WO2024009485A1 - 電力伝送コイル - Google Patents

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WO2024009485A1
WO2024009485A1 PCT/JP2022/027040 JP2022027040W WO2024009485A1 WO 2024009485 A1 WO2024009485 A1 WO 2024009485A1 JP 2022027040 W JP2022027040 W JP 2022027040W WO 2024009485 A1 WO2024009485 A1 WO 2024009485A1
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WO
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power transmission
transmission coil
frequency
power
inductor
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Application number
PCT/JP2022/027040
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English (en)
French (fr)
Inventor
英俊 牧村
寛明 坂本
研悟 西本
Original Assignee
三菱電機株式会社
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Publication date
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    • 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

Definitions

  • the present disclosure relates to a power transmission coil of a power transmission coil or a power reception coil in a magnetic field coupling type power transmission device that uses electromagnetic induction to transmit power from a power transmission coil to a power reception coil in a non-contact manner.
  • a magnetically coupled power transmission system that has a power receiving coil in a mobile device such as a mobile phone, headset, digital camera, or digital video, transmits power from the power transmitting coil to the power receiving coil, and performs contactless power supply or charging to the mobile device.
  • a mobile device such as a mobile phone, headset, digital camera, or digital video
  • transmits power from the power transmitting coil to the power receiving coil and performs contactless power supply or charging to the mobile device.
  • Patent Document 1 discloses an antenna (equivalent to a power transmission coil) for transmitting power used in a portable device that can suppress emitted radiation noise without significantly reducing power transmission efficiency.
  • the antenna shown in Patent Document 1 is a composite antenna consisting of a planar coil and a loop coil, and the resonant frequency of the resonant circuit consisting of the inductance of the loop coil and the tuning capacitance is more than twice the driving frequency of the planar coil. tuned to the frequency.
  • the inventors tried to verify the antenna shown in Patent Document 1 from the viewpoint of power transmission efficiency, and found that if the impedance Z loop at the loop coil drive frequency is small, the power at the planar coil drive frequency is not necessarily high. Due to the transmission efficiency, power was not received by the receiving coil. In addition, at frequencies below the loop coil's resonant frequency, the impedance Z loop of the loop coil becomes capacitive, and the magnetic flux radiated from the loop coil due to the magnetic flux from the planar coil and the current induced in the loop coil by this magnetic flux becomes stronger. Fit.
  • the loop coil does not have the effect of suppressing radiated disturbance waves, and if the capacitance C of the capacitor is determined so that the loop coil's resonant frequency is sufficiently larger than the drive frequency, the radiated disturbance waves can be suppressed.
  • the available frequency range becomes narrower.
  • Equation (1) j is an imaginary unit and ⁇ is an angular frequency.
  • Z loop is expressed by the following equation (2).
  • the fundamental wave referred to here is the drive wave in Patent Document 1, and refers to the fundamental frequency component of a high frequency signal transmitted (or received) by a power transmission circuit (or power reception circuit) connected to a planar coil.
  • ⁇ 0 is the fundamental angular frequency. Since the real part does not depend on frequency, the imaginary part of the loop coil impedance Z loop at the fundamental wave angular frequency ⁇ 0 is expressed by the following equation (3).
  • the capacitance C of the capacitor may be determined so that the resonance frequency of the loop coil is sufficiently larger than the fundamental wave frequency. Conceivable.
  • the imaginary part of the loop coil's impedance Z loop becomes a negative value, and the loop coil's impedance Z loop becomes capacitive. .
  • Impedance Z of the loop coil When loop is a capacitive impedance, the magnetic flux from the planar coil and the magnetic flux radiated from the loop coil due to the current induced in the loop coil by this magnetic flux strengthen each other, and the magnetic flux below the resonance frequency of the loop coil increases. Regarding the frequency, the effect of suppressing radiated interference waves by the loop coil cannot be obtained, and the frequency range in which radiated interference waves can be suppressed becomes narrow. In short, it is incompatible to suppress radiated interference waves and to make the resonant frequency of the loop coil sufficiently higher than the fundamental frequency.
  • the present disclosure has been made in view of the above points, and does not affect the power transmission efficiency of the power transmitted by the power transmission coil, and the fundamental frequency of the electromagnetic field formed by the power transmission coil, that is, If the power transmission coil is a power transmission coil, the fundamental wave frequency transmitted by the power transmission circuit connected to the power transmission coil, and if the power transmission coil is a power reception coil, the power reception circuit connected to the power reception coil is
  • the object of the present invention is to obtain a power transmission coil that suppresses unnecessary radiation waves due to frequencies other than the received fundamental wave frequency.
  • a power transmission coil includes a power transmission coil that transmits power, a loop conductor having a slit, and an inductor and a capacitor connected in parallel between both open ends of the slit of the loop conductor.
  • a shield conductor is provided at a position where the electromagnetic field formed by the power transmission coil intersects when the power transmission coil transmits power.
  • unnecessary radiation waves due to frequencies other than the fundamental frequency of the electromagnetic field formed by the power transmission coil can be suppressed without affecting the power transmission efficiency of the power transmitted by the power transmission coil. can.
  • FIG. 1 is a configuration diagram showing a power transmission coil according to Embodiment 1.
  • FIG. FIG. 3 is an equivalent circuit diagram of a shield conductor in the power transmission coil according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram showing the phase of impedance of a shield conductor with respect to the frequency of transmitted power in the power transmission coil according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram showing power transmission efficiency with respect to the frequency of transmitted power in the power transmission coil according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram showing a suppression effect on the frequency of transmitted power in the power transmission coil according to the first embodiment.
  • 5 is a diagram showing the absolute value of impedance of a shield conductor with respect to the frequency of transmitted power in the power transmission coil according to Embodiment 1.
  • FIG. 3 is a diagram showing the radiation efficiency of transmitted power with respect to frequency in the power transmission coil according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a configuration diagram showing a power transmission coil according to a second embodiment.
  • FIG. 3 is a configuration diagram showing a power transmission coil according to a third embodiment.
  • FIG. 7 is a configuration diagram showing a power transmission coil according to a fourth embodiment.
  • FIG. 7 is a configuration diagram showing a power transmission coil according to a fifth embodiment.
  • FIG. 7 is a configuration diagram showing a power transmission coil according to a sixth embodiment.
  • FIG. 7 is a diagram showing the phase of impedance of a shield conductor with respect to the frequency of transmitted power in a power transmission coil according to a sixth embodiment.
  • Embodiment 1 A power transmission coil according to Embodiment 1 will be explained using FIGS. 1 to 7.
  • the power transmission coil according to Embodiment 1 is a power transmission coil or a power reception coil in a magnetic field coupling type power transmission device that uses electromagnetic induction to transmit power from a power transmission coil to a power reception coil in a non-contact manner.
  • the power transmitting coil and the power receiving coil are collectively referred to as the power transmitting coil, and the power transmitting coil refers to either the power transmitting coil or the power receiving coil.
  • the power receiving coil When transmitting power non-contact from a power transmitting coil to a power receiving coil, the power receiving coil is placed opposite the position where electromagnetic induction occurs with the power transmitting coil, that is, the position where the electromagnetic fields formed by the power transmitting coil interlink. .
  • the power transmitting coil and the power receiving coil At the fundamental frequency of the high-frequency signal that the power transmitting circuit connected to the power transmitting coil sends to the power transmitting coil, the power transmitting coil and the power receiving coil have a resonance relationship, so the power receiving coil cannot efficiently receive power at the fundamental frequency. In unnecessary waves having frequencies other than the fundamental wave frequency, the coupling between the power transmitting coil and the power receiving coil is small, so power reception is suppressed.
  • the description of the present disclosure shows an example in which the present disclosure is applied to a power transmission coil as a power transmission coil, but even when applied to a power reception coil, the same configuration is based on the same concept as when applied to a power transmission coil.
  • the power transmitting coil of the power transmitting coil and the power receiving coil of the power receiving coil are collectively referred to as the power transmitting coil.
  • Coil refers to a power receiving coil.
  • the fundamental frequency of the electromagnetic field formed by the power transmission coil is the fundamental frequency of the electromagnetic field formed by the power transmission coil, and the power transmission circuit connected to the power transmission coil transmits This is the fundamental frequency of the high-frequency signal.
  • the fundamental frequency of the electromagnetic field formed by the power transmission coil is the fundamental frequency of the electromagnetic field formed in the power reception coil by receiving power through electromagnetic induction with the power transmission coil. , is the fundamental frequency of the high frequency signal received by the power receiving circuit connected to the power receiving coil. Since the explanation will be complicated, it will be explained below as a power transmission coil.
  • the power transmission coil includes a power transmission coil 1 and a shield conductor 2, as shown in FIG. Note that when the present disclosure is applied to a power receiving coil, the power receiving coil includes a power receiving coil and a shield conductor.
  • the power transmission coil 1 receives a high frequency signal transmitted from the power transmission circuit 3 and mainly has a fundamental frequency component.
  • the power transmitting coil 1 forms an electromagnetic field around the power transmitting coil 1 based on a high frequency signal input from the power transmitting circuit 3, and a power receiving coil (not shown) placed at a position facing the formed electromagnetic field. By interlinking, an electromagnetic field is formed in the power receiving coil, and power is transmitted to the power receiving coil by electromagnetic induction.
  • the power receiving coil that has received the power transmitted from the power transmitting coil 1 supplies power to a load (not shown) such as a rechargeable battery connected via a power receiving circuit (not shown).
  • a capacitor for impedance matching is connected between the power transmission coil 1 and the power transmission circuit 3. This impedance matching capacitor is omitted from the illustration as it is included in the power transmission circuit 3.
  • the power transmission coil 1 is a coil made of a plane pattern wound a plurality of times on the surface of a dielectric substrate (not shown).
  • the shield conductor 2 is arranged outside the power transmission coil 1. Note that the shield conductor 2 may be placed inside the power transmission coil 1, or may be placed above and below the power transmission coil 1.
  • the shield conductor 2 includes a loop conductor 21 and a resonant circuit 22 having an inductor 221 and a capacitor 222 connected in parallel.
  • the loop conductor 21 is electrically substantially opened to the fundamental frequency of the electromagnetic field formed by the power transmission coil 1 by the resonance circuit 22, and unnecessary waves of frequencies other than the fundamental frequency, this
  • a current having an opposite phase to the high-frequency current flowing through the power transmission coil 1 is induced in the loop conductor 21 for unnecessary waves having a frequency that is twice or more the fundamental wave frequency.
  • a current is induced in the loop conductor 21
  • a magnetic field is formed around the loop conductor 21 by the induced current.
  • a current is induced in the loop conductor 21 as an unnecessary wave for frequencies lower than the fundamental wave frequency, and a magnetic field is formed around the loop conductor 21 by the induced current.
  • the magnetic field formed by the high frequency current of harmonic frequency flowing through the power transmission coil 1 and the magnetic field formed by the high frequency current of opposite phase induced in the loop conductor 21 have substantially opposite phases and cancel each other out.
  • the shield conductor 2 is difficult to induce current in the loop conductor 21 at the fundamental frequency of the electromagnetic field formed by the power transmission coil 1, and is suitable for frequencies other than the fundamental frequency, especially the frequency of unnecessary waves whose radiated interference waves are to be suppressed. It has a characteristic that a current is induced in the loop conductor 21.
  • the shield conductor 2 does not affect the fundamental frequency of the high-frequency signal transmitted by the power transmission circuit 3 connected to the power transmission coil 1, that is, the fundamental frequency of the transmitted power, and eliminates unnecessary waves.
  • the electromagnetic field formed around the power transmission coil 1 is weakened with respect to the frequency.
  • the power transmission efficiency is prevented from decreasing with respect to the fundamental frequency of the transmitted power, and the radiation noise due to the current of the unnecessary wave frequency flowing through the power transmission coil 1 is caused by the opposite phase induced in the loop conductor 21. is suppressed by radiation caused by high-frequency current.
  • power transmission efficiency is defined as the ratio of the power supplied to the power transmission coil 1 and the power received and output by the power reception coil.
  • the loop conductor 21 is arranged at a position where the electromagnetic field formed by the power transmission coil 1 intersects when the power transmission coil 1 transmits power.
  • the loop conductor 21 is a conductor formed of a loop-shaped plane pattern wound once around the outer periphery of the power transmission coil 1 on the surface of the dielectric substrate.
  • the loop conductor 21 is a parasitic conductor with a slit 211 formed at the end of the loop.
  • the loop conductor 21 is arranged outside the power transmission coil 1. Note that the loop conductor 21 only needs to be placed close enough to induce a sufficient current in the loop conductor 21 due to interlinkage of the electromagnetic fields formed by the power transmission coil 1; They may be arranged above or below each other. The loop conductor 21 does not need to be on the same plane as the power transmission coil 1. The thickness of the loop conductor 21 is thicker than the thickness of the power transmission coil 1. In other words, the line width of the loop conductor 21 is wider than the line width of the power transmission coil 1.
  • the inductor 221 and capacitor 222 connected in parallel constitute a parallel resonant circuit 22.
  • a parallel resonant circuit 22 is connected between both open ends of the loop conductor 21 in the slit 211 . That is, one terminal of the inductor 221 is electrically connected to one open end of the slit 211, and the other terminal is electrically connected to the other open end. Similarly, one terminal of the capacitor 222 is electrically connected to one open end of the slit 211, and the other terminal is electrically connected to the other open end.
  • Inductor 221 and capacitor 222 are formed on the surface of a dielectric substrate by a generally known manufacturing method.
  • the parallel resonant circuit 22 increases the impedance of the shield conductor 2 at the fundamental frequency of the electromagnetic field formed by the power transmission coil 1 to reduce the induced current, and reduces the induced current at frequencies other than the fundamental frequency, that is, unnecessary waves to be suppressed. At the frequency of the radiated disturbance wave, the impedance of the shield conductor 2 is made small to facilitate the induction of current.
  • the resonant frequency of the parallel resonant circuit 22 is the fundamental frequency of the electromagnetic field formed by the power transmission coil 1. In this example, the frequency of the unnecessary waves to be suppressed is set to a frequency that is twice or more the fundamental wave frequency f0 . However, it is not limited to twice the frequency.
  • ⁇ 0 is the fundamental frequency of the electromagnetic field formed by the power transmitting coil 1, and is the angular frequency at the fundamental frequency of the high frequency signal transmitted by the power transmitting circuit 3 connected to the power transmitting coil 1. This point will be explained in detail below.
  • R L represents the resistance of the impedance of the loop conductor 21
  • L L represents the inductance of the impedance of the loop conductor 21
  • L represents the inductance of the inductor 221
  • C represents the capacitance of the capacitor 222.
  • the impedance Z of the shield conductor 2 is expressed by the following equation (4).
  • the conditions for increasing the impedance Z of the shield conductor 2 and reducing the induced current at the fundamental frequency f 0 (angular frequency is ⁇ 0 ) of the electromagnetic field formed by the power transmission coil 1 are as follows: This is a case where the inductance L and the capacitance C satisfy the following equation (5), which is the same as the condition under which the parallel resonant circuit consisting of the capacitance C of the capacitor 222 resonates.
  • the condition is that the resonant frequency at which the parallel resonant circuit consisting of the inductor 221 and the capacitor 222 resonates matches the fundamental frequency f 0 of the electromagnetic field formed by the power transmission coil 1.
  • the inductance L and the capacitance C have a degree of freedom within the range that satisfies the following equation (6).
  • the effect of weakening the electromagnetic field by the shield conductor 2 is obtained only when the impedance Z of the shield conductor 2 is inductive.
  • the phase of the impedance Z of the shield conductor 2 constituting the equivalent circuit shown in FIG. 2 changes schematically as shown in FIG. 3.
  • the horizontal axis shows the transmission frequency of the power supplied to the power transmission coil 1
  • the vertical axis shows the phase of the impedance Z of the shield conductor 2
  • the frequency F1 is the fundamental frequency of the electromagnetic field formed by the power transmission coil 1.
  • f 0 the frequency F2 is the frequency at which the imaginary part of the impedance Z of the shield conductor 2 shown in the above equation (4) becomes 0, that is, the resonance frequency of the shield conductor 2.
  • the electromagnetic field is weakened by the shield conductor 2 for frequencies below the fundamental frequency f 0 (F1) and frequencies above the resonance frequency F2 of the shield conductor 2.
  • the condition for making the impedance Z of the shield conductor 2 inductive in order to suppress radiated disturbance waves with a frequency higher than the resonance frequency F2 of the shield conductor 2 is to set the resonance frequency F2 of the shield conductor 2 as f 0 ⁇ B. In this case, it is expressed by the following equation (7).
  • L is the inductance of the inductor 221
  • LL is the inductance of the impedance of the loop conductor 21.
  • the radiation disturbance waves radiated from the power transmission coil are considered to be mainly harmonics generated at a frequency that is a multiple of the fundamental frequency f 0 .
  • B in equation (7) is set to 2 as shown in the following equation (8).
  • inductance L and capacitance C are determined based on equations (6) and (8).
  • the shield conductor 2 does not affect the fundamental frequency f 0 of the electromagnetic field formed by the power transmission coil 1, that is, the fundamental frequency f 0 of the transmitted power, and does not affect the fundamental frequency f 0 of the electromagnetic field formed by the power transmission coil 1. It is possible to suppress harmonics that are more than twice the frequency, that is, unnecessary waves.
  • the power transmission coil includes a power transmission coil 1, a loop conductor 21, and a shield conductor 2 including a resonant circuit 22 having an inductor 221 and a capacitor 222 connected in parallel.
  • the receiving coil also had the same components, physical size, and component values as the transmitting coil.
  • the power transmitting coil and the power receiving coil were placed facing each other with an interval of 5 mm.
  • the power transmission coil 1 had a horizontal x vertical size of 40 mm x 20 mm, the number of turns was 4, the width of the line of the power transmission coil 1 was 0.5 mm, and the interval between adjacent lines was 1.5 mm. . Further, the loop conductor 21 had a width x length size of 51.5 mm x 31.5 mm, a winding number of 1 turn, and a line width of 5 mm.
  • the fundamental frequency f 0 of the electromagnetic field formed by the power transmitting coil 1, that is, the fundamental frequency f 0 of the high frequency signal transmitted by the power transmitting circuit 3 connected to the power transmitting coil 1, is 13.56 MHz.
  • the capacitance C was set to 3,200 pF in order to increase the amount of suppression of unnecessary waves at a frequency twice the fundamental wave frequency f0 , that is, to maximize it.
  • the inductance L of the inductor 221 was set to 43 nH, which resonates with the capacitor 222 at the fundamental frequency f 0 (13.56 MHz). It is assumed that materials other than the power transmission coil 1 and the loop conductor 21 are made of lossless materials.
  • the receiving coil is exactly the same as the transmitting coil.
  • power transmission efficiency is defined as the ratio of the power supplied from the input port to the power transmission coil 1 and the power received by the power reception coil and output to the output port. It is assumed that the input port and the output port have impedance matching with the power transmission coil 1 and the power reception coil, respectively, at the fundamental frequency f0 .
  • Comparative Example 1 is a case in which there is no shield conductor 2, that is, a power transmitting coil only for power transmission and a power receiving coil only for power receiving coil
  • Comparative Example 2 is a case in which a ring-shaped shield conductor is used as a shield conductor.
  • the verification results for Comparative Example 1 are shown as curve B
  • the verification results for Comparative Example 2 are shown as curve C.
  • the power transmission efficiency in this example and comparative example 1 is equal to 86.5% with respect to the fundamental frequency f 0 (13.56 MHz).
  • this example obtained the same results as Comparative Example 1 without the shield conductor 2, and the shield conductor 2 in this example had no effect on transmitting power at the fundamental frequency f0 , and did not reduce the power transmission efficiency. It turns out that there is no.
  • the power transmission efficiency of Comparative Example 2 at fundamental frequency f 0 is 70.6%, which is a 15.9 percentage point deterioration compared to this example and Comparative Example 1.
  • a shield conductor consisting of an annular loop conductor causes a decrease in power transmission efficiency.
  • the parallel resonant circuit 22 including the inductor 221 and capacitor 222 in the shield conductor 2 resonates at the fundamental frequency f0 , no current is induced in the loop conductor 21, and the power It can be said that a decrease in transmission efficiency is avoided.
  • FIG. 5 shows the verification results of the suppression effect on unnecessary waves of frequencies other than the fundamental frequency f 0 in the shield conductor 2.
  • FIG. 5 shows the difference between the magnetic field strength of this example at a point 200 mm away from the center of the power transmission coil and the magnetic field strength of Comparative Example 1 at a point 200 mm away from the center of the power transmission coil as a suppression effect.
  • the horizontal axis shows the transmission frequency of power transmitted from the power transmitting coil to the power receiving coil
  • the vertical axis shows the suppression effect
  • the curve A1 is the verification result of this example.
  • the curve A2 has a line width of the loop conductor 21 of 1 mm, and a capacitance C of the capacitor 222 of 1 mm in order to increase the amount of suppression of unnecessary waves at a frequency twice the fundamental wave frequency f0 , that is, to maximize the amount of suppression.
  • 000 pF, and the inductance L of the inductor 221 is 138 nH, which resonates with the capacitor 222 at the fundamental frequency f0 .
  • the parallel resonant circuit 22 having the inductor 221 and the capacitor 222 in the shield conductor 2 resonates at the fundamental frequency f0 of the electromagnetic field formed by the power transmission coil 1, so that the fundamental frequency No current is induced in the loop conductor 21 with respect to f 0 , thereby avoiding a decrease in power transmission efficiency, and the impedance of the shield conductor 2 is small with respect to frequencies more than twice the fundamental frequency f 0 , and the loop A current is induced in the conductor 21, suppressing the radiation of unnecessary waves having twice or more the frequency to the outside.
  • the electromagnetic field is weakened by the shield conductor 2 for frequencies F1, that is, fundamental wave frequency f 0 or more, and frequency F2 , that is, frequencies that are less than twice the fundamental wave frequency f 0.
  • the shield conductor 2 prevents a decrease in power transmission efficiency.
  • the electromagnetic field is weakened by the shield conductor 2 for frequencies below F1 and above F2, suppressing radiated interference waves.
  • the electromagnetic field formed by the power transmission coil 1 is higher than or equal to frequency F1 and lower than frequency F2, the electromagnetic field is not weakened by the shield conductor 2, and a decrease in power transmission efficiency can be avoided.
  • the power transmission coil according to the first embodiment is effective for frequencies where the fundamental wave frequency of the electromagnetic field formed by the coil 1 is equal to or higher than the frequency F1 and lower than the frequency F2.
  • the resonant frequency of the parallel resonant circuit 22 should be lower than the fundamental wave frequency of the electromagnetic field formed by the power transmission coil 1. That is, the resonance frequency of the parallel resonant circuit 22 is not limited to the fundamental frequency of the electromagnetic field formed by the power transmission coil 1, and may be a frequency lower than the fundamental frequency of the electromagnetic field formed by the power transmission coil 1. .
  • the inductance of the loop conductor 21 becomes smaller, so that the inductance is induced in the loop conductor 21.
  • the current becomes larger, and a higher magnetic field suppression effect is obtained for frequencies exceeding twice the fundamental wave frequency f 0 of the electromagnetic field formed by the power transmission coil 1.
  • the line width is not limited to widening, and the line thickness may be increased. Just make it thicker.
  • one way to increase the thickness of the line of the loop conductor 21 is to provide it on the front and back surfaces of the dielectric substrate, and to form a conductor layer formed on the front surface and a conductor layer formed on the back surface.
  • the effective thickness of the loop conductor 21 is increased by connecting the conductor layer with the loop conductor 21 through a through hole.
  • the impedance of the shield conductor 2 can be reduced, and the loop conductor 21 is No current is induced, avoiding a drop in power transmission efficiency, and current is induced in the loop conductor 21 for frequencies that are more than twice the fundamental wave frequency f0 , thereby eliminating unnecessary waves that are more than twice the frequency of the fundamental wave frequency f0. Radiation to the outside can be suppressed. That is, the impedance Z of the shield conductor 2 is expressed by the above equation (4), and the fact that the inductance L of the loop conductor 21 becomes small means that the imaginary part of the above equation (4) becomes infinite at the fundamental frequency f0 . At frequencies other than the fundamental wave frequency f 0 , the absolute value of the impedance in equation (4) above becomes small.
  • the inductance L of the inductor 221 and the capacitance C of the capacitor 222 constituting the parallel resonant circuit 22 are the absolute value
  • the value is set to infinity at the fundamental wave frequency f0 , and the resistance RL of the impedance of the loop conductor 21 at a frequency twice the fundamental wave frequency f0 , and the inductance LL of the loop conductor 21 and the resistance RL of the shield conductor 2 are set to FIG. 6 shows the verification results of the relationship with the absolute value of impedance
  • the horizontal axis shows a value normalized by the fundamental frequency f 0 of the electromagnetic field formed by the power transmission coil
  • the vertical axis shows the absolute value
  • a curve A3 indicates the absolute value
  • a curve A4 indicates the absolute value
  • of the standardized impedance of the shield conductor 2 is shown.
  • of the impedance of the shield conductor 2 is infinite at the fundamental wave frequency f0 , and the impedance of the loop conductor 21 at a frequency twice the fundamental wave frequency f0 .
  • the fundamental wave frequency f0 can be lowered to less than the fundamental wave frequency f0 .
  • of the impedance of the shield conductor 2 can be significantly reduced from frequencies exceeding twice the fundamental wave frequency f 0 to frequencies below twice the fundamental wave frequency f 0 and frequencies exceeding twice the fundamental wave frequency f 0 .
  • the inductance LL of the loop conductor 21 is made smaller, the current induced in the loop conductor 21 can be increased for frequencies other than the fundamental frequency f0 , and the current induced in the loop conductor 21 for frequencies other than the fundamental frequency f0 can be increased.
  • the magnetic field suppression effect can be increased.
  • Figure 7 shows the verification results of the radiation efficiency in the power transmission coil.
  • the radiation efficiency is the ratio of the total power radiated far out of the power fed to the power transmission coil 1 from the input port.
  • the horizontal axis shows the transmission frequency of power transmitted from the power transmitting coil to the power receiving coil, and the vertical axis shows the radiation efficiency.
  • the power transmission efficiency is improved to 65%. That is, in this example, the parallel resonant circuit 22 having an inductor 221 and a capacitor 222 in the shield conductor 2 is used for two frequencies, 13.56 MHz and 20 MHz, of the power transmitted from the power transmitting coil 1 to the power receiving coil. By resonating, power transmission efficiency is improved.
  • the frequency at which the first power transmission efficiency peaks is the resonant frequency of the parallel resonant circuit, in this example, the fundamental frequency f0 of the electromagnetic field formed by the power transmission coil 1, and the frequency at which the second power transmission efficiency peaks.
  • the frequency can be adjusted by setting the inductance L of the inductor 221 and the capacitance C of the capacitor 222.
  • the power transmission device to which this example is applied has two frequencies: the fundamental frequency f 0 of the electromagnetic field formed by the power transmission coil 1, that is, the fundamental frequency f 0 of the transmitted power and other frequencies. Power can be transmitted efficiently.
  • the power with a fundamental frequency of 6.78MHz and the fundamental frequency of 13.56MHz can be applied.
  • a wireless power transmission device that can switch between power with a fundamental frequency of 6.78 MHz and power with a fundamental frequency of 13.56 MHz.
  • one frequency between 6.78 MHz and 13.56 MHz is the first fundamental frequency
  • the other frequency between 6.78 MHz and 13.56 MHz is the second fundamental frequency
  • both are fundamental frequencies.
  • the resonant frequency in the parallel resonant circuit 22 having the inductor 221 and the capacitor 222 is set to one of the fundamental wave frequencies.
  • the peak of power transmission efficiency can be made substantially broader than the frequency of the power transmitted from the power transmission coil. In such a case, it is possible to improve the robustness against manufacturing errors of the power transmission coil, changes in the transmission/reception interval, and other environmental changes.
  • the power transmission coil according to the first embodiment includes the loop conductor 21 having the slit 211 and the inductor 221 connected between both open ends of the slit 211 of the loop conductor 21 and connected in parallel.
  • a device comprising a resonant circuit 22 having a capacitor 222, and a shield conductor 2 disposed at a position where the electromagnetic field formed by the power transmitting coil 1 intersects when power is transmitted from the power transmitting coil 1 to the power receiving coil. Therefore, unnecessary radiation waves having frequencies other than the fundamental frequency of the transmitted power are suppressed without affecting the power transmission efficiency of the power transmitted from the power transmitting coil 1 to the power receiving coil.
  • the capacitance C of the capacitor 222 is set to a value that suppresses unnecessary waves with a frequency twice as high as the fundamental wave frequency of the electromagnetic field formed by the power transmission coil. The effect of suppressing unnecessary waves having a frequency twice or more can be obtained.
  • the parallel resonant circuit 22 since the parallel resonant circuit 22 resonates at the fundamental frequency of the electromagnetic field formed by the power transmission coil 1, no current is induced in the loop conductor 21 at the fundamental frequency of the transmitted power. , to avoid a decrease in power transmission efficiency, the impedance of the shield conductor 2 is small for frequencies more than twice the fundamental wave frequency, current is induced in the loop conductor, and unnecessary waves with frequencies more than twice the fundamental wave frequency are avoided. It suppresses radiation to the outside.
  • the resonance frequency of the parallel resonant circuit 22 to the fundamental frequency of the electromagnetic field formed by the power transmission coil 1, it is possible to generate power at a frequency less than twice the fundamental frequency.
  • a second peak of the power transmission efficiency can be set at , a second fundamental frequency can be obtained in addition to the fundamental frequency, and two frequencies can be transmitted simultaneously or by switching.
  • the first peak of power transmission efficiency for the fundamental frequency of the electromagnetic field formed by the power transmission coil 1 close to the second peak of the power transmission efficiency for a frequency different from the fundamental frequency, it is possible to substantially widen the frequency band of transmitted power.
  • the resonance frequency of the parallel resonant circuit 22 is the fundamental wave frequency of the electromagnetic field formed by the power transmission coil 1
  • the power transmission circuit 3 connected to the power transmission coil is The fundamental frequency of the high-frequency signal to be transmitted is taken as the fundamental wave frequency, but when the power transmission coil is used as the power receiving coil, the resonance frequency of the parallel resonant circuit 22 is the fundamental wave of the electromagnetic field formed in the power receiving coil by receiving power by electromagnetic induction. This is the frequency, and is the fundamental frequency of the high-frequency signal received by the power receiving circuit connected to the power receiving coil.
  • the resonance frequency of the parallel resonant circuit 22 is the fundamental frequency of the high frequency signal transmitted by the power transmission circuit 3 connected to the power transmission coil 1.
  • the resonant frequency of the parallel resonant circuit 22 is the fundamental frequency of the electromagnetic field formed by the power transmission coil.
  • Embodiment 2 A power transmission coil according to Embodiment 2 will be explained using FIG. 8.
  • the power transmission coil according to Embodiment 2 is different from the power transmission coil according to Embodiment 1 in that a second shield conductor 2A having a different frequency characteristic of impedance in shield conductor 2 is provided, and other features are provided.
  • the points are the same.
  • the same symbols as those in FIG. 1 indicate the same or corresponding parts.
  • the second shield conductor 2A is arranged outside the first shield conductor 2. Note that the second shield conductor 2A may be arranged inside the first shield conductor 2, or may be arranged above and below the first shield conductor 2.
  • the second shield conductor 2A includes a loop conductor 21A having a slit 211A, and a parallel resonant circuit 22A connected between both open ends of the loop conductor 21A at the slit 211A, and having an inductor 221A and a capacitor 222A connected in parallel. do.
  • the second shield conductor 2A is arranged at a position where the electromagnetic field formed by the power transmission coil 1 intersects when the power transmission coil 1 transmits power.
  • the loop conductor 21A is a conductor formed of a loop-shaped plane pattern wound once around the outer periphery of the first shield conductor 2 on the surface of the dielectric substrate.
  • the loop conductor 21A is a parasitic conductor with a slit 211A formed at the end of the loop.
  • the impedance of the second shield conductor 2A was set to a different value from the impedance of the first shield conductor 2, and the resonant frequency of the parallel resonant circuit 22A was set to a different frequency from the resonant frequency of the parallel resonant circuit 22. That is, power transmission efficiency is improved even when the frequency of the power transmitted from the power transmitting coil 1 to the power receiving coil matches the resonant frequency of the parallel resonant circuit 22A in the second shield conductor 2A.
  • the frequency at which the power transmission efficiency is improved by the second shield conductor 2A is determined. It also becomes possible to transmit power to Note that the resonant frequency of the parallel resonant circuit 22 is the fundamental wave frequency of the electromagnetic field formed by the power transmission coil, as described in Embodiment 1, and is transmitted by the power transmission circuit 3 connected to the power transmission coil 1. This is the fundamental frequency of the high frequency signal. Further, the resonant frequency of the parallel resonant circuit 22A is less than twice the fundamental wave frequency of the electromagnetic field formed by the power transmission coil.
  • the resonance frequency of the parallel resonant circuit 22A is determined by the fundamental frequency of the electromagnetic field formed by the power transmission coil 1 where the power transmission efficiency has a peak due to the first shield conductor 2, and the second frequency where the power transmission efficiency has a second peak. This is a third frequency different from the frequency.
  • the power transmission efficiency can have a peak even at the third frequency of the power transmitted from the power transmitting coil to the power receiving coil.
  • the first shield conductor 2 protects the power having a frequency less than twice the fundamental wave frequency of the electromagnetic field formed by the power transmitting coil 1. It is possible to set a fundamental wave frequency at which the transmission efficiency has a first peak and a second frequency at which the power transmission efficiency has a second peak, and a third frequency at which the power transmission efficiency has a third peak by the second shield conductor 2A. frequency can be set.
  • the power transmission coil according to the second embodiment can transmit power at three frequencies simultaneously or by switching. Furthermore, by setting the fundamental frequency of the electromagnetic field formed by the power transmission coil 1 and the second and third frequencies close to each other, the frequency band of the power transmitted from the power transmission coil can be widened. I can figure it out.
  • the resonant frequency of the parallel resonant circuit is different from the first shield conductor 2 and the second shield conductor 2A, such as the third shield conductor, the fourth shield conductor, etc.
  • a plurality of shield conductors different from each other are arranged, each having a plurality of frequencies showing different peaks of power transmission efficiency at frequencies less than twice the fundamental wave frequency of the electromagnetic field formed by the power transmission coil 1.
  • the frequency band of the power transmitted from the power transmission coil 1 to the power reception coil can be further widened.
  • the power transmission coil according to Embodiment 2 has the same effects as the power transmission coil according to Embodiment 1, and can further widen the frequency band of transmitted power.
  • Embodiment 3 A power transmission coil according to Embodiment 3 will be explained using FIG. 9.
  • the power transmission coil according to Embodiment 3 is different from the power transmission coil according to Embodiment 1 in that the inductor 221 and capacitor 222 connected in parallel, which constitute the resonant circuit 22 in the shield conductor 2, are replaced with a variable inductor 223 and a variable inductor 223, respectively.
  • the difference is that a capacitor 224 is used, a control section 4 that controls the variable inductor 223 and the variable capacitor 224, and an operating state monitoring section 5 that monitors the operating state, and other points are the same.
  • the same symbols as those in FIG. 1 indicate the same or corresponding parts.
  • control unit 4 controls the inductance of the variable inductor 223 and the capacitance of the variable capacitor 224 while satisfying the condition of the above formula (5) according to the operating states of the power transmission coil and the power reception coil. is controlled by a controller.
  • the frequency component of the unnecessary wave emitted from the power transmitting coil 1 changes depending on the transmission power level from the power transmitting circuit 3, etc.;
  • the frequency component of the unnecessary waves transmitted from the power transmission circuit 3 changes due to a change in the value of the load that is connected to the power receiving coil.
  • the coupling between the power transmitting coil and the power receiving coil changes, and the level of interference waves radiated to the surroundings may change.
  • the operating state monitoring unit 5 monitors changes in the frequency components of unnecessary waves in the operating states of the power transmitting coil and the power receiving coil
  • the control unit 4 monitors changes in the frequency components of unnecessary waves in the operating states of the power transmitting coil and the power receiving coil.
  • a control signal is output to the variable inductor 223 and the variable capacitor 224, respectively, to change the inductance of the variable inductor 223 and the capacitance of the variable capacitor 224.
  • the operating state monitoring unit 5 monitors the operating states of the power transmitting coil and the power receiving coil, and outputs a state monitoring signal to the control unit 4.
  • the operating state monitoring unit 5 is an antenna that detects the electromagnetic field intensity due to electromagnetic waves radiated from the power transmission coil 1 and outputs a state monitoring signal indicating the detected electromagnetic field intensity.
  • the operating state monitoring unit 5 is not limited to an antenna consisting of a coil wound with a conducting wire, but may be any antenna as long as it can detect electromagnetic waves radiated from the power transmission coil 1. When focusing on unnecessary waves that become radiated interference waves, a dipole or monopole antenna is better.
  • the control unit 4 receives a status monitoring signal indicating the electromagnetic field strength from the operating status monitoring unit 5, identifies a frequency that requires suppression from the electromagnetic field strength indicated by the status monitoring signal, and suppresses unnecessary waves at the identified frequency.
  • a control signal for setting the inductance of the variable inductor 223 and the capacitance of the variable capacitor 224 is output to the variable inductor 223 and the variable capacitor 224, respectively.
  • control unit 4 changes the frequency at which the suppression effect shown in FIG. Therefore, a control signal for changing the inductance of the variable inductor 223 and the capacitance of the variable capacitor 224 is output to the variable inductor 223 and the variable capacitor 224, respectively.
  • a control signal for changing the inductance of the variable inductor 223 and the capacitance of the variable capacitor 224 is output to the variable inductor 223 and the variable capacitor 224, respectively.
  • it is the fundamental frequency of the electromagnetic field formed by the power transmission coil 1, and the power transmission efficiency is suppressed from deteriorating at the fundamental frequency of the high frequency signal transmitted by the power transmission circuit 3 connected to the power transmission coil 1.
  • Maximum radiated interference suppression effect can be obtained in each operating state.
  • the state monitoring signal from the operating state monitoring section 5 is output directly to the control section 4, the state monitoring signal from the operating state monitoring section 5 is converted into an analog-to-digital converter placed near the operating state monitoring section 5. It may also be one that is received by a receiver that performs AD conversion and transmits a status monitoring signal consisting of a digital signal to the control unit 4. In this case, even if the antenna that is the operating state monitoring unit 5 is far from the power transmission coil 1 and the electromagnetic field strength due to unnecessary waves is very small, the high-frequency signal may be attenuated by the wiring that connects the antenna and the control unit 4. Therefore, the control unit 4 can receive the status monitoring signal detected by the antenna 5 with high accuracy.
  • the operating state monitoring section 5 is configured with one antenna, it may be configured with a plurality of detection antennas.
  • the electromagnetic field strength may vary significantly depending on the location. By arranging them at different positions, frequencies that require suppression can be detected from measurement values measured at various positions, and the control unit 4 can accurately identify frequencies that require suppression.
  • each of the plurality of antennas may be an antenna with a high Q value, that is, a narrowband antenna suitable for each frequency of interest. Since the narrowband antenna has improved sensitivity, it is possible to detect frequencies that require suppression with high sensitivity, and the control unit 4 can identify frequencies that require suppression with high accuracy.
  • the antenna serving as the operating state monitoring unit 5 may be an antenna that is also used for a plurality of power transmission coils 1 arranged in close proximity. That is, the control unit 4 corresponding to each of the plurality of power transmission coils 1 receives a status monitoring signal indicating the electromagnetic field strength detected by the antenna that is also used, and the control unit 4 receives the status monitoring signal from the electromagnetic field strength indicated by the status monitoring signal received by the control unit 4.
  • a frequency that requires suppression is specified, and a control voltage, which is a control signal that is set to the inductance of a variable inductor 223 and the capacitance of a variable capacitor 224 that suppress unnecessary waves at the specified frequency, is applied to each of the plurality of power transmission coils 1. It is output to the variable inductor 223 and variable capacitor 224, respectively.
  • the antenna serving as the operating state monitoring unit 5 may be an antenna in a wireless system installed close to the power transmission coil according to the third embodiment, for example, when the power transmission coil is placed indoors, the entrance of the room may be used.
  • An antenna in a room access control system using RFID (Radio Frequency Identification) may be used.
  • the control unit 4 receives a signal received by the antenna in the room access control system as a status monitoring signal, and the control unit 4 identifies a frequency that requires suppression from the signal received by the antenna. For example, when an antenna in the access control system receives interference waves for the access control system, the control unit 4 suppresses the interference waves received by the antenna from the electromagnetic field strength received by the antenna in the access control system. The frequency of the interference wave is specified as the desired state monitoring signal.
  • the control unit 4 outputs a control voltage, which is a control signal, to each of the variable inductor 223 and the variable capacitor 224 to set the inductance of the variable inductor 223 and the capacitance of the variable capacitor 224 to suppress unnecessary waves at the specified frequency.
  • the control unit 4 does not specify the frequency of interference waves for the access control system based on the electromagnetic field strength of the signal received by the antenna.
  • a frequency other than the frequency used in the entry/exit control system included in the received signal may be specified as a frequency of interference waves for the entry/exit control system.
  • "Proximity" in a wireless system installed in close proximity is the distance that electromagnetic waves, particularly unnecessary waves, emitted from the power transmission coil 1 in the power transmission coil according to the third embodiment reach.
  • the fundamental wave frequency of the electromagnetic field formed by the power transmission coil 1 is not changed, and the frequency component of unnecessary waves changes depending on the operating state of the power transmission coil and the power reception coil.
  • the inductance of the variable inductor 223 and the capacitance of the variable capacitor 224 are changed, but the fundamental frequency of the electromagnetic field formed by the power transmitting coil 1, that is, the operating state of the power transmitting coil and the power receiving coil, that is, the power transmitting coil 1 is changed.
  • the inductance of the variable inductor 223 and the capacitance of the variable capacitor 224 may be changed when the fundamental frequency of the high-frequency signal transmitted by the connected power transmission circuit 3 is dynamically changed.
  • the operating state monitoring unit 5 monitors the fundamental frequency of the high frequency signal transmitted by the power transmission circuit 3, in other words, the fundamental frequency input to the power transmission coil 1, and outputs a state monitoring signal according to the fundamental frequency. Output to the control section 4.
  • the control unit 4 does not change the frequency to be suppressed, but uses the state monitoring signal from the operating state monitoring unit 5 to calculate the above equation according to the angular frequency ⁇ 0 of the fundamental frequency f 0 of the high frequency signal transmitted by the power transmission circuit 3 .
  • the inductance of the variable inductor 223 and the capacitance of the variable capacitor 224 are controlled to satisfy the condition (5).
  • variable inductor 223 When the fundamental wave frequency of the electromagnetic field formed by the power transmission coil 1 is dynamically changed, the variable inductor 223 follows the dynamically changed fundamental wave frequency and satisfies the condition of the above formula (5). Since the inductance and the capacitance of the variable capacitor 224 are changed, it is possible to suppress deterioration of power transmission efficiency with respect to the power of the changed fundamental frequency.
  • the power transmission coil according to the third embodiment has the same effects as the power transmission coil according to the first embodiment. Furthermore, since the inductor and capacitor connected in parallel that constitute the resonant circuit are the variable inductor 223 and variable capacitor 224, the inductance of the variable inductor 223 and the capacitance of the variable capacitor 224 can be adjusted depending on the operating state of the power transmission coil. It is possible to obtain a high suppression effect on unnecessary waves, or to suppress deterioration of power transmission efficiency with respect to the fundamental frequency of power transmitted from the power transmission coil 1 to the power reception coil.
  • the inductance of the variable inductor 223 and the capacitance of the variable capacitor 224 are changed, so that the electromagnetic field formed by the power transmitting coil 1 is changed. It is possible to suppress deterioration of power transmission efficiency at the fundamental frequency of the transmitted power, that is, the fundamental frequency of the transmitted power, and obtain the maximum suppression effect on radiated interference waves in each operating state.
  • the fundamental frequency of the electromagnetic field formed by the power transmitting coil 1 in the operating state of the power transmitting coil and the power receiving coil that is, the fundamental frequency of the transmitted power is changed
  • the inductance of the variable inductor 223 and the variable capacitor 224 are changed. Since the capacitance is changed, deterioration of power transmission efficiency can be suppressed with respect to the power of the changed fundamental wave frequency.
  • Embodiment 4 A power transmission coil according to Embodiment 4 will be explained using FIG. 10.
  • the power transmission coil according to the third embodiment specifies a frequency that requires suppression by the control unit 4 in response to the status monitoring signal from the operating status monitoring unit 5, and specifies the frequency that needs to be suppressed.
  • a control signal that uniquely changes the inductance of the variable inductor 223 and the capacitance of the variable capacitor 224 with respect to the given frequency is output to the variable inductor 223 and the variable capacitor 224, respectively.
  • the control unit 4 dynamically changes the inductance of the variable inductor 223 and the capacitance of the variable capacitor 224 within a range that satisfies the condition of the above equation (5), and The difference is that a capacitance of 224 is set and a storage section 6 is provided, and other points are the same.
  • FIG. 10 the same symbols as those in FIG. 9 indicate the same or corresponding parts.
  • the control unit 4 receives a status monitoring signal indicating the electromagnetic field strength from the antenna, which is the operating status monitoring unit 5, and if the electromagnetic field strength indicated by the status monitoring signal exceeds a set threshold value, the control unit 4 controls the inductance of the variable inductor 223.
  • the capacitance of the variable capacitor 224 is dynamically changed within a range that satisfies the condition of the above equation (5) until the electromagnetic field strength indicated by the status monitoring signal from the operating status monitoring unit 5 becomes equal to or less than the set threshold value.
  • control section 4 monitors the state monitoring signal indicating the electromagnetic field strength from the operating state monitoring section 5, and receives the signal from the operating state monitoring section 5.
  • a control signal for changing the inductance of the variable inductor 223 and the capacitance of the variable capacitor 224 is output to each of the variable inductor 223 and the variable capacitor 224 until the electromagnetic field strength indicated by the status monitoring signal becomes equal to or less than a set threshold.
  • the control unit 4 stops changing the inductance of the variable inductor 223 and the capacitance of the variable capacitor 224, and changes the set value at that time.
  • the information on the electromagnetic field strength indicated by the status monitoring signal from the operating status monitoring unit 5 is also stored in the storage unit.
  • the power transmission coil according to the fourth embodiment has the same effects as the power transmission coil according to the third embodiment. Furthermore, the control unit 4 constantly monitors the electromagnetic field strength indicated by the status monitoring signal from the antenna, which is the operating status monitoring unit 5, and determines the inductance of the variable inductor 223 and the variable capacitor 224 when the electromagnetic field strength becomes below a threshold value. Since the capacitance is set as a set value, the suppression effect on unnecessary waves can be appropriately controlled.
  • Embodiment 5 A power transmission coil according to Embodiment 5 will be explained using FIG. 11.
  • the power transmission coil according to the fifth embodiment is different from the power transmission coil according to the first embodiment in that the loop conductor is provided with two slits, and each slit has a parallel connection connected between both open ends of the slit.
  • the difference is that a parallel resonant circuit consisting of a parallel inductor and a capacitor is arranged, and other points are the same.
  • FIG. 11 the same symbols as those in FIG. 1 indicate the same or corresponding parts.
  • Loop conductor 210 has two slits 211 and 212.
  • the loop conductor 210 is composed of two conductors 210A and 210B having the same shape.
  • the two conductors 210A and 210B are arranged in a rectangular shape, and the open ends of the conductor 210A and the open ends of the conductor 210B face each other to form a slit 211 and a slit 212.
  • a loop conductor 210 composed of two conductors 210A and 210B is the same as the loop conductor 21 in the first embodiment except that a slit 212 is further formed at a position opposite to the slit 211.
  • the parallel resonant circuit 22 constituted by the inductor 221 and capacitor 222 connected in parallel is connected between both open ends of the first slit 211 of the loop conductor 210, similar to the parallel resonant circuit 22 in the first embodiment. electrically connected.
  • a second parallel resonant circuit 23 constituted by an inductor 231 and a capacitor 232 connected in parallel is electrically connected between both open ends of the second slit 212 of the loop conductor 210.
  • the shield conductor 2 includes a loop conductor 210, a first parallel resonant circuit 22 having an inductor 221 and a capacitor 222 connected in parallel, and a second parallel resonant circuit 23 having an inductor 231 and a capacitor 232 connected in parallel. Equipped with.
  • the impedance Z of the shield conductor 2 is expressed by the above formula (4), and is set to the same value as the impedance Z of the shield conductor 2 in the first embodiment, and the characteristics of the shield conductor 2 are the same as the characteristics of the shield conductor 2 in the first embodiment. is set the same as. Therefore, the inductance L 1 of the inductor 221 and the inductance L 2 of the inductor 231 have the same value, which is 1/2 of the inductance L of the inductor 221 in the first embodiment, and the capacitance C 1 of the capacitor 222 and the capacitance C of the capacitor 232 2 is the same value and is twice the capacitance C of capacitor 222 in the first embodiment.
  • the number of slits formed in the shield conductor 2 is not limited to two, but may be three or more, and a resonant circuit having an inductor and a capacitor connected in parallel is connected to each slit, respectively.
  • the inductance of the inductor of each resonant circuit is the same value, and is 1/n of the inductance L of the inductor 221 in Embodiment 1,
  • the capacitances of the capacitors in each resonant circuit are the same, and are n times the capacitance C of capacitor 222 in the first embodiment.
  • the power transmission coil according to the fifth embodiment has the same effects as the power transmission coil according to the first embodiment. Furthermore, since the number of slits formed in the shield conductor 2 is plural (n pieces) and the number of resonant circuits connected to each slit is plural (n pieces), the shield conductor 2 can be miniaturized, and the dielectric Easy to mount on a board.
  • the fundamental frequency of the electromagnetic field formed by the power transmission coil 1 is from several MHz to several tens of MHz
  • An inductance of several hundred nH is sometimes required. Inductors with large inductances of several hundred nH are generally large.
  • the power transmission coil according to the fifth embodiment causes a plurality of resonant circuits to resonate at the fundamental frequency, so the inductance of each inductor may be 1/n, and each inductor is small and easy to mount. improves.
  • Another effect is that by providing n resonant circuits, the induced electromotive force induced in the shield conductor 2 is divided by each resonant circuit, so the voltage applied to one resonant circuit is reduced to 1/n. Become. Therefore, the withstand voltage required for the capacitors forming each resonant circuit is reduced, smaller components can be selected, and mounting efficiency is improved.
  • Embodiment 6 A power transmission coil according to Embodiment 6 will be explained using FIGS. 12 and 13.
  • the power transmission coil according to the sixth embodiment is different from the power transmission coil according to the first embodiment in that the resonant circuit 22 electrically connected to the slit 211 in the loop conductor 21 is connected in parallel with an inductor 221 and a capacitor 222.
  • the resonant circuit 22 is a circuit having a second inductor 225 further connected in series to the parallel resonant circuit consisting of an inductor 221 and a capacitor 222 connected in parallel, and other points.
  • FIG. 12 the same symbols as those in FIG. 1 indicate the same or corresponding parts.
  • the shield conductor 2 includes a loop conductor 21, a parallel resonant circuit including an inductor 221 and a capacitor 222 connected in parallel, and a resonant circuit 22 having a second inductor 225 further connected in series to the parallel resonant circuit.
  • One end of the parallel resonant circuit is electrically connected to one open end of the slit 211 of the loop conductor 21, and the other end of the parallel resonant circuit is electrically connected to one end of the second inductor 225.
  • the other end of the second inductor 225 is electrically connected to the other open end of the slit 211.
  • the impedance Z of the shield conductor 2 is expressed by the following equation (9).
  • R L is the resistance of the impedance of the loop conductor 21
  • L L is the inductance of the impedance of the loop conductor 21
  • L is the inductance of the inductor 221
  • C is the capacitance of the capacitor 222
  • L S is the second impedance.
  • the inductance of the inductor 225 is shown.
  • Equation (9) Comparing Equation (9) with Equation (4) expressing the impedance Z of the shield conductor 2 in Embodiment 1, the impedance Z of the shield conductor 2 in Embodiment 6 is equal to the impedance of the shield conductor 2 in Embodiment 1. This is equivalent to the inductance of the loop conductor 21 being larger than the inductance LS of the second inductor 225 with respect to Z.
  • the inductance of the loop conductor 21 can be increased without increasing the resistance component RL of the loop conductor 21.
  • the inductance of the loop conductor 21 can be regarded as (L L +L S ).
  • FIG. 13 the horizontal axis shows the value normalized by the fundamental frequency f 0 of the power transmitted from the power transmitting coil to the receiving coil, and the vertical axis shows the phase of the impedance Z of the shield conductor 2, and the standard value f/f 0 1 is the fundamental frequency f 0 of the electromagnetic field formed by the power transmission coil 1, that is, the fundamental frequency f 0 of the transmitted power, and the standard value f/f 0 is twice the fundamental frequency f 0 This is the frequency at which the imaginary part of the impedance Z of the shield conductor 2 shown in the above formula (4) becomes 0, that is, the resonance frequency of the shield conductor 2.
  • Curve A5 shows the phase curve with respect to frequency when the assumed inductance (L L +L S ) of the loop conductor 21 is 10 nH
  • curve A6 shows the phase curve with respect to the frequency when the assumed inductance (L L +L S ) of the loop conductor 21 is 100 nH.
  • the assumed inductance (L L +L S ) is 100 nH, the phase of the impedance Z of the shield conductor 2 is approximately ⁇ 90° even at frequencies near the resonance frequency of the shield conductor 2.
  • the most ideal condition for the effect that the magnetic field formed by the current flowing through the power transmission coil 1 and the magnetic field formed by the current flowing through the loop conductor 21 weaken each other is when the phase is +90°. That is, from the viewpoint of the phase of the impedance Z of the shield conductor 2, the larger the assumed inductance (L L +L S ), the greater the effect of suppressing unnecessary waves.
  • the fundamental frequency f the fundamental frequency f
  • can be significantly reduced, and the effect of suppressing the magnetic field on unnecessary waves at frequencies other than the fundamental frequency f 0 can be increased.
  • the resonant circuit 22 is configured as a circuit having a second inductor 225 further connected in series to a parallel resonant circuit including an inductor 221 and a capacitor 222 connected in parallel.
  • the inductance L S of the inductor 225 the assumed inductance (L L + L S ) of the loop conductor 21 can be adjusted, and both the phase viewpoint of the impedance Z of the shield conductor 2 and the viewpoint of the impedance Z of the shield conductor 2 can be adjusted. Therefore, the effect of suppressing the magnetic field in unnecessary waves having frequencies other than the fundamental wave frequency f 0 can be appropriately obtained.
  • the inductance (L L +L S ) can be easily changed without changing the structure of the loop conductor 21, which facilitates design.
  • the power transmission coil according to the sixth embodiment has the same effects as the power transmission coil according to the first embodiment. Furthermore, by adjusting the inductance L S of the second inductor 225, a more appropriate suppression effect can be obtained for suppressing the magnetic field in unnecessary waves of frequencies other than the fundamental wave frequency of the electromagnetic field formed by the power transmission coil 1. can get.
  • both the first shield conductor 2 and the second shield conductor 2A have a parallel resonant circuit formed by an inductor and a capacitor connected in parallel. , and a second inductor further connected in series to the parallel resonant circuit.
  • a parallel resonant circuit including a variable inductor and a variable capacitor connected in parallel similarly to the sixth embodiment, a parallel resonant circuit including a variable inductor and a variable capacitor connected in parallel, and The circuit may further include a second inductor connected in series to the parallel resonant circuit.
  • the resonant circuits connected to each of the plurality of slits of the loop conductor are connected in parallel to each other.
  • the circuit may further include a second inductor connected in series to the resonant circuit.
  • the present disclosure is not limited to the power transmission coils shown in Embodiments 1 to 6, and the present disclosure is not limited to the power transmission coils shown in Embodiments 1 to 6.
  • Changes in the arrangement and shape of the components made by those skilled in the art using their ordinary skill are within the scope of this disclosure.
  • the shapes of the power transmission coil 1 and the loop conductor 21 can be determined by engineers in the relevant technical field with ordinary technical knowledge without departing from the technical ideas shown in Embodiments 1 to 6.
  • the modified shape is within the scope of this disclosure.
  • impedance matching is adjusted from the viewpoint of power transmission efficiency by a matching circuit connected between power transmission coil 1 and power transmission circuit 3. It may be something that does.
  • the power transmission coils shown in Embodiments 1 to 6 may be applied to a power transmission coil that transmits power at multiple frequencies by combining a plurality of power transmission circuits 3 to the power transmission coil 1. good.
  • the power transmission coils shown in Embodiments 1 to 6 may be formed on a dielectric substrate, or may be formed together with the power transmission circuit 3 on the same dielectric substrate.
  • the cost of the power transmission coil can be reduced, and the manufacturing accuracy of the dimensions of the transmission coil and the loop conductor can be improved.
  • the power transmitting coil and power transmitting circuit as a power transmitting coil, or the power receiving coil and power receiving circuit as a power transmitting coil on the same dielectric substrate, it is possible to reduce costs and improve accuracy. can be achieved.
  • the power transmission coil according to the present disclosure can be used in mobile devices such as mobile phones, headsets, digital cameras, or digital videos, or power transmission coils or power reception coils in magnetically coupled power transmission devices for wireless sensors, or automatic transfer robots. It can be applied to power transmitting coils or power receiving coils in magnetic field coupling type power transmission devices for applications that handle large scale and high power, such as factory equipment or electric vehicles.

Landscapes

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Abstract

電力伝送コイルは、電力を伝送する電力伝送用コイル(1)と、スリット(211)を有するループ導体(21)、及びループ導体(21)のスリット(211)における両方の開放端間に接続され、並列接続されたインダクタ(221)とキャパシタ(222)を有する共振回路(22)を具備し、電力伝送用コイル(1)が電力を伝送する時に電力伝送用コイル(1)が形成する電磁界が鎖交する位置に配置されるシールド導体2を備える。

Description

電力伝送コイル
 本開示は、送電コイルから受電コイルに非接触により電力の伝送、つまり送電を行う電磁誘導を利用した磁界結合型電力伝送装置における、送電コイル又は受電コイルの電力伝送コイルに関する。
 携帯電話、ヘッドセット、デジタルカメラ、デジタルビデオ等の携帯機器に受電コイルを有し、送電コイルから受電コイルに電力を送電し、携帯機器に非接触の給電又は充電を行う磁界結合型電力伝送が知られている。
 また、近年、携帯機器のような小形の機器だけではなく、自動搬送ロボット及び電気自動車のような大型及び大電力を扱うアプリケーションに対しても検討がなされている。
 送電コイルから受電コイルに電力を送電するに際し、送電コイルから伝送される電力の内、一部は受電コイルで受電されずに空間に放射され、周囲の機器に対して干渉波として振る舞う。そのため、周囲の機器に対して機器に悪影響を及ぼす。
 電力伝送効率を大きく低下させることなく、放出される放射ノイズを抑制できる携帯機器に用いられる送電を行うアンテナ(送電コイル相当)が特許文献1に示されている。
 特許文献1に示されたアンテナは、平面コイルとループコイルとからなる複合アンテナであり、ループコイルのインダクタンスと同調用の容量からなる共振回路の共振周波数が平面コイルの駆動周波数の2倍以上の周波数に調整されている。
特開2012-115069号公報
 特許文献1に示されたアンテナにおいて、発明者らは電力伝送効率の観点から検証を試みたところ、ループコイルの駆動周波数におけるインピーダンスZloopが小さい場合は、平面コイルの駆動周波数の電力が必ずしも高い伝送効率で受電コイルにより受電されないものであった。
 また、ループコイルの共振周波数以下の周波数においては、ループコイルのインピーダンスZloopが容量性となり、平面コイルからの磁束とこの磁束によりループコイルに誘導された電流によるループコイルから放射される磁束が強め合う。
 すなわち、この周波数範囲においては、ループコイルによる放射妨害波の抑圧効果は得られず、キャパシタの容量Cをループコイルの共振周波数が駆動周波数よりも十分大きくなるように決定すると、放射妨害波を抑圧できる周波数範囲が狭くなる。
 すなわち、特許文献1に示されたアンテナにおいて、今、ループコイルのレジスタンスR、自己インダクタンスLとキャパシタの容量Cから成る直列共振回路を考えると、ループコイルのインピーダンスZloopは次式(1)で現わされる。

Figure JPOXMLDOC01-appb-I000001
 式(1)中、jは虚数単位、ωは角周波数である。
 ここで、容量Cをループコイルが基本波周波数の2倍の周波数で共振するように決定したとすると、Zloopは次式(2)で現わされる。
 なお、ここで言う基本波は特許文献1における駆動波であり、平面コイルに接続される送電回路(または受電回路)が送信(または受信)する高周波信号の基本波周波数成分を指す。

Figure JPOXMLDOC01-appb-I000002
 式(1)中、ωは基本波角周波数である。
 実部は周波数に依存しないので、基本波角周波数ωにおけるループコイルのインピーダンスZloopの虚部は次式(3)で現わされる。

Figure JPOXMLDOC01-appb-I000003
 式(3)から明らかなように、基本波角周波数ωにおけるループコイルの自己インダクタンスLが小さい場合には、基本波角周波数ωにおけるループコイルのインピーダンスZloopは十分大きくならず、ループコイルに電流が誘起されやすくなる。
 その結果、ループコイルにおける導体損、及びループコイルが誘電体基板上に設けられた場合であれば誘電体基板の材料による誘電体損が発生する。結果として、駆動周波数の電力の電力伝送効率が低下する。
 一方、基本波角周波数ωにおけるループコイルのインピーダンスZloopの虚部を十分大きくするために、ループコイルの共振周波数が基本波周波数よりも十分大きくなるよう、キャパシタの容量Cを決定することも考えられる。
 しかし、上式(1)から明らかなように、ループコイルの共振周波数以下の周波数帯では、ループコイルのインピーダンスZloopの虚部はマイナスの値となり、ループコイルのインピーダンスZloopは容量性となる。
 ループコイルのインピーダンスZloopが容量性のインピーダンスであると、平面コイルからの磁束とこの磁束によりループコイルに誘導された電流によるループコイルから放射される磁束が強め合い、ループコイルの共振周波数以下の周波数においては、ループコイルによる放射妨害波の抑圧効果は得られず、放射妨害波を抑圧できる周波数範囲が狭くなる。
 要するに、放射妨害波の抑圧とループコイルの共振周波数を基本波周波数よりも十分大きくすることは両立しない。
 本開示は上記した点に鑑みてなされたものであり、電力を伝送するコイルが伝送する電力の電力伝送効率に影響を与えず、電力伝送用コイルが形成する電磁界の基本波周波数、つまり、電力伝送用コイルが送電用コイルである場合は送電用コイルに接続される送電回路が送信する基本波周波数、電力伝送用コイルが受電用コイルである場合は受電用コイルに接続される受電回路が受信する基本波周波数以外の周波数による不要な放射波を抑制する電力伝送コイルを得ることを目的とする。
 本開示に係る電力伝送コイルは、電力を伝送する電力伝送用コイルと、スリットを有するループ導体、及びループ導体のスリットにおける両方の開放端間に接続され、並列接続されたインダクタとキャパシタを有する共振回路を具備し、電力伝送用コイルが電力を伝送する時に電力伝送用コイルが形成する電磁界が鎖交する位置に配置されるシールド導体とを備える。
 本開示によれば、電力伝送用コイルが伝送する電力の電力伝送効率に影響を与えず、電力伝送用コイルが形成する電磁界の基本波周波数以外の周波数による不要な放射波を抑制することができる。
実施の形態1に係る電力伝送コイルを示す構成図である。 実施の形態1に係る電力伝送コイルにおけるシールド導体の等価回路図である。 実施の形態1に係る電力伝送コイルにおいて、伝送する電力の周波数に対するシールド導体のインピーダンスの位相を示す図である。 実施の形態1に係る電力伝送コイルにおいて、伝送する電力の周波数に対する電力伝送効率を示す図である。 実施の形態1に係る電力伝送コイルにおいて、伝送する電力の周波数に対する抑圧効果を示す図である。 実施の形態1に係る電力伝送コイルにおいて、伝送する電力の周波数に対するシールド導体のインピーダンスの絶対値を示す図である。 実施の形態1に係る電力伝送コイルにおいて、伝送する電力の周波数に対する放射効率を示す図である。 実施の形態2に係る電力伝送コイルを示す構成図である。 実施の形態3に係る電力伝送コイルを示す構成図である。 実施の形態4に係る電力伝送コイルを示す構成図である。 実施の形態5に係る電力伝送コイルを示す構成図である。 実施の形態6に係る電力伝送コイルを示す構成図である。 実施の形態6に係る電力伝送コイルにおいて、伝送する電力の周波数に対するシールド導体のインピーダンスの位相を示す図である。
実施の形態1.
 実施の形態1に係る電力伝送コイルを図1から図7を用いて説明する。
 実施の形態1に係る電力伝送コイルは、送電コイルから受電コイルに非接触により電力の伝送、つまり送電を行う電磁誘導を利用した磁界結合型電力伝送装置における、送電コイル又は受電コイルである。
 本開示では送電コイル及び受電コイルを総称して電力伝送コイルといい、電力伝送コイルは送電コイル又は受電コイルのいずれか一方を指す。
 送電コイルから受電コイルに非接触により電力の伝送を行う場合、受電コイルは送電コイルと電磁誘導が行われる位置、つまり、送電コイルが形成する電磁界が鎖交する位置に対向して配置される。
 送電コイルに接続される送電回路が送電コイルに送信する高周波信号の基本波周波数において、送電コイルと受電コイルは共振関係にあるため、受電コイルは基本波周波数の電力に対しては効率よく受電し、基本波周波数以外の周波数の不要波においては、送電コイルと受電コイル間の結合が小さくなっているため、受電は抑制される。
 本開示の説明は、電力伝送コイルとして送電コイルに適用した例を示すが、受電コイルに適用した場合であっても送電コイルに適用した場合と同じ考え方に基づいた同様の構成となる。
 また、送電コイルの送電用コイル及び受電コイルの受電用コイルを総称して電力伝送用コイルといい、送電コイルの場合、電力伝送用コイルは送電用コイルを指し、受電コイルの場合、電力伝送用コイルは受電用コイルを指す。
 電力伝送コイルが送電コイルの場合、電力伝送用コイルが形成する電磁界の基本波周波数は、送電用コイルが形成する電磁界の基本波周波数であり、送電用コイルに接続される送電回路が送信する高周波信号の基本波周波数である。
 電力伝送コイルが受電コイルの場合、電力伝送用コイルが形成する電磁界の基本波周波数は、送電用コイルとの電磁誘導により受電して受電用コイルに形成された電磁界の基本波周波数であり、受電用コイルに接続される受電回路が受信する高周波信号の基本波周波数である。
 説明が煩雑になるので、以下、送電コイルとして説明する。
 送電コイルは、図1に示すように、送電用コイル1とシールド導体2を備える。
 なお、本開示を受電コイルに適用した場合は、受電コイルは受電用コイルとシールド導体を備える。
 送電用コイル1は送電回路3から送信された主に基本波周波数成分をもつ高周波信号が入力される。
 送電用コイル1は送電回路3から入力された高周波信号に基づき、送電用コイル1の周囲に電磁界を形成し、形成された電磁界が対向する位置に置かれた受電コイル(図示せず)に鎖交することにより、受電用コイルに電磁界が形成され、受電コイルに電磁誘導により電力を伝送する。
 送電用コイル1から伝送された電力を受信した受電用コイルは、受電回路(図示せず)を介して接続された充電池などの負荷(図示せず)に電力を供給する。
 なお、送電用コイル1と送電回路3との間に、インピーダンス整合のためのキャパシタが接続される。このインピーダンス整合用のキャパシタは送電回路3に含まれるものとして図示省略している。
 送電用コイル1は、誘電体基板(図示せず)の表面上に、複数回巻回された平面パターンからなるコイルである。
 シールド導体2は送電用コイル1の外側に配置される。
 なお、シールド導体2は送電用コイル1の内側に配置される、もしくは上下に配置されるものでもよい。
 シールド導体2は、ループ導体21と、並列接続されたインダクタ221とキャパシタ222を有する共振回路22を具備する。
 シールド導体2において、共振回路22により、送電用コイル1が形成する電磁界の基本波周波数に対してループ導体21が電気的に実質開放状態とされ、基本波周波数以外の周波数の不要波、この例においては、基本波周波数の2倍以上の周波数の不要波に対しては送電用コイル1に流れる高周波電流とは逆位相の電流がループ導体21に誘起される。
 ループ導体21に電流が誘起されると、誘起された電流によってループ導体21の周囲に磁界が形成される。
 なお、基本波周波数未満の周波数に対しても不要波として、ループ導体21に電流が誘起され、誘起された電流によってループ導体21の周囲に磁界が形成される。
 送電用コイル1に流れる高調波周波数の高周波電流によって形成される磁界とループ導体21に誘起された逆位相の高周波電流によって形成される磁界はほぼ逆位相となり、打ち消しあう。
 すなわち、シールド導体2は送電用コイル1が形成する電磁界の基本波周波数に対してループ導体21に電流が誘起され難く、基本波周波数以外の周波数、特に放射妨害波を抑制したい不要波の周波数に対してループ導体21に電流が誘起されるという特性を持つ。
 その結果、シールド導体2は送電用コイル1に接続される送電回路3が送信する高周波信号の基本波周波数、つまり、伝送される電力の基本波周波数に対しては影響を与えず、不要波の周波数に対しては送電用コイル1の周囲に形成される電磁界が弱められる。
 要するに、伝送される電力の基本波周波数に対しては電力伝送効率が低下することが避けられ、送電用コイル1に流れる不要波の周波数の電流による放射ノイズはループ導体21に誘起された逆位相の高周波電流による放射により抑制される。
 本開示では、電力伝送効率を送電用コイル1に給電した電力と受電用コイルが受電し出力した電力の比と定義する。
 ループ導体21は、送電用コイル1が電力を伝送する時に送電用コイル1が形成する電磁界が鎖交する位置に配置される。
 ループ導体21は、誘電体基板の表面上に、送電用コイル1の外周を囲うように1回巻回されたループ状の平面パターンからなる導体である。
 ループ導体21は、ループの終端にスリット211が形成された無給電の導体である。
 ループ導体21は、送電用コイル1の外側に配置される。
 なお、ループ導体21は、送電用コイル1が形成する電磁界が鎖交することによってループ導体21に十分な電流が誘起される程度に近傍に配置されていればよく、送電用コイル1の内側に配置される、もしくは上下に配置されるものでもよい。ループ導体21は、送電用コイル1と同一平面上にある必要はない。
 ループ導体21の太さが送電用コイル1の太さより太い。言い換えれば、ループ導体21の線の幅が送電用コイル1の線の幅より広い。
 並列接続されたインダクタ221とキャパシタ222は並列共振回路22を構成する。
 並列共振回路22はループ導体21のスリット211における両方の開放端間に接続される。
 すなわち、インダクタ221の一方の端子はスリット211における一方の開放端に電気的に接続され、他方の端子は他方の開放端に電気的に接続される。
 同様に、キャパシタ222の一方の端子はスリット211における一方の開放端に電気的に接続され、他方の端子は他方の開放端に電気的に接続される。
 インダクタ221とキャパシタ222は誘電体基板の表面上に一般的に知られている製法により形成される。
 並列共振回路22は、シールド導体2のインピーダンスを送電用コイル1が形成する電磁界の基本波周波数では大きくして誘起される電流を小さくし、基本波周波数以外の周波数、つまり、抑制したい不要波である放射妨害波の周波数においてはシールド導体2のインピーダンスを小さくして電流が誘起されやすくする。
 並列共振回路22による共振周波数は送電用コイル1が形成する電磁界の基本波周波数である。
 本例において、抑制したい不要波の周波数を基本波周波数fの2倍以上の周波数に設定する。但し、2倍の周波数に限られるものではない。
 また、並列共振回路22を構成するインダクタ221のインダクタンスLとキャパシタ222のキャパシタンスCはωC=1/ωLを満足する値である。
 ωは送電用コイル1が形成する電磁界の基本波周波数であり、送電用コイル1に接続される送電回路3が送信する高周波信号の基本波周波数での角周波数である。
 この点について、以下に詳しく説明する。
 シールド導体2の等価回路図を図2に示す。
 図2において、Rはループ導体21のインピーダンスのうちレジスタンス、Lはループ導体21のインピーダンスのうちのインダクタンス、Lはインダクタ221のインダクタンス、Cはキャパシタ222のキャパシタンスを示す。
 シールド導体2のインピーダンスZは次式(4)で現わされる。

Figure JPOXMLDOC01-appb-I000004
 送電用コイル1が形成する電磁界の基本波周波数f(角周波数はω)でシールド導体2のインピーダンスZを大きくして誘起される電流を小さくするための条件はインダクタ221のインダクタンスLとキャパシタ222のキャパシタンスCから成る並列共振回路が共振する条件と等しく、インダクタンスLとキャパシタンスCが次式(5)を満足する場合である。

Figure JPOXMLDOC01-appb-I000005
 式(5)満足すると、式(4)における第3項が無限大となり、シールド導体2は電気的に開放、つまり、ループ導体21が並列共振回路22において開放されているのと等しくなる。
 従って、角周波数ωである送電用コイル1が形成する電磁界の基本波周波数fにおいてループ導体21に電流は誘起されない。
 その結果、送電用コイル1から受電用コイルへ伝送される基本波周波数fの電力は、シールド導体2に影響されず、受電用コイルで受電されるため、電力伝送効率は低下しない。
 次に、インダクタ221のインダクタンスLとキャパシタ222のキャパシタンスCの決定方法について述べる。
 上記で述べたように、インダクタ221とキャパシタ222から成る並列共振回路が共振する共振周波数は送電用コイル1が形成する電磁界の基本波周波数fと一致していることを条件としているので、インダクタンスLとキャパシタンスCは次式(6)を満たす範囲で自由度がある。

Figure JPOXMLDOC01-appb-I000006
 一方、シールド導体2によって電磁界が弱められる効果が得られるのは、シールド導体2のインピーダンスZが誘導性の場合のみである。
 図2に示した等価回路を構成するシールド導体2のインピーダンスZの位相は、模式的に図3のように変化する。
 図3において、横軸が送電用コイル1に供給される電力の伝送周波数、縦軸がシールド導体2のインピーダンスZの位相を示し、周波数F1は送電用コイル1が形成する電磁界の基本波周波数f、周波数F2が上式(4)で示すシールド導体2のインピーダンスZの虚部が0になる周波数、すなわちシールド導体2の共振周波数である。
 図3から明らかなように、基本波周波数f(F1)未満の周波数、及びシールド導体2の共振周波数F2以上の周波数に対してシールド導体2により電磁界が弱められる効果が得られる。
 従って、シールド導体2の共振周波数F2以上の周波数の放射妨害波を抑制するためのシールド導体2のインピーダンスZを誘導性とするための条件は、シールド導体2の共振周波数F2をf×Bとした場合、次式(7)により現わされる。

Figure JPOXMLDOC01-appb-I000007
 式(7)において、Lはインダクタ221のインダクタンス、Lはループ導体21のインピーダンスのうちのインダクタンスである。
 送電コイルから放射される放射妨害波は、基本波周波数fの逓倍の周波数に発生する高調波が主と考えられる。
 本例において、抑制したい不要波の周波数を基本波周波数fの2倍以上の周波数に設定すると、式(7)において次式(8)において示すようにBを2とする。

Figure JPOXMLDOC01-appb-I000008
 そして、インダクタンスLとキャパシタンスCを式(6)及び式(8)に基づいて決定する。
 その結果、シールド導体2は送電用コイル1が形成する電磁界の基本波周波数f、つまり、伝送される電力の基本波周波数fに対しては影響を与えず、基本波周波数fの2倍以上の周波数である高調波、つまり不要波を抑圧できる。
 シールド導体2による効果を、有限要素法によって求めた数値シミュレーション結果によって検証した。
 シミュレーションでは、送電コイルは送電用コイル1と、ループ導体21、及び並列接続されたインダクタ221とキャパシタ222を有する共振回路22を具備するシールド導体2を備える。
 受電コイルも送電コイルと構成要素、物理的サイズ、及び部品の値をすべて同じとした。
 送電コイルと受電コイルを5mmの間隔で対向配置した。
 送電コイルにおいて、送電用コイル1は横×縦のサイズを40mm×20mm、巻き数を4回とし、送電用コイル1の線路の幅を0.5mm、隣接する線路の間隔を1.5mmとした。
 また、ループ導体21は、横×縦のサイズを51.5mm×31.5mm、巻き数を1回、線幅5mmとした。
 送電用コイル1が形成する電磁界の基本波周波数f、つまり、送電用コイル1に接続される送電回路3が送信する高周波信号の基本波周波数fは13.56MHzであり、キャパシタ222のキャパシタンスCを基本波周波数fの2倍の周波数の不要波の抑圧量を大きく、つまり最大とするため3,200pFとした。
 また、インダクタ221のインダクタンスLはキャパシタ222と基本波周波数f(13.56MHz)で共振する43nHとした。
 なお、送電用コイル1及びループ導体21以外は無損失の材料を仮定した。
 受電コイルも送電コイルと全く同じである。
 また、電力伝送効率を入力ポートから送電用コイル1に給電した電力と、受電用コイルが受電し出力ポートに出力した電力の比と定義する。
 入力ポートと出力ポートはそれぞれ、基本波周波数fにおいて送電用コイル1と受電用コイルそれぞれとインピーダンス整合が取れているとする。
 上記した前提条件の下、送電コイルから受電コイルへ伝送する電力の基本波周波数に対する電力伝送効率を検証した。
 検証した結果を図4に示す。
 図4において、横軸が送電コイルから受電コイルへ伝送する電力の伝送周波数、縦軸が電力伝送効率を示し、曲線Aが実施の形態1に係る電力伝送コイルを用いた場合(以下、本例という)の検証結果である。
 なお、比較のために、比較例1として、シールド導体2がない、つまり、送電用コイルのみの送電コイルと受電用コイルのみの受電コイルを用いたもの、比較例2として、シールド導体として環状のループ導体とした送電コイルとシールド導体として環状のループ導体とした受電コイルを用いたものを合わせて検証した。
 比較例1及び比較例2ともに、本例と相違する以外は全く同じとしている。
 図4において、比較例1の検証結果を曲線B、比較例2の検証結果を曲線Cとして示す。
 図4から明らかなように、基本波周波数f(13.56MHz)に対して本例及び比較例1における電力伝送効率は86.5%と等しい。
 すなわち、本例はシールド導体2がない比較例1と同じ結果が得られ、本例におけるシールド導体2は基本波周波数fの電力を伝送するに際して全く影響しておらず、電力伝送効率の低下がないことがわかる。
 一方、基本波周波数fに対して比較例2の基本波周波数fにおける電力伝送効率は70.6%であり、本例及び比較例1と比較して15.9パーセントポイント劣化しており、環状のループ導体からなるシールド導体が、電力伝送効率の低下をきたしている。
 以上のことから明らかなように、シールド導体2におけるインダクタ221とキャパシタ222を有する並列共振回路22が基本波周波数fで共振することにより、ループ導体21に電流が誘起されることがなく、電力伝送効率の低下を回避していると言える。
 シールド導体2における基本波周波数f以外の周波数の不要波に対する抑圧効果の検証結果を図5に示す。
 図5は、送電コイル中心から200mm離れた点での本例の磁界強度と送電コイル中心から200mm離れた点での比較例1の磁界強度の差を抑圧効果として示したものである。
 図5において、横軸が送電コイルから受電コイルへ伝送される電力の伝送周波数、縦軸が抑圧効果を示し、曲線A1が本例の検証結果である。
 また、曲線A2は本例において、ループ導体21の線幅を1mmとし、キャパシタ222のキャパシタンスCを基本波周波数fの2倍の周波数の不要波の抑圧量を大きく、つまり最大とするため1,000pFとし、インダクタ221のインダクタンスLはキャパシタ222と基本波周波数fで共振する138nHとしたシールド導体2(本例2)の検証結果を示す。
 図5から明らかなように、基本波周波数f(図5において左から2番目のマーカー)に対して本例と比較例1との磁界強度の差はなく、本例は、比較例1との磁界強度の差、つまり、抑圧効果が基本波周波数fの2倍の周波数27.12MHzに対して最大(略30dB)となり、基本波周波数fの2倍の周波数を超えた周波数に対しても10dB~15dBの抑圧効果が得られる。
 また、基本波周波数fに対して本例2と比較例1との磁界強度の差はなく、本例2は抑圧効果が基本波周波数fの2倍の周波数27.12MHzに対して最大(略25dB)となり、基本波周波数fの2倍の周波数を超えた周波数に対しても5dB~10dBの抑圧効果が得られる。
 なお、本例及び本例2ともに、電力の伝送周波数が20MHz(図5において左から3番目のマーカー)に対しても基本波周波数fと同様に比較例1との磁界強度の差はない。
 以上のことから明らかなように、シールド導体2におけるインダクタ221とキャパシタ222を有する並列共振回路22が、送電用コイル1が形成する電磁界の基本波周波数fで共振することにより、基本波周波数fに対してループ導体21に電流が誘起されることがなく、電力伝送効率の低下を回避し、基本波周波数fの2倍以上の周波数に対してシールド導体2のインピーダンスが小さく、ループ導体21に電流が誘起され、2倍以上の周波数の不要波の外部への放射を抑圧している。
 また、周波数F1、つまり基本波周波数f以上、周波数F2、つまり基本波周波数fの2倍の周波数未満の周波数に対し、図3から明らかなようにシールド導体2により電磁界が弱められることがなく、図4から明らかなようにシールド導体2により電力伝送効率の低下を回避している。
 一方、周波数F1未満及び周波数F2以上に対し、図3から明らかなようにシールド導体2により電磁界が弱められ、放射妨害波を抑圧している。
 したがって、送電用コイル1が形成する電磁界の周波数が周波数F1以上周波数F2未満の周波数に対し、シールド導体2により電磁界が弱められることがなく、電力伝送効率の低下を回避できるので、送電用コイル1が形成する電磁界の基本波周波数が周波数F1以上周波数F2未満の周波数に対して実施の形態1に係る電力伝送コイルに有効である。
 このことは、送電用コイル1が形成する電磁界の基本波周波数に対して並列共振回路22による共振周波数が低ければ良いことを意味している。
 すなわち、並列共振回路22による共振周波数は送電用コイル1が形成する電磁界の基本波周波数に限られるものではなく、送電用コイル1が形成する電磁界の基本波周波数に対して低い周波数でよい。
 ループ導体21の幅を送電用コイル1の幅より広くし、線幅をより広くする、例えば1mmより5mmにすることにより、ループ導体21のインダクタンスがより小さくなるため、ループ導体21に誘起される電流はより大きくなり、送電用コイル1が形成する電磁界の基本波周波数fの2倍の周波数を超えた周波数に対してより高い磁界の抑圧効果が得られる。
 なお、ループ導体21のインダクタンスを小さくすればよいので、線幅を広くするに限られず、線の厚さを厚くしてもよく、要はループ導体21の太さを送電用コイル1の太さより太くすればよい。
 ループ導体21を誘電体基板上に形成する場合、ループ導体21の線の厚さを厚くする方法として、誘電体基板の表面と裏面にそれぞれ設け、表面に形成された導体層と裏面に形成された導体層とをスルーホールで接続することで、ループ導体21の実効的な厚さを厚くする。
 このようにしてループ導体21の厚み方向を厚くすることにより、送電コイルに必要となる回路面積の増大を最小限に抑えつつ、送電用コイル1が形成する電磁界の基本波周波数fの2倍以上の周波数の不要波の抑圧効果が得られる。
 また、ループ導体21のインピーダンスのうちのインダクタンスLを小さくすることにより、シールド導体2のインピーダンスを小さくでき、送電用コイル1が形成する電磁界の基本波周波数fに対してループ導体21に電流が誘起されることがなく、電力伝送効率の低下を回避し、基本波周波数fの2倍以上の周波数に対してループ導体21に電流が誘起され、2倍以上の周波数の不要波の外部への放射を抑圧できる。
 すなわち、シールド導体2のインピーダンスZは上式(4)で現わされ、ループ導体21のインダクタンスLが小さくなることは、基本波周波数fにおいて上式(4)の虚部が無限大になる基本波周波数f以外の周波数において、上式(4)のインピーダンスの絶対値が小さくなる。
 並列共振回路22を構成するインダクタ221のインダクタンスLとキャパシタ222のキャパシタンスCを、上式(4)により求められるシールド導体2のインピーダンスの絶対値|Z|が、送電用コイル1が形成する電磁界の基本波周波数fにおいて無限大、基本波周波数fの2倍の周波数においてループ導体21のインピーダンスのうちレジスタンスRとなる値に設定し、ループ導体21のインダクタンスLとシールド導体2のインピーダンスの絶対値|Z|との関係の検証結果を図6に示す。
 図6において、横軸が、送電コイルが形成する電磁界の基本波周波数fにより規格化された値、縦軸がシールド導体2のインピーダンスの絶対値|Z|を示す。
 図6において、曲線A3がループ導体21のインダクタンスLを10nHにした場合の規格化されたシールド導体2のインピーダンスの絶対値|Z|を示し、曲線A4がループ導体21のインダクタンスLを100nHにした場合の規格化されたシールド導体2のインピーダンスの絶対値|Z|を示す。
 図6に曲線A3及び曲線A4に示すように、シールド導体2のインピーダンスの絶対値|Z|が基本波周波数fにおいて無限大、基本波周波数fの2倍の周波数においてループ導体21のインピーダンスのうちレジスタンスRとなる値に設定されており、ループ導体21のインダクタンスLをより小さくする、例えば、100nHより10nHにすることにより、基本波周波数f未満まで、基本波周波数fを超えた周波数から基本波周波数fの2倍の周波数未満まで、及び基本波周波数fの2倍を超えた周波数に対してシールド導体2のインピーダンスの絶対値|Z|を大幅に小さくできる。
 その結果、ループ導体21のインダクタンスLをより小さくすると、基本波周波数f以外の周波数に対してループ導体21に誘起される電流を大きくでき、基本波周波数f以外の周波数の不要波における磁界の抑圧効果を大きくできる。
 送電コイルにおける放射効率の検証結果を図7に示す。
 放射効率は入力ポートから送電用コイル1に給電した電力のうち、遠方に放射された全電力の割合である。
 図7において、横軸が送電コイルから受電コイルへ伝送される電力の伝送周波数、縦軸が放射効率を示す。
 図7から明らかなように、本例の放射効率は比較例2の放射効率に対して、周波数が230MHzで比較すると、11.9dBの放射効率の低下がみられる。
 すなわち、本例においては、送電用コイル1の近傍の磁界が抑圧されるだけでなく、遠方への放射も10dB以上抑圧される。
 以上のシミュレーション結果から理解されるように、実施の形態1に係る電力伝送コイルは、電力伝送効率を維持しつつ周囲への放射妨害波を抑制できる。
 なお、本例において、図4に示すように、送電用コイル1から受電用コイルへ伝送される電力の周波数が20MHzに対して電力伝送効率は65%を示し、改善されている。
 すなわち、本例においては、送電用コイル1から受電用コイルへ伝送される電力の周波数が13.56MHzと20MHzの2つの周波数に対してシールド導体2におけるインダクタ221とキャパシタ222を有する並列共振回路22が共振することにより、電力伝送効率が改善する。
 第1の電力伝送効率のピークとなる周波数は並列共振回路の共振周波数、この例においては送電用コイル1が形成する電磁界の基本波周波数fとし、第2の電力伝送効率のピークとなる周波数をインダクタ221のインダクタンスLとキャパシタ222のキャパシタンスCを設定することにより調整できる。
 要するに、本例を適用した電力伝送装置は送電用コイル1が形成する電磁界の基本波周波数f、つまり、伝送される電力の基本波周波数fと他の周波数の2つの周波数に対して効率よく電力の伝送を行える。
 例えば、6.78MHzと13.56MHzの2つのISMバンドにおいて、電力伝送効率が良い本例、つまり送電コイルを適用することにより、基本波周波数が6.78MHzの電力と基本波周波数が13.56MHzの電力を同時に送信できる電力伝送装置、又は基本波周波数が6.78MHzの電力と基本波周波数が13.56MHzの電力を切り替えられる無線電力伝送装置が得られる。
 この場合、6.78MHzと13.56MHzの一方の周波数が第1の基本波周波数、6.78MHzと13.56MHzの他方の周波数が第2の基本波周波数であり、両者とも基本波周波数であり、インダクタ221とキャパシタ222を有する並列共振回路22における共振周波数はいずれか一方の基本波周波数に設定される。
 さらに、高い電力伝送効率の2つのピークとなる周波数を近接させることにより、電力伝送効率のピークを送電コイルから伝送される電力の周波数に対して実質的に広帯域化することができる。
 こうした場合、電力伝送コイルの製造誤差及び送受信間隔の変化、その他環境の変化に対するロバスト性を向上させることができる。
 以上に述べたように、実施の形態1に係る電力伝送コイルは、スリット211を有するループ導体21、及びループ導体21のスリット211における両方の開放端間に接続され、並列接続されたインダクタ221とキャパシタ222を有する共振回路22を具備し、送電用コイル1から受電用コイルへ電力を伝送する時に送電用コイル1が形成する電磁界が鎖交する位置に配置されるシールド導体2を備えたものとしたので、送電用コイル1から受電用コイルへ伝送する電力の電力伝送効率に影響を与えず、伝送する電力の基本波周波数以外の周波数の不要な放射波を抑制する。
 実施の形態1に係る電力伝送コイルにおいて、並列共振回路22による共振周波数を送電用コイル1から伝送される電力の基本波周波数とする。また、並列共振回路22を構成するインダクタ221のインダクタンスLとキャパシタ222のキャパシタンスCはωC=1/ωLを満足する値とする。
 このように構成したことにより、電力伝送用コイルが形成する電磁界の基本波周波数に対してループ導体21に電流が誘起されることがなく、電力伝送効率の低下を回避できる。
 しかも、キャパシタ222のキャパシタンスCは電力伝送用コイルが形成する電磁界の基本波周波数の2倍の周波数の不要波を抑圧する値に設定され、電力伝送用コイルが形成する電磁界の基本波周波数の2倍以上の周波数である不要波に対しての抑圧効果が得られる。
 すなわち、並列共振回路22が、送電用コイル1が形成する電磁界の基本波周波数で共振することにより、伝送される電力の基本波周波数に対してループ導体21に電流が誘起されることがなく、電力伝送効率の低下を回避し、基本波周波数の2倍以上の周波数に対してシールド導体2のインピーダンスが小さく、ループ導体に電流が誘起され、基本波周波数の2倍以上の周波数の不要波の外部への放射を抑圧している。
 また、実施の形態1に係る電力伝送コイルにおいて、並列共振回路22による共振周波数を送電用コイル1が形成する電磁界の基本波周波数にすることにより、基本波周波数の2倍未満の周波数の電力において電力伝送効率の第2のピークを設定でき、基本波周波数の周波数以外に第2の基本波周波数を得ることができ、2つの周波数に対して同時にもしくは切り替えて伝送できる。
 さらに、送電用コイル1が形成する電磁界の基本波周波数の周波数に対する電力伝送効率の第1のピークと、基本波周波数の周波数と異なる周波数に対する電力伝送効率の第2のピークを近接することにより、伝送される電力の周波数に対して実質的に広帯域化が図れる。
 なお、電力伝送用コイルを送電用コイル1とした場合は並列共振回路22による共振周波数を送電用コイル1が形成する電磁界の基本波周波数であり、送電用コイルに接続される送電回路3が送信する高周波信号の基本波周波数としたが、電力伝送用コイルを受電用コイルとした場合は並列共振回路22による共振周波数は電磁誘導により受電して受電用コイルに形成される電磁界の基本波周波数であり、受電用コイルに接続される受電回路が受信する高周波信号の基本波周波数である。
 いずれにしても並列共振回路22による共振周波数は送電用コイル1に接続される送電回路3が送信する高周波信号の基本波周波数である。
 要は、並列共振回路22による共振周波数は電力伝送用コイルが形成する電磁界の基本波周波数である。
実施の形態2.
 実施の形態2に係る電力伝送コイルを、図8を用いて説明する。
 実施の形態2に係る電力伝送コイルは、実施の形態1に係る電力伝送コイルに対して、シールド導体2におけるインピーダンスの周波数特性と異なる第2のシールド導体2Aを設けた点が相違し、その他の点については同じである。
 図8中、図1に付された符号と同一符号は同一又は相当部分を示す。
 第2のシールド導体2Aは第1のシールド導体2の外側に配置される。
 なお、第2のシールド導体2Aは第1のシールド導体2の内側に配置される、もしくは上下に配置されるものでもよい。
 第2のシールド導体2Aは、スリット211Aを有するループ導体21Aと、ループ導体21Aのスリット211Aにおける両方の開放端間に接続され、並列接続されたインダクタ221Aとキャパシタ222Aを有する並列共振回路22Aを具備する。
 第2のシールド導体2Aは、送電用コイル1が電力を伝送する時に送電用コイル1が形成する電磁界が鎖交する位置に配置される。
 ループ導体21Aは、誘電体基板の表面上に、第1のシールド導体2の外周を囲うように1回巻回されたループ状の平面パターンからなる導体である。
 ループ導体21Aは、ループの終端にスリット211Aが形成された無給電の導体である。
 第2のシールド導体2Aのインピーダンスを第1のシールド導体2のインピーダンスと異なる値とし、並列共振回路22Aの共振周波数を並列共振回路22の共振周波数と異なる周波数とした。
 すなわち、送電用コイル1から受電用コイルヘ伝送される電力の周波数が第2のシールド導体2Aにおける並列共振回路22Aの共振周波数に一致する場合においても電力伝送効率が改善される。
 その結果、第1のシールド導体2により電力伝送効率が改善された、送電用コイル1が形成する電磁界の基本波周波数に加えて、第2のシールド導体2Aにより電力伝送効率が改善される周波数に対しても電力の伝送が可能になる。
 なお、並列共振回路22の共振周波数は、実施の形態1に説明したと同様に、送電コイルが形成する電磁界の基本波周波数であり、送電用コイル1に接続される送電回路3が送信する高周波信号の基本波周波数である。
 また、並列共振回路22Aの共振周波数は、送電コイルが形成する電磁界の基本波周波数の2倍未満の周波数である。
 並列共振回路22Aの共振周波数は、第1のシールド導体2により電力伝送効率がピークを持つ送電用コイル1が形成する電磁界の基本波周波数と電力伝送効率が第2のピークを持つ第2の周波数とは異なる第3の周波数である。
 第2のシールド導体2Aを配置することにより、送電コイルから受電コイルヘ伝送される電力の第3の周波数においても電力伝送効率のピークを持たせることができる。
 その結果、送電用コイル1から受電用コイルヘ伝送される電力において、送電用コイル1が形成する電磁界の基本波周波数の2倍未満の周波数の電力に対して、第1のシールド導体2により電力伝送効率が第1のピークを持つ基本波周波数と電力伝送効率が第2のピークを持つ第2の周波数を設定でき、第2のシールド導体2Aにより電力伝送効率が第3のピークを持つ第3の周波数を設定できる。
 従って、実施の形態2に係る電力伝送コイルは、3つの周波数の電力に対して同時にもしくは切り替えて伝送できる。
 さらに、送電用コイル1が形成する電磁界の基本波周波数と第2の周波数及び第3の周波数が近接するように設定することにより、送電コイルから伝送される電力の周波数に対して広帯域化が図れる。
 なお、第1のシールド導体2及び第2のシールド導体2Aとは並列共振回路の共振周波数が異なる第3のシールド導体、第4のシールド導体、・・・のように並列共振回路の共振周波数が互いに異なる複数のシールド導体を配置し、送電用コイル1が形成する電磁界の基本波周波数の2倍未満の周波数において、それぞれがそれぞれ異なる電力伝送効率のピークを示す複数の周波数を有するものとすれば、送電用コイル1から受電用コイルヘ伝送される電力の周波数に対してさらなる広帯域化が図れる。
 以上に述べたように、実施の形態2に係る電力伝送コイルは、実施の形態1に係る電力伝送コイルと同様の効果を有する他、伝送される電力の周波数に対してさらなる広帯域化が図れる。
実施の形態3.
 実施の形態3に係る電力伝送コイルを、図9を用いて説明する。
 実施の形態3に係る電力伝送コイルは、実施の形態1に係る電力伝送コイルに対して、シールド導体2における共振回路22を構成する並列接続されたインダクタ221とキャパシタ222をそれぞれ可変インダクタ223と可変キャパシタ224とし、可変インダクタ223と可変キャパシタ224を制御する制御部4、及び動作状態を監視する動作状態監視部5を備えた点が相違し、その他の点については同じである。
 図9中、図1に付された符号と同一符号は同一又は相当部分を示す。
 実施の形態3に係る電力伝送コイルは、送電コイル及び受電コイルの動作状態に応じて、上式(5)の条件を満足した状態で可変インダクタ223のインダクタンスと可変キャパシタ224のキャパシタンスを制御部4であるコントローラが制御する。
 すなわち、送電コイル及び受電コイルの動作状態において、(a)送電回路3からの送信電力レベル等により送電用コイル1から放射される不要波の周波数成分が変化する、(b)受電コイルに接続される負荷の値が変化したことにより送電回路3が送信する不要波の周波数成分が変化する、(c)送電回路3から送信される不要波レベルが一定であったとしても、受電コイルに接続される負荷が変化したことにより送電コイルと受電コイルとの間の結合が変化し、周囲へ放射される妨害波レベルが変化する場合がある。
 実施の形態3に係る電力伝送コイルは、このように、送電コイル及び受電コイルの動作状態において、不要波の周波数成分が変化するのを動作状態監視部5が監視し、制御部4が動作状態監視部5からの状態監視信号を受けて、可変インダクタ223と可変キャパシタ224それぞれに可変インダクタ223のインダクタンスと可変キャパシタ224のキャパシタンスを変化させるコントロール信号を出力する。
 動作状態監視部5は、送電コイル及び受電コイルの動作状態を監視し、状態監視信号を制御部4に出力する。
 動作状態監視部5は、送電用コイル1から放射される電磁波による電磁界強度を検出し、検出した電磁界強度を示す状態監視信号を出力するアンテナである。
 なお、動作状態監視部5は、導線が巻回されたコイルからなるアンテナに限られるものではなく、送電用コイル1から放射される電磁波を検知できるものであればよく、また、マイクロ波帯の放射妨害波となる不要波に着目した場合は、ダイポール又はモノポール方式のアンテナがよい。
 制御部4は動作状態監視部5からの電磁界強度を示す状態監視信号を受け、状態監視信号が示す電磁界強度から抑圧を必要とする周波数を特定し、特定した周波数における不要波を抑圧する可変インダクタ223のインダクタンスと可変キャパシタ224のキャパシタンスに設定するコントロール信号を可変インダクタ223と可変キャパシタ224それぞれに出力する。
 すなわち、制御部4は、図5に示す抑圧効果が最大となる周波数を動作状態監視部5からの状態監視信号に基づいて状態監視信号が示す電磁界強度から抑圧を必要とする周波数に変更するために、可変インダクタ223のインダクタンスと可変キャパシタ224のキャパシタンスを変化させるコントロール信号を可変インダクタ223と可変キャパシタ224それぞれに出力する。
 その結果、送電用コイル1が形成する電磁界の基本波周波数であり、送電用コイル1に接続される送電回路3が送信する高周波信号の基本波周波数における電力伝送効率の劣化を抑制した上で各動作状態において最大の放射妨害波抑圧効果を得ることができる。
 なお、動作状態監視部5からの状態監視信号を制御部4に直接出力するものとしたが、動作状態監視部5からの状態監視信号を、動作状態監視部5の近傍に配置したアナログデジタル変換(AD変換)する受信機が受け、デジタル信号からなる状態監視信号を制御部4に送信するものでも良い。
 この場合、動作状態監視部5であるアンテナが送電用コイル1から離れており、不要波による電磁界強度が非常に小さい場合でも、アンテナと制御部4とを接続する配線による高周波信号の減衰もなく、制御部4はアンテナ5が検出した状態監視信号を精度高く受信できる。
 また、動作状態監視部5を1つのアンテナにより構成するものとしたが、複数の検出アンテナを設けたものでも良い。
 電力伝送コイルの周囲に金属製の遮蔽物が存在する環境では、場所によって電磁界強度が著しく異なる可能性があるが、動作状態監視部5を複数のアンテナにより構成した場合、複数のアンテナそれぞれを異なった位置に配置することにより、抑圧を必要とする周波数を様々な位置で測定された測定値から検出でき、制御部4が抑圧を必要とする周波数を精度高く特定できる。
 さらに、複数のアンテナそれぞれを着目したい周波数毎に適した、Q値が高い、すなわち狭帯域化したアンテナとしてもよい。
 狭帯域化したアンテナは感度が向上するので、抑圧を必要とする周波数を高感度で検出でき、制御部4が抑圧を必要とする周波数を精度高く特定できる。
 またさらに、動作状態監視部5であるアンテナは近接して配置される複数の送電用コイル1に対して兼用したアンテナであってもよい。
 すなわち、兼用されたアンテナが検出した電磁界強度を示す状態監視信号を、複数の送電用コイル1それぞれに対応する制御部4が受け、制御部4が受けた状態監視信号が示す電磁界強度から抑圧を必要とする周波数を特定し、特定した周波数における不要波を抑圧する可変インダクタ223のインダクタンスと可変キャパシタ224のキャパシタンスに設定するコントロール信号であるコントロール電圧を複数の送電用コイル1それぞれに対応する可変インダクタ223と可変キャパシタ224それぞれに出力する。
 また、動作状態監視部5であるアンテナとして、実施の形態3に係る電力伝送コイルに近接して設置された無線システムにおけるアンテナ、例えば、室内に電力伝送コイルが置かれた場合、その部屋の入口に置かれたRFID(Radio Frequency Identification)を用いる入退室管理システムにおけるアンテナを利用しても良い。
 すなわち、入退室管理システムにおけるアンテナによる受信信号を状態監視信号として制御部4が受け、制御部4はアンテナによる受信信号から抑圧を必要とする周波数を特定する。例えば、入退室管理システムにおけるアンテナにおいて入退室管理システムにとっての妨害波を受信すると、制御部4は、当該アンテナが受信した妨害波を、入退室管理システムにおけるアンテナが受信した電磁界強度から抑圧すべき状態監視信号として当該妨害波に対する周波数を特定する。
 制御部4は、特定した周波数における不要波を抑圧する可変インダクタ223のインダクタンスと可変キャパシタ224のキャパシタンスに設定するコントロール信号であるコントロール電圧を可変インダクタ223と可変キャパシタ224それぞれに出力する。
 また、入退室管理システムにおいて使用される周波数は特定されているので、制御部4は、アンテナによる受信信号の電磁界強度によって入退室管理システムにとっての妨害波の周波数を特定するのではなく、アンテナによる受信信号に含まれる入退室管理システムにおいて使用される周波数以外の周波数を入退室管理システムにとっての妨害波の周波数として特定するものであってもよい。
 近接して設置された無線システムにおける「近接」とは、実施の形態3に係る電力伝送コイルにおける送電用コイル1から放射される電磁波、特に不要波が到達する距離である。
 なお、実施の形態3に係る電力伝送コイルは、送電用コイル1が形成する電磁界の基本波周波数は変更されず、送電コイル及び受電コイルの動作状態において不要波の周波数成分が変化する場合について、可変インダクタ223のインダクタンスと可変キャパシタ224のキャパシタンスを変更するものとしたが、送電コイル及び受電コイルの動作状態として送電用コイル1が形成する電磁界の基本波周波数、つまり、送電用コイル1に接続される送電回路3が送信する高周波信号の基本波周波数が動的に変更された場合に可変インダクタ223のインダクタンスと可変キャパシタ224のキャパシタンスを変更するものでも良い。
 この場合、動作状態監視部5は送電回路3が送信する高周波信号の基本波周波数、言い換えれば、送電用コイル1に入力される基本波周波数を監視し、基本波周波数に応じた状態監視信号を制御部4に出力する。
 制御部4は、抑圧する周波数は変更せず、動作状態監視部5からの状態監視信号により、送電回路3が送信する高周波信号の基本波周波数fの角周波数ωに応じて、上式(5)の条件を満足する可変インダクタ223のインダクタンスと可変キャパシタ224のキャパシタンスを制御する。
 送電用コイル1が形成する電磁界の基本波周波数が動的に変更された場合に、動的に変更された基本波周波数に追随して上式(5)の条件を満足する可変インダクタ223のインダクタンスと可変キャパシタ224のキャパシタンスに変更されるため、変更された基本波周波数の電力に対して電力伝送効率の劣化を抑制することができる。
 以上に述べたように、実施の形態3に係る電力伝送コイルは、実施の形態1に係る電力伝送コイルと同様の効果を有する。
 さらに、共振回路を構成する並列接続されたインダクタとキャパシタを、可変インダクタ223と可変キャパシタ224にしたので、電力伝送用コイルの動作状態に応じて、可変インダクタ223のインダクタンスと可変キャパシタ224のキャパシタンスを変更でき、不要波に対する高い抑圧効果が得られる、又は送電用コイル1から受電用コイルへ伝送される電力の基本波周波数に対して電力伝送効率の劣化を抑制できる。
 例えば、送電コイル及び受電コイルの動作状態において不要波の周波数成分が変化する場合に、可変インダクタ223のインダクタンスと可変キャパシタ224のキャパシタンスを変更するものとしたので、送電用コイル1が形成する電磁界の基本波周波数、つまり、伝送される電力の基本波周波数における電力伝送効率の劣化を抑制した上で各動作状態において放射妨害波に対して最大の抑圧効果を得ることができる。
 また、送電コイル及び受電コイルの動作状態において送電用コイル1が形成する電磁界の基本波周波数、つまり、伝送される電力の基本波周波数が変更された場合に可変インダクタ223のインダクタンスと可変キャパシタ224のキャパシタンスを変更するものとしたので、変更された基本波周波数の電力に対して電力伝送効率の劣化を抑制することができる。
実施の形態4.
 実施の形態4に係る電力伝送コイルを、図10を用いて説明する。
 実施の形態4に係る電力伝送コイルは、実施の形態3に係る電力伝送コイルが、動作状態監視部5からの状態監視信号に対して制御部4が抑圧を必要とする周波数を特定し、特定した周波数に対して一義的に可変インダクタ223のインダクタンスと可変キャパシタ224のキャパシタンスを変化させるコントロール信号を可変インダクタ223と可変キャパシタ224それぞれに出力するものであるのに対して、動作状態監視部5からの状態監視信号に対して制御部4は可変インダクタ223のインダクタンスと可変キャパシタ224のキャパシタンスを上式(5)の条件を満足する範囲内で動的に変化させ、可変インダクタ223のインダクタンスと可変キャパシタ224のキャパシタンスを設定し、記憶部6を備えた点が相違し、その他の点については同じである。
 図10中、図9に付された符号と同一符号は同一又は相当部分を示す。
 制御部4は、動作状態監視部5であるアンテナからの電磁界強度を示す状態監視信号を受け、状態監視信号が示す電磁界強度が設定した閾値を超えていると、可変インダクタ223のインダクタンスと可変キャパシタ224のキャパシタンスを上式(5)の条件を満足する範囲内で動作状態監視部5から状態監視信号が示す電磁界強度が設定した閾値以下になるまで、動的に変化させる。
 すなわち、制御部4は、可変インダクタ223のインダクタンスと可変キャパシタ224のキャパシタンスを変化させている時も動作状態監視部5からの電磁界強度を示す状態監視信号を監視し、動作状態監視部5からの状態監視信号が示す電磁界強度が設定した閾値以下になるまで、可変インダクタ223のインダクタンスと可変キャパシタ224のキャパシタンスを変化させるコントロール信号を可変インダクタ223と可変キャパシタ224それぞれに出力する。
 制御部4は、動作状態監視部5からの状態監視信号が示す電磁界強度が設定した閾値以下になると、可変インダクタ223のインダクタンスと可変キャパシタ224のキャパシタンスの変化を停止し、その時の設定値を動作状態監視部5からの状態監視信号が示す電磁界強度の情報ともに記憶部に記憶させる。
 以上に述べたように、実施の形態4に係る電力伝送コイルは、実施の形態3に係る電力伝送コイルと同様の効果を有する。
 さらに、制御部4が動作状態監視部5であるアンテナからの状態監視信号が示す電磁界強度を常時監視し、電磁界強度が閾値以下になった時の可変インダクタ223のインダクタンスと可変キャパシタ224のキャパシタンスを設定値としているため、不要波に対する抑圧効果を適切に制御できる。
 実施の形態5.
 実施の形態5に係る電力伝送コイルを、図11を用いて説明する。
 実施の形態5に係る電力伝送コイルは、実施の形態1に係る電力伝送コイルに対して、ループ導体に2つのスリットを設け、各スリットに、スリットにおける両方の開放端間に接続される並列接続されたインダクタとキャパシタからなる並列共振回路を配置した点が相違し、その他の点については同じである。
 図11中、図1に付された符号と同一符号は同一又は相当部分を示す。
 ループ導体210は2つのスリット211及びスリット212を有する。
 ループ導体210は同一形状の2つの導体210Aと導体210Bから構成される。
 2つの導体210Aと導体210Bは四角形になるように配置され、導体210Aの開放端と導体210Bの開放端同士が対向してスリット211及びスリット212を形成する。
 2つの導体210Aと導体210Bにより構成されるループ導体210は、実施の形態1におけるループ導体21に対して、スリット211に対向した位置にさらにスリット212が形成されている以外は同じである。
 また、並列接続されたインダクタ221とキャパシタ222により構成される並列共振回路22は、実施の形態1における並列共振回路22と同様に、ループ導体210の第1のスリット211における両方の開放端間に電気的に接続される。
 同様に、ループ導体210の第2のスリット212における両方の開放端間に、並列接続されたインダクタ231とキャパシタ232により構成される第2の並列共振回路23が電気的に接続される。
 従って、シールド導体2は、ループ導体210と、並列接続されたインダクタ221とキャパシタ222を有する第1の並列共振回路22と、並列接続されたインダクタ231とキャパシタ232を有する第2の並列共振回路23を具備する。
 シールド導体2のインピーダンスZは上式(4)で表され、実施の形態1におけるシールド導体2のインピーダンスZと同じ値に設定され、シールド導体2の特性は実施の形態1におけるシールド導体2の特性と同じに設定される。
 従って、インダクタ221のインダクタンスLとインダクタ231のインダクタンスLは同じ値であり、実施の形態1におけるインダクタ221のインダクタンスLの1/2であり、キャパシタ222のキャパシタンスCとキャパシタ232のキャパシタンスCは同じ値であり、実施の形態1におけるキャパシタ222のキャパシタンスCの2倍である。
 なお、シールド導体2に形成されるスリットは2つに限られるものではなく、3個以上の複数でもよく、各スリットに並列接続されたインダクタとキャパシタを有する共振回路がそれぞれ接続される。
 スリットの数をn個、共振回路の数をn個とした場合、各共振回路のインダクタのインダクタンスは同じ値であり、しかも、実施の形態1におけるインダクタ221のインダクタンスLの1/nであり、各共振回路のキャパシタのキャパシタンスは同じ値であり、しかも、実施の形態1におけるキャパシタ222のキャパシタンスCのn倍である。
 以上に述べたように、実施の形態5に係る電力伝送コイルは、実施の形態1に係る電力伝送コイルと同様の効果を有する。
 さらに、シールド導体2に形成されるスリットの数を複数(n個)、各スリットに接続される共振回路の数を複数(n個)としたので、シールド導体2として小型化が図れ、誘電体基板上への実装が容易である。
 例えば、送電用コイル1が形成する電磁界の基本波周波数が数MHzから数十MHzである場合、並列接続されたインダクタとキャパシタを有する1つの共振回路を基本波周波数で共振させるためには、時に数百nHのインダクタンスが必要となる。
 数百nHの大きなインダクタンスを持つインダクタは一般に大型である。
 これに対して、実施の形態5に係る電力伝送コイルは、複数の共振回路を基本波周波数で共振させるので、各インダクタのインダクタンスは1/nでよく、各インダクタは小型になり、実装性が向上する。
 また別の効果として、共振回路をn個設けることで、シールド導体2に誘導された誘導起電力が各共振回路で分圧されるので、1つの共振回路に印加される電圧は1/nとなる。そのため、各共振回路を構成するキャパシタに求められる耐電圧が低下し、より小型の部品を選定でき、実装性が向上する。
 実施の形態6.
 実施の形態6に係る電力伝送コイルを、図12及び図13を用いて説明する。
 実施の形態6に係る電力伝送コイルは、実施の形態1に係る電力伝送コイルが、ループ導体21におけるスリット211に電気的に接続される共振回路22を並列接続されたインダクタ221とキャパシタ222による並列共振回路としたのに対して、共振回路22を並列接続されたインダクタ221とキャパシタ222による並列共振回路にさらに直列接続された第2のインダクタ225を有する回路とした点が相違し、その他の点については同じである。
 図12中、図1に付された符号と同一符号は同一又は相当部分を示す。
 シールド導体2は、ループ導体21と、並列接続されたインダクタ221とキャパシタ222による並列共振回路、及び並列共振回路にさらに直列接続された第2のインダクタ225を有する共振回路22を具備する。
 並列共振回路の一端はループ導体21のスリット211の一方の開放端に電気的に接続され、並列共振回路の他端は第2のインダクタ225の一端に電気的に接続される。
 第2のインダクタ225の他端はスリット211の他方の開放端に電気的に接続される。
 シールド導体2のインピーダンスZは次式(9)で現わされる。
 式(9)において、Rはループ導体21のインピーダンスのうちレジスタンス、Lはループ導体21のインピーダンスのうちのインダクタンス、Lはインダクタ221のインダクタンス、Cはキャパシタ222のキャパシタンス、Lは第2のインダクタ225インダクタンスを示す。

Figure JPOXMLDOC01-appb-I000009
 式(9)と実施の形態1におけるシールド導体2のインピーダンスZを現わす式(4)と比較すると、実施の形態6におけるシールド導体2のインピーダンスZは、実施の形態1におけるシールド導体2のインピーダンスZに対してループ導体21のインダクタンスが第2のインダクタ225のインダクタンスL分大きくなったのと同義である。
 すなわち、ループ導体21のインダクタンスLそのものを大きくするには、例えば、ループ導体21の幅を狭くする、巻き数を増やす等が考えられるが、いずれもループ導体21の抵抗成分Rの増加を伴う。
 ループ導体21の抵抗成分Rの増加は不要波の抑圧量の低下をきたす。
 これに対して、実施の形態6においては、ループ導体21の抵抗成分Rの増加を伴わずにループ導体21のインダクタンスを大きくできる。
 つまり、ループ導体21のインダクタンスは(L+L)と見做せる。
 シールド導体2のインピーダンスZの位相とループ導体21の見做しインダクタンス(L+L)の関係について図13を用いて説明する。
 図13において、横軸が送電コイルから受電コイルへ伝送される電力の基本波周波数fにより規格化された値、縦軸がシールド導体2のインピーダンスZの位相を示し、規格値f/fが1は送電用コイル1が形成する電磁界の基本波周波数f、つまり、伝送される電力の基本波周波数f、規格値f/fが2は基本波周波数fの2倍の周波数であり、上式(4)で示すシールド導体2のインピーダンスZの虚部が0になる周波数、すなわちシールド導体2の共振周波数である。
 曲線A5はループ導体21の見做しインダクタンス(L+L)が10nH、曲線A6はループ導体21の見做しインダクタンス(L+L)が100nHの時の周波数に対する位相曲線を示す。
 図13から明らかなように、ループ導体21の見做しインダクタンス(L+L)が大きい方(100nH)が、シールド導体2の共振周波数(f/f=2)において、シールド導体2のインピーダンスZの位相変化が急峻である。
 見做しインダクタンス(L+L)が100nHのものは、シールド導体2の共振周波数の近傍の周波数においても、シールド導体2のインピーダンスZの位相が略±90°である。
 送電用コイル1に流れる電流が形成する磁界とループ導体21に流れる電流が形成する磁界が弱めあう効果は、位相が+90°の条件が最も理想的な条件である。
 すなわち、シールド導体2のインピーダンスZの位相の観点からは、見做しインダクタンス(L+L)は大きい方が不要波を抑圧する効果が大きい。
 ところで、実施の形態1において、図6により説明したように、ループ導体21のインダクタンスLをより小さくする、例えば、100nH(曲線A4)より10nH(曲線A3)にすることにより、基本波周波数f未満まで、基本波周波数fを超えた周波数から基本波周波数fの2倍の周波数未満まで、及び基本波周波数fの2倍を超えた周波数に対してシールド導体2のインピーダンスの絶対値|Z|を大幅に小さくでき、基本波周波数f以外の周波数の不要波における磁界の抑圧効果を大きくできる。
 すなわち、基本波周波数f以外の周波数の不要波における磁界の抑圧効果を大きくするため、シールド導体2のインピーダンスZの位相の観点からするとループ導体21のインダクタンスLを大きくするのがよく、シールド導体2のインピーダンスZの観点からするとループ導体21のインダクタンスLを小さくするのがよく、トレードオフの関係になっている。
 実施の形態6に係る電力伝送コイルにおいて、共振回路22を並列接続されたインダクタ221とキャパシタ222による並列共振回路にさらに直列接続された第2のインダクタ225を有する回路にしたことにより、第2のインダクタ225のインダクタンスLを調整することにより、ループ導体21の見做しインダクタンス(L+L)を調整でき、シールド導体2のインピーダンスZの位相の観点及びシールド導体2のインピーダンスZの観点両者から基本波周波数f以外の周波数の不要波における磁界の抑圧効果が適切に得られる。
 さらに、第2のインダクタ225のインダクタンスLを変更することで、ループ導体21の構造を変えずに容易にインダクタンス(L+L)を変更できるため、設計がしやすい。
 以上に述べたように、実施の形態6に係る電力伝送コイルは、実施の形態1に係る電力伝送コイルと同様の効果を有する。
 さらに、第2のインダクタ225のインダクタンスLを調整することにより、送電用コイル1が形成する電磁界の基本波周波数以外の周波数の不要波における磁界の抑圧効果に対してより適切な抑圧効果が得られる。
 なお、実施の形態2に係る電力伝送コイルにおいて、実施の形態6と同様に、第1のシールド導体2及び第2のシールド導体2Aともに、共振回路を並列接続されたインダクタとキャパシタによる並列共振回路、及び並列共振回路にさらに直列接続された第2のインダクタを有する回路としてもよい。
 また、実施の形態3に係る電力伝送コイル及び実施の形態4に係る電力伝送コイルそれぞれにおいて、実施の形態6と同様に、共振回路を並列接続された可変インダクタと可変キャパシタによる並列共振回路、及び並列共振回路にさらに直列接続された第2のインダクタを有する回路としてもよい。
 さらに、実施の形態5に係る電力伝送コイルにおいて、実施の形態6と同様に、ループ導体の複数のスリットそれぞれに接続された共振回路それぞれを並列接続されたインダクタとキャパシタによる並列共振回路、及び並列共振回路にさらに直列接続された第2のインダクタを有する回路としてもよい。
 本開示は、実施の形態1から実施の形態6に示した電力伝送コイルに限られるものではなく、実施の形態1から実施の形態6に示した技術思想の観点から逸脱することなしに当該技術分野の技術者らが通常の技術知識を持って変更した構成要素の配置及び形状は本開示の範疇である。
 例えば、送電用コイル1及びループ導体21の形状を、実施の形態1から実施の形態6に示した技術思想の観点から逸脱することなく、当該技術分野の技術者らが通常の技術知識を持って変更した形状は本開示の範疇である。
 また、実施の形態1から実施の形態6に示した電力伝送コイルと併せて、送電用コイル1と送電回路3との間に接続される整合回路によって、電力伝送効率の観点からインピーダンス整合を調整するものであってもよい。
 さらに、送電用コイル1に対して複数の送電回路3を組み合わせて、複数の周波数で電力を伝送する送電コイルに、実施の形態1から実施の形態6に示した電力伝送コイルを適用してもよい。
 実施の形態1から実施の形態6に示した電力伝送コイルを誘電体基板上に形成すること、送電回路3とともに同一の誘電体基板上に形成してもよい。
 実施の形態1から実施の形態6に示した電力伝送コイルを誘電体基板上に形成することにより、電力伝送コイルとして低コスト化が図れるとともに、伝送用コイル及びループ導体の寸法の製造精度の改善を図れ、ひいては電力伝送コイルとしての送電コイル及び送電回路、又は電力伝送コイルとしての受電コイル及び受電回路をそれぞれ同一の誘電体基板上に形成することにより、低コスト化が図れるとともにより、精度向上が図れる。
 なお、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
 本開示に係る電力伝送コイルは、携帯電話、ヘッドセット、デジタルカメラ、又はデジタルビデオ等の携帯機器、あるいはワイヤレスセンサに対する磁界結合型電力伝送装置における送電コイル又は受電コイル、あるいは自動搬送ロボットをはじめとする工場設備又は電気自動車などの大型及び大電力を扱うアプリケーションに対する磁界結合型電力伝送装置における送電コイル又は受電コイルに適用できる。
 1 送電用コイル、2 シールド導体、21、210 ループ導体、211、212 スリット、22、23 共振回路、221、223、231 インダクタ、222、224、232 キャパシタ、3 送電回路。4 制御部、5 動作状態監視部、6 記憶部。

Claims (23)

  1.  電力を伝送する電力伝送用コイルと、
     スリットを有するループ導体、及び前記ループ導体のスリットにおける両方の開放端間に接続され、並列接続されたインダクタとキャパシタを有する共振回路を具備し、前記電力伝送用コイルが電力を伝送する時に前記電力伝送用コイルが形成する電磁界が鎖交する位置に配置されるシールド導体と、
     を備える電力伝送コイル。
  2.  前記共振回路による共振周波数は前記電力伝送用コイルが形成する電磁界の基本波周波数である請求項1に記載の電力伝送コイル。
  3.  前記共振回路における並列接続されたインダクタとキャパシタは、前記電力伝送用コイルが形成する電磁界の基本波周波数での角周波数をω、前記並列接続されたインダクタのインダクタンスをL、前記並列接続されたキャパシタのキャパシタンスをCとすると、ωC=1/ωLを満足する請求項1に記載の電力伝送コイル。
  4.  前記共振回路における並列接続されたインダクタとキャパシタにおいて、前記キャパシタのキャパシタンスは前記電力伝送用コイルが形成する電磁界の基本波周波数の2倍の周波数の不要波を抑圧する値に設定され、前記インダクタのインダクタンスは前記キャパシタと前記電力伝送用コイルが形成する電磁界の基本波周波数で共振する値に設定された請求項1に記載の電力伝送コイル。
  5.  前記共振回路における並列接続されたインダクタとキャパシタにおいて、前記インダクタのインダクタンスと前記キャパシタのキャパシタンスは、前記シールド導体のインピーダンスの絶対値が、前記電力伝送用コイルが形成する電磁界の基本波周波数において無限大、前記基本波周波数の2倍の周波数において前記ループ導体のインピーダンスのうちレジスタンスとなる値に設定された請求項1に記載の電力伝送コイル。
  6.  前記共振回路における並列接続されたインダクタとキャパシタにおいて、前記インダクタのインダクタンスLと前記キャパシタのキャパシタンスCは、f=1/2π√(LC)及びL<3×Lを満足する値に設定される請求項1に記載の電力伝送コイル。
     但し、fは前記電力伝送用コイルが形成する電磁界の基本波周波数、Lは前記ループ導体のインダクタンスである。
  7.  前記電力伝送用コイルが形成する電磁界の基本波周波数に対する不要波の周波数において、前記シールド導体のインピーダンスが誘導性となり、前記ループ導体に前記電力伝送用コイルに流れる不要波による電流と逆位相の電流が誘起される請求項1に記載の電力伝送コイル。
  8.  前記共振回路におけるインダクタのインダクタンスは、前記ループ導体のインダクタンスの3倍未満の値である請求項1に記載の電力伝送コイル。
  9.  前記電力伝送用コイルが送電用コイルであり、前記電力伝送用コイルが形成する電磁界の基本波周波数が、送電用コイルが形成する電磁界の基本波周波数であり、送電用コイルに接続される送電回路が送信する高周波信号の基本波周波数である請求項2から請求項7のいずれか1項に記載の電力伝送コイル。
  10.  前記電力伝送用コイルが受電用コイルであり、前記電力伝送用コイルが形成する電磁界の基本波周波数が、電磁誘導により受電して受電用コイルに形成された電磁界の基本波周波数であり、受電用コイルに接続される受電回路が受信する高周波信号の基本波周波数である請求項2から請求項7のいずれか1項に記載の電力伝送コイル。
  11.  前記共振回路は、前記並列接続されたインダクタとキャパシタによる並列共振回路である請求項1から請求項8のいずれか1項に記載の電力伝送コイル。
  12.  前記共振回路は、前記並列接続されたインダクタとキャパシタによる並列共振回路に直列接続された第2のインダクタを有する回路である請求項1から請求項8のいずれか1項に記載の電力伝送コイル。
  13.  前記ループ導体の太さが前記電力伝送用コイルの太さより太い請求項1から請求項8のいずれか1項に記載の電力伝送コイル。
  14.  前記ループ導体は複数のスリットを有し、前記複数のスリットそれぞれに、当該スリットにおける両方の開放端間に並列接続されたインダクタとキャパシタを有する共振回路が接続される請求項1から請求項8のいずれか1項に記載の電力伝送コイル。
  15.  スリットを有するループ導体、及び前記ループ導体のスリットにおける両方の開放端間に接続され、インダクタとキャパシタを有する共振回路を具備し、前記シールド導体におけるインピーダンスの周波数特性と異なる第2のシールド導体を備え、
     前記第2のシールド導体は前記電力伝送用コイルが電力を伝送する時に前記電力伝送用コイルが形成する磁界が鎖交する位置に配置される請求項1から請求項8のいずれか1項に記載の電力伝送コイル。
  16.  前記電力伝送用コイルと前記シールド導体は誘電体基板上に配置された請求項1から請求項8のいずれか1項に記載の電力伝送コイル。
  17.  前記シールド導体における前記並列接続されたインダクタとキャパシタは、それぞれ可変インダクタ及び可変キャパシタである請求項1から請求項8のいずれか1項に記載の電力伝送コイル。
  18.  前記可変インダクタのインダクタンスを変化させるコントロール信号と前記可変キャパシタのキャパシタンスを変化させるコントロール信号それぞれを前記可変インダクタと前記可変キャパシタそれぞれに出力する制御部を備える請求項17に記載の電力伝送コイル。
  19.  前記電力伝送コイルの動作状態を監視し、状態監視信号を前記制御部に出力する動作状態監視部を備え、
     前記制御部からのコントロール信号は前記動作状態監視部からの状態監視信号により生成される、
     請求項18に記載の電力伝送コイル。
  20.  前記動作状態監視部は前記電力伝送用コイルから放射される電磁波による電磁界強度を検出するアンテナであり、
     前記動作状態監視部が出力する状態監視信号は前記アンテナからの電磁界強度を示す状態監視信号であり、
     前記制御部は、前記動作状態監視部からの状態監視信号が示す電磁界強度から抑圧を必要とする周波数を特定し、
     前記制御部が生成するコントロール信号は、前記特定した周波数における不要波を抑圧する前記可変インダクタのインダクタンスと前記可変キャパシタのキャパシタンスを設定する信号である、
     請求項19に記載の電力伝送コイル。
  21.  前記動作状態監視部は前記電力伝送用コイルから放射される電磁波による電磁界強度を検出するアンテナであり、
     前記動作状態監視部が出力する状態監視信号は前記アンテナからの電磁界強度を示す状態監視信号であり、
     前記制御部が生成するコントロール信号は、不要波を抑圧するための前記可変インダクタのインダクタンスと前記可変キャパシタのキャパシタンスを設定するための信号であり、
     前記制御部が設定した前記可変インダクタのインダクタンスの設定値と前記可変キャパシタのキャパシタンスの設定値を前記動作状態監視部からの状態監視信号が示す電磁界強度の情報とともに記憶する記憶部を備える、
     請求項19に記載の電力伝送コイル。
  22.  前記動作状態監視部は前記電力伝送用コイルに入力される周波数を監視し、
     前記動作状態監視部からの状態監視信号は前記電力伝送用コイルに入力される周波数を示し、
     前記制御部が生成するコントロール信号は、前記動作状態監視部からの状態監視信号が示す周波数に応じた、前記可変インダクタのインダクタンスと前記可変キャパシタのキャパシタンスを設定する信号である、
     請求項19に記載の電力伝送コイル。
  23.  前記制御部は、近接して設置された無線システムにおけるアンテナによる受信信号を受け、当該受信信号から抑圧を必要とする周波数を特定し、
     前記制御部が生成するコントロール信号は、前記特定した周波数における不要波を抑圧する前記可変インダクタのインダクタンスと前記可変キャパシタのキャパシタンスを設定する信号である、
     請求項18に記載の電力伝送コイル。
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