JPWO2010079768A1 - 電力送信装置及び非接触電力伝送システム - Google Patents
電力送信装置及び非接触電力伝送システム Download PDFInfo
- Publication number
- JPWO2010079768A1 JPWO2010079768A1 JP2010545757A JP2010545757A JPWO2010079768A1 JP WO2010079768 A1 JPWO2010079768 A1 JP WO2010079768A1 JP 2010545757 A JP2010545757 A JP 2010545757A JP 2010545757 A JP2010545757 A JP 2010545757A JP WO2010079768 A1 JPWO2010079768 A1 JP WO2010079768A1
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- power transmission
- power
- coil
- transmission device
- predetermined
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 title claims abstract description 150
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims abstract description 31
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims abstract description 22
- 230000008859 change Effects 0.000 claims abstract description 9
- 230000005674 electromagnetic induction Effects 0.000 claims abstract description 6
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 13
- 230000035699 permeability Effects 0.000 claims description 6
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 claims description 5
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 9
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 description 5
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 3
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 3
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 2
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 2
- 238000012935 Averaging Methods 0.000 description 1
- 229910001030 Iron–nickel alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 229910001004 magnetic alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012762 magnetic filler Substances 0.000 description 1
- 239000006247 magnetic powder Substances 0.000 description 1
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 239000003973 paint Substances 0.000 description 1
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 1
- 229910000889 permalloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 1
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 description 1
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 description 1
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 229920001169 thermoplastic Polymers 0.000 description 1
- 229920001187 thermosetting polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000004416 thermosoftening plastic Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
- H01M10/46—Accumulators structurally combined with charging apparatus
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
- H02J50/005—Mechanical details of housing or structure aiming to accommodate the power transfer means, e.g. mechanical integration of coils, antennas or transducers into emitting or receiving devices
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
- H02J50/10—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
- H02J50/10—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling
- H02J50/12—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling of the resonant type
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
- H02J7/0068—Battery or charger load switching, e.g. concurrent charging and load supply
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B5/00—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems
- H04B5/70—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems specially adapted for specific purposes
- H04B5/79—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems specially adapted for specific purposes for data transfer in combination with power transfer
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
- Near-Field Transmission Systems (AREA)
Abstract
受電コイル60と送電コイル40との間の電磁誘導を利用して電力送信装置10から電力受信装置50に対して電力を送信するシステム。電力送信装置10は、電力スイッチング回路14と、第1キャパシタ20と、電力取出し回路30とを備えている。電力スイッチング回路14は、スイッチング素子16と出力点Pとを有しており、スイッチング素子16を所定スイッチング周波数fでスイッチすることにより出力点Pにおける電位を所定変動させる。ここで、所定変動は所定の振幅を有する正弦波変動を半波整流して得られるような電位変動である。第1キャパシタ20は、出力点Pと第1固定電位(グランド)との間に接続されている。電力取出し回路30は、送電コイル40を含んでおり、所定変動に含まれる交流的変化を送電コイル40の両端に生じさせるように構成されている。この電力取出し回路30は、出力点Pと第2固定電位(グランド)との間に接続されている。
Description
本発明は、受電コイルを有する電力受信装置と、送電コイルを有する電力送信装置とを備える非接触電力伝送システムに関する。非接触電力伝送システムにおいては、電力受信装置の受電コイルを電力送信装置の送電コイル近傍の所定位置に配置することにより受電コイルと送電コイルとの間の電磁誘導を利用して電力送信装置から電力受信装置に対して電力が送信される。例えば、電力受信装置は、携帯電話や携帯型音楽プレーヤーのような携帯型電子機器であり、電力送信装置は、その携帯電子機器用の充電台やクレードルである。
電力送信装置では、スイッチング素子を備える電力スイッチング回路により送電コイルを駆動し、送電コイルから受電コイルへ電磁誘導により電力送電を行っている。ここで、携帯電子機器等への電力送信のような近年のアプリケーションを考慮すると、スイッチング周波数を上げる必要がある。一方、電力スイッチング回路の回路構成によっては、スイッチング周波数を上げると、発熱量が多くなったり電力損失が多くなったりするといった問題もある。
このような背景の下、特許文献1では、高効率で励磁でき、発熱及び電力損失の少ない電力スイッチング回路を含む電力送信装置であってスイッチング周波数を高周波数化してなる電力送信装置が提案されている。特許文献1による電力スイッチング回路は、自励式コルピッツ発振回路をベースとするものである。ここで送電コイルは、電力スイッチング回路におけるスイッチング素子へのフィードバックループ中へ組み込まれている。
しかしながら、送電コイルがスイッチング素子へのフィードバックループ中へ組み込まれていると、送電コイルから受電コイルへ大きな電力を送信することはできない。
そこで、本発明は、高周波数化などの特許文献1による効果に加え、特許文献1と比較して大きな電力を送信することも可能とした電力送信装置を提供することを目的とする。
本発明の一の側面は、送電コイルを有する電力送信装置であって、電力受信装置の受電コイルを前記送電コイル近傍の所定位置に配置することにより前記受電コイルと前記送電コイルとの間の電磁誘導を利用して前記電力受信装置に対して電力を送信する電力送信装置を提供する。電力送信装置は、電力スイッチング回路と、第1キャパシタと、電力取出し回路とを備えている。前記電力スイッチング回路は、スイッチング素子と出力点とを有しており、前記スイッチング素子を所定スイッチング周波数でスイッチすることにより前記出力点における電位を所定変動させる。ここで、前記所定変動は所定の振幅を有する正弦波変動を半波整流して得られるような電位変動である。前記第1キャパシタは、前記出力点と第1固定電位との間に接続されている。前記電力取出し回路は、前記送電コイルを含んでいる。前記電力取出し回路は、前記所定変動に含まれる交流的変化を前記送電コイルの両端に生じさせるように前記出力点と第2固定電位との間に接続されている。
本発明の一の側面による電力送信装置において、送電コイルは電力スイッチング回路内ではなく電力スイッチング回路外に設けられていることから、送信コイルから受電コイルに対して大きな電力を送信することが可能である。
更に、非接触電力伝送システムにおいて、透磁率が1000以下の磁性体からなる基板に巻き数が1〜10ターンの平面コイルを設置することにより送電コイル/受電コイルを構成することで送電コイル/受電コイルのインピーダンスを小さくし、更に、送電コイル/受電コイルの巻き線間に間隙を設けることにより、送電コイルと受電コイル間の位置ずれが生じた場合の電力伝送効率の大きな低下を緩和することができる。これにより、送電コイルと受電コイルとの間の磁気結合を強め電力伝送効率を高めることが可能となる。
(第1の実施の形態)
図1を参照すると、本発明の第1の実施の形態による非接触電力伝送システムは、送電コイル40を有する電力送信装置10と、受電コイル60を有する電力受信装置50とを備えている。即ち、送電コイル40と受電コイル60とは互いに分離可能なものである。
図1を参照すると、本発明の第1の実施の形態による非接触電力伝送システムは、送電コイル40を有する電力送信装置10と、受電コイル60を有する電力受信装置50とを備えている。即ち、送電コイル40と受電コイル60とは互いに分離可能なものである。
本実施の形態による非接触電力伝送システムは、電力受信装置50の受電コイル60を送電コイル40近傍の所定位置に配置することにより、受電コイル60と送電コイル40との間の電磁誘導を利用して、電力送信装置から電力受信装置に対して電力を伝送するものである。ここで、電力受信装置50は例えば携帯電子機器であり、電力送信装置10は例えばその携帯電子機器の充電台やクレードルである。
電力送信装置10は、発振回路12と、電力スイッチング回路14と、第1キャパシタ20と、電力取出し回路30とを備えている。発振回路12は、所定スイッチング周波数fの発振信号を生成する。
電力スイッチング回路14は、出力点Pとグランド(第3固定電位)との間に接続されたスイッチング素子16と、出力点Pと電源VDD(第4固定電位)との間に接続された電位変動用インダクタ18とを備えている。本実施の形態によるスイッチング素子16はnMOSFETであり、ドレイン端子が出力点Pに接続され、ソース端子がグランドに接続されている。また、スイッチング素子16(詳しくは、nMOSFETのゲート)には、発振回路12が接続されており、発振回路12から所定スイッチング周波数fの発振信号が入力され、所定スイッチング周波数fでのスイッチング動作が行われる。これにより、電力スイッチング回路14は、出力点Pの電位VPを所定変動させる。
ここで、所定変動とは、図2に示されるように、所定の振幅を有する正弦波変動を半波整流して得られるような電位変動である。換言すると、所定変動とは、該正弦波変動のプラスの領域のみを取り出したような電位変動である。この所定変動は、所定スイッチング周波数fと電位変動用インダクタ18のインダクタンスL1の値を調整することにより設定される。なお、図2においてVDCで示されるものは出力点Pの電位VPを時間平均して得られる電位である。即ち、電位VDCは、電位VPの所定変動におけるDC成分である。
第1キャパシタ20は、出力点Pとグランド(第1固定電位)との間に接続されており、キャパシタンスC1を有している。本実施の形態においてキャパシタンスC1は、後述するように、電力取出し回路30との関係で定められる。
電力取出し回路30は、出力点Pとグランド(第2固定電位)との間に接続されている。特に、本実施の形態による電力取出し回路30は、出力点Pに接続された第2キャパシタ32と、第2キャパシタ32とグランド(第2固定電位)との間に接続された送電コイル40とを備えている。即ち、電力取出し回路30は、第2キャパシタ32と送電コイル40を直列接続してなるものである。この電力取出し回路30は、出力点Pの電位VPの変動(所定変動)のうちの交流成分(VAC=VP−VDC)を送信コイル40にて取り出すための回路である。即ち、電力取出し回路30は、所定変動に含まれる交流的変化を送信コイル40の両端に生じさせるためのものである。第2キャパシタ32は、所定変動に含まれるDC成分を除去するためのものであり、キャパシタンスC2を有している。また、送電コイル40は、受電コイル60を所定位置に配置した状態において出力点P側から見た場合にインダクタンスL2を有している。換言すると、インダクタンスL2は、送電コイル40のみのインダクタンスではなく、受電コイルが所定位置に配置されたことで相互インダクタンスを含むこととなった送電コイル40のインダクタンスである。
第1キャパシタ20と第2キャパシタ32と送電コイル40とで直列共振回路を構成した場合における第1共振周波数f1であって送電コイル40がインダクタンスL2を有するものとして算出される第1共振周波数f1は、下記(1)式にて示される。
同様に、第2キャパシタ32と送電コイル40とで直列共振回路を構成した場合における第2共振周波数f2であって送電コイル40がインダクタンスL2を有するものとして算出される第2共振周波数f2は、下記(2)式にて示される。
スイッチング素子16がオフのとき、第1キャパシタ20と第2キャパシタ32と送電コイル40とで構成される共振回路が第1共振周波数f1で動作するものと考えられる。一方、スイッチング素子16がオンのとき、第2キャパシタ32と送電コイル40とで構成される共振回路が第2共振周波数f2で動作するものと考えられる。従って、電力スイッチング回路14の出力を高効率で取り出すためには、第1共振周波数f1が所定スイッチング周波数fより大きく、第2共振周波数f2が所定スイッチング周波数fより小さいことが好ましい。即ち、第1共振周波数f1、第2共振周波数f2及び所定スイッチング周波数fは、好ましくは下記(3)式を満たす。
更に、動作信頼性の確保する観点から、第1共振周波数f1については下記(4)式を満たすことが好ましく、第2共振周波数f2については下記(5)式を満たすことが好ましい。
上述した実施の形態において、スイッチング素子16はnMOSFETであったが他の素子を用いてもよい。また、第1固定電位、第2固定電位及び第3固定電位は、いずれもグランドであったが、固定電位であるならばグランド以外であってもよい。
電力受信装置50は、受電コイル60に接続された電力受信回路52と、電力受信回路52に接続された負荷54と、受電コイル60に接続された充電回路56と、充電回路56に接続された二次電池58とを備えている。上述したように電力送信装置10の送電コイル40から電力受信装置50の受電コイル60に伝送された電力は、充電回路56を介して二次電池58に充電される一方、電力受信回路52を介して負荷54に供給される。受電コイル60で電力を受けていない間(受電コイル60が所定位置に置かれていない間)は、二次電池58からの放電が行われ、充電回路56及び電力受信回路52を介して負荷54に電力の供給が行われる。
上述したように、送電コイル40は、電力スイッチング回路14の外部に設けられていることから、送電可能な電力の大きさに関する制限が解除されている。また、上述した式(1)〜式(3)を満たすようにスイッチング周波数と各素子との関係を構成することとすると、スイッチング周波数の1MHz以上の高周波数化と高送電効率(低電力損失)を達成することができ、発熱も低くすることができる。即ち、本実施の形態によれば、特性上問題を生じさせることなく、電力送信装置10の小型化・薄型化を実現することができる。更に、図1から明らかなように、本実施の形態による電力送信装置10の回路構成は極めてシンプルである。
(第2の実施の形態)
図3を参照すると、本発明の第2の実施の形態による非接触電力伝送システムは、上述した第1の実施の形態による非接触電力伝送システムの変形例であり、電力送信装置10aにおける電力取出し回路30aの構成が異なる以外は、上述した第1の実施の形態による非接触電力伝送システムと同じ構成を備えている。従って、以下においては、差異である電力取出し回路30aについて特に説明することとし、その他の点については説明を省略することとする。
図3を参照すると、本発明の第2の実施の形態による非接触電力伝送システムは、上述した第1の実施の形態による非接触電力伝送システムの変形例であり、電力送信装置10aにおける電力取出し回路30aの構成が異なる以外は、上述した第1の実施の形態による非接触電力伝送システムと同じ構成を備えている。従って、以下においては、差異である電力取出し回路30aについて特に説明することとし、その他の点については説明を省略することとする。
本実施の形態による電力取出し回路30aは、出力点Pに接続された送電コイル40と、送電コイル40とグランド(第2固定電位)との間に接続された第2キャパシタ32とを備えている。即ち、電力取出し回路30aもまた、第2キャパシタ32と送電コイル40を直列接続してなるものであり、出力点Pの電位VPの変動(所定変動)のうちの交流成分(VAC=VP−VDC)を送信コイル40にて取り出すための回路である。
本実施の形態による非接触電力伝送システムもまた、上述した式(1)〜(5)を満たすように構成されている。このことから理解されるように、式(1)〜式(3)を満たす限り、第2キャパシタ32と送電コイル40とのいずれが出力点P側に接続されていてもよい。更に、第2キャパシタ32を2つのキャパシタに分割して、それらで送電コイル40を挟むようにして2つのキャパシタと送電コイル40とを直列接続することにより、電力取出し回路30aを構成することとしてもよい。いずれの場合も上掲の式(1)〜式(3)、好ましくは式(1)〜式(5)を満たしていれば、上述した第1の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
本実施の形態における各素子のインダクタンス及びキャパシタンスの具体的数値例を以下に記す。受電コイル60を所定位置に配置した状態(送電コイル40及び受電コイル60が電磁誘導によって結合する状態に置かれたとき)の出力点Pから見た場合の送電コイル40のインダクタンスL2=2.64μH、電位変動用インダクタ18のインダクタンスL1=14.57μH、第1キャパシタ20のキャパシタンスC1=75.67pF、第2キャパシタ32のキャパシタンスC2=61.04pFとし、所定スイッチング周波数fを13.56MHzとし、式(1)に各数値を代入して計算すると、下記の結果が得られる。
f=0.6474f1 ・・・(6)
同様に、式(2)に各数値を代入して計算すると、下記の結果が得られる。
f=1.170f2 ・・・(7)
即ち、インダクタンス及びキャパシタンス並びに所定スイッチング周波数を上記のような値にすると、f2<f<f1となり、式(3)を満足する。
f=0.6474f1 ・・・(6)
同様に、式(2)に各数値を代入して計算すると、下記の結果が得られる。
f=1.170f2 ・・・(7)
即ち、インダクタンス及びキャパシタンス並びに所定スイッチング周波数を上記のような値にすると、f2<f<f1となり、式(3)を満足する。
実際に、インダクタンス及びキャパシタンス並びに所定スイッチング周波数を満たすように電力送信装置10を構成し、電力受信装置50との間で電力伝送を行った。
その際の送電コイル40の入力インピーダンスを測定し、そのインピーダンスの実数成分(R)が28.5Ωのとき、電力受信装置50側への伝送電力量は2.9Wとなった。また、伝送電力量や送電コイル40及び/又は受電コイル60の特性が異なると、L1、L2、C1、C2の設定値は変える必要があるが、その場合であっても、上述したように、式(3)の条件、即ち、f2<f<f1を満足するように各素子の値及びスイッチング周波数を設定することにより、高い送電効率を得ることができる。
その際の送電コイル40の入力インピーダンスを測定し、そのインピーダンスの実数成分(R)が28.5Ωのとき、電力受信装置50側への伝送電力量は2.9Wとなった。また、伝送電力量や送電コイル40及び/又は受電コイル60の特性が異なると、L1、L2、C1、C2の設定値は変える必要があるが、その場合であっても、上述したように、式(3)の条件、即ち、f2<f<f1を満足するように各素子の値及びスイッチング周波数を設定することにより、高い送電効率を得ることができる。
図4は、本実施の形態の非接触電力伝送システムに使用する送電コイル40の構成の一例を示す平面図である。なお、受電コイル60もこの送電コイル40と同様の構成を有するものとする。図4に示される送電コイル40は、コイル巻き線の互いの線間に間隙を設けて構成されたものである。詳しくは、送電コイル40は、透磁率が1000以下の磁性体基板42上に巻き数が4ターンの平面コイル44を設置して構成し、そのインピーダンスを小さくしている。
平面コイル44は回路配線板上にパターン配線にて形成することとしてもよい。その場合、成形された回路基板上にコイルパターンのパターンニング、めっき、エッチングなどの工程を経て形成される。また平面コイル44は、ポリウレタン銅線、ポリエステル銅線、エナメル銅線などの単線、もしくは上記単線を2本以上撚り合わせたもの、もしくは上記単線を2本以上束ねたもの、もしくは上記単線に熱可塑性樹脂、熱硬化型樹脂などの融着皮膜を焼き付けた融着銅線、もしくは上記単線を2本以上平行に並べ接着させた多本平行線などで形成することとしてもよい。なお、平面コイル44の形状は搭載される筐体の形状に合わせて最適な形状となるよう設計することができる。
磁性体基板42は、例えば、厚み1mm以下であり且つ比透磁率が1000以下であるニッケル系フェライトを用いて構成することができる。なお、磁性体基板42の形状は搭載される筐体の形状に合わせて最適な形状に設計することができる。
また、磁性体基板42は、上述のニッケル系フェライトの他に、マンガン系フェライト、アモルファス磁性合金、Fe−Ni系合金であるパーマロイ、ナノ結晶磁性材料などの磁性材料を用いて構成することとしてもよい。この磁性材料はシート状のもののほか、磁性塗料を塗布したもの、上記材料の磁性体フィラーや磁性粉を樹脂に混合したものであってもよい。
上述した送電コイル40と、図5に示される比較例のコイル40′とを試作し評価を行った。ここで、コイル40′は、コイル巻き線の互いの線間に間隙を設けないで構成されたものであり、その他の点(材料等)については図4に示される送電コイル40と同じである。
具体的には、図4の送電コイル40(受電コイル60)の例として、外径φ29mm、線径0.5mm、巻き数4ターンとし、コイル巻き線の互いの線間の間隙を2mmとして平面コイル44を構成する一方、ニッケル系フェライトを使用し、外径φ30mm、厚さ0.2mmの円盤形状の磁性体基板42を構成した。磁性体基板42の透磁率は800であった。かかるコイルの場合、所定スイッチング周波数f=13.56MHzでの電力伝送において、6Wの電力を給電することができた。
一方、図5の送電コイル40′(受電コイル60)の例として、外径φ25mm、線径0.5mm、巻き数4ターンとし、コイル巻き線間に間隙を設けずに平面コイル44′を構成する一方、ニッケル系フェライトを使用し、外径φ30mm、厚さ0.2mmの円盤形状の磁性体基板42を構成した。磁性体基板42の透磁率は800であった。かかるコイルの場合、所定スイッチング周波数f=13.56MHzでの電力伝送において、4.5Wの電力を給電することができた。
また、送電コイルと受電コイル間の位置ずれによる効率の変化を評価した。具体的には、受電コイルとしては図5に示される構成を有するコイルを用いた。一方、送電コイルとしては図4の構成を有するもの(巻き線間に間隙がある構成)と図5の構成を有するもの(巻き線間に間隙がない構成)との2つ作製し、それぞれについて送電コイルに対して受電コイルが位置ずれした場合の出力電力の変化を評価を行った。評価結果を図6に示す。
図6から明らかなように、巻き線間に間隙を設けた平面コイル44を用いた場合、位置ずれに対して出力電力の変化が少なく、互いのコイルの位置ずれが±5mmまでは5V以上の出力が得られている。
図6から明らかなように、巻き線間に間隙を設けた平面コイル44を用いた場合、位置ずれに対して出力電力の変化が少なく、互いのコイルの位置ずれが±5mmまでは5V以上の出力が得られている。
なお、送電コイル及び受電コイル用の平面コイルの巻き数及びインピーダンスは、非接触電力伝送システムの用途や小型化に対する要求の程度、所望とする給電電力などによって最適な値は異なる。しかしながら、巻き数として1から10ターンであれば広範な応用に対して適用可能である。また、コイルの巻き線間の間隙は0.1mm以上であれば、従来のようにほぼ間隔0で構成した場合に比べ、送電コイル及び受電コイル間の位置ずれに対する冗長性を改善可能である。
本発明は上記の実施の形態に限られるものではないことはいうまでもなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で部材や構成などの変更が可能である。例えば、電力受信回路50の負荷9は等価回路的には一般的には抵抗が想定される。しかしながら、容量成分を直列又は並列に含む負荷やインダクタンス成分を含む負荷であってもよく、その場合であっても、本発明の効果が得られる。また、電力送信装置10に関しては図示された素子の他に電気部品や回路を付加することもできる。また、電圧駆動型のスイッチング素子には、FET以外の半導体スイッチ素子を用いることもできる。
10,10a 電力送信装置
12 発振回路
14 電力スイッチング回路
16 スイッチング素子
18 電位変動用インダクタ
20 第1キャパシタ
30,30a 電力取出し回路
32 第2キャパシタ
40 送電コイル
42 磁性体基板
44 平面コイル
50 電力受信装置
52 電力受信回路
54 負荷
56 充電回路
58 二次電池
60 受電コイル
62 磁性体基板
64 平面コイル
12 発振回路
14 電力スイッチング回路
16 スイッチング素子
18 電位変動用インダクタ
20 第1キャパシタ
30,30a 電力取出し回路
32 第2キャパシタ
40 送電コイル
42 磁性体基板
44 平面コイル
50 電力受信装置
52 電力受信回路
54 負荷
56 充電回路
58 二次電池
60 受電コイル
62 磁性体基板
64 平面コイル
Claims (12)
- 送電コイルを有する電力送信装置であって、電力受信装置の受電コイルを前記送電コイル近傍の所定位置に配置することにより前記受電コイルと前記送電コイルとの間の電磁誘導を利用して前記電力受信装置に対して電力を送信する電力送信装置において、
スイッチング素子と出力点とを有し且つ前記スイッチング素子を所定スイッチング周波数でスイッチすることにより前記出力点における電位を所定変動させる電力スイッチング回路であって、前記所定変動は所定の振幅を有する正弦波変動を半波整流して得られるような電位変動である電力スイッチング回路と、
前記出力点と第1固定電位との間に接続された第1キャパシタと、
前記送電コイルを含む電力取出し回路であって、前記所定変動に含まれる交流的変化を前記送電コイルの両端に生じさせるように前記出力点と第2固定電位との間に接続された電力取出し回路と
を備える電力送信装置。 - 請求項1記載の電力送信装置であって、
前記スイッチング素子は、第3固定電位と前記出力点との間に接続されており、
前記電力スイッチング回路は、第4固定電位と前記出力点との間に接続された電位変動用インダクタを更に備えており、
前記所定変動は、前記所定スイッチング周波数fと前記電位変動用インダクタのインダクタンスとで設定される
電力送信装置。 - 請求項2記載の電力送信装置であって、前記第3固定電位はグランドである、電力送信装置。
- 請求項2又は請求項3記載の電力送信装置であって、
前記電力取出し回路は、前記送電コイルと、該送電コイルと直列接続された第2キャパシタとを備えており、
前記送電コイルと前記第2キャパシタとで直列共振回路を構成した場合における第2共振周波数f2であって前記受電コイルを前記所定領域に配置した状態において前記出力点側から前記送電コイルを見た場合の前記送電コイルのインダクタンスを用いて算出される第2共振周波数f2は、前記所定スイッチング周波数fよりも小さい
電力送信装置。 - 請求項4記載の電力送信装置であって、
前記第2共振周波数f2は、前記所定スイッチング周波数fに対して、0.5f<f2<fを満たす、電力送信装置。 - 請求項4又は請求項5記載の電力送信装置であって、
前記第1キャパシタと前記第2キャパシタと前記送電コイルとで直列共振回路を構成した場合における第1共振周波数f1であって前記受電コイルを前記所定領域に配置した状態において前記出力点側から前記送電コイルを見た場合の前記送電コイルのインダクタンスを用いて算出される第1共振周波数f1は、前記所定スイッチング周波数fよりも大きい
電力送信装置。 - 請求項6記載の電力送信装置であって、
前記第1共振周波数f1は、前記所定スイッチング周波数fに対して、f<f1<2fを満たす、電力送信装置。 - 請求項2乃至請求項7のいずれかに記載の電力送信装置であって、
前記所定スイッチング周波数は1MHz以上に設定されている
電力送信装置。 - 請求項1乃至請求項8のいずれかに記載の電力送信装置であって、前記第1固定電位及び前記第2固定電位はいずれもグランドである、電力送信装置。
- 請求項1乃至請求項9のいずれかに記載の電力送信装置と、
前記受電コイルを有する前記電力受信装置と
を備える非接触電力伝送システム。 - 請求項10記載の非接触電力伝送システムであって、
前記送電コイル及び前記受電コイルは、夫々、基板に対して平面コイルを設置して構成されたものであり、
前記基板は、透磁率が1000以下の磁性体からなるものであり、
前記平面コイルの巻回数は、1〜10ターンである、
非接触電力伝送システム。 - 請求項11記載の非接触電力伝送システムであって、
前記平面コイルは、線間に0.1mm以上の間隙を設けるようにして巻き線してなるものである
非接触電力伝送システム。
Applications Claiming Priority (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009002487 | 2009-01-08 | ||
JP2009002487 | 2009-01-08 | ||
JP2009133061 | 2009-06-02 | ||
JP2009133061 | 2009-06-02 | ||
PCT/JP2010/050002 WO2010079768A1 (ja) | 2009-01-08 | 2010-01-04 | 電力送信装置及び非接触電力伝送システム |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPWO2010079768A1 true JPWO2010079768A1 (ja) | 2012-06-21 |
Family
ID=42316534
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2010545757A Pending JPWO2010079768A1 (ja) | 2009-01-08 | 2010-01-04 | 電力送信装置及び非接触電力伝送システム |
Country Status (6)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20110266884A1 (ja) |
JP (1) | JPWO2010079768A1 (ja) |
KR (1) | KR20110103408A (ja) |
CN (1) | CN102273046A (ja) |
DE (1) | DE112010000855T5 (ja) |
WO (1) | WO2010079768A1 (ja) |
Families Citing this family (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5532422B2 (ja) * | 2010-07-30 | 2014-06-25 | スミダコーポレーション株式会社 | コイル |
JP5211256B1 (ja) * | 2011-12-22 | 2013-06-12 | Necトーキン株式会社 | 電子機器及びシステム |
TWI587597B (zh) | 2012-02-17 | 2017-06-11 | Lg伊諾特股份有限公司 | 無線電力傳輸器,無線電力接收器,以及無線電力傳輸系統的電力傳輸方法 |
KR101305828B1 (ko) * | 2012-03-07 | 2013-09-06 | 엘지이노텍 주식회사 | 무선전력 송신장치, 무선전력 수신장치, 무선전력 전송 시스템 및 무선전력 전송 방법 |
KR101685371B1 (ko) * | 2012-03-06 | 2016-12-12 | 가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼 | 전력 전송 시스템 |
EP2850718A4 (en) * | 2012-03-19 | 2016-03-09 | Keith Maxwell Howard | SYSTEM FOR WIRELESS POWER DISTRIBUTION |
KR101413490B1 (ko) * | 2012-07-24 | 2014-07-01 | (주)기술과가치 | 무선전력 전송장치 및 이를 이용한 무선충전공간을 구축하는 방법 |
WO2014057959A1 (ja) * | 2012-10-11 | 2014-04-17 | 株式会社村田製作所 | ワイヤレス給電装置 |
GB2526444C (en) * | 2013-02-15 | 2020-09-23 | Murata Manufacturing Co | Wireless power supply apparatus |
DE102013205481A1 (de) * | 2013-03-27 | 2014-10-02 | Siemens Aktiengesellschaft | Vorrichtung zur drahtlosen, induktiven Energieübertragung auf einen Empfänger |
KR102113853B1 (ko) * | 2013-07-17 | 2020-06-03 | 삼성전자주식회사 | 커플링 영역 검출 방법 및 장치 |
CN106300701A (zh) * | 2016-09-27 | 2017-01-04 | 北京工业职业技术学院 | 无线输电系统及其输电方法 |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH10225020A (ja) * | 1997-02-03 | 1998-08-21 | Sony Corp | 無接点電力供給装置 |
WO2006022365A1 (ja) * | 2004-08-27 | 2006-03-02 | Hokushin Denki Co., Ltd. | 非接触電力伝送装置 |
Family Cites Families (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5028846A (en) * | 1990-06-20 | 1991-07-02 | Gte Products Corporation | Single-ended ballast circuit |
JPH0787746A (ja) * | 1993-09-14 | 1995-03-31 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | インバータ装置 |
JP2673876B2 (ja) | 1994-12-05 | 1997-11-05 | ティーディーケイ株式会社 | 電磁誘導コイルの駆動回路及び該駆動回路を用いた充電装置 |
JP2001144535A (ja) * | 1999-11-16 | 2001-05-25 | Tdk Corp | マルチバンド型電圧制御発振器 |
US6301128B1 (en) * | 2000-02-09 | 2001-10-09 | Delta Electronics, Inc. | Contactless electrical energy transmission system |
NZ541629A (en) * | 2005-08-03 | 2008-02-29 | Auckland Uniservices Ltd | Resonant inverter which includes two or more inductive elements that form part of a resonant circuit of the inverter |
US20070042729A1 (en) * | 2005-08-16 | 2007-02-22 | Baaman David W | Inductive power supply, remote device powered by inductive power supply and method for operating same |
US7382636B2 (en) * | 2005-10-14 | 2008-06-03 | Access Business Group International Llc | System and method for powering a load |
TWI325217B (en) * | 2006-01-11 | 2010-05-21 | Himax Tech Ltd | An inverter |
US7989986B2 (en) * | 2006-03-23 | 2011-08-02 | Access Business Group International Llc | Inductive power supply with device identification |
JP4420073B2 (ja) * | 2007-07-11 | 2010-02-24 | セイコーエプソン株式会社 | コイルユニット及び電子機器 |
WO2009081126A1 (en) * | 2007-12-21 | 2009-07-02 | Amway (Europe) Limited | Circuitry for inductive power transfer |
CN101345438A (zh) * | 2008-08-28 | 2009-01-14 | 旭丽电子(广州)有限公司 | 无线供电装置 |
US8421274B2 (en) * | 2008-09-12 | 2013-04-16 | University Of Pittsburgh-Of The Commonwealth System Of Higher Education | Wireless energy transfer system |
US20100110741A1 (en) * | 2008-10-31 | 2010-05-06 | University Of Florida Research Foundation, Inc. | Miniature high voltage/current ac switch using low voltage single supply control |
-
2010
- 2010-01-04 JP JP2010545757A patent/JPWO2010079768A1/ja active Pending
- 2010-01-04 WO PCT/JP2010/050002 patent/WO2010079768A1/ja active Application Filing
- 2010-01-04 CN CN2010800039726A patent/CN102273046A/zh active Pending
- 2010-01-04 KR KR1020117015518A patent/KR20110103408A/ko not_active Application Discontinuation
- 2010-01-04 DE DE112010000855T patent/DE112010000855T5/de not_active Withdrawn
- 2010-08-09 US US13/143,901 patent/US20110266884A1/en not_active Abandoned
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH10225020A (ja) * | 1997-02-03 | 1998-08-21 | Sony Corp | 無接点電力供給装置 |
WO2006022365A1 (ja) * | 2004-08-27 | 2006-03-02 | Hokushin Denki Co., Ltd. | 非接触電力伝送装置 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US20110266884A1 (en) | 2011-11-03 |
DE112010000855T5 (de) | 2012-06-21 |
WO2010079768A1 (ja) | 2010-07-15 |
KR20110103408A (ko) | 2011-09-20 |
CN102273046A (zh) | 2011-12-07 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
WO2010079768A1 (ja) | 電力送信装置及び非接触電力伝送システム | |
US11316271B2 (en) | Multi-mode wireless antenna configurations | |
CN103931078B (zh) | 无线电力中继器 | |
WO2012157454A1 (ja) | 給電装置、給電システムおよび電子機器 | |
WO2017100747A1 (en) | System for inductive wireless power transfer for portable devices | |
EP2421122A1 (en) | Wireless energy transmission with weakly coupled resonators | |
US11101848B2 (en) | Wireless power transmission system utilizing multiple transmission antennas with common electronics | |
JP2014183469A (ja) | アンテナ装置及び電子機器 | |
JP5667019B2 (ja) | 無線電力伝送装置およびその方法 | |
JP2013102593A (ja) | 磁気結合装置および磁気結合システム | |
JP6583599B1 (ja) | アンテナ装置、通信システム、及び電子機器 | |
JPWO2018021060A1 (ja) | 無線モジュール、rfidシステムおよびワイヤレス給電装置 | |
JP2012143092A (ja) | 充電acアダプタ | |
JP2014087125A (ja) | 非接触電力伝送装置 | |
US20180076668A1 (en) | Wireless power transfer systems and components thereof | |
JPH11176676A (ja) | 小型非接触伝送装置 | |
Jolani et al. | A novel planar wireless power transfer system with strong coupled magnetic resonances | |
Kiran et al. | Analysis and experimental verification of three-coil inductive resonant coupled wireless power transfer system | |
US11735955B2 (en) | Resonant circuit for transmitting electric energy | |
US10854379B2 (en) | Wireless power transfer antenna core and wireless power transfer module including same | |
US11539245B2 (en) | Resonant circuit for transmitting electric energy without a power amplifier | |
KR102480123B1 (ko) | 코일 모듈 | |
KR20120033757A (ko) | 전자기장 공진기를 이용한 무선 전력전송장치 | |
WO2023222205A1 (en) | Wireless power receiver arrangement with planar inductor arrangement and reconfigurable switching network | |
JP2014236542A (ja) | 送電装置およびコイルユニット |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20121107 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20131219 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20140515 |