JP6305728B2 - Coil unit and power transmission system - Google Patents
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Description
本発明は、非接触の電力伝送に用いられるコイルユニット、及び該コイルユニットを備える電力伝送システムの技術分野に関する。 The present invention relates to a technical field of a coil unit used for non-contact power transmission and a power transmission system including the coil unit.
この種のコイルユニットとして、例えば、漏洩磁場を低減するために、複数のコイルを含むコイルユニットであって、該複数のコイルのうち一のコイルと、該複数のコイルのうち他のコイルとは、発生する磁界が逆位相となるように配置されたコイルユニットが提案されている(特許文献1参照)。 As this type of coil unit, for example, a coil unit including a plurality of coils in order to reduce a leakage magnetic field, and one coil among the plurality of coils and another coil among the plurality of coils are There has been proposed a coil unit arranged so that the generated magnetic field has an opposite phase (see Patent Document 1).
尚、両側巻H型コア構造のトランスを複数個接続し、トランスの大容量化を図る技術が提案されている(非特許文献1参照)。 A technique has been proposed in which a plurality of transformers having a double-sided H-shaped core structure are connected to increase the capacity of the transformer (see Non-Patent Document 1).
特許文献1に記載のコイルユニットや、円形コイル(円形コア片側巻構造)では、互いに対向配置されるコイルの中心軸同士を同軸上としなければ、電力の伝送効率が低下するという技術的問題点がある。この種のコイルユニットが、例えば電気自動車に搭載されたバッテリの充電システムに用いられる場合、コイルユニットの位置合わせの精度は、車両の運転者の運転技術に大きく依存する。すると、上記技術的問題点が顕著に現れる可能性がある。 In the coil unit described in Patent Document 1 or a circular coil (circular core one-side winding structure), a technical problem that power transmission efficiency is reduced unless the central axes of coils opposed to each other are coaxial. There is. When this type of coil unit is used in, for example, a battery charging system mounted on an electric vehicle, the alignment accuracy of the coil unit greatly depends on the driving skill of the vehicle driver. Then, there is a possibility that the above technical problem appears remarkably.
本発明は、例えば上記問題点に鑑みてなされたものであり、コイルユニット間の位置ずれに起因する電力伝送効率の低下を抑制することができるコイルユニット及び電力伝送システムを提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, for example, and it is an object to provide a coil unit and a power transmission system that can suppress a decrease in power transmission efficiency due to a positional shift between the coil units. To do.
本発明のコイルユニットは、上記課題を解決するために、一のコイルユニットから、非接触で電力を受電可能な電力伝送システムの一部を構成し、インピーダンスZの負荷に電気的に接続されたコイルユニットであって、一の方向に沿った中心軸を有する第1のコイルと、当該コイルユニットの動作時に、前記第1のコイルにより形成される磁界とは逆向きの磁界を形成するように、前記第1のコイルと電気的に接続され、前記中心軸と同軸上に配置された第2のコイルと、前記中心軸と同軸上に、且つ、前記第1のコイルと前記第2のコイルとの間に配置され、前記第1のコイル及び第2のコイルのいずれにも電気的に接続されていない第3のコイルと、を備え、当該コイルユニット及び前記一のコイルユニット間の結合係数をk、共振周波数をωとして、前記第1のコイル及び前記第2のコイルの合成インダクタンス値L2が、数式1を満たすように構成されている。
In order to solve the above problems, the coil unit of the present invention is part of a power transmission system capable of receiving power in a non-contact manner from one coil unit, and is electrically connected to a load having an impedance Z. A first coil having a central axis along one direction and a magnetic field opposite to a magnetic field formed by the first coil when the coil unit is operated; A second coil electrically connected to the first coil and arranged coaxially with the central axis, and coaxial with the central axis and the first coil and the second coil. And a third coil that is not electrically connected to any of the first coil and the second coil, and a coupling coefficient between the coil unit and the one coil unit. K, resonance circumference As the number omega, combined inductance value L2 of the first coil and the second coil is configured so as to satisfy the formula 1.
本発明の電力伝送システムは、上記課題を解決するために、相互に非接触の電力伝送が可能な給電装置及び受電装置を備える非接触電力伝送システムであって、前記給電装置は、給電コイルユニットと、前記給電コイルユニットに電気的に接続されると共に、前記給電コイルユニットに所定周波数の電力を供給する電力供給手段と、を備え、前記受電装置は、前記給電コイルユニットと対向配置される受電コイルユニットと、前記受電コイルユニットに電気的に接続された負荷と、を備え、前記給電コイルユニットは、一の方向に沿った第1の中心軸を有する第1の給電コイルと、前記給電コイルユニットの動作時に、前記第1の給電コイルにより形成される磁界とは逆向きの磁界を形成するように、前記第1の給電コイルと電気的に接続され、前記第1の中心軸と同軸上に配置された第2の給電コイルと、前記第1の中心軸と同軸上に、且つ、前記第1の給電コイルと前記第2の給電コイルとの間に配置され、前記第1の給電コイル及び第2の給電コイルのいずれにも電気的に接続されていない第3の給電コイルと、を有し、前記第3の給電コイルは、前記第3の給電コイルの共振点が、前記電力供給手段の駆動周波数と一致するように構成されており、前記受電コイルユニットは、前記一の方向に沿い、前記第1の中心軸とは異なる第2の中心軸を有する第1の受電コイルと、前記受電コイルユニットの動作時に、前記第1の受電コイルにより形成される磁界とは逆向きの磁界を形成するように、前記第1の受電コイルと電気的に接続され、前記第2の中心軸と同軸上に配置された第2の受電コイルと、前記第2の中心軸と同軸上に、且つ、前記第1の受電コイルと前記第2の受電コイルとの間に配置され、前記第1の受電コイル及び第2の受電コイルのいずれにも電気的に接続されていない第3の受電コイルと、を有し、前記第3の受電コイルは、前記第3の受電コイルの共振点が、前記電力供給手段の駆動周波数と一致するように構成されており、前記電力供給手段の駆動周波数をfs、前記負荷のインピーダンスをZ、前記給電コイルユニット及び前記受電コイルユニット間の結合係数をkとして、前記第1の受電コイル及び前記第2の受電コイルの合成インダクタンス値L2が、数式2を満たすように構成されている。 In order to solve the above problems, a power transmission system of the present invention is a non-contact power transmission system including a power feeding device and a power receiving device that can perform non-contact power transmission, and the power feeding device includes a power feeding coil unit. And a power supply unit that is electrically connected to the power supply coil unit and supplies power of a predetermined frequency to the power supply coil unit, and the power reception device is disposed opposite to the power supply coil unit. A coil unit; and a load electrically connected to the power receiving coil unit, wherein the power feeding coil unit includes a first power feeding coil having a first central axis along one direction, and the power feeding coil. When the unit is in operation, it is electrically connected to the first feeding coil so as to form a magnetic field opposite to the magnetic field formed by the first feeding coil. A second feeding coil that is disposed on a first center axis and coaxially to said first center axis and coaxially, and, between the first feed coil and the second feed coil And a third power supply coil that is not electrically connected to any of the first power supply coil and the second power supply coil, and the third power supply coil includes the third power supply coil. The resonance point of the power feeding coil is configured to coincide with the driving frequency of the power supply means, and the power receiving coil unit has a second center different from the first central axis along the one direction. The first power receiving coil is electrically connected to the first power receiving coil so as to form a magnetic field opposite to the magnetic field formed by the first power receiving coil when the power receiving coil unit is operated. Connected to the second central axis and arranged coaxially with the second central axis. A second power-receiving coil, the second central axis coaxial with, and, disposed between said first receiving coil the second receiving coil, said first receiving coil and a second A third power receiving coil that is not electrically connected to any one of the power receiving coils, wherein the third power receiving coil has a resonance point of the third power receiving coil to drive the power supply means. The first power receiving unit is configured such that the driving frequency of the power supply unit is fs, the impedance of the load is Z, and the coupling coefficient between the power feeding coil unit and the power receiving coil unit is k. The combined inductance value L2 of the coil and the second power receiving coil is configured to satisfy Formula 2.
本発明の作用及び他の利得は次に説明する実施するための形態から明らかにされる。 The effect | action and other gain of this invention are clarified from the form for implementing demonstrated below.
本発明のコイルユニット及び電力伝送システムに係る実施形態について説明する。 Embodiments according to the coil unit and the power transmission system of the present invention will be described.
(コイルユニット)
実施形態に係るコイルユニットは、一のコイルユニットから、非接触で電力を受電可能な電力伝送システムの一部を構成し、インピーダンスZの負荷に電気的に接続されたコイルユニットである。
(Coil unit)
The coil unit according to the embodiment is a coil unit that constitutes a part of a power transmission system capable of receiving power in a non-contact manner from one coil unit and is electrically connected to a load having an impedance Z.
当該コイルユニットは、一の方向に沿った中心軸を有する第1のコイルと、当該コイルユニットの動作時に、該第1のコイルにより形成される磁界とは逆向きの磁界を形成するように、該第1のコイルと電気的に接続され、上記中心軸と同軸上に配置された第2のコイルと、を備える。 The coil unit forms a first coil having a central axis along one direction and a magnetic field opposite to the magnetic field formed by the first coil during operation of the coil unit. A second coil electrically connected to the first coil and disposed coaxially with the central axis.
本実施形態では特に、第1のコイル及び第2のコイルの合成インダクタンス値L2は、下記関係式を満たすように構成されている。 Particularly in this embodiment, the combined inductance value L2 of the first coil and the second coil is configured to satisfy the following relational expression.
本実施形態に係るコイルユニットによれば、一の方向に沿った中心軸を有する第1のコイルと、該中心軸と同軸上に配置された第2のコイルと、を備えて構成されている。第1のコイルと第2のコイルとは、当該コイルユニットの動作時に互いに逆向きの磁界を形成するように、構成及び互いに電気的に接続されている。 The coil unit according to the present embodiment includes a first coil having a central axis along one direction, and a second coil arranged coaxially with the central axis. . The first coil and the second coil are configured and electrically connected to each other so as to form opposite magnetic fields when the coil unit operates.
ここで、本実施形態に係る第1のコイル及び第2のコイルは、所謂両側巻コイルである。この所謂両側巻コイルは、所謂片側巻コイルに比べて、上記中心軸が延びる方向と交わる方向への位置ずれの影響を受けにくい。 Here, the first coil and the second coil according to the present embodiment are so-called double-sided coils. This so-called double-sided coil is less susceptible to positional displacement in the direction intersecting with the direction in which the central axis extends than the so-called single-sided coil.
また、合成インダクタンス値L2が上記関係式を満たす場合、当該コイルユニットと一のコイルユニット間における電力の伝送効率が比較的高くなることが、本願発明者の研究により判明している。加えて、上述の如く、当該コイルユニットの動作時には、第1のコイルの周囲に生じる磁界の向きと、第2のコイルの周囲に生じる磁界の向きとが互いに逆向きであるため、当該コイルユニットの周囲への放射磁界を低減することができる。 In addition, when the combined inductance value L2 satisfies the above relational expression, it has been found by the inventor's research that the power transmission efficiency between the coil unit and one coil unit is relatively high. In addition, as described above, during the operation of the coil unit, the direction of the magnetic field generated around the first coil and the direction of the magnetic field generated around the second coil are opposite to each other. The radiation magnetic field to the surroundings of the
第1のコイル及び第2のコイルを、同形状且つ、同一インダクタンスに構成することにより、放射磁界の低減効果をより大きくすることができる。 By configuring the first coil and the second coil to have the same shape and the same inductance, the effect of reducing the radiation magnetic field can be further increased.
実施形態に係るコイルユニットの一態様では、当該コイルユニットは、第1のコイルの中心軸と同軸上に、且つ、該第1のコイルと第2のコイルとの間に配置され、第1のコイル及び第2のコイルのいずれにも電気的に接続されていない第3のコイルを更に備える。 In one aspect of the coil unit according to the embodiment, the coil unit is disposed coaxially with the central axis of the first coil and between the first coil and the second coil. A third coil that is not electrically connected to either the coil or the second coil is further provided.
この態様によれば、第1のコイル及び第2のコイルのみの場合に比べて、当該コイルユニットの中心軸が延びる方向への位置ずれの影響を低減することができ、実用上非常に有利である。 According to this aspect, compared to the case of only the first coil and the second coil, it is possible to reduce the influence of the positional deviation in the direction in which the central axis of the coil unit extends, which is very advantageous in practice. is there.
この態様では、第3のコイルは、当該コイルユニットの動作時に、第1のコイル及び第2のコイルと共振するように構成されている。 In this aspect, the third coil is configured to resonate with the first coil and the second coil during the operation of the coil unit.
このように構成すれば、当該コイルユニットが、上記一のコイルユニットに対し、中心軸が延びる方向へずれた場合であっても、第3のコイルが反射増幅の働きをするので、当該コイルユニットと一のコイルユニット間における電力の伝送効率の低下を抑制することができる。 If comprised in this way, even if it is a case where the said coil unit has shifted | deviated to the direction where a central axis extends with respect to said one coil unit, since the 3rd coil functions as reflection amplification, the said coil unit And a reduction in power transmission efficiency between the one coil unit can be suppressed.
(電力伝送システム)
実施形態に係る電力伝送システムは、相互に非接触の電力伝送が可能な給電装置及び受電装置を備える非接触電力伝送システムである。
(Power transmission system)
The power transmission system according to the embodiment is a non-contact power transmission system including a power feeding device and a power receiving device capable of non-contact power transmission.
給電装置は、給電コイルユニットと、該給電コイルユニットに電気的に接続されると共に、該給電コイルユニットに所定周波数の電力を供給する電力供給手段と、を備えて構成される。 The power supply apparatus includes a power supply coil unit and power supply means that is electrically connected to the power supply coil unit and supplies power of a predetermined frequency to the power supply coil unit.
給電コイルユニットは、一の方向に沿った第1の中心軸を有する第1の給電コイルと、当該給電コイルユニットの動作時に、第1の給電コイルにより形成される磁界とは逆向きの磁界を形成するように、第1の給電コイルと電気的に接続され、第1の中心軸と同軸上に配置された第2の給電コイルと、を有する。 The feeding coil unit has a first feeding coil having a first central axis along one direction, and a magnetic field opposite to the magnetic field formed by the first feeding coil during operation of the feeding coil unit. And a second power supply coil that is electrically connected to the first power supply coil and disposed coaxially with the first central axis.
受電装置は、給電コイルユニットと対向配置される受電コイルユニットと、該受電コイルユニットに電気的に接続された負荷と、を備えて構成される。 The power receiving apparatus includes a power receiving coil unit disposed to face the power feeding coil unit, and a load electrically connected to the power receiving coil unit.
受電コイルユニットは、一の方向に沿い、第1の中心軸とは異なる第2の中心軸を有する第1の受電コイルと、当該受電コイルユニットの動作時に、第1の受電コイルにより形成される磁界とは逆向きの磁界を形成するように、第1の受電コイルと電気的に接続され、第2の中心軸と同軸上に配置された第2の受電コイルと、を有する。 The power receiving coil unit is formed by a first power receiving coil having a second central axis that is different from the first central axis along one direction, and the first power receiving coil during operation of the power receiving coil unit. A second power receiving coil that is electrically connected to the first power receiving coil and disposed coaxially with the second central axis so as to form a magnetic field opposite to the magnetic field.
本実施形態では特に、第1の受電コイル及び第2の受電コイルの合成インダクタンス値L2が下記関係式を満たすように構成されている。 In this embodiment, in particular, the combined inductance value L2 of the first power receiving coil and the second power receiving coil is configured to satisfy the following relational expression.
合成インダクタンス値L2が上記関係式を満たす場合、給電コイルユニットの入力抵抗Rinは下記近似式で表される。 When the combined inductance value L2 satisfies the above relational expression, the input resistance Rin of the feeding coil unit is expressed by the following approximate expression.
実施形態に係る電力伝送システムによれば、上述した実施形態に係るコイルユニットと同様に、給電コイルユニット及び受電コイルユニット間の位置ずれに起因する電力伝送効率の低下を抑制できると共に、周囲への放射磁界を低減することができる。 According to the power transmission system according to the embodiment, similarly to the coil unit according to the above-described embodiment, it is possible to suppress a decrease in power transmission efficiency due to the positional deviation between the power feeding coil unit and the power receiving coil unit, and to the surroundings. The radiation magnetic field can be reduced.
実施形態に係る電力伝送システムの一態様では、給電コイルユニットは、第1の中心軸と同軸上に、且つ、第1の給電コイルと第2の給電コイルとの間に配置され、第1の給電コイル及び第2の給電コイルのいずれにも電気的に接続されていない第3の給電コイルを更に有する。第3の給電コイルは、該第3の給電コイルの共振点が、電力供給手段の駆動周波数と一致するように構成されている。 In one aspect of the power transmission system according to the embodiment, the feeding coil unit is disposed coaxially with the first central axis and between the first feeding coil and the second feeding coil. A third feeding coil that is not electrically connected to any of the feeding coil and the second feeding coil is further included. The third feeding coil is configured such that the resonance point of the third feeding coil matches the drive frequency of the power supply means.
受電コイルユニットは、第2の中心軸と同軸上に、且つ、第1の受電コイルと第2の受電コイルとの間に配置され、第1の受電コイル及び第2の受電コイルのいずれにも電気的に接続されていない第3の受電コイルを更に有する。第3の受電コイルは、該第3の受電コイルの共振点が、電力供給手段の駆動周波数と一致するように構成されている。 The power receiving coil unit is disposed coaxially with the second central axis and between the first power receiving coil and the second power receiving coil, and is provided for both the first power receiving coil and the second power receiving coil. A third power receiving coil that is not electrically connected is further included. The third power receiving coil is configured such that the resonance point of the third power receiving coil matches the drive frequency of the power supply means.
この態様によれば、給電コイルユニットが、受電コイルユニットに対して、第1の中心軸の延びる方向へ相対的にずれた場合であっても、給電コイルユニットと受電コイルユニット間における電力伝送効率の低下を好適に抑制することができる。 According to this aspect, even when the power feeding coil unit is displaced relative to the power receiving coil unit in the extending direction of the first central axis, the power transmission efficiency between the power feeding coil unit and the power receiving coil unit. Can be suitably suppressed.
本発明に係るコイルユニットを備える電力伝送システムに係る実施例を図面に基づいて説明する。尚、以下の実施例では、当該電力伝送システムが、例えば電気自動車等の車両に搭載されたバッテリの充電システムとして用いられた場合を一例として挙げる。 An embodiment relating to a power transmission system including a coil unit according to the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, the case where the power transmission system is used as a charging system for a battery mounted on a vehicle such as an electric vehicle is taken as an example.
<第1実施例>
電力伝送システムに係る第1実施例について、図1乃至図7を参照して説明する。
<First embodiment>
A first embodiment of the power transmission system will be described with reference to FIGS.
先ず、本実施例に係る電力伝送システムの構成について、図1を参照して説明する。図1は、第1実施例に係る電力伝送システムの概要を示す概念図である。 First, the configuration of the power transmission system according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a conceptual diagram showing an outline of the power transmission system according to the first embodiment.
図1において、電力伝送システムは、交流電源10と、該交流電源10に電気的に接続された送電回路100と有する給電装置と、車両に搭載されたバッテリである負荷20と、該負荷20に電気的に接続された受電回路200とを有する受電装置と、を備えて構成されている。
In FIG. 1, an electric power transmission system includes an
送電回路100は、整流器110、PFC(Power Factor Correction:力率改善)回路120、インバータ130、共振用キャパシタ140及び送電コイル150を備えて構成されている。
The
給電装置の動作時には、例えば商用電源等である交流電源10から出力された交流電圧が、整流器110及びPFC回路120により直流電圧に変換される。該変換された直流電圧は、インバータ130により高周波交流電圧に変換される。高周波交流電圧が共振用キャパシタ140に印加されることにより、送電コイル150の周囲に高周波磁界が発生する。
During operation of the power supply apparatus, for example, an AC voltage output from an
受電回路200は、整流器210、共振用キャパシタ220及び受電コイル230を備えて構成されている。
The
受電コイル230が送電コイル150と対向配置され、該送電コイル150の周囲に高周波磁界が発生した場合、受電コイル230及び共振用キャパシタ220の作用により、受電コイル230が受けた高周波磁界が高周波交流電圧に変換される。該高周波交流電圧は、整流器210により直流電圧に変換され、負荷20に供給される。
When the
次に、本実施例に係るコイルユニットについて、図2を参照して説明する。図2は、第1実施例に係るコイルユニットを示す斜視図である。尚、図2には送電コイル150のみ記載されているが、受電コイル230も送電コイル150と同様の構成である。
Next, the coil unit according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a perspective view showing the coil unit according to the first embodiment. Although only the
図2において、送電コイル150は、コイル1及びコイル2を備えて構成されている。図2に示すように、コイル1及びコイル2は、所謂角形コア両側巻コイルである。
In FIG. 2, the
ここで特に、コイル1及びコイル2は、給電装置の動作時に、互いに逆向きの磁界を形成するように構成及び電気的に接続されている。図2では、コイル1及びコイル2が電気的に直列に接続されていると共に、コイル1を構成する導線の巻き回し方向とコイル2を構成する導線の巻き回し方向とが互いに反対にされている。
Here, in particular, the coil 1 and the
コイル1及びコイル2は、発生する磁界の強さが同等になるように、典型的には、同じ外形、同じ特性(インダクタンス値)とされる。加えて、コイル1の中心軸とコイル2の中心軸とは同一軸上に配置される。
Typically, the coil 1 and the
コイル1の磁性体コアとコイル2の磁性体コアと間には若干のエアギャップが設けられることが望ましい。その理由は、図3に示すように、若干のエアギャップを設けた場合(図3では、エアギャップを“d”とした場合)に、送電コイル150及び受電コイル230間の結合係数が最大となるからである(尚、送電コイル150及び受電コイル230間の距離は不変)。図3は、第1実施例に係るコイルユニットのエアギャップと、結合係数との関係の一例を示す特性図である。
It is desirable that a slight air gap is provided between the magnetic core of the coil 1 and the magnetic core of the
尚、エアギャップは必須ではなく、同一の磁性体コアにコイル1を構成する導線とコイル2を構成する導線とが巻き回されていてもよいし、コイル1及びコイル2ともに空芯コイルであってもよい。また、送電コイル150の受電コイル230と対向する側とは反対側に、例えばアルミニウム板等の遮蔽板が配置されていてもよい。このように構成すれば、結合係数の上昇や、周辺環境への放射磁界の低減等を図ることができ、実用上非常に有利である。
The air gap is not essential, and the conducting wire constituting the coil 1 and the conducting wire constituting the
受電コイル230の構成も、上述した送電コイル150と同様である。ただし、送電コイル150のサイズと、受電コイル230のサイズとは互いに異なっていてもよい。具体的には例えば、受電コイル230のサイズが、送電コイル150のサイズよりも小さくてもよい。このように構成すれば、車両の重量を軽減することができ、例えば該車両の燃費向上等を図ることができる。
The configuration of the
送電コイル150のサイズと、受電コイル230のサイズとが互いに異なっている場合であっても、送電コイル150におけるエアギャップと、受電コイル230におけるエアギャップとは同程度であることが望ましい。
Even when the size of the
受電コイル230のコイル1及びコイル2(図示せず)の合成インダクタンスL2は、下記関係式(1)を満足することが望ましい。
The combined inductance L2 of the coil 1 and the coil 2 (not shown) of the
関係式(1)の左辺と電力伝送効率との関係の一例を図4に示す。図4からわかるように、合成インダクタンスL2が、関係式(1)を満足することにより、比較的高い電力伝送効率を得られる。図4は、受電コイルのインダクタンスと伝送効率との関係の一例を示す特性図である。 An example of the relationship between the left side of the relational expression (1) and the power transmission efficiency is shown in FIG. As can be seen from FIG. 4, when the combined inductance L2 satisfies the relational expression (1), a relatively high power transmission efficiency can be obtained. FIG. 4 is a characteristic diagram illustrating an example of the relationship between the inductance of the power receiving coil and the transmission efficiency.
本実施例の送電コイル150及び受電コイル230は、複数個の所謂角形コア両側巻コイルを備えて構成されている(例えば図5(a)参照)。このため、送電コイル150が受電コイル230に対して、図5(a)のY方向に相対的にずれていたとしても、鎖交磁束は減りこそすれゼロにはならない。つまり、送電コイル150及び受電コイル230は、図5(a)のY方向への位置ずれの影響を受けにくいといえる(図6(b)参照)。
The
他方で、送電コイル150が受電コイル230に対して、図5(a)のX方向に相対的にずれた場合(例えば図5(c)参照)、受電コイル230のコイル1に鎖交する磁界が相殺されてしまう。つまり、送電コイル150及び受電コイル230は、図5(a)のX方向への位置ずれの影響を受けやすいといえる(図6(b)参照)。
On the other hand, when the
本実施例では、図5(a)のX方向が車両の前後方向に、図5(a)のY方向が車両の左右方向に、対応するように、送電コイル150及び受電コイル230各々が設置されている(図6(a)参照)。そして、車両の駐車位置を車止めで制限すれば、車両の前後方向(即ち、X方向)への位置ずれを抑制することができる。従って、本実施例に係る電力伝送システムによれば、送電コイル150及び受電コイル230間の位置ずれに起因する電力伝送効率の低下を好適に抑制することができる。
In this embodiment, each of the
加えて、上述の如く、送電コイル150を構成するコイル1及びコイル2は、給電装置の動作時に、互いに逆向きの磁界を形成するように構成及び電気的に接続されている。このため、送電コイルが単一のコイルから構成される場合に比べて、送電コイル150の周辺環境への放射磁界を著しく抑制することができる(図7参照)。
In addition, as described above, the coil 1 and the
<第2実施例>
電力伝送システムに係る第1実施例について、図8乃至図11を参照して説明する。第2実施例は、送電コイル及び受電コイルの構成が一部異なる以外は、上述した第1実施例の構成と同様であるので、第1実施例と重複する説明を適宜省略すると共に、図面上における同一箇所には同一符号を付して示し、基本的に第1実施例と異なる部分について、図8乃至図11を参照して説明する。
<Second embodiment>
A first embodiment of the power transmission system will be described with reference to FIGS. The second embodiment is the same as the configuration of the first embodiment described above except that the configurations of the power transmitting coil and the power receiving coil are partially different. Therefore, the description overlapping with the first embodiment is omitted as appropriate and on the drawing. The same reference numerals are given to the same parts in FIG. 8, and fundamentally different parts from the first embodiment will be described with reference to FIGS.
本実施例に係る電力伝送システムの構成について、図8を参照して説明する。図8は、図1と同趣旨の、第2実施例に係る電力伝送システムの概要を示す概念図である。 The configuration of the power transmission system according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a conceptual diagram showing an outline of the power transmission system according to the second embodiment having the same concept as in FIG. 1.
図8において、送電回路101は、整流器110、PFC回路120、インバータ130、共振用キャパシタ140及び送電コイル151を備えて構成されている。
In FIG. 8, the power transmission circuit 101 includes a
送電コイル151は、共振用キャパシタ140を介してインバータ130に電気的に接続されたコイル1及びコイル2(図9参照)と、該コイル1及びコイル2のいずれにも電気的に接続されていないコイル3(図9参照)と、を備えて構成されている。
The
送電コイル151を構成するコイル1及びコイル2は、上述した第1実施例に係る送電コイル150を構成するコイル1及びコイル2と同様の構成である。送電コイル151を構成するコイル3は、所謂角形コア両側巻コイルである。該コイル3は、その中心軸が、コイル1の中心軸と同一軸上になるように、且つ、コイル1とコイル2との間に配置されている。
The coil 1 and the
コイル3の両端は、キャパシタ151cに電気的に接続されている(図8参照)。ここで特に、コイル3のインダクタンスL3と、キャパシタ151cのキャパシタンスC3との共振点は、インバータ130の動作周波数Fsとほぼ等しくなるように設定されている。つまり、インダクタンスL3及びキャパシタンスC3は、下記関係式(2)を満足するように設定されている。
Both ends of the coil 3 are electrically connected to the capacitor 151c (see FIG. 8). Here, in particular, the resonance point between the inductance L3 of the coil 3 and the capacitance C3 of the capacitor 151c is set to be substantially equal to the operating frequency Fs of the
尚、キャパシタ151cは、可能であれば寄生容量でもよい。また、インダクタンスL3は、コイル1及びコイル2各々のインダクタンス値とは異なっていてよい。
The capacitor 151c may be a parasitic capacitance if possible. Further, the inductance L3 may be different from the inductance values of the
受電回路201は、整流器210、共振用キャパシタ220及び受電コイル231を備えて構成されている。受電コイル231も送電コイル151と同様に、共振用キャパシタ220を介して整流器210に電気的に接続されたコイル1及びコイル2と、該コイル1及びコイル2のいずれにも電気的に接続されていないコイル3とを備えて構成されている。
The
受電コイル231のコイル3の両端は、キャパシタ231cに電気的に接続されている(図8参照)。受電コイル231のコイル3に係るインダクタンス及びキャパシタ231cに係るキャパシタも、上記関係式(2)を満足するように設定されている。
Both ends of the coil 3 of the
第1実施例に係る送電コイル150及び受電コイル230は、上述の如く、X方向への位置ずれの影響を受けやすい。他方で、本実施例に係る送電コイル151及び受電コイル231は、コイル3を備えているためX方向への位置ずれの影響を抑制することができる。
As described above, the
本実施例の効果について、図10及び図11を参照して具体的に説明する。図10は、送電コイルと受電コイルとに位置ずれが生じた場合の磁界の他の例を示す概念図である。図11は、X方向への位置ずれと結合係数との関係の一例を示す特性図である。 The effect of the present embodiment will be specifically described with reference to FIGS. FIG. 10 is a conceptual diagram illustrating another example of a magnetic field when a positional deviation occurs between the power transmission coil and the power reception coil. FIG. 11 is a characteristic diagram illustrating an example of a relationship between a positional shift in the X direction and a coupling coefficient.
図10(a)に示すように、送電コイル151と受電コイル231との間に位置ずれが生じていない場合、送電コイル151のコイル1と受電コイル231のコイル1との間、及び送電コイル151のコイル2と受電コイル231のコイル2との間において電力の授受が行われる。この場合、送電コイル151のコイル3及び受電コイル231のコイル3には誘導起電力は生じない。
As shown in FIG. 10A, when there is no displacement between the
図10(b)に示すように、送電コイル151が受電コイル231に対してX方向に相対的にずれた場合、送電コイル151のコイル2と受電コイル231のコイル2との結合によるわずかな誘導起電力により、受電コイル231に誘導電流が流れる。該誘導電流に起因して受電コイル231のコイル1の周囲に磁界が発生する。該コイル1の周囲に発生した磁界が、送電コイル151のコイル3により増幅され(つまり、送電コイル151のコイル3により反射増幅され)、送電コイル151及び受電コイル231間の結合が強くなる。受電コイル231のコイル3も、送電コイル151のコイル3と同様の働きをする。
As shown in FIG. 10B, when the
この結果、図11に示すように、本実施例に係る構成は、上述した第1実施例に係る構成と比べて、送電コイル151及び受電コイル231間にX方向への位置ずれが生じたとしても、結合係数の低下を抑制することができる。
As a result, as shown in FIG. 11, it is assumed that the configuration according to the present embodiment is displaced in the X direction between the
本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴うコイルユニット及び電力伝送システムもまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be appropriately changed without departing from the spirit or idea of the invention that can be read from the claims and the entire specification. A power transmission system is also included in the technical scope of the present invention.
10…交流電源、20…負荷、100、101…送電回路、110、210…整流器、120…PFC回路、130…インバータ、140、220…共振用キャパシタ、150、151…送電コイル、200、201…受電回路、230、231…受電コイル
DESCRIPTION OF
Claims (3)
一の方向に沿った中心軸を有する第1のコイルと、
当該コイルユニットの動作時に、前記第1のコイルにより形成される磁界とは逆向きの磁界を形成するように、前記第1のコイルと電気的に接続され、前記中心軸と同軸上に配置された第2のコイルと、
前記中心軸と同軸上に、且つ、前記第1のコイルと前記第2のコイルとの間に配置され、前記第1のコイル及び第2のコイルのいずれにも電気的に接続されていない第3のコイルと、
を備え、
当該コイルユニット及び前記一のコイルユニット間の結合係数をk、共振周波数をωとして、前記第1のコイル及び前記第2のコイルの合成インダクタンス値L2が、数式1を満たすように構成されている
ことを特徴とするコイルユニット。
A first coil having a central axis along one direction;
When the coil unit is in operation, it is electrically connected to the first coil so as to form a magnetic field opposite to the magnetic field formed by the first coil, and is arranged coaxially with the central axis. A second coil,
The first coil is disposed coaxially with the central axis and between the first coil and the second coil, and is not electrically connected to any of the first coil and the second coil. 3 coils,
With
The combined inductance value L2 of the first coil and the second coil is configured to satisfy Formula 1 where k is the coupling coefficient between the coil unit and the one coil unit, and ω is the resonance frequency. A coil unit characterized by that.
前記給電装置は、
給電コイルユニットと、
前記給電コイルユニットに電気的に接続されると共に、前記給電コイルユニットに所定周波数の電力を供給する電力供給手段と、
を備え、
前記受電装置は、
前記給電コイルユニットと対向配置される受電コイルユニットと、
前記受電コイルユニットに電気的に接続された負荷と、
を備え、
前記給電コイルユニットは、
一の方向に沿った第1の中心軸を有する第1の給電コイルと、
前記給電コイルユニットの動作時に、前記第1の給電コイルにより形成される磁界とは逆向きの磁界を形成するように、前記第1の給電コイルと電気的に接続され、前記第1の中心軸と同軸上に配置された第2の給電コイルと、
前記第1の中心軸と同軸上に、且つ、前記第1の給電コイルと前記第2の給電コイルとの間に配置され、前記第1の給電コイル及び第2の給電コイルのいずれにも電気的に接続されていない第3の給電コイルと、
を有し、
前記第3の給電コイルは、前記第3の給電コイルの共振点が、前記電力供給手段の駆動周波数と一致するように構成されており、
前記受電コイルユニットは、
前記一の方向に沿い、前記第1の中心軸とは異なる第2の中心軸を有する第1の受電コイルと、
前記受電コイルユニットの動作時に、前記第1の受電コイルにより形成される磁界とは逆向きの磁界を形成するように、前記第1の受電コイルと電気的に接続され、前記第2の中心軸と同軸上に配置された第2の受電コイルと、
前記第2の中心軸と同軸上に、且つ、前記第1の受電コイルと前記第2の受電コイルとの間に配置され、前記第1の受電コイル及び第2の受電コイルのいずれにも電気的に接続されていない第3の受電コイルと、
を有し、
前記第3の受電コイルは、前記第3の受電コイルの共振点が、前記電力供給手段の駆動周波数と一致するように構成されており、
前記電力供給手段の駆動周波数をfs、前記負荷のインピーダンスをZ、前記給電コイルユニット及び前記受電コイルユニット間の結合係数をkとして、前記第1の受電コイル及び前記第2の受電コイルの合成インダクタンス値L2が、数式2を満たすように構成されている
ことを特徴とする非接触電力伝送システム。
The power supply device
A feeding coil unit;
A power supply means that is electrically connected to the power supply coil unit and supplies power of a predetermined frequency to the power supply coil unit;
With
The power receiving device is:
A power receiving coil unit disposed opposite to the power feeding coil unit;
A load electrically connected to the power receiving coil unit;
With
The feeding coil unit is
A first feeding coil having a first central axis along one direction;
The first central axis is electrically connected to the first power supply coil so as to form a magnetic field opposite to the magnetic field formed by the first power supply coil during operation of the power supply coil unit. A second feeding coil disposed coaxially with the second feeding coil;
It is disposed coaxially with the first central axis and between the first power supply coil and the second power supply coil, and is electrically connected to both the first power supply coil and the second power supply coil. A third feeding coil that is not connected electrically,
Have
The third feeding coil is configured such that a resonance point of the third feeding coil coincides with a driving frequency of the power supply unit,
The power receiving coil unit is:
A first power receiving coil having a second central axis along the one direction and different from the first central axis;
During operation of the power receiving coil unit, the second central axis is electrically connected to the first power receiving coil so as to form a magnetic field opposite to the magnetic field formed by the first power receiving coil. A second power receiving coil arranged coaxially with
It is arranged coaxially with the second central axis and between the first power receiving coil and the second power receiving coil, and both the first power receiving coil and the second power receiving coil are electrically connected. A third power receiving coil that is not electrically connected;
Have
The third power receiving coil is configured such that a resonance point of the third power receiving coil matches a driving frequency of the power supply means,
The combined inductance of the first power receiving coil and the second power receiving coil, where fs is the driving frequency of the power supply means, Z is the impedance of the load, and k is the coupling coefficient between the power feeding coil unit and the power receiving coil unit. The non-contact power transmission system, wherein the value L2 is configured to satisfy Formula 2.
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