(57)【要約】      （修正有）【課題】高い効率で交流電力を伝送する薄型の送電装置を提供する。【解決手段】送電装置１００は、受電装置２００に対して送電する送電面１３０と、直流電源から入力された直流電力を交流電力に変換する送電回路と、送電装置の内部の送電面側に設けられ、異なるインダクタンス値を有する２Ｎ個（Ｎは２以上の自然数）の平面コイルを含み、送電回路から出力された交流電力を受電アンテナ２１０に送電する少なくとも１つの送電アンテナ１１０と、を備える。２Ｎ個の平面コイルは、ｉ＝１〜Ｎとした場合に、２Ｎ個の平面コイルの中で、ｉ番目にインダクタンスが高い平面コイルと、ｉ番目にインダクタンスが低い平面コイル同士が直列に接続したコイル群を構成し、コイル群の各々は並列に接続される。【選択図】図４Ｂ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
受電コイルを備える受電装置に対して非接触で交流電力を送電する送電装置であって、
前記受電装置に対して送電する送電面と、
直流電源から入力された直流電力を交流電力に変換する送電回路と、
前記送電装置の内部の前記送電面側に設けられ、異なるインダクタンス値を有するＭ個（Ｍは４以上の偶数）の平面コイルを含み、前記送電回路から出力された前記交流電力を前記受電コイルに送電する少なくとも１つの送電コイルと、を備え、
前記Ｍ個の平面コイルは、前記インダクタンス値が１番目に大きい平面コイルから前記インダクタンス値がＭ番目に大きい平面コイルの中から、前記１からＭの順序とは異なる順序で選択された２以上の平面コイルが一組として直列に接続されたコイル群を含む２以上のコイル群を有し、
前記コイル群の各々は並列に接続され、
前記Ｍ個の平面コイルの各々は、前記インダクタンス値の小さい順または大きい順に積層されている、または、
前記Ｍ個の平面コイルは、層単位に区分けされ、各層には複数の平面コイルが設けられ、前記各層は前記送電面に垂直に積層されている、
送電装置。
【請求項２】
前記Ｍ個の平面コイルは、前記送電面に垂直に積層されている、
請求項１に記載の送電装置。
【請求項３】
前記送電装置の内部で前記送電コイルの前記送電面の側とは逆側に磁性体を設けた、
請求項１または２に記載の送電装置。
【請求項４】
前記Ｍ個の平面コイルは、絶縁基板又は誘電体基板上に導体パターンを巻回した基板をＭ個積層した多層基板である、
請求項１から３のいずれか１項に記載の送電装置。
【請求項５】
前記少なくとも１つの送電コイルは複数の送電コイルを含む、
請求項１から４のいずれか１項に記載の送電装置。
【請求項６】
前記送電コイルは、前記Ｍ個の平面コイルと直列に接続された第３の追加の平面コイル、または、前記Ｍ個の平面コイルと並列に接続された第４の追加の平面コイルを含む、
請求項１から５のいずれか１項に記載の送電装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項に記載の送電装置を搭載した車両。
【請求項８】
請求項１から６のいずれか１項に記載の送電装置と、前記受電装置とを備えた
無線電力伝送システム。
【請求項９】
受電コイルを備える受電装置に対して非接触で交流電力を送電する送電装置に用いられる送電コイルであって、
前記送電装置には、
前記受電装置に対して送電する送電面と、
直流電源から入力された直流電力を交流電力に変換する送電回路と、
前記送電回路から出力された前記交流電力を前記受電コイルに送電する少なくとも１つの送電コイルと、
前記送電装置の内部で前記送電コイルの前記送電面側とは逆側に設けられた磁性体と、が備えられ、
前記送電コイルは、
前記送電装置の内部の前記送電面側に設けられ、異なるインダクタンス値を有するＭ個（Ｍは４以上の偶数）の平面コイルを含み、
前記Ｍ個の平面コイルは、前記インダクタンス値が１番目に大きい平面コイルから前記インダクタンス値がＭ番目に大きい平面コイルの中から、前記１からＭの順序とは異なる順序で選択された２以上の平面コイルが一組として直列に接続されたコイル群を含む２以上のコイル群を有し、
前記コイル群の各々は並列に接続され、
前記Ｍ個の平面コイルの各々は、前記インダクタンス値の小さい順または大きい順に積層されている、または、
前記Ｍ個の平面コイルは、層単位に区分けされ、各層には複数の平面コイルが設けられ、前記各層は前記送電面に垂直に積層されている、
送電コイル。
【請求項１０】
請求項９に記載の送電コイルと、共振キャパシタとを備えた送電アンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、送電コイル及び受電コイルの間の電磁誘導によって非接触で交流電力を伝送する送電装置、送電装置を搭載した車両及び無線電力伝送システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話機をはじめとする様々なモバイル機器が普及している。モバイル機器の消費電力量は、機能及び性能の向上、並びにコンテンツの多様化に起因して増大し続けている。予め決められた容量のバッテリで動作するモバイル機器の消費電力量が増大すると、当該モバイル機器の動作時間が短くなる。バッテリの容量の制限を補うための技術として、無線電力伝送システムが注目されている。無線電力伝送システムは、送電装置における送電コイルと受電装置における受電コイルとの間の電磁誘導によって送電装置から受電装置に非接触で交流電力を伝送する。特に、共振型の送電コイル及び受電コイルを用いた無線電力伝送システムは、送電コイル及び受電コイルの位置が互いにずれているときであっても高い伝送効率を維持できる。このため、共振型の無線電力伝送システムは様々な分野に応用されている。
【０００３】
近年、携帯電話機などのモバイル機器（受電装置）を非接触で充電する送電装置を車両に搭載したシステムが普及し始めている。そのようなシステムでは、車の中でモバイル機器を非接触で充電することができる。送電装置は、多くの場所を占有しないように、できるだけ薄くすることが望まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２０５２１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、係る従来技術では、送電装置を薄型にすることにより、送電コイルの損失が増大し、伝送効率が低下するため、高効率で交流電力を伝送する送電装置が求められていた。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の一態様に係る送電装置は、受電コイルを備える受電装置に対して非接触で交流電力を送電する送電装置であって、前記受電装置に対して送電する送電面と、直流電源から入力された直流電力を交流電力に変換する送電回路と、前記送電装置の内部の前記送電面側に設けられ、異なるインダクタンス値を有する２Ｎ個（Ｎは２以上の自然数）の平面コイルを含み、前記送電回路から出力された前記交流電力を前記受電コイルに送電する少なくとも１つの送電コイルと、を備える。前記２Ｎ個の平面コイルは、ｉ＝１〜Ｎとした場合に、前記２Ｎ個の平面コイルの中で、ｉ番目にインダクタンスが高い前記平面コイルと、ｉ番目にインダクタンスが低い前記平面コイル同士が直列に接続したコイル群を構成し、前記コイル群の各々は並列に接続される。
【０００７】
本開示の他の態様に係る送電装置は、受電コイルを備える受電装置に対して非接触で交流電力を送電する送電装置であって、前記受電装置に対して送電する送電面と、直流電源から入力された直流電力を交流電力に変換する送電回路と、前記送電装置の内部の前記送電面側に設けられ、異なるインダクタンス値を有するＭ個（Ｍは３以上の自然数）の平面コイルを含み、前記送電回路から出力された前記交流電力を前記受電コイルに送電する少
なくとも１つの送電コイルと、を備える。前記Ｍ個の平面コイルは、前記インダクタンス値の大小の順序とは異なる順序で選択された２以上の平面コイルが一組として直列に接続されたコイル群を含む２以上のコイル群を有し、前記コイル群の各々は並列に接続される。
【０００８】
本開示のさらに他の態様に係る受電装置は、送電コイルを備える送電装置から非接触で交流電力を受電する受電装置であって、前記送電装置から受電する受電面と、前記受電面から入力された交流電力を直流電力に変換する受電回路と、前記受電装置の内部の前記受電面側に設けられ、異なるインダクタンス値を有する２Ｎ個（Ｎは２以上の自然数）の平面コイルを含み、前記受電面から入力された前記交流電力を前記受電回路に出力する少なくとも１つの受電コイルと、を備える。前記２Ｎ個の平面コイルは、ｉ＝１〜Ｎとした場合に、前記２Ｎ個の平面コイルの中で、ｉ番目にインダクタンスが高い前記平面コイルと、ｉ番目にインダクタンスが低い前記平面コイル同士が直列に接続したコイル群を構成し、前記コイル群の各々は並列に接続される。
【０００９】
本開示のさらに他の態様に係る受電装置は、送電コイルを備える送電装置から非接触で交流電力を受電する受電装置であって、前記送電装置から受電する受電面と、前記受電面から入力された交流電力を直流電力に変換する受電回路と、前記受電装置の内部の前記受電面側に設けられ、異なるインダクタンス値を有するＭ個（Ｍは３以上の自然数）の平面コイルを含み、前記受電面から入力された前記交流電力を前記受電回路に出力する少なくとも１つの受電コイルと、を備える。前記Ｍ個の平面コイルは、前記インダクタンス値の大小の順序とは異なる順序で選択された２以上の平面コイルが一組として直列に接続されたコイル群を含む２以上のコイル群を有し、前記コイル群の各々は並列に接続される。
【００１０】
なお、これらの包括的または具体的な態様は、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラム、または、記録媒体で実現されてもよく、システム、装置、方法、集積回路、コンピュータプログラムおよび記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。
【発明の効果】
【００１１】
上記態様によると、高効率で交流電力を伝送する薄型の送電装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】車両に搭載された無線電力伝送システムの一例を示す図である。
【図２】特許文献１に開示された積層コイルと同様の構成を有する複数の平面コイルを示す分解斜視図である。
【図３】図２に示す積層コイルの等価回路図である。
【図４Ａ】送電装置と受電装置とを備える無線電力伝送システムの一例を示す断面図である。
【図４Ｂ】送電装置と、磁性体を有する受電装置とを備える無線電力伝送システムの一例を示す断面図である
【図４Ｃ】金属筐体を有する送電装置と、受電装置とを備える無線電力伝送システムの一例を示す断面図である。
【図５】平面コイルＬ１からＬ４を有する送電コイルを示す斜視図である。
【図６】図２に示す送電コイルの等価回路図である。
【図７】無線電力伝送システムの一例を示すブロック図である。
【図８】送電回路の一例を示すブロック図である。
【図９】実施形態１における送電コイルの断面図である。
【図１０】実施形態１における送電コイルの分解斜視図である。
【図１１】実施形態１における送電コイルの等価回路図である。
【図１２】実施形態２における送電コイルの分解斜視図である。
【図１３】実施形態２における送電コイルの等価回路図である。
【図１４】実施形態３における送電コイルの分解斜視図である。
【図１５】実施形態３における送電コイルの等価回路図である。
【図１６】実施形態１（実施例１）および実施形態３（実施例２）における送電コイルの特性を示すグラフである。
【図１７】実施形態４における送電コイルの分解斜視図である。
【図１８】実施形態４における送電コイルの等価回路図である。
【図１９】各平面コイルの巻数が異なる送電コイルの一例を示す分解斜視図である。
【図２０】図１９に示す送電コイルの等価回路図である。
【図２１】同一平面上に２つの平面コイルを重ねて形成した送電コイルの一例を示す斜視図である。
【図２２Ａ】実施形態１における送電コイルに直列に平面コイルＬａを接続した変形例を示す等価回路図である。
【図２２Ｂ】実施形態１における送電コイルに並列に平面コイルＬｂを接続した変形例を示す等価回路図である。
【図２３Ａ】実施形態５における送電装置を示す斜視図である。
【図２３Ｂ】実施形態５における送電装置の上に受電装置が置かれた状態を示す斜視図である。
【図２３Ｃ】実施形態５における送電装置の上に受電装置が置かれた他の状態を示す斜視図である。
【図２４】実施形態５における送電装置の概略構成を示す図である。
【図２５】無線電力伝送システムの一例を示す図である。
【図２６】送電装置を備える車両の一例を示す図である。
【図２７】積層された複数の平面コイルを備える受電装置の構成例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
（本開示の基礎となった知見）
本発明者らは、「背景技術」の欄において記載した送電装置に関し、以下の問題が生じることを見いだした。
【００１４】
図１は、車両に搭載された無線電力伝送システムの一例を示す斜視図である。このシステムは、車載のコンソールボックス４００内に搭載された送電装置１００と、受電装置２００とを備える。送電装置１００は、受電装置に対して送電する送電面に垂直に積層された複数の平面コイルを有する少なくとも１つの送電コイルを備える。
【００１５】
特許文献１は、無線電力伝送システムに使用される積層コイルユニットを開示している。この積層コイルユニットは、複数個の平面状空芯コイルを有する。各コイルは、絶縁基板上に形成された渦巻状の導電パターンから構成され、絶縁基板の厚さ方向に積層される。
【００１６】
図２は、特許文献１に開示された積層コイルと同様の構成を有する複数の平面コイルを示す分解斜視図である。図３は、図２で図示された複数の平面コイルの等価回路を示す図である。この積層コイルでは、絶縁基板として、フレキシブル基板のような薄い基板が用いられている。フレキシブル基板上に導体パタ−ン（０．０３５ｍｍ）を渦巻状に形成した１つの平面コイルが作製される。これと同様の方法で４つの平面コイルが作製され、４つの平面コイルを積層した状態で、図２、３に示すように各平面コイルが電気的に接続される。４つの平面コイルのうち、２つが直列に接続され、残りの２つも直列に接続される。これらの２組の平面コイルの対は、並列に接続される。特許文献１には、このような構成により、薄型で、Ｑ値（Ｑｕａｌｉｔｙ  Ｆａｃｔｏｒ）を向上させた送電装置を提供
できることが記載されている。
【００１７】
図４Ａは、無線電力伝送システムの一例を模式的に示す断面図である。この例における送電装置１００は、送電アンテナ１１０と、送電回路１４０とを有する。受電装置２００は、受電アンテナ２１０と、受電回路２２０と、二次電池２３０とを有する。送電アンテナ１１０は、図２に示すような複数の平面コイルを含む送電コイルと、不図示の共振キャパシタとを有する。図４Ａに示すように、送電アンテナ１１０の近傍に磁性体も金属も配置されていない送電装置１００においては、一般的に、各平面コイルの導体パタ−ンの巻き数および大きさがほぼ同じである場合、それらのインダクタンス値はほぼ同じ値になる。しかし、実際の無線電力伝送システムでは、送電アンテナ１１０に含まれる各平面コイルのインダクタンス値が異なる場合が多々ある。例えば、図４Ｂに示すように、受電装置２００に磁性体２５０が装荷される場合がある。受電装置２００は、より薄型化が求められるため、受電アンテナ２１０における受電コイルの渦電流損失を低減するために、このような磁性体２５０が受電アンテナ２１０の近傍に装荷される。
【００１８】
このような構成では、送電装置１００と受電装置２００とが対向して配置された状態（例えば送電中）において、送電コイルの近傍に受電装置２００における磁性体２５０が位置することになる。その結果、送電コイルを構成する複数の平面コイルのインダクタンス値が互いに異なる値となる。
【００１９】
同様のことは、図４Ｃに示すように、送電装置１００の筺体が金属製であった場合にも起こり得る。この場合、一般に、金属筐体１２５に近い平面コイルほどインダクタンスが低くなる。
【００２０】
特許文献１に開示されたものと同様の積層コイルを有する送電装置１００に、図４Ｂに示すように磁性体２５０を装荷した受電装置２００を対向させ、評価してみると、発熱量が高く、伝送効率が低下することが判明した。本発明者らは、この原因を以下のように分析した。
【００２１】
本発明者らは、図５に示すような一群の平面コイルＬ１からＬ４を作成し、磁性体２５０を装荷した受電装置２００を送電面１３０に対向配置した。この状態における平面コイルＬ１からＬ４のインダクタンスＬおよび交流抵抗Ｒの特性を解析した結果を表１に示す。
【００２２】
【表１】
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【００２３】
表１に示すように、各々のインダクタンス値は、磁性体２５０に近い平面コイルから遠い平面コイルの順番に、すなわち、Ｌ４からＬ１の順番に、大きい値から小さい値になっていることがわかる。ここで、解析には汎用の電磁界解析シミュレータを用いた。解析条件は、ガラスエポキシ樹脂（ＦＲ４）基板上に銅パターンによって各平面コイルを形成した。各平面コイルの外径をΦ４５ｍｍ、線幅を０．５ｍｍ、線間のピッチを１ｍｍ、巻数を１０ターン、銅厚を７０ｕｍ、各層の銅パターン表面間距離を０．２ｍｍとした。磁性
体については、比透磁率を２００、サイズを５０ｘ５０ｘ１ｍｍ3とした。送電コイルに
おける送電面側の銅パターンの表面から受電装置に装荷した磁性体の表面までの距離は２ｍｍとした。解析周波数は１５０ｋＨｚとした。磁性体の直上には、放熱板を模擬した不図示のアルミ板（５０ｘ５０ｘ０．５ｍｍ3）を配置した。
【００２４】
図６は、平面コイルＬ１からＬ４の電気的接続を示す等価回路図である。図６に示すように、平面コイルＬ１とＬ２とが直列に接続され、平面コイルＬ３とＬ４とが直列に接続されている。これらの２組の平面コイル対は並列に接続されている。平面コイルＬ１からＬ４は、互いに結合状態にある。平面コイルＬ１からＬ４のインダクタンス値を、それぞれＬ１からＬ４で表すと、Ｌ１＜Ｌ２＜Ｌ３＜Ｌ４である。
【００２５】
ここで、直列に接続された複数のコイルを「コイル群」と呼ぶことにする。例えば、図６に示す例では、平面コイルＬ１とＬ２とが第１のコイル群であり、平面コイルＬ３とＬ４とが第２のコイル群である。第１のコイル群の合成インダクタンス値は、４つのインダクタンス値のうち、最も小さいインダクタンス値Ｌ１と、２番目に小さいインダクタンス値Ｌ２とを合成することによって得られる。第２のコイル群の合成インダクタンス値は、４つのインダクタンス値のうち、最も大きいインダクタンス値Ｌ４と、２番目に大きいインダクタンス値Ｌ３とを合成することによって得られる。したがって、第１のコイル群の合成インダクタンス値は、第２のコイル群の合成インダクタンス値よりも小さい。
【００２６】
このように、特許文献１に開示された平面コイルの構成では、並列に接続されている第１のコイル群の合成インダクタンス値と、第２のコイル群の合成インダクタンス値との間に差が生じる。この差により、交流電力を伝送した場合、第１のコイル群のインピーダンスと第２のコイル群のインピーダンスとのバランスが崩れる。インピーダンスのバランスが崩れると、積層された平面コイルに流れる電流の損失が大きくなる。その結果、インピーダンスがより低い第１のコイル群に熱が生じ、伝送効率が低下することが判明した。
【００２７】
なお、上記の例では、磁性体を装荷した受電装置が対向配置されることで、並列に接続されている第１のコイル群のインダクタンス値と、第２のコイル群のインダクタンス値との間に差が生じていたことを発見した。しかし、磁性体を装荷した受電装置を配置するか否かに関わらず、並列に接続されている第１のコイル群のインダクタンス値と、第２のコイル群のインダクタンス値との間に差が生じる条件下では、同様の課題が生じ得る。
【００２８】
本発明者らは、上記の技術的知見に基づき、平面コイルのインダクタンスに着目することによって、発熱量を抑えて伝送効率を改善する技術を鋭意検討した。そして、本発明者らは、送電装置の薄型化を図りつつ、積層された平面コイルに流れる電流による損失を低減し、伝送効率を向上させるため、以下の発明の各態様を想到するに至った。
【００２９】
本開示の一態様に係る送電装置は、
受電コイルを備える受電装置に対して非接触で交流電力を送電する送電装置であって、
前記受電装置に対して送電する送電面と、
直流電源から入力された直流電力を交流電力に変換する送電回路と、
前記送電装置の内部の前記送電面側に設けられ、異なるインダクタンス値を有する２Ｎ個（Ｎは２以上の自然数）の平面コイルを含み、前記送電回路から出力された前記交流電力を前記受電コイルに送電する少なくとも１つの送電コイルと、を備え、
前記２Ｎ個の平面コイルは、
ｉ＝１〜Ｎとした場合に、前記２Ｎ個の平面コイルの中で、
ｉ番目にインダクタンスが高い前記平面コイルと、ｉ番目にインダクタンスが低い前記平面コイル同士が直列に接続したコイル群を構成し、
前記コイル群の各々は並列に接続される、
上記態様によると、送電装置の内部の２Ｎ個の平面コイルにおいて、並列に接続されたコイル群(直列に接続された複数の平面コイル)の各々の合成インダクタンスの値が、近い値になるように平均化される。
【００３０】
具体的には、ｉ＝１〜Ｎとした場合に、前記２Ｎ個の平面コイルの中で、インダクタンス値がｉ番目に高い平面コイルと、イクダクタンス値がｉ番目に低い平面コイルとを直列に接続したコイル群を構成することで、コイル群の各々の合成インダクタンスの値が近い値になるように平均化される。
【００３１】
このことにより、前記並列に接続されたコイル群の間で抵抗値のバランスが崩れることが抑制されるので、平面コイルに流れる電流のロスを低減させることができる。その結果、不要な発熱を低減させ、伝送効率を向上させることができる。
【００３２】
本開示の別の態様に係る送電装置は、
受電コイルを備える受電装置に対して非接触で交流電力を送電する送電装置であって、
前記受電装置に対して送電する送電面と、
直流電源から入力された直流電力を交流電力に変換する送電回路と、
前記送電装置の内部の前記送電面側に設けられ、異なるインダクタンス値を有するＭ個（Ｍは３以上の自然数）の平面コイルを含み、前記送電回路から出力された前記交流電力を前記受電コイルに送電する少なくとも１つの送電コイルと、を備え、
前記Ｍ個の平面コイルは、前記インダクタンス値の大小の順序とは異なる順序で選択された２以上の平面コイルが一組として直列に接続されたコイル群を含む２以上のコイル群を有し、
前記コイル群の各々は並列に接続される。
【００３３】
上記態様によると、送電装置の内部のＭ個の平面コイルのインダクタンス値が異なる。Ｍ個の平面コイルは、インダクタンス値の大きさの順序とは異なる順序で選択された２以上の平面コイルが一組として直列に接続されたコイル群を２以上含む。
【００３４】
このことにより、前記コイル群の各々の合成インダクタンスの値を比較的近い値にすることができる。
【００３５】
よって、前記並列に接続されたコイル群の間で抵抗値のバランスが崩れることを抑制できるので、平面コイルに流れる電流のロスを低減させることができる。その結果、不要な発熱を低減させ、伝送効率を向上させることができる。
【００３６】
また、上記態様では、送電アンテナの一方の面から他方の面へ、各平面コイルのインダクタンス値が、Ｌ１＜Ｌ２＜Ｌ３＜Ｌ４の順になるように、平面コイルを積層する必要がない。
【００３７】
以下、本開示の実施形態を説明する。なお、以下の各実施形態において、同様の構成要素については同一の符号を付している。以下の説明において、重複する事項についての説明は省略することがある。
【００３８】
（実施形態１）
［１．全体構成］
図７は、本開示の第１の実施形態に係る無線電力伝送システムの概略構成を示すブロック図である。この無線電力伝送システムは、送電装置１００と、受電装置２００とを備える。送電装置１００における送電アンテナ１１０から受電装置２００における受電アンテナ２１０に非接触で電力が伝送される。
【００３９】
受電装置２００は、受電コイル２１２と、共振キャパシタ２１４ａ、２１４ｂとを有する受電アンテナ２１０と、受電回路２２０と、二次電池２３０とを備えている。受電コイル２１２と、共振キャパシタ２１４ａ、２１４ｂとは、直列および並列共振回路を構成している。受電回路２２０は、受電コイル２１２が受け取った交流電力を整流して出力する。二次電池２３０は、受電回路２２０から出力された直流電力によって充電される。二次電池２３０に蓄えられたエネルギは、不図示の負荷によって消費される。
【００４０】
受電回路２２０は、整流回路や周波数変換回路、定電圧・定電流制御回路、通信用の変復調回路などの各種の回路を含み得る。受け取った交流エネルギを負荷が利用可能な直流エネルギまたは低周波の交流エネルギに変換するように構成される。受電コイル２１２から出力される電圧・電流などを測定する各種センサを受電回路２２０中に含めてもよい。
【００４１】
送電装置１００は、送電コイル１１２と、共振キャパシタ１１４とを含む送電アンテナ１１０と、送電回路１４０とを備える。送電コイル１１２は、共振キャパシタ１１４と直列に接続されている。共振キャパシタ１１４は、送電回路１４０に接続されている。
【００４２】
送電コイル１１２は、例えば、基板パターンで形成された１つの薄型の平面コイルを複数積層した構成であり得る。このほか、銅線やリッツ線、ツイスト線などを用いた巻き線コイルを用いることもできる。共振キャパシタ１１４、２１４ａ、２１４ｂは、必要に応じて設ければよい。各コイルが有する自己共振特性をこれらのキャパシタの代わりに用いてもよい。
【００４３】
送電回路１４０は、例えば、フルブリッジ型のインバータ、またはＤ級もしくはＥ級などの発振回路を含む。図８は、一例として、フルブリッジ型のインバータと、これを制御する制御回路１５０とを送電回路１４０が有する例を示している。送電回路１４０は、通信用の変復調回路や電圧・電流などを測定する各種センサを有していてもよい。送電回路１４０は、外部の直流（ＤＣ）電源３００に接続されている。直流電源３００から入力された直流電力を交流電力に変換して出力する。この交流電力は、送電コイル１１２によって空間に送出される。
【００４４】
電力伝送時の周波数は、例えば、送電コイル１１２および共振キャパシタ１１４によって構成される送電共振器の共振周波数と同じ値に設定される。しかし、これに限定されない。例えば、その共振周波数の８５〜１１５％程度の範囲内の値に設定されていてもよい。電力伝送の周波数帯は、例えば１００ｋＨｚ〜２００ｋＨｚの範囲内の値に設定され得るが、この範囲外の値に設定されてもよい。
【００４５】
ＤＣ電源３００は、商用電源、一次電池、二次電池、太陽電池、燃料電池、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ  Ｓｅｒｉａｌ  Ｂｕｓ）電源、高容量のキャパシタ（例えば電気二重層キャパシタ）、商用電源に接続された電圧変換器、または、それらの組み合わせであり得る。
【００４６】
送電回路１４０は、送電装置１００全体の動作を制御するプロセッサである制御回路１５０を備える。制御回路１５０は、例えばＣＰＵと、コンピュータプログラムを格納したメモリとの組み合わせによって実現され得る。制御回路１５０は、本実施形態の動作を実現するように構成された専用の集積回路であってもよい。制御回路１５０は、送電回路１４０による送電制御（送電状態の調整）を行う。
【００４７】
制御回路１５０は、受電装置２００との間で通信を行う通信回路を有していてもよい。通信回路によって、例えば、受電装置２００の負荷のインピーダンスの変動を示す情報を
得ることができる。制御回路１５０は、その情報に基づき、例えば負荷に一定の電圧が供給されるように、送電回路１４０に送電パラメータを変更するように指示することができる。そのような送電パラメータは、例えば周波数、インバータのスイッチング素子対間の位相差、またはインバータの入力電圧であり得る。入力電圧を調整する場合、送電回路１４０は、ＤＣ電源３００とインバータとの間にＤＣ／ＤＣコンバータを有し得る。これらの送電パラメータを変化させることにより、負荷に供給される電圧を変化させることができる。
【００４８】
送電装置１００は、上記の構成要素以外の要素を備えていてもよい。例えば、制御回路１５０による受電コイル２１２または異物の検出結果を表示する表示素子を備えていてもよい。そのような表示素子は、例えば、ＬＥＤなどの光源であり得る。また、異物検出用の発振回路および検出コイルを設けてもよい。
【００４９】
受電装置２００の構成は、図７に示すものに限定されない。送電コイル１１２から送出されるエネルギの少なくとも一部を受け取る受電コイル２１２を有している限り、その構成は任意に設計してよい。
【００５０】
［２．送電コイルの構成］
次に、本実施形態における送電コイル１１２の構成を説明する。図４Ａ〜図４Ｃに示されているように、送電コイル１１２は、送電装置１００の内部の送電面１３０側に設けられている。ここで送電面１３０とは、送電装置１００において、送電動作時に受電装置２００に対向する表面を意味する。送電コイル１１２は、異なるインダクタンス値を有する２Ｎ個（Ｎは２以上の自然数）の平面コイルを含む。２Ｎ個の平面コイルにより、送電回路１４０から出力された交流電力を受電コイル２１２に送出する。本実施形態における２Ｎ個の平面コイルは、ｉ＝１〜Ｎとした場合に、２Ｎ個の平面コイルの中で、ｉ番目にインダクタンスが高い平面コイルと、ｉ番目にインダクタンスが低い平面コイル同士が直列に接続したコイル群を構成する。これらのコイル群の各々は並列に接続される。２Ｎ個の平面コイルは、例えば絶縁基板又は誘電体基板上に導体パターンを巻回した基板を２Ｎ個積層した多層基板によって実現され得る。本実施形態では、２Ｎ個の平面コイルは、送電面１３０に垂直に積層されている。ここで、「送電面１３０に垂直に積層される」とは、送電面１３０に垂直な方向から２Ｎ個の平面コイルを見たとき、各平面コイルの少なくとも一部が互いに重なるように位置していることを意味する。以下、Ｎ＝２の場合を例に、送電コイル１１２の詳細な構成を説明する。
【００５１】
図９は、本実施形態における送電コイル１１２の一部の断面を示す図である。この例は、Ｎ＝２の場合の４つの平面コイルを４層基板によって構成した例である。この送電コイル１１２は、絶縁基板であるガラスエポキシ樹脂１７０の上に銅パターン１６０を巻回して形成した平面コイルを積層した多層基板によって実現されている。各平面コイルのインダクタンス値は、互いに異なっている。
【００５２】
図１０は、本実施形態における送電コイル１１２の分解斜視図である。各層における平面コイル同士はスルーホールによって接続されている。送電コイル１１２の両端は端子１８０に接続されている。ここで、送電面１３０から最も遠い平面コイルＬ１の層を第１層とし、以下、順に第２層〜第４層とする。第１層の平面コイルＬ１の内端と第４層の平面コイルＬ４の内端とを接続するスルーホールと、第２層の平面コイルＬ２の内端と第３層の平面コイルＬ３の内端とを接続するスルーホールとは、互いに導通しないようにずらして配置されている。
【００５３】
図１１は、本実施形態における送電コイル１１２の等価回路図である。図示されていないが、平面コイルＬ１からＬ４の各々は、互いに結合状態にある。図１０および図１１に
示すように、直列に接続された平面コイルＬ１、Ｌ４が第１のコイル群を構成し、直列に接続された平面コイルＬ２、Ｌ３が第２のコイル群を構成している。第１のコイル群と第２のコイル群とは並列に接続されている。図１１に示すように、Ｌ１からＬ４の各平面コイルのインダクタンス値の大きさの順序は、Ｌ１＜Ｌ２＜Ｌ３＜Ｌ４である。したがって、インダクタンス値が１番目に大きい平面コイルＬ４およびインダクタンス値が１番目に小さい平面コイルＬ１によって構成された第１のコイル群のインダクタンス値と、インダクタンス値が２番目に大きい平面コイルＬ３およびインダクタンス値の２番目に小さい平面コイルＬ２によって構成された第２のコイル群のインダクタンス値とは、ほぼ同じ値となる。よって、第１のコイル群および第２のコイル群の各々のインピーダンスのバランスが崩れることを抑制できる。その結果、並列接続における送電コイルの損失低減効果が向上する。
【００５４】
本発明者らは、本実施形態の効果を検証するために、図５を参照しながら説明した解析の条件と同様の条件において、４つの平面コイルＬ１からＬ４を、図１０に示すように接続した実施例１の送電コイルの特性を解析した。一方、４つの平面コイルＬ１からＬ４を、図２に示すように接続した比較例についても送電コイルの特性を解析した。表２は、実施例１および比較例における送電コイルの合成インダクタンスＬおよび交流抵抗Ｒの解析結果を示している。
【００５５】
【表２】
2018207774.tif 000004
【００５６】
表２に示すように、インダクタンスＬの値はほぼ変わらないが、交流抵抗Ｒの値は、実施例１では比較例に比べて４．１％低減されている。このことから、本実施形態の構成では、不要な発熱を抑え、伝送効率を向上させることができることがわかる。
【００５７】
（実施形態２）
図１２は、本開示の実施形態２における送電コイル１１２の構成を示す分解斜視図である。図１３は、本実施形態における送電コイル１１２の等価回路図である。本実施形態における送電コイル１１２は、Ｎ＝３、すなわち６個の平面コイルを有する点で、実施形態１とは異なっている。以下、実施形態１と共通または対応する構成要素には同じ参照符号を付し、共通する事項についての説明は繰り返さない。
【００５８】
本実施形態における送電コイル１１２は、実施形態１からさらなる損失低減を図るために、６層３並列の構成を採用している。図１２、図１３に示すように、本実施形態における送電コイル１１２は、６個の平面コイルＬ１からＬ６を有する。平面コイルＬ１、Ｌ６は、直列に接続され、第１のコイル群を構成する。平面コイルＬ２、Ｌ５は、直列に接続され、第２のコイル群を構成する。平面コイルＬ３、Ｌ４は、直列に接続され、第３のコイル群を構成する。第１から第３のコイル群は並列に接続されている。複数の平面コイルＬ１からＬ６のインダクタンス値の大きさの順序は、Ｌ１＜Ｌ２＜Ｌ３＜Ｌ４＜Ｌ５＜Ｌ６である。したがって、第１のコイル群は、インダクタンス値が１番目に大きい平面コイルＬ６と、インダクタンス値が１番目に小さい平面コイルＬ１とによって構成される。第２のコイル群は、インダクタンス値が２番目に大きい平面コイルＬ５と、インダクタンス値が２番目に小さい平面コイルＬ２とによって構成される。第３のコイル群は、インダクタンス値が３番目に大きい平面コイルＬ４と、インダクタンス値が３番目に小さい平面コ
イルＬ３とによって構成される。このため、第１から第３のコイル群のインダクタンス値（合成インダクタンスの値）は、ほぼ同じとなる。
【００５９】
このように、本実施形態でも、第１から第３のコイル群の各々のインピーダンスのバランスが崩れることを抑制できる。その結果、並列接続における送電コイル１１２の損失低減効果が向上する。
【００６０】
なお、本実施形態では、Ｎ＝３であるが、Ｎ＝４であってもよいし、Ｎ＞４であってもよい。送電コイル１１２の厚さが許容される範囲内で層数および並列数を増やすことにより、さらなる損失低減効果が期待できる。
【００６１】
（実施形態３）
次に、本開示の第３の実施形態を説明する。本実施形態における送電コイル１１２は、異なるインダクタンス値を有するＭ個（Ｍは３以上の自然数）の平面コイルを含む。Ｍ個の平面コイルは、インダクタンス値の大小の順序とは異なる順序で選択された２以上の平面コイルが一組として直列に接続されたコイル群を含む２以上のコイル群を有する。２以上のコイル群の各々は並列に接続される。ここで、「インダクタンス値の大小の順序とは異なる順序」とは、少なくとも一部にインダクタンス値の大小の並びとは異なる並びの部分が含まれた順序を意味する。一例として、Ｍ≧４として、１番目にインダクタンスが高い平面コイルと、２番目にインダクタンスが高い平面コイルと、４番目にインダクタンスが高い平面コイルとが１つのコイル群を構成している場合を想定する。この場合、２番目にインダクタンスが高い平面コイルおよび４番目にインダクタンスが高い平面コイルの並びが、インダクタンスの大小の並びとは異なっている。このため、この順序は「インダクタンス値の大小の順序とは異なる順序」に該当する。以下、Ｍ＝４の場合を例に、本実施形態を説明する。
【００６２】
図１４は、Ｍ＝４の場合の送電コイル１１２の構成を示す分解斜視図である。図１５は、この送電コイル１１２の等価回路図である。図１４および図１５に示すように、本実施形態における送電コイル１１２は、４つの平面コイルＬ１からＬ４を有する。平面コイルＬ１、Ｌ３は、直列に接続され、第１のコイル群を構成する。平面コイルＬ２、Ｌ４は、直列に接続され、第２のコイル群を構成する。第１および第２のコイル群は、並列に接続されている。平面コイルＬ１からＬ４のインダクタンス値の大きさの順序は、Ｌ１＜Ｌ２＜Ｌ３＜Ｌ４である。したがって、平面コイルＬ１、Ｌ３によって構成された第１のコイル群のインダクタンス値と、平面コイルＬ２、Ｌ４によって構成された第２のコイル群のインダクタンス値とは、平均化される。すなわち、インダクタンス値の大きさの順序とは異なる順序の平面コイル同士を直列に接続することで、第１および第２のコイル群のインダクタンス値が平均化される。よって、第１のコイル群および第２のコイル群の各々のインピーダンスのバランスが崩れることを抑制できる。その結果、並列接続における送電コイル１１２の損失低減効果が向上する。
【００６３】
本発明者らは、本実施形態の効果を検証するために、図５を参照しながら説明した解析の条件と同様の条件において、４つの平面コイルＬ１からＬ４を、図１４に示すように接続した実施例２の送電コイルの特性を解析した。表３は、実施例２および前述の比較例における送電コイルの合成インダクタンスＬおよび交流抵抗Ｒの解析結果を示している。
【００６４】
【表３】
2018207774.tif 000005
【００６５】
表３に示すように、インダクタンスＬの値はほぼ変わらないが、交流抵抗Ｒの値は、実施例２では比較例に比べて５．１％低減されている。このことから、本実施形態の構成では、不要な発熱を抑え、伝送効率を向上させることができることがわかる。
【００６６】
図１６は、本実施形態および実施形態１における送電コイルの特性と比較例における送電コイルの特性とを比較した結果を示すグラフである。平面コイルＬ１からＬ４の各々の接続を比較例における接続から変更することにより、特に交流抵抗Ｒの低減が図れていることがわかる。
【００６７】
（実施形態４）
図１７は、本開示の実施形態４における送電コイル１１２の構成を示す分解斜視図である。図１８は、本実施形態における送電コイル１１２の等価回路図である。本実施形態における送電コイル１１２は、Ｍ＝６、すなわち６個の平面コイルを有する点で、実施形態３とは異なっている。以下、実施形態３と共通する事項についての説明は繰り返さない。
【００６８】
図１７および図１８に示すように、本実施形態における送電コイル１１２は、６個の平面コイルＬ１からＬ６を有する。平面コイルＬ１、Ｌ４、Ｌ６は直列に接続され、第１のコイル群を構成する。平面コイルＬ２、Ｌ３、Ｌ５は、直列に接続され、第２のコイル群を構成する。第１および第２のコイル群は並列に接続されている。この例では、平面コイルＬ１からＬ６のインダクタンス値の大きさの順序はＬ１＜Ｌ２＜Ｌ３＜Ｌ４＜Ｌ５＜Ｌ６である。したがって、第１のコイル群は、インダクタンス値が１番目に小さい平面コイルＬ１と、４番目に小さい平面コイルＬ４と、６番目に小さい平面コイルＬ６とによって構成される。第１のコイル群は、インダクタンス値が２番目に小さい平面コイルＬ２と、３番目に小さい平面コイルＬ３と、５番目に小さい平面コイルＬ５とによって構成される。このため、第１および第２のコイル群のインダクタンス値は平均化され、近い値になる。よって、第１のコイル群および第２のコイル群のインピーダンスのバランスが崩れることを抑制できる。その結果、並列接続における送電コイルの損失低減効果が向上する。
【００６９】
本実施形態および実施形態３では、複数のコイル群の各々を構成する直列に接続された複数の平面コイルのうち、少なくとも一組の平面コイルが、インダクタンス値の順序とは異なる順序で選択されている。これにより、コイル群のインダクタンス値が平均化されている。例えば、図１８に示す構成では、第２のコイル群を構成する平面コイルＬ２と平面コイルＬ３とがインダクタンス値の順序の通り接続されているが、平面コイルＬ３と平面コイルＬ５とがインダクタンス値の順序とは異なる順序で接続されている。このため、第１および第２のコイル群のインダクタンス値は平均化され、損失低減効果が向上する。
【００７０】
本実施形態では、Ｍ＝６であるが、Ｎ≧７であってもよい。送電コイル１１２の厚さが許容される範囲内で層数および並列数を増やすことにより、さらなる損失低減効果が期待できる。
【００７１】
（変形例）
上述した実施形態では、磁性体２５０を装荷した受電装置２００が送電装置１００に対
向して配置された場合を想定した。しかし、本開示はこのような場合に限定されない。送電コイル１１２に含まれる複数の平面コイルのインダクタンスに差異が生じる任意の状況で本開示の技術は有効である。そのような状況の一例として、各平面コイルの大きさおよび巻数の少なくとも一方が異なる場合が挙げられる。
【００７２】
図１９は、各平面コイルの巻数が異なる送電コイル１１２の一例を示す分解斜視図である。図２０は、この送電コイル１１２の等価回路図である。図１９に示すように、本開示の送電コイルは、各平面コイルの大きさや巻数が異なる場合にも適用され得る。図１９に示す送電コイル１１２では、平面コイルＬ１、Ｌ４と比べて、平面コイルＬ２、Ｌ３の巻数が少ない。平面コイルＬ２は、外側の巻数を減らしており、平面コイルＬ３は、内側の巻数を減らしている。この送電コイル１１２に対して磁性体を装荷した受電装置を対向して配置させた場合の平面コイルＬ１からＬ４のインダクタンス値の大きさの順序は、Ｌ２＜Ｌ３＜Ｌ１＜Ｌ４である。
【００７３】
この例では、図１９および図２０に示すように、平面コイルＬ１、Ｌ３を直列に接続することによって第１のコイル群が構成される。平面コイルＬ２、Ｌ４を直列に接続することによって第２のコイル群が構成される。第１および第２のコイル群は、並列に接続される。したがって、第１のコイル群は、インダクタンス値が２番目に大きい平面コイルＬ１と、３番目に大きい平面コイルＬ３とによって構成される。第２のコイル群は、インダクタンス値が１番目に大きい平面コイルＬ４と、４番目に大きい平面コイルＬ２とによって構成される。このため、第１および第２のコイル群のインダクタンス値はほぼ同じ値となる。よって、第１のコイル群および第２のコイル群の各々のインピーダンスのバランスが崩れることを抑制できる。その結果、並列接続における送電コイル１１２の損失低減効果が向上する。
【００７４】
図２１は、同一平面上に２つの平面コイルを重ねて形成した送電コイルの一例を示す斜視図である。このように、同一平面上に形成された２個以上（図２１の例では２個）の平面コイルが複数層にわたって積層されていてもよい。この例では、２Ｎ個の平面コイルが、層単位に区分けされる。各層には複数の平面コイルが設けられる。各層は送電面１３０に垂直に積層される。このような構成においても、インダクタンス値の大きさの順序を踏まえて各平面コイルを接続することで、送電コイル１１２の損失低減効果を向上させることができる。図２１に示す送電コイル１１２の等価回路図は図１１と同様である。
【００７５】
また、上述の各実施形態における複数の平面コイルに、さらに新たに平面コイルを積層し、それを直列または並列に接続してもよい。
【００７６】
図２２Ａは、実施形態１における送電コイル１１２に、新たに直列に平面コイルＬａを接続した変形例を示す等価回路図である。図２２Ｂは、実施形態１における送電コイル１１２に、新たに並列に平面コイルＬｂを接続した変形例を示す等価回路図である。無線電力伝送システムの回路設計上、インダクタンスを微調整する必要がある場合などに、図２２Ａ、２２Ｂのような構成が有効である。実施形態１の構成に限らず、実施形態２〜４または上記変形例の構成に、新たな平面コイルを追加してもよい。また、図示はしないが、新たに追加する平面コイルは１つでなくてもよい。例えば、直列および並列に１つずつ追加してもよいし、直列に２つ、あるいは並列に２つ追加してもよい。
【００７７】
なお、上記の変形例は、主に実施形態１の構成に基づいて説明したが、これに限るものではない。その他の実施形態においても同様の変形が可能である。
【００７８】
（実施形態５）
次に、複数の送電コイル１１２を備える送電装置１００に係る実施形態５を説明する。
【００７９】
図２３Ａから図２３Ｃは、実施形態５における送電装置１００の外観および動作を示す図である。この送電装置１００は、ワイヤレス充電器であり、平板状の構造を有している。図２３Ａに示すように、この送電装置１００は、一列に配列された複数の送電コイル１１２（この例では７個の送電コイル１１２ａ〜１１２ｇ）を備える。各送電コイルは、上述した実施形態のいずれかにおける複数の平面コイルを積層した構成を有する。各送電コイルは、配列方向（図における横方向）に短く、配列方向に垂直な方向に長い形状を有している。図示されていないが、送電装置１００は、各送電コイルに交流電力を供給する送電回路、および送電回路と各送電コイルとの間の接続状態を制御する制御回路も備える。
【００８０】
送電装置１００に、受電コイル２１２を備える受電装置２００が近接すると、制御回路は、受電コイル２１２に最も近い２つの送電コイルと送電回路とを電気的に接続する。例えば、図２３Ｂに示す状態では、２つの送電コイル１１２ｃ、１１２ｄのみが送電回路に接続される。図２３Ｃに示す状態では、２つの送電コイル１１２ｆ、１１２ｇのみが送電回路に接続される。この例では、常に２つの送電コイルに給電されるが、同時に給電される送電コイルの数は、２以外の数であってもよい。同時に給電される送電コイルの数は、送電コイルの総数よりも小さい数であればよい。
【００８１】
図２４は、本実施形態における送電装置１００の概略構成を示すブロック図である。図７と共通または対応する構成要素には同じ参照符号を付しており、共通する事項についての説明は繰り返さない。
【００８２】
送電装置１００は、複数の送電コイル１１２と、複数のスイッチ１９０と、共振キャパシタ１１４と、送電回路１４０とを備える。送電回路１４０は、制御回路１５０を含む。複数のスイッチ１９０は、それぞれ、複数の送電コイル１１２に接続されている。ここで「接続される」とは、電気的に導通するように接続されることを意味する。複数の送電コイル１１２は、複数のスイッチ１９０を介して、送電回路１４０に対して互いに並列に接続される。各送電コイルの一端は、キャパシタ１１４の一方の電極に接続されている。キャパシタ１１４の他方の電極は、送電回路１４０に接続されている。複数のスイッチ１９０は、それぞれ、複数の送電コイル１１２におけるキャパシタ１１４が接続されていない側の端子に接続されている。これは、キャパシタ１１４と複数の送電コイル１１２との間では電圧の変動が大きいためである。
【００８３】
制御回路１５０は、複数の送電コイル１１２に対する受電コイル２１２の相対位置の検出を行う。これに加えて、送電コイル１１２に近接する金属などの異物の検出を行ってもよい。受電コイル２１２の位置の検出および異物の検出は、回路上の電圧、電流、周波数、インダクタンスといったインピーダンスの変化に伴って変動するパラメータの測定値に基づいて行われ得る。より具体的には、制御回路１５０は、複数のスイッチ１９０を一定の数（例えば２個）ずつ順番にオンにし、その都度、上記のいずれかのパラメータを測定する。規定の範囲からずれた値が測定されたとき、そのときに給電している送電コイルの近傍に受電コイル２１２または異物が存在すると判定することができる。このような検出を可能にするため、制御回路１５０は、不図示の検出回路を備え得る。本開示では、受電コイル２１２の検出および異物の検出は、特定の方法に限定されず、公知の任意の方法で行うことができる。
【００８４】
本実施形態における制御回路１５０は、複数の送電コイル１１２に対する受電コイル２１２の相対位置に応じて、電力伝送に用いる２つの送電コイルを選択する。そして、選択した２つの送電コイルのみに送電回路１４０から交流電力が供給されるように、複数のスイッチ１９０の導通状態を切り替える。その結果、選択された２つの送電コイルから空間に交流エネルギが送出される。
【００８５】
本実施形態では、送電装置１００が複数の送電コイルを有している。これにより、単一の送電コイルを有する構成と比較して、送電可能な範囲が拡大する。このため、受電装置２００の位置合わせを容易に行うことができる。
【００８６】
（他の実施形態）
本開示の技術は、上述した実施形態に限定されず、多様な変形が可能である。以下、他の実施形態の例を説明する。
【００８７】
図２５は、病院などで用いられるロボット５００に、壁から電力を非接触で伝送する無線電力伝送システムの構成例を示す図である。この例では、送電装置１００が壁に埋め込まれている。ロボット５００は、図４Ａから４Ｃ、または図７に示す受電装置２００と同様の構成要素を備える。さらに、駆動用電気モータ２４０と、移動のための複数の車輪２７０とを備える。このようなシステムにより、例えば病院内のロボット５００に、壁から電力を非接触で伝送し、人の手を借りることなく自動で充電を行うことができる。なお、ロボット５００の代わりに、電気自動車などの電動車両に同様の構成を適用してもよい。
【００８８】
図２６は、本開示における送電装置１００を搭載した車両６００を模式的に示すブロック図である。車両６００は、例えば図１に示すコンソールボックス４００の内部に送電装置１００を備える。これにより、ユーザは、車両６００内で携帯電話などの電子機器を充電することができる。
【００８９】
以上の実施形態では、送電コイルが、積層された複数の平面コイルを有しているが、受電コイルが同様の複数の平面コイルを有していてもよい。受電装置においても、複数の平面コイルのインダクタンス値が互いに異なる状況が生じ得るため、本開示のコイルの構成を適用することは有効である。
【００９０】
図２７は、そのような受電装置２００を備えた無線電力伝送システムの一例を示す断面図である。この例では、受電装置２００は、送電装置１００から受電する受電面２６０と、受電した交流電力を直流電力に変換する受電回路２２０と、受電装置２００の内部の受電面２６０側に設けられた少なくとも１つの受電コイル（受電アンテナ２１０の一部）とを備える。少なくとも１つの受電コイルは、異なるインダクタンス値を有する２Ｎ個（Ｎは２以上の自然数）の平面コイルを含み、受電面２６０から入力された交流電力を受電回路２２０に出力する。２Ｎ個の平面コイルは、ｉ＝１〜Ｎとした場合に、２Ｎ個の平面コイルの中で、ｉ番目にインダクタンスが高い前記平面コイルと、ｉ番目にインダクタンスが低い前記平面コイル同士が直列に接続したコイル群を構成する。これらのコイル群の各々は並列に接続される。ここで「受電面」とは、受電時に送電装置１００の送電面１３０に対向する受電装置２００の表面を意味する。
【００９１】
上記少なくとも１つの受電コイルは、上記構成の代わりに、異なるインダクタンス値を有するＭ個（Ｍは３以上の自然数）の平面コイルを含み、Ｍ個の平面コイルが、前記インダクタンス値の大小の順序とは異なる順序で選択された２以上の平面コイルが一組として直列に接続されたコイル群を含む２以上のコイル群を有していてもよい。この場合も２以上のコイル群の各々は並列に接続される。
【００９２】
図２７に示す例では、送電装置１００が、その内部で送電コイルに対して送電面１３０の側とは逆側に磁性体１２０を備えている。このため、受電アンテナ２１０内の積層された複数の平面コイルのインダクタンス値は、磁性体１２０に近いほど高くなる傾向にある。よって、受電アンテナ２１０内の受電コイルに、上記のいずれかの実施形態における積層された複数の平面コイルの構成を適用することは有効である。この例では、送電アンテ
ナ１１０内の送電コイルが、上記のいずれかの実施形態における積層された複数の平面コイルを含んでいてもよいし、従来の送電コイルであってもよい。送電装置１００が磁性体１２０を有していなくてもよい。
【００９３】
以上のように、本発明者らは、積層された平面コイルに流れる電流の損失を低減し、伝送効率を向上させるため、以下の発明の各態様に想到した。
【００９４】
（１）本開示の第１の態様に係る送電装置は、
受電コイルを備える受電装置に対して非接触で交流電力を送電する送電装置であって、
前記受電装置に対して送電する送電面と、
直流電源から入力された直流電力を交流電力に変換する送電回路と、
前記送電装置の内部の前記送電面側に設けられ、異なるインダクタンス値を有する２Ｎ個（Ｎは２以上の自然数）の平面コイルを含み、前記送電回路から出力された前記交流電力を前記受電コイルに送電する少なくとも１つの送電コイルと、を備え、
前記２Ｎ個の平面コイルは、
ｉ＝１〜Ｎとした場合に、前記２Ｎ個の平面コイルの中で、
ｉ番目にインダクタンスが高い前記平面コイルと、ｉ番目にインダクタンスが低い前記平面コイル同士が直列に接続したコイル群を構成し、
前記コイル群の各々は並列に接続される、
上記態様によると、送電装置の内部の２Ｎ個の平面コイルにおいて、並列に接続されたコイル群(直列に接続された複数の平面コイル)の各々の合成インダクタンスの値が、近い値になるように平均化される。
【００９５】
具体的には、ｉ＝１〜Ｎとした場合に、前記２Ｎ個の平面コイルの中で、インダクタンス値がｉ番目に高い平面コイルと、イクダクタンス値がｉ番目に低い平面コイルとを直列に接続したコイル群を構成することで、コイル群の各々の合成インダクタンスの値が近い値になるように平均化される。
【００９６】
このことにより、前記並列に接続されたコイル群の間で抵抗値のバランスが崩れることが抑制されるので、平面コイルに流れる電流のロスを低減させることができる。その結果、不要な発熱を低減させ、伝送効率を向上させることができる。
【００９７】
（２）本開示の第２の態様に係る送電装置は、本開示の第１の態様に係る送電装置において、
Ｎが２の場合、１番目にインダクタンス値が高い平面コイルと、１番目にインダクタンス値が低い平面コイルとが直列に接続され、２番目にインダクタンス値が高い平面コイルと、２番目にインダクタンス値が低い平面コイルとが直列に接続される。
【００９８】
上記態様によると、送電装置の内部に積層された４個の平面コイルにおいて、並列に接続されたコイル群(直列に接続された複数の平面コイル)の各々の合成インダクタンス値が、近い値になるように平均化される。
【００９９】
（３）本開示の第３の態様に係る送電装置は、本開示の第１または第２の態様に係る送電装置において、
前記送電装置の内部で前記送電コイルの前記送電面側とは逆側に磁性体を設けている。
【０１００】
上記態様によると、送電コイルにおける渦電流損失を低減することができる。
【０１０１】
（４）本開示の第４の態様に係る送電装置は、本開示の第１から第３のいずれか１つの態様に係る送電装置において、
前記２Ｎ個の平面コイルが、絶縁基板又は誘電体基板上に導体パターンを巻回した基板を２Ｎ個積層した多層基板である。
【０１０２】
上記態様によると、送電装置の薄型化を図ることができる。
【０１０３】
（５）本開示の第５の態様に係る送電装置は、本開示の第１から第４のいずれか１つの態様に係る送電装置において、
前記少なくとも１つの送電コイルが複数の送電コイルを含む。
【０１０４】
上記態様によると、複数の送電コイルを送電面に平行な方向に配列した場合に、送電可能なエリアを広げることができる。
【０１０５】
（６）本開示の第６の態様に係る送電装置は、本開示の第１から第５のいずれか１つの態様に係る送電装置において、
前記送電コイルが、前記２Ｎ個の平面コイルと直列に接続された第１の追加の平面コイル、または、前記２Ｎ個の平面コイルと並列に接続された第２の追加の平面コイルを含む。
【０１０６】
上記態様によると、回路設計上、インダクタンスを微調整する必要がある場合などに、容易にインダクタンスを調整できる。
【０１０７】
（７）本開示の第７の態様に係る送電装置は、本開示の第１から第６のいずれか１つの態様に係る送電装置において、
前記２Ｎ個の平面コイルが、前記送電面に垂直に積層されている。
【０１０８】
上記態様によると、インダクタンス値の大きさの順序を踏まえて各平面コイルを接続することが容易である。
【０１０９】
（８）本開示の第８の態様に係る送電装置は、本開示の第１から第６のいずれか１つの態様に係る送電装置において、
前記２Ｎ個平面コイルが、層単位に区分けされ、
各層には複数の平面コイルが設けられ、
前記各層が前記送電面に垂直に積層されている。
【０１１０】
上記態様によると、各層に複数の平面コイルを配置できるため、送電コイルを薄くすることができる。
【０１１１】
（９）本開示の第９の態様に係る車両は、本開示の第１から第８のいずれか１つの態様に係る送電装置を搭載している。
【０１１２】
上記態様によると、車両内で電子機器への充電を高い電力伝送効率で行うことができる。
【０１１３】
（１０）本開示の第１０の態様に係る無線電力伝送システムは、本開示の第１から第８のいずれか１つの態様に係る送電装置と、前記受電装置とを備える。
【０１１４】
上記態様によると、電力伝送効率の高い薄型の送電装置を備える無線電力伝送システムを実現できる。そのような無線電力伝送システムは、例えば、医療用ロボットまたは搬送用ロボットのシステムであり得る。
【０１１５】
（１１）本開示の第１１の態様に係る送電コイルは、
受電コイルを備える受電装置に対して非接触で交流電力を送電する送電装置に用いられる送電コイルであって、
前記送電装置には、
前記受電装置に対して送電する送電面と、
直流電源から入力された直流電力を交流電力に変換する送電回路と、
前記送電回路から出力された前記交流電力を前記受電コイルに送電する少なくとも１つの送電コイルと、が備えられ、
前記送電コイルは、
前記送電装置の内部の前記送電面側に設けられた、２Ｎ個（Ｎは２以上の自然数）の平面コイルを含み、
前記２Ｎ個の平面コイルは、
ｉ＝１〜Ｎとした場合に、前記２Ｎ個の平面コイルの中で、ｉ番目にインダクタンスが高い前記平面コイルと、ｉ番目にインダクタンスが低い前記平面コイル同士が直列に接続したコイル群を構成し、
前記コイル群の各々は並列に接続される。
【０１１６】
上記態様によると、第１の態様と同様の効果を得ることができる。
【０１１７】
（１２）本開示の第１２の態様に係る送電アンテナは、本開示の第１１の態様に係る送電コイルと、共振キャパシタとを備えている。
【０１１８】
上記態様によると、第１の態様と同様の効果を得ることができる。
【０１１９】
（１３）本開示の第１３の態様に係る送電装置は、
受電コイルを備える受電装置に対して非接触で交流電力を送電する送電装置であって、
前記受電装置に対して送電する送電面と、
直流電源から入力された直流電力を交流電力に変換する送電回路と、
前記送電装置の内部の前記送電面側に設けられ、異なるインダクタンス値を有するＭ個（Ｍは３以上の自然数）の平面コイルを含み、前記送電回路から出力された前記交流電力を前記受電コイルに送電する少なくとも１つの送電コイルと、を備え、
前記Ｍ個の平面コイルは、前記インダクタンス値の大小の順序とは異なる順序で選択された２以上の平面コイルが一組として直列に接続されたコイル群を含む２以上のコイル群を有し、
前記コイル群の各々は並列に接続される。
【０１２０】
上記態様によると、送電装置の内部のＭ個の平面コイルのインダクタンス値が異なる。Ｍ個の平面コイルは、インダクタンス値の大きさの順序とは異なる順序で選択された２以上の平面コイルが一組として直列に接続されたコイル群を２以上含む。
【０１２１】
このことにより、前記コイル群の各々の合成インダクタンスの値を比較的近い値にすることができる。
【０１２２】
よって、前記並列に接続されたコイル群の間で抵抗値のバランスが崩れることを抑制できるので、平面コイルに流れる電流のロスを低減させることができる。その結果、不要な発熱を低減させ、伝送効率を向上させることができる。
【０１２３】
また、上記態様では、送電アンテナの一方の面から他方の面へ、各平面コイルのインダクタンス値が、Ｌ１＜Ｌ２＜Ｌ３＜Ｌ４の順になるように、平面コイルを積層する必要がない。
【０１２４】
（１４）本開示の第１４の態様に係る送電装置は、本開示の第１３の態様に係る送電装置において、
前記Ｍ個の平面コイルの各々が、前記インダクタンス値の小さい順または大きい順に積層されている。
【０１２５】
上記態様によると、インダクタンス値の大きさの順序を踏まえて各平面コイルを接続することが容易である。
【０１２６】
（１５）本開示の第１５の態様に係る送電装置は、本開示の第１３または１４の態様に係る送電装置において、
前記Ｍ個の平面コイルが、前記送電面に垂直に積層されている。
【０１２７】
上記態様によると、インダクタンス値の大きさの順序を踏まえて各平面コイルを接続することが容易である。
【０１２８】
（１６）本開示の第１６の態様に係る送電装置は、本開示の第１３の態様に係る送電装置において、
前記Ｍ個平面コイルが、層単位に区分けされ、
各層には複数の平面コイルが設けられ、
前記各層が前記送電面に垂直に積層されている。
【０１２９】
上記態様によると、各層に複数の平面コイルを配置できるため、送電コイルを薄くすることができる。
【０１３０】
（１７）本開示の第１７の態様に係る送電装置は、本開示の第１３から第１６のいずれか１つの態様に係る送電装置において、
前記送電装置の内部で前記送電コイルの前記送電面側とは逆側に磁性体を備えている。
【０１３１】
上記態様によると、送電コイルにおける渦電流損失を低減することができる。
【０１３２】
（１８）本開示の第１８の態様に係る送電装置は、本開示の第１３から第１７のいずれか１つの態様に係る送電装置において、
前記Ｍ個の平面コイルは、絶縁基板又は誘電体基板上に導体パターンを巻回した基板を前記Ｍ個積層した多層基板である。
【０１３３】
上記態様によると、送電装置の薄型化を図ることができる。
【０１３４】
（１９）本開示の第１９の態様に係る送電装置は、本開示の第１３から第１８のいずれか１つの態様に係る送電装置において、
前記少なくとも１つの送電コイルが複数の送電コイルを含む。
【０１３５】
上記態様によると、複数の送電コイルを送電面に平行な方向に配列した場合に、送電可能なエリアを広げることができる。
【０１３６】
（２０）本開示の第２０の態様に係る送電装置は、本開示の第１３から第１９のいずれか１つの態様に係る送電装置において、
前記送電コイルが、前記Ｍ個の平面コイルと直列に接続された第３の追加の平面コイル、または、前記Ｍ個の平面コイルと並列に接続された第４の追加の平面コイルを含む。
【０１３７】
上記態様によると、回路設計上、インダクタンスを微調整する必要がある場合などに、容易にインダクタンスを調整できる。
【０１３８】
（２１）本開示の第２１の態様に係る車両は、本開示の第１３から第２０のいずれか１つの態様に係る送電装置を搭載している。
【０１３９】
上記態様によると、車両内で電子機器への充電を高い電力伝送効率で行うことができる。
【０１４０】
（２２）本開示の第２２の態様に係る無線電力伝送システムは、本開示の第１３から第１６のいずれか１つの態様に係る送電装置と、前記受電装置とを備える。
【０１４１】
上記態様によると、電力伝送効率の高い薄型の送電装置を備える無線電力伝送システムを実現できる。そのような無線電力伝送システムは、例えば、医療用ロボットまたは搬送用ロボットのシステムであり得る。
【０１４２】
（２３）本開示の第２３の態様に係る送電コイルは、
受電コイルを備える受電装置に対して非接触で交流電力を送電する送電装置に用いられる送電コイルであって、
前記送電装置には、
前記受電装置に対して送電する送電面と、
直流電源から入力された直流電力を交流電力に変換する送電回路と、
前記送電回路から出力された前記交流電力を前記受電コイルに送電する少なくとも１つの送電コイルと、
前記送電装置の内部で前記送電コイルの前記送電面側とは逆側に設けられた磁性体と、が備えられ、
前記送電コイルは、
前記送電装置の内部の前記送電面側に設けられ、異なるインダクタンス値を有するＭ個（Ｍは３以上の自然数）の平面コイルを含み、
前記Ｍ個の平面コイルは、前記インダクタンス値の大小の順序とは異なる順序で選択された２以上の平面コイルが一組として直列に接続されたコイル群を含む２以上のコイル群を有し、
前記コイル群の各々は並列に接続される、
上記態様によると、第１３の態様と同様の効果を得ることができる。
【０１４３】
（２４）本開示の第２４の態様に係る送電アンテナは、本開示の第２３の態様に係る送電コイルと、共振キャパシタとを備える。
【０１４４】
上記態様によると、第１３の態様と同様の効果を得ることができる。
【０１４５】
（２５）本開示の第２５の態様に係る受電装置は、
送電コイルを備える送電装置から非接触で交流電力を受電する受電装置であって、
前記送電装置から受電する受電面と、
前記受電面から入力された交流電力を直流電力に変換する受電回路と、
前記受電装置の内部の前記受電面側に設けられ、異なるインダクタンス値を有する２Ｎ個（Ｎは２以上の自然数）の平面コイルを含み、前記受電面から入力された前記交流電力を前記受電回路に出力する少なくとも１つの受電コイルと、を備え、
前記２Ｎ個の平面コイルは、
ｉ＝１〜Ｎとした場合に、前記２Ｎ個の平面コイルの中で、
ｉ番目にインダクタンスが高い前記平面コイルと、ｉ番目にインダクタンスが低い前記
平面コイル同士が直列に接続したコイル群を構成し、
前記コイル群の各々は並列に接続される。
【０１４６】
上記態様によると、第１の態様と同様の効果を有する受電装置を実現できる。
【０１４７】
（２６）本開示の第２６の態様に係る受電コイルは、
送電コイルを備える送電装置から非接触で交流電力を受電する受電装置に用いられる受電コイルであって、
前記受電装置には、
前記送電装置から受電する受電面と、
前記受電面から入力された交流電力を直流電力に変換する受電回路と、
前記受電装置の内部の前記受電面側に設けられ、異なるインダクタンス値を有する２Ｎ個（Ｎは２以上の自然数）の平面コイルを含み、前記受電面から入力された前記交流電力を前記受電回路に出力する少なくとも１つの受電コイルと、が備えられ、
前記受電コイルは、
前記２Ｎ個の平面コイルは、
ｉ＝１〜Ｎとした場合に、前記２Ｎ個の平面コイルの中で、
ｉ番目にインダクタンスが高い前記平面コイルと、ｉ番目にインダクタンスが低い前記平面コイル同士が直列に接続したコイル群を構成し、
前記コイル群の各々は並列に接続される。
【０１４８】
上記態様によると、第２５の態様と同様の効果を得ることができる。
【０１４９】
（２７）本開示の第２７の態様に係る受電アンテナは、本開示の第２６の態様に係る受電コイルと、共振キャパシタとを備える。
【０１５０】
上記態様によると、第２５の態様と同様の効果を得ることができる。
【０１５１】
（２８）本開示の第２８の態様に係る受電装置は、
送電コイルを備える送電装置から非接触で交流電力を受電する受電装置であって、
前記送電装置から受電する受電面と、
前記受電面から入力された交流電力を直流電力に変換する受電回路と、
前記受電装置の内部の前記受電面側に設けられ、異なるインダクタンス値を有するＭ個（Ｍは３以上の自然数）の平面コイルを含み、前記受電面から入力された前記交流電力を前記受電回路に出力する少なくとも１つの受電コイルと、を備え、
前記Ｍ個の平面コイルは、前記インダクタンス値の大小の順序とは異なる順序で選択された２以上の平面コイルが一組として直列に接続されたコイル群を含む２以上のコイル群を有し、
前記コイル群の各々は並列に接続される。
【０１５２】
上記態様によると、第１３の態様と同様の効果を有する受電装置を実現できる。
【０１５３】
（２９）本開示の第２９の態様に係る送電コイルは、
送電コイルを備える送電装置から非接触で交流電力を受電する受電装置に用いられる受電コイルであって、
前記受電装置には、
前記送電装置から受電する受電面と、
前記受電面から入力された交流電力を直流電力に変換する受電回路と、
前記受電装置の内部の前記受電面側に設けられ、異なるインダクタンス値を有するＭ個（Ｍは３以上の自然数）の平面コイルを含み、前記受電面から入力された前記交流電力を
前記受電回路に出力する少なくとも１つの受電コイルと、が備えられ、
前記Ｍ個の平面コイルは、
前記インダクタンス値の大小の順序とは異なる順序で選択された２以上の平面コイルが一組として直列に接続されたコイル群を含む２以上のコイル群を有し、
前記コイル群の各々は並列に接続される、
上記態様によると、第２８の態様と同様の効果を得ることができる。
【０１５４】
（３０）本開示の第３０の態様に係る送電アンテナは、本開示の第２９の態様に係る受電コイルと、共振キャパシタとを備える。
【０１５５】
上記態様によると、第２８の態様と同様の効果を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１５６】
本開示の送電装置および無線電力伝送システムは、例えば、電気自動車、ＡＶ機器、電池、医療機器などへの充電あるいは給電を行う用途に広く適用可能である。
【符号の説明】
【０１５７】
１００  送電装置
１１０  送電アンテナ
１１２  送電コイル
１１４  共振キャパシタ
１２０  磁性体
１２５  金属筐体
１３０  送電面
１４０  送電回路
１５０  制御回路
１６０  銅パターン
１７０  ガラスエポキシ樹脂
１８０  端子
１９０  スイッチ
２００  受電装置
２１０  受電アンテナ
２１２  受電コイル
２１４ａ、２１４ｂ  共振キャパシタ
２２０  受電回路
２３０  二次電池
２４０  駆動用電気モータ
２５０  磁性体
２７０  車輪
３００  ＤＣ電源
４００  コンソールボックス
５００  病院用ロボット
６００  車両
【図１】
2018207774.tif 000006
【図２】
2018207774.tif 000007
【図３】
2018207774.tif 000008
【図４Ａ】
2018207774.tif 000009
【図４Ｂ】
2018207774.tif 000010
【図４Ｃ】
2018207774.tif 000011
【図５】
2018207774.tif 000012
【図６】
2018207774.tif 000013
【図７】
2018207774.tif 000014
【図８】
2018207774.tif 000015
【図９】
2018207774.tif 000016
【図１０】
2018207774.tif 000017
【図１１】
2018207774.tif 000018
【図１２】
2018207774.tif 000019
【図１３】
2018207774.tif 000020
【図１４】
2018207774.tif 000021
【図１５】
2018207774.tif 000022
【図１６】
2018207774.tif 000023
【図１７】
2018207774.tif 000024
【図１８】
2018207774.tif 000025
【図１９】
2018207774.tif 000026
【図２０】
2018207774.tif 000027
【図２１】
2018207774.tif 000028
【図２２Ａ】
2018207774.tif 000029
【図２２Ｂ】
2018207774.tif 000030
【図２３Ａ】
2018207774.tif 000031
【図２３Ｂ】
2018207774.tif 000032
【図２３Ｃ】
2018207774.tif 000033
【図２４】
2018207774.tif 000034
【図２５】
2018207774.tif 000035
【図２６】
2018207774.tif 000036
【図２７】
2018207774.tif 000037