諧振型電力傳輸裝置的製作方法

2023-07-04 04:53:56 2

本發明涉及一種諧振型電力傳輸裝置，其將嵌合配置了發送天線與接收天線的收發部多個系統相對地配置來各自傳輸單一頻率的電力。

背景技術：

以往，已知僅使用固定的單一頻率來實現高效率的多路復用電力傳輸的技術(例如參照專利文獻1)。此專利文獻1所公開的多路復用電力傳輸系統中，通過將由發送天線和接收天線組成的收發部設置多個系統、離開系統間的天線位置以使得相鄰的系統間的耦合係數達到規定值以下，從而減少了相互幹擾。另外，通過在系統間插入屏蔽材料，來減少相互幹擾。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本專利特開第2014-90650號公報

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題

專利文獻1的多路復用傳輸系統中，假定將多個系統的收發部排列在平面上。與此相對，在將上述的多路復用傳輸系統應用於旋轉接頭或滑環等旋轉體的情況下，將收發部的發送天線與接收天線嵌合配置，使各系統的收發部相對配置。在此情況下，由於各系統的發送天線及接收天線與相鄰系統的發送天線及接收天線相對，所以磁通變得易耦合，從而相互幹擾增加。因此，存在以下問題，即，若不適當地設定電磁屏蔽材料的配置，則不能實現各系統獨立的電力傳輸以及其電力傳輸的高效化。另外，也不能實現多路復用傳輸系統的小型化。

本發明是為了解決上述那樣的問題而完成的，其目的在於提供一種諧振型電力傳輸裝置，其將嵌合配置了發送天線與接收天線的收發部多個系統相對地配置來各自傳輸單一頻率的電力，該諧振型電力傳輸裝置能夠減少相互幹擾。

解決技術問題所採用的技術方案

本發明的涉及諧振型電力傳輸裝置，將嵌合配置了發送天線與接收天線的收發部多個系統相對地配置來各自傳輸單一頻率的電力，該諧振型電力傳輸裝置具備磁性片材，該磁性片材被設置在系統間，以發送天線及接收天線中最小外徑的十分之一以上的距離離開收發部而相對地配置。

發明效果

根據本發明，由於如上所述那樣構成，所以在將嵌合配置了發送天線與接收天線的收發部多個系統相對地配置來各自傳輸單一頻率的電力的諧振型電力傳輸裝置中，能夠減少相互幹擾。

附圖說明

圖1是示出本發明的實施方式1的諧振型電力傳輸裝置的結構的示意圖。

圖2是示出用於說明本發明的實施方式1的諧振型電力傳輸裝置的效果的結構的圖，圖2(a)是表示收發部及磁性片材的示意圖，圖2(b)是表示(a)的收發部的主視圖，圖2(c)是(a)的側視圖。

圖3是利用了圖2的結構的模擬結果。

圖4是說明本發明的實施方式1的諧振型電力傳輸裝置的效果的圖，圖4(a)是表示收發部的示意圖，圖4(b)是模擬結果。

圖5是表示本發明的實施方式1的諧振型電力傳輸裝置的另一結構的示意圖。

圖6是表示本發明的實施方式1的諧振型電力傳輸裝置的另一結構的主視圖。

圖7是表示本發明的實施方式2的諧振型電力傳輸裝置的結構的示意圖。

圖8是表示本發明的實施方式2的諧振型電力傳輸裝置的另一結構的示意圖。

圖9是表示本發明的實施方式2的諧振型電力傳輸裝置的另一結構的示意圖。

圖10是表示本發明的實施方式2的諧振型電力傳輸裝置的另一結構的示意圖。

圖11是表示本發明的實施方式2的諧振型電力傳輸裝置的另一結構的示意圖。

圖12是表示本發明的實施方式2的諧振型電力傳輸裝置的另一結構的示意圖。

圖13是表示本發明的實施方式3的諧振型電力傳輸裝置的各系統的磁場相位的圖。

具體實施方式

以下，參照附圖，對本發明的實施方式進行具體說明。

實施方式1.

圖1是表示本發明的實施方式1的諧振型電力傳輸裝置的結構的示意圖。

諧振型電力傳輸裝置由一次電源1、發送電源電路2、收發部3以及接收電源電路4構成。另外，收發部3被設置於旋轉接頭或滑環等旋轉體(未圖示)，具有嵌合配置的發送天線5與接收天線6。而且，諧振型電力傳輸裝置中，為了進行多路復用電力傳輸，多個系統各自具有發送電源電路2、發送天線5、接收天線6以及接收電源電路4(圖1的示例中示出設置有三系統的情況，在各功能部的標號標註後綴標記a～c)。另外，在收發部3的系統間設置有磁性片材7。

一次電源1向各發送電源電路2提供直流電或交流電。

發送電源電路2配置在一次電源1與發送天線5之間，具有：從一次電源1輸入直流電或交流電，將某單一頻率的交流電提供給成對的發送天線5的功能；以及通過共振阻抗控制來使成對的發送天線5的諧振條件成立的功能。此時，對諧振頻率進行調諧。

發送天線5經由成對的發送電源電路2將從一次電源1提供的電力向接收天線6傳輸。

接收天線6接收來自成對的發送天線5的電力。圖1的示例中，示出了在發送天線5的內側配置接收天線6的情況，反之也可以在接收天線6的內側配置發送天線5。通過此接收天線6所接收的電力經由接收電源電路4提供給負載設備等(未圖示)。

另外，收發部3的電力傳輸方式不特別限定，可以是利用磁場共振的方式、利用電場共振的方式、利用電磁感應的方式的任一種。

接收電源電路4配置在接收天線6與負載設備等之間，通過輸入阻抗控制來使成對的接收天線6的諧振條件成立。此時，對諧振頻率進行調諧。

磁性片材7減少收發部3的系統間的相互幹擾，將如鐵氧體或非晶體等那樣透磁率的實部較高、虛部較低的磁性體構成為片材狀而得。此磁性片材7被配置為以該收發部3的發送天線5及接收天線6中最小外徑的十分之一以上的距離離開相鄰的收發部3(圖1的距離l1)。圖1的示例中，磁性片材7隔開接收天線6的外徑的十分之一以上而配置。另外，圖1的示例中，磁性片材7具有包含將收發部3相對於軸向垂直投影的面的面。即，磁性片材7在系統間構成為覆蓋整個收發部3。

另外，從收發部3不只發射磁場，還發射電場。於是，為了防止此電場向其他系統洩漏，也可以使磁性片材7由兩片片材構成，在此片材間設置具有自由電子的構件(導體)。作為此導體，可列舉銅及鋁等金屬構件、碳纖維、導電性塑料等。另外，導體例如構成為片材狀、網狀、環狀等形狀。

另外，收發部3被配置為以發送天線5及接收天線6中最小外徑的二分之一以上的距離離開相鄰系統的收發部3(圖1的距離l2)。圖1的示例中，各收發部3被配置為離開接收天線6的外徑的二分之一以上的距離。

接著，說明如上所述構成的諧振型電力傳輸裝置的效果。

首先，參照圖2、3，說明在收發部3的系統間配置了磁性片材7、或磁性片材7及導體所產生的效果。在此，如圖2所示，使用了在外側分別配置了天線5a～5c，在內側分別配置了天線6a～6c的三系統的收發部3a～3c。另外，發送天線5a～5c和接收天線6a～6c的外徑如圖2(b)所示。另外，收發部3a～3c與磁性片材7的距離如圖2(c)所示。即，圖2所示的磁性片材7被配置為離開接收天線6a～6c的外徑的十分之一以上的距離。另外，不只在收發部3的系統間設置磁性片材7，在設置磁性片材7及導體的情況下也以相同條件進行配置。再者，在此使用了鐵氧體作為磁性片材7，使用了銅板作為導體。

在圖2所示的條件下，收發部3a～3b的系統間什麼都不插入的情況，配置了磁性片材7的情況，配置了磁性片材7及導體的情況下，將模擬各系統中的電力傳輸效率的結果在圖3中示出。在圖3中，標號301示出了收發部3b中的電力傳輸效率，標號302示出了收發部3a、3c中的電力傳輸效率。在此，由於兩端的收發部3a、3c對稱地構成，所以電力傳輸效率是相等的。

如該圖3所示，在收發部3a～3c的系統間什麼都不插入的情況下，各系統中的電力傳輸效率較低，此外其偏差較大。在此，各系統的電力傳輸效率的偏差較大意味著系統間的相互幹擾較大。

另一方面，在收發部3a～3c的系統間配置了磁性片材7的情況下，從收發部3發射的磁通集中至該磁性片材7，無磁損耗地流過磁性片材7。其結果，能夠減少系統間的相互幹擾。由此，各系統中的電力傳輸效率提高，此外其偏差變小。

再者，使磁性片材7相對於收發部3離開發送天線5或接收天線6中最小外徑的十分之一的距離以上的理由是因為：若使磁性片材7過於靠近收發部3，則收發部3與磁性片材7的幹擾變強，會發生損耗。

另外，在收發部3a～3c的系統間配置了磁性片材7及導體的情況下，從收發部3發射的電場比僅配置了磁性片材7的情況減少。其結果，各系統中的電力傳輸效率進一步提高，此外其偏差進一步變小。

另外，參照圖4，說明收發部3的系統間的距離。在此，如圖4(a)所示，使用在外側配置了天線5a～5c、在內側配置了天線6a～6c的三系統的收發部3a～3c。再者，設為在收發部3的系統間什麼都不插入的狀態。另外，發送天線5a～5c和接收天線6a～6c的外徑與圖2(b)相同。對於以此圖4(a)所示的條件使收發部3a～3c的系統間的距離變化的情況，在圖4(b)中示出將模擬各系統中的電力傳輸效率的結果。在圖4(b)中，標號401示出了收發部3b中的電力傳輸效率，標號402示出了收發部3a、3c中的電力傳輸效率。在此，由於兩端的收發部3a、3c被對稱地構成，所以電力傳輸效率相等。

如該圖4(b)所示，通過使收發部3a～3c的系統間的距離離開作為最小外徑的接收天線6的外徑的二分之一以上(圖4的示例中18mm以上)，從而電力傳輸效率提高。

如上文所述，根據本實施方式1，在收發部3的系統間具備以發送天線5及接收天線6中最小外徑的十分之一以上的距離離開收發部3而相對地配置的磁性片材7，因此在將嵌合配置了發送天線5與接收天線6的收發部3多個系統相對地配置來各自傳輸單一頻率的電力的諧振型電力傳輸裝置中，能夠減少相互幹擾。其結果，在多個系統的收發部3中，能進行獨立的高效率電力傳輸。

另外，通過由兩片片材來構成磁性片材7，在該兩片片材之間設置具有自由電子的導體，從而能進一步進行高效率的電力傳輸。

再者，上述說明中，示出了磁性片材7在系統間構成為覆蓋整個收發部3的情況。然而不限於此，例如也可以如圖5所示那樣使得磁性片材7具有包含將接收天線6相對於軸向垂直投影的面的面，與此接收天線6相對地配置。另外，例如也可以如圖6所示那樣使得磁性片材7具有包含將發送天線5相對於軸向垂直投影的面的面，與該發送天線5相對地配置。再者，圖5、6中，省略了一次電源1、發送電源電路2以及接收電源電路4的圖示。這樣，通過減小磁性片材7的面積，從而尤其在磁性片材7內設置金屬板等導體的情況下，能夠實現輕量化。

實施方式2.

實施方式1中示出了通過在收發部3的系統間設置磁性片材7、或磁性片材7及導體來減少系統間的相互幹擾的結構。

另一方面，諧振型電力傳輸裝置中以提高強度為目的，有時將收發部3用蓋部覆蓋。此蓋部為樹脂制或金屬制等。在此，在蓋部為樹脂制的情況下，根據實施方式1的結構，能夠進行系統間獨立的高效率的電力傳輸。然而，在蓋部為金屬制的情況下，來自收發部3的磁場在此金屬中交鏈從而產生渦電流，這導致電力損耗。另外，由於此金屬，發送天線5與接收天線6的諧振條件發生變化，無法進行高效率的電力傳輸。進而，經由此金屬與其他系統之間發生相互幹擾，因此無法進行獨立的電力傳輸。於是，實施方式2中，對即使在用金屬制的蓋部覆蓋收發部3的情況下，也能夠進行系統間獨立的高效率的電力傳輸的結構進行說明。

圖7是表示本發明的實施方式2的諧振型電力傳輸裝置的結構的圖。該圖7所示的實施方式2的諧振型電力傳輸裝置是在圖1所示的實施方式1的諧振型電力傳輸裝置中追加了第二磁性片材8的裝置。其他結構相同，因此標註相同標號並省略其說明。再者，之後的圖7～12中，省略了一次電源1、發送電源電路2以及接收電源電路4的圖示。

第二磁性片材8減少金屬制的蓋部引起的電力損耗，將如鐵氧體或非晶體等那樣透磁率的實部較高、虛部較低的磁性體構成為片材狀而得。該第二磁性片材8被設置在收發部3的系統間以外的周圍，與磁性片材7同樣地，以收發部3的發送天線5及接收天線6中最小外徑的十分之一以上的距離離開該收發部3而相對地配置。圖7的示例中，第二磁性片材8被配置為離開接收天線6的外徑的十分之一以上的距離。

再者，圖7的示例中，在收發部3的外側及裡側未設置第二磁性片材8，但也可以如圖8所示那樣對收發部3用磁性片材7、8覆蓋整面。另外，圖中示出了在磁性片材7、8之間無間隙的情況，但可以有間隙。

另外，與磁性片材7的情況同樣地，為了防止從收發部3發射的電場洩漏，也可以由兩片片材構成第二磁性片材8，在該片材間設置具有自由電子的構件(導體)。作為該導體，可列舉銅及鋁等金屬構件。另外，導體例如構成為片材狀、網狀、環狀等形狀。

這樣，通過在收發部3的系統間以外的周圍配置第二磁性片材8，從而能夠避免來自收發部3的磁通到達金屬制的蓋部。因此，收發部3被金屬制的蓋部覆蓋所引起的電力損耗不會發生。

再者，磁性片材7、8的配置不限於圖7、8所示的配置，例如也可以如圖9～12那樣配置。另外，圖9～12所示的示例中，在收發部3的外側及內側未設置第二磁性薄片8，但也可以設置。

此圖7～12所示的示例中，在圖9所示的結構的基礎上進一步在收發部3的外側及內側也配置第二磁性片材8的情況(對每個收發部3用磁性片材7、8覆蓋所有的面的情況)下電力傳輸效率最高。

另外，如圖7、8、10～12所示那樣，通過對圖9所示的配置減少磁性片材7、8的設置數，相對於圖9的情況，電力傳輸效率下降，但能夠減少器件個數，從而能夠實現輕量化。

另外，第二磁性片材8的配置最好被配置為使得從收發部3發射的磁通穿越空間到達相鄰系統的收發部3的空間距離變長。由此，通過第二磁性片材8也能夠獲得減少系統間的相互幹擾的效果。

如上所述，根據本實施方式2，在收發部3的系統間以外的周圍具備相對於送接收部3離開發送天線5及接收天線6中最小外徑的十分之一以上的距離而相對地配置的第二磁性片材8，因此除了實施方式1的效果之外，即使在用金屬制的蓋部覆蓋收發部3的情況下，也能夠進行系統間獨立的高效率的電力傳輸。

另外，在實施方式1、2的結構中，設置導體的位置可適當設定。例如，在覆蓋收發部3的蓋部為金屬制的情況下，在與此蓋部相對的地方無需設置導體，因此，也可以對收發部3的系統間配置磁性片材7及導體，在其以外的周圍僅配置第二磁性片材8。另外，即使在覆蓋收發部3的蓋部為樹脂制的情況下，也可以為了輕量化而使收發部3的系統間以外的周圍中、僅部分位置採用第二磁性片材8，剩餘位置配置第二磁性片材8及導體。

實施方式3.

實施方式1、2中示出了利用磁性片材7來減少系統間的相互幹擾的結構。除此結構以外，如圖13所示那樣，也可以通過將收發部3的磁場相位在系統間改變相位來進一步減少系統間的相互幹擾。圖13的示例中，用實線表示圖2所示的三系統的收發部3a～3c中收發部3a、3c的磁場相位，用虛線表示收發部3b的磁場相位，示出了磁場相位分別偏移180度的情況。

再者，實施方式1～3中，示出了使發送天線5及接收天線6各自由單一的線圈來構成的情況。然而不限於此，例如也可以使各線圈各自由供電用線圈及諧振用線圈來構成，也可以用兩個以上的線圈來構成。

另外，本發明在該發明的範圍內，可進行各實施方式的自由組合或者各實施方式的任意的結構要素的變形或者各實施方式中任意的結構要素的省略。

工業上的實用性

本發明涉及的諧振型電力傳輸裝置，能夠減少相互幹擾，適合用作將嵌合配置了發送天線與接收天線的收發部多個系統相對地配置來各自傳輸單一頻率的電力的諧振型電力傳輸裝置等。

標號說明

1一次電源

2發送電源電路

3收發部

4接收電源電路

5發送天線

6接收天線

7磁性片材

8第二磁性片材