TW201424184A - 磁場空間之形成方法 - Google Patents

磁場空間之形成方法 Download PDF

Info

Publication number
TW201424184A
TW201424184A TW102115793A TW102115793A TW201424184A TW 201424184 A TW201424184 A TW 201424184A TW 102115793 A TW102115793 A TW 102115793A TW 102115793 A TW102115793 A TW 102115793A TW 201424184 A TW201424184 A TW 201424184A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
coil
power supply
magnetic field
resonator
power
Prior art date
Application number
TW102115793A
Other languages
English (en)
Inventor
Takezo Hatanaka
Masami Inoue
Hisashi Tsuda
Original Assignee
Nitto Denko Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nitto Denko Corp filed Critical Nitto Denko Corp
Publication of TW201424184A publication Critical patent/TW201424184A/zh

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/10Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling
    • H02J50/12Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling of the resonant type
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/70Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power involving the reduction of electric, magnetic or electromagnetic leakage fields
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0029Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits
    • H02J7/00302Overcharge protection
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B5/00Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems
    • H04B5/20Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems characterised by the transmission technique; characterised by the transmission medium
    • H04B5/24Inductive coupling
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B5/00Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems
    • H04B5/70Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems specially adapted for specific purposes
    • H04B5/79Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems specially adapted for specific purposes for data transfer in combination with power transfer
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F38/00Adaptations of transformers or inductances for specific applications or functions
    • H01F38/14Inductive couplings
    • YGENERAL 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
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10TTECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00Metal working
    • Y10T29/49Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49002Electrical device making
    • Y10T29/4902Electromagnet, transformer or inductor

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Magnetic Resonance Imaging Apparatus (AREA)

Abstract

本發明提供一種在供電模組之線圈與受電模組之線圈之間,有意地形成磁場強度較小的磁場空間,進而可控制磁場強度較小的磁場空間之形成位置、或磁場空間之大小、或磁場空間之形狀的磁場空間之形成方法。自供電共振器22利用共振現象將電力供給至受電共振器32,藉此,可在供電共振器22與受電共振器32之間形成具有比較小的磁場強度之磁場空間Z。其時,藉由將自交流電源供給至供電模組2之交流電力的頻率設定為逆相共振模式或設定為同相共振模式,可變更磁場空間Z之形成位置,又,藉由變更供電線圈21與供電共振器22之間的距離A及受電共振器32與受電線圈31之間的距離B,可變更磁場空間Z之大小。

Description

磁場空間之形成方法
本發明係關於一種形成磁場強度比較小的磁場空間之方法。
近年來,筆記型PC(personal computer,個人電腦)、平板型PC、數位相機、行動電話等人們可攜帶使用之小型電子機器快速普及。且,該等電子機器之大部分中搭載有充電電池,需要定期充電。為簡化對該電子機器之充電電池之充電作業,利用在供電裝置與搭載於電子機器之受電裝置之間使用無線進行電力傳輸的供電技術(無線電力傳輸技術),對充電電池進行充電之機器正在增加。
例如,作為無線電力傳輸技術,可列舉藉由使用供電裝置及受電裝置所具備之共振器間的共振現象使磁場耦合而進行電力傳輸的無線電力傳輸技術(例如,參照專利文獻1)。
在上述無線電力傳輸技術中,於共振器間之共振現象時在供電裝置及受電裝置具備之共振器周邊產生磁場。其結果,存在配置於供電裝置或受電裝置之內部或外部之整流器、充電電池、其他電子零件等中,產生起因於磁場之渦電流而發熱,對整流器或充電電池或電子零件等帶來不良影響之問題。
為了解決上述磁場引起之問題,例如,專利文獻2中,揭示有在利用非接觸供電進行電力傳輸之供電裝置中,可使洩漏電磁場減少的電力傳輸系統。又,專利文獻3中,揭示有可減小輸電線圈與受電線圈之間的磁場的輸電受電裝置。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2010-239769號公報
[專利文獻2]日本特開2011-147213號公報
[專利文獻3]日本特開2010-239847號公報
然而,在專利文獻2之電力傳輸系統及專利文獻3之輸電受電裝置中,並未提及有意地形成磁場強度較小的磁場空間,進而,並未提及在供電裝置或受電裝置中,考慮配置整流器、充電電池、其他之電子零件等之位置或大小等,使磁場強度較小的磁場空間在何處、以怎樣之大小、以怎樣之形狀產生的構思。
因此,本發明之目的在於提供一種在供電模組之線圈與受電模組之線圈之間,有意地形成磁場強度較小的磁場空間,進而,可控制磁場強度較小的磁場空間之形成位置、或磁場空間之大小、或磁場空間之形狀的磁場空間之形成方法。
用以解決上述課題之發明之一係一種磁場空間之形成方法,其特徵在於:在利用共振現象自供電模組之線圈對受電模組之線圈供給電力時,於上述供電模組之線圈與上述受電模組之線圈之間的期望位置,形成具有較該期望位置以外之磁場強度更小的磁場強度之磁場空間。
根據上述方法,藉由自供電模組之線圈利用共振現象對受電模組之線圈供給電力,可於供電模組之線圈與受電模組之線圈之間的期望位置,形成具有較該期望位置以外之磁場強度更小的磁場強度之磁場空間。
又,用以解決上述課題之發明之一係一種磁場空間之形成方法,其特徵在於:藉由上述供電模組之線圈周邊產生之磁場與上述受電模組之線圈周邊產生之磁場相互抵消,而以在上述供電模組之線圈與上述受電模組之線圈之間的期望位置,形成具有較該期望位置以外之磁場強度更小的磁場強度之磁場空間之方式,將上述供電模組之線圈與上述受電模組之線圈鄰近配置。
根據上述方法,在利用共振現象自供電模組之線圈對受電模組之線圈供給電力時,鄰近配置供電模組之線圈與受電模組之線圈,藉此,供電模組之線圈周邊產生之磁場與受電模組之線圈周邊產生之磁場相互抵消,從而可在供電模組之線圈與受電模組之線圈之間的期望位置,形成具有較該期望位置以外之磁場強度更小的磁場強度之磁場空間。
又,用以解決上述課題之一發明的特徵在於:在上述磁場空間之形成方法中,在利用上述共振現象自上述供電模組之線圈對上述受電模組之線圈供給電力時,以上述供電模組之線圈中流動之電流之方向與上述受電模組之線圈中流動之電流之方向相反之方式,設定供給至上述供電模組之線圈的電力之頻率。
於上述方法中,在使用共振現象進行電力傳輸時,藉由鄰近配置供電模組之線圈與受電模組之線圈,使得表示供電模組之線圈與受電模組之線圈之耦合強度的耦合係數變高。若如此在耦合係數較高之狀態下,測量傳輸特性『S21』(作為自供電模組之線圈對受電模組之線圈輸送電力時之輸電效率之指標的值),則其測定波形之波峰分離成低頻率側與高頻率側。
且,藉由將供給至供電模組之線圈的電力之頻率設定為該高頻率側之波峰附近之頻率,使得供電模組之線圈中流動之電流之方向與受電模組之線圈中流動之電流之方向變得相反,供電模組之線圈之內 周側產生之磁場與受電模組之線圈之內周側產生之磁場相互抵消,藉此,於供電模組之線圈及受電模組之線圈之內周側,可形成磁場之影響減小從而具有較供電模組之線圈及受電模組之線圈之內周側以外的磁場強度更小的磁場強度的磁場空間。
又,用以解決上述課題之一發明之特徵在於:在上述磁場空間之形成方法中,在利用上述共振現象自上述供電模組之線圈對上述受電模組之線圈供給電力時,以上述供電模組之線圈中流動之電流之方向與上述受電模組之線圈中流動之電流之方向相同之方式,設定供給至上述供電模組之線圈的電力之頻率。
於上述方法中,在使用共振現象進行電力傳輸時,藉由鄰近配置供電模組之線圈與受電模組之線圈,使得表示供電模組之線圈與受電模組之線圈之耦合強度的耦合係數變高。若如此在耦合係數較高之狀態下,測量傳輸特性『S21』(作為自供電模組之線圈對受電模組之線圈輸送電力時之輸電效率之指標的值),則其測定波形之波峰分離成低頻率側與高頻率側。
且,藉由將供給至供電模組之線圈的電力之頻率設定為該低頻率側之波峰附近之頻率,使得供電模組之線圈中流動之電流之方向與受電模組之線圈中流動之電流之方向相同,供電模組之線圈之外周側產生之磁場與受電模組之線圈之外周側產生之磁場相互抵消,藉此,於供電模組之線圈及受電模組之線圈之外周側,可形成磁場之影響減小從而具有較供電模組之線圈及受電模組之線圈之外周側以外之磁場強度更小的磁場強度的磁場空間。
又,用以解決上述課題之一發明之特徵在於:在上述磁場空間之形成方法中,使上述供電模組之線圈及上述受電模組之線圈相關的調整參數改變,而變更上述供電模組之線圈及上述受電模組之線圈之間產生的磁場耦合之強度,藉此變更上述磁場空間之大小。
根據上述方法,藉由使關於供電模組之線圈及受電模組之線圈的調整參數改變,從而變更供電模組之線圈及受電模組之線圈之間產生的磁場耦合之強度,藉此,可變更磁場空間之大小。例如,藉由相對地削弱供電模組之線圈及受電模組之線圈之間產生的磁場耦合,可擴大磁場空間之大小。另一方面,藉由相對地增強供電模組之線圈及受電模組之線圈之間產生的磁場耦合,可減小磁場空間之大小。
又,用以解決上述課題之一發明之特徵在於:在上述磁場空間之形成方法中,上述調整參數係上述供電模組之線圈之配置關係、及上述受電模組之線圈之配置關係。
根據上述方法,使供電模組之線圈之配置關係、及受電模組之線圈之配置關係改變,從而變更供電模組之線圈及受電模組之線圈之間產生的磁場耦合之強度,藉此,可變更磁場空間之大小。
又,用以解決上述課題之一發明之特徵在於:在上述磁場空間之形成方法中,上述調整參數係上述供電模組之線圈及上述受電模組之線圈之形狀,使該線圈之形狀改變為期望之形狀,而變更上述供電模組之線圈及上述受電模組之線圈之間及周邊產生的磁場耦合之強度,藉此將上述磁場空間之形狀設為上述期望之形狀。
根據上述方法,藉由使供電模組之線圈及上述受電模組之線圈成為期望之形狀,能以沿著線圈之形狀的上述期望之形狀而形成磁場強度相對較弱的磁場空間。即,藉由改變供電模組之線圈及上述受電模組之線圈的形狀,可改變(控制)磁場強度相對較弱的磁場空間之形狀。
又,用以解決上述課題之一發明之特徵在於:在上述磁場空間之形成方法中,上述供電模組之線圈係供電線圈及供電共振器,上述受電模組之線圈係受電線圈及受電共振器;於將已供給至上述供電線圈之電力利用電磁感應供給至上述供電共振器,藉由使上述供電共振 器與上述受電共振器共振而將已供給至上述供電共振器之電力作為磁場能量自上述供電共振器傳輸至上述受電共振器,且將傳輸至上述受電共振器之電力利用電磁感應供給至上述受電線圈時,使上述供電線圈與上述供電共振器、及上述受電線圈與上述受電共振器相關的調整參數改變,而變更上述供電共振器與上述受電共振器之間產生的磁場耦合之強度,藉此變更上述磁場空間之大小。
根據上述方法,在使用磁場諧振狀態進行無線電力傳輸時,藉由使關於供電線圈與供電共振器、及受電線圈與受電共振器的調整參數改變,而變更磁場耦合之強度從而變更磁場空間之大小。
又,用以解決上述課題之一發明之特徵在於:在上述磁場空間之形成方法中,上述調整參數係上述供電線圈與上述供電共振器之間的第1距離、及上述受電共振器與上述受電線圈之間的第2距離之至少一者。
根據上述方法,在使用磁場諧振狀態進行無線電力傳輸時,藉由變更供電線圈與供電共振器之間的第1距離、及受電共振器與受電線圈之間的第2距離之至少一者,可變更磁場耦合之強度從而變更磁場空間之大小。例如,藉由相對地縮短供電線圈與供電共振器之間的第1距離、及受電共振器與受電線圈之間的第2距離,可相對地削弱磁場耦合而擴大磁場空間之大小。另一方面,藉由相對地增長供電線圈與供電共振器之間的第1距離、及受電共振器與受電線圈之間的第2距離,可相對地增強磁場耦合從而減小磁場空間之大小。
本發明可提供一種在供電模組之線圈與受電模組之線圈之間,有意地形成磁場強度較小的磁場空間,進而,可控制磁場強度較小的磁場空間之形成位置、或磁場空間之大小、或磁場空間之形狀的磁場空間之形成方法。
2‧‧‧供電模組
3‧‧‧受電模組
21‧‧‧供電線圈
22‧‧‧供電共振器
22A‧‧‧電流之方向
31‧‧‧受電線圈
32‧‧‧受電共振器
32A‧‧‧電流之方向
101‧‧‧無線電力供給系統
110‧‧‧網路分析儀
111‧‧‧輸出端子
112‧‧‧輸入端子
201‧‧‧無線電力供給系統
202‧‧‧供電模組
203‧‧‧受電模組
221‧‧‧供電線圈
222‧‧‧供電共振器
231‧‧‧受電線圈
232‧‧‧受電共振器
301‧‧‧無線電力供給系統
302‧‧‧供電模組
303‧‧‧受電模組
321‧‧‧供電線圈
322‧‧‧供電共振器
331‧‧‧受電線圈
332‧‧‧受電共振器
401‧‧‧無線電力供給系統
402‧‧‧供電模組
403‧‧‧受電模組
421‧‧‧供電線圈
422‧‧‧供電共振器
431‧‧‧受電線圈
432‧‧‧受電共振器
Z‧‧‧磁場空間
Z1‧‧‧磁場空間
Z2‧‧‧磁場空間
Z251‧‧‧磁場空間
Z252‧‧‧磁場空間
Z351‧‧‧磁場空間
Z352‧‧‧磁場空間
Z451‧‧‧磁場空間
Z452‧‧‧磁場空間
圖1係磁場空間之形成方法之概略說明圖。
圖2係實施例之無線電力供給系統之構成圖。
圖3係顯示已使供給至無線電力供給系統之電力之頻率改變之情形時的傳輸特性S21之測定結果之圖表。
圖4(A)係同相共振模式之說明圖;圖4(B)係同相共振模式下之磁場矢量圖。
圖5係使用電磁場解析測定之同相共振模式下之磁場強度分佈圖。
圖6(A)係逆相共振模式之說明圖;圖6(B)係逆相共振模式之磁場矢量圖。
圖7係使用電磁場解析測定之逆相共振模式下之磁場強度分佈圖。
圖8係設定為逆相共振模式之情形時的實施例1~實施例4之磁場強度分佈圖。
圖9係設定為同相共振模式之情形時的實施例5~實施例7之磁場強度分佈圖。
圖10係實施例8~11之無線電力供給系統之構成圖。
圖11係記載實施例8~11之無鋁片時之輸電效率η0、插入3種圓形之鋁片(直徑:46mm.55mm.60mm)時各者之輸電效率ηm、輸電效率之差△η之測定結果的圖
圖12係基於圖11之測定結果,將橫軸作為圓形之鋁片之直徑,將縱軸作為輸電效率之差△η(η0-ηm)而圖表化之圖。
圖13係磁場空間之形狀變更時的實施例1之無線電力供給系統之構成圖。
圖14(A)、(B)係磁場空間之形狀變更時的實施例1之磁場強度分 佈圖。
圖15係磁場空間之形狀變更時的實施例2之無線電力供給系統之構成圖。
圖16(A)、(B)係磁場空間之形狀變更時的實施例2之磁場強度分佈圖。
圖17係磁場空間之形狀變更時的實施例3之無線電力供給系統之構成圖。
圖18(A)、(B)係磁場空間之形狀變更時的實施例3之磁場強度分佈圖。
以下,基於實施例及實施形態說明本發明之磁場空間之形成方法。
(概要)
本發明之磁場空間之形成方法可例如利用圖1所示之無線電力供給系統101實現。無線電力供給系統101中,作為主要之構成要素包括:具備供電線圈21及供電共振器22之供電模組2、與具備受電線圈31及受電共振器32之受電模組3。供電模組2之供電線圈21與後述之網路分析儀110之輸出端子111利用配線而連接,且能以任意之頻率將交流電力自輸出端子111輸出至供電線圈21。又,受電模組3之受電線圈31與網路分析儀110之輸入端子112利用配線而連接,可測定自受電線圈31輸入至輸入端子112之電力。且,藉由自供電模組2之供電共振器22使用共振現象對受電模組3之受電共振器32進行電力供給,而在供電共振器22與受電共振器32之間的期望位置,形成磁場強度較該期望位置以外之磁場強度更小的磁場空間Z1、Z2。
此處,所謂供電共振器22及受電共振器32,例如係使用線圈之共振器,可列舉螺旋型或螺線管型或環型等之線圈。又,所謂共振現 象,係指2個以上的線圈之共振頻率調諧。所謂期望之位置,其詳情將於下文敍述,且其係指供電模組2之線圈(供電共振器22)或受電模組3之線圈(受電共振器32)之內周側或外周側的空間。
(實施例)
又,關於根據上述無線電力供給系統101形成之磁場強度較小的磁場空間Z1、Z2,具體地藉由測定磁場強度進行說明。
(無線電力供給系統101之構成)
本實施例中使用之無線電力供給系統101係如圖2所示,包括:具備供電線圈21及供電共振器22之供電模組2、與具備受電線圈31及受電共振器32之受電模組3。且,在供電線圈21上連接網路分析儀110(安捷倫.科技股份有限公司製造)之輸出端子111。又,在受電線圈31上連接網路分析儀110之輸入端子112。在如此構成之無線電力供給系統101中,若供電模組2中供給有電力,則自供電共振器22利用共振現象將電力作為磁場能量供給至受電共振器32。
網路分析儀110能以任意之頻率將交流電力自輸出端子111輸出至供電線圈21。又,網路分析儀110能測定自受電線圈31輸入至輸入端子112之電力。再者,關於網路分析儀110,其詳情將於下文敍述,且其可測定圖3所示之傳輸特性『S21』或圖11及圖12中之輸電效率。
供電線圈21係發揮將自網路分析儀110獲得之電力利用電磁感應供給至供電共振器22的作用。該供電線圈21係將線徑1mm 之銅線材(附有絕緣覆蓋膜)捲1次,設定為線圈徑80mm
受電線圈31係發揮將作為磁場能量而自供電共振器22傳輸至受電共振器32之電力利用電磁感應輸出至網路分析儀110之輸入端子112的作用。該受電線圈31係與供電線圈21同樣地,將線徑1mm 之銅線材(附有絕緣覆蓋膜)捲1次,設定為線圈徑80mm
供電共振器22及受電共振器32分別為LC共振電路,且發揮形成 磁場諧振狀態之作用。另,在本實施例中,對於LC共振電路之電容器成分雖利用元件實現,但亦可使線圈之兩端開放,而利用雜散電容實現。在該LC共振電路中,若將電感設為L,將電容器電容設為C,則根據(式1)決定之f成為共振頻率。
又,供電共振器22及受電共振器32係將線徑1mm 之銅線材(附有絕緣覆蓋膜)捲4次且設定為線圈徑80mm 的螺線管型線圈。又,供電共振器22及受電共振器32之共振頻率設為15.3MHz。
如上所述,將供電共振器22之共振頻率與受電共振器32之共振頻率設為同一值之情形(共振)時,可在供電共振器22與受電共振器32之間形成磁場諧振狀態。若在供電共振器22及受電共振器32共振之狀態下形成磁場諧振狀態,則可將電力作為磁場能量自供電共振器22傳輸至受電共振器32。
另,將供電線圈21與供電共振器22之間的距離設為A,將受電線圈31與受電共振器32之間的距離設為B,將供電共振器22與受電共振器32之間的距離設為C(參照圖2)。
(形成磁場空間Z之位置)
接著,使用連接於上述網路分析儀110之無線電力供給系統101,對於形成磁場空間Z之位置進行說明。另,將供電線圈21與供電共振器22之間的距離設為A=15mm,將受電線圈31與受電共振器32之間的距離設為B=15mm,將供電共振器22與受電共振器32之間的距離設為C=30mm。又,在測定磁場空間Z時,使用電磁場解析進行解析,使磁場強度以色調表示,藉此進行測定。
首先,使用網路分析儀110,一面改變供給至無線電力供給系統101之交流電力之頻率一面測定傳輸特性『S21』。此時,如圖3之圖表所示,將橫軸作為自輸出端子111輸出之交流電力之頻率,將縱軸作 為傳輸特性『S21』進行測定。
此處,所謂傳輸特性『S21』,表示自輸出端子111輸入信號時通過輸入端子112的信號,以分貝表示,數值越大表示輸電效率越高。又,所謂輸電效率,係指在網路分析儀110上連接有無線電力供給系統101之狀態下,輸出至輸入端子112之電力相對於自輸出端子111供給至供電模組2之電力的比率。即,意味著傳輸特性『S21』越高,輸電效率越高。
測定之結果為,測定出之傳輸特性『S21』之測定波形係如圖3所示,波峰分離成低頻率側與高頻率側。將分離之波峰中的高頻率側之頻率表示為fe,將低頻率側之頻率表示為fm。
另,在本實施例中,雖將供電共振器22與受電共振器32之間的距離C設定為30mm,但只要以測定出之傳輸特性『S21』之測定波形之波峰分離成低頻率側與高頻率側的程度,鄰近配置供電共振器22與受電共振器32即可。
且,將供給至供電模組2之交流電力之頻率設定為該低頻率側之波峰附近之頻率fm之情形(同相共振模式)時,供電共振器22及受電共振器32以同相位成為共振狀態,如圖4(A)所示,供電共振器22中流動之電流之方向(22A)與受電共振器32中流動之電流之方向(32A)成為相同方向。其結果,如圖4(B)之磁場矢量圖所示,藉由供電共振器22之外周側產生之磁場與受電共振器32之外周側產生之磁場相互抵消,從而,於供電共振器22及受電共振器32之外周側,可形成磁場之影響減小從而具有較供電共振器22及受電共振器32之外周側以外之磁場強度(例如,供電共振器22及受電共振器32之內周側之磁場強度)小的磁場強度的磁場空間Z1。此處,將供電模組2之線圈(供電共振器22)中流動之電流之方向與受電模組3之線圈(受電共振器32)中流動之電流之方向成為相同方向之共振狀態稱為同相共振模式。
在圖5中,對於上述同相共振模式下之供電共振器22及受電共振器32周邊之磁場強度分佈,使用電磁場解析進行解析,且作為使磁場強度以色調表示之測定結果進行顯示。根據該圖5之磁場強度分佈,亦可確認,在供電共振器22及受電共振器32之外周側,存在磁場之影響減小從而具有比較小的磁場強度的磁場空間Z1。
另一方面,將供給至供電模組2之交流電力之頻率設定為高頻率側之波峰附近的頻率fe之情形(逆相共振模式)時,供電共振器22及受電共振器32以逆相位成為共振狀態,如圖6(A)所示,供電共振器22中流動之電流之方向(22A)與受電共振器32中流動之電流之方向(32A)成為相反方向。其結果,如圖6(B)之磁場矢量圖所示,藉由供電共振器22之內周側產生之磁場與受電共振器32之內周側產生之磁場相互抵消,使得在供電共振器22及受電共振器32之內周側,可形成磁場之影響減小從而具有較供電共振器22及受電共振器32之內周側以外之磁場強度(例如,供電共振器22及受電共振器32之外周側之磁場強度)小的磁場強度的磁場空間Z2。此處,將供電模組2之線圈(供電共振器22)中流動之電流之方向與受電模組3之線圈(受電共振器32)中流動之電流之方向成為相反方向之共振狀態稱為逆相共振模式。
在圖7中,對於上述逆相共振模式下之供電共振器22及受電共振器32周邊之磁場強度分佈,使用電磁場解析進行解析,且作為使磁場強度以色調表示之測定結果進行顯示。根據該圖7之磁場強度分佈,亦可確認在供電共振器22及受電共振器32之內周側,存在磁場之影響減小從而具有比較小的磁場強度的磁場空間Z2。
根據上述方法,在自供電模組2之供電共振器22利用共振現象對受電模組3之受電共振器32供給電力時,藉由將供電共振器22與受電共振器32鄰近配置,使得供電共振器22周邊產生之磁場與受電共振器32周邊產生之磁場相互抵消,從而可在供電共振器22及受電共振器32 之內周側或外周側之期望位置上,形成具有較該期望位置以外之磁場強度更小的磁場強度之磁場空間(Z1、或Z2)。
又,如上所述,在自供電共振器22利用共振現象對受電共振器32供給電力時,藉由將供給至供電模組2之交流電力之頻率設定為同相共振模式,使得供電模組2之供電共振器22中流動之電流之方向與受電模組3之受電共振器32中流動之電流之方向成為相同方向,且供電共振器22之外周側產生之磁場與受電共振器32之外周側產生之磁場相互抵消,藉此,在供電共振器22及受電共振器32之外周側,可形成磁場之影響減小從而具有較供電共振器22及受電共振器32之外周側以外之磁場強度更小的磁場強度之磁場空間Z1。
又,如上所述,在自供電共振器22利用共振現象對於受電共振器32供給電力時,藉由將供給至供電模組2之交流電力之頻率設定為逆相共振模式,使得供電模組2之供電共振器22中流動之電流之方向與受電模組3之受電共振器32中流動之電流之方向成為相反方向,且供電共振器22之內周側產生之磁場與受電共振器32之內周側產生之磁場相互抵消,藉此,在供電共振器22及受電共振器32之內周側,可形成磁場之影響減小從而具有較供電共振器22及受電共振器32之內周側以外之磁場強度更小的磁場強度之磁場空間Z2。
(磁場空間Z之大小之變更)
接著,使用連接於上述網路分析儀110之無線電力供給系統101,就可變更磁場空間Z之大小的方面進行說明。
為了變更磁場空間Z之大小,藉由變更供電模組2之供電共振器22及受電模組3之受電共振器32之間的磁場的耦合程度(磁場耦合)之強度而進行;而為了使該磁場耦合改變,藉由使關於供電模組2之供電線圈21或供電共振器22、及受電模組3之受電線圈31或受電共振器32的調整參數改變而進行。在使該調整參數改變之態樣中,可列舉使 供電模組2之供電線圈21與供電共振器22之配置關係、及受電模組3之受電線圈31與受電共振器32之配置關係改變;或使供給至供電模組2之電力量改變;或使供電共振器22及受電共振器32之各元件(電容器、線圈)之電容或電感改變;或變更供給至供電模組2之電力之頻率等。
根據上述方法,使關於供電模組2之供電線圈21或供電共振器22、及受電模組3之受電線圈31或受電共振器32的調整參數改變,從而變更供電共振器22及受電共振器32之間產生的磁場耦合之強度,藉此,可變更磁場空間(Z1或Z2)之大小。例如,藉由相對地削弱供電共振器22及受電共振器32之間產生的磁場耦合,可擴大磁場空間(Z1或Z2)之大小。另一方面,藉由相對地增強供電共振器22及受電共振器32之間產生的磁場耦合,可減小磁場空間(Z1或Z2)之大小。
在本實施例中,作為示例,可列舉使供電模組2之供電線圈21與供電共振器22之配置關係、及受電模組3之受電線圈31與受電共振器32之配置關係改變之情形,關於藉由將供電線圈21與供電共振器22之間的距離A(第1距離)、及受電共振器32與受電線圈31之間的距離B(第2距離)作為調整參數,使該距離A及距離B改變,從而可變更磁場空間Z之大小的方面進行說明。在測定磁場空間Z之大小之時,使用電磁場解析進行進行,使磁場強度以色調表示而進行測定。另,在本實施形態中,將供電共振器22與受電共振器32之間的距離C固定為30mm而進行測定。
在實施例1之無線電力供給系統101中,設定為逆相共振模式,且設定為距離A=距離B=15mm、距離C=30mm。在實施例2之無線電力供給系統101中,設定為逆相共振模式,且設定為距離A=距離B=20mm、距離C=30mm。在實施例3之無線電力供給系統101中,設定為逆相共振模式,且設定為距離A=距離B=25mm、距離C=30mm。在 實施例4之無線電力供給系統101中,設定為逆相共振模式,且設定為距離A=距離B=30mm、距離C=30mm。
又,在實施例5之無線電力供給系統101中,設定為同相共振模式,且設定為距離A=距離B=20mm、距離C=30mm。在實施例6之無線電力供給系統101中,設定為同相共振模式,且設定為距離A=距離B=25mm、距離C=30mm。在實施例7之無線電力供給系統101中,設定為同相共振模式,且設定為距離A=距離B=30mm、距離C=30mm。
在圖8中,對於設定為逆相共振模式之情形時的實施例1~實施例4之磁場強度分佈,使用電磁場解析進行解析,且作為使磁場強度以色調表示之測定結果進行顯示。觀察圖8之磁場分佈,可知距離A及距離B之值越小(30mm→25mm→20mm→15mm),則供電共振器22與受電共振器32之間的磁場強度越弱,且供電共振器22與受電共振器32之間的磁場之耦合程度(磁場耦合)亦越弱。且,可知供電共振器22與受電共振器32之間的磁場耦合變弱,另一方面,距離A及距離B之值越小則磁場空間Z2之大小越大。反過來說,距離A及距離B之值越大(15mm→20mm→25mm→30mm),則供電共振器22與受電共振器32之間的磁場強度越強,且供電共振器22與受電共振器32之間的磁場之耦合程度(磁場耦合)亦越強。且,可知供電共振器22與受電共振器32之間的磁場耦合變強,另一方面,距離A及距離B之值越大,則磁場空間Z2之大小越小。
又,在圖9中,對於設定為同相共振模式之情形時的實施例5~實施例7之磁場強度分佈,使用電磁場解析進行解析,且作為使磁場強度以色調表示之測定結果進行顯示。觀察圖9之磁場分佈亦可知,距離A及距離B之值越小(30mm→25mm→20mm),則供電共振器22與受電共振器32之間的磁場強度越弱,且供電共振器22與受電共振器 32之間的磁場之耦合程度(磁場耦合)亦越弱。且,可知供電共振器22與受電共振器32之間的磁場耦合變弱,另一方面,距離A及距離B之值越小,則磁場空間Z1之大小越大。反過來說,距離A及距離B之值越大(20mm→25mm→30mm),則供電共振器22與受電共振器32之間的磁場強度越強,且供電共振器22與受電共振器32之間的磁場之耦合程度(磁場耦合)亦越強。且,可知供電共振器22與受電共振器32之間的磁場耦合變強,另一方面,距離A及距離B之值越大,則磁場空間Z1之大小越小。
(磁場空間Z之大小之變更:使用金屬片之驗證)
上文中,關於將供電線圈21與供電共振器22之間的距離A(第1距離)、及受電共振器32與受電線圈31之間的距離B(第2距離)作為調整參數,可藉由使該距離A及距離B改變而可變更磁場空間Z之大小的方面,藉由使用電磁場解析來測定磁場分佈而進行了說明。以下,關於磁場空間Z之大小是否變更,藉由分別測定在供電共振器22與受電共振器32之間插入已改變大小之金屬片(鋁片60)時的輸電效率而進行驗證(參照圖10)。且,如上所述,所謂輸電效率,係指在網路分析儀110上連接有無線電力供給系統101之狀態下,輸出至輸入端子112之電力相對於自輸出端子111供給至供電模組2之電力的比率,且係將供電共振器22與受電共振器32之間未插入金屬片時之輸電效率設為η0、將供電共振器22與受電共振器32之間插入有金屬片時之輸電效率設為ηm、將其輸電效率之差設為△η(η0-ηm)而進行測定。
具體而言,如圖10所示,使用連接於網路分析儀110之無線電力供給系統101,在各實施例8~實施例11中,設定為逆相共振模式而測定輸電效率。在實施例8中,將距離A及距離B設定為5mm,將距離C設定為30mm,測定供電共振器22與受電共振器32之間未插入鋁片60時之輸電效率η0、及供電共振器22與受電共振器32之間插入有厚度為 1mm、直徑分別為46mm.55mm.60mm此3種圓形之鋁片60時各者的輸電效率ηm與輸電效率之差△η(η0-ηm)。同樣地,在實施例9中,將距離A及距離B設定為10mm,將距離C設定為30mm,測定輸電效率η0、及插入有3種圓形之鋁片60時各者的輸電效率ηm與輸電效率之差△η(η0-ηm)。同樣地,在實施例10中,將距離A及距離B設定為15mm,將距離C設定為30mm,測定輸電效率η0、及插入有3種圓形之鋁片60時各者的輸電效率ηm與輸電效率之差△η(η0-ηm)。同樣地,在實施例11中,將距離A及距離B設定為20mm,將距離C設定為30mm,測定輸電效率η0、及插入有3種圓形之鋁片60時各者的輸電效率ηm與輸電效率之差△η(η0-ηm)。
圖11中,記載有實施例8~11中的輸電效率η0、及插入有3種圓形之鋁片60(直徑:46mm.55mm.60mm)時各者的輸電效率ηm與輸電效率之差△η(η0-ηm)的測定結果。再者,基於該測定結果,在圖12中顯示將橫軸作為圓形之鋁片60之直徑、將縱軸作為輸電效率之差△η(η0-ηm)而圖表化的表。
如圖11及圖12所示,距離A及距離B之值越小(圖12:●20mm→▲15mm→■10mm→◆5mm),則供電共振器22與受電共振器32之間未插入有金屬片時之輸電效率η0、與供電共振器22與受電共振器32之間插入有金屬片時之輸電效率ηm之差△η(η0-ηm)越小。此即意味著距離A及距離B之值越小,則輸電效率ηm越不易受鋁片60之影響,換言之,可知距離A及距離B之值越小,則不易受鋁片60之影響的(具有比較小的磁場強度)磁場空間Z2越擴大。如此,根據使用該金屬片(鋁片60)之驗證結果亦可知,距離A及距離B之值越小,磁場空間Z2之大小越大。
根據上述方法,當於供電共振器22及受電共振器32之間使用磁場諧振狀態進行無線電力傳輸時,藉由使關於供電線圈21與供電共振 器22、及受電線圈31與受電共振器32的調整參數改變,可變更磁場耦合之強度從而變更磁場空間(Z1或Z2)之大小。
具體而言,當於供電共振器22及受電共振器32之間使用磁場諧振狀態進行無線電力傳輸時,藉由變更供電線圈21與供電共振器22之間的距離A(第1距離)、及受電線圈31與受電共振器32之間的距離B(第2距離),可變更磁場耦合之強度從而變更磁場空間(Z1或Z2)之大小。例如,藉由相對縮短距離A、及距離B,可相對削弱磁場耦合從而擴大磁場空間(Z1或Z2)之大小。另一方面,藉由相對地加長距離A、及距離B,可相對增強磁場耦合從而減小磁場空間(Z1或Z2)之大小。
(磁場空間Z之形狀之變更)
接著,使用連接於網路分析儀110之無線電力供給系統201、301、401,就可變更磁場空間Z之形狀的方面進行說明。
為了變更磁場空間Z之形狀,例如,若為圖2所示之無線電力供給系統101,則藉由變更供電模組2之供電線圈21、供電共振器22及受電模組3之受電線圈31、受電共振器32之間及周邊的磁場之耦合程度(磁場耦合)之強度而進行;為了使該磁場耦合改變,藉由改變供電模組2之供電線圈21或供電共振器22、及受電模組3之受電線圈31或受電共振器32之線圈形狀而進行。
根據上述方法,藉由將供電模組2之供電線圈21、供電共振器22及受電模組3之受電線圈31、受電共振器32設為期望之形狀,能以沿著供電線圈21、供電共振器22及受電模組3之受電線圈31、受電共振器32之形狀的期望之形狀而形成磁場強度相對較弱的磁場空間Z。即,藉由改變供電線圈21、供電共振器22及受電模組3之受電線圈31、受電共振器32之形狀,可改變(控制)磁場強度相對較弱的磁場空間Z之形狀。
在本實施例中,將線圈形狀,作為使供電模組之線圈及受電模 組之線圈之間及周邊產生的磁場耦合之強度變更的調整參數而處理。且,說明藉由測定將線圈形狀設為圓形之實施例1(參照圖13之無線電力供給系統201)、將線圈形狀設為四方形之實施例2(參照圖15之無線電力供給系統301)、及將線圈形狀設為新月形狀之實施例3(參照圖17之無線電力供給系統401)之磁場空間Z之形狀,可變更磁場空間Z之形狀。另,在測定磁場空間Z之形狀時,使用電磁場解析進行解析,以色調表示磁場強度而進行測定。
(磁場空間Z之形狀之變更時的實施例1:呈圓形狀之線圈)
在實施例1之無線電力供給系統201中,如圖13所示,包括:具備呈圓形狀之供電線圈221與呈圓筒形狀之供電共振器222的供電模組202、及具備呈圓形狀之受電線圈231與呈圓筒形狀之受電共振器232的受電模組203。且,供電線圈221上連接有網路分析儀110之輸出端子111,受電線圈231上連接有網路分析儀110之輸入端子112。
供電線圈221及受電線圈231係將線徑1mm 之銅線材(附有絕緣覆蓋膜),以內徑為100mm之方式捲1次而呈圓形狀。
供電共振器222及受電共振器232分別係LC共振電路,且為將線徑1mm 之銅線材(附有絕緣覆蓋膜)捲3次且內徑為100mm之圓筒形狀。
又,供電線圈221與受電共振器222之間的距離A係設定為15mm,供電共振器222與受電共振器232之間的距離C係設定為30mm,受電共振器232與受電線圈231之間的距離B係設定為15mm。又,供電共振器222及受電共振器232之共振頻率係設為14.2MHz。又,供電線圈221、供電共振器222、受電共振器232及受電線圈231係以各者之線圈面彼此平行地對向之方式配置。
且,如圖13所示,使用連接於上述網路分析儀110之無線電力供給系統201,測定自箭頭箭頭S方向觀察供電共振器222與受電共振器 232之間的剖面D時的磁場強度分佈。磁場強度分佈係針對設定為上述同相共振模式及逆相共振模式之情形進行說明。
首先,對於設定為同相共振模式之情形時的磁場強度分佈,使用電磁場解析進行解析,且作為使磁場強度以色調表示之測定結果示於圖14(A)中。根據該圖14(A)之磁場強度分佈,可確認,沿著受電共振器232之外周側周邊,形成有磁場之影響減小從而具有比較小的(較弱的)磁場強度的磁場空間Z251。可知,該磁場空間Z251係沿著剖面為圓形狀之受電共振器232的圓形狀。
接著,對於設定為逆相共振模式之情形時的磁場強度分佈,使用電磁場解析進行解析,且作為使磁場強度以色調表示之測定結果示於圖14(B)中。根據該圖14(B)之磁場強度分佈,可確認在受電共振器232之內周側沿著受電共振器232,形成有磁場之影響減小從而具有比較小的(較弱的)磁場強度的磁場空間Z252。清楚可知,該磁場空間Z252係沿著剖面為圓形狀之受電共振器232的圓形狀(圓柱形狀)。
(磁場空間Z之形狀變更時的實施例2:呈四方形狀之線圈)
在實施例2之無線電力供給系統301中,如圖15所示,包括:具備呈四方形狀之供電線圈321與呈四角柱型之筒狀線圈構造之供電共振器322的供電模組302、及具備呈四方形狀之受電線圈331與呈四角柱型之筒狀線圈構造之受電共振器332的受電模組303。且,供電線圈321上連接有網路分析儀110之輸出端子111,受電線圈331上連接有網路分析儀110之輸入端子112。
供電線圈321及受電線圈331係將線徑1mm 之銅線材(附有絕緣覆蓋膜)捲1次,而成為邊長為100mm之正方形狀。
供電共振器322及受電共振器332分別係LC共振電路,且為將線徑1mm 之銅線材(附有絕緣覆蓋膜)捲3次之邊長為100mm的四角柱型之筒狀線圈構造。
又,供電線圈321與受電共振器322之間的距離A係設定為15mm,供電共振器322與受電共振器332之間的距離C係設定為30mm,受電共振器332與受電線圈331之間的距離B係設定為15mm。又,供電共振器322及受電共振器332之共振頻率係設為14.2MHz。又,供電線圈321、供電共振器322、受電共振器332及受電線圈331係以各者之線圈面彼此平行地對向之方式配置。
且,如圖15所示,使用連接於上述網路分析儀110之無線電力供給系統301,測定自箭頭S方向觀察供電共振器322與受電共振器332之間的剖面D時之磁場強度分佈。關於磁場強度分佈,係針對設定為上述之同相共振模式及逆相共振模式之情形進行說明。
首先,對於設定為同相共振模式之情形時之磁場強度分佈,使用電磁場解析進行解析,且作為使磁場強度以色調表示之測定結果示於圖16(A)中。根據該圖16(A)之磁場強度分佈,可確認沿著受電共振器332之外周側周邊,形成有磁場之影響減小從而具有比較小的(較弱的)磁場強度之磁場空間Z351。可知該磁場空間Z351係沿著剖面為四方形狀之受電共振器332的四方形狀。
接著,對於設定為逆相共振模式之情形時的磁場強度分佈,使用電磁場解析進行解析,且作為使磁場強度以色調表示之測定結果示於圖16(B)中。根據該圖16(B)之磁場強度分佈,可確認,在受電共振器332之內周側,沿著受電共振器332,形成有磁場之影響減小從而具有比較小的(較弱的)磁場強度之磁場空間Z352。清楚可知該磁場空間Z352係沿著剖面為四方形狀之受電共振器332的四方形狀(四角柱形狀)。
(磁場空間Z之形狀之變更時的實施例3:呈新月形狀之線圈)
在實施例3之無線電力供給系統401中,如圖17所示,包括:具備呈新月形狀之供電線圈421與呈新月型之筒狀線圈構造之供電共振 器422的供電模組402、及具備呈新月形狀之受電線圈431與呈新月型之筒狀線圈構造之受電共振器432的受電模組403。且,供電線圈421上連接有網路分析儀110之輸出端子111,受電線圈431上連接有網路分析儀110之輸入端子112。
供電線圈421及受電線圈431係將線徑1mm 之銅線材(附有絕緣覆蓋膜)捲1次,而成為供電線圈421之線圈之外圓之直徑為60mm、內圓之直徑為30mm的新月形狀。
供電共振器422及受電共振器432分別係LC共振電路,且將線徑1mm 之銅線材(附有絕緣覆蓋膜)捲3次(線間距離設為0.1mm),而成為線圈之外徑為60mm、內徑之直徑為30mm的新月型筒狀線圈構造。
又,供電線圈421與受電共振器422之間的距離A係設定為10mm,供電共振器422與受電共振器432之間的距離C係設定為8mm,受電共振器432與受電線圈431之間的距離B係設定為10mm。又,供電共振器422及受電共振器432之共振頻率係設為15.5MHz。又,供電線圈421、供電共振器422、受電共振器432及受電線圈431係以各者之線圈面彼此平行地對向之方式配置。
且,如圖17所示,使用連接於上述網路分析儀110之無線電力供給系統401,測定自箭頭S方向觀察供電共振器422與受電共振器432之間的剖面D時之磁場強度分佈。磁場強度分佈係針對設定為上述之同相共振模式及逆相共振模式之情形進行測定。
首先,對於設定為同相共振模式之情形時的磁場強度分佈,使用電磁場解析進行解析,且作為使磁場強度以色調表示之測定結果示於圖18(A)中。根據該圖18(A)之磁場強度分佈,可確認沿著供電共振器422之外周側周邊,形成有磁場之影響減小從而具有比較小的(較弱的)磁場強度之磁場空間Z451。可知該磁場空間Z451係沿著剖面為新 月形狀之供電共振器422的新月形狀。
接著,對於設定為逆相共振模式之情形之磁場強度分佈,使用電磁場解析進行解析,且作為使磁場強度以色調表示之測定結果示於圖18(B)中。根據該圖18(B)之磁場強度分佈,可確認在供電共振器422之內周側沿著供電共振器422,形成有磁場之影響減小從而具有比較小的(較弱的)磁場強度的磁場空間Z452。清楚可知該磁場空間Z452係沿著剖面為新月形狀之供電共振器422的新月形狀(新月型之筒形狀)。
根據上述磁場空間Z之形狀之變更的實施例1~3,藉由將供電模組之供電線圈、供電共振器及受電模組之受電線圈、受電共振器設為期望之形狀(例如,圓形狀、四方形狀、新月形狀),能以沿著供電線圈、供電共振器及受電模組之受電線圈、受電共振器之形狀的期望之形狀而形成磁場強度相對較弱的磁場空間Z。即,可知藉由改變供電線圈、供電共振器及受電模組之受電線圈、受電共振器之形狀,可改變(控制)磁場強度相對較弱的磁場空間Z之形狀。
又,根據上述方法,例如,在無線電力供給系統中,將供電模組或受電模組搭載於電子機器時,藉由使用與該電子機器或該無線電力供給系統中使用之電子電路之形狀相匹配的線圈形狀之供電線圈、供電共振器及受電線圈、受電共振器,可形成與該電子電路之形狀相匹配的磁場空間Z。因此,相對於電子電路,可更確實且有效率地降低且防止磁場引起之渦電流的產生,從而抑制發熱引起之不良影響。
(實施形態)
接著,將上述實施例中說明之磁場空間Z之形成方法的活用例作為實施形態簡單說明。
例如,在上述無線電力供給系統101中,將具備供電線圈21及供電共振器22之供電模組2與具備受電線圈31及受電共振器32之受電模 組3作為主要之構成要素,在供電模組2之供電線圈21上,代替連接網路分析儀110之輸出端子111,而是連接經由調整供給至供電模組2之電力之頻率的振盪電路的交流電源;在受電模組3之受電線圈31上,代替連接網路分析儀110之輸入端子112,而是連接經由將所接受之交流電力整流化之整流/穩定化電路及防止過度充電之充電電路的充電電池。
並且,在供電模組2側之供電共振器22之內周側、即形成有磁場空間Z之位置,收納振盪電路;而在受電模組3側之受電共振器32之內周側、即形成有磁場空間Z2之位置,收納整流/穩定化電路。另,亦可將充電電路及充電電池收納於受電模組3之受電共振器32之內周側。
又,將供電共振器22與受電共振器32之間的距離C設定為30mm。供電共振器22與受電共振器32只要以在供電共振器22與受電共振器32之內周側形成有磁場空間Z2之程度,鄰近配置即可,例如,只要以無線電力系統101中測定之傳輸特性『S21』之測定波形之波峰分離成低頻率側與高頻率側的程度,鄰近配置供電共振器22與受電共振器32即可。
又,利用振盪電路將自交流電源供給至供電模組2之交流電力之頻率設定為逆相共振模式。藉此,在供電共振器22及受電共振器32之內周側,可形成磁場之影響減小從而具有比較小的磁場強度的磁場空間Z2。另,在希望在供電共振器22及受電共振器32之外周側配置振盪電路或整流/穩定化電路之情形下,將自交流電源供給至供電模組2之交流電力之頻率利用振盪電路設定為同相共振模式。藉此,在供電共振器22及受電共振器32之外周側,可形成磁場之影響減小從而具有比較小的磁場強度的磁場空間Z1。
又,供電線圈21與供電共振器22之間的距離A、及受電線圈31與 受電共振器32之間的距離B係設為如20mm→15mm→10mm→5mm般自由變更之構成。在本實施形態中,由於在供電共振器22之內周側收納振盪電路,在受電共振器32之內周側收納整流/穩定化電路,故需要較大地確保磁場空間Z2,因此距離A及距離B之值設定為最小之5mm。藉此,可配合振盪電路及整流/穩定化電路之尺寸而較大地設定磁場空間Z2之大小。
在如上所述般設定之無線電力供給系統101中,已自交流電源經由振盪電路供給至供電線圈21之交流電力係經過供電線圈21與供電共振器22之間的電磁感應、使用供電共振器22與受電共振器32之間的共振(磁場諧振狀態)而進行之無線傳輸、受電共振器32與受電線圈31之間的電磁感應,而經由整流/穩定化電路及充電電路供給至充電電池。且,如此般自供電共振器22利用共振向受電共振器32進行電力供給時,可形成對於配置於供電共振器22及受電共振器32之內周側之振盪電路或整流/穩定化電路的磁場之影響減小、且具有比較小的磁場強度的磁場空間Z2。又,由於距離A及距離B之值係設定為5mm,故可配合振盪電路及整流/穩定化電路之尺寸而較大地形成磁場空間Z2之大小。
又,在上述實施形態中,由於在形成於供電共振器22及受電共振器32之內周側之磁場空間Z2內或磁場空間Z2附近,收納希望使磁場之影響減小的振盪電路及整流/穩定化電路,故對於振盪電路及整流/穩定化電路,能減少且防止起因於磁場之渦電流的產生,從而抑制發熱引起之不良影響。
又,在上述實施形態中,即使在供電共振器22及受電共振器32之間或內周側或外周側、即形成有磁場空間Z1或磁場空間Z2之位置,存在有金屬異物,磁場亦不會受到金屬異物的影響,而可有效率且安全地自供電模組2利用共振現象向受電模組3進行電力供給。
在以上之詳細說明中,為了可更容易地理解本發明,係以特徵之部分為中心進行說明,但本發明並不限定於以上之詳細說明中所記載的實施形態、實施例,而亦可應用於其他實施形態、實施例,且其應用範圍應儘可能廣泛地解釋。又,本說明書中使用之詞彙及語法係為了準確說明本發明而使用,而非用於限制本發明之解釋。又,本領域技術人員可自本說明書中記載之發明之概念,容易地思及本發明之概念中所含的其他構成、系統、方法等。因此,申請專利範圍之記載應視為在不脫離本發明之技術思想之範圍中包含與其等同之構成者。又,為了充分理解本發明之目的及本發明之效果,希望充分參酌所揭示之文獻等。
2‧‧‧供電模組
3‧‧‧受電模組
21‧‧‧供電線圈
22‧‧‧供電共振器
31‧‧‧受電線圈
32‧‧‧受電共振器
101‧‧‧無線電力供給系統
110‧‧‧網路分析儀
111‧‧‧輸出端子
112‧‧‧輸入端子
Z1‧‧‧磁場空間
Z2‧‧‧磁場空間

Claims (9)

  1. 一種磁場空間之形成方法,其特徵在於:在利用共振現象自供電模組之線圈對受電模組之線圈供給電力時,於上述供電模組之線圈與上述受電模組之線圈之間的期望位置,形成具有較該期望位置以外之磁場強度更小的磁場強度的磁場空間。
  2. 如請求項1之磁場空間之形成方法,其中藉由上述供電模組之線圈周邊產生的磁場與上述受電模組之線圈周邊產生的磁場相互抵消,而以在上述供電模組之線圈與上述受電模組之線圈之間的期望位置形成具有較該期望位置以外之磁場強度更小的磁場強度的磁場空間之方式,將上述供電模組之線圈與上述受電模組之線圈鄰近配置。
  3. 如請求項2之磁場空間之形成方法,其中在利用上述共振現象自上述供電模組之線圈對上述受電模組之線圈供給電力時,以上述供電模組之線圈中流動的電流之方向與上述受電模組之線圈中流動的電流之方向相反之方式,設定供給至上述供電模組之線圈的電力之頻率。
  4. 如請求項2之磁場空間之形成方法,其中在利用上述共振現象自上述供電模組之線圈對於上述受電模組之線圈供給電力時,以上述供電模組之線圈中流動的電流之方向與上述受電模組之線圈中流動的電流之方向相同之方式,設定供給至上述供電模組之線圈的電力之頻率。
  5. 如請求項1至4中任一項之磁場空間之形成方法,其中使上述供電模組之線圈及上述受電模組之線圈相關的調整參數改變,而變更上述供電模組之線圈及上述受電模組之線圈之間產生的磁場耦合之強度,藉此變更上述磁場空間之大小。
  6. 如請求項5之磁場空間之形成方法,其中上述調整參數係上述供電模組之線圈之配置關係、及上述受電模組之線圈之配置關係。
  7. 如請求項5之磁場空間之形成方法,其中上述調整參數係上述供電模組之線圈及上述受電模組之線圈的形狀,使該線圈之形狀改變為期望之形狀,而變更上述供電模組之線圈及上述受電模組之線圈之間及周邊產生的磁場耦合之強度,藉此將上述磁場空間之形狀設為上述期望之形狀。
  8. 如請求項1至4中任一項之磁場空間之形成方法,其中上述供電模組之線圈係供電線圈及供電共振器,上述受電模組之線圈係受電線圈及受電共振器,於利用電磁感應將已供給至上述供電線圈之電力供給至上述供電共振器,藉由使上述供電共振器與上述受電共振器共振而將已供給至上述供電共振器之電力作為磁場能量而自上述供電共振器傳輸至上述受電共振器,且利用電磁感應將已傳輸至上述受電共振器之電力供給至上述受電線圈時,使上述供電線圈與上述供電共振器、及上述受電線圈與上述受電共振器相關的調整參數改變,而變更上述供電共振器與上述受電共振器之間產生的磁場耦合之強度,藉此變更上述磁場空間之大小。
  9. 如請求項8之磁場空間之形成方法,其中 上述調整參數係上述供電線圈與上述供電共振器之間的第1距離、及上述受電共振器與上述受電線圈之間的第2距離之至少一者。
TW102115793A 2012-12-07 2013-05-02 磁場空間之形成方法 TW201424184A (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012268650A JP6059522B2 (ja) 2012-04-17 2012-12-07 無線電力供給システム、給電装置、受電装置、及び、磁界空間の形成方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
TW201424184A true TW201424184A (zh) 2014-06-16

Family

ID=50883773

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW102115793A TW201424184A (zh) 2012-12-07 2013-05-02 磁場空間之形成方法

Country Status (7)

Country Link
US (1) US9818532B2 (zh)
EP (2) EP2765682A4 (zh)
JP (1) JP6059522B2 (zh)
KR (1) KR20150093869A (zh)
CN (2) CN110854975A (zh)
TW (1) TW201424184A (zh)
WO (1) WO2014087685A1 (zh)

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5865822B2 (ja) * 2012-04-17 2016-02-17 日東電工株式会社 磁界空間の形成方法
JP2015126691A (ja) * 2013-12-27 2015-07-06 日東電工株式会社 回路装置、携帯機器、及び充電システム等
JP2015146723A (ja) * 2014-01-06 2015-08-13 日東電工株式会社 無線電力伝送装置
JP2016034214A (ja) * 2014-07-31 2016-03-10 パナソニックIpマネジメント株式会社 非接触給電装置及びそれを用いた非接触給電システム
JP2016034213A (ja) * 2014-07-31 2016-03-10 パナソニックIpマネジメント株式会社 非接触給電装置及びそれを用いた非接触給電システム
WO2016057487A1 (en) 2014-10-06 2016-04-14 Robert Bosch Gmbh Wireless charging system for devices in a vehicle
DE102015113723A1 (de) * 2015-04-09 2016-10-13 Weidmüller Interface GmbH & Co. KG Vorrichtung zur kontaktlosen induktiven Energieübertragung und Betriebsverfahren für eine derartige Vorrichtung
US10714960B2 (en) * 2015-12-22 2020-07-14 Intel Corporation Uniform wireless charging device
EP3226431B1 (en) * 2016-04-01 2019-09-04 Intel IP Corporation Apparatus and method for aligning a wireless chargeable device with a wireless charger
US10530177B2 (en) * 2017-03-09 2020-01-07 Cochlear Limited Multi-loop implant charger
KR20210056281A (ko) * 2019-11-08 2021-05-18 한국전기연구원 무선 전력 전송 장치 및 코일 구조물

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4011875B2 (ja) * 2001-09-04 2007-11-21 富士フイルム株式会社 撮像素子内蔵携帯装置
US8519570B2 (en) 2008-07-04 2013-08-27 Murata Machinery, Ltd. Traveling vehicle system
US20120256494A1 (en) 2008-09-27 2012-10-11 Kesler Morris P Tunable wireless energy transfer for medical applications
CN102177042B (zh) * 2008-10-09 2013-10-23 丰田自动车株式会社 非接触电力传递装置及具有非接触电力传递装置的车辆
JP5365306B2 (ja) 2009-03-31 2013-12-11 富士通株式会社 無線電力供給システム
JP5417942B2 (ja) 2009-03-31 2014-02-19 富士通株式会社 送電装置、送受電装置および送電方法
JP5417941B2 (ja) * 2009-03-31 2014-02-19 富士通株式会社 送電装置
JP2011048794A (ja) * 2009-08-28 2011-03-10 Tdk Corp Rfidインレット
JP5016069B2 (ja) * 2010-01-12 2012-09-05 トヨタ自動車株式会社 電力伝送システムおよび車両用給電装置
JP5526796B2 (ja) * 2010-01-15 2014-06-18 ソニー株式会社 ワイヤレス給電ラック
JP2012019648A (ja) 2010-07-09 2012-01-26 Sony Corp 給電装置およびワイヤレス給電システム
KR101174400B1 (ko) * 2010-11-08 2012-08-17 한국전기연구원 공명형 무선전력전송을 위한 공간 적응형 자기 공진기
WO2012105040A1 (ja) * 2011-02-04 2012-08-09 トヨタ自動車株式会社 車両および外部給電装置
US9035500B2 (en) * 2011-03-01 2015-05-19 Tdk Corporation Wireless power feeder, wireless power receiver, and wireless power transmission system, and coil
JP2012191697A (ja) 2011-03-09 2012-10-04 Hitachi Maxell Energy Ltd 非接触電力伝送装置
CN202103463U (zh) * 2011-07-04 2012-01-04 中国科学院沈阳自动化研究所 磁谐振无线充电装置
CN102611206A (zh) * 2012-03-13 2012-07-25 崔玉龙 一种千瓦级无线电能传输装置
JP5865822B2 (ja) * 2012-04-17 2016-02-17 日東電工株式会社 磁界空間の形成方法
JP6169380B2 (ja) * 2013-03-19 2017-07-26 日東電工株式会社 無線電力伝送装置、無線電力伝送装置の発熱制御方法、及び、無線電力伝送装置の製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
EP2765682A1 (en) 2014-08-13
EP3113325A1 (en) 2017-01-04
US20140325830A1 (en) 2014-11-06
JP6059522B2 (ja) 2017-01-11
CN103988397A (zh) 2014-08-13
US9818532B2 (en) 2017-11-14
WO2014087685A1 (ja) 2014-06-12
EP2765682A4 (en) 2014-12-03
KR20150093869A (ko) 2015-08-19
JP2013240263A (ja) 2013-11-28
CN110854975A (zh) 2020-02-28
EP3113325B1 (en) 2019-07-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TW201424184A (zh) 磁場空間之形成方法
JP6205308B2 (ja) 無線電力伝送装置
TW201421848A (zh) 無線電力傳送裝置
EP2760035B1 (en) Method for forming magnetic field space
CN103036317B (zh) 非接触电力传送装置及非接触电力传送方法
US9960638B2 (en) Wireless power transmission system
JP6144176B2 (ja) 磁界空間を形成可能な無線電力伝送装置及びその形成方法
TWI542111B (zh) A power supply method of a wireless power transmission device and a wireless power transmission device
EP3010116A1 (en) Electricity supply module using wireless power transmission and power supply method of electricity supply module
TW201532362A (zh) 無線電力傳送裝置及其製造方法
EP2985882A1 (en) Wireless power transmission device
KR20200106786A (ko) 무선으로 전력을 송신하는 무선 전력 송신 장치