(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
送電装置から受電装置へ非接触で電力伝送を行う電力伝送装置において、
前記送電装置は、
隣接する第１の面と第２の面で前記受電装置を支える第１の本体と、
前記第１の面と前記第２の面が交わる交点を中心に前記第１の本体内の前記第１の面と前記第２の面に対称的にそれぞれ配置した平面状のコイルで成り、前記交点に近い部分から遠ざかるに従ってコイルの占有面積が漸次増加する拡張領域を有する送電コイルと、
前記送電コイルを含む共振素子に交流電力を供給する交流電源と、を備え、
前記受電装置は、
前記第１、第２の面にそれぞれ対向する第３、第４の面を有する第２の本体と、前記第３、第４の面に対応させて、前記第２の本体に配置した受電コイルと、
前記受電コイルを含む共振素子に誘起する交流電力を整流する整流回路と、
を備える電力伝送装置。
【請求項２】
前記送電コイルは、前記交点を中心に前記第１の面と前記第２の面に対称的に逆三角形状に形成した第１、第２の平面状のコイルパターンを含む請求項１記載の電力伝送装置。
【請求項３】
前記受電コイルは、前記第３の面及び前記第４の面に対応させて、１つのコイルを湾曲させて配置した請求項１記載の電力伝送装置。
【請求項４】
第３の面と第４の面を有する第２の本体と、前記第３、第４の面に対応させて、前記第２の本体内に配置された受電コイルとを備えた受電装置に対して非接触で電力の伝送を行う送電装置であって、
隣接する第１の面と第２の面で前記受電装置を支える第１の本体と、
前記第１の面と前記第２の面が交わる交点を中心に前記第１の本体内の前記第１の面と前記第２の面に対称的にそれぞれ配置した平面状のコイルで成り、前記交点に近い部分から遠ざかるに従ってコイルの占有面積が漸次増加する拡張領域を有する送電コイルと、
前記送電コイルを含む共振素子に交流電力を供給する交流電源と、を備え、
前記第１の面と前記第２の面が前記受電装置の前記第３、第４の面を支えるように前記受電装置を載置可能である送電装置。
【請求項５】
隣接する第１の面と第２の面を有する第１の本体と、前記第１の面と前記第２の面が交わる交点を中心に前記第１の本体内の前記第１の面と前記第２の面に対称的にそれぞれ配置した平面状のコイルであって、前記交点に近い部分から遠ざかるに従ってコイルの占有面積が漸次増加する拡張領域を有する送電コイルとを備えた送電装置から非接触で電力を受電する受電装置であって、
第３、第４の面を有する第２の本体と、
前記第３、第４の面に対応させて前記第２の本体内に配置された受電コイルと、
前記受電コイルを含む共振素子に誘起する交流電力を整流する整流回路と、
を備え、
前記第３の面と前記第４の面が、前記送電装置の前記第１の面と第２の面により支えられるように前記送電装置に載置可能である受電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、送電装置から受電装置に非接触で電力を伝送する電力伝送装置と、電力伝送装置用の送電装置及び受電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、非接触にて電力を伝送する装置が普及している。電力伝送装置は、電力を送電する送電装置と、送電電力を受け取る受電装置とを含む。電力伝送装置は、電磁誘導方式、磁界共鳴方式または電界結合方式等を利用して、電力を非接触で送電装置から受電装置に伝送する。受電装置は自機を駆動する駆動回路や、受電装置に搭載した２次電池の充電回路等の負荷回路を備えている。
【０００３】
携帯端末やノートパソコン等の電子機器に非接触で電力（数十ワット程度までの電力）を伝送する場合に、電磁誘導方式や電界結合方式を利用すると、一般的には、送電装置と受電装置とを伝送可能領域内にてほぼ密着させる必要がある。一方、磁界共鳴方式を利用すると、送電装置と受電装置とを密着させる必要がなく、例えば送電装置から数ｃｍ程度、受電装置を離しても電力の伝送を行うことができる。したがって、受電装置を置く位置に自由度があり、使い勝手に優れるという点で磁界共鳴方式が注目されている。
【０００４】
磁界共鳴方式は、送電装置に設けられたコイルとコンデンサから成る共振素子（共鳴素子ともいう）と、受電装置に設けられたコイルとコンデンサから成る共振素子とが結合することで、電力を伝送することができる。電磁誘導方式においても、送電側のコイルと受電側のコイルの結合だけではなく、送電側と受電側の双方に共振用のコンデンサを設け、送電側及び受電側の素子を共振結合させることで、電力を伝送する距離を伸ばそうとする試みもなされてきており、磁界共鳴方式と電磁誘導方式との区別がなくなってきている。
【０００５】
また電力伝送効率に影響を与えるパラメータとして、送電装置及び受電装置の共振素子間の結合係数ｋがある。送電装置と受電装置の共振素子間の距離が変動すると、通常は結合係数ｋも変動する。例えば、共振素子間の距離が離れると、結合係数ｋは小さくなる。回路のインピーダンスが固定であれば、結合係数ｋの変化に伴って電力伝送効率は変化する。
【０００６】
送電装置と受電装置の共振素子間の距離の変動に伴って結合係数ｋが変化しても、電力伝送効率を高く維持する方法として、インピーダンスを可変できるインピーダンス調整手段を設け、結合係数ｋの変化に応じて、送電装置や受電装置のインピーダンスを変化させる技術が知られている（特許文献１参照）。
【０００７】
しかしながら、特許文献１に開示された技術では、結合係数ｋが変動した場合に自動的にインピーダンス制御を行うための回路が新たに必要であり、制御も複雑になるという問題点があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１１−５０１４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
発明が解決しようとする課題は、送電装置の送電コイルと受電装置の受電コイル間の距離が変動しても結合係数ｋの変動を抑えた非接触式の電力伝送装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
実施形態に係る電力伝送装置は、送電装置から受電装置へ非接触で電力伝送を行うものであり、前記送電装置は、隣接する第１の面と第２の面で前記受電装置を支える第１の本体と、前記第１の面と前記第２の面が交わる交点を中心に前記第１の本体内の前記第１の面と前記第２の面に対称的にそれぞれ配置した平面状のコイルで成り、前記交点に近い部分から遠ざかるに従ってコイルの占有面積が漸次増加する拡張領域を有する送電コイルと、前記送電コイルを含む共振素子に交流電力を供給する交流電源と、を備え、前記受電装置は、前記第１、第２の面にそれぞれ対向する第３、第４の面を有する第２の本体と、前記第３、第４の面に対応させて、前記第２の本体に配置した受電コイルと、前記受電コイルを含む共振素子に誘起する交流電力を整流する整流回路と、を備える。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１の実施形態に係る電力伝送装置の構成を示すブロック図と斜視図。
【図２】第１の実施形態における送電コイルと受電コイルの構成を概略的に示す斜視図。
【図３】第１の実施形態おける送電コイルと受電コイルの位置関係を示す断面図。
【図４】第１の実施形態における送電コイルと受電コイルの位置が変化したときの動作を示す説明図。
【図５Ａ】第１の実施形態での送電コイルと受電コイルの対向面積を示す平面図。
【図５Ｂ】受電コイルの位置が変化した時の対向面積の変化を示す平面図。
【図５Ｃ】受電コイルの位置がさらに変化した時の対向面積の変化を示す平面図。
【図６Ａ】第１の実施形態での送電コイルと受電コイルの対向面積を示す正面図。
【図６Ｂ】受電コイルの位置が変化した時の対向面積の変化を示す正面図。
【図６Ｃ】受電コイルの位置がさらに変化した時の対向面積の変化を示す正面図。
【図７】第１の実施形態における受電コイルの位置が変化した時の、距離と対向面積を示す説明図。
【図８】第１の実施形態における送電コイルと受電コイルの位置が変化したときの他の動作を示す説明図。
【図９】図８における送電コイルと受電コイル間の距離と、対向面積の関係を示す説明図。
【図１０】一般的な電力伝送装置の構成を示すブロック図とコイルの構成図。
【図１１】第１の実施形態に係る電力伝送装置での結合係数ｋの測定系を示す図。
【図１２】第１の実施形態と一般例における送・受コイル間の距離と結合係数ｋの関係を示す特性図。
【図１３】第２の実施形態における送電コイルと受電コイルの構成を概略的に示す斜視図。
【図１４】第２の実施形態における送電コイルを上方から見た平面図。
【図１５】第２の実施形態と一般例における送・受コイル間の距離と結合係数ｋの関係を示す特性図。
【図１６】第２の実施形態における送電コイルの変形例を示す平面図。
【図１７】第２の実施形態における送電コイルの他の変形例を示す平面図。
【図１８】第３の実施形態における送電コイルを示す斜視図。
【図１９】第３の実施形態における受電コイルを示す斜視図。
【図２０】第４の実施形態に係る電力伝送装置における送電装置を示す斜視図。
【図２１】第４の実施形態における送電装置と受電装置を示す構成図。
【図２２】第４の実施形態における送電装置と受電装置の他の例を示す構成図。
【図２３】第４の実施形態の変形例における送電装置と受電装置を示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、発明を実施するための実施形態について、図面を参照して説明する。尚、各図において同一箇所については同一の符号を付す。
【００１３】
（第１の実施形態）
図１（ａ）は、一実施形態に係る電力伝送装置の構成を示すブロック図である。図１（ｂ）は、送電装置と受電装置を概略的に示す斜視図である。図１（ａ）に示すように、電力伝送装置は、電力を送電する送電装置１０と、送電された電力を受電する受電装置２０とを備える。送電装置１０と受電装置２０とは、磁界共鳴方式または電磁誘導方式等の結合を利用した方式により電力を伝送する。以下、磁界共鳴方式または電磁誘導方式により電力を伝送する場合について説明する。
【００１４】
送電装置１０は、電力を発生する交流電源１１と、共振用コンデンサ１２と送電コイル１３及び１４で構成される共振素子１５とを備える。交流電源１１は、送電用の共振素子１５の自己共振周波数と同一、或いはほぼ同一の周波数の交流電力を発生し、共振素子１５に供給する。交流電源１１は、目的とする周波数の交流電力を発生させるための発振回路と、発振回路の出力を増幅する電力増幅回路を含む。もしくは、交流電源１１は、スイッチング電源の構成とし、発振回路の出力でスイッチング素子をオン／オフする構成とすることもできる。
【００１５】
尚、交流電源１１には、送電装置１０の外部に設けたＡＣアダプタ等から直流の電力が供給されるようになっている。或いは、外部からＡＣ１００Ｖを送電装置１０に供給し、送電装置１０内にＡＣアダプタまたはＡＣ／ＤＣ変換部を設けて、直流電力を交流電源１１に供給するようにしてもよい。
【００１６】
受電装置２０は、共振用コンデンサ２１と受電コイル２２から構成される共振素子２３と、交流を直流に変換する整流回路２４と、負荷回路２５とを備える。受電用の共振素子２３の自己共振周波数は、送電用の共振素子１５の自己共振周波数と同一、或いはほぼ同一であり、互いに電磁結合することで、送電側から受電側に効率よく電力を伝送する。
【００１７】
負荷回路２５は、携帯端末やポータブル端末、ポータブルプリンタ等の電子機器の回路であり、受電装置２０で受電した電力は、電子機器の動作や、電子機器が内蔵するバッテリーの充電等に利用される。一般的に、負荷回路２５は直流電力で動作する。負荷回路２５に直流電力を供給するために、受電用の共振素子２３に誘起した交流電力を整流して直流電力に変換する整流回路２４を設けている。
【００１８】
尚、共振用コンデンサ１２、２１は必ずしも電子部品で構成する必要はなく、コイルの形状やコイルのインダクタンス値によっては、コイルの線間容量等で代用することもできる。また、共振用コンデンサ１２はコイル１３、１４と直列に配置し、共振用コンデンサ２２はコイル２２と直列に配置して直列共振回路を構成しているが、それぞれの共振用コンデンサは、コイルと並列に配置するようにして並列共振回路の構成としても良い。
【００１９】
図１（ａ）の電力伝送装置では、図１（ｂ）に示すように、送電装置１０の送電コイル１３、１４に受電コイル２２を重ねることで受電装置２０に電力を伝送することになる。即ち、送電コイル１３、１４に電流を流すことにより、送電コイル１３、１４に磁界が発生する。一方、受電コイル２２には電磁結合の作用により、受電コイル２２に電流が流れ、その電流を整流することで電力を得ることができる。
【００２０】
図１（ｂ）において、送電装置１０は、受電装置２０を載置するＬ字型の本体である筐体１６を有し、筐体１６内のＬ字型の壁面に送電コイル１３と１４をほぼ直交するように、２つの面１７、１８に沿って配置している。また受電装置２０は、方形状の本体である筐体２６を有し、送電装置１０上に置くことができる。受電装置２０の筐体２６内の、送電コイル１３、１４と対向する面に、ほぼ９０度に折り曲げた受電コイル２２を配置している。
【００２１】
図２は、送電コイル１３、１４と受電コイル２２の構成を概略的に示す斜視図である。図２（ａ）は、送電コイル１３、１４を示し、図２（ｂ）は、受電コイル２２を示す。図２（ａ）に示すように、送電コイル１３及び送電コイル１４は、送電装置１０のＬ字型の２つの面１７、１８（第１、第２の面）に沿ってそれぞれ配置し、直列に接続する。
【００２２】
送電コイル１３及び１４から引き出した線の端部Ａ、Ａ’は、図１（ａ）の送電装置１０内の端子Ａ，Ａ’に相当する。尚、端部ＡとＡ’は入れ替わっても構わない。また、送電コイル１３及び１４は、２つの面１７、１８に沿って単一の銅線、または複数本で構成されるリッツ線などを平面状に巻いたものである。或いは、リジッドまたはフレキシブルな印刷基板に形成したプリントコイルなどであっても良い。ここで、面１７、１８はそれぞれ送電コイル１３、１４を含む面であり、面１７と面１８とが交わる交点を直線Ｐ-Ｐ’で表している。
【００２３】
受電コイル２２は、図２（ｂ）に示すように、１つのコイルをほぼ９０度に湾曲、または折り曲げた形状であり、受電装置２０の２つの面２７、２８（第３、第４の面）に対応して配置する。受電コイル２２から引き出した線の端部Ｂ、Ｂ’は、図１（ａ）に示した受電装置２０内のＢ，Ｂ’に相当する。尚、端部ＢとＢ’は入れ替わっても構わない。また、受電コイル２２は、単一の銅線、または複数本で構成されるリッツ線などを平面状に巻いたものの他、フレキシブルな印刷基板に形成したプリントコイルなどであっても良い。
【００２４】
送電装置１０から受電装置２０に非接触で電力伝送を行う場合には、図２（ａ）に示す送電コイル１３、１４と、図２（ｂ）に示す受電コイル２２が対向して重なるように、送電装置１０の筐体１６の上に、受電装置２０を載置する。送電装置１０は、隣接する第１の面１７と第２の面１８で受電装置２０を支える。
【００２５】
次に、送電コイル１３、１４の具体的な構成について説明する。図２（ａ）に示すように、送電コイル１３、１４は、面１７と１８とが交わる交点（直線Ｐ−Ｐ’）を中心に、面１７と面１８に対称的に配置した逆三角形状の平面状のコイルであり、送電コイル１３と１４は、直列に接続されている。
【００２６】
図２（ａ）において、送電コイル１３を含む面１７内に直線Ｐ−Ｐ’と平行で、かつ所定間隔で引いた直線Ｑ１、Ｒ１を想定する。直線Ｑ１とＲ１は、それぞれ送電コイル１３と交わる位置にあり、直線Ｒ１は直線Ｑ１よりも、直線Ｐ-Ｐ’から遠い位置にあるものとする。また直線Ｑ１と送電コイル１３の外縁部との交点をＡ１、Ｂ１とし、直線Ｒ１と送電コイル１３の外縁部との交点をＡ２、Ｂ２とすると、交点をＡ１とＢ１を結ぶ線分と、交点Ａ２とＢ２を結ぶ線分は、
線分（Ａ１-Ｂ１）＜（線分Ａ２-Ｂ２）
の関係になるように送電コイル１３を構成する。即ち、送電コイル１３は、直線Ｐ-Ｐ’から離れるにしたがって、コイルの幅が拡張する構成となっている。
【００２７】
同様に、送電コイル１４を含む面１８内に、直線Ｐ-Ｐ’と平行で、かつ所定間隔で引いた直線Ｓ１、Ｔ１を想定する。直線Ｓ１とＴ１は、それぞれ送電コイル１４と交わる位置にあり、直線Ｔ１は直線Ｓ１よりも、直線Ｐ-Ｐ’から遠い位置にあるものとする。また直線Ｓ１と送電コイル１４の外縁部との交点をＣ１、Ｄ１とし、直線Ｔ１と送電コイル１４の外縁部との交点をＣ２、Ｄ２とすると、
（線分Ｃ１-Ｄ１）＜（線分Ｃ２-Ｄ２）
の関係になるように送電コイル１４を構成する。即ち、送電コイル１４は、送電コイル１３と同様に、直線Ｐ-Ｐ’から離れるにしたがって、コイルの幅が拡張する構成となっている。
【００２８】
図３は、送電装置１０の上に、受電装置２０を載置したときの、送電コイル１３、１４と受電コイル２２との位置関係を示す断面図である。送電コイル１３、１４は、送電装置１０の２つの隣接する面１７、１８に沿って配置し、受電コイル２２は、受電装置２０の２つの面２７、２８に対応して配置する。面１７、１８はそれぞれ送電コイル１３、１４を含む面で、面１７と面１８とが交わる部分を図２（ａ）及び図３の直線Ｐ-Ｐ’で表す。
【００２９】
図３に示すように、送電装置１０は厚みを持った、例えば樹脂製の筐体１６を有している。面１７や面１８の厚みは、受電装置２０を支えるために十分な強度を持つ必要がある。受電装置２０の重さにもよるが、重さが５００ｇ〜１ｋｇ程度のポータブル機器のような受電装置２０を載せる場合、面１７は一般的な樹脂であれば２〜３ｍｍ程度の厚さが必要である。通常は、安全性や耐久性等を考慮して、送電コイル１３、１４は、筐体１６の面１７、１８の内側にそれぞれ配置される。
【００３０】
受電装置２０は筐体２６を有し、受電コイル２２は、送電コイル１３、１４に対向する筐体２６の面２７、２８に沿って配置する。図３に示す例では、受電コイル２２は面２７、２８に沿って筐体２６内に設置しているが、筐体２６内に限らず、筐体２６の外側に受電コイル２２を設け、受電コイル２２を例えば保護フィルムで覆う等の絶縁処理を施してもよい。
【００３１】
受電コイル２２は、図２（ｂ）に示すように、１つのコイルを湾曲、または折り曲げたものであるが、折り曲げ部分２９は、面２７と面２８とが交わる角度、即ち直角に曲げても良いし、図３に示すように適当な円弧を付けて曲げるか、点線２２’として示すように緩やかな円弧を描くように湾曲させてもよい。
【００３２】
次に、第１の実施形態に係る電力伝送装置の動作について説明する。図３に示した送電コイル１３、１４と受電コイル２２との位置関係は、通常の使用、即ち充電台である送電装置１０に、充電される側のポータブル機器である受電装置２０を最も近接するように置いたときの様子を示している。例えば、ポータブル機器を持ち運びや保護のためにソフトケースやキャリングケース等のケース類に入れたまま充電台に置くと、ケース類の厚み分だけ送電コイル１３、１４と受電コイル２２との距離が離れることになる。
【００３３】
従来であれば、送電コイルと受電コイルとの距離が変わると、結合係数ｋが変化し、回路定数を変化させなければ、受電装置２０が受電できる電力量や電力伝送効率も変化していた。従来では、大抵は、ある特定の距離において受電できる電力量が最大となり、特定の距離から離れたり近づくと受電できる電力量は低下する。第１の実施形態では、コイル間の距離が変化しても結合係数ｋがほとんど変化しないので、受電できる電力量や電力伝送効率もほとんど変化しない。以下、その理由について述べる。
【００３４】
図４は、送電コイル１３、１４と受電コイル２２との距離が変化した場合に、結合係数ｋに与える影響について説明する図である。図４では、送電コイル１３、１４と受電コイル２２の位置関係のみを示しており、送電装置１０及び受電装置２０の筐体等は省略している。図４では、受電コイル２２の位置をＰ１、Ｐ２、Ｐ３で示す位置に変えた状態を示している。
【００３５】
また図５Ａ〜図５Ｃは、送電コイル１３の概略的な平面図であり、送電コイル１３と、送電コイル１３に対向する受電コイル２２との位置関係を示した図である。図５Ａ〜図５Ｃは、図４で示すように、受電コイル２２をＰ１、Ｐ２、Ｐ３の位置に変えた場合を示している。尚、Ｐ１，Ｐ２、Ｐ３の位置において、送電コイル１３と受電コイル２２との距離はそれぞれＨ１、Ｈ２、Ｈ３（図４）となるが、高さ方向の変化については、図５Ａ〜図５Ｃでは描かれていない。
【００３６】
また、簡単のために、送電コイル１３の最大幅ｎ１と受電コイル２２の最大幅ｍは、ほぼ等しいとして説明するが、必ずしもそれぞれのコイルの幅ｎ１、ｍが等しい必要はない。
【００３７】
図４に示すように、受電装置２０を直接、送電装置１０の上に置いた場合や、受電装置２０をケース類に入れて送電装置１０に置いた場合等で、受電コイル２２の位置は矢印Ｙの方向に変化する。例えば送電コイル１３、１４に対して受電コイル２２の位置がＰ１、Ｐ２、Ｐ３のように変化して相対距離が変わった場合について説明する。
【００３８】
図４及び図５Ａにおいて、受電コイル２２と送電コイル１３とが対向する部分について考える。位置Ｐ１の場合には、送電コイル１３と受電コイル２２との距離（垂直方向）はＨ１で、位置Ｐ１〜Ｐ３の中では最も近距離となる。ここで、送電コイル１３と受電コイル２２とが対向する部分の面積を求める。
【００３９】
送電コイル１３に対向する受電コイル２２の長さをＪ１とする。送電コイル１３と受電コイル２２とが対向する部分の直線Ｐ-Ｐ’に最も近い部分の、送電コイル１３の外縁部の２点をそれぞれ点Ａ１１、Ｂ１１とする。また送電コイル１３と受電コイル２２とが対向する部分の直線Ｐ-Ｐ’に最も遠い部分の、送電コイル１３の外縁部の２点をそれぞれ点Ａ２１、Ｂ２１とする。送電コイル１３と受電コイル２２とが対向する部分は、Ａ１１，Ｂ１１，Ｂ２１，Ａ２１を結ぶ台形となり、その面積Ｓ５ａは、
Ｓ５ａ＝Ｊ１×（Ａ１１_Ｂ１１+Ａ２１_Ｂ２１）/２
となる（Ａ１１_Ｂ１１は、点Ａ１１とＢ１１間の距離、Ａ２１_Ｂ２１は、点Ａ１２とＢ１２間の距離を示す）。
【００４０】
同様に、位置Ｐ２、Ｐ３の場合には、送電コイル１３と受電コイル２２との距離（垂直方向）はそれぞれＨ２、Ｈ３となり、図５Ｂ、図５Ｃに示すように、送電コイル１３と受電コイル２２とが対向する部分は、それぞれＡ１２，Ｂ１２，Ｂ２２，Ａ２２で示す台形、及びＡ１３，Ｂ１３Ｂ，２３Ａ，２３で示す台形となる。対向する部分の面積Ｓ５ｂ、Ｓ５ｃはそれぞれ
Ｓ５ｂ＝Ｊ１×（Ａ１２_Ｂ１２+Ａ２２_Ｂ２２）/２、
Ｓ５ｃ＝Ｊ１×（Ａ１３_Ｂ１３+Ａ２３_Ｂ２３）/２
となる。ここで、それぞれの台形Ｓ５ａ，Ｓ５ｂ，Ｓ５ｃの面積を比較すると、
Ｓ５ａ＜Ｓ５ｂ＜Ｓ５ｃ
の関係になる。
【００４１】
次に受電コイル２２と送電コイル１４とが対向する部分について、図４及び図６Ａ〜６Ｃを参照して説明する。図６Ａは、受電コイル２２が位置Ｐ１にある場合の、送電コイル１４の正面図である。受電コイル２２が位置Ｐ１にある場合には、送電コイル１４と受電コイル２２との距離（水平方向）はＷ１で、位置Ｐ１〜Ｐ３の中では最も近距離となる。
【００４２】
ここで送電コイル１４と受電コイル２２とが対向する面積を求める。図４に示す位置関係において、送電コイル１４に対向する受電コイル２２の長さをＫ１とする。送電コイル１４と受電コイル２２とが対向する部分の直線Ｐ-Ｐ’に最も近い部分の、送電コイル１３の外縁部の２点をそれぞれ点Ｃ１１、Ｄ１１とする。送電コイル１４と受電コイル２２とが対向する部分の直線Ｐ-Ｐ’に最も遠い部分の、送電コイル１３の外縁部の２点を、それぞれ点をＣ２１、Ｄ２１とする。送電コイル１４と受電コイル２２とが対向する部分は、Ｃ１１，Ｄ１１，Ｄ２１，Ｃ２１を結ぶ台形となり、その面積Ｓ６ａは、
Ｓ６ａ＝Ｋ１×（Ｃ１１_Ｄ１１+Ｃ２１_Ｄ２１）/２
となる（Ｃ１１_Ｄ１１は、点Ｃ１１とＤ１１間の距離、Ｃ２１_Ｄ２１は、点Ｃ１２とＤ１２間の距離を示す）。
【００４３】
同様に、位置Ｐ２、Ｐ３の場合には、送電コイル１４と受電コイル２２との距離（水平方向）はそれぞれＷ２、Ｗ３となり、図６Ｂ、図６Ｃに示すように、送電コイル１４と受電コイル２２とが対向する面積Ｓ６ｂ、Ｓ６ｃはそれぞれ
Ｓ６ｂ＝Ｋ１×（Ｃ１２_Ｄ１２+Ｃ２２_Ｄ２２）/２
Ｓ６ｃ＝Ｋ１×（Ｃ１３_Ｄ１３+Ｃ２３_Ｄ２３）/２
となる。ここで、それぞれの台形Ｓ６ａ，Ｓ６ｂ，Ｓ６ｃ面積を比較すると、
Ｓ６ａ＜Ｓ６ｂ＜Ｓ６ｃ
の関係になっている。
【００４４】
つまり、送電コイル１３，１４は、第１の面１７と第２の面１８が交わる交点（Ｐ-Ｐ’）を中心に筐体１６内の第１の面１７と第２の面１８に対称的にそれぞれ配置した平面状のコイルであって、交点（Ｐ-Ｐ’）に近い部分から遠ざかるに従ってコイルの占有面積が漸次増加する拡張領域を有する構成となっている。
【００４５】
以上の関係を一覧にまとめると、図７のようになる。図７（ａ）は、送電コイル１３と受電コイル２２との距離Ｈ、送電コイル１３と受電コイル２２との対向面積（１３−２２）、送電コイル１４と受電コイル２２との距離Ｗ、及び送電コイル１４と受電コイル２２との対向面積(１４−２２)を示す。
【００４６】
ここで、距離Ｈ、距離Ｗに関して、
Ｈ１＜Ｈ２＜Ｈ３、Ｗ１＜Ｗ２＜Ｗ３
の関係がある。
【００４７】
一般に、コイル間の距離が近いほど、また、対向するコイルの面積が大きいほど、結合係数ｋは大きくなる傾向にある。そこで、定性的ではあるが、受電コイル２２の位置がＰ２の場合の距離、対向面積を基準（○）とし、結合係数ｋが大きくなる要素は（◎）、小さくなる要素は（△）として表現すると、図７（ａ）は、図７（ｂ）のように書き換えることができる。
【００４８】
図７（ｂ）に示すように、受電コイル２２がＰ１の位置にあるときは、距離Ｈ及びＷが小さくなり、結合係数ｋが大きくなる作用があるが、その反面、対向面積（１３−２２）及び（１４−２２）が小さくなることにより結合係数ｋが小さくなる作用があるため、結果として相殺されて結合係数ｋは、受電コイル２２がＰ２の位置にあるときと殆ど変わらない。
【００４９】
また受電コイル２２がＰ３の位置にあるときは、距離Ｈ及びＷが大きくなり、結合係数ｋが小さくなる作用があるが、その反面、対向面積（１３−２２）及び（１４−２２）が大きくなることにより結合係数ｋが大きくなる作用があるため、結果として相殺されて、結合係数ｋは受電コイル２２がＰ２の位置にあるときと殆ど変わらない。つまり、送電コイル１３、１４と受電コイル２２間の距離が変化すると、送電コイル１３、１４と受電コイル２２の対向面積は相補的に変化する。
【００５０】
したがって、図４に示すように、受電コイル２２が送電コイル１３、１４に対してＰ１、Ｐ２、Ｐ３のように位置を変えても、結合係数ｋがほとんど変化しない電力伝送装置を提供することができる。
【００５１】
次に、図８に示すように、受電コイル２２を送電コイル１３に沿って水平方向に動かした場合の結合係数ｋの変化について説明する。受電コイル２２と送電コイル１３間の距離（垂直方向）Ｈ１は一定とする。
【００５２】
図９（ａ）は、受電コイル２２が送電コイル１３及び１４に最も近づく位置Ｐ１から、送電コイル１３に沿って動き、位置Ｐ４、Ｐ５になった場合の、送電コイル１３と受電コイル２２との距離Ｈ、送電コイル１３と受電コイル２２との対向面積（１３−２２）、送電コイル１４と受電コイル２２との距離Ｗ、及び送電コイル１４と受電コイル２２との対向面積（１４−２２）をそれぞれ示す。尚、受電コイルの位置Ｐ１は、図４に示す位置Ｐ１と同じである。
【００５３】
ここで、簡単のために、Ｐ４、Ｐ５の位置に受電コイル２２があるときの、送電コイル１４との距離Ｗ４、Ｗ５が、それぞれ図４に示す距離Ｗ２、Ｗ３と等しいとする。この場合、受電コイル２２と送電コイル１３とが対向する面積は、受電コイルがＰ１の位置にあるときは、図５Ａに示す面積Ｓ５ａに等しく、受電コイル２２がＰ４、Ｐ５の位置にあるときは、それぞれ図５Ｂ、図５Ｃに示す面積Ｓ５ｂ、Ｓ５ｃに等しくなる。
【００５４】
受電コイル２２は、送電コイル１３に沿って点Ｐから離れる方向に動かすため、垂直方向の距離ＨはＨ１で一定であり、また対向面積（１４−２２）も図６Ａに示す面積Ｓ６ａに等しく、一定である。
【００５５】
受電コイル２２の位置がＰ４の場合の距離Ｈ、Ｗと、対向面積（１３−２２、１４−２２）を基準（○）とし、結合係数ｋが大きくなる要素は（◎）、小さくなる要素は（△）として表現すると、図９（ａ）は、
Ｓ５ａ＜Ｓ５ｂ＜Ｓ５ｃ、
Ｗ１＜Ｗ４（＝Ｗ２）＜Ｗ５（＝Ｗ３）
の関係から、図９（ｂ）のように書き換えることができる。
【００５６】
図９（ｂ）に示すように、受電コイル２２がＰ１の位置にあるときは、対向面積（１３−２２）が小さくなり、結合係数ｋが小さくなるが、その反面、距離Ｗが小さくなることで結合係数ｋが大きくなるため、結果として相殺されて結合係数ｋは受電コイル２２の位置が変わっても殆ど変わらない。また受電コイル２２がＰ５の位置にあるときは、対向面積（１３−２２）が大きくなり、結合係数ｋが大きくなるが、その反面、距離Ｗが大きくなることにより結合係数ｋが小さくなるため、結果として相殺されて、結合係数ｋは受電コイル２２の位置が変わっても殆ど変わらない。
【００５７】
したがって、図８に示すように、受電コイル２２が送電コイル１３、１４に対して、Ｐ１、Ｐ４、Ｐ５のように位置を変えても、結合係数ｋがほとんど変化しない電力伝送装置を提供することができる。
【００５８】
同様の考え方で、受電コイル２２を送電コイル１４に沿って垂直方向に移動させた場合には、距離Ｈが小さくなると結合係数ｋが大きくなるが、その反面、受電コイル２２と送電コイル１４とが対向する面積（１４−２２）が小さくなるため、結果として相殺されて結合係数ｋは受電コイル２２の位置が変わっても殆ど変わらない。また距離Ｈが大きくなると結合係数ｋが小さくなるが、その反面、対向面積（１４−２２）が大きくなることにより結合係数ｋが大きくなるため、結果として相殺されて、結合係数ｋは受電コイル２２の位置が変わっても殆ど変わらない。
【００５９】
上述したように、第１の実施形態によれば、受電コイル２２の位置が、送電コイル１３、１４に対して水平及び垂直方向に移動しても、水平方向または垂直方向のみに移動しても、結合係数ｋがほとんど変化しない電力伝送装置を提供することができる。
【００６０】
次に、従来の場合の結合係数ｋと、第１の実施形態における電力伝送装置との結合係数ｋを、実際に測定して比較した結果を、図１０〜図１２を用いて説明する。
【００６１】
図１０（ａ）は、非接触で電力伝送を行う一般的な電力伝送装置の構成を示している。送電装置３０は交流電源３１、共振用コンデンサ３２、送電コイル３３等から成る。また受電装置４０は、受電コイル４１、共振用コンデンサ４２、整流回路４３、負荷回路４４等から成る。図１０（ｂ）は、送電コイル３３と受電コイル４１の一例を示し、例えば平板状で渦巻き状の送電コイル３３と受電コイル４１を対向して配置している。
【００６２】
結合係数ｋは、自己インダクタンスＬopen と漏れインダクタンスＬsc を実測し、式（１）により求めることができる。
【数１】
0005889250.tif 000002
【００６３】
図１１は、電力伝送装置での結合係数ｋの測定系を示す図である。図１１に示すように、一方のコイル５１をＬＣＲメータ等の測定器５０に接続し、他方のコイル５２の両端５３、５４が開放の場合の、自己インダクタンスＬopenと、両端５３、５４を短絡したときの漏れインダクタンスＬscとをそれぞれ測定器５０で測定し、式（１）により結合係数ｋを求める。
【００６４】
図１０（ｂ）に示す、平板状の送電コイル３３と受電コイル４１との間隔、即ち送受コイル間の距離を変化させたときの結合係数ｋの測定結果を図１２の線Ｂに示す。ここで、使用した送電コイル３３及び受電コイル４１のサイズは、渦巻き状のコイルパターンの外形寸法が直径約１００ｍｍで、１００ｋＨｚで測定した場合のインダクタンス値は約２．５μＨである。
【００６５】
送受コイル間距離が１０ｍｍのときの結合係数ｋは０．４２で、送受コイル間距離が長くなるにしたがって結合係数ｋは減少し、送受コイル間の距離が３０ｍｍのときには結合係数ｋは０．２１まで低下する。送受コイル間距離が１０ｍｍ〜３０ｍｍの範囲において、結合係数ｋは、０．３１５±３３％の範囲で変化する。送受コイル間の距離が２０ｍｍ程度（コイルの直径の２０％の距離に相当）の変化で、結合係数ｋが±３３％の範囲で変化するのは、コイルの直径（１００ｍｍ）と送受コイル間距離（２０ｍｍ）との比率（２０％）からみて、ごく一般的と考えられる。
【００６６】
一方、第１の実施形態における電力伝送装置の送電コイル１３、１４と受電コイル２２を使用した場合の結合係数ｋの変化を測定した結果を、図１２の実線Ａに示す。送電コイル１３、１４は、図２（ａ）に示すような形状で、渦巻き状のコイルパターンは例えばプリント基板で形成し、いずれもコイルパターンの外形寸法が約１２０ｍｍ×９０ｍｍで、コイルの幅ｎ１＝ｎ２＝１２０ｍｍである。１００ｋＨｚで測定した場合のインダクタンス値はそれぞれ約０．８７μＨで、送電コイル１３と送電コイル１４とを直列に接続し、合計約１．７４μＨとなっている。
【００６７】
受電コイル２２は、図２（ｂ）に示すような形状で、渦巻き状のコイルパターンは例えばフレキシブル基板で形成する。コイルパターンの外形寸法は約１００ｍｍ×１００ｍｍで、これを受電装置の２つの面２７、２８に沿った受電コイル２２の２つの面が、それぞれ約５０ｍｍ×１００ｍｍとなるように略直角に折り曲げる。折り曲げ部２９については、適当なＲ（円弧）を持たせている。尚、図２（ｂ）の受電コイル２２の幅ｍは１００ｍｍである。送電コイル１３、１４を配置したときの断面図は、図３に示すようになっていて、送電コイル１３、１４を含む面１７，１８は直線Ｐ-Ｐ’で接している。ただし、送電コイル１３、１４の導体部は、直線Ｐ-Ｐ’を介して接触していない。尚、送電コイル１３と送電コイル１４の長さＬ１３、Ｌ１４は、それぞれ約９０ｍｍである。
【００６８】
簡単のために、受電コイル２２を動かす方向は、図４に示すＹ方向のみとし、受電コイル２２と送電コイル１３との距離Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３は、受電コイル２２と送電コイル１４との距離Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３にそれぞれ等しいものとする。したがって、送受コイル間の距離が１０ｍｍの場合は、距離Ｈ、距離Ｗともに１０ｍｍ、送受コイル間距離が３０ｍｍの場合は距離Ｈ、距離Ｗともに３０ｍｍなどとなる。
【００６９】
図１２の実線Ａに示す結果のように、本実施形態の構成では、送受コイル間距離が１０ｍｍ〜３０ｍｍの範囲で変化しても、結合係数ｋは０．１０５〜０．０８３の範囲でしか変化せず、０．０９４±１２％となっている。したがって、従来の特性Ｂに対して、結合係数ｋの変化率は約１／３になっており、結合係数ｋの変化率が大幅に減少していることがわかる。
【００７０】
このように、送電コイル１３及び１４と、受電コイル２２との距離が変化しても、結合係数ｋの変化が非常に小さい特性が得られるため、受電装置２０で得られる電力の変化も少なく、また、電力伝送効率の変化も少なくすることができる。
【００７１】
従来は、結合係数ｋの変化に応じて回路定数を変化させるような制御回路が必要であったが、第１の実施形態では制御回路は必要なく、コイル間距離の変化に対して非常に安定した受電電力特性が得られ、また同時に、高い電力伝送効率を維持することができる。
【００７２】
（第２の実施形態）
第１の実施形態では、送電コイル１３、１４の外形形状が、図２（ａ）に示すような略三角形になっている例を挙げた。送電コイルと受電コイルとの距離が変化しても結合係数ｋの変化を少なくするためには、第1の実施形態に示したように、送電コイル１３と送電コイル１４とが含まれる面１７、１８が交わる直線Ｐ-Ｐ’から離れるにしたがって、送電コイル１３、１４は拡張する形状とすることで実現可能である。
【００７３】
ただし、必ずしも三角形状のように、どこまでも拡がっていくような形状である必要はない。特に直線Ｐ-Ｐ’からある程度離れた部分においては、必ずしも拡がる形状でなくても良い。
【００７４】
図１３は、送電コイル１３Ａ、１４Ａの構成を概略的に示す斜視図である。図１３に示すように、送電コイル１３Ａ及び１４Ａは、送電装置１０のＬ字型の２つの面１７、１８（第１、第２の面）に沿ってそれぞれ配置し、直列に接続する。ここで、送電コイル１３Ａを含む面１７内に直線Ｐ-Ｐ’に平行で、かつ所定間隔で引いた直線Ｑ２、Ｒ２を想定する。直線Ｒ２は直線Ｐ-Ｐ’から見て、直線Ｑ２よりも遠くに位置する直線である。また直線Ｑ２と送電コイル１３Ａの外縁部との交点をＡ３、Ｂ３とし、直線Ｒ２と送電コイル１３Ａの外縁部との交点をＡ４、Ｂ４とする。このとき、
（線分Ａ３-Ｂ３）≦（線分Ａ４-Ｂ４）
の関係にあるように、送電コイル１３Ａを構成する。即ち、送電コイル１３Ａは、直線Ｐ-Ｐ’から離れるにしたがって、コイルの幅が広がっていくような構成となっているが、ある位置（例えば図１３の直線１３１）を境にして、コイルの幅は拡がらず、ほぼ一定の幅になるように構成される。
【００７５】
送電コイル１４Ａについても、送電コイル１３と同様に、直線Ｐ-Ｐ’から離れるにしたがって、コイルの幅が拡張する構成となっているが、ある位置（例えば図１３の直線１３２）を境にして、コイルの幅は拡がらず、ほぼ一定の幅になるように構成される。送電コイル１４Ａを含む面１８内に直線Ｐ-Ｐ’に平行で、かつ所定間隔で引いた直線Ｓ２、Ｔ２を想定する。直線Ｔ２は直線Ｐ-Ｐ’から見て、直線Ｓ２よりも遠くに位置する直線である。また直線Ｓ２と送電コイル１４Ａの外縁部との交点をＣ３，Ｄ３とし、直線Ｔ２と送電コイル１４Ａの外縁部との交点をＣ４，Ｄ４とする。
【００７６】
このとき、
（線分Ｃ３-Ｄ３）≦（線分Ｃ４-Ｄ４）
の関係にあるように、送電コイル１４Ａを構成する。即ち、送電コイル１４Ａは、直線Ｐ-Ｐ’から離れるにしたがって、コイルの幅が拡張する構成となっているが、ある位置（例えば図１３の直線１３２）を境にして、コイルの幅は拡がらず、ほぼ一定の幅になるように構成される。
【００７７】
つまり送電コイル１３Ａ，１４Ａは、第１の面１７と第２の面１８が交わる交点（Ｐ-Ｐ’）を中心に筐体１６内の第１の面１７と第２の面１８に対称的にそれぞれ配置した平面状のコイルであって、交点（Ｐ-Ｐ’）に近い部分から遠ざかるに従ってコイルの占有面積が漸次増加する拡張領域（頂点１４１から直線１３１までの領域、又は頂点１４２から直線１３２までの領域）を有する構成となっている。
【００７８】
送電コイル１３Ａ及び１４Ａから引き出した線の端部Ａ、Ａ’は、図１（ａ）の送電装置１０内の端子Ａ、Ａ’に相当する。尚、端部ＡとＡ’は入れ替わっても構わない。また、送電コイル１３Ａ及び１４Ａは、２つの面１７、１８に沿って単一の銅線、または複数本で構成されるリッツ線などを平面状に巻いたものである。或いは、リジッドまたはフレキシブルな印刷基板に形成したプリントコイルなどであっても良い。
【００７９】
図１４は、第２の実施形態における送電コイル１３Ａを上方から見た平面図である。送電コイル１４Ａも同様の構成であり、送電コイル１３Ａ（１４Ａ）は、例えばプリントパターンで渦巻き状のコイルパターンを形成し、外形寸法は、横がｎ３（ｎ４）、縦がｎ３１（ｎ４１）である。また送電コイル１３Ａ（１４Ａ）の幅ｎ３、ｎ４が一定となる部分の長さはｎ３２（ｎ４２）である。
【００８０】
図１５は、第２の実施形態における送電コイル１３Ａ、１４Ａと受電コイル２２とを使用した場合の結合係数ｋの変化を測定した結果を示す図である。送電コイル１３Ａ、１４Ａは、ともに図１４に示すような形状で、例えばプリントパターンでコイルを形成し、いずれも渦巻き状のコイルパターンの外形寸法、ｎ３＝ｎ４＝１２０ｍｍ、ｎ３１＝ｎ４１＝９０ｍｍである。それぞれのコイルの頂点１４１または１４２は、図１３に示すように直線Ｐ-Ｐ’に近い側に配置され、幅ｎ３（ｎ４）が一定となる部分の長さｎ３２、ｎ４２は、ともに約４０ｍｍとした。このとき、１００ｋＨｚで測定した場合のインダクタンス値はそれぞれ約０．８７μＨで、送電コイル１３Ａと送電コイル１４Ａとを直列に銅線等を用いて接続し、端部Ａ、Ａ’からみた合計のインダクタンス値は約１．７４μＨとなっている。
【００８１】
簡単のために、受電コイル２２を動かす方向は、第１の実施形態と同様に、図４に示したＹ方向と同じとする。
【００８２】
図１５の実線Ａに示すように、第２の実施形態の構成では、送受コイル間距離が１０ｍｍ〜３０ｍｍの範囲で変化しても、結合係数ｋは０．１３２〜０．０９６の範囲でしか変化せず、０．１１４±１３％となっている。一方、図１０で述べたように、平板の送電コイル３３、受電コイル４１を用いた従来技術では、送受コイル間距離が１０ｍｍのときの結合係数ｋは０．４２で、送受コイル間の距離が３０ｍｍのときには結合係数ｋは０．２１まで低下し、送受コイル間距離が１０ｍｍ〜３０ｍｍの範囲において、結合係数ｋは、０．３１５±３３％の範囲で変化する。したがって、第２の実施形態の送電コイル１３Ａ、１４Ａを用いても、従来の特性Ｂと比較して結合係数ｋの変化率は約１/３になっており、結合係数ｋの変化率が大幅に減少していることがわかる。
【００８３】
尚、上述した第２の実施形態では、送電コイル１３Ａ及び送電コイル１４Ａを直列に接続する例を示した。図１に示した共振素子１５の共振に必要なインダクタンス値をＬとすると、送電コイルを直列に接続することで、送電コイル１３Ａ及び送電コイル１４Ａのインダクタンス値は、Ｌ／２ずつで済む。ただし、Ｌ／２ずつに限定する必要はなく、送電コイル１３Ａと送電コイル１４Ａのインダクタンス値の和がＬになっていればよい。また、送電コイル１３Ａと１４Ａが同一の形状について説明したが、必ずしも同一の形状である必要はない。
【００８４】
結合係数ｋの変動を小さくできる送電コイルの形状としては、第１実施形態に述べた三角形や、第２の実施形態で述べた略五角形（野球のベース状）に限るものではなく、特に直線Ｐ-Ｐ’から離れていくにしたがって、コイルの幅が拡がる要素を持っていれば、結合係数ｋの変動を小さくできる効果を得ることができる。
【００８５】
図１６、図１７は第２の実施形態に係る送電コイル１３Ａ（１４Ａ）の変形例を示す平面図である。図１６は、面１７に沿って配置した送電コイル１３Ａを上方から見た図である。送電コイル１３Ａの外形は曲線形状となっており、直線Ｐ-Ｐ’に近い側から離れるにしたがって、コイルの幅が広くなっている。
【００８６】
また、図１７は第２の実施形態に係る送電コイル１３Ａ（１４Ａ）の他の変形例を示す平面図である。送電コイル１３Ａの外形の幅は直線Ｐ-Ｐ’から離れても一定となっているが、直線Ｐ-Ｐ’に近い側においては、コイル配線のない領域１７１を設けている。したがって、直線Ｐ-Ｐ’から遠ざかるにしたがってコイルの幅が広くなることと同等の効果を得ている。
【００８７】
以上述べた実施形態によれば、送電装置１０と受電装置２０の共振素子間の距離が変動しても結合係数ｋがほとんど変動しない非接触電力伝送装置を提供することができる。
【００８８】
（第３の実施形態）
上述した実施形態では、送電コイル１３及び送電コイル１４を直列に接続する例を示したが、第３の実施形態では、送電コイル１３と送電コイル１４を並列に接続した例に関する。
【００８９】
図１８は、送電コイル１３と送電コイル１４を並列に接続した例を示す。送電コイル１３と送電コイル１４を並列に接続しても、直列接続の場合と同様に、コイル間距離が変化しても結合係数ｋが変化しにくい特性が得られる。但し、図１の端子Ａからみたインダクタンス値が、直列接続の場合と同様のインダクタンス値Ｌとなるためには、送電コイル１３と送電コイル１４のインダクタンス値は、直列接続の場合の４倍（送電コイル１３と送電コイル１４でそれぞれ２Ｌ）とする必要がある。したがって、送電コイル１３と送電コイル１４を直列に接続する方がコイルの巻き数を少なく済ませられるという利点があるものの、並列接続で構成することも可能である。
【００９０】
一方、受電コイル２２においても、図２（ｂ）に示したような、１つのコイルを折り曲げた形状以外に、２つのコイルを直列または並列に接続し、例えば図１９（ａ）、（ｂ）に示すような構成とすることもできる。
【００９１】
図１９（ａ）は、受電コイル２２として、２つのコイル２２１、２２２を直列に接続した例である。図１９（ｂ）は、受電コイル２２として、２つのコイル２２３、２２４を並列に接続した例である。図１９（ａ）、（ｂ）のいずれも、図１に示した共振用コンデンサ２１と受電コイル２２１、２２２（または２２３、２２４）から構成される共振素子２３の自己共振周波数は、送電用の共振素子１５の自己共振周波数とほぼ同じになるように、各コイルのインダクタンス値や共振用コンデンサ２１の値を調整する。
【００９２】
（第４の実施形態）
第４の実施形態は、送電装置１０の筐体の形状を変えたものである。送電装置１０上に、受電装置２０を置く場合、受電装置２０が適正な位置に置かれれば、適正な結合係数ｋが得られ、正常に電力伝送が行える（図３参照）。しかしながら、送電装置１０に対して受電装置２０の位置が大きくずれる場合には、結合係数ｋが小さくなり、結果として電力伝送可能な電力が小さくなる。
【００９３】
第４の実施形態では、受電装置２０の置き方のずれによって正常に電力伝送が行えなくなることを避けるために、送電装置１０の構成を図２０に示すような形状にしている。
【００９４】
図２０は、第２の実施形態における送電装置１０を示す斜視図である。即ち、送電装置１０は、筐体１６の面１７Ａと面１８Ａのなす角度が略直角であり、面１７Ａを水平面に対して傾け、面１８Ａを垂直面から傾けている。面１７Ａと面１８Ａと接する部分Ｐは低い位置にあり、それぞれの面１７Ａ、１８Ａに沿って送電コイル１３及び１４を配置している。送電装置１０にポータブル機器等の受電装置２０を載せると、面１７Ａが傾斜しているため、受電装置２０は自重により面１７Ａに沿って面１８Ａの方向に滑り、面１８Ａに接した状態になる。
【００９５】
図２１は、図２０の送電装置１０に受電装置２０を載せたときの断面図である。  受電装置２０は、受電コイル２２、整流回路２４、負荷回路２５等を備え、受電装置２０の底面と側面が、送電装置１０の面１７Ａと面１８Ａにそれぞれ接する。
【００９６】
送電装置１０の面１７Ａの水平面に対する角度θ１は、受電装置２０を送電装置１０に載せたときに、自然に面１７Ａに沿って滑り落ちる程度の角度がよく、送電装置１０や受電装置２０の材質にもよるが、２０度〜３０度以上の角度が良い。面１８Ａの水平面に対する角度θ２は、９０度−θ１であり、６０度〜７０度以下の角度となる。一例として、角度θ１及びθ２がともに４５度の場合や、θ１が３０度でθ２が６０度、θ１が６０度でθ２が３０度等の例が挙げられるが、他の角度の組み合わせでも構わない。尚、面１７Ａと面１８Ａとの角度は直角に限らず、受電装置２０の形状に合わせた角度としても良い。
【００９７】
また、ポータブル機器等の受電装置２０は、持ち運びや保護等のために、ソフトケースやキャリングケース等のケース類に入れて使うことがしばしばある。第２の実施形態では、ケース類に受電装置２０を入れた状態でも、送電コイル１３、１４と受電コイル２２との位置関係を適切に保つことが可能となる。
【００９８】
図２２は、受電装置２０をソフトケース６０に入れて送電装置１０に載置した状態を示す断面図である。送電装置１０の面１７Ａが傾斜していることから、ソフトケース６０に入れられた受電装置２０は、面１７Ａに沿って滑り落ち、面１８Ａにソフトケース６０が接した状態で置かれる。
【００９９】
送電コイル１３、１４と受電コイル２２との位置関係は、結合係数ｋが適正な値になるような位置関係、即ち送電コイル１３、１４と受電コイル２２とが離れ過ぎず、また送電コイル１３、１４と対向する受電コイル２２の面積も十分確保された状態となっている。したがって、送電装置１０から受電装置２０に対して、良好な効率で電力を伝送することができる。
【０１００】
図２３は、第４の実施形態の変形例を示す斜視図である。即ち、送電装置１０は、筐体１６の面１７Ａを水平面に対して傾け、面１８Ａを垂直面から傾けている点は図２０と同じである。さらに受電装置２０の幅方向（矢印Ｚ方向）の位置を規制するため筐体１６にガイド面１９Ａ、１９Ｂを設けている。
【０１０１】
図２３では、送電装置１０にポータブル機器等の受電装置２０を載せると、面１７Ａが水平面に対して傾斜しているため、受電装置２０は自重により面１７Ａに沿って面１８Ａの方向に滑り、面１８Ａに接した状態になる。また受電装置２０の両サイドはガイド面１９Ａ、１９Ｂによってガイドされ、位置決めされる。したがって、送電コイル１３、１４と受電コイル２２は、結合係数ｋが適正な値になるような位置関係に正確に保たれる。
【０１０２】
以上述べた少なくとも一つの実施形態によれば、送電装置１０と受電装置２０の共振素子間の距離が変動しても結合係数ｋがほとんど変動しない非接触電力伝送装置を提供することができる。
【０１０３】
本発明のいくつかの実施形態を述べたが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【０１０４】
１０…送電装置
１１…交流電源
１２…共振用コンデンサ
１３、１４、１３Ａ、１４Ａ…送電コイル
１５、２３…共振素子
１６、２６…筐体（本体）
２０…受電装置
２１…共振用コンデンサ
２２…受電コイル
２４…整流回路
２５…負荷回路
１７、１７Ａ…第１の面
１８、１８Ａ…第２の面
２０…受電装置
２１…共振用コンデンサ
２２、２２１、２２２…受電コイル
２４…整流回路
２５…負荷回路
２７…第３の面
２８…第４の面
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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