JP2013021822A - Antenna - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、磁気共鳴方式のワイヤレス電力伝送システムに用いられ、電力の受電又は送電を行うアンテナに関する。 The present invention relates to an antenna that is used in a magnetic resonance wireless power transmission system and receives power or transmits power.
近年、電源コードなどを用いることなく、ワイヤレスで電力（電気エネルギー）を伝送する技術の開発が盛んとなっている。ワイヤレスで電力を伝送する方式の中でも、特に注目されている技術として、磁気共鳴方式と呼ばれるものがある。この磁気共鳴方式は２００７年にマサチューセッツ工科大学の研究グループが提案したものであり、これに関連する技術は、例えば、特許文献１（特表２００９−５０１５１０号公報）に開示されている。 In recent years, development of technology for transmitting electric power (electric energy) wirelessly without using a power cord or the like has become active. Among wireless transmission methods, there is a technique called magnetic resonance as a technology that has attracted particular attention. This magnetic resonance method was proposed by a research group of Massachusetts Institute of Technology in 2007, and a technology related to this is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-501510.
磁気共鳴方式のワイヤレス電力伝送システムは、送電側アンテナの共振周波数と、受電側アンテナの共振周波数とを同一とし高いＱ値（１００以上）のアンテナを用いることで、送電側アンテナから受電側アンテナに対し、効率的にエネルギー伝達を行うものであり、電力伝送距離を数十ｃｍ〜数ｍとすることが可能であることが大きな特徴の一つである。 The magnetic resonance type wireless power transmission system uses an antenna having the same resonance frequency of the power transmission side antenna as that of the power reception side antenna and a high Q value (100 or more), so that the power transmission side antenna is changed to the power reception side antenna. On the other hand, energy transmission is performed efficiently, and one of the major features is that the power transmission distance can be several tens of centimeters to several meters.
上記のような磁気共鳴方式のワイヤレス電力伝送システムに用いるアンテナの具体的な構成についてもこれまでいくつか提案がされてきた。例えば、特許文献２（特開２０１０−７３９７６号公報）には、ワイヤレスで給電回路から受電回路へ電力を送信するワイヤレス電力伝送装置の、前記給電回路及び受電回路にそれぞれ設けられる通信コイルの構造において、比誘電率が１よりも大きい材質のプリント基板と、前記プリント基板の第１の層に設けられ、少なくとも１ループをなす導電パターンで形成された一次コイルと、前記プリント基板の第２の層に設けられ、渦巻き形状をなす導電パターンで形成された共鳴コイルと、を備えることを特徴とするワイヤレス電力伝送装置の通信コイル構造が開示されている。
上記のような磁気共鳴方式の電力伝送システムを電気自動車（ＥＶ）やハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）などの車両に対する電力供給に用いる場合においては、送電用のアンテナは地中部に埋設され、また、受電用のアンテナは車両の底面部にレイアウトされることが想定される。しかしながら、特許文献１記載のコイル構造においては、金属体からなる車両の底部に設置するための最適な設計がなされておらず、これを車両底部に配して利用した場合、電力伝送効率が抑制される、という問題であった。
When the magnetic resonance type power transmission system as described above is used for power supply to vehicles such as an electric vehicle (EV) and a hybrid electric vehicle (HEV), a power transmission antenna is embedded in the ground and receives power. It is assumed that the antenna for use is laid out on the bottom of the vehicle. However, in the coil structure described in
上記問題を解決するために、請求項１に係る発明は、コイル体と、前記コイル体と所定距離離間されて配される平板状の非磁性金属体と、を有することを特徴とするアンテナである。
In order to solve the above problem, an invention according to
請求項２に係る発明は、請求項１に記載のアンテナにおいて、前記非磁性金属体と前記コイル体と間の前記所定距離が６０ｍｍ以上であることを特徴とする。
The invention according to
また、請求項３に係る発明は、請求項１又は請求項２に記載のアンテナにおいて、前記非磁性金属体の面積は、前記コイル体の面積の０．６倍以上であることを特徴とする。
The invention according to
また、請求項４に係る発明は、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のアンテナにおいて、前記非磁性金属体の厚さが２ｍｍ以上であることを特徴とする。
The invention according to
また、請求項５に係る発明は、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のアンテナにおいて、前記非磁性金属体の導電率が２２×１０6以上であり、比透磁率が１．００００２
以下であることを特徴とする。
The invention according to
It is characterized by the following.
また、請求項６に係る発明は、請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のアンテナにおいて、前記非磁性金属体がアルミニウムであることを特徴とする。
The invention according to
また、請求項７に係る発明は、請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のアンテナにおいて、前記非磁性金属体が銅であることを特徴とする。
The invention according to claim 7 is the antenna according to any one of
本発明に係るアンテナは、底板部と前記底板部から延在する側板部とを有するケース体と、前記ケース体に載置されるコイル体と、前記コイル体と所定距離離間されて配される平板状の非磁性金属体と、が設けられているので、車両底面にアンテナを装着した場合でも、車両本体部を構成する金属物などの影響を抑制し、かつアンテナの高いＱ値も維持されるため、効率的に電力伝送を行うことが可能となる。 An antenna according to the present invention is disposed with a case body having a bottom plate portion and a side plate portion extending from the bottom plate portion, a coil body placed on the case body, and a predetermined distance from the coil body. Since a flat non-magnetic metal body is provided, even when an antenna is mounted on the bottom surface of the vehicle, the influence of metal objects constituting the vehicle main body is suppressed, and the high Q value of the antenna is maintained. Therefore, it is possible to efficiently transmit power.
以下、本発明の実施形態を図面を参照しつつ説明する。図１は本発明の実施形態に係るアンテナが用いられる電力伝送システムのブロック図である。なお、本発明に係るアンテナは、電力伝送システムを構成する受電側のアンテナと送電側のアンテナのいずれにも適用可能である。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram of a power transmission system in which an antenna according to an embodiment of the present invention is used. The antenna according to the present invention can be applied to both a power reception side antenna and a power transmission side antenna constituting the power transmission system.
本発明のアンテナが用いられる電力伝送システムとしては、例えば、電気自動車（ＥＶ
）やハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）などの車両への充電のためのシステムが想定されている。電力伝送システムは、上記のような車両に対して電力を非接触で伝送するため、当該車両を停車させることが可能な停車スペースに設けられる。車両充電用のスペースである当該停車スペースには、送電アンテナ１０５などが地中部に埋設されるような構成となっている。車両のユーザーはこの電力伝送システムが設けられている停車スペースに車両を停車させて、車両に搭載されている受電アンテナ２０１と、前記送電アンテナ１０５とを対向させることによって電力伝送システムからの電力を受電する。車両を停車スペースに停車させる際には、車両搭載の受電アンテナ２０１が、送電アンテナ１０５に対して最も伝送効率が良い位置関係となるようにする。
As a power transmission system in which the antenna of the present invention is used, for example, an electric vehicle (EV
) And hybrid electric vehicles (HEV) and other systems for charging vehicles are assumed. Since the electric power transmission system transmits electric power to the vehicle as described above in a non-contact manner, the electric power transmission system is provided in a stop space where the vehicle can be stopped. The stop space, which is a vehicle charging space, is configured such that the
電力伝送システムでは、電力伝送システム１００側の送電アンテナ１０５から、受電側システム２００側の受電アンテナ２０１へ効率的に電力を伝送する際、送電アンテナ１０５の共振周波数と、受電アンテナ２０１の共振周波数とを同一とすることで、送電側アンテナから受電側アンテナに対し、効率的にエネルギー伝達を行うようにする。
In the power transmission system, when power is efficiently transmitted from the
電力伝送システム１００におけるＡＣ／ＤＣ変換部１０１は、入力される商用電源を一定の直流に変換するコンバータである。このＡＣ／ＤＣ変換部１０１からの出力は高電圧発生部１０２において、所定の電圧に昇圧されたりする。この電圧調整部１０２で生成される電圧の設定は主制御部１１０から制御可能となっている。
The AC /
インバーター部１０３は、高電圧発生部１０２から供給される高電圧から所定の交流電圧を生成して、整合器１０４に入力する。図２は電力伝送システムのインバーター部を示す図である。インバーター部１０３は、例えば図２に示すように、フルブリッジ方式で接続されたＱA乃至ＱDからなる４つの電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）によって構成されている。
The
本実施形態においては、直列接続されたスイッチング素子ＱAとスイッチング素子ＱBの間の接続部Ｔ１と、直列接続されたスイッチング素子ＱCとスイッチング素子ＱDとの間の接続部Ｔ２との間に整合器１０４が接続される構成となっており、スイッチング素子ＱA
とスイッチング素子ＱDがオンのとき、スイッチング素子ＱBとスイッチング素子ＱCがオ
フとされ、スイッチング素子ＱBとスイッチング素子ＱCがオンのとき、スイッチング素子ＱAとスイッチング素子ＱDがオフとされることで、接続部Ｔ１と接続部Ｔ２との間に矩形波の交流電圧を発生させる。なお、本実施形態においては、各スイッチング素子のスイッチングによって生成される矩形波の周波数の範囲は数１００ｋＨｚ〜数１０００ｋＨｚ程度である。
In the present embodiment, between the connection portion T1 between the switching elements Q A and Q B connected in series and the connection portion T2 between the switching elements Q C and Q D connected in series. The
When the switching element Q D is on, the switching element Q B and the switching element Q C are off. When the switching element Q B and the switching element Q C are on, the switching element Q A and the switching element Q D are off. As a result, a rectangular wave AC voltage is generated between the connection portion T1 and the connection portion T2. In the present embodiment, the range of the frequency of the rectangular wave generated by switching of each switching element is about several hundred kHz to several thousand kHz.
上記のようなインバーター部１０３を構成するスイッチング素子ＱA乃至ＱDに対する駆動信号は主制御部１１０から入力されるようになっている。また、インバーター部１０３を駆動させるための周波数は主制御部１１０から制御することができるようになっている。
Drive signals for the switching elements Q A to Q D constituting the
整合器１０４は、所定の回路定数を有する受動素子から構成され、インバーター部１０３からの出力が入力される。そして、整合器１０４からの出力は送電アンテナ１０５に供給される。整合器１０４を構成する受動素子の回路定数は、主制御部１１０からの指令に基づいて調整することができるようになっている。主制御部１１０は、送電アンテナ１０５と受電アンテナ２０１とが共振するように整合器１０４に対する指令を行う。
The
送電アンテナ１０５は、誘導性リアクタンス成分を有するコイルから構成されており、対向するようにして配置される車両搭載の受電アンテナ２０１と共鳴することで、送電アンテナ１０５から出力される電気エネルギーを受電アンテナ２０１に送ることができるよ
うになっている。
The
電力伝送システム１００の主制御部１１０はＣＰＵとＣＰＵ上で動作するプログラムを保持するＲＯＭとＣＰＵのワークエリアであるＲＡＭなどからなる汎用の情報処理部である。この主制御部１１０は、図示されている主制御部１１０と接続される各構成と協働するように動作する。
The
また、通信部１２０は車両側の通信部２２０と無線通信を行い、車両との間でデータの送受を可能にする構成である。通信部１２０によって受信したデータは主制御部１１０に転送され、また、主制御部１１０は所定情報を通信部１２０を介して車両側に送信することができるようになっている。
The communication unit 120 is configured to perform wireless communication with the vehicle-
次に、車両側に設けられている構成について説明する。車両の受電側のシステムにおいて、受電アンテナ２０１は、送電アンテナ１０５と共鳴することによって、送電アンテナ１０５から出力される電気エネルギーを受電するものである。このような受電アンテナ２０１は、車両の底面部に取り付けられるようになっている。
Next, a configuration provided on the vehicle side will be described. In the system on the power receiving side of the vehicle, the
受電アンテナ２０１で受電された交流電力は、整流部２０２において整流され、整流された電力は充電制御部２０３を通してバッテリー２０４に蓄電されるようになっている。充電制御部２０３は主制御部２１０からの指令に基づいてバッテリー２０４の蓄電を制御する。また、充電制御部２０３はバッテリー２０４の残量管理なども行い得るように構成される。
The AC power received by the
主制御部２１０はＣＰＵとＣＰＵ上で動作するプログラムを保持するＲＯＭとＣＰＵのワークエリアであるＲＡＭなどからなる汎用の情報処理部である。この主制御部２１０は、図示されている主制御部２１０と接続される各構成と協働するように動作する。
The
インターフェイス部２３０は、車両の運転席部に設けられ、ユーザー（運転者）に対し所定の情報などを提供したり、或いは、ユーザーからの操作・入力を受け付けたりするものであり、表示装置、ボタン類、タッチパネル、スピーカーなどで構成されるものである。ユーザーによる所定の操作が実行されると、インターフェイス部２３０から操作データとして主制御部２１０に送られ処理される。また、ユーザーに所定の情報を提供する際には、主制御部２１０からインターフェイス部２３０に対して、所定情報を表示するための表示指示データが送信される。
The
また、車両側の通信部２２０は送電側の通信部１２０と無線通信を行い、送電側のシステムとの間でデータの送受を可能にする構成である。通信部２２０によって受信したデータは主制御部２１０に転送され、また、主制御部２１０は所定情報を、通信部２２０を介して送電システム側に送信することができるようになっている。
Further, the vehicle-
電力伝送システムで、電力を受電しようとするユーザーは、上記のような送電側のシステムが設けられている停車スペースに車両を停車させ、インターフェイス部２３０から充電を実行する旨の入力を行う。これを受けた主制御部２１０は、充電制御部２０３からのバッテリー２０４の残量を取得し、バッテリー２０４の充電に必要な電力量を算出する。算出された電力量と送電を依頼する旨の情報は、車両側の通信部２２０から送電側のシステムの通信部１２０に送信される。これを受信した送電側システムの主制御部１１０は高電圧発生部１０２、インバーター部１０３、整合器１０４を制御することで、車両側に電力を伝送するようになっている。
In the power transmission system, a user who wants to receive power inputs the information indicating that charging is performed from the
次に、以上のように構成される電力伝送システム１００で用いるアンテナの具体的な構
成について説明する。送電アンテナ１０５と受電アンテナ２０１は同様の構成であるので、以下、図３においては受電アンテナ２０１を例に挙げて説明する。
Next, a specific configuration of the antenna used in the
図３は本発明の実施形態に係る受電アンテナ２０１の分解斜視図であり、図４は本発明の実施形態に係る受電アンテナ２０１による電力伝送の様子を示す断面の模式図であり、図４における矢印は磁力線を模式的に示している。なお、以下の実施形態では、コイル体２７０として矩形平板状のものを例に説明するが、本発明のアンテナはこのようなこのような形状のコイルに限定されるものではない。例えば、コイル体２７０として円形平板状のものなども利用し得る。このようなコイル体２７０は、受電アンテナ２０１における磁気共鳴アンテナ部として機能する。この「アンテナ部」は、コイル体２７０のインダクタンス成分のみならず、その浮游容量に基づくキャパシタンス成分、或いは意図的に追加したコンデンサに基づくキャパシタンス成分をも含むものである。また、明細書中でコイル体２７０としている発明特定事項は、特許請求の範囲においては、上記のようなキャパシタンス成分をも含むものとして「アンテナ部」として表現されることがある。
3 is an exploded perspective view of the
ケース体２６０は、受電アンテナ２０１の誘導性リアクタンス成分を有するコイル体２７０を収容するために用いられるものである。このケース体２６０は、例えばポリカーボネートなどの樹脂により構成される開口を有する箱体の形状をなしている。ケース体２６０の矩形状の底板部２６１の各辺からは側板部２６２が、前記底板部２６１に対して垂直方向に延在するようにして設けられている。そして、ケース体２６０の上方においては、側板部２６２に囲まれるような上方開口部２６３が構成されている。ケース体２６０にパッケージされた受電アンテナ２０１はこの上方開口部２６３側で車両本体部に取り付けられる。ケース体２６０を車両本体部に取り付けるためには、従来周知の任意の方法を用いることができる。なお、上方開口部２６３の周囲には、車両本体部への取り付け性を向上するために、フランジ部材などを設けるようにしても良い。
The
コイル体２７０は、ガラスエポキシ製の矩形平板状の基材２７１と、この基材２７１上に形成される渦巻き状の導電部２７２とから構成されている。渦巻き状をなす導電部２７２の内周側の第１端部２７３、及び外周側の第２端部２７４には不図示の導電線路が電気接続される。これにより、受電アンテナ２０１によって受電した電力を整流部２０２へと導けるようになっている。このようなコイル体２７０はケース体２６０の矩形状の底板部２１６上に載置され、適当な固着手段によって底板部２１６上に固着される。
The
シールド体２９０は、平板状の非磁性金属体２９２と、この非磁性金属体２９２がはめ込まれる金属体保持枠２９１とから構成される。非磁性金属体２９２しては、その導電率が２２×１０6以上であり、比透磁率が１．００００２以下であるものを用いる。このよ
うな物性値を実現する具体的な材料としては、アルミニウム、銅、金、銀、黄銅、マグネシウムなどを挙げることできる。本実実施形態においては、非磁性金属体２９２としては平板状のアルミニウム板を用いた。金属体保持枠２９１は口の字状の部材であり、その中抜き部に非磁性金属体２９２を固定する。この金属体保持枠２９１は合成樹脂材料などにより構成することができる。
The
金属体保持枠２９１の周縁を適当な固着手段によってケース体２６０に対して固着することによって、非磁性金属体２９２は、コイル体２７０と距離D1離間されて配されるようになっている。図５は、非磁性金属体２９２―コイル体２７０間の距離D1と、電力伝送効率との間の関係を示す図である。図５に示すように、非磁性金属体２９２は、コイル体２７０と距離D1が６０ｍｍ以上であると、高い伝送効率を得られることから、本実施形態においては、距離D1≧６０ｍｍとして設定した。
By fixed to the
また、シールド体２９０においては、非磁性金属体２９２が金属体保持枠２９１にはめ
込まれていることから、上記のように非磁性金属体２９２の面積は、コイル体２７０の面積より小さい。非磁性金属体２９２の面積を小さくすることができれば、材料費などを低減できるので、アンテナを構成する際のコストに献身する。それでは、非磁性金属体２９２の面積をどの程度とすればよいかについて検討する。図６は、非磁性金属体２９２の面積Ｓ1をコイル体２７０の面積Ｓ0で除した値と、電力伝送効率との間の関係を示す図である。
In the
図６に示すように、非磁性金属体２９２の面積Ｓ1は、コイル体２７０の面積Ｓ0の０．６倍以上であると、概ね良好な伝送効率を得ることができることから、本実施形態においては、（非磁性金属体２９２の面積Ｓ1）≧０．６×（コイル体２７０の面積Ｓ0）として設定した。
As shown in FIG. 6, when the area S 1 of the
次に、非磁性金属体２９２として適当な厚さはどの程度であるかを検討する。図６は非磁性金属体２９２の厚さＴと、電力伝送効率との間の関係を示す図である。図６に示すように、非磁性金属体２９２の厚さＴは、２ｍｍ以上であると、概ね良好な伝送効率を得ることができることから、本実施形態においては、（非磁性金属体２９２の厚さＴ）≧２ｍｍとして設定した。
Next, the appropriate thickness of the
上記のように構成された受電アンテナ２０１のＱ値が１００以上であった。なおアンテナのＱ値はインピーダンスアナライザ等の計測機器を使って計測した。
The Q value of the
また、上記のような受電アンテナ２０１の配置は、図４に示すように、受電アンテナ２０１と水平面に対して面対称（鏡像対称）となるような構造とする。
Further, as shown in FIG. 4, the arrangement of the
次に、図４に示すように、受電アンテナ２０１を、車両本体部を模した鉄板に装着したときにおける効果について検討する。図８は送受電アンテナと、鉄板、アルミ板のレイアウトに応じた伝送効率を示す図である。
Next, as shown in FIG. 4, the effect when the
図８の（Ａ）は送電コイル体と受電コイル体とを対向させた状態を示している。このとき伝送効率は９５．９％であった。 FIG. 8A shows a state where the power transmitting coil body and the power receiving coil body are opposed to each other. At this time, the transmission efficiency was 95.9%.
一方、図８の（Ｂ）は受電コイル体の上方６５ｍｍの位置に車両本体部を模した鉄板を配した状態を示している。このとき、伝送効率は９５．９％から５８．５％に低減する。低減分のうち、１８．９％が鉄板における渦電流に起因するものであり、１８．５％が周波数ずれに起因するものであると推定することができる。
On the other hand, FIG. 8B shows a state in which an iron plate simulating a vehicle main body is disposed at a
上記のように推定ができる根拠について図９を参照して説明する。図９は送受電コイル体と鉄板のレイアウトに応じた伝送効率を示す図である。図９の（Ａ）は送電コイル体と受電コイル体とを対向させた状態を示している。このとき伝送効率は９５．９％である。（図８（Ａ）の状態に同じ。）
図９の（Ｂ）は送電コイル体の下方６５ｍｍ、受電コイル体の上方６５ｍｍの位置に鉄板を配した状態を示している。このとき、伝送効率は９５．９％から５８．１％に３７．８％分低減する。図９の（Ｂ）では、受電コイル体の上部及び送電コイル体の下部に配された鉄板により、共振周波数は合致し、周波数ずれによる効率の低下はない。すなわち、３７．８％の低下は渦電流による損失に基づくものと推定される。鉄板一枚あたり分の渦電流は、これを２で割ることで１８．９％であるものと推定される。
The reason why the estimation can be performed as described above will be described with reference to FIG. FIG. 9 is a diagram illustrating the transmission efficiency according to the layout of the power transmission / reception coil body and the iron plate. FIG. 9A shows a state where the power transmitting coil body and the power receiving coil body are opposed to each other. At this time, the transmission efficiency is 95.9%. (Same as in the state of FIG. 8A.)
FIG. 9B shows a state in which an iron plate is disposed at a
一方、図９の（Ｃ）は受電コイル体の上方６５ｍｍの位置にのみ鉄板を配した状態を示している。このとき、図９（Ａ）から比較すると、伝送効率は９５．９％から３７．４％低下して、５８．５％となる。この差分３７．４％のうち、１８．９％は上記のように渦
電流損失によるものであるので、残りの１８．５％が周波数ずれによる損実であるものと推定される。
On the other hand, FIG. 9C shows a state where an iron plate is disposed only at a
さて、図８の（Ｃ）は受電コイル体の上方６０ｍｍの位置に非磁性金属体２９２としてアルミ板を配した状態を示している。このとき、伝送効率は９５．９％から５２．８％に低減する。低減分のうち、３．３％が鉄板における渦電流に起因するものであり、３９．８％が周波数ずれに起因するものであると推定することができる。
FIG. 8C shows a state in which an aluminum plate is disposed as a
上記のように推定ができる根拠について図１０を参照して説明する。図１０は送受電コイル体とアルミ板のレイアウトに応じた伝送効率を示す図である。図１０の（Ａ）は送電コイル体と受電コイル体とを対向させた状態を示している。このとき伝送効率は９５．９％である。（図８（Ａ）の状態に同じ。）
図１０の（Ｂ）は送電コイル体の下方６０ｍｍ、受電コイル体の上方６０ｍｍの位置にアルミ板を配した状態を示している。このとき、伝送効率は９５．９％から８９．３％に６．６％分低減する。このとき、受電コイル体の上部及び送電コイル体の下部に配されたアルミ板により、共振周波数は合致し、周波数ずれによる効率の低下はない。すなわち、６．６％の低下は渦電流による損失に基づくものと推定される。アルミ板一枚あたり分の渦電流は、これを２で割ることで３．３％であるものと推定される。非磁性金属体２９２として用いるアルミニウムの板は、導電率が高いため、このように渦電流に基づく損失が鉄に比べて少ない。（アルミニウムの導電率＝４０×１０6［Ｓ／ｍ］に対し、鉄の導電
率＝１０×１０6［Ｓ／ｍ］）
一方、図１０の（Ｃ）は受電コイル体の上方６０ｍｍの位置にのみアルミ板を配した状態を示している。このとき、図１０（Ａ）から比較すると、伝送効率は９５．９％から４３．１％低下して、５２．８％となる。この５２．８％のうち、３．３％は上記のように渦電流損失によるものであるので、残りの３９．８％が周波数ずれによる損実であるものと推定される。
The reason why estimation is possible as described above will be described with reference to FIG. FIG. 10 is a diagram showing transmission efficiency according to the layout of the power transmission / reception coil body and the aluminum plate. FIG. 10A shows a state where the power transmitting coil body and the power receiving coil body are opposed to each other. At this time, the transmission efficiency is 95.9%. (Same as in the state of FIG. 8A.)
FIG. 10B shows a state in which an aluminum plate is disposed at a
On the other hand, FIG. 10C shows a state in which an aluminum plate is disposed only at a
図８の（Ｄ）は送電アンテナ１０５の下方６０ｍｍ、受電コイル体の上方６０ｍｍの位置にアルミ板を配し、さらに送信側と受信側の共振周波数を一致させた状態を示している。このとき、伝送効率は８９．３％となる。
FIG. 8D shows a state in which an aluminum plate is disposed at a
一方、図８の（Ｅ）は図８（Ｄ）における上側のアルミ板の上部に、車両本体部を模した鉄板をレイアウトした状態を示している。これは、ちょうど本実施形態に係るアンテナが用いられた電力伝送システムによって、電気自動車（ＥＶ）やハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）などの車両に対する電力供給が行われた状況を模擬するものである。本発明のような非磁性金属体２９２が適用された送電アンテナ１０５、受電アンテナ２０１を用いた電力伝送によれば、アンテナを車両底部の鉄板に取り付けて利用した場合でも、８９．２％という比較的高い伝送効率を維持することが可能となる。
On the other hand, FIG. 8E shows a state in which an iron plate simulating a vehicle main body is laid out on the upper aluminum plate in FIG. 8D. This simulates a situation where power is supplied to a vehicle such as an electric vehicle (EV) or a hybrid electric vehicle (HEV) just by the power transmission system using the antenna according to the present embodiment. According to the power transmission using the
すなわち、コイル体２７０と、このコイル体２７０と所定距離離間されて配される平板状の非磁性金属体２９２と、からなる送電アンテナ１０５、受電アンテナ２０１によれば、車両底面に受電アンテナ２０１を装着した場合でも、車両本体部を構成する金属物などの影響を抑制して、効率的に電力伝送を行うことが可能となる。
That is, according to the
次に、アンテナ単独での特性について検討してみる。図１１はコイル体と、鉄板、アルミ板のレイアウトに応じたインピーダンス特性を示す図である。 Next, let us examine the characteristics of the antenna alone. FIG. 11 is a diagram showing impedance characteristics according to the layout of the coil body, the iron plate, and the aluminum plate.
図１１における（Ａ）は受電コイル体（又は送電コイル体）の単体としての特性を示している。また、図１１における（Ｂ）は受電コイル体の上方６５ｍｍの位置に車両本体部を模した鉄板を配した場合の特性を示している。
FIG. 11A shows the characteristics of the power receiving coil body (or power transmission coil body) as a single unit. Further, (B) in FIG. 11 shows characteristics when an iron plate imitating the vehicle main body is arranged at a
また、図１１における（Ｃ）は受電コイル体の上方６０ｍｍの位置に非磁性金属体２９２としてアルミ板を配した状態を示している。
FIG. 11C shows a state in which an aluminum plate is disposed as a
また、図１１における（Ｄ）は受電コイル体の上方６０ｍｍの位置に非磁性金属体２９２としてアルミ板を配し、さらにその５ｍｍ上方に車両本体部を模した鉄板を配した場合の特性を示している。
FIG. 11D shows characteristics when an aluminum plate is disposed as a
かりに、非磁性金属体２９２がないアンテナを車両本体部に取り付けると、図１１（Ｂ）に示すような特性を示すこととなる。すなわち、本来、図１１（Ａ）に示すような、コイル体２７０のみからなるアンテナ単体の特性は、図１１（Ｂ）に示すように、インピーダンスの極小値が大きくなるなど、大きく異なってしまうこととなる。
If an antenna without the
一方、コイル体に非磁性金属体２９２が設けられたアンテナを模擬する図１１（Ｃ）では、インピーダンスの極小値を与える周波数はずれるが、インピーダンスの極小値自体が大きく変わるわけではない。
On the other hand, in FIG. 11C simulating an antenna in which the coil body is provided with the
さらに、非磁性金属体２９２が設けられた本発明に係るアンテナが、車両底部に取り付けられた状態を模擬する図１１（Ｄ）においても、インピーダンスの極小値を与える周波数はずれるが、インピーダンスの極小値自体が大きく変わるわけではなく、本発明の有効性を理解することができる。
Further, in FIG. 11D simulating the state where the antenna according to the present invention provided with the
以上のように、本発明の受送電アンテナによれば、底板部２６１と底板部２６１から延在する側板部２６２とを有するケース体２６０と、ケース体２６０に載置されコイル体２７０と、このコイル体２７０と所定距離離間されて配される平板状の非磁性金属体２９２と、が設けられており、このようなアンテナによれば、車両底面に受電アンテナ２０１を装着した場合でも、車両本体部を構成する金属物などの影響を抑制して、効率的に電力伝送を行うことが可能となる。
As described above, according to the power transmitting and receiving antenna of the present invention, the
１００・・・電力伝送システム
１０１・・・ＡＣ／ＤＣ変換部
１０２・・・電圧調整部
１０３・・・インバーター部
１０４・・・整合器
１０５・・・送電アンテナ
１１０・・・主制御部
１２０・・・通信部
２０１・・・受電アンテナ
２０２・・・整流部
２０３・・・充電制御部
２０４・・・バッテリー
２１０・・・主制御部
２２０・・・通信部
２３０・・・インターフェイス部
２６０・・・ケース体
２１６・・・底板部
２６２・・・側板部
２６３・・・（上方）開口部
２７０・・・コイル体
２７１・・・基材
２７２・・・導電部
２７３・・・第１端部
２７４・・・第２端部
２９０・・・シールド体
２９１・・・金属体保持枠
２９２・・・非磁性金属体
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記コイル体と所定距離離間されて配される平板状の非磁性金属体と、を有することを特徴とするアンテナ。 A coil body;
An antenna, comprising: a flat non-magnetic metal body arranged at a predetermined distance from the coil body.
あることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のアンテナ。 5. The antenna according to claim 1, wherein the nonmagnetic metal body has a conductivity of 22 × 10 6 or more and a relative permeability of 1.00002 or less.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2002137659A (en) * | 2000-08-23 | 2002-05-14 | Shinko Electric Co Ltd | Non-contact feeder |
| JP2010527226A (en) * | 2007-05-08 | 2010-08-05 | モジョ モビリティー インコーポレイテッド | Portable device inductive charging system and method |
| JP2011091999A (en) * | 2008-09-18 | 2011-05-06 | Toyota Motor Corp | Non-contact power receiving apparatus and non-contact power transmitter |
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- 2011-07-12 JP JP2011153439A patent/JP2013021822A/en active Pending
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