KR101408752B1 - 비접촉 급전 시스템 및 수전 장치 - Google Patents

비접촉 급전 시스템 및 수전 장치 Download PDF

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Abstract

비접촉 급전 시스템은, 수전 장치(7)의 2차 코일(L2)이 설치된 전기 기기(E)와, 복수의 급전 영역(AR1)이 인접하여 구획 형성된 탑재면(3)과, 급전 영역(AR1)마다 배치된 1차 코일(L1)을 가지는 비접촉 급전 장치(1)를 구비한다. 비접촉 급전 장치(1)는 상기 1차 코일(L1)을 여자함으로써 상기 탑재면(3)에 탑재된 상기 전기 기기(E)의 상기 2차 코일(L2)에 2차 전력을 급전한다. 상기 2차 코일(L2)의 코일 외형은, 상기 1차 코일(L1)의 코일 외형보다 크다.

Description

비접촉 급전 시스템 및 수전 장치 {CONTACTLESS POWER SUPPLY SYSTEM AND POWER RECEPTION DEVICE}
본 발명은 비접촉 급전 시스템 및 수전 장치에 관한 것이다.
최근, 전자 유도 방식에 의한 비접촉 급전 시스템이 여러 가지 제안되어 있다(예를 들면, 일본 공개특허공보 제2011-109810호). 전자 유도 방식에 의해 비접촉으로 급전할 때, 비접촉 급전 장치의 탑재면에 수전 장치를 구비한 전기 기기를 탑재한다. 이 상태에서, 비접촉 급전 장치의 1차 코일을 여자시켜, 수전 장치에 설치된 2차 코일을 전자 유도에 의해 여자한다. 2차 코일에 발생한 2차 전력은 수전 장치 내에서 직류 전원으로 변환된다. 그 직류 전원은 전기 기기의 부하에 공급된다.
본 발명의 목적은, 복수의 1차 코일을 인접하여 배치한 비접촉 급전 장치로부터 수전 장치의 2차 코일이 고효율로 전력을 수전할 수 있는 비접촉 급전 시스템 및 수전 장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 비접촉 급전 시스템은, 수전 장치의 2차 코일이 설치된 전기 기기와, 복수의 급전 영역이 인접하여 형성된 탑재면과, 급전 영역마다 배치된 1차 코일을 포함하는 비접촉 급전 장치를 구비한다. 비접촉 급전 장치는, 상기 1차 코일을 여자함으로써 상기 탑재면에 탑재된 상기 전기 기기의 상기 2차 코일에 2차 전력을 급전한다. 상기 2차 코일의 코일 외형은 상기 1차 코일의 코일 외형보다 크다.
상기 2차 코일의 코일 외형은, 상기 1차 코일의 코일 외형에 대하여 1.25배 이상, 1.7배 이하인 것이 바람직하다.
상기 2차 코일의 코일 외형은, 상기 1차 코일의 코일 외형에 대하여 1.3배 이상, 1.45배 이하인 것이 바람직하다.
상기 2차 코일의 코일 외형은, 상기 1차 코일의 코일 외형에 대하여 1.4배인 것이 바람직하다.
각 급전 영역은 사각 형상이고, 각 1차 코일은 대응하는 급전 영역의 형상에 맞추어 사각 형상이며, 상기 2차 코일은 상기 1차 코일의 코일 외형과 닮은 사각 형상인 것이 바람직하다.
상기 1차 코일 및 상기 2차 코일은 각각 자성체에 권취되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명은, 복수의 급전 영역이 인접하여 형성된 탑재면과, 급전 영역마다 배치된 1차 코일을 포함하는 비접촉 급전 장치와 함께 사용되는 전기 기기에 설치된 수전 장치를 제공한다. 이 수전 장치는, 여자된 상기 1차 코일로부터 2차 전력을 수전하는 2차 코일을 구비하고, 상기 2차 코일의 코일 외형은 상기 1차 코일의 코일 외형보다 크다.
상기 2차 코일의 코일 외형은, 상기 1차 코일의 코일 외형에 대하여 1.25배 이상, 1.7배 이하인 것이 바람직하다.
상기 2차 코일의 코일 외형은, 상기 1차 코일의 코일 외형에 대하여 1.3배 이상, 1.45배 이하인 것이 바람직하다.
상기 2차 코일의 코일 외형은, 상기 1차 코일의 코일 외형에 대하여 1.4배인 것이 바람직하다.
상기 2차 코일의 코일 외형은, 상기 1차 코일의 코일 외형에 맞추어 닮은 사각 형상인 것이 바람직하다.
상기 1차 코일 및 상기 2차 코일은 각각 자성체에 권취되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 측면 및 이점은 본 발명의 원리의 예를 나타내고 있는 도면과 함께 이하의 기재로부터 분명해진다.
본 발명의 신규인 것으로 생각되는 특징은, 특히 첨부한 특허청구범위에서 분명해진다. 목적 및 이점을 수반하는 본 발명은 이하에 나타내는 실시형태의 설명을 첨부한 도면을 참조함으로써 이해된다.
도 1은 비접촉 급전 장치와 전기 기기의 사시도이다.
도 2는 비접촉 급전 장치의 내부에 배열된 1차 코일의 모식도이다.
도 3의 (a)(b)는 자성체에 권취된 1차 코일의 단면도와 평면도이다.
도 4의 (a)(b)는 자성체에 권취된 2차 코일의 단면도와 저면도이다.
도 5의 (a)(b)는 2차 코일 및 2개의 1차 코일의 평면도와 모식적 단면도이다.
도 6의 (a)(b)는 2차 코일 및 4개의 1차 코일의 평면도와 모식적 단면도이다.
도 7은 실시형태의 비접촉 급전 시스템의 2차 코일의 출력을 나타내는 그래프이다.
도 8은 실시예 1의 비접촉 급전 시스템의 2차 코일의 출력을 나타내는 그래프이다.
도 9는 실시예 2의 비접촉 급전 시스템의 2차 코일의 출력을 나타내는 그래프이다.
도 10은 실시예 3의 비접촉 급전 시스템의 2차 코일의 출력을 나타내는 그래프이다.
도 11은 실시예 4의 비접촉 급전 시스템의 2차 코일의 출력을 나타내는 그래프이다.
도 12는 실시예 5의 비접촉 급전 시스템의 2차 코일의 출력을 나타내는 그래프이다.
도 13은 실시예 6의 비접촉 급전 시스템의 2차 코일의 출력을 나타내는 그래프이다.
도 14는 다양한 실시예의 비접촉 급전 시스템의 2차 코일의 전압 변동률을 나타내는 그래프이다.
도 15의 (a)(b)는 제1 참고예에 따른 1차 코일과 2차 코일의 사시도이다.
도 16의 (a)(b)는 제1 참고예에 따른 1차 코일과 2차 코일의 사시도이다.
도 17은 제1 참고예의 2차 코일의 출력을 나타내는 그래프이다.
도 18의 (a)(b)는 제2 참고예를 따른 1차 코일과 2차 코일의 사시도이다.
도 19의 (a)(b)는 제2 참고예를 따른 1차 코일과 2차 코일의 사시도이다.
도 20은 제2 참고예의 2차 코일의 출력을 나타내는 그래프이다.
실시형태의 설명에 앞서, 도 15 내지 도 20을 참조하면서, 본원 발명자가 검토한 참고예를 설명한다.
도 15의 (a)(b)는 제1 참고예의 비접촉 급전 시스템의 일부분을 모식적으로 나타낸다. 2차 코일(L2)은 일렬로 배치된 2개의 1차 코일(L1)의 위쪽에 배치되어 있다. 1차 코일(L1)과 2차 코일(L2)은 동일한 사각 형상이다. 도 15의 (a)에는, 한쪽의 1차 코일(L1)에 정면으로 마주하는 위치에 배치된 2차 코일(L2)이 표시되어 있고, 도 15의 (b)에는, 그 2차 코일(L2)이 다른 쪽의 1차 코일(L1)에 정면으로 마주하는 위치에 배치되어 있다. 본원 발명자는, 2개의 1차 코일(L1)을 여자한 상태에서, 도 15의 (a)에 나타낸 위치에서 도 15의 (b)에 나타낸 위치까지의 범위에서, 1차 코일(L1) 상의 다양한 위치에서 2차 코일(L2)의 출력을 측정하였다. 그 결과를 도 17의 특성선 V1에 나타낸다.
도 17의 세로축은, 2차 코일(L2)의 출력(%)을 나타낸다. 2차 코일(L2)의 출력이 100%인 것은 1차 코일(L1)의 출력 전력을 2차 코일(L2)이 100% 수전하였음을 의미한다. 도 17의 특성선 V1로부터 명백한 바와 같이, 2차 코일(L2)이 1개의 1차 코일(L1)에 정면으로 마주하고 있을 때는, 2차 코일(L2)의 2차 전력은 100%가 된다. 2차 코일(L2)이 1차 코일(L1)에 정면으로 마주하는 위치 이외의 위치에 있을 때, 수전 효율은 저하된다. 2차 코일(L2)이 2개의 1차 코일(L1)의 중간 위치에 배치되었을 때, 수전 효율은 가장 저하된다.
도 16의 (a)(b)는 제1 참고예의 비접촉 급전 시스템의 다른 일부분을 모식적으로 나타낸다. 2차 코일(L2)은 2×2의 매트릭스로 배치된 4개의 1차 코일(L1)의 위쪽에 배치되어 있다. 도 16의 (a)에는, 앞쪽의 2개의 1차 코일(L1)의 중간 위치에 배치된 2차 코일(L2)이 표시되어 있고, 도 16의 (b)에는, 그 2차 코일(L2)이, 뒤쪽의 2개의 1차 코일(L1)의 중간 위치에 배치되어 있다. 본원 발명자는, 4개의 1차 코일(L1)을 여자한 상태에서, 2차 코일(L2)을 도 16의 (a)에 나타낸 위치에서 도 16의 (b)에 나타내는 위치까지의 범위에서, 1차 코일(L1) 상의 다양한 위치에서 2차 코일(L2)의 출력을 측정하였다. 그 결과를 도 17의 특성선 V2에 나타낸다.
도 17의 특성선 V2로부터 명백한 바와 같이, 2차 코일(L2)의 수전 효율은 도 16의 (a)의 위치와 도 16의 (b) 위치 이외의 위치에 있을 때 현저하게 낮다. 특히, 2차 코일(L2)이 도 16의 (a)의 위치와 도 16의 (b)의 위치의 중간 위치 부근에 배치되었을 때, 2차 코일(L2)의 2차 전력은 영(zero)이 된다. 따라서, 제1 참고예에서는, 전기 기기의 위치에 따라서는 비접촉 급전 장치로부터 전기 기기의 수전 장치로의 급전이 불가능해지는 경우가 있다.
또한, 제1 참고예에서는, 출력 전압 변동률이 104%로 매우 높으므로, 전기 기기가 탑재되는 위치에 따라서 급전 효율에 큰 차가 있었다. 도 18의 (a)(b) 및 도 19의 (a)(b)는 제2 참고예의 비접촉 급전 시스템의 일부분을 모식적으로 나타낸다. 제2 참고예에서는, 제1 참고예의 사각형의 2차 코일(L2)이 원형의 2차 코일(L2)로 치환되어 있다. 이 원형의 2차 코일(L2)의 직경은 정사각형의 1차 코일(L1)의 각 변의 길이와 같다.
제1 참고예와 마찬가지로, 도 18의 (a)에 나타낸 위치에서 도 18의 (b)에 나타내는 위치까지의 범위에서, 1차 코일(L1) 상의 다양한 위치에서 2차 코일(L2)의 출력을 측정하였다. 결과를 도 20의 특성선 V1에 나타낸다. 도 20의 특성선 V1로부터 명백한 바와 같이, 원형의 2차 코일(L2)이 1개의 1차 코일(L1)에 정면으로 마주하고 있을 때, 2차 코일(L2)의 2차 전력은 80%였다. 2차 코일(L2)이 1개의 1차 코일(L1)에 정면으로 마주하는 위치 이외의 위치에 있을 때, 2차 코일(L2)의 수전 효율은 저하되었다. 2차 코일(L2)이 전후의 1차 코일(L1)의 중간 위치에 배치되었을 때, 수전 효율은 가장 저하되었다.
또, 제1 참고예와 마찬가지로, 도 19의 (a)에 나타내는 위치에서 도 19(b)에 나타내는 위치까지의 범위에서, 1차 코일(L1) 상의 다양한 위치에서 2차 코일(L2)의 출력을 측정하였다. 결과를 도 20의 특성선 V2에 나타낸다. 도 20의 특성선 V2로부터 명백한 바와 같이, 원형의 2차 코일(L2)이 도 19의 (a)와 도 19의 (b)의 위치 이외의 위치에 있을 때, 2차 코일(L2)의 수전 효율은 현저하게 낮다. 특히, 2차 코일(L2)이 도 19의 (a)의 위치와 도 19의 (b)의 위치의 중간 위치 부근에 배치되었을 때, 2차 코일(L2)의 2차 전력은 영(zero)이 된다. 따라서, 제2 참고예에서도, 전기 기기의 위치에 따라서는 비접촉 급전 장치로부터 전기 기기의 수전 장치로의 급전이 불가능하게 되는 경우가 있다.
이하, 본 발명의 실시형태에 따른 비접촉 급전 시스템을 설명한다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 비접촉 급전 시스템은 비접촉 급전 장치(이하, 단지 급전 장치라고 함)(1)와, 그 급전 장치(1)로부터 비접촉 급전되는 전기 기기(E)를 가진다.
급전 장치(1)는 사각형 판 형태의 하우징(2)을 가진다. 하우징(2)의 평탄한 상면은 전기 기기(E)를 탑재하는 탑재면(3)을 형성하고 있다. 탑재면(3)에는, 복수의 사각 형상의 급전 영역(AR1)이 형성되어 있다. 본 실시형태의 탑재면(3)은 3×4의 매트릭스형의 급전 영역(AR1)을 구비한다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 하우징(2) 내로서 급전 영역(AR1)에 대응하는 위치에, 급전 영역(AR1)의 윤곽에 맞추어 사각 형상으로 권취된 1차 코일(L1)이 배치되어 있다. 각 1차 코일(L1)은, 도 3의 (a)(b)에 나타낸 바와 같이, 사각판형의 연자성 재료(소프트 페라이트)로 이루어지는 자성체(10)에 권취된 권선(卷線)을 구비한다. 예를 들면, 자성체(10)는, 각 변의 길이(DX0, DY0)가 42 mm인 정사각형을 이루고 있다. 자성체(10)는 사각 형상의 코어(12)와 코어(12)를 둘러싸는 림(rim)(11)을 구비한다.
자성체(10)의 코어(12)에 권취된 권선은, 위쪽에서 보아 정사각형의 1차 코일(L1)을 형성한다. 예를 들면, 1차 코일(L1)의 코일 외형은, 각 변의 길이(DX1, DY1)가 40 mm인 정사각형을 이루고 있다. 코어(12)에 1차 코일(L1)을 권취한 자성체(10)는, 하우징(2) 내로서 각 급전 영역(AR1)에 대응하는 위치에 고정된다.
본 실시형태에서는, 1차 코일(L1)을 권취한 각 자성체(10)는 인접하는 자성체(10)로부터 미리 정해진 간격(1 mm 정도)을 두고 고정되어 있다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 하우징(2) 내로서 급전 영역(AR1)을 제외한 위치에는, 급전 영역(AR1)마다, 즉 1차 코일(L1)마다 설치된 급전 유닛 회로(M)와, 각 급전 유닛 회로(M)에 전원을 공급하는 전원 회로(G)와, 급전 유닛 회로(M)를 통괄 제어하는 공통 유닛 회로(U)가 실장되어 있다.
급전 유닛 회로(M)는, 대응하는 1차 코일(L1)을 단독으로 또는 다른 1차 코일(L1)과 협동하여 여자하고, 대응하는 급전 영역(AR1)에 탑재된 전기 기기(E)에 비접촉으로 급전을 행한다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 전기 기기(E)의 하우징(5)의 하면에는, 수전 영역(AR2)이 형성되어 있다. 하우징(5) 내에 2차 코일(L2)이 수용되어 있다.
2차 코일(L2)은, 도 4의 (a)(b)에 나타낸 바와 같이, 사각판형의 연자성 재료(소프트 페라이트)로 이루어지는 자성체(30)에 권취되어 있다. 예를 들면, 자성체(30)는, 각 변의 길이(DX2, DY2)가 58 mm인 정사각형을 이루고 있다. 자성체(30)는 사각 형상의 코어(32)와 코어(32)를 둘러싸는 림(31)을 구비한다.
2차 코일(L2)은, 자성체(30)의 코어(32)에 권취된다. 자성체(30)의 코어(32)에 권취된 2차 코일(L2)은, 아래쪽에서 보아 정사각형으로 권취되어 있다. 예를 들면, 2차 코일(L2)의 코일 외형은, 각 변의 길이(DX3, DY3)가 56 mm인 정사각형을 이루고 있다. 2차 코일(L2)은 자성체(30)와 함께, 하우징(5)의 내부에서 수전 영역(AR2)에 고정된다.
전기 기기(E)가 급전 장치(1)의 탑재면(3)에 탑재되었을 때, 전기 기기(E)의 바로 아래에 위치하는 급전 영역(AR1)의 1차 코일(L1)이 여자된다. 전기 기기(E) 내의 2차 코일(L2)은 전자 유도에 의해 2차 전력을 수전한다. 2차 코일(L2)의 2차 전력은 1차 코일(L1)과 2차 코일(L2)의 자기 결합에 좌우된다. 참고예에 나타낸 바와 같이, 1개의 1차 코일(L1)에 2차 코일(L2)이 정면으로 마주하고 있을 때, 2차 코일(L2)은 최대의 2차 전력을 수전한다. 1차 코일(L1)과 2차 코일(L2)이 정면으로 맞주하고 있지 않은 때, 인접하는 1차 코일(L1)의 자속과의 간섭에 의해, 2차 코일(L2)이 수전하는 2차 전력은 변동한다.
2차 코일(L2)이 수전한 2차 전력은, 하우징(5) 내로서 2차 코일(L2)에 인접한 위치에 실장된 수전 장치(7)에 설치한 정류 회로에 의해 정류되고, DC/DC 변환기에 의해 원하는 직류 전압으로 변환되어 전기 기기(E)의 부하에 공급된다.
다음에, 실시형태의 비접촉 급전 시스템의 작용에 대하여 설명한다.
먼저, 도 5의 (a)(b)는 도 1의 비접촉 급전 시스템의 일부분을 모식적으로 나타낸다. 비교적 큰 2차 코일(L2)은 일렬로 배치된 비교적 작은 2개의 1차 코일(L1)의 위쪽에 배치되어 있다. 2개의 1차 코일(L1)을 여자한 상태에서, 2차 코일(L2)의 중심점(P1b)이 좌측의 1차 코일(L1)의 중심점(P1a)과 일치한 정면으로 마주하는 위치에서 우측의 1차 코일(L1)의 중심점(P1a)과 일치한 정면으로 마주하는 위치까지의 범위에서, 다양한 위치에서 2차 코일(L2)의 출력을 측정하였다. 결과를 도 7의 특성선 V1에 나타낸다.
다음에, 도 6의 (a)(b)는, 도 1의 비접촉 급전 시스템의 다른 일부분을 모식적으로 나타낸다. 비교적 큰 2차 코일(L2)은 2×2의 매트릭스로 배치된 비교적 작은 4개의 1차 코일(L1)의 위쪽에 배치되어 있다. 4개의 1차 코일(L1)을 여자 한 상태에서, 2차 코일(L2)의 중심점(P1b)이 좌측에 있는 2개의 1차 코일(L1)의 중간점(P3)과 일치하는 위치에서 우측에 있는 2개의 1차 코일(L1)의 중간점(P4)과 일치하는 위치까지의 범위에서, 다양한 위치에서 2차 코일(L2)의 출력을 측정하였다. 결과를 도 7의 특성선 V2에 나타낸다.
도 7의 특성선 V1, V2로부터 명백한 바와 같이, 도 1의 비접촉 급전 시스템에서는, 2차 코일(L2)의 출력이 최소일 때와 최대일 때의 차이를 나타내는 출력 전압 변동률은 31%로 매우 작았다.
또, 전기 기기(E)는 탑재면(3)의 어디에 탑재되어도, 출력이 대략 40%를 중심으로 큰 차이가 없는 급전 효율로 급전된다. 참고예와는 달리, 2차 코일(L2)의 2차 전력이 영이 되는 위치는 없었다. 따라서, 실시형태에서는, 전기 기기(E)의 위치에 관계없이, 비접촉 급전 장치로부터 전기 기기의 수전 장치로의 급전이 불가능하게 되는 경우는 없었다.
이것은, 2차 코일(L2)의 코일 외형이 56 mm×56 mm인 것에 대하여, 1차 코일(L1)의 코일 외형이 40 mm×40 mm로서, 2차 코일(L2)의 코일 외형이 1차 코일(L1)의 코일 외형보다 큰 것에 기인하는 것으로 생각된다.
그래서, 40 mm×40 mm의 1차 코일(L1)의 코일 외형에 대하여, 2차 코일의 코일 외형을 다양하게 변경한 실시예를 설명한다.
(실시예 1)
실시예 1은 40 mm×40 mm의 1차 코일(L1)과 54 mm×54 mm의 2차 코일(L2)을 사용하였다. 도 5에 실선으로 나타낸 위치에서 도 5에 2점 쇄선으로 나타낸 위치까지의 범위에서, 다양한 위치에서 2차 코일(L2)의 출력을 측정하였다. 결과를 도 8의 특성선 V1에 나타낸다.
또, 도 6에 실선으로 나타낸 위치에서 도 6에 2점 쇄선으로 나타낸 위치까지의 범위에서, 다양한 위치에서 2차 코일(L2)의 출력을 측정하였다. 결과를 도 8의 특성선 V2에 나타낸다.
도 8의 특성선 V1, V2로부터 명백한 바와 같이, 실시예 1에서는, 전기 기기(E)가 탑재면(3)에 탑재되는 위치에서, 2차 코일(L2)의 2차 전력이 영이 되는 위치는 없고, 출력 전압 변동률은 39%였다.
(실시예 2)
실시예 2는 40 mm×40 mm의 1차 코일(L1)과 52 mm×52 mm의 2차 코일(L2)을 사용하였다. 도 5에 실선으로 나타낸 위치에서 도 5에 2점 쇄선으로 나타낸 위치까지의 범위에서, 다양한 위치에서 2차 코일(L2)의 출력을 측정하였다. 결과를 도 9의 특성선 V1에 나타낸다.
또, 도 6에 실선으로 나타낸 위치에서 도 6에 2점 쇄선으로 나타낸 위치까지의 범위에서, 다양한 위치에서 2차 코일(L2)의 출력을 측정하였다. 결과를 도 9의 특성선 V2에 나타낸다.
도 9의 특성선 V1, V2로부터 명백한 바와 같이, 실시예 2에서는, 전기 기기(E)가 탑재면(3)에 탑재되는 위치에서, 2차 코일(L2)의 2차 전력이 영이 되는 위치는 없고, 출력 전압 변동률은 54%였다.
(실시예 3)
실시예 3은 40 mm×40 mm의 1차 코일(L1)과 50 mm×50 mm의 2차 코일(L2)을 사용하였다. 도 5에 실선으로 나타낸 위치에서 도 5에 2점 쇄선으로 나타낸 위치까지의 범위에서, 다양한 위치에서 2차 코일(L2)의 출력을 측정하였다. 결과를 도 10의 특성선 V1에 나타낸다.
또, 도 6에 실선으로 나타낸 위치에서 도 6에 2점 쇄선으로 나타낸 위치까지의 범위에서, 다양한 위치에서 2차 코일(L2)의 출력을 측정하였다. 결과를 도 10의 특성선 V2에 나타낸다.
도 10의 특성선 V1, V2로부터 명백한 바와 같이, 실시예 3에서는, 전기 기기(E)가 탑재면(3)에 탑재되는 위치에서, 2차 코일(L2)의 2차 전력이 영이 되는 위치는 없고, 출력 전압 변동률이 71%였다.
(실시예 4)
실시예 4는 40 mm×40 mm의 1차 코일(L1)과 58 mm×58 mm의 2차 코일(L2)을 사용하였다. 도 5에 실선으로 나타낸 위치에서 도 5에 2점 쇄선으로 나타낸 위치까지의 범위에서, 다양한 위치에서 2차 코일(L2)의 출력을 측정하였다. 결과를 도 11의 특성선 V1에 나타낸다.
또, 도 6에 실선으로 나타낸 위치에서 도 6에 2점 쇄선으로 나타낸 위치까지의 범위에서, 다양한 위치에서 2차 코일(L2)의 출력을 측정하였다. 결과를 도 11의 특성선 V2에 나타낸다.
도 11의 특성선 V1, V2로부터 명백한 바와 같이, 실시예 4에서는, 전기 기기(E)가 탑재면(3)에 탑재되는 위치에서, 2차 코일(L2)의 2차 전력이 영이 되는 위치는 없고, 출력 전압 변동률이 50%였다.
(실시예 5)
실시예 5는 40 mm×40 mm의 1차 코일(L1)과 60 mm×60 mm의 2차 코일(L2)을 사용하였다. 도 5에 실선으로 나타낸 위치에서 도 5에 2점 쇄선으로 나타낸 위치까지의 범위에서, 다양한 위치에서 2차 코일(L2)의 출력을 측정하였다. 결과를 도 12의 특성선 V1에 나타낸다.
또, 도 6에 실선으로 나타낸 위치에서 도 6에 2점 쇄선으로 나타낸 위치까지의 범위에서, 다양한 위치에서 2차 코일(L2)의 출력을 측정하였다. 결과를 도 12의 특성선 V2에 나타낸다.
도 12의 특성선 V1, V2로부터 명백한 바와 같이, 실시예 5에서는, 전기 기기(E)가 탑재면(3)에 탑재되는 위치에서, 2차 코일(L2)의 2차 전력이 영이 되는 위치는 없고, 출력 전압 변동률이 62%였다.
(실시예 6)
실시예 6은 40 mm×40 mm의 1차 코일(L1)과 80 mm×80 mm의 2차 코일(L2)을 사용하였다. 도 5에 실선으로 나타낸 위치에서 도 5에 2점 쇄선으로 나타낸 위치까지의 범위에서, 다양한 위치에서 2차 코일(L2)의 출력을 측정하였다. 결과를 도 13의 특성선 V1에 나타낸다.
또, 도 6에 실선으로 나타낸 위치에서 도 6에 2점 쇄선으로 나타낸 위치까지의 범위에서, 다양한 위치에서 2차 코일(L2)의 출력을 측정하였다. 결과를 도 13의 특성선 V2에 나타낸다.
도 13의 특성선 V1, V2로부터 명백한 바와 같이, 실시예 5에서는, 전기 기기(E)가 탑재면(3)에 탑재되는 위치에서, 2차 코일(L2)의 2차 전력이 영이 되는 위치는 없고, 출력 전압 변동률이 85%였다.
도 14는 40 mm×40 mm의 1차 코일(L1)과, 40 mm×40 mm에서 80 mm×80 mm까지의 다양한 2차 코일(L2)을 사용한, 실시예 1 ∼ 실시에 6을 포함하는 다양한 실시예의 출력 전압 변동률(%)을 나타낸다.
도 8 ∼ 도 14로부터, 이하의 것을 알 수 있다.
(1) 40 mm×40 mm의 1차 코일(L1)에 대하여, 2차 코일(L2)의 코일 외형이 56 mm×56 mm 일 때, 출력 전압 변동률이 31%로 되어, 가장 작은 출력 전압 변동률이 된다. 바꾸어 말하면, 1차 코일(L1)의 코일 외형에 대하여, 2차 코일(L2)의 코일 외형이 1.4배 일 때, 가장 작은 출력 전압 변동률이 된다.
(2) 40 mm×40 mm의 1차 코일(L1)에 대하여, 2차 코일(L2)의 코일 외형이 50 mm×50 mm ∼ 80 mm×80 mm의 범위에 있으면, 2차 코일(L2)을 탑재면(3)의 어떤 위치에 배치해도, 2차 코일(L2)의 2차 전력은 영이 되는 경우는 없다. 바꾸어 말하면, 1차 코일(L1)의 코일 외형에 대하여, 2차 코일(L2)의 코일 외형이 1.25 ∼ 2.0배이면, 2차 코일(L2)의 2차 전력은 영이 되는 경우는 없다
(3) 40 mm×40 mm의 1차 코일(L1)과 56 mm×56 mm의 2차 코일(L2)을 기준으로 하여, 2차 코일(L2)의 코일 외형을 40 mm×40 mm의 1차 코일(L1)의 코일 외형에 근접하게 할수록, 출력 전압 변동률은 커지게 된다. 바꾸어 말하면, 1차 코일(L1)의 코일 외형의 1.4배의 코일 외형의 2차 코일(L2)을 기준으로, 그 2차 코일(L2)의 코일 외형을 1.4배보다 작게 할수록, 출력 전압 변동률은 커지게 된다.
이때, 2차 코일(L2)의 코일 외형을 1.4배보다 작게 하는 경우, 실용성을 고려하면, 2차 코일(L2)을 탑재면(3)(급전 영역(AR1))의 어떤 위치에 배치해도, 최대로 출력 전압 변동률이 대략 70%인 것이 바람직하다. 따라서, 도 14로부터 명백한 바와 같이, 2차 코일(L2)의 코일 외형은 50 mm×50 mm까지가 된다. 즉, 2차 코일(L2)의 코일 외형은 1차 코일(L1)의 코일 외형의 1.25배 이상인 것이 바람직하다.
또한, 2차 코일(L2)의 코일 외형을 52 mm×52 mm까지로 하면, 출력 전압 변동률이 54% 이하로 되어 더욱 바람직하다. 즉, 2차 코일(L2)의 코일 외형을, 1차 코일(L1)의 코일 외형의 1.3배 이상으로 하는 것이 더욱 바람직하다.
(4) 40 mm×40 mm의 1차 코일(L1)과 56 mm×56 mm의 2차 코일(L2)을 기준으로 하여, 2차 코일(L2)의 코일 외형을 크게 할수록, 출력 전압 변동률이 커지게 된다.
바꾸어 말하면, 1차 코일(L1)의 코일 외형의 1.4배의 코일 외형의 2차 코일(L2)을 기준으로, 그 2차 코일(L2)의 코일 외형을 1.4배보다 크게 할수록, 출력 전압 변동률은 커지게 된다.
이때, 2차 코일(L2)의 코일 외형을 1.4배보다 크게 하는 경우, 실용성을 고려하면, 2차 코일(L2)을 탑재면(3)(급전 영역(AR1))의 어떤 위치에 배치해도, 최대로 출력 전압 변동률이 대략 70%인 것이 바람직하다. 따라서, 도 14로부터 명백한 바와 같이, 2차 코일(L2)의 코일 외형은 68 mm×68 mm까지가 된다. 즉, 2차 코일(L2)의 코일 외형을 1차 코일(L1)의 코일 외형의 1.7배 이하로 하는 것이 바람직하다.
또한, 2차 코일(L2)의 코일 외형을 58 mm×58 mm까지로 하면, 출력 전압 변동률이 50% 이하로 되어 더욱 바람직하다. 즉, 2차 코일(L2)의 코일 외형을, 1차 코일(L1)의 코일 외형의 1.45배 이하로 하는 것이 더욱 바람직하다.
이상으로부터, 1차 코일(L1)의 코일 외형에 대하여, 2차 코일(L2)의 코일 외형을 1.25배 ∼ 1.7배로 설정하면, 출력 전압 변동률이 대략 70%가 되고 실용 가능한 것이 된다.
또한, 1차 코일(L1)의 코일 외형에 대하여, 2차 코일(L2)의 코일 외형을 1.3배 ∼ 1.45배에 설정하면, 출력 전압 변동률이 대략 50%가 되고, 또한 실용 가능한 것이 된다.
실시형태의 효과를 이하에 기재한다.
(1) 상기 실시형태에 의하면, 전기 기기(E)의 2차 코일(L2)의 코일 외형을 급전 장치(1)의 1차 코일(L1)의 코일 외형보다 크게 했으므로, 전기 기기(E)를 탑재면(3)의 어떤 위치에 탑재해도, 2차 코일(L2)이 수전하는 2차 전력이 영이 되는 경우는 없다.
(2) 상기 실시형태에 의하면, 1차 코일(L1)의 코일 외형에 대하여 2차 코일(L2)의 코일 외형을 1.25배 이상, 1.7배 이하로 함으로써, 출력 전압 변동률이 70% 이하로 되고, 바람직한 출력 전압 변동률로 할 수 있다.
(3) 상기 실시형태에 의하면, 1차 코일(L1)의 코일 외형에 대하여 2차 코일(L2)의 코일 외형을 1.3배 이상, 1.45배 이하로 함으로써, 출력 전압 변동률이 50% 이하로 되고, 더욱 바람직한 출력 전압 변동률로 할 수 있다.
(4) 상기 실시형태에 의하면, 1차 코일(L1)의 코일 외형에 대하여 전기 기기(E)의 2차 코일(L2)의 코일 외형을 1.4배로 함으로써, 출력 전압 변동률을 31%로 할 수 있다. 따라서, 전기 기기(E)를 탑재면(3)의 어떤 위치에 탑재해도, 2차 코일(L2)이 수전하는 2차 전력의 변동을 작게 할 수 있다. 즉, 전기 기기(E)가 탑재면(3)의 탑재된 위치에 따라서, 2차 코일(L2)이 수전하는 2차 전력의 편차를 매우 작게 할 수 있다. 그 결과, 탑재면(3)에 탑재할 때, 그 탑재 위치를 신경쓰지 않고 전기 기기(E)를 탑재할 수 있다.
(5) 상기 실시형태에 의하면, 1차 코일(L1)을 사각 형상으로 하였다. 따라서, 1차 코일(L1)이 사각 형상이 됨으로써, 급전 영역(AR1)에서의 1차 코일(L1)의 여자 자속이 공백인 곳이 없어져, 급전 효율을 더욱 높일 수 있다.
그리고, 상기 실시형태는 다음과 같이 변경해도 된다.
상기 실시형태에서는, 1차 코일(L1)의 코일 외형을 40 mm×40 mm로 하였으나 이에 한정되지 않고 적당히 변경하여 실시해도 된다. 이 경우, 1차 코일(L1)의 코일 외형의 변경에 상대하여, 2차 코일(L2)의 코일 외형을 변경할 필요가 있다.
상기 실시형태에서는, 자속을 높이기 위해 1차 코일(L1) 및 2차 코일(L2)을 각각 자성체(10, 30)에 권취하였지만, 이것을 생력(省力)하여 실시해도 된다.
상기 실시형태에서는, 1차 코일(L1)을 정사각 형상으로 하였으나 1차 코일을 직사각 형상이나 6각 형상으로 하여 실시해도 된다. 이 경우에도, 직사각 형상이나 6각 형상의 각 급전 영역에서의 1차 코일의 여자 자속이 공백인 곳을 없앨 수가 있다. 그리고, 이 경우, 1차 코일(L1)의 코일 외형의 변경에 상대하여, 2차 코일(L2)의 코일 외형을 닮은 것으로서 그 비율을 변경할 필요가 있다.
상기 실시형태에서는, 인접하는 1차 코일(L1)을 권취하는 자성체(10)에 대하여, 간격(1 mm)을 두고 실시하였으나, 적당히 변경하여 실시해도 된다. 물론, 자성체(10)끼리를 맞닿게 하여 실시해도 된다.
상기 실시형태에서는, 급전 영역(AR1)의 수를 12개 형성하였으나, 이에 한정되지 않고, 적당히 변경하여 실시해도 된다.
본 발명의 실시형태를 도면을 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 상기한 것으로 한정되지 않고, 첨부한 특허청구범위 및 등가물로 변경되어도 된다.

Claims (12)

  1. 수전 장치의 2차 코일이 설치된 전기 기기와; 복수의 급전 영역이 인접하여 형성된 탑재면과; 상기 급전 영역마다 배치된 1차 코일을 포함하고, 상기 1차 코일을 여자함으로써 상기 탑재면에 탑재된 상기 전기 기기의 상기 2차 코일에 2차 전력을 급전하는 비접촉 급전 장치를 포함하고,
    상기 2차 코일의 코일 외형은, 상기 1차 코일의 코일 외형에 대하여 1.3배 이상, 1.45배 이하인, 비접촉 급전 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 2차 코일의 코일 외형은, 상기 1차 코일의 코일 외형에 대하여 1.4배인, 비접촉 급전 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    각 급전 영역은 사각 형상이고,
    각 1차 코일은 대응하는 급전 영역의 형상에 맞추어 사각 형상이고,
    상기 2차 코일은 상기 1차 코일의 코일 외형과 닮은 사각 형상인, 비접촉 급전 시스템.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 1차 코일 및 상기 2차 코일은 각각 자성체에 권취되어 있는, 비접촉 급전 시스템.
  5. 복수의 급전 영역이 인접하여 형성된 탑재면과, 상기 급전 영역마다 배치된 1차 코일을 포함하는 비접촉 급전 장치와 함께 사용되는 전기 기기에 설치된 수전 장치로서,
    여자된 상기 1차 코일로부터 2차 전력을 수전하는 2차 코일을 포함하고,
    상기 2차 코일의 코일 외형은, 상기 1차 코일의 코일 외형에 대하여 1.3배 이상, 1.45배 이하인, 수전 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 2차 코일의 코일 외형은, 상기 1차 코일의 코일 외형에 대하여 1.4배인, 수전 장치.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서,
    상기 2차 코일의 코일 외형은, 상기 1차 코일의 코일 외형과 닮은 사각 형상인, 수전 장치.
  8. 제5항 또는 제6항에 있어서,
    상기 2차 코일은 자성체에 권취되어 있는, 수전 장치.
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