JP6454941B2 - Non-contact power supply device and non-contact power supply system - Google Patents

Non-contact power supply device and non-contact power supply system Download PDF

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Description

本発明は、非接触給電装置および非接触給電システムに関し、特にコイルを利用して外部へ非接触による給電を行う非接触給電装置および非接触給電システムに関する。   The present invention relates to a non-contact power supply apparatus and a non-contact power supply system, and more particularly to a non-contact power supply apparatus and a non-contact power supply system that use a coil to perform non-contact power supply to the outside.

従来例として、特許文献1記載の非接触充電装置(非接触給電システム)を例示する。特許文献1記載の非接触充電装置(非接触給電システム)は、受電装置(非接触受電装置)と、給電装置(非接触給電装置)と、蓄電池とを備える。給電装置及び受電装置は、電磁力を利用した非接触充電装置である。給電装置は、シールド、給電コイル、給電インバータ、電源回路などを有する給電部を備える。シールドは、給電コイルを収容する直方体状の筐体であり、電磁波遮蔽効果のある素材で構成される。受電装置と蓄電池は、車両(電気自動車)に設けられる。受電装置は、受電コイル、整流器などを有する。車両は、バッテリを動力源として走行する。給電装置は、例えば駐車スペースに設けられる。給電装置は、車両が駐車している間に、車両に設けられた受電装置に対して給電する。受電装置は、給電装置から給電される電力を蓄電池に供給する。   As a conventional example, a non-contact charging device (non-contact power feeding system) described in Patent Document 1 is illustrated. The non-contact charging device (non-contact power feeding system) described in Patent Literature 1 includes a power receiving device (non-contact power receiving device), a power feeding device (non-contact power feeding device), and a storage battery. The power feeding device and the power receiving device are non-contact charging devices using electromagnetic force. The power supply apparatus includes a power supply unit having a shield, a power supply coil, a power supply inverter, a power supply circuit, and the like. The shield is a rectangular parallelepiped housing that houses the feeding coil, and is made of a material having an electromagnetic wave shielding effect. The power receiving device and the storage battery are provided in a vehicle (electric vehicle). The power receiving device includes a power receiving coil, a rectifier, and the like. The vehicle travels using a battery as a power source. The power feeding device is provided, for example, in a parking space. The power feeding device feeds power to a power receiving device provided in the vehicle while the vehicle is parked. The power receiving device supplies power supplied from the power supply device to the storage battery.

特開2014−193031号公報JP 2014-193031 A

特許文献1記載の給電装置(非接触給電装置)において、給電コイルとしてスパイラルコイルなどの平面コイルが利用される場合がある。この場合、シールド内には、スパイラルコイルに囲まれたスペースが存在する。そこで、当該スペースを有効利用するため、給電コイルに電力を供給する電源部を当該スペースに配置することが好ましい。しかしながら、給電コイルの周囲に生じる磁束が当該スペースを通るため、当該スペースに配置される電源部に種々の不具合が生じる可能性がある。例えば、電源部を構成するプリント配線板の導体(銅箔)に磁束が鎖交すると、導体の渦電流損に起因した発熱が生じる虞がある。   In the power supply apparatus (non-contact power supply apparatus) described in Patent Document 1, a planar coil such as a spiral coil may be used as a power supply coil. In this case, a space surrounded by the spiral coil exists in the shield. Therefore, in order to effectively use the space, it is preferable to arrange a power supply unit that supplies power to the feeding coil in the space. However, since the magnetic flux generated around the power supply coil passes through the space, various problems may occur in the power supply unit disposed in the space. For example, when a magnetic flux is linked to a conductor (copper foil) of a printed wiring board that constitutes a power supply unit, heat may be generated due to eddy current loss of the conductor.

本発明は、上記事由に鑑みてなされており、給電コイルに囲まれたスペースへの磁束の影響を低減させることを目的とする。   This invention is made | formed in view of the said reason, and it aims at reducing the influence of the magnetic flux to the space enclosed by the electric power feeding coil.

本発明の非接触給電装置は、磁性材料からなるベースと、給電コイルと、前記給電コイルに電流を流して前記給電コイルに磁束を生じさせる電源部とを備え、前記ベースは、板状に形成され、前記給電コイルは、中心軸を前記ベースの厚み方向と同じ方向に向けて前記ベースの第1面に配置され、前記中心軸を含む前記給電コイルに囲まれる位置には、前記ベースの前記第1面から前記給電コイルの内周に沿って突出する内壁が設けられ、前記内壁に囲まれる収納スペースの前記第1面と同一面における面積が、前記内壁の先端と同一面における前記収納スペースの面積よりも大きくなるように、前記内壁が形成されている。   The non-contact power supply device of the present invention includes a base made of a magnetic material, a power supply coil, and a power supply unit that causes a current to flow through the power supply coil to generate a magnetic flux in the power supply coil, and the base is formed in a plate shape. The power supply coil is disposed on the first surface of the base with a central axis in the same direction as the thickness direction of the base, and the position of the base is surrounded by the power supply coil including the central axis. An inner wall that protrudes from the first surface along the inner periphery of the power feeding coil is provided, and the storage space surrounded by the inner wall has the same area as the first surface and the storage space on the same surface as the tip of the inner wall. The inner wall is formed to be larger than the area.

本発明の非接触給電システムは、前記非接触給電装置と、前記被接触給電装置から供給される電力を受ける非接触受電装置とを備える。   The contactless power feeding system of the present invention includes the contactless power feeding device and a contactless power receiving device that receives power supplied from the contacted power feeding device.

本発明の非接触給電装置は、給電コイルに囲まれたスペースへの磁束の影響を低減させることができるという効果がある。   The non-contact power feeding device of the present invention has an effect that the influence of the magnetic flux on the space surrounded by the power feeding coil can be reduced.

本発明に係る非接触給電システムの実施形態の使用例を示す概略図である。It is the schematic which shows the usage example of embodiment of the non-contact electric power feeding system which concerns on this invention. 本発明に係る非接触給電装置の実施形態を示す分解斜視図である。It is a disassembled perspective view which shows embodiment of the non-contact electric power feeder which concerns on this invention. 図3Aは非接触給電装置の実施形態を示す断面図、図3Bは非接触給電装置の実施形態の要部を示す断面図である。FIG. 3A is a cross-sectional view showing an embodiment of the non-contact power supply apparatus, and FIG. 3B is a cross-sectional view showing a main part of the embodiment of the non-contact power supply apparatus. 本発明に係る非接触給電システムの実施形態の構成を示す回路概略図である。It is a circuit schematic diagram showing the composition of the embodiment of the non-contact electric supply system concerning the present invention. 非接触給電システムの実施形態の、図5Aは給電装置の要部を示す平面図、図5Bは受電コイルを示す平面図、図5Cは給電装置の要部と受電コイルが重なる場合を示す平面図である。FIG. 5A is a plan view showing the main part of the power feeding device, FIG. 5B is a plan view showing the power receiving coil, and FIG. 5C is a plan view showing a case where the main part of the power feeding device and the power receiving coil overlap. It is. 本発明に係る非接触給電装置の比較例1の断面図である。It is sectional drawing of the comparative example 1 of the non-contact electric power supply which concerns on this invention. 非接触給電装置の比較例2の断面図である。It is sectional drawing of the comparative example 2 of a non-contact electric power feeder. 非接触給電システムにおいて、共振特性を示す図である。It is a figure which shows a resonance characteristic in a non-contact electric power feeding system.

以下、本発明に係る非接触給電装置および非接触給電システムの実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。本実施形態では、電気自動車の充電に用いられる非接触給電装置および非接触給電システムを例示する。ただし、本実施形態の非接触給電装置および非接触給電システムは、電気自動車の充電以外の用途にも用いることができる。なお、以下の説明において、特に断りのない限り、図2において上下、左右、前後方向を規定する。   Hereinafter, embodiments of a contactless power supply device and a contactless power supply system according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the present embodiment, a contactless power supply device and a contactless power supply system used for charging an electric vehicle are illustrated. However, the non-contact power feeding device and the non-contact power feeding system of the present embodiment can be used for applications other than charging an electric vehicle. In the following description, unless otherwise specified, the vertical, horizontal, and longitudinal directions are defined in FIG.

本実施形態の非接触給電システムは、図1に示すように、地面に配設される非接触給電装置1と、電気自動車の内部に搭載される非接触受電装置2とを備える。   As shown in FIG. 1, the non-contact power feeding system of the present embodiment includes a non-contact power feeding device 1 disposed on the ground and a non-contact power receiving device 2 mounted inside an electric vehicle.

非接触給電装置1は、図2に示すように、筐体11と、給電コイルL1と、内壁12と、収納スペース13と、電源部14と、カバー15とを備える。   As shown in FIG. 2, the non-contact power feeding device 1 includes a housing 11, a power feeding coil L <b> 1, an inner wall 12, a storage space 13, a power supply unit 14, and a cover 15.

筐体11は、ベース111と、外壁112とを備える。ベース111は、軟磁性材料、(例えばソフトフェライト)、によって、左右方向を長手方向とする長方形の板状に形成される。外壁112は、軟磁性材料によって、ベース111の周縁から上向きに突出する。外壁112は、給電コイルL1の位置ずれを防止することができる高さ、例えば給電コイルの上下方向の高さよりも少し高くなるように形成される。筐体11は、ベース111と外壁112とによって、上面が開口する箱形に形成される。なお、軟磁性材料は、磁束が通り易い(透磁率が高い)ので、筐体11の外部に磁束が漏えいし難く、筐体11の外部において、磁束の影響を低減させることができる。   The housing 11 includes a base 111 and an outer wall 112. The base 111 is formed of a soft magnetic material (for example, soft ferrite) into a rectangular plate shape whose longitudinal direction is the left-right direction. The outer wall 112 protrudes upward from the periphery of the base 111 with a soft magnetic material. The outer wall 112 is formed to be slightly higher than the height at which the position shift of the power feeding coil L1 can be prevented, for example, the height in the vertical direction of the power feeding coil. The housing 11 is formed by a base 111 and an outer wall 112 in a box shape whose upper surface is open. In addition, since the magnetic flux easily passes through the soft magnetic material (the magnetic permeability is high), it is difficult for the magnetic flux to leak to the outside of the housing 11, and the influence of the magnetic flux can be reduced outside the housing 11.

給電コイルL1は、図3Bに示すように、断面が長方形に形成される導線L11(平角導体)と、導線L11を覆う絶縁被膜L12とで構成されることが好ましい。給電コイルL1は、図2に示すように、平面上に絶縁被膜L12に覆われる導線L11を渦巻状に巻き回して構成される。また、給電コイルL1は、導線L11の断面の長手方向が中心軸と同じ方向に巻き回されることが好ましい。給電コイルL1は、上述のように構成される角型タイプの平面コイル、いわゆるスパイラルコイルである。給電コイルL1は、中心軸が上下方向(ベースの厚み方向)を向くように、筐体11の内部に配置される。給電コイルL1は、電源部14と電気的に接続され、電源部14から供給される電流が流れることによって磁束を生じる(図4参照)。   As shown in FIG. 3B, the power supply coil L1 is preferably composed of a conducting wire L11 (flat conductor) having a rectangular cross section and an insulating coating L12 covering the conducting wire L11. As shown in FIG. 2, the power supply coil L1 is formed by winding a conductive wire L11 covered with an insulating film L12 on a plane in a spiral shape. Moreover, it is preferable that the feeding coil L1 is wound in the same direction as the central axis in the longitudinal direction of the cross section of the conducting wire L11. The feeding coil L1 is a square type planar coil configured as described above, a so-called spiral coil. The feeding coil L1 is disposed inside the housing 11 so that the central axis faces the up-down direction (base thickness direction). The feeding coil L1 is electrically connected to the power supply unit 14, and generates a magnetic flux when a current supplied from the power supply unit 14 flows (see FIG. 4).

なお、スパイラルコイルには、角型タイプの他に円型タイプ、長円型タイプなどがあり、円型タイプ、長円型タイプなどが利用されてもよい。また、導線L11の断面の形状は長方形に限らない。   In addition to the square type, the spiral coil includes a circular type and an oval type, and a circular type and an oval type may be used. Moreover, the shape of the cross section of the conducting wire L11 is not limited to a rectangle.

内壁12は、給電コイルL1に囲まれる位置に、給電コイルL1の内周縁に沿うように、軟磁性材料によって形成される。内壁12は、ベース111から突出する二対の壁で構成される。内壁12は、左右方向に向かい合う一対の第1壁121と、前後方向に向かい合う一対の第2壁122とで構成される。一対の第1壁121は、上方に向かって互いに近づく方向に傾斜する。第1壁121と同様に、一対の第2壁122は、上方に向かって互いに近づく方向に傾斜する。つまり、内壁12は、内部に収納スペース13を備え、上面が開口する四角錐台状に形成される。   The inner wall 12 is formed of a soft magnetic material at a position surrounded by the feeding coil L1 so as to be along the inner peripheral edge of the feeding coil L1. The inner wall 12 is composed of two pairs of walls protruding from the base 111. The inner wall 12 includes a pair of first walls 121 facing in the left-right direction and a pair of second walls 122 facing in the front-rear direction. A pair of 1st wall 121 inclines in the direction which mutually approaches toward upper direction. Similar to the first wall 121, the pair of second walls 122 are inclined in a direction approaching each other upward. That is, the inner wall 12 has a storage space 13 inside, and is formed in a quadrangular frustum shape whose upper surface is open.

収納スペース13には、図3Aに示すように、ベース111の上面(第1面)に電源部14が取り付けられる。   In the storage space 13, as shown in FIG. 3A, the power supply unit 14 is attached to the upper surface (first surface) of the base 111.

電源部14は、商用交流電源100の交流電力を所望の高周波電力に変換して給電コイルL1に供給する回路であり、図4に示すように、整流平滑回路141と、インバータ回路142と、制御回路143と、コンデンサC1とを備える。整流平滑回路141は、商用交流電源100から供給される交流電圧を整流および平滑する。整流平滑回路141は、4つのダイオードで構成されるダイオードブリッジと、力率改善回路とで構成されることが好ましい。交流電圧は、ダイオードブリッジによって整流され、力率改善回路によって平滑される。なお、整流平滑回路141は、力率改善回路の替わりに、昇圧チョッパ回路や平滑コンデンサなどを用いてもよい。インバータ回路142は、例えば、フルブリッジ型のインバータ回路であって、整流平滑回路141によって整流および平滑された電圧を商用交流電源100から供給される交流電圧の周波数よりも高い周波数(高周波)の交流電圧に変換する。制御回路143は、整流平滑回路141およびインバータ回路142を制御するように構成されている。制御回路143は、例えば、マイクロコントローラで構成されることが好ましい。コンデンサC1は、給電コイルL1に電気的に直列接続される。インバータ回路142から出力された高周波の交流電圧は、コンデンサC1と給電コイルL1の直列共振回路の共振作用によって昇圧される。   The power supply unit 14 is a circuit that converts AC power of the commercial AC power supply 100 into desired high-frequency power and supplies it to the feeding coil L1, and as shown in FIG. 4, a rectifying / smoothing circuit 141, an inverter circuit 142, and a control A circuit 143 and a capacitor C1 are provided. The rectifying / smoothing circuit 141 rectifies and smoothes the AC voltage supplied from the commercial AC power supply 100. The rectifying / smoothing circuit 141 is preferably composed of a diode bridge composed of four diodes and a power factor correction circuit. The AC voltage is rectified by a diode bridge and smoothed by a power factor correction circuit. The rectifying / smoothing circuit 141 may use a boost chopper circuit, a smoothing capacitor, or the like instead of the power factor correction circuit. The inverter circuit 142 is, for example, a full-bridge type inverter circuit, and an AC having a frequency (high frequency) higher than the frequency of the AC voltage supplied from the commercial AC power supply 100 is a voltage rectified and smoothed by the rectifying and smoothing circuit 141. Convert to voltage. The control circuit 143 is configured to control the rectifying / smoothing circuit 141 and the inverter circuit 142. The control circuit 143 is preferably composed of, for example, a microcontroller. The capacitor C1 is electrically connected in series with the feeding coil L1. The high-frequency AC voltage output from the inverter circuit 142 is boosted by the resonance action of the series resonance circuit of the capacitor C1 and the feeding coil L1.

なお、内壁12は、電源部14が磁束の影響を受け難い高さ、例えば、電源部14に実装されている回路部品などの高さよりも高く形成される(図3A参照)。   The inner wall 12 is formed higher than the height at which the power supply unit 14 is hardly affected by magnetic flux, for example, the height of circuit components mounted on the power supply unit 14 (see FIG. 3A).

カバー15は、図2に示すように、FRP(Fiber Reinforced Plastics)などによって、筐体11の開口を塞ぐように左右方向を長手方向とする長方形の板状に形成される。なお、カバー15は、筐体11を覆う箱形に形成されてもよい。   As shown in FIG. 2, the cover 15 is formed in a rectangular plate shape with the left-right direction as the longitudinal direction so as to close the opening of the housing 11 by FRP (Fiber Reinforced Plastics) or the like. The cover 15 may be formed in a box shape that covers the housing 11.

非接触受電装置2は、図1に示すように、電気自動車20の車体に搭載される。非接触受電装置2は、図4に示すように、受電コイルL2と、コンデンサC2と、整流回路21とを備える。   As shown in FIG. 1, the non-contact power receiving device 2 is mounted on the body of the electric vehicle 20. As illustrated in FIG. 4, the non-contact power receiving device 2 includes a power receiving coil L2, a capacitor C2, and a rectifier circuit 21.

受電コイルL2は、スパイラルコイルである。受電コイルL2は、軟磁性材料によって形成される台座に配置される。受電コイルL2は、電気自動車20が規定の停車位置に停車するとき、中心軸が給電コイルL1の中心軸と上下方向に重なるように、電気自動車20の車体に配設される。また、受電コイルL2は、電気自動車20の車体の下部であって、前輪と後輪との間に位置に設けられる(図1参照)。受電コイルL2には、給電コイルL1が発生する磁束から生じる電磁誘導により、交流電流が流れる。つまり、受電コイルL2は、給電コイルL1が発生する磁束を受けて交流電力を伝送する。   The power receiving coil L2 is a spiral coil. The power receiving coil L2 is disposed on a pedestal formed of a soft magnetic material. The power receiving coil L2 is disposed on the vehicle body of the electric vehicle 20 so that the center axis overlaps the center axis of the power feeding coil L1 when the electric vehicle 20 stops at a predetermined stop position. The power receiving coil L2 is provided at a position below the vehicle body of the electric vehicle 20 and between the front wheel and the rear wheel (see FIG. 1). An alternating current flows through the power receiving coil L2 due to electromagnetic induction generated from the magnetic flux generated by the power feeding coil L1. That is, the receiving coil L2 receives the magnetic flux generated by the feeding coil L1 and transmits AC power.

コンデンサC2は、図4に示すように、受電コイルL2と電気的に直列接続されている。コンデンサC2は、受電コイルL2とともに、共振回路を形成している。   The capacitor C2 is electrically connected in series with the power receiving coil L2, as shown in FIG. The capacitor C2 forms a resonance circuit together with the power receiving coil L2.

整流回路21は、コンデンサC2を介して受電コイルL2と電気的に接続されている。整流回路21は、例えばダイオードブリッジで構成され、受電コイルL2で発生した交流電流を整流する。   The rectifier circuit 21 is electrically connected to the power receiving coil L2 via the capacitor C2. The rectifier circuit 21 is configured by a diode bridge, for example, and rectifies an alternating current generated in the power receiving coil L2.

電気自動車20の車体は、充電回路22と、バッテリ23をさらに備える。充電回路22は、整流回路21と電気的に接続されており、整流回路21によって整流された電力を適宜変換してバッテリ23を充電する。バッテリ23は、例えば、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池、電気二重層コンデンサなどにより構成される。バッテリ23は、電気自動車20の車体が備える電動機(モータ)の電源として用いられる。その他、バッテリ23は、電気自動車20の車体が備える電子機器の電源としても用いられてもよい。   The vehicle body of the electric vehicle 20 further includes a charging circuit 22 and a battery 23. The charging circuit 22 is electrically connected to the rectifier circuit 21 and appropriately converts the power rectified by the rectifier circuit 21 to charge the battery 23. The battery 23 is constituted by, for example, a nickel metal hydride battery, a lithium ion battery, an electric double layer capacitor, or the like. The battery 23 is used as a power source for an electric motor (motor) included in the vehicle body of the electric vehicle 20. In addition, the battery 23 may be used as a power source for an electronic device included in the body of the electric vehicle 20.

なお、図3Aにおいて、弧状の破線矢印は、給電コイルL1が発生する磁束を表している。   In FIG. 3A, an arc-like broken line arrow represents the magnetic flux generated by the feeding coil L1.

本実施形態の非接触給電装置1は、給電コイルL1により発生する磁束が内壁12を通るので、収納スペース13に漏えいする磁束を低減することができる。本実施形態の非接触給電装置1は、内壁12を設けることで、収納スペース13に収納される電源部14において、給電コイルL1から発生する磁束の影響を低減させることができる。   Since the magnetic flux generated by the power feeding coil L1 passes through the inner wall 12, the non-contact power feeding device 1 of the present embodiment can reduce the magnetic flux leaking to the storage space 13. By providing the inner wall 12, the contactless power supply device 1 of the present embodiment can reduce the influence of magnetic flux generated from the power supply coil L <b> 1 in the power supply unit 14 stored in the storage space 13.

ところで、本実施形態の非接触給電システムにおいて、図5Cに示すように、給電コイルL1の中心軸と受電コイルL2の中心軸とが上下方向に重なる位置に電気自動車20が停車することが好ましい。しかしながら、必ずしも給電コイルL1の中心軸と受電コイルL2の中心軸とが上下方向に重なる位置に電気自動車20が停車するとは限らない。給電コイルL1の中心軸と受電コイルL2との中心軸が上下方向に対して相対的に位置が異なると、給電効率が低くなる。給電コイルL1から受電コイルL2に対して、効率の良い給電が行われるために、給電コイルL1の面積が、図5A、図5Bおよび図5Cに示すように、上下方向から見て、受電コイルL2の面積よりも大きいスパイラルコイルが利用されることが好ましい。   By the way, in the non-contact electric power feeding system of this embodiment, as shown to FIG. 5C, it is preferable that the electric vehicle 20 stops in the position where the central axis of the feeding coil L1 and the central axis of the receiving coil L2 overlap in an up-down direction. However, the electric vehicle 20 does not necessarily stop at a position where the central axis of the feeding coil L1 and the central axis of the power receiving coil L2 overlap in the vertical direction. When the central axis of the feeding coil L1 and the central axis of the power receiving coil L2 are relatively different from each other in the vertical direction, the feeding efficiency is lowered. Since efficient power feeding is performed from the feeding coil L1 to the receiving coil L2, the area of the feeding coil L1 is as shown in FIGS. 5A, 5B, and 5C when viewed from the up and down direction. It is preferable to use a spiral coil larger than the area.

なお、ベース111は、長方形の板状に限らない。内壁12は、四角錐台状に形成されなくてもよく、円錐台状などに形成されてもよい。内壁12を構成する第1壁121および第2壁122は一体に形成されなくてもよい。電源部14の構成は、本実施例に限らない。また、収納スペース13には、電源部14の構成の一部のみが配置されてもよい。   The base 111 is not limited to a rectangular plate shape. The inner wall 12 does not have to be formed in a quadrangular frustum shape, and may be formed in a truncated cone shape or the like. The first wall 121 and the second wall 122 constituting the inner wall 12 may not be formed integrally. The configuration of the power supply unit 14 is not limited to the present embodiment. Further, only a part of the configuration of the power supply unit 14 may be disposed in the storage space 13.

本実施形態の比較例1および比較例2について、図6及び図7のそれぞれを参照して説明する。   Comparative Example 1 and Comparative Example 2 of the present embodiment will be described with reference to FIGS. 6 and 7 respectively.

比較例1の非接触給電装置4について、図6を参照して説明する。なお、図6において、弧状の破線矢印は、給電コイルL1が発生する磁束を表している。   The non-contact electric power feeder 4 of the comparative example 1 is demonstrated with reference to FIG. In FIG. 6, the arc-shaped broken line arrow represents the magnetic flux generated by the feeding coil L1.

比較例1の非接触給電装置4は、本実施形態の非接触給電装置1と同様に軟磁性材料によって、ベース411と外壁412とで構成される箱形の筐体41を備える。本実施形態の非接触給電装置1と同様に、ベース411および外壁412が給電コイルL1から発生する磁束を集中させるので、比較例1の非接触給電装置4は、筐体41の外部において、磁束の影響を低減することができる。しかしながら、比較例1の非接触給電装置4には、従来例と同様に内壁が設けられていない。図6に示すように、内壁が設けられていない場合、給電コイルL1から発生する磁束は、給電コイルL1に囲まれるスペース42を通過する。つまり、本実施形態の非接触給電装置1の収納スペース13と比較して、比較例1の非接触給電装置4の給電コイルL1に囲まれるスペース42は、磁束の影響を受ける可能性が高くなる。したがって、電源部14が給電コイルL1に囲まれるスペース42に配置されると、電源部14を構成するプリント配線板の導体(銅箔)に磁束が鎖交して、導体の渦電流損に起因した発熱が生じる虞がある。   The non-contact power feeding device 4 of the comparative example 1 includes a box-shaped casing 41 composed of a base 411 and an outer wall 412 using a soft magnetic material, like the non-contact power feeding device 1 of the present embodiment. Similarly to the non-contact power feeding device 1 of the present embodiment, the base 411 and the outer wall 412 concentrate the magnetic flux generated from the power feeding coil L1, so that the non-contact power feeding device 4 of Comparative Example 1 has a magnetic flux outside the housing 41. Can be reduced. However, the non-contact power feeding device 4 of Comparative Example 1 is not provided with an inner wall as in the conventional example. As shown in FIG. 6, when the inner wall is not provided, the magnetic flux generated from the feeding coil L1 passes through the space 42 surrounded by the feeding coil L1. That is, compared with the storage space 13 of the contactless power supply device 1 of the present embodiment, the space 42 surrounded by the power supply coil L1 of the contactless power supply device 4 of Comparative Example 1 is more likely to be affected by magnetic flux. . Therefore, when the power supply unit 14 is arranged in the space 42 surrounded by the power supply coil L1, the magnetic flux is linked to the conductor (copper foil) of the printed wiring board constituting the power supply unit 14 and is caused by the eddy current loss of the conductor. There is a risk of generating heat.

比較例2の非接触給電装置5について、図7を参照して説明する。なお、図7において、弧状の破線矢印は、給電コイルL1が発生する磁束を表している。   A non-contact power feeding device 5 of Comparative Example 2 will be described with reference to FIG. In FIG. 7, an arc-shaped broken line arrow represents a magnetic flux generated by the feeding coil L1.

比較例2の非接触給電装置5は、本実施形態の非接触給電装置1と同様に、軟磁性材料によって、ベース511と外壁512とで構成される箱型の筐体51を備える。本実施形態の非接触給電装置1と同様に、ベース511および外壁512が給電コイルL1から発生する磁束を集中させるので、筐体51の外部において、磁束の影響を低減することができる。さらに、比較例2の非接触給電装置5は、筐体51の内部であって、給電コイルL1に囲まれる場所に内壁52を備える。内壁52は、ベース511から上方向に突出する前後方向に向かい合う一対の壁と、上方向に突出する左右方向に向かい合う一対の壁とで構成される。本実施形態の非接触給電装置1の内壁12と異なり、前後方向に向かい合う一対の壁と左右方向に向かい合う一対の壁のそれぞれは、ベース511の上面に対して垂直に形成される。内壁52は、内側に電源部14が配置される収納スペース53が設けられ、上面が開口した直方体に形成される。内壁52が給電コイルL1から発生する磁束を集中させるので、収納スペース13に配置されている電源部14は、給電コイルL1から発生する磁束の影響を受け難い。しかしながら、内壁52の上端と外壁512の上端との距離が、非接触給電装置1の内壁12の上端と外壁112の上端との距離と比較して、短く形成されている。つまり、受電コイルL2に対して、磁束の影響を及ぼす範囲が狭くなる。この場合、受電コイルL2の中心軸が給電コイルL1の中心軸とが上下方向に相対的にずれると、受電コイルL2への受電効率が低くなる。   The non-contact power feeding device 5 of the comparative example 2 includes a box-shaped casing 51 that includes a base 511 and an outer wall 512 made of a soft magnetic material, like the non-contact power feeding device 1 of the present embodiment. Similarly to the non-contact power feeding apparatus 1 of the present embodiment, the base 511 and the outer wall 512 concentrate the magnetic flux generated from the power feeding coil L1, so that the influence of the magnetic flux can be reduced outside the housing 51. Further, the non-contact power feeding device 5 of the comparative example 2 includes an inner wall 52 in a place surrounded by the power feeding coil L1 inside the housing 51. The inner wall 52 includes a pair of walls facing in the front-rear direction projecting upward from the base 511 and a pair of walls facing in the left-right direction projecting upward. Unlike the inner wall 12 of the contactless power supply device 1 of the present embodiment, each of the pair of walls facing in the front-rear direction and the pair of walls facing in the left-right direction is formed perpendicular to the upper surface of the base 511. The inner wall 52 is provided with a storage space 53 in which the power supply unit 14 is disposed on the inner side, and is formed in a rectangular parallelepiped whose upper surface is open. Since the inner wall 52 concentrates the magnetic flux generated from the power supply coil L1, the power supply unit 14 disposed in the storage space 13 is not easily affected by the magnetic flux generated from the power supply coil L1. However, the distance between the upper end of the inner wall 52 and the upper end of the outer wall 512 is shorter than the distance between the upper end of the inner wall 12 and the upper end of the outer wall 112 of the non-contact power feeding device 1. That is, the range in which the magnetic flux affects the power receiving coil L2 is narrowed. In this case, when the center axis of the power receiving coil L2 is relatively displaced in the vertical direction from the center axis of the power feeding coil L1, the power receiving efficiency to the power receiving coil L2 is lowered.

本実施形態の非接触給電装置1は、図3Aに示すように、比較例1の非接触給電装置4と比較して、内壁12を設けることで、収納スペース13に配置されている電源部14において、給電コイルL1が発生する磁束の影響を低減することができる。さらに、本実施形態の非接触給電装置1は、内壁12の一対の第1壁121および一対の第2壁122のそれぞれが、上方に向かって互いに近づくように形成されている。本実施形態の非接触給電装置1は、比較例2の非接触給電装置5と比較して、受電コイルL2に対して、磁束の影響を及ぼす範囲が広い。ゆえに、本実形態の非接触給電装置1は、非接触受電装置2の受電コイルL2が給電コイルL1に対して相対的な位置ずれに関係なく、給電コイルL1が発生した磁束によって、効率良く受電コイルL2に電力が供給される。   As shown in FIG. 3A, the non-contact power feeding device 1 of the present embodiment is provided with an inner wall 12 as compared with the non-contact power feeding device 4 of Comparative Example 1, thereby providing a power supply unit 14 disposed in the storage space 13. , The influence of the magnetic flux generated by the feeding coil L1 can be reduced. Furthermore, the non-contact power feeding device 1 of the present embodiment is formed such that each of the pair of first walls 121 and the pair of second walls 122 of the inner wall 12 approaches each other upward. Compared with the non-contact power feeding device 5 of the comparative example 2, the non-contact power feeding device 1 of the present embodiment has a wider range of influence of magnetic flux on the power receiving coil L2. Therefore, the non-contact power feeding device 1 of this embodiment can efficiently receive power by the magnetic flux generated by the power feeding coil L1 regardless of the relative displacement of the power receiving coil L2 of the non-contact power receiving device 2 with respect to the power feeding coil L1. Electric power is supplied to the coil L2.

上記実施形態における給電コイルL1および受電コイルL2は、スパイラルコイルが好ましい。スパイラルコイルは、(コアに対して導線が螺旋状に巻き付けられた)ソレノイド型のコイルに比べて、不要輻射ノイズが生じにくい、という利点がある。また、スパイラルコイルが用いられることで、不要輻射ノイズが低減される結果、インバータ回路142において使用可能な動作周波数の範囲が拡大される、という利点もある。以下、この点について詳述する。   The feeding coil L1 and the receiving coil L2 in the above embodiment are preferably spiral coils. The spiral coil has an advantage that unnecessary radiation noise is less likely to occur compared to a solenoid type coil (in which a conductive wire is wound spirally around the core). Further, the use of the spiral coil has the advantage that the range of operating frequencies that can be used in the inverter circuit 142 is expanded as a result of reducing unnecessary radiation noise. Hereinafter, this point will be described in detail.

すなわち、本実施形態の非接触給電システムにおける共振特性は、上述したように給電コイルL1と受電コイルL2との結合係数に応じて変化し、ある条件下では、図8に示すように出力に2つの極大値が生じる、いわゆる双峰特性を示す。この共振特性(双峰特性)においては、図8に示すように、第1周波数fr1と第3周波数fr3とのそれぞれで出力が極大となる2つの“山”が生じる。これら2つの“山”の間には、第2周波数fr2で出力が極小となる“谷”が生じる。ここで、第1周波数fr1と第2周波数fr2と第3周波数fr3とは、fr1<fr2<fr3の関係にある。以下では、第2周波数fr2を基準に、第2周波数fr2より低い周波数領域を「低周波領域」といい、第2周波数fr2より高い周波数領域を「高周波領域」という。   That is, the resonance characteristics in the non-contact power feeding system of the present embodiment change according to the coupling coefficient between the power feeding coil L1 and the power receiving coil L2 as described above, and under certain conditions, the output characteristic is 2 as shown in FIG. It shows a so-called bimodal characteristic in which two maxima occur. In this resonance characteristic (bimodal characteristic), as shown in FIG. 8, two “mountains” in which the output is maximized at each of the first frequency fr1 and the third frequency fr3 are generated. Between these two “mountains”, a “valley” in which the output is minimized at the second frequency fr2 occurs. Here, the first frequency fr1, the second frequency fr2, and the third frequency fr3 are in a relationship of fr1 <fr2 <fr3. Hereinafter, on the basis of the second frequency fr2, a frequency region lower than the second frequency fr2 is referred to as a “low frequency region”, and a frequency region higher than the second frequency fr2 is referred to as a “high frequency region”.

このような共振特性にあっては、低周波領域の“山”(第1周波数fr1で極大となる山)と、高周波領域の“山”(第3周波数fr3で極大となる山)とのそれぞれに、インバータ回路142が遅相モードで動作する領域(以下、「遅相領域」という)が生じる。そのため、インバータ回路142は、動作周波数f1が2つの“山”のいずれにある場合でも、遅相モードで動作可能である。   In such a resonance characteristic, each of a “mountain” in the low-frequency region (a mountain that becomes maximum at the first frequency fr1) and a “mountain” in the high-frequency region (a mountain that becomes maximum at the third frequency fr3). In addition, a region in which the inverter circuit 142 operates in the slow phase mode (hereinafter referred to as “slow phase region”) occurs. Therefore, the inverter circuit 142 can operate in the slow phase mode even when the operating frequency f1 is at any of the two “mountains”.

ここで、インバータ回路142の動作周波数f1が低周波領域の“山”にある場合と、高周波領域の“山”にある場合とを比較すると、低周波領域の“山”にある場合の方が、不要輻射ノイズは小さくなる。つまり、高周波領域の“山”においては、給電コイルL1を流れる電流と、受電コイルL2を流れる電流とは同位相になる。これに対して、低周波領域の“山”においては、給電コイルL1を流れる電流と、受電コイルL2を流れる電流とは逆位相になる。そのため、低周波領域の“山”においては、給電コイルL1で生じる不要輻射ノイズと、受電コイルL2で生じる不要輻射ノイズとが、互いに相殺されることになり、非接触給電システム全体でみれば不要輻射ノイズは低減される。   Here, when the operation frequency f1 of the inverter circuit 142 is in the “mountain” of the low frequency region and the case of being in the “mountain” of the high frequency region, the case where the operation frequency f1 is in the “mountain” of the low frequency region is better. Unnecessary radiation noise is reduced. That is, in the “mountain” in the high frequency region, the current flowing through the feeding coil L1 and the current flowing through the receiving coil L2 are in phase. On the other hand, in the “mountain” in the low frequency region, the current flowing through the feeding coil L1 and the current flowing through the receiving coil L2 are in opposite phases. Therefore, in the “mountains” in the low frequency region, the unnecessary radiation noise generated in the power feeding coil L1 and the unnecessary radiation noise generated in the power receiving coil L2 cancel each other, and are unnecessary for the non-contact power feeding system as a whole. Radiation noise is reduced.

したがって、ソレノイド型のコイルが採用される場合でも、インバータ回路142の動作周波数f1が低周波領域の“山”の遅相領域(fr1〜fr2)にあれば、インバータ回路142が遅相モードで動作し、かつ不要輻射ノイズも低減されることになる。しかし、低周波領域の“山”の遅相領域は、給電コイルL1と受電コイルL2との結合係数に応じて変化するため、このような不確定な遅相領域にインバータ回路142の動作周波数f1を収める制御が必要になる。   Therefore, even when a solenoid type coil is employed, if the operating frequency f1 of the inverter circuit 142 is in the “mountain” slow phase region (fr1 to fr2) of the low frequency region, the inverter circuit 142 operates in the slow phase mode. In addition, unnecessary radiation noise is also reduced. However, since the slow phase region of the “mountain” in the low frequency region changes according to the coupling coefficient between the feeding coil L1 and the receiving coil L2, the operating frequency f1 of the inverter circuit 142 falls within such an uncertain slow phase region. Need to be controlled.

これに対して、スパイラルコイルであれば、たとえインバータ回路142の動作周波数f1が高周波領域の“山”の遅相領域(fr3より高周波側)にあっても、ソレノイド型のコイルに比べれば不要輻射ノイズは大幅に低減される。つまり、スパイラルコイルが用いられることで、インバータ回路142の動作周波数f1は低周波領域の“山”の遅相領域に制限されず、インバータ回路142において使用可能な動作周波数f1の範囲が拡大されることになる。なお、高周波領域の“山”の遅相領域も不確定な領域ではあるが、インバータ回路142の動作周波数f1を十分に高い周波数から低周波側にスイープさせれば動作周波数f1は高周波領域の“山”の遅相領域を通るので、複雑な制御は不要である。   On the other hand, in the case of a spiral coil, even if the operating frequency f1 of the inverter circuit 142 is in the “crest” slow phase region (higher frequency side than fr3) of the high frequency region, it is unnecessary radiation compared to the solenoid type coil. Noise is greatly reduced. That is, by using the spiral coil, the operating frequency f1 of the inverter circuit 142 is not limited to the “mountain” slow phase region of the low frequency region, and the range of the operating frequency f1 usable in the inverter circuit 142 is expanded. It will be. Although the slow phase region of the “mountain” in the high frequency region is an uncertain region, if the operating frequency f1 of the inverter circuit 142 is swept from a sufficiently high frequency to a low frequency side, the operating frequency f1 becomes “ Since it passes through the lagging region of the mountain, complicated control is unnecessary.

なお、遅相モードとは、インバータ回路142の出力電流がインバータ回路142の出力電圧の位相よりも遅れた状態で、インバータ回路142が動作するモードである。   Note that the slow phase mode is a mode in which the inverter circuit 142 operates in a state where the output current of the inverter circuit 142 is delayed from the phase of the output voltage of the inverter circuit 142.

本実施形態の非接触給電装置1は、磁性材料からなるベース111と、給電コイルL1と、給電コイルL1に電流を流して給電コイルL1に磁束を生じさせる電源部14とを備える。ベース111は、板状に形成される。給電コイルL1は、中心軸をベース111の厚み方向と同じ方向に向けてベース111の第1面(上面)に配置される。前記中心軸を含む給電コイルL1に囲まれる位置には、ベース111の第1面(上面)から給電コイルL1の内周に沿って突出する内壁12が設けられる。内壁12に囲まれる収納スペース13の第1面(上面)と同一面における面積が、内壁12の先端と同一面における収納スペース13の面積よりも大きくなるように、内壁12が形成されている。   The contactless power supply device 1 of the present embodiment includes a base 111 made of a magnetic material, a power supply coil L1, and a power supply unit 14 that causes a current to flow through the power supply coil L1 to generate a magnetic flux in the power supply coil L1. The base 111 is formed in a plate shape. The feeding coil L <b> 1 is disposed on the first surface (upper surface) of the base 111 with the central axis directed in the same direction as the thickness direction of the base 111. An inner wall 12 protruding from the first surface (upper surface) of the base 111 along the inner periphery of the power supply coil L1 is provided at a position surrounded by the power supply coil L1 including the central axis. The inner wall 12 is formed such that the area of the storage space 13 surrounded by the inner wall 12 in the same plane as the first surface (upper surface) is larger than the area of the storage space 13 in the same plane as the tip of the inner wall 12.

本実施形態の非接触給電システムは、非接触給電装置1と、非接触給電装置1から供給される電力を受ける非接触受電装置2とを備える。   The contactless power feeding system of the present embodiment includes a contactless power feeding device 1 and a contactless power receiving device 2 that receives power supplied from the contactless power feeding device 1.

本実施形態の非接触給電装置および非接触給電システムは上述のように構成されるので、給電コイルに囲まれたスペース(収納スペース13)への磁束の影響を低減させることができる。   Since the non-contact power supply device and the non-contact power supply system of the present embodiment are configured as described above, the influence of magnetic flux on the space (storage space 13) surrounded by the power supply coil can be reduced.

本実施形態の非接触給電装置1は、第1面(上面)と同一面における収納スペース13の面積が、内壁12の先端と同一面における収納スペース13の面積よりも徐々に大きくなるように、内壁12が第1面(上面)に対して傾斜していることが好ましい。   In the non-contact power feeding device 1 of the present embodiment, the area of the storage space 13 on the same surface as the first surface (upper surface) is gradually larger than the area of the storage space 13 on the same surface as the tip of the inner wall 12. The inner wall 12 is preferably inclined with respect to the first surface (upper surface).

本実施形態の非接触給電装置1が上述のように構成されれば、給電コイルL1が発生する磁束の範囲を広くすることができる。   If the non-contact power feeding device 1 of the present embodiment is configured as described above, the range of magnetic flux generated by the power feeding coil L1 can be widened.

本実施形態の非接触給電装置1は、ベース111を底壁とし、かつ一部が開口する箱形の筐体11と、筐体11の開口を覆うカバー15とを備えることが好ましい。筐体11内には、給電コイルL1が収納されることが好ましい。カバー15は、非金属材料によって形成されることが好ましい。   The contactless power supply device 1 according to the present embodiment preferably includes a box-shaped housing 11 having a base 111 as a bottom wall and a part thereof being open, and a cover 15 that covers the opening of the housing 11. It is preferable that the feeding coil L <b> 1 is accommodated in the housing 11. The cover 15 is preferably formed of a nonmetallic material.

本実施形態の非接触給電装置1が上述のように構成されれば、筐体11内における防水および防塵に対応することが可能である。   If the non-contact power feeding device 1 of the present embodiment is configured as described above, it is possible to cope with waterproofing and dustproofing in the housing 11.

本実施形態の非接触給電装置1は、電源部14の少なくとも一部を構成する部品が収納スペース13に配置されていることが好ましい。   In the non-contact power feeding device 1 according to the present embodiment, it is preferable that components constituting at least a part of the power supply unit 14 are arranged in the storage space 13.

本実施形態の非接触給電装置1が上述のように構成されれば、給電コイルL1に囲まれたスペース(収納スペース13)を有効に活用することが可能である。   If the non-contact power feeding device 1 of the present embodiment is configured as described above, it is possible to effectively utilize the space (housing space 13) surrounded by the power feeding coil L1.

1 非接触給電装置
111 ベース
12 内壁
13 収納スペース
14 電源部
15 カバー
2 非接触受電装置
L1 給電コイル
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Non-contact electric power feeder 111 Base 12 Inner wall 13 Storage space 14 Power supply part 15 Cover 2 Non-contact electric power receiving device L1 Feed coil

Claims (5)

磁性材料からなるベースと、給電コイルと、前記給電コイルに電流を流して前記給電コイルに磁束を生じさせる電源部とを備え、
前記ベースは、板状に形成され、
前記給電コイルは、中心軸を前記ベースの厚み方向と同じ方向に向けて前記ベースの第1面に配置され、
前記中心軸を含む前記給電コイルに囲まれる位置には、前記ベースの前記第1面から前記給電コイルの内周に沿って突出する内壁が設けられ、
前記内壁に囲まれる収納スペースの前記第1面と同一面における面積が、前記内壁の先端と同一面における前記収納スペースの面積よりも大きくなるように、前記内壁が形成されている
ことを特徴とする非接触給電装置。
A base made of a magnetic material; a power supply coil; and a power supply unit that causes a current to flow through the power supply coil to generate a magnetic flux in the power supply coil.
The base is formed in a plate shape,
The feeding coil is disposed on the first surface of the base with a central axis in the same direction as the thickness direction of the base,
An inner wall protruding along the inner periphery of the power supply coil from the first surface of the base is provided at a position surrounded by the power supply coil including the central axis.
The inner wall is formed such that the area of the storage space surrounded by the inner wall on the same surface as the first surface is larger than the area of the storage space on the same surface as the tip of the inner wall. A non-contact power feeding device.
前記第1面と同一面における前記収納スペースの面積が、前記内壁の先端と同一面における前記収納スペースの面積よりも徐々に大きくなるように、前記内壁が前記第1面に対して傾斜している
ことを特徴とする請求項1に記載の非接触給電装置。
The inner wall is inclined with respect to the first surface so that the area of the storage space on the same surface as the first surface is gradually larger than the area of the storage space on the same surface as the tip of the inner wall. The contactless power feeding device according to claim 1, wherein
前記ベースを底壁とし、かつ一部が開口する箱形の筐体と、前記筐体の開口を覆うカバーとを備え、
前記筐体内に前記給電コイルが収納され、
前記カバーは、非金属材料によって形成される
ことを特徴とする請求項1または2に記載の非接触給電装置。
A box-shaped housing having the base as a bottom wall and partially opened; and a cover that covers the opening of the housing;
The feeding coil is housed in the housing,
The contactless power supply device according to claim 1, wherein the cover is made of a non-metallic material.
前記電源部の少なくとも一部を構成する部品が前記収納スペースに配置されている
ことを特徴とする請求項1ないし3のいずれか一項に記載の非接触給電装置。
The contactless power feeding device according to any one of claims 1 to 3, wherein a part constituting at least a part of the power supply unit is arranged in the storage space.
請求項1ないし4のいずれか一項に記載の非接触給電装置と、前記非接触給電装置から供給される電力を受ける非接触受電装置とを備える
ことを特徴とする非接触給電システム。
A non-contact power feeding system comprising: the non-contact power feeding device according to claim 1; and a non-contact power receiving device that receives power supplied from the non-contact power feeding device.
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