(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
受電コイルを有する受電側装置が載置される給電面を備えた筺体と、
一次コイルと、共振回路を形成し前記一次コイルと磁気的に接続される二次コイルとを備え、前記筺体の内側に配置されて前記一次コイル及び前記二次コイルの中心軸が前記給電面と交差し、前記受電側装置の前記受電コイルに磁界共鳴する送電コイルと、
前記一次コイルに電力を供給する交流電源とを有し、
前記給電面には、前記送電コイルと前記受電コイルとの磁界共鳴を介して前記受電側装置が受け取る受電電力が一定となる点を結んだ等電力面に応じた凹凸が設けられていることを特徴とするワイヤレス送電装置。
【請求項２】
交流電源と前記交流電源から電力が供給される送電コイルと給電面とを備えた送電装置と、
前記送電装置の前記送電コイルが生成する磁界に共鳴する受電コイルを備え、前記送電装置の前記給電面上に載置可能な受電側装置とを有し、
前記送電コイルは、前記交流電源から電力が供給される一次コイルと、共振回路を形成し前記一次コイルと磁気的に接続される二次コイルとを備え、
前記給電面には、前記送電コイルと前記受電コイルとの磁界共鳴を介して前記受電側装置が受け取る受電電力が一定となる点を結んだ等電力面に応じた凹凸が設けられていることを特徴とするワイヤレス送電システム。
【請求項３】
前記受電コイルが、前記二次コイルから発生する磁界に共鳴する共振回路を形成する三次コイルと、前記三次コイルと磁気的に接続される四次コイルとを備えることを特徴とする請求項２に記載のワイヤレス送電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁界共鳴を利用したワイヤレス送電装置及びワイヤレス送電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話や音楽プレーヤなどのように充電式電池を内蔵した携帯型電子機器が増えている。また、これらの電子機器にワイヤレスで電力を供給する送電技術も開発されている。
【０００３】
ワイヤレス送電には、電磁誘導を利用した電磁誘導方式と、磁界共鳴を利用した磁界共鳴方式とがある。電磁誘導方式では、送電装置のコイルで発生した磁束を受電側装置のコイルで受けて電力を伝送する。この電磁誘導方式のワイヤレス送電では、送電効率が送電装置のコイルと受電側装置のコイルとの間隔に大きく関係し、送電装置のコイルと受電側装置のコイルとの間隔が大きくなると送電効率は極端に低下する。
【０００４】
一方、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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２００９−５０４１１５号
【特許文献２】特開２０１０−１９３７０１号公報
【特許文献３】特開２０１０−９８８９６号公報
【特許文献４】特開２００５−１１０３９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
過剰な電力供給による受電側装置の発熱及び破損を防止できるワイヤレス送電装置及びワイヤレス送電システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
開示の技術の一観点によれば、受電コイルを有する受電側装置が載置される給電面を備えた筺体と、一次コイルと、共振回路を形成し前記一次コイルと磁気的に接続される二次コイルとを備え、前記筺体の内側に配置されて前記一次コイル及び前記二次コイルの中心軸が前記給電面と交差し、前記受電側装置の前記受電コイルに磁界共鳴する送電コイルと、前記一次コイルに電力を供給する交流電源とを有し、前記給電面には、前記送電コイルと前記受電コイルとの磁界共鳴を介して前記受電側装置が受け取る受電電力が一定となる点を結んだ等電力面に応じた凹凸が設けられている送電装置が提供される。
【０００８】
また、開示の技術の他の観点によれば、交流電源と前記交流電源から電力が供給される送電コイルと給電面とを備えた送電装置と、前記送電装置の前記送電コイルが生成する磁界に共鳴する受電コイルを備え、前記送電装置の前記給電面上に載置可能な受電側装置とを有し、前記送電コイルは、前記交流電源から電力が供給される一次コイルと、共振回路を形成し前記一次コイルと磁気的に接続される二次コイルとを備え、前記給電面には、前記送電コイルと前記受電コイルとの磁界共鳴を介して前記受電側装置が受け取る受電電力が一定となる点を結んだ等電力面に応じた凹凸が設けられているワイヤレス送電システムが提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、磁界共鳴方式のワイヤレス送電システムの一例を表した模式図である。
【図２】図２は、送電装置の概要を表した図である。
【図３】図３は、受電側装置の概要を表した図である。
【図４】図４は、磁界共鳴方式のワイヤレス送電システムの一例を表した図である。
【図５】図５は、図４の送電システムにおける受電側装置の水平方向の移動距離と受電電力との関係を表した図である。
【図６】図６は、第１の実施形態に係るワイヤレス送電装置及びワイヤレス送電システムの構成を表した図である。
【図７】図７は、送電装置の概要を表した図である。
【図８】図８は、受電側装置の概要を表した図である。
【図９】図９は、水平方向の距離毎に垂直方向のコイル間の距離と受電電力との関係を解析した結果を表した図である。
【図１０】図１０は、図９から受電電力が１となる点を求め、それらの点を結んで得た曲線を示す図である。
【図１１】図１１は、受電コイルを等電力面に配置できない例を表した図である。
【図１２】図１２は、第１の実施形態の変形例１のワイヤレス送電システムを表した図である。
【図１３】図１３は、受電電力が一定となる点を結んで得た曲線を示している。
【図１４】図１４は、図１３に示す曲線に倣って給電面を形成した送電装置の例を示す図である。
【図１５】図１５は、図１４の送電装置の問題点を示す図である。
【図１６】図１６は、第１の実施形態の変形例２のワイヤレス送電システムを表した図である。
【図１７】図１７は、受電電力が一定となる点を結んで得た曲線を示している。
【図１８】図１８は、受電電力が一定となる点を結んで得た曲線の他の例を示している。
【図１９】図１９は、第２の実施形態に係るワイヤレス送電装置及びワイヤレス送電システムの構成を表した図である。
【図２０】図２０は、比較例のワイヤレス送電システムを表した図である。
【図２１】図２１は、比較例のワイヤレス送電システムにおいて、水平方向の距離と受電電力との関係を調べた結果を示す図である。
【図２２】図２２は、受電側装置を送電装置の給電面の凹部、凸部、及び凹部と凸部との境界に配置した状態を表している。
【図２３】図２３（ａ）は水平方向の距離と、送電コイルと受電コイルとの間の距離及び送電コイルと受電コイルとの間の角度との関係を表した図、図２３（ｂ）は水平方向の距離と受電電力との関係を表した図である。
【図２４】図２４は、第２の実施形態の変形例１のワイヤレス送電システムを表した図である。
【図２５】図２５（ａ）は水平方向の距離と、送電コイルと受電コイルとの間の距離及び送電コイルと受電コイルとの間の角度との関係を表した図、図２５（ｂ）は水平方向の距離と受電電力との関係を表した図である。
【図２６】図２６は、第２の実施形態の変形例２のワイヤレス送電システムを表した図である。
【図２７】図２７（ａ）は水平方向の距離と、送電コイルと受電コイルとの間の距離及び送電コイルと受電コイルとの間の角度との関係を表した図、図２７（ｂ）は水平方向の距離と受電電力との関係を表した図である。
【図２８】図２８は、第３の実施形態に係るワイヤレス送電装置及びワイヤレス送電システムを表した図である。
【図２９】図２９は、第３の実施形態の変形例１に係るワイヤレス送電装置及びワイヤレス送電システムの構成を表した図である。
【図３０】図３０は、第４の実施形態に係るワイヤレス送電装置及びワイヤレス送電システムの構成を表した図である。
【図３１】図３１は、第４の実施形態に係るワイヤレス送電システムの動作を説明する図である。
【図３２】図３２は、第４の実施形態の変形例１のワイヤレス送電システムを表した図である。
【図３３】図３３は、変形例１のワイヤレス送電システムの動作を説明する図である。
【図３４】図３４は、受電側装置の一例としての携帯電話を表した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、実施形態について説明する前に、実施形態の理解を容易にするための予備的事項について説明する。
【００１１】
図１は、磁界共鳴方式のワイヤレス送電システムの一例を表した模式図である。また、図２は送電装置の概要を表した図であり、図３は受電側装置の概要を表した図である。
【００１２】
図１のように、送電装置１０には送電コイル１１が設けられており、この送電コイル１１は一次コイル１１ａと二次コイル１１ｂとを有している。また、受電側装置２０には受電コイル２１が設けられており、この受電コイル２１は三次コイル２１ｂと四次コイル２１ａとを有している。これらのコイル１１ａ，１１ｂ，２１ａ，２１ｂは、いずれも２層巻きされた平面スパイラルコイル（空芯コイル）である。
【００１３】
図２のように、送電装置１０の一次コイル１１ａは整合器１６を介して高周波電源１５に接続されており、この高周波電源１５から一次コイル１１ａに高周波電流が供給される。また、送電装置１０の二次コイル１１ｂは、一次コイル１１ａの外側に同心円状に巻回されている。
【００１４】
二次コイル１１ｂにはキャパシタ１３が接続されており、二次コイル１１ｂとキャパシタ１３とにより共振回路が形成されている。この共振回路の共振周波数は、二次コイル１１ｂのインダクタンスとキャパシタ１３の容量とにより決定される。
【００１５】
図３のように、受電側装置２０の四次コイル２１ａは整流回路２５及びＤＣ（直流）−ＤＣ（直流）コンバータ２６を介して充電池２７に接続されている。また、受電側装置２０の三次コイル２１ｂは、四次コイル２１ａの外側に同心円状に巻回されている。
【００１６】
三次コイル２１ｂにはキャパシタ２３が接続されており、三次コイル２１ｂとキャパシタ２３とにより共振回路が形成されている。この共振回路の共振周波数は、三次コイル２１ｂのインダクタンスとキャパシタ２３の容量とにより決定される。この共振周波数が、送電装置１０の共振回路の共振周波数と一致するように、二次コイル１１ｂのインダクタンス、三次コイル２１ｂのインダクタンス及びキャパシタ１３，２３の容量が設定されている。
【００１７】
このようなワイヤレス送電システムにおいて、送電装置１０の一次コイル１１ａに高周波電源１５から整合器１６を介して高周波電流を供給すると、一次コイル１１ａの周囲に磁束線が発生し、電磁誘導により二次コイル１１ｂに高周波電流が流れる。そして、この高周波電流により、二次コイル１１ｂの周囲に共振周波数の交流磁界が発生する。
【００１８】
一方、受電側装置２０の共振回路は、送電装置１０の二次コイル１１ｂが発生する交流磁界に共鳴し、これにより三次コイル２１ｂ内に高周波電流が流れる。三次コイル２１ｂ内に高周波電流が流れると、三次コイル２１ｂの周囲に磁束線が発生し、電磁誘導により四次コイル２１ａに電力が伝送される。この電力は整流回路２５で整流され、ＤＣ−ＤＣコンバータ２６により所定の電圧に調整されて充電池２７に供給される。このようにして、充電池２７が充電される。
【００１９】
ところで、高周波電源１５や整合器１６を二次コイル１１ｂに直接接続すると、高周波電源１５や整合器１６の抵抗、容量又はインダクタンス等により共振回路の共振周波数が変化したり、Ｑ値（共振の品質を表す指標）が低くなるなどの問題が発生する。このため、図２のように一次コイル１１ａを設けて、高周波電源１５や整合器１６を一次コイル１１ａに接続し、二次コイル１１ｂを高周波電源１５や整合器１６から電気的に分離している。そして、一次コイル１１ａを二次コイル１１ｂの近傍に配置し、一次コイル１１ａから二次コイル１１ｂには電磁誘導により電力を伝送するようにしている。
【００２０】
これと同様に、受電側装置２０の三次コイル２１ｂに整合回路２５等を直接接続すると、共振回路の共振周波数が変化したり、Ｑ値が低下したりする。このため、受電側装置２０に四次コイル２１ａを設けて、整流回路２５等と三次コイル２１ｂとを電気的に分離している。
【００２１】
なお、二次コイル１１ｂからの距離が二次コイル１１ｂから放出される電磁波の波長に比べて十分に短い領域（おおよそ波長の１／４以下の領域）では、電磁波は波としての性質を失う。この領域を近傍界（ニアフィールド）という。近傍界では、磁界共鳴を利用して電力を伝送することができる。
【００２２】
磁界共鳴を用いたワイヤレス送電では、電磁誘導を用いたワイヤレス送電に比べて送電コイル１１と受電コイル２１との位置ずれに対するマージンが大きい。すなわち、送電コイル１１に対し受電コイル２１が垂直方向（コイルの中心軸に平行な方向：以下同じ）及び水平方向（コイルの中心軸に直交する方向：以下同じ）に位置ずれしても、送電効率の低下が少ない。
【００２３】
また、磁界共鳴を用いたワイヤレス送電システムでは、送電コイル１１のサイズと受電コイル２１のサイズとが異なる場合でも、高効率で電力を伝送することが可能である。
【００２４】
これらの特性を活かして、携帯電話などの小型モバイル機器やノート型ＰＣ（パソコン）などの中型モバイル機器、及び電気自動車やロボットなどの大型機器などを受電側装置とした磁界共鳴方式のワイヤレス送電システムの研究開発が行なわれている。
【００２５】
例えば携帯電話の充電池をワイヤレスで充電する場合、電磁誘導方式では送電装置のコイルと受電側装置のコイルとの位置関係が設計値から数ｍｍずれてしまうと、送電効率が大幅に低下する。従って、送電装置として専用の充電台（クレドール）を使用し、送電装置のコイルと受電側装置のコイルとの位置関係を常に一定にすることが考えられる。しかし、この場合は、携帯電話を変えるたびに充電台を買い替える必要がある。
【００２６】
一方、磁界共鳴方式のワイヤレス送電システムでは、送電装置のコイルと受電側装置のコイルとが垂直方向及び水平方向に１０ｍｍ〜２０ｍｍ程度ずれていても電力を高効率で伝送できるため、１台の送電装置で多種類の携帯電話に対応させることができる。これにより、携帯電話を変えるたびに充電台を買い替える必要がなくなる。
【００２７】
また、磁界共鳴方式のワイヤレス送電システムでは、送電コイルのサイズと受電コイルのサイズとが異なっていてもよいので、大型の送電コイルを備えた１台の送電装置で複数台の携帯電話を同時に充電することも可能である。更に、送電装置の形状を携帯電話の機種毎に替える必要がないので、外出先において携帯電話を充電するサービスなどの提供が容易に実現できる。
【００２８】
しかし、磁界共鳴方式のワイヤレス送電システムには、以下のような問題点もある。例えば、図４（ａ）のように、送電装置１０の送電コイル１１の外半径Ａが受電側装置２０の受電コイル２１の外半径Ｂに比べて大きいワイヤレス送電システムがあるとする。また、一次コイル１１ａにつながる整合器１６の整合条件は、受電側装置２０の位置によらず常に一定であるとする。
【００２９】
このワイヤレス送電システムにおいて、図４（ｂ）のように受電側装置２０を水平方向に移動すると、受電側装置２０の受電電力が変化する。
【００３０】
図５は、横軸に受電側装置２０の水平方向の移動距離と受電電力との関係を表した図である。図５において、横軸は送電コイル１１の中心軸と受電コイル２１の中心軸とが一致する点を基準点（０）とし、基準点からの受電側装置２０の水平方向の移動距離を示している。また、縦軸は、受電コイル２１を基準点に配置したときの受電電力を基準（受電電力＝１）とし、それとの比較（規格化された受電電力）により示している。
【００３１】
なお、受電側装置２０の水平方向の移動距離と受電電力との関係は、電磁解析シミュレータ及び電気回路解析シミュレータを使用し、それらのシミュレータに回路定数や周波数等の値を投入して求めている。ここでは、送電コイル１１の外半径Ａを６０ｍｍ、受電コイル２１の外半径Ｂを２０ｍｍ、送電コイル１１と受電コイル２１との間隔（垂直方向の距離）を１０ｍｍとしている。
【００３２】
この図５からわかるように、受電側装置２０を水平方向に移動すると、移動距離が短い間（０〜約３５ｍｍの間）は受電電力は１よりも低くなる。この場合は、充電時間が若干長くなるものの、大きな支障はない。
【００３３】
しかし、受電コイル２１が送電コイル１１にさらに近付くと（この例では移動距離が約３５ｍｍ〜４０ｍｍのとき）、受電電力は極端に大きくなる。これにより、充電池が発熱したり、寿命が短くなることがある。また、受電側装置２０内の整流回路２５やＤＣ−ＤＣコンバータ２６が破損することもある。
【００３４】
１．第１の実施形態
図６は、第１の実施形態に係るワイヤレス送電装置及びワイヤレス送電システムの構成を表した図である。また、図７は送電装置の概要を表した図であり、図８は受電側装置の概要を表した図である。
【００３５】
図６のように、ワイヤレス送電装置３０には送電コイル３１が設けられており、この送電コイル３１は一次コイル３１ａと二次コイル３１ｂとを有している。また、受電側装置４０には受電コイル４１が設けられており、この受電コイル４１は三次コイル４１ｂと四次コイル４１ａとを有している。これらのコイル３１ａ，３１ｂ，４１ａ，４１ｂは、いずれも２層巻きされた平面スパイラルコイル（空芯コイル）である
図７のように、送電装置３０の一次コイル３１ａは整合器３６を介して高周波電源３５に接続されており、この高周波電源３５から一次コイル３１ａに高周波電流が供給される。また、送電装置３０の二次コイル３１ｂは、一次コイル３１ａの外側に同心円状に巻回されている。
【００３６】
二次コイル３１ｂにはキャパシタ３３が接続されており、二次コイル３１ｂとキャパシタ３３とにより共振回路が形成されている。この共振回路の共振周波数は、二次コイル３１ｂのインダクタンスとキャパシタ３３の容量とにより決定される。
【００３７】
本実施形態では、一次コイル３１ａの外半径は２１ｍｍであり、１層毎に１巻きずつ２層（層間ピッチは２ｍｍ）に巻回されているものとする。また、二次コイル３１ｂの外半径は４０ｍｍであり、１．９ｍｍのピッチで１層毎に１０巻きずつ２層（層間ピッチは２ｍｍ）に巻回されているものとする。これらの一次コイル３１ａ及び二次コイル３１ｂは、いずれも直径が１ｍｍの銅線により形成されている。
【００３８】
更に、本実施形態では、キャパシタ３３の容量は１５ｐＦであり、共振回路の共振周波数は５ＭＨｚに設定されている。
【００３９】
一方、図８のように、受電側装置４０の四次コイル４１ａは整流回路４５及びＤＣ−ＤＣコンバータ４６を介して充電池４７に接続されている。また、受電側装置４０の三次コイル４１ｂは、四次コイル４１ａの外側に同心円状に巻回されている。
【００４０】
三次コイル４１ｂにはキャパシタ４３が接続されており、三次コイル４１ｂとキャパシタ４３とにより共振回路が形成されている。この共振回路の共振周波数は、三次コイル４１ｂのインダクタンスとキャパシタ４３の容量とにより決定される。この共振周波数が、送電装置３０の共振回路の共振周波数と一致するように、二次コイル３１ｂのインダクタンス、三次コイル４１ｂのインダクタンス及びキャパシタ３３，４３の容量が設定されている。
【００４１】
本実施形態では、三次コイル４１ｂの外半径は２０ｍｍであり、１．９ｍｍのピッチで１層毎に５巻きずつ２層（層間ピッチは０．６ｍｍ）に巻回されているものとする。また、四次コイル４１ａの外半径は１１ｍｍであり、１層毎に１巻きずつ２層（層間ピッチは０．６ｍｍ）に巻回されているものとする。これらの三次コイル４１ｂ及び四次コイル４１ａは、いずれも直径が０．６ｍｍの銅線により形成されている。
【００４２】
更に、キャパシタ４３の容量は４３０ｐＦであり、共振回路の共振周波数は５ＭＨｚに設定されている。
【００４３】
本実施形態では、送電装置３０の上面に受電側装置４０を載置して、送電装置３０から受電側装置４０にワイヤレス（磁界共鳴）で給電を行う。以下、送電装置３０の上面を、給電面と呼ぶ。図６からわかるように、送電コイル３１はその中心軸が垂直となるように配置され、導電コイル３１の中心軸は給電面と交差する。
【００４４】
本実施形態では、図６のように、送電装置３０の給電面に凹凸が設けられている。この給電面の凹凸は、各位置における受電電力に応じている。
【００４５】
図９は、横軸に送電コイル３１と受電コイル４１との間隔（垂直方向の間隔）をとり、縦軸に受電電力をとって、水平方向の距離毎に垂直方向のコイル間の距離と受電電力との関係を解析した結果を表した図である。この解析には、電磁解析シミュレータ及び電気回路解析シミュレータを使用している。ここでは、送電コイル１１の中心軸と受電コイル３１の中心軸とが一致した点を水平方向の距離が０ｍｍの点としている。また、水平方向の距離が０ｍｍであり、送電コイル３１と受電コイル４１との間隔が１０ｍｍのときの受電電力を１とし、それとの比較により受電電力を示している。
【００４６】
図１０は、図９から受電電力が１となる点を求め、それらの点を結んで得た曲線を示す図である。但し、図９では、水平方向の距離毎に受電電力が１となる点が２つあるが、ここでは送電コイル３１と受電コイル４１との垂直方向の間隔が比較基準である１０ｍｍに近いほうの点を採用している。
【００４７】
この図１０に示す曲線に沿って受電側装置４０（受電コイル４１）を移動させれば、受電電力は常に一定となる。以下、この曲線により形成される面、例えば図１０の曲線を送電コイル３１の中心軸（図１０の水平方向の距離＝０の線）の周りに回転させてできる面を等電力面と呼ぶ。
【００４８】
図６に例示した本実施形態に係るワイヤレス送電システムでは、送電装置３０の給電面の凹凸が、等電力面に倣って形成されている。これにより、受電側装置４０が給電面のどの位置に配置されていても、受電電力はほぼ一定となる。その結果、過剰な電力供給による充電池４７の発熱や整流回路２５及びＤＣ−ＤＣコンバータ２６の破損を防止できるという効果を奏する。
【００４９】
（変形例１）
図６に例示したワイヤレス送電システムでは、送電装置３０の給電面に凹凸が設けられているが、受電側装置４０の下面は平坦である。このため、例えば図１１（ａ）のように給電面の凸部では受電コイル４１（コイル４１の中心）を等電力面（図１１（ａ）中に破線で示す）に配置することができても、図１１（ｂ）のように給電面の凹部では受電コイル４１を等電力面に配置することができないことがある。
【００５０】
そこで、変形例１では、図１２のように受電側装置４０の底面の縁部にパッド（脚）４８を設けている。このパッド４８の高さは、例えば２．５ｍｍとする。そして、送電装置５０の給電面には、受電側装置４０の受電コイル４１の中心が等電力面（図１２中に破線で示す）に沿って移動するように凹凸が設けられている。これにより、給電面の水平方向における送電効率が、より一層均一化されるという効果を奏する。
【００５１】
なお、図１２において、図６と同一物には同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００５２】
（変形例２）
図１３は、図１０と同様に横軸に水平方向の距離をとり、縦軸に送電コイルと受電コイルとの間の距離をとって、受電電力が一定となる点を結んで得た曲線を示している。但し、ここでは、送電コイル３１の中心軸と受電コイル４１の中心軸とが一致し、且つ送電コイル３１と受電コイル４１との間隔が２０ｍｍのときの受電電力を１とし、水平方向の各位置で受電電力が１となる点を求めている。
【００５３】
この図１３に示す曲線に倣って送電装置の給電面を形成すると、例えば図１４のようになる。ここで、送電装置５１は、その給電面（上面）のうち送電コイル３１の内側に対応する部分には等電力面に倣った凹凸（曲面）が設けられ、その外側の部分には送電コイル３１に平行な平面が設けられている。なお、図１３中の破線は等電力面を示している。
【００５４】
この場合、図１５のように受電側装置４０が給電面の縁部に載置されると、受電コイル４１のコイル線と送電コイル３１のコイル線との距離が大きくなる。これにより、受電側装置４０の受電コイル４１が設計値よりも大きな電力を受電して、充電池が発熱したり、整流回路やＤＣ−ＤＣコンバータを破損してしまうおそれがある。
【００５５】
そこで、変形例２では、図１６のように、給電面の縁部に、外側ほど送電コイル３１のコイル線と受電コイル４１のコイル線との間隔が小さくなるように傾斜面を設けている。これにより、受電側装置４０が送電装置５１の給電面の縁部に配置されても、過剰な電力供給が抑制される。その結果、充電池の発熱や整流回路及びＤＣ−ＤＣコンバータ等の破損を回避することができる。
【００５６】
（その他の変形例）
図１７は、図１０と同様に横軸に水平方向の距離をとり、縦軸に送電コイルと受電コイルとの間の距離をとって、受電電力が一定となる点を結んで得た曲線を示している。但し、ここでは、一次コイルの外半径は２１ｍｍであり、１層毎に１巻きずつ２層巻き（層間ピッチは２ｍｍ）に巻回されているものとしている。また、二次コイルの外半径は４０ｍｍであり、１．９ｍｍのピッチで１層毎に１０巻きずつ２層（層間ピッチは２ｍｍ）に巻回されているものとしている。
【００５７】
更に、三次コイルの外径は１０ｍｍであり、１層毎に５巻きずつ２層巻き（層間ピッチは１．９ｍｍ）に巻回している。更にまた、四次コイルの外半径は１１ｍｍであり、１層毎に１巻きずつ２層としている。
【００５８】
基準となる送電コイルと受電コイルとの間の距離は１０ｍｍであり、共振周波数は５ＭＨｚとしている。送電コイル側のキャパシタの容量は３０ｐＦ、受電コイル側のキャパシタの容量は４３０ｐＦである。
【００５９】
図１８も、図１０と同様に横軸に水平方向の距離をとり、縦軸に送電コイルと受電コイルとの間の距離をとって、受電電力が一定となる点を結んで得た曲線を示している。但し、ここでは、一次コイルの外半径は８１ｍｍであり、１層毎に１巻きずつ２層（層間ピッチは２ｍｍ）に巻回している。また、二次コイルの外半径は１００ｍｍであり、１層毎に１０巻きずつ２層（層間ピッチは２ｍｍ）に巻回している。
【００６０】
更に、三次コイルの外半径は２０ｍｍであり、１層毎に５巻きずつ２層（層間ピッチは１．９ｍｍ）に巻回している。更にまた、四次コイルの外半径は１１ｍｍであり、１層毎に１巻きずつ２層（層間ピッチは１．９ｍｍ）に巻回している。
【００６１】
基準となる送電コイルと受電コイルとの間の距離は２５ｍｍであり、共振周波数は５ＭＨｚとしている。送電コイル側のキャパシタの容量は７ｐＦ、受電コイル側のキャパシタの容量は４３０ｐＦである。
【００６２】
図１７，図１８に示すように、等電力面の形状は、送電コイル及び受電コイルの形状、共振周波数、及び送電コイルと受電コイルとの間の距離等に応じて変化する。これらの図１７，図１８に示す曲線を基に等電力面を設定し、上述の実施形態のように送電装置の給電面の形状を決定してもよい。
【００６３】
２．第２の実施形態
図１９は、第２の実施形態に係るワイヤレス送電装置及びワイヤレス送電システムの構成を表した図である。
【００６４】
図１９のように、ワイヤレス送電装置６０には送電コイル６１が設けられており、この送電コイル６１は一次コイル６１ａと二次コイル６１ｂとを有している。また、受電側装置７０には受電コイル７１が設けられており、この受電コイル７１は三次コイル７１ｂと四次コイル７１ａとを有している。これらのコイル６１ａ，６１ｂ，７１ａ，７１ｂは、いずれも平面スパイラルコイル（空芯コイル）である。
【００６５】
一次コイル６１ａは、第１の実施形態と同様に、整合器（図示せず）を介して高周波電源（図示せず）に接続されている。また、二次コイル６１ｂは、一次コイル６１ａの外側に同心円状に配置されている。この二次コイル６１ｂにはキャパシタ（図示せず）が接続されており、二次コイル６１ｂとキャパシタとにより共振回路を形成している。
【００６６】
本実施形態では、一次コイル６１ａの外半径は４１ｍｍであり、１層毎に１巻きずつ２層に巻回されているものとする。また、二次コイル６１ｂの外半径は６０ｍｍであり、１層毎に１０巻きずつ２層に巻回されているものとする。
【００６７】
受電側装置７０の三次コイル７１ｂも、第１の実施形態と同様にキャパシタ（図示せず）に接続されており、三次コイル７１ｂとキャパシタとにより共振回路を構成している。この共振回路の送信側装置６０の共振回路の共振周波数と一致するように、二次コイル６１ｂのインダクタンス、三次コイル７１ｂのインダクタンス及びキャパシタの容量が設定されている。
【００６８】
四次コイル７１ａは、整流回路（図示せず）及びＤＣ−ＤＣコンバータ（図示せず）を介して充電池（図示せず）に接続されている。
【００６９】
本実施形態では、三次コイル７１ｂの外半径が２０ｍｍであり、１層毎に５巻きずつ２層に巻回されているものとする。また、四次コイル７１ａは三次コイル７１ｂの上方に配置されており、外半径が１７ｍｍで１層に２巻きされているものとする。なお、第１の実施形態と同様に、四次コイル７１ａを三次コイル７１ｂの内側に同心円状に配置してもよい。
【００７０】
これらのコイル６１ａ，６１ｂ，７１ａ，７１ｂは、例えば直径が１ｍｍ又は０．６ｍｍの銅線により形成されている。
【００７１】
本実施形態においては、図１９のように、送電装置６０の送電コイル６１の外周部（コイル線が配置された部分）の上方に凸部６５を有し、これにより送電装置６０の上面（給電面）に段差が設けられている。ここで、受電側装置７０を送信側装置６０の給電面の凹部底面に配置したときには、送電コイル６１と受電コイル７１との間隔が１０ｍｍになるものとする。また、給電面の凹部の直径は１１２ｍｍ、凸部６５の高さ（凹部底面からの高さ）は１０ｍｍとする。
【００７２】
図２０は、第２の実施形態の理解を容易にするための説明図であり、比較例のワイヤレス送電システムを示している。図２０において、図１９と同一物には同一符号を付している。
【００７３】
この比較例のワイヤレス送電システムは、送電装置６９の給電面が平坦なことを除けば、図１９のワイヤレス送電システムと同じ構造を有している。
【００７４】
図２１（ａ）は、比較例のワイヤレス送電システムにおいて、送電コイル６１と受電コイル７１との間隔（垂直方向の距離）を１０ｍｍとし、水平方向の距離と受電電力との関係を調べた結果を示す図である。また、図２１（ｂ）は、送電コイル６１と受電コイル７１との間隔（垂直方向の距離）を２０ｍｍとし、水平方向の距離と受電電力との関係を調べた結果を示す図である。更に、図２１（ｃ）は、送電コイル６１と受電コイル７１との間隔（垂直方向の距離）を３０ｍｍとし、水平方向の距離と受電電力との関係を調べた結果を示す図である。これらの図２１（ａ），（ｂ），（ｃ）において、送電コイル６１の中心軸と受電コイル７１の中心軸とが一致した点を水平方向の原点としている。
【００７５】
ここでは、受電側装置７０の適正受電電力（送電コイル６１の中心軸と受電コイル７１の中心軸とが一致した位置の受電電力：以下、設計受電電力という）を３．７５Ｗ、最大許容受電電力を４．２Ｗとしている。この場合、図２１（ａ），（ｂ），（ｃ）のいずれにおいても、受電側装置７０を原点から水平方向に２５ｍｍ〜３５ｍｍ程度移動させると、最大許容受電電力を超えてしまう。
【００７６】
そこで、本実施形態では、図１９のように送電コイル６１の外周部の上方に凸部６５を設けている。図２２は、受電側装置７０を送電装置６０の給電面の凹部、凸部、及び凹部と凸部との境界に配置した状態を表している。
【００７７】
図２３（ａ）は、横軸に水平方向の距離をとり、縦軸に送電コイル６１と受電コイル７１との間の距離、及び送電コイル６１と受電コイル７１との間の角度をとって、両者の関係を表した図である。また、図２３（ｂ）は、横軸に水平方向の距離をとり、縦軸に受電電力をとって、両者の関係を表した図である。
【００７８】
これらの図２３（ａ），（ｂ）からわかるように、本実施形態によれば、送電装置６０の給電面の任意の位置に受電側装置７０を配置しても、受電側装置７０の受電電力を常に最大許容受電電力（４．２Ｗ）以下にすることができる。これにより、受電側装置７０が過剰な電力を受電することが回避され、充電池の発熱や整流回路及びＤＣ−ＤＣコンバータの破損等が防止されるという効果を奏する。
【００７９】
（変形例１）
図２４は、第２の実施形態の変形例１のワイヤレス送電システムを例示する模式図である。なお、図２４において、図１９と同一物には同一符号を付して、その詳細な説明を省略する。
【００８０】
この変形例１では、送電装置６０ａの給電面に、２段の段差を設けている。１段目の段差部の直径Ａ１は６０ｍｍであり、２段目の段差部の直径Ａ２は１１２ｍｍである。また、１段目の段差部の高さ（凹部底面からの高さ）Ｂ１は２ｍｍであり、２段目の段差部の高さ（凹部底面からの高さ）Ｂ２は１０ｍｍである。
【００８１】
図１９に例示した送電装置６０では、受電側装置７０の水平方向の移動距離が２０ｍｍ〜３０ｍｍのときに受電電力の低下がみられ、例えば水平方向の距離が約２．７ｍｍのときには受電電力が３Ｗ以下になってしまう。なお、この例では、水平方向の距離が０の位置（送電コイル及び受電コイルの中心軸が一致する位置）における受電電力（設計受電電力）が３．７５Ｗとなるように各コイルの巻き数、コイル間の間隔及び共振周波数などを決めている。
【００８２】
変形例１では、受電側装置７０を載置する位置により受電電力が３Ｗよりも少なくなることを防止するために、図２４のように送電装置６０ａの給電面に２段の段差を設けている。
【００８３】
図２５（ａ）は横軸に水平方向の距離をとり、縦軸に送電コイル６１と受電コイル７１との間の距離、及び送電コイル６１と受電コイル７１との間の角度をとって、両者の関係を表した図である。また、図２５（ｂ）は、横軸に水平方向の距離をとり、縦軸に受電電力をとって、両者の関係を表した図である。
【００８４】
図２５（ｂ）からわかるように、変形例１では、水平方向の距離が０ｍｍ〜約３８ｍｍの範囲における受電電力が、３Ｗ〜最大許容受電電力（４．２Ｗ）の範囲内となる。
【００８５】
なお、変形例１では送電装置の給電面に２段の段差を設けた場合について説明したが、送電装置の給電面に３段以上の段差を設けてもよい。
【００８６】
（変形例２）
図２６は、第２の実施形態の変形例２のワイヤレス送電システムを例示する模式図である。なお、図２６において、図１９と同一物には同一符号を付して、その詳細な説明を省略する。
【００８７】
この変形例２では、送電装置６０ｂの給電面に凹部を設け、凹部の縁部には内側に傾斜した傾斜面を設けている。図２６において、給電面の凹部の直径Ａ２は１０２ｍｍ、凹部の底面の直径Ａ１は８２ｍｍである。また、傾斜面の頂部の高さＢ１は３ｍｍ、凹部底面から凸部６５の上面（給電面の縁部）までの高さＢ２は１４ｍｍである。
【００８８】
図２７（ａ）は横軸に水平方向の距離をとり、縦軸に送電コイル６１と受電コイル７１との間の距離、及び送電コイル６１と受電コイル７１との間の角度をとって、両者の関係を表した図である。また、図２７（ｂ）は、横軸に水平方向の距離をとり、縦軸に受電電力をとって、両者の関係を表した図である。
【００８９】
図２７（ｂ）からわかるように、変形例２においても、水平方向の距離が０ｍｍ〜約３．３ｍｍの範囲における受電電力が、３Ｗ〜最大許容受電電力（４．２Ｗ）の範囲内となる。
【００９０】
３．第３の実施形態
図２８は、第３の実施形態に係るワイヤレス送電装置及びワイヤレス送電システムの構成を表した図である。図２８において、図１９と同一物には同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００９１】
本実施形態においては、送電装置６０ｃの給電面の縁部、すなわち受電電力が最大許容受電電力を超えるおそれがある部分に断面が円弧状の凸部６６を設けている。
【００９２】
この凸部６６の表面は例えば摩擦係数が小さい樹脂により形成されており、凸部６６の上に受電側装置７０を載置しようとしても、受電側装置７０は重力により凸部６６の面を滑り、給電面の凹部内に載置される。これにより、受電側装置７０が過剰な電力を受電することが回避され、充電池の発熱や整流回路及びＤＣ−ＤＣコンバータの破損等が防止されるという効果、及び設計受電電力からの低下を最小限に抑える効果を奏する。
【００９３】
（変形例１）
図２９は、第３の実施形態の変形例１に係るワイヤレス送電装置及びワイヤレス送電システムの構成を表した図である。図２９において、図２８と同一物には同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００９４】
この変形例１においても、送電装置６０ｄの給電面の縁部、すなわち受電電力が最大許容受電電力を超えるおそれがある部分に凸部６７を設け、この凸部６７の内側（凹部側）の壁面を２次曲線に沿った形状としている。この凸部６７の壁面に受電側装置７０が接触した状態では不安定なため、受電側装置７０は給電面の凹部内に滑り落ちる。これにより、受電側装置７０が過剰な電力を受電することが回避され、充電池の発熱や整流回路及びＤＣ−ＤＣコンバータの破損等が防止されるという効果、及び設計受電電力からの低下を最小限に抑える効果を奏する。
【００９５】
４．第４の実施形態
図３０は、第４の実施形態に係るワイヤレス送電装置及びワイヤレス送電システムの構成を表した図である。
【００９６】
図３０のように、ワイヤレス送電装置８０には送電コイル８１が設けられている。この送電コイル８１は、第１の実施形態と同様に、一次コイルと二次コイルとを有している。また、送電装置８０には、通信部８３と、振動装置８４と、制御部８５とを有する。
【００９７】
送電装置８０の上面（給電面）の縁部、すなわち受電電力が最大許容受電電力を超えるおそれがある部分には凸部８２が設けられている。この凸部８２の上面は給電面中央側に傾いた傾斜面となっており、傾斜面の下端部は曲面で給電面の底面（平坦面）とつながっている。
【００９８】
一方、受電側装置９０には受電コイル９１が設けられている。この受電コイル９１は、第１の実施形態と同様に三次コイルと四次コイルとを有している。また、受電側装置９０には、送電装置８０の通信部８３と通信を行う通信部９２が設けられている。送電装置８０の通信部８３と受電側装置９０の通信部９２とは、例えばBluetooth（ブルートゥース）により通信を行う。
【００９９】
本実施形態では、送電装置８０の給電面に受電側装置９０を載置すると、送電装置８０の通信部８３と受電側装置９０の通信部９２とが通信を行う。これにより、送信側装置８０の制御部８５は、給電面上に受信側装置９０が載置されたことを認識する。そして、制御部８５は、給電面上に受信側装置９０が載置されたことを認識すると、振動装置８４を一定時間（例えば３秒間ずつ２回）稼動させて送信側装置８０（給電面）を振動させる。
【０１００】
例えば図３１に示すように受電側装置９０が凸部８２の傾斜面の上に載置されていると、送電装置８０の振動により受電側装置９０は傾斜面を滑り落ち、図３０のように給電面の底面に配置される。これにより、受電側装置９０が過剰な電力を受電することが回避され、充電池の発熱や整流回路及びＤＣ−ＤＣコンバータの破損等が防止されるという効果、及び設計受電電力からの低下を最小限に抑える効果を奏する。
【０１０１】
（変形例１）
図３２は、第４の実施形態に変形例１のワイヤレス送電システムを例示する模式図である。なお、図３２において、図３０と同一物には同一符号を付して、その詳細な説明を省略する。
【０１０２】
この変形例１では、送信側装置８０ａに通信部８３ａが設けられている。また、受信側装置９０ａには、送電装置８０ａの通信部８３ａと通信を行う通信部９２ａと、制御部９３ａと、振動装置９４ａとを有している。なお、受電側装置９０ａが携帯電話の場合、振動装置９４ａとして携帯電話に内蔵されているマナーモード用バイブレータを使用することができる。
【０１０３】
送信側装置８０ａの給電面に受電側装置９０ａを載置すると、送電装置８０ａの通信部８３ａと受電側装置９０ａの通信部９２ａとが通信を行う。これにより、受電側装置９０ａの制御部９３ａは、送信側装置８０ａの給電面上に受電側装置９０ａが載置されたことを認識する。そして、制御部９３ａは、給電面上に受電側装置９０ａが載置されたことを認識すると、振動装置９４ａを一定時間（例えば３秒間ずつ２回）振動させる。
【０１０４】
これにより、例えば図３３に示すように受電側装置９０ａが凸部８２の傾斜面の上に載置されていると、振動により受電側装置９０ａは傾斜面を滑り落ち、図３２のように給電面の底面に配置される。これにより、受電側装置９０ａが過剰な電力を受電することが回避され、充電池の発熱や整流回路及びＤＣ−ＤＣコンバータの破損等が防止されるという効果、及び設計受電電力からの低下を最小限に抑える効果を奏する。
【０１０５】
なお、上述の第４の実施形態では送電装置８０，８０ａと受電側装置９０，９０ａとの間で通信を行って受電側装置９０，９０ａが送電装置８０，８０ａの給電面上に載置されたことを認識する場合について説明した。しかし、受電側装置９０，９０ａが送電装置８０，８０ａの給電面上に載置されると磁界共鳴により送電コイル８１及び受電コイル９１に流れる電流が増加することを利用して振動装置８４，９４ａを稼働させてもよい。
【０１０６】
例えば、送電コイル８１又は受電コイル９１に流れる電流を制御部８５，９３ａで監視できるようにしておく。そして、制御部８５，９３ａが送電コイル８１又は受電コイル９１に流れる電流の増加を検出したときに、制御部８５，９３ａは受電側装置９０，９０ａが送電装置８０，８０ａの給電面上に載置されたと判定する。更に、送電コイル８１又は受電コイル９１に流れる電流が予め設定された値よりも少ないときに、制御部８５，９３ａは振動装置８４，９４ａを稼働させる。このようにしても、上記の実施形態と同様の効果を奏する。
【０１０７】
（携帯電話）
図３４は、受電側装置の一例を表した図であり、受電側装置が携帯電話の場合を表している。操作パネル１０１と本体裏カバー１０７との間には、電子部品が実装された基板１０２と、バッテリー１０３と、シールド板１０４と、磁性シート１０５と、受電コイル１０６（四次コイル１０６ａ及び三次コイル１０６ｂ）とが操作パネル１０１側からこの順番で配置されている。
【０１０８】
この図３４のように、受電コイル１０６と電子部品が実装された基板１０２との間には、シールド板１０４及び磁気シート１０５を配置することが好ましい。
【０１０９】
以上の実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
【０１１０】
（付記１）受電側装置が載置される給電面を備えた筺体と、
前記筺体の内側に配置されるとともに、中心軸が前記給電面と交差する送電コイルと、
前記送電コイルに電力を供給する交流電源とを有し、
前記給電面には、前記送電コイルの外周の内側に対応する領域に凹凸が設けられていることを特徴とするワイヤレス送電装置。
【０１１１】
（付記２）前記送電コイルは、前記交流電源から交流電流が供給される一次コイルと、共振回路を形成し前記一次コイルと磁気的に接続される二次コイルとを有することを特徴とする付記１に記載のワイヤレス送電装置。
【０１１２】
（付記３）前記送電コイルが、平面スパイラルコイルであることを特徴とする付記１又は２に記載のワイヤレス給電装置。
【０１１３】
（付記４）前記送電コイルから送電される電力が一定となる点を結んだ等電力面に応じて、前記給電面の凹凸が形成されていることを特徴とする付記１乃至３のいずれか１項に記載のワイヤレス給電装置。
【０１１４】
（付記５）前記給電面のうち前記送電コイルのコイル線の上方の部分に凸部が設けられていることを特徴とする付記１乃至３のいずれか１項に記載のワイヤレス送電装置。
【０１１５】
（付記６）前記給電面のうち前記送電コイルのコイル線の上方の部分に、外側ほど低くなる傾斜が設けられていることを特徴とする付記１乃至３のいずれか１項に記載のワイヤレス送電装置。
【０１１６】
（付記７）交流電源と前記交流電源から電力が供給される送電コイルと給電面とを備えた送電装置と、
前記送電装置の前記送電コイルが生成する磁界に共鳴する受電コイルを備え、前記送電装置の前記給電面上に載置可能な受電側装置とを有し、
前記送電装置の前記給電面には、前記送電コイルの外周の内側に対応する領域に凹凸が設けられていることを特徴とするワイヤレス送電システム。
【０１１７】
（付記８）前記送電コイルの径が前記受電コイルの径よりも大きいことを特徴とする付記７に記載のワイヤレス送電システム。
【０１１８】
（付記９）前記送電コイルが、前記交流電源から電力が供給される一次コイルと、共振回路を形成し前記一次コイルに磁気的に接続される二次コイルとを備え、
前記受電コイルが、前記二次コイルから発生する磁界に共鳴する共振回路を形成する三次コイルと、前記三次コイルと磁気的に接続される四次コイルとを備えることを特徴とする付記７又は８に記載のワイヤレス送電システム。
【０１１９】
（付記１０）前記送電装置及び前記受電側装置の少なくとも一方に、前記送電装置の前記給電面上に前記受電側装置が載置されると振動を発生する振動装置が内蔵されていることを特徴とする付記７乃至９のいずれか１項に記載のワイヤレス送電システム。
【符号の説明】
【０１２０】
１０，３０，５１，６０，６０ａ，６０ｂ，６０ｃ，６９，８０，８０ａ…送電装置、１１，３１，６１，８１…送電コイル、１１ａ，３１ａ，６１ａ…一次コイル、１１ｂ，３１ｂ，６１ｂ…二次コイル、１３，２３，３３，４３…キャパシタ、１５…高周波電源、１６…整合器、２０，４０，７０，９０，９０ａ…受電側装置、２１，４１，７１，９１…受電コイル、２１ａ，４１ａ，７１ａ…四次コイル、２１ｂ，４１ｂ，７１ｂ…三次コイル、２５，４５…整流回路、２６，４６…ＤＣ−ＤＣコンバータ、２７，４７…充電池、４８…パッド（脚）、６５，６６，６７，８２…凸部、８３，８３ａ，９２，９２ａ…通信部、８４，６４ａ…振動装置、８５，９３ａ…制御部。
【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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【図１５】
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【図１６】
0005838562.tif 000017
【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
0005838562.tif 000021
【図２１】
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【図２２】
0005838562.tif 000023
【図２３】
0005838562.tif 000024
【図２４】
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【図２５】
0005838562.tif 000026
【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
0005838562.tif 000033
【図３３】
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【図３４】
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