JP5515562B2 - Wireless power receiving apparatus and wireless power transmission system - Google Patents

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Description

本発明は、ワイヤレス送電された電力を受電するためのワイヤレス受電装置、および、ワイヤレス電力伝送システムに関する。   The present invention relates to a wireless power receiving apparatus for receiving wirelessly transmitted power and a wireless power transmission system.

電源コードなしで電力を供給するワイヤレス給電技術が注目されつつある。現在のワイヤレス給電技術は、（Ａ）電磁誘導を利用するタイプ（近距離用）、（Ｂ）電波を利用するタイプ（遠距離用）、（Ｃ）磁場の共振現象を利用するタイプ（中距離用）の３種類に大別できる。   Wireless power supply technology that supplies power without a power cord is drawing attention. Current wireless power transfer technologies are (A) a type that uses electromagnetic induction (for short distance), (B) a type that uses radio waves (for long distance), and (C) a type that uses magnetic field resonance (medium distance). Can be roughly divided into three types.

電磁誘導を利用するタイプ（Ａ）は、電動シェーバーなどの身近な家電製品において一般的に利用されているが、距離を大きくすると電力伝送効率が急激に低下してしまうため数ｃｍ程度の近距離でしか使えないという課題がある。電波を利用するタイプ（Ｂ）は、遠距離で使えるが電力が小さいという課題がある。共振現象を利用するタイプ（Ｃ）は、比較的新しい技術であり、数ｍ程度の中距離でも高い電力伝送効率を実現できることから特に期待されている。たとえば、ＥＶ（Electric Vehicle）の車両下部に受電コイルを埋め込み、地中の給電コイルから非接触にて電力を送り込むという案も検討されている。ワイヤレスであるため完全に絶縁されたシステム構成が可能であり、特に、雨天時の給電に効果的であると考えられる。以下、タイプ（Ｃ）を「磁場共振型」とよぶ。   The type (A) using electromagnetic induction is generally used in household appliances such as an electric shaver. However, if the distance is increased, the power transmission efficiency is drastically reduced, so that the short distance is about several centimeters. There is a problem that can only be used in. The type (B) using radio waves can be used at a long distance, but has a problem that power is small. The type (C) using the resonance phenomenon is a relatively new technology, and is particularly expected from the fact that high power transmission efficiency can be realized even at a middle distance of about several meters. For example, a proposal has been studied in which a receiving coil is embedded in the lower part of an EV (Electric Vehicle) and electric power is sent in a non-contact manner from a power feeding coil in the ground. Since it is wireless, a completely insulated system configuration is possible, and it is considered to be particularly effective for power supply in rainy weather. Hereinafter, the type (C) is referred to as “magnetic field resonance type”.

磁場共振型は、マサチューセッツ工科大学が２００６年に発表した理論をベースとしている（特許文献１参照）。特許文献１では、４つのコイルを用意している。これらのコイルを給電側から順に「エキサイトコイル」、「給電コイル」、「受電コイル」、「ロードコイル」とよぶことにする。エキサイトコイルと給電コイルは近距離にて向かい合わされ、電磁結合する。同様に、受電コイルとロードコイルも近距離にて向かい合わされ、電磁結合する。これらの距離に比べると、給電コイルから受電コイルまでの距離は「中距離」であり、比較的大きい。このシステムの目的は、給電コイルから受電コイルにワイヤレス給電することである。   The magnetic resonance type is based on a theory published by Massachusetts Institute of Technology in 2006 (see Patent Document 1). In Patent Document 1, four coils are prepared. These coils are called “exciting coil”, “power feeding coil”, “power receiving coil”, and “load coil” in order from the power feeding side. The exciting coil and the feeding coil face each other at a short distance and are electromagnetically coupled. Similarly, the power receiving coil and the load coil are also faced at a short distance and are electromagnetically coupled. Compared to these distances, the distance from the feeding coil to the receiving coil is a “medium distance”, which is relatively large. The purpose of this system is to wirelessly feed power from the feeding coil to the receiving coil.

エキサイトコイルに交流電力を供給すると、電磁誘導の原理により給電コイルにも電流が流れる。給電コイルが磁場を発生させ、給電コイルと受電コイルが磁気的に共振すると、受電コイルには大きな電流が流れる。電磁誘導の原理によりロードコイルにも電流が流れ、ロードコイルと直列接続される負荷から交流電力が取り出される。磁場共振現象を利用することにより、給電コイルから受電コイルの距離が大きくても高い電力伝送効率を実現できる。   When AC power is supplied to the exciting coil, current also flows through the feeding coil due to the principle of electromagnetic induction. When the power feeding coil generates a magnetic field and the power feeding coil and the power receiving coil resonate magnetically, a large current flows through the power receiving coil. Due to the principle of electromagnetic induction, a current also flows through the load coil, and AC power is extracted from a load connected in series with the load coil. By using the magnetic field resonance phenomenon, high power transmission efficiency can be realized even if the distance from the power feeding coil to the power receiving coil is large.

米国公開２００８／０２７８２６４号公報US Publication No. 2008/0278264 特開２００６−２３００３２号公報JP 2006-230032 A 国際公開２００６／０２２３６５号公報International Publication No. 2006/022365 米国公開２００９／００７２６２９号公報US Publication No. 2009/0072629 米国公開２００９／００１５０７５号公報US Publication No. 2009/0015075

交流電力ではなく直流電力を負荷から取り出す場合には、ロードコイルと負荷の間に整流回路を設ける必要がある。この整流回路は、ロードコイルが受電した交流電力を直流電力に変換する際に発熱する。取り扱う電力が大きい場合には、整流回路の発熱量も大きくなる。   When DC power is taken out from the load instead of AC power, it is necessary to provide a rectifier circuit between the load coil and the load. This rectifier circuit generates heat when the AC power received by the load coil is converted to DC power. When the power handled is large, the amount of heat generated by the rectifier circuit also increases.

本発明は、上記課題に基づいて完成された発明であり、磁場共振型のワイヤレス給電において、受電側の回路から発生する熱をシンプルな仕組みにて効率的に放散させることを主たる目的とする。   The present invention has been completed based on the above-described problems, and has as its main object to efficiently dissipate heat generated from a circuit on the power receiving side with a simple mechanism in a magnetic field resonance type wireless power feeding.

本発明に係るワイヤレス受電装置は、給電コイルからワイヤレスにて送電される交流電力を受電コイルにて受電する装置である。この装置は、受電コイル回路とロード回路を含む。受電コイル回路は、平板状の電極を向かい合わせたキャパシタと受電コイルとを含み、給電コイルの共振周波数にて共振する回路である。ロード回路は、受電コイルと磁気結合することにより受電コイルから交流電力を受電するロードコイルと、ロードコイルから交流電力を供給される負荷とを含む回路である。ロード回路に含まれる発熱体は、電極に載置される。   A wireless power receiving device according to the present invention is a device that receives AC power transmitted wirelessly from a power feeding coil by the power receiving coil. The device includes a power receiving coil circuit and a load circuit. The power receiving coil circuit is a circuit that includes a capacitor having a plate-shaped electrode facing each other and a power receiving coil, and resonates at the resonance frequency of the power feeding coil. The load circuit is a circuit including a load coil that receives AC power from the power receiving coil by being magnetically coupled to the power receiving coil, and a load that is supplied with AC power from the load coil. The heating element included in the load circuit is placed on the electrode.

ロード回路の発熱体をキャパシタの電極に載置することにより、発熱体の熱を電極に逃がしやすくなる。発熱体としては、ロード回路に接続される任意の回路要素であればよく、たとえば、負荷を発熱体として電極に載置してもよい。低周波数の交流電力を給受電する場合には、受電コイル回路に含まれるキャパシタの電極が大きくなりやすく、電極の熱容量も大きくなる。したがって、発熱体をより好適に放熱させやすくなる。キャパシタをヒートシンクとしても機能させるため、特段の放熱手段を設ける必要もなく、シンプルな仕組みでありながら効率的な放熱が可能となる。   By placing the heating element of the load circuit on the electrode of the capacitor, the heat of the heating element can be easily released to the electrode. The heating element may be any circuit element connected to the load circuit. For example, a load may be placed on the electrode as a heating element. When supplying / receiving low-frequency AC power, the electrode of the capacitor included in the power receiving coil circuit tends to be large, and the heat capacity of the electrode also increases. Therefore, it becomes easy to radiate heat more suitably. Since the capacitor also functions as a heat sink, it is not necessary to provide a special heat dissipating means, and efficient heat dissipating is possible with a simple mechanism.

ロード回路は、更に、ロードコイルにより受電された交流電力を整流して負荷に供給する整流回路を含んでもよい。そして、整流回路を電極に載置してもよい。負荷からは交流電力ではなく直流電力を取り出したい場合もある。このときには、整流回路を設ける必要があるが、この整流回路が発熱源となりやすい。大きな交流電力を給受電する場合には、特に整流回路からの発熱が大きくなる。このような場合にも、整流回路の熱をキャパシタの電極に逃がすことにより、シンプルな構成でありながら効率的な放熱が可能となる。   The load circuit may further include a rectifier circuit that rectifies AC power received by the load coil and supplies the rectified power to the load. A rectifier circuit may be placed on the electrode. In some cases, it is desirable to extract DC power from the load instead of AC power. At this time, it is necessary to provide a rectifier circuit, but this rectifier circuit tends to be a heat source. When large AC power is supplied / received, heat generated from the rectifier circuit is particularly large. Even in such a case, the heat of the rectifier circuit is released to the electrode of the capacitor, so that efficient heat dissipation is possible with a simple configuration.

発熱体を載置される側の第１の電極は、複数の突起を有してもよい。また、第１の電極と対向する第２の電極も複数の突起を有してもよい。そして、第１の電極の突起と第２の電極の突起は互い違いに向かい合わされてもよい。   The first electrode on the side where the heating element is placed may have a plurality of protrusions. In addition, the second electrode facing the first electrode may also have a plurality of protrusions. The protrusions of the first electrode and the protrusions of the second electrode may be alternately opposed to each other.

このような突起を設けることにより、各電極の表面積が大きくなるため、より放熱効果を高めやすくなる。   By providing such protrusions, the surface area of each electrode is increased, so that the heat dissipation effect can be further enhanced.

受電コイルは、キャパシタの外側を巻回してもよい。ロードコイルは、受電コイルの外側を巻回してもよい。また、受電コイルおよびロードコイルの双方または一方は、その導体断面形状が長方形状のコイルであってもよい。   The power receiving coil may be wound around the outside of the capacitor. The load coil may be wound around the outside of the power receiving coil. Further, both or one of the power receiving coil and the load coil may be a coil whose conductor cross-sectional shape is rectangular.

いわゆる平角ワイヤ型のコイルをキャパシタに巻回させることにより、ワイヤレス受電装置自体をコンパクトに形成できる。   By winding a so-called flat wire type coil around a capacitor, the wireless power receiving apparatus itself can be formed compactly.

本発明におけるワイヤレス電力伝送システムは、上述した各種のワイヤレス受電装置と、給電コイルと、給電コイルに前記共振周波数の交流電力を供給する電源回路を備える。   A wireless power transmission system according to the present invention includes the various wireless power receiving devices described above, a power feeding coil, and a power supply circuit that supplies AC power of the resonance frequency to the power feeding coil.

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせ、本発明の表現を方法、装置、システムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。   It should be noted that any combination of the above-described constituent elements and a representation of the present invention converted between a method, an apparatus, a system, and the like are also effective as an aspect of the present invention.

本発明によれば、磁場共振型のワイヤレス給電技術において、受電側の回路から発生する熱をシンプルな仕組みにて効率的に放散させやすくなる。   According to the present invention, in the magnetic field resonance type wireless power feeding technology, it is easy to efficiently dissipate heat generated from the circuit on the power receiving side with a simple mechanism.

ワイヤレス電力伝送システムのシステム構成図である。1 is a system configuration diagram of a wireless power transmission system. FIG. 受電パッケージの展開図である。It is an expanded view of a power receiving package. ワイヤレス電力伝送システムのシステム構成図の別例である。It is another example of the system block diagram of a wireless power transmission system. ワイヤレス受電装置のシステム構成図の第１の別例である。It is the 1st other example of the system block diagram of a wireless power receiving apparatus. ワイヤレス受電装置のシステム構成図の第２の別例である。It is the 2nd other example of the system block diagram of a wireless power receiving apparatus. 図５のワイヤレス受電装置の回路図である。FIG. 6 is a circuit diagram of the wireless power receiving apparatus in FIG. 5.

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態を説明する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

図１は、ワイヤレス電力伝送システム１００のシステム構成図である。ワイヤレス電力伝送システム１００は、給電側のワイヤレス給電装置１０２と、受電側のワイヤレス受電装置１０４を含む。ワイヤレス給電装置１０２は、エキサイト回路１１０と給電コイル回路１２０を含む。ワイヤレス受電装置１０４は受電コイル回路１３０とロード回路１４０を含む。給電コイル回路１２０と受電コイル回路１３０の間には数ｍ程度の距離がある。ワイヤレス電力伝送システム１００の主目的は、給電コイル回路１２０に含まれる給電コイルＬ２から受電コイル回路１３０に含まれる受電コイルＬ３にワイヤレスにて電力を送ることである。本実施形態におけるワイヤレス電力伝送システム１００は、ＩＳＭ（Industry-Science-Medical）周波数帯の１３．５６ＭＨｚ前後の共振周波数ｆｒにて動作させることを想定したシステムである。したがって、給電コイルＬ２と受電コイルＬ３の共振周波数ｆｒはそれぞれ１３．５６ＭＨｚに設定される。 FIG. 1 is a system configuration diagram of a wireless power transmission system 100. The wireless power transmission system 100 includes a wireless power supply apparatus 102 on the power supply side and a wireless power reception apparatus 104 on the power reception side. The wireless power feeder 102 includes an exciting circuit 110 and a feeding coil circuit 120. The wireless power receiving apparatus 104 includes a power receiving coil circuit 130 and a load circuit 140. There is a distance of about several meters between the feeding coil circuit 120 and the receiving coil circuit 130. The main purpose of the wireless power transmission system 100 is to send power wirelessly from the feeding coil L 2 included in the feeding coil circuit 120 to the receiving coil L 3 included in the receiving coil circuit 130. Wireless power transmission system 100 of the present embodiment is a system assumed to operate at ISM (Industry-Science-Medical) resonant frequency of about 13.56MHz frequency band f r. Therefore, the resonance frequency f r of the feeding coil L 2 and the power receiving coil L 3 are each set to 13.56 MHz.

エキサイト回路１１０は、エキサイトコイルＬ１と交流電源１１２が直列接続された回路である。エキサイトコイルＬ１は、交流電源１１２から共振周波数ｆｒの交流電力を供給される。エキサイトコイルＬ１の巻き数は１回、コイル導体断面形状は０．６ｍｍ×６．０ｍｍの長方形、エキサイトコイルＬ１自体の形状は２１０ｍｍ×２１０ｍｍの正方形である。図１では、わかりやすさのため、エキサイトコイルＬ１を円形に描いている。他のコイルについても同様である。図１に示す各コイルの材質はいずれも銅である。 Exciting circuit 110 is a circuit in which an exciting coil L 1 and the AC power source 112 are connected in series. The exciting coil L 1 is supplied with AC power of the resonance frequency f r from the AC power source 112. The number of turns of the exciting coil L 1 is one, the coil conductor cross-sectional shape is a rectangle of 0.6 mm × 6.0 mm, and the shape of the exciting coil L 1 itself is a square of 210 mm × 210 mm. In Figure 1, for clarity, it depicts the exciting coil L 1 circular. The same applies to the other coils. Each coil shown in FIG. 1 is made of copper.

給電コイル回路１２０は、給電コイルＬ２とキャパシタＣ２が直列接続された回路である。エキサイトコイルＬ１と給電コイルＬ２は互いに向かい合っている。エキサイトコイルＬ１と給電コイルＬ２の距離は１０ｍｍ以下と比較的近い。このため、エキサイトコイルＬ１と給電コイルＬ２は電磁気的に強く結合している。給電コイルＬ２の巻き数は７回、コイル導体断面形状は０．６ｍｍ×６．０ｍｍの長方形、給電コイルＬ２自体の形状は２８０ｍｍ×２８０ｍｍの正方形である。エキサイトコイルＬ１に交流電流Ｉ１を流すと、電磁誘導の原理により給電コイルＬ２に起電力が発生し、給電コイル回路１２０には交流電流Ｉ２が流れる。交流電流Ｉ２は交流電流Ｉ１よりも格段に大きい。給電コイルＬ２とキャパシタＣ２それぞれの値は、給電コイル回路１２０の共振周波数ｆｒが１３．５６ＭＨｚとなるように設定される。 Feeding coil circuit 120 is a circuit in which a feeding coil L 2 and capacitor C 2 are connected in series. Exciting coil L 1 and the feeding coil L 2 are facing each other. Excite distance of the coil L 1 and the feeding coil L 2 is less and relatively close 10 mm. Thus, the exciting coil L 1 and the feeding coil L 2 are electromagnetically strongly coupled. The number of windings of the feeding coil L 2 is seven times, sectional shape of a coil conductor thereof is a rectangle of 0.6 mm × 6.0 mm, the shape of the feeding coil L 2 itself is a square of 280 mm × 280 mm. When an alternating current I 1 is passed through the exciting coil L 1 , an electromotive force is generated in the feeding coil L 2 due to the principle of electromagnetic induction, and an alternating current I 2 flows in the feeding coil circuit 120. The alternating current I 2 is much larger than the alternating current I 1 . The values of the feeding coil L 2 and capacitor C 2, the resonance frequency f r of the feeding coil circuit 120 is set to be 13.56 MHz.

受電コイル回路１３０は、受電コイルＬ３とキャパシタＣ３が直列接続された回路である。給電コイルＬ２と受電コイルＬ３は互いに向かい合っている。給電コイルＬ２と受電コイルＬ３の距離は、０．２ｍ〜１ｍ程度と比較的長い。受電コイルＬ３の巻き数は７回、コイル導体断面形状は０．６×６．０ｍｍの長方形、受電コイルＬ３自体の形状は２８０ｍｍ×２８０ｍｍの正方形である。受電コイル回路１３０の共振周波数ｆｒも１３．５６ＭＨｚとなるように、受電コイルＬ３とキャパシタＣ３それぞれの値が設定されている。給電コイル回路１２０が共振周波数ｆｒにて磁界を発生させることにより、給電コイル回路１２０と受電コイル回路１３０は磁気的に共振し、受電コイル回路１３０にも大きな交流電流Ｉ３が流れる。本実施形態における給電コイルＬ２と受電コイルＬ３の巻き数はいずれも７回、インダクタンスは６．９（μＨ）となる。また、キャパシタＣ２、Ｃ３の静電容量はいずれも２０（ｐＦ）である。 Receiving coil circuit 130 is a circuit in which a receiving coil L 3 and capacitor C 3 are connected in series. Feeding coil L 2 and the power receiving coil L 3 is face each other. Distance of the feeding coil L 2 and the power receiving coil L 3 is relatively long, about 0.2M～1m. Number of windings of the receiving coil L 3 is 7 times, the coil conductor cross-sectional shape of 0.6 × 6.0 mm rectangular, the shape of the receiving coil L 3 itself is a square of 280 mm × 280 mm. The resonance frequency f r of the receiving coil circuit 130 as also becomes 13.56 MHz, The values of the receiving coil L 3 and capacitor C 3 are set. By feeding coil circuit 120 generates a magnetic field at the resonance frequency f r, the feeding coil circuit 120 and receiving coil circuit 130 magnetically resonate, draw large AC current I 3 in the receiving coil circuit 130. The number of windings of the feeding coil L 2 and the power receiving coil L 3 in this embodiment are both seven times, the inductance becomes 6.9 (μH). The capacitances of the capacitors C 2 and C 3 are both 20 (pF).

キャパシタＣ３は、第１平板電極１３２と第２平板電極１３４が向かい合わされた単板型である。受電コイルＬ３の一方の端点Ａは第１平板電極１３２と接続され、他方の端点Ｂは第２平板電極１３４と接続する。キャパシタＣ３の詳細構造については図２に関連して後述する。 Capacitor C 3 is a single-plate type in which the first flat plate electrode 132 and the second plate electrode 134 was Mukaiawasa. One end point A of the power receiving coil L 3 is connected to the first flat plate electrode 132, and the other end point B is connected to the second flat plate electrode 134. Detailed structure of the capacitor C 3 is described below in conjunction with FIG.

ロード回路１４０においては、ロードコイルＬ４が整流回路１４２を介して負荷Ｒと接続される。受電コイルＬ３とロードコイルＬ４は実質的に重なり合うほど近接する。このため、受電コイルＬ３とロードコイルＬ４は電磁的に特に強く結合している。ロードコイルＬ４の巻き数は１回、コイル導体断面形状は０．６×６．０ｍｍの長方形、ロードコイルＬ４自体の形状は３００ｍｍ×３００ｍｍである。受電コイルＬ３に交流電流Ｉ３が流れることにより、ロードコイルＬ４に起電力が発生し、交流電流Ｉ４が流れる。交流電流Ｉ４は整流回路１４２により直流電流Ｉ５に変換され、負荷Ｒには直流電流Ｉ５が供給される。こうして、交流電源１１２から供給される交流電力は、エキサイト回路１１０と給電コイル回路１２０により送電され、受電コイル回路１３０とロード回路１４０により受電され、整流回路１４２により直流電力に変換された後、負荷Ｒにより取り出される。 In the load circuit 140, the load coil L 4 is connected to the load R via the rectifier circuit 142. Receiving coil L 3 and loading coil L 4 are close enough to substantially overlap. Thus, the receiving coil L 3 and loading coil L 4 are bonded particularly strongly electromagnetically. The number of windings of the loading coil L 4 are once sectional shape of a coil conductor thereof is a 0.6 × 6.0 mm rectangle, the shape of the loading coil L 4 itself is 300 mm × 300 mm. By the receiving coil L 3 flows alternating current I 3, electromotive force is generated in the load coil L 4, alternating current flows I 4. The alternating current I 4 is converted into the direct current I 5 by the rectifier circuit 142, and the direct current I 5 is supplied to the load R. Thus, AC power supplied from the AC power source 112 is transmitted by the exciting circuit 110 and the feeding coil circuit 120, received by the receiving coil circuit 130 and the load circuit 140, converted into DC power by the rectifying circuit 142, and then loaded. Taken out by R.

整流回路１４２は、ダイオードＤ１〜Ｄ４およびキャパシタＣ１を含む既知構成の回路である。キャパシタＣ１は高周波成分をカットするために挿入される平滑用のキャパシタである。ロードコイルＬ４の一方の端点ＣはダイオードＤ３とダイオードＤ４の接続点Ｇと接続され、他方の端点ＤはダイオードＤ１とダイオードＤ２の接続点Ｅと接続される。ダイオードＤ３とダイオードＤ１の接続点Ｆは、キャパシタＣ１の一端および負荷Ｒの一端と接続され、ダイオードＤ４とダイオードＤ２の接続点Ｈは、キャパシタＣ１の他端および負荷Ｒの他端と接続される。 Rectifier circuit 142 is a circuit of a known configuration including a diode D1~D4 and capacitor C 1. Capacitor C 1 is a capacitor for smoothing to be inserted in order to cut high-frequency components. One end point C of the load coil L 4 are connected to the connection point G of the diode D3 and the diode D4, the other endpoint D is connected to a connection point E of the diode D1 and the diode D2. Connection point F of the diode D3 and the diode D1 is connected to one end of the one end and the load R of the capacitor C 1, the connection point H of the diode D4 and the diode D2 is connected to the other end of the other end and the load R of the capacitor C 1 Is done.

ロードコイルＬ４の端点Ｄから整流回路１４２の接続点Ｅに流れ込む電流Ｉ４は、ダイオードＤ２を通過した後、負荷Ｒ、接続点Ｆ、ダイオードＤ３、接続点Ｇを経由して端点ＣからロードコイルＬ４に戻る。ロードコイルＬ４の端点Ｃから整流回路１４２の接続点Ｇに流れる電流Ｉ４は、ダイオードＤ４を通過した後、負荷Ｒ、接続点Ｆ、ダイオードＤ１、接続点Ｅを経由して端点ＤからロードコイルＬ４に戻る。 The current I 4 flowing from the end point D of the load coil L 4 to the connection point E of the rectifier circuit 142 passes through the diode D2, and then loads from the end point C via the load R, the connection point F, the diode D3, and the connection point G. Back to the coil L 4. The current I 4 flowing from the end point C of the load coil L 4 to the connection point G of the rectifier circuit 142 passes through the diode D4 and then loads from the end point D via the load R, the connection point F, the diode D1, and the connection point E. Back to the coil L 4.

整流回路１４２や負荷Ｒを受電コイル回路１３０に直列接続すると、受電コイル回路１３０のＱ値が悪くなる。このため、受電用の受電コイル回路１３０と電力取り出し用のロード回路１４０を分離している。また、電力伝送効率を高めるためには、エキサイトコイルＬ１、給電コイルＬ２、受電コイルＬ３およびロードコイルＬ４の中心線を揃えることが好ましい。 When the rectifier circuit 142 and the load R are connected in series to the power receiving coil circuit 130, the Q value of the power receiving coil circuit 130 is deteriorated. For this reason, the receiving coil circuit 130 for receiving power and the load circuit 140 for extracting power are separated. In order to increase power transmission efficiency, it is preferable to align the center lines of the exciting coil L 1 , the feeding coil L 2 , the receiving coil L 3, and the load coil L 4 .

整流回路１４２は、交流電流Ｉ４を直流電流Ｉ５に整流する過程で発熱する。ワイヤレス給電装置１０２からワイヤレス受電装置１０４に大電力を送電するときには、整流回路１４２からの発熱量も大きくなる。したがって、整流回路１４２の熱を効率的に放散・除去するための仕組みが必要となる。 The rectifier circuit 142 generates heat in the process of rectifying the alternating current I 4 into the direct current I 5 . When high power is transmitted from the wireless power feeder 102 to the wireless power receiver 104, the amount of heat generated from the rectifier circuit 142 also increases. Therefore, a mechanism for efficiently radiating and removing the heat of the rectifier circuit 142 is required.

受電コイルＬ３のインダクタンスを固定する場合、共振周波数ｆｒが低いほどキャパシタＣ３の静電容量を大きくする必要がある。キャパシタＣ３の静電容量を大きくするためには、キャパシタＣ３の電極板面積を大きくする必要がある。そこで、本実施形態におけるワイヤレス受電装置１０４では、キャパシタＣ３の大きな電極板面積を利用して整流回路１４２の放熱効率を高めている。 When fixing the inductance of the receiving coil L 3, it is necessary to increase the capacitance of the more the resonance frequency f r is lower capacitor C 3. To increase the capacitance of the capacitor C 3, it is necessary to increase the electrode plate area of the capacitor C 3. Therefore, in the wireless power receiving apparatus 104 in the present embodiment, to enhance the heat radiation efficiency of the rectifier circuit 142 by using a large electrode plate area of the capacitor C 3.

図２は、受電パッケージ１０６の展開図である。同図上側が受電パッケージ１０６の上面図、下側が側断面図を示す。本実施形態におけるワイヤレス受電装置１０４の全部または一部は、受電パッケージ１０６としてパッケージ化される。受電パッケージ１０６は、受電コイル回路１３０の給電コイルＬ３とキャパシタＣ３、ロード回路１４０のロードコイルＬ４と整流回路１４２の一部を含み、これらを樹脂基板１０８に封入した構成となっている。 FIG. 2 is a development view of the power receiving package 106. The upper side of the figure shows a top view of the power receiving package 106 and the lower side shows a side sectional view. All or part of the wireless power receiving apparatus 104 in this embodiment is packaged as a power receiving package 106. The power receiving package 106 includes a power feeding coil L 3 and a capacitor C 3 of the power receiving coil circuit 130, a part of the load coil L 4 and the rectifier circuit 142 of the load circuit 140, and these are enclosed in a resin substrate 108. .

キャパシタＣ３は、第１平板電極１３２と第２平板電極１３４が上下に向かい合わされて形成される。本実施形態における第１平板電極１３２と第２平板電極１３４はアルミニウム製であるが、導電性と熱伝導性に優れる材質であれば特に限定はされない。キャパシタＣ３は、受電パッケージ１０６の中央部に置かれる。本実施形態におけるキャパシタＣ３の場合、第１平板電極１３２と第２平板電極１３４の間には特段の誘電体は挿入されない。誘電体を挿入する方がキャパシタＣ３を小型化する上では有効であるが誘電体損失が発生するため、第１平板電極１３２と第２平板電極１３４の間には空気のみを存在させている。 Capacitor C 3 is formed between the first flat plate electrode 132 and the second plate electrode 134 is Mukaiawasa vertically. Although the 1st flat plate electrode 132 and the 2nd flat plate electrode 134 in this embodiment are the products made from aluminum, if it is a material excellent in electroconductivity and heat conductivity, it will not specifically limit. Capacitor C 3 is placed in the center of power receiving package 106. In the case of the capacitor C 3 in the present embodiment, no special dielectric is inserted between the first plate electrode 132 and the second plate electrode 134. Inserting a dielectric is more effective in reducing the size of the capacitor C 3 , but dielectric loss occurs. Therefore, only air exists between the first plate electrode 132 and the second plate electrode 134. .

キャパシタＣ３の周りには、給電コイルＬ３が巻回される。給電コイルＬ３のコイル導体断面形状は略長方形であり、その長手方向とキャパシタＣ３の高さ方向が一致している。給電コイルＬ３の２つの端点Ａ、Ｂのうち、端点Ａは第１平板電極１３２と接続され、端点Ｂは第２平板電極１３４と接続される。 Around the capacitor C 3, the power feeding coil L 3 is wound. A coil conductor cross-sectional shape of the feeding coil L 3 is substantially rectangular, the height direction of the longitudinal direction and the capacitor C 3 match. Of the two end points A and B of the feeding coil L 3 , the end point A is connected to the first flat plate electrode 132, and the end point B is connected to the second flat plate electrode 134.

ロードコイルＬ４は、給電コイルＬ３の外側に巻回される。ロードコイルＬ４のコイル導体断面形状も略長方形であり、その長手方向とキャパシタＣ３の高さ方向が一致している。整流回路１４２は、第１平板電極１３２に載置される。整流回路１４２はねじや接着剤等の手段により第１平板電極１３２に固定される。本実施形態においてはポリカーボネイトによる絶縁性のねじによって固定される。 Loading coil L 4 are, wound around the outside of the feeding coil L 3. A coil conductor cross-sectional shape of the loading coil L 4 is also substantially rectangular, the height direction of the longitudinal direction and the capacitor C 3 match. The rectifier circuit 142 is placed on the first plate electrode 132. The rectifier circuit 142 is fixed to the first plate electrode 132 by means such as screws or adhesives. In this embodiment, it is fixed by an insulating screw made of polycarbonate.

ロードコイルＬ４の２つの端点Ｃ、Ｄは、それぞれ整流回路１４２の接続点Ｇ、Ｅに接続される。ダイオードＤ１〜Ｄ４に限らずキャパシタＣ１も第１平板電極１３２に載置してもよい。また、キャパシタＣ１は受電パッケージ１０６に外付けされてもよい。同様に、負荷Ｒは第１平板電極１３２に載置されてもよいし、受電パッケージ１０６に外付けされてもよい。 The two end points C of the load coil L 4, D is a connection point G of the respective rectifier circuits 142, is connected to the E. Not only the diodes D <b> 1 to D <b> 4 but also the capacitor C <b> 1 may be placed on the first plate electrode 132. The capacitor C 1 may be externally attached to the power receiving package 106. Similarly, the load R may be placed on the first plate electrode 132 or may be externally attached to the power receiving package 106.

受電パッケージ１０６により、ワイヤレス受電装置１０４の大部分がワンパッケージ化される。受電コイルＬ３とロードコイルＬ４は距離ゼロにて重なり合っているため、電磁的に強く結合する。また、受電コイルＬ３とロードコイルＬ４は、共にそのコイル導体断面形状が略長方形であるため、キャパシタＣ３の周りに多重に巻回しても、受電パッケージ１０６のサイズ（正方形面の面積）が大きくなりにくい。コイル導体の断面形状のうち長手方向の長さはキャパシタＣ３の高さと同一であることが好ましい。このような構成により、コンパクトでありながらワイヤレス受電装置１０４の主要部を含む受電パッケージ１０６を形成できる。 With the power receiving package 106, most of the wireless power receiving apparatus 104 is made into one package. Since the receiving coil L 3 and loading coil L 4 are overlapping at zero distance, strongly coupled electromagnetically. Further, since both the receiving coil L 3 and the load coil L 4 are substantially rectangular in cross section, the size of the receiving package 106 (the area of the square surface) even if it is wound around the capacitor C 3 in multiple layers. Is difficult to grow. Longitudinal length of the cross-sectional shape of the coil conductor is preferably the same as the height of the capacitor C 3. With such a configuration, the power receiving package 106 including the main part of the wireless power receiving apparatus 104 can be formed while being compact.

整流回路１４２から発生する熱は第１平板電極１３２に伝導する。整流回路１４２の熱を第１平板電極１３２に逃がすことにより整流回路１４２を効率的に放熱させることができる。特に、共振周波数ｆｒが低い場合には第１平板電極１３２の面積が大きくなるため、第１平板電極１３２の熱容量も大きくなり、結果としていっそう効率的な放熱が可能となる。また、整流回路１４２と第１平板電極１３２の接着面にシリコン等を塗布することにより放熱効果を更に高めてもよい。 Heat generated from the rectifier circuit 142 is conducted to the first plate electrode 132. The heat of the rectifier circuit 142 is released to the first plate electrode 132, whereby the rectifier circuit 142 can be efficiently radiated. In particular, when the resonance frequency fr is low, the area of the first plate electrode 132 is increased, so that the heat capacity of the first plate electrode 132 is also increased, and as a result, more efficient heat dissipation is possible. Further, the heat dissipation effect may be further enhanced by applying silicon or the like to the bonding surface between the rectifier circuit 142 and the first plate electrode 132.

また、第１平板電極１３２は複数の突起１３６を備える。これらの突起１３６の形状は平板状でもよいし柱状でもよい。複数の突起１３６を設けることにより、第１平板電極１３２はいわゆる「ヒートシンク」としていっそう好適に機能する。第１平板電極１３２の表面積が大きくなることから放熱効果が高まる。   The first flat plate electrode 132 includes a plurality of protrusions 136. The shape of these protrusions 136 may be flat or columnar. By providing the plurality of protrusions 136, the first flat plate electrode 132 functions more suitably as a so-called “heat sink”. Since the surface area of the first plate electrode 132 is increased, the heat dissipation effect is enhanced.

第２平板電極１３４も複数の突起１３８を備える。これらの突起１３８も平板状でもよいし柱状でもよい。図２に示すように、第１平板電極１３２の突起１３６と第２平板電極１３４の突起１３８は互いに向かい合わされ、かつ、互い違いに重なり合うように形成される。いいかえれば、突起１３６、突起１３８は櫛歯状に向かい合っている。このため、整流回路１４２から第１平板電極１３２に伝導した熱は、突起１３６から放熱された後、突起１３８から第２平板電極１３４に伝導しやすくなる。   The second flat plate electrode 134 also includes a plurality of protrusions 138. These protrusions 138 may be flat or columnar. As shown in FIG. 2, the protrusion 136 of the first plate electrode 132 and the protrusion 138 of the second plate electrode 134 are formed to face each other and alternately overlap each other. In other words, the protrusion 136 and the protrusion 138 face each other in a comb shape. For this reason, the heat conducted from the rectifier circuit 142 to the first flat plate electrode 132 is easily radiated from the projection 136 and then easily conducted from the projection 138 to the second flat plate electrode 134.

第２平板電極１３４は、図２に示すように樹脂基板１０８に完全に封入されてもよいし、その一部を樹脂基板１０８から露出させてもよい。第２平板電極１３４、第１平板電極１３２、整流回路１４２の一部を樹脂基板１０８から露出させれば、放熱効果を高める上で有効である。また、受電パッケージ１０６自体を空冷式または水冷式により冷却してもよい。樹脂基板１０８にも突起を設け、受電パッケージ１０６全体としての放熱効果を高めてもよい。   As shown in FIG. 2, the second flat plate electrode 134 may be completely enclosed in the resin substrate 108, or a part thereof may be exposed from the resin substrate 108. Exposing the second flat plate electrode 134, the first flat plate electrode 132, and a part of the rectifier circuit 142 from the resin substrate 108 is effective in enhancing the heat dissipation effect. Further, the power receiving package 106 itself may be cooled by an air cooling method or a water cooling method. A protrusion may also be provided on the resin substrate 108 to enhance the heat dissipation effect of the power receiving package 106 as a whole.

図３は、ワイヤレス電力伝送システム１００のシステム構成図の別例である。図１に示したように交流電源１１２によりエキサイトコイルＬ１を駆動するのではなく、図３に示すように交流電源１１２により給電コイルＬ２とキャパシタＣ５を共振させることにより、給電コイルＬ２を直接駆動してもよい。この場合には、エキサイト回路１１０を不要化できるため、ワイヤレス給電装置１０２を小型化しやすいというメリットがある。エキサイトコイルＬ１を使用する図１の構成の場合には、図３の構成に比べて給電側のＱ値を高くしやすいというメリットがある。 FIG. 3 is another example of a system configuration diagram of the wireless power transmission system 100. Instead of driving the exciting coil L 1 by the AC power source 112 as shown in FIG. 1, by resonating the power feeding coil L 2 and capacitor C 5 by the AC power source 112 as shown in FIG. 3, the feeding coil L 2 May be driven directly. In this case, since the excite circuit 110 can be eliminated, there is an advantage that the wireless power supply apparatus 102 can be easily downsized. In the case of the arrangement 1 for use of the exciting coil L 1 has the advantage that high likely the Q value of the power supply side as compared with the configuration of FIG.

図４は、ワイヤレス受電装置１０４のシステム構成図の第１の別例である。図１に示したようにロード回路１４０に含まれる整流回路１４２は４つのダイオードＤ１〜Ｄ４とキャパシタＣ１から構成されてもよいが、図４に示すように１つのダイオードＤ１とキャパシタＣ１を含む整流回路１４４により交流電流Ｉ４を整流してもよい。図４の整流回路１４４は、整流回路１４２に比べると脈流が大きくなるが一つのダイオードＤ１しか使用しないためワイヤレス受電装置１０４の構成をシンプルにできるというメリットがある。 FIG. 4 is a first another example of a system configuration diagram of the wireless power receiving apparatus 104. Rectifier circuit 142 included in the load circuit 140 as shown in FIG. 1 may be composed of four diodes D1~D4 and a capacitor C 1, but one of the diode D1 and the capacitor C 1 as shown in FIG. 4 The alternating current I 4 may be rectified by the rectifier circuit 144 including the rectifier circuit 144. The rectifier circuit 144 of FIG. 4 has a merit that the configuration of the wireless power receiving apparatus 104 can be simplified because only one diode D1 is used, although the pulsating current is larger than that of the rectifier circuit 142.

図５は、ワイヤレス受電装置１０４のシステム構成図の第２の別例である。図５の構成においては、２つのロードコイルＬ５、Ｌ６によりそれぞれ交流電力を半波ずつ受電する。ロードコイルＬ５が受電した交流電力は整流回路１４６のダイオードＤ１とキャパシタＣ１により整流され、ロードコイルＬ６が受電した交流電力は整流回路１４６ダイオードＤ２とキャパシタＣ１により整流される。 FIG. 5 is a second another example of the system configuration diagram of the wireless power receiving apparatus 104. In the configuration of FIG. 5, the AC power is received by half waves by the two load coils L 5 and L 6 respectively. AC power load coil L 5 and receiving is rectified by the diode D1 and the capacitor C 1 of the rectifier circuit 146, the AC power loading coil L 6 is receiving power is rectified by the rectifier circuit 146 diode D2 and the capacitor C 1.

図６は、図５のワイヤレス受電装置１０４の回路図である。受電コイルＬ５と受電コイルＬ６の中点はグランド接地される。図４に示したワイヤレス受電装置１０４よりも脈流が小さくなる。 6 is a circuit diagram of the wireless power receiving apparatus 104 in FIG. Midpoint of the power receiving coil L 5 and the power receiving coil L 6 is ground grounded. The pulsating flow is smaller than that of the wireless power receiving apparatus 104 shown in FIG.

以上、実施形態に基づいてワイヤレス電力伝送システム１００を説明した。本実施形態によれば、ワイヤレス受電装置１０４が必然的に含むキャパシタＣ３をヒートシンクとしても利用することにより、整流回路１４２、１４４、１４６等の熱を効率的に除去できる。本実施形態においては、発熱体として整流回路を対象として説明したが、負荷Ｒを第１平板電極１３２に載置することにより負荷Ｒの熱を放熱させてもよい。また、これら以外にも、ロード回路１４０に含まれる回路要素のうち、発熱源となるものを第１平板電極１３２に載置してもよい。たとえば、トランジスタや各種制御回路をロード回路１４０に接続する場合には、これらの回路要素を第１平板電極１３２に載置してもよい。もちろん、第１平板電極１３２だけでなく、第１平板電極１３２と第２平板電極１３４の両方に載置してもよい。 The wireless power transmission system 100 has been described above based on the embodiment. According to this embodiment, by the wireless power receiving apparatus 104 is also used as a heat sink to a capacitor C 3 which necessarily include, the heat of such rectifying circuits 142, 144, 146 can be efficiently removed. In the present embodiment, the rectifier circuit has been described as the heating element, but the heat of the load R may be dissipated by placing the load R on the first flat plate electrode 132. In addition to these, among the circuit elements included in the load circuit 140, a heat source may be placed on the first plate electrode 132. For example, when connecting a transistor and various control circuits to the load circuit 140, these circuit elements may be placed on the first plate electrode 132. Of course, you may mount not only on the 1st flat plate electrode 132 but on both the 1st flat plate electrode 132 and the 2nd flat plate electrode 134. FIG.

第１平板電極１３２に突起１３６を設けることにより、第１平板電極１３２の熱容量を大きくし、かつ、第１平板電極１３２の放熱効果を高めることができる。第２平板電極１３４にも突起１３８を設け、突起１３６と突起１３８を互い違いに向かい合わせることにより、熱を更に逃がしやすくなる。   By providing the projection 136 on the first plate electrode 132, the heat capacity of the first plate electrode 132 can be increased and the heat dissipation effect of the first plate electrode 132 can be enhanced. Protrusions 138 are also provided on the second flat plate electrode 134, and the protrusions 136 and the protrusions 138 face each other alternately so that heat can be more easily released.

また、キャパシタＣ３の外側に、いわゆる平角ワイヤ形状の給電コイルＬ３、ロードコイルＬ４等を巻回することにより、ワイヤレス受電装置１０４のサイズをコンパクトにできる。特許文献５では、コイルの外側にキャパシタを設置するため、受電アンテナ（receiving antenna）のサイズが大きくなる（ＦＩＧ．９参照）。これに対して、本実施形態における受電パッケージ１０６では、キャパシタＣ３を受電コイルＬ３の内部に収める形態であるため、受電パッケージ１０６のスペースを有効活用できる。 Further, by winding a so-called flat wire-shaped feeding coil L 3 , load coil L 4, and the like outside the capacitor C 3 , the size of the wireless power receiving apparatus 104 can be made compact. In Patent Document 5, since the capacitor is installed outside the coil, the size of the receiving antenna is increased (see FIG. 9). On the other hand, in the power receiving package 106 according to the present embodiment, the capacitor C 3 is housed in the power receiving coil L 3 , so that the space of the power receiving package 106 can be effectively used.

以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。   The present invention has been described based on the embodiments. The embodiments are exemplifications, and it will be understood by those skilled in the art that various modifications can be made to combinations of the respective constituent elements and processing processes, and such modifications are within the scope of the present invention. .

１００ ワイヤレス電力伝送システム、１０２ ワイヤレス給電装置、１０４ ワイヤレス受電装置、１０６ 受電パッケージ、１０８ 樹脂基板、１１０ エキサイト回路、１１２ 交流電源、１２０ 給電コイル回路、１３０ 受電コイル回路、１３２ 第１平板電極、１３４ 第２平板電極、１３６ 突起、１３８ 突起、１４０ ロード回路、１４２、１４４、１４６ 整流回路   DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Wireless power transmission system, 102 Wireless electric power feeder, 104 Wireless electric power receiver, 106 Electric power receiving package, 108 Resin board, 110 Excite circuit, 112 AC power supply, 120 Electric power feeding coil circuit, 130 Electric power receiving coil circuit, 132 1st flat plate electrode, 134 1st 2-plate electrode, 136 protrusion, 138 protrusion, 140 load circuit, 142, 144, 146 rectifier circuit

Claims (8)

給電コイルからワイヤレスにて送電される交流電力を受電コイルにて受電する装置であって、
平板状の電極を向かい合わせたキャパシタと前記受電コイルとを含み、前記給電コイルの共振周波数にて共振する受電コイル回路と、
前記受電コイルと磁気結合することにより前記受電コイルから前記交流電力を受電するロードコイルと、前記ロードコイルから前記交流電力を供給される負荷とを含むロード回路と、を備え、
前記ロード回路に含まれる発熱体を向かい合わせた前記電極の非対向面に固定したことを特徴とするワイヤレス受電装置。 A device that receives AC power wirelessly transmitted from a feeding coil by a receiving coil,
A power receiving coil circuit including a capacitor having a plate-like electrode facing each other and the power receiving coil, and resonating at a resonance frequency of the power feeding coil;
A load coil that receives the AC power from the power receiving coil by magnetically coupling with the power receiving coil, and a load circuit that includes a load to which the AC power is supplied from the load coil,
A wireless power receiving apparatus , wherein a heating element included in the load circuit is fixed to a non-facing surface of the electrodes facing each other . 前記ロード回路は、更に、前記ロードコイルにより受電された前記交流電力を整流して前記負荷に供給する整流回路を含み、
前記発熱体として前記整流回路を前記電極に載置したことを特徴とする請求項１に記載のワイヤレス受電装置。 The load circuit further includes a rectifier circuit that rectifies the AC power received by the load coil and supplies the AC power to the load.
The wireless power receiving apparatus according to claim 1, wherein the rectifier circuit is mounted on the electrode as the heating element. 前記発熱体を載置される側の第１の電極は、複数の突起を有することを特徴とする請求項１または２に記載のワイヤレス受電装置。   The wireless power receiving apparatus according to claim 1, wherein the first electrode on the side where the heating element is placed has a plurality of protrusions. 前記第１の電極と対向する第２の電極も複数の突起を有し、
前記第１の電極の突起と前記第２の電極の突起は互い違いに向かい合わされることを特徴とする請求項３に記載のワイヤレス受電装置。 The second electrode facing the first electrode also has a plurality of protrusions,
The wireless power receiving apparatus according to claim 3, wherein the protrusions of the first electrode and the protrusions of the second electrode face each other alternately. 前記受電コイルは、前記キャパシタの外側を巻回することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のワイヤレス受電装置。   The wireless power receiving device according to claim 1, wherein the power receiving coil is wound around the outside of the capacitor. 前記ロードコイルは、前記受電コイルの外側を巻回することを特徴とする請求項５に記載のワイヤレス受電装置。   The wireless power receiving device according to claim 5, wherein the load coil is wound around the outside of the power receiving coil. 前記受電コイルおよび前記ロードコイルの双方または一方は、その導体断面形状が長方形状のコイルであることを特徴とする請求項５または６に記載のワイヤレス受電装置。   The wireless power receiving apparatus according to claim 5 or 6, wherein both or one of the power receiving coil and the load coil is a coil having a rectangular conductor cross-sectional shape. 請求項１から７のいずれかに記載のワイヤレス受電装置と、
前記給電コイルと、
前記給電コイルに前記共振周波数の交流電力を供給する電源回路と、を備えることを特徴とするワイヤレス給電システム。
A wireless power receiving device according to any one of claims 1 to 7,
The feeding coil;
And a power supply circuit that supplies AC power of the resonance frequency to the power supply coil.
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