KR20160027202A - 공진형 전력 전송 장치 및 공진형 전력 다중 전송 시스템 - Google Patents

공진형 전력 전송 장치 및 공진형 전력 다중 전송 시스템 Download PDF

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KR20160027202A
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미쓰비시 덴끼 엔지니어링 가부시키가이샤
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Abstract

공진 조건이 맞추어진 송신용 공진기(3) 및 수신용 공진기(4)를 이용하여 전력을 전송하는 공진형 전력 전송 장치로서, 전력을 공급하는 송신 전원(1)과, 송신 전원(1)으로부터의 전력을 전송하는 송신 안테나(2)와, 송신용 공진기(3)와 수신용 공진기(4)를 1점 접속하는 도전성 물질(7)과, 송신용 공진기(3) 및 수신용 공진기(4)를 거쳐서 송신 안테나(2)로부터의 전력을 수신하는 수신 안테나(5)와, 수신 안테나(5)에 의해 수신된 전력을 수신하는 수신 전원(6)을 구비했다.

Description

공진형 전력 전송 장치 및 공진형 전력 다중 전송 시스템{RESONANT ELECTRICAL POWER TRANSMISSION DEVICE AND RESONANT ELECTRICAL POWER MULTIPLEXED TRANSMISSION SYSTEM}
본 발명은, 공진 조건이 맞추어진 송신용 공진기 및 수신용 공진기를 이용하여 전력을 전송하는 공진형 전력 전송 장치 및 공진형 전력 다중 전송 시스템에 관한 것이다.
종래, 전력의 전송 거리를 연장하기 위해, 자기 공진형의 무선 전력 전송 장치에 있어서, 송전 코일(송신 안테나)과 수전 코일(수신 안테나)의 사이에, n(n은 1 이상의 정수값)개의 중계 코일(중계 안테나)을 배치한 것이 알려져 있다(예컨대 특허 문헌 1 참조).
(선행 기술 문헌)
(특허 문헌)
(특허 문헌 1) 일본 특허 공개 2011-160634호 공보
그렇지만, 특허 문헌 1에 개시된 중계 코일을 사용하는 수법에서는, 인접하는 안테나와 자속을 공유하도록 안테나를 배치할 필요가 있고, 또한, 전송 거리가 먼 경우에는 중계 안테나를 다수 배치할 필요가 있어, 전송 장치가 대형화한다고 하는 과제가 있다. 또한, 중계 안테나를 필요로 하기 때문에, 비용이 증대한다고 하는 과제도 있다.
또한, 인접하는 안테나와 자속을 공유시키는 것에 의해 전력 전송을 행하는 구성이기 때문에, 전송 경로에 자속을 차폐하는 자성체가 있는 경우에는 전송 효율이 극단적으로 저하하여 버린다고 하는 과제가 있다.
또한, 인접하는 안테나와 자속을 공유시키는 것에 의해 전력 전송을 행하는 구성이기 때문에, 안테나 배치에 제한이 도입되어 버린다고 하는 과제가 있다.
또한, 상기 수법을 이용한 무선 전력 전송 장치를 다중화한 경우, 한 계통의 중계 안테나를 다른 계통의 중계 안테나에 접근시키면, 안테나간의 상호 간섭이 발생하여 전송 효율이 저하하여 버린다. 따라서, 다중 전송을 행하기 위해서는, 각 계통의 중계 안테나를 안테나의 직경의 2배 이상 떼어 놓아 설치하든지, 각 계통의 자속을 분리하기 위한 자기 실드 대책을 행할 필요가 있다. 따라서, 전력 전송 장치로서 소형화할 수 없거나, 또는, 자기 실드 대책 등의 비용이 든다고 하는 과제가 있다.
본 발명은, 상기와 같은 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 낮은 비용과 소형화가 가능하고, 고효율의 전력 전송을 가능하게 하는 공진형 전력 전송 장치 및 공진형 전력 다중 전송 장치를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
본 발명과 관련되는 공진형 전력 전송 장치는, 공진 조건이 맞추어진 송신용 공진기 및 수신용 공진기를 이용하여 전력을 전송하는 공진형 전력 전송 장치로서, 전력을 공급하는 송신 전원과, 송신 전원으로부터의 전력을 전송하는 송신 안테나와, 송신용 공진기와 수신용 공진기를 1점 접속하는 도전성 물질과, 송신용 공진기 및 수신용 공진기를 거쳐서 송신 안테나로부터의 전력을 수신하는 수신 안테나와, 수신 안테나에 의해 수신된 전력을 수신하는 수신 전원을 구비한 것이다.
본 발명에 의하면, 상기와 같이 구성했으므로, 낮은 비용과 소형화가 가능하고, 고효율의 전력 전송을 가능하게 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시의 형태 1과 관련되는 공진형 전력 전송 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시의 형태 1과 관련되는 공진형 전력 전송 장치의 구성을 나타내는 회로도이다.
도 3은 본 발명의 실시의 형태 1에 있어서의 안테나 겸용 공진기의 구성을 나타내는 회로도이다.
도 4는 본 발명의 실시의 형태 1과 관련되는 공진형 전력 전송 장치의 적용예를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시의 형태 1과 관련되는 공진형 전력 전송 장치의 다른 적용예를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시의 형태 1과 관련되는 공진형 전력 전송 장치의 다른 적용예를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시의 형태 1과 관련되는 공진형 전력 전송 장치의 다른 적용예를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시의 형태 2와 관련되는 공진형 전력 전송 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 9는 본 발명의 실시의 형태 2에 있어서의 중계기의 구성을 나타내는 회로도이다.
도 10은 본 발명의 실시의 형태 3과 관련되는 공진형 전력 전송 장치의 구성ㆍ적용예를 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시의 형태 3과 관련되는 공진형 전력 전송 장치의 다른 적용예를 나타내는 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시의 형태 3과 관련되는 공진형 전력 전송 장치의 다른 적용예를 나타내는 도면이다.
도 13은 본 발명의 실시의 형태 3과 관련되는 공진형 전력 전송 장치의 다른 적용예를 나타내는 도면이다.
도 14는 본 발명의 실시의 형태 3과 관련되는 공진형 전력 전송 장치의 다른 적용예를 나타내는 도면이다.
도 15는 본 발명의 실시의 형태 3과 관련되는 공진형 전력 전송 장치의 다른 적용예를 나타내는 도면이다.
도 16은 본 발명의 실시의 형태 3과 관련되는 공진형 전력 전송 장치의 다른 적용예를 나타내는 도면이다.
도 17은 본 발명의 실시의 형태 3과 관련되는 공진형 전력 전송 장치의 다른 적용예를 나타내는 도면이다.
도 18은 본 발명의 실시의 형태 4와 관련되는 공진형 전력 전송 장치의 구성ㆍ적용예를 나타내는 도면이다.
도 19는 본 발명의 실시의 형태 4와 관련되는 공진형 전력 전송 장치의 다른 적용예를 나타내는 도면이다.
도 20은 본 발명의 실시의 형태 4와 관련되는 공진형 전력 전송 장치의 다른 적용예를 나타내는 도면이다.
도 21은 본 발명의 실시의 형태 4와 관련되는 공진형 전력 전송 장치의 다른 적용예를 나타내는 도면이다.
도 22는 본 발명의 실시의 형태 4와 관련되는 공진형 전력 전송 장치의 다른 적용예를 나타내는 도면이다.
도 23은 본 발명의 실시의 형태 4와 관련되는 공진형 전력 전송 장치의 다른 적용예를 나타내는 도면이다.
도 24는 본 발명의 실시의 형태 4와 관련되는 공진형 전력 전송 장치의 다른 적용예를 나타내는 도면이다.
도 25는 본 발명의 실시의 형태 5와 관련되는 공진형 전력 다중 전송 시스템의 구성ㆍ적용예를 나타내는 도면이다.
도 26은 본 발명의 실시의 형태 6과 관련되는 공진형 전력 다중 전송 시스템의 구성을 나타내는 회로도이다.
이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명하기 위해, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대하여, 첨부한 도면에 따라 설명한다.
실시의 형태 1.
도 1은 본 발명의 실시의 형태 1과 관련되는 공진형 전력 전송 장치의 구성을 나타내는 블록도이고, 도 2는 그 회로도이다.
공진형 전력 전송 장치는, 전기 신호를 포함하는 전력을 전송하는 장치이다. 이 공진형 전력 전송 장치는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 송신 전원(1), 송신 안테나(2), 송신용 공진기(3), 수신용 공진기(4), 수신 안테나(5), 수신 전원(6) 및 도전성 물질(7)로 구성되어 있다. 또 도 1에 있어서, 송신 전원(1), 송신 안테나(2) 및 송신용 공진기(3)는 송신 장치(8)를 구성하고, 수신용 공진기(4), 수신 안테나(5) 및 수신 전원(6)은 수신 장치(9)를 구성한다.
송신 전원(1)은, 송신 안테나(2)에 대하여, 단일 주파수의 전력을 공급하는 것이다.
송신 안테나(2)는, 송신 전원(1)으로부터 공급된 전력을, 송신용 공진기(3) 및 수신용 공진기(4)를 거쳐서 수신 안테나(5)에 전송하는 것이다.
송신용 공진기(3) 및 수신용 공진기(4)는, 소정의 공진 조건에 맞추어져 공진하는 것이다. 또, 송신 안테나(2)와 송신용 공진기(3), 및 수신 안테나(5)와 수신용 공진기(4)는, 도 2(b), (c)에 나타내는 바와 같이, 각각 접지되더라도 좋다.
또한, 도 1, 2에서는, 송신 안테나(2) 및 송신용 공진기(3)와, 수신 안테나(5) 및 수신용 공진기(4)를 각각 별도로 구성한 경우에 대하여 나타냈지만, 예컨대 도 3에 나타내는 바와 같이, 각각 일체적으로 구성한 안테나 겸용 공진기(10)를 이용하더라도 좋다.
수신 안테나(5)는, 송신용 공진기(3) 및 수신용 공진기(4)를 거쳐서 송신 안테나(2)로부터의 전력을 수신하는 것이다.
수신 전원(6)은, 수신 안테나(5)에 의해 수신된 전력을 부하 기기 등(도시하지 않음)에 공급하는 것이다.
또, 송신용 공진기(3) 및 수신용 공진기(4)의 전송 방식은 특별히 한정되는 것이 아니고, 자계 공명에 의한 방식, 전계 공명에 의한 방식, 전자기 유도에 의한 방식 중 어느 것이더라도 좋다.
도전성 물질(7)은, 송신용 공진기(3)와 수신용 공진기(4)를 1점 접속하는 것이다. 여기서 말하는 「1점 접속」이란, 도 2에 나타내는 바와 같이 송신용 공진기(3)와 수신용 공진기(4)를 접속하는 개소가, 회로도의 관점에서 일 개소가 되는 접속을 말한다. 이 도전성 물질(7)의 형상은, 선 형상이나 판 형상 등, 어떠한 형상이더라도 좋다. 또 도 2(a), (b)는 공진기(3, 4)간의 리턴(return)측에 선 형상의 도전성 물질(7)을 접속한 것이고, 도 2(c)는 공진기(3, 4)간의 핫(hot)측에 선 형상의 도전성 물질(7)을 접속한 것이다. 또한, 도전성 물질(7)은, 공진기(3, 4)간을 1점 접속할 수 있으면 되고, 도 2에 나타내는 접속예로 한정하는 것이 아니고, 예컨대 공진기(3, 4)간에서 비스듬하게 접속하도록 하더라도 좋다.
이와 같이, 공진 조건이 맞추어진 공진기(3, 4)간을 도전성 물질(7)로 1점 접속하는 것에 의해, 송신용 공진기(3)의 공진에 의한 진동 에너지를 도전성 물질(7)을 거쳐서 수신용 공진기(4)에 보내고, 해당 수신용 공진기(4)에 있어서 해당 진동 에너지를 공진에 의해 증폭시킬 수 있다. 이것에 의해, 송신 장치(8)로부터 수신 장치(9)에 전력을 고효율로 전송하는 것이 가능하게 된다.
다음으로, 본 발명과 관련되는 공진형 전력 전송 장치의 적용예에 대하여, 도 4~7을 참조하면서 설명한다.
도 4(a)는 금속제의 로프 등을 본 발명의 도전성 물질(7)로서 이용한 것이다. 이 경우, 로프의 일단에 송신 장치(8)를 접속하고, 이 로프에 연결된 카(엘리베이터, 케이블카, 로프웨이 등)(20) 내에 수신 장치(9)를 배치한다. 이것에 의해, 기존의 로프 등을 거쳐서 카(20)에 전력을 공급할 수 있다.
또한, 도 4(b)는 전자파 실드 룸(21)간의 전력 전송에 본 발명을 적용한 것이다. 전자파 실드 룸(21)과 같이 전계, 자계를 차폐하는 울타리가 있는 경우, 종래 방식으로는 전력을 전송할 수 없다. 그렇지만, 본 발명의 방식에서는, 한쪽의 전자파 실드 룸(21a)에 설치된 송신 장치(8)와, 다른 쪽의 전자파 실드 룸(21b)에 설치된 수신 장치(9)를 도전성 물질(7)로 1점 접속하는 것에 의해, 용이하게 전력을 전송할 수 있다. 또한, 송신 장치(8)와 수신 장치(9)의 사이에, 전계, 자계를 차폐하는 방호벽(22) 등이 있는 경우에도 마찬가지로 전력 전송이 가능하다.
또한, 도 5(a)는 지상으로부터 절연된 공간을 구비한 이동체(자동차, 바이크, 자전거 등)(23)에 본 발명을 적용한 것이다. 이 경우, 상기 공간 내에 송신 장치(8) 및 수신 장치(9)를 배치한다. 여기서, 상기 공간이 도전성의 소재로 구성되어 있는 경우에는, 이것을 본 발명의 도전성 물질(7)로서 이용할 수 있고, 송신 장치(8) 및 수신 장치(9)를 상기 공간 내에 볼트 등으로 접속하는 것만으로 전력을 전송하는 것이 가능하게 된다. 따라서, 배선 작업이 불필요하게 됨과 아울러 장치(8, 9)의 설치 자유도가 향상된다.
또한, 도 5(b)는 기존의 도전성의 수도관(24)을 본 발명의 도전성 물질(7)로서 이용한 것이다. 또 이 경우, 수도관(24)은 대지(GND)와 절연되어 있을 필요가 있다. 이것에 의해, 전력 전송을 위한 배선 작업이 불필요하게 된다.
또한, 도 6은 배(25)로부터 수중용 장치(수중 탐사기 등)(26)로의 전력 공급에 본 발명을 적용한 것이다. 이 경우, 배(25)에 송신 장치(8)를 배치하고, 수중용 장치(26)에 수신 장치(9)를 배치한다. 또, 도전성 물질(7)로서는 기존의 금속제의 와이어 등을 이용하면 된다.
또한, 도 7(a)의 좌측은 기존의 전선(27)을 본 발명의 도전성 물질(7)로서 이용한 것이고, 우측은 옥내의 기존의 배선(28)을 본 발명의 도전성 물질(7)로서 이용한 것이다. 또, 부호 29, 30은 각각 브레이커, 콘센트이다. 이것에 의해, 본래, 전선(27)이나 배선(28)에 흐르고 있는 상용 주파수의 전력에 대하여, 다른 고주파의 전력을 전송하는 것이 가능하게 된다. 또, 도 7(b)에 나타내는 바와 같이, 송신 전원(1)의 전력으로서, 옥외에 설치된 태양 발전기(31)에 의한 전력을 이용하더라도 좋다.
이상과 같이, 본 실시의 형태 1에 의하면, 공진 조건이 맞추어진 송신용 공진기(3) 및 수신용 공진기(4)를 이용하여 전력을 전송하는 공진형 전력 전송 장치로서, 전력을 공급하는 송신 전원(1)과, 송신 전원(1)으로부터의 전력을 전송하는 송신 안테나(2)와, 송신용 공진기(3)와 수신용 공진기(4)를 1점 접속하는 도전성 물질(7)과, 송신용 공진기(3) 및 수신용 공진기(4)를 거쳐서 송신 안테나(2)로부터의 전력을 수신하는 수신 안테나(5)와, 수신 안테나(5)에 의해 수신된 전력을 수신하는 수신 전원(6)을 구비하였으므로, 간이한 구성이기 때문에 낮은 비용과 소형화가 가능하고, 근거리로부터 원거리까지 고효율의 전력 전송을 가능하게 할 수 있다.
또한, 종래 방식에 의한 송신 안테나(2), 송신용 공진기(3), 수신용 공진기(4) 및 수신 안테나(5)간의 직접적인 공간 자속의 공진 결합을 필요로 하지 않고, 전송 거리나 방향을 임의로 설정할 수 있다.
실시의 형태 2.
도 8은 본 발명의 실시의 형태 2와 관련되는 공진형 전력 전송 장치의 구성을 나타내는 블록도이다. 이 도 8에 나타내는 실시의 형태 2와 관련되는 공진형 전력 전송 장치는, 도 1에 나타내는 실시의 형태 1과 관련되는 공진형 전력 전송 장치에 중계기(11)를 추가한 것이다. 그 밖의 구성은 동일하고, 동일한 부호를 붙이고 그 설명을 생략한다.
중계기(11)는, 송신용 공진기(3)와 수신용 공진기(4)의 사이에 배치되고, 송신용 공진기(3) 및 수신용 공진기(4)의 공진 조건과 동일한 공진 조건에 맞추어진 중계용의 공진기이다. 이 중계기(11)로서는, 예컨대 도 9에 나타내는 것과 같은 것을 들 수 있다. 도 9(a)는 공진기를 1점 접속한 것, 도 9(b)는 송신측과 수신측의 공진기를 무선 접속한 것, 도 9(c)~(e)는 접속된 도전성 물질(7)의 임피던스를 이용한 것이다.
이 중계기(11)를 이용하는 것에 의해, 송신용 공진기(3)로부터의 전력을 일단 중계기(11)에서 수신하여 증폭시켜 수신용 공진기(4)에 보낼 수 있어, 전송 효율을 향상시킬 수 있다.
이상과 같이, 본 실시의 형태 2에 의하면, 송신용 공진기(3)와 수신용 공진기(4)의 사이에, 공진 조건이 맞추어진 중계기(11)를 구비하였으므로, 실시의 형태 1에 나타내는 구성에 비하여, 보다 전송 효율을 향상시키는 것이 가능하게 된다.
실시의 형태 3.
도 10은 본 발명의 실시의 형태 3과 관련되는 공진형 전력 전송 장치의 구성ㆍ적용예를 나타내는 도면이다. 이 도 10에 나타내는 실시의 형태 3과 관련되는 공진형 전력 전송 장치는, 도 1에 나타내는 실시의 형태 1과 관련되는 공진형 전력 전송 장치의 구성에 대하여, 수신용 공진기(4)를 복수 마련하고, 도전성 물질(7)에 의해 송신용 공진기(3)와 복수의 수신용 공진기(4)를 각각 접속시킨 것이다. 또한 도 10에서는, 수신 장치(9) 대신에, 수신 안테나(5) 및 수신 전원(6)으로 이루어지는 수신 장치(9b)를 구비하고, 수신용 공진기(4)와는 별도로 구성하고 있다. 그 밖의 구성은 동일하고, 동일한 부호를 붙이고 그 설명을 생략한다.
도 10은 주차 구역에 주차된 차량(32)으로의 전력 공급에 본 발명을 적용한 것이다. 이 경우, 복수의 수신용 공진기(4)를 각 주차 구역의 지면의 아래에 배치한다. 이것에 의해, 수신 장치(9b)를 구비한 차량(32)이 상기 주차 구역에 주차했을 때에, 해당 차량(32)에 전력을 공급할 수 있다.
또한, 도 11(a)는 전차(33)로의 전력 공급에 본 발명을 적용한 것이다. 이 경우, 레일(34) 및 전차(33)의 바퀴(35)를 도전성 물질(7)로서 이용하고, 레일(34)에 접속된 송신 장치(8)로부터 각 차량에 배치된 수신 장치(9)에 전력을 공급한다. 또, 레일(34)은 GND 접지시키지 않고, 전위적으로 플로팅(floating)한 상태일 필요가 있다. 종래, 고속 철도에서는, 전력 전송용의 팬터그래프(pantograph)의 사용이 곤란하게 되어 있었지만, 본 발명을 적용하는 것에 의해 팬터그래프를 이용하지 않고 전력 전송을 행하는 것이 가능하게 된다.
또한, 도 11(b)는 전차(33)로의 다른 전력 공급에 본 발명을 적용한 것이다. 도 11(b)는 차내의 좌석(36)의 아래 또는 뒷좌석에서 이용하는 테이블(37) 내에 수신용 공진기(4)를 배치한 것이다. 이것에 의해, 이용자가 수신 장치(9b)를 구비한 기기(스마트폰, PC, 모바일 라우터 등)를 갖고 앉는 것만으로, 또는 테이블(37) 위에 두는 것만으로, 해당 기기에 전력을 공급할 수 있다. 따라서, 기기의 충전시에 콘센트에 접속할 필요가 없어져, 편리성이 향상된다. 또, 송신 장치(8)는 전차(33)의 밖에 설치하는 경우에 한하지 않고, 차내에 설치하도록 하더라도 좋다.
또한, 도 12(a)는 무선 다리미(38)로의 전력 공급에 본 발명을 적용한 것이다. 이 경우, 복수의 수신용 공진기(4)를 다리미판(39)의 내부에 평면 형상으로 배치한다. 이것에 의해, 수신 장치(9b)를 구비한 무선 다리미(38)를 이용하여 다림질을 행하고 있는 동안, 해당 무선 다리미(38)에 전력을 공급할 수 있어, 온도가 내려가는 일 없이 연속 구동시킬 수 있다.
또한, 도 12(b)는 시트 부재(테이블보, 매트, 카펫 등)(40)에 본 발명을 적용한 것이다. 이 경우, 복수의 수신용 공진기(4)를 시트 부재(40)의 내부에 평면 형상으로 배치한다. 이것에 의해, 수신 장치(9b)를 구비한 기기(청소기 등)가 시트 부재(40) 위에 놓였을 때에, 해당 기기에 전력을 공급할 수 있다. 또, 도 13(a)에 나타내는 바와 같이, 기존의 배선(28)(또는 전선(27))을 본 발명의 도전성 물질(7)로서 이용한 것에 상기 시트 부재(40)를 이용하더라도 좋다. 도 13(b), 14(a)는 또한, 송신 전원(1)의 전력으로서, 옥외에 설치된 태양 발전기(31)에 의한 전력을 이용한 것이다. 또한, 도 14(b)는 도전성 물질(7)을 콘센트(30)의 한 극을 거쳐서 접속한 것이다. 또 도 14(b)에서는 중계기(11)를 이용하고 있지만, 이용하지 않더라도 좋다.
또한, 도 15(a)는 보행 로봇(41)으로의 전력 공급에 본 발명을 적용한 것이다. 이 경우, 복수의 수신용 공진기(4)를 보행면(지면, 바닥 등)의 아래에 평면 형상으로 배치하고, 보행 로봇(41)의 다리 부분에 수신 장치(9b)를 배치한다. 이것에 의해, 보행 로봇(41)이 보행면을 보행하고 있는 동안, 해당 보행 로봇(41)에 전력을 공급할 수 있다. 또한, 송신 장치(8)에 정보 송신 장치(42)를 마련하고, 수신 장치(9b)에 정보 수신 장치(43)를 마련하는 것에 의해, 전력 전송에 한하지 않고, 보행에 관한 정보(보행 위치, 방향 등)를 전송하는 것도 가능하다. 또한, 보행 로봇(41)에 한하지 않고, 신발, 지팡이, 청소기 등에도 마찬가지로 적용 가능하다. 또, 신발에 본 발명을 적용한 경우, 예컨대 시각 장애자용 어플리케이션을 제공할 수 있다. 즉, 수신 장치(9b)에 바이브레이터를 접속하고, 종래의 점자 매트가 배치된 개소에 수신용 공진기(4)를 배치하는 것에 의해, 해당 신발이 수신용 공진기(4) 위에 위치했을 때에 바이브레이터의 진동에 의해 점자 매트를 모의(模擬)할 수 있다.
또한, 도 15(b)는, 골프 클럽(44)의 스윙의 가속도나 압력, 각도 등을 계측하는 센서(45)로의 전력 공급에 본 발명을 적용한 것이다. 이 경우, 복수의 수신용 공진기(4)를 지면의 아래에 평면 형상으로 배치하고, 골프 클럽(44)의 헤드 부분에 센서(45)를 갖는 수신 장치(9b)를 배치한다. 이것에 의해, 골프 클럽(44)을 지면에 접근시켰을 때에, 해당 골프 클럽(44)의 센서(45)에 전력을 공급할 수 있다. 이것에 의해, 센서(45)를 동작시키기 위한 배터리를 골프 클럽(44) 내에 마련할 필요가 없어져, 골프 클럽(44) 자체를 경량화시킬 수 있다. 또한, 골프 클럽(44)에 한하지 않고, 테니스ㆍ탁구 라켓, 배트, 낚싯대, 모바일 기기 등에도 마찬가지로 적용 가능하다.
또한, 도 16은 비행체(비행기, 헬리콥터, 기구, 미사일, 인공위성, 우주정거장, 리니어 모터카 등)(46)에 본 발명을 적용한 것이다. 여기서, 비행체(46) 내의 공간이 도전성의 소재로 구성되어 있는 경우에는, 이것을 본 발명의 도전성 물질(7)로서 이용할 수 있고, 송신 장치(8) 및 수신 장치(9)를 상기 공간 내에 볼트 등으로 접속하는 것만으로 전력을 전송하는 것이 가능하게 된다. 따라서, 배선 작업이 불필요하게 됨과 아울러 장치(8, 9)의 설치 자유도가 향상된다.
또한, 도 17(a)는 침대(47)에 본 발명을 적용한 것이다. 이 경우, 복수의 수신용 공진기(4)를 침대(47)의 내부에 평면 형상으로 배치한다. 이것에 의해, 수신 장치(9b)를 구비한 기기를 침대(47)에 두는 것만으로, 해당 기기에 전력을 공급할 수 있다. 또, 수신용 공진기(4)로서, 침대(47)의 스프링 기능을 겸용한 공진기를 이용하더라도 좋다.
또한, 도 17(b)는 욕조(48)에 본 발명을 적용한 것이다. 이 경우, 복수의 수신용 공진기(4)를 욕조(48)의 벽면의 뒤쪽에 평면 형상으로 배치한다. 이것에 의해, 수신 장치(9b)를 구비한 기기(텔레비전, 라디오, 스마트폰, 전기면도기, 안경 세정기, 제트 버블 장치 등)를 해당 벽면에 접근시키는 것만으로, 해당 기기에 전력을 공급할 수 있다. 또, 본 발명에서는 송신측과 수신측이 1점으로 접속되어 있기 때문에, 전류가 흐르는 루트가 없고, 감전의 우려가 없다고 하는 이점도 있다.
이상과 같이, 본 실시의 형태 3에 의하면, 수신용 공진기(4)는 복수 마련되고, 도전성 물질(7)은, 송신용 공진기(3)와 복수의 수신용 공진기(4)를 접속하도록 구성했으므로, 실시의 형태 1에 있어서의 효과에 더하여, 단일 송신 장치(8)로, 광범위에 대하여 전력 공급을 행하는 것이 가능하게 된다. 즉, 종래의 방법에서는, 송신 장치와 수신 장치를 1대 1의 관계로 마련할 필요가 있고, 광범위에 대한 전력 공급에서는 설치 비용이 증대하여 버린다. 그것에 비하여, 본 발명에서는 단일 송신 장치(8)를 일선(一線) 접속에 의해 복수의 수신 장치(9)와 접속시키는 것에 의해 용이하게 전력 전송을 할 수 있기 때문에, 저비용으로 광범위에 대한 전력 전송이 가능하게 된다.
실시의 형태 4.
도 18은 본 발명의 실시의 형태 4와 관련되는 공진형 전력 전송 장치의 구성ㆍ적용예를 나타내는 도면이다. 이 도 18에 나타내는 실시의 형태 4와 관련되는 공진형 전력 전송 장치는, 도 1에 나타내는 실시의 형태 1과 관련되는 공진형 전력 전송 장치의 도전성 물질(7)을 2개로 분리시켜, 한쪽을 송신용 공진기(3)에 접속시키고, 다른 쪽을 수신용 공진기(4)에 접속시킨 것이다. 그리고, 양쪽이 접촉했을 때에 송신 장치(8)로부터 수신 장치(9)로의 전력 전송을 가능하게 한다. 그 밖의 구성은 동일하고, 동일한 부호를 붙이고 그 설명을 생략한다.
도 18은 주차 구역에 주차된 차량(32)으로의 전력 공급에 본 발명을 적용한 것이다. 이 경우, 송신 장치(8)에 접속된 도전성 물질(7)의 말단에는, 수신 장치(9)에 접속된 도전성 물질(7)(접촉선(71))과의 접촉을 용이하게 하기 위해, 전극판(72) 등의 도전성의 판 형상 부재가 마련되어 있다. 그리고, 이 전극판(72)이 각 주차 구역의 지면에 배치되어 있다. 이것에 의해, 접촉선(71)을 갖는 수신 장치(9)를 구비한 차량(32)이 상기 주차 구역에 주차했을 때에, 전극판(72)과 접촉선(71)이 접촉하는 것에 의해, 해당 차량(32)에 전력을 공급할 수 있다.
또한, 도 19(a)는 전차(33)로의 전력 공급에 본 발명을 적용한 것이다. 이 경우, 차내의 뒷좌석(36)에서 이용하는 테이블(37) 위에 송신 장치(8)에 접속된 전극판(72)이 배치되어 있다. 이것에 의해, 접촉선(71)을 갖는 수신 장치(9)를 구비한 기기를 테이블(37)의 전극판(72) 위에 두는 것만으로, 해당 기기에 전력을 공급할 수 있다. 또, 송신 장치(8)는 전차(33)의 밖에 설치하는 경우에 한하지 않고, 차량 내에 설치하도록 하더라도 좋다.
또한, 도 19(b)는 욕조(48)에 본 발명을 적용한 것이다. 이 경우, 욕조(48)의 벽면에 송신 장치(8)에 접속된 전극판(72)이 배치되어 있다. 이것에 의해, 접촉 구조(자석에 의한 흡인 구조 등)를 갖는 수신 장치(9)를 구비한 기기를 벽면의 전극판(72)에 접촉시키는 것만으로, 해당 기기에 전력을 공급할 수 있다. 또, 본 발명에서는 송신측과 수신측이 1점으로 접속되어 있기 때문에, 전류가 흐르는 루트가 없고, 감전의 우려가 없다고 하는 이점도 있다.
또한, 도 20(a)는 테이블(49)에 본 발명을 적용한 것이다. 이 경우, 테이블(49) 위에 송신 장치(8)에 접속된 도전성 시트 부재(50) 등을 붙인다. 이것에 의해, 접촉선(71)을 갖는 수신 장치(9)를 구비한 기기를 도전성 시트 부재(50) 위에 두는 것만으로, 해당 기기에 전력을 공급할 수 있다.
또한, 도 20(b)는 시트 부재에 본 발명을 적용한 것이다. 이 경우, 시트 부재로서 송신 장치(8)에 접속된 도전성 시트 부재(50)를 이용한다. 이것에 의해, 접촉선(71)을 갖는 수신 장치(9)를 구비한 기기가 도전성 시트 부재(50) 위에 놓였을 때에, 해당 기기에 전력을 공급할 수 있다. 또, 도 21(a)에 나타내는 바와 같이, 기존의 배선(28)(또는 전선(27))을 본 발명의 도전성 물질(7)로서 이용한 것에 상기 도전성 시트 부재(50)를 이용하더라도 좋다. 도 21(b), 도 22(a)는 또한, 송신 전원(1)의 전력으로서, 옥외에 설치된 태양 발전기(31)에 의한 전력을 이용한 것이다. 또한, 도 22(b)는 도전성 물질(7)을 콘센트(30)의 한 극을 거쳐서 접속한 것이다. 또 도 22(b)에서는 중계기(11)를 이용하고 있지만, 이용하지 않더라도 좋다.
또한, 도 23(a)는 보행 로봇(41)으로의 전력 공급에 본 발명을 적용한 것이다. 이 경우, 보행면 위에 송신 장치(8)에 접속된 도전성 시트 부재(50) 등을 배치하고, 보행 로봇(41)의 신발의 저면에 수신 장치(9)에 접속된 전극판(72)을 배치한다. 이것에 의해, 보행 로봇(41)이 보행면을 보행하고 있는 동안, 해당 보행 로봇(41)에 전력을 공급할 수 있다. 또한, 송신 장치(8)에 정보 송신 장치(42)를 마련하고, 수신 장치(9)에 정보 수신 장치(43)를 마련하는 것에 의해, 전력 전송에 한하지 않고, 보행에 관한 정보(보행 위치, 방향 등)를 전송하는 것도 가능하다. 또한, 보행 로봇(41)에 한하지 않고, 신발, 지팡이, 청소기 등에도 마찬가지로 적용 가능하다. 또, 신발에 본 발명을 적용한 경우, 예컨대 시각 장애자용 어플리케이션을 제공할 수 있다. 즉, 신발에 바이브레이터를 마련하고, 종래 이용한 점자 매트 대신에 송신 장치(8)가 접속된 도전성 시트 부재(50)를 배치하는 것에 의해, 해당 신발이 도전성 시트 부재(50)에 접촉했을 때에 바이브레이터의 진동에 의해 점자 매트를 모의할 수 있다.
또한, 도 23(b)는 골프 클럽(44)의 스윙의 가속도나 압력, 각도 등을 계측하는 센서(45)로의 전력 공급에 본 발명을 적용한 것이다. 이 경우, 이용자가 모바일형의 송신 장치(8)를 주머니 등에 넣어서 갖고, 도전성 샤프트(73)로 구성된 골프 클럽(44)의 헤드 부분에 수신 장치(9)를 배치하고, 그립 부분에 도전성 샤프트(73)를 거쳐서 수신 장치(9)에 접속된 전극판(72)을 배치한다. 이것에 의해, 이용자가 골프 클럽(44)을 잡았을 때에, 해당 골프 클럽(44)의 센서(45)에 전력을 공급할 수 있다. 이것에 의해 센서(45)를 동작시키기 위한 배터리를 골프 클럽(44) 내에 마련할 필요가 없어지기 때문에, 골프 클럽(44) 자체를 경량화시킬 수 있다. 또한, 골프 클럽(44)에 한하지 않고, 테니스ㆍ탁구 라켓, 배트, 낚싯대, 모바일 기기 등에도 마찬가지로 적용 가능하다.
또한, 도 24(a)는 가방(51) 내의 기기로의 전력 공급에 본 발명을 적용한 것이다. 이 경우, 바닥에 송신 장치(8)에 접속된 도전성 시트 부재(50)를 배치하고, 가방(51) 내에 수신 장치(9)에 접속된 전극판(72)을 배치한다. 이것에 의해, 가방(51)을 도전성 시트 부재(50) 위에 두는 것만으로, 해당 가방(51) 내의 수신 장치(9)에 전력을 공급할 수 있다. 또한, 도 24(b)는 가방(51)의 옷감 내에 복수의 수신용 공진기(4)를 평면상에 배치한 것이다.
이상과 같이, 본 실시의 형태 4에 의하면, 도전성 물질(7)을 2개로 분리하여, 한쪽을 송신용 공진기(3)에 접속하고, 다른 쪽을 수신용 공진기(4)에 접속하더라도, 실시의 형태 3과 동일한 효과를 얻을 수 있다.
실시의 형태 5.
도 25는 본 발명의 실시의 형태 5와 관련되는 공진형 전력 다중 전송 시스템의 구성을 나타내는 도면이다. 이 도 25에 나타내는 실시의 형태 5와 관련되는 공진형 전력 다중 전송 시스템은, 도 1에 나타내는 실시의 형태 1과 관련되는 공진형 전력 전송 장치를 복수 계통 마련한 것이다. 그 밖의 구성은 동일하고, 동일한 부호를 붙이고 그 설명을 생략한다.
도 25에 나타내는 바와 같이, 본 발명에 의한 공진형 전력 전송 장치를 다중으로 구성하는 것에 의해, 각 계통의 상호 간섭이 없고, 독립된 전력 전송을 가능하게 한 시스템을 얻을 수 있다. 그리고, 전송 경로상에서의 상호 간섭이 없기 때문에, 각 계통을 접근시킨 시스템 구성이 가능하다. 따라서, 예컨대 주차 구역에 주차하여 충전을 행한 차량(32)에 대하여 과금을 행하기 위한 과금ㆍ정보 시스템에 본 발명을 적용할 수 있다.
또한, 전송 경로상에서의 상호 간섭이 없기 때문에, 사용하는 주파수를 하나로 고정할 수 있기 때문에, ISM 대역 등을 사용하는 것에 의해, 전파법의 규제를 만족시킨 설계를 용이하게 행할 수 있다. 이상에 의해, 송신 전력의 대전력화나 전자 실드 구조의 간이화 등이 가능하다.
또, 도 25(a)는 각 주차 구역의 지면의 아래에 수신용 공진기(4)를 배치한 경우를 나타내고 있고, 도 25(b)는 각 주차 구역의 지면 위에 전극판(72)을 배치했을 경우를 나타내고 있다.
이상과 같이, 본 실시의 형태 5에 의하면, 본 발명의 공진형 전력 전송 장치를 다중으로 구성했으므로, 각 계통의 상호 간섭이 없고, 독립된 전력 전송을 가능하게 할 수 있다. 따라서, 소형화가 가능하게 된다. 또한, 다중 전송에 있어서도 전송 경로상에서의 상호 간섭이 없기 때문에, 사용하는 주파수를 하나로 고정할 수 있기 때문에, ISM 대역 등을 사용하는 것에 의해, 전파법의 규제를 만족시킨 설계를 용이하게 행할 수 있다. 따라서, 송신 전력의 대전력화나 전자 실드 구조의 간이화 등이 가능하다.
실시의 형태 6.
도 26은 본 발명의 실시의 형태 6과 관련되는 공진형 전력 다중 전송 시스템의 구성을 나타내는 회로도이다. 이 도 26에 나타내는 실시의 형태 6과 관련되는 공진형 전력 다중 전송 시스템은, 도 25에 나타내는 실시의 형태 5와 관련되는 공진형 전력 다중 전송 시스템의 도전성 물질(7)을 공통화한 것이다. 이와 같이 구성하더라도 다중 전송이 가능하다. 이 경우, 1개의 계통이 고장에 의해 동작하지 않게 된 경우에도 다른 계통은 그 영향을 받는 일 없이 동작시킬 수 있다(고장 분리가 가능). 따라서, 인공위성이나 풍력 발전 등에서 이용되는 슬립 링 장치의 대체 기능으로서 이용할 수 있다.
이상과 같이, 본 실시의 형태 6에 의하면, 공진형 전력 다중 전송 시스템에 있어서, 각 공진형 전력 전송 장치의 도전성 물질(7)을 공통화하더라도, 실시의 형태 5와 동일한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 실시의 형태 1-6에서는, 송신 안테나(2) 및 수신 안테나(5)를 각각 단일 코일로 구성하는 경우에 대하여 나타냈다. 그렇지만, 이것에 한하는 것이 아니고, 각 코일을, 각각 예컨대 급전용 코일 및 공명용 코일로 구성하더라도 좋고, 2개 이상의 코일로 구성하도록 하더라도 좋다.
또한, 실시의 형태 1-6에 있어서, 수신 안테나(5)에서는, 쌍이 되는 송신 안테나(2)간의 거리나 부하 전류ㆍ부하 임피던스 등에 의해 공진 조건이 변화한다. 그래서, 수신측에, 이와 같은 전송 상황의 변화에 따라, 수신 안테나(5)에 대하여 성립시키는 공진 조건을 가변으로 하는 수신 전원 회로를 추가하더라도 좋다.
마찬가지로, 실시의 형태 1-6에 있어서, 송신 안테나(2)에서는, 쌍이 되는 수신 안테나(5)간의 거리나 부하 전류ㆍ부하 임피던스 등에 의해 공진 조건이 변화한다. 그래서, 송신측에, 이와 같은 전송 상황의 변화에 따라, 송신 안테나(2)에 대하여 성립시키는 공진 조건을 가변으로 하는 송신 전원 회로를 추가하더라도 좋다.
또, 본원 발명은 그 발명의 범위 내에 있어서, 각 실시의 형태의 자유로운 조합, 혹은 각 실시의 형태의 임의의 구성 요소의 변형, 또는 각 실시의 형태에 있어서 임의의 구성 요소의 생략이 가능하다.
(산업상이용가능성)
본 발명과 관련되는 공진형 전력 전송 장치 및 공진형 전력 다중 전송 시스템은, 송신용 공진기와 수신용 공진기를 1점 접속하는 도전성 물질을 구비하고, 낮은 비용과 소형화가 가능하고, 고효율의 전력 전송을 실현할 수 있기 때문에, 전자파 실드 룸간의 전력 전송 등에 이용하는데 적합하다.
1 : 송신 전원 2 : 송신 안테나
3 : 송신용 공진기 4 : 수신용 공진기
5 : 수신 안테나 6 : 수신 전원
7 : 도전성 물질 8 : 송신 장치
9, 9b : 수신 장치 10 : 안테나 겸용 공진기
11 : 중계기 20 : 카
21, 21a, 21b : 전자파 실드 룸 22 : 방호벽
23 : 이동체 24 : 수도관
25 : 배 26 : 수중용 장치
27 : 전선 28 : 배선
29 : 브레이커 30 : 콘센트
31 : 태양 발전기 32 : 차량
33 : 전차 34 : 레일
35 : 바퀴 36 : 좌석
37 : 테이블 38 : 무선 다리미
39 : 다리미판 40 : 시트 부재
41 : 보행 로봇 42 : 정보 송신 장치
43 : 정보 수신 장치 44 : 골프 클럽
45 : 센서 46 : 비행체
47 : 침대 48 : 욕조
49 : 테이블 50 : 도전성 시트 부재
51 : 가방 71 : 접촉선
72 : 전극판 73 : 도전성 샤프트

Claims (13)

  1. 공진 조건이 맞추어진 송신용 공진기 및 수신용 공진기를 이용하여 전력을 전송하는 공진형 전력 전송 장치로서,
    전력을 공급하는 송신 전원과,
    상기 송신 전원으로부터의 전력을 전송하는 송신 안테나와,
    상기 송신용 공진기와 상기 수신용 공진기를 1점 접속하는 도전성 물질과,
    상기 송신용 공진기 및 상기 수신용 공진기를 거쳐서 상기 송신 안테나로부터의 전력을 수신하는 수신 안테나와,
    상기 수신 안테나에 의해 수신된 전력을 수신하는 수신 전원
    을 구비한 것을 특징으로 하는 공진형 전력 전송 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 송신 안테나 및 상기 송신용 공진기와, 상기 수신 안테나 및 상기 수신용 공진기는 각각 일체적으로 구성된 것을 특징으로 하는 공진형 전력 전송 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 송신용 공진기와 상기 수신용 공진기의 사이에 마련되고, 상기 공진 조건이 맞추어진 중계용 공진기를 구비한 것을 특징으로 하는 공진형 전력 전송 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 수신용 공진기는 복수 마련되고,
    상기 도전성 물질은, 상기 송신용 공진기와 상기 복수의 수신용 공진기를 각각 접속하는
    것을 특징으로 하는 공진형 전력 전송 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 도전성 물질은, 2개로 분리되고, 한쪽이 상기 송신용 공진기에 접속되고, 다른 쪽이 상기 수신용 공진기에 접속된 것을 특징으로 하는 공진형 전력 전송 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 송신용 공진기 및 상기 수신용 공진기는 자계 공명을 행하는 것을 특징으로 하는 공진형 전력 전송 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 송신용 공진기 및 상기 수신용 공진기는 전계 공명을 행하는 것을 특징으로 하는 공진형 전력 전송 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 송신용 공진기 및 상기 수신용 공진기는 전자기 유도를 행하는 것을 특징으로 하는 공진형 전력 전송 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 송신 안테나 및 상기 수신 안테나는, 각각 2개 이상의 코일로 구성된 것을 특징으로 하는 공진형 전력 전송 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 수신 안테나의 전송 상황에 따라 상기 수신 안테나의 공진 조건을 가변하는 수신 전원 회로를 구비한 것을 특징으로 하는 공진형 전력 전송 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 송신 안테나의 전송 상황에 따라 상기 송신 안테나의 공진 조건을 가변하는 송신 전원 회로를 구비한 것을 특징으로 하는 공진형 전력 전송 장치.
  12. 공진 조건이 맞추어진 송신용 공진기 및 수신용 공진기를 이용하여 전력을 전송하는 공진형 전력 전송 장치를 복수 구비한 공진형 전력 다중 전송 시스템으로서,
    상기 공진형 전력 전송 장치는,
    전력을 공급하는 송신 전원과,
    상기 송신 전원으로부터의 전력을 전송하는 송신 안테나와,
    상기 송신용 공진기와 상기 수신용 공진기를 1점 접속하는 도전성 물질과,
    상기 송신용 공진기 및 상기 수신용 공진기를 거쳐서 상기 송신 안테나로부터의 전력을 수신하는 수신 안테나와,
    상기 수신 안테나에 의해 수신된 전력을 수신하는 수신 전원
    을 구비한
    것을 특징으로 하는 공진형 전력 다중 전송 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 각 공진형 전력 전송 장치의 도전성 물질이 공통화된 것을 특징으로 하는 공진형 전력 다중 전송 시스템.
KR1020167003611A 2013-08-23 2014-08-20 공진형 전력 전송 장치 및 공진형 전력 다중 전송 시스템 KR101616685B1 (ko)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013173311 2013-08-23
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