JP2009188131A - Non-contact power transmission device - Google Patents
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Abstract
【課題】1次側コイルと2次側コイルの相互作用を低減(磁気結合係数の低減)し、より広い範囲での安定した電力伝送が実現できる非接触電力伝送装置を提供すること。
【解決手段】電磁誘導を用いて1次側コイル1から2次側コイル2に非接触にて電力を伝送する。1次側コイル及び2次側コイルは共に平面渦巻き型コイルからなりかつ軸方向で互いに対向している。2次側コイルの外径は1次側コイルの外径より小さい。また、1次側コイル及び2次側コイル間の磁気結合係数は0.1〜0.8である。
【選択図】図1An object of the present invention is to provide a non-contact power transmission device capable of reducing the interaction between a primary coil and a secondary coil (reducing the magnetic coupling coefficient) and realizing stable power transmission in a wider range.
Electric power is transmitted in a non-contact manner from a primary coil to a secondary coil using electromagnetic induction. The primary coil and the secondary coil are both planar spiral coils and are opposed to each other in the axial direction. The outer diameter of the secondary coil is smaller than the outer diameter of the primary coil. The magnetic coupling coefficient between the primary side coil and the secondary side coil is 0.1 to 0.8.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、非接触で電力を伝送する非接触電力伝送装置に関し、詳しくは、携帯電子機器、携帯電気機器、又は電子装置などに用いられる非接触電力伝送装置に関する。 The present invention relates to a non-contact power transmission device that transmits power in a non-contact manner, and more particularly to a non-contact power transmission device used in a portable electronic device, a portable electric device, an electronic device, or the like.
近年、電源から電子機器へ非接触で電力を伝送する方式の一つとして、相対させたコイル間の電磁誘導作用を利用するシステムが提案されている。そのシステムとしては、例えばコードレスパワーステーション(Cordless Power Station)又はコンタクトレスパワーステーション(Contactless Power Station)と呼ばれるものがあり、一般にCLPSと略称されている。 2. Description of the Related Art In recent years, a system that uses an electromagnetic induction effect between opposed coils has been proposed as one of methods for transmitting power from a power source to an electronic device without contact. As such a system, for example, there is a system called a cordless power station or a contactless power station, which is generally abbreviated as CLPS.
このような非接触電力伝送システムの送電側励磁気の構成を検討したものとして非特許文献1及び2に記載されたものがある。
Non-patent
非特許文献1は、構成法の相異による得失、コンデンサ挿入による特性改善、伝送電力量及び伝送効率改善に与えるフェライトの効果、1次側−2次側の位置ずれによる伝送特性の改善について検討を行ったものである。具体的には、非接触電力伝送装置において1次側−2次側ともにドーナッツ状の空心コイルを配置し、隣接するコイルの磁束の向きが逆になる接続方法を用いている。その理由は、隣接するコイルの磁束の向きが、逆になる接続方法の方が、発生する磁束が全て同じ方向になる接続方法よりも、互いに磁束を強め合い、また外部へのもれ磁束が少ないという利点を有するからである。
Non-Patent
非特許文献1では、1次側、2次側ともに、空心コイル数を増加させると、最大伝送電力P2max及び最大伝送効率ηmaxは、ともに増加すること及び円板状のフェライトコアを用いた場合には、さらに、伝送電力の増加が図れ、伝送効率の向上が図れることが開示されている。
In
さらに、非特許文献1では、2次コイルと負荷抵抗との間に、2次コイルの自己インダクタンスとの共振条件から求めた容量を有するコンデンサを直列に挿入すると損失が減少し、伝送効率が約1割向上することが述べられている。
Furthermore, in
また、非特許文献1では、電力の損失量及び伝送効率は、フェライトコアの厚さには依存せず、フェライトの種類にも依存しないので、システムの薄型化には、フェライトコアは薄型の方が有利であることが示されている。さらに、非特許文献1において、面に対して垂直な磁束成分のみを利用するようなコイル形状の場合には、中心軸を一致させた方が良いことが判明している。
In
しかしながら、非特許文献1に開示された非接触電力伝送装置では、1次側及び2次側のコイルは同一寸法のもので構成しているので、位置ズレによる変化が大きく、広範囲な面での任意の伝送には不都合となる欠点をもつ。
However, in the non-contact power transmission device disclosed in Non-Patent
また、非特許文献2に開示された非接触電力伝送システムは、受電側に1つのスパイラルコイルを配し、送電側に複数の並列したスパイラルコイルを配置し、夫々のスパイラルコイルの対向面と反対側にそれぞれ磁性体薄板又はシートを配置した構成である。このような構成の非特許文献2による非接触電力伝送システムによると、受電側において、内径、外径比(Di/D0)が0.65のとき最大伝送電力約70W,コイル間効率約65%が得られている。また、伝送特性に、磁気結合係数kが大きく関与しており、Di/D0=0.65は中央に位置する送電コイルと受電コイルとの相互インダクタンスMcと外側に位置するに送電コイルと受電コイルとの相互インダクタンスM0とほぼ等しくなる点で伝送特性が向上することが示されている。
In the non-contact power transmission system disclosed in Non-Patent
また、非特許文献2においては、非接触電力伝送装置は、相対する1次側、2次側コイル間の電磁誘導を用い、空隙を介して1次側コイル1から2次側コイル2に非接触にて電力を伝送する。
Further, in Non-Patent
このような非特許文献2の非接触電力伝送装置においては、受電コイル側に並列にコイルの誘導性リアクタンスを打ち消すようにコンデンサC2を負荷に並列に挿入すると、より効率の改善が見られること、及び、受電コイルの裏側の磁性体の形状を漏れをさらに防ぐ形状とすることで、伝送効率の変動幅を改善することができることが示されている。
In such a non-contact power transmission device of Non-Patent
しかしながら、非特許文献2に開示された非接触電力伝送装置では、1次側コイルは平面に配列し、隣接するコイルによる伝送の面内には伝送不能な死点が存在する。そのため、2次側コイルは1次側コイルよりも大きくする必要がある。そのため、2次側の小型化には不都合な構成となる。
However, in the non-contact power transmission device disclosed in
また、特許文献1は、非特許文献1と同様であり、1次側、2次側のコイル構成が同様であり、コイル位置ズレにより安定した伝送が困難となる。
Further,
また、特許文献2は、対向する1次コイル、2次コイルの外側部に軟磁性体粉末と有機結合材からなる軟磁性部材を配置するものであり、平面渦巻き型コイル間の位置ズレによる安定した伝送に言及していない。位置ズレの許容域を広げる構成として、平面渦巻き型コイルとミアンダ型コイルの組み合わせを示している。
In
したがって、非特許文献1,2及び特許文献1,2に開示された非接触電力伝送システムは、広い範囲で高い出力と安定した電力伝送ができるようにさらに、改善される必要がある。
Therefore, the non-contact power transmission systems disclosed in
そこで、本発明の課題は、広い範囲での安定した電力伝送を実現できる非接触電力伝送装置を提供することにある。 Then, the subject of this invention is providing the non-contact electric power transmission apparatus which can implement | achieve the stable electric power transmission in a wide range.
本発明の他の課題は、磁束の収束を改善することにより、出力の向上を図った非接触電力伝送装置を提供することにある。 Another object of the present invention is to provide a non-contact power transmission apparatus that improves output by improving convergence of magnetic flux.
本発明の一態様によると、電磁誘導を用いて1次側コイルから2次側コイルに非接触にて電力を伝送する電力電送装置において、前記1次側コイル及び前記2次側コイルは平面渦巻き型コイルからなりかつ軸方向で互いに対向しており、前記2次側コイルの外径は前記1次側コイルの外径より小さく、前記1次側コイル及び前記2次側コイル間の磁気結合係数は0.1〜0.8である、ことを特徴とする非接触電力伝送装置が得られる。 According to an aspect of the present invention, in the power transmission device that transmits electric power from the primary coil to the secondary coil in a non-contact manner using electromagnetic induction, the primary coil and the secondary coil are planar spirals. A secondary coil having an outer diameter smaller than an outer diameter of the primary coil, and a magnetic coupling coefficient between the primary coil and the secondary coil. Is 0.1 to 0.8, a non-contact power transmission device is obtained.
この非接触電力伝送装置において、前記2次側コイルの外径と前記1次側コイルの外径との比(2次側コイルの外径/1次側コイルの外径)は0.85以下であってもよい。 In this non-contact power transmission apparatus, the ratio of the outer diameter of the secondary coil to the outer diameter of the primary coil (the outer diameter of the secondary coil / the outer diameter of the primary coil) is 0.85 or less. It may be.
これらの非接触電力伝送装置において、前記2次側コイルの内径と前記1次側コイルの内径との比(2次側コイルの内径/1次側コイルの内径)は0.85以下であってもよい。 In these non-contact power transmission devices, the ratio of the inner diameter of the secondary coil to the inner diameter of the primary coil (the inner diameter of the secondary coil / the inner diameter of the primary coil) is 0.85 or less. Also good.
これらの非接触電力伝送装置において、前記2次側コイルと前記1次側コイルとの間隙は10mm以下であってもよい。 In these non-contact power transmission devices, a gap between the secondary coil and the primary coil may be 10 mm or less.
これらの非接触電力伝送装置において、前記2次側コイルと前記1次側コイルとの少なくとも一方の外側に軟磁性材料を配置してもよい。 In these non-contact power transmission devices, a soft magnetic material may be disposed outside at least one of the secondary side coil and the primary side coil.
本発明の他の態様によると、電磁誘導を用いて1次側コイルから2次側コイルに非接触にて電力を伝送する電力電送方法において、前記1次側コイル及び前記2次側コイルを平面渦巻き型コイルとなして軸方向で互いに対向させること、前記2次側コイルの外径を前記1次側コイルの外径より小さくすること、及び前記1次側コイル及び前記2次側コイル間の磁気結合係数を0.1〜0.8にすること、を含むことを特徴とする非接触電力伝送方法が得られる。 According to another aspect of the present invention, in the power transmission method for transmitting electric power from the primary coil to the secondary coil in a non-contact manner using electromagnetic induction, the primary coil and the secondary coil are planar. It becomes a spiral coil and is opposed to each other in the axial direction, the outer diameter of the secondary coil is made smaller than the outer diameter of the primary coil, and between the primary coil and the secondary coil A non-contact power transmission method characterized by including a magnetic coupling coefficient of 0.1 to 0.8 is obtained.
本発明のさらに他の態様によると、平面渦巻き型コイルからなる2次側コイルを備えた受電側装置に対し電磁誘導を用いて非接触にて給電する給電側装置において、前記2次側コイルに軸方向で対向可能な平面渦巻き型コイルからなる1次側コイルを備え、前記1次側コイルは、その外径が前記2次側コイルの外径より大きく、かつ、前記2次側コイルに対する磁気結合係数が0.1〜0.8である、ことを特徴とする給電側装置が得られる。 According to still another aspect of the present invention, in a power feeding side device that feeds power in a contactless manner using electromagnetic induction to a power receiving side device having a secondary side coil composed of a planar spiral coil, the secondary side coil A primary coil composed of a planar spiral coil that can be opposed in the axial direction, the primary coil having an outer diameter larger than the outer diameter of the secondary coil, and a magnetic force with respect to the secondary coil; A power feeding side device having a coupling coefficient of 0.1 to 0.8 is obtained.
この給電側装置において、前記1次側コイルの外径は前記2次側コイルの外径の0.85分の1以上であってもよい。 In the power feeding device, the outer diameter of the primary coil may be equal to or greater than 0.85 of the outer diameter of the secondary coil.
これらの給電側装置において、前記1次側コイルの内径は前記2次側コイルの内径の0.85分の1以上であってもよい。 In these power supply side devices, the inner diameter of the primary coil may be equal to or greater than 0.85 of the inner diameter of the secondary coil.
これらの給電側装置において、前記1次側コイルの外側に軟磁性材料を備えてもよい。 In these power supply side devices, a soft magnetic material may be provided outside the primary side coil.
上述した非接触電力伝送装置及び非接触電力伝送方法は、広い範囲で安定した電力伝送の実現を可能にする。 The non-contact power transmission apparatus and the non-contact power transmission method described above enable realization of stable power transmission in a wide range.
また、上述した給電側装置は、平面渦巻き型コイルからなる2次側コイルを備えた受電側装置に対し、広い範囲で安定した給電を行うことが可能になる。 Further, the power supply side device described above can stably supply power in a wide range to the power reception side device provided with the secondary side coil composed of a planar spiral coil.
さらに、2次側コイルと前記1次側コイルとの少なくとも一方の外側に軟磁性材料を配置した場合には、高い出力の電力伝送が可能になる。 Furthermore, when a soft magnetic material is disposed outside at least one of the secondary coil and the primary coil, high output power transmission is possible.
本発明の実施形態に係る非接触電力伝送装置は、相対するコイル間の電磁誘導を用い、空隙を介して1次側コイルから2次側コイルに非接触にて電力を伝送する。この場合、1次側コイルが給電側装置の一部として働き、2次側コイル2が受電側装置の一部として働く。
The non-contact power transmission apparatus according to the embodiment of the present invention uses electromagnetic induction between opposing coils to transmit power from the primary coil to the secondary coil in a non-contact manner via a gap. In this case, the primary side coil functions as a part of the power feeding side device, and the
この非接触電力電送装置において、1次側コイル及び2次側コイルを平面渦巻き型コイルとした1対の平面コイルで構成する。これらの平面コイルを軸方向で互いに対向するように配置する。平面型コイルは、平面型であれば、円形に限らず、多角形であっても良いが、平面型巻線コイルであることが好ましい。 In this non-contact power transmission device, the primary side coil and the secondary side coil are constituted by a pair of planar coils having planar spiral coils. These planar coils are arranged so as to face each other in the axial direction. The planar coil is not limited to a circular shape as long as it is a planar type, but may be a polygonal shape, but is preferably a planar winding coil.
2次側コイルの外径は1次側コイルの外径より小とし、これらコイル間の磁気結合係数を0.1〜0.8とすることにより、コイル間の位置ズレによる出力の変動を抑え、広い範囲での安定した電力伝送が実現できる。 The outer diameter of the secondary coil is smaller than the outer diameter of the primary coil, and the magnetic coupling coefficient between these coils is set to 0.1 to 0.8, thereby suppressing fluctuations in output due to misalignment between the coils. Stable power transmission over a wide range can be realized.
また、前記非接触電力伝送装置において、対向する2次側コイル外径と1次側コイル外径の比(2次側コイル外径/1次側コイル外径)を0.85以下とすることにより、コイル間の位置ズレによる出力の変動を抑え、広い範囲での安定した電力伝送が実現できる。 In the non-contact power transmission device, the ratio of the opposing secondary coil outer diameter to the primary coil outer diameter (secondary coil outer diameter / primary coil outer diameter) should be 0.85 or less. As a result, fluctuations in output due to positional deviation between coils can be suppressed, and stable power transmission in a wide range can be realized.
また、前記非接触電力伝送装置のいずれか一つにおいて、対向する2次側コイル内径と1次側コイル内径の比(2次側コイル内径/1次側コイル内径)を0.85以下とすることにより、コイル間の位置ズレによる出力の変動を抑え、広い範囲での安定した電力伝送が実現できる。 In any one of the non-contact power transmission devices, the ratio of the opposing secondary coil inner diameter to the primary coil inner diameter (secondary coil inner diameter / primary coil inner diameter) is 0.85 or less. As a result, fluctuations in output due to positional deviation between coils can be suppressed, and stable power transmission in a wide range can be realized.
さらに、前記非接触電力伝送装置のいずれか一つにおいて、対向する2次側コイルと1次側コイルの間隙を10mm以下とすることにより、コイル間の位置ズレによる出力の変動を抑え、広い範囲での安定した電力伝送が実現できる。ここで、コイル間隙を10mm以下としたのは、10mmを越えると、出力電力が小さくなり、実用的でなくなるからである。 Furthermore, in any one of the non-contact power transmission devices, the gap between the opposing secondary side coil and the primary side coil is set to 10 mm or less, so that fluctuations in output due to misalignment between the coils are suppressed, and a wide range is achieved. Can realize stable power transmission. Here, the reason why the coil gap is set to 10 mm or less is that if it exceeds 10 mm, the output power becomes small and becomes impractical.
さらに、対向する2次側平面コイルと1次側平面コイルの何れか一方、または双方の外側部に、軟磁性材料を配置することで、発生磁界の収束効果によって、1次側コイル1と2次側コイルの磁気結合を向上し、出力の向上に寄与することができる。 Further, by arranging a soft magnetic material on the outer side of either one or both of the opposing secondary side planar coil and primary side planar coil, the primary side coils 1 and 2 are caused by the convergence effect of the generated magnetic field. The magnetic coupling of the secondary coil can be improved and the output can be improved.
また、同一形状の平面コイル一対による本発明と同様の構成による非接触電力伝送においては、コイル間隙0として中心軸を合わせた場合、磁気結合係数kは0.95〜0.98程度となる。この構成では、1次側コイルと2次側コイルの位置ズレの許容度は著しく低く、各々のコイルの中心軸が直径の25%ずれると、伝送電力がほぼ0となってしまう。ちなみに、同様に直径の10%ずれると、伝送電力は半減する。
Further, in non-contact power transmission with a configuration similar to that of the present invention using a pair of planar coils having the same shape, the magnetic coupling coefficient k is about 0.95 to 0.98 when the center axis is aligned as the
また、本発明は電子機器等への非接触伝送でも、特に携帯用機器への適用において有用となるように、1次側コイルに比べ2次側コイルが小となるように構成し、小型化、軽量化を図るものである。 In addition, the present invention is configured so that the secondary side coil is smaller than the primary side coil so that it is useful in non-contact transmission to an electronic device or the like, particularly in application to a portable device. It is intended to reduce the weight.
以下、本発明の様々な実施例について図面を参照しながら、説明する。 Various embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[実施例1]
図1の様に1次側コイル1及び2次側コイル2を軸方向で互いに対向するように配置し、これらのコイル間のギャプを1mmとした。1次側コイル1及び2次側コイル2の外側部には、厚さ0.5mmのMnZnフェライト焼結体よりなる軟磁性材料3,4を、コイルの外辺部よりはみ出る様に配置した。
[Example 1]
As shown in FIG. 1, the
2次側コイル2は、外径を30mm、内径を15mm、巻き数を11の形状とした。1次側コイル1は、外径を30〜200mm、内径を20mm、巻き数を外径に対応し2〜33の範囲で変化させた。
The
さらに、図2に示すように、1次側コイル1に電源5を接続し、一方、2次側コイル2には、コンデンサ6、整流器7、DC・DCコンバータ8、及び可変抵抗9を接続して測定回路(LCRメータ)を構成した。そして、電源5を周波数120kHz、定電流50mAに設定し、LCRメータによりインダクタンスを測定し、磁気結合係数kを求めた。
Further, as shown in FIG. 2, a
また、1次側コイル1及び2次側コイル2の中心位置が合っている状態から2次側コイル2を平行移動させ、コイル間の磁気結合係数の減少率が20%以下となる位置変動距離をk0.8減衰域として求めた。そして、2次側コイル2の外径と1次側コイル1の外径との比(2次側コイルの外径/1次側コイルの外径)と、k0.8減衰域との関係を求めた。その結果を図3に示す。
Also, the
図3において、2次側コイルの外径と1次側コイルの外径との比が0.85以下の領域では、k0.8減衰域が明らかに大きくなっている。したがって、1次側コイル及び2次側コイルとして同外径のものを用いた場合に比べ、より広い範囲で安定した電力伝送が可能となる。ちなみに、これを面積で比較すると約3倍以上の拡大となる。 In FIG. 3, in the region where the ratio of the outer diameter of the secondary coil to the outer diameter of the primary coil is 0.85 or less, the k0.8 attenuation region is clearly increased. Therefore, stable power transmission is possible in a wider range than when the primary coil and the secondary coil having the same outer diameter are used. By the way, if this is compared in terms of area, the expansion will be about 3 times or more.
[実施例2]
図1の様に1次側コイル1及び2次側コイル2を軸方向で互いに対向するように配置し、これらのコイル間のギャプを1mmとした。1次側コイル1及び2次側コイル2の外側部には、厚さ0.5mmのMnZnフェライト焼結体よりなる軟磁性材料3,4を、コイルの外辺部よりはみ出る様に配置した。
[Example 2]
As shown in FIG. 1, the
2次側コイル2は、外径を30mm、内径を15mm、巻き数を11の形状とした。1次側コイル1は、外径を90mm、内径を15〜75mm、巻き数を外径に対応し3〜14の範囲で変化させた。
The
そして、実施例1と同様な手法にて、2次側コイル2の内径と1次側コイル1の内径の比と、k0.8減衰域との関係を求めた。その結果を、図4に示す。
Then, the relationship between the ratio of the inner diameter of the
図4において、2次側コイルの内径と1次側コイルの内径との比が0.85以下の領域では、k0.8減衰域が明らかに大きくなっている。したがって、同内径のコイルを用いた場合に比べ、より広い範囲で安定した電力伝送が可能となる。ちなみに、これを面積で比較すると約2.5倍以上の拡大となる。 In FIG. 4, in the region where the ratio of the inner diameter of the secondary coil to the inner diameter of the primary coil is 0.85 or less, the k0.8 attenuation region is clearly increased. Therefore, stable power transmission is possible in a wider range than when using a coil having the same inner diameter. By the way, if this is compared in terms of area, the magnification is about 2.5 times or more.
[実施例3]
図1の様に1次側コイル1及び2次側コイル2を軸方向で互いに対向するように配置し、これらのコイル間のギャプを1mmとした。1次側コイル1及び2次側コイル2の外側部には、厚さ0.5mmのMnZnフェライト焼結体よりなる軟磁性材料3,4を、コイルの外辺部よりはみ出る様に配置した。
[Example 3]
As shown in FIG. 1, the
1次側コイル1に比べ2次側コイル2の寸法が小となる条件で、1次側コイルと2次側コイルとの外内径比を変化させた。
The outer diameter ratio of the primary side coil and the secondary side coil was changed under the condition that the size of the
そして、両コイルの中心軸が合っている状態で、実施例1及び2と同様な手法にて、コイル間の磁気結合係数kとk0.8減衰域とを測定した。その結果を、図5に示す。 And the magnetic coupling coefficient k between coils and the k0.8 attenuation | damping area were measured with the method similar to Example 1 and 2 in the state in which the center axis | shaft of both coils is suitable. The result is shown in FIG.
図5において、磁気結合係数を0.8以下とすることにより、安定した電力伝送のできる範囲が明らかに拡大することが分かる。特に、2次側コイルの内径と1次側コイルの内径との比をより小さくすることにより、安定した電力伝送のできる範囲が著しく拡大する。ただし、結合係数が小となることは、伝送可能な電力が小となるので、磁気結合係数kが0.1以下は実用的な領域ではない。 In FIG. 5, it can be seen that the range in which stable power transmission can be performed is clearly expanded by setting the magnetic coupling coefficient to 0.8 or less. Particularly, by reducing the ratio of the inner diameter of the secondary coil to the inner diameter of the primary coil, the range in which stable power transmission can be performed is significantly expanded. However, if the coupling coefficient is small, the transmittable power is small. Therefore, the magnetic coupling coefficient k of 0.1 or less is not practical.
[実施例4]
図1の様に1次側コイル1及び2次側コイル2を軸方向で互いに対向するように配置した。1次側コイル1及び2次側コイル2の外側部には、厚さ0.5mmのMnZnフェライト焼結体よりなる軟磁性材料3,4を、コイルの外辺部よりはみ出る様に配置した。
[Example 4]
As shown in FIG. 1, the
1次側コイル1は、外径を50mm、内径を20mm、巻き数6とした。2次側コイル2は、外径を30mm、内径を15mm、巻き数11とした。
The
そして、1次側コイル1及び2次側コイル2の中心軸が合っている状態で、コイル間のギャップを0〜10mmまで変化させ、実施例1と同様な手法にて、磁気結合係数kを測定した。その結果を図6に示す。
Then, with the central axes of the
図6において、コイル間のギャップが10mm以下で、磁気結合係数kが0.1〜0.72となり、広い範囲で安定した電力伝送を実現できる。 In FIG. 6, the gap between the coils is 10 mm or less, the magnetic coupling coefficient k is 0.1 to 0.72, and stable power transmission can be realized in a wide range.
[実施例5]
図1の様に1次側コイル1及び2次側コイル2を軸方向で互いに対向するように配置した。1次側コイル1は、外径を70mm、内径を20mm、巻き数8とした。2次側コイル2は、外径を30mm、内径を15mm、巻き数11とした。
[Example 5]
As shown in FIG. 1, the
そして、1次側コイル1及び2次側コイル2の中心軸が合っている状態で、コイル間のギャップを1mmとし、軟磁性材の配置を1次側・2次側の双方、1次側のみ、2次側のみ、装着なしとし、実施例1と同様な手法にて、磁気結合係数kを測定した。ここでも、軟磁性材は、厚さ0.5mmのMnZnフェライト焼結体とした。
And with the central axes of the
その結果を、下記表1に示す。 The results are shown in Table 1 below.
表から明らかなように、軟磁性材を配置することにより、磁気結合係数kが明らかに向上し、伝送電力の向上が図られる。 As is apparent from the table, by arranging the soft magnetic material, the magnetic coupling coefficient k is clearly improved, and the transmission power is improved.
[実施例6]
図1の様に1次側コイル1及び2次側コイル2を軸方向で互いに対向するように配置した。1次側コイル1及び2次側コイル2の外側部には、厚さ0.5mmのMnZnフェライト焼結体よりなる軟磁性材料3,4を、コイルの外辺部よりはみ出る様に配置した。
[Example 6]
As shown in FIG. 1, the
1次側コイル1は、外径50mm、内径20mm、巻き数5とした。2次側コイルは、外径50mm、内径20mm、巻き数5とした。
The
そして、1次側コイル1の入力周波数を290kHz、入力電圧を8.5vrmsとし、コイル間のギャプを0〜5mmの範囲で変化し、電力の伝送状態を測定した。
Then, the input frequency of the
その結果、面内位置の変動が約10mmの範囲では、約3Wの出力電力が安定して得られた。ちなみに、この時のコイル間伝送効率は95%であった。また、この時の半導体素子も含めた電源としての伝送効率は77%であった。 As a result, an output power of about 3 W was stably obtained in a range where the in-plane position variation was about 10 mm. Incidentally, the inter-coil transmission efficiency at this time was 95%. Further, the transmission efficiency as a power source including the semiconductor element at this time was 77%.
また、1次側コイル1及び2次側コイル2が互いに同様な形状をもつように構成した場合に比較し、安定した出力で電力伝送ができる範囲は、顕著に拡大していた。
Compared with the case where the
[実施例7]
図1の様に1次側コイル1及び2次側コイル2を軸方向で互いに対向するように配置した。1次側コイル1及び2次側コイル2の外側部には、厚さ0.5mmのMnZnフェライト焼結体よりなる軟磁性材料3,4を、コイルの外辺部よりはみ出る様に配置した。
[Example 7]
As shown in FIG. 1, the
1次側コイル1は、外径84mm、内径40mm、巻き数8とした。2次側コイル2は、外径50mm、内径20mm、巻き数5とした。
The
そして、1次側入力の周波数を232kHz、入力電圧を62vrmsとし、ギャプを1mmとし、電力の伝送状態を測定した。 The frequency of the primary input was 232 kHz, the input voltage was 62 vrms, the gap was 1 mm, and the power transmission state was measured.
その結果、面内位置の変動が約50mmの範囲では、約3Wの出力電力が安定して得られた。ちなみに、この時のコイル間伝送効率は95%であった。また、この時の半導体素子も含めた電源としての伝送効率は77%であった。 As a result, an output power of about 3 W was stably obtained in the range where the in-plane position variation was about 50 mm. Incidentally, the inter-coil transmission efficiency at this time was 95%. Further, the transmission efficiency as a power source including the semiconductor element at this time was 77%.
また、1次側コイル1及び2次側コイル2が互いに同様な形状をもつように構成した場合に比較し、安定した出力で電力伝送ができる範囲は、顕著に拡大していた。
Compared with the case where the
[まとめ]
上述した実施例1〜7を利用して、以下に示す様々な実施形態を得ることができる。
[Summary]
Various embodiments shown below can be obtained by using the above-described Examples 1 to 7.
1.電磁誘導を用いて1次側コイル1から2次側コイル2に非接触にて電力を伝送する電力電送装置において、1次側コイル1及び2次側コイル2は平面渦巻き型コイルからなりかつ軸方向で互いに対向しており、2次側コイル2の外径は1次側コイル1の外径より小さく、1次側コイル1及び2次側コイル2間の磁気結合係数は0.1〜0.8である、ことを特徴とする非接触電力伝送装置。
1. In a power transmission device that transmits electric power from a
2.実施形態1に記載の非接触電力伝送装置において、2次側コイル2の外径と1次側コイル1の外径との比(2次側コイルの外径/1次側コイルの外径)は0.85以下である、ことを特徴とする非接触電力伝送装置。
2. In the non-contact power transmission device according to the first embodiment, the ratio between the outer diameter of the
3.実施形態1又は2に記載の非接触電力伝送装置において、2次側コイル2の内径と1次側コイル1の内径との比(2次側コイルの内径/1次側コイルの内径)は0.85以下である、ことを特徴とする非接触電力伝送装置。
3. In the non-contact power transmission device according to
4.実施形態1から3のいずれかに記載の非接触電力伝送装置において、2次側コイル2と1次側コイル1との間隙は10mm以下である、ことを特徴とする非接触電力伝送装置。
4). 4. The non-contact power transmission apparatus according to any one of the first to third embodiments, wherein a gap between the
5.実施形態1から4のいずれかに記載の非接触電力伝送装置において、2次側コイル2と1次側コイル1との少なくとも一方の外側に軟磁性材料3,4を配置した、ことを特徴とする非接触電力伝送装置。
5). In the non-contact power transmission device according to any one of the first to fourth embodiments, the soft
6.電磁誘導を用いて1次側コイル1から2次側コイル2に非接触にて電力を伝送する電力電送方法において、1次側コイル1及び2次側コイル2を平面渦巻き型コイルとなして軸方向で互いに対向させること、2次側コイル2の外径を1次側コイル1の外径より小さくすること、及び1次側コイル1及び2次側コイル2間の磁気結合係数を0.1〜0.8にすること、を含むことを特徴とする非接触電力伝送方法。
6). In a power transmission method in which electric power is transmitted from the
7.平面渦巻き型コイルからなる2次側コイル2を備えた受電側装置に対し電磁誘導を用いて非接触にて給電する給電側装置において、2次側コイル2に軸方向で対向可能な平面渦巻き型コイルからなる1次側コイル1を備え、1次側コイル1は、その外径が2次側コイル2の外径より大きく、かつ、2次側コイル2に対する磁気結合係数が0.1〜0.8である、ことを特徴とする給電側装置。
7. In a power feeding side device that feeds power in a contactless manner using electromagnetic induction to a power receiving side device comprising a
8.実施形態7に記載の給電側装置において、1次側コイル1の外径は2次側コイル2の外径の0.85分の1以上である、ことを特徴とする、給電側装置。
8). The power feeding side device according to the seventh embodiment, wherein the outer diameter of the
9.実施形態7又は8に記載の給電側装置において、1次側コイル1の内径は2次側コイル2の内径の0.85分の1以上である、ことを特徴とする、給電側装置。
9. 9. The power supply apparatus according to
10.実施形態7から9のいずれかに記載の給電側装置において、1次側コイル1の外側に軟磁性材料3を備えたことを特徴とする非接触電力伝送装置。
10. 10. The non-contact power transmission device according to any one of the seventh to ninth embodiments, wherein the soft magnetic material 3 is provided outside the
本発明に係る非接触電力伝送装置は、携帯電子機器、携帯電気機器、及び電子装置への電力伝送に適用され、中でも、特に携帯用機器に適合する。 The non-contact power transmission device according to the present invention is applied to power transmission to portable electronic devices, portable electrical devices, and electronic devices, and is particularly suitable for portable devices.
1 1次側コイル
2 2次側コイル
3,4 軟磁性材料
5 電源
6 コンデンサ
7 整流器
8 DC・DCコンバータ
9 可変抵抗
DESCRIPTION OF
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