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JP5708270B2 - Power transmission device, power reception device, and power transmission system - Google Patents

Power transmission device, power reception device, and power transmission system Download PDF

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JP5708270B2 JP2011125396A JP2011125396A JP5708270B2 JP 5708270 B2 JP5708270 B2 JP 5708270B2 JP 2011125396 A JP2011125396 A JP 2011125396A JP 2011125396 A JP2011125396 A JP 2011125396A JP 5708270 B2 JP5708270 B2 JP 5708270B2
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Description

本発明は、物理的に接続することなく電力を伝送する送電装置、受電装置、及び電力伝送システムに関する。特に、静電界結合型の電力伝送とデータ通信との両方に用いることが可能な送電装置、受電装置、及び電力伝送システムに関する。   The present invention relates to a power transmission device, a power reception device, and a power transmission system that transmit power without being physically connected. In particular, the present invention relates to a power transmission device, a power reception device, and a power transmission system that can be used for both electrostatic field coupling type power transmission and data communication.

近年、非接続でデータ通信を行う電子機器が多々開発されている。電子機器において、非接続のデータ通信は、無線LAN等で簡単に行うことができる。しかし、データのセキュリティを考慮して、電子機器を所定の場所に配置した場合にのみデータ通信を行うことが可能な通信システムも開発されている。   In recent years, many electronic devices that perform data communication without connection have been developed. In an electronic device, unconnected data communication can be easily performed by a wireless LAN or the like. However, in consideration of data security, a communication system capable of performing data communication only when an electronic device is arranged at a predetermined location has been developed.

例えば特許文献1に開示してある信号伝達システムでは、送信装置にメッシュ状の第一導体部及びシート状の第二導体部を互いに略平行に備えてあり、送信装置内を伝播する進行波電界を近接して配置した受信装置のアンテナが受信することにより、データ通信を可能としている。これにより、送信装置は、近接して配置した受信装置とのみデータ通信することができる。   For example, in the signal transmission system disclosed in Patent Document 1, the transmitting device includes a mesh-like first conductor portion and a sheet-like second conductor portion substantially parallel to each other, and a traveling wave electric field propagating in the transmitting device. Is received by an antenna of a receiving device arranged in close proximity to each other, thereby enabling data communication. As a result, the transmission device can perform data communication only with the reception devices arranged close to each other.

一方、電子機器において非接続で電力を伝送するため、静電界結合型の電力伝送システムが開発されている。例えば特許文献2に開示してある電力伝送システムでは、シート状の電磁波伝搬装置を伝搬する電磁波を、複数の電極で受信し、受信した電磁波を複数の整流回路で整流し、複数の整流回路の出力を結合して負荷に電力を供給している。   On the other hand, an electrostatic field coupling type power transmission system has been developed in order to transmit power without being connected in an electronic device. For example, in the power transmission system disclosed in Patent Document 2, electromagnetic waves propagating through a sheet-like electromagnetic wave propagation device are received by a plurality of electrodes, and the received electromagnetic waves are rectified by a plurality of rectifier circuits. The output is combined to supply power to the load.

また、特許文献3に開示しているような静電界結合型の電力伝送システムも周知である。図9は、従来の電力伝送システムの基本構成を示す模式図である。図9(a)は、特許文献3に開示されている従来の電力伝送システムの基本構成を模式的に示している。図9(a)に示す電力伝送システムは、送電装置と受電装置とで構成される。送電装置は、高周波高電圧発生回路101、受動電極102及び能動電極103を備えている。受電装置は、負荷回路105、受動電極107及び能動電極106を備えている。それぞれ平板状の送電装置の受動電極102、送電装置の能動電極103、受電装置の能動電極106、受電装置の受動電極107が、この順に電極の垂直方向に重ねられている。   An electrostatic field coupling type power transmission system as disclosed in Patent Document 3 is also well known. FIG. 9 is a schematic diagram showing a basic configuration of a conventional power transmission system. FIG. 9A schematically shows a basic configuration of a conventional power transmission system disclosed in Patent Document 3. As shown in FIG. The power transmission system illustrated in FIG. 9A includes a power transmission device and a power reception device. The power transmission device includes a high frequency high voltage generation circuit 101, a passive electrode 102, and an active electrode 103. The power receiving device includes a load circuit 105, a passive electrode 107, and an active electrode 106. The flat electrode passive electrode 102 of the power transmission device, the active electrode 103 of the power transmission device, the active electrode 106 of the power reception device, and the passive electrode 107 of the power reception device are stacked in this order in the vertical direction of the electrodes.

図9(a)中の矢印は、各電極間の電気力線を概念的に表している。送電装置の能動電極103と受電装置の能動電極106とが空隙104を介して近接することにより、送電装置の能動電極103と受電装置の能動電極106とが容量結合(静電界結合)している。それぞれの受動電極を能動電極より大きくすることにより、送電装置の受動電極102と受電装置の受動電極107とが容量結合(静電界結合)する。   The arrows in FIG. 9A conceptually represent lines of electric force between the electrodes. Since the active electrode 103 of the power transmission device and the active electrode 106 of the power reception device are close to each other through the gap 104, the active electrode 103 of the power transmission device and the active electrode 106 of the power reception device are capacitively coupled (electrostatic field coupling). . By making each passive electrode larger than the active electrode, the passive electrode 102 of the power transmitting apparatus and the passive electrode 107 of the power receiving apparatus are capacitively coupled (electrostatic field coupling).

特開2007−281678号公報JP 2007-281678 A 特開2008−295176号公報JP 2008-295176 A 特表2009−531009号公報Special table 2009-531009

データ通信を安定して行うためには、2.4GHz帯、950MHz帯等の無線信号の周波数を使用する。しかし、データ通信と電力伝送との両方を同時に行う場合、使用する無線信号の周波数である2.4GHz帯、950MHz帯等は、インバータ、整流回路の周波数帯域である100kHz〜数MHzに比べて非常に高く、電力伝送効率が著しく劣化するため実用に堪えないという問題点があった。逆に電力伝送を効率良く行うために無線信号の周波数帯域を下げた場合、通信速度が低下し、安定してデータ通信を行うことができないという問題点もあった。   In order to perform data communication stably, the frequency of a radio signal such as 2.4 GHz band or 950 MHz band is used. However, when both data communication and power transmission are performed at the same time, the 2.4 GHz band and 950 MHz band, which are the frequencies of the radio signal used, are much more difficult than the frequency bands of 100 kHz to several MHz which are the frequency bands of the inverter and rectifier circuit. However, the power transmission efficiency is extremely deteriorated, so that there is a problem that it cannot be put into practical use. On the other hand, when the frequency band of the radio signal is lowered in order to efficiently perform power transmission, there is a problem that the communication speed is lowered and data communication cannot be performed stably.

一方、特許文献3に開示してある従来の電力伝送システムでは、送電装置と受電装置の能動電極及び受動電極が長手方向に一つの軸に沿って配置されているので、各電極の相対的位置精度が比較的緩い範囲で送電装置と受電装置とを容量結合させて電力伝送することができる。しかし、電極を配置する位置の自由度を高くする目的で受電装置の能動電極の面積より送電装置の能動電極の面積を広くした場合、以下の問題が生じる。   On the other hand, in the conventional power transmission system disclosed in Patent Document 3, since the active electrode and the passive electrode of the power transmitting device and the power receiving device are arranged along one axis in the longitudinal direction, the relative position of each electrode Power transmission can be performed by capacitively coupling the power transmission device and the power reception device within a relatively low accuracy range. However, when the area of the active electrode of the power transmission device is made larger than the area of the active electrode of the power receiving device for the purpose of increasing the degree of freedom of the position where the electrode is arranged, the following problem occurs.

図9(b)中の矢印線は各電極間の電気力線を概念的に表しており、送電装置の能動電極203と受電装置の受動電極107との間に浮遊容量が生じる。面積が大きいので平板状の送電装置の能動電極203が送電装置の受動電極202と受電装置の受動電極107との間を遮蔽し、送電装置の受動電極202と受電装置の受動電極107との間の容量結合を低下させるので、電力伝送効率が低下するという問題が生じていた。   The arrow lines in FIG. 9B conceptually represent the lines of electric force between the electrodes, and stray capacitance is generated between the active electrode 203 of the power transmission apparatus and the passive electrode 107 of the power reception apparatus. Since the area is large, the active electrode 203 of the planar power transmission device shields between the passive electrode 202 of the power transmission device and the passive electrode 107 of the power reception device, and between the passive electrode 202 of the power transmission device and the passive electrode 107 of the power reception device. Therefore, there is a problem that power transmission efficiency is reduced.

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、データ通信用の周波数と電力伝送用の周波数とを十分に離調し、データ通信と電力伝送とを互いに高い効率で実現することができる送電装置、受電装置、及び電力伝送システムを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and can sufficiently detune the frequency for data communication and the frequency for power transmission to achieve data communication and power transmission with high efficiency. It is an object to provide a power transmission device, a power reception device, and a power transmission system.

上記目的を達成するために第1発明に係る電力伝送システムは、第一の受動電極、該第一の受動電極より高電位である第一の能動電極、前記第一の受動電極と前記第一の能動電極との間に接続された第一の電圧発生回路及び第二の電圧発生回路を備える送電装置と、第二の受動電極、該第二の受動電極よりも面積が小さく、しかも前記第二の受動電極より高電位である第二の能動電極、及び電磁波を受信するカプラを有する受電装置とを備える電力伝送システムであって、前記送電装置は、前記第一の能動電極がメッシュ状に、前記第一の受動電極が平板状に、それぞれ互いに平行になるよう形成してあり、前記受電装置は、前記第二の能動電極及び前記第二の受動電極が、前記第一の能動電極及び前記第一の受動電極と平行になるように配置してあり、前記第一の電圧発生回路で発生する信号の周波数は、電力伝送用の第一の周波数であり、前記第二の電圧発生回路で発生する信号の周波数は、前記第一の周波数よりも高い、データ通信用の第二の周波数であることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a power transmission system according to a first invention includes a first passive electrode, a first active electrode having a higher potential than the first passive electrode, the first passive electrode, and the first passive electrode. A power transmission device including a first voltage generation circuit and a second voltage generation circuit connected between the active electrode, a second passive electrode, an area smaller than the second passive electrode , and the first A power transmission system comprising a second active electrode having a higher potential than the second passive electrode, and a power receiving device having a coupler for receiving electromagnetic waves, wherein the power transmitting device has the first active electrode meshed The first passive electrode is formed in a flat plate shape so as to be parallel to each other, and the power receiving device includes the second active electrode and the second passive electrode, and the first active electrode and Arranged parallel to the first passive electrode The frequency of the signal generated by the first voltage generation circuit is the first frequency for power transmission, and the frequency of the signal generated by the second voltage generation circuit is the first frequency. Higher than the second frequency for data communication.

第1発明では、送電装置は、第一の能動電極がメッシュ状に、第一の受動電極が平板状に、それぞれ互いに平行になるよう形成してあり、受電装置の第二の能動電極及び第二の受動電極が、送電装置の第一の能動電極及び第一の受動電極と平行になるように配置してあるので、メッシュ状の第一の能動電極の空隙部から漏れ出た電磁波をカプラで受信することによりデータ通信することができるとともに、第一の能動電極の空隙部を介して第一の受動電極と第二の受動電極とが容量結合することにより結合が強められ、高効率で電力伝送することも可能となる。また、第一の電圧発生回路で発生する信号の周波数は、電力伝送用の第一の周波数であり、第二の電圧発生回路で発生する信号の周波数は、第一の周波数よりも高い、データ通信用の第二の周波数であることから、電力伝送用の周波数とデータ通信用の周波数とを十分に離調することで、周波数が互いに干渉することなく電力伝送することができ、データ通信することができる。   In the first invention, the power transmission device is formed so that the first active electrode is in a mesh shape and the first passive electrode is in a flat plate shape so as to be parallel to each other. Since the two passive electrodes are arranged so as to be parallel to the first active electrode and the first passive electrode of the power transmission device, the electromagnetic wave leaking from the gap portion of the mesh-shaped first active electrode is coupled with the coupler. In addition to being able to communicate data by receiving data, the first passive electrode and the second passive electrode are capacitively coupled through the gap of the first active electrode, so that the coupling is strengthened and highly efficient. It is also possible to transmit power. The frequency of the signal generated in the first voltage generation circuit is the first frequency for power transmission, and the frequency of the signal generated in the second voltage generation circuit is higher than the first frequency. Because it is the second frequency for communication, by sufficiently detuning the frequency for power transmission and the frequency for data communication, the frequency can be transmitted without interfering with each other, and data communication is performed. be able to.

また、第2発明に係る電力伝送システムは、第1発明において、前記第二の能動電極及び前記第二の受動電極は平板状に形成してあり、前記第一の能動電極の空隙部から漏れ出た電磁波を前記カプラで受信するようにしてあることを特徴とする。   The power transmission system according to a second aspect of the present invention is the power transmission system according to the first aspect, wherein the second active electrode and the second passive electrode are formed in a flat plate shape and leak from a gap portion of the first active electrode. The emitted electromagnetic wave is received by the coupler.

第2発明では、送電装置のメッシュ状の第一の能動電極の空隙部から漏れ出た電磁波をカプラで受信することにより、データ通信することができる。   In the second aspect of the invention, data communication can be performed by receiving the electromagnetic wave leaking from the gap of the mesh-shaped first active electrode of the power transmission device by the coupler.

また、第3発明に係る電力伝送システムは、第1又は第2発明において、前記第一の周波数は100kHz以上15MHz未満であり、前記第二の周波数は2.4GHz帯又は950MHz帯であることを特徴とする。   In the power transmission system according to the third invention, in the first or second invention, the first frequency is 100 kHz or more and less than 15 MHz, and the second frequency is a 2.4 GHz band or a 950 MHz band. Features.

第3発明では、電力伝送用の第一の周波数は100kHz以上15MHz未満であり、データ通信用の第二の周波数は2.4GHz帯又は950MHz帯であるので、周波数が互いに干渉することなく電力伝送することができ、データ通信することができる。   In the third invention, the first frequency for power transmission is 100 kHz or more and less than 15 MHz, and the second frequency for data communication is the 2.4 GHz band or the 950 MHz band. Data communication.

また、第4発明に係る電力伝送システムは、第1乃至第3発明のいずれか1つにおいて、前記第一の電圧発生回路及び前記第二の電圧発生回路と、前記第一の受動電極、前記第一の能動電極とを接続又は切断するよう切り換える切り換え手段を備えることを特徴とする。   The power transmission system according to a fourth aspect of the present invention is the power transmission system according to any one of the first to third aspects, wherein the first voltage generation circuit, the second voltage generation circuit, the first passive electrode, Switching means for switching to connect or disconnect with the first active electrode is provided.

第4発明では、電力伝送用の第一の電圧発生回路及びデータ通信用の第二の電圧発生回路と、送電装置の第一の受動電極、第一の能動電極とを接続又は切断するよう切り換えることができるので、電力伝送のみ、データ通信のみ、電力伝送とデータ通信との併用に切り換えることが可能となる。   In the fourth invention, switching is performed so that the first voltage generation circuit for power transmission and the second voltage generation circuit for data communication are connected to or disconnected from the first passive electrode and the first active electrode of the power transmission device. Therefore, it is possible to switch to only power transmission, only data communication, or combined use of power transmission and data communication.

次に、上記目的を達成するために第5発明に係る送電装置は、受電装置の第二の受動電極と容量結合する第一の受動電極と、前記第二の受動電極よりも面積が小さく、しかも前記第二の受動電極より高電位である前記受電装置の第二の能動電極と容量結合する第一の能動電極と、前記第一の受動電極と前記第一の能動電極との間に接続された第一の電圧発生回路及び第二の電圧発生回路とを備える送電装置であって、前記第一の能動電極はメッシュ状に、前記第一の受動電極は平板状に、それぞれ互いに平行になるよう形成してあり、前記第一の電圧発生回路で発生する信号の周波数は、電力伝送用の第一の周波数であり、前記第二の電圧発生回路で発生する信号の周波数は、前記第一の周波数よりも高い、データ通信用の第二の周波数であることを特徴とする。 Next, in order to achieve the above object, the power transmission device according to the fifth aspect of the present invention has a first passive electrode capacitively coupled to the second passive electrode of the power receiving device, and an area smaller than the second passive electrode, In addition, a first active electrode capacitively coupled to the second active electrode of the power receiving device having a higher potential than the second passive electrode is connected between the first passive electrode and the first active electrode. A first voltage generating circuit and a second voltage generating circuit, wherein the first active electrode is in a mesh shape, and the first passive electrode is in a flat plate shape, parallel to each other. The frequency of the signal generated by the first voltage generation circuit is the first frequency for power transmission, and the frequency of the signal generated by the second voltage generation circuit is the first frequency A second frequency for data communication that is higher than the first frequency. It is characterized in.

第5発明では、第一の能動電極をメッシュ状に、第一の受動電極を平板状に、それぞれ互いに平行になるよう形成してあり、第一の電圧発生回路で発生する信号の周波数が、電力伝送用の第一の周波数であり、第二の電圧発生回路で発生する信号の周波数が、第一の周波数よりも高い、データ通信用の第二の周波数である。これにより、メッシュ状の第一の能動電極の空隙部から漏れ出た電磁波をカプラで受信することによりデータ通信することができるとともに、第一の能動電極の空隙部を介して第一の受動電極と第二の受動電極とが容量結合することにより結合が強められ、高効率で電力伝送することも可能となる。また、第一の電圧発生回路で発生する信号の周波数は、電力伝送用の第一の周波数であり、第二の電圧発生回路で発生する信号の周波数は、第一の周波数よりも高い、データ通信用の第二の周波数であることから、電力伝送用の周波数とデータ通信用の周波数とを十分に離調することで、周波数が互いに干渉することなく電力伝送することができ、データ通信することができる。   In the fifth invention, the first active electrode is formed in a mesh shape and the first passive electrode is formed in a flat plate shape so as to be parallel to each other, and the frequency of the signal generated in the first voltage generation circuit is The first frequency for power transmission is a second frequency for data communication in which the frequency of the signal generated by the second voltage generation circuit is higher than the first frequency. Thereby, it is possible to perform data communication by receiving the electromagnetic wave leaking from the gap portion of the mesh-shaped first active electrode by the coupler, and the first passive electrode via the gap portion of the first active electrode. The second passive electrode and the second passive electrode are capacitively coupled, so that the coupling is strengthened and the power can be transmitted with high efficiency. The frequency of the signal generated in the first voltage generation circuit is the first frequency for power transmission, and the frequency of the signal generated in the second voltage generation circuit is higher than the first frequency. Because it is the second frequency for communication, by sufficiently detuning the frequency for power transmission and the frequency for data communication, the frequency can be transmitted without interfering with each other, and data communication is performed. be able to.

次に、上記目的を達成するために第6発明に係る受電装置は、送電装置の第一の受動電極と容量結合する第二の受動電極と、前記送電装置のメッシュ状の第一の能動電極と容量結合する第二の能動電極と、前記送電装置から電磁波を受信するカプラとを有し、前記第二の能動電極は、前記第二の受動電極よりも面積が小さく、しかも前記第二の受動電極より高電位であり、前記第二の受動電極及び前記第二の能動電極は平板状の電極であり、前記第一の受動電極及び前記第一の能動電極と平行になるように配置してあり、前記第一の能動電極の空隙部から漏れ出た電磁波を前記カプラで受信するようにしてあることを特徴とする。 Next, in order to achieve the above object, a power receiving device according to a sixth aspect of the present invention includes a second passive electrode capacitively coupled to the first passive electrode of the power transmission device, and a mesh-shaped first active electrode of the power transmission device A second active electrode that is capacitively coupled to the power transmission device and a coupler that receives electromagnetic waves from the power transmission device, and the second active electrode has a smaller area than the second passive electrode, and the second active electrode a higher potential than the passive electrode, the second passive electrode and the second active electrode is plate-shaped electrodes, arranged in parallel with the first passive electrode and the first active electrode The electromagnetic wave leaking from the gap of the first active electrode is received by the coupler.

第6発明では、送電装置から電磁波を受信するカプラを有し、第二の能動電極は、第二の受動電極よりも面積が小さく、しかも第二の受動電極より高電位であり、第二の受動電極及び第二の能動電極は平板状の電極であり、第一の受動電極及び第一の能動電極と平行になるように配置してあり、第一の能動電極の空隙部から漏れ出た電磁波をカプラで受信する。これにより、送電装置のメッシュ状の第一の能動電極の空隙部から漏れ出た電磁波をカプラで受信することにより、データ通信することができるとともに、第一の能動電極の空隙部を介して第一の受動電極と第二の受動電極が容量結合することにより結合が強められ、高効率で電力伝送することも可能となる。 In a sixth aspect of the present invention, the second active electrode has a coupler that receives electromagnetic waves from the power transmission device, and the second active electrode has a smaller area than the second passive electrode, and has a higher potential than the second passive electrode . The passive electrode and the second active electrode are plate-like electrodes, arranged so as to be parallel to the first passive electrode and the first active electrode, and leaked from the gap of the first active electrode. The electromagnetic wave is received by the coupler. As a result, the electromagnetic wave leaking from the gap portion of the mesh-shaped first active electrode of the power transmission device can be received by the coupler to perform data communication, and the first active electrode via the gap portion of the first active electrode. Capacitive coupling between the one passive electrode and the second passive electrode enhances the coupling, and enables power transmission with high efficiency.

本発明に係る送電装置、受電装置、及び電力伝送システムでは、メッシュ状の第一の能動電極の空隙部から漏れ出た電磁波をカプラで受信することによりデータ通信することができるとともに、第一の能動電極の空隙部を介して第一の受動電極と第二の受動電極とが容量結合することにより結合が強められ、高効率で電力伝送することも可能となる。また、第一の電圧発生回路で発生する信号の周波数は、電力伝送用の第一の周波数であり、第二の電圧発生回路で発生する信号の周波数は、第一の周波数よりも高い、データ通信用の第二の周波数であることから、電力伝送用の周波数とデータ通信用の周波数とを十分に離調することで、周波数が互いに干渉することなく電力伝送することができ、データ通信することができる。   In the power transmission device, the power reception device, and the power transmission system according to the present invention, data communication can be performed by receiving electromagnetic waves leaking from the gap of the mesh-shaped first active electrode with the coupler, The first passive electrode and the second passive electrode are capacitively coupled through the gap portion of the active electrode, so that the coupling is strengthened, and power can be transmitted with high efficiency. The frequency of the signal generated in the first voltage generation circuit is the first frequency for power transmission, and the frequency of the signal generated in the second voltage generation circuit is higher than the first frequency. Because it is the second frequency for communication, by sufficiently detuning the frequency for power transmission and the frequency for data communication, the frequency can be transmitted without interfering with each other, and data communication is performed. be able to.

本発明の実施の形態1に係る電力伝送システムの構成を模式的に示すブロック図である。It is a block diagram which shows typically the structure of the electric power transmission system which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1に係る電力伝送システムの構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the electric power transmission system which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1に係る電力伝送システムの送電装置の結合電極の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the coupling electrode of the power transmission apparatus of the electric power transmission system which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1に係る電力伝送システムのデータ通信部の構成を模式的に示すブロック図である。It is a block diagram which shows typically the structure of the data communication part of the electric power transmission system which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1に係る電力伝送システムでの電力伝送の実験値を示すグラフである。It is a graph which shows the experimental value of the electric power transmission in the electric power transmission system which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態2に係る電力伝送システムの構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the electric power transmission system which concerns on Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2に係る電力伝送システムの電力伝送とデータ通信との切り換え状態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the switching state of the electric power transmission of the electric power transmission system which concerns on Embodiment 2 of this invention, and data communication. 本発明の実施の形態2に係る電力伝送システムのコントローラの切り換え処理の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of the switching process of the controller of the electric power transmission system which concerns on Embodiment 2 of this invention. 従来の電力伝送システムの基本構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the basic composition of the conventional electric power transmission system.

以下、本発明の実施の形態における電力伝送システム、及び該電力伝送システムで用いる送電装置、受電装置について、図面を用いて具体的に説明する。以下の実施の形態は、特許請求の範囲に記載された発明を限定するものではなく、実施の形態の中で説明されている特徴的事項の組み合わせの全てが解決手段の必須事項であるとは限らないことは言うまでもない。   Hereinafter, a power transmission system according to an embodiment of the present invention, and a power transmission device and a power reception device used in the power transmission system will be specifically described with reference to the drawings. The following embodiments do not limit the invention described in the claims, and all combinations of characteristic items described in the embodiments are essential to the solution. It goes without saying that it is not limited.

(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1に係る電力伝送システムの構成を模式的に示すブロック図である。図1に示すように、本実施の形態1に係る電力伝送システムの送電装置1は、少なくとも電圧発生回路(第一の電圧発生回路)12、インバータ(300kHz)13及び昇圧トランス14を有する送電モジュール10と、結合電極11とを備えている。また、受電装置2は、少なくとも降圧トランス22、整流器23、負荷回路24を有する受電モジュール20と、結合電極21とを備えている。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a block diagram schematically showing the configuration of the power transmission system according to Embodiment 1 of the present invention. As shown in FIG. 1, the power transmission device 1 of the power transmission system according to the first embodiment includes a power transmission module including at least a voltage generation circuit (first voltage generation circuit) 12, an inverter (300 kHz) 13, and a step-up transformer 14. 10 and a coupling electrode 11. The power receiving device 2 includes a power receiving module 20 including at least a step-down transformer 22, a rectifier 23, and a load circuit 24, and a coupling electrode 21.

送電モジュール10の電圧発生回路12は、直流電源であり、インバータ13により比較的低い周波数である300kHzの交流電圧に変換され、昇圧トランス14により昇圧される。結合電極11と結合電極21とが容量結合することにより、変換され、昇圧された交流電圧が非接続で伝送される。伝送された交流電圧は、受電モジュール20の降圧トランス22により降圧され、整流器23により整流されて、負荷回路24へと渡される。   The voltage generation circuit 12 of the power transmission module 10 is a DC power supply, is converted into an AC voltage of 300 kHz that is a relatively low frequency by the inverter 13, and is boosted by the step-up transformer 14. The coupling electrode 11 and the coupling electrode 21 are capacitively coupled, so that the converted and boosted AC voltage is transmitted without connection. The transmitted AC voltage is stepped down by the step-down transformer 22 of the power receiving module 20, rectified by the rectifier 23, and passed to the load circuit 24.

図2は、本発明の実施の形態1に係る電力伝送システムの構成を示す模式図である。送電装置1の結合電極11は、能動電極(第一の能動電極)11aと受動電極(第一の受動電極)11pとで構成され、受動電極11pは平板状の電極として、能動電極11aはメッシュ状の電極として、それぞれ互いに平行になるよう形成されている。なお、受動電極11pより能動電極11aの方が高電位である。   FIG. 2 is a schematic diagram showing a configuration of the power transmission system according to Embodiment 1 of the present invention. The coupling electrode 11 of the power transmission device 1 includes an active electrode (first active electrode) 11a and a passive electrode (first passive electrode) 11p. The passive electrode 11p is a flat electrode, and the active electrode 11a is a mesh. The electrodes are formed so as to be parallel to each other. The active electrode 11a has a higher potential than the passive electrode 11p.

また、受電装置2の結合電極21は、能動電極(第二の能動電極)21aと受動電極(第二の受動電極)21pとで構成され、受動電極21p及び能動電極21aは平板状の電極として、送電装置1の能動電極11a及び受動電極11pと平行になるように配置されている。なお、受動電極21pより能動電極21aの方が高電位である。   The coupling electrode 21 of the power receiving device 2 includes an active electrode (second active electrode) 21a and a passive electrode (second passive electrode) 21p. The passive electrode 21p and the active electrode 21a are formed as flat electrodes. The active electrode 11a and the passive electrode 11p of the power transmission device 1 are arranged in parallel. The active electrode 21a has a higher potential than the passive electrode 21p.

図3は、本発明の実施の形態1に係る電力伝送システムの送電装置1の結合電極11の構成を示す模式図である。図3(a)は、送電装置1の結合電極11を能動電極11a側から平面視した模式平面図を、図3(b)は、図3(a)に示す送電装置1の結合電極11のA−A模式断面図である。   FIG. 3 is a schematic diagram showing the configuration of the coupling electrode 11 of the power transmission device 1 of the power transmission system according to Embodiment 1 of the present invention. 3A is a schematic plan view of the coupling electrode 11 of the power transmission device 1 viewed from the active electrode 11a side, and FIG. 3B is a diagram of the coupling electrode 11 of the power transmission device 1 shown in FIG. It is an AA schematic cross section.

図3に示すように、送電装置1の受動電極11pは平板状の電極として、能動電極11aはメッシュ状の電極として、それぞれ形成されており、受動電極11pと能動電極11aとは互いに平行に配置してある。ここで、平行とは正確に平行という意味ではなく、ほとんど平行であると判断できる範囲を含む概念である。   As shown in FIG. 3, the passive electrode 11p of the power transmission device 1 is formed as a flat electrode and the active electrode 11a is formed as a mesh electrode, and the passive electrode 11p and the active electrode 11a are arranged in parallel to each other. It is. Here, the term “parallel” does not mean exactly parallel, but is a concept including a range in which it can be determined to be almost parallel.

図3(a)に示すように、能動電極11aは正方形のメッシュ状となっており、能動電極11a側から平面視した場合、メッシュ状の能動電極11aの空隙部から、平板状である受動電極11pが見えている。メッシュの繰り返し単位(メッシュ間隔)は、隣接する正方形の中心間距離に等しい。   As shown in FIG. 3 (a), the active electrode 11a has a square mesh shape, and when viewed in plan from the active electrode 11a side, a passive electrode having a flat plate shape from the gap of the mesh-like active electrode 11a. 11p is visible. The repeating unit (mesh interval) of the mesh is equal to the distance between the centers of adjacent squares.

能動電極11aと受動電極11pとの間の狭間領域131は、空気、各種の誘電体等が配置又は充填されている。狭間領域131に定在波が生じるのを防止するために、信号の周波数帯域において誘電損失、抵抗損失等が大きな材料を配置又は充填することが好ましい。   The gap region 131 between the active electrode 11a and the passive electrode 11p is arranged or filled with air, various dielectrics, or the like. In order to prevent a standing wave from occurring in the gap region 131, it is preferable to dispose or fill a material having a large dielectric loss, resistance loss, etc. in the signal frequency band.

仮に能動電極11aがメッシュ状ではなく平板状であった場合、電磁波は狭間領域131に完全に閉じ込められる。しかし、本実施の形態1では、能動電極11aはメッシュ状であることから空隙部を有しており、該空隙部からメッシュの間隔と同程度の高さにまで電磁波が漏れ出る。能動電極11aとカプラ42との間隔26をメッシュの間隔以下に設定した場合、メッシュ状の能動電極11aの空隙部から電磁波が漏れ出ることにより、受電装置2の能動電極21aとの間でデータ通信することができる。   If the active electrode 11a has a flat plate shape instead of a mesh shape, the electromagnetic wave is completely confined in the gap region 131. However, in the first embodiment, since the active electrode 11a has a mesh shape, the active electrode 11a has a gap portion, and electromagnetic waves leak from the gap portion to the same height as the mesh interval. When the interval 26 between the active electrode 11a and the coupler 42 is set to be equal to or smaller than the mesh interval, electromagnetic waves leak out from the gaps of the mesh-like active electrode 11a, so that data communication is performed with the active electrode 21a of the power receiving device 2. can do.

メッシュの繰り返し単位長さは、電磁波の波長よりも十分に短くしておく必要がある。例えば電磁波の波長λ2に対して、λ2/5以下、λ2/10〜λ2/100、λ2/100〜λ2/1000等のサイズを採用することができる。もちろん、単位長さは、これらのサイズに限定されるものではない。   The repeating unit length of the mesh needs to be sufficiently shorter than the wavelength of the electromagnetic wave. For example, a size of λ2 / 5 or less, λ2 / 10 to λ2 / 100, λ2 / 100 to λ2 / 1000, etc. can be employed with respect to the wavelength λ2 of the electromagnetic wave. Of course, the unit length is not limited to these sizes.

同様に、狭間領域131の高さ(厚さ)についても、メッシュの繰り返し単位長さと同程度であることが好ましく、電磁波の波長よりも十分に短くしておくことが好ましい。また、メッシュの間隔、形状等は、互いに異なるようにしても良いし、同じになるようにしても良い。   Similarly, the height (thickness) of the gap region 131 is preferably about the same as the repeating unit length of the mesh, and is preferably sufficiently shorter than the wavelength of the electromagnetic wave. Also, the mesh interval, shape, and the like may be different from each other or the same.

図4は、本発明の実施の形態1に係る電力伝送システムのデータ通信部の構成を模式的に示すブロック図である。図4に示すように、本実施の形態1に係る電力伝送システムの送電装置1は、電力伝送用の電圧発生回路(第一の電圧発生回路)12とは別個にデータ通信用の電圧発生回路(第二の電圧発生回路)32を備えている。すなわち、送信モジュール30として電圧発生回路32、増幅器33及びカプラ34を備えている。また、受電装置2の受信モジュール40は、データを受信するカプラ42、高周波増幅器(Low Noise Amplifier:LNA)43、及び電圧発生回路44を備えている。なお、本実施の形態1では、カプラ34、42はLC共振回路として構成してある。   FIG. 4 is a block diagram schematically showing the configuration of the data communication unit of the power transmission system according to Embodiment 1 of the present invention. As shown in FIG. 4, the power transmission device 1 of the power transmission system according to the first embodiment includes a voltage generation circuit for data communication separately from a voltage generation circuit (first voltage generation circuit) 12 for power transmission. (Second voltage generation circuit) 32 is provided. That is, the transmission module 30 includes a voltage generation circuit 32, an amplifier 33, and a coupler 34. The receiving module 40 of the power receiving apparatus 2 includes a coupler 42 that receives data, a high frequency amplifier (LNA) 43, and a voltage generation circuit 44. In the first embodiment, the couplers 34 and 42 are configured as LC resonance circuits.

送信モジュール30の電圧発生回路(第二の電圧発生回路)32は、電圧発生回路(第一の電圧発生回路)12の直流電圧をインバータ13で変換した交流電圧より高い周波数を有する交流電圧を発生する。電圧発生回路(第二の電圧発生回路)32で発生した、比較的高い周波数の交流電圧は、増幅器33で増幅され、カプラ34を介してメッシュ状の結合電極11(能動電極11a)に渡される。   The voltage generation circuit (second voltage generation circuit) 32 of the transmission module 30 generates an AC voltage having a higher frequency than the AC voltage obtained by converting the DC voltage of the voltage generation circuit (first voltage generation circuit) 12 by the inverter 13. To do. A relatively high frequency AC voltage generated by the voltage generation circuit (second voltage generation circuit) 32 is amplified by the amplifier 33 and passed to the mesh-like coupling electrode 11 (active electrode 11a) via the coupler 34. .

このとき、メッシュ状の能動電極11aの空隙部から電磁波が漏れ出ており、漏れ出た電磁波を受電装置2のカプラ42で受信することによりデータ通信することができる。カプラ42で受信した電磁波は、高周波増幅器43により増幅され、電圧発生回路44で発生する交流電圧との差分に基づいてデータ信号として取得される。   At this time, electromagnetic waves leak from the gaps of the mesh-shaped active electrode 11a, and data communication can be performed by receiving the leaked electromagnetic waves by the coupler 42 of the power receiving device 2. The electromagnetic wave received by the coupler 42 is amplified by the high frequency amplifier 43 and acquired as a data signal based on the difference from the AC voltage generated by the voltage generation circuit 44.

図1及び図2に戻って、送電装置1の能動電極11aと受動電極11pとは、300kHzの交流電圧を発生する電圧発生回路(第一の電圧発生回路)12及びインバータ13を介して接続されている。また、送電装置1の能動電極11aと受動電極11pとは、2.4GHzの交流電圧を発生する電圧発生回路(第二の電圧発生回路)32、ハイパスフィルタ35及びカプラ34を介して接続されている。   1 and 2, the active electrode 11 a and the passive electrode 11 p of the power transmission device 1 are connected via a voltage generation circuit (first voltage generation circuit) 12 that generates an alternating voltage of 300 kHz and an inverter 13. ing. The active electrode 11a and the passive electrode 11p of the power transmission device 1 are connected via a voltage generation circuit (second voltage generation circuit) 32 that generates an AC voltage of 2.4 GHz, a high-pass filter 35, and a coupler 34. Yes.

2つの電圧発生回路12、32で発生する交流電圧の周波数が大きく相違していることから、周波数が互いに干渉することなく能動電極11aと受動電極11pとの間にそれぞれ電位差が生じる。もちろん、ハイパスフィルタ35、45により、データ通信用の周波数と電力伝送用の周波数とを十分に離調することができるようにしている。受電装置2の能動電極21aは、送電装置1の能動電極11aと容量結合し、交流電圧が伝送される。伝送された交流電圧は、最終的には負荷回路24へ渡される。   Since the frequencies of the AC voltages generated by the two voltage generation circuits 12 and 32 are greatly different, a potential difference is generated between the active electrode 11a and the passive electrode 11p without interfering with each other. Of course, the high-pass filters 35 and 45 can sufficiently detune the data communication frequency and the power transmission frequency. The active electrode 21a of the power receiving device 2 is capacitively coupled to the active electrode 11a of the power transmitting device 1, and an AC voltage is transmitted. The transmitted AC voltage is finally passed to the load circuit 24.

一方、送電装置1のメッシュ状の能動電極11aの空隙部から漏れ出た電磁波は、受電装置2のカプラ42で受信され、ハイパスフィルタ45を介して通信装置50へ渡される。このように、発生する交流電圧の周波数が大きく相違する電圧発生回路12、32を電力伝送用とデータ通信用とで別個に設けておき、両周波数が十分に離調するようハイパスフィルタ35、45を設けることにより、電力伝送の効率を落とすことなく、データ通信を行うことが可能となる。   On the other hand, the electromagnetic wave leaking from the gap portion of the mesh-like active electrode 11 a of the power transmission device 1 is received by the coupler 42 of the power reception device 2 and passed to the communication device 50 via the high-pass filter 45. As described above, the voltage generation circuits 12 and 32 having greatly different frequencies of the generated AC voltage are separately provided for power transmission and data communication, and the high-pass filters 35 and 45 are sufficiently detuned. By providing this, it is possible to perform data communication without reducing the efficiency of power transmission.

図5は、本発明の実施の形態1に係る電力伝送システムでの電力伝送の実験値を示すグラフである。図5(a)は出力電圧を示すグラフであり、図5(b)は伝送効率を示すグラフである。   FIG. 5 is a graph showing experimental values of power transmission in the power transmission system according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 5A is a graph showing the output voltage, and FIG. 5B is a graph showing the transmission efficiency.

図5では、送電装置1のメッシュ状の能動電極11aは、電極幅が1mmであり、メッシュ間隔が7mmである矩形メッシュとして形成してある。送電装置1の受動電極11pは二次元通信シートとしてポリプロピレンで形成し、シートサイズが56×90mm、シート厚が2.5mmとした。   In FIG. 5, the mesh-like active electrode 11a of the power transmission device 1 is formed as a rectangular mesh having an electrode width of 1 mm and a mesh interval of 7 mm. The passive electrode 11p of the power transmission device 1 is formed of polypropylene as a two-dimensional communication sheet, and has a sheet size of 56 × 90 mm and a sheet thickness of 2.5 mm.

なお、電極幅をW、メッシュ間隔をPで表すと、電極比率W/Pは14%である。電極比率W/Pが小さくなるほど送電装置1の受動電極11pと受電装置2の受動電極21pとの結合を強くすることができるが、送電装置1の能動電極11aと受電装置2の能動電極21aとの結合は逆に弱くなり、トレードオフの関係にある。   When the electrode width is represented by W and the mesh interval is represented by P, the electrode ratio W / P is 14%. The smaller the electrode ratio W / P, the stronger the coupling between the passive electrode 11p of the power transmission device 1 and the passive electrode 21p of the power reception device 2, but the active electrode 11a of the power transmission device 1 and the active electrode 21a of the power reception device 2 On the other hand, the coupling of becomes weak and has a trade-off relationship.

図5(a)に示すように、本発明によれば、大電力の高効率な電力伝送が可能となる。   As shown in FIG. 5A, according to the present invention, high-power and high-efficiency power transmission becomes possible.

以上のように本実施の形態1によれば、送電装置1のメッシュ状の能動電極11aの空隙部から漏れ出た電磁波を受電装置2のカプラ42で受信することによりデータ通信することができるとともに、送電装置1の能動電極11aの空隙部を介して送電装置1の受動電極11pと受電装置2の受動電極21pとが容量結合することにより結合が強められ、高効率で電力伝送することも可能となる。また、電圧発生回路12で発生し、インバータ13で変換した信号の周波数よりも電圧発生回路32で発生する信号の周波数の方が高いので、電力伝送用の周波数とデータ通信用の周波数とを十分に離調することで、周波数が互いに干渉することなく電力伝送することができ、データ通信することができる。   As described above, according to the first embodiment, it is possible to perform data communication by receiving the electromagnetic wave leaking from the gap of the mesh-like active electrode 11a of the power transmission device 1 by the coupler 42 of the power reception device 2. The coupling is strengthened by capacitive coupling between the passive electrode 11p of the power transmission device 1 and the passive electrode 21p of the power reception device 2 through the gap of the active electrode 11a of the power transmission device 1, and it is also possible to transmit power with high efficiency. It becomes. In addition, since the frequency of the signal generated by the voltage generation circuit 32 is higher than the frequency of the signal generated by the voltage generation circuit 12 and converted by the inverter 13, the frequency for power transmission and the frequency for data communication are sufficiently high. By detuning to, power can be transmitted without interfering with each other, and data communication can be performed.

送電装置1に受電装置2を載置した場合、送電装置1の能動電極11aと受電装置2の能動電極21aとが空隙27を介して近接することにより、送電装置1の能動電極11aと受電装置2の能動電極21aとが近接して容量結合する。送電装置1の能動電極11aと受電装置2の能動電極21aとの間の容量Cmが大きいほど伝送効率は高いが、装置の小型化には反する。   When the power receiving device 2 is mounted on the power transmitting device 1, the active electrode 11 a of the power transmitting device 1 and the active electrode 21 a of the power receiving device 2 come close to each other through the gap 27, so that the active electrode 11 a of the power transmitting device 1 and the power receiving device are received. The two active electrodes 21a are in close proximity and capacitively coupled. The larger the capacitance Cm between the active electrode 11a of the power transmitting device 1 and the active electrode 21a of the power receiving device 2, the higher the transmission efficiency, but it is against the downsizing of the device.

また、周波数が高いほど容量結合を強められるが、周波数が高すぎる場合には電磁放射を無視することができない。そのため、送電装置1及び受電装置2の能動電極11a、21a及び受動電極11p、21pのサイズdに比べて波長λ1が十分に長い低周波数を用いる。すなわち、電力伝送に用いる周波数に対応する波長λ1が各電極のサイズdに対して十分に長い場合、すなわちd/λ1<<1の関係であれば、準静的な電場は送電装置1及び受電装置2の近傍にのみ存在し、電磁波としてエネルギーが放射されることはほとんどない。   Moreover, although capacitive coupling can be strengthened as the frequency is high, electromagnetic radiation cannot be ignored if the frequency is too high. Therefore, a low frequency having a wavelength λ1 sufficiently longer than the size d of the active electrodes 11a and 21a and the passive electrodes 11p and 21p of the power transmitting device 1 and the power receiving device 2 is used. That is, if the wavelength λ1 corresponding to the frequency used for power transmission is sufficiently long with respect to the size d of each electrode, that is, if d / λ1 << 1, the quasi-static electric field is transmitted to the power transmitting device 1 and the power receiving device. It exists only in the vicinity of the device 2 and energy is hardly radiated as an electromagnetic wave.

なお、電磁波は電界と磁界の両方が伝搬方向に対し垂直であるのに対し、本発明の低周波数の準静電場を用いた電力伝送では、エネルギーが電界と同じ方向に伝送される。   Note that both the electric field and the magnetic field of the electromagnetic wave are perpendicular to the propagation direction, whereas in the power transmission using the low-frequency quasi-electrostatic field of the present invention, energy is transmitted in the same direction as the electric field.

(実施の形態2)
図6は、本発明の実施の形態2に係る電力伝送システムの構成を示す模式図である。実施の形態1と同様、送電装置1の結合電極11は、能動電極(第一の能動電極)11aと受動電極(第一の受動電極)11pとで構成され、受動電極11pは平板状の電極として、能動電極11aはメッシュ状の電極として、それぞれ互いに平行になるよう形成されている。なお、受動電極11pより能動電極11aの方が高電位である。
(Embodiment 2)
FIG. 6 is a schematic diagram showing the configuration of the power transmission system according to Embodiment 2 of the present invention. As in the first embodiment, the coupling electrode 11 of the power transmission device 1 includes an active electrode (first active electrode) 11a and a passive electrode (first passive electrode) 11p. The passive electrode 11p is a flat electrode. The active electrodes 11a are formed as mesh electrodes so as to be parallel to each other. The active electrode 11a has a higher potential than the passive electrode 11p.

実施の形態1と同様、送電装置1の受動電極11pは平板状の電極として、能動電極11aはメッシュ状の電極として、それぞれ形成されており、受動電極11pと能動電極11aとは互いに平行に配置してある。ここで、平行とは正確に平行という意味ではなく、ほとんど平行であると判断できる範囲を含む概念である。   As in the first embodiment, the passive electrode 11p of the power transmission device 1 is formed as a flat electrode and the active electrode 11a is formed as a mesh electrode, and the passive electrode 11p and the active electrode 11a are arranged in parallel to each other. It is. Here, the term “parallel” does not mean exactly parallel, but is a concept including a range in which it can be determined to be almost parallel.

同様に、能動電極11aは正方形のメッシュ状となっており、能動電極11a側から平面視した場合、能動電極11aの空隙部から、平板状である受動電極11pが見えている。メッシュの繰り返し単位(メッシュ間隔)は、隣接する正方形の中心間距離に等しい。   Similarly, the active electrode 11a has a square mesh shape, and when viewed in plan from the active electrode 11a side, a flat plate-like passive electrode 11p is visible from the gap of the active electrode 11a. The repeating unit (mesh interval) of the mesh is equal to the distance between the centers of adjacent squares.

本発明の実施の形態2に係る電力伝送システムの構成及びデータ通信部の構成は、実施の形態1と同様であるので、同一の符号を付することにより、詳細な説明は省略する。   Since the configuration of the power transmission system and the configuration of the data communication unit according to the second embodiment of the present invention are the same as those of the first embodiment, detailed description will be omitted by attaching the same reference numerals.

送電装置1の能動電極11aと受動電極11pとは、300kHzの交流電圧を発生する電圧発生回路12及びインバータ13(第一の電圧発生回路)を介して接続されている。また、送電装置1の能動電極11aと受動電極11pとは、2.4GHzの交流電圧を発生する電圧発生回路(第二の電圧発生回路)32、ハイパスフィルタ35及びカプラ34を介して接続されている。   The active electrode 11a and the passive electrode 11p of the power transmission device 1 are connected via a voltage generation circuit 12 and an inverter 13 (first voltage generation circuit) that generate an alternating voltage of 300 kHz. The active electrode 11a and the passive electrode 11p of the power transmission device 1 are connected via a voltage generation circuit (second voltage generation circuit) 32 that generates an AC voltage of 2.4 GHz, a high-pass filter 35, and a coupler 34. Yes.

本実施の形態2では、電圧発生回路12及びインバータ13と電圧発生回路32とを、送電装置1の受動電極11p、能動電極11aと接続又は切断するよう切り換える切り換え手段として機能するコントローラ61を備えている。すなわち、コントローラ61は、電圧発生回路12及びインバータ13と送電装置1の受動電極11p、能動電極11aとをそれぞれ接続又は切断し、電圧発生回路32と送電装置1の受動電極11p、能動電極11aとをそれぞれ接続又は切断するよう切り換える。   In the second embodiment, a controller 61 is provided that functions as switching means for switching the voltage generation circuit 12, the inverter 13, and the voltage generation circuit 32 to connect or disconnect the passive electrode 11p and the active electrode 11a of the power transmission device 1. Yes. That is, the controller 61 connects or disconnects the voltage generation circuit 12 and the inverter 13 with the passive electrode 11p and the active electrode 11a of the power transmission device 1, respectively, and the voltage generation circuit 32 and the passive electrode 11p and the active electrode 11a of the power transmission device 1 with each other. Are switched to connect or disconnect.

例えば、所定の時間までは電圧発生回路12及びインバータ13と送電装置1の受動電極11p、能動電極11aとをそれぞれ接続し、電圧発生回路32と送電装置1の受動電極11p、能動電極11aとをそれぞれ切断する。この場合、電圧発生回路12で発生し、インバータ13で変換した比較的周波数の低い交流電圧により、送電装置1の能動電極11aと受電装置2の能動電極21aとが容量結合し、電力伝送を行う。   For example, the voltage generation circuit 12 and the inverter 13 are connected to the passive electrode 11p and the active electrode 11a of the power transmission device 1 until a predetermined time, and the voltage generation circuit 32 and the passive electrode 11p and the active electrode 11a of the power transmission device 1 are connected. Cut each one. In this case, the active electrode 11a of the power transmitting device 1 and the active electrode 21a of the power receiving device 2 are capacitively coupled by the AC voltage generated by the voltage generating circuit 12 and converted by the inverter 13 to perform power transmission. .

そして、所定の時間経過した後、今度は逆に電圧発生回路12及びインバータ13と送電装置1の受動電極11p、能動電極11aとをそれぞれ切断し、電圧発生回路32と送電装置1の受動電極11p、能動電極11aとをそれぞれ接続する。この場合、電圧発生回路32で発生した比較的周波数の高い交流電圧により、送電装置1のメッシュ状の能動電極11aの空隙部から漏れ出た電磁波を受電装置2のカプラ42が受信し、データ通信を行う。   Then, after a predetermined time elapses, the voltage generation circuit 12 and the inverter 13 are disconnected from the passive electrode 11p and the active electrode 11a of the power transmission device 1 and the voltage generation circuit 32 and the passive electrode 11p of the power transmission device 1 are disconnected. The active electrode 11a is connected to each other. In this case, the coupler 42 of the power receiving device 2 receives the electromagnetic wave leaking from the gap of the mesh-like active electrode 11a of the power transmission device 1 due to the AC voltage having a relatively high frequency generated by the voltage generation circuit 32, and data communication is performed. I do.

図7は、本発明の実施の形態2に係る電力伝送システムの電力伝送とデータ通信との切り換え状態を示す模式図である。図7に示すように時分割で電力伝送とデータ通信とを切り換えることにより、周波数が互いに干渉することなく、効率良く電力伝送することができ、データ通信することができる。   FIG. 7 is a schematic diagram showing a switching state between power transmission and data communication in the power transmission system according to Embodiment 2 of the present invention. As shown in FIG. 7, by switching between power transmission and data communication in a time division manner, it is possible to efficiently transmit power without interfering with each other and to perform data communication.

つまり、時刻t0〜t1の間は、電圧発生回路12及びインバータ13と送電装置1の受動電極11p、能動電極11aとをそれぞれ切断し、電圧発生回路32と送電装置1の受動電極11p、能動電極11aとをそれぞれ接続する。したがって、時刻t0〜t1の間はデータ通信を行う。   That is, during the time t0 to t1, the voltage generation circuit 12 and the inverter 13 are disconnected from the passive electrode 11p and the active electrode 11a of the power transmission device 1, respectively, and the voltage generation circuit 32 and the passive electrode 11p and the active electrode of the power transmission device 1 are disconnected. 11a are connected to each other. Therefore, data communication is performed between times t0 and t1.

次に、時刻t1〜t2の間は、電圧発生回路12及びインバータ13と送電装置1の受動電極11p、能動電極11aとをそれぞれ接続し、電圧発生回路32と送電装置1の受動電極11p、能動電極11aとをそれぞれ切断する。したがって、時刻t1〜t2の間は電力伝送を行う。以下、コントローラ61が電圧発生回路12及びインバータ13と電圧発生回路32とを、送電装置1の受動電極11p、能動電極11aと接続又は切断するよう切り換える切り換え手段として機能することにより、時分割で電力伝送とデータ通信とを切り換えながら行うことができる。   Next, during time t1 to t2, the voltage generation circuit 12 and the inverter 13 are connected to the passive electrode 11p and the active electrode 11a of the power transmission device 1, respectively, and the voltage generation circuit 32 and the passive electrode 11p of the power transmission device 1 are active. Each of the electrodes 11a is cut. Therefore, power transmission is performed between times t1 and t2. Hereinafter, the controller 61 functions as switching means for switching the voltage generation circuit 12 and the inverter 13 and the voltage generation circuit 32 to be connected to or disconnected from the passive electrode 11p and the active electrode 11a of the power transmission device 1, so that power can be divided in time division It can be performed while switching between transmission and data communication.

もちろん、時分割する時間が一定であることに限定されるものではなく、電力伝送を行う時間とデータ通信を行う時間とが一致する必要もない。   Of course, the time division is not limited to a fixed time, and the time for performing power transmission and the time for performing data communication do not need to match.

図8は、本発明の実施の形態2に係る電力伝送システムのコントローラ61の切り換え処理の手順を示すフローチャートである。なお、コントローラ61は、マイコン等のCPUを備える制御部であり、必要となる情報は、接続線を介して接続されているセンサ、電圧計等から取得する。   FIG. 8 is a flowchart showing a procedure of switching processing of the controller 61 of the power transmission system according to Embodiment 2 of the present invention. The controller 61 is a control unit including a CPU such as a microcomputer, and necessary information is acquired from a sensor, a voltmeter, or the like connected via a connection line.

図8において、コントローラ61は、送電装置1を起動し(ステップS801)、受電装置2のカプラ42との間で通信することが可能であるか否かを判断する(ステップS802)。コントローラ61が、通信することが可能であると判断した場合(ステップS802:YES)、コントローラ61は、容量結合による送電装置1の能動電極11aの電圧変動を検出したか否かによって、電力伝送が可能であるか否かを判断する(ステップS803)。   In FIG. 8, the controller 61 activates the power transmission device 1 (step S801), and determines whether or not communication with the coupler 42 of the power reception device 2 is possible (step S802). When the controller 61 determines that communication is possible (step S802: YES), the controller 61 performs power transmission depending on whether or not the voltage variation of the active electrode 11a of the power transmission device 1 due to capacitive coupling is detected. It is determined whether or not it is possible (step S803).

コントローラ61が、電力伝送が可能であると判断した場合(ステップS803:YES)、コントローラ61は、データ通信と電力伝送の両方を実行し(ステップS804)、受電装置2が取り外されたか否かを判断する(ステップS805)。コントローラ61が、受電装置2が取り外されていないと判断した場合(ステップS805:NO)、コントローラ61は、処理をステップS804へ戻して、上述した処理を繰り返す。コントローラ61が、受電装置2が取り外されたと判断した場合(ステップS805:YES)、コントローラ61は、処理をステップS802へ戻して、上述した処理を繰り返す。   If the controller 61 determines that power transmission is possible (step S803: YES), the controller 61 executes both data communication and power transmission (step S804), and determines whether or not the power receiving device 2 has been removed. Judgment is made (step S805). When the controller 61 determines that the power receiving apparatus 2 has not been removed (step S805: NO), the controller 61 returns the process to step S804 and repeats the above-described process. When the controller 61 determines that the power receiving device 2 has been removed (step S805: YES), the controller 61 returns the process to step S802 and repeats the above-described process.

コントローラ61が、電力伝送が可能ではないと判断した場合(ステップS803:NO)、コントローラ61は、データ通信を実行し(ステップS806)、受電装置2が取り外されたか否かを判断する(ステップS807)。コントローラ61が、受電装置2が取り外されていないと判断した場合(ステップS807:NO)、コントローラ61は、処理をステップS806へ戻して、上述した処理を繰り返す。コントローラ61が、受電装置2が取り外されたと判断した場合(ステップS807:YES)、コントローラ61は、処理をステップS802へ戻して、上述した処理を繰り返す。   When the controller 61 determines that power transmission is not possible (step S803: NO), the controller 61 performs data communication (step S806) and determines whether the power receiving apparatus 2 has been removed (step S807). ). When the controller 61 determines that the power receiving device 2 has not been removed (step S807: NO), the controller 61 returns the process to step S806 and repeats the above-described process. When the controller 61 determines that the power receiving device 2 has been removed (step S807: YES), the controller 61 returns the process to step S802 and repeats the above-described process.

コントローラ61が、通信することが不可能であると判断した場合(ステップS802:NO)、コントローラ61は、電力伝送が可能であるか否かを判断する(ステップS808)。コントローラ61が、電力伝送が可能ではないと判断した場合(ステップS808:NO)、コントローラ61は、処理をステップS802へ戻して、上述した処理を繰り返す。   When the controller 61 determines that communication is impossible (step S802: NO), the controller 61 determines whether power transmission is possible (step S808). When the controller 61 determines that power transmission is not possible (step S808: NO), the controller 61 returns the process to step S802 and repeats the above-described process.

コントローラ61が、電力伝送が可能であると判断した場合(ステップS808:YES)、コントローラ61は、電力伝送のみを実行し(ステップS809)、受電装置2が取り外されたか否かを判断する(ステップS810)。コントローラ61が、受電装置2が取り外されていないと判断した場合(ステップS810:NO)、コントローラ61は、処理をステップS809へ戻して、上述した処理を繰り返す。コントローラ61が、受電装置2が取り外されたと判断した場合(ステップS810:YES)、コントローラ61は、処理をステップS802へ戻して、上述した処理を繰り返す。   When the controller 61 determines that power transmission is possible (step S808: YES), the controller 61 executes only power transmission (step S809) and determines whether the power receiving apparatus 2 has been removed (step S809). S810). When the controller 61 determines that the power receiving device 2 has not been removed (step S810: NO), the controller 61 returns the process to step S809 and repeats the above-described process. When the controller 61 determines that the power receiving device 2 has been removed (step S810: YES), the controller 61 returns the process to step S802 and repeats the above-described process.

2つの電圧発生回路12、32で発生する交流電圧の周波数が大きく相違していることから、周波数が互いに干渉することなく能動電極11aと受動電極11pとの間にそれぞれ電位差が生じる。もちろん、ハイパスフィルタ35、45により、データ通信用の周波数と電力伝送用の周波数とを十分に離調することができるようにしている。受電装置2の能動電極21aは、送電装置1の能動電極11aと容量結合し、交流電圧が伝送される。伝送された交流電圧は、最終的には負荷回路24へ渡される。   Since the frequencies of the AC voltages generated by the two voltage generation circuits 12 and 32 are greatly different, a potential difference is generated between the active electrode 11a and the passive electrode 11p without interfering with each other. Of course, the high-pass filters 35 and 45 can sufficiently detune the data communication frequency and the power transmission frequency. The active electrode 21a of the power receiving device 2 is capacitively coupled to the active electrode 11a of the power transmitting device 1, and an AC voltage is transmitted. The transmitted AC voltage is finally passed to the load circuit 24.

一方、送電装置1のメッシュ状の能動電極11aの空隙部から漏れ出た電磁波は、受電装置2のカプラ42で受信され、ハイパスフィルタ45を介して通信装置50へ渡される。このように、発生する交流電圧の周波数が大きく相違する電圧発生回路12、32を電力伝送用とデータ通信用とで別個に設けておき、両周波数を十分に離調するようハイパスフィルタ35、45を設けることにより、電力伝送の効率を落とすことなく、データ通信を行うことが可能となる。   On the other hand, the electromagnetic wave leaking from the gap portion of the mesh-like active electrode 11 a of the power transmission device 1 is received by the coupler 42 of the power reception device 2 and passed to the communication device 50 via the high-pass filter 45. As described above, the voltage generation circuits 12 and 32 having greatly different frequencies of the generated AC voltage are separately provided for power transmission and data communication, and the high-pass filters 35 and 45 are sufficiently detuned. By providing this, it is possible to perform data communication without reducing the efficiency of power transmission.

以上のように本実施の形態2によれば、電力伝送用の電圧発生回路12及びデータ通信用の電圧発生回路32と、送電装置1の第一の受動電極11p、第一の能動電極11aとを接続又は切断するよう切り換えることができるので、電力伝送のみ、データ通信のみ、電力伝送とデータ通信との併用に切り換えることが可能となる。   As described above, according to the second embodiment, the voltage generation circuit 12 for power transmission and the voltage generation circuit 32 for data communication, the first passive electrode 11p and the first active electrode 11a of the power transmission device 1 Therefore, it is possible to switch to only power transmission, only data communication, or combined use of power transmission and data communication.

その他、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨の範囲内であれば多種の変形、置換等が可能であることは言うまでもない。   In addition, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and it goes without saying that various modifications and substitutions are possible within the scope of the gist of the present invention.

1 送電装置
2 受電装置
10 送電モジュール
11 結合電極
11a 能動電極(第一の能動電極)
11p 受動電極(第一の受動電極)
12 電圧発生回路(第一の電圧発生回路)
13 インバータ
14 昇圧トランス
20 受電モジュール
21 結合電極
21a 能動電極(第二の能動電極)
21p 受動電極(第二の受動電極)
22 降圧トランス
23 整流器
24 負荷回路
30 送信モジュール
32 電圧発生回路(第二の電圧発生回路)
33 増幅器
34、42 カプラ
35、45 ハイパスフィルタ
40 受信モジュール
43 高周波増幅器
44 電圧発生回路
50 通信装置
61 コントローラ(切り換え手段)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Power transmission apparatus 2 Power receiving apparatus 10 Power transmission module 11 Coupling electrode 11a Active electrode (1st active electrode)
11p passive electrode (first passive electrode)
12 Voltage generation circuit (first voltage generation circuit)
13 Inverter 14 Step-up transformer 20 Power receiving module 21 Coupling electrode 21a Active electrode (second active electrode)
21p passive electrode (second passive electrode)
22 Step-down transformer 23 Rectifier 24 Load circuit 30 Transmission module 32 Voltage generation circuit (second voltage generation circuit)
33 Amplifier 34, 42 Coupler 35, 45 High-pass filter 40 Reception module 43 High-frequency amplifier 44 Voltage generation circuit 50 Communication device 61 Controller (switching means)

Claims (6)

第一の受動電極、該第一の受動電極より高電位である第一の能動電極、前記第一の受動電極と前記第一の能動電極との間に接続された第一の電圧発生回路及び第二の電圧発生回路を備える送電装置と、
第二の受動電極、該第二の受動電極よりも面積が小さく、しかも前記第二の受動電極より高電位である第二の能動電極、及び電磁波を受信するカプラを有する受電装置と
を備える電力伝送システムであって、
前記送電装置は、前記第一の能動電極がメッシュ状に、前記第一の受動電極が平板状に、それぞれ互いに平行になるよう形成してあり、
前記受電装置は、前記第二の能動電極及び前記第二の受動電極が、前記第一の能動電極及び前記第一の受動電極と平行になるように配置してあり、
前記第一の電圧発生回路で発生する信号の周波数は、電力伝送用の第一の周波数であり、前記第二の電圧発生回路で発生する信号の周波数は、前記第一の周波数よりも高い、データ通信用の第二の周波数であることを特徴とする電力伝送システム。
A first passive electrode, a first active electrode having a higher potential than the first passive electrode, a first voltage generating circuit connected between the first passive electrode and the first active electrode, and A power transmission device comprising a second voltage generation circuit;
A power comprising: a second passive electrode; a second active electrode having a smaller area than the second passive electrode and having a higher potential than the second passive electrode; and a power receiving device having a coupler that receives electromagnetic waves. A transmission system,
In the power transmission device, the first active electrode is formed in a mesh shape, and the first passive electrode is formed in a flat plate shape so as to be parallel to each other,
The power receiving device is arranged such that the second active electrode and the second passive electrode are parallel to the first active electrode and the first passive electrode,
The frequency of the signal generated in the first voltage generation circuit is the first frequency for power transmission, and the frequency of the signal generated in the second voltage generation circuit is higher than the first frequency. A power transmission system having a second frequency for data communication.
前記第二の能動電極及び前記第二の受動電極は平板状に形成してあり、
前記第一の能動電極の空隙部から漏れ出た電磁波を前記カプラで受信するようにしてあることを特徴とする請求項1記載の電力伝送システム。
The second active electrode and the second passive electrode are formed in a plate shape,
2. The power transmission system according to claim 1, wherein electromagnetic waves leaking from the gap portion of the first active electrode are received by the coupler.
前記第一の周波数は100kHz以上15MHz未満であり、前記第二の周波数は2.4GHz帯又は950MHz帯であることを特徴とする請求項1又は2記載の電力伝送システム。   3. The power transmission system according to claim 1, wherein the first frequency is 100 kHz or more and less than 15 MHz, and the second frequency is a 2.4 GHz band or a 950 MHz band. 前記第一の電圧発生回路及び前記第二の電圧発生回路と、前記第一の受動電極、前記第一の能動電極とを接続又は切断するよう切り換える切り換え手段を備えることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の電力伝送システム。   2. A switching means for switching the first voltage generation circuit and the second voltage generation circuit, the first passive electrode, and the first active electrode to be connected or disconnected. The electric power transmission system as described in any one of thru | or 3. 受電装置の第二の受動電極と容量結合する第一の受動電極と、
前記第二の受動電極よりも面積が小さく、しかも前記第二の受動電極より高電位である前記受電装置の第二の能動電極と容量結合する第一の能動電極と、
前記第一の受動電極と前記第一の能動電極との間に接続された第一の電圧発生回路及び第二の電圧発生回路と
を備える送電装置であって、
前記第一の能動電極はメッシュ状に、前記第一の受動電極は平板状に、それぞれ互いに平行になるよう形成してあり、
前記第一の電圧発生回路で発生する信号の周波数は、電力伝送用の第一の周波数であり、前記第二の電圧発生回路で発生する信号の周波数は、前記第一の周波数よりも高い、データ通信用の第二の周波数であることを特徴とする送電装置。
A first passive electrode capacitively coupled to a second passive electrode of the power receiving device;
A first active electrode capacitively coupled to a second active electrode of the power receiving device having a smaller area than the second passive electrode and having a higher potential than the second passive electrode ;
A first voltage generating circuit and a second voltage generating circuit connected between the first passive electrode and the first active electrode,
The first active electrode is formed in a mesh shape, and the first passive electrode is formed in a plate shape so as to be parallel to each other,
The frequency of the signal generated in the first voltage generation circuit is the first frequency for power transmission, and the frequency of the signal generated in the second voltage generation circuit is higher than the first frequency. A power transmission device having a second frequency for data communication.
送電装置の第一の受動電極と容量結合する第二の受動電極と、
前記送電装置のメッシュ状の第一の能動電極と容量結合する第二の能動電極と、
前記送電装置から電磁波を受信するカプラと
を有し、
前記第二の能動電極は、前記第二の受動電極よりも面積が小さく、しかも前記第二の受動電極より高電位であり、
前記第二の受動電極及び前記第二の能動電極は平板状の電極であり、前記第一の受動電極及び前記第一の能動電極と平行になるように配置してあり、
前記第一の能動電極の空隙部から漏れ出た電磁波を前記カプラで受信するようにしてあることを特徴とする受電装置。
A second passive electrode capacitively coupled to the first passive electrode of the power transmission device;
A second active electrode capacitively coupled to the mesh-shaped first active electrode of the power transmission device;
A coupler for receiving electromagnetic waves from the power transmission device,
The second active electrode has a smaller area than the second passive electrode and has a higher potential than the second passive electrode,
The second passive electrode and the second active electrode are plate-like electrodes, and are arranged in parallel with the first passive electrode and the first active electrode,
An electromagnetic wave leaking from a gap portion of the first active electrode is received by the coupler.
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