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JP7630728B2 - Power Transmission Coil - Google Patents
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JP7630728B2 - Power Transmission Coil - Google Patents

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JP7630728B2 JP2024531871A JP2024531871A JP7630728B2 JP 7630728 B2 JP7630728 B2 JP 7630728B2 JP 2024531871 A JP2024531871 A JP 2024531871A JP 2024531871 A JP2024531871 A JP 2024531871A JP 7630728 B2 JP7630728 B2 JP 7630728B2
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Description

本開示は、送電コイルから受電コイルに非接触により電力の伝送、つまり送電を行う電磁誘導を利用した磁界結合型電力伝送装置における、送電コイル又は受電コイルの電力伝送コイルに関する。 The present disclosure relates to a power transmission coil of a transmitting coil or a receiving coil in a magnetic field coupling type power transmission device that uses electromagnetic induction to transmit power from a transmitting coil to a receiving coil in a non-contact manner, i.e., transmit power.

携帯電話、ヘッドセット、デジタルカメラ、デジタルビデオ等の携帯機器に受電コイルを有し、送電コイルから受電コイルに電力を送電し、携帯機器に非接触の給電又は充電を行う磁界結合型電力伝送が知られている。
また、近年、携帯機器のような小形の機器だけではなく、自動搬送ロボット及び電気自動車のような大型及び大電力を扱うアプリケーションに対しても検討がなされている。
送電コイルから受電コイルに電力を送電するに際し、送電コイルから伝送される電力の内、一部は受電コイルで受電されずに空間に放射され、周囲の機器に対して干渉波として振る舞う。そのため、周囲の機器に対して機器に悪影響を及ぼす。
Magnetic field coupling type power transmission is known in which a portable device such as a mobile phone, headset, digital camera, or digital video has a receiving coil, and power is transmitted from a transmitting coil to the receiving coil to contactlessly power or charge the portable device.
In recent years, research has been conducted not only on small devices such as portable devices, but also on large devices and applications that handle large amounts of power, such as automatic transport robots and electric vehicles.
When transmitting power from the transmitting coil to the receiving coil, some of the power transmitted from the transmitting coil is not received by the receiving coil and is radiated into the air, acting as an interference wave to surrounding devices, which adversely affects the surrounding devices.

電力伝送効率を大きく低下させることなく、放出される放射ノイズを抑制できる携帯機器に用いられる送電を行うアンテナ(送電コイル相当)が特許文献1に示されている。
特許文献1に示されたアンテナは、平面コイルとループコイルとからなる複合アンテナであり、ループコイルのインダクタンスと同調用の容量からなる共振回路の共振周波数が平面コイルの駆動周波数の2倍以上の周波数に調整されている。
Patent Document 1 discloses an antenna (corresponding to a power transmission coil) for use in a portable device that transmits power and that can suppress emitted radiation noise without significantly reducing power transmission efficiency.
The antenna shown in Patent Document 1 is a composite antenna consisting of a planar coil and a loop coil, and the resonant frequency of the resonant circuit consisting of the inductance of the loop coil and the tuning capacitance is adjusted to a frequency that is more than twice the driving frequency of the planar coil.

特開2012-115069号公報JP 2012-115069 A

特許文献1に示されたアンテナにおいて、発明者らは電力伝送効率の観点から検証を試みたところ、ループコイルの駆動周波数におけるインピーダンスZloopが小さい場合は、平面コイルの駆動周波数の電力が必ずしも高い伝送効率で受電コイルにより受電されないものであった。
また、ループコイルの共振周波数以下の周波数においては、ループコイルのインピーダンスZloopが容量性となり、平面コイルからの磁束とこの磁束によりループコイルに誘導された電流によるループコイルから放射される磁束が強め合う。
すなわち、この周波数範囲においては、ループコイルによる放射妨害波の抑圧効果は得られず、キャパシタの容量Cをループコイルの共振周波数が駆動周波数よりも十分大きくなるように決定すると、放射妨害波を抑圧できる周波数範囲が狭くなる。
The inventors attempted to verify the antenna disclosed in Patent Document 1 from the viewpoint of power transmission efficiency, and found that when the impedance Z loop at the drive frequency of the loop coil is small, the power at the drive frequency of the planar coil is not necessarily received by the receiving coil with high transmission efficiency.
Furthermore, at frequencies below the resonant frequency of the loop coil, the impedance Z loop of the loop coil becomes capacitive, and the magnetic flux from the planar coil and the magnetic flux radiated from the loop coil due to the current induced in the loop coil by this magnetic flux reinforce each other.
In other words, in this frequency range, the loop coil cannot suppress radiated interference waves, and if the capacitance C of the capacitor is determined so that the resonant frequency of the loop coil is sufficiently higher than the drive frequency, the frequency range in which radiated interference waves can be suppressed becomes narrow.

すなわち、特許文献1に示されたアンテナにおいて、今、ループコイルのレジスタンスR、自己インダクタンスLとキャパシタの容量Cから成る直列共振回路を考えると、ループコイルのインピーダンスZloopは次式(1)で現わされる。 That is, in the antenna disclosed in Patent Document 1, if we consider a series resonant circuit consisting of resistance R of a loop coil, self-inductance L, and capacitance C of a capacitor, the impedance Z loop of the loop coil is expressed by the following equation (1).


Figure 0007630728000001

Figure 0007630728000001

式(1)中、jは虚数単位、ωは角周波数である。
ここで、容量Cをループコイルが基本波周波数の2倍の周波数で共振するように決定したとすると、Zloopは次式(2)で現わされる。
なお、ここで言う基本波は特許文献1における駆動波であり、平面コイルに接続される送電回路(または受電回路)が送信(または受信)する高周波信号の基本波周波数成分を指す。
In equation (1), j is the imaginary unit, and ω is the angular frequency.
If the capacitance C is determined so that the loop coil resonates at a frequency twice the fundamental frequency, Z loop is expressed by the following equation (2).
The fundamental wave referred to here is the driving wave in Patent Document 1, and refers to the fundamental frequency component of a high-frequency signal transmitted (or received) by a power transmitting circuit (or a power receiving circuit) connected to the planar coil.


Figure 0007630728000002

Figure 0007630728000002

(2)中、ωは基本波角周波数である。
実部は周波数に依存しないので、基本波角周波数ωにおけるループコイルのインピーダンスZloopの虚部は次式(3)で現わされる。
In equation (2) , ω 0 is the fundamental wave angular frequency.
Since the real part does not depend on frequency, the imaginary part of the impedance Z loop of the loop coil at the fundamental wave angular frequency ω 0 is expressed by the following equation (3).


Figure 0007630728000003

Figure 0007630728000003

式(3)から明らかなように、基本波角周波数ωにおけるループコイルの自己インダクタンスLが小さい場合には、基本波角周波数ωにおけるループコイルのインピーダンスZloopは十分大きくならず、ループコイルに電流が誘起されやすくなる。
その結果、ループコイルにおける導体損、及びループコイルが誘電体基板上に設けられた場合であれば誘電体基板の材料による誘電体損が発生する。結果として、駆動周波数の電力の電力伝送効率が低下する。
As is clear from equation (3), when the self-inductance L of the loop coil at the fundamental wave angular frequency ω 0 is small, the impedance Z loop of the loop coil at the fundamental wave angular frequency ω 0 does not become sufficiently large, and a current is easily induced in the loop coil.
As a result, conductor loss occurs in the loop coil, and if the loop coil is provided on a dielectric substrate, dielectric loss occurs due to the material of the dielectric substrate, resulting in a decrease in the power transmission efficiency of the drive frequency power.

一方、基本波角周波数ωにおけるループコイルのインピーダンスZloopの虚部を十分大きくするために、ループコイルの共振周波数が基本波周波数よりも十分大きくなるよう、キャパシタの容量Cを決定することも考えられる。
しかし、上式(1)から明らかなように、ループコイルの共振周波数以下の周波数帯では、ループコイルのインピーダンスZloopの虚部はマイナスの値となり、ループコイルのインピーダンスZloopは容量性となる。
On the other hand, in order to make the imaginary part of the impedance Z loop of the loop coil at the fundamental wave angular frequency ω 0 sufficiently large, it is also possible to determine the capacitance C of the capacitor so that the resonant frequency of the loop coil is sufficiently higher than the fundamental wave frequency.
However, as is clear from the above formula (1), in a frequency band below the resonant frequency of the loop coil, the imaginary part of the impedance Z loop of the loop coil becomes a negative value, and the impedance Z loop of the loop coil becomes capacitive.

ループコイルのインピーダンスZloopが容量性のインピーダンスであると、平面コイルからの磁束とこの磁束によりループコイルに誘導された電流によるループコイルから放射される磁束が強め合い、ループコイルの共振周波数以下の周波数においては、ループコイルによる放射妨害波の抑圧効果は得られず、放射妨害波を抑圧できる周波数範囲が狭くなる。
要するに、放射妨害波の抑圧とループコイルの共振周波数を基本波周波数よりも十分大きくすることは両立しない。
If the impedance Z loop of the loop coil is a capacitive impedance, the magnetic flux from the planar coil and the magnetic flux radiated from the loop coil due to the current induced in the loop coil by this magnetic flux will reinforce each other, and at frequencies below the resonant frequency of the loop coil, the loop coil will not be able to suppress radiated interference waves, and the frequency range in which radiated interference waves can be suppressed will be narrowed.
In short, suppression of radiated interference waves and making the resonant frequency of the loop coil sufficiently higher than the fundamental wave frequency cannot be achieved at the same time.

本開示は上記した点に鑑みてなされたものであり、電力を伝送するコイルが伝送する電力の電力伝送効率に影響を与えず、電力伝送用コイルが形成する電磁界の基本波周波数、つまり、電力伝送用コイルが送電用コイルである場合は送電用コイルに接続される送電回路が送信する基本波周波数、電力伝送用コイルが受電用コイルである場合は受電用コイルに接続される受電回路が受信する基本波周波数以外の周波数による不要な放射波を抑制する電力伝送コイルを得ることを目的とする。 The present disclosure has been made in consideration of the above-mentioned points, and aims to obtain a power transmission coil that does not affect the power transmission efficiency of the power transmitted by the coil transmitting power, and suppresses unnecessary radiation waves due to frequencies other than the fundamental frequency of the electromagnetic field formed by the power transmission coil, that is, the fundamental frequency transmitted by a power transmission circuit connected to the power transmission coil when the power transmission coil is a power transmission coil, or the fundamental frequency received by a power receiving circuit connected to the power receiving coil when the power transmission coil is a power receiving coil.

本開示に係る電力伝送コイルは、電力を伝送する電力伝送用コイルと、スリットを有するループ導体、及びループ導体のスリットにおける両方の開放端間に接続され、並列接続されたインダクタとキャパシタによる並列共振回路及び前記並列共振回路に直列接続された第2のインダクタを有する共振回路を具備し、電力伝送用コイルが電力を伝送する時に電力伝送用コイルが形成する電磁界が鎖交する位置に配置されるシールド導体とを備える。 The power transmission coil according to the present disclosure comprises a power transmission coil for transmitting power, a loop conductor having a slit, and a resonant circuit connected between both open ends of the slit of the loop conductor, the resonant circuit having a parallel resonant circuit consisting of an inductor and a capacitor connected in parallel and a second inductor connected in series to the parallel resonant circuit , and a shield conductor arranged at a position where the electromagnetic fields formed by the power transmission coil intersect when the power transmission coil transmits power.

本開示によれば、電力伝送用コイルが伝送する電力の電力伝送効率に影響を与えず、電力伝送用コイルが形成する電磁界の基本波周波数以外の周波数による不要な放射波を抑制することができる。 According to the present disclosure, it is possible to suppress unnecessary radiation waves due to frequencies other than the fundamental frequency of the electromagnetic field formed by the power transmission coil without affecting the power transmission efficiency of the power transmitted by the power transmission coil.

実施の形態1に係る電力伝送コイルを示す構成図である。1 is a configuration diagram showing a power transmission coil according to a first embodiment; 実施の形態1に係る電力伝送コイルにおけるシールド導体の等価回路図である。3 is an equivalent circuit diagram of a shield conductor in the power transmission coil according to the first embodiment. FIG. 実施の形態1に係る電力伝送コイルにおいて、伝送する電力の周波数に対するシールド導体のインピーダンスの位相を示す図である。4 is a diagram showing the phase of the impedance of a shield conductor relative to the frequency of the power to be transmitted in the power transmission coil according to the first embodiment. FIG. 実施の形態1に係る電力伝送コイルにおいて、伝送する電力の周波数に対する電力伝送効率を示す図である。4 is a diagram showing power transmission efficiency versus frequency of transmitted power in the power transmission coil according to the first embodiment. FIG. 実施の形態1に係る電力伝送コイルにおいて、伝送する電力の周波数に対する抑圧効果を示す図である。5A to 5C are diagrams illustrating the suppression effect with respect to the frequency of transmitted power in the power transmission coil according to the first embodiment. 実施の形態1に係る電力伝送コイルにおいて、伝送する電力の周波数に対するシールド導体のインピーダンスの絶対値を示す図である。4 is a diagram showing the absolute value of the impedance of a shield conductor versus the frequency of the power to be transmitted in the power transmission coil according to the first embodiment; FIG. 実施の形態1に係る電力伝送コイルにおいて、伝送する電力の周波数に対する放射効率を示す図である。4 is a diagram showing the radiation efficiency versus frequency of transmitted power in the power transmission coil according to the first embodiment. FIG. 実施の形態2に係る電力伝送コイルを示す構成図である。FIG. 11 is a configuration diagram showing a power transmission coil according to a second embodiment. 実施の形態3に係る電力伝送コイルを示す構成図である。FIG. 11 is a configuration diagram showing a power transmission coil according to a third embodiment. 実施の形態4に係る電力伝送コイルを示す構成図である。FIG. 13 is a configuration diagram showing a power transmission coil according to a fourth embodiment. 実施の形態5に係る電力伝送コイルを示す構成図である。FIG. 13 is a configuration diagram showing a power transmission coil according to a fifth embodiment. 実施の形態6に係る電力伝送コイルを示す構成図である。FIG. 13 is a configuration diagram showing a power transmission coil according to a sixth embodiment. 実施の形態6に係る電力伝送コイルにおいて、伝送する電力の周波数に対するシールド導体のインピーダンスの位相を示す図である。13 is a diagram showing the phase of the impedance of a shield conductor relative to the frequency of the transmitted power in a power transmission coil according to embodiment 6. FIG.

実施の形態1.
実施の形態1に係る電力伝送コイルを図1から図7を用いて説明する。
実施の形態1に係る電力伝送コイルは、送電コイルから受電コイルに非接触により電力の伝送、つまり送電を行う電磁誘導を利用した磁界結合型電力伝送装置における、送電コイル又は受電コイルである。
本開示では送電コイル及び受電コイルを総称して電力伝送コイルといい、電力伝送コイルは送電コイル又は受電コイルのいずれか一方を指す。
Embodiment 1.
A power transmission coil according to a first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 7. FIG.
The power transmission coil according to the first embodiment is a power transmission coil or a power receiving coil in a magnetic field coupling type power transmission device that uses electromagnetic induction to transmit power from a power transmission coil to a power receiving coil in a non-contact manner, that is, transmits power.
In this disclosure, the power transmitting coil and the power receiving coil are collectively referred to as a power transmission coil, and the power transmission coil refers to either the power transmitting coil or the power receiving coil.

送電コイルから受電コイルに非接触により電力の伝送を行う場合、受電コイルは送電コイルと電磁誘導が行われる位置、つまり、送電コイルが形成する電磁界が鎖交する位置に対向して配置される。
送電コイルに接続される送電回路が送電コイルに送信する高周波信号の基本波周波数において、送電コイルと受電コイルは共振関係にあるため、受電コイルは基本波周波数の電力に対しては効率よく受電し、基本波周波数以外の周波数の不要波においては、送電コイルと受電コイル間の結合が小さくなっているため、受電は抑制される。
When transmitting power from the power transmitting coil to the power receiving coil in a non-contact manner, the power receiving coil is placed opposite a position where electromagnetic induction occurs with the power transmitting coil, that is, a position where the electromagnetic fields generated by the power transmitting coil interlink.
At the fundamental frequency of the high-frequency signal transmitted to the transmitting coil by the transmitting circuit connected to the transmitting coil, the transmitting coil and the receiving coil are in a resonant relationship, so the receiving coil efficiently receives power at the fundamental frequency, but for unwanted waves at frequencies other than the fundamental frequency, the coupling between the transmitting coil and the receiving coil is small, so power reception is suppressed.

本開示の説明は、電力伝送コイルとして送電コイルに適用した例を示すが、受電コイルに適用した場合であっても送電コイルに適用した場合と同じ考え方に基づいた同様の構成となる。
また、送電コイルの送電用コイル及び受電コイルの受電用コイルを総称して電力伝送用コイルといい、送電コイルの場合、電力伝送用コイルは送電用コイルを指し、受電コイルの場合、電力伝送用コイルは受電用コイルを指す。
The explanation of the present disclosure will show an example in which the power transmission coil is applied to a power transmission coil, but even if the power reception coil is applied to the power transmission coil, the configuration will be similar to that of the power transmission coil, based on the same concept.
In addition, the power transmission coil of the power transmission coil and the power receiving coil of the power receiving coil are collectively referred to as power transmission coils, and in the case of a power transmission coil, the power transmission coil refers to the power transmission coil, and in the case of a power receiving coil, the power transmission coil refers to the power receiving coil.

電力伝送コイルが送電コイルの場合、電力伝送用コイルが形成する電磁界の基本波周波数は、送電用コイルが形成する電磁界の基本波周波数であり、送電用コイルに接続される送電回路が送信する高周波信号の基本波周波数である。
電力伝送コイルが受電コイルの場合、電力伝送用コイルが形成する電磁界の基本波周波数は、送電用コイルとの電磁誘導により受電して受電用コイルに形成された電磁界の基本波周波数であり、受電用コイルに接続される受電回路が受信する高周波信号の基本波周波数である。
説明が煩雑になるので、以下、送電コイルとして説明する。
When the power transmission coil is a power transmission coil, the fundamental frequency of the electromagnetic field formed by the power transmission coil is the fundamental frequency of the electromagnetic field formed by the power transmission coil, and is the fundamental frequency of the high-frequency signal transmitted by the power transmission circuit connected to the power transmission coil.
When the power transmission coil is a receiving coil, the fundamental frequency of the electromagnetic field formed by the power transmission coil is the fundamental frequency of the electromagnetic field formed in the receiving coil by receiving power through electromagnetic induction with the power transmission coil, and is the fundamental frequency of the high-frequency signal received by the receiving circuit connected to the receiving coil.
To avoid complicating the explanation, hereinafter, the explanation will be given as a power transmission coil.

送電コイルは、図1に示すように、送電用コイル1とシールド導体2を備える。
なお、本開示を受電コイルに適用した場合は、受電コイルは受電用コイルとシールド導体を備える。
送電用コイル1は送電回路3から送信された主に基本波周波数成分をもつ高周波信号が入力される。
送電用コイル1は送電回路3から入力された高周波信号に基づき、送電用コイル1の周囲に電磁界を形成し、形成された電磁界が対向する位置に置かれた受電コイル(図示せず)に鎖交することにより、受電用コイルに電磁界が形成され、受電コイルに電磁誘導により電力を伝送する。
As shown in FIG. 1 , the power transmission coil includes a power transmission coil 1 and a shield conductor 2 .
When the present disclosure is applied to a power receiving coil, the power receiving coil includes a power receiving coil and a shield conductor.
A high-frequency signal having mainly fundamental frequency components transmitted from a power transmission circuit 3 is input to the power transmission coil 1 .
Based on the high-frequency signal input from the power transmission circuit 3, the power transmission coil 1 forms an electromagnetic field around the power transmission coil 1, and the formed electromagnetic field links with the power receiving coil (not shown) placed in the opposing position, forming an electromagnetic field in the power receiving coil and transmitting power to the power receiving coil by electromagnetic induction.

送電用コイル1から伝送された電力を受信した受電用コイルは、受電回路(図示せず)を介して接続された充電池などの負荷(図示せず)に電力を供給する。
なお、送電用コイル1と送電回路3との間に、インピーダンス整合のためのキャパシタが接続される。このインピーダンス整合用のキャパシタは送電回路3に含まれるものとして図示省略している。
送電用コイル1は、誘電体基板(図示せず)の表面上に、複数回巻回された平面パターンからなるコイルである。
The power receiving coil that receives the power transmitted from the power transmitting coil 1 supplies the power to a load (not shown) such as a rechargeable battery connected thereto via a power receiving circuit (not shown).
A capacitor for impedance matching is connected between the power transmission coil 1 and the power transmission circuit 3. This impedance matching capacitor is omitted from the illustration as it is included in the power transmission circuit 3.
The power transmission coil 1 is a coil having a planar pattern wound a plurality of times on the surface of a dielectric substrate (not shown).

シールド導体2は送電用コイル1の外側に配置される。
なお、シールド導体2は送電用コイル1の内側に配置される、もしくは上下に配置されるものでもよい。
シールド導体2は、ループ導体21と、並列接続されたインダクタ221とキャパシタ222を有する共振回路22を具備する。
The shield conductor 2 is disposed on the outside of the power transmission coil 1 .
The shield conductor 2 may be disposed inside the power transmission coil 1, or above or below it.
The shield conductor 2 includes a loop conductor 21 and a resonant circuit 22 having an inductor 221 and a capacitor 222 connected in parallel.

シールド導体2において、共振回路22により、送電用コイル1が形成する電磁界の基本波周波数に対してループ導体21が電気的に実質開放状態とされ、基本波周波数以外の周波数の不要波、この例においては、基本波周波数の2倍以上の周波数の不要波に対しては送電用コイル1に流れる高周波電流とは逆位相の電流がループ導体21に誘起される。
ループ導体21に電流が誘起されると、誘起された電流によってループ導体21の周囲に磁界が形成される。
なお、基本波周波数未満の周波数に対しても不要波として、ループ導体21に電流が誘起され、誘起された電流によってループ導体21の周囲に磁界が形成される。
In the shield conductor 2, the resonant circuit 22 places the loop conductor 21 in an essentially electrically open state for the fundamental frequency of the electromagnetic field formed by the power transmission coil 1, and a current of opposite phase to the high-frequency current flowing in the power transmission coil 1 is induced in the loop conductor 21 for unwanted waves of frequencies other than the fundamental frequency, in this example, unwanted waves of frequencies more than twice the fundamental frequency.
When a current is induced in the loop conductor 21 , a magnetic field is generated around the loop conductor 21 by the induced current.
In addition, even for frequencies less than the fundamental frequency, a current is induced in the loop conductor 21 as an unwanted wave, and a magnetic field is formed around the loop conductor 21 by the induced current.

送電用コイル1に流れる高調波周波数の高周波電流によって形成される磁界とループ導体21に誘起された逆位相の高周波電流によって形成される磁界はほぼ逆位相となり、打ち消しあう。
すなわち、シールド導体2は送電用コイル1が形成する電磁界の基本波周波数に対してループ導体21に電流が誘起され難く、基本波周波数以外の周波数、特に放射妨害波を抑制したい不要波の周波数に対してループ導体21に電流が誘起されるという特性を持つ。
The magnetic field formed by the high-frequency current of harmonic frequency flowing through the power transmission coil 1 and the magnetic field formed by the high-frequency current of opposite phase induced in the loop conductor 21 are substantially in opposite phase and cancel each other out.
In other words, the shield conductor 2 has the characteristic that a current is unlikely to be induced in the loop conductor 21 at the fundamental frequency of the electromagnetic field formed by the power transmission coil 1, but a current is induced in the loop conductor 21 at frequencies other than the fundamental frequency, particularly the frequencies of unwanted waves whose radiated interference waves are to be suppressed.

その結果、シールド導体2は送電用コイル1に接続される送電回路3が送信する高周波信号の基本波周波数、つまり、伝送される電力の基本波周波数に対しては影響を与えず、不要波の周波数に対しては送電用コイル1の周囲に形成される電磁界が弱められる。
要するに、伝送される電力の基本波周波数に対しては電力伝送効率が低下することが避けられ、送電用コイル1に流れる不要波の周波数の電流による放射ノイズはループ導体21に誘起された逆位相の高周波電流による放射により抑制される。
本開示では、電力伝送効率を送電用コイル1に給電した電力と受電用コイルが受電し出力した電力の比と定義する。
As a result, the shielding conductor 2 does not affect the fundamental frequency of the high-frequency signal transmitted by the power transmission circuit 3 connected to the power transmission coil 1, i.e., the fundamental frequency of the transmitted power, and weakens the electromagnetic field formed around the power transmission coil 1 for unwanted wave frequencies.
In short, a decrease in power transmission efficiency is avoided for the fundamental frequency of the transmitted power, and radiation noise caused by currents of unwanted wave frequencies flowing through the power transmission coil 1 is suppressed by radiation from high-frequency currents of the opposite phase induced in the loop conductor 21.
In this disclosure, power transmission efficiency is defined as the ratio of the power supplied to the power transmitting coil 1 to the power received and output by the power receiving coil.

ループ導体21は、送電用コイル1が電力を伝送する時に送電用コイル1が形成する電磁界が鎖交する位置に配置される。
ループ導体21は、誘電体基板の表面上に、送電用コイル1の外周を囲うように1回巻回されたループ状の平面パターンからなる導体である。
ループ導体21は、ループの終端にスリット211が形成された無給電の導体である。
The loop conductor 21 is disposed at a position where it is linked with the electromagnetic field generated by the power transmission coil 1 when the power transmission coil 1 transmits electric power.
The loop conductor 21 is a conductor having a loop-shaped planar pattern wound once on the surface of the dielectric substrate so as to surround the outer periphery of the power transmission coil 1 .
The loop conductor 21 is a parasitic conductor having a slit 211 formed at the end of the loop.

ループ導体21は、送電用コイル1の外側に配置される。
なお、ループ導体21は、送電用コイル1が形成する電磁界が鎖交することによってループ導体21に十分な電流が誘起される程度に近傍に配置されていればよく、送電用コイル1の内側に配置される、もしくは上下に配置されるものでもよい。ループ導体21は、送電用コイル1と同一平面上にある必要はない。
ループ導体21の太さが送電用コイル1の太さより太い。言い換えれば、ループ導体21の線の幅が送電用コイル1の線の幅より広い。
The loop conductor 21 is disposed outside the power transmission coil 1 .
The loop conductor 21 only needs to be located close enough to the power transmission coil 1 so that a sufficient current is induced in the loop conductor 21 by linkage with the electromagnetic field formed by the power transmission coil 1, and may be located inside the power transmission coil 1, or above or below the power transmission coil 1. The loop conductor 21 does not need to be on the same plane as the power transmission coil 1.
The thickness of the loop conductor 21 is greater than the thickness of the power transmission coil 1. In other words, the line width of the loop conductor 21 is greater than the line width of the power transmission coil 1.

並列接続されたインダクタ221とキャパシタ222は並列共振回路22を構成する。
並列共振回路22はループ導体21のスリット211における両方の開放端間に接続される。
すなわち、インダクタ221の一方の端子はスリット211における一方の開放端に電気的に接続され、他方の端子は他方の開放端に電気的に接続される。
同様に、キャパシタ222の一方の端子はスリット211における一方の開放端に電気的に接続され、他方の端子は他方の開放端に電気的に接続される。
インダクタ221とキャパシタ222は誘電体基板の表面上に一般的に知られている製法により形成される。
The inductor 221 and the capacitor 222 connected in parallel form a parallel resonant circuit 22 .
The parallel resonant circuit 22 is connected between both open ends of the slit 211 of the loop conductor 21 .
That is, one terminal of inductor 221 is electrically connected to one open end of slit 211, and the other terminal is electrically connected to the other open end.
Similarly, one terminal of the capacitor 222 is electrically connected to one open end of the slit 211, and the other terminal is electrically connected to the other open end.
The inductor 221 and the capacitor 222 are formed on the surface of a dielectric substrate by commonly known methods.

並列共振回路22は、シールド導体2のインピーダンスを送電用コイル1が形成する電磁界の基本波周波数では大きくして誘起される電流を小さくし、基本波周波数以外の周波数、つまり、抑制したい不要波である放射妨害波の周波数においてはシールド導体2のインピーダンスを小さくして電流が誘起されやすくする。
並列共振回路22による共振周波数は送電用コイル1が形成する電磁界の基本波周波数である。
本例において、抑制したい不要波の周波数を基本波周波数fの2倍以上の周波数に設定する。但し、2倍の周波数に限られるものではない。
The parallel resonant circuit 22 increases the impedance of the shielding conductor 2 at the fundamental frequency of the electromagnetic field formed by the power transmission coil 1 to reduce the induced current, and reduces the impedance of the shielding conductor 2 at frequencies other than the fundamental frequency, i.e., the frequencies of radiated interference waves, which are unwanted waves that we wish to suppress, to make it easier for a current to be induced.
The resonant frequency of the parallel resonant circuit 22 is the fundamental frequency of the electromagnetic field formed by the power transmission coil 1 .
In this example, the frequency of the spurious wave to be suppressed is set to a frequency that is at least twice the fundamental wave frequency f 0. However, the frequency is not limited to twice the fundamental wave frequency.

また、並列共振回路22を構成するインダクタ221のインダクタンスLとキャパシタ222のキャパシタンスCはωC=1/ωLを満足する値である。
ωは送電用コイル1が形成する電磁界の基本波周波数であり、送電用コイル1に接続される送電回路3が送信する高周波信号の基本波周波数での角周波数である。
この点について、以下に詳しく説明する。
Moreover, the inductance L of the inductor 221 and the capacitance C of the capacitor 222 that configure the parallel resonant circuit 22 are values that satisfy ω 0 C=1/ω 0 L.
ω 0 is the fundamental frequency of the electromagnetic field formed by the power transmitting coil 1 , and is the angular frequency at the fundamental frequency of the high-frequency signal transmitted by the power transmitting circuit 3 connected to the power transmitting coil 1 .
This point will be explained in more detail below.

シールド導体2の等価回路図を図2に示す。
図2において、Rはループ導体21のインピーダンスのうちレジスタンス、Lはループ導体21のインピーダンスのうちのインダクタンス、Lはインダクタ221のインダクタンス、Cはキャパシタ222のキャパシタンスを示す。
シールド導体2のインピーダンスZは次式(4)で現わされる。
An equivalent circuit diagram of the shield conductor 2 is shown in FIG.
In FIG. 2, R L denotes the resistance of the impedance of the loop conductor 21 , L L denotes the inductance of the impedance of the loop conductor 21 , L denotes the inductance of the inductor 221 , and C denotes the capacitance of the capacitor 222 .
The impedance Z of the shield conductor 2 is expressed by the following equation (4).


Figure 0007630728000004

Figure 0007630728000004

送電用コイル1が形成する電磁界の基本波周波数f(角周波数はω)でシールド導体2のインピーダンスZを大きくして誘起される電流を小さくするための条件はインダクタ221のインダクタンスLとキャパシタ222のキャパシタンスCから成る並列共振回路が共振する条件と等しく、インダクタンスLとキャパシタンスCが次式(5)を満足する場合である。 The condition for increasing the impedance Z of the shield conductor 2 and reducing the induced current at the fundamental frequency f0 (angular frequency is ω0 ) of the electromagnetic field formed by the power transmission coil 1 is equal to the condition for a parallel resonant circuit consisting of the inductance L of the inductor 221 and the capacitance C of the capacitor 222 to resonate, which is when the inductance L and the capacitance C satisfy the following equation (5).


Figure 0007630728000005

Figure 0007630728000005

式(5)満足すると、式(4)における第3項が無限大となり、シールド導体2は電気的に開放、つまり、ループ導体21が並列共振回路22において開放されているのと等しくなる。
従って、角周波数ωである送電用コイル1が形成する電磁界の基本波周波数fにおいてループ導体21に電流は誘起されない。
その結果、送電用コイル1から受電用コイルへ伝送される基本波周波数fの電力は、シールド導体2に影響されず、受電用コイルで受電されるため、電力伝送効率は低下しない。
When equation (5) is satisfied, the third term in equation (4) becomes infinite, and the shield conductor 2 is electrically open, that is, it is equivalent to the loop conductor 21 being open in the parallel resonant circuit 22.
Therefore, no current is induced in the loop conductor 21 at the fundamental frequency f 0 of the electromagnetic field formed by the power transmission coil 1 , which has an angular frequency ω 0 .
As a result, power of fundamental frequency f 0 transmitted from the power transmitting coil 1 to the power receiving coil is not affected by the shield conductor 2 and is received by the power receiving coil, so power transmission efficiency does not decrease.

次に、インダクタ221のインダクタンスLとキャパシタ222のキャパシタンスCの決定方法について述べる。
上記で述べたように、インダクタ221とキャパシタ222から成る並列共振回路が共振する共振周波数は送電用コイル1が形成する電磁界の基本波周波数fと一致していることを条件としているので、インダクタンスLとキャパシタンスCは次式(6)を満たす範囲で自由度がある。
Next, a method for determining the inductance L of the inductor 221 and the capacitance C of the capacitor 222 will be described.
As described above, the resonant frequency at which the parallel resonant circuit consisting of the inductor 221 and the capacitor 222 resonates must match the fundamental frequency f0 of the electromagnetic field formed by the power transmission coil 1. Therefore, the inductance L and the capacitance C have a degree of freedom within a range that satisfies the following equation (6).


Figure 0007630728000006

Figure 0007630728000006

一方、シールド導体2によって電磁界が弱められる効果が得られるのは、シールド導体2のインピーダンスZが誘導性の場合のみである。
図2に示した等価回路を構成するシールド導体2のインピーダンスZの位相は、模式的に図3のように変化する。
図3において、横軸が送電用コイル1に供給される電力の伝送周波数、縦軸がシールド導体2のインピーダンスZの位相を示し、周波数F1は送電用コイル1が形成する電磁界の基本波周波数f、周波数F2が上式(4)で示すシールド導体2のインピーダンスZの虚部が0になる周波数、すなわちシールド導体2の共振周波数である。
図3から明らかなように、基本波周波数f(F1)未満の周波数、及びシールド導体2の共振周波数F2以上の周波数に対してシールド導体2により電磁界が弱められる効果が得られる。
On the other hand, the effect of weakening the electromagnetic field by the shield conductor 2 can be obtained only when the impedance Z of the shield conductor 2 is inductive.
The phase of the impedance Z of the shield conductor 2 constituting the equivalent circuit shown in FIG. 2 changes as shown in FIG.
In Figure 3, the horizontal axis indicates the transmission frequency of the power supplied to the power transmission coil 1, and the vertical axis indicates the phase of the impedance Z of the shield conductor 2. Frequency F1 is the fundamental frequency f0 of the electromagnetic field formed by the power transmission coil 1, and frequency F2 is the frequency at which the imaginary part of the impedance Z of the shield conductor 2 shown in the above equation (4) becomes 0, i.e., the resonant frequency of the shield conductor 2.
As is clear from FIG. 3, the effect of weakening the electromagnetic field by the shield conductor 2 can be obtained for frequencies less than the fundamental frequency f 0 (F1) and frequencies equal to or greater than the resonant frequency F2 of the shield conductor 2.

従って、シールド導体2の共振周波数F2以上の周波数の放射妨害波を抑制するためのシールド導体2のインピーダンスZを誘導性とするための条件は、シールド導体2の共振周波数F2をf×Bとした場合、次式(7)により現わされる。 Therefore, the condition for making the impedance Z of the shield conductor 2 inductive in order to suppress radiated interference waves at frequencies equal to or higher than the resonant frequency F2 of the shield conductor 2 is expressed by the following equation (7), where the resonant frequency F2 of the shield conductor 2 is f 0 ×B.


Figure 0007630728000007

Figure 0007630728000007

式(7)において、Lはインダクタ221のインダクタンス、Lはループ導体21のインピーダンスのうちのインダクタンスである。
送電コイルから放射される放射妨害波は、基本波周波数fの逓倍の周波数に発生する高調波が主と考えられる。
本例において、抑制したい不要波の周波数を基本波周波数fの2倍以上の周波数に設定すると、式(7)において次式(8)において示すようにBを2とする。
In equation (7), L is the inductance of the inductor 221, and L L is the inductance of the impedance of the loop conductor 21.
The radiated interference waves emitted from the power transmission coil are considered to be mainly harmonics generated at frequencies that are multiples of the fundamental frequency f0 .
In this example, if the frequency of the spurious wave to be suppressed is set to a frequency equal to or greater than twice the fundamental wave frequency f 0 , then in equation (7), B is set to 2 as shown in the following equation (8).


Figure 0007630728000008

Figure 0007630728000008

そして、インダクタンスLとキャパシタンスCを式(6)及び式(8)に基づいて決定する。
その結果、シールド導体2は送電用コイル1が形成する電磁界の基本波周波数f、つまり、伝送される電力の基本波周波数fに対しては影響を与えず、基本波周波数fの2倍以上の周波数である高調波、つまり不要波を抑圧できる。
Then, the inductance L and the capacitance C are determined based on the equations (6) and (8).
As a result, the shield conductor 2 does not affect the fundamental frequency f0 of the electromagnetic field formed by the power transmission coil 1, i.e., the fundamental frequency f0 of the transmitted power, but can suppress harmonics, i.e., unwanted waves, which have frequencies more than twice the fundamental frequency f0 .

シールド導体2による効果を、有限要素法によって求めた数値シミュレーション結果によって検証した。
シミュレーションでは、送電コイルは送電用コイル1と、ループ導体21、及び並列接続されたインダクタ221とキャパシタ222を有する共振回路22を具備するシールド導体2を備える。
受電コイルも送電コイルと構成要素、物理的サイズ、及び部品の値をすべて同じとした。
送電コイルと受電コイルを5mmの間隔で対向配置した。
The effect of the shield conductor 2 was verified by the results of a numerical simulation obtained by the finite element method.
In the simulation, the transmitting coil includes a transmitting coil 1, a loop conductor 21, and a shield conductor 2 including a resonant circuit 22 having an inductor 221 and a capacitor 222 connected in parallel.
The receiving coil had the same components, physical size, and component values as the transmitting coil.
The power transmitting coil and the power receiving coil were placed facing each other with a gap of 5 mm between them.

送電コイルにおいて、送電用コイル1は横×縦のサイズを40mm×20mm、巻き数を4回とし、送電用コイル1の線路の幅を0.5mm、隣接する線路の間隔を1.5mmとした。
また、ループ導体21は、横×縦のサイズを51.5mm×31.5mm、巻き数を1回、線幅5mmとした。
In the power transmission coil, the power transmission coil 1 had a horizontal and vertical size of 40 mm x 20 mm, four turns, a line width of the power transmission coil 1 of 0.5 mm, and a distance between adjacent lines of 1.5 mm.
The loop conductor 21 had a horizontal and vertical size of 51.5 mm x 31.5 mm, one winding, and a line width of 5 mm.

送電用コイル1が形成する電磁界の基本波周波数f、つまり、送電用コイル1に接続される送電回路3が送信する高周波信号の基本波周波数fは13.56MHzであり、キャパシタ222のキャパシタンスCを基本波周波数fの2倍の周波数の不要波の抑圧量を大きく、つまり最大とするため3,200pFとした。
また、インダクタ221のインダクタンスLはキャパシタ222と基本波周波数f(13.56MHz)で共振する43nHとした。
なお、送電用コイル1及びループ導体21以外は無損失の材料を仮定した。
The fundamental frequency f0 of the electromagnetic field formed by the power transmission coil 1, i.e., the fundamental frequency f0 of the high-frequency signal transmitted by the power transmission circuit 3 connected to the power transmission coil 1, is 13.56 MHz, and the capacitance C of the capacitor 222 is set to 3,200 pF in order to increase, i.e., maximize, the amount of suppression of unwanted waves having a frequency twice the fundamental frequency f0 .
Moreover, the inductance L of the inductor 221 is set to 43 nH, which resonates with the capacitor 222 at the fundamental frequency f 0 (13.56 MHz).
It is assumed that materials other than the power transmission coil 1 and the loop conductor 21 are lossless.

受電コイルも送電コイルと全く同じである。
また、電力伝送効率を入力ポートから送電用コイル1に給電した電力と、受電用コイルが受電し出力ポートに出力した電力の比と定義する。
入力ポートと出力ポートはそれぞれ、基本波周波数fにおいて送電用コイル1と受電用コイルそれぞれとインピーダンス整合が取れているとする。
The receiving coil is exactly the same as the transmitting coil.
Moreover, the power transmission efficiency is defined as the ratio of the power supplied from the input port to the power transmitting coil 1 to the power received by the power receiving coil and output to the output port.
It is assumed that the input port and the output port are impedance-matched with the power transmitting coil 1 and the power receiving coil, respectively, at the fundamental frequency f 0 .

上記した前提条件の下、送電コイルから受電コイルへ伝送する電力の基本波周波数に対する電力伝送効率を検証した。
検証した結果を図4に示す。
図4において、横軸が送電コイルから受電コイルへ伝送する電力の伝送周波数、縦軸が電力伝送効率を示し、曲線Aが実施の形態1に係る電力伝送コイルを用いた場合(以下、本例という)の検証結果である。
Under the above preconditions, the power transmission efficiency for the fundamental frequency of the power transmitted from the power transmitting coil to the power receiving coil was verified.
The results of the verification are shown in Figure 4.
In Figure 4, the horizontal axis indicates the transmission frequency of power transmitted from the transmitting coil to the receiving coil, the vertical axis indicates the power transmission efficiency, and curve A is the verification result when the power transmission coil of embodiment 1 is used (hereinafter referred to as this example).

なお、比較のために、比較例1として、シールド導体2がない、つまり、送電用コイルのみの送電コイルと受電用コイルのみの受電コイルを用いたもの、比較例2として、シールド導体として環状のループ導体とした送電コイルとシールド導体として環状のループ導体とした受電コイルを用いたものを合わせて検証した。
比較例1及び比較例2ともに、本例と相違する以外は全く同じとしている。
図4において、比較例1の検証結果を曲線B、比較例2の検証結果を曲線Cとして示す。
For comparison, comparative example 1 was tested in which there was no shield conductor 2, i.e., a power transmission coil consisting only of a power transmission coil and a power receiving coil consisting only of a power receiving coil, and comparative example 2 was tested in which a power transmission coil with a ring-shaped loop conductor as the shield conductor and a power receiving coil with a ring-shaped loop conductor as the shield conductor were used.
Both Comparative Example 1 and Comparative Example 2 are exactly the same as this example except for the differences.
In FIG. 4, the verification results of Comparative Example 1 are shown as curve B, and the verification results of Comparative Example 2 are shown as curve C.

図4から明らかなように、基本波周波数f(13.56MHz)に対して本例及び比較例1における電力伝送効率は86.5%と等しい。
すなわち、本例はシールド導体2がない比較例1と同じ結果が得られ、本例におけるシールド導体2は基本波周波数fの電力を伝送するに際して全く影響しておらず、電力伝送効率の低下がないことがわかる。
一方、基本波周波数fに対して比較例2の基本波周波数fにおける電力伝送効率は70.6%であり、本例及び比較例1と比較して15.9パーセントポイント劣化しており、環状のループ導体からなるシールド導体が、電力伝送効率の低下をきたしている。
As is clear from FIG. 4, the power transmission efficiency for the fundamental frequency f 0 (13.56 MHz) in this example and comparative example 1 is equal, 86.5%.
In other words, the same results were obtained in this example as in Comparative Example 1, which did not have a shielding conductor 2. It can be seen that the shielding conductor 2 in this example has no effect whatsoever on the transmission of power of the fundamental frequency f 0 , and there is no decrease in power transmission efficiency.
On the other hand, the power transmission efficiency at the fundamental frequency f 0 in Comparative Example 2 is 70.6% relative to the fundamental frequency f 0 , which is a deterioration of 15.9 percentage points compared to this example and Comparative Example 1. The shield conductor made of an annular loop conductor causes a decrease in the power transmission efficiency.

以上のことから明らかなように、シールド導体2におけるインダクタ221とキャパシタ222を有する並列共振回路22が基本波周波数fで共振することにより、ループ導体21に電流が誘起されることがなく、電力伝送効率の低下を回避していると言える。 As is clear from the above, it can be said that the parallel resonant circuit 22 having the inductor 221 and the capacitor 222 in the shield conductor 2 resonates at the fundamental frequency f0 , so that no current is induced in the loop conductor 21, and a decrease in power transmission efficiency is avoided.

シールド導体2における基本波周波数f以外の周波数の不要波に対する抑圧効果の検証結果を図5に示す。
図5は、送電コイル中心から200mm離れた点での本例の磁界強度と送電コイル中心から200mm離れた点での比較例1の磁界強度の差を抑圧効果として示したものである。
図5において、横軸が送電コイルから受電コイルへ伝送される電力の伝送周波数、縦軸が抑圧効果を示し、曲線A1が本例の検証結果である。
FIG. 5 shows the results of verification of the suppression effect of the shield conductor 2 against unwanted waves of frequencies other than the fundamental frequency f 0 .
FIG. 5 shows the difference in magnetic field strength between this example at a point 200 mm away from the center of the power transmission coil and that of Comparative Example 1 at a point 200 mm away from the center of the power transmission coil as the suppression effect.
In FIG. 5, the horizontal axis indicates the transmission frequency of the power transmitted from the power transmitting coil to the power receiving coil, the vertical axis indicates the suppression effect, and curve A1 is the verification result of this example.

また、曲線A2は本例において、ループ導体21の線幅を1mmとし、キャパシタ222のキャパシタンスCを基本波周波数fの2倍の周波数の不要波の抑圧量を大きく、つまり最大とするため1,000pFとし、インダクタ221のインダクタンスLはキャパシタ222と基本波周波数fで共振する138nHとしたシールド導体2(本例2)の検証結果を示す。 Curve A2 shows the verification result of the shield conductor 2 (Example 2) in which the line width of the loop conductor 21 is 1 mm, the capacitance C of the capacitor 222 is 1,000 pF in order to increase, i.e., maximize, the amount of suppression of unwanted waves at a frequency twice the fundamental frequency f0, and the inductance L of the inductor 221 is 138 nH which resonates with the capacitor 222 at the fundamental frequency f0 .

図5から明らかなように、基本波周波数f(図5において左から2番目のマーカー)に対して本例と比較例1との磁界強度の差はなく、本例は、比較例1との磁界強度の差、つまり、抑圧効果が基本波周波数fの2倍の周波数27.12MHzに対して最大(略30dB)となり、基本波周波数fの2倍の周波数を超えた周波数に対しても10dB~15dBの抑圧効果が得られる。 As is clear from FIG. 5, there is no difference in magnetic field strength between this example and comparative example 1 for the fundamental frequency f 0 (the second marker from the left in FIG. 5). In this example, the difference in magnetic field strength from comparative example 1, that is, the suppression effect, is maximum (approximately 30 dB) for a frequency of 27.12 MHz that is twice the fundamental frequency f 0 , and a suppression effect of 10 dB to 15 dB is obtained even for frequencies exceeding twice the fundamental frequency f 0 .

また、基本波周波数fに対して本例2と比較例1との磁界強度の差はなく、本例2は抑圧効果が基本波周波数fの2倍の周波数27.12MHzに対して最大(略25dB)となり、基本波周波数fの2倍の周波数を超えた周波数に対しても5dB~10dBの抑圧効果が得られる。
なお、本例及び本例2ともに、電力の伝送周波数が20MHz(図5において左から3番目のマーカー)に対しても基本波周波数fと同様に比較例1との磁界強度の差はない。
Furthermore, there is no difference in magnetic field strength between Example 2 and Comparative Example 1 for the fundamental frequency f0 , and in Example 2, the suppression effect is maximum (approximately 25 dB) for a frequency of 27.12 MHz that is twice the fundamental frequency f0 , and a suppression effect of 5 dB to 10 dB can be obtained for frequencies exceeding twice the fundamental frequency f0 .
In addition, in both this example and this example 2, there is no difference in magnetic field strength from Comparative Example 1 for a power transmission frequency of 20 MHz (the third marker from the left in FIG. 5), similar to the fundamental wave frequency f 0 .

以上のことから明らかなように、シールド導体2におけるインダクタ221とキャパシタ222を有する並列共振回路22が、送電用コイル1が形成する電磁界の基本波周波数fで共振することにより、基本波周波数fに対してループ導体21に電流が誘起されることがなく、電力伝送効率の低下を回避し、基本波周波数fの2倍以上の周波数に対してシールド導体2のインピーダンスが小さく、ループ導体21に電流が誘起され、2倍以上の周波数の不要波の外部への放射を抑圧している。 As is clear from the above, the parallel resonant circuit 22 having the inductor 221 and the capacitor 222 in the shield conductor 2 resonates at the fundamental frequency f 0 of the electromagnetic field formed by the power transmission coil 1, so that no current is induced in the loop conductor 21 at the fundamental frequency f 0 , thereby avoiding a decrease in power transmission efficiency, and the impedance of the shield conductor 2 is small for frequencies more than twice the fundamental frequency f 0 , so that a current is induced in the loop conductor 21, and external radiation of unnecessary waves at a frequency more than twice the fundamental frequency is suppressed.

また、周波数F1、つまり基本波周波数f以上、周波数F2、つまり基本波周波数fの2倍の周波数未満の周波数に対し、図3から明らかなようにシールド導体2により電磁界が弱められることがなく、図4から明らかなようにシールド導体2により電力伝送効率の低下を回避している。
一方、周波数F1未満及び周波数F2以上に対し、図3から明らかなようにシールド導体2により電磁界が弱められ、放射妨害波を抑圧している。
Furthermore, for frequency F1, i.e., frequencies equal to or higher than the fundamental frequency f0 , and frequency F2, i.e., frequencies less than twice the fundamental frequency f0 , the electromagnetic field is not weakened by the shield conductor 2, as is clear from FIG. 3, and the shield conductor 2 prevents a decrease in power transmission efficiency, as is clear from FIG. 4.
On the other hand, for frequencies less than F1 and equal to or greater than F2, as is clear from FIG. 3, the electromagnetic field is weakened by the shield conductor 2, suppressing radiated interference waves.

したがって、送電用コイル1が形成する電磁界の周波数が周波数F1以上周波数F2未満の周波数に対し、シールド導体2により電磁界が弱められることがなく、電力伝送効率の低下を回避できるので、送電用コイル1が形成する電磁界の基本波周波数が周波数F1以上周波数F2未満の周波数に対して実施の形態1に係る電力伝送コイルに有効である。
このことは、送電用コイル1が形成する電磁界の基本波周波数に対して並列共振回路22による共振周波数が低ければ良いことを意味している。
すなわち、並列共振回路22による共振周波数は送電用コイル1が形成する電磁界の基本波周波数に限られるものではなく、送電用コイル1が形成する電磁界の基本波周波数に対して低い周波数でよい。
Therefore, for frequencies of the electromagnetic field formed by the power transmission coil 1 that are greater than or equal to frequency F1 and less than frequency F2, the electromagnetic field is not weakened by the shield conductor 2, and a decrease in power transmission efficiency can be avoided. Therefore, the power transmission coil of embodiment 1 is effective for frequencies of the fundamental wave frequency of the electromagnetic field formed by the power transmission coil 1 that are greater than or equal to frequency F1 and less than frequency F2.
This means that it is sufficient that the resonant frequency of the parallel resonant circuit 22 is lower than the fundamental frequency of the electromagnetic field formed by the power transmission coil 1 .
That is, the resonant frequency of the parallel resonant circuit 22 is not limited to the fundamental frequency of the electromagnetic field formed by the power transmission coil 1 , but may be a frequency lower than the fundamental frequency of the electromagnetic field formed by the power transmission coil 1 .

ループ導体21の幅を送電用コイル1の幅より広くし、線幅をより広くする、例えば1mmより5mmにすることにより、ループ導体21のインダクタンスがより小さくなるため、ループ導体21に誘起される電流はより大きくなり、送電用コイル1が形成する電磁界の基本波周波数fの2倍の周波数を超えた周波数に対してより高い磁界の抑圧効果が得られる。
なお、ループ導体21のインダクタンスを小さくすればよいので、線幅を広くするに限られず、線の厚さを厚くしてもよく、要はループ導体21の太さを送電用コイル1の太さより太くすればよい。
By making the width of the loop conductor 21 wider than that of the power transmission coil 1 and making the line width wider, for example from 1 mm to 5 mm, the inductance of the loop conductor 21 becomes smaller, so that the current induced in the loop conductor 21 becomes larger, and a greater magnetic field suppression effect is obtained for frequencies exceeding twice the fundamental frequency f0 of the electromagnetic field formed by the power transmission coil 1.
In addition, since it is only necessary to reduce the inductance of the loop conductor 21, it is not limited to increasing the line width, but the thickness of the line can also be increased; in short, the thickness of the loop conductor 21 should be made thicker than the thickness of the power transmission coil 1.

ループ導体21を誘電体基板上に形成する場合、ループ導体21の線の厚さを厚くする方法として、誘電体基板の表面と裏面にそれぞれ設け、表面に形成された導体層と裏面に形成された導体層とをスルーホールで接続することで、ループ導体21の実効的な厚さを厚くする。
このようにしてループ導体21の厚み方向を厚くすることにより、送電コイルに必要となる回路面積の増大を最小限に抑えつつ、送電用コイル1が形成する電磁界の基本波周波数fの2倍以上の周波数の不要波の抑圧効果が得られる。
When loop conductor 21 is formed on a dielectric substrate, a method for increasing the wire thickness of loop conductor 21 is to provide it on both the front and back surfaces of the dielectric substrate, and connect the conductor layer formed on the front surface to the conductor layer formed on the back surface with a through hole, thereby increasing the effective thickness of loop conductor 21.
In this way, by increasing the thickness direction of the loop conductor 21, it is possible to minimize the increase in the circuit area required for the power transmission coil, while obtaining the effect of suppressing unwanted waves with a frequency that is more than twice the fundamental frequency f0 of the electromagnetic field formed by the power transmission coil 1.

また、ループ導体21のインピーダンスのうちのインダクタンスLを小さくすることにより、シールド導体2のインピーダンスを小さくでき、送電用コイル1が形成する電磁界の基本波周波数fに対してループ導体21に電流が誘起されることがなく、電力伝送効率の低下を回避し、基本波周波数fの2倍以上の周波数に対してループ導体21に電流が誘起され、2倍以上の周波数の不要波の外部への放射を抑圧できる。
すなわち、シールド導体2のインピーダンスZは上式(4)で現わされ、ループ導体21のインダクタンスLが小さくなることは、基本波周波数fにおいて上式(4)の虚部が無限大になる基本波周波数f以外の周波数において、上式(4)のインピーダンスの絶対値が小さくなる。
Furthermore, by reducing the inductance L L of the impedance of the loop conductor 21, the impedance of the shield conductor 2 can be reduced, and a current is not induced in the loop conductor 21 for the fundamental frequency f 0 of the electromagnetic field formed by the power transmission coil 1, preventing a decrease in power transmission efficiency. A current is induced in the loop conductor 21 for a frequency that is more than twice the fundamental frequency f 0 , and external radiation of unnecessary waves of more than twice the frequency can be suppressed.
That is, the impedance Z of the shield conductor 2 is expressed by the above equation (4), and a decrease in the inductance LL of the loop conductor 21 results in a decrease in the absolute value of the impedance of the above equation (4) at frequencies other than the fundamental frequency f0 , where the imaginary part of the above equation (4) becomes infinite at the fundamental frequency f0.

並列共振回路22を構成するインダクタ221のインダクタンスLとキャパシタ222のキャパシタンスCを、上式(4)により求められるシールド導体2のインピーダンスの絶対値|Z|が、送電用コイル1が形成する電磁界の基本波周波数fにおいて無限大、基本波周波数fの2倍の周波数においてループ導体21のインピーダンスのうちレジスタンスRとなる値に設定し、ループ導体21のインダクタンスLとシールド導体2のインピーダンスの絶対値|Z|との関係の検証結果を図6に示す。 The inductance L of the inductor 221 and the capacitance C of the capacitor 222 that configure the parallel resonant circuit 22 are set to values such that the absolute value |Z| of the impedance of the shield conductor 2 calculated by the above equation (4) is infinite at the fundamental frequency f0 of the electromagnetic field formed by the power transmission coil 1, and is resistance R L of the impedance of the loop conductor 21 at a frequency twice the fundamental frequency f0 . FIG. 6 shows the results of a verification of the relationship between the inductance L L of the loop conductor 21 and the absolute value |Z| of the impedance of the shield conductor 2.

図6において、横軸が、送電コイルが形成する電磁界の基本波周波数fにより規格化された値、縦軸がシールド導体2のインピーダンスの絶対値|Z|を示す。
図6において、曲線A3がループ導体21のインダクタンスLを10nHにした場合の規格化されたシールド導体2のインピーダンスの絶対値|Z|を示し、曲線A4がループ導体21のインダクタンスLを100nHにした場合の規格化されたシールド導体2のインピーダンスの絶対値|Z|を示す。
6, the horizontal axis represents the value normalized by the fundamental frequency f 0 of the electromagnetic field generated by the power transmitting coil, and the vertical axis represents the absolute value |Z| of the impedance of the shield conductor 2.
In FIG. 6, curve A3 shows the absolute value |Z| of the impedance of the normalized shield conductor 2 when the inductance L of the loop conductor 21 is set to 10 nH, and curve A4 shows the absolute value |Z| of the impedance of the normalized shield conductor 2 when the inductance L of the loop conductor 21 is set to 100 nH.

図6に曲線A3及び曲線A4に示すように、シールド導体2のインピーダンスの絶対値|Z|が基本波周波数fにおいて無限大、基本波周波数fの2倍の周波数においてループ導体21のインピーダンスのうちレジスタンスRとなる値に設定されており、ループ導体21のインダクタンスLをより小さくする、例えば、100nHより10nHにすることにより、基本波周波数f未満まで、基本波周波数fを超えた周波数から基本波周波数fの2倍の周波数未満まで、及び基本波周波数fの2倍を超えた周波数に対してシールド導体2のインピーダンスの絶対値|Z|を大幅に小さくできる。
その結果、ループ導体21のインダクタンスLをより小さくすると、基本波周波数f以外の周波数に対してループ導体21に誘起される電流を大きくでき、基本波周波数f以外の周波数の不要波における磁界の抑圧効果を大きくできる。
As shown by curves A3 and A4 in FIG. 6 , the absolute value |Z| of the impedance of the shield conductor 2 is set to infinity at the fundamental frequency f0 and to a value that becomes the resistance RL of the impedance of the loop conductor 21 at a frequency twice the fundamental frequency f0 . By making the inductance LL of the loop conductor 21 smaller, for example, by making it 10nH instead of 100nH, the absolute value |Z| of the impedance of the shield conductor 2 can be significantly reduced up to below the fundamental frequency f0, for frequencies from above the fundamental frequency f0 to below twice the fundamental frequency f0 , and for frequencies exceeding twice the fundamental frequency f0.
As a result, by making the inductance L L of the loop conductor 21 smaller, the current induced in the loop conductor 21 for frequencies other than the fundamental frequency f 0 can be increased, and the effect of suppressing the magnetic field in unnecessary waves of frequencies other than the fundamental frequency f 0 can be increased.

送電コイルにおける放射効率の検証結果を図7に示す。
放射効率は入力ポートから送電用コイル1に給電した電力のうち、遠方に放射された全電力の割合である。
図7において、横軸が送電コイルから受電コイルへ伝送される電力の伝送周波数、縦軸が放射効率を示す。
FIG. 7 shows the verification results of the radiation efficiency of the transmitting coil.
The radiation efficiency is the ratio of the total power radiated far away to the total power supplied from the input port to the power transmitting coil 1.
In FIG. 7, the horizontal axis represents the transmission frequency of the power transmitted from the power transmitting coil to the power receiving coil, and the vertical axis represents the radiation efficiency.

図7から明らかなように、本例の放射効率は比較例2の放射効率に対して、周波数が230MHzで比較すると、11.9dBの放射効率の低下がみられる。
すなわち、本例においては、送電用コイル1の近傍の磁界が抑圧されるだけでなく、遠方への放射も10dB以上抑圧される。
以上のシミュレーション結果から理解されるように、実施の形態1に係る電力伝送コイルは、電力伝送効率を維持しつつ周囲への放射妨害波を抑制できる。
As is clear from FIG. 7, when comparing the radiation efficiency of this example with the radiation efficiency of Comparative Example 2 at a frequency of 230 MHz, a decrease in radiation efficiency of 11.9 dB is observed.
That is, in this example, not only is the magnetic field in the vicinity of the power transmission coil 1 suppressed, but radiation to distant locations is also suppressed by 10 dB or more.
As can be seen from the above simulation results, the power transmission coil according to embodiment 1 can suppress radiated interference waves to the surroundings while maintaining power transmission efficiency.

なお、本例において、図4に示すように、送電用コイル1から受電用コイルへ伝送される電力の周波数が20MHzに対して電力伝送効率は65%を示し、改善されている。
すなわち、本例においては、送電用コイル1から受電用コイルへ伝送される電力の周波数が13.56MHzと20MHzの2つの周波数に対してシールド導体2におけるインダクタ221とキャパシタ222を有する並列共振回路22が共振することにより、電力伝送効率が改善する。
In this example, as shown in FIG. 4, the power transmission efficiency is improved to 65% when the frequency of the power transmitted from the power transmitting coil 1 to the power receiving coil is 20 MHz.
That is, in this example, the power transmission efficiency is improved by the parallel resonant circuit 22 having an inductor 221 and a capacitor 222 in the shield conductor 2 resonating with the two frequencies of 13.56 MHz and 20 MHz of the power transmitted from the transmitting coil 1 to the receiving coil.

第1の電力伝送効率のピークとなる周波数は並列共振回路の共振周波数、この例においては送電用コイル1が形成する電磁界の基本波周波数fとし、第2の電力伝送効率のピークとなる周波数をインダクタ221のインダクタンスLとキャパシタ222のキャパシタンスCを設定することにより調整できる。
要するに、本例を適用した電力伝送装置は送電用コイル1が形成する電磁界の基本波周波数f、つまり、伝送される電力の基本波周波数fと他の周波数の2つの周波数に対して効率よく電力の伝送を行える。
The frequency at which the first power transmission efficiency peaks is the resonant frequency of the parallel resonant circuit, which in this example is the fundamental frequency f0 of the electromagnetic field formed by the power transmission coil 1, and the frequency at which the second power transmission efficiency peaks can be adjusted by setting the inductance L of the inductor 221 and the capacitance C of the capacitor 222.
In short, the power transmission device to which this example is applied can efficiently transmit power at two frequencies: the fundamental frequency f 0 of the electromagnetic field formed by the power transmission coil 1, i.e., the fundamental frequency f 0 of the transmitted power, and other frequencies.

例えば、6.78MHzと13.56MHzの2つのISMバンドにおいて、電力伝送効率が良い本例、つまり送電コイルを適用することにより、基本波周波数が6.78MHzの電力と基本波周波数が13.56MHzの電力を同時に送信できる電力伝送装置、又は基本波周波数が6.78MHzの電力と基本波周波数が13.56MHzの電力を切り替えられる無線電力伝送装置が得られる。For example, by applying this example, i.e., a transmission coil, which has good power transmission efficiency in the two ISM bands of 6.78 MHz and 13.56 MHz, a power transmission device can be obtained that can simultaneously transmit power with a fundamental frequency of 6.78 MHz and power with a fundamental frequency of 13.56 MHz, or a wireless power transmission device that can switch between power with a fundamental frequency of 6.78 MHz and power with a fundamental frequency of 13.56 MHz.

この場合、6.78MHzと13.56MHzの一方の周波数が第1の基本波周波数、6.78MHzと13.56MHzの他方の周波数が第2の基本波周波数であり、両者とも基本波周波数であり、インダクタ221とキャパシタ222を有する並列共振回路22における共振周波数はいずれか一方の基本波周波数に設定される。In this case, one of the frequencies 6.78 MHz and 13.56 MHz is the first fundamental frequency, and the other frequency of 6.78 MHz and 13.56 MHz is the second fundamental frequency, both of which are fundamental frequencies, and the resonant frequency in the parallel resonant circuit 22 having the inductor 221 and the capacitor 222 is set to one of the fundamental frequencies.

さらに、高い電力伝送効率の2つのピークとなる周波数を近接させることにより、電力伝送効率のピークを送電コイルから伝送される電力の周波数に対して実質的に広帯域化することができる。
こうした場合、電力伝送コイルの製造誤差及び送受信間隔の変化、その他環境の変化に対するロバスト性を向上させることができる。
Furthermore, by bringing the frequencies at which the two peaks of high power transmission efficiency occur close to each other, the peak of power transmission efficiency can be made substantially broadband with respect to the frequency of the power transmitted from the power transmitting coil.
In this case, it is possible to improve robustness against manufacturing errors in the power transmission coil, changes in the transmission/reception interval, and other environmental changes.

以上に述べたように、実施の形態1に係る電力伝送コイルは、スリット211を有するループ導体21、及びループ導体21のスリット211における両方の開放端間に接続され、並列接続されたインダクタ221とキャパシタ222を有する共振回路22を具備し、送電用コイル1から受電用コイルへ電力を伝送する時に送電用コイル1が形成する電磁界が鎖交する位置に配置されるシールド導体2を備えたものとしたので、送電用コイル1から受電用コイルへ伝送する電力の電力伝送効率に影響を与えず、伝送する電力の基本波周波数以外の周波数の不要な放射波を抑制する。As described above, the power transmission coil of embodiment 1 comprises a loop conductor 21 having a slit 211, and a resonant circuit 22 connected between both open ends of the slit 211 of the loop conductor 21 and having an inductor 221 and a capacitor 222 connected in parallel, and is provided with a shield conductor 2 arranged at a position where the electromagnetic fields formed by the power transmission coil 1 intersect when power is transmitted from the power transmission coil 1 to the power receiving coil. This does not affect the power transmission efficiency of the power transmitted from the power transmission coil 1 to the power receiving coil, and suppresses unnecessary radiation waves of frequencies other than the fundamental frequency of the power to be transmitted.

実施の形態1に係る電力伝送コイルにおいて、並列共振回路22による共振周波数を送電用コイル1から伝送される電力の基本波周波数とする。また、並列共振回路22を構成するインダクタ221のインダクタンスLとキャパシタ222のキャパシタンスCはωC=1/ωLを満足する値とする。 In the power transmission coil according to the first embodiment, the resonant frequency of the parallel resonant circuit 22 is set to the fundamental frequency of the power transmitted from the power transmission coil 1. The inductance L of the inductor 221 and the capacitance C of the capacitor 222 that configure the parallel resonant circuit 22 are set to values that satisfy ω0C =1/ ω0L .

このように構成したことにより、電力伝送用コイルが形成する電磁界の基本波周波数に対してループ導体21に電流が誘起されることがなく、電力伝送効率の低下を回避できる。
しかも、キャパシタ222のキャパシタンスCは電力伝送用コイルが形成する電磁界の基本波周波数の2倍の周波数の不要波を抑圧する値に設定され、電力伝送用コイルが形成する電磁界の基本波周波数の2倍以上の周波数である不要波に対しての抑圧効果が得られる。
With this configuration, a current is not induced in the loop conductor 21 due to the fundamental frequency of the electromagnetic field formed by the power transmission coil, and a decrease in power transmission efficiency can be avoided.
Furthermore, the capacitance C of capacitor 222 is set to a value that suppresses unwanted waves having a frequency that is twice the fundamental frequency of the electromagnetic field formed by the power transmission coil, thereby obtaining a suppression effect against unwanted waves having a frequency that is more than twice the fundamental frequency of the electromagnetic field formed by the power transmission coil.

すなわち、並列共振回路22が、送電用コイル1が形成する電磁界の基本波周波数で共振することにより、伝送される電力の基本波周波数に対してループ導体21に電流が誘起されることがなく、電力伝送効率の低下を回避し、基本波周波数の2倍以上の周波数に対してシールド導体2のインピーダンスが小さく、ループ導体に電流が誘起され、基本波周波数の2倍以上の周波数の不要波の外部への放射を抑圧している。In other words, the parallel resonant circuit 22 resonates at the fundamental frequency of the electromagnetic field formed by the power transmission coil 1, so that no current is induced in the loop conductor 21 at the fundamental frequency of the transmitted power, thereby avoiding a decrease in power transmission efficiency, and the impedance of the shield conductor 2 is small at frequencies more than twice the fundamental frequency, so that a current is induced in the loop conductor, thereby suppressing external radiation of unwanted waves at frequencies more than twice the fundamental frequency.

また、実施の形態1に係る電力伝送コイルにおいて、並列共振回路22による共振周波数を送電用コイル1が形成する電磁界の基本波周波数にすることにより、基本波周波数の2倍未満の周波数の電力において電力伝送効率の第2のピークを設定でき、基本波周波数の周波数以外に第2の基本波周波数を得ることができ、2つの周波数に対して同時にもしくは切り替えて伝送できる。
さらに、送電用コイル1が形成する電磁界の基本波周波数の周波数に対する電力伝送効率の第1のピークと、基本波周波数の周波数と異なる周波数に対する電力伝送効率の第2のピークを近接することにより、伝送される電力の周波数に対して実質的に広帯域化が図れる。
Furthermore, in the power transmission coil according to embodiment 1, by setting the resonant frequency of the parallel resonant circuit 22 to the fundamental frequency of the electromagnetic field formed by the power transmission coil 1, a second peak in power transmission efficiency can be set for power at a frequency less than twice the fundamental frequency, and a second fundamental frequency can be obtained in addition to the fundamental frequency, making it possible to transmit at the two frequencies simultaneously or by switching between them.
Furthermore, by bringing the first peak of the power transmission efficiency for the fundamental frequency of the electromagnetic field formed by the power transmission coil 1 and the second peak of the power transmission efficiency for a frequency different from the fundamental frequency close to each other, the frequency band of the transmitted power can be substantially broadened.

なお、電力伝送用コイルを送電用コイル1とした場合は並列共振回路22による共振周波数を送電用コイル1が形成する電磁界の基本波周波数であり、送電用コイルに接続される送電回路3が送信する高周波信号の基本波周波数としたが、電力伝送用コイルを受電用コイルとした場合は並列共振回路22による共振周波数は電磁誘導により受電して受電用コイルに形成される電磁界の基本波周波数であり、受電用コイルに接続される受電回路が受信する高周波信号の基本波周波数である。
いずれにしても並列共振回路22による共振周波数は送電用コイル1に接続される送電回路3が送信する高周波信号の基本波周波数である。
要は、並列共振回路22による共振周波数は電力伝送用コイルが形成する電磁界の基本波周波数である。
When the power transmission coil is the power transmission coil 1, the resonant frequency of the parallel resonant circuit 22 is the fundamental frequency of the electromagnetic field formed by the power transmission coil 1, and is the fundamental frequency of the high-frequency signal transmitted by the power transmission circuit 3 connected to the power transmission coil. However, when the power transmission coil is the power receiving coil, the resonant frequency of the parallel resonant circuit 22 is the fundamental frequency of the electromagnetic field formed in the power receiving coil by receiving power through electromagnetic induction, and is the fundamental frequency of the high-frequency signal received by the power receiving circuit connected to the power receiving coil.
In any case, the resonant frequency of the parallel resonant circuit 22 is the fundamental frequency of the high-frequency signal transmitted by the power transmitting circuit 3 connected to the power transmitting coil 1 .
In short, the resonant frequency of the parallel resonant circuit 22 is the fundamental frequency of the electromagnetic field formed by the power transmission coil.

実施の形態2.
実施の形態2に係る電力伝送コイルを、図8を用いて説明する。
実施の形態2に係る電力伝送コイルは、実施の形態1に係る電力伝送コイルに対して、シールド導体2におけるインピーダンスの周波数特性と異なる第2のシールド導体2Aを設けた点が相違し、その他の点については同じである。
図8中、図1に付された符号と同一符号は同一又は相当部分を示す。
Embodiment 2.
Second embodiment A power transmission coil according to a second embodiment will be described with reference to FIG.
The power transmission coil of embodiment 2 differs from the power transmission coil of embodiment 1 in that a second shield conductor 2A is provided, the frequency characteristics of which are different from those of the impedance of the shield conductor 2, but is otherwise the same.
In FIG. 8, the same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same or corresponding parts.

第2のシールド導体2Aは第1のシールド導体2の外側に配置される。
なお、第2のシールド導体2Aは第1のシールド導体2の内側に配置される、もしくは上下に配置されるものでもよい。
第2のシールド導体2Aは、スリット211Aを有するループ導体21Aと、ループ導体21Aのスリット211Aにおける両方の開放端間に接続され、並列接続されたインダクタ221Aとキャパシタ222Aを有する並列共振回路22Aを具備する。
The second shield conductor 2A is disposed outside the first shield conductor 2 .
The second shield conductor 2A may be disposed inside the first shield conductor 2, or may be disposed above or below the first shield conductor 2.
The second shield conductor 2A includes a loop conductor 21A having a slit 211A, and a parallel resonant circuit 22A connected between both open ends of the slit 211A of the loop conductor 21A and having an inductor 221A and a capacitor 222A connected in parallel.

第2のシールド導体2Aは、送電用コイル1が電力を伝送する時に送電用コイル1が形成する電磁界が鎖交する位置に配置される。
ループ導体21Aは、誘電体基板の表面上に、第1のシールド導体2の外周を囲うように1回巻回されたループ状の平面パターンからなる導体である。
ループ導体21Aは、ループの終端にスリット211Aが形成された無給電の導体である。
The second shield conductor 2A is disposed at a position where it is linked with the electromagnetic field generated by the power transmission coil 1 when the power transmission coil 1 transmits power.
The loop conductor 21A is a conductor having a loop-shaped planar pattern wound once around the outer periphery of the first shield conductor 2 on the surface of the dielectric substrate.
The loop conductor 21A is a parasitic conductor having a slit 211A formed at the end of the loop.

第2のシールド導体2Aのインピーダンスを第1のシールド導体2のインピーダンスと異なる値とし、並列共振回路22Aの共振周波数を並列共振回路22の共振周波数と異なる周波数とした。
すなわち、送電用コイル1から受電用コイルヘ伝送される電力の周波数が第2のシールド導体2Aにおける並列共振回路22Aの共振周波数に一致する場合においても電力伝送効率が改善される。
The impedance of the second shield conductor 2A is set to a value different from that of the first shield conductor 2, and the resonant frequency of the parallel resonant circuit 22A is set to a frequency different from that of the parallel resonant circuit 22.
That is, even when the frequency of the power transmitted from the power transmitting coil 1 to the power receiving coil matches the resonant frequency of the parallel resonant circuit 22A in the second shield conductor 2A, the power transmission efficiency is improved.

その結果、第1のシールド導体2により電力伝送効率が改善された、送電用コイル1が形成する電磁界の基本波周波数に加えて、第2のシールド導体2Aにより電力伝送効率が改善される周波数に対しても電力の伝送が可能になる。
なお、並列共振回路22の共振周波数は、実施の形態1に説明したと同様に、送電コイルが形成する電磁界の基本波周波数であり、送電用コイル1に接続される送電回路3が送信する高周波信号の基本波周波数である。
また、並列共振回路22Aの共振周波数は、送電コイルが形成する電磁界の基本波周波数の2倍未満の周波数である。
As a result, in addition to the fundamental frequency of the electromagnetic field formed by the power transmission coil 1, whose power transmission efficiency is improved by the first shield conductor 2, it becomes possible to transmit power also at frequencies whose power transmission efficiency is improved by the second shield conductor 2A.
As described in the first embodiment, the resonant frequency of the parallel resonant circuit 22 is the fundamental frequency of the electromagnetic field formed by the power transmission coil, and is the fundamental frequency of the high-frequency signal transmitted by the power transmission circuit 3 connected to the power transmission coil 1.
The resonant frequency of the parallel resonant circuit 22A is less than twice the fundamental frequency of the electromagnetic field formed by the power transmitting coil.

並列共振回路22Aの共振周波数は、第1のシールド導体2により電力伝送効率がピークを持つ送電用コイル1が形成する電磁界の基本波周波数と電力伝送効率が第2のピークを持つ第2の周波数とは異なる第3の周波数である。
第2のシールド導体2Aを配置することにより、送電コイルから受電コイルヘ伝送される電力の第3の周波数においても電力伝送効率のピークを持たせることができる。
The resonant frequency of the parallel resonant circuit 22A is a third frequency different from the fundamental frequency of the electromagnetic field formed by the power transmission coil 1, at which the power transmission efficiency has a peak due to the first shield conductor 2, and the second frequency at which the power transmission efficiency has a second peak.
By providing the second shield conductor 2A, it is possible to provide a peak in power transmission efficiency also at the third frequency of the power transmitted from the power transmitting coil to the power receiving coil.

その結果、送電用コイル1から受電用コイルヘ伝送される電力において、送電用コイル1が形成する電磁界の基本波周波数の2倍未満の周波数の電力に対して、第1のシールド導体2により電力伝送効率が第1のピークを持つ基本波周波数と電力伝送効率が第2のピークを持つ第2の周波数を設定でき、第2のシールド導体2Aにより電力伝送効率が第3のピークを持つ第3の周波数を設定できる。As a result, for power transmitted from the transmitting coil 1 to the receiving coil, for power having a frequency less than twice the fundamental frequency of the electromagnetic field formed by the transmitting coil 1, the first shielding conductor 2 makes it possible to set a fundamental frequency at which the power transmission efficiency has a first peak and a second frequency at which the power transmission efficiency has a second peak, and the second shielding conductor 2A makes it possible to set a third frequency at which the power transmission efficiency has a third peak.

従って、実施の形態2に係る電力伝送コイルは、3つの周波数の電力に対して同時にもしくは切り替えて伝送できる。
さらに、送電用コイル1が形成する電磁界の基本波周波数と第2の周波数及び第3の周波数が近接するように設定することにより、送電コイルから伝送される電力の周波数に対して広帯域化が図れる。
Therefore, the power transmission coil according to the second embodiment can transmit power of three frequencies simultaneously or switch between them.
Furthermore, by setting the fundamental frequency of the electromagnetic field formed by the power transmission coil 1 to be close to the second frequency and the third frequency, the frequency band of the power transmitted from the power transmission coil can be made wider.

なお、第1のシールド導体2及び第2のシールド導体2Aとは並列共振回路の共振周波数が異なる第3のシールド導体、第4のシールド導体、・・・のように並列共振回路の共振周波数が互いに異なる複数のシールド導体を配置し、送電用コイル1が形成する電磁界の基本波周波数の2倍未満の周波数において、それぞれがそれぞれ異なる電力伝送効率のピークを示す複数の周波数を有するものとすれば、送電用コイル1から受電用コイルヘ伝送される電力の周波数に対してさらなる広帯域化が図れる。 Furthermore, by arranging multiple shield conductors whose parallel resonant circuits are different from each other, such as a third shield conductor, a fourth shield conductor, ... whose parallel resonant circuits have different resonant frequencies from the first shield conductor 2 and the second shield conductor 2A, and by providing multiple frequencies that each show a different peak in power transmission efficiency at frequencies less than twice the fundamental frequency of the electromagnetic field formed by the power transmission coil 1, it is possible to further widen the bandwidth of the frequencies of the power transmitted from the power transmission coil 1 to the power receiving coil.

以上に述べたように、実施の形態2に係る電力伝送コイルは、実施の形態1に係る電力伝送コイルと同様の効果を有する他、伝送される電力の周波数に対してさらなる広帯域化が図れる。As described above, the power transmission coil of embodiment 2 has the same effect as the power transmission coil of embodiment 1, and also provides a wider bandwidth for the frequency of the transmitted power.

実施の形態3.
実施の形態3に係る電力伝送コイルを、図9を用いて説明する。
実施の形態3に係る電力伝送コイルは、実施の形態1に係る電力伝送コイルに対して、シールド導体2における共振回路22を構成する並列接続されたインダクタ221とキャパシタ222をそれぞれ可変インダクタ223と可変キャパシタ224とし、可変インダクタ223と可変キャパシタ224を制御する制御部4、及び動作状態を監視する動作状態監視部5を備えた点が相違し、その他の点については同じである。
図9中、図1に付された符号と同一符号は同一又は相当部分を示す。
Embodiment 3.
A power transmission coil according to a third embodiment will be described with reference to FIG.
The power transmission coil of embodiment 3 differs from the power transmission coil of embodiment 1 in that the parallel-connected inductor 221 and capacitor 222 that constitute the resonant circuit 22 in the shield conductor 2 are replaced by variable inductor 223 and variable capacitor 224, respectively, and that the power transmission coil of embodiment 3 is provided with a control unit 4 that controls the variable inductor 223 and variable capacitor 224, and an operating status monitoring unit 5 that monitors the operating status, but is otherwise the same.
In FIG. 9, the same reference numerals as those in FIG. 1 designate the same or corresponding parts.

実施の形態3に係る電力伝送コイルは、送電コイル及び受電コイルの動作状態に応じて、上式(5)の条件を満足した状態で可変インダクタ223のインダクタンスと可変キャパシタ224のキャパシタンスを制御部4であるコントローラが制御する。 In the power transmission coil of embodiment 3, the control unit 4, which is a controller, controls the inductance of the variable inductor 223 and the capacitance of the variable capacitor 224 while satisfying the condition of the above equation (5) depending on the operating state of the transmitting coil and the receiving coil.

すなわち、送電コイル及び受電コイルの動作状態において、(a)送電回路3からの送信電力レベル等により送電用コイル1から放射される不要波の周波数成分が変化する、(b)受電コイルに接続される負荷の値が変化したことにより送電回路3が送信する不要波の周波数成分が変化する、(c)送電回路3から送信される不要波レベルが一定であったとしても、受電コイルに接続される負荷が変化したことにより送電コイルと受電コイルとの間の結合が変化し、周囲へ放射される妨害波レベルが変化する場合がある。That is, in the operating state of the transmitting coil and the receiving coil, (a) the frequency components of the unwanted waves radiated from the transmitting coil 1 change depending on the transmission power level from the transmitting circuit 3, (b) the frequency components of the unwanted waves transmitted by the transmitting circuit 3 change due to a change in the value of the load connected to the receiving coil, and (c) even if the level of the unwanted waves transmitted from the transmitting circuit 3 is constant, a change in the load connected to the receiving coil may change the coupling between the transmitting coil and the receiving coil, causing a change in the level of interference waves radiated to the surroundings.

実施の形態3に係る電力伝送コイルは、このように、送電コイル及び受電コイルの動作状態において、不要波の周波数成分が変化するのを動作状態監視部5が監視し、制御部4が動作状態監視部5からの状態監視信号を受けて、可変インダクタ223と可変キャパシタ224それぞれに可変インダクタ223のインダクタンスと可変キャパシタ224のキャパシタンスを変化させるコントロール信号を出力する。In the power transmission coil of embodiment 3, the operation status monitoring unit 5 monitors changes in the frequency components of unwanted waves in the operating states of the transmitting coil and the receiving coil, and the control unit 4 receives a status monitoring signal from the operation status monitoring unit 5 and outputs control signals to the variable inductor 223 and the variable capacitor 224, respectively, to change the inductance of the variable inductor 223 and the capacitance of the variable capacitor 224.

動作状態監視部5は、送電コイル及び受電コイルの動作状態を監視し、状態監視信号を制御部4に出力する。
動作状態監視部5は、送電用コイル1から放射される電磁波による電磁界強度を検出し、検出した電磁界強度を示す状態監視信号を出力するアンテナである。
なお、動作状態監視部5は、導線が巻回されたコイルからなるアンテナに限られるものではなく、送電用コイル1から放射される電磁波を検知できるものであればよく、また、マイクロ波帯の放射妨害波となる不要波に着目した場合は、ダイポール又はモノポール方式のアンテナがよい。
The operation status monitoring unit 5 monitors the operation status of the power transmitting coil and the power receiving coil, and outputs a status monitoring signal to the control unit 4 .
The operation status monitoring unit 5 is an antenna that detects the intensity of the electromagnetic field due to the electromagnetic waves radiated from the power transmission coil 1, and outputs a status monitoring signal indicating the detected electromagnetic field intensity.
In addition, the operation status monitoring unit 5 is not limited to an antenna consisting of a coil with a conductor wound around it, but may be anything that can detect electromagnetic waves radiated from the power transmission coil 1. Furthermore, when focusing on unwanted waves that can become radiated interference waves in the microwave band, a dipole or monopole type antenna is preferable.

制御部4は動作状態監視部5からの電磁界強度を示す状態監視信号を受け、状態監視信号が示す電磁界強度から抑圧を必要とする周波数を特定し、特定した周波数における不要波を抑圧する可変インダクタ223のインダクタンスと可変キャパシタ224のキャパシタンスに設定するコントロール信号を可変インダクタ223と可変キャパシタ224それぞれに出力する。The control unit 4 receives a status monitoring signal indicating the electromagnetic field strength from the operation status monitoring unit 5, identifies the frequency that needs to be suppressed from the electromagnetic field strength indicated by the status monitoring signal, and outputs a control signal to each of the variable inductor 223 and the variable capacitor 224 to set the inductance of the variable inductor 223 and the capacitance of the variable capacitor 224 to suppress unwanted waves at the identified frequency.

すなわち、制御部4は、図5に示す抑圧効果が最大となる周波数を動作状態監視部5からの状態監視信号に基づいて状態監視信号が示す電磁界強度から抑圧を必要とする周波数に変更するために、可変インダクタ223のインダクタンスと可変キャパシタ224のキャパシタンスを変化させるコントロール信号を可変インダクタ223と可変キャパシタ224それぞれに出力する。
その結果、送電用コイル1が形成する電磁界の基本波周波数であり、送電用コイル1に接続される送電回路3が送信する高周波信号の基本波周波数における電力伝送効率の劣化を抑制した上で各動作状態において最大の放射妨害波抑圧効果を得ることができる。
That is, the control unit 4 outputs control signals to each of the variable inductor 223 and the variable capacitor 224 to change the frequency at which the suppression effect shown in Figure 5 is maximized to a frequency that requires suppression based on the electromagnetic field intensity indicated by the status monitoring signal from the operation status monitoring unit 5.
As a result, it is possible to obtain the maximum radiated interference suppression effect in each operating state while suppressing deterioration of power transmission efficiency at the fundamental frequency of the electromagnetic field formed by the power transmission coil 1, which is the fundamental frequency of the high-frequency signal transmitted by the power transmission circuit 3 connected to the power transmission coil 1.

なお、動作状態監視部5からの状態監視信号を制御部4に直接出力するものとしたが、動作状態監視部5からの状態監視信号を、動作状態監視部5の近傍に配置したアナログデジタル変換(AD変換)する受信機が受け、デジタル信号からなる状態監視信号を制御部4に送信するものでも良い。
この場合、動作状態監視部5であるアンテナが送電用コイル1から離れており、不要波による電磁界強度が非常に小さい場合でも、アンテナと制御部4とを接続する配線による高周波信号の減衰もなく、制御部4はアンテナ5が検出した状態監視信号を精度高く受信できる。
Although the status monitoring signal from the operation status monitoring unit 5 is output directly to the control unit 4, the status monitoring signal from the operation status monitoring unit 5 may be received by a receiver that performs analog-to-digital conversion (A/D conversion) and is placed near the operation status monitoring unit 5, and the status monitoring signal consisting of a digital signal may be transmitted to the control unit 4.
In this case, even if the antenna which is the operation status monitoring unit 5 is located away from the power transmission coil 1 and the electromagnetic field strength due to unwanted waves is very small, there is no attenuation of the high-frequency signal due to the wiring connecting the antenna and the control unit 4, and the control unit 4 can receive the status monitoring signal detected by the antenna 5 with high accuracy.

また、動作状態監視部5を1つのアンテナにより構成するものとしたが、複数の検出アンテナを設けたものでも良い。
電力伝送コイルの周囲に金属製の遮蔽物が存在する環境では、場所によって電磁界強度が著しく異なる可能性があるが、動作状態監視部5を複数のアンテナにより構成した場合、複数のアンテナそれぞれを異なった位置に配置することにより、抑圧を必要とする周波数を様々な位置で測定された測定値から検出でき、制御部4が抑圧を必要とする周波数を精度高く特定できる。
Further, the operation state monitoring unit 5 is configured with one antenna, but may be provided with a plurality of detection antennas.
In an environment where there is a metal shield around the power transmission coil, the electromagnetic field strength may vary significantly depending on the location. However, if the operation status monitoring unit 5 is configured with multiple antennas, each of the multiple antennas can be positioned in a different location, so that the frequencies that require suppression can be detected from measurements taken at various locations, and the control unit 4 can accurately identify the frequencies that require suppression.

さらに、複数のアンテナそれぞれを着目したい周波数毎に適した、Q値が高い、すなわち狭帯域化したアンテナとしてもよい。
狭帯域化したアンテナは感度が向上するので、抑圧を必要とする周波数を高感度で検出でき、制御部4が抑圧を必要とする周波数を精度高く特定できる。
Furthermore, each of the multiple antennas may be an antenna with a high Q value, i.e., a narrow band, suitable for each frequency of interest.
Since the sensitivity of the narrowband antenna is improved, it can detect frequencies that require suppression with high sensitivity, and the control unit 4 can specify the frequencies that require suppression with high accuracy.

またさらに、動作状態監視部5であるアンテナは近接して配置される複数の送電用コイル1に対して兼用したアンテナであってもよい。
すなわち、兼用されたアンテナが検出した電磁界強度を示す状態監視信号を、複数の送電用コイル1それぞれに対応する制御部4が受け、制御部4が受けた状態監視信号が示す電磁界強度から抑圧を必要とする周波数を特定し、特定した周波数における不要波を抑圧する可変インダクタ223のインダクタンスと可変キャパシタ224のキャパシタンスに設定するコントロール信号であるコントロール電圧を複数の送電用コイル1それぞれに対応する可変インダクタ223と可変キャパシタ224それぞれに出力する。
Furthermore, the antenna serving as the operation state monitoring unit 5 may be an antenna shared with a plurality of power transmission coils 1 arranged in close proximity to each other.
That is, a status monitoring signal indicating the electromagnetic field strength detected by the shared antenna is received by a control unit 4 corresponding to each of the multiple power transmission coils 1, and the frequency that needs to be suppressed is identified from the electromagnetic field strength indicated by the status monitoring signal received by the control unit 4, and a control voltage, which is a control signal that sets the inductance of the variable inductor 223 and the capacitance of the variable capacitor 224 to suppress unwanted waves at the identified frequency, is output to each of the variable inductors 223 and variable capacitors 224 corresponding to each of the multiple power transmission coils 1.

また、動作状態監視部5であるアンテナとして、実施の形態3に係る電力伝送コイルに近接して設置された無線システムにおけるアンテナ、例えば、室内に電力伝送コイルが置かれた場合、その部屋の入口に置かれたRFID(Radio Frequency Identification)を用いる入退室管理システムにおけるアンテナを利用しても良い。In addition, as the antenna that is the operation status monitoring unit 5, an antenna in a wireless system installed in close proximity to the power transmission coil in embodiment 3 may be used, for example, when a power transmission coil is placed inside a room, an antenna in an entrance/exit management system that uses RFID (Radio Frequency Identification) placed at the entrance to the room.

すなわち、入退室管理システムにおけるアンテナによる受信信号を状態監視信号として制御部4が受け、制御部4はアンテナによる受信信号から抑圧を必要とする周波数を特定する。例えば、入退室管理システムにおけるアンテナにおいて入退室管理システムにとっての妨害波を受信すると、制御部4は、当該アンテナが受信した妨害波を、入退室管理システムにおけるアンテナが受信した電磁界強度から抑圧すべき状態監視信号として当該妨害波に対する周波数を特定する。
制御部4は、特定した周波数における不要波を抑圧する可変インダクタ223のインダクタンスと可変キャパシタ224のキャパシタンスに設定するコントロール信号であるコントロール電圧を可変インダクタ223と可変キャパシタ224それぞれに出力する。
That is, the control unit 4 receives a signal received by an antenna in the access control system as a status monitoring signal, and identifies a frequency that needs to be suppressed from the signal received by the antenna. For example, when an interference wave for the access control system is received by an antenna in the access control system, the control unit 4 identifies the frequency of the interference wave received by the antenna as a status monitoring signal to be suppressed from the electromagnetic field intensity received by the antenna in the access control system.
The control unit 4 outputs a control voltage, which is a control signal that sets the inductance of the variable inductor 223 and the capacitance of the variable capacitor 224 to suppress the spurious waves at the specified frequency, to each of the variable inductor 223 and the variable capacitor 224 .

また、入退室管理システムにおいて使用される周波数は特定されているので、制御部4は、アンテナによる受信信号の電磁界強度によって入退室管理システムにとっての妨害波の周波数を特定するのではなく、アンテナによる受信信号に含まれる入退室管理システムにおいて使用される周波数以外の周波数を入退室管理システムにとっての妨害波の周波数として特定するものであってもよい。
近接して設置された無線システムにおける「近接」とは、実施の形態3に係る電力伝送コイルにおける送電用コイル1から放射される電磁波、特に不要波が到達する距離である。
In addition, since the frequencies used in the access control system are specified, the control unit 4 may not specify the frequency of the interference wave for the access control system based on the electromagnetic field strength of the signal received by the antenna, but may specify a frequency other than the frequency used in the access control system that is included in the signal received by the antenna as the frequency of the interference wave for the access control system.
In a wireless system installed in close proximity, "closeness" refers to the distance that can be reached by electromagnetic waves, particularly unwanted waves, radiated from the power transmission coil 1 in the power transmission coil according to embodiment 3.

なお、実施の形態3に係る電力伝送コイルは、送電用コイル1が形成する電磁界の基本波周波数は変更されず、送電コイル及び受電コイルの動作状態において不要波の周波数成分が変化する場合について、可変インダクタ223のインダクタンスと可変キャパシタ224のキャパシタンスを変更するものとしたが、送電コイル及び受電コイルの動作状態として送電用コイル1が形成する電磁界の基本波周波数、つまり、送電用コイル1に接続される送電回路3が送信する高周波信号の基本波周波数が動的に変更された場合に可変インダクタ223のインダクタンスと可変キャパシタ224のキャパシタンスを変更するものでも良い。 In the power transmission coil of embodiment 3, the fundamental frequency of the electromagnetic field formed by the power transmission coil 1 is not changed, and the inductance of the variable inductor 223 and the capacitance of the variable capacitor 224 are changed when the frequency components of the unwanted waves change in the operating state of the power transmission coil and the power receiving coil. However, it is also possible to change the inductance of the variable inductor 223 and the capacitance of the variable capacitor 224 when the fundamental frequency of the electromagnetic field formed by the power transmission coil 1 in the operating state of the power transmission coil and the power receiving coil, that is, the fundamental frequency of the high-frequency signal transmitted by the power transmission circuit 3 connected to the power transmission coil 1, is dynamically changed.

この場合、動作状態監視部5は送電回路3が送信する高周波信号の基本波周波数、言い換えれば、送電用コイル1に入力される基本波周波数を監視し、基本波周波数に応じた状態監視信号を制御部4に出力する。
制御部4は、抑圧する周波数は変更せず、動作状態監視部5からの状態監視信号により、送電回路3が送信する高周波信号の基本波周波数fの角周波数ωに応じて、上式(5)の条件を満足する可変インダクタ223のインダクタンスと可変キャパシタ224のキャパシタンスを制御する。
In this case, the operating status monitoring unit 5 monitors the fundamental frequency of the high-frequency signal transmitted by the power transmission circuit 3, in other words, the fundamental frequency input to the power transmission coil 1, and outputs a status monitoring signal corresponding to the fundamental frequency to the control unit 4.
The control unit 4 does not change the frequency to be suppressed, but controls the inductance of the variable inductor 223 and the capacitance of the variable capacitor 224 to satisfy the condition of the above equation (5) in accordance with the angular frequency ω0 of the fundamental frequency f0 of the high-frequency signal transmitted by the power transmitting circuit 3, based on the state monitoring signal from the operation state monitoring unit 5.

送電用コイル1が形成する電磁界の基本波周波数が動的に変更された場合に、動的に変更された基本波周波数に追随して上式(5)の条件を満足する可変インダクタ223のインダクタンスと可変キャパシタ224のキャパシタンスに変更されるため、変更された基本波周波数の電力に対して電力伝送効率の劣化を抑制することができる。When the fundamental frequency of the electromagnetic field formed by the power transmission coil 1 is dynamically changed, the inductance of the variable inductor 223 and the capacitance of the variable capacitor 224 are changed to follow the dynamically changed fundamental frequency and satisfy the condition of the above equation (5), thereby suppressing deterioration of the power transmission efficiency for the power of the changed fundamental frequency.

以上に述べたように、実施の形態3に係る電力伝送コイルは、実施の形態1に係る電力伝送コイルと同様の効果を有する。
さらに、共振回路を構成する並列接続されたインダクタとキャパシタを、可変インダクタ223と可変キャパシタ224にしたので、電力伝送用コイルの動作状態に応じて、可変インダクタ223のインダクタンスと可変キャパシタ224のキャパシタンスを変更でき、不要波に対する高い抑圧効果が得られる、又は送電用コイル1から受電用コイルへ伝送される電力の基本波周波数に対して電力伝送効率の劣化を抑制できる。
As described above, the power transmission coil according to the third embodiment has the same effects as the power transmission coil according to the first embodiment.
Furthermore, since the parallel-connected inductor and capacitor that make up the resonant circuit are made into a variable inductor 223 and a variable capacitor 224, the inductance of the variable inductor 223 and the capacitance of the variable capacitor 224 can be changed depending on the operating state of the power transmission coil, thereby obtaining a high suppression effect against unwanted waves, or suppressing deterioration of power transmission efficiency for the fundamental frequency of the power transmitted from the transmitting coil 1 to the receiving coil.

例えば、送電コイル及び受電コイルの動作状態において不要波の周波数成分が変化する場合に、可変インダクタ223のインダクタンスと可変キャパシタ224のキャパシタンスを変更するものとしたので、送電用コイル1が形成する電磁界の基本波周波数、つまり、伝送される電力の基本波周波数における電力伝送効率の劣化を抑制した上で各動作状態において放射妨害波に対して最大の抑圧効果を得ることができる。
また、送電コイル及び受電コイルの動作状態において送電用コイル1が形成する電磁界の基本波周波数、つまり、伝送される電力の基本波周波数が変更された場合に可変インダクタ223のインダクタンスと可変キャパシタ224のキャパシタンスを変更するものとしたので、変更された基本波周波数の電力に対して電力伝送効率の劣化を抑制することができる。
For example, when the frequency components of unwanted waves change in the operating state of the transmitting coil and the receiving coil, the inductance of the variable inductor 223 and the capacitance of the variable capacitor 224 are changed, so that the maximum suppression effect against radiated interference waves can be obtained in each operating state while suppressing deterioration of the power transmission efficiency at the fundamental frequency of the electromagnetic field formed by the transmitting coil 1, i.e., the fundamental frequency of the transmitted power.
In addition, when the fundamental frequency of the electromagnetic field formed by the power transmission coil 1 in the operating state of the power transmission coil and the power receiving coil, i.e., the fundamental frequency of the transmitted power, is changed, the inductance of the variable inductor 223 and the capacitance of the variable capacitor 224 are changed, so that deterioration of power transmission efficiency for power of the changed fundamental frequency can be suppressed.

実施の形態4.
実施の形態4に係る電力伝送コイルを、図10を用いて説明する。
実施の形態4に係る電力伝送コイルは、実施の形態3に係る電力伝送コイルが、動作状態監視部5からの状態監視信号に対して制御部4が抑圧を必要とする周波数を特定し、特定した周波数に対して一義的に可変インダクタ223のインダクタンスと可変キャパシタ224のキャパシタンスを変化させるコントロール信号を可変インダクタ223と可変キャパシタ224それぞれに出力するものであるのに対して、動作状態監視部5からの状態監視信号に対して制御部4は可変インダクタ223のインダクタンスと可変キャパシタ224のキャパシタンスを上式(5)の条件を満足する範囲内で動的に変化させ、可変インダクタ223のインダクタンスと可変キャパシタ224のキャパシタンスを設定し、記憶部6を備えた点が相違し、その他の点については同じである。
図10中、図9に付された符号と同一符号は同一又は相当部分を示す。
Embodiment 4.
A power transmission coil according to a fourth embodiment will be described with reference to FIG.
The power transmission coil of embodiment 4 differs from the power transmission coil of embodiment 3 in that, whereas the control unit 4 identifies the frequency that needs to be suppressed in response to the state monitoring signal from the operation state monitoring unit 5, and outputs a control signal to each of the variable inductor 223 and the variable capacitor 224 that uniquely changes the inductance of the variable inductor 223 and the capacitance of the variable capacitor 224 in response to the state monitoring signal from the operation state monitoring unit 5, the control unit 4 dynamically changes the inductance of the variable inductor 223 and the capacitance of the variable capacitor 224 within a range that satisfies the condition of equation (5) above, sets the inductance of the variable inductor 223 and the capacitance of the variable capacitor 224, and is provided with a memory unit 6, and is otherwise the same.
In FIG. 10, the same reference numerals as those in FIG. 9 indicate the same or corresponding parts.

制御部4は、動作状態監視部5であるアンテナからの電磁界強度を示す状態監視信号を受け、状態監視信号が示す電磁界強度が設定した閾値を超えていると、可変インダクタ223のインダクタンスと可変キャパシタ224のキャパシタンスを上式(5)の条件を満足する範囲内で動作状態監視部5から状態監視信号が示す電磁界強度が設定した閾値以下になるまで、動的に変化させる。The control unit 4 receives a status monitoring signal indicating the electromagnetic field strength from the antenna, which is the operation status monitoring unit 5, and if the electromagnetic field strength indicated by the status monitoring signal exceeds a set threshold, dynamically changes the inductance of the variable inductor 223 and the capacitance of the variable capacitor 224 within a range that satisfies the condition of equation (5) above, until the electromagnetic field strength indicated by the status monitoring signal from the operation status monitoring unit 5 becomes equal to or less than the set threshold.

すなわち、制御部4は、可変インダクタ223のインダクタンスと可変キャパシタ224のキャパシタンスを変化させている時も動作状態監視部5からの電磁界強度を示す状態監視信号を監視し、動作状態監視部5からの状態監視信号が示す電磁界強度が設定した閾値以下になるまで、可変インダクタ223のインダクタンスと可変キャパシタ224のキャパシタンスを変化させるコントロール信号を可変インダクタ223と可変キャパシタ224それぞれに出力する。That is, even while the control unit 4 is changing the inductance of the variable inductor 223 and the capacitance of the variable capacitor 224, it monitors the status monitoring signal indicating the electromagnetic field strength from the operation status monitoring unit 5, and outputs a control signal to each of the variable inductor 223 and the variable capacitor 224 to change the inductance of the variable inductor 223 and the capacitance of the variable capacitor 224 until the electromagnetic field strength indicated by the status monitoring signal from the operation status monitoring unit 5 becomes equal to or lower than a set threshold value.

制御部4は、動作状態監視部5からの状態監視信号が示す電磁界強度が設定した閾値以下になると、可変インダクタ223のインダクタンスと可変キャパシタ224のキャパシタンスの変化を停止し、その時の設定値を動作状態監視部5からの状態監視信号が示す電磁界強度の情報ともに記憶部に記憶させる。When the electromagnetic field strength indicated by the status monitoring signal from the operation status monitoring unit 5 falls below a set threshold, the control unit 4 stops changing the inductance of the variable inductor 223 and the capacitance of the variable capacitor 224, and stores the set values at that time in the memory unit together with information on the electromagnetic field strength indicated by the status monitoring signal from the operation status monitoring unit 5.

以上に述べたように、実施の形態4に係る電力伝送コイルは、実施の形態3に係る電力伝送コイルと同様の効果を有する。
さらに、制御部4が動作状態監視部5であるアンテナからの状態監視信号が示す電磁界強度を常時監視し、電磁界強度が閾値以下になった時の可変インダクタ223のインダクタンスと可変キャパシタ224のキャパシタンスを設定値としているため、不要波に対する抑圧効果を適切に制御できる。
As described above, the power transmission coil according to the fourth embodiment has the same effects as the power transmission coil according to the third embodiment.
Furthermore, the control unit 4 constantly monitors the electromagnetic field strength indicated by the status monitoring signal from the antenna, which is the operating status monitoring unit 5, and sets the inductance of the variable inductor 223 and the capacitance of the variable capacitor 224 to set values when the electromagnetic field strength falls below a threshold value, thereby making it possible to appropriately control the suppression effect against unwanted waves.

実施の形態5.
実施の形態5に係る電力伝送コイルを、図11を用いて説明する。
実施の形態5に係る電力伝送コイルは、実施の形態1に係る電力伝送コイルに対して、ループ導体に2つのスリットを設け、各スリットに、スリットにおける両方の開放端間に接続される並列接続されたインダクタとキャパシタからなる並列共振回路を配置した点が相違し、その他の点については同じである。
図11中、図1に付された符号と同一符号は同一又は相当部分を示す。
Embodiment 5.
A power transmission coil according to the fifth embodiment will be described with reference to FIG.
The power transmission coil of embodiment 5 differs from the power transmission coil of embodiment 1 in that two slits are provided in the loop conductor, and a parallel resonant circuit consisting of an inductor and a capacitor connected in parallel between both open ends of the slit is disposed in each slit, but is otherwise the same.
In FIG. 11, the same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same or corresponding parts.

ループ導体210は2つのスリット211及びスリット212を有する。
ループ導体210は同一形状の2つの導体210Aと導体210Bから構成される。
2つの導体210Aと導体210Bは四角形になるように配置され、導体210Aの開放端と導体210Bの開放端同士が対向してスリット211及びスリット212を形成する。
2つの導体210Aと導体210Bにより構成されるループ導体210は、実施の形態1におけるループ導体21に対して、スリット211に対向した位置にさらにスリット212が形成されている以外は同じである。
The loop conductor 210 has two slits 211 and 212 .
The loop conductor 210 is composed of two identically shaped conductors 210A and 210B.
The two conductors 210A and 210B are arranged to form a rectangle, and the open end of the conductor 210A and the open end of the conductor 210B face each other to form slits 211 and 212.
The loop conductor 210 composed of two conductors 210A and 210B is the same as the loop conductor 21 in the first embodiment except that a slit 212 is further formed at a position opposite to the slit 211.

また、並列接続されたインダクタ221とキャパシタ222により構成される並列共振回路22は、実施の形態1における並列共振回路22と同様に、ループ導体210の第1のスリット211における両方の開放端間に電気的に接続される。
同様に、ループ導体210の第2のスリット212における両方の開放端間に、並列接続されたインダクタ231とキャパシタ232により構成される第2の並列共振回路23が電気的に接続される。
In addition, the parallel resonant circuit 22 constituted by an inductor 221 and a capacitor 222 connected in parallel is electrically connected between both open ends of the first slit 211 of the loop conductor 210, similar to the parallel resonant circuit 22 in embodiment 1.
Similarly, a second parallel resonant circuit 23 formed of an inductor 231 and a capacitor 232 connected in parallel is electrically connected between both open ends of the second slit 212 of the loop conductor 210 .

従って、シールド導体2は、ループ導体210と、並列接続されたインダクタ221とキャパシタ222を有する第1の並列共振回路22と、並列接続されたインダクタ231とキャパシタ232を有する第2の並列共振回路23を具備する。 Thus, the shield conductor 2 comprises a loop conductor 210, a first parallel resonant circuit 22 having an inductor 221 and a capacitor 222 connected in parallel, and a second parallel resonant circuit 23 having an inductor 231 and a capacitor 232 connected in parallel.

シールド導体2のインピーダンスZは上式(4)で表され、実施の形態1におけるシールド導体2のインピーダンスZと同じ値に設定され、シールド導体2の特性は実施の形態1におけるシールド導体2の特性と同じに設定される。
従って、インダクタ221のインダクタンスLとインダクタ231のインダクタンスLは同じ値であり、実施の形態1におけるインダクタ221のインダクタンスLの1/2であり、キャパシタ222のキャパシタンスCとキャパシタ232のキャパシタンスCは同じ値であり、実施の形態1におけるキャパシタ222のキャパシタンスCの2倍である。
The impedance Z of the shield conductor 2 is expressed by the above equation (4) and is set to the same value as the impedance Z of the shield conductor 2 in embodiment 1, and the characteristics of the shield conductor 2 are set to the same as the characteristics of the shield conductor 2 in embodiment 1.
Therefore, the inductance L1 of inductor 221 and the inductance L2 of inductor 231 have the same value, which is 1/2 the inductance L of inductor 221 in embodiment 1, and the capacitance C1 of capacitor 222 and the capacitance C2 of capacitor 232 have the same value, which is twice the capacitance C of capacitor 222 in embodiment 1.

なお、シールド導体2に形成されるスリットは2つに限られるものではなく、3個以上の複数でもよく、各スリットに並列接続されたインダクタとキャパシタを有する共振回路がそれぞれ接続される。
スリットの数をn個、共振回路の数をn個とした場合、各共振回路のインダクタのインダクタンスは同じ値であり、しかも、実施の形態1におけるインダクタ221のインダクタンスLの1/nであり、各共振回路のキャパシタのキャパシタンスは同じ値であり、しかも、実施の形態1におけるキャパシタ222のキャパシタンスCのn倍である。
The number of slits formed in the shield conductor 2 is not limited to two, but may be three or more, and each slit is connected to a resonant circuit having an inductor and a capacitor connected in parallel.
When the number of slits is n and the number of resonant circuits is n, the inductance of the inductor of each resonant circuit is the same value, which is 1/n of the inductance L of inductor 221 in embodiment 1, and the capacitance of the capacitor of each resonant circuit is the same value, which is n times the capacitance C of capacitor 222 in embodiment 1.

以上に述べたように、実施の形態5に係る電力伝送コイルは、実施の形態1に係る電力伝送コイルと同様の効果を有する。
さらに、シールド導体2に形成されるスリットの数を複数(n個)、各スリットに接続される共振回路の数を複数(n個)としたので、シールド導体2として小型化が図れ、誘電体基板上への実装が容易である。
As described above, the power transmission coil according to the fifth embodiment has the same effects as the power transmission coil according to the first embodiment.
Furthermore, since the number of slits formed in the shield conductor 2 is multiple (n), and the number of resonant circuits connected to each slit is multiple (n), the shield conductor 2 can be made compact and can be easily mounted on a dielectric substrate.

例えば、送電用コイル1が形成する電磁界の基本波周波数が数MHzから数十MHzである場合、並列接続されたインダクタとキャパシタを有する1つの共振回路を基本波周波数で共振させるためには、時に数百nHのインダクタンスが必要となる。
数百nHの大きなインダクタンスを持つインダクタは一般に大型である。
For example, when the fundamental frequency of the electromagnetic field formed by the power transmission coil 1 is several MHz to several tens of MHz, an inductance of several hundred nH may sometimes be required to resonate a single resonant circuit having an inductor and capacitor connected in parallel at the fundamental frequency.
Inductors having a large inductance of several hundred nH are generally large.

これに対して、実施の形態5に係る電力伝送コイルは、複数の共振回路を基本波周波数で共振させるので、各インダクタのインダクタンスは1/nでよく、各インダクタは小型になり、実装性が向上する。
また別の効果として、共振回路をn個設けることで、シールド導体2に誘導された誘導起電力が各共振回路で分圧されるので、1つの共振回路に印加される電圧は1/nとなる。そのため、各共振回路を構成するキャパシタに求められる耐電圧が低下し、より小型の部品を選定でき、実装性が向上する。
In contrast, the power transmission coil according to embodiment 5 resonates multiple resonant circuits at the fundamental frequency, so that the inductance of each inductor can be 1/n, each inductor can be made smaller, and mountability can be improved.
Another effect is that by providing n resonant circuits, the induced electromotive force induced in the shield conductor 2 is divided by each resonant circuit, so the voltage applied to one resonant circuit becomes 1/n. Therefore, the withstand voltage required for the capacitors constituting each resonant circuit is reduced, making it possible to select smaller components and improving mountability.

実施の形態6.
実施の形態6に係る電力伝送コイルを、図12及び図13を用いて説明する。
実施の形態6に係る電力伝送コイルは、実施の形態1に係る電力伝送コイルが、ループ導体21におけるスリット211に電気的に接続される共振回路22を並列接続されたインダクタ221とキャパシタ222による並列共振回路としたのに対して、共振回路22を並列接続されたインダクタ221とキャパシタ222による並列共振回路にさらに直列接続された第2のインダクタ225を有する回路とした点が相違し、その他の点については同じである。
図12中、図1に付された符号と同一符号は同一又は相当部分を示す。
Embodiment 6.
A power transmission coil according to a sixth embodiment will be described with reference to FIGS.
The power transmission coil of embodiment 6 differs from the power transmission coil of embodiment 1 in that while the resonant circuit 22 electrically connected to the slit 211 in the loop conductor 21 is a parallel resonant circuit made up of an inductor 221 and a capacitor 222 connected in parallel, the resonant circuit 22 is a circuit having a second inductor 225 further connected in series to the parallel resonant circuit made up of an inductor 221 and a capacitor 222 connected in parallel, but is otherwise the same.
In FIG. 12, the same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same or corresponding parts.

シールド導体2は、ループ導体21と、並列接続されたインダクタ221とキャパシタ222による並列共振回路、及び並列共振回路にさらに直列接続された第2のインダクタ225を有する共振回路22を具備する。
並列共振回路の一端はループ導体21のスリット211の一方の開放端に電気的に接続され、並列共振回路の他端は第2のインダクタ225の一端に電気的に接続される。
第2のインダクタ225の他端はスリット211の他方の開放端に電気的に接続される。
The shield conductor 2 includes a loop conductor 21, a parallel resonant circuit formed by an inductor 221 and a capacitor 222 connected in parallel, and a resonant circuit 22 having a second inductor 225 further connected in series to the parallel resonant circuit.
One end of the parallel resonant circuit is electrically connected to one open end of the slit 211 of the loop conductor 21 , and the other end of the parallel resonant circuit is electrically connected to one end of the second inductor 225 .
The other end of the second inductor 225 is electrically connected to the other open end of the slit 211 .

シールド導体2のインピーダンスZは次式(9)で現わされる。
式(9)において、Rはループ導体21のインピーダンスのうちレジスタンス、Lはループ導体21のインピーダンスのうちのインダクタンス、Lはインダクタ221のインダクタンス、Cはキャパシタ222のキャパシタンス、Lは第2のインダクタ225インダクタンスを示す。
The impedance Z of the shield conductor 2 is expressed by the following equation (9).
In equation (9), R L is the resistance of the impedance of the loop conductor 21 , L L is the inductance of the impedance of the loop conductor 21 , L is the inductance of the inductor 221 , C is the capacitance of the capacitor 222 , and L S is the inductance of the second inductor 225 .


Figure 0007630728000009

Figure 0007630728000009

式(9)と実施の形態1におけるシールド導体2のインピーダンスZを現わす式(4)と比較すると、実施の形態6におけるシールド導体2のインピーダンスZは、実施の形態1におけるシールド導体2のインピーダンスZに対してループ導体21のインダクタンスが第2のインダクタ225のインダクタンスL分大きくなったのと同義である。 Comparing equation (9) with equation (4) expressing the impedance Z of the shield conductor 2 in embodiment 1, the impedance Z of the shield conductor 2 in embodiment 6 is equivalent to the impedance Z of the shield conductor 2 in embodiment 1 being increased by the inductance of the loop conductor 21 by the inductance L S of the second inductor 225.

すなわち、ループ導体21のインダクタンスLそのものを大きくするには、例えば、ループ導体21の幅を狭くする、巻き数を増やす等が考えられるが、いずれもループ導体21の抵抗成分Rの増加を伴う。
ループ導体21の抵抗成分Rの増加は不要波の抑圧量の低下をきたす。
これに対して、実施の形態6においては、ループ導体21の抵抗成分Rの増加を伴わずにループ導体21のインダクタンスを大きくできる。
つまり、ループ導体21のインダクタンスは(L+L)と見做せる。
That is, in order to increase the inductance L L of the loop conductor 21 itself, it is possible to, for example, narrow the width of the loop conductor 21 or increase the number of turns, but either of these methods entails an increase in the resistance component R L of the loop conductor 21.
An increase in the resistance component RL of the loop conductor 21 reduces the amount of suppression of spurious waves.
In contrast to this, in the sixth embodiment, the inductance of the loop conductor 21 can be increased without increasing the resistance component R L of the loop conductor 21 .
In other words, the inductance of the loop conductor 21 can be regarded as (L L +L S ).

シールド導体2のインピーダンスZの位相とループ導体21の見做しインダクタンス(L+L)の関係について図13を用いて説明する。
図13において、横軸が送電コイルから受電コイルへ伝送される電力の基本波周波数fにより規格化された値、縦軸がシールド導体2のインピーダンスZの位相を示し、規格値f/fが1は送電用コイル1が形成する電磁界の基本波周波数f、つまり、伝送される電力の基本波周波数f、規格値f/fが2は基本波周波数fの2倍の周波数であり、上式(4)で示すシールド導体2のインピーダンスZの虚部が0になる周波数、すなわちシールド導体2の共振周波数である。
曲線A5はループ導体21の見做しインダクタンス(L+L)が10nH、曲線A6はループ導体21の見做しインダクタンス(L+L)が100nHの時の周波数に対する位相曲線を示す。
The relationship between the phase of the impedance Z of the shield conductor 2 and the assumed inductance ( LL + LS ) of the loop conductor 21 will be described with reference to FIG.
13, the horizontal axis indicates the value normalized by the fundamental frequency f0 of the power transmitted from the transmitting coil to the receiving coil, and the vertical axis indicates the phase of the impedance Z of the shield conductor 2, with the normalized value f/ f0 of 1 being the fundamental frequency f0 of the electromagnetic field formed by the transmitting coil 1, i.e., the fundamental frequency f0 of the transmitted power, and the normalized value f/ f0 of 2 being twice the frequency of the fundamental frequency f0 , which is the frequency at which the imaginary part of the impedance Z of the shield conductor 2 shown in equation (4) above becomes 0, i.e., the resonant frequency of the shield conductor 2.
Curve A5 indicates a phase curve with respect to frequency when the assumed inductance ( LL + LS ) of the loop conductor 21 is 10 nH, and curve A6 indicates a phase curve with respect to frequency when the assumed inductance ( LL + LS ) of the loop conductor 21 is 100 nH.

図13から明らかなように、ループ導体21の見做しインダクタンス(L+L)が大きい方(100nH)が、シールド導体2の共振周波数(f/f=2)において、シールド導体2のインピーダンスZの位相変化が急峻である。
見做しインダクタンス(L+L)が100nHのものは、シールド導体2の共振周波数の近傍の周波数においても、シールド導体2のインピーダンスZの位相が略±90°である。
送電用コイル1に流れる電流が形成する磁界とループ導体21に流れる電流が形成する磁界が弱めあう効果は、位相が+90°の条件が最も理想的な条件である。
すなわち、シールド導体2のインピーダンスZの位相の観点からは、見做しインダクタンス(L+L)は大きい方が不要波を抑圧する効果が大きい。
As is clear from FIG. 13, when the assumed inductance ( LL + LS ) of the loop conductor 21 is larger (100 nH), the phase change of the impedance Z of the shield conductor 2 is steep at the resonance frequency (f/ f0 =2) of the shield conductor 2.
When the assumed inductance ( LL + LS ) is 100 nH, the phase of the impedance Z of the shield conductor 2 is approximately ±90° even at frequencies close to the resonant frequency of the shield conductor 2.
The most ideal condition for the mutual weakening effect between the magnetic field formed by the current flowing through the power transmission coil 1 and the magnetic field formed by the current flowing through the loop conductor 21 is a phase difference of +90°.
That is, from the viewpoint of the phase of the impedance Z of the shield conductor 2, the greater the deemed inductance (L L +L S ), the greater the effect of suppressing unwanted waves.

ところで、実施の形態1において、図6により説明したように、ループ導体21のインダクタンスLをより小さくする、例えば、100nH(曲線A4)より10nH(曲線A3)にすることにより、基本波周波数f未満まで、基本波周波数fを超えた周波数から基本波周波数fの2倍の周波数未満まで、及び基本波周波数fの2倍を超えた周波数に対してシールド導体2のインピーダンスの絶対値|Z|を大幅に小さくでき、基本波周波数f以外の周波数の不要波における磁界の抑圧効果を大きくできる。 Meanwhile, in the first embodiment, as explained with reference to FIG. 6 , by reducing the inductance L of the loop conductor 21, for example from 100 nH (curve A4) to 10 nH (curve A3), the absolute value |Z| of the impedance of the shield conductor 2 can be significantly reduced up to the fundamental frequency f0 , for frequencies from above the fundamental frequency f0 to less than twice the fundamental frequency f0 , and for frequencies above twice the fundamental frequency f0, and the effect of suppressing the magnetic field of unwanted waves of frequencies other than the fundamental frequency f0 can be increased.

すなわち、基本波周波数f以外の周波数の不要波における磁界の抑圧効果を大きくするため、シールド導体2のインピーダンスZの位相の観点からするとループ導体21のインダクタンスLを大きくするのがよく、シールド導体2のインピーダンスZの観点からするとループ導体21のインダクタンスLを小さくするのがよく、トレードオフの関係になっている。 That is, in order to increase the effect of suppressing the magnetic field in unwanted waves of frequencies other than the fundamental frequency f0 , it is better to increase the inductance L L of the loop conductor 21 from the viewpoint of the phase of the impedance Z of the shield conductor 2, while it is better to decrease the inductance L L of the loop conductor 21 from the viewpoint of the impedance Z of the shield conductor 2, resulting in a trade-off relationship.

実施の形態6に係る電力伝送コイルにおいて、共振回路22を並列接続されたインダクタ221とキャパシタ222による並列共振回路にさらに直列接続された第2のインダクタ225を有する回路にしたことにより、第2のインダクタ225のインダクタンスLを調整することにより、ループ導体21の見做しインダクタンス(L+L)を調整でき、シールド導体2のインピーダンスZの位相の観点及びシールド導体2のインピーダンスZの観点両者から基本波周波数f以外の周波数の不要波における磁界の抑圧効果が適切に得られる。 In the power transmission coil of embodiment 6, the resonant circuit 22 is configured as a circuit having a second inductor 225 further connected in series to a parallel resonant circuit consisting of an inductor 221 and a capacitor 222 connected in parallel. By adjusting the inductance L S of the second inductor 225, the apparent inductance (L L +L S ) of the loop conductor 21 can be adjusted. As a result, the magnetic field suppression effect of unwanted waves of frequencies other than the fundamental frequency f 0 can be appropriately obtained from the standpoint of both the phase of the impedance Z of the shield conductor 2 and the impedance Z of the shield conductor 2.

さらに、第2のインダクタ225のインダクタンスLを変更することで、ループ導体21の構造を変えずに容易にインダクタンス(L+L)を変更できるため、設計がしやすい。 Furthermore, by changing the inductance L S of the second inductor 225, the inductance (L L +L S ) can be easily changed without changing the structure of the loop conductor 21, which makes design easy.

以上に述べたように、実施の形態6に係る電力伝送コイルは、実施の形態1に係る電力伝送コイルと同様の効果を有する。
さらに、第2のインダクタ225のインダクタンスLを調整することにより、送電用コイル1が形成する電磁界の基本波周波数以外の周波数の不要波における磁界の抑圧効果に対してより適切な抑圧効果が得られる。
As described above, the power transmission coil according to the sixth embodiment has the same effects as the power transmission coil according to the first embodiment.
Furthermore, by adjusting the inductance L S of the second inductor 225, a more appropriate suppression effect can be obtained for the magnetic field suppression effect of unnecessary waves of frequencies other than the fundamental wave frequency of the electromagnetic field formed by the power transmission coil 1.

なお、実施の形態2に係る電力伝送コイルにおいて、実施の形態6と同様に、第1のシールド導体2及び第2のシールド導体2Aともに、共振回路を並列接続されたインダクタとキャパシタによる並列共振回路、及び並列共振回路にさらに直列接続された第2のインダクタを有する回路としてもよい。
また、実施の形態3に係る電力伝送コイル及び実施の形態4に係る電力伝送コイルそれぞれにおいて、実施の形態6と同様に、共振回路を並列接続された可変インダクタと可変キャパシタによる並列共振回路、及び並列共振回路にさらに直列接続された第2のインダクタを有する回路としてもよい。
In the power transmission coil according to embodiment 2, as in embodiment 6, the resonant circuits of both the first shield conductor 2 and the second shield conductor 2A may be a parallel resonant circuit consisting of an inductor and a capacitor connected in parallel, and a second inductor further connected in series to the parallel resonant circuit.
Furthermore, in each of the power transmission coil according to embodiment 3 and the power transmission coil according to embodiment 4, as in embodiment 6, the resonant circuit may be a parallel resonant circuit consisting of a variable inductor and a variable capacitor connected in parallel, and a circuit having a second inductor further connected in series to the parallel resonant circuit.

さらに、実施の形態5に係る電力伝送コイルにおいて、実施の形態6と同様に、ループ導体の複数のスリットそれぞれに接続された共振回路それぞれを並列接続されたインダクタとキャパシタによる並列共振回路、及び並列共振回路にさらに直列接続された第2のインダクタを有する回路としてもよい。 Furthermore, in the power transmission coil according to embodiment 5, as in embodiment 6, each of the resonant circuits connected to each of the multiple slits in the loop conductor may be a parallel resonant circuit consisting of an inductor and a capacitor connected in parallel, and a circuit having a second inductor further connected in series to the parallel resonant circuit.

本開示は、実施の形態1から実施の形態6に示した電力伝送コイルに限られるものではなく、実施の形態1から実施の形態6に示した技術思想の観点から逸脱することなしに当該技術分野の技術者らが通常の技術知識を持って変更した構成要素の配置及び形状は本開示の範疇である。
例えば、送電用コイル1及びループ導体21の形状を、実施の形態1から実施の形態6に示した技術思想の観点から逸脱することなく、当該技術分野の技術者らが通常の技術知識を持って変更した形状は本開示の範疇である。
The present disclosure is not limited to the power transmission coils shown in embodiments 1 to 6, and the arrangement and shape of the components that have been changed by engineers in the relevant technical field using their ordinary technical knowledge without deviating from the perspective of the technical ideas shown in embodiments 1 to 6 are within the scope of the present disclosure.
For example, the shapes of the power transmission coil 1 and the loop conductor 21 changed by engineers in the relevant technical field using their ordinary technical knowledge without deviating from the standpoint of the technical ideas shown in embodiments 1 to 6 are within the scope of the present disclosure.

また、実施の形態1から実施の形態6に示した電力伝送コイルと併せて、送電用コイル1と送電回路3との間に接続される整合回路によって、電力伝送効率の観点からインピーダンス整合を調整するものであってもよい。
さらに、送電用コイル1に対して複数の送電回路3を組み合わせて、複数の周波数で電力を伝送する送電コイルに、実施の形態1から実施の形態6に示した電力伝送コイルを適用してもよい。
In addition to the power transmission coils shown in embodiments 1 to 6, a matching circuit connected between the power transmission coil 1 and the power transmission circuit 3 may be used to adjust impedance matching from the standpoint of power transmission efficiency.
Furthermore, the power transmission coils shown in the first to sixth embodiments may be applied to a power transmission coil that transmits power at a plurality of frequencies by combining a plurality of power transmission circuits 3 with the power transmission coil 1.

実施の形態1から実施の形態6に示した電力伝送コイルを誘電体基板上に形成すること、送電回路3とともに同一の誘電体基板上に形成してもよい。
実施の形態1から実施の形態6に示した電力伝送コイルを誘電体基板上に形成することにより、電力伝送コイルとして低コスト化が図れるとともに、伝送用コイル及びループ導体の寸法の製造精度の改善を図れ、ひいては電力伝送コイルとしての送電コイル及び送電回路、又は電力伝送コイルとしての受電コイル及び受電回路をそれぞれ同一の誘電体基板上に形成することにより、低コスト化が図れるとともにより、精度向上が図れる。
The power transmission coils shown in the first to sixth embodiments may be formed on a dielectric substrate, and may be formed together with the power transmission circuit 3 on the same dielectric substrate.
By forming the power transmission coils shown in embodiments 1 to 6 on a dielectric substrate, the cost of the power transmission coil can be reduced and the manufacturing accuracy of the dimensions of the transmission coil and loop conductor can be improved. In addition, by forming the transmission coil and transmission circuit as the power transmission coil, or the receiving coil and receiving circuit as the power transmission coil, each on the same dielectric substrate, it is possible to reduce costs and improve accuracy.

なお、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。 In addition, any combination of the embodiments may be used, or any component of each embodiment may be modified, or any component of each embodiment may be omitted.

本開示に係る電力伝送コイルは、携帯電話、ヘッドセット、デジタルカメラ、又はデジタルビデオ等の携帯機器、あるいはワイヤレスセンサに対する磁界結合型電力伝送装置における送電コイル又は受電コイル、あるいは自動搬送ロボットをはじめとする工場設備又は電気自動車などの大型及び大電力を扱うアプリケーションに対する磁界結合型電力伝送装置における送電コイル又は受電コイルに適用できる。The power transmission coil according to the present disclosure can be used as a transmitting coil or a receiving coil in a magnetic field coupled power transmission device for portable devices such as mobile phones, headsets, digital cameras, or digital videos, or for wireless sensors, or as a transmitting coil or a receiving coil in a magnetic field coupled power transmission device for large-scale applications that handle large amounts of power, such as factory equipment including automatic transport robots or electric vehicles.

1 送電用コイル、2 シールド導体、21、210 ループ導体、211、212 スリット、22、23 共振回路、221、223、231 インダクタ、222、224、232 キャパシタ、3 送電回路。4 制御部、5 動作状態監視部、6 記憶部。 1 Power transmission coil, 2 Shield conductor, 21, 210 Loop conductor, 211, 212 Slit, 22, 23 Resonant circuit, 221, 223, 231 Inductor, 222, 224, 232 Capacitor, 3 Power transmission circuit. 4 Control unit, 5 Operation status monitoring unit, 6 Memory unit.

Claims (21)

電力を伝送する電力伝送用コイルと、
スリットを有するループ導体、及び前記ループ導体のスリットにおける両方の開放端間に接続され、並列接続されたインダクタとキャパシタによる並列共振回路及び前記並列共振回路に直列接続された第2のインダクタを有する共振回路を具備し、前記電力伝送用コイルが電力を伝送する時に前記電力伝送用コイルが形成する電磁界が鎖交する位置に配置されるシールド導体と、
を備える電力伝送コイル。
a power transmission coil for transmitting power;
a loop conductor having a slit, and a resonant circuit connected between both open ends of the slit of the loop conductor, the resonant circuit having a parallel resonant circuit of an inductor and a capacitor connected in parallel, and a second inductor connected in series to the parallel resonant circuit , the shield conductor being disposed at a position where an electromagnetic field formed by the power transmission coil intersects when the power transmission coil transmits power;
A power transmission coil comprising:
電力を伝送する電力伝送用コイルと、
スリットを有するループ導体、及び前記ループ導体のスリットにおける両方の開放端間に接続され、並列接続されたインダクタとキャパシタを有する共振回路を具備し、前記電力伝送用コイルが電力を伝送する時に前記電力伝送用コイルが形成する電磁界が鎖交する位置に配置されるシールド導体と、
スリットを有するループ導体、及び前記ループ導体のスリットにおける両方の開放端間に接続され、インダクタとキャパシタを有する共振回路を具備し、前記シールド導体におけるインピーダンスの周波数特性と異なり、前記電力伝送用コイルが電力を伝送する時に前記電力伝送用コイルが形成する電磁界が鎖交する位置に配置される第2のシールド導体と、
を備える電力伝送コイル。
a power transmission coil for transmitting power;
a loop conductor having a slit, and a shield conductor connected between both open ends of the slit of the loop conductor and including a resonant circuit having an inductor and a capacitor connected in parallel, the shield conductor being disposed at a position where an electromagnetic field formed by the power transmission coil intersects when the power transmission coil transmits power;
a loop conductor having a slit , and a second shield conductor connected between both open ends of the slit of the loop conductor and including a resonant circuit having an inductor and a capacitor, the frequency characteristics of the impedance in the shield conductor being different from those in the shield conductor, and the second shield conductor being disposed at a position where an electromagnetic field formed by the power transmission coil when the power transmission coil transmits power intersects with the frequency characteristics of the impedance in the shield conductor;
A power transmission coil comprising :
電力を伝送する電力伝送用コイルと、
スリットを有するループ導体、及び前記ループ導体のスリットにおける両方の開放端間に接続され、並列接続された可変インダクタと可変キャパシタを有する共振回路を具備し、前記電力伝送用コイルが電力を伝送する時に前記電力伝送用コイルが形成する電磁界が鎖交する位置に配置されるシールド導体と、
前記可変インダクタのインダクタンスを変化させるコントロール信号と前記可変キャパシタのキャパシタンスを変化させるコントロール信号それぞれを前記可変インダクタと前記可変キャパシタそれぞれに出力する制御部と、
を備える電力伝送コイル。
a power transmission coil for transmitting power;
a loop conductor having a slit, and a resonant circuit connected between both open ends of the slit of the loop conductor and having a variable inductor and a variable capacitor connected in parallel, the shield conductor being disposed at a position where an electromagnetic field formed by the power transmission coil intersects when the power transmission coil transmits power;
a control unit that outputs a control signal for changing the inductance of the variable inductor and a control signal for changing the capacitance of the variable capacitor to the variable inductor and the variable capacitor, respectively;
A power transmission coil comprising :
前記シールド導体における前記共振回路による共振周波数は前記電力伝送用コイルが形成する電磁界の基本波周波数である請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の電力伝送コイル。 4. The power transmission coil according to claim 1, wherein a resonant frequency of the resonant circuit in the shield conductor is a fundamental frequency of an electromagnetic field formed by the power transmission coil. 前記シールド導体における前記共振回路における並列接続されたインダクタとキャパシタは、前記電力伝送用コイルが形成する電磁界の基本波周波数での角周波数をω、前記並列接続されたインダクタのインダクタンスをL、前記並列接続されたキャパシタのキャパシタンスをCとすると、ωC=1/ωLを満足する請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の電力伝送コイル。 4. The power transmission coil according to claim 1, wherein the parallel-connected inductor and capacitor in the resonant circuit in the shield conductor satisfy ω0C =1/ ω0L , where ω0 is the angular frequency at the fundamental frequency of the electromagnetic field formed by the power transmission coil, L is the inductance of the parallel-connected inductor, and C is the capacitance of the parallel-connected capacitor. 前記シールド導体における前記共振回路における並列接続されたインダクタとキャパシタにおいて、前記キャパシタのキャパシタンスは前記電力伝送用コイルが形成する電磁界の基本波周波数の2倍の周波数の不要波を抑圧する値に設定され、前記インダクタのインダクタンスは前記キャパシタと前記電力伝送用コイルが形成する電磁界の基本波周波数で共振する値に設定された請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の電力伝送コイル。 4. A power transmission coil as described in any one of claims 1 to 3, wherein in the inductor and capacitor connected in parallel in the resonant circuit in the shield conductor , the capacitance of the capacitor is set to a value that suppresses unwanted waves having a frequency that is twice the fundamental frequency of the electromagnetic field formed by the power transmission coil, and the inductance of the inductor is set to a value that resonates at the fundamental frequency of the electromagnetic field formed by the capacitor and the power transmission coil. 前記シールド導体における前記共振回路における並列接続されたインダクタとキャパシタにおいて、前記インダクタのインダクタンスと前記キャパシタのキャパシタンスは、前記シールド導体のインピーダンスの絶対値が、前記電力伝送用コイルが形成する電磁界の基本波周波数において無限大、前記基本波周波数の2倍の周波数において前記ループ導体のインピーダンスのうちレジスタンスとなる値に設定された請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の電力伝送コイル。 4. The power transmission coil according to claim 1, wherein the inductance of the inductor and the capacitance of the capacitor connected in parallel in the resonant circuit in the shield conductor are set so that the absolute value of the impedance of the shield conductor is infinite at the fundamental frequency of the electromagnetic field formed by the power transmission coil and is set to a value that becomes a resistance in the impedance of the loop conductor at a frequency twice the fundamental frequency. 前記共振回路における並列接続されたインダクタとキャパシタにおいて、前記インダクタのインダクタンスLと前記キャパシタのキャパシタンスCは、f=1/2π√(LC)及びL<3×(L +Ls)を満足する値に設定される請求項1に記載の電力伝送コイル。
但し、fは前記電力伝送用コイルが形成する電磁界の基本波周波数、Lは前記ループ導体のインダクタンス、Lsは前記第2のインダクタのインダクタンスである。
2. The power transmission coil according to claim 1, wherein in the inductor and capacitor connected in parallel in the resonant circuit, an inductance L of the inductor and a capacitance C of the capacitor are set to values that satisfy f0 = 1/2π√(LC) and L < 3 × (LL + Ls) .
Here, f0 is the fundamental frequency of the electromagnetic field formed by the power transmission coil, L1 is the inductance of the loop conductor , and Ls is the inductance of the second inductor .
前記シールド導体における前記共振回路における並列接続されたインダクタとキャパシタにおいて、前記インダクタのインダクタンスLと前記キャパシタのキャパシタンスCは、f=1/2π√(LC)及びL<3×Lを満足する値に設定される請求項2または請求項3に記載の電力伝送コイル。
但し、fは前記電力伝送用コイルが形成する電磁界の基本波周波数、Lは前記ループ導体のインダクタンスである。
4. The power transmission coil according to claim 2, wherein an inductance L of the inductor and a capacitance C of the capacitor connected in parallel in the resonant circuit in the shield conductor are set to values that satisfy f0 = 1/2π√(LC) and L < 3 × LL .
Here, f0 is the fundamental frequency of the electromagnetic field formed by the power transmission coil, and L1 is the inductance of the loop conductor.
前記電力伝送用コイルが形成する電磁界の基本波周波数に対する不要波の周波数において、前記シールド導体のインピーダンスが誘導性となり、前記ループ導体に前記電力伝送用コイルに流れる不要波による電流と逆位相の電流が誘起される請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の電力伝送コイル。 A power transmission coil as described in any one of claims 1 to 3, wherein the impedance of the shield conductor becomes inductive at a frequency of unwanted waves relative to the fundamental frequency of the electromagnetic field formed by the power transmission coil, and a current of opposite phase to the current due to the unwanted waves flowing in the power transmission coil is induced in the loop conductor. 前記シールド導体における前記共振回路におけるインダクタのインダクタンスは、前記ループ導体のインダクタンスの3倍未満の値である請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の電力伝送コイル。 4. The power transmission coil according to claim 1 , wherein an inductance of an inductor in the resonant circuit in the shield conductor is less than three times an inductance of the loop conductor. 前記電力伝送用コイルが送電用コイルであり、前記電力伝送用コイルが形成する電磁界の基本波周波数が、送電用コイルが形成する電磁界の基本波周波数であり、送電用コイルに接続される送電回路が送信する高周波信号の基本波周波数である請求項4に記載の電力伝送コイル。 5. The power transmission coil according to claim 4, wherein the power transmission coil is a power transmission coil, and the fundamental frequency of the electromagnetic field formed by the power transmission coil is the fundamental frequency of the electromagnetic field formed by the power transmission coil and is the fundamental frequency of a high-frequency signal transmitted by a power transmission circuit connected to the power transmission coil. 前記電力伝送用コイルが受電用コイルであり、前記電力伝送用コイルが形成する電磁界の基本波周波数が、電磁誘導により受電して受電用コイルに形成された電磁界の基本波周波数であり、受電用コイルに接続される受電回路が受信する高周波信号の基本波周波数である請求項4に記載の電力伝送コイル。 5. The power transmission coil according to claim 4, wherein the power transmission coil is a power receiving coil, and the fundamental frequency of the electromagnetic field formed by the power transmission coil is the fundamental frequency of the electromagnetic field formed in the power receiving coil by receiving power through electromagnetic induction, and is the fundamental frequency of a high-frequency signal received by a power receiving circuit connected to the power receiving coil . 前記共振回路は、前記並列接続されたインダクタとキャパシタによる並列共振回路である請求項2または請求項3に記載の電力伝送コイル。 4. The power transmission coil according to claim 2 , wherein the resonant circuit is a parallel resonant circuit formed by the inductor and capacitor connected in parallel. 前記ループ導体の太さが前記電力伝送用コイルの太さより太い請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の電力伝送コイル。 The power transmission coil according to claim 1 , wherein a thickness of the loop conductor is greater than a thickness of the power transmission coil. 前記ループ導体は複数のスリットを有し、前記複数のスリットそれぞれに、当該スリットにおける両方の開放端間に並列接続されたインダクタとキャパシタを有する共振回路が接続される請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の電力伝送コイル。 4. A power transmission coil as claimed in claim 1, wherein the loop conductor has a plurality of slits, and each of the plurality of slits is connected to a resonant circuit having an inductor and a capacitor connected in parallel between both open ends of the slit. 前記電力伝送コイルの動作状態を監視し、状態監視信号を前記制御部に出力する動作状態監視部を備え、
前記制御部からのコントロール信号は前記動作状態監視部からの状態監視信号により生成される、
請求項3に記載の電力伝送コイル。
an operation status monitoring unit that monitors an operation status of the power transmission coil and outputs a status monitoring signal to the control unit;
A control signal from the control unit is generated based on a status monitoring signal from the operation status monitoring unit.
4. A power transmission coil according to claim 3 .
前記動作状態監視部は前記電力伝送用コイルから放射される電磁波による電磁界強度を検出するアンテナであり、
前記動作状態監視部が出力する状態監視信号は前記アンテナからの電磁界強度を示す状態監視信号であり、
前記制御部は、前記動作状態監視部からの状態監視信号が示す電磁界強度から抑圧を必要とする周波数を特定し、
前記制御部が生成するコントロール信号は、前記特定した周波数における不要波を抑圧する前記可変インダクタのインダクタンスと前記可変キャパシタのキャパシタンスを設定する信号である、
請求項17に記載の電力伝送コイル。
the operation state monitoring unit is an antenna that detects an electromagnetic field intensity due to electromagnetic waves radiated from the power transmission coil,
the status monitoring signal output by the operation status monitoring unit is a status monitoring signal indicating an electromagnetic field intensity from the antenna,
the control unit identifies a frequency that needs to be suppressed from an electromagnetic field intensity indicated by a status monitoring signal from the operation status monitoring unit;
The control signal generated by the control unit is a signal for setting the inductance of the variable inductor and the capacitance of the variable capacitor to suppress unwanted waves at the specified frequency.
20. A power transfer coil as claimed in claim 17 .
前記動作状態監視部は前記電力伝送用コイルから放射される電磁波による電磁界強度を検出するアンテナであり、
前記動作状態監視部が出力する状態監視信号は前記アンテナからの電磁界強度を示す状態監視信号であり、
前記制御部が生成するコントロール信号は、不要波を抑圧するための前記可変インダクタのインダクタンスと前記可変キャパシタのキャパシタンスを設定するための信号であり、
前記制御部が設定した前記可変インダクタのインダクタンスの設定値と前記可変キャパシタのキャパシタンスの設定値を前記動作状態監視部からの状態監視信号が示す電磁界強度の情報とともに記憶する記憶部を備える、
請求項17に記載の電力伝送コイル。
the operation state monitoring unit is an antenna that detects an electromagnetic field intensity due to electromagnetic waves radiated from the power transmission coil,
the status monitoring signal output by the operation status monitoring unit is a status monitoring signal indicating an electromagnetic field intensity from the antenna,
the control signal generated by the control unit is a signal for setting an inductance of the variable inductor and a capacitance of the variable capacitor for suppressing spurious waves,
a storage unit that stores a set value of the inductance of the variable inductor and a set value of the capacitance of the variable capacitor set by the control unit together with information on the electromagnetic field intensity indicated by a state monitoring signal from the operation state monitoring unit;
20. A power transfer coil as claimed in claim 17 .
前記動作状態監視部は前記電力伝送用コイルに入力される周波数を監視し、
前記動作状態監視部からの状態監視信号は前記電力伝送用コイルに入力される周波数を示し、
前記制御部が生成するコントロール信号は、前記動作状態監視部からの状態監視信号が示す周波数に応じた、前記可変インダクタのインダクタンスと前記可変キャパシタのキャパシタンスを設定する信号である、
請求項17に記載の電力伝送コイル。
the operation state monitoring unit monitors a frequency input to the power transmission coil,
the state monitoring signal from the operation state monitoring unit indicates a frequency input to the power transmission coil,
The control signal generated by the control unit is a signal for setting the inductance of the variable inductor and the capacitance of the variable capacitor according to a frequency indicated by a state monitoring signal from the operation state monitoring unit.
20. A power transfer coil as claimed in claim 17 .
前記制御部は、近接して設置された無線システムにおけるアンテナによる受信信号を受け、当該受信信号から抑圧を必要とする周波数を特定し、
前記制御部が生成するコントロール信号は、前記特定した周波数における不要波を抑圧する前記可変インダクタのインダクタンスと前記可変キャパシタのキャパシタンスを設定する信号である、
請求項3に記載の電力伝送コイル。
The control unit receives a signal received by an antenna of a wireless system installed nearby, and identifies a frequency that needs to be suppressed from the received signal;
The control signal generated by the control unit is a signal for setting the inductance of the variable inductor and the capacitance of the variable capacitor to suppress unwanted waves at the specified frequency.
4. A power transmission coil according to claim 3 .
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