JP2015082963A - Wireless power transmission system - Google Patents

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昌充 金子
Akimitsu Kaneko
昌充 金子
宏辰 石井
Hirotatsu Ishii
宏辰 石井
満 増田
Mitsuru Masuda
満 増田
正弘 楠
Masahiro Kusunoki
正弘 楠
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the degree of freedom of a device with respect to interval arrangement and displacement between its power transmission unit and power reception unit while implementing downsizing and weight saving of the device.SOLUTION: A wireless power transmission system performs power transmission between a power reception unit provided on a mobile body moving on a track and a power transmission unit provided on the track. Each of the power reception unit and power transmission unit comprises a resonant circuit having the same resonant frequency for generating electric field resonance between the power reception unit and power transmission unit when the mobile body stops.

Description

本発明は、ワイヤレス電力伝送システムに関する。   The present invention relates to a wireless power transmission system.

近年、ワイヤレス電力伝送（ＷＰＴ：wireless power transfer）システムを用いて、電気自動車、エレベータ、その他搬送機械等の移動体に電力を伝送するシステムが注目されている（特許文献１参照）。例えば、従来のエレベータでは、テールコードと呼ばれる電力線を乗りかごに取り付けて電力伝送がされていたが、テールコードが長くなるにつれ、電圧降下の影響が無視できなくなり、経時的な荷重による伸びや断線を防ぐため定期的な検査が必要であった。そこで、ＷＰＴシステムを用いた、テールコードを必要としない電力伝送方法の適用が検討されている。   2. Description of the Related Art In recent years, a system that transmits electric power to a moving body such as an electric vehicle, an elevator, or a transport machine by using a wireless power transfer (WPT) system has attracted attention (see Patent Document 1). For example, in a conventional elevator, a power line called a tail cord was attached to the car for power transmission, but as the tail cord became longer, the effect of voltage drop could not be ignored, and the elongation and breakage due to the load over time Regular inspections were necessary to prevent this. Therefore, application of a power transmission method using a WPT system and not requiring a tail code is being studied.

特開２０１１−３０３１７号公報JP 2011-30317 A

しかしながら、現状のＷＰＴシステムに広く用いられている電磁誘導方式では、送電側と受電側とで磁束を共有する必要があり、効率良く電力を送るには送電側と受電側とを近接して配置する必要があり、一次側（電力線）と二次側（受電コイル）の間隔や位置ずれに対する自由度が少ないため、施工時および運用時に精密な位置制御が必要となる。また、電磁誘導方式のＷＰＴシステムでは、太巻線による大型のコイルを必要とするため機構が大型化するという問題もある。   However, in the electromagnetic induction method widely used in the current WPT system, it is necessary to share the magnetic flux between the power transmission side and the power reception side, and the power transmission side and the power reception side are arranged close to each other in order to efficiently transmit power. Since the degree of freedom with respect to the interval and displacement between the primary side (power line) and the secondary side (power receiving coil) is small, precise position control is required during construction and operation. In addition, the electromagnetic induction WPT system also requires a large coil with thick windings, which increases the size of the mechanism.

しかも、電磁誘導方式のＷＰＴシステムは、例えばエレベータに適用した場合、最下階から最上階に渡る電力線やガイドレールなどの電力供給線が必要なので、有線式と同様に電圧降下の影響は無視できない。   In addition, when the electromagnetic induction type WPT system is applied to, for example, an elevator, a power supply line such as a power line or a guide rail extending from the lowest floor to the top floor is necessary, so the influence of the voltage drop cannot be ignored as in the wired system. .

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、その目的は、装置の小型化・軽量化を実現すると共に、送電部および受電部間の間隔並びに位置ずれに対する自由度を向上するワイヤレス電力伝送システムを提供する。   The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to realize a reduction in the size and weight of the device and to improve the degree of freedom with respect to the interval and displacement between the power transmission unit and the power reception unit. Provide a transmission system.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかるワイヤレス電力伝送システムは、軌道上を移動する移動体に設けられた受電部と前記軌道上に設けられた送電部との間で電力伝送するワイヤレス電力伝送システムであって、前記移動体が停止した際に、前記受電部と前記送電部との間で電界共鳴を発生させる同一の共振周波数を、有する共振回路を前記受電部および前記送電部の双方が備えることを特徴とする。   In order to solve the above-described problems and achieve the object, a wireless power transmission system according to the present invention is provided between a power reception unit provided in a moving body moving on a track and a power transmission unit provided on the track. A wireless power transmission system for transmitting power at a power receiving unit including a resonance circuit having the same resonance frequency that generates electric field resonance between the power receiving unit and the power transmitting unit when the moving body stops And both of the power transmission units are provided.

また、本発明にかかるワイヤレス電力伝送システムは、上記発明において、前記送電部および前記受電部の共振回路は、前記移動体が停止した際に電界結合を発生させるための金属板を双方が備えることを特徴とする。   Also, in the wireless power transmission system according to the present invention, in the above invention, the resonance circuit of the power transmission unit and the power reception unit both include a metal plate for generating electric field coupling when the moving body stops. It is characterized by.

また、本発明にかかるワイヤレス電力伝送システムは、上記発明において、前記送電部および前記受電部の共振回路は、前記移動体が停止した際に電界結合を発生させるための金属板と平板コイルとの組み合わせを相互に備えることを特徴とする。   In the wireless power transmission system according to the present invention, in the above invention, the resonance circuit of the power transmission unit and the power reception unit includes a metal plate and a flat plate coil for generating electric field coupling when the moving body stops. A combination is provided with each other.

また、本発明にかかるワイヤレス電力伝送システムは、上記発明において、前記軌道上には、前記共振回路と共振周波数が同じである中継器がさらに設けられ、前記受電部と前記送電部とが前記中継器を介して電界共鳴を発生させることを特徴とする。   In the wireless power transmission system according to the present invention, in the above invention, a repeater having the same resonance frequency as the resonance circuit is further provided on the track, and the power reception unit and the power transmission unit are connected to the relay. Electric field resonance is generated through a vessel.

また、本発明にかかるワイヤレス電力伝送システムは、上記発明において、前記移動体が停止した際に、前記送電部と前記受電部との距離が１センチメートル以上３０センチメートル以下であることを特徴とする。   The wireless power transmission system according to the present invention is characterized in that, in the above invention, when the moving body stops, a distance between the power transmission unit and the power reception unit is 1 centimeter or more and 30 centimeters or less. To do.

また、本発明にかかるワイヤレス電力伝送システムは、上記発明において、前記移動体は、前記受電部が受電した電力を蓄電するための蓄電モジュールを備えることを特徴とする。   In the wireless power transmission system according to the present invention as set forth in the invention described above, the mobile unit includes a power storage module for storing the power received by the power receiving unit.

また、本発明にかかるワイヤレス電力伝送システムは、上記発明において、前記蓄電モジュールは、蓄電池、電気二重層キャパシタ、大容量コンデンサのいずれか、あるいはいずれかを組み合わせたものであることを特徴とする。   The wireless power transmission system according to the present invention is characterized in that, in the above invention, the power storage module is one of a storage battery, an electric double layer capacitor, a large capacity capacitor, or a combination thereof.

また、本発明にかかるワイヤレス電力伝送システムは、上記発明において、前記受電部は、前記蓄電モジュールに蓄電されている電力量が所定量より少なくなった際に電力伝送開始信号を発信する発信手段を備え、前記送電部は、電力伝送の開始のための前記電力伝送開始信号を受信する受信手段を備えることを特徴とする。   In the wireless power transmission system according to the present invention, in the above invention, the power receiving unit includes a transmission unit that transmits a power transmission start signal when the amount of power stored in the power storage module is less than a predetermined amount. The power transmission unit includes receiving means for receiving the power transmission start signal for starting power transmission.

また、本発明にかかるワイヤレス電力伝送システムは、上記発明において、前記蓄電モジュールの容量および前記送電部から前記受電部への電力伝送速度に基づいて、前記軌道上に配置される前記送電部の間隔が決定されることを特徴とする。   In the wireless power transmission system according to the present invention, the interval between the power transmission units arranged on the track is based on the capacity of the power storage module and the power transmission speed from the power transmission unit to the power reception unit. Is determined.

また、本発明にかかるワイヤレス電力伝送システムは、上記発明において、前記送電部および前記受電部は、電界遮蔽構造を有することを特徴とする。   In the wireless power transmission system according to the present invention as set forth in the invention described above, the power transmission unit and the power reception unit have an electric field shielding structure.

また、本発明にかかるワイヤレス電力伝送システムは、上記発明において、前記軌道上を移動する前記移動体は、昇降路を上下移動する昇降機の乗りかごであり、前記受電部は、前記乗りかごの正面上部、正面下部、側面、および背面のうち少なくとも一箇所に設置され、前記送電部は、前記乗りかごが停止した際に、前記受電部に対向する位置に設置されることを特徴とする。   In the wireless power transmission system according to the present invention as set forth in the invention described above, the moving body that moves on the track is a elevator car that moves up and down on a hoistway, and the power receiving unit is a front surface of the car. The power transmission unit is installed in at least one of an upper part, a front lower part, a side surface, and a back surface, and the power transmission unit is installed at a position facing the power reception unit when the car stops.

また、本発明にかかるワイヤレス電力伝送システムは、上記発明において、前記送電部が設置されていない位置に前記乗りかごが停止した場合、前記送電部が設置されている位置に移動制御されることを特徴とする。   In the wireless power transmission system according to the present invention, in the above invention, when the car stops at a position where the power transmission unit is not installed, movement control is performed to the position where the power transmission unit is installed. Features.

また、本発明にかかるワイヤレス電力伝送システムは、上記発明において、前記送電部は、商用電源からの交流を１メガヘルツ以上１００メガヘルツ以下の周波数の交流へ変換する高周波電力変換回路を備えることを特徴とする。   The wireless power transmission system according to the present invention is characterized in that, in the above invention, the power transmission unit includes a high-frequency power conversion circuit that converts alternating current from a commercial power source into alternating current having a frequency of 1 megahertz to 100 megahertz. To do.

また、本発明にかかるワイヤレス電力伝送システムは、上記発明において、前記高周波電力変換回路は、力率調整回路とコンバータ回路とインバータ回路とを組み合わせて構成されていることを特徴とする。   In the wireless power transmission system according to the present invention as set forth in the invention described above, the high-frequency power conversion circuit is configured by combining a power factor adjustment circuit, a converter circuit, and an inverter circuit.

また、本発明にかかるワイヤレス電力伝送システムは、上記発明において、前記共振周波数が６．７８、１３．５６、２７．１２、４０．６８メガヘルツのいずれか、もしくはいずれかの周波数の組合せであることを特徴とする。   In the wireless power transmission system according to the present invention, in the above invention, the resonance frequency is any one of 6.78, 13.56, 27.12, 40.68 MHz, or any combination of frequencies. It is characterized by.

また、本発明にかかるワイヤレス電力伝送システムは、上記発明において、前記受電部は、力率調整回路とコンバータ回路をさらに備えることを特徴とする。   In the wireless power transmission system according to the present invention as set forth in the invention described above, the power receiving unit further includes a power factor adjustment circuit and a converter circuit.

また、本発明にかかるワイヤレス電力伝送システムは、上記発明において、前記送電部および前記受電部の電気回路に、高周波パワー半導体が用いられていることを特徴とする。   Moreover, the wireless power transmission system according to the present invention is characterized in that, in the above invention, a high-frequency power semiconductor is used in the electric circuit of the power transmission unit and the power reception unit.

また、本発明にかかるワイヤレス電力伝送システムは、上記発明において、前記高周波パワー半導体は、窒化ガリウムもしくはガリウム砒素を半導体材料として含むことを特徴とする。   In the wireless power transmission system according to the present invention as set forth in the invention described above, the high-frequency power semiconductor includes gallium nitride or gallium arsenide as a semiconductor material.

本発明にかかるワイヤレス電力伝送システムは、装置の小型化・軽量化を実現すると共に、送電部および受電部間の間隔並びに位置ずれに対する自由度を向上することができるという効果を奏する。   The wireless power transmission system according to the present invention achieves an effect that the apparatus can be reduced in size and weight, and the degree of freedom with respect to the interval between the power transmission unit and the power reception unit and the positional deviation can be improved.

図１は、電界共鳴式を用いたＷＰＴシステムの基本形態を説明するための図である。FIG. 1 is a diagram for explaining a basic form of a WPT system using an electric field resonance type. 図２は、図１に示したＷＰＴシステムの等価回路を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing an equivalent circuit of the WPT system shown in FIG. 図３は、中継器の構成例を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration example of a repeater. 図４は、中継器を介した電界共鳴における送電カプラと受電カプラと中継カプラとの配置例を示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating an arrangement example of a power transmission coupler, a power reception coupler, and a relay coupler in electric field resonance via a repeater. 図５は、第１実施形態にかかるＷＰＴシステムを示す模式図である。FIG. 5 is a schematic diagram showing the WPT system according to the first embodiment. 図６は、第１実施形態の変形例を示す模式図である。FIG. 6 is a schematic diagram illustrating a modification of the first embodiment. 図７は、第１実施形態の変形例を示す模式図である。FIG. 7 is a schematic diagram showing a modification of the first embodiment. 図８は、送電部における送電カプラおよび受電部における受電カプラの構成の変形例を示す図である。FIG. 8 is a diagram illustrating a modification of the configuration of the power transmission coupler in the power transmission unit and the power reception coupler in the power reception unit. 図９は、受電部における受電カプラの構成の変形例を示す図である。FIG. 9 is a diagram illustrating a modification of the configuration of the power receiving coupler in the power receiving unit. 図１０は、受電部における受電カプラの構成の変形例を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating a modification of the configuration of the power receiving coupler in the power receiving unit. 図１１は、受電部における受電カプラの構成の変形例を示す図である。FIG. 11 is a diagram illustrating a modification of the configuration of the power receiving coupler in the power receiving unit. 図１２は、第１実施形態にかかるＷＰＴシステムの機能を示すブロック図である。FIG. 12 is a block diagram illustrating functions of the WPT system according to the first embodiment. 図１３は、送電カプラおよび受電カプラを電界遮蔽する方法を説明する図である。FIG. 13 is a diagram illustrating a method for shielding an electric field between a power transmission coupler and a power reception coupler. 図１４は、第２実施形態にかかるＷＰＴシステムを示す模式図である。FIG. 14 is a schematic diagram showing a WPT system according to the second embodiment. 図１５は、第２実施形態の変形例を示す模式図である。FIG. 15 is a schematic diagram illustrating a modification of the second embodiment. 図１６は、第２実施形態に利用できる送電部および中継器の配置の例を示す図である。FIG. 16 is a diagram illustrating an example of the arrangement of power transmission units and repeaters that can be used in the second embodiment. 図１７は、第３実施形態にかかるＷＰＴシステムを示す模式図である。FIG. 17 is a schematic diagram showing a WPT system according to the third embodiment.

以下に、図面を参照して本発明にかかるＷＰＴシステムの実施形態を説明する。なお、この実施の形態により本発明が限定されるものではない。また、図面の記載において、同一または対応する要素には適宜同一の符号を付している。また、図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。   Embodiments of a WPT system according to the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited by this embodiment. In the description of the drawings, the same or corresponding elements are appropriately denoted by the same reference numerals. Also, there are cases in which parts having different dimensional relationships and ratios are included between the drawings.

（Ａ）実施形態の動作原理の説明
まず、第１実施形態について説明する前に、電界共鳴式の電力伝送方法の動作原理について説明する。図１は、電界共鳴式を用いたＷＰＴシステム１の基本形態を説明するための図である。本図に示されるＷＰＴシステム１は、送電部１０と受電部２０との間で電力伝送を行うものである。 (A) Description of Operation Principle of Embodiment First, before describing the first embodiment, the operation principle of the electric field resonance type power transmission method will be described. FIG. 1 is a diagram for explaining a basic form of a WPT system 1 using an electric field resonance type. The WPT system 1 shown in the figure performs power transmission between the power transmission unit 10 and the power reception unit 20.

図１に示されるように、送電部１０は、送電カプラ１１と交流電力発生部１２と送電カプラ１１および交流電力発生部１２を繋ぐ電力線１３とを備える。一方、受電部２０は、受電カプラ２１と負荷２２と受電カプラ２１および負荷２２を繋ぐ電力線２３とを備える。送電カプラ１１は、２つの電極１４ａ，１４ｂと２つのインダクタ１５ａ，１５ｂとを備え、同様に、受電カプラ２１は、２つの電極２４ａ，２４ｂと２つのインダクタ２５ａ，２５ｂとを備えている。なお、負荷２２は、受電部２０の内部負荷に限らず、受電部２０に繋げられた外部負荷も含むものとする。   As shown in FIG. 1, the power transmission unit 10 includes a power transmission coupler 11, an AC power generation unit 12, and a power line 13 that connects the power transmission coupler 11 and the AC power generation unit 12. On the other hand, the power receiving unit 20 includes a power receiving coupler 21, a load 22, and a power line 23 that connects the power receiving coupler 21 and the load 22. The power transmission coupler 11 includes two electrodes 14a and 14b and two inductors 15a and 15b. Similarly, the power reception coupler 21 includes two electrodes 24a and 24b and two inductors 25a and 25b. The load 22 is not limited to the internal load of the power receiving unit 20 and includes an external load connected to the power receiving unit 20.

電極１４ａ，１４ｂ，２４ａ，２４ｂは、導電性を有する部材によって構成される。また、電極１４ａと電極１４ｂとは、所定の距離ｄ１を隔てて同一平面上に配置され、同様に、電極２４ａと電極２４ｂとは、所定の距離ｄ１を隔てて同一平面上に配置されている。さらに、電極１４ａと電極２４ａとは、所定の距離ｄ２を隔てて対向配置され、同様に、電極１４ｂと電極２４ｂとは、所定の距離ｄ２を隔てて対向配置されている。   Electrode 14a, 14b, 24a, 24b is comprised by the member which has electroconductivity. The electrode 14a and the electrode 14b are arranged on the same plane with a predetermined distance d1. Similarly, the electrode 24a and the electrode 24b are arranged on the same plane with a predetermined distance d1. . Further, the electrode 14a and the electrode 24a are arranged to face each other with a predetermined distance d2, and similarly, the electrode 14b and the electrode 24b are arranged to face each other with a predetermined distance d2.

なお、図１に示される構成例では、電極１４ａ，１４ｂ，２４ａ，２４ｂとして、略同一のサイズを有する矩形形状を有する金属板の電極が例示されているが、図１に示される以外の形状の電極であってもよい。例えば、円形または楕円形状の平板電極であったり、球形等の立体形状であったり、平板ではなく湾曲した形状または屈曲した形状の電極であったりしてもよい。あるいは、一方の電極を金属板の電極ではなく、平板コイルとしても同様の作用を奏する。   In the configuration example shown in FIG. 1, the electrodes 14 a, 14 b, 24 a, 24 b are exemplified by metal plate electrodes having a rectangular shape having substantially the same size, but shapes other than those shown in FIG. 1 are illustrated. These electrodes may be used. For example, it may be a circular or elliptical plate electrode, a three-dimensional shape such as a sphere, or a curved or bent electrode instead of a flat plate. Alternatively, the same effect is obtained when one electrode is not a metal plate electrode but a flat coil.

電極１４ａ，１４ｂの幅と間の距離ｄ１とを合わせた合計幅Ｄは、電界共鳴に用いる波長をλとした場合に、λ／２πで示される近傍界よりも狭くなるように設定されている。同様に、電極２４ａ，２４ｂの幅と間の距離ｄ１とを合わせた合計幅は、上記合計幅Ｄと同一であり、λ／２πで示される近傍界よりも狭くなるように設定されている。また、電極１４ａと電極２４ａとの間および電極１４ｂと電極２４ｂとの間の距離ｄ２についても、λ／２πで示される近傍界よりも短くなるように設定されている。   The total width D including the distance d1 between the widths of the electrodes 14a and 14b is set to be narrower than the near field indicated by λ / 2π when the wavelength used for electric field resonance is λ. . Similarly, the total width including the distance d1 between the widths of the electrodes 24a and 24b is the same as the total width D, and is set to be narrower than the near field indicated by λ / 2π. The distance d2 between the electrode 14a and the electrode 24a and between the electrode 14b and the electrode 24b is also set to be shorter than the near field indicated by λ / 2π.

インダクタ１５ａ，１５ｂは、例えば、導電性の線材（例えば、銅線）を巻回して構成され、電極１４ａ，１４ｂと交流電力発生部１２との間に電力線１３を介してそれぞれ接続されている。同様に、インダクタ２５ａ，２５ｂは、例えば、導電性の線材（例えば、銅線）を巻回して構成され、電極２４ａ，２４ｂと負荷２２との間に電力線２３を介してそれぞれ接続されている。   The inductors 15 a and 15 b are configured by, for example, winding conductive wires (for example, copper wires), and are connected between the electrodes 14 a and 14 b and the AC power generation unit 12 via the power line 13. Similarly, the inductors 25a and 25b are configured by, for example, winding conductive wires (for example, copper wires), and are connected between the electrodes 24a and 24b and the load 22 via the power line 23, respectively.

負荷２２は、交流電力発生部１２から出力され、送電カプラ１１および受電カプラ２１を介して伝送された電力が供給される。例えば、負荷２２は、整流装置および二次電池等によって構成され、伝送された電力が蓄電された後に利用される構成とすることも可能である。   The load 22 is supplied with power output from the AC power generation unit 12 and transmitted via the power transmission coupler 11 and the power reception coupler 21. For example, the load 22 may be configured by a rectifying device, a secondary battery, or the like, and used after the transmitted power is stored.

図２は、図１に示したＷＰＴシステム１の等価回路を示す図である。この図２において、インピーダンス１２ａは交流電力発生部１２の出力インピーダンスを示し、Ｚ１の値を有している。また負荷２２は、ここでは入力インピーダンスであり、Ｚ０の値を有している。   FIG. 2 is a diagram showing an equivalent circuit of the WPT system 1 shown in FIG. In FIG. 2, an impedance 12a indicates an output impedance of the AC power generation unit 12, and has a value of Z1. The load 22 is an input impedance here, and has a value of Z0.

インダクタ１５は、図１における送電カプラ１１のインダクタ１５ａ，１５ｂに対応し、Ｌ１の素子値を有している。インダクタ２５は、図１における受電カプラ２１のインダクタ２５ａ，２５ｂに対応し、Ｌ２の素子値を有している。キャパシタ２は、送電カプラ１１の電極１４ａと受電カプラ２１の電極２４ａとの間および送電カプラ１１の電極１４ｂと受電カプラ２１の電極２４ｂとの間に生じるキャパシタを示し、Ｃｍの素子値を有している。   The inductor 15 corresponds to the inductors 15a and 15b of the power transmission coupler 11 in FIG. 1 and has an element value of L1. The inductor 25 corresponds to the inductors 25a and 25b of the power receiving coupler 21 in FIG. 1 and has an element value of L2. The capacitor 2 is a capacitor generated between the electrode 14a of the power transmission coupler 11 and the electrode 24a of the power reception coupler 21 and between the electrode 14b of the power transmission coupler 11 and the electrode 24b of the power reception coupler 21, and has an element value of Cm. ing.

キャパシタ１４は、送電カプラ１１の電極１４ａ，１４ｂ間に生じる素子値Ｃ１のキャパシタから、素子値Ｃｍであるキャパシタ２を減じた素子値（Ｃ１−Ｃｍ）を有する。同様に、キャパシタ２４は、受電カプラ２１の電極２４ａ，２４ｂ間に生じる素子値Ｃ２のキャパシタから、素子値Ｃｍであるキャパシタ２を減じた素子値（Ｃ２−Ｃｍ）を有する。   The capacitor 14 has an element value (C1−Cm) obtained by subtracting the capacitor 2 that is the element value Cm from the capacitor having the element value C1 generated between the electrodes 14a and 14b of the power transmission coupler 11. Similarly, the capacitor 24 has an element value (C2−Cm) obtained by subtracting the capacitor 2 having the element value Cm from the capacitor having the element value C2 generated between the electrodes 24a and 24b of the power receiving coupler 21.

上記等価回路において、インピーダンス１２ａとインダクタ１５とキャパシタ１４により構成されるＲＬＣ共振回路の共振周波数と、負荷２２とインダクタ２５とキャパシタ２４により構成されるＲＬＣ共振回路の共振周波数とは、略等しくなるように設定される。このように設定することにより、送電部１０と受電部２０との間に電界共鳴が発生し、送電部１０から受電部２０へ交流が効率よく伝送される。   In the above equivalent circuit, the resonance frequency of the RLC resonance circuit constituted by the impedance 12a, the inductor 15 and the capacitor 14, and the resonance frequency of the RLC resonance circuit constituted by the load 22, the inductor 25 and the capacitor 24 are substantially equal. Set to By setting in this way, electric field resonance occurs between the power transmission unit 10 and the power reception unit 20, and alternating current is efficiently transmitted from the power transmission unit 10 to the power reception unit 20.

つぎに、図３および図４を参照して中継器を介した電界共鳴式のＷＰＴシステムについて説明する。   Next, an electric field resonance type WPT system through a repeater will be described with reference to FIG. 3 and FIG.

図３は、中継器３０の構成例を示す図である。図３に示されるように、中継器３０は、電気的構成として、中継カプラ３１により構成されている。すなわち、中継器３０は、２つの電極３４ａ，３４ｂと２つのインダクタ３５ａ，３５ｂとこれらを繋ぐ電力線３３からなる中継カプラ３１により構成されている。   FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration example of the repeater 30. As shown in FIG. 3, the repeater 30 includes a relay coupler 31 as an electrical configuration. That is, the repeater 30 includes a relay coupler 31 including two electrodes 34a and 34b, two inductors 35a and 35b, and a power line 33 that connects them.

なお、電極３４ａ，３４ｂおよびインダクタ３５ａ，３５ｂの形状および配置は、先述の送電カプラ１１および受電カプラ２１と同様とする。また、中継カプラ３１の共振周波数は、先述の送電カプラ１１および受電カプラ２１の共振周波数と略同じになるように設定される。   The shapes and arrangement of the electrodes 34a and 34b and the inductors 35a and 35b are the same as those of the power transmission coupler 11 and the power reception coupler 21 described above. The resonance frequency of the relay coupler 31 is set to be substantially the same as the resonance frequency of the power transmission coupler 11 and the power reception coupler 21 described above.

図４は、中継器を介した電界共鳴における送電カプラ１１と受電カプラ２１と中継カプラ３１との配置例を示す図である。図４に示されるように、本配置例では、互いに対向して配置された送電カプラ１１と受電カプラ２１との間に、中継カプラ３１が送電カプラ１１および受電カプラ２１に平行となるよう挿入されている。   FIG. 4 is a diagram illustrating an arrangement example of the power transmission coupler 11, the power reception coupler 21, and the relay coupler 31 in the electric field resonance via the relay. As shown in FIG. 4, in the present arrangement example, the relay coupler 31 is inserted between the power transmission coupler 11 and the power reception coupler 21 arranged to face each other so as to be parallel to the power transmission coupler 11 and the power reception coupler 21. ing.

送電カプラ１１と中継カプラ３１の間の伝送距離ｄ２１および中継カプラ３１と受電カプラ２１の間の伝送距離ｄ２２は、送電カプラ１１と受電カプラ２１の間の伝送距離とほぼ等しい。したがって、本配置例では、送電カプラ１１と受電カプラ２１の間の伝送距離は（ｄ２１＋ｄ２２）に延長されることになる。   The transmission distance d21 between the power transmission coupler 11 and the relay coupler 31 and the transmission distance d22 between the relay coupler 31 and the power reception coupler 21 are substantially equal to the transmission distance between the power transmission coupler 11 and the power reception coupler 21. Therefore, in this arrangement example, the transmission distance between the power transmission coupler 11 and the power reception coupler 21 is extended to (d21 + d22).

このように、中継器３０を配置することで、伝送損失を増加することなく、伝送距離を伸ばすことができる。   Thus, by arranging the repeater 30, the transmission distance can be extended without increasing the transmission loss.

（第１実施形態）
次に、上記説明したＷＰＴシステムを利用した第１実施形態の説明を行う。図５は、第１実施形態にかかるＷＰＴシステムを示す模式図である。 (First embodiment)
Next, the first embodiment using the WPT system described above will be described. FIG. 5 is a schematic diagram showing the WPT system according to the first embodiment.

図５に示されるように、第１実施形態は、軌道としての昇降路１１６を上下移動する移動体としての昇降機の乗りかご１１０に設けられた受電部１１２と、乗りかご１１０の昇降路１１６に設けられた送電部１１１との間で電力を伝送するＷＰＴシステムである。   As shown in FIG. 5, in the first embodiment, the power receiving unit 112 provided in the elevator car 110 as a moving body that moves up and down the hoistway 116 as a track and the hoistway 116 of the car 110 are provided. This is a WPT system that transmits power to and from a power transmission unit 111 provided.

乗りかご１１０は、人および荷物を乗せて昇降路１１６内を上下方向に運搬するための箱状構造物である。乗りかご１１０は、ワイヤーロープ１１４により引き上げられ、昇降路１１６内を上下移動する。ワイヤーロープ１１４は、一端が乗りかご１１０に連結され、もう一端が釣合錘１１５に連結されている。釣合錘１１５の重さは、乗りかご１１０の重量に積載容量の５０％程度を付加した重量となっており、乗りかご１１０と釣合錘１１１５とがワイヤーロープ１１４を介してバランスされている。   The car 110 is a box-like structure for carrying people and luggage in the hoistway 116 in the vertical direction. The car 110 is pulled up by the wire rope 114 and moves up and down in the hoistway 116. The wire rope 114 has one end connected to the car 110 and the other end connected to the counterweight 115. The weight of the counterweight 115 is a weight obtained by adding about 50% of the loading capacity to the weight of the car 110, and the car 110 and the counterweight 1115 are balanced via the wire rope 114. .

昇降路１１６には、乗りかご１１０の停止位置Ｐに対応して、送電部１１１が複数配置されている。一方、乗りかご１１０には、乗りかご１１０が停止した際に昇降路１１６に配置された送電部１１１に対応するように、受電部１１２が設けられている。乗りかご１１０は、昇降路１１６内を上下方向に移動し、例えば建物内の各階などの所定の停止位置に停止する。送電部１１１は、当該所定の停止位置Ｐに対応して配置されることになる。具体的には、乗りかご１１０が所定の停止位置に停止した際に、送電部１１１と受電部１１２との距離が１センチメートル以上３０センチメートル以下であることが好ましい。   In the hoistway 116, a plurality of power transmission units 111 are arranged corresponding to the stop position P of the car 110. On the other hand, the car 110 is provided with a power reception unit 112 so as to correspond to the power transmission unit 111 disposed in the hoistway 116 when the car 110 stops. The car 110 moves up and down in the hoistway 116 and stops at a predetermined stop position such as each floor in the building. The power transmission unit 111 is arranged corresponding to the predetermined stop position P. Specifically, when the car 110 stops at a predetermined stop position, the distance between the power transmission unit 111 and the power reception unit 112 is preferably 1 centimeter or more and 30 centimeters or less.

乗りかご１１０は、受電部１１２が受電した電力を蓄電するための蓄電モジュール１１３を備える。例えば、蓄電モジュール１１３は、蓄電池、電気二重層キャパシタ、大容量コンデンサのいずれか、あるいはいずれかを組合せたものである。蓄電モジュール１１３は、乗りかご１１０内の電気機器への電力供給を安定化する作用を奏する。   The car 110 includes a power storage module 113 for storing the power received by the power receiving unit 112. For example, the power storage module 113 is one of a storage battery, an electric double layer capacitor, a large capacity capacitor, or a combination thereof. The power storage module 113 has an effect of stabilizing the power supply to the electric devices in the car 110.

なお、送電部１１１は、乗りかご１１０の停止位置のすべてに配置される必要はない。乗りかご１１０は、送電部１１１が設置されていない停止位置に乗りかご１１０が停止した場合、その後の非作動時間にて、送電部１１１が設置されている停止位置に移動されるよう制御プログラムを組むことで、乗りかご１１０は電力伝送を受けることができる。この場合、送電部１１１を設置する停止位置の間隔は、蓄電モジュール１１３の容量および送電部１１１から受電部１１２への電力伝送速度に基づいて決定すればよい。   The power transmission unit 111 does not have to be arranged at all the stop positions of the car 110. When the car 110 stops at a stop position where the power transmission unit 111 is not installed, the car 110 executes a control program so that it is moved to the stop position where the power transmission unit 111 is installed in the subsequent non-operation time. By assembling, the car 110 can receive power transmission. In this case, the interval between the stop positions where the power transmission unit 111 is installed may be determined based on the capacity of the power storage module 113 and the power transmission rate from the power transmission unit 111 to the power reception unit 112.

なお、図５に示される送電部１１１および受電部１１２の配置は、一つの例であり、本実施形態は当該配置に限定されるものではない。図６および図７に示されるように、本実施形態には、様々な変形例が存在する。なお、以下の説明で参照する図６および図７は、図５と共通の構成を多く含むので、図５に付した参照符号と対応した参照符号を付することにより、適宜説明を省略するものとする。   In addition, arrangement | positioning of the power transmission part 111 and the power receiving part 112 which are shown by FIG. 5 is an example, and this embodiment is not limited to the said arrangement | positioning. As shown in FIGS. 6 and 7, there are various modifications in this embodiment. 6 and 7 to be referred to in the following description include many of the same configurations as those in FIG. 5, and the reference numerals corresponding to the reference numerals in FIG. And

本実施形態の変形例では、図６に示される乗りかご１２０のように、受電部１２２が乗りかご１２０の天井面付近に配置される構成とすることができる。また、図７に示される乗りかご１３０のように、受電部１３３ａ，１３３ｂを乗りかご１３０の底面付近と天井面付近とのそれぞれに設けることにより、昇降路１３６内に配置された２か所の送電部１３１から同時に電力伝送を受けるように構成することも可能である。   In the modification of the present embodiment, the power receiving unit 122 may be arranged near the ceiling surface of the car 120 as in the car 120 shown in FIG. Further, as in the car 130 shown in FIG. 7, the power receiving units 133 a and 133 b are provided near the bottom surface and the ceiling surface of the car 130, so that two places arranged in the hoistway 136 are provided. It is also possible to receive power from the power transmission unit 131 at the same time.

さらに、本実施形態は、送電部における送電カプラおよび受電部における受電カプラの構成についても変形例を考えることができる。図８〜図１１は、送電部における送電カプラおよび受電部における受電カプラの構成の変形例を示す図である。なお、以下の説明で参照する図８〜図１１は、図５と共通の構成を多く含むので、図５に付した参照符号と対応した参照符号を付することにより、適宜説明を省略するものとする。   Furthermore, this embodiment can also consider a modification about the structure of the power transmission coupler in a power transmission part, and the power reception coupler in a power reception part. 8 to 11 are diagrams illustrating modifications of the configuration of the power transmission coupler in the power transmission unit and the power reception coupler in the power reception unit. 8 to 11 referred to in the following description include many of the same configurations as those in FIG. 5, and the reference numerals corresponding to those in FIG. And

送電カプラおよび受電カプラの電極は、面積が大きいほど、送電カプラと受電カプラとの間の伝送距離を大きくすることができる。そこで、図８に示されるように、乗りかご１４０の背面の略全面に受電カプラ１４８を取り付け、受電カプラ１４８と略同じ大きさの送電カプラ１４７との間で、電力を伝送する。ここで、乗りかご１４０の背面とは、乗りかご１４０に設けられた扉１４９の対向面である。   As the electrodes of the power transmission coupler and the power reception coupler have a larger area, the transmission distance between the power transmission coupler and the power reception coupler can be increased. Therefore, as shown in FIG. 8, a power receiving coupler 148 is attached to substantially the entire back surface of the car 140, and power is transmitted between the power receiving coupler 147 and the power receiving coupler 147 having substantially the same size. Here, the back surface of the car 140 is an opposite surface of the door 149 provided on the car 140.

また、図９に示されるように、乗りかご１５０の背面に限らず、背面および側面に受電カプラ１５８ａ，１５８ｂ，１５８ｃを取り付ける構成とすることもできる。また、図１０に示されるように、乗りかご１６０の前面と背面とに扉１６９ａ，１６９ｂが設けられている場合もあり、このような乗りかご１６０の場合、乗りかご１６０の側面に受電カプラ１６８ａ，１６８ｂを取り付ける構成とすることもできる。さらに、図１１に示されるように、乗りかご１７０の前面と側面とに扉１７９ａ，１７９ｂが設けられている場合もあり、このような乗りかご１７０の場合、乗りかご１７０の側面に受電カプラ１７８ａ，１７８ｂを取り付ける構成とすることもできる。   Further, as shown in FIG. 9, the power receiving couplers 158 a, 158 b, and 158 c may be attached to the back surface and the side surface, not limited to the back surface of the car 150. Further, as shown in FIG. 10, doors 169a and 169b may be provided on the front and rear surfaces of the car 160. In the case of such a car 160, a power receiving coupler 168a is provided on the side of the car 160. , 168b may be attached. Further, as shown in FIG. 11, doors 179a and 179b may be provided on the front and side surfaces of the car 170. In the case of such a car 170, a power receiving coupler 178a is provided on the side of the car 170. , 178b may be attached.

図１２は、第１実施形態にかかるＷＰＴシステム１８０の機能を示すブロック図である。図１２に示されるように、第１実施形態のＷＰＴシステム１８０では、送電部１８１が商用電源１８５から受電した電力を受電部１８２へ伝送し、受電部１８２は伝送された電力を蓄電モジュール１８３に蓄電し、かつ乗りかご内電子電気機器１８４へ電力を供給する。   FIG. 12 is a block diagram showing functions of the WPT system 180 according to the first embodiment. As shown in FIG. 12, in the WPT system 180 of the first embodiment, the power transmission unit 181 transmits the power received from the commercial power source 185 to the power reception unit 182, and the power reception unit 182 transmits the transmitted power to the power storage module 183. Electric power is stored and electric power is supplied to in-car electronic / electrical equipment 184.

さらに、図１２に示されるように、ＷＰＴシステム１８０は、送電部１８１から受電部１８２への電力伝送を制御する手段を受電部１８２が有する。すなわち、送電部１８１は、常に受電部１８２へ電力伝送をしているのではなく、受電部１８２からの電力伝送指示により電力伝送が行われる。電力伝送の開始指示は、蓄電モジュール１８３に蓄電されている電力量に基づいて行われる。   Furthermore, as illustrated in FIG. 12, in the WPT system 180, the power receiving unit 182 includes a unit that controls power transmission from the power transmitting unit 181 to the power receiving unit 182. That is, the power transmission unit 181 does not always transmit power to the power reception unit 182, but performs power transmission according to a power transmission instruction from the power reception unit 182. The power transmission start instruction is performed based on the amount of power stored in the power storage module 183.

図１２に示されるように、送電部１８１は、スイッチ１９１と高周波電力変換回路１９２と送電カプラ１９３と受信素子１９８とを備える。一方、受電部１８２は、受電カプラ１９４と交流−直流変換回路１９５と監視回路１９６と発信素子１９７とを備える。   As illustrated in FIG. 12, the power transmission unit 181 includes a switch 191, a high-frequency power conversion circuit 192, a power transmission coupler 193, and a receiving element 198. On the other hand, the power reception unit 182 includes a power reception coupler 194, an AC-DC conversion circuit 195, a monitoring circuit 196, and a transmission element 197.

スイッチ１９１は、受信素子１９８が受信した電力伝送開始信号に基づいて、商用電源１８５から受電した電力を高周波電力変換回路１９２へ通電するか否かの切換えを行う。高周波電力変換回路１９２は、商用電源１８５から受電した電力を電界共鳴に適した周波数へ変換する。電界共鳴に適した周波数とは、例えば、１メガヘルツ以上１００メガヘルツ以下の周波数であり、より具体的には、６．７８、１３．５６、２７．１２、４０．６８メガヘルツの周波数が好ましい。ただし、周波数は、ＩＳＭ（Industry-Science-Medical）バンドに含まれる他の周波数でもよい。   Based on the power transmission start signal received by the receiving element 198, the switch 191 switches whether or not the power received from the commercial power source 185 is supplied to the high-frequency power conversion circuit 192. The high frequency power conversion circuit 192 converts the power received from the commercial power source 185 into a frequency suitable for electric field resonance. The frequency suitable for electric field resonance is, for example, a frequency of 1 megahertz or more and 100 megahertz or less, and more specifically, a frequency of 6.78, 13.56, 27.12, 40.68 megahertz is preferable. However, the frequency may be another frequency included in an ISM (Industry-Science-Medical) band.

高周波電力変換回路１９２は、例えば、力率調整回路とコンバータ回路とインバータ回路とを組合せて構成されている。力率調整回路の例としては、進相コンデンサが挙げられる。また、コンバータ回路およびインバータ回路には、窒化ガリウムもしくはガリウム砒素を半導体材料として含む、スイッチング素子または整流素子などの半導体素子を利用することが好ましい。窒化ガリウムもしくはガリウム砒素が用いられている半導体素子は、高周波での利用に際し高耐圧特性を有するからである。高周波での利用に際し高耐圧特性を有する半導体素子は、高周波パワー半導体素子と呼ばれている。   The high-frequency power conversion circuit 192 is configured by combining, for example, a power factor adjustment circuit, a converter circuit, and an inverter circuit. An example of the power factor adjustment circuit is a phase advance capacitor. The converter circuit and the inverter circuit preferably use a semiconductor element such as a switching element or a rectifier element containing gallium nitride or gallium arsenide as a semiconductor material. This is because a semiconductor element using gallium nitride or gallium arsenide has high breakdown voltage characteristics when used at high frequencies. A semiconductor element having high withstand voltage characteristics when used at a high frequency is called a high-frequency power semiconductor element.

送電カプラ１９３は、先述のように、２つの電極により構成されている。送電カプラ１９３の２つ電極は、対応する受電カプラ１９４の２つの電極と電界結合されることにより、送電カプラ１９３から受電カプラ１９４へ電界共鳴による電力伝送が行われる。   The power transmission coupler 193 includes two electrodes as described above. The two electrodes of the power transmission coupler 193 are subjected to electric field coupling with the two electrodes of the corresponding power reception coupler 194, whereby electric power transmission from the power transmission coupler 193 to the power reception coupler 194 is performed by electric field resonance.

交流−直流変換回路１９５は、受電カプラ１９４により受電した電力を直流に変換する回路である。交流−直流変換回路１９５は、例えば、力率調整回路とコンバータ回路とを組合せて構成されている。同様に、力率調整回路の例としては、進相コンデンサが挙げられる。また、コンバータ回路には、窒化ガリウムもしくはガリウム砒素を半導体材料として含む半導体素子を利用することが好ましい。   The AC-DC conversion circuit 195 is a circuit that converts the power received by the power receiving coupler 194 into DC. The AC-DC conversion circuit 195 is configured by combining, for example, a power factor adjustment circuit and a converter circuit. Similarly, an example of the power factor adjustment circuit is a phase advance capacitor. The converter circuit preferably uses a semiconductor element containing gallium nitride or gallium arsenide as a semiconductor material.

直流に変換された電力は、蓄電モジュール１８３に蓄電された後、または直接、乗りかご内電子電気機器１８４により利用される。監視回路１９６は、蓄電モジュール１８３に蓄電されている電力量を監視する。蓄電モジュール１８３に蓄電されている電力量が低下している場合、監視回路１９６は、発信素子１９７が電力伝送開始信号を発信するよう発信素子１９７を制御する。   The electric power converted into the direct current is stored in the power storage module 183 or directly by the in-car electronic electrical device 184. The monitoring circuit 196 monitors the amount of power stored in the power storage module 183. When the amount of power stored in the power storage module 183 is decreasing, the monitoring circuit 196 controls the transmission element 197 so that the transmission element 197 transmits a power transmission start signal.

例えば、発信素子１９７および受信素子１９８は、それぞれ発光素子および受光素子のペアである。あるいは、近接センサやＲＦ−ＩＤ（Radio Frequency IDentification）タグでもよい。   For example, the transmitting element 197 and the receiving element 198 are a pair of a light emitting element and a light receiving element, respectively. Alternatively, a proximity sensor or an RF-ID (Radio Frequency IDentification) tag may be used.

図１３は、送電カプラ１９３および受電カプラ１９４を電界遮蔽する方法を説明する図である。図１３に示されるように、送電カプラ１９３および受電カプラ１９４は、所定範囲に近接し、送電カプラ１９３と受電カプラ１９４との間で電界結合する。このとき、送電カプラ１９３および受電カプラ１９４の外縁では、電気力線が外側に湾曲しながら結合する。したがって、送電カプラ１９３と受電カプラ１９４との間の電界が漏洩するのを防止することが好ましい。   FIG. 13 is a diagram for explaining a method of shielding the electric field between the power transmission coupler 193 and the power reception coupler 194. As shown in FIG. 13, the power transmission coupler 193 and the power reception coupler 194 are close to a predetermined range and are electrically coupled between the power transmission coupler 193 and the power reception coupler 194. At this time, at the outer edges of the power transmission coupler 193 and the power reception coupler 194, the electric lines of force are coupled while being curved outward. Therefore, it is preferable to prevent the electric field between the power transmission coupler 193 and the power reception coupler 194 from leaking.

図１３に示される例では、高周波電力変換回路１９２と送電カプラ１９３との間に電界遮蔽シールド１９３ａを設け、交流−直流変換回路１９５と受電カプラ１９４との間に電界遮蔽シールド１９４ａを設けている。電界遮蔽シールド１９３ａ，１９４ａは、導電性材料である。電界遮蔽シールド１９３ａ，１９４ａの配置は、例えば、送電カプラ１９３と受電カプラ１９４との間から漏洩する電気力線を遮断するように配置する。   In the example shown in FIG. 13, an electric field shielding shield 193 a is provided between the high-frequency power conversion circuit 192 and the power transmission coupler 193, and an electric field shielding shield 194 a is provided between the AC-DC conversion circuit 195 and the power receiving coupler 194. . The electric field shielding shields 193a and 194a are conductive materials. For example, the electric field shielding shields 193a and 194a are arranged so as to block electric lines of force that leak from between the power transmission coupler 193 and the power reception coupler 194.

なお、エレベータの乗りかごの筐体は、導電性材料により構成されており、しかもワイヤーロープによりアースされている。したがって、筐体自体が、電界遮蔽構造となり、電界遮蔽シールド１９４ａとして機能し、交流−直流変換回路１９５および搭乗者などは、送電カプラ１９３と受電カプラ１９４との間の電界による影響を受けることはない。   Note that the elevator car casing is made of a conductive material and is grounded by a wire rope. Therefore, the housing itself has an electric field shielding structure and functions as an electric field shielding shield 194a, and the AC-DC conversion circuit 195 and the passenger are not affected by the electric field between the power transmission coupler 193 and the power reception coupler 194. Absent.

（第２実施形態）
次に、第２実施形態の説明を行う。図１４は、第２実施形態にかかるＷＰＴシステムを示す模式図である。なお、以下の第２実施形態の説明では、第１実施形態と同様の構成については適宜説明を省略する。 (Second Embodiment)
Next, the second embodiment will be described. FIG. 14 is a schematic diagram showing a WPT system according to the second embodiment. In the following description of the second embodiment, description of the same configuration as in the first embodiment will be omitted as appropriate.

図１４に示されるように、第２実施形態にかかるＷＰＴシステムは、軌道としての昇降路２１６を上下移動する移動体としての昇降機の乗りかご２１０に設けられた受電部２１２と、乗りかご２１０の昇降路２１６に設けられた送電部２１１との間で電力を伝送するＷＰＴシステムである。   As shown in FIG. 14, the WPT system according to the second embodiment includes a power receiving unit 212 provided in a elevator car 210 as a moving body that moves up and down a hoistway 216 as a track, This is a WPT system that transmits electric power to and from a power transmission unit 211 provided in the hoistway 216.

乗りかご２１０は、人および荷物を乗せ、一端が釣合錘２１５に連結されているワイヤーロープ２１４により引き上げられ、昇降路２１６内を上下移動する。昇降路２１６には、乗りかご２１０の停止位置Ｐに対応して、送電部２１１および中継器２１１ａが複数配置されている。一方、乗りかご２１０には、乗りかご２１０が停止した際に昇降路２１６に配置された送電部２１１または中継器２１１ａに対応するように、受電部２１２が設けられている。なお、乗りかご２１０は、受電部２１２から伝送された電力を蓄電しておく蓄電モジュール２１３を備えている。   The passenger car 210 carries people and luggage and is lifted by a wire rope 214 having one end connected to the counterweight 215 and moves up and down in the hoistway 216. In the hoistway 216, a plurality of power transmission units 211 and relays 211 a are arranged corresponding to the stop position P of the car 210. On the other hand, the car 210 is provided with a power receiving part 212 so as to correspond to the power transmission part 211 or the relay 211a arranged in the hoistway 216 when the car 210 stops. The car 210 includes a power storage module 213 that stores the power transmitted from the power receiving unit 212.

中継器２１１ａは、送電部２１１が発生させる電界を受電部２１２まで中継する装置である。先述のように、中継器２１１ａは、電気的構成として、中継カプラにより構成されており、２つの電極と２つのインダクタとこれらを繋ぐ電力線から構成されている（図３参照）。また、中継器２１１ａの中継カプラの共振周波数は、送電部２１１の送電カプラおよび受電部２１２の受電カプラの共振周波数と略同じになるように設定される。   The repeater 211 a is a device that relays the electric field generated by the power transmission unit 211 to the power reception unit 212. As described above, the relay 211a is configured by a relay coupler as an electrical configuration, and includes two electrodes, two inductors, and a power line connecting them (see FIG. 3). The resonance frequency of the relay coupler of the repeater 211a is set to be substantially the same as the resonance frequency of the power transmission coupler of the power transmission unit 211 and the power reception coupler of the power reception unit 212.

送電部２１１の送電カプラと中継器２１１ａの中継カプラとは、電界共鳴により結合される。さらに、中継器２１１ａの中継カプラと受電部２１２の受電カプラとは、電界共鳴により結合される。したがって、第２実施形態では、乗りかご２１０が停止している位置に送電部２１１が設けられていなくても、受電部２１２が中継器２１１ａを介して送電部２１１から電力伝送を受けることができる。   The power transmission coupler of the power transmission unit 211 and the relay coupler of the repeater 211a are coupled by electric field resonance. Furthermore, the relay coupler of the repeater 211a and the power receiving coupler of the power receiving unit 212 are coupled by electric field resonance. Therefore, in 2nd Embodiment, even if the power transmission part 211 is not provided in the position where the passenger car 210 has stopped, the power receiving part 212 can receive electric power transmission from the power transmission part 211 via the repeater 211a. .

なお、図１４に示される送電部２１１、中継器２１１ａ、および受電部２１２の配置は、一つの例であり、本実施形態は当該配置に限定されるものではない。図１５に示されるように、本実施形態には、様々な変形例が存在する。また、図１５に示される変形例の他に、第１実施形態の変形例を本実施形態に組合せて新たな変形例を構成することもできる。なお、以下の説明で参照する図１５は、図１４と共通の構成を多く含むので、図１４に付した参照符号と対応した参照符号を付することにより、適宜説明を省略するものとする。   In addition, arrangement | positioning of the power transmission part 211 shown in FIG. 14, the repeater 211a, and the power receiving part 212 is an example, and this embodiment is not limited to the said arrangement | positioning. As shown in FIG. 15, various modifications exist in this embodiment. In addition to the modification shown in FIG. 15, a modification of the first embodiment can be combined with the present embodiment to form a new modification. Note that FIG. 15 referred to in the following description includes many configurations common to those in FIG. 14, and therefore, reference numerals corresponding to those in FIG.

本実施形態の変形例では、図１５に示される乗りかご２２０のように、受電部２２２ａ，２２２ｂを乗りかご２２０の底面付近と天井面付近とのそれぞれに設けることにより、送電部２２１と中継器２２１ａとから同時に電力伝送を受けるように構成することも可能である。なお、図１５に示される乗りかご２２０の場合、受電部２２２ａのための蓄電モジュール２２３ａと受電部２２２ｂのための蓄電モジュール２２３ｂとが、独立して設けられているが、内部の電気配線により同一のものする構成としてもよい。   In the modified example of the present embodiment, like the car 220 shown in FIG. 15, the power receiving parts 222a and 222b are provided near the bottom surface and the ceiling surface of the car 220, respectively. It is also possible to receive power from 221a at the same time. In the case of the car 220 shown in FIG. 15, the power storage module 223a for the power receiving unit 222a and the power storage module 223b for the power receiving unit 222b are provided independently, but are the same by the internal electrical wiring. It is good also as a structure to do.

また、図１２を参照しながら説明した第１実施形態の機能構成と同様に、中継器２２１ａは、受光素子を備える構成とすることが好ましい。すなわち、送電部２１１ではなく、中継器２２１ａが設けられている位置に受電部２１２がある場合であっても、受光素子が電力伝送開始信号を受信し、電力伝送を開始することができるようにするためである。   Further, similarly to the functional configuration of the first embodiment described with reference to FIG. 12, the repeater 221a preferably includes a light receiving element. That is, even when the power receiving unit 212 is located not at the power transmitting unit 211 but at the position where the repeater 221a is provided, the light receiving element can receive the power transmission start signal and start power transmission. It is to do.

図１６は、本実施形態に利用できる送電部および中継器の配置の例を示す図である。図１６に示される配置の例では、送電部２３１と中継器２３１ａ，２３１ｂ，２３１ｃとは、乗りかごの移動方向（図中矢印）に沿って配列されている。さらに、送電部２３１および中継器２３１ａ，２３１ｂ，２３１ｃ内の２つの電極も、乗りかごの移動方向（図中矢印）に沿って、互いに平行に配列されている。   FIG. 16 is a diagram illustrating an example of the arrangement of power transmission units and repeaters that can be used in the present embodiment. In the example of arrangement shown in FIG. 16, the power transmission unit 231 and the repeaters 231a, 231b, 231c are arranged along the moving direction of the car (arrow in the figure). Furthermore, the two electrodes in the power transmission unit 231 and the repeaters 231a, 231b, and 231c are also arranged in parallel to each other along the moving direction of the car (the arrow in the figure).

一方、受電部２３２内の２つの電極は、送電部２３１および中継器２３１ａ，２３１ｂ，２３１ｃ内の２つの電極と対向するように配置されており、乗りかごが移動するにつれて、送電部２３１および中継器２３１ａ，２３１ｂ，２３１ｃの配列方向に移動する。   On the other hand, the two electrodes in the power receiving unit 232 are arranged to face the two electrodes in the power transmission unit 231 and the repeaters 231a, 231b, and 231c, and as the car moves, the power transmission unit 231 and the relay are arranged. The devices 231a, 231b, and 231c are moved in the arrangement direction.

図１６に示されるように配列することにより、受電部２３２が移動した場合であっても、受電部２３２は、中継器２３１ａ，２３１ｂ，２３１ｃを介して送電部２３１から電力伝送を受けることができる。   By arranging as shown in FIG. 16, even when the power receiving unit 232 moves, the power receiving unit 232 can receive power transmission from the power transmitting unit 231 via the relays 231a, 231b, and 231c. .

（第３実施形態）
次に、第３実施形態の説明を行う。図１７は、第３実施形態にかかるＷＰＴシステム１を示す模式図である。図１７は、第３実施形態にかかるＷＰＴシステムを産業用搬送システムに応用した例を示している。 (Third embodiment)
Next, the third embodiment will be described. FIG. 17 is a schematic diagram showing a WPT system 1 according to the third embodiment. FIG. 17 shows an example in which the WPT system according to the third embodiment is applied to an industrial transport system.

図１７に示されるように、第３実施形態にかかるＷＰＴシステムは、軌道としての搬送路３１３上を移動する移動体としての搬送かご３１０に設けられた受電部３１２と、搬送かご３１０の搬送路３１３に設けられた送電部３１１との間で電力を伝送するシステムである。搬送かご３１０は、搬送路３１３上を移動する収容箱であり、搬送かご３１０中に搬送物を収容する。   As shown in FIG. 17, the WPT system according to the third embodiment includes a power receiving unit 312 provided in a transport basket 310 as a moving body that moves on a transport path 313 as a track, and a transport path of the transport basket 310. 313 is a system that transmits electric power to and from a power transmission unit 311 provided in 313. The transport basket 310 is a storage box that moves on the transport path 313, and stores a transported article in the transport basket 310.

送電部３１１および受電部３１２の構成および機能は、上述実施形態と同様であるので、ここでは説明を省略する。   Since the configurations and functions of the power transmission unit 311 and the power reception unit 312 are the same as those in the above-described embodiment, description thereof is omitted here.

以上、実施形態に基づいて本発明の説明を行ってきたが、上記実施形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成要素を適宜組合せて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。   As mentioned above, although this invention has been demonstrated based on embodiment, this invention is not limited by the said embodiment. What was comprised combining each component mentioned above suitably is also contained in this invention. Further effects and modifications can be easily derived by those skilled in the art. Therefore, the broader aspect of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made.

１，１８０ ワイヤレス電力伝送（ＷＰＴ）システム
１０，１１１，１３１，１８１，２１１，２３１，３１１ 送電部
２０，１１２，１２２，１８２，２１２，２３２，３１２ 受電部
３０ 中継器
１１ 送電カプラ
２１ 受電カプラ
３１ 中継カプラ
１２ 交流電力発生部
１３，２３，３３ 電力線
１４ａ，１４ｂ，２４ａ，２４ｂ，３４ａ，３４ｂ 電極
１４，２４ キャパシタ
１５，１５ａ，１５ｂ，２５，２５ａ，２５ｂ，３５ａ，３５ｂ インダクタ
２２ 負荷
１１０，１２０，１３０，１４０，１５０，１６０，１７０，２１０，２２０ 乗りかご
１１３，１２３，１３３ａ，１３３ｂ，１８３，２１３，２２３ａ，２２３ｂ 蓄電モジュール
１１４，１２４，１３４，２１４，２２４ ワイヤーロープ
１１５，１２５，１３５，２１５，２２５ 釣合錘
１１６，１２６，１３６，２１６，２２６ 昇降路
１８４ 乗りかご内電子電気機器
１８５ 商用電源
１９１ スイッチ
１９２ 高周波電力変換回路
１９８ 受信素子
１９５ 交流−直流変換回路
１９６ 監視回路
１９７ 発信素子
３１３ 搬送路 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,180 Wireless power transmission (WPT) system 10,111,131,181,211,231,311 Power transmission part 20,112,122,182,212,232,312 Power receiving part 30 Repeater 11 Power transmission coupler 21 Power receiving coupler 31 Relay coupler 12 AC power generator 13, 23, 33 Power line 14a, 14b, 24a, 24b, 34a, 34b Electrode 14, 24 Capacitor 15, 15a, 15b, 25, 25a, 25b, 35a, 35b Inductor 22 Load 110, 120 , 130, 140, 150, 160, 170, 210, 220 Car 113, 123, 133a, 133b, 183, 213, 223a, 223b Power storage module 114, 124, 134, 214, 224 Wire rope 115, 125, 135, 215 225 counterweight 116,126,136,216,226 hoistway 184 cab in electrical and electronic equipment 185 commercial power supply 191 switch 192 high frequency power conversion circuit 198 receiving elements 195 alternating - current conversion circuit 196 the monitoring circuit 197 transmitting device 313 conveying path

Claims (18)

軌道上を移動する移動体に設けられた受電部と前記軌道上に設けられた送電部との間で電力伝送するワイヤレス電力伝送システムであって、
前記移動体が停止した際に、前記受電部と前記送電部との間で電界共鳴を発生させる同一の共振周波数を有する共振回路を、前記受電部および前記送電部の双方が備える、
ことを特徴とするワイヤレス電力伝送システム。 A wireless power transmission system for transmitting power between a power receiving unit provided on a moving body moving on a track and a power transmitting unit provided on the track,
Both the power reception unit and the power transmission unit include a resonance circuit having the same resonance frequency that generates electric field resonance between the power reception unit and the power transmission unit when the moving body stops.
A wireless power transmission system characterized by that. 前記送電部および前記受電部の共振回路は、前記移動体が停止した際に電界結合を発生させるための金属板を双方が備えることを特徴とする請求項１に記載のワイヤレス電力伝送システム。   The wireless power transmission system according to claim 1, wherein both of the resonance circuits of the power transmission unit and the power reception unit include a metal plate for generating electric field coupling when the moving body stops. 前記送電部および前記受電部の共振回路は、前記移動体が停止した際に電界結合を発生させるための金属板と平板コイルとの組合せを相互に備えることを特徴とする請求項１に記載のワイヤレス電力伝送システム。   The resonance circuit of the power transmission unit and the power reception unit each include a combination of a metal plate and a flat plate coil for generating electric field coupling when the moving body stops. Wireless power transmission system. 前記軌道上には、前記共振回路と共振周波数が同じである中継器がさらに設けられ、
前記受電部と前記送電部とが前記中継器を介して電界共鳴を発生させることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のワイヤレス電力伝送システム。 A repeater having the same resonance frequency as the resonance circuit is further provided on the orbit,
The wireless power transmission system according to claim 1, wherein the power reception unit and the power transmission unit generate electric field resonance via the repeater. 前記移動体が停止した際に、前記送電部と前記受電部との距離が１センチメートル以上３０センチメートル以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載のワイヤレス電力伝送システム。   The wireless power according to any one of claims 1 to 4, wherein when the moving body stops, a distance between the power transmission unit and the power reception unit is 1 cm or more and 30 cm or less. Transmission system. 前記移動体は、前記受電部が受電した電力を蓄電するための蓄電モジュールを備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載のワイヤレス電力伝送システム。   The wireless power transmission system according to claim 1, wherein the mobile body includes a power storage module for storing the power received by the power receiving unit. 前記蓄電モジュールは、蓄電池、電気二重層キャパシタ、大容量コンデンサのいずれか、あるいはいずれかを組合せたものであることを特徴とする請求項６に記載のワイヤレス電力伝送システム。   The wireless power transmission system according to claim 6, wherein the power storage module is one of a storage battery, an electric double layer capacitor, a large capacity capacitor, or a combination thereof. 前記受電部は、前記蓄電モジュールに蓄電されている電力量が所定量より少なくなった際に電力伝送開始信号を発信する発信手段を備え、
前記送電部は、電力伝送の開始のための前記電力伝送開始信号を受信する受信手段を備えることを特徴とする請求項６または請求項７に記載のワイヤレス電力伝送システム。 The power receiving unit includes a transmission unit that transmits a power transmission start signal when the amount of power stored in the power storage module is less than a predetermined amount,
The wireless power transmission system according to claim 6, wherein the power transmission unit includes a reception unit that receives the power transmission start signal for starting power transmission. 前記蓄電モジュールの容量および前記送電部から前記受電部への電力伝送速度に基づいて、前記軌道上に配置される前記送電部の間隔が決定されることを特徴とする請求項６〜８のいずれか１つに記載のワイヤレス電力伝送システム。   The interval between the power transmission units arranged on the track is determined based on a capacity of the power storage module and a power transmission speed from the power transmission unit to the power reception unit. The wireless power transmission system according to any one of the above. 前記送電部および前記受電部は、電界遮蔽構造を有することを特徴とする請求項１〜９のいずれか１つに記載のワイヤレス電力伝送システム。   The wireless power transmission system according to claim 1, wherein the power transmission unit and the power reception unit have an electric field shielding structure. 前記軌道上を移動する前記移動体は、昇降路を上下移動する昇降機の乗りかごであり、
前記受電部は、前記乗りかごの正面上部、正面下部、側面、および背面のうち少なくとも一箇所に設置され、
前記送電部は、前記乗りかごが停止した際に、前記受電部に対向する位置に設置される、
ことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１つに記載のワイヤレス電力伝送システム。 The moving body that moves on the track is a lift car that moves up and down the hoistway,
The power receiving unit is installed in at least one of an upper front portion, a lower front portion, a side surface, and a rear surface of the car,
The power transmission unit is installed at a position facing the power reception unit when the car stops.
The wireless power transmission system according to any one of claims 1 to 10. 前記送電部が設置されていない位置に前記乗りかごが停止した場合、前記送電部が設置されている位置に移動制御されることを特徴とする請求項１１に記載のワイヤレス電力伝送システム。   The wireless power transmission system according to claim 11, wherein when the car stops at a position where the power transmission unit is not installed, movement control is performed to a position where the power transmission unit is installed. 前記送電部は、商用電源からの交流を１メガヘルツ以上１００メガヘルツ以下の周波数の交流へ変換する高周波電力変換回路を備えることを特徴とする請求項１１または請求項１２に記載のワイヤレス電力伝送システム。   The wireless power transmission system according to claim 11 or 12, wherein the power transmission unit includes a high-frequency power conversion circuit that converts alternating current from a commercial power source into alternating current having a frequency of 1 megahertz to 100 megahertz. 前記高周波電力変換回路は、力率調整回路とコンバータ回路とインバータ回路とを組合せて構成されていることを特徴とする請求項１３に記載のワイヤレス電力伝送システム。   The wireless power transmission system according to claim 13, wherein the high-frequency power conversion circuit is configured by combining a power factor adjustment circuit, a converter circuit, and an inverter circuit. 前記共振周波数が６．７８、１３．５６、２７．１２、４０．６８メガヘルツのいずれか、もしくはいずれかの周波数の組合せであることを特徴とする請求項１１〜１４のいずれか１つに記載のワイヤレス電力伝送システム。   15. The resonance frequency according to claim 11, wherein the resonance frequency is any one of 6.78, 13.56, 27.12, 40.68 MHz, or any combination of frequencies. Wireless power transmission system. 前記受電部は、力率調整回路とコンバータ回路をさらに備えることを特徴とする請求項１１〜１５のいずれか１つに記載のワイヤレス電力伝送システム。   The wireless power transmission system according to claim 11, wherein the power reception unit further includes a power factor adjustment circuit and a converter circuit. 前記送電部および前記受電部の電気回路に、高周波パワー半導体素子が用いられていることを特徴とする請求項１１〜１６のいずれか１つに記載のワイヤレス電力伝送システム。   The wireless power transmission system according to any one of claims 11 to 16, wherein a high-frequency power semiconductor element is used in an electric circuit of the power transmission unit and the power reception unit. 前記高周波パワー半導体素子は、窒化ガリウムもしくはガリウム砒素を半導体材料として含むことを特徴とする請求項１７に記載のワイヤレス電力伝送システム。   The wireless power transmission system according to claim 17, wherein the high-frequency power semiconductor device includes gallium nitride or gallium arsenide as a semiconductor material.
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