JP6587720B2 - Power transmission device and power transmission device - Google Patents

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Description

本発明の実施形態は、送電装置から受電装置に非接触で電力を伝送する電力伝送装置及びコイル装置に関する。   Embodiments described herein relate generally to a power transmission device and a coil device that transmit power from a power transmission device to a power reception device in a contactless manner.

近年、非接触で電力を伝送する装置が普及している。非接触電力伝送装置は、電力を送電する送電装置と、送電電力を受け取る受電装置とを含んでいる。電力を送電装置から受電装置に非接触で伝送する方式として、電磁誘導方式、磁界共鳴方式または電界結合方式等が知られている。受電装置は自機を駆動する駆動回路や、受電装置に搭載した２次電池の充電回路等の負荷回路を備えている。
受電装置に接続される携帯端末やノートパソコン等の電子機器に非接触で電力を伝送する場合に、電磁誘導方式や電界結合方式を利用すると、一般的には、送電装置と受電装置とを伝送可能領域内にてほぼ密着させる必要がある。一方、磁界共鳴方式を利用すると、送電装置と受電装置とを密着させる必要がなく、例えば送電装置から受電装置を数ｃｍ程度離しても電力の伝送を行うことができる。したがって、受電装置を置く位置に自由度があり、使い勝手に優れるという点で磁界共鳴方式が注目されている。
磁界共鳴方式は、送電装置に設けられたコイルとコンデンサから成る送電側共振素子（共鳴素子ともいう）と、受電装置に設けられたコイルとコンデンサから成る受電側共振素子とが電気的に結合することで、電力を伝送することができる。電磁誘導方式においても、送電側のコイルと受電側のコイルの結合だけではなく、送電側と受電側の双方に共振用のコンデンサを設け、送電側及び受電側の素子を共振結合させることで、電力を伝送する距離を伸ばそうとする試みもなされてきている。結果、磁界共鳴方式と電磁誘導方式との区別がなくなってきている。
非接触で電力を伝送する効率（電力伝送効率）に影響を与えるパラメータとして、送電装置及び受電装置の共振素子間の結合係数ｋがある。送電装置と受電装置の共振素子間の距離が変動すると、通常、結合係数ｋは変動する。例えば、共振素子間の距離が離れると、結合係数ｋは小さくなる。回路のインピーダンスが固定であれば、結合係数ｋの変化に伴って電力伝送効率や伝送できる電力が変化する。
送電装置と受電装置の共振素子間の距離の変動に伴って結合係数ｋが変化しても、電力伝送効率を高く維持する方法として、インピーダンスを可変できるインピーダンス調整手段を設け、結合係数ｋの変化に応じて、送電装置や受電装置のインピーダンスを変化させる技術が知られている（特許文献１参照）。特許文献１に開示された技術では、結合係数ｋが変動した場合に自動的にインピーダンス制御を行うための回路が新たに必要であり、制御も複雑になるという問題点があった。
送電コイルと受電コイルの位置が多少ずれても電力伝送が行えるようにした装置として、送電コイルに大径のコイルを使い、受電コイルに小径のコイルを使った非接触充電装置が知られている（特許文献２参照）。特許文献２に開示された技術では、受電コイルが送電コイルに対して垂直方向に位置がずれて、送電コイルと受電コイルとの間の距離が広がると、急激に結合係数ｋが小さくなる。結合係数ｋが低下するため、電力伝送効率が悪化して所望の電力を送ることができなくなるという問題点があった。 In recent years, devices that transmit power in a non-contact manner have become widespread. The non-contact power transmission device includes a power transmission device that transmits power and a power reception device that receives the transmitted power. As a method for transmitting electric power from a power transmitting device to a power receiving device in a contactless manner, an electromagnetic induction method, a magnetic field resonance method, an electric field coupling method, or the like is known. The power receiving device includes a drive circuit for driving the device itself and a load circuit such as a charging circuit for a secondary battery mounted on the power receiving device.
In general, when using electromagnetic induction method or electric field coupling method to transmit power to electronic devices such as mobile terminals and laptop computers connected to the power receiving device, the power transmission device and the power receiving device are transmitted. It is necessary to make close contact within the possible area. On the other hand, when the magnetic field resonance method is used, it is not necessary to bring the power transmission device and the power reception device into close contact with each other. For example, power can be transmitted even if the power reception device is separated from the power transmission device by about several centimeters. Therefore, the magnetic field resonance method has attracted attention in that it has a degree of freedom in the position where the power receiving device is placed and is excellent in usability.
In the magnetic field resonance method, a power transmission side resonance element (also referred to as a resonance element) including a coil and a capacitor provided in a power transmission apparatus and a power reception side resonance element including a coil and a capacitor provided in the power reception apparatus are electrically coupled. Thus, power can be transmitted. Even in the electromagnetic induction system, not only the coupling of the coil on the power transmission side and the coil on the power reception side, but also a capacitor for resonance on both the power transmission side and the power reception side, and resonance coupling the elements on the power transmission side and the power reception side, Attempts have also been made to extend the distance for transmitting power. As a result, the distinction between the magnetic field resonance method and the electromagnetic induction method has disappeared.
As a parameter that affects the efficiency of transmitting power without contact (power transmission efficiency), there is a coupling coefficient k between the resonant elements of the power transmission apparatus and the power reception apparatus. When the distance between the resonant elements of the power transmission device and the power reception device varies, the coupling coefficient k usually varies. For example, the coupling coefficient k decreases as the distance between the resonant elements increases. If the impedance of the circuit is fixed, the power transmission efficiency and the power that can be transmitted change as the coupling coefficient k changes.
As a method for maintaining high power transmission efficiency even when the coupling coefficient k changes with a change in the distance between the resonant elements of the power transmitting device and the power receiving device, an impedance adjusting means capable of varying the impedance is provided, and the coupling coefficient k is changed. A technique for changing the impedance of a power transmission device or a power reception device according to the above is known (see Patent Document 1). The technique disclosed in Patent Document 1 has a problem that a circuit for automatically performing impedance control when the coupling coefficient k changes is necessary, and the control becomes complicated.
A non-contact charging device using a large-diameter coil as a power transmission coil and a small-diameter coil as a power transmission coil is known as a device that can transmit power even if the positions of the power transmission coil and the power reception coil are slightly shifted. (See Patent Document 2). In the technique disclosed in Patent Document 2, when the power receiving coil is displaced in the vertical direction with respect to the power transmitting coil and the distance between the power transmitting coil and the power receiving coil is increased, the coupling coefficient k is rapidly decreased. Since the coupling coefficient k is reduced, there is a problem that power transmission efficiency is deteriorated and desired power cannot be sent.

特開２０１１−５０１４０公報JP 2011-50140 A 特開２００８−３０１５５３公報JP 2008-301553 A

送電コイルに対して受電コイルの位置が変動しても結合係数ｋの変動を抑えた非接触電力伝送装置及び送電装置を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a non-contact power transmission device and a power transmission device in which the variation of the coupling coefficient k is suppressed even if the position of the power reception coil varies with respect to the power transmission coil.

上記課題を解決するために、実施形態の装置は、第１の方向に配線パターンが形成されている第１のコイルと、前記第１の方向と逆の方向に配線パターンが形成されているとともに前記第１のコイルの配線間に配線が形成されている第２のコイルとを有する送電コイルと、
前記送電コイルに自己共振周波数に対応した交流電源を備え、
前記第２のコイルは送電コイルの中心部のみに配置し、前記送電コイルは前記中心部で前記第１のコイルと前記第２のコイルが電気的に接続し、前記第２のコイルが形成している面積は、受電装置側のコイルが形成する面積よりも小さい構成を有する。 In order to solve the above problems, the apparatus according to the embodiment includes a first coil in which a wiring pattern is formed in a first direction, and a wiring pattern in a direction opposite to the first direction. A power transmission coil having a second coil in which wiring is formed between the wirings of the first coil;
The power transmission coil is provided with an AC power source corresponding to a self-resonant frequency
The second coil is disposed only at the center of the power transmission coil, and the power transmission coil is electrically connected at the center to the first coil and the second coil, and the second coil is formed. The area of the power receiving device is smaller than the area formed by the coil on the power receiving device side.

第１の実施形態に係る電力伝送装置の構成を示す回路ブロック図。The circuit block diagram which shows the structure of the electric power transmission apparatus which concerns on 1st Embodiment. 第１の実施形態に係る電力伝送装置の構成を示す斜視図。The perspective view which shows the structure of the electric power transmission apparatus which concerns on 1st Embodiment. 第１の実施形態における送電コイルと受電コイルを含むコイル装置を概略的に示す斜視図。The perspective view which shows roughly the coil apparatus containing the power transmission coil and power receiving coil in 1st Embodiment. 第１の実施形態おけるコイル装置の形状と寸法の一例を示す平面図。The top view which shows an example of the shape and dimension of the coil apparatus in 1st Embodiment. 第１の実施形態おける送電装置と受電装置の位置関係を示す断面図。Sectional drawing which shows the positional relationship of the power transmission apparatus and power receiving apparatus in 1st Embodiment. 第１の実施形態おける送電装置と受電装置の他の位置関係を示す断面図。Sectional drawing which shows the other positional relationship of the power transmission apparatus and power receiving apparatus in 1st Embodiment. 一般的な電力伝送装置の送電コイルを示す平面図。The top view which shows the power transmission coil of a common electric power transmission apparatus. 第１の実施形態に係る電力伝送装置での結合係数ｋの測定系を示す説明図。Explanatory drawing which shows the measurement system of the coupling coefficient k in the electric power transmission apparatus which concerns on 1st Embodiment. 第１の実施形態における送受コイル間距離と結合係数ｋの関係を示す特性図。The characteristic view which shows the relationship between the distance between transmission / reception coils in 1st Embodiment, and the coupling coefficient k. 一般的な送電コイルと受電コイルのコイルパターンの位置関係を示す断面図。Sectional drawing which shows the positional relationship of the coil pattern of a general power transmission coil and a receiving coil. 第１の実施形態おける送電コイルと受電コイルのコイルパターンの位置関係を示す断面図。Sectional drawing which shows the positional relationship of the coil pattern of the power transmission coil and power receiving coil in 1st Embodiment. 第１の実施形態において受電コイルを水平移動した状態を示す平面図。The top view which shows the state which moved the receiving coil horizontally in 1st Embodiment. 第１の実施形態における水平方向のズレ量と結合係数ｋの関係を示す特性図。The characteristic view which shows the relationship between the deviation | shift amount of the horizontal direction in 1st Embodiment, and the coupling coefficient k. 第１の実施形態おけるコイルパターンの一例を示す平面図。The top view which shows an example of the coil pattern in 1st Embodiment. 第１の実施形態おけるコイルパターンの一例を示す平面図。The top view which shows an example of the coil pattern in 1st Embodiment. 第１の実施形態おけるコイルパターンの一例を示す平面図。The top view which shows an example of the coil pattern in 1st Embodiment. 第１の実施形態おけるコイルパターンの一例を示す平面図。The top view which shows an example of the coil pattern in 1st Embodiment. 第１の実施形態おけるコイルパターンの一例を示す平面図。The top view which shows an example of the coil pattern in 1st Embodiment. 第１の実施形態おけるコイルパターンの一例を示す平面図。The top view which shows an example of the coil pattern in 1st Embodiment. 第２の実施形態に係る電力伝送装置の構成を示す斜視図。The perspective view which shows the structure of the electric power transmission apparatus which concerns on 2nd Embodiment.

以下、発明を実施するための実施形態について、図面を参照して説明する。尚、各図において同一箇所については同一の符号を付す。
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る電力伝送装置の全体構成を示す回路ブロック図である。図２は、電力伝送装置を構成する送電装置と受電装置を概略的に示す斜視図である。図１に示すように、電力伝送装置は、電力を送電する送電装置１０と、送電装置１０から送電された電力を受電する受電装置２０とを備えている。送電装置１０と受電装置２０は、磁界共鳴方式または電磁誘導方式等の電磁結合を利用した方式により電力を伝送する。以下、磁界共鳴方式または電磁誘導方式により電力を伝送する場合について説明する。
送電装置１０は、電力を発生する交流電源１１と、共振用コンデンサ１２と送電コイル１３で構成される共振素子１４とを有している。交流電源１１は、送電用の共振素子１４の自己共振周波数と同一、或いはほぼ同一の周波数の交流電力を発生し、共振素子１４に供給する。具体的には、交流電源１１は、６．７８ＭＨｚの交流電力を発生させる発振回路と、発振回路の出力を増幅する電力増幅回路で構成されている。送電装置１０の外部に設けたＡＣアダプタから送電装置１０内の交流電源１１に直流の電力が供給され、交流電源１１内の発振回路や電力増幅回路が動作するようになっている。
発振回路と電力増幅回路で構成される交流電源１１に替えて、交流電源１１をスイッチング電源にすることもできる。スイッチング電源からなる交流電源１１は発振回路の出力でスイッチング素子をオン／オフする構成になっている。スイッチング素子のオン／オフにより、共振素子１４を動作させる。
ＡＣアダプタを外部に設け交流電源１１に直流の電力を供給する代わりに、送電装置１０内にＡＣアダプタまたはＡＣ／ＤＣ変換部を設けることも可能である。外部からＡＣ１００Ｖを送電装置１０に供給し、送電装置１０内のＡＣアダプタまたはＡＣ／ＤＣ変換部によって生成する直流電力を交流電源１１に供給する。この場合、交流電源１１により共振素子１４を動作させる。
動作周波数は６．７８ＭＨｚを例示したが、必要に応じて動作周波数を変更可能である。他の動作周波数として１３．５６ＭＨｚ、２７．１２ＭＨｚなどが利用される。
受電装置２０は、共振用コンデンサ２１と受電コイル２２で構成される共振素子２３と、交流を直流に変換する整流回路２４と、負荷回路２５とを有している。受電用の共振素子２３の自己共振周波数は、送電用の共振素子１４の自己共振周波数と同一またはほぼ同一とし、互いに磁界結合することで、送電側から受電側に効率よく電力を伝送する。
負荷回路２５は、携帯端末やタブレット端末等の電子機器の回路である。受電装置２０で受電した電力は、電子機器の動作や、電子機器が内蔵するバッテリーの充電等に利用される。一般に負荷回路２５は直流電力で動作する。負荷回路２５に直流電力を供給するために、受電装置２０には受電用の共振素子２３に誘起した交流電力を整流して直流電力に変換する整流回路２４が設けられている。図１では、受電装置２０は負荷回路２５を含む構成となっている。しかし、受電装置２０は必ずしも負荷回路２５を含む構成に限定されるものではなく、負荷回路２５を受電装置２０の外部に設けて、整流回路２４で発生する直流電力を負荷回路２５に供給する構成にすることも可能である。
送電装置１０、受電装置２０において、共振用コンデンサ１２、２１は必ずしも電子部品で構成する必要はない。共振用コンデンサ１２、２１に相当する静電容量は、コイルの形状やコイルのインダクタンス値によって、コイル線間の静電容量で代用することもできる。また、共振用コンデンサ１２と送電コイル１３は直列に接続され、共振用コンデンサ２１と受電コイル２２も直列にされた直列共振回路を構成している。直列共振回路に替えて、それぞれの共振用コンデンサとコイルを並列に接続し並列共振回路にすることも可能である。
図１の電力伝送装置では、図２に示すように、送電装置１０の送電コイル１３に受電コイル２２を重ねることで受電装置２０に電力を伝送する。即ち、送電コイル１３に交流電流を流すことにより、送電コイル１３に磁界が発生する。一方、受電コイル２２には磁界結合の作用により、受電コイル２２に交流電流が流れ、その電流を整流することで電力を得ることができる。
図２に示すように、送電装置１０の筐体１５は、受電装置２０を載置可能な平面を有している。送電装置１０は、送電コイル１３が筐体１５の平面下部に配置された、構成になっている。受電装置２０の筐体２６は、送電装置１０の平面上に載置可能な平面を有している。受電装置２０を送電装置１０上に載置した時に、送電コイル１３に受電コイル２２が対向するように、受電コイル２２が筐体２６内に配置されている。
図３は、送電コイル１３と受電コイル２２を含む電力伝送のためのコイル装置を概略的に示す斜視図である。送電コイル１３と受電コイル２２の位置関係と構成をわかり易くするために、筐体１５および筐体２６を除いて送電コイル１３と受電コイル２２のみを図示している。
送電コイル１３は、プリント基板１７上に形成された四角形状のコイルパターン１３１（第１のコイルパターン）で構成されている。プリント基板１７として、３５μｍ厚の銅箔を有するガラス・エポキシ（ＦＲ−４）基板を用いている。銅箔を図示する所望な形状にエッチングし、送電コイル１３用のコイルパターンを形成した。
送電コイル１３用コイルパターンのＡ１１（コイルパターン開始端）とＡ１２（コイルパターン終端）の２点間に電流を流すことで、磁束を発生させる。コイルパターンの中心部の領域１８（図４に示すＷ１３とＬ１３で囲む領域）では、順方向配線パターンと逆方向配線パターンが形成されている。コイルパターン開始端Ａ１１からプリント基板１７の外周部に沿って配線された巻線パターンにそって中心部へ向かうコイルパターンを順方向配線パターンと呼んでいる。逆方向配線パターンとは、順方向配線パターンとは逆に、コイル中心部から外周部へ向かって巻かれたパターンを表している。すなわち、図３に示すように、順方向配線パターンに沿ってＣＷ方向（時計の針の回転方向）に電流が流れる場合、逆方向配線パターンにはＣＣＷ方向（反時計方向）に電流が流れることになる。逆方向配線パターンは、中心から外周部へ向かうばかりでなく、順方向配線パターンを流れる電流と逆向きに電流が流れかつ順方向配線パターンに近接して設けられた配線パターンで、順方向配線パターンの発生する磁束を逆方向配線パターンの発生する磁束で打ち消すように機能する。
送電コイル１３の中心部の領域１８は、順方向配線パターンの２つの配線間に逆方向配線パターンの配線が配置された構成になっている。図３では３ターン分の順方向配線パターンが、３ターン分の逆方向配線パターンの間に配置された構成になっている。中心部の領域１８では、順方向配線パターンと逆方向配線パターンが相互に入り込んで、２つのパターンが発生する合成磁束が発生する。すなわち、領域１８では、順方向に流れる電流から発生する磁束と、逆方向に流れる電流から発生する磁束とが合成され、磁束は打ち消しあう状態になる。
磁束が打ち消されている中心部の領域１８においては、送電コイル１３から発生する磁束が少なくなるため、受電コイル２２との磁束による結合は小さくなる。送電コイル１３のコイルパターン１３１は、領域１８を囲み６ターンの平面状のパターンで構成されている。領域１８の外側に形成されたコイルパターン１３１は順方向配線パターンになっている。この外側に形成されたコイルパターン１３１が発生する磁束は、逆方向配線パターンの影響を受けることなく、受電コイルと磁束による結合を起こす。そのため、外側に形成されたコイルパターン１３１が発生する磁束は、磁束が打ち消されている中心部の領域１８で発生する磁束に比べ、受電コイル２２と強く結合する。
受電コイル２２はプリント基板２７上に形成された四角形状のコイルパターン２２１で構成されている。プリント基板２７として、３５μｍ厚の銅箔を有するガラス・エポキシ（ＦＲ−４）基板を用いている。銅箔を図示する所望な形状にエッチングし、受電コイル２２用のコイルパターンを形成した。受電コイル２２は順方向配線パターンで６ターンになっている。受電コイル２２の外形は送電コイル１３の中心部領域１８の大きさよりも少し小さくなっている。
送電コイル１３と受電コイル２２は、ガラス・エポキシのプリント基板上の銅箔をパターニングして形成したコイルパターンに替えて、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタラート）のフレキシブル基板にコイルパターンを形成することもできる。また、銅箔に替えて、銅線やリッツ線を巻いて平面状のコイルを形成するようにしてもよい。
図４は、第１の実施形態におけるコイル装置の具体的な形状を示す平面図である。図４（ａ）に示すように、送電コイル１３はプリント基板１７に形成された始点Ａ１１から終点Ａ１２までのコイルパターン１３１で形成されている。送電コイル１３の外形は、Ｌ１１＝Ｗ１１＝１５３ｍｍの正方形となっている。始点Ａ１１から中心部の領域１８の開始点Ａ１３まで、領域１８を囲んで約６ターンの順方向配線コイルパターンが形成されている。この領域１８を囲む順方向配線コイルパターンの幅Ｄ１１は３ｍｍ、隣接するコイルパターンとの間隙Ｅ１１は３ｍｍになっている。
中心部の領域１８には、順方向配線コイルパターンが点Ａ１３から中心点Ａ１４まで約３ターン、パターン幅Ｄ１３は３ｍｍ、隣接するコイルパターンとの間隙Ｅ１３は３ｍｍで、形成されている。中心部の領域１８には、さらに中心点Ａ１４で折り返し逆方向配線コイルパターンが中心点Ａ１４から終点Ａ１２まで約４ターン、パターン幅Ｄ１２は３ｍｍ、隣接するコイルパターンとの間隙Ｅ１２は３ｍｍで、形成されている。形成した送電コイル１３のインダクタンス値は、約８．３７μＨである。
中心部の領域１８において、点Ａ１３から中心点Ａ１４までの順方向配線コイルパターンが、中心点Ａ１４で逆方向配線コイルパターンに連続的に繋がっている。Ａ１３からＡ１４までの順方向配線コイルパターンが、Ａ１４からＡ１２までの逆方向配線コイルパターンの配線間に、配置された構成になっている。図４では、順方向配線コイルパターンと逆方向配線コイルパターンは、角部を除き、ほぼ平行な直線パターンで交互に配置された構成になっている。順方向配線コイルパターンと逆方向配線コイルパターンを平行に配置することで、順方向と逆方向配線コイルパターンを非平行に配する構成に比べ、略方形の中心部領域１８内で磁束発生を抑制できる。
送電コイル１３の中心部の領域１８では、順方向配線のコイルがＷ１２＝Ｌ１２＝６９ｍｍになっている。順方向配線のコイル面積は、Ｌ１２×Ｗ１２＝４７６１ｍｍ２になる。逆方向配線のコイルがＷ１３＝Ｌ１３＝８１．５ｍｍになっている。逆方向配線のコイル面積は、Ｌ１３×Ｗ１３＝６６４２．２５ｍｍ２になる。送電コイル１３の外形面積は、Ｌ１１×Ｗ１１＝１５３×１５３＝２３４０９ｍｍ２であり、領域１８の面積が送電コイル１３の外形面積に占める割合は、６６４２．２５／２３４０９×１００＝２８．３７％（≒３０％）となっている。
図４（ｂ）は受電コイル２２の、具体的な形状を示す図である。受電コイル２２は、プリント基板２７に形成されたコイルパターン２２１を有し、受電コイル２２の外形は、Ｌ２１＝Ｗ２１＝６３ｍｍの正方形となっている。コイルパターン幅Ｄ２１は３ｍｍ、隣接するコイルパターンとの間隙Ｅ２１は２ｍｍで、約６ターン巻いた形状になっている。インダクタンス値は約１．２８μＨである。受電コイル２２の面積は、Ｌ２１×Ｗ２１＝６３×６３＝３９６９ｍｍ２であり、送電コイル１３の領域１８の面積よりも小さくなっている。
第１の実施形態に係る電力伝送装置の動作について説明する。
図５は、送電装置１０と受電装置２０の断面図である。図５（ａ）は、受電装置２０の筐体２６が送電装置１０の筐体１５の上部に離間して配された様子を示している。図５（ｂ）は、受電装置２０の筐体２６が送電装置１０の筐体１５に接して配置された状態を示し、送電コイル１３と受電コイル２２との距離は最も小さく、近接している状態である。送電コイル１３は、筐体１５内の上面に沿って設けられ、受電コイル２２は筐体２６内の下面に沿って設けられている。送電コイル１３から受電コイル２２に非接触で効率よく電力を伝送するには、できるだけ送電コイル１３と受電コイル２２が近接するように配置されることが望ましい。
図６は、送電装置１０と受電装置２０の他の断面図である。図６（ａ）は、受電装置２０の筐体２６を、保護などの目的でカバー２６２に入れた場合を示す。送電コイル１３と受電コイル２２との距離は、図５（ｂ）に対して、カバー２６２の厚さ分だけ増えている。カバー２６２の厚さは、受電装置２０が携帯端末やタブレット端末等である場合を想定すると、５ｍｍ程度の厚さである。図６（ｂ）は、携帯端末やタブレット端末等を鞄２６４に入れて持ち歩き、鞄２６４に入れたまま、送電装置１０の筐体１５に置いて充電する場合を想定している。カバー２６２と鞄２６４の厚み分だけ、送電コイル１３と受電コイル２２との距離が増えることになる。図５（ｂ）に比べると、１０ｍｍ〜２０ｍｍ程度距離が増えることが想定される。
図７は、順方向配線コイルパターンのみで構成された従来のコイルパターン４１１を有する送電コイル４１を示している。言い換えれば、図３で示す領域１８の逆方向配線コイルパターンと順方向配線コイルパターンの組み合せ部を有しないコイルパターン４１１になっている。外形サイズは、Ｌ４１＝Ｗ４１＝１５３ｍｍで、第１の実施形態の送電コイル１３と同一である。
順方向配線コイルパターンのみで構成されたコイルパターン４１１では、送電コイルと受電コイルとの距離が数ｍｍ変化しても、結合係数ｋが大きく変化する。結合係数ｋの変化を減少させるために、送電コイルと受電コイルのインピーダンスを制御する必要がある。インピーダンスを制御しない状況においては、ある距離において受電できる電力量が最大となり、その距離よりも離間しても、接近しても受電できる電力量は低下するような特性になる。
図４で示す送電コイル１３と受電コイル２２とを組合せた場合と、図７で示す送電コイル４１と受電コイル２２とを組合せた場合において、コイル間の距離が変化したときに結合係数ｋがどのように変化するかを比較する。コイル間の距離とは、平面状の送電コイル１３と平面状の受電コイル２２を平行に配置した時、送電コイル１３の法線方向における、受電コイル２２までの距離を示す。
結合係数ｋは、自己インダクタンスＬopen と漏れインダクタンスＬsc を実測し、式（１）により求めることができる。

Figure 0006587720
図８は、電力伝送装置での結合係数ｋの測定系を示す図である。図８に示すように、一方のコイル５１を測定器５３（ＬＣＲメータ）に接続し、他方のコイル５２の両端５４，５５が開放の場合の、自己インダクタンスＬopenと、両端５４，５５を短絡したときの漏れインダクタンスＬscとをそれぞれ測定器５３で測定する。漏れインダクタンスＬscと自己インダクタンスＬopenを用いて、式（１）により結合係数ｋを求める。
図９は、送電コイルと受電コイルとの間の距離（送受コイル間距離）を変えたときの結合係数ｋの特性を表した図である。横軸は送受電コイル間距離（ｍｍ）を表し、縦軸は結合係数ｋを表している。図９の実線Ｃは、第１の実施形態の送電コイル１３と受電コイル２２を用いた場合の特性を示し、破線Ｄは、図７の送電コイル４１と受電コイル２２を用いた場合の特性を示している。第１の実施形態の送電コイル１３を用いた場合は、送電コイル１３と受電コイル２２間の距離（送受コイル間距離）を２ｍｍから６０ｍｍまで変化させると、結合係数ｋは緩やかに減少する。これに対して、送電コイル４１を用いた場合は、送電コイル４１と受電コイル２２間の距離が３０ｍｍより近くなるほど、結合係数ｋの変化の割合が大きくなり、３０ｍｍより離れるほど結合係数ｋの変化が緩やかになっている。また送受コイル間距離が３０ｍｍから６０ｍｍ程度では、送電コイル４１と受電コイル２２の結合係数ｋは第１の実施形態の場合の結合係数ｋに近づくことが分かる。
前述した図５、図６に示すように、実際の機器の充電で使用する場合は、送受コイル間距離が約２０ｍｍ以下の場合が多い。送受コイル間距離が２ｍｍから２０ｍｍに変化したときの結合係数ｋの変化率を算出すると、第１の実施形態（実線Ｃ）では、０．１６１／０．２０５＝０．７８５となる。つまり、送受コイル間距離が２０ｍｍのときの結合係数ｋの値は、送受コイル間距離が２ｍｍのときの値の約８０％になっている。これに対し、破線Ｄにおいて、送受コイル間距離が２ｍｍから２０ｍｍに変化したときの結合係数ｋの変化率を算出すると、０．２５１／０．４８６＝０．５１６となり、送受コイル間距離が２０ｍｍのときの結合係数ｋの値は、送受コイル間距離が２ｍｍのときの値の約５０％まで減少している。
このように、第１の実施形態の送電コイル１３を使うことで、送受コイル間距離の変化に対して、結合係数ｋの変化を緩やかにすることができる。この結果、受電できる電力量や電力伝送効率の変化を抑制でき、インピーダンス制御などの複雑な制御を不要にすることができる。
図１０、図１１を参照して、結合係数ｋの変化の様子を模式的に説明する。図１０は、順方向配線コイルパターン４１１のみで形成された送電コイル４１（図７）と受電コイル２２１を使用した場合を示し、図１１は、第１の実施形態に係る送電コイル１３と受電コイル２２１を使用した場合を示している。
図１０の送電コイル４１を使用した場合を考える。送電コイル４１と受電コイル２２とが、図１０（ａ）に示すように近接して対向する場合は、送電コイルパターン４１１と受電コイル２２１同士が強く結合するために、結合係数ｋは高い値となる。図１０中、点線で囲んだ楕円の部分は、コイル同士が電磁的に結合している様子を模式的に示している。送電コイル４１と受電コイル２２が、図１０（ｂ）に示すように離間すると、（ａ）の場合に比較して結合係数ｋは弱くなり、距離に応じて減少していく（図９参照）。特に（ａ）のように、強くコイル同士が結合している状況においては、送受コイル間距離が少し変化するだけで、結合係数ｋが大きく変化する傾向にある。
次に、図１１を参照して、送電コイル１３と受電コイル２２を使用した場合を説明する。図１１（ａ）は送電コイル１３と受電コイル２２を近接配置された状況を示し、図１１（ｂ）は、図１１（ａ）に比べ、送電コイル１３と受電コイル２２は離間している状況を示している。図１１（ａ）（ｂ）では、受電コイル２２は送電コイル１３の順方向配線パターンと逆方向配線パターンからなる領域１８に対向している。図１１（ａ）に示すように近接して置かれると、コイルパターン１３１とコイルパターン２２１は、破線楕円で示すように、主にコイルの縁の部分で結合するため、その結合は強くなく、結果として、コイル同士が近接していても、結合係数ｋは大きな値にならない。図１１（ｂ）に示すように、送電コイル１３と受電コイル２２とが離れると、破線楕円で示すように、コイルの縁の部分で結合するが、結合に寄与するコイルパターンの面積は、定性的に図１１（ａ）の結合に寄与するコイルパターンの面積よりも広くなる。つまり、コイル間の距離が離れることによる結合の低下分は、結合に寄与するコイルパターンの面積が広くなることにより、ある程度補償される。その結果、送受コイル間距離が離れると結合係数ｋは小さくなる傾向にあるが、その変化は図９の実線Ｃに示すように緩やかになる。
以上、平面状の送電コイル１３の法線方向における、受電コイル２２との距離が変化する場合について述べた。中心領域に順方向配線コイルパターンと逆方向配線コイルパターンの組合せを有する送電コイルでは、受電コイル２２が送電コイル１３の平面に沿って位置が変化しても、結合係数ｋの変化を小さくすることができる。
前述したように、受電コイルパターン２２１が送電コイルパターン１３１に近接して置かれると、破線楕円で示すように、主にコイルの縁の部分で結合する。コイルパターン２２１が中心部領域１８に比べ大きくなり過ぎると、コイル縁部での結合が強くなりすぎる。コイル縁部での結合が強すぎると、送電コイルと受電コイルが離間した場合、結合係数ｋの変化が大きくなる傾向になる。そのため、受電コイル２２の外形は送電コイル１３の中心部領域１８の大きさよりも少し小さくなっている。
図１２は、図４に示した受電コイル２２と送電コイル１３の組合せで、受電コイル２２を送電コイル１３の平面に沿って矢印Ｘの方向に距離δだけ移動させた様子を示している。図１３の実線Ｃは、受電コイル２２を矢印Ｘ方向に動かした場合の結合係数ｋの変化特性を示す。図１３の破線Ｄは、比較のために、順方向配線コイルパターン４１１のみで形成された送電コイル４１（図７参照）と受電コイル２２を用い、受電コイル２２を矢印Ｘ方向に移動させた時の結合係数ｋの変化特性を示す。コイル４１は、１３回巻き程度でインダクタンス値は約１５．３３５μＨである。
図１３では、受電コイル２２を送電コイル１３に沿って動かした量を、水平方向ズレ量（δ）と記している。横軸は水平方向ズレ量（δｍｍ）を表し、縦軸は結合係数ｋを表している。破線Ｄでは、送電コイル４１の中心から受電コイル２２の水平方向ズレ量が大きくなるにしたがって、送電コイル４１と受電コイル２２が対向する面積が減少し、結合係数ｋが大きく減少する。これに対して、実線Ｃでは、４０ｍｍのズレまで結合係数ｋはほとんど変化せず、５０ｍｍ程度のズレ量でも結合係数ｋは多少低下する程度である。
受電コイル２２が送電コイル１３のコイル面に沿って移動しても結合係数ｋの変化が少ない理由は、中心部領域１８の端部で受電コイル２２と磁気的に結合しやすく、磁束の結合に寄与する送電コイル１３と受電コイル２２の面積の変化が小さいためと考えられる。第１の実施形態の場合であれば、受電コイル２２が送電コイル１３からはみ出さないような範囲であれば、結合係数ｋの変化を小さくすることができる。
第１の実施形態では、送電コイル１３及び受電コイル２２は略正方形状の例を示している。正方形に限定する必要はなく、長方形等の四角形や多角形状（六角形、八角形など）にすることも可能である。また、円形とすることもできるが、受電コイル２２を送電コイル１３に沿って動かす場合の許容量を考慮すると、多角形状の方が望ましい。送電コイル基板１７を多層のプリント基板にし、1層目に順方向のパターンを配線し、１層目の中心領域に相当する２層目に逆方向のパターンを配線しても、図１４で示すコイルパターンと同様な効果が得られる。当然、1層目に逆方向のパターンを配線して、２層目に順方向のパターンを配線することも可能である。また、送電コイル基板１７を両面プリント基板にし、一方の面に順方向のパターンを配線し、その面の中心領域に相当する他方の面に逆方向のパターンを配線しても、図１４で示すコイルパターンと同様な効果が得られる。
図１４乃至図１９を参照して、他の送電コイルのパターンを例示する。
図１４は第２の送電コイルパターンを示している。第２の送電コイルパターンでは、順方向配線のコイルパターンＡ３１−Ａ３２、さらにＡ３２-Ａ３５間のパターン、Ａ３５-Ａ３３間、Ａ３３-Ａ３４間のパターンが連続している。Ａ３２-Ａ３５間のパターンは順方向配線、Ａ３５-Ａ３３間は逆方向配線、Ａ３３-Ａ３４間は順方向配線のパターンが、混在した構成になっている。Ａ３１とＡ３４間に通電し、誘導磁界を発生させている。このように、中心領域で複数の順方向配線と逆方向配線パターンを混在させても、同様な効果を得ることができる。
図１５は第３の送電コイルパターンを示している。第３の送電コイルパターンは、Ａ４１を始点とし、Ａ４８が終点になっている。Ａ４２、Ａ４３、Ａ４４、Ａ４５、Ａ４６、Ａ４７は、順方向配線のコイルパターンと逆方向配線のコイルパターンの折り返し点になっている。第３の送電コイルパターンでは、第１のコイルパターンと同様、中心領域において隣接する配線でコイルを流れる電流の方向が逆になっている。そのため、このコイルパターン配線を用いても、第１のコイルパターンと同様の効果が得られる。ここで、折り返し点Ａ４２、Ａ４３、Ａ４４、Ａ４５、Ａ４６、Ａ４７の箇所は限定するものではない。
図１６は第４の送電コイルパターンを示している。第４の送電コイルパターンは、Ａ５１を始点とし、Ａ６６が終点になっている。送電コイルパターンの中心領域はジグザグに配線したパターンを有している。Ａ５３−Ａ５４、Ａ５５−Ａ５６、Ａ５７−Ａ５８、Ａ５９−Ａ６０、Ａ６１−Ａ６２、Ａ６３−Ａ６４、Ａ６５−Ａ６６は、順方向配線のコイルパターンになっている。Ａ５２−Ａ５３、Ａ５４−Ａ５５、Ａ５６−Ａ５７、Ａ５８−Ａ５９、Ａ６０−Ａ６１、Ａ６２−Ａ６３、Ａ６４−Ａ６５は、逆方向配線のコイルパターンになっている。第４の送電コイルパターンでは、中心領域でコイルパターンがジグザグに配置されているので、第１のコイルパターンと同様、中心領域において隣接する配線でコイルを流れる電流の方向が逆になっている。そのため、このコイルパターン配線を用いても、第１のコイルパターンと同様の効果が得られる。
図１７は第５の送電コイルパターンを示している。第５の送電コイルパターンは、Ａ７１を始点とし、Ａ８６が終点になっている。Ａ７１とＡ８６間に通電して磁界を発生させている。図１６に似て、送電コイルパターンの中心領域はジグザグに配線したパターンを有している。Ａ７３−Ａ７４、Ａ７５−Ａ７６、Ａ７７−Ａ７８、Ａ７９−Ａ８０、Ａ８１−Ａ８２、Ａ８３−Ａ８４、Ａ８５−Ａ８６は、順方向配線のコイルパターンになっている。Ａ７２−Ａ７３、Ａ７４−Ａ７５、Ａ７６−Ａ７７、Ａ７８−Ａ７９、Ａ８０−Ａ８１、Ａ８２−Ａ８３、Ａ８４−Ａ８５は、逆方向配線のコイルパターンになっている。第５の送電コイルパターンでも、中心領域でコイルパターンがジグザグに配置されているので、第１のコイルパターンと同様、中心領域において隣接する配線でコイルを流れる電流の方向が逆になっている。そのため、このコイルパターン配線を用いても、第１のコイルパターンと同様の効果が得られる。
図１８は第６の送電コイルパターンを示している。第６の送電コイルパターンは、Ａ９０を始点とし、Ａ９１が終点になっている。中心領域では略星形にコイルパターンが配置されている。Ａ９３−Ａ９４、Ａ９５−Ａ９６、Ａ９７−Ａ９８、Ａ９９−Ａ１００、Ａ１０１−Ａ１０２、Ａ１０３−Ａ１０４、Ａ１０５−Ａ１０６は、順方向配線のコイルパターンになっている。Ａ９２−Ａ９３、Ａ９４−Ａ９５、Ａ９６−Ａ９７、Ａ９８−Ａ９９、Ａ１００−Ａ１０１、Ａ１０２−Ａ１０３、Ａ１０４−Ａ１０５、Ａ１０６−Ａ９１は、逆方向配線のコイルパターンになっている。このコイルパターン配線を用いても、中心領域で順方向配線と逆方向配線の合成磁束とすることができ、第１のコイルパターンと同じように中心領域において、磁束が抑制された効果が得られる。
図１９は第７の送電コイルパターンを示している。第７の送電コイルパターンは、Ａ１１０を始点とし、Ａ１１２が終点になっている。Ａ１１０、Ａ１１２間に通電して送電用の磁束を発生させている。中心領域では円形にコイルパターンが配置され、Ａ１１１を境に、順方向配線コイルパターンと逆方向配線コイルパターンが形成されている。このコイルパターン配線を用いても、中心領域で順方向配線と逆方向配線の合成磁束とすることができ、第１のコイルパターンと同じように磁束抑制効果が得られる。中心領域のコイルパターンは円形に限らず、多角形（六角形、八角形など）にすることも可能である。
尚、第１の実施形態で示したコイルの寸法は、一例として示したに過ぎず、それらの数値に限定するものではない。また領域１８の送電コイル全体に占める割合は約３０％と述べたが、３０％に限定するものではなく、３０％〜7０％程度の範囲でも同様の効果を得ることができる。また領域１８の順方向配線と逆方向配線のコイルパターン幅を３ｍｍと述べたが、３ｍｍに限定するものではなく、たとえば０．１ｍｍ〜５ｍｍ程度の範囲でも同様の効果が得ることができる。また領域１８の隣接する順方向配線のコイルパターンと逆方向配線のコイルパターンとの間隙を３ｍｍと述べたが、３ｍｍに限定するものではなく、たとえば０．１ｍｍ〜５ｍｍ程度の範囲でも同様の効果が得ることができる。
（第２の実施形態）
図２０を参照して第２の実施形態について説明する。第２の実施形態では、送電装置１０の送電コイル１３は順方向配線パターンのみで形成され、受電装置２０の受電コイル２２は順方向配線パターンに、順方向配線と逆方向配線パターンの組合せを加えた構成である。言い換えれば、受電コイル２２は、プリント基板上に形成されたコイルパターン２２１で成り、その中心部の領域２８は、順方向配線パターンと逆方向配線パターンによる領域となっている。コイルパターン２２１は、領域２８の周辺部に、順方向配線パターンが外縁部から数ターン形成されている。なお、図２０の受電コイル２２として、図４、図１４乃至図１９の送電コイルパターンと同様なコイルパターンを適用することができる。
コイルパターン１３１で成る送電コイル１３は、外形が領域２８の大きさにほぼ等しいか、あるいは領域２８よりも小さい大きさで、プリント基板上に形成されている。送電コイル１３は、筐体１５内の上面に沿って設けられ、受電コイル２２は筐体２６内の下面に沿って設けられる。送電コイル１３から受電コイル２２に非接触で電力を伝送するために、できるだけ送電コイル１３と受電コイル２２が近接するように配置されている。
第２の実施形態にあっても、第１の実施形態で示すように、送電コイル１３と受電コイル２２間の距離が変動しても、結合係数ｋが変動しにくい構成となっている。
第１第２実施形態における受電装置２０は、例えばバッテリー装置、アダプタ、端末本体に適用できる。バッテリー装置の場合は、装置にコイル２２と整流回路２４を設け、さらに負荷回路２５として充電回路とバッテリーを設けて一体化した構成になる。そのバッテリー装置を充電台（送電装置１０）に置くことでバッテリーを充電することができる。アダプタの場合は、コイルと整流回路とを一体化してアダプタとし、端末本体とアダプタとを接続するような使い方となる。また、受電装置２０が端末本体である場合は、端末の内部にコイルと整流回路を設けて端末と一体化するような場合である。端末は、携帯電話やスマートフォン、ハンディターミナル、モバイルプリンタ、タブレット、ノートパソコン等である。
以上述べた実施形態によれば、送電装置１０と受電装置２０の共振素子間の距離が変動しても結合係数ｋの変動を抑えることができ、インピーダンス制御が不要で、電力伝送効率を高く維持できる電力伝送装置を提供することができる。
本発明のいくつかの実施形態を述べたが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。 Embodiments for carrying out the invention will be described below with reference to the drawings. In addition, in each figure, the same code | symbol is attached | subjected about the same location.
(First embodiment)
FIG. 1 is a circuit block diagram showing the overall configuration of the power transmission device according to the first embodiment. FIG. 2 is a perspective view schematically showing a power transmission device and a power reception device that constitute the power transmission device. As illustrated in FIG. 1, the power transmission device includes a power transmission device 10 that transmits power and a power reception device 20 that receives the power transmitted from the power transmission device 10. The power transmitting device 10 and the power receiving device 20 transmit power by a method using electromagnetic coupling such as a magnetic field resonance method or an electromagnetic induction method. Hereinafter, the case where electric power is transmitted by the magnetic field resonance method or the electromagnetic induction method will be described.
The power transmission device 10 includes an AC power supply 11 that generates electric power, and a resonance element 14 including a resonance capacitor 12 and a power transmission coil 13. The AC power supply 11 generates AC power having the same or substantially the same frequency as the self-resonant frequency of the power transmission resonance element 14 and supplies the AC power to the resonance element 14. Specifically, the AC power supply 11 includes an oscillation circuit that generates 6.78 MHz AC power and a power amplification circuit that amplifies the output of the oscillation circuit. DC power is supplied from an AC adapter provided outside the power transmission apparatus 10 to the AC power supply 11 in the power transmission apparatus 10, so that an oscillation circuit and a power amplification circuit in the AC power supply 11 operate.
The AC power supply 11 can be a switching power supply instead of the AC power supply 11 including the oscillation circuit and the power amplification circuit. The AC power supply 11 composed of a switching power supply is configured to turn on / off the switching element by the output of the oscillation circuit. The resonant element 14 is operated by turning on / off the switching element.
Instead of providing an AC adapter outside and supplying DC power to the AC power supply 11, an AC adapter or an AC / DC conversion unit may be provided in the power transmission device 10. AC 100 V is supplied from the outside to the power transmission device 10, and DC power generated by an AC adapter or an AC / DC conversion unit in the power transmission device 10 is supplied to the AC power source 11. In this case, the resonant element 14 is operated by the AC power supply 11.
Although the operating frequency is exemplified as 6.78 MHz, the operating frequency can be changed as necessary. Other operating frequencies such as 13.56 MHz and 27.12 MHz are used.
The power reception device 20 includes a resonance element 23 including a resonance capacitor 21 and a power reception coil 22, a rectifier circuit 24 that converts alternating current into direct current, and a load circuit 25. The self-resonant frequency of the power-receiving resonant element 23 is the same as or substantially the same as the self-resonant frequency of the power-transmitting resonant element 14, and the power is efficiently transmitted from the power-transmitting side to the power-receiving side.
The load circuit 25 is a circuit of an electronic device such as a mobile terminal or a tablet terminal. The power received by the power receiving device 20 is used for operations of the electronic device, charging of a battery built in the electronic device, and the like. In general, the load circuit 25 operates with DC power. In order to supply DC power to the load circuit 25, the power receiving device 20 is provided with a rectifier circuit 24 that rectifies AC power induced in the power receiving resonance element 23 and converts it into DC power. In FIG. 1, the power receiving device 20 includes a load circuit 25. However, the power receiving device 20 is not necessarily limited to the configuration including the load circuit 25, and the load circuit 25 is provided outside the power receiving device 20, and the DC power generated by the rectifier circuit 24 is supplied to the load circuit 25. It is also possible to make it.
In the power transmission device 10 and the power reception device 20, the resonance capacitors 12 and 21 are not necessarily configured by electronic components. The capacitance corresponding to the resonance capacitors 12 and 21 can be substituted by the capacitance between the coil wires depending on the shape of the coil and the inductance value of the coil. Further, the resonance capacitor 12 and the power transmission coil 13 are connected in series, and the resonance capacitor 21 and the power reception coil 22 constitute a series resonance circuit. Instead of the series resonance circuit, each resonance capacitor and coil may be connected in parallel to form a parallel resonance circuit.
In the power transmission device of FIG. 1, as illustrated in FIG. 2, power is transmitted to the power receiving device 20 by superimposing the power receiving coil 22 on the power transmitting coil 13 of the power transmitting device 10. That is, a magnetic field is generated in the power transmission coil 13 by passing an alternating current through the power transmission coil 13. On the other hand, an alternating current flows through the power receiving coil 22 due to magnetic field coupling, and electric power can be obtained by rectifying the current.
As illustrated in FIG. 2, the casing 15 of the power transmission device 10 has a plane on which the power reception device 20 can be placed. The power transmission device 10 has a configuration in which the power transmission coil 13 is disposed in the lower plane of the housing 15. The housing 26 of the power receiving device 20 has a flat surface that can be placed on the flat surface of the power transmitting device 10. When the power reception device 20 is placed on the power transmission device 10, the power reception coil 22 is disposed in the housing 26 so that the power reception coil 22 faces the power transmission coil 13.
FIG. 3 is a perspective view schematically showing a coil device for power transmission including the power transmission coil 13 and the power reception coil 22. In order to facilitate understanding of the positional relationship and configuration of the power transmission coil 13 and the power reception coil 22, only the power transmission coil 13 and the power reception coil 22 are illustrated except for the housing 15 and the housing 26.
The power transmission coil 13 is composed of a rectangular coil pattern 131 (first coil pattern) formed on the printed circuit board 17. As the printed board 17, a glass epoxy (FR-4) board having a 35 μm thick copper foil is used. The copper foil was etched into a desired shape shown in the figure to form a coil pattern for the power transmission coil 13.
Magnetic flux is generated by passing a current between two points A11 (coil pattern start end) and A12 (coil pattern end) of the coil pattern for the power transmission coil 13. In a region 18 (region surrounded by W13 and L13 shown in FIG. 4) at the center of the coil pattern, a forward wiring pattern and a reverse wiring pattern are formed. A coil pattern heading from the coil pattern start end A11 toward the center along the winding pattern wired along the outer periphery of the printed circuit board 17 is called a forward wiring pattern. In contrast to the forward wiring pattern, the reverse wiring pattern represents a pattern wound from the coil central portion toward the outer peripheral portion. That is, as shown in FIG. 3, when a current flows in the CW direction (clockwise direction of rotation of the watch hands) along the forward wiring pattern, a current flows in the CCW direction (counterclockwise) in the reverse wiring pattern. become. A reverse wiring pattern is a wiring pattern that is not only from the center to the outer periphery but also flows in the opposite direction to the current flowing through the forward wiring pattern and is provided close to the forward wiring pattern. It functions to cancel the magnetic flux generated by the magnetic flux generated by the reverse wiring pattern.
The region 18 at the center of the power transmission coil 13 has a configuration in which the wiring of the reverse wiring pattern is arranged between two wirings of the forward wiring pattern. In FIG. 3, the forward wiring pattern for three turns is arranged between the backward wiring patterns for three turns. In the central region 18, the forward wiring pattern and the reverse wiring pattern enter each other to generate a combined magnetic flux that generates two patterns. That is, in the region 18, the magnetic flux generated from the current flowing in the forward direction and the magnetic flux generated from the current flowing in the reverse direction are combined, and the magnetic fluxes cancel each other.
In the central region 18 where the magnetic flux is cancelled, the magnetic flux generated from the power transmission coil 13 is reduced, so that the coupling by the magnetic flux with the power receiving coil 22 is reduced. A coil pattern 131 of the power transmission coil 13 surrounds the region 18 and is configured by a 6-turn flat pattern. The coil pattern 131 formed outside the region 18 is a forward wiring pattern. The magnetic flux generated by the coil pattern 131 formed on the outer side is coupled with the power receiving coil by the magnetic flux without being affected by the reverse wiring pattern. Therefore, the magnetic flux generated by the coil pattern 131 formed on the outside is strongly coupled to the power receiving coil 22 as compared with the magnetic flux generated in the central region 18 where the magnetic flux is canceled.
The power receiving coil 22 includes a rectangular coil pattern 221 formed on the printed circuit board 27. As the printed board 27, a glass epoxy (FR-4) board having a 35 μm thick copper foil is used. The copper foil was etched into the desired shape shown in the figure to form a coil pattern for the receiving coil 22. The power receiving coil 22 has 6 turns in a forward wiring pattern. The outer shape of the power reception coil 22 is slightly smaller than the size of the central region 18 of the power transmission coil 13.
The power transmission coil 13 and the power reception coil 22 may be formed on a PET (polyethylene terephthalate) flexible substrate instead of a coil pattern formed by patterning a copper foil on a glass / epoxy printed circuit board. Moreover, it may replace with copper foil and may make it form a planar coil by winding a copper wire or a litz wire.
FIG. 4 is a plan view showing a specific shape of the coil device according to the first embodiment. As shown in FIG. 4A, the power transmission coil 13 is formed by a coil pattern 131 from a start point A11 to an end point A12 formed on the printed circuit board 17. The outer shape of the power transmission coil 13 is a square of L11 = W11 = 153 mm. From the starting point A11 to the starting point A13 of the central region 18, a forward wiring coil pattern of about 6 turns is formed surrounding the region 18. The width D11 of the forward wiring coil pattern surrounding this region 18 is 3 mm, and the gap E11 between adjacent coil patterns is 3 mm.
In the central region 18, the forward wiring coil pattern is formed with about 3 turns from the point A13 to the center point A14, the pattern width D13 is 3 mm, and the gap E13 between adjacent coil patterns is 3 mm. In the central region 18, the reverse wiring coil pattern folded back at the center point A 14 is formed with about 4 turns from the center point A 14 to the end point A 12, the pattern width D 12 is 3 mm, and the gap E 12 between adjacent coil patterns is 3 mm. Has been. The inductance value of the formed power transmission coil 13 is about 8.37 μH.
In the central region 18, the forward wiring coil pattern from the point A13 to the central point A14 is continuously connected to the reverse wiring coil pattern at the center point A14. The forward wiring coil patterns A13 to A14 are arranged between the wirings of the reverse wiring coil patterns A14 to A12. In FIG. 4, the forward wiring coil pattern and the reverse wiring coil pattern are alternately arranged in a substantially parallel linear pattern except for corners. By arranging the forward wiring coil pattern and the backward wiring coil pattern in parallel, the generation of magnetic flux is suppressed in the substantially square central region 18 as compared with the configuration in which the forward wiring coil pattern and the reverse wiring coil pattern are arranged non-parallel. it can.
In the region 18 at the center of the power transmission coil 13, the forward wiring coil has W12 = L12 = 69 mm. The coil area of the forward wiring is L12 × W12 = 4761 mm 2. The coil of the reverse wiring is W13 = L13 = 81.5 mm. The coil area of the reverse wiring is L13 × W13 = 6642.25 mm 2. The outer area of the power transmission coil 13 is L11 × W11 = 153 × 153 = 23409 mm 2, and the ratio of the area 18 to the outer area of the power transmission coil 13 is 664.25 / 23409 × 100 = 28.37% (≈ 30%).
FIG. 4B is a diagram illustrating a specific shape of the power receiving coil 22. The power receiving coil 22 has a coil pattern 221 formed on the printed circuit board 27, and the power receiving coil 22 has an outer shape of a square of L21 = W21 = 63 mm. The coil pattern width D21 is 3 mm, the gap E21 between adjacent coil patterns is 2 mm, and it has a shape wound about 6 turns. The inductance value is about 1.28 μH. The area of the power reception coil 22 is L21 × W21 = 63 × 63 = 3969 mm 2, which is smaller than the area of the region 18 of the power transmission coil 13.
An operation of the power transmission device according to the first embodiment will be described.
FIG. 5 is a cross-sectional view of the power transmission device 10 and the power reception device 20. FIG. 5A shows a state in which the housing 26 of the power receiving device 20 is spaced apart from the upper portion of the housing 15 of the power transmitting device 10. FIG. 5B shows a state in which the housing 26 of the power receiving device 20 is disposed in contact with the housing 15 of the power transmitting device 10, and the distance between the power transmitting coil 13 and the power receiving coil 22 is the smallest and close to each other. State. The power transmission coil 13 is provided along the upper surface in the housing 15, and the power receiving coil 22 is provided along the lower surface in the housing 26. In order to efficiently transmit power from the power transmitting coil 13 to the power receiving coil 22 in a non-contact manner, it is desirable that the power transmitting coil 13 and the power receiving coil 22 be arranged as close as possible.
FIG. 6 is another cross-sectional view of the power transmission device 10 and the power reception device 20. FIG. 6A shows a case where the casing 26 of the power receiving device 20 is put in the cover 262 for the purpose of protection or the like. The distance between the power transmission coil 13 and the power reception coil 22 is increased by the thickness of the cover 262 with respect to FIG. The thickness of the cover 262 is about 5 mm, assuming that the power receiving device 20 is a mobile terminal, a tablet terminal, or the like. FIG. 6B assumes a case where a portable terminal, a tablet terminal, or the like is carried in a bag 264 and placed in the case 15 of the power transmission apparatus 10 while being charged in the bag 264. The distance between the power transmission coil 13 and the power reception coil 22 is increased by the thickness of the cover 262 and the collar 264. Compared to FIG. 5B, it is assumed that the distance increases by about 10 mm to 20 mm.
FIG. 7 shows a power transmission coil 41 having a conventional coil pattern 411 composed of only a forward wiring coil pattern. In other words, the coil pattern 411 has no combination of the reverse wiring coil pattern and the forward wiring coil pattern in the region 18 shown in FIG. The outer size is L41 = W41 = 153 mm, which is the same as that of the power transmission coil 13 of the first embodiment.
In the coil pattern 411 composed of only the forward wiring coil pattern, the coupling coefficient k changes greatly even if the distance between the power transmission coil and the power reception coil changes by several mm. In order to reduce the change in the coupling coefficient k, it is necessary to control the impedances of the power transmission coil and the power reception coil. In a situation where the impedance is not controlled, the amount of electric power that can be received at a certain distance is maximized, and the amount of electric power that can be received even if the distance is greater than or less than that distance decreases.
In the case where the power transmission coil 13 and the power reception coil 22 shown in FIG. 4 are combined, and in the case where the power transmission coil 41 and the power reception coil 22 shown in FIG. Compare how it changes. The distance between the coils indicates the distance to the power receiving coil 22 in the normal direction of the power transmitting coil 13 when the planar power transmitting coil 13 and the planar power receiving coil 22 are arranged in parallel.
The coupling coefficient k can be obtained from Equation (1) by actually measuring the self-inductance Lopen and the leakage inductance Lsc.
Figure 0006587720
 FIG. 8 is a diagram illustrating a measurement system for the coupling coefficient k in the power transmission device. As shown in FIG. 8, one coil 51 is connected to a measuring instrument 53 (LCR meter), and both ends 54 and 55 of the other coil 52 are opened, and the self-inductance Lopen and both ends 54 and 55 are short-circuited. The leakage inductance Lsc is measured by the measuring device 53. Using the leakage inductance Lsc and the self-inductance Lopen, the coupling coefficient k is obtained by Equation (1).
FIG. 9 is a diagram showing the characteristics of the coupling coefficient k when the distance between the power transmission coil and the power reception coil (distance between the transmission and reception coils) is changed. The horizontal axis represents the distance (mm) between the power transmitting and receiving coils, and the vertical axis represents the coupling coefficient k. A solid line C in FIG. 9 indicates characteristics when the power transmission coil 13 and the power reception coil 22 of the first embodiment are used, and a broken line D indicates characteristics when the power transmission coil 41 and the power reception coil 22 of FIG. 7 are used. Show. In the case of using the power transmission coil 13 of the first embodiment, the coupling coefficient k gradually decreases when the distance between the power transmission coil 13 and the power reception coil 22 (distance between the transmission and reception coils) is changed from 2 mm to 60 mm. On the other hand, when the power transmission coil 41 is used, the rate of change of the coupling coefficient k increases as the distance between the power transmission coil 41 and the power receiving coil 22 becomes shorter than 30 mm, and the change of the coupling coefficient k increases as the distance from the 30 mm increases. Has become moderate. It can also be seen that when the distance between the transmission and reception coils is about 30 mm to 60 mm, the coupling coefficient k between the power transmission coil 41 and the power reception coil 22 approaches the coupling coefficient k in the case of the first embodiment.
As shown in FIGS. 5 and 6, the distance between the transmitting and receiving coils is often about 20 mm or less when used for actual device charging. When the change rate of the coupling coefficient k when the distance between the transmitting and receiving coils is changed from 2 mm to 20 mm is calculated, in the first embodiment (solid line C), 0.161 / 0.205 = 0.785. That is, the value of the coupling coefficient k when the distance between the transmitting and receiving coils is 20 mm is about 80% of the value when the distance between the transmitting and receiving coils is 2 mm. On the other hand, when the change rate of the coupling coefficient k when the distance between the transmitting and receiving coils is changed from 2 mm to 20 mm on the broken line D is 0.251 / 0.486 = 0.516, the distance between the transmitting and receiving coils is 20 mm. In this case, the value of the coupling coefficient k is reduced to about 50% of the value when the distance between the transmitting and receiving coils is 2 mm.
As described above, by using the power transmission coil 13 of the first embodiment, the change in the coupling coefficient k can be moderated with respect to the change in the distance between the transmission and reception coils. As a result, changes in the amount of power that can be received and the power transmission efficiency can be suppressed, and complicated control such as impedance control can be eliminated.
With reference to FIGS. 10 and 11, how the coupling coefficient k changes will be schematically described. FIG. 10 shows a case where the power transmission coil 41 (FIG. 7) and the power reception coil 221 formed only by the forward wiring coil pattern 411 are used, and FIG. 11 shows the power transmission coil 13 and the power reception coil according to the first embodiment. The case where 221 is used is shown.
Consider the case where the power transmission coil 41 of FIG. 10 is used. When the power transmission coil 41 and the power reception coil 22 are close to each other as shown in FIG. 10A, the power transmission coil pattern 411 and the power reception coil 221 are strongly coupled to each other, so that the coupling coefficient k is a high value. Become. In FIG. 10, an oval portion surrounded by a dotted line schematically shows how the coils are electromagnetically coupled. When the power transmission coil 41 and the power reception coil 22 are separated as shown in FIG. 10B, the coupling coefficient k becomes weaker than that in the case of FIG. 10A and decreases according to the distance (see FIG. 9). . In particular, as shown in (a), in a situation where the coils are strongly coupled to each other, the coupling coefficient k tends to change greatly only by slightly changing the distance between the transmitting and receiving coils.
Next, with reference to FIG. 11, the case where the power transmission coil 13 and the power reception coil 22 are used is demonstrated. FIG. 11A shows a situation where the power transmission coil 13 and the power reception coil 22 are arranged close to each other, and FIG. 11B shows a situation where the power transmission coil 13 and the power reception coil 22 are separated from each other as compared to FIG. Is shown. 11 (a) and 11 (b), the power receiving coil 22 is opposed to a region 18 composed of a forward wiring pattern and a reverse wiring pattern of the power transmission coil 13. When placed close to each other as shown in FIG. 11 (a), the coil pattern 131 and the coil pattern 221 are joined mainly at the edge of the coil, as shown by the broken line ellipse. As a result, even when the coils are close to each other, the coupling coefficient k does not become a large value. As shown in FIG. 11B, when the power transmitting coil 13 and the power receiving coil 22 are separated from each other, as shown by a broken line ellipse, they are coupled at the edge of the coil, but the area of the coil pattern contributing to the coupling is qualitative. Therefore, the area of the coil pattern contributing to the coupling in FIG. That is, the decrease in the coupling due to the separation of the distance between the coils is compensated to some extent by increasing the area of the coil pattern contributing to the coupling. As a result, the coupling coefficient k tends to decrease as the distance between the transmitting and receiving coils increases, but the change becomes gentle as shown by the solid line C in FIG.
The case where the distance to the power receiving coil 22 in the normal direction of the planar power transmitting coil 13 has been described above. In a power transmission coil having a combination of a forward wiring coil pattern and a reverse wiring coil pattern in the central region, even if the position of the power reception coil 22 changes along the plane of the power transmission coil 13, the change in the coupling coefficient k is reduced. Can do.
As described above, when the power receiving coil pattern 221 is placed in proximity to the power transmitting coil pattern 131, it is coupled mainly at the edge of the coil, as indicated by the dashed ellipse. If the coil pattern 221 is too large compared to the central region 18, the coupling at the coil edge becomes too strong. If the coupling at the coil edge is too strong, when the power transmitting coil and the power receiving coil are separated from each other, a change in the coupling coefficient k tends to increase. Therefore, the outer shape of the power reception coil 22 is slightly smaller than the size of the central region 18 of the power transmission coil 13.
FIG. 12 shows a state where the power receiving coil 22 is moved by a distance δ in the direction of the arrow X along the plane of the power transmitting coil 13 by the combination of the power receiving coil 22 and the power transmitting coil 13 shown in FIG. A solid line C in FIG. 13 shows a change characteristic of the coupling coefficient k when the power receiving coil 22 is moved in the arrow X direction. For comparison, a broken line D in FIG. 13 shows a time when the power receiving coil 22 is moved in the arrow X direction using the power transmitting coil 41 (see FIG. 7) and the power receiving coil 22 formed only by the forward wiring coil pattern 411. The change characteristic of the coupling coefficient k is shown. The coil 41 has about 13 turns and an inductance value of about 15.335 μH.
In FIG. 13, the amount by which the power receiving coil 22 is moved along the power transmitting coil 13 is described as a horizontal shift amount (δ). The horizontal axis represents the horizontal displacement (δmm), and the vertical axis represents the coupling coefficient k. In the broken line D, as the horizontal shift amount of the power receiving coil 22 increases from the center of the power transmitting coil 41, the area where the power transmitting coil 41 and the power receiving coil 22 face each other decreases, and the coupling coefficient k greatly decreases. On the other hand, in the solid line C, the coupling coefficient k hardly changes until the deviation of 40 mm, and the coupling coefficient k is slightly reduced even when the deviation is about 50 mm.
The reason why the coupling coefficient k is small even when the power receiving coil 22 moves along the coil surface of the power transmitting coil 13 is that it is easy to be magnetically coupled to the power receiving coil 22 at the end of the central region 18 and to couple the magnetic flux. It is considered that the change in the area of the power transmitting coil 13 and the power receiving coil 22 that contributes is small. In the case of the first embodiment, the change in the coupling coefficient k can be reduced as long as the power receiving coil 22 does not protrude from the power transmitting coil 13.
In 1st Embodiment, the power transmission coil 13 and the receiving coil 22 have shown the example of substantially square shape. The shape is not limited to a square, and may be a quadrangle such as a rectangle or a polygon (such as a hexagon or an octagon). Further, although it may be circular, a polygonal shape is preferable in consideration of an allowable amount when the power receiving coil 22 is moved along the power transmitting coil 13. Even if the power transmission coil substrate 17 is a multilayer printed circuit board, a forward pattern is wired on the first layer, and a reverse pattern is wired on the second layer corresponding to the central region of the first layer, as shown in FIG. The same effect as the coil pattern can be obtained. Of course, it is also possible to wire a reverse pattern on the first layer and a forward pattern on the second layer. Moreover, even if the power transmission coil substrate 17 is a double-sided printed circuit board, a forward pattern is wired on one surface, and a reverse pattern is wired on the other surface corresponding to the central region of the surface, as shown in FIG. The same effect as the coil pattern can be obtained.
With reference to FIG. 14 thru | or FIG. 19, the pattern of another power transmission coil is illustrated.
FIG. 14 shows a second power transmission coil pattern. In the second power transmission coil pattern, the forward wiring coil pattern A31-A32, the pattern between A32 and A35, the pattern between A35 and A33, and the pattern between A33 and A34 are continuous. The pattern between A32 and A35 is a forward wiring, the reverse wiring between A35 and A33, and the forward wiring between A33 and A34. A current is applied between A31 and A34 to generate an induction magnetic field. Thus, even if a plurality of forward wirings and reverse wiring patterns are mixed in the central region, the same effect can be obtained.
FIG. 15 shows a third power transmission coil pattern. In the third power transmission coil pattern, A41 is the starting point and A48 is the ending point. A42, A43, A44, A45, A46, and A47 are turning points of the coil pattern of the forward wiring and the coil pattern of the reverse wiring. In the third power transmission coil pattern, as in the first coil pattern, the direction of the current flowing through the coil in the adjacent wiring in the central region is reversed. Therefore, even if this coil pattern wiring is used, the same effect as the first coil pattern can be obtained. Here, the locations of the turning points A42, A43, A44, A45, A46, A47 are not limited.
FIG. 16 shows a fourth power transmission coil pattern. In the fourth power transmission coil pattern, A51 is the starting point and A66 is the ending point. The central region of the power transmission coil pattern has a pattern wired in a zigzag manner. A53-A54, A55-A56, A57-A58, A59-A60, A61-A62, A63-A64, A65-A66 are forward wiring coil patterns. A52-A53, A54-A55, A56-A57, A58-A59, A60-A61, A62-A63, A64-A65 are coil patterns of reverse wiring. In the fourth power transmission coil pattern, since the coil patterns are arranged in a zigzag manner in the central region, the direction of the current flowing through the coil in the adjacent wiring in the central region is reversed as in the first coil pattern. Therefore, even if this coil pattern wiring is used, the same effect as the first coil pattern can be obtained.
FIG. 17 shows a fifth power transmission coil pattern. In the fifth power transmission coil pattern, A71 is the starting point and A86 is the ending point. A magnetic field is generated by energizing between A71 and A86. Similar to FIG. 16, the central region of the power transmission coil pattern has a pattern wired in a zigzag manner. A73-A74, A75-A76, A77-A78, A79-A80, A81-A82, A83-A84, A85-A86 are forward wiring coil patterns. A72-A73, A74-A75, A76-A77, A78-A79, A80-A81, A82-A83, A84-A85 are coil patterns of reverse wiring. Even in the fifth power transmission coil pattern, since the coil patterns are zigzag arranged in the central region, the direction of the current flowing through the coil in the adjacent wiring in the central region is reversed as in the first coil pattern. Therefore, even if this coil pattern wiring is used, the same effect as the first coil pattern can be obtained.
FIG. 18 shows a sixth power transmission coil pattern. In the sixth power transmission coil pattern, A90 is the starting point and A91 is the ending point. Coil patterns are arranged in a substantially star shape in the central region. A93-A94, A95-A96, A97-A98, A99-A100, A101-A102, A103-A104, and A105-A106 are forward wiring coil patterns. A92-A93, A94-A95, A96-A97, A98-A99, A100-A101, A102-A103, A104-A105, and A106-A91 are reverse-direction coil patterns. Even if this coil pattern wiring is used, the combined magnetic flux of the forward wiring and the reverse wiring can be obtained in the central region, and the effect of suppressing the magnetic flux in the central region can be obtained in the same manner as the first coil pattern. .
FIG. 19 shows a seventh power transmission coil pattern. In the seventh power transmission coil pattern, A110 is the starting point and A112 is the ending point. A current is supplied between A110 and A112 to generate a magnetic flux for power transmission. In the center region, coil patterns are arranged in a circle, and a forward wiring coil pattern and a reverse wiring coil pattern are formed with A111 as a boundary. Even if this coil pattern wiring is used, it can be set as the synthetic | combination magnetic flux of a forward direction wiring and a reverse direction wiring in a center area | region, and a magnetic flux suppression effect is acquired like a 1st coil pattern. The coil pattern in the central region is not limited to a circle but can be a polygon (such as a hexagon or an octagon).
In addition, the dimension of the coil shown in 1st Embodiment was only shown as an example, and is not limited to those numerical values. The ratio of the region 18 to the entire power transmission coil is about 30%, but is not limited to 30%, and the same effect can be obtained in the range of about 30% to 70%. In addition, although the coil pattern width of the forward wiring and the reverse wiring in the region 18 is 3 mm, the coil pattern width is not limited to 3 mm. For example, the same effect can be obtained in a range of about 0.1 mm to 5 mm. Further, the gap between the coil pattern of the forward wiring and the coil pattern of the reverse wiring adjacent to each other in the region 18 has been described as 3 mm. However, the gap is not limited to 3 mm. Can get.
(Second Embodiment)
A second embodiment will be described with reference to FIG. In 2nd Embodiment, the power transmission coil 13 of the power transmission apparatus 10 is formed only with a forward wiring pattern, and the power reception coil 22 of the power reception apparatus 20 adds the combination of a forward wiring and a reverse wiring pattern to a forward wiring pattern. It is a configuration. In other words, the power receiving coil 22 is composed of a coil pattern 221 formed on a printed circuit board, and the central region 28 is a region composed of a forward wiring pattern and a reverse wiring pattern. In the coil pattern 221, a forward wiring pattern is formed several turns from the outer edge portion around the area 28. 20, a coil pattern similar to the power transmission coil pattern in FIGS. 4, 14 to 19 can be applied.
The power transmission coil 13 composed of the coil pattern 131 is formed on the printed circuit board so that the outer shape is substantially equal to the size of the region 28 or smaller than the region 28. The power transmission coil 13 is provided along the upper surface in the housing 15, and the power receiving coil 22 is provided along the lower surface in the housing 26. In order to transmit electric power from the power transmission coil 13 to the power reception coil 22 in a non-contact manner, the power transmission coil 13 and the power reception coil 22 are arranged as close as possible.
Even in the second embodiment, as shown in the first embodiment, even if the distance between the power transmission coil 13 and the power reception coil 22 varies, the coupling coefficient k is less likely to vary.
The power receiving device 20 in the first and second embodiments can be applied to, for example, a battery device, an adapter, and a terminal body. In the case of a battery device, a coil 22 and a rectifier circuit 24 are provided in the device, and a charging circuit and a battery are provided as a load circuit 25 and integrated. The battery can be charged by placing the battery device on the charging stand (power transmission device 10). In the case of an adapter, the coil and the rectifier circuit are integrated to form an adapter, and the terminal body and the adapter are connected. Moreover, when the power receiving apparatus 20 is a terminal body, it is a case where a coil and a rectifier circuit are provided inside the terminal to be integrated with the terminal. The terminal is a mobile phone, a smartphone, a handy terminal, a mobile printer, a tablet, a notebook computer, or the like.
According to the embodiment described above, even if the distance between the resonant elements of the power transmission device 10 and the power reception device 20 varies, the variation of the coupling coefficient k can be suppressed, impedance control is unnecessary, and the power transmission efficiency is kept high. An electric power transmission device that can be provided can be provided.
Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the invention described in the claims and equivalents thereof as well as included in the scope and gist of the invention.

１０…送電装置
１１…交流電源
１３…送電コイル
１３１，２２１…コイルパターン
１４、２３…共振素子
１５、２６…筐体
１７、２７…基板
１８、２８…中心部の領域
２０…受電装置
２２…受電コイル
２４…整流回路 10 ... Power transmission device
11 ... AC power supply
13 ... Power transmission coil
131, 221 ... Coil pattern
14, 23 ... Resonant element
15, 26 ... casing
17, 27 ... Substrate
18, 28 ... Central region
20 ... Power receiving device
22 ... Receiving coil
24 ... Rectifier circuit

Claims (5)

第１の方向に配線パターンが形成されている第１のコイルと、前記第１の方向と逆の方向に配線パターンが形成されているとともに前記第１のコイルの配線間に配線が形成されている第２のコイルとを有する送電コイルと、
前記送電コイルに自己共振周波数に対応した交流電源を備え、
前記第２のコイルは送電コイルの中心部のみに配置し、前記送電コイルは前記中心部で前記第１のコイルと前記第２のコイルが電気的に接続し、前記第２のコイルが形成している面積は、受電装置側のコイルが形成する面積よりも大きい送電装置。 A first coil having a wiring pattern formed in a first direction, a wiring pattern formed in a direction opposite to the first direction, and a wiring formed between the wirings of the first coil; A power transmission coil having a second coil that is
The power transmission coil is provided with an AC power source corresponding to a self-resonant frequency
The second coil is disposed only at the center of the power transmission coil, and the power transmission coil is electrically connected at the center to the first coil and the second coil, and the second coil is formed. The area of the power transmission device is larger than the area formed by the coil on the power reception device side. 前記第１のコイルの配線パターンと前記第２のコイルの配線パターンは平行が配置されている請求項１記載の送電装置。   The power transmission device according to claim 1, wherein the wiring pattern of the first coil and the wiring pattern of the second coil are arranged in parallel. 前記第１のコイルは前記中心部の外周部にも配線部分がある請求項１または２に記載の送電装置。   The power transmission device according to claim 1, wherein the first coil has a wiring portion at an outer peripheral portion of the central portion. 前記第２のコイルの面積は、前記第１のコイルの外形面積の３０〜7０％である請求項１乃至３のいずれか１に記載の電力伝送装置。   4. The power transmission device according to claim 1, wherein an area of the second coil is 30 to 70% of an outer area of the first coil. 5. 送電コイルと当該送電コイルに自己共振周波数に対応した交流電源を備えた送電装置と、
受電コイルを備えた受電装置を有する電力送電装置であって、
前記送電コイルと前記受電コイルのどちらか一方側のみが、第１の方向に配線パターン形成されている第１のコイルと、前記第１の方向と逆の方向に配線パターンが形成されているとともに前記第１のコイルの配線間に配線が形成されている第２のコイルで形成され、前記一方側のコイルの前記第２のコイルは前記一方側のコイルの中心部のみに配置し、
前記一方のコイルは前記中心部で前記第１のコイルと前記第２のコイルが電気的に接続し、前記第２のコイルが形成している面積は、他方側のコイルが形成する面積よりも大きい電力送電装置。 A power transmission apparatus having an AC power corresponding to the self-resonant frequency to the power transmission coil and the transmitting coil,
A power transmission device having a power receiving device including a power receiving coil,
Only one of the power transmission coil and the power receiving coil has a wiring pattern formed in a direction opposite to the first direction and a first coil in which a wiring pattern is formed in the first direction. It is formed of a second coil in which wiring is formed between the wirings of the first coil, the second coil of the one side coil is disposed only in the central part of the one side coil,
Wherein said first coil and the one of the coils in the center the second coil are electrically connected, the area that the second coil is formed, than the area for forming the other side of the coil Big power transmission device.
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