JP2019180121A - Power transmission device - Google Patents

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Abstract

To reduce generation of a current to flow to an antenna in a case where the antenna and a power transmission circuit are disconnected.SOLUTION: A power transmission device comprises: a power transmission antenna; a power transmission circuit for transmitting power by using a carrier in a predetermined frequency; and a switch for switching whether to connect or disconnect the power transmission antenna and the power transmission circuit, the switch including a semiconductor element and a coil connected in parallel with the semiconductor element. The power transmission device is characterized in that, in a state where the power transmission antenna and the power transmission circuit are disconnected by the switch, a capacitor component of the semiconductor element and an inductor component of the coil are resonated in the predetermined frequency.SELECTED DRAWING: Figure 7

Description

本発明は、無線電力伝送に関する。   The present invention relates to wireless power transmission.

近年、移動体へ無線で電力を供給する無線電力伝送システムが開発されている。特許文献1では、複数の送電アンテナ上を走行する無人搬送車の位置に応じて、給電する送電アンテナを切り替える無線電力伝送システムが提案されている。   In recent years, wireless power transmission systems for supplying power to mobile objects wirelessly have been developed. Patent Document 1 proposes a wireless power transmission system that switches a power transmitting antenna to be fed in accordance with the position of an automatic guided vehicle traveling on a plurality of power transmitting antennas.

特開2017−93181号公報JP 2017-93181 A

特許文献1に記載の無線電力伝送システムでは、送電アンテナを切り替えるスイッチとして一般的な半導体素子を使用する。しかし、半導体素子のみでスイッチを構成した場合、スイッチをオフにし、アンテナと送電回路とを非接続にしたときに半導体素子が持つ寄生容量により交流電流が流れてしまう。そのため、スイッチをオフにしている送電アンテナにも電流が発生し、その損失により無線電力伝送の効率が悪くなるという課題がある。   In the wireless power transmission system described in Patent Document 1, a general semiconductor element is used as a switch for switching a power transmission antenna. However, when the switch is configured only by the semiconductor element, an alternating current flows due to the parasitic capacitance of the semiconductor element when the switch is turned off and the antenna and the power transmission circuit are disconnected. Therefore, a current is also generated in the power transmission antenna with the switch turned off, and there is a problem that the efficiency of wireless power transmission is deteriorated due to the loss.

本発明は上記課題に鑑み、アンテナと送電回路とを非接続にした際に、アンテナに流れる電流の発生を低減することを目的とする。   In view of the above problems, an object of the present invention is to reduce generation of a current flowing through an antenna when the antenna and a power transmission circuit are disconnected.

送電アンテナと、
所定の周波数の搬送波を用いて電力を送信するための送電回路と、
前記送電アンテナと前記送電回路とを接続するか非接続にするかを切り替えるスイッチであって、半導体素子と、前記半導体素子と並列接続されるコイルとを有するスイッチと、を備え、
前記送電アンテナと前記送電回路とを前記スイッチにより非接続にしている状態で、前記半導体素子の容量成分と、前記コイルのインダクタ成分とが前記所定の周波数で共振することを特徴とする。
A power transmission antenna;
A power transmission circuit for transmitting power using a carrier wave of a predetermined frequency;
A switch for switching between connecting or disconnecting the power transmission antenna and the power transmission circuit, comprising: a semiconductor element; and a switch having a coil connected in parallel with the semiconductor element,
The capacitance component of the semiconductor element and the inductor component of the coil resonate at the predetermined frequency in a state where the power transmission antenna and the power transmission circuit are disconnected by the switch.

本発明によれば、アンテナと送電回路とを非接続にした際に、アンテナに流れる電流の発生を低減することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, when an antenna and a power transmission circuit are made non-connection, generation | occurrence | production of the electric current which flows into an antenna can be reduced.

実施形態1に係る無線電力伝送システムのシステム構成図1 is a system configuration diagram of a wireless power transmission system according to a first embodiment. 半導体素子の等価回路を示す図Diagram showing equivalent circuit of semiconductor element 従来のスイッチ部を無線電力伝送システムに接続した時の等価回路図Equivalent circuit diagram when a conventional switch is connected to a wireless power transmission system SPSTスイッチをON/OFFさせた時の無線電力伝送システムに接続した時の等価回路図Equivalent circuit diagram when connected to the wireless power transmission system when the SPST switch is turned ON / OFF 図4の等価回路における電力伝送シミュレーション結果Power transmission simulation results in the equivalent circuit of FIG. スイッチ部の構成を示す図Diagram showing the configuration of the switch section 本実施形態に係るスイッチ部をON/OFFさせた時の無線電力伝送システムの等価回路図Equivalent circuit diagram of the wireless power transmission system when the switch unit according to the present embodiment is turned ON / OFF 図7の等価回路における電力伝送シミュレーション結果を示す図The figure which shows the electric power transmission simulation result in the equivalent circuit of FIG. 実施形態2に係る無線電力伝送システムのシステム構成図System configuration diagram of wireless power transmission system according to Embodiment 2 実施形態2に係る電力伝送シミュレーション結果を示す図The figure which shows the electric power transmission simulation result which concerns on Embodiment 2. マッチング回路を接続した回路図Circuit diagram with matching circuit connected

(実施形態1)
以下、図面を用いて本発明における実施形態について説明する。本実施形態の無線電力伝送システムは、磁界、または電界/磁界双方を用いて電力を伝送する電磁誘導または磁界共鳴と呼ばれる方式を用いて無線電力伝送を行う。しかしながら、他の方式を用いて無線電力伝送を行ってもよい。
(Embodiment 1)
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. The wireless power transmission system of the present embodiment performs wireless power transmission using a system called electromagnetic induction or magnetic field resonance that transmits power using a magnetic field or both electric and magnetic fields. However, wireless power transmission may be performed using other methods.

また、本実施形態では、無線電力伝送システムを、インクヘッドをレールに沿って移動させながらインクを吐出させるプリンタへ適用した例を説明する。しかしながら、無線電力伝送システムの適用例はこれに限定されるものではない。例えば、本実施形態における無線電力伝送システムは、工場で用いられる自動搬送車(AGV)など、一定の方向に移動し、電力供給が必要な移動体全般に適用できる。   In this embodiment, an example will be described in which the wireless power transmission system is applied to a printer that ejects ink while moving an ink head along a rail. However, the application example of the wireless power transmission system is not limited to this. For example, the wireless power transmission system according to the present embodiment can be applied to all mobile objects that move in a certain direction and require power supply, such as an automated guided vehicle (AGV) used in a factory.

図1は、本実施形態で説明する無線電力伝送システムを適用したプリンタのシステム構成図である。なお、図1は、図1に記載の座標軸のY軸方向から見た時の図である。プリンタ100は、送電アンテナ110、111,112、送電器113、3つのスイッチ部114を具備する送電部101を有する。また、プリンタ100は、受電アンテナ120、受電器121を具備する受電部102、制御部103、インクヘッド104、位置検出部105、駆動部106及び電源部107を有する。なお、送電アンテナを3つとしているが、2つでも、4つ以上でもよい。   FIG. 1 is a system configuration diagram of a printer to which a wireless power transmission system described in this embodiment is applied. 1 is a diagram when viewed from the Y-axis direction of the coordinate axes described in FIG. The printer 100 includes a power transmission unit 101 including power transmission antennas 110, 111, and 112, a power transmitter 113, and three switch units 114. The printer 100 also includes a power reception unit 102 including a power reception antenna 120 and a power receiver 121, a control unit 103, an ink head 104, a position detection unit 105, a drive unit 106, and a power supply unit 107. Although there are three power transmission antennas, two or four or more power transmission antennas may be used.

送電器113は、電磁誘導や磁界共鳴方式を採用した際に用いられる送電回路により構成される。送電器113は、電源部107から供給される直流電圧を、インバータ回路を用いて搬送に用いる所定の周波数(以後、搬送波周波数)へ変換し、スイッチ部114を介して送電アンテナ110へ出力する。つまり、送電部101は、送電器113にて直流から交流へ変換し、送電アンテナ110、111、112のいずれかを用いてにて交流磁界を生成する。なお、本実施形態では、搬送波周波数を1.7MHzとして説明するが、他の周波数帯を搬送波周波数としてもよい。送電部101は、無線で送電する送電装置である。なお、送電部101を一つのモジュールとして構成してもよい。   The power transmitter 113 is configured by a power transmission circuit used when electromagnetic induction or a magnetic field resonance method is adopted. The power transmitter 113 converts the DC voltage supplied from the power supply unit 107 into a predetermined frequency (hereinafter referred to as a carrier frequency) used for conveyance using an inverter circuit, and outputs the DC voltage to the power transmission antenna 110 via the switch unit 114. That is, the power transmission unit 101 converts direct current to alternating current with the power transmitter 113 and generates an alternating magnetic field using one of the power transmission antennas 110, 111, and 112. In the present embodiment, the carrier frequency is described as 1.7 MHz, but other frequency bands may be used as the carrier frequency. The power transmission unit 101 is a power transmission device that transmits power wirelessly. In addition, you may comprise the power transmission part 101 as one module.

また、図1に記載の座標軸のZ軸方向からプリンタ100を見た際、受電アンテナ120は、送電アンテナ110、111、112のいずれかのアンテナに重なるよう配置される。受電アンテナ120のY軸方向の長さは、送受電アンテナ間の結合係数を高くするという観点から、送電アンテナ110、111、112のY軸方向の長さと同等程度であってもよい。   In addition, when the printer 100 is viewed from the Z-axis direction of the coordinate axis illustrated in FIG. 1, the power receiving antenna 120 is disposed so as to overlap any one of the power transmitting antennas 110, 111, and 112. The length of the power receiving antenna 120 in the Y-axis direction may be approximately the same as the length of the power transmitting antennas 110, 111, and 112 in the Y-axis direction from the viewpoint of increasing the coupling coefficient between the power transmitting and receiving antennas.

受電器121は、電磁誘導や磁界共鳴方式を採用した際に用いられる受電回路より構成される。受電器121は、送電アンテナ110、111、112のいずれかにより発生した交流磁界により受電アンテナ120に起電された交流電圧を、整流回路にて直流へ変換する。受電器121は、整流回路にて変換された直流電圧を電圧変換回路にてインクヘッド104が用いる電圧へ変換する。受電器121は、電圧変換回路により変換された電圧を、電源路161を介して、インクヘッド104へ供給する。つまり、受電部102は、送電アンテナ110からの交流磁界により受電アンテナ120に起電された電圧を、受電器121にて交流から直流へ変換し、出力する。上記構成によりインクヘッド104へ無線で電力の供給が行われる。なお、受電器121はインクヘッド104とメカ的に結合しており、インクヘッド104と一緒にスライド移動する。なお、受電部102は、無線で送られる電力を受ける受電装置である。なお、受電部102を一つのモジュールとして構成してもよい。   The power receiver 121 includes a power receiving circuit used when electromagnetic induction or a magnetic field resonance method is employed. The power receiver 121 converts an AC voltage generated in the power receiving antenna 120 by an AC magnetic field generated by any one of the power transmitting antennas 110, 111, and 112 into direct current using a rectifier circuit. The power receiver 121 converts the DC voltage converted by the rectifier circuit into a voltage used by the ink head 104 by the voltage conversion circuit. The power receiver 121 supplies the voltage converted by the voltage conversion circuit to the ink head 104 via the power supply path 161. That is, the power receiving unit 102 converts the voltage generated in the power receiving antenna 120 by the AC magnetic field from the power transmitting antenna 110 from AC to DC in the power receiver 121 and outputs the converted voltage. With the above configuration, power is supplied to the ink head 104 wirelessly. The power receiver 121 is mechanically coupled to the ink head 104 and slides together with the ink head 104. The power receiving unit 102 is a power receiving device that receives power transmitted wirelessly. Note that the power receiving unit 102 may be configured as one module.

制御部103は、伝送路130、131、132を介して、インクヘッド104、駆動部106、スイッチ部114と接続され、各々の動作を制御する。インクヘッド104は、伝送路130を介して伝送される制御部103からの制御信号を元に、受電部102から供給される電力を用いてインクを吐出する。なお伝送路130は、有線でもよいが、ワイヤの移動による摩耗を無くすという観点で無線であってもよい。伝送路130を無線にする場合、無線通信方式としては、無線LAN、Bluetooth(登録商標)などの標準規格を用いてもよいし、独自の無線通信方式を用いてもよい。位置検出部105は、インクヘッド104の位置を検出し、制御部103に通知する。駆動部106は、伝送路131を介して伝送される制御部103からの制御信号を元に、インクヘッド104をレール150に沿ってスライド移動させる。   The control unit 103 is connected to the ink head 104, the drive unit 106, and the switch unit 114 via the transmission lines 130, 131, and 132, and controls each operation. The ink head 104 ejects ink using the power supplied from the power receiving unit 102 based on the control signal transmitted from the control unit 103 transmitted via the transmission path 130. The transmission path 130 may be wired, but may be wireless from the viewpoint of eliminating wear due to movement of the wire. When the transmission path 130 is wireless, a standard such as a wireless LAN or Bluetooth (registered trademark) may be used as a wireless communication method, or an original wireless communication method may be used. The position detection unit 105 detects the position of the ink head 104 and notifies the control unit 103 of it. The drive unit 106 slides the ink head 104 along the rail 150 based on a control signal from the control unit 103 transmitted via the transmission path 131.

スイッチ部114は、対応する送電アンテナと送電器113とを接続するか非接続とするかを切り替える。スイッチ部114は、半導体素子と、半導体素子と並列接続されるコイルとを有する。送電アンテナと送電器113とを非接続にしている状態で、スイッチ部114の半導体素子の容量成分と、コイルのインダクタ成分とが搬送波周波数で共振する。半導体素子は、例えば、電界効果トランジスタである。   The switch unit 114 switches whether the corresponding power transmission antenna and the power transmitter 113 are connected or not. The switch unit 114 includes a semiconductor element and a coil connected in parallel with the semiconductor element. In a state where the power transmission antenna and the power transmitter 113 are not connected, the capacitance component of the semiconductor element of the switch unit 114 and the inductor component of the coil resonate at the carrier frequency. The semiconductor element is, for example, a field effect transistor.

制御部103は、位置検出部105から伝送路130を介して送信される位置を示す情報を元に、制御部103でスイッチ部114のON/OFFを制御する。即ち、制御部103は、受電する受電装置であるインクヘッド104の位置に応じて、送電に用いるアンテナを送電アンテナ110、111、112から選択する。そして、制御部103は、選択した送電に用いるアンテナに対応するスイッチ部114をONにして、送電アンテナと送電器113とを接続する。また、選択されなったアンテナに対応するスイッチ部114をOFFにして、送電アンテナと送電器113とを非接続にする。   The control unit 103 controls ON / OFF of the switch unit 114 by the control unit 103 based on information indicating the position transmitted from the position detection unit 105 via the transmission path 130. That is, the control unit 103 selects an antenna to be used for power transmission from the power transmission antennas 110, 111, and 112 in accordance with the position of the ink head 104 that is a power receiving device that receives power. And the control part 103 turns ON the switch part 114 corresponding to the antenna used for the selected power transmission, and connects a power transmission antenna and the power transmission device 113. FIG. Further, the switch unit 114 corresponding to the selected antenna is turned OFF, and the power transmission antenna and the power transmitter 113 are disconnected.

電源部107は、図示しない商用電源から、送電部101、制御部103及び駆動部106へ各々が用いる直流電圧を生成し、電源路160を介して、生成した直流電圧を各部に供給する。   The power supply unit 107 generates a DC voltage used by each of the power transmission unit 101, the control unit 103, and the drive unit 106 from a commercial power source (not shown), and supplies the generated DC voltage to each unit via the power supply path 160.

電力エネルギーの低減の観点から、本実施形態のようなスライド移動するシステムで無線電力伝送する際、効率よく伝送することが求められている。効率よく電力伝送するためには、送受電アンテナにおける損失を抑える必要がある。   From the viewpoint of reducing power energy, efficient transmission is required when wireless power transmission is performed in a sliding system such as the present embodiment. In order to transmit power efficiently, it is necessary to suppress loss in the power transmission / reception antenna.

従来のスイッチに用いられる半導体素子の等価回路を図2に示す。図2に示す等価回路は、浮遊容量201、抵抗202、SPSTスイッチ203から構成される。図3に、従来のスイッチを用いた無線電力伝送システムの等価回路を示す。図3において、送電アンテナはインダクタ成分301と抵抗成分302と、インダクタと搬送周波数で直列共振する送電コンデンサ303とにより示される。また、図3において、受電アンテナはインダクタ成分304と抵抗成分305、とインダクタと搬送周波数で直列共振する受電コンデンサ306とにより示される。また、図3において、受電器の入力インピーダンスを307に示し、送電器を308に示す。   An equivalent circuit of a semiconductor element used in a conventional switch is shown in FIG. The equivalent circuit shown in FIG. 2 includes a stray capacitance 201, a resistor 202, and an SPST switch 203. FIG. 3 shows an equivalent circuit of a wireless power transmission system using a conventional switch. In FIG. 3, the power transmission antenna is represented by an inductor component 301, a resistance component 302, and a power transmission capacitor 303 that is in series resonance with the inductor at the carrier frequency. In FIG. 3, the power receiving antenna is indicated by an inductor component 304, a resistance component 305, and a power receiving capacitor 306 that resonates in series with the inductor at the carrier frequency. In FIG. 3, the input impedance of the power receiver is indicated by 307 and the power transmitter is indicated by 308.

図3では、受電アンテナ120が送電アンテナ111上に位置した場合を図示している。受電アンテナ120が送電アンテナ111上に位置する場合、送電アンテナ111に接続するSPSTスイッチのみがONにし、送電アンテナ110及び112に対応する2つのSPSTスイッチはOFFにする。送電アンテナ111に接続するSPSTスイッチのみをONにした場合の等価回路を図4に示す。図4において、SPSTスイッチがONの場合、抵抗が送電アンテナに直列接続し、SPSTスイッチがOFFのときは、浮遊容量201が送電アンテナに直列接続する等価回路として示される。図4の等価回路における透過係数と周波数との関係のシミュレーション結果を図5に示す。   FIG. 3 illustrates a case where the power receiving antenna 120 is positioned on the power transmitting antenna 111. When the power receiving antenna 120 is positioned on the power transmission antenna 111, only the SPST switch connected to the power transmission antenna 111 is turned on, and the two SPST switches corresponding to the power transmission antennas 110 and 112 are turned off. FIG. 4 shows an equivalent circuit when only the SPST switch connected to the power transmission antenna 111 is turned on. In FIG. 4, when the SPST switch is ON, the resistor is connected in series with the power transmission antenna, and when the SPST switch is OFF, the stray capacitance 201 is shown as an equivalent circuit connected in series with the power transmission antenna. FIG. 5 shows a simulation result of the relationship between the transmission coefficient and the frequency in the equivalent circuit of FIG.

図5において、縦軸に送電器と受電器の透過係数、横軸に周波数を示している。また、図5では、送電器の搬送波周波数を1.7MHzに設定している場合の結果を示す。図5において、1.7MHz時の透過係数は−0・676dBであり、効率に換算すると85.5%程度である。送電アンテナ、受電アンテナのQ値が100程度であり、結合係数が略0.35であるため、最大理論効率は94%となる。しかし、従来の回路構成では、理論効率より大幅に低くなってしまう。これは、スイッチをOFFにしている送電アンテナ110、112に余分な電流が流れ、損失が発生しているためである。   In FIG. 5, the vertical axis represents the transmission coefficient of the power transmitter and the power receiver, and the horizontal axis represents the frequency. FIG. 5 shows the results when the carrier frequency of the power transmitter is set to 1.7 MHz. In FIG. 5, the transmission coefficient at 1.7 MHz is −0 · 676 dB, which is about 85.5% in terms of efficiency. Since the Q value of the power transmitting antenna and the power receiving antenna is about 100 and the coupling coefficient is approximately 0.35, the maximum theoretical efficiency is 94%. However, the conventional circuit configuration is significantly lower than the theoretical efficiency. This is because an excess current flows through the power transmission antennas 110 and 112 whose switches are turned off, causing loss.

上記の課題を解決するため、本実施形態におけるスイッチ部114の回路構成を図6に示す。従来のスイッチに対して並列にコイルを接続した構成である。コイルのインダクタンス値は、半導体素子の浮遊容量201と搬送波周波数で共振するよう設定される。   In order to solve the above problems, a circuit configuration of the switch unit 114 in the present embodiment is shown in FIG. It is the structure which connected the coil in parallel with the conventional switch. The inductance value of the coil is set so as to resonate with the stray capacitance 201 of the semiconductor element at the carrier frequency.

図7にスイッチ部114を用いた無線電力伝送システムの等価回路を示す。図7に示す等価回路は、図4と同様に、受電アンテナ120が送電アンテナ111上に位置した場合の等価回路である。図7において、アンテナ111に接続するSPSTスイッチのみをONにし、送電アンテナ110及び112に対応する2つのSPSTスイッチはOFFにする。   FIG. 7 shows an equivalent circuit of a wireless power transmission system using the switch unit 114. The equivalent circuit shown in FIG. 7 is an equivalent circuit in the case where the power receiving antenna 120 is positioned on the power transmitting antenna 111, as in FIG. In FIG. 7, only the SPST switch connected to the antenna 111 is turned on, and the two SPST switches corresponding to the power transmission antennas 110 and 112 are turned off.

図7の等価回路における透過係数と周波数との関係のシミュレーション結果を図8に示す。図7において、縦軸に送電器113と受電器121の透過係数、横軸に周波数を示している。図7において、送信器308の搬送波周波数を1.7MHzに設定しているに場合の結果を示す。1.7MHz時の透過係数は−0.34dBであり、効率に換算すると92.4%程度である。図7の回路構成により、従来のスイッチの構成を使用した図4に示す回路構成と比較し、7%程度効率が改善している。即ち、従来のスイッチを使用する場合に比べて送電アンテナ110、112に流れる電流を低減することができる。送電アンテナ110、112に電流が低減されるため、ノイズを抑制する効果がある。ノイズ量は、電流の流れるアンテナの、開口面積に依存しているためである。このように、スイッチ部114をオフにしている送電アンテナの電流の発生が低減され、損失が生じがたくなる。また、これにより無線電力伝送の効率が良くなる。   FIG. 8 shows a simulation result of the relationship between the transmission coefficient and the frequency in the equivalent circuit of FIG. In FIG. 7, the vertical axis represents the transmission coefficient of the power transmitter 113 and the power receiver 121, and the horizontal axis represents the frequency. FIG. 7 shows the result when the carrier frequency of the transmitter 308 is set to 1.7 MHz. The transmission coefficient at 1.7 MHz is -0.34 dB, which is about 92.4% in terms of efficiency. The circuit configuration of FIG. 7 improves the efficiency by about 7% compared to the circuit configuration shown in FIG. 4 using the conventional switch configuration. That is, the current flowing through the power transmission antennas 110 and 112 can be reduced as compared with the case where a conventional switch is used. Since current is reduced in the power transmission antennas 110 and 112, there is an effect of suppressing noise. This is because the amount of noise depends on the aperture area of the antenna through which current flows. In this way, the generation of current in the power transmission antenna with the switch unit 114 turned off is reduced, and loss is less likely to occur. This also improves the efficiency of wireless power transmission.

なお、本実施形態では受電アンテナ120の位置が送電アンテナ111上にある場合について述べたが、受電アンテナ120が送電アンテナ110または112上にある場合においても、同様の効果がある。即ち、送電アンテナ110に対応するスイッチ部114がONの状態で、他のスイッチ部114がOFFの場合でも、同様の効果がある。また、送電アンテナ112に対応するスイッチ部114がONの状態で、他のスイッチ部114がOFFの場合でも、同様の効果がある。なお、送電アンテナを3つの場合に関して述べたが、2つ以上であってもよい。   In the present embodiment, the case where the position of the power receiving antenna 120 is on the power transmitting antenna 111 has been described, but the same effect can be obtained when the power receiving antenna 120 is positioned on the power transmitting antenna 110 or 112. That is, the same effect can be obtained even when the switch unit 114 corresponding to the power transmission antenna 110 is in the ON state and the other switch units 114 are OFF. The same effect can be obtained even when the switch unit 114 corresponding to the power transmission antenna 112 is in the ON state and the other switch units 114 are OFF. Although three power transmission antennas have been described, two or more power transmission antennas may be used.

(実施形態2)
実施形態1では、送電アンテナと送電回路とを接続するか否かをスイッチ部114により切り替えた。実施形態2では、送電アンテナとマッチング回路とを接続するか否かをスイッチ部114により切り替える。
(Embodiment 2)
In the first embodiment, the switch unit 114 switches whether the power transmission antenna and the power transmission circuit are connected. In the second embodiment, the switch unit 114 switches whether to connect the power transmission antenna and the matching circuit.

実施形態2において、実施形態1と同一の内容についてはその説明を省略し、実施形態1と異なる点を詳細に説明する。特に断りがない限り、同じ名称を用いている構成は、実施形態1と同様の機能を有する。   In the second embodiment, the description of the same contents as in the first embodiment will be omitted, and different points from the first embodiment will be described in detail. Unless otherwise specified, the configuration using the same name has the same function as that of the first embodiment.

図9は、本実施形態で説明する無線電力伝送システムを適用したプリンタのシステム構成図である。図9は、図9に記載の座標軸のY軸方向からプリンタ900を見た時の図である。   FIG. 9 is a system configuration diagram of a printer to which the wireless power transmission system described in the present embodiment is applied. FIG. 9 is a diagram of the printer 900 viewed from the Y-axis direction of the coordinate axes illustrated in FIG.

プリンタ900は、送電アンテナ910、送電器911及び3つのスイッチ部912、3つのマッチング回路913を具備する送電部901を有する。また、プリンタ900は、受電アンテナ920、受電器921を具備する受電部902、制御部103、インクヘッド104、位置検出部105、駆動部106及び電源部107を有する。3つのマッチング回路913は、それぞれインピーダンス値が異なる。図9に記載の座標軸のX軸方向からプリンタ900を見た際、受電アンテナ920は、送電アンテナ910と重なるよう配置される。送受電アンテナ間の結合係数を高くするという観点から、送電アンテナと、受電アンテナ920はX軸方向から見た外径が同等程度にしてもよい。3つのマッチング回路913は、コンデンサであってもよい。   The printer 900 includes a power transmission unit 901 including a power transmission antenna 910, a power transmitter 911, three switch units 912, and three matching circuits 913. The printer 900 includes a power receiving antenna 920, a power receiving unit 902 including a power receiver 921, a control unit 103, an ink head 104, a position detection unit 105, a driving unit 106, and a power supply unit 107. The three matching circuits 913 have different impedance values. When the printer 900 is viewed from the X-axis direction of the coordinate axes illustrated in FIG. 9, the power receiving antenna 920 is disposed so as to overlap the power transmitting antenna 910. From the viewpoint of increasing the coupling coefficient between the power transmitting and receiving antennas, the power transmission antenna and the power receiving antenna 920 may have the same outer diameter as viewed from the X-axis direction. The three matching circuits 913 may be capacitors.

受電器921はインクヘッド104とメカ的に結合しており、インクヘッド104と一緒にスライド移動する。つまり、インクカートリッジのスライドに伴い、X軸方向の送受電アンテナ間距離は変化する。   The power receiver 921 is mechanically coupled to the ink head 104 and slides together with the ink head 104. That is, as the ink cartridge slides, the distance between the power transmitting and receiving antennas in the X-axis direction changes.

上記のようなシステムで、効率よく電力伝送するためには、送受電アンテナ間の距離にかかわらず、負荷とインピーダンス整合する必要がある。そのため、アンテナ間距離に応じてマッチング回路を切り替える必要がある。アンテナ間距離を変動させると結合係数が
変化するためである。
In order to efficiently transmit power in the system as described above, it is necessary to match the impedance with the load regardless of the distance between the power transmitting and receiving antennas. Therefore, it is necessary to switch the matching circuit according to the distance between the antennas. This is because the coupling coefficient changes when the distance between the antennas is changed.

結合係数を0.35,0.5,0.9と変動させた際に、図6に示す構成を有するスイッチ部912によりマッチング回路を切り替えた場合の透過係数と周波数との関係のシミュレーション結果を図10に示す。図10において、結合係数が0.35のときの透過係数を1001、結合係数が0.5のときの透過係数を1002、結合係数が0.9のときの透過係数を1003に示した。1.7MHz時の透過係数は全ての結合係数においた−0.31dBであり、効率に換算すると92.6%程度である。つまり距離が変動しても、十分高効率な電力伝送が可能である。   When the coupling coefficient is changed to 0.35, 0.5, and 0.9, the simulation result of the relationship between the transmission coefficient and the frequency when the matching circuit is switched by the switch unit 912 having the configuration shown in FIG. As shown in FIG. In FIG. 10, the transmission coefficient when the coupling coefficient is 0.35 is 1001, the transmission coefficient when the coupling coefficient is 0.5 is 1002, and the transmission coefficient when the coupling coefficient is 0.9 is 1003. The transmission coefficient at 1.7 MHz is -0.31 dB in all coupling coefficients, and is about 92.6% in terms of efficiency. That is, even if the distance fluctuates, sufficiently high-efficiency power transmission is possible.

なお、実施形態1,2では図3に示すようにアンテナと整合をとるコンデンサ303がアンテナのインダクタンス成分301と直列共振する場合に関して述べたが、図11の(a)〜(c)に示すような回路構成でもよい。また、実施形態1,2のアンテナはFR4のような誘電体基板に構成されてもよいし、リッツ線などの銅線でコイル状に巻かれたアンテナでも構わない。また、スイッチ部114及びスイッチ部912は、機械式のスイッチであるリレーでも構わない。また、実施形態1と2とを適宜組み合わせてもよい。   In the first and second embodiments, the case where the capacitor 303 matching with the antenna resonates in series with the inductance component 301 of the antenna as shown in FIG. 3 has been described, but as shown in FIGS. A simple circuit configuration may be used. The antennas of the first and second embodiments may be configured on a dielectric substrate such as FR4, or may be an antenna wound in a coil shape with a copper wire such as a litz wire. The switch unit 114 and the switch unit 912 may be relays that are mechanical switches. Moreover, you may combine Embodiment 1 and 2 suitably.

(その他の実施形態)
送電部101と受電部102とが同じ装置の筐体内にある例を説明したが、これに限らない。送電部101を送電装置として、また、受電部102を受電装置として別個の装置として構成してもよい。
(Other embodiments)
Although the example in which the power transmission unit 101 and the power reception unit 102 are in the casing of the same device has been described, the present invention is not limited to this. The power transmission unit 101 may be configured as a power transmission device, and the power reception unit 102 may be configured as a separate device as a power reception device.

本発明は、上述の実施形態の1以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける1つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、1以上の機能を実現する回路(例えば、ASIC等)によっても実現可能である。また、そのプログラムをコンピュータにより読み取り可能な記録媒体に記録して提供してもよい。   The present invention supplies a program that realizes one or more functions of the above-described embodiments to a system or apparatus via a network or a storage medium, and one or more processors in a computer of the system or apparatus read and execute the program This process can be realized. It can also be realized by a circuit (for example, ASIC) that realizes one or more functions. Further, the program may be provided by being recorded on a computer-readable recording medium.

Claims (7)

送電アンテナと、
所定の周波数の搬送波を用いて電力を送信するための送電回路と、
前記送電アンテナと前記送電回路とを接続するか非接続にするかを切り替えるスイッチであって、半導体素子と、前記半導体素子と並列接続されるコイルとを有するスイッチと、を備え、
前記送電アンテナと前記送電回路とを前記スイッチにより非接続にしている状態で、前記半導体素子の容量成分と、前記コイルのインダクタ成分とが前記所定の周波数で共振することを特徴とする送電装置。
A power transmission antenna;
A power transmission circuit for transmitting power using a carrier wave of a predetermined frequency;
A switch for switching between connecting or disconnecting the power transmission antenna and the power transmission circuit, comprising: a semiconductor element; and a switch having a coil connected in parallel with the semiconductor element,
The power transmission device, wherein the capacitance component of the semiconductor element and the inductor component of the coil resonate at the predetermined frequency in a state where the power transmission antenna and the power transmission circuit are disconnected by the switch.
前記送電装置は、複数の送電アンテナと、前記複数の送電アンテナそれぞれに対応する複数の前記スイッチとを有することを特徴とする請求項1に記載の送電装置。   The power transmission device according to claim 1, wherein the power transmission device includes a plurality of power transmission antennas and a plurality of the switches corresponding to the plurality of power transmission antennas. 前記送電回路と接続させる送電アンテナを前記複数の送電アンテナから選択する選択手段を備え、
前記選択手段により選択された送電アンテナに対応する前記スイッチは、当該送電アンテナと前記送電回路とを接続することを特徴とする請求項2に記載の送電装置。
Selecting means for selecting a power transmission antenna to be connected to the power transmission circuit from the plurality of power transmission antennas;
The power transmission apparatus according to claim 2, wherein the switch corresponding to the power transmission antenna selected by the selection unit connects the power transmission antenna and the power transmission circuit.
前記選択手段は、移動する受電アンテナの位置に応じて、前記送電回路と接続させる送電アンテナを選択することを特徴とする請求項3に記載の送電装置。   The power transmission apparatus according to claim 3, wherein the selection unit selects a power transmission antenna to be connected to the power transmission circuit according to a position of a moving power reception antenna. 前記受電アンテナは、インクを吐出するインクヘッドに供給する電力を受けるためのアンテナであることを特徴とする請求項4に記載の送電装置。   The power transmission device according to claim 4, wherein the power receiving antenna is an antenna for receiving power supplied to an ink head that ejects ink. 前記半導体素子は、電界効果トランジスタであることを特徴とする請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載の送電装置。   The power transmission device according to any one of claims 1 to 4, wherein the semiconductor element is a field effect transistor. 前記送電アンテナと前記送電アンテナのインピーダンス整合を行うためのマッチング回路とを前記送電アンテナと前記送電回路とを接続するか非接続にするかを切り替える切り替え部であって、半導体素子と、当該半導体素子と並列接続されるコイルとを有する切り替え部を備えることを特徴とする請求項1から請求項6までのいずれか1項に記載の送電装置。   A switching unit that switches between connecting or disconnecting the power transmission antenna and the power transmission circuit between the power transmission antenna and a matching circuit for impedance matching of the power transmission antenna, the semiconductor element, and the semiconductor element The power transmission device according to any one of claims 1 to 6, further comprising a switching unit having a coil connected in parallel with the coil.
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