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JP5759716B2 - Wireless power transmission system - Google Patents

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JP5759716B2 JP2010286063A JP2010286063A JP5759716B2 JP 5759716 B2 JP5759716 B2 JP 5759716B2 JP 2010286063 A JP2010286063 A JP 2010286063A JP 2010286063 A JP2010286063 A JP 2010286063A JP 5759716 B2 JP5759716 B2 JP 5759716B2
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Description

本発明は移動体に搭載されたバッテリへ無線電力伝送により給電するための技術に関する。   The present invention relates to a technique for supplying power to a battery mounted on a moving body by wireless power transmission.

陸上輸送の分野においては、大気汚染や化石燃料の枯渇に対する懸念から、電力を使って走行する自動車の研究開発が盛んに行われている。電気自動車に電力を供給するための技術の1つとして、電源コードや送電ケーブルを用いないワイヤレス送電技術がある。ワイヤレス送電技術では、送電装置に設けられた送電用コイルと受電装置に設けられた受電用コイルとの間の電磁誘導作用や磁界共鳴作用を利用してワイヤレス送電を実現する。   In the field of land transportation, research and development of automobiles that run on electric power has been actively conducted due to concerns about air pollution and depletion of fossil fuels. One technique for supplying power to an electric vehicle is a wireless power transmission technique that does not use a power cord or a power transmission cable. In the wireless power transmission technology, wireless power transmission is realized by using an electromagnetic induction action or a magnetic field resonance action between a power transmission coil provided in the power transmission apparatus and a power reception coil provided in the power reception apparatus.

ワイヤレス送電を実行する際に、送電用コイル及び受電用コイルから電磁波が漏洩することがある。この漏洩する不要な電磁波を遮断し吸収するために送電用コイル及び受電用コイルの対向面とは反対側の面に金属シールドが配置される。送電用コイル及び受電用コイルの対向面とは反対側の面に配置された金属シールドとコイルとの間の空間には多くの磁束が通過するため、金属シールド上に渦電流が発生する。渦電流の発生により、金属シールドが発熱し、不要なエネルギー消費が生じ、送電効率が低下することがある。   When performing wireless power transmission, electromagnetic waves may leak from the power transmission coil and the power reception coil. In order to block and absorb this unnecessary electromagnetic wave that leaks, a metal shield is disposed on the surface opposite to the opposing surface of the power transmission coil and the power reception coil. Since a large amount of magnetic flux passes through the space between the metal shield and the coil disposed on the surface opposite to the opposing surface of the power transmission coil and the power reception coil, an eddy current is generated on the metal shield. Due to the generation of eddy currents, the metal shield generates heat, which may cause unnecessary energy consumption and reduce power transmission efficiency.

渦電流の発生による送電効率の低下を防ぐために、コイルと金属シールドとの間に非導電性の磁性体板を配置することで磁路を形成し、金属シールドで渦電流が発生しないようにする方法もあり、例えば家庭用電気カミソリ等の充電装置で使用されている。ただし、磁性体は高価な材料であるため、コスト高となる。また、例えば、磁性体としてフェライト等を用いた場合には、衝撃に弱く割れやすいといった取り扱いにくさという問題があった。   In order to prevent a decrease in power transmission efficiency due to the generation of eddy current, a magnetic path is formed by arranging a non-conductive magnetic plate between the coil and the metal shield so that eddy current is not generated by the metal shield. There is also a method, for example, used in a charging device such as a domestic electric razor. However, since the magnetic material is an expensive material, the cost is increased. Further, for example, when ferrite or the like is used as a magnetic material, there is a problem that it is difficult to handle because it is weak against impact and easily broken.

特開2009−200174号公報JP 2009-200194 A 国際公開第2007/122788号International Publication No. 2007/122788

本発明は、上記した問題に鑑み、より安価に送電効率の低下を抑制可能な無線電力伝送システム、受電装置、及び送電装置を提供することを課題とする。   In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a wireless power transmission system, a power receiving device, and a power transmitting device that can suppress a decrease in power transmission efficiency at a lower cost.

本発明は、上記課題を解決するために、無線電力伝送により送電を行う送電装置に以下の手段を備えることとした。即ち、本発明は、対向に配置される受電装置に無線電力伝送により送電する送電装置であって、受電装置に設けられた受電用コイルに電力を送電する送電用コイルと、前記送電用コイルの前記受電装置との対向面の反対の面側に配置されており、少なくとも1つのスリットが形成された導電性の第1のシールド板と、を含む送電装置である。   In order to solve the above-described problems, the present invention includes the following means in a power transmission device that performs power transmission by wireless power transmission. That is, the present invention is a power transmission device that transmits power to a power receiving device disposed oppositely by wireless power transmission, the power transmission coil that transmits power to a power receiving coil provided in the power receiving device, and the power transmission coil. The power transmission device includes a conductive first shield plate disposed on a surface opposite to the surface facing the power receiving device and having at least one slit formed therein.

また、本発明は、対向に配置される送電装置から無線電力伝送により受電する受電装置であって、前記送電装置に設けられた送電用コイルからの電力を受電する受電用コイルと、前記受電用コイルの前記送電装置との対向面の反対の面側に配置されており、少なくとも1つのスリットが形成された導電性のシールド板と、を含む受電装置である。   In addition, the present invention is a power receiving device that receives power from a power transmitting device arranged oppositely by wireless power transmission, the power receiving coil that receives power from a power transmitting coil provided in the power transmitting device, and the power receiving device The coil is a power receiving device including a conductive shield plate disposed on a surface opposite to the surface facing the power transmission device of the coil and having at least one slit formed therein.

また、本発明は、無線電力伝送システムとして捉えることもできる。本発明は、対向に配置された受電装置に設けられた受電用コイルへの電力を送電する送電用コイルと、前記送電用コイルの前記受電装置との対向面の反対の面側に配置されており、少なくとも1つのスリットが形成された導電性のシールド板と、を含む送電装置と、対向に配置される前記送電装置に設けられた前記送電用コイルからの電力を受電する受電用コイルと、前記受電用コイルの前記送電装置との対向面の反対の面側に配置されており、少なくとも1つのスリットが形成された導電性のシールド板と、を含む受電装置と、を備える無線電力伝送システムである。   The present invention can also be understood as a wireless power transmission system. The present invention is arranged on the opposite surface side of the power transmission coil that transmits power to the power reception coil provided in the power reception device disposed opposite to the surface facing the power reception device of the power transmission coil. A conductive shield plate formed with at least one slit, and a power receiving coil that receives power from the power transmitting coil provided in the power transmitting device arranged oppositely, and A wireless power transmission system comprising: a power receiving device that is disposed on a surface opposite to a surface facing the power transmitting device of the power receiving coil, and includes a conductive shield plate having at least one slit formed therein. It is.

送電装置において、送電用コイルの受電装置との対向面の反対の面側に配置された導電性の第1のシールド板に、少なくとも1つのスリットが形成されていることによって、第1のシールド板上の渦電流の発生を抑制することができる。導電性のシールド板上で過電流が発生した場合には、シールド板が発熱し、不要なエネルギー消費が発生するため、送電効率が低下してしまう。しかしながら、本発明の送電装置においては、導電性の第1のシールド板にスリットが形成されているため、渦電流の発生を抑制することができる。これによって、シールド板の発熱を抑制することができ、本発明の送電装置は、送電効率の低下を抑制することができる。導電性のシールド板は、例えば、アルミニウム、銅、鉄等の金属板や、炭素繊維により形成された板であってもよい。このような、導電性の第1のシールド板の材料は、磁性体よりも安価であるため、送電装置の価格を低く抑えることができる。   In the power transmission device, the first shield plate is formed by forming at least one slit on the conductive first shield plate disposed on the surface opposite to the surface facing the power receiving device of the power transmission coil. Generation of the above eddy current can be suppressed. When an overcurrent is generated on the conductive shield plate, the shield plate generates heat and unnecessary energy consumption occurs, resulting in a reduction in power transmission efficiency. However, in the power transmission device of the present invention, since the slit is formed in the conductive first shield plate, generation of eddy current can be suppressed. Thereby, the heat generation of the shield plate can be suppressed, and the power transmission device of the present invention can suppress a decrease in power transmission efficiency. The conductive shield plate may be, for example, a metal plate such as aluminum, copper, or iron, or a plate formed of carbon fiber. Such a material of the conductive first shield plate is cheaper than the magnetic material, and thus the price of the power transmission device can be kept low.

また、受電装置においても、受電用コイルの送電装置との対向面の反対の面側に配置された導電性のシールド板に、少なくとも1つのスリットが形成されていることによって、該シールド板上の渦電流の発生を抑制することができる。これによって、シールド板の発熱を抑制でき、本発明の受電装置は、送電効率の低下を抑制することができる。   Also, in the power receiving device, at least one slit is formed on the conductive shield plate disposed on the surface opposite to the surface facing the power transmitting device of the power receiving coil, so that on the shield plate. Generation of eddy current can be suppressed. Thereby, the heat generation of the shield plate can be suppressed, and the power receiving device of the present invention can suppress a decrease in power transmission efficiency.

また、送電装置が、前記第1のシールド板の前記送電用コイルが配置されている面の反対側の面に、前記第1のシールド板と接触しないように配置された、少なくとも1つのスリットが形成された導電性の第2のシールド板をさらに含むようにしてもよい。   In addition, the power transmission device has at least one slit disposed on the surface of the first shield plate opposite to the surface on which the power transmission coil is disposed so as not to contact the first shield plate. You may make it further contain the formed electroconductive 2nd shield board.

また、送電装置における前記第2のシールド板は、前記第1のシールド板とスリットが重ならないように配置されてもよい。これによって、第1のシールド板のスリットから漏れた磁束(電磁波)が第2のシールド板において吸収されるため、外部への不要な電磁波の漏洩を低減することができる。また、送電装置における第2のシールド板は、前記第1のシールド板のスリットと同じ配置、同じ形状、同じサイズのスリットが形成されていてもよい。   Further, the second shield plate in the power transmission device may be arranged so that the first shield plate and the slit do not overlap. Thereby, since the magnetic flux (electromagnetic wave) leaked from the slit of the first shield plate is absorbed by the second shield plate, leakage of unnecessary electromagnetic waves to the outside can be reduced. Further, the second shield plate in the power transmission device may be formed with slits having the same arrangement, shape, and size as the slits of the first shield plate.

また、送電装置における第1及び第2のシールド板の各スリットは、前記送電用コイルの半径方向の長さを、前記送電用コイルの最内周のコイルの内側の半径位置から最外周のコイルの外側の半径位置までとしてもよい。   In addition, each slit of the first and second shield plates in the power transmission device has a length in the radial direction of the power transmission coil from the inner radial position of the innermost coil of the power transmission coil to the outermost coil. It is good also to the outer radial position.

また、本発明における課題を解決するための手段は、可能な限り組み合わせることができる。   The means for solving the problems in the present invention can be combined as much as possible.

本発明によれば、無線電力伝送システム、受電装置、及び送電装置において、より安価に無線電力伝送の送電効率の低下を抑制することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the fall of the power transmission efficiency of wireless power transmission can be suppressed more cheaply in a wireless power transmission system, a power receiving apparatus, and a power transmission apparatus.

第1実施形態に係る無線電力伝送システムの用途の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the use of the wireless power transmission system which concerns on 1st Embodiment. 第1実施形態に係る無線電力伝送システムの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the wireless power transmission system which concerns on 1st Embodiment. 第1実施形態に係る送電用コイルケース及び受電用コイルケースの構成例の断面図である。It is sectional drawing of the structural example of the coil case for power transmission which concerns on 1st Embodiment, and the coil case for power reception. 図3に示される、送電用コイルと金属シールド、受電用コイルと金属シールドの一部が抽出された図である。FIG. 4 is a diagram in which a power transmission coil and a metal shield and a part of a power reception coil and a metal shield shown in FIG. 3 are extracted. 図3に示される送電用コイルケースにおける金属シールドと受電用コイルケースにおける金属シールドとの例を示す図である。It is a figure which shows the example of the metal shield in the coil case for power transmission shown by FIG. 3, and the metal shield in the coil case for power reception. 第2実施形態における送電用コイルケース及び受電用コイルケースの構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the coil case for power transmission in 2nd Embodiment, and the coil case for power reception. 図6に示される、送電用コイルと2枚の金属シールド、受電用コイルと2枚の金属シールドの一部が抽出された図である。FIG. 7 is a diagram in which a part of a power transmission coil and two metal shields, a power reception coil and two metal shields shown in FIG. 6 are extracted. 図6に示される送電用コイルケースにおける2枚の金属シールドと、受電用コイルケースにおける2枚の金属シールドとを示す図である。It is a figure which shows the two metal shields in the coil case for power transmission shown by FIG. 6, and the two metal shields in the coil case for power reception. 第2実施形態の変形例における送電用コイルケースを上から見た際の概略図である。It is the schematic when the coil case for power transmission in the modification of 2nd Embodiment is seen from the top. 図9に示される送電用コイルケースのA−A断面図である。It is AA sectional drawing of the coil case for power transmission shown by FIG. 無線電力伝送システムのモデル1から5と送電効率との関係のシミュレーション結果の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the simulation result of the relationship between the models 1-5 of a wireless power transmission system, and power transmission efficiency. 無線電力伝送システムのモデル1、3から5のそれぞれについての、コイルの中心からの距離と電界強度との関係のシミュレーション結果の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the simulation result of the relationship between the distance from the center of a coil, and electric field strength about each of the models 1, 3 to 5 of a wireless power transmission system. 無線電力伝送システムのモデル1を示す図である。It is a figure which shows the model 1 of a wireless power transmission system. 無線電力伝送システムのモデル2を示す図である。It is a figure which shows the model 2 of a wireless power transmission system. 無線電力伝送システムのモデル3を示す図である。It is a figure which shows the model 3 of a wireless power transmission system.

以下、本発明に係る無線電力伝送システムの実施の形態について、図面に基づいて例示的に詳しく説明する。なお、実施形態に記載されている構成要素の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に特定的な記載がない限りは、発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of a wireless power transmission system according to the present invention will be exemplarily described in detail based on the drawings. Note that the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the components described in the embodiments are not intended to limit the technical scope of the invention only to those unless otherwise specified. .

<第1実施形態>
図1は、第1実施形態に係る無線電力伝送システムの用途の一例を示す図である。無線電力伝送システムは、車載バッテリに充電される電力を電動車両30にワイヤレス(無線)で送電するためのシステムである。送電ユニット(送電装置)10は車両が停止する位置の地面側に、受電ユニット(受電装置)20は車両側に設けられる。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a diagram illustrating an example of the use of the wireless power transmission system according to the first embodiment. The wireless power transmission system is a system for transmitting electric power charged in the in-vehicle battery to the electric vehicle 30 wirelessly. The power transmission unit (power transmission device) 10 is provided on the ground side where the vehicle stops, and the power reception unit (power reception device) 20 is provided on the vehicle side.

図2は、第1実施形態に係る無線電力伝送システム1の構成を示す図である。無線電力伝送システム1は、大きく分けて送電装置10および受電装置20を備える。   FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of the wireless power transmission system 1 according to the first embodiment. The wireless power transmission system 1 includes a power transmission device 10 and a power reception device 20 roughly.

送電装置10は、第1実施形態では、電動車両30が停止する位置(例えば、駐車スペース)の地面側に設けられている。送電装置10は、通信アンテナ11、送受信ユニット12、高周波電源13、送電用コイル15、及びこれらを制御する送電コントローラ17を備える。   In the first embodiment, the power transmission device 10 is provided on the ground side at a position (for example, a parking space) where the electric vehicle 30 stops. The power transmission device 10 includes a communication antenna 11, a transmission / reception unit 12, a high frequency power source 13, a power transmission coil 15, and a power transmission controller 17 that controls them.

受電装置20は、第1実施形態では、電動車両30の車体下部に設けられる。電動車両30は、電力を主動力源あるいは補助動力源として走行する自動車であり、パワーコントロールユニット(以下「PCU(Power Control Unit)」とも称する)31、車両を前進あるいは後退させるためのモータ32や、モータ32へ電力を供給するバッテリ33、受電装置20を搭載している。バッテリ33は再充電可能な直流電源であり、たとえばリチ
ウムイオンやニッケル水素などの二次電池を含むことができ、大容量のキャパシタ等も適宜採用することができる。
In the first embodiment, the power receiving device 20 is provided at the lower part of the vehicle body of the electric vehicle 30. The electric vehicle 30 is an automobile that travels using electric power as a main power source or an auxiliary power source, and includes a power control unit (hereinafter also referred to as “PCU (Power Control Unit)”) 31, a motor 32 for moving the vehicle forward or backward, The battery 33 for supplying power to the motor 32 and the power receiving device 20 are mounted. The battery 33 is a rechargeable DC power source, and can include, for example, a secondary battery such as lithium ion or nickel metal hydride, and a large capacity capacitor or the like can be appropriately employed.

受電装置20は、通信アンテナ21、送受信ユニット22、受電用コイル25、整流回路28、DC/DCコンバータ29及びこれらを制御する受電コントローラ27を備えている。   The power receiving device 20 includes a communication antenna 21, a transmission / reception unit 22, a power receiving coil 25, a rectifier circuit 28, a DC / DC converter 29, and a power receiving controller 27 for controlling them.

送電装置10及び受電装置20は、以下のように協働することで電力の伝送を行う。送電装置10が設置されている位置に受電装置20を搭載した電動車両30が駐車され、送電コイル15と受電コイル25とが所定の対向位置関係になると、送電コントローラ17と受電コントローラ27が各送受信ユニットを介して互いに通信を行う。送受信ユニット12及び送受信ユニット22は、互いに無線通信を行うための通信インターフェースである。   The power transmission device 10 and the power reception device 20 transmit power by cooperating as follows. When the electric vehicle 30 equipped with the power receiving device 20 is parked at the position where the power transmitting device 10 is installed and the power transmitting coil 15 and the power receiving coil 25 are in a predetermined facing relationship, the power transmitting controller 17 and the power receiving controller 27 transmit and receive each. Communicate with each other via the unit. The transmission / reception unit 12 and the transmission / reception unit 22 are communication interfaces for performing wireless communication with each other.

受電コントローラ27は、PCU31を介してバッテリ33の残量に空きがあることを検知すると、送受信ユニット22を介して送電装置10へ電力の送電を要求する旨のデータを送信する。送受信ユニット12を介して受電装置20から送電を要求する旨のデータを取得した送電コントローラ17は、高周波電源13から例えば1MHz〜10数MHz程度の高周波電力を出力させ、送電用コイル15にその電力を供給する。   When the power reception controller 27 detects that there is an empty remaining amount of the battery 33 via the PCU 31, the power reception controller 27 transmits data indicating that power transmission is requested to the power transmission device 10 via the transmission / reception unit 22. The power transmission controller 17 that has acquired data to request power transmission from the power receiving device 20 via the transmission / reception unit 12 causes the high-frequency power supply 13 to output high-frequency power of, for example, about 1 MHz to several tens MHz, and causes the power transmission coil 15 to output the power. Supply.

送電用コイル15は、一次コイル15aと送電側共鳴コイル15bを含む。一次コイル15aは高周波電源13に接続しており、高周波電源13から直接電力が供給される。一次コイル15aは、送電側共鳴コイル15bと同心円上に配置されており、電磁誘導によって送電側共鳴コイル15bと磁気的に結合されている。高周波電源13から供給される電流が一次コイル15aに流れると、一次コイル15aと送電側共鳴コイル15bとの間で電磁誘導が発生する。その結果、送電側共鳴コイル15bに起電力が誘起されることで送電側共鳴コイル15bに電流が流れる。   The power transmission coil 15 includes a primary coil 15a and a power transmission resonance coil 15b. The primary coil 15 a is connected to the high frequency power supply 13, and power is directly supplied from the high frequency power supply 13. The primary coil 15a is disposed concentrically with the power transmission resonance coil 15b, and is magnetically coupled to the power transmission resonance coil 15b by electromagnetic induction. When a current supplied from the high-frequency power source 13 flows through the primary coil 15a, electromagnetic induction occurs between the primary coil 15a and the power transmission side resonance coil 15b. As a result, an electromotive force is induced in the power transmission resonance coil 15b, whereby a current flows in the power transmission resonance coil 15b.

一方、受電装置20側において、受電用コイル25は、二次コイル25aと受電側共鳴コイル25bを含む。二次コイル25aは、受電側共鳴コイル25bと同心円上に配置されており、電磁誘導によって受電側共鳴コイル25bと磁気的に結合されている。ここで、送電側共鳴コイル15b及び受電側共鳴コイル25bには、それぞれ共鳴周波数を調整するための可変容量コンデンサ16,26が設けられている。送電コントローラ17及び受電コントローラ27は、可変容量コンデンサ16,26を協調して制御することで、送電側共鳴コイル15bと受電側共鳴コイル25bにおける共振周波数が合わせるようにしている。   On the other hand, on the power receiving device 20 side, the power receiving coil 25 includes a secondary coil 25a and a power receiving resonance coil 25b. The secondary coil 25a is disposed concentrically with the power reception resonance coil 25b and is magnetically coupled to the power reception resonance coil 25b by electromagnetic induction. Here, the power transmission side resonance coil 15b and the power reception side resonance coil 25b are provided with variable capacitors 16 and 26 for adjusting the resonance frequency, respectively. The power transmission controller 17 and the power reception controller 27 cooperatively control the variable capacitors 16 and 26 so that the resonance frequencies of the power transmission side resonance coil 15b and the power reception side resonance coil 25b are matched.

電磁誘導による起電力の誘起によって送電側共鳴コイル15bに高周波電流が流れると、共振周波数が合わせられた送電側共鳴コイル15bと受電側共鳴コイル25bとの間で磁界共鳴が発生し、受電側共鳴コイル25bにも電流が流れる。受電側共鳴コイル25bに電流が流れると、受電側共鳴コイル25bと二次コイル25aとの間で電磁誘導が発生する。その結果、二次コイル25aに起電力が誘起されて、二次コイル25aに電流が流れる。   When a high frequency current flows through the power transmission side resonance coil 15b due to induction of electromotive force by electromagnetic induction, magnetic field resonance occurs between the power transmission side resonance coil 15b and the power reception side resonance coil 25b whose resonance frequencies are matched, and power reception side resonance occurs. A current also flows through the coil 25b. When a current flows through the power receiving resonance coil 25b, electromagnetic induction occurs between the power receiving resonance coil 25b and the secondary coil 25a. As a result, an electromotive force is induced in the secondary coil 25a, and a current flows through the secondary coil 25a.

二次コイル25aは、受電側共鳴コイル25bにより受電された電力を電磁誘導により取り出して整流回路28へ出力する。整流回路28は、二次コイル25aによって取り出された交流電力を整流する。DC/DCコンバータ29は、受電コントローラ27からの制御信号に基づいて、整流回路28によって整流された電力をバッテリ33の電圧レベルに変換してバッテリ33へ出力する。バッテリ33は、DC/DCコンバータ29から供給される電力を蓄えるほか、モータ32によって発電される回生電力も蓄電する。バッテ
リ33は、蓄電した電力をPCU31へと供給する。なお、電動車両30の走行中に送電装置20から受電する場合には(その場合、送電装置20は、例えば、電動車両30の上方または側方に配設されていても良い)、DC/DCコンバータ29は、整流回路28によって整流された電力をシステム電圧に変換してPCU31に直接供給することも可能である。
The secondary coil 25a takes out the electric power received by the power receiving resonance coil 25b by electromagnetic induction and outputs it to the rectifier circuit 28. The rectifier circuit 28 rectifies the AC power extracted by the secondary coil 25a. The DC / DC converter 29 converts the power rectified by the rectifier circuit 28 into a voltage level of the battery 33 based on the control signal from the power receiving controller 27 and outputs the voltage to the battery 33. The battery 33 stores power supplied from the DC / DC converter 29 and also stores regenerative power generated by the motor 32. The battery 33 supplies the stored electric power to the PCU 31. In the case of receiving power from the power transmission device 20 while the electric vehicle 30 is traveling (in this case, the power transmission device 20 may be disposed above or on the side of the electric vehicle 30, for example), DC / DC The converter 29 can also convert the power rectified by the rectifier circuit 28 into a system voltage and supply it directly to the PCU 31.

PCU31は、バッテリ33から出力され、或いはDC/DCコンバータ29から直接供給される電力によってモータ32を駆動する。また、PCU31は、モータ32により発電された回生電力を整流してバッテリ33へ出力し、このバッテリ33を充電する。モータ32は、PCU31によって駆動され、車両駆動力を発生させて駆動輪へ出力する。また、モータ32は、駆動輪や図示されないエンジンから受ける運動エネルギーによって発電し、得られた回生電力をPCU31へ出力する。なお、PCU31の制御は、電動車両30の図示しない車両ECU(Electronic Control Unit)によって制御されている。
この車両ECUは、電動車両30の走行時、車両の走行状況やバッテリ33の充電状態に基づいてPCU31を制御する中央制御装置である。
The PCU 31 drives the motor 32 with electric power output from the battery 33 or directly supplied from the DC / DC converter 29. Further, the PCU 31 rectifies the regenerative power generated by the motor 32 and outputs the rectified power to the battery 33 to charge the battery 33. The motor 32 is driven by the PCU 31 to generate a vehicle driving force and output it to the driving wheels. Further, the motor 32 generates electric power by kinetic energy received from driving wheels or an engine (not shown), and outputs the obtained regenerative power to the PCU 31. The PCU 31 is controlled by a vehicle ECU (Electronic Control Unit) (not shown) of the electric vehicle 30.
The vehicle ECU is a central control device that controls the PCU 31 based on the traveling state of the vehicle and the state of charge of the battery 33 when the electric vehicle 30 is traveling.

以上のように、第1実施形態における無線電力伝送システム1では、送電装置10及び受電装置20との間に発生する磁界共鳴を利用して無線で送電装置10から受電装置20へと電力を伝送する。受電装置20が受電した電力は、整流回路28以降に負荷抵抗として包括的に示されるバッテリ33等に供給される。   As described above, in the wireless power transmission system 1 according to the first embodiment, power is transmitted from the power transmission device 10 to the power reception device 20 wirelessly using the magnetic field resonance generated between the power transmission device 10 and the power reception device 20. To do. The power received by the power receiving device 20 is supplied to the battery 33 and the like that are comprehensively shown as a load resistance after the rectifier circuit 28.

無線電力伝送システム1では、高周波電源13から電力が直接給電されるコイルおよび受電側の負荷抵抗に直接接続されたコイル(ここでは、一次コイル15a及び二次コイル25a)と、磁界共鳴による電力伝送に用いられるコイル(ここでは、送電側共鳴コイル15b及び受電側共鳴コイル25b)を物理的に接続せず、電磁誘導によって接続することで、高周波電源13や負荷抵抗等の構成によって磁界共鳴に用いるコイルの共振周波数等に悪影響が及ぶことを抑制している。   In the wireless power transmission system 1, a coil to which power is directly supplied from the high-frequency power source 13 and a coil directly connected to the load resistance on the power receiving side (here, the primary coil 15 a and the secondary coil 25 a), and power transmission by magnetic resonance. The coils (here, the power transmission side resonance coil 15b and the power reception side resonance coil 25b) used in the above are not physically connected but are connected by electromagnetic induction, so that they are used for magnetic field resonance depending on the configuration of the high frequency power supply 13, load resistance, and the like. An adverse effect on the resonance frequency of the coil is suppressed.

図3は、第1実施形態に係る送電用コイルケース及び受電用コイルケースの構成例の断面図である。送電装置10側においては、送電用コイル15(一次コイル15a及び送電側共鳴コイル15b)が送電用コイルケース150に収容されている。一方、受電装置20側においては、受電用コイル25(二次コイル25a、受電側共鳴コイル25b)が受電用コイルケース250に収容されている。なお、図3は、送電用コイルケース及び受電用コイルケースの縦断面構造を示している。   FIG. 3 is a cross-sectional view of a configuration example of a power transmission coil case and a power reception coil case according to the first embodiment. On the power transmission device 10 side, a power transmission coil 15 (primary coil 15 a and power transmission resonance coil 15 b) is housed in a power transmission coil case 150. On the other hand, on the power receiving device 20 side, a power receiving coil 25 (secondary coil 25a, power receiving resonance coil 25b) is housed in a power receiving coil case 250. In addition, FIG. 3 has shown the longitudinal cross-section structure of the coil case for power transmission, and the coil case for power reception.

磁界共鳴を用いた送電装置10から受電装置20へのワイヤレス送電が行われる際、送電用コイルケース150及び受電用コイルケース250は、図1から図3に示されるように対向配置された状態となる。図3に示される例では、送電用コイルケース150及び受電用コイルケース250は直方体に形成されているが、これに限定されるものではなく、例えば円柱形状等の他の形状を適宜採用しても構わない。   When wireless power transmission from the power transmission device 10 using the magnetic field resonance to the power reception device 20 is performed, the power transmission coil case 150 and the power reception coil case 250 are opposed to each other as illustrated in FIGS. 1 to 3. Become. In the example shown in FIG. 3, the power transmission coil case 150 and the power reception coil case 250 are formed in a rectangular parallelepiped shape. However, the present invention is not limited to this, and other shapes such as a cylindrical shape are appropriately adopted. It doesn't matter.

送電用コイルケース150は、天板151、底板152、周壁153から構成されている。ここで、天板151は、ワイヤレス送電時において、受電装置20(受電用コイル25)と互いに対向(対峙)する面であり、以降、この面を「正面」と称する。底板152は、それぞれ天板151と相対する面であり、以降、この面を「背面」と称する。なお、図3において、送電用コイルケース150は点線で示される。   The power transmission coil case 150 includes a top plate 151, a bottom plate 152, and a peripheral wall 153. Here, the top plate 151 is a surface that faces (opposites) the power receiving device 20 (the power receiving coil 25) during wireless power transmission. Hereinafter, this surface is referred to as a “front surface”. The bottom plate 152 is a surface facing the top plate 151, and this surface is hereinafter referred to as a “rear surface”. In FIG. 3, the power transmission coil case 150 is indicated by a dotted line.

送電用コイルケース150において、底板152と送電用コイル15との間には、シールド部材として金属シールド155が設置されている。金属シールド155は、導電性を有する、例えば、アルミニウム、銅、鉄などの金属の板である。また、金属シールド15
5の代わりに、シールド部材として、炭素繊維が用いられてもよい。送電用コイルケース150の底板152には、コネクタ156が配置されている。コネクタ156は、一次コイル15aと接続されている。また、コネクタ156は、配線ケーブルを介して高周波電源13と接続されている。則ち、一次コイル15aと高周波電源13がコネクタ156を介して接続されている。
In the power transmission coil case 150, a metal shield 155 is installed as a shield member between the bottom plate 152 and the power transmission coil 15. The metal shield 155 is a conductive metal plate such as aluminum, copper, or iron. Metal shield 15
Instead of 5, carbon fiber may be used as the shield member. A connector 156 is disposed on the bottom plate 152 of the power transmission coil case 150. The connector 156 is connected to the primary coil 15a. The connector 156 is connected to the high frequency power supply 13 via a wiring cable. That is, the primary coil 15 a and the high frequency power supply 13 are connected via the connector 156.

受電用コイルケース250は、送電用コイルケースと同様に、天板251、底板252、周壁253から構成されている。天板251は、ワイヤレス送電時において、送電装置10(送電用コイル15)と互いに対向(対峙)する面であり、以降、この面を「正面」と称する。底板252は、それぞれ天板251と相対する面であり、以降、この面を「背面」と称する。なお、図3において、受電用コイルケース250は点線で示される。   The power receiving coil case 250 includes a top plate 251, a bottom plate 252, and a peripheral wall 253, similarly to the power transmitting coil case. The top plate 251 is a surface that faces (opposites) the power transmission device 10 (the power transmission coil 15) during wireless power transmission. Hereinafter, this surface is referred to as a “front surface”. The bottom plate 252 is a surface facing the top plate 251, and this surface is hereinafter referred to as a “back surface”. In FIG. 3, the power receiving coil case 250 is indicated by a dotted line.

受電用コイルケース250においても、送電用コイルケース150と同様な金属シールド255が設けられている。即ち、受電用コイルケース250の底板252と受電用コイル25との間には、金属シールド255が配置されている。金属シールド255は、送電用コイルケース150における金属シールド155と同等である。   The power receiving coil case 250 is also provided with a metal shield 255 similar to that of the power transmitting coil case 150. That is, the metal shield 255 is disposed between the bottom plate 252 of the power receiving coil case 250 and the power receiving coil 25. The metal shield 255 is equivalent to the metal shield 155 in the power transmission coil case 150.

受電用コイルケース250の底板252には、コネクタ256が配置されている。コネクタ256は、二次コイル25aに接続されている。また、コネクタ256は、配線ケーブルを介して整流回路28と接続されており、このコネクタ256を介して二次コイル25aと整流回路28が接続されている。   A connector 256 is disposed on the bottom plate 252 of the power receiving coil case 250. The connector 256 is connected to the secondary coil 25a. The connector 256 is connected to the rectifier circuit 28 via a wiring cable, and the secondary coil 25a and the rectifier circuit 28 are connected via the connector 256.

各金属シールド155,255は、送電装置10から受電装置20へ電力をワイヤレス送電する際に、外部に漏洩しようとする電磁波、即ちワイヤレス送電に寄与しなかった電磁波を、吸収して遮断し、送電に寄与しなかった電磁波の外部への漏洩を抑制する。   Each of the metal shields 155 and 255 absorbs and blocks electromagnetic waves that are to leak outside, that is, electromagnetic waves that have not contributed to wireless power transmission, when power is transmitted wirelessly from the power transmission device 10 to the power reception device 20. The leakage of electromagnetic waves that did not contribute to the outside is suppressed.

送電用コイルケース150に収容されている金属シールド155、及び受電用コイルケース250に収容されている金属シールド255は、第1実施形態においては、それぞれ円板状に形成されている。ただし、これに限られず、金属シールド155、255は、コイルケースに収まり、且つ、送電用コイル15又は受電用コイル25を覆う程度の面積を有していればよい。   In the first embodiment, the metal shield 155 accommodated in the power transmission coil case 150 and the metal shield 255 accommodated in the power reception coil case 250 are each formed in a disk shape. However, the present invention is not limited to this, and the metal shields 155 and 255 only have to have an area that fits in the coil case and covers the power transmission coil 15 or the power reception coil 25.

図4は、図3に示される、送電用コイル15と金属シールド155、受電用コイル25と金属シールド255の一部が抽出された図である。金属シールド155は、送電用コイル15と中心位置が合うように配置される。同じく、金属シールド255は、受電用コイル25と中心位置が合うように配置される。金属シールド155、255は、それぞれ、中心から所定距離離れたコイルの円周方向に複数のスリット155SL、255SLを有する。各スリットは、金属シールド155、255を貫通している。   FIG. 4 is a diagram in which a part of the power transmission coil 15 and the metal shield 155 and a part of the power reception coil 25 and the metal shield 255 shown in FIG. 3 are extracted. The metal shield 155 is disposed so that the center position of the power shield coil 15 is matched. Similarly, the metal shield 255 is disposed so that the center position of the metal shield 255 matches the power receiving coil 25. The metal shields 155 and 255 each have a plurality of slits 155SL and 255SL in the circumferential direction of the coil that is a predetermined distance away from the center. Each slit passes through the metal shields 155 and 255.

図5は、図3に示される送電用コイルケース150における金属シールド155と受電用コイルケース250における金属シールド255との例を示す図である。図5においては、各金属シールド155、255は、円板で、それぞれ36個のスリットを有する。36個の各スリットは、互いに同じ形状で同じサイズである。これら36個の各スリットは、金属シールド155、255の中心を基準点とし、基準点から所定の距離に等間隔で配置される。すなわち、36個の各スリットは、金属シールド155、255の中心から36等分に広がる放射線上の、該中心から所定の距離離れた位置に配置される。ただし、これに限られず、各スリットは、コイルの円周方向に、非等間隔に配置されていてもよい。   FIG. 5 is a diagram illustrating an example of the metal shield 155 in the power transmission coil case 150 and the metal shield 255 in the power reception coil case 250 shown in FIG. 3. In FIG. 5, each metal shield 155, 255 is a disc and has 36 slits. Each of the 36 slits has the same shape and the same size. These 36 slits are arranged at equal intervals at a predetermined distance from the reference point with the centers of the metal shields 155 and 255 as the reference point. In other words, each of the 36 slits is arranged at a position on the radiation that spreads equally from the centers of the metal shields 155 and 255 by a predetermined distance from the center. However, the present invention is not limited to this, and the slits may be arranged at unequal intervals in the circumferential direction of the coil.

また、各スリットは、金属シールド155、255がそれぞれ一次コイル15a又は二次コイル25aと中心が一致するように配置された場合に、一次コイル15a又は二次コ
イル25aの最内周のコイルの内側の半径位置から送電側共鳴コイル15b又は受電側共鳴コイル25bの最外周のコイルの外側の半径位置まで伸びていることが好ましい。また、各スリットの形状は、長方形であってもよいし、コイルの中心側の幅は狭く、中心から離れるに従って幅が広がるような形であってもよい。なお、金属シールド上に形成されるスリットの数は、36個に限られない。
In addition, the slits are arranged inside the innermost coil of the primary coil 15a or the secondary coil 25a when the metal shields 155 and 255 are arranged so that their centers coincide with the primary coil 15a or the secondary coil 25a, respectively. It is preferable to extend from the radial position to the outer radial position of the outermost coil of the power transmission side resonance coil 15b or the power reception side resonance coil 25b. The shape of each slit may be a rectangle, or may be a shape in which the width on the center side of the coil is narrow and the width increases as the distance from the center increases. The number of slits formed on the metal shield is not limited to 36.

金属シールド155、255にスリットが存在することによって、金属シールド155、255上の渦電流の流れを分断することができ、渦電流の発生を抑制することができる。渦電流の発生が抑制されることにより、金属シールド155、255の発熱が抑えられ、送電効率の低下を抑えることができる。   Since the slits exist in the metal shields 155 and 255, the flow of eddy currents on the metal shields 155 and 255 can be divided, and the generation of eddy currents can be suppressed. By suppressing the generation of eddy current, heat generation of the metal shields 155 and 255 can be suppressed, and a decrease in power transmission efficiency can be suppressed.

また、金属シールド155、255にスリットが存在することによって、磁性体板を使用せずに、過電流の発生を抑制でき、送電効率を維持できるので、コストダウンを図ることができる。   Further, since the slits are present in the metal shields 155 and 255, the generation of overcurrent can be suppressed and the power transmission efficiency can be maintained without using a magnetic plate, so that the cost can be reduced.

<第2実施形態>
図6は、第2実施形態における送電用コイルケース及び受電用コイルケースの構成を示す断面図である。既に説明した構成については、同一符号が付され、詳細な説明は省略される。
Second Embodiment
FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating configurations of a power transmission coil case and a power reception coil case in the second embodiment. The components already described are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

第2実施形態では、送電用コイルケース150において、2枚の金属シールド155a、155bが互いに接触しないように送電用コイル15の背面に配置される。第2実施形態では、金属シールド155a、155bの双方は、同じ配置、同じ数、同じ形状のスリットを有するものとする。また、金属シールド155a、155bの双方は、第1実施形態の金属シールド155と同様のものとする。ただし、これに限られず、金属シールド155a、155bは互いに異なる配置でスリットを有してもよい。なお、金属シールド155a、155bの双方のスリットが同じ配置であるとは、金属シールドの中心を基準点とした場合に、基準点に対する各スリットの配置が同じであること、または、各スリット間の関係が同じであることを指す。   In the second embodiment, in the power transmission coil case 150, the two metal shields 155a and 155b are arranged on the back surface of the power transmission coil 15 so as not to contact each other. In the second embodiment, both of the metal shields 155a and 155b have the same arrangement, the same number, and the same shape of slits. Further, both of the metal shields 155a and 155b are the same as the metal shield 155 of the first embodiment. However, the present invention is not limited to this, and the metal shields 155a and 155b may have slits in different arrangements. It should be noted that both slits of the metal shields 155a and 155b have the same arrangement when the center of the metal shield is the reference point, the arrangement of the slits relative to the reference point is the same, or between the slits Indicates that the relationship is the same.

同じく、受電用コイルケース250においても、2枚の金属シールド255a、255bが受電用コイル25の背面に配置される。第2実施形態では、金属シールド255a、255bの双方は、同じ配置、同じ数、同じ形状のスリットを有するものとする。また、金属シールド255a、255bは、送電用コイルケース150の金属シールド155a、155bと同様とする。ただし、これに限られず、金属シールド255a、255bは互いに異なる配置でスリットを有してもよいし、送電用コイルケース150の金属シールド155a、155bと異なるものでもよい。   Similarly, in the power receiving coil case 250, two metal shields 255 a and 255 b are arranged on the back surface of the power receiving coil 25. In the second embodiment, both of the metal shields 255a and 255b have the same arrangement, the same number, and the same shape of slits. The metal shields 255a and 255b are the same as the metal shields 155a and 155b of the power transmission coil case 150. However, the present invention is not limited to this, and the metal shields 255a and 255b may have slits in different arrangements, or may be different from the metal shields 155a and 155b of the power transmission coil case 150.

図7は、図6に示される、送電用コイル15と金属シールド155a、155b、受電用コイル25と金属シールド255a、255bの一部が抽出された図である。図8は、図6に示される送電用コイルケース150における金属シールド155a、155bと、受電用コイルケース250における金属シールド255a、255bとを示す図である。送電用コイルケース150における金属シールド155a、155bは、送電用コイル15と中心位置が合うように配置される。さらに、金属シールド155a、155bは、それぞれが有するスリットが重ならないように配置される。   FIG. 7 is a diagram in which a part of the power transmission coil 15 and the metal shields 155a and 155b and the power reception coil 25 and the metal shields 255a and 255b shown in FIG. 6 are extracted. FIG. 8 is a diagram showing metal shields 155a and 155b in power transmission coil case 150 and metal shields 255a and 255b in power reception coil case 250 shown in FIG. The metal shields 155a and 155b in the power transmission coil case 150 are arranged so that the center position of the metal shields 155a and 155b matches. Furthermore, the metal shields 155a and 155b are arranged so that the slits of each of them do not overlap.

同じく、受電用コイルケース250における金属シールド255a、255bは、受電用コイル25と中心位置が合うように配置される。さらに、金属シールド255a、255bは、それぞれが有するスリットが重ならないように配置される。   Similarly, the metal shields 255a and 255b in the power receiving coil case 250 are arranged so that the center positions of the metal shields 255a and 255b are matched. Furthermore, the metal shields 255a and 255b are arranged so that the slits of the metal shields 255a and 255b do not overlap each other.

このようにして、送電装置10及び受電装置20において、スリットを有する2枚の金属シールドが、スリットが重ならないように配置される。これによって、例えば、送電用コイル15の背面に配置されている金属シールド155aのスリット155aSLから漏れる磁束を、金属シールド155aの背面に配置されている金属シールド155bが吸収、遮断することができ、電磁波の漏洩を低減することができる。また、第1実施形態と同様に、金属シールド155aから漏えいする磁束を吸収する金属シールド155bもスリットを有するので、金属シールド155bにおいても渦電流の発生を抑制することができる。渦電流の発生を抑制することによって、金属シールド155a、155bの発熱を抑制することができ、結果として、送電効率の低下を防ぐことができる。なお、受電装置20についても送電装置10と同様の作用効果を奏する。また、第2実施形態においては、コイルの背面に金属シールドを2枚備えたが、これに限られず、3枚以上備えてもよい。ただし、装置の軽量化、コストダウンのためには、2枚が好適である。   In this way, in the power transmission device 10 and the power receiving device 20, the two metal shields having the slits are arranged so that the slits do not overlap. Thereby, for example, the magnetic shield 155b disposed on the back surface of the metal shield 155a can absorb and block the magnetic flux leaking from the slit 155aSL of the metal shield 155a disposed on the back surface of the power transmission coil 15. Leakage can be reduced. Similarly to the first embodiment, since the metal shield 155b that absorbs the magnetic flux leaking from the metal shield 155a also has a slit, generation of eddy current can be suppressed also in the metal shield 155b. By suppressing the generation of eddy current, heat generation of the metal shields 155a and 155b can be suppressed, and as a result, a decrease in power transmission efficiency can be prevented. The power receiving device 20 also has the same effect as the power transmission device 10. In the second embodiment, two metal shields are provided on the back surface of the coil. However, the present invention is not limited to this, and three or more metal shields may be provided. However, two sheets are suitable for reducing the weight and cost of the apparatus.

<第2実施形態の変形例>
第2実施形態の変形例として、2枚の金属シールドのスリットの重なり具合を調整可能な送電装置及び受電装置について説明される。
<Modification of Second Embodiment>
As a modification of the second embodiment, a power transmission device and a power reception device that can adjust the overlapping degree of the slits of the two metal shields will be described.

図9は、第2実施形態の変形例における送電用コイルケースを上から見た際の概略図である。図9では、送電用コイルケース150に含まれる金属シールド155c、調整ダイヤル157、アイドラーギア158a、158bのみが抽出されて示される。   FIG. 9 is a schematic view when a coil case for power transmission according to a modification of the second embodiment is viewed from above. In FIG. 9, only the metal shield 155c, the adjustment dial 157, and the idler gears 158a and 158b included in the power transmission coil case 150 are extracted and shown.

金属シールド155cは、図6及び図7において、金属シールド155bの代わりに用いられる金属シールドである。金属シールド155cは、送電用コイル15の背面に配置されている金属シールド155a(図示せず)の背面に配置される。金属シールド155cは、金属シールド155aと同様に複数のスリットを有する。金属シールド155cの円周は鋸状になっており、金属シールド155cは歯車になっている。   The metal shield 155c is a metal shield used in place of the metal shield 155b in FIGS. The metal shield 155c is disposed on the back surface of the metal shield 155a (not shown) disposed on the back surface of the power transmission coil 15. The metal shield 155c has a plurality of slits similarly to the metal shield 155a. The circumference of the metal shield 155c is a saw shape, and the metal shield 155c is a gear.

調整ダイヤル157は、金属シールド155cと噛み合う歯車(図示せず)を有している。アイドラーギア158a、158bは、金属シールド155cと噛み合う歯車であって、金属シールド155cの回転を支援する。装置の製造工場における調整担当者、装置の設置業社の調整担当者、あるいはユーザによる調整ダイヤル157の左右のひねりに応じて、金属シールド155cが左右に回転し、金属シールド155a(図示せず)とのスリットの重なり具合を調整することができる。   The adjustment dial 157 has a gear (not shown) that meshes with the metal shield 155c. The idler gears 158a and 158b are gears that mesh with the metal shield 155c and assist the rotation of the metal shield 155c. The metal shield 155c rotates to the left and right according to the left / right twist of the adjustment dial 157 by the adjustment person in the device manufacturing factory, the adjustment person in the apparatus installation company, or the user, and the metal shield 155a (not shown). It is possible to adjust the overlapping degree of the slits.

図10は、図9に示される送電用コイルケースのA−A断面図である。送電用コイル15bは、絶縁部材158aと158bとで固定されている。絶縁部材158bの次に金属シールド155aが配置される。金属シールド155aと金属シールド155cとの間には絶縁部材158cが配置されている。歯車の形をしている金属シールド155cは、調整ダイヤル157の歯車と噛み合うように配置される。調整ダイヤル157によって、金属シールド155cが回転するので、金属シールド155aと金属シールド155cとのスリットの重なり具合を、ユーザが調整することが可能になる。尚、駆動源としてモータ等を用いて調整ダイヤル157を回転させる構成とすることもでき、また漏れ磁束をセンサにより検出しその検出値に応じて当該モータを適切な状態(漏れ磁束最小状態)となるように制御することも可能である。   10 is a cross-sectional view taken along line AA of the power transmission coil case shown in FIG. 9. The power transmission coil 15b is fixed by insulating members 158a and 158b. A metal shield 155a is disposed next to the insulating member 158b. An insulating member 158c is disposed between the metal shield 155a and the metal shield 155c. A metal shield 155 c in the form of a gear is arranged so as to mesh with the gear of the adjustment dial 157. Since the metal shield 155c is rotated by the adjustment dial 157, the user can adjust the overlapping state of the slits of the metal shield 155a and the metal shield 155c. The adjustment dial 157 may be configured to rotate using a motor or the like as a drive source, and the leakage magnetic flux is detected by a sensor, and the motor is set in an appropriate state (leakage magnetic flux minimum state) according to the detected value. It is also possible to control so that

<シミュレーション>
図11は、無線電力伝送システムのモデル1から5と送電効率との関係のシミュレーション結果の例を示す図である。図12は、無線電力伝送システムのモデル1、3から5のそれぞれについての、コイルの中心からの距離と電界強度との関係のシミュレーション結果の例を示す図である。図13は、無線電力伝送システムのモデル1を示す図である。図
14は、無線電力伝送システムのモデル2を示す図である。図15は、無線電力伝送システムのモデル3を示す図である。
<Simulation>
FIG. 11 is a diagram illustrating an example of a simulation result of a relationship between models 1 to 5 of the wireless power transmission system and power transmission efficiency. FIG. 12 is a diagram illustrating an example of a simulation result of the relationship between the distance from the center of the coil and the electric field strength for each of the models 1, 3 to 5 of the wireless power transmission system. FIG. 13 is a diagram illustrating a model 1 of the wireless power transmission system. FIG. 14 is a diagram illustrating a model 2 of the wireless power transmission system. FIG. 15 is a diagram illustrating a model 3 of the wireless power transmission system.

図14に示される無線電力伝送システムのモデル1は、送電装置10及び受電装置20ともに、送電用コイル15と受電用コイル25のそれぞれの背面に磁性体板159、259が配置され、磁性体板159、259の背面にスリットを有しない金属シールド155x、255xが配置されたモデルである。   In the model 1 of the wireless power transmission system shown in FIG. 14, both the power transmitting device 10 and the power receiving device 20 have magnetic plates 159 and 259 disposed on the back surfaces of the power transmitting coil 15 and the power receiving coil 25, respectively. This is a model in which metal shields 155x and 255x having no slits are arranged on the back surfaces of 159 and 259.

図14に示される無線電力伝送システムのモデル2は、送電装置10及び受電装置20ともに、シールドを有さない、コイルのみのモデルである。   The model 2 of the wireless power transmission system illustrated in FIG. 14 is a coil-only model in which both the power transmission device 10 and the power reception device 20 do not have a shield.

図15に示される無線電力伝送システムのモデル3は、送電装置10及び受電装置20ともに、送電用コイル15と受電用コイル25のそれぞれの背面に、スリットを有しない金属シールド155x、255xのみが配置されるモデルである。   In the model 3 of the wireless power transmission system shown in FIG. 15, only the metal shields 155x and 255x that do not have slits are arranged on the back surfaces of the power transmission coil 15 and the power reception coil 25 in both the power transmission device 10 and the power reception device 20. Model.

無線電力伝送システムのモデル4は、第1実施形態において説明された、送電装置10及び受電装置20ともに、送電用コイル15及び受電用コイル25のそれぞれの背面に、スリットを有する金属シールド155、255が配置されるモデル(図4参照)である。無線電力伝送システムのモデル5は、第2実施形態において説明された、送電装置10及び受電装置20ともに、送電用コイル15及び受電用コイル25のそれぞれの背面に、スリットを有する2枚の金属シールド155a、155b、255a、255bがスリットが重ならないように配置されたモデル(図7参照)である。   The model 4 of the wireless power transmission system includes the metal shields 155 and 255 having slits on the back surfaces of the power transmission coil 15 and the power reception coil 25 in the power transmission device 10 and the power reception device 20 described in the first embodiment. Is a model (see FIG. 4). The model 5 of the wireless power transmission system includes two metal shields having slits on the back surfaces of the power transmission coil 15 and the power reception coil 25 in the power transmission device 10 and the power reception device 20 described in the second embodiment. 155a, 155b, 255a, 255b is a model (see FIG. 7) arranged so that the slits do not overlap.

図11及び図12に示されるシミュレーション結果では、モデル1,3−5で、コイルとすぐ背面のシールドとの距離が同じに設定された場合の結果が示される。   The simulation results shown in FIGS. 11 and 12 show the results when the distance between the coil and the shield on the back surface is set to be the same in models 1 and 3-5.

図11の各モデルと送電効率との関係に示されるように、モデル3(スリットのない金属シールドのみ)の場合、モデル1(磁性体板と金属シールド有)とモデル2(シールド無)の場合に90%以上あった送電効率が、30%以下となる。これに対し、モデル4(スリット入り金属シールド1枚)とモデル5(スリット入り金属シールド2枚)の場合には、送電効率が85%以上まで修正する。また、モデル4(スリット入り金属シールド1枚)の方がモデル5(スリット入り金属シールド2枚)に比べて、送電効率が約1%良い。   As shown in the relationship between each model in FIG. 11 and the power transmission efficiency, in the case of model 3 (only a metal shield without slits), in the case of model 1 (with magnetic plate and metal shield) and model 2 (without shield) Therefore, the power transmission efficiency of 90% or more is 30% or less. On the other hand, in the case of model 4 (one slit metal shield) and model 5 (two slit metal shields), the power transmission efficiency is corrected to 85% or more. Also, model 4 (one slit metal shield) is approximately 1% better in power transmission efficiency than model 5 (two slit metal shields).

図12に示されるように、例えば、コイルの中心から半径方向に30m離れた位置においては、モデル4(スリット入り金属シールド1枚)は、モデル1(磁性体板とスリット無し金属シールド)とほぼ同じ程度に電界強度を抑えることができる。また、モデル5(スリット入り金属シールド2枚)は、モデル4(スリット入り金属シールド1枚)よりも電界強度を抑えることができ、最も電磁波の漏洩防止効果が高いことが示される。   As shown in FIG. 12, for example, at a position 30 m away from the center of the coil in the radial direction, model 4 (one slit metal shield) is almost identical to model 1 (magnetic plate and non-slit metal shield). The electric field strength can be suppressed to the same extent. In addition, model 5 (two slit metal shields) can suppress the electric field strength more than model 4 (one slit metal shield), and is shown to have the highest electromagnetic wave leakage prevention effect.

以上より、第1実施形態及び第2実施形態において説明された、スリット入りの金属シールドを用いるモデル4、5は、磁性体板を用いずに、金属シールド上の渦電流の発生を抑制し、金属シールドの発熱を抑制し、送電効率の低下を抑制できる。また、モデル4、5は、磁性体板を用いずに、磁性体板とスリット無し金属シールドとを用いたモデル1とほぼ同等又はそれ以上に、電界強度を抑えることができる。   From the above, the models 4 and 5 using the slit metal shield described in the first embodiment and the second embodiment suppress the generation of eddy current on the metal shield without using the magnetic plate, Heat generation of the metal shield can be suppressed, and a decrease in power transmission efficiency can be suppressed. In addition, the models 4 and 5 can suppress the electric field strength to be almost equal to or higher than the model 1 using the magnetic material plate and the metal shield without slits without using the magnetic material plate.

なお、金属シールドは、導電性かつ非磁性とすることができる。これにより、アルミニウム等の比較的軽量な材料を用いることが出来る。また、車両に適用されるワイヤレス送電は、電気カミソリ等の家庭用品に比較して送受電間の距離が長く電力が大きいため強い電磁波が発生するが、上記の通り構成することで、強い電磁波の発生を抑制できる。   The metal shield can be conductive and nonmagnetic. Thereby, a relatively lightweight material such as aluminum can be used. In addition, wireless power transmission applied to vehicles generates strong electromagnetic waves because the distance between power transmission and reception is long and the power is large compared to household items such as electric razors. Generation can be suppressed.

以上述べた実施の形態は本発明を説明するための一例であって、本発明の本旨を逸脱しない範囲内において種々の変更を加え得る。例えば、実施形態では、磁界共鳴を利用した無線電力伝送を実施する無線電力伝送システム、送電装置、及び受電装置について説明されたが、これに限られず、送電用コイル及び受電コイルの背面にスリット入りの金属シールドを配置することで、電磁誘導を利用した無線電力伝送を実施する送電装置、受電装置、無線電力伝送システムにも適用することができる。   The embodiment described above is an example for explaining the present invention, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. For example, in the embodiments, a wireless power transmission system, a power transmission device, and a power reception device that perform wireless power transmission using magnetic field resonance have been described. However, the present invention is not limited to this, and slits are provided on the back surfaces of the power transmission coil and the power reception coil. By arranging the metal shield, it can be applied to a power transmission device, a power reception device, and a wireless power transmission system that perform wireless power transmission using electromagnetic induction.

また、例えば、上述までの構成例では地面に送電コイルが埋められて車両側に送電する場合を例に説明したが、本発明は、壁に埋め込まれた送電装置で横方向へ送電したり、天井に埋め込まれた送電装置で下方向へ送電したりすることも可能である。また、本発明に係る受電装置、送電装置、無線電力伝送システムは、上記実施形態に限定されるものではなく可能な限りこれらの組合せを含むことができる。また、本発明に係る無線電力伝送システムは車両用途に限定されず、家電、情報機器、玩具等、電力を用いる様々な機器に適用することが可能である。   In addition, for example, in the configuration examples up to the above, the case where the power transmission coil is buried in the ground and the power is transmitted to the vehicle side is described as an example, but the present invention transmits power in the lateral direction with the power transmission device embedded in the wall, It is also possible to transmit power downward using a power transmission device embedded in the ceiling. In addition, the power receiving device, the power transmitting device, and the wireless power transmission system according to the present invention are not limited to the above-described embodiment, and can include combinations thereof as much as possible. In addition, the wireless power transmission system according to the present invention is not limited to a vehicle application, and can be applied to various devices using power, such as home appliances, information devices, and toys.

1 無線電力伝送システム
10 送電装置
15 送電用コイル
15a 1次コイル
15b 送電側共鳴コイル
150 送電用コイルケース
155 スリット入り金属シールド
155a スリット入り金属シールド
155b スリット入り金属シールド
155c スリット入り金属シールド
155x スリット無し金属シールド
20 受電装置
25 受電用コイル
25a 2次コイル
25b 受電側共鳴コイル
250 受電用コイルケース
255 スリット入り金属シールド
255a スリット入り金属シールド
255b スリット入り金属シールド
255c スリット入り金属シールド
255x スリット無し金属シールド
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Wireless power transmission system 10 Power transmission device 15 Power transmission coil 15a Primary coil 15b Power transmission side resonance coil 150 Power transmission coil case 155 Slit metal shield 155a Slit metal shield 155b Slit metal shield 155c Slit metal shield 155x Metal without slit Shield 20 Power receiving device 25 Power receiving coil 25a Secondary coil 25b Power receiving resonance coil 250 Power receiving coil case 255 Slit metal shield 255a Slit metal shield 255b Slit metal shield 255c Slit metal shield 255x Slit metal shield

Claims (1)

対向に配置された受電装置に設けられた受電用コイルへの電力を送電する送電用コイルと、
前記送電用コイルの前記受電装置との対向面の反対の面側に配置されており、少なくとも1つのスリットが形成された導電性の第1のシールド板と、
前記第1のシールド板の前記送電用コイルが配置されている面の反対の面側に、前記第1のシールド板と接触しないように配置された、少なくとも1つのスリットが形成された導電性の第3のシールド板と、
を含む送電装置と、
対向に配置される前記送電装置に設けられた前記送電用コイルからの電力を受電する受電用コイルと、
前記受電用コイルの前記送電装置との対向面の反対の面側に配置されており、少なくとも1つのスリットが形成された導電性の第2のシールド板と、
前記第2のシールド板の前記受電用コイルが配置されている面の反対の面側に、前記第2のシールド板と接触しないように配置された、少なくとも1つのスリットが形成された導電性の第4のシールド板と、
を含む受電装置と、を備え、
前記第1のシールド板および前記第3のシールド板のスリットは、前記送電用コイルの半径方向の長さを、前記送電用コイルの最内周のコイルの内側の半径位置から最外周のコイルの外側の半径位置までの距離に応じた長さとし、
前記第2のシールド板および前記第4のシールド板のスリットは、前記受電用コイルの半径方向の長さを、前記受電用コイルの最内周のコイルの内側の半径位置から最外周のコイルの外側の半径位置までの距離に応じた長さとする、
無線電力伝送システム。
A power transmission coil that transmits power to a power reception coil provided in a power reception device disposed oppositely; and
A conductive first shield plate disposed on a surface opposite to the surface facing the power receiving device of the power transmission coil, and having at least one slit formed thereon;
Conductive material in which at least one slit is formed on the surface of the first shield plate opposite to the surface where the coil for power transmission is disposed so as not to contact the first shield plate. A third shield plate;
A power transmission device including:
A power receiving coil that receives power from the power transmitting coil provided in the power transmitting device disposed oppositely; and
A conductive second shield plate disposed on a surface opposite to the surface facing the power transmission device of the power receiving coil, and having at least one slit formed thereon;
Conductive material in which at least one slit is formed on the surface opposite to the surface on which the power receiving coil is disposed on the second shield plate so as not to contact the second shield plate. A fourth shield plate;
A power receiving device including
The slits of the first shield plate and the third shield plate are arranged so that the radial length of the power transmission coil is changed from the radial position inside the innermost coil of the power transmission coil to the outermost coil. Length according to the distance to the outer radial position,
The slits of the second shield plate and the fourth shield plate are arranged so that the radial length of the power receiving coil is changed from the inner radial position of the innermost coil of the power receiving coil to the outermost coil. The length depends on the distance to the outer radial position.
Wireless power transmission system.
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