(57)【要約】【課題】周辺への磁場漏洩を抑制でき、デザイン設計の自由度が向上し、インピーダンス整合が容易であり、低コスト化を図ることが可能なワイヤレス給電システムを提供する。【解決手段】ワイヤレス給電システム１の給電コイル１００Ｌは給電単位コイル１１０、１２０、１３０、１４０を磁性体板１５１の同一平面に重なり合わないように配置した集合で構成され、給電単位コイル１２０が発生する磁場が他の３個の給電単位コイル１１０等が発生する磁場に対して磁性体板１５１の平面に関して反対方向を向くように電気的に配線される。４個の給電単位コイル１１０等は互いに電気的に並列に接続される。受電コイル２００Ｌは巻き数以外の個数、位置、径、形状及び磁場方向に関して４個の給電単位コイル１１０等と略面対称をなす受電単位コイル２１０、２２０、２３０、２４０の集合で構成される。４個の受電単位コイル２１０等は互いに電気的に直列に接続される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
給電装置の給電コイルと受電装置の受電コイルとの間で生じる相互誘導現象を利用して電力を無線伝送するワイヤレス給電システムにおいて、
前記給電コイルは、複数の単位コイルを略同一平面に重なり合わないように配置した集合で構成され、前記複数の単位コイルのうち少なくとも一の前記単位コイルが発生する磁場が他の前記単位コイルが発生する磁場に対して前記平面に関して反対方向を向くように電気的に配線され、
前記受電コイルは、巻き数以外の個数、位置、径、形状及び磁場方向に関して前記給電コイルを構成する前記単位コイルと略面対称をなす複数の単位コイルの集合で構成され、
前記給電コイルまたは前記受電コイルのうち、いずれか一方は前記複数の単位コイルが互いに電気的に直列に接続され、他方は前記複数の単位コイルが互いに電気的に並列に接続されることを特徴とするワイヤレス給電システム。
【請求項２】
前記複数の単位コイル各々は、金属細線によって個別に渦巻状に形成されて同一の回路基板に組み合わせて接合され、前記回路基板に設けられた配線を用いて互いに電気的に並列或いは直列に接続されることを特徴とする請求項１に記載のワイヤレス給電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はワイヤレス給電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、コイル間で生じる電磁結合（相互誘導）により電力の無線伝送を行う、いわゆるワイヤレス給電技術が普及しつつある。ワイヤレス給電技術は特許文献１を始め、すでに多数の文献、製品で開示されている。２０１１年８月に発売された「AQUOS  PHONE（登録商標）SH-13C」を皮切りに携帯電話分野で推進されている「おくだけ充電（登録商標）」に関する技術はその代表である。
【０００３】
図８及び図９はワイヤレス給電システムを適用した機器の一例をとして、充電器（給電装置）３００と電気機器（受電装置）４００とを模式的に示している。図８は充電器３００と電気機器４００とが離れた状態を示した斜視図であり、図９は電気機器４００を充電器３００の上に載置した状態を示した側面図である。充電器３００は給電コイル３００Ｌを備え、電気機器４００は受電コイル４００Ｌを備える。ワイヤレス給電システムで生じる相互誘導の作用により、電気機器４００を充電器３００の上に載置するだけで、互いをケーブルで接続することなく、充電器３００から電気機器４００へと例えば最大５Ｗの電力が無線伝送される。
【０００４】
現在市販されているワイヤレス給電の対応機器の大半は、業界団体であるＷＰＣ（Wireless Power Consortium）が定めた規格であって通称“Ｑｉ”（以下「Ｑｉ規格」と称す）に従って設計されている。Ｑｉ規格の詳細は規格書（非特許文献１）に開示されており、給電装置と受電装置の内部回路構成の概略も規定されている。
【０００５】
図１０はワイヤレス給電システムの内部回路構成の一例を示している。給電装置５００の部分は非特許文献１のFigure 3-4をほぼそのまま引用しており、受電装置６００の部分は非特許文献１のFigure 4-3をほぼそのまま引用している。
【０００６】
給電装置５００では、直流電源５０１の電力がインバータ回路５０２により交流電力に変換されて給電コイル５００Ｌに供給される。給電コイル５００Ｌではその給電単位コイル５１０の中心部を図１０の紙面奥行き方向に向かう交流磁場が発生する。この交流磁場の作用、すなわち相互誘導により、受電コイル６００Ｌにおいてその受電単位コイル６１０に起電力が生じて交流電力が発生する。このようにして、給電コイル５００Ｌに供給された交流電力は相互誘導により受電コイル６００Ｌに無線伝送される。インバータ回路５０２は制御回路５０３によりそのスイッチ素子５０２ａ、５０２ｂのオン／オフ切り替えが制御される。
【０００７】
受電装置６００では、受電コイル６００Ｌが受け取った交流電力が整流回路６０１によって直流電力に戻されて出力端子６０２から出力される。給電コイル５００Ｌと受電コイル６００ＬとのペアはいわゆるトランスＴを構成している。
【０００８】
なお、実際の装置では共振キャパシタンス５０４、６０３や負荷変調回路６０４等も付加されるのが一般的である。
【０００９】
図１１は給電コイル５００Ｌの一例を模式的に示している。図１１に示す給電コイル５００Ｌは非特許文献１の３．２．１．１．１節で開示されたＡ１コイルであり、現在最も一般的な構成をなす。給電コイル５００Ｌは銅線を巻いて形成した円形の給電単位コイル５１０と、給電単位コイル５１０が表面に貼付された磁性体板５５１と、を備える。給電単位コイル５１０の両端は回路基板５５２に設けられた配線パターン５５３、５５４に半田付けにて電気的に接合される。
【００１０】
このようなワイヤレス給電システムは当初のＱｉ規格が想定していた５Ｗ程度の小電力を出力する限りでは、特段の問題が生じることはなかった。しかしながら、Ｑｉ規格の普及とともに高出力化の傾向が高まり、比較的大きな電力の出力が求められるようになると、漏洩磁場に係る問題が発生することが懸念された。
【００１１】
漏洩した磁場は周辺の携帯電話やラジオなどの無線機器に干渉して感度劣化を引き起こす危険がある。また人体の場合、強い磁界によって刺激作用などを受けることが知られており、健康への悪影響が懸念された。そのため、国際非電離放射線防護委員会（ＩＣＮＩＲＰ）では健康へ悪影響を及ぼさないようにするためのガイドラインを定めている。このような漏洩磁場の対策に関連する従来技術が特許文献１に開示されている。
【００１２】
特許文献１に記載されたリーダライタ用アンテナ装置は、１個の基本コイルが、一辺を接して隣り合うコイルに発生する磁界の向きが互いに逆になるように配置された複数のループコイルで構成される。例えば、４個の単位コイルが漢字の「田」の字型をなすように格子状に配置される。これにより、あるコイルが放射した磁束は隣のコイルの影響を受けて曲がり、遠くまで伸びない。したがって、アンテナ近傍領域では強い磁界が発生するが、アンテナから遠ざかると急激に磁界強度が低下する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開平１１−２７２８２７号公報
【非特許文献】
【００１４】
【非特許文献１】System Description Wireless Power Transfer   Volume I: Low Power   Part 1: Interface Definition   Version 1.0.3 September 2011
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、特許文献１に記載された従来技術には二つの問題点があった。第一の問題点としては、複雑な格子状に導線を形成する必要があり、製造コストが著しく高くなることが懸念された。第二の問題点としては、磁力線が遠くまで伸びないようにするために、プラス方向の磁力線が生じる単位コイルとマイナス方向の磁力線が生じる単位コイルとをちょうど同数だけ接近させて並べる必要があった。これは、構成が漢字の「田」の字型に限られ、デザイン設計の自由度がほとんど無いことが懸念された。
【００１６】
さらに、この従来技術には、インピーダンス整合設計が難しいために性能を向上し難いという問題があった。このインピーダンス整合の問題については、図１２に従来例１として示す回路モデルを用いて、誰でも入手可能なフリーソフトウェアＱＵＣＳ (Quite Universal Circuit Simulator 0.0.16）でシミュレーションを行うことにより説明する。
【００１７】
図１２に示したトランス回路モデルで注目すべきは２つのＰｏｒｔのインピーダンスが異なる点である。Ｐｏｒｔ１のインピーダンス値は、図１０に示したトランスＴの入力側が直流電源５０１かＧＮＤにほぼ直結であることを考えると極めて低い値と考えられ、一例として１Ωとした。Ｐｏｒｔ２のインピーダンス値は、図１０においてトランス回路Ｔの出力側が整流回路６０１にほぼ直結であることを考えると数Ω〜数百Ω程度の値と考えられ、一例として１０Ωとした。このように、Ｐｏｒｔ１のインピーダンス値は、一般的にＰｏｒｔ２のインピーダンス値よりかなり低い場合が多いと考えられる。なお、このことは個々の装置に依存した設計事項であり、本説明における議論は上記の大小関係に限定されるものではない。
【００１８】
このようにして、ワイヤレス給電におけるトランスは、例えば１Ωから１０Ωへのインピーダンス変換器として理解できる。これにより、トランスの最適な設計は図１２に示すように、仮に給電コイル５００Ｌのインダクタンス値が２４μＨであれば、受電コイル６００Ｌは２４μＨ×（１０Ω／１Ω）＝２４０μＨとなる。大小関係は、給電コイル５００Ｌ＜受電コイル６００Ｌとなる。
【００１９】
図１２に示した従来例１のシミュレーション結果を、図１４に反射係数Ｓ１１のｄＢ表示で示した。反射係数Ｓ１１は一般的なワイヤレス給電が使用する１５０ｋＨｚ付近で−２５ｄＢ以下に小さく抑えられており、インピーダンス整合が取れていることが分かる。
【００２０】
しかしながら、実際のワイヤレス給電システムでは、受電コイルに対する小型化の要求が非常に厳しいために、給電コイル＜受電コイルという大小関係を実現できることは稀である。
【００２１】
非特許文献１の図１０の構成によれば、実際には給電コイル５００Ｌが２４μＨであることに対して受電コイル６００Ｌは１５．３μＨ程度で運用されている。大小関係が逆転して給電コイル５００Ｌ＞受電コイル６００Ｌになってしまっている。能力の及ぶ限り努力しても給電コイル５００Ｌ≒受電コイル６００Ｌにしかならない。すなわち、トランスＴの巻線比に理想的な値から隔たりが生じ、この隔たりを周辺素子（共振キャパシタンス５０４、６０３等）の調整によって補っているのが実情である。
【００２２】
図１３に、特許文献１に記載された従来技術において給電及び受電の全ての単位コイル（計８個）を２４μＨとした場合の等価回路を従来例２として示した。そのシミュレーション結果を図１４に示したが、反射係数Ｓ１１は一般的なワイヤレス給電が使用する１５０ｋＨｚ付近で僅か−１．７ｄＢしか確保できておらず、インピーダンス整合が取れていないことが分かる。
【００２３】
本発明は、上記の点に鑑みなされたものであり、周辺への磁場の漏洩を抑制することができ、デザイン設計の自由度が向上し、インピーダンス整合が容易であり、低コスト化を図ることが可能なワイヤレス給電システムの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
上記の課題を解決するため、本発明は、給電装置の給電コイルと受電装置の受電コイルとの間で生じる相互誘導現象を利用して電力を無線伝送するワイヤレス給電システムにおいて、前記給電コイルは、複数の単位コイルを略同一平面に重なり合わないように配置した集合で構成され、前記複数の単位コイルのうち少なくとも一の前記単位コイルが発生する磁場が他の前記単位コイルが発生する磁場に対して前記平面に関して反対方向を向くように電気的に配線され、前記受電コイルは、巻き数以外の個数、位置、径、形状及び磁場方向に関して前記給電コイルを構成する前記単位コイルと略面対称をなす複数の単位コイルの集合で構成され、前記給電コイルまたは前記受電コイルのうち、いずれか一方は前記複数の単位コイルが互いに電気的に直列に接続され、他方は前記複数の単位コイルが互いに電気的に並列に接続されることを特徴としている。
【００２５】
また、上記構成のワイヤレス給電システムにおいて、前記複数の単位コイル各々は、金属細線によって個別に渦巻状に形成されて同一の回路基板に組み合わせて接合され、前記回路基板に設けられた配線を用いて互いに電気的に並列或いは直列に接続されることを特徴としている。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の構成によれば、周辺への磁場の漏洩を抑制することができ、デザイン設計の自由度が向上し、インピーダンス整合が容易であり、低コスト化を図ることが可能なワイヤレス給電システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施形態のワイヤレス給電システムの構成図である。
【図２】本発明の実施形態のワイヤレス給電システムの給電コイルの構成図である。
【図３】本発明の実施形態のワイヤレス給電システムの受電コイルの構成図である。
【図４】本発明の実施形態のワイヤレス給電システムのコイルによる漏洩磁場の抑制を説明するための説明図である。
【図５】本発明の実施形態のワイヤレス給電システムのコイルによる漏洩磁場の抑制を説明するための説明図である。
【図６】本発明の実施形態のワイヤレス給電システムのシミュレーション用のトランス回路モデルを示す構成図である。
【図７】図６のトランス回路モデルのシミュレーション結果を示すグラフである。
【図８】ワイヤレス給電システムを搭載した機器の一例を示す斜視図である。
【図９】ワイヤレス給電システムを搭載した機器の一例を示す側面図である。
【図１０】従来のワイヤレス給電システムの構成図である。
【図１１】従来のワイヤレス給電システムのコイルの構成図である。
【図１２】シミュレーション用のトランス回路モデルを示す構成図である。
【図１３】シミュレーション用のトランス回路モデルを示す構成図である。
【図１４】図１２及び図１３のトランス回路モデルのシミュレーション結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の実施形態を図１〜図７に基づき説明する。
【００２９】
最初に、本発明の実施形態に係るワイヤレス給電システムについて、図１を用いてその構造を説明する。図１はワイヤレス給電システムの構成図である。
【００３０】
図１に示すように、ワイヤレス給電システム１は給電装置１００と受電装置２００とを備える。なお、ワイヤレス給電システム１はＱｉ規格に適合するよう構成される。
【００３１】
給電装置１００は直流電源部１０１、インバータ回路１０２、制御回路１０３、キャパシタ１０４及び給電コイル１００Ｌを備える。なお、給電コイル１００Ｌは４個の給電単位コイル１１０、１２０、１３０、１４０からなる。
【００３２】
直流電源部１０１は、例えば電池、或いは商用電源に繋がったＡＣアダプタ等によって構成されて直流電源として機能する。直流電源部１０１は直流電力をインバータ回路１０２に供給する。
【００３３】
インバータ回路１０２は複数のスイッチ素子１０２ａ、１０２ｂを備えるハーフブリッジ構造のインバータ回路である。インバータ回路１０２において、スイッチ素子１０２ａの一端は直流電源部１０１に接続され、スイッチ素子１０２ｂの一端は接地される。スイッチ素子１０２ａの他端はスイッチ素子１０２ｂの他端に直接繋がるとともに、キャパシタ１０４を介して給電単位コイル１１０、１２０、１３０、１４０各々の一端に接続される。インバータ回路１０２は各スイッチ素子のオン／オフ切り替えを行うことにより、直流電源部１０１から供給された直流電力を交流電力に変換して給電コイル１００Ｌに送出する。
【００３４】
制御回路１０３はインバータ回路１０２の各スイッチ素子のオン／オフ切り替えを制御する。制御回路１０３はインバータ回路１０２が適切に動作するように各スイッチ素子にオン／オフ切り替えを行わせるための各制御信号を生成して出力する。各スイッチ素子が例えばＦＥＴ（Field Effect Transistor、電界効果トランジスタ）である場合、制御回路１０３は各制御信号としてＨｉｇｈレベルとＬｏｗレベルとが交互に現れるパルス信号を生成し、各ＦＥＴのゲートに出力する。
【００３５】
キャパシタ１０４は性能向上のために給電コイル１００Ｌの上流側に挿入された共振キャパシタである。
【００３６】
給電コイル１００Ｌの構造は後に詳述する。
【００３７】
受電装置２００は整流回路２０１、出力端子２０２、キャパシタ２０３、負荷変調回路２０４及び受電コイル２００Ｌを備える。なお、受電コイル２００Ｌは４個の受電単位コイル２１０、２２０、２３０、２４０からなる。
【００３８】
整流回路２０１はキャパシタ２０３を介して受電単位コイル２１０の一端に接続される。なお、キャパシタ２０３は性能向上のために受電コイル２００Ｌの下流側に挿入された共振キャパシタである。整流回路２０１は受電単位コイル２１０から送られてきた交流電力を直流電力に変換して出力端子２０２へ送出する。
【００３９】
出力端子２０２は、例えば不図示の二次電池に接続され、整流回路２０１から受ける電力を出力する。これにより、整流回路２０１から送出される直流電力が単一の出力端子２０２を介して二次電池などに供給され、例えば電気機器の駆動電力として利用される。なお、本実施形態では出力端子２０２からの出力電力が二次電池へ供給されることとしたが、出力電力の供給先はこのような形態に限らない。
【００４０】
負荷変調回路２０４はキャパシタ２０３を介して受電単位コイル２１０に接続される。なお、負荷変調回路２０４の駆動電力には受電コイル２００Ｌからの送電電力の一部が用いられるが、他の形態となっていても構わない。
【００４１】
受電コイル２００Ｌの構造は後に詳述する。給電コイル１００Ｌと受電コイル２００Ｌとのペアはいわゆるトランス１Ｔを構成している。
【００４２】
上記構成のワイヤレス給電システム１において直流電源部１０１から電力が供給されると、給電コイル１００Ｌにはそのコイルの中心部を通る交流磁場が発生する。この交流磁場の作用、すなわち相互誘導により、受電コイル２００Ｌにおいて起電力が生じて交流電力が発生する。このようにして、給電コイル１００Ｌから受電コイル２００Ｌへ相互誘導磁界結合により電力が伝達される。ワイヤレス給電システム１は給電装置１００と受電装置２００との間で生じる相互誘導現象を利用して電力を無線伝送する。
【００４３】
給電装置１００と受電装置２００とが構造的に互いに分離しているが、図１に示すようにそれらが各給電単位コイルと各受電単位コイルとが近接して向き合うように適切に位置決めされることにより、ワイヤレス給電システム１は電力の無線伝送が可能な状態となる。ワイヤレス給電システム１に電力を無線伝送させるとき、予めこのように位置決めして、位置決めした状態を保持することにより電力の無線伝送が進められる。
【００４４】
続いて、給電コイル１００Ｌ及び受電コイル２００Ｌの詳細な構造について、図１に加えて図２及び図３を用いて説明する。図２は給電コイル１００Ｌの構成図、図３は受電コイル２００Ｌの構成図である。
【００４５】
給電コイル１００Ｌは、図１に示すように４個の給電単位コイル１１０、１２０、１３０、１４０を互いに電気的に並列に接続して構成される。給電コイル１００Ｌは３個の給電単位コイル１１０、１３０、１４０が発生させる磁場の向きが揃い、１個の給電単位コイル１２０が発生させる磁場がそれらと逆方向を向くように配線される。３対１とした磁場の向きは２対２であっても良い。
【００４６】
４個の給電単位コイル１１０、１２０、１３０、１４０は、図２に示すように金属細線である銅線を個別に渦巻状に巻いて形成され、単一の磁性体板１５１の同一平面に貼付される。各給電単位コイルの両端は回路基板１５２に設けられた配線パターン１５３、１５４に半田付けにて電気的に接合される。配線パターン１５３、１５４が４個の給電単位コイル１１０、１２０、１３０、１４０各々を電気的に並列に接続する。
【００４７】
このようにして、給電コイル１００Ｌは４個の給電単位コイル１１０、１２０、１３０、１４０を磁性体板１５１の同一平面上に重なり合わないように配置した集合で構成される。さらに、給電コイル１００Ｌは４個の給電単位コイル１１０、１２０、１３０、１４０のうち１個の給電単位コイル１２０が発生する磁場が３個の給電単位コイル１１０、１３０、１４０が発生する磁場に対して磁性体板１５１の平面に関して反対方向を向くように電気的に配線される。
【００４８】
受電コイル２００Ｌは、図１に示すように４個の受電単位コイル２１０、２２０、２３０、２４０を互いに電気的に直列に接続して構成される。受電コイル２００Ｌは３個の受電単位コイル２１０、２３０、２４０が発生させる磁場の向きが揃い、１個の受電単位コイル２２０が発生させる磁場がそれらと逆方向を向くように配線される。３対１とした磁場の向きは２対２であっても良い。
【００４９】
４個の受電単位コイル２１０、２２０、２３０、２４０は、図３に示すように銅線を渦巻状に巻いて形成され、単一の磁性体板２５１の同一平面に貼付される。各受電単位コイルの両端は回路基板２５２に設けられた配線パターン２５３、２５４、２５５、２５６、２５７に半田付けにて電気的に接合される。配線パターン２５３〜２５７が４個の受電単位コイル２１０、２２０、２３０、２４０各々を電気的に直列に接続する。
【００５０】
このようにして、受電コイル２００Ｌは４個の受電単位コイル２１０、２２０、２３０、２４０の集合で構成される。さらに、４個の受電単位コイル２１０、２２０、２３０、２４０は巻き数以外の個数、位置、径、形状及び磁場方向に関して４個の給電単位コイル１１０、１２０、１３０、１４０と略面対称をなす。すなわち、巻き数以外の位置、径、形状及び磁場方向に関して、受電単位コイル２１０は給電単位コイル１１０と面対称をなし、受電単位コイル２２０は給電単位コイル１２０と面対称をなし、受電単位コイル２３０は給電単位コイル１３０と面対称をなし、受電単位コイル２４０は給電単位コイル１４０と面対称をなす。
【００５１】
続いて、上記構成の本実施形態のワイヤレス給電システム１における漏洩磁場の抑制原理について、図４及び図５を用いて説明する。図４及び図５はコイルによる漏洩磁場の抑制を説明するための説明図である。
【００５２】
なお、図４及び図５は給電コイル１００Ｌ及び受電コイル２００Ｌの最小構成を描画している。図４において、２個の給電単位コイル１１０、１２０は互いに逆方向の磁場を発生するように並列接続される。図５において、２個の受電単位コイル２１０、２２０は互いに逆方向の磁場を発生するように直列接続される。
【００５３】
電磁気学によれば、コイルを流れる電流が発生させる静磁場の強度はコイルからの距離Ｄに反比例することが分かっている。
【００５４】
ここで、図４に示すコイル近傍のＡ点における磁場強度について考える。この場合、給電単位コイル１１０とＡ点との距離Ｄ１は給電単位コイル１２０とＡ点との距離Ｄ２と比較して短い。したがって、コイル近傍のＡ点における磁場強度はＡ点との距離が比較的短い給電単位コイル１１０が支配的に決めることになり、Ａ点との距離が比較的長い給電単位コイル１２０の影響をほとんど受けない。これにより、本実施形態のワイヤレス給電システム１は従来技術のワイヤレス給電システム同様に、電力の無線伝送が可能になる。
【００５５】
次に、図５に示すコイルから離れたＢ点における磁場強度について考える。この場合、給電単位コイル１１０とＢ点との距離Ｄ３は給電単位コイル１２０とＢ点との距離Ｄ４とほぼ等しいと言える。したがって、コイルから離れたＢ点における磁場強度は２個の給電単位コイル１１０、１２０各々の影響をほぼ等しく受ける。これにより、ほぼ当振幅で逆位相の磁場が重畳されることになり、磁場どうしがキャンセルし合って減衰する。したがって、本実施形態のワイヤレス給電システム１は遠方における磁場強度を急激に減衰させることができる。
【００５６】
ワイヤレス給電システム１の構成によれば、例えばプラス方向の磁力線を発生する単位コイルとマイナス方向の磁力線を発生する単位コイルとを同数にする必要がなく、数量がアンバランスな場合でも磁場どうしのキャンセル効果が発揮される。また、単位コイルどうしを接近、密着して並べる必要がなく、漢字の「田」の字型のデザインに限られることもない。一例として、図１〜図３のように単位コイルを直線的に並べたデザインであっても良い。このようにして、ワイヤレス給電システム１は、磁束を曲げることで遠方における磁場強度の低下を図った従来技術（特許文献１）より格段にデザイン設計の自由度が向上する。
【００５７】
また、給電コイル１００Ｌと受電コイル２００Ｌとは複数の単位コイルの集合からなり、それら各単位コイルを個別に単純な渦巻状に巻いて形成して最後に共通の回路基板に半田付け等により接合すれば良い。したがって、従来技術のように複雑な形状に加工する必要がなく、製造コストを低く抑制することが可能である。
【００５８】
続いて、上記構成の本実施形態のワイヤレス給電システム１のインピーダンス整合について、図６及び図７を用いて説明する。図６はワイヤレス給電システム１のシミュレーション用のトランス回路モデルを示す構成図、図７は図６のトランス回路モデルのシミュレーション結果を示すグラフである。なお、図７には、比較のため図１４に示した従来例１及び２のシミュレーション結果を転記している。
【００５９】
図６は、図１３を用いて説明した従来例２と同じ２４μＨの単位コイル８個を用いた場合の、ワイヤレス給電システム１のトランス回路モデルである。給電コイル１００Ｌ側は、４個の給電単位コイル１１０、１２０、１３０、１４０の並列接続になっており、インピーダンス１ΩのＰｏｒｔ１に接続される。受電コイル２００Ｌ側は、４個の受電単位コイル２１０、２２０、２３０、２４０の直列接続になっており、インピーダンス１０ΩのＰｏｒｔ２に接続される。
【００６０】
そして、このトランス回路モデルの反射係数Ｓ１１を実施例１として図７に示した。図７によれば、一般的なワイヤレス給電が使用する１５０ｋＨｚ付近で−１２ｄＢ程度を確保できており、従来技術である従来例２と比較して大幅にインピーダンス整合が改善していることが分かる。このようにして、ワイヤレス給電システム１は、トランス１Ｔが非対称回路であるためにインピーダンス変換機能を発揮するようになり、インピーダンス整合が容易になって性能を向上し易くなる。
【００６１】
上記のように、ワイヤレス給電システム１の給電コイル１００Ｌは、４個の給電単位コイル１１０、１２０、１３０、１４０を磁性体板１５１の同一平面に重なり合わないように配置した集合で構成され、１個の給電単位コイル１２０が発生する磁場が３個の給電単位コイル１１０、１３０、１４０が発生する磁場に対して磁性体板１５１の平面に関して反対方向を向くように電気的に配線される。そして、給電コイル１００Ｌは４個の給電単位コイル１１０、１２０、１３０、１４０が互いに電気的に並列に接続される。一方、ワイヤレス給電システム１の受電コイル２００Ｌは、巻き数以外の個数、位置、径、形状及び磁場方向に関して４個の給電単位コイル１１０、１２０、１３０、１４０と略面対称をなす４個の受電単位コイル２１０、２２０、２３０、２４０の集合で構成される。そして、受電コイル２００Ｌは４個の受電単位コイル２１０、２２０、２３０、２４０が互いに電気的に直列に接続される。
【００６２】
これにより、コイルから離れた点における磁場強度は互いに逆方向の磁場を発生する２個の給電単位コイル各々の影響をほぼ等しく受ける。したがって、ほぼ当振幅で逆位相の磁場が重畳されて磁場どうしがキャンセルし合い、遠方における磁場強度が急激に減衰する。また、ワイヤレス給電システム１は互いに逆方向を向く磁力線を発生する単位コイルを同数にする必要がなく、数量がアンバランスな場合でも磁場どうしのキャンセル効果を発揮する。したがって、デザイン設計の自由度が向上する。また、ワイヤレス給電システム１は、トランス１Ｔが非対称回路であるためにインピーダンス変換機能を発揮するようになり、インピーダンス整合が容易になって性能を向上し易くなる。
【００６３】
また、給電コイル１００Ｌを構成する複数の給電単位コイル１１０、１２０、１３０、１４０各々は、銅線によって個別に渦巻状に形成されて同一の回路基板１５１に組み合わせて接合され、回路基板１５１に設けられた配線パターン１５３、１５４を用いて互いに電気的に並列に接続される。また、受電コイル２００Ｌを構成する複数の受電単位コイル２１０、２２０、２３０、２４０各々は、銅線によって個別に渦巻状に形成されて同一の回路基板１５２各々に組み合わせて接合され、回路基板１５２に設けられた配線パターン２５３〜２５７を用いて互いに電気的に直列に接続される。複数の単位コイル各々を個別に単純な渦巻状に巻いて形成することにより複雑な形状に加工する必要がなく、製造コストを低く抑制することが可能である。
【００６４】
このようにして、本発明の上記実施形態の構成によれば、周辺への磁場の漏洩を抑制することができ、デザイン設計の自由度が向上し、インピーダンス整合が容易であり、低コスト化を図ることが可能なワイヤレス給電システム１を提供することができる。
【００６５】
以上、本発明の実施形態及び実施例につき説明したが、本発明の範囲はこれらに限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えて実施することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明はワイヤレス給電システムにおいて利用可能である。
【符号の説明】
【００６７】
１    ワイヤレス給電システム
１Ｔ    トランス
１００    給電装置
１００Ｌ    給電コイル
１１０、１２０、１３０、１４０    給電単位コイル（単位コイル）
１５１    磁性体板
１５２    回路基板
１５３、１５４    配線パターン（配線）
２００    受電装置
２００Ｌ    受電コイル
２１０、２２０、２３０、２４０    受電単位コイル（単位コイル）
２５１    磁性体板
２５２    回路基板
２５３、２５４、２５５、２５６、２５７    配線パターン（配線）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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