JP5741706B2 - Converter transformer, transformer module and wireless power transmission system - Google Patents
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Description
本発明は、一次巻線および二次巻線が巻回された開磁型のコアを有するコンバータトランス、トランスモジュールおよびワイヤレス電力伝送システムに関する。 The present invention relates to a converter transformer, a transformer module, and a wireless power transmission system having an open magnetic core around which a primary winding and a secondary winding are wound.
近年、携帯電話機またはモバイルPCなどの電子機器を充電する際、電子機器に充電用のケーブルを接続するといった煩わしさを無くすために、充電装置に電子機器を設置するだけで充電できるワイヤレス電力伝送が提案されている。このワイヤレス電力伝送では、送電装置側と受電装置側との結合部の電圧を高くするためトランスが用いられ、このトランスで発生するノイズなどを抑制して、効率よく電力伝送を行う必要がある。このため、電源回路で用いられるトランスの一次コイルと二次コイルの間に金属製の静電シールドを設け、トランスで発生するノイズを抑制する技術が知られている(例えば、特許文献1参照)。 In recent years, when charging an electronic device such as a mobile phone or a mobile PC, wireless power transmission that can be charged only by installing the electronic device in the charging device has been performed in order to eliminate the trouble of connecting a charging cable to the electronic device. Proposed. In this wireless power transmission, a transformer is used to increase the voltage at the coupling portion between the power transmitting device side and the power receiving device side, and it is necessary to efficiently transmit power while suppressing noise generated in the transformer. For this reason, a technique is known in which a metal electrostatic shield is provided between a primary coil and a secondary coil of a transformer used in a power supply circuit to suppress noise generated in the transformer (see, for example, Patent Document 1). .
ところで、近年の携帯電話機などは小型化が進んでおり、そのために、電子機器に搭載する電源回路などを小型化することが望まれている。しかしながら、閉磁路構造のトランスを用いた特許文献1ではコアサイズの小型化が難しく、結果として、トランスが大きくなるといった問題がある。そこで、開磁路構造のトランスを用いることが考えられるが、開磁路構造のトランスを静電シールドで覆った場合、トランスから漏れた磁束によって、静電シールドにはトランスの磁束を打ち消す方向に働く渦電流が発生する。その結果、インダクタンスが減少し、トランスのQ値が低下するため、効率のよい電力伝送が行えないといった問題が発生する。
By the way, recent cellular phones and the like have been reduced in size, and therefore, it is desired to reduce the size of power supply circuits and the like mounted on electronic devices. However, in
そこで、本発明の目的は、Q値の低下を抑制し、静電遮蔽し、さらに、小型化を実現できるコンバータトランス、トランスモジュールおよびワイヤレス電力伝送システムを提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a converter transformer, a transformer module, and a wireless power transmission system that can suppress a decrease in Q value, electrostatically shield, and further realize downsizing.
本発明に係るコンバータトランスは、開磁路を形成する磁性体コアと、前記磁性体コアに巻回された巻線と、前記巻線が巻回された前記磁性体コアを覆う静電シールドと、を備え、前記静電シールドには一または複数の切欠き部が形成されていることを特徴とする。 A converter transformer according to the present invention includes a magnetic core that forms an open magnetic path, a winding wound around the magnetic core, and an electrostatic shield that covers the magnetic core around which the winding is wound. The electrostatic shield is characterized in that one or more notches are formed.
この構成では、開磁路型の磁性体コアを用いることでトランスの小型化を実現できる。また、漏れ磁束によって静電シールドに生じる渦電流は、静電シールドに切欠き部が形成されていない場合との対比において、流れにくくなる。この結果、渦電流によって発生する磁束によりトランスの磁束が打ち消されてトランスのQ値が低下するといった問題を防止できる。 In this configuration, the transformer can be miniaturized by using an open magnetic path type magnetic core. Further, the eddy current generated in the electrostatic shield due to the leakage magnetic flux is less likely to flow in comparison with the case where the notch portion is not formed in the electrostatic shield. As a result, it is possible to prevent a problem that the transformer magnetic flux is canceled by the magnetic flux generated by the eddy current and the transformer Q value is lowered.
本発明に係るコンバータトランスにおいて、前記巻線は、隣接して巻回された一次巻線および二次巻線を有し、前記一次巻線および前記二次巻線の一方は他方より高電圧側である構成が好ましい。 In the converter transformer according to the present invention, the winding has a primary winding and a secondary winding wound adjacently, and one of the primary winding and the secondary winding is on a higher voltage side than the other. The configuration is preferably.
この構成では、一次巻線または二次巻線が高電圧となっても、放射される電界を静電シールドによって遮断できる。 In this configuration, even if the primary winding or the secondary winding has a high voltage, the radiated electric field can be blocked by the electrostatic shield.
本発明に係るコンバータトランスにおいて、前記静電シールドは前記磁性体コアの軸方向に沿った少なくとも三面を有し、前記三面それぞれに切欠き部が形成されている構成が好ましい。 In the converter transformer according to the present invention, it is preferable that the electrostatic shield has at least three surfaces along the axial direction of the magnetic core, and a notch is formed on each of the three surfaces.
この構成では、各面において渦電流を流れにくくでき、これにより、渦電流によって発生する磁束によりトランスの磁束が打ち消されてトランスのQ値が低下するといった問題を防止できる。 With this configuration, it is difficult for eddy currents to flow on each surface, thereby preventing the problem that the transformer magnetic flux is canceled out by the magnetic flux generated by the eddy currents and the transformer Q value is reduced.
本発明に係るコンバータトランスは、前記静電シールドの前記三面と共に前記磁性体コアを覆う一面を有する囲み部をさらに備える構成でもよい。 The converter transformer according to the present invention may further include a surrounding portion having one surface that covers the magnetic core together with the three surfaces of the electrostatic shield.
この構成では、静電シールドとは異なる部材の囲み部を利用して磁性体コアを覆うことで、静電遮蔽をより効率よく行える。 In this configuration, electrostatic shielding can be performed more efficiently by covering the magnetic core using a surrounding portion of a member different from the electrostatic shield.
本発明に係るコンバータトランスにおいて、前記静電シールドおよび前記巻線の間に設けられたフェライト部材をさらに備える構成でもよい。 The converter transformer which concerns on this invention WHEREIN: The structure further provided with the ferrite member provided between the said electrostatic shield and the said coil | winding may be sufficient.
この構成では、漏れ磁束が静電シールドに入射され難くすることができる。また、フェライト部材により磁気シールドされるため、トランスのQ値が向上する。 With this configuration, the leakage magnetic flux can be made difficult to enter the electrostatic shield. Further, since the magnetic shield is provided by the ferrite member, the Q value of the transformer is improved.
本発明に係るコンバータトランスにおいて、前記切欠き部は、前記磁性体コアの軸方向の直交方向に延びたスリットである構成が好ましい。 In the converter transformer according to the present invention, it is preferable that the notch is a slit extending in a direction orthogonal to the axial direction of the magnetic core.
この構成では、スリットにすることで、簡単な構成で渦電流を流れにくくすることができる。 In this configuration, by using a slit, it is possible to make it difficult to flow eddy current with a simple configuration.
本発明に係るコンバータトランスにおいて、前記スリットは、前記三面の各面それぞれにおいて、周縁部から内側に向かって形成されている構成が好ましい。 In the converter transformer according to the present invention, it is preferable that the slit is formed inward from the peripheral edge portion on each of the three surfaces.
この構成では、静電シールドに閉じられていないスリットを形成することで、静電シールドに渦電流が流れ難くすることができる。 In this configuration, it is possible to make it difficult for eddy currents to flow through the electrostatic shield by forming a slit that is not closed in the electrostatic shield.
本発明に係るコンバータトランスにおいて、前記磁性体コアの軸方向に沿って複数の前記スリットが形成されており、前記軸方向における前記スリットの幅は、隣接するスリット間の距離より短い構成が好ましい。 In the converter transformer according to the present invention, it is preferable that a plurality of the slits are formed along the axial direction of the magnetic core, and the width of the slits in the axial direction is shorter than the distance between adjacent slits.
この構成では、スリットが形成された静電シールドの面の面積を十分にとることができるため、静電遮蔽を効果的に行える。 In this configuration, since the area of the surface of the electrostatic shield on which the slit is formed can be sufficient, electrostatic shielding can be effectively performed.
本発明に係るコンバータトランスにおいて、前記静電シールドは二つの櫛歯形部材を有し、前記二つの櫛歯形部材は対向し、それぞれの櫛歯が間に前記スリットを形成するよう互いに入り込んでいる構成でもよい。 In the converter transformer according to the present invention, the electrostatic shield has two comb-shaped members, the two comb-shaped members are opposed to each other, and the respective comb teeth are inserted into each other so as to form the slit therebetween. But you can.
この構成では、二つの部材でスリットを形成するため、スリット幅が調整しやすい。 In this configuration, since the slit is formed by two members, the slit width is easy to adjust.
本発明によれば、コンバータトランスの小型化を実現できると共に、トランスのQ値を低下させることなく、静電シールドによりノイズを遮蔽してEMC(Electro-Magnetic Compatibility)対策を行うことができる。 According to the present invention, it is possible to reduce the size of the converter transformer, and to take EMC (Electro-Magnetic Compatibility) measures by shielding noise with an electrostatic shield without reducing the Q value of the transformer.
(実施形態1)
以下に、本発明に係る実施形態1について説明する。本実施形態では、本発明に係るコンバータトランスを用いたトランスモジュールについて説明する。図1は本実施形態に係るトランスモジュールの側面図、図1Bは上面図、図1Cは正面図である。図2は、図1A、図1Bおよび図1Cに示すトランスモジュールのトランスを示す図である。図3は、図1A、図1Bおよび図1Cに示す静電シールドの分解斜視図である。(Embodiment 1)
本実施形態に係るトランスモジュール10は、トランス20および静電シールド30を備えており、実装基板40の実装面に実装されている。実装基板40は、例えば、トランスモジュール10を備える機器のマザーボードなどである。実装基板40の実装面には、グランド電極パターン40Gが設けられている。このグランド電極パターン40G上に、後述のトランス20および静電シールド30が設けられる。
The
トランス20はコイルボビン21を備えている。コイルボビン21は、例えば、耐電圧特性に優れた絶縁樹脂により形成されている。このコイルボビン21は、ストレート状に開口する内筒(不図示)を有している。コイルボビン21の内筒には、両端が開放端となるI字形状である開磁路型のコア22が、その両端部がコイルボビン21の内筒から突出するように挿入されている。さらに、コイルボビン21には、一次巻線L1と二次巻線L2とが巻軸を同じにして巻回されている。本実施形態では、一次巻線L1は高電圧入力側、二次巻線L2は低電圧出力側とする。
The
静電シールド30は、金属製部材であって、平行な二側面と、二側面に垂直な上面との三平面から構成されている。静電シールド30の構成は適宜変更可能であるが、本実施形態では、図3に示すように、二平面がL字状に垂直に設けられた第1金属部材31と、板状の第2金属部材32との二つの部材から構成されている。静電シールド30は、第1金属部材31の一平面が実装基板40の実装面に垂直となるよう第1金属部材31を設け、その一平面に平行で、かつ、実装基板40の実装面に垂直となるよう第2金属部材32が設けられている。これによりコア22の軸方向が開口するように各平面がコア22の軸方向に沿って、静電シールド30がトランス20に被せられた状態となる。そして、トランス20は、静電シールド30と実装基板40のグランド電極パターン40Gとにより覆われた状態となる。
The
なお、第1金属部材31は、例えばネジ穴31Aを有しており、このネジ穴31Aにネジ(不図示)を挿入して、実装基板40に固定される。また、第2金属部材32は、実装基板40に実装された他の部材(不図示)、またはトランスモジュール10の筐体などに固定される。そして、第1金属部材31、第2金属部材32およびグランド電極パターン40Gは同電位となる。
The
トランス20を覆う静電シールド30は、トランス20から発生する電界の外部への放射を遮断している。なお、グランド電極パターン40Gは静電シールド30と同様に、静電シールド材として作用している。静電シールド30がトランス20から発生する電界を遮蔽することで、EMC対策がなされている。EMC対策がなされていない場合、外部の電子機器などがノイズと干渉して正常に動作しなくなるおそれがある。以下に、静電シールド30によるEMC対策の有無の相違について説明する。
An
図4は、トランス20を静電シールド30で覆っていない状態のノイズの電圧波形を示す図である。図5は、トランス20を静電シールド30で覆った状態のノイズの電圧波形を示す図である。図4および図5に示す太線はEMC規格値を示している。また、図4および図5の横軸は周波数軸であり、縦軸はノイズの電圧軸を示す。
FIG. 4 is a diagram illustrating a voltage waveform of noise in a state where the
静電シールド30でトランス20を覆わない場合、図4に示すように、トランス20の駆動周波数とする約230kHzでは、EMC規格値、約62dBμVを上回っている(図中点線矢印)。一方、トランス20を静電シールド30で覆った場合、図5に示すように、図4での同じ周波数では、EMC規格値、約62dBμVを下回っている(図中点線矢印)。このように、静電シールド30でトランス20を覆うことで、十分なEMC対策を行うことができる。
When the
図3の説明に戻り、静電シールド30の第1金属部材31には、二面に亘って、コア22の軸方向に直交する方向に延びたスリット33が複数形成されている。また、第2金属部材32には、実装基板40の実装面の法線方向に沿ったスリット34が複数形成されていて、第2金属部材32は櫛歯状となっている。スリット33は、第2金属部材32側となる第1金属部材31の周縁部から反対側の周縁部に向かって形成されている。また、スリット34は、第1金属部材31側となる第2金属部材32の周縁部から反対側の周縁部に向かって形成されている。換言すれば、スリット33,34は、閉じられていないスリットとなる。静電シールド30の三面を構成する金属部材の、特に周縁部に沿って渦電流が流れようとするが、スリット33,34により静電シールド30の三面それぞれは周縁部の一部が切欠きされているため、この渦電流は流れ難くなる。
Returning to the description of FIG. 3, the
なお、静電シールド30は、一つの金属部材を湾曲状にして、トランス20を覆う構成としてもよい。また、グランド電極パターン40Gの形状は、閉じられていないスリットを設けた形状としてもよい。
The
以下に、静電シールド30の各平面に生じる渦電流と、各平面に設けられたスリット33,34との関係について説明する。
Below, the relationship between the eddy current generated in each plane of the
トランス20の一次巻線L1および二次巻線L2に電流が流れ、磁束が形成されるが、形成された磁束からの漏れ磁束が静電シールド30の平面に入射すると、その平面には、トランス20の磁束を打ち消す方向に働く渦電流が発生する。静電シールド30にスリット33,34が形成されていないと、渦電流が大きくなり、その結果、渦電流の発生によるエネルギー損失が大きくなる。このため、静電シールド30の各平面にスリット33,34を形成することで、平面の外周に沿って流れようとする渦電流を抑制することができ、その結果、渦電流の発生によるトランス20のエネルギー損失が軽減し、トランス20のQ値が向上する。
A current flows through the primary winding L1 and the secondary winding L2 of the
このスリット33,34によるトランス20の損失の低減率は、スリット33,34の幅によって決まる。図6は、スリット33,34の幅を変化させた場合のトランス20の損失の変移を示す図である。図6の横軸はL/S値であり、縦軸は損失を任意単位に変換した値である。ここで、図1Aで示すように、Sはスリット幅、Lは隣接するスリット間の距離(隣接するスリット間の櫛歯の幅)であり、L/S値とは、距離Lと幅Sとの値を示す。例えば、L/S値が(2/2)の場合、スリット幅が2mm、スリット間の距離が2mmであることを示す。静電シールド30の磁性体コアの長さは一定であるので、L/S値が小さくなるに従い櫛歯の本数は多くなる。図6では、L/S値と櫛歯の本数を併記している。
The reduction rate of the loss of the
図6に示すグラフ上の各点は、L/S値を、(2/2)、(3/3)、(5/5)、(10/10)、(17/17)、(50/50)とした場合の損失を示している。この図6では、L/S値が(50/50)の場合の損失を基準としている。図示したように、L/S値を小さくするに伴い、すなわち、櫛歯の本数が増加するのに伴い、トランス20の損失が小さくなっていることがわかる。具体的には、L/S値が(2/2)の場合、L/S値が(50/50)の場合よりも約94%損失が低減している。
Each point on the graph shown in FIG. 6 indicates the L / S value as (2/2), (3/3), (5/5), (10/10), (17/17), (50 / 50) shows the loss. In FIG. 6, the loss when the L / S value is (50/50) is used as a reference. As shown in the figure, it can be seen that the loss of the
なお、図6では、幅Sと距離Lとを同じにした場合を示しているが、静電シールド性の観点からは、トランス20から放射される電界をより遮断するためには、距離Lは幅Sよりも長い(太い)ことがより好ましい。
6 shows the case where the width S and the distance L are the same, but from the viewpoint of electrostatic shielding properties, in order to further block the electric field radiated from the
なお、静電シールド30への漏れ磁束の入射を防ぐために、トランス20と静電シールド30との間にフェライト材を介在させることがより好ましい。図7はフェライト材を備えたトランスモジュール10の正面図である。図7は図1Cに相当する図面である。図7では、静電シールド30の第1金属部材31および第2金属部材32の内側に板状のフェライト材45が貼り付けられている。トランス20は、このフェライト材45により、上面および側面が覆われた状態となる。フェライト材45を設けることで、トランス20の漏れ磁束が静電シールド30へ入射されることを防ぎ、静電シールド30に渦電流をより発生し難くできる。また、フェライト材45が磁気シールドとして作用するため、トランス20のQ値が向上する。
In order to prevent leakage magnetic flux from entering the
図8は、スリット33,34を静電シールド30に形成したことによるQ値の変移を示す図である。図8では、縦軸に各パターンにおけるQ値を示している。横軸に示す(1)は、トランス20を静電シールド30で覆っていない場合である。(2)は、トランス20を、スリットが形成されていない静電シールド30で覆った場合である。(3)、(4)、(5)は、L/S値がそれぞれ(2/2)、(1/1.5)、(1/2)としたスリット33,34を形成した静電シールド30でトランス20を覆った場合である。(6)は(3)にフェライト材45を設けた場合である。
FIG. 8 is a diagram illustrating a change in the Q value due to the
(1)では、最も高いQ値を得ることができる。しかしながら、この場合、上述したEMC対策が施されていない。一方、(2)では、EMC対策が施されているが、最も低いQ値となっている。静電シールド30にスリットを形成した(3)、(4)、(5)、(6)の場合では、(2)より高いQ値が得られる。また、EMCを許容範囲内に収めることができる。さらに、フェライト材45を設けた(6)の場合には、(3)、(4)、(5)よりさらに高いQ値が得られる。
In (1), the highest Q value can be obtained. However, in this case, the EMC countermeasure described above is not taken. On the other hand, in (2), EMC measures are taken, but the lowest Q value is obtained. In the case of (3), (4), (5), (6) in which slits are formed in the
なお、本実施形態では、静電シールド30は、図3に示すように、静電シールド30の三面にスリット33,34を形成しているが、一面または二面にスリットを形成する構成であってもよい。また、静電シールド30は、実装基板40のグランド電極パターン40Gと共にトランス20を覆っているが、静電シールド30が四面を有し、その四面でトランス20を覆うような構成としてもよい。
In the present embodiment, as shown in FIG. 3, the
図9、図10および図11は、静電シールドの他の構成を示す斜視図である。図9に示す静電シールド50は、垂直な二面を有する第1金属部材51と第2金属部材52とを備えている。第1金属部材51および第2金属部材52の各面には、閉じられていないスリット53,54が複数形成されており、各面は櫛歯状となっている。そして、トランス20の外周を囲うようにして、第1金属部材51と第2金属部材52とが設けられる。この構成の静電シールド50でも、渦電流を抑制することができる。この結果、トランス20のQ値の低下を防止できる。
9, 10 and 11 are perspective views showing other configurations of the electrostatic shield. An
図10に示す静電シールド60は、垂直な二面を有する第1金属部材61と、第2金属部材62と、第3金属部材63と、第4金属部材64とを備えている。各面には、図9の静電シールド50と同様に、閉じられていないスリットが形成されており、静電シールド60の各面は櫛歯状となっている。そして、各面の櫛歯が、隣接する面の櫛歯とスリットを設けて噛み合うように、第1金属部材61と、第2金属部材62と、第3金属部材63と、第4金属部材64とが組み合わせられて構成されている。図10では、二つの金属部材で一面のスリットが形成するようにしているため、スリット幅の調整が容易となる。
The
また、図11に示す静電シールド70は、ミアンダ状の一の金属部材が二面を形成するように折り曲げて構成されている。この構成であっても、トランスの外周に沿った各面にスリットが形成されることとなり、渦電流を流れ難くできる。
Further, the
以上のように、主に平面の周縁部に沿って流れる渦電流を流れにくくする構成(形状)であれば、適宜変更可能である。また、静電シールド30に形成するスリットの数、またはスリット幅なども、トランスモジュール10の大きさによって適宜変更される。
As described above, any configuration (shape) that makes it difficult to flow eddy current mainly flowing along the peripheral edge of the plane can be changed as appropriate. Further, the number of slits formed in the
(実施形態2)
以下に、本発明に係る実施形態2について説明する。本実施形態では、実施形態1で説明したトランスモジュール10を用いたワイヤレス電力伝送システムについて説明する。(Embodiment 2)
本実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムは、送電装置と受電装置とで構成されている。受電装置は二次電池を備えた、例えば携帯電子機器である。携帯電子機器としては携帯電話機、PDA(Personal Digital Assistant)、携帯音楽プレーヤ、ノート型PC(Personal Computer)、デジタルカメラなどが挙げられる。送電装置は受電装置が載置され、この受電装置の二次電池を充電するための充電台である。 The wireless power transmission system according to the present embodiment includes a power transmission device and a power reception device. The power receiving device is, for example, a portable electronic device including a secondary battery. Examples of the portable electronic device include a mobile phone, a PDA (Personal Digital Assistant), a portable music player, a notebook PC (Personal Computer), and a digital camera. The power transmission device is a charging stand on which the power reception device is mounted and charges a secondary battery of the power reception device.
図12は送電装置と受電装置との透視斜視図である。受電装置200は、内部に二次電池(図示せず)を有する略直方体状の筐体201を備えている。筐体201において、面積の最も広い二つの対向面の一方を前面、他方を背面とする。筐体201には、前面に沿って静電容量式入力式のタッチパネル202が設けられている。
FIG. 12 is a perspective view of the power transmission device and the power reception device. The
筐体201には、背面に沿ってアクティブ電極203が設けられている。アクティブ電極203は、長方形状であって、長手方向が筐体201の背面の長手方向と一致するように設けられている。アクティブ電極203は、受電装置200を送電装置100に載置した場合に、送電装置100に設けられた後述のアクティブ電極103と空隙を介して対向するようになっている。
The
筐体201には、底面に沿ってパッシブ電極204が設けられている。筐体201の底面は、長方形状で、その長辺が前面及び背面の短辺と一致する面である。パッシブ電極204は、長方形状であって、長手方向が筐体201の底面の長手方向と一致するように設けられている。パッシブ電極204は、受電装置200を送電装置100に配置した場合に、送電装置100に設けられた後述のパッシブ電極104と空隙を介して対向し、または直接導通するようになっている。
The
送電装置100は、設置面に対して略水平となる載置面101Aと、載置面101Aに対して略垂直となり、互いに平行に対向する背もたれ面101B及び前面101Cとを有している。載置面101A、背もたれ面101B及び前面101Cは、それぞれ長方形状である。載置面101Aの長辺と背もたれ面101Bの短辺とが一致し、また、載置面101Aの長辺と前面101Cの長辺とが一致している。
The
送電装置100には、受電装置200の底面が載置面101A側となり、受電装置200の背面が背もたれ面101B側となるように、受電装置200が載置される。送電装置100は、載置面101Aに沿って設けられたパッシブ電極104を備えている。パッシブ電極104は、長方形状であって、長手方向が載置面101Aの長手方向と一致するよう設けられている。送電装置100に受電装置200が載置された場合、送電装置100側のパッシブ電極104と、受電装置200側のパッシブ電極204とが空隙を介して対向し、または直接導通するようになっている。
The
送電装置100は、背もたれ面101Bに沿って設けられたアクティブ電極103を備えている。アクティブ電極103は、長方形状であって、長手方向が送電装置100の高さ方向と一致するよう設けられている。送電装置100に受電装置200が載置された場合、送電装置100側のアクティブ電極103と、受電装置200側のアクティブ電極203とが対向するようになっている。
The
本実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムにおいて、送電装置100に受電装置200を載置した場合、パッシブ電極104,204が対向(又は直接導通)し、アクティブ電極103,203が対向する。そして、送電装置100のアクティブ電極103とパッシブ電極104との間に電圧が印加されると、対向配置となったアクティブ電極103,203間に電界が生じ、この電界を介して電力が送電装置100から受電装置200へ伝送される。これにより、受電装置200の負荷回路RLに給電され、整流されて、二次電池が充電される。
In the wireless power transmission system according to the present embodiment, when the
以下、ワイヤレス電力伝送システムの回路構成について説明する。図13は、受電装置200を送電装置100に載置した場合のワイヤレス電力伝送システムのパッシブ電極間が容量結合したときの等価回路の概略図である。
Hereinafter, a circuit configuration of the wireless power transmission system will be described. FIG. 13 is a schematic diagram of an equivalent circuit when the passive electrodes of the wireless power transmission system when the
送電装置100は、ACアダプタ106及び電圧発生回路107を備えている。ACアダプタ106は、100V〜230Vの交流電圧を、5V、12V等の直流電圧に変換して電圧発生回路107へ出力する。電圧発生回路107は、インバータ108、昇圧トランスTG及びインダクタLGにより構成され、ACアダプタ106から入力された電圧を交流変換及び昇圧して、アクティブ電極103及びパッシブ電極104の間に印加する。印加される電圧の周波数は100kHz乃至10MHzである。この昇圧トランスTGに、実施形態1で説明したトランスモジュール10が用いられる。
The
受電装置200のアクティブ電極203とパッシブ電極204との間には、降圧トランスTL及びインダクタLLによる降圧回路205が接続されている。降圧トランスTLの二次側には負荷回路RLが接続されている。この負荷回路RLは、図示しない整流平滑回路及び二次電池で構成されている。この降圧トランスTLに、実施形態1で説明したトランスモジュール10が用いられる。
A step-down
このように、昇圧トランスTGおよび降圧トランスTLに、実施形態1のトランスモジュール10を用いることで、ノイズを低減でき、EMC対策を十分に行うことができる。また、受電装置200または送電装置100のトランスで発生したノイズがAC電源ラインに重畳することを防止できる。
Thus, by using the
図14は、受電装置200と送電装置100とのパッシブ電極104,204を直接導通させた場合のワイヤレス電力伝送システムの等価回路の概略図である。
FIG. 14 is a schematic diagram of an equivalent circuit of the wireless power transmission system when the
図14において、送電装置100のパッシブ電極104と受電装置200のパッシブ電極204との間には抵抗rが接続されている。この抵抗rは、パッシブ電極104,204の接触部に構成されている接触抵抗に相当する。パッシブ電極104,204間に抵抗rが接続されている以外は、図13と同様である。
In FIG. 14, a resistor r is connected between the
アクティブ電極103,203間の容量をCm、印加される電圧の周波数をfで表すと、r≪1/(2πfCm)の関係にある。この構成では受電装置200のパッシブ電極204の電位が安定化され、不要電磁界の漏洩が防止される。また、昇圧して電力伝送するため、パッシブ電極104,204を流れる電流は数mAオーダーでよい。従来の接触式充電装置では、数Aオーダーの充電電流がそのまま流れるため接触抵抗による損失が大きいのに対し、本発明では接触抵抗を低く抑える必要がなく各種接触手段が適用できる。
When the capacitance between the
なお、上述したトランスモジュール10などの具体的構成は、適宜設計変更可能であり、上述の実施形態に記載された作用及び効果は、本発明から生じる最も好適な作用及び効果を列挙したに過ぎず、本発明による作用及び効果は、上述の実施形態に記載されたものに限定されるものではない。
It should be noted that the specific configuration of the
また、上述の例において、送電装置と受電装置のアクティブ電極同士又はパッシブ電極同士は、空隙を介して対向している構成を述べたが、本願の効果はこれに限るものではなく、対向する電極どうしが容量結合していればよい。例えば、電極間に装置の筐体をなすプラスチック等の誘電体や絶縁性の液体、気体など、電極同士を絶縁する物質、あるいはそれらを含む複数の物質の組み合わせが配置されることで電極間が直流的に導通していない構成となっていればよい。 In the above-described example, the active electrodes or the passive electrodes of the power transmitting device and the power receiving device are opposed to each other via a gap. However, the effect of the present application is not limited to this, and the facing electrodes It is only necessary that the two are capacitively coupled. For example, a dielectric material such as plastic that forms the housing of the device, an insulating liquid, a gas, or the like, that is, a material that insulates the electrodes from each other, or a combination of a plurality of materials that include them is arranged between the electrodes, so that there is no gap between the electrodes. What is necessary is just to become the structure which is not electrically connected in direct current.
10−トランスモジュール
20−トランス
21−コイルボビン
22−コア
30−静電シールド
33,34−スリット(切欠き部)
40−実装基板(囲み部)
L1−一次巻線
L2−二次巻線10-transformer module 20-transformer 21-coil bobbin 22-core 30-
40-Mounting board (box)
L1-primary winding L2-secondary winding
Claims (11)
前記磁性体コアに巻回された巻線と、
前記巻線が巻回された前記磁性体コアを覆う静電シールドと、
を備え、
前記静電シールドには、前記磁性体コアの軸方向の直交方向に延びたスリットが、前記軸方向に沿って複数形成され、
前記軸方向における前記スリットの幅は、隣接するスリット間の距離より短い、
コンバータトランス。 A magnetic core that forms an open magnetic path;
A winding wound around the magnetic core;
An electrostatic shield covering the magnetic core around which the winding is wound;
With
In the electrostatic shield, a plurality of slits extending in the direction perpendicular to the axial direction of the magnetic core are formed along the axial direction ,
The width of the slit in the axial direction is shorter than the distance between adjacent slits,
Converter transformer.
前記磁性体コアに巻回された巻線と、
前記巻線が巻回された前記磁性体コアを覆う静電シールドと、
を備え、
前記静電シールドには、前記磁性体コアの軸方向の直交方向に延びたスリットが形成され、
前記静電シールドは二つの櫛歯形部材を有し、
前記二つの櫛歯形部材は対向し、それぞれの櫛歯が間に前記スリットを形成するよう互いに入り込んでいる、
コンバータトランス。 A magnetic core that forms an open magnetic path;
A winding wound around the magnetic core;
An electrostatic shield covering the magnetic core around which the winding is wound;
With
The electrostatic shield is formed with a slit extending in a direction orthogonal to the axial direction of the magnetic core ,
The electrostatic shield has two comb-shaped members,
The two comb-shaped members are opposed to each other, and the respective comb teeth are inserted into each other so as to form the slit therebetween,
Converter transformer.
前記一次巻線および前記二次巻線の一方は他方より高電圧側である、
請求項1または2に記載のコンバータトランス。 The winding has a primary winding and a secondary winding wound adjacently;
One of the primary winding and the secondary winding is on the higher voltage side than the other,
The converter transformer according to claim 1 or 2 .
前記三面それぞれにスリットが形成されている、
請求項1から3の何れかに記載のコンバータトランス。 The electrostatic shield has at least three surfaces along the axial direction of the magnetic core,
A slit is formed on each of the three surfaces,
The converter transformer in any one of Claim 1 to 3 .
該トランスを覆い、前記磁性体コアの軸方向の直交方向に延びたスリットが、前記軸方向に沿って複数形成された静電シールドと、
前記トランスおよび前記静電シールドが実装された基板と、
を備え、
前記軸方向における前記スリットの幅は、隣接するスリット間の距離より短い、
トランスモジュール。 A magnetic core that forms an open magnetic path, a transformer having a primary winding and a secondary winding wound around the magnetic core, and
An electrostatic shield that covers the transformer and has a plurality of slits extending in the direction perpendicular to the axial direction of the magnetic core ;
A substrate on which the transformer and the electrostatic shield are mounted;
Bei to give a,
The width of the slit in the axial direction is shorter than the distance between adjacent slits,
Transformer module.
該トランスを覆い、前記磁性体コアの軸方向の直交方向に延びたスリットが形成された静電シールドと、
前記トランスおよび前記静電シールドが実装された基板と、
を備え、
前記静電シールドは二つの櫛歯形部材を有し、
前記二つの櫛歯形部材は対向し、それぞれの櫛歯が間に前記スリットを形成するよう互いに入り込んでいる、
トランスモジュール。 A magnetic core that forms an open magnetic path, a transformer having a primary winding and a secondary winding wound around the magnetic core, and
An electrostatic shield that covers the transformer and has a slit formed in a direction perpendicular to the axial direction of the magnetic core ;
A substrate on which the transformer and the electrostatic shield are mounted;
Bei to give a,
The electrostatic shield has two comb-shaped members,
The two comb-shaped members are opposed to each other, and the respective comb teeth are inserted into each other so as to form the slit therebetween,
Transformer module.
該送電装置に載置した場合に、前記送電側アクティブ電極に対して対向する受電側アクティブ電極、前記送電側パッシブ電極に対して対向又は接触する受電側パッシブ電極、前記受電側アクティブ電極及び受電側パッシブ電極の間に生じる電圧を降圧する降圧回路、並びに、前記降圧回路の出力電圧を電源電圧として入力する負荷回路を有する受電装置と、
を備え、前記送電側アクティブ電極と前記受電側アクティブ電極とが絶縁体を介して対向し、容量結合することにより前記送電装置側から前記受電装置側へ電力伝送するワイヤレス電力伝送システムにおいて、
前記電圧発生回路または前記降圧回路は、
開磁路を形成する磁性体コア、前記磁性体コアに巻回された一次巻線および二次巻線を有するトランスと、
該トランスを覆い、前記磁性体コアの軸方向の直交方向に延びたスリットが、前記軸方向に沿って複数形成された静電シールドと、
を有し、
前記軸方向における前記スリットの幅は、隣接するスリット間の距離より短い、
ワイヤレス電力伝送システム。 A power transmission device having a power generation side active electrode, a power transmission side passive electrode, and a voltage generation circuit for applying a voltage between the power transmission side active electrode and the power transmission side passive electrode;
A power receiving side active electrode facing the power transmitting side active electrode, a power receiving side passive electrode facing or contacting the power transmitting side passive electrode, the power receiving side active electrode, and the power receiving side when mounted on the power transmitting device A step-down circuit for stepping down a voltage generated between the passive electrodes, and a power receiving device having a load circuit for inputting an output voltage of the step-down circuit as a power supply voltage;
In the wireless power transmission system for transmitting power from the power transmitting device side to the power receiving device side by capacitively coupling the power transmitting side active electrode and the power receiving side active electrode through an insulator,
The voltage generation circuit or the step-down circuit is
A magnetic core that forms an open magnetic path, a transformer having a primary winding and a secondary winding wound around the magnetic core, and
An electrostatic shield that covers the transformer and has a plurality of slits extending in the direction perpendicular to the axial direction of the magnetic core ;
Have
The width of the slit in the axial direction is shorter than the distance between adjacent slits,
Wireless power transmission system.
該送電装置に載置した場合に、前記送電側アクティブ電極に対して対向する受電側アクティブ電極、前記送電側パッシブ電極に対して対向又は接触する受電側パッシブ電極、前記受電側アクティブ電極及び受電側パッシブ電極の間に生じる電圧を降圧する降圧回路、並びに、前記降圧回路の出力電圧を電源電圧として入力する負荷回路を有する受電装置と、
を備え、前記送電側アクティブ電極と前記受電側アクティブ電極とが絶縁体を介して対向し、容量結合することにより前記送電装置側から前記受電装置側へ電力伝送するワイヤレス電力伝送システムにおいて、
前記電圧発生回路または前記降圧回路は、
開磁路を形成する磁性体コア、前記磁性体コアに巻回された一次巻線および二次巻線を有するトランスと、
該トランスを覆い、前記磁性体コアの軸方向の直交方向に延びたスリットが形成された静電シールドと、
を有し、
前記静電シールドは二つの櫛歯形部材を有し、
前記二つの櫛歯形部材は対向し、それぞれの櫛歯が間に前記スリットを形成するよう互いに入り込んでいる、
ワイヤレス電力伝送システム。 A power transmission device having a power generation side active electrode, a power transmission side passive electrode, and a voltage generation circuit for applying a voltage between the power transmission side active electrode and the power transmission side passive electrode;
A power receiving side active electrode facing the power transmitting side active electrode, a power receiving side passive electrode facing or contacting the power transmitting side passive electrode, the power receiving side active electrode, and the power receiving side when mounted on the power transmitting device A step-down circuit for stepping down a voltage generated between the passive electrodes, and a power receiving device having a load circuit for inputting an output voltage of the step-down circuit as a power supply voltage;
In the wireless power transmission system for transmitting power from the power transmitting device side to the power receiving device side by capacitively coupling the power transmitting side active electrode and the power receiving side active electrode through an insulator,
The voltage generation circuit or the step-down circuit is
A magnetic core that forms an open magnetic path, a transformer having a primary winding and a secondary winding wound around the magnetic core, and
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Wireless power transmission system.
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