JP6358325B2 - ワイヤレス給電システムおよびワイヤレス給電方法 - Google Patents
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Description
コイルの法線方向が3次元空間で互いに直交するように配置された第1送電コイル、第2送電コイル、および第3送電コイルと、
前記第1送電コイル、前記第2送電コイル、および前記第3送電コイルにより生成される合成磁界ベクトルが、ある回転面内において第1角周波数ωで回転しながら、かつ、その回転面の法線ベクトルが、前記第1角周波数以下の第2角周波数a(ω≧a)で、前記法線ベクトルと垂直な軸を回転軸として回転するように、前記第1送電コイル、前記第2送電コイル、および前記第3送電コイルに供給される電流を制御する制御装置と、
を有する。
<第1実施形態>
図3は、3個の送電コイル21、22、23を用いた合成磁界の発生を説明する図である。送電コイル21は、その法線ベクトルn21がz方向を向くように配置され、磁界H21を生成する。送電コイル22は、その法線ベクトルn22がy方向を向くように配置され、磁界H22を生成する。送電コイル23は、その法線ベクトルn23がx方向を向くように配置され、磁界H23を発生する。
Hx=−H0・sin(at)・cos(ωt),
Hy=H0・cos(at)・cos(ωt),
Hz=H0・sin(ωt) ...(1)
と表すことができる。
<第2実施形態>
第1実施形態では、ある面内(たとえばyz面内)で回転する合成磁界Hを、その回転面の法線ベクトルnH1と垂直な軸回り(たとえばz軸回り)にさらに回転させ、受電コイル10に生じる交流電力をそのまま整流して直流電力に変換した。
Hx=−H0・sin(at)・cos(ωt),
Hy=H0・cos(at)・cos(ωt),
Hz=α・H0・sin(ωt) ...(2)
と表すことができる。ここでα=1/√2である。α=1のときは、第1実施形態の式(1)となる。
これによって、直流化後の受電電力の値を、受電コイル10の3次元的な姿勢によらず、一定とすることができる。
このように、第2実施形態では、合成磁界Hの回転面の法線ベクトルnH1を回転させる回転軸(例えばz軸)の方向に沿った磁界成分を、nH1の回転面内(たとえばxy面内)の磁界成分の、1/√2倍となるように制御することで、受電コイル10の向きが任意の方向に変化しても受電電力の大きさを均一にすることができる。
<システム構成>
図7は、実施形態のワイヤレス給電システム1の概略構成図である。ワイヤレス給電システム1は、コイル面の法線が互いに直交するように配置された3つの送電コイル21,22,23と、送電コイル21、22、23のそれぞれに接続されて対応する送電コイルに電流を供給する電源31、32、33と、各電源31、32、33が出力する電流量を制御する制御装置35とを含む。
(a) 送電コイル23から第1方向(たとえばx方向)に生成される磁界が、−sin(at)・cos(ωt)で変化するように電源33を制御し、
(b) 送電コイル22から第1方向と直交する第2方向(たとえばy方向)に生成される磁界が、cos(at)・cos(ωt)で変化するように電源32を制御し、
(c) 送電コイル21から、第1方向および第2方向に垂直な第3方向(たとえばz方向)に生成させる磁界が、α・sin(ωt)で変化するように電源31を制御する。
10 受電コイル
21、22、23 送電コイル
31、32、33 電源
35 制御装置
40 受電器
Claims (14)
- コイルの法線方向が3次元空間で互いに直交するように配置された第1送電コイル、第2送電コイル、および第3送電コイルと、
前記第1送電コイル、前記第2送電コイル、および前記第3送電コイルにより生成される合成磁界ベクトルが、ある回転面内において第1角周波数ωで回転しながら、かつ、その回転面の法線ベクトルが、前記第1角周波数以下の第2角周波数aで、前記法線ベクトルと垂直な軸を回転軸として回転するように、前記第1送電コイル、前記第2送電コイル、および前記第3送電コイルに供給される電流を制御する制御装置と、
を有し、
前記合成磁界ベクトルの軌跡は球または楕円体であることを特徴とするワイヤレス給電システム。 - 前記合成磁界ベクトルの大きさは一定であり、大きさの変わらない前記合成磁界ベクトルが前記第1角周波数ωで回転することを特徴とする請求項1に記載のワイヤレス給電システム。
- 前記合成磁界ベクトルの大きさは、合成磁界の強度H0の1倍からα倍まで変化し、前記合成磁界ベクトルは楕円回転することを特徴とする請求項1に記載のワイヤレス給電システム。
- 前記制御装置は、前記法線ベクトルを回転させる前記回転軸に沿った方向の磁界成分の強度を、1/√2倍に制御して受電電力を一定にすることを特徴とする請求項1に記載のワイヤレス給電システム。
- 前記第1送電コイルに接続される第1電源と、前記第2送電コイルに接続される第2電源と、前記第3送電コイルに接続される第3電源と、
をさらに有し、
前記制御装置は、
前記第1送電コイルから第1方向に生成される磁界成分が、−sin(at)・cos(ωt)で変化するように前記第1電源を制御し、
前記第2送電コイルから前記第1方向と直交する第2方向に生成される磁界成分が、cos(at)・cos(ωt)で変化するように前記第2電源を制御し、
前記第3送電コイルから、前記第1方向および前記第2方向に垂直な第3方向に生成させる磁界成分が、α・sin(ωt)で変化するように(αは1または1/√2)、前記第3電源を制御する、
ことを特徴とする請求項1に記載のワイヤレス給電システム。 - 前記ワイヤレス給電システムは、前記第1送電コイル、前記第2送電コイル、および前記第3送電コイルと同じ共振周波数の受電コイルを有する受電器に電力を供給することを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載のワイヤレス給電システム。
- 前記受電コイルは、周期π/aで振動する交流電力を受け取ることを特徴とする請求項6に記載のワイヤレス給電システム。
- 第1送電コイル、第2送電コイル、および第3送電コイルを、それぞれのコイルの法線方向が互いに直交するように3次元配置し、
前記第1送電コイル、前記第2送電コイル、および前記第3送電コイルにより形成される三次元空間内に受電器を配置し、
前記第1送電コイル、前記第2送電コイル、および前記第3送電コイルにより生成される合成磁界ベクトルが、ある回転面内において第1角周波数ωで回転しながら、かつ、その回転面の法線ベクトルが、前記第1角周波数以下の第2角周波数aで、前記法線ベクトルと垂直な軸を回転軸として回転するように、前記第1送電コイル、前記第2送電コイル、および前記第3送電コイルに供給される電流を制御し、
前記合成磁界ベクトルの軌跡を球または楕円体とする、
ことを特徴とするワイヤレス給電方法。 - 前記合成磁界ベクトルの大きさは一定であり、大きさの変わらない前記合成磁界ベクトルを前記第1角周波数ωで回転させることを特徴とする請求項8に記載のワイヤレス給電方法。
- 前記合成磁界ベクトルの大きさを、合成磁界の強度H0の1倍からα倍まで変化させ、
前記合成磁界ベクトルを楕円回転させることを特徴とする請求項8に記載のワイヤレス給電方法。 - 前記法線ベクトルを回転させる前記回転軸に沿った方向の磁界成分の強度を、1/√2倍にする制御を行って受電電力を一定にすることを特徴とする請求項8に記載のワイヤレス給電方法。
- 前記第1送電コイルに第1電源を接続し、前記第2送電コイルに第2電源を接続し、前記第3送電コイルに第3電源を接続し、
前記第1送電コイルから第1方向に生成される磁界成分が、−sin(at)・cos(ωt)で変化するように前記第1電源を制御し、
前記第2送電コイルから前記第1方向と直交する第2方向に生成される磁界成分が、cos(at)・cos(ωt)で変化するように前記第2電源を制御し、
前記第3送電コイルから、前記第1方向および前記第2方向に垂直な第3方向に生成させる磁界成分が、α・sin(ωt)で変化するように前記第3電源を制御する(ここで、αは1または1/√2)、
ことを特徴とする請求項8に記載のワイヤレス給電方法。 - 前記受電器の受電コイルの共振周波数を、第1送電コイル、前記第2送電コイル、および前記第3送電コイルの共振周波数と一致させることを特徴とする請求項8〜12のいずれか1項に記載のワイヤレス給電方法。
- 前記受電コイルは、周期π/aで振動する交流電力を受け取ることを特徴とする請求項13に記載のワイヤレス給電方法。
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