(57)【要約】  本発明に係る受電装置は、磁気共鳴により電力を受ける受電コイルと、前記受電コイルが受電した電力を直流に変換する受電回路と、前記受電回路が変換した電力によって動作する負荷回路と、前記受電コイル及び前記受電回路が搭載された第１基板と、前記受電コイルの軸方向から見て前記受電コイルよりも外側に配置され、前記負荷回路が搭載された第２基板と、を備えた。
2019087237.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気共鳴により電力を受ける受電コイルと、
前記受電コイルが受電した電力を直流に変換する受電回路と、
前記受電回路が変換した電力によって動作する負荷回路と、
前記受電コイル及び前記受電回路が搭載された第１基板と、
前記受電コイルの軸方向から見て前記受電コイルよりも外側に配置され、前記負荷回路が搭載された第２基板と、
を備えた受電装置。
【請求項２】
前記第１基板は、前記受電コイルの軸方向から見て、
前記受電コイルが配置された第１領域と、
前記受電回路が配置された第２領域とが隣接している
請求項１に記載の受電装置。
【請求項３】
前記受電コイルの軸方向から見て、前記第１基板の前記受電回路と前記第２基板の少なくとも一部とが重複している
請求項１又は２に記載の受電装置。
【請求項４】
前記受電回路が変換した電力によって動作する第２負荷回路を備え、
前記第２負荷回路は、
前記受電コイルの軸方向から見て前記受電コイルと重複する位置に配置され、電気的な閉回路を形成しない部品によって構成された
請求項１〜３の何れか一項に記載の受電装置。
【請求項５】
前記受電コイルと前記受電回路との組を複数備え、
前記負荷回路は、
複数組の前記受電コイル及び前記受電回路から電力が供給されるように構成された
請求項１〜４の何れか一項に記載の受電装置。
【請求項６】
前記第１基板を収納する第１筐体と、
前記第２基板を収納する第２筐体と、を備え、
前記第１筐体と前記第２筐体とが、
前記受電コイルの軸方向から見て、前記負荷回路が前記受電コイルの外側に位置する第１位置と、前記負荷回路が前記受電コイルと重複する第２位置とに移動可能に連結された
請求項１〜５の何れか一項に記載の受電装置。
【請求項７】
前記磁気共鳴の共振周波数は、ＭＨｚ帯域の周波数である
請求項１〜６の何れか一項に記載の受電装置。
【請求項８】
前記磁気共鳴の共振周波数は、６．７８ＭＨｚ又は６．７８ＭＨｚの整数倍である
請求項７に記載の受電装置。
【請求項９】
磁気共鳴により電力を送る送電コイルと、
前記送電コイルに電力を供給するインバータ回路と、
を有する送電装置と、
請求項１〜８の何れか一項に記載の受電装置と、
を備えた非接触電力伝送システム。
【請求項１０】
前記インバータ回路には、半導体スイッチング素子を備え、
前記半導体スイッチング素子は、ワイドバンドギャップ半導体によって構成されている
請求項９に記載の非接触電力伝送システム。
【請求項１１】
前記ワイドバンドギャップ半導体は、炭化珪素、窒化ガリウム系材料、ダイヤモンド又はガリウムナイトライドである
請求項１０に記載の非接触電力伝送システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気共鳴方式により非接触で電力を受電する受電装置、及びその受電装置を備えた非接触電力伝送システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の技術においては、送電コイルから電磁誘導作用で搬送される電力を受け取る受電コイルと、この受電コイルに誘導される交流を直流に変換して出力する変換回路を実装する回路基板とを備えた携帯電話機が開示されている（例えば、特許文献１参照）。この携帯電話機は、受電コイルを内蔵する可動ケースと、回路基板を内蔵する本体ケースとが別体で構成される。可動ケースは、受電コイルを回路基板から引き離した位置に移動可能な状態で本体ケースに連結されている。【０００３】
また、従来の技術においては、送電コイルと受電コイルとの磁界共鳴を利用して電力を伝送するワイヤレス送電システムが提案されている（例えば、特許文献２参照）。磁界共鳴方式では、送電装置及び受電側装置の双方にコイルとキャパシタを用いた共振回路を設け、それらの共振回路の共振周波数を一致させることにより、送電装置から受電側装置に電力を伝送する。この磁界共鳴方式のワイヤレス送電では、送電装置と受電側装置との距離がある程度離れていても、高効率で電力を伝送できるという利点がある。なお、磁界共鳴は、磁気共鳴とも称される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−７８２４３号公報
【特許文献２】特許第５８３８５６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の技術は、受電コイルを内蔵する可動ケースを、回路基板から引き離した位置に配置することで、送電コイルの電磁波ノイズによる回路基板の誤動作を防止している。しかし、特許文献１に記載の技術では、電磁誘導方式による電力伝送を行っている。このため、磁気共鳴方式による電力伝送と比較して、送電コイルと受電コイルとの間の距離が短く、受電装置の設置位置が制約される、という課題がある。
一方、特許文献２に記載のワイヤレス伝送システムのような磁気共鳴方式の電力伝送は、電磁誘導方式による電力伝送と比較して送電コイルと受電コイルとの間の距離を長くすることができ、受電装置の設置位置の制約を軽減することができる。【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の技術に、磁気共鳴方式の電力伝送を適用すると、次のような課題がある。
即ち、磁気共鳴より伝送される電力の周波数は、電磁誘導により伝送される電力の周波数よりも高い。例えば、電磁誘導により伝送される電力の周波数はｋＨｚ帯の周波数であるのに対し、磁気共鳴の共振周波数がＭＨｚ帯の周波数である。
このため、可動ケースに内蔵された受電コイルと、本体ケースに内蔵された回路基板（受電回路）とを接続するリード線等の配線のインダクタンスに起因する損失が増大する、という課題がある。また、受電コイルと回路基板（受電回路）とを接続する配線等に高周波ノイズが発生し、回路基板が誤作動する、という課題がある。【０００７】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされるもので、磁気共鳴により電力を受ける受電コイルと受電回路との間の電力損失及び高周波ノイズを抑制することができる受電装置及び非接触電力伝送システムを得るものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る受電装置は、磁気共鳴により電力を受ける受電コイルと、前記受電コイルが受電した電力を直流に変換する受電回路と、前記受電回路が変換した電力によって動作する負荷回路と、前記受電コイル及び前記受電回路が搭載された第１基板と、前記受電コイルの軸方向から見て前記受電コイルよりも外側に配置され、前記負荷回路が搭載された第２基板と、を備えたものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る受電装置は、受電コイル及び受電回路が第１基板に搭載されている。このため、受電回路を第１基板とは別体の第２基板に搭載した場合と比較して、受電コイルと受電回路との間の接続経路のインダクタンスを小さくすることができ、電力損失及び高周波ノイズを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施の形態１に係る受電装置の内部構成を模式的に示す平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面を模式的に示す図である。
【図３】実施の形態１に係る受電装置の受電コイルと受電回路との配置位置を説明する平面図である。
【図４】実施の形態１に係る非接触電力伝送システムの概略構成を模式的に示す図である。
【図５】実施の形態１に係る送電装置及び受電装置の構成を示す図である。
【図６】図５の構成の具体的な回路図である。
【図７】実施の形態１に係る非接触電力伝送システムの受電コイルの受電に作用する磁界と負荷回路の配置を説明する図である。
【図８】実施の形態１に係る非接触電力伝送システムの受電コイルの受電に作用する磁界と負荷回路の配置を説明する図である。
【図９】実施の形態２に係る受電装置の外観を示す平面図である。
【図１０】実施の形態２に係る受電装置の内部構成を模式的に示す平面図である。
【図１１】図１０のＡ−Ａ断面を模式的に示す図である。
【図１２】実施の形態３に係る受電装置の内部構成を模式的に示す平面図である。
【図１３】実施の形態３に係る非接触電力伝送システムの受電コイルの受電に作用する磁界と負荷回路の配置を説明する図である。
【図１４】実施の形態４に係る受電装置の構成を模式的に示す平面図である。
【図１５】実施の形態４に係る受電装置の構成を模式的に示す平面図である。
【図１６】実施の形態４に係る受電装置の構成の変形例を模式的に示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施の形態１．
（構成）
図１は、実施の形態１に係る受電装置の内部構成を模式的に示す平面図である。
図２は、図１のＡ−Ａ断面を模式的に示す図である。
図１及び図２に示すように、受電装置１００は、筐体１内に収納された、第１基板１０及び第２基板２０を備える。
第１基板１０には、受電コイル３０及び受電回路４０が搭載されている。
受電コイル３０は、磁気共鳴により電力を受電する。受電コイル３０は、例えば銅箔等の配線パターンが渦巻き状に形成された平面コイルである。なお、受電コイル３０は、配線パターンに限らず、任意の導電線を渦巻き状に巻いて形成し、第１基板１０に搭載しても良い。また、受電コイル３０は、複数層に積層して形成しても良い。
なお、第１基板１０の受電コイル３０の内周部には、第１基板１０を貫通する開口であるくりぬき部１１が形成されている。なお、くりぬき部１１を形成しない構成でも良い。
【００１２】
受電回路４０は、受電コイル３０が受電した電力を直流に変換する。回路構成の詳細は後述する。
受電コイル３０と受電回路４０とは、第１基板１０に形成された配線パターンによって接続されている。ここで、第１基板１０における受電コイル３０と受電回路４０との配置位置について図３により説明する。
【００１３】
図３は、実施の形態１に係る受電装置の受電コイルと受電回路との配置位置を説明する平面図である。
図３に示すように、第１基板１０は、受電コイル３０の軸ＡＸの方向から見て、受電コイル３０が配置された第１領域１２と、受電回路４０が配置された第２領域１３とが隣接している。即ち、受電コイル３０と受電回路４０とを接続する配線パターンの距離が最短となるように、受電コイル３０と受電回路４０とが第１基板１０上に配置されている。
【００１４】
再び、図１及び図２を参照する。
第２基板２０には、受電回路４０が変換した電力によって動作する負荷回路５０が搭載されている。負荷回路５０と受電回路４０とは、配線２１により接続されている。配線２１は、例えば絶縁皮膜された任意の金属からなる導電線によって構成される。
【００１５】
第２基板２０は、受電コイル３０の軸ＡＸの方向からみて、受電コイル３０よりも外側に配置されている。例えば、図２に示すように、第２基板２０は、受電コイル３０の外周端と第２基板２０の受電コイル３０側の端部との間に、間隔Ｇを設けて配置されている。
【００１６】
また、受電コイル３０の軸ＡＸの方向から見て、第１基板１０の受電回路４０と第２基板２０の少なくとも一部とが重複している。
【００１７】
図４は、実施の形態１に係る非接触電力伝送システムの概略構成を模式的に示す図である。
図４に示すように、非接触電力伝送システム３００は、受電装置１００と、受電装置１００へ電力を送る送電装置２００とを備える。
送電装置２００は、磁気共鳴により電力を送る送電コイル７０を備えている。
送電コイル７０は、例えば銅箔等の基板配線パターンが渦巻き状に形成された平面コイルである。なお、送電コイル７０は、配線パターンに限らず、任意の導電線を渦巻き状に巻いて形成しても良い。また、送電コイル７０は、複数層に積層して形成しても良い。
なお、図４では、送電コイル７０の大きさが、受電コイル３０よりも大きい場合を示すが、本発明はこれに限定されず、送電コイル７０と受電コイル３０とが、同程度の大きさであっても良い。また、受電コイル３０及び送電コイル７０の形状は、円形又は楕円形であっても良い。
【００１８】
受電装置１００の受電コイル３０は、送電コイル７０の磁界の範囲内に配置されると、磁気共鳴により電力を受電する。
磁気共鳴による電力伝送の詳細を図５及び図６により説明する。
【００１９】
（磁気共鳴による電力伝送）
図５は、実施の形態１に係る送電装置及び受電装置の構成を示す図である。
図６は、図５の構成の具体的な回路図である。
受電装置１００と送電装置２００とは、共振特性を利用して電力伝送を行う磁気共鳴方式の非接触電力伝送システム３００を構成する。即ち、送電装置２００は、磁気共鳴によって受電装置１００へ電力を送電する共振型電力送電装置を構成する。また、受電装置１００は、磁気共鳴によって送電装置２００から電力を受電する共振型電力受電装置を構成する。なお、磁気共鳴による電力伝送は、共振結合型電力伝送とも称する。
【００２０】
図５及び図６に示すように、送電装置２００は、送電コイル７０に電力を供給するインバータ回路を構成する送電回路６０を備える。
送電回路６０は、共振型電源６０１及び整合回路６０２により構成されている。
共振型電源６０１は、送電コイル７０への電力の供給を制御するものであり、直流又は交流の入力電力を所定の周波数の交流に変換して出力するものである。この共振型電源６０１は、半導体スイッチング素子Ｓ１を有する共振スイッチング方式による電源回路で構成される。共振型電源６０１、出力インピーダンスＺｏ、共振周波数ｆｏ及び共振特性値Ｑｏを有する。また、共振型電源６０１の共振周波数ｆｏは、ＭＨｚ帯域の周波数に設定されている。共振周波数ｆｏは、例えば、６．７８ＭＨｚである。なお、共振周波数ｆｏは、これに限らず、ＭＨｚ帯域において、６．７８ＭＨｚの整数倍の周波数としても良い。
【００２１】
整合回路６０２は、共振型電源６０１の出力インピーダンスＺｏと送電コイル７０の通過特性インピーダンスＺｔとの間のインピーダンス整合を行うものである。この整合回路６０２は、インダクタＬ及びキャパシタＣによるπ型又はＬ型のフィルタで構成され、その通過特性インピーダンスＺｐを有する。
【００２２】
送電コイル７０は、整合回路６０２を介した共振型電源６０１からの交流電力を入力して共振動作を行い、非放射型の電磁界を近傍に発生させることで、受電装置１００の受電コイル３０に対して電力伝送を行うものである。この送電コイル７０は、コイルとキャパシタＣ５とにより共振回路が形成され、共振型のアンテナとして機能する。送電コイル７０は、通過特性インピーダンスＺｔ、共振周波数ｆｔ及び共振特性値Ｑｔを有する。
【００２３】
また、共振型電源６０１の共振周波数ｆｏ及び共振特性値Ｑｏは、共振型電源６０１の出力インピーダンスＺｏと整合回路６０２の通過特性インピーダンスＺｐから決まる。送電コイル７０の共振周波数ｆｔ及び共振特性値Ｑｔは、送電コイル７０の通過特性インピーダンスＺｔと整合回路６０２の通過特性インピーダンスＺｐから決まる。
そして、この２つの共振特性値Ｑｏ及びＱｔから、送電装置２００は、下式（１）の共振特性値Ｑｔｘを有することになる。
【００２４】
［数１］
Ｑｔｘ＝√（Ｑｏ・Ｑｔ）                    （１）
【００２５】
受電装置１００の受電回路４０は、整流回路４０１及び変換回路４０２により構成されている。
受電コイル３０は、送電コイル７０からの非放射型の電磁界と共振結合動作を行うことで電力を受電し、交流電力を出力するものである。この受電コイル３０は、コイルとキャパシタＣ１１とにより共振回路が形成され、共振型のアンテナとして機能する。受電コイル３０は、通過特性インピーダンスＺｒを有する。
【００２６】
整流回路４０１は、受電コイル３０からの交流電力を直流電力に変換する整流機能と、受電コイル３０の通過特性インピーダンスＺｒと変換回路４０２の入力インピーダンスＺＲＬとの間のインピーダンス整合を行う整合機能を有する整合型整流回路である。整合機能は、インダクタＬ及びキャパシタＣによるπ型又はＬ型のフィルタで構成される。また、整流回路４０１は、通過特性インピーダンスＺｓを有する。なおここでは、整流回路４０１が整流機能及び整合機能を有するものとしたが、これに限るものではなく、整流効率は下がるが整流機能のみで構成してもよい。
【００２７】
変換回路４０２は、整流回路４０１からの直流電力を入力し、所定の電圧へ変換して負荷回路５０へ供給するものである。この変換回路４０２は、高周波電圧リップルを平滑するためのＬＣフィルタと、所定の電圧へ変換するためのＤＣ／ＤＣコンバータ等で構成され、その入力インピーダンスＺＲＬを有している。なお、ＤＣ／ＤＣコンバータを設けず、平滑フィルタであるＬＣフィルタのみで構成してもよい。
【００２８】
また、受電装置１００の共振特性値Ｑｒ及び共振周波数ｆｒは、受電コイル３０の通過特性インピーダンスＺｒと、整流回路４０１の通過特性インピーダンスＺｓと、変換回路４０２の入力インピーダンスＺＲＬから決まる。
【００２９】
そして、共振型電源６０１の共振特性値Ｑｏ、送電コイル７０の共振特性値Ｑｔ及び受電装置１００の共振特性値Ｑｒに相関関係を持たせるように、各機能部の特性インピーダンスを設定する。すなわち、送電装置２００の共振特性値Ｑｔｘ（＝√（Ｑｏ・Ｑｔ））と受電装置１００の共振特性値Ｑｒとを近づける（下式（２））。
具体的には下式（３）の範囲内が望ましい。
【００３０】
［数２］
√（Ｑｏ・Ｑｔ）≒Ｑｒ                      （２）
【００３１】
［数３］
０．５Ｑｒ≦√（Ｑｏ・Ｑｔ）≦１．５Ｑｒ    （３）
【００３２】
このように、共振型電源６０１の共振特性値Ｑｏ、送電コイル７０の共振特性値Ｑｔ及び受電装置１００の共振特性値Ｑｒという３つの共振特性値に、上記のような相関関係を持たせることにより、電力伝送効率の低減を抑制することができる。したがって、磁気共鳴方式による電力伝送は、電磁誘導方式による電力伝送と比較して、送電コイル７０と受電コイル３０との間の距離を長くすることができる。なお、電磁誘導方式による電力伝送は、電磁誘導結合型電力伝送とも称する。
【００３３】
なお、半導体スイッチング素子Ｓ１は、例えばワイドバンドギャップ半導体によって構成されている。ワイドバンドギャップ半導体は、シリコンと比較して、バンドギャップが大きい半導体素子の総称である。ワイドバンドギャップ半導体には、炭化珪素、窒化ガリウム系材料、ダイヤモンド又はガリウムナイトライドがある。
半導体スイッチング素子Ｓ１をワイドバンドギャップ半導体によって構成することで、半導体スイッチング素子Ｓ１の通電損失を減らすことができる。また、半導体スイッチング素子Ｓ１を駆動する際のスイッチング周波数を高周波にしても共振型電源６０１における放熱が良好であるため、共振型電源６０１の放熱フィンを小型にすることができ、共振型電源６０１の小型化及び低コスト化を実現することができる。
【００３４】
（動作）
次に、本実施の形態１における非接触電力伝送システム３００の動作について説明する。
使用者は、受電装置１００を送電装置２００の上に配置する。例えば、受電装置１００の受電コイル３０が、送電装置２００の送電コイル７０に対向するように、受電装置１００を配置する。なお、上述したように、磁気共鳴方式による電力伝送は、電力伝送が可能となる距離が長いため、受電コイル３０と送電コイル７０とが対向する位置に限らず、受電コイル３０が磁気共鳴により送電コイル７０から受電が可能な範囲に配置すればよい。
【００３５】
送電装置２００の送電回路６０が動作すると、送電回路６０から送電コイル７０へ高周波の電流が供給され、送電コイル７０から磁界が発生する。これにより、磁気共鳴によって送電コイル７０から受電装置１００の受電コイル３０へ電力が供給される。受電コイル３０が受電した電力は、受電回路４０によって直流に変換され、負荷回路５０へ供給される。
【００３６】
ここで、受電コイル３０の受電に作用する磁界が負荷回路５０へ及ぼす影響について説明する。
図７は、実施の形態１に係る非接触電力伝送システムの受電コイルの受電に作用する磁界と負荷回路の配置を説明する図である。
図７に示すように、送電コイル７０の軸方向に発生した磁界は、送電コイル７０と対向配置された受電コイル３０を通過する。受電コイル３０に磁界Ｂ１が通過することで受電コイル３０に高周波の誘起電圧が発生する。
【００３７】
一方、図１及び図２に示したように、負荷回路５０は、第２基板２０に搭載されている。そして、第２基板２０は、受電コイル３０の軸ＡＸの方向から見て、受電コイル３０の外側に配置されている。即ち、受電コイル３０の受電に作用する磁界Ｂ１が、負荷回路５０を通過しない。
【００３８】
このため、受電コイル３０は、負荷回路５０からの磁気的影響を受けることが無く、受電コイル３０の鎖交磁束が低減することもない。したがって、非接触給電効率を向上させることが可能となる。これは、送電装置２００と受電装置１００の距離を多く取っても、受電コイル３０の誘起電圧を発生させることが可能となり、負荷回路５０の動作も可能となることから、非接触電力伝送システム３００の使い勝手が向上する。
【００３９】
図８は、実施の形態１に係る非接触電力伝送システムの受電コイルの受電に作用する磁界と負荷回路の配置を説明する図である。
図８に示すように、負荷回路５０に送電コイル７０からの磁界Ｂ２が通過する場合、負荷回路５０から磁界Ｂ３が発生する。具体的には、負荷回路５０を構成するＬＥＤ又はマイコン等の電気部品と、これら電気部品を電気的に接続するための銅箔等による配線パターンにより、負荷回路５０には、電気的な電流ループ経路、即ち電気的な閉回路が形成される。負荷回路５０に形成された電気的な閉回路に磁界Ｂ２が通過すると、高周波の誘起電圧が発生する。そして、負荷回路５０の電気的な閉回路に電流が流れ、磁界Ｂ２と反対向きの磁界Ｂ３が発生する。
【００４０】
一方、図１及び図２に示したように、負荷回路５０は、第２基板２０に搭載されている。そして、第２基板２０は、受電コイル３０の軸ＡＸの方向から見て、受電コイル３０の外側に配置されている。
即ち、負荷回路５０から発生した磁界Ｂ３は、受電コイル３０を通過することがなく、受電コイル３０の受電に作用する磁界Ｂ１が、磁界Ｂ１とは反対向きの磁界Ｂ３によって打ち消されることがない。
【００４１】
このため、受電コイル３０は、負荷回路５０からの磁気的影響を受けることが無く、受電コイル３０の鎖交磁束が低減することもない。したがって、非接触給電効率を向上させることが可能となる。これは、送電装置２００と受電装置１００の距離を多く取っても、受電コイル３０の誘起電圧を発生させることが可能となり、負荷回路５０の動作も可能となることから、非接触電力伝送システム３００の使い勝手が向上する。
【００４２】
（効果）
以上のように本実施の形態１においては、受電装置１００は、受電コイル３０及び受電回路４０が搭載された第１基板１０と、受電コイル３０の軸ＡＸの方向から見て、受電コイル３０よりも外側に配置され、負荷回路５０が搭載された第２基板２０とを備える。
このため、受電回路４０を第１基板１０とは別体の第２基板２０に搭載した場合と比較して、受電コイル３０と受電回路４０との間の接続経路のインダクタンスを小さくすることができる。したがって、磁気共鳴により電力を受ける受電コイル３０と受電回路４０との間の電力損失及び高周波ノイズを抑制することができる。
【００４３】
また、受電コイル３０と受電回路４０と接続するリード線等の配線が不要となるため、高周波ノイズの発生を抑制でき、負荷回路５０の誤作動の発生を軽減することができる。
【００４４】
また、負荷回路５０に電気的な閉回路が形成された場合であっても、負荷回路５０から発生した磁界Ｂ３が受電コイル３０の受電に作用する磁界Ｂ１を打ち消すことがない。
このため、受電コイル３０と負荷回路５０の距離を長く取る必要も無くなる。また、受電コイル３０と負荷回路５０との間に磁性シート等を設ける必要も無くなることから、非接触給電効率の向上と受電装置１００の小型化を実現することができる。且つ、シールド板又は磁性シートが不要となることから受電装置の低コスト化を図ることが可能となる。
さらに、負荷回路５０において、電気的な閉回路を形成することができるため、負荷回路５０が搭載された第２基板２０の配線パターンの設計の自由度を向上することができる。よって、第２基板２０に搭載された負荷回路５０の実装部品の増加を実現することができ、受電装置１００の高機能化を図ることができる。
【００４５】
また、本実施の形態１においては、第１基板１０は、受電コイル３０の軸ＡＸの方向から見て、受電コイル３０が配置された第１領域１２と、受電回路４０が配置された第２領域１３とが隣接している。即ち、受電コイル３０と受電回路４０とを接続する配線パターンの距離が最短となるように、受電コイル３０と受電回路４０とが第１基板１０上に配置されている。
このため、受電コイル３０と受電回路４０との間の接続経路のインダクタンスを小さくすることができる。したがって、磁気共鳴により電力を受ける受電コイル３０と受電回路４０との間の電力損失及び高周波ノイズを抑制することができる。
【００４６】
また、本実施の形態１においては、受電コイル３０の軸ＡＸの方向から見て、第１基板１０の受電回路４０と第２基板２０の少なくとも一部とが重複している。
このため、受電回路４０と負荷回路５０とを接続する配線２１の長さを短くすることができる。また、第１基板１０と第２基板２０とを重複させない場合と比較して、受電装置１００の小型化を図ることが可能となる。
【００４７】
また、本実施の形態１における非接触電力伝送システム３００は、送電装置２００から受電装置１００へ、磁気共鳴により電力が伝送される。
このため、電磁誘導結合による電力伝送と比較して、送電装置２００から電力が伝送される受電装置１００の、設置位置の制約を軽減することができる。また、送電コイル７０と受電コイル３０とが対向配置されていない状態であっても電力伝送が可能となる。よって、受電装置１００の設置位置の自由度を向上することができ、使い勝手を向上することができる。
【００４８】
実施の形態２．
本実施の形態２においては、受電装置１００をリモートコントローラーに適用した構成について説明する。
なお、以下の説明では、上記実施の形態１と同一部分には同一の符号を付し、実施の形態１との相違点を中心に説明する。
【００４９】
図９は、実施の形態２に係る受電装置の外観を示す平面図である。
図１０は、実施の形態２に係る受電装置の内部構成を模式的に示す平面図である。
図１１は、図１０のＡ−Ａ断面を模式的に示す図である。
図９〜図１１に示すように、本実施の形態２における受電装置１００は、リモートコントローラーとしての機能を有する。受電装置１００は、受電回路４０から電力が供給される負荷回路５０と第２負荷回路５１とを備える。
【００５０】
負荷回路５０は、リモートコントローラーにおける操作入力に関する動作を行う操作スイッチ及びマイコン等の電気部品によって構成される。また、負荷回路５０は、外部機器へ操作情報を送信する送信部及び外部機器から情報を取得する受信部を構成する電気部品を備える。
【００５１】
第２負荷回路５１は、受電コイル３０の軸ＡＸの方向から見て、受電コイル３０と重複する位置に配置されている。例えば、第２負荷回路５１は、受電装置１００の筐体１内において、受電コイル３０と対向する位置であって、第２基板２０と隣り合う位置に配置されている。
【００５２】
第２負荷回路５１は、負荷回路５０による操作入力の情報又は外部機器から取得した情報の表示を行う。第２負荷回路５１は、例えば、ＬＣＤ（liquid crystal display）又はＬＥＤ（light emitting diode）などの表示部品によって構成される。また、第２負荷回路５１は、電気的な閉回路を形成しない部品によって構成されている。ここで、電気的な閉回路を形成しないとは、電流がループ状に流れる経路が存在しないことをいう。
【００５３】
以上のように本実施の形態２においては、第２負荷回路５１は、電気的な閉回路を形成しない電気部品によって構成され、受電コイル３０の軸ＡＸの方向から見て、受電コイル３０と重複する位置に配置されている。
このため、受電装置１００の筐体１内の容積を有効活用することができる。また、第２負荷回路５１は、電気的な閉回路を形成していない。よって、送電コイル７０からの磁界が第２負荷回路５１を通過した場合であっても、電流がループ状に流れることがなく、受電コイル３０の鎖交磁束を打ち消す磁界が第２負荷回路５１から発生することがなく、非接触給電効率の低減を招く恐れがない。
したがって、受電コイル３０に対向する領域に、受電コイル３０の給電の影響の無い部品を配置することで、受電装置１００内の容積を有効的に活用することが可能となり、コンパクトで使い勝手の良い受電装置１００を提供することができる。
【００５４】
なお、上記の説明では第２負荷回路５１の構成例として、表示部品を説明したが、本発明はこれに限定されない。第２負荷回路５１は、電流ループを形成しない構成のものであれば良い。
また、第２負荷回路５１をＬＣＤ又はＬＥＤ等の表示部品で構成する場合、表示部品の動作を制御するマイコン等を負荷回路５０に備え、表示部品を第２負荷回路５１に備え、表示部品を第２基板２０の負荷回路５０と電気的に接続しても良い。
【００５５】
また、第２負荷回路５１は、電気部品に限定されない。例えば、第２負荷回路５１は、導光板で構成されても良い。この場合、第２基板２０に搭載された負荷回路５０として、表示部品であるＬＥＤ等を備え、受電コイル３０の上面に配置した導光板にＬＥＤ等の光を入射させる。このように、第２負荷回路５１としての導光板を介して、表示部のバックライトを形成する構成としても良い。
【００５６】
実施の形態３．
本実施の形態３においては、受電コイル３０と受電回路４０との組を複数備える構成について説明する。
なお、以下の説明では、上記実施の形態１又は２と同一部分には同一の符号を付し、実施の形態１及び２との相違点を中心に説明する。
【００５７】
図１２は、実施の形態３に係る受電装置の内部構成を模式的に示す平面図である。
図１２に示すように、本実施の形態３における受電装置１０１は、受電コイル３０ａ及び受電回路４０ｂが搭載された第１基板１０ａと、受電コイル３０ｂ及び受電回路４０ｂが搭載された第１基板１０ｂとを備えている。第２基板２０に搭載された負荷回路５０は、受電回路４０ａ及び受電回路４０ｂの双方から電力が供給されるように構成されている。
【００５８】
第２基板２０は、受電コイル３０ａの軸ＡＸの方向から見て、受電コイル３０ａよりも外側に配置されている。また、第２基板２０は、受電コイル３０ｂの軸ＡＸの方向から見て、受電コイル３０ｂよりも外側に配置されている。
【００５９】
図１３は、実施の形態３に係る非接触電力伝送システムの受電コイルの受電に作用する磁界と負荷回路の配置を説明する図である。
図１３に示すように、送電コイル７０の軸方向に発生した磁界は、受電コイル３０ａを通過する。受電コイル３０ａに磁界Ｂ１ａが通過することで受電コイル３０ａに高周波の誘起電圧が発生する。
また、送電コイル７０の軸方向に発生した磁界は、受電コイル３０ｂを通過する。受電コイル３０ｂに磁界Ｂ１ｂが通過することで受電コイル３０ｂに高周波の誘起電圧が発生する。
さらに、負荷回路５０に、送電コイル７０からの磁界Ｂ２が通過すると、負荷回路５０から磁界Ｂ３が発生する。即ち、負荷回路５０に形成された電気的な閉回路に磁界Ｂ２が通過すると、負荷回路５０の電気的な閉回路に電流が流れ、磁界Ｂ２と反対向きの磁界Ｂ３が発生する。
【００６０】
負荷回路５０は、第２基板２０に搭載されている。そして、第２基板２０は、受電コイル３０ａの軸ＡＸの方向から見て、受電コイル３０ａの外側に配置されている。また、第２基板２０は、受電コイル３０ｂの軸ＡＸの方向から見て、受電コイル３０ｂの外側に配置されている。
即ち、負荷回路５０から発生した磁界Ｂ３は、受電コイル３０ａ及び受電コイル３０ｂを通過することがない。このため、受電コイル３０ａ及び受電コイル３０ｂは、負荷回路５０からの磁気的影響を受けることが無く、受電コイル３０ａ及び受電コイル３０ｂの鎖交磁束が低減することもない。したがって、非接触給電効率を向上させることが可能となる。
【００６１】
なお、本実施の形態３においては、受電コイル３０と受電回路４０との組が２組である場合を説明したが、本発明はこれに限定されず、任意の数の組を備えても良い。
【００６２】
以上のように、受電装置１００内に受電コイル３０と受電回路４０との組を複数備えることにより、受電装置１００における受電コイル３０の配置領域を広くすることができ、受電装置１００の電力伝送可能な範囲を拡張することが可能となる。よって、さらなる使い勝手の向上を図ることができる。
【００６３】
実施の形態４．
本実施の形態４においては、第１基板１０と第２基板２０とが移動可能な構成について説明する。
なお、以下の説明では、上記実施の形態１〜３と同一部分には同一の符号を付し、実施の形態１〜３との相違点を中心に説明する。
【００６４】
図１４及び図１５は、実施の形態４に係る受電装置の構成を模式的に示す平面図である。なお、図１４は、後述する第１筐体１ａ及び第２筐体１ｂが、第１位置に移動した状態を示す図である。また、図１５は、後述する第１筐体１ａ及び第２筐体１ｂが、第２位置に移動した状態を示す図である。また、図１４（ａ）及び図１５（ａ）は、受電装置１０２の内部構成を模式的に示す平面図である。また、図１４（ｂ）及び図１５（ｂ）は、受電装置１０２の側面を示す模式図である。
【００６５】
図１４及び図１５に示すように、本実施の形態４における受電装置１０２は、第１基板１０を収納する第１筐体１ａと、第２基板２０を収納する第２筐体１ｂとを備える。
受電装置１０２は、受電コイル３０の軸ＡＸの方向から見て、負荷回路５０が受電コイル３０の外側に位置する第１位置と、負荷回路５０が受電コイル３０と重複する第２位置とに移動可能に、第１筐体１ａと第２筐体１ｂとが連結されている。
例えば、図１４及び図１５に示すように、第１筐体１ａ及び第２筐体１ｂに可動式のスライド機構を設け、第１筐体１ａが第２筐体１ｂに対してスライドするように構成されている。
【００６６】
このような構成により、使用者は、受電装置１０２が送電装置２００から電力を受電する際に、第１筐体１ａを第１位置に移動させる。また、使用者は、受電装置１０２が送電装置２００から電力を受電しない場合には、第１筐体１ａを第２位置に移動させる。
【００６７】
これにより、受電装置１０２は、第１筐体１ａが第１位置である場合には、上記実施の形態１〜３と同様の効果を得ることができる。
また、受電装置１０２は、第１筐体１ａが第２位置である場合には、受電装置１０２の小型化を図ることが可能となり、受電装置１０２の使い勝手が向上する。
【００６８】
なお、上記の説明では、第１筐体１ａが第２筐体１ｂに対してスライドするように構成した場合を説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、第１筐体１ａと第２筐体１ｂとを、回動可能に連結しても良い。また、第１筐体１ａと第２筐体１ｂとの端部を、ヒンジ機構によって展開可能に連結しても良い。即ち、第１筐体１ａと第２筐体１ｂとが、負荷回路５０が受電コイル３０の外側に位置する第１位置と、負荷回路５０が受電コイル３０と重複する第２位置とに移動可能であれば、任意の構成を適用することができる。
【００６９】
（変形例）
図１６は、実施の形態４に係る受電装置の構成の変形例を模式的に示す側面図である。
図１６に示すように、第１筐体１ａに、電気的な閉回路を形成しない第２負荷回路５１を設けても良い。上記実施の形態２と同様に、第２負荷回路５１は、受電コイル３０の軸ＡＸの方向から見て、受電コイル３０と重複する位置に配置されている。
このような構成においても、受電装置１０２内の容積を有効的に活用することが可能となり、コンパクトで使い勝手の良い受電装置１０２を提供することができる。
【符号の説明】
【００７０】
１  筐体、１ａ  第１筐体、１ｂ  第２筐体、１０  第１基板、１０ａ  第１基板、１０ｂ  第１基板、１１  くりぬき部、１２  第１領域、１３  第２領域、２０  第２基板、２１  配線、３０  受電コイル、３０ａ  受電コイル、３０ｂ  受電コイル、４０  受電回路、４０ａ  受電回路、４０ｂ  受電回路、５０  負荷回路、５１  第２負荷回路、６０  送電回路、６５  送電コイル、７０  送電コイル、８０  受電コイル、１００  受電装置、１０１  受電装置、１０２  受電装置、２００  送電装置、３００  非接触電力伝送システム、４０１  整流回路、４０２  変換回路、６０１  共振型電源、６０２  整合回路。
【図１】
2019087237.tif 000003
【図２】
2019087237.tif 000004
【図３】
2019087237.tif 000005
【図４】
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【図５】
2019087237.tif 000007
【図６】
2019087237.tif 000008
【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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【図１５】
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【図１６】
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【手続補正書】
【提出日】令和2年4月2日(2020.4.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
本発明に係る受電装置は、磁気共鳴により電力を受ける受電コイルと、前記受電コイルが受電した電力を直流に変換する受電回路と、前記受電回路が変換した電力によって動作する負荷回路と、前記受電コイル及び前記受電回路が搭載された第１基板と、前記受電コイルの軸方向から見て前記受電コイルよりも外側に配置され、前記負荷回路が搭載された第２基板と、を備え、前記受電コイルの軸方向から見て、前記第１基板の前記受電回路と前記第２基板の少なくとも一部とが重複しているものである。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気共鳴により電力を受ける受電コイルと、
前記受電コイルが受電した電力を直流に変換する受電回路と、
前記受電回路が変換した電力によって動作する負荷回路と、
前記受電コイル及び前記受電回路が搭載された第１基板と、
前記受電コイルの軸方向から見て前記受電コイルよりも外側に配置され、前記負荷回路が搭載された第２基板と、
を備え、
前記受電コイルの軸方向から見て、前記第１基板の前記受電回路と前記第２基板の少なくとも一部とが重複している受電装置。
【請求項２】
前記第１基板は、前記受電コイルの軸方向から見て、
前記受電コイルが配置された第１領域と、
前記受電回路が配置された第２領域とが隣接している
請求項１に記載の受電装置。
【請求項３】
前記受電回路が変換した電力によって動作する第２負荷回路を備え、
前記第２負荷回路は、
前記受電コイルの軸方向から見て前記受電コイルと重複する位置に配置され、電気的な閉回路を形成しない部品によって構成された
請求項１又は２に記載の受電装置。
【請求項４】
前記受電コイルと前記受電回路との組を複数備え、
前記負荷回路は、
複数組の前記受電コイル及び前記受電回路から電力が供給されるように構成された
請求項１〜３の何れか一項に記載の受電装置。
【請求項５】
前記第１基板を収納する第１筐体と、
前記第２基板を収納する第２筐体と、を備え、
前記第１筐体と前記第２筐体とが、
前記受電コイルの軸方向から見て、前記負荷回路が前記受電コイルの外側に位置する第１位置と、前記負荷回路が前記受電コイルと重複する第２位置とに移動可能に連結された
請求項１〜４の何れか一項に記載の受電装置。
【請求項６】
前記磁気共鳴の共振周波数は、ＭＨｚ帯域の周波数である
請求項１〜５の何れか一項に記載の受電装置。
【請求項７】
前記磁気共鳴の共振周波数は、６．７８ＭＨｚ又は６．７８ＭＨｚの整数倍である
請求項６に記載の受電装置。
【請求項８】
磁気共鳴により電力を送る送電コイルと、
前記送電コイルに電力を供給するインバータ回路と、
を有する送電装置と、
請求項１〜７の何れか一項に記載の受電装置と、
を備えた非接触電力伝送システム。
【請求項９】
前記インバータ回路には、半導体スイッチング素子を備え、
前記半導体スイッチング素子は、ワイドバンドギャップ半導体によって構成されている
請求項８に記載の非接触電力伝送システム。
【請求項１０】
前記ワイドバンドギャップ半導体は、炭化珪素、窒化ガリウム系材料、ダイヤモンド又はガリウムナイトライドである
請求項９に記載の非接触電力伝送システム。
【請求項１１】
磁気共鳴により電力を受ける受電コイルと、
前記受電コイルが受電した電力を直流に変換する受電回路と、
前記受電回路が変換した電力によって動作する負荷回路と、
前記受電コイル及び前記受電回路が搭載された第１基板と、
前記受電コイルの軸方向から見て前記受電コイルよりも外側に配置され、前記負荷回路が搭載された第２基板と、
前記受電回路が変換した電力によって動作する第２負荷回路と、を備え、
前記第２負荷回路は、
前記受電コイルの軸方向から見て前記受電コイルと重複する位置に配置され、電気的な閉回路を形成しない部品によって構成された受電装置。
【請求項１２】
磁気共鳴により電力を受ける受電コイルと、
前記受電コイルが受電した電力を直流に変換する受電回路と、
前記受電回路が変換した電力によって動作する負荷回路と、
前記受電コイル及び前記受電回路が搭載された第１基板と、
前記受電コイルの軸方向から見て前記受電コイルよりも外側に配置され、前記負荷回路が搭載された第２基板と、
前記第１基板を収納する第１筐体と、
前記第２基板を収納する第２筐体と、を備え、
前記第１筐体と前記第２筐体とが、
前記受電コイルの軸方向から見て、前記負荷回路が前記受電コイルの外側に位置する第１位置と、前記負荷回路が前記受電コイルと重複する第２位置とに移動可能に連結されたた受電装置。
【国際調査報告】
2019087237.tif 000019
2019087237.tif 000020
2019087237.tif 000021
2019087237.tif 000022