JP6930292B2 - Power relay device, transmitter, power receiver, and power transmission / reception system - Google Patents

Power relay device, transmitter, power receiver, and power transmission / reception system Download PDF

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Description

本発明は、電力中継装置、送電器、受電器、及び、送受電システムに関する。 The present invention relates to a power relay device, a transmitter, a power receiver, and a power transmission / reception system.

従来より、近接フィールドフォーカシングを用いた無線電力送信装置がある。無線電力送信装置は、ターゲット装置に無線で電力を送信する電源共振器を含むソース部を備える。また、無線電力送信装置は、電源共振器の全方向に放射される磁界の近接フィールドをターゲット装置にフォーカシングする近接フィールドフォーカス部を備える(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, there is a wireless power transmission device using proximity field focusing. The wireless power transmitter includes a source unit that includes a power resonator that wirelessly transmits power to the target device. Further, the wireless power transmission device includes a proximity field focus unit that focuses the proximity field of the magnetic field radiated in all directions of the power supply resonator to the target device (see, for example, Patent Document 1).

特表2013−516830号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2013-516830

ところで、従来の無線電力送信装置(送電器)の近接フィールドフォーカス部によってフォーカシングされる磁界の近接フィールドの分布は固定されている。 By the way, the distribution of the proximity field of the magnetic field focused by the proximity field focus portion of the conventional wireless power transmitter (transmitter) is fixed.

このため、近接フィールドフォーカス部で磁界の近接フィールドをターゲット装置(受電器)にフォーカシングしても、フォーカシングした磁界の近接フィールドからターゲット装置がずれると、ターゲット装置における受電効率は低下する。 Therefore, even if the proximity field of the magnetic field is focused on the target device (power receiver) in the proximity field focus unit, if the target device is deviated from the proximity field of the focused magnetic field, the power receiving efficiency in the target device is lowered.

すなわち、従来の無線電力送信装置(送電器)及びターゲット装置(受電器)では、送電器と受電器との間での電力の伝送効率が低下するおそれがある。 That is, in the conventional wireless power transmitter (transmitter) and target device (receiver), the power transmission efficiency between the transmitter and the receiver may decrease.

そこで、伝送効率を改善した電力中継装置、送電器、受電器、及び、送受電システムを提供することを目的とする。 Therefore, it is an object of the present invention to provide a power relay device, a transmitter, a power receiver, and a power transmission / reception system having improved transmission efficiency.

本発明の実施の形態の電力中継装置は、平面視でマトリクス状に配置される複数の共振コイルを有し、磁界共鳴又は電界共鳴で電力を伝送する一次側共振コイルと二次側共振コイルとの間で前記電力を中継するメタマテリアルと、前記複数の共振コイルの共振状態を制御することにより、前記複数の共振コイルの共振状態によって決定される前記メタマテリアルの平面視での比透磁率の分布を制御する制御部と、前記メタマテリアルの基準点に対する、前記一次側共振コイルの基準点及び前記二次側共振コイルの基準点の平面視での相対位置を検出する位置検出部とを含前記制御部は、前記位置検出部によって検出される相対位置に基づいて、前記複数の共振コイルのうち、前記一次側共振コイルの基準点及び前記二次側共振コイルの基準点からの平面視における距離が所定距離よりも短い位置にある共振コイルがある第1領域の第1比透磁率が、負の値であって、前記複数の共振コイルのうち、前記一次側共振コイルの基準点及び前記二次側共振コイルの基準点からの平面視における距離が前記所定距離よりも長い位置にある共振コイルがある第2領域における第2比透磁率よりも小さな値になるように、前記複数の共振コイルの共振状態を制御する
The power relay device according to the embodiment of the present invention has a plurality of resonance coils arranged in a matrix in a plan view, and includes a primary resonance coil and a secondary resonance coil that transmit power by magnetic field resonance or electric field resonance. By controlling the resonance states of the metamaterial that relays the power between the two resonance coils and the plurality of resonance coils, the relative magnetic permeability of the metamaterial determined by the resonance states of the plurality of resonance coils in a plan view is determined. Includes a control unit that controls the distribution and a position detection unit that detects the relative positions of the reference point of the primary resonance coil and the reference point of the secondary resonance coil in plan view with respect to the reference point of the metamaterial. The control unit is a plane from the reference point of the primary resonance coil and the reference point of the secondary resonance coil among the plurality of resonance coils based on the relative position detected by the position detection unit. The first specific magnetic permeability of the first region where the resonance coil is located at a position where the distance in sight is shorter than a predetermined distance is a negative value, and among the plurality of resonance coils, the reference point of the primary resonance coil. And so that the distance of the secondary resonance coil from the reference point in the plan view is smaller than the second specific magnetic permeability in the second region where the resonance coil located at a position longer than the predetermined distance is present. Controls the resonance state of the resonance coil .

伝送効率を改善した電力中継装置、送電器、受電器、及び、送受電システムを提供することができる。 It is possible to provide a power relay device, a transmitter, a power receiver, and a power transmission / reception system with improved transmission efficiency.

実施の形態の電力伝送システム50のコイルの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the coil of the power transmission system 50 of embodiment. 実施の形態の受電器80と送電器100を示す図である。It is a figure which shows the power receiver 80 and the power transmitter 100 of embodiment. メタマテリアル120を示す図である。It is a figure which shows the metamaterial 120. メタマテリアル120の比透磁率の周波数特性を示す図である。It is a figure which shows the frequency characteristic of the specific magnetic permeability of a metamaterial 120. メタマテリアル120のレンズ効果を説明する図である。It is a figure explaining the lens effect of a metamaterial 120. メタマテリアル120の比透磁率μに分布を設けるための共振コイル121の駆動状態の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the driving state of the resonance coil 121 for providing the distribution in the relative magnetic permeability μ of a metamaterial 120. 一次側共振コイル12と二次側共振コイル81の位置関係と、二次側共振コイル81の受電効率ηとを示す図である。It is a figure which shows the positional relationship between the primary side resonance coil 12 and the secondary side resonance coil 81, and the power receiving efficiency η of the secondary side resonance coil 81. 送電器100及び受電器80の適用例を示す図である。It is a figure which shows the application example of a power transmitter 100 and a power receiver 80. 共振コイル320の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the resonance coil 320. 共振コイル320の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the resonance coil 320. 共振コイル320をマトリクス状に配置したメタマテリアル120Aの比透磁率μに分布を設けるための共振コイル320の駆動状態の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the driving state of the resonance coil 320 for providing the distribution in the relative magnetic permeability μ of the metamaterial 120A which arranged the resonance coil 320 in a matrix. 共振コイル420を示す図である。It is a figure which shows the resonance coil 420.

以下、本発明の電力中継装置、送電器、受電器、及び、送受電システムを適用した実施の形態について説明する。 Hereinafter, embodiments to which the power relay device, transmitter, power receiver, and power transmission / reception system of the present invention are applied will be described.

<実施の形態>
図1は、実施の形態の電力伝送システム50のコイルの構成を示す図である。電力伝送システム50は、交流電源1、一次側(送電側)の送電器100、及び二次側(受電側)の受電器80を含む。電力伝送システム50は、送電器100及び受電器80を複数含んでもよい。
<Embodiment>
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a coil of the power transmission system 50 of the embodiment. The power transmission system 50 includes an AC power supply 1, a power transmitter 100 on the primary side (transmission side), and a power receiver 80 on the secondary side (power reception side). The power transmission system 50 may include a plurality of transmitters 100 and receivers 80.

送電器100は、一次側コイル11と一次側共振コイル12を有する。受電器80は、二次側共振コイル81と二次側コイル82を有する。二次側コイル82には負荷装置30が接続される。 The transmitter 100 has a primary coil 11 and a primary resonant coil 12. The power receiver 80 has a secondary resonance coil 81 and a secondary coil 82. A load device 30 is connected to the secondary coil 82.

図1に示すように、送電器100及び受電器80は、一次側共振コイル(LC共振器)12と二次側共振コイル(LC共振器)81の間の磁界共鳴(磁界共振)により、送電器100から受電器80へエネルギー(電力)の伝送を行う。ここで、一次側共振コイル12から二次側共振コイル81への電力伝送は、磁界共鳴だけでなく電界共鳴(電界共振)等も可能であるが、以下の説明では、主として磁界共鳴を例として説明する。 As shown in FIG. 1, the transmitter 100 and the power receiver 80 are transmitted by magnetic field resonance (magnetic field resonance) between the primary side resonance coil (LC resonator) 12 and the secondary side resonance coil (LC resonator) 81. Energy (power) is transmitted from the electric device 100 to the power receiving device 80. Here, the power transmission from the primary side resonance coil 12 to the secondary side resonance coil 81 can be not only magnetic field resonance but also electric field resonance (electric field resonance), but in the following description, magnetic field resonance is mainly taken as an example. explain.

また、実施の形態では、一例として、交流電源1が出力する交流電圧の周波数が6.78MHzであり、一次側共振コイル12と二次側共振コイル81の共振周波数が6.78MHzである場合について説明する。 Further, in the embodiment, as an example, the frequency of the AC voltage output by the AC power supply 1 is 6.78 MHz, and the resonance frequency of the primary side resonance coil 12 and the secondary side resonance coil 81 is 6.78 MHz. explain.

なお、一次側コイル11から一次側共振コイル12への電力伝送は電磁誘導を利用して行われ、また、二次側共振コイル81から二次側コイル82への電力伝送も電磁誘導を利用して行われる。 The power transmission from the primary side coil 11 to the primary side resonance coil 12 is performed by using electromagnetic induction, and the power transmission from the secondary side resonance coil 81 to the secondary side coil 82 also uses electromagnetic induction. Is done.

次に、図2を用いて、実施の形態の受電器80と送電器100について説明する。図2は、実施の形態の受電器80と送電器100を示す図である。 Next, the power receiver 80 and the power transmitter 100 of the embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a diagram showing a power receiver 80 and a power transmitter 100 of the embodiment.

送電器100は、交流電源1、一次側コイル11、一次側共振コイル12、整合回路13、キャパシタ14、制御部110、メタマテリアル120、及び位置検出部130を有する。交流電源1は、図1に示すものと同様である。 The transmitter 100 includes an AC power supply 1, a primary coil 11, a primary resonance coil 12, a matching circuit 13, a capacitor 14, a control unit 110, a metamaterial 120, and a position detection unit 130. The AC power supply 1 is the same as that shown in FIG.

ここで、制御部110とメタマテリアル120は、実施の形態の電力中継装置を構築する。すなわち、送電器100は、実施の形態の電力中継装置を含んでいる。また、受電器80と送電器100は、実施の形態の送受電システムを構築する。 Here, the control unit 110 and the metamaterial 120 construct the power relay device of the embodiment. That is, the transmitter 100 includes the power relay device of the embodiment. Further, the power receiver 80 and the power transmitter 100 construct the power transmission / reception system of the embodiment.

受電器80は、二次側共振コイル81、二次側コイル82、整流回路83、平滑キャパシタ84、出力端子86A、86Bを含む。出力端子86A、86Bには、DCDCコンバータ210が接続されており、DCDCコンバータ210の出力側にはバッテリ220が接続されている。図2では、負荷回路はバッテリ220である。 The power receiver 80 includes a secondary resonance coil 81, a secondary coil 82, a rectifier circuit 83, a smoothing capacitor 84, and output terminals 86A and 86B. A DCDC converter 210 is connected to the output terminals 86A and 86B, and a battery 220 is connected to the output side of the DCDC converter 210. In FIG. 2, the load circuit is a battery 220.

図2に示すように、一次側コイル11は、ループ状のコイルであり、両端間に整合回路13を介して交流電源1に接続されている。一次側コイル11は、一次側共振コイル12と非接触で近接して配置されており、一次側共振コイル12と電磁界結合される。一次側コイル11は、自己の中心軸が一次側共振コイル12の中心軸と一致するように配設される。中心軸を一致させるのは、一次側コイル11と一次側共振コイル12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、不必要な電磁界が一次側コイル11及び一次側共振コイル12の周囲に発生することを抑制するためである。 As shown in FIG. 2, the primary coil 11 is a loop-shaped coil, and is connected to the AC power supply 1 via a matching circuit 13 between both ends. The primary side coil 11 is arranged in close proximity to the primary side resonance coil 12 in a non-contact manner, and is electromagnetically coupled to the primary side resonance coil 12. The primary side coil 11 is arranged so that its own central axis coincides with the central axis of the primary side resonance coil 12. Matching the central axes improves the coupling strength between the primary coil 11 and the primary resonant coil 12, suppresses magnetic flux leakage, and eliminates unnecessary electromagnetic fields from the primary coil 11 and the primary resonant coil. This is to suppress the occurrence around 12.

一次側コイル11は、交流電源1から整合回路13を経て供給される交流電力によって磁界を発生し、電磁誘導(相互誘導)により電力を一次側共振コイル12に送電する。 The primary coil 11 generates a magnetic field by AC power supplied from the AC power supply 1 via the matching circuit 13, and transmits the power to the primary resonance coil 12 by electromagnetic induction (mutual induction).

図2に示すように、一次側共振コイル12は、一次側コイル11と非接触で近接して配置されて一次側コイル11と電磁界結合されている。一次側共振コイル12と一次側コイル11との間隔は、一例として、数ミリメートルから数十センチメートル程度である。 As shown in FIG. 2, the primary side resonance coil 12 is arranged in close contact with the primary side coil 11 in a non-contact manner and is electromagnetically coupled to the primary side coil 11. The distance between the primary side resonance coil 12 and the primary side coil 11 is, for example, about several millimeters to several tens of centimeters.

また、一次側共振コイル12は、所定の共振周波数を有し、高いQ値を有するように設計されている。一次側共振コイル12の共振周波数は、二次側共振コイル81の共振周波数と等しくなるように設定されている。一次側共振コイル12の両端の間に、共振周波数を調整するためのキャパシタ14が直列に接続される。 Further, the primary resonance coil 12 has a predetermined resonance frequency and is designed to have a high Q value. The resonance frequency of the primary resonance coil 12 is set to be equal to the resonance frequency of the secondary resonance coil 81. A capacitor 14 for adjusting the resonance frequency is connected in series between both ends of the primary resonance coil 12.

一次側共振コイル12の共振周波数は、交流電源1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。一次側共振コイル12の共振周波数は、一次側共振コイル12のインダクタンスと、キャパシタ14の静電容量によって決まる。このため、一次側共振コイル12のインダクタンスと、キャパシタ14の静電容量は、一次側共振コイル12の共振周波数が、交流電源1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 resonance coil 12 is set to be the same frequency as the frequency of the AC power output by the AC power supply 1. The resonance frequency of the primary resonance coil 12 is determined by the inductance of the primary resonance coil 12 and the capacitance of the capacitor 14. Therefore, the inductance of the primary side resonance coil 12 and the capacitance of the capacitor 14 are set so that the resonance frequency of the primary side resonance coil 12 becomes the same frequency as the frequency of the AC power output from the AC power supply 1. Has been done.

整合回路13は、一次側コイル11、一次側共振コイル12、二次側共振コイル81、及び二次側コイル82と交流電源1とのインピーダンス整合を取るために挿入されており、インダクタLとキャパシタCを含む。なお、一次側コイル11、一次側共振コイル12、二次側共振コイル81、及び二次側コイル82と交流電源1のインピーダンスが近い値の場合には、整合回路13を設けなくてもよい。 The matching circuit 13 is inserted to match the impedance between the primary side coil 11, the primary side resonance coil 12, the secondary side resonance coil 81, and the secondary side coil 82 and the AC power supply 1, and is inserted into the inductor L and the capacitor. Including C. If the impedances of the primary side coil 11, the primary side resonance coil 12, the secondary side resonance coil 81, and the secondary side coil 82 and the AC power supply 1 are close to each other, the matching circuit 13 may not be provided.

交流電源1は、磁界共鳴に必要な周波数の交流電力を出力する電源であり、出力電力を増幅するアンプを内蔵する。交流電源1は、例えば、数十kHzから数十MHz程度の高周波の交流電力を出力する。 The AC power supply 1 is a power supply that outputs AC power having a frequency required for magnetic field resonance, and incorporates an amplifier that amplifies the output power. The AC power supply 1 outputs, for example, high-frequency AC power of about several tens of kHz to several tens of MHz.

キャパシタ14は、一次側共振コイル12の両端の間に、直列に挿入されるキャパシタである。キャパシタ14は、一次側共振コイル12の共振周波数を調整するために設けられる。 The capacitor 14 is a capacitor inserted in series between both ends of the primary resonance coil 12. The capacitor 14 is provided to adjust the resonance frequency of the primary resonance coil 12.

制御部110は、交流電源1の出力電圧及び出力周波数の制御等を行う。また、制御部110は、位置検出部130で検出される二次側共振コイル81の位置に基づいて、メタマテリアル120の比透磁率の分布を調整する制御処理を行う。 The control unit 110 controls the output voltage and output frequency of the AC power supply 1. Further, the control unit 110 performs a control process for adjusting the distribution of the relative magnetic permeability of the metamaterial 120 based on the position of the secondary resonance coil 81 detected by the position detection unit 130.

メタマテリアル120は、一次側共振コイル12の送電側(二次側共振コイル81が位置する側)に配置され、一次側共振コイル12から出力される電力を二次側共振コイル81に中継する。メタマテリアル120は、マトリクス状に配列される複数の共振コイルを有する。ここでは、メタマテリアル120の表面は、複数の共振コイルがマトリクス状に配列される平面と平行であるものとする。 The metamaterial 120 is arranged on the transmission side (the side where the secondary resonance coil 81 is located) of the primary resonance coil 12, and relays the power output from the primary resonance coil 12 to the secondary resonance coil 81. The metamaterial 120 has a plurality of resonant coils arranged in a matrix. Here, it is assumed that the surface of the metamaterial 120 is parallel to a plane in which a plurality of resonant coils are arranged in a matrix.

メタマテリアル120は、平面視で矩形状であり、平面視でのサイズは、一次側共振コイル12及び二次側共振コイル81の平面視でのサイズよりも大きい。メタマテリアル120は、メタマテリアル120の表面が一次側共振コイル12の平面と平行になり、かつ、一次側共振コイル12の中心軸が、平面視で矩形状のメタマテリアル120の中心を通るように配設される。 The metamaterial 120 has a rectangular shape in a plan view, and the size in the plan view is larger than the size in the plan view of the primary side resonance coil 12 and the secondary side resonance coil 81. In the metamaterial 120, the surface of the metamaterial 120 is parallel to the plane of the primary resonance coil 12, and the central axis of the primary resonance coil 12 passes through the center of the rectangular metamaterial 120 in a plan view. Arranged.

また、メタマテリアル120と一次側共振コイル12との間の間隔は、メタマテリアル120が一次側共振コイル12から出力される電力を効率的に中継できる間隔に設定されている。ここでは、一例として、メタマテリアル120と一次側共振コイル12との間の間隔は、数十センチメートル以下である。このように、メタマテリアル120と一次側共振コイル12は、互いにとって最適な位置に配置されており、この位置関係は固定されている。 The distance between the metamaterial 120 and the primary resonance coil 12 is set so that the metamaterial 120 can efficiently relay the electric power output from the primary resonance coil 12. Here, as an example, the distance between the metamaterial 120 and the primary resonance coil 12 is several tens of centimeters or less. As described above, the metamaterial 120 and the primary resonance coil 12 are arranged at the optimum positions for each other, and the positional relationship is fixed.

メタマテリアル120は、位置検出部130によって検出される二次側共振コイル81の位置に応じて、表面に平行な平面内における比透磁率の分布を調整することができる。メタマテリアル120によって表面に平行な平面内における比透磁率の分布が調整されると、メタマテリアル120から出力される磁束が収束される位置をメタマテリアル120の表面に平行な平面内で調整することができる。 The metamaterial 120 can adjust the distribution of relative magnetic permeability in a plane parallel to the surface according to the position of the secondary resonance coil 81 detected by the position detection unit 130. When the distribution of relative permeability in a plane parallel to the surface is adjusted by the metamaterial 120, the position where the magnetic flux output from the metamaterial 120 converges is adjusted in the plane parallel to the surface of the metamaterial 120. Can be done.

これにより、メタマテリアル120は、二次側共振コイル81の位置に磁束を誘導することができ、受電器80は、一次側共振コイル12から出力され、メタマテリアル120によって中継される電力を二次側共振コイル81で効率的に受電することができる。 As a result, the metamaterial 120 can induce the magnetic flux to the position of the secondary resonance coil 81, and the power receiver 80 secondary to the power output from the primary resonance coil 12 and relayed by the metamaterial 120. Power can be efficiently received by the side resonance coil 81.

このようなメタマテリアル120の制御は、制御部110によって行われる。メタマテリアル120の構成の詳細については、図3を用いて後述する。 Such control of the metamaterial 120 is performed by the control unit 110. Details of the configuration of the metamaterial 120 will be described later with reference to FIG.

位置検出部130は、メタマテリアル120に対する二次側共振コイル81の位置を検出する。位置検出部130が検出する二次側共振コイル81の位置は、メタマテリアル120に対する相対的な位置である。このように位置を検出する場合には、メタマテリアル120の基準点(例えば、表面の中心)に対する、二次側共振コイル81の基準点(例えば、コイルの中心)の位置を検出すればよい。 The position detection unit 130 detects the position of the secondary resonance coil 81 with respect to the metamaterial 120. The position of the secondary resonance coil 81 detected by the position detection unit 130 is a position relative to the metamaterial 120. When detecting the position in this way, the position of the reference point (for example, the center of the coil) of the secondary resonance coil 81 with respect to the reference point (for example, the center of the surface) of the metamaterial 120 may be detected.

ここでは、メタマテリアル120と一次側共振コイル12は、互いにとって最適な位置に配置されているため、位置検出部130が、メタマテリアル120に対する二次側共振コイル81の位置を検出する形態について説明する。 Here, since the metamaterial 120 and the primary resonance coil 12 are arranged at optimum positions for each other, a mode in which the position detection unit 130 detects the position of the secondary resonance coil 81 with respect to the metamaterial 120 will be described. do.

一次側共振コイル12と二次側共振コイル81の中心軸同士が一致せず、一次側共振コイル12の位置に対する二次側共振コイル81の位置がずれている場合には、メタマテリアル120のうち、二次側共振コイル81に近い部分に磁束が誘導されるようにメタマテリアル120の比透磁率を制御すれば、二次側共振コイル81の受電効率を最大にすることができる。このような理由から、送電器100は、位置検出部130によって、メタマテリアル120に対する二次側共振コイル81の位置を検出する。 If the central axes of the primary resonance coil 12 and the secondary resonance coil 81 do not match each other and the position of the secondary resonance coil 81 is deviated from the position of the primary resonance coil 12, the metamaterial 120 If the relative magnetic permeability of the metamaterial 120 is controlled so that the magnetic flux is induced in the portion close to the secondary resonance coil 81, the power receiving efficiency of the secondary resonance coil 81 can be maximized. For this reason, the transmitter 100 detects the position of the secondary resonance coil 81 with respect to the metamaterial 120 by the position detection unit 130.

なお、上述のように、メタマテリアル120と一次側共振コイル12は、互いにとって最適な位置に配置されているため、位置検出部130が、メタマテリアル120に対する二次側共振コイル81の位置を検出することは、位置検出部130が、一次側共振コイル12に対する二次側共振コイル81の位置を検出することと同義である。 As described above, since the metamaterial 120 and the primary resonance coil 12 are arranged at the optimum positions for each other, the position detection unit 130 detects the position of the secondary resonance coil 81 with respect to the metamaterial 120. This is synonymous with the position detection unit 130 detecting the position of the secondary resonance coil 81 with respect to the primary resonance coil 12.

また、ここでは、メタマテリアル120の中心と一次側共振コイル12の中心軸とが一致している場合について説明するが、メタマテリアル120の中心と一次側共振コイル12の中心軸とがずれている場合には、位置検出部130は、メタマテリアル120に対する、一次側共振コイル12及び二次側共振コイル81の位置を検出すればよい。このように位置を検出する場合には、メタマテリアル120の基準点(例えば、表面の中心)に対する、一次側共振コイル12及び二次側共振コイル81の基準点(例えば、コイルの中心)の位置を検出すればよい。 Further, here, the case where the center of the metamaterial 120 and the central axis of the primary resonance coil 12 coincide with each other will be described, but the center of the metamaterial 120 and the central axis of the primary resonance coil 12 are deviated from each other. In this case, the position detection unit 130 may detect the positions of the primary resonance coil 12 and the secondary resonance coil 81 with respect to the metamaterial 120. When the position is detected in this way, the positions of the reference points (for example, the center of the coil) of the primary side resonance coil 12 and the secondary side resonance coil 81 with respect to the reference point (for example, the center of the surface) of the metamaterial 120. Should be detected.

位置検出部130としては、例えば、赤外線センサ若しくはレーザーセンサ等の光学センサ、又は、ホールセンサ等の磁気センサを用いることができる。また、位置検出部130としてカメラを用い、カメラで取得した画像に対して制御部110が画像処理を行うことによって、二次側共振コイル81の位置を検出してもよい。 As the position detection unit 130, for example, an optical sensor such as an infrared sensor or a laser sensor, or a magnetic sensor such as a hall sensor can be used. Further, the position of the secondary resonance coil 81 may be detected by using a camera as the position detection unit 130 and performing image processing on the image acquired by the camera by the control unit 110.

なお、画像処理で位置を検出する場合には、カメラは受電器80に設けられていてもよい。受電器80の制御部又は制御部110で画像処理を行って、メタマテリアル120に対する二次側共振コイル81の位置を検出すればよい。この場合に、受電器80と送電器100との間で無線通信を行って、必要なデータの送受信を行えばよい。 When the position is detected by image processing, the camera may be provided in the power receiver 80. Image processing may be performed by the control unit or the control unit 110 of the power receiving device 80 to detect the position of the secondary resonance coil 81 with respect to the metamaterial 120. In this case, wireless communication may be performed between the power receiver 80 and the power transmitter 100 to transmit and receive necessary data.

また、二次側共振コイル81の位置を検出する代わりに、受電器80の位置を検出し、検出した受電器80の位置から、二次側共振コイル81の位置を割り出してもよい。例えば、二次側共振コイル81の位置を検出することが困難である場合には、受電器80の中における二次側共振コイル81の位置を表すデータを制御部110が保持しておき、制御部110が位置検出部130の出力に基づいて受電器80の位置を検出し、検出した受電器80の位置から二次側共振コイル81の位置を求めればよい。 Further, instead of detecting the position of the secondary resonance coil 81, the position of the power receiver 80 may be detected, and the position of the secondary resonance coil 81 may be determined from the detected position of the power receiver 80. For example, when it is difficult to detect the position of the secondary resonance coil 81, the control unit 110 holds and controls data representing the position of the secondary resonance coil 81 in the power receiver 80. The unit 110 may detect the position of the power receiver 80 based on the output of the position detection unit 130, and obtain the position of the secondary resonance coil 81 from the detected position of the power receiver 80.

以上のような送電器100は、交流電源1から一次側コイル11に供給される交流電力を磁気誘導により一次側共振コイル12に送電し、一次側共振コイル12から磁界共鳴により電力をメタマテリアル120に出力する。 The transmitter 100 as described above transmits the AC power supplied from the AC power supply 1 to the primary coil 11 to the primary resonance coil 12 by magnetic induction, and transmits the power from the primary resonance coil 12 by magnetic field resonance to the metamaterial 120. Output to.

制御部110は、位置検出部130で検出される二次側共振コイル81の位置に応じて、二次側共振コイル81の位置における磁束密度が高くなるように、メタマテリアル120の比透磁率の分布を調整する。メタマテリアル120から出力される電力は、磁界共鳴を保持した状態で、受電器80の二次側共振コイル81によって受電される。 The control unit 110 determines the relative magnetic permeability of the metamaterial 120 so that the magnetic flux density at the position of the secondary resonance coil 81 increases according to the position of the secondary resonance coil 81 detected by the position detection unit 130. Adjust the distribution. The electric power output from the metamaterial 120 is received by the secondary resonance coil 81 of the power receiver 80 while maintaining the magnetic field resonance.

なお、送電器100は、一次側コイル11を含まずに、整合回路13と一次側共振コイル12が直接接続される構成であってもよい。 The transmitter 100 may be configured such that the matching circuit 13 and the primary resonance coil 12 are directly connected without including the primary coil 11.

二次側共振コイル81は、一次側共振コイル12と同一の共振周波数を有し、高いQ値を有するように設計されている。二次側共振コイル81の一対の端子は、コンデンサ81Aに接続されている。二次側共振コイル81は、二次側コイル82と電磁界結合しており、電磁誘導によって電力を二次側コイル82に伝送する。二次側共振コイル81は、送電器100の一次側共振コイル12から磁界共鳴によって送電される交流電力を電磁誘導によって二次側コイル82に伝送する。二次側共振コイル81は、図1に示す二次側共振コイル81に相当する。 The secondary resonance coil 81 has the same resonance frequency as the primary resonance coil 12 and is designed to have a high Q value. The pair of terminals of the secondary resonance coil 81 are connected to the capacitor 81A. The secondary resonance coil 81 is electromagnetically coupled to the secondary coil 82, and transmits electric power to the secondary coil 82 by electromagnetic induction. The secondary resonance coil 81 transmits the AC power transmitted by the magnetic field resonance from the primary resonance coil 12 of the transmitter 100 to the secondary coil 82 by electromagnetic induction. The secondary resonance coil 81 corresponds to the secondary resonant coil 81 shown in FIG.

二次側コイル82は、一対の端子が整流回路83に接続されており、二次側共振コイル81から電磁誘導で受電した電力を整流回路83に出力する。 The secondary coil 82 has a pair of terminals connected to the rectifier circuit 83, and outputs the electric power received from the secondary resonance coil 81 by electromagnetic induction to the rectifier circuit 83.

整流回路83は、4つのダイオード83A〜83Dを有する。ダイオード83A〜83Dは、ブリッジ状に接続されており、二次側コイル82から入力される電力を全波整流して出力する。 The rectifier circuit 83 has four diodes 83A to 83D. The diodes 83A to 83D are connected in a bridge shape, and the electric power input from the secondary coil 82 is full-wave rectified and output.

平滑キャパシタ84は、整流回路83の出力側に接続されており、整流回路83で全波整流された電力を平滑化して直流電力として出力する。平滑キャパシタ84の出力側には、出力端子86A、86Bが接続される。整流回路83で全波整流された電力は、交流電力の負成分を正成分に反転させてあるため、略直流電力として取り扱うことができるが、平滑キャパシタ84を用いることにより、全波整流された電力にリップルが含まれるような場合でも、安定した直流電力を得ることができる。 The smoothing capacitor 84 is connected to the output side of the rectifier circuit 83, smoothes the power rectified by the rectifier circuit 83 in full wave, and outputs it as DC power. Output terminals 86A and 86B are connected to the output side of the smoothing capacitor 84. The power that has been full-wave rectified by the rectifier circuit 83 can be treated as approximately DC power because the negative component of the AC power is inverted to the positive component, but it has been full-wave rectified by using the smoothing capacitor 84. Stable DC power can be obtained even when the power includes ripples.

DCDCコンバータ210は、出力端子86A、86Bに接続される入力端子210A、210Bを有し、受電器80から出力される直流電力の電圧をバッテリ220の定格電圧に変換して出力する。 The DCDC converter 210 has input terminals 210A and 210B connected to output terminals 86A and 86B, and converts the voltage of DC power output from the power receiver 80 into the rated voltage of the battery 220 and outputs the voltage.

DCDCコンバータ210は、一例として、降圧型のDCDCコンバータであり、整流回路83を介して供給される受電電力の電圧値(入力電圧)をバッテリ220の定格電圧に降圧してバッテリ220に供給する。降圧型のDCDCコンバータを用いるのは、昇圧型及び昇降圧型のDCDCコンバータに比べると、降圧型は電流値が比較的低く小型であり、小型軽量化が求められる受電器80に向いているからである。 The DCDC converter 210 is, for example, a step-down DCDC converter, which steps down the voltage value (input voltage) of the received power supplied via the rectifying circuit 83 to the rated voltage of the battery 220 and supplies the DCDC converter 210 to the battery 220. The step-down DCDC converter is used because the step-down type has a relatively low current value and is smaller than the step-up type and buck-boost type DCDC converters, and is suitable for the power receiver 80 which is required to be compact and lightweight. be.

バッテリ220は、繰り返し充電が可能な二次電池であればよく、例えば、リチウムイオン電池を用いることができる。例えば、受電器80がタブレットコンピュータ又はスマートフォン等の電子機器に内蔵される場合は、バッテリ220は、このような電子機器のメインのバッテリである。 The battery 220 may be a secondary battery that can be recharged repeatedly, and for example, a lithium ion battery can be used. For example, when the power receiver 80 is built in an electronic device such as a tablet computer or a smartphone, the battery 220 is the main battery of such an electronic device.

なお、一次側コイル11、一次側共振コイル12、二次側共振コイル81、二次側コイル82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、一次側コイル11、一次側共振コイル12、二次側共振コイル81、二次側コイル82の材質は、銅以外の金属(例えば、金、アルミニウム等)であってもよい。また、一次側コイル11、一次側共振コイル12、二次側共振コイル81の材質は異なっていてもよい。 The primary side coil 11, the primary side resonance coil 12, the secondary side resonance coil 81, and the secondary side coil 82 are manufactured, for example, by winding a copper wire. However, the material of the primary side coil 11, the primary side resonance coil 12, the secondary side resonance coil 81, and the secondary side coil 82 may be a metal other than copper (for example, gold, aluminum, etc.). Further, the materials of the primary side coil 11, the primary side resonance coil 12, and the secondary side resonance coil 81 may be different.

このような構成において、一次側コイル11及び一次側共振コイル12が電力の送電側であり、二次側共振コイル81が電力の受電側である。 In such a configuration, the primary side coil 11 and the primary side resonance coil 12 are the power transmission side, and the secondary side resonance coil 81 is the power reception side.

磁界共鳴方式によって、一次側共振コイル12と二次側共振コイル81との間で生じる磁界共鳴を利用して送電側から受電側に電力を伝送するため、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。 By the magnetic field resonance method, power is transmitted from the transmitting side to the receiving side by utilizing the magnetic field resonance generated between the primary side resonance coil 12 and the secondary side resonance coil 81, so that the power is electromagnetically induced from the transmitting side to the receiving side. It is possible to transmit power over a longer distance than the electromagnetic induction method that transmits.

図3は、メタマテリアル120を示す図である。図3では、XYZ座標系を定義する。メタマテリアル120は、マトリクス状に(XY平面的に)配列される複数の共振コイル121を有する。メタマテリアル120の表面は、複数の共振コイル121がマトリクス状に配列されるXY平面と平行である。共振コイル121の数は、例えば、X軸方向に数十個で、Y軸方向に数十個である。 FIG. 3 is a diagram showing a metamaterial 120. In FIG. 3, an XYZ coordinate system is defined. The metamaterial 120 has a plurality of resonant coils 121 arranged in a matrix (XY plane). The surface of the metamaterial 120 is parallel to the XY plane in which the plurality of resonant coils 121 are arranged in a matrix. The number of resonance coils 121 is, for example, several tens in the X-axis direction and several tens in the Y-axis direction.

図3では、共振コイル121の配列を示すために、メタマテリアル120の構成要素のうちの共振コイル121以外のものを省略するが、メタマテリアル120は、共振コイル121の他に、すべての共振コイル121を収容する筐体、及び、すべての共振コイル121のスイッチ121Bを制御するための制御線等を有する。 In FIG. 3, in order to show the arrangement of the resonance coils 121, the components other than the resonance coil 121 among the components of the metamaterial 120 are omitted, but the metamaterial 120 includes all the resonance coils in addition to the resonance coil 121. It has a housing for accommodating 121, a control line for controlling switches 121B of all resonance coils 121, and the like.

共振コイル121は、コイル部121Aとスイッチ121Bを有する。コイル部121Aは、ループコイルであり、両端にスイッチ121Bが挿入されている。スイッチ121Bは、共振コイル121のループの接続/遮断を切り替えるスイッチであり、例えば、FET(Field Effect Transistor)のような半導体スイッチを用いることができる。 The resonance coil 121 has a coil portion 121A and a switch 121B. The coil portion 121A is a loop coil, and switches 121B are inserted at both ends. The switch 121B is a switch for switching the connection / disconnection of the loop of the resonance coil 121, and for example, a semiconductor switch such as a FET (Field Effect Transistor) can be used.

スイッチ121Bがオンになってコイル部121Aの両端を接続した状態では、共振コイル121はオンの状態(共振電流が通流可能な状態)であり、スイッチ121Bがオフになってコイル部121Aの両端を遮断した状態では、共振コイル121はオフの状態(共振電流が通流不可能な状態)である。共振コイル121がオンの状態で、一次側コイル11から磁界共鳴による電力が送電されると、共振コイル121には共振電流が流れる。 When the switch 121B is turned on and both ends of the coil portion 121A are connected, the resonance coil 121 is in the on state (a state in which resonance current can flow), and the switch 121B is turned off and both ends of the coil portion 121A are connected. In the state where the above is cut off, the resonance coil 121 is in the off state (the state in which the resonance current cannot flow). When the resonance coil 121 is on and power is transmitted from the primary coil 11 due to magnetic field resonance, a resonance current flows through the resonance coil 121.

一例として、一次側共振コイル12及び二次側共振コイル81の磁界共鳴の共振周波数が6.78MHzである場合には、共振コイル121の共振周波数は、磁界共鳴の共振周波数よりも少し低い周波数(例えば、6MHz)に設定される。すなわち、一次側コイル11から磁界共鳴による6.78MHzの電力が送電されると、共振コイル121にはその共振点である6MHzよりも少し高い周波数の電流が流れる。 As an example, when the resonance frequency of the magnetic field resonance of the primary side resonance coil 12 and the secondary side resonance coil 81 is 6.78 MHz, the resonance frequency of the resonance coil 121 is slightly lower than the resonance frequency of the magnetic field resonance ( For example, it is set to 6 MHz). That is, when power of 6.78 MHz is transmitted from the primary coil 11 by magnetic field resonance, a current having a frequency slightly higher than the resonance point of 6 MHz flows through the resonance coil 121.

スイッチ121Bのオン/オフを切り替えることによって、共振コイル121のオン/オフを切り替えることができる。共振コイル121のオン/オフを切り替えることは、共振状態を変えることの一例である。 By switching the switch 121B on / off, the resonance coil 121 can be switched on / off. Switching the resonance coil 121 on / off is an example of changing the resonance state.

なお、共振コイル121は、共振周波数を調整するために、コイル部121Aの両端間に挿入されるキャパシタを有するが、ここでは省略する。 The resonance coil 121 has a capacitor inserted between both ends of the coil portion 121A in order to adjust the resonance frequency, but this is omitted here.

図4は、メタマテリアル120の比透磁率の周波数特性を示す図である。横軸は周波数を表し、縦軸はメタマテリアル120の比透磁率μを表す。 FIG. 4 is a diagram showing the frequency characteristics of the relative magnetic permeability of the metamaterial 120. The horizontal axis represents the frequency, and the vertical axis represents the relative magnetic permeability μ of the metamaterial 120.

メタマテリアル120の比透磁率μは、共振コイル121の共振周波数frよりも少し低い周波数帯で極大値を有し、共振周波数frよりも少し高い周波数帯で極小値を有する。比透磁率μの極小値は、負の値であり、極小値を取る周波数をf1とする。周波数f1よりも高くなると、比透磁率μは再び正の値を取る周波数特性である。 The relative magnetic permeability μ of the metamaterial 120 has a maximum value in a frequency band slightly lower than the resonance frequency fr of the resonance coil 121, and has a minimum value in a frequency band slightly higher than the resonance frequency fr. The minimum value of the relative magnetic permeability μ is a negative value, and the frequency at which the minimum value is taken is f1. When the frequency becomes higher than f1, the relative permeability μ is a frequency characteristic that takes a positive value again.

図5は、メタマテリアル120のレンズ効果を説明する図である。図5では、図3と同一のXYZ座標系を用いる。一次側共振コイル12と二次側共振コイル81のXY平面内での位置は、メタマテリアル120の中心と一致している。 FIG. 5 is a diagram illustrating the lens effect of the metamaterial 120. In FIG. 5, the same XYZ coordinate system as in FIG. 3 is used. The positions of the primary resonance coil 12 and the secondary resonant coil 81 in the XY plane coincide with the center of the metamaterial 120.

メタマテリアル120の共振コイル121は、周波数f1が6.78MHzになるように周波数特性が設定されている。メタマテリアル120の比透磁率μは、周波数f1において負の値の極小値になるため、メタマテリアル120が一次側共振コイル12と二次側共振コイル81との間で6.78MHzの電力を中継すると、レンズ効果によって磁界が収束される。 The resonance coil 121 of the metamaterial 120 has a frequency characteristic set so that the frequency f1 is 6.78 MHz. Since the relative magnetic permeability μ of the metamaterial 120 becomes a minimum value of a negative value at the frequency f1, the metamaterial 120 relays a power of 6.78 MHz between the primary side resonance coil 12 and the secondary side resonance coil 81. Then, the magnetic field is converged by the lens effect.

例えば、すべての共振コイル121をオンにすると、メタマテリアル120の比透磁率μは、負の値で平面的に一様になる。図5(A)には、メタマテリアル120の比透磁率μが一様な状態を表すために、メタマテリアル120をグレーで示す。 For example, when all the resonant coils 121 are turned on, the relative permeability μ of the metamaterial 120 becomes uniform in a plane with a negative value. In FIG. 5A, the metamaterial 120 is shown in gray in order to represent a state in which the relative magnetic permeability μ of the metamaterial 120 is uniform.

図5(A)に示すように、メタマテリアル120の比透磁率μが負の値で平面的に一様になると、一次側共振コイル12から出力される磁界は、メタマテリアル120のレンズ効果によって、メタマテリアル120に左側から入射すると、メタマテリアル120の厚さ(図中の左右方向の厚さ)の中間付近で収束し、メタマテリアル120の右側から出射する際に、再び収束して二次側共振コイル81に向かう。このようなレンズ効果が得られるのは、メタマテリアル120の比透磁率μが負の値に設定されているからである。 As shown in FIG. 5A, when the relative magnetic permeability μ of the metamaterial 120 becomes uniform in a plane with a negative value, the magnetic field output from the primary resonance coil 12 is due to the lens effect of the metamaterial 120. When it enters the metamaterial 120 from the left side, it converges near the middle of the thickness of the metamaterial 120 (thickness in the left-right direction in the figure), and when it exits from the right side of the metamaterial 120, it converges again and is secondary. It goes to the side resonance coil 81. Such a lens effect is obtained because the relative magnetic permeability μ of the metamaterial 120 is set to a negative value.

次に、図5(B)を用いて、メタマテリアル120のうちのX軸負方向側の半分に含まれる共振コイル121の一部をオフ(残りの一部をオン)にし、X軸正方向側の半分に含まれるすべての共振コイル121をオンにする場合について説明する。 Next, using FIG. 5B, a part of the resonance coil 121 included in the negative side half of the X-axis of the metamaterial 120 is turned off (the other part is turned on), and the X-axis positive direction is used. The case where all the resonance coils 121 included in the side half are turned on will be described.

メタマテリアル120のうちのX軸負方向側の半分に含まれる共振コイル121の一部をオフ(残りの一部をオン)にすることにより、メタマテリアル120のX軸負方向側の半分の部分における比透磁率μは負の値であるが、メタマテリアル120に含まれるすべての共振コイル121をオンにする場合に比べて絶対値が小さくなる。 By turning off a part of the resonance coil 121 included in the half of the metamaterial 120 on the negative side of the X-axis (the other part is on), the half of the metamaterial 120 on the negative side of the X-axis is turned off. Although the relative magnetic permeability μ in the above is a negative value, the absolute value is smaller than that in the case where all the resonance coils 121 included in the metamaterial 120 are turned on.

また、メタマテリアル120のX軸正方向側の半分のすべての共振コイル121をオンにすることにより、メタマテリアル120のX軸正方向側の半分の部分における比透磁率μは、メタマテリアル120に含まれる共振コイル121をオンにする場合と同様に、絶対値の大きな負の値を取る。 Further, by turning on all the resonance coils 121 of the half of the metamaterial 120 on the positive direction side of the X axis, the relative magnetic permeability μ in the half portion of the metamaterial 120 on the positive direction side of the X axis becomes the metamaterial 120. As in the case of turning on the included resonance coil 121, it takes a large negative value with an absolute value.

このため、メタマテリアル120の比透磁率μの分布は、X軸負方向側からX軸正方向側にかけて、徐々に絶対値が大きくなる負の値になる。図5(B)では、比透磁率μの絶対値が小さい部分を薄いグレーで示し、比透磁率μの絶対値が大きい部分を濃いグレーで示すことにより、XY平面での比透磁率μの分布を表す。 Therefore, the distribution of the relative magnetic permeability μ of the metamaterial 120 becomes a negative value in which the absolute value gradually increases from the negative direction side of the X axis to the positive direction side of the X axis. In FIG. 5B, the portion where the absolute value of the relative permeability μ is small is shown in light gray, and the portion where the absolute value of the relative permeability μ is large is shown in dark gray. Represents the distribution.

例えば、図5(B)に示すように、二次側共振コイル81の位置が、メタマテリアル120のXY平面の中心に対してX軸正方向側にずれた場合には、メタマテリアル120のX軸正方向側における比透磁率μを絶対値の大きな負の値に設定する。 For example, as shown in FIG. 5B, when the position of the secondary resonance coil 81 shifts to the positive direction of the X axis with respect to the center of the XY plane of the metamaterial 120, the X of the metamaterial 120 is X. Set the relative permeability μ on the positive axis side to a negative value with a large absolute value.

このようにすれば、一次側共振コイル12から出力される磁界は、メタマテリアル120のレンズ効果によって、メタマテリアル120に左側から入射すると、X軸正方向側に向かいながらメタマテリアル120の厚さの中間付近で収束し、メタマテリアル120の右側から出射する際に、X軸正方向側に向かいながら再び収束して二次側共振コイル81に向かう。 In this way, when the magnetic field output from the primary side resonance coil 12 is incident on the metamaterial 120 from the left side due to the lens effect of the metamaterial 120, the thickness of the metamaterial 120 is increased while facing the positive direction side of the X axis. It converges near the middle, and when it exits from the right side of the metamaterial 120, it converges again while heading toward the positive direction of the X-axis and heads toward the secondary resonance coil 81.

このように、メタマテリアル120のXY平面での比透磁率μの分布を調整することにより、一次側共振コイル12から出力される磁界が収束する方向(磁束が誘導される方向)を調節することができる。 By adjusting the distribution of the relative magnetic permeability μ in the XY plane of the metamaterial 120 in this way, the direction in which the magnetic field output from the primary resonance coil 12 converges (the direction in which the magnetic flux is induced) is adjusted. Can be done.

図6は、メタマテリアル120の比透磁率μに分布を設けるための共振コイル121の駆動状態の一例を示す図である。図6には、図3及び図5と同一のXYZ座標系を示す。また、図6では、共振コイル121を円で示し、オンにされている共振コイル121を黒い円で示し、オフにされている共振コイル121を薄いグレーの円で示す。 FIG. 6 is a diagram showing an example of a driving state of the resonance coil 121 for providing a distribution in the relative magnetic permeability μ of the metamaterial 120. FIG. 6 shows the same XYZ coordinate system as in FIGS. 3 and 5. Further, in FIG. 6, the resonant coil 121 is indicated by a circle, the resonant coil 121 which is turned on is indicated by a black circle, and the resonant coil 121 which is turned off is indicated by a light gray circle.

図6に示すように、X軸方向における中央よりもX正方向側の半分の領域では、すべての共振コイル121をオンにし、X軸方向における中央よりもX軸負方向側の半分の領域では、一部の共振コイル121をオンにする(残りの一部の共振コイル121はオフにする)。一部の共振コイル121をオンにすることは、オンにする共振コイル121を間引くことである。 As shown in FIG. 6, in the half region on the X positive direction side from the center in the X axis direction, all the resonance coils 121 are turned on, and in the half region on the X axis negative direction side from the center in the X axis direction. , Some resonance coils 121 are turned on (the remaining some resonance coils 121 are turned off). Turning on some of the resonant coils 121 is thinning out the resonant coils 121 to be turned on.

このようにすることで、メタマテリアル120の比透磁率μに、X軸方向における分布を持たせることができる。なお、図6では、メタマテリアル120の比透磁率μにX軸方向の分布を設ける場合の駆動状態について説明したが、X負方向側のすべての共振コイル121をオンにし、X軸正方向側で一部の共振コイル121をオンに(残りの一部の共振コイル121はオフに)すれば、X軸方向における比透磁率μの分布を逆にすることができる。 By doing so, the relative magnetic permeability μ of the metamaterial 120 can be given a distribution in the X-axis direction. In FIG. 6, the driving state when the relative magnetic permeability μ of the metamaterial 120 is distributed in the X-axis direction has been described. However, all the resonance coils 121 on the negative X-direction side are turned on, and the positive X-axis side is turned on. If some of the resonance coils 121 are turned on (the remaining some of the resonance coils 121 are turned off), the distribution of the relative magnetic permeability μ in the X-axis direction can be reversed.

また、Y軸方向において共振コイル121のオン/オフに分布を持たせれば、比透磁率μにY軸方向の分布を持たせることができる。さらに、XY平面内において、ある特定の部分の比透磁率μの絶対値を大きくしたい場合には、その特定の部分に含まれるすべての共振コイル121をオンにし、残りの部分の共振コイル121のうちの一部をオフにすればよい。 Further, if the resonance coil 121 is given a distribution on / off in the Y-axis direction, the relative magnetic permeability μ can be given a distribution in the Y-axis direction. Further, in the XY plane, when it is desired to increase the absolute value of the relative magnetic permeability μ of a specific part, all the resonance coils 121 included in the specific part are turned on, and the resonance coil 121 of the remaining part is turned on. You can turn off some of them.

図7は、一次側共振コイル12と二次側共振コイル81の位置関係と、二次側共振コイル81の受電効率ηとを示す図である。一次側共振コイル12と二次側共振コイル81の位置関係は、図3、5、6と同一のXYZ座標系で示す。 FIG. 7 is a diagram showing the positional relationship between the primary side resonance coil 12 and the secondary side resonance coil 81 and the power receiving efficiency η of the secondary side resonance coil 81. The positional relationship between the primary resonance coil 12 and the secondary resonance coil 81 is shown in the same XYZ coordinate system as in FIGS. 3, 5 and 6.

図7(A1)、(A2)には、比較用に、メタマテリアル120を用いずに、一次側共振コイル12から二次側共振コイル81に電力を伝送する場合の位置関係と受電効率とを示す。 7 (A1) and 7 (A2) show the positional relationship and the power receiving efficiency when power is transmitted from the primary resonance coil 12 to the secondary resonance coil 81 without using the metamaterial 120 for comparison. show.

また、図7(B1)、(B2)には、比較用に、メタマテリアル120の比透磁率の分布を負の一定の値に設定して、一次側共振コイル12から二次側共振コイル81に電力を伝送する場合の位置関係と受電効率とを示す。メタマテリアル120の比透磁率の分布を負の一定の値に設定するには、例えば、すべての共振コイル121をオンにすればよい。 Further, in FIGS. 7 (B1) and 7 (B2), for comparison, the distribution of the relative magnetic permeability of the metamaterial 120 is set to a negative constant value, and the primary resonance coil 12 to the secondary resonance coil 81 are shown. The positional relationship and power receiving efficiency when transmitting power to the coil are shown. To set the distribution of the relative permeability of the metamaterial 120 to a constant negative value, for example, all resonant coils 121 may be turned on.

また、図7(C1)、(C2)には、メタマテリアル120に対する二次側共振コイル81の位置に応じてメタマテリアル120の比透磁率の分布を設定した場合において、一次側共振コイル12から二次側共振コイル81に電力を伝送する場合の位置関係と受電効率とを示す。メタマテリアル120の比透磁率は、二次側共振コイル81に近いほど絶対値が大きい負の値に設定され、二次側共振コイル81から遠いほど絶対値が小さい負の値に設定される。 Further, in FIGS. 7 (C1) and 7 (C2), when the distribution of the relative magnetic permeability of the metamaterial 120 is set according to the position of the secondary resonance coil 81 with respect to the metamaterial 120, from the primary resonance coil 12 The positional relationship and the power receiving efficiency when power is transmitted to the secondary resonance coil 81 are shown. The relative magnetic permeability of the metamaterial 120 is set to a negative value having a larger absolute value as it is closer to the secondary resonance coil 81, and a negative value having a smaller absolute value as it is farther from the secondary resonance coil 81.

ここでは、一例として、平面視でメタマテリアル120の表面の中心と二次側共振コイル81の中心軸とが一致していない場合に、メタマテリアル120に対する二次側共振コイル81の位置に応じてメタマテリアル120の比透磁率の分布を制御することとする。 Here, as an example, when the center of the surface of the metamaterial 120 and the central axis of the secondary resonance coil 81 do not match in plan view, depending on the position of the secondary resonance coil 81 with respect to the metamaterial 120. The distribution of the relative magnetic permeability of the metamaterial 120 is controlled.

なお、図7(B1)、(B2)、(C1)、(C2)において、比透磁率を負の値に設定するのは、メタマテリアル120のレンズ効果を得るためである。 In FIGS. 7 (B1), (B2), (C1), and (C2), the relative magnetic permeability is set to a negative value in order to obtain the lens effect of the metamaterial 120.

図7(A1)、(B1)、(C1)では、平面視でメタマテリアル120の表面の中心と二次側共振コイル81の中心軸とは一致している。すなわち、一次側共振コイル12と二次側共振コイル81の中心軸同士が一致しており、メタマテリアル120に対する二次側共振コイル81の位置ずれがない状態である。また、図7(A2)、(B2)、(C2)では、平面視でメタマテリアル120の表面に対して、二次側共振コイル81の中心軸はX軸正方向側にずれている。 In FIGS. 7 (A1), (B1), and (C1), the center of the surface of the metamaterial 120 and the central axis of the secondary resonance coil 81 coincide with each other in a plan view. That is, the central axes of the primary resonance coil 12 and the secondary resonance coil 81 are aligned with each other, and there is no positional deviation of the secondary resonance coil 81 with respect to the metamaterial 120. Further, in FIGS. 7 (A2), (B2), and (C2), the central axis of the secondary resonance coil 81 is displaced in the positive direction of the X axis with respect to the surface of the metamaterial 120 in a plan view.

図7(A1)に示すように、メタマテリアル120を用いずに、一次側共振コイル12と二次側共振コイル81の中心軸同士が一致している状態では、二次側共振コイル81の受電効率ηは、一次側共振コイル12の中心軸上で最も高く、X軸方向にずれるに従って低下する。このため、図7(A1)のように、メタマテリアル120を用いない場合には、一次側共振コイル12と二次側共振コイル81の中心軸同士が一致している状態において、二次側共振コイル81の受電効率ηが最大になる。 As shown in FIG. 7 (A1), when the central axes of the primary resonance coil 12 and the secondary resonance coil 81 are aligned with each other without using the metamaterial 120, the secondary resonance coil 81 receives power. The efficiency η is highest on the central axis of the primary resonance coil 12 and decreases as it deviates in the X-axis direction. Therefore, as shown in FIG. 7 (A1), when the metamaterial 120 is not used, the secondary side resonance occurs in a state where the central axes of the primary side resonance coil 12 and the secondary side resonance coil 81 are aligned with each other. The power receiving efficiency η of the coil 81 is maximized.

また、図7(A2)に示すように、メタマテリアル120を用いずに、一次側共振コイル12に対して二次側共振コイル81がX軸正方向側にずれている状態では、図7(A1)に示す状態に比べて、二次側共振コイル81の受電効率ηは低下する。 Further, as shown in FIG. 7 (A2), in a state where the secondary resonance coil 81 is displaced in the positive direction of the X axis with respect to the primary resonance coil 12 without using the metamaterial 120, FIG. 7 (A2) Compared with the state shown in A1), the power receiving efficiency η of the secondary resonance coil 81 is lower.

また、図7(B1)に示すように、メタマテリアル120の比透磁率の分布を一様にして、一次側共振コイル12と二次側共振コイル81の中心軸同士が一致している状態では、二次側共振コイル81の受電効率ηは、一次側共振コイル12の中心軸上で最も高く、X軸方向にずれるに従って低下する。 Further, as shown in FIG. 7 (B1), in a state where the distribution of the relative magnetic permeability of the metamaterial 120 is uniform and the central axes of the primary side resonance coil 12 and the secondary side resonance coil 81 are aligned with each other. The power receiving efficiency η of the secondary resonance coil 81 is the highest on the central axis of the primary resonance coil 12, and decreases as it deviates in the X-axis direction.

この場合の受電効率ηは、図7(A1)に示すようにメタマテリアル120を用いない場合に比べて、一次側共振コイル12の中心軸上において高くなる。また、X軸方向において一次側共振コイル12の中心軸から離れるに従って、図7(A1)に示すようにメタマテリアル120を用いない場合に比べて低くなる。これは、メタマテリアル120のレンズ効果によって、メタマテリアル120の中心側で磁束密度が高くなるためである。 The power receiving efficiency η in this case is higher on the central axis of the primary resonance coil 12 as compared with the case where the metamaterial 120 is not used as shown in FIG. 7 (A1). Further, as the distance from the central axis of the primary resonance coil 12 increases in the X-axis direction, the value becomes lower as shown in FIG. 7 (A1) as compared with the case where the metamaterial 120 is not used. This is because the magnetic flux density increases on the central side of the metamaterial 120 due to the lens effect of the metamaterial 120.

このため、図7(B1)のように、負の値の比透磁率の分布が一様のメタマテリアル120を用いる場合には、一次側共振コイル12と二次側共振コイル81の中心軸同士が一致している状態において、二次側共振コイル81の受電効率ηが最大になる。 Therefore, as shown in FIG. 7 (B1), when the metamaterial 120 having a uniform distribution of negative relative permeability is used, the central axes of the primary resonance coil 12 and the secondary resonant coil 81 are aligned with each other. In the state where is the same, the power receiving efficiency η of the secondary resonance coil 81 is maximized.

また、図7(B2)に示すように、負の値の比透磁率の分布が一様のメタマテリアル120を用いて、一次側共振コイル12に対して二次側共振コイル81がX軸正方向側にずれている状態では、図7(B1)に示す状態に比べて、二次側共振コイル81の受電効率ηは低下する。 Further, as shown in FIG. 7 (B2), the secondary resonance coil 81 is X-axis positive with respect to the primary resonance coil 12 by using the metamaterial 120 having a uniform distribution of negative relative permeability. In the state deviated to the directional side, the power receiving efficiency η of the secondary resonance coil 81 is lower than that in the state shown in FIG. 7 (B1).

また、図7(C1)では、一次側共振コイル12と二次側共振コイル81の中心軸同士が一致している。この状態では、メタマテリアル120の比透磁率の分布を一様に設定する。このため、図7(B1)に示す状態と同様に、二次側共振コイル81の受電効率ηは、一次側共振コイル12の中心軸上で最も高く、X軸方向にずれるに従って低下する。 Further, in FIG. 7 (C1), the central axes of the primary side resonance coil 12 and the secondary side resonance coil 81 coincide with each other. In this state, the distribution of the relative magnetic permeability of the metamaterial 120 is uniformly set. Therefore, similarly to the state shown in FIG. 7 (B1), the power receiving efficiency η of the secondary resonance coil 81 is the highest on the central axis of the primary resonance coil 12, and decreases as it deviates in the X-axis direction.

また、図7(C2)では、一次側共振コイル12に対して二次側共振コイル81がX軸正方向側にずれているため、メタマテリアル120の比透磁率の分布を二次側共振コイル81の位置に応じて制御する。ここでは、比透磁率の値が負で絶対値が大きい部分ほど濃いグレーで示し、比透磁率の値が負で絶対値が小さい部分ほど薄いグレーで示す。 Further, in FIG. 7 (C2), since the secondary resonance coil 81 is displaced in the positive direction of the X axis with respect to the primary resonance coil 12, the distribution of the relative magnetic permeability of the metamaterial 120 is changed to the secondary resonance coil. It is controlled according to the position of 81. Here, the portion where the relative permeability value is negative and the absolute value is large is shown in dark gray, and the portion where the relative permeability value is negative and the absolute value is small is shown in light gray.

図7(C2)に示すように、一次側共振コイル12に対して二次側共振コイル81がX軸正方向側にずれていても、二次側共振コイル81に近い部分の比透磁率の負の値の絶対値を大きくし、二次側共振コイル81から離れている(遠い)部分の比透磁率の負の値の絶対値を小さくするので、磁束を二次側共振コイル81に近い部分に誘導することができる。 As shown in FIG. 7 (C2), even if the secondary resonance coil 81 is displaced in the positive direction of the X axis with respect to the primary resonance coil 12, the relative magnetic permeability of the portion close to the secondary resonance coil 81 Since the absolute value of the negative value is increased and the absolute value of the negative value of the relative permeability of the portion distant (far) from the secondary resonance coil 81 is decreased, the magnetic flux is close to that of the secondary resonance coil 81. Can be guided to the part.

このため、二次側共振コイル81の受電効率ηは、一次側共振コイル12の中心軸上で最も高く、X軸方向にずれるに従って低下する。 Therefore, the power receiving efficiency η of the secondary resonance coil 81 is the highest on the central axis of the primary resonance coil 12, and decreases as it deviates in the X-axis direction.

メタマテリアル120の比透磁率は負の値であり、X軸の中央で最も絶対値が大きく、両端に向かって絶対値が小さくなるように分布しているため、X軸の中央における二次側共振コイル81の受電効率ηは、図7(C1)及び図7(B1)に示す受電効率ηと同等にすることができる。 The relative magnetic permeability of the metamaterial 120 is a negative value, and since it is distributed so that the absolute value is the largest at the center of the X-axis and the absolute value becomes smaller toward both ends, the secondary side at the center of the X-axis. The power receiving efficiency η of the resonance coil 81 can be made equivalent to the power receiving efficiency η shown in FIGS. 7 (C1) and 7 (B1).

なお、図7(C2)に示すように、二次側共振コイル81に近い部分の比透磁率の負の値の絶対値を大きくし、二次側共振コイル81から離れている(遠い)部分の比透磁率の負の値の絶対値を小さくするためには、例えば、図6に示すように共振コイル121を駆動すればよい。 As shown in FIG. 7 (C2), the absolute value of the negative value of the relative magnetic permeability of the portion near the secondary resonance coil 81 is increased, and the portion away from (far) from the secondary resonance coil 81. In order to reduce the absolute value of the negative value of the relative magnetic permeability of, for example, the resonance coil 121 may be driven as shown in FIG.

図6では、X軸方向における中央よりもX正方向側の半分の領域では、すべての共振コイル121をオンにし、X軸方向における中央よりもX軸負方向側の半分の領域では、一部の共振コイル121をオンにするが、このように共振コイル121のオン/オフを区分する領域の境界は、X軸方向における中央に限られない。 In FIG. 6, all the resonance coils 121 are turned on in the half region on the X positive direction side from the center in the X axis direction, and a part in the half region on the X axis negative direction side from the center in the X axis direction. The resonance coil 121 is turned on, but the boundary of the region that divides the on / off of the resonance coil 121 is not limited to the center in the X-axis direction.

共振コイル121のオン/オフを区分する領域の境界は、メタマテリアル120に対する二次側共振コイル81の位置に応じて決めればよい。また、オンにする共振コイル121を間引く際には、段階的に間引くようにしてもよい。例えば、X軸方向に数十個配列される共振コイル121を数個ずつのグループに分け、グループ毎に間引く数を段階的に増やすことによって、X軸方向における比透磁率の分布が緩やかに変化するようにしてもよい。 The boundary of the region that divides the on / off of the resonance coil 121 may be determined according to the position of the secondary resonance coil 81 with respect to the metamaterial 120. Further, when thinning out the resonance coil 121 to be turned on, the resonance coil 121 may be thinned out step by step. For example, by dividing dozens of resonant coils 121 arranged in the X-axis direction into several groups and gradually increasing the number of thinned out for each group, the distribution of relative magnetic permeability in the X-axis direction gradually changes. You may try to do it.

また、すべての共振コイル121をオンにするグループは、二次側共振コイル81の中心軸のX軸方向における位置を含むグループとして、当該グループよりもX軸正方向側のグループにおいてオンにする共振コイル121の数をX軸正方向に向かって段階的に減らすようにしてもよい。 Further, the group that turns on all the resonance coils 121 is a group that includes the position of the central axis of the secondary side resonance coil 81 in the X-axis direction, and the resonance that is turned on in the group on the X-axis positive direction side of the group. The number of coils 121 may be gradually reduced in the positive direction of the X-axis.

例えば、メタマテリアル120のX軸正方向に30個の共振コイル121が配列されていて、X軸方向に3個ずつの10個のグループに分けた場合に、二次側共振コイル81の中心軸がX軸負方向側から7個目のグループの位置に含まれる場合には、次のようにすればよい。すなわち、X軸負方向側から7個目のグループの位置に含まれるすべての共振コイル121をオンにし、X軸負方向側から6個目から1個目のグループについては、この順にオンにする共振コイル121の数を減らせばよい。同様に、X軸負方向側から8個目から10個目のグループについては、この順にオンにする共振コイル121の数を減らせばよい。 For example, when 30 resonance coils 121 are arranged in the positive direction of the X-axis of the metamaterial 120 and divided into 10 groups of 3 each in the X-axis direction, the central axis of the secondary resonance coil 81. Is included in the position of the seventh group from the negative direction side of the X-axis, the following may be performed. That is, all the resonance coils 121 included in the position of the 7th group from the negative direction side of the X axis are turned on, and the 6th to 1st groups from the negative direction side of the X axis are turned on in this order. The number of resonance coils 121 may be reduced. Similarly, for the 8th to 10th groups from the negative direction side of the X-axis, the number of resonance coils 121 to be turned on may be reduced in this order.

図8は、送電器100及び受電器80の適用例を示す図である。ここでは、車両500の底部に受電器80が取り付けられており、路面側に送電器100が配置されている場合について説明する。なお、ここでは、送電器100及び受電器80のうちの主な構成要素のみを示す。 FIG. 8 is a diagram showing an application example of the transmitter 100 and the receiver 80. Here, a case where the power receiver 80 is attached to the bottom of the vehicle 500 and the transmitter 100 is arranged on the road surface side will be described. Here, only the main components of the transmitter 100 and the receiver 80 are shown.

図8(A1)、(A2)、(A3)には、駐車場の駐車スペースの路面に送電器100が配置されている場合を示す。駐車スペースに車両500を駐車する際に、図8(A2)に示すように、一次側共振コイル12と二次側共振コイル81の中心軸同士が略一致する場合もあれば、図8(A1)、(A3)に中心軸同士がずれる場合もある。中心軸同士がずれた場合には、送電器100の位置検出部130が位置ずれを検出し、制御部110が位置ずれに応じてメタマテリアル120の比透磁率の分布を制御すれば、二次側共振コイル81は高い受電効率で電力を受電することができ、バッテリ220を充電することができる。 8 (A1), (A2), and (A3) show a case where the transmitter 100 is arranged on the road surface of the parking space of the parking lot. When the vehicle 500 is parked in the parking space, as shown in FIG. 8 (A2), the central axes of the primary side resonance coil 12 and the secondary side resonance coil 81 may be substantially aligned with each other, or FIG. 8 (A1). ) And (A3), the central axes may shift from each other. When the central axes are displaced from each other, the position detection unit 130 of the transmitter 100 detects the displacement, and the control unit 110 controls the distribution of the relative magnetic permeability of the metamaterial 120 according to the displacement, so that it is secondary. The side resonance coil 81 can receive electric power with high power receiving efficiency, and can charge the battery 220.

また、図8(B)には、道路の走行レーンの路面に沿って複数の送電器100が配置されている場合を示す。図8(B)には、車両500が走行する状態を3つの図に分けて、右から左にかけて時系列的に示す。 Further, FIG. 8B shows a case where a plurality of transmitters 100 are arranged along the road surface of the traveling lane of the road. FIG. 8B shows the traveling state of the vehicle 500 in three figures in chronological order from right to left.

車両500が走行レーンを走行する際に、複数の送電器100は、順次、制御部110が位置ずれに応じてメタマテリアル120の比透磁率の分布を制御すればよい。このようにすれば、走行中の車両500に搭載された受電器80の二次側共振コイル81は、路面に設置された複数の送電器100から順番に電力を受電することができる。個々の送電器100は、自己が送電する際に、一次側共振コイル12に対する二次側共振コイル81の位置ずれに応じて、メタマテリアル120の比透磁率の分布を制御すればよい。 When the vehicle 500 travels in the traveling lane, the plurality of transmitters 100 may sequentially control the distribution of the relative magnetic permeability of the metamaterial 120 according to the positional deviation of the control unit 110. In this way, the secondary resonance coil 81 of the power receiver 80 mounted on the moving vehicle 500 can receive electric power in order from the plurality of transmitters 100 installed on the road surface. The individual power transmission 100 may control the distribution of the relative magnetic permeability of the metamaterial 120 according to the displacement of the secondary resonance coil 81 with respect to the primary resonance coil 12 when the power is transmitted by itself.

以上、実施の形態によれば、平面視でメタマテリアル120の表面の中心に対して二次側共振コイル81の中心軸がずれた場合に、磁束が二次側共振コイル81に誘導されるように、二次側共振コイル81の位置に応じてメタマテリアル120の比透磁率の分布を制御する。メタマテリアル120の表面の中心は、一次側共振コイル12の中心軸と一致している。 As described above, according to the embodiment, when the central axis of the secondary resonance coil 81 deviates from the center of the surface of the metamaterial 120 in a plan view, the magnetic flux is induced in the secondary resonance coil 81. In addition, the distribution of the relative magnetic permeability of the metamaterial 120 is controlled according to the position of the secondary resonance coil 81. The center of the surface of the metamaterial 120 coincides with the central axis of the primary resonance coil 12.

従って、二次側共振コイル81の中心軸が一次側共振コイル12の中心軸からずれても、メタマテリアル120の比透磁率の分布を調整することにより、一次側共振コイル12からメタマテリアル120を経て供給される磁束が二次側共振コイル81に誘導されるので、二次側共振コイル81の受電効率を改善することができる。 Therefore, even if the central axis of the secondary resonance coil 81 deviates from the central axis of the primary resonance coil 12, the metamaterial 120 can be removed from the primary resonance coil 12 by adjusting the distribution of the relative magnetic permeability of the metamaterial 120. Since the magnetic flux supplied therethrough is induced in the secondary resonance coil 81, the power receiving efficiency of the secondary resonance coil 81 can be improved.

従って、実施の形態によれば、伝送効率を改善した電力中継装置、送電器100、及び、送受電システムを提供することができる。 Therefore, according to the embodiment, it is possible to provide a power relay device, a power transmitter 100, and a power transmission / reception system with improved transmission efficiency.

なお、以上では、送電器100がメタマテリアル120及び位置検出部130を含み、一次側共振コイル12の中心軸に対する二次側共振コイル81の中心軸の位置ずれに応じてメタマテリアル120の比透磁率の分布を制御する形態について説明した。 In the above, the transmitter 100 includes the metamaterial 120 and the position detection unit 130, and the relative transparency of the metamaterial 120 is increased according to the positional deviation of the central axis of the secondary resonance coil 81 with respect to the central axis of the primary resonance coil 12. The mode of controlling the distribution of magnetic coefficient has been described.

しかしながら、メタマテリアル120及び位置検出部130は、送電器100ではなく受電器80に含まれていてもよい。この場合には、メタマテリアル120は二次側共振コイル81の受電側(一次側共振コイル12が位置する側)に設けられていればよい。受電器80に設けられた位置検出部130が二次側共振コイル81の中心軸に対する一次側共振コイル12の中心軸の位置ずれを検出し、位置ずれに応じてメタマテリアル120の比透磁率の分布を制御することによって、一次側共振コイル12からメタマテリアル120を経て供給される磁束が二次側共振コイル81に誘導されるようにすれば、二次側共振コイル81の受電効率を改善することができる。 However, the metamaterial 120 and the position detector 130 may be included in the power receiver 80 instead of the transmitter 100. In this case, the metamaterial 120 may be provided on the power receiving side (the side where the primary resonance coil 12 is located) of the secondary resonance coil 81. The position detection unit 130 provided in the power receiver 80 detects the positional deviation of the central axis of the primary resonance coil 12 with respect to the central axis of the secondary resonance coil 81, and the relative magnetic permeability of the metamaterial 120 is determined according to the positional deviation. By controlling the distribution so that the magnetic flux supplied from the primary resonance coil 12 via the metamaterial 120 is guided to the secondary resonance coil 81, the power receiving efficiency of the secondary resonance coil 81 is improved. be able to.

このような実施の形態によれば、伝送効率を改善した受電器80側の電力中継装置、受電器80、及び、送受電システムを提供することができる。 According to such an embodiment, it is possible to provide a power relay device, a power receiver 80, and a power transmission / reception system on the power receiver 80 side with improved transmission efficiency.

また、送電器100及び受電器80の両方が、メタマテリアル120を含んでいてもよい。この場合には、送電器100側では、送電器100の位置検出部130が一次側共振コイル12の中心軸に対する二次側共振コイル81の中心軸の位置ずれを検出して、送電器100の制御部110がメタマテリアル120の比透磁率の分布を制御すればよい。また、受電器80側では、受電器80の位置検出部130が二次側共振コイル81の中心軸に対する一次側共振コイル12の中心軸の位置ずれを検出して、受電器80の制御部110がメタマテリアル120の比透磁率の分布を制御すればよい。 Further, both the transmitter 100 and the receiver 80 may include the metamaterial 120. In this case, on the transmitter 100 side, the position detection unit 130 of the transmitter 100 detects the misalignment of the central axis of the secondary resonance coil 81 with respect to the central axis of the primary resonance coil 12, and the position detection unit 130 of the transmitter 100. The control unit 110 may control the distribution of the relative magnetic permeability of the metamaterial 120. Further, on the power receiver 80 side, the position detection unit 130 of the power receiver 80 detects the positional deviation of the central axis of the primary resonance coil 12 with respect to the central axis of the secondary resonance coil 81, and the control unit 110 of the power receiver 80. May control the distribution of the relative magnetic permeability of the metamaterial 120.

また、このように送電器100及び受電器80の両方が、メタマテリアル120を含む場合に、送電器100と受電器80との間に、制御部110、メタマテリアル120、及び位置検出部130を含む電力中継装置を設けてもよい。この場合には、送電器100の一次側共振コイル12と、受電器80の二次側共振コイル81との間に、3つのメタマテリアル120が互いの表面が平行になるように配置されることになる。 Further, when both the transmitter 100 and the power receiver 80 include the metamaterial 120 in this way, the control unit 110, the metamaterial 120, and the position detection unit 130 are placed between the transmitter 100 and the power receiver 80. A power relay device including the power relay device may be provided. In this case, three metamaterials 120 are arranged between the primary resonance coil 12 of the transmitter 100 and the secondary resonance coil 81 of the receiver 80 so that their surfaces are parallel to each other. become.

この場合に、送電器100及び受電器80におけるメタマテリアル120の比透磁率の分布の制御は、送電器100及び受電器80の両方が、メタマテリアル120を含む場合と同様である。 In this case, the control of the distribution of the relative magnetic permeability of the metamaterial 120 in the transmitter 100 and the receiver 80 is the same as in the case where both the transmitter 100 and the receiver 80 include the metamaterial 120.

また、送電器100と受電器80との間に設けられ、制御部110、メタマテリアル120、及び位置検出部130を含む電力中継装置では、例えば、位置検出部130が一次側共振コイル12の中心軸に対する二次側共振コイル81の中心軸の位置ずれを検出して、メタマテリアル120の比透磁率の分布を制御すればよい。また、この代わりに、二次側共振コイル81の中心軸に対する一次側共振コイル12の中心軸の位置ずれを検出して、メタマテリアル120の比透磁率の分布を制御してもよい。 Further, in a power relay device provided between the transmitter 100 and the power receiver 80 and including the control unit 110, the metamaterial 120, and the position detection unit 130, for example, the position detection unit 130 is the center of the primary resonance coil 12. The displacement of the central axis of the secondary resonance coil 81 with respect to the axis may be detected to control the distribution of the relative magnetic permeability of the metamaterial 120. Alternatively, the distribution of the relative magnetic permeability of the metamaterial 120 may be controlled by detecting the positional deviation of the central axis of the primary resonance coil 12 with respect to the central axis of the secondary resonance coil 81.

また、以上では、送電器100が位置検出部130を含み、位置検出部130で検出される一次側共振コイル12の中心軸に対する二次側共振コイル81の中心軸の位置ずれに応じてメタマテリアル120の比透磁率の分布を制御する形態について説明した。 Further, in the above, the transmitter 100 includes the position detection unit 130, and is a metamaterial according to the positional deviation of the central axis of the secondary resonance coil 81 with respect to the central axis of the primary resonance coil 12 detected by the position detection unit 130. A mode for controlling the distribution of the relative magnetic permeability of 120 has been described.

しかしながら、送電器100は、位置検出部130を含まずに、メタマテリアル120の比透磁率の分布を制御するものであってもよい。例えば、一次側共振コイル12の中心軸に対する二次側共振コイル81の中心軸の位置ずれが固定値であり、既知である場合には、メタマテリアル120の共振コイル121のオン/オフを予め設定しておけば、一次側共振コイル12の中心軸に対して中心軸の位置がずれた二次側共振コイル81にメタマテリアル120で磁束を誘導することができる。この結果、二次側共振コイル81の受電効率を改善することができる。 However, the transmitter 100 may control the distribution of the relative magnetic permeability of the metamaterial 120 without including the position detection unit 130. For example, if the positional deviation of the central axis of the secondary resonance coil 81 with respect to the central axis of the primary resonance coil 12 is a fixed value and is known, the on / off of the resonance coil 121 of the metamaterial 120 is preset. Then, the metamaterial 120 can induce the magnetic flux to the secondary resonance coil 81 whose central axis is displaced from the central axis of the primary resonance coil 12. As a result, the power receiving efficiency of the secondary resonance coil 81 can be improved.

また、以上では、メタマテリアル120の共振コイル121のオン/オフを切り替えることによって、共振コイル121の共振状態を制御する形態について説明したが、共振コイル121の代わりに、次のような共振コイル320をマトリクス状に配置したメタマテリアル120を用いてもよい。 Further, in the above, the mode of controlling the resonance state of the resonance coil 121 by switching the resonance coil 121 of the metamaterial 120 on / off has been described. However, instead of the resonance coil 121, the following resonance coil 320 has been described. You may use the metamaterial 120 which arranged the above in a matrix.

図9及び図10は、共振コイル320の構成を示す図である。図9に示すように、共振コイル320は、一対の端子321A、321Bを有し、端子321Aから端子321Bまで渦巻き状に巻回されている。端子321Aと321Bは、共振コイル320の中心322を通る直線R1上に位置しており、共振コイル320は、端子321Aから端子321Bに向かって、径方向に一定間隔で内側に5回渦巻き状に巻回されている。 9 and 10 are views showing the configuration of the resonance coil 320. As shown in FIG. 9, the resonance coil 320 has a pair of terminals 321A and 321B, and is spirally wound from the terminal 321A to the terminal 321B. The terminals 321A and 321B are located on a straight line R1 passing through the center 322 of the resonance coil 320, and the resonance coil 320 spirals inward five times inward at regular intervals in the radial direction from the terminal 321A toward the terminal 321B. It is being wound.

共振コイル320は、さらに、端子321A、321Bと中心322とを結ぶ直線上に位置する端子323A、323B、323C、323Dを有する。端子323A、323B、323C、323Dは、この順番で端子321Aと端子321Bとの間で直線R1上に位置する。 The resonance coil 320 further has terminals 323A, 323B, 323C, and 323D located on a straight line connecting the terminals 321A and 321B and the center 322. The terminals 323A, 323B, 323C, and 323D are located on the straight line R1 between the terminals 321A and the terminals 321B in this order.

共振コイル320は、さらに、スイッチ324と、端子325A、325Bとを有する。スイッチ324は、スイッチ部324A、324B、324C、324D、324Eを有する。スイッチ部324A、324B、324C、324D、324Eの一端は、それぞれ、端子323A、323B,323C、323D、321Bに接続されており、他端は端子325Bに接続されている。また、端子325Aは、端子321Aに接続されている。 The resonant coil 320 further has a switch 324 and terminals 325A and 325B. The switch 324 has switch units 324A, 324B, 324C, 324D, and 324E. One ends of the switch units 324A, 324B, 324C, 324D, and 324E are connected to terminals 323A, 323B, 323C, 323D, and 321B, respectively, and the other end is connected to the terminal 325B. Further, the terminal 325A is connected to the terminal 321A.

図9に示すように、スイッチ部324Eを閉成(オン)し、スイッチ部324A、324B、324C、324Dを開放(オフ)すると、共振コイル320は、端子321Aから端子321Bまでの5巻のコイルになる。 As shown in FIG. 9, when the switch section 324E is closed (on) and the switch section 324A, 324B, 324C, and 324D are opened (off), the resonance coil 320 is a coil of five turns from the terminal 321A to the terminal 321B. become.

図10に示すように、スイッチ部324Cを閉成(オン)し、スイッチ部324A、324B、324D、324Eを開放(オフ)すると、共振コイル320は、端子321Aから端子323Cまでの3巻のコイルになる。 As shown in FIG. 10, when the switch section 324C is closed (on) and the switch section 324A, 324B, 324D, 324E is opened (off), the resonance coil 320 is a three-winding coil from the terminal 321A to the terminal 323C. become.

同様に、スイッチ部324Aを閉成(オン)し、スイッチ部324B、324C、324D、324Eを開放(オフ)すると、共振コイル320は、端子321Aから端子323Aまでの1巻のコイルになる。また、スイッチ部324Bを閉成(オン)し、スイッチ部324A、324C、324D、324Eを開放(オフ)すると、共振コイル320は、端子321Bから端子323Bまでの2巻のコイルになる。また、スイッチ部324Dを閉成(オン)し、スイッチ部324A、324B、324C、324Eを開放(オフ)すると、共振コイル320は、端子321Dから端子323Dまでの4巻のコイルになる。 Similarly, when the switch unit 324A is closed (on) and the switch units 324B, 324C, 324D, and 324E are opened (off), the resonance coil 320 becomes a one-turn coil from the terminal 321A to the terminal 323A. When the switch unit 324B is closed (on) and the switch units 324A, 324C, 324D, and 324E are opened (off), the resonance coil 320 becomes a two-volume coil from the terminal 321B to the terminal 323B. Further, when the switch unit 324D is closed (on) and the switch unit 324A, 324B, 324C, and 324E are opened (off), the resonance coil 320 becomes a four-winding coil from the terminal 321D to the terminal 323D.

スイッチ部324A、324B、324C、324D、324Eのうちのいずれか1つを選択して閉成(オン)することにより、共振コイル320の巻数を変更することができる。スイッチ324のスイッチ部324A、324B、324C、324D、324Eのオン/オフの制御は、制御部110によって行われる。以下では、スイッチ部324A、324B、324C、324D、324Eのオン/オフを制御することをスイッチ324のオン/オフを制御することと称す。 The number of turns of the resonance coil 320 can be changed by selecting and closing (ON) any one of the switch units 324A, 324B, 324C, 324D, and 324E. The control unit 110 controls the on / off of the switch units 324A, 324B, 324C, 324D, and 324E of the switch 324. Hereinafter, controlling the on / off of the switch units 324A, 324B, 324C, 324D, and 324E is referred to as controlling the on / off of the switch 324.

制御部110がスイッチ324のオン/オフを制御することにより、共振コイル320の出力電圧を変化させることができる。共振コイル320の出力電圧が変化すれば、DCDCコンバータ210の入力電圧及び負荷抵抗が変化する。 The output voltage of the resonance coil 320 can be changed by controlling the on / off of the switch 324 by the control unit 110. If the output voltage of the resonance coil 320 changes, the input voltage and load resistance of the DCDC converter 210 change.

共振コイル320をマトリクス状に配置したメタマテリアルの比透磁率の周波数特性は、図4に示すメタマテリアル120の比透磁率の周波数特性と同様の特性になる。 The frequency characteristics of the relative magnetic permeability of the metamaterial in which the resonance coils 320 are arranged in a matrix have the same characteristics as the frequency characteristics of the specific magnetic permeability of the metamaterial 120 shown in FIG.

例えば、共振コイル320の巻数を3巻にしたときに、共振コイル320の共振周波数が6MHzになり、比透磁率が極小値を取る周波数f1が6.78MHzになることとする。比透磁率の極小値は、比透磁率が負の値で絶対値が最大になる値である。 For example, when the number of turns of the resonance coil 320 is set to 3, the resonance frequency of the resonance coil 320 becomes 6 MHz, and the frequency f1 at which the relative magnetic permeability takes a minimum value becomes 6.78 MHz. The minimum value of the relative permeability is a value in which the relative permeability is a negative value and the absolute value is maximized.

このような場合に、スイッチ324を切り替えて、共振コイル320の巻数を3巻から1巻、2巻、4巻、又は5巻に変更すると、共振コイル320のインダクタンスが変わることによって共振周波数が変わるため、6.78MHzにおける比透磁率の値が増大する(負の値であっても絶対値が小さくなる、又は、正の値になる)。これは、図4に示す特性全体が、低周波数側(左側)又は高周波数側(右側)にシフトするイメージである。 In such a case, if the switch 324 is switched to change the number of turns of the resonance coil 320 from 3 turns to 1, 2, 4, or 5 turns, the resonance frequency changes due to the change in the inductance of the resonance coil 320. Therefore, the value of the relative magnetic permeability at 6.78 MHz increases (even if it is a negative value, the absolute value becomes smaller or becomes a positive value). This is an image in which the entire characteristics shown in FIG. 4 are shifted to the low frequency side (left side) or the high frequency side (right side).

このように、共振コイル320のインダクタンスが変わることによって共振周波数を変えると、6.78MHzにおける比透磁率の値を3巻のときの極小値よりも増大させることができる。このため、一次側共振コイル12と二次側共振コイル81の間で共振周波数が6.78MHzの磁界共鳴を生じさせた場合に、メタマテリアルの比透磁率が変わり、メタマテリアルが誘導する磁束の位置を調整することができる。上述のように共振コイル320の共振周波数を変えることは、共振コイル320の共振状態を変えることの一例である。 By changing the resonance frequency by changing the inductance of the resonance coil 320 in this way, the value of the relative magnetic permeability at 6.78 MHz can be increased from the minimum value at the time of three turns. Therefore, when a magnetic field resonance having a resonance frequency of 6.78 MHz is generated between the primary side resonance coil 12 and the secondary side resonance coil 81, the relative magnetic permeability of the metamaterial changes, and the magnetic flux induced by the metamaterial is changed. The position can be adjusted. Changing the resonance frequency of the resonance coil 320 as described above is an example of changing the resonance state of the resonance coil 320.

また、共振コイル121はオン/オフのみの切り替えであったが、共振コイル320は、3巻から1巻、2巻、4巻、又は5巻に切り替えることにより、6.78MHzの磁界共鳴に対するメタマテリアルの比透磁率をきめ細かく調整することができる。6.78MHzで極小値が得られる特性に対して、6.78MHzで極小値よりも大きな4つの値を選択することができる。 Further, the resonance coil 121 was switched only on / off, but the resonance coil 320 is a meta for the magnetic field resonance of 6.78 MHz by switching from 3 volumes to 1 volume, 2 volumes, 4 volumes, or 5 volumes. The relative magnetic permeability of the material can be finely adjusted. For the characteristic that the minimum value can be obtained at 6.78 MHz, four values larger than the minimum value can be selected at 6.78 MHz.

図11は、共振コイル320をマトリクス状に配置したメタマテリアル120Aの比透磁率μに分布を設けるための共振コイル320の駆動状態の一例を示す図である。ここでは、図2に示すメタマテリアル120の代わりに、共振コイル320をマトリクス状に配置したメタマテリアル120Aを送電器100に設け、一次側共振コイル12に対して二次側共振コイル81がX軸正方向側にずれている場合について説明する。 FIG. 11 is a diagram showing an example of a driving state of the resonance coil 320 for providing a distribution in the relative magnetic permeability μ of the metamaterial 120A in which the resonance coil 320 is arranged in a matrix. Here, instead of the metamaterial 120 shown in FIG. 2, a metamaterial 120A in which resonance coils 320 are arranged in a matrix is provided in the transmitter 100, and the secondary resonance coil 81 is X-axis with respect to the primary resonance coil 12. A case where the coil is displaced in the positive direction will be described.

図11では、共振コイル320を円で示し、巻数が3巻に設定される共振コイル320を黒い円で示す。巻数が3巻に設定される共振コイル320は、6.78MHzにおける比透磁率の値が極小値になる。 In FIG. 11, the resonance coil 320 is indicated by a circle, and the resonance coil 320 whose number of turns is set to 3 is indicated by a black circle. The resonance coil 320 whose number of turns is set to 3 has a minimum value of relative magnetic permeability at 6.78 MHz.

また、一例として、巻数を2巻、4巻、5巻、1巻に変更すると、この順に6.78MHzにおける比透磁率の値が増大することとする。ここでは、巻数が2巻、4巻、5巻、1巻に設定された共振コイル320のグレーの濃さを、6.78MHzにおける比透磁率の値が小さい程(絶対値が大きい程)濃く、6.78MHzにおける比透磁率の値が大きい程(絶対値が小さい程)薄く示す。 Further, as an example, when the number of turns is changed to 2, 4, 5, and 1, the value of the relative magnetic permeability at 6.78 MHz increases in this order. Here, the gray density of the resonance coil 320 set to the number of turns of 2, 4, 5, and 1 is darkened as the value of the relative magnetic permeability at 6.78 MHz is smaller (the larger the absolute value). , The larger the value of relative magnetic permeability at 6.78 MHz (the smaller the absolute value), the thinner it is shown.

このようなメタマテリアル120Aにおいて、図11に示すように、X軸方向において最も正方向側の比透磁率の絶対値を最も大きくし(極小値に設定し)、X軸方向において負方向側に行くに従って、徐々に6.78MHzにおける比透磁率の値が大きくなるようにすればよい。 In such a metamaterial 120A, as shown in FIG. 11, the absolute value of the relative magnetic permeability on the most positive direction side in the X-axis direction is set to the largest value (set to the minimum value), and the absolute value is set to the negative direction side in the X-axis direction. The value of the relative magnetic permeability at 6.78 MHz may be gradually increased as it goes.

このようにすれば、メタマテリアル120Aにおける比透磁率の分布を、よりきめ細かく設定することができる。 In this way, the distribution of the relative magnetic permeability in the metamaterial 120A can be set more finely.

図12は、共振コイル420を示す図である。共振コイル420は、共振コイル320の代わりにメタマテリアル120Aに用いることができるものである。 FIG. 12 is a diagram showing a resonance coil 420. The resonance coil 420 can be used for the metamaterial 120A instead of the resonance coil 320.

共振コイル420は、コイル部421、キャパシタ422A、422B、422C、422D、及びスイッチ423A、423B、423C、423Dを有する。キャパシタ422A、422B、422C、422D、及び、スイッチ423A、423B、423C、423Dは、それぞれ、直列に接続されている。 The resonant coil 420 has a coil portion 421, capacitors 422A, 422B, 422C, 422D, and switches 423A, 423B, 423C, 423D. Capacitors 422A, 422B, 422C, 422D, and switches 423A, 423B, 423C, and 423D are connected in series, respectively.

キャパシタ422A及びスイッチ423A、キャパシタ422B及びスイッチ423B、キャパシタ422C及びスイッチ423C、キャパシタ422D及びスイッチ423Dは、コイル部421の両端の間に互いに並列に接続されている。 Capacitor 422A and switch 423A, capacitor 422B and switch 423B, capacitor 422C and switch 423C, capacitor 422D and switch 423D are connected in parallel between both ends of the coil portion 421.

スイッチ423A、423B、423C、423Dは、例えば、FETで実現されるスイッチであり、制御部110によってオン/オフが切り替えられる。スイッチ423A、423B、423C、423Dをすべてオンにすれば、コイル部421には、互いに並列に接続されるキャパシタ422A、422B、422C、422Dが直列に挿入される。 The switches 423A, 423B, 423C, and 423D are switches realized by, for example, FETs, and are switched on / off by the control unit 110. When all the switches 423A, 423B, 423C, and 423D are turned on, capacitors 422A, 422B, 422C, and 422D connected in parallel with each other are inserted in series into the coil portion 421.

また、スイッチ423A、423B、423Cをオンにすれば、コイル部421には、互いに並列に接続されるキャパシタ422A、422B、422Cが直列に挿入される。同様に、スイッチ423A、423Bをオンにすれば、コイル部421には、互いに並列に接続されるキャパシタ422A、422Bが直列に挿入される。また、スイッチ423Aのみをオンにすれば、コイル部421には、キャパシタ422Aのみが直列に挿入される。なお、スイッチ423A、423B、423C、423Dを上述以外の組み合わせでオンにすれば、オンにされたスイッチに直列に接続されるキャパシタがコイル部421に接続される。 Further, when the switches 423A, 423B, and 423C are turned on, capacitors 422A, 422B, and 422C connected in parallel to each other are inserted in series into the coil portion 421. Similarly, when the switches 423A and 423B are turned on, capacitors 422A and 422B connected in parallel with each other are inserted in series into the coil portion 421. Further, if only the switch 423A is turned on, only the capacitor 422A is inserted in series into the coil portion 421. If the switches 423A, 423B, 423C, and 423D are turned on in a combination other than the above, a capacitor connected in series with the turned-on switch is connected to the coil portion 421.

ここで、一例として、キャパシタ422A、422B、422C、422Dの静電容量は互いに等しいものとする。オンにするスイッチをスイッチ423A、423B、423C、423Dのうちから選択することにより、コイル部421に接続されるキャパシタの静電容量を調整することができる。 Here, as an example, it is assumed that the capacitances of the capacitors 422A, 422B, 422C, and 422D are equal to each other. By selecting the switch to be turned on from the switches 423A, 423B, 423C, and 423D, the capacitance of the capacitor connected to the coil portion 421 can be adjusted.

例えば、スイッチ423A、423Bをオンにした場合に、共振コイル420の共振周波数が6MHzになり、比透磁率が極小値を取る周波数f1が6.78MHzになることとする。比透磁率の極小値は、比透磁率が負の値で絶対値が最大になる値である。 For example, when the switches 423A and 423B are turned on, the resonance frequency of the resonance coil 420 becomes 6 MHz, and the frequency f1 at which the relative magnetic permeability takes a minimum value becomes 6.78 MHz. The minimum value of the relative permeability is a value in which the relative permeability is a negative value and the absolute value is maximized.

このような場合に、スイッチ423Aのみをオンにする状態、スイッチ423A、423B、423Cをオンにする状態、又は、スイッチ423A、423B、423C、423Dのすべてをオンにする状態に切り替えれば、メタマテリアルの6.78MHzにおける比透磁率を増大させることができ、図9及び図10に示す共振コイル320を用いる場合と同様に、共振状態を制御することができる。 In such a case, if only the switch 423A is turned on, the switch 423A, 423B, 423C is turned on, or the switches 423A, 423B, 423C, and 423D are all turned on, the metamaterial is used. The relative magnetic permeability at 6.78 MHz can be increased, and the resonance state can be controlled in the same manner as when the resonance coil 320 shown in FIGS. 9 and 10 is used.

従って、共振コイル420をマトリクス状に配置したメタマテリアルを用いた場合にも、一次側共振コイル12の中心軸に対して中心軸の位置がずれた二次側共振コイル81にメタマテリアル120で磁束を誘導することができる。この結果、二次側共振コイル81の受電効率を改善することができる。 Therefore, even when a metamaterial in which the resonance coils 420 are arranged in a matrix is used, the magnetic flux is applied to the secondary resonance coil 81 whose central axis is displaced from the central axis of the primary resonance coil 12 by the metamaterial 120. Can be induced. As a result, the power receiving efficiency of the secondary resonance coil 81 can be improved.

以上、本発明の例示的な実施の形態の電力中継装置、送電器、受電器、及び、送受電システム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。
以上の実施の形態に関し、さらに以下の付記を開示する。
(付記1)
平面視でマトリクス状に配置される複数の共振コイルを有し、磁界共鳴又は電界共鳴で電力を伝送する一次側共振コイルと二次側共振コイルとの間で前記電力を中継するメタマテリアルと、
前記複数の共振コイルの共振状態を制御することにより、前記複数の共振コイルの共振状態によって決定される前記メタマテリアルの平面視での比透磁率の分布を制御する制御部と
を含む、電力中継装置。
(付記2)
前記メタマテリアルに対する、前記一次側共振コイル及び前記二次側共振コイルの平面視での相対位置を検出する位置検出部をさらに含み、
前記制御部は、前記複数の共振コイルのうち、前記位置検出部によって検出される相対位置が所定相対位置よりも近い共振コイルがある第1領域の第1比透磁率が、負の値であって、前記位置検出部によって検出される相対位置が前記所定相対位置よりも遠い共振コイルがある第2領域における第2比透磁率よりも小さな値になるように、前記複数の共振コイルの共振状態を制御する、付記1記載の電力中継装置。
(付記3)
前記制御部は、前記位置検出部によって検出される相対位置が、前記一次側共振コイルと前記二次側共振コイルとの平面視での位置ずれがあることを表す場合に、前記複数の共振コイルの共振状態を制御する、付記2記載の電力中継装置。
(付記4)
前記制御部は、前記第2比透磁率が負の値になるように、前記第2領域の共振コイルの共振状態を制御する、付記1乃至3のいずれか一項記載の電力中継装置。
(付記5)
前記共振コイルは、当該共振コイルのインダクタンス又はキャパシタンスを可変制御する可変回路を有し、
前記制御部は、前記複数の共振コイルの各々の前記可変回路のインダクタンス又はキャパシタンスを可変制御することにより、前記第1比透磁率が、負の値であって、前記第2比透磁率よりも小さな値になるように、前記複数の共振コイルの共振状態を制御する、付記2乃至4のいずれか一項記載の電力中継装置。
(付記6)
前記可変回路は、前記共振コイルの巻数を可変制御する可変回路である、付記5記載の電力中継装置。
(付記7)
前記可変回路は、前記共振コイルに直列に挿入されるキャパシタの数を可変制御する可変回路である、付記5記載の電力中継装置。
(付記8)
前記共振コイルは、前記磁界共鳴又は前記電界共鳴の共鳴周波数よりも低い共振周波数を有し、前記共鳴周波数における共振状態によって得られる比透磁率が負の値になる共振コイルであり、
前記制御部は、前記第1領域の共振コイルをオンにするとともに、前記第2領域の共振コイルをオフにすることにより、前記第1比透磁率が、負の値であって、前記第2比透磁率よりも小さな値になるように、前記複数の共振コイルの共振状態を制御する、付記2乃至4のいずれか一項記載の電力中継装置。
(付記9)
前記共振コイルは、当該共振コイルに直列に挿入され、オン/オフを切り替えるスイッチを有する、付記8記載の電力中継装置。
(付記10)
高周波電源と、
前記高周波電源に接続される一次側共振コイルと、
平面視でマトリクス状に配置される複数の共振コイルを有し、前記一次側共振コイルから磁界共鳴又は電界共鳴で送電される電力を二次側共振コイルに中継するメタマテリアルと、
前記複数の共振コイルの共振状態を制御することにより、前記複数の共振コイルの共振状態によって決定される前記メタマテリアルの平面視での比透磁率の分布を制御する制御部と
を含む、送電器。
(付記11)
平面視でマトリクス状に配置される複数の共振コイルを有し、高周波電源に接続される一次側共振コイルから磁界共鳴又は電界共鳴で送電される電力を中継するメタマテリアルと、
前記メタマテリアルによって中継される電力を受電する二次側共振コイルと、
前記複数の共振コイルの共振状態を制御することにより、前記複数の共振コイルの共振状態によって決定される前記メタマテリアルの平面視での比透磁率の分布を制御する制御部と
を含む、受電器。
(付記12)
高周波電源と、
前記高周波電源に接続される一次側共振コイルと、
平面視でマトリクス状に配置される複数の共振コイルを有し、前記一次側共振コイルから磁界共鳴又は電界共鳴で送電される電力を中継するメタマテリアルと、
前記メタマテリアルによって中継される電力を受電する二次側共振コイルと、
前記複数の共振コイルの共振状態を制御することにより、前記複数の共振コイルの共振状態によって決定される前記メタマテリアルの平面視での比透磁率の分布を制御する制御部と
を含む、送受電システム。
Although the power relay device, the transmitter, the power receiver, and the power transmission / reception system of the exemplary embodiment of the present invention have been described above, the present invention is limited to the specifically disclosed embodiments. Instead, various modifications and changes can be made without departing from the scope of claims.
The following additional notes will be further disclosed with respect to the above embodiments.
(Appendix 1)
A metamaterial that has a plurality of resonance coils arranged in a matrix in a plan view and relays the power between the primary side resonance coil and the secondary side resonance coil that transmit power by magnetic field resonance or electric field resonance.
Power relay including a control unit that controls the distribution of the relative magnetic permeability of the metamaterial in a plan view determined by the resonance states of the plurality of resonance coils by controlling the resonance states of the plurality of resonance coils. Device.
(Appendix 2)
Further including a position detection unit for detecting the relative positions of the primary side resonance coil and the secondary side resonance coil in a plan view with respect to the metamaterial.
Among the plurality of resonance coils, the control unit has a negative value for the first relative magnetic permeability in the first region where the resonance coil whose relative position detected by the position detection unit is closer than the predetermined relative position is located. The resonance state of the plurality of resonance coils is such that the relative position detected by the position detection unit is smaller than the second relative magnetic permeability in the second region where the resonance coil is farther than the predetermined relative position. The power relay device according to Appendix 1, which controls the above.
(Appendix 3)
The control unit has the plurality of resonance coils when the relative position detected by the position detection unit indicates that there is a positional deviation between the primary resonance coil and the secondary resonance coil in a plan view. The power relay device according to Appendix 2, which controls the resonance state of the above.
(Appendix 4)
The power relay device according to any one of Supplementary note 1 to 3, wherein the control unit controls the resonance state of the resonance coil in the second region so that the second relative magnetic permeability becomes a negative value.
(Appendix 5)
The resonant coil has a variable circuit that variably controls the inductance or capacitance of the resonant coil.
The control unit variably controls the inductance or capacitance of the variable circuit of each of the plurality of resonance coils so that the first relative magnetic permeability is a negative value and is higher than the second relative magnetic permeability. The power relay device according to any one of Supplementary note 2 to 4, which controls the resonance state of the plurality of resonance coils so as to have a small value.
(Appendix 6)
The power relay device according to Appendix 5, wherein the variable circuit is a variable circuit that variably controls the number of turns of the resonance coil.
(Appendix 7)
The power relay device according to Appendix 5, wherein the variable circuit is a variable circuit that variably controls the number of capacitors inserted in series with the resonance coil.
(Appendix 8)
The resonance coil is a resonance coil having a resonance frequency lower than the resonance frequency of the magnetic field resonance or the electric field resonance, and the specific magnetic permeability obtained by the resonance state at the resonance frequency becomes a negative value.
The control unit turns on the resonance coil in the first region and turns off the resonance coil in the second region, so that the first relative magnetic permeability is a negative value and the second The power relay device according to any one of Appendix 2 to 4, wherein the resonance state of the plurality of resonance coils is controlled so as to have a value smaller than the relative magnetic permeability.
(Appendix 9)
The power relay device according to Appendix 8, wherein the resonance coil is inserted in series with the resonance coil and has a switch for switching on / off.
(Appendix 10)
High frequency power supply and
The primary resonance coil connected to the high frequency power supply and
A metamaterial having a plurality of resonance coils arranged in a matrix in a plan view and relaying power transmitted from the primary resonance coil by magnetic field resonance or electric field resonance to the secondary resonance coil.
A transmitter including a control unit that controls the distribution of the relative magnetic permeability of the metamaterial in a plan view determined by the resonance states of the plurality of resonance coils by controlling the resonance states of the plurality of resonance coils. ..
(Appendix 11)
A metamaterial that has a plurality of resonance coils arranged in a matrix in a plan view and relays power transmitted by magnetic field resonance or electric field resonance from a primary resonance coil connected to a high-frequency power supply.
A secondary resonance coil that receives power relayed by the metamaterial, and
A power receiver including a control unit that controls the distribution of the relative magnetic permeability of the metamaterial in a plan view determined by the resonance states of the plurality of resonance coils by controlling the resonance states of the plurality of resonance coils. ..
(Appendix 12)
High frequency power supply and
The primary resonance coil connected to the high frequency power supply and
A metamaterial having a plurality of resonance coils arranged in a matrix in a plan view and relaying power transmitted from the primary resonance coil by magnetic field resonance or electric field resonance.
A secondary resonance coil that receives power relayed by the metamaterial, and
Power transmission / reception including a control unit that controls the distribution of the relative magnetic permeability of the metamaterial in a plan view determined by the resonance states of the plurality of resonance coils by controlling the resonance states of the plurality of resonance coils. system.

1 交流電源
11 一次側コイル
12 一次側共振コイル
13 整合回路
14 キャパシタ
80 受電器
81 二次側共振コイル
82 二次側コイル
83 整流回路
84 平滑キャパシタ
100 送電器
110 制御部
120、120A メタマテリアル
121、320、420 共振コイル
130 位置検出部
210 DCDCコンバータ
220 バッテリ
1 AC power supply 11 Primary side coil 12 Primary side resonance coil 13 Matching circuit 14 Capacitor 80 Power receiver 81 Secondary side resonance coil 82 Secondary side coil 83 Rectification circuit 84 Smoothing capacitor 100 Transmitter 110 Control unit 120, 120A Metamaterial 121, 320, 420 Resonant coil 130 Position detector 210 DCDC converter 220 Battery

Claims (8)

平面視でマトリクス状に配置される複数の共振コイルを有し、磁界共鳴又は電界共鳴で電力を伝送する一次側共振コイルと二次側共振コイルとの間で前記電力を中継するメタマテリアルと、
前記複数の共振コイルの共振状態を制御することにより、前記複数の共振コイルの共振状態によって決定される前記メタマテリアルの平面視での比透磁率の分布を制御する制御部と
前記メタマテリアルの基準点に対する、前記一次側共振コイルの基準点及び前記二次側共振コイルの基準点の平面視での相対位置を検出する位置検出部と
を含
前記制御部は、前記位置検出部によって検出される相対位置に基づいて、前記複数の共振コイルのうち、前記一次側共振コイルの基準点及び前記二次側共振コイルの基準点からの平面視における距離が所定距離よりも短い位置にある共振コイルがある第1領域の第1比透磁率が、負の値であって、前記複数の共振コイルのうち、前記一次側共振コイルの基準点及び前記二次側共振コイルの基準点からの平面視における距離が前記所定距離よりも長い位置にある共振コイルがある第2領域における第2比透磁率よりも小さな値になるように、前記複数の共振コイルの共振状態を制御する、電力中継装置。
A metamaterial that has a plurality of resonance coils arranged in a matrix in a plan view and relays the power between the primary side resonance coil and the secondary side resonance coil that transmit power by magnetic field resonance or electric field resonance.
A control unit that controls the distribution of the relative magnetic permeability of the metamaterial in a plan view, which is determined by the resonance states of the plurality of resonance coils, by controlling the resonance states of the plurality of resonance coils .
Wherein with respect to a reference point of the metamaterial, seen including a position detection unit for detecting the relative position in the plan view of the reference point and the reference point of the secondary side resonance coil of the primary side resonance coil,
Based on the relative position detected by the position detection unit, the control unit views the plurality of resonance coils in a plan view from the reference point of the primary resonance coil and the reference point of the secondary resonance coil. The first relative magnetic permeability of the first region where the resonance coil is located at a position shorter than a predetermined distance has a negative value, and among the plurality of resonance coils, the reference point of the primary resonance coil and the reference point of the primary resonance coil are described. The plurality of resonances so that the distance in the plan view of the secondary resonance coil from the reference point is smaller than the second relative magnetic permeability in the second region where the resonance coil located at a position longer than the predetermined distance exists. A power relay device that controls the resonance state of the coil.
前記制御部は、前記位置検出部によって検出される相対位置が、前記一次側共振コイルと前記二次側共振コイルとの平面視での位置ずれがあることを表す場合に、前記複数の共振コイルの共振状態を制御する、請求項記載の電力中継装置。 The control unit has the plurality of resonance coils when the relative position detected by the position detection unit indicates that there is a positional deviation between the primary resonance coil and the secondary resonance coil in a plan view. controlling a resonant state, the power relay apparatus according to claim 1. 前記制御部は、前記第2比透磁率が負の値になるように、前記第2領域の共振コイルの共振状態を制御する、請求項又は記載の電力中継装置。 The power relay device according to claim 1 or 2 , wherein the control unit controls the resonance state of the resonance coil in the second region so that the second relative magnetic permeability becomes a negative value. 前記共振コイルは、当該共振コイルのインダクタンス又はキャパシタンスを可変制御する可変回路を有し、
前記制御部は、前記複数の共振コイルの各々の前記可変回路のインダクタンス又はキャパシタンスを可変制御することにより、前記第1比透磁率が、負の値であって、前記第2比透磁率よりも小さな値になるように、前記複数の共振コイルの共振状態を制御する、請求項乃至のいずれか一項記載の電力中継装置。
The resonant coil has a variable circuit that variably controls the inductance or capacitance of the resonant coil.
The control unit variably controls the inductance or capacitance of the variable circuit of each of the plurality of resonance coils so that the first relative magnetic permeability is a negative value and is higher than the second relative magnetic permeability. The power relay device according to any one of claims 1 to 3 , which controls the resonance state of the plurality of resonance coils so as to have a small value.
前記共振コイルは、前記磁界共鳴又は前記電界共鳴の共鳴周波数よりも低い共振周波数を有し、前記共鳴周波数における共振状態によって得られる比透磁率が負の値になる共振コイルであり、
前記制御部は、前記第1領域の共振コイルをオンにするとともに、前記第2領域の共振コイルをオフにすることにより、前記第1比透磁率が、負の値であって、前記第2比透磁率よりも小さな値になるように、前記複数の共振コイルの共振状態を制御する、請求項乃至のいずれか一項記載の電力中継装置。
The resonance coil is a resonance coil having a resonance frequency lower than the resonance frequency of the magnetic field resonance or the electric field resonance, and the specific magnetic permeability obtained by the resonance state at the resonance frequency becomes a negative value.
The control unit turns on the resonance coil in the first region and turns off the resonance coil in the second region, so that the first relative magnetic permeability is a negative value and the second The power relay device according to any one of claims 1 to 3 , which controls the resonance state of the plurality of resonance coils so as to have a value smaller than the relative magnetic permeability.
高周波電源と、
前記高周波電源に接続される一次側共振コイルと、
平面視でマトリクス状に配置される複数の共振コイルを有し、前記一次側共振コイルから磁界共鳴又は電界共鳴で送電される電力を二次側共振コイルに中継するメタマテリアルと、
前記複数の共振コイルの共振状態を制御することにより、前記複数の共振コイルの共振状態によって決定される前記メタマテリアルの平面視での比透磁率の分布を制御する制御部と
前記メタマテリアルの基準点に対する、前記一次側共振コイルの基準点及び前記二次側共振コイルの基準点の平面視での相対位置を検出する位置検出部と
を含
前記制御部は、前記位置検出部によって検出される相対位置に基づいて、前記複数の共振コイルのうち、前記一次側共振コイルの基準点及び前記二次側共振コイルの基準点からの平面視における距離が所定距離よりも短い位置にある共振コイルがある第1領域の第1比透磁率が、負の値であって、前記複数の共振コイルのうち、前記一次側共振コイルの基準点及び前記二次側共振コイルの基準点からの平面視における距離が前記所定距離よりも長い位置にある共振コイルがある第2領域における第2比透磁率よりも小さな値になるように、前記複数の共振コイルの共振状態を制御する、送電器。
High frequency power supply and
The primary resonance coil connected to the high frequency power supply and
A metamaterial having a plurality of resonance coils arranged in a matrix in a plan view and relaying power transmitted from the primary resonance coil by magnetic field resonance or electric field resonance to the secondary resonance coil.
A control unit that controls the distribution of the relative magnetic permeability of the metamaterial in a plan view, which is determined by the resonance states of the plurality of resonance coils, by controlling the resonance states of the plurality of resonance coils .
Wherein with respect to a reference point of the metamaterial, seen including a position detection unit for detecting the relative position in the plan view of the reference point and the reference point of the secondary side resonance coil of the primary side resonance coil,
Based on the relative position detected by the position detection unit, the control unit views the plurality of resonance coils in a plan view from the reference point of the primary resonance coil and the reference point of the secondary resonance coil. The first relative magnetic permeability of the first region where the resonance coil is located at a position shorter than a predetermined distance has a negative value, and among the plurality of resonance coils, the reference point of the primary resonance coil and the reference point of the primary resonance coil are described. The plurality of resonances so that the distance in the plan view of the secondary resonance coil from the reference point is smaller than the second relative magnetic permeability in the second region where the resonance coil located at a position longer than the predetermined distance exists. A transmitter that controls the resonance state of the coil.
平面視でマトリクス状に配置される複数の共振コイルを有し、高周波電源に接続される一次側共振コイルから磁界共鳴又は電界共鳴で送電される電力を中継するメタマテリアルと、
前記メタマテリアルによって中継される電力を受電する二次側共振コイルと、
前記複数の共振コイルの共振状態を制御することにより、前記複数の共振コイルの共振状態によって決定される前記メタマテリアルの平面視での比透磁率の分布を制御する制御部と
前記メタマテリアルの基準点に対する、前記一次側共振コイルの基準点及び前記二次側共振コイルの基準点の平面視での相対位置を検出する位置検出部と
を含
前記制御部は、前記位置検出部によって検出される相対位置に基づいて、前記複数の共振コイルのうち、前記一次側共振コイルの基準点及び前記二次側共振コイルの基準点からの平面視における距離が所定距離よりも短い位置にある共振コイルがある第1領域の第1比透磁率が、負の値であって、前記複数の共振コイルのうち、前記一次側共振コイルの基準点及び前記二次側共振コイルの基準点からの平面視における距離が前記所定距離よりも長い位置にある共振コイルがある第2領域における第2比透磁率よりも小さな値になるように、前記複数の共振コイルの共振状態を制御する、受電器。
A metamaterial that has a plurality of resonance coils arranged in a matrix in a plan view and relays power transmitted by magnetic field resonance or electric field resonance from a primary resonance coil connected to a high-frequency power supply.
A secondary resonance coil that receives power relayed by the metamaterial, and
A control unit that controls the distribution of the relative magnetic permeability of the metamaterial in a plan view, which is determined by the resonance states of the plurality of resonance coils, by controlling the resonance states of the plurality of resonance coils .
Wherein with respect to a reference point of the metamaterial, seen including a position detection unit for detecting the relative position in the plan view of the reference point and the reference point of the secondary side resonance coil of the primary side resonance coil,
Based on the relative position detected by the position detection unit, the control unit views the plurality of resonance coils in a plan view from the reference point of the primary resonance coil and the reference point of the secondary resonance coil. The first relative magnetic permeability of the first region where the resonance coil is located at a position shorter than a predetermined distance has a negative value, and among the plurality of resonance coils, the reference point of the primary resonance coil and the reference point of the primary resonance coil are described. The plurality of resonances so that the distance in the plan view of the secondary resonance coil from the reference point is smaller than the second relative magnetic permeability in the second region where the resonance coil located at a position longer than the predetermined distance exists. A power receiver that controls the resonance state of the coil.
高周波電源と、
前記高周波電源に接続される一次側共振コイルと、
平面視でマトリクス状に配置される複数の共振コイルを有し、前記一次側共振コイルから磁界共鳴又は電界共鳴で送電される電力を中継するメタマテリアルと、
前記メタマテリアルによって中継される電力を受電する二次側共振コイルと、
前記複数の共振コイルの共振状態を制御することにより、前記複数の共振コイルの共振状態によって決定される前記メタマテリアルの平面視での比透磁率の分布を制御する制御部と
前記メタマテリアルの基準点に対する、前記一次側共振コイルの基準点及び前記二次側共振コイルの基準点の平面視での相対位置を検出する位置検出部と
を含み、
前記制御部は、前記位置検出部によって検出される相対位置に基づいて、前記複数の共振コイルのうち、前記一次側共振コイルの基準点及び前記二次側共振コイルの基準点からの平面視における距離が所定距離よりも短い位置にある共振コイルがある第1領域の第1比透磁率が、負の値であって、前記複数の共振コイルのうち、前記一次側共振コイルの基準点及び前記二次側共振コイルの基準点からの平面視における距離が前記所定距離よりも長い位置にある共振コイルがある第2領域における第2比透磁率よりも小さな値になるように、前記複数の共振コイルの共振状態を制御する、送受電システム。
High frequency power supply and
The primary resonance coil connected to the high frequency power supply and
A metamaterial having a plurality of resonance coils arranged in a matrix in a plan view and relaying power transmitted from the primary resonance coil by magnetic field resonance or electric field resonance.
A secondary resonance coil that receives power relayed by the metamaterial, and
A control unit that controls the distribution of the relative magnetic permeability of the metamaterial in a plan view, which is determined by the resonance states of the plurality of resonance coils, by controlling the resonance states of the plurality of resonance coils .
Includes a position detection unit that detects the relative position of the reference point of the primary resonance coil and the reference point of the secondary resonance coil in a plan view with respect to the reference point of the metamaterial.
The control unit is in a plan view from the reference point of the primary resonance coil and the reference point of the secondary resonance coil among the plurality of resonance coils based on the relative position detected by the position detection unit. The first specific magnetic permeability of the first region where the resonance coil is located at a position shorter than a predetermined distance has a negative value, and among the plurality of resonance coils, the reference point of the primary resonance coil and the reference point of the primary resonance coil are described. The plurality of resonances so that the distance in the plan view of the secondary resonance coil from the reference point is smaller than the second specific magnetic permeability in the second region where the resonance coil located at a position longer than the predetermined distance exists. A power transmission / reception system that controls the resonance state of the coil.
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