KR101568967B1 - 무선 전력 전송에 의한 가동부 다중화 전송 시스템 - Google Patents

무선 전력 전송에 의한 가동부 다중화 전송 시스템 Download PDF

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미쓰비시 덴끼 엔지니어링 가부시키가이샤
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Abstract

전력을 공급하는 1차 송신 전원(1)과, 공급된 전력을 무선 전송하는 복수 계통의 송신 안테나(5) 및 쌍을 이루는 송신 안테나(5)로부터의 전력을 수신하는 복수 계통의 수신 안테나(6)로 이루어지는 송수신부(3)와, 쌍을 이루는 송신 안테나(5)의 공진 조건을 성립시키는 복수 계통의 송신 전원 회로(2)와, 쌍을 이루는 수신 안테나(6)의 공진 조건을 성립시키는 복수 계통의 수신 전원 회로(4)를 구비하되, 송신 안테나(5)는 회전체의 축심을 대략 중심으로 하여 배치되거나 축심 주위에 배치되는 송신측 코일(8)과, 계통마다 송신 코일(8)에 의한 자속을 제어하도록 배치된 소정의 투자율의 송신측 스페이서(7)를 구비하고, 수신 안테나(6)는, 송신측 코일(8)과 동일 형태로 배치되는 수신측 코일(10)과, 계통마다 수신측 코일(10)에 의한 자속을 제어하도록 배치된 소정의 투자율의 수신측 스페이서(9)를 구비한다.

Description

무선 전력 전송에 의한 가동부 다중화 전송 시스템{SYSTEM FOR MOBILE UNIT MULTIPLEXED TRANSMISSION RESULTING FROM WIRELESS POWER TRANSMISSION}
본 발명은, 기계적 접점을 필요로 하는 슬립 링 장치에 의한 전력의 다중화 전송 기능을, 비접촉으로 실현 가능하게 하는 무선 전력 전송에 의한 가동부 다중화 전송 시스템에 관한 것이다.
기구(機構)적인 회전체를 경유하여 전원 라인을 부하 기기 등에 접속하는 경우, 종래에는, 기계적 접점을 가진 슬립 링 장치를 사용하고 있다.
이 슬립 링 장치는, 송신 전원이 접속되고 회전체의 외주면에 절연체를 개재하여 배치된 환상의 슬립 링과, 수신 전원이 접속되고 슬립 링의 외주면과 슬라이딩 접촉하는 브러시로 구성되어 있다. 또, 수신 전원에는 부하 기기 등이 접속되어 있다. 이 구성에 의해, 슬립 링과 브러시가 전기적으로 접속되어, 송신 전원으로부터의 전력을 수신 전원으로 전송할 수 있다. 추가로, 이 슬립 링 장치에 있어서, 슬립 링 및 브러시의 쌍을 다중화함으로써, 복수 계통의 전력을 다중화 전송하는 것이 가능해진다.
일본 공개 특허 공보 특개 2005－312285호
그렇지만, 슬립 링 장치에서는, 기계적 접점으로 되는 슬립 링과 브러시의 접점에 있어서의 마모 열화가 발생한다. 그 때문에, 마모 열화에 의해 전력 전송 시스템의 수명이 제한되어 버린다고 하는 과제가 있었다.
한편, 종래부터 비접촉의 무선 전력 전송에 의한 전송 장치가 알려져 있다(예를 들면 특허 문헌 1 참조). 이 특허 문헌 1에 개시된 전송 장치에서는, 급전 코일에 대해서 수전(受電) 코일을 포함한 수전 회로 유닛을 복수 대응시켜 구성하고, 각 수전 회로 유닛의 출력 측에 정류 소자를 결합하고, 이 정류 소자를 포함한 수전 회로 유닛을 병렬로 부하에 결합시키고 있다. 이것에 의해, 수전 회로 유닛 사이에서의 역류 방지를 도모하면서, 각 수전 회로 유닛 출력 전류의 가산에 의한 출력 증대가 가능해진다.
그렇지만, 특허 문헌 1에서는, 비접촉의 무선 전력 전송에 대해 기재되어 있지만, 전송 전력의 증대화를 주목적으로 한 것으로, 전송 계통을 단순하게 병렬로 더한 것이다. 그 때문에, 이 전송 장치에서는, 계통 간에 자계가 공유되어 버려, 각각 독립된 전력의 다중화 전송은 실현될 수 없다고 하는 과제가 있다. 또, 상기 전송 장치는, 회전체를 경유한 전력 전송을 상정한 것은 아니어서, 슬립 링 장치 대신에 적용할 수 없다고 하는 과제도 있다.
본 발명은, 상기와 같은 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 슬립 링 장치에 의한 전력의 다중화 전송 기능을 비접촉으로 실현 가능하게 하는 무선 전력 전송에 의한 가동부 다중화 전송 시스템을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
본 발명에 따른 무선 전력 전송에 의한 가동부 다중화 전송 시스템은, 전력을 공급하는 1차 송신 전원과, 1차 송신 전원으로부터의 전력을 무선 전송하는 복수 계통의 송신 안테나 및 쌍을 이루는 송신 안테나로부터의 전력을 수신하는 복수 계통의 수신 안테나로 이루어지는 송수신부와, 쌍을 이루는 송신 안테나의 공진 조건을 성립시키는 복수 계통의 송신 전원 회로와, 쌍을 이루는 수신 안테나의 공진 조건을 성립시키는 복수 계통의 수신 전원 회로를 구비하되, 송신 안테나는, 회전체의 축심(軸心)을 대략 중심으로 하여 배치되거나 축심 주위에 배치되는 송신측 코일과, 계통마다 송신측 코일에 의한 자속을 제어하도록, 쌍을 이루는 송신측 코일의 축심을 대략 중심으로 하여 배치된 소정의 투자율(透磁率)의 송신측 스페이서를 구비하고, 수신 안테나는, 송신측 코일의 배치 형태와 동일한 형태로, 회전체의 축심을 대략 중심으로 하여 배치되거나 축심 주위에 배치되는 수신측 코일과, 계통마다 수신측 코일에 의한 자속을 제어하도록, 쌍을 이루는 수신측 코일의 축심을 대략 중심으로 하여 배치된 소정의 투자율의 수신측 스페이서를 구비한 것이다.
본 발명에 따르면, 상기와 같이 구성했으므로, 슬립 링 장치에 의한 전력의 다중화 전송 기능을 비접촉으로 실현 가능하게 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시의 형태 1에 따른 무선 전력 전송에 의한 가동부 다중화 전송 시스템의 구성을 나타내는 모식도이다.
도 2는 본 발명의 실시의 형태 1에 있어서의 송수신부의 구성을 나타내는 모식도이며, (a) 송수신부의 측면도이며, (b) 송신 안테나 및 수신 안테나의 정면도이다.
도 3은 본 발명의 실시의 형태 1에 있어서의 송신 안테나의 단체(單體)의 구성을 나타내는 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시의 형태 2에 있어서의 송수신부의 구성을 나타내는 모식도이며, (a) 송수신부의 측면도이며, (b) 송수신부의 정면도이다.
도 5는 본 발명의 실시의 형태 2에 있어서의 송신 안테나 및 수신 안테나의 구성을 나타내는 정면도이다.
도 6은 본 발명의 실시의 형태 3에 있어서의 송신 안테나 및 수신 안테나의 구성을 나타내는 정면도이다.
도 7은 본 발명의 실시의 형태 4에 있어서의 송수신부의 구성을 나타내는 측면도이다.
이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명하기 위해서, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대해서, 첨부의 도면에 따라서 설명한다.
실시의 형태 1.
도 1은 본 발명의 실시의 형태 1에 따른 무선 전력 전송에 의한 가동부 다중화 전송 시스템의 구성을 나타내는 모식도이다.
무선 전력 전송에 의한 가동부 다중화 전송 시스템은, 기구적인 회전체(도시 생략)를 경유하여 전원 라인을 부하 기기 등(도시 생략)에 접속하는 경우 등에 이용되는 것이며, 전기 신호를 포함한 복수 계통의 전력을 병렬로 무선 전송하는 장치이다. 이 무선 전력 전송에 의한 가동부 다중화 전송 시스템은, 도 1에 나타내는 바와 같이, 1차 송신 전원(1), 송신 전원 회로(2), 송수신부(3) 및 수신 전원 회로(4)로 구성되어 있다. 또, 송수신부(3)는, 송신 안테나(5) 및 수신 안테나(6)를 가지고 있다. 그리고, 가동부 다중화 전송 시스템은, 다중화 전송을 행하기 위해, 송신 전원 회로(2), 송신 안테나(5), 수신 안테나(6) 및 수신 전원 회로(4)를 각각 복수 계통 가지고 있다(도 1의 예에서는 3 계통 마련한 경우를 나타내고, 각 기능부의 부호에 접미 기호 a ~ c를 부여하고 있다).
1차 송신 전원(1)은, 각 송신 전원 회로(2)를 거쳐서 각 송신 안테나(5)에 대해, 소정의 전력을 공급하는 것이다.
송신 전원 회로(2)는, 1차 송신 전원(1)과 송신 안테나(5) 사이에 배치되어 공명 임피던스 제어에 의해, 쌍을 이루는 송신 안테나(5)의 공진 조건을 성립시키는 것이다.
송신 안테나(5)는, 쌍을 이루는 송신 전원 회로(2)를 거쳐서 1차 송신 전원(1)으로부터 공급된 전력을, 수신 안테나(6)에 무선 전송하는 것이다. 이 송신 안테나(5)의 구성의 상세한 것에 대하여는 후술한다.
수신 안테나(6)는 쌍을 이루는 송신 안테나(5)로부터의 전력을 수신하는 것이다. 이 수신 안테나(6)에 의해 수신된 전력은 수신 전원 회로(4)를 거쳐서 부하 기기 등에 공급된다. 이 수신 안테나(6)의 구성의 상세한 것에 대하여는 후술한다.
수신 전원 회로(4)는, 수신 안테나(6)와 부하 기기 등의 사이에 배치되고, 입력 임피던스 제어에 의해, 쌍을 이루는 수신 안테나(6)의 공진 조건을 성립시키는 것이다.
또, 송수신부(3)의 무선 전송 방식은 특별히 한정되는 것이 아니고, 자계 공명에 의한 방식, 전계 공명에 의한 방식, 전자 유도에 의한 방식 중 어느 하나이어도 좋다.
다음에, 송수신부(3)의 구성에 대해서, 도 2, 3을 참조하면서 설명한다. 도 2는 본 발명의 실시의 형태 1에 있어서의 송수신부(3)의 구성을 나타내는 모식도이며, (a) 송수신부(3)의 측면도이며, (b) 송신 안테나(5) 및 수신 안테나(6)의 정면도이다. 또, 도 3은 단체의 송신 안테나(5)의 구성을 나타내는 사시도이다. 또한 도 3에서는 송신 안테나(5)에 대해 나타내고 있지만, 수신 안테나(6)에 대해서도 마찬가지다.
송수신부(3)는, 도 2(a)에 나타내는 바와 같이, 각 송신 안테나(5) 및 각 수신 안테나(6)가 소정의 갭을 갖고 대향 배치되어 있다.
이 송신 안테나(5)는, 도 2, 3에 나타내는 바와 같이, 송신측 스페이서(7) 및 송신 코일(8)로 구성되어 있다. 또, 수신 안테나(6)도 마찬가지로, 수신측 스페이서(9) 및 수신 코일(10)로 구성되어 있다.
또, 도 2의 예에서는, 송수신부(3)를 3 계통으로 한 경우를 나타내고, 각 기능부의 부호에 접미 기호 a ~ c를 부여하고 있다.
송신측 코일(8)은, 회전체의 축심을 대략 중심으로 하여 배치되거나 축심 주위에 배치되는 것이다. 실시의 형태 1에서는, 각 송신측 코일(8)이, 각각 다른 직경으로 구성되고, 회전체의 축심을 대략 중심으로 하여 각각 소정의 갭을 두고 중첩되어 있다.
송신측 스페이서(7)는, 계통마다 송신측 코일(8)에 의한 자속을 제어하도록, 쌍을 이루는 송신측 코일(8)의 축심을 대략 중심으로 하여 배치된 것이고, 소정의 투자율의 부재에 의해 구성되어 있다. 실시의 형태 1에서는, 각 송신측 스페이서(7)가, 각각 다른 직경으로 구성된 중공 스페이서(이하, 송신측 중공 스페이서(7)라 함)이며, 각각 소정의 갭을 두고 중첩되어 있다.
수신측 코일(10)은, 송신측 코일(8)의 배치 형태와 동일한 형태로, 회전체의 축심을 대략 중심으로 하여 배치되거나 축심 주위에 배치되는 것이다. 실시의 형태 1에서는, 각 수신측 코일(10)이, 각각 다른 직경으로 구성되고, 회전체의 축심을 대략 중심으로 하여 각각 소정의 갭을 두고 중첩되어 있다.
수신측 스페이서(9)는, 계통마다 수신측 코일(10)에 의한 자속을 제어하도록, 쌍을 이루는 수신측 코일(10)의 축심을 대략 중심으로 하여 배치된 것이고, 소정의 투자율의 부재에 의해 구성되어 있다. 실시의 형태 1에서는, 각 수신측 스페이서(9)가, 각각 다른 직경으로 구성된 중공 스페이서(이하, 수신측 중공 스페이서(9)라 함)이며, 각각 소정의 갭을 두고 중첩되어 있다.
또, 도 2에 나타내는 구성(송신 안테나(5) 및 수신 안테나(6)를 대향 배치한 구성)에서는, 각 송신측 중공 스페이서(7) 및 각 수신측 중공 스페이서(9)의 투자율은 모두 동일해도 좋다. 다만, 이 경우에는 전송 효율이 열화한다. 그 때문에, 전송 효율을 고려할 필요가 있는 경우에는, 인접하는 송신측 중공 스페이서(7) 간 및 인접하는 수신측 중공 스페이서(9) 간의 투자율은 각각 다른 것이 좋다. 예를 들면, 도 2에 있어서, 제 1 송신측 중공 스페이서(7a) 및 제 1 수신측 중공 스페이서(9a)의 투자율은 2500으로 하고, 제 2 송신측 중공 스페이서(7b) 및 제 2 수신측 중공 스페이서(9b)의 투자율은 250으로 하고, 제 3 송신측 중공 스페이서(7c) 및 제 3 수신측 중공 스페이서(9c)의 투자율은 25로 한다.
이와 같이, 소정의 투자율의 스페이서(7, 9)를 이용함으로써, 코일(8, 10) 간의 자속을 제어할 수 있어, 결합 자속의 최적화를 도모할 수 있다. 따라서, 무선 전력 전송에 의한 다중화 전송이 가능해진다.
이상과 같이, 이 실시의 형태 1에 따르면, 각 송신측 코일(8)을, 회전체의 축심을 대략 중심으로 하여 각각 갭을 두고 중첩하고, 각 수신측 코일(10)을, 쌍을 이루는 송신측 코일(8)에 갭을 두고 대향시키고, 각각 갭을 두고 중첩하고, 스페이서(7, 9)에 의해 코일(8, 10) 간의 자속을 제어하도록 구성했으므로, 슬립 링 장치에 의한 전력의 다중화 전송 기능을 비접촉으로 실현 가능하게 할 수 있다. 그 결과, 기계적 접점의 마모 열화에 의한 수명 제한이 없어져, 장치의 장기 수명화가 가능해진다. 또, 무선 전력 전송 때문에, 오염에 의한 접촉 불량이나 결로에 의한 누전 등을 막을 수 있기 때문에, 장치의 신뢰성이 향상된다. 추가로, 기계적 접점의 마모에 의해 발생하는 스파크 등도 없기 때문에, 인화성이 있는 기체나 액체 중에 있어도 동작이 가능하다.
또, 도 2에 나타내는 예에서는, 송신 안테나(5) 측에 있어서, 최외층의 송신측 중공 스페이서(7a)의 외주면에 송신측 코일(8a)이 노출되어 권선되어 있다. 이것에 대해서, 그 외측에 추가로 중공 스페이서를 소정의 갭을 두고 중첩하도록 해도 좋다. 이것에 의해, 해당 중공 스페이서가 실드재로서 기능하고, 외부로의 자속 누설을 방지할 수 있다. 수신 안테나(6) 측에 대해서도 마찬가지로 구성 가능하다.
실시의 형태 2.
실시의 형태 1에서는, 송신 안테나(5) 및 수신 안테나(6)를 독립적으로 구성하여 대향 배치했을 경우에 대해 나타냈다. 그에 대해서, 실시의 형태 2에서는, 송신 안테나(5) 및 수신 안테나(6)를 일체로 감합 배치했을 경우에 대해 나타낸다.
또, 실시의 형태 2에 따른 무선 전력 전송에 의한 가동부 다중화 전송 시스템은, 도 1에 나타내는 실시의 형태 1에 따른 무선 전력 전송에 의한 가동부 다중화 전송 시스템의 구성과 같아서, 그 설명을 생략한다.
송수신부(3)의 구성에 대해서, 도 4, 5를 참조하면서 설명한다. 도 4는 본 발명의 실시의 형태 2에 있어서의 송수신부(3)의 구성을 나타내는 모식도이며, (a) 송수신부(3)의 측면도이며, (b) 송수신부(3)의 정면도이다. 또, 도 5는 송신 안테나(5) 및 수신 안테나(6)의 정면도이다. 또, 도 4, 5의 예에서는, 송수신부(3)를 3 계통으로 한 경우를 나타내고, 각 기능부의 부호에 접미 기호 a ~ c를 부여하고 있다.
실시의 형태 2에 있어서의 송수신부(3)는, 도 4에 나타내는 바와 같이, 각 송신 안테나(5) 및 각 수신 안테나(6)가 감합 배치되어 있다. 즉, 도 4(b)에 나타내는 바와 같이, 각 송신측 코일(8)은, 회전체의 축심을 대략 중심으로 하여 각각 소정의 갭을 두고 중첩되고, 또, 각 수신측 코일(10)은, 쌍을 이루는 송신측 코일(8)의 안쪽에 소정의 갭을 두고 인접하여 중첩되어 있다.
또, 수신 안테나(6)는, 도 5에 나타내는 바와 같이, 쌍을 이루는 송신 안테나(5)에 대해서 안쪽에 배치되도록, 해당 송신 안테나(5)보다 작은 직경으로 구성되어 있다.
또, 도 4에 나타내는 구성(송신 안테나(5) 및 수신 안테나(6)를 감합 배치한 구성)에서는, 쌍을 이루는 송신측 중공 스페이서(7) 및 수신측 중공 스페이서(9)의 투자율을 각각 변경할 필요가 있다. 예를 들면, 도 4에 있어서, 제 1 ~ 제 3 송신측 중공 스페이서(7a ~ 7c)의 투자율은 4π×10＾-7로 하고, 제 1 수신측 중공 스페이서(9a)의 투자율은 2500으로 하고, 제 2 수신측 중공 스페이서(9b)의 투자율은 250으로 하고, 제 3 수신측 중공 스페이서(9c)의 투자율은 25로 한다.
이상과 같이, 이 실시의 형태 2에 따르면, 각 송신측 코일(8)을, 회전체의 축심을 대략 중심으로 하여 각각 갭을 두고 중첩하고, 각 수신측 코일(10)을, 쌍을 이루는 송신측 코일(8)에 갭을 두고 인접하여 중첩하고, 쌍을 이루는 송신측 중공 스페이서(7) 및 수신측 중공 스페이서(9)의 투자율을 변경하도록 구성해도, 실시의 형태 1과 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
또, 도 4에 나타내는 예에서는, 최외층의 송신측 중공 스페이서(7a)의 외주면에 송신측 코일(8a)이 노출되어 권선되어 있다. 이것에 대해서, 그 외측에 추가로 중공 스페이서를 소정의 갭을 두고 중첩하도록 해도 좋다. 이것에 의해, 해당 중공 스페이서가 실드재로서 기능하여, 외부로의 자속 누설을 방지할 수 있다. 또, 해당 중공 스페이서와 다음 층의 송신측 중공 스페이서(7a)를 1개의 조로 하여 자속의 제어를 행하게 하는 것도 가능하다.
또, 도 4, 5에 나타내는 예에서는, 수신 안테나(6)를, 쌍을 이루는 송신 안테나(5)보다 작은 직경으로 구성한 경우를 나타냈지만, 이것과는 반대로, 송신 안테나(5)를, 쌍을 이루는 수신 안테나(6)보다 작은 직경으로 구성해도 좋다.
실시의 형태 3.
실시의 형태 1, 2에서는, 코일로서 환상의 코일(5, 6)을 이용하고, 중첩하여 배치하는 경우에 대해 나타냈다. 그에 비해, 실시의 형태 3에서는, 임의의 형상의 코일을 이용하고, 회전체(20)의 외주를 따라서 복수 마련한 경우에 대해 나타낸다. 이하에서는, 타원 형상의 코일(8, 10)을 예로서 설명한다.
또, 실시의 형태 3에 따른 무선 전력 전송에 의한 가동부 다중화 전송 시스템은, 도 1에 나타내는 실시의 형태 1에 따른 무선 전력 전송에 의한 가동부 다중화 전송 시스템의 구성과 같아서, 그 설명을 생략한다.
송수신부(3)의 구성에 대해서, 도 6을 참조하면서 설명한다. 도 6은 본 발명의 실시의 형태 3에 있어서의 송신 안테나(5) 및 수신 안테나(6)의 구성을 나타내는 정면도이다. 또, 도 6의 예에서는, 송수신부(3)(송신 안테나(5) 및 수신 안테나(6))를 3 계통으로 한 경우를 나타내고, 각 기능부의 부호에 접미 기호 a ~ c를 부여하고 있다.
실시의 형태 3에 있어서의 송수신부(3)는, 각 송신 안테나(5) 및 각 수신 안테나(6)가, 소정의 갭을 두고 대향 배치되어 있다.
도 6에 나타내는 바와 같이, 송신측 코일(8)은, 타원 형상으로 구성되고, 회전체(20)의 외주(축심 주위)를 따라서 배치되어 있다. 또한, 수신측 코일(10)은, 타원 형상으로 구성되고, 쌍을 이루는 송신측 코일(8)에 대향하여 회전체(20)의 외주를 따라서 배치되어 있다.
여기서, 송신측 코일(8) 및 수신측 코일(10)의 형상을 타원 형상으로 하는 이유는, 회전체(20)의 회전에 수반하여 송신측 코일(8) 및 수신측 코일(10)이 회전하고 있을 때에, 쌍을 이루는 코일(8, 10) 간에 자속을 공유할 수 있는 시간을 확보하기 위해서이다. 즉, 송신 안테나(5)와 수신 안테나(6)의 회전은 동기되어 있지 않으므로, 쌍을 이루는 코일(8, 10) 간에 항상 자속을 공유할 수 없다. 예를 들면, 제 1 송신측 코일(8a)과 제 1 수신측 코일(10a)이 항상 대향하는 것은 아니고, 제 1 송신측 코일(8a)과 제 2 수신측 코일(10b)이 대향하는 경우도 생긴다. 따라서, 본 구성은, 전력의 전송처가 계통마다 구별되어 있지 않은 경우에 유효하다고 생각할 수 있다.
또, 도 6에 나타내는 구성(임의의 형상의 코일(8, 10)을 이용하고, 송신 안테나(5) 및 수신 안테나(6)를 대향 배치한 구성)에서는, 각 송신측 스페이서(7) 및 각 수신측 스페이서(9)의 투자율은 모두 동일해도 좋다. 예를 들면, 도 6에 있어서, 제 1 ~ 제 3 송신측 스페이서(7a ~ 7c) 및 제 1 ~ 제 3 수신측 스페이서(9a ~ 9c)의 투자율은 1000으로 한다. 다만, 이 경우에는 전송 효율이 열화하기 때문에, 전송 효율을 고려할 필요가 있는 경우에는, 인접하는 송신측 스페이서(7) 간 및 수신측 스페이서(9) 간의 투자율은 각각 다른 것이 좋다.
이상과 같이, 이 실시의 형태 3에 따르면, 임의의 형상의 송신측 코일(8)을, 회전체(20)의 외주를 따라서 배치하고, 임의의 형상의 수신측 코일(10)을, 쌍을 이루는 송신측 코일(8)에 갭을 두고 대향 배치하도록 구성했으므로, 실시의 형태 1에 있어서의 효과에 더하여, 실시의 형태 1에 대해서 구조가 간단하게 되어 염가로 구성하는 것이 가능해진다.
또, 도 6에 나타내는 예에서는, 송신 안테나(5) 측에 있어서, 각 송신측 중공 스페이서(7a ~ 7c)의 외주면에 송신측 코일(8a ~ 8c)이 노출되어 권선되어 있다. 이것에 대해서, 그 외측에 추가로 중공 스페이서를 소정의 갭을 두고 중첩하도록 해도 좋다. 이것에 의해, 해당 중공 스페이서가 실드재로서 기능하여, 외부로의 자속 누설을 방지할 수 있다. 수신 안테나(6) 측에 있어서도 마찬가지로 구성 가능하다.
또, 도 6에 나타내는 예에서는, 회전체(20)의 외주에 송수신부(3)(송신 안테나(5) 및 수신 안테나(6))를 배치하는 경우를 예로서 설명했다. 그렇지만, 이것에 한정하는 것이 아니고, 중공의 회전체(20)의 내부에 송수신부(3)를 배치하도록 해도 좋다.
실시의 형태 4.
실시의 형태 1, 2에서는, 복수 계통의 송신 안테나(5)와 수신 안테나(6)를 중첩하여 배치하는 경우에 대해 나타냈다. 그에 비해, 실시의 형태 4에서는, 1 계통의 송신 안테나(5)와 수신 안테나(6)를 감합 배치한 것을 직렬 접속한 것에 대해 나타낸다. 또, 실시의 형태 4에 따른 무선 전력 전송에 의한 가동부 다중화 전송 시스템은, 도 1에 나타내는 실시의 형태 1에 따른 무선 전력 전송에 의한 가동부 다중화 전송 시스템의 구성과 같아서, 그 설명을 생략한다.
송수신부(3)의 구성에 대해서, 도 7을 참조하면서 설명한다. 도 7은 본 발명의 실시의 형태 4에 있어서의 송수신부(3)의 구성을 나타내는 측면도이다. 또, 도 7의 예에서는, 송수신부(3)를 2 계통으로 한 경우를 나타내고, 각 기능부의 부호에 접미 기호 a, b를 부여하고 있다.
실시의 형태 4에 있어서의 송수신부(3)는, 도 7에 나타내는 바와 같이, 복수의 감합부(11) 및 접속용 중공 스페이서(12)를 구비하고 있다.
감합부(11)는 1 계통의 송신 안테나(5) 및 수신 안테나(6)가 감합 배치된 것이다. 또, 이 감합 구조는 실시의 형태 2와 같아서, 그 설명을 생략한다.
접속용 중공 스페이서(12)는, 대략 동일 축심상을 따라서 인접하는 감합부(11)의 송신측 중공 스페이서(7) 및 수신측 중공 스페이서(9)의 투자율 이하의 투자율의 부재로 이루어지고, 해당 인접하는 감합부(11)를 직렬 접속하는 것이다.
여기서, 도 7에 나타내는 바와 같이, 제 1 송신측 코일(8a)이 권선된 제 1 송신측 중공 스페이서(7a) 및 제 1 수신측 코일(10a)이 권선된 제 1 수신측 중공 스페이서(9a)는 제 1 감합부(11a)를 구성하고 있다. 또, 제 2 송신측 코일(8b)이 권선된 제 2 송신측 중공 스페이서(7b) 및 제 2 수신측 코일(10b)이 권선된 제 2 수신측 중공 스페이서(9b)는 마찬가지로 제 2 감합부(11b)를 구성하고 있다.
그리고, 제 1 감합부(11a) 및 제 2 감합부(11b)는 접속용 중공 스페이서(12)를 거쳐서 직렬 접속된다. 이것에 의해, 인접하는 제 1 감합부(11a)와 제 2 감합부(11b) 간에 있어서의 자속의 공유를 방지할 수 있다. 또, 도 7에서는, 2 계통을 직렬 접속한 경우를 나타냈지만, 복수의 감합부(11)를 마찬가지로 직렬 접속함으로써 복수 계통을 다중화할 수 있다.
또, 도 7에 나타내는 구성(송신 안테나(5) 및 수신 안테나(6)를 감합 배치한 다음에 직렬 접속한 구성)에서는, 예를 들면, 제 1 및 제 2 송신측 중공 스페이서(7a, 7b)의 투자율은 4π×10＾-7로 하고, 제 1 및 제 2 수신측 중공 스페이서(9a, 9b)의 투자율은 1000으로 하고, 접속용 중공 스페이서(12)의 투자율은 4π×10＾-7로 한다.
이상과 같이, 이 실시의 형태 4에 따르면, 1 계통의 송신 안테나(5) 및 수신 안테나(6)가 감합 배치된 복수의 감합부(11)와, 대략 동일 축심상을 따라서 인접하는 감합부(11)의 송신측 스페이서(7) 및 수신측 스페이서(9)의 투자율 이하의 투자율의 부재로 이루어지고, 해당 인접하는 감합부(11)를 직렬 접속하는 접속용 중공 스페이서(12)를 구비하도록 구성했으므로, 실시의 형태 1에 있어서의 효과에 더하여, 실시의 형태 1에 대해서 구조가 간단하게 되어 염가로 구성하는 것이 가능해진다. 또, 실시의 형태 2에 대해서 송신부(3)의 직경을 작게 할 수 있어, 스페이스 절약화를 도모할 수 있다.
또, 도 7에 나타내는 예에서는, 최외층의 송신측 중공 스페이서(7a, 7b)의 외주면에 송신측 코일(8a, 8b)이 노출되어 권선되어 있다. 이것에 대해서, 그 외측에 추가로 중공 스페이서를 소정의 갭을 두고 중첩하도록 해도 좋다. 이것에 의해, 해당 중공 스페이서가 실드재로서 기능하여, 외부에의 자속 누설을 방지할 수 있다. 또, 해당 중공 스페이서와 다음 층의 송신측 중공 스페이서(7a, 7b)를 1개의 조로 하여 자속의 제어를 행하게 하는 것도 가능하다.
또, 실시의 형태 4에서는, 1 계통의 송신 안테나(5) 및 수신 안테나(6)를 감합 배치한 감합부(11)를 직렬 접속하는 경우에 대해 나타냈다. 이것에 대해서, 실시의 형태 2와 조합하여, 2 계통 이상의 송신 안테나(5) 및 수신 안테나(6)를 감합 배치한 감합부(11)를 직렬 접속하도록 해도 좋다.
또, 도 7에 나타내는 예에서는, 수신 안테나(6)를, 쌍을 이루는 송신 안테나(5)보다 작은 직경으로 구성한 경우를 나타냈지만, 이것과는 반대로, 송신 안테나(5)를, 쌍을 이루는 수신 안테나(6)보다 작은 직경으로 구성해도 좋다.
또, 실시의 형태 1, 2, 4에 나타내는 송수신부(3)는, 회전체의 외주에 배치해도 좋고, 중공의 회전체의 내부에 배치하도록 해도 좋다. 또, 송수신부(3)를 회전체의 내부에 배치하는 경우에 있어서, 해당 송수신부(3) 내 가장 안쪽에 배치되는 스페이서(7, 9)는 중공일 필요는 없다.
또, 실시의 형태 1 ~ 4에서는, 송신 안테나(5) 및 수신 안테나(6)를 각각 단일의 코일(송신측 코일(8), 수신측 코일(10))로 구성하는 경우에 대해 나타냈다. 그렇지만, 이것에 한정하는 것이 아니고, 각 코일(8, 10)을, 각각 예를 들면 급전용 코일 및 공명용 코일로 구성해도 좋고, 2개 이상의 코일로 구성하도록 해도 좋다.
또, 실시의 형태 1 ~ 4에 있어서, 1차 송신 전원(1)이 각 송신 안테나(5)에 공급하는 전력은 계통마다 동일 주파수이어도 좋고, 다른 주파수이어도 좋다. 또, 계통마다 주파수가 다른 경우에는, 계통마다의 송신 안테나(5) 및 수신 안테나(6)의 공진 조건도 변경하게 된다.
또, 수신 안테나(6)에서는, 쌍을 이루는 송신 안테나(5) 간의 거리나 부하 전류·부하 임피던스 등에 의해서 공진 조건이 변화한다. 그리고, 수신측 회로(4)에서, 이러한 전송 상황의 변화에 따라서, 수신 안테나(6)에 대해서 성립시키는 공진 조건을 가변으로 하는 기능을 추가해도 좋다. 또 마찬가지로, 송신측 회로(2)에서 송신 안테나(5)의 공진 조건을 가변으로 하는 기능을 추가하도록 해도 좋다. 추가로, 양 회로(2, 4)에 각 안테나(5, 6)의 공진 조건을 가변으로 하는 기능을 추가하도록 해도 좋다.
또, 본원 발명은 그 발명의 범위 내에 있으며, 각 실시의 형태의 자유로운 조합 혹은 각 실시의 형태의 임의의 구성 요소의 변형, 혹은 각 실시의 형태에 대해 임의의 구성 요소의 생략이 가능하다.
(산업상 이용 가능성)
본 발명에 따른 무선 전력 전송에 의한 가동부 다중화 전송 시스템은, 각 송신측 코일을, 회전체의 축심을 대략 중심으로 하여 각각 갭을 두고 중첩하고, 각 수신측 코일을, 쌍을 이루는 송신측 코일에 갭을 두고 대향시키고, 각각 갭을 두고 중첩하고, 스페이서에 의해 코일 간의 자속을 제어하도록 구성하고, 슬립 링 장치에 의한 전력의 다중화 전송 기능을 비접촉으로 실현할 수 있으므로, 복수 계통의 전력을 다중화 전송하는 전력 전송 시스템에 이용하는데 적합하다.
1 : 1차 송신 전원 2, 2a ~ 2c : 송신 전원 회로
3 : 송수신부 4, 4a ~ 4c : 수신 전원 회로
5, 5a ~ 5c : 송신 안테나 6, 6a ~ 6c : 수신 안테나
7, 7a ~ 7c : 송신측 스페이서(송신측 중공 스페이서)
8, 8a ~ 8c : 송신측 코일
9, 9a ~ 9c : 수신측 스페이서(수신측 중공 스페이서)
10, 10a ~ 10c : 수신측 코일 11, 11a, 11b : 감합부
12 : 접속용 중공 스페이서 20 : 회전체

Claims (21)

  1. 회전체를 경유한 무선 전력 전송에 의한 가동부 다중화 전송 시스템으로서,
    전력을 공급하는 1차 송신 전원과,
    상기 1차 송신 전원으로부터의 전력을 무선 전송하는 복수 계통의 송신 안테나 및 쌍을 이루는 상기 송신 안테나로부터의 전력을 수신하는 복수 계통의 수신 안테나로 이루어지는 송수신부와,
    쌍을 이루는 상기 송신 안테나의 공진 조건을 성립시키는 복수 계통의 송신 전원 회로와,
    쌍을 이루는 상기 수신 안테나의 공진 조건을 성립시키는 복수 계통의 수신 전원 회로
    를 구비하되,
    상기 송신 안테나는,
    상기 회전체의 축심을 중심으로 하여 배치되거나 축심 주위에 배치되는 송신측 코일과,
    상기 계통마다 상기 송신측 코일에 의한 자속을 제어하도록, 쌍을 이루는 상기 송신측 코일의 축심을 중심으로 하여 배치된 소정의 투자율의 송신측 스페이서를 구비하고,
    상기 수신 안테나는,
    상기 송신측 코일의 배치 형태와 동일한 형태로, 상기 회전체의 축심을 중심으로 하여 배치되거나 축심 주위에 배치되는 수신측 코일과,
    상기 계통마다 상기 수신측 코일에 의한 자속을 제어하도록, 쌍을 이루는 상기 수신측 코일의 축심을 중심으로 하여 배치된 소정의 투자율의 수신측 스페이서를 구비한
    것을 특징으로 하는 무선 전력 전송에 의한 가동부 다중화 전송 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 각 송신측 코일은, 각각 다른 직경으로 구성되고, 상기 회전체의 축심을 중심으로 하여 각각 갭을 두고 중첩되고,
    상기 각 수신측 코일은, 각각 다른 직경으로 구성되고, 쌍을 이루는 상기 송신측 코일에 갭을 두고 대향하고, 각각 갭을 두고 중첩된
    것을 특징으로 하는 무선 전력 전송에 의한 가동부 다중화 전송 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 각 송신측 코일은, 각각 다른 직경으로 구성되고, 상기 회전체의 축심을 중심으로 하여 각각 갭을 두고 중첩되고,
    상기 각 수신측 코일은, 각각 다른 직경으로 구성되고, 쌍을 이루는 송신측 코일에 갭을 두고 인접하여 중첩되고,
    쌍을 이루는 상기 송신측 스페이서 및 상기 수신측 스페이서는 투자율이 다른
    것을 특징으로 하는 무선 전력 전송에 의한 가동부 다중화 전송 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 각 송신측 코일은, 임의의 형상으로 구성되고, 상기 회전체의 축심 주위에 배치되고,
    상기 각 수신측 코일은, 임의의 형상으로 구성되고, 쌍을 이루는 상기 송신측 코일에 갭을 두고 대향해서 배치된
    것을 특징으로 하는 무선 전력 전송에 의한 가동부 다중화 전송 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 송수신부는,
    1 계통 이상의 상기 송신 안테나 및 상기 수신 안테나가 감합 배치된 복수의 감합부와,
    동일 축심상을 따라서 인접하는 상기 감합부의 송신측 스페이서 및 수신측 스페이서의 투자율 이하의 투자율의 부재로 이루어지고, 해당 인접하는 감합부를 직렬 접속하는 접속용 중공 스페이서
    를 구비하되,
    상기 송신측 코일은 상기 회전체의 축심을 중심으로 하여 배치되고,
    상기 수신측 코일은 쌍을 이루는 송신측 코일에 갭을 두고 인접하여 중첩되고,
    쌍을 이루는 상기 송신측 스페이서 및 상기 수신측 스페이서는 투자율이 다른
    것을 특징으로 하는 무선 전력 전송에 의한 가동부 다중화 전송 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 송수신부는, 최외층의 상기 송신측 스페이서 및 상기 수신측 스페이서 중 적어도 한쪽 스페이서의 외측에 갭을 두고 중첩된 중공 스페이서를 구비한 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송에 의한 가동부 다중화 전송 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 송수신부는 자계 공명에 의해 무선 전송을 행하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송에 의한 가동부 다중화 전송 시스템.

  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 송수신부는 전계 공명에 의해 무선 전송을 행하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송에 의한 가동부 다중화 전송 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 송수신부는 전자 유도에 의해 무선 전송을 행하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송에 의한 가동부 다중화 전송 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 송신측 코일 및 상기 수신측 코일은 각각 2개 이상의 코일로 구성된 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송에 의한 가동부 다중화 전송 시스템.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 1차 송신 전원은 상기 각 송신 안테나에 대해서 상이한 주파수의 전력을 공급하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송에 의한 가동부 다중화 전송 시스템.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 수신 전원 회로는 상기 수신 안테나의 전송 상황에 따라 상기 수신 안테나의 공진 조건을 가변하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송에 의한 가동부 다중화 전송 시스템.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 송신 전원 회로는 상기 송신 안테나의 전송 상황에 따라 상기 송신 안테나의 공진 조건을 가변하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송에 의한 가동부 다중화 전송 시스템.
  14. 제 5 항에 있어서,
    상기 송수신부는, 최외층의 상기 송신측 스페이서 및 상기 수신측 스페이서 중 적어도 한쪽 스페이서의 외측에 갭을 두고 중첩된 중공 스페이서를 구비한 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송에 의한 가동부 다중화 전송 시스템.
  15. 제 5 항에 있어서,
    상기 송수신부는 자계 공명에 의해 무선 전송을 행하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송에 의한 가동부 다중화 전송 시스템.
  16. 제 5 항에 있어서,
    상기 송수신부는 전계 공명에 의해 무선 전송을 행하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송에 의한 가동부 다중화 전송 시스템.
  17. 제 5 항에 있어서,
    상기 송수신부는 전자 유도에 의해 무선 전송을 행하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송에 의한 가동부 다중화 전송 시스템.
  18. 제 5 항에 있어서,
    상기 송신측 코일 및 상기 수신측 코일은 각각 2개 이상의 코일로 구성된 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송에 의한 가동부 다중화 전송 시스템.
  19. 제 5 항에 있어서,
    상기 1차 송신 전원은 상기 각 송신 안테나에 대해서 상이한 주파수의 전력을 공급하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송에 의한 가동부 다중화 전송 시스템.
  20. 제 5 항에 있어서,
    상기 수신 전원 회로는 상기 수신 안테나의 전송 상황에 따라 상기 수신 안테나의 공진 조건을 가변하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송에 의한 가동부 다중화 전송 시스템.
  21. 제 5 항에 있어서,
    상기 송신 전원 회로는 상기 송신 안테나의 전송 상황에 따라 상기 송신 안테나의 공진 조건을 가변하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송에 의한 가동부 다중화 전송 시스템.
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