JP5601152B2 - Wireless power transmission system and power transmission device - Google Patents
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Description
本発明はワイヤレスで電力を伝送するシステムおよび送電装置に関するものである。 The present invention relates to a system for transmitting power wirelessly and a power transmission device.
代表的なワイヤレス電力伝送システムとして、送電装置の一次コイルから受電装置の二次コイルに磁界を利用して電力を伝送する磁界結合方式の電力伝送システムが知られている。しかし、磁界結合で電力を伝送する場合、各コイルを通る磁束の大きさが起電力に大きく影響するため、一次コイルと二次コイルとの相対位置関係に高い精度が要求される。また、コイルを利用するため、装置の小型化が難しい。 As a typical wireless power transmission system, a magnetic field coupling type power transmission system is known in which power is transmitted from a primary coil of a power transmission device to a secondary coil of a power reception device using a magnetic field. However, when power is transmitted by magnetic field coupling, since the magnitude of magnetic flux passing through each coil greatly affects the electromotive force, high accuracy is required for the relative positional relationship between the primary coil and the secondary coil. Moreover, since the coil is used, it is difficult to reduce the size of the apparatus.
一方、特許文献1,2に開示されているような電界結合方式のワイヤレス電力伝送システムも知られている。このシステムでは、送電装置の結合電極から受電装置の結合電極に電界を介して電力が伝送される。この方式は、結合電極の相対位置精度が比較的緩く、また、結合電極の小型・薄型化が可能である。
On the other hand, an electric field coupling type wireless power transmission system as disclosed in
図1は特許文献1の電力伝送システムの基本構成を示す図である。この電力伝送システムは送電装置と受電装置とで構成される。送電装置には、高周波高電圧発生回路1、パッシブ電極2及びアクティブ電極3を備えている。受電装置には、高周波高電圧負荷回路5、パッシブ電極7及びアクティブ電極6を備えている。そして、送電装置のアクティブ電極3と受電装置のアクティブ電極6とが空隙4を介して近接することにより、この二つの電極同士が電界結合する。
FIG. 1 is a diagram illustrating a basic configuration of a power transmission system disclosed in
送電装置のパッシブ電極、送電装置のアクティブ電極、受電装置のアクティブ電極及び受電装置のパッシブ電極は、それらが互いに平行に配置されている。 The passive electrode of the power transmission device, the active electrode of the power transmission device, the active electrode of the power reception device, and the passive electrode of the power reception device are arranged in parallel to each other.
特許文献2の電力伝送システムでは、送電装置は交流信号生成部により生成された交流信号に共振する第1共振回路と給電電極を有する。受電装置は電気信号を生成する受電電極と、電気信号に共振する第2共振回路と、共振された電気信号から直流電力を生成する整流部及び回路負荷を有する。送電装置のアクティブ電極とパッシブ電極とは一平面上に設けられ、受電装置のアクティブ電極とパッシブ電極が相手側の各電極と所定間隔を隔てて対向するように設けられている。また、この特許文献2の図18〜図21には、受電装置側のアクティブ電極を複数の分割電極で構成しておき、受電装置を載置した時に送電装置の第1、第2アクティブ電極対して重なる受電装置の分割電極をアクティブ電極として選択的に動作させることが示されている。
In the power transmission system of
特許文献1の電力伝送システムにおいては、送電装置と受電装置のアクティブ電極同士を近接させて電極間に強い電場を形成するとともに、送電装置と受電装置のパッシブ電極同士間に生じる容量をなるべく大きくする。そのためパッシブ電極を大きくする必要がある。縦方向に狭くされた空間に送電ユニットのパッシブ電極、送電ユニットのアクティブ電極、受電ユニットのアクティブ電極および受電ユニットのパッシブ電極が縦方向に配置されると浮遊容量が過大になりがちである。特許文献2の電力伝送システムにおいても、アクティブ電極とパッシブ電極が一面に隣接配置されているので、アクティブ電極とパッシブ電極とに近接配置された回路基板との間の浮遊容量が過大になりがちである。そのため、いずれも結合度が大きくなく、伝送効率が低いという問題があった。
In the power transmission system of
また、特許文献2の電力伝送システムにおいては、受電装置側に多くのアクティブ電極を設けておく必要があり、その選択回路も複雑と成らざるを得ない。
Moreover, in the power transmission system of
本発明は、装置を大型化することなく、電力伝送に寄与しない浮遊容量を小さくして電力伝送効率を高め、且つ簡素な構成で送電装置に対する受電装置の載置の向きの自由度を高めた、ワイヤレス電力伝送システムおよび送電装置を提供することを目的としている。 The present invention increases the power transmission efficiency by reducing the stray capacitance that does not contribute to power transmission without increasing the size of the device, and increases the degree of freedom of the orientation of the power receiving device relative to the power transmission device with a simple configuration. An object is to provide a wireless power transmission system and a power transmission device.
(1)本発明のワイヤレス電力伝送システムは、受電装置が載置される載置面と、高周波高電圧を発生する送電回路と、前記高周波高電圧が印加される送電側アクティブ電極および送電側パッシブ電極を有する送電装置と、
受電回路と、この受電回路に接続された受電側アクティブ電極および受電側パッシブ電極を有する受電装置と、を備え、
前記送電側アクティブ電極と前記受電側アクティブ電極とが、および前記送電側パッシブ電極と前記受電側パッシブ電極とがそれぞれ電界結合して、前記送電装置から前記受電装置に電力を伝送するワイヤレス電力伝送システムにおいて、
前記送電側アクティブ電極は、前記載置面の中心を通り第1方向に帯状に延びる送電側第1アクティブ電極と、前記載置面の中心を通り前記第1方向に対して交差する第2方向へ帯状に延びる送電側第2アクティブ電極と、を含み、
前記送電側第1アクティブ電極または前記送電側第2アクティブ電極への前記高周波高電圧の供給を切り替える切替回路を備えたことを特徴としている。
(1) A wireless power transmission system of the present invention includes a mounting surface on which a power receiving device is mounted, a power transmission circuit that generates a high frequency high voltage, a power transmission side active electrode to which the high frequency high voltage is applied, and a power transmission side passive. A power transmission device having an electrode;
A power receiving circuit, and a power receiving device having a power receiving side active electrode and a power receiving side passive electrode connected to the power receiving circuit,
A wireless power transmission system that transmits electric power from the power transmission device to the power reception device by electric field coupling between the power transmission side active electrode and the power reception side active electrode, and the power transmission side passive electrode and the power reception side passive electrode. In
The power transmission side active electrode includes a power transmission side first active electrode extending in a strip shape in the first direction through the center of the placement surface, and a second direction passing through the center of the placement surface and intersecting the first direction. A second active electrode on the power transmission side extending in a belt shape,
A switching circuit that switches supply of the high-frequency high voltage to the power transmission side first active electrode or the power transmission side second active electrode is provided.
この構造によれば、電力伝送に寄与しない浮遊容量が小さくなって電力伝送効率が高く、且つ送電装置に対する受電装置の載置の向きの自由度が高い。 According to this structure, the stray capacitance that does not contribute to the power transmission is reduced, the power transmission efficiency is high, and the degree of freedom of the mounting direction of the power receiving device with respect to the power transmission device is high.
(2)例えば、前記送電側パッシブ電極は、例えば前記送電側第1アクティブ電極および前記送電側第2アクティブ電極を挟んで、前記受電側アクティブ電極および前記受電側パッシブ電極の反対側に配置される。この構造により、送電装置のアクティブ電極と受電装置のアクティブ電極を高電圧で結合させることができる。 (2) For example, the power transmission side passive electrode is disposed on the opposite side of the power reception side active electrode and the power reception side passive electrode with the power transmission side first active electrode and the power transmission side second active electrode interposed therebetween, for example. . With this structure, the active electrode of the power transmission device and the active electrode of the power reception device can be coupled with a high voltage.
(3)前記送電側第1アクティブ電極と前記送電側第2アクティブ電極とは直交またはほぼ直交している。この構造により、簡素な構造で位置自由度が向上し、また、浮遊容量を低減できる。 (3) The power transmission side first active electrode and the power transmission side second active electrode are orthogonal or substantially orthogonal. With this structure, the position freedom is improved with a simple structure, and the stray capacitance can be reduced.
(4)前記受電側アクティブ電極の形状は短冊状であることが好ましい。このことにより、浮遊容量の低減効果が大きい。 (4) It is preferable that the shape of the power receiving side active electrode is a strip shape. As a result, the effect of reducing stray capacitance is great.
(5)前記送電側第1アクティブ電極の前記送電側第2アクティブ電極に対する近接位置、および前記送電側第2アクティブ電極の前記送電側第1アクティブ電極に対する近接位置には、例えば突起状の拡張電極パターンが設けられている。この構造により、斜め方向の位置自由度を確保できる。 (5) For example, a protruding extension electrode is provided at a position near the power transmission side first active electrode to the power transmission side second active electrode and a position near the power transmission side second active electrode to the power transmission side first active electrode. A pattern is provided. With this structure, it is possible to secure a positional freedom in the oblique direction.
(6)前記拡張電極パターンは、例えば送電側第1アクティブ電極の中心から送電側第1アクティブ電極に沿って延びる方向に対して45°及び−45°の方向へそれぞれ突出する第1の凸部と、送電側第2アクティブ電極の中心線からの高さが受電側アクティブ電極の短辺の長さのほぼ1/2である第2の凸部とを含む。 (6) The extended electrode pattern is, for example, a first protrusion protruding in the direction of 45 ° and −45 ° with respect to the direction extending along the power transmission side first active electrode from the center of the power transmission side first active electrode. And a second convex portion whose height from the center line of the power transmission side second active electrode is approximately ½ of the length of the short side of the power reception side active electrode.
この構成により、電力送電装置に対して電力受電装置が斜め方向に対向した状態でも、浮遊容量を増大させないで結合度を向上させることができ、高い効率で電力伝送できる。 With this configuration, even when the power receiving device is opposed to the power transmitting device in an oblique direction, the degree of coupling can be improved without increasing the stray capacitance, and power can be transmitted with high efficiency.
(7)例えば、前記送電側第1アクティブ電極の延びる方向に対して45°の方向に前記受電側アクティブ電極の長辺が平行になるように配置したときに、前記第1の凸部のうち前記受電側アクティブ電極に対向する面積が、対向しない面積より大きく、且つ前記受電側アクティブ電極は前記第2の凸部に対向しない。 (7) For example, when the long side of the power receiving side active electrode is arranged in a direction of 45 ° with respect to the direction in which the power transmitting side first active electrode extends, The area facing the power receiving side active electrode is larger than the area not facing, and the power receiving side active electrode does not face the second convex portion.
この構成により、斜め45°方向の位置で送電側第1アクティブ電極がオンとなり、浮遊容量を増大させないで結合度を向上させることができるので高い効率で電力伝送できる。 With this configuration, the first active electrode on the power transmission side is turned on at a position in the oblique 45 ° direction, and the degree of coupling can be improved without increasing the stray capacitance, so that power can be transmitted with high efficiency.
(8)また、例えば前記第1の凸部の面積は前記第2の凸部の面積より大きい。 (8) Further, for example, the area of the first protrusion is larger than the area of the second protrusion.
本発明によれば、装置を大型化することなく、電力伝送に寄与しない浮遊容量を小さくして電力伝送効率を高め、且つ簡素な構成で送電装置に対する受電装置の載置の向きの自由度を高めた、ワイヤレス電力伝送システムおよび送電装置を構成できる。 According to the present invention, without increasing the size of the device, the stray capacitance that does not contribute to power transmission is reduced to increase power transmission efficiency, and the degree of freedom of the orientation of the power receiving device with respect to the power transmission device can be increased with a simple configuration. An enhanced wireless power transmission system and power transmission device can be configured.
《第1の実施形態》
図2(A)は第1の実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム401の平面図、図2(B)はその平面図である。このワイヤレス電力伝送システム401は送電装置101と受電装置201とで構成されている。但し、図2(A)及び図2(B)においては、送電装置101および受電装置201の内部の各電極を透視して(筐体を透明化して)表している。
<< First Embodiment >>
FIG. 2A is a plan view of the wireless
送電装置101はパッシブ電極11、第1アクティブ電極12Aおよび第2アクティブ電極12Bを備え、受電装置201はパッシブ電極21とアクティブ電極22を備えている。ワイヤレス電力伝送システム401において、送電装置101の第1アクティブ電極12Aまたは第2アクティブ電極12Bと受電装置のアクティブ電極22とが、および送電装置101のパッシブ電極11と受電装置201のパッシブ電極21とがそれぞれ電界結合して、送電装置101から受電装置201に電力が伝送される。
The
送電装置101の筐体の上面は受電装置201が載置される載置面13である。第1アクティブ電極12Aは載置面13の中心を通り第1方向に帯状に延びている。第2アクティブ電極12Bは、載置面13の中心を通り、前記第1方向に対して平面視で直交する第2方向へ帯状に延びている。
The upper surface of the casing of the
送電装置101の筐体内には送電回路と切替回路31を備えている。送電回路は第1アクティブ電極12Aまたは第2アクティブ電極12Bとパッシブ電極11との間に高周波高電圧を印加する。前記切替回路は第1アクティブ電極12Aまたは第2アクティブ電極12Bのいずれかを選択する。
A power transmission circuit and a
図2(B)に表れているように、送電装置101のパッシブ電極11は、送電装置101の第1アクティブ電極12Aおよび第2アクティブ電極12Bを挟んで、受電装置201のアクティブ電極22および受電装置201のパッシブ電極21の反対側に配置されている。
As shown in FIG. 2B, the
受電装置のアクティブ電極22は長手方向を有する形状すなわち短冊状を成している。この受電装置201のアクティブ電極22は送電装置101の第1アクティブ電極12Aまたは第2アクティブ電極12Bに対向する。受電装置201のパッシブ電極21は送電装置101のパッシブ電極11に対向する。この状態で、アクティブ電極同士およびパッシブ電極同士が電界結合する。この構造により、送電装置のアクティブ電極と受電装置のアクティブ電極を高電圧で結合させることができる。
The
図3(A)、図3(B)は、送電装置101に対する受電装置201の典型的な二つの載置状態と切替回路31による切替状態を示す平面図である。送電回路111は所定の高周波高電圧を発生し、切替回路31は送電回路111の出力電圧を第1アクティブ電極12Aまたは第2アクティブ電極12Bのいずれかへ印加する。
FIGS. 3A and 3B are plan views showing two typical mounting states of the
図3(A)ように、受電装置201のアクティブ電極22が送電装置101の第1アクティブ電極12Aと対向している状態では、切替回路31は第1アクティブ電極12Aを選択する。図3(B)ように、受電装置201のアクティブ電極22が送電装置101の第2アクティブ電極12Bと対向している状態では、切替回路31は第2アクティブ電極12Bを選択する。このようにして、送電装置101に対して受電装置201を横置きしても縦置きしても電力伝送が可能となる。切替回路31によって選択されていない方のアクティブ電極は開放状態であるので、送電装置101のパッシブ電極11および受電装置201のパッシブ電極21のいずれとの間にも浮遊容量が生じない。そのため、高い結合度が維持できる。
As shown in FIG. 3A, in a state where the
なお、第1アクティブ電極12Aと第2アクティブ電極12Bとの交差位置は、互いの対向面積がなるべく小さくなるように、交差位置のみ電極幅を細くしてもよい。このことにより、第1、第2アクティブ電極12A、12B間に発生する浮遊容量をより抑えることができる。
Note that, at the intersection position of the first
図4は送電装置101および受電装置201の回路構成図である。送電回路111において、定電圧電源35は商用電源を入力して例えば一定の直流電圧(例えばDC5V)を発生する電源回路である。定電流電源36は一定の直流電流を発生する電源回路である。切替回路34は定電圧電源35または定電流電源36の一方を選択して駆動制御回路/検出回路32へ与える。駆動制御回路/検出回路32は定電圧電源35または定電流電源36を電源として、例えば100kHz〜数10MHzの高周波電圧を発生するとともに、定電流電源36から供給される電圧DCVの検出および定電圧電源35から供給される電流DCIを検出する。制御部33は、後述のとおり駆動制御回路/検出回路32および切替回路31,34を制御する。
FIG. 4 is a circuit configuration diagram of the
受電装置201の受電回路211は、パッシブ電極21(図2(B)参照)とアクティブ電極22との間に、例えば降圧トランス及びインダクタによる降圧回路が接続されている。また、この降圧トランスの二次側には負荷回路が接続されている。この負荷回路は整流平滑回路と負荷となる機器の回路とで構成されている。負荷となる機器の回路は二次電池を含んでもよい。
In the
例えば、受電装置201は送電装置101に載置することによって内部の二次電池が充電される装置であり、携帯電子機器としては携帯電話、ノート型PC、デジタルカメラなどが挙げられる。受電装置201は、二次電池を内蔵しない充電器または電源であってもよい。この場合、受電した電力を外部に出力して別の機器に給電または充電するようにしてもよい。
For example, the
図5は前記制御部33の処理内容を示すフローチャートである。
先ず、切替回路34を定電流電源36側に設定する(S1)。また、切替回路31を第1アクティブ電極12A側に設定する(S2)。次に、駆動周波数をスイープしつつ駆動回路/検出回路32を駆動させる(S3)。そして、前記直流電圧DCVの極大値の有無を判定する(S4)。極大値が無ければ、第2アクティブ電極12B側に切り替えて、同様の処理を行う(S5→S3)。
FIG. 5 is a flowchart showing the processing contents of the
First, the switching
DCVに極大値が有れば、その周波数を駆動周波数に設定する(S6)。そして、切替回路34を定電圧電源35側に切り替える。このことによって給電(電力伝送)が開始される(S7)。
If the DCV has a maximum value, the frequency is set as the drive frequency (S6). Then, the switching
その後、駆動電流DCIを検出する(S8)。そして、駆動電流DCIが閾値DCIth1を下回るまで待つ(S9→S8・・・)。 Thereafter, the drive current DCI is detected (S8). And it waits until drive current DCI falls below threshold value DCIth1 (S9-> S8 ...).
駆動電流DCIが閾値DCIth1を下回れば、駆動回路/検出回路32の駆動を停止する(S10)。
If the drive current DCI falls below the threshold value DCIth1, the drive of the drive circuit /
その後は、ステップS1へ戻る。このことによって、ステップS1以降の処理が繰り返されるが、受電装置の二次電池は既に満充電状態であるので、ステップS9の判定条件を満たす。そのため繰り返し充電されることはない。 Thereafter, the process returns to step S1. As a result, the processes in and after step S1 are repeated. However, since the secondary battery of the power receiving apparatus is already fully charged, the determination condition in step S9 is satisfied. Therefore, it is not repeatedly charged.
受電装置が取り除かれて、別の充電を要する受電装置が載置されたなら、以上に述べた手順で第1アクティブ電極または第2アクティブ電極が選択されて電力伝送により充電がなされることになる。 If the power receiving apparatus is removed and a power receiving apparatus that requires another charge is placed, the first active electrode or the second active electrode is selected by the procedure described above, and charging is performed by power transmission. .
なお、送電回路111が発生する交流電圧の周波数は、送電装置101および受電装置201の周囲の誘電性媒質(すなわち空気)での波長が、送電装置101および受電装置201の大きさに比べて長い関係にある。すなわち準静電場により電力伝送される。このことにより、電磁波放射の形で輻射(分散)されるエネルギーが少ないので、電力伝送効率が高まる。また、送電回路111が発生する交流電圧の周波数は、輻射される電磁波エネルギーが、送電装置101から受電装置201へ伝搬される電界エネルギーに比べて小さい範囲で、できるだけ高い周波数とする。このことによって、送電装置側アクティブ電極12A,12B、送電装置側パッシブ電極11、受電装置側アクティブ電極22、受電装置側パッシブ電極21のそれぞれの面積が小さくても(小さい割に)伝送電力を高めることができる。同じ伝送電力である場合は結合電極の電圧を低めることができる。したがって、小型でありながら電力伝送効率の高い電力伝送システムが構成できる。これらのことは第2の実施形態以降の各実施形態についても同様である。
Note that the frequency of the AC voltage generated by the
《第2の実施形態》
図6(A)、図6(B)、図6(C)は、送電装置の二つのアクティブ電極を選択的に用いるための構成例である。
図6(A)は、電源部37、駆動部32−1、昇圧部32−2を兼用し、切替回路31によって昇圧部32−2の出力電圧を第1アクティブ電極12Aまたは第2アクティブ電極12Bに供給するように構成されたものである。ここで昇圧部32−2は例えば昇圧トランスであり、駆動部32−1は昇圧トランスの1次側を駆動するスイッチング素子およびそのスイッチング素子の駆動回路である。図6(A)の例は図4に示した送電装置101の構成に相当する。すなわち、電源部37は定電圧電源35、駆動部32−1および昇圧部32−2は駆動回路/検出回路32にそれぞれ相当する。
<< Second Embodiment >>
FIG. 6A, FIG. 6B, and FIG. 6C are configuration examples for selectively using two active electrodes of the power transmission device.
In FIG. 6A, the
図6(A)の構成によれば、第1アクティブ電極と第2アクティブ電極以外の多くの回路部分が共用できるので、小型、低コスト化に有利である。 According to the configuration shown in FIG. 6A, many circuit portions other than the first active electrode and the second active electrode can be shared, which is advantageous for downsizing and cost reduction.
図6(B)は、電源部37、駆動部32−1を兼用し、切替回路38によって昇圧部32−2A,32−2Bを選択的に駆動し、出力電圧を第1アクティブ電極12Aまたは第2アクティブ電極12Bに供給するように構成されたものである。
In FIG. 6B, the
図6(C)は、電源部37を兼用し、切替回路39によって駆動部32−1A,32−1Bおよび昇圧部32−2A,32−2Bを選択的に駆動し、出力電圧を第1アクティブ電極12Aまたは第2アクティブ電極12Bに供給するように構成されたものである。
In FIG. 6C, the
前記切替回路31,38,39の切替制御は第1アクティブ電極12Aまたは第2アクティブ電極12Bのいずれが受電装置のアクティブ電極22に対向しているかに応じて行われる。
The switching control of the switching
図6(B)または図6(C)に示したように二つの昇圧部を備える構成では、共振系が二つ存在することになるので、共振系同士が相互作用しないようにすることが重要である。そのために、(1)アクティブ電極12A,12B間の結合を物理的に弱める。(2)共振周波数を故意にずらす。という構成が有効である。(2)の構成で、例えば二つの共振系のうちオフ側の共振系の昇圧トランスの一次側をオープンにすると、昇圧トランスのインピーダンスLと結合部のキャパシタンスCとでLC共振周波数(不要共振周波数)が決定される。また、ショートにすると昇圧トランスの漏れインダクタンス成分Lと結合部のキャパシタンスCとでLC共振周波数(不要共振周波数)が決定される。いずれの場合でも、二つの共振系のうちオン側の共振系の動作周波数を上記不要共振周波数に近接しないように設定すればよい。
As shown in FIG. 6 (B) or FIG. 6 (C), since there are two resonance systems in the configuration including two boosting units, it is important to prevent the resonance systems from interacting with each other. It is. Therefore, (1) the coupling between the
《第3の実施形態》
図7は第3の実施形態に係る送電装置103のアクティブ電極の形状を示す平面図である。この送電装置103は第1アクティブ電極12Aと第2アクティブ電極12B−1,12B−2を備えている。第2アクティブ電極12B−1と12B−2は分離されているが、選択時には同電位が印加される。この二つの第2アクティブ電極12B−1,12B−2の先端部がそれぞれ対向する、第1アクティブ電極12Aの部分には細線部12ASが形成されている。第1アクティブ電極12Aの第2アクティブ電極12B−1,12B−2に対する近接位置には四つの第1の凸部12APが形成されている。また、第2アクティブ電極12B−1,12B−2の第1アクティブ電極12Aに対する近接位置に第2の凸部12BPが形成されている。
<< Third Embodiment >>
FIG. 7 is a plan view showing the shape of the active electrode of the
第1の凸部12APは第1アクティブ電極12Aの中心(細線部12ASの位置)から第1アクティブ電極12Aに沿って延びる方向に対して45°及び−45°の方向へそれぞれ突出する。第2の凸部12BPは第2アクティブ電極12B−1,12B−2の中心線からの高さ(線幅方向)が、後に示す受電装置のアクティブ電極の短辺の長さの約1/2である。また、この例では第1アクティブ電極12Aがより広い角度範囲で選択されるので、第1アクティブ電極12Aに設けられている第1の凸部12APの面積は第2アクティブ電極12B−1,12B−2に設けられている第2の凸部12BPの面積より大きい。
The first protrusion 12AP protrudes in the direction of 45 ° and −45 ° with respect to the direction extending along the first
このように第2アクティブ電極が二つのアクティブ電極12B−1,12B−2に分離されているので、第1アクティブ電極12Aと第2アクティブ電極12B−1,12B−2を同一平面(同一層)に形成することができる。そのため、送電側の第1アクティブ電極および第2アクティブ電極と受電側アクティブ電極との重なり面積でそれぞれの結合容量が定まる。したがって、送電側の第1アクティブ電極および第2アクティブ電極が異なる平面に形成される場合に比べて浮遊容量を増大させることなく高効率で電力伝送できる。
Since the second active electrode is thus separated into the two
図8は、送電装置の第1アクティブ電極12A、第2アクティブ電極12B−1,12B−2に対する受電装置のアクティブ電極の典型的な位置関係を示す平面図である。
受電装置のアクティブ電極22が図中22(T)で示すように横配置された場合は、その受電装置のアクティブ電極22は送電装置の第2アクティブ電極12B−1,12B−2および第2の凸部12BPとの間に静電容量が生じて電界結合する。このとき、受電装置のアクティブ電極22は送電装置の第1アクティブ電極12Aおよび第1の凸部12APとの間には不要な浮遊容量が殆ど生じない。また、第2アクティブ電極12B−1,12B−2と交差する第1アクティブ電極12Aの部分が細線部12ASであるため、この細線部12ASと受電装置のアクティブ電極22との間に生じる浮遊容量は充分小さい。
FIG. 8 is a plan view showing a typical positional relationship of the active electrodes of the power receiving device with respect to the first
When the
受電装置のアクティブ電極22が図中22(L)で示すように縦配置された場合は、その受電装置のアクティブ電極22は送電装置の第1アクティブ電極12A、その細線部12ASおよび第1の凸部12APとの間に静電容量が生じて電界結合する。このとき、受電装置のアクティブ電極22は送電装置の第2アクティブ電極12B−1,12B−2および第2の凸部12BPとの間には不要な浮遊容量が殆ど生じない。
When the
受電装置のアクティブ電極22が図中22(S)で示すように斜め配置された場合は、その受電装置のアクティブ電極22は送電装置の第1アクティブ電極12Aの細線部12ASおよび第1の凸部12APとの間に静電容量が生じて電界結合する。このとき、受電装置のアクティブ電極22は送電装置の第2アクティブ電極12B−1,12B−2および第2の凸部12BPとの間には不要な浮遊容量が殆ど生じない。
When the
図9(A)〜図9(G)は、送電装置の第1アクティブ電極12A、第2アクティブ電極12B−1,12B−2に対する受電装置のアクティブ電極の位置関係の例、および送電装置の第1アクティブ電極12Aまたは第2アクティブ電極12B−1,12B−2のいずれが選択されるかの例を示す平面図である。
図9(A)は図8における縦置き(この例では、受電装置201の長手方向が横向きになるので、受電装置の向きで表現すると横置き)に相当し、図9(D)は図8における斜め置きに相当し、図9(G)は図8における横置き(受電装置201の長手方向が縦向きになるので、受電装置の向きで表現すると縦置き)に相当する。送電装置の第1アクティブ電極12Aおよび第2アクティブ電極12B−1,12B−2に対する受電装置のアクティブ電極の向きが図9(A)に示す横置きの状態から図9(D)に示す斜め45度までの角度範囲では、第1アクティブ電極12Aが選択される。また、送電装置101に対する受電装置201の向きが図9(E)に示す状態から図9(G)に示す状態までの角度範囲では、第2アクティブ電極12B−1,12B−2が選択される。
9A to 9G illustrate examples of the positional relationship of the active electrode of the power receiving device with respect to the first
FIG. 9A corresponds to the vertical placement in FIG. 8 (in this example, the longitudinal direction of the
図9(A)の状態を0度、図9(A)の状態を45度、図9(G)の状態を90度、と表現すると、0度から45度の角度範囲において、受電装置のアクティブ電極22と送電装置101の第1アクティブ電極12Aおよび第1の凸部(図7中の12AP)との間に静電容量が生じて電界結合する。このとき、受電装置のアクティブ電極22は送電装置の第2アクティブ電極12B−1,12B−2および第2の凸部12BPとの間に生じる不要な浮遊容量は小さい。また、45度を超える角度から90度までの角度範囲において、受電装置のアクティブ電極22と送電装置101の第2アクティブ電極12B−1,12B−2および第2の凸部(図7中の12BP)との間に静電容量が生じて電界結合する。このとき、受電装置のアクティブ電極22は送電装置の第1アクティブ電極12Aおよび第1の凸部12APとの間に生じる不要な浮遊容量は小さい。
When the state of FIG. 9A is expressed as 0 degree, the state of FIG. 9A is expressed as 45 degrees, and the state of FIG. 9G is expressed as 90 degrees, the power receiving device has an angular range of 0 degrees to 45 degrees. Capacitance is generated between the
なお、図9に示した例では、0度から90度までの角度範囲について示したが、第1の凸部12APおよび第2の凸部12BPの形状は左右対称形であるので、90度から180度までの角度範囲についても同様である。すなわち、90度を超える角度から135度までの角度範囲において、受電装置のアクティブ電極22と送電装置101の第2アクティブ電極12B−1,12B−2および第2の凸部(図7中の12BP)との間に静電容量が生じて電界結合する。また、135度を超える角度から180度の角度範囲において、受電装置のアクティブ電極22と送電装置101の第1アクティブ電極12Aおよび第1の凸部(図7中の12AP)との間に静電容量が生じて電界結合する。
In the example shown in FIG. 9, the angle range from 0 degrees to 90 degrees is shown. However, since the shapes of the first protrusion 12AP and the second protrusion 12BP are bilaterally symmetrical, The same applies to the angle range up to 180 degrees. That is, in the angle range from 90 degrees to 135 degrees, the
図7に示した送電装置のアクティブ電極に設ける第1の凸部12APおよび第2の凸部12BPの形状は図7に示したものに限らない。例えば、図10(A)に示すように、第2の凸部12BPが第1の凸部12APと同様の形状であってもよい。すなわち、第2の凸部12BPは、第2アクティブ電極12B−1.12B−2Aの対向する位置の近傍から第2アクティブ電極12B−1,12B−2に沿って延びる方向に対して45°及び−45°の方向へそれぞれ突出する形状であってもよい。
The shapes of the first convex portion 12AP and the second convex portion 12BP provided on the active electrode of the power transmission device shown in FIG. 7 are not limited to those shown in FIG. For example, as shown to FIG. 10 (A), the 2nd convex part 12BP may be the same shape as 1st convex part 12AP. That is, the second convex portion 12BP is 45 ° with respect to the direction extending along the second
因みに、図10(B)に示すように、第1の凸部12APが第1アクティブ電極12Aの中心線からの高さ(線幅方向)が、受電装置のアクティブ電極の短辺の長さの約1/2であるような形状とした場合には浮遊容量が大きくなる。すなわち、図10(B)において、受電装置のアクティブ電極22が図中22(S)で示すように斜め配置された場合に、ハッチングした領域が結合に寄与しない浮遊容量形成部となる。そのため、45度の斜め配置状態で選択される送電装置のアクティブ電極と受電装置のアクティブ電極22との結合に寄与しない浮遊容量が大きくならないように第1の凸部または第2に凸部の形状を定めることが重要である。
Incidentally, as shown in FIG. 10B, the height (line width direction) of the first protrusion 12AP from the center line of the first
なお、図7に示した細線部12ASが無くて、第1アクティブ電極12Aが二つに分離されていてもよい。
The first
11…送電装置側パッシブ電極
12A…送電装置側第1アクティブ電極
12AP…第1の凸部
12AS…細線部
12B…送電装置側第2アクティブ電極
12BP…第2の凸部
13…載置面
21…受電装置側パッシブ電極
22…受電装置側アクティブ電極
31,34…切替回路
34…切替回路
35…定電圧電源
36…定電流電源
38,39…切替回路
101,103…送電装置
111…送電回路
201…受電装置
211…受電回路
401…ワイヤレス電力伝送システム
DESCRIPTION OF
Claims (12)
受電回路と、この受電回路に接続された受電側アクティブ電極および受電側パッシブ電極を有する受電装置と、を備え、
前記送電側アクティブ電極と前記受電側アクティブ電極とが、および前記送電側パッシブ電極と前記受電側パッシブ電極とがそれぞれ電界結合して、前記送電装置から前記受電装置に電力を伝送するワイヤレス電力伝送システムにおいて、
前記送電側アクティブ電極は、前記載置面の中心を通り第1方向に帯状に延びる送電側第1アクティブ電極と、前記載置面の中心を通り前記第1方向に対して交差する第2方向へ帯状に延びる送電側第2アクティブ電極と、を含み、
前記送電側第1アクティブ電極または前記送電側第2アクティブ電極への前記高周波高電圧の供給を切り替える切替回路を備えた、ワイヤレス電力伝送システム。 A mounting surface on which the power receiving device is mounted; a power transmission circuit that generates a high-frequency high voltage; a power transmission device having a power-transmission-side active electrode and a power-transmission-side passive electrode to which the high-frequency high voltage is applied;
A power receiving circuit, and a power receiving device having a power receiving side active electrode and a power receiving side passive electrode connected to the power receiving circuit,
A wireless power transmission system that transmits electric power from the power transmission device to the power reception device by electric field coupling between the power transmission side active electrode and the power reception side active electrode, and the power transmission side passive electrode and the power reception side passive electrode. In
The power transmission side active electrode includes a power transmission side first active electrode extending in a strip shape in the first direction through the center of the placement surface, and a second direction passing through the center of the placement surface and intersecting the first direction. A second active electrode on the power transmission side extending in a belt shape,
A wireless power transmission system comprising a switching circuit for switching supply of the high-frequency high voltage to the power transmission side first active electrode or the power transmission side second active electrode.
受電回路と、この受電回路に接続された受電側アクティブ電極および受電側パッシブ電極を有する受電装置と、を備えて、前記送電側アクティブ電極と前記受電側アクティブ電極とが、および前記送電側パッシブ電極と前記受電側パッシブ電極とがそれぞれ電界結合して、前記送電装置から前記受電装置に電力を伝送するワイヤレス電力伝送システムに用いる送電装置であって、
前記送電側アクティブ電極は、前記載置面の中心を通り第1方向に帯状に延びる送電側第1アクティブ電極と、前記載置面の中心を通り前記第1方向に対して交差する第2方向へ帯状に延びる送電側第2アクティブ電極と、を含み、
前記送電側第1アクティブ電極または前記送電側第2アクティブ電極への前記高周波高電圧の供給を切り替える切替回路を備えた、送電装置。 A mounting surface on which the power receiving device is mounted; a power transmission circuit that generates a high-frequency high voltage; a power transmission device having a power-transmission-side active electrode and a power-transmission-side passive electrode to which the high-frequency high voltage is applied;
And a power receiving device having a power receiving side active electrode and a power receiving side passive electrode connected to the power receiving circuit, the power transmitting side active electrode and the power receiving side active electrode, and the power transmitting side passive electrode. And the power receiving side passive electrode, respectively, and a power transmission device used in a wireless power transmission system for transmitting power from the power transmission device to the power receiving device,
The power transmission side active electrode includes a power transmission side first active electrode extending in a strip shape in the first direction through the center of the placement surface, and a second direction passing through the center of the placement surface and intersecting the first direction. A second active electrode on the power transmission side extending in a belt shape,
The power transmission apparatus provided with the switching circuit which switches supply of the said high frequency high voltage to the said power transmission side 1st active electrode or the said power transmission side 2nd active electrode.
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