JP2017195707A - Wireless power supply device - Google Patents
Wireless power supply device Download PDFInfo
- Publication number
- JP2017195707A JP2017195707A JP2016084850A JP2016084850A JP2017195707A JP 2017195707 A JP2017195707 A JP 2017195707A JP 2016084850 A JP2016084850 A JP 2016084850A JP 2016084850 A JP2016084850 A JP 2016084850A JP 2017195707 A JP2017195707 A JP 2017195707A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- power supply
- wireless power
- main coil
- coil
- supply device
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Abstract
Description
本発明は、受電側装置に無線で電力供給を行い得るワイヤレス電力供給装置に関する。 The present invention relates to a wireless power supply device that can wirelessly supply power to a power receiving device.
電磁界は、放射電磁界(電磁波)と非放射電磁界(エバネッセント場)に分類できる。非放射電磁界を用いて送電側装置から受電側装置に無線で電力を供給するワイヤレス電力供給システムには、結合共振器型、電磁誘導型、容量結合型などがある。この中で、結合共振器型のワイヤレス電力供給システムでは、送電側装置の送電側共振器と受電側装置の受電側共振器を電磁界を介して共振させることにより電力を伝送することで、簡便な構成で高効率の電力供給を可能としている。 Electromagnetic fields can be classified into radiated electromagnetic fields (electromagnetic waves) and non-radiated electromagnetic fields (evanescent fields). Wireless power supply systems that wirelessly supply power from a power transmission side device to a power reception side device using a non-radiating electromagnetic field include a coupled resonator type, an electromagnetic induction type, and a capacitive coupling type. Among these, in the coupled resonator type wireless power supply system, it is easy to transmit power by resonating the power transmitting side resonator of the power transmitting side device and the power receiving side resonator of the power receiving side device via an electromagnetic field. A highly efficient power supply is possible with a simple configuration.
特許文献1と特許文献2は、本願発明者が発明者の一人であり、それらには結合共振器型のワイヤレス電力供給システムに関する技術が記載されている。特許文献1には、送電側装置において2個の送電側共振器が互いに対向し一方にだけ交流電流が供給されており、受電側装置の受電側共振器はそれらの間に配置されるものが開示されている。互いに対向する2個の送電側共振器を用いることで、高伝送効率で受電側装置に電力供給を行うことができる。
In
また、特許文献2には、送電側装置において2個のコイルが近接して平行に配置され接続されることで1個の送電側共振器が構成されるものが開示されている。それにより、2個のコイルにより周囲の誘電体の影響を受けやすい電界を送電側共振器の中に閉じ込めて小さくし、主に磁界により受電側装置に電力供給を行うことで、伝送効率の低下を抑制している。
ところで、ワイヤレス電力供給システムは、様々な応用形態が考えられる。その中には、例えば、電力供給マットに送電側共振器を配置し、受電側共振器の位置が電力供給マットの中心部であっても周辺部であっても広範囲に電力供給を行おうとする応用形態もある。このような電力供給マットは、人体の手などが触れるか或いは極めて近くに来る機会が多い。 By the way, various application forms can be considered for the wireless power supply system. Among them, for example, a power transmission side resonator is arranged on a power supply mat, and power is supplied over a wide range regardless of whether the power reception side resonator is located at the center or the periphery of the power supply mat. There is also an application form. Such a power supply mat has many occasions where a human hand touches or comes very close.
電磁界は、人体への長期的な影響は未解明ではあるが、人体への影響の面からは小さくするのが望ましい。これに対し、電力供給の面からは、送電側共振器と受電側共振器の間の電磁界は、ある程度大きい方が望ましい。そこで、本願発明者は、特許文献2に示したように電界を小さくすることが、人体への影響の面と電力供給の面の両方を考慮すると、非常に有効であると思料し、本願発明を案出した。
Although the long-term effects on the human body have not been elucidated, it is desirable to reduce the electromagnetic field in terms of the effects on the human body. On the other hand, from the viewpoint of power supply, it is desirable that the electromagnetic field between the power transmission side resonator and the power reception side resonator is somewhat large. Therefore, the inventor of the present application considers that reducing the electric field as shown in
本発明は、係る事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、ワイヤレス電力供給システムに用いられるワイヤレス電力供給装置(送電側装置)であって、広範囲に電力供給が可能であり、しかも電界を小さくできるものを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above reasons, and an object of the present invention is a wireless power supply device (power transmission side device) used in a wireless power supply system, which can supply power in a wide range and has an electric field. It is to provide what can reduce the size.
上記目的を達成するために、請求項1に記載のワイヤレス電力供給装置は、平面的にスパイラル状に巻かれた主コイル、及び、該主コイルの外周部の近傍にその外周部に接続されることなくソレノイド状又は平面的にスパイラル状に巻かれた副コイル、を有する送電側共振器と、該送電側共振器の励振を制御する送信側制御器と、を備えてなることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a wireless power supply device according to
請求項2に記載のワイヤレス電力供給装置は、請求項1に記載のワイヤレス電力供給装置において、前記主コイルは、絶縁板の裏面に設けられ、前記副コイルは、前記絶縁板の側面にソレノイド状に巻かれていることを特徴とする。
The wireless power supply device according to
本発明のワイヤレス電力供給装置によれば、広範囲に電力供給が可能であり、しかも電界を小さくできる。 According to the wireless power supply apparatus of the present invention, power can be supplied over a wide range, and the electric field can be reduced.
以下、本発明を実施するための形態を図面を参照しながら説明する。本発明の実施形態に係るワイヤレス電力供給装置1は、図1に示すように、ワイヤレス電力供給システム3に用いられる。ワイヤレス電力供給システム3は、ワイヤレス電力供給装置1と、それから無線で電力供給を受け得る受電側装置2と、を含む。ワイヤレス電力供給装置1は、例えば、電力供給マットとすることができる。電力供給マットは、表面(受電側装置2が配置される側の面)が平らでその中央部であっても周辺部であっても広範囲に受電側装置2に電力供給を行うことができるものである。
Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. A wireless
ワイヤレス電力供給装置1は、送電側共振器4と送信側制御器5とを備えている。その送電側共振器4は、図2(a)、(b)に示すように、主コイル41と副コイル42とを有している。
The wireless
主コイル41は、絶縁膜で被覆した電気導線が平面的にスパイラル状に巻かれたものである。主コイル41は、矩形状に巻かれたものとすることができる(図2(a)参照)。その他、円形状や多角形状(例えば、六角形状)に巻かれたものや更に複雑な形状に巻かれたものにすることも可能である。また、図2(a)に示す主コイル41において、中央部では疎に巻き、周辺部では密に巻いているのは、主コイル41から発生する磁界の強度の均一化の目的のためである。また、主コイル41には、両端(内端及び外端)の間にコンデンサ43を接続して共振周波数を調整することができる。
The
副コイル42は、絶縁膜で被覆した電気導線がソレノイド状に巻かれたものである(図2(b)参照)。副コイル42は、主コイル41の外周部の近傍であって(図3参照))、受電側装置2が配置される側に向かって設けられている。また、副コイル42は、主コイル41の外周部のいずれの箇所にも接続(電気的に接続)されない。また、副コイル42には、両端(主コイル41に近い端及び主コイル41から遠い端)の間にコンデンサ44を接続して共振周波数を調整することができる(図2(b)参照)。
The
このような送電側共振器4は、絶縁板45(例えば、ポリエチレン製など)を用いて、絶縁板45の裏面上に主コイル41を配置し、また、絶縁板45の側面に副コイル42を配置すると、主コイル41と副コイル42が配置し易い。
In such a power
送信側制御器5は、送電側共振器4の励振を制御するものである。送信側制御器5は、詳細には、高周波電源5aと結合ループ5bを有する(図1参照)。高周波電源5aは、インピーダンスの整合を行う結合ループ5bを介して送電側共振器4の主コイル41を励振する。つまり、高周波電源5aはその出力信号を結合ループ5bに出力し、結合ループ5bは主コイル41に電磁誘導結合している。結合ループ5bは、それを変形したり、他の公知のインピーダンス整合手段で置き換えたりすることも可能である。例えば、結合ループ5bにコンデンサを直列接続して送電側共振器4の共振周波数(より詳細には、後述する奇モードの共振周波数)に合わせて共振させるという手段がある。このようにすれば、結合ループ5bと主コイル41との結合強度の調整を主コイル41と副コイル42の間の距離を変えることによって容易に実現でき、更には、受電側装置2が複数になった場合の負荷の増加への対応も容易になる。
The
このようなワイヤレス電力供給装置1では、送信側制御器5によって励振された主コイル41 は、周囲の領域 に電磁界(非放射電磁界)を発生させる。そうすると、副コイル42は、主コイル41が発生する電磁界に結合して励振される。そして、副コイル42も周囲の領域に電磁界(非放射電磁界)を発生させる。それにより、主コイル41と副コイル42によって発生し分布する電磁界は、主コイル41が発生する電磁界と副コイル42が発生する電磁界が合成されたものとなる。
In such a wireless
一般に、2個のコイル(図4(a)、(b)中C1、C2で示す。)によって発生し分布する電磁界では、周波数が互いに少しだけ異なる2個の共振モード、すなわち、2個のコイルによって発生した電界が互いに逆相である奇モードの共振モードと互いに同相である偶モードの共振モード、を有することになる。ここで、奇モードの共振モードでは、図4(a)に示すように、2個のコイルによって発生した電界(図中のE1及びE2)が合成されて、それらは逆相であるので、合成された電界(図中のE3)は小さくなる。なお、奇モードの共振周波数は、偶モードの共振周波数よりも低い周波数である。 In general, in an electromagnetic field generated and distributed by two coils (denoted by C1 and C2 in FIGS. 4A and 4B), two resonance modes whose frequencies are slightly different from each other, that is, two The electric field generated by the coil has an odd-mode resonance mode that is opposite in phase and an even-mode resonance mode that is in phase with each other. Here, in the odd mode resonance mode, as shown in FIG. 4A, the electric fields (E1 and E2 in the figure) generated by the two coils are combined and are in reverse phase. The applied electric field (E3 in the figure) becomes smaller. The odd mode resonance frequency is lower than the even mode resonance frequency.
従って、送電側共振器4は主コイル41と副コイル42を有するので、主コイル41の電界に副コイル42の電界が合成され、奇モードの共振モードを用いると(奇モードの共振モードを用いて電力供給を行うと)、ワイヤレス電力供給装置1から生じる電界は小さいものとなる。また、合成された電界の方向は、奇モードの共振モードでは、多くの箇所で主コイル41に平行な方向に近づく。それにより、奇モードの共振モードを用いると、電界が実質的に到達する距離(主コイル41からの距離)を短くすることができる。
Therefore, since the power
また、一般に、奇モードの共振モードでは、2個のコイルによって発生した磁界は互いに同相であり、偶モードの共振モードでは磁界は互いに逆相である。そして、奇モードの共振モードでは、図4(b)に示すように、2個のコイルによって発生した磁界(図中のH1及びH2)が合成される(図中のH3)。 In general, in the odd mode resonance mode, the magnetic fields generated by the two coils are in phase with each other, and in the even mode resonance mode, the magnetic fields are in opposite phases. In the odd-mode resonance mode, as shown in FIG. 4B, the magnetic fields (H1 and H2 in the figure) generated by the two coils are combined (H3 in the figure).
送電側共振器4は主コイル41と副コイル42を有するので、主コイル41の磁界に副コイル42の磁界が合成され、図5(a)に示すように、奇モードの共振モードでは、合成された磁界(矢印で示す。)は、周辺部(主コイル41の周辺部)における磁界の方向が垂直方向(中央部の磁界の方向)に近づく。それにより、受電側装置2への電力供給の伝送効率を一様化することができる(場所による差を少なくすることができる)。その結果、広範囲に電力供給が可能になる。なお、図5(b)は、送電側共振器4が含むのは主コイル41だけで副コイル42は含まないようにした場合の磁界を示したものである。
Since the power
このように、ワイヤレス電力供給装置1は、広範囲に電力供給が可能であり、しかも電界を小さくできる。
As described above, the wireless
従って、ワイヤレス電力供給装置1が電力供給マットならば、電界を小さくしつつ、その表面の中央部に受電側装置2が有っても或いは周辺部に受電側装置2が有っても広範囲に電力供給を行うことができる。
Therefore, if the wireless
次に、ワイヤレス電力供給装置1の特性を従来技術のワイヤレス電力供給装置101と比較しながら以下説明する。従来技術のワイヤレス電力供給装置101は、ワイヤレス電力供給装置1の副コイル42が省かれたものとした。ワイヤレス電力供給装置1とワイヤレス電力供給装置101の以下示す特性は、実験によるものである。主コイル41と副コイル42に用いられる電気導線の直径は、1mmとした。
Next, the characteristics of the wireless
主コイル41は、矩形に巻き、中央部のピッチを20mm、周辺部のピッチを2mmにして50cm×50cmの大きさとした。主コイル41には、86pFのコンデンサ43を接続した。副コイル42は、3巻のソレノイド状に密着して巻いたものとし、できるだけ主コイル41に近づけた。副コイル42には、1.74nFのコンデンサ44を接続した。主コイル41はポリエチレン製の絶縁板45(5mmの厚さ)の裏面上に配置し、副コイル42は絶縁板45の側面に配置した。ワイヤレス電力供給装置1は、奇モードの共振モードを用いその共振周波数は509.9kHzとし、ワイヤレス電力供給装置101は共振周波数636.0kHzとした。送信側制御器5の高周波電源5aからは、0.5Wの電力が出力されるようにした。
The
図6(a)に示すのは、ワイヤレス電力供給装置1の電界分布であり、図6(b)に示すのは、ワイヤレス電力供給装置101の電界分布である。図中の曲線a、a’は、絶縁板45(主コイル41と副コイル42が配置された絶縁板45)からの距離が0cmのところの電界強度であり、曲線b、b’は、絶縁板45からの距離が1cmのところの電界強度であり、曲線c、c’は、絶縁板45からの距離が2cmのところの電界強度である。
FIG. 6A shows the electric field distribution of the wireless
ワイヤレス電力供給装置1では、主コイル41の周辺部(主コイル41の中心からの距離が25cmの近傍)では電界が増加しているが、全体にわたってワイヤレス電力供給装置101よりも電界は小さくなっている。
In the wireless
図7(a)に示すのは、ワイヤレス電力供給装置1の磁界分布であり、図7(b)に示すのは、ワイヤレス電力供給装置101の磁界分布である。図中の曲線d、d’は、絶縁板45からの距離が0cmのところの磁界強度であり、曲線e、e’は、絶縁板45からの距離が1cmのところの磁界強度であり、曲線f、f’は、絶縁板45からの距離が2cmのところの磁界強度である。
FIG. 7A shows the magnetic field distribution of the wireless
ワイヤレス電力供給装置1では、ワイヤレス電力供給装置101よりも磁界強度が均一化されている。
In the wireless
図8(a)に示すのは、ワイヤレス電力供給装置1と受電側装置2の間の結合係数であり、図8(b)に示すのは、ワイヤレス電力供給装置101と受電側装置2の間の結合係数である。受電側装置2の受電側共振器6のコイル61は、直径0.2mmの電気導線をピッチ1.2mmで、図9に示すように、矩形に巻いて5cm×5cmの大きさとした。コイル61には、5.05nFのコンデンサ62を接続した。図8(a)、(b)中の曲線g、g’は、絶縁板45からの距離が0cmのところの結合係数であり、曲線h、h’は、絶縁板45からの距離が1cmのところの結合係数であり、曲線i、i’は、絶縁板45からの距離が2cmのところの結合係数である。
FIG. 8A shows a coupling coefficient between the wireless
ワイヤレス電力供給装置1では、結合係数は極めて良好な一様性を示している。従って、広範囲に電力供給が可能であることが分かる。なお、ワイヤレス電力供給装置101では、結合係数はワイヤレス電力供給装置1よりも一様性が良くない。
In the wireless
以上、本発明の実施形態に係るワイヤレス電力供給装置について説明したが、本発明は、上述の実施形態に記載したものに限られることなく、特許請求の範囲に記載した事項の範囲内でのさまざまな設計変更が可能である。例えば、副コイル42は、電界分布、磁界分布、それに応じて結合係数は、上述したものから少し変わってくるが、平面的にスパイラル状に巻かれるようにすることも可能である。
The wireless power supply apparatus according to the embodiment of the present invention has been described above. However, the present invention is not limited to that described in the above-described embodiment, and various modifications within the scope of the matters described in the claims. Design changes are possible. For example, the electric field distribution, the magnetic field distribution, and the coupling coefficient corresponding to the
1 ワイヤレス電力供給装置
2 受電側装置
3 ワイヤレス電力供給システム
4 送電側共振器
41 主コイル
42 副コイル
45 絶縁板
5 送信側制御器
DESCRIPTION OF
Claims (2)
該送電側共振器の励振を制御する送信側制御器と、
を備えてなることを特徴とするワイヤレス電力供給装置。 A power transmission having a main coil wound in a spiral shape in a plane and a sub-coil wound in a solenoid shape or a spiral shape in a plane without being connected to the outer periphery in the vicinity of the outer periphery of the main coil Side resonators,
A transmission side controller for controlling excitation of the power transmission side resonator;
A wireless power supply device comprising:
前記主コイルは、絶縁板の裏面に設けられ、
前記副コイルは、前記絶縁板の側面にソレノイド状に巻かれていることを特徴とするワイヤレス電力供給装置。 The wireless power supply device according to claim 1.
The main coil is provided on the back surface of the insulating plate,
The wireless power supply device according to claim 1, wherein the sub coil is wound in a solenoid shape on a side surface of the insulating plate.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016084850A JP2017195707A (en) | 2016-04-20 | 2016-04-20 | Wireless power supply device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016084850A JP2017195707A (en) | 2016-04-20 | 2016-04-20 | Wireless power supply device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2017195707A true JP2017195707A (en) | 2017-10-26 |
Family
ID=60155075
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2016084850A Pending JP2017195707A (en) | 2016-04-20 | 2016-04-20 | Wireless power supply device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2017195707A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109166709A (en) * | 2018-09-05 | 2019-01-08 | 上海安费诺永亿通讯电子有限公司 | Coil, wireless power transmitters and receivers, near-field communication device and electronic equipment |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2012132841A1 (en) * | 2011-03-29 | 2012-10-04 | ソニー株式会社 | Power supply device, power supply system, and electronic device |
-
2016
- 2016-04-20 JP JP2016084850A patent/JP2017195707A/en active Pending
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2012132841A1 (en) * | 2011-03-29 | 2012-10-04 | ソニー株式会社 | Power supply device, power supply system, and electronic device |
US20140008974A1 (en) * | 2011-03-29 | 2014-01-09 | Sony Corporation | Electric power feed apparatus, electric power feed system, and electronic apparatus |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109166709A (en) * | 2018-09-05 | 2019-01-08 | 上海安费诺永亿通讯电子有限公司 | Coil, wireless power transmitters and receivers, near-field communication device and electronic equipment |
CN109166709B (en) * | 2018-09-05 | 2021-10-08 | 上海安费诺永亿通讯电子有限公司 | Coil, wireless power transmitter and receiver, near field communicator, and electronic device |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6264437B2 (en) | Power supply device, power supply system, and electronic device | |
JP6124085B2 (en) | Wireless power transmission device, wireless power transmission device and power reception device | |
WO2012157454A1 (en) | Power supply device, power supply system, and electronic device | |
JP2011142748A (en) | Wireless power supply system | |
KR20110049659A (en) | Space-adaptive wireless power transmission system and method using resonance of evanescent waves | |
JP5667019B2 (en) | Wireless power transmission apparatus and method | |
US10204731B2 (en) | Transmitting coil structure and wireless power transmitting terminal using the same | |
JP6168500B2 (en) | Wireless power transmission device, power transmission device, and power reception device | |
JP5354874B2 (en) | Inductive power supply system | |
CN105706195A (en) | Wireless power transfer systems containing foil-type transmitter and receiver coils | |
JP2018011475A (en) | Receiving device and radio transmission system | |
JP6164720B2 (en) | Coupled resonator type wireless power transmission system | |
JP2016076645A (en) | Planar coil | |
JP2017195707A (en) | Wireless power supply device | |
KR20130130195A (en) | Transmitter used in wireless power transfer and wireless power transfer system having the same | |
JP2016004990A (en) | Resonator | |
JP2015220891A (en) | Resonator and wireless power supply system | |
JP5971703B2 (en) | Wireless power transmission device | |
KR101305790B1 (en) | Apparatus for transmitting wireless power and apparatus for receiving wireless power | |
JP6444510B2 (en) | Wireless power transmission apparatus and receiving apparatus | |
JP6365108B2 (en) | Coil unit | |
JP2013081331A (en) | Non-contact power transmission apparatus | |
KR101833744B1 (en) | A coil for wireless power transmission and a transmitter and receiver for the same | |
KR101786086B1 (en) | A transmitter and receiver for wireless power transmission with minimized flux linkage | |
WO2013128518A1 (en) | Power transmitting device, power receiving device, power supply system, and electronic device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A80 | Written request to apply exceptions to lack of novelty of invention |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A80 Effective date: 20160425 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20190418 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20200228 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20200318 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20201104 |