JP2017188985A - Wireless power transmission system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、無線電力伝送システムに関する。とくに、金属体や絶縁体などの障害物を有する金属で囲われた配管やエンジンルーム、工場内部などに設置されたセンサ等へ無線で電力を供給する、あるいは情報を送受信するための構造体および無線伝送システムに関するものである。 The present invention relates to a wireless power transmission system. In particular, a structure for supplying power wirelessly to a pipe surrounded by a metal having an obstacle such as a metal body or an insulator, an engine room, a sensor installed in a factory, etc., or transmitting / receiving information, and The present invention relates to a wireless transmission system.
従来の離れた場所への無線電力伝送システムは、レクテナの原理に基づいて、電磁波を受電するアンテナと、前記アンテナと接続された整流回路からなる。前記アンテナを複数個近接して配置して実効的な受電面積を拡張させるアレー構造を設けることで無線電力伝送システムが構成される。 A conventional wireless power transmission system to a remote place includes an antenna for receiving electromagnetic waves and a rectifier circuit connected to the antenna based on the principle of rectenna. A wireless power transmission system is configured by providing an array structure in which a plurality of antennas are arranged close to each other to expand an effective power receiving area.
例えば、特許文献１には、マイクロ波を受信する受信手段と、受信したマイクロ波を整流する第１及び第２整流回路と、前記受信手段と前記第１及び第２整流回路との間に介装されたハイブリッド回路を備えたレクテナが開示されている。
For example,
このような従来の無線電力伝送システムでは、送電側システムと受電側システム間の見通しが良い場所での無線電力伝送が前提であるため、金属体や絶縁体などの障害物により見通しが悪い場所では、電力伝送効率は著しく劣化することが分かっている。 In such a conventional wireless power transmission system, wireless power transmission is premised on a place where the line of sight between the power transmission side system and the power receiving side system is good, so in a place where the line of sight is poor due to obstacles such as metal bodies and insulators. It has been found that power transmission efficiency is significantly degraded.
すなわち、従来の無線電力伝送システムでは、使用するアンテナの利得を決定する、アンテナの実効面積に応じて受電側システムでの電磁界強度が決まってしまうため、送受電アンテナ間に金属体や絶縁体を有する金属で囲われた配管やエンジンルーム、工場内部など複雑な構造物内では十分な実効面積を持つ送電アンテナを配置できないため、見通しの悪い場所にある受電アンテナに十分な量の電力が届かず、受電側システムでの電磁界強度が著しく低下することが課題であった。 That is, in the conventional wireless power transmission system, the electromagnetic field strength in the power receiving system is determined according to the effective area of the antenna, which determines the gain of the antenna to be used. A power transmission antenna with a sufficient effective area cannot be placed in complicated structures such as pipes, engine rooms, and factory interiors surrounded by metal, so that a sufficient amount of power reaches the power receiving antenna in a place with poor visibility However, the problem was that the electromagnetic field strength in the power receiving system was significantly reduced.
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、使用するアンテナの実効面積が小さく、障害物等により見通しの悪い場所であっても高効率な無線電力伝送を実現するものである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and realizes high-efficiency wireless power transmission even in a place where the effective area of an antenna to be used is small and the line of sight is bad due to an obstacle or the like. .
本発明にかかる第一の無線電力伝送システムは、適宜な比透磁率を有する材料で形成された電磁波反射部材によって全体が包囲された構造体と、該構造体の内部に設置された少なくとも１つの送電部および少なくとも１つの受電部とを備え、前記送電部は、前記設備本体を導波路共振器と想定する場合における共振周波数による電磁波を送信するものであることを特徴とする。 A first wireless power transmission system according to the present invention includes a structure that is entirely surrounded by an electromagnetic wave reflecting member formed of a material having an appropriate relative magnetic permeability, and at least one of the structures installed inside the structure. A power transmission unit and at least one power reception unit, wherein the power transmission unit transmits an electromagnetic wave having a resonance frequency when the facility body is assumed to be a waveguide resonator.
本発明に係る第二の無線電力伝送システムは、前記本発明に係る第一の無線電力伝送システムであって、前記構造体は、一部が他と異なる種類の電磁波反射部材が使用されていることを特徴とする。 A second wireless power transmission system according to the present invention is the first wireless power transmission system according to the present invention, wherein the structure uses an electromagnetic wave reflecting member of a type that is partially different from others. It is characterized by that.
本発明に係る第三の無線電力伝送システムは、前記本発明に係る第一または第二の無線電力伝送システムであって、前記構造体を包囲する電磁波反射部材は、一部の領域または全体に貫通孔を有するものであることを特徴とする。 A third wireless power transmission system according to the present invention is the first or second wireless power transmission system according to the present invention, wherein the electromagnetic wave reflecting member surrounding the structure is partially or entirely. It has a through-hole.
本発明に係る第四の無線電力伝送システムは、前記本発明に係る第三の無線電力伝送システムであって、前記貫通孔は、前記電磁波反射部材の一部または全部が、適宜な比透磁率を有する材料によって網目状に形成することによって設けられるものであることを特徴とする。 A fourth wireless power transmission system according to the present invention is the third wireless power transmission system according to the present invention, wherein the through-hole has an appropriate relative magnetic permeability in which a part or all of the electromagnetic wave reflecting member is appropriate. It is provided by forming in mesh shape with the material which has this.
本発明に係る第五の無線電力伝送システムは、前記本発明に係る第一ないし第四のいずれかの無線電力伝送システムであって、前記共振周波数は、基底共振周波数に設定されていることを特徴とする。 A fifth wireless power transmission system according to the present invention is any one of the first to fourth wireless power transmission systems according to the present invention, wherein the resonance frequency is set to a base resonance frequency. Features.
本発明に係る第六の無線電力伝送システムは、前記本発明に係る第一ないし第五のいずれかの無線電力伝送システムであって、前記ケーシングの内部に金属体および／または絶縁体からなる遮蔽物が設置される場合における前記共振周波数は、前記遮蔽物をリアクタンス素子とみなして算出される基底共振周波数に設定されていることを特徴とする。 A sixth wireless power transmission system according to the present invention is any one of the first to fifth wireless power transmission systems according to the present invention, wherein the casing is made of a metal body and / or an insulator. The resonance frequency when an object is installed is set to a base resonance frequency calculated by regarding the shield as a reactance element.
本発明に係る第七の無線電力伝送システムは、前記本発明に係る第一ないし第六のいずれかの無線電力伝送システムであって、前記送電部と前記受電部との間における伝送路間でインピーダンス整合させていることを特徴とする。 A seventh wireless power transmission system according to the present invention is any one of the first to sixth wireless power transmission systems according to the present invention, and is provided between transmission lines between the power transmission unit and the power reception unit. It is characterized by impedance matching.
本発明に係る第八の無線電力伝送システムは、前記本発明に係る第七の無線電力伝送システムであって、前記受電部が複数である場合における前記インピーダンス整合は、任意の受電部を選択し、該受電部と前記送電部との間における伝送路間でインピーダンス整合したものであることを特徴とする。 An eighth wireless power transmission system according to the present invention is the seventh wireless power transmission system according to the present invention, wherein the impedance matching in the case where there are a plurality of power receiving units selects an arbitrary power receiving unit. The impedance matching is performed between the transmission paths between the power reception unit and the power transmission unit.
本発明に係る第九の無線電力伝送システムは、前記本発明に係る第七の無線電力伝送システムであって、前記受電部が複数である場合における前記インピーダンス整合は、複数ポート同時整合法による基準インピーダンスによりインピーダンス整合したものであることを特徴とする。 A ninth wireless power transmission system according to the present invention is the seventh wireless power transmission system according to the present invention, wherein the impedance matching when there are a plurality of power receiving units is a standard based on a multiple port simultaneous matching method. It is characterized by impedance matching by impedance.
本発明に係る第十の無線電力伝送システムは、前記本発明に係る第七の無線電力伝送システムであって、前記受電部が複数である場合における前記インピーダンス整合は、前記送電部と個別の受電部との間における伝送路間でインピーダンス整合させるものであって、適宜時間を単位として異なる伝送路間のインピーダンス整合に切り替えるものであることを特徴とする。 A tenth wireless power transmission system according to the present invention is the seventh wireless power transmission system according to the present invention, wherein the impedance matching in the case where there are a plurality of power receiving units is a power receiving unit that is separate from the power transmitting unit. It is characterized in that impedance matching is performed between the transmission lines between the two parts, and switching is made to impedance matching between different transmission paths as appropriate in units of time.
本発明により、金属や絶縁体などの障害物を有する金属で囲われた遮蔽空間内全体に定在波を発生させることができるため、前記遮蔽空間内の任意の場所で電界強度、磁界強度のいずれか、あるいは両方が強くなり、電力を得ることができる。その結果として、送電用無線電力伝送システムと受電用無線電力伝送システムの見通しが悪くとも高効率の電力伝送を実現できる。
According to the present invention, a standing wave can be generated in the entire shielded space surrounded by a metal having an obstacle such as a metal or an insulator. Therefore, the electric field strength and the magnetic field strength can be increased at any location in the shielded space. Either or both become stronger, and power can be obtained. As a result, high-efficiency power transmission can be realized even if the outlook of the wireless power transmission system for power transmission and the wireless power transmission system for power reception is bad.
本発明に係る無線電力伝送システムについて、以下に図を用いて説明する。 A wireless power transmission system according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
図１は本発明に係る無線電力伝送システムの構成図である。図１において、無線電力伝送システム１は内部に少なくとも１つ以上の送電器２と、少なくとも１つ以上の受電器３を有しており、前記無線電力伝送システム１は電磁波を反射する材料である電磁波反射板４で全面が囲われている。すなわち、前記無線電力伝送システム１は無線給電を実施する構造物全体を指している。
FIG. 1 is a configuration diagram of a wireless power transmission system according to the present invention. In FIG. 1, a wireless
前記電磁波反射板４は、銅や鉄などの金属や高い比透磁率を有する導電性材料からなる。さらに、前記電磁波反射板４は板状の部材だけでなく、前記金属や導電材料からからなるメッシュ状または網状の部材であってもよい。 The electromagnetic wave reflection plate 4 is made of a metal such as copper or iron or a conductive material having a high relative permeability. Further, the electromagnetic wave reflection plate 4 may be not only a plate-like member but also a mesh-like or net-like member made of the metal or conductive material.
次に、前記本発明に係る無線電力システムの構成を具体的に説明する。前記無線電力伝送システム１は前記電磁波反射板４で遮蔽された空間を有するため、導波管共振器として考えることができる。したがって、前記無線電力伝送システム１においてｘ軸方向の辺の長さをａ、ｙ軸方向の辺の長さをｂ、ｚ軸方向の辺の長さをｃとすると、下記数式１から求められる共振周波数ｆｒ１ｍ，ｎ，ｐを送電周波数に設定することで、前記無線電力伝送システム１内全体に電磁界を分布させることができる。
Next, the configuration of the wireless power system according to the present invention will be specifically described. Since the wireless
ここで、ｖは光速、μｒは比透磁率、εｒは比誘電率、ｍ、ｎ、ｐはそれぞれ整数を示している。 Here, v is the speed of light, μr is the relative permeability, εr is the relative permittivity, and m, n, and p are integers.
前記共振周波数のうち、最も低い周波数を示す共振周波数を基底共振周波数と呼ぶ。例えば、図１に示すように、前記無線電力伝送システム１が直方体であり、前記送電器２をｚ軸方向に配置した場合、ｍ＝１、ｎ＝０、ｐ＝１となるＴＥ１０１モードが基底共振周波数を示す。送電周波数を基底共振周波数に設定すると前記無線電力伝送システム１内全体に電磁界定在波が生じる。
The resonance frequency indicating the lowest frequency among the resonance frequencies is referred to as a base resonance frequency. For example, as shown in FIG. 1, when the wireless
前記電磁界定在波では、電界定在波の振幅が密な場所では磁界定在波の振幅が疎となり、電界定在波の振幅が疎の場所では磁界定在波の振幅は密となる。したがって、前記受電器３は、電界定在波の振幅が密の場所では電界から、磁界定在波の振幅が密の場所では磁界から電力を得ることができる。また、電界定在波と磁界定在波の両方が存在する場所では、電界および磁界の両方から電力を得ることができる。
In the electromagnetic field standing wave, the amplitude of the magnetic field standing wave is sparse when the amplitude of the electric field standing wave is dense, and the amplitude of the magnetic field standing wave is dense where the amplitude of the electric field standing wave is sparse. Therefore, the
続いて、前記無線電力伝送システム１の内部に、少なくとも一面が前記電磁波反射板４と接続された金属体５が、少なくとも１つ以上存在する無線電力伝送システム６を考える。
Next, consider a wireless
図２に示すように、前記無線電力伝送システム６の内部に配置された前記送電器１をｚ軸方向に配置した場合、前記金属体５が、電界定在波が集中する位置に配置されているならば、電界エネルギーが蓄えられるため容量性、一方、前記金属体５が、磁界定在波が集中する位置に配置されているならば、磁気エネルギーが蓄えられるため誘導性を示す。すなわち、前記金属体５はリアクタンス素子として動作する。
As shown in FIG. 2, when the
その結果、前記無線電力伝送システム６の共振周波数ｆｒ２ｍ，ｎ，ｐは、前記無線電力伝送システム１の共振周波数ｆｒ１ｍ，ｎ，ｐよりも低周波となる。したがって、前記無線電力伝送システム６においては共振周波数ｆｒ２ｍ，ｎ，ｐを送電周波数に設定することで前記無線電力伝送システム６内全体に電磁界を分布させることができる。
As a result, the resonance frequency fr2 m, n, p of the wireless
前記無線電力伝送システム６において、送電周波数を共振周波数ｆｒ２ｍ，ｎ，ｐに設定した場合、前記無線電力伝送システム１において送電周波数を共振周波数ｆｒ１ｍ，ｎ，ｐに設定した場合と同様に、前記無線電力伝送システム６内に生じる定在波は、電界定在波が密な場所では磁界定在波が疎となり、電界定在波が疎の場所では磁界定在波は密となる。したがって、前記受電器３は、電界定在波の振幅が密の場所では電界から、磁界定在波の振幅が密の場所では磁界から電力を得ることができる。また、電界定在波と磁界定在波の両方が存在する場所では電界および磁界の両方から電力を得ることができる。
In the wireless
上記の構成により、無線電力伝送システム内全体に電磁界を分布させることができるため、受電部での電磁界強度を低下させることなく電力を得ることができ、結果として、無線電力伝送効率の高効率化が実現できる。具体的には、本発明に係る無線電力伝送システムの受電器に接続された、温度センサや照度センサ、湿度センサなどのセンサモジュールといった電子機器を駆動させることができる。 With the above configuration, since the electromagnetic field can be distributed throughout the wireless power transmission system, power can be obtained without lowering the electromagnetic field strength at the power receiving unit, resulting in high wireless power transmission efficiency. Efficiency can be realized. Specifically, an electronic device such as a sensor module such as a temperature sensor, an illuminance sensor, or a humidity sensor connected to the power receiver of the wireless power transmission system according to the present invention can be driven.
さらに、前記無線電力伝送システム１の内部に少なくとも絶縁体が、少なくとも１つ以上存在する無線電力伝送システムを考える。すなわち、前記無線電力伝送システム６の前記金属体５を前記絶縁体に置き換えた場合である。
Further, consider a wireless power transmission system in which at least one insulator is present in the wireless
前記無線電力伝送システム６と同様に、前記無線電力伝送システムの内部に配置された前記送電器１をｚ軸方向に配置した場合、前記絶縁体が、電界定在波が集中する位置に配置されているならば、前記絶縁体の誘電性からコンデンサとみなすことができる。一方、前記絶縁体が、磁界定在波が集中する位置に配置されているならば、前記絶縁体の磁性からインダクタとみなすことができる。すなわち、前記絶縁体はリアクタンス素子として動作する。
Similar to the wireless
その結果、前記無線電力伝送システム６の共振周波数ｆｒ３ｍ，ｎ，ｐは、前記無線電力伝送システム１の共振周波数ｆｒ１ｍ，ｎ，ｐよりも低周波となる。したがって、前記無線電力伝送システムにおいては共振周波数ｆｒ３ｍ，ｎ，ｐを送電周波数に設定することで、前記無線電力伝送システム６と同様の効果を得ることができる。
As a result, the resonant frequency fr3 m, n, p of the wireless
さらに、前記受電器３が複数配置された場合を考える。このような場合でも、電界定在波の振幅が密の場所では電界から、磁界定在波の振幅が密の場所では磁界から、電界定在波と磁界定在波の両方が存在する場所では電界および磁界の両方から、同時に電力を得ることができる。
Further, consider a case where a plurality of the
なお、複数配置された前記受電器３から同時に電力を得る場合は電力分配されるため、受電器１個あたりの受電電力は低下するが、各受電器を時分割して受電することで、前記送電器２と前記受電器３を１対１とする場合と同等の状況を作り出し、結果として、受電器１個あたりの受電電力を向上させることができる。
In addition, when power is simultaneously obtained from a plurality of the
なお、送電周波数を基底共振周波数に設定することで最も低い周波数で電力を伝送することができるため、受電器に接続されて使用する整流回路の高効率化を実現できる。結果として、無線電力伝送効率の向上を実現できる。 In addition, since electric power can be transmitted at the lowest frequency by setting the power transmission frequency to the base resonance frequency, high efficiency of the rectifier circuit used by being connected to the power receiver can be realized. As a result, improvement in wireless power transmission efficiency can be realized.
なお、前記電磁波反射板４を、銅や鉄などの金属や高い比透磁率を有する導電性材料からなるメッシュ状や網状の部材に置き換えた場合、電力供給する周波数においてのみ電磁波反射板と同様に動作させることができる。 When the electromagnetic wave reflection plate 4 is replaced with a mesh-like or net-like member made of a metal such as copper or iron or a conductive material having a high relative permeability, it is the same as the electromagnetic wave reflection plate only at the frequency at which power is supplied. It can be operated.
そのため、情報通信を行う場合、通信周波数はメッシュ状や網状の部材を通過するので、前記情報通信を前記無線電力伝送システム１外、あるいは前記無線電力伝送システム６外から制御することができる。例えば、前記無線電力伝送システム１内、あるいは前記無線電力伝送システム６内でセンシングの指示や、センシングデータを前記無線電力伝送システム１外、あるいは前記無線電力伝送システム６外で送受信することができる。
Therefore, when performing information communication, since the communication frequency passes through a mesh or net-like member, the information communication can be controlled from outside the wireless
図３に示す前記電磁波反射板５をアルミニウムからなる金属板、前記送電器２と前記受電器３を銅製のモノポールプローブ、前記金属体５を銅からなる遮蔽物７、８、９、１０、１１からなる前記無線電力伝送システム６を考える。
The electromagnetic
前記無線電力伝送システム６の内寸はｘ軸方向に４９６ｍｍ、ｙ軸方向に４７７ｍｍ、ｚ軸方向に２９１ｍｍとする。前記無線電力伝送システム６の各面は導通接続されている。前記無線電力伝送システム６のうち前記送電器２と前記受電器３および前記遮蔽物７、８、９、１０、１１が配置されている面を面１２とする。前記面１２上の配置はｘ座標、ｙ座標ごとにｍｍ単位で表記する。
The internal dimensions of the wireless
前記励振プローブ２、３は、図４に示すようにパネルマウントタイプのＳＭＡ（Ｓｕｂ Ｍｉｎｉａｔｕｒｅ ＴｙｐｅＡ）コネクタ１３の中心導体１４に銅線１５をはんだづけしたものであり、ねじおよびナットにより前記面１２に固定することができる。ここでは、前記銅線１５は前記中心導体１４を軸とした螺旋部の内径が１２ｍｍ、螺旋のピッチが１１ｍｍの螺旋形状で、軸方向の長さは９５ｍｍとする。
As shown in FIG. 4, the excitation probes 2 and 3 are obtained by soldering a
前記送電器２はｘ座標が３４６ｍｍ、ｙ座標が９４ｍｍの位置に、前記受電器３はｘ座標が１７０ｍｍ、ｙ座標が３１９ｍｍの位置にそれぞれ取り付ける。ここで、前記送電器２と前記受電器３の座標位置は前記中心導体１４を基準として定められるものとする。
The
例えば、前記遮蔽物７はｘ座標３１６ｍｍ、ｙ座標３４６ｍｍを基準とし、ｘ軸方向に１６０ｍｍ、ｙ軸方向に１００ｍｍ、ｚ軸方向に１５０ｍｍの大きさ、
前記遮蔽物８はｘ座標３０ｍｍ、ｙ座標４０６ｍｍを基準とし、ｘ軸方向に１５０ｍｍ、ｙ軸方向に４０ｍｍ、ｚ軸方向に１７０ｍｍの大きさ、
前記遮蔽物９はｘ座標３１６ｍｍ、ｙ座標２００ｍｍを基準とし、ｘ軸方向に１６０ｍｍ、ｙ軸方向に５０ｍｍ、ｚ軸方向に１１０ｍｍの大きさ、
前記遮蔽物１０はｘ座標１９５ｍｍ、ｙ座標３３ｍｍを基準とし、ｘ軸方向に５０ｍｍ、ｙ軸方向に１５０ｍｍ、ｚ軸方向に１００ｍｍの大きさ、
前記遮蔽物１１はｘ座標６０ｍｍ、ｙ座標１８ｍｍを基準とし、ｘ軸方向に５０ｍｍ、ｙ軸方向に２７０ｍｍ、ｚ軸方向に１３０ｍｍの大きさのいずれも銅製の箱とする。
For example, the
The
The shield 9 has a size of 160 mm in the x-axis direction, 50 mm in the y-axis direction, and 110 mm in the z-axis direction based on an x-coordinate of 316 mm and a y-coordinate of 200 mm.
The
The shielding
前記遮蔽物７、８、９、１０、１１は前記面１２と導通させるため、前記面１２へ、例えば導電性テープを用いて固定される。
The
前記遮蔽物７、８、９、１０、１１の配置から、前記送電器２と前記受電器３は互いに見通し内に位置されている。
Due to the arrangement of the
前記遮蔽物７、８、９、１０、１１を含まない前記無線電力伝送システム１の基底共振周波数は、その内寸から下記数式２より求められ、４３６．３ＭＨｚである。
The base resonance frequency of the wireless
一方、前記遮蔽物７、８、９、１０、１１を含んだ前記無線電力伝送システム６は前記無線電力伝送システム１に比べてリッジ効果により共振周波数は低周波化する。
On the other hand, the resonance frequency of the wireless
前記共振周波数は電磁界シミュレーション（例えば、ＡＮＳＹＳ社製ＨＦＳＳ（登録商標））などを用いることで構造から容易に計算することができる。図３に示す構造は３５７．５ＭＨｚと求められる。よって、電力伝送に用いる周波数は３５７．５ＭＨｚとなる。 The resonance frequency can be easily calculated from the structure by using an electromagnetic field simulation (for example, HFSS (registered trademark) manufactured by ANSYS). The structure shown in FIG. 3 is required to be 357.5 MHz. Therefore, the frequency used for power transmission is 357.5 MHz.
上記の構成において、前記送受電器２、３を含む送受電システムがインピーダンス整合された状態での電力伝送効率は７４．４％となる。
In the above configuration, the power transmission efficiency in a state where the power transmission / reception system including the
一方、前記送電器２の見通し外となるように前記受電器３を、図５に示すようにｘ座標３９６ｍｍ、ｙ座標２９８ｍｍとなる見通し外の位置に移動させた場合のインピーダンス整合後の電力伝送効率は３９．６％となり、図６に示すようにｘ座標１５２．５ｍｍ、ｙ座標１０８ｍｍとなる見通し外の位置に移動させた場合のインピーダンス整合後の電力伝送効率は４６．７％となる。
On the other hand, the power transmission after impedance matching when the
前記受電器３を、図７中に示す各位置、ｘ座標１７０ｍｍ、ｙ座標３１９ｍｍと、ｘ座標３９６ｍｍ、ｙ座標２９８ｍｍ、およびｘ座標１５２．５ｍｍ、ｙ座標１０８ｍｍに配置した時の電力伝送効率の最大値を図７に示す。
The power transfer efficiency when the
以上により、前記受電器３に接続された、温度センサや照度センサ、湿度センサなどのセンサモジュールといった電子機器を駆動させることができる。
As described above, an electronic device such as a sensor module such as a temperature sensor, an illuminance sensor, and a humidity sensor connected to the
図３に示す前記無線電力伝送システム６において、図８に示すように新たにｘ座標３９６ｍｍ、ｙ座標２９８ｍｍの位置に設置した受電器１６、およびｘ座標１５２．５ｍｍ、ｙ座標１０８ｍｍの位置に設置した受電器１７を前記面１２に配置し、１つの送電器から３つの受電器に同時に電力を伝送する。
In the wireless
このとき、前記受電器３は前記受電器２の見通し内、前記受電器１３、１４は前記送電器２の見通し外に位置している。
At this time, the
送電周波数は、実施例１と同様に、内部に前記遮蔽物７、８、９、１０、１１を含む前記無線電力伝送システム６の基底共振周波数である３５７．５ＭＨｚである。
The power transmission frequency is 357.5 MHz, which is the base resonance frequency of the wireless
前記送電器２および前記受電器３、１６、１７を４ポート同時整合法により基準インピーダンスでインピーダンス整合を行った場合、図９に示すように、前記送電器２から前記受電器３への電力伝送効率は４７．３％となり、前記受電器１６への電力伝送効率は４．５％となり、前記受電器１７への電力伝送効率は６．６％となる。
When impedance matching is performed on the
一方、前記送電器２および前記受電器３、１６、１７の回路側から見たインピーダンスが同じになるように整合を行った場合には、見通し内に位置する前記受電器３が電力を受け取りやすく、見通し外に位置する前記受電器１６、１７は電力を受け取りにくい。
On the other hand, when matching is performed so that the impedances seen from the circuit side of the
しかしながら、インピーダンス整合時に前記送電器２および前記受電器３、１６、１７の回路側から見たインピーダンスが異なるように整合すれば、前記受電器３、１６、１７に対する電力伝送効率を任意に操作することができる。よって、整合条件を操作することにより全ての受電器に対し同等な伝送効率を達成することが可能である。
However, if impedance matching is performed so that the impedances seen from the circuit side of the
なお、送電器と、ある１つの受電器のみに注目して整合し、該受電器以外の他の受電器が電力を受け取れない状態にすれば、特定の受電器に高効率に電力を伝送することが可能である。 In addition, if attention is paid to and matching with a power transmitter and only one power receiver, and power is received by other power receivers other than the power receiver, power can be transmitted to a specific power receiver with high efficiency. It is possible.
例えば、時分割で送電対象を変更することで単位時間あたりの電力伝送量を向上できる。１Ｗ出力で前記送電器２から各受電器３、１６、１７に電力を伝送することを考える場合、３秒間に伝送できるエネルギーは、同時給電時には前記受電器３に１，４１９ｍＪ、前記受電器１６に１３５ｍＪ、前記受電器１７に１９８ｍＪとなるのに対し、１秒毎に受電器を切り替えて電力を伝送した場合には、前記受電器３に７４４ｍＪ、前記受電器１６に３９６ｍＪ、前記受電器１７に４６７ｍＪとなる。これは、温度センサや照度センサ、湿度センサなどのセンサモジュールといった電子機器を駆動させるには十分な電力量である。
For example, the power transmission amount per unit time can be improved by changing the power transmission target in a time division manner. Considering that power is transmitted from the
図８に示す前記無線電力伝送システム６において、図１０に示すように前記電磁波反射板４の面１２の対面を別の材料からなる電磁波反射板１８に置き換えた無線電力伝送システム１９、実施例２と同様に見通し内外の３つの受電器へ同時給電を行う。
In the wireless
前記電磁波反射板１８は網目が約１．５ｍｍのナイロン製の網に純銀をコーティングした金属メッシュであり、前記電磁波反射板４に絶縁テープにより貼り付けられる。
The electromagnetic
実施例２と同様に、送電器２から受電器３、１６、１７に同時給電を行う。前記無線電力伝送システム１９の共振周波数は、全面が同一の電磁波反射板４を示すアルミニウム板から前記電磁波反射板１８に置き換わったことにより、３５８．５ＭＨｚに変化する。したがって、前記共振周波数値で電力を伝送する。
Similarly to the second embodiment, simultaneous power feeding is performed from the
前記送電器２および前記受電器３、１６、１７を基準インピーダンスにインピーダンス整合を行った場合、図１１に示すように、前記送電器２から前記受電器３への電力伝送効率は４５．１％となり、前記送電器２から前記受電器プローブ１６への電力伝送効率は４．２％となり、前記送電器２から前記受電器１７への電力伝送効率は５．８％となる。
When impedance matching is performed on the
本発明に係る無線電力伝送システムの開口面を電磁波反射板で遮蔽することにより、擬似的に完全な遮蔽空間と見なすことができ、高い効率を維持したまま軽量化が可能となる。 By shielding the opening surface of the wireless power transmission system according to the present invention with an electromagnetic wave reflection plate, it can be regarded as a pseudo complete shielding space, and the weight can be reduced while maintaining high efficiency.
なお、前記電磁波反射板１８は金属箱１の壁面に用いられる金属板より軽量であり、網目が電力伝送に使用する周波数の波長より十分短い銅や鉄などの金属や高い比透磁率を有する導電性材料など電磁波を反射する材料でも代用できる。これにより、軽量化や通気性の確保が可能であり、より広い用途に適用することができる。
The electromagnetic
１、６、１９ 無線電力伝送システム
２ 送電器
３、１６、１７ 受電器
４、１８ 電磁波反射板
５ 金属体
７、８、９、１０、１１ 遮蔽物
1, 6, 19 Wireless
Claims (10)
前記送電部は、前記設備本体を導波路共振器と想定する場合における共振周波数による電磁波を送信するものであることを特徴とする無線電力伝送システム。 A structure body entirely surrounded by an electromagnetic wave reflecting member formed of a material having an appropriate relative magnetic permeability, and at least one power transmission unit and at least one power reception unit installed inside the structure,
The wireless power transmission system, wherein the power transmission unit transmits an electromagnetic wave having a resonance frequency when the equipment body is assumed to be a waveguide resonator.
The impedance matching in the case where there are a plurality of power receiving units is impedance matching between transmission lines between the power transmission unit and individual power receiving units, and impedance matching between different transmission lines as appropriate in units of time. The wireless power transmission system according to claim 7, wherein the wireless power transmission system is switched to
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