CN107223301A - 谐振型电力传输装置 - Google Patents

Abstract

一种谐振型电力传输装置，将嵌合配置了发送天线(5)与接收天线(6)的收发部(3)多个系统相对地配置来各自传输单一频率的电力，该谐振型电力传输装置具备磁性片材(7)，该磁性片材(7)被设置在所述系统间，以发送天线(5)及接收天线(6)中最小外径的十分之一以上的距离离开收发部(3)而相对地配置。

Description

谐振型电力传输装置

技术领域

本发明涉及一种谐振型电力传输装置，其将嵌合配置了发送天线与接收天线的收发部多个系统相对地配置来各自传输单一频率的电力。

背景技术

以往，已知仅使用固定的单一频率来实现高效率的多路复用电力传输的技术(例如参照专利文献1)。此专利文献1所公开的多路复用电力传输系统中，通过将由发送天线和接收天线组成的收发部设置多个系统、离开系统间的天线位置以使得相邻的系统间的耦合系数达到规定值以下，从而减少了相互干扰。另外，通过在系统间插入屏蔽材料，来减少相互干扰。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开第2014-90650号公报

发明内容

本发明所要解决的技术问题

专利文献1的多路复用传输系统中，假定将多个系统的收发部排列在平面上。与此相对，在将上述的多路复用传输系统应用于旋转接头或滑环等旋转体的情况下，将收发部的发送天线与接收天线嵌合配置，使各系统的收发部相对配置。在此情况下，由于各系统的发送天线及接收天线与相邻系统的发送天线及接收天线相对，所以磁通变得易耦合，从而相互干扰增加。因此，存在以下问题，即，若不适当地设定电磁屏蔽材料的配置，则不能实现各系统独立的电力传输以及其电力传输的高效化。另外，也不能实现多路复用传输系统的小型化。

本发明是为了解决上述那样的问题而完成的，其目的在于提供一种谐振型电力传输装置，其将嵌合配置了发送天线与接收天线的收发部多个系统相对地配置来各自传输单一频率的电力，该谐振型电力传输装置能够减少相互干扰。

解决技术问题所采用的技术方案

本发明的涉及谐振型电力传输装置，将嵌合配置了发送天线与接收天线的收发部多个系统相对地配置来各自传输单一频率的电力，该谐振型电力传输装置具备磁性片材，该磁性片材被设置在系统间，以发送天线及接收天线中最小外径的十分之一以上的距离离开收发部而相对地配置。

发明效果

根据本发明，由于如上所述那样构成，所以在将嵌合配置了发送天线与接收天线的收发部多个系统相对地配置来各自传输单一频率的电力的谐振型电力传输装置中，能够减少相互干扰。

附图说明

图1是示出本发明的实施方式1的谐振型电力传输装置的结构的示意图。

图2是示出用于说明本发明的实施方式1的谐振型电力传输装置的效果的结构的图，图2(a)是表示收发部及磁性片材的示意图，图2(b)是表示(a)的收发部的主视图，图2(c)是(a)的侧视图。

图3是利用了图2的结构的模拟结果。

图4是说明本发明的实施方式1的谐振型电力传输装置的效果的图，图4(a)是表示收发部的示意图，图4(b)是模拟结果。

图5是表示本发明的实施方式1的谐振型电力传输装置的另一结构的示意图。

图6是表示本发明的实施方式1的谐振型电力传输装置的另一结构的主视图。

图7是表示本发明的实施方式2的谐振型电力传输装置的结构的示意图。

图8是表示本发明的实施方式2的谐振型电力传输装置的另一结构的示意图。

图9是表示本发明的实施方式2的谐振型电力传输装置的另一结构的示意图。

图10是表示本发明的实施方式2的谐振型电力传输装置的另一结构的示意图。

图11是表示本发明的实施方式2的谐振型电力传输装置的另一结构的示意图。

图12是表示本发明的实施方式2的谐振型电力传输装置的另一结构的示意图。

图13是表示本发明的实施方式3的谐振型电力传输装置的各系统的磁场相位的图。

具体实施方式

以下，参照附图，对本发明的实施方式进行具体说明。

实施方式1.

图1是表示本发明的实施方式1的谐振型电力传输装置的结构的示意图。

谐振型电力传输装置由一次电源1、发送电源电路2、收发部3以及接收电源电路4构成。另外，收发部3被设置于旋转接头或滑环等旋转体(未图示)，具有嵌合配置的发送天线5与接收天线6。而且，谐振型电力传输装置中，为了进行多路复用电力传输，多个系统各自具有发送电源电路2、发送天线5、接收天线6以及接收电源电路4(图1的示例中示出设置有三系统的情况，在各功能部的标号标注后缀标记a～c)。另外，在收发部3的系统间设置有磁性片材7。

一次电源1向各发送电源电路2提供直流电或交流电。

发送电源电路2配置在一次电源1与发送天线5之间，具有：从一次电源1输入直流电或交流电，将某单一频率的交流电提供给成对的发送天线5的功能；以及通过共振阻抗控制来使成对的发送天线5的谐振条件成立的功能。此时，对谐振频率进行调谐。

发送天线5经由成对的发送电源电路2将从一次电源1提供的电力向接收天线6传输。

接收天线6接收来自成对的发送天线5的电力。图1的示例中，示出了在发送天线5的内侧配置接收天线6的情况，反之也可以在接收天线6的内侧配置发送天线5。通过此接收天线6所接收的电力经由接收电源电路4提供给负载设备等(未图示)。

另外，收发部3的电力传输方式不特别限定，可以是利用磁场共振的方式、利用电场共振的方式、利用电磁感应的方式的任一种。

接收电源电路4配置在接收天线6与负载设备等之间，通过输入阻抗控制来使成对的接收天线6的谐振条件成立。此时，对谐振频率进行调谐。

磁性片材7减少收发部3的系统间的相互干扰，将如铁氧体或非晶体等那样透磁率的实部较高、虚部较低的磁性体构成为片材状而得。此磁性片材7被配置为以该收发部3的发送天线5及接收天线6中最小外径的十分之一以上的距离离开相邻的收发部3(图1的距离L1)。图1的示例中，磁性片材7隔开接收天线6的外径的十分之一以上而配置。另外，图1的示例中，磁性片材7具有包含将收发部3相对于轴向垂直投影的面的面。即，磁性片材7在系统间构成为覆盖整个收发部3。

另外，从收发部3不只发射磁场，还发射电场。于是，为了防止此电场向其他系统泄漏，也可以使磁性片材7由两片片材构成，在此片材间设置具有自由电子的构件(导体)。作为此导体，可列举铜及铝等金属构件、碳纤维、导电性塑料等。另外，导体例如构成为片材状、网状、环状等形状。

另外，收发部3被配置为以发送天线5及接收天线6中最小外径的二分之一以上的距离离开相邻系统的收发部3(图1的距离L2)。图1的示例中，各收发部3被配置为离开接收天线6的外径的二分之一以上的距离。

接着，说明如上所述构成的谐振型电力传输装置的效果。

首先，参照图2、3，说明在收发部3的系统间配置了磁性片材7、或磁性片材7及导体所产生的效果。在此，如图2所示，使用了在外侧分别配置了天线5a～5c，在内侧分别配置了天线6a～6c的三系统的收发部3a～3c。另外，发送天线5a～5c和接收天线6a～6c的外径如图2(b)所示。另外，收发部3a～3c与磁性片材7的距离如图2(c)所示。即，图2所示的磁性片材7被配置为离开接收天线6a～6c的外径的十分之一以上的距离。另外，不只在收发部3的系统间设置磁性片材7，在设置磁性片材7及导体的情况下也以相同条件进行配置。再者，在此使用了铁氧体作为磁性片材7，使用了铜板作为导体。

在图2所示的条件下，收发部3a～3b的系统间什么都不插入的情况，配置了磁性片材7的情况，配置了磁性片材7及导体的情况下，将模拟各系统中的电力传输效率的结果在图3中示出。在图3中，标号301示出了收发部3b中的电力传输效率，标号302示出了收发部3a、3c中的电力传输效率。在此，由于两端的收发部3a、3c对称地构成，所以电力传输效率是相等的。

如该图3所示，在收发部3a～3c的系统间什么都不插入的情况下，各系统中的电力传输效率较低，此外其偏差较大。在此，各系统的电力传输效率的偏差较大意味着系统间的相互干扰较大。

另一方面，在收发部3a～3c的系统间配置了磁性片材7的情况下，从收发部3发射的磁通集中至该磁性片材7，无磁损耗地流过磁性片材7。其结果，能够减少系统间的相互干扰。由此，各系统中的电力传输效率提高，此外其偏差变小。

再者，使磁性片材7相对于收发部3离开发送天线5或接收天线6中最小外径的十分之一的距离以上的理由是因为：若使磁性片材7过于靠近收发部3，则收发部3与磁性片材7的干扰变强，会发生损耗。

另外，在收发部3a～3c的系统间配置了磁性片材7及导体的情况下，从收发部3发射的电场比仅配置了磁性片材7的情况减少。其结果，各系统中的电力传输效率进一步提高，此外其偏差进一步变小。

另外，参照图4，说明收发部3的系统间的距离。在此，如图4(a)所示，使用在外侧配置了天线5a～5c、在内侧配置了天线6a～6c的三系统的收发部3a～3c。再者，设为在收发部3的系统间什么都不插入的状态。另外，发送天线5a～5c和接收天线6a～6c的外径与图2(b)相同。对于以此图4(a)所示的条件使收发部3a～3c的系统间的距离变化的情况，在图4(b)中示出将模拟各系统中的电力传输效率的结果。在图4(b)中，标号401示出了收发部3b中的电力传输效率，标号402示出了收发部3a、3c中的电力传输效率。在此，由于两端的收发部3a、3c被对称地构成，所以电力传输效率相等。

如该图4(b)所示，通过使收发部3a～3c的系统间的距离离开作为最小外径的接收天线6的外径的二分之一以上(图4的示例中18mm以上)，从而电力传输效率提高。

如上文所述，根据本实施方式1，在收发部3的系统间具备以发送天线5及接收天线6中最小外径的十分之一以上的距离离开收发部3而相对地配置的磁性片材7，因此在将嵌合配置了发送天线5与接收天线6的收发部3多个系统相对地配置来各自传输单一频率的电力的谐振型电力传输装置中，能够减少相互干扰。其结果，在多个系统的收发部3中，能进行独立的高效率电力传输。

另外，通过由两片片材来构成磁性片材7，在该两片片材之间设置具有自由电子的导体，从而能进一步进行高效率的电力传输。

再者，上述说明中，示出了磁性片材7在系统间构成为覆盖整个收发部3的情况。然而不限于此，例如也可以如图5所示那样使得磁性片材7具有包含将接收天线6相对于轴向垂直投影的面的面，与此接收天线6相对地配置。另外，例如也可以如图6所示那样使得磁性片材7具有包含将发送天线5相对于轴向垂直投影的面的面，与该发送天线5相对地配置。再者，图5、6中，省略了一次电源1、发送电源电路2以及接收电源电路4的图示。这样，通过减小磁性片材7的面积，从而尤其在磁性片材7内设置金属板等导体的情况下，能够实现轻量化。

实施方式2.

实施方式1中示出了通过在收发部3的系统间设置磁性片材7、或磁性片材7及导体来减少系统间的相互干扰的结构。

另一方面，谐振型电力传输装置中以提高强度为目的，有时将收发部3用盖部覆盖。此盖部为树脂制或金属制等。在此，在盖部为树脂制的情况下，根据实施方式1的结构，能够进行系统间独立的高效率的电力传输。然而，在盖部为金属制的情况下，来自收发部3的磁场在此金属中交链从而产生涡电流，这导致电力损耗。另外，由于此金属，发送天线5与接收天线6的谐振条件发生变化，无法进行高效率的电力传输。进而，经由此金属与其他系统之间发生相互干扰，因此无法进行独立的电力传输。于是，实施方式2中，对即使在用金属制的盖部覆盖收发部3的情况下，也能够进行系统间独立的高效率的电力传输的结构进行说明。

图7是表示本发明的实施方式2的谐振型电力传输装置的结构的图。该图7所示的实施方式2的谐振型电力传输装置是在图1所示的实施方式1的谐振型电力传输装置中追加了第二磁性片材8的装置。其他结构相同，因此标注相同标号并省略其说明。再者，之后的图7～12中，省略了一次电源1、发送电源电路2以及接收电源电路4的图示。

第二磁性片材8减少金属制的盖部引起的电力损耗，将如铁氧体或非晶体等那样透磁率的实部较高、虚部较低的磁性体构成为片材状而得。该第二磁性片材8被设置在收发部3的系统间以外的周围，与磁性片材7同样地，以收发部3的发送天线5及接收天线6中最小外径的十分之一以上的距离离开该收发部3而相对地配置。图7的示例中，第二磁性片材8被配置为离开接收天线6的外径的十分之一以上的距离。

再者，图7的示例中，在收发部3的外侧及里侧未设置第二磁性片材8，但也可以如图8所示那样对收发部3用磁性片材7、8覆盖整面。另外，图中示出了在磁性片材7、8之间无间隙的情况，但可以有间隙。

另外，与磁性片材7的情况同样地，为了防止从收发部3发射的电场泄漏，也可以由两片片材构成第二磁性片材8，在该片材间设置具有自由电子的构件(导体)。作为该导体，可列举铜及铝等金属构件。另外，导体例如构成为片材状、网状、环状等形状。

这样，通过在收发部3的系统间以外的周围配置第二磁性片材8，从而能够避免来自收发部3的磁通到达金属制的盖部。因此，收发部3被金属制的盖部覆盖所引起的电力损耗不会发生。

再者，磁性片材7、8的配置不限于图7、8所示的配置，例如也可以如图9～12那样配置。另外，图9～12所示的示例中，在收发部3的外侧及内侧未设置第二磁性薄片8，但也可以设置。

此图7～12所示的示例中，在图9所示的结构的基础上进一步在收发部3的外侧及内侧也配置第二磁性片材8的情况(对每个收发部3用磁性片材7、8覆盖所有的面的情况)下电力传输效率最高。

另外，如图7、8、10～12所示那样，通过对图9所示的配置减少磁性片材7、8的设置数，相对于图9的情况，电力传输效率下降，但能够减少器件个数，从而能够实现轻量化。

另外，第二磁性片材8的配置最好被配置为使得从收发部3发射的磁通穿越空间到达相邻系统的收发部3的空间距离变长。由此，通过第二磁性片材8也能够获得减少系统间的相互干扰的效果。

如上所述，根据本实施方式2，在收发部3的系统间以外的周围具备相对于送接收部3离开发送天线5及接收天线6中最小外径的十分之一以上的距离而相对地配置的第二磁性片材8，因此除了实施方式1的效果之外，即使在用金属制的盖部覆盖收发部3的情况下，也能够进行系统间独立的高效率的电力传输。

另外，在实施方式1、2的结构中，设置导体的位置可适当设定。例如，在覆盖收发部3的盖部为金属制的情况下，在与此盖部相对的地方无需设置导体，因此，也可以对收发部3的系统间配置磁性片材7及导体，在其以外的周围仅配置第二磁性片材8。另外，即使在覆盖收发部3的盖部为树脂制的情况下，也可以为了轻量化而使收发部3的系统间以外的周围中、仅部分位置采用第二磁性片材8，剩余位置配置第二磁性片材8及导体。

实施方式3.

实施方式1、2中示出了利用磁性片材7来减少系统间的相互干扰的结构。除此结构以外，如图13所示那样，也可以通过将收发部3的磁场相位在系统间改变相位来进一步减少系统间的相互干扰。图13的示例中，用实线表示图2所示的三系统的收发部3a～3c中收发部3a、3c的磁场相位，用虚线表示收发部3b的磁场相位，示出了磁场相位分别偏移180度的情况。

再者，实施方式1～3中，示出了使发送天线5及接收天线6各自由单一的线圈来构成的情况。然而不限于此，例如也可以使各线圈各自由供电用线圈及谐振用线圈来构成，也可以用两个以上的线圈来构成。

另外，本发明在该发明的范围内，可进行各实施方式的自由组合或者各实施方式的任意的结构要素的变形或者各实施方式中任意的结构要素的省略。

工业上的实用性

本发明涉及的谐振型电力传输装置，能够减少相互干扰，适合用作将嵌合配置了发送天线与接收天线的收发部多个系统相对地配置来各自传输单一频率的电力的谐振型电力传输装置等。

标号说明

1一次电源

2发送电源电路

3收发部

4接收电源电路

5发送天线

6接收天线

7磁性片材

8第二磁性片材

Claims (12)

1.一种谐振型电力传输装置，将嵌合配置了发送天线与接收天线的收发部多个系统相对地配置来各自传输单一频率的电力，该谐振型电力传输装置的特征在于，

包括磁性片材，该磁性片材被设置在所述系统间，以所述发送天线及所述接收天线中最小外径的十分之一以上的距离离开所述收发部而相对地配置。

2.如权利要求1所述的谐振型电力传输装置，其特征在于，

所述磁性片材由两片片材组成，

在所述两片片材之间包括具有自由电子的导体。

3.如权利要求1所述的谐振型电力传输装置，其特征在于，

所述收发部被配置为以所述发送天线及所述接收天线中最小外径的二分之一以上的距离离开相邻的所述收发部。

4.如权利要求1所述的谐振型电力传输装置，其特征在于，

所述磁性片材具有包含将所述发送天线相对于轴向垂直投影而成的面的面，被配置为与该发送天线相对。

5.如权利要求1所述的谐振型电力传输装置，其特征在于，

所述磁性片材具有包含将所述接收天线相对于轴向垂直投影而成的面的面，被配置为与该接收天线相对。

6.如权利要求1所述的谐振型电力传输装置，其特征在于，

包括第二磁性片材，该第二磁性片材被设置在所述收发部的所述系统间以外的周围，以所述发送天线及所述接收天线中最小外径的十分之一以上的距离离开该收发部而相对地配置。

7.如权利要求6所述的谐振型电力传输装置，其特征在于，

所述第二磁性片材由两片片材组成，

在所述两片片材之间包括具有自由电子的导体。

8.如权利要求1所述的谐振型电力传输装置，其特征在于，

所述收发部通过磁场共振来进行电力传输。

9.如权利要求1所述的谐振型电力传输装置，其特征在于，

所述收发部通过电场共振来进行电力传输。

10.如权利要求1所述的谐振型电力传输装置，其特征在于，

所述收发部通过电磁感应来进行电力传输。

11.如权利要求1所述的谐振型电力传输装置，其特征在于，

所述收发部在相邻的系统间磁场相位不同。

12.如权利要求1所述的谐振型电力传输装置，其特征在于，

所述发送天线及所述接收天线各自由两个以上的线圈构成。