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公開番号2025035410
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-03-13
出願番号2023142429
出願日2023-09-01
発明の名称ワイヤレス電力伝送システム
出願人国立大学法人山梨大学
代理人SK弁理士法人,個人,個人
主分類H02J 50/50 20160101AFI20250306BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】受電コイルの位置が変化して送受電コイル間の結合係数が変化しても、送受電コイル間の結合係数を補うことで送受電間の伝送効率の低下を抑制できるワイヤレス電力伝送システムを提供する。
【解決手段】本発明によれば、ワイヤレス電力伝送システムであって、送電コイルと、受電コイルと、リレーコイルユニット、周波数調整部とを備え、前記送電コイルは、前記受電コイルに対して電磁力を利用して送電を行い、前記リレーコイルユニットは、前記送電コイルから前記受電コイルへの送電を中継し、前記周波数調整部は、前記リレーコイルユニットの共振周波数を前記送電コイルと前記受電コイルとの間の距離に応じて調整するように構成されている、ワイヤレス電力伝送システムが提供される。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
ワイヤレス電力伝送システムであって、
送電コイルと、受電コイルと、リレーコイルユニットと、周波数調整部とを備え、
前記送電コイルは、前記受電コイルに対して電磁力を利用して送電を行い、
前記リレーコイルユニットは、前記送電コイルから前記受電コイルへの送電を中継し、
前記周波数調整部は、前記リレーコイルユニットの共振周波数を前記送電コイルと前記受電コイルとの間の距離に応じて調整するように構成されている、ワイヤレス電力伝送システム。
続きを表示（約 840 文字）【請求項２】
請求項１に記載のワイヤレス電力伝送システムであって、
前記周波数調整部は、前記リレーコイルユニットが備えるリレーコイルに接続されたコンデンサのキャパシタンスを変化させることによって前記リレーコイルユニットの共振周波数を調整するように構成されている、ワイヤレス電力伝送システム。
【請求項３】
請求項１に記載のワイヤレス電力伝送システムであって、
前記リレーコイルユニットは、前記送電コイルと水平、かつ、前記送電コイルと軸方向で少なくとも一部が重なるように配置されている、ワイヤレス電力伝送システム。
【請求項４】
請求項１に記載のワイヤレス電力伝送システムであって、
前記リレーコイルユニットは、同一平面上に配置された第１及び第２リレーコイルを備え、
第２リレーコイルの内径は、第１リレーコイルの外径よりも大きく、第１リレーコイルの外側に配置されている、ワイヤレス電力伝送システム。
【請求項５】
請求項１に記載のワイヤレス電力伝送システムであって、
前記リレーコイルユニットは、前記送電コイルと同一平面上に配置されたリレーコイルを備え、
前記リレーコイルの内径は、前記送電コイルの外径よりも大きく、前記送電コイルの外側に配置されている、ワイヤレス電力伝送システム。
【請求項６】
請求項１に記載のワイヤレス電力伝送システムであって、
前記リレーコイルユニットは、複数のリレーコイルを備え、各リレーコイルが同一平面上に配置されている、ワイヤレス電力伝送システム。
【請求項７】
請求項１に記載のワイヤレス電力伝送システムであって、
前記リレーコイルユニットは、前記送電コイルから前記受電コイルへ生じる磁界の向きに面するように、かつ、前記送電コイルの幅より外側に、配置されている、ワイヤレス電力伝送システム。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワイヤレス電力伝送システムに関する。
続きを表示（約 3,300 文字）【背景技術】
【０００２】
従来、磁界共振結合型ワイヤレス電力伝送（ＷｉｒｅｌｅｓｓＰｏｗｅｒＴｒａｎｓｆｅｒ：ＷＰＴ、以下ＷＰＴ）は非接触で電力を送電できる技術として注目されており、体内医療器、家電製品、電気自動車などへの非接触充電方法として期待されている。
【０００３】
ＷＰＴは、送電コイルに対して、受電コイルの位置がずれたり、遠ざかったりすると送受電コイル間の結合係数が低下するため、送受電間の電力伝送効率が低下する問題がある。非特許文献１には、送受電コイル間の距離を離して伝送効率が低下する場合に、送受電コイルの間に送受電コイルの共振周波数と同じ共振周波数を有するリピータコイルを入れて送受電コイル間の結合係数を補い伝送効率を向上させる方法が開示されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
ＪｉｎＷｏｏｋＫｉｍ他３名、"Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙａｎａｌｙｓｉｓｏｆｍａｇｎｅｔｉｃｒｅｓｏｎａｎｃｅｗｉｒｅｌｅｓｓｐｏｗｅｒｔｒａｎｓｆｅｒｗｉｔｈｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅｒｅｓｏｎａｎｔｃｏｉｌ"、ＩＥＥＥＡｎｔｅｎｎａｓａｎｄＷｉｒｅｌｅｓｓＰｒｏｐａｇａｔｉｏｎＬｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．１０，ｐｐ．３８９－３９２，２０１１．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、リピータコイルによる伝送効率の向上は、リピータコイルと送受電コイルとの位置関係に依存するため、所定の位置から受電コイルの位置がずれたり遠ざかったりした場合には、従来と同様、減少する送受電コイル間の結合係数を補うことができず、送受電コイル間の伝送効率の低下を抑制することはできないおそれがあった。
【０００６】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、受電コイルの位置が変化して送受電コイル間の結合係数が変化しても、送受電コイル間の結合係数を補うことで送受電間の伝送効率の低下を抑制できるＷＰＴシステムを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によれば、以下の発明が提供される。
［１］ワイヤレス電力伝送システムであって、送電コイルと、受電コイルと、リレーコイルユニットと、周波数調整部とを備え、前記送電コイルは、前記受電コイルに対して電磁力を利用して送電を行い、前記リレーコイルユニットは、前記送電コイルから前記受電コイルへの送電を中継し、前記周波数調整部は、前記リレーコイルユニットの共振周波数を前記送電コイルと前記受電コイルとの間の距離に応じて調整するように構成されている、ワイヤレス電力伝送システム。
［２］［１］に記載のワイヤレス電力伝送システムであって、前記周波数調整部は、前記リレーコイルユニットが備えるリレーコイルに接続されたコンデンサのキャパシタンスを変化させることによって前記リレーコイルユニットの共振周波数を調整するように構成されている、ワイヤレス電力伝送システム。
［３］［１］又は［２］に記載のワイヤレス電力伝送システムであって、前記リレーコイルユニットは、前記送電コイルと水平、かつ、前記送電コイルと軸方向で少なくとも一部が重なるように配置されている、ワイヤレス電力伝送システム。
［４］［１］～［３］のいずれか１つに記載のワイヤレス電力伝送システムであって、前記リレーコイルユニットは、同一平面上に配置された第１及び第２リレーコイルを備え、第２リレーコイルの内径は、第１リレーコイルの外径よりも大きく、第１リレーコイルの外側に配置されている、ワイヤレス電力伝送システム。
［５］［１］～［４］のいずれか１つに記載のワイヤレス電力伝送システムであって、前記リレーコイルユニットは、前記送電コイルと同一平面上に配置されたリレーコイルを備え、前記リレーコイルの内径は、前記送電コイルの外径よりも大きく、前記送電コイルの外側に配置されている、ワイヤレス電力伝送システム。
［６］［１］～［５］のいずれか１つに記載のワイヤレス電力伝送システムであって、前記リレーコイルユニットは、複数のリレーコイルを備え、各リレーコイルが同一平面上に配置されている、ワイヤレス電力伝送システム。
［７］［１］～［６］のいずれか１つに記載のワイヤレス電力伝送システムであって、前記リレーコイルユニットは、前記送電コイルから前記受電コイルへ生じる磁界の向きに面するように、かつ、前記送電コイルの幅より外側に、配置されている、ワイヤレス電力伝送システム。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係るＷＰＴシステムでは、リレーコイルユニットの共振周波数を送電コイルと受電コイルとの距離に応じて調整可能に構成するため、受電コイルの位置が変化して、送受電コイル間の結合係数が変化しても、送受電コイル間の結合係数を補うことで送受電間の伝送効率の低下を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
本発明の第１実施形態に係るＷＰＴシステム１００の構成を示す概略ブロック図である。
本発明の第１実施形態に係るＷＰＴシステム１００の概略斜視図である。
本発明の第１実施形態に係るＷＰＴシステム１００の概略斜視図である。
リレーコイルの共振周波数ｆ
２
が送電コイル１１ａの共振周波数ｆ
１
よりも大きい場合の、ＷＰＴシステム１００の磁界分布を示す図である。
リレーコイルの共振周波数ｆ
２
が送電コイル１１ａの共振周波数ｆ
１
よりも小さい場合の、ＷＰＴシステム１００の磁界分布を示す図である。
本発明の第２実施形態に係るＷＰＴシステム１００の概略斜視図である。
本発明の第３実施形態に係るＷＰＴシステム１００の概略斜視図である。
本発明の第４実施形態に係るＷＰＴシステム１００の概略斜視図である。
本発明の第５実施形態に係るＷＰＴシステム１００の概略上面図である。
本発明の第５実施形態に係るＷＰＴシステム１００の概略上面図である。
水平配置の場合の測定図である。
垂直配置の場合の測定図である。
水平配置におけるリレーコイルの共振周波数ｆ
２
を変化させたときの伝送効率を示すグラフである。
水平配置におけるリレーコイルの共振周波数ｆ
２
を変化させたときの結合係数を示すグラフである。
垂直配置におけるリレーコイルの共振周波数ｆ
２
を変化させたときの伝送効率を示すグラフである。
垂直配置におけるリレーコイルの共振周波数ｆ
２
を変化させたときの結合係数を示すグラフである。
水平配置における送受電コイル間距離Ｄ１を変化させたときの伝送効率を示すグラフである。
垂直配置における送受電コイル間距離Ｄ１を変化させたときの伝送効率を示すグラフである。
垂直配置におけるリレーコイル間距離Ｄ２を変化させたときの伝送効率を示すグラフである。
受電コイルのずれＸによる伝送効率の変化の実験の概略上面図である。
受電コイルのずれＸを変化させたときの伝送効率を示すグラフである。
受電コイルのずれＸを変化させたときの結合係数を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態について説明する。以下に示す実施形態中で示した各種特徴事項は、互いに組み合わせ可能である。また、各特徴について独立して発明が成立する。
（【００１１】以降は省略されています）

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