JP2017011844A - Power transmission auxiliary device and wireless power supply system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、無線電力伝送に適した送電補助装置及び無線給電システムに関する。 The present invention relates to a power transmission auxiliary device and a wireless power feeding system suitable for wireless power transmission.
例えば、共鳴現象を利用する磁界共鳴型の無線給電システムが開発されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１記載の無線給電システムは、送電コイルから見て受電コイルとは反対側に磁性体を配置し、受電コイルから見て送電コイルとは反対側に磁性体を配置する技術を用いている。このとき送電コイルの磁界は磁性体により受電コイルの方向に指向性を持ち、受電コイルは磁性体により送電コイルの方向に指向性を持つ。その結果、送電コイルと受電コイルとの間の磁界の結合度が大きくなるので、磁気共鳴による電力の伝送効率を向上できるようになる。 For example, a magnetic field resonance type wireless power feeding system using a resonance phenomenon has been developed (see, for example, Patent Document 1). The wireless power feeding system described in Patent Document 1 uses a technique in which a magnetic body is disposed on the side opposite to the power receiving coil as viewed from the power transmitting coil, and a magnetic body is disposed on the side opposite to the power transmitting coil as viewed from the power receiving coil. . At this time, the magnetic field of the power transmission coil has directivity in the direction of the power reception coil by the magnetic material, and the power reception coil has directivity in the direction of the power transmission coil by the magnetic material. As a result, the degree of coupling of the magnetic field between the power transmission coil and the power reception coil is increased, so that the power transmission efficiency by magnetic resonance can be improved.
発明者らは、例えばマスタがハーネス等の送電線路に通電しスレーブがこの送電線路に電界／磁界結合して受電する技術を開発している。このとき、例えば送電線路の線路長が送信電力の波長に対して長くなる等の影響から送電線路上の電流振幅分布が連続的に変化することになる。この場合、例えば電流振幅の低い位置に受電装置が設置されていると給電効率が著しく低下してしまう。 The inventors have developed a technique in which, for example, a master energizes a power transmission line such as a harness, and a slave receives electric power by coupling an electric field / magnetic field to the power transmission line. At this time, for example, the current amplitude distribution on the power transmission line continuously changes due to the influence that the line length of the power transmission line becomes longer with respect to the wavelength of the transmission power. In this case, for example, if the power receiving device is installed at a position where the current amplitude is low, the power supply efficiency is significantly reduced.
本発明の目的は、送電線路内において電流振幅分布が連続的に変化するときに電流振幅分布の低い領域が存在する場合であっても電力伝送効率を高めることができる送電補助装置及び無線給電システムを提供することにある。 An object of the present invention is to provide a power transmission auxiliary device and a wireless power feeding system capable of improving power transmission efficiency even when a region having a low current amplitude distribution exists when the current amplitude distribution continuously changes in the transmission line. Is to provide.
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、交流電力が一対の送電線路に出力されることに応じて電流振幅分布が連続的に変化するようになっており、コイルが送電線路の周辺に生じる磁束の鎖交領域に開口が配置され、一対の受電電極が一対の送電線路に対応づけてそれぞれ１つ以上を配置して送電線路から電界により受電するように構成されている。 In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, the current amplitude distribution changes continuously in response to the output of AC power to a pair of power transmission lines, and the coil is a power transmission line. An opening is arranged in the interlinkage region of the magnetic flux generated around the pair, and a pair of power receiving electrodes are arranged so as to correspond to the pair of power transmission lines and each receive one or more from the power transmission line by an electric field.
この請求項１記載の発明によれば、コイルは送電線路の周辺に生じる磁束の鎖交領域に開口を設けているため、当該開口に鎖交する磁界により電力を受電する。また、受電電極は一対の送電線路に対応づけてそれぞれ１つ以上配置されているため、一対の送電線路から電界により電力を受電できる。この結果、送電線路から電界及び磁界により電力を効率良く伝送することができ、たとえ電流振幅の低い領域が存在する場合であっても電力伝送効率を高めることができる。また、電流振幅の高い領域においても磁界により電力を受電できる。 According to the first aspect of the present invention, since the coil is provided with the opening in the interlinkage region of the magnetic flux generated around the power transmission line, the coil receives power by the magnetic field interlinking with the opening. In addition, since one or more power receiving electrodes are disposed in association with a pair of power transmission lines, power can be received from the pair of power transmission lines by an electric field. As a result, electric power can be efficiently transmitted from the power transmission line by an electric field and a magnetic field, and the power transmission efficiency can be increased even when there is a region having a low current amplitude. In addition, power can be received by a magnetic field even in a region where the current amplitude is high.
以下、送電補助装置の幾つかの実施形態について図面を参照しながら説明する。各実施形態間で同一の構成については、その前の実施形態に付した符号と同一の符号を付して後の実施形態では必要に応じて説明を省略し、異なる部分を中心に説明する。 Hereinafter, some embodiments of the power transmission auxiliary device will be described with reference to the drawings. About the same structure between each embodiment, the code | symbol same as the code | symbol attached | subjected to the previous embodiment is attached | subjected, description is abbreviate | omitted as needed in later embodiment, and it demonstrates centering on a different part.
（第１実施形態）
図１〜図６は第１実施形態の説明図を示す。以下に説明する図１等においてＸＹＺ方向は互いに交差（例えば直交）する方向を示している。図４に全体構成例を示すように、無線給電システム１は、送電装置（マスタ）２及び受電装置（スレーブ）３ａ〜３ｅが電力線としての送電アンテナ４を通じて電界／磁界により結合されることで構成される。送電装置２には例えばバッテリ（図示せず：電力供給源）が接続され、このバッテリの電力に応じて送電アンテナ４を通じて複数の受電装置３ａ〜３ｅに電力を供給し、受電装置３ａ〜３ｅはこれらの供給電力に応じて動作する。無線給電システム１は電力線給電システムと同義である。この無線給電システム１は、特に車両用の各種センサ、アクチュエータの無線電力伝送に適用することが望ましい。
(First embodiment)
1 to 6 are explanatory diagrams of the first embodiment. In FIG. 1 and the like described below, the XYZ directions indicate directions that intersect (for example, orthogonal to each other). As shown in the overall configuration example in FIG. 4, the wireless power feeding system 1 is configured by coupling a power transmission device (master) 2 and power reception devices (slave) 3 a to 3 e by an electric field / magnetic field through a
送電装置２は給電回路５に送電アンテナ４を接続して構成されると共に送電アンテナ４の一部（端部）に終端器７を接続して構成される。送電装置２の給電回路５は所定周波数（例えば数ＭＨｚ）の交流電力（高周波電力、例えば正弦波電圧／電流）を送電アンテナ４に出力する。送電アンテナ４は図１及び図５に詳細を示すように一対の送電線（一対の送電線路相当）８、９を備えた撚り対線（ツイステッドペアケーブル）により構成される。図４に示すように、送電アンテナ４は、一対の送電線８，９を互いに対向して撚り合わせて形成される撚り対線を所定方向（一方向：例えばＸ方向）に所定長（数ｍ程度）延設して配置される。なお、この所定方向とは、ある一直線状の方向であっても良いが、曲折、屈曲していても良い。
The
図４に示すように、受電装置３ａ〜３ｅは送電アンテナ４の近傍界に複数設置されており前記の所定方向の一部の複数の所定領域Ｒ１〜Ｒ５に受電アンテナ１０を設置して構成され、この所定領域Ｒ１〜Ｒ５にて受電するように配置される。受電装置３ａ〜３ｅは図１に示すようにそれぞれ受電アンテナ１０及び負荷回路１１を備える。受電装置３ａの設置個数は１つでも良い。
As shown in FIG. 4, a plurality of
図４に示すように、送電アンテナ４は、その一対の送電線８、９の端部が終端器７に結合されている。この終端器７は、例えば抵抗器などにより構成しても短絡線路により構成しても良い。終端器７が短絡線路により構成されるときには、一対の送電線８、９は、端部が結合された一対のツイスト線（撚り対線）を用いてループ状に構成されることになる。
As shown in FIG. 4, the
図５に示すように、送電アンテナ４は、送電線８、９が撚り合わされることにより形成される撚部１２を備えると共に、隣接する撚部１２間に開口１３を備える。全ての隣接する撚部１２間の開口１３のうち、特定の撚部１２ａ間の開口１３ａ（以下特定開口１３ａと称す）は他の撚部１２間又は撚部１２と１２ａ間の開口より大きく設けられている。この特定開口１３ａの周辺（近傍界）には受電装置３ａ〜３ｅの受電アンテナ１０が設置されている。
As shown in FIG. 5, the
受電アンテナ１０は、例えば開口１４を備えたループ状のコイルにより構成され、送電アンテナ４の特定開口１３ａから発せられる磁束を受電アンテナ１０の開口１４に鎖交する。これにより、受電アンテナ１０は送電アンテナ４から電磁誘導現象（主に磁界）に応じて受電できる。ここで、例えば特定開口１３ａの面と受電アンテナ１０の開口１４の面とが並行に配置されていても良いし、例えば受電アンテナ１０の開口１４が特定開口１３ａと例えば対向するように設置されていても良い。受電アンテナ１０の開口１４が特定開口１３ａと対向するように設置されていると、受電アンテナ１０に鎖交する磁束をより多くすることができ、電力伝送効率を高めることができる。
The
図１にＸＹ平面の模式図を示すように、特定開口１３ａと受電アンテナ１０の開口１４とがＸＹ方向に離間して配置されていても、図４に示すようにＸＹ方向の同一領域内に設置されていても良い。また、送電アンテナ４は、特定開口１３ａが撚り対線を用いてその他の開口１３より大きな領域となるように設けられていると、特定開口１３ａから生じさせる磁束をその他の開口１３より多くできる。しかも、隣接する撚部１２間の開口１３に生じる磁束が隣同士で反転し互いに打ち消しあうため外部にノイズを出力しにくくなる。
As shown in the schematic diagram of the XY plane in FIG. 1, even if the
さて、図１及び図３に示すように、特定開口１３ａの周辺（近傍界）には送電補助装置１５が設置されている。送電補助装置１５は各受電装置３ａ〜３ｅに対応したそれぞれの特定開口１３ａ（図４参照）に設置される。送電補助装置１５は、コイル１６、キャパシタ１７、及び、受電電極１８を電気的に接続して構成される。コイル１６は、例えば導線が螺旋筒状に巻回されることによりＺ方向を法線方向とする開口２０を備えるように構成され、巻数がｎ回（ｎ≧１）の有限長ソレノイドにより構成される。このコイル１６は、その開口２０が送電アンテナ４から発せられる磁束を鎖交するように配置され、例えば送電アンテナ４が形成する磁場と交差（例えば直交）する方向に開口２０の面法線方向を設けるように配置される。例えば図１及び図２に示すように、コイル１６は、送電アンテナ４の特定開口１３ａのＸＹ方向内側に位置して配設されると共に、例えば送電線８及び９間の対向領域にその少なくとも一部が設置されている。
Now, as shown in FIG.1 and FIG.3, the power transmission
このコイル１６の両端子１６ａ及び１６ｂ間にはキャパシタ１７が接続されている。キャパシタ１７は、給電回路５が出力する交流電力の周波数（例えば数ＭＨｚ程度）と同一周波数にて共振するようにコイル１６と並列接続されていることが望ましい。なお、キャパシタ１７は設けても設けなくても良く、さらにキャパシタ１７をこの接続形態で設けたとしても、給電回路５が出力する交流電力の周波数と同一周波数で共振するような容量値を設定しなくても良い。
A
例えば図２に示すように、コイル１６が、ＸＹ平面に沿って円状に巻回されると共にＺ方向に向けて螺旋状に巻回された有限長ソレノイドにより構成されているときには、キャパシタ１７はその一端が有限長ソレノイドの螺旋筒状の上端ノード側となる端子１６ａに構造的に接続されており、その他端が有限長ソレノイドの螺旋筒状の下端ノード側となる端子１６ｂに構造的に接続されている。
For example, as shown in FIG. 2, when the
一対の受電電極１８、１９がコイル１６の周辺に設置されており、コイル１６と短絡接続されている。これらの受電電極１８、１９は、コイル１６のＸＹ方向の外周に沿うと共に送電線８、９の内周に沿って各送電線８、９に対応してそれぞれ配置されている。これらの受電電極１８、１９は、それぞれ、例えば導電性部材が所定形状に成型されることで構成される。受電電極１８、１９は、例えば平板状部材をＺ方向に立てた状態でＸＹ平面方向に半円形に曲げ成型されることで所定形状に成形されている。受電電極１８、１９は、Ｘ−Ｙ平面の円周方向においてどの領域でＺ方向に切断しても同一の構造を備えている。
A pair of
これらの受電電極１８、１９は、送電アンテナ４のそれぞれの送電線８、９の内側に位置して特定開口１３ａの内側にその一部を設けて配置されている。受電電極１８は送電線８との間に近接空間を設けて設置され、受電電極１８と送電線８との間に電気力線が延びるように対向して構成される。受電電極１９は送電線９との間に近接空間を設けて設置され、受電電極１９と送電線９との間に電気力線が延びるよう対向して配置される。これにより、受電電極１８、１９は、送電アンテナ４と主に容量結合するように配置され、その受電面にて周辺に設置されるそれぞれの送電線８、９から主に電界を受電できる。
These
これらの受電電極１８、１９のうち、一方の受電電極１９はコイル１６の一端の上端ノードとなる例えば端子１６ａにおいて電気的に短絡接続されている。他方の受電電極１８はコイル１６の他端の下端ノードとなる例えば端子１６ｂにおいて電気的に短絡接続されている。
Of these
前記した構成の作用について説明する。図４に示すように、給電回路５が送電アンテナ４に交流電力を出力すると送電アンテナ４には定在波を生じる。図４の定在波は例えば終端器７が短絡線路により構成されているときの例を示すものであり、受電装置３ａ〜３ｅの設置位置に応じた電流振幅分布及び電圧振幅分布を概略的に示す。このとき電流振幅や電圧振幅は送電アンテナ４の領域に応じて大きく変化する。
The operation of the above configuration will be described. As shown in FIG. 4, when the power feeding circuit 5 outputs AC power to the
送電アンテナ４は電力を外部に放射するときに特定開口１３ａから交流電力を大きく放射する。図１に示すように、受電アンテナ１０は、送電アンテナ４の交流磁場による磁束を開口１４に鎖交することで起電力を生じこの起電力により受電できる。この起電力は負荷回路１１に供給される。このとき、送電補助装置１５のコイル１６もまた、送電アンテナ４から発せられる交流磁場による磁束を鎖交し誘導起電力を発生する。また、受電電極１８、１９は、それぞれ送電線８、９の周辺に配置されている。このため受電電極１８、１９は送電線８、９が発生する交流電力を電界により受電できる。また、キャパシタ１７がコイル１６と並列接続されており、給電回路５が供給する交流電力の周波数と同一周波数にて共振するように構成されている。このため、コイル１６に通電する電流を極力増大させることができ、送電補助装置１５のコイル１６の開口２０から発せられる交流磁場を大きくでき、受電アンテナ１０に生じる誘導起電力を大きくできる。
The
図６は発明者らによる回路シミュレーション結果を示している。この回路シミュレーション結果は、送電線８及び受電電極１８間並びに送電線９及び受電電極１９間の対向領域を同一とし、これらの結合特定を様々な容量Ｃｐの値に変更したときの結果を示している。このシミュレーション結果は、図４に示す各位置Ｎａ、Ｎｂ、Ｎｃ（領域Ｒ４、Ｒ２、Ｒ３）に設置された受電装置３ｄ、３ｂ、３ｃへの給電量［ｄＢ］を示す。シミュレーション条件としては、ＸＹ平面において送電線８及び受電電極１８が対向する対向長と送電線９及び受電電極１９が対向する対向長とを同一値とし、コイル１６のインダクタンス値を１０［μＨ］、キャパシタ１７の容量値を５０［ｐＦ］としている。
FIG. 6 shows a circuit simulation result by the inventors. This circuit simulation result shows the result when the opposing regions between the
図６に示すように、受電電極１８、１９をなくして容量Ｃｐを設けないときには給電量が比較的低くなるが、容量Ｃｐを設けることで給電量を増加できることがわかる。特に、適切（ｐＦオーダー程度）な値の容量Ｃｐで送電線路４及び受電電極１８、１９間を結合することで、受電装置３ｄ、３ｂ、３ｃがどのような位置Ｎａ、Ｎｂ、Ｎｃ（領域Ｒ４、Ｒ２、Ｒ３）に設置されたとしても、受電装置３ｄ、３ｂ、３ｃへの給電量を大幅に増加できることがわかる。
As shown in FIG. 6, when the
また、図６に示すように、受電装置３ｄ、３ｂ、３ｃの設置位置（領域）に応じて、この改善度が変化することが確認された。例えば電流振幅が大きく電圧振幅の小さい領域Ｒ３（位置Ｎｃ：図４参照）に受電装置３ｃが設置されているとき、この受電装置３ｃへの給電量の改善度は低い。しかし、例えば電流振幅が小さく電圧振幅の大きい領域Ｒ４（位置Ｎａ：図４参照）に受電装置３ｄが設置されているときには改善度が大幅に大きくなる。したがって、受電装置３ｄの受電アンテナ１０が電流振幅の小さい領域に設置されているときに給電量を大幅に増加させることができ特に顕著な効果を奏する。
Moreover, as shown in FIG. 6, it was confirmed that this improvement degree changes according to the installation position (area | region) of the
定在波の電流が節となる位置Ｎａでは電流振幅が小さくなるため、送電アンテナ４の周辺に発生する磁界も弱くなり、この磁界に応じて受電アンテナ１０に誘起される誘導起電力も小さくなることが想定される。しかし、送電補助装置１５を設けることで、送電線８、９、送電補助装置１５及び受電アンテナ１０間の相互誘導作用に応じて、受電アンテナ１０の開口１４側に生じさせる磁場を大きくでき、これにより受電装置３ｄへの給電量を大きくできると推定される。特に、この図６に示すシミュレーション結果を考慮すれば、送電補助装置１５を設けることで、送電線８、９から発せられる電界による受電作用が強く働くことが推定され、この作用に応じて位置Ｎａ（領域Ｒ４）に設置された受電装置３ｄへの給電量を大幅に増大できる。
Since the current amplitude becomes small at the position Na where the current of the standing wave becomes a node, the magnetic field generated around the
まとめると、送電アンテナ４の電流振幅の低い領域Ｒ４（位置Ｎａ）においては、送電アンテナ４による電圧振幅が高くなる（電圧が節、電流が腹）。この領域Ｒ４（位置Ｎａ）においては、送電補助装置１５は電界を主結合として受電し、受電装置３ｄは送電補助装置１５の受電電力に応じて給電量を高めることができる。逆に、送電アンテナ４の電圧振幅の低い領域Ｒ３（位置Ｎｃ）においては、送電アンテナ４の電流振幅が高くなる（電圧が腹、電流が節）。この領域Ｒ３では、送電補助装置１５は磁界を主結合として受電し、受電装置３ｃは送電補助装置１５の受電電力に応じて給電量を高めることができる。これにより、電流振幅分布、電圧振幅分布が連続的に変化する送電線８、９を適用した場合に、電流振幅、電圧振幅の異なる如何なる領域Ｒ１〜Ｒ５に受電装置３ａ〜３ｅを設置したとしても、当該受電装置３ａ〜３ｅへの給電量を高く保つことができる。
In summary, in the region R4 (position Na) where the current amplitude of the
本実施形態によれば、送電補助装置１５はコイル１６の開口２０が送電線８、９の周辺に生じる磁束の鎖交領域に配置されているため開口２０に鎖交する磁界により電力を受電できる。送電補助装置１５は受電電極１８、１９が送電アンテナ４から電界を主結合として受電するように構成されている。このため、この受電作用に応じて受電装置３ａ〜３ｅに伝送する電力伝送効率を高めることができる。したがって、たとえ送電アンテナ４に電流振幅の低い領域（例えば領域Ｒ４）が存在する場合であっても、電力伝送効率を高めることができる。
According to the present embodiment, the power transmission
受電電極１８、１９は、コイル１６の外周に沿って配置されているため、コイル１６の開口２０から発せられる磁界を遮ることなく設置できる。この結果、受電アンテナ１０に発せられる磁界を極力高くできる。また、受電電極１８、１９は、平板状の面が送電線８、９にそれぞれ対向するように配置されており、送電線８、９から主に電界により受電する作用を大きくできる。
Since the
（第２実施形態）
図７（ａ）及び図７（ｂ）は第２実施形態の追加説明図を示す。図７（ａ）、図７（ｂ）は図２の送電補助装置１５に代わる送電補助装置１１５、２１５の縦断側面図であり、第１実施形態と異なるところは、受電電極１１８、１１９、２１８、２１９の形状にある。第１実施形態と同一の機能を有する部分には同一の符号を付して必要に応じて説明を省略し、以下、異なる部分を中心に説明する。
(Second Embodiment)
FIG. 7A and FIG. 7B show additional explanatory views of the second embodiment. 7A and 7B are longitudinal side views of power transmission
図７（ａ）に示す送電補助装置１１５は、受電電極１１８、１１９を備える。受電電極１１８、１１９は、それぞれＸ−Ｙ平面に沿う半円環状（Ｙ−Ｚ断面では“（”又は“）”の括弧状）に構成される。受電電極１１８、１１９は、Ｘ−Ｙ平面のコイル１６の周方向においてどの位置で切断しても同一の「括弧状」の構造を備える。図７（ａ）に示すように、これらの受電電極１１８、１１９は、それぞれ送電線８、９と距離Ｗを保って配置されているが、この距離Ｗを極力短くすることが望ましく、これにより容量結合性を高めることができる。
The power transmission
図７（ｂ）に示す送電補助装置２１５は、受電電極２１８、２１９が例えばＹ−Ｚ平面で一部分断されＸ−Ｙ平面に沿った円環状（Ｙ−Ｚ断面ではＣ字状）に構成されている（図７（ｂ）の切欠２１８ａ、２１９ａ参照）。これにより図７（ａ）に示す構成と比較してもさらに容量結合性を高めることができる。図７（ａ）及び図７（ｂ）に示す例では、受電電極２１８、２１９は送電線８、９と一定の距離Ｗとなるように配置されているが、この距離Ｗを極力短くすることが望ましく、これにより容量結合性を高めることができる。
The power transmission
（第３実施形態）
図８は第３実施形態の追加説明図を示す。図８は図７（ａ）に代えて示す模式的な縦断側面図であり、第１又は第２実施形態と異なるところは、誘電体２１を送電線８と受電電極１１８との間に挿入すると共に、誘電体２２を送電線９と受電電極１１９との間に挿入したところにある。図８に示すように、送電線８と受電電極１１８との間には比誘電率（εr）が１より高い誘電体２１が設けられている。送電線９と受電電極１１９との間には比誘電率（εr）が１より高い誘電体２２が設けられている。これにより、送電線８、９と受電電極１１８、１１９とのそれぞれの間の容量結合性を高めることができる。なお、図８は図７（ａ）の構成を前提として誘電体２１、２２を設けた例を示したが、例えば図２に示す送電補助装置１５の受電電極１８、１９と送電線８、９とのそれぞれの間や、例えば図７（ｂ）に示す送電補助装置２１５の受電電極２１８、２１９と送電線８、９とのそれぞれの間に、それぞれ誘電体２１、２２を設けても良い。
(Third embodiment)
FIG. 8 shows an additional explanatory diagram of the third embodiment. FIG. 8 is a schematic longitudinal side view shown in place of FIG. 7A, and differs from the first or second embodiment in that the dielectric 21 is inserted between the
（第４実施形態）
図９及び図１０は第４実施形態の追加説明図を示す。第４実施形態が第１実施形態と異なるところは、受電電極３１８ａ〜３１８ｆ、３１９ａ〜３１９ｆが一対の送電線８、９のそれぞれに複数対向するように設けられているところにある。図９は図１に代えて示す無線給電システム３０１の模式的な平面図を示しており、図１０は対向部分の斜視図を模式的に示している。無線給電システム３０１は送電補助装置３１５を備え、送電補助装置３１５は複数の受電電極３１８ａ〜３１８ｆ、３１９ａ〜３１９ｆを備える。
(Fourth embodiment)
9 and 10 show additional explanatory views of the fourth embodiment. The fourth embodiment is different from the first embodiment in that
図９及び図１０に模式的な構造を示すように、複数の受電電極３１８ａ〜３１８ｆ、３１９ａ〜３１９ｆは、送電線８、９とそれぞれ対向する部分が複数（２つ以上）に分離して設けられている。また図１０に示すように、複数の受電電極３１８ａ〜３１８ｆは、コイル１６の上端ノード側である端子１６ａ側に短絡接続されており、複数の受電電極３１９ａ〜３１９ｆは、コイル１６の下端ノード側である端子１６ｂ側に短絡接続されている。本実施形態においても前述した実施形態と同様の効果を奏する。
9 and 10, the plurality of
（第５実施形態）
図１１及び図１２は第５実施形態の追加説明図を示す。この第５実施形態の無線給電システム４０１は、一対の送電線路（４０８、４０９）のうち、一方が単線４０８により構成され、他方が単線４０８から離間して配置されたグランド面４０９により構成される形態について示す。
(Fifth embodiment)
11 and 12 show additional explanatory views of the fifth embodiment. The wireless
図１１は図１に代わる模式的な平面図を示し、図１２は図２に代わる模式的な縦断側面図を示す。図１１に示すように、グランド面４０９が例えば平板状にＸ−Ｙ方向に沿って設置されている。このグランド面４０９はアース面（等電位面相当）として設置される。単線４０８が、このグランド面４０９の面法線方向（例えばＺ方向）に離間してグランド面４０９と並行に設けられている。本実施形態において「一対の送電線路」はこれらの単線４０８及びグランド面４０９により非平衡線路として構成される。
11 shows a schematic plan view instead of FIG. 1, and FIG. 12 shows a schematic vertical side view instead of FIG. As shown in FIG. 11, the
単線４０８は、グランド面４０９の面法線方向に離間して、１又は複数回ＸＹ方向に沿って巻回されることで前述実施形態の「特定開口１３ａ」に相当する開口ループ４１３ａを備える。給電回路５が、交流電力を単線４０８及びグランド面４０９に出力することで受電アンテナ１０は開口ループ４１３ａから大きな電力を受電でき、負荷回路１１に電力を供給できる。
The
図１１及び図１２に示すように、開口ループ４１３ａの周辺（近傍界）には送電補助装置４１５が設置されている。この送電補助装置４１５は、コイル１６、キャパシタ１７、単線用受電電極（受電電極相当）４１８、及び、グランド面用受電電極（受電電極相当）４１９を接続して構成される。コイル１６、キャパシタ１７の構成及び接続形態は、第１実施形態で説明したコイル１６、キャパシタ１７と同様である。
As shown in FIGS. 11 and 12, a power transmission
このコイル１６は、単線４０８の開口ループ４１３ａのＸＹ方向内側に位置して配設され、コイル１６の開口２０の面法線方向がＺ方向に向かうように配置される。これによりコイル１６は、その開口２０が単線４０８から発せられる磁束を鎖交するように配置され、例えば単線４０８が形成する磁場と交差（例えば直交）する方向に配置されている。
The
このコイル１６の両端子１６ａ、１６ｂ間にはキャパシタ１７が接続されている。キャパシタ１７は、給電回路５が出力する交流電力の周波数と同一周波数にて共振するようにコイル１６と並列接続されている。なお、キャパシタ１７は設けても設けなくても良く、さらにキャパシタ１７を接続形態で設けたとしても、給電回路５が出力する交流電力の周波数と同一周波数で共振するような容量値に設定しなくても良い。
A
例えば、コイル１６がＸ−Ｙ平面に沿って環状に巻かれると共にＺ方向に向けて螺旋状に巻回された有限長ソレノイドにより構成されているときには、キャパシタ１７はその一端が有限長ソレノイドの螺旋筒状の上端ノードとなる端子１６ａに構造的に接続されており、その他端が有限長ソレノイドの螺旋筒状の下端ノードとなる端子１６ｂに構造的に接続されている。
For example, when the
また単線用受電電極４１８はコイル１６の例えばＸＹ方向の外周に沿って配置されている。この単線用受電電極４１８は例えば導電性部材が所定形状（例えば平板状部材をＸ−Ｙ方向の円形に曲げ成型）にされた状態で単線４０８の内側の開口ループ４１３ａの内部にその一部を設けて配置されている。
The single-wire
この単線用受電電極４１８は単線４０８との間に近接空間を設けており当該単線用受電電極４１８と単線４０８との間に電気力線が延びて容量結合するよう構成される。この単線用受電電極４１８は、単線４０８の内側に沿って例えば単線４０８との間に所定距離離間して配置される。単線用受電電極４１８はその周辺に位置する単線４０８との間で主に電界により受電するために設けられる。これにより単線用受電電極４１８は単線４０８と容量結合するように配置される。
The single-wire
他方、グランド面用受電電極４１９はグランド面４０９に対応して配置される。このグランド面用受電電極４１９は例えば導電性部材が所定形状（例えば平板状部材を円環板状に打ち抜き成型）にされた状態でグランド面４０９のＺ方向の周辺に位置して設置されており、グランド面用受電電極４１９とグランド面４０９との間に電気力線が延びて容量結合するように配置される。図１１及び図１２に示す例では、グランド面用受電電極４１９は平円環板状に形成され、この平円環板状の面とグランド面４０９の板状の面とが対向配置されている。
On the other hand, the ground plane
単線用受電電極４１８は、コイル１６の一端の例えば上端ノードとなる端子１６ａにて例えば短絡接続されている。また、グランド面用受電電極４１９は、コイル１６の他端の例えば下端ノードとなる端子１６ｂにて例えば短絡接続されている。この結果、本実施形態における非平衡タイプの送電線路４０８、４０９に適用した電気的構成でも、第１実施形態の送電線８、９に適用した電気的構成と同様の関係となり、前述の実施形態と同様の効果を奏する。
The single-wire
また、グランド面用受電電極４１９は、図１１及び図１２に示すように、コイル１６のＸＹ方向の外周に設置されていることが望ましく、この場合、コイル１６の開口２０を遮らないようにできるため、受電アンテナ１０へ発せられる磁界を極力大きくできる。
Further, as shown in FIGS. 11 and 12, the ground surface
（第６実施形態）
図１３は第６実施形態の追加説明図を示す。図１３は図２に代わる模式的な縦断側面図を示す。本実施形態が第１実施形態と異なるところは、一対の受電電極５１８、５１９が一対の送電線８、９に対応づけて、その外周に設置されているところにある。
(Sixth embodiment)
FIG. 13 is an additional explanatory diagram of the sixth embodiment. FIG. 13 shows a schematic longitudinal side view instead of FIG. This embodiment is different from the first embodiment in that a pair of
送電補助装置５１５は、一対の受電電極５１８、５１９を備える。この一対の受電電極５１８、５１９はコイル１６の周辺に設置されており、コイル１６と短絡接続されている。これらの受電電極５１８、５１９は、コイル１６のＸＹ方向の外周に沿うと共に送電線８、９の外周に沿って各送電線８、９に対応してそれぞれ配置されている。受電電極５１８、５１９のその他の構成は受電電極１８、１９と同様の構成であるため、その説明を省略する。このような第６実施形態においても前述実施形態と同様の作用効果を奏するようになる。
The power transmission
（他の実施形態）
前述した実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に示す変形又は拡張が可能である。これらの各実施形態の構成は適宜組み合わせて適用できることは言うまでもない。特に図７を用いて説明した第３実施形態の誘電体２１、２２は、図２、図７（ａ）、図７（ｂ）の各構造に関わらず、図１２に示す単線用受電電極４１８と単線４０８との間、又は、グランド面用受電電極４１９とグランド面４０９との間に設けても良い。特に図６（ｂ）のように、一部切欠２１８ａ、２１９ａを設けた円環状の受電電極２１８、２１９と送電線８、９との間に、図７に示した誘電体２１、２２を挿入し、給電回路５が出力する交流電力の周波数をキャパシタ１７とコイル１６の共振周波数として送電した場合に、電力伝送効率を大幅に増大可能な望ましい形態となる。
(Other embodiments)
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and for example, the following modifications or expansions are possible. It goes without saying that the configurations of these embodiments can be applied in appropriate combinations. In particular, the
「一対の送電線路」としては、前述した形態に挙げた形態に限られず、例えば平行２線路に適用しても良い。すなわち、送電線８、９を平行に設置した形態に適用しても良い。
The “pair of power transmission lines” is not limited to the above-described forms, and may be applied to, for example, parallel two lines. That is, you may apply to the form which installed the
図面中、１、３０１、４０１は無線給電システム、２は送電装置、３ａ〜３ｅは受電装置、８，９は送電線（送電線路）、１５、１１５、２１５、３１５、４１５、５１５は送電補助装置、１６はコイル、２０は開口、４０８は単線（送電線路）、４０９はグランド面（送電線路、等電位面）、１８，１９；１１８，１１９；２１８，２１９；３１８ａ〜３１８ｆ，３１９ａ〜３１９ｆ；４１８，４１９；５１８，５１９は一対の受電電極、Ｒ１〜Ｒ５は領域（所定領域）、を示す。
In the drawings, 1, 301 and 401 are wireless power feeding systems, 2 is a power transmission device, 3a to 3e are power reception devices, 8 and 9 are power transmission lines (power transmission lines), 15, 115, 215, 315, 415 and 515 are power transmission assists. Device, 16 is a coil, 20 is an opening, 408 is a single wire (power transmission line), 409 is a ground plane (power transmission line, equipotential surface), 18, 19; 118, 119; 218, 219; 318a to 318f, 319a to
Claims (12)
前記一対の送電線路に電流振幅分布が連続的に変化するように交流電力が出力されることに応じて前記送電線路の周辺に生じる磁束の鎖交領域に開口（２０）が配置されたコイル（１６）と、
前記一対の送電線路に対応づけてそれぞれ１つ以上を配置し前記送電線路から電界により受電する一対の受電電極（１８，１９；１１８，１１９；２１８，２１９；３１８ａ〜３１８ｆ，３１９ａ〜３１９ｆ；４１８，４１９；５１８，５１９）と、
を備える送電補助装置。 The power transmission device (2) outputs AC power so that the current amplitude distribution continuously changes to the pair of power transmission lines (8, 9; 408, 409), and the power reception devices (3a to 3e) have predetermined regions (R1 to R5). ) To receive power from the transmission line,
A coil in which an opening (20) is arranged in an interlinkage region of magnetic flux generated around the transmission line in response to output of AC power so that a current amplitude distribution continuously changes in the pair of transmission lines. 16)
A pair of power receiving electrodes (18, 19; 118, 119; 218, 219; 318a to 318f, 319a to 319f; 418), each of which is disposed in correspondence with the pair of power transmission lines and receives electric power from the power transmission line by an electric field. , 419; 518, 519), and
A power transmission auxiliary device.
前記一対の受電電極は前記コイルの外周に沿って配置される送電補助装置。 In the power transmission auxiliary device according to claim 1,
The pair of power receiving electrodes are power transmission auxiliary devices arranged along an outer periphery of the coil.
前記一対の受電電極はそれぞれ板状に構成された受電面を含み、これらの受電面が前記一対の送電線路のそれぞれに対向するように設置される送電補助装置。 The power transmission auxiliary device according to claim 1 or 2,
Each of the pair of power receiving electrodes includes a power receiving surface configured in a plate shape, and the power receiving auxiliary device is installed so that these power receiving surfaces face each of the pair of power transmission lines.
前記一対の受電電極（３１８ａ〜３１８ｆ，３１９ａ〜３１９ｆ）は前記一対の送電線路のそれぞれに複数対向するように設けられる送電補助装置。 In the power transmission auxiliary device according to any one of claims 1 to 3,
The pair of power receiving electrodes (318a to 318f, 319a to 319f) is a power transmission auxiliary device provided so as to be opposed to each of the pair of power transmission lines.
前記一対の送電線路と前記一対の受電電極との間にそれぞれ誘電体（２１，２２）をさらに備える送電補助装置。 In the power transmission auxiliary device according to any one of claims 1 to 4,
A power transmission auxiliary device further comprising a dielectric (21, 22) between the pair of power transmission lines and the pair of power receiving electrodes, respectively.
前記交流電力の周波数と同一周波数で共振するように前記コイルに電気的に接続されたキャパシタ（１７）をさらに備える送電補助装置。 In the power transmission auxiliary device according to any one of claims 1 to 5,
A power transmission auxiliary device further comprising a capacitor (17) electrically connected to the coil so as to resonate at the same frequency as the frequency of the AC power.
前記一対の送電線路（８，９）は互いに対向して配置され、前記コイル（１６）は前記一対の送電線路の対向領域にその少なくとも一部が配置されている送電補助装置。 In the power transmission auxiliary device according to any one of claims 1 to 6,
The pair of power transmission lines (8, 9) are disposed to face each other, and the coil (16) is a power transmission auxiliary device in which at least a part of the coil (16) is disposed in an opposed region of the pair of power transmission lines.
前記一対の送電線路（８，９）は、端部が接続された一対のツイスト線を備える送電補助装置。 In the power transmission auxiliary device according to any one of claims 1 to 7,
The pair of power transmission lines (8, 9) is a power transmission auxiliary device including a pair of twisted wires to which ends are connected.
前記一対の送電線路（４０８，４０９）は、一方が単線（４０８）、他方が前記単線から離間して配置された等電位面（４０９）を備えた非平衡線路により構成される送電補助装置。 In the power transmission auxiliary device according to any one of claims 1 to 7,
The pair of power transmission lines (408, 409) is a power transmission auxiliary device constituted by a non-equilibrium line having an equipotential surface (409) in which one is a single line (408) and the other is spaced apart from the single line.
前記受電装置（３ａ〜３ｅ）は複数設置され、これらの複数の受電装置に対応して配置される送電補助装置。 In the power transmission auxiliary device according to any one of claims 1 to 9,
A plurality of power receiving devices (3a to 3e) are installed, and a power transmission auxiliary device is arranged corresponding to the plurality of power receiving devices.
前記受電電極（１８，１９；１１８，１１９；２１８，２１９；３１８ａ〜３１８ｆ，３１９ａ〜３１９ｆ；４１８，４１９）は、前記一対の送電線路と前記コイルとの間にそれぞれ１つ以上対応して配置されている送電補助装置。 In the power transmission auxiliary device according to any one of claims 1 to 10,
One or more of the power receiving electrodes (18, 19; 118, 119; 218, 219; 318a to 318f, 319a to 319f; 418, 419) are arranged in correspondence with each other between the pair of power transmission lines and the coils. Power transmission auxiliary equipment.
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