JP2018113765A - Power transmission system and power transmission sheet - Google Patents

Power transmission system and power transmission sheet Download PDF

Info

Publication number
JP2018113765A
JP2018113765A JP2017002467A JP2017002467A JP2018113765A JP 2018113765 A JP2018113765 A JP 2018113765A JP 2017002467 A JP2017002467 A JP 2017002467A JP 2017002467 A JP2017002467 A JP 2017002467A JP 2018113765 A JP2018113765 A JP 2018113765A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
power transmission
coil
power
coils
plane
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.)
Granted
Application number
JP2017002467A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP6891369B2 (en
Inventor
義彦 桑原
Yoshihiko Kuwabara
義彦 桑原
佑治 坂柳
Yuji Sakayanagi
佑治 坂柳
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shizuoka University NUC
Original Assignee
Shizuoka University NUC
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shizuoka University NUC filed Critical Shizuoka University NUC
Priority to JP2017002467A priority Critical patent/JP6891369B2/en
Publication of JP2018113765A publication Critical patent/JP2018113765A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6891369B2 publication Critical patent/JP6891369B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a power transmission system in simple geometric configuration capable of suppressing reduction of power transmission efficiency resulting from relative positional deviation between coils.SOLUTION: A power transmission system is provided with: a rectangular power transmission coil 11 arranged on a first plane; and a rectangular power reception coil 21 arranged on a second plane facing the first plane in parallel, and having long sides orthogonal to long sides of the power transmission coil 11 and longer than short sides of the transmission coil 11, and short sides shorter than the long sides of the power transmission coil 11. The power reception coil 21 receives power with no-contact from the power transmission coil 11.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、非接触型の電力伝送システム及びこの電力伝送システムの送電装置を応用した電力送電用シートに関する。   The present invention relates to a contactless power transmission system and a power transmission sheet to which a power transmission device of the power transmission system is applied.

非接触型の電力伝送の方式では、送電側のコイルを流れる電流により発生する磁界が、対向する受電側のコイルを流れる電流に電磁的に結合して、受電側のコイルに電流が流れる。このような非接触型の電力伝送の方式において、送受電コイルのそれぞれにコンデンサを接続して共振回路を構成し、その共振周波数で電力を伝送する「磁界共振結合方式」が知られている。磁界共振結合方式は、送電側コイルと受電側コイルとの間の距離が数十cm〜数m程度であれば高効率の電力伝送が可能であるため、様々な用途への応用が期待されている。しかしながら、一般的に磁界共振結合方式では、送電側及び受電側の各コイルの軸の位置が、軸に垂直な方向において互いにずれると、電力伝送効率が悪化してしまう。   In the non-contact type power transmission method, a magnetic field generated by a current flowing in a coil on the power transmission side is electromagnetically coupled to a current flowing in a coil on the power receiving side, and a current flows in the coil on the power receiving side. In such a non-contact type power transmission system, a “magnetic field resonance coupling system” is known in which a capacitor is connected to each of the power transmission and reception coils to form a resonance circuit and power is transmitted at the resonance frequency. The magnetic resonance coupling method is capable of high-efficiency power transmission if the distance between the power transmission side coil and the power reception side coil is about several tens of centimeters to several meters, and is expected to be applied to various applications. Yes. However, in general, in the magnetic field resonance coupling method, when the positions of the axes of the coils on the power transmission side and the power reception side are shifted from each other in the direction perpendicular to the axis, the power transmission efficiency is deteriorated.

一方、互いに同じ向きの磁界をそれぞれ発生させる複数の領域を呈するように一平面上に形成された複数の単位コイルによって、位置ずれに起因する電力伝送効率の低減を抑制する技術が提案されている(特許文献1参照)。しかしながら、特許文献1に記載されたコイルでは、幾何学的形状やコイルの設計が複雑になり、コイル当たりの巻線の長さが増大してしまう。   On the other hand, a technique has been proposed in which a plurality of unit coils formed on one plane so as to exhibit a plurality of regions that generate magnetic fields in the same direction are used to suppress a reduction in power transmission efficiency due to misalignment. (See Patent Document 1). However, in the coil described in Patent Document 1, the geometrical shape and the coil design are complicated, and the length of the winding per coil increases.

特開2012−178417号公報JP 2012-178417 A

本発明は、簡単な幾何学的形状の構成で、コイル間の相対的な位置ずれに起因する電力伝送効率の低減を抑制可能な電力伝送システム及びこの電力伝送システムの送電装置を応用した電力送電用シートを提供することを目的とする。   The present invention relates to a power transmission system capable of suppressing a reduction in power transmission efficiency due to a relative displacement between coils with a simple geometric configuration, and power transmission using the power transmission device of the power transmission system The purpose is to provide a sheet for use.

上記目的を達成するために、本発明の第1の態様は、第1平面上に配置された長方形状の送電コイルと、第1平面に平行に対向する第2平面上に配置され、送電コイルの長辺に直交する長辺であって、送電コイルの短辺より長い長辺及び送電コイルの長辺より短い短辺を有する長方形状の受電コイルとを備え、受電コイルが、送電コイルから非接触で電力を受電する電力伝送システムであることを要旨とする。   To achieve the above object, according to a first aspect of the present invention, there is provided a rectangular power transmission coil disposed on a first plane and a second power transmission coil disposed on a second plane facing the first plane in parallel. A rectangular power receiving coil having a long side perpendicular to the long side and having a long side longer than the short side of the power transmission coil and a short side shorter than the long side of the power transmission coil. The main point is that the power transmission system receives power by contact.

本発明の第2の態様は、第1平面上の一方向に沿って一定ピッチ、同一配向、同一寸法で周期的に配置された長方形状の複数の送電コイルと、第1平面に平行に対向する第2平面上に配置され、送電コイルの長辺に直交する長辺であって、送電コイルの短辺より長い長辺、及び送電コイルの長辺より短い短辺を有する長方形状の受電コイルとを備え、受電コイルが、第1平面上を平行移動することにより、複数の送電コイルのそれぞれから非接触で電力を順次受電する電力伝送システムであることを要旨とする。   According to a second aspect of the present invention, a plurality of rectangular power transmission coils periodically arranged with a constant pitch, the same orientation, and the same dimension along one direction on the first plane are opposed in parallel to the first plane. A rectangular power receiving coil that is disposed on the second plane and has a long side that is perpendicular to the long side of the power transmission coil and has a long side that is longer than the short side of the power transmission coil and a short side that is shorter than the long side of the power transmission coil The power transmission coil is a power transmission system that sequentially receives power from each of the plurality of power transmission coils by moving in parallel on the first plane.

本発明の第3の態様は、第1平面上から非接触で伝送される電力で、第1平面の上方を平行に走行する移動体に電力を送電するための電力送電用シートであって、第1平面上の少なくとも一方向に沿って一定ピッチ、同一配向、同一寸法で周期的に配置された長方形状の複数の送電コイルを備え、第1平面に平行に対向する第2平面を移動体の底面とし、該底面に固定された、送電コイルの長辺に直交する長辺であって、送電コイルの短辺より長い長辺、及び送電コイルの長辺より短い短辺を有する長方形状の受電コイルに、複数の送電コイルのそれぞれから電力が順次送電される電力送電用シートであることを要旨とする。   A third aspect of the present invention is an electric power transmission sheet for transmitting electric power to a moving body traveling in parallel above the first plane with electric power transmitted in a non-contact manner from the first plane, A plurality of rectangular power transmission coils periodically arranged with a constant pitch, the same orientation, and the same dimension along at least one direction on the first plane, and the second plane facing the first plane in parallel is movable A rectangular shape having a long side orthogonal to the long side of the power transmission coil, the long side being longer than the short side of the power transmission coil, and the short side shorter than the long side of the power transmission coil. The gist of the invention is a power transmission sheet in which power is sequentially transmitted from each of the plurality of power transmission coils to the power reception coil.

本発明によれば、簡単な幾何学的形状の構成で、コイル間の相対的な位置ずれに起因する電力伝送効率の低減を抑制可能な電力伝送システム及びこの電力伝送システムの送電装置を応用した電力送電用シートを提供することができる。   According to the present invention, a power transmission system capable of suppressing a reduction in power transmission efficiency due to a relative displacement between coils with a simple geometric configuration and a power transmission device of the power transmission system are applied. A power transmission sheet can be provided.

図1は、本発明の第1実施形態に係る電力伝送システムの基本的な構成を説明する模式的なブロック図である。FIG. 1 is a schematic block diagram illustrating the basic configuration of the power transmission system according to the first embodiment of the present invention. 図2は、第1実施形態に係る電力伝送システムの2つのコイルユニットを説明する平面図である。FIG. 2 is a plan view illustrating two coil units of the power transmission system according to the first embodiment. 図3は、図2のII−II方向から見た断面図である。3 is a cross-sectional view as seen from the direction II-II in FIG. 図4は、第1実施形態に係る送電コイル及び受電コイルのシミュレーションモデルである長方形状のコイルを説明する平面図である。FIG. 4 is a plan view illustrating a rectangular coil that is a simulation model of the power transmission coil and the power reception coil according to the first embodiment. 図5は、図4の長方形状のコイルの比較例のシミュレーションモデルである正方形状のコイルを説明する平面図である。FIG. 5 is a plan view illustrating a square coil which is a simulation model of a comparative example of the rectangular coil of FIG. 図6は、長方形状及び正方形状の各シミュレーションモデルのパラメータを示す表である。FIG. 6 is a table showing parameters of the rectangular and square simulation models. 図7Aは、それぞれ正対する一対の正方形状のコイル及び一対の長方形状のコイルを説明する平面図である。FIG. 7A is a plan view illustrating a pair of square coils and a pair of rectangular coils facing each other. 図7Bは、それぞれ位置ずれが33%のときの一対の正方形状のコイル及び一対の長方形状のコイルを説明する平面図である。FIG. 7B is a plan view illustrating a pair of square coils and a pair of rectangular coils when the displacement is 33%. 図7Cは、それぞれ位置ずれが66%のときの一対の正方形状のコイル及び一対の長方形状のコイルを説明する平面図である。FIG. 7C is a plan view illustrating a pair of square coils and a pair of rectangular coils when the positional deviation is 66%. 図8は、一対の長方形状のコイル及び一対の正方形状のコイルそれぞれの、位置ずれと結合係数との関係を示すグラフである。FIG. 8 is a graph showing the relationship between the displacement and the coupling coefficient for each of the pair of rectangular coils and the pair of square coils. 図9は、一対の長方形状のコイル及び一対の正方形状のコイルそれぞれの、位置ずれと電力伝送効率(整合効率)との関係を示すグラフである。FIG. 9 is a graph showing the relationship between the displacement and the power transmission efficiency (matching efficiency) of each of the pair of rectangular coils and the pair of square coils. 図10は、一対の長方形状のコイルの平面方向の位置ずれを説明する平面図である。FIG. 10 is a plan view for explaining the positional deviation in the planar direction of a pair of rectangular coils. 図11は、長方形状のコイルのシミュレーションモデルのパラメータに対応する実測用コイルのパラメータの実測値を示す表である。FIG. 11 is a table showing actual measurement values of parameters of the actual measurement coil corresponding to the parameters of the simulation model of the rectangular coil. 図12は、一対の長方形状のコイルの伝送効率の実測値及びその近似曲線を、図9のシミュレーション結果と共に示すグラフである。FIG. 12 is a graph showing measured values of transmission efficiency of a pair of rectangular coils and approximate curves thereof together with the simulation results of FIG. 図13は、面積比が1/2となるコイルを説明する平面図である。FIG. 13 is a plan view illustrating a coil having an area ratio of ½. 図14は、面積比が1/4となるコイルを説明する平面図である。FIG. 14 is a plan view for explaining a coil having an area ratio of 1/4. 図15は、本発明の第2実施形態に係る電力伝送システムが備える送電装置を説明する模式的なブロック図である。FIG. 15 is a schematic block diagram illustrating a power transmission device provided in a power transmission system according to the second embodiment of the present invention. 図16は、第2実施形態に係る電力伝送システムが移動体の非接触送電システムに適用された状態を説明する平面図である。FIG. 16 is a plan view illustrating a state in which the power transmission system according to the second embodiment is applied to a contactless power transmission system of a moving body. 図17は、送電コイルに対して受電コイルが移動するときの重なり合う領域を説明する平面図である。FIG. 17 is a plan view for explaining an overlapping region when the power receiving coil moves with respect to the power transmitting coil. 図18は、一対の長方形状のコイル及び一対の正方形状のコイルそれぞれの、位置ずれと電力伝送効率との関係を示すグラフである。FIG. 18 is a graph showing the relationship between the positional deviation and the power transmission efficiency of each of the pair of rectangular coils and the pair of square coils. 図19は、一対の長方形状のコイル及び一対の正方形状のコイルそれぞれの、位置ずれと出力電圧との関係を示すグラフである。FIG. 19 is a graph showing the relationship between the positional deviation and the output voltage for each of the pair of rectangular coils and the pair of square coils. 図20は、本発明の他の実施形態に係る電力伝送システムが備える送電コイルユニットを説明する平面図である。FIG. 20 is a plan view illustrating a power transmission coil unit included in a power transmission system according to another embodiment of the present invention. 図21は、本発明の他の実施形態に係る電力伝送システムが備える送電装置を説明する模式的なブロック図である。FIG. 21 is a schematic block diagram illustrating a power transmission device included in a power transmission system according to another embodiment of the present invention. 図22は、本発明の他の実施形態に係る電力伝送システムの送電コイル及び受電コイルを説明する平面図である。FIG. 22 is a plan view for explaining a power transmission coil and a power reception coil of a power transmission system according to another embodiment of the present invention. 図23は、本発明の他の実施形態に係る電力伝送システムの送電コイルを説明する斜視図である。FIG. 23 is a perspective view illustrating a power transmission coil of a power transmission system according to another embodiment of the present invention. 図24は、本発明の他の実施形態に係る電力伝送システムのコイル間のX軸方向の位置ずれと電力伝送効率との関係を示すグラフである。FIG. 24 is a graph showing the relationship between the displacement in the X-axis direction between coils and the power transmission efficiency of a power transmission system according to another embodiment of the present invention. 図25は、本発明の他の実施形態に係る電力伝送システムのコイル間のY軸方向の位置ずれと電力伝送効率との関係を示すグラフである。FIG. 25 is a graph showing the relationship between the positional deviation in the Y-axis direction between coils and the power transmission efficiency in a power transmission system according to another embodiment of the present invention.

以下、図面を参照して、本発明の第1及び第2実施形態を説明する。図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付し、重複する説明を省略する。但し、図面は模式的なものであり、各寸法の関係や比率などは実際のものとは異なる場合がある。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれ得る。また、以下に示す実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するためのシステムや装置を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。   Hereinafter, first and second embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals, and redundant description is omitted. However, the drawings are schematic, and the relationships and ratios of dimensions may differ from actual ones. Moreover, the part from which the relationship and ratio of a mutual dimension differ also in between drawings may be contained. Further, the following embodiments exemplify systems and apparatuses for embodying the technical idea of the present invention, and the technical idea of the present invention is the material, shape, structure, and arrangement of component parts. Etc. are not specified below.

また、以下の説明における「上方」や「下方」等の上下の定義は、単に説明の便宜上の定義であって、本発明の技術的思想を限定するものではない。例えば、対象を90°回転して観察すれば上下と左右とは交換して読まれ、180°回転して観察すれば上下が反転して読まれることは勿論である。  In addition, the upper and lower definitions such as “upper” and “lower” in the following description are merely definitions for convenience of description, and do not limit the technical idea of the present invention. For example, if the object is observed by being rotated by 90 °, the upper and lower sides and the left and right are read interchangeably, and if the object is observed after being rotated by 180 °, the upper and lower sides are reversed and read.

(第1実施形態)
本発明の第1実施形態に係る電力伝送システムは、図1に示すように、送電コイル11を有する送電装置10と、送電コイル11から非接触で電力を受電する受電コイル21を有する受電装置20とを備える。送電コイル11及び受電コイル21の平面形状は、何れも図2に示すように長方形である。第1実施形態に係る電力伝送システムでは、送受電コイルのそれぞれにコンデンサを接続して共振回路を構成している。長方形の送電コイル11に共振回路の共振周波数付近の周波数を持つ電流が流れることにより発生する磁界が、長方形の受電コイル21を有する受電側の共振回路の共振周波数付近で振動することにより、送電コイル11から対向する受電コイル21に磁気共鳴で電力が伝送される磁界共振結合方式の無線電力伝送システムである。
(First embodiment)
As shown in FIG. 1, the power transmission system according to the first embodiment of the present invention includes a power transmission device 10 having a power transmission coil 11 and a power reception device 20 having a power reception coil 21 that receives power from the power transmission coil 11 in a contactless manner. With. The planar shape of the power transmission coil 11 and the power reception coil 21 is a rectangle as shown in FIG. In the power transmission system according to the first embodiment, a resonance circuit is configured by connecting a capacitor to each of the power transmission and reception coils. A magnetic field generated when a current having a frequency near the resonance frequency of the resonance circuit flows through the rectangular power transmission coil 11 vibrates in the vicinity of the resonance frequency of the power reception-side resonance circuit having the rectangular power reception coil 21. 11 is a magnetic power resonance type wireless power transmission system in which power is transmitted from 11 to a receiving coil 21 opposed to each other by magnetic resonance.

送電装置10は、長方形の送電コイル11を有する送電コイルユニット30と、送電コイル11と共に送電側共振回路(11,12)を構成する送電側共振コンデンサ12と、送電側共振回路(11,12)のインピーダンス整合を行う送電側整合回路13と、送電側整合回路13を介して送電側共振回路(11,12)に交流電流を供給する電源回路14と、電源回路14の駆動を制御する第1の制御回路15とを備える。   The power transmission device 10 includes a power transmission coil unit 30 having a rectangular power transmission coil 11, a power transmission side resonance capacitor 12 that forms a power transmission side resonance circuit (11, 12) together with the power transmission coil 11, and a power transmission side resonance circuit (11, 12). A power transmission side matching circuit 13 that performs impedance matching, a power supply circuit 14 that supplies an alternating current to the power transmission side resonance circuits (11, 12) via the power transmission side matching circuit 13, and a first that controls driving of the power supply circuit 14 The control circuit 15 is provided.

図2及び図3に示すように、送電コイルユニット30の物理的構成は、アルミニウム等の金属材料からなる矩形平板状の第1の遮蔽板31と、第1の遮蔽板31の上方に第1の遮蔽板31に沿うように配置され、フェライト等の強磁性体からなる矩形平板状の第1の磁性シート32と、第1の磁性シート32の上方において第1の磁性シート32に沿う矩形平板状の送電コイル11と、第1の遮蔽板31、第1の磁性シート32及び送電コイル11を覆う第1のカバー33とを備えるシート状の構成である。   As shown in FIGS. 2 and 3, the physical configuration of the power transmission coil unit 30 includes a rectangular flat plate-like first shielding plate 31 made of a metal material such as aluminum, and a first above the first shielding plate 31. A rectangular flat first magnetic sheet 32 made of a ferromagnetic material, such as ferrite, and a rectangular flat plate extending along the first magnetic sheet 32 above the first magnetic sheet 32. It is a sheet-like structure provided with the 1st cover 33 which covers the shape-like power transmission coil 11, the 1st shielding board 31, the 1st magnetic sheet 32, and the power transmission coil 11. FIG.

受電装置20は、図1に示すように長方形の受電コイル21を有する受電コイルユニット40と、受電コイル21と共に受電側共振回路(21,22)を構成する受電側共振コンデンサ22と、受電側共振回路(21,22)のインピーダンス整合を行う受電側整合回路23と、受電側整合回路23を介して受電側共振回路(21,22)から供給される電力を消費する負荷側の回路である負荷回路24と、負荷回路24の駆動を制御する第2の制御回路25とを備える。   As shown in FIG. 1, the power receiving device 20 includes a power receiving coil unit 40 having a rectangular power receiving coil 21, a power receiving side resonance capacitor 22 that forms a power receiving side resonance circuit (21, 22) together with the power receiving coil 21, and a power receiving side resonance. A power receiving side matching circuit 23 that performs impedance matching of the circuits (21, 22) and a load that is a load side circuit that consumes power supplied from the power receiving side resonance circuit (21, 22) via the power receiving side matching circuit 23 A circuit 24 and a second control circuit 25 that controls driving of the load circuit 24 are provided.

送電コイルユニット30と同様に、受電コイルユニット40の物理的構成も図2及び図3に示すように、アルミニウム等の金属材料からなる矩形平板状の第2の遮蔽板41と、第2の遮蔽板41の下方に第2の遮蔽板41に沿うように配置され、フェライト等の強磁性体からなる矩形平板状の第2の磁性シート42と、第2の磁性シート42の下方において第2の磁性シート42に沿う矩形平板状の受電コイル21と、第2の遮蔽板41、第2の磁性シート42及び受電コイル21を覆う第2のカバー43とを備える。   Similar to the power transmission coil unit 30, the physical configuration of the power reception coil unit 40 includes a rectangular flat plate-like second shielding plate 41 made of a metal material such as aluminum, and a second shielding as shown in FIGS. 2 and 3. A rectangular flat plate-like second magnetic sheet 42 made of a ferromagnetic material such as ferrite is disposed below the plate 41 along the second shielding plate 41, and a second magnetic sheet 42 below the second magnetic sheet 42. A rectangular flat power receiving coil 21 extending along the magnetic sheet 42 and a second cover 43 covering the second shielding plate 41, the second magnetic sheet 42 and the power receiving coil 21 are provided.

送電コイルユニット30を構成している第1の遮蔽板31は、図3において図示を省略したスペーサ等により、所定の間隔を空けた状態で第1の磁性シート32を支持する。第1の遮蔽板31は、送電コイル11側に生じた磁束を遮蔽する他、送電コイル11及び第1の磁性シート32により生じる熱を放散する放熱板として機能し得る。第1の磁性シート32は、送電コイル11の下方に生じる磁束の変化により遮蔽板31に発生する渦電流を防止し、熱損失を低減する。第1の磁性シート32は、樹脂等の絶縁材料からなるスペーサや被覆により、送電コイル11と電気的に絶縁され、所定の間隔を空けた状態で送電コイル11を支持する。   The first shielding plate 31 constituting the power transmission coil unit 30 supports the first magnetic sheet 32 with a predetermined interval by a spacer or the like not shown in FIG. The first shielding plate 31 can function as a heat radiating plate that radiates heat generated by the power transmission coil 11 and the first magnetic sheet 32 in addition to shielding the magnetic flux generated on the power transmission coil 11 side. The first magnetic sheet 32 prevents an eddy current generated in the shielding plate 31 due to a change in magnetic flux generated below the power transmission coil 11 and reduces heat loss. The first magnetic sheet 32 is electrically insulated from the power transmission coil 11 by a spacer or a coating made of an insulating material such as a resin, and supports the power transmission coil 11 with a predetermined interval.

送電コイル11は図2に示すように、第1の遮蔽板31及び第1の磁性シート32に沿う第1平面上に長方形状に巻かれる。具体的には、送電コイル11は、第1平面上の長さa1の長辺及び幅b1の短辺を有する長方形の4辺に沿って巻かれたリッツ線等の巻線からなる。送電コイル11は、概略として矩形平板状に形成された渦巻き型(サーキュラ型)のコイルである。図2及び図3において、送電コイル11の巻数が2であるように図示されているが、例示であり、送電コイル11の巻数は、単数であっても3以上の複数であってもよい。   As shown in FIG. 2, the power transmission coil 11 is wound in a rectangular shape on a first plane along the first shielding plate 31 and the first magnetic sheet 32. Specifically, the power transmission coil 11 includes a winding such as a litz wire wound along four sides of a rectangle having a long side having a length a1 and a short side having a width b1 on the first plane. The power transmission coil 11 is a spiral type (circular type) coil formed in a generally rectangular flat plate shape. 2 and 3, the number of turns of the power transmission coil 11 is illustrated as two. However, the number of turns of the power transmission coil 11 may be singular or may be three or more.

受電コイルユニット40の第2の遮蔽板41は、例えば、図示を省略したスペーサ等により、所定の間隔を空けた状態で第2の磁性シート42を支持する。第2の遮蔽板41は、受電コイル21側に生じた磁束を遮蔽する他、受電コイル21及び第2の磁性シート42により生じる熱を放散する放熱板として機能し得る。第2の磁性シート42は、受電コイル21の上方に生じる磁束の変化により遮蔽板41に発生する渦電流を防止し、熱損失を低減する。第2の磁性シート42は、樹脂等の絶縁材料からなるスペーサや被覆により、受電コイル21と電気的に絶縁され、所定の間隔を空けた状態で受電コイル21を支持する。   The second shielding plate 41 of the power receiving coil unit 40 supports the second magnetic sheet 42 with a predetermined interval, for example, by a spacer or the like (not shown). The second shielding plate 41 can function as a heat radiating plate that dissipates heat generated by the receiving coil 21 and the second magnetic sheet 42 in addition to shielding the magnetic flux generated on the receiving coil 21 side. The second magnetic sheet 42 prevents an eddy current generated in the shielding plate 41 due to a change in magnetic flux generated above the power receiving coil 21 and reduces heat loss. The second magnetic sheet 42 is electrically insulated from the power receiving coil 21 by a spacer or a coating made of an insulating material such as a resin, and supports the power receiving coil 21 with a predetermined interval.

受電コイル21は図2に示すように、第2の遮蔽板41及び第2の磁性シート42に沿う第2平面上に長方形状に巻かれる。具体的には、受電コイル21は、第2平面上の長さa2の長辺及び幅b2の短辺を有する長方形の4辺に沿って巻かれたリッツ線等の巻線からなる。受電コイル21は、概略として矩形平板状に形成された渦巻き型(サーキュラ型)のコイルである。図2及び図3では、送電コイル11の巻数が2であるように図示されているが、例示であり、送電コイル11の巻数は、単数であっても3以上の複数であってもよいことは送電コイル11と同様である。   As shown in FIG. 2, the power receiving coil 21 is wound in a rectangular shape on a second plane along the second shielding plate 41 and the second magnetic sheet 42. Specifically, the power receiving coil 21 includes a winding such as a litz wire wound along four sides of a rectangle having a long side having a length a2 and a short side having a width b2 on the second plane. The power receiving coil 21 is a spiral (circular) coil formed in a generally rectangular plate shape. 2 and 3, the number of turns of the power transmission coil 11 is illustrated as two. However, the number of turns of the power transmission coil 11 may be singular or may be three or more. Is the same as that of the power transmission coil 11.

ここで、送電コイル11の軸は、長方形の重心を通る第1平面の法線に一致するように定義され、受電コイル21の軸は、長方形の重心を通る第2平面の法線に一致するように定義される。受電コイル21がなす第2平面と、送電コイル11がなす第1平面とは互いに平行であるので、第1平面の法線と第2平面の法線とは同一方向に定義される。図2に示すように第1実施形態に係る電力伝送システムでは、送電コイル11の長辺が受電コイル21の長辺に、軸方向から見た平面パターン上直交していることが特徴である。   Here, the axis of the power transmission coil 11 is defined so as to coincide with the normal line of the first plane passing through the rectangular centroid, and the axis of the power reception coil 21 coincides with the normal line of the second plane passing through the centroid of the rectangle. Is defined as Since the second plane formed by the power receiving coil 21 and the first plane formed by the power transmission coil 11 are parallel to each other, the normal line of the first plane and the normal line of the second plane are defined in the same direction. As shown in FIG. 2, the power transmission system according to the first embodiment is characterized in that the long side of the power transmission coil 11 is orthogonal to the long side of the power reception coil 21 in a plane pattern as viewed from the axial direction.

第1実施形態に係る電力伝送システムでは、送電コイル11の長辺と受電コイル21の長辺とを直交させることにより、送電コイル11と受電コイル21との相対的位置が一定の範囲内で変化しても、送電コイル11の平面パターンと受電コイル21の平面パターンとが重なる部分で定義される伝送領域Rの面積を一定とすることができる。即ち、送電コイル11の長辺と受電コイル21の長辺とを直交させることにより、受電コイル21が送電コイル11から受け取る磁束が一定となるので、電力伝送効率ηの変化が抑制される。   In the power transmission system according to the first embodiment, the relative positions of the power transmission coil 11 and the power reception coil 21 change within a certain range by making the long side of the power transmission coil 11 and the long side of the power reception coil 21 orthogonal to each other. Even so, the area of the transmission region R defined by the portion where the planar pattern of the power transmission coil 11 and the planar pattern of the power reception coil 21 overlap can be made constant. That is, by making the long side of the power transmission coil 11 and the long side of the power reception coil 21 orthogonal to each other, the magnetic flux received by the power reception coil 21 from the power transmission coil 11 becomes constant, so that the change in the power transmission efficiency η is suppressed.

なお、図2及び図3に示した例では、送電コイル11の長辺が第1の遮蔽板31及び第1の磁性シート32の一方向(Y軸方向)に沿う各2辺に対して45°傾斜するように配置され、受電コイル21の長辺が第2の遮蔽板41及び第2の磁性シート42の一方向(X軸方向)に沿う各2辺に対して45°傾斜するように配置されて、送電コイル11の長辺が受電コイル21の長辺に直交する場合であるが、第1実施形態に係る電力伝送システムは図2に示した配向関係に限定されるものではない。   In the example shown in FIGS. 2 and 3, the long side of the power transmission coil 11 is 45 with respect to each of the two sides along one direction (Y-axis direction) of the first shielding plate 31 and the first magnetic sheet 32. It is arranged so as to be inclined, and the long side of the power receiving coil 21 is inclined by 45 ° with respect to each of two sides along one direction (X-axis direction) of the second shielding plate 41 and the second magnetic sheet 42. Although it is a case where the long side of the power transmission coil 11 is arranged and orthogonal to the long side of the power reception coil 21, the power transmission system according to the first embodiment is not limited to the orientation relationship shown in FIG.

例えば、送電コイル11の長辺が第1の遮蔽板31及び第1の磁性シート32の一方向(Y軸方向)に沿う各2辺に対して40°傾斜するように配置することも可能で、この場合は、受電コイル21の長辺が第2の遮蔽板41及び第2の磁性シート42の一方向(X軸方向)に沿う各2辺に対して50°傾斜するように配置すれば、送電コイル11の長辺が受電コイル21の長辺に直交する配向が選択できる。このように、絶対座標系で45°傾斜以外の配向を採用しても、送電コイル11の長辺と受電コイル21の長辺とが直交する条件となれば、送電コイル11と受電コイル21との相対的位置が一定の範囲内で変化した場合においても、送電コイル11の平面パターンと受電コイル21の平面パターンが重なる部分で定義される伝送領域Rの面積を一定に維持ができる。即ち、特定の座標系に対し45°傾斜以外の配向を採用しても、送電コイル11の長辺と受電コイル21の長辺とを直交する関係であれば、受電コイル21が送電コイル11から受け取る磁束が一定となるので、送電コイル11と受電コイル21との相対的位置の変動による電力伝送効率ηの変化が抑制される。   For example, it is also possible to arrange the power transmission coil 11 so that the long side is inclined by 40 ° with respect to each of the two sides along one direction (Y-axis direction) of the first shielding plate 31 and the first magnetic sheet 32. In this case, if the long side of the power receiving coil 21 is disposed so as to be inclined by 50 ° with respect to each of the two sides along one direction (X-axis direction) of the second shielding plate 41 and the second magnetic sheet 42. The orientation in which the long side of the power transmission coil 11 is orthogonal to the long side of the power reception coil 21 can be selected. As described above, even if an orientation other than 45 ° inclination is adopted in the absolute coordinate system, if the long side of the power transmission coil 11 and the long side of the power reception coil 21 are orthogonal, the power transmission coil 11 and the power reception coil 21 Even when the relative position changes within a certain range, the area of the transmission region R defined by the portion where the planar pattern of the power transmission coil 11 and the planar pattern of the power reception coil 21 overlap can be maintained constant. That is, even if an orientation other than 45 ° inclination is adopted with respect to a specific coordinate system, the power receiving coil 21 is separated from the power transmitting coil 11 as long as the long side of the power transmitting coil 11 and the long side of the power receiving coil 21 are orthogonal to each other. Since the received magnetic flux is constant, a change in the power transmission efficiency η due to a change in the relative position between the power transmission coil 11 and the power reception coil 21 is suppressed.

同様に、例えば、送電コイル11の長辺が第1の遮蔽板31及び第1の磁性シート32の一方向(Y軸方向)に沿う各2辺に対して30°傾斜するように配置され、受電コイル21の長辺が第2の遮蔽板41及び第2の磁性シート42の一方向(X軸方向)に沿う各2辺に対して60°傾斜するように配置しても、送電コイル11の長辺が受電コイル21の長辺に直交する配向が選択でき、送電コイル11の平面パターンと受電コイル21の平面パターンが重なる部分で定義される伝送領域Rの面積を一定に維持ができる。   Similarly, for example, the long side of the power transmission coil 11 is disposed so as to be inclined by 30 ° with respect to each of the two sides along one direction (Y-axis direction) of the first shielding plate 31 and the first magnetic sheet 32, Even if the long side of the power receiving coil 21 is disposed so as to be inclined by 60 ° with respect to each of the two sides along one direction (X-axis direction) of the second shielding plate 41 and the second magnetic sheet 42, the power transmitting coil 11 Can be selected, and the area of the transmission region R defined by the portion where the planar pattern of the power transmission coil 11 and the planar pattern of the power reception coil 21 overlap can be maintained constant.

図2に示すように、受電コイル21の長辺の長さa2は、送電コイル11の短辺の幅b1より長く、受電コイル21の短辺の幅b2は、送電コイル11の長辺の長さa1より短い。受電コイル21は、平面パターンとして、長辺が送電コイル11の長辺に直交し、送電コイル11と重なる状態で、送電コイル11から非接触で電力を受電する。詳細には、受電コイル21の平面パターンが、送電コイル11の平面パターンと重なる部分で定義される伝送領域Rが、送電コイル11の短辺の幅b1と同じ長さの第1辺と、受電コイル21の短辺の幅b2と同じ長さの、第1辺に隣接する第2辺とを有する長方形となる状態で、送電コイル11から非接触で受電する。受電コイル21は、送電コイル11から受電する場合、送電コイル11がなす第1平面に沿う第2平面上において送電コイル11に互いに平行に対向する。   As shown in FIG. 2, the length a2 of the long side of the power receiving coil 21 is longer than the width b1 of the short side of the power transmission coil 11, and the width b2 of the short side of the power receiving coil 21 is the length of the long side of the power transmission coil 11. Shorter than a1. The power reception coil 21 receives power from the power transmission coil 11 in a non-contact manner in a state where the long side is orthogonal to the long side of the power transmission coil 11 and overlaps the power transmission coil 11 as a planar pattern. Specifically, the transmission region R defined by the portion where the planar pattern of the power receiving coil 21 overlaps the planar pattern of the power transmitting coil 11 has a first side having the same length as the width b1 of the short side of the power transmitting coil 11, and the power receiving Power is received from the power transmission coil 11 in a non-contact manner in a rectangular shape having the same length as the short side width b2 of the coil 21 and the second side adjacent to the first side. When receiving power from the power transmission coil 11, the power reception coil 21 faces the power transmission coil 11 in parallel with each other on a second plane along the first plane formed by the power transmission coil 11.

なお、受電コイル21の長辺の長さa2及び短辺の幅b2は、送電コイル11の長辺の長さa1及び短辺の幅b1とそれぞれ同一であってもよい。即ち、受電コイル21は、送電コイル11の寸法と同一であってもよい。   The long side length a2 and the short side width b2 of the power receiving coil 21 may be the same as the long side length a1 and the short side width b1 of the power transmission coil 11, respectively. That is, the power receiving coil 21 may have the same dimensions as the power transmitting coil 11.

ここで、第1の遮蔽板31、第1の磁性シート32及び第1のカバー33は、平面パターンとして、送電コイル11の全領域を含むように配置されればよいため、送電コイル11に沿う長方形状であってもよいし、送電コイル11の長辺が斜めに含まれるような長方形状であってもよい。同様に、第2の遮蔽板41、第2の磁性シート42及び第2のカバー43は、平面パターンとして、受電コイル21の全領域を含むように配置されればよいため、受電コイル21に沿う長方形状であってもよいし、斜めに送電コイル11を含むような長方形状であってもよい。   Here, since the 1st shielding board 31, the 1st magnetic sheet 32, and the 1st cover 33 should just be arrange | positioned so that the whole area | region of the power transmission coil 11 may be included as a plane pattern, it follows the power transmission coil 11 A rectangular shape may be sufficient and the rectangular shape in which the long side of the power transmission coil 11 is included diagonally may be sufficient. Similarly, since the 2nd shielding board 41, the 2nd magnetic sheet 42, and the 2nd cover 43 should just be arrange | positioned so that the whole area | region of the receiving coil 21 may be included as a plane pattern, it follows the receiving coil 21. The rectangular shape may be sufficient and the rectangular shape which includes the power transmission coil 11 diagonally may be sufficient.

送信側共振コンデンサ12は、送電コイル11に直列に接続される。送電側共振コンデンサ12は、送電側共振回路(11,12)の共振周波数を決定する容量を有する。電源回路14の駆動周波数は、送電側共振回路(11,12)の共振周波数付近に設定される。送電側整合回路13は、送電装置10から受電装置20への電力伝送効率ηが最大となるように設計若しくは調整されるインピーダンス整合回路であり、電力伝送に際しては、予め設定された最適値の整合インピーダンスに固定した固定インピーダンス整合回路として用いられる。電源回路14は、送電側共振回路(11,12)の共振周波数の交流電力を供給する種々の回路が採用可能である。例えば、系統電源等の交流電力を直流電力に変換するAC/DCコンバータと、AC/DCコンバータから供給される直流電力を送電側共振回路(11,12)の共振周波数を有する交流電力に変換するインバータとを含む回路等でも構わない。電源回路14は、送電側共振回路(11,12)の共振周波数付近の周波数を有する交流電流を、送電側整合回路13を介して、送電側共振回路(11,12)に供給する。   The transmission-side resonance capacitor 12 is connected in series with the power transmission coil 11. The power transmission side resonance capacitor 12 has a capacitance that determines the resonance frequency of the power transmission side resonance circuit (11, 12). The drive frequency of the power supply circuit 14 is set near the resonance frequency of the power transmission side resonance circuit (11, 12). The power transmission side matching circuit 13 is an impedance matching circuit designed or adjusted so that the power transmission efficiency η from the power transmission device 10 to the power reception device 20 is maximized. In power transmission, matching of an optimal value set in advance is performed. Used as a fixed impedance matching circuit fixed to impedance. As the power supply circuit 14, various circuits that supply AC power having a resonance frequency of the power transmission side resonance circuit (11, 12) can be used. For example, an AC / DC converter that converts AC power from a system power source or the like into DC power, and DC power supplied from the AC / DC converter is converted to AC power having the resonance frequency of the power transmission side resonance circuit (11, 12). A circuit including an inverter may be used. The power supply circuit 14 supplies an alternating current having a frequency near the resonance frequency of the power transmission side resonance circuit (11, 12) to the power transmission side resonance circuit (11, 12) via the power transmission side matching circuit 13.

受電側共振コンデンサ22は、受電コイル21に直列に接続される。受電側共振コンデンサ22は、受電側共振回路(21,22)の共振周波数を決定する容量を有する。受電側整合回路23は、送電装置10から受電装置20への電力伝送効率ηが最大となるように設計若しくは調整されるインピーダンス整合回路であり、電力伝送に際しては、予め設定された最適値の整合インピーダンスに固定した固定インピーダンス整合回路として用いられる。負荷回路24は、例えば、受電側整合回路23を介して受電側共振回路(21,22)から供給される交流電力を直流電力に変換する整流器の他、整流器から供給される電力を蓄える蓄電池と、電動機等の種々の負荷を含むことが出来る。受電側整合回路23を介して受電側共振回路(21,22)から供給される電力が負荷回路24の蓄電池や負荷に供給される。或いは、送電装置10から伝送された交流電力を直接、又はAC/DCコンバータ等を介して、電動機等の種々の負荷に供給するようにしてもよい。   The power receiving side resonance capacitor 22 is connected in series with the power receiving coil 21. The power reception side resonance capacitor 22 has a capacitance that determines the resonance frequency of the power reception side resonance circuit (21, 22). The power receiving side matching circuit 23 is an impedance matching circuit designed or adjusted so that the power transmission efficiency η from the power transmitting device 10 to the power receiving device 20 is maximized. In power transmission, a matching of a preset optimum value is performed. Used as a fixed impedance matching circuit fixed to impedance. The load circuit 24 includes, for example, a storage battery that stores power supplied from the rectifier in addition to a rectifier that converts AC power supplied from the power receiving resonance circuit (21, 22) into DC power via the power receiving matching circuit 23. Various loads such as an electric motor can be included. The electric power supplied from the power receiving side resonance circuit (21, 22) through the power receiving side matching circuit 23 is supplied to the storage battery and the load of the load circuit 24. Or you may make it supply the alternating current power transmitted from the power transmission apparatus 10 to various loads, such as an electric motor, directly or via an AC / DC converter.

第1の制御回路15は、例えば、プロセッサ、メモリ及び入出力インターフェースを備える、マイクロコントローラ等のコンピュータから構成してもよく、特化した専用のアナログ回路等で実現してもよい。第1の制御回路15は、電源回路14の動作を制御することにより、送電装置10の動作を制御する。第1の制御回路15は、例えば、受電コイルユニット40が送電コイルユニット30に対する所定の位置に配置されることに応じて、電源回路14に駆動信号を送信する。電源回路14は、駆動信号に応じて、送電側共振回路(11,12)に供給する所定の周波数の交流電力を、インバータにより生成する。第1の制御回路15は、無線通信により、送電装置10からの送電の開始を通知する信号を受電装置20に送信したり、送電装置10からの送電の開始を要求する信号を受電装置20から受信したりするようにしてもよい。   For example, the first control circuit 15 may be configured by a computer such as a microcontroller having a processor, a memory, and an input / output interface, or may be realized by a specialized analog circuit or the like. The first control circuit 15 controls the operation of the power transmission device 10 by controlling the operation of the power supply circuit 14. For example, the first control circuit 15 transmits a drive signal to the power supply circuit 14 in response to the power receiving coil unit 40 being disposed at a predetermined position with respect to the power transmitting coil unit 30. The power supply circuit 14 generates AC power of a predetermined frequency supplied to the power transmission side resonance circuit (11, 12) by an inverter in accordance with the drive signal. The first control circuit 15 transmits a signal for notifying the start of power transmission from the power transmission device 10 to the power reception device 20 by wireless communication or a signal for requesting the start of power transmission from the power transmission device 10 from the power reception device 20. You may make it receive.

第2の制御回路25は、例えば、プロセッサ、メモリ及び入出力インターフェースを備える、マイクロコントローラ等のコンピュータから構成してもよく、特化した専用のアナログ回路等で実現してもよい。第2の制御回路25は、負荷回路24の動作を制御することにより、受電装置20の動作を制御する。第2の制御回路25は、例えば、送電側共振回路(11,12)に交流電力が供給され、即ち、送電コイル11からの電力伝送が開始されることに応じて、負荷回路24に駆動信号を送信する。例えば、負荷回路24は、駆動信号に応じて、蓄電池等の負荷に供給する所定の直流電力を、整流器等の変換器により生成し、変換器と蓄電池との間の配線を開閉する継電器を閉状態にすることにより、直流電力を蓄電池や負荷に供給する。第2の制御回路25は、無線通信により、送電の開始を要求する信号を送電装置10に送信することにより、送電装置10に送電を開始させるようにしてもよい。   For example, the second control circuit 25 may be configured by a computer such as a microcontroller having a processor, a memory, and an input / output interface, or may be realized by a specialized analog circuit or the like. The second control circuit 25 controls the operation of the power receiving device 20 by controlling the operation of the load circuit 24. For example, the second control circuit 25 supplies a drive signal to the load circuit 24 when AC power is supplied to the power transmission side resonance circuits (11, 12), that is, when power transmission from the power transmission coil 11 is started. Send. For example, the load circuit 24 generates predetermined DC power to be supplied to a load such as a storage battery by a converter such as a rectifier according to the drive signal, and closes a relay that opens and closes the wiring between the converter and the storage battery. By setting the state, DC power is supplied to the storage battery and the load. The second control circuit 25 may cause the power transmission device 10 to start power transmission by transmitting a signal requesting the start of power transmission to the power transmission device 10 by wireless communication.

磁界共振結合方式の非接触電力伝送において、電力伝送効率ηは、コイル間の結合係数kと、共振回路のQ値との積によって決定される。Q値は、各コイルの自己インダクタンスと巻線抵抗により決定されるため、周波数が一定であれば一定となる。一方、結合係数kは、コイル間の磁気的な結合状態により変化する。一般的に、コイルの軸の位置が、軸に垂直な方向において互いにずれる場合、受電側のコイルが受け取る磁束が変化して結合係数kが変化し、結果として電力伝送効率ηが変化してしまう。   In the non-contact power transmission using the magnetic field resonance coupling method, the power transmission efficiency η is determined by the product of the coupling coefficient k between the coils and the Q value of the resonance circuit. Since the Q value is determined by the self-inductance and winding resistance of each coil, it is constant if the frequency is constant. On the other hand, the coupling coefficient k changes depending on the magnetic coupling state between the coils. In general, when the positions of the coil axes deviate from each other in the direction perpendicular to the axis, the magnetic flux received by the coil on the power receiving side changes, the coupling coefficient k changes, and as a result, the power transmission efficiency η changes. .

既に述べたとおり、受電コイル21の平面パターンが、送電コイル11の平面パターンと直交して重なるように設定しているため、受電コイル21が送電コイル11と相対的に、平面方向(軸に垂直な方向)の所定の範囲内に平行移動する限り、伝送領域Rの面積が変化しない。このように、第1実施形態に係る電力伝送システムによれば、受電コイル21と送電コイル11との相対的位置関係が変動しても、伝送領域Rの面積が一定である。このため、受電コイル21が送電コイル11から受け取る磁束は一定となり、受電コイル21と送電コイル11との相対的位置の変動による電力伝送効率ηの変化が抑制される。   As already described, since the planar pattern of the power receiving coil 21 is set so as to overlap perpendicularly to the planar pattern of the power transmitting coil 11, the power receiving coil 21 is relatively flat with the power transmitting coil 11 in the planar direction (perpendicular to the axis). The area of the transmission region R does not change as long as it moves in parallel within a predetermined range. Thus, according to the power transmission system according to the first embodiment, the area of the transmission region R is constant even if the relative positional relationship between the power receiving coil 21 and the power transmitting coil 11 varies. For this reason, the magnetic flux that the power receiving coil 21 receives from the power transmission coil 11 is constant, and the change in the power transmission efficiency η due to the change in the relative position between the power receiving coil 21 and the power transmission coil 11 is suppressed.

−シミュレーション−
以下、3次元電磁界シミュレータANSYS HFSS(登録商標)によるシミュレーション結果を用いて、第1実施形態に係る電力伝送システムの技術的効果に関して説明する。
-Simulation-
Hereinafter, the technical effect of the power transmission system according to the first embodiment will be described using simulation results obtained by the three-dimensional electromagnetic field simulator ANSYS HFSS (registered trademark).

図4に示すように、第1実施形態に係る電力伝送システムが備える送電コイル11又は受電コイル21に対応するシミュレーションモデルとして、長さaの長辺及び幅bの短辺を有する長方形の4辺に沿って巻数2で巻かれた巻線からなるコイルPを定義した。長さa=45cm、幅b=15cmとした。送電コイル11及び受電コイル21間の電力伝送に関するシミュレーションは、平面パターンとして各長辺が互いに直交するように対向する一対のコイルP(コイルP1及びコイルP2)を用いて実行される。   As shown in FIG. 4, as a simulation model corresponding to the power transmission coil 11 or the power reception coil 21 included in the power transmission system according to the first embodiment, four sides of a rectangle having a long side of length a and a short side of width b. A coil P consisting of windings wound with 2 turns along the line is defined. The length a = 45 cm and the width b = 15 cm. The simulation regarding the power transmission between the power transmission coil 11 and the power reception coil 21 is executed using a pair of coils P (coil P1 and coil P2) facing each other so that the long sides are orthogonal to each other as a planar pattern.

また、図5に示すように、第1の実施形態に係るコイルPの比較例となるシミュレーションモデルとして、長さcの1辺を有する正方形の4辺に沿って巻数2で巻かれた巻線からなるコイルQを定義した。正方形の1辺の長さcは、正方形の対角線の長さが、コイルPの長辺の長さaに等しくなるように、c=a/(21/2)とした。正方形状のコイル間の電力伝送に関するシミュレーションは、平面パターンとして1辺が他方のコイルの1辺と平行になるように対向する一対のコイルQ(コイルQ1及びコイルQ2)を用いて実行される。 Moreover, as shown in FIG. 5, as a simulation model as a comparative example of the coil P according to the first embodiment, a winding wound with two turns along four sides of a square having one side of a length c. A coil Q consisting of The length c of one side of the square was set to c = a / (2 1/2 ) so that the diagonal length of the square was equal to the length a of the long side of the coil P. The simulation regarding the power transmission between the square coils is executed by using a pair of coils Q (coil Q1 and coil Q2) facing each other so that one side is parallel to one side of the other coil as a planar pattern.

図6に示すように、第1実施形態に係る長方形状のコイルP及び比較例に係る正方形状のコイルQについて、それぞれ、巻線は直径3mmの銅線、隣接する巻線間の距離は10mmに設定した。コイルPの自己インダクタンスは3.2μH、コイルPと共に共振回路を成す共振コンデンサの容量は43pFと計算される。コイルQの自己インダクタンスは4.0μH、コイルQと共に共振回路を成す共振コンデンサの容量は34pFと計算される。コイルPを有する共振回路及びコイルQを有する共振回路の共振周波数は、共に13.56MHzを採用した。   As shown in FIG. 6, for the rectangular coil P according to the first embodiment and the square coil Q according to the comparative example, the winding is a copper wire having a diameter of 3 mm, and the distance between adjacent windings is 10 mm. Set to. The self-inductance of the coil P is calculated as 3.2 μH, and the capacitance of the resonance capacitor that forms a resonance circuit with the coil P is calculated as 43 pF. The self-inductance of the coil Q is 4.0 μH, and the capacitance of the resonance capacitor that forms a resonance circuit with the coil Q is calculated to be 34 pF. The resonance frequency of the resonance circuit having the coil P and the resonance circuit having the coil Q is 13.56 MHz.

図7Aに示すように、比較例に係る正方形状のコイルQ1とコイルQ2とが正対する(平面パターンとして一致する)位置を基準として、図7B及び図7Cに示すように、正方形状のコイルQ1及びコイルQ2のずれた領域の割合をパラメータとして、一対のコイルの、正対する(平面視において一致する)位置から平面方向において平行移動する場合の位置ずれの値を定義した。上述の通り、コイルP1及びコイルP2の各長辺の長さaは、コイルQ1及びコイルQ2の各対角線の長さに等しい。このため、コイルP1及びコイルP2が、各辺がコイルQ1及びコイルQ2の各辺に対して45°×n(nは整数)傾斜し、各重心がコイルQ1及びコイルQ2の各重心にそれぞれ一致するように配置された状態を仮定して、コイルP1及びコイルP2の位置ずれの値が定義される。   As shown in FIG. 7A, with reference to the position where the square coil Q1 and the coil Q2 according to the comparative example face each other (coincide as a plane pattern), as shown in FIGS. 7B and 7C, the square coil Q1 Further, the value of the positional deviation in the case where the pair of coils are translated in the plane direction from the directly facing (coincidence in a plan view) is defined using the ratio of the shifted region of the coil Q2 as a parameter. As described above, the length a of each long side of the coil P1 and the coil P2 is equal to the length of each diagonal line of the coil Q1 and the coil Q2. Therefore, the coil P1 and the coil P2 are inclined at 45 ° × n (n is an integer) with respect to the sides of the coils Q1 and Q2, and the centers of gravity coincide with the centers of gravity of the coils Q1 and Q2, respectively. Assuming a state in which the coil P1 and the coil P2 are arranged, values of positional deviations of the coils P1 and P2 are defined.

図7Aに示すように、位置ずれが0%のとき、比較例に係る一対のコイルQ1及びコイルQ2、第1実施形態に係る一対のコイルP1及びコイルP2は、それぞれ正対する。ここで、図7Bに示すように、比較例に係るコイルQ1又はコイルQ2の1辺に沿う一方向(X軸の正方向)に、コイルQ2がc/3だけ平行移動したとき、1/3≒33%であるため、コイルQ1及びコイルQ2間のX軸方向の位置ずれは33%と定義される。よって、図7Aに示す状態から、第1実施形態に係るコイルP2がX軸の正方向にc/3だけ平行移動した状態のときに対しても、第1実施形態に係るコイルP1及びコイルP2間のX軸方向の位置ずれ33%が適用される。   As shown in FIG. 7A, when the positional deviation is 0%, the pair of coils Q1 and Q2 according to the comparative example and the pair of coils P1 and P2 according to the first embodiment face each other. Here, as shown in FIG. 7B, when the coil Q2 is translated by c / 3 in one direction (the positive direction of the X axis) along one side of the coil Q1 or the coil Q2 according to the comparative example, 1/3 Since ≈33%, the positional deviation in the X-axis direction between the coil Q1 and the coil Q2 is defined as 33%. Therefore, even when the coil P2 according to the first embodiment is translated by c / 3 in the positive direction of the X axis from the state shown in FIG. 7A, the coils P1 and P2 according to the first embodiment are also included. A positional deviation of 33% in the X-axis direction is applied.

同様に、図7Cに示すように、図7Aに示す状態から、比較例に係るコイルQ2がX軸の正方向に、2c/3だけ平行移動したとき、コイルQ1及びコイルQ2間のX軸方向の位置ずれは2/3≒66%である。よって、図7Aに示す状態から、第1実施形態に係るコイルP2がX軸の正方向に2c/3だけ平行移動したとき、コイルP1及びコイルP2間のX軸方向の位置ずれは66%が適用される。図7A〜図7Cに示すように、X軸方向の位置ずれが少なくとも0%から66%の範囲において、第1実施形態に係るコイルP1及びコイルP2が重なり合う伝送領域Rの面積は一定=100%である。一方、比較例に係るコイルQ1及びコイルQ2の重なり合う部分の面積は、位置ずれ33%で66%、位置ずれ66%で33%と減少している。   Similarly, as shown in FIG. 7C, when the coil Q2 according to the comparative example is translated by 2c / 3 in the positive direction of the X axis from the state shown in FIG. 7A, the X axis direction between the coil Q1 and the coil Q2 Is 2 / 3≈66%. 7A, when the coil P2 according to the first embodiment is translated by 2c / 3 in the positive direction of the X axis, the positional deviation in the X axis direction between the coils P1 and P2 is 66%. Applied. As shown in FIGS. 7A to 7C, the area of the transmission region R where the coil P1 and the coil P2 according to the first embodiment overlap is constant = 100% when the positional deviation in the X-axis direction is at least 0% to 66%. It is. On the other hand, the area of the overlapping portion of the coil Q1 and the coil Q2 according to the comparative example is reduced to 66% when the positional deviation is 33% and 33% when the positional deviation is 66%.

次に、送電側整合回路13及び受電側整合回路23にそれぞれ対応するシミュレーションモデルの設計について説明する。先ず、第1実施形態に係る一対のコイルP及び比較例に係る一対のコイルQそれぞれに対応する二端子対回路のZパラメータを、ANSYS HFSS(登録商標)を用いた解析により取得する。Zパラメータは、図7A〜図7Cに示すように、X軸方向の位置ずれが0%,33%,66%のそれぞれの場合について算出される。   Next, the design of simulation models corresponding to the power transmission side matching circuit 13 and the power receiving side matching circuit 23 will be described. First, Z parameters of a two-terminal pair circuit corresponding to each of the pair of coils P according to the first embodiment and the pair of coils Q according to the comparative example are acquired by analysis using ANSYS HFSS (registered trademark). As shown in FIGS. 7A to 7C, the Z parameter is calculated for each of cases where the positional deviation in the X-axis direction is 0%, 33%, and 66%.

そして、MATLAB(登録商標)を用いた回路解析により、各Zパラメータを有する二端子対回路に、共振コンデンサ、整合回路を加えた場合の整合効率(電力伝送効率η)を算出する。整合回路の形状及び各素子の値は、3種類の配置における各電力伝送効率ηの平均値が最大となるようにパターンサーチにより決定される。また、ANSYS HFSS(登録商標)により取得された各Zパラメータを用いて、結合係数kを算出した。結合係数kの算出に際して、周波数は13.56MHz、コイル間の距離は10cmを採用した。   Then, by a circuit analysis using MATLAB (registered trademark), a matching efficiency (power transmission efficiency η) is calculated when a resonant capacitor and a matching circuit are added to the two-terminal pair circuit having each Z parameter. The shape of the matching circuit and the value of each element are determined by pattern search so that the average value of each power transmission efficiency η in the three types of arrangements is maximized. Moreover, the coupling coefficient k was calculated using each Z parameter acquired by ANSYS HFSS (registered trademark). In calculating the coupling coefficient k, the frequency was 13.56 MHz, and the distance between the coils was 10 cm.

以上のように設計されたシミュレーションモデルにより、X軸方向の位置ずれが0%〜66%のときの長方形状のコイルP及び正方形状のコイルQそれぞれの結合係数kを算出し、算出結果を図8に示した。同様に、X軸方向の位置ずれが0%〜66%のときの長方形状のコイルP及び正方形状のコイルQそれぞれの整合効率(電力伝送効率η)を算出し、算出結果を図9に示した。   Using the simulation model designed as described above, the coupling coefficient k of each of the rectangular coil P and the square coil Q when the positional deviation in the X-axis direction is 0% to 66% is calculated, and the calculation result is shown in FIG. This is shown in FIG. Similarly, the matching efficiency (power transmission efficiency η) of each of the rectangular coil P and the square coil Q when the positional deviation in the X-axis direction is 0% to 66% is calculated, and the calculation result is shown in FIG. It was.

図8に示すように、比較例に係る正方形状のコイルQの結合係数kは、X軸方向の位置ずれが0%〜66%の範囲において大きく変化する一方、第1実施形態に係る長方形状のコイルPの結合係数kは、X軸方向の位置ずれが0%〜66%の範囲においてほぼ一定である。これにより、対向するコイル同士が重なる領域の面積が一定であれば、結合係数kの変化がほぼ一定であり、第1実施形態に係る長方形状のコイルPの結合係数kは、比較例に係る正方形状のコイルQに比べて、位置ずれにより変化しにくいことが確認された。   As shown in FIG. 8, the coupling coefficient k of the square coil Q according to the comparative example greatly changes in the range of 0% to 66% in the positional deviation in the X-axis direction, while the rectangular shape according to the first embodiment. The coupling coefficient k of the coil P is substantially constant when the positional deviation in the X-axis direction is in the range of 0% to 66%. Thereby, if the area of the region where the opposing coils overlap is constant, the change of the coupling coefficient k is substantially constant, and the coupling coefficient k of the rectangular coil P according to the first embodiment is related to the comparative example. Compared to the square coil Q, it was confirmed that it is less likely to change due to a positional shift.

図9に示すように、比較例に係る正方形状のコイルQの電力伝送効率ηは、X軸方向の位置ずれが0%〜35%の範囲において概ね90%以上という高い値を維持するが、X軸方向の位置ずれが35%から66%まで変化するに連れて著しく低下してしまう。一方、第1実施形態に係る長方形状のコイルPの電力伝送効率ηは、X軸方向の位置ずれが0%〜66%の範囲において概ね90%以上という高い値を維持した状態でほぼ一定である。なお、X軸方向の位置ずれが0%,33%,66%のときの、コイルQの電力伝送効率ηの平均値は77.8%であり、コイルPの電力伝送効率ηの平均値は93.1%であった。これにより、長方形状のコイルPの電力伝送効率ηは、正方形状のコイルQに比べて、X軸方向の位置ずれにより変化しにくく、高い値を維持可能であることが確認された。   As shown in FIG. 9, the power transmission efficiency η of the square coil Q according to the comparative example maintains a high value of approximately 90% or more in the range where the positional deviation in the X-axis direction is 0% to 35%. As the positional deviation in the X-axis direction changes from 35% to 66%, it significantly decreases. On the other hand, the power transmission efficiency η of the rectangular coil P according to the first embodiment is substantially constant while maintaining a high value of approximately 90% or more in a range where the positional deviation in the X-axis direction is 0% to 66%. is there. When the positional deviation in the X-axis direction is 0%, 33%, and 66%, the average value of the power transmission efficiency η of the coil Q is 77.8%, and the average value of the power transmission efficiency η of the coil P is It was 93.1%. Accordingly, it was confirmed that the power transmission efficiency η of the rectangular coil P is less likely to change due to the positional deviation in the X-axis direction than the square coil Q and can be maintained at a high value.

同様に、上述のシミュレーションモデルを用いて、平面パターンとして各長辺が互いに直交するように対向する一対の長方形状のコイルPが、X軸の正方向のみならず、X軸方向及びY軸方向に位置ずれする場合のシミュレーションを行った。具体的には、図10に示すように、一方のコイルP1の重心を点G0として、他方のコイルP2の重心が平面パターンとして点G1〜点G8に一致するように、コイルP2をコイルP1に対して相対的に移動させた場合の電力伝送効率ηをシミュレーションにより算出した。X軸およびY軸は、点G0を原点として、X軸方向とコイルP1の長辺との成す角が45°となるように定義した。   Similarly, using the simulation model described above, a pair of rectangular coils P facing each other so that their long sides are orthogonal to each other as a planar pattern are not only in the positive direction of the X axis but also in the X axis direction and the Y axis direction. A simulation was performed in the case where the position was shifted. Specifically, as shown in FIG. 10, the coil P2 is changed to the coil P1 so that the center of gravity of one coil P1 is the point G0 and the center of gravity of the other coil P2 is coincident with the points G1 to G8 as a plane pattern. On the other hand, the power transmission efficiency η in the case of relative movement was calculated by simulation. The X axis and the Y axis were defined such that the angle formed by the X axis direction and the long side of the coil P1 was 45 ° with the point G0 as the origin.

コイルP2の重心が点G0の場合、コイルPのX−Y平面の位置ずれはX軸方向0%、Y軸方向0%であり、この場合のコイルP間の電力伝送効率ηは、94.3%であった。コイルP2の重心が点G1の場合、X−Y平面の位置ずれはX軸方向66%、Y軸方向0%であり、この場合の電力伝送効率ηは、91.6%であった。以下同様に、点G2の場合の位置ずれはX軸方向33%、Y軸方向−33%であり、この場合の電力伝送効率ηは、95.0%であった。点G3の場合の位置ずれはX軸方向0%、Y軸方向−66%であり、この場合の電力伝送効率ηは、89.4%であった。点G4の場合の位置ずれはX軸方向−33%、Y軸方向−33%であり、この場合の電力伝送効率ηは、94.9%であった。点G5の場合の位置ずれはX軸方向−66%、Y軸方向0%であり、この場合の電力伝送効率ηは、91.6%であった。点G6の場合の位置ずれはX軸方向−33%、Y軸方向33%であり、この場合の電力伝送効率ηは94.8%であった。点G7の場合の位置ずれはX軸方向0%、Y軸方向66%であり、この場合の電力伝送効率ηは、91.6%であった。点G8の場合の位置ずれはX軸方向33%、Y軸方向33%であり、この場合の電力伝送効率ηは、94.9%であった。   When the center of gravity of the coil P2 is the point G0, the positional deviation of the coil P in the XY plane is 0% in the X-axis direction and 0% in the Y-axis direction. In this case, the power transmission efficiency η between the coils P is 94. 3%. When the center of gravity of the coil P2 is the point G1, the positional deviation in the XY plane is 66% in the X-axis direction and 0% in the Y-axis direction. In this case, the power transmission efficiency η is 91.6%. Similarly, the positional deviation at the point G2 is 33% in the X-axis direction and −33% in the Y-axis direction, and the power transmission efficiency η in this case is 95.0%. In the case of the point G3, the positional deviation was 0% in the X-axis direction and −66% in the Y-axis direction, and the power transmission efficiency η in this case was 89.4%. In the case of the point G4, the positional deviation was −33% in the X-axis direction and −33% in the Y-axis direction, and the power transmission efficiency η in this case was 94.9%. In the case of the point G5, the positional deviation is −66% in the X-axis direction and 0% in the Y-axis direction, and the power transmission efficiency η in this case is 91.6%. In the case of the point G6, the positional deviation was −33% in the X-axis direction and 33% in the Y-axis direction, and the power transmission efficiency η in this case was 94.8%. In the case of the point G7, the positional deviation was 0% in the X-axis direction and 66% in the Y-axis direction, and the power transmission efficiency η in this case was 91.6%. In the case of the point G8, the positional deviation was 33% in the X-axis direction and 33% in the Y-axis direction, and the power transmission efficiency η in this case was 94.9%.

以上のように、一対の長方形状のコイルPの電力伝送効率ηは、コイルP2の重心が点G0〜G8のすべての位置に移動した場合において89%以上であり、電力伝送効率ηの平均値は93.0%であった。よって、コイルP2の重心が、点G1〜G8が成す1辺が30cm(=2b)の正方形の領域S内に位置する場合において、コイルPの電力伝送効率ηは変化しにくく、高い値を維持可能であることが理解される。   As described above, the power transmission efficiency η of the pair of rectangular coils P is 89% or more when the center of gravity of the coil P2 moves to all positions G0 to G8, and the average value of the power transmission efficiency η. Was 93.0%. Therefore, when the center of gravity of the coil P2 is located in a square region S with one side formed by the points G1 to G8 being 30 cm (= 2b), the power transmission efficiency η of the coil P hardly changes and maintains a high value. It is understood that it is possible.

以上から、第1実施形態に係る電力伝送システムは、コイルPのように、平面パターンとして各長辺が互いに直交するように対向する一対の長方形状の送電コイル11及び受電コイル21を備えるため、平面方向の相対的位置の変動に起因する電力伝送効率ηの低減を抑制可能であることが理解される。   From the above, since the power transmission system according to the first embodiment includes the pair of rectangular power transmission coils 11 and power reception coils 21 that face each other so that the long sides are orthogonal to each other as a planar pattern, like the coil P, It will be understood that it is possible to suppress a reduction in power transmission efficiency η due to a change in relative position in the planar direction.

−実測−
以下、上述のシミュレーション結果の有効性を確認するために、シミュレーションモデルに対応するように作製された電力伝送システムの電力伝送効率ηの実測について説明する。
-Actual measurement-
Hereinafter, in order to confirm the effectiveness of the above-described simulation result, an actual measurement of the power transmission efficiency η of the power transmission system produced so as to correspond to the simulation model will be described.

先ず、上述のシミュレーションモデルのコイルPと同様の構成を有するように作製された、送電コイル11及び受電コイルにそれぞれ対応する実測用の一対の長方形状のコイルについて説明する。実測用コイルは、表皮効果等による巻線抵抗の増大を防ぐため、直径3mmの銅パイプにより作製された。図11に示すように、実測用コイルの各パラメータの実測値は、ANSYS HFSS(登録商標)によるシミュレーションモデルの各パラメータに近いことが確認された。   First, a pair of rectangular coils for measurement corresponding to the power transmission coil 11 and the power reception coil, respectively, manufactured so as to have the same configuration as the coil P of the simulation model described above will be described. The actual measurement coil was made of a copper pipe having a diameter of 3 mm in order to prevent an increase in winding resistance due to the skin effect or the like. As shown in FIG. 11, it was confirmed that the measured values of the parameters of the measurement coil are close to the parameters of the simulation model by ANSYS HFSS (registered trademark).

次に、上述のシミュレーションモデルの整合回路と同様の構成を有するように作製された、送電側整合回路13及び受電側整合回路23にそれぞれ対応する実測用の整合回路について説明する。ここでは、図7A〜図7Cに示す例と同様に、それぞれX軸方向の位置ずれが0%,33%,66%の一対の実測用コイルを二端子対回路として、ネットワークアナライザにより二端子対回路のSパラメータを取得した。SパラメータはMATLAB(登録商標)によりZパラメータに変換され、上述のシミュレーションモデルの設計と同様に、X軸方向の位置ずれが0%,33%,66%のときの電力伝送効率ηの平均値が最大となる整合回路の形状及び各素子の値が決定される。以上のように決定された値に近いチップコンデンサ及び空芯コンデンサを、決定された回路形状を成すようにプリント基板にはんだ付けすることにより、実測用の整合回路が作製された。   Next, a description will be given of actual measurement matching circuits respectively corresponding to the power transmission side matching circuit 13 and the power receiving side matching circuit 23, which are manufactured to have the same configuration as the above-described simulation model matching circuit. Here, as in the example shown in FIGS. 7A to 7C, a pair of actual measurement coils whose positional deviations in the X-axis direction are 0%, 33%, and 66%, respectively, are used as a two-terminal pair circuit. The S parameter of the circuit was acquired. The S parameter is converted to Z parameter by MATLAB (registered trademark), and the average value of the power transmission efficiency η when the positional deviation in the X-axis direction is 0%, 33%, and 66%, as in the above simulation model design. The shape of the matching circuit and the value of each element that maximizes the value are determined. A matching circuit for actual measurement was manufactured by soldering chip capacitors and air-core capacitors close to the values determined as described above to the printed circuit board so as to form the determined circuit shape.

電力伝送効率ηの実測は、一対のコイル及び整合回路を含む二端子対回路のSパラメータを取得することにより行われた。具体的には、平面パターンとして長辺が互いに直交するように対向させた実測用の一対のコイルのX軸方向の位置ずれが0%,33%,66%のときの各Sパラメータを、ネットワークアナライザにより取得し、それぞれ|S212を算出することにより電力伝送効率ηを取得した。 The actual measurement of the power transmission efficiency η was performed by acquiring S parameters of a two-terminal pair circuit including a pair of coils and a matching circuit. Specifically, each S parameter when the positional deviation in the X-axis direction of a pair of coils for actual measurement opposed so that the long sides are orthogonal to each other as a planar pattern is 0%, 33%, 66%, The power transmission efficiency η was obtained by obtaining with an analyzer and calculating | S 21 | 2 respectively.

図12に示すように、第1実施形態に係る長方形状のコイルを用いた電力伝送システムの電力伝送効率ηの実測値は、位置ずれが0%〜66%の範囲において概ね85%以上という高い値を維持した。また、実測値は、図9のシミュレーション結果に概ね一致した。これにより、平面パターンとして長辺が互いに直交するように対向する長方形状のコイルは、位置ずれにより変化しにくく、高い値を維持可能な電力伝送効率ηを実現することが確認された。   As shown in FIG. 12, the measured value of the power transmission efficiency η of the power transmission system using the rectangular coil according to the first embodiment is as high as approximately 85% or more in the range where the positional deviation is 0% to 66%. The value was maintained. Moreover, the actual measurement value substantially coincided with the simulation result of FIG. As a result, it was confirmed that the rectangular coils that face each other so that the long sides are orthogonal to each other as a planar pattern are less likely to change due to misalignment and realize a power transmission efficiency η that can maintain a high value.

なお、X軸方向の位置ずれが0%,33%,66%のときの電力伝送効率ηの実測値の平均値は89.6%であり、シミュレーション結果に比べて3.5%程低い値であった。実測値がシミュレーション結果に比べて僅かに低い値となった原因は、実測用コイルの形状の誤差や整合回路の損失等が考えられる。   In addition, the average value of the measured value of the power transmission efficiency η when the positional deviation in the X-axis direction is 0%, 33%, and 66% is 89.6%, which is about 3.5% lower than the simulation result. Met. The reason why the actually measured value is slightly lower than the simulation result may be an error in the shape of the actually measuring coil, a loss in the matching circuit, or the like.

−コイル設計−
上述のシミュレーション及び実測では、コイルの長辺の長さaを45cm、短辺の幅bを15cmとした。このとき、1つのコイルの全面積に対する伝送領域Rの面積比は、長辺と短辺のアスペクト比1/3に一致し、伝送領域Rの面積は225cm(=b2)となる。ここで、図10に破線で示したような1辺の長さが2bで、1辺がコイルの長辺に平行な正方形の領域Sを定義する。図10おいて、実線で示した右上がりの長方形のコイルP1の重心を中心として有する、破線の正方形の領域S内に、左上がりの長方形となる他方のコイルの重心が平面上で移動するとき、伝送領域Rの面積が一定となり、高い電力伝送効率ηが維持される。右上がりのコイルP1の重心を原点とすると、Y軸方向の位置ずれがないとき、X軸方向の位置ずれの許容範囲が最大となり、正負両方向にそれぞれ21.2cm(=21/2b)の範囲となる。同様に、X軸方向の位置ずれがないとき、Y軸方向の位置ずれの許容範囲が最大となり、正負両方向にそれぞれ21.2cm(=21/2b)の範囲となる。
-Coil design-
In the above simulation and actual measurement, the length a of the long side of the coil was 45 cm, and the width b of the short side was 15 cm. At this time, the area ratio of the transmission region R to the entire area of one coil coincides with the aspect ratio 1/3 of the long side and the short side, and the area of the transmission region R is 225 cm 2 (= b 2 ). Here, a square region S having a side length of 2b as shown by a broken line in FIG. 10 and a side parallel to the long side of the coil is defined. In FIG. 10, when the center of gravity of the other coil that becomes a left-upward rectangle moves on a plane in the square area S of the broken line that has the center of gravity of the right-upward rectangular coil P <b> 1 indicated by a solid line as a center. The area of the transmission region R becomes constant, and high power transmission efficiency η is maintained. If the center of gravity of the coil P1 rising to the right is used as the origin, when there is no position shift in the Y-axis direction, the allowable range of the position shift in the X-axis direction is the maximum, 21.2 cm (= 2 1/2 b) in both the positive and negative directions. It becomes the range. Similarly, when there is no positional deviation in the X-axis direction, the allowable range of positional deviation in the Y-axis direction is the maximum, and the range is 21.2 cm (= 2 1/2 b) in both the positive and negative directions.

これに対して、図13に示すように、コイルの長辺の長さa=40cm、短辺の幅b=20cmとすると、1つのコイルの全面積に対する伝送領域Rの面積比は1/2であり、伝送領域Rの面積は400cm(=b2)となる。このとき、伝送領域Rの面積が一定となる範囲を示す正方形の1辺の長さは20cm(=b)となる。また、Y軸方向の位置ずれがないとき、X軸方向の位置ずれの許容範囲が最大となり、正負両方向にそれぞれ14.1cm(=b/(21/2))の範囲となる。同様に、X軸方向の位置ずれがないとき、Y軸方向の位置ずれの許容範囲が最大となり、正負両方向にそれぞれ14.1cm(=b/(21/2))の範囲となる。このように、面積比が大きい場合、送電側及び受電側のコイルの重なる部分で定義される伝送領域Rの面積が増えて磁気的な結合が強化されるため、結合係数kを大きくすることができるが、X軸及びY軸方向の位置ずれの許容範囲が小さくなってしまうトレードオフ(二律背反)の関係が発生する。 On the other hand, as shown in FIG. 13, if the length of the long side of the coil is a = 40 cm and the width of the short side is b = 20 cm, the area ratio of the transmission region R to the total area of one coil is 1/2. And the area of the transmission region R is 400 cm 2 (= b 2 ). At this time, the length of one side of the square indicating the range in which the area of the transmission region R is constant is 20 cm (= b). Further, when there is no positional deviation in the Y-axis direction, the allowable range of positional deviation in the X-axis direction is maximized, and the range is 14.1 cm (= b / (2 1/2 )) in both positive and negative directions. Similarly, when there is no positional deviation in the X-axis direction, the allowable range of positional deviation in the Y-axis direction is maximized, and the range is 14.1 cm (= b / (2 1/2 )) in both positive and negative directions. Thus, when the area ratio is large, the area of the transmission region R defined by the overlapping portions of the coils on the power transmission side and the power reception side is increased and the magnetic coupling is strengthened, so that the coupling coefficient k can be increased. However, a trade-off relationship occurs in which the allowable range of misalignment in the X-axis and Y-axis directions is reduced.

また、図14に示すように、コイルの長辺の長さa=40cm、短辺の幅b=10cmとすると、1つのコイルの全面積に対する伝送領域Rの面積比は1/4であり、伝送領域Rの面積は100cm(=b2)となる。このとき、伝送領域Rの面積が一定となる範囲を示す正方形の1辺の長さは30cm(=3b)となる。また、Y軸方向の位置ずれがないとき、X軸方向の位置ずれの許容範囲が最大となり、正負両方向にそれぞれ21.4cm(=3b/(21/2))の範囲となる。同様に、X軸方向の位置ずれがないとき、Y軸方向の位置ずれの許容範囲が最大となり、正負両方向にそれぞれ21.4cm(=3b/(21/2))の範囲となる。面積比が小さい場合、伝送領域Rの面積が小さくなってしまうため結合係数kは小さくなるが、X軸及びY軸方向の位置ずれの許容範囲を大きくすることができる。 Moreover, as shown in FIG. 14, when the length of the long side of the coil is a = 40 cm and the width of the short side is b = 10 cm, the area ratio of the transmission region R to the total area of one coil is 1/4, The area of the transmission region R is 100 cm 2 (= b 2 ). At this time, the length of one side of the square indicating the range in which the area of the transmission region R is constant is 30 cm (= 3b). Further, when there is no positional deviation in the Y-axis direction, the allowable range of positional deviation in the X-axis direction is the maximum, and the range is 21.4 cm (= 3b / (2 1/2 )) in both positive and negative directions. Similarly, when there is no positional deviation in the X-axis direction, the allowable range of positional deviation in the Y-axis direction is the maximum, and the range is 21.4 cm (= 3b / (2 1/2 )) in both the positive and negative directions. When the area ratio is small, the area of the transmission region R becomes small and the coupling coefficient k becomes small, but the allowable range of positional deviation in the X-axis and Y-axis directions can be increased.

以上のように、コイル間の結合係数kと位置ずれの許容範囲との間には、トレードオフの関係がある。したがって、コイルの面積比は、結合係数k及び位置ずれの許容範囲の設計値を考慮してコイルの形状を決定することにより、適宜調整されればよい。   As described above, there is a trade-off relationship between the coupling coefficient k between the coils and the allowable range of positional deviation. Therefore, the area ratio of the coil may be adjusted as appropriate by determining the shape of the coil in consideration of the coupling coefficient k and the design value of the allowable range of displacement.

以上説明したように、第1実施形態に係る電力伝送システムによれば、それぞれ長方形状の送電コイル11及び受電コイル21が、平面パターンとして各長辺が互いに直交するように対向した状態で電力が伝送されるため、コイルの平面パターンが重なり合う部分で定義される伝送領域Rの面積の、位置ずれによる変化を抑制することができる。よって、第1実施形態に係る電力伝送システムは、送電コイル11及び受電コイル21間の結合係数kを安定させることができ、コイル間の相対的な位置ずれに起因する電力伝送効率ηの低減を抑制することができる。   As described above, according to the power transmission system according to the first embodiment, the power is transmitted in a state where the rectangular power transmission coil 11 and power reception coil 21 face each other so that the long sides are orthogonal to each other as a planar pattern. Since the data is transmitted, it is possible to suppress a change in the area of the transmission region R defined by the portion where the planar patterns of the coils overlap with each other due to the displacement. Therefore, the power transmission system according to the first embodiment can stabilize the coupling coefficient k between the power transmission coil 11 and the power reception coil 21, and reduce the power transmission efficiency η due to the relative displacement between the coils. Can be suppressed.

仮に、平面パターンとして一致するように正対して配置された長方形状のコイル間で、磁界共振結合方式で非接触電力伝送を行う場合、コイル間に平面方向における位置ずれが生じると、電力伝送効率が著しく低下してしまう。この問題に対して、円形状や正方形状のコイルを採用すること他に、受電側のコイルより大きな送電側のコイルやアレイ状に配置された複数の単位コイルのパターンを採用する場合があったが、この場合、接地面積が大きくなってしまったり、設計が複雑になったりする可能性があった。   If non-contact power transmission is performed by a magnetic resonance coupling method between rectangular coils arranged to face each other so as to coincide with each other as a plane pattern, the power transmission efficiency is reduced if a positional deviation occurs in the plane direction between the coils. Will drop significantly. For this problem, in addition to adopting a circular or square coil, there are cases in which a coil on the power transmission side larger than the coil on the power reception side or a pattern of a plurality of unit coils arranged in an array is used. However, in this case, there is a possibility that the ground contact area becomes large or the design becomes complicated.

第1実施形態に係る電力伝送システムによれば、互いに対向する一対の長方形状のコイルが、平面パターンとして各長辺が互いに直交するように配置されるという簡単な構成で、コイル間の相対的な位置ずれに起因する電力伝送効率の低減を抑制することができる。よって、第1実施形態に係る電力伝送システムによれば、簡単に小型化が可能であり、複雑な設計や多量の材料が不要になるという技術的利点に加えて、可変インピーダンス整合回路が不要であるため製造コストを低減することができるという顕著な技術的効果を奏することができる。   According to the power transmission system according to the first embodiment, a pair of rectangular coils facing each other are arranged in a simple configuration such that each long side is orthogonal to each other as a planar pattern, and the relative relationship between the coils It is possible to suppress a reduction in power transmission efficiency due to a slight misalignment. Therefore, according to the power transmission system according to the first embodiment, it is possible to easily reduce the size, and in addition to the technical advantage that a complicated design and a large amount of material are unnecessary, a variable impedance matching circuit is not necessary. Therefore, a remarkable technical effect that the manufacturing cost can be reduced can be obtained.

(第2実施形態)
本発明の第2実施形態に係る電力伝送システムは、図15に示すように、複数の送電コイル11_1,11_2,……,11_n(n:2以上の整数)を2次元配列したシート状の送電装置10Aを電力送電用シートとして備える点で、便宜上、単一の送電コイル11で例示的に説明した送電装置10を備える第1実施形態に係る電力伝送システムと異なる。第2実施形態において説明しない構成、作用及び効果は、第1実施形態と同様であるため省略する。
(Second Embodiment)
As shown in FIG. 15, the power transmission system according to the second embodiment of the present invention is a sheet-like power transmission in which a plurality of power transmission coils 11_1, 11_2,..., 11_n (n: an integer of 2 or more) are two-dimensionally arranged. For the sake of convenience, it differs from the power transmission system according to the first embodiment including the power transmission device 10 described as an example with a single power transmission coil 11 in that the device 10A is provided as a power transmission sheet. Since configurations, operations, and effects that are not described in the second embodiment are the same as those in the first embodiment, descriptions thereof are omitted.

送電装置10Aは、例えば、複数の送電装置10_1,10_2,……,10_nを含む。複数の送電装置10_1〜10_nは、複数の送電コイル11_1〜11_nと、複数の送電コイル11_1〜11_nにそれぞれ対応する複数の送電側共振コンデンサ12_1〜12_nと、複数の送電側整合回路13_1〜13_nと、複数の電源回路14_1〜14_nと、複数の第1の制御回路15_1〜15_nとをそれぞれ備える。複数の送電側整合回路13_1〜13_nは、複数の送電コイル11_1〜11_n及び複数の送電側共振コンデンサ12_1〜12_nからそれぞれ構成される複数の共振回路のインピーダンス整合をそれぞれ行う。複数の送電側整合回路13_1〜13_nのそれぞれのインピーダンスは、各送電コイル11_1〜11_nから受電コイル21への電力伝送効率ηが最大となるように設計されるが、電力伝送時には固定インピーダンスで使用できる。   The power transmission device 10A includes, for example, a plurality of power transmission devices 10_1, 10_2,. The plurality of power transmission devices 10_1 to 10_n include a plurality of power transmission coils 11_1 to 11_n, a plurality of power transmission side resonance capacitors 12_1 to 12_n respectively corresponding to the plurality of power transmission coils 11_1 to 11_n, and a plurality of power transmission side matching circuits 13_1 to 13_n. And a plurality of power supply circuits 14_1 to 14_n and a plurality of first control circuits 15_1 to 15_n, respectively. The plurality of power transmission side matching circuits 13_1 to 13_n respectively perform impedance matching of a plurality of resonance circuits each including a plurality of power transmission coils 11_1 to 11_n and a plurality of power transmission side resonance capacitors 12_1 to 12_n. The impedance of each of the plurality of power transmission side matching circuits 13_1 to 13_n is designed so that the power transmission efficiency η from each of the power transmission coils 11_1 to 11_n to the power reception coil 21 is maximized. .

第2実施形態に係る電力伝送システムは、図16に示すように、工場用の無人搬送車(AGV)等の移動体50を駆動する電源(2次電源)である蓄電池を充電する非接触送電システム等に適用可能である。このため、第2実施形態に係る電力伝送システムでは、移動体50の走行することが予定されている走行路の表面に、一定のピッチで周期的に配列された複数の送電コイル11_1〜11_nを有する送電コイルユニット30Aを備えた送電装置10Aを電力送電用シートとして工場の床面に用意する。そして、移動体50の底面(下面)に固定された受電装置20に対して、送電装置10Aをなす電力送電用シートの送電コイル11_1〜11_nのそれぞれから、無線で電力が逐次供給される。受電装置20が備える受電コイルユニット40は、複数の送電コイル11_1〜11_nがなす第1平面に平行に対向する移動体50の底面に相対的に固定された単一の受電コイル21を有する。   As shown in FIG. 16, the power transmission system according to the second embodiment is a non-contact power transmission that charges a storage battery that is a power source (secondary power source) that drives a moving body 50 such as an automatic guided vehicle (AGV) for a factory. Applicable to systems and the like. For this reason, in the power transmission system according to the second embodiment, the plurality of power transmission coils 11_1 to 11_n periodically arranged at a constant pitch are provided on the surface of the traveling path on which the moving body 50 is scheduled to travel. A power transmission device 10A including the power transmission coil unit 30A is prepared as a power transmission sheet on the floor of a factory. Then, electric power is sequentially supplied wirelessly from each of the power transmission coils 11_1 to 11_n of the power transmission sheet constituting the power transmission device 10A to the power reception device 20 fixed to the bottom surface (lower surface) of the moving body 50. The power receiving coil unit 40 included in the power receiving device 20 includes a single power receiving coil 21 that is relatively fixed to the bottom surface of the moving body 50 that faces the first plane formed by the plurality of power transmitting coils 11_1 to 11_n in parallel.

複数の第1の制御回路15_1〜15_nのそれぞれは、例えば、移動体50が複数の送電コイル11_1〜11_nが配列された走行路を走行することにより受電コイル21の平面パターンが、対応する送電コイル11_1〜11_nの平面パターンに重なる位置に配置されることに応じて、対応する電源回路14_1〜14_nに駆動信号を送信する。電源回路14_1〜14_nは、対応する第1の制御回路15_1〜15_nから送信される駆動信号に応じて、対応する複数の送電コイル11_1〜11_n及び複数の送電側共振コンデンサ12_1〜12_nからそれぞれ構成される送電側共振回路に供給する所定の周波数の交流電力を生成する。   Each of the plurality of first control circuits 15_1 to 15_n has, for example, a plane pattern of the power reception coil 21 corresponding to the power transmission coil corresponding to the moving body 50 traveling on a traveling path in which the plurality of power transmission coils 11_1 to 11_n are arranged. Drive signals are transmitted to the corresponding power supply circuits 14_1 to 14_n in response to being arranged at positions overlapping the planar patterns 11_1 to 11_n. The power supply circuits 14_1 to 14_n are respectively configured from a plurality of corresponding power transmission coils 11_1 to 11_n and a plurality of power transmission side resonance capacitors 12_1 to 12_n according to drive signals transmitted from the corresponding first control circuits 15_1 to 15_n. AC power having a predetermined frequency to be supplied to the power transmission side resonance circuit is generated.

複数の送電コイル11_1〜11_nは、第1の遮蔽板31及び第1の磁性シート32(図3参照)に沿う第1平面上に、互いに同一の長方形状に巻かれて図16に示すように配列されて電力送電用シートを構成する。複数の送電コイル11_1〜11_nは、第1平面における一方向(Y軸方向)に配列されて移動体50の走行経路を帯状に定義する。具体的には、各送電コイル11_1〜11_nは、他の送電コイル11_1〜11_nの何れかのパターンが一方向に平行移動するときの写像に一致するように、等間隔に配置される。このため、送電コイルユニット30Aが備える第1の遮蔽板31、第1の磁性シート32及び第1のカバー33は、それぞれ、複数の送電コイル11_1〜11_nの配列方向(Y軸方向)に延伸する帯状の構成となる。また、複数の送電コイル11_1〜11_nは、平面パターンとして、各長辺が、帯状の配列方向に対して45°傾斜するように、一定ピッチ、同一配向、同一寸法で周期的に配置されて電力送電用シートを構成している。   The plurality of power transmission coils 11_1 to 11_n are wound in the same rectangular shape on the first plane along the first shielding plate 31 and the first magnetic sheet 32 (see FIG. 3), as shown in FIG. Arranged to constitute a power transmission sheet. The plurality of power transmission coils 11_1 to 11_n are arranged in one direction (Y-axis direction) on the first plane to define the travel route of the moving body 50 in a belt shape. Specifically, the power transmission coils 11_1 to 11_n are arranged at equal intervals so as to coincide with the mapping when any pattern of the other power transmission coils 11_1 to 11_n moves in one direction. For this reason, the 1st shielding board 31, the 1st magnetic sheet 32, and the 1st cover 33 with which power transmission coil unit 30A is provided are each extended in the arrangement direction (Y-axis direction) of a plurality of power transmission coils 11_1-11_n. It becomes a belt-like configuration. In addition, the plurality of power transmission coils 11_1 to 11_n are periodically arranged as a planar pattern with a constant pitch, the same orientation, and the same dimensions so that each long side is inclined by 45 ° with respect to the strip-shaped arrangement direction. It constitutes a power transmission sheet.

既に述べたように、第2実施形態に係る電力伝送システムにおいては、移動体50の底面に単一の受電コイル21を有する受電コイルユニット40が固定される。移動体50は、複数の送電コイル11_1〜11_nが帯状の領域内に配列された第1平面に沿って、第1平面の上方を平行に移動する。受電コイル21は、概略として矩形平板状であるが、第1平面に平行な第2平面上に位置している。受電コイル21は、移動体50が帯状の走行経路の上を移動するのに伴って、複数の送電コイル11_1〜11_nが配列された電力送電用シートの上を順次平行に移動する。   As already described, in the power transmission system according to the second embodiment, the power receiving coil unit 40 having the single power receiving coil 21 is fixed to the bottom surface of the moving body 50. The moving body 50 moves in parallel above the first plane along the first plane in which the plurality of power transmission coils 11_1 to 11_n are arranged in the band-shaped region. The power receiving coil 21 is generally a rectangular flat plate, but is located on a second plane parallel to the first plane. The power receiving coil 21 sequentially moves in parallel on the power transmission sheet on which the plurality of power transmission coils 11_1 to 11_n are arranged as the moving body 50 moves on the belt-shaped travel route.

第1実施形態に係る電力伝送システムと同様に、受電コイル21は、第2平面上に各送電コイル11_1〜11_nの短辺より長い長辺、及び各送電コイル11_1〜11_nの長辺より短い短辺を有する長方形状に巻かれる。受電コイル21の平面パターンは、長辺が各送電コイル11_1〜11_nの長辺に直交し、各送電コイル11_1〜11_nの平面パターンと重なる状態で、各送電コイル11_1〜11_nから非接触で逐次受電して移動する。詳細には、受電コイル21の平面パターンが、各送電コイル11_1〜11_nの平面パターンのそれぞれと順次重なる部分で定義される伝送領域Rが、各送電コイル11_1〜11_nの短辺の幅b1と同じ長さの第1辺と、受電コイル21の短辺の幅b2と同じ長さの、第1辺に隣接する第2辺とを有する長方形となる状態で、各送電コイル11_1〜11_nのそれぞれから非接触で順次受電しながら平行移動する。   Similarly to the power transmission system according to the first embodiment, the power receiving coil 21 has a long side longer than the short sides of the power transmission coils 11_1 to 11_n and a short side shorter than the long sides of the power transmission coils 11_1 to 11_n on the second plane. It is wound into a rectangular shape with sides. The power receiving coil 21 has a planar pattern in which the long side is orthogonal to the long side of each of the power transmission coils 11_1 to 11_n and overlaps with the planar pattern of each of the power transmission coils 11_1 to 11_n. Then move. Specifically, the transmission region R defined by the portion where the planar pattern of the power receiving coil 21 sequentially overlaps with the planar pattern of each of the power transmission coils 11_1 to 11_n is the same as the width b1 of the short side of each of the power transmission coils 11_1 to 11_n. From each of the power transmission coils 11_1 to 11_n in a rectangular shape having a first side of the length and a second side adjacent to the first side having the same length as the width b2 of the short side of the power receiving coil 21. Move in parallel while receiving power sequentially without contact.

具体的には、受電コイル21の平面パターンの配向は、長辺が複数の送電コイル11_1〜11_nの各長辺に直交するように選択される。このように配向された選択された受電コイル21は、第2平面に沿って移動する前後方向が定義された移動体50の底部に、移動体50の前後方向が複数の送電コイル11_1〜11_nの配列方向に沿う状態で固定される。このような幾何学的方位の選択により、図16に示すように、走行路に配列された複数の送電コイル11_1〜11_nの上方を移動体50が走行する間、受電コイル21の長辺が常に複数の送電コイル11_1〜11_nの各長辺と直交しているので、走行路に直交する方向に移動体50の位置が変位しても、各送電コイル11_1〜11_nの平面パターンと重なる状態が維持される。   Specifically, the orientation of the planar pattern of the power reception coil 21 is selected so that the long side is orthogonal to the long sides of the plurality of power transmission coils 11_1 to 11_n. The selected power receiving coil 21 oriented in this way has a plurality of power transmission coils 11_1 to 11_n in the front-rear direction of the moving body 50 at the bottom of the moving body 50 in which the front-rear direction moving along the second plane is defined. Fixed in a state along the arrangement direction. With such selection of the geometric orientation, as shown in FIG. 16, while the moving body 50 travels above the plurality of power transmission coils 11_1 to 11_n arranged on the travel path, the long side of the power reception coil 21 is always set. Since it is orthogonal to each long side of the plurality of power transmission coils 11_1 to 11_n, even if the position of the moving body 50 is displaced in a direction orthogonal to the traveling path, the state of overlapping with the planar pattern of each power transmission coil 11_1 to 11_n is maintained. Is done.

図17は、電力送電用シートを構成している複数の送電コイル11_1〜11_nのうちの1つの送電コイル11_nに着目した図である。受電コイル21は、図3に示したのと同様に、送電コイル11_nの上方に位置しながら平行移動する。即ち、図17に示した配列方向(Y軸方向)に沿って、受電コイル21は矢印の方向に平行移動するが、移動体50が走行する間に送電コイル11_nの平面パターンと受電コイル21の平面パターンが重なる部分で定義される伝送領域Rの面積が一定となる時間を増加させることができる。更に、受電コイル21は、走行路の幅方向、即ち移動体50の左右方向(X軸方向)において、所定の範囲内で位置ずれする限り、各送電コイル11_1〜11_nの平面パターンと重なり合う部分で定義される伝送領域Rの面積が変化しない。よって、移動体50が走行する間、複数の送電コイル11_1〜11_nに対して左右方向に位置ずれする場合であっても、伝送領域Rの面積の変化を低減することができ、位置ずれの許容範囲を向上することができる。   FIG. 17 is a diagram focusing on one power transmission coil 11_n among the plurality of power transmission coils 11_1 to 11_n constituting the power transmission sheet. Similarly to the power receiving coil 21 shown in FIG. 3, the power receiving coil 21 moves in parallel while being positioned above the power transmitting coil 11_n. That is, the power receiving coil 21 translates in the direction of the arrow along the arrangement direction (Y-axis direction) shown in FIG. 17, but the plane pattern of the power transmitting coil 11_n and the power receiving coil 21 while the moving body 50 travels. It is possible to increase the time during which the area of the transmission region R defined by the portion where the planar patterns overlap is constant. Furthermore, the power receiving coil 21 is a portion that overlaps with the planar pattern of each of the power transmitting coils 11_1 to 11_n as long as the power receiving coil 21 is displaced within a predetermined range in the width direction of the traveling path, that is, the left-right direction (X-axis direction) of the moving body 50. The area of the defined transmission region R does not change. Therefore, even when the mobile body 50 travels, the change in the area of the transmission region R can be reduced even if the position of the plurality of power transmission coils 11_1 to 11_n is shifted in the left-right direction. The range can be improved.

移動体50が、複数の送電コイル11_1〜11_nが配列された走行経路の上を走行するに伴い、受電コイル21は、複数の送電コイル11_1〜11_nのそれぞれから順次、電力を継続的に受信する。受電コイル21が、複数の送電コイル11_1〜11_nのそれぞれから順次受信した電力によって、移動体50に搭載された2次電源となる蓄電池を充電する。具体的には、床側のシート状の送電装置10Aの複数の送電コイル11_1〜11_nのそれぞれから電力伝送が開始されると、移動体50側の受電装置20では、受電側共振回路(21,22)により交流電力が受信され、受電側整合回路23を介して負荷回路24に供給される。負荷回路24では、第2の制御回路25の制御に応じて、受電コイル21が受信した交流電力を、蓄電池に供給する所定の直流電流に変換して、直流電流が移動体50の蓄電池に供給されることにより、蓄電池が充電される。   As the moving body 50 travels on the travel route on which the plurality of power transmission coils 11_1 to 11_n are arranged, the power reception coil 21 sequentially receives power sequentially from each of the plurality of power transmission coils 11_1 to 11_n. . The power receiving coil 21 charges a storage battery serving as a secondary power source mounted on the moving body 50 with the power sequentially received from each of the plurality of power transmitting coils 11_1 to 11_n. Specifically, when power transmission is started from each of the plurality of power transmission coils 11_1 to 11_n of the sheet-shaped power transmission device 10A on the floor side, the power reception device 20 on the mobile object 50 side receives the power reception side resonance circuit (21, 22), AC power is received and supplied to the load circuit 24 via the power receiving side matching circuit 23. In the load circuit 24, the AC power received by the power receiving coil 21 is converted into a predetermined DC current supplied to the storage battery according to the control of the second control circuit 25, and the DC current is supplied to the storage battery of the moving body 50. As a result, the storage battery is charged.

−コイル設計−
以下、第1実施形態と同様にANSYS HFSS(登録商標)によるシミュレーションを使用して、第2実施形態に係る電力伝送システムに適用可能なコイル設計の例及びその技術的効果に関して説明する。第1実施形態では共振周波数として13.56MHzを採用したが、ここでは、電気自動車(EV)等に用いられる給電装置の駆動周波数の一例として85kHzを採用する。
-Coil design-
Hereinafter, the example of the coil design applicable to the electric power transmission system which concerns on 2nd Embodiment, and its technical effect are demonstrated using the simulation by ANSYS HFSS (trademark) similarly to 1st Embodiment. In the first embodiment, 13.56 MHz is adopted as the resonance frequency, but here, 85 kHz is adopted as an example of the drive frequency of the power feeding device used for an electric vehicle (EV) or the like.

図4で定義したのと同様に、各送電コイル11_1〜11_n及び受電コイル21に対応する一対のコイルPとして、長辺の長さa及び短辺の幅bを有する長方形状に巻かれたコイルを定義する。ここでは、長さa=52.5cm、幅b=22.5cmとし、一対のコイル間の距離は10cmを採用した。一対のコイルPのパターンが重なり合う部分で定義される伝送領域Rの面積は、506.25cm(=b2)であり、第1実施形態と比べて、周波数の低下により領域Sの面積が増大している。 As defined in FIG. 4, a pair of coils P corresponding to each of the power transmission coils 11_1 to 11_n and the power reception coil 21 are wound in a rectangular shape having a long side length a and a short side width b. Define Here, the length a is 52.5 cm, the width b is 22.5 cm, and the distance between the pair of coils is 10 cm. The area of the transmission region R defined by the portion where the pattern of the pair of coils P overlaps is 506.25 cm 2 (= b 2 ), and the area of the region S increases due to a decrease in frequency compared to the first embodiment. doing.

また、コイルPの比較例として、長さcの1辺を有する正方形状のコイルQを定義した。長さcは、第1実施形態と同様に32cmを採用し、X軸方向の位置ずれについても、第1実施形態における33%,66%のときの移動距離である106mm,212mmを、一方のコイルに対して他方のコイルがX軸方向に平行移動する距離と定義した。なお、コイルQの自己インダクタンスはコイルPと同じ195μHである。   As a comparative example of the coil P, a square coil Q having one side having a length c is defined. The length c is 32 cm as in the first embodiment, and the displacements in the X-axis direction are 106 mm and 212 mm, which are the movement distances at 33% and 66% in the first embodiment. It was defined as the distance that the other coil moved parallel to the X axis direction with respect to the coil. The self-inductance of the coil Q is 195 μH which is the same as that of the coil P.

図18に示すように、比較例に係る正方形状のコイルQの電力伝送効率ηは、X軸方向の位置ずれが0〜130mmの範囲において概ね90%以上という高い値を維持するが、位置ずれが130mmから212mmまで変化するに連れて75%程度まで低下してしまう。一方、第2実施形態に係る長方形状のコイルPの電力伝送効率ηは、位置ずれが0〜212mmの範囲において概ね80%以上という高い値を維持した状態でほぼ一定である。特に、図16に定義したX軸方向の位置ずれが212mmのときの、第2実施形態に係るコイルPの電力伝送効率ηは、比較例に係るコイルQと比べて10%程度高い。よって、第2実施形態に係る長方形状のコイルPの電力伝送効率ηは、比較例に係る正方形状のコイルQに比べて、位置ずれにより変化しにくく、高い値を維持可能であることが確認された。   As shown in FIG. 18, the power transmission efficiency η of the square coil Q according to the comparative example maintains a high value of approximately 90% or more in the range where the positional deviation in the X-axis direction is 0 to 130 mm. As the value changes from 130 mm to 212 mm, it decreases to about 75%. On the other hand, the power transmission efficiency η of the rectangular coil P according to the second embodiment is substantially constant in a state where a high value of approximately 80% or more is maintained in the range where the positional deviation is 0 to 212 mm. In particular, when the positional deviation in the X-axis direction defined in FIG. 16 is 212 mm, the power transmission efficiency η of the coil P according to the second embodiment is about 10% higher than that of the coil Q according to the comparative example. Therefore, it is confirmed that the power transmission efficiency η of the rectangular coil P according to the second embodiment is less likely to change due to misalignment than the square coil Q according to the comparative example, and can maintain a high value. It was done.

また、図19に示すように、比較例に係る正方形状のコイルQ及び第2実施形態に係る長方形状のコイルPそれぞれの受電側における出力電圧を取得した。コイルQの出力電圧は、X軸方向の位置ずれが0〜212mmまで変化する間、25V程度変動するのに対して、コイルPの出力電圧は、14V程度しか変動しなかった。これにより、長方形状のコイルPの出力電圧は、正方形状のコイルQに比べて、位置ずれにより変動しにくいことが確認された。   Further, as shown in FIG. 19, output voltages on the power receiving side of the square coil Q according to the comparative example and the rectangular coil P according to the second embodiment were obtained. The output voltage of the coil Q fluctuated about 25V while the positional deviation in the X-axis direction changed from 0 to 212 mm, whereas the output voltage of the coil P fluctuated only about 14V. Thus, it was confirmed that the output voltage of the rectangular coil P is less likely to fluctuate due to misalignment than the square coil Q.

なお、第2実施形態に係るコイルPが電気自動車に搭載されている場合には、電気自動車を停止させた状態で非接触送電を行う場合にも、停止位置の位置ずれによる電力伝送効率ηのばらつきを防止できる。   In addition, when the coil P according to the second embodiment is mounted on an electric vehicle, the power transmission efficiency η due to the displacement of the stop position can be achieved even when performing non-contact power transmission with the electric vehicle stopped. Variations can be prevented.

以上のように、第2実施形態に係る電力伝送システムによれば、電力送電用シートを構成している複数の長方形状の送電コイル11_1〜11_nの平面パターンのそれぞれと単一の受電コイル21の平面パターンとが、各長辺が互いに直交するように対向した配向を用いているので伝送領域Rの面積の位置ずれによる変化を抑制することができる。よって、第2実施形態に係る電力伝送システムは、複数の送電コイル11_1〜11_nのそれぞれと移動体50に固定された受電コイル21との間の結合係数kを安定させることができる。このため、工場用のAGV等への非接触電力伝送において、簡単なシステム構成で、コイル間の相対的な位置ずれに起因する電力伝送効率ηの低減を抑制することができる。即ち、複数の送電コイル11_1〜11_nのそれぞれからAGV等の移動体50に固定された単一の受電コイル21に対して、安定した状態で連続的に電力の伝送をすることができる。   As described above, according to the power transmission system according to the second embodiment, each of the planar patterns of the plurality of rectangular power transmission coils 11_1 to 11_n constituting the power transmission sheet and the single power reception coil 21 are provided. Since the plane pattern uses an orientation in which the long sides are opposed to each other so as to be orthogonal to each other, it is possible to suppress a change due to the positional deviation of the area of the transmission region R. Therefore, the power transmission system according to the second embodiment can stabilize the coupling coefficient k between each of the plurality of power transmission coils 11_1 to 11_n and the power reception coil 21 fixed to the moving body 50. For this reason, in the non-contact electric power transmission to AGV for factories etc., reduction of electric power transmission efficiency (eta) resulting from the relative position shift between coils can be suppressed with a simple system configuration. That is, it is possible to continuously transmit power in a stable state from each of the plurality of power transmission coils 11_1 to 11_n to the single power reception coil 21 fixed to the moving body 50 such as AGV.

特に、第2実施形態に係る電力伝送システムによれば、電力送電用シートを構成している複数の送電コイル11_1〜11_nが一方向に沿って、一定ピッチで周期的に配列されるため、移動体50に搭載された受電コイル21の、移動体50の左右方向(進行方向に直交する方向)に位置ずれした場合の、各送電コイル11_1〜11_nの平面パターンに受電コイル21の平面パターンが重なる部分で定義される伝送領域Rの変化を低減することができる。したがって、第2実施形態に係る電力伝送システムによれば、各送電コイル11_1〜11_nに対する受電コイル21の、移動体50の走行に伴う左右方向の位置ずれの許容範囲を向上することができる。   In particular, according to the power transmission system according to the second embodiment, the plurality of power transmission coils 11_1 to 11_n constituting the power transmission sheet are periodically arranged at a constant pitch along one direction. The planar pattern of the power receiving coil 21 overlaps the planar pattern of each power transmitting coil 11_1 to 11_n when the power receiving coil 21 mounted on the body 50 is displaced in the left-right direction (direction orthogonal to the traveling direction) of the moving body 50. A change in the transmission region R defined by the portion can be reduced. Therefore, according to the electric power transmission system which concerns on 2nd Embodiment, the tolerance | permissible_range of the position shift of the left-right direction accompanying the driving | running | working of the mobile body 50 of the receiving coil 21 with respect to each power transmission coil 11_1-11_n can be improved.

(その他の実施形態)
上記のように、本発明の実施形態を記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面は本発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
(Other embodiments)
While embodiments of the present invention have been described as described above, it should not be understood that the description and drawings that form part of this disclosure limit the present invention. From this disclosure, various alternative embodiments, examples and operational techniques will be apparent to those skilled in the art.

例えば、既に述べた第1実施形態において、電力伝送システムは、携帯電話やスマートフォン等の通信機器や、それ以外の種々の電子機器に適用可能である。この場合、例えば、送電側機器及び受電側機器のそれぞれ視認可能な位置に、一方向を定義する標識を設け、各標識が対応するように受電側機器を送電側機器に配置することにより、送電コイル11と受電コイル21とが直交して対向するようにすればよい。   For example, in the first embodiment already described, the power transmission system can be applied to communication devices such as mobile phones and smartphones and other various electronic devices. In this case, for example, by providing a sign defining one direction at a position where the power transmission side device and the power reception side device can be visually recognized, and placing the power reception side device on the power transmission side device so that each sign corresponds, What is necessary is just to make it the coil 11 and the receiving coil 21 oppose orthogonally.

また、第2実施形態において、送電装置10Aは、図20に示すように、工場等の床面に相当する第1平面の互いに直交する2方向に沿ってそれぞれ周期的に配列された複数の送電コイル11a_1〜11a_nを備えた帯状の第1の走行経路と,11b_1〜11b_nを備えた帯状の第2の走行経路を有する送電コイルユニット30Bを備える送電装置10Bであってもよい。送電コイルユニット30Bは、例えば、第1の走行経路と第1の走行経路にT字型に交わる第2の走行経路等によって、工場内におけるAGV等の移動体の2次元の走行路が構成できる。即ち第1方向Daに沿った第1の走行経路に周期的に配列された複数の送電コイル11a_1〜11a_nと、第2方向Dbに沿った第2の走行経路に周期的に配列された複数の送電コイル11b_1〜11b_mとを備える電力送電用シートを構成すれば、工場内の移動体の自在且つ安定した走行が維持できる。   In the second embodiment, as shown in FIG. 20, the power transmission device 10A includes a plurality of power transmissions periodically arranged along two mutually orthogonal directions of a first plane corresponding to a floor surface of a factory or the like. It may be a power transmission device 10B including a power transmission coil unit 30B having a strip-shaped first traveling path including the coils 11a_1 to 11a_n and a strip-shaped second traveling path including the coils 11b_1 to 11b_n. In the power transmission coil unit 30B, for example, a two-dimensional traveling path of a moving body such as an AGV in a factory can be configured by a first traveling path and a second traveling path that intersects the first traveling path in a T shape. . That is, a plurality of power transmission coils 11a_1 to 11a_n periodically arranged on the first travel route along the first direction Da, and a plurality of coils arranged periodically on the second travel route along the second direction Db. If the electric power transmission sheet | seat provided with power transmission coil 11b_1-11b_m is comprised, the free and stable driving | running | working of the mobile body in a factory can be maintained.

複数の送電コイル11a_1〜11a_n,11b_1〜11b_nが第1方向Daに沿った第1の走行経路及び第1方向Daに直交する第2方向Dbに延伸する第2の走行経路にそれぞれ設置されることにより、受電コイル21が搭載された移動体50が、走行路を直進する間、高い電力伝送効率ηを維持したまま、直進方向の左右方向の位置ずれに対する許容範囲が向上される。特に、図20に示したようなT字路で移動体50が進行方向を直角に方向転換する際においても、伝送領域Rの面積の変化を抑制して、電力送電用シートからの電力伝送効率ηの低減を抑制することができる。   The plurality of power transmission coils 11a_1 to 11a_n and 11b_1 to 11b_n are respectively installed on the first traveling path along the first direction Da and the second traveling path extending in the second direction Db orthogonal to the first direction Da. As a result, while the moving body 50 on which the power receiving coil 21 is mounted travels straight on the traveling path, the allowable range for the lateral displacement in the straight traveling direction is improved while maintaining high power transmission efficiency η. In particular, even when the moving body 50 changes its traveling direction at a right angle on a T-shaped path as shown in FIG. 20, the change in the area of the transmission region R is suppressed, and the power transmission efficiency from the power transmission sheet is reduced. Reduction of η can be suppressed.

また、第2実施形態に係る送電装置10Aは、図21に示すように、電源回路14が、複数の送電側整合回路13_1〜13_のそれぞれを介して、複数の送電コイル11_1〜11_n及び複数の送電側共振コンデンサ12_1〜12_nからそれぞれ構成される複数の送電側共振回路の何れかに選択的に交流電流を供給するように、電源回路14と複数の送電側共振回路との間の配線を切り替えるセレクタ16を備える送電装置10Cであってもよい。セレクタ16は、例えば、電源回路14と複数の送電側整合回路13_1〜13_nとの間に接続されたスイッチからなり、電源回路14から出力された交流電力を選択的に複数の送電側整合回路13_1〜13_nに入力する。セレクタ16の動作は、第1の制御回路15により制御されればよい。   Further, in the power transmission device 10A according to the second embodiment, as illustrated in FIG. 21, the power supply circuit 14 includes a plurality of power transmission coils 11_1 to 11_n and a plurality of power transmission coils 11_1 to 13_n via the plurality of power transmission side matching circuits 13_1 to 13_, respectively. Wiring between the power supply circuit 14 and the plurality of power transmission side resonance circuits so as to selectively supply an alternating current to any one of the plurality of power transmission side resonance circuits respectively composed of the power transmission side resonance capacitors 12_1 to 12_n. The power transmission device 10 </ b> C including the selector 16 to be switched may be used. The selector 16 includes, for example, a switch connected between the power supply circuit 14 and the plurality of power transmission side matching circuits 13_1 to 13_n, and selectively selects AC power output from the power supply circuit 14 as a plurality of power transmission side matching circuits 13_1. Input to ~ 13_n. The operation of the selector 16 may be controlled by the first control circuit 15.

この場合も第2実施形態と同様に、送電コイルユニット30Cにおいて、複数の送電コイル11_1〜11_nが、平面パターンとして、各長辺が帯状の配列方向に対して45°傾斜するように一定ピッチ、同一配向、同一寸法で周期的に配置されて電力送電用シートを構成することにより、移動体50に固定された単一の受電コイル21に対して、安定した状態で連続的に電力の伝送をすることができ、移動体50の走行に伴う左右方向の位置ずれの許容範囲を向上することができる。   Also in this case, as in the second embodiment, in the power transmission coil unit 30C, the plurality of power transmission coils 11_1 to 11_n have a constant pitch such that each long side is inclined by 45 ° with respect to the strip-shaped arrangement direction as a planar pattern. By continuously arranging power transmission sheets with the same orientation and the same dimensions, power can be continuously transmitted to a single power receiving coil 21 fixed to the moving body 50 in a stable state. It is possible to improve the allowable range of the positional deviation in the left-right direction accompanying the traveling of the moving body 50.

また、第2実施形態において、移動体50は、送電装置10側から送信されるビーコン信号に従って、複数の送電コイル11_1〜11_nに対して適正な位置に受電コイル21が配置されるように、自動的に走行を制御するようにしてもよい。   Moreover, in 2nd Embodiment, the mobile body 50 is automatic so that the receiving coil 21 may be arrange | positioned in an appropriate position with respect to several power transmission coil 11_1-11_n according to the beacon signal transmitted from the power transmission apparatus 10 side. You may make it control driving | running | working.

更に、既に述べた第1及び第2実施形態において、送電コイル11及び受電コイル21は、図22に示すように、複数の単位コイルのパターンを含む送電コイル11A及び複数の単位コイルのパターンを含む受電コイル21Aであってもよい。送電コイル11Aは、第1平面上に配置され、長方形状の外形を定義する第1の主コイル111と、第1平面上において第1の主コイル111が定義する外形線の内部に含まれるように、第1の主コイル111の長手方向における両端側にそれぞれ配置された、第1の副コイル112及び113の2つの第1の副コイルを有する。   Furthermore, in the first and second embodiments already described, the power transmission coil 11 and the power reception coil 21 include a power transmission coil 11A including a plurality of unit coil patterns and a plurality of unit coil patterns, as shown in FIG. It may be the power receiving coil 21A. 11 A of power transmission coils are arrange | positioned on a 1st plane, and are included in the inside of the 1st main coil 111 which defines a rectangular-shaped external shape, and the external line which the 1st main coil 111 defines on a 1st plane. In addition, the first main coil 111 has two first subcoils, the first subcoils 112 and 113, which are arranged on both ends in the longitudinal direction.

第1の副コイル112,113は、それぞれ第1の主コイル111の長辺の長さの1/3〜1/6の辺を、第1の主コイル111の長辺とそれぞれ平行にした4角形である。第1の副コイル112,113の第1の主コイル111の長辺と直交する方向の辺は、第1の主コイル111の短辺と平行になる。例えば、第1の副コイル112,113は、第1の主コイル111の短辺をそれぞれ1辺として共有する2つの正方形として構成できるが、正方形に限定されるものではない。又、第1の副コイル112,113は、第1の主コイル111の短辺より短い各1辺を有する4角形であってもよい。   The first sub-coils 112 and 113 each have a side that is 1/3 to 1/6 of the length of the long side of the first main coil 111 parallel to the long side of the first main coil 111. It is square. The sides of the first subcoils 112 and 113 in the direction orthogonal to the long side of the first main coil 111 are parallel to the short side of the first main coil 111. For example, the first sub-coils 112 and 113 can be configured as two squares sharing the short side of the first main coil 111 as one side, but are not limited to squares. Further, the first subcoils 112 and 113 may be quadrangular with one side shorter than the short side of the first main coil 111.

第1の主コイル111の外形線は、第1及び第2実施形態における送電コイル11の外形線と共通の形状であり、長さa1の長辺及び幅b1の短辺を有する長方形の4辺に沿って巻数2で巻かれたリッツ線等の巻線からなる。第1の主コイル111の巻数は、1であっても3以上であってもよい。第1の副コイル112,113は、巻数1で巻かれた巻線でも、巻数は2以上であってもよい。   The outline of the first main coil 111 has the same shape as the outline of the power transmission coil 11 in the first and second embodiments, and has four sides of a rectangle having a long side of length a1 and a short side of width b1. And a winding such as a litz wire wound with two turns. The number of turns of the first main coil 111 may be 1 or 3 or more. The first sub-coils 112 and 113 may be wound with a number of turns 1, or may be two or more.

第1の主コイル111及び第1の副コイル112,113のそれぞれは、図23に示すように、互いに同一の巻き線方向に巻かれた同一の巻線からなる。このため、第1の主コイル111及び第1の副コイル112,113は、それぞれ流れる電流の回転方向が同一である。即ち、第1の主コイル111及び第1の副コイル112,113のそれぞれは、各内側において互いに同一方向の磁界をそれぞれ形成するように連結する。   As shown in FIG. 23, each of the first main coil 111 and the first subcoils 112 and 113 is composed of the same windings wound in the same winding direction. Therefore, the first main coil 111 and the first subcoils 112 and 113 have the same rotation direction of the flowing current. That is, the first main coil 111 and the first subcoils 112 and 113 are connected so as to form magnetic fields in the same direction on the inner sides.

受電コイル21Aは、送電コイル11Aと同一の幾何学的構造を有し得る。即ち、受電コイル21Aは、第2平面上に配置され、長方形状の外形を定義する第2の主コイル211と、第2平面上において第2の主コイル211が定義する外形線の内部に含まれるように、第2の主コイル211の長手方向における両端側にそれぞれ配置された、第2の副コイル212及び213の2つの第2の副コイルを有する。   The power reception coil 21A may have the same geometric structure as the power transmission coil 11A. In other words, the power receiving coil 21A is arranged on the second plane, and is included in the second main coil 211 that defines a rectangular outer shape and the outer line that the second main coil 211 defines on the second plane. As shown in the figure, the second main coil 211 has two second subcoils, the second subcoils 212 and 213, which are arranged at both ends in the longitudinal direction.

第2の副コイル212,213は、それぞれ第2の主コイル211の長辺の長さの1/3〜1/6の辺を、第2の主コイル211の長辺とそれぞれ平行にした4角形である。第2の副コイル212,213の第2の主コイル211の長辺と直交する方向の辺は、第2の主コイル211の短辺と平行になる。例えば、第2の副コイル212,213は、第2の主コイル211の短辺をそれぞれ1辺として共有する2つの正方形で構成できるが、正方形に限定されるものではない。第2の副コイル212,213は、第2の主コイル211の短辺より短い各1辺を有する4角形であってもよい。   The second subcoils 212 and 213 each have a side that is 1/3 to 1/6 of the length of the long side of the second main coil 211 parallel to the long side of the second main coil 211, respectively. It is square. The sides of the second subcoils 212 and 213 in the direction orthogonal to the long side of the second main coil 211 are parallel to the short side of the second main coil 211. For example, the second subcoils 212 and 213 can be configured by two squares sharing the short side of the second main coil 211 as one side, but are not limited to squares. The second subcoils 212 and 213 may be quadrangular with one side shorter than the short side of the second main coil 211.

第2の主コイル211の外形線は、第1及び第2実施形態における受電コイル21の外形線と共通の形状であり、長さa2の長辺及び幅b2の短辺を有する長方形の4辺に沿って巻数2で巻かれたリッツ線等の巻線からなる。第2の主コイル211の巻数は、1であっても3以上であってもよい。第2の副コイル212,213は、それぞれ巻数1で巻かれた巻線であっても、巻数は2以上の巻線であってもよい。   The outline of the second main coil 211 has the same shape as the outline of the power receiving coil 21 in the first and second embodiments, and has four sides of a rectangle having a long side of length a2 and a short side of width b2. And a winding such as a litz wire wound with two turns. The number of turns of the second main coil 211 may be 1 or 3 or more. The second subcoils 212 and 213 may each be a winding wound with a number of turns 1, or may be a winding with two or more turns.

送電コイル11Aと同様に、第2の主コイル211及び第2の副コイル212,213のそれぞれは、互いに同一の巻き線方向に巻かれた同一の巻線からなる。このため、第2の主コイル211及び第2の副コイル212,213は、それぞれ流れる電流の回転方向が同一である。即ち、第2の主コイル211及び第2の副コイル212,213のそれぞれは、各内側において互いに同一方向の磁界をそれぞれ形成するように連結する。   Similarly to the power transmission coil 11A, each of the second main coil 211 and the second subcoils 212 and 213 includes the same winding wound in the same winding direction. Therefore, the second main coil 211 and the second subcoils 212 and 213 have the same rotation direction of the flowing current. That is, the second main coil 211 and the second subcoils 212 and 213 are connected so as to form magnetic fields in the same direction on the inner sides.

第1実施形態におけるシミュレーションと同様に、副コイルを有する送電コイル11A及び副コイルを有する受電コイル21A間の位置ずれに対する電力伝送効率ηを図24及び図25に示すように算出した。第1実施形態と同様に、長方形の長辺の長さa1=a2=45cm、幅b1=b2=15cmとし、送電コイル11Aの重心を原点とするX−Y平面の位置ずれ(X軸方向の位置ずれ−100〜100、Y軸方向の位置ずれ−100〜100)に対する電力伝送効率ηを算出した。   Similarly to the simulation in the first embodiment, the power transmission efficiency η with respect to the positional deviation between the power transmission coil 11A having the subcoil and the power receiving coil 21A having the subcoil was calculated as shown in FIGS. As in the first embodiment, the long side of the rectangle has a length a1 = a2 = 45 cm, a width b1 = b2 = 15 cm, and a displacement of the XY plane with the center of gravity of the power transmission coil 11A as the origin (in the X-axis direction) The power transmission efficiency η with respect to the positional deviation −100 to 100 and the positional deviation −100 to 100 in the Y axis direction was calculated.

図24及び図25において、斜線を付した四角形でデータ点を示した副コイルを有する送電コイル11A及び副コイルを有する受電コイル21A間の電力伝送効率η(図24及び図25において「長方形_変更」と表示)が、白抜きの丸印でデータ点を示した第1実施形態に係るコイルP(図24及び図25において「長方形」と表示)と比べて改善したことが確認された。具体的には、第1実施形態に係るコイルPは、X軸方向、Y軸方向共に位置ずれが正負両方向に概ね66%を超えると、即ち伝送領域Rの面積が維持される許容範囲を超えると落ち込むのに対して、副コイルを有する送電コイル11A及び副コイルを有する受電コイル21Aは、X軸方向、Y軸方向共に位置ずれが正負両方向に概ね80%程度まで高い電力伝送効率ηを実現可能であることが確認された。よって、副コイルを有する送電コイル11A及び副コイルを有する受電コイル21Aは、X−Y平面方向における位置ずれの許容範囲を向上することができる。   24 and 25, the power transmission efficiency η between the power transmission coil 11A having the subcoil and the power receiving coil 21A having the subcoil indicated by the hatched square and the data point (“rectangle_change” in FIG. 24 and FIG. 25) It was confirmed that this was improved compared to the coil P according to the first embodiment (indicated as “rectangular” in FIGS. 24 and 25) in which the data points are indicated by white circles. Specifically, the coil P according to the first embodiment exceeds the allowable range in which the area of the transmission region R is maintained when the positional deviation exceeds approximately 66% in both the positive and negative directions in both the X-axis direction and the Y-axis direction. In contrast, the power transmission coil 11A having a secondary coil and the power receiving coil 21A having a secondary coil achieve a high power transmission efficiency η up to about 80% in both the X-axis direction and the Y-axis direction in both positive and negative directions. It was confirmed that it was possible. Therefore, the power transmission coil 11 </ b> A having the sub-coil and the power receiving coil 21 </ b> A having the sub-coil can improve the allowable range of displacement in the XY plane direction.

上記の他、上記の実施形態において説明される各構成を任意に応用した構成等、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。   In addition to the above, the present invention includes various embodiments and the like that are not described here, such as a configuration in which each configuration described in the above embodiment is arbitrarily applied. Therefore, the technical scope of the present invention is defined only by the invention specifying matters according to the scope of claims reasonable from the above description.

10,10A,10B,10C 送電装置
11,11_1〜11_n,11a_1〜11a_n,11b_1〜11b_m,11A 送電コイル
12,12_1〜12_n 送電側共振コンデンサ
13,13_1〜13_n 送電側整合回路
14,14_1〜14_n 電源回路
15,15_1〜15_n 第1の制御回路
16 セレクタ
20 受電装置
21,21A 受電コイル
22 受電側共振コンデンサ
23 受電側整合回路
24 負荷回路
25 第2の制御回路
30,30A,30B 送電コイルユニット
31 第1の遮蔽板
32 第1の磁性シート
33 第1のカバー
40 受電コイルユニット
41 第2の遮蔽板
42 第2の磁性シート
43 第2のカバー
50 移動体
111 第1の主コイル(主コイル)
112,113 第1の副コイル(副コイル)
211 第2の主コイル
212,213 第2の副コイル
10, 10A, 10B, 10C Power transmission device 11, 11_1 to 11_n, 11a_1 to 11a_n, 11b_1 to 11b_m, 11A Power transmission coil 12, 12_1 to 12_n Power transmission side resonance capacitor 13, 13_1 to 13_n Power transmission side matching circuit 14, 14_1 to 14_n Power source Circuits 15, 15_1 to 15_n First control circuit 16 Selector 20 Power receiving device 21, 21A Power receiving coil 22 Power receiving side resonance capacitor 23 Power receiving side matching circuit 24 Load circuit 25 Second control circuit 30, 30A, 30B Power transmission coil unit 31 First 1 shielding plate 32 first magnetic sheet 33 first cover 40 power receiving coil unit 41 second shielding plate 42 second magnetic sheet 43 second cover 50 moving body 111 first main coil (main coil)
112, 113 First subcoil (subcoil)
211 Second main coil 212, 213 Second subcoil

Claims (13)

第1平面上に配置された長方形状の送電コイルと、
前記第1平面に平行に対向する第2平面上に配置され、前記送電コイルの長辺に直交する長辺であって、前記送電コイルの短辺より長い長辺及び前記送電コイルの長辺より短い短辺を有する長方形状の受電コイルと
を備え、前記受電コイルは、前記送電コイルから非接触で電力を受電することを特徴とする電力伝送システム。
A rectangular power transmission coil disposed on the first plane;
A long side that is arranged on a second plane that is parallel to the first plane and that is perpendicular to the long side of the power transmission coil, and is longer than the short side of the power transmission coil and the long side of the power transmission coil And a rectangular power receiving coil having a short short side, wherein the power receiving coil receives power from the power transmitting coil in a contactless manner.
前記送電コイルは、
前記長方形状の外形を定義する主コイルと、
前記第1平面上において前記外形の内部に含まれるように、前記主コイルの長手方向における両端側にそれぞれ配置された、前記外形の長辺の長さの1/3以下の辺を前記長辺とそれぞれ平行にした4角形である2つの副コイルと
を有し、前記主コイル及び前記2つの副コイルは、同一方向の磁界をそれぞれ形成する同一の巻き線方向であることを特徴とする請求項1に記載の電力伝送システム。
The power transmission coil is:
A main coil defining the rectangular outer shape;
Sides of 1/3 or less of the length of the long side of the outer shape, which are respectively disposed on both ends in the longitudinal direction of the main coil so as to be included in the outer shape on the first plane And the two secondary coils each having a quadrangular shape parallel to each other, wherein the main coil and the two secondary coils are in the same winding direction forming a magnetic field in the same direction. Item 4. The power transmission system according to Item 1.
第1平面上の一方向に沿って一定ピッチ、同一配向、同一寸法で周期的に配置された長方形状の複数の送電コイルと、
前記第1平面に平行に対向する第2平面上に配置され、前記送電コイルの長辺に直交する長辺であって、前記送電コイルの短辺より長い長辺、及び前記送電コイルの長辺より短い短辺を有する長方形状の受電コイルと
を備え、前記受電コイルは、前記第1平面上を平行移動することにより、前記複数の送電コイルのそれぞれから非接触で電力を順次受電することを特徴とする電力伝送システム。
A plurality of rectangular power transmission coils periodically arranged with a constant pitch, the same orientation, and the same dimension along one direction on the first plane;
A long side that is disposed on a second plane that is parallel to the first plane and that is perpendicular to the long side of the power transmission coil and that is longer than the short side of the power transmission coil, and the long side of the power transmission coil A rectangular receiving coil having a shorter short side, wherein the receiving coil sequentially receives power from each of the plurality of transmitting coils by moving in parallel on the first plane. A characteristic power transmission system.
複数の前記送電コイルのそれぞれは、
前記長方形状の外形を定義する主コイルと、
前記第1平面上において前記外形の内部に含まれるように、前記主コイルの長手方向における両端側にそれぞれ配置された、前記外形の長辺の長さの1/3以下の辺を前記長辺とそれぞれ平行にした4角形である2つの副コイルと
を有し、前記主コイル及び前記2つの副コイルは、同一方向の磁界をそれぞれ形成する同一の巻き線方向であることを特徴とする請求項3に記載の電力伝送システム。
Each of the plurality of power transmission coils is
A main coil defining the rectangular outer shape;
Sides of 1/3 or less of the length of the long side of the outer shape, which are respectively disposed on both ends in the longitudinal direction of the main coil so as to be included in the outer shape on the first plane And the two secondary coils each having a quadrangular shape parallel to each other, wherein the main coil and the two secondary coils are in the same winding direction forming a magnetic field in the same direction. Item 4. The power transmission system according to Item 3.
前記複数の送電コイルは、各長辺が前記一方向に対して同一の傾斜角で傾斜するようにそれぞれ配置されることを特徴とする請求項3又は4に記載の電力伝送システム。   5. The power transmission system according to claim 3, wherein the plurality of power transmission coils are arranged such that each long side is inclined at the same inclination angle with respect to the one direction. 6. 前記複数の送電コイルは、各長辺が前記一方向に対して45°傾斜するようにそれぞれ配置されることを特徴とする請求項3又は4に記載の電力伝送システム。   5. The power transmission system according to claim 3, wherein the plurality of power transmission coils are arranged such that each long side is inclined by 45 ° with respect to the one direction. 前記受電コイルは、前後方向が前記一方向に沿うように、前記第2平面に平行方向に移動する移動体の底面に固定されることを特徴とする請求項3又は4に記載の電力伝送システム。   5. The power transmission system according to claim 3, wherein the power reception coil is fixed to a bottom surface of a moving body that moves in a direction parallel to the second plane so that a front-rear direction is along the one direction. . 前記受電コイルは、前記送電コイルと同一の構造を有することを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の電力伝送システム。   The power transmission system according to claim 1, wherein the power reception coil has the same structure as the power transmission coil. 前記受電コイルは、前記送電コイルと同一の寸法を有することを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の電力伝送システム。   The power transmission system according to claim 1, wherein the power reception coil has the same dimensions as the power transmission coil. 第1平面上から非接触で伝送される電力で、前記第1平面の上方を平行に走行する移動体に前記電力を送電するための電力送電用シートであって、
前記第1平面上の少なくとも一方向に沿って一定ピッチ、同一配向、同一寸法で周期的に配置された長方形状の複数の送電コイルのセットを備え、
前記第1平面に平行に対向する第2平面を前記移動体の底面とし、該底面に固定された、前記送電コイルの長辺に直交する長辺であって、前記送電コイルの短辺より長い長辺、及び前記送電コイルの長辺より短い短辺を有する長方形状の受電コイルに、前記複数の送電コイルのそれぞれから前記電力が順次送電されることを特徴とする電力送電用シート。
A power transmission sheet for transmitting the power to a moving body that travels in parallel above the first plane with power transmitted in a non-contact manner from the first plane,
A set of a plurality of rectangular transmission coils periodically arranged at a constant pitch, the same orientation, and the same dimension along at least one direction on the first plane;
A second plane that is parallel to the first plane is a bottom surface of the moving body, and is a long side that is fixed to the bottom surface and is orthogonal to the long side of the power transmission coil, and is longer than the short side of the power transmission coil The power transmission sheet, wherein the power is sequentially transmitted from each of the plurality of power transmission coils to a rectangular power receiving coil having a long side and a short side shorter than the long side of the power transmission coil.
複数の前記送電コイルのそれぞれは、
前記長方形状の外形を定義する主コイルと、
前記第1平面上において前記外形の内部に含まれるように、前記主コイルの長手方向における両端側にそれぞれ配置された、前記外形の長辺の長さの1/3以下の辺を前記長辺とそれぞれ平行にした4角形である2つの副コイルと
を有し、前記主コイル及び前記2つの副コイルは、同一方向の磁界をそれぞれ形成する同一の巻き線方向であることを特徴とする請求項10に記載の電力送電用シート。
Each of the plurality of power transmission coils is
A main coil defining the rectangular outer shape;
Sides of 1/3 or less of the length of the long side of the outer shape, which are respectively disposed on both ends in the longitudinal direction of the main coil so as to be included in the outer shape on the first plane And the two secondary coils each having a quadrangular shape parallel to each other, wherein the main coil and the two secondary coils are in the same winding direction forming a magnetic field in the same direction. Item 11. The power transmission sheet according to Item 10.
前記複数の送電コイルは、各長辺が前記一方向に対して同一の傾斜角で傾斜するようにそれぞれ配置されることを特徴とする請求項10又は11に記載の電力送電用シート。   The sheet for power transmission according to claim 10 or 11, wherein the plurality of power transmission coils are arranged such that each long side is inclined at the same inclination angle with respect to the one direction. 前記第1平面上の前記一方向に直交する他の方向に沿って一定ピッチ、同一配向、同一寸法で周期的に配置された長方形状の複数の送電コイルの他のセットを更に備えることを特徴とする請求項10〜12のいずれか1項に記載の電力送電用シート。   Further comprising another set of a plurality of rectangular power transmission coils periodically arranged with a constant pitch, the same orientation, and the same size along another direction orthogonal to the one direction on the first plane. The sheet for electric power transmission according to any one of claims 10 to 12.
JP2017002467A 2017-01-11 2017-01-11 Power transmission system and seat for power transmission Active JP6891369B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017002467A JP6891369B2 (en) 2017-01-11 2017-01-11 Power transmission system and seat for power transmission

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017002467A JP6891369B2 (en) 2017-01-11 2017-01-11 Power transmission system and seat for power transmission

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2018113765A true JP2018113765A (en) 2018-07-19
JP6891369B2 JP6891369B2 (en) 2021-06-18

Family

ID=62912522

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017002467A Active JP6891369B2 (en) 2017-01-11 2017-01-11 Power transmission system and seat for power transmission

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6891369B2 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6933868B1 (en) * 2021-03-11 2021-09-08 株式会社レーザーシステム Coupling resonance type wireless power transmission system
JP2021145452A (en) * 2020-03-11 2021-09-24 豊田合成株式会社 Coupling coefficient measuring instrument
CN114614277B (en) * 2022-03-16 2023-08-22 国网安徽省电力有限公司岳西县供电公司 Arc extinction switch connector and use method thereof

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11134447A (en) * 1997-10-28 1999-05-21 Dainippon Printing Co Ltd Non-contact ic card system
JP2010098257A (en) * 2008-10-20 2010-04-30 Toyota Central R&D Labs Inc Power supply system
JP2011097671A (en) * 2009-10-27 2011-05-12 Nippon Tekumo:Kk Non-contact power supply device
JP2013051744A (en) * 2011-08-30 2013-03-14 Mitsubishi Motors Corp Wireless power supply system
JP2016504755A (en) * 2012-11-02 2016-02-12 クアルコム,インコーポレイテッド Coil arrangement in a wireless power transfer system for low electromagnetic radiation

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11134447A (en) * 1997-10-28 1999-05-21 Dainippon Printing Co Ltd Non-contact ic card system
JP2010098257A (en) * 2008-10-20 2010-04-30 Toyota Central R&D Labs Inc Power supply system
JP2011097671A (en) * 2009-10-27 2011-05-12 Nippon Tekumo:Kk Non-contact power supply device
JP2013051744A (en) * 2011-08-30 2013-03-14 Mitsubishi Motors Corp Wireless power supply system
JP2016504755A (en) * 2012-11-02 2016-02-12 クアルコム,インコーポレイテッド Coil arrangement in a wireless power transfer system for low electromagnetic radiation

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2021145452A (en) * 2020-03-11 2021-09-24 豊田合成株式会社 Coupling coefficient measuring instrument
JP7307344B2 (en) 2020-03-11 2023-07-12 豊田合成株式会社 Coupling coefficient measuring instrument
JP6933868B1 (en) * 2021-03-11 2021-09-08 株式会社レーザーシステム Coupling resonance type wireless power transmission system
JP2022139153A (en) * 2021-03-11 2022-09-26 株式会社レーザーシステム Coupled-resonant wireless power transmission system
CN114614277B (en) * 2022-03-16 2023-08-22 国网安徽省电力有限公司岳西县供电公司 Arc extinction switch connector and use method thereof

Also Published As

Publication number Publication date
JP6891369B2 (en) 2021-06-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9997929B2 (en) Foreign object detecting device, wireless power transmitting apparatus, and wireless power transfer system
US10141105B2 (en) Wireless power transmission system for free-position wireless charging of multiple devices
JP6633857B2 (en) Power transmission device and wireless power transmission system
US10651658B2 (en) Foreign object detecting device, wireless power transmitting apparatus, and wireless power transfer system
US10050479B2 (en) Wireless power transmission system based on cell division
US10005368B2 (en) System, apparatus and method for optimizing wireless charging alignment
US20200067321A1 (en) Wireless power transmission apparatus
CN102130511A (en) Wireless power supplying system
JP2014132808A (en) Power transmission system, and power transmitting device and power receiving device for power transmission system
US11043845B2 (en) Power feeding device and wireless power transmission device
JP2018113765A (en) Power transmission system and power transmission sheet
JP2015019547A (en) Power transmission device, power-transmitting device and power-receiving device for power transmission device
JP2016039644A (en) Power transmission device and radio power transmission system
KR101382920B1 (en) Apparatus for transmitting wireless power
JP5849630B2 (en) Power repeater
JP6610583B2 (en) Wireless power transmission system
JP2015053751A (en) Non-contact power transmission device
JP2014087125A (en) Non-contact power transmission device
JP6354437B2 (en) Non-contact power feeding device
US11715976B2 (en) Coil component
US20200366138A1 (en) Dynamic transmission coil positioning system, wireless power transfer system and method of positioning a transmit coil
JP2014197757A (en) Antenna coil
KR20190101936A (en) Wireless Power Transmitter and Receiver for Free Positioning Charging of Multiple Devices
JP5930182B2 (en) antenna
JP2018117404A (en) Power transmission unit of wireless power supply device

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20191203

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20200917

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20200929

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20201120

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20201222

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20210315

C60 Trial request (containing other claim documents, opposition documents)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C60

Effective date: 20210315

A911 Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911

Effective date: 20210329

C21 Notice of transfer of a case for reconsideration by examiners before appeal proceedings

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C21

Effective date: 20210330

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20210420

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20210423

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6891369

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150