KR20130041987A - 송전 장치 - Google Patents

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KR20130041987A
KR20130041987A KR1020137005046A KR20137005046A KR20130041987A KR 20130041987 A KR20130041987 A KR 20130041987A KR 1020137005046 A KR1020137005046 A KR 1020137005046A KR 20137005046 A KR20137005046 A KR 20137005046A KR 20130041987 A KR20130041987 A KR 20130041987A
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KR1020137005046A
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히로야스 가와노
마사까즈 다구찌
사또시 시모까와
아끼요시 우찌다
기요또 마쯔이
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후지쯔 가부시끼가이샤
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Abstract

무선 송전 장치에 있어서, 주위로의 전자파의 영향을 충분히 억제하는 것을 과제로 한다. 이 과제를 해결하기 위해, 무선 송전 장치는, 외부의 코일을 향해 제1 전자파를 방사하는 제1 코일을 구비한다. 또한, 무선 송전 장치는, 제1 코일의 중심축과 자신의 중심축이 중복되지 않도록 제1 코일에 근접 배치되고, 제1 전자파와 역극성의 강도 분포로 되는 제2 전자파를 방사하는 제2 코일을 구비한다.

Description

무선 송전 장치{WIRELESS POWER TRANSMISSION DEVICE}
본 발명은, 송전 장치에 관한 것이다.
최근, 전자 유도나 자계 공명 등 전력을 무선 전송하는 기술(이하 「무선 송전 기술」이라고 함)이 다양하게 검토되어 있다. 무선 송전 기술은, 송전 장치 내부의 코일로부터 수전 장치 내부의 코일을 향해 전자파를 방사하고, 방사한 전자파를 개재하여 전력을 무선 전송하는 것이다.
예를 들면, 전자 유도를 이용한 무선 송전 기술에서는, 송전 장치에 수전 장치의 배치를 고정하는 기구를 설치하고(크레이들 기구), 수전 장치를 배치하고, 무선 송전을 행하는 기술이 있다.
여기서, 무선 송전 기술에서는, 송전 장치 내부의 코일로부터 방사된 전자파의 대부분은 수전 장치에 의해 차폐된다. 한편, 수전 장치에 의해 완전히 차폐되지 않은 전자파의 나머지 부분은 공간에 누설된다. 공간에 누설된 전자파(이하 「누설 전자파」라고 함)가, 주위의 전자 기기나 인체 등에 흡수된 경우에는, 인체 등에 영향을 미칠 가능성이 있다. 특히, 일정 강도 이상의 전자파는, 인체에 악영향을 미치는 것이 알려져 있다.
또한, 수전 장치측에 누설 자속 검지 코일을 설치하고, 검지 결과를 송전 장치측에 피드백하고, 송전 장치측에서, 누설 자속을 작게 하는 기술이 알려져 있다.
일본 특허 출원 공개 제2008-295274호 공보
상술한 바와 같이, 인체 등에 악영향을 끼치는 강도의 전자파가, 인체에 흡수되지 않도록 하는 것이 요구된다. 예를 들면, 송전 장치 내부의 코일에 대한 수전 장치의 위치를 미리 정한 마킹 위치에 적절히 조정하고, 수전 장치에 의한 전자파의 차폐 효율을 향상시키는 것이 생각된다.
그러나 상기한 종래 기술에서는, 주위로의 전자파의 영향을 충분히 억제할 수 없다고 하는 문제가 있다. 구체적으로는, 수전 장치의 위치를 조정하는 종래 기술에서는, 수전 장치가 마킹 위치로부터 조금이라도 어긋난 경우에는, 누설 전자파가 기준값보다도 커지므로, 주위의 전자 기기나 인체 등에 영향을 미칠 우려가 있다.
또한, 특허문헌 1에 개시된 기술에서는, 수전 기기측에 추가의 구성을 설치할 필요가 있어, 비용면에서 문제가 있다.
개시하는 기술은, 상술한 종래 기술의 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 주위로의 전자파의 영향을 충분히 억제할 수 있는 송전 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본원이 개시하는 송전 장치는, 외부의 코일을 향해 제1 전자파를 방사하는 제1 코일을 구비한다. 또한, 송전 장치는, 제1 코일의 중심축과 자신의 중심축이 서로 다른 위치에 배치됨과 함께, 제1 코일에 근접 배치되고, 제1 전자파와 역극성의 강도 분포로 되는 제2 전자파를 방사하는 제2 코일을 구비한다.
본원이 개시하는 송전 장치의 하나의 양태에 따르면, 주위로의 전자파의 영향을 충분히 억제할 수 있다고 하는 효과를 발휘한다.
도 1은 제1 실시예에 따른 송전 장치를 포함한 송수전 시스템의 개관 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 수전 코일측에서 본 송전 코일의 평면도이다.
도 3은 송전 코일측에서 본 수전 코일의 평면도이다.
도 4는 보정 코일의 배치에 의해 발생하는 전자파 강도 분포의 제1 변화예를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 도 4의 P 부분의 확대도이다.
도 6은 보정 코일의 배치에 의해 발생하는 전자파 강도 분포의 제2 변화예를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 도 6의 Q 부분의 확대도이다.
도 8은 보정 코일의 배치에 의해 발생하는 전자파 강도 분포의 제3 변화예를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 도 8의 R 부분의 확대도이다.
도 10은 보정 코일의 제1 배치예를 나타내는 평면도이다.
도 11은 도 10의 측면도이다.
도 12는 보정 코일의 제2 배치예를 나타내는 평면도이다.
도 13은 도 12의 측면도이다.
도 14는 제2 실시예에 따른 송전 장치를 포함한 송수전 시스템의 개관 구성을 나타내는 도면이다.
도 15는 보정 코일의 배치에 의해 발생하는 전자파 강도 분포의 변화예를 설명하기 위한 도면이다.
도 16은 도 15의 S 부분의 확대도이다.
도 17은 보정 코일의 제1 배치예를 나타내는 평면도이다.
도 18은 보정 코일의 제2 배치예를 나타내는 평면도이다.
이하에, 본원이 개시하는 송전 장치의 실시예를 도면에 기초하여 상세하게 설명한다. 또한, 이 실시예에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
(제1 실시예)
우선, 도 1을 이용하여, 제1 실시예에 따른 송전 장치를 포함한 송수전 시스템의 구성에 대해 설명한다. 도 1은 제1 실시예에 따른 송전 장치를 포함한 송수전 시스템의 개관 구성을 나타내는 도면이다. 도 1에 나타낸 송수전 시스템(1)은, 송전 장치(3)와 수전 장치(5)를 포함하고 있다. 송수전 시스템(1)에서는, 송전 장치(3)로부터 수전 장치(5)를 향해 전력이 전자 에너지로서 전송된다. 또한, 이하에서는, 전자 에너지를 「전자파」라고 하는 경우가 있는 것으로 한다.
송전 장치(3)는, 그 내부에 발진기(31), 전원(32), 송전 코일(33), 전원(34-1 내지 34-n), 보정 코일(35-1 내지 35-n), 위상 조정 회로(36)를 갖는다. 또한, 수전 장치(5)는, 그 내부에 수전 코일(51), 부하 회로(52)를 갖는다.
이 중, 발진기(31)는, 소정의 주파수의 신호를 발진하고, 발진한 주파수 신호를 전원(32) 및 전원(34-1 내지 34-n)에 입력한다. 전원(32)은, 발진기(31)로부터 입력되는 주파수 신호에 대응하는 주파수의 교류 전류를 송전 코일(33)에 출력한다. 전원(34-1 내지 34-n)은, 발진기(31)로부터 입력되는 주파수 신호에 대응하는 주파수의 교류 전류를 보정 코일(35-1 내지 35-n)에 각각 출력한다.
송전 코일(33)은, 수전 코일(51)을 향해 전자파를 방사하는 코일이다. 송전 코일(33)의 구성예를 도 2에 나타낸다. 도 2는 수전 코일(51)측에서 본 송전 코일(33)의 평면도이다. 도 2에 도시하는 바와 같이, 송전 코일(33)은, 자계 공명 코일(33a)과, 전력 공급 코일(33b)을 갖는다.
자계 공명 코일(33a)은, LC 공진 회로이며, 수전 코일(51)의 후술하는 자계 공명 코일(51a)과의 사이에서 자계 공명을 발생시키는 자계 공명 코일로서 기능한다. LC 공진 회로의 컨덴서 성분에 대해서는 소자에 의해 실현해도 되고, 코일의 양단을 개방하고, 부유 용량에 의해 실현해도 된다.
전력 공급 코일(33b)은, 전원(32)에 접속되어 있고, 전원(32)으로부터 얻어진 전력을 전자 유도에 의해 자계 공명 코일(33a)에 공급하는 전력 송수신부이다. 전력 공급 코일(33b)과 자계 공명 코일(33a)의 배치는, 전자 유도가 발생 가능한 거리 및 배치로 한다.
수전 코일(51)은, 송전 코일(33)로부터 방사된 전자파를 수신하는 코일이다. 수전 코일(51)의 구성예를 도 3에 나타낸다. 도 3은 송전 코일(33)측에서 본 수전 코일(51)의 평면도이다. 도 3에 도시하는 바와 같이, 수전 코일(51)은, 자계 공명 코일(51a)과, 전력 취출 코일(51b)을 갖는다.
자계 공명 코일(51a)은, LC 공진 회로이며, 자계 공명 코일(33a)과의 사이에서 자계 공명을 발생시키는 자계 공명 코일로서 기능한다. LC 공진 회로의 컨덴서 성분에 대해서는 소자에 의해 실현해도 되고, 코일의 양단을 개방하고, 부유 용량에 의해 실현해도 된다.
자계 공명 코일(33a)의 공진 주파수와 자계 공명 코일(51a)의 공진 주파수가 충분히 가까운 경우, 자계 공명 코일(33a)과 자계 공명 코일(51a)과의 사이에 자계 공명이 발생한다. 그리고 자계 공명이 발생하면, 자계 공명 코일(33a)로부터 자계 공명 코일(51a)에 전자 에너지를 전송할 수 있다.
전력 취출 코일(51b)은, 자계 공명 코일(51a)과의 사이에서 전자 유도가 발생하는 위치에 배치된다. 자계 공명 코일(51a)이 공진에 의해 자계 공명하면, 자계 공명 코일(51a)로부터 전력 취출 코일(51b)에 전자 유도에 의해 에너지가 이동한다. 전력 취출 코일(51b)은, 부하 회로(52)에 전기적으로 접속되어 있고, 전자 유도에 의해 전력 취출 코일(51b)로 이동한 에너지는 전력으로서 부하 회로(52)에 제공된다. 부하 회로(52)로서는, 임의의 회로를 이용할 수 있고, 예를 들면 배터리여도 된다.
이와 같이, 송수전 시스템(1)에서는, 전자 유도나 자계 공명이 발생하는 결과, 전원(32)의 전력이, 송전 코일(33)로부터 수전 코일(51)에 전자파로서 방사되고, 최종적으로 부하 회로(52)에 공급된다.
여기서, 송전 코일(33)로부터 수전 코일(51)을 향해 방사된 전자파의 대부분은, 수전 장치(5)에 의해 차폐된다. 한편, 수전 장치(5)에 의해 완전히 차폐되지 않은 전자파의 나머지 부분은 공간에 누설된다. 공간에 누설된 전자파(이하 「누설 전자파」라고 함)는, 주위의 전자 기기나 인체 등에 악영향을 미칠 가능성이 있다. 또한, 수전 장치측에 누설 자속 검지 코일을 설치하고, 검지 결과를 송전 장치측에 피드백하고, 송전 장치측에서, 누설 자속을 작게 하는 종래 기술에서는, 자속의 강도 증가를 검지하고 나서 코일로의 인가 전압의 조정이 완료될 때까지의 기간에 누설 전자파가 발생하므로, 주위의 전자 기기나 인체 등에 영향을 미칠 우려가 있다.
따라서, 본 실시예에 따른 송전 장치(3)는, 송전 코일(33)에 보정 코일(35-1 내지 35-n)을, 소정의 위치에 배치함으로써, 누설 전자파를 감소시키고 있다. 이하, 도 1의 설명으로 되돌아가 보정 코일(35-1 내지 35-n) 등의 설명을 계속한다. 또한, 이하에서는, 보정 코일(35-1 내지 35-n)을 특별히 구별할 필요가 없는 경우에는, 보정 코일(35-1 내지 35-n)을 간단히 「보정 코일(35)」이라고 표기하는 것으로 한다.
보정 코일(35)은, 송전 코일(33)의 중심축과 자신의 중심축이 중복되지 않도록 송전 코일(33)에 배치된다. 그리고 보정 코일(35)은, 전원(34-1 내지 34-n)으로부터의 입력되는 전류를 기초로 하여, 수전 코일(51)을 향해 송전 코일(33)로부터 방사된 전자파(이하 「제1 전자파」라고 함)와 역극성의 강도 분포로 되는 전자파(이하 「제2 전자파」라고 함)를 방사한다.
여기서, 도 4 내지 도 9를 이용하여, 보정 코일(35)의 배치에 의해 발생하는 전자파 강도 분포의 변화를 설명한다. 도 4는 보정 코일(35)의 배치에 의해 발생하는 전자파 강도 분포의 제1 변화예를 설명하기 위한 도면이다. 도 4의 횡축은, 송전 코일(33)의 중심축 「0」으로부터의 거리를 나타내고, 도 4의 종축은, 전자파 강도를 나타낸다. 또한, 횡축은, 송전 코일(33)의 반경을 1로서 규격화한 후의 값을 나타내고 있다. 본 실시예에 있어서는, 송전 코일(33)의 반경을 25㎜로 한다. 또한, 본 실시예에 있어서는, 보정 코일(35)의 반경을 25㎜로 하여 설명하지만, 송전 코일(33)과 동일한 직경일 필요는 없다. 또한, 본 실시예에서는, 예를 들면, 13.56㎒이며, 자계 강도가 0.15A/m 이상, 전계 강도가 61V/m 이상이면, 인체 등에 악영향을 끼칠 가능성이 높은 것으로 하여, 이하, 설명한다. 또한, 본 실시예에 있어서는, 전자파 강도는, 자계 강도를 나타내는 것으로 한다. 왜냐하면, 수전 기기에 대하여 무선 급전을 행하는 방향은, 송전 코일(33)을 관통하는 방향이지만, 상기 방향에 대해서는, 자계 강도가 지배적이며, 전계 강도는 무시할 수 있기 때문이다. 또한, 도 5는 도 4의 P 부분의 확대도이다.
도 4에 나타내는 바와 같이, 송전 코일(33)로부터 방사된 제1 전자파의 강도 분포(101)는, 송전 코일(33)의 중심축 「0」에서 피크값으로 되고, 송전 코일(33)의 중심축 「0」으로부터 이격됨에 따라 감소하는 가우스 분포로 된다. 또한, 도 4는 분산값은 σ2＝1인 것으로 하여 나타낸 도면이다. 도 4의 예에 있어서, 송전 코일(33)의 중심축 「0」과 보정 코일(35)의 중심축이 중복되지 않도록, 보정 코일(35)을 송전 코일(33)의 중심축 「0」으로부터 ±1×σ에 상당하는 거리만큼 이격된 위치에 배치한다. 또한, 보정 코일(35)의 배치 위치는, 보정 코일(35)을 송전 코일(33)의 중심축 「0」으로부터 ±1×σ에 상당하는 거리만큼 이격된 위치로 한정되지 않는다. 송전 코일(33)의 중심축 「0」과 보정 코일(35)의 중심축이, 서로 겹치지 않는 위치면 된다.
도 4의 도면 참조 부호 104는, 전자파 강도의 최대값이 「1」로 되도록 규격화한 분포를 나타내고 있다. 또한, 송전 코일(33)의 출력이 동일한 경우, 보정 코일(35)의 출력은, 기대하는 합성 전자파 강도가 얻어지도록 적절히 조정된다.
그리고 보정 코일(35)이, 제1 전자파의 강도 분포(101)에 대하여 역극성의 강도 분포(102, 103)로 되는 제2 전자파를 방사한다. 또한, 제2 전자파의 강도 분포(102, 103)는, 제1 전자 분포와 마찬가지로, 분산값 σ2＝1의 가우스 분포를 갖는다. 보정 코일(35)이 역극성의 강도 분포를 방사함으로써, 제1 전자파의 일부가 제2 전자파에 의해 상쇄되고, 도 5에 나타내는 바와 같이, 제1 전자파의 강도 분포(101)와 제2 전자파의 강도 분포(102, 103)와의 합성 강도 분포(104)는, 송전 코일(33)의 중심축으로부터의 거리 방향에 있어서, 소정의 기준값을 초과하는 범위가, 제1 전자파의 강도 분포(101)와 비교하여 감축된다. 즉, 송전 장치(3)는, 소정의 기준값을 초과하는 누설 전자파를, 강도 분포(101)와 곡선(104)과 기준값 사이에 있는 영역(105)에 상당하는 분만큼 감소시킬 수 있다.
즉, 보정 코일(35)을 갖지 않는 경우에는, 송전 코일(33)의 중심축으로부터의 거리 방향에 있어서, －2로부터 2까지의 범위에, 전자파의 차폐물로 되는 수전 장치가 없으면, 무선 송전에 의해, 기준값을 초과하는 전자파가 공간으로 방사된다. 그러나 보정 코일(35)을 갖는 경우에는, 도 5와 같이, 송전 코일(33)의 중심축으로부터의 거리 방향에 있어서, －1.5로부터 1.5까지의 범위에 수전 기기가 있으면, 기준값을 초과하는 전자파가 공간으로 방사되는 일이 없어진다. 따라서, －2로부터 －1.5 또는 1.5로부터 2의 사이에 수전 기기가 존재하지 않는 상태에서, 무선 급전을 행해도, 기준값을 초과한 누설 전자파가 방사되는 일은 없다.
본 실시예에 있어서, 송전 코일(33)의 반경을 25㎜로 한 경우에, 횡축 상에서, 0.5, 즉, 6㎜의 사이에 수전 기기가 존재하지 않는 상태에서, 무선 급전을 행할 수 있다.
도 6은 보정 코일(35)의 배치에 의해 발생하는 전자파 강도 분포의 제2 변화예를 설명하기 위한 도면이다. 도 7은 도 6의 Q 부분의 확대도이다. 또한, 도 6은 도 4의 제1 전자파와 제2 전자파와의 강도 분포를, 분산값 σ2＝1로부터 분산값 σ2＝0.5까지 변화시킨 예이다. 도 6의 도면 참조 부호 204는, 전자파 강도의 최대값이 「1」로 되도록 규격화한 분포를 나타내고 있다. 또한, 송전 코일의 출력이 동일한 경우, 보정 코일의 출력은, 기대하는 합성 전자파 강도가 얻어지도록 적절히 조정된다. 또한, 각 코일로의 출력(전압, 전류)은, 도 4의 경우와 동일값이다.
도 6의 예에 있어서, 송전 코일(33)의 중심축 「0」과 보정 코일(35)의 중심축이 중복되지 않도록, 보정 코일(35)을 송전 코일(33)의 중심축 「0」으로부터 ±1×σ에 상당하는 거리만큼 이격된 위치에 배치한다. 또한, 보정 코일(35)의 배치 위치를 결정하였을 때의 분산값은, 분산값 σ2＝1로 한다. 그리고 보정 코일(35)이, 제1 전자파의 강도 분포(201)에 대하여 역극성의 강도 분포(202, 203)로 되는 제2 전자파를 방사한다. 그렇게 하면, 제1 전자파의 일부가 제2 전자파에 의해 상쇄되어, 도 7에 나타내는 바와 같이, 제1 전자파의 강도 분포(201)의 폭이 곡선(204)의 폭까지 감축한다. 이에 의해, 송전 장치(3)는, 소정의 기준값을 초과하는 누설 전자파를, 강도 분포(201)와 곡선(204)과 기준값 사이에 있는 영역(205)에 상당하는 분만큼 감소시킬 수 있다.
도 8은 보정 코일(35)의 배치에 의해 발생하는 전자파 강도 분포의 제3 변화예를 설명하기 위한 도면이다. 도 9는 도 8의 R 부분의 확대도이다. 또한, 도 8은 도 4의 제1 전자파와 제2 전자파와의 강도 분포를, 분산값 σ2＝1로부터 분산값 σ2＝2까지 변화시킨 예이다. 도 8은 도 4의 제2 전자파의 강도 분포의 분산값 σ2를 1로 한 경우에, 제2 전자파의 강도 분포의 분산값 σ2를 2까지 변화시킨 예이다. 도 8의 도면 참조 부호 304는, 전자파 강도의 최대값이 「1」로 되도록 규격화한 분포를 나타내고 있다. 또한, 송전 코일의 출력이 동일한 경우, 보정 코일의 출력은, 기대하는 합성 전자파 강도가 얻어지도록 적절히 조정된다. 또한, 각 코일로의 출력(전압, 전류)은, 도 4 및 도 6의 경우와 동일값이다.
도 8의 예에 있어서, 송전 코일(33)의 중심축 「0」과 보정 코일(35)의 중심축이 중복되지 않도록, 보정 코일(35)을 송전 코일(33)의 중심축 「0」으로부터 ±1×σ에 상당하는 거리만큼 이격된 위치에 배치한다. 또한, 보정 코일(35)의 배치 위치는, 보정 코일(35)을 송전 코일(33)의 중심축 「0」으로부터 ±1×σ에 상당하는 거리만큼 이격된 위치로 한정되지 않는다. 송전 코일(33)의 중심축 「0」과 보정 코일(35)의 중심축이, 서로 겹치지 않는 위치면 된다.
도 8의 도면 참조 부호 304는, 전자파 강도의 최대값이 「1」로 되도록 규격화한 분포를 나타내고 있다. 또한, 송전 코일(33)의 출력이 동일한 경우, 보정 코일(35)의 출력은, 기대하는 합성 전자파 강도가 얻어지도록 적절히 조정된다. 그리고 보정 코일(35)이, 제1 전자파의 강도 분포(301)에 대하여 역극성의 강도 분포(302, 303)로 되는 제2 전자파를 방사한다. 보정 코일(35)이 역극성의 강도 분포를 방사함으로써, 제1 전자파의 일부가 제2 전자파에 의해 상쇄되어, 도 9에 나타내는 바와 같이, 제1 전자파의 강도 분포(301)와 제2 전자파의 강도 분포(302, 303)와의 합성 강도 분포(304)는, 송전 코일(33)의 중심축으로부터의 거리 방향에 있어서, 소정의 기준값을 초과하는 범위가, 제1 전자파의 강도 분포(301)와 비교하여 감축된다. 즉, 송전 장치(3)는, 소정의 기준값을 초과하는 누설 전자파를 도 5의 영역(105)보다도 작은 영역(305)에 상당하는 분만큼 감소시킬 수 있다.
도 1의 설명으로 되돌아가, 위상 조정 회로(36)는, 송전 코일(33)에 흐르는 전류와 보정 코일(35)에 흐르는 전류를 서로 역위상이 되도록 조정한다. 구체적으로는, 위상 조정 회로(36)는, 전원(34-1 내지 34-n)으로부터 출력되는 교류 전류의 위상을 전원(32)으로부터 출력되는 교류 전류의 위상에 대하여 180° 반전함으로써, 이들 2개의 교류 전류를 서로 역위상이 되도록 조정한다. 180° 반전된 전원(34-1 내지 34-n)으로부터의 전류는, 보정 코일(35-1 내지 35-n)에 각각 제공되고, 보정 코일(35-1 내지 35-n)이, 제공된 전류를 기초로 하여 제1 전자파와 역극성의 강도 분포로 되는 제2 전자파를 방사한다. 또한, 180° 위상이 다르지 않더라도, 보정 코일에 흐르는 전류의 위상은, 송전 코일이 발생하는 전자파를 약하게 하는 전자파를 만드는 위상이면 된다.
다음으로, 보정 코일(35)의 배치예에 대해 도 10 내지 도 13을 이용하여 설명한다. 이미 설명한 바와 같이, 보정 코일(35)은, 송전 코일(33)의 중심축과 자신의 중심축이 중복되지 않도록 송전 코일(33)에 배치된다.
도 10은 보정 코일(35)의 제1 배치예를 나타내는 평면도이다. 도 11은 도 10의 측면도이다. 도 10 및 도 11에 나타내는 예에서는, 2개의 보정 코일(35)이, 송전 코일(33)의 주연(周緣)과 자신의 중심축이 중복되도록 송전 코일(33)에 근접 배치되어 있다. 2개의 보정 코일(35)은, 송전 코일(33)로부터 방사된 제1 전자파와 역극성의 강도 분포의 제2 전자파를 방사한다. 이에 의해, 제1 전자파 중 특히 송전 코일(33)의 주연과 2개의 보정 코일(35)의 중심축과의 중복 부분 근방에 위치하는 2개의 부분이, 제2 전자파에 의해 상쇄된다.
도 12는 보정 코일(35)의 제2 배치예를 나타내는 평면도이다. 도 13은 도 12의 측면도이다. 도 12 및 도 13에 나타내는 예에서는, 4개의 보정 코일(35)이, 송전 코일(33)의 주연과 자신의 중심축이 중복되도록 송전 코일(33)에 근접 배치되어 있다. 4개의 보정 코일(35)은, 송전 코일(33)로부터 방사된 제1 전자파와 역극성의 강도 분포의 제2 전자파를 방사한다. 이에 의해, 제1 전자파 중 특히 송전 코일(33)의 주연과 4개의 보정 코일(35)의 중심축과의 중복 부분 근방에 위치하는 4개의 부분이, 제2 전자파에 의해 상쇄된다.
상술한 바와 같이, 제1 실시예에 따른 송전 장치(3)는, 수전 장치(5)의 수전 코일(51)을 향해 제1 전자파를 방사하는 송전 코일(33)과, 제1 전자파와 역극성의 강도 분포의 제2 전자파를 방사하는 보정 코일(35)을 서로의 중심축을 어긋나게 하여 근접 배치하고 있다. 이로 인해, 제1 실시예에 따르면, 제1 전자파의 일부를 제2 전자파로 상쇄할 수 있으므로, 누설 전자파를 감소시킬 수 있다. 그 결과, 주위의 전자 기기나 인체 등에 대한 전자파의 영향을 작게 할 수 있다.
또한, 제1 실시예에 따른 송전 장치(3)에서는, 위상 조정 회로(36)가, 송전 코일(33)에 흐르는 전류와 보정 코일(35)에 흐르는 전류를 서로 역위상이 되도록 조정하고, 보정 코일(35)은, 위상 조정 후의 전류에 기초하여 제2 전자파를 방사한다. 이로 인해, 제1 실시예에 따르면, 제1 전자파와 역극성의 강도 분포로 되는 제2 전자파를 용이하게 생성할 수 있다.
또한, 제1 실시예에 따른 송전 장치(3)에서는, 보정 코일(35)은, 송전 코일(33)의 주연과 자신의 중심축이 중복되도록 송전 코일(33)에 근접 배치되어 있다. 이로 인해, 제1 실시예에 따르면, 제1 전자파 중 특히 송전 코일(33)의 주연과 보정 코일(35)의 중심축과의 중복 부분 근방에 위치하는 부분을 제2 전자파로 상쇄할 수 있다.
또한, 제1 실시예에서는, 송전 코일(33)에 흐르는 전류와 보정 코일(35)에 흐르는 전류를 서로 역위상이 되도록 조정함으로써, 제1 전자파와 역극성의 강도 분포의 제2 전자파를 생성하고 있지만, 제2 전자파의 생성 방법은 이것에 한정되지 않는다. 예를 들면, 송전 코일(33) 및 보정 코일(35)은 서로 역권취(逆卷)로 형성함으로써, 제2 전자파를 생성할 수도 있다. 또한, 이 구성에서는, 도 1에 나타낸 위상 조정 회로(36)가 생략된다.
또한, 송전 코일(33)에 흐르는 전류의 방향과 보정 코일(35)에 흐르는 전류의 방향이 서로 다르도록 전류의 방향을 조정하는 조정 수단을 별도 설치함으로써, 제2 전자파를 생성할 수도 있다.
(제2 실시예)
도 14는 제2 실시예에 따른 송전 장치를 포함한 송수전 시스템의 개관 구성을 나타내는 도면이다. 도 14에 나타낸 송수전 시스템(2)은, 송전 장치(3a)와 수전 장치(5)를 포함하고 있다. 또한, 이하에서는, 도 1에서 이미 설명한 구성 부위와 동일한 구성 부위에는 동일한 부호를 병기하고 그 설명을 생략한다.
도 14에 나타낸 송전 장치(3a)는, 송전 코일(33) 대신에, 복수의 송전 코일(43-1 내지 43-n)을 갖는다. 송전 코일(43-1 내지 43-n)의 각각은, 송전 코일(33)의 구성과 마찬가지이다. 이하에서는, 송전 코일(43-1 내지 43-n)을 특별히 구별할 필요가 없는 경우에는, 송전 코일(43-1 내지 43-n)을 간단히 「송전 코일(43)」이라고 표기하는 것으로 한다.
보정 코일(35)은, 복수의 송전 코일(43) 중 가장 외측에 위치하는 외측 코일의 주연과 자신의 중심축이 중복되도록 외측 코일에 근접 배치되어 있다. 그리고 보정 코일(35)은, 전원(34-1 내지 34-n)으로부터의 전류를 수취하면, 수전 코일(51)을 향해 송전 코일(43)로부터 방사된 제1 전자파와 역극성의 강도 분포로 되는 제2 전자파를 방사한다.
여기서, 도 15 내지 도 16을 이용하여, 보정 코일(35)의 배치에 의해 발생하는 전자파 강도 분포의 변화를 설명한다. 도 15는 보정 코일(35)의 배치에 의해 발생하는 전자파 강도 분포의 변화예를 설명하기 위한 도면이다. 도 15의 횡축은, 5개의 송전 코일(43)의 중심축 「0」, 「±2」 및 「±4」로부터의 거리를 나타내고, 도 15의 종축은, 전자파 강도를 나타낸다. 또한, 횡축은, 송전 코일(33)의 반경을 1로서 규격화한 후의 값을 나타내고 있다. 또한, 본 실시예에 있어서는, 보정 코일(35)의 반경을 25㎜로 하여 설명하지만, 송전 코일(33)과 동일한 직경일 필요는 없다. 또한, 본 실시예에서는, 예를 들면, 13.56㎒이며, 자계 강도가 0.15A/m 이상, 전계 강도가 61V/m 이상이면, 인체 등에 악영향을 끼칠 가능성이 높은 것으로 하여, 이하, 설명한다. 또한, 본 실시예에 있어서는, 전자파 강도는, 자계 강도를 나타내는 것으로 한다. 왜냐하면, 수전 기기에 대하여 무선 급전을 행하는 방향은, 송전 코일(33)을 관통하는 방향이지만, 상기 방향에 대해서는, 자계 강도가 지배적이며, 전계 강도는 무시할 수 있기 때문이다. 또한, 도 16은 도 15의 S 부분의 확대도이다.
도 15에 나타내는 바와 같이, 5개의 송전 코일(43)로부터 방사된 전자파의 강도 분포(401a 내지 401e)를 합성한 제1 전자파의 강도 분포(401)는, 중앙의 송전 코일(43)의 중심축 「0」에 관해 대칭인 사다리꼴 형상의 분포로 된다. 도 15의 예에 있어서, 5개의 송전 코일(43) 중 가장 외측에 위치하는 외측 코일의 주연과 보정 코일(35)의 중심축이 중복되도록, 보정 코일(35)을 외측 코일의 중심축 「±4」로부터 ±1×σ에 상당하는 거리만큼 이격된 위치에 배치한다. 또한, 보정 코일(35)의 배치 위치는, 보정 코일(35)을 송전 코일(33)의 중심축 「±4」로부터 ±1×σ에 상당하는 거리만큼 이격된 위치로 한정되지 않는다. 송전 코일(33)의 중심축 「±」와 보정 코일(35)의 중심축이, 서로 겹치지 않는 위치면 된다. 그리고 보정 코일(35)이, 제1 전자파의 강도 분포(401)에 대하여 역극성의 강도 분포(402, 403)로 되는 제2 전자파를 방사한다. 송전 코일(43)로부터 방사된 전자파의 강도 분포(401a 내지 401e) 및, 보정 코일(35)로부터 방사된 제2 전자파의 강도 분포(402, 403)는, 동일한 가우스 분포를 갖는 것으로 한다. 보정 코일(35)이 역극성의 강도 분포를 방사함으로써, 제1 전자파의 일부가 제2 전자파에 의해 상쇄되어, 도 16에 나타내는 바와 같이, 제1 전자파의 강도 분포(401)와 제2 전자파의 강도 분포(402, 403)와의 합성 강도 분포(404)는, 송전 코일(33)의 중심축으로부터의 거리 방향에 있어서, 소정의 기준값을 초과하는 범위가, 제1 전자파의 강도 분포(401)와 비교하여 감축된다. 즉, 송전 장치(3a)는, 소정의 기준값을 초과하는 누설 전자파를 영역(405)에 상당하는 분만큼 감소시킬 수 있다.
다음으로, 보정 코일(35)의 배치예에 대해 도 17 내지 도 18을 이용하여 설명한다. 이미 설명한 바와 같이, 보정 코일(35)은, 복수의 송전 코일(43) 중 가장 외측에 위치하는 외측 코일의 주연과 자신의 중심축이 중복되도록 외측 코일에 근접 배치된다.
도 17은 보정 코일(35)의 제1 배치예를 나타내는 평면도이다. 도 17에 나타내는 예에서는, 4개의 보정 코일(35)이, 십자 형태로 배열된 9개의 송전 코일(43) 중 가장 외측에 위치하는 송전 코일(43a 내지 43d)의 주연과 자신의 중심축이 중복되도록 송전 코일(43a 내지 43d)에 근접 배치되어 있다. 4개의 보정 코일(35)은, 송전 코일(43)로부터 방사된 제1 전자파와 역극성의 강도 분포의 제2 전자파를 방사한다. 이에 의해, 제1 전자파 중 특히 송전 코일(43a 내지 43b)의 주연과 보정 코일(35)의 중심축과의 중복 부분 근방에 위치하는 부분이, 제2 전자파에 의해 상쇄된다.
도 18은 보정 코일(35)의 제2 배치예를 나타내는 평면도이다. 도 18에 나타내는 예에서는, 12개의 보정 코일(35)이, 일자 형태로 배열된 5개의 송전 코일(43)의 주연과 자신의 중심축이 중복되도록 송전 코일(43)에 근접 배치되어 있다. 또한, 도 18에 나타내는 예에서는, 일자 형태로 배열된 5개의 송전 코일(43)의 모두가 가장 외측에 위치하므로, 5개의 송전 코일(43)의 모두가 외측 코일에 해당한다. 12개의 보정 코일(35)은, 송전 코일(43)로부터 방사된 제1 전자파와 역극성의 강도 분포의 제2 전자파를 방사한다. 이에 의해, 제1 전자파 중 특히 송전 코일(43)의 주연과 보정 코일(35)의 중심축과의 중복 부분 근방에 위치하는 부분이, 제2 전자파에 의해 상쇄된다.
상술한 바와 같이, 제2 실시예에 따른 송전 장치(3a)는, 복수의 송전 코일(43) 중 가장 외측에 위치하는 외측 코일의 주연과 자신의 중심축이 중복되도록 외측 코일에 근접 배치되어 있다. 이로 인해, 제2 실시예에 따르면, 제1 전자파 중 특히 외측 코일의 주연과 보정 코일(35)의 중심축과의 중복 부분 근방에 위치하는 부분을 제2 전자파로 상쇄할 수 있다. 그 결과, 복수의 송전 코일(43)을 이용한 경우라도, 주위의 전자 기기나 인체 등에 대한 전자파의 영향을 작게 할 수 있다.
1, 2 : 송수전 시스템
3, 3a : 송전 장치
5 : 수전 장치
31 : 발진기
32 : 전원
33, 43 : 송전 코일
34 : 전원
35 : 보정 코일
36 : 위상 조정 회로
51 : 수전 코일
52 : 부하 회로

Claims (7)

  1. 수전 장치에 무선으로 전력을 송전하는 송전 장치로서,
    제1 전자파를 방사하는 제1 코일과,
    상기 제1 코일의 중심축과 자신의 중심축이 서로 다른 위치에 배치됨과 함께, 상기 제1 전자파와 역극성의 강도 분포로 되는 제2 전자파를 방사하는 제2 코일을 갖는 것을 특징으로 하는 송전 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 송전 장치는,
    상기 제1 코일 및 상기 제2 코일에 전력을 공급하는 적어도 하나의 전원부와,
    상기 제2 코일에 출력하는 전류의 위상과 상기 제1 코일에 출력하는 전류의 위상에, 상기 제1 코일이 방사하는 전자파와, 상기 제2 코일이 방사하는 전자파가 역극성이 되는 위상 차를 발생시키는 위상 조정 회로를 더 갖고,
    상기 전원 장치와 상기 위상 조정 회로가 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 송전 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 위상 조정 회로는, 180도의 상기 위상 차를 발생시키는 것을 특징으로 하는 송전 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 코일 및 상기 제2 코일에 전력을 공급하는 적어도 하나의 전원부를 갖고,
    상기 제1 코일에 흐르는 전류의 방향과, 상기 제2 코일에 흐르는 전류의 방향이 다른 것을 특징으로 하는 송전 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 코일 및 상기 제2 코일은, 서로 역권취인 것을 특징으로 하는 송전 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 코일은, 상기 제1 코일의 주연과 자신의 중심축이 중복되는 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 송전 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    복수의 상기 제1 코일을 구비하고,
    상기 제2 코일은, 복수의 상기 제1 코일 중 가장 외측에 위치하는 상기 제1 코일인 외측 코일의 주연과 자신의 중심축이 중복되는 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 송전 장치.
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