(57)【要約】【課題】表皮効果および近接効果の影響を抑えて、送電コイルと受電コイルとの伝送距離を大きくした場合や、送電コイルと受電コイルとに軸ずれがある場合でも、電力伝送効率が大きく低下することがないようにする。【解決手段】絶縁層が被覆された素線８１を複数有する集合電線５１であり、複数の素線を右撚りおよび左撚りのいずれか一方の撚り方向で撚り合わされた第１の束線８２と、複数の素線を右撚りおよび左撚りのいずれか他方の撚り方向で撚り合わされた第２の束線８３と、を備え、第１の束線と第２の束線とが、右撚りおよび左撚りのいずれかの撚り方向で撚り合わされた構成とする。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁層が被覆された素線を複数有する集合電線であって、
複数の前記素線を右撚りおよび左撚りのいずれか一方の撚り方向で撚り合わされた第１の束線と、
複数の前記素線を右撚りおよび左撚りのいずれか他方の撚り方向で撚り合わされた第２の束線と、を備え、
前記第１の束線と前記第２の束線とが、右撚りおよび左撚りのいずれかの撚り方向で撚り合わされたことを特徴とする集合電線。
【請求項２】
前記第１の束線および前記第２の束線をそれぞれ複数備え、
前記第１の束線と前記第２の束線とが、交互に配置された状態で撚り合わされたことを特徴とする請求項１に記載の集合電線。
【請求項３】
前記第１の束線および前記第２の束線を同数備えたことを特徴とする請求項２に記載の集合電線。
【請求項４】
前記第１の束線における前記素線の撚り角度と前記第２の束線における前記素線の撚り角度との和が略９０度であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の集合電線。
【請求項５】
前記第１の束線における前記素線の撚り角度と前記第２の束線における前記素線の撚り角度とが略等しいことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の集合電線。
【請求項６】
電磁誘導により電子機器にワイヤレスで電力伝送を行う送電装置であって、
請求項１から請求項５のいずれかに記載の集合電線を巻回して形成された送電コイルを備えたことを特徴とする送電装置。
【請求項７】
所定の間隙をおいて前記送電コイルと略同心状に配置された無給電コイルと、
この無給電コイルの両端に接続された共振コンデンサと、をさらに備えたことを特徴とする請求項６に記載の送電装置。
【請求項８】
電磁誘導により送電装置からワイヤレスで電力伝送が行われる電子機器であって、
請求項１から請求項５のいずれかに記載の集合電線を巻回して形成された受電コイルを備えたことを特徴とする電子機器。
【請求項９】
所定の間隙をおいて前記受電コイルと略同心状に配置された無給電コイルと、
この無給電コイルの両端に接続された共振コンデンサと、をさらに備えたことを特徴とする請求項８に記載の電子機器。
【請求項１０】
送電装置から電子機器にワイヤレスで電力伝送を行うワイヤレス電力伝送システムであって、
前記送電装置は、送電コイルを備え、
前記電子機器は、受電コイルを備え、
前記送電コイルおよび前記受電コイルの少なくとも一方は、絶縁層が被覆された素線を複数有する集合電線によって形成され、
この集合電線は、
複数の前記素線を右撚りおよび左撚りのいずれか一方の撚り方向で撚り合わされた第１の束線と、
複数の前記素線を右撚りおよび左撚りのいずれか他方の撚り方向で撚り合わされた第２の束線と、を備え、
前記第１の束線と前記第２の束線とが、右撚りおよび左撚りのいずれかの撚り方向で撚り合わされたことを特徴とするワイヤレス電力伝送システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子機器に搭載された２次電池を充電するなどの用途で、送電装置から電子機器にワイヤレスで電力伝送を行うワイヤレス電力伝送に用いられる集合電線、これを用いた送電装置および電子機器、ならびにワイヤレス電力伝送システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話などの２次電池を備えた電子機器では、２次電池の充電を行うために、電子機器と充電器とを各々の端子を介して電気的に接続して、充電器から電子機器に電力を供給するようにしたものが一般的であるが、送電装置と電子機器とにそれぞれ送電用と受電用のコイルを設けて、電磁誘導方式により送電装置から電子機器にワイヤレスで電力伝送を行う技術が知られている（特許文献１〜３）。これによると、電気的な接続のための端子が露出しないため、防水性の確保が容易であり、また、接触不良や劣化の問題に配慮する必要がなく、また、送電装置と電子機器の着脱を容易に行うことができるなどの利点が得られる。
【０００３】
また、電磁装置（スイッチングトランス）に用いられる電線に関して、中心線に対する素線の相対位置が変化するように素線を編んだ編組線の技術が知られている（特許文献４）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−４２５１９号公報
【特許文献２】特開２０１０−１６２３５号公報
【特許文献３】特開２００８−１７２８７３号公報
【特許文献４】特開平７−２７２９４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
さて、ワイヤレス電力伝送システムでは、コイルの小型化を図るため、高周波電流（数十〜数百ｋＨｚ）が用いられるが、このような高周波電流を導体に流す場合、電流密度が導体の表面で高くなり、表面から離れるほど低くなる、いわゆる表皮効果の影響により、実効抵抗が増大して電力損失が大きくなり、電力伝送効率が低下するという問題が生じる。
【０００６】
このような問題に対して、従来は、前記の特許文献１〜３にも開示されているように、絶縁電線を複数本撚り合わせた集合電線、いわゆるリッツ線を巻回してコイルを形成するようにしている。このようなリッツ線では、導体の総表面積が大きくなるため、高周波領域での実効抵抗の増大を抑制して、電力伝送効率を高めることができる。
【０００７】
しかしながら、リッツ線は、単に複数本の絶縁電線を撚り合わせただけであるため、各絶縁電線を流れる電流が略同一の方向となる。このため、近接する絶縁電線を流れる電流で発生する磁場が相互に影響し合うことで電流を阻害する、いわゆる近接効果が現れやすくなる傾向にある。この近接効果は、電力損失を増大して電力伝送効率を低下させる要因となり、特に約１０Ｗ以上の高出力のワイヤレス電力伝送では、送電コイルと受電コイルとの伝送距離が大きくなる場合や、送電コイルおよび受電コイルとに軸ずれがある場合に、電力伝送効率が大幅に低下するという問題があった。
【０００８】
また、前記の特許文献４に開示されているように、中心線に対する素線の相対位置が変化するように素線を編んだ構成では、素線が交差した部分が生じ、各素線を流れる電流の向きが異なるため、近接効果の影響を抑制する効果は得られるものの、各素線が略平行に接する部分が多く、各素線を流れる電流の向きが大きく異なるものではないため、近接効果の影響を十分に抑制することができないという問題があった。
【０００９】
本発明は、このような従来技術の問題点を解消するべく案出されたものであり、その主な目的は、表皮効果および近接効果の影響を十分に抑えて、送電コイルと受電コイルとの伝送距離を大きくした場合や、送電コイルと受電コイルとに軸ずれがある場合でも、電力伝送効率が大きく低下することがないように構成された集合電線、これを用いた送電装置および電子機器、ならびにワイヤレス電力伝送システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の集合電線は、絶縁層が被覆された素線を複数有する集合電線であって、複数の前記素線を右撚りおよび左撚りのいずれか一方の撚り方向で撚り合わされた第１の束線と、複数の前記素線を右撚りおよび左撚りのいずれか他方の撚り方向で撚り合わされた第２の束線と、を備え、前記第１の束線と前記第２の束線とが、右撚りおよび左撚りのいずれかの撚り方向で撚り合わされた構成とする。
【００１１】
また、本発明の送電装置は、電磁誘導により電子機器にワイヤレスで電力伝送を行う送電装置であって、前記の集合電線を巻回して形成された送電コイルを備えた構成とする。
【００１２】
また、本発明の電子機器は、電磁誘導により送電装置からワイヤレスで電力伝送が行われる電子機器であって、前記の集合電線を巻回して形成された受電コイルを備えた構成とする。
【００１３】
また、本発明のワイヤレス電力伝送システムは、送電装置から電子機器にワイヤレスで電力伝送を行うワイヤレス電力伝送システムであって、前記送電装置は、送電コイルを備え、前記電子機器は、受電コイルを備え、前記送電コイルおよび前記受電コイルの少なくとも一方は、絶縁層が被覆された素線を複数有する集合電線によって形成され、この集合電線は、複数の前記素線を右撚りおよび左撚りのいずれか一方の撚り方向で撚り合わされた第１の束線と、複数の前記素線を右撚りおよび左撚りのいずれか他方の撚り方向で撚り合わされた第２の束線と、を備え、前記第１の束線と前記第２の束線とが、右撚りおよび左撚りのいずれかの撚り方向で撚り合わされた構成とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、複数の素線を集合させたため、表皮効果の影響を抑制することができ、さらに、第１の束線と第２の束線とで素線の撚り方向が互いに逆になることから、各素線を流れる電流の向きが第１の束線と第２の束線とで全体として異なるようになるため、近接効果の影響を抑制することができる。これにより、電力損失を抑えて電力伝送効率を高めることができ、送電コイルと受電コイルとの伝送距離を大きくした場合や、送電コイルと受電コイルとに軸ずれがある場合でも、電力伝送効率が大きく低下することを避けることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムの全体構成図
【図２】送電装置１の送電コイル５を示す平面図
【図３】図２に示したコイル構成が適用された送電装置１および電子機器２の断面図
【図４】送電装置１の別のコイル構成を示す平面図
【図５】図４に示したコイル構成が適用された送電装置１および電子機器２の断面図
【図６】集合電線５１を示す模式的な側面図
【図７】第１の束線８２および第２の束線８３の製造の要領を説明する模式的な側面図
【図８】集合電線５１の製造の要領を説明する模式的な側面図
【図９】束線８２，８３における素線８１の撚り角度および集合電線５１における束線８２，８３の撚り角度を説明する側面図
【図１０】第１の束線８２を製造する装置を説明する説明図
【図１１】図８に示した集合電線５１とその変形例を示す模式的な断面図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
前記課題を解決するためになされた第１の発明は、絶縁層が被覆された素線を複数有する集合電線であって、複数の前記素線を右撚りおよび左撚りのいずれか一方の撚り方向で撚り合わされた第１の束線と、複数の前記素線を右撚りおよび左撚りのいずれか他方の撚り方向で撚り合わされた第２の束線と、を備え、前記第１の束線と前記第２の束線とが、右撚りおよび左撚りのいずれかの撚り方向で撚り合わされた構成とする。
【００１７】
これによると、複数の素線を集合させたため、表皮効果の影響を抑制することができ、さらに、第１の束線と第２の束線とで素線の撚り方向が互いに逆になることから、各素線を流れる電流の向きが第１の束線と第２の束線とで全体として異なるようになるため、近接効果の影響を抑制することができる。これにより、電力損失を抑えて電力伝送効率を高めることができ、送電コイルと受電コイルとの伝送距離を大きくした場合や、送電コイルと受電コイルとに軸ずれがある場合でも、電力伝送効率が大きく低下することを避けることができる。
【００１８】
また、第２の発明は、前記第１の束線および前記第２の束線をそれぞれ複数備え、前記第１の束線と前記第２の束線とが、交互に配置された状態で撚り合わされた構成とする。
【００１９】
これによると、素線の撚り方向が互いに逆になる第１の束線と第２の束線とが隣り合うため、近接効果の影響をより一層抑制することができる。
【００２０】
また、第３の発明は、前記第１の束線および前記第２の束線を同数備えた構成とする。
【００２１】
これによると、第１の束線と第２の束線とが必ず隣り合う状態となり、第１の束線同士または第２の束線同士が隣り合うことがないため、近接効果の影響をより一層抑制することができる。
【００２２】
なお、束線の本数が多くなると、第１の束線および第２の束線を交互に配置することができず、第１の束線同士または第２の束線同士が隣り合う場合があるが、第１の束線と第２の束線とが隣り合う割合を低くすることができるため、近接効果の影響を抑制することができる。
【００２３】
また、第４の発明は、前記第１の束線における前記素線の撚り角度と前記第２の束線における前記素線の撚り角度との和が略９０度である構成とする。
【００２４】
これによると、側面視で第１の束線の素線と第２の束線の素線とが略直交する状態となるため、近接効果の影響を最大限に抑制することができる。
【００２５】
また、第５の発明は、前記第１の束線における前記素線の撚り角度と前記第２の束線における前記素線の撚り角度とが略等しい構成とする。
【００２６】
これによると、第１の束線と第２の束線とで素線の全長が略等しくなることから、第１の束線と第２の束線とで抵抗値やインダクタンスが略等しくなるため、送電回路や受電回路との整合がとりやすくなり、電力伝送効率をより一層高めることができる。
【００２７】
また、第６の発明は、電磁誘導により電子機器にワイヤレスで電力伝送を行う送電装置であって、前記の集合電線を巻回して形成された送電コイルを備えた構成とする。
【００２８】
これによると、第１の発明と同様に、表皮効果および近接効果の影響を十分に抑えて、送電コイルと受電コイルとの伝送距離を大きくした場合や、送電コイルと受電コイルとに軸ずれがある場合でも、電力伝送効率が大きく低下することを避けることができる。
【００２９】
また、第７の発明は、所定の間隙をおいて前記送電コイルと略同心状に配置された無給電コイルと、この無給電コイルの両端に接続された共振コンデンサと、をさらに備えた構成とする。
【００３０】
これによると、送電コイルと受電コイルとの間に無給電コイルを介在させることで、回路インピーダンスの影響によりＱ値が低下することを抑えることができ、さらに電力の反射も抑えることができる。また、無給電コイルと送電コイルとが略同心状に配置されるため、無給電コイルと送電コイルとが効率よく磁気結合して、電力伝送効率をより一層高めることができる。なお、無給電コイルも、送電コイルと同様に、前記構成の集合電線を用いるとよい。
【００３１】
この場合、送電コイルの巻き数を無給電コイルの巻き数より小さくする、例えば無給電コイルを複数回巻きとする一方で、送電コイルを１回巻きとした構成とするとよい。これにより、電力伝送効率をより一層高めることができる。
【００３２】
また、第８の発明は、電磁誘導により送電装置からワイヤレスで電力伝送が行われる電子機器であって、前記の集合電線を巻回して形成された受電コイルを備えた構成とする。
【００３３】
これによると、第１の発明と同様に、表皮効果および近接効果の影響を十分に抑えて、送電コイルと受電コイルとの伝送距離を大きくした場合や、送電コイルと受電コイルとに軸ずれがある場合でも、電力伝送効率が大きく低下することを避けることができる。
【００３４】
また、第９の発明は、所定の間隙をおいて前記受電コイルと略同心状に配置された無給電コイルと、この無給電コイルの両端に接続された共振コンデンサと、をさらに備えた構成とする。
【００３５】
これによると、送電コイルと受電コイルとの間に無給電コイルを介在させることで、回路インピーダンスの影響によりＱ値が低下することを抑えることができ、さらに電力の反射も抑えることができる。また、無給電コイルと受電コイルとが略同心状に配置されるため、無給電コイルと受電コイルとが効率よく磁気結合して、電力伝送効率をより一層高めることができる。なお、無給電コイルも、受電コイルと同様に、前記構成の集合電線を用いるとよい。
【００３６】
この場合、受電コイルの巻き数を無給電コイルの巻き数より小さくする、例えば無給電コイルを複数回巻きとする一方で、受電コイルを１回巻きとした構成とするとよい。これにより、電力伝送効率をより一層高めることができる。
【００３７】
また、第１０の発明は、送電装置から電子機器にワイヤレスで電力伝送を行うワイヤレス電力伝送システムであって、前記送電装置は、送電コイルを備え、前記電子機器は、受電コイルを備え、前記送電コイルおよび前記受電コイルの少なくとも一方は、絶縁層が被覆された素線を複数有する集合電線によって形成され、この集合電線は、複数の前記素線を右撚りおよび左撚りのいずれか一方の撚り方向で撚り合わされた第１の束線と、複数の前記素線を右撚りおよび左撚りのいずれか他方の撚り方向で撚り合わされた第２の束線と、を備え、前記第１の束線と前記第２の束線とが、右撚りおよび左撚りのいずれかの撚り方向で撚り合わされた構成とする。
【００３８】
これによると、第１の発明と同様に、表皮効果および近接効果の影響を十分に抑えて、送電コイルと受電コイルとの伝送距離を大きくした場合や、送電コイルと受電コイルとに軸ずれがある場合でも、電力伝送効率が大きく低下することを避けることができる。
【００３９】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００４０】
図１は、本実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムの全体構成図である。このワイヤレス電力伝送システムは、送電装置１から携帯電話などの電子機器２にワイヤレス（無接点）で電力伝送を行うものであり、電子機器２は、搭載された図示しない部品を動作させるための電力を供給する２次電池３を備え、送電装置１から送られる電力で２次電池３の充電が行われる。
【００４１】
このワイヤレス電力伝送システムでは、電磁誘導により電力伝送を行うために、送電装置１が送電コイル５を備え、電子機器２が受電コイル６を備えている。送電装置１の送電コイル５に交流電力が供給されると、この送電コイル５が電子機器２の受電コイル６と磁気結合して、受電コイル６に交流電圧が誘起され、これにより交流電力が送電コイル５から受電コイル６に伝送される。
【００４２】
送電装置１は、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１と、送電制御部１２と、送電回路部１３と、を有している。ＡＣ／ＤＣコンバータ１１では、電源（商用電源）８から供給される交流電力を直流電力に変換する。送電制御部１２は、送電回路部１３の動作を制御する。送電回路部１３は、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１から送電制御部１２を介して送られる直流電力を所定の周波数の交流電圧に変換して送電コイル５に供給する。
【００４３】
送電制御部１２は、制御回路１４と、電圧監視部１５と、温度監視部１６と、を有している。制御回路１４は、送電回路部１３の動作を制御する。電圧監視部１５は、送電回路部１３から送電コイル５に供給される交流電力の電圧を監視する。温度監視部１６は、送電コイル５の温度を監視する。この電圧監視部１５および温度監視部１６で電圧および温度の異常が検知されると、送電コイル５への給電が停止される。
【００４４】
送電回路部１３は、ドライバ１７と、共振回路１８と、を有している。ドライバ１７は、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１から送電制御部１２を介して送られる直流電力を所定の周波数の交流電圧に変換する。共振回路１８は、内部のコンデンサと送電コイル５とにより共振回路を構成し、ドライバ１７から印加される交流電圧に応じて所定の共振周波数で送電コイル５を発振させる。
【００４５】
電子機器２は、受電回路部２１と、受電制御部２２と、充電制御回路２３と、を有している。受電回路部２１は、送電装置１の送電コイル５との間での電磁誘導により受電コイル６に誘起された交流電流を所定の電圧の直流電力に変換する。受電制御部２２は、受電回路部２１の動作を制御する。充電制御回路２３は、受電回路部２１から受電制御部２２を介して送られる電力を２次電池３に供給して２次電池３の充電を行う。
【００４６】
受電回路部２１は、整流回路２４と、レギュレータ２５と、を有している。整流回路２４は、受電コイル６に誘起された交流電力を直流電力に変換する。レギュレータ２５は、整流回路２４から送られる直流電力を、２次電池３の充電に適合する所定の電圧に変換する。
【００４７】
受電制御部２２は、制御回路２６と、電圧監視部２７と、を有している。制御回路２６は、受電回路部２１の動作を制御する。制御回路２６は、受電回路部２１の動作を制御する。電圧監視部２７は、受電コイル６に誘起される交流電力の電圧を監視する。この他、受電制御部２２は、電子機器２に搭載された機器の状態、例えば、受電コイル６の温度や、２次電池３の充電状態等を監視し、異常が検知されると、受電動作を停止する。
【００４８】
また、本実施形態では、送電装置１に、その電子機器載置面上に電子機器２が載置されたことを検知する電子機器検知部３１が設けられている。この電子機器検知部３１の検知結果に基づいて、送電装置１の送電動作が制御される。すなわち、電子機器載置面上に電子機器２が載置されると、送電コイル５への交流電力の供給を開始し、電子機器２が送電装置１から離れると、送電コイル５への交流電力の供給を停止する。
【００４９】
この電子機器検知部３１では、電子機器２の受電コイル６が送電装置１の送電コイル５に近接することで負荷インピーダンスが変化することにより送電コイル５に生じる電圧値（または電流値）の変動に基づいて、電子機器２が電子機器載置面上に載置されたことを検知する。このとき、送電コイル５の電圧値（または電流値）の変動量を予め設定されたしきい値と比較して、電子機器２が電子機器載置面上に載置されたか否かの判定を行えばよい。
【００５０】
また、本実施形態では、電子機器２にも、自身が送電装置１の電子機器載置面上に載置されたことを検知する送電装置検知部４１が設けられている。この送電装置検知部４１の検知結果に基づいて、電子機器２の受電動作が制御される。
【００５１】
この送電装置検知部４１では、電子機器２の受電コイル６が送電装置１の送電コイル５に近接することで負荷インピーダンスが変化することにより受電コイル６に生じる電圧値（または電流値）の変動に基づいて、電子機器２が電子機器載置面上に載置されたことを検知する。このとき、受電コイル６の電圧値（または電流値）の変動量を予め設定されたしきい値と比較して、電子機器２が電子機器載置面上に載置されたか否かの判定を行えばよい。
【００５２】
また、本実施形態では、送電装置１および電子機器２がそれぞれ情報送受信部３２，４２を備えており、送電装置１と電子機器２との間で送電コイル５および受電コイル６を介して所要の情報を送受信する情報伝送ができるようになっている。なお、この情報伝送は、単純なビット通信でもあってもよいし、コード化通信であってもよい。
【００５３】
送電装置１および電子機器２の各情報送受信部３２，４２はそれぞれ、情報を含む信号の変復調を行う変復調回路３３，４３を有している。この変復調回路３３，４３では、送信元の変復調回路３３，４３で生成した変調信号が、送電コイル５および受電コイル６を介して送信先に送られ、送信先では、送電コイル５または受電コイル６の出力から取り出された変調信号を変復調回路３３，４３で復調して送信情報を取得する。
【００５４】
ここで、送電装置１から電子機器２に情報を送信する場合、情報送受信部３２から出力される変調信号を送電回路部１３で電力伝送用の交流信号に重畳することで、電力伝送と同時に情報送信を行うことができる。また、電力伝送が行われていないときに情報伝送を行うようにしてもよい。なお、電子機器２の受電回路部２１は、図示しない情報伝送用のドライバおよび共振回路を備えており、これらを駆動して情報送受信部４２から出力される変調信号を送電装置１に向けて送信する。
【００５５】
ここで送電装置１と電子機器２との間でやりとりされる情報としては、送電装置１および電子機器２の各々の状態に関する状態情報である。状態情報として、例えば２次電池３の充電中に、２次電池３の充電状態に関する情報を電子機器２から送電装置１に送信し、２次電池３の充電が必要な場合は電力伝送を継続し、２次電池３の充電が完了すると電力伝送を停止する。また、状態情報として、温度や電圧などの情報を送電装置１と電子機器２との間でやりとりし、状態情報が異常を示しているときにも電力伝送を停止する制御を行う。
【００５６】
また、本実施形態では、送電装置１および電子機器２がそれぞれ認証部３４，４４を備えており、送電装置１と電子機器２との間で相互認証が行われる。送電装置１および電子機器２では、各々が備える情報送受信部３２，４２により、相互認証に用いられる送電装置１および電子機器２の各識別情報などの認証情報がやりとりされ、この認証情報に基づいて認証部３４，４４において互いに相手方の認証を行う。
【００５７】
この相互認証は、送電装置１から電子機器２への電力伝送を開始する際に行われる。すなわち、送電装置１および電子機器２がそれぞれ、送電装置１の電子機器載置面上に電子機器２が載置されたことを検知すると、送電装置１と電子機器２と間で識別情報をやりとりして、互いに相手方の認証を行う。この相互認証が成功すると、送電装置１から電子機器２への電力伝送が開始される。相互認証が失敗したときは電力伝送が行われない。
【００５８】
次に、送電装置１の送電コイル５および電子機器２の受電コイル６について説明する。図２は、送電装置１の送電コイル５を示す平面図である。図３は、図２に示したコイル構成が適用された送電装置１および電子機器２の断面図である。
【００５９】
図２に示すように、送電コイル５は、線状導体に絶縁層を被覆してなる絶縁電線を複数本集合させた集合電線５１を略円形の渦巻状に巻回して形成された平面コイルである。送電コイル５の両端の端子５２は送電回路部１３（図１参照）に接続される。
【００６０】
図３に示すように、送電コイル５は、送電装置１のハウジング５３の内面に接するように配置され、送電コイル５におけるハウジング５３に接する面と相反する側には送電コイル５の全面を覆うように磁性シート５４が設けられている。
【００６１】
電子機器２の受電コイル６は、図２に示した送電コイル５と同様に、線状導体に絶縁層を被覆してなる絶縁電線を複数本集合させた集合電線５１を略円形の渦巻状に巻回して形成された平面コイルである。受電コイル６の両端は受電回路部２１（図１参照）に電気的に接続される。この受電コイル６は、電子機器２のハウジング５５の内面に接するように配置され、受電コイル６におけるハウジング５５に接する面と相反する側には受電コイル６の全面を覆うように磁性シート５６が設けられている。
【００６２】
このような構成では、送電装置１のハウジング５３に設けられた電子機器載置面５７に電子機器２を載置することで、送電コイル５と受電コイル６とがハウジング５３，５５を介して近接するため、送電コイル５から発生する磁束が受電コイル６に鎖交し、送電コイル５と受電コイル６とが磁気結合して、交流電力が送電コイル５から受電コイル６に伝送される。
【００６３】
図４は、送電装置１の別のコイル構成を示す平面図である。図５は、図４に示したコイル構成が適用された送電装置１および電子機器２の断面図である。
【００６４】
ここでは、図４に示すように、所定の間隙をおいて送電コイル６１と無給電コイル６２とが同心状に配置されており、特にここでは送電コイル６１が無給電コイル６２を取り囲むように配置されている。
【００６５】
無給電コイル６２は、図２に示した送電コイル５と同様に、集合電線５１を略円形の渦巻状に複数回巻きして形成された平面コイルである。送電コイル６１も、集合電線５１を略円形状に巻回して形成された平面コイルであるが、送電コイル６１の巻き数を無給電コイル６２の巻き数より小さくしており、特にここでは送電コイル６１を１回巻きの構成としている。
【００６６】
送電コイル６１および無給電コイル６２は、基板６３上に配置されており、接着剤などの適宜な固定手段で基板６３に固定される。送電コイル６１の両端の端子６４は送電回路部１３（図１参照）に接続される。無給電コイル６２の両端は共振コンデンサ６５と接続されている。
【００６７】
図５に示すように、送電コイル６１および無給電コイル６２は、基板６３と相反する側を送電装置１のハウジング５３の内面に接するように配置され、基板６３における送電コイル６１および無給電コイル６２と相反する側には送電コイル６１および無給電コイル６２の全面を覆うように磁性シート６６が設けられている。
【００６８】
電子機器２側のコイル構成も、図４に示した送電装置１側のコイル構成と同様であり、受電コイル６７が所定の間隙をおいて無給電コイル６８と同心状に配置されており、特にここでは受電コイル６７が無給電コイル６８を取り囲むように配置されている。
【００６９】
無給電コイル６８は、図４に示した送電装置１側の無給電コイル６２と同様に、集合電線５１を略円形の渦巻状に複数回巻きして形成された平面コイルである。受電コイル６７も、集合電線５１を略円形状に巻回して形成された平面コイルであるが、受電コイル６７の巻き数を無給電コイル６８の巻き数より小さくしており、特にここでは受電コイル６７を１回巻きの構成としている。
【００７０】
受電コイル６７および無給電コイル６８は、基板６９上に配置されており、接着剤などの適宜な固定手段で基板６９に固定される。無給電コイル６８の両端は図示しない共振コンデンサと接続される。受電コイル６７の両端は受電回路部２１（図１参照）に接続される。
【００７１】
また、受電コイル６７および無給電コイル６８は、基板６９と相反する側を電子機器２のハウジング５５の内面に接するように配置され、基板６９における受電コイル６７および無給電コイル６８と相反する側には受電コイル６７および無給電コイル６８の全面を覆うように磁性シート７０が設けられている。
【００７２】
このような構成では、送電装置１の送電コイル６１に交流電圧が印加されると、送電コイル６１から発生する磁束により無給電コイル６２が共振する。そして、無給電コイル６２から発生する磁束が電子機器２側の無給電コイル６８に鎖交して無給電コイル６２と無給電コイル６８とが磁気結合し、無給電コイル６８が共振する。そして、無給電コイル６８から発生する磁束により受電コイル６７が励振される。これにより、交流電力が送電装置１側の送電コイル６１から無給電コイル６２および電子機器２側の無給電コイル６８を介して受電コイル６７に伝送される。
【００７３】
このように送電コイル６１と受電コイル６７との間に無給電コイル６２，６８を介在させることで、回路インピーダンスの影響によりＱ値が低下することを抑えることができ、さらに電力の反射も抑えることができ、Ｑ値が高く維持されるように、無給電コイル６２，６８のインピーダンスが適切な値に設定される。また、送電コイル６１と無給電コイル６２，６８との結合係数および無給電コイル６２，６８と受電コイル６７との結合係数を大きく確保することで、高い電力伝送効率を実現することができる。
【００７４】
また、送電装置１では、送電コイル６１と同心状に無給電コイル６２を配置すると、送電コイル６１と無給電コイル６２とでは電流の向きが逆方向となるので、送電コイル６１から発生する磁束が無給電コイル６２から発生する磁束を弱めるように作用するが、ここでは、送電コイル６１の巻き数を無給電コイル６２の巻き数より小さくしているため、無給電コイル６２の磁束が弱められることを抑制することができ、これにより消費電力を低く抑えることができる。また、このような作用は電子機器２の受電コイル６７および無給電コイル６８においても同様である。
【００７５】
次に、図３に示した送電コイル５および受電コイル６や図５に示した送電コイル６１および無給電コイル６２ならびに受電コイル６７および無給電コイル６８を構成する集合電線５１について説明する。
【００７６】
図６は、集合電線５１を示す模式的な側面図である。図７は、第１の束線８２および第２の束線８３の製造の要領を説明する模式的な側面図である。図８は、集合電線５１の製造の要領を説明する模式的な側面図である。
【００７７】
図６〜図８に示すように、集合電線５１は、絶縁層が被覆された素線（絶縁電線）８１を複数集合させたものであり、右撚り（Ｓ撚り）および左撚り（Ｚ撚り）のいずれか一方の撚り方向で複数の素線８１を撚り合わせた第１の束線８２と、右撚りおよび左撚りのいずれか他方の撚り方向で複数の素線８１を撚り合わせた第２の束線８３と、を備え、第１の束線８２と第２の束線８３とが、右撚りおよび左撚りのいずれかの撚り方向で撚り合わされてできている。
【００７８】
このように構成された集合電線５１では、複数の素線８１を集合させたため、表皮効果の影響を抑制することができ、さらに、第１の束線８２と第２の束線８３とで素線８１の撚り方向が互いに逆になることから、各素線８１を流れる電流の向きが第１の束線８２と第２の束線８３とで全体として異なる状態となるため、近接効果の影響を抑制することができる。
【００７９】
これにより、電力損失を抑えて電力伝送効率を高めることができ、送電コイル５，６１と受電コイル６，６７との伝送距離を大きくした場合や、送電コイル５，６１と受電コイル６，６７とに軸ずれがある場合でも、電力伝送効率が大きく低下することを避けることができる。また、素線８１を撚り合わせてできた束線８２，８３をさらに撚り合わせる構成とすることで、製造工程での断線の発生率を低減する効果が得られる。
【００８０】
また、集合電線５１は、第１の束線８２および第２の束線８３をそれぞれ複数備え、第１の束線８２と第２の束線８３とが、交互に配置された状態で撚り合わされている。これにより、素線８１の撚り方向が互いに逆になる第１の束線８２と第２の束線８３とが隣り合うため、近接効果の影響をより一層抑制することができる。
【００８１】
また、集合電線５１は、第１の束線８２および第２の束線８３を同数備えている。これにより、第１の束線８２と第２の束線８３とが必ず隣り合う状態となり、第１の束線８２同士または第２の束線８３同士が隣り合うことがないため、近接効果の影響をより一層抑制することができる。
【００８２】
なお、本実施形態では、図６〜図８に示すように、素線８１の撚り方向が第１の束線８２で左撚り（Ｚ撚り）、第２の束線８３で右撚り（Ｓ撚り）となっているが、これとは逆の撚り方向としてもよい。また、集合電線５１における束線８２，８３の撚り方向は右撚りおよび左撚りのいずれでもよいが、ここでは第２の束線８３と同じ右撚りとなっている。
【００８３】
また、本実施形態では、図６、図８に示すように、集合電線５１が、第１の束線８２および第２の束線８３を２本ずつ撚り合わせた構成となっているが、第１の束線８２および第２の束線８３を１本ずつ撚り合わせた構成も可能であり、また、第１の束線８２および第２の束線８３の本数をこれより多くする、例えば第１の束線８２および第２の束線８３を２０本から３０本ずつ撚り合わせた構成も可能である。
【００８４】
また、本実施形態では、図７に示すように、第１の束線８２および第２の束線８３が、４本の素線８１を撚り合わせた構成となっているが、撚り合わる素線８１を２本とすることも可能であり、また、束線８２，８３の断面積を大きくしてコイルから発生する磁力強度を高めるために、素線８１を細くして、撚り合わる素線８１の本数を増やす、例えば２０本から３０本程度とすることも可能である。
【００８５】
次に、束線８２，８３における素線８１の撚り角度および集合電線５１における束線８２，８３の撚り角度について説明する。図９は、束線８２，８３における素線８１の撚り角度および集合電線５１における束線８２，８３の撚り角度を説明する側面図である。
【００８６】
図７（Ａ）に示したように、第１の束線８２では、第１の撚り角度（側面視で素線８１の中心線と第１の束線８２の中心線とのなす角度）Ａで素線８１が撚り合わされている。図７（Ｂ）に示したように、第２の束線８３では、第２の撚り角度（側面視で素線８１の中心線と第２の束線８３の中心線とのなす角度）Ｂで素線８１が撚り合わされている。
【００８７】
ここで、本実施形態では、第１の撚り角度Ａと第２の撚り角度Ｂとの和（Ａ＋Ｂ）が略９０度となっており、また、第１の撚り角度Ａと第２の撚り角度Ｂとが略等しくなっている。すなわち、第１の撚り角度Ａおよび第２の撚り角度Ｂはともに略４５度となっている。
【００８８】
このように、第１の撚り角度Ａと第２の撚り角度Ｂとの和（Ａ＋Ｂ）が略９０度となっていると、図９に示すように、側面視で第１の束線８２の素線８１と第２の束線８３の素線８１とが略直交する状態となるため、近接効果の影響を最大限に抑制することができる。
【００８９】
また、第１の撚り角度Ａと第２の撚り角度Ｂとが略等しくなっていると、第１の束線８２と第２の束線８３とで素線８１の全長が略等しくなることから、第１の束線８２と第２の束線８３とで抵抗値やインダクタンスが略等しくなるため、送電回路部１３や受電回路部２１との整合がとりやすくなり、電力伝送効率をより一層高めることができる。
【００９０】
なお、本実施形態では、第１の撚り角度Ａおよび第２の撚り角度Ｂを略４５度としたが、これに限定されるものではなく、適宜な角度に設定することができるが、撚り角度Ａ，Ｂを３０度から７０度の範囲とするとよく、より好ましくは撚り角度Ａ，Ｂを３５度から６５度の範囲とするとよく、さらに好ましくは撚り角度Ａ，Ｂを４０度から６０度の範囲とするとよい。なお、この撚り角度Ａ，Ｂは、位置に応じて多少のばらつきが現れる場合があるので、複数箇所（例えば２０箇所）の撚り角度を平均して評価するとよい。
【００９１】
ここで、素線８１の撚り角度Ａ，Ｂが共に小さすぎる場合や大きすぎる場合には、第１の束線８２の素線８１と第２の束線８３の素線８１とのなす角度が小さくなるため、近接効果を抑制する効果が低下する。
【００９２】
また、集合電線５１では、第３の撚り角度（側面視で束線８２，８３の中心線と集合電線５１の中心線とのなす角度）Ｃで第１の束線８２および第２の束線８３が撚り合わされている。この第３の撚り角度Ｃは、第１の束線８２および第２の束線８３をそれぞれ構成する素線８１の位置関係に影響を及ぼすものではなく、適宜に設定すればよい。
【００９３】
次に、第１の束線８２、第２の束線８３および集合電線５１の製造方法について説明する。図１０は、第１の束線８２を製造する装置を説明する説明図である。
【００９４】
この製造装置では、素線８１が巻かれた４つの繰り出し機１０１が筐体１０２内に回転可能に収納されている。なお、図１０では筐体１０２を透視して筐体１０２の内部を示している。筐体１０２は回転台１０３に搭載され、この回転台１０３は図示しないモータで一定の回転速度で回転される。筐体１０２の上部には、一定の張力が与えられた状態で素線８１が引き出される素線引き出し部１０４が４つ設けられている。素線引き出し部１０４の上方には、素線８１を撚り合わせる素線撚り合わせ部１０５が配置されている。この素線撚り合わせ部１０５で４本の素線８１が撚り合わされて形成された第１の束線８２は巻取り機１０６に導かれ、ここで第１の束線８２が巻き取られる。
【００９５】
このように構成された製造装置において、素線８１を撚り合わせて第１の束線８２を形成するにあたっては、回転台１０３を回転させて筐体１０２を一定の回転速度で自転させながら、巻取り機１０６で第１の束線８２を一定速度で巻き取る。これにより、第１の束線８２が一定速度で引っ張られ、これに応じて、素線引き出し部１０４から素線８１が引き出されて素線撚り合わせ部１０５で素線８１が撚り合わされる。
【００９６】
ここで、素線撚り合わせ部１０５で素線８１が撚り合わされる際に、素線８１同士が過度に重なったり、素線８１同士が離れ過ぎないように、回転台１０３の回転速度や巻取り機１０６の巻取り速度が調整される。
【００９７】
また、素線繰り出し部１０４から素線撚り合わせ部１０５に向かう素線８１の角度Ｄが、素線８１の撚り角度Ａ（図７参照）となり、この素線８１の撚り角度Ａは、素線繰り出し部１０４と素線撚り合わせ部１０５との距離Ｌを調整することで変更することができる。
【００９８】
図１０では、第１の束線８２を製造する装置を示したが、第２の束線８３および集合電線５１もこれと同様な装置により製造することができる。すなわち、第２の束線８３では、回転台１０３の回転方向を逆にすればよく、これにより、第１の束線８２と素線８１の撚り方向が逆になる第２の束線８３を製造することができる。また、集合電線５１では、素線８１の代わりに第１の束線８２および第２の束線８３を用いればよい。
【００９９】
なお、束線８２，８３を撚り合わせて集合電線５１を製造する際に、単に筐体１０２を回転させただけでは、素線８１の撚り方向が束線８２，８３の撚り方向と逆になる第１の束線８２では素線８１の撚りが進み、素線８１の撚り方向が束線８２，８３の撚り方向と同じになる第２の束線８３では素線８１の撚りが戻るため、素線８１の撚り状態が変化しないように、第１の束線８２および第２の束線８３を回転させる機構を筐体１０２に設けるとよい。また、束線８２，８３をそれぞれ製造する際に、束線８２，８３を撚り合わせる際の束線８２，８３の撚り状態の変化を考慮して、素線８１を撚り合わせるようにしてもよい。
【０１００】
次に、図８に示した集合電線５１の変形例について説明する。図１１は、図８に示した集合電線５１とその変形例を示す模式的な断面図である。
【０１０１】
図８に示した集合電線５１は、図１１（Ａ）に示すように、第１の束線８２および第２の束線８３を２本ずつ撚り合わせたものである。この場合、第１の束線８２および第２の束線８３を交互に配置することで、第１の束線８２と第２の束線８３とが隣り合わないようにすることができ、これにより近接効果の影響をより一層抑制することができる。
【０１０２】
一方、図１１（Ｂ）に示す例は、第１の束線８２および第２の束線８３を６本ずつ撚り合わせたものである。この例では、第１の束線８２および第２の束線８３を同数としても、第１の束線８２および第２の束線８３を交互に配置することができず、第１の束線８２同士または第２の束線８３同士が隣り合うところがある。しかしながら、第１の束線８２と第２の束線８３とが隣り合う割合を低くすることができるため、近接効果の影響を抑制することができる。
【０１０３】
以上、本発明を特定の実施形態に基づいて説明したが、これらの実施形態はあくまでも例示であって、本発明はこれらの実施形態によって限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【０１０４】
すなわち、本実施形態では、電子機器２に搭載された２次電池３を充電するために、送電装置１から電子機器２に電力伝送を行う構成について説明し、このような構成は２次電池を備えた携帯電話などの携帯型の電子機器に好適であるが、本発明におけるワイヤレス電力伝送はこのような２次電池の充電に限定されるものではなく、２次電池を備えていない電子機器に動作電力を常時供給するものであってもよい。
【０１０５】
また、本実施形態では、集合電線５１が第１の束線８２および第２の束線８３を２本ずつ撚り合わせた構成となっているが、本発明では、撚り合わせる束線８２，８３の本数が特に限定されるものではなく、第１の束線８２と第２の束線８３とを少なくとも１本ずつ備えていればよい。また、本実施形態では、第１の束線８２および第２の束線８３が４本の素線８１を撚り合わせた構成となっているが、本発明では、撚り合わせる素線８１の本数が特に限定されるものではない。
【産業上の利用可能性】
【０１０６】
本発明にかかる集合電線、これを用いた送電装置および電子機器、ならびにワイヤレス電力伝送システムは、表皮効果および近接効果の影響を十分に抑えて、送電コイルと受電コイルとの伝送距離を大きくした場合や、送電コイルと受電コイルとに軸ずれがある場合でも、電力伝送効率が大きく低下することがないという効果を有し、電子機器に搭載された２次電池を充電するなどの用途で、送電装置から電子機器にワイヤレスで電力伝送を行うワイヤレス電力伝送に用いられる集合電線、これを用いた送電装置および電子機器、ならびにワイヤレス電力伝送システムなどとして有用である。
【符号の説明】
【０１０７】
１  送電装置
２  電子機器
３  ２次電池
５  送電コイル
６  受電コイル
５１  集合電線
６１  送電コイル
６２  無給電コイル
６５  共振コンデンサ
６７  受電コイル
６８  無給電コイル
８１  素線
８２  第１の束線
８３  第２の束線
Ａ，Ｂ  素線の撚り角度
Ｃ  束線の撚り角度
【図１】
2014103147.tif 000003
【図２】
2014103147.tif 000004
【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】
2014103147.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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