JP5747446B2 - Coil for wireless power transmission with power feeding unit and wireless power feeding system - Google Patents
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Description
本発明は、受電用コイルに対し磁場の共鳴により磁気的に結合することにより受電用コイルに対して無線により送電する無線送電用コイル及びそれを備えた無線給電システムに関する発明である。 The present invention relates to a wireless power transmission coil that wirelessly transmits power to a power receiving coil by being magnetically coupled to the power receiving coil by magnetic field resonance, and a wireless power feeding system including the same.
自動車の製造工程において、自動車に搭載される電装部品と、その電装部品に電力を供給する電線を含むワイヤハーネスとのコネクタによる接続は、手作業により行われる。昨今、自動車に搭載される電装部品(電子機器)が増加するに伴い、電装部品とワイヤハーネスとのコネクタ接続の作業の手間が増大している。そのため、コネクタ接続の手間を低減することが求められている。 In the automobile manufacturing process, the connection between an electrical component mounted on the automobile and a wire harness including an electric wire that supplies electric power to the electrical component is performed manually. In recent years, with the increase in the number of electrical components (electronic devices) mounted on automobiles, labor for connecting connectors between electrical components and wire harnesses has increased. Therefore, it is required to reduce the labor for connector connection.
従来、コネクタ接続の手間を低減するため、電装部品に対して無線で電力を供給する無線給電システムが提案されている。例えば、特許文献1、特許文献2及び特許文献3には、電磁誘導のコイル又はマイクロ波の導波路を用いた無線給電システムが示されている。無線給電システムの採用により、コネクタ接続の手間が大幅に低減される。
2. Description of the Related Art Conventionally, a wireless power feeding system that supplies electric power to an electrical component wirelessly has been proposed in order to reduce the labor of connector connection. For example, Patent Literature 1, Patent Literature 2, and
一方、特許文献4には、共鳴法による送電を行う車両用の無線給電システムが示されている。共鳴法による送電においては、車両に設けられた二次側コイルが、駐車場に設けられた一次側コイルに対し、磁場の共鳴によって磁気的に結合されることにより、一次側コイルから無線により電力を受電する。共鳴法による送電の詳細は、非特許文献1に示されている。共鳴法による送電を採用することにより、数キロワットの電力を数メートル先まで送電することが可能となる。 On the other hand, Patent Document 4 discloses a wireless power feeding system for a vehicle that performs power transmission by a resonance method. In power transmission by the resonance method, the secondary coil provided in the vehicle is magnetically coupled to the primary coil provided in the parking lot by magnetic field resonance, so that power is transmitted from the primary coil wirelessly. Receive power. Details of power transmission by the resonance method are shown in Non-Patent Document 1. By adopting power transmission by the resonance method, it is possible to transmit several kilowatts of power to several meters ahead.
電磁誘導による無線給電は、送電用コイルと受電用コイルとの間の位置関係が、相互に対向し、かつ、近接する理想的な位置関係からずれると、送電効率(給電効率)が著しく悪化する。一方、共鳴法による無線給電は、送電用コイルと受電用コイルとの位置のずれの大きさに応じて送電効率(給電効率)が悪化する程度が、電磁誘導による無線給電に対して比較的小さい。 In wireless power feeding by electromagnetic induction, if the positional relationship between the power transmission coil and the power receiving coil deviates from the ideal positional relationship facing each other and close to each other, the power transmission efficiency (power feeding efficiency) is significantly deteriorated. . On the other hand, the wireless power feeding by the resonance method has a relatively small degree of deterioration in power transmission efficiency (power feeding efficiency) according to the magnitude of the positional deviation between the power transmission coil and the power receiving coil compared to the wireless power feeding by electromagnetic induction. .
また、電磁誘導による無線給電は、送電用コイルと受電用コイルとの間に磁場を乱す金属製部材などの導電性の障害物が存在すると、エネルギー損失によって送電効率が著しく悪化する。一方、共鳴法による無線給電は、送電用コイルと受電用コイルとの間に導電性の部材が存在することによるエネルギー損失の程度が、電磁誘導による無線給電に対して比較的小さい。 In addition, in wireless power feeding by electromagnetic induction, if a conductive obstacle such as a metal member that disturbs a magnetic field exists between a power transmission coil and a power reception coil, power transmission efficiency is significantly deteriorated due to energy loss. On the other hand, in the wireless power feeding by the resonance method, the degree of energy loss due to the presence of a conductive member between the power transmission coil and the power receiving coil is relatively small compared to the wireless power feeding by electromagnetic induction.
ところで、電磁誘導による無線給電システムは、実用的な送電効率を得るために、給電用コイルと受電用コイルとを数センチメートル以内に接近させることを要する。そのため、電磁誘導による無線給電システムにおいて、複数の電装部品各々に対する給電が行われる場合、電装部品及び受電用コイルの組合せごとに送電用コイルが必要となり、送電用コイルを取り付ける作業が煩雑であるという問題点があった。特に、オプション品などの電装部品が追加される場合、追加される電装部品に対応する送電用コイル及びその送電用コイルに対する配線を追加する作業が必要となり、その作業は煩雑である。さらに、コイルの設置スペースが大きく、送電用コイル及び受電用コイルの配置の自由度が低いという問題点もあった。 By the way, in order to obtain practical power transmission efficiency, a wireless power feeding system using electromagnetic induction requires that a power feeding coil and a power receiving coil be brought close to each other within several centimeters. Therefore, in a wireless power feeding system using electromagnetic induction, when power is supplied to each of a plurality of electrical components, a power transmission coil is required for each combination of the electrical components and the power receiving coil, and the work of attaching the power transmission coil is complicated. There was a problem. In particular, when an electrical component such as an optional product is added, it is necessary to add a power transmission coil corresponding to the electrical component to be added and wiring for the power transmission coil, which is complicated. Furthermore, there is a problem in that the installation space of the coil is large and the degree of freedom of arrangement of the power transmission coil and the power reception coil is low.
また、マイクロ波を用いた無線給電は、マイクロ波を伝送するための比較的大きな導波路が必要であり、さらに、電装部品の受電部が、その導波路に沿って配置される必要がある。そのため、マイクロ波を用いた無線給電は、導波路の設置スペースが大きく、電装部品の受電部の配置の自由度が低いという問題点があった。また、マイクロ波を用いた無線給電の送電効率は、現在の技術水準では約55%以下と決して高いとはいえない。そのため、マイクロ波を用いた無線給電は、自動車内の給電システムのように、バッテリを電源とする給電システムへ適用されることは現実的でないという問題点もあった。 In addition, wireless power feeding using microwaves requires a relatively large waveguide for transmitting microwaves, and further, a power receiving unit of an electrical component needs to be arranged along the waveguide. For this reason, the wireless power feeding using microwaves has a problem that the installation space of the waveguide is large, and the degree of freedom of arrangement of the power receiving unit of the electrical component is low. In addition, the power transmission efficiency of wireless power feeding using microwaves is by no means high at about 55% or less at the current technical level. Therefore, there is a problem that wireless power feeding using microwaves is not practical to be applied to a power feeding system using a battery as a power source, like a power feeding system in an automobile.
一方、共鳴法による無線給電においては、送電用コイルと受電用コイルとの位置関係の制約が比較的緩やかであるため、1つの送電用コイルから複数の受電用コイルへ無線送電することが可能である。そのため、共鳴法による無線給電システムにより、複数の電装部品各々に対する給電が行われる場合、送電用コイルの数を電装部品の数よりも少なくすることができ、送電用コイルを取り付ける作業が簡素化されるという効果が得られる。 On the other hand, in the wireless power feeding by the resonance method, the positional relationship between the power transmission coil and the power reception coil is relatively loose, so that it is possible to wirelessly transmit power from one power transmission coil to a plurality of power reception coils. is there. Therefore, when power is supplied to each of the plurality of electrical components by the wireless power feeding system based on the resonance method, the number of power transmission coils can be made smaller than the number of electrical components, and the work of attaching the power transmission coils is simplified. The effect is obtained.
しかしながら、共鳴法による無線給電において、送電用コイルと受電用コイルとの位置関係の制約は比較的緩やかであるとはいえ、やはり、送電用コイルと受電用コイルとの位置ずれが大きい場合、送電効率が悪化する。そのため、1つの送電用コイルから複数の受電用コイルへ無線送電する場合、送電用コイルは、電装部品が配置される可能性がある範囲が複数に区分された十数センチメートルから二十数センチメートル程度の小範囲ごとに配置される必要がある。 However, in the wireless power feeding by the resonance method, the positional relationship between the power transmission coil and the power reception coil is relatively loose, but if the positional deviation between the power transmission coil and the power reception coil is large, the power transmission Efficiency deteriorates. Therefore, when wirelessly transmitting power from a single power transmission coil to a plurality of power reception coils, the power transmission coil is divided into a plurality of tens of centimeters to twenty tens of centimeters in which the range in which electrical components may be arranged is divided. It is necessary to arrange every small range of about meters.
例えば、オプション品などの電装部品が追加される可能性のある範囲が、1つの送電用コイルによって十分な送電効率で送電できる範囲よりも広い場合、その広い範囲の中に複数の送電用コイルが予め設けられる必要があり、送電用コイルの取り付け工数及び設置スペースが増大するという問題点があった。従って、電装部品の取り付け位置の自由度を高めたい場合、送電用コイルの取り付け工数及び設置スペースの増大の問題がより顕著となる。 For example, when the range in which electric parts such as optional items may be added is wider than the range in which power can be transmitted with sufficient power transmission efficiency with one power transmission coil, a plurality of power transmission coils are included in the wide range. There is a problem that it is necessary to provide them in advance, which increases the man-hours for installing the power transmission coil and the installation space. Therefore, when it is desired to increase the degree of freedom of the mounting position of the electrical component, the problem of increasing the man-hour for installing the power transmission coil and the installation space becomes more prominent.
また、自動車におけるスライドドアに内蔵されたドア駆動ようのモータのように、電装部品が、比較的広い範囲で移動する移動部に設けられている場合がある。そのような場合において、移動部に設けられた受電用コイルの移動範囲が、1つの送電用コイルによって十分な送電効率で送電できる範囲よりも広い場合、その広い範囲の中に複数の送電用コイルが設けられる必要がある。そのため、送電用コイルの取り付け工数及び設置スペースが増大するという問題点があった。 Moreover, like a motor for driving a door built in a sliding door in an automobile, an electrical component may be provided in a moving unit that moves in a relatively wide range. In such a case, when the moving range of the power receiving coil provided in the moving unit is wider than the range in which power can be transmitted with sufficient power transmission efficiency by one power transmitting coil, a plurality of power transmitting coils are included in the wide range. Need to be provided. For this reason, there is a problem in that the number of man-hours for installing the power transmission coil and the installation space increase.
以上に示したように、共鳴法による無線給電システムは、送電用コイルの取り付け工数及び設置スペースの低減と、受電用コイル及び電装部品の取り付け位置の自由度向上に関し、さらなる改善が求められるという問題点があった。特に、自動車のように、限られたスペースに多数の電装部品及びワイヤハーネスが設けられる適用対象においては、送電用コイルの設置スペースの問題はより顕著となる。 As described above, the wireless power feeding system based on the resonance method has a problem that further improvement is required with respect to the reduction in the number of installation steps and installation space of the power transmission coil and the improvement in the degree of freedom of the installation position of the power reception coil and the electrical components. There was a point. In particular, in an application target in which a large number of electrical components and wire harnesses are provided in a limited space, such as an automobile, the problem of the installation space for the power transmission coil becomes more prominent.
本発明の目的は、送電用コイル及び受電用コイルを用いて電装部品に対して無線で電力を供給するシステムにおいて、部品取り付け工数の削減と送電用コイルの省スペース化とを実現できるとともに、受電用コイル及び電装部品の取り付け位置の自由度を高めることができることである。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to realize a system for supplying power to an electrical component wirelessly using a power transmission coil and a power reception coil, and can reduce the number of parts mounting man-hours and save the space for the power transmission coil. It is possible to increase the degree of freedom of the attachment position of the coil and the electrical component.
上記目的を達成するために、第1発明に係る給電部付無線送電用コイルは、受電用コイルに対し磁場の共鳴により磁気的に結合することにより受電用コイルに対して無線により送電するコイルであり、一の直線又は一の曲線に沿って該一の直線又は一の曲線の周りに相互に非接触でかつ同一方向に巻く二重螺旋状に形成され、交流電力の一対の出力端の各々に接続されることによって磁力が変動する磁場を発する一対の導線を備えるものと、前記一対の導線の各々に接続される、交流電力の一対の出力端を有し、前記一対の導線に対して交流電力を供給する給電部とを備える。 In order to achieve the above object, a power transmission coil with a power feeding section according to a first aspect of the present invention is a coil that wirelessly transmits power to a power receiving coil by being magnetically coupled to the power receiving coil by magnetic field resonance. Each of a pair of output terminals of AC power formed in a double helix that is wound in the same direction without contact with each other around the straight line or the curved line. and shall comprise a pair of conductors emits a magnetic field force is varied by being connected to, and is connected to each of said pair of conductors has a pair of output ends of the AC power, the pair of conductors to And a power supply unit for supplying AC power.
また、第2発明に係る無線送電用コイルは、第1発明に係る無線送電用コイルの構成に加え、前記一の直線又は前記一の曲線に沿って形成され、前記一対の導線が周囲に巻き付けられた絶縁体をさらに備える。 In addition to the configuration of the wireless power transmission coil according to the first invention, the wireless power transmission coil according to the second invention is formed along the one straight line or the one curve, and the pair of conductors are wound around the circumference. And a further insulator.
第3発明に係る無線送電用コイルは、第2発明に係る無線送電用コイルの構成を備え、前記絶縁体が可撓性を有する。 A wireless power transmission coil according to a third aspect of the present invention comprises the configuration of the wireless power transmission coil according to the second aspect of the present invention, and the insulator has flexibility.
第4発明に係る無線給電システムは、次の各構成要素を備える。
(1)第1の構成要素は、一の直線又は一の曲線に沿って該一の直線又は一の曲線の周りに相互に非接触でかつ同一方向に巻く二重螺旋状に形成され、交流電力の一対の出力端の各々に接続されることによって磁力が変動する磁場を発する一対の導線を有する送電用コイルである。また、前記一対の導線の各々に接続される、交流電力の一対の出力端を有し、前記一対の導線に対して交流電力を供給する給電部をも備える。
(2)第2の構成要素は、前記送電用コイルに対し磁場の共鳴により磁気的に結合することによって前記送電用コイルから無線により受電し、受電した電力を電装部品に供給する受電用コイルである。
A wireless power feeding system according to a fourth invention includes the following components.
(1) The first component is formed in a double spiral shape that winds in the same direction without contact with each other around the straight line or the curved line along the straight line or the curved line. It is a power transmission coil having a pair of conducting wires that generate a magnetic field whose magnetic force varies by being connected to each of a pair of power output ends. Moreover, it has a pair of output terminal of alternating current power connected to each of a pair of said conducting wire, and is provided with the electric power feeding part which supplies alternating current power with respect to said pair of conducting wire.
(2) The second component is a power receiving coil that wirelessly receives power from the power transmitting coil by being magnetically coupled to the power transmitting coil by magnetic field resonance, and supplies the received power to an electrical component. is there.
第5発明に係る無線給電システムは、第4発明に係る無線給電システムの構成を備え、さらに、次に示す構成を備える。即ち、前記受電用コイルは、前記電装部品を移動可能に支持する移動部に設けられる。さらに、前記送電用コイルは、前記移動部に設けられた前記受電用コイルの移動経路に沿う前記一の直線又は一の曲線に沿って形成される。 A wireless power feeding system according to a fifth aspect of the present invention includes the configuration of the wireless power feeding system according to the fourth aspect of the present invention, and further includes the following configuration. In other words, the power receiving coil is provided in a moving part that movably supports the electrical component. Further, the power transmission coil is formed along the one straight line or one curve along a movement path of the power reception coil provided in the moving unit.
第6発明に係る無線給電システムは、第4発明に係る無線給電システムの構成を備え、さらに、次に示す構成を備える。即ち、複数の前記受電用コイルが複数の前記電装部品各々に対応してそれぞれ異なる位置に設けられる。さらに、前記送電用コイルは、複数の前記受電用コイルの各々に対向する位置を通る前記一の直線又は一の曲線に沿って形成される。 A wireless power supply system according to a sixth aspect of the invention includes the configuration of the wireless power supply system according to the fourth aspect of the invention, and further includes the following configuration. That is, the plurality of power receiving coils are provided at different positions corresponding to the plurality of electrical components. Further, the power transmission coil is formed along the one straight line or one curve passing through a position facing each of the plurality of power receiving coils.
第7発明に係る無線給電システムは、第4発明に係る無線給電システムの構成を備え、さらに、次に示す構成要素を備えている。その構成要素は、前記受電用コイルを前記電装部品とともに保持し、予め配設された前記送電用コイルの一部に対向する位置に設けられた支持部に対して取り付け可能に構成された電装品保持部である。 A wireless power feeding system according to a seventh aspect includes the configuration of the wireless power feeding system according to the fourth aspect, and further includes the following components. The component is an electrical component configured to hold the power receiving coil together with the electrical component and be attachable to a support portion provided at a position facing a part of the power transmission coil disposed in advance. It is a holding part.
本発明(第1発明から第7発明)における無線送電のための送電用コイルは、ハーネスと同様に、一の直線又は一の曲線に沿って細長く伸びて形成され、その断面積は比較的小さく形成される。そのため、本発明における送電用コイルは、受電用コイルが広い範囲に渡って存在し得る場合に、その広い範囲に渡って、狭い隙間を通るようにして配設されることができる。従って、本発明によれば、従来のように複数の送電用コイルを受電用コイルの位置に対応した広い範囲内で個別に取り付ける場合に比べ、部品取り付け工数の削減と送電用コイルの省スペース化とを実現できる。さらに、本発明によれば、送電用コイルは、一の直線又は一の曲線に沿って連続的に配設されるため、受電用コイルは、送電用コイルに沿う任意の位置に配置可能である。従って、本発明によれば、受電用コイル及びその受電用コイルから給電される電装部品の取り付け位置の自由度を高めることができる。 The power transmission coil for wireless power transmission according to the present invention (first to seventh inventions) is formed to be elongated along a straight line or a curved line, and the cross-sectional area thereof is relatively small, like a harness. It is formed. Therefore, when the power receiving coil can exist over a wide range, the power transmitting coil according to the present invention can be disposed so as to pass through a narrow gap over the wide range. Therefore, according to the present invention, compared to the conventional case where a plurality of power transmission coils are individually mounted within a wide range corresponding to the position of the power receiving coil, the number of parts mounting man-hours and the space saving of the power transmission coil are reduced. Can be realized. Furthermore, according to the present invention, since the power transmission coil is continuously disposed along one straight line or one curve, the power reception coil can be disposed at any position along the power transmission coil. . Therefore, according to the present invention, it is possible to increase the degree of freedom of the attachment position of the power receiving coil and the electrical component fed from the power receiving coil.
また、第2発明に係る無線送電用コイルは、一対の導線が周囲に巻き付けられた絶縁体を備えるため、コイル全体の形状が絶縁体の形状で保持されやすく、運搬及び取り付けの際の取り扱いが容易となる。例えば、絶縁体が、無線送電用コイルが配設される予定の経路に沿う形状で形成されていれば、無線送電用コイルを配設する作業が容易となる。また、第3発明に係る無線送電用コイルが採用されれば、絶縁体が可撓性を有すため、無線送電用コイルを湾曲した経路に沿って配設する作業が容易となる。 Moreover, since the coil for radio | wireless power transmission which concerns on 2nd invention is equipped with the insulator with which a pair of conducting wire was wound around, the shape of the whole coil is easy to be hold | maintained with the shape of an insulator, and handling at the time of conveyance and attachment is easy It becomes easy. For example, if the insulator is formed in a shape along a path along which the wireless power transmission coil is to be disposed, the operation of disposing the wireless power transmission coil becomes easy. Further, when the wireless power transmission coil according to the third invention is adopted, the insulator has flexibility, and therefore the work of arranging the wireless power transmission coil along the curved path becomes easy.
また、第5発明に係る無線給電システムにおいて、送電用コイルは、移動する受電用コイルの移動経路に沿って配設されるため、受電用コイルが移動しても受電用コイルと送電用コイルとの相対的な位置関係は一定に保持される。従って、第5発明によれば、受電用コイルが移動しても無線送電の条件が一定に維持され、安定した送電が可能となる。 In the wireless power feeding system according to the fifth aspect of the invention, since the power transmission coil is disposed along the movement path of the moving power reception coil, the power reception coil and the power transmission coil are arranged even when the power reception coil moves. The relative positional relationship of is kept constant. Therefore, according to the fifth aspect of the invention, even if the power receiving coil moves, the condition of wireless power transmission is maintained constant, and stable power transmission is possible.
また、第6発明に係る無線給電システムにおいて、送電用コイルは、複数の受電用コイルの各々に対向する位置を通る一の直線又は一の曲線に沿って形成される。そのため、1つの送電用コイルと複数の受電用コイル各々との位置関係をほぼ同一にすることができる。従って、第6発明によれば、1つの送電用コイルと複数の受電用コイル各々との間の送電効率のばらつきが低減され、安定した送電が可能となる。 In the wireless power feeding system according to the sixth aspect of the present invention, the power transmission coil is formed along one straight line or one curve passing through a position facing each of the plurality of power receiving coils. Therefore, the positional relationship between one power transmission coil and each of the plurality of power reception coils can be made substantially the same. Therefore, according to the sixth aspect, variation in power transmission efficiency between one power transmission coil and each of the plurality of power reception coils is reduced, and stable power transmission is possible.
また、第7発明に係る無線給電システムにおいて、電装品保持部は、受電用コイルを電装部品とともに保持し、前記送電用コイルの一部に対向する位置に設けられた支持部に対して取り付け可能に構成される。この場合、送電用コイルが予め定められた経路に沿って配設された後に、電装品保持部が、コネクタ接続作業なしで、送電用コイルに対向する所定位置に取り付けられるだけで、電装部品への給電が可能となる。従って、第7発明によれば、受電用コイル及び電装部品の取り付け工数がより低減される。 In the wireless power feeding system according to the seventh aspect of the present invention, the electrical component holding unit can hold the power receiving coil together with the electrical component and can be attached to a support unit provided at a position facing a part of the power transmitting coil. Configured. In this case, after the power transmission coil is disposed along a predetermined path, the electrical component holding unit can be attached to a predetermined position facing the power transmission coil without connecting the connector to the electrical component. Can be fed. Therefore, according to the seventh aspect, the man-hours for attaching the power receiving coil and the electrical component are further reduced.
以下、図1に示される概略構成図を参照しつつ、本発明の実施形態に係る無線給電システム1について説明する。無線給電システム1は、自動車などの車両に搭載され、車両内に配設された送電用コイルから、車両に設けられた複数の電装部品又は移動する電装部品に対して無線により電力を供給するシステムである。 Hereinafter, the wireless power feeding system 1 according to the embodiment of the present invention will be described with reference to the schematic configuration diagram shown in FIG. 1. A wireless power feeding system 1 is a system that is mounted on a vehicle such as an automobile and wirelessly supplies power to a plurality of electrical components provided on the vehicle or moving electrical components from a power transmission coil disposed in the vehicle. It is.
図1に示されるように、無線給電システム1は、バッテリ8と、ワイヤハーネス9と、給電部10と、送電用コイル20と、電装品ユニット30とを備えている。また、給電部10は、発振回路11及び増幅回路12を備えている。また、電装品ユニット30は、受電用コイル31と、整流回路32と、電子機器又はモータなどの電装部品である電装機器33とを備えている。
As shown in FIG. 1, the wireless power feeding system 1 includes a battery 8, a
バッテリ8は、車両に搭載され、車両の走行状態に応じて充電されるメインの蓄電池である。このバッテリ8は、車両に搭載された全ての電装部品に対する基幹の蓄電池である。バッテリ8は、例えば、鉛蓄電池又はニッケル・水素蓄電池などである。ワイヤハーネス9は、バッテリ8と給電部10とに接続され、バッテリ8から出力される直流電力を給電部10へ伝送する。
The battery 8 is a main storage battery that is mounted on the vehicle and is charged according to the traveling state of the vehicle. The battery 8 is a basic storage battery for all electrical components mounted on the vehicle. The battery 8 is, for example, a lead storage battery or a nickel / hydrogen storage battery. The
給電部10は、ワイヤハーネス9と送電用コイル20とに接続され、直流電力を高周波数の交流電力へ変換し、交流電力を送電用コイル20に供給する。
The
給電部10における発振回路11は、バッテリ8からワイヤハーネス9の電線を通じて供給される直流電力を高周波数の交流電力へ変換する回路である。例えば、発振回路11は、1MHz〜100MHz程度の周波数の交流電力を生成する。また、増幅回路12は、発振回路11で生成された高周波数の交流電力を増幅し、増幅後の交流電力を送電用コイル20に供給する回路である。
The
送電用コイル20は、受電用コイル31に対して無線で送電する無線送電用コイルである。送電用コイル20は、給電部10から供給される交流電力の一対の出力端の各々に接続されることによって磁力が変動する磁場を発する一対の導線21,22を備えている。これら一対の導線21,22は、一の直線又は一の曲線に沿って相互に非接触で形成され、かつ、その一の直線又は一の曲線の周りに同一方向に巻く二重螺旋状に形成されている。
The
なお、一対の導線21,22は、送電用コイル20の横断面が円形となるように螺旋状に巻かれる他、送電用コイル20の横断面が楕円形、矩形又はその他の多角形となるように螺旋状に巻かれることも考えられる。即ち、一対の導線21,22が二重螺旋状に巻かれた送電用コイル20の断面形状は、円形である場合の他、楕円形、矩形又はその他の多角形である場合なども考えられる。
The pair of
図1に示される例では、送電用コイル20における一対の導線21,22は、紙面に向かって左右の方向の一の直線20aに沿って、その直線20aの周りに巻く二重螺旋状に形成されている。図1においては、便宜上、2本の導線21,22は異なる太さの線で描かれているが、通常、2本の導線21,22の太さは同一である。また、2本の導線21,22は、その周囲に不図示の絶縁被覆が形成されており、その絶縁被覆が、2本の導線21,22を相互に短絡しない(非接触となる)ように分離している。
In the example shown in FIG. 1, the pair of
図1に示されるように、送電用コイル20は、一の直線又は一の曲線に沿って細長く伸びて形成される。例えば、送電用コイル20は、断面の直径が5mmから30mm程度で形成され、数百ミリメートルから十数メートル程度の長さで形成される。
As shown in FIG. 1, the
また、図1に示される例では、電装品ユニット30は1つしか示されていないが、複数の電装品ユニット30が送電用コイル20に沿う複数の位置に設けられることも考えられる。また、電装品ユニット30が所定の移動部に保持されることにより、送電用コイル20に沿って移動することも考えられる。
In the example shown in FIG. 1, only one
また、図1において省略されているが、送電用コイル20は、螺旋状に巻かれた一対の導線21,22の芯となる絶縁性の部材である芯部材23も備えている。
Although omitted in FIG. 1, the
図2及び図3は、芯部材23を含む送電用コイル20の第1例及び第2例の斜視図である。図2に示される送電用コイル20は、一の直線20bに沿って形成された可撓性を有する絶縁体からなる芯部材23を備え、一対の導線21,22が、その芯部材23の周囲に、同一の巻き方向で二重螺旋状に巻き付けられている。
2 and 3 are perspective views of a first example and a second example of the
図2に示される芯部材23は、その原形が直線20bに沿う棒状であるため、送電用コイル20全体も、その原形は直線20bに沿う棒状である。しかしながら、芯部材23が可撓性を有するため、送電用コイル20は、外力を受けた場合、図2に示されるように撓み、湾曲する。このような送電用コイル20が採用されることにより、芯部材23(絶縁体)が可撓性を有すため、送電用コイル20を湾曲した経路に沿って配設する作業が容易となる。可撓性を有する芯部材23(絶縁体)の材料は、例えば、ポリプロピレンなどである。
Since the original shape of the
一方、図3に示される送電用コイル20は、一の曲線20cに沿って形成された絶縁体からなる芯部材23を備え、一対の導線21,22が、その芯部材23の周囲に、同一の巻き方向で二重螺旋状に巻き付けられている。
On the other hand, the
図3に示される芯部材23は、送電用コイル20が配設される予定の経路に沿う形状で形成されている。このような送電用コイル20が採用されることにより、送電用コイル20を目的の経路に沿って配設する作業が容易となる。
The
図3に示される芯部材23(絶縁体)の材料は、例えば、ABS樹脂のように、剛性の高い部材であることが考えられる。また、図3に示される芯部材23が可撓性を有する絶縁体であることも考えられる。これにより、送電用コイル20の形状とそれが取り付けられる部位の形状とに多少の誤差がある場合でも、その可撓性が、誤差の影響を吸収できる。
The material of the core member 23 (insulator) shown in FIG. 3 is considered to be a highly rigid member such as ABS resin. It is also conceivable that the
送電用コイル20は、図2又は図3に示されるような芯部材23を備えることにより、コイル全体の形状が芯部材23の形状で保持されやすく、運搬及び取り付けの際の取り扱いが容易となる。
The
電装品ユニット30における受電用コイル31は、送電用コイル20に対し磁場の共鳴により磁気的に結合することによって電力を受電するコイルである。即ち、送電用コイル20及び受電用コイル31は、無線給電を行うコイルである。受電用コイル31は、同軸上に配置された2つのコイルからなり、各コイルが整流回路32の一対の入力端それぞれに接続されている。なお、このような受電用コイル31は、従来の通常の無線給電用のコイルであり、従来の送電用コイルは、この受電用コイル31と同様の構造を有している。
The
送電用コイル20に対して数センチメートルから二十数センチメートル程度の距離の範囲内に受電用コイル31が存在する場合、その受電用コイル31は、送電用コイル20が発する磁場との磁気結合によって電力を受電する。
When the
例えば、送電用コイル20に対して数センチメートルから二十数センチメートル程度の距離の範囲内に複数の受電用コイル31が存在する場合、それら複数の受電用コイル31は、1つの送電用コイル20から並行して受電する。また、送電用コイル20に対して数センチメートルから二十数センチメートル程度の距離の範囲内において、受電用コイル31が送電用コイル20に沿って移動する場合、その受電用コイル31は、移動の過程において、送電用コイル20との相対的な位置関係を保持し、その結果、送電用コイル20から受電用コイル31への無線給電の条件が一定に保持される。
For example, when there are a plurality of power receiving coils 31 within a distance of several centimeters to about twenty centimeters with respect to the
電装品ユニット30における整流回路32は、受電用コイル31によって得られる交流電力を整流して直流電力へ変換する回路である。整流回路32から出力される直流電力は、電装機器33に供給される。これにより、電装機器33は、受電用コイル31により受電された電力を消費して動作する。
The
無線給電システム1において、送電用コイル20は、ワイヤハーネス9と同様に、一の直線又は一の曲線に沿って細長く伸びて形成され、その断面積は比較的小さく形成される。そのため、送電用コイル20は、受電用コイル31が広い範囲に渡って存在し得る場合に、その広い範囲に渡って、狭い隙間を通るようにして配設されることができる。従って、無線給電システム1によれば、従来のように複数の送電用コイルを受電用コイルの位置に対応した広い範囲内で個別に取り付ける場合に比べ、部品取り付け工数の削減と送電用コイルの省スペース化とを実現できる。
In the wireless power feeding system 1, like the
無線給電システム1において、送電用コイル20は、一の直線又は一の曲線に沿って連続的に配設されるため、受電用コイル31は、送電用コイル20に沿う任意の位置に配置可能である。従って、無線給電システム1によれば、受電用コイル31及びそれから給電される電装機器33の取り付け位置の自由度を高めることができる。
In the wireless power feeding system 1, since the
<第1の応用例>
次に、図4から図6を参照しつつ、無線給電システム1の第1の応用例である無線給電システム1Aについて説明する。無線給電システム1Aは、無線給電システム1が自動車の電動式のスライドドア6内の電装機器33であるモータの給電に適用された例である。なお、図4は、無線給電システム1Aの概略の斜視図であり、図5及び図6は、それぞれスライドドア6が閉じられた状態及び開かれた状態における無線給電システム1Aの概略の平面図である。
<First application example>
Next, a wireless
無線給電システム1Aにおいて、受電用コイル31及び整流回路32は、電装機器33(モータ)を移動可能に支持する移動部であるスライドドア6に取り付けられている。即ち、電装品ユニット30がスライドドア6に取り付けられている。スライドドア6に設けられた、電装機器33(モータ)は、例えば、スライドドア6を駆動するモータ、又はスライドドア6の窓ガラスを駆動するパワーウインドウ用のモータなどである。
In the wireless
また、無線給電システム1Aにおいて、給電部10及び送電用コイル20は、自動車の本体側に配置されている。そして、送電用コイル20は、移動するスライドドア6に取り付けられた受電用コイル31の移動経路に沿う一の曲線に沿って形成されている。
In the wireless
図5及び図6に示されるように、スライドドア6には、自動車の本体側に設けられたレール7に支持されるアーム部6aが設けられている。即ち、スライドドア6の一部であるアーム部6aは、自動車の本体側のレール7に沿って移動する。レール7は、自動車の本体側において一の曲線に沿って設けられている。
As shown in FIGS. 5 and 6, the
そして、無線給電システム1Aにおける受電用コイル31は、例えば、スライドドア6の一部であるアーム部6aに取り付けられる。このアーム部6aは、スライドドア6の上端部及び下端部の各々に設けられるが、受電用コイル31は、例えば、下側のアーム部6aに取り付けられる。
The
また、無線給電システム1Aにおいて、送電用コイル20は、図5及び図6に示されるように、自動車の本体側のレール7に沿って設けられる。これにより、送電用コイル20は、スライドドア6に設けられた受電用コイル31の移動経路に沿う一の曲線に沿う状態となる。
In the wireless
無線給電システム1Aにおいて、送電用コイル20は、移動する受電用コイル31の移動経路に沿って配設されるため、受電用コイル31が移動しても受電用コイル31と送電用コイル20との相対的な位置関係は一定に保持される。従って、無線給電システム1Aによれば、受電用コイル31が移動しても無線送電の条件が一定に維持され、安定した送電が可能となる。
In the wireless power feeding system 1 </ b> A, the
なお、図4から図6に示される例は、受電用コイル31が一の曲線に沿って移動する例であるが、無線給電システム1は、受電用コイル31が一の直線に沿って移動する対象にも同様に適用できる。この場合、受電用コイル31は、電装機器33を直線に沿って移動可能に支持する移動部に設けられている。そして、送電用コイル20は、移動部に設けられた受電用コイル31の移動経路に沿う一の直線に沿って形成される。
The examples shown in FIGS. 4 to 6 are examples in which the
<第2の応用例>
次に、図7を参照しつつ、無線給電システム1の第2の応用例である無線給電システム1Bについて説明する。無線給電システム1Bは、無線給電システム1が自動車のインストルメントパネル5内の複数の電装機器及び左右の座席の周辺の複数の電装機器への給電に適用された例である。
<Second application example>
Next, a wireless
無線給電システム1Bにおいて、給電部10は、インストルメントパネル5内に設けられている。また、無線給電システム1Aは、インストルメントパネル5内を横断するように直線状又は曲線状に配設された送電用コイル20と、インストルメントパネル5内の給電部10から左右の座席の間4へ伸びる曲線状に配設された送電用コイル20とを備えている。
In the wireless power feeding system 1 </ b> B, the
インストルメントパネル5内を横断するように設けられた送電用コイル20は、インストルメントパネル5に取り付けられた複数の電装品ユニット30に対して無線給電を行う。インストルメントパネル5に取り付けられた電装品ユニット30は、例えば、空調の制御回路(電装機器)を含む空調制御ユニットと、液晶パネル及び地図データ記憶装置などの電装機器を含むカーナビゲーション装置と、チューナ及び音楽データの再生装置などの電装機器を含むオーディオ装置と、速度メータ及び給油インジケータなどの電装機器を含むインジケータユニットなどである。
The
また、インストルメントパネル5内から左右の座席の間4へ伸びる曲線状に配設された送電用コイル20は、左右の座席の周辺に配置された電装品ユニット30に対して無線給電を行う。左右の座席の周辺に配置された電装品ユニット30は、例えば、室内灯の点灯及び消灯を制御するスイッチ及び制御回路を含むコンソールスイッチユニット、小物収容ボックス内に照明用ランプ及びその点灯と消灯とを切り替えるスイッチを含むボックスランプユニット、左右の座席各々において座席の前後への移動用及び背もたれの回動用のモータを含むシートコントロールユニットなどである。
Further, the
無線給電システム1Bにおいて、送電用コイル20は、複数の電装品ユニット30各々に設けられた複数の受電用コイル31の各々に対向する位置を通る一の直線(インストルメントパネル5内)に沿って、又は一の曲線(左右の座席の間)に沿って形成される。そのため、1つの送電用コイル20と、これに対向する複数の受電用コイル31各々との位置関係をほぼ同一にすることができる。従って、無線給電システム1Bによれば、1つの送電用コイル20と、これに対向する複数の受電用コイル31各々との間の送電効率のばらつきが低減され、安定した送電が可能となる。
In the wireless power feeding system 1 </ b> B, the
<第3の応用例>
次に、図8及び図9を参照しつつ、無線給電システム1の第3の応用例である無線給電システム1Cについて説明する。無線給電システム1Cは、無線給電システム1が自動車のルーフライニングの内部又はルーフライニングの近傍に配置される複数の電装機器への給電に適用された例である。
<Third application example>
Next, a wireless power feeding system 1 </ b> C that is a third application example of the wireless power feeding system 1 will be described with reference to FIGS. 8 and 9. The wireless power feeding system 1 </ b> C is an example in which the wireless power feeding system 1 is applied to power feeding to a plurality of electrical devices arranged inside or near the roof lining of an automobile.
図8は、無線給電システム1Cが設けられたルーフライニングの平断面を表す模式図である。図8に示されるように、無線給電システム1Cにおいて、給電部10は、自動車の 前方側のルーフライニング内に設けられている。また、無線給電システム1Cにおいて、送電用コイル20は、ルーフライニングの外縁部及びルーフライニングの後方中央部付近に配置される複数の電装品ユニット30各々に接近して対向する位置を通る一の曲線(一部は直線)に沿う状態で配設される。また、図8において符号30Aが記されている電装品ユニット30は、オプション部品である。以下、オプション部品である電装品ユニット30をオプション電装品ユニット30Aと称する。
FIG. 8 is a schematic diagram showing a plane cross-section of roof lining provided with the wireless power feeding system 1C. As shown in FIG. 8, in the wireless power feeding system 1C, the
図9は、無線給電システム1Cを構成するオプション電装品ユニット30Aの斜視図である。オプション電装品ユニット30Aは、受電用コイル31、整流回路32及び電装機器33を備えるとともに、さらに、操作スイッチ34及び筐体35を備える。
FIG. 9 is a perspective view of an optional
操作スイッチ34は、人の操作に応じて、受電用コイル31から電装機器33への給電を行うか否かを切り替えるスイッチである。また、筐体35は、受電用コイル31、整流回路32、電装機器33及び操作スイッチ34を内包し、これらを一体に保持する部材である。例えば、オプション電装品ユニット30Aにける電装機器33は、自動車の室内を照明するランプなどである。
The
また、図9に示されるように、筐体35は、送電用コイル20の一部に対向する位置に設けられた支持部3に対して取り付け可能にするための爪部35Aが形成されている。支持部3は、ルールライニングの外縁部に位置する車体フレームにおける開口が形成された部分ある。筐体35が支持部3の開口に嵌め込まれることにより、筐体35の爪部35Aが支持部3の開口の縁部に係合し、筐体35を含むオプション電装品ユニット30A全体が支持部3に保持される。また、オプション電装品ユニット30Aが支持部3に取り付けられることにより、オプション電装品ユニット30A内の受電用コイル31は、送電用コイル20の一部に対して接近して対向する。これにより、オプション電装品ユニット30A内の電装機器33は、操作スイッチ34がON状態であるときに、送電用コイル20から無線で給電される。
Further, as shown in FIG. 9, the
無線給電システム1Cにおいては、送電用コイル20が予め定められた経路に沿って配設された後に、オプション電装品ユニット30Aを構成する筐体35が、コネクタ接続作業なしで、送電用コイル20に対向する位置(支持部3)に取り付けられるだけで、筐体35内の電装機器33への給電が可能となる。従って、無線給電システム1Cによれば、受電用コイル31及び電装機器33の取り付け工数がより低減される。
In the wireless power feeding system 1C, after the
以上に示した第1応用例から第3応用例は、無線給電システム1の適用に好適な車両用無線給電システムであるが、無線給電システム1は、他の対象に適用されてもよい。 The first to third application examples described above are vehicle wireless power supply systems suitable for application of the wireless power supply system 1, but the wireless power supply system 1 may be applied to other objects.
また、無線給電システム1において、芯部材23は、送電用コイル20の必須の構成要素ではないが、送電用コイル20の取り扱いを容易にするために、芯部材23が設けられることが望ましい。
In the wireless power feeding system 1, the
1,1A,1B,1C 無線給電システム
3 支持部
5 インストルメントパネル
6 スライドドア
6a アーム部
8 バッテリ
9 ワイヤハーネス
10 給電部
11 発振回路
12 増幅回路
20 送電用コイル
21,22 導線
30 電装品ユニット
30A オプション電装品ユニット
31 受電用コイル
32 整流回路
33 電装機器
34 操作スイッチ
35 筐体
35A 爪部
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記一対の導線の各々に接続される、交流電力の前記一対の出力端を有し、前記一対の導線に対して交流電力を供給する給電部と、
を備える給電部付無線送電用コイル。 A wireless power transmission coil that wirelessly transmits power to the power receiving coil by being magnetically coupled to the power receiving coil by magnetic field resonance, wherein the one straight line or a single curve A pair of conductors that are formed in a double spiral shape that is not contacted with each other and wound in the same direction around one curve, and that generates a magnetic field whose magnetic force varies by being connected to each of a pair of output ends of AC power. With what
A power supply unit connected to each of the pair of conductive wires, having the pair of output ends of AC power, and supplying AC power to the pair of conductive wires;
A coil for wireless power transmission with a power feeding unit .
前記一対の導線の各々に接続される、交流電力の前記一対の出力端を有し、前記一対の導線に対して交流電力を供給する給電部と、
前記送電用コイルに対し磁場の共鳴により磁気的に結合することによって前記送電用コイルから無線により受電し、受電した電力を電装部品に供給する受電用コイルと、を備えることを特徴とする無線給電システム。 Formed in a double helix that winds in the same direction without contact with each other around one straight line or one curve along one straight line or one curved line, and is connected to each of a pair of output terminals of AC power A power transmission coil having a pair of conductors that generate a magnetic field whose magnetic force varies by being
A power supply unit connected to each of the pair of conductive wires, having the pair of output ends of AC power, and supplying AC power to the pair of conductive wires;
And a power receiving coil that wirelessly receives power from the power transmitting coil by being magnetically coupled to the power transmitting coil by magnetic field resonance, and supplies the received power to an electrical component. system.
前記送電用コイルは、前記移動部に設けられた前記受電用コイルの移動経路に沿う前記一の直線又は一の曲線に沿って形成される請求項4に記載の無線給電システム。 The power receiving coil is provided in a moving unit that movably supports the electrical component,
The wireless power feeding system according to claim 4, wherein the power transmission coil is formed along the one straight line or one curve along a movement path of the power receiving coil provided in the moving unit.
前記送電用コイルは、複数の前記受電用コイルの各々に対向する位置を通る前記一の直線又は一の曲線に沿って形成される請求項4に記載の無線給電システム。 A plurality of power receiving coils are provided at different positions corresponding to each of the plurality of electrical components,
The wireless power feeding system according to claim 4, wherein the power transmission coil is formed along the one straight line or one curve passing through a position facing each of the plurality of power receiving coils.
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