JP6223470B2 - 共振型電力伝送アンテナ装置 - Google Patents

Description

この発明は、電磁界シールド効果を有する共振型電力伝送アンテナ装置に関するものである。

図８に共鳴型非接触給電システムにおける従来のシールド装置を示す。このシールド装置では、電磁界シールド効果を得るため、送信コイル（送信アンテナ）１０１側と受信コイル（受信アンテナ）１０２側をそれぞれシールド部材１０３，１０４で覆っている。

特開２０１２−２４８７４７号公報

しかしながら、従来構成では、送信アンテナ１０１と受信アンテナ１０２との間の空間は、シールド構造を構成することができないため、送信アンテナ１０１から発生する電磁界をシールドすることができない。そのため、上記空間から漏洩電磁界が発生するという課題がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、送受信アンテナ間の空間部分についても電磁界シールド効果を得ることができる共振型電力伝送アンテナ装置を提供することを目的としている。

この発明に係る共振型電力伝送アンテナ装置は、電力を送信する第１の送信アンテナ及び第１の送信アンテナから電力を受信する第１の受信アンテナを有し、受信した電力を負荷に供給する電力伝送系のアンテナ装置と、電力を送信する第２の送信アンテナ及び第２の送信アンテナから電力を受信する第２の受信アンテナを有し、電力伝送系のアンテナ装置が発生する電磁界とは逆位相の電磁界を発生するシールド専用のシールド系のアンテナ装置とを備え、シールド系のアンテナ装置において受信された電力の供給先が、電力伝送系のアンテナ装置の供給先と異なるものである。

この発明によれば、上記のように構成したので、送受信アンテナ間の空間部分についても電磁界シールド効果を得ることができる。

この発明の実施の形態１に係る共振型電力伝送アンテナ装置の構成を示す図である。 この発明の実施の形態２に係る共振型電力伝送アンテナ装置の構成を示す図である。 この発明の実施の形態３に係る共振型電力伝送アンテナ装置の構成を示す図であり、（ａ）側面図であり、（ｂ）断面図である。 この発明の実施の形態４に係る共振型電力伝送アンテナ装置の構成を示す図であり、（ａ）側面図であり、（ｂ）断面図である。 アンテナ装置から発生する誘導電磁界の放射方向と放射電磁界の放射方向を示す図である。 この発明の実施の形態５に係る共振型電力伝送アンテナ装置の構成を示す図であり、（ａ）側面図であり、（ｂ）断面図である。 この発明の実施の形態６に係る共振型電力伝送アンテナ装置の構成を示す図であり、（ａ）側面図であり、（ｂ）断面図である。 従来のシールド装置の構成を示す図である。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態１．
実施の形態１では、電力伝送系のアンテナ装置を複数系統設けた場合を想定し、各系統のアンテナ装置間での誘導電磁界による相互干渉を防止する構成について示す。図１はこの発明の実施の形態１に係る共振型電力伝送アンテナ装置の構成を示す図である。
共振型電力伝送アンテナ装置は、送受信対向型の装置であり、図１に示すように、２系統以上の電力伝送系のアンテナ装置、及びシールド系のアンテナ装置から構成されている。なお図１の例では、電力伝送系のアンテナ装置を２系統設けた場合を示し、各機能部の符号に接尾記号ａ，ｂを付している。

電力伝送系のアンテナ装置は、図１に示すように、送信回路１１、送信アンテナ（第１の送信アンテナ）１２、受信アンテナ（第１の受信アンテナ）１３及び受信回路１４から構成されている。

送信回路１１は、共振インピーダンス制御により、送信アンテナ１２の共振条件を成立させるものである。
送信アンテナ１２は、送信回路１１を介して供給された電気信号を含む電力を、受信アンテナ１３に無線伝送するものである。

受信アンテナ１３は、送信アンテナ１２からの電力を受信するものである。この受信アンテナ１３により受信された電力は受信回路１４を介して負荷機器等（不図示）に供給される。
受信回路１４は、受信アンテナ１３と負荷機器等間に配置され、共振インピーダンス制御により、受信アンテナ１３の共振条件を成立させるものである。
なお、電力伝送系のアンテナ装置の無線伝送方式は特に限定されるものではなく、磁界共鳴による方式、電界共鳴による方式、電磁誘導による方式のいずれであってもよい。

シールド系のアンテナ装置は、図１に示すように、送信回路２１、送信シールドアンテナ（第２の送信アンテナ）２２、受信シールドアンテナ（第２の受信アンテナ）２３及び受信回路２４から構成されている。

送信回路２１は、共振インピーダンス制御により、送信シールドアンテナ２２の共振条件を成立させるものである。
送信シールドアンテナ２２は、電力伝送系の送信アンテナ１２間に配置され、送信回路２１を介して供給された電気信号を含む電力を、受信シールドアンテナ２３に無線伝送するものである。

受信シールドアンテナ２３は、電力伝送系の受信アンテナ１３間に配置され、送信シールドアンテナ２２からの電力を受信するものである。
受信回路２４は、受信シールドアンテナ２３の後段に配置され、共振インピーダンス制御により、受信シールドアンテナ２３の共振条件を成立させるものである。

そして、送受信回路２１，２４は、送受信シールドアンテナ２２，２３を、隣接する送受信アンテナ１２，１３と逆位相の電磁界共振で動作させる。これにより、電力伝送系のアンテナ装置からの誘導電磁界を、シールド系のアンテナ装置からの電磁界で相殺させることができ、当該電力伝送系のアンテナ装置間での誘導電磁界による相互干渉を防止することができる。

なお、電磁界の相殺を行うため、シールド系のアンテナ装置から放射される電磁界と、電力伝送系のアンテナ装置から放射される電磁界の強度を近づける程、シールド効果はよくなる。
また、シールド系のアンテナ装置の無線伝送方式は特に限定されるものではなく、磁界共鳴による方式、電界共鳴による方式、電磁誘導による方式のいずれであってもよい。

以上のように、この実施の形態１によれば、電力伝送系のアンテナ装置間にシールド系のアンテナ装置を配置し、送受信シールドアンテナ２２，２３を、隣接する送受信アンテナ１２，１３と逆位相の電磁界共振で動作させるように構成したので、送受信アンテナ１２，１３間の空間部分についても電磁界シールド効果を得ることができ、電力伝送系のアンテナ装置間での誘導電磁界による相互干渉を防止することができる。
また、図８に示す従来構成では、シールド部材１０３，１０４で送信アンテナ１０１、受信アンテナ１０２を覆う際に、電力伝送効率が低下しないように、送信アンテナ１０１、受信アンテナ１０２との空隙を確保する必要がある。そのため、構造的に設置スペースを小さくすることができないという課題がある。それに対し、実施の形態１に係る共振型電力伝送アンテナ装置では、従来構成のようなシールド部材１０３，１０４が不要なため、低コストで小型、軽量な装置を得ることができる。

実施の形態２．
実施の形態２では、電力伝送系のアンテナ装置の電力伝送方向の外側に漏れる誘導電磁界をシールドする構成について示す。図２はこの発明の実施の形態２に係る共振型電力伝送アンテナ装置の構成を示す図である。
共振型電力伝送アンテナ装置は、送受信対向型の装置であり、図２に示すように、電力伝送系のアンテナ装置、及び少なくとも１系統以上のシールド系のアンテナ装置から構成されている。なお図２の例では、シールド系のアンテナ装置を２系統設けた場合を示し、各機能部の符号に接尾記号ａ，ｂを付している。

電力伝送系のアンテナ装置は、図２に示すように、送信回路１１、送信アンテナ（第１の送信アンテナ）１２、受信アンテナ（第２の受信アンテナ）１３及び受信回路１４から構成されている。この電力伝送系のアンテナ装置の構成は、図１に示す実施の形態１の構成と同様であり、その説明を省略する。

シールド系のアンテナ装置は、図２に示すように、送信回路２１、送信シールドアンテナ（第２の送信アンテナ）２２、受信シールドアンテナ（第２の受信アンテナ）２３及び受信回路２４から構成されている。

送信回路２１は、共振インピーダンス制御により、送信シールドアンテナ２２の共振条件を成立させるものである。
送信シールドアンテナ２２は、電力伝送系の送信アンテナ１２の電力伝送方向の外側に配置され、送信回路２１を介して供給された電気信号を含む電力を、受信シールドアンテナ２３に無線伝送するものである。

受信シールドアンテナ２３は、電力伝送系の受信アンテナ１３の電力伝送方向の外側に配置され、送信シールドアンテナ２２からの電力を受信するものである。
受信回路２４は、受信シールドアンテナ２３の後段に配置され、共振インピーダンス制御により、受信シールドアンテナ２３の共振条件を成立させるものである。

そして、送受信回路２１，２４は、送受信シールドアンテナ２２，２３を、送受信アンテナ１２，１３と逆位相の電磁界共振で動作させる。これにより、電力伝送系のアンテナ装置からの誘導電磁界を、シールド系のアンテナ装置からの電磁界で相殺させることができ、当該電力伝送系のアンテナ装置の外側に漏れる誘導電磁界をシールドすることができる。

なお、電磁界の相殺を行うため、シールド系のアンテナ装置から放射される電磁界と、電力伝送系のアンテナ装置から放射される電磁界の強度を近づける程、シールド効果はよくなる。
また、シールド系のアンテナ装置の無線伝送方式は特に限定されるものではなく、磁界共鳴による方式、電界共鳴による方式、電磁誘導による方式のいずれであってもよい。

以上のように、この実施の形態２によれば、電力伝送系のアンテナ装置の電力伝送方向の外側に、シールド系のアンテナ装置を少なくとも１系統以上配置し、送受信シールドアンテナ２２，２３を、送受信アンテナ１２，１３と逆位相の電磁界共振で動作させるように構成したので、送受信アンテナ１２，１３間の空間部分についても電磁界シールド効果を得ることができ、電力伝送系のアンテナ装置の外側に漏れる誘導電磁界をシールドすることができる。また、従来構成のようなシールド部材１０３，１０４が不要なため、低コストで小型、軽量な装置を得ることができる。

なお実施の形態１では、電力伝送系のアンテナ装置間にシールド系のアンテナ装置を配置して、誘導電磁界による相互干渉を防止する構成を示し、実施の形態２では、電力伝送系のアンテナ装置の電力伝送方向の外側にシールド系のアンテナ装置を配置して、外側に漏れる誘導電磁界をシールドする構成をそれぞれ示した。それに対し、両者を組合わせて構成してもよい。

実施の形態３．
実施の形態１では、電力伝送系のアンテナ装置間の誘導電磁界による相互干渉を防止する共振型電力伝送アンテナ装置として、送受信対向型の装置について示した。それに対して、図３に示すように、送受信嵌合型の装置を適用するようにしてもよい。すなわち、送信アンテナ１２と受信アンテナ１３が嵌合配置され、また、送信シールドアンテナ２２と受信シールドアンテナ２３が嵌合配置される。なお図３では、送受信回路１１，１４，２１，２４の図示は省略している。また、送受信アンテナ１２，１３及び送受信シールドアンテナ２２，２３を構成するコイルは、例えばヘリカル状、スパイラル状に巻かれる。
図３に示す送受信嵌合型の共振型電力伝送アンテナ装置を用いても、電力伝送系のアンテナ装置間での誘導電磁界による相互干渉を防止することができ、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

実施の形態４．
実施の形態２では、電力伝送系のアンテナ装置の電力伝送方向の外側に漏れる誘導電磁界をシールドする共振型電力伝送アンテナ装置として、送受信対向型の装置について示した。それに対して、図４に示すように、送受信嵌合型の装置を適用するようにしてもよい。すなわち、送信アンテナ１２と受信アンテナ１３と送信シールドアンテナ２２と受信シールドアンテナ２３が嵌合配置される。なお図４では、送受信回路１１，１４，２１，２４の図示は省略している。また、送受信アンテナ１２，１３及び送受信シールドアンテナ２２，２３を構成するコイルは、例えばヘリカル状、スパイラル状に巻かれる。
図４に示す送受信嵌合型の共振型電力伝送アンテナ装置を用いても、電力伝送系のアンテナ装置の電力伝送方向の外側に漏れる誘導電磁界をシールドすることができ、実施の形態２と同様の効果を得ることができる。

なお実施の形態３では、電力伝送系のアンテナ装置間にシールド系のアンテナ装置を配置して、誘導電磁界による相互干渉を防止する構成を示し、実施の形態４では、電力伝送系のアンテナ装置の電力伝送方向の外側にシールド系のアンテナ装置を配置して、外側に漏れる誘導電磁界をシールドする構成をそれぞれ示した。それに対し、両者を組合わせて構成してもよい。

実施の形態５．
実施の形態１〜４では、誘導電磁界に対して電磁界シールド効果を得る構成について示した。一方、電力伝送系のアンテナ装置から発生する漏洩電磁界には、上記誘導電磁界の他に放射電磁界が存在する。そして、図５に示すように、電力伝送系のアンテナ装置から発生するビオ・サバール界等の誘導電磁界の放射方向と、放射電磁界の放射方向は９０度異なる。よって、実施の形態１〜４に示した構成のみでは放射電磁界をシールドすることはできない。そこで、実施の形態５では、放射電磁界に対しても電磁界シールド効果を得る構成について示す。

図６はこの発明の実施の形態５に係る共振型電力伝送アンテナ装置の構成を示す図である。図６に示す実施の形態５に係る共振型電力伝送アンテナ装置は、送信アンテナ１２と送信シールドアンテナ２２、受信アンテナ１３と受信シールドアンテナ２３がそれぞれ嵌合配置された送受信対向型の装置である。なお図６では、送受信回路１１，１４，２１，２４の図示は省略している。そして実施の形態５では、さらに、送信シールドアンテナ２２の外側、受信シールドアンテナ２３の外側にそれぞれシールド部材３１，３２が設けられている。

このシールド部材３１，３２は、放射電磁界をシールドするための部材であり、ＧＮＤ電位に接続されている（送信アンテナのＲＴＮ電位、大地アース等に接続する）。このシールド部材３１，３２としては、コイル、テープ、シート状部材等を用いることができる。なお、シールド部材３１，３２は、各アンテナ装置の電力伝送効率が低下しないように、送受信シールドアンテナ２２，２３との間に空隙を確保する。

以上のように、この実施の形態５によれば、誘導電磁界をシールドするための送受信シールドアンテナ２２，２３の外側に、放射電磁界をシールドするためのＧＮＤ電位に接続されたシールド部材３１，３２を設けたので、放射方向が異なる誘導電磁界と放射電磁界とに対して、それぞれ専用のシールド対策を行うことができるため、漏洩電磁界に対するシールド効果をさらに向上できる。

なお実施の形態５に係る共振型電力伝送アンテナ装置として、図６に示すような内部構造を有する同軸ケーブルのシールドワイヤを用いてもよい。すなわち、外側がシールドされており、内部がスパイラル構造の同軸ケーブルであれば、本発明に係る共振型電力伝送アンテナ装置を構成することができる。

実施の形態６．
実施の形態５では、送信アンテナ１２と送信シールドアンテナ２２、受信アンテナ１３と受信シールドアンテナ２３がそれぞれ嵌合配置された送受信対向型の装置の外側にシールド部材３１，３２を設けた場合について示した。それに対して、図７に示すように、送受信アンテナ１２，１３と送受信シールドアンテナ２２，２３が嵌合配置された送受信嵌合型の装置の外側にシールド部材３３を設けるようにしてもよい。なお、シールド部材３３は、実施の形態５のシールド部材３１，３２と同様の構成である。
図７に示す送受信嵌合型の共振型電力伝送アンテナ装置を用いても、放射方向が異なる誘導電磁界と放射電磁界とに対して、それぞれ専用のシールド対策を行うことができるため、漏洩電磁界に対するシールド効果をさらに向上できる。

また、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。

この発明に係る共振型電力伝送アンテナ装置は、送受信アンテナ間の空間部分についても電磁界シールド効果を得ることができ、電磁界シールド効果を有する共振型電力伝送アンテナ装置等に用いるのに適している。

１１ 送信回路、１２ 送信アンテナ（第１の送信アンテナ）、１３ 受信アンテナ（第１の受信アンテナ）、１４ 受信回路、２１ 送信回路、２２ 送信シールドアンテナ（第２の送信アンテナ）、２３ 受信シールドアンテナ（第２の受信アンテナ）、２４ 受信回路、３１〜３３ シールド部材。

Claims (6)

1. 電力を送信する第１の送信アンテナ及び前記第１の送信アンテナから電力を受信する第１の受信アンテナを有し、受信した電力を負荷に供給する電力伝送系のアンテナ装置と、
   電力を送信する第２の送信アンテナ及び前記第２の送信アンテナから電力を受信する第２の受信アンテナを有し、前記電力伝送系のアンテナ装置が発生する電磁界とは逆位相の電磁界を発生するシールド専用のシールド系のアンテナ装置とを備え、
   前記シールド系のアンテナ装置において受信された電力の供給先が、前記電力伝送系のアンテナ装置の供給先と異なる
   ことを特徴とする共振型電力伝送アンテナ装置。
2. 前記電力伝送系のアンテナ装置は、
   前記シールド系のアンテナ装置の内側に配置された
   ことを特徴とする請求項１記載の共振型電力伝送アンテナ装置。
3. 前記第１の送信アンテナは、前記第２の送信アンテナの内側に配置され、
   前記第１の受信アンテナは、前記第２の受信アンテナの内側に配置された
   ことを特徴とする請求項１記載の共振型電力伝送アンテナ装置。
4. 電力を送信する第１の送信アンテナ及び前記第１の送信アンテナから電力を受信する第１の受信アンテナを有する電力伝送系のアンテナ装置と、
   電力を送信する第２の送信アンテナ及び前記第２の送信アンテナから電力を受信する第２の受信アンテナを有し、前記電力伝送系のアンテナ装置が発生する電磁界とは逆位相の電磁界を発生するシールド系のアンテナ装置とを備え、
   前記電力伝送系のアンテナ装置は、前記シールド系のアンテナ装置の内側に配置された
   ことを特徴とする共振型電力伝送アンテナ装置。
5. 電力を送信する第１の送信アンテナ及び前記第１の送信アンテナから電力を受信する第１の受信アンテナを有する電力伝送系のアンテナ装置と、
   電力を送信する第２の送信アンテナ及び前記第２の送信アンテナから電力を受信する第２の受信アンテナを有し、前記電力伝送系のアンテナ装置が発生する電磁界とは逆位相の電磁界を発生するシールド系のアンテナ装置とを備え、
   前記第１の送信アンテナは、前記第２の送信アンテナの内側に配置され、
   前記第１の受信アンテナは、前記第２の受信アンテナの内側に配置された
   ことを特徴とする共振型電力伝送アンテナ装置。
6. 前記シールド系のアンテナ装置の外側に設けられたシールド部材を備えた
   ことを特徴とする請求項２から請求項５のうちの何れか１項記載の共振型電力伝送アンテナ装置。

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