JP2014128068A - Wireless power transmission device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、非接触で電力を多重伝送する無線電力伝送装置に関するものである。 The present invention relates to a wireless power transmission apparatus that multiplex-transmits power without contact.
回転体と静止体の間で電力を伝送する場合、機械的接点を有するスリップリング装置が使用されることがある。
このスリップリング装置は、回転体の外周面に絶縁体を介して配置された環状のスリップリングと、スリップリングの外周面と摺動接触するブラシとから構成されている。
この構成により、スリップリングとブラシが電気的に接続され、電力の伝送が可能となる。
なお、スリップリング及びブラシの対を多重化することで、複数系統の電力を多重伝送することが可能になる。
When transmitting electric power between a rotating body and a stationary body, a slip ring device having a mechanical contact may be used.
This slip ring device includes an annular slip ring disposed on an outer peripheral surface of a rotating body via an insulator, and a brush that is in sliding contact with the outer peripheral surface of the slip ring.
With this configuration, the slip ring and the brush are electrically connected, and electric power can be transmitted.
Note that by multiplexing the pair of slip rings and brushes, it is possible to multiplex-transmit a plurality of systems of power.
しかし、スリップリング装置では、機械的接点となるスリップリングとブラシが摩耗して劣化を生じる。この摩耗劣化の影響で、電力伝送システムの寿命が制限されてしまう問題が発生する。
スリップリング装置の代わりに、非接触の無線電力伝送装置を使用できれば、摩耗劣化が発生しないため、上記の問題を解決することができる。
比較的近距離で伝送効率の高い無線電力伝送装置として、電磁界共鳴を利用する装置がある。電磁界共鳴を利用する無線電力伝送装置において、電力の多重伝送を実現するには、送信側及び受信側の部材として、複数の共鳴素子をそれぞれ設置する必要がある。
However, in the slip ring device, the slip ring and the brush that are mechanical contacts are worn and deteriorated. Due to the wear deterioration, there arises a problem that the life of the power transmission system is limited.
If a contactless wireless power transmission device can be used instead of the slip ring device, wear degradation does not occur, and thus the above problem can be solved.
As a wireless power transmission device having a relatively short distance and high transmission efficiency, there is a device using electromagnetic resonance. In a wireless power transmission apparatus using electromagnetic resonance, in order to realize multiplex transmission of power, it is necessary to install a plurality of resonance elements as members on the transmission side and the reception side, respectively.
しかし、複数の共鳴素子を近接して配置すると、結合させたくない共鳴素子同士の結合が大きくなるため、互いに独立している複数系統の電力の多重伝送を実現することができない。このため、複数の共鳴素子を近接して配置することができず、無線電力伝送装置の小型化を図ることが困難である。
以下の特許文献1には、受信側に配置している複数の共鳴素子の共鳴周波数を変えることで、結合させたくない共鳴素子同士の結合を小さくしている無線電力伝送装置が開示されている。
However, if a plurality of resonant elements are arranged close to each other, coupling between the resonant elements that are not desired to be coupled increases, so that it is not possible to realize multiplex transmission of a plurality of independent power systems. For this reason, a plurality of resonant elements cannot be arranged close to each other, and it is difficult to reduce the size of the wireless power transmission device.
従来の無線電力伝送装置は以上のように構成されているので、広い周波数帯域を使用すれば、受信側に配置している複数の共鳴素子の共鳴周波数を変えることができる。しかし、広い周波数帯域を使用するには、例えば、電波法等の規制を満足する設計を行う必要がある。このため、送信電力の小電力化や漏洩電磁界のシールド構造などが必要になり、装置の大型化を招いてしまうなどの課題があった。 Since the conventional wireless power transmission apparatus is configured as described above, the resonance frequency of a plurality of resonance elements arranged on the receiving side can be changed by using a wide frequency band. However, in order to use a wide frequency band, for example, it is necessary to perform a design that satisfies regulations such as the Radio Law. For this reason, a reduction in transmission power, a shield structure for leakage electromagnetic fields, and the like are required, which causes problems such as an increase in the size of the apparatus.
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、装置の大型化や小電力化を招くことなく、電力を多重伝送することができる無線電力伝送装置を得ることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a wireless power transmission apparatus that can multiplex-transmit power without causing an increase in the size and power consumption of the apparatus. .
この発明に係る無線電力伝送装置は、第1の入出力端子と接続されている第1の共鳴素子と、第2の入出力端子と接続されている第2の共鳴素子と、第3の入出力端子と接続されている第3の共鳴素子と、第4の入出力端子と接続されている第4の共鳴素子とから構成されており、第1から第4の共鳴素子が互いに電磁界共鳴によって結合されている電磁界共鳴器と、一端が第3の入出力端子と接続され、他端が第5の入出力端子と接続されている第1の伝送線路と、一端が第4の入出力端子と接続され、他端が第6の入出力端子と接続されている第2の伝送線路と、第5の入出力端子から入力された高周波信号を第6の入出力端子に出力せずに、第7及び第8の入出力端子に分配し、第6の入出力端子から入力された高周波信号を第5の入出力端子に出力せずに、第7及び第8の入出力端子に分配する方向性結合器とから構成されたものである。 The wireless power transmission device according to the present invention includes a first resonant element connected to the first input / output terminal, a second resonant element connected to the second input / output terminal, and a third input / output terminal. The third resonance element is connected to the output terminal and the fourth resonance element is connected to the fourth input / output terminal. The first to fourth resonance elements are electromagnetically resonant with each other. The first transmission line having one end connected to the third input / output terminal and the other end connected to the fifth input / output terminal, and one end connected to the fourth input / output terminal. The second transmission line connected to the output terminal and the other end connected to the sixth input / output terminal and the high-frequency signal input from the fifth input / output terminal are not output to the sixth input / output terminal. The high-frequency signal that is distributed to the seventh and eighth input / output terminals and is input from the sixth input / output terminal is Without outputting the force terminal, in which is composed of a directional coupler for distributing the input and output terminals of the seventh and eighth.
この発明によれば、第1から第4の共鳴素子が互いに電磁界共鳴によって結合されている電磁界共鳴器と、第3の入出力端子と第5の入出力端子を結ぶ第1の伝送線路と、第4の入出力端子と第6の入出力端子を結ぶ第2の伝送線路と、第5の入出力端子から入力された高周波信号を第6の入出力端子に出力せずに、第7及び第8の入出力端子に分配し、第6の入出力端子から入力された高周波信号を第5の入出力端子に出力せずに、第7及び第8の入出力端子に分配する方向性結合器とから構成したので、装置の大型化や小電力化を招くことなく、電力を多重伝送することができる効果がある。 According to the present invention, the electromagnetic field resonator in which the first to fourth resonance elements are coupled to each other by electromagnetic resonance, and the first transmission line connecting the third input / output terminal and the fifth input / output terminal. And the second transmission line connecting the fourth input / output terminal and the sixth input / output terminal, and the high frequency signal input from the fifth input / output terminal without being output to the sixth input / output terminal. The direction in which the high frequency signal input from the sixth input / output terminal is distributed to the seventh and eighth input / output terminals without being output to the fifth input / output terminal. Since it is composed of a sex coupler, there is an effect that power can be multiplexed and transmitted without increasing the size and power consumption of the apparatus.
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1による無線電力伝送装置を示す構成図である。
図1において、入出力端子1は電磁界共鳴器11における第1の共鳴素子の給電端子である。なお、入出力端子1は第1の入出力端子を構成している。
入出力端子2は電磁界共鳴器11における第2の共鳴素子の給電端子である。なお、入出力端子2は第2の入出力端子を構成している。
入出力端子3は電磁界共鳴器11における第3の共鳴素子の給電端子である。なお、入出力端子3は第3の入出力端子を構成している。
入出力端子4は電磁界共鳴器11における第4の共鳴素子の給電端子である。なお、入出力端子4は第4の入出力端子を構成している。
1 is a block diagram showing a wireless power transmission apparatus according to
In FIG. 1, the input /
The input /
The input /
The input /
入出力端子5は方向性結合器14の入出力端子である。なお、入出力端子5は第5の入出力端子を構成している。
入出力端子6は方向性結合器14の入出力端子である。なお、入出力端子6は第6の入出力端子を構成している。
入出力端子7は方向性結合器14の入出力端子である。なお、入出力端子7は第7の入出力端子を構成している。
入出力端子8は方向性結合器14の入出力端子である。なお、入出力端子8は第8の入出力端子を構成している。
The input /
The input /
The input /
The input /
電磁界共鳴器11は入出力端子1と接続されている第1の共鳴素子と、入出力端子2と接続されている第2の共鳴素子と、入出力端子3と接続されている第3の共鳴素子と、入出力端子4と接続されている第4の共鳴素子とから構成されている。
電磁界共鳴器11の第1から第4の共鳴素子は、互いに電磁界共鳴によって非接触で結合されている。
なお、電磁界共鳴器11における4つの共鳴素子の形状や設置位置は任意であり、この実施の形態1で限定するものではない。
The
The first to fourth resonance elements of the
The shapes and installation positions of the four resonance elements in the
伝送線路12は一端が入出力端子3と接続されて、他端が入出力端子5と接続されている。なお、伝送線路12は第1の伝送線路を構成している。
伝送線路13は一端が入出力端子4と接続されて、他端が入出力端子6と接続されている。なお、伝送線路13は第2の伝送線路を構成している。
方向性結合器14は入出力端子5から入力された高周波信号を入出力端子6に出力せずに、その高周波信号を入出力端子7,8に分配し、入出力端子6から入力された高周波信号を入出力端子5に出力せずに、その高周波信号を入出力端子7,8に分配する回路である。
The
The
The
次に動作について説明する。
一般的に、全ての入出力端子での反射が0(無反射)で、無損失である4端子回路は、方向性結合器となる。
したがって、電磁界共鳴器11でも、この条件を概ね満足すれば、方向性結合器として動作する。
ここでは、電磁界共鳴器11において、入出力端子1から高周波信号(電力)が入力された場合のアイソレーションポートが入出力端子2であるとすれば、入出力端子1から入力された高周波信号(電力)は、入出力端子3と入出力端子4に分配されて、入出力端子2には出力されない。
Next, the operation will be described.
In general, a four-terminal circuit in which reflection at all input / output terminals is zero (non-reflection) and lossless is a directional coupler.
Therefore, the
Here, in the
例えば、電磁界共鳴器11において、入出力端子1から入出力端子4に至る通過振幅を小さくすることができれば、入出力端子1から入力された高周波信号の大部分が入出力端子3に出力され、入出力端子2から入力された高周波信号の大部分が入出力端子4に出力される。したがって、それぞれが独立している2重の無線電力伝送を実現することができる。
しかし、電磁界共鳴器11のサイズを小さくすると、入出力端子1から入力された高周波信号は、入出力端子3と入出力端子4の両方に分配されるため、電磁界共鳴器11だけでは2重の無線電力伝送を実現することができない。
For example, in the
However, if the size of the
電磁界共鳴器11から入出力端子3に出力された高周波信号は、伝送線路12を通過して、入出力端子5から方向性結合器14に入力される。
入出力端子5から方向性結合器14に入力された高周波信号は、入出力端子7と入出力端子8に分配されて、入出力端子6には出力されない。
一方、電磁界共鳴器11から入出力端子4に出力された高周波信号は、伝送線路13を通過して、入出力端子6から方向性結合器14に入力される。
入出力端子6から方向性結合器14に入力された高周波信号は、入出力端子7と入出力端子8に分配されて、入出力端子5には出力されない。
The high frequency signal output from the
The high-frequency signal input from the input /
On the other hand, the high-frequency signal output from the
The high-frequency signal input from the input /
ここで、入出力端子1から入出力端子7に至る通過特性は、下記に示す2つの経路の合成である。
(1)入出力端子1→電磁界共鳴器11→入出力端子3→伝送線路12→入出力端子5→方向性結合器14→入出力端子7の経路
(2)入出力端子1→電磁界共鳴器11→入出力端子4→伝送線路13→入出力端子6→方向性結合器14→入出力端子7の経路
したがって、2つの経路の通過特性をほぼ等振幅逆相にすれば、入出力端子1から入出力端子7に至る通過振幅|S71|は0、入出力端子1から入出力端子8に至る通過振幅|S81|は1になる。
このとき、入出力端子2から入出力端子7に至る通過振幅|S72|は1、入出力端子2から入出力端子8に至る通過振幅|S82|は0になる。
これにより、それぞれが独立している2重の無線電力伝送を実現することができる。
Here, the pass characteristic from the input /
(1) Input /
At this time, the passing amplitude | S 72 | from the input /
Thereby, it is possible to realize double wireless power transmission in which each is independent.
また、入出力端子1から入出力端子8に至る通過特性は、下記に示す2つの経路の合成である。
(1)入出力端子1→電磁界共鳴器11→入出力端子3→伝送線路12→入出力端子5→方向性結合器14→入出力端子8の経路
(2)入出力端子1→電磁界共鳴器11→入出力端子4→伝送線路13→入出力端子6→方向性結合器14→入出力端子8の経路
したがって、2つの経路の通過特性をほぼ等振幅逆相にすれば、入出力端子1から入出力端子7に至る通過振幅|S71|は1、入出力端子1から入出力端子8に至る通過振幅|S81|は0になる。
このとき、入出力端子2から入出力端子7に至る通過振幅|S72|は0、入出力端子2から入出力端子8に至る通過振幅|S82|は1になる。
これにより、それぞれが独立している2重の無線電力伝送を実現することができる。
The passing characteristic from the input /
(1) Input /
At this time, the passing amplitude | S 72 | from the input /
Thereby, it is possible to realize double wireless power transmission in which each is independent.
次に、伝送線路12,13及び方向性結合器14の特性の決定方法について説明する。
図2はこの発明の実施の形態1による無線電力伝送装置の電磁界共鳴器11及び伝送線路12,13と、方向性結合器14との関係を示す説明図である。
ここでは、電磁界共鳴器11の規格化インピーダンスをZ0、伝送線路12,13の特性インピーダンスをZ0、方向性結合器14の規格化インピーダンスをZ0として、電磁界共鳴器11における結合係数をkとする。
Next, a method for determining the characteristics of the
FIG. 2 is an explanatory diagram showing the relationship between the
Here, assuming that the normalized impedance of the
この場合、入出力端子1から入出力端子3に至る通過振幅|S31|は(1−k2)1/2、入出力端子1から入出力端子4に至る通過振幅|S41|はk、入出力端子1から入出力端子2に至る通過振幅|S21|は0である。
また、電磁界共鳴器11及び伝送線路12,13の部分において、入出力端子1から入出力端子5に至る通過振幅|S51|は(1−k2)1/2、入出力端子1から入出力端子6に至る通過振幅|S61|はkである。
また、入出力端子1から入出力端子5に至る通過位相をα、入出力端子1から入出力端子6に至る通過位相をβとする。
通過振幅及び通過位相が上記の値であるとき、伝送線路12,13の長さは、|α−β|が90度にほぼ等しくなるように決定する。ただし、伝送線路12,13の長さは、同じ場合と異なる場合がある。
In this case, the passing amplitude | S 31 | from the input /
In the
In addition, a passing phase from the input /
When the passing amplitude and passing phase are the above values, the lengths of the
方向性結合器14において、入出力端子5から入出力端子7に至る通過位相をγ、入出力端子5から入出力端子8に至る通過位相をδとして、|γ−δ|は90度にほぼ等しくなるようにする。また、方向性結合器14における結合係数をk’とする。
この場合、入出力端子5から入出力端子7に至る通過振幅|S75|は(1−k’2)1/2、入出力端子5から入出力端子8に至る通過振幅|S85|はk’、入出力端子5から入出力端子6に至る通過振幅|S65|は0である。
In the
In this case, the passing amplitude | S 75 | from the input /
方向性結合器14の結合係数k’は、図2に示すように、(α−β)と(γ−δ)の関係によって決定する。(α−β)と(γ−δ)の組み合わせとしては4つある。
[case1]
(α−β)=90度、(γ−δ)=−90度の場合には、k’=kに決定する。
この場合、|S71|=1、|S81|=0、|S72|=0、|S82|=1となり、それぞれが独立している2重の無線電力伝送を実現することができる。
As shown in FIG. 2, the coupling coefficient k ′ of the
[Case 1]
When (α−β) = 90 degrees and (γ−δ) = − 90 degrees, k ′ = k is determined.
In this case, | S 71 | = 1, | S 81 | = 0, | S 72 | = 0, and | S 82 | = 1, and it is possible to realize independent double wireless power transmission. .
[case2]
(α−β)=90度、(γ−δ)=90度の場合には、k’=(1−k2)1/2に決定する。
この場合、|S71|=0、|S81|=1、|S72|=1、|S82|=0となり、それぞれが独立している2重の無線電力伝送を実現することができる。
[Case2]
When (α−β) = 90 degrees and (γ−δ) = 90 degrees, k ′ = (1−k 2 ) 1/2 is determined.
In this case, | S 71 | = 0, | S 81 | = 1, | S 72 | = 1, and | S 82 | = 0, and it is possible to realize double wireless power transmission that is independent of each other. .
[case3]
(α−β)=−90度、(γ−δ)=−90度の場合には、k’=(1−k2)1/2に決定する。
この場合、|S71|=0、|S81|=1、|S72|=1、|S82|=0となり、それぞれが独立している2重の無線電力伝送を実現することができる。
[Case3]
When (α−β) = − 90 degrees and (γ−δ) = − 90 degrees, k ′ = (1−k 2 ) 1/2 is determined.
In this case, | S 71 | = 0, | S 81 | = 1, | S 72 | = 1, and | S 82 | = 0, and it is possible to realize double wireless power transmission that is independent of each other. .
[case4]
(α−β)=−90度、(γ−δ)=90度の場合には、k’=kに決定する。
この場合、|S71|=1、|S81|=0、|S72|=0、|S82|=1となり、それぞれが独立している2重の無線電力伝送を実現することができる。
[Case4]
When (α−β) = − 90 degrees and (γ−δ) = 90 degrees, k ′ = k is determined.
In this case, | S 71 | = 1, | S 81 | = 0, | S 72 | = 0, and | S 82 | = 1, and it is possible to realize independent double wireless power transmission. .
以上で明らかなように、この実施の形態1によれば、第1から第4の共鳴素子が互いに電磁界共鳴によって結合されている電磁界共鳴器11と、入出力端子3と入出力端子5を結ぶ伝送線路12と、入出力端子4と入出力端子6を結ぶ伝送線路13と、入出力端子5から入力された高周波信号を入出力端子6に出力せずに、入出力端子7,8に分配し、入出力端子6から入力された高周波信号を入出力端子5に出力せずに、入出力端子7,8に分配する方向性結合器14とから構成したので、装置の大型化や小電力化を招くことなく、電力を多重伝送することができる効果を奏する。
As apparent from the above, according to the first embodiment, the
実施の形態2.
上記実施の形態1では、電磁界共鳴器11における4つの共鳴素子の形状や設置位置が任意であるものを示したが、この実施の形態2では、電磁界共鳴器11における第1の共鳴素子と第3の共鳴素子が同心円状に配置され、電磁界共鳴器11における第2の共鳴素子と第4の共鳴素子が同心円状に配置されている無線電力伝送装置について説明する。
In the first embodiment, the four resonant elements in the
図3はこの発明の実施の形態2による無線電力伝送装置を示す構成図であり、図において、図1と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
無給電コイル31は給電点が入出力端子1の上にある給電ループ21と同心円状に配置されており、給電ループ21と無給電コイル31から第1の共鳴素子を構成している。
無給電コイル33は給電点が入出力端子3の上にある給電ループ23と同心円状に配置されており、給電ループ23と無給電コイル33から第3の共鳴素子を構成している。
なお、無給電コイル31と無給電コイル33は、距離L1だけ離れている位置で、同心円状に配置されている。
FIG. 3 is a block diagram showing a wireless power transmission apparatus according to
The
The
The
無給電コイル32は給電点が入出力端子2の上にある給電ループ22と同心円状に配置されており、給電ループ22と無給電コイル32から第2の共鳴素子を構成している。
無給電コイル34は給電点が入出力端子4の上にある給電ループ24と同心円状に配置されており、給電ループ24と無給電コイル34から第4の共鳴素子を構成している。
なお、無給電コイル32と無給電コイル34は、距離L2だけ離れている位置で、同心円状に配置されている。
ただし、距離L1と距離L2は、同じであってもよいし、異なっていてもよい。
The
The
The
However, the distance L1 and the distance L2 may be the same or different.
また、給電ループ21のある面と給電ループ22のある面は平行であり、給電ループ21と給電ループ22の中心間の距離はDである。即ち、無給電コイル31と無給電コイル32は、それぞれの中心軸が距離Dだけ離れている位置に配置されている。
給電ループ21のある面と給電ループ22のある面は、同じであってもよいし、異なっていてもよい。
Further, the surface with the
The surface with the
この実施の形態2では、無給電コイル31,32,33,34の長さは、それぞれがほぼ共振するような長さとする。
また、電磁界共鳴器11の入出力端子1,2,3,4における反射振幅が小さくなるように、給電ループ21と無給電コイル31の間隔、給電ループ22と無給電コイル32の間隔、給電ループ23と無給電コイル33の間隔、給電ループ24と無給電コイル34の間隔を決定する。
このように、電磁界共鳴器11の入出力端子1,2,3,4における反射を小さくし、かつ、電磁界共鳴器11における損失を小さくすれば、電磁界共鳴器11は方向性結合器として動作する。
In the second embodiment, the lengths of the
Further, the spacing between the feeding
In this way, if the reflection at the input /
無給電コイル31と無給電コイル33の間の距離L1と、無給電コイル32と無給電コイル34の間の距離L2と、給電ループ21と給電ループ22の中心間の距離Dとを小さくして、電磁界共鳴器11を小型化すると、入出力端子1から入力された高周波信号は、入出力端子3と入出力端子4の両方に分配され、電磁界共鳴器11だけでは2重の無線電力伝送を実現することができない(入出力端子1から入出力端子2に至る通過振幅は非常に小さい)。
そこで、この実施の形態2では、上記実施の形態1と同様に、伝送線路12,13及び方向性結合器14を付加することで、それぞれが独立している2重の無線電力伝送を実現している。
The distance L1 between the
Therefore, in the second embodiment, as in the first embodiment, the
次に、この実施の形態2における無線電力伝送装置の具体例を開示する。
まず、L1=L2=70mm、D=170mmとして、給電ループ21,23と無給電コイル31,33を直径150mmの円筒上に設置する。
同様に、給電ループ22,24と無給電コイル32,34を直径150mmの円筒上に設置する。
なお、給電ループ21と給電ループ22は、同じ面上に設置する。
Next, a specific example of the wireless power transmission apparatus according to the second embodiment will be disclosed.
First, L1 = L2 = 70 mm and D = 170 mm, and the
Similarly, the feeding
The feeding
この場合、高周波信号の周波数が6.78MHzであれば、入出力端子1における反射振幅は|S11|=−30.8dB、入出力端子1から入出力端子2に至る通過振幅は|S21|=−25.8dB、入出力端子1から入出力端子3に至る通過振幅は|S31|=−1.1dB、入出力端子1から入出力端子4に至る通過振幅は|S41|=−6.6dBとなる。
このため、入出力端子1から入力された高周波信号の殆どが入出力端子3と入出力端子4に分配されるので、電磁界共鳴器11が方向性結合器として動作していることを確認することができる。
In this case, if the frequency of the high frequency signal is 6.78 MHz, the reflection amplitude at the input /
For this reason, since most of the high frequency signals input from the input /
また、入出力端子1から入出力端子3に至る通過位相から、入出力端子1から入出力端子4に至る通過位相を引いた値はほぼ90度である。したがって、伝送線路12,13の長さを同じにすれば、入出力端子1から入出力端子5に至る通過位相αと、入出力端子1から入出力端子6に至る通過位相βとの差(α−β)はほぼ90度になる。
The value obtained by subtracting the passing phase from the input /
ここで、方向性結合器14において、入出力端子5から入出力端子7に至る通過位相γと、入出力端子5から入出力端子8に至る通過位相δとの差(γ−δ)を−90度に決定する。
この場合、方向性結合器14の結合係数k’を、電磁界共鳴器11の結合係数kと等しくして、k’=k=0.47とすれば、入出力端子1から入出力端子7に至る通過振幅は|S71|=0.0dB、入出力端子1から入出力端子8に至る通過振幅は|S81|<−30dB、入出力端子2から入出力端子7に至る通過振幅は|S72|<−30dB、入出力端子2から入出力端子8に至る通過振幅は|S82|=0.0dBとなり、それぞれが独立している2重の無線電力伝送を実現することができる。
Here, in the
In this case, if the coupling coefficient k ′ of the
あるいは、方向性結合器14において、入出力端子5から入出力端子7に至る通過位相γと、入出力端子5から入出力端子8に至る通過位相δとの差(γ−δ)を90度に決定する。
この場合、方向性結合器14の結合係数k’を、k’=(1−k2)1/2=0.88に決定すれば、入出力端子1から入出力端子7に至る通過振幅は|S71|<−30dB、入出力端子2から入出力端子7に至る通過振幅は|S72|=0.0dB、入出力端子1から入出力端子8に至る通過振幅は|S81|=0.0dB、入出力端子2から入出力端子8に至る通過振幅は|S82|<−30dBとなり、それぞれが独立している2重の無線電力伝送を実現することができる。
Alternatively, in the
In this case, if the coupling coefficient k ′ of the
以上で明らかなように、この実施の形態2によれば、電磁界共鳴器11における第1の共鳴素子と第3の共鳴素子が同心円状に配置され、電磁界共鳴器11における第2の共鳴素子と第4の共鳴素子が同心円状に配置されているので、2重の無線電力伝送を実現する無線電力伝送装置が得られる効果を奏する。
As apparent from the above, according to the second embodiment, the first resonance element and the third resonance element in the
実施の形態3.
図4はこの発明の実施の形態3による無線電力伝送装置を示す構成図であり、図において、図3と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
電磁シールド材41は電磁界の流れを制限する部材であり、給電ループ21と無給電コイル31からなる第1の共鳴素子と、給電ループ22と無給電コイル32からなる第2の共鳴素子との間に配置されている。
電磁シールド材42は電磁界の流れを制限する部材であり、給電ループ23と無給電コイル33からなる第3の共鳴素子と、給電ループ24と無給電コイル34からなる第4の共鳴素子との間に配置されている。
なお、電磁シールド材41と電磁シールド材42は、同一の部材で構成してもよいし、異なる部材で構成してもよい。
4 is a block diagram showing a wireless power transmission apparatus according to
The
The
In addition, the
この実施の形態3では、第1の共鳴素子と第2の共鳴素子との間に電磁シールド材41を配置し、第3の共鳴素子と第4の共鳴素子との間に電磁シールド材42を配置しているが、電磁シールド材41,42を配置することで、入出力端子1から入出力端子4に至る通過振幅を小さくすることができる(入出力端子1から入出力端子3に至る通過振幅は大きくなる)。
したがって、方向性結合器14に対する要求条件が緩和されるとともに、誤差に強く、帯域が比較的広い無線電力伝送装置が得られる効果を奏する。
In the third embodiment, the
Therefore, the requirements for the
実施の形態4.
図5はこの発明の実施の形態4による無線電力伝送装置を示す構成図であり、図において、図3と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
上記実施の形態2では、電磁界共鳴器11における第1の共鳴素子と第3の共鳴素子が同心円状に配置され、電磁界共鳴器11における第2の共鳴素子と第4の共鳴素子が同心円状に配置されているものを示したが、この実施の形態4では、図5に示すように、第1〜第4の共鳴素子を同心円状に配置しており、また、第1〜第4の共鳴素子を同心円状に配置する際、径が異なる第1の共鳴素子と第3の共鳴素子を重ねて配置するとともに(図5の例では、第1の共鳴素子の径より第3の共鳴素子の径の方が大きい)、径が異なる第2の共鳴素子と第4の共鳴素子を重ねて配置するようにしている(図5の例では、第2の共鳴素子の径より第4の共鳴素子の径の方が大きい)。
FIG. 5 is a block diagram showing a wireless power transmission apparatus according to
In the second embodiment, the first resonance element and the third resonance element in the
この実施の形態4では、第1の共鳴素子を構成している給電ループ21と無給電コイル31は同じ直径R1であり、第3の共鳴素子を構成している給電ループ23と無給電コイル33は同じ直径R3であるが、R1<R3である。
また、第2の共鳴素子を構成している給電ループ22と無給電コイル32は同じ直径R2であり、第4の共鳴素子を構成している給電ループ24と無給電コイル34は同じ直径R4であるが、R2<R4である。
ここでは、R1<R3、R2<R4である例を示しているが、R1>R3であってもよいし、R2>R4であってもよい。
In the fourth embodiment, the feeding
Further, the feeding
In this example, R1 <R3 and R2 <R4 are shown, but R1> R3 may be satisfied, and R2> R4 may be satisfied.
この実施の形態4では、上述したように、第1〜第4の共鳴素子を同心円状に配置するが、直径R1の給電ループ21と直径R3の給電ループ23との中心軸を揃えて配置する。なお、図5では、給電ループ21と給電ループ23を同じ面内に配置しているが、異なる面内に配置しても良い。
また、直径R1の無給電コイル31と直径R3の無給電コイル33との中心軸を揃えて、無給電コイル31と無給電コイル33を同心円状に重ねて配置する。
In the fourth embodiment, as described above, the first to fourth resonance elements are arranged concentrically, but the central axes of the
Further, the
同様に、直径R2の給電ループ22と直径R4の給電ループ24との中心軸を揃えて配置する。なお、図5では、給電ループ22と給電ループ24を同じ面内に配置しているが、異なる面内に配置しても良い。
また、直径R2の無給電コイル32と直径R4の無給電コイル34との中心軸を揃えて、無給電コイル32と無給電コイル34を同心円状に重ねて配置する。
このとき、第1及び第3の共鳴素子と、第2及び第4の共鳴素子は、ある間隔を空けて配置する。
Similarly, the central axes of the
Further, the
At this time, the first and third resonance elements and the second and fourth resonance elements are arranged with a certain distance therebetween.
第1及び第3の共鳴素子と、第2及び第4の共鳴素子との間隔を狭くすると、入出力端子1から入力された高周波信号は、入出力端子3と入出力端子4の両方に分配され、電磁界共鳴器11だけでは2重の無線電力伝送を実現することができない(入出力端子1から入出力端子2に至る通過振幅は非常に小さい)。
そこで、この実施の形態4では、上記実施の形態1と同様に、伝送線路12,13及び方向性結合器14を付加することで、それぞれが独立している2重の無線電力伝送を実現している。
When the distance between the first and third resonance elements and the second and fourth resonance elements is narrowed, the high-frequency signal input from the input /
Therefore, in the fourth embodiment, as in the first embodiment, the
以上で明らかなように、この実施の形態4によれば、径が異なる第1の共鳴素子と第3の共鳴素子を重ねて配置するとともに、径が異なる第2の共鳴素子と第4の共鳴素子を重ねて配置するように構成したので、上記実施の形態2よりも更に小型化を図ることができる効果を奏する。 As apparent from the above, according to the fourth embodiment, the first resonance element and the third resonance element having different diameters are arranged to overlap each other, and the second resonance element and the fourth resonance element having different diameters are arranged. Since the elements are arranged so as to overlap each other, there is an effect that the size can be further reduced as compared with the second embodiment.
なお、給電ループ21〜24及び無給電コイル31〜34の支持方法については、特に限定するものではないが、例えば、スペーサを使用する方法等が考えられる。スペーサを使用する場合、透磁率が異なる複数のスペーサを用いるようにしてもよい。 In addition, although it does not specifically limit about the support method of the feed loops 21-24 and the parasitic coils 31-34, For example, the method of using a spacer etc. can be considered. When spacers are used, a plurality of spacers having different magnetic permeability may be used.
実施の形態5.
図6はこの発明の実施の形態5による無線電力伝送装置を示す構成図であり、図において、図3と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
上記実施の形態2では、電磁界共鳴器11における第1の共鳴素子と第3の共鳴素子が同心円状に配置され、電磁界共鳴器11における第2の共鳴素子と第4の共鳴素子が同心円状に配置されているものを示したが、この実施の形態5では、図6に示すように、第1〜第4の共鳴素子を同心円状に配置しており、また、第1〜第4の共鳴素子を同心円状に配置する際、径が異なる第1の共鳴素子と第2の共鳴素子を重ねて配置するとともに(図6の例では、第1の共鳴素子の径より第2の共鳴素子の径の方が大きい)、径が異なる第3の共鳴素子と第4の共鳴素子を重ねて配置するようにしている(図6の例では、第3の共鳴素子の径より第4の共鳴素子の径の方が大きい)。
6 is a block diagram showing a wireless power transmission apparatus according to
In the second embodiment, the first resonance element and the third resonance element in the
この実施の形態5では、第1の共鳴素子を構成している給電ループ21と無給電コイル31は同じ直径R1であり、第2の共鳴素子を構成している給電ループ22と無給電コイル32は同じ直径R2であるが、R1<R2である。
また、第3の共鳴素子を構成している給電ループ23と無給電コイル33は同じ直径R3であり、第4の共鳴素子を構成している給電ループ24と無給電コイル34は同じ直径R4であるが、R3<R4である。
ここでは、R1<R2、R3<R4である例を示しているが、R1>R2であってもよいし、R3>R4であってもよい。
In the fifth embodiment, the feeding
Further, the feeding
In this example, R1 <R2 and R3 <R4 are shown, but R1> R2 may be satisfied, and R3> R4 may be satisfied.
この実施の形態5では、上述したように、第1〜第4の共鳴素子を同心円状に配置するが、直径R1の給電ループ21と直径R2の給電ループ22との中心軸を揃えて配置する。なお、図6では、給電ループ21と給電ループ22を同じ面内に配置しているが、異なる面内に配置しても良い。
また、直径R1の無給電コイル31と直径R2の無給電コイル32との中心軸を揃えて、無給電コイル31と無給電コイル32を同心円状に重ねて配置する。
In the fifth embodiment, as described above, the first to fourth resonance elements are concentrically arranged, but the central axes of the
The parasitic coils 31 and 32 are arranged concentrically so that the central axes of the
同様に、直径R3の給電ループ23と直径R4の給電ループ24との中心軸を揃えて配置する。なお、図6では、給電ループ23と給電ループ24を同じ面内に配置しているが、異なる面内に配置しても良い。
また、直径R3の無給電コイル33と直径R4の無給電コイル34との中心軸を揃えて、無給電コイル33と無給電コイル34を同心円状に重ねて配置する。
このとき、第1及び第2の共鳴素子と、第3及び第4の共鳴素子は、ある間隔を空けて配置する。
Similarly, the central axes of the
The parasitic coils 33 and 34 are arranged concentrically so that the central axes of the
At this time, the first and second resonance elements and the third and fourth resonance elements are arranged with a certain distance therebetween.
第1及び第2の共鳴素子と、第3及び第4の共鳴素子との間隔を狭くすると、入出力端子1から入力された高周波信号は、入出力端子3と入出力端子4の両方に分配され、電磁界共鳴器11だけでは2重の無線電力伝送を実現することができない(入出力端子1から入出力端子2に至る通過振幅は非常に小さい)。
そこで、この実施の形態5では、上記実施の形態1と同様に、伝送線路12,13及び方向性結合器14を付加することで、それぞれが独立している2重の無線電力伝送を実現している。
When the distance between the first and second resonant elements and the third and fourth resonant elements is narrowed, the high-frequency signal input from the input /
Therefore, in the fifth embodiment, as in the first embodiment, by adding the
以上で明らかなように、この実施の形態5によれば、径が異なる第1の共鳴素子と第2の共鳴素子を重ねて配置するとともに、径が異なる第3の共鳴素子と第4の共鳴素子を重ねて配置するように構成したので、上記実施の形態2よりも更に小型化を図ることができる効果を奏する。 As is apparent from the above, according to the fifth embodiment, the first resonance element and the second resonance element having different diameters are arranged to overlap each other, and the third resonance element and the fourth resonance element having different diameters are arranged. Since the elements are arranged so as to overlap each other, there is an effect that the size can be further reduced as compared with the second embodiment.
なお、給電ループ21〜24及び無給電コイル31〜34の支持方法については、特に限定するものではないが、例えば、スペーサを使用する方法等が考えられる。スペーサを使用する場合、透磁率が異なる複数のスペーサを用いるようにしてもよい。 In addition, although it does not specifically limit about the support method of the feed loops 21-24 and the parasitic coils 31-34, For example, the method of using a spacer etc. can be considered. When spacers are used, a plurality of spacers having different magnetic permeability may be used.
実施の形態6.
図7はこの発明の実施の形態6による無線電力伝送装置を示す構成図であり、図において、図3と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
上記実施の形態5では、径が異なる第1の共鳴素子と第2の共鳴素子を重ねて配置するとともに、径が異なる第3の共鳴素子と第4の共鳴素子を重ねて配置するものを示したが、この実施の形態6では、図7に示すように、径が異なる第1の共鳴素子と第2の共鳴素子と第3の共鳴素子と第4の共鳴素子とを重ねて配置するようにしている。
FIG. 7 is a block diagram showing a wireless power transmission apparatus according to
In the fifth embodiment, the first resonance element and the second resonance element having different diameters are arranged to overlap each other, and the third resonance element and the fourth resonance element having different diameters are arranged to overlap each other. However, in the sixth embodiment, as shown in FIG. 7, the first resonance element, the second resonance element, the third resonance element, and the fourth resonance element having different diameters are arranged to overlap each other. I have to.
この実施の形態6では、第1の共鳴素子を構成している給電ループ21と無給電コイル31は同じ直径R1であり、第2の共鳴素子を構成している給電ループ22と無給電コイル32は同じ直径R2である。
また、第3の共鳴素子を構成している給電ループ23と無給電コイル33は同じ直径R3であり、第4の共鳴素子を構成している給電ループ24と無給電コイル34は同じ直径R4である。各直径の関係は、R1<R3<R2<R4ある。
ただし、ここで示している各直径の関係は、一例に過ぎず、例えば、R1<R3<R4<R2であってもよいし、R3<R1<R4<R2であってもよい。
In the sixth embodiment, the feeding
Further, the feeding
However, the relationship between the diameters shown here is only an example, and may be, for example, R1 <R3 <R4 <R2 or R3 <R1 <R4 <R2.
この実施の形態6では、第1〜第4の共鳴素子を同心円状に配置するが、直径が異なる給電ループ21、給電ループ22、給電ループ23及び給電ループ24の中心軸を揃えて配置する。なお、図7では、給電ループ21、給電ループ22、給電ループ23及び給電ループ24を同じ面内に配置しているが、異なる面内に配置しても良い。
また、直径が異なる無給電コイル31、無給電コイル32、無給電コイル33及び無給電コイル34の中心軸を揃えて、無給電コイル31、無給電コイル32、無給電コイル33及び無給電コイル34を同心円状に重ねて配置する。
In the sixth embodiment, the first to fourth resonance elements are arranged concentrically, but the central axes of the
Further, by aligning the central axes of the
以上で明らかなように、この実施の形態6によれば、径が異なる第1の共鳴素子と第2の共鳴素子と第3の共鳴素子と第4の共鳴素子とを重ねて配置するように構成したので、上記実施の形態4,5よりも更に小型化を図ることができる効果を奏する。
As is apparent from the above, according to the sixth embodiment, the first resonance element, the second resonance element, the third resonance element, and the fourth resonance element having different diameters are arranged to overlap each other. Since it comprised, the effect which can achieve size reduction further than the said
なお、給電ループ21〜24及び無給電コイル31〜34の支持方法については、特に限定するものではないが、例えば、スペーサを使用する方法等が考えられる。スペーサを使用する場合、透磁率が異なる複数のスペーサを用いるようにしてもよい。 In addition, although it does not specifically limit about the support method of the feed loops 21-24 and the parasitic coils 31-34, For example, the method of using a spacer etc. can be considered. When spacers are used, a plurality of spacers having different magnetic permeability may be used.
実施の形態7.
上記実施の形態2〜6では、4つの共鳴素子が給電ループと無給電コイルから構成されているものを示したが、共鳴素子の構成は、これに限定するものではない。
以下、第1の共鳴素子の構成例を説明するが、第2〜第4の共鳴素子も同様である。ただし、4つの共鳴素子の構成は、必ずしも同一である必要はなく、異なっていてもよい。
In
Hereinafter, although the structural example of a 1st resonance element is demonstrated, the 2nd-4th resonance element is also the same. However, the configuration of the four resonant elements is not necessarily the same, and may be different.
図8、図9及び図10はこの発明の実施の形態7による無線電力伝送装置の共鳴素子の一例を示す構成図である。
図8では、第1の共鳴素子が、給電ループ21と無給電コイル31から構成されているが、無給電コイル31の両端がキャパシタ51を介して接続されている構成例を示している。
無給電コイル31にキャパシタ51を装荷することで、無給電コイル31の長さを短くすることができる効果が得られる。
8, 9 and 10 are configuration diagrams showing an example of the resonant element of the wireless power transmission device according to the seventh embodiment of the present invention.
In FIG. 8, the first resonance element is configured by the feeding
By loading the
図9では、第1の共鳴素子がコイル52からなり、コイル52の両端が、給電点(給電点は入出力端子1にある)1とキャパシタ53を介して接続されている構成例を示している。
コイル52の両端の間を給電点と直列にキャパシタ53を装荷することで、コイル52の長さを短くすることができる効果が得られる。
図10では、第1の共鳴素子がヘリカルダイポール54で構成されている例を示している。
FIG. 9 shows a configuration example in which the first resonance element is composed of a
By loading the
FIG. 10 shows an example in which the first resonance element is constituted by a
実施の形態8.
図11はこの発明の実施の形態8による無線電力伝送装置の方向性結合器14を示す構成図であり、図において、図1と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
図11の例では、方向性結合器14は、集中定数素子からなるブランチ形カプラで構成されている。
図11において、インダクタ61は一端が入出力端子5と接続され、他端が入出力端子7と接続されており、インダクタンス値L1を有している。
インダクタ62は一端が入出力端子6と接続され、他端が入出力端子8と接続されており、インダクタンス値L1を有している。
11 is a block diagram showing a
In the example of FIG. 11, the
11, the
The
キャパシタ63は一端が入出力端子5と接続され、他端が入出力端子6と接続されており、キャパシタンス値C2を有している。
キャパシタ64は一端が入出力端子7と接続され、他端が入出力端子8と接続されており、キャパシタンス値C2を有している。
キャパシタ65は一端が入出力端子5と接続され、他端がグランド導体と接続されており、キャパシタンス値C3を有している。
キャパシタ66は一端が入出力端子6と接続され、他端がグランド導体と接続されており、キャパシタンス値C3を有している。
キャパシタ67は一端が入出力端子7と接続され、他端がグランド導体と接続されており、キャパシタンス値C3を有している。
キャパシタ68は一端が入出力端子8と接続され、他端がグランド導体と接続されており、キャパシタンス値C3を有している。
次に、方向性結合器14の作用について説明する。
図11の方向性結合器14は、入出力端子5から入出力端子7に至る通過位相γと、入出力端子5から入出力端子8に至る通過位相δとの差(γ−δ)が−90度である場合を示している。
ここで、方向性結合器14の規格化インピーダンスをZ0として、方向性結合器14の結合係数をk’とする。このとき、方向性結合器14のアドミッタンスYc1,Yc2を下記の式(1)(2)のように定義する。
Next, the operation of the
In the
Here, the normalized impedance of the
図11の構成は、Yc1>Yc2の場合であり、方向性結合器14は、インダクタンス値L1を有するインダクタ61,62と、キャパシタンス値C2を有するキャパシタ63,64と、キャパシタンス値C3を有するキャパシタ65〜68とから構成される。
ここで、インダクタ61,62が有するインダクタンス値L1は、下記の式(3)で決定される。
また、キャパシタ63,64が有するキャパシタンス値C2は下記の式(4)で決定され、キャパシタ65〜68が有するキャパシタンス値C3は下記の式(5)で決定される。
11 is a case where Y c1 > Y c2 , and the
Here, the inductance value L 1 which
Also, the capacitance value C 2 which has a
ここまでは、(γ−δ)が−90度で、Yc1>Yc2の場合について示したが、(γ−δ)が−90度で、Yc1<Yc2の場合、方向性結合器14は、図12の構成になる。
図12において、インダクタ71は一端が入出力端子5と接続され、他端がグランド導体と接続されており、インダクタンス値L3を有している。
インダクタ72は一端が入出力端子6と接続され、他端がグランド導体と接続されており、インダクタンス値L3を有している。
インダクタ73は一端が入出力端子7と接続され、他端がグランド導体と接続されており、インダクタンス値L3を有している。
インダクタ74は一端が入出力端子8と接続され、他端がグランド導体と接続されており、インダクタンス値L3を有している。
Up to this point, the case where (γ−δ) is −90 degrees and Y c1 > Y c2 is shown. However, when (γ−δ) is −90 degrees and Y c1 <Y c2 , the
12, the
The
The
The
(γ−δ)が−90度で、Yc1<Yc2の場合、方向性結合器14は、インダクタンス値L1を有するインダクタ61,62と、キャパシタンス値C2を有するキャパシタ63,64と、インダクタンス値L3を有するインダクタ71〜74とから構成される。
ここで、インダクタ61,62が有するインダクタンス値L1は、下記の式(6)で決定される。
また、キャパシタ63,64が有するキャパシタンス値C2は下記の式(7)で決定される。
さらに、インダクタ71〜74が有するインダクタンス値L3は、下記の式(8)で決定される。
When (γ−δ) is −90 degrees and Y c1 <Y c2 , the
Here, the inductance value L 1 which
Also, the capacitance value C 2 which has the
Furthermore, the inductance value L 3 of the
ここまでは、(γ−δ)が−90度である場合について示したが、(γ−δ)が90度である場合、方向性結合器14は、図13の構成になる。
図13において、インダクタ81は一端が入出力端子5と接続され、他端が入出力端子6と接続されており、インダクタンス値L2を有している。
インダクタ82は一端が入出力端子7と接続され、他端が入出力端子8と接続されており、インダクタンス値L2を有している。
キャパシタ83は一端が入出力端子5と接続され、他端がグランド導体と接続されており、キャパシタンス値C4を有している。
キャパシタ84は一端が入出力端子6と接続され、他端がグランド導体と接続されており、キャパシタンス値C4を有している。
キャパシタ85は一端が入出力端子7と接続され、他端がグランド導体と接続されており、キャパシタンス値C4を有している。
キャパシタ86は一端が入出力端子8と接続され、他端がグランド導体と接続されており、キャパシタンス値C4を有している。
Up to this point, the case where (γ−δ) is −90 degrees has been described, but when (γ−δ) is 90 degrees, the
13, the
The
(γ−δ)が90度である場合、方向性結合器14は、インダクタンス値L1を有するインダクタ61,62と、インダクタンス値L2を有するインダクタ81,82と、キャパシタンス値C4を有するキャパシタ83〜86とから構成される。
ここで、インダクタ61,62が有するインダクタンス値L1は下記の式(9)で決定され、インダクタ81,82が有するインダクタンス値L2は下記の式(10)で決定される。
また、キャパシタ83〜86が有するキャパシタンス値C4は、下記の式(11)で決定される。
If (γ-δ) is 90 degrees, the
Here, the inductance value L 1 which
Also, the capacitance value C 4 with the
以上で明らかなように、この実施の形態8によれば、集中定数素子からなるブランチ形カプラで方向性結合器14を構成したので、方向性結合器14の小型化を図ることができる効果を奏する。
As is apparent from the above, according to the eighth embodiment, since the
なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。 In the present invention, within the scope of the invention, any combination of the embodiments, or any modification of any component in each embodiment, or omission of any component in each embodiment is possible. .
1 入出力端子(第1の入出力端子)、2 入出力端子(第2の入出力端子)、3 入出力端子(第3の入出力端子)、4 入出力端子(第4の入出力端子)、5 入出力端子(第5の入出力端子)、6 入出力端子(第6の入出力端子)、7 入出力端子(第7の入出力端子)、8 入出力端子(第8の入出力端子)、11 電磁界共鳴器、12 伝送線路(第1の伝送線路)、13 伝送線路(第2の伝送線路)、14 方向性結合器、21 給電ループ(第1の共鳴素子)、22 給電ループ(第2の共鳴素子)、23 給電ループ(第3の共鳴素子)、24 給電ループ(第4の共鳴素子)、31 無給電コイル(第1の共鳴素子)、32 無給電コイル(第2の共鳴素子)、33 無給電コイル(第3の共鳴素子)、34 無給電コイル(第4の共鳴素子)、41,42 電磁シールド材、51 キャパシタ、52 コイル、53 キャパシタ、54 ヘリカルダイポール、61,62 インダクタ、63〜68 キャパシタ、71〜74 インダクタ、81,82 インダクタ、83〜86 キャパシタ。 1 Input / output terminal (first input / output terminal) 2 Input / output terminal (second input / output terminal) 3 Input / output terminal (third input / output terminal) 4 Input / output terminal (fourth input / output terminal) ), 5 input / output terminal (fifth input / output terminal), 6 input / output terminal (sixth input / output terminal), 7 input / output terminal (seventh input / output terminal), 8 input / output terminal (eighth input terminal) Output terminal), 11 electromagnetic field resonator, 12 transmission line (first transmission line), 13 transmission line (second transmission line), 14 directional coupler, 21 feeding loop (first resonance element), 22 Feed loop (second resonant element), 23 Feed loop (third resonant element), 24 Feed loop (fourth resonant element), 31 Parasitic coil (first resonant element), 32 Parasitic coil (first resonant element) 2 resonance element), 33 parasitic coil (third resonance element), 34 parasitic coil (fourth resonance element) Resonance element), 41, 42 electromagnetic shielding material, 51 capacitor, 52 coil, 53 capacitor, 54 helical dipole, 61, 62 inductor, 63-68 capacitor, 71-74 inductor, 81, 82 inductor, 83-86 capacitor.
Claims (13)
一端が上記第3の入出力端子と接続され、他端が第5の入出力端子と接続されている第1の伝送線路と、
一端が上記第4の入出力端子と接続され、他端が第6の入出力端子と接続されている第2の伝送線路と、
上記第5及び第6の入出力端子と接続されており、上記第5の入出力端子から入力された高周波信号を上記第6の入出力端子に出力せずに、第7及び第8の入出力端子に分配し、上記第6の入出力端子から入力された高周波信号を上記第5の入出力端子に出力せずに、上記第7及び第8の入出力端子に分配する方向性結合器と
を備えた無線電力伝送装置。 A first resonant element connected to the first input / output terminal; a second resonant element connected to the second input / output terminal; and a third connected to the third input / output terminal. An electromagnetic field resonator comprising a resonance element and a fourth resonance element connected to a fourth input / output terminal, wherein the first to fourth resonance elements are coupled to each other by electromagnetic resonance. When,
A first transmission line having one end connected to the third input / output terminal and the other end connected to a fifth input / output terminal;
A second transmission line having one end connected to the fourth input / output terminal and the other end connected to the sixth input / output terminal;
The seventh and eighth input / output terminals are connected to the fifth and sixth input / output terminals, and do not output the high frequency signal input from the fifth input / output terminal to the sixth input / output terminal. A directional coupler that distributes to the output terminals and distributes the high-frequency signal input from the sixth input / output terminal to the seventh and eighth input / output terminals without outputting to the fifth input / output terminal. And a wireless power transmission device.
上記第1の入出力端子から第6の入出力端子に至る通過位相がβ、
上記第5の入出力端子から第7の入出力端子に至る通過位相がγ、
上記第5の入出力端子から第8の入出力端子に至る通過位相がδ、
上記第1の入出力端子から上記第6の入出力端子に至る通過振幅がkであれば、
|α−β|が90度に等しくなるように、第1及び第2の伝送線路の長さが決定され、
|α−β|及び|γ−δ|が90度に等しく、かつ、(α−β)と(γ−δ)が逆相であれば、上記第5の入出力端子から上記第8の入出力端子に至る通過振幅がkである
ことを特徴とする請求項1記載の無線電力伝送装置。 The passing phase from the first input / output terminal to the fifth input / output terminal is α,
The passing phase from the first input / output terminal to the sixth input / output terminal is β,
The passing phase from the fifth input / output terminal to the seventh input / output terminal is γ,
The passing phase from the fifth input / output terminal to the eighth input / output terminal is δ,
If the passing amplitude from the first input / output terminal to the sixth input / output terminal is k,
The lengths of the first and second transmission lines are determined so that | α−β | is equal to 90 degrees,
If | α-β | and | γ-δ | are equal to 90 degrees and (α-β) and (γ-δ) are in opposite phase, the eighth input / output terminal is connected to the eighth input. The wireless power transmission device according to claim 1, wherein a passing amplitude reaching the output terminal is k.
上記第1の入出力端子から第6の入出力端子に至る通過位相がβ、
上記第5の入出力端子から第7の入出力端子に至る通過位相がγ、
上記第5の入出力端子から第8の入出力端子に至る通過位相がδ、
上記第1の入出力端子から上記第6の入出力端子に至る通過振幅がkであれば、
|α−β|が90度に等しくなるように、第1及び第2の伝送線路の長さが決定され、
|α−β|及び|γ−δ|が90度に等しく、かつ、(α−β)と(γ−δ)が同相であれば、上記第5の入出力端子から上記第8の入出力端子に至る通過振幅が(1−k2)1/2である
ことを特徴とする請求項1記載の無線電力伝送装置。 The passing phase from the first input / output terminal to the fifth input / output terminal is α,
The passing phase from the first input / output terminal to the sixth input / output terminal is β,
The passing phase from the fifth input / output terminal to the seventh input / output terminal is γ,
The passing phase from the fifth input / output terminal to the eighth input / output terminal is δ,
If the passing amplitude from the first input / output terminal to the sixth input / output terminal is k,
The lengths of the first and second transmission lines are determined so that | α−β | is equal to 90 degrees,
If | α-β | and | γ-δ | are equal to 90 degrees and (α-β) and (γ-δ) are in phase, the fifth input / output terminal to the eighth input / output The wireless power transmission device according to claim 1, wherein a passing amplitude reaching the terminal is (1−k 2 ) 1/2 .
径が異なる上記第1の共鳴素子と上記第3の共鳴素子が重ねて配置されて、径が異なる上記第2の共鳴素子と上記第4の共鳴素子が重ねて配置されている
ことを特徴とする請求項1から請求項3のうちのいずれか1項記載の無線電力伝送装置。 The first resonance element, the second resonance element, the third resonance element, and the fourth resonance element in the electromagnetic field resonator are concentrically arranged,
The first resonance element and the third resonance element having different diameters are arranged to overlap each other, and the second resonance element and the fourth resonance element having different diameters are arranged to overlap each other. The wireless power transmission device according to any one of claims 1 to 3.
径が異なる上記第1の共鳴素子と上記第2の共鳴素子が重ねて配置されて、径が異なる上記第3の共鳴素子と上記第4の共鳴素子が重ねて配置されている
ことを特徴とする請求項1から請求項3のうちのいずれか1項記載の無線電力伝送装置。 The first resonance element, the second resonance element, the third resonance element, and the fourth resonance element in the electromagnetic field resonator are concentrically arranged,
The first resonance element and the second resonance element having different diameters are arranged to overlap each other, and the third resonance element and the fourth resonance element having different diameters are arranged to overlap each other. The wireless power transmission device according to any one of claims 1 to 3.
径が異なる上記第1の共鳴素子と上記第2の共鳴素子と上記第3の共鳴素子と上記第4の共鳴素子とが重ねて配置されている
ことを特徴とする請求項1から請求項3のうちのいずれか1項記載の無線電力伝送装置。 The first resonance element, the second resonance element, the third resonance element, and the fourth resonance element in the electromagnetic field resonator are concentrically arranged,
The first resonance element, the second resonance element, the third resonance element, and the fourth resonance element having different diameters are arranged to overlap each other. The wireless power transmission device according to claim 1.
上記無給電コイルの両端がキャパシタを介して接続されている
ことを特徴とする請求項1から請求項8のうちのいずれか1項記載の無線電力伝送装置。 Among the first to fourth resonance elements in the electromagnetic field resonator, at least one resonance element is composed of a feeding loop and a parasitic coil,
The wireless power transmission device according to any one of claims 1 to 8, wherein both ends of the parasitic coil are connected via a capacitor.
上記コイルの両端が給電点とキャパシタを介して接続されている
ことを特徴とする請求項1から請求項8のうちのいずれか1項記載の無線電力伝送装置。 Among the first to fourth resonance elements in the electromagnetic field resonator, at least one resonance element is constituted by a coil,
The wireless power transmission device according to any one of claims 1 to 8, wherein both ends of the coil are connected to a feeding point via a capacitor.
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