JP6667163B2 - Power transmission device, vehicle equipped with power transmission device, and wireless power transmission system - Google Patents
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Description
本開示は、送電コイル及び受電コイルの間の電磁誘導によって非接触で交流電力を伝送する送電装置、送電装置を搭載した車両及び無線電力伝送システムに関する。 The present disclosure relates to a power transmission device that transmits AC power in a non-contact manner by electromagnetic induction between a power transmission coil and a power reception coil, a vehicle equipped with the power transmission device, and a wireless power transmission system.
携帯電話機をはじめとする様々なモバイル機器が普及している。モバイル機器の消費電力量は、機能及び性能の向上、並びにコンテンツの多様化に起因して増大し続けている。予め決められた容量のバッテリで動作するモバイル機器の消費電力量が増大すると、当該モバイル機器の動作時間が短くなる。バッテリの容量の制限を補うための技術として、無線電力伝送システムが注目されている。無線電力伝送システムは、送電装置における送電コイルと受電装置における受電コイルとの間の電磁誘導によって送電装置から受電装置に非接触で交流電力を伝送する。特に、共振型の送電コイル及び受電コイルを用いた無線電力伝送システムは、送電コイル及び受電コイルの位置が互いにずれているときであっても高い伝送効率を維持できる。このため、共振型の無線電力伝送システムは様々な分野に応用されている。 Various mobile devices such as mobile phones have become widespread. The power consumption of mobile devices continues to increase due to improvements in functions and performance and diversification of contents. When the power consumption of a mobile device that operates on a battery having a predetermined capacity increases, the operation time of the mobile device decreases. As a technique for compensating for the limitation of the capacity of the battery, a wireless power transmission system has attracted attention. The wireless power transmission system wirelessly transmits AC power from a power transmission device to a power reception device by electromagnetic induction between a power transmission coil in the power transmission device and a power reception coil in the power reception device. In particular, a wireless power transmission system using a resonance type power transmission coil and power reception coil can maintain high transmission efficiency even when the positions of the power transmission coil and the power reception coil are shifted from each other. For this reason, the resonance type wireless power transmission system is applied to various fields.
近年、携帯電話機などのモバイル機器(受電装置)を非接触で充電する送電装置を車両に搭載したシステムが普及し始めている。そのようなシステムでは、車の中でモバイル機器を非接触で充電することができる。送電装置は、多くの場所を占有しないように、できるだけ薄くすることが望まれる。 2. Description of the Related Art In recent years, a system in which a power transmitting device for charging a mobile device (power receiving device) such as a mobile phone in a non-contact manner is mounted on a vehicle has begun to spread. In such a system, a mobile device can be charged in a car in a contactless manner. It is desirable that the power transmission device be as thin as possible so as not to occupy a lot of space.
しかし、係る従来技術では、送電装置を薄型にすることにより、送電コイルの損失が増大し、伝送効率が低下するため、高効率で交流電力を伝送する送電装置が求められていた。 However, in the related art, since the power transmission device is reduced in thickness, the loss of the power transmission coil increases, and the transmission efficiency is reduced. Therefore, a power transmission device that transmits AC power with high efficiency has been demanded.
本開示の一態様に係る送電装置は、受電コイルを備える受電装置に対して非接触で交流電力を送電する送電装置であって、前記送電装置は、前記受電装置に対して送電する送電面と、直流電源から入力された直流電力を交流電力に変換する送電回路と、前記送電装置の内部の前記送電面側に設けられ、前記送電面に垂直に積層された2N個(Nは2以上の自然数)の平面コイルを含み、前記送電回路から出力された前記交流電力を前記受電コイルに送電する少なくとも1つの送電コイルと、前記送電装置の内部で前記送電コイルの前記送電面側とは逆側に設けられた磁性体と、を備える。前記2N個の平面コイルは、i=1〜Nとした場合に、前記2N個の平面コイルの中で、前記送電面にi番目に近い平面コイルと、前記磁性体にi番目に近い平面コイルとを直列に接続したコイル群を構成し、前記コイル群の各々は並列に接続される。 A power transmission device according to an aspect of the present disclosure is a power transmission device that transmits AC power in a non-contact manner to a power reception device including a power reception coil, and the power transmission device includes a power transmission surface that transmits power to the power reception device. A power transmission circuit that converts DC power input from a DC power supply into AC power, and 2N units (N is 2 or more) provided on the power transmission surface side inside the power transmission device and vertically stacked on the power transmission surface. At least one power transmission coil that includes a (natural number) planar coil and transmits the AC power output from the power transmission circuit to the power reception coil, and a side opposite to the power transmission surface side of the power transmission coil inside the power transmission device. And a magnetic body provided in the first section. When i = 1 to N, the 2N planar coils are, among the 2N planar coils, a planar coil closest to the i-th power transmitting surface and a planar coil closest to the i-th magnetic coil. Are connected in series to form a coil group, and each of the coil groups is connected in parallel.
本開示の他の態様に係る送電装置は、受電コイルを備える受電装置に対して非接触で交流電力を送電する送電装置であって、前記受電装置に対して送電する送電面と、直流電源から入力された直流電力を交流電力に変換する送電回路と、前記送電装置の内部の前記送電面側に設けられ、前記送電面に垂直に積層されたM個(Mは3以上の自然数)の平面コイルを含み、前記送電回路から出力された前記交流電力を前記受電コイルに送電する少なくとも1つの送電コイルと、前記送電装置の内部で前記送電コイルの前記送電面側とは逆側に設けられた磁性体と、を備える。前記M個の平面コイルは、前記送電面に1番目に近い平面コイルから前記送電面からM番目の平面コイルの中から、前記1からMの順序とは異なる順序で選択された2以上の平面コイルが一組として直列に接続されたコイル群を含む2以上のコイル群を有し、前記2以上のコイル群の各々は並列に接続される。 A power transmission device according to another aspect of the present disclosure is a power transmission device that transmits AC power in a non-contact manner to a power reception device including a power reception coil, and includes a power transmission surface that transmits power to the power reception device, and a DC power supply. A power transmission circuit for converting input DC power into AC power; and M (M is a natural number of 3 or more) planes provided on the power transmission surface side inside the power transmission device and vertically stacked on the power transmission surface. At least one power transmission coil that includes a coil and transmits the AC power output from the power transmission circuit to the power reception coil, and is provided inside the power transmission device on a side opposite to the power transmission surface side of the power transmission coil. A magnetic material. The M planar coils are two or more planes selected from the planar coil closest to the power transmission surface to the Mth planar coil from the power transmission surface in an order different from the order of 1 to M. The coils have two or more coil groups including a coil group connected in series as one set, and each of the two or more coil groups is connected in parallel.
本開示のさらに他の態様に係る受電装置は、送電コイルを備える送電装置から非接触で交流電力を受電する受電装置であって、前記送電装置から受電する受電面と、前記受電した交流電力を直流電力に変換する受電回路と、前記受電装置の内部の前記受電面側に設けられ、前記受電面に垂直に積層された2N個(Nは2以上の自然数)の平面コイルを含み、前記受電面から入力された前記交流電力を前記受電回路に出力する少なくとも1つの受電コイルと、前記受電装置の内部で前記受電コイルの前記受電面側とは逆側に設けられた磁性体と、を備える。前記2N個の平面コイルは、i=1〜Nとした場合に、前記2N個の平面コイルの中で、前記受電面にi番目に近い平面コイルと、前記磁性体にi番目に近い平面コイルとを直列に接続したコイル群を構成し、前記コイル群の各々は並列に接続される。 A power receiving device according to still another aspect of the present disclosure is a power receiving device that receives AC power from a power transmitting device including a power transmitting coil in a non-contact manner, the power receiving surface receiving power from the power transmitting device, and the received AC power. The power receiving circuit includes a power receiving circuit that converts the power into DC power, and 2N (N is a natural number of 2 or more) planar coils provided on the power receiving surface side inside the power receiving device and vertically stacked on the power receiving surface. At least one power receiving coil that outputs the AC power input from a surface to the power receiving circuit; and a magnetic body provided inside the power receiving device on a side opposite to the power receiving surface side of the power receiving coil. . When i = 1 to N, the 2N planar coils are, among the 2N planar coils, a planar coil closest to the i-th power receiving surface and a planar coil closest to the i-th magnetic coil. Are connected in series to form a coil group, and each of the coil groups is connected in parallel.
本開示のさらに他の態様に係る受電装置は、送電コイルを備える送電装置から非接触で交流電力を受電する受電装置であって、前記送電装置から受電する受電面と、前記受電した交流電力を直流電力に変換する受電回路と、前記受電装置の内部の前記受電面側に設けられ、前記受電面に垂直に積層されたM個(Mは3以上の自然数)の平面コイルを含み、前記受電面から出力された前記交流電力を前記受電回路に出力する少なくとも1つの受電コイルと、前記受電装置の内部で前記受電コイルの前記受電面側とは逆側に設けられた磁性体と、を備える。前記M個の平面コイルは、前記受電面に1番目に近い平面コイルから前記受電面からM番目の平面コイルの中から、前記1からMの順序とは異なる順序で選択された2以上の平面コイルが一組として直列に接続されたコイル群を含む2以上のコイル群を有し、前記2以上のコイル群の各々は並列に接続される。 A power receiving device according to still another aspect of the present disclosure is a power receiving device that receives AC power from a power transmitting device including a power transmitting coil in a non-contact manner, the power receiving surface receiving power from the power transmitting device, and the received AC power. A power receiving circuit configured to convert the power into DC power, and M (M is a natural number of 3 or more) planar coils provided on the power receiving surface side inside the power receiving device and vertically stacked on the power receiving surface; At least one power receiving coil that outputs the AC power output from the surface to the power receiving circuit; and a magnetic body provided inside the power receiving device on a side opposite to the power receiving surface of the power receiving coil. . The M planar coils are two or more planes selected from the planar coil closest to the power receiving surface to the M-th planar coil from the power receiving surface in an order different from the order from 1 to M. The coils have two or more coil groups including a coil group connected in series as one set, and each of the two or more coil groups is connected in parallel.
これらの包括的または具体的な態様は、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラム、または、記録媒体で実現されてもよく、システム、装置、方法、集積回路、コンピュータプログラムおよび記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。 These general or specific aspects may be implemented in a system, a method, an integrated circuit, a computer program, or a recording medium, and any combination of the system, the apparatus, the method, the integrated circuit, the computer program, and the recording medium. It may be realized by.
上記態様によると、高効率で交流電力を伝送する薄型の送電装置を提供できる。 According to the above aspect, it is possible to provide a thin power transmission device that transmits AC power with high efficiency.
(本開示の基礎となった知見)
本発明者らは、「背景技術」の欄において記載した送電装置に関し、以下の問題が生じることを見いだした。
(Knowledge underlying the present disclosure)
The present inventors have found that the following problems occur with respect to the power transmission device described in the section of “Background Art”.
図1は、車両に搭載された無線電力伝送システムの一例を示す斜視図である。このシステムは、車載のコンソールボックス400内に搭載された送電装置100と、受電装置200とを備える。送電装置100は、受電装置に対して送電する送電面に垂直に積層された複数の平面コイルを有する少なくとも1つの送電コイルを備える。
FIG. 1 is a perspective view illustrating an example of a wireless power transmission system mounted on a vehicle. This system includes a
特許文献1は、無線電力伝送システムに使用される積層コイルユニットを開示している。この積層コイルユニットは、複数個の平面状空芯コイルを有する。各コイルは、絶縁基板上に形成された渦巻状の導電パターンから構成され、絶縁基板の厚さ方向に積層される。 Patent Literature 1 discloses a laminated coil unit used for a wireless power transmission system. This laminated coil unit has a plurality of planar air-core coils. Each coil is formed of a spiral conductive pattern formed on the insulating substrate, and is stacked in the thickness direction of the insulating substrate.
図2は、特許文献1に開示された積層コイルと同様の構成を有する複数の平面コイルを示す分解斜視図である。図3は、図2で図示された複数の平面コイルの等価回路を示す図である。この積層コイルでは、絶縁基板として、フレキシブル基板のような薄い基板が用いられている。フレキシブル基板上に導体パタ−ン(0.035mm)を渦巻状に形成した1つの平面コイルが作製される。これと同様の方法で4つの平面コイルが作製される。これらの4つの平面コイルを積層した状態で、図2、3に示すように各平面コイルが電気的に接続される。4つの平面コイルのうち、2つが直列に接続され、残りの2つも直列に接続される。これらの2組の平面コイルの対は、並列に接続される。特許文献1には、このような構成により、薄型で、Q値(Quality Factor)を向上させた送電装置を提供できることが記載されている。 FIG. 2 is an exploded perspective view showing a plurality of planar coils having the same configuration as the laminated coil disclosed in Patent Document 1. FIG. 3 is a diagram illustrating an equivalent circuit of the plurality of planar coils illustrated in FIG. In this laminated coil, a thin substrate such as a flexible substrate is used as an insulating substrate. One planar coil in which a conductor pattern (0.035 mm) is spirally formed on a flexible substrate is manufactured. Four planar coils are produced in a similar manner. With these four planar coils stacked, each planar coil is electrically connected as shown in FIGS. Two of the four planar coils are connected in series, and the other two are also connected in series. These two pairs of planar coils are connected in parallel. Patent Literature 1 describes that such a configuration can provide a power transmission device that is thin and has an improved Q factor (Quality Factor).
一般的に、このように積層された複数の平面コイルの各々における導体パタ−ンの巻き数および大きさがほぼ同じであれば、それらのインダクタンス値がほぼ同じ値になる。しかし、実際の無線電力伝送システムでは、送電装置100に装荷された磁性体の影響により、これらの平面コイルのインダクタンス値は一定にはならない。
Generally, if the number of turns and the size of the conductor pattern in each of the plurality of planar coils stacked in this manner are substantially the same, their inductance values will be substantially the same. However, in an actual wireless power transmission system, the inductance values of these planar coils are not constant due to the influence of the magnetic material loaded on the
図4は、磁性体120が装荷された送電装置100と、受電装置200とを備える無線電力伝送システムの一例を模式的に示す断面図である。この例における送電装置100は、送電アンテナ110と、送電回路140と、磁性体120とを有する。受電装置200は、受電アンテナ210と、受電回路220と、二次電池230とを有する。送電アンテナ110は、図2に示すような複数の平面コイルを含む送電コイルと、不図示の共振キャパシタとを有する。図4に示すように、実際の無線電力伝送システムでは、送電アンテナ110の渦電流損失を低減するために、送電アンテナ110に対して送電面130とは逆側に磁性体120を装荷することがほとんどである。しかし、特許文献1に示す構成にこのような磁性体120を装荷した送電装置を実際に作製し、評価してみると、発熱量が高く、伝送効率が低下することが判明した。本発明者らは、この原因を以下のように分析した。
FIG. 4 is a cross-sectional view schematically illustrating an example of a wireless power transmission system including the
図5は、一群の平面コイルL1からL4(これらをまとめて「送電コイル」と称する。)の片側に磁性体120を配置した構成例を示す斜視図である。特許文献1には開示されていないが、本発明者らは、図5に示すような構成を実際に作製し、この状態における平面コイルL1からL4の各々のインダクタンスLおよび交流抵抗Rの特性を解析した。表1は、その解析結果を示している。
FIG. 5 is a perspective view showing a configuration example in which a
表1に示すように、各々のインダクタンス値は、磁性体120に近い平面コイルから遠い平面コイルの順番に、すなわち、L4からL1の順番に、大きい値から小さい値になっていることがわかる。ここで、解析には汎用の電磁界解析シミュレータを用いた。解析条件は、ガラスエポキシ樹脂(FR4)基板上に銅パターンによって各平面コイルを形成した。各平面コイルの外径をΦ45mm、線幅を0.5mm、線間のピッチを1mm、巻数を10ターン、銅厚を70um、各層の銅パターン表面間距離を0.2mmとした。磁性体については、比透磁率を200、サイズを50x50x1mm3とした。解析周波数は150kHzとした。磁性体の直下には、放熱板を模擬した不図示のアルミ板(50x50x0.5mm3)を配置した。
As shown in Table 1, it can be seen that each inductance value changes from a large value to a small value in the order of the planar coil far from the
図6は、平面コイルL1からL4の電気的接続を示す等価回路図である。図6に示すように、平面コイルL1とL2とが直列に接続され、平面コイルL3とL4とが直列に接続されている。これらの2組の平面コイル対は並列に接続されている。平面コイルL1からL4は、互いに結合状態にある。平面コイルL1からL4のインダクタンス値を、それぞれL1からL4で表すと、L1<L2<L3<L4である。 FIG. 6 is an equivalent circuit diagram showing the electrical connection of the planar coils L1 to L4. As shown in FIG. 6, the planar coils L1 and L2 are connected in series, and the planar coils L3 and L4 are connected in series. These two sets of planar coil pairs are connected in parallel. The planar coils L1 to L4 are connected to each other. When the inductance values of the planar coils L1 to L4 are represented by L1 to L4, respectively, L1 <L2 <L3 <L4.
ここで、直列に接続された複数のコイルを「コイル群」と呼ぶことにする。例えば、図6に示す例では、平面コイルL1とL2とが第1のコイル群であり、平面コイルL3とL4とが第2のコイル群である。第1のコイル群の合成インダクタンス値は、4つのインダクタンス値のうち、最も小さいインダクタンス値L1と、2番目に小さいインダクタンス値L2とを合成することによって得られる。第2のコイル群の合成インダクタンス値は、4つのインダクタンス値のうち、最も大きいインダクタンス値L4と、2番目に大きいインダクタンス値L3とを合成することによって得られる。したがって、第1のコイル群の合成インダクタンス値は、第2のコイル群の合成インダクタンス値よりも小さい。 Here, a plurality of coils connected in series will be referred to as a “coil group”. For example, in the example shown in FIG. 6, the planar coils L1 and L2 are a first coil group, and the planar coils L3 and L4 are a second coil group. The combined inductance value of the first coil group is obtained by combining the smallest inductance value L1 and the second smallest inductance value L2 among the four inductance values. The combined inductance value of the second coil group is obtained by combining the largest inductance value L4 and the second largest inductance value L3 among the four inductance values. Therefore, the combined inductance value of the first coil group is smaller than the combined inductance value of the second coil group.
このように、特許文献1に開示された平面コイルの構成では、並列に接続されている第1のコイル群の合成インダクタンス値と、第2のコイル群の合成インダクタンス値との間に差が生じる。この差により、交流電力を伝送した場合、第1のコイル群のインピーダンスと第2のコイル群のインピーダンスとのバランスが崩れる。インピーダンスのバランスが崩れると、積層された平面コイルに流れる電流による損失が大きくなる。その結果、インピーダンスがより低い第1のコイル群に熱が生じ、伝送効率が低下することが判明した。 Thus, in the configuration of the planar coil disclosed in Patent Document 1, a difference occurs between the combined inductance value of the first coil group and the combined inductance value of the second coil group connected in parallel. . Due to this difference, when AC power is transmitted, the balance between the impedance of the first coil group and the impedance of the second coil group is broken. When the impedance balance is lost, the loss due to the current flowing through the stacked planar coils increases. As a result, it was found that heat was generated in the first coil group having a lower impedance, and the transmission efficiency was reduced.
なお、上記の例では、磁性体を配置することで、並列に接続されている第1のコイル群のインダクタンス値と、第2のコイル群のインダクタンス値との間に差が生じていたことを発見した。しかし、磁性体を配置するか否かに関わらず、並列に接続されている第1のコイル群のインダクタンス値と、第2のコイル群のインダクタンス値との間に差が生じる条件下では、同様の課題が生じ得る。 Note that, in the above example, by disposing the magnetic material, a difference was generated between the inductance value of the first coil group connected in parallel and the inductance value of the second coil group. discovered. However, irrespective of whether a magnetic body is arranged or not, under the condition that a difference occurs between the inductance value of the first coil group and the inductance value of the second coil group connected in parallel, the same applies. Problem may occur.
本発明者らは、上記の技術的知見に基づき、平面コイルのインダクタンスに着目することによって、発熱量を抑えて伝送効率を改善する技術を鋭意検討した。そして、本発明者らは、送電装置の薄型化を図りつつ、積層された平面コイルに流れる電流による損失を低減し、伝送効率を向上させるため、以下の発明の各態様を想到するに至った。 The present inventors have intensively studied a technique for suppressing the amount of heat generation and improving transmission efficiency by focusing on the inductance of the planar coil based on the above technical knowledge. The present inventors have conceived the following aspects of the present invention in order to reduce the loss due to current flowing through the stacked planar coils and improve transmission efficiency while reducing the thickness of the power transmission device. .
本開示の一態様に係る送電装置は、
受電コイルを備える受電装置に対して非接触で交流電力を送電する送電装置であって、
前記受電装置に対して送電する送電面と、
直流電源から入力された直流電力を交流電力に変換する送電回路と、
前記送電装置の内部の前記送電面側に設けられ、前記送電面に垂直に積層された2N個(Nは2以上の自然数)の平面コイルを含み、前記送電回路から出力された前記交流電力を前記受電コイルに送電する少なくとも1つの送電コイルと、
前記送電装置の内部で前記送電コイルの前記送電面側とは逆側に設けられた磁性体と、を備え、
前記2N個の平面コイルは、
i=1〜Nとした場合に、前記2N個の平面コイルの中で、前記送電面にi番目に近い平面コイルと、前記磁性体にi番目に近い平面コイルとを直列に接続したコイル群を構成し、
前記コイル群の各々は並列に接続される。
The power transmission device according to an aspect of the present disclosure includes:
A power transmitting device that transmits AC power in a non-contact manner to a power receiving device including a power receiving coil,
A power transmission surface for transmitting power to the power receiving device,
A power transmission circuit that converts DC power input from a DC power supply into AC power,
The power transmission device includes 2N (N is a natural number of 2 or more) planar coils that are provided on the power transmission surface side inside the power transmission device and that are vertically stacked on the power transmission surface, and the AC power output from the power transmission circuit is included in the power transmission device. At least one power transmission coil for transmitting power to the power reception coil;
A magnetic body provided on the side opposite to the power transmission surface side of the power transmission coil inside the power transmission device,
The 2N planar coils are:
When i = 1 to N, a coil group in which, out of the 2N planar coils, a planar coil closest to the i-th power transmitting surface and a planar coil closest to the i-th magnetic coil are connected in series. Constitute
Each of the coil groups is connected in parallel.
上記態様によると、送電装置の内部に積層された2N個の平面コイルにおいて、並列に接続されたコイル群(直列に接続された複数の平面コイル)の各々の合成インダクタンス値が、近い値になるように平均化される。 According to the above aspect, in the 2N planar coils stacked inside the power transmission device, the combined inductance value of each of the coil groups connected in parallel (the plurality of planar coils connected in series) becomes close. Averaged.
具体的には、i=1〜Nとした場合に、前記2N個の平面コイルの中で、前記送電面にi番目に近い平面コイルと、前記磁性体にi番目に近い平面コイルとを直列に接続したコイル群を構成することで、コイル群の各々の合成インダクタンス値が近い値になるように平均化される。 Specifically, when i = 1 to N, among the 2N planar coils, a planar coil closest to the i-th power transmitting surface and a planar coil closest to the i-th magnetic coil are connected in series. Are averaged so that the combined inductance values of the coil groups are close to each other.
このことにより、並列に接続されたコイル群の間でインピーダンスのバランスが崩れることが抑制されるので、積層された平面コイルに流れる電流による損失を低減させることができる。その結果、不要な発熱を低減させ、伝送効率を向上させることができる。 Thus, the impedance balance between the coil groups connected in parallel is prevented from being lost, so that the loss due to the current flowing through the stacked planar coils can be reduced. As a result, unnecessary heat generation can be reduced, and transmission efficiency can be improved.
本開示の別の態様に係る送電装置は、
受電コイルを備える受電装置に対して非接触で交流電力を送電する送電装置であって、
前記受電装置に対して送電する送電面と、
直流電源から入力された直流電力を交流電力に変換する送電回路と、
前記送電装置の内部の前記送電面側に設けられ、前記送電面に垂直に積層されたM個(Mは3以上の自然数)の平面コイルを含み、前記送電回路から出力された前記交流電力を前記受電コイルに送電する少なくとも1つの送電コイルと、
前記送電装置の内部で前記送電コイルの前記送電面側とは逆側に設けられた磁性体と、を備え、
前記M個の平面コイルは、前記送電面に1番目に近い平面コイルから前記送電面からM番目の平面コイルの中から、前記1からMの順序とは異なる順序で選択された2以上の平面コイルが一組として直列に接続されたコイル群を含む2以上のコイル群を有し、
前記2以上のコイル群の各々は並列に接続される。
A power transmission device according to another aspect of the present disclosure,
A power transmitting device that transmits AC power in a non-contact manner to a power receiving device including a power receiving coil,
A power transmission surface for transmitting power to the power receiving device,
A power transmission circuit that converts DC power input from a DC power supply into AC power,
The power transmission device includes M planar coils (M is a natural number of 3 or more) that are provided on the power transmission surface side inside the power transmission device and that are vertically stacked on the power transmission surface, and the AC power output from the power transmission circuit is included in the power transmission device. At least one power transmission coil for transmitting power to the power reception coil;
A magnetic body provided on the side opposite to the power transmission surface side of the power transmission coil inside the power transmission device,
The M planar coils are two or more planes selected from the planar coil closest to the power transmission surface to the Mth planar coil from the power transmission surface in an order different from the order of 1 to M. The coil has two or more coil groups including a coil group connected in series as one set,
Each of the two or more coil groups is connected in parallel.
上記態様によると、前記送電装置の内部に積層されたM個の平面コイルにおいて、前記送電面に1番目に近い平面コイルから前記送電面からM番目の平面コイルの中から、前記1からMの順序とは異なる順序で選択された2以上の平面コイルが一組として直列に接続されたコイル群を含む2以上のコイル群を有している。 According to the above aspect, in the M planar coils stacked inside the power transmitting device, from the planar coil closest to the power transmitting surface to the M-th planar coil from the power transmitting surface, the 1 to M Two or more planar coils selected in an order different from the order have two or more coil groups including a coil group connected in series as one set.
このことにより、前記コイル群の各々の合成インダクタンス値をできるだけ近い値になるように平均化することができる。並列に接続されたコイル群の間でインピーダンスのバランスが崩れることを抑制されるので、積層された平面コイルに流れる電流による損失を低減させることができる。その結果、不要な発熱を低減させ、伝送効率を向上させることができる。 This makes it possible to average the combined inductance values of the respective coil groups so as to be as close as possible. Since the impedance balance between the coil groups connected in parallel is prevented from being lost, it is possible to reduce the loss due to the current flowing through the stacked planar coils. As a result, unnecessary heat generation can be reduced, and transmission efficiency can be improved.
以下、本開示の実施形態を説明する。なお、以下の各実施形態において、同様の構成要素については同一の符号を付している。以下の説明において、重複する事項についての説明は省略することがある。 Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described. In the following embodiments, the same components are denoted by the same reference numerals. In the following description, description of overlapping items may be omitted.
(実施形態1)
[1.全体構成]
図7は、本開示の第1の実施形態に係る無線電力伝送システムの概略構成を示すブロック図である。この無線電力伝送システムは、送電装置100と、受電装置200とを備える。送電装置100における送電アンテナ110から受電装置200における受電アンテナ210に非接触で電力が伝送される。
(Embodiment 1)
[1. overall structure]
FIG. 7 is a block diagram illustrating a schematic configuration of the wireless power transmission system according to the first embodiment of the present disclosure. This wireless power transmission system includes a
受電装置200は、受電コイル212と、共振キャパシタ214a、214bとを有する受電アンテナ210と、受電回路220と、二次電池230とを備えている。受電コイル212と、共振キャパシタ214a、214bとは、直列および並列共振回路を構成している。受電回路220は、受電コイル212が受け取った交流電力を整流して出力する。二次電池230は、受電回路220から出力された直流電力によって充電される。二次電池230に蓄えられたエネルギは、不図示の負荷によって消費される。
The
受電回路220は、整流回路や周波数変換回路、定電圧・定電流制御回路、通信用の変復調回路などの各種の回路を含み得る。受け取った交流エネルギを負荷が利用可能な直流エネルギまたは低周波の交流エネルギに変換するように構成される。受電コイル212から出力される電圧・電流などを測定する各種センサを受電回路220中に含めてもよい。
The
送電装置100は、送電コイル112と、共振キャパシタ114とを含む送電アンテナ110と、送電回路140とを備える。また、図4に示すように、送電装置100の内部で、送電アンテナ110に対して送電面130の側とは逆側に設けられた磁性体120を備えている。ここで送電面130とは、送電装置100において、送電動作時に受電装置200に対向する表面を意味する。送電コイル112は、共振キャパシタ114と直列に接続されている。共振キャパシタ114は、送電回路140に接続されている。
The
送電コイル112は、例えば、基板パターンで形成された1つの薄型の平面コイルを複数積層した構成であり得る。このほか、銅線やリッツ線、ツイスト線などを用いた巻き線コイルを用いることもできる。共振キャパシタ114、214a、214bは、必要に応じて設ければよい。各コイルが有する自己共振特性をこれらのキャパシタの代わりに用いてもよい。
The
送電回路140は、例えば、フルブリッジ型のインバータ、またはD級もしくはE級などの発振回路を含む。図8は、一例として、フルブリッジ型のインバータと、これを制御する制御回路150とを送電回路140が有する例を示している。送電回路140は、通信用の変復調回路や電圧・電流などを測定する各種センサを有していてもよい。送電回路140は、外部の直流(DC)電源300に接続されている。直流電源300から入力された直流電力を交流電力に変換して出力する。この交流電力は、送電コイル112によって空間に送出される。
The
電力伝送時の周波数は、例えば、送電コイル112および共振キャパシタ114によって構成される送電共振器の共振周波数と同じ値に設定される。しかし、これに限定されない。例えば、その共振周波数の85〜115%程度の範囲内の値に設定されていてもよい。電力伝送の周波数帯は、例えば100kHz〜200kHzの範囲内の値に設定され得るが、この範囲外の値に設定されてもよい。
The frequency at the time of power transmission is set to, for example, the same value as the resonance frequency of the power transmission resonator formed by the
DC電源300は、商用電源、一次電池、二次電池、太陽電池、燃料電池、USB(Universal Serial Bus)電源、高容量のキャパシタ(例えば電気二重層キャパシタ)、商用電源に接続された電圧変換器、または、それらの組み合わせであり得る。
The
送電回路140は、送電装置100全体の動作を制御するプロセッサである制御回路150を備える。制御回路150は、例えばCPUと、コンピュータプログラムを格納したメモリとの組み合わせによって実現され得る。制御回路150は、本実施形態の動作を実現するように構成された専用の集積回路であってもよい。制御回路150は、送電回路140による送電制御(送電状態の調整)を行う。
The
制御回路150は、受電装置200との間で通信を行う通信回路を有していてもよい。通信回路によって、例えば、受電装置200の負荷のインピーダンスの変動を示す情報を得ることができる。制御回路150は、その情報に基づき、例えば負荷に一定の電圧が供給されるように、送電回路140に送電パラメータを変更するように指示することができる。そのような送電パラメータは、例えば周波数、インバータのスイッチング素子対間の位相差、またはインバータの入力電圧であり得る。入力電圧を調整する場合、送電回路140は、DC電源300とインバータとの間にDC/DCコンバータを有し得る。これらの送電パラメータを変化させることにより、負荷に供給される電圧を変化させることができる。
The
送電装置100は、上記の構成要素以外の要素を備えていてもよい。例えば、制御回路150による受電コイル212または異物の検出結果を表示する表示素子を備えていてもよい。そのような表示素子は、例えば、LEDなどの光源であり得る。また、異物検出用の発振回路および検出コイルを設けてもよい。
The
受電装置200の構成は、図7に示すものに限定されない。送電コイル112から送出されるエネルギの少なくとも一部を受け取る受電コイル212を有している限り、その構成は任意に設計してよい。
The configuration of the
[2.送電コイルの構成]
次に、本実施形態における送電コイル112の構成を説明する。図4に示されているように、送電コイル112は、送電装置100の内部の送電面130側に設けられている。送電コイル112は、送電面130に垂直に積層された2N個(Nは2以上の自然数)の平面コイルを含む。ここで、「送電面130に垂直に積層される」とは、送電面130に垂直な方向から2N個の平面コイルを見たとき、各平面コイルの少なくとも一部が互いに重なるように位置していることを意味する。必ずしも2N個の平面コイルの中心が送電面130に垂直な直線上に位置している必要はない。2N個の平面コイルの大きさおよび形状は、必ずしも同一である必要はない。送電コイル112は、送電回路140から出力された交流電力を受電コイル212に送出する。
[2. Configuration of power transmission coil]
Next, the configuration of the
本実施形態における2N個の平面コイルは、i=1〜Nとした場合に、2N個の平面コイルの中で、送電面130にi番目に近い平面コイルと、磁性体120にi番目に近い平面コイルとを直列に接続した複数のコイル群を構成する。これらのコイル群の各々は並列に接続される。2N個の平面コイルは、例えば絶縁基板又は誘電体基板上に導体パターンを巻回した基板を2N個積層した多層基板によって実現され得る。以下、N=2の場合を例に、送電コイル112の詳細な構成を説明する。
When i = 1 to N, the 2N planar coils in the present embodiment are, among the 2N planar coils, the planar coil closest to the i-th
図9は、本実施形態における送電コイル112の一部の断面を示す図である。この例は、N=2の場合の4つの平面コイルを4層基板によって構成した例である。この送電コイル112は、絶縁基板であるガラスエポキシ樹脂170の上に銅パターン160を巻回して形成した平面コイルを積層した多層基板によって実現されている。送電コイル112に対して送電面130とは逆側に磁性体120が装荷されている。
FIG. 9 is a diagram illustrating a cross section of a part of the
図10は、本実施形態における送電コイル112の分解斜視図である。各層における平面コイル同士はスルーホールによって接続されている。送電コイル112の両端は端子180に接続されている。ここで、送電面130の側に最も近い平面コイルL1の層を第1層とする。第1層の平面コイルL1の内端と第4層の平面コイルL4の内端とを接続するスルーホールと、第2層の平面コイルL2の内端と第3層の平面コイルL3の内端とを接続するスルーホールとは、互いに導通しないようにずらして配置されている。
FIG. 10 is an exploded perspective view of the
図11は、本実施形態における送電コイル112の等価回路図である。図示されていないが、平面コイルL1からL4の各々は、互いに結合状態にある。図10および図11に示すように、直列に接続された平面コイルL1、L4が第1のコイル群を構成し、直列に接続された平面コイルL2、L3が第2のコイル群を構成している。第1のコイル群と第2のコイル群とは並列に接続されている。
FIG. 11 is an equivalent circuit diagram of the
ここで、磁性体120の影響により、平面コイルL1からL4の各々のインダクタンス値の大きさの順序は、送電面130からの距離の順序と同じである(L1<L2<L3<L4)。したがって、送電面130に1番目に近い平面コイルL1および磁性体に1番目に近い平面コイルL4によって構成された第1のコイル群のインダクタンス値と、送電面130に2番目に近い平面コイルL2および磁性体120に2番目に近い平面コイルL3によって構成された第2のコイル群のインダクタンス値とは、ほぼ同じ値となる。よって、第1のコイル群および第2のコイル群の各々のインピーダンスのバランスが崩れることを抑制できる。その結果、並列接続における送電コイル112の損失低減効果が向上する。
Here, due to the influence of the
本発明者らは、本実施形態の効果を検証するために、図5を参照しながら説明した解析の条件と同様の条件において、4つの平面コイルL1からL4を、図10に示すように接続した実施例1の送電コイルの特性を解析した。一方、4つの平面コイルL1からL4を、図12に示すように接続した比較例についても送電コイルの特性を解析した。表2は、実施例1および比較例における送電コイルの合成インダクタンスLおよび交流抵抗Rの解析結果を示している。 The present inventors connected the four plane coils L1 to L4 as shown in FIG. 10 under the same conditions as the analysis described with reference to FIG. The characteristics of the power transmission coil according to Example 1 were analyzed. On the other hand, the characteristics of the power transmission coil were also analyzed for a comparative example in which four plane coils L1 to L4 were connected as shown in FIG. Table 2 shows the analysis results of the combined inductance L and the AC resistance R of the power transmission coil in Example 1 and Comparative Example.
表2に示すように、インダクタンスLの値はほぼ変わらないが、交流抵抗Rの値は、実施例1では比較例に比べて17.4%低減されている。このことから、本実施形態の構成では、不要な発熱を抑え、伝送効率を向上させることができることがわかる。 As shown in Table 2, the value of the inductance L is almost unchanged, but the value of the AC resistance R is reduced by 17.4% in Example 1 as compared with the comparative example. From this, it is understood that the configuration of the present embodiment can suppress unnecessary heat generation and improve transmission efficiency.
(実施形態2)
図13は、本開示の実施形態2における送電コイル112の構成を示す分解斜視図である。図14は、本実施形態における送電コイル112の等価回路図である。本実施形態における送電コイル112は、N=3、すなわち6個の平面コイルを有する点で、実施形態1とは異なっている。以下、実施形態1と共通または対応する構成要素には同じ参照符号を付し、共通する事項についての説明は繰り返さない。
(Embodiment 2)
FIG. 13 is an exploded perspective view illustrating a configuration of the
本実施形態における送電コイル112は、実施形態1からさらなる損失低減を図るために、6層3並列の構成を採用している。図13、図14に示すように、本実施形態における送電コイル112は、6個の平面コイルL1からL6を有する。平面コイルL1、L6は、直列に接続され、第1のコイル群を構成する。平面コイルL2、L5は、直列に接続され、第2のコイル群を構成する。平面コイルL3、L4は、直列に接続され、第3のコイル群を構成する。第1から第3のコイル群は並列に接続されている。このように、第1のコイル群は、送電面130に1番目に近い平面コイルL1と磁性体120に1番目に近い平面コイルL6とによって構成される。第2のコイル群は、送電面130に2番目に近い平面コイルL2と磁性体120に2番目に近い平面コイルL5とによって構成される。第3のコイル群は、送電面130に3番目に近い平面コイルL3と磁性体120に3番目に近い平面コイルL4とによって構成される。このような構成により、第1のコイル群のインダクタンス値と、第2のコイル群のインダクタンス値と、第3のコイル群のインダクタンス値とは、ほぼ同じ値になる。
The
本実施形態でも、第1から第3のコイル群の各々のインピーダンスのバランスが崩れることを抑制できる。その結果、並列接続における送電コイル112の損失低減効果が向上する。
Also in the present embodiment, it is possible to suppress the impedance balance of each of the first to third coil groups from being lost. As a result, the effect of reducing the loss of the
なお、本実施形態では、N=3であるが、N=4であってもよいし、N>4であってもよい。送電コイル112の厚さが許容される範囲内で層数および並列数を増やすことにより、さらなる損失低減効果が期待できる。
In the present embodiment, N = 3, but N = 4 or N> 4. By increasing the number of layers and the number of layers in a range where the thickness of the
(実施形態3)
次に、本開示の第3の実施形態を説明する。本実施形態における送電コイル112は、送電面130に垂直に積層されたM個(Mは3以上の自然数)の平面コイルを含む。M個の平面コイルは、送電面130に1番目に近い平面コイルから送電面130からM番目の平面コイルの中から、1からMの順序とは異なる順序で選択された2以上の平面コイルが一組として直列に接続されたコイル群を含む2以上のコイル群を有する。2以上のコイル群の各々は並列に接続される。ここで、「1からMの順序とは異なる順序」とは、少なくとも一部に1からMの並びとは異なる並びの部分が含まれた順序を意味する。一例として、M≧4として、送電面130に1番目に近い平面コイルと、2番目に近い平面コイルと、4番目に近い平面コイルとが1つのコイル群を構成している場合を想定する。この場合、2番目に近い平面コイルおよび4番目に近い平面コイルの並びが、1からMの並びとは異なっている。このため、この順序は「1からMの順序とは異なる順序」に該当する。以下、M=4の場合を例に、本実施形態を説明する。
(Embodiment 3)
Next, a third embodiment of the present disclosure will be described. The
図15は、M=4の場合の送電コイル112の構成を示す分解斜視図である。図16は、図15の等価回路図である。図15、図16に示すように、本実施形態における送電コイル112は、4つの平面コイルL1からL4を有する。平面コイルL1、L3は、直列に接続され、第1のコイル群を構成する。平面コイルL2、L4は、直列に接続され、第2のコイル群を構成する。第1および第2のコイル群は、並列に接続されている。このように、第1のコイル群は、送電面130に1番目に近い平面コイルL1と、送電面130に3番目に近い平面コイルL3とによって構成される。第2のコイル群は、送電面130に2番目に近い平面コイルL2と、送電面130に4番目に近い平面コイルL4とによって構成される。
FIG. 15 is an exploded perspective view showing the configuration of the
ここで、磁性体120の影響により、平面コイルL1からL4の各々のインダクタンス値の大きさの順序は、送電面130からの距離の順序と同じである(L1<L2<L3<L4)。したがって、平面コイルL1、L3によって構成された第1のコイル群のインダクタンス値と、平面コイルL2、L4によって構成された第2のコイル群のインダクタンス値とは、平均化される。すなわち、インダクタンス値の大きさの順序とは異なる順序の平面コイル同士を直列に接続することで、第1および第2のコイル群のインダクタンス値が平均化される。よって、第1のコイル群および第2のコイル群の各々のインピーダンスのバランスが崩れることを抑制できる。その結果、並列接続における送電コイル112の損失低減効果が向上する。
Here, due to the influence of the
本発明者らは、本実施形態の効果を検証するために、図5を参照しながら説明した解析の条件と同様の条件において、4つの平面コイルL1からL4を、図15に示すように接続した実施例2の送電コイルの特性を解析した。表3は、実施例2および前述の比較例における送電コイルの合成インダクタンスLおよび交流抵抗Rの解析結果を示している。 The present inventors connected the four plane coils L1 to L4 as shown in FIG. 15 under the same conditions as the analysis described with reference to FIG. 5 in order to verify the effect of the present embodiment. The characteristics of the power transmission coil of Example 2 were analyzed. Table 3 shows the analysis results of the combined inductance L and the AC resistance R of the power transmission coil in Example 2 and the comparative example described above.
表3に示すように、インダクタンスLの値はほぼ変わらないが、交流抵抗Rの値は、実施例2では比較例に比べて11.8%低減されている。このことから、本実施形態の構成では、不要な発熱を抑え、伝送効率を向上させることができることがわかる。 As shown in Table 3, the value of the inductance L is almost the same, but the value of the AC resistance R is reduced by 11.8% in Example 2 as compared with the comparative example. From this, it is understood that the configuration of the present embodiment can suppress unnecessary heat generation and improve transmission efficiency.
図17は、本実施形態および実施形態1における送電コイルの特性と比較例における送電コイルの特性とを比較した結果を示すグラフである。平面コイルL1からL4の各々の接続を比較例における接続から変更することにより、特に交流抵抗Rの低減が図れていることがわかる。 FIG. 17 is a graph showing the result of comparing the characteristics of the power transmission coil in the present embodiment and the first embodiment with the characteristics of the power transmission coil in the comparative example. It can be seen that the AC resistance R is particularly reduced by changing the connection of each of the planar coils L1 to L4 from the connection in the comparative example.
(実施形態4)
図18は、本開示の実施形態4における送電コイル112の構成を示す分解斜視図である。図19は、本実施形態における送電コイル112の等価回路図である。本実施形態における送電コイル112は、M=6、すなわち6個の平面コイルを有する点で、実施形態3とは異なっている。以下、実施形態3と共通する事項についての説明は繰り返さない。
(Embodiment 4)
FIG. 18 is an exploded perspective view illustrating a configuration of the
図18および図19に示すように、本実施形態における送電コイル112は、6個の平面コイルL1からL6を有する。平面コイルL1、L3、L6は直列に接続され、第1のコイル群を構成する。平面コイルL2、L4、L5は、直列に接続され、第2のコイル群を構成する。第1および第2のコイル群は並列に接続されている。このように、第1のコイル群は、送電面130に1番目に近い平面コイルL1と、3番目に近い平面コイルL3と、6番目に近い平面コイルL6とによって構成される。第2のコイル群は、送電面130に2番目に近い平面コイルL2と、4番目に近い平面コイルL4と、5番目に近い平面コイルL5とによって構成される。第1のコイル群および第2のコイル群の各々が、1からM(=6)の順序とは異なる順序で選択されているため、第1および第2のコイル群のインダクタンス値は平均化される。よって、第1のコイル群および第2のコイル群の各々のインピーダンスのバランスが崩れることを抑制できる。その結果、並列接続における送電コイル112の損失低減効果が向上する。
As shown in FIGS. 18 and 19, the
本実施形態および実施形態3では、複数のコイル群の各々を構成する直列に接続された複数の平面コイルのうち、少なくとも一組の平面コイルが、インダクタンス値の順序とは異なる順序で選択されている。これにより、コイル群のインダクタンス値が平均化されている。例えば、図19に示す構成では、第2のコイル群を構成する平面コイルL4と平面コイルL5とがインダクタンス値の順序の通り接続されているが、平面コイルL2と平面コイルL4とがインダクタンス値の順序とは異なる順序で接続されている。このため、第1および第2のコイル群のインダクタンス値は平均化され、損失低減効果が向上する。 In the present embodiment and the third embodiment, at least one set of plane coils is selected in a different order from the order of the inductance values, among the plurality of series-connected plane coils constituting each of the plurality of coil groups. I have. Thereby, the inductance values of the coil group are averaged. For example, in the configuration shown in FIG. 19, the planar coil L4 and the planar coil L5 constituting the second coil group are connected in the order of the inductance value, but the planar coil L2 and the planar coil L4 are connected in the order of the inductance value. They are connected in an order different from the order. For this reason, the inductance values of the first and second coil groups are averaged, and the loss reduction effect is improved.
本実施形態では、M=6であるが、M≧7であってもよい。送電コイル112の厚さが許容される範囲内で層数および並列数を増やすことにより、さらなる損失低減効果が期待できる。
In the present embodiment, M = 6, but M ≧ 7 may be satisfied. By increasing the number of layers and the number of layers in a range where the thickness of the
なお、上述の各実施形態における複数の平面コイルを積層した送電コイルに、さらに新たに平面コイルを積層し、それを直列または並列に接続してもよい。 In addition, a plane coil may be newly laminated on the power transmission coil in which a plurality of plane coils are laminated in each of the above-described embodiments, and may be connected in series or in parallel.
図20Aは、実施形態1における送電コイル112に、新たに直列に平面コイルLaを接続した変形例を示す等価回路図である。図20Bは、実施形態1における送電コイル112に、新たに並列に平面コイルLbを接続した変形例を示す等価回路図である。無線電力伝送システムの回路設計上、インダクタンスを微調整する必要がある場合などに、図20A、20Bのような構成が有効である。実施形態1の構成に限らず、実施形態2〜4の構成に、新たな平面コイルを追加してもよい。また、図示はしないが、新たに追加する平面コイルは1つでなくてもよい。例えば、直列および並列に1つずつ追加してもよいし、直列に2つ、あるいは並列に2つ追加してもよい。
FIG. 20A is an equivalent circuit diagram illustrating a modification in which a planar coil La is newly connected in series to the
(実施形態5)
次に、複数の送電コイル112を備える送電装置100に係る実施形態5を説明する。
(Embodiment 5)
Next, a fifth embodiment according to the
図21Aから図21Cは、実施形態5における送電装置100の外観および動作を示す図である。この送電装置100は、ワイヤレス充電器であり、平板状の構造を有している。図21Aに示すように、この送電装置100は、一列に配列された複数の送電コイル112(この例では7個の送電コイル112a〜112g)を備える。各送電コイルは、上述した実施形態のいずれかにおける複数の平面コイルを積層した構成を有する。各送電コイルは、配列方向(図における横方向)に短く、配列方向に垂直な方向に長い形状を有している。図示されていないが、送電装置100は、各送電コイルに交流電力を供給する送電回路、および送電回路と各送電コイルとの間の接続状態を制御する制御回路も備える。
21A to 21C are diagrams illustrating the appearance and operation of the
送電装置100に、受電コイル212を備える受電装置200が近接すると、制御回路は、受電コイル212に最も近い2つの送電コイルと送電回路とを電気的に接続する。例えば、図21Bに示す状態では、2つの送電コイル112c、112dのみが送電回路に接続される。図21Cに示す状態では、2つの送電コイル112f、112gのみが送電回路に接続される。この例では、常に2つの送電コイルに給電されるが、同時に給電される送電コイルの数は、2以外の数であってもよい。同時に給電される送電コイルの数は、送電コイルの総数よりも小さい数であればよい。
When the
図22は、本実施形態における送電装置100の概略構成を示すブロック図である。図7と共通または対応する構成要素には同じ参照符号を付しており、共通する事項についての説明は繰り返さない。
FIG. 22 is a block diagram illustrating a schematic configuration of the
送電装置100は、複数の送電コイル112と、複数のスイッチ190と、共振キャパシタ114と、送電回路140とを備える。送電回路140は、制御回路150を含む。複数のスイッチ190は、それぞれ、複数の送電コイル112に接続されている。ここで「接続される」とは、電気的に導通するように接続されることを意味する。複数の送電コイル112は、複数のスイッチ190を介して、送電回路140に対して互いに並列に接続される。各送電コイルの一端は、キャパシタ114の一方の電極に接続されている。キャパシタ114の他方の電極は、送電回路140に接続されている。複数のスイッチ190は、それぞれ、複数の送電コイル112におけるキャパシタ114が接続されていない側の端子に接続されている。これは、キャパシタ114と複数の送電コイル112との間では電圧の変動が大きいためである。
The
制御回路150は、複数の送電コイル112に対する受電コイル212の相対位置の検出を行う。これに加えて、送電コイル112に近接する金属などの異物の検出を行ってもよい。受電コイル212の位置の検出および異物の検出は、回路上の電圧、電流、周波数、インダクタンスといったインピーダンスの変化に伴って変動するパラメータの測定値に基づいて行われ得る。より具体的には、制御回路150は、複数のスイッチ190を一定の数(例えば2個)ずつ順番にオンにし、その都度、上記のいずれかのパラメータを測定する。規定の範囲からずれた値が測定されたとき、そのときに給電している送電コイルの近傍に受電コイル212または異物が存在すると判定することができる。このような検出を可能にするため、制御回路150は、不図示の検出回路を備え得る。本開示では、受電コイル212の検出および異物の検出は、特定の方法に限定されず、公知の任意の方法で行うことができる。
The
本実施形態における制御回路150は、複数の送電コイル112に対する受電コイル212の相対位置に応じて、電力伝送に用いる2つの送電コイルを選択する。そして、選択した2つの送電コイルのみに送電回路140から交流電力が供給されるように、複数のスイッチ190の導通状態を切り替える。その結果、選択された2つの送電コイルから空間に交流エネルギが送出される。
The
本実施形態では、送電装置100が複数の送電コイルを有している。これにより、単一の送電コイルを有する構成と比較して、送電可能な範囲が拡大する。このため、受電装置200の位置合わせを容易に行うことができる。
In the present embodiment, the
(他の実施形態)
本開示の技術は、上述した実施形態に限定されず、多様な変形が可能である。以下、他の実施形態の例を説明する。
(Other embodiments)
The technology of the present disclosure is not limited to the embodiments described above, and various modifications are possible. Hereinafter, examples of other embodiments will be described.
図23は、病院などで用いられるロボット500に、壁から電力を非接触で伝送する無線電力伝送システムの構成例を示す図である。この例では、送電装置100が壁に埋め込まれている。ロボット500は、図4または図7に示す受電装置200と同様の構成要素を備える。さらに、駆動用電気モータ240と、移動のための複数の車輪270とを備える。このようなシステムにより、例えば病院内のロボット500に、壁から電力を非接触で伝送し、人の手を借りることなく自動で充電を行うことができる。なお、ロボット500の代わりに、電気自動車などの電動車両に同様の構成を適用してもよい。
FIG. 23 is a diagram illustrating a configuration example of a wireless power transmission system that transmits power from a wall to a
図24は、本開示における送電装置100を搭載した車両600を模式的に示すブロック図である。車両600は、例えば図1に示すコンソールボックス400の内部に送電装置100を備える。これにより、ユーザは、車両600内で携帯電話などの電子機器を充電することができる。
FIG. 24 is a block diagram schematically illustrating a
以上の実施形態では、送電コイルが、積層された複数の平面コイルを有しているが、受電コイルが同様の複数の平面コイルを有していてもよい。受電コイルの近傍に磁性体が配置される機器においても上述した課題が生じ得るため、そのような機器に本開示のコイルの構成を適用することは有効である。 In the above embodiments, the power transmission coil has a plurality of stacked planar coils, but the power receiving coil may have a similar plurality of planar coils. Since the above-described problem may occur in a device in which a magnetic body is arranged near a power receiving coil, it is effective to apply the configuration of the coil of the present disclosure to such a device.
図25は、そのような受電装置200を備えた無線電力伝送システムの一例を示す断面図である。この例では、受電装置200は、送電装置100から受電する受電面260と、受電した交流電力を直流電力に変換する受電回路220と、受電装置200の内部の受電面260側に設けられた少なくとも1つの受電コイル(受電アンテナ210の一部)と、受電装置200の内部で受電コイルに対して受電面260側とは逆側に設けられた磁性体250とを備える。少なくとも1つの受電コイルは、受電面260に垂直に積層された2N個(Nは2以上の自然数)の平面コイルを含み、受電面260から入力された交流電力を受電回路220に出力する。2N個の平面コイルは、i=1〜Nとした場合に、2N個の平面コイルの中で、受電面260にi番目に近い平面コイルと、磁性体250にi番目に近い平面コイルとを直列に接続したコイル群を構成する。これらのコイル群の各々は並列に接続される。ここで「受電面」とは、受電時に送電装置100の送電面130に対向する受電装置200の表面を意味する。
FIG. 25 is a cross-sectional view illustrating an example of a wireless power transmission system including such a
上記少なくとも1つの受電コイルは、上記構成の代わりに、受電面260に垂直に積層されたM個(Mは3以上の自然数)の平面コイルを含み、M個の平面コイルが、受電面260に1番目に近い平面コイルから受電面260からM番目の平面コイルの中から、1からMの順序とは異なる順序で選択された2以上の平面コイルが一組として直列に接続されたコイル群を含む2以上のコイル群を有していてもよい。この場合も2以上のコイル群の各々は並列に接続される。
The at least one power receiving coil includes M (M is a natural number of 3 or more) planar coils stacked vertically on the
なお、図25に示す例では、送電装置100が磁性体120を備え、送電アンテナ110内の送電コイルが、本開示における積層された複数の平面コイルを含む。しかし、この例に限らず、受電装置200に磁性体250および積層された複数の平面コイルを設ける場合、送電装置100に磁性体120および積層された複数の平面コイルが設けられていなくてもよい。
In the example illustrated in FIG. 25, the
以上のように、本発明者らは、積層された平面コイルに流れる電流による損失を低減し、伝送効率を向上させるため、以下の発明の各態様に想到した。 As described above, the present inventors have conceived the following aspects of the invention in order to reduce the loss due to the current flowing through the stacked planar coils and improve the transmission efficiency.
(1)本開示の第1の態様に係る送電装置は、
受電コイルを備える受電装置に対して非接触で交流電力を送電する送電装置であって、
前記受電装置に対して送電する送電面と、
直流電源から入力された直流電力を交流電力に変換する送電回路と、
前記送電装置の内部の前記送電面側に設けられ、前記送電面に垂直に積層された2N個(Nは2以上の自然数)の平面コイルを含み、前記送電回路から出力された前記交流電力を前記受電コイルに送電する少なくとも1つの送電コイルと、
前記送電装置の内部で前記送電コイルの前記送電面側とは逆側に設けられた磁性体と、を備え、
前記2N個の平面コイルは、
i=1〜Nとした場合に、前記2N個の平面コイルの中で、前記送電面にi番目に近い平面コイルと、前記磁性体にi番目に近い平面コイルとを直列に接続したコイル群を構成し、
前記コイル群の各々は並列に接続される。
(1) The power transmission device according to the first aspect of the present disclosure includes:
A power transmitting device that transmits AC power in a non-contact manner to a power receiving device including a power receiving coil,
A power transmission surface for transmitting power to the power receiving device,
A power transmission circuit that converts DC power input from a DC power supply into AC power,
The power transmission device includes 2N (N is a natural number of 2 or more) planar coils that are provided on the power transmission surface side inside the power transmission device and that are vertically stacked on the power transmission surface, and the AC power output from the power transmission circuit is included in the power transmission device. At least one power transmission coil for transmitting power to the power reception coil;
A magnetic body provided on the side opposite to the power transmission surface side of the power transmission coil inside the power transmission device,
The 2N planar coils are:
When i = 1 to N, a coil group in which, out of the 2N planar coils, a planar coil closest to the i-th power transmitting surface and a planar coil closest to the i-th magnetic coil are connected in series. Constitute
Each of the coil groups is connected in parallel.
上記態様によると、送電装置の内部に積層された2N個の平面コイルにおいて、並列に接続されたコイル群(直列に接続された複数の平面コイル)の各々の合成インダクタンス値が、近い値になるように平均化される。 According to the above aspect, in the 2N planar coils stacked inside the power transmission device, the combined inductance value of each of the coil groups connected in parallel (the plurality of planar coils connected in series) becomes close. Averaged.
具体的には、i=1〜Nとした場合に、前記2N個の平面コイルの中で、前記送電面にi番目に近い平面コイルと、前記磁性体にi番目に近い平面コイルとを直列に接続したコイル群を構成することで、コイル群の各々の合成インダクタンス値が近い値になるように平均化される。 Specifically, when i = 1 to N, among the 2N planar coils, a planar coil closest to the i-th power transmitting surface and a planar coil closest to the i-th magnetic coil are connected in series. Are averaged so that the combined inductance values of the coil groups are close to each other.
このことにより、並列に接続されたコイル群の間でインピーダンスのバランスが崩れることが抑制されるので、積層された平面コイルに流れる電流による損失を低減させることができる。その結果、不要な発熱を低減させ、伝送効率を向上させることができる。 Thus, the impedance balance between the coil groups connected in parallel is prevented from being lost, so that the loss due to the current flowing through the stacked planar coils can be reduced. As a result, unnecessary heat generation can be reduced, and transmission efficiency can be improved.
(2)本開示の第2の態様に係る送電装置は、本開示の第1の態様に係る送電装置において、
Nが2の場合、前記送電面に1番目に近い平面コイルと、前記磁性体に1番目に近い平面コイルとが直列に接続され、前記送電面に2番目に近い平面コイルと、前記磁性体に2番目に近い平面コイルとが直列に接続される。
(2) The power transmitting device according to the second aspect of the present disclosure is the power transmitting device according to the first aspect of the present disclosure,
When N is 2, a planar coil closest to the power transmitting surface and a planar coil closest to the magnetic material are connected in series, and the planar coil closest to the power transmitting surface is And the second closest planar coil is connected in series.
上記態様によると、送電装置の内部に積層された4個の平面コイルにおいて、並列に接続されたコイル群(直列に接続された複数の平面コイル)の各々の合成インダクタンス値が、近い値になるように平均化される。 According to the above aspect, in the four planar coils stacked inside the power transmission device, the combined inductance value of each of the coil group connected in parallel (the plurality of planar coils connected in series) becomes close. Averaged.
(3)本開示の第3の態様に係る送電装置は、本開示の第1の態様に係る送電装置において、
Nが3の場合、前記送電面に1番目に近い平面コイルと、前記磁性体に1番目に近い平面コイルとが直列に接続され、前記送電面に2番目に近い平面コイルと、前記磁性体に2番目に近い平面コイルとが直列に接続され、前記送電面に3番目に近い平面コイルと、前記磁性体に3番目に近い平面コイルとが直列に接続される。
(3) The power transmitting device according to the third aspect of the present disclosure is the power transmitting device according to the first aspect of the present disclosure,
When N is 3, a planar coil closest to the power transmission surface and a planar coil closest to the magnetic material are connected in series, and the planar coil closest to the power transmission surface is a second coil. A second planar coil is connected in series to the power transmission surface, and a third planar coil connected to the magnetic body is connected in series to the power transmitting surface.
上記態様によると、送電装置の内部に積層された6個の平面コイルにおいて、並列に接続されたコイル群(直列に接続された複数の平面コイル)の各々の合成インダクタンス値が、近い値になるように平均化される。 According to the above aspect, in the six planar coils stacked inside the power transmitting device, the combined inductance value of each of the coil group connected in parallel (the plurality of planar coils connected in series) becomes close. Averaged.
(4)本開示の第4の態様に係る送電装置は、本開示の第1から第3のいずれか1つの態様に係る送電装置において、
前記送電面に1番目に近い平面コイルのインダクタンス値が最も小さく、前記磁性体に1番目に近い平面コイルのインダクタンス値が最も大きい。
(4) The power transmitting device according to the fourth aspect of the present disclosure is the power transmitting device according to any one of the first to third aspects of the present disclosure,
The planar coil closest to the power transmission surface has the smallest inductance value, and the planar coil closest to the magnetic material has the largest inductance value.
上記態様によると、インダクタンス値が最も小さい平面コイルと、インダクタンス値が最も大きい平面コイルとが1つの同一のコイル群に属することになるため、各コイル群の合成インダクタンス値の平均化の効果が高くなる。 According to the above aspect, the planar coil having the smallest inductance value and the planar coil having the largest inductance value belong to one and the same coil group, so that the effect of averaging the combined inductance value of each coil group is high. Become.
(5)本開示の第5の態様に係る送電装置は、本開示の第1から第4のいずれか1つの態様に係る送電装置において、
前記2N個の平面コイルが、絶縁基板又は誘電体基板上に導体パターンを巻回した基板を2N個積層した多層基板である。
(5) The power transmitting device according to a fifth aspect of the present disclosure is the power transmitting device according to any one of the first to fourth aspects of the present disclosure,
The 2N planar coils are a multilayer substrate obtained by laminating 2N substrates each having a conductor pattern wound on an insulating substrate or a dielectric substrate.
上記態様によると、送電装置の薄型化を図ることができる。 According to the above aspect, the thickness of the power transmission device can be reduced.
(6)本開示の第6の態様に係る送電装置は、本開示の第1から第5のいずれか1つの態様に係る送電装置において、
前記少なくとも1つの送電コイルが複数の送電コイルを含む。
(6) The power transmission device according to the sixth aspect of the present disclosure is the power transmission device according to any one of the first to fifth aspects of the present disclosure,
The at least one power transmission coil includes a plurality of power transmission coils.
上記態様によると、複数の送電コイルを送電面に平行な方向に配列した場合に、送電可能なエリアを広げることができる。 According to the above aspect, when a plurality of power transmission coils are arranged in a direction parallel to the power transmission surface, the area in which power can be transmitted can be increased.
(7)本開示の第7の態様に係る送電装置は、本開示の第1から第6のいずれか1つの態様に係る送電装置において、
前記送電コイルが、前記2N個の平面コイルと直列に接続された第1の追加の平面コイル、または、前記2N個の平面コイルと並列に接続された第2の追加の平面コイルを含む。
(7) The power transmitting device according to a seventh aspect of the present disclosure is the power transmitting device according to any one of the first to sixth aspects of the present disclosure,
The power transmission coil includes a first additional planar coil connected in series with the 2N planar coils, or a second additional planar coil connected in parallel with the 2N planar coils.
上記態様によると、回路設計上、インダクタンスを微調整する必要がある場合などに、容易にインダクタンスを調整できる。 According to the above aspect, when it is necessary to finely adjust the inductance in circuit design, the inductance can be easily adjusted.
(8)本開示の第8の態様に係る車両は、本開示の第1から第7のいずれか1つの態様に係る送電装置を搭載した車両である。 (8) A vehicle according to an eighth aspect of the present disclosure is a vehicle equipped with the power transmission device according to any one of the first to seventh aspects of the present disclosure.
上記態様によると、車両内で電子機器への充電を高い電力伝送効率で行うことができる。 According to the above aspect, the electronic device can be charged in the vehicle with high power transmission efficiency.
(9)本開示の第9の態様に係る無線電力伝送システムは、本開示の第1から第7のいずれか1つの態様に係る送電装置と、前記受電装置とを備えている。 (9) A wireless power transmission system according to a ninth aspect of the present disclosure includes the power transmitting device according to any one of the first to seventh aspects of the present disclosure, and the power receiving device.
上記態様によると、電力伝送効率の高い薄型の送電装置を備える無線電力伝送システムを実現できる。そのような無線電力伝送システムは、例えば、医療用ロボットまたは搬送用ロボットのシステムであり得る。 According to the above aspect, a wireless power transmission system including a thin power transmission device with high power transmission efficiency can be realized. Such a wireless power transmission system can be, for example, a medical robot or a transport robot system.
(10)本開示の第10の態様に係る送電装置は、
受電コイルを備える受電装置に対して非接触で交流電力を送電する送電装置に用いられる送電コイルであって、
前記送電装置には、
前記受電装置に対して送電する送電面と、
直流電源から入力された直流電力を交流電力に変換する送電回路と、
前記送電回路から出力された前記交流電力を前記受電コイルに送電する少なくとも1つの送電コイルと、
前記送電装置の内部で前記送電コイルの前記送電面側とは逆側に設けられた磁性体と、が備えられ、
前記送電コイルは、
前記送電装置の内部の前記送電面側に設けられ、前記送電面に垂直に積層された2N個(Nは2以上の自然数)の平面コイルを含み、
前記2N個の平面コイルは、
i=1〜Nとした場合に、前記2N個の平面コイルの中で、前記送電面にi番目に近い平面コイルと、前記磁性体にi番目に近い平面コイルとを直列に接続したコイル群を構成し、
前記コイル群の各々は並列に接続される、
送電コイル。
(10) A power transmission device according to a tenth aspect of the present disclosure is provided
A power transmission coil used for a power transmission device that transmits AC power in a non-contact manner to a power reception device including a power reception coil,
In the power transmission device,
A power transmission surface for transmitting power to the power receiving device,
A power transmission circuit that converts DC power input from a DC power supply into AC power,
At least one power transmission coil for transmitting the AC power output from the power transmission circuit to the power reception coil,
A magnetic body provided on the side opposite to the power transmission surface side of the power transmission coil inside the power transmission device,
The power transmission coil,
The power transmission device includes 2N (N is a natural number of 2 or more) planar coils provided on the power transmission surface side inside the power transmission device and vertically stacked on the power transmission surface,
The 2N planar coils are:
When i = 1 to N, a coil group in which, out of the 2N planar coils, a planar coil closest to the i-th power transmitting surface and a planar coil closest to the i-th magnetic coil are connected in series. Constitute
Each of the coil groups are connected in parallel,
Power transmission coil.
上記態様によると、第1の態様と同様の効果を得ることができる。 According to the above aspect, the same effect as in the first aspect can be obtained.
(11)本開示の第11の態様に係る送電アンテナは、本開示の第10の態様に係る送電コイルと、共振キャパシタとを備えている。 (11) A power transmitting antenna according to an eleventh aspect of the present disclosure includes the power transmitting coil according to the tenth aspect of the present disclosure and a resonance capacitor.
上記態様によると、第1の態様と同様の効果を得ることができる。 According to the above aspect, the same effect as in the first aspect can be obtained.
(12)本開示の第12の態様に係る送電装置は、
受電コイルを備える受電装置に対して非接触で交流電力を送電する送電装置であって、
前記受電装置に対して送電する送電面と、
直流電源から入力された直流電力を交流電力に変換する送電回路と、
前記送電装置の内部の前記送電面側に設けられ、前記送電面に垂直に積層されたM個(Mは3以上の自然数)の平面コイルを含み、前記送電回路から出力された前記交流電力を前記受電コイルに送電する少なくとも1つの送電コイルと、
前記送電装置の内部で前記送電コイルの前記送電面側とは逆側に設けられた磁性体と、を備え、
前記M個の平面コイルは、前記送電面に1番目に近い平面コイルから前記送電面からM番目の平面コイルの中から、前記1からMの順序とは異なる順序で選択された2以上の平面コイルが一組として直列に接続されたコイル群を含む2以上のコイル群を有し、
前記2以上のコイル群の各々は並列に接続される。
(12) A power transmission device according to a twelfth aspect of the present disclosure includes:
A power transmitting device that transmits AC power in a non-contact manner to a power receiving device including a power receiving coil,
A power transmission surface for transmitting power to the power receiving device,
A power transmission circuit that converts DC power input from a DC power supply into AC power,
The power transmission device includes M planar coils (M is a natural number of 3 or more) that are provided on the power transmission surface side inside the power transmission device and that are vertically stacked on the power transmission surface, and the AC power output from the power transmission circuit is included in the power transmission device. At least one power transmission coil for transmitting power to the power reception coil;
A magnetic body provided on the side opposite to the power transmission surface side of the power transmission coil inside the power transmission device,
The M planar coils are two or more planes selected from the planar coil closest to the power transmission surface to the Mth planar coil from the power transmission surface in an order different from the order of 1 to M. The coil has two or more coil groups including a coil group connected in series as one set,
Each of the two or more coil groups is connected in parallel.
上記態様によると、前記送電装置の内部に積層されたM個の平面コイルにおいて、前記送電面に1番目に近い平面コイルから前記送電面からM番目の平面コイルの中から、前記1からMの順序とは異なる順序で選択された2以上の平面コイルが一組として直列に接続されたコイル群を含む2以上のコイル群を有している。 According to the above aspect, in the M planar coils stacked inside the power transmitting device, from the planar coil closest to the power transmitting surface to the M-th planar coil from the power transmitting surface, the 1 to M Two or more planar coils selected in an order different from the order have two or more coil groups including a coil group connected in series as one set.
このことにより、前記コイル群の各々の合成インダクタンス値をできるだけ近い値になるように平均化することができる。並列に接続されたコイル群の間でインピーダンスのバランスが崩れることを抑制されるので、積層された平面コイルに流れる電流による損失を低減させることができる。その結果、不要な発熱を低減させ、伝送効率を向上させることができる。 This makes it possible to average the combined inductance values of the respective coil groups so as to be as close as possible. Since the impedance balance between the coil groups connected in parallel is prevented from being lost, it is possible to reduce the loss due to the current flowing through the stacked planar coils. As a result, unnecessary heat generation can be reduced, and transmission efficiency can be improved.
(13)本開示の第13の態様に係る送電装置は、本開示の第12の態様に係る送電装置において、
前記送電面に1番目に近い平面コイルのインダクタンス値が最も小さく、前記送電面にM番目に近い平面コイルのインダクタンス値が最も大きい。
(13) The power transmitting device according to a thirteenth aspect of the present disclosure is the power transmitting device according to the twelfth aspect of the present disclosure,
The planar coil closest to the power transmitting surface has the smallest inductance value, and the planar coil closest to the M-th transmitting coil has the largest inductance value.
上記態様によると、インダクタンス値の大小の順序とは異なる順序で選択された2以上の平面コイルが一組として直列に接続されたコイル群を構成する。このため、コイル群の各々の合成インダクタンス値をできるだけ近い値になるように平均化することができる。 According to the above aspect, a coil group in which two or more planar coils selected in an order different from the order of magnitude of the inductance value are connected in series as one set. Therefore, the combined inductance values of the coil groups can be averaged so as to be as close as possible.
(14)本開示の第14の態様に係る送電装置は、本開示の第12または13の態様に係る送電装置において、
前記M個の平面コイルが、絶縁基板又は誘電体基板上に導体パターンを巻回した基板をM個積層した多層基板である。
(14) The power transmitting device according to a fourteenth aspect of the present disclosure is the power transmitting device according to the twelfth or thirteenth aspect of the present disclosure,
The M planar coils are a multilayer substrate obtained by laminating M substrates each having a conductor pattern wound on an insulating substrate or a dielectric substrate.
上記態様によると、送電装置の薄型化を図ることができる。 According to the above aspect, the thickness of the power transmission device can be reduced.
(15)本開示の第15の態様に係る送電装置は、本開示の第12から14のいずれか1つの態様に係る送電装置において、
前記少なくとも1つの送電コイルが複数の送電コイルを含む。
(15) The power transmitting device according to a fifteenth aspect of the present disclosure is the power transmitting device according to any one of the twelfth to fourteenth aspects of the present disclosure,
The at least one power transmission coil includes a plurality of power transmission coils.
上記態様によると、複数の送電コイルを送電面に平行な方向に配列した場合に、送電可能なエリアを広げることができる。 According to the above aspect, when a plurality of power transmission coils are arranged in a direction parallel to the power transmission surface, the area in which power can be transmitted can be increased.
(16)本開示の第16の態様に係る送電装置は、本開示の第12から15のいずれか1つの態様に係る送電装置において、
前記送電コイルが、前記M個の平面コイルと直列に接続された第3の追加の平面コイル、または、前記M個の平面コイルと並列に接続された第4の追加の平面コイルを含む。
(16) The power transmitting device according to a sixteenth aspect of the present disclosure is the power transmitting device according to any one of the twelfth to fifteenth aspects of the present disclosure,
The power transmission coil includes a third additional planar coil connected in series with the M planar coils, or a fourth additional planar coil connected in parallel with the M planar coils.
上記態様によると、回路設計上、インダクタンスを微調整する必要がある場合などに、容易にインダクタンスを調整できる。 According to the above aspect, when it is necessary to finely adjust the inductance in circuit design, the inductance can be easily adjusted.
(17)本開示の第17の態様に係る車両は、本開示の第12から16のいずれか1つの態様に係る送電装置を搭載した車両である。 (17) A vehicle according to a seventeenth aspect of the present disclosure is a vehicle equipped with the power transmission device according to any one of the twelfth to sixteenth aspects of the present disclosure.
上記態様によると、車両内で電子機器への充電を高い電力伝送効率で行うことができる。 According to the above aspect, the electronic device can be charged in the vehicle with high power transmission efficiency.
(18)本開示の第18の態様に係る無線電力伝送システムは、本開示の第12から16のいずれか1つの態様に係る送電装置と、前記受電装置とを備えている。 (18) A wireless power transmission system according to an eighteenth aspect of the present disclosure includes the power transmitting device according to any one of the twelfth to sixteenth aspects of the present disclosure, and the power receiving device.
上記態様によると、電力伝送効率の高い薄型の送電装置を備える無線電力伝送システムを実現できる。そのような無線電力伝送システムは、例えば、医療用ロボットまたは搬送用ロボットのシステムであり得る。 According to the above aspect, a wireless power transmission system including a thin power transmission device with high power transmission efficiency can be realized. Such a wireless power transmission system can be, for example, a medical robot or a transport robot system.
(19)本開示の第19の態様に係る送電コイルは、
受電コイルを備える受電装置に対して非接触で交流電力を送電する送電装置に用いられる送電コイルであって、
前記送電装置には、
前記受電装置に対して送電する送電面と、
直流電源から入力された直流電力を交流電力に変換する送電回路と、
前記送電回路から出力された前記交流電力を前記受電コイルに送電する少なくとも1つの送電コイルと、
前記送電装置の内部で前記送電コイルの前記送電面側とは逆側に設けられた磁性体と、が備えられ、
前記送電コイルは、
前記送電装置の内部の前記送電面側に設けられ、前記送電面に垂直に積層されたM個(Mは3以上の自然数)の平面コイルを含み、
前記M個の平面コイルは、前記送電面に1番目に近い平面コイルから前記送電面からM番目の平面コイルの中から、前記1からMの順序とは異なる順序で選択された2以上の平面コイルが一組として直列に接続されたコイル群を含む2以上のコイル群を有し、
前記2以上のコイル群の各々は並列に接続される、
送電コイル。
(19) The power transmission coil according to a nineteenth aspect of the present disclosure includes:
A power transmission coil used for a power transmission device that transmits AC power in a non-contact manner to a power reception device including a power reception coil,
In the power transmission device,
A power transmission surface for transmitting power to the power receiving device,
A power transmission circuit that converts DC power input from a DC power supply into AC power,
At least one power transmission coil for transmitting the AC power output from the power transmission circuit to the power reception coil,
A magnetic body provided on the side opposite to the power transmission surface side of the power transmission coil inside the power transmission device,
The power transmission coil,
M (M is a natural number of 3 or more) planar coils provided on the power transmission surface side inside the power transmission device and vertically stacked on the power transmission surface,
The M planar coils are two or more planes selected from the planar coil closest to the power transmission surface to the Mth planar coil from the power transmission surface in an order different from the order of 1 to M. The coil has two or more coil groups including a coil group connected in series as one set,
Each of the two or more coil groups is connected in parallel,
Power transmission coil.
上記態様によると、第12の態様と同様の効果を得ることができる。 According to the above aspect, the same effect as in the twelfth aspect can be obtained.
(20)本開示の第20の態様に係る送電アンテナは、本開示の第19の態様に係る送電コイルと、共振キャパシタとを備える。 (20) A power transmitting antenna according to a twentieth aspect of the present disclosure includes the power transmitting coil according to the nineteenth aspect of the present disclosure and a resonance capacitor.
上記態様によると、第12の態様と同様の効果を得ることができる。 According to the above aspect, the same effect as in the twelfth aspect can be obtained.
(21)本開示の第21の態様に係る受電装置は、
送電コイルを備える送電装置から非接触で交流電力を受電する受電装置であって、
前記送電装置から受電する受電面と、
前記受電した交流電力を直流電力に変換する受電回路と、
前記受電装置の内部の前記受電面側に設けられ、前記受電面に垂直に積層された2N個(Nは2以上の自然数)の平面コイルを含み、前記受電面から入力された前記交流電力を前記受電回路に出力する少なくとも1つの受電コイルと、
前記受電装置の内部で前記受電コイルの前記受電面側とは逆側に設けられた磁性体と、を備え、
前記2N個の平面コイルは、
i=1〜Nとした場合に、前記2N個の平面コイルの中で、前記受電面にi番目に近い平面コイルと、前記磁性体にi番目に近い平面コイルとを直列に接続したコイル群を構成し、
前記コイル群の各々は並列に接続される、
受電装置。
(21) The power receiving device according to a twenty-first aspect of the present disclosure includes:
A power receiving device that receives AC power from a power transmitting device including a power transmitting coil in a non-contact manner,
A power receiving surface for receiving power from the power transmitting device,
A power receiving circuit that converts the received AC power to DC power,
The power receiving apparatus includes 2N (N is a natural number of 2 or more) planar coils that are provided on the power receiving surface side of the power receiving device and that are vertically stacked on the power receiving surface, and that the AC power input from the power receiving surface is included in the power receiving device. At least one power receiving coil that outputs to the power receiving circuit;
A magnetic body provided on the opposite side to the power receiving surface side of the power receiving coil inside the power receiving device,
The 2N planar coils are:
When i = 1 to N, a coil group in which, of the 2N planar coils, a planar coil closest to the i-th power receiving surface and a planar coil closest to the i-th magnetic coil are connected in series. Constitute
Each of the coil groups are connected in parallel,
Power receiving device.
上記態様によると、第1の態様と同様の効果を有する受電装置を実現できる。 According to the above aspect, a power receiving device having the same effect as that of the first aspect can be realized.
(22)本開示の第22の態様に係る受電コイルは、
送電コイルを備える送電装置から非接触で交流電力を受電する受電装置に用いられる受電コイルであって、
前記受電装置には、
前記送電装置から受電する受電面と、
前記受電した交流電力を直流電力に変換する受電回路と、
前記受電装置の内部の前記受電面側に設けられ、前記受電面に垂直に積層された2N個(Nは2以上の自然数)の平面コイルを含み、前記受電面から入力された前記交流電力を前記受電回路に出力する少なくとも1つの受電コイルと、
前記受電装置の内部で前記受電コイルの前記受電面側とは逆側に設けられた磁性体と、が備えられ、
前記受電コイルは、
前記2N個の平面コイルは、
i=1〜Nとした場合に、前記2N個の平面コイルの中で、前記受電面にi番目に近い平面コイルと、前記磁性体にi番目に近い平面コイルとを直列に接続したコイル群を構成し、
前記コイル群の各々は並列に接続される、
受電コイル。
(22) The power receiving coil according to a twenty-second aspect of the present disclosure,
A power receiving coil used for a power receiving device that receives AC power in a non-contact manner from a power transmitting device including a power transmitting coil,
In the power receiving device,
A power receiving surface for receiving power from the power transmitting device,
A power receiving circuit that converts the received AC power to DC power,
The power receiving apparatus includes 2N (N is a natural number of 2 or more) planar coils that are provided on the power receiving surface side of the power receiving device and that are vertically stacked on the power receiving surface, and that the AC power input from the power receiving surface is included in the power receiving device. At least one power receiving coil that outputs to the power receiving circuit;
A magnetic body provided on the opposite side to the power receiving surface side of the power receiving coil inside the power receiving device,
The receiving coil,
The 2N planar coils are:
When i = 1 to N, a coil group in which, of the 2N planar coils, a planar coil closest to the i-th power receiving surface and a planar coil closest to the i-th magnetic coil are connected in series. Constitute
Each of the coil groups are connected in parallel,
Receiving coil.
上記態様によると、第21の態様と同様の効果を得ることができる。 According to the above aspect, the same effect as in the twenty-first aspect can be obtained.
(23)本開示の第23の態様に係る受電アンテナは、本開示の第22の態様に係る受電コイルと、共振キャパシタとを備える。 (23) A power receiving antenna according to a twenty-third aspect of the present disclosure includes the power receiving coil according to the twenty-second aspect of the present disclosure, and a resonance capacitor.
上記態様によると、第21の態様と同様の効果を得ることができる。 According to the above aspect, the same effect as in the twenty-first aspect can be obtained.
(24)本開示の第24の態様に係る受電装置は、
送電コイルを備える送電装置から非接触で交流電力を受電する受電装置であって、
前記送電装置から受電する受電面と、
前記受電した交流電力を直流電力に変換する受電回路と、
前記受電装置の内部の前記受電面側に設けられ、前記受電面に垂直に積層されたM個(Mは3以上の自然数)の平面コイルを含み、前記受電面から出力された前記交流電力を前記受電回路に出力する少なくとも1つの受電コイルと、
前記受電装置の内部で前記受電コイルの前記受電面側とは逆側に設けられた磁性体と、を備え、
前記M個の平面コイルは、前記受電面に1番目に近い平面コイルから前記受電面からM番目の平面コイルの中から、前記1からMの順序とは異なる順序で選択された2以上の平面コイルが一組として直列に接続されたコイル群を含む2以上のコイル群を有し、
前記2以上のコイル群の各々は並列に接続される。
(24) The power receiving device according to a twenty-fourth aspect of the present disclosure includes:
A power receiving device that receives AC power from a power transmitting device including a power transmitting coil in a non-contact manner,
A power receiving surface for receiving power from the power transmitting device,
A power receiving circuit that converts the received AC power to DC power,
The power receiving device includes M planar coils (M is a natural number of 3 or more) that are provided on the power receiving surface side of the power receiving device and that are vertically stacked on the power receiving surface, and the AC power output from the power receiving surface is included in the power receiving device. At least one power receiving coil that outputs to the power receiving circuit;
A magnetic body provided on the opposite side to the power receiving surface side of the power receiving coil inside the power receiving device,
The M planar coils are two or more planes selected from the planar coil closest to the power receiving surface to the M-th planar coil from the power receiving surface in an order different from the order from 1 to M. The coil has two or more coil groups including a coil group connected in series as one set,
Each of the two or more coil groups is connected in parallel.
上記態様によると、第12の態様と同様の効果を有する受電装置を実現できる。 According to the above aspect, a power receiving device having the same effects as the twelfth aspect can be realized.
(25)本開示の第25の態様に係る受電コイルは、
送電コイルを備える送電装置から非接触で交流電力を受電する受電装置に用いられる受電コイルであって、
前記受電装置には、
前記送電装置から受電する受電面と、
前記受電した交流電力を直流電力に変換する受電回路と、
前記受電装置の内部の前記受電面側に設けられ、前記受電面に垂直に積層されたM個(Mは3以上の自然数)の平面コイルを含み、前記受電面から出力された前記交流電力を前記受電回路に出力する少なくとも1つの受電コイルと、
前記受電装置の内部で前記受電コイルの前記受電面側とは逆側に設けられた磁性体と、が備えられ、
前記M個の平面コイルは、
前記受電面に1番目に近い平面コイルから前記受電面からM番目の平面コイルの中から、前記1からMの順序とは異なる順序で選択された2以上の平面コイルが一組として直列に接続されたコイル群を含む2以上のコイル群を有し、
前記2以上のコイル群の各々は並列に接続される。
(25) The power receiving coil according to the twenty-fifth aspect of the present disclosure,
A power receiving coil used for a power receiving device that receives AC power in a non-contact manner from a power transmitting device including a power transmitting coil,
In the power receiving device,
A power receiving surface for receiving power from the power transmitting device,
A power receiving circuit that converts the received AC power to DC power,
The power receiving device includes M planar coils (M is a natural number of 3 or more) that are provided on the power receiving surface side of the power receiving device and that are vertically stacked on the power receiving surface, and the AC power output from the power receiving surface is included in the power receiving device. At least one power receiving coil that outputs to the power receiving circuit;
A magnetic body provided on the opposite side to the power receiving surface side of the power receiving coil inside the power receiving device,
The M planar coils are:
From the planar coil closest to the power receiving surface to the M-th planar coil from the power receiving surface, two or more planar coils selected in a different order from the order of 1 to M are connected in series as a set. Having two or more coil groups including the coil group
Each of the two or more coil groups is connected in parallel.
上記態様によると、第24の態様と同様の効果を得ることができる。 According to the above aspect, the same effect as in the twenty-fourth aspect can be obtained.
(26)本開示の第26の態様に係る受電アンテナは、本開示の第25の態様に係る受電コイルと、共振キャパシタとを備える。 (26) A power receiving antenna according to a twenty-sixth aspect of the present disclosure includes the power receiving coil according to the twenty-fifth aspect of the present disclosure, and a resonance capacitor.
上記態様によると、第24の態様と同様の効果を得ることができる。 According to the above aspect, the same effect as in the twenty-fourth aspect can be obtained.
本開示の送電装置および無線電力伝送システムは、例えば、電気自動車、AV機器、電池、医療機器などへの充電あるいは給電を行う用途に広く適用可能である。 The power transmission device and the wireless power transmission system of the present disclosure are widely applicable to, for example, charging or power supply to an electric vehicle, an AV device, a battery, a medical device, and the like.
100 送電装置
110 送電アンテナ
112 送電コイル
114 共振キャパシタ
120 磁性体
130 送電面
140 送電回路
150 制御回路
160 銅パターン
170 ガラスエポキシ樹脂
180 端子
190 スイッチ
200 受電装置
210 受電アンテナ
212 受電コイル
214a、214b 共振キャパシタ
220 受電回路
230 二次電池
240 駆動用電気モータ
250 磁性体
260 受電面
270 車輪
300 DC電源
400 コンソールボックス
500 病院用ロボット
600 車両
REFERENCE SIGNS
Claims (8)
前記受電装置に対して送電する送電面と、
直流電源から入力された直流電力を交流電力に変換する送電回路と、
前記送電装置の内部の前記送電面側に設けられ、前記送電面に垂直に積層された、材料、巻数、およびサイズが同一のM個(Mは6以上の偶数)の平面コイルを含み、前記送電回路から出力された前記交流電力を前記受電コイルに送電する少なくとも1つの送電コイルと、
前記送電装置の内部で前記送電コイルの前記送電面側とは逆側に設けられた磁性体と、を備え、
前記M個の平面コイルは、2以上のコイル群を含み、各コイル群は、一組として直列に接続された2以上の平面コイルを含み、前記2以上のコイル群の少なくとも1つにおいて、前記送電面に1番目に近い平面コイルから前記送電面からM番目の平面コイルの中から、前記1からMの順序とは異なる順序で選択された2以上の平面コイルが一組として直列に接続されており、
前記送電面に1番目に近い平面コイルのインダクタンス値は最も小さく、前記送電面にM番目に近い平面コイルのインダクタンス値は最も大きく、
前記送電面に1番目に近い平面コイルと、前記送電面にM番目に近い平面コイルとが、前記2以上のコイル群のうちの1つの同一のコイル群に属し、
前記2以上のコイル群の各々は並列に接続される、
送電装置。 A power transmitting device that transmits AC power in a non-contact manner to a power receiving device including a power receiving coil,
A power transmission surface for transmitting power to the power receiving device,
A power transmission circuit that converts DC power input from a DC power supply into AC power,
M (M is an even number equal to or greater than 6) planar coils provided on the power transmission surface side inside the power transmission device and vertically stacked on the power transmission surface and having the same material, number of turns, and size, At least one power transmission coil for transmitting the AC power output from the power transmission circuit to the power reception coil,
A magnetic body provided on the side opposite to the power transmission surface side of the power transmission coil inside the power transmission device,
The M planar coils include two or more coil groups, each coil group includes two or more planar coils connected in series as one set, and in at least one of the two or more coil groups, From the planar coil closest to the power transmission surface to the M-th planar coil from the power transmission surface, two or more planar coils selected in an order different from the order from 1 to M are connected in series as a set. And
The planar coil closest to the power transmission surface has the smallest inductance value, the planar coil closest to the Mth power transmission surface has the largest inductance value,
The planar coil closest to the power transmission surface and the planar coil closest to the Mth power transmission surface belong to one and the same coil group among the two or more coil groups,
Each of the two or more coil groups is connected in parallel,
Power transmission equipment.
請求項1に記載の送電装置。 The M planar coils are a multilayer substrate obtained by laminating M substrates each having a conductive pattern wound on an insulating substrate or a dielectric substrate.
The power transmission device according to claim 1 .
請求項1または2に記載の送電装置。 The at least one power transmission coil includes a plurality of power transmission coils;
Transmitting device according to claim 1 or 2.
、または、前記M個の平面コイルと並列に接続された第4の追加の平面コイルを含む、
請求項1から3のいずれか1項に記載の送電装置。 The power transmission coil includes a third additional planar coil connected in series with the M planar coils, or a fourth additional planar coil connected in parallel with the M planar coils.
Power transmission device according to any one of claims 1 to 3.
無線電力伝送システム。 A power transmission device according to any one of claims 1 to 4 , and the power reception device,
Wireless power transmission system.
前記送電装置には、
前記受電装置に対して送電する送電面と、
直流電源から入力された直流電力を交流電力に変換する送電回路と、
前記送電回路から出力された前記交流電力を前記受電コイルに送電する少なくとも1つの送電コイルと、
前記送電装置の内部で前記送電コイルの前記送電面側とは逆側に設けられた磁性体と、が備えられ、
前記送電コイルは、
前記送電装置の内部の前記送電面側に設けられ、前記送電面に垂直に積層された、材料、巻数、およびサイズが同一のM個(Mは6以上の偶数)の平面コイルを含み、
前記M個の平面コイルは、2以上のコイル群を含み、各コイル群は、一組として直列に接続された2以上の平面コイルを含み、前記2以上のコイル群の少なくとも1つにおいて、前記送電面に1番目に近い平面コイルから前記送電面からM番目の平面コイルの中から、前記1からMの順序とは異なる順序で選択された2以上の平面コイルが一組として直列に接続されており、
前記送電面に1番目に近い平面コイルのインダクタンス値は最も小さく、前記送電面にM番目に近い平面コイルのインダクタンス値は最も大きく、
前記送電面に1番目に近い平面コイルと、前記送電面にM番目に近い平面コイルとが、前記2以上のコイル群のうちの1つの同一のコイル群に属し、
前記2以上のコイル群の各々は並列に接続される、
送電コイル。 A power transmission coil used for a power transmission device that transmits AC power in a non-contact manner to a power reception device including a power reception coil,
In the power transmission device,
A power transmission surface for transmitting power to the power receiving device,
A power transmission circuit that converts DC power input from a DC power supply into AC power,
At least one power transmission coil for transmitting the AC power output from the power transmission circuit to the power reception coil,
A magnetic body provided on the side opposite to the power transmission surface side of the power transmission coil inside the power transmission device,
The power transmission coil,
M (M is an even number equal to or greater than 6) planar coils provided on the power transmission surface side inside the power transmission device and vertically stacked on the power transmission surface and having the same material, number of turns, and size,
The M planar coils include two or more coil groups, each coil group includes two or more planar coils connected in series as one set, and in at least one of the two or more coil groups, From the planar coil closest to the power transmission surface to the M-th planar coil from the power transmission surface, two or more planar coils selected in an order different from the order from 1 to M are connected in series as a set. And
The planar coil closest to the power transmission surface has the smallest inductance value, the planar coil closest to the Mth power transmission surface has the largest inductance value,
The planar coil closest to the power transmission surface and the planar coil closest to the Mth power transmission surface belong to one and the same coil group among the two or more coil groups,
Each of the two or more coil groups is connected in parallel,
Power transmission coil.
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