JP5672898B2 - Power transmission system - Google Patents
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Description
本発明はワイヤレスで電力を伝送する電力伝送システムに関するものである。 The present invention relates to a power transmission system that wirelessly transmits power.
代表的なワイヤレス電力伝送システムとして、送電装置のコイル（一次コイル）から受電装置のコイル（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 that transmits power from a coil (primary coil) of a power transmission device to a coil (secondary coil) of a power reception device using a magnetic field is known. 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、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、この順に重ねられ、それらの中心を通る法線を共有している。 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 overlapped in this order and share a normal line passing through the center thereof.
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それぞれのアクティブ電極およびパッシブ電極が長手方向に一つの軸に沿って配置されているので、広範囲に亘る位置関係で送電装置と受電装置は電界結合して電力伝送できる。しかし、図１に示したように、位置自由度を高くする目的で送電装置側アクティブ電極３の面積を広くした場合に、次に述べる問題が生じる。
In the power transmission system of
図１中の矢印線は電極間に生じる電気力線を概念的に表している。このように送電装置側アクティブ電極３と受電装置側パッシブ電極７との間に浮遊容量が生じてしまう。それとともに、送電装置側アクティブ電極３が、送電装置側パッシブ電極２と受電装置側パッシブ電極７との結合を遮蔽してしまう。その結果、送電装置と受電装置間の結合度が小さくなって、電力伝送効率が著しく低下するおそれがある。
The arrow lines in FIG. 1 conceptually represent the lines of electric force generated between the electrodes. In this way, stray capacitance is generated between the power transmitting device side
本発明は、電力伝送に寄与しない浮遊容量を小さくし、必要な結合を確保して、装置を大型化することなく電力伝送効率を高めた電力伝送システムを提供することを目的としている。 An object of the present invention is to provide a power transmission system in which stray capacitance that does not contribute to power transmission is reduced, necessary coupling is ensured, and power transmission efficiency is increased without increasing the size of the apparatus.
本発明の電力伝送システムは、アクティブ電極およびパッシブ電極をそれぞれ有する、第１と第２の二つの電力伝送装置を備え、前記第１と第２の電力伝送装置のアクティブ電極同士の間に生じる容量およびパッシブ電極同士の間に生じる容量で前記第１と第２の電力伝送装置が結合する電力伝送システムにおいて、
第１の電力伝送装置のアクティブ電極の形成領域の面積をSta、第１の電力伝送装置のパッシブ電極の形成領域の面積をStp、第２の電力伝送装置のアクティブ電極の形成領域の面積をSra、第２の電力伝送装置のパッシブ電極の形成領域の面積をSrpで表すと、
Sta≦Stp，Sra≦Srp
の関係であり、
第１の電力伝送装置のアクティブ電極または第２の電力伝送装置のアクティブ電極のうち少なくとも一方は、形成領域の一部に非導体部を有する一体形状の電極であり、前記第１の電力伝送装置のパッシブ電極と前記第２の電力伝送装置のパッシブ電極との間に重ねられ、
前記第１の電力伝送装置のパッシブ電極と前記第２の電力伝送装置のパッシブ電極とは、前記第１の電力伝送装置のパッシブ電極と前記第２の電力伝送装置のパッシブ電極との間に重ねられた前記アクティブ電極の前記非導体部を介して結合するものである。
The power transmission system according to the present invention includes first and second power transmission devices each having an active electrode and a passive electrode, and a capacitance generated between the active electrodes of the first and second power transmission devices. And a power transmission system in which the first and second power transmission devices are coupled with each other with a capacitance generated between the passive electrodes,
The area of the active electrode formation region of the first power transmission device is Sta, the area of the passive electrode formation region of the first power transmission device is Stp, and the area of the active electrode formation region of the second power transmission device is Sra. When the area of the passive electrode formation region of the second power transmission device is represented by Srp,
Sta ≦ Stp, Sra ≦ Srp
Relationship
At least one of the active electrode of the first power transmission device or the active electrode of the second power transmission device is an integral electrode having a non-conductor portion in a part of the formation region, and the first power transmission device Between the passive electrode and the passive electrode of the second power transmission device,
The passive electrode of the first power transmission device and the passive electrode of the second power transmission device are overlapped between the passive electrode of the first power transmission device and the passive electrode of the second power transmission device. It couple | bonds through the said non-conductor part of the said active electrode .
この構成により、パッシブ電極同士の結合容量が増大し、高い結合度が得られるので電力伝送効率を高めることができる。したがって、二つの電力伝送装置の相対位置関係の自由度を高めるとともに、電力伝送効率を改善した電力伝送システムが実現できる。 With this configuration, the coupling capacity between the passive electrodes increases and a high degree of coupling can be obtained, so that the power transmission efficiency can be increased. Therefore, it is possible to realize a power transmission system that increases the degree of freedom of the relative positional relationship between the two power transmission devices and improves the power transmission efficiency.
前記アクティブ電極の非導体部の幅をＧ、導体部の幅をＷで表すと、電極比率Ｗ／（Ｗ＋Ｇ）は１０％〜５０％の範囲内である。
この構造により、受電装置および送電装置のパッシブ電極間の結合を充分に高めることができる。
When the width of the non-conductor portion of the active electrode is represented by G and the width of the conductor portion is represented by W, the electrode ratio W / (W + G) is in the range of 10% to 50%.
With this structure, the coupling between the power receiving device and the passive electrode of the power transmission device can be sufficiently increased.
前記電極比率を１０％〜３５％の範囲内とすれば、受電装置および送電装置のパッシブ電極間の結合をさらに充分に高めることができる。 When the electrode ratio is in the range of 10% to 35%, the coupling between the passive electrodes of the power receiving device and the power transmitting device can be further sufficiently increased.
また、例えば、第１、第２の電力伝送装置のうち少なくとも一方の電力伝送装置のアクティブ電極およびパッシブ電極は、枠状、縞状または格子状の導体部が平面方向に周期的に配列され、前記アクティブ電極の非導体部で前記パッシブ電極の枠部が交差する。 Further, for example, the active electrode and the passive electrode of at least one of the first and second power transmission devices have a frame-like, striped, or grid-like conductor portion periodically arranged in the plane direction, The frame portion of the passive electrode intersects with the non-conductive portion of the active electrode.
この構造により、第１の電力伝送装置側アクティブ電極と第１の電力伝送装置側パッシブ電極との間の浮遊容量が削減されるとともに、第１の電力伝送装置側パッシブ電極と第２の電力伝送装置側パッシブ電極との間の結合容量が増す。その結果、第１の電力伝送装置と第２の電力伝送装置との間の結合度が高まる。
この構造により、アクティブ電極とパッシブ電極との間の浮遊容量を低減できる。
With this structure, the stray capacitance between the first power transmission device side active electrode and the first power transmission device side passive electrode is reduced, and the first power transmission device side passive electrode and the second power transmission are reduced. The coupling capacity between the device side passive electrode increases. As a result, the degree of coupling between the first power transmission device and the second power transmission device is increased.
With this structure, stray capacitance between the active electrode and the passive electrode can be reduced.
また、例えば第１の電力伝送装置のアクティブ電極は、枠状、縞状または格子状の導体部が平面方向に周期的に配列され、第１の電力伝送装置のアクティブ電極を第２の電力伝送装置に投影した時に第２の電力伝送装置のアクティブ電極の内側に収まる第１の電力伝送装置のアクティブ電極の非導体部が、第１の電力伝送装置のアクティブ電極の配列方向に二つ以上、且つ、この配列方向に直交する方向に二つ以上存在する。 Further, for example, the active electrode of the first power transmission device has a frame-like, striped, or grid-like conductor portion periodically arranged in the plane direction, and the active electrode of the first power transmission device is used as the second power transmission. Two or more non-conductive portions of the active electrode of the first power transmission device that fit inside the active electrode of the second power transmission device when projected onto the device are arranged in the arrangement direction of the active electrodes of the first power transmission device, Two or more exist in a direction orthogonal to the arrangement direction.
この構造により、平面方向の位置による第１、第２のアクティブ電極同士の結合容量の変動が少なくなる。 With this structure, the variation in the coupling capacitance between the first and second active electrodes due to the position in the planar direction is reduced.
また、例えば第１の電力伝送装置のアクティブ電極は、枠状、縞状または格子状の導体部が平面方向に周期的に配列され、第２の電力伝送装置のパッシブ電極は枠状の導体であり、第２の電力伝送装置のアクティブ電極は第２の電力伝送装置のパッシブ電極の内側に収まる大きさの導体である。 Further, for example, the active electrode of the first power transmission device has a frame-like, striped or grid-like conductor portion periodically arranged in the plane direction, and the passive electrode of the second power transmission device is a frame-like conductor. The active electrode of the second power transmission device is a conductor that fits inside the passive electrode of the second power transmission device.
この構造により、第２の電力伝送装置のアクティブ電極とパッシブ電極間の浮遊容量が低減されるとともに、第１、第２の電力伝送装置のアクティブ電極間の結合容量およびパッシブ電極間の結合容量を大きくすることができる。 With this structure, the stray capacitance between the active electrode and the passive electrode of the second power transmission device is reduced, and the coupling capacitance between the active electrode and the passive electrode of the first and second power transmission devices is reduced. Can be bigger.
本発明によれば、送電装置側パッシブ電極と受電装置側パッシブ電極との結合容量が増大し、高い結合度が得られるので電力伝送効率を高めることができる。したがって、送電装置と受電装置との位置関係の自由度を高めるとともに、電力伝送効率を改善したワイヤレス電力伝送システムが実現できる。 According to the present invention, the coupling capacity between the power transmitting device side passive electrode and the power receiving device side passive electrode is increased, and a high degree of coupling can be obtained, so that power transmission efficiency can be increased. Accordingly, it is possible to realize a wireless power transmission system in which the degree of freedom of the positional relationship between the power transmission device and the power reception device is increased and the power transmission efficiency is improved.
《第１の実施形態》
図２は第１の実施形態に係る電力伝送システム３０１を構成する送電装置１０１と受電装置２０１の斜視図である。この送電装置１０１と受電装置２０１とでワイヤレス電力伝送システムを構成している。送電装置１０１は本発明の第１の電力伝送装置に相当し、受電装置２０１は本発明の第２の電力伝送装置に相当する。第１、第２の電力伝送装置のうち一方が送電装置、他方が受電装置になることは、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。
<< First Embodiment >>
FIG. 2 is a perspective view of the
送電装置１０１は、その筐体１１１内に送電装置側パッシブ電極２と送電装置側アクティブ電極３１を備えている。受電装置２０１は、その筐体２１１内に受電装置側パッシブ電極７と受電装置側アクティブ電極６を備えている。
The
送電装置１０１に受電装置２０１を載置することによって、送電装置側アクティブ電極３１と受電装置側アクティブ電極６との間に容量が生じ、且つ送電装置側パッシブ電極２と受電装置側パッシブ電極７との間に容量が生じる。この容量で電界結合した状態で、送電装置１０１は受電装置２０１へ電力を伝送する。
By placing the
送電装置側パッシブ電極２、送電装置側アクティブ電極３１、受電装置側アクティブ電極６および受電装置側パッシブ電極７はこの順に重ねられている。送電装置側アクティブ電極３１と受電装置側アクティブ電極６とが空隙を介して近接することにより、互いに電界結合する。また送電装置側パッシブ電極２と受電装置側パッシブ電極７とが電界結合する。送電装置側アクティブ電極３１と受電装置側アクティブ電極６とは、送電装置側パッシブ電極２と受電装置側パッシブ電極７のいずれよりも高電圧である。このような各電極の位置関係および各電極の電圧の関係となることは、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。
The power transmission device side
図３は第１の実施形態に係る電力伝送システム３０１の概略断面図である。送電装置１０１の筐体１１１内の下面付近には送電装置側パッシブ電極２が形成されている。また、筐体１１１内の上面付近には送電装置側アクティブ電極３１が形成されている。受電装置２０１の筐体２１１内の上面付近には受電装置側パッシブ電極７が形成されている。また、筐体２１１内の下面付近には受電装置側アクティブ電極６が形成されている。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the
送電装置側パッシブ電極２とアクティブ電極３１との間には高周波高電圧発生回路１が接続されている。受電装置側パッシブ電極７とアクティブ電極６との間には負荷回路５が接続されている。
A high frequency high
ここで、送電装置１０１のアクティブ電極３１の形成領域の面積をSta、送電装置１０１のパッシブ電極２の形成領域の面積をStp、受電装置２０１のアクティブ電極６の形成領域の面積をSra、受電装置２０１のパッシブ電極７の形成領域の面積をSrpで表すと、
Sta=Stp，Sra<Srp，Sra<Sta
の関係である。
Here, the area of the formation region of the
Sta = Stp, Sra <Srp, Sra <Sta
It is a relationship.
図３中の矢印線は電極間に生じる電気力線を概念的に表している。送電装置側アクティブ電極３１は正方格子状である。そのため、送電装置側アクティブ電極３１が、送電装置側パッシブ電極２と受電装置側パッシブ電極７との結合を遮蔽せず、受電装置側パッシブ電極７と送電装置側パッシブ電極２との間に容量が生じる。その結果、送電装置側アクティブ電極３１が受電装置側パッシブ電極７より拡がっているにもかかわらず、送電装置１０１と受電装置２０１間の結合度が大きく、必要な電力伝送効率が得られる。
The arrow lines in FIG. 3 conceptually represent the lines of electric force generated between the electrodes. The power transmission device side
図４はワイヤレス電力伝送システムの等価回路図である。この図４において、送電装置１０１の高周波電圧発生回路ＯＳＣは例えば１００ｋＨｚ〜数１０ＭＨｚの高周波電圧を発生する。昇圧トランスＴＧおよびインダクタＬＧによる昇圧回路３７は、高周波電圧発生回路ＯＳＣの発生する電圧を昇圧してパッシブ電極２とアクティブ電極３１との間に印加する。キャパシタＣＧはパッシブ電極２とアクティブ電極３１とによる容量である。昇圧回路３７とキャパシタＣＧは共振回路を構成する。受電装置２０１のパッシブ電極５とアクティブ電極６との間には、降圧トランスＴＬおよびインダクタＬＬによる降圧回路４５が接続されている。キャパシタＣＬはパッシブ電極５とアクティブ電極６とによる容量である。降圧回路４５とキャパシタＣＬは共振回路を構成する。降圧トランスＴＬの二次側には負荷ＲＬが接続されている。この負荷ＲＬは、ダイオードとコンデンサによる整流平滑回路および二次電池で構成されている。降圧回路４５と負荷ＲＬとで構成される回路が本発明の「負荷回路」に相当する。キャパシタＣｍは容量結合の状態を示している。
FIG. 4 is an equivalent circuit diagram of the wireless power transmission system. In FIG. 4, the high-frequency voltage generation circuit OSC of the
次に、送電装置１０１と受電装置２０１の各電極の構造と結合特性について示す。
図５（Ａ）、図５（Ｂ）は、送電装置１０１と受電装置２０１の各電極の形状、寸法、および位置関係を示す図である。図５（Ａ）は、送電装置側パッシブ電極２の幅Ｗｔｐ、送電装置側アクティブ電極３１の最外周幅Ｗｔａ、受電装置側アクティブ電極６の幅Ｗｒａ、受電装置側パッシブ電極７の幅Ｗｒｐ、送電装置側のパッシブ電極２とアクティブ電極３１との間隙Ｇｔ、受電装置側のパッシブ電極７とアクティブ電極６との間隙Ｇｒ、送電装置側アクティブ電極３１と受電装置側アクティブ電極６との間隙Ｇｔｒをそれぞれ示している。各部の寸法は次のとおりである。
Next, the structure and coupling characteristics of each electrode of the
FIGS. 5A and 5B are diagrams illustrating the shapes, dimensions, and positional relationships of the electrodes of the
Ｗｔｐ＝２４０ｍｍ
Ｗｔａ＝２４０ｍｍ
Ｗｒｐ＝１００ｍｍ
Ｗｒａ＝３０ｍｍ
Ｇｔ＝３ｍｍ
Ｇｒ＝５ｍｍ
Ｇｔｒ＝０．２ｍｍ
送電装置側アクティブ電極３１は、図５（Ｂ）に示すように、孔である非導体部Ｈおよび導体部Ｅの枠部が平面方向に（平面に沿って）周期的に配列されたものである。ここで、導体部Ｅの幅をＷ、非導体部Ｈの幅をＧ、で表すと、Ｗ／（Ｗ＋Ｇ）で電極比率を表すことができる。導体Ｅの配置ピッチをＰで表すと、電極比率はＷ／Ｐで表すこともできる。
Wtp = 240mm
Wta = 240mm
Wrp = 100mm
Wra = 30mm
Gt = 3mm
Gr = 5mm
Gtr = 0.2mm
As shown in FIG. 5 (B), the power transmitting device side
図６は、図５（Ａ）に示した条件で前記電極比率を変化させたときの、電極比率に対する、送電装置と受電装置との結合度Ｃ／Ｃ０の関係を示す図である。ここでＣは等価結合容量（Ｃｍ）、Ｃ０は非導体部がない場合の等価結合容量（Ｃｍ）である。電極比率Ｗ／Ｐ＝１００％は、非導体部の無い従来構造に相当する。図６に表れているように、電極比率を１００から小さくしていくと、すなわち非導体部の割合を増していくと、結合度Ｃ／Ｃ０は増大する。電極比率Ｗ／（Ｗ＋Ｇ）＝２０％程度で結合度Ｃ／Ｃ０は最大になる。このとき、非導体部が無い状態に比べて結合度は８倍にも増大する。電極比率を２０％よりさらに小さくすると、結合度Ｃ／Ｃ０は少し低下する。 FIG. 6 is a diagram showing the relationship of the degree of coupling C / C0 between the power transmitting device and the power receiving device with respect to the electrode ratio when the electrode ratio is changed under the conditions shown in FIG. Here, C is an equivalent coupling capacity (Cm), and C0 is an equivalent coupling capacity (Cm) when there is no non-conductor portion. The electrode ratio W / P = 100% corresponds to a conventional structure having no non-conductor portion. As shown in FIG. 6, when the electrode ratio is decreased from 100, that is, the ratio of the non-conductor portion is increased, the degree of coupling C / C0 increases. The degree of coupling C / C0 is maximized when the electrode ratio W / (W + G) is about 20%. At this time, the degree of coupling increases by a factor of eight compared to the state without the non-conductor portion. When the electrode ratio is further reduced below 20%, the degree of coupling C / C0 is slightly reduced.
このように、全体的には電極比率を小さくするほど結合度は増すが、最適値が存在する。したがって、送電装置側のパッシブ電極２、アクティブ電極３１、受電装置側のパッシブ電極７、アクティブ電極６の寸法および位置関係が定まれば、あとは結合度が最大になるように、送電装置側アクティブ電極３１の電極比率を決定すればよい。
As described above, the coupling degree increases as the electrode ratio is reduced as a whole, but an optimum value exists. Therefore, once the dimensions and positional relationships of the
電極比率Ｗ／（Ｗ＋Ｇ）が１０％〜５０％の範囲内であれば結合度は５倍以上になるので充分な改善効果がある。また、前記電極比率Ｗ／（Ｗ＋Ｇ）が１０％〜３５％の範囲内で結合度は７倍以上となって、さらなる改善効果が得られる。 If the electrode ratio W / (W + G) is in the range of 10% to 50%, the degree of coupling is 5 times or more, so that there is a sufficient improvement effect. Further, when the electrode ratio W / (W + G) is within a range of 10% to 35%, the degree of coupling becomes 7 times or more, and a further improvement effect is obtained.
送電装置側アクティブ電極３１を受電装置側アクティブ電極６に投影したときの、送電装置側アクティブ電極３１を受電装置に投影した時に受電装置側アクティブ電極６の面積に収まる送電装置側アクティブ電極３１の非導体部は、送電装置側アクティブ電極３１の配列方向に少なくとも二つ（２本）、且つ、その配列方向に直交する方向に少なくとも二つ（２本）存在する。
When the power transmission device side
上記条件であれば、平面方向に位置ずれした場合であっても、送電装置側アクティブ電極３１の１本の導体部を受電装置側アクティブ電極６に確実に対向させることができる。すなわち載置位置のずれによる結合容量の変化幅が小さく安定した結合度が得られ、且つ二つのパッシブ電極２，７同士の結合容量を確保できる。
If it is the said conditions, even if it is a case where it shifts | deviates to a plane direction, one conductor part of the power transmission apparatus side
なお、高周波高電圧発生回路１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、高周波高電圧発生回路１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３１、送電装置側パッシブ電極２、受電装置側アクティブ電極６、受電装置側パッシブ電極７のそれぞれの面積が小さくても（小さい割りに）送電装置１０１と受電装置２０１のアクティブ電極同士およびパッシブ電極同士の結合度を高めることができる。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。
The frequency of the AC voltage generated by the high-frequency high-
《第２の実施形態》
図７は第２の実施形態に係る電力伝送システム３０２の概略断面図である。送電装置１０２の筐体１１２内の上面付近には送電装置側パッシブ電極２１が形成されている。また、筐体１１２内の上面付近には送電装置側アクティブ電極３１が形成されている。受電装置２０２の筐体２１２内の下面付近には受電装置側パッシブ電極７１が形成されている。また、筐体２１２内の下面付近には受電装置側アクティブ電極６が形成されている。
<< Second Embodiment >>
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of a
図７では図示を省略しているが、送電装置側パッシブ電極２１とアクティブ電極３１との間には高周波高電圧発生回路が接続されている。また、受電装置側パッシブ電極７１とアクティブ電極６との間には負荷回路が接続されている。
Although not shown in FIG. 7, a high-frequency and high-voltage generation circuit is connected between the power transmission device side
ここで、送電装置１０２のアクティブ電極３１の形成領域の面積をSta、送電装置１０２のパッシブ電極２１の形成領域の面積をStp、受電装置２０２のアクティブ電極６の形成領域の面積をSra、受電装置２０２のパッシブ電極７１の形成領域の面積をSrpで表すと、
Sta<Stp，Sra<Srp，Sra<Sta
の関係である。
Here, the area of the formation region of the
Sta <Stp, Sra <Srp, Sra <Sta
It is a relationship.
図８（Ａ）は送電装置側のパッシブ電極２１とアクティブ電極３１の形状および平面視したときの位置関係を示している。図８（Ｂ）は受電装置側のパッシブ電極７１とアクティブ電極６の形状および平面視したときの位置関係を示している。
FIG. 8A shows the shape of the
この第２の実施形態では、送電装置側のパッシブ電極２１とアクティブ電極３１は共に正方格子状である。このアクティブ電極３１の非導体部の中心にパッシブ電極２１の格子の交差部が位置するように、アクティブ電極３１とパッシブ電極２１の形状および平面視したときの位置関係を定めている。
In the second embodiment, both the
また、この第２の実施形態では、受電装置側パッシブ電極７１を矩形の枠状に形成している。そして、受電装置側アクティブ電極６は受電装置側パッシブ電極７１の内側に収まる大きさに形成している。
In the second embodiment, the power receiving device side
このように、送電装置側のパッシブ電極２１とアクティブ電極３１の双方を格子状にしたことにより、両者間に生じる浮遊容量を低減できる。しかも、アクティブ電極３１の非導体部の中心にパッシブ電極２１の格子の交差部が位置するように配置したことにより、両者間に生じる浮遊容量を効果的に低減できる。
Thus, by forming both the
また、受電装置側についても、受電装置側のパッシブ電極７１とアクティブ電極６との間の実質的な対向面積が小さく、対向距離が大きいので、両者間に生じる浮遊容量を低減できる。
Moreover, since the substantial facing area between the
以上に示した構成により、送電装置側パッシブ電極と受電装置側パッシブ電極との結合容量が増大するだけなく、送電装置１０２と受電装置２０２のそれぞれでの浮遊容量が減少するので、送電装置１０２と受電装置２０２との高い結合度が得られる。その結果、電力伝送効率を高めることができる。
With the configuration described above, not only the coupling capacitance between the power transmission device side passive electrode and the power reception device side passive electrode increases, but also the stray capacitance in each of the
《第３の実施形態》
図９は第３の実施形態に係る電力伝送システム３０３の概略断面図である。送電装置１０３の筐体１１３内の上面付近には送電装置側パッシブ電極２１が形成されている。また、筐体１１３内の上面付近には送電装置側アクティブ電極３１が形成されている。受電装置２０３の筐体２１３内の下面付近には受電装置側パッシブ電極７２が形成されている。また、筐体２１３内の下面付近には受電装置側アクティブ電極６１が形成されている。
<< Third Embodiment >>
FIG. 9 is a schematic cross-sectional view of a
図９では図示を省略しているが、送電装置側パッシブ電極２１とアクティブ電極３１との間には高周波高電圧発生回路が接続されている。また、受電装置側パッシブ電極７２とアクティブ電極６１との間には負荷回路が接続されている。
Although not shown in FIG. 9, a high-frequency and high-voltage generation circuit is connected between the power transmission device side
ここで、送電装置１０３のアクティブ電極３１の形成領域の面積をSta、送電装置１０３のパッシブ電極２１の形成領域の面積をStp、受電装置２０３のアクティブ電極６１の形成領域の面積をSra、受電装置２０３のパッシブ電極７２の形成領域の面積をSrpで表すと、
Sta<Stp，Sra<Srp，Sra<Sta
の関係である。
Here, the area of the formation region of the
Sta <Stp, Sra <Srp, Sra <Sta
It is a relationship.
図１０（Ａ）は送電装置側のパッシブ電極２１とアクティブ電極３１の形状および平面視したときの位置関係を示している。図１０（Ｂ）は受電装置側パッシブ電極７２とアクティブ電極６１の形状および平面視したときの位置関係を示している。
FIG. 10A shows the shape of the
この第３の実施形態では、送電装置側のパッシブ電極２１とアクティブ電極３１は共に正方格子状である。このアクティブ電極３１の非導体部の中心にパッシブ電極２１の格子の交差部が位置するように、アクティブ電極３１とパッシブ電極２１の形状および平面視したときの位置関係を定めている。アクティブ電極３１の導体幅Ｗｔａはパッシブ電極２１の導体幅Ｗｔｐより細くしている。アクティブ電極３１の導体配置ピッチ（格子間ピッチ）とパッシブ電極２１の導体配置ピッチ（格子間ピッチ）は同じである。したがって、アクティブ電極３１の電極比率はパッシブ電極２１の電極比率より小さい。図６に例示したように、電極比率によって結合度が変化するので、この電極比率は、最も高い結合度が得られるように定めればよい。
In the third embodiment, both the
第３の実施形態では、受電装置側のパッシブ電極７２とアクティブ電極６１の両方が正方格子状である。但し、図１０（Ｂ）に示した例では、パッシブ電極７２とアクティブ電極６１共に格子が粗くて１ピッチ分の格子形状である。そのため、パッシブ電極７２は格子状に見えるが、アクティブ電極６１は十字形状に見える。このアクティブ電極６１の十字の交差部はパッシブ電極７２の非導体部の中心に位置している。
In the third embodiment, both the
このように、受電装置側のパッシブ電極７２とアクティブ電極６１を格子状にした場合も、受電装置側のパッシブ電極７２とアクティブ電極６１との間の実質的な対向面積が小さく、対向距離が大きいので、両者間に生じる浮遊容量を低減できる。また、受電装置側のパッシブ電極７２とアクティブ電極６１の導体幅Ｗｒｐ，Ｗｒａを定めて電極比率を変化させると、送電装置と受電装置との結合度が変化するので、最も高い結合度が得られるように、受電装置側のパッシブ電極７２とアクティブ電極６１のそれぞれの電極比率を定めればよい。
Thus, even when the
《第４の実施形態》
図１１は第４の実施形態に係る電力伝送システムに備える送電装置のパッシブ電極２２とアクティブ電極３１の形状および平面視したときの位置関係を示す図である。
図１１に示すように、アクティブ電極３１とパッシブ電極２２の両電極とも格子状である。パッシブ電極２２のうち、平面視でアクティブ電極３１と重なる部分の導体幅Ｗｐ２は他の部分の導体幅Ｗｐ１より細い。
<< Fourth Embodiment >>
FIG. 11 is a diagram illustrating the shapes of the
As shown in FIG. 11, both the
なお、アクティブ電極３１のうち、平面視でパッシブ電極２２と重なる部分の導体幅を他の部分の導体幅より細くしてもよい。また、パッシブ電極２２とアクティブ電極３１の両方について、平面視で重なる部分の導体幅を細くしてもよい。
In addition, you may make the conductor width of the part which overlaps with the
このようにして、アクティブ電極とパッシブ電極とが平面視で交差する部分の導体幅を細くすることにより、アクティブ電極とパッシブ電極との間の浮遊容量が低減される。したがって容量結合度が高まり、電力伝送効率がさらに改善できる。 In this way, the stray capacitance between the active electrode and the passive electrode is reduced by reducing the conductor width at the portion where the active electrode and the passive electrode intersect in plan view. Accordingly, the degree of capacitive coupling is increased and the power transmission efficiency can be further improved.
《第５の実施形態》
図１２は第５の実施形態に係る電力伝送システム３０５の概略断面図である。送電装置１０５の筐体１１５内の上面付近には送電装置側パッシブ電極２２が形成されている。また、筐体１１５内の上面付近には送電装置側アクティブ電極３が形成されている。受電装置２０５の筐体２１５内の下面付近には受電装置側パッシブ電極７が形成されている。また、筐体２１５内の下面付近には受電装置側アクティブ電極６２が形成されている。
<< Fifth Embodiment >>
FIG. 12 is a schematic cross-sectional view of a
図１２では図示を省略しているが、送電装置側パッシブ電極２２とアクティブ電極３との間には高周波高電圧発生回路が接続されている。また、受電装置側パッシブ電極７とアクティブ電極６２との間には負荷回路が接続されている。
Although not shown in FIG. 12, a high frequency high voltage generation circuit is connected between the power transmission device side
ここで、送電装置１０５のアクティブ電極３の形成領域の面積をSta、送電装置１０５のパッシブ電極２２の形成領域の面積をStp、受電装置２０５のアクティブ電極６２の形成領域の面積をSra、受電装置２０５のパッシブ電極７の形成領域の面積をSrpで表すと、
Sta<Stp，Sra<Srp，Sra>Sta
の関係である。
Here, the area of the formation region of the
Sta <Stp, Sra <Srp, Sra> Sta
It is a relationship.
送電装置のパッシブ電極２２の形状は矩形枠状、アクティブ電極３の形状は矩形状である。受電装置側パッシブ電極７は非導体部の無い矩形状の導体板で構成されている。受電装置側アクティブ電極６２は正方格子状の導体板で構成されている。
The
この第５の実施形態では、受電装置側アクティブ電極６２の最外周幅が送電装置側アクティブ電極３の幅より大きい。このような関係であっても、受電装置側アクティブ電極６２に非導体部が配列されているため、受電装置側アクティブ電極６２が、送電装置側パッシブ電極２２と受電装置側パッシブ電極７との結合を遮蔽せず、受電装置側パッシブ電極７と送電装置側パッシブ電極２２との間に容量が生じる。
このように、非導体部を備える電極を受電装置側にのみ設けてもよい。
In the fifth embodiment, the outermost peripheral width of the power receiving device side
In this manner, an electrode including a non-conductor portion may be provided only on the power receiving device side.
《第６の実施形態》
これまでに示した非導体部及び導体部の枠状または格子状のパターンは２次元状に拡がるものに限らず、１次元状に拡がるパターンであってもよい。第６の実施形態では、非導体部と導体部が縞状である例を示す。
<< Sixth Embodiment >>
The frame-like or lattice-like pattern of the non-conductor portion and the conductor portion shown so far is not limited to a two-dimensional pattern, but may be a pattern that extends one-dimensionally. In the sixth embodiment, an example in which the non-conductor portion and the conductor portion are striped is shown.
図１３（Ａ）は第６の実施形態に係る送電装置側のパッシブ電極とアクティブ電極の形状および平面視したときの位置関係を示す図である。図１３（Ｂ）は第６の実施形態に係る電力伝送システムの概略断面図である。 FIG. 13A is a diagram illustrating the shape of the passive electrode and the active electrode on the power transmission device side according to the sixth embodiment and the positional relationship when viewed in plan. FIG. 13B is a schematic cross-sectional view of the power transmission system according to the sixth embodiment.
送電装置１０６の筐体１１６内には送電装置側パッシブ電極２３が形成されている。また、筐体１１６内の上面付近には送電装置側アクティブ電極３３が形成されている。受電装置２０６の筐体２１６内には受電装置側パッシブ電極７が形成されている。また、筐体２１６内の下面付近には受電装置側アクティブ電極６が形成されている。
A power transmission device-side
第４の実施形態では導体部を図１１に示すように、アクティブ電極３１とパッシブ電極２２の両電極とも格子状である。パッシブ電極２２のうち、平面視でアクティブ電極３１と重なる部分の導体幅Ｗｐ２は他の部分の導体幅Ｗｐ１より細い。導体幅を細くしたとしても平面視でアクティブ電極３１と重なる部分で容量が発生する。第４の実施形態では送電装置側のパッシブ電極２２とアクティブ電極３１間の浮遊容量の増加を低減するためにパッシブ電極２２とアクティブ電極３１との距離を大きく保つ必要がある。
In the fourth embodiment, as shown in FIG. 11, both the
これに対して、図１３に示すくし歯電極では送電装置側のアクティブ電極３３とパッシブ電極２３がそれぞれくし歯電極形状とされ、平面視で互いに間挿し合っている。そのため、平面視でパッシブ電極２３がアクティブ電極３３と重なる部分がない。従ってパッシブ電極２３とアクティブ電極３３の距離を近づけたとしても送電装置側のパッシブ電極２３とアクティブ電極３３との間の浮遊容量の増加を低減できる。よって、送電装置を薄型化することができる。
On the other hand, in the comb electrode shown in FIG. 13, the
《他の実施形態》
以上に示した幾つかの実施形態では、送電装置または受電装置のパッシブ電極が枠状の導体部を備えるようにしたが、送電装置と受電装置のいずれについても、パッシブ電極が格子状の導体部を備える電極であってもよい。この構造により、パッシブ電極とアクティブ電極間の浮遊容量を低減できる。
<< Other embodiments >>
In some embodiments described above, the passive electrode of the power transmitting device or the power receiving device is provided with the frame-shaped conductor portion. However, the passive electrode is a grid-shaped conductor portion for both the power transmitting device and the power receiving device. It may be an electrode provided with. With this structure, stray capacitance between the passive electrode and the active electrode can be reduced.
また、格子状である導体部の形状は、正方格子状に限らず、六角格子状や三角格子状であってもよい。また、非導体部の形状は正方形、六角形、三角形のような多角形に限らず、円形や楕円形であってもよい。 Further, the shape of the conductor portion having a lattice shape is not limited to a square lattice shape, and may be a hexagonal lattice shape or a triangular lattice shape. The shape of the non-conductor portion is not limited to a polygon such as a square, hexagon, or triangle, and may be a circle or an ellipse.
また、導体部が平面方向に完全に周期的に配列されたものである必要はない。部分的に導体部が平面方向に非周期的に配列されていてもよい。導体部が平面方向に実質的に周期的に配列されていてもよい。 Moreover, it is not necessary that the conductor portions are arranged periodically in the plane direction. The conductor portions may be partially aperiodically arranged in the planar direction. The conductor portions may be arranged substantially periodically in the planar direction.
ＣＧ…キャパシタ
ＣＬ…キャパシタ
Ｃｍ…キャパシタ
Ｅ…導体部
Ｇｒ，Ｇｔ，Ｇｔｒ…間隙
Ｈ…非導体部
ＬＧ，ＬＬ…インダクタ
ＯＳＣ…高周波電圧発生回路
ＲＬ…負荷
ＴＧ…昇圧トランス
ＴＬ…降圧トランス
１…高周波高電圧発生回路
２…送電装置側パッシブ電極
３…送電装置側アクティブ電極
５…負荷回路
６…受電装置側アクティブ電極
７…受電装置側パッシブ電極
２１，２２，２３…送電装置側パッシブ電極
３１，３３…送電装置側アクティブ電極
３７…昇圧回路
４５…降圧回路
６１，６２…受電装置側アクティブ電極
７１，７２…受電装置側パッシブ電極
１０１〜１０３，１０５…送電装置
１１１〜１１３，１１５，１１６…筐体
２０１〜２０３，２０５…受電装置
２１１〜２１３，２１５，２１６…筐体
３０１〜３０３，３０５，３０６…電力伝送システム
CG ... Capacitor CL ... Capacitor Cm ... Capacitor E ... Conductor portions Gr, Gt, Gtr ... Gap H ... Non-conductor portions LG, LL ... Inductor OSC ... High frequency voltage generation circuit RL ... Load TG ... Step-up transformer TL ... Step-down
Claims (6)
第１の電力伝送装置のアクティブ電極の形成領域の面積をSta、第１の電力伝送装置のパッシブ電極の形成領域の面積をStp、第２の電力伝送装置のアクティブ電極の形成領域の面積をSra、第２の電力伝送装置のパッシブ電極の形成領域の面積をSrpで表すと、
Sta≦Stp，Sra≦Srp
の関係であり、
前記第１の電力伝送装置のアクティブ電極または前記第２の電力伝送装置のアクティブ電極のうち少なくとも一方は、形成領域の一部に非導体部を有する一体形状の電極であり、前記第１の電力伝送装置のパッシブ電極と前記第２の電力伝送装置のパッシブ電極との間に重ねられ、
前記第１の電力伝送装置のパッシブ電極と前記第２の電力伝送装置のパッシブ電極とは、前記第１の電力伝送装置のパッシブ電極と前記第２の電力伝送装置のパッシブ電極との間に重ねられた前記アクティブ電極の前記非導体部を介して結合する、電力伝送システム。 The first and second power transmission devices each having an active electrode and a passive electrode are provided, and a capacitance generated between the active electrodes of the first and second power transmission devices is generated between the passive electrodes. In the power transmission system in which the first and second power transmission devices are combined with each other in capacity,
The area of the active electrode formation region of the first power transmission device is Sta, the area of the passive electrode formation region of the first power transmission device is Stp, and the area of the active electrode formation region of the second power transmission device is Sra. When the area of the passive electrode formation region of the second power transmission device is represented by Srp,
Sta ≦ Stp, Sra ≦ Srp
Relationship
At least one of the active electrode of the first power transmission device or the active electrode of the second power transmission device is an integral electrode having a non-conductor portion in a part of a formation region, and the first power Superimposed between the passive electrode of the transmission device and the passive electrode of the second power transmission device,
The passive electrode of the first power transmission device and the passive electrode of the second power transmission device are overlapped between the passive electrode of the first power transmission device and the passive electrode of the second power transmission device. the coupling through the non-conductive portion of the active electrode, the power transmission system which is.
前記アクティブ電極の非導体部で前記パッシブ電極の枠部が交差する、請求項１〜３のいずれかに記載の電力伝送システム。 The active electrode and the passive electrode of at least one of the first and second power transmission devices have frame-like, striped, or grid-like conductor portions periodically arranged in a plane direction,
The power transmission system according to claim 1, wherein a frame portion of the passive electrode intersects with a non-conductor portion of the active electrode.
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