JP5906175B2 - 電力伝送方法および磁界共鳴型無線電力伝送装置 - Google Patents
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Description
図13は、従来技術による磁界共鳴型無線電力伝送装置200の構成例を示す。図13において、送電側装置210の電源211に接続される送電側コイル213と受電側装置220の負荷223に接続される受電側コイル222が、それぞれ送電側共鳴コイル214および受電側共鳴コイル221を介して、磁界共鳴現象を利用した電磁誘導により電気的に結合し、電源211から負荷223に電力が伝達される。
即ち、本発明による電力伝送方法の一態様は、磁性体部材を含む構造体により相互に区画された領域に配置された第1コイルと第2コイルとの間で、前記構造体を介して磁界共鳴現象を利用して電力を無線伝送する電力伝送方法であって、前記第1コイルの中心軸と直交する方向に前記磁性体部材が位置するように前記第1コイルを配置することを特徴とする電力伝送方法の構成を有する。
本発明の一態様は、磁界共鳴型電力伝送の適用において、送電側コイルと受電側コイルとを離隔する障壁があり、前記障壁の中もしくは前記障壁の表面に強磁性体部分があり、送電側コイルもしくは受電側コイルのうちの一方のコイルの配置法に対して、前記強磁性体を断面とする障壁面鉛直方向の空間内への配置とする条件がある場合において、前記一方のコイルの軸方向を前記強磁性体面の鉛直方向に対して直交に配置する事を特徴とする磁界共鳴型無線電力伝送コイル配置法の構成を有する。
なお、全図面にわたって、同一符号は同一または対応する要素を表している。
[構成の説明]
図1は、本発明の実施形態による磁界共鳴型無線電力伝送装置100の構成例を示す図である。図1において、磁界共鳴型無線電力伝送装置100は、電力の送電を担う送電側装置110と、送電された電力を受け取る受電側装置120とからなり、受電側装置120から送電側装置110に送信データを伝送するための構成を含む。送電側装置110から受電側装置120への電力および送信データの流れが下りであり、受電側装置120から送電側装置110への送信データの流れが上りである。
図3右下の正面図は、上述の図2と同じである。この正面図に示すように、地上ESに水平状に配置された送電側共鳴コイル114の中心軸J114と、マンホール蓋MCの下方に垂直状に配置された受電側共鳴コイル121の中心軸J121は直交する。また、同図左下の側面図に示すように、送電側共鳴コイル114の中心軸J114は、受電側共鳴コイル121の中心線上を通過する。また、同図右上の上面図に示すように、受電側共鳴コイル121の中心軸J121は、送電側共鳴コイル114の中心線上を通過する。
2つのコイル間の電力伝送効率Uは、次式(1)により表される。
式(1)と式(2)から式(3)が導出される。
図4は、任意配置された送電側共鳴コイル114と受電側共鳴コイル121との間の相互インダクタンスを算出するためのノイマンの公式を説明するための図である。ノイマンの相互インダクタンスの公式によれば、図4に例示する任意配置された受電側共鳴コイル121と送電側共鳴コイル114との間の相互インダクタンスMは、次式(4)により与えられる。
図5は、強磁性体部材であるマンホール蓋MCに対する送電側共鳴コイル114の位置および傾きがコイルの共鳴周波数に与える影響を説明するための図であり、(a)は、コイルの共鳴周波数のズレのコイル軸角度依存性を示し、(b)は、共鳴周波数のズレを与えるマンホール蓋MCに対する送電側共鳴コイル114の位置(距離)および傾きを表す。
図6は、強磁性体部材であるマンホール蓋MCが存在しない状況において、送電側共鳴コイル114に対する受電側共鳴コイル121の位置およびコイルの傾きが相互インダクタンスに与える影響を説明するための図であり、相互インダクタンスのコイル配置法による依存性を示す図である。
次に、本実施形態による磁界共鳴型無線電力伝送装置100の動作を説明する。
上述のようにマンホールMの内部に配置した受電側共鳴コイル121を備えた受電側装置120に対して、マンホールMの外部から給電し、その受電電力で動作する受電側装置120から送信データとして例えば受電電力値を送信し、送電側装置110で復元した受電電力値が大きくなるように、電源周波数が共鳴周波数に近づくように調整する制御形態が考えられる。以下、送電側装置110で受電側装置120から送信された送信データを復元する方法について、図1の構成に基づいて説明する。
図11において、復調部112は、検波部1121、A/D変換部1122、符号判定部1123により構成される。検波部1121は、受信波形、すなわち送電側装置110における受信信号の電流または電圧を検波する。この検波出力をA/D変換部1122でデジタル化し、符号判定部1123でビット判定して出力する。
本実施形態では、送電側共鳴コイルと受電側共鳴コイルとを離隔する面形状の強磁性体を含む障壁としての構造体が存在する状況下で、磁界共鳴型無線電力伝送を適用するに当たり、送電側コイルもしくは受電側コイルのいずれか一方を、コイルの中心軸方向が強磁性体面の鉛直方向に対して直交するように配置し、他方をコイルの軸方向が強磁性体面の鉛直方向に対して平行なるように配置する。これにより、本実施形態によれば、送電側コイルおよび受電側コイルの位置および角度の調整を簡易化することができる。また、マンホール内外での電力伝送の効率をより改善することができる。
次に、図12を参照して、上述の本発明の実施形態の変形例を説明する。
上述の第1実施形態では、送電側共鳴コイル114を地上に水平状に配置し、受電側共鳴コイル121をマンホール内に垂直状に配置した。これら2つのコイルの配置において、送電側共鳴コイル114が生成した磁力線のうち、マンホール蓋MCを迂回する磁力線と受電側共鳴コイル121が交差するものを示した。ここで変形例においても図12に示すように、送電側共鳴コイル114が生成した磁力線のうち、マンホール蓋MCを迂回する磁力線Fと受電側共鳴コイル121が交差するように、受電側共鳴コイル121を配置する。
上記電力伝送方法において、例えば、前記第1コイルの中心軸は、前記第2コイルの線材の周回面と平行をなし、前記第2コイルは、前記磁性体部材が位置する前記方向から見て前記磁性体部材と重ならないことを限度として、前記構造体を挟んで前記第1コイルとの間の距離が最小となる位置に配置されたことを特徴とする。
上記電力伝送方法において、例えば、前記第1コイルおよび前記第2コイルは、前記第1コイルの中心軸と前記第2コイルの中心軸とが同一平面上に位置するように配置されたことを特徴とする。
上記電力伝送方法において、例えば、前記磁性体部材はマンホール蓋であり、前記第1コイルは、前記マンホール蓋の下方に配置された受電側共鳴コイルであり、前記第2コイルは、マンホール外に配置された送電側共鳴コイルであることを特徴とする。
Claims (6)
- 磁性体部材を含む構造体により相互に区画された領域に配置された第1コイルと第2コイルとの間で、前記構造体を介して磁界共鳴現象を利用して電力を無線伝送する電力伝送方法であって、
前記第1コイルは、
前記第1コイルの中心軸と直交する方向に前記磁性体部材が位置するように配置し、
前記第2コイルは、
前記第2コイルの中心軸が、前記第1コイルに対して前記磁性体部材が位置する前記方向と平行をなし、
前記第1コイルに対して前記磁性体部材が位置する前記方向から見て前記磁性体部材と重ならないことを限度として、前記構造体を挟んで前記第1コイルとの間の距離が最小となる位置に配置する
ことを特徴とする電力伝送方法。 - 前記第2コイルは、前記第2コイルが発生させた磁力線のうち、前記磁性体部材を迂回するループを形成する磁力線と前記第1コイルとが交差するように配置する
ことを特徴とする請求項1に記載の電力伝送方法。 - 前記第2コイルは、前記第1コイルの中心軸と前記第2コイルの中心軸とが同一平面上に位置するように配置する
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の電力伝送方法。 - 前記磁性体部材はマンホール蓋であり、
前記第1コイルは、前記マンホール蓋の下方に配置された受電側共鳴コイルであり、
前記第2コイルは、マンホール外に配置された送電側共鳴コイルであることを特徴とする請求項1から3の何れか1項に記載の電力伝送方法。 - 磁性体部材を含む構造体により相互に区画された領域に配置された第1コイルと第2コイルとを有し、前記構造体を介して前記第1コイルと前記第2コイルとの間で磁界共鳴現象を利用して電力を無線伝送する磁界共鳴型無線電力伝送装置であって、
前記第1コイルは、
前記第1コイルの中心軸と直交する方向に前記磁性体部材が位置するように配置され、
前記第2コイルは、
前記第2コイルの中心軸が、前記第1コイルに対して前記磁性体部材が位置する前記方向と平行をなし、
前記第1コイルに対して前記磁性体部材が位置する前記方向から見て前記磁性体部材と重ならないことを限度として、前記構造体を挟んで前記第1コイルとの間の距離が最小となる位置に配置された
ことを特徴とする磁界共鳴型無線電力伝送装置。 - 前記第2コイルは、前記第1コイルの中心軸と前記第2コイルの中心軸とが同一平面上に位置するように配置された
ことを特徴とする請求項5に記載の磁界共鳴型無線電力伝送装置。
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