WO2010087317A1 - 非接触型受電装置 - Google Patents

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健 栗原
敬一 市川
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Definitions

  • the present invention relates to a non-contact type power receiving device, and more particularly to a non-contact type power receiving device that is disposed facing a power transmission coil of a power transmission device and receives power from the power transmission device in a non-contact manner.
  • a main object of the present invention is to provide a non-contact type power receiving device capable of improving power transmission efficiency.
  • a non-contact type power receiving device is a non-contact type power receiving device that is disposed facing a power transmission coil of a power transmission device and receives power from the power transmission device in a non-contact manner, and is electromagnetically coupled to the power transmission coil.
  • a power receiving coil that receives AC power from the power receiving circuit, a power conversion circuit that is connected to the power receiving coil and converts AC power into DC power, and a substrate on which the power receiving coil and the power conversion circuit are mounted.
  • the wiring of the power conversion circuit is formed in a first plane parallel to the surface of the substrate, the first and second electrodes arranged in the length direction of the wiring, and a second plane parallel to the first plane And a third electrode formed on the substrate.
  • the first and third electrodes are arranged such that their portions overlap each other in a direction perpendicular to the surface of the substrate, and the second and third electrodes are arranged in such a manner that their portions are perpendicular to the surface of the substrate. Arranged to overlap.
  • the wiring of the power conversion circuit is further provided in a region where the first and third electrodes overlap, and the first via hole connecting the first and third electrodes overlaps the second and third electrodes. And a second via hole provided in the region and connecting the second and third electrodes.
  • first via holes are provided, and a plurality of second via holes are provided.
  • first plane is the surface of the substrate, and the second plane is the back surface of the substrate.
  • the substrate is a multilayer substrate
  • the first plane is one of a plurality of layers of the multilayer substrate
  • the second plane is another layer.
  • Another non-contact type power receiving device is a non-contact type power receiving device that is disposed facing a power transmission coil of a power transmission device and receives power from the power transmission device in a non-contact manner, and electromagnetically coupled to the power transmission coil And a power receiving coil that receives AC power from the power transmission device, a power conversion circuit that is connected to the power receiving coil and converts AC power into DC power, and a substrate on which the power receiving coil and the power conversion circuit are mounted.
  • the wiring of the power conversion circuit includes a plurality of electrodes arranged in the length direction of the wiring and an electronic element connected between each two adjacent electrodes.
  • the electronic element includes a resistance element.
  • the electronic element includes an inductor.
  • the electronic element includes a capacitor and an inductor connected in parallel.
  • a magnetic sheet is further provided between the power receiving coil and the substrate and reduces magnetic flux leakage of the power receiving coil.
  • the magnetic sheet is provided so as to cover the first region of the surface of the substrate, and at least a part of the power conversion circuit is the second region of the surface of the substrate that is not covered with the magnetic sheet. It is mounted on.
  • the power conversion circuit includes a rectifier circuit that rectifies the voltage between the terminals of the power receiving coil and a smoothing capacitor that smoothes the output voltage of the rectifier circuit, and the smoothing capacitor is mounted in the second region.
  • the wiring of the power conversion circuit is divided into a plurality of electrodes, the loop of eddy current generated in the wiring can be reduced. Therefore, eddy current loss can be reduced and power transmission efficiency can be improved.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a contactless power transmission system according to an embodiment of the present invention. It is a circuit block diagram which shows the structure of the power transmission apparatus shown in FIG.
  • FIG. 2 is a circuit block diagram illustrating a configuration of a power receiving device illustrated in FIG. 1. It is a figure which shows the layout of the power converter circuit formed in the surface of the board
  • FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line VV in FIG. 4. It is a figure which shows the example of a change of embodiment.
  • FIG. 7 is a sectional view taken along line VII-VII in FIG. 6.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a contactless power transmission system according to an embodiment of the present invention.
  • the non-contact power transmission system includes a non-contact power transmission device 1 and a non-contact power reception device 5.
  • the power transmission device 1 includes a converter 2, an inverter 3, and a power transmission coil 4.
  • Converter 2 converts commercial AC power into DC power.
  • the inverter 3 converts the DC power into AC power having a predetermined frequency (for example, 100 KHz) and supplies the AC power to the power transmission coil 4.
  • the power receiving device 5 includes a substrate 6, a plurality of electronic components 7 and 8, a magnetic material sheet 9, and a power receiving coil 10.
  • a power conversion circuit that converts AC power received by the power receiving coil 10 into DC power is formed on the surface of the substrate 6.
  • the power conversion circuit is composed of various electronic components 7 and 8.
  • the various electronic components 7 and 8 are classified into an electronic component 7 having a relatively low height and an electronic component 8 having a relatively high height.
  • the surface of the substrate 6 is divided into a first region and a second region.
  • a plurality of electronic components 7 having a low height are arranged in the first region, and a plurality of electronic components 8 having a high height are arranged in the second region.
  • a magnetic sheet 9 is provided so as to cover the first region, and a power receiving coil 10 is provided on the magnetic sheet 9.
  • the power receiving coil 10 is connected to a power conversion circuit on the substrate 6.
  • the electronic component 7, the magnetic sheet 9, and the power receiving coil 10 are arranged in the first region, and the electronic component 8 is arranged in the second region, thereby suppressing the height of the power receiving device 5. It is possible to do.
  • the power receiving coil 10 of the power receiving device 5 when the power receiving coil 10 of the power receiving device 5 is disposed opposite to the power transmitting coil 4 of the power transmitting device 1, the power transmitting coil 4 and the power receiving coil 10 are electromagnetically coupled and the power transmitting device 1 to the power receiving device 5. AC power is transmitted. This AC power is converted into DC power by the power conversion circuit of the power receiving device 5 and charged to a battery (not shown).
  • FIG. 2 is a circuit block diagram showing a configuration of the power transmission device 1
  • FIG. 3 is a circuit block diagram showing a configuration of the power reception device 5.
  • the power transmission coil 4 and the power reception coil 10 arranged to face each other are electromagnetically coupled to form one transformer.
  • a DC voltage is output between the output terminals 2 a and 2 b of the converter 2 of the power transmission device 1.
  • Inverter 3 includes a primary side control circuit 11, capacitors C1 to C3, and N channel MOS transistors Q1 and Q2.
  • Transistors Q1 and Q2 are connected in series between output terminals 2a and 2b of converter 2.
  • Capacitors C2 and C3 are connected in parallel to transistors Q1 and Q2, respectively.
  • the power transmission coil 4 is connected in parallel to the transistor Q2.
  • the primary side control circuit 11 transmits a signal to the power receiving device 5 by turning on / off the transistors Q1 and Q2 at a predetermined timing in response to the power receiving device 5 being disposed facing the power transmitting coil 4. Then, an inquiry is made as to whether or not the power receiving device 5 is a pre-registered device. When the power receiving device 5 transmits a signal indicating that the power receiving device 5 is a pre-registered device in response to the inquiry, the primary side control circuit 11 alternately turns on / off the transistors Q1 and Q2 to transmit power. Do. When the transistors Q1 and Q2 are alternately turned on / off, an AC voltage is generated in the power transmission coil 4, and the AC voltage is transmitted to the power reception coil 10. Thus, inquiring whether or not the device is a pre-registered device before starting the power transmission prevents the power transmission when the device other than the power receiving device 5 is arranged facing the power transmission coil 4. Because.
  • the power receiving device 5 includes diodes 21 to 24, resistance elements R1 to R4, N channel MOS transistors Q3 to Q7, capacitors C4 and C5, inductors L1 and secondary side signal processing in addition to the power receiving coil 10.
  • IC 26 and charge control circuit 28 are included.
  • the diodes 21 to 24 constitute a rectifier circuit 20.
  • the power receiving coil 10 is connected between the input terminals 20 a and 20 b of the rectifier circuit 20.
  • the rectifier circuit 20 performs full-wave rectification on the AC voltage generated between the terminals of the power receiving coil 10.
  • the capacitor C4 is connected between the positive output terminal 20c and the negative output terminal 20d of the rectifier circuit 20.
  • the output voltage of the rectifier circuit 20 is smoothed by the capacitor C4 to become a DC voltage.
  • the resistor element R1 and the transistor Q3 are connected in series between the output terminals 20c and 20d of the rectifier circuit 20 to constitute a load modulation circuit 25.
  • Transistors Q4 and Q5, inductor L1, resistance element R4, and transistor Q7 are connected in series between output terminal 20c of rectifier circuit 20 and output terminal T1 of power receiving device 5.
  • the output terminal 20 d of the rectifier circuit 20 is connected to the output terminal T ⁇ b> 2 of the power receiving device 5.
  • the secondary side signal processing IC 26 is connected to each of the output terminal 20c of the rectifier circuit 20 and the gates of the transistors Q3, Q4, Q7. In the initial state, the transistors Q3, Q4, and Q7 are turned off.
  • the secondary-side signal processing IC 26 turns on / off the transistor Q3 at a predetermined timing to thereby register the pre-registered device. Is transmitted to the power transmission device 1. Further, when the power transmission from the power transmission device 1 is started, the secondary side signal processing IC 26 turns off the transistor Q3 and turns on the transistors Q4 and Q7.
  • Transistors Q5 and Q6 and charge control circuit 28 constitute a DC / DC converter IC27.
  • Transistor Q6 is connected between one terminal of inductor L1 (a node between transistor Q5 and inductor L1) and output terminal T2.
  • the resistance elements R2 and R3 are connected in series between the other terminal of the inductor L1 and the output terminal T2 to constitute the output voltage detection circuit 29.
  • the output voltage of the power receiving device 5 is divided by the resistance elements R ⁇ b> 2 and R ⁇ b> 3 and supplied to the charge control circuit 28.
  • the output current of the power receiving device 5 is converted into a voltage by the resistance element R4 and given to the charge control circuit 28.
  • the charging control circuit 28 sets the output voltage of the power receiving device 5 to a predetermined voltage and makes the output current of the power receiving device 5 constant.
  • the transistors Q5 and Q6 are alternately turned on.
  • Capacitor C5 is connected between a node between resistance element R4 and transistor Q7 and output terminal T2, and smoothes the output voltage of power reception device 5.
  • a constant DC voltage is output between the output terminals T1 and T2.
  • the output terminals T1 and T2 are connected to, for example, a battery of a mobile terminal device.
  • FIG. 4 is a diagram showing a layout of a power conversion circuit formed on the surface of the substrate 6 of the power receiving device 5, and FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line VV of FIG. 4 and 5, the first area A1 surrounded by the dotted line on the lower left in FIG. 4 on the surface of the substrate 6 is an area covered with the magnetic sheet 9 shown in FIG. A region other than the first region on the surface of the substrate 6 is a second region A2.
  • Each of the smoothing capacitors C4 and C5, the DC / DC converter IC 27, and the inductor L1 in the power receiving device 5 is the electronic component 8 having a relatively high height, and is disposed in the second region A2.
  • Each of the remaining rectifier circuit 20, resistor elements R1 to R4, transistors Q3 to Q7, and secondary side signal processing IC 26 is electronic component 7 having a relatively low height, and is located in first region A1 or second region A2. Distributed.
  • a relatively wide and long wiring among the wirings in the second region A2 is formed on the surface of the substrate 6 and formed on the back surface of the substrate 6 and the plurality of electrodes EL1 arranged in the length direction of the wiring. Is divided into a plurality of electrodes EL2 divided in the length direction. 4, the wiring between the output terminal 20c of the rectifier circuit 20 and one terminal of the capacitor C4, the wiring between the output terminal 20d of the rectifier circuit 20 and the output terminal T2 of the power receiving device 5, and the DC / DC converter. Each of the wiring between IC 27 and one terminal of resistance element R4 is divided into a plurality of electrodes EL1 and a plurality of electrodes EL2.
  • the plurality of electrodes EL1 and the plurality of electrodes EL2 are alternately arranged one by one in the length direction of the wiring as viewed from the direction perpendicular to the surface of the substrate 6. Further, as shown in FIG. 5, each of the adjacent electrodes EL1, EL2 is arranged so that a part thereof overlaps with each other in a direction perpendicular to the surface of the substrate 6, and is connected to each other through a plurality of via holes VH. .
  • the direct current I1 flows through the path of the electrode EL1, the via hole VH, the electrode EL2, the via hole VH, the electrode EL2,... As indicated by the solid arrow in FIG.
  • the eddy current I2 flows to the electrode EL1 orthogonal to the leakage magnetic flux so as to prevent the leakage magnetic flux from changing, and does not flow to the via hole VH parallel to the leakage magnetic flux, but as shown by the dotted arrow in FIG. Circulate only inside. Therefore, the area of the loop of the eddy current I2 is smaller than when the wiring is not divided into the plurality of electrodes EL1, EL2. Therefore, eddy current loss can be reduced and the power transmission efficiency of the power transmission system can be improved.
  • the wiring of the conventional configuration when the wiring of the conventional configuration is arranged in the region A2 that is not covered with the magnetic sheet 9, a large eddy current is generated in the wiring due to the influence of the leakage magnetic flux, but the configuration of the present invention can reduce the eddy current loss. Can do.
  • the present invention is particularly effective in the wiring in the region A2 that is not covered with the magnetic sheet 9.
  • the wiring in the region A1 covered with the magnetic sheet 9 may be divided into a plurality of electrodes EL1, EL2.
  • the eddy current loss can be reduced without limiting the main current flowing through the wiring.
  • the eddy current I2 flows along the outer periphery of each of the electrodes EL1 and EL2, the case where the via hole VH is provided inside the electrodes EL1 and EL2 rather than the case where the via hole VH is provided at the ends of the electrodes EL1 and EL2. This can further reduce the eddy current I2 flowing through the via hole VH.
  • the electrode EL1 is provided on the surface of the substrate 6 and the electrode EL1 is provided on the back surface of the substrate 6.
  • a multilayer substrate is used instead of the substrate 6, and the electrode EL1 is formed of a plurality of layers of the multilayer substrate. It may be provided in one of the layers, and the electrode EL2 may be provided in the other layer.
  • FIG. 6 is a diagram showing a modification of the embodiment, and is a diagram contrasted with FIG. 4.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view taken along the line VII-VII in FIG. 6 and 7, in this modification, at least a part of the relatively wide and long wiring among the wirings in the second region A2 is formed on the surface of the substrate 6, and a predetermined length is formed in the wiring length direction. Divided into a plurality of electrodes EL arranged at a pitch. In FIG. 6, at least part of the wiring between the output terminal 20c of the rectifier circuit 20 and one terminal of the capacitor C4 is divided into a plurality of electrodes EL. The two adjacent electrodes EL are connected by a low resistance element R.
  • the low resistance element R includes a substrate 30, a conductive layer 31 and an insulating layer 32 stacked on the surface of the substrate 30, and two terminals 33 and 34 provided at both ends of the substrate 30. Including.
  • the conductive layer 31 is connected between the two terminals 33 and 34.
  • the two terminals 33 and 34 are soldered to the surfaces of the two electrodes EL, respectively.
  • the direct current I1 flows through the path of the electrode EL, the terminal 33, the conductive layer 31, the terminal 34, the electrode EL,... As indicated by the solid arrow in FIG.
  • the eddy current I2 flows to the electrode EL orthogonal to the leakage magnetic flux so as to prevent the change of the leakage magnetic flux, does not flow to the terminals 33 and 34 parallel to the leakage magnetic flux, and as indicated by the dotted arrows in FIG. It circulates only in the electrode EL. Therefore, the area of the loop of the eddy current I2 can be reduced, and the eddy current loss can be reduced.
  • FIG. 6 at least a part of the wiring between the output terminal 20d of the rectifier circuit 20 and the output terminal T2 of the power receiving device 5, and the wiring between the DC / DC converter IC 27 and one terminal of the resistance element R4. At least a portion is divided into a plurality of electrodes EL. An inductor L and a capacitor C are connected in parallel between each two adjacent electrodes EL. As with the low resistance element R, each of the inductor L and the capacitor C has terminals 33 and 34 parallel to the leakage magnetic flux. Therefore, also in this case, the eddy current I2 circulates only in the electrode EL. Therefore, the area of the loop of the eddy current I2 can be reduced, and the eddy current loss can be reduced.
  • the noise can be removed by adjusting the resonance frequency of the parallel resonance circuit composed of the inductor L and the capacitor C to the frequency of noise (for example, 1.2 MHz) generated by driving the DC / DC converter IC 27, for example. .
  • the low resistance element R may be replaced with an inductor L.
  • a direct current can be passed by the inductor L and the alternating current can be interrupted to remove a noise component.
  • the wiring of the present invention can also be applied to a non-contact power transmission device.
  • This non-contact power transmission device is a non-contact power transmission device that is disposed opposite to a power receiving coil of a power receiving device and sends power to the power receiving device in a non-contact manner, and is electromagnetically coupled to the power receiving coil, and AC power is supplied to the power receiving device.
  • a power generation circuit that is connected to the power transmission coil and generates AC power, and a substrate on which the power transmission coil and the power generation circuit are mounted.
  • the wiring of the power generation circuit is formed on a first plane parallel to the surface of the substrate, the first and second electrodes arranged in the length direction of the wiring, and a second plane parallel to the first plane. And a third electrode formed on the substrate.
  • the first and third electrodes are arranged such that their portions overlap each other in a direction perpendicular to the surface of the substrate, and the second and third electrodes are arranged in such a manner that their portions are perpendicular to the surface of the substrate. Arranged to overlap.
  • the wiring of the power generation circuit is further provided in a region where the first and third electrodes overlap, and the first via hole connecting the first and third electrodes overlaps the second and third electrodes. And a second via hole provided in the region and connecting the second and third electrodes.

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Abstract

 この非接触型受電装置(5)では、基板(6)のうちの磁性体シート(9)で覆われない第2領域(A2)の配線は、基板(6)の表面に形成され、配線の長さ方向に配列された第1および第2の電極(EL1)と、基板(6)の裏面に形成された第3の電極(EL2)と、第1および第3の電極(EL1,EL2)の重なった部分を接続する第1のビアホール(VH)と、第2および第3の電極(EL1,EL2)の重なった部分を接続する第2のビアホール(VH)とを含む。したがって、配線で発生する渦電流のループを小さくして渦電流損を低減できる。

Description

非接触型受電装置
 この発明は非接触型受電装置に関し、特に、送電装置の送電コイルに対向して配置され、送電装置から電力を非接触で受ける非接触型受電装置に関する。
 従来より、電磁誘導を利用して非接触で電力を伝送する非接触型電力伝送システムが開発されている。この電力伝送システムでは、受電装置を送電装置の送電コイルに対向させて配置すると、送電装置の送電コイルと受電装置の受電コイルとが電磁誘導結合され、送電装置から受電装置に交流電力が非接触で伝送される。受電装置に伝送された交流電力は、受電装置に設けられた電力変換回路によって直流電力に変換され、負荷に供給される(たとえば、特開2002-10535号公報参照)。
特開2002-10535号公報
 しかし、従来の電力伝送システムでは、電力伝送効率が低いと言う問題があった。
 それゆえに、この発明の主たる目的は、電力伝送効率の向上を図ることが可能な非接触型受電装置を提供することである。
 この発明に係る非接触型受電装置は、送電装置の送電コイルに対向して配置され、送電装置から電力を非接触で受ける非接触型受電装置であって、送電コイルと電磁結合され、送電装置から交流電力を受ける受電コイルと、受電コイルに接続され、交流電力を直流電力に変換する電力変換回路と、受電コイルおよび電力変換回路を搭載した基板とを備えたものである。電力変換回路の配線は、基板の表面と平行な第1の平面に形成され、配線の長さ方向に配列された第1および第2の電極と、第1の平面に平行な第2の平面に形成された第3の電極とを含む。第1および第3の電極は、それらの一部分が基板の表面に垂直な方向に互いに重なるように配置され、第2および第3の電極は、それらの一部分が基板の表面に垂直な方向に互いに重なるように配置される。電力変換回路の配線は、さらに、第1および第3の電極が重なった領域に設けられ、第1および第3の電極を接続する第1のビアホールと、第2および第3の電極が重なった領域に設けられ、第2および第3の電極を接続する第2のビアホールとを含む。
 好ましくは、第1のビアホールは複数設けられ、第2のビアホールは複数設けられる。
 また好ましくは、第1の平面は基板の表面であり、第2の平面は基板の裏面である。
 また好ましくは、基板は多層基板であり、第1の平面は多層基板の複数層のうちの1つの層であり、第2の平面は他の層である。
 また、この発明に係る他の非接触型受電装置は、送電装置の送電コイルに対向して配置され、送電装置から電力を非接触で受ける非接触型受電装置であって、送電コイルと電磁結合され、送電装置から交流電力を受ける受電コイルと、受電コイルに接続され、交流電力を直流電力に変換する電力変換回路と、受電コイルおよび電力変換回路を搭載した基板とを備えたものである。電力変換回路の配線は、配線の長さ方向に配列された複数の電極と、各隣接する2つの電極の間に接続された電子素子とを含む。
 好ましくは、電子素子は抵抗素子を含む。
 また好ましくは、電子素子はインダクタを含む。
 また好ましくは、電子素子は、並列接続されたコンデンサおよびインダクタを含む。
 また好ましくは、さらに、受電コイルと基板との間に設けられ、受電コイルの磁束漏れを低減する磁性体シートを備える。磁性体シートは基板の表面のうちの第1の領域を覆うように設けられ、電力変換回路のうちの少なくとも一部は、基板の表面のうちの磁性体シートで覆われていない第2の領域に搭載されている。
 また好ましくは、電力変換回路は、受電コイルの端子間電圧を整流する整流回路と、整流回路の出力電圧を平滑化する平滑コンデンサとを含み、平滑コンデンサは第2の領域に搭載されている。
 この発明に係る非接触型受電装置では、電力変換回路の配線を複数の電極に分割したので、配線で発生する渦電流のループを小さくすることができる。したがって、渦電流損の低減化を図ることができ、電力伝送効率の向上を図ることができる。
この発明の一実施の形態による非接触型電力伝送システムの構成を示すブロック図である。 図1に示した送電装置の構成を示す回路ブロック図である。 図1に示した受電装置の構成を示す回路ブロック図である。 図1に示した基板の表面に形成された電力変換回路のレイアウトを示す図である。 図4のV-V線断面図である。 実施の形態の変更例を示す図である。 図6のVII-VII線断面図である。
 図1は、この発明の一実施の形態による非接触型電力伝送システムの構成を示すブロック図である。図1において、この非接触型電力伝送システムは、非接触型送電装置1と、非接触型受電装置5とを備える。
 送電装置1は、コンバータ2、インバータ3、および送電コイル4を含む。コンバータ2は、商用交流電力を直流電力に変換する。インバータ3は、その直流電力を所定周波数(たとえば100KHz)の交流電力に変換して送電コイル4に供給する。
 受電装置5は、基板6、複数の電子部品7,8、磁性体シート9、および受電コイル10を含む。基板6の表面には、受電コイル10で受けた交流電力を直流電力に変換する電力変換回路が形成されている。電力変換回路は、種々の電子部品7,8で構成されている。種々の電子部品7,8は、比較的高さの低い電子部品7と、比較的高さの高い電子部品8に分類される。
 基板6の表面は、第1領域と第2領域に分割されている。第1領域には高さの低い複数の電子部品7が配置され、第2領域には高さの高い複数の電子部品8が配置される。第1領域を覆うようにして磁性体シート9が設けられ、磁性体シート9の上に受電コイル10が設けられる。受電コイル10は、基板6上の電力変換回路に接続される。図1から分かるように、第1領域に電子部品7、磁性体シート9、および受電コイル10を配置し、第2領域に電子部品8を配置することにより、受電装置5の高さを低く抑制することが可能となっている。
 図1に示すように、送電装置1の送電コイル4に受電装置5の受電コイル10を対向させて配置すると、送電コイル4と受電コイル10が電磁誘導結合され、送電装置1から受電装置5に交流電力が伝送される。この交流電力は、受電装置5の電力変換回路で直流電力に変換され、バッテリー(図示せず)に充電される。
 図2は送電装置1の構成を示す回路ブロック図であり、図3は受電装置5の構成を示す回路ブロック図である。図2および図3において、互いに対向して配置された送電コイル4と受電コイル10は、電磁誘導結合されて1つのトランスを構成する。送電装置1のコンバータ2の出力端子2a,2b間には、直流電圧が出力される。インバータ3は、1次側制御回路11、コンデンサC1~C3、およびNチャネルMOSトランジスタQ1,Q2を含む。トランジスタQ1,Q2は、コンバータ2の出力端子2a,2b間に直列接続される。コンデンサC2,C3は、それぞれトランジスタQ1,Q2に並列接続される。送電コイル4は、トランジスタQ2に並列接続される。
 1次側制御回路11は、受電装置5が送電コイル4に対向して配置されたことに応じて、トランジスタQ1,Q2を所定のタイミングでオン/オフさせることにより受電装置5に信号を送信し、受電装置5が予め登録された装置であるか否かを問い合わせる。1次側制御回路11は、受電装置5がその問合せに応答して予め登録された装置であることを示す信号を送信してきた場合は、トランジスタQ1,Q2を交互にオン/オフさせて送電を行なう。トランジスタQ1,Q2が交互にオン/オフされると、送電コイル4に交流電圧が発生し、その交流電圧は受電コイル10に伝達される。このように、送電を開始する前に予め登録された装置であるか否かを問い合わせるのは、受電装置5でないものが送電コイル4に対向して配置された場合に送電を行なうのを防止するためである。
 受電装置5は、図3に示すように、受電コイル10の他、ダイオード21~24、抵抗素子R1~R4、NチャネルMOSトランジスタQ3~Q7、コンデンサC4,C5、インダクタL1、2次側信号処理IC26、および充電制御回路28を含む。
 ダイオード21~24は整流回路20を構成する。受電コイル10は、整流回路20の入力端子20a,20b間に接続される。整流回路20は、受電コイル10の端子間に発生した交流電圧を全波整流する。コンデンサC4は、整流回路20の正側の出力端子20cと負側の出力端子20dとの間に接続される。整流回路20の出力電圧は、コンデンサC4によって平滑化されて直流電圧になる。抵抗素子R1およびトランジスタQ3は、整流回路20の出力端子20c,20d間に直列接続されて負荷変調回路25を構成する。トランジスタQ4,Q5、インダクタL1、抵抗素子R4、およびトランジスタQ7は、整流回路20の出力端子20cと受電装置5の出力端子T1との間に直列接続される。整流回路20の出力端子20dは、受電装置5の出力端子T2に接続される。
 2次側信号処理IC26は、整流回路20の出力端子20cおよびトランジスタQ3,Q4,Q7のゲートの各々に接続される。初期状態では、トランジスタQ3,Q4,Q7はオフされている。送電装置1から予め登録された装置であるか否かを問い合わせる信号が送信されてきた場合、2次側信号処理IC26はトランジスタQ3を所定のタイミングでオン/オフさせることにより、予め登録された装置であることを示す信号を送電装置1に送信する。また、2次側信号処理IC26は、送電装置1からの電力伝送が開始された場合、トランジスタQ3をオフさせるとともにトランジスタQ4,Q7をオンさせる。
 トランジスタQ5,Q6および充電制御回路28は、DC/DCコンバータIC27を構成する。トランジスタQ6は、インダクタL1の一方端子(トランジスタQ5およびインダクタL1間のノード)と出力端子T2との間に接続される。抵抗素子R2,R3は、インダクタL1の他方端子と出力端子T2との間に直列接続されて出力電圧検出回路29を構成する。受電装置5の出力電圧は、抵抗素子R2,R3で分圧されて充電制御回路28に与えられる。受電装置5の出力電流は、抵抗素子R4で電圧に変換されて充電制御回路28に与えられる。
 充電制御回路28は、出力電圧検出回路29の検出結果と抵抗素子R4の端子間電圧に基づき、受電装置5の出力電圧が所定の電圧になり、かつ受電装置5の出力電流が一定になるように、トランジスタQ5,Q6を交互にオンさせる。コンデンサC5は、抵抗素子R4およびトランジスタQ7間のノードと出力端子T2との間に接続され、受電装置5の出力電圧を平滑化する。これにより、出力端子T1,T2間には、一定の直流電圧が出力される。出力端子T1,T2は、たとえば携帯端末装置のバッテリーに接続される。
 図4は受電装置5の基板6の表面に形成された電力変換回路のレイアウトを示す図であり、図5は図4のV-V線断面図である。図4および図5において、基板6の表面のうちの図4中の左下の点線で囲まれた第1領域A1は、図1で示した磁性体シート9で覆われる領域である。基板6の表面のうちの第1領域以外の領域は、第2領域A2である。受電装置5のうちの平滑用のコンデンサC4,C5と、DC/DCコンバータIC27と、インダクタL1の各々は、比較的高さが高い電子部品8であり、第2領域A2に配置される。残りの整流回路20、抵抗素子R1~R4、トランジスタQ3~Q7、および2次側信号処理IC26の各々は、比較的高さが低い電子部品7であり、第1領域A1または第2領域A2に分散配置される。
 第2領域A2の配線のうち比較的幅が広くかつ長い配線は、基板6の表面に形成され、配線の長さ方向に配列された複数の電極EL1と、基板6の裏面に形成され、配線の長さ方向に分割された複数の電極EL2に分割される。図4では、整流回路20の出力端子20cとコンデンサC4の一方端子との間の配線と、整流回路20の出力端子20dと受電装置5の出力端子T2との間の配線と、DC/DCコンバータIC27と抵抗素子R4の一方端子との間の配線との各々が、複数の電極EL1と複数の電極EL2に分割されている。
 複数の電極EL1と複数の電極EL2とは、基板6の表面に垂直な方向から見て配線の長さ方向に1つずつ交互に配置されている。また、図5に示すように、各隣接する電極EL1,EL2は、それらの一部分が基板6の表面に垂直な方向に互いに重なるように配置され、複数のビアホールVHを介して互いに接続されている。直流電流I1は、図5中の実線の矢印で示すように、電極EL1、ビアホールVH、電極EL2、ビアホールVH、電極EL2、…の経路で流れる。
 渦電流I2は、漏れ磁束の変化を妨げるように、漏れ磁束と直交する電極EL1に流れ、漏れ磁束に平行なビアホールVHには流れず、図5中の点線の矢印で示すように、電極EL1内のみを循環する。したがって、配線を複数の電極EL1,EL2に分割しない場合に比べ、渦電流I2のループの面積が小さくなる。よって、渦電流損を小さくすることができ、電力伝送システムの電力伝送効率の向上を図ることができる。
 つまり、磁性シート9で覆われない領域A2に従来構成の配線を配置すると、漏れ磁束の影響を受けて配線に大きな渦電流が発生するが、本願発明の構成により、渦電流損を小さくすることができる。本願発明は、磁性体シート9で覆われない領域A2の配線において、特に効果を奏する。ただし、磁性体シート9によって漏れ磁束を完全に遮断することはできないので、磁性体シート9で覆われた領域A1の配線を複数の電極EL1,EL2に分割してもよい。
 また、この実施の形態では、隣接する電極EL1,EL2を複数のビアホールVHを用いて接続したので、配線に流れる主電流を制限することなく、渦電流損を小さくすることができる。なお、渦電流I2は、電極EL1,EL2の各々の外周に沿って流れるので、ビアホールVHを電極EL1,EL2の端に設けた場合よりも、ビアホールVHを電極EL1,EL2の内側に設けた場合の方がビアホールVHに流れる渦電流I2を一層小さくすることができる。
 また、この実施の形態では、電極EL1を基板6の表面に設け、電極EL1を基板6の裏面に設けたが、基板6の代わりに多層基板を使用し、電極EL1を多層基板の複数層のうちの1つの層に設け、電極EL2を他の層に設けてもよい。
 図6は実施の形態の変更例を示す図であって、図4と対比される図であり、図7は図6のVII-VII線断面図である。図6および図7において、この変更例では、第2領域A2の配線のうち比較的幅が広くかつ長い配線の少なくとも一部は、基板6の表面に形成され、配線の長さ方向に所定のピッチで配列された複数の電極ELに分割される。図6では、整流回路20の出力端子20cとコンデンサC4の一方端子との間の配線の少なくとも一部が複数の電極ELに分割されている。各隣接する2つの電極EL間は、低抵抗素子Rで接続されている。
 低抵抗素子Rは、図7に示すように、基板30と、基板30の表面に積層された導電層31および絶縁層32と、基板30の両端に設けられた2つの端子33,34とを含む。導電層31は、2つの端子33,34間に接続されている。2つの端子33,34は、それぞれ2つの電極ELの表面に半田付けされる。直流電流I1は、図7中の実線の矢印で示すように、電極EL、端子33、導電層31、端子34、電極EL、…の経路で流れる。
 渦電流I2は、漏れ磁束の変化を妨げるように、漏れ磁束と直交する電極ELに流れ、漏れ磁束に平行な端子33,34には流れず、図7中の点線の矢印で示すように、電極EL内のみを循環する。したがって、渦電流I2のループの面積を小さくすることができ、渦電流損の低減化を図ることができる。
 また、図6では、整流回路20の出力端子20dと受電装置5の出力端子T2との間の配線の少なくとも一部と、DC/DCコンバータIC27と抵抗素子R4の一方端子との間の配線の少なくとも一部とが、複数の電極ELに分割されている。各隣接する2つの電極ELの間には、インダクタLとコンデンサCとが並列接続される。インダクタLおよびコンデンサCの各々は、低抵抗素子Rと同様に、漏れ磁束に平行な端子33,34を有する。したがって、この場合も、渦電流I2は、電極EL内のみを循環する。よって、渦電流I2のループの面積を小さくすることができ、渦電流損の低減化を図ることができる。
 また、インダクタLとコンデンサCで構成される並列共振回路の共振周波数をたとえばDC/DCコンバータIC27の駆動によって発生するノイズの周波数(たとえば1.2MHz)に合わせることにより、ノイズを除去することができる。
 なお、低抵抗素子RをインダクタLで置換してもよい。この場合は、インダクタLによって直流電流を通過させるとともに交流電流を遮断し、ノイズ成分を除去することができる。
 また、本願発明の配線は非接触型送電装置にも適用可能である。この非接触型送電装置は、受電装置の受電コイルに対向して配置され、受電装置に電力を非接触で送る非接触型送電装置であって、受電コイルと電磁結合され、受電装置に交流電力を送る送電コイルと、送電コイルに接続され、交流電力を発生する電力発生回路と、送電コイルおよび電力発生回路を搭載した基板とを備えたものである。電力発生回路の配線は、基板の表面と平行な第1の平面に形成され、配線の長さ方向に配列された第1および第2の電極と、第1の平面に平行な第2の平面に形成された第3の電極とを含む。第1および第3の電極は、それらの一部分が基板の表面に垂直な方向に互いに重なるように配置され、第2および第3の電極は、それらの一部分が基板の表面に垂直な方向に互いに重なるように配置される。電力発生回路の配線は、さらに、第1および第3の電極が重なった領域に設けられ、第1および第3の電極を接続する第1のビアホールと、第2および第3の電極が重なった領域に設けられ、第2および第3の電極を接続する第2のビアホールとを含む。
 今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明でなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
 1 非接触型送電装置、2 コンバータ、3 インバータ、4 送電コイル、5 非接触型受電装置、6,30 基板、7,8 電子部品、9 磁性体シート、10 受電コイル、11 1次側制御回路、20 整流回路、21~24 ダイオード、25 負荷変調回路、26 2次側信号処理IC、27 DC/DCコンバータIC、28 充電制御回路、29 出力電圧検出回路、31 導電層、32 絶縁層、33,34 端子、A1 第1領域、A2 第2領域、C1~C5 コンデンサ、EL,EL1,EL2 電極、L,L1 インダクタ、Q1~Q7 NチャネルMOSトランジスタ、R 低抵抗素子、R1~R4 抵抗素子、VH ビアホール。

Claims (12)

  1.  送電装置(1)の送電コイル(4)に対向して配置され、前記送電装置(1)から電力を非接触で受ける非接触型受電装置(5)であって、
     前記送電コイル(4)と電磁結合され、前記送電装置(1)から交流電力を受ける受電コイル(10)と、
     前記受電コイル(10)に接続され、前記交流電力を直流電力に変換する電力変換回路(7,8)と、
     前記受電コイル(10)および前記電力変換回路(7,8)を搭載した基板(6)とを備え、
     前記電力変換回路(7,8)の配線は、
     前記基板(6)の表面と平行な第1の平面に形成され、前記配線の長さ方向に配列された第1および第2の電極(EL1)と、
     前記第1の平面に平行な第2の平面に形成された第3の電極(EL2)とを含み、
     前記第1および第3の電極(EL1,EL2)は、それらの一部分が前記基板(6)の表面に垂直な方向に互いに重なるように配置され、
     前記第2および第3の電極(EL1,EL2)は、それらの一部分が前記基板(6)の表面に垂直な方向に互いに重なるように配置され、
     さらに、前記第1および第3の電極(EL1,EL2)が重なった領域に設けられ、前記第1および第3の電極(EL1,EL2)を接続する第1のビアホール(VH)と、
     前記第2および第3の電極(EL1,EL2)が重なった領域に設けられ、前記第2および第3の電極(EL1,EL2)を接続する第2のビアホール(VH)とを含む、非接触型受電装置。
  2.  前記第1のビアホール(VH)は複数設けられ、
     前記第2のビアホール(VH)は複数設けられている、請求の範囲第1項に記載の非接触型受電装置。
  3.  前記第1の平面は前記基板(6)の表面であり、前記第2の平面は前記基板(6)の裏面である、請求の範囲第1項に記載の非接触型受電装置。
  4.  前記基板は多層基板であり、前記第1の平面は前記多層基板の複数層のうちの1つの層であり、前記第2の平面は他の層である、請求の範囲第1項に記載の非接触型受電装置。
  5.  さらに、前記受電コイル(10)と前記基板(6)との間に設けられ、前記受電コイル(10)の磁束漏れを低減する磁性体シート(9)を備え、
     前記磁性体シート(9)は前記基板(6)の表面のうちの第1の領域(A1)を覆うように設けられ、
     前記電力変換回路(7,8)のうちの少なくとも一部(8)は、前記基板(6)の表面のうちの前記磁性体シート(9)で覆われていない第2の領域(A2)に搭載されている、請求の範囲第1項に記載の非接触型受電装置。
  6.  前記電力変換回路(7,8)は、
     前記受電コイル(10)の端子間電圧を整流する整流回路(20)と、
     前記整流回路(20)の出力電圧を平滑化する平滑コンデンサ(C4)とを含み、
     前記平滑コンデンサ(C4)は前記第2の領域(A2)に搭載されている、請求の範囲第5項に記載の非接触型受電装置。
  7.  送電装置(1)の送電コイル(4)に対向して配置され、前記送電装置(1)から電力を非接触で受ける非接触型受電装置であって、
     前記送電コイル(4)と電磁結合され、前記送電装置(4)から交流電力を受ける受電コイル(10)と、
     前記受電コイル(10)に接続され、前記交流電力を直流電力に変換する電力変換回路(7,8)と、
     前記受電コイル(4)および前記電力変換回路(7,8)を搭載した基板(6)とを備え、
     前記電力変換回路(7,8)の配線は、
     前記配線の長さ方向に配列された複数の電極(EL)と、
     各隣接する2つの電極(EL)の間に接続された電子素子(R,L,C)とを含む、非接触型受電装置。
  8.  前記電子素子は抵抗素子(R)を含む、請求の範囲第7項に記載の非接触型受電装置。
  9.  前記電子素子はインダクタ(L)を含む、請求の範囲第7項に記載の非接触型受電装置。
  10.  前記電子素子は、並列接続されたコンデンサ(C)およびインダクタ(L)を含む、請求の範囲第7項に記載の非接触型受電装置。
  11.  さらに、前記受電コイル(10)と前記基板(6)との間に設けられ、前記受電コイル(10)の磁束漏れを低減する磁性体シート(9)を備え、
     前記磁性体シート(9)は前記基板(6)の表面のうちの第1の領域(A1)を覆うように設けられ、
     前記電力変換回路(7,8)のうちの少なくとも一部(8)は、前記基板(6)の表面のうちの前記磁性体シート(9)で覆われていない第2の領域(A2)に搭載されている、請求の範囲第7項に記載の非接触型受電装置。
  12.  前記電力変換回路(7,8)は、
     前記受電コイル(10)の端子間電圧を整流する整流回路(20)と、
     前記整流回路(20)の出力電圧を平滑化する平滑コンデンサ(C4)とを含み、
     前記平滑コンデンサ(C4)は前記第2の領域(A2)に搭載されている、請求の範囲第11項に記載の非接触型受電装置。
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