JP6340968B2 - Coil unit and wireless power transmission device - Google Patents
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Description
本発明は、ワイヤレスで電力を伝送するためのコイルユニットおよびワイヤレス電力伝送装置に関するものである。 The present invention relates to a coil unit and a wireless power transmission device for wirelessly transmitting power.
近年、ケーブル等の機械的接触なしで電力を送電するために、相対させた1次(送電)コイルと2次(受電)コイルの間の電磁誘導作用を利用したワイヤレス電力伝送技術が注目されており、電気自動車(EV:Electric Vehicle)やプラグインハイブリッド車(PHEV:Plug−in Hybrid Electric Vehicle)に搭載された二次電池を充電するための給電装置としての利用の拡大が見込まれている。 In recent years, in order to transmit electric power without mechanical contact such as a cable, wireless power transmission technology using electromagnetic induction action between a primary (power transmission) coil and a secondary (power reception) coil that have been opposed has attracted attention. Therefore, the use as a power supply device for charging a secondary battery mounted on an electric vehicle (EV) or a plug-in hybrid electric vehicle (PHEV) is expected to be expanded.
しかしながら、ワイヤレス電力伝送技術を電気自動車等のパワーエレクトロニクス装置における充電装置へ適応した場合においては、大電力伝送が要求されるためにコイルに大電流を流す必要があることから、コイルから離れた場所に形成される漏洩磁界強度も高くなり、周囲の電子機器等に悪影響を及ぼす電磁波障害が生じる虞があった。 However, when the wireless power transmission technology is applied to a charging device in a power electronics device such as an electric vehicle, a large current needs to flow through the coil because high power transmission is required. As a result, the strength of the leakage magnetic field formed on the substrate increases, which may cause electromagnetic interference that adversely affects surrounding electronic devices.
これに対して、特許文献1では、共鳴法を用いた非接触給電において、複数のコイルを含み、対向配置される第1の共振コイルと電磁共鳴を行なうための第2の共振コイルを備え、複数のコイルのうちの第1のコイルは、複数のコイルのうちの第1のコイルと異なる他のコイルの少なくとも1つとは、第1の共振コイルに対向する面に対して、発生する磁界が逆位相となるように配置されるコイルユニットにより、漏洩電磁場を低減する技術が提案されている。 On the other hand, Patent Document 1 includes a plurality of coils in non-contact power feeding using a resonance method, and includes a second resonance coil for performing electromagnetic resonance with a first resonance coil arranged oppositely, The first coil of the plurality of coils is different from at least one of the other coils different from the first coil of the plurality of coils with a magnetic field generated against the surface facing the first resonance coil. There has been proposed a technique for reducing a leakage electromagnetic field by using a coil unit arranged so as to have an opposite phase.
しかしながら、特許文献1に開示される技術のように、車両側および給電装置側の双方を、発生する磁界が逆位相となるように配置される複数のコイルで構成する(特許文献1の図17等参照)と、車両に搭載されるコイルが大型化するとともに、重量が重くなることから、車両に搭載される部品の小型・軽量化の要求を満足できないという課題があった。 However, like the technique disclosed in Patent Literature 1, both the vehicle side and the power feeding device side are configured with a plurality of coils arranged so that the generated magnetic fields are in opposite phases (FIG. 17 of Patent Literature 1). Etc.) and the coil mounted on the vehicle increases in size and weight, so that there is a problem that the requirements for reducing the size and weight of the components mounted on the vehicle cannot be satisfied.
また、特許文献1に開示される技術のように、給電装置側のみ、発生する磁界が逆位相となるように配置される複数のコイルで構成する(特許文献1の図19等参照)と、車両側から発生する漏洩電磁場の低減が不十分という課題があった。 Further, as in the technique disclosed in Patent Document 1, only the power feeding device side is configured with a plurality of coils arranged so that the generated magnetic field is in reverse phase (see FIG. 19 of Patent Document 1). There was a problem that the leakage electromagnetic field generated from the vehicle side was insufficiently reduced.
そこで、本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、対向配置されるコイルの大型化および重量化を抑制しつつ、対向配置されるコイルから発生する不要な漏洩磁界の低減が可能なコイルユニットおよびワイヤレス電力伝送装置を提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention has been made in view of the above problems, and can suppress an unnecessary leakage magnetic field generated from the opposed coils while suppressing the increase in size and weight of the opposed coils. An object is to provide a unit and a wireless power transmission device.
本発明に係るコイルユニットは、第1のコイルと、補助コイルと、を備え、補助コイルは、電磁共鳴によって第1のコイルとの間で電力の送受電が行われる他のコイルが発生する磁界と逆位相の磁界を発生させることを特徴とする。 The coil unit according to the present invention includes a first coil and an auxiliary coil, and the auxiliary coil generates a magnetic field generated by another coil that transmits and receives power to and from the first coil by electromagnetic resonance. And generating a magnetic field having an opposite phase to the above.
本発明によれば、補助コイルが、電磁共鳴によって第1のコイルとの間で電力の送受電が行われる他のコイルが発生する磁界と逆位相の磁界を発生することで、他のコイルが発生する不要な漏洩磁界を低減することができる。その結果、対向配置されるコイルの大型化および重量化を抑制しつつ、対向配置されるコイルから発生する不要な漏洩磁界の低減ができる。 According to the present invention, the auxiliary coil generates a magnetic field opposite in phase to the magnetic field generated by another coil that transmits and receives power to and from the first coil by electromagnetic resonance, so that the other coil Unnecessary leakage magnetic field generated can be reduced. As a result, an unnecessary leakage magnetic field generated from the opposed coils can be reduced while suppressing an increase in size and weight of the opposed coils.
好ましくは、第1のコイルと磁気結合する第2のコイルと、第2のコイルに接続される共振キャパシタと、をさらに備え、補助コイルは第2のコイルに電気的に接続されるとともに、他のコイルが発生する磁界と逆位相の磁界を発生するように巻線が巻回されているとよい。ここで、第1のコイルは第2のコイルと磁気結合し、且つ、第2のコイルは共振キャパシタに接続されるため、第2のコイルに流れる電流の位相は、第1のコイルに流れる電流の位相に対して90度ずれる。さらに、第1のコイルとの間で電磁共鳴によってワイヤレスにて電力の送受電が行われる他のコイルに流れる電流の位相は、第1のコイルに流れる電流の位相に対して90度ずれる。このとき、第2のコイルに流れる電流の位相および第2のコイルに電気的に接続される補助コイルに流れる電流の位相と第1のコイルとの間でワイヤレスにて電力の送受電が行われる他のコイルに流れる電流の位相は同位相となる。したがって、補助コイルは、補助コイルが発生する磁界が、他のコイルが発生する磁界とは逆位相となるように巻線が巻回されているため、他のコイルと逆位相の磁界を発生することとなる。そのため、他のコイルが発生する不要な漏洩磁界を低減することができる。その結果、第1のコイルおよび第2のコイルに電力を供給するために、複数の交流電力源を必要とせず、一つの交流電力源のみで対向配置されるコイルの大型化および重量化を抑制しつつ、対向配置されるコイルから発生する不要な漏洩磁界の低減ができる。また、ワイヤレス電力伝送装置全体の顕著な大型化および重量化も抑制することができる。 Preferably, further comprising: a second coil magnetically coupled to the first coil; and a resonant capacitor connected to the second coil, wherein the auxiliary coil is electrically connected to the second coil, and the other The winding may be wound so as to generate a magnetic field having a phase opposite to that of the magnetic field generated by the first coil. Here, since the first coil is magnetically coupled to the second coil, and the second coil is connected to the resonance capacitor, the phase of the current flowing through the second coil is the current flowing through the first coil. 90 degrees with respect to the phase. Furthermore, the phase of the current that flows through the other coil that wirelessly transmits and receives power to and from the first coil by electromagnetic resonance is shifted by 90 degrees with respect to the phase of the current that flows through the first coil. At this time, power is transmitted and received wirelessly between the first coil and the phase of the current flowing through the second coil and the phase of the current flowing through the auxiliary coil electrically connected to the second coil. The phases of currents flowing through the other coils are the same phase. Therefore, since the winding is wound so that the magnetic field generated by the auxiliary coil has the opposite phase to the magnetic field generated by the other coil, the auxiliary coil generates a magnetic field having the opposite phase to the other coil. It will be. Therefore, an unnecessary leakage magnetic field generated by another coil can be reduced. As a result, in order to supply power to the first coil and the second coil, a plurality of AC power sources are not required, and an increase in the size and weight of the coils that are opposed to each other by only one AC power source is suppressed. However, it is possible to reduce unnecessary leakage magnetic fields generated from the coils arranged opposite to each other. In addition, significant increase in size and weight of the entire wireless power transmission device can be suppressed.
好ましくは、第1のコイルと補助コイルとの磁気結合を抑制する電磁遮蔽板をさらに備えるとよい。この場合、第1のコイルと補助コイルとの間の不要な電磁的干渉を低減することができるので、他のコイルが発生する不要な漏洩磁界をより確実に低減することができる。 Preferably, an electromagnetic shielding plate that suppresses magnetic coupling between the first coil and the auxiliary coil is further provided. In this case, since unnecessary electromagnetic interference between the first coil and the auxiliary coil can be reduced, unnecessary leakage magnetic fields generated by other coils can be more reliably reduced.
好ましくは、第1のコイルは、互いに電気的に接続された第1および第2の巻線を含み、第1の巻線と第2の巻線は、互いに逆位相の磁界を発生するとよい。この場合、互いに逆位相の磁界を発生する第1の巻線と第2の巻線により、第1のコイルが発生する不要な漏洩磁界を低減することができる。 Preferably, the first coil includes first and second windings that are electrically connected to each other, and the first winding and the second winding may generate magnetic fields having opposite phases to each other. In this case, an unnecessary leakage magnetic field generated by the first coil can be reduced by the first winding and the second winding that generate magnetic fields having phases opposite to each other.
より好ましくは、第1のコイルは、第1の巻線の背面側に配置される第3の巻線と、第2の巻線の背面側に配置される第4の巻線と、をさらに備え、第1〜第4の巻線は、電気的に直列接続されており、第1および第2の巻線は、第1および第2の巻線をともに鎖交する第1の磁束を発生し、第3の巻線は、第1の巻線に鎖交する第2の磁束を発生し、第4の巻線は、第2の巻線に鎖交する第3の磁束を発生し、第2および第3の磁束の周回方向は、第1の磁束の周回方向とは逆向きとなるように構成されるとよい。この場合、第2の磁束は第1の巻線近傍の磁界を強め、第3の磁束は第2の巻線近傍の磁界を強める。一方、第1のコイルから離れた場所では、互いに周回方向が逆向きである第1の磁束と第2および第3の磁束が打消し合うために磁界を弱め合う。その結果、電力伝送効率を低下させることなく、第1のコイルが発生する漏洩磁界を一層低減することができる。 More preferably, the first coil further includes a third winding disposed on the back side of the first winding, and a fourth winding disposed on the back side of the second winding. The first to fourth windings are electrically connected in series, and the first and second windings generate a first magnetic flux that links the first and second windings together. And the third winding generates a second magnetic flux interlinking with the first winding, the fourth winding generates a third magnetic flux interlinking with the second winding, The circulation directions of the second and third magnetic fluxes may be configured to be opposite to the circulation direction of the first magnetic flux. In this case, the second magnetic flux strengthens the magnetic field near the first winding, and the third magnetic flux strengthens the magnetic field near the second winding. On the other hand, in a place away from the first coil, the first magnetic flux and the second and third magnetic fluxes whose rotation directions are opposite to each other cancel each other, so that the magnetic fields are weakened. As a result, the leakage magnetic field generated by the first coil can be further reduced without reducing the power transmission efficiency.
より好ましくは、第3の巻線の軸方向は、第1の巻線の軸方向と略直交し、第4の巻線の軸方向は、第2の巻線の軸方向と略直交するように構成されるとよい。この場合、第3および第4の巻線により、第1のコイルから離れた場所にまで周回する第2の磁束および第3の磁束を発生させ易くなる。その結果、第1のコイルが発生する漏洩磁界をより一層低減することができる。 More preferably, the axial direction of the third winding is substantially orthogonal to the axial direction of the first winding, and the axial direction of the fourth winding is substantially orthogonal to the axial direction of the second winding. It is good to be configured. In this case, the third and fourth windings facilitate the generation of the second magnetic flux and the third magnetic flux that circulate to a place away from the first coil. As a result, the leakage magnetic field generated by the first coil can be further reduced.
本発明に係るワイヤレス電力伝送装置は、ワイヤレス送電装置からワイヤレス受電装置にワイヤレスにて電力が伝送されるワイヤレス電力伝送装置であって、ワイヤレス送電装置は、上記コイルユニットを有することを特徴とする。 A wireless power transmission apparatus according to the present invention is a wireless power transmission apparatus that wirelessly transmits power from a wireless power transmission apparatus to a wireless power reception apparatus, and the wireless power transmission apparatus includes the coil unit.
本発明によれば、ワイヤレス受電装置に搭載されることとなる受電コイルの大型化および重量化を抑制しつつ、受電コイルから発生する不要な漏洩磁界を低減することができるワイヤレス電力伝送装置を提供することができる。 According to the present invention, there is provided a wireless power transmission device capable of reducing an unnecessary leakage magnetic field generated from the power receiving coil while suppressing an increase in size and weight of the power receiving coil to be mounted on the wireless power receiving device. can do.
以上のように、本発明によれば、対向配置されるコイルの大型化および重量化を抑制しつつ、対向配置されるコイルから発生する不要な漏洩磁界の低減が可能なコイルユニットおよびワイヤレス電力伝送装置を提供することができる。 As described above, according to the present invention, the coil unit and the wireless power transmission capable of reducing unnecessary leakage magnetic field generated from the opposed coils while suppressing the increase in size and weight of the opposed coils. An apparatus can be provided.
本発明を実施するための形態(実施形態)につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Embodiments (embodiments) for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the description, the same reference numerals are used for the same elements or elements having the same function, and redundant description is omitted.
(第1実施形態)
まず、図1および図2を参照して、本発明の第1実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置S1の構成について説明する。図1は、本発明の第1実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置を示すシステム模式構成図である。図2は、本発明の第1実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置において、コイルユニットを受電コイルとともに示す断面図である。なお、本発明に係るコイルユニットは、ワイヤレス電力伝送装置におけるワイヤレス送電装置あるいはワイヤレス受電装置のいずれにも適用可能であるが、ここでは、本発明に係るコイルユニットをワイヤレス送電装置に適用した例を用いて説明する。
(First embodiment)
First, the configuration of the wireless power transmission device S1 according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 1 and FIG. FIG. 1 is a schematic system configuration diagram showing a wireless power transmission device according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view showing a coil unit and a receiving coil in the wireless power transmission device according to the first embodiment of the present invention. The coil unit according to the present invention can be applied to either a wireless power transmission device or a wireless power reception device in a wireless power transmission device, but here, an example in which the coil unit according to the present invention is applied to a wireless power transmission device. It explains using.
ワイヤレス電力伝送装置S1は、図1に示されるように、ワイヤレス送電装置Ut1と、ワイヤレス受電装置Ur1と、を有する。 As illustrated in FIG. 1, the wireless power transmission device S1 includes a wireless power transmission device Ut1 and a wireless power reception device Ur1.
ワイヤレス送電装置Ut1は、第1の電源PW1と、第2の電源PW2と、第1のインバータINV1と、第2のインバータINV2と、コイルユニットLtu1と、を有する。ワイヤレス受電装置Ur1は、受電コイルLrと、共振キャパシタCrと、整流回路DBと、負荷Rと、を有する。ワイヤレス電力伝送装置S1は、ワイヤレス送電装置Ut1のコイルユニットLtu1とワイヤレス受電装置Ur1の受電コイルLrが対向することにより、ワイヤレス送電装置Ut1からワイヤレス受電装置Ur1にワイヤレスにて電力が伝送される。 The wireless power transmitting apparatus Ut1 includes a first power supply PW1, a second power supply PW2, a first inverter INV1, a second inverter INV2, and a coil unit Ltu1. The wireless power receiving device Ur1 includes a power receiving coil Lr, a resonant capacitor Cr, a rectifier circuit DB, and a load R. The wireless power transmission device S1 wirelessly transmits power from the wireless power transmission device Ut1 to the wireless power reception device Ur1 when the coil unit Ltu1 of the wireless power transmission device Ut1 and the power reception coil Lr of the wireless power reception device Ur1 face each other.
まず、ワイヤレス送電装置Ut1について説明する。第1の電源PW1は、直流電力を後述する第1のインバータINV1に供給する。第1の電源PW1としては、直流電力を出力するものであれば特に制限されず、商用交流電源を整流・平滑した直流電源、二次電池、太陽光発電した直流電源、あるいはスイッチングコンバータ等のスイッチング電源装置などが挙げられる。 First, the wireless power transmission device Ut1 will be described. The first power supply PW1 supplies DC power to a first inverter INV1 described later. The first power source PW1 is not particularly limited as long as it outputs DC power, and is switched by a DC power source rectified and smoothed from a commercial AC power source, a secondary battery, a DC power source generated by photovoltaic power, or a switching converter. Examples include a power supply device.
第2の電源PW2は、直流電力を後述する第2のインバータINV2に供給する。第2の電源PW2としては、直流電力を出力するものであれば特に制限されず、商用交流電源を整流・平滑した直流電源、二次電池、太陽光発電した直流電源、あるいはスイッチングコンバータ等のスイッチング電源装置などが挙げられる。 The second power supply PW2 supplies DC power to a second inverter INV2 described later. The second power source PW2 is not particularly limited as long as it outputs DC power, and is switched by a DC power source rectified and smoothed from a commercial AC power source, a secondary battery, a DC power source generated by photovoltaic power, or a switching converter. Examples include a power supply device.
第1のインバータINV1は、第1の電源PW1から供給される入力直流電力を交流電力に変換する機能を有している。第1のインバータINV1としては、複数のスイッチング素子がブリッジ接続されたスイッチング回路から構成される。このスイッチング回路を構成するスイッチング素子としては、例えばMOS−FET(Metal Oxide Semiconductor−Field Effect Transistor)やIBGT(Insulated Gate Bipolar Transistor)などの素子が挙げられる。第1のインバータINV1は、第1の電源PW1から供給される入力直流電力を交流電力に変換し、後述するコイルユニットLtu1の第1のコイルLtr1に供給する。なお、第1のインバータINV1と第1のコイルLtr1の間には、回路の力率を向上させるためのキャパシタ(図示しない)が挿入されてもよい。 The first inverter INV1 has a function of converting input DC power supplied from the first power supply PW1 into AC power. The first inverter INV1 includes a switching circuit in which a plurality of switching elements are bridge-connected. Examples of the switching elements constituting the switching circuit include elements such as MOS-FET (Metal Oxide Semiconductor-Field Effect Transistor) and IBGT (Insulated Gate Bipolar Transistor). The first inverter INV1 converts the input DC power supplied from the first power supply PW1 into AC power and supplies the AC power to the first coil Ltr1 of the coil unit Ltu1 described later. A capacitor (not shown) for improving the power factor of the circuit may be inserted between the first inverter INV1 and the first coil Ltr1.
第2のインバータINV2は、第2の電源PW2から供給される入力直流電力を交流電力に変換する機能を有している。第2のインバータINV2としては、複数のスイッチング素子がブリッジ接続されたスイッチング回路から構成される。このスイッチング回路を構成するスイッチング素子としては、例えばMOS−FET(Metal Oxide Semiconductor−Field Effect Transistor)やIBGT(Insulated Gate Bipolar Transistor)などの素子が挙げられる。第2のインバータINV2は、第2の電源PW2から供給される入力直流電力を交流電力に変換し、後述するコイルユニットLtu1の補助コイルLnに供給する。なお、第2のインバータINV1と補助コイルLnの間には、回路の力率を向上させるためのキャパシタ(図示しない)が挿入されてもよい。ここで、第2のインバータINV2は、第1のインバータINV1から出力される交流電流の周波数と同じ周波数の交流電流が出力される。但し、第2のインバータINV2は、第1のインバータINV1から出力される交流電流の電流位相と90度ずれた電流位相の交流電流が出力される。 The second inverter INV2 has a function of converting input DC power supplied from the second power supply PW2 into AC power. The second inverter INV2 includes a switching circuit in which a plurality of switching elements are bridge-connected. Examples of the switching elements constituting the switching circuit include elements such as MOS-FET (Metal Oxide Semiconductor-Field Effect Transistor) and IBGT (Insulated Gate Bipolar Transistor). The second inverter INV2 converts the input DC power supplied from the second power source PW2 into AC power and supplies the AC power to the auxiliary coil Ln of the coil unit Ltu1 described later. A capacitor (not shown) for improving the power factor of the circuit may be inserted between the second inverter INV1 and the auxiliary coil Ln. Here, the second inverter INV2 outputs an alternating current having the same frequency as the frequency of the alternating current output from the first inverter INV1. However, the second inverter INV2 outputs an alternating current having a current phase shifted by 90 degrees from the current phase of the alternating current output from the first inverter INV1.
コイルユニットLtu1は、図1および図2に示されるように、第1のコイルLtr1と、補助コイルLnと、電磁遮蔽板Sと、第1の磁性コアFtと、第2の磁性コアFnと、を有する。なお、第1のコイルLtr1と、補助コイルLnと、電磁遮蔽板Sは、コイルユニットLtu1と後述する受電コイルLrとの対向方向と直交する方向から見て、後述する受電コイルLrに近い側から、第1のコイルLtr1、電磁遮蔽板S、補助コイルLnの順で配置されている。すなわち、補助コイルLnが後述する受電コイルLrと最も離れた位置に配置されることとなる。このコイルユニットLtu1は、本実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置S1を電気自動車などの車両への給電設備に適用した場合、地中または地面近傍に配設されることとなる。 As shown in FIGS. 1 and 2, the coil unit Ltu1 includes a first coil Ltr1, an auxiliary coil Ln, an electromagnetic shielding plate S, a first magnetic core Ft, a second magnetic core Fn, Have The first coil Ltr1, the auxiliary coil Ln, and the electromagnetic shielding plate S are viewed from the side close to the power receiving coil Lr, which will be described later, when viewed from the direction orthogonal to the facing direction of the coil unit Ltu1 and the power receiving coil Lr, which will be described later. The first coil Ltr1, the electromagnetic shielding plate S, and the auxiliary coil Ln are arranged in this order. That is, the auxiliary coil Ln is arranged at a position farthest from the power receiving coil Lr described later. When the wireless power transmission device S1 according to this embodiment is applied to a power supply facility for a vehicle such as an electric vehicle, the coil unit Ltu1 is disposed in the ground or in the vicinity of the ground.
第1のコイルLtr1は、電磁共鳴によって後述する受電コイルLrへワイヤレスで電力を送電する機能を有する。すなわち、第1のコイルLtr1が送電コイルとして機能することとなる。本実施形態においては、第1のコイルLtr1は互いに電気的に接続された第1の巻線LtrAおよび第2の巻線LtrBを含む。第1および第2の巻線LtrA,LtrBは、コイルユニットLtu1と後述する受電コイルLrとの対向方向と直交する方向に並置された平面状のスパイラル構造のコイルであり、銅やアルミニウム等のリッツ線を巻回して形成されている。第1および第2の巻線LtrA,LtrBの巻数は、コイルユニットLtu1と後述する受電コイルLrとの間の離間距離や所望の電力伝送効率などに基づいて適宜設定される。なお、第1の巻線LtrAの巻回方向と第2の巻線LtrBの巻回方向は互いに逆向きとなっており、第1および第2の巻線LtrA,LtrBの軸方向は、共にコイルユニットLtu1と後述する受電コイルLrとの対向方向と平行となっている。すなわち、第1のコイルLtr1に電流が流れたとき、第1の巻線LtrAと第2の巻線LtrBは、互いに逆位相の磁界を発生することとなる。そのため、互いに逆位相の磁界を発生する第1の巻線LtrAと第2の巻線LtrBにより、第1のコイルLtr1が発生する漏洩磁界を低減することができる。 The first coil Ltr1 has a function of transmitting power wirelessly to a power receiving coil Lr described later by electromagnetic resonance. That is, the first coil Ltr1 functions as a power transmission coil. In the present embodiment, the first coil Ltr1 includes a first winding LtrA and a second winding LtrB that are electrically connected to each other. The first and second windings LtrA and LtrB are planar spiral coils juxtaposed in a direction orthogonal to the facing direction of the coil unit Ltu1 and a power receiving coil Lr described later, and are made of a litz such as copper or aluminum. It is formed by winding a wire. The number of turns of the first and second windings LtrA and LtrB is appropriately set based on a separation distance between the coil unit Ltu1 and a power receiving coil Lr described later, desired power transmission efficiency, and the like. The winding direction of the first winding LtrA and the winding direction of the second winding LtrB are opposite to each other, and the axial directions of the first and second windings LtrA and LtrB are both coils. It is parallel to the facing direction of the unit Ltu1 and a power receiving coil Lr described later. That is, when a current flows through the first coil Ltr1, the first winding LtrA and the second winding LtrB generate magnetic fields having opposite phases. Therefore, the leakage magnetic field generated by the first coil Ltr1 can be reduced by the first winding LtrA and the second winding LtrB that generate magnetic fields having phases opposite to each other.
補助コイルLnは、第2のインバータINV2と電気的に接続されている。すなわち、補助コイルLnには、第1のコイルLtr1に流れる電流の位相と90度ずれた位相の電流が流れる。補助コイルLnは、ソレノイド構造のコイルであり、銅やアルミニウム等のリッツ線を螺旋状に巻回して形成されている。補助コイルLnの軸方向は、後述する受電コイルLrの軸方向と略一致しており、本実施形態においては、補助コイルLnの軸方向は、コイルユニットLtu1と後述する受電コイルLrとの対向方向と直交する方向であって、補助コイルLnの軸方向は、第1のコイルLtr1の第1および第2の巻線LtrA,LtrBの軸方向と直交する方向である。さらに、補助コイルLnは、補助コイルLnが発生する磁界が、後述する受電コイルLrが発生する磁界とは逆位相となるように巻線が巻回されている。またさらには、補助コイルLnの巻数は、コイルユニットLtu1と後述する受電コイルLrとの間の離間距離や所望の漏洩磁界低減効果などに基づいて適宜設定される。 The auxiliary coil Ln is electrically connected to the second inverter INV2. That is, a current having a phase that is shifted by 90 degrees from the phase of the current flowing through the first coil Ltr1 flows through the auxiliary coil Ln. The auxiliary coil Ln is a solenoid-structured coil and is formed by spirally winding a litz wire such as copper or aluminum. The axial direction of the auxiliary coil Ln substantially coincides with the axial direction of the power receiving coil Lr described later. In the present embodiment, the axial direction of the auxiliary coil Ln is the opposing direction of the coil unit Ltu1 and the power receiving coil Lr described later. The direction of the axis of the auxiliary coil Ln is perpendicular to the direction of the axes of the first and second windings LtrA and LtrB of the first coil Ltr1. Further, the auxiliary coil Ln is wound with a winding such that the magnetic field generated by the auxiliary coil Ln has an opposite phase to the magnetic field generated by the power receiving coil Lr described later. Still further, the number of turns of the auxiliary coil Ln is appropriately set based on a separation distance between the coil unit Ltu1 and a power receiving coil Lr, which will be described later, a desired leakage magnetic field reduction effect, and the like.
電磁遮蔽板Sは、第1のコイルLtr1と補助コイルLnとの間であって、補助コイルLnの軸方向に沿って配置される。具体的には、電磁遮蔽板Sは、後術する第1の磁性コアFtと補助コイルLnの間に配置される。この電磁遮蔽板Sは、第1のコイルLtr1と補助コイルLnの不要な磁気結合を抑制するシールド材として機能する。言い換えれば、電磁遮蔽板Sは、誘導電流、渦電流などにより磁界を打消して磁束の通過を抑制するシールド材として機能する。これにより、第1のコイルLtr1と補助コイルLnとの間の不要な電磁的干渉を低減することができる。このような電磁遮蔽板Sとしては、表面が電磁シールド材として機能する非磁性の導体であれば特に制限されず、銅やアルミニウム、あるいは表面に亜鉛メッキを施した鋼板等が挙げられる。 The electromagnetic shielding plate S is disposed between the first coil Ltr1 and the auxiliary coil Ln and along the axial direction of the auxiliary coil Ln. Specifically, the electromagnetic shielding plate S is disposed between the first magnetic core Ft and the auxiliary coil Ln to be operated later. The electromagnetic shielding plate S functions as a shielding material that suppresses unnecessary magnetic coupling between the first coil Ltr1 and the auxiliary coil Ln. In other words, the electromagnetic shielding plate S functions as a shield material that cancels the magnetic field by an induced current, an eddy current, or the like and suppresses the passage of magnetic flux. Thereby, unnecessary electromagnetic interference between the first coil Ltr1 and the auxiliary coil Ln can be reduced. The electromagnetic shielding plate S is not particularly limited as long as the surface is a nonmagnetic conductor that functions as an electromagnetic shielding material, and examples thereof include copper, aluminum, and a steel plate having a surface galvanized.
第1の磁性コアFtは、フェライト等の磁性体により構成され、板状の両端に突起部を有する略U字形状を呈しており、一方の突起部が第1のコイルLtr1の第1の巻線LtrAの軸を貫通し、他方の突起部が第1のコイルLtr1の第2の巻線LtrBの軸を貫通するように配置されている。つまり、第1の磁性コアFtは、第1のコイルLtr1の第1および第2の巻線LtrA,LtrBのコアとして機能する。そのため、第1の磁性コアFtによって、ワイヤレス電力伝送のための磁束を効率良く発生させることができる。 The first magnetic core Ft is made of a magnetic material such as ferrite and has a substantially U shape having protrusions at both ends of the plate shape. One protrusion is the first winding of the first coil Ltr1. It is arranged so as to penetrate the axis of the line LtrA, and the other protrusion penetrates the axis of the second winding LtrB of the first coil Ltr1. That is, the first magnetic core Ft functions as the core of the first and second windings LtrA and LtrB of the first coil Ltr1. Therefore, the magnetic flux for wireless power transmission can be efficiently generated by the first magnetic core Ft.
第2の磁性コアFnは、板状または棒状のフェライト等の磁性体により構成され、補助コイルLnの軸を貫通するように配置されている。つまり、第2の磁性コアFnは、補助コイルLnのコアとして機能する。そのため、補助コイルLnによって、後述する受電コイルLrが発生する漏洩磁界を低減するための磁束を効率良く発生させることができる。 The second magnetic core Fn is made of a magnetic material such as a plate-like or rod-like ferrite, and is disposed so as to penetrate the axis of the auxiliary coil Ln. That is, the second magnetic core Fn functions as the core of the auxiliary coil Ln. Therefore, the auxiliary coil Ln can efficiently generate a magnetic flux for reducing a leakage magnetic field generated by the power receiving coil Lr described later.
続いて、ワイヤレス受電装置Ur1の構成について説明する。なお、本実施形態において、電磁共鳴によって第1のコイルとの間で電力の送受電が行われる他のコイルとは、受電コイルLrのことを意味する。受電コイルLrは、ソレノイド構造のコイルであり、銅やアルミニウム等のリッツ線から構成される巻線Wrを第3の磁性コアFrに螺旋状に巻回して形成されている。受電コイルLrの軸方向は、コイルユニットLtu1と受電コイルLrとの対向方向に対して直交する方向である。受電コイルLrの巻数は、コイルユニットLtu1と受電コイルLrとの間の離間距離や所望の電力伝送効率などに基づいて適宜設定される。このように構成される受電コイルLrは、第1のコイルLtr1から送電された交流電力を受電する機能を有している。また、受電コイルLrは、後述する整流回路DBに電気的に接続されている。なお、受電コイルLrは、本実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置S1を電気自動車などの車両への給電設備に適用した場合、車両下部に搭載されることとなる。ここで、第3の磁性コアFrは、板状または棒状のフェライト等の磁性体により構成され、受電コイルLrの軸を貫通するように配置されている。つまり、第3の磁性コアFrは、受電コイルLrのコアとして機能する。そのため、第1のコイルLtr1が発生する磁束が選択的に第3の磁性コアFrを通過する磁路を形成することから、受電コイルLrに鎖交する磁束が増加し、電力伝送効率を向上させることができる。 Next, the configuration of the wireless power receiving device Ur1 will be described. In the present embodiment, the other coil that transmits and receives power to and from the first coil by electromagnetic resonance means the power receiving coil Lr. The power receiving coil Lr is a coil having a solenoid structure, and is formed by winding a winding Wr made of a litz wire such as copper or aluminum around the third magnetic core Fr in a spiral shape. The axial direction of the power receiving coil Lr is a direction orthogonal to the facing direction of the coil unit Ltu1 and the power receiving coil Lr. The number of turns of the power receiving coil Lr is appropriately set based on the distance between the coil unit Ltu1 and the power receiving coil Lr, the desired power transmission efficiency, and the like. The power receiving coil Lr configured as described above has a function of receiving AC power transmitted from the first coil Ltr1. Further, the power receiving coil Lr is electrically connected to a rectifier circuit DB described later. In addition, when the wireless power transmission device S1 according to the present embodiment is applied to a power supply facility for a vehicle such as an electric vehicle, the power receiving coil Lr is mounted on the lower portion of the vehicle. Here, the third magnetic core Fr is made of a magnetic material such as a plate-like or rod-like ferrite, and is disposed so as to penetrate the shaft of the power receiving coil Lr. That is, the third magnetic core Fr functions as the core of the power receiving coil Lr. Therefore, since the magnetic flux generated by the first coil Ltr1 selectively forms a magnetic path that passes through the third magnetic core Fr, the magnetic flux interlinked with the power receiving coil Lr is increased, and the power transmission efficiency is improved. be able to.
共振キャパシタCrは、受電コイルLrと後述する整流回路DBの間に挿入されている。共振キャパシタCrの静電容量は、受電コイルLrのインピーダンスに対して、第1のインバータINV1から供給される電流の周波数で共振するように設定される。これにより、受電コイルLrが電磁共鳴によって第1のコイルLtr1との間でワイヤレスにて電力の伝送が行われる。本実施形態では、共振キャパシタCrは受電コイルLrと並列に接続されているが、共振キャパシタCrは、受電コイルLrと直列に接続されてもよい。いずれの場合においても、受電コイルLrのインピーダンスに対して、第1のインバータINV1から供給される電流の周波数で共振するように共振キャパシタCrの静電容量が設定されていればよい。 The resonant capacitor Cr is inserted between the power receiving coil Lr and a rectifier circuit DB described later. The capacitance of the resonance capacitor Cr is set so as to resonate at the frequency of the current supplied from the first inverter INV1 with respect to the impedance of the power receiving coil Lr. As a result, power is transmitted wirelessly between the power receiving coil Lr and the first coil Ltr1 by electromagnetic resonance. In this embodiment, the resonance capacitor Cr is connected in parallel with the power receiving coil Lr, but the resonance capacitor Cr may be connected in series with the power receiving coil Lr. In any case, it is only necessary that the capacitance of the resonance capacitor Cr is set so that the impedance of the power receiving coil Lr resonates at the frequency of the current supplied from the first inverter INV1.
整流回路DBは、受電コイルLrが受電した交流電力を直流電力に整流する機能を有している。整流回路DBとしては、ダイオードブリッジを用いた全波整流機能と、コンデンサおよび三端子レギュレータを用いた電力平滑化機能を備えた変換回路などが挙げられる。この整流回路DBにより整流された直流電力は、負荷Rに出力される。ここで、負荷Rとしては、本実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置S1を電気自動車などの車両への給電設備に適用した場合、車両が有する二次電池が挙げられる。 The rectifier circuit DB has a function of rectifying AC power received by the power receiving coil Lr into DC power. Examples of the rectifier circuit DB include a conversion circuit having a full-wave rectification function using a diode bridge and a power smoothing function using a capacitor and a three-terminal regulator. The DC power rectified by the rectifier circuit DB is output to the load R. Here, as the load R, when the wireless power transmission device S1 according to this embodiment is applied to a power supply facility for a vehicle such as an electric vehicle, a secondary battery included in the vehicle can be used.
続いて、図3を参照して、本実施形態における第1のコイルLtr1、補助コイルLn、受電コイルLrのそれぞれが発生する磁界と、不要な漏洩磁界の低減作用について詳細に説明する。図3aは、図2において、第1のインバータの出力電流位相が0度のときに各コイルが発生する磁界の向きを模式的に示した図である。図3bは、図2において、第1のインバータの出力電流位相が90度のときに各コイルが発生する磁界の向きを模式的に示した図である。なお、図3aおよび図3bにおいて、説明の便宜上、第1の磁性コアFt、第2の磁性コアFn、および第3の磁性コアFrは省略している。 Next, with reference to FIG. 3, the magnetic field generated by each of the first coil Ltr1, the auxiliary coil Ln, and the power receiving coil Lr in this embodiment and the action of reducing unnecessary leakage magnetic fields will be described in detail. FIG. 3a is a diagram schematically showing the direction of the magnetic field generated by each coil when the output current phase of the first inverter is 0 degree in FIG. FIG. 3b is a diagram schematically showing the direction of the magnetic field generated by each coil when the output current phase of the first inverter is 90 degrees in FIG. 3A and 3B, the first magnetic core Ft, the second magnetic core Fn, and the third magnetic core Fr are omitted for convenience of explanation.
第1のコイルLtr1に電流を供給する第1のインバータINV1の出力電流位相が0度のとき、すなわち、正弦波状の第1のインバータINV1の出力電流瞬時値が最大となるとき、図3aに示されるように、第1のコイルLtr1が有する第1および第2の巻線LtrA,LtrBのそれぞれが発生する磁界HLtrA,HLtrBの強度が最大となる。なお、磁界HLtrA,HLtrBはコイルユニットLtu1と受電コイルLrとの対向方向に平行な向きであり、互いに逆位相の磁界である。したがって、互いに逆位相の磁界を発生する第1の巻線LtrAと第2の巻線LtrBにより、第1のコイルLtr1が発生する漏洩磁界を低減することができる。 When the output current phase of the first inverter INV1 that supplies current to the first coil Ltr1 is 0 degree, that is, when the instantaneous value of the output current of the sinusoidal first inverter INV1 is the maximum, it is shown in FIG. As described above, the strengths of the magnetic fields HLtrA and HLtrB generated by the first and second windings LtrA and LtrB of the first coil Ltr1 are maximized. The magnetic fields HLtrA and HLtrB are parallel to the facing direction of the coil unit Ltu1 and the power receiving coil Lr, and are magnetic fields having opposite phases. Therefore, the leakage magnetic field generated by the first coil Ltr1 can be reduced by the first winding LtrA and the second winding LtrB that generate magnetic fields having phases opposite to each other.
また、磁界HLtrA,HLtrBは互いに逆位相の磁界のため、磁界HLtrA,HLtrBによって、第1のコイルLtr1が有する第1および第2の巻線LtrA,LtrBを共に鎖交する第1の磁束が発生する。この第1の磁束が受電コイルLrにも鎖交することで、受電コイルLrに起電力が生じ、電流が流れる。そして、受電コイルLrに生じた電流は、整流回路DBによって整流され、負荷Rに電力が出力される。ここで、第1のコイルLtr1と補助コイルLnとの間には磁気結合を抑制する電磁遮蔽板Sが設置されているため、磁界HLtrA,HLtrBによって、発生する磁束が補助コイルLnに鎖交することは抑制される。 Further, since the magnetic fields HLtrA and HLtrB are opposite in phase to each other, the magnetic fields HLtrA and HLtrB generate the first magnetic flux that links the first and second windings LtrA and LtrB of the first coil Ltr1. To do. When the first magnetic flux is linked to the power receiving coil Lr, an electromotive force is generated in the power receiving coil Lr, and a current flows. The current generated in the power receiving coil Lr is rectified by the rectifier circuit DB, and power is output to the load R. Here, since the electromagnetic shielding plate S that suppresses magnetic coupling is installed between the first coil Ltr1 and the auxiliary coil Ln, the generated magnetic flux is linked to the auxiliary coil Ln by the magnetic fields HLtrA and HLtrB. That is suppressed.
さらに、受電コイルLrには共振キャパシタCrが接続されているため、受電コイルLrの電流の位相は、第1のコイルLtr1に流れる電流の位相に対して90度ずれる。すなわち、図3bに示されるように、第1のコイルLtr1に電流を供給する第1のインバータINV1の出力電流位相が90度のとき、受電コイルLrに流れる電流によって発生する磁界HLrの強度が最大となる。 Furthermore, since the resonance capacitor Cr is connected to the power receiving coil Lr, the phase of the current in the power receiving coil Lr is shifted by 90 degrees with respect to the phase of the current flowing in the first coil Ltr1. That is, as shown in FIG. 3b, when the output current phase of the first inverter INV1 that supplies current to the first coil Ltr1 is 90 degrees, the intensity of the magnetic field HLr generated by the current flowing through the power receiving coil Lr is maximum. It becomes.
一方、補助コイルLnには、第2のインバータINV2から、第1のインバータINV1から第1のコイルLtr1に出力される電流の位相とは90度位相がずれた電流が供給されるため、図3bに示されるように、第1のコイルLtr1に電流を供給する第1のインバータINV1の出力電流位相が90度のとき、補助コイルLnに流れる電流瞬時値は最大となり、補助コイルLnによって発生する磁界HLnの強度が最大となる。また、補助コイルLnの軸方向は、受電コイルLrの軸方向と一致しており、さらに、補助コイルLnは、補助コイルLnが発生する磁界HLnが、受電コイルLrが発生する磁界HLrとは逆位相となるように巻回されているので、補助コイルLnが発生する磁界HLnと受電コイルLrが発生する磁界HLrは互いに逆位相となる。その結果、ワイヤレス電力伝送装置S1から離れた場所においては、受電コイルLrが発生する磁界HLrと補助コイルLnが発生する磁界HLnが互いに打消し合うことで、漏洩磁界が低減される。このとき、補助コイルLnと第1のコイルLtr1との間には電磁遮蔽板Sがあるため、第1のコイルLtr1と補助コイルLnとの間の不要な電磁的干渉を低減することができ、補助コイルLnによって、受電コイルLrが発生する漏洩磁界をより確実に低減することができる。 On the other hand, the auxiliary coil Ln is supplied with a current that is 90 degrees out of phase with the phase of the current output from the first inverter INV1 to the first coil Ltr1 from the second inverter INV2. As shown in FIG. 4, when the output current phase of the first inverter INV1 that supplies current to the first coil Ltr1 is 90 degrees, the instantaneous current value flowing through the auxiliary coil Ln becomes the maximum, and the magnetic field generated by the auxiliary coil Ln. The intensity of HLn is maximized. Further, the axial direction of the auxiliary coil Ln coincides with the axial direction of the power receiving coil Lr. Further, the auxiliary coil Ln has a magnetic field HLn generated by the auxiliary coil Ln opposite to the magnetic field HLr generated by the power receiving coil Lr. Since the coils are wound so as to be in phase, the magnetic field HLn generated by the auxiliary coil Ln and the magnetic field HLr generated by the power receiving coil Lr have opposite phases. As a result, at a place away from the wireless power transmission device S1, the magnetic field HLr generated by the power receiving coil Lr and the magnetic field HLn generated by the auxiliary coil Ln cancel each other, thereby reducing the leakage magnetic field. At this time, since there is an electromagnetic shielding plate S between the auxiliary coil Ln and the first coil Ltr1, unnecessary electromagnetic interference between the first coil Ltr1 and the auxiliary coil Ln can be reduced. The auxiliary coil Ln can more reliably reduce the leakage magnetic field generated by the power receiving coil Lr.
以上のように、本実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置S1は、コイルユニットLtu1における補助コイルLnが、電磁共鳴によって第1のコイルLtr1との間でワイヤレスにて電力の送受電が行われる他のコイルである受電コイルLrが発生する磁界HLrと逆位相の磁界HLnを発生している。そのため、補助コイルLnが、電磁共鳴によって第1のコイルLtr1との間でワイヤレスにて電力の送受電が行われる他のコイルである受電コイルLrと逆位相の磁界を発生することで、他のコイルである受電コイルLrが発生する不要な漏洩磁界を低減することができる。その結果、対向配置されるコイルである受電コイルLrの大型化および重量化を抑制しつつ、対向配置されるコイルである受電コイルLrから発生する不要な漏洩磁界の低減ができる。 As described above, in the wireless power transmission device S1 according to the present embodiment, the auxiliary coil Ln in the coil unit Ltu1 transmits and receives power wirelessly between the first coil Ltr1 and electromagnetic resonance. A magnetic field HLn having a phase opposite to that of the magnetic field HLr generated by the power receiving coil Lr, which is a coil, is generated. Therefore, the auxiliary coil Ln generates a magnetic field having a phase opposite to that of the power receiving coil Lr, which is another coil that wirelessly transmits and receives power to and from the first coil Ltr1 by electromagnetic resonance. An unnecessary leakage magnetic field generated by the power receiving coil Lr, which is a coil, can be reduced. As a result, it is possible to reduce an unnecessary leakage magnetic field generated from the power receiving coil Lr, which is a coil disposed oppositely, while suppressing an increase in size and weight of the power receiving coil Lr, which is a coil disposed oppositely.
また、本実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置S1においては、第1のコイルLtr1と補助コイルLnとの磁気結合を抑制する電磁遮蔽板Sを備えている。そのため、第1のコイルLtr1と補助コイルLnとの間の不要な電磁的干渉を低減することができるので、他のコイルである受電コイルLrが発生する不要な漏洩磁界をより確実に低減することができる。 In addition, the wireless power transmission device S1 according to the present embodiment includes an electromagnetic shielding plate S that suppresses the magnetic coupling between the first coil Ltr1 and the auxiliary coil Ln. As a result, unnecessary electromagnetic interference between the first coil Ltr1 and the auxiliary coil Ln can be reduced, so that an unnecessary leakage magnetic field generated by the power receiving coil Lr, which is another coil, can be more reliably reduced. Can do.
さらに、本実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置S1においては、第1のコイルLtr1は、互いに電気的に接続された第1および第2の巻線LtrA,LtrBを含み、第1の巻線LtrAと第2の巻線LtrBは、互いに逆位相の磁界HLtrAと磁界HLtrBを発生する。そのため、互いに逆位相の磁界HLtrAと磁界HLtrBを発生する第1の巻線LtrAと第2の巻線LtrBにより、第1のコイルLtr1が発生する不要な漏洩磁界を低減することができる。 Furthermore, in the wireless power transmission device S1 according to the present embodiment, the first coil Ltr1 includes first and second windings LtrA and LtrB that are electrically connected to each other, and the first coil LtrA and the first coil LtrA. The second winding LtrB generates a magnetic field HLtrA and a magnetic field HLtrB having opposite phases. Therefore, an unnecessary leakage magnetic field generated by the first coil Ltr1 can be reduced by the first winding LtrA and the second winding LtrB that generate the magnetic field HLtrA and the magnetic field HLtrB having opposite phases to each other.
(第2実施形態)
次に、図4および図5を参照して、本発明の第2実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置S2の構成について説明する。図4は、本発明の第2実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置を示すシステム模式構成図である。図5は、本発明の第2実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置において、コイルユニットを受電コイルとともに示す断面図である。なお、本発明に係るコイルユニットは、ワイヤレス電力伝送装置におけるワイヤレス送電装置あるいはワイヤレス受電装置のいずれにも適用可能であるが、ここでは、本発明に係るコイルユニットをワイヤレス送電装置に適用した例を用いて説明する。
(Second Embodiment)
Next, the configuration of the wireless power transmission device S2 according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 4 is a schematic system configuration diagram showing a wireless power transmission device according to the second embodiment of the present invention. FIG. 5 is a cross-sectional view showing a coil unit together with a power receiving coil in a wireless power transmission device according to a second embodiment of the present invention. The coil unit according to the present invention can be applied to either a wireless power transmission device or a wireless power reception device in a wireless power transmission device, but here, an example in which the coil unit according to the present invention is applied to a wireless power transmission device. It explains using.
ワイヤレス電力伝送装置S2は、図4に示されるように、ワイヤレス送電装置Ut2と、ワイヤレス受電装置Ur1と、を有する。ワイヤレス送電装置Ut2は、第1の電源PW1と、第1のインバータINV1と、コイルユニットLtu2と、を有する。ワイヤレス受電装置Ur1は、受電コイルLrと、共振キャパシタCrと、整流回路DBと、負荷Rと、を有する。ワイヤレス電力伝送装置S2は、ワイヤレス送電装置Ut2のコイルユニットLtu2とワイヤレス受電装置Ur1の受電コイルLrが対向することにより、ワイヤレス送電装置Ut2からワイヤレス受電装置Ur1にワイヤレスにて電力が伝送される。ここで、第1の電源PW1、第1のインバータINV1、受電コイルLr、共振キャパシタCr、整流回路DB、負荷Rの構成は、第1実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置S1と同様である。第2実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置S2では、第1実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置S1のコイルユニットLtu1および電磁遮蔽板Sに代えて、それぞれコイルユニットLtu2および電磁遮蔽板Sbを備え、さらに、第2の電源PW2と、第2のインバータINV2を備えない点において、第1実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置S1と相違する。以下、第1実施形態と異なる点を中心に説明する。なお、本実施形態においても、電磁共鳴によって第1のコイルとの間で電力の送受電が行われる他のコイルとは、第1実施形態と同様、受電コイルLrのことを意味する。 As illustrated in FIG. 4, the wireless power transmission device S2 includes a wireless power transmission device Ut2 and a wireless power reception device Ur1. The wireless power transmission device Ut2 includes a first power supply PW1, a first inverter INV1, and a coil unit Ltu2. The wireless power receiving device Ur1 includes a power receiving coil Lr, a resonant capacitor Cr, a rectifier circuit DB, and a load R. The wireless power transmission device S2 wirelessly transmits power from the wireless power transmission device Ut2 to the wireless power reception device Ur1 when the coil unit Ltu2 of the wireless power transmission device Ut2 and the power reception coil Lr of the wireless power reception device Ur1 face each other. Here, the configurations of the first power supply PW1, the first inverter INV1, the power receiving coil Lr, the resonance capacitor Cr, the rectifier circuit DB, and the load R are the same as those of the wireless power transmission device S1 according to the first embodiment. The wireless power transmission device S2 according to the second embodiment includes a coil unit Ltu2 and an electromagnetic shielding plate Sb, respectively, instead of the coil unit Ltu1 and the electromagnetic shielding plate S of the wireless power transmission device S1 according to the first embodiment. The second power source PW2 is different from the wireless power transmission device S1 according to the first embodiment in that the second power source PW2 and the second inverter INV2 are not provided. Hereinafter, a description will be given focusing on differences from the first embodiment. In the present embodiment, the other coil that transmits and receives power to and from the first coil by electromagnetic resonance means the power receiving coil Lr as in the first embodiment.
コイルユニットLtu2は、図4および図5に示されるように、第1のコイルLtr1と、第2のコイルLteと、共振キャパシタCtと、補助コイルLnと、電磁遮蔽板Sbと、第1の磁性コアFtと、第2の磁性コアFnと、を有する。ここで、第1のコイルLtr1と、第1の磁性コアFtと、第2の磁性コアFnは第1実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置S1と同様である。 As shown in FIGS. 4 and 5, the coil unit Ltu2 includes the first coil Ltr1, the second coil Lte, the resonance capacitor Ct, the auxiliary coil Ln, the electromagnetic shielding plate Sb, and the first magnetic It has a core Ft and a second magnetic core Fn. Here, the first coil Ltr1, the first magnetic core Ft, and the second magnetic core Fn are the same as those of the wireless power transmission device S1 according to the first embodiment.
第2のコイルLteは、第1のコイルLtr1の近傍に配置されているため、第1のコイルLtr1と強く磁気結合する。本実施形態においては、第2のコイルLteは、第1のコイルLtr1が備える第1の巻線LtrAの受電コイルLrと対向する側とは反対側であって、第1の巻線LtrAと近接し、第2のコイルLteの軸が第1の巻線LtrAの軸と一致するように配置され、第1の磁性コアFtの一方の突起部に銅やアルミニウム等のリッツ線から構成される巻線を巻回して構成されている。なお、第2のコイルLteは、第1のコイルLtrが備える第2の巻線LtrBの受電コイルLrと対向する側とは反対側であって、第2の巻線LtrBと近接し、第2のコイルLteの軸が第2の巻線LtrBの軸と一致するように配置され、第1の磁性コアFrの他方の突起部に巻線を巻回して構成してもよい。また、第2のコイルLteの巻数は、第1のコイルLtrの第1または第2の巻線LtrA,LtrBの巻数に比べて少なく設定される。ここで、第2のコイルLteには後述する共振キャパシタCtが接続されているため、第1のコイルLtr1から見た第2のコイルLteの電気的なインピーダンスは非常に小さいので、第2のコイルLteの巻数が少なくても、第2のコイルLteと補助コイルLnに十分な電流を発生させることができる。 Since the second coil Lte is disposed in the vicinity of the first coil Ltr1, it is strongly magnetically coupled to the first coil Ltr1. In the present embodiment, the second coil Lte is on the side opposite to the side facing the power receiving coil Lr of the first winding LtrA included in the first coil Ltr1, and is close to the first winding LtrA. The second coil Lte is arranged so that the axis of the second coil Lte coincides with the axis of the first winding LtrA, and one protrusion of the first magnetic core Ft is formed of a litz wire such as copper or aluminum. It is constructed by winding a wire. The second coil Lte is opposite to the side facing the power receiving coil Lr of the second winding LtrB included in the first coil Ltr, is close to the second winding LtrB, The coil Lte may be configured such that the axis of the coil Lte coincides with the axis of the second winding LtrB, and the winding is wound around the other protrusion of the first magnetic core Fr. Further, the number of turns of the second coil Lte is set to be smaller than the number of turns of the first or second winding LtrA, LtrB of the first coil Ltr. Here, since a resonance capacitor Ct, which will be described later, is connected to the second coil Lte, the electrical impedance of the second coil Lte viewed from the first coil Ltr1 is very small. Even if the number of turns of Lte is small, a sufficient current can be generated in the second coil Lte and the auxiliary coil Ln.
共振キャパシタCtは、第2のコイルLteと補助コイルLnに電気的に接続されている。共振キャパシタCtの静電容量は、第2のコイルLteと補助コイルLnのインピーダンスに対して、第1のインバータINV1から供給される電流の周波数で共振するように設定される。本実施形態では、共振キャパシタCtは、第2のコイルLteと補助コイルLnと直列に接続されているがこれに限られることなく、共振キャパシタCtは、第2のコイルLteと補助コイルLnと並列に接続されてもよい。いずれの場合においても、第2のコイルLteと補助コイルLnのインピーダンスに対して、第1のインバータINV1から供給される電流の周波数で共振するように共振キャパシタCtの静電容量が設定されていればよい。 The resonant capacitor Ct is electrically connected to the second coil Lte and the auxiliary coil Ln. The capacitance of the resonance capacitor Ct is set so as to resonate with the impedance of the second coil Lte and the auxiliary coil Ln at the frequency of the current supplied from the first inverter INV1. In the present embodiment, the resonance capacitor Ct is connected in series with the second coil Lte and the auxiliary coil Ln. However, the present invention is not limited to this, and the resonance capacitor Ct is in parallel with the second coil Lte and the auxiliary coil Ln. May be connected. In either case, the capacitance of the resonance capacitor Ct is set so that the impedance of the second coil Lte and the auxiliary coil Ln resonates at the frequency of the current supplied from the first inverter INV1. That's fine.
補助コイルLnは、第2のコイルLteおよび共振キャパシタCtと電気的に接続されている。補助コイルLnは、ソレノイド構造のコイルであり、銅やアルミニウム等のリッツ線を螺旋状に巻回して形成されている。補助コイルLnの軸方向は、後述する受電コイルLrの軸方向と略一致しており、本実施形態においては、補助コイルLnの軸方向は、コイルユニットLtu2と後述する受電コイルLrとの対向方向と直交する方向であって、補助コイルLnの軸方向は、第1のコイルLtr1の第1および第2の巻線LtrA,LtrBの軸方向と直交する方向である。この補助コイルLnは、後述する受電コイルLrが発生する磁界と逆位相の磁界を発生する。ここで、補助コイルLnが発生する磁界を、後述する受電コイルLrが発生する磁界と逆位相とするためには、補助コイルLnの巻線が、後述する受電コイルLrの巻線の巻回方向と逆向きに巻回されればよい。補助コイルLnの巻数は、コイルユニットLtu1と後述する受電コイルLrとの間の離間距離や所望の漏洩磁界低減効果などに基づいて適宜設定される。 The auxiliary coil Ln is electrically connected to the second coil Lte and the resonance capacitor Ct. The auxiliary coil Ln is a solenoid-structured coil and is formed by spirally winding a litz wire such as copper or aluminum. The axial direction of the auxiliary coil Ln substantially coincides with the axial direction of the power receiving coil Lr described later. In this embodiment, the axial direction of the auxiliary coil Ln is the facing direction between the coil unit Ltu2 and the power receiving coil Lr described later. The direction of the axis of the auxiliary coil Ln is perpendicular to the direction of the axes of the first and second windings LtrA and LtrB of the first coil Ltr1. The auxiliary coil Ln generates a magnetic field having an opposite phase to the magnetic field generated by the power receiving coil Lr described later. Here, in order to set the magnetic field generated by the auxiliary coil Ln in reverse phase to the magnetic field generated by the power receiving coil Lr, which will be described later, the winding direction of the winding of the power receiving coil Lr, which is described later, It may be wound in the opposite direction. The number of turns of the auxiliary coil Ln is appropriately set based on a separation distance between the coil unit Ltu1 and a power receiving coil Lr described later, a desired leakage magnetic field reduction effect, and the like.
電磁遮蔽板Sbは、第1のコイルLtr1および第2のコイルLteと補助コイルLnとの間であって、補助コイルLnの軸方向に沿って配置される。具体的には、電磁遮蔽板Sbは、第1の磁性コアFtと補助コイルLnとの間に配置される。この電磁遮蔽板Sbは、第1のコイルLtr1および第2のコイルLteと補助コイルLnの不要な磁気結合を抑制するシールド材として機能する。言い換えれば、電磁遮蔽板Sbは、誘導電流、渦電流などにより磁界を打消して磁束の通過を抑制するシールド材として機能する。これにより、第1のコイルLtr1および第2のコイルLteと補助コイルLnとの間の不要な電磁的干渉を低減することができる。このような電磁遮蔽板Sbとしては、表面が電磁シールド材として機能する非磁性の導体であれば特に制限されず、銅やアルミニウム、あるいは表面に亜鉛メッキを施した鋼板等が挙げられる。なお、第2のコイルLteと補助コイルLnを電気的に接続する配線は、電磁遮蔽板Sbに空けた穴を貫通するように引き回してもよく、電磁遮蔽板Sbを迂回して引き回してもよい。 The electromagnetic shielding plate Sb is disposed between the first coil Ltr1, the second coil Lte, and the auxiliary coil Ln and along the axial direction of the auxiliary coil Ln. Specifically, the electromagnetic shielding plate Sb is disposed between the first magnetic core Ft and the auxiliary coil Ln. The electromagnetic shielding plate Sb functions as a shielding material that suppresses unnecessary magnetic coupling between the first coil Ltr1, the second coil Lte, and the auxiliary coil Ln. In other words, the electromagnetic shielding plate Sb functions as a shielding material that cancels the magnetic field by an induced current, an eddy current, or the like and suppresses the passage of magnetic flux. Thereby, unnecessary electromagnetic interference between the first coil Ltr1 and the second coil Lte and the auxiliary coil Ln can be reduced. The electromagnetic shielding plate Sb is not particularly limited as long as the surface is a nonmagnetic conductor that functions as an electromagnetic shielding material, and examples thereof include copper, aluminum, and a steel plate having a surface galvanized. It should be noted that the wiring that electrically connects the second coil Lte and the auxiliary coil Ln may be routed so as to penetrate the hole formed in the electromagnetic shielding plate Sb, or may be routed around the electromagnetic shielding plate Sb. .
続いて、図6を参照して、本実施形態における第1のコイルLtr1、第2のコイルLte、補助コイルLn、受電コイルLrのそれぞれが発生する磁界と、不要な漏洩磁界の低減作用について詳細に説明する。図6aは、図5において、第1のインバータの出力電流位相が0度のときに各コイルが発生する磁界の向きを模式的に示した図である。図6bは、図5において、第1のインバータの出力電流位相が90度のときに各コイルが発生する磁界の向きを模式的に示した図である。なお、図6aおよび図6bにおいて、説明の便宜上、第1の磁性コアFt、第2の磁性コアFn、および第3の磁性コアFrは省略している。 Next, with reference to FIG. 6, details of the magnetic field generated by each of the first coil Ltr1, the second coil Lte, the auxiliary coil Ln, and the power receiving coil Lr and the action of reducing unnecessary leakage magnetic fields in the present embodiment. Explained. FIG. 6a is a diagram schematically showing the direction of the magnetic field generated by each coil when the output current phase of the first inverter is 0 degree in FIG. FIG. 6b is a diagram schematically showing the direction of the magnetic field generated by each coil when the output current phase of the first inverter is 90 degrees in FIG. In FIGS. 6a and 6b, the first magnetic core Ft, the second magnetic core Fn, and the third magnetic core Fr are omitted for convenience of explanation.
第1のコイルLtr1に電流を供給する第1のインバータINV1の出力電流位相が0度のとき、すなわち、正弦波状の第1のインバータINV1の出力電流瞬時値が最大となるとき、図6aに示されるように、第1のコイルLtr1の第1および第2の巻線LtrA,LtrBのそれぞれが発生する磁界HLtrA,HLtrBの強度が最大となる。なお、磁界HLtrA,HLtrBは、コイルユニットLtu2と受電コイルLrとの対向方向に平行な向きであり、互いに逆位相の磁界である。したがって、互いに逆位相の磁界を発生する第1の巻線LtrAと第2の巻線LtrBにより、第1のコイルLtr1が発生する漏洩磁界を低減することができる。 When the output current phase of the first inverter INV1 that supplies current to the first coil Ltr1 is 0 degrees, that is, when the instantaneous value of the output current of the sine wave-like first inverter INV1 is maximized, it is shown in FIG. As described above, the strengths of the magnetic fields HLtrA and HLtrB generated by the first and second windings LtrA and LtrB of the first coil Ltr1 are maximized. The magnetic fields HLtrA and HLtrB are parallel to the facing direction of the coil unit Ltu2 and the power receiving coil Lr, and are magnetic fields having opposite phases. Therefore, the leakage magnetic field generated by the first coil Ltr1 can be reduced by the first winding LtrA and the second winding LtrB that generate magnetic fields having phases opposite to each other.
また、磁界HLtrA,HLtrBは互いに逆位相の磁界のため、磁界HLtrA,HLtrBによって、第1のコイルLtr1の第1および第2の巻線LtrA,LtrBを共に鎖交する第1の磁束が発生する。この第1の磁束が受電コイルLrにも鎖交することで、受電コイルLrに起電力が生じ、電流が流れる。そして、受電コイルLrに生じた電流は、整流回路DBによって整流され、負荷Rに電力が出力される。 In addition, since the magnetic fields HLtrA and HLtrB are in opposite phases, the magnetic fields HLtrA and HLtrB generate a first magnetic flux that links the first and second windings LtrA and LtrB of the first coil Ltr1. . When the first magnetic flux is linked to the power receiving coil Lr, an electromotive force is generated in the power receiving coil Lr, and a current flows. The current generated in the power receiving coil Lr is rectified by the rectifier circuit DB, and power is output to the load R.
さらに、受電コイルLrには共振キャパシタCrが接続されているため、受電コイルLrに流れる電流の位相は、第1のコイルLtr1に流れる電流の位相に対して90度ずれる。すなわち、図6bに示されるように、第1のコイルLtr1に電流を供給する第1のインバータINV1の出力電流位相が90度のとき、受電コイルLrに流れる電流によって発生する磁界HLrの強度が最大となる。 Further, since the resonance capacitor Cr is connected to the power receiving coil Lr, the phase of the current flowing through the power receiving coil Lr is shifted by 90 degrees with respect to the phase of the current flowing through the first coil Ltr1. That is, as shown in FIG. 6b, when the output current phase of the first inverter INV1 that supplies current to the first coil Ltr1 is 90 degrees, the intensity of the magnetic field HLr generated by the current flowing through the power receiving coil Lr is maximum. It becomes.
一方、第1のコイルLtr1の第1および第2の巻線LtrA,LtrBが発生する磁束は第2のコイルLteにも鎖交するため、第2のコイルLteにも起電力が生じ、電流が流れる。このとき、第2のコイルLteには共振キャパシタCtが接続されているため、第1のコイルLtr1から見た第2のコイルLteの電気的なインピーダンスは非常に小さいので、第2のコイルLteの巻数が少なくても、第2のコイルLteに十分な電流が発生する。また、第2のコイルLteには共振キャパシタCtが接続されているため、第2のコイルLteの電流の位相は、第1のコイルLtr1に流れる電流の位相に対して90度ずれる。すなわち、第2のコイルLteに流れる電流の位相は、受電コイルLrに流れる電流の位相と同位相となる。ここで、第1のコイルLtr1および第2のコイルLteと補助コイルLnとの間には磁気結合を抑制する電磁遮蔽板Sbが設置されているため、磁界HLtrA,HLtrBによって、発生する磁束が補助コイルLnに鎖交することは抑制される。 On the other hand, since the magnetic flux generated by the first and second windings LtrA and LtrB of the first coil Ltr1 is also linked to the second coil Lte, an electromotive force is generated in the second coil Lte, and current is generated. Flowing. At this time, since the resonance capacitor Ct is connected to the second coil Lte, the electrical impedance of the second coil Lte viewed from the first coil Ltr1 is very small. Even if the number of turns is small, a sufficient current is generated in the second coil Lte. In addition, since the resonance capacitor Ct is connected to the second coil Lte, the phase of the current in the second coil Lte is shifted by 90 degrees with respect to the phase of the current flowing in the first coil Ltr1. That is, the phase of the current flowing through the second coil Lte is the same as the phase of the current flowing through the power receiving coil Lr. Here, since the electromagnetic shielding plate Sb that suppresses magnetic coupling is installed between the first coil Ltr1 and the second coil Lte and the auxiliary coil Ln, the magnetic flux generated by the magnetic fields HLtrA and HLtrB is supplemented. Interlinking with the coil Ln is suppressed.
さらに、補助コイルLnは、第2のコイルLteと電気的に接続されているため、補助コイルLnには第2のコイルLteと同位相の電流が流れる。すなわち、補助コイルLnには、受電コイルLrに流れる電流と同位相の電流が流れ、第1のコイルLtr1に電流を供給するインバータ出力電流位相が90度のとき、補助コイルLnに流れる電流によって発生する磁界HLnの強度が最大となる。ここで、補助コイルLnの軸方向は受電コイルLrの軸方向と一致しており、補助コイルLnの巻線の巻回方向と受電コイルLrの巻線の巻回方向は互いに逆方向であるので、補助コイルLnが発生する磁界HLnと受電コイルLrが発生する磁界HLrは互いに逆位相となる。その結果、ワイヤレス電力伝送装置S2から離れた場所においては、受電コイルLrが発生する磁界HLrと補助コイルLnが発生する磁界HLnが互いに打消し合うことで、漏洩磁界が低減される。このとき、補助コイルLnと同じ電流が流れる第2のコイルLteによって磁界HLteが発生するが、第2のコイルLteの巻数は少ないため、磁界HLteの強度は低い。したがって、第2のコイルLteにより、コイルユニットLtu2から離れた場所に形成される漏洩磁界強度も低く、影響は小さい。 Furthermore, since the auxiliary coil Ln is electrically connected to the second coil Lte, a current having the same phase as that of the second coil Lte flows through the auxiliary coil Ln. That is, a current having the same phase as the current flowing through the power receiving coil Lr flows through the auxiliary coil Ln, and is generated by the current flowing through the auxiliary coil Ln when the inverter output current phase for supplying current to the first coil Ltr1 is 90 degrees. The intensity of the magnetic field HLn to be maximized. Here, the axial direction of the auxiliary coil Ln coincides with the axial direction of the power receiving coil Lr, and the winding direction of the winding of the auxiliary coil Ln and the winding direction of the winding of the power receiving coil Lr are opposite to each other. The magnetic field HLn generated by the auxiliary coil Ln and the magnetic field HLr generated by the power receiving coil Lr are in opposite phases. As a result, at a place away from the wireless power transmission device S2, the magnetic field HLr generated by the power receiving coil Lr and the magnetic field HLn generated by the auxiliary coil Ln cancel each other, thereby reducing the leakage magnetic field. At this time, the magnetic field HLte is generated by the second coil Lte through which the same current as that of the auxiliary coil Ln flows. However, since the number of turns of the second coil Lte is small, the strength of the magnetic field HLte is low. Therefore, the strength of the leakage magnetic field formed at a location away from the coil unit Ltu2 by the second coil Lte is also low, and the influence is small.
以上のように、本実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置S2は、コイルユニットLtu2における補助コイルLnが、電磁共鳴によって第1のコイルLtr1との間でワイヤレスにて電力の送受電が行われる他のコイルである受電コイルLrが発生する磁界HLrと逆位相の磁界HLnを発生している。そのため、補助コイルLnが、電磁共鳴によって第1のコイルLtr1との間でワイヤレスにて電力の送受電が行われる他のコイルである受電コイルLrと逆位相の磁界を発生することで、他のコイルである受電コイルLrが発生する不要な漏洩磁界を低減することができる。その結果、対向配置されるコイルである受電コイルLrの大型化および重量化を抑制しつつ、対向配置されるコイルである受電コイルLrから発生する不要な漏洩磁界の低減ができる。 As described above, in the wireless power transmission device S2 according to the present embodiment, the auxiliary coil Ln in the coil unit Ltu2 transmits and receives power wirelessly with the first coil Ltr1 by electromagnetic resonance. A magnetic field HLn having a phase opposite to that of the magnetic field HLr generated by the power receiving coil Lr, which is a coil, is generated. Therefore, the auxiliary coil Ln generates a magnetic field having a phase opposite to that of the power receiving coil Lr, which is another coil that wirelessly transmits and receives power to and from the first coil Ltr1 by electromagnetic resonance. An unnecessary leakage magnetic field generated by the power receiving coil Lr, which is a coil, can be reduced. As a result, it is possible to reduce an unnecessary leakage magnetic field generated from the power receiving coil Lr, which is a coil disposed oppositely, while suppressing an increase in size and weight of the power receiving coil Lr, which is a coil disposed oppositely.
また、本実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置S2においては、コイルユニットLtu2が、第1のコイルLtr1と磁気結合する第2のコイルLteと、第2のコイルLteに接続される共振キャパシタCtと、をさらに備え、補助コイルLnは第2のコイルLteに電気的に接続されるとともに、他のコイルである受電コイルLrが発生する磁界HLrと逆位相の磁界HLnを発生するように巻線が巻回されている。ここで、第1のコイルLtr1は第2のコイルLteと磁気結合し、且つ、第2のコイルLteは共振キャパシタCtに接続されるため、第2のコイルLteに流れる電流の位相は、第1のコイルLtr1に流れる電流の位相に対して90度ずれる。さらに、第1のコイルLtr1との間で電磁共鳴によってワイヤレスにて電力の送受電が行われる他のコイルである受電コイルLrに流れる電流の位相は、第1のコイルLtr1に流れる電流の位相に対して90度ずれる。このとき、第2のコイルLteに流れる電流の位相および第2のコイルLteに電気的に接続される補助コイルLnに流れる電流の位相と第1のコイルLtr1との間でワイヤレスにて電力の送受電が行われる他のコイルである受電コイルLrに流れる電流の位相は同位相となる。したがって、補助コイルLnは、補助コイルLnが発生する磁界が、他のコイルである受電コイルLrが発生する磁界とは逆位相となるように巻線が巻回されているため、他のコイルである受電コイルLrと逆位相の磁界HLnを発生することとなる。そのため、他のコイルである受電コイルLrが発生する不要な漏洩磁界を低減することができる。その結果、第1のコイルLtr1および第2のコイルLteに電力を供給するために、複数の交流電力源を必要とせず、一つの交流電力源のみで対向配置されるコイルである受電コイルLrの大型化および重量化を抑制しつつ、対向配置されるコイルである受電コイルLrから発生する不要な漏洩磁界の低減ができる。また、ワイヤレス電力伝送装置S2全体の顕著な大型化および重量化も抑制することができる。 In the wireless power transmission device S2 according to the present embodiment, the coil unit Ltu2 includes a second coil Lte that is magnetically coupled to the first coil Ltr1, and a resonance capacitor Ct that is connected to the second coil Lte. The auxiliary coil Ln is electrically connected to the second coil Lte, and the winding is wound so as to generate a magnetic field HLn having a phase opposite to that of the magnetic field HLr generated by the power receiving coil Lr, which is another coil. It has been turned. Here, since the first coil Ltr1 is magnetically coupled to the second coil Lte, and the second coil Lte is connected to the resonance capacitor Ct, the phase of the current flowing through the second coil Lte is the first 90 degrees with respect to the phase of the current flowing through the coil Ltr1. Furthermore, the phase of the current that flows through the power receiving coil Lr, which is another coil that wirelessly transmits and receives power by electromagnetic resonance with the first coil Ltr1, is the phase of the current that flows through the first coil Ltr1. It is 90 degrees off. At this time, power is transmitted wirelessly between the phase of the current flowing through the second coil Lte and the phase of the current flowing through the auxiliary coil Ln electrically connected to the second coil Lte and the first coil Ltr1. The phase of the current flowing through the power receiving coil Lr, which is another coil that receives power, is the same phase. Therefore, since the auxiliary coil Ln is wound so that the magnetic field generated by the auxiliary coil Ln is opposite in phase to the magnetic field generated by the power receiving coil Lr, which is another coil, A magnetic field HLn having a phase opposite to that of a certain receiving coil Lr is generated. Therefore, an unnecessary leakage magnetic field generated by the power receiving coil Lr, which is another coil, can be reduced. As a result, in order to supply power to the first coil Ltr1 and the second coil Lte, a plurality of AC power sources are not required, and the power receiving coil Lr, which is a coil arranged to be opposed to only one AC power source, is used. While suppressing an increase in size and weight, an unnecessary leakage magnetic field generated from the power receiving coil Lr, which is a coil arranged oppositely, can be reduced. Moreover, the remarkable enlargement and weight increase of the entire wireless power transmission device S2 can be suppressed.
さらに、本実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置S2では、コイルユニットLtu2が、第1のコイルLtr1および第2のコイルLteと補助コイルLnとの磁気結合を抑制する電磁遮蔽板Sbをさらに備えている。そのため、第1のコイルLtr1と補助コイルLnとの間の不要な電磁的干渉を低減することができるので、他のコイルである受電コイルLrが発生する不要な漏洩磁界をより確実に低減することができる。 Furthermore, in the wireless power transmission device S2 according to the present embodiment, the coil unit Ltu2 further includes an electromagnetic shielding plate Sb that suppresses magnetic coupling between the first coil Ltr1 and the second coil Lte and the auxiliary coil Ln. . As a result, unnecessary electromagnetic interference between the first coil Ltr1 and the auxiliary coil Ln can be reduced, so that an unnecessary leakage magnetic field generated by the power receiving coil Lr, which is another coil, can be more reliably reduced. Can do.
(第3実施形態)
次に、図7および図8を参照して、本発明の第3実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置S3の構成について説明する。図7は、本発明の第3実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置を示すシステム模式構成図である。図8は、本発明の第3実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置において、コイルユニットを受電コイルとともに示す断面図である。なお、本発明に係るコイルユニットは、ワイヤレス電力伝送装置におけるワイヤレス送電装置あるいはワイヤレス受電装置のいずれにも適用可能であるが、ここでは、本発明に係るコイルユニットをワイヤレス送電装置に適用した例を用いて説明する。
(Third embodiment)
Next, the configuration of the wireless power transmission device S3 according to the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 7 is a schematic system configuration diagram showing a wireless power transmission device according to the third embodiment of the present invention. FIG. 8 is a cross-sectional view showing a coil unit together with a power receiving coil in a wireless power transmission device according to a third embodiment of the present invention. The coil unit according to the present invention can be applied to either a wireless power transmission device or a wireless power reception device in a wireless power transmission device, but here, an example in which the coil unit according to the present invention is applied to a wireless power transmission device. It explains using.
ワイヤレス電力伝送装置S3は、図7に示されるように、ワイヤレス送電装置Ut3と、ワイヤレス受電装置Ur1と、を有する。ワイヤレス送電装置Ut3は、第1の電源PW1と、第1のインバータINV1と、コイルユニットLtu3と、を有する。ワイヤレス受電装置Ur1は、受電コイルLrと、共振キャパシタCrと、整流回路DBと、負荷Rと、を有する。ワイヤレス電力伝送装置S3は、ワイヤレス送電装置Ut3のコイルユニットLtu3とワイヤレス受電装置Ur1の受電コイルLrが対向することにより、ワイヤレス送電装置Ut3からワイヤレス受電装置Ur1にワイヤレスにて電力が伝送される。ここで、第1の電源PW1、第1のインバータINV1、受電コイルLr、共振キャパシタCr、整流回路DB、負荷Rの構成は、第2実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置S2と同様である。第3実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置S3では、コイルユニットLtu2に代えて、コイルユニットLtu3を備えている点において、第2実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置S2と相違する。以下、第2実施形態と異なる点を中心に説明する。なお、本実施形態においても、電磁共鳴によって第1のコイルとの間で電力の送受電が行われる他のコイルとは、第1実施形態と同様、受電コイルLrのことを意味する。 As illustrated in FIG. 7, the wireless power transmission device S3 includes a wireless power transmission device Ut3 and a wireless power reception device Ur1. The wireless power transmitting apparatus Ut3 includes a first power supply PW1, a first inverter INV1, and a coil unit Ltu3. The wireless power receiving device Ur1 includes a power receiving coil Lr, a resonant capacitor Cr, a rectifier circuit DB, and a load R. In the wireless power transmission device S3, the coil unit Ltu3 of the wireless power transmission device Ut3 and the power reception coil Lr of the wireless power reception device Ur1 face each other, so that power is transmitted wirelessly from the wireless power transmission device Ut3 to the wireless power reception device Ur1. Here, the configurations of the first power supply PW1, the first inverter INV1, the power receiving coil Lr, the resonance capacitor Cr, the rectifier circuit DB, and the load R are the same as those of the wireless power transmission device S2 according to the second embodiment. The wireless power transmission device S3 according to the third embodiment is different from the wireless power transmission device S2 according to the second embodiment in that a coil unit Ltu3 is provided instead of the coil unit Ltu2. Hereinafter, a description will be given focusing on differences from the second embodiment. In the present embodiment, the other coil that transmits and receives power to and from the first coil by electromagnetic resonance means the power receiving coil Lr as in the first embodiment.
コイルユニットLtu3は、第1のコイルLtr2と、第2のコイルLteと、共振キャパシタCtと、補助コイルLnと、電磁遮蔽板Sbと、第1の磁性コアFtと、第2の磁性コアFnと、第4の磁性コアFtCと、第5の磁性コアFtDと、を有する。ここで、共振キャパシタCtと、第2のコイルLteと、補助コイルLnと、電磁遮蔽板Sbと、第1の磁性コアFnと、第2の磁性コアFnの構成は、第2実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置S2と同様である。 The coil unit Ltu3 includes a first coil Ltr2, a second coil Lte, a resonance capacitor Ct, an auxiliary coil Ln, an electromagnetic shielding plate Sb, a first magnetic core Ft, and a second magnetic core Fn. , A fourth magnetic core FtC, and a fifth magnetic core FtD. Here, the configurations of the resonant capacitor Ct, the second coil Lte, the auxiliary coil Ln, the electromagnetic shielding plate Sb, the first magnetic core Fn, and the second magnetic core Fn are related to the second embodiment. This is the same as the wireless power transmission device S2.
第1のコイルLtr2は、第1の巻線LtrAと、第2の巻線LtrBと、第3の巻線LtrCと、第4の巻線LtrDと、を含む。本実施形態では、第1の巻線LtrA、第2の巻線LtrB、第3の巻線LtrC、第4の巻線LtrDが電気的に直列に接続されている。ここで、第1および第2の巻線LtrA,LtrBの構成は、第2実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置S2の第1のコイルLtr1の第1および第2の巻線LtrA,LtrBと同様である。 The first coil Ltr2 includes a first winding LtrA, a second winding LtrB, a third winding LtrC, and a fourth winding LtrD. In the present embodiment, the first winding LtrA, the second winding LtrB, the third winding LtrC, and the fourth winding LtrD are electrically connected in series. Here, the configurations of the first and second windings LtrA and LtrB are the same as those of the first and second windings LtrA and LtrB of the first coil Ltr1 of the wireless power transmission device S2 according to the second embodiment. is there.
第3の巻線LtrCは、第1の巻線LtrAの背面側に配置されている。すなわち、第3の巻線LtrCは、第1の巻線LtrAの受電コイルLrと対向する面とは反対面側に配置されている。より具体的には、第3の巻線LtrCは、図8に示されるように、コイルユニットLtu3と受電コイルLrとの対向方向から見て、第1の巻線LtrAと重なり合うように配置されている。この第3の巻線LtrCは、ソレノイド構造のコイルであり、銅やアルミニウム等のリッツ線を螺旋状に巻回して形成されている。また、第3の巻線LtrCの軸方向は、コイルユニットLtu3と受電コイルLrとの対向方向と直交する方向である。すなわち、第3の巻線LtrCの軸方向は、第1の巻線LtrAの軸方向と直交する方向である。そのため、第3の巻線LtrCにより、第3の巻線LtrCから離れた場所にまで周回する磁束をより発生させ易くなり、第1のコイルLtr2が発生する漏洩磁界をより一層低減することができる。またさらには、第3の巻線LtrCの巻数は、所望の漏洩磁界低減効果などに基づいて適宜設定される。 The third winding LtrC is disposed on the back side of the first winding LtrA. That is, the third winding LtrC is disposed on the opposite side of the surface of the first winding LtrA that faces the power receiving coil Lr. More specifically, as shown in FIG. 8, the third winding LtrC is arranged so as to overlap the first winding LtrA when viewed from the facing direction of the coil unit Ltu3 and the power receiving coil Lr. Yes. The third winding LtrC is a solenoid-structured coil and is formed by spirally winding a litz wire such as copper or aluminum. The axial direction of the third winding LtrC is a direction orthogonal to the facing direction of the coil unit Ltu3 and the power receiving coil Lr. That is, the axial direction of the third winding LtrC is a direction orthogonal to the axial direction of the first winding LtrA. Therefore, the third winding LtrC can more easily generate a magnetic flux that circulates to a place away from the third winding LtrC, and the leakage magnetic field generated by the first coil Ltr2 can be further reduced. . Furthermore, the number of turns of the third winding LtrC is appropriately set based on a desired leakage magnetic field reduction effect or the like.
ここで、第3の巻線LtrCは、第1の巻線LtrAに鎖交する第2の磁束を発生する。具体的には、図8において、第1の巻線LtrAが、第1の巻線LtrAから受電コイルLrに向かう方向(図示上向き)の磁界を発生しているときには、第3の巻線LtrCが、第3の巻線LtrCから第1の巻線LtrAに向かう方向(図示右向き)の磁界を発生すれば、第3の巻線LtrCは、第1の巻線LtrAに鎖交する第2の磁束を発生することとなる。一方、第1の巻線LtrAが、受電コイルLrから第1の巻線LtrAに向かう方向(図示下向き)の磁界を発生しているときには、第3の巻線LtrCが、第1の巻線LtrAから第3の巻線LtrCに向かう方向(図示左向き)の磁界を発生すれば、第3の巻線LtrCは、第1の巻線LtrAに鎖交する第2の磁束を発生することとなる。このような磁界を発生させるには、第3の巻線LtrCにおける第1の巻線LtrAと最も近接する部分(図示第3の巻線LtrCの上面部分)を通過する電流の向きが、第1の巻線LtrAにおける第3の巻線LtrCと最も近接する部分(図示第1の巻線LtrAの左側部分)を通過する電流の向きと同じとなるように、リッツ線の巻回方向を選択して第3の巻線LtrCを構成すればよい。また、第3の巻線LtrCは、第3の巻線LtrCが発生する第2の磁束の周回方向が、第1および第2の巻線LtrA,LtrBが発生する第1の磁束の周回方向とは逆向きとなるように配置されている。このような磁束とするためには、受電コイルLrから見て、第1の巻線LtrAと第2の巻線LtrBの並び方向において、第1の巻線LtrAの中心から第2の巻線LtrBの中心へ向かう方向とは反対側にずれた位置に第3の巻線LtrCが配置されればよい。 Here, the third winding LtrC generates a second magnetic flux interlinking with the first winding LtrA. Specifically, in FIG. 8, when the first winding LtrA generates a magnetic field in the direction (upward in the drawing) from the first winding LtrA to the power receiving coil Lr, the third winding LtrC If a magnetic field in the direction from the third winding LtrC toward the first winding LtrA (rightward in the figure) is generated, the third winding LtrC is linked to the first winding LtrA by the second magnetic flux. Will be generated. On the other hand, when the first winding LtrA generates a magnetic field in the direction (downward in the drawing) from the power receiving coil Lr to the first winding LtrA, the third winding LtrC is converted into the first winding LtrA. If a magnetic field in the direction (leftward in the figure) from the first to the third winding LtrC is generated, the third winding LtrC generates a second magnetic flux interlinking with the first winding LtrA. In order to generate such a magnetic field, the direction of the current passing through the portion of the third winding LtrC that is closest to the first winding LtrA (the upper surface portion of the third winding LtrC in the drawing) is the first direction. The winding direction of the litz wire is selected so that the direction of the current passing through the portion closest to the third winding LtrC (the left portion of the first winding LtrA in the figure) in the winding LtrA of The third winding LtrC may be configured. Further, in the third winding LtrC, the circulation direction of the second magnetic flux generated by the third winding LtrC is the same as the rotation direction of the first magnetic flux generated by the first and second windings LtrA and LtrB. Are arranged in the opposite direction. In order to obtain such a magnetic flux, the second winding LtrB from the center of the first winding LtrA in the arrangement direction of the first winding LtrA and the second winding LtrB as seen from the power receiving coil Lr. The third winding LtrC only needs to be arranged at a position shifted to the opposite side to the direction toward the center.
第4の巻線LtrDは、第2の巻線LtrBの背面側に配置されている。すなわち、第4の巻線LtrDは、第2の巻線LtrBの受電コイルLrと対向する面とは反対面側に配置されている。より具体的には、第4の巻線LtrDは、図8に示されるように、コイルユニットLtu3と受電コイルLrとの対向方向から見て、第2の巻線LtrBと重なり合うように配置されている。この第4の巻線LtrDは、ソレノイド構造のコイルであり、銅やアルミニウム等のリッツ線を螺旋状に巻回して形成されている。また、第4の巻線LtrDの軸方向は、コイルユニットLtu3と受電コイルLrとの対向方向と直交する方向である。すなわち、第4の巻線LtrDの軸方向は、第2の巻線LtrBの軸方向と直交する方向である。そのため、第4の巻線LtrDにより、第4の巻線LtrDから離れた場所にまで周回する磁束をより発生させ易くなり、第1のコイルLtr2が発生する漏洩磁界をより一層低減することができる。またさらには、第4の巻線LtrDの巻数は、所望の漏洩磁界低減効果などに基づいて適宜設定される。 The fourth winding LtrD is disposed on the back side of the second winding LtrB. That is, the fourth winding LtrD is disposed on the opposite side of the surface of the second winding LtrB that faces the power receiving coil Lr. More specifically, as shown in FIG. 8, the fourth winding LtrD is arranged so as to overlap the second winding LtrB when viewed from the facing direction of the coil unit Ltu3 and the power receiving coil Lr. Yes. The fourth winding LtrD is a solenoid-structured coil, and is formed by spirally winding a litz wire such as copper or aluminum. The axial direction of the fourth winding LtrD is a direction orthogonal to the facing direction of the coil unit Ltu3 and the power receiving coil Lr. That is, the axial direction of the fourth winding LtrD is a direction orthogonal to the axial direction of the second winding LtrB. Therefore, the fourth winding LtrD can more easily generate a magnetic flux that circulates to a place away from the fourth winding LtrD, and the leakage magnetic field generated by the first coil Ltr2 can be further reduced. . Furthermore, the number of turns of the fourth winding LtrD is appropriately set based on a desired leakage magnetic field reduction effect or the like.
ここで、第4の巻線LtrDは、第2の巻線LtrBに鎖交する第3の磁束を発生する。具体的には、図8において、第2の巻線LtrBが、第2の巻線LtrBから受電コイルLrに向かう方向(図示上向き)の磁界を発生しているときには、第4の巻線LtrDが、第4の巻線LtrDから第2の巻線LtrBに向かう方向(図示左向き)の磁界を発生すれば、第4の巻線LtrDは、第2の巻線LtrBに鎖交する第3の磁束を発生することとなる。一方、第2の巻線LtrBが、受電コイルLrから第2の巻線LtrBに向かう方向(図示下向き)の磁界を発生しているときには、第4の巻線LtrDが、第2の巻線LtrBから第4の巻線LtrDに向かう方向(図示右向き)の磁界を発生すれば、第4の巻線LtrDは、第2の巻線LtrBに鎖交する第3の磁束を発生することとなる。このような磁界を発生させるには、第4の巻線LtrDにおける第2の巻線LtrBと最も近接する部分(図示第4の巻線LtrDの上面部分)を通過する電流の向きが、第2の巻線LtrBにおける第4の巻線LtrDと最も近接する部分(図示第2の巻線LtrBの右側部分)を通過する電流の向きと同じとなるように、リッツ線の巻回方向を選択して第4の巻線LtrDを構成すればよい。また、第4の巻線LtrDは、第4の巻線LtrDが発生する第3の磁束の周回方向が、第1および第2の巻線LtrA,LtrBが発生する第1の磁束の周回方向とは逆向きとなるように配置されている。このような磁束とするためには、受電コイルLrから見て、第1の巻線LtrAと第2の巻線LtrBの並び方向において、第2の巻線LtrBの中心から第1の巻線LtrAの中心へ向かう方向とは反対側にずれた位置に第4の巻線LtrDが配置されればよい。 Here, the fourth winding LtrD generates a third magnetic flux interlinking with the second winding LtrB. Specifically, in FIG. 8, when the second winding LtrB generates a magnetic field in the direction (upward in the drawing) from the second winding LtrB to the power receiving coil Lr, the fourth winding LtrD If a magnetic field is generated in the direction from the fourth winding LtrD toward the second winding LtrB (leftward in the figure), the fourth winding LtrD is linked to the second winding LtrB by the third magnetic flux. Will be generated. On the other hand, when the second winding LtrB generates a magnetic field in the direction (downward in the drawing) from the power receiving coil Lr to the second winding LtrB, the fourth winding LtrD is converted into the second winding LtrB. If a magnetic field is generated in a direction (rightward in the figure) from the first to the fourth winding LtrD, the fourth winding LtrD generates a third magnetic flux interlinking with the second winding LtrB. In order to generate such a magnetic field, the direction of the current passing through the portion of the fourth winding LtrD that is closest to the second winding LtrB (the upper surface portion of the fourth winding LtrD in the drawing) is The winding direction of the litz wire is selected so that the direction of the current passing through the portion closest to the fourth winding LtrD in the winding LtrB (the right side portion of the second winding LtrB shown in the drawing) is the same. The fourth winding LtrD may be configured. Further, in the fourth winding LtrD, the circulation direction of the third magnetic flux generated by the fourth winding LtrD is the same as the rotation direction of the first magnetic flux generated by the first and second windings LtrA and LtrB. Are arranged in the opposite direction. In order to obtain such a magnetic flux, the first winding LtrA from the center of the second winding LtrB in the arrangement direction of the first winding LtrA and the second winding LtrB as seen from the power receiving coil Lr. The fourth winding LtrD has only to be arranged at a position shifted to the opposite side to the direction toward the center.
第4の磁性コアFtCは、板状または棒状のフェライト等の磁性体により構成され、第3の巻線LtrCの軸を貫通するように配置されている。つまり、第4の磁性コアFtCは、第1のコイルLtr2の第3の巻線LtrCのコアとして機能する。そのため、第3の巻線LtrCによって、漏洩磁界を低減するための磁束が効率良く発生する。また、第4の磁性コアFtCは、第1の磁性コアFtに接続されている。したがって、第3の巻線LtrCは、第1の巻線LtrAに鎖交する第2の磁束を効率良く発生することができる。なお、第4の磁性コアFtCと第1の磁性コアFtは一体的に形成されていてもよい。 The fourth magnetic core FtC is made of a magnetic material such as plate-like or rod-like ferrite, and is arranged so as to penetrate the axis of the third winding LtrC. That is, the fourth magnetic core FtC functions as the core of the third winding LtrC of the first coil Ltr2. Therefore, the magnetic flux for reducing the leakage magnetic field is efficiently generated by the third winding LtrC. The fourth magnetic core FtC is connected to the first magnetic core Ft. Therefore, the third winding LtrC can efficiently generate the second magnetic flux interlinking with the first winding LtrA. Note that the fourth magnetic core FtC and the first magnetic core Ft may be integrally formed.
第5の磁性コアFtDは、板状または棒状のフェライト等の磁性体により構成され、第4の巻線LtrDの軸を貫通するように配置されている。つまり、第5の磁性コアFtDは、第1のコイルLtr2の第4の巻線LtrDのコアとして機能する。そのため、第4の巻線LtrDによって、漏洩磁界を低減するための磁束が効率良く発生する。また、第5の磁性コアFtDは、第1の磁性コアFtに接続されている。したがって、第4の巻線LtrDは、第2の巻線LtrBに鎖交する第3の磁束を効率良く発生することができる。なお、第5の磁性コアFtDと第1の磁性コアFtは一体的に形成されていてもよい。 The fifth magnetic core FtD is made of a magnetic material such as a plate-like or rod-like ferrite, and is disposed so as to penetrate the axis of the fourth winding LtrD. That is, the fifth magnetic core FtD functions as the core of the fourth winding LtrD of the first coil Ltr2. Therefore, a magnetic flux for reducing the leakage magnetic field is efficiently generated by the fourth winding LtrD. The fifth magnetic core FtD is connected to the first magnetic core Ft. Therefore, the fourth winding LtrD can efficiently generate the third magnetic flux interlinking with the second winding LtrB. Note that the fifth magnetic core FtD and the first magnetic core Ft may be integrally formed.
続いて、図9を参照して、本実施形態における第1のコイルLtr2、第2のコイルLte、補助コイルLn、受電コイルLrのそれぞれが発生する磁界と、不要な漏洩磁界の低減作用について詳細に説明する。図9aは、図8において、第1のインバータの出力電流位相が0度のときに各コイルが発生する磁界の向きを模式的に示した図である。図9bは、図8において、第1のインバータの出力電流位相が90度のときに各コイルが発生する磁界の向きを模式的に示した図である。なお、図9aおよび図9bにおいて、説明の便宜上、第1の磁性コアFt、第2の磁性コアFn、第3の磁性コアFr、第4の磁性コアFtC、および第5の磁性コアFtDは省略している。 Subsequently, with reference to FIG. 9, the details of the magnetic field generated by each of the first coil Ltr2, the second coil Lte, the auxiliary coil Ln, and the power receiving coil Lr and the action of reducing unnecessary leakage magnetic fields in the present embodiment. Explained. FIG. 9a is a diagram schematically showing the direction of the magnetic field generated by each coil when the output current phase of the first inverter is 0 degree in FIG. FIG. 9b is a diagram schematically showing the direction of the magnetic field generated by each coil when the output current phase of the first inverter is 90 degrees in FIG. In FIG. 9a and FIG. 9b, the first magnetic core Ft, the second magnetic core Fn, the third magnetic core Fr, the fourth magnetic core FtC, and the fifth magnetic core FtD are omitted for convenience of explanation. doing.
第1のコイルLtr2に電流を供給する第1のインバータINV1の出力電流位相が0度のとき、すなわち正弦波状の第1のインバータINV1の出力電流瞬時値が最大となるとき、図9aに示されるように、第1のコイルLtr2の第1および第2の巻線LtrA,LtrBのそれぞれが発生する磁界HLtrA,HLtrBの強度が最大となる。なお、磁界HLtrA,HLtrBはコイルユニットLtu3と受電コイルLrとの対向方向に平行な向きであり、互いに逆位相の磁界である。したがって、互いに逆位相の磁界を発生する第1の巻線LtrAと第2の巻線LtrBにより、第1のコイルLtr2が発生する漏洩磁界を低減することができる。 When the output current phase of the first inverter INV1 that supplies current to the first coil Ltr2 is 0 degrees, that is, when the instantaneous value of the output current of the sine wave-like first inverter INV1 is maximized, it is shown in FIG. 9a. As described above, the strengths of the magnetic fields HLtrA and HLtrB generated by the first and second windings LtrA and LtrB of the first coil Ltr2 are maximized. The magnetic fields HLtrA and HLtrB are parallel to the facing direction of the coil unit Ltu3 and the power receiving coil Lr, and are magnetic fields having opposite phases. Therefore, the leakage magnetic field generated by the first coil Ltr2 can be reduced by the first winding LtrA and the second winding LtrB that generate magnetic fields having phases opposite to each other.
また、磁界HLtrA,HLtrBは互いに逆位相の磁界のため、磁界HLtrA,HLtrBによって、第1のコイルLtr2の第1および第2の巻線LtrA,LtrBを共に鎖交する第1の磁束が発生する。この第1の磁束が受電コイルLrにも鎖交することで、受電コイルLrに起電力が生じ、電流が流れる。そして、受電コイルLrに生じた電流は、整流回路DBによって整流され、負荷Rに電力が出力される。 Further, since the magnetic fields HLtrA and HLtrB are opposite in phase, the magnetic fields HLtrA and HLtrB generate a first magnetic flux that links the first and second windings LtrA and LtrB of the first coil Ltr2. . When the first magnetic flux is linked to the power receiving coil Lr, an electromotive force is generated in the power receiving coil Lr, and a current flows. The current generated in the power receiving coil Lr is rectified by the rectifier circuit DB, and power is output to the load R.
さらに、受電コイルLrには共振キャパシタCrが接続されているため、受電コイルLrの電流の位相は、第1のコイルLtr2に流れる電流の位相に対して90度ずれる。すなわち、図9bに示されるように、第1のコイルLtr2に電流を供給する第1のインバータINV1の出力電流位相が90度のとき、受電コイルLrに流れる電流によって発生する磁界HLrの強度が最大となる。 Furthermore, since the resonance capacitor Cr is connected to the power receiving coil Lr, the phase of the current in the power receiving coil Lr is shifted by 90 degrees with respect to the phase of the current flowing in the first coil Ltr2. That is, as shown in FIG. 9b, when the output current phase of the first inverter INV1 that supplies current to the first coil Ltr2 is 90 degrees, the intensity of the magnetic field HLr generated by the current flowing through the power receiving coil Lr is maximum. It becomes.
一方、第1のコイルLtr2の第1および第2の巻線LtrA,LtrBが発生する磁束は第2のコイルLteにも鎖交するため、第2のコイルLteにも起電力が生じ、電流が流れる。このとき、第2のコイルLteには共振キャパシタCtが接続されているため、第1のコイルLtr2から見た第2のコイルLteの電気的なインピーダンスは非常に小さいので、第2のコイルLteの巻数が少なくても、第2のコイルLteに十分な電流が発生する。また、第2のコイルLteには共振キャパシタCtが接続されているため、第2のコイルLteに流れる電流の位相は、第1のコイルLtr2に流れる電流の位相に対して90度ずれる。すなわち、第2のコイルLteに流れる電流の位相は、受電コイルLrに流れる電流と同位相となる。ここで、第1のコイルLtr2および第2のコイルLteと補助コイルLnとの間には磁気結合を抑制する電磁遮蔽板Sbが設置されているため、磁界HLtrA,HLtrBによって、発生する磁束が補助コイルLnに鎖交することは抑制される。 On the other hand, since the magnetic flux generated by the first and second windings LtrA and LtrB of the first coil Ltr2 is also linked to the second coil Lte, an electromotive force is generated in the second coil Lte, and current is generated. Flowing. At this time, since the resonance capacitor Ct is connected to the second coil Lte, the electrical impedance of the second coil Lte viewed from the first coil Ltr2 is very small. Even if the number of turns is small, a sufficient current is generated in the second coil Lte. Further, since the resonance capacitor Ct is connected to the second coil Lte, the phase of the current flowing through the second coil Lte is shifted by 90 degrees with respect to the phase of the current flowing through the first coil Ltr2. That is, the phase of the current flowing through the second coil Lte is in phase with the current flowing through the power receiving coil Lr. Here, since the electromagnetic shielding plate Sb that suppresses magnetic coupling is installed between the first coil Ltr2 and the second coil Lte and the auxiliary coil Ln, the magnetic flux generated by the magnetic fields HLtrA and HLtrB is supplemented. Interlinking with the coil Ln is suppressed.
さらに、補助コイルLnは、第2のコイルLteと電気的に接続されているため、補助コイルLnには第2のコイルLteと同位相の電流が流れる。すなわち、補助コイルLnには、受電コイルLrに流れる電流と同位相の電流が流れ、第1のコイルLtr2に電流を供給する第1のインバータINV1の出力電流位相が90度のとき、補助コイルLnに流れる電流によって発生する磁界HLnの強度が最大となる。ここで、補助コイルLnの軸方向は受電コイルLrの軸方向と一致しており、補助コイルLnの巻線の巻回方向と受電コイルLrの巻線の巻回方向は同じ方向であるので、補助コイルLnが発生する磁界HLnと受電コイルLrが発生する磁界HLrは互いに逆位相となる。その結果、ワイヤレス電力伝送装置S3から離れた場所においては、受電コイルLrが発生する磁界HLrと補助コイルLnが発生する磁界HLnが互いに打消し合うことで、漏洩磁界が低減される。 Furthermore, since the auxiliary coil Ln is electrically connected to the second coil Lte, a current having the same phase as that of the second coil Lte flows through the auxiliary coil Ln. That is, a current having the same phase as the current flowing through the power receiving coil Lr flows through the auxiliary coil Ln, and when the output current phase of the first inverter INV1 that supplies current to the first coil Ltr2 is 90 degrees, the auxiliary coil Ln The intensity of the magnetic field HLn generated by the current flowing in the current becomes maximum. Here, the axial direction of the auxiliary coil Ln coincides with the axial direction of the power receiving coil Lr, and the winding direction of the winding of the auxiliary coil Ln and the winding direction of the winding of the power receiving coil Lr are the same direction. The magnetic field HLn generated by the auxiliary coil Ln and the magnetic field HLr generated by the power receiving coil Lr are in opposite phases. As a result, in a place away from the wireless power transmission device S3, the magnetic field HLr generated by the power receiving coil Lr and the magnetic field HLn generated by the auxiliary coil Ln cancel each other, thereby reducing the leakage magnetic field.
続いて、図10を参照して、第1のコイルLtr2が発生する漏洩磁界の低減について、詳細に説明する。図10は、図8において、第1のインバータの出力電流位相が0度のときに第1〜4の巻線が発生する磁束を模式的に示した図である。ただし、図10中、第1の磁性コアFt、第2の磁性コアFn、第3の磁性コアFr、第4の磁性コアFtC、および第5の磁性コアFtDの中における磁束の図示は省略している。また、図10では、第1および第2の巻線LtrA,LtrBが発生する第1の磁束のうち、体表的なものとして磁束Bt1a〜Bt1dを示し、第3および第4の巻線LtrC,LtrDが発生する第2および第3の磁束のうち、代表的なものとして磁束Bc1a〜Bc1dを模式的に示している。ただし、これらの磁束は、それぞれの磁束の向きのみを模式的に示したものであって、磁束密度を示すものではない。 Subsequently, the reduction of the leakage magnetic field generated by the first coil Ltr2 will be described in detail with reference to FIG. FIG. 10 is a diagram schematically showing the magnetic flux generated by the first to fourth windings when the output current phase of the first inverter is 0 degree in FIG. However, in FIG. 10, illustration of magnetic flux in the first magnetic core Ft, the second magnetic core Fn, the third magnetic core Fr, the fourth magnetic core FtC, and the fifth magnetic core FtD is omitted. ing. In FIG. 10, among the first magnetic fluxes generated by the first and second windings LtrA and LtrB, magnetic fluxes Bt1a to Bt1d are shown as body surfaces, and the third and fourth windings LtrC, Of the second and third magnetic fluxes generated by LtrD, magnetic fluxes Bc1a to Bc1d are schematically shown as representative ones. However, these magnetic fluxes schematically show only the direction of each magnetic flux, and do not show the magnetic flux density.
図10に示されるように、第1および第2の巻線LtrA,LtrBは、第1および第2の巻線LtrA,LtrBをともに鎖交する第1の磁束Bt1a〜Bt1dを発生している。このうち、第1の磁束Bt1a,Bt1bが受電コイルLrに鎖交する磁束であり、この第1の磁束Bt1a,Bt1bが受電コイルLrに鎖交することで、受電コイルLrに起電力が生じる。一方、本実施形態においては、第1および第2の巻線LtrA,LtrBは平面状に巻回された巻線であるため、第1および第2の巻線LtrA,LtrBは受電コイルLrに鎖交せずに、第1のコイルLtr2.から離れた場所にまで大きく周回する第1の磁束Bt1c,Bt1dも発生している。この第1の磁束Bt1c,Bt1dは第1のコイルLtr2.から離れた場所に不要な漏洩磁界を形成する磁束となる。 As shown in FIG. 10, the first and second windings LtrA and LtrB generate first magnetic fluxes Bt1a to Bt1d that link the first and second windings LtrA and LtrB together. Among these, the first magnetic fluxes Bt1a and Bt1b are magnetic fluxes linked to the power receiving coil Lr, and the first magnetic fluxes Bt1a and Bt1b are linked to the power receiving coil Lr, whereby an electromotive force is generated in the power receiving coil Lr. On the other hand, in the present embodiment, since the first and second windings LtrA and LtrB are wound in a plane, the first and second windings LtrA and LtrB are connected to the power receiving coil Lr. Without crossing the first coil Ltr2. The first magnetic fluxes Bt1c and Bt1d that circulate greatly to a place away from the center are also generated. The first magnetic fluxes Bt1c and Bt1d are supplied to the first coil Ltr2. The magnetic flux forms an unnecessary leakage magnetic field at a location away from
第3の巻線LtrCは、第3の巻線LtrCと第1の巻線LtrAをともに鎖交する第2の磁束Bc1a,Bc1bを発生している。第3の巻線LtrCは、第1の巻線LtrAの背面側であって、受電コイルLrから見て第1の巻線LtrAと第2の巻線LtrBの並び方向において、第1の巻線LtrAの中心から第2の巻線LtrBの中心へ向かう方向とは反対側にずれた位置に配置されているので、第3の磁束Bc1a,Bc1bの周回方向は、第1の磁束Bt1a〜Bt1dの周回方向とは逆向きとなる。また、本実施形態においては、第3の巻線LtrCの軸方向は第1の巻線LtrAの軸方向と直交しているため、第2の磁束Bc1a,Bc1bは第1のコイルLtr2から離れた場所にまで大きく周回し易くなる。 The third winding LtrC generates second magnetic fluxes Bc1a and Bc1b that link the third winding LtrC and the first winding LtrA together. The third winding LtrC is on the back side of the first winding LtrA and is the first winding in the direction in which the first winding LtrA and the second winding LtrB are viewed from the power receiving coil Lr. Since the third magnetic fluxes Bc1a and Bc1b are arranged around the first magnetic fluxes Bt1a to Bt1d because the third magnetic fluxes Bc1a and Bc1b are arranged at positions shifted from the center of the LtrA toward the center of the second winding LtrB. The direction is the opposite of the direction of rotation. In the present embodiment, since the axial direction of the third winding LtrC is orthogonal to the axial direction of the first winding LtrA, the second magnetic fluxes Bc1a and Bc1b are separated from the first coil Ltr2. It becomes easy to go around to the place.
第4の巻線LtrDは、第4の巻線LtrDと第2の巻線LtrBをともに鎖交する第3の磁束Bc1c,Bc1dを発生している。第4の巻線LtrDは、第2の巻線LtrBの背面側であって、受電コイルLrから見て第1の巻線LtrAと第2の巻線LtrBの並び方向において、第2の巻線LtrBの中心から第1の巻線LtrAの中心へ向かう方向とは反対側にずれた位置に配置されているので、第3の磁束Bc1a,Bc1bの周回方向は、第1の磁束Bt1a〜Bt1dの周回方向とは逆向きとなる。また、本実施形態においては、第4の巻線LtrDの軸方向は第2の巻線LtrBの軸方向と直交しているため、第3の磁束Bc1c,Bc1dは第1のコイルLtr2から離れた場所にまで大きく周回し易くなる。 The fourth winding LtrD generates third magnetic fluxes Bc1c and Bc1d that link the fourth winding LtrD and the second winding LtrB together. The fourth winding LtrD is on the back side of the second winding LtrB, and is the second winding in the arrangement direction of the first winding LtrA and the second winding LtrB when viewed from the power receiving coil Lr. Since the third magnetic fluxes Bc1a and Bc1b are arranged around the first magnetic fluxes Bt1a to Bt1d because the third magnetic fluxes Bc1a and Bc1b are arranged at positions shifted from the center of the LtrB toward the opposite side to the direction of the first winding LtrA. The direction is the opposite of the direction of rotation. In the present embodiment, since the axial direction of the fourth winding LtrD is orthogonal to the axial direction of the second winding LtrB, the third magnetic fluxes Bc1c and Bc1d are separated from the first coil Ltr2. It becomes easy to go around to the place.
ここで、図10に示されるように、第1のコイルLtr2の近傍では、第1の磁束Bt1a〜Bt1dと第2および第3の磁束Bc1a〜Bc1dはほぼ同じ向きである。すなわち、第2の磁束Bc1a,Bc1bは第1の巻線LtrA近傍の磁界を強め、第3の磁束Bc1c,Bc1dは第2の巻線LtrB近傍の磁界を強める。したがって、第3および第4の巻線LtrC,LtrDにより、電力伝送効率が低下することは抑制される。一方、第1のコイルLtr2から離れた場所では、第1の磁束Bt1c,Bt1dと第2および第3の磁束Bc1a〜Bc1dは互いに逆向きである。その結果、コイルユニットLtu3から離れた場所では、第1の磁束Bt1c,Bt1dと第2および第3の磁束Bc1a〜Bc1dが互いに打消し合い、磁束密度が低くなる。その結果、第1のコイルLtr2.から離れた場所の磁束密度によって示される漏洩磁界強度も低くなる。すなわち、第3および第4の巻線LtrC,LtrDにより、第1および第2の巻線LtrA,LtrBが発生する磁界のうち、漏洩磁界のみが選択的に低減され、第1のコイルLtr2が発生する漏洩磁界を一層低減することができる。特に、本実施形態においては、第3および第4の巻線LtrC,LtrDの軸方向は、第1および第2の巻線LtrA,LtrBの軸方向に直交する方向であるため、第2および第3の磁束Bc1a〜Bc1dは第1のコイルLtr2.から離れた場所にまで大きく周回し易くなり、第1のコイルLtr2が発生する漏洩磁界をより一層低減することができる。 Here, as shown in FIG. 10, in the vicinity of the first coil Ltr2, the first magnetic fluxes Bt1a to Bt1d and the second and third magnetic fluxes Bc1a to Bc1d are substantially in the same direction. That is, the second magnetic fluxes Bc1a and Bc1b strengthen the magnetic field in the vicinity of the first winding LtrA, and the third magnetic fluxes Bc1c and Bc1d strengthen the magnetic field in the vicinity of the second winding LtrB. Therefore, the third and fourth windings LtrC and LtrD are prevented from reducing the power transmission efficiency. On the other hand, in a place away from the first coil Ltr2, the first magnetic fluxes Bt1c and Bt1d and the second and third magnetic fluxes Bc1a to Bc1d are opposite to each other. As a result, the first magnetic fluxes Bt1c and Bt1d and the second and third magnetic fluxes Bc1a to Bc1d cancel each other at a place away from the coil unit Ltu3, and the magnetic flux density is lowered. As a result, the first coils Ltr2. The leakage magnetic field strength indicated by the magnetic flux density at a location away from the magnetic field becomes low. That is, of the magnetic fields generated by the first and second windings LtrA and LtrB, only the leakage magnetic field is selectively reduced by the third and fourth windings LtrC and LtrD, and the first coil Ltr2 is generated. The leakage magnetic field can be further reduced. In particular, in the present embodiment, since the axial directions of the third and fourth windings LtrC and LtrD are orthogonal to the axial directions of the first and second windings LtrA and LtrB, 3 magnetic fluxes Bc1a to Bc1d are applied to the first coil Ltr2. It becomes easy to circulate greatly to a place away from the magnetic field, and the leakage magnetic field generated by the first coil Ltr2 can be further reduced.
以上のように、本実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置S3は、コイルユニットLtu3における補助コイルLnが、電磁共鳴によって第1のコイルLtr2との間でワイヤレスにて電力の送受電が行われる他のコイルである受電コイルLrが発生する磁界HLrと逆位相の磁界HLnを発生している。そのため、補助コイルLnが、電磁共鳴によって第1のコイルLtr2との間でワイヤレスにて電力の送受電が行われる他のコイルである受電コイルLrと逆位相の磁界を発生することで、他のコイルである受電コイルLrが発生する不要な漏洩磁界を低減することができる。その結果、対向配置されるコイルである受電コイルLrの大型化および重量化を抑制しつつ、対向配置されるコイルである受電コイルLrから発生する不要な漏洩磁界の低減ができる。 As described above, in the wireless power transmission device S3 according to the present embodiment, the auxiliary coil Ln in the coil unit Ltu3 transmits and receives power wirelessly between the first coil Ltr2 and electromagnetic resonance. A magnetic field HLn having a phase opposite to that of the magnetic field HLr generated by the power receiving coil Lr, which is a coil, is generated. Therefore, the auxiliary coil Ln generates a magnetic field having a phase opposite to that of the power receiving coil Lr, which is another coil in which power is transmitted and received wirelessly with the first coil Ltr2 by electromagnetic resonance. An unnecessary leakage magnetic field generated by the power receiving coil Lr, which is a coil, can be reduced. As a result, it is possible to reduce an unnecessary leakage magnetic field generated from the power receiving coil Lr, which is a coil disposed oppositely, while suppressing an increase in size and weight of the power receiving coil Lr, which is a coil disposed oppositely.
また、本実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置S3においては、コイルユニットLtu3が、第1のコイルLtr2と磁気結合する第2のコイルLteと、第2のコイルLteに接続される共振キャパシタCtと、をさらに備え、補助コイルLnは第2のコイルLteに電気的に接続されるとともに、他のコイルである受電コイルLrが発生する磁界HLrと逆位相の磁界HLnを発生するように巻線が巻回されている。ここで、第1のコイルLtr2は第2のコイルLteと磁気結合し、且つ、第2のコイルLteは共振キャパシタCtに接続されるため、第2のコイルLteに流れる電流の位相は、第1のコイルLtr2に流れる電流の位相に対して90度ずれる。さらに、第1のコイルLtr2との間で電磁共鳴によってワイヤレスにて電力の送受電が行われる他のコイルである受電コイルLrに流れる電流の位相は、第1のコイルLtr2に流れる電流の位相に対して90度ずれる。このとき、第2のコイルLteに流れる電流の位相および第2のコイルLteに電気的に接続される補助コイルLnに流れる電流の位相と第1のコイルLtr2との間でワイヤレスにて電力の送受電が行われる他のコイルである受電コイルLrに流れる電流の位相は同位相となる。したがって、補助コイルLnは、補助コイルLnが発生する磁界が、他のコイルである受電コイルLrが発生する磁界とは逆位相となるように巻線が巻回されているため、他のコイルである受電コイルLrと逆位相の磁界HLnを発生することとなる。そのため、他のコイルである受電コイルLrが発生する不要な漏洩磁界を低減することができる。その結果、第1のコイルLtr2および第2のコイルLteに電力を供給するために、複数の交流電力源を必要とせず、一つの交流電力源のみで対向配置されるコイルである受電コイルLrの大型化および重量化を抑制しつつ、対向配置されるコイルである受電コイルLrから発生する不要な漏洩磁界の低減ができる。また、ワイヤレス電力伝送装置S3全体の顕著な大型化および重量化も抑制することができる。 In the wireless power transmission device S3 according to the present embodiment, the coil unit Ltu3 includes a second coil Lte that is magnetically coupled to the first coil Ltr2, and a resonance capacitor Ct that is connected to the second coil Lte. The auxiliary coil Ln is electrically connected to the second coil Lte, and the winding is wound so as to generate a magnetic field HLn having a phase opposite to that of the magnetic field HLr generated by the power receiving coil Lr, which is another coil. It has been turned. Here, since the first coil Ltr2 is magnetically coupled to the second coil Lte, and the second coil Lte is connected to the resonance capacitor Ct, the phase of the current flowing through the second coil Lte is the first 90 degrees with respect to the phase of the current flowing through the coil Ltr2. Furthermore, the phase of the current flowing through the power receiving coil Lr, which is another coil that wirelessly transmits and receives power by electromagnetic resonance with the first coil Ltr2, is the same as the phase of the current flowing through the first coil Ltr2. It is 90 degrees off. At this time, power is transmitted wirelessly between the phase of the current flowing through the second coil Lte and the phase of the current flowing through the auxiliary coil Ln electrically connected to the second coil Lte and the first coil Ltr2. The phase of the current flowing through the power receiving coil Lr, which is another coil that receives power, is the same phase. Therefore, since the auxiliary coil Ln is wound so that the magnetic field generated by the auxiliary coil Ln is opposite in phase to the magnetic field generated by the power receiving coil Lr, which is another coil, A magnetic field HLn having a phase opposite to that of a certain receiving coil Lr is generated. Therefore, an unnecessary leakage magnetic field generated by the power receiving coil Lr, which is another coil, can be reduced. As a result, in order to supply power to the first coil Ltr2 and the second coil Lte, a plurality of AC power sources are not required, and the power receiving coil Lr, which is a coil that is arranged to be opposed to only one AC power source, is used. While suppressing an increase in size and weight, an unnecessary leakage magnetic field generated from the power receiving coil Lr, which is a coil arranged oppositely, can be reduced. Moreover, the remarkable enlargement and weight increase of the entire wireless power transmission device S3 can be suppressed.
さらに、本発明に係るワイヤレス電力伝送装置S3においては、コイルユニットLtu3における第1のコイルLtr2は、第1の巻線LtrAの背面側に配置される第3の巻線LtrCと、第2の巻線LtrBの背面側に配置される第4の巻線LtrDと、を備え、第1の巻線LtrA、第2の巻線LtrB、第3の巻線LtrC、および第4の巻線LtrDは、電気的に直列接続されており、第1および第2の巻線LtrA,LtrBは、第1および第2の巻線LtrA,LtrBをともに鎖交する第1の磁束Bt1a〜Bt1dを発生し、第3の巻線LtrCは、第1の巻線LtrAに鎖交する第2の磁束Bc1a,Bc1bを発生し、第4の巻線LtrDは、第2の巻線LtrBに鎖交する第3の磁束Bc1c,Bc1dを発生し、第2および第3の磁束Bc1a〜Bc1dの周回方向は、第1の磁束Bt1a〜Bt1dの周回方向とは逆向きとなるように構成されている。そのため、第2の磁束Bc1a,Bc1bは第1の巻線LtrA近傍の磁界を強め、第3の磁束Bc1c,Bc1dは第2の巻線LtrB近傍の磁界を強める。一方、第1のコイルLtr2から離れた場所では、互いに周回方向が逆向きである第1の磁束Bt1a〜Bt1dと第2および第3の磁束Bc1a〜Bc1dが打消し合うために磁界を弱め合う。その結果、電力伝送効率を低下させることなく、第1のコイルLtr2が発生する漏洩磁界を一層低減することができる。 Furthermore, in the wireless power transmission device S3 according to the present invention, the first coil Ltr2 in the coil unit Ltu3 includes the third winding LtrC disposed on the back side of the first winding LtrA and the second winding. A fourth winding LtrD disposed on the back side of the line LtrB, and the first winding LtrA, the second winding LtrB, the third winding LtrC, and the fourth winding LtrD are: The first and second windings LtrA and LtrB are electrically connected in series, and generate first magnetic fluxes Bt1a to Bt1d that link the first and second windings LtrA and LtrB together. The third winding LtrC generates second magnetic fluxes Bc1a and Bc1b interlinking with the first winding LtrA, and the fourth winding LtrD is the third magnetic flux interlinking with the second winding LtrB. Bc1c and Bc1d are generated, Rotating direction of the second and third flux Bc1a~Bc1d is the circumferential direction of the first magnetic flux Bt1a~Bt1d is configured to be opposite to. Therefore, the second magnetic fluxes Bc1a and Bc1b strengthen the magnetic field in the vicinity of the first winding LtrA, and the third magnetic fluxes Bc1c and Bc1d strengthen the magnetic field in the vicinity of the second winding LtrB. On the other hand, in a place away from the first coil Ltr2, the first and second magnetic fluxes Bc1a to Bc1d whose directions of rotation are opposite to each other and the second and third magnetic fluxes Bc1a to Bc1d cancel each other. As a result, the leakage magnetic field generated by the first coil Ltr2 can be further reduced without reducing the power transmission efficiency.
またさらには、本発明に係るワイヤレス電力伝送装置S3においては、コイルユニットLtu3における第3の巻線LtrCの軸方向は、第1の巻線LtrAの軸方向と略直交し、第4の巻線LtrDの軸方向は、第2の巻線LtrBの軸方向と略直交するように構成されている。そのため、第3および第4の巻線LtrC,LtrDにより、第1のコイルLtr2から離れた場所にまで周回する第2の磁束Bc1a,Bc1bおよび第3の磁束Bc1c,Bc1dを発生させ易くなる。その結果、第1のコイルLtr2が発生する漏洩磁界をより一層低減することができる。 Still further, in the wireless power transmission device S3 according to the present invention, the axial direction of the third winding LtrC in the coil unit Ltu3 is substantially orthogonal to the axial direction of the first winding LtrA, and the fourth winding The axial direction of LtrD is configured to be substantially orthogonal to the axial direction of the second winding LtrB. Therefore, the third and fourth windings LtrC and LtrD can easily generate the second magnetic fluxes Bc1a and Bc1b and the third magnetic fluxes Bc1c and Bc1d that circulate to a place away from the first coil Ltr2. As a result, the leakage magnetic field generated by the first coil Ltr2 can be further reduced.
以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。実施の形態は例示であり、いろいろな変形および変更が本発明の特許請求範囲内で可能なこと、またそうした変形例および変更も本発明の特許請求の範囲にあることは当業者に理解されるところである。従って、本明細書での記述および図面は限定的ではなく例証的に扱われるべきものである。 The present invention has been described based on the embodiments. It will be understood by those skilled in the art that the embodiments are illustrative, and that various modifications and changes are possible within the scope of the claims of the present invention, and that such modifications and changes are also within the scope of the claims of the present invention. By the way. Accordingly, the description and drawings herein are to be regarded as illustrative rather than restrictive.
例えば、「電磁共鳴によって送受電を行う」とは、少なくともワイヤレスで電力を受電するコイルにキャパシタを接続して任意の周波数で共振させることで、キャパシタが無い場合に比べてより効率良くワイヤレス電力伝送を行うことを意味する。ただし、共振周波数とコイルに流れる電流の周波数がある程度ずれたとしても、コイルのインピーダンスとキャパシタのインピーダンスが打消し合うことで、キャパシタが無い場合に比べてより効率良くワイヤレス電力伝送を行うことが可能である。すなわち、ここで言う「電磁共鳴によって送受電を行う」とは、共振キャパシタが電気的に接続されたコイルにより電力伝送を行うことを意図しており、厳密に共振周波数とコイルに流れる電流の周波数が一致しない場合を排除する意味ではない。なお、電磁共鳴によるワイヤレス電力伝送において、送電コイルと受電コイルの位相差が厳密に90度と一致しなくても、本発明によるノイズ低減効果を得ることができることは理解されるべきである。 For example, “power transmission / reception by electromagnetic resonance” means that a capacitor is connected to a coil that receives power at least wirelessly and resonates at an arbitrary frequency, so that wireless power transmission is more efficient than when there is no capacitor. Means to do. However, even if the resonant frequency and the frequency of the current flowing through the coil deviate to some extent, wireless power transmission can be performed more efficiently than when there is no capacitor by canceling the impedance of the coil and the impedance of the capacitor. It is. In other words, the term “power transmission / reception by electromagnetic resonance” is intended to transmit power by a coil to which a resonance capacitor is electrically connected. Strictly, the resonance frequency and the frequency of the current flowing through the coil are used. It does not mean to exclude the case where does not match. It should be understood that the noise reduction effect of the present invention can be obtained even when the phase difference between the power transmission coil and the power reception coil does not exactly match 90 degrees in wireless power transmission by electromagnetic resonance.
S1,S2,S3…ワイヤレス電力伝送装置、Ut1,Ut2,Ut3…ワイヤレス送電装置、PW1…第1の電源、PW2…第2の電源、INV1…第1のインバータ、INV2…第2のインバータ、Ltu1,Ltu2,Ltu3…コイルユニット、Ltr1,Ltr2…第1のコイル、LtrA…第1の巻線、LtrB…第2の巻線、Ct…共振キャパシタ、Lte…第2のコイル、Ln…補助コイル、S,Sb…電磁遮蔽板、Ft…第1の磁性コア、Fn…第2の磁性コア、Ur1…ワイヤレス受電装置、Lr…受電コイル、Wr…受電コイルの巻線、Fr…第3の磁性コア、Cr…共振キャパシタ、DB…整流回路、R…負荷、LtrC…第3の巻線、LtrD…第4の巻線、FtC…第4の磁性コア、FtD…第5の磁性コア、HLtrA…第1の巻線が発生する磁界、HLtrB…第2の巻線が発生する磁界、HLte…第2のコイルが発生する磁界、HLn…補助コイルが発生する磁界、HLr…受電コイルが発生する磁界、HLtrC…第3の巻線が発生する磁界、HLtrD…第4の巻線が発生する磁界、Bt1a〜Bt1d…第1の磁束、Bc1a,Bc1b…第2の磁束、Bc1c,Bc1d…第3の磁束。 S1, S2, S3 ... wireless power transmission device, Ut1, Ut2, Ut3 ... wireless power transmission device, PW1 ... first power source, PW2 ... second power source, INV1 ... first inverter, INV2 ... second inverter, Ltu1 , Ltu2, Ltu3 ... coil unit, Ltr1, Ltr2 ... first coil, LtrA ... first winding, LtrB ... second winding, Ct ... resonant capacitor, Lte ... second coil, Ln ... auxiliary coil, S, Sb ... electromagnetic shielding plate, Ft ... first magnetic core, Fn ... second magnetic core, Ur1 ... wireless power receiving device, Lr ... receiving coil, Wr ... winding of receiving coil, Fr ... third magnetic core , Cr ... resonant capacitor, DB ... rectifier circuit, R ... load, LtrC ... third winding, LtrD ... fourth winding, FtC ... fourth magnetic core, FtD ... fifth magnetic core, LtrA: magnetic field generated by the first winding, HLtrB: magnetic field generated by the second winding, HLte: magnetic field generated by the second coil, HLn: magnetic field generated by the auxiliary coil, HLr: receiving coil generated HLtrC ... magnetic field generated by the third winding, HLtrD ... magnetic field generated by the fourth winding, Bt1a to Bt1d ... first magnetic flux, Bc1a, Bc1b ... second magnetic flux, Bc1c, Bc1d ... first 3 magnetic flux.
Claims (7)
補助コイルと、を備え、
前記補助コイルは、電磁共鳴によって第1のコイルとの間で電力の送受電が行われる前記ワイヤレス送電装置と前記ワイヤレス受電装置の他方が有する他のコイルが発生する磁界と逆位相の磁界を発生することを特徴とするコイルユニット。 A first coil included in one of the wireless power transmitting device and the wireless power receiving device ;
An auxiliary coil,
The auxiliary coil generates a magnetic field having a phase opposite to that of the magnetic field generated by the wireless power transmitting apparatus that transmits and receives power to and from the first coil by electromagnetic resonance and the other coil of the other of the wireless power receiving apparatus. A coil unit characterized by:
前記第2のコイルに接続される共振キャパシタと、をさらに備え、
前記補助コイルは、前記第2のコイルに電気的に接続されるとともに、前記他のコイルが発生する磁界と逆位相の磁界を発生するように巻線が巻回されていることを特徴とする請求項1に記載のコイルユニット。 A second coil magnetically coupled to the first coil;
A resonance capacitor connected to the second coil;
The auxiliary coil is electrically connected to the second coil, and a winding is wound so as to generate a magnetic field having a phase opposite to that of the magnetic field generated by the other coil. The coil unit according to claim 1 .
前記第1の巻線と前記第2の巻線は、互いに逆向きの磁界を発生することを特徴とする請求項1〜3いずれか一項に記載のコイルユニット。 The first coil includes first and second windings electrically connected to each other;
The coil unit according to any one of claims 1 to 3, wherein the first winding and the second winding generate magnetic fields opposite to each other.
前記第1〜第4の巻線は、電気的に直列接続されており、
前記第1および第2の巻線は、前記第1および第2の巻線をともに鎖交する第1の磁束を発生し、
前記第3の巻線は、前記第1の巻線に鎖交する第2の磁束を発生し、
前記第4の巻線は、前記第2の巻線に鎖交する第3の磁束を発生し、
前記第2および第3の磁束の周回方向は、前記第1の磁束の周回方向とは逆向きであることを特徴とする請求項4に記載のコイルユニット。 The first coil further includes a third winding disposed on the back side of the first winding and a fourth winding disposed on the back side of the second winding. ,
The first to fourth windings are electrically connected in series,
The first and second windings generate a first magnetic flux that links the first and second windings together;
The third winding generates a second magnetic flux interlinking with the first winding;
The fourth winding generates a third magnetic flux interlinking with the second winding,
The coil unit according to claim 4, wherein a circulation direction of the second and third magnetic fluxes is opposite to a circulation direction of the first magnetic flux.
前記第4の巻線の軸方向は、前記第2の巻線の軸方向と略直交することを特徴とする請求項5に記載のコイルユニット。 The axial direction of the third winding is substantially orthogonal to the axial direction of the first winding,
The coil unit according to claim 5, wherein an axial direction of the fourth winding is substantially orthogonal to an axial direction of the second winding.
前記ワイヤレス送電装置は、請求項1〜6のいずれか一項に記載のコイルユニットを有することを特徴とするワイヤレス電力伝送装置。 The power in wireless to the wireless power receiving apparatus from the wireless power transmission device is a wireless power transmission device is transmitted,
The said wireless power transmission apparatus has a coil unit as described in any one of Claims 1-6, The wireless power transmission apparatus characterized by the above-mentioned.
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