JPWO2015163296A1 - Wireless power supply system - Google Patents
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Abstract
Z軸方向の磁束が交わる第1導体(21)、X軸方向の磁束が交わる第2導体(22)、Y軸方向の磁束が交わる第3導体(23)、基板(20)、第1導体、第2導体および第3導体が有するインダクタンスとともにLC共振回路を構成するキャパシタ、を備え、第1導体(21)の少なくとも一部は、基板(20)の第1主面または第2主面に沿って形成されていて、第2導体(22)および第3導体(23)の少なくとも一部は基板(20)の第1主面から起立するように基板(20)の第1主面に載置されている。このような構成により、ワイヤレス給電装置に対する受電装置の相対的な姿勢が不定であっても受電可能とする。First conductor (21) where magnetic flux in the Z-axis direction intersects, second conductor (22) where magnetic flux in the X-axis direction intersects, third conductor (23) where magnetic flux in the Y-axis direction intersects, substrate (20), first conductor , A capacitor that forms an LC resonance circuit together with the inductance of the second conductor and the third conductor, and at least part of the first conductor (21) is on the first main surface or the second main surface of the substrate (20). And the second conductor (22) and the third conductor (23) are mounted on the first main surface of the substrate (20) so as to stand up from the first main surface of the substrate (20). Is placed. With such a configuration, power can be received even if the relative posture of the power receiving device with respect to the wireless power feeding device is indefinite.
Description
本発明は、給電装置からワイヤレスで電力を受電する受電アンテナに関するものである。 The present invention relates to a power receiving antenna that wirelessly receives power from a power feeding device.
近年、近距離無線通信システムが拡大し、種々の装置がワイヤレスで独立使用される状況が増えている。これに伴い、電力についても近距離でワイヤレス給電する技術が注目されている。 In recent years, the short-range wireless communication system has been expanded, and the situation in which various devices are independently used wirelessly is increasing. Along with this, a technology for wirelessly feeding power at a short distance is also drawing attention.
近距離給電関係の文献として、一部を順次重ねた複数のコイルを配置して、給電装置の給電部と受電装置の受電部との位置合わせを容易にした電力伝送システムの構成が特許文献1に示されている。
特許文献1に示されているように、従来のワイヤレス給電装置は、給電コイルと受電コイルとが、コイル開口面が互いに対向するように配置されて使用される。そのため、給電コイルと受電コイルとが対向しない状態ではワイヤレス給電できないか、電力伝送効率が低下する。
As shown in
また、特許文献1に示されているように、給電コイルに対して受電コイルを対面させる形態で使用するワイヤレス給電装置においては、ワイヤレス給電装置に対する受電装置の相対的な姿勢を一定に保つことが、電力伝送効率を維持するうえで重要である。
Further, as shown in
一方、ワイヤレス給電装置に対する受電装置の相対的な姿勢が不定であっても受電できることが望まれる場合がある。 On the other hand, it may be desired that power can be received even if the relative posture of the power receiving device with respect to the wireless power feeding device is indefinite.
本発明の目的は、ワイヤレス給電装置に対する受電装置の相対的な姿勢が不定であっても受電でき、且つコイル部の構成を容易にした受電アンテナを提供することにある。 An object of the present invention is to provide a power receiving antenna that can receive power even if the relative posture of the power receiving device with respect to the wireless power feeding device is indefinite, and that has a simple coil configuration.
(1)本発明の受電アンテナは、
XYZ直交座標系において、Z軸方向の磁束が交わる第1導体と、X軸方向の磁束が交わる第2導体と、Y軸方向の磁束が交わる第3導体と、
第1導体、第2導体および第3導体を設ける基板と、
第1導体、第2導体および第3導体が有するインダクタンスとともにLC共振回路を構成するキャパシタと、
を備え、
第1導体、第2導体および第3導体に誘導される電流を前記LC共振回路から電力として取り出すようにした受電アンテナにおいて、
第1導体の少なくとも一部は、基板の第1主面または第2主面に沿って形成されていて、第2導体および第3導体の少なくとも一部は基板の第1主面から起立するように基板の第1主面に載置されていることを特徴としている。(1) The power receiving antenna of the present invention is
In the XYZ orthogonal coordinate system, a first conductor where the magnetic flux in the Z-axis direction intersects, a second conductor where the magnetic flux in the X-axis direction intersects, a third conductor where the magnetic flux in the Y-axis direction intersects,
A substrate on which a first conductor, a second conductor and a third conductor are provided;
A capacitor constituting an LC resonance circuit together with inductances of the first conductor, the second conductor, and the third conductor;
With
In the power receiving antenna in which the current induced in the first conductor, the second conductor, and the third conductor is extracted from the LC resonance circuit as power,
At least a part of the first conductor is formed along the first main surface or the second main surface of the substrate, and at least a part of the second conductor and the third conductor stands up from the first main surface of the substrate. It is characterized by being placed on the first main surface of the substrate.
(2)前記第1導体はZ軸方向の磁束が鎖交するループを形成し、前記第2導体はX軸方向の磁束が鎖交するループを形成し、前記第3導体はY軸方向の磁束が鎖交するループを形成し、第1導体は基板の第1主面または第2主面に沿って形成されていて、第2導体および第3導体は前記基板の第1主面から起立するように基板の第1主面に載置されていることが好ましい。 (2) The first conductor forms a loop in which magnetic flux in the Z-axis direction is linked, the second conductor forms a loop in which magnetic flux in the X-axis direction is linked, and the third conductor is in the Y-axis direction. A loop in which magnetic fluxes are linked is formed, the first conductor is formed along the first main surface or the second main surface of the substrate, and the second conductor and the third conductor are raised from the first main surface of the substrate. Thus, it is preferably placed on the first main surface of the substrate.
(3)本発明の受電アンテナは、
XYZ直交座標系において、Z軸方向の磁束が交わる第1導体と、X軸方向の磁束が交わる第2導体と、Y軸方向の磁束が交わる第3導体と、
第1導体、第2導体および第3導体を設ける基板と、
第1導体、第2導体および第3導体が有するインダクタンスとともにLC共振回路を構成するキャパシタと、
を備え、
第1導体、第2導体および第3導体に誘導される電流を前記LC共振回路から電力として取り出すようにした受電アンテナにおいて、
第1導体はZ軸方向の磁束が鎖交するループを形成し、第2導体は前記X軸方向の磁束が鎖交するループを形成し、第3導体はY軸方向の磁束が鎖交するループを形成し、
前記基板は4つの辺を有する矩形板状であり、4つの辺(端縁)に切り込み部が形成されていて、
第1導体は基板の第1主面または第2主面に沿って形成されていて、第2導体および第3導体は基板の切り込み部に保持されていることを特徴としている。(3) The power receiving antenna of the present invention is
In the XYZ orthogonal coordinate system, a first conductor where the magnetic flux in the Z-axis direction intersects, a second conductor where the magnetic flux in the X-axis direction intersects, a third conductor where the magnetic flux in the Y-axis direction intersects,
A substrate on which a first conductor, a second conductor and a third conductor are provided;
A capacitor constituting an LC resonance circuit together with inductances of the first conductor, the second conductor, and the third conductor;
With
In the power receiving antenna in which the current induced in the first conductor, the second conductor, and the third conductor is extracted from the LC resonance circuit as power,
The first conductor forms a loop in which the magnetic flux in the Z-axis direction is linked, the second conductor forms a loop in which the magnetic flux in the X-axis direction is linked, and the third conductor is linked in the Y-axis direction. Forming a loop,
The substrate has a rectangular plate shape having four sides, and cut portions are formed on the four sides (edges).
The first conductor is formed along the first main surface or the second main surface of the substrate, and the second conductor and the third conductor are held in a cut portion of the substrate.
上記(1)〜(3)のいずれの構成においても、受電アンテナが給電装置に対して3次元のいずれの方向を向く姿勢においても安定な給電が可能となる。また、各ループ状導体の実装が容易であり、各ループ状導体形成部が簡素になることから、全体の小型化が図れる。 In any of the above configurations (1) to (3), stable power feeding is possible even in a posture in which the power receiving antenna faces any three-dimensional direction with respect to the power feeding device. Further, each loop-shaped conductor can be easily mounted and each loop-shaped conductor forming portion is simplified, so that the overall size can be reduced.
(4)前記第1導体、第2導体および第3導体が電気的に直列接続されていると、LC共振回路を単一化でき、回路構成が簡素になり、多数の回路素子を用いる場合の損失が低減できる。 (4) When the first conductor, the second conductor, and the third conductor are electrically connected in series, the LC resonance circuit can be unified, the circuit configuration is simplified, and a large number of circuit elements are used. Loss can be reduced.
(5)上記(4)において、第1導体、第2導体および第3導体は1本の導線の折り曲げ加工により形成されているが好ましい。この構成により、導線の接続が簡素な構造になり部品点数も増加しないので、小型化が容易となる。 (5) In the above (4), it is preferable that the first conductor, the second conductor, and the third conductor are formed by bending one conductive wire. With this configuration, the connection of the conductive wires has a simple structure and the number of parts does not increase, so that downsizing is facilitated.
(6)上記(1)〜(4)において、第1導体、第2導体および第3導体とともに3つのLC共振回路を構成する3つのキャパシタである場合、これら3つのLC共振回路は、互いに略等しい共振周波数であることが好ましい。この構成により、給電装置から発せられる高周波磁界の周波数に上記3つの並列共振回路が共振して、高効率の受電が可能となる。 (6) In the above (1) to (4), when there are three capacitors constituting three LC resonance circuits together with the first conductor, the second conductor, and the third conductor, these three LC resonance circuits are substantially It is preferable that the resonance frequencies are equal. With this configuration, the three parallel resonance circuits resonate with the frequency of the high-frequency magnetic field generated from the power supply device, and high-efficiency power reception is possible.
(7)上記(1)〜(4)において、第1導体、第2導体および第3導体で並列接続されていて、この並列回路と前記キャパシタとで単一のLC共振回路が構成されていてもよい。この構成により、部品点数が削減される。 (7) In the above (1) to (4), the first conductor, the second conductor, and the third conductor are connected in parallel, and the parallel circuit and the capacitor constitute a single LC resonance circuit. Also good. With this configuration, the number of parts is reduced.
本発明によれば、ワイヤレス給電装置に対する受電装置の相対的な姿勢が不定であっても受電でき、且つコイル部の構成を容易にした受電アンテナを構成できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, even if the relative attitude | position of the power receiving apparatus with respect to a wireless power feeder is indefinite, it can receive electric power and can comprise the power receiving antenna which made the structure of the coil part easy.
以降、図を参照して幾つかの具体的な例を挙げて、本発明を実施するための複数の形態を示す。各図中には同一箇所に同一符号を付している。各実施形態は例示であり、異なる実施形態で示した構成の部分的な置換または組み合わせが可能であることは言うまでもない。 Hereinafter, several specific examples will be given with reference to the drawings to show a plurality of modes for carrying out the present invention. In each figure, the same reference numerals are assigned to the same portions. Each embodiment is an exemplification, and needless to say, partial replacement or combination of configurations shown in different embodiments is possible.
《第1の実施形態》
図1は第1の実施形態に係る受電アンテナの主要部である受電アンテナコイル部の構成図である。受電アンテナは受電アンテナコイル部201と、それに接続されるキャパシタとで構成される。この受電アンテナは給電装置からワイヤレスで電力を受電する。給電装置に形成されている給電用導体パターンの例は後に示す。<< First Embodiment >>
FIG. 1 is a configuration diagram of a power receiving antenna coil portion which is a main part of the power receiving antenna according to the first embodiment. The power receiving antenna includes a power receiving
受電アンテナコイル部201は、第1ループ状導体21、第2ループ状導体22、第3ループ状導体23およびこれらループ状導体21,22,23を設ける基板20を備えている。XYZ直交座標系において、第1ループ状導体21はコイル軸がZ軸方向を向き、第2ループ状導体22はコイル軸がX軸方向を向き、第3ループ状導体23はコイル軸がY軸方向を向く。したがって、第1ループ状導体21にZ軸方向の磁束が鎖交し、第2ループ状導体22にX軸方向の磁束が鎖交し、第3ループ状導体23にY軸方向の磁束が鎖交する。
The power receiving
図1に表れているように、受電アンテナコイル部201は、破線で示す立方体空間内に存在する。第1ループ状導体21は、そのループ面(ループ状コイルのコイル開口面)が基板20の上面(第1主面)に沿って形成されている。第2ループ状導体22および第3ループ状導体23は基板20の上面に載置されている。
As shown in FIG. 1, the power receiving
第1ループ状導体21は基板20に形成された導体パターンである。第2ループ状導体22および第3ループ状導体23は導線の屈曲成形加工により形成されたものであり、それぞれの導線の端部が基板20上のランドにはんだ付けされることで搭載されている。
The
なお、第1ループ状導体21は、そのループ面が基板20の下面(第2主面)に沿って形成されていてもよい。また、第1ループ状導体21も、第2ループ状導体22および第3ループ状導体23と同様に導線の屈曲成形加工により形成されたものであってもよい。
Note that the loop surface of the
ここでは、それぞれ1ターンのループ状導体の例を示したが、複数ターンであってもよく、同様の作用効果を奏する。 Here, an example of a one-turn loop conductor has been shown, but a plurality of turns may be used, and the same effect is obtained.
図2は、上記3つのループ状導体と受電回路との接続関係を示す図である。3つのループ状導体21,22,23は並列接続されていて、その並列回路に更にキャパシタ31が並列接続されている。これによりLC共振回路が構成され、このLC共振回路が受電回路40に接続される。このLC共振回路の共振周波数は、給電装置から発せられる高周波磁界の周波数となるように設定されている。
FIG. 2 is a diagram illustrating a connection relationship between the three loop conductors and the power receiving circuit. The three
図3は受電アンテナ211および受電回路40の回路図である。第1ループ状導体21、第2ループ状導体22、第3ループ状導体23およびキャパシタ31によるLC共振回路の共振電圧はダイオードDおよびキャパシタC1により整流平滑され、レギュレータ回路REGおよびキャパシタC2で定電圧化され、負荷へ供給される。
FIG. 3 is a circuit diagram of the
上記キャパシタ31は図1に示した基板20に実装されていてもよい。また、受電回路40も、受電アンテナコイル部201が構成される基板20に設けられていてもよい。
The
上記受電アンテナ211および受電回路40は例えば3次元のポインティングデバイスに設けられる。図3に示した負荷は3次元のポインティングデバイスの回路であり、受電アンテナ211および受電回路40はこの回路へ電源電圧を供給する。
The
図4はワイヤレス給電装置の構成図である。このワイヤレス給電装置101は、空間的に離れた場所にある受電装置に磁界を介して給電する装置であり、例えば3次元のポインティングデバイスに対して電力を供給するパッドである。このワイヤレス給電装置101は、給電用のループ状導体11が形成された絶縁体からなる基板10を備えている。ループ状導体11は、Y軸方向に延伸する長経路部11LとX軸方向に延伸する短経路部11Sの組合せからなるミアンダ形状部を備えている。
FIG. 4 is a configuration diagram of the wireless power feeding apparatus. The wireless
ループ状導体11はインダクタンスを有し、このインダクタンスとキャパシタ12のキャパシタンスとで共振するLC共振回路が構成されている。インバータ回路13は直流電源9の直流電圧を入力し、LC共振回路の共振周波数と等しい周波数の高周波電流を供給する。これにより、ループ状導体11に流れる電流によって磁界が発生する。このワイヤレス給電装置101と上記受電アンテナ211とでワイヤレス給電システムが構成される。
The loop-shaped
図5は上記インバータ回路13の構成を示す図である。ここではワイヤレス給電装置全体の回路を表している。インバータ回路13はハイサイドスイッチQ1、ローサイドスイッチQ2、これらをオン・オフ制御するコントローラ/ドライバ回路を備えている。コントローラ/ドライバ回路はハイサイドスイッチQ1およびローサイドスイッチQ2を上記LC共振回路の共振周波数で交互にオン・オフする。これにより共振型インバータ回路を構成している。
FIG. 5 is a diagram showing a configuration of the
図6(A)は上記ワイヤレス給電装置のループ状導体11のうちミアンダ形状部の一部と受電アンテナとの結合について示す平面図、図6(B)はその部分の正面図である。図6(A)(B)において受電アンテナ211については、3つのループ状導体のうち第1ループ状導体21の形状のみを表している。
FIG. 6A is a plan view showing the coupling between a part of the meander-shaped portion of the loop-shaped
図6(A)(B)において、クロス記号およびドット記号は給電用ループ状導体11に流れる電流により生じる磁界の方向を表している。受電アンテナ211が図6(A)に示す位置にあるとき、受電アンテナ211の第1ループ状導体21が形成するコイル開口内に、平面視で2本の長経路部11Lが入る。そのため、第1ループ状導体21は2本の長経路部11Lによる磁束と鎖交して強く結合する。
6A and 6B, the cross symbol and the dot symbol represent the direction of the magnetic field generated by the current flowing through the
図7(A)は、ワイヤレス給電装置のミアンダ形状部の一部と受電アンテナの第2ループ状導体22との関係について示す正面図、図7(B)は、ワイヤレス給電装置のミアンダ形状部の一部と受電アンテナの第3ループ状導体23との関係について示す平面図である。受電アンテナ211の第2ループ状導体22が図7(A)に示す位置にあるとき、第2ループ状導体22に給電装置の磁束は鎖交しない。また、受電アンテナ211の第3ループ状導体23が図7(B)に示す位置にあるとき、第3ループ状導体23に給電装置の磁束は鎖交しない。
FIG. 7A is a front view illustrating a relationship between a part of the meander shape portion of the wireless power feeding apparatus and the
ワイヤレス給電装置に対する受電アンテナコイル部201の姿勢が変化すると、ワイヤレス給電装置のループ状導体と受電アンテナのループ状導体との結合関係は変化する。例えば、図7(A)に示した状態から、受電アンテナコイル部201がY軸回りに回転変位すると、第2ループ状導体22に給電装置の磁束が鎖交する。また、図7(B)に示した状態から、受電アンテナコイル部201がX軸回りに回転変位すると、第3ループ状導体23に給電装置の磁束が鎖交する。したがって、ワイヤレス給電装置に対する受電アンテナコイル部201の姿勢がどのようにあっても、3つのループ状導体21,22,23のうち2つには給電装置の磁束が鎖交する。
When the posture of the power receiving
このようにして、ワイヤレス給電装置に対する受電アンテナコイル部201の姿勢がどのようにあっても、受電アンテナはワイヤレス給電装置から電力を受電できる。
In this manner, the power receiving antenna can receive power from the wireless power feeding device regardless of the posture of the power receiving
《第2の実施形態》
図8は第2の実施形態に係る受電アンテナの主要部である受電アンテナコイル部の構成図である。受電アンテナは受電アンテナコイル部202と、それに接続されるキャパシタとで構成される。この受電アンテナコイル部202は第1ループ状導体21、第2ループ状導体22および第3ループ状導体23を備えている。XYZ直交座標系において、第1ループ状導体21はコイル軸がZ軸方向を向き、第2ループ状導体22はコイル軸がX軸方向を向き、第3ループ状導体23はコイル軸がY軸方向を向く。したがって、第1ループ状導体21にZ軸方向の磁束が鎖交し、第2ループ状導体22にX軸方向の磁束が鎖交し、第3ループ状導体23にY軸方向の磁束が鎖交する。<< Second Embodiment >>
FIG. 8 is a configuration diagram of a power receiving antenna coil portion that is a main part of the power receiving antenna according to the second embodiment. The power receiving antenna includes a power receiving
図8に表れているように、基板20は4つの辺を有する矩形板状であり、4つの辺(端縁)に切り込み部Cが形成されている。第1ループ状導体21は、ループ面が基板20の上面(第1主面)に沿って形成されている。第2ループ状導体22および第3ループ状導体23は基板20の切り込み部Cに保持されている。
As shown in FIG. 8, the
第1ループ状導体21は基板20に形成された導体パターンである。第2ループ状導体22および第3ループ状導体23は導線の屈曲成形加工により形成されたものである。
The
なお、第1ループ状導体21は、そのループ面が基板20の下面(第2主面)に沿って形成されていてもよい。また、第1ループ状導体21も、第2ループ状導体22および第3ループ状導体23と同様に導線の屈曲成形加工により形成されたものであってもよい。
Note that the loop surface of the
このように、基板20を介在させて3つのループ状導体21,22,23を組み立てることで、一体の受電アンテナとして扱うことができる。
Thus, by assembling the three
《第3の実施形態》
図9は第3の実施形態に係る受電アンテナ213Aおよび受電回路40による受電装置の回路図である。また、図10は第3の実施形態に係る別の受電アンテナ213Bおよび受電回路40による受電装置の回路図である。<< Third Embodiment >>
FIG. 9 is a circuit diagram of a power receiving device including the power receiving antenna 213A and the
図9に示す受電アンテナ213Aは、第1ループ状導体21、第2ループ状導体22、第3ループ状導体23、およびキャパシタ31,32,33を備えている。第1ループ状導体21とキャパシタ31とで第1のLC共振回路が構成されていて、第2ループ状導体22とキャパシタ32とで第2のLC共振回路が構成されていて、第3ループ状導体23とキャパシタ33とで第3のLC共振回路が構成されている。いずれの共振回路も、給電装置が発生する高周波磁界の周波数で共振する。これら共振回路にダイオードD1,D2,D3およびキャパシタC1による整流平滑回路が接続されている。整流平滑された電圧は、レギュレータ回路REGおよびキャパシタC2で定電圧化され、負荷へ供給される。
A power receiving antenna 213A shown in FIG. 9 includes a
このように、第1ループ状導体21と第2ループ状導体22は、ループ状導体毎に共振回路を構成し、それらの合成出力を整流平滑してもよい。
As described above, the first loop-shaped
図10に示す受電アンテナ213Bは、第1ループ状導体21、第2ループ状導体22、第3ループ状導体23、およびキャパシタ31,32,33による3つのLC共振回路を備え、これら3つの共振回路は並列接続されている。したがって、等価的には3つのループ状導体21,22,23の並列インダクタと3つのキャパシタ31,32,33の並列キャパシタとで構成される1つの共振回路として作用する。そして、共振回路にダイオードDおよびキャパシタC1による整流平滑回路が接続されている。整流平滑された電圧は、レギュレータ回路REGおよびキャパシタC2で定電圧化され、負荷へ供給される。
The power receiving antenna 213B shown in FIG. 10 includes three LC resonance circuits including a
《第4の実施形態》
図11は第4の実施形態に係る受電アンテナの主要部である受電アンテナコイル部の構成図である。この受電アンテナコイル部204は、第1ループ状導体21、第2ループ状導体22、第3ループ状導体23およびこれらループ状導体21,22,23を設ける基板20を備えている。XYZ直交座標系において、第1ループ状導体21はコイル軸がZ軸方向を向き、第2ループ状導体22はコイル軸がX軸方向を向き、第3ループ状導体23はコイル軸がY軸方向を向く。3つのループ状導体21,22,23は直列接続されている。<< Fourth Embodiment >>
FIG. 11 is a configuration diagram of a power receiving antenna coil portion that is a main part of the power receiving antenna according to the fourth embodiment. The power receiving
図12は受電アンテナ214および受電回路40の回路図である。上記受電アンテナコイル部204の第1ループ状導体21、第2ループ状導体22、第3ループ状導体23とキャパシタ31とによるLC共振回路の共振電圧はダイオードDおよびキャパシタC1により整流平滑され、レギュレータ回路REGおよびキャパシタC2で定電圧化され、負荷へ供給される。
FIG. 12 is a circuit diagram of the
上記キャパシタ31は図11に示した基板20に実装されていてもよい。また、受電回路40も、受電アンテナコイル部204が構成される基板20に設けられていてもよい。
The
《第5の実施形態》
図13は、受電回路が接続された、第5の実施形態に係る受電アンテナの主要部である受電アンテナコイル部の構成図である。受電アンテナは受電アンテナコイル部205と、それに接続されるキャパシタとで構成される。<< Fifth Embodiment >>
FIG. 13 is a configuration diagram of a power receiving antenna coil unit, which is a main part of the power receiving antenna according to the fifth embodiment, to which a power receiving circuit is connected. The power receiving antenna includes a power receiving
受電アンテナコイル部205は、X軸方向に延伸する導体20X1,20X2、Y軸方向に延伸する導体20Y1,20Y2、Z軸方向に延伸する導体20Z1,20Z2を備えている。
The power receiving
これらの導体のうち、Z軸方向の磁束が交わる導体20X1,20X2,20Y1,20Y2が本発明に係る「第1導体」、X軸方向の磁束が交わる導体20Y1,20Y2,20Z1,20Z2が本発明に係る「第2導体」、Y軸方向の磁束が交わる導体20X1,20X2,20Z1,20Z2が本発明に係る「第3導体」である。 Among these conductors, the conductors 20X1, 20X2, 20Y1, and 20Y2 that intersect the magnetic flux in the Z-axis direction are “first conductors” according to the present invention, and the conductors 20Y1, 20Y2, 20Z1, and 20Z2 that intersect the magnetic flux in the X-axis direction are the present invention. The “second conductor” according to the present invention and the conductors 20X1, 20X2, 20Z1, and 20Z2 where the magnetic fluxes in the Y-axis direction intersect are the “third conductor” according to the present invention.
また、これらの導体のうち、X−Y面にある導体20X1,20X2,20Y1は基板20の上面(第1主面)に形成されている。その他の導体20Y2,20Z1,20Z2は基板20の上面に載置されている。
Of these conductors, the conductors 20X1, 20X2, and 20Y1 on the XY plane are formed on the upper surface (first main surface) of the
このように、それぞれ独立した3つのループ状導体が無くても、受電アンテナコイル部205が給電装置に対して3次元のいずれの方向を向く姿勢においても安定な給電が可能となる。
In this manner, even if there are no three independent loop-shaped conductors, stable power feeding is possible in a posture in which the power receiving
《他の実施形態》
以上に示した各実施形態では、受電アンテナコイル部にXYZの各軸方向に直線状に延伸する導体を設けたが、これらは部分的に曲線状であってもよいし、各実施形態で示した導体のうち直線状部分はある程度湾曲していてもよい。すなわち、上述したと同様の作用効果を奏する範囲で変形させてもよい。<< Other embodiments >>
In each of the embodiments described above, the power receiving antenna coil portion is provided with a conductor that extends linearly in each of the XYZ axial directions. However, these may be partially curved or may be shown in each embodiment. Of the conductors, the linear portion may be curved to some extent. That is, you may deform | transform in the range with the same effect as mentioned above.
また、以上に示した各実施形態では、第1ループ状導体、第2ループ状導体、第3ループ状導体のいずれもが同一形状、同一サイズである例を示したが、これらは同一形状、同一サイズである必要はない。 Moreover, in each embodiment shown above, although the 1st loop-shaped conductor, the 2nd loop-shaped conductor, and the 3rd loop-shaped conductor showed all the same shape and the same size, these showed the same shape, They do not have to be the same size.
また、以上に示した各実施形態では、第1ループ状導体、第2ループ状導体、第3ループ状導体のいずれもが1ターンまたは1ターンに満たないループ状である例を示したが、これらは複数ターンのパターンであってもよい。 Moreover, in each embodiment shown above, although the 1st loop-shaped conductor, the 2nd loop-shaped conductor, and the 3rd loop-shaped conductor showed the example which is a loop shape which is less than 1 turn or 1 turn, These may be multi-turn patterns.
C…切り込み部
C1,C2…キャパシタ
D,D1,D2,D3…ダイオード
Q1…ハイサイドスイッチ
Q2…ローサイドスイッチ
REG…レギュレータ回路
9…直流電源
10…基板
11…給電用ループ状導体
11L…長経路部
11S…短経路部
12…キャパシタ
13…インバータ回路
20…基板
20X1,20X2,20Y1,20Y2…第1導体
20Y1,20Y2,20Z1,20Z2…第2導体
20X1,20X2,20Z1,20Z2…第3導体
21…第1ループ状導体
22…第2ループ状導体
23…第3ループ状導体
31,32,33…キャパシタ
40…受電回路
101…ワイヤレス給電装置
201…受電アンテナコイル部
202…受電アンテナコイル部
205…受電アンテナコイル部
211…受電アンテナ
213A,213B…受電アンテナ
214…受電アンテナC ... Cut-in portions C1, C2 ... Capacitors D, D1, D2, D3 ... Diode Q1 ... High-side switch Q2 ... Low-side switch REG ...
本発明は、ワイヤレス給電装置と受電装置とで構成されるワイヤレス給電システムに関するものである。 The present invention relates to a wireless power feeding system composed of the wireless power supply apparatus and a power receiving device.
本発明の目的は、ワイヤレス給電装置に対する受電装置の相対的な姿勢が不定であっても受電でき、且つコイル部の構成を容易にしたワイヤレス給電システムを提供することにある。 An object of the present invention may be receiving a indefinite relative posture of the power receiving device for wireless power supply apparatus, and to provide a wireless power feeding system which facilitates the configuration of the coil portion.
(1)本発明のワイヤレス給電システムは、
ワイヤレスで電力を給電するワイヤレス給電装置と、前記ワイヤレス給電装置と磁界結合して電力を受電する受電装置と、で構成されるワイヤレス給電システムであって、
前記ワイヤレス給電装置は、XYZ直交座標系において、Y軸方向に延伸する複数の長経路部とX軸方向に延伸する複数の短経路部との組合せからなるミアンダ形状の導体を有する給電アンテナを備え、
前記受電装置は、前記XYZ直交座標系において、Z軸方向の磁束が交わる第1導体と、X軸方向の磁束が交わる第2導体と、Y軸方向の磁束が交わる第3導体と、
前記第1導体、前記第2導体および前記第3導体を設ける基板と、
前記第1導体、前記第2導体および前記第3導体が有するインダクタンスとともにLC共振回路を構成するキャパシタと、
前記第1導体、前記第2導体および前記第3導体に誘導される電流を前記LC共振回路から電力として取り出す受電アンテナと、
を備え、
前記第1導体の少なくとも一部は、前記基板の第1主面または第2主面に沿って形成されていて、前記第2導体および前記第3導体の少なくとも一部は前記基板の第1主面から起立するように前記基板の第1主面に載置されていることを特徴としている。
(1) The wireless power feeding system of the present invention
A wireless power feeding system configured by a wireless power feeding device that feeds power wirelessly and a power receiving device that receives magnetic power by magnetic coupling with the wireless power feeding device,
The wireless power feeder includes a power feeding antenna having a meander-shaped conductor formed of a combination of a plurality of long path portions extending in the Y-axis direction and a plurality of short path portions extending in the X-axis direction in an XYZ orthogonal coordinate system. ,
In the XYZ orthogonal coordinate system, the power receiving device includes a first conductor where magnetic flux in the Z-axis direction intersects, a second conductor where magnetic flux in the X-axis direction intersects, and a third conductor where magnetic flux in the Y-axis direction intersects;
A substrate providing the first conductor, the second conductor and the third conductor,
A capacitor to constitute an LC resonance circuit together with the first conductor, the second conductor and the third inductance conductor has,
A receiving-antenna to supra Symbol first conductor, the current induced in the second conductor and the third conductor takes as power from the LC resonant circuit,
With
Wherein at least a portion of said first conductor is formed along the first major surface or second major surface of said substrate, at least a portion of said second conductor and said third conductor is a first main of the substrate It is characterized by being placed on the first main surface of the substrate so as to stand up from the surface.
(2)前記第1導体はZ軸方向の磁束が鎖交するループを形成し、前記第2導体はX軸方向の磁束が鎖交するループを形成し、前記第3導体はY軸方向の磁束が鎖交するループを形成することが好ましい。 (2) The first conductor forms a loop in which magnetic flux in the Z-axis direction is linked, the second conductor forms a loop in which magnetic flux in the X-axis direction is linked, and the third conductor is in the Y-axis direction. It is preferable to form a loop in which magnetic fluxes are linked.
(3)前記基板は、切り込み部が形成されている4つの辺を有する矩形板状であり、
前記第1導体は前記基板の第1主面または第2主面に沿って形成されていて、前記第2導体および前記第3導体は前記基板の切り込み部に保持されていることが好ましい。
(3) pre-Symbol substrate has a rectangular plate shape having four sides cut portion is formed,
Wherein the first conductor is formed along the first major surface or second major surface of said substrate, said second conductor and said third conductor is preferably held in the cut portion of the substrate.
(6)上記(1)〜(3)において、前記キャパシタは3つのキャパシタであり、前記LC共振回路は、前記3つのキャパシタ、前記第1導体、前記第2導体および前記第3導体で構成される3つのLC共振回路であり、前記3つのLC共振回路の共振周波数は略等しい、ことが好ましい。この構成により、給電装置から発せられる高周波磁界の周波数に上記3つの並列共振回路が共振して、高効率の受電が可能となる。 (6) In the above (1) to ( 3 ), the capacitor is three capacitors, and the LC resonance circuit is composed of the three capacitors, the first conductor, the second conductor, and the third conductor. that a three LC resonant circuits, the resonant frequency of the three LC resonant circuit is substantially not equal, it is preferable. With this configuration, the three parallel resonance circuits resonate with the frequency of the high-frequency magnetic field generated from the power supply device, and high-efficiency power reception is possible.
(7)上記(1)〜(3)において、前記第1導体、前記第2導体および前記第3導体で並列回路が構成されていて、前記LC共振回路は、前記並列回路と前記キャパシタとで構成された単一のLC共振回路であってもよい。この構成により、部品点数が削減される。 (7) In the above (1) to ( 3 ), a parallel circuit is configured by the first conductor, the second conductor, and the third conductor, and the LC resonance circuit includes the parallel circuit and the capacitor. constructed may be a single LC resonant circuit. With this configuration, the number of parts is reduced.
本発明によれば、ワイヤレス給電装置に対する受電装置の相対的な姿勢が不定であっても受電でき、且つコイル部の構成を容易にしたワイヤレス給電システムを構成できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, even if the relative attitude | position of the power receiving apparatus with respect to a wireless power feeding apparatus is indefinite, it can receive electric power and can comprise the wireless power feeding system which made the structure of a coil part easy.
Claims (7)
前記第1導体、第2導体および第3導体を設ける基板と、
前記第1導体、第2導体および第3導体が有するインダクタンスとともにLC共振回路を構成するキャパシタと、
を備え、
前記第1導体、第2導体および第3導体に誘導される電流を前記LC共振回路から電力として取り出すようにした受電アンテナにおいて、
前記第1導体の少なくとも一部は、前記基板の第1主面または第2主面に沿って形成されていて、第2導体および第3導体の少なくとも一部は前記基板の第1主面から起立するように前記基板の第1主面に載置されていることを特徴とする受電アンテナ。In the XYZ orthogonal coordinate system, a first conductor where the magnetic flux in the Z-axis direction intersects, a second conductor where the magnetic flux in the X-axis direction intersects, a third conductor where the magnetic flux in the Y-axis direction intersects,
A substrate on which the first conductor, the second conductor, and the third conductor are provided;
A capacitor constituting an LC resonance circuit together with inductances of the first conductor, the second conductor and the third conductor;
With
In the power receiving antenna in which the current induced in the first conductor, the second conductor, and the third conductor is extracted from the LC resonance circuit as power,
At least a part of the first conductor is formed along the first main surface or the second main surface of the substrate, and at least a part of the second conductor and the third conductor is formed from the first main surface of the substrate. The power receiving antenna is placed on the first main surface of the substrate so as to stand upright.
前記第1導体は前記基板の第1主面または第2主面に沿って形成されていて、前記第2導体および前記第3導体は前記基板の第1主面から起立するように前記基板の第1主面に載置されている、請求項1に記載の受電アンテナ。The first conductor forms a loop in which the magnetic flux in the Z-axis direction is linked, the second conductor forms a loop in which the magnetic flux in the X-axis direction is linked, and the third conductor is in the Y-axis direction. Form a loop that links magnetic flux,
The first conductor is formed along the first main surface or the second main surface of the substrate, and the second conductor and the third conductor stand up from the first main surface of the substrate. The power receiving antenna according to claim 1, which is placed on the first main surface.
前記第1導体、第2導体および第3導体を設ける基板と、
前記第1導体、第2導体および第3導体が有するインダクタンスとともにLC共振回路を構成するキャパシタと、
を備え、
前記第1導体、第2導体および第3導体に誘導される電流を前記LC共振回路から電力として取り出すようにした受電アンテナにおいて、
前記第1導体は前記Z軸方向の磁束が鎖交するループを形成し、前記第2導体は前記X軸方向の磁束が鎖交するループを形成し、前記第3導体は前記Y軸方向の磁束が鎖交するループを形成し、
前記基板は4つの辺を有する矩形板状であり、4つの辺に切り込み部が形成されていて、
前記第1導体は前記基板の第1主面または第2主面に沿って形成されていて、前記第2導体および第3導体は前記基板の切り込み部に保持されていることを特徴とする受電アンテナ。In the XYZ orthogonal coordinate system, a first conductor where the magnetic flux in the Z-axis direction intersects, a second conductor where the magnetic flux in the X-axis direction intersects, a third conductor where the magnetic flux in the Y-axis direction intersects,
A substrate on which the first conductor, the second conductor, and the third conductor are provided;
A capacitor constituting an LC resonance circuit together with inductances of the first conductor, the second conductor and the third conductor;
With
In the power receiving antenna in which the current induced in the first conductor, the second conductor, and the third conductor is extracted from the LC resonance circuit as power,
The first conductor forms a loop in which the magnetic flux in the Z-axis direction is linked, the second conductor forms a loop in which the magnetic flux in the X-axis direction is linked, and the third conductor is in the Y-axis direction. Form a loop that links magnetic flux,
The substrate has a rectangular plate shape having four sides, and cut portions are formed on the four sides.
The first conductor is formed along a first main surface or a second main surface of the substrate, and the second conductor and the third conductor are held in a cut portion of the substrate. antenna.
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