伝送される。   In the embodiment illustrated in FIG. 1, the electrodes 11 and 12 of the power transmission device 10 and the electrodes 21 and 22 of the power reception device 20 are coupled by electric field resonance, and the electrodes 11 and 12 of the power transmission device 10 to the electrodes 21 of the power reception device 20. AC power is transmitted to 22 by an electric field.

つまり、図1に示す実施形態では、送電装置10の電極11,12と受電装置20の電極21,22は、近傍界であるλ/2πよりも短い距離d2だけ隔てて配置されているので、電極11,12から放射される電界成分が支配的である領域に電極21,22が配置される。また、電極11,12の間に形成されるキャパシタおよびインダクタ13,14による共振周波数と、電極21,22の間に形成されるキャパシタおよびインダクタ23,24による共振周波数とは略等しくなるように設定されている。このように、送電装置10の電極11,12と受電装置20の電極21,22は、電界共振結合されていることから、送電装置10の電極11,12から受電装置20の電極21,22に対して電界によって交流電力が効率よく伝送される。   That is, in the embodiment shown in FIG. 1, the electrodes 11 and 12 of the power transmission device 10 and the electrodes 21 and 22 of the power reception device 20 are arranged apart by a distance d2 shorter than λ / 2π that is the near field. The electrodes 21 and 22 are arranged in a region where the electric field component radiated from the electrodes 11 and 12 is dominant. Further, the resonance frequency by the capacitor and inductors 13 and 14 formed between the electrodes 11 and 12 and the resonance frequency by the capacitor and inductors 23 and 24 formed between the electrodes 21 and 22 are set to be substantially equal. Has been. Thus, since the electrodes 11 and 12 of the power transmission device 10 and the electrodes 21 and 22 of the power reception device 20 are coupled by electric field resonance, the electrodes 11 and 12 of the power transmission device 10 are changed to the electrodes 21 and 22 of the power reception device 20. On the other hand, AC power is efficiently transmitted by the electric field.

図4および図5は、より具体的な構成例を示す斜視図である。ここで、図4は、送電用カプラ110の構成例を示している。また、図5は送電用カプラ110と受電用カプラ120とを配置した状態を示す斜視図である。   4 and 5 are perspective views showing more specific configuration examples. Here, FIG. 4 shows a configuration example of the power transmission coupler 110. FIG. 5 is a perspective view showing a state in which the power transmission coupler 110 and the power reception coupler 120 are arranged.

図4に示すように、送電用カプラ110は、矩形の板状形状を有する絶縁部材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4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。なお、具体的なDの長さとしては、例えば、使用周波数が13.56MHzの場合には、50cm程度とし、また、これと直交する方向の長さLについても50cm程度とすることができる。   As shown in FIG. 4, the power transmission coupler 110 is configured by a conductive member having a rectangular shape on a front surface 118 </ b> A of a circuit board 118 configured by an insulating member having a rectangular plate shape. The electrodes 111 and 112 to be arranged are arranged. In the example of FIG. 4, no electrode or the like is disposed on the back surface 118 </ b> B of the circuit board 118. As a specific configuration example, for example, electrodes 111 and 112 are formed of a conductive thin film such as copper on a circuit board 118 formed of a glass epoxy board, a glass composite board, or the like. The electrodes 111 and 112 are arranged in parallel at positions separated by a predetermined distance d1. The width D of the electrodes 111 and 112 including the distance d1 is set to be narrower than the near field indicated by λ / 2π when the wavelength of the electric field radiated from these electrodes is λ. . As a specific length of D, for example, when the operating frequency is 13.56 MHz, it can be about 50 cm, and the length L in the direction orthogonal to this can be about 50 cm.

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4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 inductors 113 and 114 are connected to the ends of the electrodes 111 and 112 of the circuit board 118 in the short direction. The other ends of the inductors 113 and 114 are connected to one ends of connection lines 115 and 116, respectively. The connection lines 115 and 116 are disposed so as to avoid the regions of the electrodes 111 and 112 and the region sandwiched between them, and are disposed so as to extend in a direction away from these regions (lower left direction in FIG. 4). Yes. More specifically, the rectangular regions of the electrodes 111 and 112 and the region sandwiched between the two electrodes 111 and 112 are arranged so as to avoid the region, and the electrodes 111 and 112 are arranged so as to extend away from these regions. ing. By arranging in this way, interference between the electrodes 111 and 112 and the connection lines 115 and 116 can be reduced, so that a reduction in transmission efficiency can be prevented. The connection lines 115 and 116 are configured by, for example, a coaxial cable or a balanced cable. Note that the other ends of the connection lines 115 and 116 are respectively connected to output terminals of an AC power generation unit (not shown). By connecting the AC power generation unit to the power transmission coupler 110 by the connection lines 115 and 116, a power transmission device is configured.

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fを有している。 The power transmission coupler 110 constitutes a series resonance circuit composed of the capacitance C of the capacitor formed by arranging the electrodes 111 and 112 at a predetermined distance d1 and the inductance L of the inductors 113 and 114. It has a unique resonance frequency f C.

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f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 power receiving coupler 120 has the same configuration as that of the power transmitting coupler 110. On the surface 128A of the circuit board 128, electrodes 121 and 122 and inductors 123 and 124 made of a conductive member having a rectangular shape are arranged. Connection lines 125 and 126 are connected to the other ends of the inductors 123 and 124. The capacitance C of the capacitor formed by the electrodes 121 and 122 and the resonance frequency f C of the series resonance circuit due to the inductance L of the inductors 123 and 124 are set to be substantially the same as those of the power transmission coupler 110. The connection lines 125 and 126 are configured by, for example, a coaxial cable or a balanced cable. A load (not shown) is connected to the other ends of the connection lines 125 and 126 of the power receiving coupler 120. A power receiving device is configured by connecting a load to the power receiving coupler 120 through the connection lines 125 and 126.

図5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。送電用カプラ110と受電用カプラ120は、送電用カプラ110の2枚の電極111と112の間に生じる電界と受電用カプラ120の2枚の電極121と122の間に生じる電界を略平行とし、送電用カプラ110の2枚の電極111と112のギャップのx方向の位置と受電用カプラ120の2枚の電極121と122のギャップのx方向の位置が略同じ場合に、最も効率良く電力伝送ができる。   FIG. 5 is a diagram illustrating a state in which the power transmission coupler 110 and the power reception coupler 120 are arranged to face each other. As shown in this figure, the power transmission coupler 110 and the power reception coupler 120 are arranged so that the circuit boards 118 and 128 are parallel to each other with a distance d2 so that the surfaces 118A and 128A of the circuit boards 118 and 128 face each other. Is done. The power transmission coupler 110 and the power reception coupler 120 are configured so that the electric field generated between the two electrodes 111 and 112 of the power transmission coupler 110 and the electric field generated between the two electrodes 121 and 122 of the power reception coupler 120 are substantially parallel. When the position in the x direction of the gap between the two electrodes 111 and 112 of the power transmission coupler 110 and the position in the x direction of the gap between the two electrodes 121 and 122 of the power reception coupler 120 are substantially the same, Transmission is possible.

つぎに、図5に示す実施形態の動作について説明する。図6は、送電用カプラ110と受電用カプラ120を20cm隔てて対向配置した場合(d2=20cmの場合)における送電用カプラ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。この図に示すように、本実施形態では、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。
Next, the operation of the embodiment shown in FIG. 5 will be described. FIG. 6 shows a Smith chart of the impedance S11 of the power transmission coupler 110 when the power transmission coupler 110 and the power reception coupler 120 are arranged to face each other with a distance of 20 cm (d2 = 20 cm). In this case, the port impedance of the measuring instrument is the characteristic impedance Z0 of the connection line (real value)
Is set to a value equal to As shown in this figure, in the present embodiment, the impedance locus of the power transmission coupler 110 and the power reception coupler 120 passes near the center of the Smith chart circle, so that transmission is performed in the vicinity of this. Thus, reflection can be suppressed and power can be transmitted efficiently.

図7は、送電用カプラ110と受電用カプラ120を20cm隔てて対向配置した場合(d2=20cmの場合)における送電用カプラ110と受電用カプラ120の間のSパラメータの周波数特性を示す図である。この図において、実線は伝送効率η21(=|S21|)の周波数特性を示している。破線は反射損η11(=|S11|)の周波数特性を示している。ここで、パラメータS11は送電用カプラ110から入力した信号の反射を示し、パラメータS21は送電用カプラ110から受電用カプラ120への信号の通過を示し、伝送効率η21は送電用カプラ110から受電用カプラ120への信号の伝送効率を示す。この図7に示すように、周波数27.12MHzにおいて、送電用カプラ110に入力した信号の反射が最小になるとともに、送電用カプラ110から受電用カプラ120への通過が最大になる。これにより、送電用カプラ110から受電用カプラ120への信号の伝送効率η21が約95%で最大となる。つまり、20cmにおいて、この電力伝送システム1はインピーダンスが整合すると言える。 FIG. 7 is a diagram showing the frequency characteristics of the S parameter between the power transmission coupler 110 and the power reception coupler 120 when the power transmission coupler 110 and the power reception coupler 120 are arranged to face each other with a distance of 20 cm (d2 = 20 cm). is there. In this figure, the solid line shows the frequency characteristic of the transmission efficiency η21 (= | S21 | 2 ). The broken line indicates the frequency characteristic of the reflection loss η11 (= | S11 | 2 ). Here, the parameter S11 indicates the reflection of the signal input from the power transmission coupler 110, the parameter S21 indicates the signal passing from the power transmission coupler 110 to the power reception coupler 120, and the transmission efficiency η21 is for power reception from the power transmission coupler 110. The signal transmission efficiency to the coupler 120 is shown. As shown in FIG. 7, at a frequency of 27.12 MHz, the reflection of the signal input to the power transmission coupler 110 is minimized and the transmission from the power transmission coupler 110 to the power reception coupler 120 is maximized. As a result, the signal transmission efficiency η21 from the power transmission coupler 110 to the power reception coupler 120 becomes maximum at about 95%. That is, it can be said that the impedance of the power transmission system 1 is matched at 20 cm.

つぎの図8は、送電用カプラ110と受電用カプラ120の角度を送電用カプラ110と受電用カプラ120の電極面方向における中心を軸として90度回転させたときの斜視図である。このように、送電用カプラ110と受電用カプラ120が図5に示す状態から90度回転された状態では、図6に示すスミスチャートは、図9に示すように、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しない状態となっている。また、図10に示すように、伝送効率は略0となるとともに、反射損も略1になっている。このため、図8に示すような配置状態では、送電用カプラ110と受電用カプラ120の間で電力の伝送を行うことはできない。   Next, FIG. 8 is a perspective view when the angle between the power transmission coupler 110 and the power reception coupler 120 is rotated 90 degrees about the center in the electrode surface direction of the power transmission coupler 110 and the power reception coupler 120. As described above, when the power transmission coupler 110 and the power reception coupler 120 are rotated by 90 degrees from the state shown in FIG. 5, the Smith chart shown in FIG. 6 shows the power transmission coupler 110 and the power reception coupler as shown in FIG. The locus of the impedance of the coupler 120 does not pass through the vicinity of the center of the Smith chart circle. Further, as shown in FIG. 10, the transmission efficiency is substantially 0 and the reflection loss is also substantially 1. For this reason, in the arrangement state as shown in FIG. 8, power cannot be transmitted between the power transmission coupler 110 and the power reception coupler 120.

図11は、図1等に示す平面電極の代わりに円筒型電極を用いた場合を示している。この図の例では、送電用カプラ210は、直径Rの円筒形状を有する2本の電極211,212の軸が一致するとともに、当該軸方向がY軸方向に向くように配置されている。図11、図14、図15においては、2本の電極211,212の軸方向の中央を原点とし、2本の電極211,212の軸方向の中央と2本の電極221,222の軸方向の中央を結ぶ方向をZ軸とする。図中の座標軸は方向のみを示す。なお、これら2本の電極211,212は、d1の距離を隔てて配置されるとともに、2本の電極211,212の両端間の長さはDに設定されている。電極211,212の内側の対向する端部には、インダクタ213,214の一端がそれぞれ接続されている。また、インダクタ213,214の他端は、図示しない接続線の一端にそれぞれ接続されている。なお、接続線は、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、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。電極211,212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。受電用カプラ220も送電用カプラ210と同様に、直径Rの円筒形状を有する2本の電極221,222の軸が一致するとともに、当該軸方向がY軸方向に向くように配置されている。これら2本の電極221,222は、d1の距離を隔てて配置されるとともに、2本の電極221,222の両端間の長さはDに設定されている。電極221,222の対向する端部には、インダクタ223,224の一端がそれぞれ接続されている。また、インダクタ223,224の他端は、図示しない接続線の一端にそれぞれ接続されている。なお、接続線は、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、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。電極221,222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。そして、送電用カプラ210と受電用カプラ220は、Z軸方向に距離d2だけはなれた状態で、対向するように配置される。   FIG. 11 shows a case where a cylindrical electrode is used instead of the planar electrode shown in FIG. In the example of this figure, the power transmission coupler 210 is arranged so that the axes of the two electrodes 211 and 212 having a cylindrical shape with a diameter R coincide with each other and the axis direction is in the Y-axis direction. In FIGS. 11, 14, and 15, the center in the axial direction of the two electrodes 211 and 212 is the origin, and the center in the axial direction of the two electrodes 211 and 212 and the axial direction of the two electrodes 221 and 222 are used. The direction connecting the centers of the two is the Z axis. The coordinate axis in the figure shows only the direction. The two electrodes 211 and 212 are arranged with a distance of d1, and the length between both ends of the two electrodes 211 and 212 is set to D. One end of each of the inductors 213 and 214 is connected to the opposing ends of the electrodes 211 and 212, respectively. The other ends of the inductors 213 and 214 are connected to one end of a connection line (not shown). In addition, the connection line is composed of, for example, a coaxial cable or a balanced cable, and is connected to an output terminal of an AC power generation unit (not shown). The width D of the electrodes 211 and 212 is set to be narrower than the near field indicated by λ / 2π, where λ is the wavelength of the electric field radiated from these electrodes. Similarly to the power transmission coupler 210, the power reception coupler 220 is also arranged so that the axes of the two electrodes 221 and 222 having a cylindrical shape with a diameter R coincide with each other and the axis direction is in the Y-axis direction. These two electrodes 221 and 222 are arranged at a distance of d1, and the length between both ends of the two electrodes 221 and 222 is set to D. One ends of inductors 223 and 224 are connected to opposite ends of the electrodes 221 and 222, respectively. The other ends of the inductors 223 and 224 are connected to one end of a connection line (not shown). In addition, the connection line is composed of, for example, a coaxial cable or a balanced cable, and is connected to an output terminal of an AC power generation unit (not shown). The width D of the electrodes 221 and 222 is set to be narrower than the near field indicated by λ / 2π, where λ is the wavelength of the electric field radiated from these electrodes. The power transmission coupler 210 and the power reception coupler 220 are arranged to face each other with a distance d2 in the Z-axis direction.

図12は、図11に示す送電用カプラ210と受電用カプラ220を314mm隔てて対向配置した場合(d2=314mmの場合)における送電用カプラ210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。この図に示すように、図11に示す送電用カプラ210および受電用カプラ220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. 12 shows a Smith chart of the impedance S11 of the power transmission coupler 210 when the power transmission coupler 210 and the power reception coupler 220 shown in FIG. 11 are arranged to be opposed to each other with a distance of 314 mm (when d2 = 314 mm). In this case, the port impedance of the measuring instrument is set to a value equal to the characteristic impedance Z0 (real value) of the connection line. As shown in this figure, since the locus of impedance of the power transmission coupler 210 and the power reception coupler 220 shown in FIG. 11 passes through the vicinity of the center of the Smith chart circle, it is set to perform transmission in this vicinity. Therefore, it is possible to efficiently transmit power while suppressing reflection.

図13は、送電用カプラ210と受電用カプラ220を314mm隔てて対向配置した場合(d2=314mmの場合)における送電用カプラ210と受電用カプラ220の間のSパラメータの周波数特性を示す図である。この図において、実線は伝送効率η21(=|S21|)の周波数特性を示し、破線は反射損η11(=|S11|)を示している。この図7に示すように、周波数27MHz付近において、送電用カプラ210に入力した信号の反射が最小になるとともに、送電用カプラ210から受電用カプラ220への通過が最大になる。これにより、送電用カプラ210から受電用カプラ220への信号の伝送効率η21が約95%で最大となる。 FIG. 13 is a diagram illustrating the frequency characteristics of the S parameter between the power transmission coupler 210 and the power reception coupler 220 when the power transmission coupler 210 and the power reception coupler 220 are arranged to be opposed to each other with a distance of 314 mm (d2 = 314 mm). is there. In this figure, the solid line indicates the frequency characteristic of the transmission efficiency η21 (= | S21 | 2 ), and the broken line indicates the reflection loss η11 (= | S11 | 2 ). As shown in FIG. 7, near the frequency of 27 MHz, the reflection of the signal input to the power transmission coupler 210 is minimized, and the passage from the power transmission coupler 210 to the power reception coupler 220 is maximized. As a result, the signal transmission efficiency η21 from the power transmission coupler 210 to the power reception coupler 220 is maximized at about 95%.

図14は、図11に示す構成において、電力伝送を行った場合の送電用カプラ210と受電用カプラ220に周囲の電界の分布状態を示す図である。なお、この図において矢印の方向は電界の方向を示し、矢印の大きさは電界の大きさを示している。この図に示すように、送電用カプラ210の周辺には一方の電極から出る矢印と、他方の電極に入る電界が存在している。また、受電用カプラ220の周辺にも一方の電極から出る矢印と、他方の電極に入る電界が存在している。   FIG. 14 is a diagram illustrating a distribution state of electric fields around the power transmission coupler 210 and the power reception coupler 220 when power is transmitted in the configuration illustrated in FIG. In this figure, the direction of the arrow indicates the direction of the electric field, and the size of the arrow indicates the magnitude of the electric field. As shown in this figure, there are an arrow from one electrode and an electric field entering the other electrode around the power transmission coupler 210. Further, an arrow extending from one electrode and an electric field entering the other electrode also exist around the power receiving coupler 220.

図15は、図11に示す受電用カプラ220を送電用カプラ210に対してZ軸周りに角度φだけ回転させた状態を示している。なお、図15(A)の破線は、受電用カプラ220と平行な線分を示している。図16は、図15に示すφを0〜120度の間で変化させた場合の伝送効率η21のピークの変化を示す図である。図16に示す例では、φが0〜30度の範囲ではη21は90%以上を維持しているが、φが40度よりも大きくなると急激に減少し、φが90度になると略0%となる。この図16から、図11に示す構成では、送電用カプラ210と受電用カプラ220との相対的な角度φは30度以下になるようにすることが望ましいことが分かる。   FIG. 15 shows a state where the power receiving coupler 220 shown in FIG. 11 is rotated by an angle φ around the Z axis with respect to the power transmitting coupler 210. Note that a broken line in FIG. 15A indicates a line parallel to the power receiving coupler 220. FIG. 16 is a diagram showing changes in the peak of the transmission efficiency η21 when φ shown in FIG. 15 is changed between 0 and 120 degrees. In the example shown in FIG. 16, η21 is maintained at 90% or more when φ is in the range of 0 to 30 degrees. However, when φ is greater than 40 degrees, it decreases rapidly, and when φ is 90 degrees, it is approximately 0%. It becomes. From FIG. 16, it can be seen that in the configuration shown in FIG. 11, it is desirable that the relative angle φ between the power transmission coupler 210 and the power reception coupler 220 be 30 degrees or less.

(B)第1実施形態の説明
図17は、本発明の第1実施形態の構成例について説明する図である。図17、図21、図22においては、2本の電極311,312の軸方向の中央を原点とし、2本の電極311,312の軸方向の中央と2本の電極321,322の軸方向の中央を結ぶ方向をZ軸とする。図中の座標軸は方向のみを示す。なお、図17(A)は第1実施形態の斜視図であり、図17(B)は図17(A)をZ軸正方向から見た図であり、図17(C)は図17(A)をY軸正方向から見た図である。この図に示すように、第1実施形態では、送電用カプラ310として、直径Rの円筒形状を有する第1組電極である電極311,312が距離d1を隔ててX軸に平行に直線上に配置されるとともに、同じく、直径Rの円筒形状を有する第2組電極である電極315,316が距離d1を隔ててY軸に平行に直線上に配置されている。なお、図17(C)に示すように、電極311,312と電極315,316の間隔はd3とされる。すなわち、図17の例では、電極311,312と電極315,316とは略直交するように配置されている。電極311,312の内側の端部には、インダクタ313,314の一端がそれぞれ接続されている。また、インダクタ313,314の他端は、図示しない接続線の一端にそれぞれ接続されている。なお、接続線は、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、後述する電力分配部に接続されている。電極311,312の合計幅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。電極315,316の内側の端部には、インダクタ317,318の一端がそれぞれ接続されている。また、インダクタ317,318の他端は、図示しない接続線の一端にそれぞれ接続されている。接続線は、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、後述する電力分配部に接続されている。電極315,316の合計幅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。
(B) Description of First Embodiment FIG. 17 is a diagram illustrating a configuration example of the first embodiment of the present invention. In FIGS. 17, 21, and 22, the center in the axial direction of the two electrodes 311 and 312 is the origin, and the center in the axial direction of the two electrodes 311 and 312 and the axial direction of the two electrodes 321 and 322 are used. The direction connecting the centers of the two is the Z axis. The coordinate axis in the figure shows only the direction. 17A is a perspective view of the first embodiment, FIG. 17B is a view of FIG. 17A viewed from the positive direction of the Z axis, and FIG. 17C is FIG. It is the figure which looked at A) from the Y-axis positive direction. As shown in this figure, in the first embodiment, as the power transmission coupler 310, the electrodes 311 and 312 which are first assembled electrodes having a cylindrical shape with a diameter R are linearly parallel to the X axis with a distance d1 therebetween. Similarly, the electrodes 315 and 316, which are second assembled electrodes having a cylindrical shape with a diameter R, are arranged on a straight line parallel to the Y-axis with a distance d1. As shown in FIG. 17C, the distance between the electrodes 311 and 312 and the electrodes 315 and 316 is d3. That is, in the example of FIG. 17, the electrodes 311 and 312 and the electrodes 315 and 316 are arranged so as to be substantially orthogonal. One ends of inductors 313 and 314 are connected to the inner ends of the electrodes 311 and 312, respectively. The other ends of the inductors 313 and 314 are connected to one end of a connection line (not shown). Note that the connection line is configured by, for example, a coaxial cable or a balanced cable, and is connected to a power distribution unit described later. The total width D of the electrodes 311 and 312 is set to be narrower than the near field indicated by λ / 2π, where λ is the wavelength of the electric field radiated from these electrodes. One ends of inductors 317 and 318 are connected to the inner ends of the electrodes 315 and 316, respectively. The other ends of the inductors 317 and 318 are respectively connected to one end of a connection line (not shown). The connection line is configured by, for example, a coaxial cable or a balanced cable, and is connected to a power distribution unit described later. The total width D of the electrodes 315 and 316 is set to be narrower than the near field indicated by λ / 2π, where λ is the wavelength of the electric field radiated from these electrodes.

受電用カプラ320も送電用カプラ310と同様に、直径Rの円筒形状を有する第3組電極である電極321,322が距離d1を隔ててX軸に平行に直線上に配置されるとともに、同じく、直径Rの円筒形状を有する第4組電極である電極325,326が距離d1を隔ててY軸に平行に直線上に配置されている。図17(C)に示すように、電極321,322と電極325,326の間隔はd3とされる。図17の例では、電極321,322と電極325,326とは略直交するように配置されている。電極321,322の内側の端部には、インダクタ323,324の一端がそれぞれ接続されている。また、インダクタ323,324の他端は、図示しない接続線の一端にそれぞれ接続されている。なお、接続線は、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、後述する電力分配部に接続されている。電極321,322の合計幅Dは、これらの電極によって受電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。電極325,326の内側の端部には、インダクタ327,328の一端がそれぞれ接続されている。また、インダクタ327,328の他端は、図示しない接続線の一端にそれぞれ接続されている。接続線は、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、後述する電力分配部に接続されている。電極325,326の合計幅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。   Similarly to the power transmission coupler 310, the power reception coupler 320 has electrodes 321 and 322, which are third electrodes having a cylindrical shape with a diameter R, arranged on a straight line parallel to the X axis with a distance d1. Electrodes 325 and 326, which are fourth assembled electrodes having a cylindrical shape with a diameter R, are arranged on a straight line parallel to the Y axis at a distance d1. As shown in FIG. 17C, the distance between the electrodes 321 and 322 and the electrodes 325 and 326 is d3. In the example of FIG. 17, the electrodes 321 and 322 and the electrodes 325 and 326 are arranged so as to be substantially orthogonal. One ends of inductors 323 and 324 are connected to the inner ends of the electrodes 321 and 322, respectively. The other ends of the inductors 323 and 324 are connected to one end of a connection line (not shown). Note that the connection line is configured by, for example, a coaxial cable or a balanced cable, and is connected to a power distribution unit described later. The total width D of the electrodes 321 and 322 is set to be narrower than the near field indicated by λ / 2π, where λ is the wavelength of the electric field received by these electrodes. One ends of inductors 327 and 328 are connected to the inner ends of the electrodes 325 and 326, respectively. The other ends of the inductors 327 and 328 are connected to one end of a connection line (not shown). The connection line is configured by, for example, a coaxial cable or a balanced cable, and is connected to a power distribution unit described later. The total width D of the electrodes 325 and 326 is set to be narrower than the near field indicated by λ / 2π, where λ is the wavelength of the electric field radiated from these electrodes.

図18は、交流電力発生部17から出力される電力を分配するとともに、位相をシフトして図17に示す送電用カプラ310に供給する分配器の構成例を示す図である。図18に示す例では、Port1側に交流電力発生部17が接続され、Port2側にインダクタ313,314が接続される。更にPort3側にインダクタ317,318が接続される。分配器は図中のSパラメータ値に示される様に周波数依存性の無い理想的な等分配、位相90°オフセットの特性である。即ち電力発生部17からPort1に供給される電力は、振幅が等しく、また、位相差が90度の電力として、インダクタ313,314およびインダクタ317,318に供給される。   FIG. 18 is a diagram illustrating a configuration example of a distributor that distributes the power output from the AC power generation unit 17 and shifts the phase and supplies the power to the power transmission coupler 310 illustrated in FIG. 17. In the example shown in FIG. 18, the AC power generation unit 17 is connected to the Port 1 side, and the inductors 313 and 314 are connected to the Port 2 side. Further, inductors 317 and 318 are connected to the Port 3 side. As shown by the S parameter value in the figure, the distributor has ideal equal distribution and phase 90 ° offset characteristics without frequency dependency. That is, the power supplied from the power generation unit 17 to Port 1 is supplied to the inductors 313 and 314 and the inductors 317 and 318 as power having the same amplitude and a phase difference of 90 degrees.

図17に示す受信用カプラ320に対しても、図18と同様の構成を有する電力合成部が接続される。すなわち、電力合成部は、図18に示すPort1には交流電力発生部17の代わりに負荷27が接続され、Port2にはインダクタ323,324が接続され、Port3にはインダクタ327,328が接続される。電極321,322および電極325,326によって受電された電力は、90度の位相差を有しているが、電力合成部によって位相差が0に調整された後に合成され、負荷27に供給される。   A power combiner having the same configuration as in FIG. 18 is also connected to the reception coupler 320 shown in FIG. That is, in the power combiner, a load 27 is connected to Port 1 shown in FIG. 18 instead of the AC power generator 17, inductors 323 and 324 are connected to Port 2, and inductors 327 and 328 are connected to Port 3. . The electric power received by the electrodes 321 and 322 and the electrodes 325 and 326 has a phase difference of 90 degrees, but is synthesized after the phase difference is adjusted to 0 by the power synthesis unit and supplied to the load 27. .

つぎに、図17に示す第1実施形態の動作について説明する。交流電力発生部17によって発生された交流電力は、図18に示す電力分配部によって2分配されるとともに、位相差が90度になるように調整された後、インダクタ313,314を介して電極311,312に供給されるとともに、インダクタ317,318を介して電極315,316に供給される。電極311,312と電極315,316は直交するように配置されるとともに、これらには位相差が90度の交流電力が供給されることから、電極311,312と電極315,316からは、Z軸を中心として回転する電界が発生する。このような回転する電界は、電極321,322と電極325,326によって受電され、位相が90度ずれた交流電力として出力される。電極321,322と電極325,326から出力された交流電力は、図18と同様の構成を有する電力合成部のPort2とPort3に入力され、位相差が0になるように調整された後、合成されて負荷27に供給される。この結果、交流電力発生部17によって発生された交流電力は、図18に示す電力分配部によって2分配されるとともに、90度の位相差を有するように調整された後、電極311,312と電極315,316からZ軸周りに回転する電界として送電される。電極321,322と電極325,326は、回転する電界を受電し、図18と同様の構成を有する電力合成部によって位相差が0になるように調整するとともに、合成さして負荷27に供給する。   Next, the operation of the first embodiment shown in FIG. 17 will be described. The AC power generated by the AC power generation unit 17 is divided into two by the power distribution unit shown in FIG. 18 and is adjusted so that the phase difference is 90 degrees, and then the electrodes 311 through the inductors 313 and 314. 312 and the electrodes 315 and 316 via the inductors 317 and 318. The electrodes 311 and 312 and the electrodes 315 and 316 are arranged so as to be orthogonal to each other, and AC power having a phase difference of 90 degrees is supplied to these electrodes. An electric field that rotates about the axis is generated. Such a rotating electric field is received by the electrodes 321 and 322 and the electrodes 325 and 326, and is output as AC power whose phase is shifted by 90 degrees. The AC power output from the electrodes 321 and 322 and the electrodes 325 and 326 is input to the power combining unit Port2 and Port3 having the same configuration as that in FIG. 18, adjusted so that the phase difference becomes 0, and then combined. And supplied to the load 27. As a result, the AC power generated by the AC power generation unit 17 is divided into two by the power distribution unit shown in FIG. 18 and adjusted to have a phase difference of 90 degrees. Electric power is transmitted from 315 and 316 as an electric field rotating around the Z axis. The electrodes 321 and 322 and the electrodes 325 and 326 receive a rotating electric field, and are adjusted so that the phase difference becomes 0 by a power combining unit having the same configuration as in FIG. 18, and are combined and supplied to the load 27.

分配器の位相差は図18の例では+90度としているが、これを−90度としても良い。この場合は位相差を+90度とした場合と比べて電界の回転方向が逆になるが、電力伝送特性に差は生じない。   The phase difference of the distributor is +90 degrees in the example of FIG. 18, but it may be -90 degrees. In this case, the rotation direction of the electric field is reversed as compared with the case where the phase difference is +90 degrees, but there is no difference in the power transmission characteristics.

図19は、第1実施形態の送電用カプラ310のインピーダンスS11のスミスチャートを示している。なお、電極間の間隔d1は43mmであり、d1を含む電極の長さDは780mmであり、送電用カプラ310と受電用カプラ320の電極の間隔d2は314mmであり、電極311,312と電極315,316の間隔d3および電極321,322と電極325,326の間隔d3は55mmに設定されている。また、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。この図19に示すように、第1実施形態では、送電用カプラ310および受電用カプラ320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に存在することから、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. 19 shows a Smith chart of the impedance S11 of the power transmission coupler 310 of the first embodiment. The distance d1 between the electrodes is 43 mm, the length D of the electrode including d1 is 780 mm, the distance d2 between the electrodes of the power transmission coupler 310 and the power reception coupler 320 is 314 mm, and the electrodes 311 and 312 The distance d3 between 315 and 316 and the distance d3 between the electrodes 321 and 322 and the electrodes 325 and 326 are set to 55 mm. The port impedance of the measuring instrument is set to a value equal to the characteristic impedance Z0 (real value) of the connection line. As shown in FIG. 19, in the first embodiment, since the locus of impedance of the power transmission coupler 310 and the power reception coupler 320 exists near the center of the Smith chart circle, transmission is performed in this vicinity. By setting, reflection can be suppressed and power can be transmitted efficiently.

図20は、第1実施形態の送電用カプラ310と受電用カプラ320の間のSパラメータの周波数特性を示す図である。この図において、実線は伝送効率η21(=|S21|)の周波数特性を示し、破線は反射損η11(=|S11|)を示している。この図20に示すように、周波数27.12MHzにおいて、送電用カプラ310に入力した信号の反射が最小になるとともに、送電用カプラ310から受電用カプラ320への通過が最大になる。これにより、送電用カプラ310から受電用カプラ320への信号の伝送効率η21が約93%で最大となる。 FIG. 20 is a diagram illustrating the frequency characteristics of the S parameter between the power transmission coupler 310 and the power reception coupler 320 of the first embodiment. In this figure, the solid line indicates the frequency characteristic of the transmission efficiency η21 (= | S21 | 2 ), and the broken line indicates the reflection loss η11 (= | S11 | 2 ). As shown in FIG. 20, at a frequency of 27.12 MHz, the reflection of the signal input to the power transmission coupler 310 is minimized, and the passage from the power transmission coupler 310 to the power reception coupler 320 is maximized. As a result, the signal transmission efficiency η21 from the power transmission coupler 310 to the power reception coupler 320 becomes maximum at about 93%.

図21は、第1実施形態の電界分布を示す図である。この図21に示すように、送電用カプラ310および受電用カプラ320の周辺には、対になる一方の電極から他方の電極に向かう電界が存在している。このような電界によって、電極間のキャパシタンスが生成されるとともに、カプラ間の電界結合によって電力が伝送される。   FIG. 21 is a diagram showing the electric field distribution of the first embodiment. As shown in FIG. 21, an electric field from one electrode to the other electrode is present around the power transmission coupler 310 and the power reception coupler 320. Such an electric field generates capacitance between the electrodes and transmits electric power by electric field coupling between the couplers.

つぎに、第1実施形態の電極を回転させた場合の特性について説明する。図22は、受電用カプラ320を送電用カプラ310に対してZ軸を中心として角度φだけ回転させた状態を示す図である。すなわち、図22では、受電用カプラ320の電極321,322および電極325,326の中心を回転軸として、角度φだけ回転させた状態を示している。   Next, characteristics when the electrode of the first embodiment is rotated will be described. FIG. 22 is a diagram illustrating a state in which the power receiving coupler 320 is rotated with respect to the power transmitting coupler 310 by an angle φ around the Z axis. That is, FIG. 22 shows a state where the center of the electrodes 321 and 322 and the electrodes 325 and 326 of the power receiving coupler 320 is rotated by an angle φ with the rotation axis as the rotation axis.

図23は、図22に示すφを0〜120度の間で変化させた場合の伝送効率η21のピークの変化を示す図である。なお、図23において実線は図17に示す第1実施形態の特性を示し、破線は図11に示す構成の特性を示している。図23に示すように、図11に示す構成の場合では、角度φが40度よりも大きくなると急激にη21が減少し、φが90度になると略0%(ヌル点)となる。一方、図17に示す第1実施形態の場合には、90度付近で多少の落ち込みはあるものの、回転角度に拘わらず80%以上の効率を維持している。このことから、図17に示す第1実施形態の場合には、回転する電界によって電力を伝送することから、図11に示す構成に比較して、回転方向のずれに強いことが分かる。   FIG. 23 is a diagram showing changes in the peak of the transmission efficiency η21 when φ shown in FIG. 22 is changed between 0 and 120 degrees. In FIG. 23, the solid line indicates the characteristic of the first embodiment shown in FIG. 17, and the broken line indicates the characteristic of the configuration shown in FIG. As shown in FIG. 23, in the case of the configuration shown in FIG. 11, η21 decreases rapidly when the angle φ is greater than 40 degrees, and becomes approximately 0% (null point) when φ reaches 90 degrees. On the other hand, in the case of the first embodiment shown in FIG. 17, an efficiency of 80% or more is maintained regardless of the rotation angle, although there is a slight drop near 90 degrees. From this, in the case of 1st Embodiment shown in FIG. 17, since electric power is transmitted with the rotating electric field, it turns out that it is strong to the shift | offset | difference of a rotation direction compared with the structure shown in FIG.

つぎに、第1実施形態の電極を直線移動させて場合の特性について説明する。図24(A)は図11に示す構成において、受電用カプラ220をX方向に移動した状態を示す図である。また、図24(B)は受電用カプラ220をY方向に移動した状態を示す図である。一方、図25(A)は図17に示す第1実施形態の受電用カプラ320をX方向に移動した状態を示す図である。また、図25(B)は図17に示す第1実施形態の受電用カプラ320をX方向から角度φだけずれた方向に移動した状態を示す図である。図26は、図24および図25に示す状態における移動量と、伝送効率η21のピークの変化を示す図である。この図25に示すように、図11に示す構成では、Y方向に移動した方(三角形で示すグラフ)が、X方向に移動した場合(菱形で示すグラフ)に比較して特性の落ち込みが大きいが、図17に示す第1実施形態の場合では丸および四角形で示すように、移動方向によらず略同じ特性変化となっている。このため、第1実施形態では、移動方向によらず同様の特性変化となることから、送電用カプラ310および受電用カプラ320の設置の自由度を向上させることができる。また、特許文献1に示す従来技術に比較した場合に、電力の伝送距離を伸ばすことができる。   Next, characteristics when the electrode of the first embodiment is linearly moved will be described. FIG. 24A is a diagram illustrating a state where the power receiving coupler 220 is moved in the X direction in the configuration illustrated in FIG. FIG. 24B is a diagram illustrating a state where the power receiving coupler 220 is moved in the Y direction. On the other hand, FIG. 25A is a diagram showing a state where the power receiving coupler 320 of the first embodiment shown in FIG. 17 is moved in the X direction. FIG. 25B is a diagram showing a state where the power receiving coupler 320 of the first embodiment shown in FIG. 17 is moved in a direction shifted by an angle φ from the X direction. FIG. 26 is a diagram showing the movement amount and the peak change of the transmission efficiency η21 in the states shown in FIGS. As shown in FIG. 25, in the configuration shown in FIG. 11, the direction of movement in the Y direction (graph indicated by a triangle) has a large drop in characteristics compared to the case of movement in the X direction (graph indicated by a diamond). However, in the case of the first embodiment shown in FIG. 17, the characteristic changes are substantially the same regardless of the moving direction, as indicated by circles and squares. For this reason, in 1st Embodiment, since it becomes the same characteristic change irrespective of a moving direction, the freedom degree of installation of the coupler 310 for power transmission and the coupler 320 for power reception can be improved. Further, when compared with the prior art disclosed in Patent Document 1, it is possible to extend the transmission distance of power.

(C)第2実施形態の説明
つぎに、本発明の第2実施形態について説明する。以下では、第2実施形態の基本となる構成について説明した後、第2実施形態について詳細に説明する。
(C) Description of Second Embodiment Next, a second embodiment of the present invention will be described. Hereinafter, after describing the basic configuration of the second embodiment, the second embodiment will be described in detail.

図27は、第2実施形態の基本となる構成例について説明するための図である。図27においては、2枚の電極411,412の対向する頂点を結ぶ方向をY軸、2枚の電極411,412の対向する頂点の中央を原点とし、2枚の電極411,412の対向する頂点の中央と2枚の電極421,422の対向する頂点の中央を結ぶ方向をZ軸とする。図中の座標軸は方向のみを示す。なお、この図27(A)は斜視図を示し、図27(B)はZ軸正方向からの正面図を示す。図27に示す例では、送電用カプラ410は、底辺の長さがL2、高さがL1の三角形状を有する電極411,412が距離d1を隔てて、それぞれの頂点が対向するように配置されるとともに、対向する頂点のそれぞれにはインダクタ413,414が接続されて構成されている。電極411および電極412の距離d1を含む合計幅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。受電用カプラ420も同様に、底辺の長さがL2、高さがL1の三角形状を有する電極421,422が距離d1を隔てて、それぞれの頂点が対向するように配置されるとともに、対向する頂点のそれぞれにはインダクタ423,424が接続されて構成されている。電極421および電極422の距離d1を含む合計幅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。なお、インダクタ413,414は図示しない接続線を介して交流電力発生部17に接続され、また、インダクタ423,424は図示しない接続線を介して負荷27に接続されている。   FIG. 27 is a diagram for describing a configuration example serving as a basis of the second embodiment. In FIG. 27, the direction connecting the opposing vertices of the two electrodes 411 and 412 is the Y axis, and the center of the opposing vertices of the two electrodes 411 and 412 is the origin, and the two electrodes 411 and 412 are facing each other. The direction connecting the center of the vertex and the center of the opposing vertex of the two electrodes 421 and 422 is taken as the Z axis. The coordinate axis in the figure shows only the direction. 27A shows a perspective view, and FIG. 27B shows a front view from the positive direction of the Z-axis. In the example shown in FIG. 27, the power transmission coupler 410 is arranged such that the electrodes 411 and 412 having a triangular shape with a base length of L2 and a height of L1 are spaced apart from each other by a distance d1. In addition, inductors 413 and 414 are connected to each of the opposing vertices. The total width D including the distance d1 between the electrode 411 and the electrode 412 is set to be narrower than the near field indicated by λ / 2π when the wavelength of the electric field radiated from these electrodes is λ. . Similarly, the power receiving coupler 420 is arranged such that the electrodes 421 and 422 having a triangular shape with a base length of L2 and a height of L1 are arranged to face each other with a distance d1 therebetween. Inductors 423 and 424 are connected to each of the apexes. The total width D including the distance d1 between the electrode 421 and the electrode 422 is set to be narrower than the near field indicated by λ / 2π when the wavelength of the electric field radiated from these electrodes is λ. . The inductors 413 and 414 are connected to the AC power generating unit 17 via connection lines (not shown), and the inductors 423 and 424 are connected to the load 27 via connection lines (not shown).

図28は送電用カプラ410が有するインダクタ413,414の詳細な構成例を示す図である。図28(A)に示すように、インダクタ413,414は、例えば、直径21mm、幅13.4mm、巻き数N=13回、伝送周波数におけるインピーダンスが0.5Ωのコイルによって構成され、距離10.54mmを隔てて配置される。図28(B)に示すように、インダクタ413の一端413aは電極411に接続され、他端413bは図示しない接続線を介して交流電力発生部17に接続される。インダクタ414の一端414aは電極412に接続され、他端414bは図示しない接続線を介して交流電力発生部17に接続される。   FIG. 28 is a diagram illustrating a detailed configuration example of the inductors 413 and 414 included in the power transmission coupler 410. As shown in FIG. 28 (A), the inductors 413 and 414 are constituted by, for example, a coil having a diameter of 21 mm, a width of 13.4 mm, a number of turns N = 13, and an impedance at a transmission frequency of 0.5Ω. 54 mm apart. As shown in FIG. 28B, one end 413a of the inductor 413 is connected to the electrode 411, and the other end 413b is connected to the AC power generation unit 17 through a connection line (not shown). One end 414a of the inductor 414 is connected to the electrode 412, and the other end 414b is connected to the AC power generating unit 17 through a connection line (not shown).

図29は、図27に示す構成例の伝送効率η21の周波数特性を示す図である。このときD=406mm、L1=180.8mm、d1=44.4mm、L2=361.6mm、d2=330mmとしている。この図29に示すように、図27に示す構成例では、共振周波数において伝送効率92%を有している。   FIG. 29 is a diagram illustrating frequency characteristics of the transmission efficiency η21 in the configuration example illustrated in FIG. At this time, D = 406 mm, L1 = 180.8 mm, d1 = 44.4 mm, L2 = 361.6 mm, and d2 = 330 mm. As shown in FIG. 29, the configuration example shown in FIG. 27 has a transmission efficiency of 92% at the resonance frequency.

図30〜図34は、図27に示す構成例に交流電圧を印加した場合における1周期の電界の時間的を示す図である。図30は、交流電力の位相が0度の場合の電界分布を示し、図31〜図34は、45度、90度、135度、および、180度の電界分布をそれぞれ示している。これらの図30〜図34に示すように、図27に示す送電用カプラ410と受電用カプラ420の間に生じる電界は、時間の経過とともにその方向が変化するが、2枚の電極の一方から他方へ、また、他方から一方へと方向が直線的に変化する。   FIG. 30 to FIG. 34 are diagrams illustrating the time of an electric field of one cycle when an AC voltage is applied to the configuration example shown in FIG. FIG. 30 shows the electric field distribution when the phase of the AC power is 0 degree, and FIGS. 31 to 34 show the electric field distributions of 45 degree, 90 degrees, 135 degrees, and 180 degrees, respectively. As shown in FIGS. 30 to 34, the direction of the electric field generated between the power transmission coupler 410 and the power reception coupler 420 shown in FIG. 27 changes with time, but from one of the two electrodes. The direction changes linearly from the other to the other.

図35は、本発明の第2実施形態の構成例を示す図である。図35においては、2枚の電極511,512の対向する頂点を結ぶ方向をY軸、2枚の電極511,512の対向する頂点の中央を原点とし、2枚の電極511,512の対向する頂点の中央と2枚の電極521,522の対向する頂点の中央を結ぶ方向をZ軸とする。図中の座標軸は方向のみを示す。なお、この図35(A)は斜視図を示し、図35(B)はZ軸正方向からの正面図を示す。図35に示す例では、送電用カプラ510は、図27に示す基本構成となる1組の電極が2組組み合わされて構成される。すなわち、送電用カプラ510は、底辺の長さがL2、高さがL1の三角形状を有する第1組電極である2枚の電極511,512が距離d1を隔てて頂点が対向するように配置されるとともに、同じく、底辺の長さがL2、高さがL1の三角形状を有する第2組電極である2枚の電極515,516が距離d1を隔てて頂点が対向するように配置されるとともに、電極511,512に対して所定の角度(この例では90度)だけZ軸周りに回転された状態で配置されている。また、電極511,512の頂点にはインダクタ513,514が接続され、電極515,516の頂点にはインダクタ517,518が接続されている。電極511および電極512の距離d1を含む合計幅Dおよび電極515および電極516の距離d1を含む合計幅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。受電用カプラ520も同様に、底辺の長さがL2、高さがL1の三角形状を有する第3組電極である2枚の電極521,522が距離d1を隔てて頂点が対向するように配置されるとともに、同じく、底辺の長さがL2、高さがL1の三角形状を有する第4組電極である2枚の電極525,526が距離d1を隔てて頂点が対向するように配置されるとともに、電極521,522に対して所定の角度(この例では90度)だけZ軸周りに回転された状態で配置されている。また、電極521,522の頂点にはインダクタ523,524が接続され、電極525,526の頂点にはインダクタ527,528が接続されている。電極521および電極522の距離d1を含む合計幅Dおよび電極525および電極526の距離d1を含む合計幅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。なお、インダクタ513,514は図示しない接続線を介して図18に示す電力分配部のPort2に接続され、インダクタ517,518は図示しない接続線を介して図18に示す電力分配部のPort3に接続される。また、インダクタ523,524は図示しない接続線を介して図18と同様の構成を有する電力合成部のPort2に接続され、インダクタ527,528は図示しない接続線を介して図18と同様の構成を有する電力合成部のPort3に接続される。   FIG. 35 is a diagram showing a configuration example of the second embodiment of the present invention. In FIG. 35, the direction connecting the opposing vertices of the two electrodes 511 and 512 is the Y axis, and the center of the opposing vertices of the two electrodes 511 and 512 is the origin, and the two electrodes 511 and 512 are opposed to each other. The direction connecting the center of the apex and the centers of the opposing apexes of the two electrodes 521 and 522 is taken as the Z axis. The coordinate axis in the figure shows only the direction. 35A shows a perspective view, and FIG. 35B shows a front view from the positive direction of the Z-axis. In the example illustrated in FIG. 35, the power transmission coupler 510 is configured by combining two sets of one set of electrodes that have the basic configuration illustrated in FIG. That is, the power transmission coupler 510 is arranged so that the apexes of two electrodes 511 and 512, which are the first pair of electrodes having a triangular shape with a base length of L2 and a height of L1, face each other with a distance d1 therebetween. Similarly, the two electrodes 515 and 516, which are the second pair of electrodes having a triangular shape with a base length of L2 and a height of L1, are arranged so that the vertices face each other with a distance d1 therebetween. In addition, the electrodes 511 and 512 are arranged in a state of being rotated around the Z axis by a predetermined angle (90 degrees in this example). In addition, inductors 513 and 514 are connected to the vertices of the electrodes 511 and 512, and inductors 517 and 518 are connected to the vertices of the electrodes 515 and 516. The total width D including the distance d1 between the electrodes 511 and 512 and the total width D including the distance d1 between the electrodes 515 and 516 are λ / 2π where λ is the wavelength of the electric field radiated from these electrodes. It is set to be narrower than the shown near field. Similarly, the power receiving coupler 520 is arranged so that the apexes of two electrodes 521 and 522, which are a third set of electrodes having a triangular shape with a base length of L2 and a height of L1, are separated by a distance d1. Similarly, two electrodes 525 and 526, which are a fourth set of electrodes having a triangular shape with a base length of L2 and a height of L1, are arranged so that the vertices face each other with a distance d1 therebetween. In addition, the electrodes 521 and 522 are arranged in a state of being rotated around the Z axis by a predetermined angle (90 degrees in this example). In addition, inductors 523 and 524 are connected to the vertices of the electrodes 521 and 522, and inductors 527 and 528 are connected to the vertices of the electrodes 525 and 526. The total width D including the distance d1 between the electrode 521 and the electrode 522 and the total width D including the distance d1 between the electrode 525 and the electrode 526 are λ / 2π when the wavelength of the electric field radiated from these electrodes is λ. It is set to be narrower than the shown near field. Inductors 513 and 514 are connected to Port 2 of the power distribution unit shown in FIG. 18 via a connection line (not shown), and inductors 517 and 518 are connected to Port 3 of the power distribution unit shown in FIG. 18 via a connection line (not shown). Is done. Inductors 523 and 524 are connected to Port 2 of the power combiner having the same configuration as that shown in FIG. 18 via a connection line (not shown), and inductors 527 and 528 have the same configuration as that shown in FIG. 18 via a connection line (not shown). It is connected to Port 3 of the power combiner.

図36は送電用カプラ510が有するインダクタ513,514,517,518の詳細な構成例を示す図である。図36(A)に示すように、インダクタ513,514は、直径21mm、長さ13.4mm、巻き数N=13回、伝送周波数におけるインピーダンスが0.5Ωのコイルによって構成され、距離10.54mmを隔てて配置される。図36(B)に示すように、インダクタ513の一端は電極511に接続され、他端は図示しない接続線に接続される。インダクタ514の一端は電極512に接続され、他端は図示しない接続線に接続される。また、図36(A)に示すように、インダクタ513,514の下方(図の下方)にはインダクタ517(および、図示しないインダクタ518)が配置されている。なお、インダクタ517およびインダクタ518は、インダクタ513,514と同様の構成とされている。図36(B)に示すように、インダクタ517の一端は電極515に接続され、他端は図示しない接続線に接続される。インダクタ518の一端は電極516に接続され、他端は図示しない接続線に接続される。   FIG. 36 is a diagram illustrating a detailed configuration example of the inductors 513, 514, 517, and 518 included in the power transmission coupler 510. As shown in FIG. 36 (A), the inductors 513 and 514 are constituted by a coil having a diameter of 21 mm, a length of 13.4 mm, the number of turns N = 13, and an impedance at a transmission frequency of 0.5Ω, and a distance of 10.54 mm Are arranged apart from each other. As shown in FIG. 36B, one end of the inductor 513 is connected to the electrode 511, and the other end is connected to a connection line (not shown). One end of the inductor 514 is connected to the electrode 512, and the other end is connected to a connection line (not shown). As shown in FIG. 36A, an inductor 517 (and an inductor 518 (not shown)) is disposed below the inductors 513 and 514 (downward in the drawing). Note that the inductor 517 and the inductor 518 have the same configuration as the inductors 513 and 514. As shown in FIG. 36B, one end of the inductor 517 is connected to the electrode 515, and the other end is connected to a connection line (not shown). One end of the inductor 518 is connected to the electrode 516, and the other end is connected to a connection line (not shown).

図37は、図35に示す第2実施形態の伝送効率η21の周波数特性を示す図である。このときD=363mm、L1=165.8mm、d1=44.4mm、L2=331.6mm、d2=266mmとしている。この図37に示すように、図35に示す第2実施形態では、共振周波数における伝送効率94%を有している。   FIG. 37 is a diagram showing frequency characteristics of the transmission efficiency η21 of the second embodiment shown in FIG. At this time, D = 363 mm, L1 = 165.8 mm, d1 = 44.4 mm, L2 = 331.6 mm, and d2 = 266 mm. As shown in FIG. 37, the second embodiment shown in FIG. 35 has a transmission efficiency of 94% at the resonance frequency.

図38〜図42は、図35に示す第2実施形態に交流電圧を印加した場合における1周期の電界の時間的を示す図である。図38は、交流電力の位相が0度の場合の電界分布を示し、図39〜図42は、45度、90度、135度、および、180度の電界分布をそれぞれ示している。これらの図38〜図42に示すように、図35に示す送電用カプラ510と受電用カプラ520の間に生じる電界は、時間の経過とともにその方向が変化する。より具体的には、電界強度が高い色の濃い部分が時間の経過とともに、Z軸を中心として回転していることが分かる。つまり、図35に示す第2実施形態では、送電用カプラ510と受電用カプラ520の間に生じる電界は、交流電力の周波数に応じて回転する電界となる。   38 to 42 are diagrams illustrating the time of an electric field of one cycle when an AC voltage is applied to the second embodiment shown in FIG. FIG. 38 shows the electric field distribution when the phase of the AC power is 0 degrees, and FIGS. 39 to 42 show the electric field distributions of 45 degrees, 90 degrees, 135 degrees, and 180 degrees, respectively. As shown in FIGS. 38 to 42, the direction of the electric field generated between the power transmission coupler 510 and the power reception coupler 520 shown in FIG. 35 changes with time. More specifically, it can be seen that a dark portion having a high electric field strength rotates around the Z-axis as time passes. That is, in the second embodiment shown in FIG. 35, the electric field generated between the power transmission coupler 510 and the power reception coupler 520 is an electric field that rotates according to the frequency of the AC power.

図43(A)は図27に示す受電用カプラ420を、送電用カプラ410に対してZ軸方向を中心としてφだけ回転させた状態を示す図であり、図43(B)は図35に示す受電用カプラ520を、送電用カプラ510に対してZ軸方向を中心としてφだけ回転させた状態を示す図である。図44は図43(A)に示す構成例の伝送効率のピークと回転角度との関係を示す図である。この図に示すように、図43(A)に示す構成例では、回転角度が30度を超えると伝送効率が低下し、90度において伝送効率は0%となる。また、90度を超えると伝送効率が増加し、140度において90%となる。図45は、図43(B)に示す構成例の伝送効率のピークと回転角度との関係を示す図である。この図に示すように、図43(B)に示す構成例では、回転角度によって伝送効率のピークは変化せず、また、90%以上を保持している。以上から、第2実施形態では、回転角度によって伝送効率が変化しない。   43A is a diagram illustrating a state where the power receiving coupler 420 illustrated in FIG. 27 is rotated by φ with respect to the power transmitting coupler 410 about the Z-axis direction, and FIG. 43B is illustrated in FIG. FIG. 6 is a diagram illustrating a state in which a power receiving coupler 520 is rotated by φ with respect to a power transmitting coupler 510 about the Z-axis direction. FIG. 44 is a diagram showing the relationship between the peak of transmission efficiency and the rotation angle in the configuration example shown in FIG. As shown in this figure, in the configuration example shown in FIG. 43A, the transmission efficiency decreases when the rotation angle exceeds 30 degrees, and the transmission efficiency becomes 0% at 90 degrees. Further, if it exceeds 90 degrees, the transmission efficiency increases, and it becomes 90% at 140 degrees. FIG. 45 is a diagram showing the relationship between the peak of transmission efficiency and the rotation angle in the configuration example shown in FIG. As shown in this figure, in the configuration example shown in FIG. 43B, the peak of the transmission efficiency does not change depending on the rotation angle, and 90% or more is maintained. From the above, in the second embodiment, the transmission efficiency does not change depending on the rotation angle.

図46(A)は図27に示す受電用カプラ420を、送電用カプラ410に対してX軸方向に移動させた状態を示す図であり、図46(B)は図27に示す受電用カプラ420を、送電用カプラ410に対してY軸方向に移動させた状態を示す図である。図47は、図46に示すように受電用カプラ420をX軸またはY軸方向に移動させた場合における伝送効率のピーク値の変化を示す図である。この図において、実線はX軸方向に移動させた場合のピーク値の変化を示し、破線はY軸方向に移動させた場合のピーク値の変化を示している。これらのグラフの比較から、図27に示す構成例では、移動させる方向によって特性変化が異なり、Y軸方向に移動する方が、特性劣化が大きい。また、Y軸方向に移動する場合には、300mm付近に伝送効率が0になる「ヌル点」が生じている。   46A is a diagram illustrating a state where the power receiving coupler 420 illustrated in FIG. 27 is moved in the X-axis direction with respect to the power transmitting coupler 410, and FIG. 46B is a power receiving coupler illustrated in FIG. It is a figure which shows the state which moved 420 to the Y-axis direction with respect to the coupler 410 for power transmission. FIG. 47 is a diagram showing a change in the peak value of transmission efficiency when the power receiving coupler 420 is moved in the X-axis or Y-axis direction as shown in FIG. In this figure, the solid line shows the change in peak value when moved in the X-axis direction, and the broken line shows the change in peak value when moved in the Y-axis direction. From the comparison of these graphs, in the configuration example shown in FIG. 27, the characteristic change differs depending on the moving direction, and the characteristic deterioration is larger when moving in the Y-axis direction. Further, when moving in the Y-axis direction, a “null point” where the transmission efficiency becomes 0 is generated around 300 mm.

図48(A)は図35に示す受電用カプラ520を、送電用カプラ510に対してX軸方向に移動させた状態を示す図であり、図48(B)は図35に示す受電用カプラ520を、送電用カプラ510に対してY軸方向に移動させた状態を示す図である。図49は、図48に示すように受電用カプラ520をX軸またはY軸方向に移動させた場合における伝送効率のピーク値の変化を示す図である。この図において、実線はX軸方向に移動させた場合のピーク値の変化を示し、破線はY軸方向に移動させた場合のピーク値の変化を示している。これらのグラフの比較から、図35に示す構成例では、移動させる方向による特性変化の差は小さい。   FIG. 48A is a diagram illustrating a state where the power receiving coupler 520 illustrated in FIG. 35 is moved in the X-axis direction with respect to the power transmitting coupler 510, and FIG. 48B is a power receiving coupler illustrated in FIG. 520 is a diagram showing a state in which 520 is moved in the Y-axis direction with respect to power transmission coupler 510. FIG. FIG. 49 is a diagram showing a change in the peak value of transmission efficiency when the power receiving coupler 520 is moved in the X-axis or Y-axis direction as shown in FIG. In this figure, the solid line shows the change in peak value when moved in the X-axis direction, and the broken line shows the change in peak value when moved in the Y-axis direction. From the comparison of these graphs, in the configuration example shown in FIG. 35, the difference in characteristic change depending on the moving direction is small.

以上から、図35に示す第2実施形態では、受電用カプラ520を、送電用カプラ510に対して回転移動させた場合の変化が、図27に示す構成例に比較すると小さいことが分かる。また、X軸方向またはY軸方向に移動させた場合の軸による変化の差が小さいことが分かる。このため、図27の構成例に比較すると、送電用カプラ510および受電用カプラ520を実装する際の配置の自由度を向上させることができる。また、特許文献に比較して、電力の伝送距離を伸ばすことができる。さらに、第2実施形態では、第1実施形態に比較すると、板状の電極を用いるようにしたことから、放熱性を高めることができるので、大電力の伝送が可能になる。   From the above, it can be seen that in the second embodiment shown in FIG. 35, the change when the power receiving coupler 520 is rotationally moved with respect to the power transmitting coupler 510 is small compared to the configuration example shown in FIG. It can also be seen that the difference in change due to the axis when moving in the X-axis direction or the Y-axis direction is small. Therefore, as compared with the configuration example of FIG. 27, the degree of freedom of arrangement when mounting the power transmission coupler 510 and the power reception coupler 520 can be improved. Moreover, the transmission distance of electric power can be extended compared with patent documents. Furthermore, in the second embodiment, since a plate-like electrode is used as compared with the first embodiment, heat dissipation can be improved, so that a large amount of power can be transmitted.

(D)第3実施形態の説明
つぎに、本発明の第3実施形態について説明する。以下では、第3実施形態の基本的な構成例について説明した後に、第3実施形態の詳細について説明する。図50は第3実施形態の基本構成を説明するための図である。図50では、図1に示す構成に対して、サブ電極151,152およびサブ電極161,162が追加されている。ここで、サブ電極151は、電極11の裏面(図50の下側の面)に対して、電極11から離間するとともに絶縁した状態で取り付けられる。この結果、電極11とサブ電極151は対向した状態となることから、これらの間にキャパシタが形成される。サブ電極152は、電極12の下面(図50の下側の面)に対して、電極12から離間するとともに絶縁した状態で取り付けられる。この結果、電極12とサブ電極152は対向した状態となることから、これらの間にキャパシタが形成される。サブ電極161,162も同様にして電極21,22の上面(図50の上側の面)に対して離間するとともに絶縁した状態で取り付けられるので、電極21とサブ電極161の間および電極22とサブ電極162の間にはキャパシタが形成される。また、インダクタ13,14は相互に接続され、接続線15,16はサブ電極151,152にそれぞれ接続されている。同様に、インダクタ23,24は相互に接続され、接続線25,26はサブ電極161,162にそれぞれ接続されている。
(D) Description of Third Embodiment Next, a third embodiment of the present invention will be described. Hereinafter, after describing a basic configuration example of the third embodiment, details of the third embodiment will be described. FIG. 50 is a diagram for explaining the basic configuration of the third embodiment. 50, sub-electrodes 151 and 152 and sub-electrodes 161 and 162 are added to the configuration shown in FIG. Here, the sub-electrode 151 is attached to the back surface of the electrode 11 (the lower surface in FIG. 50) while being separated from the electrode 11 and insulated. As a result, the electrode 11 and the sub electrode 151 face each other, so that a capacitor is formed between them. The sub electrode 152 is attached to the lower surface of the electrode 12 (the lower surface in FIG. 50) while being separated from the electrode 12 and insulated. As a result, the electrode 12 and the sub electrode 152 face each other, so that a capacitor is formed between them. Similarly, the sub-electrodes 161 and 162 are separated from the upper surfaces (upper surfaces in FIG. 50) of the electrodes 21 and 22 and are attached in an insulated state. A capacitor is formed between the electrodes 162. The inductors 13 and 14 are connected to each other, and the connection lines 15 and 16 are connected to the sub-electrodes 151 and 152, respectively. Similarly, the inductors 23 and 24 are connected to each other, and the connection lines 25 and 26 are connected to the sub-electrodes 161 and 162, respectively.

図51は図50の等価回路の一例を示す図である。図51では、図2と比較すると、交流電力発生源17とグランドの間にキャパシタCs1が直列的に追加され、また、負荷27とグランドの間にキャパシタCs2が直列的に追加されている。また、インダクタL及びそれに付随する抵抗RはキャパシタC−Cmに並列に接続されている。即ちインダクタとキャパシタの並列回路にキャパシタが直列に接続された回路となっている。   FIG. 51 is a diagram showing an example of the equivalent circuit of FIG. In FIG. 51, compared to FIG. 2, a capacitor Cs1 is added in series between the AC power generation source 17 and the ground, and a capacitor Cs2 is added in series between the load 27 and the ground. The inductor L and the resistor R associated therewith are connected in parallel to the capacitor C-Cm. In other words, a capacitor is connected in series to a parallel circuit of an inductor and a capacitor.

図52は図50に示す構成例の伝送効率η21と反射損η11の周波数特性を示す図である。また、図53は図50に示す構成例の入力インピーダンスZinの周波数特性を示す図である。なお、これらの図52および図53は、共振周波数f0=28MHzであり、インダクタ13,14,23,24のインダクタンス値は3.84μHで巻数は8であり、抵抗値0.31Ωであり、サブ電極151,152,161,162の寸法は73mm×73mmとされ、サブ電極と電極の間の比誘電率は1である場合を想定している。図52に示すように、図50に示す構成例では疑似共振周波数である28MHzにおける伝送効率η21は90%となっている。また、図53に示すように、インピーダンスの実数部Reは28MHzにおいて50Ωとなって特性インピーダンスと整合し、また、虚数部Imは28MHzにおいて0Ωとなっている。即ち28MHzで疑似的な直列共振動作をしていることがわかる。このように、サブ電極151,152,161,162を用いて基板上にキャパシタを形成することで、部品点数を減少させることができる。また、サブ電極の大きさを調整することで、共振周波数を調整することが可能になる。   FIG. 52 is a diagram showing frequency characteristics of the transmission efficiency η21 and the reflection loss η11 of the configuration example shown in FIG. FIG. 53 is a diagram showing frequency characteristics of the input impedance Zin of the configuration example shown in FIG. 52 and 53, the resonance frequency f0 = 28 MHz, the inductance values of the inductors 13, 14, 23, and 24 are 3.84 μH, the number of turns is 8, and the resistance value is 0.31Ω. It is assumed that the dimensions of the electrodes 151, 152, 161, 162 are 73 mm × 73 mm, and the relative dielectric constant between the sub-electrodes is 1. As shown in FIG. 52, in the configuration example shown in FIG. 50, the transmission efficiency η21 at 28 MHz, which is the pseudo resonance frequency, is 90%. As shown in FIG. 53, the real part Re of the impedance is 50Ω at 28 MHz to match the characteristic impedance, and the imaginary part Im is 0Ω at 28 MHz. That is, it can be seen that a pseudo series resonance operation is performed at 28 MHz. In this way, the number of components can be reduced by forming capacitors on the substrate using the sub-electrodes 151, 152, 161, 162. In addition, the resonance frequency can be adjusted by adjusting the size of the sub-electrode.

図54は本発明の第3実施形態の構成例を示している。図54に示す第3実施形態では、図35に示す第2実施形態に示す電極と同じ構成となっている。第3実施形態では、図35に示す第2実施形態と比較すると、インダクタ513,514が相互に接続され、インダクタ517,518が相互に接続され、インダクタ523,524が相互に接続され、インダクタ527,528が相互に接続されている。また、電極511,512の下面(図54の下側の面)にサブ電極711,712が設けられ、サブ電極711には接続線713が接続され、サブ電極712には接続線714が接続されている。電極515,516の上面(図54の上側の面)にサブ電極715,716が設けられ、サブ電極715には接続線717が接続され、サブ電極716には接続線718が接続されている。また、電極521,522の上面(図54の上側の面)にサブ電極721,722が設けられ、サブ電極721には接続線723が接続され、サブ電極722には接続線724が接続されている。電極525,526の下面(図54の下側の面)にサブ電極725,726が設けられ、サブ電極725には接続線727が接続され、サブ電極726には接続線728が接続されている。なお、接続線713,714は図18に示す電力分配部のPort2に接続され、接続線717,718はPort3に接続されている。接続線723,724は図18と同様の構成を有する電力合成部のPort2に接続され、接続線727,728はPort3に接続されている。   FIG. 54 shows a configuration example of the third embodiment of the present invention. The third embodiment shown in FIG. 54 has the same configuration as the electrode shown in the second embodiment shown in FIG. In the third embodiment, compared to the second embodiment shown in FIG. 35, inductors 513 and 514 are connected to each other, inductors 517 and 518 are connected to each other, inductors 523 and 524 are connected to each other, and inductor 527 is connected to each other. , 528 are connected to each other. Further, sub-electrodes 711 and 712 are provided on the lower surfaces of the electrodes 511 and 512 (the lower surface in FIG. 54), the connection line 713 is connected to the sub-electrode 711, and the connection line 714 is connected to the sub-electrode 712. ing. Sub-electrodes 715 and 716 are provided on the upper surfaces of the electrodes 515 and 516 (the upper surface in FIG. 54), a connection line 717 is connected to the sub-electrode 715, and a connection line 718 is connected to the sub-electrode 716. Further, sub-electrodes 721 and 722 are provided on the upper surfaces of the electrodes 521 and 522 (the upper surface in FIG. 54), a connection line 723 is connected to the sub-electrode 721, and a connection line 724 is connected to the sub-electrode 722. Yes. Sub-electrodes 725 and 726 are provided on the lower surface of the electrodes 525 and 526 (the lower surface in FIG. 54), a connection line 727 is connected to the sub-electrode 725, and a connection line 728 is connected to the sub-electrode 726. . Connection lines 713 and 714 are connected to Port 2 of the power distribution unit shown in FIG. 18, and connection lines 717 and 718 are connected to Port 3. Connection lines 723 and 724 are connected to Port 2 of the power combining unit having the same configuration as that in FIG. 18, and connection lines 727 and 728 are connected to Port 3.

図55は、図54に示す受電用カプラ620の一部を拡大して示す図である。この図に示すように、受電用カプラ620の電極521の上面には底面の長さがL3で高さがL4である直角二等辺三角形のサブ電極721が設けられている。なお、サブ電極722,725,726およびサブ電極711,712,715,716もサブ電極721と同じ形状を有するとともに、電極上の同じ位置に配置されている。   FIG. 55 is an enlarged view of a part of power reception coupler 620 shown in FIG. As shown in this figure, a right-angled isosceles triangular sub-electrode 721 having a bottom surface length of L3 and a height of L4 is provided on the upper surface of the electrode 521 of the power receiving coupler 620. Note that the sub-electrodes 722, 725, 726 and the sub-electrodes 711, 712, 715, 716 also have the same shape as the sub-electrode 721 and are arranged at the same position on the electrodes.

図56は、図54に示す送電用カプラ610および受電用カプラ620をX軸正方向から眺めた場合の概略構成を示す図である。図56に示すように、送電用カプラ610のインダクタ513,514は相互に接続されている。また、接続線713,714はサブ電極711,712にそれぞれ接続されている。受電用カプラ620のインダクタ523,524は相互に接続されている。また、接続線723,724はサブ電極721,722にそれぞれ接続されている。   FIG. 56 is a diagram showing a schematic configuration when the power transmitting coupler 610 and the power receiving coupler 620 shown in FIG. 54 are viewed from the X-axis positive direction. As shown in FIG. 56, the inductors 513 and 514 of the power transmission coupler 610 are connected to each other. The connection lines 713 and 714 are connected to the sub electrodes 711 and 712, respectively. The inductors 523 and 524 of the power receiving coupler 620 are connected to each other. The connection lines 723 and 724 are connected to the sub electrodes 721 and 722, respectively.

図57は、図54に示す第3実施形態の伝送効率η21の周波数特性を示す図である。なお、図57では、図55に示すL1は180.8mmとされ、L2は331.6mmとされ、L3は88.7mmとされ、L4は44.35mmとされ、d3は22.2mmとされ、Dは406mmとされている。また、図55に示していない送受間距離d2は230mmとされている。図57に示すように、第3実施形態は、27.12MHzにおいて、伝送効率η21が87%となる。   FIG. 57 is a diagram showing frequency characteristics of the transmission efficiency η21 of the third embodiment shown in FIG. In FIG. 57, L1 shown in FIG. 55 is 180.8 mm, L2 is 331.6 mm, L3 is 88.7 mm, L4 is 44.35 mm, d3 is 22.2 mm, D is set to 406 mm. Further, the distance d2 between transmission and reception not shown in FIG. 55 is 230 mm. As shown in FIG. 57, in the third embodiment, the transmission efficiency η21 is 87% at 27.12 MHz.

図58〜図62は、図54に示す第3実施形態に交流電圧を印加した場合における1周期の電界の時間的を示す図である。図58は、交流電力の位相が0度の場合の電界分布を示し、図59〜図62は、45度、90度、135度、および、180度の電界分布をそれぞれ示している。これらの図58〜図62に示すように、図54に示す送電用カプラ610と受電用カプラ620の間に生じる電界は、時間の経過とともにその方向が変化する。より具体的には、電界強度が高い色の濃い部分が時間の経過とともに、Z軸を中心として回転していることが分かる。つまり、図54に示す第3実施形態では、送電用カプラ610と受電用カプラ620の間に生じる電界は、交流電力の周波数に応じて回転する電界となる。   58 to 62 are diagrams showing the time of an electric field of one cycle when an AC voltage is applied to the third embodiment shown in FIG. 58 shows the electric field distribution when the phase of the AC power is 0 degree, and FIGS. 59 to 62 show the electric field distributions of 45 degree, 90 degrees, 135 degrees, and 180 degrees, respectively. As shown in FIGS. 58 to 62, the direction of the electric field generated between the power transmitting coupler 610 and the power receiving coupler 620 shown in FIG. 54 changes with time. More specifically, it can be seen that a dark portion having a high electric field strength rotates around the Z-axis as time passes. That is, in the third embodiment shown in FIG. 54, the electric field generated between the power transmission coupler 610 and the power reception coupler 620 is an electric field that rotates according to the frequency of the AC power.

以上に説明したように、本発明の第3実施形態では、回転する電界によって電力を伝送するようにしたので、電極の回転ずれに対する伝送特性の変化を小さくするとともに、X軸またはY軸方向への電極の直線ずれに対する伝送特性の差を小さくすることができる。これにより、電極の配置の自由度を高めることができる。また、特許文献に比較して、電力の伝送距離を伸ばすことができる。さらに、第3実施形態では、第1実施形態に比較すると、板状の電極を用いるようにしたことから、放熱性を高めることができるので、大電力の伝送が可能になる。   As described above, in the third embodiment of the present invention, since electric power is transmitted by a rotating electric field, the change in transmission characteristics with respect to the rotational deviation of the electrode is reduced, and the X-axis or Y-axis direction is reduced. The difference in transmission characteristics with respect to the linear deviation of the electrodes can be reduced. Thereby, the freedom degree of arrangement | positioning of an electrode can be raised. Moreover, the transmission distance of electric power can be extended compared with patent documents. Furthermore, in the third embodiment, since plate-like electrodes are used as compared with the first embodiment, heat dissipation can be improved, and therefore, high power transmission is possible.

(E)第4実施形態の説明
つぎに、本発明の第4実施形態について説明する。図63は、本発明の第4実施形態の構成例を示す図である。この図63に示すように、第4実施形態では、図35に示す第2実施形態の送電用カプラ510を遮蔽ボックス810に収容するとともに、受電用カプラ520を遮蔽ボックス820に収容する構成を有している。ここで、遮蔽ボックス810は、導電性の板状部材によって構成され、X方向の長さがLxであり、Y方向の長さがLyであり、および、Z方向の長さがLzとされている。遮蔽ボックス810の上面部には、送電用カプラ510が配置されている。遮蔽ボックス820も同様に、導電性の板状部材によって構成され、X方向の長さがLxであり、Y方向の長さがLyであり、および、Z方向の長さがLzとされている。遮蔽ボックス820の下面部には、受電用カプラ520が配置されている。このように、送電用カプラ510および受電用カプラ520を遮蔽ボックス810,820内に収容することで、カプラの周辺に存在する物体による影響を低減することができる。このため、電力伝送システムの設置時における自由度を高めるとともに、周辺に存在する物体による影響を低減し、伝送効率の低下を防ぐことができる。
(E) Description of Fourth Embodiment Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. FIG. 63 is a diagram showing a configuration example of the fourth embodiment of the present invention. As shown in FIG. 63, the fourth embodiment has a configuration in which the power transmission coupler 510 of the second embodiment shown in FIG. 35 is accommodated in the shielding box 810 and the power receiving coupler 520 is accommodated in the shielding box 820. doing. Here, the shielding box 810 is composed of a conductive plate-like member, the length in the X direction is Lx, the length in the Y direction is Ly, and the length in the Z direction is Lz. Yes. A power transmission coupler 510 is disposed on the upper surface of the shielding box 810. Similarly, the shielding box 820 is formed of a conductive plate-like member, the length in the X direction is Lx, the length in the Y direction is Ly, and the length in the Z direction is Lz. . A power receiving coupler 520 is disposed on the lower surface of the shielding box 820. As described above, by accommodating the power transmission coupler 510 and the power reception coupler 520 in the shielding boxes 810 and 820, it is possible to reduce the influence of an object existing around the coupler. For this reason, while increasing the freedom degree at the time of installation of an electric power transmission system, the influence by the object which exists in the periphery can be reduced and the fall of transmission efficiency can be prevented.

図64は図63に示す第4実施形態の伝送効率の周波数特性を示す図である。なお、この図では、送電用カプラ510および受電用カプラ520は、第2実施形態の場合と同様の構成およびサイズとされている。また、遮蔽ボックス810,820のサイズは、Lx=470mm、Ly=470mm、Lz=133mm、および、d2=200mmとされている。このような設定の場合、周波数25.7MHzにおいて伝送効率η21=95%を有している。   FIG. 64 is a diagram showing the frequency characteristics of the transmission efficiency of the fourth embodiment shown in FIG. In this figure, power transmission coupler 510 and power reception coupler 520 have the same configuration and size as in the second embodiment. The sizes of the shielding boxes 810 and 820 are Lx = 470 mm, Ly = 470 mm, Lz = 133 mm, and d2 = 200 mm. In such a setting, the transmission efficiency η21 = 95% at a frequency of 25.7 MHz.

図65〜図69は、図63に示す第4実施形態に交流電圧を印加した場合における1周期の電界の時間的を示す図である。図65は、交流電力の位相が0度の場合の電界分布を示し、図66〜図69は、45度、90度、135度、および、180度の電界分布をそれぞれ示している。これらの図65〜図69に示すように、図63に示す送電用カプラ510と受電用カプラ520の間に生じる電界は、時間の経過とともにその方向が変化する。より具体的には、電界強度が高い色の濃い部分が時間の経過とともに、Z軸を中心として回転していることが分かる。つまり、図63に示す第4実施形態では、送電用カプラ510と受電用カプラ520の間に生じる電界は、交流電力の周波数に応じて回転する電界となる。また、第4実施形態では、第2実施形態と比較すると、電界の範囲が狭くなっていることから、電極の周辺に配置される物体の影響をより少なくすることができる。   FIG. 65 to FIG. 69 are diagrams showing the time of an electric field of one cycle when an AC voltage is applied to the fourth embodiment shown in FIG. 65 shows the electric field distribution when the phase of the AC power is 0 degrees, and FIGS. 66 to 69 show the electric field distributions of 45 degrees, 90 degrees, 135 degrees, and 180 degrees, respectively. As shown in FIGS. 65 to 69, the direction of the electric field generated between the power transmission coupler 510 and the power reception coupler 520 shown in FIG. 63 changes with time. More specifically, it can be seen that a dark portion having a high electric field strength rotates around the Z-axis as time passes. That is, in the fourth embodiment shown in FIG. 63, the electric field generated between the power transmission coupler 510 and the power reception coupler 520 is an electric field that rotates according to the frequency of the AC power. Further, in the fourth embodiment, compared with the second embodiment, since the electric field range is narrow, the influence of an object arranged around the electrode can be further reduced.

以上に説明したように、第4実施形態によれば、第2実施形態と同様の効果を期待することができるとともに、遮蔽ボックス810,820を用いることで、電極の周辺に存在する物体の影響を少なくすることができる。このため、電極の配置の自由度を高めることができる。   As described above, according to the fourth embodiment, the same effect as that of the second embodiment can be expected, and by using the shielding boxes 810 and 820, the influence of objects existing around the electrodes can be expected. Can be reduced. For this reason, the freedom degree of arrangement | positioning of an electrode can be raised.

(F)第5実施形態の説明
つぎに、本発明の第5実施形態について説明する。図70は、本発明の第5実施形態の構成例を示す図である。この図70に示すように、第5実施形態では、図54に示す第3実施形態の送電用カプラ610を遮蔽ボックス810に収容するとともに、受電用カプラ620を遮蔽ボックス820に収容する構成を有している。ここで、遮蔽ボックス810は、導電性の板状部材によって構成され、X方向の長さがLxであり、Y方向の長さがLyであり、および、Z方向の長さがLzとされている。遮蔽ボックス810の上面部には、送電用カプラ610が配置されている。遮蔽ボックス820も同様に、導電性の板状部材によって構成され、X方向の長さがLxであり、Y方向の長さがLyであり、および、Z方向の長さがLzとされている。遮蔽ボックス820の下面部には、受電用カプラ620が配置されている。このように、送電用カプラ610および受電用カプラ620を遮蔽ボックス810,820内に収容することで、前述したように、カプラの周辺に存在する物体による影響を低減することができる。このため、電力伝送システムの設置時における自由度を高めるとともに、周辺に存在する物体による影響を低減し、伝送効率の低下を防ぐことができる。
(F) Description of Fifth Embodiment Next, a fifth embodiment of the present invention will be described. FIG. 70 is a diagram showing a configuration example of the fifth embodiment of the present invention. As shown in FIG. 70, the fifth embodiment has a configuration in which the power transmission coupler 610 of the third embodiment shown in FIG. 54 is accommodated in the shielding box 810 and the power receiving coupler 620 is accommodated in the shielding box 820. doing. Here, the shielding box 810 is composed of a conductive plate-like member, the length in the X direction is Lx, the length in the Y direction is Ly, and the length in the Z direction is Lz. Yes. A power transmission coupler 610 is disposed on the upper surface portion of the shielding box 810. Similarly, the shielding box 820 is formed of a conductive plate-like member, the length in the X direction is Lx, the length in the Y direction is Ly, and the length in the Z direction is Lz. . A power receiving coupler 620 is disposed on the lower surface of the shielding box 820. In this way, by accommodating the power transmission coupler 610 and the power reception coupler 620 in the shielding boxes 810 and 820, as described above, it is possible to reduce the influence of objects existing around the coupler. For this reason, while increasing the freedom degree at the time of installation of an electric power transmission system, the influence by the object which exists in the periphery can be reduced and the fall of transmission efficiency can be prevented.

図71は図70に示す第5実施形態の伝送効率の周波数特性を示す図である。なお、この図では、送電用カプラ610および受電用カプラ620は、第3実施形態の場合と同様の構成およびサイズとされている。また、遮蔽ボックス810,820のサイズは、Lx=470mm、Ly=470mm、Lz=133mm、および、d2=180mmとされている。このような設定の場合、周波数26.85MHzにおいて伝送効率η21=88%を有している。   71 is a diagram showing frequency characteristics of transmission efficiency of the fifth embodiment shown in FIG. In this figure, the power transmission coupler 610 and the power reception coupler 620 have the same configuration and size as in the third embodiment. The sizes of the shielding boxes 810 and 820 are Lx = 470 mm, Ly = 470 mm, Lz = 133 mm, and d2 = 180 mm. In such a setting, the transmission efficiency η21 = 88% is obtained at a frequency of 26.85 MHz.

図72〜図76は、図70に示す第5実施形態に交流電圧を印加した場合における1周期の電界の時間的を示す図である。図72は、交流電力の位相が0度の場合の電界分布を示し、図73〜図76は、45度、90度、135度、および、180度の電界分布をそれぞれ示している。これらの図72〜図76に示すように、図70に示す送電用カプラ610と受電用カプラ620の間に生じる電界は、時間の経過とともにその方向が変化する。より具体的には、電界強度が高い色の濃い部分が時間の経過とともに、Z軸を中心として回転していることが分かる。つまり、図70に示す第4実施形態では、送電用カプラ610と受電用カプラ620の間に生じる電界は、交流電力の周波数に応じて回転する電界となる。また、第5実施形態では、第2実施形態と比較すると、電界の範囲が狭くなっていることから、電極の周辺に配置される物体の影響をより少なくすることができる。   72 to 76 are diagrams showing the time of an electric field of one cycle when an AC voltage is applied to the fifth embodiment shown in FIG. 72 shows the electric field distribution when the phase of the AC power is 0 degrees, and FIGS. 73 to 76 show the electric field distributions of 45 degrees, 90 degrees, 135 degrees, and 180 degrees, respectively. As shown in FIGS. 72 to 76, the direction of the electric field generated between the power transmission coupler 610 and the power reception coupler 620 shown in FIG. 70 changes with time. More specifically, it can be seen that a dark portion having a high electric field strength rotates around the Z-axis as time passes. That is, in the fourth embodiment shown in FIG. 70, the electric field generated between the power transmission coupler 610 and the power reception coupler 620 is an electric field that rotates according to the frequency of the AC power. Further, in the fifth embodiment, compared with the second embodiment, since the range of the electric field is narrow, the influence of an object arranged around the electrode can be reduced.

以上に説明したように、第5実施形態によれば、第3実施形態と同様の効果を期待することができるとともに、遮蔽ボックス810,820を用いることで、電極の周辺に存在する物体の影響を少なくすることができる。このため、電極の配置の自由度を高めることができる。   As described above, according to the fifth embodiment, the same effect as that of the third embodiment can be expected, and by using the shielding boxes 810 and 820, the influence of objects existing around the electrodes can be expected. Can be reduced. For this reason, the freedom degree of arrangement | positioning of an electrode can be raised.

(G)第6実施形態の説明
つぎに、本発明の第6実施形態について説明する。図77は、本発明の第6実施形態の構成例を示す図である。この図77に示すように、第6実施形態では、図35に示す第2実施形態の送電用カプラ510と受電用カプラ520の間に、中継用カプラ900が配置されている。これ以外の構成は、図35の場合と同様である。ここで、中継用カプラ900は、送電用カプラ510および受電用カプラ520と同様の形状およびサイズの電極901、902、905、906を有する。電極901、902が第5組電極を、電極905、906が第6組電極を構成する。図35に示すインダクタ903の一端は電極901に接続され、他端はインダクタ904の他端に接続されている。インダクタ904の一端は電極902に接続され、他端はインダクタ903の他端に接続されている。インダクタ907の一端は電極905に接続され、他端はインダクタ908の他端に接続されている。インダクタ908の一端は電極906に接続され、他端はインダクタ907の他端に接続されている。すなわち、第6実施形態では、インダクタ903,904は相互に接続されており、また、インダクタ907,908は相互に接続されている。なお、図77では、2つのインダクタ903,904を用いるようにしたが、これらを1つのインダクタとしてもよい。インダクタ907,908についても同様である。
(G) Description of Sixth Embodiment Next, a sixth embodiment of the present invention will be described. FIG. 77 is a diagram showing a configuration example of the sixth embodiment of the present invention. As shown in FIG. 77, in the sixth embodiment, a relay coupler 900 is arranged between the power transmission coupler 510 and the power reception coupler 520 of the second embodiment shown in FIG. Other configurations are the same as those in FIG. Here, the relay coupler 900 includes electrodes 901, 902, 905, and 906 having shapes and sizes similar to those of the power transmission coupler 510 and the power reception coupler 520. The electrodes 901 and 902 constitute a fifth set electrode, and the electrodes 905 and 906 constitute a sixth set electrode. One end of the inductor 903 shown in FIG. 35 is connected to the electrode 901, and the other end is connected to the other end of the inductor 904. One end of the inductor 904 is connected to the electrode 902, and the other end is connected to the other end of the inductor 903. One end of the inductor 907 is connected to the electrode 905, and the other end is connected to the other end of the inductor 908. One end of the inductor 908 is connected to the electrode 906, and the other end is connected to the other end of the inductor 907. That is, in the sixth embodiment, the inductors 903 and 904 are connected to each other, and the inductors 907 and 908 are connected to each other. In FIG. 77, two inductors 903 and 904 are used, but these may be used as one inductor. The same applies to the inductors 907 and 908.

図78は、図77に示す第6実施形態の伝送効率η21の周波数特性を示す図である。なお、この図の例では、送電用カプラ510および受電用カプラ520は、第2実施形態の場合と同様のサイズとされている。また、中継用カプラ900も送電用カプラ510および受電用カプラ520と同様のサイズとされている。また、d2=266mmとされ、送電用カプラ510および受電用カプラ520の間の距離(=d2×2)は、中継用カプラ900を用いない場合の2倍の距離に設定されている。このような設定の場合、周波数27.12MHzにおいて伝送効率η21=91%を有している。   FIG. 78 is a diagram showing frequency characteristics of the transmission efficiency η21 of the sixth embodiment shown in FIG. In the example of this figure, the power transmission coupler 510 and the power reception coupler 520 are the same size as in the second embodiment. Further, the relay coupler 900 is also the same size as the power transmission coupler 510 and the power reception coupler 520. Further, d2 = 266 mm, and the distance (= d2 × 2) between the power transmission coupler 510 and the power reception coupler 520 is set to be twice the distance when the relay coupler 900 is not used. In such a setting, the transmission efficiency η21 = 91% at a frequency of 27.12 MHz.

図79〜図83は、図77に示す第6実施形態に交流電圧を印加した場合における1周期の電界の時間的を示す図である。図79は、交流電力の位相が0度の場合の電界分布を示し、図80〜図83は、45度、90度、135度、および、180度の電界分布をそれぞれ示している。これらの図79〜図83に示すように、図77に示す送電用カプラ510と受電用カプラ520の間に生じる電界は、時間の経過とともにその方向が変化する。より具体的には、電界強度が高い色の濃い部分が時間の経過とともに、Z軸を中心として回転していることが分かる。つまり、図77に示す第6実施形態では、送電用カプラ510と受電用カプラ520の間に生じる電界は、交流電力の周波数に応じて回転する電界となる。また、送電用カプラ510と中継用カプラ900の間の電界と、受電用カプラ520と中継用カプラ900の間の電界とは、位相が90度ずれていることが分かる。   79 to 83 are diagrams showing the time of an electric field of one cycle when an AC voltage is applied to the sixth embodiment shown in FIG. 79 shows the electric field distribution when the phase of the AC power is 0 degrees, and FIGS. 80 to 83 show the electric field distributions of 45 degrees, 90 degrees, 135 degrees, and 180 degrees, respectively. As shown in FIGS. 79 to 83, the direction of the electric field generated between the power transmission coupler 510 and the power reception coupler 520 shown in FIG. 77 changes with time. More specifically, it can be seen that a dark portion having a high electric field strength rotates around the Z-axis as time passes. That is, in the sixth embodiment shown in FIG. 77, the electric field generated between the power transmission coupler 510 and the power reception coupler 520 is an electric field that rotates according to the frequency of the AC power. It can also be seen that the electric field between the power transmission coupler 510 and the relay coupler 900 and the electric field between the power reception coupler 520 and the relay coupler 900 are 90 degrees out of phase.

以上に説明したように、第6実施形態では、第2実施形態と同様の効果を得ることができるだけでなく、中継用カプラ900を用いることで、伝送効率η21を低減することなく、電力を伝送する距離を伸ばすことが可能になる。   As described above, in the sixth embodiment, not only can the same effect as in the second embodiment be obtained, but also by using the relay coupler 900, power can be transmitted without reducing the transmission efficiency η21. It becomes possible to extend the distance to do.

(C)変形実施形態の説明
以上の実施形態は一例であって、本発明が上述したような場合のみに限定されるものでないことはいうまでもない。例えば、以上の各実施形態では、送電用カプラ、受電用カプラ、および、中継用カプラの各電極が同じサイズを有するようにしたが、これらが異なるサイズを有するようにしてもよい。
(C) Description of Modified Embodiment It goes without saying that the above embodiment is merely an example, and the present invention is not limited to the case described above. For example, in each of the above embodiments, the electrodes of the power transmission coupler, the power reception coupler, and the relay coupler have the same size, but they may have different sizes.

また、以上の各実施形態では、送電用カプラに給電する電力の位相差を90度に設定するとともに、受電用カプラによって受電された90度の位相差を有する電力の位相差を0度にするために、図18に示す理想的な分配回路を用いるようにしたが、例えば、接続線の電気長によって位相差を調整するようにしてもよい。具体的には、例えば、電気長が1/4λ異なる接続線を用いることで、位相差を調整することができる。   Further, in each of the above embodiments, the phase difference of the power supplied to the power transmission coupler is set to 90 degrees, and the phase difference of the power having the phase difference of 90 degrees received by the power reception coupler is set to 0 degrees. Therefore, although the ideal distribution circuit shown in FIG. 18 is used, for example, the phase difference may be adjusted by the electrical length of the connection line. Specifically, for example, the phase difference can be adjusted by using connection lines having different electrical lengths by ¼λ.

図84は分配器の他の構成例であり、交流電力発生部17から出力される電力を分配するとともに、位相をシフトして図17に示す送電用カプラ310に供給する電力分配部の詳細な構成例を示している。図84に示す構成例では、インダクタLcとキャパシタCa,Cbがπ型に接続された回路のPort1側に交流電力発生部17が接続され、Port2側にインダクタ313,314が接続される。また、インダクタLdとキャパシタCc,Cdがπ型に接続された回路のPort4側にダミー抵抗Z0が接続され、Port3側にインダクタ317,318が接続される。さらに、キャパシタCaとインダクタLcの接続部分はインダクタLaを介してキャパシタCcとインダクタLdの接続部分に接続され、キャパシタCbとインダクタLcの接続部分はインダクタLbを介してキャパシタCdとインダクタLdの接続部分に接続されている。図84の下に示す表には、使用されている素子の素子値の一例を示している。この例では、設計周波数fは27.12MHzとされ、インピーダンスZ0は50Ωとされ、キャパシタCa,Cb,Cc,Cdは全て283pFとされ、インダクタLa,Lbはともに293nHとされ、インダクタLc,Ldはともに207nHとされている。   FIG. 84 shows another configuration example of the distributor. The power distributing unit distributes the power output from the AC power generating unit 17 and supplies the power to the power transmission coupler 310 shown in FIG. 17 while shifting the phase. A configuration example is shown. In the configuration example shown in FIG. 84, the AC power generation unit 17 is connected to the Port 1 side of the circuit in which the inductor Lc and the capacitors Ca and Cb are connected in a π type, and the inductors 313 and 314 are connected to the Port 2 side. Further, a dummy resistor Z0 is connected to the Port4 side of the circuit in which the inductor Ld and the capacitors Cc and Cd are connected in a π-type, and inductors 317 and 318 are connected to the Port3 side. Further, a connection portion between the capacitor Ca and the inductor Lc is connected to a connection portion between the capacitor Cc and the inductor Ld via the inductor La, and a connection portion between the capacitor Cb and the inductor Lc is a connection portion between the capacitor Cd and the inductor Ld via the inductor Lb. It is connected to the. The table shown at the bottom of FIG. 84 shows an example of element values of elements used. In this example, the design frequency f is 27.12 MHz, the impedance Z0 is 50Ω, the capacitors Ca, Cb, Cc, and Cd are all 283 pF, the inductors La and Lb are both 293 nH, and the inductors Lc and Ld are Both are set to 207 nH.

図85および図86は図84に示す電力分配部のSパラメータの周波数特性を示す図である。図86は、S11,S21,S31の位相特性を示している。ここで、S11はPort1の反射損失を示し、S21はPort1からPort2への挿入損失を示し、S31はPort1からPort3への挿入損失を示している。図85に示すように、一点鎖線で示すS21と、破線で示すS31を比較すると、伝送しようとする電力の周波数f(=27.12MHz)において、位相差が略90度となっている。図86は、S11,S21,S31の振幅特性を示している。図86に示すように、一点鎖線で示すS21と、破線で示すS31を比較すると、伝送しようとする電力の周波数f(=27.12MHz)において、振幅は略同じ(等振幅)となっている。このため、交流電力発生部17からPort1に供給される電力は、振幅が等しく、また、位相差が90度の電力として、インダクタ313,314およびインダクタ317,318に供給される。   85 and 86 are diagrams showing the frequency characteristics of the S parameter of the power distribution unit shown in FIG. FIG. 86 shows the phase characteristics of S11, S21, and S31. Here, S11 represents the reflection loss of Port1, S21 represents the insertion loss from Port1 to Port2, and S31 represents the insertion loss from Port1 to Port3. As shown in FIG. 85, when S21 indicated by the alternate long and short dash line is compared with S31 indicated by the broken line, the phase difference is approximately 90 degrees at the frequency f (= 27.12 MHz) of the power to be transmitted. FIG. 86 shows the amplitude characteristics of S11, S21, and S31. As shown in FIG. 86, when S21 indicated by the alternate long and short dash line is compared with S31 indicated by the broken line, the amplitude is substantially the same (equal amplitude) at the frequency f (= 27.12 MHz) of the power to be transmitted. . For this reason, the power supplied from the AC power generator 17 to Port 1 is supplied to the inductors 313 and 314 and the inductors 317 and 318 as power having the same amplitude and a phase difference of 90 degrees.

図17に示す受信用カプラ320に対しても、図84と同様の構成を有する電力合成部が接続される。すなわち、電力合成部は、図84に示すPort1には交流電力発生部17の代わりに負荷27が接続され、Port2にはインダクタ323,324が接続され、Port3にはインダクタ327,328が接続される。電極321,322および電極325,326によって受電された電力は、90度の位相差を有しているが、電力合成部によって位相差が0に調整された後に合成され、負荷27に供給される。   A power combiner having the same configuration as that shown in FIG. 84 is also connected to reception coupler 320 shown in FIG. That is, in the power combiner, a load 27 is connected to Port 1 shown in FIG. 84 instead of the AC power generator 17, inductors 323 and 324 are connected to Port 2, and inductors 327 and 328 are connected to Port 3. . The electric power received by the electrodes 321 and 322 and the electrodes 325 and 326 has a phase difference of 90 degrees, but is synthesized after the phase difference is adjusted to 0 by the power synthesis unit and supplied to the load 27. .

本実施形態の動作については理想的な分配回路を適用した場合と同様である。但し等分配、90度位相差で動作する帯域が限られるため、所定の動作周波数に合わせてキャパシタンス、インダクタンス等のパラメータ設計を行うのが望ましい。   The operation of this embodiment is the same as when an ideal distribution circuit is applied. However, since the band for operation with equal distribution and 90 ° phase difference is limited, it is desirable to design parameters such as capacitance and inductance in accordance with a predetermined operating frequency.

また、以上の各実施形態では、電極の形状は円筒型または三角形としているが、これ以外の形状としてもよい。例えば、多角形、円形、または、楕円形状であってもよい。あるいは、平板形状ではなく、湾曲したり、屈曲したりした形状であってもよいし、球形等の立体形状であってもよい。   In each of the above embodiments, the electrode has a cylindrical shape or a triangular shape, but may have a shape other than this. For example, it may be polygonal, circular, or elliptical. Alternatively, it may be a curved or bent shape instead of a flat plate shape, or a three-dimensional shape such as a spherical shape.

また、図77に示す第6実施形態では、第2実施形態の送電用カプラ、受電用カプラ、および、これらと同じ形状を有する中継用カプラを用いるようにしたが、例えば、図54に示す第3実施形態と同じ形状を有する送電用カプラ、受電用カプラ、および、中継用カプラを用いるようにしてもよい。   Further, in the sixth embodiment shown in FIG. 77, the power transmission coupler, the power reception coupler, and the relay coupler having the same shape as those of the second embodiment are used. A power transmission coupler, a power reception coupler, and a relay coupler having the same shape as the third embodiment may be used.

また、以上の各実施形態では、電極間の位相差は90度となるように設定したが、回転する電界が発生すればよいことから、90度以外の位相差であってもよい。また、以上の各実施形態では、電力は2等分するようにしたが、多少の差があってもよい。   In each of the above embodiments, the phase difference between the electrodes is set to 90 degrees. However, since a rotating electric field only needs to be generated, the phase difference may be other than 90 degrees. In the above embodiments, the power is divided into two equal parts, but there may be some difference.

また、以上の各実施形態では、インダクタは電極と接続線の間に1つずつ合計2つ挿入するようにしたが、電極と接続線の少なくとも一方に挿入するようにすればよい。   Further, in each of the above embodiments, a total of two inductors are inserted between the electrode and the connection line, but may be inserted into at least one of the electrode and the connection line.

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.

1 電力伝送システム
10 送電装置
11,12 電極
13,14 インダクタ
15,16 接続線
17 交流電力発生部
20 受電装置
21,22 電極
23,24 インダクタ
25,26 接続線
27 負荷
110,210,310,410,510,610 送電用カプラ
111,112,311,312,315,316,321,322,325,326,511,512,515,516,521,522,525,526 電極
113,114,313,314,317,318,323,324,327,328,513,514,517,518,523,524,527,528 インダクタ
115,116,125,126,713,714,717,718,723,724,727,728 接続線
118,128 回路基板
120,220,320,420,520,620 受電用カプラ
711,712,715,716,721,722,725,726 サブ電極
810,820 遮蔽ボックス
900 中継用カプラ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Electric power transmission system 10 Power transmission apparatus 11,12 Electrode 13,14 Inductor 15,16 Connection line 17 AC power generation part 20 Power receiving apparatus 21,22 Electrode 23,24 Inductor 25,26 Connection line 27 Load 110,210,310,410 , 510, 610 Transmission coupler 111, 112, 311, 312, 315, 316, 321, 322, 325, 326, 511, 512, 515, 516, 521, 522, 525, 526 Electrode 113, 114, 313, 314 , 317,318,323,324,327,328,513,514,517,518,523,524,527,528 inductor 115,116,125,126,713,714,717,718,723,724,727 , 728 Connection line 118,128 Circuit board 120, 220, 320, 420, 520, 620 Power receiving coupler 711, 712, 715, 716, 721, 722, 725, 726 Sub electrode 810, 820 Shielding box 900 Relay coupler

Claims (4)

送電装置から受電装置に対して交流電力を伝送する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1組の第1組電極と、
前記第1組電極に対して所定の角度だけ回転して配置され、前記第1組電極と同様に所定の距離を隔てて配置されるとともに、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1組の第2組電極と、
前記第1組電極および前記第2組電極に対して位相差を持たせた交流電力を供給する供給手段と、
前記供給手段と前記第1組電極の少なくとも一方の間に挿入される第1インダクタと、
前記供給手段と前記第2組電極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1組の第3組電極と、
前記第3組電極に対して所定の角度だけ回転して配置され、前記第3組電極と同様に所定の距離を隔てて配置されるとともに、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1組の第4組電極と、
前記第3組電極および前記第4組電極によって受電された交流電力の位相を合わせて出力する出力手段と、
前記出力手段と前記第3組電極の少なくとも一方の間に挿入される第3インダクタと、
前記出力手段と前記第4組電極の少なくとも一方の間に挿入される第4インダクタと、を有し、
前記送電装置と前記受電装置の間は回転する電界によって電力が伝送されることを特徴とする電力伝送システム。
In a power transmission system that transmits AC power from a power transmission device to a power reception device,
The power transmission device is:
A first set of electrodes disposed at a predetermined distance and having a total width including the predetermined distance of λ / 2π or less, which is a near field;
The first set electrode is arranged to be rotated by a predetermined angle, and is arranged at a predetermined distance like the first set electrode, and the total width including the predetermined distance is a near field. a second set of electrodes having a length of λ / 2π or less;
Supply means for supplying alternating current power having a phase difference to the first assembled electrode and the second assembled electrode;
A first inductor inserted between at least one of the supply means and the first assembled electrode;
A second inductor inserted between the supply means and at least one of the second assembled electrodes;
The power receiving device is:
A third set of electrodes arranged at a predetermined distance and having a total width including the predetermined distance of λ / 2π or less that is a near field;
The third set electrode is arranged to be rotated by a predetermined angle, is arranged at a predetermined distance like the third set electrode, and the total width including the predetermined distance is a near field. a set of fourth electrodes having a length of λ / 2π or less;
Output means for matching the phase of the AC power received by the third set electrode and the fourth set electrode;
A third inductor inserted between at least one of the output means and the third assembled electrode;
A fourth inductor inserted between the output means and at least one of the fourth assembled electrodes;
A power transmission system, wherein power is transmitted between the power transmission device and the power reception device by a rotating electric field.
前記第1〜第4組電極は平板形状の電極によって構成され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。   The power transmission system according to claim 1, wherein the first to fourth assembled electrodes are configured by flat-plate electrodes. 前記第1および第2組電極は導電性を有する遮蔽ボックス内に配置され、前記第3および第4組電極も同様に導電性を有する遮蔽ボックス内に配置されることを特徴とすることを特徴とする請求項1または2に記載の電力伝送システム。The first and second assembled electrodes are disposed in a conductive shielding box, and the third and fourth assembled electrodes are similarly disposed in a conductive shielding box. The power transmission system according to claim 1 or 2. 前記送電装置と前記受電装置の間に配置される中継装置を有し、A relay device disposed between the power transmission device and the power reception device;
当該中継装置は、The relay device
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1組の第5組電極と、A fifth set of electrodes arranged at a predetermined distance and having a total width including the predetermined distance of λ / 2π or less that is a near field;
前記第5組電極に対して所定の角度だけ回転して配置され、前記第5組電極と同様に所定の距離を隔てて配置されるとともに、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1組の第6組電極と、The fifth set electrode is arranged to be rotated by a predetermined angle, and is arranged at a predetermined distance like the fifth set electrode, and the total width including the predetermined distance is the near field. a set of sixth electrodes having a length of λ / 2π or less;
前記第5組電極を構成する1組の電極を接続する第5インダクタと、A fifth inductor for connecting one set of electrodes constituting the fifth set electrode;
前記第6組電極を構成する1組の電極を接続する第6インダクタと、を有することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の電力伝送システム。4. The power transmission system according to claim 1, further comprising: a sixth inductor that connects one set of electrodes constituting the sixth set electrode. 5.
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