JP2015220798A - Non-contact power transmission antenna - Google Patents
Non-contact power transmission antenna Download PDFInfo
- Publication number
- JP2015220798A JP2015220798A JP2014101025A JP2014101025A JP2015220798A JP 2015220798 A JP2015220798 A JP 2015220798A JP 2014101025 A JP2014101025 A JP 2014101025A JP 2014101025 A JP2014101025 A JP 2014101025A JP 2015220798 A JP2015220798 A JP 2015220798A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- antenna
- coil
- power transmission
- transmission antenna
- contact power
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 title claims abstract description 49
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 claims description 9
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims description 3
- 238000010030 laminating Methods 0.000 claims 1
- 239000013535 sea water Substances 0.000 abstract description 11
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 3
- 239000013505 freshwater Substances 0.000 description 3
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 2
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 239000009719 polyimide resin Substances 0.000 description 2
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 2
- 241000052343 Dares Species 0.000 description 1
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002238 attenuated effect Effects 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 230000009351 contact transmission Effects 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 230000009189 diving Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005674 electromagnetic induction Effects 0.000 description 1
- 238000003475 lamination Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
Abstract
Description
本発明は、非接触で電力を伝送・受電する際に用いる非接触電力電送用アンテナに関する。 The present invention relates to a contactless power transmission antenna used when transmitting and receiving power in a contactless manner.
海底探査等においては、電力を動力源とする無人潜水艇が利用されている。ところが、海中には給電手段が設けられていないので、電力供給を行う場合は、潜水艇を給電設備のあるところ(例えば、母船)まで浮上させる必要がある。潜水艇を浮上・潜行させるには、長大な時間的ロスが生じる。そこで、潜水中の潜水艇同士で電力供給しあう方法が考えられる。 In submarine exploration and the like, unmanned submersibles powered by electric power are used. However, since no power feeding means is provided in the sea, when power is supplied, it is necessary to make the submersible levitate to a place (for example, a mother ship) where there is power feeding equipment. In order to ascend and submerge a submersible craft, a long time loss occurs. Therefore, a method of supplying power between submersible divers can be considered.
しかし、潜水艇同士を電力ケーブルで接続するには、例えばコネクタ等を防水仕様とし、かつ、漏電しないようにしなければならず、非現実的である。 However, in order to connect submersible crafts with a power cable, for example, a connector or the like must be waterproofed and not leaked, which is unrealistic.
そこで、非接触伝送方法により電力を伝送することが考えられ、特開2002−305121号公報においては、送電側と受電側とにそれぞれコイルを設けて、電磁誘導により電力を伝送する非接触電力電送装置が開示されている。 Therefore, it is conceivable to transmit power by a non-contact transmission method. In Japanese Patent Laid-Open No. 2002-305121, a coil is provided on each of the power transmission side and the power reception side to transmit power by electromagnetic induction. An apparatus is disclosed.
しかしながら、特開2002−305121号公報にかかる非接触電力電送装置を、海水や淡水等の空気より電気導電率の大きい伝送媒体を介して電力伝送する場合に用いると、伝送効率が著しく小さくなってしまう問題がある。 However, when the non-contact power transmission device according to Japanese Patent Laid-Open No. 2002-305121 is used when power is transmitted through a transmission medium having a higher electrical conductivity than seawater, fresh water, or the like, the transmission efficiency is significantly reduced. There is a problem.
一般的に、伝送媒体が空気の場合、アンテナ間の距離が10cmでも90%以上の伝送効率を得ることができる。しかし、海水の場合は、その電気導電率は約4[S/m]と空気に比べて非常に大きい。図7は、淡水及び海水の周波数に対する減衰距離を示した図である。なお、減衰距離は、エネルギーが1/(e2)に減衰する距離である。従って、伝送媒体が海水の場合には、電力損失が大きく、2cm以上のアンテナ間距離でも実質的に電力伝送手段として用いることができない。 Generally, when the transmission medium is air, a transmission efficiency of 90% or more can be obtained even when the distance between the antennas is 10 cm. However, in the case of seawater, its electric conductivity is about 4 [S / m], which is very large compared to air. FIG. 7 is a diagram showing attenuation distances with respect to frequencies of fresh water and sea water. The attenuation distance is a distance at which energy is attenuated to 1 / (e 2 ). Therefore, when the transmission medium is seawater, the power loss is large, and even a distance between antennas of 2 cm or more cannot be practically used as a power transmission means.
電力損失は伝送周波数に依存するので、高伝送効率を達成(電力損失を抑制)するために伝送周波数を小さくすることが考えられる。しかし、伝送周波数を小さくするためには、アンテナのインダクタンス(L)やキャパシタンス(C)を大きくする必要があり、このためにコイルの巻き数を増やしたり、線幅を太くしたりしなければならない。コイルの巻き数を増やしたり、線幅を太くしたりすると、アンテナの平面サイズが、大きくなってしまう。 Since power loss depends on the transmission frequency, it is conceivable to reduce the transmission frequency in order to achieve high transmission efficiency (suppress power loss). However, in order to reduce the transmission frequency, it is necessary to increase the inductance (L) and capacitance (C) of the antenna. For this purpose, the number of turns of the coil must be increased or the line width must be increased. . If the number of turns of the coil is increased or the line width is increased, the planar size of the antenna increases.
そこで、本発明の主目的は、アンテナの平面サイズを変えることなく、海水等の伝送媒体中でも電力損失が少ない非接触電力電送用アンテナを提供することである。 Therefore, a main object of the present invention is to provide a non-contact power transmission antenna with little power loss even in a transmission medium such as seawater without changing the planar size of the antenna.
上記課題を解決するため、電力の給電・受電を行うための電波を送信又は受信する非接触電力電送用アンテナは、少なくとも2以上積層され、かつ、並列接続されたアンテナコイルと、2つのアンテナコイルの間に配置されて、接地された接地コイルと、アンテナコイルと接地コイルとを所定距離離しながら覆う誘電体部と、を備えることを特徴とする。 In order to solve the above problems, at least two or more non-contact power transmission antennas that transmit or receive radio waves for power supply / reception are stacked and connected in parallel, and two antenna coils And a grounding coil that is grounded and a dielectric part that covers the antenna coil and the grounding coil while being separated from each other by a predetermined distance.
本発明によれば、少なくとも2つのアンテナコイルの間に、接地コイルを設けたので、アンテナの平面サイズを変えることなく、海水等の伝送媒体中でも電力損失を抑制できるようになる。 According to the present invention, since the ground coil is provided between at least two antenna coils, power loss can be suppressed even in a transmission medium such as seawater without changing the planar size of the antenna.
本発明の実施形態を説明する。図1は、本実施形態にかかる非接触電力電送用アンテナ(以下、アンテナと略記する)2の断面図である。 An embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a cross-sectional view of a contactless power transmission antenna (hereinafter abbreviated as an antenna) 2 according to the present embodiment.
アンテナ2は、誘電体21に埋設されたアンテナコイル11と、誘電体22に埋設され接地コイル12とが交互に積層され、その上に誘電体23に埋設されると共に誘電体24により覆われたアンテナコイル11が積層された構成となっている。以下、誘電体21〜誘電体24を総称して誘電体部と適宜呼ぶ。
In the
アンテナコイル11と接地コイル12との積層数は任意であり、図2は最小積層数のアンテナ2を示した断面図である。以下の説明では、図2を例に説明する。このとき、図2において下側のアンテナコイル11を第1アンテナコイル11a、上側のアンテナコイル11を第2アンテナコイル11bと記載する。
The number of layers of the
図3は、このような第1アンテナコイル11a、第2アンテナコイル11b、接地コイル12の上面図を示した図である。第1アンテナコイル11a及び第2アンテナコイル11bは同じ形状であり、また接地コイル12も概ね同じ形状に形成されている。な第1アンテナコイル11a、第2アンテナコイル11b、接地コイル12は、銅やアルミニューム等の金属により形成されている。
FIG. 3 is a diagram showing a top view of the
第1アンテナコイル11aと第2アンテナコイル11bとは同じ向き巻かれたスパイラルコイルであり、それぞれの両端には、電源等に接続されるための端子31a,31b,32a,32bが形成されている。第1アンテナコイル11aの端子31aと第2アンテナコイル11bの端子31aとは接続され、第1アンテナコイル11aの端子32bと第2アンテナコイル11bの端子31bとは接続されている。即ち、第1アンテナコイル11aと第2アンテナコイル11bとは、電源のから見たとき並列に接続されている。
The
一方、接地コイル12は、第1アンテナコイル11aと第2アンテナコイル11bとの間に配置されて、これら第1アンテナコイル11aや第2アンテナコイル11bの巻き方向に対して逆方向に巻かれたスパイラルコイルである。接地コイル12は、接地又はグランド電位に設定されている。
On the other hand, the
誘電体21〜24は、フッ素樹脂、セラミック等の比誘電率が6〜10程度の誘電体で形成されている。なお、誘電体21〜24は、ポリイミド樹脂やカーボンナノチューブを含有するシリコーンのようなフレキシブルな誘電体であっても良い。フレキシブルな誘電体とすることで、アンテナ2を取り付ける際の被取付部位の形状に応じて、アンテナ2を湾曲させる等の変形が可能になる。
The
このように、第1アンテナコイル11aと第2アンテナコイル11bとを接地コイル12を間に挟んで積層しているので、第1アンテナコイル11aと接地コイル12との間でキャパシタが形成され、また第2アンテナコイル11bと接地コイル12との間でキャパシタが形成される。即ち、2つのキャパシタがアンテナ2の平面サイズを変えることなく形成されている。従って、電力を無線で伝送する際の周波数を下げて電力損失を抑制しても、受信側のコイルで誘導されて得られる電力が維持できるようになる。
Thus, since the
なお、図2等に示すアンテナコイルの平面形状は正方形の場合を例示しているが、角を円弧状にしてもよく、また全体を円、楕円、長円形状にしてもよい。 In addition, although the planar shape of the antenna coil shown in FIG. 2 etc. has illustrated the case where it is a square, you may make a corner | arc arc shape and may make the whole circle, ellipse, and ellipse shape.
また、上記説明では、誘電体21〜24は、それぞれ別体の物としたが、一体物であっても良い。
(特性改善の検証)
次に、上述したアンテナにおける周波数特性等の特性改善の検証結果について説明する。特性改善効果を検証するため、本実施形態にかかるアンテナ2を試料1、この試料1と比較するための試料2を作成した。なお、図4は、各試料の断面図で、(a)は試料1、(b)は試料2の断面図である。
In the above description, the
(Characteristic improvement verification)
Next, verification results of improvement in characteristics such as frequency characteristics in the antenna described above will be described. In order to verify the characteristic improvement effect, the
「試料1」
第1アンテナコイル11a及び第2アンテナコイル11bは、直径1[mm]の銅線を間隔1[mm]で50回巻して、一辺が208[mm]の正方形とした。そして、第1アンテナコイル11a又は第2アンテナコイル11bと、接地コイル12との間の寸法hをh=0.615[mm]とした(図2参照)。
"
The
誘電体21〜24は、誘電率が6.15のフッ素樹脂板で形成され、このフッ素樹脂板に第1アンテナコイル11a、接地コイル12、第2アンテナコイル11bを埋設するための溝を設けた。そして、誘電体21の溝に第1アンテナコイル11a、誘電体22の溝に接地コイル12、誘電体23の溝に第2アンテナコイル11bを挿着した。
The
このようにして各コイルが挿着された誘電体21〜23、及び、誘電体24を、接着性を持つボンディングシート26を介して積層・プレスした。
Thus, the
「試料2」
試料2は、試料1に対して接地コイル12及び誘電体22を設けていない他は同じ構成である。
“
The
上記試料1、2を用いて、アンテナとしての動作周波数を求めた。なお、動作周波数とは、伝送効率が最大となる周波数と定義する。この結果、試料1及び試料2の動作周波数は、それぞれ100kHz、140kHzであった。従って、接地コイル12を設けることによりアンテナの動作周波数を低周波数化できることが確認できた。
Using the
次に、伝送効率の距離依存性を調べた。図5は、伝送媒体(海水)の中での伝送効率と距離依存性との関係を示した図である。試料1は試料2に比べて伝送距離にかかわらず高い伝送効率を示している。例えば、アンテナ間の距離10cmにおいて5%程度の伝送効率が改善している。従って、アンテナの低周波数化により伝送効率を改善することが可能であることが実証できた。
Next, the distance dependence of transmission efficiency was examined. FIG. 5 is a diagram showing the relationship between transmission efficiency and distance dependency in a transmission medium (seawater).
なお、上記特性は、海水を伝送媒体とした場合の特性であるが、空気を伝送媒体としても試料2に対する試料1の優位性は失われないことを敢えて付言する。
(適用例)
次に、このようなアンテナ2を潜水艇に搭載した場合について説明する。図6は、潜水艇28にアンテナ2を実装する様子を示した図である。潜水艇28は、一般的に艦頭及び艦尾が円錐形で、胴体が円筒形の紡錘型である。
In addition, although the said characteristic is a characteristic when seawater is used as a transmission medium, it dares to add that the predominance of the
(Application example)
Next, the case where such an
このような曲面を持つ潜水艇28に体にアンテナ2を取り付ける際には、伝送効率や取り付けの容易性の観点から、アンテナ2を取り付け部位の形状に対応して湾曲等させて取り付けることが好ましい。そこで、誘電体21〜24をポリイミド樹脂やカーボンナノチューブを含有するシリコーンを材料として形成してフレキシブルなアンテナ2を形成した。
When attaching the
これにより、電力損失を抑制しながら長距離伝送が可能になるので、潜水艇を浮上させなくても電力供給等が行えるようになる。従って、例えば潜行中の潜水艇同士での電力給電及び受電が可能になる。 As a result, long-distance transmission is possible while suppressing power loss, so that power can be supplied without the submarine being lifted. Therefore, for example, power can be supplied and received between submersible diving boats.
2 アンテナ
11 アンテナコイル
11a 第1アンテナコイル
11b 第2アンテナコイル
12 接地コイル
21〜24 誘電体
26 ボンディングシート
2
Claims (6)
少なくとも2以上積層され、かつ、並列接続されたアンテナコイルと、
2つの前記アンテナコイルの間に配置されて、接地された接地コイルと、
前記アンテナコイルと前記接地コイルとを所定距離離しながら覆う誘電体部と、を備える、
ことを特徴とする非接触電力電送用アンテナ。 A non-contact power transmission antenna that transmits or receives radio waves for power supply / reception,
At least two or more antenna coils that are stacked and connected in parallel;
A grounding coil disposed between the two antenna coils and grounded;
A dielectric portion that covers the antenna coil and the grounding coil while being separated from each other by a predetermined distance;
A non-contact power transmission antenna.
前記アンテナコイル及び前記接地コイルの巻き方向が逆向きである、
ことを特徴とする非接触電力電送用アンテナ。 The contactless power transmission antenna according to claim 1,
The winding direction of the antenna coil and the ground coil is opposite,
A non-contact power transmission antenna.
前記誘電体部は、シート状の複数の誘電体を積層して形成され、前記アンテナコイル及び前記接地コイルは、前記誘電体に埋設されている、
ことを特徴とする非接触電力電送用アンテナ。 The contactless power transmission antenna according to claim 1 or 2,
The dielectric part is formed by laminating a plurality of sheet-like dielectrics, and the antenna coil and the grounding coil are embedded in the dielectric.
A non-contact power transmission antenna.
前記アンテナコイル及び前記接地コイルが埋設された前記誘電体は、ボンディングシートを介して接着されている
ことを特徴とする非接触電力電送用アンテナ。 The contactless power transmission antenna according to claim 3,
The non-contact power transmission antenna, wherein the dielectric in which the antenna coil and the ground coil are embedded is bonded via a bonding sheet.
前記誘電体は、被取付部位の形状に応じて変形する、
ことを特徴とする非接触電力電送用アンテナ。 The non-contact power transmission antenna according to any one of claims 1 to 4,
The dielectric is deformed according to the shape of the attachment site,
A non-contact power transmission antenna.
前記アンテナコイル及び前記接地コイルは、平面状に巻かれたスパイラルコイルである、
ことを特徴とする非接触電力電送用アンテナ。 The non-contact power transmission antenna according to any one of claims 1 to 4,
The antenna coil and the ground coil are spiral coils wound in a plane.
A non-contact power transmission antenna.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014101025A JP2015220798A (en) | 2014-05-15 | 2014-05-15 | Non-contact power transmission antenna |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014101025A JP2015220798A (en) | 2014-05-15 | 2014-05-15 | Non-contact power transmission antenna |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2015220798A true JP2015220798A (en) | 2015-12-07 |
Family
ID=54779799
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2014101025A Pending JP2015220798A (en) | 2014-05-15 | 2014-05-15 | Non-contact power transmission antenna |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2015220798A (en) |
-
2014
- 2014-05-15 JP JP2014101025A patent/JP2015220798A/en active Pending
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US11502550B2 (en) | Power transmitting device that transmits power to power receiving device having power receiving coil in water | |
JP6467919B2 (en) | Power transmission device and power transmission method | |
US9647483B1 (en) | Closed magnetic wireless power transfer system | |
KR101339486B1 (en) | Thin film coil and electronic device having the same | |
EP2581921B1 (en) | Wireless power transmitter | |
KR101452093B1 (en) | Thin film coil, shield part including the same, and contactless power transmission device having the shield part | |
KR102433115B1 (en) | Coil assembly | |
JP6622157B2 (en) | Underwater contactless power feeder | |
WO2015087724A1 (en) | Magnetic loop antenna and magnetic-field communication device using same | |
JP6620906B1 (en) | Underwater communication device and underwater communication system | |
WO2018180355A1 (en) | Transmission coil and power transmission apparatus | |
WO2020026592A1 (en) | Power receiving device, power transmitting device, and underwater power supply system | |
JP6643139B2 (en) | Non-contact power supply device for underwater robots | |
JP2015220798A (en) | Non-contact power transmission antenna | |
WO2019187607A1 (en) | Underwater communication device and underwater communication system | |
JP6717381B2 (en) | Wireless power feeding device and wireless power feeding method | |
WO2018051934A1 (en) | Wireless power supply device | |
JP5944726B2 (en) | Composite antenna and composite antenna device | |
JP2016059146A (en) | Under seawater power supply system | |
WO2015182069A1 (en) | Electrical-power-transmitting antenna and electrical-power-transmitting system | |
KR101994744B1 (en) | Near field communication antenna device | |
KR101581695B1 (en) | Coil substrate | |
JP2020191761A (en) | Underwater wireless power transmission system |