JP5849630B2 - Power repeater - Google Patents
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Description
本発明は、電力中継器に関する。 The present invention relates to a power repeater.
従来より、給電コイルと受電コイルの間に給電側共鳴コイルと受電側共鳴コイルを設け、非接触で電力を供給し、受電コイルの得た電力で移動体の蓄電部を充電する給電システムがあった。給電側はステーション等に設けられ、受電側は車両等の移動体に搭載される。共鳴コイル間の距離を検出し、距離に応じて給電効率が最大となるように給電コイルと給電側共鳴コイルとの距離、及び受電コイルと受電側共鳴コイルとの距離を可変調整する。 2. Description of the Related Art Conventionally, there has been a power feeding system in which a power feeding resonance coil and a power receiving resonance coil are provided between a power feeding coil and a power receiving coil, power is supplied in a non-contact manner, and the power storage unit of the mobile body is charged with the power obtained by the power receiving coil. It was. The power feeding side is provided in a station or the like, and the power receiving side is mounted on a moving body such as a vehicle. The distance between the resonance coils is detected, and the distance between the power supply coil and the power supply side resonance coil and the distance between the power reception coil and the power reception side resonance coil are variably adjusted so that the power supply efficiency is maximized according to the distance.
ところで、従来の給電システムは、給電側共鳴コイルと受電側共鳴コイルの位置関係を調整していないため、磁気共鳴による受電効率が低下する場合があった。 By the way, since the conventional power feeding system does not adjust the positional relationship between the power supply side resonance coil and the power reception side resonance coil, there is a case where the power reception efficiency by the magnetic resonance is lowered.
このため、受電側における受電効率を改善し、送電側（給電側）から受電側に高効率で電力を中継できる電力中継器が望まれていた。 For this reason, there has been a demand for a power repeater that improves power reception efficiency on the power reception side and can relay power from the power transmission side (power supply side) to the power reception side with high efficiency.
そこで、受電効率を改善した電力中継器を提供することを目的とする。 Therefore, an object is to provide a power repeater with improved power receiving efficiency.
本発明の実施の形態の電力中継器は、交流電源に接続され、移動体の通行経路に沿って配設される１次側コイルと、前記１次側コイルから電磁誘導によって電力を受電する１次側共振コイルと、前記移動体に搭載され、前記１次側共振コイルとの間で生じる磁気共鳴によって前記1次側共振コイルから電力を受電する２次側共振コイルと、前記移動体に搭載され、前記２次側共振コイルから電磁誘導によって電力を受電する２次側コイルと、送電側において前記１次側コイル及び１次側共振コイルよりも前記移動体の通行方向における上流側に配設され、前記移動体の通過を検出するセンサとを含み、前記１次側共振コイルの中心軸の角度は、前記センサによって検出される前記移動体の位置に基づいて設定される。 Form of the power relay of the present invention is connected to an AC power source, for receiving the primary coil that will be disposed along the passage path of the moving body, the power by electromagnetic induction from the primary coil 1 A secondary side resonance coil that is mounted on the moving body and receives power from the primary side resonance coil by magnetic resonance generated between the secondary side resonance coil and the primary side resonance coil, and mounted on the moving body And a secondary coil that receives electric power from the secondary resonance coil by electromagnetic induction, and is disposed on the power transmission side upstream of the primary coil and the primary resonance coil in the passage direction of the moving body. And an angle of a central axis of the primary side resonance coil is set based on a position of the moving body detected by the sensor .
受電効率を改善した電力中継器を提供することができる。 A power repeater with improved power reception efficiency can be provided.
以下、本発明の電力中継器を適用した実施の形態について説明する。 Hereinafter, embodiments to which the power repeater of the present invention is applied will be described.
実施の形態の電力中継器について説明する前に、まず、図１乃至図３を用いて、比較例の電力中継器と問題点について説明する。 Before describing the power repeater of the embodiment, first, the power repeater of the comparative example and problems will be described with reference to FIGS. 1 to 3.
図１（Ａ）は、磁気共鳴を利用した電力中継器の構成を示す図であり、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）に示す電力中継器の等価回路を示す図である。 FIG. 1A is a diagram illustrating a configuration of a power repeater using magnetic resonance, and FIG. 1B is a diagram illustrating an equivalent circuit of the power repeater illustrated in FIG.
図１（Ａ）に示すように、電力中継器１０は、１次側コイル１、１次側共振コイル２、２次側共振コイル３、及び２次側コイル４を含む。
As shown in FIG. 1A, the
１次側コイル１は、ループ状のコイルであり、両端間に交流電源５が接続されている。１次側コイル１は、自己の中心軸が１次側共振コイル２の中心軸と一致するように配設されている。１次側コイル１は、１次側共振コイル２と非接触で近接して配置されており、１次側共振コイル２と電磁界結合される。中心軸を一致させるのは、１次側コイル１と１次側共振コイル２との結合強度を向上させるとともに、磁束の漏れを抑制して、不必要な電磁界が１次側コイル１及び１次側共振コイル２の周囲に発生することを抑制するためである。
The primary coil 1 is a loop-shaped coil, and an AC power supply 5 is connected between both ends. The primary coil 1 is arranged so that its own central axis coincides with the central axis of the
また、図１（Ｂ）の等価回路に示すように、１次側コイル１は、インダクタンスＬ１のコイルとして表すことができる。なお、１次側コイル１は、実際には抵抗成分とキャパシタ成分を含むが、図１（Ｂ）では省略する。 Further, as shown in the equivalent circuit of FIG. 1B, the primary coil 1 can be represented as a coil having an inductance L1. The primary coil 1 actually includes a resistance component and a capacitor component, but is omitted in FIG.
１次側コイル１は、交流電源５から供給される交流電力によって磁界を発生し、電磁誘導により電力を１次側共振コイル２に送電する。
The primary side coil 1 generates a magnetic field by AC power supplied from the AC power source 5 and transmits the power to the primary
図１（Ａ）に示すように、１次側共振コイル２は、１次側コイル１と非接触で近接して配置されて１次側コイル１と電磁界結合されている。また、１次側共振コイル２は、所定の共振周波数を有し、非常に高いＱ値を有するように設計されている。１次側共振コイル２の共振周波数は、２次側共振コイル３の共振周波数と等しくされている。なお、図１（Ａ）では見やすさの観点から１次側共振コイル２の両端は開放されているが、実際には１次側共振コイル２の両端の間には、共振周波数を調整するためのキャパシタが直列に接続される。
As shown in FIG. 1A, the primary
１次側共振コイル２は、所定の間隔を隔てて、自己の中心軸が２次側共振コイル３の中心軸と一致するように配置されている。１次側共振コイル２と２次側共振コイル３との間隔は、例えば、数メートル程度であってもよい。１次側共振コイル２と２次側共振コイル３は、数メートル程度離れていても、磁気共鳴による電力の伝送が可能である。なお、中心軸を一致させるのは、１次側共振コイル２と２次側共振コイル３との間で生じる磁気共鳴を少しでも良好なものにするためである。
The primary
また、図１（Ｂ）の等価回路に示すように、１次側共振コイル２は、インダクタンスＬ２のコイルと、キャパシタンスＣ２のキャパシタを有するループ回路として表すことができる。１次側共振コイル２は、寄生容量を有するため、キャパシタンスＣ２は、１次側共振コイル２の寄生容量と、１次側共振コイル２の両端間に周波数調整用に接続されるキャパシタのキャパシタンスとの合成容量である。なお、１次側共振コイル２は、実際には抵抗成分を含むが、図１（Ｂ）では省略する。
Further, as shown in the equivalent circuit of FIG. 1B, the primary
１次側共振コイル２の共振周波数は、交流電源５が出力する交流電力の周波数と同一の周波数になるように設定されている。１次側共振コイル２の共振周波数は、１次側共振コイル２のインダクタンスＬ２とキャパシタンスＣ２によって決まる。このため、１次側共振コイル２のインダクタンスＬ２とキャパシタンスＣ２は、１次側共振コイル２の共振周波数が、交流電源５から出力される交流電力の周波数と同一の周波数になるように設定されている。
The resonance frequency of the primary
１次側共振コイル２及び２次側共振コイル３の共振周波数は、例えば、２ＭＨｚ、又は、１０ＭＨｚ等の値に設定され、交流電源５からは、１次側共振コイル２及び２次側共振コイル３の共振周波数と同一の周波数の交流電力が出力される。
The resonance frequency of the primary
なお、１次側共振コイル２は、寄生容量だけで共振周波数を設定できる場合は、両端が開放されていてもよい。
Note that both ends of the primary
図１（Ａ）に示すように、２次側共振コイル３は、数メートルの間隔を隔てて配設される。２次側共振コイル３は、自己の中心軸が１次側共振コイル２の中心軸と一致するように配置されている。
As shown in FIG. 1 (A), the secondary side resonance coils 3 are arranged at intervals of several meters. The
図１（Ａ）では見やすさの観点から２次側共振コイル３の両端は開放されているが、実際には２次側共振コイル３の両端間には、共振周波数を調整するためのキャパシタが直列に接続される。
In FIG. 1A, both ends of the secondary
２次側共振コイル３は、１次側共振コイル２と同一の共振周波数を有し、非常に高いＱ値を有するように設計されている。
The
２次側共振コイル３と１次側共振コイル２との間隔は、例えば、数メートル程度であってもよい。２次側共振コイル３と１次側共振コイル２は、数メートル程度離れていても、磁気共鳴による電力の伝送が可能である。
The distance between the
また、２次側共振コイル３は、２次側コイル４と非接触で近接して配置されており、２次側コイル４と電磁界結合されている。
The secondary
また、図１（Ｂ）の等価回路に示すように、２次側共振コイル３は、インダクタンスＬ３のコイルと、キャパシタンスＣ３のキャパシタを有するように表すことができる。２次側共振コイル３は、寄生容量を有するため、キャパシタンスＣ３は、２次側共振コイル３の寄生容量と、２次側共振コイル３の両端間に周波数調整用に接続されるキャパシタのキャパシタンスとの合成容量である。なお、２次側共振コイル３は、実際には抵抗成分を含むが、図１（Ｂ）では省略する。
Further, as shown in the equivalent circuit of FIG. 1B, the secondary
２次側共振コイル３の共振周波数は、２次側共振コイル３のインダクタンスＬ３とキャパシタンスＣ３によって決まる。このため、２次側共振コイル３のインダクタンスＬ３とキャパシタンスＣ３は、２次側共振コイル３の共振周波数が、１次側共振コイル２の共振周波数と、交流電源５から出力される交流電力の周波数と同一の周波数になるように設定されている。
The resonance frequency of the secondary
なお、２次側共振コイル３は、寄生容量だけで共振周波数を設定できる場合は、両端が開放されていてもよい。
Note that both ends of the
図１（Ａ）に示すように、２次側コイル４は、１次側コイル１と同様のループ状のコイルであり、２次側共振コイル３と電磁界結合されるとともに、両端間に負荷回路６が接続されている。
As shown in FIG. 1A, the
２次側コイル４は、自己の中心軸が２次側共振コイル３の中心軸と一致するように配設されている。２次側コイル４は、２次側共振コイル３と非接触で近接して配置されており、２次側共振コイル３と電磁界結合される。中心軸を一致させるのは、２次側共振コイル３と２次側コイル４の結合強度を向上させるとともに、磁束の漏れを抑制して、不必要な電磁界が２次側共振コイル３及び２次側コイル４の周囲に発生することを抑制するためである。
The
また、図１（Ｂ）の等価回路に示すように、２次側コイル４は、インダクタンスＬ４のコイルとして表すことができる。なお、２次側コイル４は、実際には抵抗成分とキャパシタ成分を含むが、図１（Ｂ）では省略する。
Further, as shown in the equivalent circuit of FIG. 1B, the
２次側コイル４は、２次側共振コイル３から電磁誘導により電力を受電し、電力を負荷回路６に供給する。
The
なお、１次側コイル１、１次側共振コイル２、２次側共振コイル３、２次側コイル４は、例えば、銅線を巻回することによって作製される。しかしながら、１次側コイル１、１次側共振コイル２、２次側共振コイル３、２次側コイル４の材質は、銅以外の金属（例えば、金又はアルミニウム等）であってもよい。また、１次側コイル１、１次側共振コイル２、２次側共振コイル３、２次側コイル４の材質は異なっていてもよい。
In addition, the primary side coil 1, the primary
このような電力中継器１０は、１次側コイル１及び１次側共振コイル２が電力の送電側であり、２次側共振コイル３及び２次側コイル４が電力の受電側である。
In such a
電力中継器１０は、１次側共振コイル２と２次側共振コイル３との間で生じる磁気共鳴を利用して送電側から受電側に電力を伝送する磁気共鳴方式である。このため、電力中継器１０は、送電側から受電側に電磁誘導で電力を伝送する電磁誘導方式よりも長距離での電力の伝送が可能である。
The
また、図１では１次側共振コイル２の中心軸と２次側共振コイル３の中心軸とが一致する場合について説明したが、磁気共鳴方式は、送電側のコイルと受電側のコイルの位置ずれに対しても、電磁誘導方式よりも強いというメリットがある。
Further, FIG. 1 illustrates the case where the central axis of the primary
このように、磁気共鳴方式は、共振コイル同士の間の距離又は位置ずれについて、電磁誘導方式よりも自由度が高く、ポジションフリーというメリットがある。 Thus, the magnetic resonance method has a merit that it has a higher degree of freedom than the electromagnetic induction method with respect to the distance or displacement between the resonance coils and is position-free.
このため、磁気共鳴方式による電力中継器１０は、携帯電話端末機又はスマートフォン等の小型の電子装置、家電製品、又は電気自動車等における非接触充電への利用が期待されている。
For this reason, the
次に、図２及び図３を用いて、比較例の電力中継器１０の１次側コイル１、１次側共振コイル２、２次側共振コイル３、及び２次側コイル４の構成例と、受電効率について説明する。
Next, with reference to FIGS. 2 and 3, a configuration example of the primary side coil 1, the primary
図２は、比較例の電力中継器１０の各コイルの構成例を示す図である。図２（Ａ）は１次側コイル１及び１次側共振コイル２の平面図、図２（Ｂ）は２次側共振コイル３及び２次側コイル４の平面図、図２（Ｃ）は、１次側コイル１、１次側共振コイル２、２次側共振コイル３、及び２次側コイル４の中心軸を通る断面を示す図である。
FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of each coil of the
ここで、図２（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を規定する。Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は、互いに直交する軸であり、３次元座標系を構築する。このＸＹＺ座標系の原点は、１次側コイル１及び１次側共振コイル２の中心軸上で、１次側コイル１及び１次側共振コイル２の下側の表面上に位置する点とする。
Here, as shown in FIGS. 2A to 2C, an X axis, a Y axis, and a Z axis are defined. The X axis, the Y axis, and the Z axis are axes orthogonal to each other, and construct a three-dimensional coordinate system. The origin of this XYZ coordinate system is a point located on the lower surface of the primary side coil 1 and the primary
図２（Ａ）、（Ｂ）に示すように、Ｘ軸とＹ軸の交点は、平面視で１次側コイル１、１次側共振コイル２、２次側共振コイル３、及び２次側コイル４の中心と一致する。
As shown in FIGS. 2A and 2B, the intersection of the X axis and the Y axis is the primary coil 1, the
図２（Ｃ）に示すように、１次側コイル１、１次側共振コイル２、２次側共振コイル３、及び２次側コイル４は、すべての中心軸がＺ軸に一致するように配設される。
As shown in FIG. 2C, the primary side coil 1, the primary
このため、図２（Ｃ）に示す断面は、１次側コイル１及び１次側共振コイル２の中心軸を通る断面である図２（Ａ）のＡ１−Ａ１矢視断面と、２次側共振コイル３及び２次側コイル４の中心軸を通る断面である図２（Ｂ）のＡ２−Ａ２矢視断面とを含む。
Therefore, the cross section shown in FIG. 2C is a cross section passing through the central axis of the primary side coil 1 and the primary
図２（Ａ）に示すように、１次側コイル１は、巻数が１巻のループ状の平面コイルであり、端部１Ａ、１Ｂは図１に示す交流電源５に接続される。１次側共振コイル２は、巻数が５巻の渦状の平面コイルであり、端部２Ａ、２Ｂは図示しないキャパシタに接続されている。
As shown in FIG. 2A, the primary coil 1 is a loop-shaped planar coil having one turn, and the end portions 1A and 1B are connected to the AC power source 5 shown in FIG. The
１次側コイル１は、１次側共振コイル２の中央部に配設される。１次側コイル１と１次側共振コイル２は、中心軸が一致するように配設されている。
The primary coil 1 is disposed at the center of the
図２（Ｂ）に示すように、２次側コイル４は、巻数が１巻のループ状の平面コイルであり、端部４Ａ、４Ｂは図１に示す負荷回路６に接続される。２次側共振コイル３は、巻数が５巻の渦状の平面コイルであり、端部３Ａ、３Ｂは図示しないキャパシタに接続されている。
As shown in FIG. 2B, the
２次側コイル４は、２次側共振コイル３の中央部に配設される。２次側共振コイル３と２次側コイル４は、中心軸が一致するように配設されている。
The
図２（Ａ）に示す１次側コイル１及び１次側共振コイル２と、図２（Ｂ）に示す２次側共振コイル３及び２次側コイル４は、実際にはすべての中心軸が一致するように平面視で重なるように配設される。
The primary side coil 1 and the primary
このため、１次側コイル１及び１次側共振コイル２のＡ１−Ａ１矢視断面と、２次側共振コイル３及び２次側コイル４のＡ２−Ａ２矢視断面は、図２（Ｃ）に示すようになる。
For this reason, the A1-A1 arrow cross section of the primary side coil 1 and the primary
図２（Ｃ）に示す状態では、１次側コイル１及び１次側共振コイル２の中心軸と、２次側共振コイル３及び２次側コイル４の中心軸とは一致しており、平面視における位置ずれは生じていない状態である。
In the state shown in FIG. 2 (C), the central axis of the primary side coil 1 and the primary
次に、図３のシミュレーション結果を用いて、比較例の電力中継器１０における送電側と受電側の位置ずれに対する受電効率について説明する。
Next, the power reception efficiency with respect to the positional deviation between the power transmission side and the power reception side in the
図３は、比較例の電力中継器１０における送電側と受電側の位置ずれに対する受電効率の特性を示す図である。
FIG. 3 is a diagram illustrating a characteristic of power reception efficiency with respect to a positional shift between the power transmission side and the power reception side in the
図３に示す受電効率は、１次側コイル１及び１次側共振コイル２に対して２次側共振コイル３及び２次側コイル４をＹ軸方向に移動させた際に、交流電源５から１次側コイル１に入力される電力に対する、２次側コイル４から出力される電力の割合を百分率で表したものである。
The power reception efficiency shown in FIG. 3 is obtained from the AC power source 5 when the secondary
ここで、電磁界シミュレータを用いて受電効率を計算するにあたり、各コイルの寸法を次のように設定した。 Here, in calculating the power reception efficiency using the electromagnetic field simulator, the dimensions of each coil were set as follows.
１次側コイル１の半径は４０５ｍｍ、コイルの線径（φ）は３ｍｍ、巻数は１巻である。１次側共振コイル２の最外形の半径は４５０ｍｍ、コイルの線径（φ）は３ｍｍ、巻数は５巻、巻いたコイルの間隔（ピッチ）は６ｍｍである。
The radius of the primary coil 1 is 405 mm, the wire diameter (φ) of the coil is 3 mm, and the number of turns is 1. The primary-
２次側共振コイル３の最外形の半径は１５０ｍｍ、コイルの線径（φ）は３ｍｍ、巻数は５巻、巻いたコイルの間隔（ピッチ）は６ｍｍである。２次側コイル４の半径は１０５ｍｍ、コイルの線径（φ）は３ｍｍ、巻数は１巻である。
The outermost radius of the
なお、１次側共振コイル２と２次側共振コイル３との間のＺ軸方向の間隔Ａは、２００ｍｍである。
In addition, the space | interval A of the Z-axis direction between the primary
図３には２次側共振コイル３及び２次側コイル４をＹ軸プラス方向に移動させた場合の受電効率の特性を示す。しかしながら、一次側コイル１、１次側共振コイル２、２次側共振コイル３、及び２次側コイル４のＸＹ面における対称性から、２次側共振コイル３及び２次側コイル４をＹ軸マイナス方向に移動させた場合の特性は、Ｙ＝０の位置に対して対象である。
FIG. 3 shows the characteristics of power reception efficiency when the
また、図３には、２次側共振コイル３及び２次側コイル４の中心軸のＸ軸方向における位置が１次側コイル１及び１次側共振コイル２の中心軸のＸ軸方向における位置に対してずれていない場合と、ずれている場合の特性を示す。Ｘ軸方向にずれていない場合をＸ＝０と示し、Ｘ軸方向において１００ｍｍずれている場合をＸ＝１００と示す。
In FIG. 3, the positions of the central axes of the secondary
１次側コイル１及び１次側共振コイル２と、２次側共振コイル３及び２次側コイル４とのＸ軸方向及びＹ軸方向における位置ずれは、１次側コイル１及び１次側共振コイル２の中心軸と、２次側共振コイル３及び２次側コイル４の中心軸との位置ずれに相当する。
The positional deviations in the X-axis direction and the Y-axis direction of the primary side coil 1 and the primary
図３に実線で示すように、Ｘ＝０の場合の受電効率は、Ｙ軸プラス方向のずれが０ｍｍから約４００ｍｍまでは、受電効率は８９％であった。すなわち、Ｙ軸方向における±４００ｍｍの範囲に２次側共振コイル３及び２次側コイル４が位置している間は、８９％の受電効率が得られることが分かる。２次側共振コイル３及び２次側コイル４の位置が４００ｍｍ以上になると、受電効率は低下し、Ｙ＝５００ｍｍの位置で約５０％になった。
As indicated by a solid line in FIG. 3, the power reception efficiency when X = 0 was 89% when the deviation in the positive direction of the Y axis was from 0 mm to about 400 mm. That is, it can be seen that a power reception efficiency of 89% can be obtained while the
これに対して、Ｘ＝５００ｍｍの場合の受電効率は、Ｙ＝０ｍｍの位置で５３％であり、Ｙ軸方向に位置がずれるに従い低下し、Ｙ＝３００ｍｍの位置で受電効率は７．５％となり、この値が極小値となった。Ｙ軸方向の位置のずれがさらに増大すると、受電効率は再び上昇し、Ｙ＝５００ｍｍで約３５％程度であった。 On the other hand, the power reception efficiency in the case of X = 500 mm is 53% at the position of Y = 0 mm, and decreases as the position is shifted in the Y-axis direction, and the power reception efficiency is 7.5% at the position of Y = 300 mm. This value was the minimum value. When the displacement in the Y-axis direction further increased, the power receiving efficiency increased again, and was about 35% at Y = 500 mm.
以上より、１次側コイル１及び１次側共振コイル２に対して２次側共振コイル３及び２次側コイル４をＹ軸方向に移動させた場合に、Ｘ軸方向の位置ずれにより、受電効率が大幅に低下することが分かった。
As described above, when the secondary
ここで、例えば、１次側コイル１及び１次側共振コイル２を道路に設置するとともに、電気自動車の下面に２次側共振コイル３及び２次側コイル４を配設し、負荷回路６としてのバッテリを充電する場合について考える。
Here, for example, the primary side coil 1 and the primary
上述の現象は、電気自動車をＹ軸方向に走行させた場合に、道路に設置された１次側コイル１及び１次側共振コイル２に対する２次側共振コイル３及び２次側コイル４のＸ軸方向の位置ずれが大きいと、電気自動車に搭載したバッテリを十分に充電できないことを意味する。
When the electric vehicle is driven in the Y-axis direction, the phenomenon described above is caused by X of the secondary
このように、比較例の電力中継器１０は、１次側コイル１及び１次側共振コイル２と、２次側共振コイル３及び２次側コイル４との中心軸のずれが大きいと、受電効率が低下するという問題がある。
As described above, the
このため、以下で説明する実施の形態では、上述の問題点を解決した電力中継器を提供することを目的とする。以下、実施の形態の電力中継器について説明する。 For this reason, in embodiment described below, it aims at providing the power repeater which solved the above-mentioned problem. Hereinafter, the power repeater of the embodiment will be described.
＜実施の形態１＞
図４は、実施の形態１の電力中継器１００の断面構成を示す図である。実施の形態１の電力中継器１００は、比較例の電力中継器１０と同様に、１次側コイル１、１次側共振コイル２、２次側共振コイル３、２次側コイル４を含み、１次側コイル１には交流電源５が接続されており、２次側コイル４には負荷回路６が接続されているものとして説明を行う。
<Embodiment 1>
FIG. 4 is a diagram illustrating a cross-sectional configuration of the
また、図４では、左右方向にＸ軸、紙面を垂直に貫通する方向にＹ軸、上下方向にＺ軸を取る。Ｘ軸では右方向を正、Ｙ軸では紙面手前側から紙面を貫通する方向を正、Ｚ軸では上方向を正とする。 Further, in FIG. 4, the X axis is taken in the left-right direction, the Y axis is taken in a direction perpendicularly penetrating the paper, and the Z axis is taken in the up-down direction. In the X axis, the right direction is positive, in the Y axis, the direction penetrating the paper surface from the front side of the paper surface is positive, and in the Z axis, the upward direction is positive.
実施の形態１の電力中継器１００は、１次側コイル１、１次側共振コイル２、２次側共振コイル３、２次側コイル４に加えて、上下移動機構１１０及び傾斜機構１２０を含む。
The
上下移動機構１１０は、台座１１０Ａと伸縮部１１０Ｂを有する。伸縮部１１０Ｂの頂部には、傾斜機構１２０を介して１次側コイル１及び１次側共振コイル２が取り付けられている。
The
伸縮部１１０Ｂは、円筒状の台座１１０Ａに対して入れ子式に上下方向に伸縮可能な円筒状の部材である。伸縮部１１０Ｂは、台座１１０Ａに対して１次側コイル１及び１次側共振コイル２を所望の高さに保持する。伸縮部１１０Ｂは、例えば、台座１１０Ａとの間の摩擦によって所望の高さに保持される摩擦機構を有していてもよいし、台座１１０Ａの側壁に設けたネジ穴に、ネジを通して伸縮部１１０Ｂを固定することによって所望の高さに固定されてもよい。その他、周知のあらゆる機構により、台座１１０Ａに対して伸縮部１１０Ｂを所望の高さに固定することができる。
The expansion /
なお、ここでは、上下移動機構１１０の伸縮部１１０は、Ｚ軸方向に伸縮するものとして説明を行う。
Here, the description will be made assuming that the expansion /
傾斜機構１２０は、基台１２０Ａと傾斜部１２０Ｂを有する。基台１２０Ａは、伸縮部１１０Ｂの頂部に固定されており、傾斜部１２０Ｂを傾斜自在に保持している。傾斜部１２０Ｂは、基台１２０Ａに傾斜自在に保持されており、基台１２０Ａに対して所望の角度で固定できるようになっている。すなわち、傾斜部１２０Ｂは、Ｚ軸方向に対して、所望の角度に傾斜した状態で固定される。傾斜部１２０Ｂの頂部には１次側コイル１及び１次側共振コイル２が固定される。
The
基台１２０Ａに対して傾斜部１２０Ｂを所望の角度に傾斜させて固定可能な機構としては、例えば、ベアリングを有する回動機構が挙げられる。その他、周知のあらゆる機構により、基台１２０Ａに対して傾斜部１２０Ｂを所望の角度に傾斜させて固定することができる。
An example of a mechanism that can be fixed by inclining the
以上のような上下移動機構１１０及び傾斜機構１２０により、実施の形態１の電力中継器１００は、１次側コイル１及び１次側共振コイル２の中心軸ｌ１をＺ軸に対して傾斜させることができる。
By the
ここで、図４に示すＸＹＺ座標系の原点は、伸縮部１１０Ｂによる伸縮量が０ｍｍで、かつ、傾斜機構１２０による傾斜角が０°の場合における、１次側コイル１及び１次側共振コイル２の中心軸上で、１次側コイル１及び１次側共振コイル２の下側の表面上に位置する点とする。
Here, the origin of the XYZ coordinate system shown in FIG. 4 is the primary side coil 1 and the primary side resonance coil when the expansion / contraction amount by the expansion /
また、実施の形態１の電力中継器１００の２次側共振コイル３及び２次側コイル４は、中心軸ｌ２がＺ軸方向に一致するように（ＸＹ平面と平行になるように）配設されている。１次側コイル１及び１次側共振コイル２と、２次側共振コイル３及び２次側コイル４とのＺ軸方向における間隔Ａは、一例として、２００ｍｍに設定される。
Further, the secondary
ここでは、２次側共振コイル３及び２次側コイル４が、ＸＹ平面と平行な状態を保持しながら、Ｙ軸方向に移動する場合について説明する。これは、例えば、２次側共振コイル３及び２次側コイル４が電気自動車等の移動体の下面に取り付けられ、Ｙ軸方向に移動する場合に相当する。
Here, a case will be described in which the
実施の形態１の電力中継器１００では、傾斜機構１２０を調整することにより、１次側コイル１及び１次側共振コイル２の中心軸ｌ１の角度を調整する。１次側コイル１及び１次側共振コイル２の中心軸ｌ１の角度は、１次側コイル１及び１次側共振コイル２から見て、２次側共振コイル３及び２次側コイル４が存在する方向に傾斜される。また、１次側コイル１及び１次側共振コイル２の中心軸ｌ１の角度を調整する際に、上下移動機構１１０を用いて１次側コイル１及び１次側共振コイル２の高さ位置を調整する。
In the
１次側コイル１及び１次側共振コイル２は、平面状のコイルであり、傾斜機構１２０によって傾斜させる前の状態では、図４に破線で示す位置にあり、ＸＹ平面と平行である。また、このとき１次側コイル１及び１次側共振コイル２の中心軸ｌ１はＺ軸と平行である。
The primary side coil 1 and the primary
ここで、傾斜機構１２０で１次側コイル１及び１次側共振コイル２をＹ軸まわりに回転させる角度を図４に示すようにθｙ１とし、θｙ１を１０°に設定する。実施の形態１では、１次側コイル及び１次側共振コイル２と、２次側共振コイル３及び２次側コイル４との間にＸ軸方向の位置ずれがある状態において、１次側コイル及び１次側共振コイル２の中心軸ｌ１が２次側共振コイル３及び２次側コイル４の方を向くように、傾斜角度θｙ１を設定する。
Here, the angle at which the primary coil 1 and the
なお、θｙ１は、図４に示すように、Ｙ軸の負側から正側を見た状態で、１次側コイル１及び１次側共振コイル２をＹ軸のまわりに時計回りに回転させる方向を正とする。
As shown in FIG. 4, θy1 is a direction in which the primary side coil 1 and the primary
また、傾斜機構１２０で１次側コイル１及び１次側共振コイル２をＹ軸回りに回転させると、１次側共振コイル２の全体のうちのＸ軸方向の正側又は負側に位置する部分がＸＹ平面よりも高い位置に回転移動する。
Further, when the primary side coil 1 and the primary
ここで、例えば、１次側コイル１及び１次側共振コイル２を道路等に設置する場合には、道路の表面よりも１次側コイル１及び１次側共振コイル２が突出することは好ましくない。このため、実施の形態１では、上下移動機構１１０を用いて１次側コイル１及び１次側共振コイル２の位置を図４に示す位置まで下げる。
Here, for example, when the primary side coil 1 and the primary
上下移動機構１１０による移動量をＺ１とし、１次側共振コイル２の最外形の半径をｒ２とすると、（１）式の通りである。
When the amount of movement by the
Ｚ１＝ｒ２×ｔａｎθｙ１ ・・・（１）
このように１次側コイル１及び１次側共振コイル２を高さＺ１だけ下げることにより、傾斜機構１２０で傾斜させる前よりも１次側コイル１及び１次側共振コイル２がＺ軸における上方向に突出することを避けることができる。
Z1 = r2 × tan θy1 (1)
Thus, by lowering the primary side coil 1 and the primary
このような実施の形態１の電力中継器１００において、２次側共振コイル３及び２次側コイル４をＹ軸方向に移動させたところ、図５に示す受電効率が得られた。
In the
図５は、実施の形態１の電力中継器１００の受電効率の位置ずれに対する特性を示す図である。
FIG. 5 is a diagram illustrating characteristics of the power receiving efficiency of the
実施の形態１では、２次側共振コイル３及び２次側コイル４の中心軸ｌ２と、Ｚ軸とのＸ軸方向における位置ずれＸを５００ｍｍに設定した。また、傾斜機構１２０による１次側コイル１及び１次側共振コイル２の傾斜角が０°と１０°の２種類の場合について、２次側共振コイル３及び２次側コイル４をＹ軸方向に移動させるシミュレーションを行った。
In the first embodiment, the positional deviation X in the X-axis direction between the central axis l2 of the
上下移動機構１１０による１次側コイル１及び１次側共振コイル２の移動分Ｚ１は、（１）式で設定した。すなわち、傾斜角θｙ１が０°の場合は、Ｚ１＝０ｍｍであり、傾斜角θｙ１が１０°の場合は、図４に示すように１次側コイル１及び１次側共振コイル２は、ｒ２×ｔａｎ１０°だけ下げられる。
The amount of movement Z1 of the primary side coil 1 and the primary
なお、傾斜角θｙ１が０°の場合は、図３に示すＸ＝５００ｍｍの場合に相当する。 Note that the case where the inclination angle θy1 is 0 ° corresponds to the case of X = 500 mm shown in FIG.
図５に示すように、傾斜角θｙ１が１０°の場合は、Ｙ＝０〜３３０ｍｍの範囲において、傾斜角θｙ１が０°の場合に比べて受電効率が改善された。傾斜角θｙ１が１０°の場合の受電効率は、Ｙ＝０ｍｍで約６０％、Ｙ＝２００ｍｍで約４５％、Ｙ＝３００ｍｍで約２５％、Ｙ＝３３０ｍｍで約１５％、Ｙ＝４００ｍｍで約５％、Ｙ＝５００ｍｍで約１％であった。Ｙ＝３３０ｍｍで傾斜角θｙ１が０°の場合の受電効率（１５％）と等しくなり、Ｙ軸方向の位置ずれがＹ＝３３０ｍｍよりも大きくなると、傾斜角θｙ１が０°の場合よりも低下する特性を示した。 As shown in FIG. 5, when the inclination angle θy1 is 10 °, the power receiving efficiency is improved in the range of Y = 0 to 330 mm compared to the case where the inclination angle θy1 is 0 °. When the tilt angle θy1 is 10 °, the power receiving efficiency is about 60% when Y = 0 mm, about 45% when Y = 200 mm, about 25% when Y = 300 mm, about 15% when Y = 330 mm, and about 15% when Y = 400 mm. 5%, Y = 500 mm, about 1%. It is equal to the power receiving efficiency (15%) when Y = 330 mm and the inclination angle θy1 is 0 °, and when the displacement in the Y-axis direction is larger than Y = 330 mm, the inclination angle θy1 is lower than that when the inclination angle θy1 is 0 °. The characteristics are shown.
このように、１次側コイル１及び１次側共振コイル２をＹ軸まわりに回転させると、Ｙ＝−３３０ｍｍからＹ＝＋３３０ｍｍの範囲内で、受電効率が改善されることが分かった。
Thus, when the primary side coil 1 and the primary
これは、Ｘ軸方向における位置ずれがある２次側共振コイル３及び２次側コイル４の方向に、１次側コイル１及び１次側共振コイル２を傾斜させることにより、Ｙ＝−３３０ｍｍからＹ＝＋３３０ｍｍの範囲内で、磁気共鳴が増幅されたためと考えられる。
This is because Y = −330 mm is obtained by inclining the primary side coil 1 and the primary
以上、実施の形態１の電力中継器１００によれば、Ｘ軸方向における位置ずれがある２次側共振コイル３及び２次側コイル４の方向に、１次側コイル１及び１次側共振コイル２を傾斜させることにより、受電効率を改善することができる。
As described above, according to the
なお、以上では、上下移動機構１１０によって１次側コイル１及び１次側共振コイル２をＺ軸方向で下方向に移動させる形態について説明したが、例えば、傾斜させても１次側コイル１及び１次側共振コイル２が道路の表面から突出しないような場合には、上下移動機構１１０による上下移動は行わなくてもよい。また、このような場合には、電力中継器１００は、上下移動機構１１０を含まなくてもよい。
In the above description, the mode in which the primary side coil 1 and the primary
また、以上では、１次側コイル１及び１次側共振コイル２の両方の中心軸ｌ１の角度を調整する形態について説明したが、磁気共鳴を増幅させるために必要なのは、１次側共振コイル２の中心軸の角度を２次側共振コイル３が存在する方向に傾斜させるように調整することである。
In the above description, the mode in which the angles of the central axes l1 of both the primary side coil 1 and the primary
従って、１次側コイル１と１次側共振コイル２との間で電磁誘導によって電力を伝送できるのであれば、１次側コイル１の中心軸と１次側共振コイル２の中心軸とは必ずしも一致していなくてもよい。また、１次側コイル１の中心軸の角度と高さを１次側共振コイル２とともに調整しなくてもよい。
Therefore, if power can be transmitted between the primary side coil 1 and the primary
＜実施の形態２＞
図６は、実施の形態２の電力中継器の断面構成を示す図である。
<
FIG. 6 is a diagram illustrating a cross-sectional configuration of the power repeater according to the second embodiment.
実施の形態２の電力中継器２００は、２次側共振コイル３及び２次側コイル４の中心軸ｌ２を１次側コイル１及び１次側共振コイル２の存在する方向に傾斜させる点が実施の形態１の電力中継器１００と異なる。その他の構成は実施の形態１の電力中継器１００と同様であるため、同一又は同等の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。
The
実施の形態２では、２次側共振コイル３及び２次側コイル４は、中心軸ｌ２がＺ軸に対してθｙ２だけ傾斜した状態に保持されている。これは、例えば、２次側共振コイル３及び２次側コイル４が、電気自動車等の移動体の下面において、中心軸ｌ２がＺ軸に対してθｙ２だけ傾斜されて取り付けられている状態に相当する。
In the second embodiment, the secondary
実施の形態２では、１次側コイル１及び１次側共振コイル２と、２次側共振コイル３及び２次側コイル４とのＸ軸方向の位置ずれが５００ｍｍであり、かつ、Ｚ軸方向の位置ずれ（間隔Ａ）が２００ｍｍである状態から、１次側コイル１及び１次側共振コイル３と２次側共振コイル３及び２次側コイル４の位置を調整する。
In the second embodiment, the positional deviation in the X axis direction between the primary side coil 1 and the primary
１次側コイル１及び１次側共振コイル２は、実施の形態１と同様に、θｙ１を１０°に設定することにより、１次側コイル１及び１次側共振コイル２の中心軸ｌ１をＺ軸に対して１０°傾斜させるとともに、Ｚ軸方向にＺ１だけ下降させる。上下移動機構１１０による移動量をＺ１は、実施の形態１で説明したように１次側共振コイル２の最外形の半径をｒ２とすると、Ｚ１＝ｒ２×ｔａｎθｙ１で求まる。
As in the first embodiment, the primary side coil 1 and the primary
また、２次側共振コイル３及び２次側コイル４は、θｙ２を１０°に設定することにより、２次側共振コイル３及び２次側コイル４をＺ軸に対して１０°傾斜させると共に、Ｚ軸方向にＺ２だけ上昇させた。
The secondary
ここで、２次側共振コイル３の最外形の半径をｒ３とすると、移動量Ｚ２は（２）式で求まる。
Here, assuming that the radius of the outermost shape of the secondary
Ｚ２＝ｒ３×ｔａｎθｙ２ ・・・（２）
２次側共振コイル３及び２次側コイル４をＹ軸回りに回転させると、２次側共振コイル３の全体のうちのＸ軸方向の正側又は負側に位置する部分が回転前よりも高い位置に移動する。
Z2 = r3 × tan θy2 (2)
When the secondary
ここで、例えば、２次側共振コイル３を電気自動車等の下面に設置する場合には、Ｙ軸まわりの回転により２次側共振コイル３及び２次側コイル４が回転前の位置よりも下側に突出することは好ましくない。このため、実施の形態２では、２次側共振コイル３及び２次側コイル４の位置を図６に破線で示す回転前の位置からＺ２だけ上昇させる。例えば、２次側共振コイル３及び２次側コイル４を電気自動車等の移動体の下面に取り付ける場合には、取り付け位置をＺ２だけ高い位置にずらせばよい。
Here, for example, when the secondary
ここで、θｙ２は、θｙ１と同様に、Ｙ軸の負側から正側を見た状態で、２次側共振コイル３及び２次側コイル４をＹ軸のまわりに時計回りに回転させる方向を正とする。
Here, similarly to θy1, θy2 is a direction in which the
１次側コイル１及び１次側共振コイル２の中心軸ｌ１をＺ軸に対して１０°傾斜させるとともに、２次側共振コイル３及び２次側コイル４の中心軸ｌ２を１０°傾斜させた状態で、２次側共振コイル３及び２次側コイル４をＹ軸方向に移動させた場合のシミュレーションを行い、図７に示す受電効率の特性を得た。
The central axis l1 of the primary side coil 1 and the primary
図７は、実施の形態２の電力中継器２００の受電効率の位置ずれに対する特性を示す図である。
FIG. 7 is a diagram illustrating a characteristic of the power receiving efficiency of the
図７には、比較用に、実施の形態１の電力中継器１００の受電効率を示す。実施の形態２の電力中継器２００の受電効率は、Ｙ＝０ｍｍ〜１００ｍｍで約７０％、Ｙ＝２００ｍｍで約６０％、Ｙ＝３００ｍｍで約４５％、Ｙ＝４００ｍｍで約２０％、Ｙ＝５００ｍｍで約５％であった。
FIG. 7 shows the power reception efficiency of the
図７から分かるように、実施の形態２の電力中継器２００の受電効率は、実施の形態１の電力中継器１００の受電効率に比べて、Ｙ軸方向の位置によらず、約１０％改善された。
As can be seen from FIG. 7, the power receiving efficiency of the
これにより、Ｘ軸方向に位置ずれがある場合に、１次側コイル１及び１次側共振コイル２に加えて、２次側共振コイル３及び２次側コイル４の中心軸ｌ２を１次側コイル１及び１次側共振コイル２の存在する方向に傾斜させることにより、受電効率を改善できることが分かった。
Thereby, when there is a position shift in the X-axis direction, the central axis l2 of the secondary
これは、２次側共振コイル３及び２次側コイル４を１次側コイル１及び１次側共振コイル２が存在する方向に傾斜させることにより、実施の形態１の電力中継器１００よりも、磁気共鳴が増幅されたためと考えられる。
This is because the secondary
以上、実施の形態２の電力中継器２００によれば、実施の形態１と同様に１次側コイル１及び１次側共振コイル２を傾斜させるとともに、２次側共振コイル３及び２次側コイル４を１次側コイル１及び１次側共振コイル２が存在する方向に傾斜させることにより、受電効率を改善することができる。
As described above, according to the
なお、実施の形態２では、１次側コイル１及び１次側共振コイル２の両方の中心軸ｌ１の角度を調整するとともに、２次側共振コイル３及び２次側コイル４の両方の中心軸ｌ２の角度を調整する形態について説明した。しかしながら、磁気共鳴を増幅させるために必要なのは、１次側共振コイル２の中心軸の角度を２次側共振コイル３が存在する方向に傾斜させるとともに、２次側共振コイル３の中心軸の角度を１次側共振コイル２が存在する方向に傾斜させるように調整することである。
In the second embodiment, the angles of the
従って、１次側コイル１及び１次側共振コイル２の間で電磁誘導によって電力を伝送できるのであれば、１次側コイル１の中心軸と１次側共振コイル２の中心軸とは必ずしも一致していなくてもよい。また、１次側コイル１の中心軸の角度と高さを１次側共振コイル２とともに調整しなくてもよい。
Therefore, if power can be transmitted between the primary side coil 1 and the primary
また、２次側共振コイル３及び２次側コイル４との間で電磁誘導によって電力を伝送できるのであれば、２次側共振コイル３の中心軸と２次側コイル４の中心軸とは必ずしも一致していなくてもよい。また、２次側コイル４の中心軸の角度と高さを２次側共振コイル３とともに調整しなくてもよい。
Moreover, if electric power can be transmitted between the secondary
＜実施の形態３＞
図８は、実施の形態３の電力中継器の断面構成を示す図である。
<
FIG. 8 is a diagram illustrating a cross-sectional configuration of the power repeater of the third embodiment.
実施の形態３の電力中継器３００は、１次側コイル１及び１次側共振コイル３の中心軸ｌ１と、２次側共振コイル３及び２次側コイル４の中心軸ｌ２とをＸ軸まわり及びＹ軸まわりに回転させて傾斜させる点が実施の形態１の電力中継器１００と異なる。
The power repeater 300 according to the third embodiment has a central axis l1 of the primary side coil 1 and the primary
その他の構成は実施の形態１、２の電力中継器１００、２００と同様であるため、同一又は同等の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。
Since other configurations are the same as those of the
ここで、１次側コイル１及び１次側共振コイル２をＸ軸まわりに回転させる角度をθｘ１、２次側共振コイル３及び２次側コイル４をＸ軸まわりに回転させる角度をθｘ２とする。
Here, the angle at which the primary side coil 1 and the primary
θｘ１、θｘ２は、Ｘ軸の負側から正側を見た状態で、２次側共振コイル３及び２次側コイル４をＸ軸のまわりに時計回りに回転させる方向を正とする。
θx1 and θx2 are positive when the
実施の形態３では、１次側コイル１及び１次側共振コイル２と、２次側共振コイル３及び２次側コイル４とのＸ軸方向の位置ずれが５００ｍｍであり、かつ、Ｚ軸方向の位置ずれ（間隔Ａ）が２００ｍｍである状態から、１次側コイル１及び１次側共振コイル２と２次側共振コイル３及び２次側コイル４の位置を調整する。なお、図８には、θｘ１、θｙ１だけ回転させる前の１次側コイル１及び１次側共振コイル２の位置と、θｘ２、θｙ２だけ回転させる前の２次側共振コイル３及び２次側コイル４の位置を破線で示す。
In the third embodiment, the positional deviation in the X axis direction between the primary side coil 1 and the primary
実施の形態３では、θｘ１、θｙ１を１０°に設定することにより、１次側コイル１及び１次側共振コイル２を２次側共振コイル３及び２次側コイル４の存在する方向に傾斜機構１２０で傾斜させる。また、これに伴い、上下移動機構１１０で１次側コイル１及び１次側共振コイル２の位置をＺ１１だけ低下させた。Ｚ１１は、（３）式で求まる。
In
Ｚ１１＝ｒ２×ｔａｎ（θｘ１２＋θｙ１２）１／２ ・・・（３）
また、θｘ２、θｙ２をすべて１０°に設定することにより、２次側共振コイル３及び２次側コイル４を１次側コイル１及び１次側共振コイル２の存在する方向に傾斜させるとともに、位置をＺ２２だけ上昇させた。Ｚ２２は、（４）式で求まる。
Z11 = r2 × tan (θx1 2 + θy1 2 ) 1/2 (3)
Further, by setting all θx2 and θy2 to 10 °, the secondary
Ｚ２２＝ｒ３×ｔａｎ（θｘ２２＋θｙ２２）１／２ ・・・（４）
実施の形態３では、２次側共振コイル３及び２次側コイル４は、中心軸ｌ２がＺ軸に対して（θｘ２２＋θｙ２２）１／２だけ傾斜した状態に保持されている。これは、例えば、２次側共振コイル３及び２次側コイル４が、電気自動車等の移動体の下面において、中心軸ｌ２がＺ軸に対して（θｘ２２＋θｙ２２）１／２だけ傾斜されて取り付けられている状態に相当する。
Z22 = r3 × tan (θx2 2 + θy2 2 ) 1/2 (4)
In the third embodiment, the secondary
１次側コイル１及び１次側共振コイル２の中心軸ｌ１と２次側共振コイル３及び２次側コイル４の中心軸ｌ２との間の間隔を５００ｍｍに保持した状態で、１次側コイル１及び１次側共振コイル２の中心軸ｌ１をＺ軸に対して（θｘ１２＋θｙ１２）１／２＝１０√２°傾斜させた。また、２次側共振コイル３及び２次側コイル４の中心軸ｌ２を（θｘ２２＋θｙ２２）１／２＝１０√２°傾斜させた。この状態で、２次側共振コイル３及び２次側コイル４をＹ軸方向に移動させた場合のシミュレーションを行ったところ、図９に示す受電効率の特性が得られた。
In the state where the distance between the
図９は、実施の形態３の電力中継器３００の受電効率の位置ずれに対する特性を示す図である。 FIG. 9 is a diagram illustrating a characteristic with respect to a positional deviation of the power reception efficiency of the power repeater 300 according to the third embodiment.
図９には、比較用に、実施の形態２の電力中継器２００の受電効率を示す。実施の形態３の電力中継器３００の受電効率は、Ｙ＝０ｍｍ〜１００ｍｍで約７２％、Ｙ＝２００ｍｍで約６２％、Ｙ＝３００ｍｍで約５５％、Ｙ＝４００ｍｍで約４０％、Ｙ＝５００ｍｍで約２３％であった。
FIG. 9 shows the power reception efficiency of the
図９から分かるように、実施の形態３の電力中継器３００の受電効率は、実施の形態２の電力中継器２００の受電効率に比べて、Ｙ＝２００ｍｍよりもＹ軸方向の位置ずれが大きい領域で改善された。
As can be seen from FIG. 9, the power reception efficiency of the power repeater 300 according to the third embodiment has a larger positional deviation in the Y-axis direction than Y = 200 mm compared to the power reception efficiency of the
これにより、Ｘ軸方向に位置ずれがある場合に、１次側コイル１及び１次側共振コイル２と、２次側共振コイル３及び２次側コイル４とを互いに向き合う方向にＸ軸及びＹ軸のまわりに回転させることにより、受電効率を改善できることが分かった。
Thereby, when there is a position shift in the X-axis direction, the primary-side coil 1 and the primary-
これは、１次側コイル１及び１次側共振コイル２の中心軸と、２次側共振コイル３及び２次側コイル４の中心軸とをＸ軸及びＹ軸のまわりに回転させて互いに向き合う方向に傾斜させることにより、実施の形態２の電力中継器２００よりも、磁気共鳴が増幅されたためと考えられる。
This is because the central axis of the primary side coil 1 and the primary
以上、実施の形態３の電力中継器３００によれば、１次側コイル１及び１次側共振コイル２と、２次側共振コイル３及び２次側コイル４とを互いに向き合う方向にＸ軸及びＹ軸のまわりに回転させることにより、受電効率を改善することができる。
As described above, according to the power repeater 300 of the third embodiment, the X-axis and the primary side coil 1 and the primary
なお、実施の形態３では、１次側コイル１及び１次側共振コイル２の両方の中心軸ｌ１の角度を調整するとともに、２次側共振コイル３及び２次側コイル４の両方の中心軸ｌ２の角度を調整する形態について説明した。しかしながら、磁気共鳴を増幅させるために必要なのは、１次側共振コイル２の中心軸の角度を２次側共振コイル３が存在する方向に傾斜させるとともに、２次側共振コイル３の中心軸の角度を１次側共振コイル２が存在する方向に傾斜させるように調整することである。
In the third embodiment, the angles of the central axes l1 of both the primary side coil 1 and the primary
従って、１次側コイル１及び１次側共振コイル２の間で電磁誘導によって電力を伝送できるのであれば、１次側コイル１の中心軸と１次側共振コイル２の中心軸とは必ずしも一致していなくてもよい。また、１次側コイル１の中心軸の角度と高さを１次側共振コイル２とともに調整しなくてもよい。
Therefore, if power can be transmitted between the primary side coil 1 and the primary
また、２次側共振コイル３及び２次側コイル４との間で電磁誘導によって電力を伝送できるのであれば、２次側共振コイル３の中心軸と２次側コイル４の中心軸とは必ずしも一致していなくてもよい。また、２次側コイル４の中心軸の角度と高さを２次側共振コイル３とともに調整しなくてもよい。
Moreover, if electric power can be transmitted between the secondary
＜変形例１＞
実施の形態３の変形例１は、１次側コイル１及び１次側共振コイル２に対して２次側共振コイル３及び２次側コイル４をＹ軸方向に移動させる場合に、Ｙ軸方向の位置に応じて、最大の受電効率が得られるように、θｘ１、θｙ１、θｘ２、θｙ２の角度を制御するものである。θｘ１、θｙ１、θｘ２、θｙ２の角度を制御することにより、１次側コイル１及び１次側共振コイル２、２次側共振コイル３及び２次側コイル４の傾斜の制御（傾斜制御）を行う。
<Modification 1>
In the first modification of the third embodiment, when the secondary
θｘ１、θｙ１、θｘ２、θｙ２がすべて０°である状態では、１次側コイル１及び１次側共振コイル２と、２次側共振コイル３及び２次側コイル４とのＸ軸方向の位置ずれが５００ｍｍであり、かつ、Ｚ軸方向の位置ずれが２００ｍｍである。
In the state where θx1, θy1, θx2, and θy2 are all 0 °, the positional deviation in the X-axis direction between the primary side coil 1 and the primary
１次側コイル１及び１次側共振コイル２のＺ軸方向の位置ずれ（Ｚ＝０の点からのＺ軸方向の位置ずれ）Ｚ１１、Ｚ２２は、θｘ１、θｙ１、θｘ２、θｙ２に応じて、（３）式、（４）式によって設定される。
The displacement of the primary coil 1 and the
１次側コイル１及び１次側共振コイル２のＸ軸まわりの角度θｘ１、Ｙ軸まわりの角度θｙ１、２次側共振コイル３及び２次側コイル４のＸ軸まわりの角度θｘ２、Ｙ軸まわりの角度θｙ２の最適値を求めた。
Angle θx1 around the X axis of the primary side coil 1 and primary
その結果、２次側共振コイル３及び２次側コイル４のＹ軸方向の位置がＹ＝０ｍｍ、Ｙ＝１００ｍｍのときは、θｘ１とθｘ２を０°に設定し、θｙ１とθｙ２を１０°〜１２°に設定したときにベストの受電効率が得られた。
As a result, when the positions of the
Ｙ軸方向の位置がＹ＝２００ｍｍのときは、θｘ１とθｘ２を０°に設定し、θｙ１とθｙ２を１４°〜１６°に設定したときにベストの受電効率が得られた。 When the position in the Y-axis direction is Y = 200 mm, the best power receiving efficiency was obtained when θx1 and θx2 were set to 0 ° and θy1 and θy2 were set to 14 ° to 16 °.
Ｙ軸方向の位置がＹ＝３００ｍｍ、Ｙ＝４００ｍｍのときは、θｘ１、θｙ１、θｘ２、θｙ２をすべて１７°〜１９°に設定したときにベストの受電効率が得られた。 When the position in the Y-axis direction was Y = 300 mm and Y = 400 mm, the best power receiving efficiency was obtained when θx1, θy1, θx2, and θy2 were all set to 17 ° to 19 °.
Ｙ軸方向の位置がＹ＝５００ｍｍ、Ｙ＝６００ｍｍのときは、θｘ１、θｙ１、θｘ２、θｙ２をすべて０°に設定したときにベストの受電効率が得られた。 When the position in the Y-axis direction is Y = 500 mm and Y = 600 mm, the best power receiving efficiency was obtained when θx1, θy1, θx2, and θy2 were all set to 0 °.
従って、１次側コイル１及び１次側共振コイル２と、２次側共振コイル３及び２次側コイル４とのＸ軸方向の位置ずれが５００ｍｍであり、かつ、Ｚ軸方向の位置ずれが２００ｍｍである場合には、上述のようにＹ軸方向の位置に応じてθｘ１、θｙ１、θｘ２、θｙ２を制御すれば、図１０に示すような受電効率が得られる。
Therefore, the positional deviation in the X-axis direction between the primary side coil 1 and the primary side
図１０は、実施の形態３の変形例１の電力中継器の受電効率の位置ずれに対する特性を示す図である。 FIG. 10 is a diagram illustrating a characteristic with respect to a positional shift of the power reception efficiency of the power repeater according to the first modification of the third embodiment.
図１０には、比較用に、実施の形態３の電力中継器３００の受電効率を示す。実施の形態３の変形例１の電力中継器３００の受電効率は、Ｙ＝０ｍｍで約７３％、Ｙ＝１００ｍｍで約７０％、Ｙ＝２００ｍｍで約６２％、Ｙ＝３００ｍｍで約５５％、Ｙ＝４００ｍｍで約４５％、Ｙ＝５００ｍｍで約３８％、Ｙ＝６００ｍｍで約３５％であった。 FIG. 10 shows the power reception efficiency of the power repeater 300 of the third embodiment for comparison. The power receiving efficiency of the power repeater 300 according to the first modification of the third embodiment is approximately 73% when Y = 0 mm, approximately 70% when Y = 100 mm, approximately 62% when Y = 200 mm, approximately 55% when Y = 300 mm, About 45% at Y = 400 mm, about 38% at Y = 500 mm, and about 35% at Y = 600 mm.
図１０から分かるように、実施の形態３の変形例１の電力中継器の受電効率は、実施の形態３の電力中継器３００の受電効率に比べて、Ｙ＝３００ｍｍよりもＹ軸方向の位置ずれが大きい領域で特に改善された。 As can be seen from FIG. 10, the power reception efficiency of the power repeater of the first modification of the third embodiment is higher than the power reception efficiency of the power repeater 300 of the third embodiment in the position in the Y-axis direction than Y = 300 mm. This was particularly improved in areas where the deviation was large.
以上のように、Ｙ軸方向の位置ずれに応じて１次側コイル１及び１次側共振コイル２の向きと、２次側共振コイル３及び２次側コイル４の向きを最適化することにより、受電効率を改善できることが分かった。
As described above, by optimizing the direction of the primary side coil 1 and the primary
＜変形例２＞
実施の形態３の変形例２は、１次側コイル１及び１次側共振コイル２と、２次側共振コイル３及び２次側コイル４とのＸ軸方向の位置ずれを変形例１における５００ｍｍから３００ｍｍに変えて、θｘ１、θｙ１、θｘ２、θｙ２の最適化を行ったものである。
<
In the second modification of the third embodiment, the positional deviation in the X-axis direction between the primary side coil 1 and the primary
実施の形態３の変形例２では、１次側コイル１及び１次側共振コイル２と、２次側共振コイル３及び２次側コイル４とのＸ軸方向の位置ずれを３００ｍｍに設定し、かつ、Ｙ軸方向の位置ずれによらずにθｘ１、θｙ１、θｘ２、θｙ２をすべて０°に設定して得る受電効率と比較して評価を行った。
In the second modification of the third embodiment, the positional deviation in the X-axis direction between the primary side coil 1 and the primary
その結果、２次側共振コイル３及び２次側コイル４のＹ軸方向の位置がＹ＝０ｍｍ〜３００ｍｍの範囲では、θｘ１、θｙ１、θｘ２、θｙ２をすべて０°に設定したときにベストの受電効率が得られた。
As a result, when the position of the
Ｙ軸方向の位置がＹ＝４００ｍｍのときは、θｘ１、θｙ１、θｘ２、θｙ２をすべて７°〜９°に設定したときにベストの受電効率が得られた。 When the position in the Y-axis direction is Y = 400 mm, the best power receiving efficiency was obtained when θx1, θy1, θx2, and θy2 were all set to 7 ° to 9 °.
Ｙ軸方向の位置がＹ＝５００ｍｍのときは、θｘ１、θｙ１、θｘ２、θｙ２をすべて１４°〜１６°に設定したときにベストの受電効率が得られた。 When the position in the Y-axis direction is Y = 500 mm, the best power receiving efficiency was obtained when θx1, θy1, θx2, and θy2 were all set to 14 ° to 16 °.
Ｙ軸方向の位置がＹ＝６００ｍｍのときは、θｘ１、θｙ１、θｘ２、θｙ２をすべて１９°〜２１°に設定したときにベストの受電効率が得られた。 When the position in the Y-axis direction was Y = 600 mm, the best power receiving efficiency was obtained when θx1, θy1, θx2, and θy2 were all set to 19 ° to 21 °.
Ｙ＝７００ｍｍ〜９００ｍｍの範囲では、θｘ１、θｙ１、θｘ２、θｙ２をすべて０°に設定したときにベストの受電効率が得られた。 In the range of Y = 700 mm to 900 mm, the best power receiving efficiency was obtained when θx1, θy1, θx2, and θy2 were all set to 0 °.
従って、１次側コイル１及び１次側共振コイル２と、２次側共振コイル３及び２次側コイル４とのＸ軸方向の位置ずれが３００ｍｍであり、かつ、Ｚ軸方向の位置ずれが２００ｍｍである場合には、上述のようにＹ軸方向の位置に応じてθｘ１、θｙ１、θｘ２、θｙ２を制御すれば、図１１に示すような受電効率が得られる。
Therefore, the positional deviation in the X-axis direction between the primary side coil 1 and the primary side
図１１は、実施の形態３の変形例２の電力中継器の受電効率の位置ずれに対する特性を示す図である。 FIG. 11 is a diagram illustrating a characteristic with respect to a positional shift of the power reception efficiency of the power repeater according to the second modification of the third embodiment.
実施の形態３の変形例２の電力中継器の受電効率は、Ｙ＝０ｍｍ、１００ｍｍ、２００ｍｍで約９２％、Ｙ＝３００ｍｍで約８８％、Ｙ＝４００ｍｍで約６３％、Ｙ＝５００ｍｍで約５５％、Ｙ＝６００ｍｍで約４０％であった。また、Ｙ＝７００ｍｍで約３５％、Ｙ＝８００ｍｍで約２７％、Ｙ＝９００ｍｍで約１８％であった。
The power receiving efficiency of the power repeater of
これに対して、Ｙ軸方向の位置ずれによらずにθｘ１、θｙ１、θｘ２、θｙ２をすべて０°に設定して得る比較用の受電効率では、Ｙ＝０ｍｍ〜３００ｍｍでは変形例２の受電効率と同一であるが、Ｙ＝４００ｍｍで約５５％、Ｙ＝５００ｍｍで約７％、Ｙ＝６００ｍｍで約３６％であった。また、Ｙ＝７００ｍｍ以上の場合は変形例２の受電効率と同一であり、Ｙ＝７００ｍｍで約３５％、Ｙ＝８００ｍｍで約２７％、Ｙ＝９００ｍｍで約１８％であった。
On the other hand, in the comparative power reception efficiency obtained by setting all θx1, θy1, θx2, and θy2 to 0 ° regardless of the positional deviation in the Y-axis direction, the power reception efficiency of
図１１から分かるように、実施の形態３の変形例２の電力中継器の受電効率は、比較用にＹ軸方向の位置ずれによらずにθｘ１、θｙ１、θｘ２、θｙ２をすべて０°に設定して得る受電効率に比べて、Ｙ＝３００ｍｍ〜７００ｍｍの間で改善された。 As can be seen from FIG. 11, the power reception efficiency of the power repeater of the second modification of the third embodiment is set to 0 ° for all the θx1, θy1, θx2, and θy2 for comparison without depending on the positional deviation in the Y-axis direction. Compared with the power receiving efficiency obtained in this way, the Y was improved between 300 mm and 700 mm.
以上のように、Ｙ軸方向の位置ずれに応じて１次側コイル１及び１次側共振コイル２の向きと、２次側共振コイル３及び２次側コイル４の向きを最適化することにより、受電効率を改善できることが分かった。
As described above, by optimizing the direction of the primary side coil 1 and the primary
＜変形例３＞
実施の形態３の変形例３は、１次側コイル１及び１次側共振コイル２と、２次側共振コイル３及び２次側コイル４とのＸ軸方向の位置ずれを変形例１における５００ｍｍから１００ｍｍに変えて、θｘ１、θｙ１、θｘ２、θｙ２の最適化を行ったものである。
<
In the third modification of the third embodiment, the positional deviation in the X-axis direction between the primary side coil 1 and the primary
実施の形態３の変形例３では、１次側コイル１及び１次側共振コイル２と、２次側共振コイル３及び２次側コイル４とのＸ軸方向の位置ずれを１００ｍｍに設定し、かつ、Ｙ軸方向の位置ずれによらずにθｘ１、θｙ１、θｘ２、θｙ２をすべて０°に設定して得る受電効率と比較して評価を行った。
In the third modification of the third embodiment, the positional deviation in the X-axis direction between the primary side coil 1 and the primary
その結果、２次側共振コイル３及び２次側コイル４のＹ軸方向の位置がＹ＝０ｍｍ〜４００ｍｍの範囲では、θｘ１、θｙ１、θｘ２、θｙ２をすべて０°に設定したときにベストの受電効率が得られた。
As a result, when the position of the
Ｙ軸方向の位置がＹ＝５００ｍｍのときは、θｘ１、θｙ１、θｘ２、θｙ２をすべて８°〜１０°に設定したときにベストの受電効率が得られた。 When the position in the Y-axis direction is Y = 500 mm, the best power receiving efficiency was obtained when θx1, θy1, θx2, and θy2 were all set to 8 ° to 10 °.
Ｙ軸方向の位置がＹ＝６００ｍｍのときは、θｘ１、θｙ１、θｘ２、θｙ２をすべて１６°〜１８°に設定したときにベストの受電効率が得られた。 When the position in the Y-axis direction is Y = 600 mm, the best power receiving efficiency was obtained when θx1, θy1, θx2, and θy2 were all set to 16 ° to 18 °.
Ｙ＝７００ｍｍ〜９００ｍｍの範囲では、θｘ１、θｙ１、θｘ２、θｙ２をすべて０°に設定したときにベストの受電効率が得られた。 In the range of Y = 700 mm to 900 mm, the best power receiving efficiency was obtained when θx1, θy1, θx2, and θy2 were all set to 0 °.
従って、１次側コイル１及び１次側共振コイル２と、２次側共振コイル３及び２次側コイル４とのＸ軸方向の位置ずれが１００ｍｍであり、かつ、Ｚ軸方向の位置ずれが２００ｍｍである場合には、上述のようにＹ軸方向の位置に応じてθｘ１、θｙ１、θｘ２、θｙ２を制御すれば、図１２に示すような受電効率が得られる。
Therefore, the positional deviation in the X-axis direction between the primary side coil 1 and the primary side
図１２は、実施の形態３の変形例３の電力中継器の受電効率の位置ずれに対する特性を示す図である。 FIG. 12 is a diagram illustrating a characteristic with respect to the positional deviation of the power reception efficiency of the power repeater of the third modification of the third embodiment.
実施の形態３の変形例３の電力中継器の受電効率は、Ｙ＝０ｍｍ、１００ｍｍ、２００ｍｍで約９３％、Ｙ＝３００ｍｍで約９０％、Ｙ＝４００ｍｍで約８６％、Ｙ＝５００ｍｍで約６６％、Ｙ＝６００ｍｍで約４６％であった。また、Ｙ＝７００ｍｍで約３５％、Ｙ＝８００ｍｍで約３０％、Ｙ＝９００ｍｍで約２２％であった。 The power receiving efficiency of the power repeater of the third modification of the third embodiment is approximately 93% when Y = 0 mm, 100 mm, and 200 mm, approximately 90% when Y = 300 mm, approximately 86% when Y = 400 mm, and approximately 86% when Y = 500 mm. 66%, Y = 600 mm, about 46%. Moreover, it was about 35% at Y = 700 mm, about 30% at Y = 800 mm, and about 22% at Y = 900 mm.
これに対して、Ｙ軸方向の位置ずれによらずにθｘ１、θｙ１、θｘ２、θｙ２をすべて０°に設定して得る比較用の受電効率では、Ｙ＝０ｍｍ〜４００ｍｍでは変形例３の受電効率と同一であるが、Ｙ＝５００ｍｍで約４０％、Ｙ＝６００ｍｍで約２２％であった。また、Ｙ＝７００ｍｍ以上の場合は変形例３の受電効率と同一であり、Ｙ＝７００ｍｍで約３５％、Ｙ＝８００ｍｍで約３０％、Ｙ＝９００ｍｍで約２２％であった。
On the other hand, in the comparative power reception efficiency obtained by setting all θx1, θy1, θx2, and θy2 to 0 ° regardless of the positional deviation in the Y-axis direction, the power reception efficiency of
図１２から分かるように、実施の形態３の変形例３の電力中継器の受電効率は、比較用にＹ軸方向の位置ずれによらずにθｘ１、θｙ１、θｘ２、θｙ２をすべて０°に設定して得る受電効率に比べて、Ｙ＝４００ｍｍ〜７００ｍｍの間で改善された。 As can be seen from FIG. 12, the power reception efficiency of the power repeater of the third modification of the third embodiment is set such that θx1, θy1, θx2, and θy2 are all set to 0 ° regardless of the positional deviation in the Y-axis direction for comparison. Compared with the power receiving efficiency obtained in this way, the Y was improved between 400 mm and 700 mm.
以上のように、Ｙ軸方向の位置ずれに応じて１次側コイル１及び１次側共振コイル２の向きと、２次側共振コイル３及び２次側コイル４の向きを最適化することにより、受電効率を改善できることが分かった。
As described above, by optimizing the direction of the primary side coil 1 and the primary
＜変形例４＞
実施の形態３の変形例４は、１次側コイル１及び１次側共振コイル２と、２次側共振コイル３及び２次側コイル４とのＸ軸方向の位置ずれを変形例１における５００ｍｍから０ｍｍに変えて、θｘ１、θｘ２の最適化を行ったものである。
<
In the fourth modification of the third embodiment, the positional deviation in the X-axis direction between the primary side coil 1 and the primary
実施の形態３の変形例４では、１次側コイル１及び１次側共振コイル２と、２次側共振コイル３及び２次側コイル４とのＸ軸方向の位置ずれを０ｍｍに設定し、かつ、Ｙ軸方向の位置ずれによらずにθｘ１、θｘ２をすべて０°に設定して得る受電効率と比較して評価を行った。なお、Ｘ軸方向の位置ずれが０ｍｍであるため、θｙ１、θｙ２は０°に固定した。
In the fourth modification of the third embodiment, the positional deviation in the X-axis direction between the primary side coil 1 and the primary
その結果、２次側共振コイル３及び２次側コイル４のＹ軸方向の位置がＹ＝０ｍｍ〜４００ｍｍの範囲では、θｘ１、θｘ２をともに０°に設定したときにベストの受電効率が得られた。
As a result, when the position of the secondary
Ｙ軸方向の位置がＹ＝５００ｍｍのときは、θｘ１、θｘ２をともに１０°〜１２°に設定したときにベストの受電効率が得られた。 When the position in the Y-axis direction is Y = 500 mm, the best power receiving efficiency was obtained when both θx1 and θx2 were set to 10 ° to 12 °.
Ｙ軸方向の位置がＹ＝６００ｍｍのときは、θｘ１、θｘ２をともに２０°〜２２°に設定したときにベストの受電効率が得られた。 When the position in the Y-axis direction is Y = 600 mm, the best power receiving efficiency was obtained when both θx1 and θx2 were set to 20 ° to 22 °.
Ｙ軸方向の位置がＹ＝７００ｍｍのときは、θｘ１、θｘ２をともに２６°〜２８°に設定したときにベストの受電効率が得られた。 When the position in the Y-axis direction is Y = 700 mm, the best power receiving efficiency was obtained when both θx1 and θx2 were set to 26 ° to 28 °.
Ｙ＝８００ｍｍ〜９００ｍｍの範囲では、θｘ１、θｘ２をともに０°に設定したときにベストの受電効率が得られた。 In the range of Y = 800 mm to 900 mm, the best power receiving efficiency was obtained when both θx1 and θx2 were set to 0 °.
従って、１次側コイル１及び１次側共振コイル２と、２次側共振コイル３及び２次側コイル４とのＸ軸方向の位置ずれが０ｍｍであり、かつ、Ｚ軸方向の位置ずれが２００ｍｍである場合には、上述のようにＹ軸方向の位置に応じてθｘ１、θｘ２を制御すれば、図１３に示すような受電効率が得られる。
Therefore, the positional deviation in the X-axis direction between the primary side coil 1 and the primary side
図１３は、実施の形態３の変形例４の電力中継器の受電効率の位置ずれに対する特性を示す図である。 FIG. 13 is a diagram illustrating a characteristic with respect to a positional shift of the power reception efficiency of the power repeater according to the fourth modification of the third embodiment.
実施の形態３の変形例４の電力中継器の受電効率は、Ｙ＝０ｍｍ、１００ｍｍ、２００ｍｍで約９３％、Ｙ＝３００ｍｍで約９２％、Ｙ＝４００ｍｍで約８８％、Ｙ＝５００ｍｍで約７０％、Ｙ＝６００ｍｍで約５２％であった。また、Ｙ＝７００ｍｍで約３６％、Ｙ＝８００ｍｍで約３２％、Ｙ＝９００ｍｍで約２２％であった。
The power receiving efficiency of the power repeater of
これに対して、Ｙ軸方向の位置ずれによらずにθｘ１、θｘ２をともに０°に設定して得る比較用の受電効率では、Ｙ＝０ｍｍ〜４００ｍｍでは変形例４の受電効率と同一であるが、Ｙ＝５００ｍｍで約６０％、Ｙ＝６００ｍｍで約１８％であった。また、Ｙ＝７００ｍｍ以上の場合は変形例４の受電効率と同一であり、Ｙ＝７００ｍｍで約３６％、Ｙ＝８００ｍｍで約３２％、Ｙ＝９００ｍｍで約２２％であった。 On the other hand, the power receiving efficiency for comparison obtained by setting both θx1 and θx2 to 0 ° regardless of the positional deviation in the Y-axis direction is the same as the power receiving efficiency of the modified example 4 at Y = 0 mm to 400 mm. However, it was about 60% at Y = 500 mm and about 18% at Y = 600 mm. Further, in the case of Y = 700 mm or more, the power receiving efficiency was the same as that of the modified example 4. Y = 700 mm was about 36%, Y = 800 mm was about 32%, and Y = 900 mm was about 22%.
図１３から分かるように、実施の形態３の変形例４の電力中継器の受電効率は、比較用にＹ軸方向の位置ずれによらずにθｘ１、θｘ２をともに０°に設定して得る受電効率に比べて、Ｙ＝４００ｍｍ〜７００ｍｍの間で改善された。 As can be seen from FIG. 13, the power reception efficiency of the power repeater of the fourth modification of the third embodiment is the power reception efficiency obtained by setting both θx1 and θx2 to 0 ° regardless of the positional deviation in the Y-axis direction for comparison. Compared to the efficiency, Y was improved between 400 mm and 700 mm.
以上のように、Ｙ軸方向の位置ずれに応じて１次側コイル１及び１次側共振コイル２の向きと、２次側共振コイル３及び２次側コイル４の向きを最適化することにより、受電効率を改善できることが分かった。
As described above, by optimizing the direction of the primary side coil 1 and the primary
＜実施の形態４＞
図１４は、実施の形態４の電力中継器を適用した電気自動車の充電システムの構成を示す図である。図１４に示す電気自動車の充電システムは、電力中継器４００Ａと４００Ｂを含む。
<
FIG. 14 is a diagram showing a configuration of an electric vehicle charging system to which the power repeater of the fourth embodiment is applied. The electric vehicle charging system shown in FIG. 14 includes
図１５は、実施の形態４の電力中継器の構成を示すブロック図である。図１５（Ａ）は電力中継器４００Ａを示し、図１５（Ｂ）は電力中継器４００Ｂを示す。電力中継器４００Ａは、道路５００側に配設される送電用の電力中継器である。電力中継器４００Ｂは、電気自動車５１０に搭載される受電用の電力中継器である。
FIG. 15 is a block diagram illustrating a configuration of the power repeater according to the fourth embodiment. FIG. 15A shows a
図１４及び図１５（Ａ）に示すように、電力中継器４００Ａは、１次側コイル１、１次側共振コイル２、上下移動機構１１０、傾斜機構１２０、制御部４１０Ａ、センサ５０１、５０２を含む。なお、図１４では上下移動機構１１０及び傾斜機構１２０の図示を省く。
As shown in FIG. 14 and FIG. 15A, the
１次側コイル１及び１次側共振コイル２は、道路５００の表面から少し窪んだ位置に設置されている。
The primary side coil 1 and the primary
電力中継器４００Ａの制御部４１０Ａは、交流電源５、上下移動機構１１０、傾斜機構１２０、センサ５０１、５０２に接続されている。制御部４１０Ａは、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit：中央演算処理装置）及び内部メモリ等を含む。
The
センサ５０１、５０２は、道路５００の電気自動車５１０の進行方向において、１次側コイル１及び１次側共振コイル２よりも所定距離だけ上流側の道路脇に設置されている。センサ５０１は、センサ５０２と所定の間隔を隔てて、センサ５０２よりも電気自動車５１０の進行方向における上流側に設置されている。
The
センサ５０１、５０２は、例えば、赤外線を道路５００の幅方向に照射して、道路５００を通過する電気自動車５１０によって反射される反射波を検出し、反射波を検出したことを表す信号を出力する。
The
制御部４１０Ａは、センサ５０１、５０２の出力信号に基づき、電気自動車５１０の有無、道路５００の幅方向におけるセンサ５０１から電気自動車５１０までの距離、及び電気自動車５１０の速度を演算する。センサ５０１、５０２と１次側共振コイル２の中心軸との距離は既知であるので、電気自動車５１０の速度を検出すれば、１次側共振コイル２と２次側共振コイル３との位置関係の時間変化を検出することができる。
Based on the output signals of
センサ５０１から電気自動車５１０までの距離は、センサ５０１が赤外線の照射を開始してから反射波を受信するまでの時間に基づいて求めることができる。また、電気自動車５１０の速度は、センサ５０１で電気自動車５１０を検出した時刻と、センサ５０２で電気自動車５１０を検出した時刻との差と、センサ５０１、５０２の間の距離に基づいて求めることができる。
The distance from the
制御部４１０Ａは、道路５００の表面における１次側コイル１及び１次側共振コイル２の中心軸上の点をＸＹ座標の原点としたセンサ５０１、５０２の位置座標、電気自動車５１０の外寸、電気自動車５１０内における２次側共振コイル３及び２次側コイル４の中心軸ｌ２の位置を表すデータを内部メモリに格納している。また、制御部４１０Ａは、１次側コイル１及び１次側共振コイル２と、２次側共振コイル３及び２次側コイル４の中心軸ｌ２との距離に応じた１次側コイル１及び１次側共振コイル２の最適な傾斜角度を表すデータを内部メモリに格納している。
410 A of control parts are the position coordinate of the
制御部４１０Ａは、電気自動車５１０の通行を検知すると交流電源５に所定の周波数の交流電力を出力させる。また、制御部４１０Ａは、中心軸ｌ１と中心軸ｌ２の道路５００の幅方向における位置ずれと、電気自動車５１０の速度を演算し、電気自動車５１０の通過に合わせて、上下移動機構１１０の伸縮部１１０Ｂの制御、及び、傾斜機構１２０の傾斜部１２０Ｂの制御を行う。
When detecting passage of
図１４及び図１５（Ｂ）に示すように、電力中継器４００Ｂは、電気自動車５１０に搭載されており、２次側共振コイル３、２次側コイル４、負荷回路６、上下移動機構１３０、傾斜機構１４０、及び制御部４１０Ｂを含む。電力中継器４００Ｂの負荷回路６は、ＡＣ−ＤＣコンバータであり、バッテリ４２０が接続されている。ＡＣ−ＤＣコンバータは、例えば、交流電力を全波整流及び平滑化して直流電力として出力する整流回路と、整流回路から出力される直流電力の電圧値を変換するＤＣ−ＤＣコンバータとを含む。
As shown in FIGS. 14 and 15B, the
バッテリ４２０は、電気自動車５１０のバッテリであり、例えば、リチウムイオンバッテリである。２次側共振コイル３及び２次側コイル４は、一例として、電気自動車５１０の床下（下面）に設置されている。２次側共振コイル３は、道路５００側に設置される１次側共振コイル２から磁気共鳴により電力を受電することができる。
The battery 420 is a battery of the
上下移動機構１３０は、電気自動車５１０の車体の下面に設置されており、２次側共振コイル３と２次側コイル４を電気自動車５１０の車体に対して上下方向に移動自在に保持している。上下移動機構１３０の構成及び動作は、上下移動機構１１０と同様である。
The vertical movement mechanism 130 is installed on the lower surface of the vehicle body of the
傾斜機構１４０は、上下移動機構１３０の先端に取り付けられており、上下移動機構１３０に対して２次側共振コイル３と２次側コイル４を傾斜自在に保持している。傾斜機構１４０の構成及び動作は、傾斜機構１２０と同様である。
The tilt mechanism 140 is attached to the tip of the vertical movement mechanism 130, and holds the
上下移動機構１３０、傾斜機構１４０は、制御部４１０Ｂによって制御され、それぞれ、２次側共振コイル３と２次側コイル４の上下方向の移動、傾斜方向の移動を行う。
The vertical movement mechanism 130 and the tilt mechanism 140 are controlled by the
制御部４１０Ｂは、例えば、ＣＰＵ及び内部メモリ等を含む。制御部４１０Ｂは、１次側コイル１及び１次側共振コイル２と、２次側共振コイル３及び２次側コイル４との距離に応じた２次側共振コイル３及び２次側コイル４の最適な傾斜角度を表すデータを内部メモリに格納している。
The
制御部４１０Ｂは、電気自動車５１０に搭載された２次側共振コイル３及び２次側コイル４と、１次側コイル１及び１次側共振コイル２との位置関係に基づいて２次側共振コイル３及び２次側コイル４の上下位置及び傾斜角度を制御する。
The
２次側共振コイル３及び２次側コイル４と、１次側コイル１及び１次側共振コイル２との位置関係は、例えば、電気自動車５１０に搭載されたナビゲーションシステムを用いて検出すればよい。例えば、ナビゲーションシステムの地図データに１次側コイル１及び１次側共振コイル２の位置を登録しておけば、地図データに登録された１次側コイル１及び１次側共振コイル２の位置と、電気自動車５１０に搭載された２次側共振コイル３及び２次側コイル４との位置関係を算出することができる。
What is necessary is just to detect the positional relationship of the secondary
制御部４１０Ａが道路５００を走行中の電気自動車５１０を検知すると、交流電源５が交流電力を出力し、道路５００側の１次側コイル１を経て１次側共振コイル２から、電気自動車５１０側の２次側共振コイル３に磁気共鳴によって電力が伝送される。このとき、１次側コイル１及び１次側共振コイル２の傾斜角度及び上下位置は、制御部４１０Ａによって制御される。
When the
また、このとき電気自動車５１０では、制御部４１０Ｂがナビゲーションシステムから入力される位置情報に基づき、２次側共振コイル３及び２次側コイル４の傾斜角度及び上下位置を制御する。
At this time, in the
道路５００側の１次側共振コイル２から電気自動車５１０側の２次側共振コイル３に伝送された電力は、電磁誘導によって２次側コイル４に伝送され、ＡＣ−ＤＣコンバータである負荷回路６を経てバッテリ４２０に充電される。
The power transmitted from the primary
上下移動機構１１０の伸縮部１１０Ｂの制御量、及び、傾斜機構１２０の傾斜部１２０Ｂの制御量としては、例えば、実施の形態１乃至３の電力中継器１００、２００、３００のいずれかにおける制御量（θｘ１、θｙ１、Ｚ１、Ｚ１１）を用いることができる。また、これらの制御量（θｘ１、θｙ１、Ｚ１、Ｚ１１）を電気自動車５１０の寸法等に合わせてさらに最適化してもよい。
As the control amount of the expansion /
上下移動機構１３０の制御量、及び、傾斜機構１４０の制御量としては、例えば、実施の形態２、３の電力中継器２００、３００のいずれかにおける制御量（θｘ２、θｙ２、Ｚ２、Ｚ２２）を用いることができる。また、これらの制御量（θｘ２、θｙ２、Ｚ２、Ｚ２２）を電気自動車５１０の寸法等に合わせてさらに最適化してもよい。
As the control amount of the vertical movement mechanism 130 and the control amount of the tilt mechanism 140, for example, the control amount (θx2, θy2, Z2, Z22) in any of the
このように、送電側の電力中継器４００Ａと、受電側の電力中継器４００Ｂを含む電気自動車の充電システムによれば、道路５００を走行する電気自動車５１０が停止することなく、走行しながら非接触で効率よくバッテリ４２０の充電を行うことができる。
Thus, according to the charging system for the electric vehicle including the
なお、制御部４１０Ａによる上下移動機構１１０及び傾斜機構１２０の制御は、実施の形態１乃至３の電力中継器１００、２００、３００の１次側コイル１及び１次側共振コイル２に適用してもよい。同様に、制御部４１０Ｂによる上下移動機構１３０及び傾斜機構１４０の制御は、実施の形態１乃至３の電力中継器１００、２００、３００の２次側共振コイル３及び２次側コイル４に適用してもよい。
The control of the
また、以上では、センサ５０１、５０２が赤外線を利用して電気自動車５１０を検出する形態について説明したが、センサ５０１、５０２は、電気自動車５１０の道路５００における位置と速度を検出できれば、赤外線を利用したものに限られず、他の形式のセンサを用いることができる。
In the above description, the
以上、実施の形態１乃至４では、一例として、電力中継器を電気自動車の充電システムに適用する形態について説明したが、電力中継器の適用対象は電気自動車に限られず、様々なものに適用することができる。例えば、工場等で物資を搬送する搬送ロボット、あるいは、携帯電話端末機、スマートフォン、ノート型のＰＣ（Personal Computer）等の小型の電子装置に適用することも可能である。 As described above, in Embodiments 1 to 4, the power repeater is applied to the charging system of the electric vehicle as an example. However, the application target of the power relay is not limited to the electric vehicle and is applied to various things. be able to. For example, the present invention can be applied to a transport robot that transports goods in a factory or the like, or a small electronic device such as a mobile phone terminal, a smartphone, or a notebook PC (Personal Computer).
以上、本発明の例示的な実施の形態１乃至４の電力中継器について説明したが、本発明は、具体的に開示された実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。 As mentioned above, although the power repeater of exemplary embodiment 1 thru | or 4 of this invention was demonstrated, this invention is not limited to embodiment disclosed specifically, and deviates from a claim. Various modifications and changes can be made without this.
１００、２００、３００、４００Ａ、４００Ｂ 電力中継器
１ １次側コイル
２ １次側共振コイル
３ ２次側共振コイル
４ ２次側コイル
５ 交流電源
６ 負荷回路
１１０ 上下移動機構
１１０Ａ 台座
１１０Ｂ 伸縮部
１２０ 傾斜機構
１２０Ａ 基台
１２０Ｂ 傾斜部
４１０ 制御部
４２０ バッテリ
５００ 道路
５０１、５０２ センサ
５１０ 電気自動車
100, 200, 300, 400A, 400B Power repeater 1
Claims (9)
前記１次側コイルから電磁誘導によって電力を受電する１次側共振コイルと、
前記移動体に搭載され、前記１次側共振コイルとの間で生じる磁気共鳴によって前記1次側共振コイルから電力を受電する２次側共振コイルと、
前記移動体に搭載され、前記２次側共振コイルから電磁誘導によって電力を受電する２次側コイルと、
送電側において前記１次側コイル及び１次側共振コイルよりも前記移動体の通行方向における上流側に配設され、前記移動体の通過を検出するセンサと
を含み、前記１次側共振コイルの中心軸の角度は、前記センサによって検出される前記移動体の位置に基づいて設定される、電力中継器。 Connected to an AC power source, a primary coil that will be disposed along the passage path of the moving body,
A primary resonance coil that receives power from the primary coil by electromagnetic induction;
A secondary resonance coil mounted on the movable body and receiving power from the primary resonance coil by magnetic resonance generated between the primary resonance coil and the primary resonance coil ;
A secondary coil mounted on the movable body and receiving power from the secondary resonance coil by electromagnetic induction ;
A sensor disposed on the upstream side in the passage direction of the moving body relative to the primary side coil and the primary side resonance coil on the power transmission side, and detecting a passage of the moving body , The angle of the central axis is a power repeater set based on the position of the moving body detected by the sensor .
前記１次側共振コイルと前記２次側共振コイルの位置関係に基づいて、前記１次側角度調整部による前記１次側共振コイルの中心軸の角度の調整度合を制御する１次側角度制御部と
をさらに含む、請求項１乃至３のいずれか一項記載の電力中継器。 A primary side angle adjustment unit for adjusting an angle of a central axis of the primary side resonance coil;
Primary side angle control for controlling the degree of adjustment of the angle of the central axis of the primary side resonance coil by the primary side angle adjustment unit based on the positional relationship between the primary side resonance coil and the secondary side resonance coil. The power repeater according to any one of claims 1 to 3 , further comprising:
前記１次側角度制御部によって制御される前記１次側共振コイルの中心軸の角度の調整度合に応じて、前記１次側高さ調整部による前記１次側共振コイルの高さの調整度合を制御する１次側高さ制御部と
をさらに含む、請求項４記載の電力中継器。 A primary-side height adjustment unit that adjusts the height of the primary-side resonance coil in the central axis direction with respect to the secondary-side resonance coil ;
The degree of adjustment of the height of the primary side resonance coil by the primary side height adjustment unit according to the degree of adjustment of the angle of the central axis of the primary side resonance coil controlled by the primary side angle control unit The power repeater according to claim 4 , further comprising: a primary-side height control unit that controls
前記１次側共振コイルと前記２次側共振コイルの位置関係に基づいて、前記２次側角度調整部による前記２次側共振コイルの中心軸の角度の調整度合を制御する２次側角度制御部と
をさらに含む、請求項１乃至６のいずれか一項記載の電力中継器。 A secondary side angle adjustment unit for adjusting the angle of the central axis of the secondary side resonance coil;
Secondary side angle control for controlling the degree of adjustment of the angle of the central axis of the secondary side resonance coil by the secondary side angle adjustment unit based on the positional relationship between the primary side resonance coil and the secondary side resonance coil. The power repeater according to any one of claims 1 to 6 , further comprising:
前記２次側角度制御部によって制御される前記２次側共振コイルの中心軸の角度の調整度合に応じて、前記２次側高さ調整部による前記２次側共振コイルの高さの調整度合を制御する２次側高さ制御部と
をさらに含む、請求項７記載の電力中継器。 A secondary side height adjustment unit that adjusts the height of the secondary side resonance coil in the central axis direction with respect to the primary side resonance coil ;
The degree of adjustment of the height of the secondary side resonance coil by the secondary side height adjustment unit according to the degree of adjustment of the angle of the central axis of the secondary side resonance coil controlled by the secondary side angle control unit The power repeater according to claim 7 , further comprising: a secondary-side height control unit that controls
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