JP2015065341A - Antenna coil and power transmission system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、給電回路から受電回路へワイヤレス給電を行う電力伝送用のアンテナコイル、並びに、当該アンテナコイルを利用した電力伝送システムに関する。 The present invention relates to an antenna coil for power transmission that performs wireless power feeding from a power feeding circuit to a power receiving circuit, and a power transmission system using the antenna coil.
携帯電話機、個人情報端末(PDA)、電動アシスト自転車、電気自動車、ハイブリッド自動車など、一箇所に据え置かれることなく移動可能な電気機器や電動装置は、外部から電源を供給されることなく動作可能なように、内部に電池などの蓄電装置を有している。近年、このような機器や装置に搭載された蓄電装置を充電する技術の開発が進められている。多くの場合、この充電は、例えば、機器や装置に設けられた充電口と、電力供給装置とをケーブル等で接続することによって行われる。 Mobile devices, personal information terminals (PDAs), electric assist bicycles, electric vehicles, hybrid vehicles, and other electric devices and electric devices that can be moved without being installed in one place can operate without being supplied with power from the outside. As described above, the battery has a power storage device such as a battery. In recent years, development of a technique for charging a power storage device mounted on such a device or apparatus has been advanced. In many cases, this charging is performed by, for example, connecting a charging port provided in a device or apparatus and a power supply apparatus with a cable or the like.
しかし、近年、このようなケーブルを用いることなくワイヤレスで、つまり非接触で電力を供給する技術が注目されている。このようなワイヤレス電力伝送では、アンテナを介して電力が伝送される。例えば、特開2012−89618号公報(特許文献1)には、エアギャップを有して非接触で近接する1次コイルと2次コイルとの間で、電力を伝送する非接触給電装置が開示されている(請求項1、第16、26段落、図1等)。これらの1次コイルや2次コイルは、扁平な平面状の構造である。具体的には、これらのコイルは、絶縁されたコイル導線が同一平面において渦巻き状に複数回、巻き回されて構成されている。
However, in recent years, a technique for supplying power wirelessly without using such a cable, that is, contactless, has been attracting attention. In such wireless power transmission, power is transmitted via an antenna. For example, Japanese Patent Laying-Open No. 2012-89618 (Patent Document 1) discloses a non-contact power feeding device that transmits power between a primary coil and a secondary coil that have an air gap and are close to each other in a non-contact manner. (
ところで、このように巻き回されたコイル用導線の径方向、即ち線間には浮遊容量が生じる。この浮遊容量は、コイルのインピーダンスとなり、電力伝送の際に損失を増大させる。特許文献1では、このような浮遊容量を低減するために、平面において3本や4本などの複数本置きに隙間が形成されている。線間を大きくすることによって浮遊容量は小さくなる。但し、同じ巻き数を確保しようとすると、この隙間の分だけ、コイルの径が大きくなってしまい給電装置が大型化する傾向がある。また、このようなコイルは、特許文献1の図1にも例示されているように、軸方向(コイルが扁平に巻き回される基準となる平面に対して直交する方向)において複数段(ここでは2段)を有して構成される場合がある。上述したような線間における浮遊容量は、軸方向においても生じるが、この点については特許文献1においても考慮はされていない。
By the way, stray capacitance is generated in the radial direction of the coil lead wire thus wound, that is, between the wires. This stray capacitance becomes the impedance of the coil and increases the loss during power transmission. In
上記背景に鑑みて、線間に生じる浮遊容量を低減しつつ、大型化を抑制して構成することができるアンテナコイルの提供が望まれる。 In view of the above background, it is desired to provide an antenna coil that can be configured while suppressing the increase in size while reducing the stray capacitance generated between the lines.
上記課題に鑑みた本発明に係るアンテナコイルの特徴構成は、
給電回路から受電回路へワイヤレス給電を行う電力伝送用のアンテナコイルであって、
放射状に配置された複数のアームを有するアンテナフレームと、
前記アンテナフレームにおける、前記アームの放射方向に沿った放射面に対して一方側である伝送面の側に位置する部分と、前記伝送面とは反対側である反伝送面側に位置する部分とを交互に有して、導体線が前記アームに対して扁平渦巻き状に巻き回され、前記複数のアームに保持されているコイルと、
前記反伝送面において前記アンテナフレームの前記放射面に沿って配置されたシールド部材と、を備える点にある。
In view of the above problems, the characteristic configuration of the antenna coil according to the present invention is as follows.
An antenna coil for power transmission that performs wireless power feeding from a power feeding circuit to a power receiving circuit,
An antenna frame having a plurality of radially arranged arms;
In the antenna frame, a portion located on the transmission surface side that is one side with respect to a radiation surface along the radiation direction of the arm, and a portion located on the non-transmission surface side that is opposite to the transmission surface; And a coil in which a conductor wire is wound in a flat spiral around the arm and held by the plurality of arms,
And a shield member disposed along the radiation surface of the antenna frame on the non-transmission surface.
この構成によれば、コイルが扁平渦巻き状に形成されるので、アンテナコイルを薄く構成することができる。また、コイルは、伝送面側に位置する部分(導体線)と、反伝送面側に位置する部分(導体線)とを交互に有して構成されている。従って、例えば導体線がアンテナフレームを1周するごとに、それぞれのアーム又は隣接する複数のアームにより構成されるアーム群を導体線が通る面(面伝送面側又は反伝送面側)が異なるように、導体線を巻き回すことができる。これによって、アーム又はアーム群において、コイルの径方向(アームの放射方向)に隙間無く隣接する導体線の有効長が減少する。また、導体線が隙間を有して隣接する場合には、当該隙間として導体線の線径以上の距離が確保されることになる。従って、隣接する導体線の間に生じる浮遊容量も大きく抑制される。 According to this configuration, since the coil is formed in a flat spiral shape, the antenna coil can be configured to be thin. In addition, the coil is configured by alternately having portions (conductor wires) located on the transmission surface side and portions (conductor wires) located on the non-transmission surface side. Therefore, for example, every time the conductor wire goes around the antenna frame, the surface (surface transmission surface side or anti-transmission surface side) through which the conductor wire passes through each arm or an arm group constituted by a plurality of adjacent arms is different. In addition, a conductor wire can be wound. As a result, in the arm or arm group, the effective length of the conductor wire adjacent in the radial direction of the coil (radiation direction of the arm) without a gap is reduced. Further, when the conductor wires are adjacent to each other with a gap, a distance equal to or larger than the wire diameter of the conductor wire is secured as the gap. Accordingly, stray capacitance generated between adjacent conductor lines is greatly suppressed.
さらに、伝送面側と反伝送面側との双方に導体線が存在するので、導体線の間に隙間を設けながらも2段構成のコイルを薄く形成することができる。つまり、径方向にコイルが大型化することを抑制しつつ必要な巻き数を確保することができる。この際、伝送面側の導体線と反伝送面側の導体線とは、伝送面(及び反伝送面)に直交する方向(軸方向)に見て重複しない。また、この方向では、アンテナフレームの軸方向の厚みによっても隙間が設けられる。従って、軸方向において隣接する導体線の間の浮遊容量も抑制することができる。また、反伝送面の側には、シールド部材が備えられており、伝送方向以外の空間への電磁波の拡散が抑制されている。このシールド部材は、アンテナフレームの放射面に沿って配置されており、扁平渦巻き状のコイルと合わせても薄型のアンテナコイルを形成することができる。このように、本構成によれば、反伝送面側への電磁波の拡散を抑制しつつ、線間に生じる浮遊容量を低減し、大型化することなくアンテナコイルを構成することができる。 Furthermore, since the conductor wire exists on both the transmission surface side and the non-transmission surface side, the two-stage coil can be formed thin while providing a gap between the conductor wires. That is, the necessary number of turns can be ensured while suppressing an increase in the size of the coil in the radial direction. At this time, the conductor wire on the transmission surface side and the conductor wire on the non-transmission surface side do not overlap in the direction (axial direction) orthogonal to the transmission surface (and the anti-transmission surface). In this direction, a gap is also provided depending on the axial thickness of the antenna frame. Accordingly, stray capacitance between conductor lines adjacent in the axial direction can also be suppressed. Further, a shield member is provided on the side opposite to the transmission surface, and the diffusion of electromagnetic waves to spaces other than the transmission direction is suppressed. This shield member is disposed along the radiation surface of the antenna frame, and a thin antenna coil can be formed even when combined with a flat spiral coil. Thus, according to this configuration, it is possible to configure the antenna coil without increasing the size of the stray capacitance generated between the lines while suppressing the diffusion of the electromagnetic wave toward the non-transmission surface side.
ここで、前記シールド部材は、磁性体により構成されていると共に、前記コイルの前記放射面に直交する方向から見た外形の径の1倍から1.5倍の径を有すると好適である。磁性体により構成されたシールド部材は、反伝送面側に放射される電磁波を良好に遮蔽又は減衰させることができる。また、組み立て時の公差や、電磁波の漏れも考慮すると、シールド部材の径は、少なくともコイルの径に対して1倍以上であることが、電磁波の遮蔽や減衰を行う上で好ましい。また、発明者らによる実験等によれば、シールド部材の径が、コイルの外形の径の1.5倍程度となると電気的特性も安定し、それ以上の倍率でシールド部材を設けることによる効果の増大は限定的であることが確認されている。従って、シールド部材の径は、少なくともコイルの径に対して1倍から1.5倍であると好適である。 Here, it is preferable that the shield member is made of a magnetic material and has a diameter that is 1 to 1.5 times the outer diameter of the coil viewed from a direction orthogonal to the radiation surface of the coil. The shield member made of a magnetic material can satisfactorily shield or attenuate electromagnetic waves radiated to the non-transmission surface side. In consideration of tolerances during assembly and leakage of electromagnetic waves, it is preferable that the shield member has a diameter of at least one time larger than the coil diameter in order to shield and attenuate electromagnetic waves. Further, according to experiments by the inventors, the electrical characteristics are stabilized when the diameter of the shield member is about 1.5 times the outer diameter of the coil, and the effect obtained by providing the shield member at a higher magnification. The increase in is confirmed to be limited. Therefore, it is preferable that the diameter of the shield member is at least 1 to 1.5 times the diameter of the coil.
また、前記コイルの前記放射面に直交する方向から見た外形は、当該外形の重心を通り互いに直交する2本の仮想直線のそれぞれを対称軸として線対称であって、“1”とは異なるアスペクト比を有する形状であると好適である。コイルがこのように“1”とは異なるアスペクト比を有することによって、給電回路に備えられるアンテナコイルと、受電回路に備えられるアンテナコイルとを対向させた際に生じる位置ずれを吸収して、伝送効率を維持することが可能となる。 The outer shape of the coil viewed from the direction orthogonal to the radiation surface is line symmetric with respect to each of two virtual straight lines that pass through the center of gravity of the outer shape and are orthogonal to each other, and is different from “1”. A shape having an aspect ratio is preferable. Since the coil has an aspect ratio different from “1” in this way, it absorbs a positional shift that occurs when the antenna coil provided in the power feeding circuit and the antenna coil provided in the power receiving circuit are opposed to each other, and is transmitted. Efficiency can be maintained.
例えば、給電回路に備えられるアンテナコイルが第1の方向に長く偏向し、受電回路に備えられるアンテナコイルが同一平面において第1の方向に直交する第2の方向に長く偏向している場合、受電回路のアンテナコイルが第1の方向に沿ってずれた場所に位置して、給電回路のアンテナコイルと対向しても、伝送効率の低下が抑制される。即ち、1つの態様として、本発明に係るアンテナコイルを給電用アンテナ及び受電用アンテナに用いた電力伝送システムは、前記給電用アンテナを前記給電回路に備え、前記受電用アンテナを前記受電回路に備え、前記給電用アンテナ及び前記受電用アンテナが、電力伝送のために互いに対向配置された状態で、偏向方向が90度異なるようなアスペクト比を有して構成されていると好適である。 For example, when the antenna coil provided in the power feeding circuit is deflected long in the first direction and the antenna coil provided in the power receiving circuit is deflected long in the second direction orthogonal to the first direction on the same plane, Even if the antenna coil of the circuit is located at a position shifted along the first direction and faces the antenna coil of the power feeding circuit, a decrease in transmission efficiency is suppressed. That is, as one aspect, a power transmission system using the antenna coil according to the present invention for a power feeding antenna and a power receiving antenna includes the power feeding antenna in the power feeding circuit, and includes the power receiving antenna in the power receiving circuit. It is preferable that the power feeding antenna and the power receiving antenna are configured to have an aspect ratio such that the deflection direction is different by 90 degrees in a state of being opposed to each other for power transmission.
ところで、このように小型化(薄型化)が可能なアンテナコイルを適用すれば、給電設備を小規模に構成することが可能である。1つの態様として、本発明に係るアンテナコイルは、前記給電回路に備えられる給電用アンテナであると好適である。 By the way, if an antenna coil that can be downsized (thinned) in this way is applied, the power supply equipment can be configured on a small scale. As one aspect, the antenna coil according to the present invention is preferably a power feeding antenna provided in the power feeding circuit.
以下、本発明の実施形態を、電磁界共振結合(以下適宜“磁界共鳴”と略称する)を利用して、車両に対してワイヤレス給電(ワイヤレス電力伝送)を行うワイヤレス給電システム(電力伝送システム)を例として、図面に基づいて説明する。図1に示すように、ワイヤレス給電システム1は、給電施設に設置された給電システム2と、車両9の側に搭載された受電システム3とにより構成される。本実施形態では、給電システム2は、例えば、屋外施設であれば地面Gの近傍に、屋内施設であれば床面の近傍に設置されている。
Hereinafter, an embodiment of the present invention is a wireless power feeding system (power transmission system) that performs wireless power feeding (wireless power transmission) to a vehicle using electromagnetic resonance coupling (hereinafter, abbreviated as “magnetic field resonance” as appropriate). Will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, the wireless
図1に示すように、給電システム2は、交流電源21と、ドライバ回路22と、給電側共振回路25とを有して構成されている。給電側共振回路25は、給電側共振コイル24(給電用アンテナ)を有して構成されている。受電システム3は、受電側共振回路35と、整流回路32と、蓄電装置31とを有して構成されている。受電側共振回路35は、受電側共振コイル34(受電用アンテナ)を有して構成されている。給電側共振回路25と受電側共振回路35とは、同じ固有振動数(共振周波数)を有する共振回路であり、両者を総称して共振回路5と称する。また、給電側共振コイル24及び受電側共振コイル34を総称して、共振コイル或いはアンテナコイル4と称する。
As shown in FIG. 1, the
給電システム2の交流電源21は、例えば、電力会社が保有する商用の配電線網から供給される電源(系統電源)であり、その周波数は例えば50Hzや60Hzである。ドライバ回路22は、50Hzや60Hzの系統電源の周波数を、給電側共振回路25(共振回路5)の共振周波数に変換する回路であり、高周波電源回路により構成される。
The
受電システム3の蓄電装置31は、充放電可能な直流電源であり、例えばリチウムイオンやニッケル水素などの二次電池やキャパシタが利用される。一方、受電側共振回路35が受電した電力は、受電側共振回路35の共振周波数を有する交流電力である。整流回路32は、この共振周波数を有する交流電力を直流電力に整流する。尚、ドライバ回路22と給電側共振回路25とを併せて、或いは給電システム2全体は、広義の給電回路に相当する。また、給電側共振回路25は、狭義の給電回路に相当する。同様に、受電側共振回路35と整流回路とを併せて、或いは受電システム3の全体は、広義の受電回路に相当する。また、受電側共振回路35は、狭義の受電回路に相当する。
The
車両9は、例えば、回転電機91により駆動される電気自動車や、不図示の内燃機関及び回転電機91により駆動されるハイブリッド自動車である。回転電機91は、例えばインバータ92などの回転電機駆動装置を介して蓄電装置31に接続されている。本実施形態において、回転電機91は、例えば3相交流回転電機であり、回転電機駆動装置は、直流と交流との間で電力を変換するインバータ92を中核として構成されている。回転電機91は、電動機及び発電機として機能することが可能である。
The
ワイヤレス給電システム1は、一対の共振回路5(25,35)を、磁界を介して共鳴させ、当該磁界を介して給電するシステムである。尚、「磁性」を利用した「共鳴」技術としては、しばしば医療分野において用いられる磁気共鳴画像法(MRI:magnetic resonance imaging)が知られている。但し、MRIが「磁気スピンの共振」という物理的事象を利用しているのに対して、本実施形態における「磁界共鳴式給電装置」ではそのような物理的事象は利用しておらず、上述したように、2つの共振回路5を「磁界」を介して共鳴させる。従って、ここでは、いわゆるMRIと明確に区別することも含めて、磁界における共鳴を利用して電力を伝送するワイヤレス給電システム1の伝送方式を「電磁界共振結合方式」又は「磁界共鳴方式」と称する。また、この伝送方式は、いわゆる「電磁誘導方式」とも異なる方式である。
The wireless
上述したように、給電側共振回路25及び受電側共振回路35は、同じ共振周波数を有する回路である。例えば、離間して配置された2つの音叉の内の一方を空気中で振動させると、他方の音叉も、空気を介して伝搬した振動に共鳴して振動するのと同様に、給電側共振回路25と受電側共振回路35とも共鳴する。より詳しくは、給電側共振回路25の共振(電磁気的振動)により生じた磁界を介して受電側共振回路35に伝搬した電磁気的振動に共鳴して、受電側共振回路35も共振する(電磁気的に振動する)。
As described above, the power supply
1つの好適な態様として、給電側共振回路25及び受電側共振回路35は、LC共振器として構成される。共振回路5は、例えば図2の等価回路に示すように、インダクタンス成分“L”を有するアンテナコイル4と、キャパシタンス成分“C”を有するコンデンサ6とを有して構成されている。
As one preferable aspect, the power supply
本実施形態において、給電回路から受電回路へワイヤレス給電を行う電力伝送用のアンテナコイル4は、図3に模式的に示すように、放射状のアーム72を有するアンテナフレーム7に導体線40が扁平渦巻き状に巻き回されたコイル41を中核として構成されている。アンテナフレーム7は、誘電正接(tanδ)が低く、低誘電率の素材、例えばポリプロピレン、ポリカーボネイト、ポリエチレンなどによって構成されている。アンテナフレームは、図3に示すように放射状に配置された複数のアーム72を有して構成されており、本実施形態では奇数個のアーム72が形成されている。また、アンテナフレーム7は、アーム72の放射方向に沿った放射面に対して一方側である伝送面P1と、伝送面P1とは反対側である反伝送面P2とを有している。
In the present embodiment, the
導体線40は、アンテナフレーム7に対して扁平渦巻き状に巻き回されて、複数のアーム72によって保持され、コイル41を形成する。コイル41は、伝送面P1の側に位置する部分(導体線40)と、反伝送面P2の側に位置する部分(導体線40)とを交互に有して構成されている。本実施形態では、図3及び図4に示すように、2つのアーム72ごとに、伝送面P1の側と反伝送面P2の側とを交互に通るように、導体線40が巻き回される。
The
上述したように、本実施形態においては、アーム72は奇数個設けられているので、導体線40が1周するごとに、アーム72の1本分のずれが生じることになる。これにより、伝送面P1の側、及び反伝送面P2の側において、径方向(アーム72の放射方向)に隙間無く隣接する導体線40の有効長が減少する。導体線40が、隙間を有して隣接する場合には導体線40の2本分の径以上の距離が確保される(図3及び図5参照)。従って、隣接する導体線40の間に生じる浮遊容量も大きく抑制される。図2に示したように、共振回路5を構成する場合、浮遊容量が生じると共振周波数にも影響を与える。従って、浮遊容量を抑制することは非常に有用である。
As described above, in the present embodiment, an odd number of
図5に示すように、アンテナコイル4は、反伝送面P2においてアンテナフレーム7の放射面に沿って配置されたシールド部材8を備えて構成されている。このシールド部材8は、磁性体により構成されており、コイル41の放射面に直交する方向に沿って、反伝送面P2の側に放射される電磁波を遮蔽又は減衰させる。このため、このシールド部材8は、コイル41の放射面に直交する方向から見たコイル41の外形(巻き回された導体線40の最も外側に位置する導体線40により形成される形状)の径の少なくとも1倍の径を有していることが好ましい。
As shown in FIG. 5, the
但し、組み立て時の公差や、電磁波の漏れも考慮すると、シールド部材8の径は、コイル41の径に対して1倍よりも大きく設定されていることが好ましい。図6及び図7は、コイル41の外径に対するシールド部材8の径の割合と、コイル41のインダクタンス及びESR(等価直列抵抗)との関係(電気的特性)を示している。図6は、トラック形状のアンテナコイル4の長軸側における特性を示しており、図7は、短軸側における特性を示している。図3に示すように、長軸側におけるコイル41の外径は“d1×2”であり、シールド部材8の径は“d3×2”である。また、短軸側におけるコイル41の外径は“d2×2”であり、シールド部材8の径は“d4×2”である。
However, in consideration of tolerances during assembly and leakage of electromagnetic waves, the diameter of the
図6及び図7を参照すると、共に、コイル41の外径に対するシールド部材8の径の割合(d3/d1、d4/d2)が“1.2”程度で特性の変化が少なくなり、“1.5”程度でほぼ安定する。つまり、電気的特性の安定性の観点からは、コイル41の外径に対するシールド部材8の径の割合は、少なくとも“1.2”程度を満足することが好ましいといえる。また、この割合が“1.5”よりも大きくても特性に与える影響は少ないので、シールド部材8を不必要に大規模化することになる。従って、この割合は大きくても“1.5”程度であることが好ましいといえる。即ち、電磁波の遮蔽や減衰の程度、電気的特性、アンテナコイル4の設置スペース、製造コスト等を加味して、シールド部材8の径は、コイル41の径に対して1倍から1.5倍程度、より好ましくは1.2倍から1.5倍程度の値に設定されると好適である。
Referring to FIGS. 6 and 7, both the ratio of the diameter of the
ところで、図3に例示したように、本実施形態において、コイル41の放射面に直交する方向から見た外形は、円形ではなく、アスペクト比を有する形状である。ここで、アスペクト比とは、縦横比のことであり、当該外形の重心を通り互いに直交する2本の仮想直線と外形とが交わって形成される2つの線分の長さの比に相当する(例えば“d1:d2”)。本実施形態のコイル41は、このアスペクト比が“1”とは異なる外形形状を有している。より詳細には、本実施形態のコイル41は、コイル41の放射面に直交する方向から見た外形が、当該外形の重心を通り互いに直交する2本の仮想直線のそれぞれを対称軸として線対称であって、“1”とは異なるアスペクト比を有する形状である。
Incidentally, as illustrated in FIG. 3, in the present embodiment, the outer shape viewed from the direction orthogonal to the radiation surface of the
コイル41がこのように“1”とは異なるアスペクト比を有することによって、給電側共振コイル24(給電用アンテナ)と受電側共振コイル34(受電用アンテナ)とを対向させた際に生じる位置ずれを吸収して、伝送効率を維持することが可能となる。効率の良い電力伝送を実現する上では、給電側共振コイル24が発生させる電磁界に対して、受電側共振コイル34が適切に鎖交することが好ましい。この際、位置ずれを起こすと想定される量が大きい方向を、給電側共振コイル24の長軸(相対的に長く偏向する方向)とすると好適である。ずれの方向に対して、給電側共振コイル24がより多く存在することとなるので、給電側共振コイル24が発生させる電磁界に対して、受電側共振コイル34が良好に鎖交する領域が大きくなる。1つの態様として、例えば、図8に示すように、給電側共振コイル24は図示において横方向に長く偏向し、受電側共振コイル34は図示において縦方向に長く偏向すると好適である。
Since the
この際、受電側共振コイル34の長軸の長さが給電側共振コイル24の短軸の長さに対応しているとさらに好適である。より好ましくは、受電側共振コイル34の長軸と、給電側共振コイル24の短軸とがほぼ同一であると、給電側共振コイル24の長軸上に受電側共振コイル34の重心が位置した状態で、受電側共振コイル34が給電側共振コイル24の長軸に沿って位置ずれを生じても、給電側共振コイル24が発生する電磁界に受電側共振コイル34が充分に鎖交する。受電側共振コイル34が完全に給電側共振コイル24の内側に入ってしまった場合には、却って鎖交する電磁界が減少する場合もある。従って、図8に示すように、給電側共振コイル24の偏向方向と、受電側共振コイル34の偏向方向とが90度異なるような場合には、受電側共振コイル34の長軸と、給電側共振コイル24の短軸とがほぼ同一であると好適である。
At this time, it is more preferable that the length of the long axis of the power reception
尚、受電システム3は多くの機器に搭載されることから、給電システム2に対して数が多くなることが想定される。また、給電システム2は給電設備に設置されるのに対して受電システム3は機器に搭載されることから受電システム3が大型化することは好ましくない。従って、ここでは受電側共振コイル34に比べて、給電側共振コイル24の外形が大きい形態を例示しているが、当然ながら、受電側共振コイル34と給電側共振コイル24とは、大きさの関係が逆であってもよい。
In addition, since the power receiving system 3 is mounted on many devices, it is assumed that the number of the power receiving system 3 is larger than that of the
即ち、給電側共振コイル24と受電側共振コイル34とは、対向配置された状態で、偏向方向が90度異なるようなアスペクト比を有すると共に、理想的な対向位置において一方の外形が他方の外形に内接するような大きさで構成されていると好適である。そして、外形が大きい方のコイル41の長く偏向する方向(長軸方向)が、位置ずれを起こすと想定される量が大きい方向であると好適である。
That is, the feeding-
ここで、図9に示すように、給電側共振コイル24が地面等に設置され、受電側共振コイル34が車両9に設置されている場合を考える。車両9に対して効率よく電力伝送が行われるためには、上述したように、給電側共振コイル24が発生させる電磁界に対して、受電側共振コイル34が鎖交するように、給電側共振コイル24と受電側共振コイル34とが適切に対向することが好ましい。図1を参照して説明したように、給電側共振コイル24は、給電施設が屋外施設であれば地面Gの近傍に、屋内施設であれば床面の近傍に設置されている。従って、固定された給電側共振コイル24に対して、移動体である車両9に搭載された受電側共振コイル34が位置合わせをすることとなる。
Here, as shown in FIG. 9, a case is considered in which the power supply
この際、車両9の前後方向に関しては、車輪止め等を利用することによって、位置合わせを行うことができる。しかし、車両9の幅方向に関しては、そのような位置決め機構を設けることが困難である。従って、図9に例示するように、給電側共振コイル24が車幅方向に長く偏向し、受電側共振コイル34は図示において車両の前後方向に長く偏向するように配置されていると好適である。
At this time, the front and rear direction of the
〔その他の実施形態〕
以下、本発明のその他の実施形態について説明する。尚、以下に説明する各実施形態の構成は、それぞれ単独で適用されるものに限られず、矛盾が生じない限り、他の実施形態の構成と組み合わせて適用することも可能である。
[Other Embodiments]
Hereinafter, other embodiments of the present invention will be described. Note that the configuration of each embodiment described below is not limited to being applied independently, and can be applied in combination with the configuration of other embodiments as long as no contradiction arises.
(1)上記においては、電磁界共振結合(磁界共鳴)を利用して、車両に対してワイヤレス給電を行うワイヤレス給電システム1(電力伝送システム)を例として説明した。しかし、伝送方式はこの方式に限らず、例えば電磁誘導方式であってもよい。 (1) In the above description, the wireless power feeding system 1 (power transmission system) that performs wireless power feeding to the vehicle using electromagnetic resonance coupling (magnetic field resonance) has been described as an example. However, the transmission method is not limited to this method, and may be an electromagnetic induction method, for example.
(2)上記においては、アーム72が奇数個設けられ、2つのアーム72ごとに、伝送面P1の側と反伝送面P2の側とを通るように、導体線40が巻き回される形態を例として説明した。つまり、隣接する2つのアーム72によりアーム群(この場合はアーム対)が形成され、このアーム群ごとに交互に伝送面P1の側と反伝送面P2の側とを通るように、導体線40が巻き回される形態を例として説明した。しかし、アーム72が偶数個設けられている形態を妨げるものではなく、アーム群を構成するアーム72の数が“2”に限定されるものでもない。
(2) In the above, an odd number of
例えば、自然数“k、n”を用い、アーム群を構成するアーム72の数を “k”として、アーム72の総数は、“k×n−1”とすることができる。尚、“−1”については、アーム72の総数が、“k”の倍数でなければよいので、“k”が“2”以上の場合には、“k”よりも小さい値であれば任意の数を設定可能である。ここで、図3の例では、“k=2”、“n=11”であり、アーム72の総数は“21”となる。“k=3”、“n=7”の場合には、アーム72の総数は偶数の“20”となる。この場合も、導体線40が1周するごとに、アーム72の1本分のずれが生じることになるので、コイル41の径方向において隣接する導体線40の間に隙間を設けることができる。また、“k=1”、“n=22”の場合には、アーム72の総数は“21”となる。この場合には、隣接するアーム72ごとに、交互に伝送面P1の側と反伝送面P2の側とを通るように、導体線40が巻き回されることになる。この場合も、導体線40が1周するごとに、アーム72の1本分のずれが生じることになるので、コイル41の径方向において隣接する導体線40の間に隙間を設けることができる。
For example, a natural number “k, n” is used, the number of
但し、“k=1”の場合には、コイル41の径方向において隣接する導体線40の間に隙間が生じ易くなるため、コイル41の外形が同じ場合には“k=2”の場合と比べて、巻き数が少なくなる。隙間が生じることによって線間容量を低減することが可能となるが、上述したように、“k=2”の場合も、巻き方の工夫によって線間容量を低減できている。従って、コイル41の外形に対して充分な巻き数を確保しつつ、線間容量も低減する上では、図3等を参照して上述したように、“k=2”とする方が好適である。しかし、コイル41の外形が大きくなっても問題がないような場合や、巻き数が少なくなっても問題がないような場合には、“k=1”とすることも好適な実施形態である。また、“k=3”の場合には、コイル41の径方向において隙間なく隣接する導体線40が“k=2”の場合に比べて多くなる。従って、線間容量を抑制する上では、“k=2”とする方が好適である。
However, in the case of “k = 1”, a gap is likely to be generated between the
(3)上記においては、シールド部材8が、板状の磁性体により構成されている形態を例示した。しかし、シールド部材8は、コイル41の磁束を打ち消すような磁束を発生させるキャンセルコイルによって構成されていてもよい。
(3) In the above, the
(4)上記においては、車両に対してワイヤレス給電を行うワイヤレス給電システム1(電力伝送システム)を例として説明した。しかし、ワイヤレス給電システム1は、携帯電話機や個人情報端末(PDA)などに給電する用途に適用することもできる。
(4) In the above description, the wireless power feeding system 1 (power transmission system) that performs wireless power feeding to the vehicle has been described as an example. However, the wireless
(5)上記においては、ワイヤレス給電システム1において、本発明に係るアンテナコイル4を給電用アンテナ(給電側共振コイル24)及び受電用アンテナ(受電側共振コイル34)に用いた形態を例として説明した。しかし、必ずしも、給電用アンテナと受電用アンテナとの双方に、アンテナコイル4が用いられなくてもよい。例えば、給電用アンテナのみが、本発明に係るアンテナコイル4として用いられていてもよい。
(5) In the above description, in the wireless
(6)図3に例示したように、導体線40が1周するごとに、アーム72の1本分のずれが生じ、コイル41の径方向に隙間無く隣接する導体線40の有効長が減少する。また、導体線40が、隙間を有して隣接する場合には導体線40の2本分の径以上の距離が確保される。図3及び図4に示すように、2つのアーム72ごとに、伝送面P1の側と反伝送面P2の側とを交互に通るように、導体線40が巻き回される場合、伝送面P1の側から反伝送面P2の側に導体線40が進む場所と、反伝送面P2の側から伝送面P1の側に導体線40が進む場所とは、異なる場所となる。つまり、導体線40は、隣接するアーム72の間(アーム間)において、伝送面P1と反伝送面P2との間を行き来するが、同じアーム間において隣接する導体線40が交差することはない。従って、導体線40の2本分の径以上の距離の隙間を埋めるように、導体線40を径方向に曲げて、導体線40を巻き回すこともできる。この場合、線間容量の低減効果は限定的となるが、コイル41をより小型化することができる。
(6) As illustrated in FIG. 3, each time the
本発明は、給電回路から受電回路へワイヤレス給電を行う電力伝送用のアンテナコイルに利用することができる。 The present invention can be used for an antenna coil for power transmission that performs wireless power feeding from a power feeding circuit to a power receiving circuit.
1 :ワイヤレス給電システム(電力伝送システム)
4 :アンテナコイル
7 :アンテナフレーム
8 :シールド部材
9 :車両
24 :給電側共振コイル(給電用アンテナ)
34 :受電側共振コイル(受電用アンテナ)
40 :導体線
41 :コイル
72 :アーム
P1 :伝送面
P2 :反伝送面
1: Wireless power supply system (power transmission system)
4: Antenna coil 7: Antenna frame 8: Shield member 9: Vehicle 24: Power feeding side resonance coil (power feeding antenna)
34: Receiving side resonance coil (receiving antenna)
40: conductor wire 41: coil 72: arm P1: transmission surface P2: anti-transmission surface
Claims (5)
放射状に配置された複数のアームを有するアンテナフレームと、
前記アンテナフレームにおける、前記アームの放射方向に沿った放射面に対して一方側である伝送面の側に位置する部分と、前記伝送面とは反対側である反伝送面側に位置する部分とを交互に有して、導体線が前記アームに対して扁平渦巻き状に巻き回され、前記複数のアームに保持されているコイルと、
前記反伝送面において前記アンテナフレームの前記放射面に沿って配置されたシールド部材と、
を備えるアンテナコイル。 An antenna coil for power transmission that performs wireless power feeding from a power feeding circuit to a power receiving circuit,
An antenna frame having a plurality of radially arranged arms;
In the antenna frame, a portion located on the transmission surface side that is one side with respect to a radiation surface along the radiation direction of the arm, and a portion located on the non-transmission surface side that is opposite to the transmission surface; And a coil in which a conductor wire is wound in a flat spiral around the arm and held by the plurality of arms,
A shield member disposed along the radiation surface of the antenna frame at the anti-transmission surface;
An antenna coil comprising:
前記給電用アンテナを前記給電回路に備え、前記受電用アンテナを前記受電回路に備え、
前記給電用アンテナ及び前記受電用アンテナは、電力伝送のために互いに対向配置された状態で、偏向方向が90度異なるようなアスペクト比を有して構成されている電力伝送システム。 A power transmission system using the antenna coil according to claim 3 for a power feeding antenna and a power receiving antenna,
The power feeding antenna is provided in the power feeding circuit, the power receiving antenna is provided in the power receiving circuit,
The power transmission system, wherein the power feeding antenna and the power receiving antenna are configured to have an aspect ratio such that a deflection direction is different by 90 degrees in a state of being opposed to each other for power transmission.
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