Introduction of the Wireless Power Transfer System using Inductive resonant coupling

Tomomi Research Inc.
Tomomi Research Inc.
磁場共鳴を利用する
ワイヤレス給電技術
2014/08/24 (日)
株式会社 Tomomi Research
崔成熏(チェソンフン)

Tomomi Research Inc.Tomomi Research Inc.
1 背景
■近接場で共鳴するもの同士は強く結合し合う
近接場
Far field
共振器
単一共振器周りのフィールド
近接場
共振器1 共振器2
近接場でのエネルギー交換
■MIT：磁場共鳴でワイヤレス伝送効率の向上を実証
MIT Prof. M.Soljiacic (2007)
1. 広い距離(~数m)でも、高伝送効率の
実現が可能
2. 狭帯域周波数特性
3. アライメント依存度 : 低

• 電磁誘導方式
1. 鉄芯・狭い距離(~数十mm)で、コイ
ル間の結合を高める
2. 広帯域周波数特性
3.アライメント依存度 : 高・
• 磁場共鳴方式
1. 広い距離(~数m)でも、高Ｑ値のコイル（ア
ンテナ）を利用し、高効率を実現
2. 狭帯域周波数特性
3. アライメント依存度 : 低

磁場共鳴の応用分野
1mm
1cm
10cm
1m
10m
送
受
信
距
離
0.1W 1W 10W 100W 1000
W送受信電力
電磁誘導
マイクロ波
RFID
エネルギー
ハーベスト
非接触話充電
歯ブラシ充電
磁場共鳴
テレビ
移動体ロボット
電気自動車
トロリーバス自律分散ロボット
人体埋め込みセンサ
電動工具
非接触話充電
MEMSデバイス
デジタル機器

磁場共鳴ワイヤレス給電システムの構成
5 5
送信コイ
ル
受信コイ
ル
負荷
（10Ｗ電球)
インピーダン
ス整合回路
信号発生器
給電コイル共振コイル（送
信）
共振コイル
（受信）
給電コイル
Load
磁場共鳴電磁誘導電磁誘導
試作例
キャパシタ
ループコイル
(Cu, 直径60cm)
給電コイル
(トロイダルコア)
アンプ
整流回
路

ワイヤレス伝送特性
2015/6/4
コイル直径：60cm
送信電力: 20 W
受信側：10Wの白熱電
球
周波数: 13.56MHz
0.5 1 1.5 2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
Distance [m]
Effeciency
ー : 理論計算*
: 実験結果
90cm, 62.5%
* 理論計算はMIT論文に基づくもの
共振周波数分裂により
伝送効率が低下

2.2 実験：ワイヤレス電力伝送（距離1m)
7

磁場の分布＠共振周波数
2015/6/4

周波数特性
9
■ コイル間の距離が近すぎると共振周波数が分離→伝送効率変化
12.5 13 13.5 14 14.5
-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
Frequency (MHz)
S21[dB]
(S21) ,distance=50[cm]
12.5 13 13.5 14 14.5
-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
Frequency (MHz)
S21[dB]
伝送効率低下
伝送効率高
共振周波数が分裂

周波数特性
2015/6/4
0
50
100
150
200
12.5
13
13.5
14
14.5
-80
-60
-40
-20
0
distance [cm]
(S21)
Frequency [MHz]
S21[dB]
周波数可変無
周波数可変有

回路理論
11
R1
Rs
Vs
L1 L2
R2
C2
L3 L4
R3
C3
R4
RL
i1
i2 i3 i4Λ1 Λ2 Λ3 Λ4
回路モデル電磁界解析モデル
1
2
3
4
Λn: 各コイルの磁束

4.4 計算結果 ③：
12
実験結果(Cu) 回路理論(Cu)
距離 50cm
距離 100cm
■ 実験結果と回路理論の傾向が良く一致
12.5 13 13.5 14 14.5
-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
Frequency (MHz)
S21[dB]
12.5 13 13.5 14 14.5
-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
Frequency (MHz)
S21[dB]
12.5 13 13.5 14 14.5
-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
Frequency [MHz]
S21[dB]
d=100cm
12.5 13 13.5 14 14.5
-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
Frequency [MHz]
S21[dB]
d=50cm

展示作品の紹介
2015/6/4
Wireless Power Transfer Kit
(Proto type)
Makers向け、自分で試作できるワ
イヤレス給電システム
キットとしての提供を検討中
出典ブースNo. 39

witricitysquare.com
2015/6/4
オープンソース
ワイヤレス給電システム情報サイト
(1) 技術情報
(2) 設計資料（Open source)
(3) 業界動向
(4) ユーザフォーラム（予定)
個人レベルのワイヤレス
給電Makersの拡大！

Tomomi Research Inc.Tomomi Research Inc. 15
ご清聴ありがとうございました。

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