JP2013121230A - Non-contact power transmission system - Google Patents

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Toshiaki Oka
利昭 岡
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a power transmission system which is capable of supplying only necessary power to the power receiving side with a simple configuration.SOLUTION: The non-contact power transmission system comprises: a power supply device which is provided with an AC constant-voltage power supply unit; a power supply-side resonance capacitor; a power supply antenna coil; and a power receiving device which is provided with a power receiving antenna coil and a load and is movable relative to the power supply device. The power receiving device supplies the load with power transmitted from the power supply antenna coil to the power receiving antenna coil. The power supply-side resonance capacitor and the power supply antenna coil are connected in parallel to the AC constant-voltage power supply unit.

Description

本発明は、電磁波により給電側から受電側へ非接触で電力を供給する非接触電力伝送システムに関する。   The present invention relates to a non-contact power transmission system that supplies electric power in a non-contact manner from a power feeding side to a power receiving side by electromagnetic waves.

特許文献1には、送電側ユニットの送電コイルと共振コンデンサが直列に接続され、受電側ユニットの共振コンデンサが受電コイルと並列に接続されている構成が開示されている。また、送電側ユニットの送電コイル近傍にはさらにホール素子が配置され、受電側ユニットの受電コイルの近傍に配置された永久磁石による磁束を検出した場合に送電コイルから受電コイルへ電力を伝送する構成も開示されている。   Patent Document 1 discloses a configuration in which a power transmission coil and a resonance capacitor of a power transmission side unit are connected in series, and a resonance capacitor of a power reception side unit is connected in parallel to the power reception coil. In addition, a Hall element is further arranged in the vicinity of the power transmission coil of the power transmission side unit, and the power is transmitted from the power transmission coil to the power reception coil when a magnetic flux is detected by a permanent magnet disposed in the vicinity of the power reception coil of the power reception side unit. Is also disclosed.

一方、特許文献2には、インダクタンスとキャパシタから構成される入出力装置の共振回路と本体側共振回路は電磁誘導結合し、電磁誘導により本体側共振回路から入出力装置の共振回路へ電力が供給される構成が開示されている。   On the other hand, in Patent Document 2, the resonance circuit of the input / output device including the inductance and the capacitor is electromagnetically coupled to the resonance circuit of the main body side, and power is supplied from the main body side resonance circuit to the resonance circuit of the input / output device by electromagnetic induction. The structure to be disclosed is disclosed.

なお、共振回路のインダクタンスとキャパシタンスの値は、機器本体の通信回路が本体側共振回路のインダクタンスに流す電流の周波数に応じて共振回路で共振が生じるような値に設定されている。また、共振回路をインダクタンスとキャパシタを直列接続した直列共振回路構成としてもよいとの記載もある。   The values of the inductance and capacitance of the resonance circuit are set to values at which resonance occurs in the resonance circuit in accordance with the frequency of the current that the communication circuit of the device body passes through the inductance of the main body side resonance circuit. There is also a description that the resonance circuit may have a series resonance circuit configuration in which an inductance and a capacitor are connected in series.

特開2011−130569号公報JP 2011-130369 A 特開2011−130474号公報JP 2011-130474 A

特許文献1の構成では、受電側ユニットが電力を必要としていない場合でも送電コイルと受電コイルが対向していれば電力が供給されてしまう上に、送電側ユニットの送電コイルと共振コンデンサが直列に接続されている部分が低インピーダンスとなることから、無駄な電力を消費してしまうという課題がある。   In the configuration of Patent Document 1, even when the power receiving side unit does not require power, if the power transmitting coil and the power receiving coil are opposed to each other, power is supplied, and the power transmitting coil of the power transmitting side unit and the resonance capacitor are connected in series. Since the connected portion has low impedance, there is a problem that wasteful power is consumed.

また、特許文献2の構成でも、電力が供給される入出力装置側が電力を必要としていない場合でも電力が供給され、本体側で無駄な電力を消費してしまうという課題がある。   Further, even in the configuration of Patent Document 2, there is a problem that power is supplied even when the input / output device side to which power is supplied does not require power, and wasteful power is consumed on the main body side.

従って本発明の目的は、簡易な構成で受電側に必要な電力のみを給電することができる電力伝送システムを提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a power transmission system that can supply only necessary power to the power receiving side with a simple configuration.

本発明は上記課題を、交流定電圧電力供給部、給電側共振コンデンサ、および給電アンテナコイルを備えた給電装置と、受電アンテナコイル、および負荷を備え、給電装置に対して相対的に移動することが可能な受電装置を有し、受電装置は給電アンテナコイルから受電アンテナコイルへ伝送された電力を負荷へ供給し、交流定電圧電力供給部に対して、送電側共振コンデンサと送電アンテナコイルが並列に接続されている非接触電力伝送システムにより解決する。   The present invention includes the above-described problem, including a power supply device including an AC constant voltage power supply unit, a power supply side resonance capacitor, and a power supply antenna coil, a power reception antenna coil, and a load, and moves relative to the power supply device. The power receiving device supplies the power transmitted from the power feeding antenna coil to the power receiving antenna coil to the load, and the power transmission side resonance capacitor and the power transmitting antenna coil are parallel to the AC constant voltage power supply unit. It is solved by a non-contact power transmission system connected to.

また、受電装置はさらに受電側マッチングコンデンサを備え、受電アンテナコイルの一端が受電側マッチングコンデンサを介して負荷に接続され、受電アンテナコイルの他端が負荷に直接接続されていてもよい。   The power receiving apparatus may further include a power receiving side matching capacitor, one end of the power receiving antenna coil may be connected to the load via the power receiving side matching capacitor, and the other end of the power receiving antenna coil may be directly connected to the load.

また、受電装置はさらに受電側昇圧コンデンサを備え、受電側昇圧コンデンサの一端が受電アンテナコイルと受電側マッチングコンデンサの間に接続され、受電側昇圧コンデンサの他端が受電アンテナコイルと負荷の間に接続されていてもよい。   The power receiving apparatus further includes a power receiving side boost capacitor, one end of the power receiving side boost capacitor is connected between the power receiving antenna coil and the power receiving side matching capacitor, and the other end of the power receiving side boost capacitor is between the power receiving antenna coil and the load. It may be connected.

また、給電アンテナコイルを複数備え、全て給電側共振コンデンサと並列接続されていてもよい。   Further, a plurality of power supply antenna coils may be provided, and all of them may be connected in parallel with the power supply side resonance capacitor.

本発明によって、簡易な構成で受電側に必要な電力のみを給電する電力伝送システムを提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a power transmission system that supplies only necessary power to the power receiving side with a simple configuration.

本発明の実施形態の一例を示す回路ブロック図である。It is a circuit block diagram showing an example of an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態の一例を示す回路ブロック図である。It is a circuit block diagram showing an example of an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態の一例を示す回路ブロック図である。It is a circuit block diagram showing an example of an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態の一例を示す回路ブロック図である。It is a circuit block diagram showing an example of an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態の一例を示す回路ブロック図である。It is a circuit block diagram showing an example of an embodiment of the present invention. 擬似負荷のインピーダンスに対する電力伝送効率を示すグラフである。It is a graph which shows the power transmission efficiency with respect to the impedance of a pseudo load. 送電電力の周波数に対する電力伝送効率を示すグラフである。It is a graph which shows the power transmission efficiency with respect to the frequency of transmission power. アンテナ面積比と電力伝送効率の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between antenna area ratio and electric power transmission efficiency.

(実施形態1)
本発明は、例えば、交流定電圧電力供給部、給電側共振コンデンサ、および給電アンテナコイルを備えた給電装置と、受電アンテナコイル、および負荷を備え、給電装置に対して相対的に移動することが可能な受電装置を有し、受電装置は給電アンテナコイルから受電アンテナコイルへ伝送された電力を負荷へ供給し、交流定電圧電力供給部に対して、送電側共振コンデンサと送電アンテナコイルが並列に接続されている非接触電力伝送システムの実施形態を取り得る。
(Embodiment 1)
The present invention includes, for example, a power supply device including an AC constant voltage power supply unit, a power supply side resonance capacitor, and a power supply antenna coil, a power reception antenna coil, and a load, and can move relative to the power supply device. The power receiving device supplies the power transmitted from the power feeding antenna coil to the power receiving antenna coil to the load, and the power transmission side resonance capacitor and the power transmission antenna coil are connected in parallel to the AC constant voltage power supply unit. Embodiments of connected contactless power transfer systems can be taken.

ここで、交流定電圧電力供給部とは、負荷のインピーダンス変動によらず一定の電圧振幅の交流電圧を提供する機能を持つものであり、負荷のインピーダンス変動により電圧振幅が変動したとしても、負荷のインピーダンス変動に対する電圧振幅の変動を抑える設計思想を持つ電源や回路等であればこれに含まれる。   Here, the AC constant voltage power supply unit has a function of providing an AC voltage having a constant voltage amplitude regardless of the impedance fluctuation of the load. Even if the voltage amplitude fluctuates due to the impedance fluctuation of the load, the load Any power source or circuit having a design philosophy that suppresses fluctuations in voltage amplitude with respect to impedance fluctuations is included.

給電側共振コンデンサと給電アンテナコイルにより並列共振回路を構成し、並列共振回路の共振点に近い周波数の交流定電圧電力を並列共振回路に供給すると、並列共振回路は高インピーダンスとなるため、並列共振回路における電力消費は最小限に抑えられる。   When a parallel resonant circuit is configured by the power supply side resonance capacitor and the power supply antenna coil, and AC constant voltage power with a frequency close to the resonance point of the parallel resonant circuit is supplied to the parallel resonant circuit, the parallel resonant circuit becomes high impedance. Power consumption in the circuit is minimized.

このような並列共振回路が高インピーダンスとなる状態を以降では待機状態と呼ぶ。待機状態では、給電アンテナコイル近傍に一定の電磁場のエネルギーが蓄えられている。   Hereinafter, such a state in which the parallel resonant circuit has a high impedance is referred to as a standby state. In the standby state, a certain electromagnetic field energy is stored in the vicinity of the feeding antenna coil.

給電装置の給電アンテナコイルと受電装置の受電アンテナコイルが近接し、かつ対向すると、受電装置における負荷のインピーダンスが低い場合には、給電アンテナコイル近傍に蓄えられた電磁場のエネルギーが受電アンテナコイルに伝送され、給電アンテナコイルから受電アンテナコイルへの電力伝送が起こる。   When the power feeding antenna coil of the power feeding device and the power receiving antenna coil of the power receiving device are close to each other and face each other, when the load impedance of the power receiving device is low, the energy of the electromagnetic field stored near the power feeding antenna coil is transmitted to the power receiving antenna coil. Then, power transmission from the feeding antenna coil to the receiving antenna coil occurs.

このとき、給電装置側の並列共振回路は受電アンテナコイルとの相互インダクタンスが生じることで共振点から外れ、インピーダンスが低下する。このような並列共振回路が低インピーダンスとなる状態を電力伝送状態と呼ぶ。   At this time, the parallel resonance circuit on the power feeding device side is out of the resonance point due to the mutual inductance with the power receiving antenna coil, and the impedance is lowered. A state where such a parallel resonant circuit has a low impedance is called a power transmission state.

このような電力伝送状態では給電装置側の並列共振回路で電力の消費が起こるが、消費された電力はそのまま受電アンテナコイルを介して受電装置へ伝送される電力となる。   In such a power transmission state, power consumption occurs in the parallel resonance circuit on the power feeding apparatus side, but the consumed power is directly transmitted to the power receiving apparatus via the power receiving antenna coil.

このように、受電装置へ電力を供給する必要が無い場合には給電装置は待機状態となり、受電装置へ電力を供給する必要がある場合には給電装置は電力伝送状態へと移行する。   As described above, when it is not necessary to supply power to the power receiving apparatus, the power feeding apparatus is in a standby state. When it is necessary to supply power to the power receiving apparatus, the power feeding apparatus shifts to a power transmission state.

すなわち、特許文献1に記載されたホール素子と永久磁石を用いた磁気スイッチのような複雑な機構を必要とせず、受電装置にとって必要な電力のみを給電装置より供給することができ、しかも電力伝送効率の高い非接触電力伝送システムとすることができる。   That is, a complicated mechanism such as a magnetic switch using a Hall element and a permanent magnet described in Patent Document 1 is not required, and only power necessary for the power receiving device can be supplied from the power feeding device. A highly efficient contactless power transmission system can be obtained.

なお、受電装置の負荷が例えば整流回路を介した二次電池であり、その二次電池が満充電の状態にある場合、負荷のインピーダンスは高くなる。   Note that when the load of the power receiving device is a secondary battery via a rectifier circuit, for example, and the secondary battery is in a fully charged state, the impedance of the load becomes high.

さらに、給電アンテナコイルと受電アンテナコイルが近接し、かつ対向していても、負荷のインピーダンスが高いことから、受電アンテナコイルのインピーダンスも高くなり、給電装置における並列共振回路のインピーダンスも低下せず、受電装置への電力伝送はほとんど起こらない。   Furthermore, even if the feeding antenna coil and the receiving antenna coil are close to each other and facing each other, since the impedance of the load is high, the impedance of the receiving antenna coil is also high, and the impedance of the parallel resonance circuit in the feeding device is not reduced, Power transmission to the power receiving device hardly occurs.

すなわち、給電アンテナコイルと受電アンテナコイルが近接し、かつ対向していても、受電装置が電力を必要としていなければ、無駄な電力伝送は起こらない。   That is, even if the power feeding antenna coil and the power receiving antenna coil are close to each other and face each other, useless power transmission does not occur unless the power receiving apparatus requires power.

また、給電アンテナコイルと受電アンテナコイルの間が少し離れていたり、コイルの中心位置が互いに少しずれていたりする場合には、給電装置から受電装置へ伝送できる電力量が低下する。   In addition, when the power feeding antenna coil and the power receiving antenna coil are slightly separated from each other, or when the center positions of the coils are slightly shifted from each other, the amount of power that can be transmitted from the power feeding device to the power receiving device is reduced.

この場合は電力伝送状態のときのような給電装置の並列共振回路のインピーダンス低下があまり起こらないため、給電装置から受電装置へ供給する伝送電力量が抑えられる。従ってこの場合も電力伝送の無駄が生じない。   In this case, since the impedance of the parallel resonance circuit of the power feeding device does not decrease much as in the power transmission state, the amount of transmission power supplied from the power feeding device to the power receiving device can be suppressed. Therefore, in this case, power transmission is not wasted.

すなわち、本実施形態とすることにより、給電アンテナコイルと受電アンテナコイルの間が少し離れていたり、コイルの中心位置が互いに少しずれていたりしていても、給電アンテナコイルと受電アンテナコイルの大きさが等しく、中心位置が互いに合っている場合と同等の電力伝送効率を維持することができる。   That is, by adopting this embodiment, even if the feeding antenna coil and the receiving antenna coil are slightly separated from each other or the center positions of the coils are slightly shifted from each other, the sizes of the feeding antenna coil and the receiving antenna coil And the same power transmission efficiency as when the center positions match each other can be maintained.

本実施形態の具体例について、図面と共に説明する。   A specific example of this embodiment will be described with reference to the drawings.

図1は、本発明の実施形態の一例を示す回路ブロック図である。交流定電圧電力供給部10には給電側共振コンデンサ11と給電アンテナコイル12が並列接続され給電装置を構成し、受電アンテナコイル20は整流回路211に接続され、整流回路211は二次電池212に接続され受電装置を構成している。   FIG. 1 is a circuit block diagram showing an example of an embodiment of the present invention. The AC constant voltage power supply unit 10 includes a power supply side resonance capacitor 11 and a power supply antenna coil 12 connected in parallel to form a power supply device. The power reception antenna coil 20 is connected to a rectifier circuit 211, and the rectifier circuit 211 is connected to the secondary battery 212. Connected to form a power receiving device.

なお、整流回路211と二次電池212は受電アンテナコイル20に対する負荷となっている。   The rectifier circuit 211 and the secondary battery 212 are loads on the power receiving antenna coil 20.

また、二次電池212は直流電圧で駆動する電子回路としてもよい。さらに、交流電圧で駆動する電動機や超音波振動子等の負荷であれば、整流回路211を介さずに直接受電アンテナコイル20へ接続してもよい。   Further, the secondary battery 212 may be an electronic circuit that is driven by a DC voltage. Furthermore, as long as it is a load such as an electric motor driven by an AC voltage or an ultrasonic vibrator, the load may be directly connected to the power receiving antenna coil 20 without using the rectifier circuit 211.

図2は、本発明の実施形態の一例を示す回路ブロック図である。図2は、図1の構成における受電アンテナコイル20へ受電側共振コンデンサ22を並列接続し、受電側共振コンデンサ22を整流回路211へと接続した構成である。   FIG. 2 is a circuit block diagram showing an example of the embodiment of the present invention. FIG. 2 shows a configuration in which a power reception side resonance capacitor 22 is connected in parallel to the power reception antenna coil 20 in the configuration of FIG. 1, and the power reception side resonance capacitor 22 is connected to the rectifier circuit 211.

給電装置における給電側共振コンデンサ11と給電アンテナコイル12による並列共振回路の共振点と、受電装置における受電アンテナコイル20と受電側共振コンデンサ22による並列共振回路の共振点を合わせることで、整流回路211に対して高効率で電力を供給することが可能となる。   The rectifier circuit 211 is obtained by combining the resonance point of the parallel resonance circuit including the power supply side resonance capacitor 11 and the power supply antenna coil 12 in the power supply device with the resonance point of the parallel resonance circuit including the power reception antenna coil 20 and the power reception side resonance capacitor 22 in the power reception device. It is possible to supply power with high efficiency.

なお、給電アンテナコイル12に誘起される電磁場は交流定電圧電力供給部10によって制御されているため、受電アンテナコイル20と受電側共振コンデンサ22による並列共振回路に過剰な電圧が誘起されることを防ぐことができる。   Since the electromagnetic field induced in the feeding antenna coil 12 is controlled by the AC constant voltage power supply unit 10, an excessive voltage is induced in the parallel resonant circuit including the power receiving antenna coil 20 and the power receiving side resonance capacitor 22. Can be prevented.

(実施形態2)
本発明は、実施形態1に加え、さらに、受電装置がさらに受電側マッチングコンデンサを備え、受電アンテナコイルの一端が受電側マッチングコンデンサを介して負荷に接続され、受電アンテナコイルの他端が負荷に直接接続されている実施形態を取り得る。
(Embodiment 2)
In addition to the first embodiment, the power receiving device further includes a power receiving side matching capacitor, and one end of the power receiving antenna coil is connected to the load via the power receiving side matching capacitor, and the other end of the power receiving antenna coil is connected to the load. Directly connected embodiments are possible.

受電側マッチングコンデンサのリアクタンスを調整することで、受電アンテナコイルと受電側マッチングコンデンサ、および負荷の合成インピーダンスを最小値とすることができるため、給電装置から受電装置へ伝送される電力量を大きくすることができる。   By adjusting the reactance of the power-receiving-side matching capacitor, the combined impedance of the power-receiving antenna coil, the power-receiving-side matching capacitor, and the load can be minimized, thereby increasing the amount of power transmitted from the power feeding device to the power receiving device. be able to.

また、受電アンテナコイルと受電側マッチングコンデンサ、および負荷の合成インピーダンスにおけるリアクタンス成分の絶対値を最小値、望ましくは零とできるため、受電アンテナコイルから給電アンテナコイルへの電力反射を最小限に抑え、電力伝送効率をより向上させることができる。   In addition, since the absolute value of the reactance component in the combined impedance of the power receiving antenna coil and the power receiving side and the load can be minimized, preferably zero, power reflection from the power receiving antenna coil to the power feeding antenna coil is minimized, The power transmission efficiency can be further improved.

本実施形態の具体例について、図面と共に説明する。   A specific example of this embodiment will be described with reference to the drawings.

図3は、本発明の実施形態の一例を示す回路ブロック図である。図3は、図1の構成における受電アンテナコイル20の一端と整流回路211の間に受電側マッチングコンデンサ23を接続した構成である。   FIG. 3 is a circuit block diagram showing an example of the embodiment of the present invention. FIG. 3 shows a configuration in which a power receiving side matching capacitor 23 is connected between one end of the power receiving antenna coil 20 and the rectifier circuit 211 in the configuration of FIG.

(実施形態3)
本発明は、実施形態2に加え、さらに、受電装置がさらに受電側昇圧コンデンサを備え、受電側昇圧コンデンサの一端が受電アンテナコイルと受電側マッチングコンデンサの間に接続され、受電側昇圧コンデンサの他端が受電アンテナコイルと負荷の間に接続されている実施形態を取り得る。
(Embodiment 3)
In addition to the second embodiment, the power receiving device further includes a power receiving side boost capacitor, and one end of the power receiving side boost capacitor is connected between the power receiving antenna coil and the power receiving side matching capacitor. Embodiments in which the end is connected between the power receiving antenna coil and the load can be taken.

受電側昇圧コンデンサを受電アンテナコイルと並列に接続しておき、給電アンテナコイルから発生する交流磁場の周波数に対して共振点を近付ければ負荷に供給される交流電圧振幅を大きく、共振点から離せば負荷に供給される交流電圧振幅を小さくすることができる。   If the receiving side step-up capacitor is connected in parallel with the receiving antenna coil and the resonance point is brought close to the frequency of the AC magnetic field generated from the feeding antenna coil, the amplitude of the AC voltage supplied to the load is increased and the distance from the resonance point is increased. Thus, the AC voltage amplitude supplied to the load can be reduced.

従って、例えば負荷が電子回路である場合には、受電側昇圧コンデンサのインピーダンスを調整することで、駆動する上で最適な交流電圧振幅を持つ電力を負荷となる電子回路へ供給することができる。   Therefore, for example, when the load is an electronic circuit, by adjusting the impedance of the power receiving side step-up capacitor, it is possible to supply power having an optimal AC voltage amplitude to the electronic circuit as a load for driving.

また、例えば負荷が整流回路を介した二次電池である場合でも、受電側昇圧コンデンサによって整流回路に加えられる電圧振幅を調整することによって、二次電池を充電する上で十分な電圧を確保することができる。   Further, for example, even when the load is a secondary battery via a rectifier circuit, a voltage sufficient to charge the secondary battery is ensured by adjusting the voltage amplitude applied to the rectifier circuit by the power receiving side boost capacitor. be able to.

すなわち、実施形態2における受電側直列共振コンデンサによって負荷に加えられる交流電流振幅を、本実施形態における受電側昇圧コンデンサによって負荷に加えられる交流電圧振幅を調整することが可能となる。   That is, it is possible to adjust the AC current amplitude applied to the load by the power receiving side series resonance capacitor in the second embodiment, and the AC voltage amplitude applied to the load by the power receiving side boost capacitor in the present embodiment.

本実施形態の具体例について、図面と共に説明する。   A specific example of this embodiment will be described with reference to the drawings.

図4は、本発明の実施形態の一例を示す回路ブロック図である。図4は、図3の構成における受電アンテナコイル20の一端と受電側マッチングコンデンサ23の間に受電側昇圧コンデンサ24の一端を接続し、受電アンテナコイル20の他端と整流回路211の間に受電側昇圧コンデンサ24の他端を接続した構成である。   FIG. 4 is a circuit block diagram showing an example of the embodiment of the present invention. 4, one end of the power receiving side boost capacitor 24 is connected between one end of the power receiving antenna coil 20 and the power receiving side matching capacitor 23 in the configuration of FIG. 3, and power is received between the other end of the power receiving antenna coil 20 and the rectifier circuit 211. The other end of the side boost capacitor 24 is connected.

(実施形態4)
本発明は、実施形態1に加え、さらに、給電アンテナコイルを複数備え、全て給電側共振コンデンサと並列接続されている実施形態を取り得る。
(Embodiment 4)
In addition to the first embodiment, the present invention may further include an embodiment in which a plurality of feeding antenna coils are provided and all are connected in parallel with the feeding-side resonance capacitor.

実施形態1により、給電アンテナコイルと受電アンテナコイルの間が少し離れていたり、コイルの中心位置が互いに少しずれていたりしていても、給電アンテナコイルと受電アンテナコイルの大きさが等しく、中心位置が互いに合っている場合と同等の電力伝送効率を維持することができるが、本実施形態では、給電アンテナコイルを複数備えることで、受電装置に対する電力伝送の可能な領域を拡大している。   According to the first embodiment, even if the feeding antenna coil and the receiving antenna coil are slightly separated from each other or the center positions of the coils are slightly shifted from each other, the sizes of the feeding antenna coil and the receiving antenna coil are equal, However, in this embodiment, by providing a plurality of feeding antenna coils, an area where power can be transmitted to the power receiving apparatus is expanded.

なお、本実施形態における互いに隣接する給電アンテナコイルの相互インダクタンスすなわち結合係数を極小値とすることが望ましい。   In this embodiment, it is desirable that the mutual inductance, that is, the coupling coefficient, of the feeding antenna coils adjacent to each other be a minimum value.

隣接する給電アンテナコイルの結合係数が零であれば、各々の給電アンテナコイルより生じる電磁場が互いに打ち消しあうことがないため、複数の給電アンテナコイルにより生じる電磁場の領域を最も広くすることが可能となる。   If the coupling coefficient of adjacent feeding antenna coils is zero, the electromagnetic fields generated by the respective feeding antenna coils do not cancel each other, so that the area of the electromagnetic field generated by the plurality of feeding antenna coils can be maximized. .

隣接する給電アンテナコイル間結合係数を零とする調整は、一方の給電アンテナコイル両端を短絡し、他方の給電アンテナコイルのインダクタンスが最大となる給電アンテナコイル中心間の距離を見出すこと等により行えば良い。   Adjustment to make the coupling coefficient between adjacent feeding antenna coils to be zero can be made by short-circuiting both ends of one feeding antenna coil and finding the distance between the feeding antenna coil centers where the inductance of the other feeding antenna coil is maximum. good.

本実施形態の具体例について、図面と共に説明する。   A specific example of this embodiment will be described with reference to the drawings.

図5は、本発明の実施形態の一例を示す回路ブロック図である。図5は、図1の構成における給電側共振コンデンサ11と、給電アンテナコイル12、121を並列接続した構成である。   FIG. 5 is a circuit block diagram showing an example of the embodiment of the present invention. FIG. 5 shows a configuration in which the power supply side resonance capacitor 11 and the power supply antenna coils 12 and 121 in the configuration of FIG. 1 are connected in parallel.

本発明の実施例について説明する。   Examples of the present invention will be described.

(実施例1)
本実施例は実施形態2における図3の回路構成とした上で、各構成要素は以下のように構成した。
Example 1
In this example, the circuit configuration shown in FIG. 3 in the second embodiment was used, and each component was configured as follows.

交流定電圧電力供給部10からは13.56MHzの一定電圧振幅の交流電圧が供給される。   An AC voltage having a constant voltage amplitude of 13.56 MHz is supplied from the AC constant voltage power supply unit 10.

給電アンテナコイル12は、両面フレキシブル基板に形成した直径30mm、幅1.5mm、間隔1.0mmで3ターンのパターンコイルと、パターンコイルに貼り付けられた外径30mm、厚さ0.2mmの軟磁性粉と結合材により構成したシートである軟磁性シートにより構成した。   The feeding antenna coil 12 is a pattern coil having a diameter of 30 mm, a width of 1.5 mm and a distance of 1.0 mm formed on a double-sided flexible substrate, and a soft coil having an outer diameter of 30 mm and a thickness of 0.2 mm attached to the pattern coil. It comprised with the soft-magnetic sheet | seat which is a sheet | seat comprised with the magnetic powder and the binder.

給電側共振コンデンサ11は交流定電圧電力供給部10から供給される交流電圧の周波数13.56MHzと共振点が合うよう調整した。   The power supply side resonance capacitor 11 was adjusted so that the resonance point coincided with the frequency 13.56 MHz of the AC voltage supplied from the AC constant voltage power supply unit 10.

受電アンテナコイル20は両面フレキシブル基板に形成した外径20mm、幅1.5mm、間隔1.0mmで3ターンのパターンコイルと、パターンコイルに貼り付けられた直径20mm、厚さ0.2mmの軟磁性シートにより構成した。   The power receiving antenna coil 20 has a pattern coil having an outer diameter of 20 mm, a width of 1.5 mm and a distance of 1.0 mm formed on a double-sided flexible substrate, and a soft magnetism having a diameter of 20 mm and a thickness of 0.2 mm attached to the pattern coil. A sheet was used.

なお、軟磁性シートは給電アンテナコイル12と受電アンテナコイル20の各々が対向する側の面に対する背面に配置した。   Note that the soft magnetic sheet was disposed on the back side of the surface on which the feeding antenna coil 12 and the power receiving antenna coil 20 face each other.

受電側マッチングコンデンサ23は受電アンテナコイル20との直列共振周波数が11.86MHzとなるよう調整した。   The power receiving side matching capacitor 23 was adjusted so that the series resonance frequency with the power receiving antenna coil 20 was 11.86 MHz.

整流回路211はダイオードブリッジ回路である。   The rectifier circuit 211 is a diode bridge circuit.

二次電池212は10Ωのインピーダンスを持つ擬似負荷へ置き換えた。   The secondary battery 212 was replaced with a pseudo load having an impedance of 10Ω.

上記構成とした上で、給電アンテナコイル12と受電アンテナコイル20を充分離した場合には、給電アンテナコイル12と給電側共振コンデンサ11による共振回路のインピーダンスは1kΩとなり、給電装置側の共振回路による電力消費が抑制された。   When the power supply antenna coil 12 and the power receiving antenna coil 20 are charged and separated with the above configuration, the impedance of the resonance circuit by the power supply antenna coil 12 and the power supply side resonance capacitor 11 is 1 kΩ, and is determined by the resonance circuit on the power supply device side. Power consumption was suppressed.

給電アンテナコイル12と受電アンテナコイル20を近接し、対向させた場合には、給電アンテナコイル12と給電側共振コンデンサ11による共振回路のインピーダンスは11Ωとなり、給電装置から受電装置へ2.7Wの電力を送電することができた。   When the power feeding antenna coil 12 and the power receiving antenna coil 20 are close to each other and face each other, the impedance of the resonance circuit formed by the power feeding antenna coil 12 and the power feeding side resonance capacitor 11 becomes 11Ω, and the power from the power feeding device to the power receiving device is 2.7 W. Could be transmitted.

このとき、給電装置側で消費する電力に対する受電装置の受け取る電力の割合である電力伝送効率は90%であった。   At this time, the power transmission efficiency, which is the ratio of the power received by the power receiving device to the power consumed on the power feeding device side, was 90%.

また、給電アンテナコイル12へループアンテナを内蔵したICカードを近接し、対向させた場合には、給電アンテナコイル12と給電側共振コンデンサ11による共振回路のインピーダンスは700Ωとなり、給電装置からICカードへ送電される電力は29mWとなり、過剰な電力が供給されることはなかった。   When an IC card with a built-in loop antenna is placed close to and opposed to the feeding antenna coil 12, the impedance of the resonance circuit by the feeding antenna coil 12 and the feeding-side resonance capacitor 11 becomes 700Ω, and the feeding device to the IC card. The transmitted power was 29 mW, and no excessive power was supplied.

(実施例2)
本実施例は実施形態3における図4の回路構成とした。
(Example 2)
In this example, the circuit configuration of FIG.

交流定電圧電力供給部10、給電側共振コンデンサ11、給電アンテナコイル12、受電アンテナコイル20、整流回路211は実施例1と同じ構成とした。   The AC constant voltage power supply unit 10, the power supply side resonance capacitor 11, the power supply antenna coil 12, the power reception antenna coil 20, and the rectifier circuit 211 have the same configuration as in the first embodiment.

本実施例では、電力伝送効率が最大となるよう、受電側マッチングコンデンサ23と受電側昇圧コンデンサ24を調整している。   In this embodiment, the power receiving side matching capacitor 23 and the power receiving side step-up capacitor 24 are adjusted so that the power transmission efficiency is maximized.

図6は擬似負荷のインピーダンスに対する電力伝送効率を示すグラフである。図6には、本実施例の構成での電力伝送効率と、本実施例から給電側共振コンデンサ11を除去した比較例構成での電力伝送効率を記載している。   FIG. 6 is a graph showing the power transmission efficiency with respect to the impedance of the pseudo load. FIG. 6 shows the power transmission efficiency in the configuration of this example and the power transmission efficiency in the comparative example configuration in which the power supply side resonance capacitor 11 is removed from this example.

特に擬似負荷が10Ωから30Ωの範囲では、本実施例が電力伝送効率を維持しているのに対し、比較例では電力伝送効率が大きく低下しているのがわかる。   In particular, when the pseudo load is in the range of 10Ω to 30Ω, this example maintains the power transmission efficiency, while the comparative example shows that the power transmission efficiency is greatly reduced.

図7は擬似負荷を10Ωとした場合の交流定電圧電力供給部の供給電力の周波数、すなわち送電電力の周波数に対する電力伝送効率を示すグラフである。   FIG. 7 is a graph showing the power transmission efficiency with respect to the frequency of the power supplied from the AC constant voltage power supply unit when the pseudo load is 10Ω, that is, the frequency of the transmission power.

なお、比較例構成は図6の場合と同様に構成している。図7から、5MHz以上の周波数では、本実施例の電力伝送効率が90%と高い水準にあるのに対し、比較例の電力伝送効率は80%に留まっている。   The configuration of the comparative example is the same as that shown in FIG. From FIG. 7, at a frequency of 5 MHz or higher, the power transmission efficiency of this example is as high as 90%, whereas the power transmission efficiency of the comparative example is only 80%.

図8は擬似負荷を10Ωとした場合の給電アンテナコイル12に対する受電アンテナコイル20の面積比であるアンテナ面積比と電力伝送効率の関係を示すグラフである。なお、比較例構成は図6の場合と同様に構成している。   FIG. 8 is a graph showing the relationship between the antenna area ratio, which is the area ratio of the power receiving antenna coil 20 to the power feeding antenna coil 12, and the power transmission efficiency when the pseudo load is 10Ω. The configuration of the comparative example is the same as that shown in FIG.

図8から、本実施例ではアンテナ面積比を0.2〜0.7としても電力伝送効率を維持しているのに対し、比較例では電力伝送効率が大きく低下しているのがわかる。   FIG. 8 shows that the power transmission efficiency is maintained even when the antenna area ratio is 0.2 to 0.7 in the present embodiment, whereas the power transmission efficiency is greatly reduced in the comparative example.

10 交流定電圧電力供給部
11 給電側共振コンデンサ
12、121 給電アンテナコイル
20 受電アンテナコイル
22 受電側共振コンデンサ
23 受電側マッチングコンデンサ
24 受電側昇圧コンデンサ
211 整流回路
212 二次電池
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 AC constant voltage electric power supply part 11 Power supply side resonance capacitor 12, 121 Power supply antenna coil 20 Power reception antenna coil 22 Power reception side resonance capacitor 23 Power reception side matching capacitor 24 Power reception side boost capacitor 211 Rectifier circuit 212 Secondary battery

Claims (4)

交流定電圧電力供給部、
給電側共振コンデンサ、
および給電アンテナコイルを備えた
給電装置と、
受電アンテナコイル、
および負荷を備え、
前記給電装置に対して相対的に移動することが可能な受電装置を有し、
前記受電装置は前記給電アンテナコイルから前記受電アンテナコイルへ伝送された電力を前記負荷へ供給し、
前記交流定電圧電力供給部に対して、前記送電側共振コンデンサと前記送電アンテナコイルが並列に接続されていることを特徴とする
非接触電力伝送システム。
AC constant voltage power supply unit,
Resonant capacitor on the power supply side,
And a power feeding device including a power feeding antenna coil,
Power receiving antenna coil,
And with load,
A power receiving device capable of moving relative to the power supply device;
The power receiving device supplies the power transmitted from the power feeding antenna coil to the power receiving antenna coil to the load;
The contactless power transmission system, wherein the power transmission side resonance capacitor and the power transmission antenna coil are connected in parallel to the AC constant voltage power supply unit.
前記受電装置は、
さらに受電側マッチングコンデンサを備え、
前記受電アンテナコイルの一端が前記受電側マッチングコンデンサを介して前記負荷に接続され、
前記受電アンテナコイルの他端が前記負荷に直接接続されていることを特徴とする
請求項1に記載の非接触電力伝送システム。
The power receiving device is:
In addition, a receiving side matching capacitor is provided,
One end of the power receiving antenna coil is connected to the load via the power receiving side matching capacitor,
The contactless power transmission system according to claim 1, wherein the other end of the power receiving antenna coil is directly connected to the load.
前記受電装置は
さらに受電側昇圧コンデンサを備え、
前記受電側昇圧コンデンサの一端が前記受電アンテナコイルと前記受電側マッチングコンデンサの間に接続され、
前記受電側昇圧コンデンサの他端が前記受電アンテナコイルと前記負荷の間に接続されていることを特徴とする
請求項2に記載の非接触電力伝送システム。
The power receiving device further includes a power receiving side step-up capacitor,
One end of the power receiving side boost capacitor is connected between the power receiving antenna coil and the power receiving side matching capacitor,
The contactless power transmission system according to claim 2, wherein the other end of the power receiving side step-up capacitor is connected between the power receiving antenna coil and the load.
前記給電アンテナコイルを複数備え、全て前記給電側共振コンデンサと並列接続されていることを特徴とする
請求項1から3のいずれかに記載の非接触電力伝送システム。
4. The non-contact power transmission system according to claim 1, wherein a plurality of the feeding antenna coils are provided, and all of the feeding antenna coils are connected in parallel with the feeding-side resonance capacitor.
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