JP7477841B2 - Non-contact power supply structure - Google Patents
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Description
本開示は、例えば、二次電池を備えた機器等に２つの受電コイルを設け、この２つの受電コイルを、送電側の回路に設けられた２つの送電コイルで挟み込むように配置し、各送受電コイル間で電力を伝送する非接触給電構造に関する。 This disclosure relates to a non-contact power supply structure in which, for example, two receiving coils are provided in a device equipped with a secondary battery, and these two receiving coils are arranged so as to be sandwiched between two transmitting coils provided in a circuit on the power transmitting side, and power is transmitted between each of the transmitting and receiving coils.
電力を用いて動作する機器に二次電池を備え、充電器等を直接接触（接続）させることなく、非接触状態で二次電池に充電電力を供給する技術がある。
非接触状態で電力を伝送する場合には、上記の機器等である給電対象に設置された受電コイル等と、充電機器等に設置された送電コイル等とを対向配置して近接させ、電磁誘導などを用いて電力を伝送する。
非接触状態において電力の伝送効率を高めるため、例えば、二次電池等の負荷を有する給電対象側（受電側の回路）に２つの受電コイルを備え、また、各受電コイルに対向配置される２つの送電コイルを充電器等の電力供給側（送電側の回路）に備え、２対の送受電コイルを用いることが考えられる。
2. Description of the Related Art There is a technology in which a secondary battery is provided in a device that operates using electric power, and charging power is supplied to the secondary battery in a non-contact state without direct contact (connection) with a charger or the like.
When transmitting power in a non-contact manner, a receiving coil or the like installed in the power supply target, which is the above-mentioned device, and a transmitting coil or the like installed in a charging device, etc. are arranged opposite and close to each other, and power is transmitted using electromagnetic induction or the like.
In order to improve the efficiency of power transmission in a non-contact state, it is possible to use two pairs of transmitting and receiving coils, for example, by providing two receiving coils on the power supply target side (power receiving circuit) having a load such as a secondary battery, and two transmitting coils arranged opposite each receiving coil on the power supply side (power transmitting circuit) of a charger, etc.
２対の送受信コイルを用いて非接触給電を行う技術（非接触給電構造）として、例えば、次のようなものがある。バッテリ（二次電池）を備えた電動自転車の前輪に、一の受電コイルと他の受電コイルとを設ける。また、一の受電コイルと対向配置される一の送電コイルと、他の受電コイルと対向配置される他の送電コイルとを、電力供給側となる駐輪施設の支持部材に設ける。
この非接触給電構造は、駐輪施設に設けられた一の送電コイルと他の送電コイルとの間に、電動自転車の前輪を挟み込むように駐輪し、挟み込まれた前輪に設けられた一の受電コイルおよび他の受電コイルに対して非接触給電を行うように構成されている（例えば、特許文献１参照）。
As an example of a technology (contactless power supply structure) for contactless power supply using two pairs of transmitting and receiving coils, there is the following: One power receiving coil and another power receiving coil are provided on the front wheel of an electric bicycle equipped with a battery (secondary battery). Also, one power transmitting coil arranged opposite the one power receiving coil, and another power transmitting coil arranged opposite the other power receiving coil are provided on a support member of a bicycle parking facility that serves as the power supply side.
This non-contact power supply structure is configured so that the front wheel of an electric bicycle is sandwiched between one power transmission coil and another power transmission coil provided in a bicycle parking facility, and power is supplied non-contact to one power receiving coil and another power receiving coil provided on the sandwiched front wheel (see, for example, Patent Document 1).
非接触によって伝送される電力量を大きくするため、例えば、２対の送受電コイル（４つの送受電コイル）を備えた場合、各対の送受電コイル間に生じるそれぞれの磁界が互いに影響し合って、送受電コイルから離れた位置において磁界（不要磁界）が強め合う場所が生じる。
４つの送受電コイルを備えて非接触給電を行う場合、上記のように不要磁界が強め合う場所が生じるため、伝送電力の高出力化を図ると、周囲に存在する人体や機器などに影響が及ぶおそれがあり、電波法の準拠、および、人体等の安全性を確保することが必要になる。
For example, if two pairs of transmitting and receiving coils (four transmitting and receiving coils) are provided in order to increase the amount of power transmitted non-contact, the magnetic fields generated between each pair of transmitting and receiving coils will influence each other, resulting in locations where the magnetic fields (unwanted magnetic fields) reinforce each other at positions away from the transmitting and receiving coils.
When using four transmitting and receiving coils for contactless power supply, there will be places where unwanted magnetic fields reinforce each other, as described above. Therefore, if the transmitted power output is increased, there is a risk that it will affect human bodies and equipment in the vicinity. Therefore, it is necessary to comply with the Radio Law and ensure the safety of human bodies, etc.
本開示は、上記の問題点を解決するために行われたもので、非接触状態で電力を伝送するとき、不要な磁界を減衰させて周囲にいる人体や機器などに与える影響を抑制することができる非接触電力構造を提供する。 This disclosure has been made to solve the above problems, and provides a non-contact power structure that can attenuate unnecessary magnetic fields and suppress the effects on surrounding human bodies, equipment, etc. when transmitting power in a non-contact state.
本開示に係る非接触給電構造は、送電回路に含まれる第１送電コイルと、前記送電回路に含まれ、前記第１送電コイルから所定間隔を開けて離間される第２送電コイルと、受電回路に含まれる第１受電コイルおよび第２受電コイルと、を備え、前記第１送電コイルと前記第２送電コイルとの間に、前記第１受電コイルおよび前記第２受電コイルを内挿配置させ、前記第１送電コイルおよび前記第１受電コイルは、前記第１送電コイルから前記第１受電コイルへ電力が伝送されるように離間して対向配置され、前記第２送電コイルおよび前記第２受電コイルは、前記第２送電コイルから前記第２受電コイルへ電力が伝送されるように離間して対向配置され、前記第１送電コイルおよび前記第２送電コイルは、前記第１送電コイルから前記第１受電コイルへ電力が伝送されるときに生じる第１の磁界の漏えいする磁力線と、前記第２送電コイルから前記第２受電コイルへ電力が伝送されるときに生じる第２の磁界の漏えいする磁力線と、が打ち消し合うように前記送電回路に備える電源に接続されることを特徴とする。 The non-contact power supply structure according to the present disclosure comprises a first power transmission coil included in a power transmission circuit, a second power transmission coil included in the power transmission circuit and spaced a predetermined distance from the first power transmission coil, and a first power receiving coil and a second power receiving coil included in a power receiving circuit, the first power receiving coil and the second power receiving coil being inserted between the first power transmission coil and the second power transmission coil, and the first power transmission coil and the first power receiving coil being arranged opposite each other at a distance so that power is transmitted from the first power transmission coil to the first power receiving coil, The second power transmitting coil and the second power receiving coil are disposed facing each other at a distance so that power is transmitted from the second power transmitting coil to the second power receiving coil, and the first power transmitting coil and the second power transmitting coil are connected to a power supply provided in the power transmitting circuit so that the magnetic field lines leaking from the first magnetic field generated when power is transmitted from the first power transmitting coil to the first power receiving coil and the magnetic field lines leaking from the second magnetic field generated when power is transmitted from the second power transmitting coil to the second power receiving coil cancel each other out.
また、前記第１送電コイル、第１受電コイル、第２受電コイルおよび第２送電コイルは、各コイル中心が同一軸線に沿うように配置されていることを特徴とする。 The first power transmitting coil, the first power receiving coil, the second power receiving coil and the second power transmitting coil are also characterized in that the coil centers are arranged along the same axis.
また、前記第１送電コイルは、前記第１の磁界の漏えいする磁力線が、前記第２の磁界の漏洩する磁力線を打ち消す強さとなるように、該第１送電コイルの構造に応じた電流を前記電源から供給され、前記第２送電コイルは、前記第２の磁界の漏えいする磁力線が、前記第１の磁界の漏えいする磁力線を打ち消す強さとなるように、該第２送電コイルの構造に応じた電流を前記電源から供給されることを特徴とする。 The first power transmission coil is supplied with a current from the power source according to the structure of the first power transmission coil so that the leaking magnetic field lines of the first magnetic field are strong enough to cancel out the leaking magnetic field lines of the second magnetic field, and the second power transmission coil is supplied with a current from the power source according to the structure of the second power transmission coil so that the leaking magnetic field lines of the second magnetic field are strong enough to cancel out the leaking magnetic field lines of the first magnetic field.
本開示によれば、非接触によって電力を伝送する際に、不要な磁界を減衰させて周囲に与える影響を抑制することができる。 According to the present disclosure, when transmitting power contactlessly, it is possible to attenuate unnecessary magnetic fields and reduce the impact on the surrounding area.
以下、この発明の実施の一形態を説明する。
図１は、本開示の発明による実施の形態の非接触給電構造を備えた非接触給電回路１の概略構成を示す説明図である。
非接触給電回路１は、電源１４から供給される電力を、受電回路３側へ送電する第１送電コイル１０および第２送電コイル１３を備えた送電回路２と、送電回路２から送電された電力を受電する第１受電コイル１１および第２受電コイル１２を備えて負荷１５に給電する受電回路３とを有している。
An embodiment of the present invention will now be described.
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a contactless
The non-contact
送電回路２は、第１送電コイル１０と第２送電コイル１３とを、受電回路３、もしくは第１受電コイル１１および第２受電コイル１２を挟み込むことができるように離間して配置し、電源１４から第１送電コイル１０および第２送電コイル１３へ電力が供給されるように回路構成されている。
受電回路３は、第１送電コイル１０と第２送電コイル１３との間に挟み込まれるように配置された第１受電コイル１１および第２受電コイル１２を有し、第１受電コイル１１および第２受電コイル１２に伝送された電力が負荷１５へ給電されるように回路構成されている。
上記の各送受電コイルは、第１送電コイル１０が第１受電コイル１１と対向し、第２送電コイル１３が第２受電コイル１２と対向して、それぞれ対を形成するように配置されている。
The
The
The above-mentioned power transmitting and receiving coils are arranged so that the first
また、非接触給電回路１は、第１送電コイル１０と第２送電コイル１３との間に、第１受電コイル１１および第２受電コイル１２が挟み込まれたとき、第１送電コイル１０、第１受電コイル１１、第２受電コイル１２、第２送電コイル１３の各コイル中心孔が同一軸線（後述するｚ軸）に沿うように、換言すると、各コイル中心孔が同一の軸線上に配置されるように（ｚ軸が各コイル中心孔を貫通するように）、好ましくは、各コイルの中心軸が同一軸線に重なるように構成されている。
なお、負荷１５は、例えば、充電可能な二次電池などである。
In addition, the non-contact
The
次に動作について説明する。
図２は、４つの送受電コイルが発生させる磁界の向きの組み合わせを示す説明図である。図中、タイプＡ～Ｄのように配置された４つのコイルは、両端に配置された各コイルが第１送電コイル１０ならびに第２送電コイル１３に相当し、中央に配置された２つのコイルが第１受電コイル１１ならびに第２受電コイル１２に相当する。図２に示した各矢印は、各コイルに発生する磁界の向きを示している。
Next, the operation will be described.
Fig. 2 is an explanatory diagram showing combinations of the directions of magnetic fields generated by four power transmitting and receiving coils. In the figure, of the four coils arranged as types A to D, the coils arranged at both ends correspond to the first
第１送電コイル１０と第２送電コイル１３との間に、第１受電コイル１１および第２受電コイル１２を挟み込むように（挟み込み型に）配置する場合、図２に示したように４つの磁界配置モード（タイプＡ～Ｄの送受電コイルの配置）が考えられる。
タイプＢは、例えば、第１送電コイル１０が発生する磁界の向きと第２送電コイル１３が発生する磁界の向きが同相となり、第１受電コイル１１に発生する磁界の向きと第２受電コイル１２に発生する磁界の向きが逆相となるように、各送受電コイルが配置構成されている。このように各送受電コイルを配置すると、受電回路３に電力が伝送されない。
タイプＣは、例えば、第１送電コイル１０が発生する磁界の向きと第２送電コイル１３が発生する磁界の向きとが逆相で、第１受電コイル１１に発生する磁界の向きと第２受電コイル１２に発生する磁界の向きとが同相となるように、各送受電コイルが配置構成されている。このように各送受電コイルを配置すると、受電回路３に電力が伝送されない。
When the first receiving
In type B, for example, the power transmitting and receiving coils are arranged so that the direction of the magnetic field generated by the first
In Type C, for example, the power transmitting and receiving coils are arranged so that the direction of the magnetic field generated by the first
非接触給電回路１は、送電回路２から受電回路３へ電力を伝送するため、第１送電コイル１０、第１受電コイル１１、第２受電コイル１２、第２送電コイル１３を、タイプＡまたはタイプＤのように（磁界配位を設定して）配置させることが必須になる。
以下、タイプＡのように配置された第１送電コイル１０、第１受電コイル１１、第２受電コイル１２、第２送電コイル１３をタイプＡの送受電コイルと記載し、タイプＤのように配置された第１送電コイル１０、第１受電コイル１１、第２受電コイル１２、第２送電コイル１３をタイプＤの送受電コイルと記載する。
In order for the contactless
Hereinafter, the first
図３は、１対の送電コイル２０および受電コイル２１が発生させる磁力線１００を示す説明図である。以下、図３のように１対の送電コイル２０および受電コイル２１を対向させた送受電コイルを、従来型の送受電コイルと記載する。
図３の送電コイル２０および受電コイル２１は、各コイル（コイル中心）に生じる磁界の向きが、図中、ｚ軸方向に沿って生じるように配置構成（同相の磁界が生じるように構成）されている。
ここで例示する従来型の送受電コイルは、図中、ｚ軸の上側（ｙ軸方向の上側）において左回りの磁力線１００が生じる。
なお、図３、および、後述する図４、図５に図示したｚ軸は、各コイルの中心を貫通する中心軸であり、ｙ軸は、各コイルの径方向を示す。
図３～図５に示した各コイルの周囲に、実際に生じる磁界（磁力線）は、図示した環状の各磁力線の一部が各コイルの中心を貫通し、各コイルが配置された空間において、ｚ軸を中心に環状の磁力線を回転させたように生じる。
Fig. 3 is an explanatory diagram showing
The
In the conventional power transmitting and receiving coil illustrated here, counterclockwise
In addition, the z-axis shown in FIG. 3 and in FIGS. 4 and 5 described below is a central axis passing through the center of each coil, and the y-axis indicates the radial direction of each coil.
The magnetic field (magnetic lines of force) that is actually generated around each coil shown in Figures 3 to 5 is generated as if a portion of each of the illustrated circular magnetic lines of force passes through the center of each coil, and the circular magnetic lines of force are rotated around the z-axis in the space in which each coil is located.
図４は、図２のタイプＡの送受電コイルが発生させる磁力線を示す説明図である。タイプＡのように、各送受電コイルに同相の磁界が生じる構成では、電力を伝送させる際に、例えば、図中、ｚ軸の上側において、第１送電コイル１０と第１受電コイル１１との間に、左回りの磁力線１０１が生じる。また、第２受電コイル１２と第２送電コイル１３との間に、左回りの磁力線１０２が生じる。
なお、磁力線１０１は、第１送電コイル１０および第１受電コイル１１の近傍の磁力線（以下、各コイルの近傍に生じる磁力線をアンテナ近傍の磁力線と記載する）であり、磁力線１０２は、第２受電コイル１２および第２送電コイル１３のアンテナ近傍の磁力線である。
Fig. 4 is an explanatory diagram showing magnetic field lines generated by the power transmitting and receiving coils of Type A in Fig. 2. In a configuration in which the power transmitting and receiving coils generate magnetic fields of the same phase as in Type A, when transmitting power, for example, counterclockwise
Note that
上記のように、電力を伝送させる際に、各送受電コイル間に生じる磁力線は、それぞれのコイルから離れた位置においても存在する。第１送電コイル１０と第１受電コイル１１との間に生じる磁力線は、当該第１送電コイル１０および第１受電コイル１１から離れた位置においては磁力線１０３のように存在する。
第１送電コイル１０から第１受電コイル１１へ電力を伝送することによって生じる磁力線１０３は、例えば、第２受電コイル１２、第２送電コイル１３の設置位置（その周囲）に至る。磁力線１０３は、第１送電コイル１０から第１受電コイル１１へ伝送する電力を強くすると、さらに第２受電コイル１２、第２送電コイル１３を超えて存在する。
磁力線１０１および磁力線１０３は、第１送電コイル１０から第１受電コイル１１へ電力を伝送する際に生じることから、同一方向へ作用し、例えば、図４に示したように、ｚ軸の上側において左回りに生じる。
As described above, when transmitting power, magnetic field lines generated between the power transmitting and receiving coils exist even at positions away from the respective coils. Magnetic field lines generated between the first
Since
また、第２受電コイル１２と第２送電コイル１３との間に生じる磁力線は、当該第２受電コイル１２および第２送電コイル１３から離れた位置においては、磁力線１０４のように存在する。
第２送電コイル１３から第２受電コイル１２へ電力を伝送することによって生じる磁力線１０４は、例えば、第１受電コイル１１、第１送電コイル１０の設置位置（その周囲）に至る。磁力線１０４は、第２送電コイル１３から第２受電コイル１２へ伝送する電力を強くすると、さらに第１受電コイル１１、第１送電コイル１０を超えて存在する。
磁力線１０２および磁力線１０４は、第２送電コイル１３から第２受電コイル１２へ電力を伝送する際に生じることから、同一方向へ作用し、例えば、図４に示したように、ｚ軸の上側において左回りに生じる。
即ち、磁力線１０３と磁力線１０４とは、同一方向に作用する磁力線であり、磁力を強め合うことになる。
Furthermore, the magnetic field lines generated between the second
Since the
That is, the
図５は、図２のタイプＤの送受電コイルが発生させる磁力線を示す説明図である。タイプＤのように各コイルを配置すると、一の対を形成する第１送電コイル１０および第１受電コイル１１において電力を伝送するときに第１の磁界が生じ、他の対を形成する第２送電コイル１３および第２受電コイル１２において電力を伝送するときに、第１の磁界に対して逆相の第２の磁界が生じる。
詳しくは、タイプＤの送受電コイルは、電力を伝送させる際に、例えば、第１送電コイル１０と第１受電コイル１１との間に、図中、ｚ軸の上側において左回りの磁力線１０１が生じる。また、第２受電コイル１２と第２送電コイル１３との間に、右回りの磁力線１０５が生じる。なお、磁力線１０１は、第１送電コイル１０および第１受電コイル１１のアンテナ近傍の磁力線であり、磁力線１０５は、第２送電コイル１３および第２受電コイル１２のアンテナ近傍の磁力線である。
Fig. 5 is an explanatory diagram showing magnetic field lines generated by the power transmitting and receiving coils of type D in Fig. 2. When the coils are arranged as in type D, a first magnetic field is generated when power is transmitted between the first
In detail, when transmitting power, the type D power transmitting and receiving coil generates, for example, counterclockwise
上記のように、電力を伝送させる際に、各送受電コイルの間に生じる磁力線は、それぞれのコイルから離れた位置においても存在する。第１送電コイル１０と第１受電コイル１１との間に生じる磁力線は、当該第１送電コイル１０および第１受電コイル１１から離れた位置においては磁力線１０６のように存在する。
第１送電コイル１０から第１受電コイル１１へ電力を伝送することによって生じる磁力線１０６は、例えば、第２受電コイル１２、第２送電コイル１３の設置位置（その周辺）に至る。磁力線１０６は、第１送電コイル１０から第１受電コイル１１へ伝送する電力を強くすると、さらに第２受電コイル１２、第２送電コイル１３を超えて存在する。
磁力線１０１および磁力線１０６は、第１送電コイル１０から第１受電コイル１１へ電力を伝送する際に生じることから、同一方向へ作用し、例えば、図５に示したように、ｚ軸の上側において左回りに生じる。
As described above, when transmitting power, magnetic field lines generated between the power transmitting and receiving coils exist even at positions away from the respective coils. Magnetic field lines generated between the first
Since the
また、第２受電コイル１２と第２送電コイル１３との間において生じる磁力線は、当該第２受電コイル１２および第２送電コイル１３から離れた位置においては、磁力線１０７のようになる。
第２送電コイル１３から第２受電コイル１２へ電力を伝送することによって生じる磁力線１０７は、例えば、第１受電コイル１１、第１送電コイル１０の設置位置（その周辺）に至る。磁力線１０７は、第２送電コイル１３から第２受電コイル１２へ伝送する電力を強くすると、さらに第１受電コイル１１、第１送電コイル１０を超えて存在する。
磁力線１０５および磁力線１０７は、第２送電コイル１３から第２受電コイル１２へ電力を伝送する際に生じることから、同一方向へ作用し、例えば、図５に示したように、ｚ軸の上側において右回りに生じる。
即ち、磁力線１０６と磁力線１０７とは、互いに逆方向に作用するものとなり、磁力を打ち消し合うことになる。
Furthermore, the magnetic field lines generated between the second
Since
That is, the
本開示の非接触給電構造は、タイプＤのように各送受電コイルを配置し、これらのコイルから離れた位置において磁力線１０６および磁力線１０７が打ち消し合うように（磁界および誘導電界を減少させるように）構成したものである。
タイプＤのように、第１送電コイル１０、第１受電コイル１１、第２受電コイル１２、第２送電コイル１３を配置するとき、例えば、各コイル中心をｚ軸上に揃えると、第１送電コイル１０と第１受電コイル１１との間に生じるアンテナ近傍の磁力線１０１の強さを維持（電力を高い効率で伝送）させて、これらのコイルから離れた位置の磁力線１０６（漏えいする磁力線）の強さを減少させることができる。即ち、第１送電コイル１０から第１受電コイル１１へ電力を伝送させる効率の劣化を抑えて、これらのコイルから離れた位置の不要な磁力線１０６（漏えいする磁力線）を減少させることができる。
また、上記のように各コイル中心を揃えることにより、第２送電コイル１３と第２受電コイル１２との間に生じるアンテナ近傍の磁力線１０５の強さを維持（電力を高い効率で伝送）させて、これらのコイルから離れた位置の磁力線１０７（漏えいする磁力線）の強さを減少させることができる。即ち、第２送電コイル１３から第２受電コイル１２へ電力を伝送させる効率の劣化を抑えて、これらのコイルから離れた位置の不要な磁力線１０７（漏えいする磁力線）を減少させることができる。
The non-contact power supply structure disclosed herein is configured such that the transmitting and receiving coils are arranged as in Type D, and the
When arranging the first
Furthermore, by aligning the centers of the coils as described above, it is possible to maintain the strength of the
具体的には、非接触給電回路１、もしくは送電回路２は、例えば、電源１４から第１送電コイル１０に流れる電流の向きと、電源１４から第２送電コイル１３に流れる電流の向きが逆になるように、第１送電コイル１０ならびに第２送電コイル１３が回路接続されている。
また、上記のように第１送電コイル１０ならびに第２送電コイル１３にそれぞれ電流が流れたとき、第１送電コイル１０から第１受電コイル１１へ電力の伝送を行うときに生じる磁界（磁力線１０１、磁力線１０６）に対して、第２送電コイル１３から第２受電コイル１２へ電力の伝送を行うときに生じる磁界（磁力線１０５、磁力線１０７）が逆向きとなるように、第１送電コイル１０、第１受電コイル１１、第２受電コイル１２、第２送電コイル１３の各極性を定めて、各送受電コイルが回路接続されている。
Specifically, in the non-contact
In addition, when current flows through the first
第１送電コイル１０へ流れる電流の大きさは、磁力線１０６が、磁力線１０７を打ち消すことができる強さとなるものである。この第１送電コイル１０に流れる電流は、当該第１送電コイル１０のコイルの構造に応じた値を有する。
また、第２送電コイル１３に流れる電流の大きさは、磁力線１０７が、磁力線１０６を打ち消すことができる強さとなるものである。この第２送電コイル１３に流れる電流は、当該第２送電コイル１３のコイルの構造に応じた値を有する。即ち、第１送電コイル１０および第２送電コイル１３が同様なコイルの構造を有する場合には、それぞれのコイルに流れる電流は同様な値を有するものとなる。
なお、上記のコイルの構造は、前述の漏えいした磁力線を打ち消す作用を大きくするための構造であり、例えば、上記の作用が大きくなるサイズでコイルを構成し、また、上記の作用が大きくなるようにコイル厚みを薄く構成した構造である。一例として、第１送電コイル１０と第１受電コイル１１、および、第２受電コイル１２と第２送電コイル１３は、いずれも同じ直径に形成され、十分に上記の作用が生じるように構成されている構造である。
また、第１送電コイル１０ならびに第２送電コイル１３に流れる各電流は、いずれも送電回路２を介して電源１４から供給されるものである。
The magnitude of the current flowing through the first
Moreover, the magnitude of the current flowing through the second
The coil structure described above is a structure for enhancing the effect of canceling the leaked magnetic field lines described above, and is, for example, a structure in which the coil is configured to have a size that enhances the above effect and is configured to be thin so as to enhance the above effect. As an example, the first
The currents flowing through the first
次に送受電コイルの各配置タイプにおける、コイルから離れた位置の磁界強度の解析（比較）結果を説明する。
図６は、解析を行った従来型の送受電コイルの配置を示す説明図、図７は、解析を行ったタイプＡの送受電コイルの配置を示す説明図、図８は、解析を行ったタイプＤの送受電コイルの配置を示す説明図である。
図６に示した送電コイル２０と受電コイル２１との間の距離ｄ１は、５［ｃｍ］である。
また、図７および図８に示した第１送電コイル１０と第１受電コイル１１との間の距離ｄ１は５［ｃｍ］である。図７および図８に示した第１受電コイル１１と第２受電コイル１２との間の距離ｄ２は８［ｃｍ］であり、第１送電コイル１０と第２送電コイル１３との間の距離ｄ３は、１８［ｃｍ］である。
即ち、図７および図８に示した第２受電コイル１２と第２送電コイル１３との間の距離は５［ｃｍ］であり、第１送電コイル１０と第１受電コイル１１との間の距離ｄ１と同様である。
Next, the results of an analysis (comparison) of the magnetic field strength at a position away from the coil for each type of arrangement of the power transmitting and receiving coils will be described.
Figure 6 is an explanatory diagram showing the arrangement of conventional transmitting and receiving coils for which analysis was performed, Figure 7 is an explanatory diagram showing the arrangement of type A transmitting and receiving coils for which analysis was performed, and Figure 8 is an explanatory diagram showing the arrangement of type D transmitting and receiving coils for which analysis was performed.
The distance d1 between the
7 and 8, the distance d1 between the first
That is, the distance between the second
上記のように各コイルの間隔を設定して、従来型、タイプＡおよびタイプＤの各配置について、コイルから離れた位置の磁界強度を算出した。この算出においては、電源の発振周波数を８５［ｋＨｚ］と設定して磁界強度を求めた。また、図６～図８に示した各配置において、コイルから離れた位置の磁界強度を求める際には、受電回路３の受電電力が５００［Ｗ］となるように、それぞれ送電回路２の出力を調整（設定）して上記の算出を行った。
なお、実際に非接触給電回路１を構成する場合においても、送電回路２の出力調整を行い、即ち、第１送電コイル１０に流れる電流（電源１４から供給される電力）と、第２送電コイル１３に流れる電流（電源１４から供給される電力）とを、それぞれ適当な大きさに調整して、第１送電コイル１０から第１受電コイル１１へ電力を伝送するときに生じる磁界の強さと、第２送電コイル１３から第２受電コイル１２へ電力を伝送するときに生じる磁界の強さとを調整し、コイルから離れた位置において、磁力線１０６と磁力線１０７と（漏えいする磁力線）が打ち消し合うことができるように構成するとよい。
The interval between each coil was set as described above, and the magnetic field strength at a position away from the coil was calculated for each of the conventional, type A, and type D arrangements. In this calculation, the oscillation frequency of the power supply was set to 85 [kHz] to obtain the magnetic field strength. In addition, when obtaining the magnetic field strength at a position away from the coil in each of the arrangements shown in Figures 6 to 8, the output of the
In addition, even when actually constructing the contactless
図９は、従来型、タイプＡおよびタイプＤの各送受電コイルによって生じる、コイルから離れた位置の磁界強度の解析結果を示す説明図である。この図は、横軸が図３～図８に示したｙ軸方向の（各送受電コイルから離れた）距離を表し、縦軸が各距離における磁界強度を表している。なお、図９においては、距離がＹ、磁界強度がＨと表記されている。
図９に実線で示した特性は、タイプＡの送受電コイルが発生する磁界強度の距離特性である。また、図９に一転鎖線で示した特性は、タイプＤの送受電コイルが発生する磁界強度の距離特性である。また、図９に破線で示した特性は、従来型の送受電コイルが発生する磁界強度の距離特性である。
また、図９の円で囲われた部分は、コイルから離れた位置と定めた概ねの範囲を表している。
Fig. 9 is an explanatory diagram showing the analysis results of the magnetic field strength at a position away from the coils, which is generated by each of the conventional, type A, and type D power transmitting and receiving coils. In this diagram, the horizontal axis represents the distance (away from each power transmitting and receiving coil) in the y-axis direction shown in Figs. 3 to 8, and the vertical axis represents the magnetic field strength at each distance. In Fig. 9, the distance is represented as Y, and the magnetic field strength is represented as H.
The characteristics shown by the solid line in Fig. 9 are the distance characteristics of the magnetic field strength generated by the power transmitting and receiving coil of Type A. The characteristics shown by the alternate long and short dashed lines in Fig. 9 are the distance characteristics of the magnetic field strength generated by the power transmitting and receiving coil of Type D. The characteristics shown by the dashed lines in Fig. 9 are the distance characteristics of the magnetic field strength generated by conventional power transmitting and receiving coils.
Moreover, the circled area in FIG. 9 indicates the approximate range defined as the position away from the coil.
図９に示した各特性を比較すると、タイプＡの特性は、コイルから離れた位置において従来型の特性と概ね同様な程度で変化（減少）し、距離に応じて（各送受電コイルから遠くなるほど）、概ね一定の割合で磁界強度が減少することがわかる。
また、タイプＤの特性は、コイルから離れた位置において、タイプＡ等に比べて磁化強度が大きく減少することがわかる。
Comparing the characteristics shown in Figure 9, it can be seen that the characteristics of Type A change (decrease) to a similar extent to the conventional characteristics at positions away from the coil, and that the magnetic field strength decreases at a roughly constant rate depending on the distance (the farther away from each transmitting and receiving coil).
Also, it can be seen that the characteristics of type D show a large decrease in magnetization strength at positions away from the coil compared to types A and the like.
タイプＤは、前述のように図５に示した磁力線１０６および磁力線１０７が、互いに打ち消し合う。即ち、タイプＤのように各送受電コイルを配置すると、コイルから離れた位置において逆向きの磁界同士が打ち消し合うため、各送受電コイルから充分離れた位置では、磁界強度が急峻に減少する。このような作用は、図９を用いて説明した各特性の解析（比較）結果と整合する。
各送受電コイルをタイプＤのように配置すると、例えば、ＥＭＣ設計を行う際に優位になることがわかる。
In type D, as described above,
It can be seen that arranging the transmitting and receiving coils as in Type D is advantageous, for example, when performing EMC design.
次に送受電コイルの各配置タイプにおける体内誘導電界強度の解析（比較）結果を説明する。
図１０は、体内誘導電界強度を解析するときに想定した状態を示す説明図である。この図は、第１送電コイル１０、第１受電コイル１１、第２受電コイル１２、第２送電コイル１３（または、図示されない送電コイル２０および受電コイル２１）を人の脚部２００に近付けた状態を示している。
Next, the results of analysis (comparison) of the induced electric field strength within the body for each type of arrangement of the power transmitting and receiving coils will be described.
10 is an explanatory diagram showing a state assumed when analyzing the induced electric field strength inside the body. This diagram shows a state in which the first
体内誘導電界の解析を行うとき、図１０に示したように、人の脚部２００から水平方向の距離がｄ４の位置に、例えば、第１送電コイル１０、第１受電コイル１１、第２受電コイル１２、第２送電コイル１３が、タイプＡまたはタイプＤのように配置されていると想定した。またさらに、タイプＡまたはタイプＤのように配置された４つの送受電コイルに替えて、従来型の送受電コイル（図示されない送電コイル２０および受電コイル２１）が配置されていると想定した。
また、これらの送受電コイルは、床または地面からの高さがｄ５の位置に設置されていると想定した。
具体的には、例えば、距離ｄ４は７［ｃｍ］、高さｄ５は３３［ｃｍ］と想定して解析を行った。
When analyzing the induced electric field in the body, it was assumed that, for example, the first
It was also assumed that these transmitting and receiving coils were installed at a height of d5 from the floor or ground.
Specifically, for example, the analysis was performed assuming that the distance d4 was 7 [cm] and the height d5 was 33 [cm].
図１１は、人体３００，３０１に生じる体内誘導電界強度の解析結果を示す説明図である。この図は、人体を縦方向（身長方向）にスライスした面における体内誘導電界の強度分布を表している。
人体３００は、図示されない従来型に配置された送電コイル２０および受電コイル２１（１対の送受電コイル）を脚部２００に近付けている。
人体３０１は、図示されないタイプＤのように配置された第１送電コイル１０、第１受電コイル１１、第２受電コイル１２、第２送電コイル１３を脚部２００に近付けている。
11 is an explanatory diagram showing the analysis results of the internal induced electric field strength generated in human bodies 300 and 301. This diagram shows the strength distribution of the internal induced electric field on a plane obtained by slicing the human body in the vertical direction (height direction).
The human body 300 has a
The human body 301 has the first
人体３００と人体３０１とを比較すると、それぞれの脚部２００における体内誘導電界強度は、人体３０１の方が明らかに弱いことがわかる。
なお、タイプＡの送受電コイルを人体に近付けた場合は、概ね従来型の送受電コイルを人体３００に近付けた場合と同様な解析結果が得られる。ここでは、タイプＡの送受電コイルについて、体内誘導電界強度に関する解析結果等の説明を省略する。
Comparing the human body 300 and the human body 301, it is found that the internal induced electric field strength in each
When the type A power transmitting and receiving coil is brought close to the human body, analysis results are obtained that are generally similar to those when a conventional power transmitting and receiving coil is brought close to the human body 300. Here, a description of the analysis results regarding the induced electric field strength within the body for the type A power transmitting and receiving coil is omitted.
図１２は、解析によって得られた体内誘導電界強度の値を示す説明図である。この図は、横軸が体内誘導電界強度の値を表し、縦軸が体内誘導電界強度の各値になる体内の範囲（電界強度が同一値になる範囲の大きさ）を表すヒストグラムである。
図１２には、従来型の送受電コイルを人体に近付けた場合の体内誘導電界強度と、タイプＤの送受電コイルを人体に近付けた場合の体内誘導電界強度とを示している。
なお、タイプＡの送受電コイルを人体に近付けた場合の体内誘導電界強度は、従来型の送受電コイルを人体に近付けた場合と概ね同様になる。ここでは、タイプＡの送受電コイルを人体に近付けた場合の体内誘導電界強度について、図示ならびに説明を省略する。
12 is an explanatory diagram showing values of the induced electric field strength in the body obtained by analysis. This diagram is a histogram in which the horizontal axis represents the value of the induced electric field strength in the body, and the vertical axis represents the range within the body where each value of the induced electric field strength in the body is reached (the size of the range where the electric field strength is the same value).
FIG. 12 shows the electric field strength induced inside the body when a conventional power transmitting and receiving coil is brought close to the human body, and the electric field strength induced inside the body when a type D power transmitting and receiving coil is brought close to the human body.
The strength of the electric field induced inside the body when the type A power transmitting and receiving coil is brought close to the human body is roughly the same as when a conventional power transmitting and receiving coil is brought close to the human body. Here, illustrations and descriptions of the strength of the electric field induced inside the body when the type A power transmitting and receiving coil is brought close to the human body are omitted.
図１２のヒストグラムから、従来型の送受電コイルを人体に近付けた場合の体内誘導電界強度の平均値が８６．５［ｄＢμＶ／ｍ］であることがわかり、また、タイプＤの送受電コイルを人体に近付けた場合の体内誘導電界強度の平均値が７９．１［ｄＢμＶ／ｍ］であることがわかる。
即ち、タイプＤの送受電コイルは、従来型の送受電コイルに比べて、体内誘導電界強度が６［ｄＢ］以上小さくなり、人体に与える影響を抑えることができる。
From the histogram in Figure 12, it can be seen that the average value of the induced electric field strength inside the body when a conventional transmitting and receiving coil is brought close to the human body is 86.5 [dBμV/m], and that the average value of the induced electric field strength inside the body when a type D transmitting and receiving coil is brought close to the human body is 79.1 [dBμV/m].
That is, the type D power transmitting and receiving coil has an induced electric field strength that is 6 dB or more smaller inside the body than conventional power transmitting and receiving coils, and the effects on the human body can be reduced.
タイプＡおよびタイプＤの各送受電コイルを動作させた（電力の伝送が行われている）とき、例えば、１０［ｍ］離れた位置における漏えい磁界強度を測定したところ、次のような結果が得られた。
なお、漏えい磁界強度の検知にループアンテナを用い、直線状に並んでいる各送受電コイルに対して、ループ部分が対向する状態、ループ部分が直交する状態、および、ループ部分が水平になる状態において、それぞれ磁界強度の測定を行った。
When the type A and type D transmitting and receiving coils were operated (power was being transmitted), the leakage magnetic field strength was measured at a distance of, for example, 10 m, and the following results were obtained.
A loop antenna was used to detect the leakage magnetic field strength, and the magnetic field strength was measured when the loop portions of each transmitting and receiving coil arranged in a straight line faced each other, when the loop portions were perpendicular, and when the loop portions were horizontal.
（１）各受電コイル（第１受電コイル１１、第２受電コイル１２）の受電電力が２．５［Ｗ］となるように、各送電コイル（第１送電コイル１０、第２送電コイル１３）に電力（発振周波数８５ｋＨｚ）を供給すると、ループアンテナを対向する状態とした場合には、タイプＡの漏えい磁界強度が３５．１［ｄＢμＡ／ｍ］、タイプＤの漏えい磁界強度が１４．１［ｄＢμＡ／ｍ］となった。
また、ループアンテナを直交する状態とした場合には、タイプＡの漏えい磁界強度が３１．５［ｄＢμＡ／ｍ］、タイプＤの漏えい磁界強度が９．１［ｄＢμＡ／ｍ］となった。
また、ループアンテナを水平状態とした場合には、タイプＡの漏えい磁界強度が２１．３［ｄＢμＡ／ｍ］、タイプＤの漏えい磁界強度が０．６［ｄＢμＡ／ｍ］となった。
以上の各磁界強度は、実測値である。
(1) When power (oscillation frequency 85 kHz) was supplied to each transmitting coil (first transmitting
When the loop antennas were arranged to intersect at right angles, the leakage magnetic field strength of type A was 31.5 [dBμA/m], and the leakage magnetic field strength of type D was 9.1 [dBμA/m].
When the loop antenna was in a horizontal position, the leakage magnetic field strength of type A was 21.3 [dBμA/m], and the leakage magnetic field strength of type D was 0.6 [dBμA/m].
The above magnetic field strengths are actual measured values.
（２）各受電コイル（第１受電コイル１１、第２受電コイル１２）の受電電力が５００［Ｗ］となる場合（各送電コイルに発振周波数８５ｋＨｚの電力が供給されるとき）の漏えい磁界強度を、換算によって求めると、ループアンテナを対向する状態とした場合には、タイプＡの漏えい磁界強度が５８．１［ｄＢμＡ／ｍ］、タイプＤの漏えい磁界強度が３７．１［ｄＢμＡ／ｍ］となった。
また、ループアンテナを直交する状態とした場合には、タイプＡの漏えい磁界強度が５４．５［ｄＢμＡ／ｍ］、タイプＤの漏えい磁界強度が３２．１［ｄＢμＡ／ｍ］となった。
また、ループアンテナを水平状態とした場合には、タイプＡの漏えい磁界強度が４４．３［ｄＢμＡ／ｍ］、タイプＤの漏えい磁界強度が２３．６［ｄＢμＡ／ｍ］となった。
(2) When the leakage magnetic field strength was calculated by conversion when the receiving power of each receiving coil (first receiving
When the loop antennas were arranged to intersect at right angles, the leakage magnetic field strength of type A was 54.5 [dBμA/m], and the leakage magnetic field strength of type D was 32.1 [dBμA/m].
When the loop antenna was in a horizontal position, the leakage magnetic field strength of type A was 44.3 [dBμA/m], and the leakage magnetic field strength of type D was 23.6 [dBμA/m].
上記の（１）および（２）の測定において得られた漏えい磁界強度は、いずれも電波法において許容される（発振周波数８５ｋＨｚにおいて）６８．４［ｄＢμＡ／ｍ］を下回っている。
特に、５００［Ｗ］の電力伝送時には、タイプＡに比べてタイプＤは漏えい磁界強度が相当小さくなることがわかる。
タイプＤの配置構成は、漏えい磁界強度を小さくすることが可能で、特に、大電力を伝送する場合に漏えい磁界強度を有効に抑制することができる。
The leakage magnetic field strengths obtained in the above measurements (1) and (2) were both below the limit of 68.4 [dBμA/m] (at an oscillation frequency of 85 kHz) permitted by the Radio Law.
In particular, it can be seen that type D has a significantly smaller leakage magnetic field strength than type A when transmitting 500 W of power.
The type D arrangement can reduce the leakage magnetic field strength, and can effectively suppress the leakage magnetic field strength particularly when transmitting high power.
以上のように第１送電コイル１０、第１受電コイル１１、第２受電コイル１２、第２送電コイル１３をタイプＤのように配置し、コイルから離れた位置において、磁力線１０６および磁力線１０７（漏えいする磁力線）が打ち消し合うように構成することにより、コイルから離れた位置の磁界強度が抑制され、上記の各送受電コイルを有する機器等の近くに配置された、他の機器などに対する電磁両立性を向上させることができる。
また、上記の各送受電コイルを有する機器等の近くに人がいる場合、この人に発生する人体誘導電界の強度を抑制することができる。
As described above, by arranging the first transmitting
Furthermore, when a person is near a device having the above-mentioned power transmitting and receiving coils, the strength of the electric field induced in the human body generated in the person can be suppressed.
１ 非接触給電回路
２ 送電回路
３ 受電回路
１０ 第１送電コイル
１１ 第１受電コイル
１２ 第２受電コイル
１３ 第２送電コイル
１４ 電源
１５ 負荷
２０ 送電コイル
２１ 受電コイル
１００～１０７ 磁力線
２００ 脚部
３００，３０１ 人体
REFERENCE SIGNS
Claims (3)
前記送電回路に含まれ、前記第１送電コイルから所定間隔を開けて離間される第２送電コイルと、
受電回路に含まれる第１受電コイルおよび第２受電コイルと、
を備え、
前記第１送電コイルと前記第２送電コイルとの間に、前記第１受電コイルおよび前記第２受電コイルを内挿配置させ、
前記第１送電コイルおよび前記第１受電コイルは、
前記第１送電コイルから前記第１受電コイルへ電力が伝送されるように離間して対向配置され、
前記第２送電コイルおよび前記第２受電コイルは、
前記第２送電コイルから前記第２受電コイルへ電力が伝送されるように離間して対向配置され、
前記第１送電コイルおよび前記第２送電コイルは、
前記第１送電コイルから前記第１受電コイルへ電力が伝送されるときに生じる第１の磁界の漏えいする磁力線と、
前記第２送電コイルから前記第２受電コイルへ電力が伝送されるときに生じる第２の磁界の漏えいする磁力線と、
が打ち消し合うように前記送電回路に備える電源に接続される、
ことを特徴とする非接触給電構造。 a first power transmitting coil included in the power transmitting circuit;
a second power transmitting coil included in the power transmitting circuit and spaced a predetermined distance from the first power transmitting coil;
a first receiving coil and a second receiving coil included in a receiving circuit;
Equipped with
The first power receiving coil and the second power receiving coil are disposed between the first power transmitting coil and the second power transmitting coil,
The first power transmitting coil and the first power receiving coil are
the first power transmitting coil and the first power receiving coil are disposed opposite to each other at a distance so that power can be transmitted from the first power transmitting coil to the first power receiving coil;
The second power transmitting coil and the second power receiving coil are
the second power transmitting coil and the second power receiving coil are disposed opposite to each other at a distance so that power can be transmitted from the second power transmitting coil to the second power receiving coil;
The first power transmitting coil and the second power transmitting coil are
a magnetic field line leaking from a first magnetic field generated when power is transmitted from the first power transmitting coil to the first power receiving coil; and
a leakage magnetic field line of a second magnetic field generated when power is transmitted from the second power transmitting coil to the second power receiving coil; and
are connected to a power source provided in the power transmission circuit so as to cancel each other out.
A non-contact power supply structure characterized by the above.
各コイル中心が同一軸線に沿うように配置されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の非接触給電構造。 The first power transmitting coil, the first power receiving coil, the second power receiving coil, and the second power transmitting coil are
The coil centers are arranged along the same axis.
The non-contact power supply structure according to claim 1 .
前記第１の磁界の漏えいする磁力線が、前記第２の磁界の漏えいする磁力線を打ち消す強さとなるように、該第１送電コイルの構造に応じた電流を前記電源から供給され、
前記第２送電コイルは、
前記第２の磁界の漏えいする磁力線が、前記第１の磁界の漏えいする磁力線を打ち消す強さとなるように、該第２送電コイルの構造に応じた電流を前記電源から供給される、
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の非接触給電構造。 The first power transmitting coil is
a current according to a structure of the first power transmitting coil is supplied from the power source so that the leakage magnetic field lines of the first magnetic field have a strength that cancels the leakage magnetic field lines of the second magnetic field;
The second power transmitting coil is
A current according to a structure of the second power transmitting coil is supplied from the power source so that the magnetic field lines leaking from the second magnetic field have a strength that cancels the magnetic field lines leaking from the first magnetic field.
3. The non-contact power supply structure according to claim 1 or 2.
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