JP5904735B2 - 磁界共鳴方式回路 - Google Patents
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Description
磁界共鳴方式の基本原理は、図2に示すように、送電回路側の共振器と受電回路側の共振器との間のLC結合である。
但し、L1は、送電回路側の送電コイルの自己インダクタンス、L2は、受電回路側の受電コイルの自己インダクタンスである。
ここで、エネルギーQが高いということは、送電/受電コイルのインダクタンス及びキャパシタンスのばらつきがエネルギーQのばらつきに大きく影響する、ということを意味する。従って、実際に、送電回路及び受電回路を製造するときは、それらの製造ばらつきや経年変化などを抑えて、エネルギーQを高い状態に維持することが重要である。
但し、S21は、高周波送電の送電部から受電部への伝達係数であり、S21の絶対値の2乗が送電効率となる。適切な結合係数(即ち、距離)kの範囲内で高い送電効率が得られることが分かる。また、式(3)において、インダクタンスLを一定にしたままで、キャパシタンスCを小さくしたときの振る舞いを求めると、送電効率の距離依存性としては、キャパシタンスCが小さくなるに従い、結合係数kの最適値が小さい方にシフトすることが分かる。
共振コイルの結合係数kとキャパシタンスCとを変化させることによる磁界共鳴の制御を、等価回路を用いて電子回路シミュレータで解析すると、結合係数k又はキャパシタンスCの変化による共振ピークの***が確認できる。このような共鳴ピークの***は、インピーダンスのずれに起因するもので、送電効率を低下させる原因となる。
図6は、第1実施例を示している。
図8は、第2実施例を示している。
図9は、第3実施例を示している。
図10は、第4実施例を示している。
図12は、第5実施例を示している。
図14は、第6実施例を示している。
図15は、第7実施例を示している。
図17は、第8実施例を示している。
図18は、第9実施例を示している。
上述の説明においては、共振コイルと電磁誘導コイルとを分離した構造を念頭に置いているが、本質的には全系で共鳴条件さえ整えば、電磁誘導コイルは不要である。つまり、一対のコイルがあれば磁界共鳴方式の電力送受電は原理的に可能である。
実施形態によれば、電力の伝送効率の低下を、小型かつ簡易な構成により防止する磁界共鳴方式受電回路及びこれを用いた無線電力供給システムを実現できる。
Claims (11)
- 送電コイルから送られる磁界エネルギーを受け取る第1コイルと、
第1導電型の第1半導体領域、第2導電型の第2半導体領域、及び、これらの間の絶縁領域を備え、前記絶縁領域及び前記第2半導体領域間に絶縁層を有する第1キャパシタ、第2キャパシタ、及び整流回路を有する磁界共鳴方式回路。 - 前記第1コイルが受け取った前記磁界エネルギーは直流電圧として前記第1キャパシタと前記第2キャパシタの間のノードに入力される請求項1に記載の磁界共鳴方式回路。
- 第3キャパシタをさらに有する請求項1に記載の磁界共鳴方式回路。
- 送電コイルから送られる磁界エネルギーを受け取る第1コイルと、
第1導電型の第1半導体領域、前記第1半導体領域内の第2導電型の第1及び第2不純物領域、第1導電型の第2半導体領域、及び、前記第1及び第2不純物領域間の前記第1半導体領域と前記第2半導体領域との間の絶縁領域を備える第1キャパシタ、及び整流回路を有する磁界共鳴方式回路。 - 前記第1コイルが受け取った前記磁界エネルギーは直流電圧として前記第1半導体領域に入力される請求項4に記載の磁界共鳴方式回路。
- 第2キャパシタをさらに有する請求項4に記載の磁界共鳴方式回路。
- 前記絶縁領域及び前記第2半導体領域間にさらに絶縁層を有する請求項5に記載の磁界共鳴方式回路。
- 送電コイルから送られる磁界エネルギーを受け取る第1コイルと、
第1導電型の第1半導体領域、前記第1半導体領域内の第2導電型の第1及び第2不純物領域、第2導電型の第2半導体領域、及び、前記第1及び第2不純物領域間の前記第1半導体領域と前記第2半導体領域との間の絶縁領域を備える第1キャパシタ及び整流回路を有する磁界共鳴方式回路。 - 前記第1半導体領域は、半導体基板内の絶縁層により取り囲まれ、前記第1コイルが受け取った前記磁界エネルギーを直流電圧として前記半導体基板に入力される請求項8に記載の磁界共鳴方式回路。
- 前記第1キャパシタは、半導体基板上の層間絶縁層内に形成される請求項1乃至7のいずれかに記載の磁界共鳴方式回路。
- 前記第1キャパシタは、前記半導体基板上の層間絶縁層内に形成される請求項9に記載の磁界共鳴方式回路。
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