JP7836076B2 - Power transmission equipment and contactless power supply system - Google Patents
Power transmission equipment and contactless power supply systemInfo
- Publication number
- JP7836076B2 JP7836076B2 JP2022073902A JP2022073902A JP7836076B2 JP 7836076 B2 JP7836076 B2 JP 7836076B2 JP 2022073902 A JP2022073902 A JP 2022073902A JP 2022073902 A JP2022073902 A JP 2022073902A JP 7836076 B2 JP7836076 B2 JP 7836076B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- power transmission
- power
- electrode
- transmission electrode
- electrodes
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Landscapes
- Current-Collector Devices For Electrically Propelled Vehicles (AREA)
- Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
Description
本発明は、電力を受信する受電電極を備えて受信した電力を負荷に対して給電する受電装置に対し、電界結合方式により非接触にて電力を送信する送電装置と、その送電装置を備えた非接触給電システムに関するものである。 This invention relates to a power transmission device that transmits power to a power receiving device equipped with power receiving electrodes that receive power and supply the received power to a load, using an electric field coupling method in a non-contact manner, and to a non-contact power supply system equipped with this power transmission device.
近年、電気自動車や、無人で自動的に活動する電動ビークルが注目され、種々の研究開発がなされている。このような電気自動車、電動ビークルを普及させるために、搭載されるバッテリのコストや重量、給電時間の長さ、リサイクルの難度、人的コストの増加等が課題となっている。このような課題を解決するための方法の1つとして、無人かつ非接触で給電する技術が検討されている。 In recent years, electric vehicles and autonomous, unmanned electric vehicles have attracted attention, and various research and development efforts are underway. However, challenges remain in the widespread adoption of these electric vehicles, including the cost and weight of batteries, the length of charging time, the difficulty of recycling, and increased labor costs. One method being explored to address these challenges is the development of unmanned and contactless power supply technology.
このような非接触による給電方式として、電界結合方式がある。電界結合方式は、送電電極と受電電極との間に形成されるコンデンサによって電力が電界エネルギーとして空間を伝わることで、非接触で電力を伝送する。電界結合方式は、受電効率や電力量が大きく、また、低コストで実現が可能であり、広範囲に亘って送電設備が必要な非接触の給電に適している。よって、電界結合方式は、電気自動車や電動ビークルへの非接触給電の主流方式として注目されている。 One such non-contact power supply method is the electric field coupling method. In the electric field coupling method, power is transmitted non-contact by transmitting through space as electric field energy via a capacitor formed between the transmitting and receiving electrodes. The electric field coupling method offers high power reception efficiency and power output, and can be implemented at low cost, making it suitable for non-contact power supply requiring transmission equipment over a wide area. Therefore, the electric field coupling method is attracting attention as the mainstream method for non-contact power supply to electric vehicles and electric motor vehicles.
この電界結合方式において、送電電極のサイズが高周波電力の波長に対し無視できなくなるほど大きくなると、送電電極の一端から供給された高周波電力の入射波と、送電電極の他端によって反射された反射波とによって、送電電極に電圧定在波が発生する。定在波の節では電圧が小さくなり、節に受電電極が位置した場合、電力を受け取ることが難しくなる。一方で、受電装置に対して広範囲に亘って電力の送信が可能な送電装置が望まれている。 In this electric field coupling system, when the size of the transmitting electrode becomes large enough that it cannot be ignored relative to the wavelength of the high-frequency power, a voltage standing wave is generated at the transmitting electrode due to the incident wave of high-frequency power supplied from one end of the transmitting electrode and the reflected wave reflected by the other end of the transmitting electrode. At the nodes of the standing wave, the voltage becomes low, making it difficult to receive power if the receiving electrode is located at a node. On the other hand, there is a need for a power transmission device that can transmit power over a wide range to the receiving device.
このような要望に対し、送電電極を複数に分割して縦続に接続しつつ、それぞれの送電電極の間に高周波電力の位相を進める左手系回路(進相回路)を介在させる発明が提案されている(例えば、特許文献1、2)。 In response to such demands, an invention has been proposed in which the power transmission electrodes are divided into multiple sections and connected in cascading order, while a left-handed circuit (phase-advancing circuit) that advances the phase of high-frequency power is interposed between each power transmission electrode (for example, Patent Documents 1 and 2).
特許文献1には、送電電極間に介在された左手系回路による定在波抑制の理論解析と効果が示されている。この特許文献1によれば、反射波における位相の遅延を、左手系回路による進相によって戻すことができ、入射波と反射波とが同位相となるため、送電電極における電圧定在波の発生を抑制し、受電装置に対して広範囲に亘って電力の送信を行うことができる。 Patent Document 1 presents a theoretical analysis and effectiveness of standing wave suppression using a left-handed circuit interposed between power transmission electrodes. According to Patent Document 1, the phase delay in the reflected wave can be corrected by phase leading using the left-handed circuit, resulting in the incident and reflected waves being in phase. This suppresses the generation of voltage standing waves at the power transmission electrodes, enabling power transmission over a wide range to the power receiving device.
この特許文献1では、左手系回路として、例えば2つのキャパシタを直接に接続されると共に、その2つのキャパシタの間にインダクタが並列に接続された対称CLC回路が提示されている。 This Patent Document 1 presents a symmetrical CLC circuit as a left-handed circuit, in which, for example, two capacitors are directly connected, and an inductor is connected in parallel between the two capacitors.
また、特許文献2には、特許文献1に提示された左手系回路を送電電極に対して実装する具体的な構造が示されている。特許文献2では、左手系回路を構成するキャパシタとして用いられる複数のコンデンサを装荷した基板を用いている。 Furthermore, Patent Document 2 shows a specific structure for implementing the left-handed circuit presented in Patent Document 1 onto the power transmission electrode. Patent Document 2 uses a substrate loaded with multiple capacitors used as capacitors constituting the left-handed circuit.
しかしながら、特許文献2に記載された構造では、受電装置に対して広範囲に亘って電力の送信を行うために縦続接続する送電電極の数を増せば、必要となる左手系回路も増えるため、結果として複数のコンデンサを装荷した基板も増加することとなる。よって、部品コストが増大し、また、実装難易度も高くなるといった問題点があった。 However, in the structure described in Patent Document 2, increasing the number of transmission electrodes connected in cascading order to transmit power over a wide area to the power receiving device increases the required left-handed circuits, resulting in an increase in the number of circuit boards loaded with multiple capacitors. Therefore, this leads to increased component costs and higher implementation difficulty.
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、簡単な構成で電圧定在波の発生を抑制しつつ、受電装置に対して広範囲に亘って電力の送信を行うことができる送電装置及び非接触給電システムを提供することを目的とする。 This invention was made to solve the above-mentioned problems, and aims to provide a power transmission device and a contactless power supply system that can transmit power to a power receiving device over a wide area while suppressing the generation of voltage standing waves with a simple configuration.
この目的を達成するために本発明の送電装置に係る第1の態様は、電力を受信する受電電極を備えて受信した電力を負荷に対して給電する受電装置に対し、電界結合方式により非接触にて電力を送信するものであって、前記受電電極へ電力を送信する複数の送電電極が縦続に接続されて構成される送電電極部と、その送電電極部に高周波電力を供給する高周波電源部と、を備え、前記送電電極部は、前記送電電極が形成される複数の送電電極形成層と、縦続に接続された隣接する前記送電電極間の少なくとも一部に、供給された前記高周波電力の位相を進めるための進相部と、を備え、その進相部は、前記送電電極と直列に接続されるキャパシタを備え、そのキャパシタは、異なる前記送電電極形成層に形成された隣接する前記送電電極の重なりより得られる容量結合によって形成する。 To achieve this objective, a first embodiment of the power transmission device of the present invention transmits power to a power receiving device equipped with power receiving electrodes that receive power and supply the received power to a load, using an electric field coupling method in a non-contact manner. The embodiment comprises a power transmission electrode section configured by cascading multiple power transmission electrodes that transmit power to the power receiving electrodes, and a high-frequency power supply section that supplies high-frequency power to the power transmission electrode section. The power transmission electrode section comprises multiple power transmission electrode forming layers on which the power transmission electrodes are formed, and a phase advance section for advancing the phase of the supplied high-frequency power, located at least in part between adjacent cascaded power transmission electrodes. The phase advance section includes a capacitor connected in series with the power transmission electrodes, and the capacitor is formed by capacitive coupling obtained from the overlap of adjacent power transmission electrodes formed on different power transmission electrode forming layers.
本発明の送電装置に係る第2の態様は、第1の態様の送電装置において、前記送電電極部は、対をなす送電電極で一組の送電電極対を構成し、その送電電極対に前記高周波電源部から供給される電力が伝送されるものであり、前記送電電極対のうち一方の送電電極が隣接する送電電極対の一方の送電電極と縦続に接続され、他方の送電電極が前記隣接する送電電極対の他方の送電電極と縦続に接続されることで、複数の前記送電電極対が縦続に接続され、前記進相部は、縦続に接続された隣接する前記送電電極対間の少なくとも一部に設けられる。 A second aspect of the power transmission device of the present invention is a power transmission device of the first aspect, wherein the power transmission electrode section comprises a pair of power transmission electrodes forming a power transmission electrode pair, and power supplied from the high-frequency power supply section is transmitted to the power transmission electrode pair. One power transmission electrode of the power transmission electrode pair is connected in cascaded order to one power transmission electrode of an adjacent power transmission electrode pair, and the other power transmission electrode is connected in cascaded order to the other power transmission electrode of the adjacent power transmission electrode pair, thereby connecting multiple power transmission electrode pairs in cascaded order. The phase advancement section is provided in at least a portion of the space between adjacent power transmission electrode pairs that are connected in cascaded order.
本発明の送電装置に係る第3の態様は、第2の態様の送電装置において、前記進相部は、前記キャパシタと協働して前記高周波電力の位相を進めるためのインダクタを備え、そのインダクタは、所定の送電電極対に設けられた対をなす送電電極間に形成される。 A third aspect of the power transmission device of the present invention is the power transmission device of the second aspect, wherein the phase advancement unit comprises an inductor for advancing the phase of the high-frequency power in cooperation with the capacitor, and the inductor is formed between a pair of power transmission electrodes provided on a predetermined pair of power transmission electrodes.
本発明の送電装置に係る第4の態様は、第3の態様の送電装置において、前記インダクタは、一端が前記対をなす送電電極の一方に接続され、他端が前記対をなす送電電極の他方に接続された1つのコイルにより構成される。 A fourth aspect of the power transmission device of the present invention is the power transmission device of the third aspect, wherein the inductor is composed of a single coil, one end of which is connected to one of the pair of power transmission electrodes, and the other end of which is connected to the other of the pair of power transmission electrodes.
本発明の送電装置に係る第5の態様は、第3の態様の送電装置において、基準となる電位に保たれたグランド板を備え、前記インダクタは、一端が前記対をなす送電電極の一方に接続され、他端が前記グランド板に接続された第1コイルと、一端が前記対をなす送電電極の他方に接続され、他端が前記グランド板に接続された第2コイルと、を備える。 A fifth aspect of the power transmission device of the present invention is a power transmission device of the third aspect, comprising a ground plate maintained at a reference potential, wherein the inductor comprises a first coil, one end of which is connected to one of the pair of power transmission electrodes and the other end of which is connected to the ground plate, and a second coil, one end of which is connected to the other of the pair of power transmission electrodes and the other end of which is connected to the ground plate.
本発明の送電装置に係る第6の態様は、第5の態様の送電装置において、前記グランド板は、前記送電電極形成層に対して前記受電電極と対向する側とは反対側において、その受電電極側からみた場合に前記送電電極と重なる領域を含んで形成されている。 A sixth aspect of the power transmission device of the present invention is the power transmission device of the fifth aspect, wherein the ground plate is formed on the side opposite to the side facing the receiving electrode with respect to the power transmission electrode forming layer, and includes a region that overlaps with the power transmission electrode when viewed from the receiving electrode side.
本発明の送電装置に係る第7の態様は、第3から第6のいずれかの態様の送電装置において、前記インダクタは、前記所定の送電電極対として、前記高周波電源部に最近及び/又は最遠にある前記送電電極対に対してのみ設けられる。 A seventh aspect of the power transmission device of the present invention is that, in the power transmission device of any of the third to sixth aspects, the inductor is provided as a predetermined power transmission electrode pair only for the power transmission electrode pair closest to and/or furthest from the high-frequency power supply unit.
本発明の送電装置に係る第8の態様は、第3から第7のいずれかの態様の送電装置において、前記インダクタは、プリント基板上に印刷されたパターンにより形成されるプリントパターンコイルによって構成される。 An eighth aspect of the power transmission device of the present invention is that, in the power transmission device of any of the third to seventh aspects, the inductor is composed of a printed pattern coil formed by a pattern printed on a printed circuit board.
本発明の非接触給電システムに係る第9の態様は、負荷に対して非接触にて給電するものであって、第1から第8の態様のいずれかの送電装置と、その送電装置の送電電極から送信される電力を電界結合方式により非接触にて受信する受電電極を備え、受信した電力を前記負荷に対して給電する受電装置と、を備える。 A ninth aspect of the non-contact power supply system of the present invention provides non-contact power supply to a load and comprises a power transmission device according to any of the first to eighth aspects, and a power receiving device equipped with a receiving electrode that non-contactly receives power transmitted from the power transmission electrode of the power transmission device using an electric field coupling method, and supplies the received power to the load.
本発明の送電装置に係る第1の態様によれば、高周波電源部から送電電極部に高周波電力が供給され、その送電電極部から受電装置の受電電極へ、電界結合方式により非接触にて電力が送信される。この送電電極部は、複数の送電電極が縦続に接続されて構成されており、縦続に接続された隣接する送電電極間の少なくとも一部に、供給された高周波電力の位相を進めるための進相部が設けられている。この進相部により、送電電極部における電圧定在波の発生が抑制され、受電装置に対して広範囲に亘って電力の送信を行うことができる。また、送電電極部は、送電電極が形成される複数の送電電極形成層が設けられ、異なる送電電極形成層に形成された隣接する送電電極の重なりより得られる容量結合によって、進相部を構成する送電電極と直列に接続されるキャパシタが形成される。このように、進相部のキャパシタは、異なる送電電極形成層に形成された隣接する送電電極の重なりを設けるだけで実現できる。よって、この送電装置は、簡単な構成で電圧定在波の発生を抑制しつつ、受電装置に対して広範囲に亘って電力の送信を行うことができるという効果がある。 According to a first embodiment of the power transmission device of the present invention, high-frequency power is supplied from a high-frequency power supply unit to a power transmission electrode unit, and power is transmitted non-contact from the power transmission electrode unit to the receiving electrode of a power receiving device by electric field coupling. The power transmission electrode unit is configured by connecting a plurality of power transmission electrodes in cascaded order, and a phase advance unit is provided at least in part between adjacent power transmission electrodes connected in cascaded order to advance the phase of the supplied high-frequency power. This phase advance unit suppresses the generation of voltage standing waves in the power transmission electrode unit, enabling power transmission to the power receiving device over a wide area. Furthermore, the power transmission electrode unit is provided with a plurality of power transmission electrode forming layers on which power transmission electrodes are formed, and a capacitor is formed by capacitive coupling obtained from the overlap of adjacent power transmission electrodes formed on different power transmission electrode forming layers, which is connected in series with the power transmission electrodes constituting the phase advance unit. In this way, the capacitor of the phase advance unit can be realized simply by providing an overlap of adjacent power transmission electrodes formed on different power transmission electrode forming layers. Therefore, this power transmission device has the effect of suppressing the generation of voltage standing waves with a simple configuration while transmitting power to power receiving devices over a wide area.
本発明の送電装置に係る第2の態様によれば、第1の態様の奏する効果に加え、次の効果を奏する。即ち、送電電極部は、対をなす送電電極で一組の送電電極対が構成され、その送電電極対に高周波電源部から供給される電力が伝送される。送電電極対のうち一方の送電電極が隣接する送電電極対の一方の送電電極と縦続に接続され、他方の送電電極が前記隣接する送電電極対の他方の送電電極と縦続に接続されることで、複数の送電電極対が縦続に接続される。そして、進相部は、縦続に接続された隣接する送電電極対間の少なくとも一部に設けられており、この進相部のキャパシタは、異なる送電電極形成層に形成された隣接する送電電極の重なりを設けるだけで実現される。よって、送電電極部が、対をなす送電電極で構成される一組の送電電極対が縦続に接続されて構成されるものであっても、簡単な構成で電圧定在波の発生を抑制しつつ、受電装置に対して広範囲に亘って電力の送信を行うことができるという効果がある。 According to a second embodiment of the power transmission device of the present invention, in addition to the effects of the first embodiment, the following effects are achieved. Specifically, the power transmission electrode section is composed of a pair of power transmission electrodes, and power supplied from the high-frequency power supply section is transmitted to this power transmission electrode pair. One power transmission electrode of the power transmission electrode pair is connected in cascaded order to one power transmission electrode of an adjacent power transmission electrode pair, and the other power transmission electrode is connected in cascaded order to the other power transmission electrode of the adjacent power transmission electrode pair, thereby connecting multiple power transmission electrode pairs in cascaded order. The phase-advancing section is provided in at least a portion of the space between adjacent power transmission electrode pairs that are connected in cascaded order, and the capacitor of this phase-advancing section is realized simply by creating an overlap between adjacent power transmission electrodes formed on different power transmission electrode forming layers. Therefore, even if the power transmission electrode section is composed of a pair of power transmission electrode pairs connected in cascaded order, it has the effect of being able to transmit power to a power receiving device over a wide area while suppressing the generation of voltage standing waves with a simple configuration.
本発明の送電装置に係る第3の態様によれば、第2の態様の奏する効果に加え、次の効果を奏する。即ち、進相部は、インダクタにより、キャパシタと協働して高周波電力の位相が進められる。このインダクタは、所定の送電電極対に設けられた対をなす送電電極間に形成される。これにより、異なる送電電極形成層に形成された隣接する送電電極の重なりを設けるだけで実現されたキャパシタと、このインダクタによって、簡単な構成で電圧定在波の発生を抑制できるという効果がある。 According to a third aspect of the power transmission device of the present invention, in addition to the effects of the second aspect, the following effects are achieved. Specifically, the phase advancement section advances the phase of high-frequency power by means of an inductor, in cooperation with a capacitor. This inductor is formed between a pair of power transmission electrodes provided on a predetermined power transmission electrode pair. This allows for the suppression of voltage standing wave generation with a simple configuration, achieved simply by creating an overlap between adjacent power transmission electrodes formed on different power transmission electrode formation layers, and by using this inductor.
本発明の送電装置に係る第4の態様によれば、第3の態様の奏する効果に加え、次の効果を奏する。即ち、進相部のインダクタは、一端が対をなす送電電極の一方に接続され、他端が前記対をなす送電電極の他方に接続された1つのコイルにより構成されるので、部品点数を削減できるという効果がある。 According to the fourth aspect of the power transmission device of the present invention, in addition to the effects of the third aspect, the following effects are achieved. Specifically, since the inductor of the phase-advancing section is composed of a single coil with one end connected to one of the paired power transmission electrodes and the other end connected to the other of the paired power transmission electrodes, the number of components can be reduced.
本発明の送電装置に係る第5の態様によれば、第3の態様の奏する効果に加え、次の効果を奏する。即ち、基準となる電位に保たれたグランド板が設けられており、進相部のインダクタは、一端が対をなす送電電極の一方に接続され、他端がグランド板に接続された第1コイルと、一端が前記対をなす送電電極の他方に接続され、他端がグランド板に接続された第2コイルと、により構成される。これにより、グランド板を介して第1コイルと第2コイルとを対をなす送電電極間で接続することで、その送電電極間のインダクタが構成されるので、インダクタの実装がし易くできるという効果がある。 According to the fifth aspect of the power transmission device of the present invention, in addition to the effects of the third aspect, the following effects are achieved. Specifically, a ground plate maintained at a reference potential is provided, and the inductor of the phase-advancing section is composed of a first coil, one end of which is connected to one of a pair of power transmission electrodes and the other end of which is connected to the ground plate, and a second coil, one end of which is connected to the other of the pair of power transmission electrodes and the other end of which is connected to the ground plate. As a result, by connecting the first coil and the second coil between the pair of power transmission electrodes via the ground plate, an inductor is formed between the power transmission electrodes, which has the effect of making inductor mounting easier.
本発明の送電装置に係る第6の態様によれば、第5の態様の奏する効果に加え、次の効果を奏する。即ち、グランド板は、送電電極形成層に対して受電電極と対向する側とは反対側において、その受電電極側からみた場合に送電電極と重なる領域を含んで形成されているので、一端が対をなす送電電極の一方に接続される第1コイルの他端を容易にグランド板に接続し、一端が前記対をなす送電電極の他方に接続される第2コイルの他端を容易にグランド板に接続できる。よって、インダクタの実装の自由度を高めることができるという効果がある。 According to the sixth aspect of the power transmission device of the present invention, in addition to the effects of the fifth aspect, the following effects are achieved. Specifically, since the ground plate is formed on the side opposite to the receiving electrode relative to the power transmission electrode forming layer, and includes a region that overlaps with the power transmission electrode when viewed from the receiving electrode side, the other end of the first coil, whose one end is connected to one of the paired power transmission electrodes, can be easily connected to the ground plate, and the other end of the second coil, whose one end is connected to the other of the paired power transmission electrodes, can be easily connected to the ground plate. Therefore, the degree of freedom in mounting the inductor can be increased.
本発明の送電装置に係る第7の態様によれば、第3から第6のいずれかの態様の奏する効果に加え、次の効果を奏する。即ち、インダクタは、所定の送電電極対として、高周波電源部に最近及び/又は最遠にある送電電極対に対してのみ設けられるので、部品点数を削減できるという効果がある。 According to the seventh aspect of the power transmission device of the present invention, in addition to the effects of any of the third to sixth aspects, the following effect is achieved. Specifically, since the inductor is provided only for the power transmission electrode pairs closest to and/or furthest from the high-frequency power supply unit as a predetermined power transmission electrode pair, the number of components can be reduced.
本発明の送電装置に係る第8の態様によれば、第3から第7のいずれかの態様の奏する効果に加え、次の効果を奏する。即ち、インダクタは、プリント基板上に印刷されたパターンにより形成されるプリントパターンコイルによって構成されるので、インダクタが平面化される。よって、そのインダクタの実装に必要な体積を低減できるので、インダクタの実装の容易化を図ることができるという効果がある。 According to the eighth aspect of the power transmission device of the present invention, in addition to the effects of any of the third to seventh aspects, the following effect is achieved. Specifically, since the inductor is composed of a printed pattern coil formed by a pattern printed on a printed circuit board, the inductor is planar. Therefore, the volume required for mounting the inductor can be reduced, thus facilitating the mounting of the inductor.
本発明の非接触給電システムに係る第9の態様によれば、第1から第8の態様のいずれかの送電装置が設けられ、その送電装置の送電電極から送信される電力が電界結合方式により非接触にて、受電装置の受電電極にて受信される。そして、受電装置によって、受信した電力が、負荷に対して給電される。これにより、第1から第8の態様の対応する送電装置と同様の効果を奏することができる。 According to the ninth aspect of the non-contact power supply system of the present invention, a power transmission device according to any of the first to eighth aspects is provided, and the power transmitted from the power transmission electrode of the power transmission device is received non-contact by the power receiving electrode of the power receiving device using an electric field coupling method. The power received by the power receiving device is then supplied to the load. This achieves the same effects as the corresponding power transmission devices of the first to eighth aspects.
以下、本発明を実施するための形態について添付図面を参照して説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。よって、以下の実施の形態で示される、数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態などは、一例であって本発明を限定する主旨ではない。従って、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。また、各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化する。 The embodiments for carrying out the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. The embodiments described below are all preferred specific examples of the present invention. Therefore, the numerical values, shapes, materials, components, arrangement positions of components, and connection configurations shown in the following embodiments are examples and are not intended to limit the present invention. Accordingly, components in the following embodiments that are not described in the independent claims representing the highest-level concept of the present invention will be described as optional components. Furthermore, in each figure, substantially identical components are denoted by the same reference numerals, and redundant explanations are omitted or simplified.
(第1実施形態)
まず、図1~図3を参照して、本発明の第1実施形態に係る送電装置10及び非接触給電システム1の概略構成について説明する。図1(a)は、同送電装置10及び非接触給電システム1の概略正面図であり、図1(b)は、同送電装置10及び非接触給電システム1の概略平面図である。ただし、図1(b)は、走行路Gを省略して示してある。
(First Embodiment)
First, the schematic configuration of the power transmission device 10 and contactless power supply system 1 according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to Figures 1 to 3. Figure 1(a) is a schematic front view of the power transmission device 10 and contactless power supply system 1, and Figure 1(b) is a schematic plan view of the power transmission device 10 and contactless power supply system 1. However, in Figure 1(b), the travel path G is omitted.
また、図2(a)は、同送電装置10に設けられる進相部50の概略構成図であり、図2(b)は、同進相部50の等価回路図であり、図2(c)は、同送電装置10の等価回路図である。また、図3(a)は、同進相部50のキャパシタ51の構築例の一例を概略的に示した図であり、図3(b)は、同キャパシタ51の構築例の別例を概略的に示した図である。 Furthermore, Figure 2(a) is a schematic diagram of the phase-advancing unit 50 provided in the power transmission device 10, Figure 2(b) is an equivalent circuit diagram of the phase-advancing unit 50, and Figure 2(c) is an equivalent circuit diagram of the power transmission device 10. Also, Figure 3(a) is a schematic diagram showing one example of the construction of the capacitor 51 of the phase-advancing unit 50, and Figure 3(b) is a schematic diagram showing another example of the construction of the capacitor 51.
非接触給電システム1は、負荷に対して非接触(無線)にて給電するシステムである。図1に示す例では、非接触給電システム1は、走行路Gを走行する移動体30に搭載されたバッテリ31を負荷とし、そのバッテリ31に対して非接触にて給電するものであり、走行路Gに固定して設置された送電装置10と、移動体30に設けられた受電装置20とにより構成される。 The contactless power supply system 1 is a system that supplies power to a load wirelessly (without contact). In the example shown in Figure 1, the contactless power supply system 1 uses a battery 31 mounted on a mobile body 30 traveling on a travel path G as the load, and supplies power to the battery 31 wirelessly. It consists of a power transmission device 10 fixedly installed on the travel path G and a power receiving device 20 provided on the mobile body 30.
移動体30は、電気自動車や、無人で自動的に活動する無人搬送車(AGV)といった電動ビークル等が例示され、受電装置20とバッテリ31との他に、駆動輪32と従動輪33とを有している。移動体30は、送電装置10から非接触にて送信された電力を受電装置20にて受信し、その受信した電力をバッテリ31に給電することで、バッテリ31を充電する。移動体30は、充電されたバッテリ31の電力を用いて駆動輪32を駆動することで、走行路Gを走行する。 The mobile unit 30 is exemplified by electric vehicles such as electric cars and automated guided vehicles (AGVs) that operate autonomously without a driver. In addition to the power receiving device 20 and battery 31, it has drive wheels 32 and driven wheels 33. The mobile unit 30 receives power transmitted wirelessly from the power transmission device 10 via the power receiving device 20, and charges the battery 31 by supplying the received power to it. The mobile unit 30 travels along the road G by driving the drive wheels 32 using the power from the charged battery 31.
なお、非接触給電システム1によって非接触にて給電される負荷は、バッテリ31の他、給電された電力によって動作するもの(例えば、モータ)等であってもよい。また、負荷は必ずしも移動体30のような自走可能なものに搭載される必要はなく、自走不能な機器に受電装置20と負荷とが搭載されたものや、負荷そのものに受電装置20が設けられたものであってもよい。 Furthermore, the load powered by the contactless power supply system 1 may be a battery 31 or other device that operates using the supplied power (e.g., a motor). Also, the load does not necessarily need to be mounted on a self-propelled device such as the mobile unit 30; the power receiving device 20 and the load may be mounted on a non-self-propelled device, or the power receiving device 20 may be attached to the load itself.
送電装置10は、受電装置20に対して電力を電界結合方式により非接触にて送信(送電)する装置であり、高周波電源部14と、送電電極部40とを少なくとも有している。 The power transmission device 10 is a device that transmits (transmits) power to the power receiving device 20 using an electric field coupling method in a non-contact manner, and comprises at least a high-frequency power supply unit 14 and a power transmission electrode unit 40.
高周波電源部14は、直流電力又は商用電力から高周波電力を生成する高周波インバータであり、走行路G上に固着され、又は走行路Gに埋め込まれて設置される。高周波電源部14により生成された高周波電力は、送電電極部40に供給される。 The high-frequency power supply unit 14 is a high-frequency inverter that generates high-frequency power from DC power or commercial power, and is fixed to or embedded in the travel path G. The high-frequency power generated by the high-frequency power supply unit 14 is supplied to the power transmission electrode unit 40.
送電電極部40は、複数の第1送電電極11が形成される第1送電電極形成層11aと、複数の第2送電電極12が形成される第2送電電極形成層12aと、進相部50(図2(a)参照)とを少なくとも有している。 The power transmission electrode section 40 comprises at least a first power transmission electrode forming layer 11a on which multiple first power transmission electrodes 11 are formed, a second power transmission electrode forming layer 12a on which multiple second power transmission electrodes 12 are formed, and a phase advance section 50 (see Figure 2(a)).
第1送電電極11及び第2送電電極12は、本発明の送電電極に相当し、それぞれ走行路Gの路面直下に埋め込まれた平板状の導体により構成される。1つの第1送電電極11は、その大きさ(長さ)が高周波電力の波長が無視できるほどの大きさに設定され、また、1つの第2送電電極12は、その大きさ(長さ)が第1送電電極11よりも短く設定される。なお、1つの第2送電電極12は、第1送電電極11よりも長く設定されてもよい。 The first power transmission electrode 11 and the second power transmission electrode 12 correspond to the power transmission electrodes of the present invention and are each composed of flat conductors embedded directly beneath the road surface of the travel path G. One of the first power transmission electrodes 11 is set to a size (length) such that the wavelength of high-frequency power is negligible, and one of the second power transmission electrodes 12 is set to be shorter in size (length) than the first power transmission electrode 11. However, one of the second power transmission electrodes 12 may be set to be longer than the first power transmission electrode 11.
第1送電電極11が複数形成される第1送電電極形成層11aは、走行路Gの路面直下に設けられ、第2送電電極12が複数形成される第2送電電極形成層12aは、第1送電電極形成層11aよりも深い位置に設けられる。つまり、第1送電電極形成層11aと第2送電電極形成層12aとは、異なる位置(深さ)に設けられる。この第1送電電極形成層11aと第2送電電極形成層12aとが、本発明の送電電極形成層に相当する。 The first power transmission electrode forming layer 11a, on which multiple first power transmission electrodes 11 are formed, is located directly beneath the road surface of the travel path G. The second power transmission electrode forming layer 12a, on which multiple second power transmission electrodes 12 are formed, is located at a deeper position than the first power transmission electrode forming layer 11a. In other words, the first power transmission electrode forming layer 11a and the second power transmission electrode forming layer 12a are located at different positions (depths). These first and second power transmission electrode forming layers 11a and 12a correspond to the power transmission electrode forming layers of the present invention.
なお、本実施形態では、第2送電電極形成層12aが第1送電電極形成層11aよりも深い位置に設けられる場合について説明するが、第1送電電極形成層11aと第2送電電極形成層12aとは、異なる位置(深さ)に設けられていればよく、第2送電電極形成層12aが第1送電電極形成層11aよりも浅い位置に設けられてもよい。 In this embodiment, the case in which the second power transmission electrode forming layer 12a is provided at a deeper position than the first power transmission electrode forming layer 11a is described. However, the first power transmission electrode forming layer 11a and the second power transmission electrode forming layer 12a only need to be provided at different positions (depths), and the second power transmission electrode forming layer 12a may be provided at a shallower position than the first power transmission electrode forming layer 11a.
図1(b)に示す通り、第1送電電極形成層11aに形成された複数の第1送電電極11は、それぞれ対をなす第1送電電極11を有しており、それら対をなす第1送電電極11によって一組の第1送電電極対11bを構成する。また、第2送電電極形成層12aに形成された複数の第2送電電極12は、それぞれ対をなす第2送電電極12を有しており、それら対をなす第2送電電極12によって一組の第2送電電極対12bを構成する。送電電極部40は、これら第1送電電極対11bと第2送電電極対12bとが交互に縦続に接続されて構成される。 As shown in Figure 1(b), the multiple first power transmission electrodes 11 formed in the first power transmission electrode forming layer 11a each have a pair of first power transmission electrodes 11, and these pairs of first power transmission electrodes 11 constitute a set of first power transmission electrode pairs 11b. Similarly, the multiple second power transmission electrodes 12 formed in the second power transmission electrode forming layer 12a each have a pair of second power transmission electrodes 12, and these pairs of second power transmission electrodes 12 constitute a set of second power transmission electrode pairs 12b. The power transmission electrode section 40 is constructed by connecting these first power transmission electrode pairs 11b and second power transmission electrode pairs 12b alternately in cascaded order.
具体的には、任意の第1送電電極対11bにおいて、その第1送電電極対11bを構成する第1送電電極11のうち一方の第1送電電極11が、隣接する第2送電電極対12bを構成する第2送電電極12のうち一方の第2送電電極12と縦続に接続され、その第1送電電極対11bを構成する他方の第1送電電極11が、隣接する第2送電電極対12bを構成する他方の第2送電電極12と縦続に接続される。このように、送電電極部40は、高周波電力が伝送される伝送線路が、複数の第1送電電極11と複数の第2送電電極12とに分割されたものとなる。 Specifically, in any first power transmission electrode pair 11b, one of the first power transmission electrodes 11 constituting that first power transmission electrode pair 11b is connected in cascaded manner to one of the second power transmission electrodes 12 constituting the adjacent second power transmission electrode pair 12b, and the other first power transmission electrode 11 constituting that first power transmission electrode pair 11b is connected in cascaded manner to the other second power transmission electrode 12 constituting the adjacent second power transmission electrode pair 12b. In this way, the power transmission electrode section 40 has a transmission line through which high-frequency power is transmitted that is divided into multiple first power transmission electrodes 11 and multiple second power transmission electrodes 12.
この縦続接続は、第1送電電極対11bに対して、前段側(高周波電源部14側)にて隣接する第2送電電極対12bと、後段側(高周波電源部14とは反対側)にて隣接する第2送電電極対12bとのいずれに対しても形成される。 This cascaded connection is formed with respect to both the second power transmission electrode pair 12b adjacent to the first power transmission electrode pair 11b on the upstream side (high-frequency power supply unit 14 side) and the second power transmission electrode pair 12b adjacent to the downstream side (opposite side from the high-frequency power supply unit 14).
なお、送電電極部40において、高周波電源部14に最も近い側(最近側)と最も遠い側(最遠側)には、第2送電電極対12bが設置される。高周波電源部14は、図示しない整合回路を介して、その一端が高周波電源部14の最近側に設けられた第2送電電極対12bの一方の第2送電電極12に接続され、他端がその第2送電電極対12bの他方の第2送電電極12に接続される。これにより、高周波電源部14から出力された高周波電力が送電電極部40に供給される。 Furthermore, in the power transmission electrode section 40, a second power transmission electrode pair 12b is installed on the side closest to the high-frequency power supply unit 14 (nearest side) and the side furthest from it (farthest side). The high-frequency power supply unit 14 is connected via a matching circuit (not shown) to one end of the second power transmission electrode 12 of the second power transmission electrode pair 12b located on the nearest side of the high-frequency power supply unit 14, and the other end is connected to the other second power transmission electrode 12 of the same pair. This allows the high-frequency power output from the high-frequency power supply unit 14 to be supplied to the power transmission electrode section 40.
ここで、上述した通り、縦続に接続される第1送電電極11と第2送電電極12とは、異なる位置(深さ)に設けられた第1送電電極形成層11a又は第2送電電極形成層12aに形成されている。そして、異なる位置(深さ)に形成されるこれら第1送電電極11と第2送電電極12とは、図1(a)の矢印U方向から見て重なり領域が形成されるように配置される。 As described above, the first and second power transmission electrodes 11 and 12, which are connected in cascaded order, are formed in the first or second power transmission electrode forming layer 11a or 12a, which are located at different positions (depths). These first and second power transmission electrodes 11 and 12, formed at different positions (depths), are arranged to form an overlapping region when viewed from the direction of arrow U in Figure 1(a).
この異なる位置(深さ)に設けられた第1送電電極形成層11aと第2送電電極形成層12aとに形成された、隣接する第1送電電極11と第2送電電極12との重なりにより容量結合が得られ、図2(a)に示すようにキャパシタンスCのキャパシタ51が、重なり領域毎に形成される。 Capacitive coupling is achieved through the overlap of adjacent first and second power transmission electrodes 11 and 12 formed in the first and second power transmission electrode forming layers 11a and 12a, which are located at different positions (depths). As shown in Figure 2(a), a capacitor 51 with capacitance C is formed in each overlapping region.
このキャパシタ51は、例えば図3(a)に示すように、比誘電率εrで厚さdの絶縁体で形成される絶縁層15を挟むようにして、絶縁層15の下部に第2送電電極12を形成し、絶縁層15の上部に、矢印U方向から見て第2送電電極12と所定の重なり面積Sで重なりが生じるように、第1送電電極11を形成することで得られる。絶縁層15の厚さdが、第1送電電極11及び第2送電電極12の距離dとなる。 This capacitor 51 is obtained, for example, as shown in Figure 3(a), by sandwiching an insulating layer 15 made of an insulator with relative permittivity εr and thickness d, forming a second power transmitting electrode 12 below the insulating layer 15, and forming a first power transmitting electrode 11 above the insulating layer 15 such that it overlaps with the second power transmitting electrode 12 by a predetermined overlap area S when viewed from the direction of arrow U. The thickness d of the insulating layer 15 is equal to the distance d between the first power transmitting electrode 11 and the second power transmitting electrode 12.
また、キャパシタ51は、図3(b)に示すように、隣接する第1送電電極11と第2送電電極12とで所定の重なり面積Sで重なりを生じさせつつ、絶縁体からなる長さdのスペーサ16を挟ませるようにして、絶縁体のボルト17と絶縁体のナット18とにより第1送電電極11とスペーサ16と第2送電電極12とを固定することでも得られる。スペーサ16の長さdが、第1送電電極11及び第2送電電極12の距離dとなる。この場合、第1送電電極11と第2送電電極12との間の絶縁層は空気である。空気の比誘電率εrは、ほぼ1である。 Alternatively, as shown in Figure 3(b), the capacitor 51 can also be obtained by creating an overlap of a predetermined overlap area S between the adjacent first power transmitting electrode 11 and second power transmitting electrode 12, and then inserting a spacer 16 of length d made of an insulator between them, and fixing the first power transmitting electrode 11, the spacer 16, and the second power transmitting electrode 12 with an insulating bolt 17 and an insulating nut 18. The length d of the spacer 16 is equal to the distance d between the first power transmitting electrode 11 and the second power transmitting electrode 12. In this case, the insulating layer between the first power transmitting electrode 11 and the second power transmitting electrode 12 is air. The relative permittivity εr of air is approximately 1.
一方、図1(a)、(b)及び図2(a)に示す通り、送電電極部40は、個々の第2送電電極対12bにおいて、対となる第2送電電極12の間にインダクタンスLのコイル13が設けられている。ただし、高周波電源部14の最近側と最遠側とに設けられた第2送電電極対12bにおける対となる第2送電電極12の間には、インダクタンス2Lのコイル13が設けられる。コイル13は、空芯もしくはフェライトコアによる立体形状のものが使用される。このコイル13が、本発明のインダクタに相当する。 On the other hand, as shown in Figures 1(a), 1(b), and 2(a), the power transmission electrode section 40 has a coil 13 with inductance L between the pair of second power transmission electrodes 12 in each second power transmission electrode pair 12b. However, in the second power transmission electrode pairs 12b located on the nearest and furthest sides of the high-frequency power supply section 14, a coil 13 with inductance 2L is provided between the pair of second power transmission electrodes 12. The coil 13 is either air-cored or has a three-dimensional shape using a ferrite core. This coil 13 corresponds to the inductor of the present invention.
このように、隣接する第1送電電極対11bと第2送電電極対12bとに対して、対となる一方の第1送電電極11及び第2送電電極12との間に形成されるキャパシタンスCのキャパシタ51が、この一方の第1送電電極11の間に2つ直列に接続され、他方の第1送電電極11及び第2送電電極12との間に形成されるキャパシタンスCのキャパシタ51が、この他方の第1送電電極11の間に2つ直列に接続される。また、対となる第2送電電極12の間のインダクタンスLのコイル13が一方の第1送電電極11と他方の第1送電電極11との間に並列に接続される。 Thus, for adjacent first power transmission electrode pairs 11b and second power transmission electrode pairs 12b, two capacitors 51 with capacitance C are connected in series between one first power transmission electrode 11 and one second power transmission electrode 12. Similarly, two capacitors 51 with capacitance C are connected in series between the other first power transmission electrode 11 and one second power transmission electrode 12. Furthermore, a coil 13 with inductance L is connected in parallel between one first power transmission electrode 11 and the other first power transmission electrode 11.
以上のようなキャパシタ51とコイル13との構成により、1の第2送電電極対12bに対して前段側(高周波電源部14側)で隣接する第1送電電極対11bと、後段側(高周波電源部14と反対側)で隣接する第1送電電極対11bとの間には、図2(b)に示すような対称CLC回路が形成される。 With the configuration of the capacitor 51 and coil 13 described above, a symmetrical CLC circuit, as shown in Figure 2(b), is formed between the first power transmission electrode pair 11b adjacent to the second power transmission electrode pair 12b on the upstream side (high-frequency power supply unit 14 side) and the first power transmission electrode pair 11b adjacent to the downstream side (opposite the high-frequency power supply unit 14).
即ち、送電電極部40は、図2(c)に示す通り、第2送電電極対12bを介して隣接する第1送電電極対11bと第1送電電極対11bとの間に、図2(b)に示す対称CLC回路が縦続に接続された等価回路で示される。その対称CLC回路が、特許文献1及び2に記載される通り、キャパシタ51とコイル13(インダクタ)が協働して高周波電力の位相を進める進相部50となる。 Specifically, as shown in Figure 2(c), the power transmission electrode section 40 is represented by an equivalent circuit in which a symmetrical CLC circuit, as shown in Figure 2(b), is cascaded between the adjacent first power transmission electrode pair 11b and the second power transmission electrode pair 12b. This symmetrical CLC circuit, as described in Patent Documents 1 and 2, forms a phase-advancing section 50 in which the capacitor 51 and the coil 13 (inductor) work together to advance the phase of the high-frequency power.
また、送電電極部40において、高周波電源部14の最近側と最遠側には、隣接する第1送電電極対11bと第2送電電極対12bとにおいて、対となる一方の第1送電電極11及び第2送電電極12との間に形成されるキャパシタンスCのキャパシタ51が、この一方の第1送電電極11と直列に接続され、他方の第1送電電極11及び第2送電電極12との間に形成されるキャパシタンスCのキャパシタ51が、この他方の第1送電電極11と直列に接続される。また、対となる第2送電電極12の間のインダクタンス2Lのコイル13(インダクタ)が一方の第1送電電極11と他方の第1送電電極11との間に並列に接続される。 Furthermore, in the power transmission electrode section 40, on the nearest and furthest sides of the high-frequency power supply section 14, a capacitor 51 with capacitance C formed between one of the paired first power transmission electrodes 11 and 12 is connected in series with the first power transmission electrode 11, and a capacitor 51 with capacitance C formed between the other first power transmission electrode 11 and 12 is connected in series with the other first power transmission electrode 11. Additionally, a coil 13 (inductor) with inductance 2L between the paired second power transmission electrodes 12 is connected in parallel between one first power transmission electrode 11 and the other first power transmission electrode 11.
以上のような構成により、送電電極部40において、高周波電源部14の最近側と最遠側には、図2(c)に示すような回路50a及び回路50bが縦続に接続される形で形成される。この回路50a及び回路50bは、合成されると1つの対称CLC回路と等価的に同じであり、回路50aと回路50bとで1つの進相部50が形成される。 With the above configuration, in the power transmission electrode section 40, circuits 50a and 50b, as shown in Figure 2(c), are formed in cascaded connection to the nearest and furthest sides of the high-frequency power supply section 14. When combined, circuits 50a and 50b are equivalent to a single symmetrical CLC circuit, and together circuits 50a and 50b form a single phase-advancing section 50.
ここで、進相部50のキャパシタ51のキャパシタンスCと、コイル13のインダクタンスL(及び2L)は、第1送電電極11の大きさ(長さ)や第2送電電極12の大きさ(長さ)等に基づいて適宜決定される。キャパシタ51のキャパシタンスCは、次の(1)式によって表される。ここで、ε0は真空の誘電率である。 Here, the capacitance C of the capacitor 51 and the inductance L (and 2L) of the coil 13 in the phase-advancing unit 50 are appropriately determined based on the size (length) of the first power-transmitting electrode 11, the size (length) of the second power-transmitting electrode 12, etc. The capacitance C of the capacitor 51 is expressed by the following equation (1). Here, ε0 is the permittivity of vacuum.
C=εrε0S/d (1)
送電電極部40は、第1送電電極11及び第2送電電極12の距離d、重なり面積S、及び比誘電率εrの少なくともいずれかを変更することで、所望のキャパシタンスCを持つキャパシタ51を形成できる。
C=ε r ε 0 S/d (1)
The power transmission electrode section 40 can form a capacitor 51 with a desired capacitance C by changing at least one of the distance d between the first power transmission electrode 11 and the second power transmission electrode 12, the overlapping area S, and the relative permittivity εr .
受電装置20は、図1(a)及び(b)に示す通り、第1送電電極11及び第2送電電極12から送信される電力を電界結合方式により非接触にて受信する、対となる受電電極21を少なくとも備えている。 As shown in Figures 1(a) and (b), the power receiving device 20 includes at least a pair of receiving electrodes 21 that receive power transmitted from the first power transmitting electrode 11 and the second power transmitting electrode 12 in a non-contact manner using an electric field coupling method.
具体的には、対となる受電電極21はそれぞれ、平板上の導体により構成される。移動体30が走行路Gを走行している場合に、矢印Uの方向からみて、一方の受電電極21は、対となる第1送電電極11の一方、又は、対となる第2送電電極12の一方と重なる位置に設けられ、他方の受電電極21は、対となる第1送電電極11の他方、又は、対となる第2送電電極12の他方と重なる位置に設けられる。 Specifically, each pair of receiving electrodes 21 is composed of a flat conductor. When the mobile body 30 is traveling along the travel path G, viewed from the direction of arrow U, one receiving electrode 21 is positioned to overlap with one of the pair of first transmitting electrodes 11 or one of the pair of second transmitting electrodes 12, while the other receiving electrode 21 is positioned to overlap with the other of the pair of first transmitting electrodes 11 or the other of the pair of second transmitting electrodes 12.
受電電極21により受信した電力は、図示しない整合回路や整流回路を介してバッテリ31に給電される。 The power received by the receiving electrode 21 is supplied to the battery 31 via a matching circuit and a rectifier circuit (not shown).
以上のように構成された送電装置10及び非接触給電システム1は、次のように動作する。 The power transmission device 10 and the contactless power supply system 1, configured as described above, operate as follows:
高周波電源部14から出力された高周波電力は、送電電極部40に供給される。移動体30が走行路Gを走行し、移動体30に設けられた受電装置20の受電電極21と、送電電極部40の第1送電電極11又は第2送電電極12とが対向すると、受電電極21と第1送電電極11との間、又は、受電電極21と第2送電電極12との間にコンデンサが形成され、第1送電電極11及び第2送電電極12を伝送する電力が、電界エネルギーとして空間を伝わる電界結合方式により、受電電極21に対して非接触にて送信される。 The high-frequency power output from the high-frequency power supply unit 14 is supplied to the power transmission electrode unit 40. When the mobile body 30 travels along the travel path G, and the receiving electrode 21 of the power receiving device 20 on the mobile body 30 faces the first power transmission electrode 11 or the second power transmission electrode 12 of the power transmission electrode unit 40, a capacitor is formed between the receiving electrode 21 and the first power transmission electrode 11, or between the receiving electrode 21 and the second power transmission electrode 12. The power transmitted to the first power transmission electrode 11 and the second power transmission electrode 12 is transmitted to the receiving electrode 21 non-contact via an electric field coupling method, where the power propagates through space as electric field energy.
受電電極21により受信した電力は、バッテリ31に給電され、バッテリ31が充電される。移動体30は、充電されたバッテリ31の電力を用いて駆動輪32を駆動することで、走行路Gを走行する。 The power received by the receiving electrode 21 is supplied to the battery 31, and the battery 31 is charged. The mobile unit 30 travels along the road G by using the power from the charged battery 31 to drive the drive wheels 32.
ここで、送電電極部40は、伝送線路が複数の第1送電電極11と複数の第2送電電極12とに分割され、第1送電電極11及び第2送電電極12が交互に縦続に接続されている。また、送電電極部40は、隣接する第1送電電極11及び第2送電電極12の重なりより得られる容量結合によって形成されたキャパシタ51と、対となる第2送電電極12の間に並列に設けられたインダクタであるコイル13とによって、縦続に接続された隣接する第1送電電極11の間に進相部50が形成され、縦続に接続されている。 Here, in the power transmission electrode section 40, the transmission line is divided into a plurality of first power transmission electrodes 11 and a plurality of second power transmission electrodes 12, and the first power transmission electrodes 11 and the second power transmission electrodes 12 are connected alternately in cascaded order. Furthermore, in the power transmission electrode section 40, a phase-advancing section 50 is formed between adjacent cascaded first power transmission electrodes 11 by a capacitor 51 formed by capacitive coupling obtained from the overlap of adjacent first power transmission electrodes 11 and second power transmission electrodes 12, and by an inductor coil 13 provided in parallel between a pair of second power transmission electrodes 12, thus connecting them in cascaded order.
1つの高周波電源部14から長い距離の伝送線路に対して高周波電力が伝送されると、高周波電力の位相が遅れることになる。また、伝送線路の遠端から反射された反射波も混在し、進行波と反射波との相対的な位相関係によって電圧定在波が発生する。 When high-frequency power is transmitted from a single high-frequency power supply unit 14 to a transmission line over a long distance, the phase of the high-frequency power lags. Furthermore, reflected waves from the far end of the transmission line are also present, and voltage standing waves are generated due to the relative phase relationship between the forward and reflected waves.
これに対し、本第1実施形態では、縦続に接続された隣接する第1送電電極11の間に進相部50が形成されて縦続に接続されるので、この進相部50によって、第1送電電極11及び第2送電電極12を伝送する高周波電力の位相の遅れが打ち消される。また、個々の第1送電電極11及び第2送電電極12の大きさ(長さ)は、高周波電力の波長を無視できるほどの長さに設定されているので、個々の第1送電電極11及び第2送電電極12の中での高周波電力の位相の遅れも無視できる程度である。 In contrast, in this first embodiment, a phase advancement section 50 is formed between adjacent first transmission electrodes 11 that are connected in cascaded order, thus canceling out the phase delay of the high-frequency power transmitted through the first and second transmission electrodes 11 and 12. Furthermore, the size (length) of each first and second transmission electrode 11 and 12 is set to a length that allows the wavelength of the high-frequency power to be ignored, so the phase delay of the high-frequency power within each first and second transmission electrode 11 and 12 is also negligible.
従って、移動体30が送電電極部40のいずれの場所にいたとしても、インピーダンスの不整合を小さく抑えることができ、送電電極部40における電圧定在波の発生が抑制され、受電装置20に対して広範囲に亘って電力の送信を行うことができる。 Therefore, regardless of the location of the mobile body 30 on the power transmission electrode section 40, impedance mismatch can be kept to a minimum, the generation of voltage standing waves in the power transmission electrode section 40 is suppressed, and power can be transmitted to the power receiving device 20 over a wide range.
以上説明した送電装置10及び非接触給電システム1によれば、次のような効果を奏する。 The power transmission device 10 and contactless power supply system 1 described above provide the following effects.
(1)送電電極部40は、第1送電電極11が形成される第1送電電極形成層11aと、第2送電電極12が形成される第2送電電極形成層12aとが設けられている。そして、位置(深さ)が異なって隣接される第1送電電極11と第2送電電極12との重なりより得られる容量結合によって、進相部50を構成するキャパシタンスCのキャパシタ51が形成され、第1送電電極11と直列に接続される。このように、進相部50のキャパシタ51は、部品としてのコンデンサを用意とせず、異なる送電電極形成層に形成された隣接する送電電極の重なりを設けるだけで実現できる。よって、送電装置10及び非接触給電システム1は、高周波電力を送信する送電電極部40の伝送線路として、複数の第1送電電極11と複数の第2送電電極12とに分割して、これらを交互に重ねながら縦続接続させることで、受電装置20に対して広範囲に亘って電力の送信を可能にしつつ、簡単な構成で電圧定在波の発生を抑制できる。 (1) The power transmission electrode section 40 is provided with a first power transmission electrode forming layer 11a on which the first power transmission electrode 11 is formed, and a second power transmission electrode forming layer 12a on which the second power transmission electrode 12 is formed. A capacitor 51 with capacitance C that constitutes the phase advance section 50 is formed by capacitive coupling obtained from the overlap of the first power transmission electrode 11 and the second power transmission electrode 12, which are adjacent to each other but at different positions (depths), and is connected in series with the first power transmission electrode 11. In this way, the capacitor 51 of the phase advance section 50 can be realized simply by providing an overlap of adjacent power transmission electrodes formed in different power transmission electrode forming layers, without the need to prepare a capacitor as a component. Therefore, the power transmission device 10 and the contactless power supply system 1 are configured to transmit high-frequency power to a wide range of devices while suppressing the generation of voltage standing waves with a simple configuration. This is achieved by dividing the transmission line of the power transmission electrode section 40 into multiple first power transmission electrodes 11 and multiple second power transmission electrodes 12, and connecting them in a cascaded manner while overlapping them alternately.
(2)送電電極部40は、対をなす第1送電電極11で一組の第1送電電極対11bが構成され、対をなす第2送電電極12で一組の第2送電電極対12bが構成される。これら第1送電電極対11b及び第2送電電極対12bが交互に縦続接続される。具体的には、第1送電電極対11bのうち一方の第1送電電極11が隣接する第2送電電極対12bの一方の第2送電電極12と縦続に接続され、他方の第1送電電極11が前記隣接する第2送電電極対12bの他方の第2送電電極12と縦続に接続される。高周波電源部14から供給される電力は、この交互に縦続接続された第1送電電極対11bと第2送電電極対12bとを伝送する。進相部50は、縦続に接続された隣接する第1送電電極対11bと第2送電電極対12bとの間に設けられており、この進相部50のキャパシタ51は、位置(深さ)の異なる第1送電電極11と第2送電電極12との重なりを設けるだけで実現される。よって、送電電極部40が、対をなす第1送電電極11で構成される一組の第1送電電極対11bと、対をなす第2送電電極12で構成される一組の第2送電電極対12bとが交互に縦続に接続されるという構成であっても、簡単な構成で電圧定在波の発生を抑制しつつ、受電装置20に対して広範囲に亘って電力の送信を行うことができる。 (2) The power transmission electrode section 40 is composed of a pair of first power transmission electrodes 11 to form a first power transmission electrode pair 11b, and a pair of second power transmission electrodes 12 to form a second power transmission electrode pair 12b. These first power transmission electrode pairs 11b and second power transmission electrode pairs 12b are alternately connected in cascaded configuration. Specifically, one first power transmission electrode 11 of the first power transmission electrode pair 11b is connected in cascaded configuration to one second power transmission electrode 12 of the adjacent second power transmission electrode pair 12b, and the other first power transmission electrode 11 is connected in cascaded configuration to the other second power transmission electrode 12 of the adjacent second power transmission electrode pair 12b. The power supplied from the high-frequency power supply section 14 is transmitted through these alternately connected first power transmission electrode pairs 11b and second power transmission electrode pairs 12b. The phase-shifting unit 50 is provided between adjacent first power transmission electrode pairs 11b and second power transmission electrode pairs 12b that are connected in cascaded order. The capacitor 51 of this phase-shifting unit 50 is realized simply by creating an overlap between the first power transmission electrodes 11 and the second power transmission electrodes 12, which are at different positions (depths). Therefore, even if the power transmission electrode unit 40 is configured such that a pair of first power transmission electrode pairs 11b, composed of a pair of first power transmission electrodes 11, and a pair of second power transmission electrode pairs 12b, composed of a pair of second power transmission electrodes 12, are alternately connected in cascaded order, power can be transmitted to the power receiving device 20 over a wide area while suppressing the generation of voltage standing waves with a simple configuration.
(3)進相部50は、キャパシタ51と、インダクタであるコイル13とが協働して高周波電力の位相を進める。このコイル13は、第2送電電極対12bに設けられた対をなす第2送電電極12間に形成される。これにより、位置(深さ)の異なる第1送電電極11と第2送電電極12との重なりを設けるだけで実現されたキャパシタ51と、このコイル13とによって、簡単な構成で電圧定在波の発生を抑制できる。 (3) The phase advancement unit 50 advances the phase of the high-frequency power through the cooperation of the capacitor 51 and the inductor coil 13. This coil 13 is formed between the pair of second transmission electrodes 12 provided on the second transmission electrode pair 12b. As a result, the capacitor 51, which is realized simply by creating an overlap between the first transmission electrode 11 and the second transmission electrode 12 at different positions (depths), and this coil 13, can suppress the generation of voltage standing waves with a simple configuration.
(4)1の進相部50に設けられるインダクタは、一端が対をなす第2送電電極12の一方に接続され、他端が前記対をなす第2送電電極12の他方に接続された1つのコイル13により構成されるので、部品点数を削減できる。 (4) The inductor provided in the phase advancement section 50 of (1) is composed of a single coil 13, with one end connected to one of the paired second power transmission electrodes 12 and the other end connected to the other of the paired second power transmission electrodes 12. Therefore, the number of components can be reduced.
(第2実施形態)
次いで、図4を参照して、本発明の第2実施形態に係る送電装置10について説明する。図4(a)は、同送電装置10の概略斜視図であり、図4(b)は、同送電装置10の別例を示す概略斜視図である。図4(a)及び(b)では、第1実施形態に係る送電装置10と同一の構成については同一の符号を付しており、ここではその説明を省略する。また、第2実施形態に係る非接触給電システム1は、第1実施形態の送電装置10に代えて第2実施形態の送電装置10が用いられるほかは、構成が第1実施形態に係る非接触給電システム1と同一であるため、その説明を省略する。
(Second Embodiment)
Next, with reference to Figure 4, a power transmission device 10 according to a second embodiment of the present invention will be described. Figure 4(a) is a schematic perspective view of the power transmission device 10, and Figure 4(b) is a schematic perspective view showing another example of the power transmission device 10. In Figures 4(a) and (b), the same reference numerals are used for components identical to those in the power transmission device 10 according to the first embodiment, and their explanation is omitted here. Furthermore, the contactless power supply system 1 according to the second embodiment has the same configuration as the contactless power supply system 1 according to the first embodiment, except that the power transmission device 10 of the second embodiment is used instead of the power transmission device 10 of the first embodiment, so its explanation is omitted.
第2実施形態に係る送電装置10では、第1送電電極11及び第2送電電極12の下層に、絶縁層を挟んでグランド板19が設けられている。グランド板19は、基準となる電位に保たれた平板状の導体であり、第1送電電極形成層11a及び第2送電電極形成層12a(図1(a)参照)に対して受電電極21が対向する側とは反対側において、その受電電極21側からみた場合に第1送電電極11及び第2送電電極12と重なる領域を含んで形成されている。 In the power transmission device 10 according to the second embodiment, a ground plate 19 is provided below the first power transmission electrode 11 and the second power transmission electrode 12, with an insulating layer in between. The ground plate 19 is a flat conductor maintained at a reference potential, and is formed on the side opposite to the side facing the receiving electrode 21 relative to the first power transmission electrode forming layer 11a and the second power transmission electrode forming layer 12a (see Figure 1(a)), including a region that overlaps with the first power transmission electrode 11 and the second power transmission electrode 12 when viewed from the receiving electrode 21 side.
グランド板19を設けることにより、第1送電電極11及び第2送電電極12に伝送される高周波電力が、地面や床下といった走行路Gの路面下にある種々の物体に対して諸々の影響を与えたり、逆に、そのような物体から第1送電電極11及び第2送電電極12に伝送される高周波電力に諸々の影響を与えたりすることを抑制できる。 By providing the ground plate 19, it is possible to suppress the effects of high-frequency power transmitted to the first and second power transmission electrodes 11 on various objects beneath the road surface of the travel path G, such as the ground or under the floor, and conversely, to suppress the effects of such objects on the high-frequency power transmitted to the first and second power transmission electrodes 11 and 12.
そして、第2実施形態に係る送電装置10は、第2送電電極対12bに設けられる進相部50のインダクタを、グランド板19を介して形成する。具体的には、当該インダクタは、一端が対をなす第2送電電極12の一方に接続され、他端がグランド板19に接続されたインダクタンスがL/2の第1コイル13aと、一端が前記対をなす第2送電電極12の他方に接続され、他端が前記グランド板に接続されたインダクタンスがL/2の第2コイル13bとによって、構成される。 Furthermore, in the power transmission device 10 according to the second embodiment, the inductor of the phase-advancing unit 50 provided on the second power transmission electrode pair 12b is formed via a ground plate 19. Specifically, the inductor is composed of a first coil 13a with an inductance of L/2, one end of which is connected to one of the paired second power transmission electrodes 12 and the other end of which is connected to the ground plate 19, and a second coil 13b with an inductance of L/2, one end of which is connected to the other of the paired second power transmission electrodes 12 and the other end of which is connected to the ground plate.
即ち、進相部50のインダクタは、2つのコイルである第1コイル13aと第2コイル13bとに分割され、直列に接続されて実装される。第1コイル13a及び第2コイル13bは、空芯もしくはフェライトコアによる立体形状のものが使用される。この直列に接続された第1コイル13aと第2コイル13bとによって、第1実施形態に係るインダクタンスLのコイル13と等価に作用する。 Specifically, the inductor of the phase-advancing unit 50 is divided into two coils, a first coil 13a and a second coil 13b, which are connected in series and mounted. The first coil 13a and the second coil 13b are either air-core or ferrite-core three-dimensional structures. These series-connected first coil 13a and second coil 13b act equivalently to the coil 13 with inductance L according to the first embodiment.
なお、図4(a)に示す通り、インダクタが設けられる第2送電電極対12bのうち、全ての第2送電電極対12bについて、インダクタを第1コイル13aと第2コイル13bとに分割して実装してもよい。 Furthermore, as shown in Figure 4(a), for all second power transmission electrode pairs 12b on which inductors are provided, the inductor may be divided into a first coil 13a and a second coil 13b for implementation.
また、インダクタが設けられる第2送電電極対12bのうち、一部の第2送電電極対12bについて、インダクタを第1コイル13aと第2コイル13bとに分割して実装し、残りの第2送電電極対12bについては、第1実施形態と同様に、1つのコイル13を用いて実装してもよい。例えば、図4(b)に示す例では、高周波電源部14の最近側と最遠側とに設けられた第2送電電極対12bにおいては1つのコイル13を実装し、その他の第2送電電極対12bにおいては、第1コイル13aと第2コイル13bとを実装して、進相部50のインダクタを構成する。 Furthermore, among the second power transmission electrode pairs 12b on which inductors are provided, the inductors may be divided into a first coil 13a and a second coil 13b for some of the second power transmission electrode pairs 12b, while the remaining second power transmission electrode pairs 12b may be implemented using a single coil 13, similar to the first embodiment. For example, in the example shown in Figure 4(b), one coil 13 is implemented in the second power transmission electrode pairs 12b provided on the nearest and furthest sides of the high-frequency power supply unit 14, while the first coil 13a and the second coil 13b are implemented in the other second power transmission electrode pairs 12b to constitute the inductor of the phase-advancing unit 50.
また、第1コイル13aのインダクタンスと第2コイル13bのインダクタンスは、共にL/2とする必要はなく、これらの合成インダクタンスがLとなるように各々のインダクタンスを調整してもよい。 Furthermore, the inductances of the first coil 13a and the second coil 13b do not necessarily have to be L/2; their respective inductances may be adjusted so that their combined inductance is L.
以上説明した第2実施形態に係る送電装置10によれば、次の効果を奏する。 The power transmission device 10 according to the second embodiment described above provides the following effects.
(5)基準となる電位に保たれたグランド板19が設けられており、一端が対をなす第2送電電極12の一方に接続され、他端がグランド板19に接続された第1コイル13aと、一端が前記対をなす第2送電電極12の他方に接続され、他端がグランド板19に接続された第2コイル13bとにより、進相部50のインダクタが構成される。これにより、第1コイル13a及び第2コイル13bのサイズを第1実施形態に係るコイル13よりも小さくできる。また、第1送電電極11及び第2送電電極12とグランド板19との間に絶縁層等が存在する場合であっても、グランド板19を介して第1コイル13aと第2コイル13bとを、対をなす第2送電電極12間で容易に接続することができる。よって、第1コイル13a及び第2コイル13bの小型化も相まって、第2送電電極12間のインダクタの実装をし易くできる。 (5) A ground plate 19 maintained at a reference potential is provided. The inductor of the phase advancement unit 50 is composed of a first coil 13a, one end of which is connected to one of the paired second power transmission electrodes 12 and the other end of which is connected to the ground plate 19, and a second coil 13b, one end of which is connected to the other of the paired second power transmission electrodes 12 and the other end of which is connected to the ground plate 19. This allows the sizes of the first coil 13a and the second coil 13b to be smaller than those of the coil 13 according to the first embodiment. Furthermore, even if an insulating layer or the like exists between the first power transmission electrodes 11 and 2 power transmission electrodes 12 and the ground plate 19, the first coil 13a and the second coil 13b can be easily connected between the paired second power transmission electrodes 12 via the ground plate 19. Therefore, coupled with the miniaturization of the first coil 13a and the second coil 13b, the inductor between the second power transmission electrodes 12 can be easily mounted.
(6)グランド板19は、第1送電電極形成層11a及び第2送電電極形成層12aに対して受電電極21と対向する側とは反対側において、その受電電極21側からみた場合に第1送電電極11及び第2送電電極12と重なる領域を含んで形成されているので、一端が対をなす第2送電電極12の一方に接続される第1コイル13aの他端を容易にグランド板19に接続し、一端が前記対をなす第2送電電極12の他方に接続される第2コイル13bの他端を容易にグランド板19に接続できる。よって、インダクタの実装の自由度を高めることができる。 (6) The ground plate 19 is formed on the side opposite to the receiving electrode 21 with respect to the first power transmitting electrode forming layer 11a and the second power transmitting electrode forming layer 12a, and includes a region that overlaps with the first power transmitting electrode 11 and the second power transmitting electrode 12 when viewed from the receiving electrode 21 side. Therefore, the other end of the first coil 13a, whose one end is connected to one of the paired second power transmitting electrodes 12, can be easily connected to the ground plate 19, and the other end of the second coil 13b, whose one end is connected to the other of the paired second power transmitting electrodes 12, can be easily connected to the ground plate 19. Thus, the degree of freedom in mounting the inductor can be increased.
そのほか、第2実施形態に係る送電装置10は、第1実施形態に係る送電装置10と同様の構成によって同様の効果を奏する。また、第2実施形態に係る送電装置10を備えた非接触給電システム1は、当該送電装置10が奏する効果を奏する。 Furthermore, the power transmission device 10 according to the second embodiment achieves the same effects as the power transmission device 10 according to the first embodiment through the same configuration. Also, the contactless power supply system 1 equipped with the power transmission device 10 according to the second embodiment achieves the same effects as the power transmission device 10.
(第3実施形態)
次いで、図5及び図6を参照して、本発明の第3実施形態に係る送電装置10について説明する。図5(a)は、同送電装置10の等価回路図であり、図5(b)は、同送電装置10の実装例を示した概略斜視図であり、図6(a)は、同送電装置10の別の実装例を示した概略斜視図であり、図6(b)は、同送電装置10の更に別の実装例を示した概略斜視図である。
(Third Embodiment)
Next, with reference to Figures 5 and 6, a power transmission device 10 according to a third embodiment of the present invention will be described. Figure 5(a) is an equivalent circuit diagram of the power transmission device 10, Figure 5(b) is a schematic perspective view showing an example of the implementation of the power transmission device 10, Figure 6(a) is a schematic perspective view showing another example of the implementation of the power transmission device 10, and Figure 6(b) is a schematic perspective view showing yet another example of the implementation of the power transmission device 10.
図5及び図6では、第1及び第2実施形態に係る送電装置10と同一の構成については同一の符号を付しており、ここではその説明を省略する。また、第3実施形態に係る非接触給電システム1は、第1及び第2実施形態の送電装置10に代えて第3実施形態の送電装置10が用いられるほかは、構成が第1実施形態に係る非接触給電システム1と同一であるため、その説明を省略する。 In Figures 5 and 6, the same reference numerals are used for components identical to those in the power transmission device 10 of the first and second embodiments, and their explanation is omitted here. Furthermore, the contactless power supply system 1 of the third embodiment is identical in configuration to the contactless power supply system 1 of the first embodiment, except that the power transmission device 10 of the third embodiment is used instead of the power transmission device 10 of the first and second embodiments; therefore, its explanation is omitted.
第3実施形態では、図5(a)の等価回路に示す通り、第1又は第2実施形態において、それぞれの第2送電電極対12bに対して並列に接続された進相部50のインダクタを、1つのインダクタに合成し、高周波電源部14の最近側にある第2送電電極対12bにのみ、その合成されたインダクタを設ける。 In the third embodiment, as shown in the equivalent circuit of Figure 5(a), the inductors of the phase-advancing unit 50, which were connected in parallel to each second power-transmitting electrode pair 12b in the first or second embodiment, are combined into a single inductor, and this combined inductor is provided only to the second power-transmitting electrode pair 12b located closest to the high-frequency power supply unit 14.
例えば、図2(c)にて示した第1実施形態に係る送電装置10と同等の進相部50を第3実施形態にて構築する場合、図2(c)では、高周波電源部14の最近側と最遠側とにはインダクタンス2Lのコイル13が並列に実装され、それ以外にインダクタンスLのコイル13がn個並列に実装されているものとすると、第3実施形態では、これらの合成インダクタンスL/(n+1)のインダクタを、高周波電源部14の最近側にある第2送電電極対12bにのみ設ければよい。 For example, when constructing a phase-advancing unit 50 equivalent to the power transmission device 10 according to the first embodiment shown in Figure 2(c) using the third embodiment, if we assume that in Figure 2(c), a coil 13 with inductance 2L is mounted in parallel on the nearest and furthest sides of the high-frequency power supply unit 14, and that n other coils 13 with inductance L are mounted in parallel, then in the third embodiment, it is sufficient to provide an inductor with a combined inductance of L/(n+1) only on the second power transmission electrode pair 12b located on the nearest side of the high-frequency power supply unit 14.
合成されたインダクタを1つ、高周波電源部14の最近側にある第2送電電極対12bにのみ設けた場合であっても、この1つのインダクタと、隣接する第1送電電極11及び第2送電電極12との重なりによってそれぞれに形成されたキャパシタ51とが協働することで、高周波電力の位相を進めることができ、結果として送電電極部40において電圧定在波の発生を抑制できる。 Even if a single composite inductor is provided only on the second power transmission electrode pair 12b located closest to the high-frequency power supply unit 14, the cooperation between this single inductor and the capacitors 51 formed by the overlap of the adjacent first power transmission electrode 11 and second power transmission electrode 12 allows for the phase advancement of the high-frequency power, thereby suppressing the generation of voltage standing waves in the power transmission electrode unit 40.
この第3実施形態に係る進相部50のインダクタの実装は、例えば図5(b)に示す通り、高周波電源部14の最近側にある第2送電電極対12bの第2送電電極12の間に、インダクタンスL/(n+1)のコイル13を1つ、第1実施形態と同様に接続することで行われてもよい。 The inductor of the phase-advancing unit 50 according to this third embodiment may be implemented, for example, by connecting one coil 13 with inductance L/(n+1) between the second power transmission electrodes 12b of the second power transmission electrode pair 12b located closest to the high-frequency power supply unit 14, as shown in Figure 5(b), in the same manner as in the first embodiment.
また、図6(a)に示す通り、第2実施形態と同様のグランド板19が設けられている場合は、高周波電源部14の最近側にある第2送電電極対12bの第2送電電極12の間に、インダクタンスL/(2(n+1))である第1コイル13aと第2コイル13bとを、第2実施形態の図4(a)と同様にグランド板19を介して接続することで、実装されてもよい。なお、第1コイル13aと第2コイル13bとの合成インダクタンスがL/(n+1)となれば、各々のインダクタンスは任意のものであってよい。 Furthermore, as shown in Figure 6(a), if a ground plate 19 similar to that of the second embodiment is provided, the first coil 13a and the second coil 13b, having an inductance of L/(2(n+1)), may be connected via the ground plate 19 between the second power transmission electrode 12 of the second power transmission electrode pair 12b located closest to the high-frequency power supply unit 14, via the ground plate 19, similar to Figure 4(a) of the second embodiment. Note that as long as the combined inductance of the first coil 13a and the second coil 13b is L/(n+1), the individual inductances can be any value.
また、グランド板19が設けられていたとしても、図6(b)に示す通り、高周波電源部14の最近側にある第2送電電極対12bの第2送電電極12の間に、インダクタンスL/(n+1)のコイル13を1つ、第1実施形態と同様に接続することで実装されてもよいことは言うまでもない。 Furthermore, even if a ground plate 19 is provided, it goes without saying that, as shown in Figure 6(b), it may also be implemented by connecting a single coil 13 with inductance L/(n+1) between the second power transmission electrodes 12b of the second power transmission electrode pair 12b located closest to the high-frequency power supply unit 14, in the same manner as in the first embodiment.
以上説明した第3実施形態に係る送電装置10によれば、次の効果を奏する。 The power transmission device 10 according to the third embodiment described above provides the following effects.
(7)進相部50を構成するインダクタは、高周波電源部14の最近側にある第2送電電極対12bに対してのみ設けられるので、部品点数を削減でき、コストを下げることができる。また、実装の容易性も向上させることができる。 (7) Since the inductor constituting the phase advancement unit 50 is provided only for the second power transmission electrode pair 12b located closest to the high-frequency power supply unit 14, the number of components can be reduced, lowering costs. Furthermore, ease of implementation can be improved.
(8)インダクタを1つに合成することで、そのインダクタに必要なインダクタンスをL/(n+1)と小さくできる。よって、そのインダクタを実装するために必要なコイル13又は第1コイル13a及び第2コイル13bを小さくできる。よって、コストの低減や実装の容易性を向上させることができる。 (8) By combining the inductors into a single unit, the required inductance for that inductor can be reduced to L/(n+1). Therefore, the number of coils 13 or the first coil 13a and second coil 13b required to mount that inductor can be reduced. This allows for cost reduction and improved ease of mounting.
そのほか、第3実施形態に係る送電装置10は、第1及び第2実施形態に係る送電装置10と同様の構成によって同様の効果を奏する。また、第3実施形態に係る送電装置10を備えた非接触給電システム1は、当該送電装置10が奏する効果を奏する。 Furthermore, the power transmission device 10 according to the third embodiment achieves the same effects as the power transmission devices 10 according to the first and second embodiments through the same configuration. Also, the contactless power supply system 1 equipped with the power transmission device 10 according to the third embodiment achieves the same effects as the power transmission device 10.
(第4実施形態)
次いで、図7及び図8を参照して、本発明の第4実施形態に係る送電装置10について説明する。図7(a)は、同送電装置10の等価回路図であり、図7(b)は、同送電装置10の実装例を示した概略斜視図であり、図8(a)は、同送電装置10の別の実装例を示した概略斜視図であり、図8(b)は、同送電装置10の更に別の実装例を示した概略斜視図である。
(Fourth Embodiment)
Next, with reference to Figures 7 and 8, a power transmission device 10 according to the fourth embodiment of the present invention will be described. Figure 7(a) is an equivalent circuit diagram of the power transmission device 10, Figure 7(b) is a schematic perspective view showing an example of the implementation of the power transmission device 10, Figure 8(a) is a schematic perspective view showing another example of the implementation of the power transmission device 10, and Figure 8(b) is a schematic perspective view showing yet another example of the implementation of the power transmission device 10.
図7及び図8では、第1~第3実施形態に係る送電装置10と同一の構成については同一の符号を付しており、ここではその説明を省略する。また、第4実施形態に係る非接触給電システム1は、第1~第3実施形態の送電装置10に代えて第4実施形態の送電装置10が用いられるほかは、構成が第1実施形態に係る非接触給電システム1と同一であるため、その説明を省略する。 In Figures 7 and 8, components identical to those in the power transmission device 10 of the first to third embodiments are denoted by the same reference numerals, and their explanation is omitted here. Furthermore, the contactless power supply system 1 of the fourth embodiment is identical in configuration to the contactless power supply system 1 of the first embodiment, except that the power transmission device 10 of the fourth embodiment is used instead of the power transmission device 10 of the first to third embodiments; therefore, its explanation is omitted.
第3実施形態では、第1又は第2実施形態における、それぞれの第2送電電極対12bに対して並列に接続された進相部50のインダクタを、1つのインダクタに合成し、高周波電源部14の最近側にある第2送電電極対12bにのみ、その合成されたインダクタを設ける場合について説明したが、第4実施形態では、図7(a)の等価回路に示す通り、その合成されたインダクタンスL/(n+1)のインダクタを、高周波電源部14の最遠側にある第2送電電極対12bにのみ設けている。 In the third embodiment, the inductors of the phase-advancing unit 50 connected in parallel to each of the second power-transmitting electrode pairs 12b in the first or second embodiment were combined into a single inductor, and this combined inductor was provided only to the second power-transmitting electrode pair 12b closest to the high-frequency power supply unit 14. However, in the fourth embodiment, as shown in the equivalent circuit of Figure 7(a), the combined inductor with inductance L/(n+1) is provided only to the second power-transmitting electrode pair 12b furthest from the high-frequency power supply unit 14.
合成されたインダクタを1つ、高周波電源部14の最遠側にある第2送電電極対12bにのみ設けた場合であっても、第3実施形態と同様に、この1つのインダクタと、隣接する第1送電電極11及び第2送電電極12との重なりによってそれぞれに形成されたキャパシタ51とが協働することで、高周波電力の位相を進めることができ、結果として送電電極部40において電圧定在波の発生を抑制できる。 Even when a single composite inductor is provided only at the second power transmission electrode pair 12b located furthest from the high-frequency power supply unit 14, similar to the third embodiment, this single inductor and the capacitors 51 formed by the overlap of the adjacent first power transmission electrode 11 and second power transmission electrode 12 work together to advance the phase of the high-frequency power, thereby suppressing the generation of voltage standing waves in the power transmission electrode unit 40.
この第4実施形態に係る進相部50のインダクタの実装は、例えば図7(b)に示す通り、高周波電源部14の最遠側にある第2送電電極対12bの第2送電電極12の間に、インダクタンスL/(n+1)のコイル13を1つ、第1実施形態と同様に接続することで行われてもよい。 The inductor of the phase-advancing unit 50 according to this fourth embodiment may be implemented, for example, by connecting one coil 13 with inductance L/(n+1) between the second power transmission electrodes 12b of the second power transmission electrode pair 12b located on the furthest side of the high-frequency power supply unit 14, as shown in Figure 7(b), in the same manner as in the first embodiment.
また、図8(a)に示す通り、第2実施形態と同様のグランド板19が設けられている場合は、高周波電源部14の最遠側にある第2送電電極対12bの第2送電電極12の間に、インダクタンスL/(2(n+1))である第1コイル13aと第2コイル13bとを、第2実施形態の図4(a)と同様にグランド板19を介して接続することで、実装されてもよい。なお、第1コイル13aと第2コイル13bとの合成インダクタンスがL/(n+1)となれば、各々のインダクタンスは任意のものであってよい。 Furthermore, as shown in Figure 8(a), if a ground plate 19 similar to that in the second embodiment is provided, the first coil 13a and the second coil 13b, having an inductance of L/(2(n+1)), may be connected via the ground plate 19 between the second power transmission electrode 12 of the second power transmission electrode pair 12b located furthest from the high-frequency power supply unit 14, in the same manner as in Figure 4(a) of the second embodiment. Note that as long as the combined inductance of the first coil 13a and the second coil 13b is L/(n+1), the individual inductances can be any value.
また、グランド板19が設けられている場合であっても、図8(b)に示す通り、高周波電源部14の最遠側にある第2送電電極対12bの第2送電電極12の間に、インダクタンスL/(n+1)のコイル13を1つ、第1実施形態と同様に接続することで実装されてもよい。 Furthermore, even when a ground plate 19 is provided, as shown in Figure 8(b), it may be implemented by connecting a single coil 13 with inductance L/(n+1) between the second power transmission electrodes 12b of the second power transmission electrode pair 12b located on the furthest side of the high-frequency power supply unit 14, in the same manner as in the first embodiment.
以上説明した第4実施形態に係る送電装置10によれば、進相部50を構成するインダクタは、高周波電源部14の最遠側にある第2送電電極対12bに対してのみ設けることで、第3実施形態と同様の効果を奏する。 According to the power transmission device 10 of the fourth embodiment described above, the inductor constituting the phase advancement section 50 is provided only for the second power transmission electrode pair 12b located furthest from the high-frequency power supply section 14, thereby achieving the same effects as in the third embodiment.
そのほか、第4実施形態に係る送電装置10は、第1及び第2実施形態に係る送電装置10と同様の構成によって同様の効果を奏する。また、第4実施形態に係る送電装置10を備えた非接触給電システム1は、当該送電装置10が奏する効果を奏する。 Furthermore, the power transmission device 10 according to the fourth embodiment achieves the same effects as the power transmission devices 10 according to the first and second embodiments through the same configuration. Also, the contactless power supply system 1 equipped with the power transmission device 10 according to the fourth embodiment achieves the same effects as the power transmission device 10.
(第5実施形態)
次いで、図9及び図10を参照して、本発明の第5実施形態に係る送電装置10について説明する。図9(a)は、同送電装置10の等価回路図であり、図9(b)は、同送電装置10の実装例を示した概略斜視図であり、図10(a)は、同送電装置10の別の実装例を示した概略斜視図であり、図10(b)は、同送電装置10の更に別の実装例を示した概略斜視図である。
(Fifth Embodiment)
Next, with reference to Figures 9 and 10, a power transmission device 10 according to the fifth embodiment of the present invention will be described. Figure 9(a) is an equivalent circuit diagram of the power transmission device 10, Figure 9(b) is a schematic perspective view showing an example of the implementation of the power transmission device 10, Figure 10(a) is a schematic perspective view showing another example of the implementation of the power transmission device 10, and Figure 10(b) is a schematic perspective view showing yet another example of the implementation of the power transmission device 10.
図9及び図10では、第1~第4実施形態に係る送電装置10と同一の構成については同一の符号を付しており、ここではその説明を省略する。また、第5実施形態に係る非接触給電システム1は、第1~第4実施形態の送電装置10に代えて第5実施形態の送電装置10が用いられるほかは、構成が第1実施形態に係る非接触給電システム1と同一であるため、その説明を省略する。 In Figures 9 and 10, components identical to those in the power transmission device 10 of the first to fourth embodiments are denoted by the same reference numerals, and their explanation is omitted here. Furthermore, the contactless power supply system 1 of the fifth embodiment is identical in configuration to the contactless power supply system 1 of the first embodiment, except that the power transmission device 10 of the fifth embodiment is used instead of the power transmission device 10 of the first to fourth embodiments; therefore, its explanation is omitted.
第3及び第4実施形態では、第1又は第2実施形態における、それぞれの第2送電電極対12bに対して並列に接続された進相部50のインダクタを、1つのインダクタに合成し、高周波電源部14の最近側又は最遠側にある第2送電電極対12bにのみ、その合成されたインダクタを設ける場合について説明した。 In the third and fourth embodiments, a case was described in which the inductors of the phase-advancing unit 50, which were connected in parallel to each of the second power-transmitting electrode pairs 12b in the first or second embodiment, are combined into a single inductor, and this combined inductor is provided only to the second power-transmitting electrode pair 12b located on the nearest or furthest side of the high-frequency power supply unit 14.
これに対し、第5実施形態では、図9(a)の等価回路に示す通り、第1又は第2実施形態における、それぞれの第2送電電極対12bに対して並列に接続された進相部50のインダクタを、2つのインダクタに合成し、その1つを高周波電源部14の最近側にある第2送電電極対12bに設け、もう1つを高周波電源部14の最近側にある第2送電電極対12bに設けている。 In contrast, in the fifth embodiment, as shown in the equivalent circuit of Figure 9(a), the inductors of the phase-advancing unit 50 connected in parallel to each second power-transmitting electrode pair 12b in the first or second embodiment are combined into two inductors. One of these is provided on the second power-transmitting electrode pair 12b closest to the high-frequency power supply unit 14, and the other is also provided on the second power-transmitting electrode pair 12b closest to the high-frequency power supply unit 14.
それぞれのインダクタのインダクタンスを2L/(n+1)とすれば、図2(c)にて示した第1実施形態(高周波電源部14の最近側と最遠側とにはインダクタンス2Lのコイル13が並列に実装され、それ以外にインダクタンスLのコイル13がn個並列に実装されているもの)に係る送電装置10と同等の進相部50を第5実施形態にて構築できる。なお、2つのインダクタは、それぞれのインダクタンスが必ずしも2L/(n+1)でなくてもよく、これら2つのインダクタの合成インダクタンスがL/(n+1)となっていればよい。 If the inductance of each inductor is 2L/(n+1), then a phase-advancing unit 50 equivalent to that of the power transmission device 10 in the first embodiment shown in Figure 2(c) (where two coils 13 with inductance 2L are mounted in parallel on the nearest and furthest sides of the high-frequency power supply unit 14, and n other coils 13 with inductance L are mounted in parallel) can be constructed in the fifth embodiment. Note that the inductances of the two inductors do not necessarily have to be 2L/(n+1); it is sufficient that the combined inductance of these two inductors is L/(n+1).
合成された2つのインダクタを、高周波電源部14の最近側にある第2送電電極対12bと最遠側にある第2送電電極対12bとに設けた場合であっても、第3及び第4実施形態と同様に、この2つのインダクタと、隣接する第1送電電極11及び第2送電電極12との重なりによってそれぞれに形成されたキャパシタ51とが協働することで、高周波電力の位相を進めることができ、結果として送電電極部40において電圧定在波の発生を抑制できる。 Even when the two combined inductors are provided on the second power transmission electrode pair 12b located closest to the high-frequency power supply unit 14 and the second power transmission electrode pair 12b located furthest away, similar to the third and fourth embodiments, the two inductors and the capacitors 51 formed by the overlap of the adjacent first power transmission electrode 11 and second power transmission electrode 12 work together to advance the phase of the high-frequency power, thereby suppressing the generation of voltage standing waves in the power transmission electrode unit 40.
この第5実施形態に係る進相部50のインダクタの実装は、例えば図9(b)に示す通り、高周波電源部14の最近側にある第2送電電極対12bの第2送電電極12の間にインダクタンス2L/(n+1)のコイル13を1つと、高周波電源部14の最遠側にある第2送電電極対12bの第2送電電極12の間にインダクタンス2L/(n+1)のコイル13を1つ、第1実施形態と同様に接続することで行われてもよい。 The inductor of the phase-advancing unit 50 according to this fifth embodiment may be implemented, for example, as shown in Figure 9(b), by connecting one coil 13 with inductance 2L/(n+1) between the second power transmission electrodes 12 of the second power transmission electrode pair 12b located closest to the high-frequency power supply unit 14, and another coil 13 with inductance 2L/(n+1) between the second power transmission electrodes 12 of the second power transmission electrode pair 12b located furthest from the high-frequency power supply unit 14, in the same manner as in the first embodiment.
また、図10(a)に示す通り、第2実施形態と同様のグランド板19が設けられている場合は、高周波電源部14の最近側にある第2送電電極対12bの第2送電電極12の間に、インダクタンスL/(n+1)である第1コイル13aと第2コイル13bとを、第2実施形態の図4(a)と同様にグランド板19を介して接続し、高周波電源部14の最遠側にある第2送電電極対12bの第2送電電極12の間に、インダクタンスL/(n+1)である第1コイル13aと第2コイル13bとを、第2実施形態の図4(a)と同様にグランド板19を介して接続することで、実装されてもよい。 Furthermore, as shown in Figure 10(a), if a ground plate 19 similar to that of the second embodiment is provided, the first coil 13a and the second coil 13b, having an inductance of L/(n+1), may be connected via the ground plate 19 between the second power transmission electrodes 12 of the second power transmission electrode pair 12b located closest to the high-frequency power supply unit 14, similar to Figure 4(a) of the second embodiment. The first coil 13a and the second coil 13b, also having an inductance of L/(n+1), may be connected via the ground plate 19 between the second power transmission electrodes 12 of the second power transmission electrode pair 12b located furthest from the high-frequency power supply unit 14, similar to Figure 4(a) of the second embodiment.
なお、高周波電源部14の最近側にある第2送電電極対12bに実装される第1コイル13aと第2コイル13bとは、合成インダクタンスがL/(n+1)となれば、各々のインダクタンスは任意のものであってよい。同様に、高周波電源部14の最遠側にある第2送電電極対12bに実装される第1コイル13aと第2コイル13bとにおいても、合成インダクタンスがL/(n+1)となれば、各々のインダクタンスは任意のものであってよい。 Furthermore, the first coil 13a and the second coil 13b, mounted on the second power transmission electrode pair 12b located closest to the high-frequency power supply unit 14, may have arbitrary inductances as long as their combined inductance is L/(n+1). Similarly, the first coil 13a and the second coil 13b, mounted on the second power transmission electrode pair 12b located furthest from the high-frequency power supply unit 14, may also have arbitrary inductances as long as their combined inductance is L/(n+1).
また、グランド板19が設けられている場合であっても、図10(b)に示す通り、高周波電源部14の最近側と最遠側にあるそれぞれの第2送電電極対12bの第2送電電極12の間に、インダクタンス2L/(n+1)のコイル13を1つずつ、第1実施形態と同様に接続することで実装されてもよい。 Furthermore, even when a ground plate 19 is provided, as shown in Figure 10(b), it may be implemented by connecting one coil 13 with an inductance of 2L/(n+1) between the second power transmission electrodes 12b of the second power transmission electrode pairs 12b located on the nearest and furthest sides of the high-frequency power supply unit 14, in the same manner as in the first embodiment.
以上説明した第5実施形態に係る送電装置10によれば、次の効果を奏する。 The power transmission device 10 according to the fifth embodiment described above provides the following effects.
(7)進相部50を構成するインダクタは、高周波電源部14の最近側にある第2送電電極対12bと最遠側にある第2送電電極対12bとに対してのみ設けられるので、第1及び第2実施形態と比して部品点数を削減でき、コストを下げることができる。また、実装の容易性も向上することができる。 (7) Since the inductors constituting the phase advancement unit 50 are provided only for the second power transmission electrode pair 12b located closest to the high-frequency power supply unit 14 and the second power transmission electrode pair 12b located furthest away, the number of components can be reduced compared to the first and second embodiments, thereby lowering costs. Furthermore, ease of mounting can also be improved.
(8)インダクタを2つのインダクタに合成することで、そのインダクタに必要なインダクタンスを2L/(n+1)と小さくできる。よって、第1及び第2実施形態と比して、そのインダクタを実装するために必要なコイル13又は第1コイル13a及び第2コイル13bを小さくできる。よって、コストの低減や実装の容易性を向上させることができる。 (8) By combining the inductor into two inductors, the required inductance for that inductor can be reduced to 2L/(n+1). Therefore, compared to the first and second embodiments, the coil 13 or the first coil 13a and second coil 13b required to mount the inductor can be reduced. Therefore, cost reduction and ease of mounting can be improved.
(9)進相部50は、2つのインダクタにより構成されるため、1つのインダクタにより構成される第3及び第4実施形態の場合と比して、より精度よく高周波電力の位相を進めることができる。 (9) Since the phase advance unit 50 is composed of two inductors, it can advance the phase of high-frequency power with greater precision compared to the third and fourth embodiments, which are composed of one inductor.
そのほか、第5実施形態に係る送電装置10は、第1及び第2実施形態に係る送電装置10と同様の構成によって同様の効果を奏する。また、第5実施形態に係る送電装置10を備えた非接触給電システム1は、当該送電装置10が奏する効果を奏する。 Furthermore, the power transmission device 10 according to the fifth embodiment achieves the same effects as the power transmission devices 10 according to the first and second embodiments through the same configuration. Also, the contactless power supply system 1 equipped with the power transmission device 10 according to the fifth embodiment achieves the same effects as the power transmission device 10.
(第6実施形態)
次いで、図11を参照して、本発明の第6実施形態に係る送電装置10について説明する。図11(a)は、同送電装置10の進相部50を構成するプリントパターンコイル13cを模式的に示した概略平面図であり、図11(b)は、図11(a)に示す切断線XIbで切断した場合の切断端面図である。
(Sixth Embodiment)
Next, with reference to Figure 11, a power transmission device 10 according to the sixth embodiment of the present invention will be described. Figure 11(a) is a schematic plan view showing the printed pattern coil 13c constituting the phase advancement section 50 of the power transmission device 10, and Figure 11(b) is a cross-section view when cut along the cutting line XIb shown in Figure 11(a).
図11(a)及び(b)では、第1~第5実施形態に係る送電装置10と同一の構成については同一の符号を付しており、ここではその説明を省略する。また、第6実施形態に係る非接触給電システム1は、第1~第5実施形態の送電装置10に代えて第6実施形態の送電装置10が用いられるほかは、構成が第1実施形態に係る非接触給電システム1と同一であるため、その説明を省略する。 In Figures 11(a) and (b), the same reference numerals are used for components identical to those in the power transmission device 10 of the first to fifth embodiments, and their explanation is omitted here. Furthermore, the contactless power supply system 1 of the sixth embodiment is identical in configuration to the contactless power supply system 1 of the first embodiment, except that the power transmission device 10 of the sixth embodiment is used instead of the power transmission device 10 of the first to fifth embodiments; therefore, its explanation is omitted.
第1~第5実施形態では、進相部50のインダクタとして、空芯もしくはフェライトコアによる立体形状のコイル13、第1コイル13a、第2コイル13bを用いる場合について説明した。これに対し、第6実施形態では、コイル13、第1コイル13a及び第2コイル13bをプリント基板60上に印刷されたパターンにより形成されるプリントパターンコイル13cによって構成する。 In the first to fifth embodiments, the case in which the phase-advancing unit 50 uses a three-dimensional coil 13, a first coil 13a, and a second coil 13b made of an air core or ferrite core was described. In contrast, in the sixth embodiment, the coil 13, the first coil 13a, and the second coil 13b are composed of printed pattern coils 13c formed by patterns printed on a printed circuit board 60.
例えば、図11(a)及び(b)に示す通り、対となる第2送電電極12の間に、プリント基板60が設けられ、そのプリント基板60上に導体による矩形コイルパターンが印刷されて、プリントパターンコイル13cが形成される。 For example, as shown in Figures 11(a) and (b), a printed circuit board 60 is provided between the pair of second power transmission electrodes 12, and a rectangular coil pattern made of conductors is printed on the printed circuit board 60 to form a printed pattern coil 13c.
そして、プリント基板上に形成されたプリントパターンコイル13cの一端が、対となる第2送電電極12の一方に接続され、プリントパターンコイル13cの他端が、対となる第2送電電極12の他方に接続されることで、当該プリントパターンコイル13cは、第1実施形態における進相部50のコイル13と同等に機能する。 Furthermore, one end of the printed pattern coil 13c formed on the printed circuit board is connected to one of the paired second power transmission electrodes 12, and the other end of the printed pattern coil 13c is connected to the other of the paired second power transmission electrodes 12. Thus, the printed pattern coil 13c functions in the same way as the coil 13 of the phase advancement unit 50 in the first embodiment.
また、プリント基板上に形成されたプリントパターンコイル13cの一端が、対となる第2送電電極12の一方又は他方に接続され、プリントパターンコイル13cの他端が、グランド板19(図4(a)参照)に接続されることで、プリントパターンコイル13cは、第2実施形態における進相部50の第1コイル13a又は第2コイル13bと同等に機能する。 Furthermore, one end of the printed pattern coil 13c formed on the printed circuit board is connected to one or the other of the paired second power transmission electrodes 12, and the other end of the printed pattern coil 13c is connected to the ground plate 19 (see Figure 4(a)). Thus, the printed pattern coil 13c functions in the same way as the first coil 13a or the second coil 13b of the phase advancement unit 50 in the second embodiment.
以上説明した第6実施形態に係る送電装置10によれば、次の効果を奏する。 The power transmission device 10 according to the sixth embodiment described above provides the following effects.
(10)進相部50のインダクタが、プリント基板60上に印刷されたパターンにより形成されるプリントパターンコイル13cによって構成されるので、インダクタが平面化される。よって、そのインダクタの実装に必要な体積を低減できるので、インダクタの実装の容易化を図ることができる。 (10) Since the inductor of the phase-advancing unit 50 is composed of a printed pattern coil 13c formed by a pattern printed on the printed circuit board 60, the inductor is planar. Therefore, the volume required for mounting the inductor can be reduced, making it easier to mount the inductor.
そのほか、第6実施形態に係る送電装置10は、第1~第5実施形態に係る送電装置10と同様の構成によって同様の効果を奏する。また、第6実施形態に係る送電装置10を備えた非接触給電システム1は、当該送電装置10が奏する効果を奏する。 Furthermore, the power transmission device 10 according to the sixth embodiment achieves the same effects as the power transmission devices 10 according to the first to fifth embodiments through the same configuration. Also, the contactless power supply system 1 equipped with the power transmission device 10 according to the sixth embodiment achieves the same effects as the power transmission device 10.
(変形例)
以上、実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変形が可能であることは容易に推察できるものである。
(Variant)
Although the present invention has been described above based on embodiments, it can be easily inferred that the present invention is not limited in any way to the above embodiments, and that various improvements and modifications are possible without departing from the spirit of the present invention.
例えば、各実施形態は、それぞれ、他の実施形態が有する構成の一部又は複数部分を、その実施形態に追加し或いはその実施形態の構成の一部又は複数部分と交換等することにより、その実施形態を変形して構成するようにしても良い。また、上記実施形態で挙げた数値は一例であり、他の数値を採用することは当然可能である。 For example, each embodiment may be constructed by modifying it by adding or replacing some or more components of other embodiments with those components. Furthermore, the numerical values given in the above embodiments are merely examples, and it is naturally possible to use other numerical values.
例えば、上記各実施形態では、送電電極部40が、第1送電電極11が第1送電電極形成層11aに形成され、第2送電電極12が第1送電電極形成層11aとは位置(深さ)の異なる第2送電電極形成層12aに形成される、即ち、2層に分かれて送電電極が形成される場合について説明したが、送電電極は3層以上の複数層に分かれて構成されてもよい。この場合、隣接する送電電極は異なる層に形成されつつ、隣接する送電電極同士の重なりによる容量結合よって、進相部50のキャパシタ51を形成すればよい。 For example, in the above embodiments, the power transmission electrode section 40 was described in which the first power transmission electrode 11 is formed in the first power transmission electrode forming layer 11a, and the second power transmission electrode 12 is formed in the second power transmission electrode forming layer 12a, which is at a different position (depth) from the first power transmission electrode forming layer 11a, that is, the power transmission electrodes are formed in two layers. However, the power transmission electrodes may be composed of three or more layers. In this case, adjacent power transmission electrodes are formed in different layers, and the capacitor 51 of the phase-advancing section 50 can be formed by capacitive coupling due to the overlap of adjacent power transmission electrodes.
また、第2送電電極12が、第1送電電極11を挟むようにして、複数の層にまたがって形成されるようにしてもよい。例えば、図12(a)に示すように、第1送電電極11の下層に第2下層送電電極12cが形成され、第1送電電極11の上層に第2上層送電電極12dが形成される。この第2下層送電電極12cと第2上層送電電極12dとは、同じ面積を有する平板上の導体であり、第1送電電極11と第2下層送電電極12cとの重なり面積と、第1送電電極11と第2上層送電電極12dとの重なり面積とが同じとなるように積層される。また、第2下層送電電極12cと第2上層送電電極12dとが、導体12eによって電気的に接続される。 Furthermore, the second power transmission electrode 12 may be formed across multiple layers, sandwiching the first power transmission electrode 11. For example, as shown in Figure 12(a), the second lower power transmission electrode 12c is formed in the layer below the first power transmission electrode 11, and the second upper power transmission electrode 12d is formed in the layer above the first power transmission electrode 11. The second lower power transmission electrode 12c and the second upper power transmission electrode 12d are flat conductors with the same area, and they are stacked such that the overlapping area of the first power transmission electrode 11 and the second lower power transmission electrode 12c is the same as the overlapping area of the first power transmission electrode 11 and the second upper power transmission electrode 12d. The second lower power transmission electrode 12c and the second upper power transmission electrode 12d are electrically connected by a conductor 12e.
これにより、第1送電電極11と第2下層送電電極12cと重なりによる容量結合によってキャパシタンスCLのキャパシタが形成され、第1送電電極11と第2上層送電電極12dと重なりによる容量結合によってキャパシタンスCUのキャパシタが形成される。ここで、第2下層送電電極12cと第2上層送電電極12dとは、導体12eの接続によって1つの第2送電電極12とみなすことができ、その1つとみなされる第2送電電極12と第1送電電極11との間に、キャパシタンス(CL+CU)のキャパシタが形成されているのと等価である。 As a result, a capacitor with capacitance CL is formed by capacitive coupling between the first transmission electrode 11 and the second lower transmission electrode 12c due to overlap, and a capacitor with capacitance CU is formed by capacitive coupling between the first transmission electrode 11 and the second upper transmission electrode 12d due to overlap. Here, the second lower transmission electrode 12c and the second upper transmission electrode 12d can be considered as a single second transmission electrode 12 by the connection of the conductor 12e, and it is equivalent to forming a capacitor with capacitance ( CL + CU ) between this single second transmission electrode 12 and the first transmission electrode 11.
そして、第2上層送電電極12dと第2下層送電電極12cとの距離が一定に保たれることが確約できる場合において、第1送電電極11が設計よりも第2下層送電電極12cから離れ、第2上層送電電極12dに寄って形成されたとき、キャパシタンスCLは減少するものの、キャパシタンスCUによってその減少分が吸収される。また、第1送電電極11が設計よりも第2下層送電電極12cに寄り、第2上層送電電極12dから離れて形成されたとき、キャパシタンスCUは増加するものの、キャパシタンスCLによって増加分が吸収される。結果として、1つとみなされる第2送電電極12と第1送電電極11との間のキャパシタンス(CL+CU)はおおよそ一定に保たれるので、精度のよく高周波電力の位相を進めることができる進相部50を構成できる。 Furthermore, when it can be guaranteed that the distance between the second upper transmission electrode 12d and the second lower transmission electrode 12c remains constant, if the first transmission electrode 11 is formed further away from the second lower transmission electrode 12c and closer to the second upper transmission electrode 12d than designed, the capacitance CL decreases, but this decrease is absorbed by the capacitance CU . Also, if the first transmission electrode 11 is formed closer to the second lower transmission electrode 12c and further away from the second upper transmission electrode 12d than designed, the capacitance CU increases, but this increase is absorbed by the capacitance CL . As a result, the capacitance ( CL + CU ) between the second transmission electrode 12 and the first transmission electrode 11, which are considered as one, remains approximately constant, thus enabling the formation of a phase advance unit 50 that can advance the phase of high-frequency power with high accuracy.
なお、図12(b)に示す通り、導体12eは必ずしも設けなくてもよく、第2上層送電電極12dと第2下層送電電極12cとが独立して存在してもよい。この場合であっても、第2下層送電電極12cと第2上層送電電極12dとで仮想的に1つの第2送電電極12とみなすことができ、図12(a)の場合と同等の作用効果を得ることができる。 As shown in Figure 12(b), the conductor 12e is not necessarily required, and the second upper transmission electrode 12d and the second lower transmission electrode 12c may exist independently. Even in this case, the second lower transmission electrode 12c and the second upper transmission electrode 12d can be virtually considered as a single second transmission electrode 12, and the same effects and advantages as in Figure 12(a) can be obtained.
上記各実施形態では、進相部50のインダクタが、全ての第2送電電極対12bについて設けられるか、高周波電源部14の最近側及び/又は最遠側の第2送電電極対12bにのみに設けられる場合について説明したが、これに限られるものではなく、任意の第2送電電極対12bに対して、進相部50のインダクタを設けてもよい。例えば、第2送電電極対12bを所定の単位毎にまとめ、その所定の単位の中でインダクタを合成して1つのインダクタとして、所定の単位に含まれる1の第2送電電極対12bに設けるようにしてもよい。インダクタの数を減らすことで、使用する部品が減ってコスト低減を図ることができ、また、インダクタの実装の自由度を高めることができる。一方で、複数のインダクタを適宜用いることで、精度よく高周波電力の位相を進めることができる進相部50を構築できる。 In the embodiments described above, the inductors of the phase-advancing unit 50 were either provided for all second power transmission electrode pairs 12b or only for the nearest and/or furthest second power transmission electrode pairs 12b of the high-frequency power supply unit 14. However, the invention is not limited to these cases, and the inductors of the phase-advancing unit 50 may be provided for any second power transmission electrode pairs 12b. For example, the second power transmission electrode pairs 12b may be grouped into predetermined units, and the inductors within these predetermined units may be combined into a single inductor, which may then be provided for one second power transmission electrode pair 12b included in the predetermined unit. Reducing the number of inductors reduces the number of components used, thereby lowering costs, and also increases the flexibility of inductor mounting. On the other hand, by appropriately using multiple inductors, a phase-advancing unit 50 that can accurately advance the phase of high-frequency power can be constructed.
1 非接触給電システム
10 送電装置
11 第1送電電極
11a 第1送電電極形成層
11b 第1送電電極対
12 第2送電電極
12a 第2送電電極形成層
12b 第2送電電極対
13 コイル(インダクタ)
13a 第1コイル(インダクタの一部)
13b 第2コイル(インダクタの一部)
13c プリントパターンコイル
14 高周波電源部
19 グランド板
20 受電装置
21 受電電極
31 バッテリ(負荷)
40 送電電極部
50 進相部
51 キャパシタ
1. Contactless power supply system 10. Power transmission device 11. First power transmission electrode 11a. First power transmission electrode forming layer 11b. First power transmission electrode pair 12. Second power transmission electrode 12a. Second power transmission electrode forming layer 12b. Second power transmission electrode pair 13. Coil (inductor).
13a First coil (part of the inductor)
13b Second coil (part of the inductor)
13c Printed pattern coil 14 High-frequency power supply unit 19 Ground plate 20 Power receiving device 21 Power receiving electrode 31 Battery (load)
40 Power transmission electrode section 50 Phase advance section 51 Capacitor
Claims (9)
前記受電電極へ電力を送信する複数の送電電極が縦続に接続されて構成される送電電極部と、
その送電電極部に高周波電力を供給する高周波電源部と、を備え、
前記送電電極部は、
前記送電電極が形成される複数の送電電極形成層と、
縦続に接続された隣接する前記送電電極間の少なくとも一部に、供給された前記高周波電力の位相を進めるための進相部と、を備え、
その進相部は、前記送電電極と直列に接続されるキャパシタを備え、
そのキャパシタは、異なる前記送電電極形成層に形成された隣接する前記送電電極の重なりより得られる容量結合によって形成することを特徴とする送電装置。 A power transmission device that transmits power to a power receiving device equipped with power receiving electrodes that receive power and supplies the received power to a load, using an electric field coupling method in a non-contact manner,
A power transmission electrode section is configured by connecting multiple power transmission electrodes in series to transmit power to the power receiving electrode,
It comprises a high-frequency power supply unit that supplies high-frequency power to the power transmission electrode section,
The aforementioned power transmission electrode section is
A plurality of power transmission electrode forming layers on which the power transmission electrodes are formed,
The system includes a phase advance unit for advancing the phase of the supplied high-frequency power, located at least in part between adjacent power transmission electrodes connected in cascade,
The phase advancement unit includes a capacitor connected in series with the power transmission electrode,
The power transmission device is characterized in that the capacitor is formed by capacitive coupling obtained from the overlap of adjacent power transmission electrodes formed on different power transmission electrode forming layers.
前記送電電極対のうち一方の送電電極が隣接する送電電極対の一方の送電電極と縦続に接続され、他方の送電電極が前記隣接する送電電極対の他方の送電電極と縦続に接続されることで、複数の前記送電電極対が縦続に接続され、
前記進相部は、縦続に接続された隣接する前記送電電極対間の少なくとも一部に設けられることを特徴とする請求項1記載の送電装置。 The power transmission electrode section consists of a pair of power transmission electrodes, and power supplied from the high-frequency power supply section is transmitted to this power transmission electrode pair.
Multiple pairs of power transmission electrodes are connected in series, such that one power transmission electrode of one pair is connected in series with one power transmission electrode of an adjacent pair, and the other power transmission electrode is connected in series with the other power transmission electrode of the adjacent pair.
The power transmission device according to claim 1, characterized in that the phase advancement portion is provided in at least a portion of the space between adjacent pairs of power transmission electrodes connected in cascading.
そのインダクタは、所定の送電電極対に設けられた対をなす送電電極間に形成されることを特徴とする請求項2記載の送電装置。 The phase advancement unit includes an inductor that works in cooperation with the capacitor to advance the phase of the high-frequency power.
The power transmission device according to claim 2, characterized in that the inductor is formed between a pair of power transmission electrodes provided on a predetermined power transmission electrode pair.
前記インダクタは、
一端が前記対をなす送電電極の一方に接続され、他端が前記グランド板に接続された第1コイルと、
一端が前記対をなす送電電極の他方に接続され、他端が前記グランド板に接続された第2コイルと、を備えることを特徴とする請求項3記載の送電装置。 Equipped with a ground plate maintained at a reference potential,
The aforementioned inductor is
A first coil, one end of which is connected to one of the pair of power-transmitting electrodes and the other end of which is connected to the ground plate,
The power transmission device according to claim 3, further comprising a second coil, one end of which is connected to the other of the pair of power transmission electrodes, and the other end of which is connected to the ground plate.
請求項1から8のいずれかに記載の送電装置と、
その送電装置の送電電極から送信される電力を電界結合方式により非接触にて受信する受電電極を備え、受信した電力を前記負荷に対して給電する受電装置と、を備えることを特徴とする非接触給電システム。
A contactless power supply system that supplies power to a load without contact,
A power transmission device according to any one of claims 1 to 8,
A contactless power supply system characterized by comprising a receiving electrode that receives power transmitted from the transmitting electrode of a power transmission device in a contactless manner using an electric field coupling method, and a receiving device that supplies the received power to the load.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2022073902A JP7836076B2 (en) | 2022-04-27 | 2022-04-27 | Power transmission equipment and contactless power supply system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2022073902A JP7836076B2 (en) | 2022-04-27 | 2022-04-27 | Power transmission equipment and contactless power supply system |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2023163083A JP2023163083A (en) | 2023-11-09 |
| JP7836076B2 true JP7836076B2 (en) | 2026-03-26 |
Family
ID=88651263
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2022073902A Active JP7836076B2 (en) | 2022-04-27 | 2022-04-27 | Power transmission equipment and contactless power supply system |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP7836076B2 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2024018532A (en) * | 2022-07-29 | 2024-02-08 | 古河電気工業株式会社 | Wireless power transmission device, wireless power receiving device, and wireless power transmission system |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2019068581A (en) | 2017-09-29 | 2019-04-25 | 国立大学法人豊橋技術科学大学 | Power transmission electrode device and wireless power supply system using the same |
| JP2021180597A (en) | 2020-05-15 | 2021-11-18 | 株式会社デンソー | Non-contact power supply path and construction method thereof |
| JP2021534715A (en) | 2018-08-24 | 2021-12-09 | イーサーダイン テクノロジーズ インコーポレイテッドEtherdyne Technologies Inc | Large area power transmitter for wireless power transfer |
-
2022
- 2022-04-27 JP JP2022073902A patent/JP7836076B2/en active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2019068581A (en) | 2017-09-29 | 2019-04-25 | 国立大学法人豊橋技術科学大学 | Power transmission electrode device and wireless power supply system using the same |
| JP2021534715A (en) | 2018-08-24 | 2021-12-09 | イーサーダイン テクノロジーズ インコーポレイテッドEtherdyne Technologies Inc | Large area power transmitter for wireless power transfer |
| JP2021180597A (en) | 2020-05-15 | 2021-11-18 | 株式会社デンソー | Non-contact power supply path and construction method thereof |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2023163083A (en) | 2023-11-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6179826B2 (en) | Charging and feeding system for vehicles | |
| JP5641891B2 (en) | Charging and feeding system for vehicles | |
| CN102484307A (en) | Wireless power transmission system and resonator for the system | |
| JP7447457B2 (en) | Contactless power supply system | |
| WO2013133255A1 (en) | Contactless power transfer device | |
| CN108028549A (en) | Contactless power supply device | |
| JP2011223703A (en) | Portable type non-contact power supply device | |
| Al-Saadi et al. | Capacitive Power Transfer for Wireless Batteries Charging. | |
| JP7836076B2 (en) | Power transmission equipment and contactless power supply system | |
| CN109075610B (en) | Power transmission device and wireless power transfer system | |
| JP6726081B2 (en) | Transport device | |
| KR101142096B1 (en) | Harmonic emission prevented wireless power supply | |
| JP2019176697A (en) | Electrode unit, power transmitting device, power receiving device, and wireless power transmission system | |
| JP7798332B2 (en) | Wireless power transmission system, power transmitting device, power receiving device, and mobile object | |
| CN114175452B (en) | Contactless power supply system | |
| JP2021072645A (en) | Power supply device, power reception device and non-contact power supply system | |
| JP2026026356A (en) | Contactless power supply system and power transmission device | |
| JP2022102234A (en) | Wireless power supply device | |
| JP7726637B2 (en) | Coil, power transmitting device, power receiving device, and power transmission system | |
| WO2022172691A1 (en) | Non-contact power receiving device and non-contact power feeding system | |
| JP7847847B2 (en) | Contactless power supply system, power transmission device, and power receiving device | |
| Yerazunis et al. | Power delivery optimization for a mobile power transfer system based on resonator arrays | |
| JP2024040809A (en) | Power transmission equipment and contactless power supply system | |
| US20140054972A1 (en) | Wireless power transmission system | |
| JP2023131597A (en) | antenna device |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20250121 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20251030 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20251031 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20260303 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20260306 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7836076 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |