JP2015173575A - Non-contact power transmission device - Google Patents

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JP2015173575A JP2014049289A JP2014049289A JP2015173575A JP 2015173575 A JP2015173575 A JP 2015173575A JP 2014049289 A JP2014049289 A JP 2014049289A JP 2014049289 A JP2014049289 A JP 2014049289A JP 2015173575 A JP2015173575 A JP 2015173575A
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Shoichiro Adachi
正一郎 安達
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a non-contact power transmission device capable of elongating a durable period by mitigating work required for maintenance and service for the device.SOLUTION: A non-contact power transmission device of one embodiment includes: a stationary unit; a rotary unit; an output side amplifier; a transmission unit; and a DC power extraction unit. The rotary unit rotates relative to the stationary unit in a non-contact manner. The output side amplifier amplifies externally supplied DC power depending on a reference microwave input to a first terminal, and outputs the amplified microwave from a second terminal. The transmission unit transmits, between the stationary unit and the rotary unit, the amplified microwave output from the output side amplifier. The DC power extraction unit extracts DC power from the amplified microwave transmitted between the stationary unit and the rotary unit by the transmission unit.

Description

本発明の実施形態は、非接触型電力伝送装置に関する。   Embodiments described herein relate generally to a contactless power transmission device.

従来、固定部および回転部の各々に金属部を設け、金属部間の接触により電流を流すことで直流電力を固定部から回転部に伝送するスリップリングにおいて、金属部間の接触による金属摩耗および金属粉の発生を抑制することが望まれている。
しかしながら、金属部間に流す電流量および回転部の回転数などの条件に応じて、各種の合金を組み合わせて金属部を形成して、長期に亘る摩耗試験を実行する必要が生じるにもかかわらず、耐用期間を長くすることは困難であるという問題が生じる。
Conventionally, in a slip ring in which a metal part is provided in each of a fixed part and a rotating part, and direct current is transmitted from the fixed part to the rotating part by flowing a current by contact between the metal parts, metal wear due to contact between the metal parts and It is desired to suppress the generation of metal powder.
However, it is necessary to perform a long-term wear test by forming a metal part by combining various alloys according to conditions such as the amount of current flowing between the metal parts and the rotational speed of the rotating part. The problem arises that it is difficult to extend the service life.

Simon Ramo, John R. Whinnery, Theodore Van Duzer著、「 FIELDS AND WAVE IN COMMUNICATION ELECTRONICS」、John Wiley & Sons、1965年、p.507−519Simon Ramo, John R. Whinnery, Theodore Van Duzer, “Fields and Wave in Communications Electronics”, John Wiley & Sons, 1965, p. 507-519 山下知紘、本田和博、小川晃一、「同軸誘電体共振器と分散キャパシタにより高効率化を図ったマイクロ波帯レクテナ」、信学技報、社団法人 電子情報通信学会、2012年11月、WPT2012−27、p.41−46Tomoaki Yamashita, Kazuhiro Honda, Junichi Ogawa, "Microwave rectenna with high efficiency using coaxial dielectric resonator and dispersion capacitor", IEICE Technical Report, IEICE, November 2012, WPT2012 -27, p. 41-46

本発明が解決しようとする課題は、装置の整備および保守に要する作業を軽減して、耐用期間を長くすることができる非接触型電力伝送装置を提供することである。   The problem to be solved by the present invention is to provide a non-contact power transmission device that can reduce the work required for maintenance and maintenance of the device and extend the service life.

実施形態の非接触型電力伝送装置は、固定部と、回転部と、出力側増幅器と、伝送部と、直流電力抽出部と、を持つ。回転部は、固定部に対して非接触で回転する。出力側増幅器は、外部から供給される直流電力を第1端子に入力される基準マイクロ波に応じて増幅し、増幅後のマイクロ波を第2端子から出力する。伝送部は、出力側増幅器から出力された増幅後のマイクロ波を固定部および回転部の間で伝送する。直流電力抽出部は、伝送部によって固定部および回転部の間で伝送された増幅後のマイクロ波から直流電力を抽出する。   The non-contact power transmission apparatus of the embodiment includes a fixed unit, a rotating unit, an output side amplifier, a transmission unit, and a DC power extraction unit. The rotating part rotates without contact with the fixed part. The output side amplifier amplifies the DC power supplied from the outside according to the reference microwave input to the first terminal, and outputs the amplified microwave from the second terminal. The transmission unit transmits the amplified microwave output from the output side amplifier between the fixed unit and the rotating unit. The direct-current power extraction unit extracts direct-current power from the amplified microwave transmitted between the fixed unit and the rotation unit by the transmission unit.

第1の実施形態の非接触型電力伝送装置の構成を模式的に示す断面図。FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the contactless power transmission device of the first embodiment. 第1の実施形態の非接触型電力伝送装置の構成を模式的に示す図であって、図1に示すA−A線矢視図。It is a figure which shows typically the structure of the non-contact-type electric power transmission apparatus of 1st Embodiment, Comprising: The AA arrow directional view shown in FIG. 第1の実施形態の非接触型電力伝送装置の等価回路を模式的に示す図。The figure which shows typically the equivalent circuit of the non-contact-type electric power transmission apparatus of 1st Embodiment. 第2の実施形態の非接触型電力伝送装置の構成を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the structure of the non-contact-type electric power transmission apparatus of 2nd Embodiment. 第2の実施形態の非接触型電力伝送装置の等価回路を模式的に示す図。The figure which shows typically the equivalent circuit of the non-contact-type electric power transmission apparatus of 2nd Embodiment. 第3の実施形態の非接触型電力伝送装置の構成を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the structure of the non-contact-type electric power transmission apparatus of 3rd Embodiment. 第3の実施形態の非接触型電力伝送装置の等価回路を模式的に示す図。The figure which shows typically the equivalent circuit of the non-contact-type electric power transmission apparatus of 3rd Embodiment. 第4の実施形態の非接触型電力伝送装置の構成を模式的に示す図であって、図8(A)は断面図、図8(B)は図8(A)に示すB−B線矢視図。It is a figure which shows typically the structure of the non-contact-type electric power transmission apparatus of 4th Embodiment, Comprising: FIG. 8 (A) is sectional drawing, FIG.8 (B) is the BB line shown to FIG. 8 (A). Arrow view. 第4の実施形態の非接触型電力伝送装置の等価回路を模式的に示す図。The figure which shows typically the equivalent circuit of the non-contact-type electric power transmission apparatus of 4th Embodiment.

以下、実施形態の非接触型電力伝送装置を、図面を参照して説明する。   Hereinafter, a non-contact power transmission apparatus according to an embodiment will be described with reference to the drawings.

(第1の実施形態)
第1の実施形態の非接触型電力伝送装置10は、図1および図2に示すように、固定部11と、固定部11の内部に収容された回転部12と、固定部11の内周面上に設けられた固定部回路基板13と、回転部12の外周面上に設けられた環状の回転部回路基板14と、を備えている。この非接触型電力伝送装置10は、例えば、レーダ装置などのアンテナ指向装置に対する電力供給に用いられる。
(First embodiment)
As shown in FIGS. 1 and 2, the non-contact power transmission device 10 of the first embodiment includes a fixed portion 11, a rotating portion 12 accommodated in the fixed portion 11, and an inner periphery of the fixed portion 11. A fixed circuit board 13 provided on the surface, and an annular rotating circuit board 14 provided on the outer peripheral surface of the rotating part 12 are provided. The non-contact power transmission device 10 is used for power supply to an antenna pointing device such as a radar device, for example.

固定部11は、有底筒状に形成され、鉛直方向に伸びる筒状体11aと、筒状体11aの下端を閉塞する底部11bと、を備えている。
回転部12は、柱状に形成され、固定部11の内周面11Aに対向する外周面12Aを備えている。回転部12は、固定部11の内部において、鉛直方向に平行な回転軸O周りに回転する。回転部12は、固定部11の筒状体11aの上端を閉塞する蓋部12aを備えている。
The fixed portion 11 is formed in a bottomed cylindrical shape, and includes a cylindrical body 11a extending in the vertical direction and a bottom portion 11b closing the lower end of the cylindrical body 11a.
The rotating portion 12 is formed in a columnar shape and includes an outer peripheral surface 12A that faces the inner peripheral surface 11A of the fixed portion 11. The rotating unit 12 rotates around the rotation axis O parallel to the vertical direction inside the fixed unit 11. The rotating portion 12 includes a lid portion 12a that closes the upper end of the cylindrical body 11a of the fixed portion 11.

固定部回路基板13は、環状に形成され、固定部11の内周面11A上に周方向の全周に亘って設けられている。固定部回路基板13は、例えば可撓性を有するフレキシブル基板などによって形成されている。
固定部回路基板13には、図3に示すように、出力側増幅器21と出力側アンテナ22との組み合わせを一組の送信部23として、鉛直方向に沿って設定された複数の環状領域の各々において、周方向に所定間隔を置いた位置に複数組の送信部23が実装されている。
The fixed portion circuit board 13 is formed in an annular shape and is provided on the inner peripheral surface 11 </ b> A of the fixed portion 11 over the entire circumference in the circumferential direction. The fixed circuit board 13 is formed of, for example, a flexible flexible board.
As shown in FIG. 3, each of the plurality of annular regions set along the vertical direction is formed on the fixed circuit board 13 with the combination of the output-side amplifier 21 and the output-side antenna 22 as a set of transmission units 23. In FIG. 5, a plurality of sets of transmission units 23 are mounted at positions spaced apart in the circumferential direction.

出力側増幅器21は、外部から供給される直流電力を第1端子21aに入力される基準マイクロ波(例えば、所定の高周波信号であるRF信号など)に応じて増幅し、増幅後のマイクロ波を第2端子21bから出力する。これにより出力側増幅器21には、外部の高周波発生装置24から出力された基準マイクロ波を第1端子21aに入力するためのケーブル(例えば、同軸ケーブルなど)25と、外部の直流電源26から出力された直流電流(DC電流)を出力側増幅器21に通電するためのDC供給ケーブル26とが接続されている。なお、ケーブル25およびDC供給ケーブル26は、例えば、固定部11の外部から底部11bおよび筒状体11aの各々の内部を経由して固定部回路基板13に到達するように配置されている。
出力側アンテナ22は、例えばマイクロストリップアンテナ(いわゆるパッチアンテナ)などであって、出力側増幅器21から出力された増幅後のマイクロ波を送信する。
The output-side amplifier 21 amplifies the DC power supplied from the outside according to a reference microwave (for example, an RF signal that is a predetermined high-frequency signal) input to the first terminal 21a, and the amplified microwave Output from the second terminal 21b. As a result, the output-side amplifier 21 outputs a reference microwave output from the external high frequency generator 24 to the first terminal 21a (for example, a coaxial cable) 25 and an external DC power supply 26. A DC supply cable 26 for supplying the output direct current (DC current) to the output-side amplifier 21 is connected. The cable 25 and the DC supply cable 26 are arranged so as to reach the fixed part circuit board 13 from the outside of the fixed part 11 via the inside of the bottom part 11b and the cylindrical body 11a, for example.
The output side antenna 22 is, for example, a microstrip antenna (so-called patch antenna), and transmits the amplified microwave output from the output side amplifier 21.

回転部回路基板14は、環状に形成され、回転部12の外周面12A上の鉛直方向に沿って設定された複数の環状領域の各々において、周方向の全周に亘って設けられている。回転部回路基板14は、例えば可撓性を有するフレキシブル基板などによって形成されている。なお、回転部12の外周面12A上に設定された複数の環状領域は、固定部回路基板13に設定された複数の環状領域に対向するように設定されている。
回転部回路基板14には、図3に示すように、入力側アンテナ31と入力側増幅器32とスイッチ33との組み合わせを一組の受信部34として、周方向に所定間隔を置いた位置に複数組の受信部34が実装されている。
The rotating part circuit board 14 is formed in an annular shape, and is provided over the entire circumference in each of a plurality of annular regions set along the vertical direction on the outer peripheral surface 12A of the rotating part 12. The rotating part circuit board 14 is formed of, for example, a flexible flexible board. Note that the plurality of annular regions set on the outer peripheral surface 12 </ b> A of the rotating unit 12 are set so as to face the plurality of annular regions set on the fixed portion circuit board 13.
As shown in FIG. 3, the rotating unit circuit board 14 includes a combination of the input side antenna 31, the input side amplifier 32, and the switch 33 as a set of receiving units 34 at a plurality of positions at predetermined intervals in the circumferential direction. A set of receivers 34 is implemented.

入力側アンテナ31は、例えばマイクロストリップアンテナ(いわゆるパッチアンテナ)などであって、出力側アンテナ22から送信された増幅後のマイクロ波を受信する。
入力側増幅器32は、出力側増幅器21に対して可逆的に動作し、出力側増幅器21の第1端子21aに対応する第1端子32aと、出力側増幅器21の第2端子21bに対応する第2端子32bと、を備えている。入力側増幅器32は、第2端子32bに入力される増幅後のマイクロ波に応じて基準マイクロ波を第1端子32aから出力することによって、入力側アンテナ31によって受信された増幅後のマイクロ波から直流電力を抽出する。これにより入力側増幅器32には、増幅後のマイクロ波から抽出した直流電流(DC電流)を出力するためのDC出力ケーブル35が接続されている。なお、DC出力ケーブル35は、例えば、回転部回路基板14から回転部12の内部を経由して、蓋部12aから回転部12の外部に露出するように配置されている。
The input side antenna 31 is a microstrip antenna (so-called patch antenna), for example, and receives the amplified microwave transmitted from the output side antenna 22.
The input side amplifier 32 operates reversibly with respect to the output side amplifier 21, and a first terminal 32 a corresponding to the first terminal 21 a of the output side amplifier 21 and a second terminal 21 b corresponding to the second terminal 21 b of the output side amplifier 21. 2 terminals 32b. The input-side amplifier 32 outputs a reference microwave from the first terminal 32a in accordance with the amplified microwave input to the second terminal 32b, so that the amplified-side microwave received from the input-side antenna 31 is output from the amplified microwave. Extract DC power. Thus, a DC output cable 35 for outputting a direct current (DC current) extracted from the amplified microwave is connected to the input side amplifier 32. The DC output cable 35 is disposed so as to be exposed from the lid 12a to the outside of the rotating unit 12 through the rotating unit circuit board 14 and the inside of the rotating unit 12, for example.

なお、DC出力ケーブル35は、回転部12の外周面12A上に設定された複数の環状領域の各々に設けられ、各環状領域の複数の入力側増幅器32に共通のDC出力ケーブル35が接続されている。複数のDC出力ケーブル35から出力される直流電流(DC電流)は、例えば、合成された後に外部負荷(図示略)に供給される。また、回転部12の外周面12A上に設定された複数の環状領域の各々において、複数の出力側アンテナ22の少なくとも何れか1つは、固定部11に対する回転部12の回転に伴い、複数の入力側アンテナ31の少なくとも何れか1つに対向するように設定されている。これにより複数の出力側アンテナ22および入力側アンテナ31のうち、対向することでカップリングされた出力側アンテナ22および入力側アンテナ31の間において、出力側増幅器21から出力された増幅後のマイクロ波が送受信される。   The DC output cable 35 is provided in each of a plurality of annular regions set on the outer peripheral surface 12A of the rotating unit 12, and a common DC output cable 35 is connected to the plurality of input side amplifiers 32 in each annular region. ing. The direct currents (DC currents) output from the plurality of DC output cables 35 are supplied to an external load (not shown) after being combined, for example. In each of the plurality of annular regions set on the outer peripheral surface 12 </ b> A of the rotating unit 12, at least one of the plurality of output-side antennas 22 has a plurality of rotations as the rotating unit 12 rotates with respect to the fixed unit 11. It is set to face at least one of the input side antennas 31. Thereby, among the plurality of output side antennas 22 and input side antennas 31, the amplified microwaves output from the output side amplifier 21 between the output side antennas 22 and the input side antennas 31 that are coupled by facing each other. Are sent and received.

スイッチ33は、固定部11から回転部12への電力伝送の実行時に閉接(ON)となる。   The switch 33 is closed (ON) when power transmission from the fixed unit 11 to the rotating unit 12 is performed.

以上説明した第1の実施形態によれば、固定部11に設けられた送信部23と回転部12に設けられた受信部34とを持つことにより、マイクロ波の送受信によって固定部11から回転部12へと非接触で直流電力を伝送することができる。これにより、固定部11および回転部12の間で、金属などの導電材料による接触部位を必要とせず、接触部位の摩耗および摩耗粉の発生などに対応する整備および保守に要する作業を必要とせず、装置の耐用期間を長くすることができる。   According to the first embodiment described above, by having the transmitting unit 23 provided in the fixed unit 11 and the receiving unit 34 provided in the rotating unit 12, the fixed unit 11 and the rotating unit are transmitted and received by microwaves. DC power can be transmitted to 12 without contact. This eliminates the need for a contact portion made of a conductive material such as metal between the fixed portion 11 and the rotating portion 12, and does not require work required for maintenance and maintenance corresponding to wear of the contact portion and generation of wear powder. The service life of the device can be extended.

さらに、第1の実施形態によれば、出力側増幅器21と、出力側増幅器21に対して可逆的に動作する入力側増幅器32と、を持つことにより、複雑な変換回路を必要とせずに、直流電力のマイクロ波への変換とマイクロ波の直流電力への変換とを、単純な装置構成によって行なうことができる。
さらに、第1の実施形態によれば、複数の出力側アンテナ22および複数の入力側アンテナ31を持つことにより、直流電力を複数に分散させて伝送することができる。これにより、出力側増幅器21および入力側増幅器32の各々の上限出力を超えない範囲で損失を抑制して直流電力を伝送することができる。
さらに、第1の実施形態によれば、固定部11の筒状体11aの内部を閉塞する底部11bおよび蓋部12aを持つことにより、閉塞された空間内でマイクロ波による電力伝送を行なうことができる。
Furthermore, according to the first embodiment, by having the output side amplifier 21 and the input side amplifier 32 that operates reversibly with respect to the output side amplifier 21, a complicated conversion circuit is not required. Conversion of DC power into microwaves and conversion of microwaves into DC power can be performed with a simple device configuration.
Furthermore, according to the first embodiment, by having a plurality of output-side antennas 22 and a plurality of input-side antennas 31, DC power can be distributed and transmitted. Thereby, it is possible to transmit the DC power while suppressing the loss within a range not exceeding the upper limit outputs of the output side amplifier 21 and the input side amplifier 32.
Furthermore, according to the first embodiment, by having the bottom portion 11b and the lid portion 12a that close the inside of the cylindrical body 11a of the fixing portion 11, power transmission by microwaves can be performed in the closed space. it can.

(第2の実施形態)
第2の実施形態の非接触型電力伝送装置40は、図4に示すように、固定部41と、固定部41に対して回転する回転部42と、固定部41に接続された固定部回路基板43と、回転部42に接続された回転部回路基板44と、を備えている。
(Second Embodiment)
As shown in FIG. 4, the contactless power transmission device 40 according to the second embodiment includes a fixed unit 41, a rotating unit 42 that rotates with respect to the fixed unit 41, and a fixed unit circuit connected to the fixed unit 41. A substrate 43 and a rotating circuit board 44 connected to the rotating unit 42 are provided.

固定部41および回転部42は、いわゆるロータリジョイントを構成している。固定部41は、鉛直方向に伸びる管状に形成され、固定部側導波路形成部41aを備えている。回転部42は、管状に形成され、固定部側導波路形成部41aに回転可能に接続された回転部側導波路形成部42aを備えている。固定部側導波路形成部41aおよび回転部側導波路形成部42aは、マイクロ波を伝送するための中空の導波路Rを固定部41および回転部42の内部に形成する。   The fixed part 41 and the rotating part 42 constitute a so-called rotary joint. The fixing portion 41 is formed in a tubular shape extending in the vertical direction, and includes a fixing portion-side waveguide forming portion 41a. The rotating part 42 includes a rotating part side waveguide forming part 42a that is formed in a tubular shape and is rotatably connected to the fixed part side waveguide forming part 41a. The fixed part side waveguide forming part 41 a and the rotating part side waveguide forming part 42 a form a hollow waveguide R for transmitting microwaves inside the fixed part 41 and the rotating part 42.

固定部回路基板43には、図5に示すように、送信部45として、上述した第1の実施形態での複数の出力側増幅器21と、合成器45aと、が実装されている。
合成器45aは、複数の出力側増幅器21から出力された増幅後のマイクロ波を合成して、合成後のマイクロ波を導波路Rに出力する。
As shown in FIG. 5, the plurality of output-side amplifiers 21 and the combiner 45 a in the first embodiment described above are mounted on the fixed circuit board 43 as the transmitter 45.
The combiner 45 a combines the amplified microwaves output from the plurality of output-side amplifiers 21 and outputs the combined microwaves to the waveguide R.

回転部回路基板44には、受信部46として、分配器46aと、上述した第1の実施形態での複数の入力側増幅器32およびスイッチ33と、が実装されている。
分配器46aは、導波路Rによって伝送されたマイクロ波を複数に分配して、分配後の複数のマイクロ波を複数の入力側増幅器32に出力する。
The rotating unit circuit board 44 is mounted with the distributor 46 a and the plurality of input-side amplifiers 32 and the switches 33 in the first embodiment described above as the receiving unit 46.
The distributor 46 a distributes the microwaves transmitted through the waveguide R into a plurality of parts, and outputs the plurality of divided microwaves to the plurality of input side amplifiers 32.

以上説明した第2の実施形態によれば、固定部41に接続された送信部45と回転部42に接続された受信部46とを持つことにより、導波路Rでのマイクロ波の伝送によって固定部41から回転部42へと非接触で直流電力を伝送することができる。これにより、固定部41および回転部42の間で、金属などの導電材料による接触部位を必要とせず、接触部位の摩耗および摩耗粉の発生などに対応する整備および保守に要する作業を必要とせず、装置の耐用期間を長くすることができる。   According to the second embodiment described above, the transmission unit 45 connected to the fixing unit 41 and the reception unit 46 connected to the rotation unit 42 are used to fix the transmission by microwaves in the waveguide R. DC power can be transmitted in a non-contact manner from the unit 41 to the rotating unit 42. This eliminates the need for a contact portion made of a conductive material such as metal between the fixed portion 41 and the rotating portion 42, and does not require work required for maintenance and maintenance corresponding to wear of the contact portion and generation of wear powder. The service life of the device can be extended.

さらに、第2の実施形態によれば、いわゆるロータリジョイントを構成する固定部41および回転部42、つまり導波路Rを形成する固定部側導波路形成部41aおよび回転部側導波路形成部42aを持つことにより、単純な装置構成によって固定部41および回転部42の間でマイクロ波を伝送することができる。
さらに、第2の実施形態によれば、出力側増幅器21と、出力側増幅器21に対して可逆的に動作する入力側増幅器32と、を持つことにより、複雑な変換回路を必要とせずに、直流電力のマイクロ波への変換とマイクロ波の直流電力への変換とを、単純な装置構成によって行なうことができる。
さらに、第2の実施形態によれば、複数の出力側増幅器21および複数の入力側増幅器32を持つことにより、出力側増幅器21および入力側増幅器32の上限出力を超えない範囲で損失を抑制して、直流電力のマイクロ波への変換とマイクロ波の直流電力への変換と行なうことができる。
Furthermore, according to the second embodiment, the fixed part 41 and the rotating part 42 constituting the so-called rotary joint, that is, the fixed part side waveguide forming part 41a and the rotating part side waveguide forming part 42a forming the waveguide R are provided. By having it, microwaves can be transmitted between the fixed portion 41 and the rotating portion 42 with a simple device configuration.
Furthermore, according to the second embodiment, by having the output side amplifier 21 and the input side amplifier 32 that operates reversibly with respect to the output side amplifier 21, a complicated conversion circuit is not required. Conversion of DC power into microwaves and conversion of microwaves into DC power can be performed with a simple device configuration.
Furthermore, according to the second embodiment, by having a plurality of output-side amplifiers 21 and a plurality of input-side amplifiers 32, loss is suppressed within a range that does not exceed the upper limit outputs of the output-side amplifier 21 and the input-side amplifier 32. Thus, conversion of DC power into microwaves and conversion of microwaves into DC power can be performed.

(第3の実施形態)
第3の実施形態の非接触型電力伝送装置50は、図6に示すように、固定部51と、固定部51に対して回転する回転部52と、固定部51に接続された固定部回路基板53と、回転部52に接続された回転部回路基板54と、を備えている。
(Third embodiment)
As shown in FIG. 6, the non-contact power transmission apparatus 50 according to the third embodiment includes a fixed unit 51, a rotating unit 52 that rotates with respect to the fixed unit 51, and a fixed unit circuit connected to the fixed unit 51. A substrate 53 and a rotating part circuit board 54 connected to the rotating part 52 are provided.

固定部51および回転部52は、いわゆる空洞共振器を構成している。固定部51は、鉛直方向に伸びる管状に形成され、固定部側共振器形成部51aを備えている。回転部52は、管状に形成され、固定部側共振器形成部51aに回転可能に接続された回転部側共振器形成部52aを備えている。固定部側共振器形成部51aおよび回転部側共振器形成部52aは、マイクロ波を共振させるための中空の共振空洞Sを固定部51および回転部52の内部に形成する。   The fixed part 51 and the rotating part 52 constitute a so-called cavity resonator. The fixed portion 51 is formed in a tubular shape extending in the vertical direction, and includes a fixed portion-side resonator forming portion 51a. The rotating part 52 includes a rotating part side resonator forming part 52a that is formed in a tubular shape and is rotatably connected to the fixed part side resonator forming part 51a. The fixed part side resonator forming part 51 a and the rotating part side resonator forming part 52 a form a hollow resonance cavity S for resonating microwaves inside the fixed part 51 and the rotating part 52.

固定部回路基板53には、図7に示すように、送信部55として、上述した第1の実施形態での複数の出力側増幅器21と、合成器55aと、が実装されている。
合成器55aは、複数の出力側増幅器21から出力された増幅後のマイクロ波を合成して、合成後のマイクロ波を共振空洞Sに出力する。
As shown in FIG. 7, the plurality of output-side amplifiers 21 and the combiner 55 a in the first embodiment described above are mounted on the fixed circuit board 53 as the transmitter 55.
The combiner 55 a combines the amplified microwaves output from the plurality of output-side amplifiers 21 and outputs the combined microwaves to the resonant cavity S.

回転部回路基板54には、受信部56として、キャパシタ56aと、抵抗56bと、が実装されている。
受信部56のキャパシタ56aおよび抵抗56bは、共振空洞Sとともに、いわゆるレクテナを構成し、共振空洞Sによって共振させられたマイクロ波を整流することによって、マイクロ波から直流電力を抽出する。
A capacitor 56 a and a resistor 56 b are mounted as a receiving unit 56 on the rotating unit circuit board 54.
The capacitor 56a and the resistor 56b of the receiving unit 56 constitute a so-called rectenna together with the resonant cavity S, and extract DC power from the microwave by rectifying the microwave resonated by the resonant cavity S.

以上説明した第3の実施形態によれば、固定部51に接続された送信部55と回転部52に接続された受信部56とを持つことにより、共振空洞Sでのマイクロ波の共振によって固定部51から回転部52へと非接触で直流電力を伝送することができる。これにより、固定部51および回転部52の間で、金属などの導電材料による接触部位を必要とせず、接触部位の摩耗および摩耗粉の発生などに対応する整備および保守に要する作業を必要とせず、装置の耐用期間を長くすることができる。   According to the third embodiment described above, the transmission unit 55 connected to the fixing unit 51 and the reception unit 56 connected to the rotating unit 52 are used to fix by resonance of the microwave in the resonance cavity S. DC power can be transmitted in a non-contact manner from the unit 51 to the rotating unit 52. This eliminates the need for a contact portion made of a conductive material such as metal between the fixed portion 51 and the rotating portion 52, and does not require work required for maintenance and maintenance corresponding to wear of the contact portion and generation of wear powder. The service life of the device can be extended.

さらに、第3の実施形態によれば、共振空洞Sを形成する固定部側共振器形成部51aおよび回転部側共振器形成部52aを持つことにより、単純な装置構成によって固定部51および回転部52の間でマイクロ波を伝送することができる。
さらに、第3の実施形態によれば、共振空洞Sとともに、いわゆるレクテナを構成する受信部56を持つことにより、単純な装置構成によってマイクロ波の直流電力への変換を行なうことができる。
Furthermore, according to the third embodiment, by having the fixed part side resonator forming part 51a and the rotating part side resonator forming part 52a that form the resonant cavity S, the fixed part 51 and the rotating part can be realized with a simple device configuration. Microwaves can be transmitted between 52.
Furthermore, according to the third embodiment, by having the receiving section 56 that constitutes a so-called rectenna together with the resonant cavity S, it is possible to convert microwaves to DC power with a simple device configuration.

(第4の実施形態)
第4の実施形態の非接触型電力伝送装置60は、図8(A),(B)に示すように、固定部61と、固定部61の内部に収容された回転部62と、を備えている。
固定部61は、有底筒状に形成され、鉛直方向に伸びる筒状体61aと、筒状体61aの下端を閉塞する底部61bと、を備えている。
回転部62は、板状に形成され、固定部61の内部において、鉛直方向に平行な回転軸O周りに回転する。回転部62は、固定部61の筒状体61aの上端を閉塞する蓋部62aを備えている。
(Fourth embodiment)
As shown in FIGS. 8A and 8B, the contactless power transmission device 60 of the fourth embodiment includes a fixed portion 61 and a rotating portion 62 accommodated in the fixed portion 61. ing.
The fixing portion 61 is formed in a bottomed cylindrical shape, and includes a cylindrical body 61a that extends in the vertical direction and a bottom portion 61b that closes the lower end of the cylindrical body 61a.
The rotating part 62 is formed in a plate shape and rotates around the rotation axis O parallel to the vertical direction inside the fixed part 61. The rotating portion 62 includes a lid portion 62 a that closes the upper end of the cylindrical body 61 a of the fixed portion 61.

固定部61は、図9に示すように、送信部63として、1つのダイポールアンテナ64と、ダイポールアンテナ64に接続された増幅器65と、を備えている。
増幅器65は、外部から供給される直流電力を第1端子65aに入力される基準マイクロ波(例えば、所定の高周波信号であるRF信号など)に応じて増幅し、増幅後のマイクロ波を第2端子65bから出力する。これにより増幅器65には、外部の高周波発生装置24から出力された基準マイクロ波を第1端子65aに入力するためのケーブル(例えば、同軸ケーブルなど。図示略)と、外部の直流電源26から出力された直流電流(DC電流)を増幅器65に通電するためのDC供給ケーブル(図示略)とが接続されている。
As shown in FIG. 9, the fixing unit 61 includes a single dipole antenna 64 and an amplifier 65 connected to the dipole antenna 64 as the transmission unit 63.
The amplifier 65 amplifies DC power supplied from the outside in accordance with a reference microwave (for example, an RF signal that is a predetermined high-frequency signal) input to the first terminal 65a, and the amplified microwave is supplied to the second terminal. Output from terminal 65b. As a result, the amplifier 65 is supplied with a cable (for example, a coaxial cable, not shown) for inputting the reference microwave output from the external high frequency generator 24 to the first terminal 65a and the external DC power supply 26. A DC supply cable (not shown) for supplying the direct current (DC current) to the amplifier 65 is connected.

回転部62は、受信部66として、複数(例えば、4つなど)のダイポールアンテナ67と、ダイポールアンテナ67に接続された整流回路68と、を備えている。
複数のダイポールアンテナ67の少なくとも何れか1つは、固定部61に対する回転部62の回転に伴い、回転部62の1つのダイポールアンテナ64とカップリンされるように設定されている。これによりカップリングされたダイポールアンテナ64およびダイポールアンテナ67の間において、増幅器65から出力された増幅後のマイクロ波が送受信される。
整流回路68は、いわゆるレクテナであって、共振器、キャパシタ、および抵抗を備えている。整流回路68は、ダイポールアンテナ67によって受信された増幅後のマイクロ波を整流することによって、マイクロ波から直流電力を抽出する。
The rotating unit 62 includes a plurality of (for example, four) dipole antennas 67 and a rectifier circuit 68 connected to the dipole antenna 67 as the receiving unit 66.
At least one of the plurality of dipole antennas 67 is set to be coupled to one dipole antenna 64 of the rotating unit 62 as the rotating unit 62 rotates with respect to the fixed unit 61. As a result, the amplified microwave output from the amplifier 65 is transmitted and received between the coupled dipole antenna 64 and dipole antenna 67.
The rectifier circuit 68 is a so-called rectenna, and includes a resonator, a capacitor, and a resistor. The rectifier circuit 68 extracts DC power from the microwave by rectifying the amplified microwave received by the dipole antenna 67.

以上説明した第4の実施形態によれば、固定部61に接続された送信部63と回転部62に接続された受信部66とを持つことにより、ダイポールアンテナ64およびダイポールアンテナ67の間でのマイクロ波の伝送によって固定部61から回転部62へと非接触で直流電力を伝送することができる。これにより、固定部61および回転部62の間で金属などの導電材料による接触部位を必要とせず、接触部位の摩耗および摩耗粉の発生などに対応する整備および保守に要する作業を必要とせず、装置の耐用期間を長くすることができる。   According to the fourth embodiment described above, by having the transmitting unit 63 connected to the fixed unit 61 and the receiving unit 66 connected to the rotating unit 62, the dipole antenna 64 and the dipole antenna 67 can be connected. Direct current power can be transmitted from the fixed portion 61 to the rotating portion 62 in a non-contact manner by transmission of microwaves. This eliminates the need for a contact portion made of a conductive material such as metal between the fixed portion 61 and the rotating portion 62, and does not require work required for maintenance and maintenance corresponding to wear of the contact portion and generation of wear powder. The service life of the device can be extended.

さらに、第4の実施形態によれば、固定部61の1つのダイポールアンテナ64と、回転部62の複数のダイポールアンテナ67とを持つことにより、単純な装置構成によってマイクロ波の直流電力への変換を行なうことができる。   Furthermore, according to the fourth embodiment, by having one dipole antenna 64 of the fixed unit 61 and a plurality of dipole antennas 67 of the rotating unit 62, conversion of microwaves to DC power is achieved with a simple device configuration. Can be performed.

以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、固定部(11、41、51、61)に接続された送信部(23、45、55、63)と回転部(12、42、52、62)に接続された受信部(34、46、56、66)とを持つことにより、マイクロ波の伝送によって固定部から回転部へと非接触で直流電力を伝送することができる。これにより、固定部および回転部の間で、金属などの導電材料による接触部位を必要とせず、接触部位の摩耗および摩耗粉の発生などに対応する整備および保守に要する作業を必要とせず、装置の耐用期間を長くすることができる。   According to at least one embodiment described above, the transmission unit (23, 45, 55, 63) and the rotation unit (12, 42, 52, 62) connected to the fixed unit (11, 41, 51, 61). By having the receiving unit (34, 46, 56, 66) connected to, DC power can be transmitted in a non-contact manner from the fixed unit to the rotating unit by microwave transmission. This eliminates the need for a contact part made of a conductive material such as metal between the fixed part and the rotating part, and does not require work required for maintenance and maintenance corresponding to wear of the contact part and generation of wear powder. The service life of can be extended.

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。   Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the spirit of the invention. These embodiments and their modifications are included in the scope and gist of the invention, and are also included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

以下、第1の変形例の構成について説明する。
上述した第2の実施形態では、複数の出力側増幅器21および複数の入力側増幅器32を備えるとしたが、これに限定されず、出力側増幅器21および入力側増幅器32の少なくとも何れか一方は1つだけであってもよい。この場合、合成器45aおよび分配器46aの少なくとも何れか一方は省略されてもよい。
Hereinafter, the configuration of the first modification will be described.
In the second embodiment described above, a plurality of output side amplifiers 21 and a plurality of input side amplifiers 32 are provided. However, the present invention is not limited to this, and at least one of the output side amplifier 21 and the input side amplifier 32 is 1. There may be only one. In this case, at least one of the combiner 45a and the distributor 46a may be omitted.

以下、第2の変形例の構成について説明する。
上述した第3の実施形態では、複数の出力側増幅器21を備えるとしたが、これに限定されず、1つの出力側増幅器21のみを備えてもよい。この場合、合成器55aは省略されてもよい。
また、上述した第3の実施形態では、固定部51および回転部52は、空洞共振器を構成するとしたが、これに限定されず、他の共振器、例えば誘電体共振器もしくは磁性体共振器などを構成してもよい。
The configuration of the second modification will be described below.
In the third embodiment described above, a plurality of output-side amplifiers 21 are provided. However, the present invention is not limited to this, and only one output-side amplifier 21 may be provided. In this case, the synthesizer 55a may be omitted.
In the third embodiment described above, the fixed portion 51 and the rotating portion 52 constitute a cavity resonator. However, the present invention is not limited to this, and other resonators such as a dielectric resonator or a magnetic resonator. Etc. may be configured.

以下、第3の変形例の構成について説明する。
上述した第4の実施形態では、ダイポールアンテナ64、67を備えるとしたが、これに限定されず、ダイポールアンテナの代わりにモノポールアンテナを備えてもよい。
Hereinafter, the configuration of the third modification will be described.
In the fourth embodiment described above, the dipole antennas 64 and 67 are provided. However, the present invention is not limited to this, and a monopole antenna may be provided instead of the dipole antenna.

10、40、50、60 非接触型電力伝送装置
11、41、51、61 固定部
12、42、52、62 回転部
13、43、53 固定部回路基板
14、44、54 回転部回路基板
23、45、55、63 送信部
34、46、56、66 受信部
10, 40, 50, 60 Non-contact power transmission device 11, 41, 51, 61 Fixed part 12, 42, 52, 62 Rotating part 13, 43, 53 Fixed part circuit board 14, 44, 54 Rotating part circuit board 23 45, 55, 63 Transmitter 34, 46, 56, 66 Receiver

Claims (7)

固定部と、
前記固定部に対して回転する回転部と、
外部から供給される直流電力を第1端子に入力される基準マイクロ波に応じて増幅し、増幅後のマイクロ波を第2端子から出力する出力側増幅器と、
前記出力側増幅器から出力された前記増幅後のマイクロ波を前記固定部および前記回転部の間で伝送する伝送部と、
前記伝送部によって前記固定部および前記回転部の間で伝送された前記増幅後のマイクロ波から前記直流電力を抽出する直流電力抽出部と、
を備える、
非接触型電力伝送装置。
A fixed part;
A rotating part that rotates relative to the fixed part;
An output side amplifier that amplifies DC power supplied from the outside according to a reference microwave input to the first terminal, and outputs the amplified microwave from the second terminal;
A transmission unit for transmitting the amplified microwave output from the output side amplifier between the fixed unit and the rotating unit;
A DC power extraction unit that extracts the DC power from the amplified microwave transmitted between the fixed unit and the rotating unit by the transmission unit;
Comprising
Non-contact power transmission device.
前記直流電力抽出部は、前記出力側増幅器に対して可逆的に動作する入力側増幅器を備え、
前記入力側増幅器は、前記第2端子に対応する端子に入力される前記増幅後のマイクロ波に応じて前記基準マイクロ波を前記第1端子に対応する端子から出力することによって前記直流電力を抽出する、
請求項1に記載の非接触型電力伝送装置。
The DC power extraction unit includes an input side amplifier that operates reversibly with respect to the output side amplifier,
The input-side amplifier extracts the DC power by outputting the reference microwave from a terminal corresponding to the first terminal according to the amplified microwave input to a terminal corresponding to the second terminal. To
The contactless power transmission device according to claim 1.
前記伝送部は、前記固定部に設けられた第1アンテナと、前記回転部に設けられた第2アンテナと、を備え、
前記第1アンテナおよび前記第2アンテナは、前記増幅後のマイクロ波を送受信し、
前記出力側増幅器は、前記第1アンテナおよび前記第2アンテナの何れか一方に接続され、
前記入力側増幅器は、前記第1アンテナおよび前記第2アンテナの何れか他方に接続されている、
請求項2に記載の非接触型電力伝送装置。
The transmission unit includes a first antenna provided in the fixed unit, and a second antenna provided in the rotating unit,
The first antenna and the second antenna transmit and receive the amplified microwave,
The output side amplifier is connected to one of the first antenna and the second antenna,
The input-side amplifier is connected to one of the first antenna and the second antenna;
The contactless power transmission device according to claim 2.
前記第2アンテナは、前記回転部の回転軸の周りに沿って前記回転部の表面上に配置された複数のアンテナを備え、
前記第1アンテナは、前記回転軸の表面に対向する前記固定部の表面上に前記第2アンテナに対向可能に配置された複数のアンテナを備える、
請求項3に記載の非接触型電力伝送装置。
The second antenna includes a plurality of antennas disposed on a surface of the rotating unit along a rotation axis of the rotating unit,
The first antenna includes a plurality of antennas disposed on the surface of the fixed portion facing the surface of the rotating shaft so as to be opposed to the second antenna.
The contactless power transmission device according to claim 3.
前記第1アンテナおよび前記第2アンテナの何れか一方は、単一のアンテナであり、
前記第1アンテナおよび前記第2アンテナの何れか他方は、複数のアンテナである、
請求項3に記載の非接触型電力伝送装置。
Either one of the first antenna and the second antenna is a single antenna,
Either one of the first antenna and the second antenna is a plurality of antennas.
The contactless power transmission device according to claim 3.
前記伝送部は、前記固定部に設けられた第1導波路形成部と、前記回転部に設けられた第2導波路形成部と、を備え、
前記第1導波路形成部および前記第2導波路形成部は、前記増幅後のマイクロ波を伝送するための中空の導波路を形成し、
前記出力側増幅器は、前記第1導波路形成部および前記第2導波路形成部の何れか一方に接続され、
前記入力側増幅器は、前記第1導波路形成部および前記第2導波路形成部の何れか他方に接続されている、
請求項2に記載の非接触型電力伝送装置。
The transmission unit includes a first waveguide forming unit provided in the fixed unit, and a second waveguide forming unit provided in the rotating unit,
The first waveguide forming section and the second waveguide forming section form a hollow waveguide for transmitting the amplified microwave,
The output side amplifier is connected to one of the first waveguide forming unit and the second waveguide forming unit,
The input-side amplifier is connected to either one of the first waveguide forming unit and the second waveguide forming unit,
The contactless power transmission device according to claim 2.
前記伝送部は、前記固定部に設けられた第1共振器形成部と、前記回転部に設けられた第2共振器形成部と、を備え、
前記第1共振器形成部および前記第2共振器形成部は、前記増幅後のマイクロ波を共振させる共振器を形成し、
前記出力側増幅器は、前記第1共振器形成部および前記第2共振器形成部の何れか一方に接続され、
前記直流電力抽出部は、前記第1共振器形成部および前記第2共振器形成部の何れか他方に接続されたキャパシタおよび抵抗による整流回路を備える、
請求項1に記載の非接触型電力伝送装置。
The transmission unit includes a first resonator forming unit provided in the fixed unit, and a second resonator forming unit provided in the rotating unit,
The first resonator forming unit and the second resonator forming unit form a resonator that resonates the amplified microwave,
The output side amplifier is connected to one of the first resonator forming unit and the second resonator forming unit,
The DC power extraction unit includes a rectifier circuit including a capacitor and a resistor connected to one of the first resonator formation unit and the second resonator formation unit.
The contactless power transmission device according to claim 1.
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