JP2017077113A - Wireless transmission device, wireless power reception device, and wireless power transmission device - Google Patents

Wireless transmission device, wireless power reception device, and wireless power transmission device Download PDF

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将也 石田
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俊明 渡辺
義信 杉山
Yoshinobu Sugiyama
義信 杉山
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress a leakage magnetic field while maintaining power transmission efficiency.SOLUTION: In a wireless power transmission device of an embodiment 1, two cancel coils 12A, B are provided around a transmission coil 10. The transmission coil 10 and cancel coils 12A, B are solenoid coils, and the winding direction of the cancel coils 12A, B is opposite to the transmission coil 10. The radius of the cancel coils 12A, B is same as that of the coil of the transmission coil 10. The current supplied to the cancel coils 12A, B is same as the current supplied to the transmission coil 10. The cancel coils 12A, B are arranged coaxially with the central axis of the transmission coil 10, arranged oppositely across the transmission coil 10, and the distances from the center of the transmission coil 10 to the centers of the cancel coils 12A, B are equal.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、磁界結合により無線電力を送電する無線送電装置、あるいは磁界結合により無線電力を受電する無線受電装置に関する。また、それらを用いた無線電力伝送装置に関する。特に、漏洩磁界が低減されたものに関する。   The present invention relates to a wireless power transmitting apparatus that transmits wireless power by magnetic field coupling, or a wireless power receiving apparatus that receives wireless power by magnetic field coupling. Moreover, it is related with the wireless power transmission apparatus using them. In particular, it relates to a device with a reduced leakage magnetic field.

電気機器などに電力を給電する際、電気機器に電源ケーブルを接続して給電することが広く一般的に行われている。しかし、給電の度に電源ケーブルを接続するのは手間がかかりわずらわしい。そのため、近年は電源ケーブルを接続することなく非接触で電力伝送を行う技術がさかんに研究、開発されている。特に、送電コイルと受電コイル間の磁界結合（磁界共鳴、磁界共振、磁気結合などとも呼ばれている）を利用して電力を伝送する方式が注目されている。この方式は、送電コイルと受電コイルが比較的離れていても電力を伝送でき、送電コイルと受電コイルの位置ずれに対しても強く、配置の自由度が高いという利点がある。   When power is supplied to an electrical device or the like, it is widely performed to connect the power cable to the electrical device. However, it is cumbersome and cumbersome to connect the power cable every time power is supplied. For this reason, in recent years, a technique for performing power transmission without contact without connecting a power cable has been extensively researched and developed. In particular, a method of transmitting power using magnetic field coupling (also referred to as magnetic field resonance, magnetic field resonance, magnetic coupling, etc.) between a power transmission coil and a power reception coil has attracted attention. This method is advantageous in that power can be transmitted even if the power transmission coil and the power reception coil are relatively separated from each other, it is strong against displacement of the power transmission coil and the power reception coil, and has a high degree of freedom in arrangement.

磁界結合による方式では、コイルからの漏洩磁界（コイルから十分に遠方での磁界）が問題となる。特許文献１には、送電コイルや受電コイルの近傍に、給電時に発生する磁界とは逆向きの磁界を発生させるキャンセルコイルを１つ設けることにより、漏洩磁界を低減する技術が開示されている。キャンセルコイルを設けることで、磁界の距離の３乗に反比例する成分を打ち消すことができ、漏洩磁界が低減される。この場合、漏洩磁界として、送電コイルの中心とキャンセルコイルの中心との中心間距離に比例し、距離の４乗に反比例する成分（距離４乗減衰成分）が残る。   In the system using magnetic field coupling, a leakage magnetic field from the coil (a magnetic field sufficiently far from the coil) becomes a problem. Patent Document 1 discloses a technique for reducing a leakage magnetic field by providing one cancel coil that generates a magnetic field in a direction opposite to a magnetic field generated during power feeding in the vicinity of a power transmitting coil and a power receiving coil. By providing the cancel coil, a component that is inversely proportional to the cube of the distance of the magnetic field can be canceled, and the leakage magnetic field is reduced. In this case, as the leakage magnetic field, a component (distance fourth power attenuation component) that is proportional to the center-to-center distance between the center of the power transmission coil and the center of the cancellation coil and inversely proportional to the fourth power of the distance remains.

一方、特許文献２には、４つのファラデー回転子が正方形を成すように配置し、隣接するファラデー回転子の電磁石の磁界方向が互いに逆向きとなるようにした構成が示されている。このように、電磁石を磁気８重極子の配置とすることで、ファラデー回転子の電磁石からの漏洩磁界が距離５乗減衰となり、漏洩磁界を十分に低減できることが示されている。また、特許文献２には、１つのファラデー回転子を中心として、その回りに６個のファラデー回転子を対称に配置し、その６個のファラデー回転子の電磁石の磁界方向が互いに逆向きとなるようにし、中心のファラデー回転子の電磁石の磁界方向と同一の電磁石について、その磁界強度を逆向きの磁界を発生させる電磁石の磁界強度の３／４とする構成も示されている。   On the other hand, Patent Document 2 shows a configuration in which four Faraday rotators are arranged so as to form a square, and the magnetic field directions of the electromagnets of adjacent Faraday rotators are opposite to each other. As described above, it is shown that the leakage magnetic field from the Faraday rotator electromagnet is attenuated to the fifth power by arranging the electromagnet as a magnetic octupole, and the leakage magnetic field can be sufficiently reduced. In Patent Document 2, six Faraday rotators are arranged symmetrically around one Faraday rotator, and the magnetic field directions of the electromagnets of the six Faraday rotators are opposite to each other. Thus, there is also shown a configuration in which the magnetic field strength of the electromagnet having the same magnetic field direction as that of the central Faraday rotator is 3/4 of the magnetic field strength of the electromagnet that generates a reverse magnetic field.

特開２０１４−１１０７２６号公報JP 2014-110726 A 特開２００９−５３３５６号公報JP 2009-53356 A

特許文献１では、漏洩磁界は送電コイルの中心とキャンセルコイルの中心との中心間距離におよそ比例するため、その中心間距離を小さくすれば漏洩磁界を低減することができる。しかし、中心間距離を小さくすると電力伝送に必要な磁界強度も低下してしまい、電力の伝送効率を低下させてしまうことになる。つまり、特許文献１の無線電力伝送装置では、漏洩磁界の低減と電力伝送効率はトレードオフの関係にあり、電力伝送効率を維持しつつ、漏洩磁界をさらに低減したいという要望を満たすのは困難である。   In Patent Document 1, the leakage magnetic field is approximately proportional to the center-to-center distance between the center of the power transmission coil and the center of the cancellation coil. Therefore, the leakage magnetic field can be reduced by reducing the center-to-center distance. However, if the center-to-center distance is reduced, the magnetic field intensity necessary for power transmission is also reduced, and power transmission efficiency is reduced. That is, in the wireless power transmission device of Patent Document 1, there is a trade-off relationship between the reduction of the leakage magnetic field and the power transmission efficiency, and it is difficult to satisfy the desire to further reduce the leakage magnetic field while maintaining the power transmission efficiency. is there.

特許文献２に示された方法は、無線電力伝送技術には適用することが難しい。送電コイルないし受電コイルに対して、特許文献２のように複数のキャンセルコイルを配置すると、複数のキャンセルコイルのうちいくつかは、その発生する磁界の方向が送電コイルないし受電コイルにより発生する磁界の方向と等しくなる。そのため、電力の伝送効率を低下させてしまうことになる。また、キャンセルコイルの個数が多くなってしまい、コストが増大するとともに、そのキャンセルコイルでの銅損などのエネルギー損失により伝送効率を悪化させてしまう。   The method disclosed in Patent Document 2 is difficult to apply to wireless power transmission technology. When a plurality of cancel coils are arranged as in Patent Document 2 with respect to the power transmission coil or power reception coil, some of the plurality of cancel coils have a magnetic field direction generated by the power transmission coil or power reception coil. It becomes equal to the direction. As a result, power transmission efficiency is reduced. In addition, the number of cancel coils increases, the cost increases, and transmission efficiency deteriorates due to energy loss such as copper loss in the cancel coils.

そこで本発明の目的は、コイル間の磁界結合により電力を伝送する無線電力伝送装置において、近傍の磁界を維持して電力の伝送効率を維持しつつ、漏洩磁界をさらに抑制することである。   SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to further suppress a leakage magnetic field while maintaining power transmission efficiency by maintaining a nearby magnetic field in a wireless power transmission apparatus that transmits power by magnetic field coupling between coils.

本発明は、受電コイルとの磁界結合によって、受電コイルへ電力を送電する送電コイルを備えた無線送電装置において、送電コイルが生成する磁界とは逆向きの磁界を生成するキャンセルコイルを、送電コイルの周囲に複数個設け、各キャンセルコイルは、遠方において、送電コイルが生成する磁界の距離３乗減衰の成分と、キャンセルコイル全体が生成する磁界の距離３乗減衰の成分がキャンセルするように構成し、各キャンセルコイル間の配置は、各キャンセルコイル全体の中心と送電コイルの中心とが一致するように配置し、各キャンセルコイルが生成する距離４乗減衰の成分が、全体としてキャンセルするように配置する、ことを特徴とする無線送電装置である。   The present invention relates to a canceling coil that generates a magnetic field in a direction opposite to a magnetic field generated by a power transmission coil in a wireless power transmission apparatus including a power transmission coil that transmits power to the power receiving coil by magnetic field coupling with the power receiving coil. A plurality of cancel coils are arranged around the center of each of the cancel coils so that the distance cube attenuation component of the magnetic field generated by the power transmission coil and the distance cube attenuation component of the magnetic field generated by the entire cancel coil are canceled at a distance. In addition, the arrangement between the cancel coils is arranged so that the center of each cancel coil and the center of the power transmission coil coincide with each other, and the component of the fourth power attenuation generated by each cancel coil cancels as a whole. The wireless power transmission device is characterized by being arranged.

各キャンセルコイル全体の中心とは、その複数のキャンセルコイル全体の合成磁界と同じ磁界を発生させる１つのキャンセルコイルを考えた場合に、その１つのキャンセルコイルの中心となる位置を意味する。   The center of each cancel coil means a position that becomes the center of the one cancel coil when one cancel coil that generates the same magnetic field as the combined magnetic field of all the cancel coils is considered.

送電コイルに対するキャンセルコイルの個数はなるべく少なくすることが望ましい。コストを低減することができ、また、キャンセルコイルでの銅損などのエネルギー損失を低減して伝送効率を向上させることができるからである。最も望ましいのはキャンセルコイルの個数を２個とすることである。その場合、次のような構成としてもよい。キャンセルコイルは２個であり、各キャンセルコイルの構造は互いに同一であり、各キャンセルコイルは、送電コイルの中心を通る直線上に、送電コイルを挟んで対向するように配置する。これにより、簡素な構成で低コストに送電コイルからの漏洩磁界を低減することができる。   It is desirable to reduce the number of cancel coils with respect to the power transmission coil as much as possible. This is because the cost can be reduced, and energy loss such as copper loss in the cancel coil can be reduced to improve transmission efficiency. Most preferably, the number of cancel coils is two. In that case, the following configuration may be adopted. There are two cancel coils, and the structure of each cancel coil is the same. The cancel coils are arranged on a straight line passing through the center of the power transmission coil so as to face each other with the power transmission coil interposed therebetween. Thereby, the leakage magnetic field from a power transmission coil can be reduced at low cost with a simple structure.

また、本発明の無線送電装置において、送電コイルと各キャンセルコイルとの間に、導体板を設けてもよい。これにより、送電コイルと各キャンセルコイル間の磁界接合を抑制し、電力の伝送効率低下を抑制することができる。   In the wireless power transmission device of the present invention, a conductor plate may be provided between the power transmission coil and each cancel coil. Thereby, the magnetic field junction between a power transmission coil and each cancellation coil can be suppressed, and the transmission efficiency fall of electric power can be suppressed.

また、本発明の無線送電装置において、次のような構成としてもよい。送電コイルおよび各キャンセルコイルは、ソレノイドコイルであり、送電コイルおよび各キャンセルコイルのコイル半径は同一であり、各キャンセルコイルを流れる交流電流は、送電コイルを流れる交流電流と同一周波数、同一振幅、かつ同相であり、各キャンセルコイルの巻き方向は、送電コイルの巻き方向と逆巻きであり、各キャンセルコイルの巻き数は、各キャンセルコイルのインダクタンスが送電コイルのインダクタンスの半分となる巻き数である。このように構成すれば、簡素で低コストに送電コイルからの漏洩磁界を低減することができる。   The wireless power transmission device of the present invention may have the following configuration. The power transmission coil and each cancellation coil are solenoid coils, the coil radius of the power transmission coil and each cancellation coil is the same, and the alternating current flowing through each cancellation coil has the same frequency, the same amplitude as the alternating current flowing through the power transmission coil, and In the same phase, the winding direction of each canceling coil is reverse to the winding direction of the power transmission coil, and the number of windings of each cancellation coil is the number of windings in which the inductance of each cancellation coil is half the inductance of the power transmission coil. If comprised in this way, the leakage magnetic field from a power transmission coil can be reduced simply and at low cost.

また、本発明の無線送電装置において、送電コイルおよび各キャンセルコイルは、直列に接続されていてもよい。送電コイルと各キャンセルコイルに電流を供給する電源を共通化でき、構成の簡素化、低コスト化を図ることができる。   In the wireless power transmission device of the present invention, the power transmission coil and each canceling coil may be connected in series. The power supply for supplying current to the power transmission coil and each canceling coil can be shared, and the configuration can be simplified and the cost can be reduced.

他の本発明は、送電コイルとの磁界結合によって、送電コイルからの電力を受電する受電コイルを備えた無線受電装置において、受電コイルにより発生する磁界とは逆向きの磁界を発生させるキャンセルコイルを、受電コイルの周囲に複数個設け、各キャンセルコイルは、遠方において、受電コイルが生成する磁界の距離３乗減衰の成分と、キャンセルコイル全体が生成する磁界の距離３乗減衰の成分がキャンセルするように構成し、各キャンセルコイル間の配置は、各キャンセルコイル全体の中心と受電コイルの中心とが一致するように配置し、各キャンセルコイルが生成する距離４乗減衰の成分が、全体としてキャンセルするように配置する、ことを特徴とする無線受電装置である。   According to another aspect of the present invention, in a wireless power receiving apparatus including a power receiving coil that receives power from a power transmitting coil by magnetic field coupling with the power transmitting coil, a cancel coil that generates a magnetic field opposite to the magnetic field generated by the power receiving coil is provided. A plurality of canceling coils are provided around the power receiving coil, and each canceling coil cancels a distance cube attenuation component of the magnetic field generated by the power receiving coil and a distance cube attenuation component of the magnetic field generated by the entire canceling coil. The arrangement between the cancel coils is arranged so that the center of each cancel coil and the center of the power receiving coil coincide with each other, and the fourth-quarter attenuation component generated by each cancel coil is canceled as a whole. The wireless power receiving apparatus is characterized by being arranged as described above.

受電コイルに対するキャンセルコイルの個数はなるべく少なくすることが望ましい。コストを低減することができ、また、キャンセルコイルでの銅損などのエネルギー損失を低減して伝送効率を向上させることができるからである。最も望ましいのはキャンセルコイルの個数を２個とすることである。その場合、次のような構成としてもよい。キャンセルコイルは２個であり、各キャンセルコイルの構造は互いに同一であり、各キャンセルコイルは、受電コイルの中心を通る直線上に、受電コイルを挟んで対向するように配置する。これにより、簡素な構成で低コストに受電コイルからの漏洩磁界を低減することができる。   It is desirable to reduce the number of cancel coils with respect to the power receiving coil as much as possible. This is because the cost can be reduced, and energy loss such as copper loss in the cancel coil can be reduced to improve transmission efficiency. Most preferably, the number of cancel coils is two. In that case, the following configuration may be adopted. There are two cancel coils, and the structures of the cancel coils are the same as each other. The cancel coils are arranged on a straight line passing through the center of the power receiving coil so as to face each other with the power receiving coil interposed therebetween. Thereby, the leakage magnetic field from a receiving coil can be reduced by simple structure at low cost.

また、本発明の無線受電装置において、受電コイルと各キャンセルコイルとの間に、導体板を設けてもよい。これにより、受電コイルと各キャンセルコイル間の磁界接合を抑制し、電力の伝送効率低下を抑制することができる。   In the wireless power receiving apparatus of the present invention, a conductor plate may be provided between the power receiving coil and each canceling coil. Thereby, the magnetic field junction between a receiving coil and each cancellation coil can be suppressed, and the electric power transmission efficiency fall can be suppressed.

また、本発明の無線受電装置において、次のような構成としてもよい。受電コイルおよび各キャンセルコイルは、ソレノイドコイルであり、受電コイルおよび各キャンセルコイルのコイル半径は同一であり、各キャンセルコイルを流れる交流電流は、受電コイルを流れる交流電流と同一周波数、同一振幅、かつ同相であり、各キャンセルコイルの巻き方向は、受電コイルの巻き方向と逆巻きであり、各キャンセルコイルの巻き数は、各キャンセルコイルのインダクタンスが受電コイルのインダクタンスの半分となる巻き数である。このように構成すれば、簡素で低コストに送電コイルからの漏洩磁界を低減することができる。   The wireless power receiving device of the present invention may have the following configuration. The receiving coil and each canceling coil are solenoid coils, and the coil radii of the receiving coil and each canceling coil are the same, and the alternating current flowing through each canceling coil has the same frequency and the same amplitude as the alternating current flowing through the receiving coil, and In the same phase, the winding direction of each canceling coil is reverse to the winding direction of the receiving coil, and the number of windings of each canceling coil is the number of windings in which the inductance of each canceling coil is half the inductance of the receiving coil. If comprised in this way, the leakage magnetic field from a power transmission coil can be reduced simply and at low cost.

また、本発明の無線受電装置において、受電コイルおよび各キャンセルコイルは、直列に接続されていてもよい。構成の簡素化、低コスト化を図ることができる。   In the wireless power receiving device of the present invention, the power receiving coil and each canceling coil may be connected in series. The configuration can be simplified and the cost can be reduced.

他の本発明は、本発明の無線送電装置と、本発明の無線受電装置とを備えた無線電力伝送装置である。   Another aspect of the present invention is a wireless power transmission device including the wireless power transmission device of the present invention and the wireless power reception device of the present invention.

本発明によれば、漏洩磁界の距離の３乗に反比例する成分だけでなく、距離の４乗に反比例する成分もキャンセルすることができる。また、各キャンセルコイルの磁界の方向はすべて等しく、かつ送電コイルないし受電コイルの磁界とは逆向きであるため、伝送効率を悪化させてしまうこともない。したがって、送電コイルないし受電コイル近傍の磁界を維持して電力の伝送効率を維持しつつ、漏洩磁界を全方位についてさらに低減することができる。   According to the present invention, not only a component inversely proportional to the third power of the distance of the leakage magnetic field but also a component inversely proportional to the fourth power of the distance can be canceled. In addition, since the magnetic field directions of the cancel coils are all equal and opposite to the magnetic field of the power transmitting coil or the power receiving coil, the transmission efficiency is not deteriorated. Therefore, the leakage magnetic field can be further reduced in all directions while maintaining the power transmission efficiency by maintaining the magnetic field in the vicinity of the power transmission coil or the power reception coil.

実施例１の無線電力伝送装置の構成を示した図。The figure which showed the structure of the wireless power transmission apparatus of Example 1. FIG. 実施例１の無線電力伝送装置の変形例を示した図。The figure which showed the modification of the wireless power transmission apparatus of Example 1. FIG. 本発明の原理を説明するための図。The figure for demonstrating the principle of this invention. 磁界分布を示した３次元グラフ。A three-dimensional graph showing the magnetic field distribution. 送電コイル１０の中心からの距離と磁界強度との関係を示したグラフ。The graph which showed the relationship between the distance from the center of the power transmission coil 10, and magnetic field intensity. 実施例１の無線電力伝送装置の変形例を示した図。The figure which showed the modification of the wireless power transmission apparatus of Example 1. FIG. 実施例１の無線電力伝送装置の変形例を示した図。The figure which showed the modification of the wireless power transmission apparatus of Example 1. FIG. 実施例１の無線電力伝送装置の変形例を示した図。The figure which showed the modification of the wireless power transmission apparatus of Example 1. FIG.

以下、本発明の具体的な実施例について図を参照に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。   Hereinafter, specific examples of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the examples.

図１は、実施例１の無線電力伝送装置の構成を示した図である。図１のように、実施例１の無線電力伝送装置は、送電コイル１０と、受電コイル１１と、送電コイル１０の周囲に設けられた２つのキャンセルコイル１２Ａ、Ｂと、整流回路１３と、電源１４〜１６と、によって構成されている。たとえば、実施例１の無線電力伝送装置を車両への給電に用いる場合には、受電コイル１１と整流回路１３は車両に設けられ、送電コイル１０、キャンセルコイル１２Ａ、Ｂおよび電源１４〜１６は路面などに設けられる。   FIG. 1 is a diagram illustrating the configuration of the wireless power transmission device according to the first embodiment. As shown in FIG. 1, the wireless power transmission device according to the first embodiment includes a power transmission coil 10, a power reception coil 11, two cancel coils 12 </ b> A and B provided around the power transmission coil 10, a rectifier circuit 13, and a power source. 14-16. For example, when the wireless power transmission device according to the first embodiment is used for power feeding to a vehicle, the power receiving coil 11 and the rectifier circuit 13 are provided in the vehicle, and the power transmission coil 10, the cancellation coils 12A and B, and the power sources 14 to 16 are road surfaces. Etc.

送電コイル１０は、磁界結合によって受電コイル１１へ交流電力を送電するコイルであり、板状のコア材１００に導線１０１を巻いたソレノイドコイルである。また、送電コイル１０の導線１０１は電源１４に接続されていて、導線１０１にはコンデンサ１７が挿入されている。電源１４は、送電コイル１０に交流電流を供給する電源である。その周波数は、たとえば数ＭＨｚから数ＧＨｚである。定電圧をスイッチングする電源であってもよい。コンデンサ１７は、送電コイル１０側の共振周波数を調整し、受電コイル１１側の共振周波数と整合させるためのものである。たとえば送電コイル１０側の共振周波数と受電コイル１１側の共振周波数の差を、送電コイル１０側の共振周波数の±１０％以下とすることで、送電コイル１０側から受電コイル１１側へと効率的に電力を伝送することができる。   The power transmission coil 10 is a coil that transmits AC power to the power reception coil 11 by magnetic field coupling, and is a solenoid coil in which a conductive wire 101 is wound around a plate-like core material 100. Moreover, the conducting wire 101 of the power transmission coil 10 is connected to the power source 14, and the capacitor 17 is inserted into the conducting wire 101. The power source 14 is a power source that supplies an alternating current to the power transmission coil 10. The frequency is, for example, several MHz to several GHz. It may be a power source that switches a constant voltage. The capacitor 17 is for adjusting the resonance frequency on the power transmission coil 10 side to match the resonance frequency on the power reception coil 11 side. For example, by setting the difference between the resonance frequency on the power transmission coil 10 side and the resonance frequency on the power reception coil 11 side to be ± 10% or less of the resonance frequency on the power transmission coil 10 side, it is efficient from the power transmission coil 10 side to the power reception coil 11 side. It is possible to transmit power.

受電コイル１１は、磁界結合により送電コイル１０から送電される交流電力を受電するコイルであり、板状のコア材１１０と導線１１１で構成されたソレノイドコイルである。受電コイル１１の導線１１１は整流回路１３に接続されている。整流回路１３は、受電コイル１１からの交流電力を直流電力に変換し、その直流電力を図示しない各機器に供給する。   The power receiving coil 11 is a coil that receives AC power transmitted from the power transmitting coil 10 by magnetic field coupling, and is a solenoid coil composed of a plate-shaped core material 110 and a conductive wire 111. The conducting wire 111 of the power receiving coil 11 is connected to the rectifier circuit 13. The rectifier circuit 13 converts AC power from the power receiving coil 11 into DC power, and supplies the DC power to each device (not shown).

キャンセルコイル１２Ａ、Ｂは、送電時に送電コイル１０から発生する漏洩磁界（送電コイル１０より十分に遠方での磁界）を低減するために設けるコイルである。キャンセルコイル１２Ａ、Ｂは、板状のコア材１２０Ａ、Ｂに導線１２１Ａ、Ｂを巻いたソレノイドコイルであり、その巻き方向は、送電コイル１０の導線１０１とは逆方向となっている。つまり、キャンセルコイル１２Ａ、Ｂにより発生する磁界の方向は等しく、かつ送電コイル１２０により発生する磁界の方向とは逆向きとなる。また、キャンセルコイル１２Ａ、Ｂのコイルの半径は送電コイル１０のコイルの半径と同じである。キャンセルコイル１２Ａ、Ｂの導線１２１Ａ、Ｂには、それぞれ電源１５、１６が接続されている。電源１５、１６は、電源１４と同一構成のものを用い、キャンセルコイル１２Ａ、Ｂに供給される電流は、送電コイル１０に供給される電流と同一周波数、同一振幅、同相である。また、キャンセルコイル１２Ａ、Ｂの導線１２１Ａ、Ｂの巻き数は、送電コイル１０の導線１０１よりも少なくしており、これによりキャンセルコイル１２Ａ、Ｂのインダクタンスが送電コイル１０のインダクタンスの半分となるようにしている。   The cancel coils 12A and 12B are coils provided to reduce a leakage magnetic field (magnetic field sufficiently far from the power transmission coil 10) generated from the power transmission coil 10 during power transmission. The cancel coils 12 </ b> A and B are solenoid coils in which conductive wires 121 </ b> A and B are wound around plate-shaped core materials 120 </ b> A and 120 </ b> B, and the winding direction is opposite to the conductive wire 101 of the power transmission coil 10. That is, the direction of the magnetic field generated by the cancel coils 12 </ b> A and 12 </ b> B is equal and opposite to the direction of the magnetic field generated by the power transmission coil 120. Further, the radius of the cancel coils 12 </ b> A and 12 </ b> B is the same as that of the power transmission coil 10. Power sources 15 and 16 are connected to the conducting wires 121A and B of the cancel coils 12A and B, respectively. The power supplies 15 and 16 have the same configuration as the power supply 14, and the current supplied to the cancel coils 12 </ b> A and 12 </ b> B has the same frequency, the same amplitude, and the same phase as the current supplied to the power transmission coil 10. In addition, the number of turns of the conducting wires 121A and B of the cancel coils 12A and B is smaller than that of the conducting wire 101 of the power transmission coil 10, so that the inductance of the cancel coils 12A and B becomes half of the inductance of the power transmission coil 10. I have to.

また、キャンセルコイル１２Ａ、Ｂは、図１のように、その中心軸が送電コイル１０の中心軸と同軸となるように配置されている。そして、キャンセルコイル１２Ａ、Ｂは、送電コイル１０を中心として対称に配置され、送電コイル１０の中心からキャンセルコイル１２Ａ、Ｂの中心までの距離は等しい。   Further, the cancel coils 12 </ b> A and 12 </ b> B are arranged so that the central axis thereof is coaxial with the central axis of the power transmission coil 10 as shown in FIG. 1. And cancellation coil 12A, B is symmetrically arrange | positioned centering | focusing on the power transmission coil 10, and the distance from the center of the power transmission coil 10 to the center of cancellation coil 12A, B is equal.

キャンセルコイル１２Ａ、Ｂと送電コイル１０との間の磁界結合を低減するために、キャンセルコイル１２Ａ、Ｂの中心から送電コイルの中心までの距離Ｌを十分に取ることが望ましく、たとえば送電コイル１０のコイル半径ａの１〜２０倍とすることが望ましい。より望ましくは３〜１５倍であり、さらに望ましくは５〜１０倍である。   In order to reduce the magnetic field coupling between the cancel coils 12A, B and the power transmission coil 10, it is desirable to take a sufficient distance L from the center of the cancel coils 12A, B to the center of the power transmission coil. It is desirable to be 1 to 20 times the coil radius a. More desirably, it is 3 to 15 times, and further desirably 5 to 10 times.

また、キャンセルコイル１２Ａ、Ｂと送電コイル１０との距離Ｌを短くすると、送電コイル１０近傍での磁界が低減し、伝送効率が低減してしまう。そのため、キャンセルコイル１２Ａ、Ｂと送電コイルとの間の距離Ｌは、送電コイル１０から受電コイル１１までの距離の１〜２０倍とすることが望ましい。より望ましくは３〜１５倍であり、さらに望ましくは５〜１０倍である。   Moreover, if the distance L between the cancel coils 12A and 12B and the power transmission coil 10 is shortened, the magnetic field in the vicinity of the power transmission coil 10 is reduced, and the transmission efficiency is reduced. Therefore, the distance L between the cancel coils 12 </ b> A and 12 </ b> B and the power transmission coil is desirably 1 to 20 times the distance from the power transmission coil 10 to the power reception coil 11. More desirably, it is 3 to 15 times, and further desirably 5 to 10 times.

なお、キャンセルコイル１２Ａ、Ｂの導線１２１Ａ、Ｂの巻き方向を送電コイル１０の導線１０１と同一方向にし、電源１５、１６によって逆相の電流を供給することで、送電コイル１０の生成する磁界とは逆向きの磁界を生成するようにしてもよい。   In addition, the winding direction of the conducting wires 121A and B of the cancel coils 12A and B is set to the same direction as that of the conducting wire 101 of the power transmission coil 10, and a current of opposite phase is supplied by the power sources 15 and 16, thereby generating a magnetic field generated by the power transmission coil 10. May generate a reverse magnetic field.

また、各キャンセルコイル１２Ａ、Ｂの導線１２１Ａ、Ｂの巻き数を送電コイル１０の導線１０１の巻き数よりも少なくすることで、各キャンセルコイル１２Ａ、Ｂのインダクタンスが送電コイル１０のインダクタンスの半分となるようにし、各キャンセルコイル１２Ａ、Ｂの生成する磁界の距離３乗減衰成分が、送電コイル１０の生成する磁界の距離３乗減衰成分の１／２となるようにしているが、電源１５、１６によって供給する交流電流の振幅や、キャンセルコイル１２Ａ、Ｂのコイル半径を変えることでそれを実現してもよい。具体的には、キャンセルコイル１２Ａ、Ｂに供給される交流電流の振幅を、送電コイル１０に供給される電流の振幅の１／２とするか、キャンセルコイル１２Ａ、Ｂのコイル半径を１／２とすればよい。もちろん、キャンセルコイル１２Ａ、Ｂの巻き数、供給される交流電流の振幅、コイル半径のいずれか２以上を変えることで、各キャンセルコイル１２Ａ、Ｂの生成する磁界の距離３乗減衰成分が、送電コイル１０の生成する磁界の距離３乗減衰成分の１／２となるようにしてもよい。   Further, by reducing the number of turns of the conducting wires 121A and B of each canceling coil 12A and B to be less than the number of turns of the conducting wire 101 of the power transmitting coil 10, the inductance of each canceling coil 12A and B is half the inductance of the power transmitting coil 10. The distance cube attenuation component of the magnetic field generated by each cancel coil 12A, B is ½ of the distance cube attenuation component of the magnetic field generated by the power transmission coil 10. This may be realized by changing the amplitude of the alternating current supplied by 16 and the coil radii of the cancel coils 12A and 12B. Specifically, the amplitude of the alternating current supplied to the cancel coils 12A and B is set to 1/2 of the amplitude of the current supplied to the power transmission coil 10, or the coil radius of the cancel coils 12A and B is set to 1/2. And it is sufficient. Of course, by changing any two or more of the number of turns of the cancel coils 12A and B, the amplitude of the supplied alternating current, and the coil radius, the distance cube attenuation component of the magnetic field generated by each cancel coil 12A and B is transmitted. You may make it become 1/2 of the distance cube attenuation component of the magnetic field which the coil 10 produces | generates.

また、送電コイル１０のコア材１００と、キャンセルコイル１２Ａ、Ｂのコア材１２０Ａ、Ｂを分離して設けているが、共通のコア材としてもよい。キャンセルコイル１２Ａ、Ｂの配置の自由度は低下するが、装置の構成を簡略にすることができる。   Further, the core material 100 of the power transmission coil 10 and the core materials 120A and 120B of the cancel coils 12A and B are provided separately, but may be a common core material. Although the degree of freedom of arrangement of the cancel coils 12A and 12B decreases, the configuration of the apparatus can be simplified.

また、導線１０１と導線１２１Ａ、Ｂを連続させた一の導線とし、電源１５、１６を省いた構成とし、これにより送電コイル１０、キャンセルコイル１２Ａ、Ｂを直列に接続する構成としてもよい。キャンセルコイル１２Ａ、Ｂの配置の自由度は低下するが、装置の構成をより簡略化することができる。図２に、コア材１００を送電コイル１０とキャンセルコイル１２Ａ、Ｂで共通とし、キャンセルコイル１２Ａ、送電コイル１０、キャンセルコイル１２Ｂの順に直列に接続した構成を示す。   Alternatively, the conductive wire 101 and the conductive wires 121A and 121B may be configured as a single conductive wire, and the power supplies 15 and 16 may be omitted, whereby the power transmission coil 10 and the cancel coils 12A and B may be connected in series. Although the degree of freedom of arrangement of the cancel coils 12A and 12B decreases, the configuration of the apparatus can be further simplified. FIG. 2 shows a configuration in which the core material 100 is common to the power transmission coil 10 and the cancellation coils 12A and B, and the cancellation coil 12A, the power transmission coil 10, and the cancellation coil 12B are connected in series in this order.

上記のように２つのキャンセルコイル１２Ａ、Ｂを送電コイル１０の近傍に配置すると、送電コイル１０近傍の磁界を維持して伝送効率を維持しつつ、キャンセルコイルを１つ設ける場合に比べて漏洩磁界をさらに低減することができる。その理由は次の通りである。   When the two cancellation coils 12A and 12B are arranged in the vicinity of the power transmission coil 10 as described above, the leakage magnetic field is compared with the case where one cancellation coil is provided while maintaining the magnetic field in the vicinity of the power transmission coil 10 and maintaining the transmission efficiency. Can be further reduced. The reason is as follows.

キャンセルコイル１２Ａ、Ｂは、その生成する磁界の方向（磁気双極子とみなしたときの磁気モーメントの方向）が、送電コイル１０の生成する磁界とは逆向きとなるように構成している。また、十分遠方において、各キャンセルコイル１２Ａ、Ｂが生成する磁界の距離（送電コイル１０の中心からの距離）の３乗に反比例する成分（距離３乗減衰成分）の大きさが、送電コイル１０が生成する磁界の距離３乗減衰成分の大きさの１／２となるようにしている。つまり、十分遠方において、キャンセルコイル１２Ａ、Ｂ全体が生成する磁界の距離３乗減衰成分と、送電コイル１０が生成する磁界の距離３乗減衰成分とは大きさが同じで逆向きである。したがって、十分遠方では磁界の距離３乗減衰成分はキャンセルされる。   The cancel coils 12 </ b> A and 12 </ b> B are configured such that the direction of the magnetic field generated (the direction of the magnetic moment when regarded as a magnetic dipole) is opposite to the magnetic field generated by the power transmission coil 10. In addition, at a sufficiently far distance, the magnitude of the component (distance cube attenuation component) that is inversely proportional to the cube of the distance of the magnetic field generated by each of the cancel coils 12A and 12B (the distance from the center of the power transmission coil 10) is Is set to ½ of the magnitude of the distance cube attenuation component of the generated magnetic field. That is, at a sufficiently far distance, the distance cube attenuation component of the magnetic field generated by the cancellation coils 12A and B as a whole and the distance cube attenuation component of the magnetic field generated by the power transmission coil 10 have the same magnitude and are in opposite directions. Therefore, the distance cube attenuation component of the magnetic field is canceled sufficiently far away.

また、キャンセルコイル１２Ａ、Ｂは、送電コイル１０を中心として対称に配置されている。その配置の対称性から、キャンセルコイル１２Ａの生成する磁界の距離４乗減衰成分と、キャンセルコイル１２Ｂの生成する磁界の距離４乗減衰成分は、大きさが同じで逆方向となる。したがって、十分遠方では磁界の距離４乗減衰成分はキャンセルされる。   Further, the cancel coils 12 </ b> A and 12 </ b> B are arranged symmetrically with respect to the power transmission coil 10. Due to the symmetry of the arrangement, the distance-quarter attenuation component of the magnetic field generated by the cancellation coil 12A and the distance-quarter attenuation component of the magnetic field generated by the cancellation coil 12B have the same magnitude and are in opposite directions. Therefore, the distance fourth power attenuation component of the magnetic field is canceled sufficiently far away.

以上のように、距離３乗減衰成分と距離４乗減衰成分はキャンセルされるため、送電コイル１０、およびキャンセルコイル１２Ａ、Ｂの全体が生成する磁界は、十分遠方において距離５乗減衰成分が主となる。   As described above, since the distance cube attenuation component and the distance fourth attenuation component are canceled, the magnetic field generated by the power transmission coil 10 and the cancellation coils 12A and 12B as a whole is mainly the distance cube attenuation component at a sufficiently long distance. It becomes.

一方、キャンセルコイルを１つ設けた従来の例では、十分遠方において磁界の距離の３乗に反比例する成分（距離３乗減衰の成分）をキャンセルすることができる。しかし、キャンセルコイルを設けたことにより、磁界の距離４乗減衰の成分が残存する。   On the other hand, in a conventional example in which one cancel coil is provided, a component that is inversely proportional to the cube of the distance of the magnetic field (a component of distance cube attenuation) can be canceled sufficiently far away. However, by providing the cancel coil, the component of the distance fourth power attenuation of the magnetic field remains.

このように、従来のキャンセルコイル１つの場合では、漏洩磁界は主として距離４乗減衰であったのに対し、実施例１の場合では、漏洩磁界は主として距離５乗減衰であり、従来に比べて漏洩磁界が低減されている。また、実施例１は送電コイル１０とキャンセルコイル１２Ａ、Ｂの間の距離を短くすることで漏洩磁界を低減するものではなく、十分に間隔を空けることができる。そして送電コイル１０とキャンセルコイル１２Ａ、Ｂの間隔を十分に空ければ、送電コイル１０近傍の磁界がキャンセルコイル１２Ａ、Ｂを設けない場合に比べて低減しないようにすることができ、キャンセルコイル１２Ａ、Ｂを設けない場合と同等の伝送効率を維持することができる。   As described above, in the case of one conventional cancel coil, the leakage magnetic field is mainly attenuated to the fourth power of the distance, whereas in the case of Example 1, the leakage magnetic field is mainly attenuated to the fifth power of the distance. Leakage magnetic field is reduced. In addition, the first embodiment does not reduce the leakage magnetic field by shortening the distance between the power transmission coil 10 and the cancellation coils 12A and 12B, and can be sufficiently spaced. If the distance between the power transmission coil 10 and the cancel coils 12A and B is sufficiently large, the magnetic field in the vicinity of the power transmission coil 10 can be prevented from being reduced as compared with the case where the cancel coils 12A and B are not provided. , B can maintain the transmission efficiency equivalent to the case where B is not provided.

漏洩磁界の距離の３乗および４乗に反比例する成分がキャンセルされる理由を、次のように単純化し、数式を用いて説明する。   The reason why the component inversely proportional to the third power and fourth power of the distance of the leakage magnetic field is canceled will be described as follows by using a simplified formula.

図３のように、送電コイル１０およびキャンセルコイル１２Ａ、Ｂとして半径ａの円形コイルを考える。また、送電コイル１０の中心とキャンセルコイル１２Ａ、Ｂの中心との間の距離をＬとする。送電コイル１０に対するキャンセルコイル１２Ａ、Ｂの配置は図１と同様である。つまり、送電コイル１０の中心軸の一方向にｘ軸を取り、そのｘ軸の負方向に距離Ｌ離れた位置をキャンセルコイル１２Ａの中心とし、ｘ軸の正方向に距離Ｌ離れた位置をキャンセルコイル１２Ｂの中心とする。また、送電コイル１０およびキャンセルコイル１２Ａ、Ｂの面は、ｘ軸に垂直な面に平行とする。送電コイル１０の導線１０１にはｘ軸正方向から見て反時計回りに電流Ｉ1 が流れ、キャンセルコイル１２Ａ、Ｂの導線１２１Ａ、Ｂには電流Ｉ1 とは逆向きに、つまりｘ軸正方向から見て時計回りに電流Ｉ2 が流れるとする。 As shown in FIG. 3, a circular coil having a radius a is considered as the power transmission coil 10 and the cancel coils 12A and 12B. Further, L is the distance between the center of the power transmission coil 10 and the centers of the cancel coils 12A and 12B. The arrangement of the cancel coils 12A and B with respect to the power transmission coil 10 is the same as in FIG. That is, the x-axis is taken in one direction of the central axis of the power transmission coil 10, the position separated by the distance L in the negative direction of the x-axis is the center of the cancel coil 12A, and the position separated by the distance L in the positive direction of the x-axis is canceled. The center of the coil 12B. Further, the surfaces of the power transmission coil 10 and the cancel coils 12A and 12B are parallel to a surface perpendicular to the x axis. The current I 1 flows through the conducting wire 101 of the power transmission coil 10 counterclockwise when viewed from the positive direction of the x-axis, and the conducting wires 121A and 121 of the canceling coils 12A and 12B run in the direction opposite to the current I 1 , that is, the positive x-axis. Assume that the current I 2 flows clockwise as viewed from the direction.

ここで、ｘ軸上（中心軸上）の点Ｐでの磁界の強さＨを考える。点Ｐは送電コイル１０の中心からｘ軸正方向に距離ｒの位置にあり、十分に遠方であるとする。このとき、点Ｐでの磁界は、送電コイル１０により発生する磁界と、キャンセルコイル１２Ａ、Ｂにより発生する磁界の和である。点Ｐは、送電コイル１０、キャンセルコイル１２Ａ、Ｂの中心軸上の点であるから、それらにより発生する磁界はｘ軸方向の成分のみである。送電コイル１０により発生する磁界の強さをＨ0 、キャンセルコイル１２Ａ、Ｂにより発生する磁界の強さをそれぞれＨA 、ＨB とすれば、点Ｐでの磁界の強さＨは、Ｈ＝Ｈ0 ＋ＨA ＋ＨB であり、Ｈ0 、ＨA 、ＨB はいずれも円電流により発生する磁界であるから、次の式（１）で表される。 Here, the magnetic field strength H at a point P on the x-axis (on the central axis) is considered. It is assumed that the point P is at a position of a distance r in the positive x-axis direction from the center of the power transmission coil 10 and is sufficiently far away. At this time, the magnetic field at the point P is the sum of the magnetic field generated by the power transmission coil 10 and the magnetic field generated by the cancel coils 12A and 12B. Since the point P is a point on the central axis of the power transmission coil 10 and the cancel coils 12A and B, the magnetic field generated by them is only the component in the x-axis direction. If the strength of the magnetic field generated by the power transmission coil 10 is H 0 , and the strength of the magnetic field generated by the cancel coils 12A and 12B is H A and H B , the magnetic field strength H at the point P is H = H 0 + H A + H B , and H 0 , H A , and H B are all magnetic fields generated by a circular current, and are expressed by the following formula (1).

式（１）において、第１項は送電コイル１０により発生する磁界の強さＨ0 、第２項はキャンセルコイル１２Ａにより発生する磁界の強さＨA 、第３項はキャンセルコイル１２Ｂによって発生する磁界の強さＨB を示している。ただし、ｒ＞＞ａとして近似し、ａ／ｒの５乗以上の成分は無視している。 In the formula (1), the first term strength H 0 of the magnetic field generated by the transmission coil 10, the intensity H A of the magnetic field second term generated by the cancel coils 12A, the third term is generated by the cancel coil 12B The magnetic field strength H B is shown. However, it approximates as r >> a, and ignores the component of 5th power of a / r or more.

ＨA 、ＨB について、ｒ＞＞Ｌとして、Ｌ／ｒの５乗までの近似とすると、下記の式（２）、（３）のようになる。 For H A and H B , assuming r >> L and approximation to the fifth power of L / r, the following equations (2) and (3) are obtained.

この式（２）、（３）において１／ｒの４乗成分を見ると、キャンセルコイル１２Ａにより発生する磁界ＨA の１／ｒの４乗成分と、キャンセルコイル１２Ｂにより発生する磁界のＨB の１／ｒの４乗成分とがキャンセルして０となることがわかる。したがって、ｒ＞＞Ｌとして、Ｌ／ｒの５乗までの近似とすることで、点Ｐでの磁界の強さＨは、次の式（４）のようになる。 Looking at the 1 / r fourth power component in the equations (2) and (3), the 1 / r fourth power component of the magnetic field H A generated by the cancel coil 12A and the H B of the magnetic field generated by the cancel coil 12B. It can be seen that 1 / r of the fourth power component cancels to zero. Therefore, by setting r >> L and approximating up to the fifth power of L / r, the magnetic field strength H at the point P is expressed by the following equation (4).

式（４）における１／ｒの３乗成分を見ると、キャンセルコイル１２Ａ、Ｂに流れるＩ2 を適当に選ぶと０にできることがわかる。すなわち、Ｉ1 ＝２Ｉ2 とすることにより、送電コイル１０により発生する磁界ＨA の１／ｒの３乗成分と、キャンセルコイル１２Ａ、Ｂ全体により発生する磁界の１／ｒの３乗成分とがキャンセルして０となることがわかる。そこで式（４）においてＩ1 ＝２Ｉ2 とすると、点Ｐでの磁界の強さＨは次の式（５）となる。 Looking at the 1 / r cubed component in equation (4), it can be seen that it can be made zero if I 2 flowing through the cancel coils 12A, B is selected appropriately. That is, by setting I 1 = 2I 2 , the 1 / r cubed component of the magnetic field H A generated by the power transmission coil 10 and the 1 / r cubed component of the magnetic field generated by the cancellation coils 12A and B as a whole It can be seen that cancels and becomes 0. Therefore, if I 1 = 2I 2 in the equation (4), the magnetic field strength H at the point P is expressed by the following equation (5).

以上、式（５）のように、点Ｐが十分に遠方であれば、送電コイル１０およびキャンセルコイル１２Ａ、Ｂによる磁界の強さＨは、主として距離ｒの５乗減衰成分であり、距離ｒの３乗成分と４乗成分はキャンセルして０となっている。   As described above, if the point P is sufficiently far away as in the equation (5), the magnetic field strength H by the power transmission coil 10 and the cancellation coils 12A and 12B is mainly the fifth power attenuation component of the distance r, and the distance r The third and fourth power components are canceled and become zero.

次に、実施例１の無線電力伝送装置に関する各種シミュレーション結果について説明する。   Next, various simulation results related to the wireless power transmission device according to the first embodiment will be described.

図４（ｃ）は、図３のように送電コイル１０、およびキャンセルコイル１２Ａ、Ｂを設けた場合の、ｘｙ平面での磁界分布をシミュレーションにより算出した結果を示した３次元グラフである。なお、ｙ軸はｘ軸に直交する方向に取った。また、図４（ａ）は、キャンセルコイルを設けない場合（比較例１）の磁界分布を示した３次元グラフ、図４（ｂ）は、キャンセルコイルを１つとした場合（比較例２）の磁界分布を示した３次元グラフである。コイルの半径ａは０．１ｍ、送電コイル１０とキャンセルコイル１２Ａ、Ｂとの間の距離Ｌは１ｍ、送電コイル１０に流れる電流は１Ａの定電流、キャンセルコイル１２Ａ、Ｂに流れる電流は０．５Ａの定電流とした。   FIG. 4C is a three-dimensional graph showing the result of calculating the magnetic field distribution in the xy plane when the power transmission coil 10 and the cancel coils 12A and 12B are provided as shown in FIG. The y axis was taken in a direction perpendicular to the x axis. FIG. 4A shows a three-dimensional graph showing the magnetic field distribution when no cancel coil is provided (Comparative Example 1), and FIG. 4B shows the case where one cancel coil is used (Comparative Example 2). 3 is a three-dimensional graph showing a magnetic field distribution. The radius a of the coil is 0.1 m, the distance L between the power transmission coil 10 and the cancellation coils 12A and B is 1 m, the current flowing through the power transmission coil 10 is a constant current of 1A, and the current flowing through the cancellation coils 12A and B is 0. The constant current was 5A.

図４（ａ）〜（ｃ）を比較すると、キャンセルコイルを設けない比較例１に対して、キャンセルコイルを設けた比較例２、実施例１では、ｘｙ平面内の全方位について、遠方での磁界が低減されていることがわかる。また、実施例１のように２つのキャンセルコイル１２Ａ、Ｂを設けることで、キャンセルコイルを１つ設けた比較例２よりも遠方での磁界が低減されていることがわかる。   Comparing FIGS. 4A to 4C, in Comparative Example 2 and Example 1 in which the cancel coil is provided, in comparison example 1 and Example 1 in which the cancel coil is not provided, the azimuth in the xy plane is far away. It can be seen that the magnetic field is reduced. Further, it can be seen that by providing the two cancel coils 12A and B as in the first embodiment, the magnetic field in the distance is reduced compared to the comparative example 2 in which one cancel coil is provided.

図５は、送電コイル１０の中心からの距離と磁界強度との関係を電磁界シミュレーションにより算出した結果を示したグラフである。コイル半径ａは０．１ｍ、送電コイル１０とキャンセルコイル１２Ａ、Ｂとの間の距離Ｌは１ｍ、送電コイル１０に流れる電流は１Ａの定電流、キャンセルコイル１２Ａ、Ｂに流れる電流は０．５Ａの定電流とした。また、比較のため、キャンセルコイルを設けない場合（比較例１）と、キャンセルコイルを１つとした場合（比較例２）についても、同様に送電コイル１０の中心からの距離と磁界強度との関係を算出した。   FIG. 5 is a graph showing the result of calculating the relationship between the distance from the center of the power transmission coil 10 and the magnetic field intensity by electromagnetic field simulation. The coil radius a is 0.1 m, the distance L between the power transmission coil 10 and the cancel coils 12A and B is 1 m, the current flowing through the power transmission coil 10 is a constant current of 1A, and the current flowing through the cancel coils 12A and B is 0.5A. Constant current. For comparison, the relationship between the distance from the center of the power transmission coil 10 and the magnetic field strength is similarly applied to the case where no cancel coil is provided (Comparative Example 1) and the case where one cancel coil is used (Comparative Example 2). Was calculated.

図５のように、距離が１０ｍ以上離れた遠方においては、磁界強度は比較例１では距離３乗減衰、比較例２では距離４乗減衰、実施例１では距離５乗減衰となっていることがわかる。また、距離が１００ｍ離れた位置では、実施例１の磁界強度は比較例２の磁界強度の１／１０以下であり、十分に磁界が低減されていることがわかる。また、距離が２ｍ以下の十分に近傍においては、実施例１の磁界強度と比較例２の磁界強度はほぼ同一であり、磁界強度が維持されていることがわかる。   As shown in FIG. 5, at a distance of 10 m or more, the magnetic field strength is a distance cube attenuation in Comparative Example 1, a distance fourth attenuation in Comparative Example 2, and a distance fifth attenuation in Example 1. I understand. Further, at the position where the distance is 100 m, the magnetic field strength of Example 1 is 1/10 or less of the magnetic field strength of Comparative Example 2, and it can be seen that the magnetic field is sufficiently reduced. In addition, in a sufficiently close distance of 2 m or less, it can be seen that the magnetic field strength of Example 1 and the magnetic field strength of Comparative Example 2 are almost the same, and the magnetic field strength is maintained.

［各種変形例］
送電コイル１０とキャンセルコイル１２Ａ、Ｂとの間隔を十分に空けることができず、送電コイル１０とキャンセルコイル１２Ａ、Ｂとの間の磁界結合が発生して電力の伝送効率低下を起こしうる場合には、図６のように、送電コイル１０とキャンセルコイル１２Ａ、Ｂとの間に導体板２００を設けるとよい。この導体板２００を設けることにより、送電コイル１０とキャンセルコイル１２Ａ、Ｂとの間の磁界結合を抑制し、送電コイル１０から受電コイル１１への電力の伝送効率の低下を抑制することができる。たとえば、スペースが狭くキャンセルコイル１２Ａ、Ｂを自由に配置できない場合や、装置の小型化を図りたい場合などに有効である。また、送電コイル１０とキャンセルコイル１２Ａ、Ｂの間隔を小さくすることで漏洩磁界をさらに低減したい場合にも有効である。送電コイル１０とキャンセルコイル１２Ａ、Ｂの間隔を小さくして漏洩磁界のさらなる低減を図りつつ、送電コイル１０とキャンセルコイル１２Ａ、Ｂとの間の磁界結合を抑制することができる。 [Variations]
When the distance between the power transmission coil 10 and the cancel coils 12A and B cannot be sufficiently increased, and magnetic field coupling between the power transmission coil 10 and the cancel coils 12A and B can occur, resulting in a decrease in power transmission efficiency. As shown in FIG. 6, a conductor plate 200 is preferably provided between the power transmission coil 10 and the cancel coils 12A and 12B. By providing the conductor plate 200, magnetic field coupling between the power transmission coil 10 and the cancel coils 12 </ b> A and B can be suppressed, and a decrease in power transmission efficiency from the power transmission coil 10 to the power reception coil 11 can be suppressed. For example, it is effective when the space is small and the cancel coils 12A and 12B cannot be freely arranged, or when it is desired to reduce the size of the apparatus. This is also effective when it is desired to further reduce the leakage magnetic field by reducing the distance between the power transmission coil 10 and the cancel coils 12A and 12B. Magnetic field coupling between the power transmission coil 10 and the cancel coils 12A and B can be suppressed while further reducing the leakage magnetic field by reducing the distance between the power transmission coil 10 and the cancel coils 12A and B.

また、受電コイル１１とキャンセルコイル１２Ａ、Ｂとの間の磁界結合を抑制するために、上記と同様にして、受電コイル１１とキャンセルコイル１２Ａ、Ｂとの間に導体板を設けてもよい。   Further, in order to suppress magnetic field coupling between the power receiving coil 11 and the cancel coils 12A and B, a conductor plate may be provided between the power receiving coil 11 and the cancel coils 12A and B in the same manner as described above.

図６に示した例では、導体板２００は、一枚の長方形の帯状の金属板であり、矩形の凸部を有する形状に折り曲げられている。その凸部の内側に送電コイル１０を配置し、凸部の外側であってその一方の側面にキャンセルコイル１２Ａを配置し、他方の側面にキャンセルコイル１２Ｂを配置している。これにより、キャンセルコイル１２Ａ、Ｂの送電コイル１０側に導体板２００が位置するとともに、キャンセルコイル１２Ａ、Ｂの受電コイル１１側に導体板２００が位置するようにしている。つまり、図６の例では、一枚の導体板２００によって、送電コイル１０とキャンセルコイル１２Ａ、Ｂとの間の磁界結合と、受電コイル１１とキャンセルコイル１２Ａ、Ｂとの間の磁界結合の両方を効率的に防止することができる。   In the example shown in FIG. 6, the conductor plate 200 is a single rectangular belt-like metal plate, and is bent into a shape having a rectangular convex portion. The power transmission coil 10 is disposed inside the convex portion, the cancel coil 12A is disposed on one side surface outside the convex portion, and the cancel coil 12B is disposed on the other side surface. As a result, the conductor plate 200 is positioned on the power transmission coil 10 side of the cancel coils 12A and B, and the conductor plate 200 is positioned on the power reception coil 11 side of the cancel coils 12A and B. That is, in the example of FIG. 6, both the magnetic field coupling between the power transmission coil 10 and the cancellation coils 12 </ b> A and B and the magnetic field coupling between the power reception coil 11 and the cancellation coils 12 </ b> A and B are performed by one conductor plate 200. Can be efficiently prevented.

実施例１では、送電コイル１０、受電コイル１１、キャンセルコイル１２Ａ、Ｂとしてソレノイドコイルを用いているが、本発明はコイルの構造を限定するものではない。従来知られている任意のコイルを用いることができる。たとえば、渦巻きコイルなども用いることができる。   In Example 1, although the solenoid coil is used as the power transmission coil 10, the power receiving coil 11, and the cancellation coils 12A and B, the present invention does not limit the structure of the coil. Any conventionally known coil can be used. For example, a spiral coil can also be used.

また、実施例１では、送電コイル１０に対して２つのキャンセルコイル１２Ａ、Ｂを設けているが、３つ以上のキャンセルコイルを設けてもよい。また、キャンセルコイル１２Ａ、Ｂの配置は、実施例１のように送電コイル１０の中心軸上に対称に配置するものに限るものではない。要は、複数のキャンセルコイルの構成、配置について以下の２つの条件を満たすようにすれば、任意の構成、配置としてよい。   Moreover, in Example 1, although the two cancellation coils 12A and B are provided with respect to the power transmission coil 10, you may provide three or more cancellation coils. Further, the arrangement of the cancel coils 12 </ b> A and 12 </ b> B is not limited to that arranged symmetrically on the central axis of the power transmission coil 10 as in the first embodiment. In short, any configuration and arrangement may be adopted as long as the following two conditions are satisfied for the configuration and arrangement of the plurality of cancel coils.

第１に、各キャンセルコイルは、その磁界の方向（磁気双極子とみなしたときの磁気モーメントの方向）が送電コイルの磁界の方向とは逆向きとなるように構成し、それらキャンセルコイル全体の合成磁界の距離３乗減衰成分と、送電コイル１０の磁界の距離３乗減衰成分とがキャンセルするように構成されていればよい。   First, each cancel coil is configured such that the direction of the magnetic field (the direction of the magnetic moment when regarded as a magnetic dipole) is opposite to the direction of the magnetic field of the power transmission coil. What is necessary is just to be comprised so that the distance cube attenuation component of a synthetic magnetic field and the distance cube attenuation component of the magnetic field of the power transmission coil 10 may be canceled.

具体的には、各キャンセルコイルを送電コイル１０の中心に配置したと仮定した場合に、各キャンセルコイルの生成する磁界の和が、送電コイル１０の生成する磁界の大きさと等しく、かつ逆向きであればよい。磁界の距離３乗減衰成分は、コイル半径、巻き数、電流値に比例するため、各キャンセルコイルについてコイル半径、巻き数、電流値を調整することで、これを達成することができる。また、キャンセルコイルの磁界の方向については、そのキャンセルコイルの導線に流れる電流の向きを、送電コイルの導線に流れる電流の向きと逆向きにするか、あるいはキャンセルコイルの巻き方向を送電コイルの巻き方向とは逆向きにすることで、送電コイルの磁界の方向とは逆向きとすることができる。   Specifically, assuming that each cancel coil is arranged at the center of the power transmission coil 10, the sum of the magnetic fields generated by each cancel coil is equal to the magnitude of the magnetic field generated by the power transmission coil 10 and in the opposite direction. I just need it. Since the distance cubed attenuation component of the magnetic field is proportional to the coil radius, the number of turns, and the current value, this can be achieved by adjusting the coil radius, the number of turns, and the current value for each cancel coil. As for the direction of the magnetic field of the cancel coil, the direction of the current flowing through the lead wire of the cancel coil is opposite to the direction of the current flowing through the lead wire of the power transmission coil, or the direction of winding of the cancel coil is changed to the direction of winding of the power transmission coil. By reversing the direction, the direction of the magnetic field of the power transmission coil can be reversed.

送電コイルの磁界の向き（磁気モーメントの方向）と各キャンセルコイルの磁界の向き（磁気モーメントの方向）は、必ずしも平行でなくともよいが、上記の第１の条件、および下記外２の条件を満たすことが難しくなり、全方位について漏洩磁界を低減することが難しくなるため、なるべく平行に揃えることが望ましい。具体的には、各キャンセルコイルの磁界の方向と、送電コイルの磁界の方向との成す角を、１０°以下とすることが望ましく、より望ましくは５°以下、さらに望ましくは１°以下である。   The direction of the magnetic field of the power transmission coil (direction of magnetic moment) and the direction of the magnetic field of each cancel coil (direction of magnetic moment) do not necessarily have to be parallel, but the above first condition and the following two conditions Since it becomes difficult to satisfy and it becomes difficult to reduce the leakage magnetic field in all directions, it is desirable to align them as parallel as possible. Specifically, the angle formed between the magnetic field direction of each canceling coil and the magnetic field direction of the power transmission coil is preferably 10 ° or less, more preferably 5 ° or less, and even more preferably 1 ° or less. .

たとえば、キャンセルコイルの個数をＮ個とし、各キャンセルコイルを同一構造（コイル半径、巻き数、巻き方向、電流を同一とした構造）として生成する磁界がそれぞれ等しいものとした場合には、１つのキャンセルコイルの生成する磁界は送電コイル１０の磁界強度の１／Ｎで、その磁界の方向が送電コイル１０の磁界の方向と逆向きであればよい。そして、磁界強度を１／Ｎとするには、たとえばコイル半径、巻き数、電流値のいずれか１つを送電コイル１０の１／Ｎとすればよく、磁界の方向を逆向きとするには、コイルに流れる電流の向きを逆向きとするか、コイルの巻き方向を逆巻きとすればよい。   For example, if the number of cancel coils is N, each cancel coil has the same structure (coil radius, number of turns, winding direction, and current is the same), and the generated magnetic fields are the same, The magnetic field generated by the cancel coil may be 1 / N of the magnetic field strength of the power transmission coil 10 and the direction of the magnetic field may be opposite to the direction of the magnetic field of the power transmission coil 10. In order to set the magnetic field strength to 1 / N, for example, any one of the coil radius, the number of turns, and the current value may be set to 1 / N of the power transmission coil 10, and the magnetic field direction may be reversed. The direction of the current flowing in the coil may be reversed, or the winding direction of the coil may be reversed.

なお、キャンセルコイル全体の合成磁界の距離３乗減衰成分と、送電コイル１０の磁界の距離３乗減衰成分とが、遠方において完全にキャンセルするようにしなくともよく、十分に距離３乗減衰成分を低減できていればよい。たとえば、送電コイルの距離３乗減衰成分の１０％以下（望ましくは５％以下）に低減できていればよい。   It should be noted that the distance cube attenuation component of the combined magnetic field of the entire canceling coil and the distance cube attenuation component of the magnetic field of the power transmission coil 10 do not have to cancel completely in the distance, and the distance cube attenuation component is sufficiently reduced. It only needs to be reduced. For example, it may be reduced to 10% or less (preferably 5% or less) of the distance cube attenuation component of the power transmission coil.

第２に、各キャンセルコイルの配置は、各キャンセルコイルの生成する磁界の距離４乗減衰成分が全体としてキャンセルするように配置すればよい。そのためには、複数のキャンセルコイル全体の中心が、送電コイルの中心と一致するように、各キャンセルコイルを配置すればよい。ここで、複数のキャンセルコイル全体の中心とは、その複数のキャンセルコイル全体の合成磁界と同じ磁界を発生させる１つのキャンセルコイルを考えた場合に、その１つのキャンセルコイルの中心となる位置と定義する。   Second, the arrangement of the cancel coils may be such that the fourth power attenuation component of the magnetic field generated by each cancel coil cancels as a whole. For that purpose, each cancellation coil should just be arrange | positioned so that the center of the whole several cancellation coil may correspond with the center of a power transmission coil. Here, the center of all of the plurality of cancel coils is defined as a position that becomes the center of the one cancel coil when one cancel coil that generates the same magnetic field as the combined magnetic field of the plurality of cancel coils is considered. To do.

たとえば、各キャンセルコイルを同一構造として生成する磁界がそれぞれ等しいものとした場合には、送電コイルの中心に対して対称に各キャンセルコイルを配置すればよい。特に、キャンセルコイルの個数を２個として、送電コイルの中心を通る直線上に、送電コイルを挟んで２つのキャンセルコイルを対向させて配置するのがよい。   For example, when the magnetic fields generated by the cancel coils having the same structure are the same, the cancel coils may be arranged symmetrically with respect to the center of the power transmission coil. In particular, it is preferable that the number of cancel coils is two, and the two cancel coils are arranged to face each other across a power transmission coil on a straight line passing through the center of the power transmission coil.

キャンセルコイルの個数は、なるべく少なくすることが望ましく、２個とするのが最も望ましい。コストを低減することができ、装置構成の簡略化、小型化を図ることができる。また、個数を少なくすることでキャンセルコイルでの銅損などのエネルギー損失を低減することができ、伝送効率を高めることができる。   The number of cancel coils is preferably as small as possible, and is most preferably two. Cost can be reduced, and the apparatus configuration can be simplified and downsized. Also, by reducing the number, energy loss such as copper loss in the cancel coil can be reduced, and transmission efficiency can be increased.

なお、複数のキャンセルコイル全体の中心が、送電コイルの中心と完全に一致するように配置する必要はなく、各キャンセルコイルの生成する磁界の距離４乗減衰成分が全体として十分に低減できていればよい。たとえば、遠方において、キャンセルコイル全体の生成する磁界の距離４乗減衰成分が、各キャンセルコイルの生成する磁界の距離４乗減衰成分の平均値の１０％以下（望ましくは５％以下）に低減できていればよい。これを実現するために、複数のキャンセルコイル全体の中心と、送電コイルの中心との位置のずれは、送電コイルのコイル半径以内とするのがよい。   It is not necessary to arrange the centers of the plurality of cancel coils so that they completely coincide with the centers of the power transmission coils, and the distance fourth power attenuation component of the magnetic field generated by each cancel coil can be sufficiently reduced as a whole. That's fine. For example, at a distance, the distance-quarter attenuation component of the magnetic field generated by the entire cancellation coil can be reduced to 10% or less (preferably 5% or less) of the average value of the distance-quarter attenuation component of the magnetic field generated by each cancellation coil. It only has to be. In order to realize this, it is preferable that the positional deviation between the center of the entire plurality of cancel coils and the center of the power transmission coil is within the coil radius of the power transmission coil.

以上の第１、第２条件を満たすように複数のキャンセルコイルを構成、配置すれば、漏洩磁界の距離３乗減衰成分と距離４乗減衰成分をキャンセルすることができ、漏洩磁界は距離５乗減衰となる。また、各キャンセルコイルの生成する磁界の方向はすべて送電コイルの生成する磁界とは逆向きであるから、電力の伝送効率を悪化させることなく、効率的に距離３乗減衰成分と距離４乗減衰成分をキャンセルすることができる。したがって、送電コイル近傍の磁界を維持して電力の伝送効率を維持しつつ、漏洩磁界を全方位についてさらに低減することができる。   If a plurality of cancel coils are configured and arranged so as to satisfy the above first and second conditions, the distance cube attenuation component and distance cube attenuation component of the leakage magnetic field can be canceled, and the leakage magnetic field has a distance of the fifth power. It becomes attenuation. In addition, since the direction of the magnetic field generated by each cancel coil is opposite to the direction of the magnetic field generated by the power transmission coil, the distance cube attenuation component and the distance fourth power attenuation are efficiently performed without deteriorating the power transmission efficiency. Ingredients can be canceled. Therefore, the leakage magnetic field can be further reduced in all directions while maintaining the power transmission efficiency by maintaining the magnetic field in the vicinity of the power transmission coil.

以下に、キャンセルコイルの構成や配置を変更した具体な変形例を示す。   Below, the specific modification which changed the structure and arrangement | positioning of the cancellation coil is shown.

図７は、実施例１における送電コイル１０、キャンセルコイル１２Ａ、Ｂに替えて、送電コイル２０、キャンセルコイル２２Ａ、Ｂを用いた例を示している。送電コイル２０およびキャンセルコイル２２Ａ、Ｂは、渦巻き型の平面コイルであり、中心軸が送電コイル２０の中心軸と平行となるように導体板２０１上に配置されている。キャンセルコイル２２Ａ、Ｂのコイル半径は、送電コイル２０のコイル半径の１／２である。また、キャンセルコイル２２Ａ、Ｂのコイルの巻き方向は、送電コイル２０のコイルの巻き方向とは逆巻きである。また、キャンセルコイル２２Ａ、Ｂに供給される電流は、送電コイル２０に供給される電流と同一周波数、同一振幅、同相である。また、キャンセルコイル２２Ａ、Ｂは、そのコイルの中心が、送電コイル２０の中心を通り、導体板２０１主面に平行な直線上となるように配置されており、送電コイル２０を挟んでキャンセルコイル２２Ａとキャンセルコイル１２Ｂが対向するように配置されている。   FIG. 7 shows an example in which the power transmission coil 20 and the cancellation coils 22A and B are used in place of the power transmission coil 10 and the cancellation coils 12A and B in the first embodiment. The power transmission coil 20 and the cancel coils 22 </ b> A and 22 </ b> B are spiral planar coils, and are arranged on the conductor plate 201 so that the central axis is parallel to the central axis of the power transmission coil 20. The coil radii of the cancel coils 22 </ b> A and B are ½ of the coil radius of the power transmission coil 20. Further, the winding direction of the cancel coils 22 </ b> A and 22 </ b> B is opposite to the winding direction of the power transmission coil 20. Further, the current supplied to the cancel coils 22 </ b> A and 22 </ b> B has the same frequency, the same amplitude, and the same phase as the current supplied to the power transmission coil 20. The cancel coils 22 </ b> A and 22 </ b> B are arranged so that the center of the coils is on a straight line passing through the center of the power transmission coil 20 and parallel to the main surface of the conductor plate 201. 22A and the cancel coil 12B are disposed so as to face each other.

以上のように構成したキャンセルコイル２２Ａ、Ｂがそれぞれ生成する磁界の距離３乗減衰成分は、送電コイル２０が生成する磁界の距離３乗減衰成分の１／２であり、磁界の向きは送電コイル２０が生成する磁界と逆向きであるから、十分に遠方においては、キャンセルコイル２２Ａ、Ｂ全体が生成する磁界の距離３乗減衰成分と、送電コイル２０が生成する磁界の距離３乗減衰成分とがキャンセルする。また、キャンセルコイル２２Ａ、Ｂが送電コイル２０の中心に対して対称に配置されていることから、キャンセルコイル２２Ａ、Ｂ全体の中心は、送電コイル２０の中心に一致している。そのため、キャンセルコイル２２Ａが生成する磁界の距離４乗減衰成分と、キャンセルコイル２２Ｂが生成する磁界の距離４乗減衰成分はキャンセルする。したがって、送電コイル２０、およびキャンセルコイル２２Ａ、Ｂの全体が生成する磁界は、十分に遠方においては、距離３乗減衰成分と距離４乗減衰成分がキャンセルされており、漏洩磁界が低減されている。   The distance cube attenuation component of the magnetic field generated by each of the cancel coils 22A and 22B configured as described above is ½ of the distance cube attenuation component of the magnetic field generated by the power transmission coil 20, and the direction of the magnetic field is the power transmission coil. 20 is in the opposite direction to the magnetic field generated by 20, the distance cube attenuation component of the magnetic field generated by the entire canceling coils 22 </ b> A and B and the distance cube attenuation component of the magnetic field generated by the power transmission coil 20 are sufficiently far away. Cancel. Further, since the cancel coils 22 </ b> A and B are arranged symmetrically with respect to the center of the power transmission coil 20, the centers of the entire cancel coils 22 </ b> A and B coincide with the center of the power transmission coil 20. Therefore, the distance fourth power attenuation component of the magnetic field generated by the cancel coil 22A and the distance fourth power attenuation component of the magnetic field generated by the cancel coil 22B are canceled. Therefore, in the magnetic field generated by the power transmission coil 20 and the cancellation coils 22A and 22B as a whole, the distance cube attenuation component and the distance cube attenuation component are canceled sufficiently far, and the leakage magnetic field is reduced. .

図８は、実施例１において、キャンセルコイル１２Ａ、Ｂの配置を変更したものである。図８のように、キャンセルコイル２２Ａ、Ｂは、実施例１におけるキャンセルコイル１２Ａ、Ｂを、その中心軸を送電コイル１０の中心軸と平行に保ったまま、送電コイル１０の中心から角度φ回転させて配置としたものである。このようにキャンセルコイル１２Ａ、Ｂの配置をずらしたとしても、キャンセルコイル１２Ａ、Ｂ全体の中心は変化していないため、実施例１と同様に、各キャンセルコイル１２Ａ、Ｂが生成する距離４乗減衰の成分は、全体としてキャンセルしている。したがって、送電コイル１０、およびキャンセルコイル１２Ａ、Ｂの全体が生成する磁界は、十分に遠方においては、距離３乗減衰成分と距離４乗減衰成分がキャンセルされており、漏洩磁界が低減されている。   FIG. 8 shows a modification of the arrangement of the cancel coils 12A and B in the first embodiment. As shown in FIG. 8, the cancel coils 22 </ b> A, B rotate the cancel coils 12 </ b> A, B in the first embodiment by an angle φ from the center of the power transmission coil 10 while keeping the central axis parallel to the central axis of the power transmission coil 10. It is made to arrange. Even if the arrangement of the cancel coils 12A and B is shifted in this way, the center of the cancel coils 12A and B is not changed. Therefore, as in the first embodiment, the fourth power of the distance generated by each cancel coil 12A and B is the same. The attenuation component is canceled as a whole. Therefore, in the magnetic field generated by the power transmission coil 10 and the cancellation coils 12A and 12B as a whole, the distance cube attenuation component and the distance cube attenuation component are canceled sufficiently far, and the leakage magnetic field is reduced. .

また、実施例１では、２つのキャンセルコイル１２Ａ、Ｂを送電コイル１０側に設けているが、受電コイル１１側に設けてもよい。また、送電コイル１０側と受電コイル１１側の双方にそれぞれキャンセルコイル１２Ａ、Ｂを設けてもよい。漏洩磁界をさらに抑制することができる。また、受電コイル１１側にもキャンセルコイル１２Ａ、Ｂを設ける場合に、図６と同様に受電コイル１１とキャンセルコイル１２Ａ、Ｂの間に導体板２００を設けてもよい。   In the first embodiment, the two cancel coils 12A and 12B are provided on the power transmission coil 10 side, but may be provided on the power reception coil 11 side. Moreover, you may provide cancellation coil 12A, B in both the power transmission coil 10 side and the receiving coil 11 side, respectively. The leakage magnetic field can be further suppressed. Further, when the cancel coils 12A and 12B are provided also on the power receiving coil 11 side, the conductor plate 200 may be provided between the power receiving coil 11 and the cancel coils 12A and B as in FIG.

また、実施例１では、送電コイル１０は１つであるが、送電コイル１０を複数設け、送電コイル１０ごとにキャンセルコイル１２Ａ、Ｂを設ける構成としてもよい。受電コイル１１についても同様に複数設け、受電コイル１１ごとにキャンセルコイル１２Ａ、Ｂを設ける構成としてもよい。   In the first embodiment, the number of the power transmission coils 10 is one, but a plurality of power transmission coils 10 may be provided, and the cancel coils 12A and 12B may be provided for each power transmission coil 10. Similarly, a plurality of power receiving coils 11 may be provided, and the cancel coils 12 </ b> A and 12 </ b> B may be provided for each power receiving coil 11.

本発明の無線電力伝送装置は、各種電気機器の充電などに用いることができ、特に電気自動車やハイブリッド自動車などの車両の充電に用いることができる。   The wireless power transmission device of the present invention can be used for charging various electric devices, and particularly for charging vehicles such as electric vehicles and hybrid vehicles.

１０、２０、３０：送電コイル
１１：受電コイル
１２Ａ、Ｂ、２２Ａ、Ｂ、３２Ａ、Ｂ：キャンセルコイル
１３：整合回路
１４〜１６：電源
１００、１１０：コア材
１０１、１１１：導線 10, 20, 30: Power transmission coil 11: Power reception coil 12A, B, 22A, B, 32A, B: Cancel coil 13: Matching circuit 14-16: Power supply 100, 110: Core material 101, 111: Conductor

Claims (11)

受電コイルとの磁界結合によって、前記受電コイルへ電力を送電する送電コイルを備えた無線送電装置において、
前記送電コイルが生成する磁界とは逆向きの磁界を生成するキャンセルコイルを、前記送電コイルの周囲に複数個設け、
各前記キャンセルコイルは、遠方において、前記送電コイルが生成する磁界の距離３乗減衰の成分と、前記キャンセルコイル全体が生成する磁界の距離３乗減衰の成分がキャンセルするように構成し、
各前記キャンセルコイル間の配置は、各前記キャンセルコイル全体の中心と前記送電コイルの中心とが一致するように配置し、各前記キャンセルコイルが生成する距離４乗減衰の成分が、全体としてキャンセルするように配置する、
ことを特徴とする無線送電装置。 In a wireless power transmission device including a power transmission coil that transmits power to the power receiving coil by magnetic field coupling with the power receiving coil,
A plurality of cancel coils that generate a magnetic field opposite to the magnetic field generated by the power transmission coil are provided around the power transmission coil,
Each of the cancellation coils is configured so that, in the distance, a component of the distance cube attenuation of the magnetic field generated by the power transmission coil and a component of the distance cube attenuation of the magnetic field generated by the entire cancellation coil are canceled,
The arrangement between the cancel coils is arranged such that the center of each cancel coil and the center of the power transmission coil coincide with each other, and the component of the fourth power attenuation generated by each cancel coil cancels as a whole. To arrange,
A wireless power transmission device characterized by that. 前記キャンセルコイルは２個であり、
各前記キャンセルコイルの構造は互いに同一であり、
各前記キャンセルコイルは、前記送電コイルの中心を通る直線上に、前記送電コイルを挟んで対向するように配置した、
ことを特徴とする請求項１に記載の無線送電装置。 There are two cancel coils,
Each of the cancellation coils has the same structure,
Each of the cancellation coils is arranged on a straight line passing through the center of the power transmission coil so as to face each other across the power transmission coil.
The wireless power transmission apparatus according to claim 1. 前記送電コイルと各前記キャンセルコイルとの間に、導体板を設けたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の無線送電装置。   The wireless power transmission apparatus according to claim 1, wherein a conductor plate is provided between the power transmission coil and each cancel coil. 前記送電コイルおよび各前記キャンセルコイルは、ソレノイドコイルであり、
前記送電コイルおよび各前記キャンセルコイルのコイル半径は同一であり、
各前記キャンセルコイルを流れる交流電流は、前記送電コイルを流れる交流電流と同一周波数、同一振幅、かつ同相であり、
各前記キャンセルコイルの巻き方向は、前記送電コイルの巻き方向と逆巻きであり、
各前記キャンセルコイルの巻き数は、各前記キャンセルコイルのインダクタンスが前記送電コイルのインダクタンスの半分となる巻き数である、
ことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の無線送電装置。 The power transmission coil and each cancellation coil are solenoid coils,
The coil radius of the power transmission coil and each of the cancellation coils is the same,
The alternating current that flows through each of the cancellation coils has the same frequency, the same amplitude, and the same phase as the alternating current that flows through the power transmission coil,
The winding direction of each cancellation coil is reverse to the winding direction of the power transmission coil,
The number of turns of each cancellation coil is the number of turns in which the inductance of each cancellation coil is half of the inductance of the power transmission coil.
The wireless power transmission device according to any one of claims 1 to 3, wherein 前記送電コイルおよび各前記キャンセルコイルは、直列に接続されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の無線送電装置。   The wireless power transmission device according to any one of claims 1 to 4, wherein the power transmission coil and each canceling coil are connected in series. 送電コイルとの磁界結合によって、前記送電コイルからの電力を受電する受電コイルを備えた無線受電装置において、
前記受電コイルにより発生する磁界とは逆向きの磁界を発生させるキャンセルコイルを、前記受電コイルの周囲に複数個設け、
各前記キャンセルコイルは、遠方において、前記受電コイルが生成する磁界の距離３乗減衰の成分と、前記キャンセルコイル全体が生成する磁界の距離３乗減衰の成分がキャンセルするように構成し、
各前記キャンセルコイル間の配置は、各前記キャンセルコイル全体の中心と前記受電コイルの中心とが一致するように配置し、各前記キャンセルコイルが生成する距離４乗減衰の成分が、全体としてキャンセルするように配置する、
ことを特徴とする無線受電装置。 In a wireless power receiving device including a power receiving coil that receives power from the power transmitting coil by magnetic field coupling with the power transmitting coil,
A plurality of cancel coils that generate a magnetic field opposite to the magnetic field generated by the power receiving coil are provided around the power receiving coil,
Each of the cancel coils is configured so that, in the distance, a component of the distance cube attenuation of the magnetic field generated by the power receiving coil and a component of the distance cube attenuation of the magnetic field generated by the entire cancel coil are canceled,
The arrangement between the cancel coils is arranged so that the center of each cancel coil and the center of the power receiving coil coincide with each other, and the component of the fourth power attenuation generated by each cancel coil cancels as a whole. To arrange,
A wireless power receiving apparatus. 前記キャンセルコイルは２個であり、
各前記キャンセルコイルの構造は互いに同一であり、
各前記キャンセルコイルは、前記受電コイルの中心を通る直線上に、前記受電コイルを挟んで対向するように配置した、
ことを特徴とする請求項６に記載の無線受電装置。 There are two cancel coils,
Each of the cancellation coils has the same structure,
Each of the cancellation coils is arranged on a straight line passing through the center of the power receiving coil so as to face each other with the power receiving coil interposed therebetween.
The wireless power receiving apparatus according to claim 6. 前記受電コイルと各前記キャンセルコイルとの間に、導体板を設けたことを特徴とする請求項６または請求項７に記載の無線受電装置。   The wireless power receiving apparatus according to claim 6, wherein a conductor plate is provided between the power receiving coil and each canceling coil. 前記受電コイルおよび各前記キャンセルコイルは、ソレノイドコイルであり、
前記受電コイルおよび各前記キャンセルコイルのコイル半径は同一であり、
各前記キャンセルコイルを流れる交流電流は、前記受電コイルを流れる交流電流と同一周波数、同一振幅、かつ同相であり、
各前記キャンセルコイルの巻き方向は、前記受電コイルの巻き方向と逆巻きであり、
各前記キャンセルコイルの巻き数は、各前記キャンセルコイルのインダクタンスが前記受電コイルのインダクタンスの半分となる巻き数である、
ことを特徴とする請求項６ないし請求項８のいずれか１項に記載の無線受電装置。 The power receiving coil and each canceling coil are solenoid coils,
The coil radius of the power receiving coil and each canceling coil is the same,
The alternating current flowing through each canceling coil has the same frequency, the same amplitude, and the same phase as the alternating current flowing through the power receiving coil,
The winding direction of each cancellation coil is reverse to the winding direction of the power receiving coil,
The number of turns of each cancellation coil is the number of turns in which the inductance of each cancellation coil is half the inductance of the receiving coil.
The wireless power receiving apparatus according to claim 6, wherein the wireless power receiving apparatus is a wireless power receiving apparatus. 前記受電コイルおよび各前記キャンセルコイルは、直列に接続されていることを特徴とする請求項６ないし請求項９のいずれか１項に記載の無線送電装置。   The wireless power transmission device according to any one of claims 6 to 9, wherein the power reception coil and each of the cancellation coils are connected in series. 請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載された無線送電装置と、請求項６ないし請求項１０のいずれか１項に記載された無線受電装置と、を備えた無線電力伝送装置。   A wireless power transmission device comprising: the wireless power transmission device according to any one of claims 1 to 5; and the wireless power reception device according to any one of claims 6 to 10.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2019153635A (en) * 2018-03-01 2019-09-12 株式会社東芝 Inductance unit, non-contact power supply system and electric vehicle
EP4029040A4 (en) * 2019-09-11 2023-10-18 Battelle Energy Alliance, LLC Active electromagnetic shielding for high power dynamic wireless charging
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