JP2019176697A - Electrode unit, power transmitting device, power receiving device, and wireless power transmission system - Google Patents
Electrode unit, power transmitting device, power receiving device, and wireless power transmission system Download PDFInfo
- Publication number
- JP2019176697A JP2019176697A JP2018065511A JP2018065511A JP2019176697A JP 2019176697 A JP2019176697 A JP 2019176697A JP 2018065511 A JP2018065511 A JP 2018065511A JP 2018065511 A JP2018065511 A JP 2018065511A JP 2019176697 A JP2019176697 A JP 2019176697A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electrode
- power
- conductor
- power transmission
- circuit
- 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
Images
Landscapes
- Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
Abstract
Description
本開示は、電極ユニット、送電装置、受電装置、および無線電力伝送システムに関する。 The present disclosure relates to an electrode unit, a power transmission device, a power reception device, and a wireless power transmission system.
近年、携帯電話機および電気自動車などの移動性を伴う機器に、無線すなわち非接触で電力を伝送する無線電力伝送技術の開発が進められている。無線電力伝送技術には、電磁誘導方式および電界結合方式などの方式がある。このうち、電界結合方式による無線電力伝送システムは、一対の送電電極と一対の受電電極とが対向した状態で、一対の送電電極から一対の受電電極に無線で交流電力が伝送される。このような電界結合方式による無線電力伝送システムは、例えば路面または床面に設けられた一対の送電電極から負荷に電力を伝送する用途で用いられる。特許文献1は、そのような電界結合方式による無線電力伝送システムの一例を開示している。 In recent years, development of wireless power transmission technology for transmitting power wirelessly, that is, contactlessly, to devices with mobility, such as a mobile phone and an electric vehicle, has been promoted. Wireless power transmission technologies include electromagnetic induction methods and electric field coupling methods. Among these, in the wireless power transmission system using the electric field coupling method, AC power is wirelessly transmitted from the pair of power transmission electrodes to the pair of power reception electrodes in a state where the pair of power transmission electrodes and the pair of power reception electrodes face each other. Such a wireless power transmission system using an electric field coupling method is used for, for example, a purpose of transmitting power from a pair of power transmission electrodes provided on a road surface or a floor surface to a load. Patent Document 1 discloses an example of a wireless power transmission system using such an electric field coupling method.
本開示は、送電電極または受電電極の近傍に導電体が存在する場合の電力伝送効率の低下を抑制する技術を提供する。 The present disclosure provides a technique for suppressing a decrease in power transmission efficiency when a conductor is present in the vicinity of a power transmission electrode or a power reception electrode.
本開示の一態様に係る電極ユニットは、電界結合方式の無線電力伝送システムにおける送電装置または受電装置に用いられる。前記電極ユニットは、交流電力の送電または受電を行う少なくとも2つの電極を含む電極群と、前記電極群における少なくとも1つの電極に近接して配置された導電体と、一端が前記導電体に接続され、他端が接地された帯域阻止回路であって、前記交流電力の周波数のエネルギーが前記少なくとも1つの電極から前記導電体および前記帯域阻止回路を順に経由してグラウンドに伝搬することを抑制する帯域阻止回路と、を備える。 The electrode unit according to an aspect of the present disclosure is used for a power transmission device or a power reception device in an electric field coupling type wireless power transmission system. The electrode unit includes an electrode group including at least two electrodes that transmit or receive AC power, a conductor disposed in proximity to at least one electrode in the electrode group, and one end connected to the conductor. A band-stop circuit having the other end grounded, and a band that suppresses the propagation of the frequency energy of the AC power from the at least one electrode to the ground via the conductor and the band-stop circuit in order. A blocking circuit.
本開示の包括的または具体的な態様は、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラム、または記録媒体で実現されてもよい。あるいは、システム、装置、方法、集積回路、コンピュータプログラムおよび記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。 The comprehensive or specific aspect of the present disclosure may be realized by a system, a method, an integrated circuit, a computer program, or a recording medium. Or you may implement | achieve with arbitrary combinations of a system, an apparatus, a method, an integrated circuit, a computer program, and a recording medium.
本開示の技術によれば、送電電極または受電電極の近傍に導電体が存在する場合であっても、電力伝送効率の低下を抑制することができる。 According to the technology of the present disclosure, it is possible to suppress a decrease in power transmission efficiency even when a conductor is present in the vicinity of a power transmission electrode or a power reception electrode.
(本開示の基礎となった知見)
本開示の実施形態を説明する前に、本開示の基礎となった知見を説明する。
(Knowledge that became the basis of this disclosure)
Prior to describing the embodiments of the present disclosure, the knowledge underlying the present disclosure will be described.
図1は、電界結合方式による無線電力伝送システムの一例を模式的に示す図である。図示されている無線電力伝送システムは、例えば工場内で物品の搬送に用いられる無人搬送車(AGV)などの移動体10に無線で電力を伝送するシステムである。このシステムでは、床面30に平板状の一対の送電電極120a、120bが配置されている。移動体10は、一対の送電電極120a、120bに対向する一対の受電電極を備えている。移動体10は、送電電極120a、120bから伝送された交流電力を、一対の受電電極によって受け取る。受け取った電力は、移動体10が有するモータ、二次電池、または蓄電用のキャパシタなどの負荷に供給される。これにより、移動体10の駆動または充電が行われる。
FIG. 1 is a diagram schematically illustrating an example of a wireless power transmission system using an electric field coupling method. The illustrated wireless power transmission system is a system that wirelessly transmits power to a moving
図1には、互いに直交するX、Y、Z方向を示すXYZ座標が示されている。以下の説明では、図示されているXYZ座標を用いる。送電電極120a、120bが延びる方向をY方向、送電電極120a、120bの表面に垂直な方向をZ方向、Y方向およびZ方向に垂直な方向、すなわち送電電極120a、120bの幅方向をX方向とする。なお、本願の図面に示される構造物の向きは、説明のわかりやすさを考慮して設定されており、本開示の実施形態が現実に実施されるときの向きをなんら制限するものではない。また、図面に示されている構造物の全体または一部分の形状および大きさも、現実の形状および大きさを制限するものではない。
FIG. 1 shows XYZ coordinates indicating X, Y, and Z directions orthogonal to each other. In the following description, illustrated XYZ coordinates are used. The direction in which the
以下の説明において、送電電極120a、120bを区別せずに「送電電極120」と記述することがある。同様に、受電電極220a、220bを区別せずに「受電電極220」と記述することがある。
In the following description, the
図2は、図1に示す無線電力伝送システムの概略的な構成を示す図である。この無線電力伝送システムは、送電装置100と、移動体10とを備えている。送電装置100は、一対の送電電極120a、120bと、送電電極120a、120bに交流電力を供給する送電回路110とを備えている。送電回路110は、例えば、インバータ回路を含む交流出力回路である。送電回路110は、不図示の直流電源から供給された直流電力を、交流電力に変換して一対の送電電極120a、120bに出力する。交流変換後の電力を送電電極に印加する前段に、インピーダンスの不整合を低減する整合回路が挿入されてもよい。
FIG. 2 is a diagram illustrating a schematic configuration of the wireless power transmission system illustrated in FIG. 1. This wireless power transmission system includes a
移動体10は、受電装置200と、負荷330とを備えている。受電装置200は、一対の受電電極220a、220bと、受電電極220a、220bが受け取った交流電力を負荷330が要求する電力に変換して負荷330に供給する受電回路210とを備えている。受電回路210は、例えば整流回路または周波数変換回路等の各種の回路を含み得る。受電電極が受電した電力を整流回路に出力する前段に、インピーダンスの不整合を低減する整合回路が挿入されてもよい。
The moving
負荷330は、例えばモータ、蓄電用のキャパシタ、または二次電池などの、電力を消費または蓄積する機器である。一対の送電電極120a、120bと、一対の受電電極220a、220bとの間の電界結合(以下、「容量結合」とも称する。)により、両者が対向した状態で電力が無線で伝送される。
The
このような電界結合方式の無線電力伝送システムにおいては、送電電極120a、120b、および受電電極220a、220bの少なくとも1つの近傍に、導電体が位置することがある。そのような導電体は、意図的に設けられる場合もあれば、意図せず侵入する場合もある。本明細書において、そのような導電体を「外部導体」と称することがある。また、外部導体が接地される場合、接地された当該外部導体を「接地導体」と称することがある。
In such an electric field coupling type wireless power transmission system, a conductor may be located in the vicinity of at least one of the
いずれかの電極の近傍に導電体を意図的に配置した構成は、例えば、電極の周囲への電界の漏洩を抑制する目的で採用されることがある。一般に、対向する送電電極120a、120bと受電電極220a、220bとの間の容量は小さい。このため、大きい電力を伝送するためには、送電電極120a、120bに高い電圧を印加する必要がある。その場合、送電電極120a、120bおよび受電電極220a、220bの周囲に漏洩する電界の強度も高くなる。
A configuration in which a conductor is intentionally disposed in the vicinity of one of the electrodes may be employed, for example, for the purpose of suppressing leakage of an electric field around the electrode. In general, the capacity between the opposing
図3Aは、図1および図2に示す無線電力伝送システムにおける漏洩電界を模式的に示す図である。図3Aには、図2に示す無線電力伝送システムの構成要素のうち、一対の送電電極120a、120bのみが示されている。図3Aにおける矢印は、ある瞬間における送電電極120a、120b間の電気力線の一部を模式的に表している。図示されるように、一対の送電電極120a、120bの間には、電力伝送に寄与しない漏洩電界が発生する。この漏洩電界は、送電電極120a、120bが近いほど、また、伝送される電力が大きいほど増加する。
FIG. 3A is a diagram schematically illustrating a leakage electric field in the wireless power transmission system illustrated in FIGS. 1 and 2. FIG. 3A shows only a pair of
図3Bは、電力伝送時に送電電極120a、120bの周囲に形成される電界の強度分布の一例を示す図である。図3Bにおいて、電界強度が高い領域ほど濃く描かれている。生体への曝露、または他の電子機器への干渉の影響を小さくするためには、各電極の周囲に分布する電界強度が高い領域の範囲を狭くすることが求められる。例えば、各電極から所定の距離だけ離れた位置における電界強度を、国際非電離放射線防護委員会(ICNIRP)が定める基準値を超えないようにすることが求められる。
FIG. 3B is a diagram illustrating an example of an intensity distribution of an electric field formed around the
漏洩電界の人体への曝露、または他の電子機器への干渉の影響を抑えるために、例えば、移動体10に人を検知するセンサを設ける対策が考えられる。電力伝送中にセンサが電極近傍に人がいることを検知した場合には、伝送電力を小さくしたり送電を停止したりすることにより、安全性を高めることができる。しかし、送電電極および受電電極の周辺の電界漏洩領域は可能な限り狭い領域に集中させることが安全上好ましい。
In order to suppress the influence of exposure of the leakage electric field to the human body or interference with other electronic devices, for example, a countermeasure for providing a sensor for detecting a person on the moving
この課題を解決するために、一対の送電電極120a、120b、および/または一対の受電電極220a、220bの近傍に導電体を配置する対策が考えられる。例えば、電極間、電極上、または電極の側方などの位置に、導電体が配置され得る。導電体を配置することにより、電界が遮蔽され、漏洩電界を抑制できる。
In order to solve this problem, a measure for arranging a conductor in the vicinity of the pair of
図4Aは、送電電極120a、120bの間に導電性のシールド550が配置された例を模式的に示す図である。この例では、導電性シールド550を設けることにより、図3Aに示す構成と比較して、電界が集中する箇所を制限することができる。
FIG. 4A is a diagram schematically illustrating an example in which a
図4Bは、送電電極120aと導電性シールド550との間、および送電電極120bと導電性シールド550との間の2つの隙間を覆う他の導電性のシールド560a、560bが配置された例を模式的に示す図である。この例では、シールド560a、560bを設けることにより、隙間570a、570bの上の電界が遮蔽され、その影響が低減される。図4Bに示す構成によれば、図4Aに示す構成と比較して、電界が集中する箇所をさらに制限することができる。
FIG. 4B schematically illustrates an example in which other
図5は、図4Bに示す送電電極120a、120b、シールド550、560a、560bの配置関係を模式的に示す斜視図である。送電電極120a、120b、およびシールド550、560a、560bは、いずれも平板状の構造を有し、平面状の表面を有する。送電電極120a、120b、およびシールド550、560a、560bの各々は、少なくとも表面が、例えば銅またはアルミニウムなどの導電性材料で構成され得る。
FIG. 5 is a perspective view schematically showing the arrangement relationship between the
図6は、漏洩電界を抑制する他の構成例を示す斜視図である。この例では、一対の送電電極120a、120bの両側に、隙間を隔てて2つの導電体520a、520bがそれぞれ配置されている。2つの導電体520a、520bは、送電電極120a、120bに沿って配置され、接地されている。
FIG. 6 is a perspective view showing another configuration example for suppressing the leakage electric field. In this example, two
図7は、図6に示すシステムにおいて、電力伝送時に送電電極120a、120bの周囲に形成される電界の分布の例を模式的に示す図である。この例では、図3Bの例と比較して、送電電極120a、120bの側方の漏洩電界を低減することができる。
FIG. 7 is a diagram schematically showing an example of the distribution of the electric field formed around the
以上の各例において、漏洩電界を抑制するための導電体またはシールドは、受電電極220a、220bの少なくとも一方の近傍に配置されていてもよい。その場合、当該受電電極の周囲の漏洩電界を抑制することができる。
In each of the above examples, the conductor or shield for suppressing the leakage electric field may be disposed in the vicinity of at least one of the
上記の構成以外にも、送電電極120a、120b、および受電電極220a、220bの少なくとも1つを複数の部分に分割した構成によっても漏洩電界を抑制し得る。以下、そのような構成の例を説明する。
In addition to the above configuration, the leakage electric field can be suppressed by a configuration in which at least one of the
図8は、送電電極120a、120bの各々が、2つの部分に分割された無線電力伝送システムの例を模式的に示す図である。図8に示すシステムでは、図1に示すシステムとは異なり、送電装置は、複数の第1送電電極120aを含む第1送電電極群と、複数の第2送電電極120bを含む第2送電電極群とを備えている。2つの第1送電電極120aと、2つの第2送電電極120bとが、送電電極120a、120bの表面に沿った第1方向(この例ではX方向)に、交互に一定の間隔で並んでいる。複数の第1送電電極120aおよび複数の第2送電電極120bは、床面に沿って平行に延びており、ほぼ同一平面上に配置されている。
FIG. 8 is a diagram schematically illustrating an example of a wireless power transmission system in which each of the
受電装置は、複数の第1受電電極を含む第1受電電極群と、複数の第2受電電極を含む第2受電電極群とを備えている。電力伝送時には、複数の第1受電電極は、複数の第1送電電極にそれぞれ対向し、複数の第2受電電極は、複数の第2送電電極にそれぞれ対向する。その状態で、送電装置から、受電装置を備える移動体10に、無線で電力が伝送される。
The power receiving device includes a first power receiving electrode group including a plurality of first power receiving electrodes and a second power receiving electrode group including a plurality of second power receiving electrodes. At the time of power transmission, the plurality of first power receiving electrodes respectively face the plurality of first power transmitting electrodes, and the plurality of second power receiving electrodes respectively face the plurality of second power transmitting electrodes. In this state, power is wirelessly transmitted from the power transmission device to the moving
図9は、図8に示す無線電力伝送システムの概略的な構成を示す図である。この例における送電装置100は、送電電極ユニット150と、送電回路110とを備えている。送電電極ユニット150は、2つの第1送電電極120aと、2つの第2送電電極120bとを備えている。送電回路110は、例えばインバータ回路を含む交流出力回路である。送電回路110は、不図示の直流電源から供給された直流電力を交流電力に変換して送電電極120a、120bの各々に出力する。
FIG. 9 is a diagram showing a schematic configuration of the wireless power transmission system shown in FIG. The
送電回路110は、交流電力を出力する2つの端子を備えている。一方の端子は、2つの第1送電電極120aに接続され、他方の端子は、2つの第2送電電極120bに接続される。電力伝送の際、送電回路110は、2つの第1送電電極120aに第1電圧を印加し、2つの第2送電電極120bに、第1電圧とは逆の位相の第2電圧を印加する。
The
この例では、受電電極ユニット250における4つの受電電極のそれぞれの幅および配置間隔は、送電電極ユニット150における4つの送電電極のそれぞれの幅および配置間隔にほぼ等しく設定される。電力伝送時には、2つの第1受電電極220aは、2つの第1送電電極120aにそれぞれ対向し、2つの第2受電電極220bは、2つの第2送電電極120bにそれぞれ対向する。この状態で、送電回路110から交流電力が出力されると、互いに対向する送電電極群と受電電極群との間の容量結合により、電力が非接触で伝送される。
In this example, the widths and arrangement intervals of the four power reception electrodes in the power
図10は、図8および図9に示す構成における漏洩電界の抑制効果を説明するための図である。図中の矢印は、電気力線の一部を簡略的に示している。図10は、各第1送電電極120aに正(+)電圧が印加され、各第2送電電極120bに負(−)電圧が印加されている瞬間の状況を示している。他の瞬間においては、各第1送電電極120aに負(−)電圧が印加され、各第2送電電極120bに正(+)電圧が印加される。図10において、送電電極120a、120bの背面側(−Z側)における電気力線の図示は省略されている。
FIG. 10 is a diagram for explaining the effect of suppressing the leakage electric field in the configuration shown in FIGS. 8 and 9. The arrows in the figure simply show part of the lines of electric force. FIG. 10 shows a situation at the moment when a positive (+) voltage is applied to each first
この例では、ある瞬間において正電圧が印加される2つの第1送電電極120aと、負電圧が印加される2つの第2送電電極120bとが、X方向に交互に配置されている。このため、第1電圧を帯びた第1送電電極120aによって形成される電界と、逆位相の第2電圧を帯びた第2送電電極120bによって形成される電界とが、部分的にキャンセルされる。その結果、主に第1送電電極120aと第2送電電極120bとの間の隙間の上に形成される電界の強度が低減する。この効果は、隣り合う任意の2つの電極の間で同様に生じる。このため、例えば図1に示すような比較的幅広の2つの送電電極を用いた場合と比較して、各電極からZ方向に離れた領域における漏洩電界を低減することができる。
In this example, two first
この効果は、第1送電電極120aおよび第2送電電極120bのそれぞれの個数が2個とは異なる場合でも得ることができる。第1送電電極120aおよび第2送電電極120bの少なくとも一方の個数が2以上であり、それらの第1送電電極120aおよび第2送電電極120bの少なくとも一部が交互に配置されていればよい。第1送電電極120aの個数と第2送電電極120bの個数とが一致していなくてもよい。各電極の幅は、例えば第1送電電極群の幅の総和と、第2送電電極群の幅の総和とが等しくなるように設定され得る。
This effect can be obtained even when the number of each of the first
電極を分割することによって漏洩電界を抑制する構成は、受電電極に適用してもよい。その場合、受電電極の隙間を覆う領域の漏洩電界を抑制できる。 The configuration in which the leakage electric field is suppressed by dividing the electrode may be applied to the power receiving electrode. In that case, the leakage electric field in the region covering the gap between the power receiving electrodes can be suppressed.
以上の構成によれば、電極の周囲の漏洩電界を効果的に抑制できる。しかし、本発明者らは、追加の導電体もしくはシールドなどの外部導体、または分割によって増加した電極に起因して、電力伝送効率が低下する課題が生じることを発見した。以下、この課題を説明する。 According to the above configuration, the leakage electric field around the electrode can be effectively suppressed. However, the present inventors have discovered that there is a problem that power transmission efficiency is reduced due to an additional conductor or an outer conductor such as a shield, or an electrode increased by division. Hereinafter, this problem will be described.
図11は、外部導体による影響を模式的に示す図である。図11の例では、送電電極120の1つの近傍に、接地された導電体520が配置され、2つの受電電極220の隙間を覆う位置に導電体560が配置されている。導電体520は、送電電極120の各電極構成要素との間で不要な容量結合を生じさせる。導電体560は、受電電極220の各電極構成要素との間で不要な容量結合を生じさせる。この状況は、結果として、送電電極120に含まれる逆位相を帯びた電極120a、120b間、および受電電極220に含まれる逆位相を帯びた電極120a、120b間で、不要な容量結合が生じたことに相当する。この例では各電極は分割されていないが、図8に示す例のように送電電極が分割された構成では、送電電極間の不要な結合がさらに増加する。また、図8の例では、図示していない受電電極も分割されることになるため、受電電極間でも不要な結合容量が増加することになる。
FIG. 11 is a diagram schematically showing the influence of the external conductor. In the example of FIG. 11, the grounded
外部導体の導入または電極分割などの影響により、不要な結合が増加すると、送電電極120から送出されるエネルギーが、送受電極間の結合容量を介して伝送されにくくなってしまう。これは、送受電極間の結合容量を介したエネルギー伝送の経路よりも、外部導体を介したり、送電電極内の逆位相電極間で生じる不要容量を介したりする経路の方が、入力インピーダンスが低下してしまうことに起因する。このような条件が成立すると、送電電極120に入力したエネルギーの内、受電電極220に伝達されるエネルギーの総量が減少してしまう。
When unnecessary coupling increases due to the influence of introduction of an external conductor or electrode division, energy transmitted from the
送電電極120と受電電極220との間の結合係数kは、以下の式(1)で定義される。
このように、導電性のシールド、接地された導電体、または追加の電極などの導電体を各電極の近傍に配置した場合、または、送電電極および受電電極自体を分割して交互に配置した場合などにおいては、電極の周囲の漏洩電界を効果的に抑制できる。しかし、これらの構成は、結果として、送電電極内および受電電極内の不要な結合が増大する効果を生じさせてしまう。また、送電装置または受電装置の筐体または部品に金属などの導電体が用いられる場合も、電極と当該導電体との間の不要な結合が生じる。この場合も結果として、送電電極内または受電電極内の不要な結合が増大する効果を生じさせてしまう。電界結合方式の無線電力伝送において、伝送効率の上限を制限しているのは、式(1)から明らかなように、送電電極内および/または受電電極内の電極間の不要な容量である。送電電極内および/または受電電極内の不要な結合は、伝送効率の低下を招く。 In this way, when conductors such as conductive shields, grounded conductors, or additional electrodes are placed in the vicinity of each electrode, or when the power transmission electrode and the power reception electrode are divided and arranged alternately For example, the leakage electric field around the electrode can be effectively suppressed. However, these configurations result in an effect of increasing unnecessary coupling in the power transmission electrode and the power reception electrode. In addition, even when a conductor such as a metal is used for the casing or component of the power transmission device or the power reception device, unnecessary coupling between the electrode and the conductor occurs. This also results in an effect of increasing unnecessary coupling in the power transmitting electrode or the power receiving electrode. In the electric field coupling type wireless power transmission, the upper limit of the transmission efficiency is limited by an unnecessary capacitance between the electrodes in the power transmission electrode and / or the power reception electrode, as is apparent from the equation (1). Unnecessary coupling in the power transmission electrode and / or the power reception electrode leads to a decrease in transmission efficiency.
本発明者らは、以上の課題を見出し、上記課題を解決するための構成について検討した。本発明者らは、送電電極および受電電極の少なくとも1つの近傍に導電体を配置し、その導電体に帯域阻止回路を接続した構成により、上記課題を解決し得ることに想到した。帯域阻止回路は、いずれかの電極と外部導体との間、または隣接する2つの電極間に設けられ、接地され得る。帯域阻止回路は、電力伝送に用いられる周波数のエネルギーが、当該電極から導電体および帯域阻止回路を介してグラウンドに伝搬することを抑制する。以下、本開示の実施形態の概要を説明する。 The present inventors have found the above problems and studied a configuration for solving the above problems. The present inventors have conceived that the above problem can be solved by a configuration in which a conductor is disposed in the vicinity of at least one of a power transmission electrode and a power reception electrode, and a band rejection circuit is connected to the conductor. The band rejection circuit may be provided between any electrode and the outer conductor, or between two adjacent electrodes, and may be grounded. The band rejection circuit suppresses the propagation of the energy of the frequency used for power transmission from the electrode to the ground via the conductor and the band rejection circuit. Hereinafter, an outline of an embodiment of the present disclosure will be described.
本開示の一態様に係る電極ユニットは、電界結合方式の無線電力伝送システムにおける送電装置または受電装置に用いられる。前記電極ユニットは、交流電力の送電または受電を行う少なくとも2つの電極を含む電極群と、前記電極群における少なくとも1つの電極に近接して配置された導電体と、一端が前記導電体に接続され、他端が接地された帯域阻止回路であって、前記交流電力の周波数のエネルギーが前記少なくとも1つの電極から前記導電体および前記帯域阻止回路を順に経由してグラウンドに伝搬することを抑制する帯域阻止回路と、を備える。 The electrode unit according to an aspect of the present disclosure is used for a power transmission device or a power reception device in an electric field coupling type wireless power transmission system. The electrode unit includes an electrode group including at least two electrodes that transmit or receive AC power, a conductor disposed in proximity to at least one electrode in the electrode group, and one end connected to the conductor. A band-stop circuit having the other end grounded, and a band that suppresses the propagation of the frequency energy of the AC power from the at least one electrode to the ground via the conductor and the band-stop circuit in order. A blocking circuit.
上記態様によれば、前記電極ユニットは、一端が前記導電体に接続され、他端が接地された帯域阻止回路を備える。前記帯域阻止回路は、前記交流電力の周波数のエネルギーが前記少なくとも1つの電極から前記導電体および前記帯域阻止回路を順に経由してグラウンドに伝搬することを抑制する。このような構成により、送電電極内、および/または受電電極内の不要な結合を低減することができる。その結果、電力伝送効率を向上させることができる。 According to the above aspect, the electrode unit includes a band rejection circuit having one end connected to the conductor and the other end grounded. The band rejection circuit suppresses the frequency energy of the AC power from propagating from the at least one electrode to the ground via the conductor and the band rejection circuit in order. With such a configuration, unnecessary coupling in the power transmitting electrode and / or the power receiving electrode can be reduced. As a result, power transmission efficiency can be improved.
ある実施形態において、前記帯域阻止回路は、キャパシタおよびインダクタを含む。前記帯域阻止回路は、前記周波数において、前記少なくとも1つの電極から臨む前記導電体と前記帯域阻止回路の直列回路の合成入力インピーダンスを、前記帯域阻止回路が存在しない場合における前記少なくとも1つの電極から臨む前記導電体の入力インピーダンスよりも増加させる。例えば、前記帯域阻止回路は、前記直列回路の合成入力インピーダンスを、前記帯域阻止回路が存在しない場合における前記少なくとも1つの電極から臨む前記導電体の入力インピーダンスの2倍以上に増加させる。前記少なくとも1つの電極から臨む前記導電体と前記帯域阻止回路の直列回路の合成入力インピーダンスが無限大に近いほど、伝送効率を向上させることができる。 前記電極ユニットは、前記少なくとも1つの電極の近傍に導電性を有する外部導体が配置される環境で使用され得る。その場合、前記導電体は、例えば、前記少なくとも1つの電極と前記外部導体との間に位置する。前記電極ユニットは、前記外部導体をさらに備えていてもよい。前記帯域阻止回路と前記外部導体とは、前記グラウンドを介して互いに接続され得る。 In one embodiment, the band rejection circuit includes a capacitor and an inductor. The band rejection circuit faces the combined input impedance of the series circuit of the conductor and the band rejection circuit facing from the at least one electrode at the frequency from the at least one electrode when the band rejection circuit is not present. The input impedance of the conductor is increased. For example, the band rejection circuit increases the combined input impedance of the series circuit to more than twice the input impedance of the conductor facing the at least one electrode when the band rejection circuit is not present. The transmission efficiency can be improved as the combined input impedance of the series circuit of the conductor and the band rejection circuit facing from the at least one electrode is closer to infinity. The electrode unit may be used in an environment where a conductive outer conductor is disposed in the vicinity of the at least one electrode. In that case, the conductor is located, for example, between the at least one electrode and the outer conductor. The electrode unit may further include the outer conductor. The band rejection circuit and the outer conductor may be connected to each other via the ground.
前記電極ユニットは、前記帯域阻止回路および前記外部導体を含む回路基板をさらに備えていてもよい。前記帯域阻止回路および前記外部導体は、前記回路基板上で前記グラウンドに接続され得る。 The electrode unit may further include a circuit board including the band rejection circuit and the outer conductor. The band rejection circuit and the outer conductor may be connected to the ground on the circuit board.
前記電極群、前記導電体、および前記外部導体は、同一平面上に位置していてもよい。 The electrode group, the conductor, and the outer conductor may be located on the same plane.
前記外部導体は、前記電極群のうちの端に位置する第1電極に近接していてもよい。前記導電体は、前記外部導体と前記第1電極との間に位置していてもよい。 The outer conductor may be close to a first electrode located at an end of the electrode group. The conductor may be located between the outer conductor and the first electrode.
前記電極群は、電力が伝送されるときに他の電極群に対向する。前記外部導体は、前記他の電極群が位置する側とは反対の側において、前記電極群に対向していてもよい。前記導電体は、前記電極群と前記外部導体との間に位置していてもよい。 The electrode group faces another electrode group when power is transmitted. The outer conductor may face the electrode group on the side opposite to the side where the other electrode group is located. The conductor may be located between the electrode group and the outer conductor.
前記電極群は、隣り合う第1電極および第2電極を含む。電力が伝送されるとき、前記第1電極および前記第2電極には前記周波数の交流電圧が印加される。前記導電体は、前記第1電極と前記第2電極との間に位置していてもよい。 The electrode group includes a first electrode and a second electrode adjacent to each other. When power is transmitted, an alternating voltage having the frequency is applied to the first electrode and the second electrode. The conductor may be located between the first electrode and the second electrode.
前記導電体を第1導電体、前記帯域阻止回路を第1帯域阻止回路とする。前記第1導電体は、前記第1電極に近接していてもよい。前記第1帯域阻止回路は、前記周波数を含む帯域のエネルギーが前記第1電極から前記第1導電体および前記第1帯域阻止回路を順に介してグラウンドに伝搬することを抑制する。前記電極ユニットは、前記第2電極に近接する第2導電体と、一端が前記第2導電体に接続され、他端が接地された第2帯域阻止回路をさらに備えていてもよい。前記第2帯域阻止回路は、前記周波数のエネルギーが前記第2電極から前記第2導電体および前記第2帯域阻止回路を順に経由して前記グラウンドに伝搬することを抑制する。 The conductor is a first conductor, and the band rejection circuit is a first band rejection circuit. The first conductor may be close to the first electrode. The first band rejection circuit suppresses propagation of energy in a band including the frequency from the first electrode to the ground through the first conductor and the first band rejection circuit in order. The electrode unit may further include a second conductor adjacent to the second electrode, and a second band rejection circuit having one end connected to the second conductor and the other end grounded. The second band rejection circuit suppresses the energy of the frequency from propagating from the second electrode to the ground via the second conductor and the second band rejection circuit in order.
前記電極ユニットは、前記第1帯域阻止回路および前記第2帯域阻止回路に接続され、導電性を有する接地導体をさらに備えていてもよい。前記第1電極および前記第2電極は、ある平面に沿って配置され得る。前記接地導体は、前記平面に垂直な方向からみて、前記第1電極および前記第2電極に重なる位置にあってもよい。前記第1導電体は、前記第1電極と前記接地導体との間に位置し得る。前記第2導電体は、前記第2電極と前記接地導体との間に位置し得る。 The electrode unit may further include a ground conductor connected to the first band rejection circuit and the second band rejection circuit and having conductivity. The first electrode and the second electrode may be disposed along a certain plane. The ground conductor may be in a position overlapping the first electrode and the second electrode when viewed from a direction perpendicular to the plane. The first conductor may be located between the first electrode and the ground conductor. The second conductor may be located between the second electrode and the ground conductor.
上記の電極ユニットが送電装置に搭載される形態では、電極群は、交流電力を出力する送電回路に接続される。送電回路は、例えばインバータ回路を備え、電極群における隣り合う第1電極および第2電極に交流電力を供給する。送電回路により、第1電極には第1電圧が印加され、第2電極には第1電圧の逆の位相の第2電圧が印加される。ここで「逆の位相」とは、90度よりも大きく270度未満の値だけ異なる位相を意味する。第2電圧の振幅は、典型的には第1電圧の振幅とほぼ等しい。 In the form in which the electrode unit is mounted on the power transmission device, the electrode group is connected to a power transmission circuit that outputs AC power. The power transmission circuit includes, for example, an inverter circuit, and supplies AC power to the adjacent first electrode and second electrode in the electrode group. The power transmission circuit applies a first voltage to the first electrode and a second voltage having a phase opposite to the first voltage to the second electrode. Here, the “reverse phase” means a phase different by a value greater than 90 degrees and less than 270 degrees. The amplitude of the second voltage is typically approximately equal to the amplitude of the first voltage.
電極ユニットが受電装置に搭載される形態では、第1電極および第2電極は、これらに対向する送電装置における一対の送電電極から交流電力を受け取る。このとき、第1電極には第1電圧が印加され、第2電極には第1電圧の逆の位相の第2電圧が印加される。この場合も、第2電圧の振幅は、典型的には第1電圧の振幅とほぼ等しい。 In the form in which the electrode unit is mounted on the power receiving device, the first electrode and the second electrode receive AC power from the pair of power transmitting electrodes in the power transmitting device facing them. At this time, a first voltage is applied to the first electrode, and a second voltage having a phase opposite to the first voltage is applied to the second electrode. Again, the amplitude of the second voltage is typically approximately equal to the amplitude of the first voltage.
本明細書において、送電装置に搭載される電極ユニットを「送電電極ユニット」と称し、受電装置に搭載される電極ユニットを「受電電極ユニット」と称することがある。電極ユニットが送電装置に搭載される場合、各電極を「送電電極」と呼ぶ。電極ユニットが受電装置に搭載される場合、各電極を「受電電極」と呼ぶ。電力伝送時には送電電極群と受電電極群とが対向する。これらの間の電界結合によって送電電極群から受電電極群へ電力が伝送される。 In this specification, an electrode unit mounted on a power transmission device may be referred to as a “power transmission electrode unit”, and an electrode unit mounted on the power reception device may be referred to as a “power reception electrode unit”. When the electrode unit is mounted on the power transmission device, each electrode is referred to as a “power transmission electrode”. When the electrode unit is mounted on the power receiving device, each electrode is referred to as a “power receiving electrode”. During power transmission, the power transmission electrode group and the power reception electrode group face each other. Electric power is transmitted from the power transmission electrode group to the power reception electrode group by electric field coupling between them.
本開示のある実施形態における送電装置は、上記の電極ユニットと、電極ユニットにおける少なくとも2つの電極に交流電力を供給する送電回路とを備える。前記送電装置は、前記送電回路および前記帯域阻止回路を搭載する回路基板を備えていてもよい。 A power transmission device according to an embodiment of the present disclosure includes the electrode unit described above and a power transmission circuit that supplies AC power to at least two electrodes in the electrode unit. The power transmission device may include a circuit board on which the power transmission circuit and the band rejection circuit are mounted.
本開示の他の実施形態における受電装置は、上記の電極ユニットと、電極ユニットにおける少なくとも2つの電極が受け取った交流電力を、直流電力または他の交流電力に変換して負荷に供給する受電回路とを備える。前記受電装置は、前記受電回路および前記帯域阻止回路を搭載する回路基板を備えていてもよい。 A power receiving device according to another embodiment of the present disclosure includes the electrode unit described above, and a power receiving circuit that converts AC power received by at least two electrodes in the electrode unit into DC power or other AC power and supplies the AC power to a load. Is provided. The power receiving device may include a circuit board on which the power receiving circuit and the band rejection circuit are mounted.
本開示のさらに他の実施形態における移動体は、上記の受電装置と、前記受電装置が受け取った電力を消費または蓄積する負荷と、を備える。 A mobile body in still another embodiment of the present disclosure includes the above-described power receiving device and a load that consumes or accumulates the power received by the power receiving device.
本開示のさらに他の実施形態における無線電力伝送システムは、送電電極ユニットを備える送電装置と、受電電極ユニットを備える受電装置とを備える。送電電極ユニットおよび受電電極ユニットの少なくとも一方は、前述の電極ユニットと同等の構成を備え得る。 A wireless power transmission system according to still another embodiment of the present disclosure includes a power transmission device including a power transmission electrode unit and a power reception device including a power reception electrode unit. At least one of the power transmission electrode unit and the power reception electrode unit may have a configuration equivalent to that of the electrode unit described above.
受電装置は、例えば移動体に搭載され得る。移動体は、上記の受電装置と、当該受電装置が受け取った電力を消費または蓄積する負荷(例えばバッテリーまたはモータ等)とを備える。 The power receiving device can be mounted on a moving body, for example. The moving body includes the power receiving device described above and a load (for example, a battery or a motor) that consumes or accumulates the power received by the power receiving device.
本開示における「移動体」は、電力によって駆動される任意の可動物体を意味する。移動体には、例えば、電気モータおよび1以上の車輪を備える電動車両が含まれる。そのような車両は、例えば、搬送ロボット、無人搬送車(Automated Guided Vehicle:AGV)、電気自動車(EV)、電動カート、または電動車椅子であり得る。本開示における「移動体」には、車輪を有しない可動物体も含まれる。例えば、二足歩行ロボット、マルチコプターなどの無人航空機(Unmanned Aerial Vehicle:UAV、所謂ドローン)、有人の電動航空機、およびエレベータも、「移動体」に含まれる。 The “moving body” in the present disclosure means any movable object that is driven by electric power. The moving body includes, for example, an electric vehicle including an electric motor and one or more wheels. Such a vehicle can be, for example, a transfer robot, an automated guided vehicle (AGV), an electric vehicle (EV), an electric cart, or an electric wheelchair. The “moving body” in the present disclosure includes a movable object having no wheels. For example, unmanned aerial vehicles (UAVs, so-called drones) such as biped robots and multicopters, manned electric aircraft, and elevators are also included in the “mobile body”.
以下、本開示の実施形態をより具体的に説明する。ただし、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明および実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になることを避け、当業者の理解を容易にするためである。なお、発明者は、当業者が本開示を十分に理解するために添付図面および以下の説明を提供するのであって、これらによって特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。以下の説明において、同一または類似する機能を有する構成要素については、同じ参照符号を付している。 Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described more specifically. However, more detailed explanation than necessary may be omitted. For example, detailed descriptions of already well-known matters and repeated descriptions for substantially the same configuration may be omitted. This is to avoid the following description from becoming unnecessarily redundant and to facilitate understanding by those skilled in the art. In addition, the inventor provides the accompanying drawings and the following description in order for those skilled in the art to fully understand the present disclosure, and is not intended to limit the subject matter described in the claims. Absent. In the following description, the same reference numerals are given to components having the same or similar functions.
(実施形態)
図12Aは、本開示の例示的な実施形態における送電電極ユニット150および受電電極ユニット250を模式的に示す平面図である。図12Bは、本実施形態における送電電極ユニット150を模式的に示す平面図である。図12Bには、送電電極ユニット150の外部の要素である外部導体580も示されている。このように、電極ユニット150、250は、少なくとも1つの電極の近傍に外部導体580が配置される環境で使用され得る。
(Embodiment)
FIG. 12A is a plan view schematically showing a power
送電電極ユニット150は、2つの送電電極120と、2つの送電電極120の一方に近接して配置された導電体410と、帯域阻止回路420とを備える。帯域阻止回路420の一端は導電体410に接続されている。帯域阻止回路420の他端は接地されている。受電電極ユニット250は、2つの受電電極220を備える。
The power
電力伝送時において、2つの送電電極120および2つの受電電極には、所定の周波数(以下、「伝送周波数」と称することがある)の交流電圧が印加される。帯域阻止回路420は、伝送周波数のエネルギーが、送電電極120から導電体410および帯域阻止回路420を順に経由してグラウンドに伝搬することを抑制する。
At the time of power transmission, an AC voltage having a predetermined frequency (hereinafter also referred to as “transmission frequency”) is applied to the two
図12Bは、送電電極ユニット150の近傍に、導電性を有する外部導体580が存在する状況を示している。外部導体580は、例えば送電装置の筐体に含まれる金属、または、送電時の電界の漏洩を抑制するために電極120の近傍に設けられる導電性シールドであってもよい。外部導体580は、接地されている。このため、以下の説明において、外部導体580を「接地導体」と称することがある。
FIG. 12B shows a situation in which a conductive
このような外部導体580が電極120の近傍に存在すると、電極120と外部導体580との間で不要な容量結合が生じる。その結果、伝送エネルギーの一部が外部導体580へリークすることで伝送損失が生じ得る。そこで、本実施形態では、送電電極120と外部導体580との間に導電体410(以下、「追加導体410」とも称する)を配置し、導電体410に帯域阻止回路420を接続している。これにより、電極120から外部導体580を介したエネルギー損失が抑制される。
When such an
図13Aおよび図13Bは、帯域阻止回路420の構成および作用効果を説明するための図である。図13Aは、追加導体410および帯域阻止回路420が設けられていない場合における電極部の等価回路を示している。図13Bは、追加導体410および帯域阻止回路420が設けられた本実施形態における電極部の等価回路を示している。
FIG. 13A and FIG. 13B are diagrams for explaining the configuration and operational effects of the
追加導体410および帯域阻止回路420が設けられていない場合、図13Aに示すように、電極120とグラウンド(GND)に接続された外部導体580との間で、不要な容量Cshが生じる。この場合、送電電極120から臨む外部導体580のインピーダンスは、Z=1/jωCshで表される。ここで、jは虚数単位、ωは伝送電力の角周波数を表す。不要な容量Cshが大きいほど、インピーダンスが小さくなる。よって、外部導体580が電極120に近接していると、送電電極120から受電電極220へ送出されるべきエネルギーの一部が外部導体580に流れることとなる。結果として伝送効率が低下する。
When the
これに対し、本実施形態では、図13Bに示すように、送電電極120と追加導体410との間に容量Cshaが新たに形成される。帯域阻止回路420は、容量(キャパシタンス)CbefとインダクタンスLbefとを有する並列共振回路として機能する。言い換えれば、容量Cshaのキャパシタと、容量CbefのキャパシタおよびインダクタンスLbefのインダクタを含む並列共振回路とが、電極120とグラウンドとの間に直列に接続されている合成回路が形成されているとみなすことができる。
On the other hand, in the present embodiment, a capacitor Csha is newly formed between the
帯域阻止回路420は、伝送周波数において、電極120から臨む導電体410および帯域阻止回路420の合成直列回路の入力インピーダンスZ1を、送受電極間の結合容量の入力インピーダンスよりも増加させる。また、帯域阻止回路420は、伝送周波数において、電極120から臨む導電体410から帯域阻止回路420を介して外部導体580に至る経路の入力インピーダンスZ1を、帯域阻止回路420が設けられていない場合における電極120と外部導体580との間に形成される容量の入力インピーダンスZ0よりも増加させる。帯域阻止回路420は、電極120から臨む導電体410と帯域阻止回路420との合成直列回路の入力インピーダンスZ1を、帯域阻止回路420が存在しない場合における電極120から臨む導電体410の入力インピーダンスZ0の例えば2倍以上に増加させる。帯域阻止回路420は、好ましくは、伝送周波数において、電極120から臨む、導電体410と電極120との不要容量Csha、および帯域阻止回路420におけるインダクタンスLbefおよび容量Cbefによって形成される合成直列回路の入力インピーダンスZ1を、帯域阻止回路420が存在しない場合における電極120から臨む外部導体580のインピーダンスZ0の例えば2倍以上に増加させる。容量Csha、Cbef、およびインダクタンスLbefは、例えば、インピーダンスZ1が理想的に無限大になる値に設定され得る。現実には、特にインダクタンスLbefが寄生損失項を含むため、インピーダンスZ1は無限大の値を取りえない。しかし、インピーダンスZ1が最大値を取るように帯域阻止回路420は設計されうる。その場合、電極120とグラウンドとの間は、実質的に電気的に開放されているとみなせる。結果として、電極120からグラウンドに電流が流れることを阻止することができる。
The
このように、図13Bに示すLC回路は、伝送周波数付近での帯域阻止フィルタとして機能する。これにより、電極120からグラウンドへのエネルギーのロスを低減し、結合容量を介した本来の電力伝送経路の伝送効率を向上させることができる。
Thus, the LC circuit shown in FIG. 13B functions as a band rejection filter near the transmission frequency. Thereby, the loss of energy from the
本実施形態では、追加導体410および帯域阻止回路400は、送電電極ユニット150に含まれている。追加導体410および帯域阻止回路400は、受電電極ユニット250に含まれていてもよい。そのような構成によれば、受電電極220の近傍に位置する外部導体の影響を抑制することができる。
In the present embodiment, the
図14Aは、受電電極ユニット250が追加導体410および帯域阻止回路420を備える例を模式的に示す斜視図である。この例では、送電電極120が位置する側とは反対の側において、受電電極220に対向する外部導体580が存在する。外部導体580は、例えば受電電極ユニット250を備える移動体の筐体における金属製の部材、または電界の漏洩を抑制するための導電性シールドであり得る。追加導体410は、受電電極220と外部導体580との間に配置されている。同様の効果を得る例として図14Bに示すように、追加導体410を、受電電極220と外部導体580との間に配置し、追加導体410と外部導体580との間を、帯域素子回路420を介して接続することも可能である。図14Aおよび図14Bの例では、電力伝送時に受電電極220と外部導体580との間の不要な結合を抑制できる。このため、受電装置が受け取るエネルギーのロスを低減することができる。
FIG. 14A is a perspective view schematically showing an example in which the power receiving
図14Aおよび図14Bの例では、2つの受電電極220は、ある仮想的な平面に沿って配置されている。外部導体580は、当該平面に垂直な方向からみて、2つの受電電極220に重なる位置にある。追加導体410は、当該平面に垂直な方向からみたときに、外部導体580と2つの受電電極220とが重なる領域に少なくとも部分的に重なるように配置され得る。追加導体410は、2つの受電電極220および外部導体580の各々と同程度以上のサイズを有していてもよい。
In the example of FIGS. 14A and 14B, the two
図15は、他の実施形態における送電装置の構成を模式的に示す平面図である。この実施形態における送電装置は、送電電極ユニット150と、送電回路モジュール600とを備える。送電電極ユニット150は、2つの送電電極120と、追加導体410と、追加導体410に接続されたLC素子を含む帯域阻止回路420とを備える。送電回路モジュール600は、インバータ回路を含む送電回路110を備える。この例では、送電回路110と帯域阻止回路420とが、送電回路モジュール600が備える1つの回路基板に設けられている。帯域阻止回路420は、当該回路基板に設けられたグラウンド端子に接続される。このように、帯域阻止回路420は、電極120および追加導体410とは分離して配置されていてもよい。
FIG. 15 is a plan view schematically illustrating a configuration of a power transmission device according to another embodiment. The power transmission device in this embodiment includes a power
図15の例では、追加導体410は、送電電極群における隣接する2つの送電電極120の間に配置されている。2つの送電電極120は逆位相を帯びた高周波電位でそれぞれ駆動される。このため、送電電極120の間の空間には、高周波的にゼロ電位となるグラウンド面が仮想的に形成される。図15の構成によれば、上述の仮想的なグラウンド面を介した2つの送電電極120の間の不要な容量を低減し、電力伝送効率を向上させることができる。
In the example of FIG. 15, the
図16は、さらに他の実施形態における送電電極ユニット150および受電電極ユニット250を模式的に示す図である。この実施形態では、送電電極ユニット150は、隣り合う2つの送電電極120a、120bと、2つの導電体410a、410bと、2つの帯域阻止回路420a、420bと、接地導体580とを備える。受電電極ユニット250は、2つの受電電極220a、220bを備える。図16の実施形態では、比較的サイズの大きい接地導体580が、送電電極群の背面側に配置される。
FIG. 16 is a diagram schematically illustrating a power
第1送電電極120aおよび第2送電電極120bは、ある仮想的な平面に沿って配置されている。接地導体580は、当該平面に垂直な方向からみて、これらの送電電極120a、120bに重なる位置にある。図16の例では、接地導体580は、上記平面に垂直な方向からみたときに、2つの送電電極120a、120bを覆う形状および寸法を有する。第1導電体410aは、第1送電電極120aと接地導体580との間に位置する。第2導電体410bは、第2送電電極120bと接地導体580との間に位置する。第1帯域阻止回路420aは、第1導電体410aと接地導体580との間に電気的に接続されている。第2帯域阻止回路420bは、第2導電体410bと接地導体580との間に電気的に接続されている。
The 1st
電力伝送時には、第1送電電極120aおよび第2送電電極120bには伝送周波数の交流電圧が印加される。第1帯域阻止回路420aは、伝送周波数を含む帯域のエネルギーが第1送電電極120aから第1導電体410a、第1帯域阻止回路420aを介して接地導体580に伝搬することを抑制する。同様に、第2帯域阻止回路420bは、伝送周波数を含む帯域のエネルギーが第2送電電極120bから第2導電体410b、第2帯域阻止回路420bを介して接地導体580に伝搬することを抑制する。このような構成により、送電電極120から受電電極220への結合容量を介した本来の電力伝送のエネルギーの効率低下を抑えることができる。
At the time of power transmission, an AC voltage having a transmission frequency is applied to the first
図17は、さらに他の実施形態における受電装置を模式的に示す図である。この受電装置は、受電電極ユニット250と、受電回路モジュール700とを備える。受電電極ユニット250は、2つの受電電極220a、220bと、2つの導電体410a、410bと、接地導体580と、2つの帯域阻止回路420a、420bとを備える。受電回路モジュール700は、受電電極220a、220bが受け取った交流電力を、異なる周波数の交流電力または直流電力に変換する受電回路210を備える。この例では、受電回路210と帯域阻止回路420a、420bとが、受電回路モジュール700が備える1つの回路基板に設けられている。帯域阻止回路420a、420bは、接地導体580に直接接続されている。帯域阻止回路420a、420bは、接地導体580に直接接続される代わりに、回路基板に設けられたグラウンド端子に接続されていてもよい。
FIG. 17 is a diagram schematically illustrating a power receiving device in still another embodiment. This power receiving apparatus includes a power
接地導体580は、第1受電電極220aおよび第2受電電極220bを覆う位置に配置されている。この接地導体580は、例えば漏洩電界を抑制する導電性シールドまたは受電電極ユニット250が搭載される機器の筐体に含まれる導電体であり得る。第1導電体410aは、第1受電電極220aと接地導体580との間に位置する。第2導電体410bは、第2受電電極220bと接地導体580との間に位置する。第1帯域阻止回路420aは、第1導電体410aに接続されている。第2帯域阻止回路420bは、第2導電体410bに接続されている。第1導電体410aと第1帯域阻止回路420aとの接続、および第2導電体410bと第2帯域阻止回路420bとの接続は、受電回路モジュール700における基板上で行われる。
The
このような構成により、受電電極220a、220bから接地導体580へのエネルギーの流れを抑制することができる。このため、無線電力伝送の伝送効率を向上させることができる。
With such a configuration, the flow of energy from the
次に、本開示の実施例および効果を説明する。本発明者らは、以下に説明するいくつかの実施例について、シミュレーションを行い、本開示の実施形態の効果を検証した。 Next, examples and effects of the present disclosure will be described. The present inventors performed simulations on some examples described below, and verified the effects of the embodiments of the present disclosure.
図18Aは、実施例1において用いた電極構成を示す斜視図である。実施例1では、送電電極群が、2つの第1送電電極120aと、2つの第2送電電極120bとを含む。各電極は、Y方向に延びた平板形状を有する。2つの第1送電電極120aには第1電圧が印加され、2つの第2送電電極120bには、第1電圧と同じ振幅で反対の位相の第2電圧が印加される。送電電極群の背面側(すなわち、受電電極群が位置する側の反対側)には、各電極のY方向における一部分のみに接地導体580を近接して設けた。接地導体580は、各電極が延びる方向に垂直な方向(X方向)に延びた形状を有する。図18Bは、接地導体580が設けられている領域のXZ面での断面図である。
18A is a perspective view illustrating an electrode configuration used in Example 1. FIG. In Example 1, the power transmission electrode group includes two first
送電電極群と接地導体580との対向距離は、4mmに設定した。送電電極と受電電極とのギャップは2cmに設定した。送電電極と受電電極の結合長にあたる充電領域長を45cmとした。接地導体580と送電電極群との交差長(Y方向の長さ)は、充電領域長の1/8とし、交差幅(X方向の長さ)は、充電領域の幅全体をカバーするように設定した。充電領域の幅は30cmである。
The facing distance between the power transmission electrode group and the
図18Aおよび図18Bに示す構成において、追加導体410a、410bを、送電電極群と接地導体580との間に配置した。追加導体410a、410bと接地導体580との対向距離は、1mmに設定した。追加導体に接続される帯域阻止回路420a、420bとして、図13Bに示すようなLC並列共振回路を選択した。CbefおよびLbefの値は、LC並列共振回路の共振周波数が伝送するエネルギーの周波数500kHzと同一になるように設定した。
18A and 18B, the
送電側のインピーダンスは1.47Ω、受電側のインピーダンスは4.6Ωとし、送電電極群と送電回路との間、および受電電極群と受電回路との間に整合回路を設けた構成を採用した。 The impedance on the power transmission side was 1.47Ω, the impedance on the power reception side was 4.6Ω, and a configuration in which a matching circuit was provided between the power transmission electrode group and the power transmission circuit and between the power reception electrode group and the power reception circuit was adopted.
このような構成において、接地導体580が送電電極群に近接していない場合、接地導体580が送電電極群に近接した場合、および追加導体および帯域阻止回路を設けた場合の3通りについて、電力伝送効率を計算した。
In such a configuration, power transmission is performed in three ways: when the
表1は、その計算結果を示している。追加導体および帯域阻止回路を設けることにより、無線電力伝送の伝送効率の低下を大幅に抑制できることが確認された。 Table 1 shows the calculation results. It was confirmed that by providing the additional conductor and the band rejection circuit, it is possible to greatly suppress the decrease in transmission efficiency of wireless power transmission.
次に、図19Aから図19Cを参照して、本開示の実施例2を説明する。実施例2においても、本実施形態の構成が導入されることで、外部導体の近接が無線電力伝送の伝送効率に与える悪影響を回避できることを説明する。 Next, a second embodiment of the present disclosure will be described with reference to FIGS. 19A to 19C. Also in Example 2, it will be described that by introducing the configuration of the present embodiment, the adverse effect of the proximity of the outer conductor on the transmission efficiency of wireless power transmission can be avoided.
実施例2においても、送電電極群が、2つの第1送電電極120aと、2つの第2送電電極120bとを備える。図19Aは、送電電極群の近傍に接地導体が存在しない構成を示している。図19Bは、送電電極群のうち、両端の送電電極120a、120bに近接して、2つの接地導体580がそれぞれY軸方向に延伸して配置された構成を示している。送電電極と接地導体とは距離5mmを介して同一XY平面に近接している。図19Cは、図19Bの構成に加え、さらに2つの追加導体410a、410bおよび2つの帯域阻止回路420a、420bを設けた構成を示している。図19Cが、本実施例を示し、図19Aおよび図19Bは、比較例を示している。本実施例では、送電電極群、各追加導体410a、410b、および各接地導体580が、同一平面上に位置している。追加導体の幅は2mm、送電電極と追加導体の間は間隔1mmで近接させた。また追加導体と接地導体間は12mmの間隔で近接させた。
Also in Example 2, the power transmission electrode group includes two first
図19Aから図19Cに示す3つの構成の各々について、電力印加時の伝送効率を計算した。表2は、その計算結果を示している。 For each of the three configurations shown in FIGS. 19A to 19C, the transmission efficiency when power was applied was calculated. Table 2 shows the calculation results.
この結果から、追加導体410および帯域阻止回路420を設けた本実施例の構成では、電力伝送効率の劣化が抑制できることがわかる。
From this result, it can be seen that the configuration of the present embodiment in which the
また、図19Aから図19Cに示す3つの構成の各々について、電極群の周辺の電界の強度分布を計算した。その結果、図19Cの構成では、図19Bと同等の電界漏洩効果(図7参照)が得られることが確認できた。この結果から、本実施例の構成によれば、電極群の側方の漏洩電界の抑制効果と、伝送効率低下の抑制効果の両方を得ることができることが示された。 Further, the electric field intensity distribution around the electrode group was calculated for each of the three configurations shown in FIGS. 19A to 19C. As a result, it was confirmed that the electric field leakage effect equivalent to that in FIG. 19B (see FIG. 7) can be obtained with the configuration in FIG. From this result, according to the configuration of this example, it was shown that both the effect of suppressing the leakage electric field on the side of the electrode group and the effect of suppressing the decrease in transmission efficiency can be obtained.
次に、図20を参照しながら、本開示の実施例3を説明する。図20は、実施例3の構成を示す斜視図である。実施例3では、実施例1、2と同様、送電電極群は4つの送電電極120を備える。送電電極群のうち、隣り合う任意の2つの送電電極120の間に、追加導体410および帯域阻止回路420が設けられている。その他の条件は、実施例2と同じである。追加導体410の線路幅は1mmとし、隣接する送電電極120a、120bの中央に位置するよう配置した。
Next, Embodiment 3 of the present disclosure will be described with reference to FIG. FIG. 20 is a perspective view illustrating the configuration of the third embodiment. In the third embodiment, as in the first and second embodiments, the power transmission electrode group includes four
図20に示す実施例3と、図19Aに示す比較例とで、電力伝送効率を比較した。表3は、その結果を示している。 The power transmission efficiency was compared between Example 3 shown in FIG. 20 and the comparative example shown in FIG. 19A. Table 3 shows the results.
表3の結果から、電極を分割した際に発生する、隣接する2つの電極間の不要容量による電力伝送効率の劣化を回避できることが確認できた。 From the results shown in Table 3, it was confirmed that deterioration in power transmission efficiency caused by unnecessary capacity between two adjacent electrodes, which occurs when the electrodes are divided, can be avoided.
(電力伝送に関する構成)
次に、本開示の実施形態の無線電力伝送システムにおける電力伝送に関する構成をより詳細に説明する。なお、以下に説明するシステムの構成は一例であり、要求される機能および性能に応じて、適宜変更してもよい。
(Configuration related to power transmission)
Next, the configuration related to power transmission in the wireless power transmission system according to the embodiment of the present disclosure will be described in more detail. Note that the system configuration described below is merely an example, and may be changed as appropriate according to required functions and performance.
図21は、本実施形態の無線電力伝送システムにおける電力伝送に関する構成を概略的に示すブロック図である。ここでは、簡単のため、送電電極群および受電電極群の各々が2つの電極を含む例を説明する。 FIG. 21 is a block diagram schematically showing a configuration related to power transmission in the wireless power transmission system of the present embodiment. Here, for simplicity, an example in which each of the power transmission electrode group and the power reception electrode group includes two electrodes will be described.
送電装置100は、外部の直流電源310から供給される直流電力を交流電力に変換する送電回路110と、交流電力を送電する2つの送電電極120a、120bと、送電回路110と送電電極120a、120bとの間に接続された整合回路180とを備える。本実施形態では、送電回路110は、整合回路180を介して第1および第2の送電電極120a、120bに電気的に接続され、第1および第2の送電電極120a、120bに交流電力を出力する。移動体10は、受電装置200と、負荷330とを備える。
The
受電装置200は、2つの送電電極120a、120bと容量結合して電力を受け取る2つの受電電極220a、220bと、2つの受電電極220a、220bに接続された整合回路280と、整合回路280に接続され、受け取った交流電力を直流電力に変換して出力する受電回路210とを有する。第1の受電電極220aは、第1の送電電極120aと対向したときに、第1の送電電極120aとの間に容量結合を形成する。第2の受電電極220bは、第2の送電電極120aと対向したときに、前記第2の送電電極との間に容量結合を形成する。これらの2つの容量結合を介して交流電力が送電装置100から受電装置200に非接触で伝送される。
The
本実施形態における移動体10の筐体、送電電極120a、120b、および受電電極220a、220bのそれぞれのサイズは、特に限定されないが、例えば以下のサイズに設定され得る。送電電極120a、120bの長さ(Y方向のサイズ)は、例えば50cm〜20mの範囲内に設定され得る。送電電極120a、120bのそれぞれの幅(X方向のサイズ)は、例えば5cm〜2mの範囲内に設定され得る。移動体10の筐体の進行方向および横方向におけるそれぞれのサイズは、例えば、20cm〜5mの範囲内に設定され得る。受電電極220aの長さ(進行方向におけるサイズ)は、例えば5cm〜2mの範囲内に設定され得る。受電電極220aの幅(横方向におけるサイズ)は、例えば2cm〜2mの範囲内に設定され得る。但し、これらの数値範囲に限定されない。
The sizes of the housing of the moving
負荷330は、例えば駆動用の電気モータおよび蓄電用のキャパシタを含み、受電回路210から出力された直流電力によって駆動または充電される。
The
電気モータは、直流モータ、永久磁石同期モータ、誘導モータ、ステッピングモータ、リラクタンスモータなどの、任意のモータであり得る。モータは、シャフトおよびギア等を介して移動体10の車輪を回転させ、移動体10を移動させる。モータの種類に応じて、受電回路210は、整流回路、インバータ回路、インバータ制御回路などの、各種の回路を含み得る。受電回路210は、交流モータを駆動するために、受電したエネルギ(電力)の周波数(伝送周波数)を、モータを駆動するための周波数に直接変換するコンバータ回路を含んでいてもよい。
The electric motor can be any motor, such as a direct current motor, a permanent magnet synchronous motor, an induction motor, a stepping motor, a reluctance motor. The motor rotates the wheels of the moving
蓄電用のキャパシタは、例えば電気二重層キャパシタまたはリチウムイオンキャパシタなどの、高容量かつ低抵抗のキャパシタであり得る。このようなキャパシタを蓄電器として用いることにより、バッテリ(二次電池)を用いた場合よりも、急速な充電が可能である。なお、キャパシタに代えて、二次電池(例えば、リチウムイオン電池等)を用いてもよい。その場合、充電に要する時間は増加するが、より多くのエネルギーを蓄えることができる。移動体10は、キャパシタまたは二次電池に蓄えられた電力によってモータを駆動して移動する。
The capacitor for power storage can be a high-capacity and low-resistance capacitor such as an electric double layer capacitor or a lithium ion capacitor. By using such a capacitor as a capacitor, charging can be performed more rapidly than when a battery (secondary battery) is used. Note that a secondary battery (for example, a lithium ion battery) may be used instead of the capacitor. In this case, the time required for charging increases, but more energy can be stored. The moving
移動体10が移動すると、キャパシタまたは二次電池の蓄電量(充電量)が低下する。このため、移動を継続するためには、再充電が必要になる。そこで、移動体10は、移動中に充電量が所定の閾値を下回ると、送電装置100の近傍まで移動し、充電を行う。送電装置100は、工場内の複数の箇所に設置され得る。
When the moving
図22は、無線電力伝送システムのより詳細な構成例を示す回路図である。図示される例では、送電装置100における整合回路180は、送電回路110に接続された直列共振回路130sと、送電電極120a、120bに接続され、直列共振回路130sと誘導結合する並列共振回路140pとを有する。整合回路180は、送電回路110の出力インピーダンスと送電電極120a、120bの入力インピーダンスとを整合させる機能を有する。送電装置100における直列共振回路130sは、第1のコイルL1と第1のキャパシタC1とが直列に接続された構成を有する。送電装置100における並列共振回路140pは、第2のコイルL2と第2のキャパシタC2とが並列に接続された構成を有する。第1のコイルL1と第2のコイルL2とは、所定の結合係数で結合する変圧器を構成する。第1のコイルL1と第2のコイルL2との巻数比は、所望の変圧比(昇圧比または降圧比)を実現する値に設定される。
FIG. 22 is a circuit diagram illustrating a more detailed configuration example of the wireless power transmission system. In the illustrated example, the
受電装置200における整合回路280は、受電電極220a、220bに接続された並列共振回路230pと、受電回路210に接続され、並列共振回路230pと誘導結合する直列共振回路240sとを有する。整合回路280は、受電電極220a、220bの出力インピーダンスと、受電回路210の入力インピーダンスとを整合させる機能を有する。並列共振回路230pは、第3のコイルL3と第3のキャパシタC3とが並列に接続された構成を有する。受電装置200における直列共振回路240sは、第4のコイルL4と第4のキャパシタC4とが直列に接続された構成を有する。第3のコイルL3と第4のコイルL4とは、所定の結合係数で結合する変圧器を構成する。第3のコイルL3と第4のコイルL4との巻数比は、所望の変圧比を実現する値に設定される。
The
なお、整合回路180、280の構成は、図22に示す構成に限定されない。例えば、直列共振回路130s、240sのそれぞれに代えて、並列共振回路を設けてもよい。また、並列共振回路140p、230pのそれぞれに代えて、直列共振回路を設けてもよい。さらには、整合回路180、280の一方または両方を省略してもよい。整合回路180を省略する場合、送電回路110と送電電極120a、120bとが直接接続される。整合回路280を省略する場合、受電回路210と受電電極220a、220bとが直接接続される。本明細書においては、整合回路180を設けた構成も、送電回路110と送電電極120a、120bとが電気的に接続された構成に該当する。同様に、整合回路280を設けた構成も、受電回路210と受電電極220a、220bとが電気的に接続された構成に該当する。
Note that the configuration of the matching
図23Aは、送電回路110の構成例を模式的に示す図である。この例では、送電回路110は、4つのスイッチング素子(例えばIGBTまたはMOSFET等のトランジスタ)を含むフルブリッジ型のインバータ回路と、制御回路112とを有する。制御回路112は、各スイッチング素子のオン(導通)およびオフ(非導通)の状態を制御する制御信号を出力するゲートドライバと、ゲートドライバに制御信号を出力させるマイクロコントローラ(マイコン)等のプロセッサとを有する。図示されるフルブリッジ型のインバータ回路の代わりに、ハーフブリッジ型のインバータ回路、または、E級などの他の発振回路を用いてもよい。送電回路110は、通信用の変復調回路や電圧・電流などを測定する各種センサを有していてもよい。通信用の変復調回路を有する場合、交流電力に重畳してデータを受電装置200に送信することができる。
FIG. 23A is a diagram schematically illustrating a configuration example of the
なお、本開示は、電力伝送の目的ではなく、データを送信する目的で微弱な交流信号(例えばパルス信号)を受電装置200に送信する形態も含まれる。そのような形態でも、微弱な電力が伝送されるといえるため、微弱な交流信号(例えばパルス信号)を伝送することも、「送電」または「電力伝送」の概念に含まれる。また、そのような微弱な交流信号も、「交流電力」の概念に含まれる。
Note that the present disclosure includes a mode in which a weak AC signal (for example, a pulse signal) is transmitted to the
図23Bは、受電回路210の構成例を模式的に示す図である。この例では、受電回路210は、ダイオードブリッジと平滑コンデンサとを含む全波整流回路である。受電回路210は、他の整流器の構成を有していてもよい。受電回路210は、整流回路の他にも、定電圧・定電流制御回路、通信用の変復調回路などの各種の回路を含んでいてもよい。受電回路210は、受け取った交流エネルギーを負荷330が利用可能な直流エネルギーに変換する。直列共振回路240sから出力される電圧および電流などを測定する各種のセンサが受電回路210に含まれていてもよい。
FIG. 23B is a diagram schematically illustrating a configuration example of the
共振回路130s、140p、230p、240sにおける各コイルは、例えば、回路基板上に形成された平面コイルもしくは積層コイル、または、銅もしくはアルミニウムなどの材料によって形成されたリッツ線またはツイスト線などを用いた巻き線コイルであり得る。共振回路130s、140p、230p、240sにおける各キャパシタには、例えばチップ形状またはリード形状を有するあらゆるタイプのキャパシタを利用できる。空気を介した2配線間の容量を各キャパシタとして機能させることも可能である。各コイルが有する自己共振特性をこれらのキャパシタの代わりに用いてもよい。
As the coils in the
直流電源310は、例えば、商用電源、一次電池、二次電池、太陽電池、燃料電池、USB(Universal Serial Bus)電源、高容量のキャパシタ(例えば電気二重層キャパシタ)、商用電源に接続された電圧変換器などの任意の電源であってよい。
The
共振回路130s、140p、230p、240sの共振周波数f0は、典型的には、電力伝送時の伝送周波数fに一致するように設定される。共振回路130s、140p、230p、240sの各々の共振周波数f0は、伝送周波数fに厳密に一致していなくてもよい。各々の共振周波数f0は、例えば、伝送周波数fの50〜150%程度の範囲内の値に設定されていてもよい。電力伝送の周波数fは、例えば50Hz〜300GHz、ある例では20kHz〜10GHz、他の例では20kHz〜20MHz、さらに他の例では80kHz〜14MHzに設定され得る。
The resonance frequency f0 of the
本実施形態では、送電電極120a、120bと受電電極220a、220bとの間は空隙であり、その距離は比較的長い(例えば、10mm程度)。そのため、電極間のキャパシタンスCm1、Cm2は非常に小さく、送電電極120a、120b、および受電電極220a、220bの結合インピーダンスは非常に高い(例えば、数kΩ程度)。これに対し、送電回路110および受電回路210の入出力インピーダンスは、例えば数Ω程度と低い。本実施形態では、送電電極120a、120b、および受電電極220a、220bに近い側に並列共振回路140p、230pがそれぞれ配置され、送電回路110および受電回路210に近い側に直列共振回路130s、240sがそれぞれ配置される。このような構成により、インピーダンスの整合を容易に行うことができる。直列共振回路は、共振時に入出力インピーダンスがゼロ(0)になるため、低い入出力インピーダンスの外部回路との整合に適している。一方、並列共振回路は、共振時に入出力インピーダンスが無限大になるため、高い入出力インピーダンスの外部回路との整合に適している。よって、図22に示す構成のように、低い出力インピーダンスの電源回路の出力端側に直列共振回路を配置し、高い出力インピーダンスの電極側に並列共振回路を配置することにより、インピーダンス整合を容易に実現することができる。同様に、電極側に並列共振回路を配置し、負荷側に直列共振回路を配置することにより、受電装置200におけるインピーダンス整合を好適に実現することができる。
In the present embodiment, there is a gap between the
なお、送電電極120a、120bと受電電極220a、220bとの間の距離を短くしたり、間に誘電体を配置したりした構成では、電極間の結合インピーダンスが低くなるため、上記のような非対称な共振回路の構成にする必要はない。また、インピーダンス整合の問題がない場合は、整合回路180、280自体を省略してもよい。
In the configuration in which the distance between the
上記の実施形態における各電極は、同一の方向に平行に延びた構造を有しているが、用途によってはそのような構造でなくてもよい。例えば、各電極が、正方形などの矩形形状を有していてもよい。そのような矩形形状の複数の電極が一方向に並ぶ形態であれば、本開示の技術を適用できる。また、全ての電極の表面が同一平面上にあることは必須の要件ではない。さらに、各電極の表面は、完全に平面的な形状を有している必要はなく、例えば湾曲した形状または凹凸を含む形状を有していてもよい。そのような表面も、概略的に平面的であれば、「平面状の表面」に該当する。また、各電極は、路面に対して傾斜していてもよい。 Each electrode in the above embodiment has a structure extending in parallel in the same direction, but such a structure may not be used depending on the application. For example, each electrode may have a rectangular shape such as a square. As long as such a plurality of rectangular electrodes are arranged in one direction, the technique of the present disclosure can be applied. Further, it is not an essential requirement that the surfaces of all the electrodes are on the same plane. Furthermore, the surface of each electrode does not need to have a completely planar shape, and may have, for example, a curved shape or a shape including unevenness. If such a surface is also generally planar, it corresponds to a “planar surface”. Each electrode may be inclined with respect to the road surface.
以上の実施形態において、送電側の電極ユニットに関して行った説明は、矛盾がない限り、受電側の電極ユニットにもそのまま適用できる。同様に、受電側の電極ユニットに関して行った説明は、矛盾がない限り、送電側の電極にユニットにもそのまま適用できる。 In the above embodiment, the description given regarding the electrode unit on the power transmission side can be directly applied to the electrode unit on the power reception side as long as there is no contradiction. Similarly, the description given regarding the electrode unit on the power reception side can be applied to the unit on the electrode on the power transmission side as long as there is no contradiction.
本開示の実施形態における無線電力伝送システムは、前述のように、工場内における物品の搬送用のシステムとして利用され得る。移動体10は、物品を積載する荷台を有し、工場内を自律的に移動して物品を必要な場所に搬送する台車として機能する。しかし、本開示における無線電力伝送システムおよび移動体は、このような用途に限らず、他の様々な用途に利用され得る。例えば、移動体は、AGVに限らず、他の産業機械、サービスロボット、電気自動車、マルチコプター(ドローン)等であってもよい。無線電力伝送システムは、工場内に限らず、例えば、店舗、病院、家庭、道路、滑走路その他のあらゆる場所で利用され得る。
As described above, the wireless power transmission system according to the embodiment of the present disclosure can be used as a system for conveying articles in a factory. The moving
10 移動体
30 路面
100 送電装置
110 送電回路
110,120a、120b 送電電極
130s 直列共振回路
140p 並列共振回路
150 送電電極ユニット
180 整合回路
200 受電装置
210 受電回路
220,220a、220b 受電電極
230p 並列共振回路
240s 直列共振回路
250 受電電極ユニット
280 整合回路
310 直流電源
330 負荷
410 導電体(追加導体)
420 帯域阻止回路
580 外部導体(接地導体)
600 送電回路モジュール
700 受電回路モジュール
DESCRIPTION OF
420
600 Power
Claims (19)
交流電力の送電または受電を行う少なくとも2つの電極を含む電極群と、
前記電極群における少なくとも1つの電極に近接して配置された導電体と、
一端が前記導電体に接続され、他端が接地された帯域阻止回路であって、前記交流電力の周波数のエネルギーが前記少なくとも1つの電極から前記導電体および前記帯域阻止回路を順に経由してグラウンドに伝搬することを抑制する帯域阻止回路と、
を備える電極ユニット。 An electrode unit used in a power transmission device or a power reception device in an electric field coupling type wireless power transmission system,
An electrode group including at least two electrodes for transmitting or receiving AC power; and
A conductor disposed proximate to at least one electrode in the electrode group;
A band rejection circuit having one end connected to the conductor and the other end grounded, wherein the frequency energy of the AC power is grounded from the at least one electrode through the conductor and the band rejection circuit in order. A band rejection circuit that suppresses propagation to
An electrode unit comprising:
前記帯域阻止回路は、前記周波数において、前記少なくとも1つの電極から臨む前記導電体と前記帯域阻止回路との直列回路の合成入力インピーダンスを、前記帯域阻止回路が存在しない場合における前記少なくとも1つの電極から臨む前記導電体の入力インピーダンスよりも増加させる、
請求項1に記載の電極ユニット。 The band rejection circuit includes a capacitor and an inductor,
The band rejection circuit has a combined input impedance of a series circuit of the conductor facing the at least one electrode and the band rejection circuit at the frequency from the at least one electrode when the band rejection circuit is not present. Increasing the input impedance of the conductor facing,
The electrode unit according to claim 1.
請求項1または2に記載の電極ユニット。 The band rejection circuit has a combined input impedance of a series circuit of the conductor facing the at least one electrode and the band rejection circuit at the frequency from the at least one electrode when the band rejection circuit is not present. Increasing the input impedance of the conductor facing more than twice
The electrode unit according to claim 1 or 2.
前記導電体は、前記少なくとも1つの電極と前記外部導体との間に位置する、
請求項1から3のいずれかに記載の電極ユニット。 The electrode unit is used in an environment where an outer conductor having conductivity is disposed in the vicinity of the at least one electrode,
The conductor is located between the at least one electrode and the outer conductor;
The electrode unit according to claim 1.
前記帯域阻止回路および前記外部導体は、前記回路基板上で前記グラウンドに接続される、
請求項6に記載の電極ユニット。 A circuit board including the band rejection circuit and the outer conductor;
The band rejection circuit and the outer conductor are connected to the ground on the circuit board;
The electrode unit according to claim 6.
前記導電体は、前記外部導体と前記第1電極との間に位置する、
請求項8に記載の電極ユニット。 The outer conductor is close to a first electrode located at an end of the electrode group,
The conductor is located between the outer conductor and the first electrode;
The electrode unit according to claim 8.
前記外部導体は、前記他の電極群が位置する側とは反対の側において、前記電極群に対向し、
前記導電体は、前記電極群と前記外部導体との間に位置する、
請求項4から7のいずれかに記載の電極ユニット。 The electrode group is opposed to another electrode group when power is transmitted,
The outer conductor faces the electrode group on the side opposite to the side where the other electrode group is located,
The conductor is located between the electrode group and the outer conductor;
The electrode unit according to claim 4.
電力が伝送されるとき、前記第1電極および前記第2電極には前記周波数の交流電圧が印加され、
前記導電体は、前記第1電極と前記第2電極との間に位置する、
請求項1から9のいずれかに記載の電極ユニット。 The electrode group includes a first electrode and a second electrode adjacent to each other,
When power is transmitted, an alternating voltage of the frequency is applied to the first electrode and the second electrode,
The conductor is located between the first electrode and the second electrode;
The electrode unit according to claim 1.
電力が伝送されるとき、前記第1電極および前記第2電極には前記周波数の交流電圧が印加され、
前記導電体を第1導電体、前記帯域阻止回路を第1帯域阻止回路とするとき、
前記第1導電体は、前記第1電極に近接し、
前記第1帯域阻止回路は、前記周波数を含む帯域のエネルギーが前記第1電極から前記第1導電体および前記第1帯域阻止回路を順に経由してグラウンドに伝搬することを抑制し、
前記電極ユニットは、
前記第2電極に近接する第2導電体と、
一端が前記第2導電体に接続され、他端が接地された第2帯域阻止回路であって、前記周波数のエネルギーが前記第2電極から前記第2導電体および前記第2帯域阻止回路を順に経由して前記グラウンドに伝搬することを抑制する第2帯域阻止回路と、
をさらに備える、請求項1から11のいずれかに記載の電極ユニット。 The electrode group includes a first electrode and a second electrode adjacent to each other,
When power is transmitted, an alternating voltage of the frequency is applied to the first electrode and the second electrode,
When the conductor is a first conductor and the band rejection circuit is a first band rejection circuit,
The first conductor is proximate to the first electrode;
The first band rejection circuit suppresses propagation of energy in a band including the frequency from the first electrode to the ground via the first conductor and the first band rejection circuit in order,
The electrode unit is
A second conductor proximate to the second electrode;
A second band rejection circuit having one end connected to the second conductor and the other end grounded, wherein the energy of the frequency sequentially passes from the second electrode to the second conductor and the second band rejection circuit. A second band rejection circuit for suppressing propagation to the ground via,
The electrode unit according to claim 1, further comprising:
前記第1電極および前記第2電極は、ある平面に沿って配置され、
前記接地導体は、前記平面に垂直な方向からみて、前記第1電極および前記第2電極に重なる位置にあり、
前記第1導電体は、前記第1電極と前記接地導体との間に位置し、
前記第2導電体は、前記第2電極と前記接地導体との間に位置する、
請求項12に記載の電極ユニット。 A ground conductor connected to the first band rejection circuit and the second band rejection circuit and having conductivity;
The first electrode and the second electrode are disposed along a plane,
The ground conductor is located at a position overlapping the first electrode and the second electrode when viewed from a direction perpendicular to the plane;
The first conductor is located between the first electrode and the ground conductor;
The second conductor is located between the second electrode and the ground conductor;
The electrode unit according to claim 12.
前記電極ユニットにおける前記電極群に前記交流電力を供給する送電回路と、
を備える送電装置。 An electrode unit according to any one of claims 1 to 13,
A power transmission circuit for supplying the AC power to the electrode group in the electrode unit;
A power transmission device comprising:
前記電極ユニットにおける前記電極群が受け取った前記交流電力を、周波数の異なる交流電力または直流電力に変換して出力する受電回路と、
を備える受電装置。 An electrode unit according to any one of claims 1 to 13,
A power receiving circuit that converts the alternating current power received by the electrode group in the electrode unit into alternating current power or direct current power having a different frequency;
A power receiving apparatus comprising:
前記受電装置が受け取った電力を消費または蓄積する負荷と、
を備える移動体。 A power receiving device according to claim 16 or 17,
A load that consumes or accumulates the power received by the power receiving device; and
A moving object comprising:
受電装置と、
を備え、
前記送電装置および前記受電装置の少なくとも一方は、請求項1から14のいずれかに記載の電極ユニットを備える、
無線電力伝送システム。 A power transmission device;
A power receiving device;
With
At least one of the power transmission device and the power reception device includes the electrode unit according to any one of claims 1 to 14.
Wireless power transmission system.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018065511A JP2019176697A (en) | 2018-03-29 | 2018-03-29 | Electrode unit, power transmitting device, power receiving device, and wireless power transmission system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018065511A JP2019176697A (en) | 2018-03-29 | 2018-03-29 | Electrode unit, power transmitting device, power receiving device, and wireless power transmission system |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2019176697A true JP2019176697A (en) | 2019-10-10 |
Family
ID=68167493
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2018065511A Pending JP2019176697A (en) | 2018-03-29 | 2018-03-29 | Electrode unit, power transmitting device, power receiving device, and wireless power transmission system |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2019176697A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPWO2021080009A1 (en) * | 2019-10-25 | 2021-04-29 | ||
US11038548B2 (en) * | 2019-04-15 | 2021-06-15 | Canon Kabushiki Kaisha | Wireless communication apparatus, wireless communication system, and communication method |
-
2018
- 2018-03-29 JP JP2018065511A patent/JP2019176697A/en active Pending
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11038548B2 (en) * | 2019-04-15 | 2021-06-15 | Canon Kabushiki Kaisha | Wireless communication apparatus, wireless communication system, and communication method |
JPWO2021080009A1 (en) * | 2019-10-25 | 2021-04-29 | ||
WO2021080009A1 (en) * | 2019-10-25 | 2021-04-29 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Power transmission device, power reception device, and wireless power transmission system |
JP7203332B2 (en) | 2019-10-25 | 2023-01-13 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Power transmitting device, power receiving device, and wireless power transmission system |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6573199B2 (en) | Wireless power transmission system and power transmission device | |
JP7054834B2 (en) | Electrode units, power transmission equipment, power receiving equipment, electronic devices, mobile bodies, and wireless power transmission systems | |
EP2805340A2 (en) | Vehicle | |
WO2019189578A1 (en) | Electrode unit, power transmission device, power reception device, and wireless power transfer system | |
US20180358842A1 (en) | Electrode unit, power transmitting device, power receiving device, electronic device, vehicle, and wireless power transmission system | |
JP2018207766A (en) | Electrode unit, power transmission device, power reception device, electronic apparatus, moving body and wireless power transmission system | |
JP2019009981A (en) | Wireless power transmission system, power transmission device, and power reception device | |
JP7304530B2 (en) | Power transmitting module, power receiving module, power transmitting device, power receiving device, and wireless power transmission system | |
JP2019176697A (en) | Electrode unit, power transmitting device, power receiving device, and wireless power transmission system | |
JP2019176621A (en) | Electrode unit, power transmission device, power reception device, and wireless power transmission system | |
JP6817604B2 (en) | Transmission equipment and wireless power transmission system | |
JP6040397B2 (en) | Power transmission system | |
JP7203332B2 (en) | Power transmitting device, power receiving device, and wireless power transmission system | |
US10291080B2 (en) | Electric power transmission device and wireless electric power transfer system | |
JP6085811B2 (en) | Power transmission system | |
JP6085813B2 (en) | Power transmission system | |
JP2015195676A (en) | power transmission system | |
WO2022075092A1 (en) | Wireless power transmission system, power transmission device, and moving body | |
WO2019189374A1 (en) | Power transmission module, power transmission device, and wireless power transfer system | |
JP2015195675A (en) | power transmission system | |
JP2014197933A (en) | Power transmission system |