(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
送電コイルと、受電コイルとを含み、
前記送電コイルには中間タップが設けられ、
前記中間タップを始発点として仮定した場合において、内周側から外周側へと一方向回りに巻回される導線からなる第一コイルと、
該第一コイルと巻数、導線長さ、導線太さおよび直径が略等しく、かつ、前記中間タップを始発点として仮定した場合において、内周側から外周側へと他方向回りに巻回される導線からなる第二コイルと、
を有し、
前記第一コイルおよび前記第二コイルが実質的に同一平面上に配置され、概ね半周毎に互いに交差し、この交差点近辺では２層構造となっている
ことを特徴とする非接触給電システム。
【請求項２】
請求項１記載の非接触給電システムにおいて、
前記受電コイルが携帯型電子機器に搭載され、前記送電コイルが充電器に搭載されていることを特徴とする非接触給電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非接触給電システムおよび非接触給電システム用の送電コイルに関するものである。                                    
【背景技術】
【０００２】
非接触給電を行う際には、送電コイルに対して受電コイルが正確に所定の位置に配置された場合において、高効率な電力供給を行うことが可能である。このような高効率の電力供給を容易とするために、送電装置または受電装置を相対的に回転または摺動させる移動機構を備え、送電装置または受電装置が移動した特定位置において、送電コイルと受電コイルとが磁気的に結合する非接触給電装置が提案されている（特許文献１参照）。特許文献１記載の技術では、簡易な装置によって、受電コイルを認証し、かつ、所定位置に固定することが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−２５０６３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この送電コイルが搭載された装置（充電器）内には、交流電源の交流電圧を直流に変換したり、送電コイルに高周波電圧を印加する回路などが設けられる。一方、充電器を構成する回路に使用するトランジスタを減らすためには、プッシュプル方式を採用することが好ましい。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、プッシュプル方式の回路を利用して非接触給電を行うことができる非接触給電システムおよび非接触給電システム用の送電コイルを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題は以下の発明により達成される。すなわち、本発明の非接触給電システムは、送電コイルと、受電コイルとを含み、送電コイルには中間タップが設けられ、中間タップを始発点として仮定した場合において、内周側から外周側へと一方向回りに巻回される導線からなる第一コイルと、第一コイルと巻数、導線長さ、導線太さおよび直径が略等しく、かつ、中間タップを始発点として仮定した場合において、内周側から外周側へと他方向回りに巻回される導線からなる第二コイルと、を有し、第一コイルおよび第二コイルが実質的に同一平面上に配置され、概ね半周毎に互いに交差し、この交差点近辺では２層構造となっていることを特徴とする。
【００１０】
本発明の非接触給電システムの他の実施態様は、受電コイルが携帯型電子機器に搭載され、送電コイルが充電器に搭載されていることが好ましい。
【００１１】
本発明の非接触給電システム用の送電コイルは、中間タップが設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、プッシュプル方式の回路を利用して非接触給電を行うことができる非接触給電システムおよび非接触給電システム用の送電コイルを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本実施形態の非接触給電システムについて説明する概略模式図である。
【図２】図１に示す送電コイルの一例を示す概略模式図である。ここで、図２（Ａ）は、送電コイルの外観を示す外観図であり、図２（Ｂ）は、送電コイルを構成する導線の巻回方向・状態を説明するための平面図である。
【図３】図１に示す送電コイルの他の例を示す概略模式図である。ここで、図３（Ａ）は、送電コイルの外観を示す外観図であり、図３（Ｂ）および図３（Ｃ）は、送電コイルを構成する導線の巻回方向・状態を説明するための説明図である。
【図４】タップ線（中間タップ）の構成の一例を示す模式図である。
【図５】タップ線（中間タップ）の構成の他の例を示す模式図である。
【図６】タップ線（中間タップ）の構成の他の例を示す模式図である。
【図７】図３に示す送電コイルの断面構造の一例を示す端面図である。
【図８】図３（Ａ）および図７に示す送電コイルの変形例を示す模式図である。ここで、図８（Ａ）は、送電コイルの平面図を示し、図８（Ｂ）は、図８（Ａ）中の符号Ｂ−Ｂ間における端面図である。
【図９】図３（Ａ）および図７に示す送電コイルの他の変形例を示す模式図である。
【図１０】図８に示す送電コイルの変形例を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本実施形態の非接触給電システムは、送電コイルと、受電コイルとを含み、送電コイルには中間タップが設けられている。このため、中間タップが設けられていない送電コイルを用いた従来の非接触給電システムと比べて、送電コイルと接続される回路のトランジスタの使用を減らすことができるプッシュプル方式が採用できる。
【００１５】
図１は、本実施形態の非接触給電システムについて説明する概略模式図である。なお、図中、受電コイルおよび送電コイルに接続される回路等や、送電コイルに設けられる中間タップについては記載を省略してある。図１に示す本実施形態の非接触給電システム１０は、受電コイル２０と送電コイル３０とを含む。非接触給電において給電効率を高めるためには、受電コイル２０の中心軸Ｃ１と、送電コイル３０の中心軸Ｃ２とができるだけ一致するように受電コイル２０と、送電コイル３０との相対的な位置が調整される。なお、図１に示す例では、受電コイル２０の中心軸Ｃ１と、送電コイル３０の中心軸Ｃ２とは一致している。但し、給電効率があまり高くなくてもよい場合には、中心軸Ｃ１と中心軸Ｃ２とが一致せずに適度にずれていてもよい。
【００１６】
図２は、図１に示す送電コイル３０の一例を示す概略模式図である。ここで、図２（Ａ）は、送電コイル３０Ａ（３０）の外観を示す外観図であり、図２（Ｂ）は、送電コイル３０Ａを構成する導線４０の巻回方向・状態を説明するための平面図である。なお、図２（Ｂ）では、導線４０の巻回方向・状態を説明するために、巻回数を少なくした状態で示してある。図２に示す送電コイル３０Ａ（３０）は１本の導線４０を内周側から外周側へと巻回して形成されている。そして、この送電コイル３０Ａを構成する導線４０の内周側の端末４０Ｅ２と外周側の端末４０Ｅ１との略中間付近にタップ線５０（中間タップ）が取り付けられている。よって、送電コイル３０は、端末４０Ｅ２から導線４０のタップ線５０が接続された接続点６０までの部分（導線４０Ａ（図中、白抜きで示される導線４０の一部）により構成される内周側コイル７０と、接続点６０から端末４０Ｅ１までの導線４０Ｂ（図中、塗潰しで示される導線４０の一部）により構成される外周側コイル７２とを含む。
【００１７】
しかしながら、図２に示す送電コイル３０Ａでは、（１）プッシュプル方式における内周側コイル７０と外周側コイル７２との自己インダクタンスのバランス、および、（２）内周側コイル７０と受電コイル２０との間および外周側コイル７２と受電コイル２０との間の結合係数のバランス、を取ることが困難である。（３）これに加えて、受電コイル２０の中心軸Ｃ１と送電コイル３０Ａの中心軸Ｃ２との間で位置ずれが生じた場合に、内周側コイル７０と受電コイル２０との間および外周側コイル７２と受電コイル２０との間の結合係数に差が出やすい。
【００１８】
たとえば、送信コイル３０Ａを構成する導線４０の巻回数を２分する位置にタップ線５０を取り付けると共に、図１に示すように受電コイル２０の中心軸Ｃ１と送電コイル３０の中心軸Ｃ２とを一致させた場合、内周側コイル７０と受電コイル２０との結合係数は０．３４４であるのに対して、外周側コイル７２と受電コイル２０との結合係数は０．１６３である。すなわち、内周側コイル７０と受電コイル２０との結合係数と、外周側コイル７２と受電コイル２０との結合係数とは、大きな差が生じている。
【００１９】
これらの問題を抑制する観点からは、送電コイル３０は、図３および図４に例示するタイプのコイルが好ましい。
【００２０】
図３は、図１に示す送電コイル３０の他の例を示す概略模式図である。ここで、図３（Ａ）は、送電コイル３０Ｂ（３０）の外観を示す外観図であり、図３（Ｂ）および図３（Ｃ）は、送電コイル３０Ｂを構成する導線４２の巻回方向・状態を説明するための説明図であり、図３（Ｂ）が第一コイル８０Ａについて示す平面図であり、図３（Ｃ）が第二コイル８０Ｂについて示す平面図である。なお、図３（Ｂ）および（Ｃ）では、導線４２の巻回方向・状態を説明するために、巻回数を少なくした状態で示してある。
【００２１】
図３に示す送電コイル３０Ｂは、導線４２を巻回して構成されており、内周側にタップ線（中間タップ）が設けられ、外周側に、導線４２の端末４２Ｅ１、４２Ｅ２が設けられている。そして、送電コイル３０Ｂは、導線４２の一部である導線４２Ａから構成される第一コイル８０Ａ、および、導線４２の残りの一部である導線４２Ｂから構成される第二コイル８０Ｂを有する。
【００２２】
ここで、第一コイル８０Ａは、タップ線５２（図３（Ｂ）に示す例では、タップ線５２の一部を構成する導線４２Ａの端末４２Ｅ３）を始発点と仮定した場合において、内周側から外周側へと一方向回り（図３（Ｂ）中では矢印Ｒ１で示す反時計回り方向回り）に巻回される導線４２Ａからなる。また、第二コイル８０Ｂは、第一コイル８０Ａと巻数、導線長さ、導線太さおよび直径が略等しく、かつ、タップ線５２（図３（Ｃ）に示す例では、タップ線５２の一部を構成する導線４２Ｂの端末４２Ｅ４）を始発点と仮定した場合において、内周側から外周側へと他方向回り（図３（Ｃ）中では矢印Ｒ２で示す時計回り方向回り）に巻回される導線４２Ｂからなる。
【００２３】
すなわち、第一コイル８０Ａおよび第二コイル８０Ｂは、これらコイル８０Ａ、８０Ｂを構成する導線４２Ａ、４２Ｂの巻回方向が異なる以外は、実質同一のコイルである。このため、図３に示す送電コイル３０Ｂでは、（１）プッシュプル方式における第一コイル８０Ａと第二コイル８０Ｂとの自己インダクタンスのバランス、および、（２）第一コイル８０Ａと受電コイル２０との間および第二コイル８０Ｂと受電コイル２０との間の結合係数のバランス、を取ることが極めて容易である。（３）これに加えて、受電コイル２０の中心軸Ｃ１と送電コイル３０Ｂの中心軸Ｃ２との間で位置ずれが生じた場合に、第一コイル８０Ａと受電コイル２０との間および第二コイル８０Ｂと受電コイル２０との間の結合係数に差が生じるのも抑制できる。
【００２４】
たとえば、図１に示すように受電コイル２０の中心軸Ｃ１と送電コイル３０の中心軸Ｃ２とを一致させた場合、第一コイル８０Ａと受電コイル２０との結合係数は０．２２２であるのに対して、第二コイル８０Ｂと受電コイル２０との結合係数は０．２０８である。
【００２５】
それゆえ、図３に示す送電コイル３０Ｂを用いた本実施形態の非接触給電システム１０では、図１に示す送電コイル３０Ｂを用いた本実施形態の非接触給電システム１０と比較して、コイル間の結合係数のばらつきの増大に起因して、非接触給電システム１０が正常に作動しなくなることを抑制できる。これに加えて、受電コイル２０の中心軸Ｃ１と送電コイル３０の中心軸Ｃ２との位置ずれに起因する負荷変動が生じた場合でも、送電コイル３０Ｂを構成する２つのコイル８０Ａ、８０Ｂは同等の変動を受けることになる。このため、送電コイル３０Ｂに接続される駆動回路への悪影響も抑制できる。
【００２６】
なお、図３に示す例では、第一コイル８０Ａの中心軸Ｃ３Ａおよび第二コイル８０Ｂの中心軸Ｃ３Ｂは、完全に一致しており、言い換えれば、送電コイル３０Ｂの中心軸Ｃ２は、中心軸Ｃ３Ａおよび中心軸Ｃ３Ｂと一致している。しかしながら、第一コイル８０Ａの中心軸Ｃ３Ａおよび第二コイル８０Ｂの中心軸Ｃ３Ｂは互いに略一致していればよく、完全に一致している必要は無い。また、送電コイル３０Ｂの製造に際して、第一コイル８０Ａは、導線４２Ａを内周側から外周側へと巻回して形成してもよく、外周側から内周側へと巻回して形成してもよく、この点は、第二コイル８０Ｂも同様である。なお、同様の製造態様は、第一コイル８０Ａおよび第二コイル８０Ｂを用いるその他実施形態の送電コイル３０についても同様である。但し、通常、第一コイル８０Ａは、巻軸を利用して、巻線機または人手により、導線４２Ａを内周側から外周側へと巻回して形成され、この点は、第二コイル８０Ｂも同様である。
【００２７】
なお、図３に示す例では、第一コイル８０Ａと第二コイル８０Ｂとは、中心軸Ｃ２と直交し、かつ、端末４２Ｅ１、４２Ｅ３、４２Ｅ２、４２Ｅ４の引き出し方向と一致する直線Ｌに対して、略線対称を成しているが、非線対称を成していてもよい。第一コイル８０Ａと第二コイル８０Ｂとが、直線Ｌに対して略線対称を成す場合、第一コイル８０Ａと第二コイル８０Ｂとの自己インダクタンスのバランス、および、第一コイル８０Ａと受電コイル２０との間および第二コイル８０Ｂと受電コイル２０との間の結合係数のバランス、をより取り易くなる。
【００２８】
また、図３（Ａ）に示す送電コイル３０Ｂでは、タップ線５２は、図４に示すように端末４２Ｅ３と端末４２Ｅ４とを束ねて、互いに分離しないように固定することで構成されている。たとえば、図４に示すタップ線５２Ａ（５２）では、端末４２Ｅ３と端末４２Ｅ４とを束ねた部分の先端部に筒状端子９０を被せた後に、この筒状端子９０の外周面の両側から押圧力を加えてかしめている。このため、端末４２Ｅ３と端末４２Ｅ４とが容易に分離することを抑制できる。なお、筒状端子９０の代わりに半田を用いて固定したり、端末４２Ｅ３と端末４２Ｅ４とを束ねた部分の先端部を捩じって、端末４２Ｅ３と端末４２Ｅ４とを絡み合わせて固定したり、図４に例示したような端子を用いる方法、半田を用いる方法、端末４２Ｅ３と端末４２Ｅ４とを絡み合わせる方法、および、その他の固定方法から選択される２種類以上を適宜組み合わせて固定してもよい。
【００２９】
なお、図４に示すタップ線５２Ａを形成する場合は、図３（Ｂ）に示すように、第一コイル８０Ａを構成する導線４２Ａの端末４２Ｅ３は、導線４２Ａの巻回方向Ｒ１に対して略直交するように内周側の方向に折り曲げられ、第二コイル８０Ｂを構成する導線４２Ｂの端末４２Ｅ４は、導線４２Ｂの巻回方向Ｒ２に対して略直交するように内周側の方向に折り曲げられる。
【００３０】
また、図３および図４に示す例では、導線４２は、導線４２Ａと導線４２Ｂとが物理的に分離した２本の導線から構成されているが、導線４２Ａと導線４２Ｂとが連続する一本の導線から構成されていてもよい。
【００３１】
この場合、図５に示すように導線４２の端末４２Ｅ１（図５中、図示省略）と端末４２Ｅ３（図５中、図示省略）との略中間点４２Ｃに対して、タップ線５２Ｂ（５２）を接続してもよい。この場合、略中間点４２Ｃと端末４２Ｅ１との間の部分が導線４２Ａを構成し、略中間点４２Ｃと端末４２Ｅ２との間が導線４２Ｂを構成する。この場合、タップ線５２Ｂは、導線４２の略中間点４２Ｃに対して半田付けしたり、タップ線５２Ｂの一端を巻き付けて絡めるなどにより導線４２に取り付けることができる。
【００３２】
あるいは、図６に示すように、導線４２のうち略中間点４２Ｃ近傍の部分を２つに折り曲げて束ねることでタップ線５２Ｃ（５２）として機能させてもよい。この場合、まず、導線４２を略中間点４２Ｃで折り曲げる。次に、折り曲げられて２本に束ねた状態の略中間点４２Ｃ近傍の導線４２を、第一コイル８０Ａおよび第二コイル８０Ｂの巻回方向Ｒ１、Ｒ２に対して略直交する方向に引き出す。そしてこの引き出された部分をタップ線５２Ｃとして利用する。
【００３３】
図７は、図３に示す送電コイル３０Ｂの断面構造の一例を示す端面図であり、具体的には図３中、符号Ａ−Ａで送電コイル３０Ｂを切断した場合の断面構造について示したものである。送電コイル３０Ｂは、図７に示すように、第一コイル８０Ａと第二コイル８０Ｂとを、中心軸Ｃ２に対して積層させた構造を有する。このため、送電コイル３０Ｂは、その中心軸Ｃ２に対して直交する平面方向における形状をコンパクトなものとすることができる。しかしながら、第一コイル８０Ａと第二コイル８０Ｂとが、中心軸Ｃ２に沿って積層されているため、第一コイル８０Ａおよび受電コイル２０の間の距離Ｄ１と、第二コイル８０Ｂおよび受電コイル２０の間の距離Ｄ２とでは、導線４０の１層分の差が必ず生じることになる。このため、この差に対応した分だけ、第一コイル８０Ａと受電コイル２０との間および第二コイル８０Ｂと受電コイル２０との間の結合係数に多少の差が生じることになる。
【００３４】
このような問題を解決するためには、第一コイル８０Ａおよび第二コイル８０Ｂが実質的に同一平面上に配置されていることが好ましい。図８は、図３（Ａ）および図７に示す送電コイル３０Ｂの変形例を示す模式図である。ここで、図８（Ａ）は、送電コイル３０Ｃ（３０）の平面図を示し、図８（Ｂ）は、図８（Ａ）中の符号Ｂ−Ｂ間における端面図である。図３に示す送電コイル３０Ｃは、図３（Ｂ）に示す第一コイル８０Ａおよび第二コイル８０Ｂを有している。なお、図８では、説明を容易とするため、導線４０を太く示すと共に巻数は少なくしてある。
【００３５】
図８（Ｂ）に示すように、第一コイル８０Ａを構成する導線４２Ａと、第二コイル８０Ｂを構成する導線４２Ｂとは、同一平面上に１層を成すように配置されている。但し、導線４２Ａの巻回方向Ｒ１と導線４２Ｂの巻回方向Ｒ２とは逆方向であるため、導線４２Ａと導線４２Ｂとは、概ね半周巻回する毎に互いに交差する。そして、導線４２Ａと導線４２Ｂとが交差する交差点ＣＰ近傍において、導線４２Ａと導線４２Ｂとは、中心軸Ｃ２方向に対して完全に２層に積層される。よって、交差点ＣＰ近傍の一部を除けば、第一コイル８０Ａを構成する導線４２Ａおよび第二コイル８０Ｂを構成する導線４２Ｂは同一平面上に配置されている。すなわち、第一コイル８０Ａおよび第二コイル８０Ｂは、その平面方向の大部分において、実質的に同一平面上に配置されている。
【００３６】
このため、図８に示す送電コイル３０では、第一コイル８０Ａおよび受電コイル２０の間の距離Ｄ１と、第二コイル８０Ｂおよび受電コイル２０の間の距離Ｄ２との差は実質的にゼロとなる。それゆえ、図８に例示する送電コイル３０Ｃでは、距離Ｄ１と距離Ｄ２との差に起因して第一コイル８０Ａと受電コイル２０との間および第二コイル８０Ｂと受電コイル２０との間の結合係数に差が生じるのをほぼ確実に抑制できる。
【００３７】
また、図３〜図８に示す例では、第一コイル８０Ａを構成する導線４２Ａの内周側の端末４２Ｅ３側および第二コイル８０Ｂを構成する導線４２Ｂの内周側の端末４２Ｅ４側をタップ線５２（中間タップ）としている。しかしながら、第一コイル８０Ａを構成する導線４２Ａの外周側の端末４２Ｅ１側および第二コイル８０Ｂを構成する導線４２Ｂの外周側の端末４２Ｅ２側をタップ線５２（中間タップ）としてもよい。
【００３８】
図９は、図３（Ａ）および図７に示す送電コイル３０Ｂの他の変形例を示す模式図である。ここで、図９は、送電コイル３０Ｄ（３０）の外観を示したものである。図９に示す送電コイル３０Ｄは、基本的に図３に示す送電コイル３０Ｂと同様の構成を有するが、内周側ではなく、外周側にタップ線５２Ａ（中間タップ）が設けられている点で異なる。
【００３９】
よって、送電コイル３０Ｂを構成する第一コイル８０Ａは、タップ線５２Ａ（図３（Ｂ）に示す例では、タップ線５２の一部を構成する導線４２Ａの端末４２Ｅ１）を始発点と仮定した場合において、外周側から内周側へと一方向周り（図３（Ｂ）中では、矢印Ｒ１で示す方向と反対方向回り）に巻回される導線４２Ａから構成されることになる。また、送電コイル３０Ｂを構成する第二コイル８０Ｂは、タップ線５２（図３（Ｂ）に示す例では、タップ線５２Ａの一部を構成する導線４２Ｂの端末４２Ｅ２）を始発点と仮定した場合において、外周側から内周側へと他方向回り（図３（Ｂ）中では、矢印Ｒ２で示す方向と反対方向回り）に巻回される導線４２Ｂから構成されることになる。また、送電コイル３０の内周側ではなく外周側に設けられる点を除けばタップ線５２としては、図５および図６に例示したようなタップ線５２Ｂ、５２Ｃを採用することもできる。
【００４０】
また、図１０は、図８に示す送電コイル３０Ｃの変形例を示す平面図である。図１０に示す送電コイル３０Ｅ（３０）も、基本的に図８に示す送電コイル３０Ｃと同様の構成を有するが、内周側ではなく、外周側にタップ線５２Ａ（中間タップ）が設けられている点で異なる。
【００４１】
以上に説明した本実施形態の非接触給電システム１０の利用用途は特に限定されるものではないが、携帯型電子機器の給電に利用することが好ましい。この場合、受電コイル２０が携帯型電子機器に搭載され、送電コイル３０が充電器に搭載される。ここで、携帯型電子機器としては、たとえば、携帯電話、スマートフォン、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）、ＩＣレコーダ、携帯型音楽再生プレーヤ、ノートブック型のパーソナルコンピュータなどが挙げられる。
【００４２】
なお、本実施形態の非接触給電システム１０を携帯型電子機器の給電に利用した場合、従来のコネクタを用いた給電方式と比べて、以下に示すメリットを得ることができる。
（１）携帯型電子機器のユーザーは、給電時に携帯型電子機器と充電器あるいは電源とをコネクタで接続し、非給電時にコネクタを保管する煩わしさから解放される。
（２）繰り返し使用によりコネクタが破損し、携帯型電子機器に給電できなくなるリスクが低減できる。
（３）ユーザーが複数種類の携帯型電子機器を所有している場合、各々の携帯型電子機器に対応した複数の充電器を維持・管理する煩わしさから解放される。
【符号の説明】
【００４３】
１０  非接触給電システム
２０  受電コイル
３０、３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｄ、３０Ｅ  送電コイル
４０、４０Ａ，４０Ｂ  導線
４０Ｅ１、４０Ｅ２  端末
４２、４２Ａ、４２Ｂ  導線
４２Ｅ１、４２Ｅ２、４２Ｅ３、４２Ｅ４  端末
４２Ｃ  略中間点
５０  タップ線（中間タップ）
５２、５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃ  タップ線（中間タップ）
６０  接続点
７０  内周側コイル
７２  外周側コイル
８０Ａ  第一コイル
８０Ｂ  第二コイル
９０  筒状端子
【図１】
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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９】
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【図２】
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【図３】
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【図８】
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【図１０】
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