JP6294717B2 - Electric field resonance type wireless power transmission device - Google Patents
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本発明は、電界共鳴によりワイヤレスで電力伝送を行う電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置に関し、特にワイヤレスで電力伝送を行う伝送距離を延伸することが可能な電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置に関するものである。 The present invention relates to an electric field resonance type wireless power transmission device that wirelessly transmits electric power by electric field resonance, and more particularly to an electric field resonance type wireless power transmission device that can extend a transmission distance for wireless power transmission.
電磁誘導や電磁共鳴によりワイヤレスで電力伝送を行う技術の開発が、これまで進められている。電磁共鳴方式で電力伝送を行う技術では、特にコイル間の磁界結合を利用して電力伝送を行う技術が広く知られている。一方、電極間の電界結合を利用して電力伝送または信号伝送を行う技術として、例えば特許文献1に開示されたものがある。特許文献1における送受カップラの伝送距離はカップラの最大寸法程度である。例えば特許文献1に記載の矩形型カップラにおいては、カップラ電極寸法が250mm×250mmで良好な特性が確保できる伝送距離は200mm程度である。これ以上伝送距離を取ると伝送効率が低下し、所望の電力を送ることが困難となる。
The development of technology for wireless power transmission by electromagnetic induction or electromagnetic resonance has been underway. As a technique for performing power transmission by an electromagnetic resonance method, a technique for performing power transmission by using magnetic field coupling between coils is widely known. On the other hand, as a technique for performing power transmission or signal transmission using electric field coupling between electrodes, for example, there is one disclosed in
電力伝送距離を延長するには特許文献1に記載の中継器を利用する方法が挙げられるが、中継器の構成は基本的に送受電カップラと同じものであり、インダクタの抵抗値に起因するロスが中継器を加えることで増加してしまう。即ち中継器を加えることは伝送距離は伸びるが伝送効率は低下してしまうという欠点がある。
In order to extend the power transmission distance, there is a method using the repeater described in
また、伝送距離延長の例としては特許文献2に開示されたものがある。特許文献2には、結合用電極上の電荷とグランドの鏡像電荷とで微小ダイポールを形成し、この微小ダイポールによる電磁界を対向する位置に配置された別の結合用電極に伝搬させる技術が記載されている。ここでは、2つの結合用電極間の距離を延伸するために、その間に誘電体または磁性体からなる伝送線路を配置している。伝送線路は、微小ダイポールとなす角度がほぼ0°の方向に配置され、高周波の電界が波動として伝搬するように構成されている。 An example of extending the transmission distance is disclosed in Patent Document 2. Patent Document 2 describes a technique in which a minute dipole is formed by a charge on a coupling electrode and a mirror image charge of the ground, and an electromagnetic field generated by the minute dipole is propagated to another coupling electrode disposed at an opposing position. Has been. Here, in order to extend the distance between the two coupling electrodes, a transmission line made of a dielectric or magnetic material is disposed between them. The transmission line is arranged in a direction where the angle formed with the minute dipole is approximately 0 °, and is configured such that a high-frequency electric field propagates as a wave.
しかしながら、特許文献2に開示された技術は、後述の、軸を中心に回転する回転体等の機器にワイヤレスで電力伝送する給電装置には適用することができない。回転体へ電力を供給するためには、伝送線路を回転体の回転軸と一致させる、すなわち伝送線路と回転軸とを共通化させる必要があるが、特許文献2の技術を適用するためには伝送線路を結合用電極及びグランドに貫通させる必要がある。しかし、伝送線路を結合用電極及びグランドに貫通させると、結合用電極とグランドとの結合の方が送受結合電極間の結合より強くなってしまい、結果的に伝送距離の延長が困難になるといった問題が生じる。また、後述の、作業用リフトへの適用を考慮した場合、結合用電極間に伝送線路が存在するため、電力伝送距離がほぼ固定されてしまい、伝送距離延長と可動範囲確保の両立が困難になるといった問題が生じる。 However, the technique disclosed in Patent Document 2 cannot be applied to a power supply apparatus that wirelessly transmits power to a device such as a rotating body that rotates around an axis, which will be described later. In order to supply electric power to the rotator, it is necessary to make the transmission line coincide with the rotation axis of the rotator, that is, to make the transmission line and the rotation axis common. It is necessary to penetrate the transmission line through the coupling electrode and the ground. However, if the transmission line is passed through the coupling electrode and the ground, the coupling between the coupling electrode and the ground becomes stronger than the coupling between the transmission / reception coupling electrodes, resulting in difficulty in extending the transmission distance. Problems arise. In addition, when considering application to a work lift, which will be described later, since there is a transmission line between the coupling electrodes, the power transmission distance is almost fixed, making it difficult to achieve both extension of the transmission distance and securing the movable range. Problem arises.
本発明はこれらの問題を解決するためになされたものであり、回転体並びに非回転体に対し電界共鳴によりワイヤレスで電力伝送が可能でかつ伝送距離を延伸することが可能な電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve these problems, and is capable of wirelessly transmitting electric power by electric field resonance to a rotating body and a non-rotating body, and capable of extending the transmission distance. An object is to provide a transmission apparatus.
本発明の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置の第1の態様は、2つの電極と前記2つの電極に直列に接続されたインダクタとをそれぞれ有する送電カップラ及び受電カップラと、所定の離隔距離を設けて前記送電カップラと前記受電カップラとに近接させて配置された金属体と、を備え、前記2つの電極は、中心に配置された中心電極と該中心電極の外周に離隔して配置された外周電極とからなり、前記導電体は、円柱状に形成された金属支柱であり、前記送電カップラ及び前記受電カップラのそれぞれの前記中心電極の中心に円形状の貫通孔が形成されて前記金属支柱が非接触に貫通されていることを特徴とする。 According to a first aspect of the electric field resonance type wireless power transmission device of the present invention, a power transmission coupler and a power reception coupler each having two electrodes and an inductor connected in series to the two electrodes are provided with a predetermined separation distance. A metal body disposed close to the power transmission coupler and the power receiving coupler, and the two electrodes are a central electrode disposed at the center and an outer peripheral electrode disposed separately from the outer periphery of the central electrode The conductor is a metal column formed in a columnar shape, and a circular through-hole is formed at the center of the center electrode of each of the power transmission coupler and the power reception coupler so that the metal column is not It is characterized by being penetrated by contact .
本発明の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置の他の態様は、前記送電カップラ及び前記受電カップラのそれぞれの前記外周電極に所定の離隔距離を設けて配置された金属壁をさらに備え、前記金属壁の直径が外周電極の直径の1.2倍以下であることを特徴とする。 Another aspect of the electric field resonance type wireless power transmission device of the present invention further includes a metal wall disposed with a predetermined separation distance between the outer peripheral electrodes of the power transmission coupler and the power reception coupler, The diameter is 1.2 times or less of the diameter of the outer peripheral electrode.
本発明の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置の他の態様は、前記金属壁の前記送電カップラ側の端部及び前記受電カップラ側の端部のそれぞれにショート板が設けられて前記金属支柱の両端部が接続され、前記送電カップラと近接する前記ショート板との距離、及び前記受電カップラと近接する前記ショート板との距離、がそれぞれ前記送電カップラと前記受電カップラとの距離の1/6以上であることを特徴とする。 According to another aspect of the electric field resonance type wireless power transmission device of the present invention, a short plate is provided at each of the end portion on the power transmission coupler side and the end portion on the power reception coupler side of the metal wall, and both end portions of the metal support column are provided. Are connected, and the distance between the power transmission coupler and the short plate adjacent to the power transmission coupler and the distance between the power reception coupler and the short plate adjacent to each other are 1/6 or more of the distance between the power transmission coupler and the power reception coupler, respectively. It is characterized by that.
本発明の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置の他の態様は、前記金属支柱及び/または前記金属壁が切断されて前記送電カップラ側と前記受電カップラ側とに分離され、前記切断された両端部に容量結合させるための電極が設けられていることを特徴とする。 In another aspect of the electric field resonance type wireless power transmission device of the present invention, the metal strut and / or the metal wall is cut to be separated into the power transmission coupler side and the power receiving coupler side, and at both ends of the cut ends. An electrode for capacitive coupling is provided.
本発明の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置の他の態様は、前記送電カップラと前記受電カップラとが所定の角度で配置されるように、前記金属支柱及び前記金属壁が湾曲されていることを特徴とする。 In another aspect of the electric field resonance type wireless power transmission device of the present invention, the metal column and the metal wall are curved so that the power transmission coupler and the power reception coupler are arranged at a predetermined angle. And
本発明の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置の他の態様は、前記送電カップラ及び/または前記受電カップラの前記中心電極及び前記外周電極に、半径方向の切欠き部が形成されていることを特徴とする。 Another aspect of the electric field resonance type wireless power transmission device according to the present invention is characterized in that a radial notch is formed in the center electrode and the outer peripheral electrode of the power transmission coupler and / or the power receiving coupler. To do.
本発明の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置の他の態様は、2つの電極と前記2つの電極に直列に接続されたインダクタとをそれぞれ有する送電カップラ及び受電カップラと、所定の離隔距離を設けて前記送電カップラと前記受電カップラとに近接させて配置された導電体と、を備え、前記2つの電極は、矩形状に形成されて平行に配列され、前記導電体は、前記送電カップラ及び前記受電カップラのそれぞれの前記2つの電極の対向する辺とは反対側の辺の一方または両方に所定の離隔距離を設けて配置された金属板であり、前記金属板は、前記送電カップラの一方の電極と、前記受電カップラの一方の電極とに電界結合する様に、これらの電極が対向する方向に沿って配されることを特徴とする。
According to another aspect of the electric field resonance wireless power transmission device of the present invention, a power transmission coupler and a power reception coupler each having two electrodes and an inductor connected in series to the two electrodes are provided with a predetermined separation distance. A power transmission coupler and a conductor disposed close to the power reception coupler, wherein the two electrodes are formed in a rectangular shape and arranged in parallel, and the conductors are the power transmission coupler and the power reception coupler. metal plates der disposed with a predetermined distance to one or both of the opposite sides to the opposite sides of each of the two electrodes of is, the metal plate, one electrode of the power transmitting coupler These electrodes are arranged along the facing direction so as to be electrically coupled to one electrode of the power receiving coupler .
本発明の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置の他の態様は、前記送電カップラ及び前記受電カップラと前記金属板との距離が、前記送電カップラと前記受電カップラの幅の0.1倍以下であることを特徴とする。 In another aspect of the electric field resonance type wireless power transmission device of the present invention, a distance between the power transmission coupler and the power reception coupler and the metal plate is 0.1 times or less of a width of the power transmission coupler and the power reception coupler. It is characterized by.
本発明の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置の他の態様は、前記送電カップラと前記受電カップラとの間に、前記送電カップラ及び前記受電カップラと同じ形状の前記2つの電極及び前記インダクタを有する中継カップラが配置されることを特徴とする。 Another aspect of the electric field resonance type wireless power transmission device according to the present invention is a relay coupler having the two electrodes and the inductor having the same shape as the power transmission coupler and the power reception coupler between the power transmission coupler and the power reception coupler. Is arranged.
本発明によれば、回転体及び非回転体に対し電界共鳴によりワイヤレスで電力伝送が可能でかつ伝送距離を延伸することが可能な電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置を提供することができ、種々のカップラ設置条件を有するアプリケーションの実現を可能とする。 According to the present invention, it is possible to provide an electric field resonance type wireless power transmission device capable of wirelessly transmitting electric power by electric field resonance to a rotating body and a non-rotating body and extending a transmission distance. It is possible to realize an application having coupler installation conditions.
本発明の好ましい実施の形態における電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置について、図面を参照して詳細に説明する。なお、同一機能を有する各構成部については、図示及び説明簡略化のため、同一符号を付して示す。また、交流電源及び負荷の入力インピーダンスは、断らない限り全て50Ωとしている。 An electric field resonance type wireless power transmission device according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, about each structural part which has the same function, the same code | symbol is attached | subjected and shown for simplification of illustration and description. Further, the input impedances of the AC power supply and the load are all 50Ω unless otherwise noted.
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態に係る電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置を、図1を用いて説明する。図1は、本実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置100の構成を示す斜視図である。電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置100は、電力を供給する送電カップラ110と、送電カップラ110から受電する受電カップラ120を備えている。
(First embodiment)
An electric field resonance type wireless power transmission apparatus according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a perspective view showing a configuration of an electric field resonance type wireless
送電カップラ110は、円板状の中心電極111と、中心電極111の周りに円環状に形成された外周電極112の2つの電極を備えている。中心電極111と外周電極112は、各中心が一致する同心円状に形成されている。同様に受電カップラ120も、円板状の中心電極121とその周りに円環状に形成された外周電極122を備えており、それぞれの中心が一致する同心円状に形成されている。
The
送電カップラ110において、中心電極111及び外周電極112にはそれぞれインダクタ113、114の一端が接続されており、インダクタ113、114の他端が交流電源(図示せず)に接続される構成となっている。中心電極111と外周電極112間は容量結合電極であり、これらインダクタ113,114、中心電極111、外周電極112、交流電源にて直列共振回路を形成しており、インダクタ113、114に交流電力が供給されると、中心電極111と外周電極112との間で電界結合(容量結合)が生じる。上記の直列共振回路の共振周波数及び共振波長を、以下ではfc及びλcとする。外周電極112の外周の直径をλc/(2π)より短くして中心電極111及び外周電極112を直径λc/(2π)より狭い領域に配置する。これにより送電カップラからの不要放射を抑制することができる。
In the
同様に受電カップラ120においても、中心電極121及び外周電極122にそれぞれインダクタ123、124の一端が接続されており、インダクタ123、124の他端が負荷(図示せず)に接続される構成となっている。これらインダクタ123,124、中心電極121、外周電極122、負荷にて直列共振回路を形成している。送電カップラ110と同様、外周電極122の外周の直径をλc/(2π)より短くして中心電極121及び外周電極122を直径λc/(2π)より狭い領域に配置する。これにより受電カップラからの不要放射を抑制することができる。
Similarly, in
上記のように構成された送電カップラ110と受電カップラ120とを所定の間隔を設けて対向させて配置することで、送電カップラ110と受電カップラ120との間を電界結合(容量結合)させることができる。これにより、交流電源から送電カップラ110に供給された電力を、電界結合により受電カップラ120にワイヤレスで伝送することができ、受電カップラ120に接続された負荷に電力を供給することが可能となる。また、送電カップラ110の中心電極111と外周電極112、及び受電カップラ120の中心電極121と外周電極122、がそれぞれ同心円状に形成されて軸対称性を有していることから、中心軸を一致させて対向させることで、例えば受電カップラ120を中心軸の周りに回転させても特性は変化せず、同じ効率で電力伝送を行うことができる。なお、送電カップラ110と受電カップラ120の中心間距離をλc/(2π)以下に抑えることで、送受カップラは近傍界結合する形となり、送受結合に伴って生じる不要放射を抑制することができる。
The electric power coupling (capacitive coupling) between the
本実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置100では、中心電極111、121の半径を70mmとし、外周電極112、122の内周の半径を225mm、外周の半径を240mmとしている。これより、外周電極112、122の幅が15mmとなり、中心電極111の外周と外周電極112の内周との間、及び中心電極121の外周と外周電極122の内周との間の距離が、ともに155mmとなっている。中心電極111、121及び外周電極112、122を形成する材料として、電気伝導性の高い例えば銅を用いることができる。
In the electric field resonance type wireless
また、インダクタ113、114は、線径1mmの銅線を用いてそれぞれ巻き数13、長さ13.4mm、直径21mmに形成したものであり、抵抗値が一個当たり0.5Ωとなっている。インダクタ113、114は、両者の間隔が22.5mmとなるように配置されている。インダクタ123、124についても、インダクタ113、114と同様に形成されている。
The
本実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置100は、上記の構成に加えて半径10mmの金属支柱130を備えており、さらに中心電極111,121のそれぞれの中心に、半径20mmの貫通孔111a、121aが形成されている。金属支柱130は、貫通孔111a、121aの中心を貫通するように配置されており、貫通孔111a、121aの内周とは10mmのギャップを有している。金属支柱130を形成する材料として、やはり銅を用いることができる。
The electric field resonance type wireless
上記のように金属支柱130を貫通孔111a、121aの中心に貫通させることにより、送電カップラ110から受電カップラ120にワイヤレスで電力伝送可能なカップラ間の距離を延伸させることが可能となる。本実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置100では、送電カップラ110と受電カップラ120との間隔を例えば450mmとすることができる。
By passing the
これに対し、金属支柱130を用いない図2に示す従来構成の比較例1の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置90では、電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置100と同程度の高い効率で電力伝送を行うために、送電カップラ110と受電カップラ120との間隔を例えば200mmとする必要がある。なお、図2に示す比較例1では、金属支柱130の有無を除いて電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置100と同じ構成とするために、比較例1の中心電極111、121にもそれぞれ貫通孔111a、121aを形成している。本実施形態では、金属支柱130を用いることで、送電カップラ110と受電カップラ120との距離を従来より2倍以上延伸することが可能となっている。
On the other hand, the electric field resonance type wireless
金属支柱130を用いて送電カップラ110と受電カップラ120との間の距離を450mmとしたときの伝送効率η21を図3に示す。また、比較のために図2に示した比較例1における伝送効率η21を図4に示す。図3、4では、横軸を周波数としており、伝送効率η21の周波数に対する変化を示している。
FIG. 3 shows the transmission efficiency η21 when the distance between the
伝送効率η21は、送電カップラ110から受電カップラ120に電力伝送される効率を示すものであり、SパラメータのS21を用いてη21=|S21|2で与えられる。図3、4では、伝送効率η21に加えて反射損η11=|S11|2、及び|S11|、|S21|を併せて示している。
The transmission efficiency η21 indicates the efficiency of power transmission from the
図4に示すように、金属支柱130を用いない比較例1では、送電カップラ110と受電カップラ120との距離を200mmとしたときに、共振周波数約27MHzで約96%の伝送効率が得られる。これに対し、金属支柱130を用いた本実施形態では、送電カップラ110と受電カップラ120との距離を450mmに延伸しても、共振周波数約27MHzで約96%の伝送効率が得られている。本実施形態では、金属支柱130を電界の仲介媒体に用いることで、電力伝送距離を200mmから450mmに延伸することが可能となっている。
As shown in FIG. 4, in Comparative Example 1 in which the
次に、中心に金属支柱130を配置した本実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置100における電界分布を、図2に示した金属支柱130を配置しない比較例1における電界分布と比較して説明する。まず、金属支柱130を配置しない比較例1における電界分布を図5を用いて説明する。同図は、送電カップラ110及び受電カップラ120の中心軸を通る断面で見たときの各カップラの断面における電荷分布、及び電極間の電界分布を示している。
Next, the electric field distribution in the electric field resonance type wireless
送電カップラ110に交流電力が供給されることにより、中心電極111と外周電極112に正(+)の電荷と負(−)の電荷が1/2周期で交互に分布する。また電界ベクトルは、1/4周期で中心電極と外周電極の結合の向きから中心電極同士、外周電極同士の結合の向きに変化し、次の1/4周期で中心電極同士、外周電極同士の結合の向きから中心電極と外周電極の結合の向きに変化するように1周期で1回転する。即ち、中心電極111と外周電極112との間で電界結合するとともに、受電カップラ120との間でも、例えばある時点で図5(a)に示すような電界分布で結合し、1/4周期後に図5(b)に示すような電界分布で結合する。図5(a)に示す電界分布のときは、受電カップラ120の中心電極121に負の電荷が分布し、外周電極122には正の電荷が分布する。また、1/4周期後の図5(b)に示す電界分布のときは、中心電極121に正の電荷が分布し、対向する送電カップラの中心電極111には負の電荷が分布する。
When AC power is supplied to the
一方、中心に金属支柱130を配置した本実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置100における電界分布を図6に示す。図6は、図5と同様に送電カップラ110及び受電カップラ120の中心軸を通る断面で見たときの各カップラの断面における電荷分布、及び電極間の電界分布を示している。また、図6(a)、(b)は、それぞれ図5(a)、(b)に対応する時点の電荷及び電界の分布を示している。送電カップラ110及び受電カップラ120のそれぞれの電極に分布する電荷は、金属支柱130が配置されていないときの図5と金属支柱130が配置されているときの図6とで同じとなっている。
On the other hand, FIG. 6 shows an electric field distribution in the electric field resonance type wireless
一方電界分布については、金属支柱130が配置された場合には、送電カップラ110及び受電カップラ120とも、各電極が金属支柱130との間で電界結合することが図6に示されている。その結果、金属支柱130に電荷の流れが生じ、送電カップラ110と受電カップラ120との距離を大きくしても、金属支柱130を介した電界結合により伝送効率を低下させることなく電力伝送することが可能となる。図6(a)に示す電界分布では、主として外周電極112と中心電極121間に金属支柱130を介しての強い電界結合が生じている。図6(b)に示す電界分布では、主として中心電極111と中心電極121間に金属支柱130を介しての強い電界結合が生じている。図6(a)、(b)に示す電界分布をより詳細に表示したものを、それぞれ図7(a)、(b)に示す。この場合金属支柱は送電側カップラ110における中心電極111と外周電極112間の結合、及び受電側カップラ120における中心電極121と外周電極122間の結合にはほとんど寄与しておらず、主に送受カップラ間の結合増大に寄与している。
On the other hand, with regard to the electric field distribution, FIG. 6 shows that when the
本実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置100では、送電カップラ110及び受電カップラ120の中心軸に金属支柱130を配置することで、送電カップラ110と受電カップラ120との間の伝送距離を従来の約2.5倍に拡張することが可能となっている。また、本実施形態の送電カップラ110及び受電カップラ120が中心軸を中心に同心円状に形成されていることから、回転体の回転軸と金属支柱130とを一致させて該回転体に受電カップラ120を配置することで、回転体にワイヤレスで電力供給することができる。
In the electric field resonance type wireless
一例として、回転しながら作業する作業用ロボットの回転軸を金属支柱130に用い、該作業用ロボットに受電カップラ120を設置しておく。一方、貫通孔111aに回転軸を貫通させて固定した送電カップラ110を交流電源に接続することで、作業用ロボットに必要な電力を送信カップラ110からワイヤレスで受電カップラ120に伝送し、受電カップラ120から作業用ロボットに供給することができる。
As an example, the rotating shaft of a working robot that works while rotating is used as the
(第2実施形態)
本発明の第2実施形態に係る電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置を、図8を用いて説明する。図8は、本実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置200の構成を示す斜視図である。電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置200は、第1実施形態と同様に金属支柱130を備えており、これに加えて送電カップラ110及び受電カップラ120の周囲を囲むように金属壁240が設けられている。
(Second Embodiment)
An electric field resonance type wireless power transmission apparatus according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a perspective view showing the configuration of the electric field resonance type wireless
本実施形態では、送電カップラ110及び受電カップラ120を金属壁240で取り囲むことで、金属支柱130に加えて、金属壁240との間でも電界結合させている。より詳細には、中心電極111と外周電極122間に金属壁240を介しての強い電界結合が加わっている。また1/4周期後には外周電極112と外周電極122間に金属壁240を介しての強い電界結合が加わっている。金属壁240の直径は、外周電極112、122の直径の1.2倍以下とするのがよい。外周電極112、122と金属壁240との間隔(ギャップ)は、たとえば20mmとすることができる。外周電極112、122の外周の半径が240mmであるが、金属壁240との間隔がこれと比して十分小さい、望ましくは1/10以下であれば、中心電極と外周電極間の結合に比べて金属壁240と外周電極の結合が大であり、伝送距離延長の効果を得られる。
In the present embodiment, the
本実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置200では、金属支柱130に加えて金属壁240を電界結合の仲介媒体に用いていることから、金属支柱130及び金属壁240を介して送電カップラ110と受電カップラ120との間でさらに強い電界結合が実現されている。その結果、伝送効率を低下させることなく送電カップラ110と受電カップラ120との距離をさらに大きくすることができる。送電カップラ110と受電カップラ120との距離を600mmとしたときの伝送効率η21を図9に示す。図9は、横軸を周波数としたときの本実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置200の伝送効率η21の変化を示している。
In the electric field resonance type wireless
図9では、図3、4と同様に、伝送効率η21に加えて反射損η11、|S11|及び|S21|を併せて示している。図9に示すように、本実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置200では、送電カップラ110と受電カップラ120との距離を600mmとしても、この距離を200mmとした比較例1及び距離を450mmとした第1実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置100と同程度の共振周波数fcで約96%の伝送効率を実現することができる。本実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置200によれば、伝送効率を低下させることなく伝送距離を比較例1の3倍まで延伸することが可能となっている。
9, in addition to the transmission efficiency η21, reflection losses η11, | S11 |, and | S21 | are also shown in the same manner as FIGS. As shown in FIG. 9, in the electric field resonance type wireless
(第3実施形態)
本発明の第3実施形態に係る電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置を、図10を用いて説明する。図10は、本実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置300の構成を示す斜視図である。電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置300は、第2実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置200が備える金属壁240の下端と上端に、それぞれショート板351、352を設けている。
(Third embodiment)
An electric field resonance type wireless power transmission apparatus according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 10 is a perspective view showing a configuration of the electric field resonance type wireless
ショート板351は金属支柱130の下端と金属壁240の下端に接続されており、ショート板352は金属支柱130の上端と金属壁240の上端に接続されている。これにより、金属支柱130と金属壁240とが電気的にショートされる。ショート板351、352を設けることで、送電カップラ110及び受電カップラ120から放射される電磁波を外部に漏出させないようにすることができる。
The
しかしながら、ショート板351と送電カップラ110、及びショート板352と受電カップラ120、のそれぞれの距離が近いと、それぞれの間の電界結合が強くなって送電カップラ110と受電カップラ120との間の電界結合が弱くなってしまう。その結果、送電カップラ110から受電カップラ120への電力の伝送効率が低下する。
However, when the distance between the
そこで、本実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置300では、ショート板351、352と送電カップラ110及び受電カップラ120との距離を、それぞれ送電カップラ110と受電カップラ120との距離の1/6以上としている。図10に示す電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置300では、送電カップラ110と受電カップラ120との間の距離を第2実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置200と同じ600mmとするとともに、ショート板351、352と送電カップラ110及び受電カップラ120との間のそれぞれの距離を100mmとしている。
Therefore, in the electric field resonance type wireless
上記のように構成された電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置300の伝送効率η21を図11に示す。図11は、横軸を周波数としたときの本実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置300の伝送効率η21の変化を示しており、併せて反射損η11、|S11|及び|S21|を示している。本実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置300でも共振周波数fcにおいて約95%の伝送効率を実現しており、伝送効率を低下させることなく第2実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置200と同じ伝送距離を実現することができる。
FIG. 11 shows the transmission efficiency η21 of the electric field resonance type wireless
(第4実施形態)
本発明の第4実施形態に係る電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置を、図12を用いて説明する。図12は、本実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置400の構成を示す断面図である。本実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置400は、第3実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置300と同様に、金属支柱430、金属壁440及びショート板351、352を備えている。図12は、金属支柱430の中心を通る断面で見た断面図を示している。
(Fourth embodiment)
An electric field resonance type wireless power transmission device according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 12 is a cross-sectional view showing the configuration of the electric field resonance type wireless
本実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置400は、金属支柱430及び金属壁440の一部が切断されている点で、第3実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置300と異なっている。金属支柱430及び金属壁440は、送電カップラ110と受電カップラ120とを結ぶ方向の電荷の流れを遮断するように、例えば送電カップラ110(受電カップラ120)と平行な面で切断されている。
The electric field resonance type wireless
金属支柱430及び金属壁440が切断された状態の比較例2を図13に示す。ここでは、送電カップラ110と受電カップラ120との間の伝送距離を、第3実施形態と同じ600mmとしている。金属支柱430及び金属壁440が切断されて送電カップラ110と受電カップラ120とを結ぶ方向の電荷の流れが遮断されると、電荷の流れに付随する電界の流れも遮断されることになる。その結果、第3実施形態において金属支柱130及び金属壁240により実現された伝送効率が大幅に劣化してしまう。但し、金属支柱430及び金属壁440の切断により形成されたギャップには、ギャップ幅に応じた容量が生じることから、電界結合が生じてわずかな電力伝送が行われる。
FIG. 13 shows Comparative Example 2 in a state where the
そこで本実施形態では、金属支柱430及び金属壁440の切断部分に、それぞれ対向させて配置した2つの結合用電極431及び2つの結合用電極441を設けている。ここでは、結合用電極431の幅を100mmとし、結合用電極441の幅を60mmとしている。結合用電極431、441を設けることで、対向する2つの結合用電極431間、及び対向する2つの結合用電極441間、のそれぞれに変位電流が流れて電荷の流れが回復する。その結果、電荷の流れに付随する電界の流れも回復して伝送効率が再び向上する。
Therefore, in the present embodiment, two
本実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置400の伝送効率η21を図14に示す。また、結合用電極431、441を有さない比較例2の伝送効率η21を図15に示す。図14、15は、横軸を周波数としたときの伝送効率η21の変化を示しており、併せて反射損η11、|S11|及び|S21|を示している。図15に示す結合用電極431、441を有さない比較例2では、共振周波数fcにおける伝送効率が約9.8%と大幅に劣化している。
FIG. 14 shows the transmission efficiency η21 of the electric field resonance type wireless
これに対し本実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置400では、結合用電極431、441を設けるとともに、送電カップラ110と受電カップラ120との間の伝送距離を300mmとすることにより、図14に示すように、共振周波数fcにおける伝送効率が約95%に回復している。伝送距離は、第3実施形態に比べて短くする必要があるが、金属支柱130及び金属壁240を有さない比較例1に比べて、伝送距離は1.5倍程度に延伸されている。
On the other hand, in the electric field resonance type wireless
なお、上記では本実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置400の金属支柱430と金属壁440の両方が切断されているとしたが、これに限定されず、いずれか一方のみが切断されているものであってもよい。また、第3実施形態と同様にショート板351、352を備えるものとしたが、これに限定されず、第2実施形態のようにョート板351、352を備えないものであってもよい。
In the above description, both the
(第5実施形態)
本発明の第5実施形態に係る電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置を、図16を用いて説明する。図16は、本実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置500の構成を示す斜視図である。電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置500は、第3実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置300の金属支柱130及び金属壁240を湾曲させた形状を有している。
(Fifth embodiment)
An electric field resonance type wireless power transmission apparatus according to a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 16 is a perspective view showing the configuration of the electric field resonance type wireless
本実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置500では、曲率半径R=300mmで湾曲させた金属支柱530及び金属壁540を用いることで、送電カップラ110と受電カップラ120とを略90°の角度で配置している。また、金属壁540の下端と上端には、第3実施形態と同様にショート板351、352をそれぞれ備えている。本実施形態では、送電カップラ110と受電カップラ120とを90°に限らず所定の角度で配置することが可能であり、これにより例えば所定の角度の回転面上で回転する回転体に対して、ワイヤレスで電力を供給することが可能となる。
In the electric field resonance type wireless
本実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置500では、送電カップラ110と受電カップラ120とを略90°の角度で配置したことにより、送電カップラ110と受電カップラ120との間の伝送距離を第3実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置300と同じにすると伝送効率が低下する。電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置300と同程度の高い伝送効率を実現するためには、送電カップラ110と受電カップラ120との間の伝送距離を約480mmとするのがよい。もちろんこれより短くしても良好な伝送特性が得られるが、金属筐体の物理的な形成が難しくなる。仮に金属支柱を除去した場合は伝送特性は大幅に劣化する。なお、本実施形態では送電カップラ110と受電カップラ120との間の伝送距離を、金属支柱530が各カップラ面と交差する2点間の長さとしている。
In the electric field resonance type wireless
伝送距離を約480mmとした本実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置500の伝送効率η21を図17に示す。図17は、横軸を周波数としたときの本実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置400の伝送効率η21の変化を示しており、併せて反射損η11、|S11|及び|S21|を示している。本実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置500では、伝送距離を約480mmとすることで共振周波数fcにおいて約96%の伝送効率を実現している。高い伝送効率を実現するために、伝送距離を第3実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置300より短くする必要があるものの、図2に示した金属支柱等を有さない比較例1の伝送距離の約2.4倍まで延伸することが可能となっている。
FIG. 17 shows the transmission efficiency η21 of the electric field resonance type wireless
なお、上記では本実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置500が第3実施形態と同様にショート板351、352を備えるものとしたが、これに限定されず、第2実施形態のようにョート板351、352を備えないものであってもよい。
In the above description, the electric field resonance type wireless
(第6実施形態)
本発明の第6実施形態に係る電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置を、図18を用いて説明する。図18は、本実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置600の構成を示す斜視図である。電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置600は、第1実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置100の送電カップラ110及び受電カップラ120に切欠き部を形成した構造を有している。なお、以下の説明は、送電カップラ110と受電カップラ120のいずれか一方のみに切欠き部が形成されている場合でも同様である。
(Sixth embodiment)
An electric field resonance type wireless power transmission device according to a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 18 is a perspective view showing the configuration of the electric field resonance type wireless
図18に示す電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置600では、送電カップラ610の中心電極611及び外周電極612のそれぞれに、半径方向に幅5mmの切欠き部611a、612aが形成されている。同様に受電カップラ620でも、中心電極621及び外周電極622のそれぞれに、半径方向に幅5mmの切欠き部621a、622aが形成されている。各切欠き部の半径方向の向きは、送電カップラ610と受電カップラ620とで異なっていてよく、また中心電極611と外周電極612との間及び中心電極621と外周電極622との間でも異なっていてよい。
In the electric field resonance type wireless
また、比較のために、図2に示した比較例1の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置90の送電カップラ110及び受電カップラ120のそれぞれに、電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置600と同様の切欠き部を形成した比較例3の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置90’を図19に示す。
For comparison, notch portions similar to those of the electric field resonance type wireless
切欠き部を形成した本実施形態の送電カップラ610及び受電カップラ620を用いたときの伝送効率η21を図20に示す。図20は、横軸を周波数としたときの本実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置600の伝送効率η21の変化を示しており、併せて反射損η11、|S11|及び|S21|を示している。また、比較のために、比較例3の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置90’の伝送効率η21を図21に示す。
FIG. 20 shows the transmission efficiency η21 when using the
図20より、本実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置600でも、共振周波数fcにおける伝送効率が第1実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置100と同程度の約96%を実現している。これより、伝送効率を低下させることなく送電カップラ及び受電カップラに切欠き部を形成することが可能であることが示されている。また、図21に示す比較例3の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置90’の伝送効率η21でも、切欠き部を有さないときの伝送効率を示す図4とほぼ同程度の約96%が得られている。
From FIG. 20, also in the electric field resonance type wireless
(第7実施形態)
本発明の第7実施形態に係る電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置を、図22を用いて説明する。図22は、本実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置700(700a及び700b)の構成を示す斜視図である。本実施形態では、送受カップラの形状が第1乃至第6実施形態のものと異なっている。本実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置700の送電カップラ710及び受電カップラ720は、それぞれ矩形形状の金属板を同一平面上に2つ平行に配列して形成されている。送電カップラ710は、矩形電極711、712を備え、それぞれにインダクタ713、714が接続されている。また受電カップラ720は、矩形電極721、722を備え、それぞれにインダクタ723、724が接続されている。
(Seventh embodiment)
An electric field resonance type wireless power transmission device according to a seventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 22 is a perspective view showing the configuration of the electric field resonance type wireless power transmission device 700 (700a and 700b) of the present embodiment. In the present embodiment, the shape of the transmission / reception coupler is different from that of the first to sixth embodiments. The
図22に示す電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置700では、送電カップラ710及び受電カップラ720の寸法を250mm×250mmとしており、矩形電極711と712との間、及び矩形電極721と722との間に、それぞれ34mmの間隙を設けている。
In the electric field resonance type wireless power transmission device 700 shown in FIG. 22, the dimensions of the
矩形電極711、712を備えた送電カップラ710及び矩形電極721、722を備えた受電カップラ720は、ともに軸対称性を有していない。しかし、矩形電極は第6実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置600の送受電カップラに形成された切欠き部を大きくしたものに類似すると考えられる。従って、矩形電極を用いた送受電カップラの近傍に金属板を配置することで送受電カップラ間の伝送距離を延伸できることが、第6実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置600から推定できる。
Both the
そこで、本実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置700では、送電カップラ710及び受電カップラ720に近接させて金属板760を配置している。図22(a)に示す電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置700aでは、送電カップラ710の一方の矩形電極711(または712)の他方の矩形電極712(又は711)とは反対側の辺、及び受電カップラ720の一方の矩形電極721(または722)の他方の矩形電極722(又は721)とは反対側の辺に、金属板760を近接させて配置している。また、図22(b)に示す電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置700bでは、送電カップラ710及び受電カップラ720の両側に、金属板760を2枚配置している。送電カップラ710及び受電カップラ720の幅は250mmであるが、カップラと金属板760との距離は、これと比して十分小さい、望ましくは1/10以下であれば、送電カップラの矩形電極711と712間の電界の結合、あるいは受電カップラの矩形電極721と722間の電界の結合に比べて金属板と矩形電極の結合が大であり、伝送距離延長の効果が得られる。
Therefore, in the electric field resonance type wireless power transmission device 700 of this embodiment, the
これに対し、矩形電極からなる送電カップラ及び受電カップラのみを備えて金属板760を備えない電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置を、比較例4として図23に示す。比較例4の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置では、送電カップラ710と受電カップラ720との間の伝送距離を200mmとしたときに高い伝送効率が得られる。
On the other hand, an electric field resonance type wireless power transmission apparatus that includes only a power transmission coupler and a power reception coupler made of rectangular electrodes and does not include a
本実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置700では、金属板760を備えることにより、送電カップラ710と受電カップラ720との間の伝送距離を比較例4より延伸することができる。図22(a)に示す電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置700aでは、伝送距離を比較例4の約1.5倍に相当する300mmに延伸することができ、図22(b)に示す電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置700bでは、伝送距離を比較例4の約3.5倍に相当する700mmに延伸することができる。
In the electric field resonance type wireless power transmission device 700 of the present embodiment, by providing the
伝送距離を上記のように設定したときの本実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置700a、700b及び比較例4の伝送効率η21を、それぞれ図24、25に示す。図24、25は、横軸を周波数としたときの伝送効率η21の変化を示しており、併せて反射損η11、|S11|及び|S21|を示している。図24、25より、本実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置700a、700b、及び比較例4とも、約95%の伝送効率を実現している。本実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置700a、700bは、同じ伝送効率で比較例4の約1.5〜3.5倍まで伝送距離を延伸することができる。
24 and 25 show the transmission efficiencies η21 of the electric field resonance type wireless
(第8実施形態)
本発明の第8実施形態に係る電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置を、図26を用いて説明する。図26は、本実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置800の構成を示す斜視図である。本実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置800は、第1実施形態と同様に送電カップラ110、受電カップラ120及び金属支柱130を備えている。金属支柱130を備えることで送電カップラ110と受電カップラ120との間の伝送距離を延伸することができるが、本実施形態ではさらに中継カップラ870を備えており、これにより伝送距離をさらに延伸することが可能となっている。
(Eighth embodiment)
An electric field resonance type wireless power transmission device according to an eighth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 26 is a perspective view showing the configuration of the electric field resonance type wireless
中継カップラ870は、中心電極871と外周電極872を有しており、それぞれにインダクタ873、874が接続されている。中継カップラ870では、インダクタ873と874との間がショートされている。中継カップラ870の中心電極871、外周電極872及びインダクタ873、874は、送電カップラ110及び受電カップラ120のそれぞれと同じ寸法とすることができる。中継カップラ870を送電カップラ110と受電カップラ120との間に配置し、中心電極111、121、及び871のそれぞれに形成された貫通孔に金属支柱130を貫通させることにより、伝送距離を第1実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置100よりさらに延伸することができる。
The
本実施形態では、送電カップラ110と中継カップラ870との間の伝送距離、及び中継カップラ870と受電カップラ120との間の伝送距離、をそれぞれ450mmとしており、送電カップラ110と受電カップラ120との間の伝送距離を、第1実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置100の伝送距離のさらに2倍の900mmに延伸することができる。本実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置800の伝送効率η21を図27に示す。図27は、横軸を周波数としたときの本実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置800の伝送効率η21の変化を示しており、併せて反射損η11、|S11|及び|S21|を示している。
In the present embodiment, the transmission distance between the
図27に示すように、本実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置800では、伝送距離を900mmまで大幅に延伸しても約92%の高い伝送効率を実現することが可能となっている。
As shown in FIG. 27, in the electric field resonance type wireless
なお、上記では第1実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置100に中継カップラ870を追加した構成について説明したが、これに限定されず、他の実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置に同様の中継カップラを追加することも可能である。例えば、送電カップラ110、受電カップラ120及び中継カップラ870を取り囲むように金属壁を設けてもよく、金属壁の上下端にショート板を設けてもよい。あるいは、金属支柱と金属壁を湾曲させてもよい。さらには、送受電カップラ及び中継カップラに矩形電極を用いてもよい。中継カップラは、上記いずれの実施形態においても適用可能である。
In addition, although the structure which added the
中継カップラ870は、送電カップラ110と受電カップラ120との中間位置に配置する必要は必ずしもなく、例えば中間位置から所定の範囲で上下に移動させるようにすることも可能である。本実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置800を作業ロボットに適用した一例を図28に示す。図示されていないが、受電カップラ120は誘電体等の台で支持され、カップラの先には整流器、DC−DCコンバータ、モーターが接続されている。受電カップラ120には把持用アーム51が設置されている。モーターの回転に伴い受電カップラ120は回転し、把持用アーム51も回転する。更にモーターの回転はギア、カム等を通じ把持用アーム51の駆動に利用されている。これにより把持用アーム51は受電カップラ120から一定距離以内の任意の物体を把持することが可能となる。
The
同様に中継カップラ870は、誘電体等の台で支持され、カップラには整流器、DC−DCコンバータ、モーターが接続されている。中継カップラ870には溶接用アーム52とねじ締め用アーム53が設置されている。モーターの回転に伴い中継カップラ870は回転し、溶接用アーム52とねじ締め用アーム53も回転する。また、モーターの回転をギア、カム等を通じ上下駆動力に変換することで、中継カップラ870及び溶接用アーム52とねじ締め用アーム53を上下に駆動させることができる。更にモーターの回転は溶接用アーム52とねじ締め用アーム53の駆動に利用されている。これらにより溶接用アーム52とねじ締め用アーム53は中継カップラ870の回転、上下移動可能領域から一定距離以内の任意の物体に対して溶接、ねじ締めの作業を行うことができる。
Similarly, the
このような作業ロボットは従来はケーブルでモーターに電力を送っていたが、ケーブルを使用した場合ケーブルの取り回し、よじれ耐性などから可動域に制約を受ける。本構成であればケーブルによる稼働の制約は全く無くなり無くなり、作業領域を大幅に拡大させることができる。尚、中継カップラ870に給電するときは、受電カップラ120の出力端子はオープンとすることで、送電側カップラ110の出力を効率よく中継カップラ870に送ることが出来る。
Conventionally, such work robots have used a cable to send electric power to the motor. However, when a cable is used, the range of motion is limited due to cable handling and kinking resistance. With this configuration, there are no restrictions on operation due to cables, and the work area can be greatly expanded. When supplying power to the
また、本実施形態の別の実施例として、電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置800においてカップラを矩形型とし作業用リフトに適用した例を図29に示す。図示されていないが、受電カップラ720は誘電体等の台で支持され、カップラの先には整流器、DC−DCコンバータ、モーターが接続されている。モーターの回転はギア、カム等を通じ受電カップラ720即ち台の上下の駆動に利用されている。即ち台の上に荷物を置き荷物を上下方向に移動させることが可能となる。同様に中継カップラ870は誘電体等の台で支持され、カップラには整流器、DC−DCコンバータ、モーターが接続されている。モーターの回転はギア、カム等を通じ中継カップラ870即ち台の上下の駆動に利用されている。即ち台の上に荷物を置き荷物を上下方向に移動させることが可能となる。このような作業用リフトには一般に有線ケーブルが伴うが、本構成であればケーブルの取り回しに伴うリフトの可動範囲の制約から解放される。尚、中継カップラ870に給電するときは、受電カップラ720の出力端子はオープンとすることで、送電側カップラ710の出力を効率よく中継カップラ870に送ることが出来る。
As another example of the present embodiment, FIG. 29 shows an example in which the coupler is rectangular in the electric field resonance type wireless
なお、本実施の形態における記述は、本発明に係る電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置の一例を示すものであり、これに限定されるものではない。本実施の形態における電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置の細部構成及び詳細な動作等に関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。 In addition, the description in this Embodiment shows an example of the electric field resonance type | mold wireless electric power transmission apparatus which concerns on this invention, and is not limited to this. The detailed configuration, detailed operation, and the like of the electric field resonance type wireless power transmission device in the present embodiment can be changed as appropriate without departing from the spirit of the present invention.
100、200、300、400、500、600、700、800 電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置
110、610、710 送電カップラ
111、121、611、621、871 中心電極
111a、121a 貫通孔
112、122、612、622、872 外周電極
113、114、123、124、713、714、723、724、873、874 インダクタ
120、620、720 受電カップラ
130、430、530 金属支柱
240,440、540 金属壁
351、352 ショート板
431、441 結合用電極
611a、612a、621a、622a 切欠き部
711、712、721、722 矩形電極
760 金属板
870 中継カップラ
100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800 Field resonance type wireless
Claims (9)
所定の離隔距離を設けて前記送電カップラと前記受電カップラとに近接させて配置された導電体と、を備え、
前記2つの電極は、中心に配置された中心電極と該中心電極の外周に離隔して配置された外周電極とからなり、
前記導電体は、円柱状に形成された金属支柱であり、
前記送電カップラ及び前記受電カップラのそれぞれの前記中心電極の中心に円形状の貫通孔が形成されて前記金属支柱が非接触に貫通されている
ことを特徴とする電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置。 A power transmission coupler and a power reception coupler each having two electrodes and an inductor connected in series to the two electrodes;
With a predetermined distance and a conductor which is disposed close to said power receiving coupler and the power coupler,
The two electrodes are composed of a central electrode arranged at the center and an outer peripheral electrode arranged apart from the outer circumference of the central electrode,
The conductor is a metal column formed in a columnar shape,
An electric field resonance type wireless power transmission device , wherein a circular through hole is formed at the center of each of the center electrodes of the power transmission coupler and the power receiving coupler, and the metal support is penetrated in a non-contact manner .
前記金属壁の直径が外周電極の直径の1.2倍以下である
ことを特徴とする請求項1に記載の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置。 A metal wall disposed at a predetermined separation distance on the outer peripheral electrode of each of the power transmission coupler and the power reception coupler;
2. The electric field resonance type wireless power transmission device according to claim 1, wherein the diameter of the metal wall is 1.2 times or less of the diameter of the outer peripheral electrode.
前記送電カップラと近接する前記ショート板との距離、及び前記受電カップラと近接する前記ショート板との距離、がそれぞれ前記送電カップラと前記受電カップラとの距離の1/6以上である
ことを特徴とする請求項2に記載の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置。 A short plate is provided on each of the end on the power transmission coupler side of the metal wall and the end on the power reception coupler side, and both ends of the metal support are connected,
The distance between the power transmission coupler and the short board adjacent to the power transmission coupler and the distance between the power reception coupler and the short board adjacent to each other are each 1/6 or more of the distance between the power transmission coupler and the power reception coupler. The electric field resonance type wireless power transmission device according to claim 2.
前記切断された両端部に容量結合させるための電極が設けられている
ことを特徴とする請求項2または3に記載の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置。 The metal strut and / or the metal wall is cut and separated into the power transmission coupler side and the power receiving coupler side;
4. The electric field resonance type wireless power transmission device according to claim 2, wherein electrodes for capacitive coupling are provided at both ends of the cut.
ことを特徴とする請求項2乃至4のいずれか1項に記載の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置。 The electric field according to any one of claims 2 to 4, wherein the metal column and the metal wall are curved so that the power transmission coupler and the power reception coupler are arranged at a predetermined angle. Resonance type wireless power transmission device.
ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置。 The electric field resonance according to any one of claims 1 to 4, wherein a notch in a radial direction is formed in the central electrode and the outer peripheral electrode of the power transmission coupler and / or the power reception coupler. Type wireless power transmission device.
所定の離隔距離を設けて前記送電カップラと前記受電カップラとに近接させて配置された導電体と、を備え、
前記2つの電極は、矩形状に形成されて平行に配列され、
前記導電体は、前記送電カップラ及び前記受電カップラのそれぞれの前記2つの電極の対向する辺とは反対側の辺の一方または両方に所定の離隔距離を設けて配置された金属板であり、
前記金属板は、前記送電カップラの一方の電極と、前記受電カップラの一方の電極とに電界結合する様に、これらの電極が対向する方向に沿って配される
ことを特徴とする電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置。 A power transmission coupler and a power reception coupler each having two electrodes and an inductor connected in series to the two electrodes;
A conductor that is disposed close to the power transmission coupler and the power reception coupler with a predetermined separation distance; and
The two electrodes are formed in a rectangular shape and arranged in parallel,
The conductor is Ri metal plate der disposed with a predetermined distance to one or both of the opposite sides to the opposite sides of each of the two electrodes of the power coupler and the power receiving coupler,
The metal plate is disposed along a direction in which these electrodes face each other so as to be coupled to one electrode of the power transmission coupler and one electrode of the power reception coupler. Wireless power transmission device.
ことを特徴とする請求項7に記載の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置。 8. The electric field resonance type wireless power transmission according to claim 7, wherein a distance between the power transmission coupler and the power reception coupler and the metal plate is not more than 0.1 times a width of the power transmission coupler and the power reception coupler. 9. apparatus.
ことを特徴とする請求項7または8に記載の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置。 Between the power coupler and the power receiving coupler, according to claim 7 or 8, characterized in that the relay coupler is disposed with the two electrodes and the inductor having the same shape as the power coupler and the power receiving coupler Electric field resonance type wireless power transmission device.
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