JP7100845B2

JP7100845B2 - Power transmission device and power transmission method

Info

Publication number: JP7100845B2
Application number: JP2018096152A
Authority: JP
Inventors: 泰夫大野
Original assignee: Laser Systems Inc.; Nichia Corp
Current assignee: Laser Systems Inc.; Nichia Corp
Priority date: 2018-05-18
Filing date: 2018-05-18
Publication date: 2022-07-14
Anticipated expiration: 2038-05-18
Also published as: JP2019201519A

Description

本開示は、電力伝送装置、及び電力伝送方法に関する。 The present disclosure relates to a power transmission device and a power transmission method.

従来、建物内等において、電力を無線で供給するワイヤレス給電技術が知られている。ワイヤレス給電は、電力線のコストを削減できる点、建物内において電力線の配線が困難な場所に対して電力を供給できる点、及び、建物内の広い範囲に亘って電力を供給できる点等の利点を有している。 Conventionally, a wireless power transfer technique for supplying electric power wirelessly in a building or the like is known. Wireless power transfer has the advantages of being able to reduce the cost of power lines, being able to supply power to places where it is difficult to wire power lines in a building, and being able to supply power over a wide area inside a building. Have.

例えば、特許文献１には、デッキプレート又は支柱等を導波管として用いて、建物内に電力伝送を行うワイヤレス給電システムが記載されている。特許文献１には、導波管内にλ／４モノポールアンテナを設け、同軸／導波管変換を行って、導波管外に延設したコンセント等を介して、導波管内に伝搬する電力を取り出す構成が記載されている。 For example, Patent Document 1 describes a wireless power transfer system that transmits electric power into a building by using a deck plate, a support, or the like as a waveguide. In Patent Document 1, a λ / 4 monopole antenna is provided in the waveguide, coaxial / waveguide conversion is performed, and power propagated in the waveguide via an outlet or the like extending outside the waveguide. The configuration for taking out is described.

特開２００６－１６６６６２号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2006-166662

ところで、この種のワイヤレス給電においては、任意の場所で電力の取り出しを可能とする要請がある。 By the way, in this kind of wireless power supply, there is a demand that power can be taken out at any place.

この点、特許文献１等の従来技術においては、電力の取り出し位置が、導波管外に配設したコンセントに制約される。そのため、かかる態様において、任意の場所で電力の取り出しを可能とするためには、多数のコンセントを、予め室内に配設することが必要となる。このような構成は、室内空間のスペースの制約から、実用的とは言えない。 In this respect, in the prior art such as Patent Document 1, the electric power extraction position is restricted to the outlet arranged outside the waveguide. Therefore, in such an embodiment, it is necessary to arrange a large number of outlets in the room in advance in order to enable the extraction of electric power at an arbitrary place. Such a configuration is not practical due to space restrictions in the interior space.

本開示は、上記の問題点に鑑みてなされたもので、ワイヤレス給電に適用され、任意の場所から電力を取り出すことを可能とする電力伝送装置、及び電力伝送方法を提供することを目的とする。 The present disclosure has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a power transmission device and a power transmission method which are applied to wireless power transfer and can take out power from an arbitrary place. ..

前述した課題を解決する主たる本開示は、
電源装置の電力を受電装置に対してワイヤレスで伝送する電力伝送装置であって、
前記電源装置の発振器から送出される電磁波を、自身の内部の中空領域に伝搬する導波管と、
前記導波管内において前記導波管が延在する方向に沿って配設され、前記電磁波と共振することにより、前記電磁波の電力を回収する複数のアンテナ部と、
前記導波管の外部領域において複数の前記アンテナ部それぞれに接続され、自身と対向するように前記受電装置の受電用共振器が配設された際に当該受電用共振器と電磁結合して、前記受電用共振器に対して前記アンテナ部が回収した前記電力を伝送する複数の共振器と、
を備える電力伝送装置である。 The main disclosure that solves the above-mentioned problems is
A power transmission device that wirelessly transmits the power of a power supply device to a power receiving device.
A waveguide that propagates electromagnetic waves transmitted from the oscillator of the power supply device to the hollow region inside itself.
A plurality of antenna portions that are arranged in the waveguide along the extending direction and resonate with the electromagnetic wave to recover the electric power of the electromagnetic wave.
It is connected to each of the plurality of antenna portions in the external region of the waveguide, and when the power receiving resonator of the power receiving device is arranged so as to face itself, it is electromagnetically coupled to the power receiving resonator. A plurality of resonators that transmit the power recovered by the antenna unit to the power receiving resonator, and
It is a power transmission device provided with.

又、他の局面では、
上記の電力伝送装置を用いた電力伝送方法である。 Also, in other aspects,
It is a power transmission method using the above-mentioned power transmission device.

本開示に係る電力伝送装置によれば、ワイヤレス給電において、任意の場所から電力を取り出すことが可能となる。 According to the power transmission device according to the present disclosure, it is possible to take out power from an arbitrary place in wireless power supply.

第１の実施形態に係るワイヤレス給電システムの全体構成の一例を示す図The figure which shows an example of the whole structure of the wireless power transfer system which concerns on 1st Embodiment 第１の実施形態に係る図１のワイヤレス給電システムに適用された電力伝送装置の詳細構成を示す図The figure which shows the detailed structure of the power transmission apparatus applied to the wireless power transfer system of FIG. 1 which concerns on 1st Embodiment. 第１の実施形態に係る電力伝送装置の共振器の詳細構成を示す図The figure which shows the detailed structure of the resonator of the power transmission apparatus which concerns on 1st Embodiment. 第１の実施形態に係る導波管内に伝搬する電磁波により生成される電界分布の一例を示す図The figure which shows an example of the electric field distribution generated by the electromagnetic wave propagating in the waveguide which concerns on 1st Embodiment. 第２の実施形態に係る電力伝送装置の構成の一例を示す図The figure which shows an example of the structure of the power transmission apparatus which concerns on 2nd Embodiment 電磁波の周波数と、導波管内に発生する電界分布の高強度地点との関係の一例を示す図A diagram showing an example of the relationship between the frequency of electromagnetic waves and the high-intensity points of the electric field distribution generated in the waveguide. 電磁波の周波数と、導波管内に発生する電界分布の高強度地点との関係の他の一例を示す図A diagram showing another example of the relationship between the frequency of electromagnetic waves and the high-intensity points of the electric field distribution generated in the waveguide.

以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施形態について詳細に説明する。尚、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。 Preferred embodiments of the present disclosure will be described in detail below with reference to the accompanying drawings. In the present specification and the drawings, components having substantially the same function are designated by the same reference numerals, so that duplicate description will be omitted.

（第１の実施形態）
［ワイヤレス給電システムの全体構成］
図１は、ワイヤレス給電システムＵの全体構成の一例を示す図である。図２は、図１のワイヤレス給電システムＵに適用された電力伝送装置Ａの詳細構成を示す図である。図３は、電力伝送装置Ａの共振器４の詳細構成を示す図である。 (First Embodiment)
[Overall configuration of wireless power transfer system]
FIG. 1 is a diagram showing an example of the overall configuration of the wireless power transfer system U. FIG. 2 is a diagram showing a detailed configuration of a power transmission device A applied to the wireless power transfer system U of FIG. FIG. 3 is a diagram showing a detailed configuration of the resonator 4 of the power transmission device A.

図４は、導波管２内に伝搬する電磁波Ｆにより生成される電界分布の一例を示す図である。図４は、導波管２の長手方向に沿って切断した側面断面図（図２のＴ―Ｔの位置）に相当する。尚、図４において、縦線矢印Ｅは電気力線を表し、ドットＨは磁力線を表す。 FIG. 4 is a diagram showing an example of an electric field distribution generated by an electromagnetic wave F propagating in the waveguide 2. FIG. 4 corresponds to a side sectional view (position of TT in FIG. 2) cut along the longitudinal direction of the waveguide 2. In FIG. 4, the vertical arrow E represents an electric line of force and the dot H represents a magnetic force line.

本実施形態に係る電力伝送装置Ａは、導波管２、複数のアンテナ部３（３ａ、３ｂ、３ｃ）、及び、複数の共振器４（４ａ、４ｂ、４ｃ）を備えている。 The power transmission device A according to the present embodiment includes a waveguide 2, a plurality of antenna units 3 (3a, 3b, 3c), and a plurality of resonators 4 (4a, 4b, 4c).

電力伝送装置Ａは、図１に示すように、電源装置１が内蔵する発振器から送出される電磁波Ｆを、導波管２内に伝搬させ、アンテナ部３及び共振器４を介して、外部の受電装置５に送出する。アンテナ部３及び共振器４は、導波管２が延在する長手方向に沿って複数組配設されており、受電装置５は、複数組のアンテナ部３及び共振器４のいずれかを用いて、自由に電力を取り出せる構成となっている。 As shown in FIG. 1, the power transmission device A propagates the electromagnetic wave F transmitted from the oscillator built in the power supply device 1 into the waveguide 2 and externally via the antenna unit 3 and the resonator 4. It is sent to the power receiving device 5. A plurality of sets of the antenna portion 3 and the resonator 4 are arranged along the longitudinal direction in which the waveguide 2 extends, and the power receiving device 5 uses any of the plurality of sets of the antenna portion 3 and the resonator 4. The structure is such that power can be freely taken out.

尚、図２及び図４では、異なる位置に配設された３個のアンテナ部３それぞれに異なる符号３ａ、３ｂ、３ｃを付している。又、異なる位置に配設された３個の共振器４それぞれに異なる符号４ａ、４ｂ、４ｃを付している。但し。これらのいずれかを特に区別しない場合には、単に、「アンテナ部３」、「共振器４」と称して説明する。 In addition, in FIGS. 2 and 4, different reference numerals 3a, 3b, and 3c are attached to each of the three antenna portions 3 arranged at different positions. Further, different reference numerals 4a, 4b, and 4c are attached to each of the three resonators 4 arranged at different positions. however. When any of these is not particularly distinguished, the description will be simply referred to as "antenna unit 3" and "resonator 4".

電源装置１は、内蔵する発振器により高周波電力を発生し、導波管２内に電磁波Ｆを送出する電源である。電源装置１の発振器としては、例えば、マグネトロン発振器、クライストロン発振器、又は、ガン発振器等、大電力が出力可能なものが用いられる。また、周波数を変化させる場合には半導体による発振器（インバータ）とＧａＮなどを用いた半導体アンプを用いるのが望ましい。 The power supply device 1 is a power supply that generates high-frequency power by a built-in oscillator and sends an electromagnetic wave F into the waveguide 2. As the oscillator of the power supply device 1, for example, a magnetron oscillator, a klystron oscillator, a gun oscillator, or the like, which can output a large amount of electric power, is used. When changing the frequency, it is desirable to use a semiconductor oscillator (inverter) and a semiconductor amplifier using GaN or the like.

本実施形態に係る電源装置１は、自身が有する共振器１Ｓを電力伝送装置Ａの共振器４と電磁結合させて、内蔵する発振器が発生した高周波電力を共振器４に送出する。そして、電源装置１から共振器４に送出された高周波電力は、共振器４に接続されたアンテナ部３を励振して、導波管２内に電磁波Ｆを発生させる。ここでは、送電側も非接触給電を用いているが、非接触給電を用いずに、直接高周波ケーブルからλ／４アンテナを用いて導波管２内に給電することも出来る。 The power supply device 1 according to the present embodiment electromagnetically couples its own resonator 1S with the resonator 4 of the power transmission device A, and sends high-frequency power generated by the built-in oscillator to the resonator 4. Then, the high-frequency power transmitted from the power supply device 1 to the resonator 4 excites the antenna portion 3 connected to the resonator 4, and generates an electromagnetic wave F in the waveguide 2. Here, the power transmission side also uses non-contact power supply, but it is also possible to supply power directly from the high-frequency cable into the waveguide 2 using a λ / 4 antenna without using non-contact power supply.

電源装置１が送出する電磁波Ｆは、典型的には、マイクロ波又はミリ波の周波数帯域のうちの単一周波数の電磁波Ｆであり、例えば、ＩＳＭバンドの帯域から選択された単一周波数の電磁波Ｆが用いられる。但し、各アンテナ部３での共振状態は、電磁波Ｆの周波数を変えることで最適化が出来るので周波数を変えることもある（第２の実施形態にて後述）。さらに、複数の受電装置５に配電する場合、各受電部での共振状態を最適化するために電源装置１は、マイクロ波又はミリ波の周波数帯域から二以上の周波数を選択して、複数の周波数の電磁波Ｆを重ね合わせて送出してもよい。 The electromagnetic wave F transmitted by the power supply device 1 is typically a single-frequency electromagnetic wave F in the microwave or millimeter-wave frequency band, for example, a single-frequency electromagnetic wave selected from the band of the ISM band. F is used. However, since the resonance state in each antenna unit 3 can be optimized by changing the frequency of the electromagnetic wave F, the frequency may be changed (described later in the second embodiment). Further, when power is distributed to a plurality of power receiving devices 5, the power supply device 1 selects two or more frequencies from the microwave or millimeter wave frequency band in order to optimize the resonance state in each power receiving unit, and a plurality of frequencies are selected. The electromagnetic wave F of the frequency may be superposed and transmitted.

導波管２は、自身の内部の中空領域に、電源装置１から送出された電磁波Ｆを伝搬する。導波管２は、中空領域を形成するように配設された複数の金属壁により構成されている。導波管２は、より好適には、金属壁が中空領域の全周囲を囲繞するように構成される。これにより、導波管２を空洞共振器のように機能させることができる。 The waveguide 2 propagates the electromagnetic wave F transmitted from the power supply device 1 to the hollow region inside itself. The waveguide 2 is composed of a plurality of metal walls arranged so as to form a hollow region. More preferably, the waveguide 2 is configured such that a metal wall surrounds the entire circumference of the hollow region. This allows the waveguide 2 to function like a cavity resonator.

導波管２は、例えば、切断面が矩形状の角筒形状を呈している。但し、導波管２の形状は、内部に電磁波Ｆを伝搬する中空領域が形成されていれば、本発明では特に限定されず、内部に二次元状に中空領域が延在する平板形状や、又は、中空領域が湾曲する形状等であってもよい。 The waveguide 2 has, for example, a square tube having a rectangular cut surface. However, the shape of the waveguide 2 is not particularly limited in the present invention as long as a hollow region propagating the electromagnetic wave F is formed inside, and the shape of the waveguide 2 is a flat plate shape in which the hollow region extends two-dimensionally inside. Alternatively, the hollow region may have a curved shape or the like.

尚、導波管２は、デッキプレート、支柱、又は、手すりのパイプ等の建物構造体として一般に用いられる部材を用いて、構成されたものであってよい。 The waveguide 2 may be configured by using a member generally used as a building structure such as a deck plate, a support column, or a pipe of a handrail.

導波管２の壁面には、複数のアンテナ部３それぞれが配設される位置に、開口２ｔが形成されている。開口２ｔには、複数のアンテナ部３それぞれに接続された引き出し線が挿通され、当該引き出し線が導波管２内から導波管２外に引き出されている。尚、開口２ｔの口径は、当該開口２ｔから導波管２内の電磁波Ｆが導波管２外に漏洩することを防止する観点から、電磁波Ｆの波長の１／２よりも小さく設定されている。 An opening 2t is formed on the wall surface of the waveguide 2 at a position where each of the plurality of antenna portions 3 is arranged. A leader wire connected to each of the plurality of antenna portions 3 is inserted through the opening 2t, and the leader wire is drawn out from the inside of the waveguide 2 to the outside of the waveguide 2. The diameter of the opening 2t is set to be smaller than 1/2 of the wavelength of the electromagnetic wave F from the viewpoint of preventing the electromagnetic wave F in the waveguide 2 from leaking to the outside of the waveguide 2 from the opening 2t. There is.

導波管２内には、電源装置１から送出された電磁波Ｆが壁面反射して各種の共鳴状態が発生し、電界分布が発生する（図４を参照）。導波管２内に発生する電界分布は、典型的には、電界強度が強い位置と弱い位置とが、導波管２の長手方向に沿って順番に分布する。尚、図４では、導波管２の高さがλ／２以下で、幅がλ／２以上を想定して電磁波ＦをＴＥ_０ｎモードで伝搬させた場合の電界分布を示している（詳細は後述）。 In the waveguide 2, the electromagnetic wave F transmitted from the power supply device 1 is reflected on the wall surface to generate various resonance states, and an electric field distribution is generated (see FIG. 4). In the electric field distribution generated in the waveguide 2, typically, a position where the electric field strength is strong and a position where the electric field strength is weak are sequentially distributed along the longitudinal direction of the waveguide 2. Note that FIG. 4 shows the electric field distribution when the electromagnetic wave F is propagated in the TE _0n mode assuming that the height of the waveguide 2 is λ / 2 or less and the width is λ / 2 or more (details). Will be described later).

アンテナ部３は、導波管２内に配設され、電磁波Ｆと共振して、当該電磁波Ｆの電力を回収する。即ち、導波管２内に伝搬する電磁波Ｆは、アンテナ部３によって導波管２の外部に取り出される。 The antenna unit 3 is arranged in the waveguide 2 and resonates with the electromagnetic wave F to recover the electric power of the electromagnetic wave F. That is, the electromagnetic wave F propagating in the waveguide 2 is taken out of the waveguide 2 by the antenna unit 3.

アンテナ部３は、例えば、導波管２の金属壁面を接地面とするモノポールアンテナ等によって構成される。そして、モノポールアンテナは、例えば、導波管２内の短手方向に平行に延在するように配設されている。アンテナ部３は、例えば、導波管２内に伝搬される電磁波Ｆの周波数帯域（例えば、１ＧＨｚ～５０ＧＨｚ）に対して感度が高くなる形状を呈し、例えば、電磁波Ｆの波長λを基準としてλ／４程度の長さに設定されている。 The antenna portion 3 is composed of, for example, a monopole antenna having a metal wall surface of the waveguide 2 as a ground plane. The monopole antenna is arranged so as to extend in parallel in the lateral direction in the waveguide 2, for example. The antenna unit 3 has a shape that is highly sensitive to, for example, the frequency band of the electromagnetic wave F propagated in the waveguide 2 (for example, 1 GHz to 50 GHz), and is, for example, λ with respect to the wavelength λ of the electromagnetic wave F. The length is set to about 4/4.

複数のアンテナ部３は、それぞれ、導波管２が延在する長手方向に沿って、配設されている。複数のアンテナ部３は、それぞれ、導波管２内に発生する電界強度が強くなる位置に配設されている。複数のアンテナ部３は、それぞれ、例えば、電磁波がＴＥ_０ｎモードで伝搬される場合には、導波管２が延在する方向に沿って所定間隔で表れる電界強度の高強度地点に配設される（図４を参照）。 Each of the plurality of antenna portions 3 is arranged along the longitudinal direction in which the waveguide 2 extends. Each of the plurality of antenna portions 3 is arranged at a position where the electric field strength generated in the waveguide 2 becomes strong. The plurality of antenna units 3 are respectively arranged at high-strength points of electric field strength appearing at predetermined intervals along the extending direction of the waveguide 2, for example, when an electromagnetic wave is propagated in the TE _0n mode. (See FIG. 4).

複数のアンテナ部３は、それぞれ、別個の共振器４に接続されている。そして、複数のアンテナ部３それぞれが回収した電磁波Ｆの電力は、当該アンテナ部３に接続された共振器４によって導波管２の外部の受電装置５に伝送される。 Each of the plurality of antenna units 3 is connected to a separate resonator 4. Then, the electric power of the electromagnetic wave F collected by each of the plurality of antenna units 3 is transmitted to the external power receiving device 5 of the waveguide 2 by the resonator 4 connected to the antenna unit 3.

尚、アンテナ部３と共振器４とは、導波管２に形成された開口２ｔに挿通する引き出し線を介して接続されている。 The antenna portion 3 and the resonator 4 are connected to each other via a lead wire inserted through an opening 2t formed in the waveguide 2.

複数の共振器４は、導波管２の外部領域において、導波管２内に配設された複数のアンテナ部３それぞれに対応するように、配設されている。より詳細には、共振器４ａはアンテナ部３ａに導電接続され、共振器４ｂはアンテナ部３ｂに導電接続され、共振器４ｃはアンテナ部３ｃに導電接続されている。 The plurality of resonators 4 are arranged in the external region of the waveguide 2 so as to correspond to each of the plurality of antenna portions 3 disposed in the waveguide 2. More specifically, the resonator 4a is conductively connected to the antenna portion 3a, the resonator 4b is conductively connected to the antenna portion 3b, and the resonator 4c is conductively connected to the antenna portion 3c.

共振器４は、自身と対向するように受電装置５の受電用共振器５Ｓが配設された際に、アンテナ部３から伝送される電磁波Ｆの電力を、電磁結合を利用して、受電用共振器５Ｓに対して非接触で伝送する。一方、共振器４は、オープンリング型などを取ることにより単独での放射を起こさない構造が可能で有り、自身と対向するように受電用共振器５Ｓが配設されていないときには、アンテナ部３から伝送される電磁波Ｆの電力を、外部空間に放出することなく、そのままアンテナ部３に対して反射する。 The resonator 4 receives power of the electromagnetic wave F transmitted from the antenna unit 3 when the power receiving resonator 5S of the power receiving device 5 is arranged so as to face itself by using electromagnetic coupling. It is transmitted to the resonator 5S in a non-contact manner. On the other hand, the resonator 4 can have a structure that does not generate radiation by itself by adopting an open ring type or the like, and when the power receiving resonator 5S is not arranged so as to face itself, the antenna portion 3 The power of the electromagnetic wave F transmitted from the antenna F is reflected to the antenna unit 3 as it is without being emitted to the external space.

共振器４（及び受電用共振器５Ｓ）としては、好適には、閉曲線線路の一部に開放部が形成された構造を有する共振器（典型的には、リング形状を呈しており、オープンリング共振器とも称される）が用いられる。オープンリング共振器は、放射損失が小さく、加えて、広い周波数帯域において高い伝送効率を得られる点で、特に有用である。 The resonator 4 (and the power receiving resonator 5S) is preferably a resonator having a structure in which an open portion is formed in a part of a closed curved line (typically, it has a ring shape and has an open ring. Also called a resonator) is used. The open ring resonator is particularly useful because it has low radiation loss and high transmission efficiency can be obtained in a wide frequency band.

オープンリング共振器として構成された共振器４（送電用共振器１Ｓ及び受電用共振器５Ｓも同様）は、金属線をリング状にして両端を近接させて構成される（図３を参照）。共振器４の金属線は、電位差の最大となる両端が近接するように、送受する高周波電力の波長の１／２の奇数倍の長さ程度に設定される。又、共振器４と受電用共振器５Ｓとは、平面視において、互いに中心点Ｃ０をあわせて対向して配設され、且つ、共振器４における開放部と中心点Ｃ０とを結ぶ線Ｃ１と、受電用共振器５Ｓにおける開放部と中心点Ｃ０とを結ぶ線Ｃ２との間のなす角度（即ち、共振器４の開放端と受電用共振器５Ｓの開放端との間のリングの周方向における角度差）が、例えば、９０°以上、より好適には１８０°の角度を有するように配設される。かかる構成によって、磁界の共振と電界の共振の両方が、共振器４と受電用共振器５Ｓの間で同相となり、共鳴が最も強くなる（調相結合とも称される）。これにより、例えば、波長の１／４程度の距離でもほぼ１００％の電力伝送が可能となる。尚、共振器４と送電用共振器１Ｓも、共振器４と受電用共振器５Ｓと同様の配置関係となっている。 The resonator 4 configured as an open ring resonator (the same applies to the power transmitting resonator 1S and the power receiving resonator 5S) is configured by forming a metal wire into a ring shape and bringing both ends close to each other (see FIG. 3). The metal wire of the resonator 4 is set to an odd multiple of ½ of the wavelength of the high-frequency power to be transmitted and received so that both ends having the maximum potential difference are close to each other. Further, the resonator 4 and the power receiving resonator 5S are arranged so as to face each other with the center points C0 facing each other in a plan view, and the line C1 connecting the open portion and the center point C0 in the resonator 4 , The angle formed between the open portion of the power receiving resonator 5S and the line C2 connecting the center point C0 (that is, the circumferential direction of the ring between the open end of the resonator 4 and the open end of the power receiving resonator 5S). The angle difference) is arranged so as to have an angle of, for example, 90 ° or more, more preferably 180 °. With this configuration, both the resonance of the magnetic field and the resonance of the electric field are in phase between the resonator 4 and the power receiving resonator 5S, and the resonance is the strongest (also referred to as phase adjustment coupling). This enables, for example, almost 100% power transmission even at a distance of about 1/4 of the wavelength. The resonator 4 and the power transmission resonator 1S also have the same arrangement relationship as the resonator 4 and the power receiving resonator 5S.

つまり、複数の共振器４のうち、受電装置５の受電用共振器５Ｓが対向して配設されたもののみが電力取り出し部として機能し、その他のものは、反射体として機能する。例えば、図２に示すように、共振器４ｂに対向するように受電用共振器５Ｓが配設された際には、共振器４ｂは、アンテナ部３ｂから伝送される電磁波Ｆの電力を、受電用共振器５Ｓに対して伝送する。一方、共振器４ａ及び共振器４ｃは、それぞれ、アンテナ部３ａ及びアンテナ部３ｃから伝送される電磁波Ｆの電力を、アンテナ部３ａ及びアンテナ部３ｃに対してそのまま反射する。即ち、アンテナ部３ａ及びアンテナ部３ｃ、並びに共振器４ａ及び共振器４ｃは、等価的に無通電状態となっている。 That is, of the plurality of resonators 4, only the one in which the power receiving resonator 5S of the power receiving device 5 is arranged to face each other functions as a power extraction unit, and the other one functions as a reflector. For example, as shown in FIG. 2, when the power receiving resonator 5S is arranged so as to face the resonator 4b, the resonator 4b receives the power of the electromagnetic wave F transmitted from the antenna portion 3b. It is transmitted to the resonator 5S. On the other hand, the resonator 4a and the resonator 4c reflect the power of the electromagnetic wave F transmitted from the antenna portion 3a and the antenna portion 3c, respectively, to the antenna portion 3a and the antenna portion 3c as they are. That is, the antenna portion 3a and the antenna portion 3c, and the resonator 4a and the resonator 4c are equivalently de-energized.

電力伝送装置Ａにおいては、このように、不使用箇所のアンテナ部３においては、共振器４における全反射により電磁波Ｆの放射を生じさせることなく無損失状態とし、使用箇所のアンテナ部３のみから導波管２に伝搬する電磁波Ｆを電力として取り出すことを可能とする。 In the power transmission device A, in this way, the antenna portion 3 at the unused portion is put into a lossless state without causing the radiation of the electromagnetic wave F due to the total reflection in the resonator 4, and only from the antenna portion 3 at the used portion. It is possible to take out the electromagnetic wave F propagating in the waveguide 2 as electric power.

尚、受電装置５は、例えば、受電用共振器５Ｓから受電した高周波電力を整流する整流回路、及び、当該整流回路で整流された直流電力を充電するバッテリ等を有している。あるいは、受電装置５の受電用共振器５Ｓにアンテナ部３と同様のアンテナを置き、別の導波管への高周波給電を行うことも出来る。このようにして、複数の導波管を接続して用いることも可能である。 The power receiving device 5 includes, for example, a rectifier circuit that rectifies high-frequency power received from the power receiving resonator 5S, a battery that charges DC power rectified by the rectifier circuit, and the like. Alternatively, an antenna similar to that of the antenna unit 3 can be placed in the power receiving resonator 5S of the power receiving device 5 to supply high frequency power to another waveguide. In this way, it is also possible to connect and use a plurality of waveguides.

［具体例］
ここで、図２、図４を参照して、導波管２の設計と当該導波管２内における電磁波Ｆの挙動の一例について、説明する。 [Concrete example]
Here, with reference to FIGS. 2 and 4, an example of the design of the waveguide 2 and the behavior of the electromagnetic wave F in the waveguide 2 will be described.

ここでは、図２の導波管２に対して、電磁波ＦをＴＥ_０ｎモードで伝搬させる場合の当該導波管２の設計態様について説明する。以下では、図２の上方向を導波管２の高さ方向、図２の奥行き方向を導波管２の幅方向として説明する。 Here, a design mode of the waveguide 2 in the case where the electromagnetic wave F is propagated in the TE _0n mode to the waveguide 2 of FIG. 2 will be described. Hereinafter, the upward direction of FIG. 2 will be described as the height direction of the waveguide 2, and the depth direction of FIG. 2 will be described as the width direction of the waveguide 2.

ＴＥ_０ｎモードで伝搬する電磁波Ｆにより生成される電界分布は、図４に示すように、電気力線が導波管２の長手方向に対して垂直な方向に延び、電界強度の強い位置（以下、「高強度地点」と称する）と弱い位置とが導波管２の長手方向に沿って順番に発生したものとなる。そのため、電磁波ＦがＴＥ_０ｎモードで伝搬する状態は、アンテナ部３が、電磁波Ｆの電力を効率的に回収し得る点で、好適である。特に、ＴＥ_０ｎモードのうち、多重モードの発生がないＴＥ_０１モードがより好適である。 As shown in FIG. 4, the electric field distribution generated by the electromagnetic wave F propagating in the TE _0n mode is such that the electric lines of force extend in the direction perpendicular to the longitudinal direction of the waveguide 2 and the electric field strength is strong (hereinafter referred to as “the electric field strength”). , "High-strength points") and weak positions occur in order along the longitudinal direction of the waveguide 2. Therefore, the state in which the electromagnetic wave F propagates in the TE _0n mode is preferable in that the antenna unit 3 can efficiently recover the electric power of the electromagnetic wave F. In particular, among the TE _0n modes, the TE ₀₁ mode in which the multiple mode does not occur is more preferable.

ＴＥモードで伝搬する電磁波Ｆの伝搬定数γは、一般に、以下の式（１）により表される。

The propagation constant γ of the electromagnetic wave F propagating in the TE mode is generally expressed by the following equation (1).

電磁波ＦがＴＥ_０ｎモードとなる条件は、ｍ＝０のときに、伝搬定数γが純虚数となる条件であり、即ち、導波管２の幅ｂがｂ＞λ／２を充足する態様である。そして、この際、ＴＥ_０ｎモードのみを伝搬させるには、導波管２の高さａを、ａ＜λ／２を充足するように設定すればよい。例えば、電磁波Ｆの周波数が５．８ＧＨｚの場合、λ＝５．１７ｃｍなので導波管２の高さａは２．６ｃｍ以下とすればよい。 The condition that the electromagnetic wave F is in the TE _0n mode is a condition that the propagation constant γ is a pure imaginary number when m = 0, that is, the width b of the waveguide 2 satisfies b> λ / 2. be. At this time, in order to propagate only the TE _0n mode, the height a of the waveguide 2 may be set so as to satisfy a <λ / 2. For example, when the frequency of the electromagnetic wave F is 5.8 GHz, the height a of the waveguide 2 may be 2.6 cm or less because λ = 5.17 cm.

これによって、ｂ＞λ／２を充足する任意のｂの値で、導波管２を伝搬する電磁波Ｆは、ＴＥ_０ｎモードのみとなり、共振時の電界は、図４に示すように、導波管２の上下面に垂直となる。 As a result, the electromagnetic wave F propagating in the waveguide 2 is only in the TE _0n mode with an arbitrary value of b satisfying b> λ / 2, and the electric field at resonance is waveguide as shown in FIG. It is perpendicular to the upper and lower surfaces of the tube 2.

この際、導波管２における管内波長λｇは、一般に、以下の式（２）により表される。

At this time, the in-tube wavelength λg in the waveguide 2 is generally expressed by the following equation (2).

そして、管内波長λｇに応じた位置に、上下面からアンテナ部３（例えば、λ／４モノポールアンテナ）を差し込めば、電界はアンテナ部３の延在方向に対して平行方向になり、アンテナ部３に効率よく電磁波の電力を回収させることができる。 Then, if the antenna portion 3 (for example, a λ / 4 monopole antenna) is inserted from the upper and lower surfaces at a position corresponding to the wavelength λg in the tube, the electric field becomes parallel to the extending direction of the antenna portion 3 and the antenna portion 3 can efficiently recover the electric power of the electromagnetic wave.

例えば、導波管２の幅ｂ＝４ｃｍとすると、式（１）からＴＥ_０１モードのみが伝搬可能となる。そして、導波管２内に５．８ＧＨｚの電磁波Ｆを入れると、管内波長λｇ＝６．７８ｃｍとなり、導波管２内にはλｇ／２＝３．４ｃｍピッチで、電界強度の高強度地点、即ち、電界集中点が発生する。尚、ＴＥ_０１モードの電磁波Ｆが伝搬する場合には、導波管２の管壁では電界がゼロとなるので、導波管２の幅方向の中心に電界集中が起こる。 For example, if the width b of the waveguide 2 is 4 cm, only the TE ₀₁ mode can propagate from the equation (1). Then, when an electromagnetic wave F of 5.8 GHz is put in the waveguide 2, the wavelength in the tube is λg = 6.78 cm, and in the waveguide 2, the pitch is λg / 2 = 3.4 cm, and the high-strength point of the electric field strength is reached. That is, an electric field concentration point is generated. When the electromagnetic wave F in the TE ₀₁ mode propagates, the electric field becomes zero at the tube wall of the waveguide 2, so that the electric field is concentrated at the center of the waveguide 2 in the width direction.

この際、導波管２は、より好適には、長手方向の両端を金属壁で塞いだ構成とする。これによって、導波管２を空洞共振器として構成することが可能であり、導波管２内に、より高強度の高強度地点を生成することができる。 At this time, the waveguide 2 is more preferably configured such that both ends in the longitudinal direction are closed with a metal wall. As a result, the waveguide 2 can be configured as a cavity resonator, and a high-intensity point with higher strength can be generated in the waveguide 2.

又、導波管２内に送出する電磁波Ｆの周波数は、より好適には、ＴＥ_０１モードの遮断周波数以上で、且つ、ＴＥ_０１モード以外の他の伝搬モードの遮断周波数以下に設定される。これによって、ＴＥ_０ｎの各モードの中でもＴＥ_０１モードのみを発生させることができるため、電磁波Ｆの電界分布の高強度地点をより集中させることが可能である。尚、導波管２内に伝搬する電磁波Ｆの周波数としては、ＴＥ_０１モードの電磁波Ｆが発生する周波数が最低周波数である。そして、電磁波Ｆの周波数が当該周波数から上昇するに伴って導波管２内に多重モードの電磁波Ｆが発生する。 Further, the frequency of the electromagnetic wave F transmitted into the waveguide 2 is more preferably set to be equal to or higher than the cutoff frequency of the TE ₀₁ mode and lower than the cutoff frequency of the propagation mode other than the TE ₀₁ mode. As a result, only the TE ₀₁ mode can be generated among the modes of TE _0n , so that the high-intensity points of the electric field distribution of the electromagnetic wave F can be more concentrated. As the frequency of the electromagnetic wave F propagating in the waveguide 2, the frequency at which the electromagnetic wave F in the TE ₀₁ mode is generated is the lowest frequency. Then, as the frequency of the electromagnetic wave F rises from the frequency, the electromagnetic wave F in the multiple mode is generated in the waveguide 2.

［効果］
以上のように、本実施形態に係る電力伝送装置Ａは、電源装置１の発振器から送出される所定周波数の電磁波Ｆを、自身の内部の中空領域に伝搬する導波管２と、導波管２内において導波管２が延在する長手方向に沿って配設され、電磁波Ｆと共振して、電磁波Ｆの電力を回収する複数のアンテナ部３と、導波管２の外部領域において複数のアンテナ部３それぞれに接続され、自身と対向するように受電装置５の受電用共振器５Ｓが配設された際に当該受電用共振器５Ｓと電磁結合して、受電用共振器５Ｓに対してアンテナ部３が回収した電力を伝送する複数の共振器４と、を備えている。 [effect]
As described above, the power transmission device A according to the present embodiment has a waveguide 2 and a waveguide that propagate the electromagnetic wave F of a predetermined frequency transmitted from the antenna of the power supply device 1 to the hollow region inside itself. A plurality of antenna portions 3 in which the waveguide 2 is arranged along the extending longitudinal direction in 2 and resonates with the electromagnetic wave F to recover the power of the electromagnetic wave F, and a plurality of antenna portions 3 in the external region of the waveguide 2. When the power receiving resonator 5S of the power receiving device 5 is arranged so as to be connected to each of the antenna portions 3 of the above and to face itself, it is electromagnetically coupled to the power receiving resonator 5S to the power receiving resonator 5S. It is provided with a plurality of resonators 4 for transmitting the power recovered by the antenna unit 3.

従って、本実施形態に係る電力伝送装置Ａは、複数の共振器４のいずれかに対向するように受電装置５の受電用共振器５Ｓが配設された際に、当該受電用共振器５Ｓに対して、ワイヤレスで電力を伝送することができる。共振器４の配設位置は、コンセントのように室内空間に露出する必要がなく、建物内における床板や天井板を通して給電できる。そのため、本実施形態に係る電力伝送装置Ａによれば、余剰空間を利用して多数の電力取り出し口（即ち、共振器４）を配設することができ、任意の場所から電力を取り出すことが可能である。 Therefore, the power transmission device A according to the present embodiment is attached to the power receiving resonator 5S when the power receiving resonator 5S of the power receiving device 5 is arranged so as to face any of the plurality of resonators 4. On the other hand, power can be transmitted wirelessly. The arrangement position of the resonator 4 does not need to be exposed to the indoor space unlike the outlet, and power can be supplied through the floor plate or the ceiling plate in the building. Therefore, according to the power transmission device A according to the present embodiment, a large number of power outlets (that is, the resonator 4) can be arranged by utilizing the surplus space, and power can be taken out from an arbitrary place. It is possible.

又、本実施形態に係る電力伝送装置Ａは、導波管２を用いて電力伝送する構成となっているため、同軸ケーブル等を用いて電力伝送する態様よりも損失が少なく、且つ、広い面積に亘って電力伝送が可能である。加えて、本実施形態に係る電力伝送装置Ａは、当該導波管２内から、アンテナ部３と共振器４を介して電力を取り出す構成となっているため、未使用のアンテナ部３等からの放射損失も生じさせることなく、電力伝送が可能である。 Further, since the power transmission device A according to the present embodiment is configured to transmit power using the waveguide 2, the loss is smaller and the area is wider than that in the mode of power transmission using a coaxial cable or the like. Power can be transmitted over. In addition, since the power transmission device A according to the present embodiment has a configuration in which power is taken out from the inside of the waveguide 2 via the antenna unit 3 and the resonator 4, the unused antenna unit 3 and the like are used. Power transfer is possible without causing radiation loss.

又、本実施形態に係る複数のアンテナ部３は、それぞれ、導波管２内で電磁波Ｆにより生成される電界分布の電界強度が増大する位置に配設される。これによって、アンテナ部３は、導波管２内を伝搬する電磁波Ｆの電力を効率良く回収することが可能である。 Further, each of the plurality of antenna portions 3 according to the present embodiment is arranged in the waveguide 2 at a position where the electric field strength of the electric field distribution generated by the electromagnetic wave F increases. As a result, the antenna unit 3 can efficiently recover the electric power of the electromagnetic wave F propagating in the waveguide 2.

又、本実施形態に係る複数の共振器４は、それぞれ、閉曲線線路の一部に開放部が形成された構造を有する共振器（典型的には、オープンリング共振器）によって構成されている。これによって、共振器４における放射損失を低減し、加えて、高い伝送効率を得ることが可能である。又、かかる共振器４は、広い周波数帯域において高い伝送効率を確保することが可能であるため、電磁波Ｆの周波数が変更された際にも、高い伝送効率を確保することが可能である。 Further, each of the plurality of resonators 4 according to the present embodiment is composed of a resonator (typically, an open ring resonator) having a structure in which an open portion is formed in a part of a closed curved line. This makes it possible to reduce the radiation loss in the resonator 4 and to obtain high transmission efficiency. Further, since the resonator 4 can secure high transmission efficiency in a wide frequency band, it is possible to secure high transmission efficiency even when the frequency of the electromagnetic wave F is changed.

又、本実施形態に係る導波管２の長手方向に沿って延在する管壁は、対向する２面の間隔が電磁波Ｆの波長の１／２以下となるように配設された一対の平板部を有する。これによって、導波管２内に発生する電磁波Ｆの伝搬モードを、ＴＥ_０ｎモードのみに制限することができ、導波管２内における電磁波Ｆの電界分布の高強度地点が散逸する事態の発生を抑制することが可能である。これにより、アンテナ部３にて、導波管２内を伝搬する電磁波Ｆの電力を効率良く回収することが可能である。 Further, the tube walls extending along the longitudinal direction of the waveguide 2 according to the present embodiment are arranged so that the distance between the two opposing surfaces is ½ or less of the wavelength of the electromagnetic wave F. It has a flat plate portion. As a result, the propagation mode of the electromagnetic wave F generated in the waveguide 2 can be limited to the TE _0n mode only, and a situation occurs in which the high-intensity points of the electric field distribution of the electromagnetic wave F in the waveguide 2 are dissipated. It is possible to suppress. As a result, the antenna unit 3 can efficiently recover the electric power of the electromagnetic wave F propagating in the waveguide 2.

但し、導波管内の伝搬モードはＴＥ_０ｎモードに限らず、ＴＥ_ｍｎ、ＴＭ_ｍｎなど遠くまで伝搬できるモードなら他のモードであってもよい。そのため、導波管２の形状は、断面の幅の一部がλ／２以上であればよく、誘電損や導体損、管壁からの放射損が少ない金属製の容器であれば、管状に代えて、箱形などであってもよい。更に、導波管２の中を損失のない誘電体で埋めることで、実効的な電磁波Ｆの波長を短縮することも可能であり、これによって管径を細めることも出来る。又、プラスチックのパイプの表面や内面に金属膜をコートした管や容器でも適用可能である。 However, the propagation mode in the waveguide is not limited to the TE _0n mode, and may be another mode as long as it can propagate to a long distance such as TE _mn and TM _mn . Therefore, the shape of the waveguide 2 may be tubular as long as a part of the width of the cross section is λ / 2 or more, and if it is a metal container with little dielectric loss, conductor loss, and radiation loss from the tube wall. Alternatively, it may be box-shaped or the like. Further, by filling the inside of the waveguide 2 with a lossless dielectric material, it is possible to shorten the effective wavelength of the electromagnetic wave F, and thereby the tube diameter can be reduced. It can also be applied to pipes and containers in which the surface or inner surface of a plastic pipe is coated with a metal film.

（第２の実施形態）
次に、図５～図７を参照して、第２の実施形態に係る電力伝送装置Ａについて説明する。 (Second embodiment)
Next, the power transmission device A according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. 5 to 7.

図５は、本実施形態に係る電力伝送装置Ａの構成の一例を示す図である。 FIG. 5 is a diagram showing an example of the configuration of the power transmission device A according to the present embodiment.

本実施形態に係る電力伝送装置Ａは、導波管２内に伝搬する電磁波Ｆの周波数を制御する制御装置６を備える点で、第１の実施形態と相違する。 The power transmission device A according to the present embodiment is different from the first embodiment in that the power transmission device A includes a control device 6 for controlling the frequency of the electromagnetic wave F propagating in the waveguide 2.

第１の実施形態では、複数のアンテナ部３それぞれが、導波管２内に発生する電界分布の高強度地点に配設されている態様を示した。しかしながら、当該高強度地点は、実際には、導波管２の断面形状の歪みや導波管２内に置かれたアンテナ部３等の障害物で位置ずれが生ずる場合がある。又、高強度地点は導波管２の高さ方向又は幅方向のサイズが電磁波Ｆの波長より長かったりした場合は周波数によりめまぐるしく変化する。 In the first embodiment, each of the plurality of antenna portions 3 is arranged at a high intensity point of the electric field distribution generated in the waveguide 2. However, the high-intensity point may actually be displaced due to distortion of the cross-sectional shape of the waveguide 2 or an obstacle such as an antenna portion 3 placed in the waveguide 2. Further, when the size of the waveguide 2 in the height direction or the width direction is longer than the wavelength of the electromagnetic wave F, the high-intensity point changes rapidly depending on the frequency.

そこで、本実施形態に係る電力伝送装置Ａは、制御装置６にて、使用対象のアンテナ部３の配設位置が電界分布の高強度地点となるように、導波管２内に伝搬する電磁波Ｆの周波数を制御する。 Therefore, in the power transmission device A according to the present embodiment, the electromagnetic wave propagating in the waveguide 2 in the control device 6 so that the arrangement position of the antenna portion 3 to be used becomes a high intensity point of the electric field distribution. Control the frequency of F.

制御装置６は、例えば、受電装置５と通信することで、当該受電装置５が受電する電力のレベルを検知する。そして、制御装置６は、電源装置１に対して、発生する電磁波の周波数を指令する指令信号を出力することで、当該受電装置５が受電する電力が最大化するように、電磁波の周波数をフィードバック制御する（図５中の点線矢印は通信信号を表す）。これによって、受電装置５に対して効率的に給電することが可能である。 The control device 6 detects, for example, the level of electric power received by the power receiving device 5 by communicating with the power receiving device 5. Then, the control device 6 outputs a command signal instructing the frequency of the generated electromagnetic wave to the power supply device 1, thereby feeding back the frequency of the electromagnetic wave so that the power received by the power receiving device 5 is maximized. Control (dotted arrows in FIG. 5 represent communication signals). This makes it possible to efficiently supply power to the power receiving device 5.

制御装置６は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、入力ポート、出力ポート、及び、通信コントローラ等を含んで構成されている。制御装置６の機能は、例えば、ＣＰＵがＲＯＭやＲＡＭに格納された制御プログラムや各種データを参照することによって実現される。 The control device 6 includes, for example, a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), an input port, an output port, a communication controller, and the like. The function of the control device 6 is realized, for example, by the CPU referring to a control program or various data stored in a ROM or RAM.

尚、本実施形態に係る電源装置１の発振器は、送出する高周波電力（即ち、電磁波Ｆ）の周波数を可変に構成されている。 The oscillator of the power supply device 1 according to the present embodiment is configured to have a variable frequency of high frequency power (that is, electromagnetic wave F) to be transmitted.

図６は、電磁波Ｆの周波数と、導波管２内に発生する電界分布の高強度地点との関係の一例を示す図である。 FIG. 6 is a diagram showing an example of the relationship between the frequency of the electromagnetic wave F and the high-intensity point of the electric field distribution generated in the waveguide 2.

具体的には、図６は、上記［具体例］で示した導波管２において、電磁波Ｆの周波数を変更した場合における、電界分布の高強度地点を電磁界シミュレーションによって算出したものである。
図６の各プロットは、以下を表す。
○印：電磁波Ｆの周波数を５．１２１ＧＨｚとした場合の電界分布の高強度地点
×印：電磁波Ｆの周波数を５．２２３ＧＨｚとした場合の電界分布の高強度地点 Specifically, FIG. 6 shows the high-intensity points of the electric field distribution calculated by electromagnetic field simulation when the frequency of the electromagnetic wave F is changed in the waveguide 2 shown in the above [Specific example].
Each plot in FIG. 6 represents:
○ mark: High-intensity point of electric field distribution when the frequency of electromagnetic wave F is 5.121 GHz × mark: High-intensity point of electric field distribution when the frequency of electromagnetic wave F is 5.223 GHz

図６において、横軸は導波管２の長手方向の位置を表し、縦軸は導波管２の幅方向の位置を表す。尚、電磁波Ｆの周波数が５．１２１ＧＨｚ及び５．２２３ＧＨｚのときには、電磁波Ｆは、ＴＥ_０１モードのみで伝搬する。 In FIG. 6, the horizontal axis represents the position of the waveguide 2 in the longitudinal direction, and the vertical axis represents the position of the waveguide 2 in the width direction. When the frequency of the electromagnetic wave F is 5.121 GHz and 5.223 GHz, the electromagnetic wave F propagates only in the TE ₀₁ mode.

図６においては、電磁波Ｆの周波数が５．１２１ＧＨｚのときには、導波管２の長手方向の略１００ｃｍの中に、２９個の高強度地点（最適ポイント）が発生している。一方、電磁波の周波数が５．２２３ＧＨｚのときには、導波管２の長手方向の略１００ｃｍの中に、３０個の高強度地点（最適ポイント）が発生している。そして、電磁波の周波数が５．１２１ＧＨｚのときと電磁波の周波数が５．２２３ＧＨｚのときとで、高強度地点が、導波管２の長手方向の異なる位置に発生している。 In FIG. 6, when the frequency of the electromagnetic wave F is 5.121 GHz, 29 high-intensity points (optimal points) are generated in approximately 100 cm in the longitudinal direction of the waveguide 2. On the other hand, when the frequency of the electromagnetic wave is 5.223 GHz, 30 high-intensity points (optimal points) are generated in approximately 100 cm in the longitudinal direction of the waveguide 2. Then, high-intensity points are generated at different positions in the longitudinal direction of the waveguide 2 when the frequency of the electromagnetic wave is 5.112 GHz and when the frequency of the electromagnetic wave is 5.223 GHz.

制御装置６は、例えば、所定の周波数帯域をスイープするように、電源装置１から導波管２内に送出する電磁波Ｆの周波数を変化させる。そして、制御装置６は、受電装置５と通信することで当該受電装置５が受電する電力を検知し、当該受電装置５が受電する電力が最大化するように、電磁波の周波数を制御する。 The control device 6 changes the frequency of the electromagnetic wave F transmitted from the power supply device 1 into the waveguide 2 so as to sweep a predetermined frequency band, for example. Then, the control device 6 detects the power received by the power receiving device 5 by communicating with the power receiving device 5, and controls the frequency of the electromagnetic wave so that the power received by the power receiving device 5 is maximized.

尚、受電装置５が複数存在する場合には、それぞれの受電装置５に対する最適周波数が異なることが考えられる。その場合、電源装置１は、複数の周波数の電磁波Ｆを導波管２内に送出してもよい。そして、制御装置６は、複数の受電装置５それぞれが受電する電力が最大化するように、当該複数の周波数それぞれを制御してもよい。 When there are a plurality of power receiving devices 5, it is conceivable that the optimum frequency for each power receiving device 5 is different. In that case, the power supply device 1 may transmit electromagnetic waves F having a plurality of frequencies into the waveguide 2. Then, the control device 6 may control each of the plurality of frequencies so that the power received by each of the plurality of power receiving devices 5 is maximized.

図７は、電磁波Ｆの周波数と、導波管２内に発生する電界分布の高強度地点との関係の他の一例を示す図である。図７は、上記［具体例］で示した導波管２において、導波管２の幅ｂを拡張して６ｃｍとした際の電界分布の高強度地点を、電磁界シミュレーションによって算出したものである。 FIG. 7 is a diagram showing another example of the relationship between the frequency of the electromagnetic wave F and the high-intensity point of the electric field distribution generated in the waveguide 2. FIG. 7 shows the high-strength points of the electric field distribution when the width b of the waveguide 2 is expanded to 6 cm in the waveguide 2 shown in the above [Specific Example] by electromagnetic field simulation. be.

図７の各プロットは、以下を表す。
○印：電磁波Ｆの周波数を５．１５９ＧＨｚとした場合の電界分布の高強度地点
◇印：電磁波Ｆの周波数を５．２００ＧＨｚとした場合の電界分布の高強度地点
＋印：電磁波Ｆの周波数を５．２１３ＧＨｚとした場合の電界分布の高強度地点 Each plot in FIG. 7 represents:
○ mark: High intensity point of electric field distribution when the frequency of electromagnetic wave F is 5.159 GHz ◇ Mark: High intensity point of electric field distribution when the frequency of electromagnetic wave F is 5.200 GHz + mark: High intensity point of electric field distribution when the frequency of electromagnetic wave F is 5.200 GHz 5. High-strength point of electric field distribution at 213 GHz

図７において、横軸は導波管２の長手方向の位置を表し、縦軸は導波管２の幅方向の位置を表す。尚、電磁波Ｆの周波数が５．１５９ＧＨｚのときには、電磁波Ｆは、ＴＥ_０１モードのみで伝搬している。一方、５．２００ＧＨｚと５．２１３ＧＨｚのときには、電磁波Ｆは、ＴＥ_０２モードとＴＥ_０１モードが混在して伝搬している（ここでは、ＴＥ_０１モードの電界強度は小さいため図示を省略している）。 In FIG. 7, the horizontal axis represents the position of the waveguide 2 in the longitudinal direction, and the vertical axis represents the position of the waveguide 2 in the width direction. When the frequency of the electromagnetic wave F is 5.159 GHz, the electromagnetic wave F propagates only in the TE ₀₁ mode. On the other hand, at 5.200 GHz and 5.21 GHz, the electromagnetic wave F propagates in a mixture of TE ₀₂ mode and TE ₀₁ mode (here, the electric field strength in TE ₀₁ mode is small, so the illustration is omitted. ).

図７の態様においては、例えば、ＴＥ_０１モードにて電界が高強度となる高強度地点及びＴＥ_０２モードにて電界が高強度となる高強度地点それぞれの位置に、アンテナ部３を別個に配設してもよい。これによって、より多くの電力取り出し位置を確保することができる。 In the embodiment of FIG. 7, for example, the antenna unit 3 is separately arranged at each position of the high-strength point where the electric field becomes high-strength in the TE ₀₁ mode and the high-strength point where the electric field becomes high-strength in the TE ₀₂ mode. It may be set. This makes it possible to secure more power extraction positions.

一方、制御装置６は、かかる態様においても、同様に、使用対象のアンテナ部３の位置が、電界分布の高強度地点となるように、電磁波の周波数を制御すればよい。 On the other hand, in this embodiment as well, the control device 6 may control the frequency of the electromagnetic wave so that the position of the antenna portion 3 to be used becomes a high-intensity point of the electric field distribution.

以上のように、本実施形態に係る電力伝送装置Ａは、電源装置１の発振器が送出する電磁波Ｆの所定周波数を制御して、導波管２内で電磁波Ｆにより生成される電界分布を調整する制御装置６、を更に備えている。これによって、電界強度が増大する位置（即ち、定在波の腹位置）を制御することができるため、任意の場所で、効率良く電力を取り出すことができる。 As described above, the power transmission device A according to the present embodiment controls the predetermined frequency of the electromagnetic wave F transmitted by the oscillator of the power supply device 1 to adjust the electric field distribution generated by the electromagnetic wave F in the waveguide 2. The control device 6 is further provided. As a result, the position where the electric field strength increases (that is, the antinode position of the standing wave) can be controlled, so that the electric power can be efficiently taken out at any place.

又、本実施形態に係る制御装置６は、受電装置５と通信して、受電装置５が受電する電力に基づいて、電磁波Ｆの所定周波数をフィードバック制御する。これによって、使用対象のアンテナ部３の位置において、電界強度が増大するように、電源装置１の発振器が送出する電磁波Ｆの所定周波数を制御することが可能となる。 Further, the control device 6 according to the present embodiment communicates with the power receiving device 5 and feedback-controls the predetermined frequency of the electromagnetic wave F based on the electric power received by the power receiving device 5. This makes it possible to control a predetermined frequency of the electromagnetic wave F transmitted by the oscillator of the power supply device 1 so that the electric field strength increases at the position of the antenna portion 3 to be used.

（その他の実施形態）
本発明は、上記実施形態に限らず、種々に変形態様が考えられる。 (Other embodiments)
The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be considered.

上記実施形態では、電源装置１の一例として、導波管２の外部に配設され、共振器及びアンテナを介して、導波管２内に電磁波Ｆを送出させる態様を示した。しかしながら、電源装置１が導波管２内に電磁波Ｆを送出する態様は、任意であり、共振器４及びアンテナ部３を介在することなく、導波管２内に、直接電磁波Ｆを送出する態様としてもよい。 In the above embodiment, as an example of the power supply device 1, an embodiment in which the electromagnetic wave F is disposed outside the waveguide 2 and is transmitted into the waveguide 2 via a resonator and an antenna is shown. However, the mode in which the power supply device 1 transmits the electromagnetic wave F into the waveguide 2 is arbitrary, and the electromagnetic wave F is directly transmitted into the waveguide 2 without interposing the resonator 4 and the antenna unit 3. It may be an embodiment.

一方、上記実施形態のように、電源装置１を導波管２の外部に配設し、共振器４及びアンテナ部３を介して、導波管２内に電磁波Ｆを送出する態様の場合には、送電側のアンテナ部４の位置は、相反性から共振により電磁界が高くなる場所が望ましい。 On the other hand, as in the above embodiment, in the case where the power supply device 1 is arranged outside the waveguide 2 and the electromagnetic wave F is transmitted into the waveguide 2 via the resonator 4 and the antenna portion 3. It is desirable that the position of the antenna portion 4 on the power transmission side is a place where the electromagnetic field becomes high due to resonance due to reciprocity.

又、上記実施形態では、導波管２の一例として、断面が矩形の導波管２について説明したが、本発明に係る電力伝送装置Ａは、任意の形状の導波管２を適用することが可能である。導波管２の形状によっては、導波管２内の電界分布が変化してアンテナ部３による電力の回収効率は落ちることになる。しかしながら、この場合であっても、直接損失が発生するわけではないため、再反射や多重反射を経てアンテナ部３に吸収させることができる。 Further, in the above embodiment, the waveguide 2 having a rectangular cross section has been described as an example of the waveguide 2, but the power transmission device A according to the present invention applies the waveguide 2 having an arbitrary shape. Is possible. Depending on the shape of the waveguide 2, the electric field distribution in the waveguide 2 changes, and the power recovery efficiency by the antenna unit 3 drops. However, even in this case, since no direct loss occurs, the antenna portion 3 can be absorbed through rereflection and multiple reflection.

又、上記実施形態では、アンテナ部３の一例として、モノポールアンテナを示した。アンテナ部３としては、ダイポールアンテナ、ループアンテナ等、その他のアンテナが用いられてもよい。 Further, in the above embodiment, a monopole antenna is shown as an example of the antenna unit 3. As the antenna unit 3, other antennas such as a dipole antenna and a loop antenna may be used.

又、上記実施形態では、共振器４の一例として、オープンリング共振器を示した。共振器４としては、リング共振器又はスパイラル共振器等、その他の共振器が用いられてもよい。 Further, in the above embodiment, an open ring resonator is shown as an example of the resonator 4. As the resonator 4, another resonator such as a ring resonator or a spiral resonator may be used.

又、上記実施形態では、電力伝送装置Ａの一例として、一個のアンテナ部３に一個の共振器４を接続する態様を示した。しかしながら、電力を増幅する観点から、複数のアンテナ部３から一個の共振器４に対して電力を送出する態様としてもよい。 Further, in the above embodiment, as an example of the power transmission device A, an embodiment in which one resonator 4 is connected to one antenna unit 3 is shown. However, from the viewpoint of amplifying the electric power, the electric power may be transmitted from the plurality of antenna units 3 to one resonator 4.

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、請求の範囲を限定するものではない。請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。 Although specific examples of the present invention have been described in detail above, these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The techniques described in the claims include various modifications and modifications of the specific examples exemplified above.

本開示に係る電力伝送装置によれば、任意の場所から電力を取り出すことが可能となる。 According to the power transmission device according to the present disclosure, it is possible to take out electric power from any place.

１電源装置
２導波管
２ｔ開口
３ａ、３ｂ、３ｃアンテナ部
４ａ、４ｂ、４ｃ共振器
５受電装置
５Ｓ受電用共振器
６制御装置
Ａ電力伝送装置
Ｆ電磁波
Ｕワイヤレス給電システム 1 Power supply 2 Waveguide 2t Opening 3a, 3b, 3c Antenna part 4a, 4b, 4c Resonator 5 Resonator 5S Resonator for power reception 6 Control device A Power transmission device F Electromagnetic wave U Wireless power supply system

Claims

A power transmission device that wirelessly transmits the power of a power supply device to a power receiving device.
A waveguide that propagates electromagnetic waves transmitted from the oscillator of the power supply device to the hollow region inside itself.
A plurality of antenna portions that are arranged in the waveguide along the extending direction and resonate with the electromagnetic wave to recover the electric power of the electromagnetic wave.
It is connected to each of the plurality of antenna portions in the external region of the waveguide, and when the power receiving resonator of the power receiving device is arranged so as to face itself, it is electromagnetically coupled to the power receiving resonator. A plurality of resonators that transmit the power recovered by the antenna unit to the power receiving resonator, and
Equipped with,
The resonator has a structure in which an open portion is formed in a part of a closed curve line.
Power transmission device.

The power transmission device according to claim 1, further comprising a control device for controlling the frequency of the electromagnetic wave transmitted by the oscillator of the power supply device to adjust the electric field distribution generated by the electromagnetic wave in the waveguide.

The power transmission device according to claim 2, wherein the control device communicates with the power receiving device and feedback-controls the frequency of the electromagnetic wave based on the level of the power received by the power receiving device.

The power transmission device according to any one of claims 1 to 3, wherein the antenna portion is composed of a monopole antenna having a metal wall surface of the waveguide as a ground plane.

Any of claims 1 to 4 , wherein the tube wall extending along the longitudinal direction of the waveguide has a pair of flat plate portions in which the distance between two facing surfaces is set to 1/2 or less of the wavelength of the electromagnetic wave. The power transmission device according to one item.

The waveguide has a metal wall arranged so as to surround the entire circumference of the hollow region.
The power transmission device according to any one of claims 1 to 5 , wherein the power supply device is arranged outside the waveguide and transmits the electromagnetic wave into the waveguide via the antenna portion.

A power transmission method using the power transmission device according to any one of claims 1 to 6 .