JP2013012637A - Power supply system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、給電システムに係り、特に、電力が供給される給電側コイルと、前記給電側コイルに対向すると電磁共鳴して前記給電側コイルからの電力を受電する受電側コイルと、を備えた給電システムに関するものである。 The present invention relates to a power supply system, and in particular, includes a power supply side coil to which power is supplied, and a power reception side coil that receives power from the power supply side coil by electromagnetic resonance when facing the power supply side coil. The present invention relates to a power supply system.
上述した給電システムとして、例えば図１及び図２に示すものが知られている（例えば非特許文献１、２）。同図に示すように、給電システム１は、給電部３と、受電部５と、を備えている。上記給電部３は、電力が供給される給電側ループアンテナ６と、給電側ループアンテナ６に対してその中心軸方向に対向するように離間して配置され、当該給電側ループアンテナ６に電磁結合された給電側コイル７（＝給電側コイル）と、が設けられている。上記給電側ループアンテナ６に電力が供給されると、その電力が電磁誘導により給電側コイル７に送られる。
As the power feeding system described above, for example, those shown in FIGS. 1 and 2 are known (for example, Non-Patent
上記受電部５は、給電側コイル７に対してその中心軸方向に対向するように離間して配置されると電磁共鳴する受電側コイル８と、この受電側コイル８に対してその中心軸方向に対向するように離間して配置され当該受電側コイル８に電磁結合された受電側ループアンテナ９と、が設けられている。給電側コイル７に電力が送られると、その電力が磁界の共鳴によって受電側コイル８にワイヤレスで送られる。
The
さらに、受電側コイル８に電力が送られると、その電力が電磁誘導によって受電側ループアンテナ９に送られ、この受電側ループアンテナ９に接続された負荷に供給される。上述した給電システム１によれば、給電側コイル７と受電側コイル８との電磁共鳴により非接触で給電側から受電側に電力を供給することができる。
Further, when power is sent to the power
そして、上述した受電部５を自動車４に設け、給電部３を道路２などに設けることにより、上述した給電システム１を利用してワイヤレスで自動車４に搭載された負荷に電力を供給することが考えられている。ところで、上述した給電側コイル７、受電側コイル８、給電側ループアンテナ６及び受電側ループアンテナ９は、図８の断面図に示すように、例えば直径φ＝５ｍｍの断面円形状の銅から構成された導線１１を巻いて設けていた。
Then, by providing the power receiving
ところで、近年、この給電システム１の軽量化が望まれている。特に、自動車４に搭載される受電部５は、車両の燃費向上を図るためにもさらなる計量化が求められている。
By the way, in recent years, weight reduction of the
そこで、従来より例えば、銅よりも比重の軽いアルミニウムから構成された導線１１を用いて給電側、受電側コイル７、８や給電側、受電側ループアンテナ６、９を設けることが考えられる。なお、銅の比重は8.96［g/cm3］、アルミニウムの比重は2.71[g/cm3]となり銅の１／３程度である。しかしながら、銅の伝導率が5.8ｅ-7［S/m］であるのに対してアルミニウムは伝導率が3.54ｅ-7［S/m］と６割程度となる。このため、アルミニウムから構成された導線１１を用いる重量は１／３程度に軽くなるものの、伝送効率が低下してしまう、という問題があった。
Therefore, conventionally, for example, it is conceivable to provide the power feeding side, the power
次に、本発明者らは、銅導線１１を巻いて給電側、受電側コイル７、８を設けた給電システム１である従来品Ａと、アルミニウム導線１１を巻いて給電側、受電側コイル７、８を設けた給電システム１である従来品Ｂと、について周波数ｆ０付近における伝送効率Ｓ２１2をシミュレーションして、導線１１の伝導率が下がると伝送効率が低下してしまうことを確認した。結果を図４及び図５に示す。図４に示すように伝導率が高い銅導線１１を用いた場合、周波数ｆ０での伝送効率は約９５％である。これに対して、伝導率が低いアルミニウム導線１１を用いた場合、重量は１／３程度に軽くなるものの、周波数ｆ０での伝送効率は、確かに９３％に低下してしまうことが分かった。
Next, the inventors of the present invention are a conventional product A which is a
そこで、本発明は、伝送効率を低下させることなく、軽量化を図った給電システムを提供することを課題とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a power feeding system that is reduced in weight without reducing transmission efficiency.
上述した課題を解決するための請求項１記載の発明は、電力が供給される給電側コイルと、前記給電側コイルに対向すると電磁共鳴して前記給電側コイルからの電力を受電する受電側コイルと、を備えた給電システムにおいて、前記給電側コイル及び前記受電側コイルの少なくとも一方が、内部が空洞となるパイプ状の導線を巻いて設けられ、前記パイプ状の導線の厚さが、１／ｓｑｒｔ（π×前記電力の周波数×前記導線の透磁率×前記導線の誘電率）以上に設けられていることを特徴とする給電システムに存する。
The invention according to
請求項２記載の発明は、電力が供給される給電側ループアンテナと、前記給電側ループアンテナに電磁結合される給電側コイルと、前記給電側コイルに対向すると電磁共鳴して前記給電側コイルからの電力を受電する受電側コイルと、前記受電側コイルに電磁結合され、前記受電側コイルからの電力を受電する受電側ループアンテナと、を備えた給電システムにおいて、前記給電側ループアンテナ、前記給電側コイル、前記受電側ループアンテナ及び前記受電側コイルの少なくとも一つが、内部が空洞となるパイプ状の導線を巻いて設けられ、前記パイプ状の導線の厚さが、１／ｓｑｒｔ（π×前記電力の周波数×前記導線の透磁率×前記導線の誘電率）以上に設けられていることを特徴とする給電システムに存する。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a feeding-side loop antenna to which power is supplied, a feeding-side coil that is electromagnetically coupled to the feeding-side loop antenna, and electromagnetic resonance that occurs when the feeding-side coil is opposed to the feeding-side coil. A power receiving system comprising: a power receiving side coil that receives power from the power receiving side coil; and a power receiving side loop antenna that is electromagnetically coupled to the power receiving side coil and that receives power from the power receiving side coil. At least one of the side coil, the power receiving side loop antenna, and the power receiving side coil is provided by winding a pipe-shaped lead wire having a hollow inside, and the thickness of the pipe-shaped lead wire is 1 / sqrt (π × It exists in the electric power feeding system characterized by being provided more than the frequency of electric power x the magnetic permeability of the conducting wire x the dielectric constant of the conducting wire.
請求項３記載の発明は、前記パイプ状の導線の内部に気体又は液体を循環させて前記導線を冷却する冷却手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の給電システムに存する。 According to a third aspect of the present invention, in the power feeding system according to the first or second aspect, the cooling system further includes a cooling means for circulating the gas or liquid inside the pipe-shaped conductive wire to cool the conductive wire. Exist.
請求項４記載の発明は、電力が供給される給電側コイルと、前記給電側コイルに対向すると電磁共鳴して前記給電側コイルからの電力を受電する受電側コイルと、を備えた給電システムにおいて、前記給電側コイル及び前記受電側コイルの少なくとも一方が、中心線と、前記中心線の表面にメッキして形成されたパイプ状の導線と、から成る金属線を巻いて設けられ、前記中心線が、前記パイプ状の導線よりも比重の軽い材料からなり、前記導線の厚さが、１／ｓｑｒｔ（π×前記電力の周波数×前記導線の透磁率×前記導線の誘電率）以上に設けられていることを特徴とする給電システムに存する。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a power feeding system comprising: a power feeding side coil to which power is supplied; and a power receiving side coil that electromagnetically resonates to receive power from the power feeding side coil when facing the power feeding side coil. And at least one of the power supply side coil and the power reception side coil is provided by winding a metal wire composed of a center line and a pipe-like conductor formed by plating the surface of the center line, and the center line Is made of a material having a lighter specific gravity than the pipe-shaped conductor, and the thickness of the conductor is not less than 1 / sqrt (π × frequency of the power × magnetic permeability of the conductor × dielectric constant of the conductor). The power supply system is characterized by that.
請求項５記載の発明は、電力が供給される給電側ループアンテナと、前記給電側ループアンテナに電磁結合される給電側コイルと、前記給電側コイルに対向すると電磁共鳴して前記給電側コイルからの電力を受電する受電側コイルと、前記受電側コイルに電磁結合され、前記受電側コイルからの電力を受電する受電側ループアンテナと、を備えた給電システムにおいて、前記給電側ループアンテナ、前記給電側コイル、前記受電側ループアンテナ及び前記受電側コイルの少なくとも一つが、中心線と、前記中心線の表面にメッキして形成されたパイプ状の導線と、から成る金属線を巻いて設けられ、前記中心線が、前記パイプ状の導線よりも比重の軽い材料からなり、前記導線の厚さが、１／ｓｑｒｔ（π×前記電力の周波数×前記導線の透磁率×前記導線の誘電率）以上に設けられていることを特徴とする給電システムに存する。 According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a power feeding side loop antenna to which power is supplied, a power feeding side coil that is electromagnetically coupled to the power feeding side loop antenna, and electromagnetic resonance that occurs when the power feeding side coil is opposed to the power feeding side coil. A power receiving system comprising: a power receiving side coil that receives power from the power receiving side coil; and a power receiving side loop antenna that is electromagnetically coupled to the power receiving side coil and that receives power from the power receiving side coil. At least one of the side coil, the power receiving side loop antenna, and the power receiving side coil is provided by winding a metal wire composed of a center line and a pipe-shaped conductor formed by plating the surface of the center line, The center line is made of a material having a lighter specific gravity than the pipe-shaped conductor, and the thickness of the conductor is 1 / sqrt (π × frequency of the power × permeability of the conductor) × consists in power supply system, characterized in that provided on the dielectric constant of the conductor) or more.
以上説明したように請求項１記載の発明によれば、給電側コイル及び受電側コイルの少なくとも一方が、内部が空洞となるパイプ状の導線を巻いて設けられ、導線の厚さが、１／ｓｑｒｔ（π×電力の周波数×導線の透磁率×導線の誘電率）以上に設けられている。電力の周波数が高周波になると表皮効果が発生し、導線の表面にしか電流が流れず、内部には流れなくなる。この電流が流れる表面の厚さは、１／ｓｑｒｔ（π×電力の周波数×導線の透磁率×導線の誘電率）で表すことができる。従って、コイルを構成する導線をパイプ状に設けて、導線の厚さを１／ｓｑｒｔ（π×電力の周波数×導線の透磁率×導線の誘電率）以上にすれば、断面円形状の導線と同じ伝送効率を保ちつつ内部を空洞にした分、軽量化を図ることができる。 As described above, according to the first aspect of the present invention, at least one of the power feeding side coil and the power receiving side coil is provided by winding a pipe-shaped conducting wire having a hollow inside, and the conducting wire has a thickness of 1 / More than sqrt (π × frequency of power × magnetic permeability of conductive wire × dielectric constant of conductive wire). When the frequency of power becomes high, a skin effect occurs, and current flows only on the surface of the conductive wire and does not flow inside. The thickness of the surface through which this current flows can be expressed by 1 / sqrt (π × frequency of power × magnetic permeability of conductive wire × dielectric constant of conductive wire). Therefore, if the conducting wire constituting the coil is provided in a pipe shape and the thickness of the conducting wire is set to 1 / sqrt (π × frequency of power × magnetic permeability of conducting wire × dielectric constant of conducting wire) or more, The weight can be reduced by making the inside hollow while maintaining the same transmission efficiency.
請求項２記載の発明によれば、給電側ループアンテナ、給電側コイル、受電側コイル及び受電側ループアンテナの少なくとも一方が、内部が空洞となるパイプ状の導線を巻いて設けられ、導線の厚さが、１／ｓｑｒｔ（π×電力の周波数×導線の透磁率×導線の誘電率）以上に設けられている。従って、断面円形状の導線と同じ伝送効率を保ちつつ内部を空洞にした分、軽量化を図ることができる。
According to the invention of
請求項３記載の発明によれば、冷却手段によりパイプ状の導線の内部に気体又は液体を循環させて導線を冷却できる。
According to invention of
請求項４記載の発明によれば、給電側コイル及び受電側コイルの少なくとも一方が、中心線と、中心線の表面にメッキして形成されたパイプ状の導線と、から成る金属線を巻いて設けられ、中心線が、パイプ状の導線よりも比重の軽い材料からなり、導線の厚さが、１／ｓｑｒｔ（π×電力の周波数×導線の透磁率×導線の誘電率）以上に設けられている。従って、断面円形状の導線と同じ伝送効率を保ちつつパイプ状の導線の内部を比重の軽い中心線にした分、軽量化を図ることができる。 According to the invention described in claim 4, at least one of the power supply side coil and the power reception side coil winds a metal wire comprising a center line and a pipe-like conductor formed by plating the surface of the center line. The center line is made of a material having a lighter specific gravity than the pipe-shaped conductor, and the thickness of the conductor is greater than 1 / sqrt (π × frequency of power × magnetic permeability of the conductor × dielectric constant of the conductor) ing. Therefore, it is possible to reduce the weight by maintaining the same transmission efficiency as that of the conducting wire having a circular cross section while making the inside of the pipe-like conducting wire a center line having a low specific gravity.
請求項５記載の発明によれば、給電側ループアンテナ、給電側コイル、受電側コイル及び受電側ループアンテナの少なくとも一方が、中心線と、中心線の表面にメッキして形成したパイプ状の導線と、から成る金属線を巻いて設けられ、中心線が、パイプ状の銅線よりも重量の軽い材料からなり、導線の厚さが、１／ｓｑｒｔ（π×電力の周波数×導線の透磁率×導線の誘電率）以上に設けられている。従って、断面円形状の導線と同じ伝送効率を保ちつつパイプ状の導線の内部を比重の軽い中心線にした分、軽量化を図ることができる。 According to the fifth aspect of the present invention, at least one of the power supply side loop antenna, the power supply side coil, the power reception side coil, and the power reception side loop antenna is formed by plating the center line and the surface of the center line. The center line is made of a material that is lighter in weight than the pipe-shaped copper wire, and the thickness of the conductor is 1 / sqrt (π × frequency of power × magnetic permeability of the conductor) X dielectric constant of conducting wire) or more. Therefore, it is possible to reduce the weight by maintaining the same transmission efficiency as that of the conducting wire having a circular cross section while making the inside of the pipe-like conducting wire a center line having a low specific gravity.
第１実施形態
以下、本発明の第１実施形態における給電システムを図１〜図３に基づいて説明する。図１は、本発明の給電システムを示す図である。図２は、図１に示す給電システムを構成する給電部及び受電部の斜視図である。図３は、第１実施形態における図２に示す給電側、受電側コイルを構成する導線の断面図である。同図に示すように、給電システム１は、道路２上などに設けられた給電部３と、自動車４の腹部分などに設けられた受電部５と、を備えている。
1st Embodiment Hereinafter, the electric power feeding system in 1st Embodiment of this invention is demonstrated based on FIGS. 1-3. FIG. 1 is a diagram showing a power supply system of the present invention. FIG. 2 is a perspective view of a power feeding unit and a power receiving unit that configure the power feeding system illustrated in FIG. 1. FIG. 3 is a cross-sectional view of a conductive wire constituting the power supply side and power reception side coils shown in FIG. 2 in the first embodiment. As shown in the figure, the
給電部３は、図１及び図２に示すように、電力が供給される給電側ループアンテナ６と、この給電側ループアンテナ６に対してその中心軸方向に対向するように離間して配置され、給電側ループアンテナ６に電磁結合された給電側コイル７と、が設けられている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
上記給電側ループアンテナ６は、導線を円形のループ状に巻いて構成されていて、その中心軸Ｚ１が道路２から自動車４の腹部分に向かう方向、即ち鉛直方向に沿うように配置されている。この給電側ループアンテナ６の両端には、交流電源Ｖが接続されていて、この交流電源Ｖからの交流電力が供給されている。
The feeding-
上記給電側コイル７は、例えば導線を円形のヘリカル状に巻いて構成されている。本実施形態においては、給電側コイル７は、その巻数が１巻に設けられている。この給電側コイル７の両端には、共鳴周波数調整用のキャパシタＣ１が接続されている。
The power
また、この給電側コイル７は、上記給電側ループアンテナ６よりも自動車４側に給電側ループアンテナ６と同軸上に配置されている。上記給電側ループアンテナ６と給電側コイル７とは、互いに電磁結合できる範囲内、即ち、給電側ループアンテナ６に交流電力が供給され、交流電流が流れると給電側コイル７に電磁誘導が発生するような範囲内で、互いに離間して設けられている。
Further, the power
上記受電部５は、給電側コイル７に対してその中心軸方向に対向するように離間して配置されると電磁共鳴する受電側コイル８と、この受電側コイル８に対してその中心軸方向に対向するように配置され、受電側コイル８に電磁結合された受電側ループアンテナ９と、が設けられている。
The
上記受電側ループアンテナ９は、導線を円形のループ状に設けられていて、その中心軸Ｚ２が自動車４の腹部分から道路２に向かう方向、即ち鉛直方向に沿うように配置されている。この受電側ループアンテナ９の両端には、車載バッテリなどの負荷１０が接続されている。また、本実施形態においては、上記受電側ループアンテナ９は、上述した給電側ループアンテナ６と同じ径に設けられているが、本発明はこれに限ったものではなく、例えば、受電側ループアンテナ９の径が、上述した給電側ループアンテナ６の径よりも小さく設けられていてもよい。
The power receiving side loop antenna 9 is provided with a conducting wire in a circular loop shape, and its central axis Z2 is arranged in a direction from the belly portion of the automobile 4 toward the
上記受電側コイル８は、例えば導線を円形のヘリカル状に巻いて構成されている。本実施形態においては、受電側コイル８は、給電側コイル７と同様に、その巻数が１巻に設けられている。この受電側コイル８の両端にも、共鳴周波数調整用のキャパシタＣ２が接続されている。本実施形態においては、上記受電側コイル８は、上述した給電側コイル７と同じ径に設けられているが、本発明はこれに限ったものではなく、例えば、受電側コイル８の径が、上述した給電側コイル７の径よりも小さく設けられていてもよい。
The power receiving
また、受電側コイル８は、上述した受電側ループアンテナ９の道路２側に、受電側ループアンテナ９と同軸上に配置されている。これにより、受電側ループアンテナ９と受電側コイル８とは、互いに電磁結合する範囲内、即ち、受電側コイル８に交流電流が流れると受電側ループアンテナ９に誘導電流が発生する範囲内に、互いに離間して設けられている。
The power receiving
上述した給電システム１によれば、自動車４の受電部５が道路２に設けた給電部３に近づいて給電側コイル７と受電側コイル８とが中心軸方向に互いに間隔を空けて対向したときに、給電側コイル７と受電側コイル８とが電磁共鳴して給電部３から受電部５に非接触で電力を供給できる。
According to the
詳しく説明すると、上記給電側ループアンテナ６に交流電流が供給されると、その電力が電磁誘導により給電側コイル７に送られる。即ち、給電側コイル７には、給電側ループアンテナ６を介して電力が供給される。給電側コイル７に電力が送られると、その電力が磁界の共鳴によって受電側コイル８にワイヤレスで送られる。さらに、受電側コイル８に電力が送られると、その電力が電磁誘導によって受電側ループアンテナ９に送られ、この受電側ループアンテナ９に接続された負荷１０に供給される。
More specifically, when an alternating current is supplied to the feeding-
また、上述した給電側ループアンテナ６及び受電側ループアンテナ９は、図３に示すような内部が空洞となるパイプ状の導線１１を巻いて設けられている。この導線１１は銅から構成されている。この導線１１の厚さＤは下記の式（１）で表される範囲内に設けられている。
Ｄ≧δ＝１／ｓｐｒｔ（π×ｆ×μ×σ） …（１）
δ：表皮厚、ｆ：交流電源Ｖが供給する交流電力の周波数［Ｈｚ］、μ：導線１１の透磁率、σ：導線の導電率［１／Ωｍ］
Further, the power feeding
D ≧ δ = 1 / sprt (π × f × μ × σ) (1)
δ: skin thickness, f: frequency of AC power supplied by AC power supply V [Hz], μ: permeability of conducting
ところで、電力の周波数が高周波になると表皮効果が発生し、導線１１の表面にしか電流が流れず、内部には流れなくなる。この電流が流れる表面の厚さ（＝表皮厚δ）は、１／ｓｑｒｔ（π×ｆ×μ×σ）で表すことができる。従って、給電側、受電側コイル７、８コイルを構成する導線１１をパイプ状に設けて、導線１１の厚さＤを表皮厚δ＝１／ｓｑｒｔ（π×ｆ×μ×σ）以上にすれば、図８に示すような断面円形状の銅導線１１と同じ伝送効率を保ちつつ内部を空洞にした分、軽量化を図ることができる。
By the way, when the frequency of electric power becomes high, a skin effect occurs, current flows only on the surface of the
次に、本発明者らは、図３に示すパイプ状の銅導線１１を巻いて給電側、受電側コイル７、８を設けた給電システム１である本発明品Ａと、図８に示す断面円形状の銅導線１１を巻いて給電、受電側コイル７、８を設けた給電システム１である従来品Ａと、について、周波数ｆ０付近での伝送効率Ｓ２１2をシミュレーションした。結果を図４に示す。なお、本発明品Ａ、従来品Ａともに直径φ＝５ｍｍの銅導線１１を用いている。また、本発明品Ａにおいては導線１１の厚さＤ＝１ｍｍとしている。銅の場合、表皮厚δ＝約２０μｍなので、導線１１の厚さＤはこれよりも大きくなっている。
Next, the inventors of the present invention A, which is the
図４からも明らかなように周波数ｆ０での伝送効率Ｓ２１2は、本発明品Ａ、従来品Ａとも９５％程で両者差がない。即ち、本発明品Ａは、従来品Ａと同じ伝送効率を保ちつつ内部を空洞にした分、軽量化できることが分かった。 As is apparent from FIG. 4, the transmission efficiency S21 2 at the frequency f0 is about 95% for both the product A of the present invention and the conventional product A, and there is no difference between them. That is, it was found that the product A of the present invention can be reduced in weight by the amount of the hollow inside while maintaining the same transmission efficiency as the conventional product A.
また、本発明者らは、図３に示すようなパイプ状のアルミニウム導線１１を用いて給電側、受電側コイル７、８を設けた本発明品Ｂと、図８に示す断面円形状のアルミニウム導線１１を巻いて給電側、受電側コイル７、８を設けた従来品Ｂと、について、周波数ｆ０付近での伝送効率Ｓ２１2をシミュレーションした。なお、本発明品Ｂ、従来品Ｂともに直径φ＝５ｍｍの導線１１を用いている。また、本発明品Ｂにおいては導線１１の厚さＤ＝１ｍｍとしている。アルミニウムの場合、表皮厚δ＝約２０μｍなので、導線１１の厚さＤはこれよりも大きくなっている。
In addition, the inventors of the present invention B provided the feeding side and receiving
図４からも明らかなように周波数ｆ０での伝送効率Ｓ２１2は、本発明品Ｂ、従来品Ｂとも９３％程で両者差がない。即ち、本発明品Ｂは、従来品Ｂと同じ伝送効率を保ちつつ内部を空洞にした分、軽量化できることが分かった。 As is apparent from FIG. 4, the transmission efficiency S21 2 at the frequency f0 is about 93% for both the product B of the present invention and the conventional product B, and there is no difference between them. That is, it was found that the product B of the present invention can be reduced in weight by the amount of the hollow inside while maintaining the same transmission efficiency as the conventional product B.
一般に、導線１１の抵抗は、その長さに比例し、断面積に反比例する。にもかかわらず、図４及び図５に示すように、導線１１をパイプ状にしても伝送効率が低下しない（抵抗が増加しない）のは、上述した表皮効果が発揮されたためである。
In general, the resistance of the
また、上述した導線１１はパイプ状になっているため、この導線１１の内部に気体や液体を循環させて給電側、受電側コイル７、８を冷却するポンプなどの冷却手段を設けることも考えられる。高電力を伝送する際には、給電側、受電側コイル７、８の抵抗により温度上昇が避けられないが、上述したように気体や液体を循環させることにより、これら給電側、受電側コイル７、８を冷却できる。
In addition, since the above-described
なお、上述した第１実施形態のシミュレーションでは、導線１１の厚さＤを表皮厚δよりもだいぶ大きくしていたが、強度上問題なければ導線１１の厚さＤは表皮厚δまで薄くしても伝送効率は低下しない。
In the simulation of the first embodiment described above, the thickness D of the
また、上述した第１実施形態のシミュレーションでは、導線１１の直径φ＝５ｍｍとしたが、本発明はこれに限ったものではない、上述したとおり表皮厚δに対して導線１１の厚さＤがそれ以上あれば直径φに関わらず第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
In the simulation of the first embodiment described above, the diameter φ of the
また、上述した第１実施形態では、導線１１は円形のパイプを用いていたが、本発明はこれに限ったものではない。導線１１としては内部が空洞となるパイプ状であれば良く、例えば三角あるいは四角形のパイプであってもよい。
In the first embodiment described above, the
また、上述した第１実施形態では、給電側、受電側コイル７、８のみパイプ状の導線１１で構成していたが、本発明はこれに限ったものではない。給電側ループアンテナ６や受電側ループアンテナ９についても図３に示すようなパイプ状の導線１１で構成してもよい。このように、給電側、受電側ループアンテナ６、９を構成する導線１１をパイプ状に設けて、導線１１の厚さＤを表皮厚δ以上にすれば、さらなる軽量化を図ることができる。
Further, in the first embodiment described above, only the power feeding side and power receiving
第２実施形態
次に、本発明の第２実施形態における給電システムを図６に基づいて説明する。図６は、第２実施形態における図２に示す給電側、受電側コイル７、８を構成する導線の断面図である。第１実施形態と第２実施形態とで大きく異なる点は、給電側、受電側コイル７、８の構成である。第１実施形態においては、給電側、受電側コイル７、８は、図３に示すように内部が空洞となるパイプ状の導線１１から構成されていたが、第２実施形態では、図６に示すような金属線１２から構成されている。
Second Embodiment Next, a power feeding system according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a cross-sectional view of a conductor constituting the power supply side and power reception side coils 7 and 8 shown in FIG. 2 in the second embodiment. A significant difference between the first embodiment and the second embodiment is the configuration of the power feeding side and power receiving
図６に示すように、金属線１２は、断面円形状のアルミから成る中心線１３と、この中心線１３にメッキして形成されたパイプ状の銅から成る導線１１と、から構成されている。この導線１１の厚さＤは第１実施形態と同様に下記の式（１）で表される範囲内に設けられている。
Ｄ≧δ＝１／ｓｐｒｔ（π×ｆ×μ×σ） …（１）
δ：表皮厚、ｆ：交流電源Ｖが供給する交流電力の周波数［Ｈｚ］、μ：導線１１の透磁率、σ：導線の導電率［１／Ωｍ］
As shown in FIG. 6, the
D ≧ δ = 1 / sprt (π × f × μ × σ) (1)
δ: skin thickness, f: frequency of AC power supplied by AC power supply V [Hz], μ: permeability of conducting
上述した第２実施形態によれば、給電側、受電側コイル７、８が、中心線１３と、中心線１３の表面にメッキして形成されたパイプ状の導線１１と、から成る金属線１２を巻いて設けられ、中心線１３が、パイプ状の導線１１よりも比重の軽い材料からなり（中心線１３を構成するアルミの比重は２．７１［g/cm3］、導線１１を構成する銅の比重は８．９６［g/cm3］）、パイプ状の導線１１が、中心線１３よりも導電率の高い材料からなり（中心線１３を構成するアルミの導電率は３．５４ｅ−７［S/m］、導線１１を構成する銅の導電率は５．８ｅ−７［S/m］）、導線１１の厚さＤが、表皮厚δ＝１／ｓｑｒｔ（π×ｆ×μ×σ）以上に設けられている。従って、断面円形状の導線１１と同じ伝送効率を保ちつつパイプ状の導線１１の内部を比重の軽い中心線１３にした分、軽量化を図ることができる。
According to the second embodiment described above, the power supply side and the power reception side coils 7 and 8 have the
しかも、メッキによりパイプ状の導線１１を設けているので、その厚さＤを表皮厚δぎりぎりまで薄く形成することができるため、より一層、軽量化を図ることができ、強度も増す。
In addition, since the pipe-
次に、本発明者らは、厚さＤが約２０μｍ、３６μｍ、７２μｍの図６に示す銅導線１１から構成された金属線１２を巻いて給電側、受電側コイル７、８を設けた給電システム１である本発明品Ｃ１〜Ｃ３と、図８に示す断面円形状のアルミニウム導線１１を巻いて給電、受電側コイル７、８を設けた従来品Ｂと、について、周波数ｆ０付近での伝送効率Ｓ２１2をシミュレーションした。結果を図７に示す。
Next, the present inventors wound a
なお、本発明品Ｃ１〜Ｃ３においては、直径φ＝５ｍｍのアルミニウム中心線１３を用いている。従来品Ｂにおいては、直径φ＝５ｍｍのアルミニウム導線１１を用いている。即ち、本発明品Ｃ１〜Ｃ３と従来品Ｂとの違いはアルミニウム導線１１（＝アルミニウム中心線１３）に銅メッキを施しているかいなかの違いだけであって、質量は両者とも同等である。
In the products C1 to C3 of the present invention, the
図７からも明らかなように、従来品Ｂにおいては、周波数ｆ０での伝送効率Ｓ２１2が９３％程度であるのに対して、本発明品Ｃ１〜Ｃ３においては、周波数ｆ０での伝送効率Ｓ２１2が９５％程度得られることが分かった。従って、アルミニウム導線１１を構成した従来品Ｂに比べて同程度軽量化が図れているにも関わらず伝送効率が向上していることが分かった。また、本発明品Ｃ１〜Ｃ３は、第１実施形態で説明した銅導体１１を用いた従来品Ａと同じ程度の伝送効率が得られている。即ち、本発明品Ｃ１〜Ｃ３は、従来品Ａと同じ伝送効率を保ちつつ内部を空洞にした分、軽量化できることが分かった。
As apparent from FIG. 7, the transmission efficiency S21 2 at the frequency f0 is about 93% in the conventional product B, whereas the transmission efficiency S21 at the frequency f0 is obtained in the products C1 to C3 of the present invention. 2 was found to be about 95%. Therefore, it was found that the transmission efficiency was improved in spite of the same weight reduction as that of the conventional product B constituting the
なお、上述した第２実施形態のシミュレーションでは、中心線１３の直径φ＝５ｍｍとしたが、本発明はこれに限ったものではない、上述した通り表皮厚δに対して導線１１の厚さＤがそれ以上あれば直径φに関わらず第２実施形態と同様の効果を得ることができる。
In the simulation of the second embodiment described above, the diameter φ of the
また、上述した第２実施形態によれば、中心線１３は円形を用いていたが、本発明はこれに限ったものではない。中心線１３としては、例えば三角あるいは四角形であってもよい。
Moreover, according to 2nd Embodiment mentioned above, although the
また、上述した第２実施形態では、中心線１３をアルミ、導線１１を銅としていたが、本発明はこれに限ったものではない。下記の式（２）の関係にあればよく、中心線１３としては樹脂などを用いてもよい。
中心線１３の比重＜導線１１の比重 …（２）
In the second embodiment described above, the
Specific gravity of
また、上述した第２実施形態では、給電側、受電側コイル７、８のみ図６に示す金属線１２で構成していたが、本発明はこれに限ったものではない。給電側ループアンテナ６や受電側ループアンテナ９についても図６に示すような金属線１２で構成してもよい。このように、給電側、受電側ループアンテナ６、９を構成する金属線１２の導線１１をパイプ状に設けて、導線１１の厚さＤを表皮厚δ以上にすれば、断面円形状の導線１１と同じ伝送効率を保ちつつ内部を空洞にした分、さらなる軽量化を図ることができる。
Moreover, in 2nd Embodiment mentioned above, although only the electric power feeding side and the receiving
また、上述した第１、第２実施形態では、給電側、受電側ループアンテナ６、９を設けていたが、本発明はこれに限ったものではない。本発明は、給電側、受電側ループアンテナ６、９を必須とするものではなく、給電側、受電側ループアンテナ６、９についてはなくてもよい。
In the first and second embodiments described above, the power supply side and power reception
また、上述した第１、第２実施形態では、給電側、受電側コイル７、８両方や給電側ループアンテナ６、９の両方をパイプ状の導線１１で構成していたが、本発明はこれに限ったものではない。例えば車両の軽量化を図るために、受電側コイル８や受電側ループアンテナ９のみパイプ状の導線１１から構成しても良い。
In the first and second embodiments described above, both of the power supply side, power reception side coils 7 and 8 and both of the power supply
また、前述した実施形態は本発明の代表的な形態を示したに過ぎず、本発明は、実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。 Further, the above-described embodiments are merely representative forms of the present invention, and the present invention is not limited to the embodiments. That is, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
１ 給電システム
６ 給電側ループアンテナ
７ 給電側コイル
８ 受電側コイル
９ 受電側ループアンテナ
１１ 導線
１２ 金属線
１３ 中心線
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記給電側コイル及び前記受電側コイルの少なくとも一方が、内部が空洞となるパイプ状の導線を巻いて設けられ、
前記パイプ状の導線の厚さが、１／ｓｑｒｔ（π×前記電力の周波数×前記導線の透磁率×前記導線の誘電率）以上に設けられている
ことを特徴とする給電システム。 In a power feeding system including a power feeding side coil to which power is supplied and a power receiving side coil that receives power from the power feeding side coil by electromagnetic resonance when facing the power feeding side coil,
At least one of the power feeding side coil and the power receiving side coil is provided by winding a pipe-shaped lead wire having a hollow inside,
The thickness of the said pipe-shaped conducting wire is provided more than 1 / sqrt ((pi) x the frequency of the said electric power x the magnetic permeability of the said conducting wire x the dielectric constant of the said conducting wire) The electric power feeding system characterized by the above-mentioned.
前記給電側ループアンテナ、前記給電側コイル、前記受電側ループアンテナ及び前記受電側コイルの少なくとも一つが、内部が空洞となるパイプ状の導線を巻いて設けられ、
前記パイプ状の導線の厚さが、１／ｓｑｒｔ（π×前記電力の周波数×前記導線の透磁率×前記導線の誘電率）以上に設けられている
ことを特徴とする給電システム。 A power supply side loop antenna to which power is supplied, a power supply side coil that is electromagnetically coupled to the power supply side loop antenna, and a power reception side coil that receives power from the power supply side coil by electromagnetic resonance when facing the power supply side coil And a power receiving side loop antenna that is electromagnetically coupled to the power receiving side coil and that receives power from the power receiving side coil.
At least one of the feeding-side loop antenna, the feeding-side coil, the power-receiving-side loop antenna, and the power-receiving-side coil is provided by winding a pipe-shaped lead wire having a hollow inside,
The thickness of the said pipe-shaped conducting wire is provided more than 1 / sqrt ((pi) x the frequency of the said electric power x the magnetic permeability of the said conducting wire x the dielectric constant of the said conducting wire) The electric power feeding system characterized by the above-mentioned.
前記給電側コイル及び前記受電側コイルの少なくとも一方が、中心線と、前記中心線の表面にメッキして形成されたパイプ状の導線と、から成る金属線を巻いて設けられ、
前記中心線が、前記パイプ状の導線よりも比重の軽い材料からなり、
前記導線の厚さが、１／ｓｑｒｔ（π×前記電力の周波数×前記導線の透磁率×前記導線の誘電率）以上に設けられている
ことを特徴とする給電システム。 In a power feeding system including a power feeding side coil to which power is supplied and a power receiving side coil that receives power from the power feeding side coil by electromagnetic resonance when facing the power feeding side coil,
At least one of the power feeding side coil and the power receiving side coil is provided by winding a metal wire composed of a center line and a pipe-shaped conductor formed by plating the surface of the center line,
The center line is made of a material having a lighter specific gravity than the pipe-shaped lead wire,
The thickness of the said conducting wire is provided more than 1 / sqrt ((pi) x the frequency of the said electric power x the magnetic permeability of the said conducting wire x the dielectric constant of the said conducting wire) The electric power feeding system characterized by the above-mentioned.
前記給電側ループアンテナ、前記給電側コイル、前記受電側ループアンテナ及び前記受電側コイルの少なくとも一つが、中心線と、前記中心線の表面にメッキして形成されたパイプ状の導線と、から成る金属線を巻いて設けられ、
前記中心線が、前記パイプ状の導線よりも比重の軽い材料からなり、
前記導線の厚さが、１／ｓｑｒｔ（π×前記電力の周波数×前記導線の透磁率×前記導線の誘電率）以上に設けられている
ことを特徴とする記載の給電システム。 A power supply side loop antenna to which power is supplied, a power supply side coil that is electromagnetically coupled to the power supply side loop antenna, and a power reception side coil that receives power from the power supply side coil by electromagnetic resonance when facing the power supply side coil And a power receiving side loop antenna that is electromagnetically coupled to the power receiving side coil and that receives power from the power receiving side coil.
At least one of the power feeding side loop antenna, the power feeding side coil, the power receiving side loop antenna, and the power receiving side coil includes a center line and a pipe-like conductor formed by plating on the surface of the center line. Provided by winding a metal wire,
The center line is made of a material having a lighter specific gravity than the pipe-shaped lead wire,
The thickness of the said conducting wire is provided more than 1 / sqrt ((pi) x the frequency of the said electric power x the magnetic permeability of the said conducting wire x the dielectric constant of the said conducting wire) The electric power feeding system characterized by the above-mentioned.
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