(57)【要約】【課題】  異なる規格に準拠する２つの送電コイルにおける相互インダクタンスの影響を低減させて、充電効率の良い送電装置を提供する。【解決手段】  送電装置１００は、第１の伝送方式で電力を伝送する第１送電コイル１０と、第１送電コイルと所定の距離Ｌ以上離れた位置に配置され、第２の伝送方式で電力を伝送する第２送電コイル２０と、互いに対向する第１壁部７１および第２壁部７２を有し、第１壁部と第２壁部の間に受電装置ＲＤを収容可能な筐体７０と、を備え、第１壁部の側に第１送電コイルを配置し、第２壁部の側に第２送電コイルを配置し、第１送電コイルまたは第２送電コイルのいずれか一方から受電装置へ無線で電力を伝送する。【選択図】  図１
2018153024.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受電装置へ無線で電力を伝送する送電装置であって、
第１の伝送方式で電力を伝送する第１送電コイルと、
前記第１送電コイルと所定の距離以上離れた位置に配置され、第２の伝送方式で電力を伝送する第２送電コイルと、
互いに対向する第１壁部および第２壁部を有し、前記第１壁部と前記第２壁部の間に前記受電装置を収容可能な筐体と、
を備え、
前記第１壁部の側に前記第１送電コイルを配置し、
前記第２壁部の側に前記第２送電コイルを配置し、
前記第１送電コイルまたは前記第２送電コイルのいずれか一方から前記受電装置へ無線で電力を伝送する、
送電装置。
【請求項２】
前記第１送電コイルは、電磁誘導方式に対応したコイルであり、
前記第２送電コイルは、磁界共鳴方式に対応したコイルであることを特徴とする請求項１に記載の送電装置。
【請求項３】
前記所定の距離は、前記磁界共鳴方式に対応したコイルから前記受電装置へ電力を伝送する際に、前記磁界共鳴方式に対応したコイルが発生させる磁束が前記電磁誘導方式のコイルに鎖交することにより前記受電装置のコイルの共振周波数が変動することのない距離であることを特徴とする請求項２に記載の送電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、受電装置へ無線で電力を伝送する送電装置に関し、特に２種類の異なるコイルを共存させて非接触で電力を伝送する送電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、受電装置へ無線で電力を伝送する送電装置が提案されている。例えば、特許文献１は、２つの伝送方式に対応でき、且つ、送電装置から受電装置への伝送効率の低下を抑制できる無線電力伝送システムを開示する。この無線電力伝送システムは、送電コイルと受電コイルとの磁界結合を利用して、送電装置から受電装置に無線で電力を伝送する。送電装置は、送電用の電気信号を生成する送電回路と、第１の伝送方式に対応した第１送電コイルと、第２の伝送方式に対応した第２送電コイルと、第１送電コイルがその上に載置される第１磁性体と、第２送電コイルがその上に載置される第２磁性体と、受電装置がその上に載置される給電面と、を有する。そして、第１磁性体の第１取付面と第２磁性体の第２取付面とは、給電面の下側に位置し、給電面と平行な同一の平面上に配置されている。この送電装置では、第１送電コイルが発生させた磁束を第１磁性体の内部に集中させて、第１送電コイルと第２送電コイルとの磁界結合を抑制することができる。また、第２送電コイルが発生させた磁束を第２磁性体の内部に集中させて、第１送電コイルと第２送電コイルとの磁界結合を抑制することができる。
【０００３】
また、特許文献２は、受電装置と送電装置の損傷を防止しつつ、給電効率の低下を抑制できる送電装置等を開示する。この送電装置は、相対的に移動可能な関係を有する水中移動体との間において、対向可能に設けられたコイル対を用いた非接触給電を行うプラットフォームであって、水中移動体の少なくとも一部を隙間をあけて収容可能な凹部と、凹部の向かい合う壁部の一方側において対向可能な第１のコイル対を形成するコイルと、凹部の向かい合う壁部の他方側において対向可能な第２のコイル対を形成するコイルと、を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−１４４５０８号公報
【特許文献２】特開２０１５−２３１３０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、スマートフォンなどの携帯端末が普及する中で、非接触で充電を行うための規格が複数登場してきている。たとえば、Ｑｉ規格、ＰＭＡ規格、Ａ４ＷＰ規格などであり、互いに、ハード・ソフト両面において互換性のあるものとないものがある。Ｑｉ規格とＰＭＡ規格は、電磁誘導方式を採用しており、ハード（送電コイル）を共用することが可能である。一方、Ａ４ＷＰ規格は、磁界共鳴方式を採用しており、送電コイルにおいてＱｉ規格等とは互換性がなく、専用の送電コイルが必要になる。使用者の使いやすさを考慮した場合、１台の非接触充電器にて複数の規格に対応できることが好まれる。
【０００６】
しかし、Ｑｉ規格／ＰＭＡ規格に準拠した送電コイルとＡ４ＷＰ規格に準拠した送電コイルの両方を小型化された機器の中で配置すると、相互インダクタンスの影響でコイルが互いに干渉し合うことで、インダクタンス値が変動し、充電の性能を低下させる原因となる。この性能低下は、Ａ４ＷＰ規格のような磁界共鳴方式の場合に顕著に表れることが判っている。
【０００７】
本発明は、かかる事情を鑑みて考案されたものであり、異なる規格に準拠する２つの送電コイルにおける相互インダクタンスの影響を低減させて、充電効率の良い送電装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、受電装置へ無線で電力を伝送する送電装置であって、第１の伝送方式で電力を伝送する第１送電コイルと、第１送電コイルと所定の距離以上離れた位置に配置され、第２の伝送方式で電力を伝送する第２送電コイルと、互いに対向する第１壁部および第２壁部を有し、第１壁部と第２壁部の間に受電装置を収容可能な筐体と、を備え、第１壁部の側に第１送電コイルを配置し、第２壁部の側に第２送電コイルを配置し、第１送電コイルまたは第２送電コイルのいずれか一方から受電装置へ無線で電力を伝送する送電装置が提供される。
これによれば、所定の距離以上離れた位置に２つの送電コイルを受電装置を挟んで配置することで、相互インダクタンスの影響を低減させて、充電効率の良い送電装置を提供することができる。
【０００９】
さらに、第１送電コイルは、電磁誘導方式に対応したコイルであり、第２送電コイルは、磁界共鳴方式に対応したコイルであることを特徴としてもよい。
これによれば、磁界共鳴方式および電磁誘導方式の両方の規格に準拠した充電装置において、両方式のコイルを受電装置を挟んで配置することで、相互インダクタンスの影響を低減させて、磁界共鳴方式の送電コイルによる充電において充電効率の良い送電装置を提供することができる。
【００１０】
さらに、所定の距離は、磁界共鳴方式に対応したコイルから受電装置へ電力を伝送する際に、磁界共鳴方式に対応したコイルが発生させる磁束が電磁誘導方式のコイルに鎖交することにより受電装置のコイルの共振周波数が変動することのない距離であることを特徴としてもよい。
これによれば、磁界共鳴方式のコイルと電磁誘導方式のコイルを受電装置のコイルの共振周波数が変動することのない距離に離して配置することで、相互インダクタンスの影響を低減させて、磁界共鳴方式の送電コイルによる充電において充電効率の良い送電装置を提供することができる。
【発明の効果】
【００１１】
以上説明したように、本発明によれば、異なる規格に準拠する２つの充電用コイルにおける相互インダクタンスの影響を低減させて、充電効率の良い送電装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る第一実施例の送電装置の、（Ａ）平面図、（Ｂ）断面図（Ａ−Ａ断面）、
【図２】本発明に係る第一実施例の送電装置の、（Ａ）磁界共鳴方式のコイルから受電装置へ電力を伝送する場合を説明する断面図、（Ｂ）電磁誘導方式のコイルから受電装置へ電力を伝送する場合を説明する断面図。
【図３】本発明に係る第二実施例の送電装置の断面図。
【図４】従来技術の送電装置における、（Ａ）磁界共鳴コイルが発生させた磁束により電磁誘導コイルに電流が流れることを示す模式図、（Ｂ）電磁誘導コイルに電流が流れることにより受電装置との間に結合が発生することを示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下では、図面を参照しながら、本発明に係る実施例について説明する。まず、図４を参照して、従来技術の送電装置１００Ｚについて説明する。なお、本図では、送電装置１００Ｚの筐体を図示せず、筐体の内部に収納されるコイル等を中心に図示したものである。送電装置１００Ｚは、スマートフォン等の受電装置ＲＤへ無線で電力を伝送する送電装置である。受電装置ＲＤは、内部に送電装置１００Ｚの伝送方式に適用可能な受電機能を有しており、送電装置１００Ｚの筐体の給電面６０に載置されることで、送電装置１００Ｚから給電を受けて充電される。
【００１４】
送電装置１００Ｚは、電磁誘導方式で電力を伝送する第１送電コイル１０と、磁界共鳴方式で電力を伝送する第２送電コイル２０とを備える。電磁誘導方式とは、送電側のコイルが発生させる磁場の変化に伴って生ずる電磁誘導により、受電側のコイルに起電力を発生させて電力を伝送する方式である。磁界共鳴方式とは、送電側のコイルの周波数と受電側のコイルの周波数を合わせて、送電側のコイルに電流が流れることにより発生した磁場の振動が同じ周波数で共振する受電側の共振回路に伝わることにより、電力を伝送する方式である。
【００１５】
電磁誘導方式は、磁束の大きさが電力の伝送効率に大きく影響し、送電側と受電側のコイルの結合係数の大きさが送電電力の大小を決めることになる。結合係数の大きさは、両コイル間の距離やコイル中心位置の一致度などにより影響を受ける。磁界共鳴方式は、磁束が小さくてもよく、その代わり送電側と受電側のコイル（アンテナ）におけるピーキー性能（所定の周波数に対して鋭敏に反応する性質）の高さが伝送効率に大きく影響する。磁界共鳴方式では、磁束の大きさは伝送効率にあまり関係がないため、送電側のコイルと受電側のコイルが離れていても送電が可能であるとの特徴がある一方で、周囲のコイルや磁束の影響を受け易い。すなわち、磁界共鳴方式の伝送効率においては、送電側のコイルの共振周波数と受電側のコイルの共振周波数をどれだけ一致させることができるかが重要となる。
【００１６】
特に、送電装置１００Ｚのような、電磁誘導方式の第１送電コイル１０と磁界共鳴方式の第２送電コイル２０とを備える送電装置では、送電側のコイルと受電側のコイルの相互インダクタンスの影響を受けることとなる。すなわち、磁界共鳴方式の第２送電コイル２０の近傍には、自身の電磁誘導方式の第１送電コイル１０と共に、電磁誘導方式における伝送効率を高めるために近傍に接近した受電装置ＲＤの受電コイルも存在するからである。
【００１７】
本図に示すように、送電装置１００Ｚにおいて、電磁誘導方式の第１送電コイル１０と磁界共鳴方式の第２送電コイル２０は、給電面６０の近傍すなわち受電装置ＲＤの近傍に位置し、受電装置ＲＤの受電側のコイルからの距離は、両者とも概ね同じ距離である。本図（Ａ）は、磁界共鳴方式の第２送電コイル２０に電流を流すことにより、上向きの磁束線ＭＬが発生したことを示す。そうすると、この磁束線ＭＬが電磁誘導方式の第１送電コイル１０に鎖交し、この鎖交した分だけ電磁誘導方式の第１送電コイル１０に電流ＣＲが流れてしまう。
【００１８】
そうすると、本図（Ｂ）に示すように、電磁誘導方式の第１送電コイル１０と受電装置ＲＤの受電側のコイルの間に結合が発生する。かかる結合が発生すると、相互インダクタンスが変化し、受電側のコイルの共振周波数が変動してしまうため、ピーキー性能が高いが故、磁界共鳴方式の第２送電コイル２０における伝送効率が低下することとなる。また、受電装置ＲＤのスマートフォンなどが、給電面６０で移動するなどし、第１送電コイル１０／第２送電コイル２０と受電側のコイルの距離が変動することでも相互インダクタンスは変動することがある。上述したような相互インダクタンスの変動が生ずると、受電装置ＲＤに対する送電装置１００Ｚの充電の性能を低下させる原因となる。
【００１９】
＜第一実施例＞
図１を参照し、本実施例における送電装置１００を説明する。送電装置１００は、携帯端末などの受電装置ＲＤに無線で電力を伝送する装置であり、開口部７３から受電装置ＲＤを挿入して内部に受け入れる筐体７０を有する。筐体７０は、扁平な直方体をなし、最も面積の小さい一つの側面に開口部７３が設けられている。筐体７０の直方体の６面の中で最も大きな２面を第１壁部７１と第２壁部７２と呼ぶ。受電装置ＲＤは、給電される場合には、開口部７３から内部に挿入されて、給電面６０となる第１壁部７１と第２壁部７２の間に挟まれるように保持手段（図示せず）に保持される。送電装置１００は、受電装置ＲＤに対して無線で給電する所謂ワイヤレス充電方式として、数十ｋＨｚ〜数百ｋＨｚ付近の周波数の電磁波を使用した電磁誘導方式と、数ＭＨｚ〜数十ＭＨｚ付近の周波数の電磁波を使用した磁界共鳴方式の両方を含む。
【００２０】
送電装置１００は、かかる２種類のワイヤレス充電方式に対応するため、電磁誘導方式（第１の伝送方式）で電力を伝送する第１送電コイル１０と、磁界共鳴方式（第２の伝送方式）で電力を伝送する第２送電コイル２０とを備える。送電装置１００は、より具体的には、第１壁部７１や第２壁部７２と平行な平面視矩形の制御基板４０と、制御基板４０上に矩形板状に磁界を強めるための磁性体３０と、磁性体３０の第１壁部７１側に積層するようにして設けられた第１送電コイル１０と、第１壁部７１や第２壁部７２と平行に設けられ、制御基板４０と電気的に接続された第２送電コイル基板２１と、第２送電コイル基板２１上であって第２壁部７２側に磁性体３１と、磁性体３１の第２壁部７２側に積層するようにして設けられた第２送電コイル２０を備える。
【００２１】
第１送電コイル１０と第２送電コイル２０は、筐体７０を挟んで、所定の距離Ｌだけ隔てられて設けられる。第１送電コイル１０と第１壁部７１の間および第２送電コイル２０と第２壁部７２の間は、磁力線が透過可能な樹脂等の材質（図示せず）が充填されて、当該所定の距離Ｌは維持される。なお、磁性体３０および磁性体３１は、フェライトなどの透磁率１以上の材料から構成され、方形板状をなし、その平面視形状は、第１送電コイル１０および第２送電コイル２０の形状とほぼ同じであり、これらのコイルよりやや大きい大きさでこれらのコイルに一致するように配置されている。
【００２２】
第１送電コイル１０および第２送電コイル２０は、制御基板４０および第２送電コイル基板２１上に形成された導体の配線パターンにより方形環状に巻回されたスパイラルコイルである。第１送電コイル１０は、受電装置ＲＤの同種のコイルと磁束の強さで結合する特性を有し、第２送電コイル２０は、自分のインダクタンスと浮遊容量とによって所定の周波数で共振し、磁界共鳴で結合する特性を有する。所定の距離Ｌは、磁界共鳴方式に対応した第２送電コイル２０から受電装置ＲＤへ電力を伝送する際に、第２送電コイル２０が発生させる磁束が電磁誘導方式の第１送電コイル１０に鎖交することにより受電装置ＲＤのコイルの共振周波数が変動することのない距離である。
【００２３】
このように、所定の距離以上離れた位置に２つの送電コイルを受電装置ＲＤを挟んで配置することで、相互インダクタンスの影響を低減させて、充電効率の良い送電装置１００を提供することができる。そして、２つのコイルが、磁界共鳴方式の第２送電コイル２０と電磁誘導方式の第１送電コイル１０を受電装置ＲＤのコイルの共振周波数が変動することのない距離に離して配置することで、相互インダクタンスの影響を低減させて、磁界共鳴方式の第２送電コイル２０による充電において充電効率の良い送電装置１００を提供することができる。
【００２４】
なお、送電装置１００は、さらに、制御基板４０上に、第１送電コイル１０および第２送電コイル２０に対して電気信号を生成する送電回路（図示せず）を備える。送電回路は、内部に、インバータ回路等の回路で構成された、第１送電コイル１０に対応した第１送電回路と第２送電コイル２０に対応した第２送電回路とを有している。第１送電回路は、電磁誘導方式に対応した送電用の電気信号を発生させる。電磁誘導方式に対応した電気信号としては、通常、数十ｋＨｚ〜数百ｋＨｚ付近の周波数の交流の電気信号が用いられる。第２送電回路は、磁気共鳴方式に対応した送電用の電気信号を発生させる。磁気共鳴方式に対応した電気信号としては、通常、数ＭＨｚ〜数十ＭＨｚ付近の周波数の交流の電気信号が用いられる。
【００２５】
尚、制御基板４０は、送電回路以外にも検波回路、制御回路、スイッチ等（図示せず）を有しており、所定の制御信号や操作に基づいて、電磁誘導方式と磁気共鳴方式とのうちのどちらの伝送方式で伝送を行うかを選択できるようになっている。送電回路は、発生させた電気信号を、選択された方式の第１送電コイル１０または第２送電コイル２０に印加する。なお、検波回路は、第１壁部７１側の給電面６０付近および第２壁部７２側の給電面６０付近に設置され、受電装置ＲＤの信号を検波することで、受電装置ＲＤが電磁誘導方式の受電装置なのか磁界共鳴方式の受電装置なのかを、たとえば受信した信号の周波数により判別する。
【００２６】
図２に示すように、送電回路は、一時点で第１送電コイル１０または第２送電コイル２０のいずれか一方から受電装置へ無線で電力を伝送するように電気信号を生成する。本図（Ａ）では、第２送電コイル２０が電力を伝送するために磁力線ＭＬを生じさせている場合を示す。磁界共鳴方式に対応したコイルを有する受電装置ＲＤが、そのコイルを第２壁部７２側に向けて開口部７３から挿入された場合、検波回路は受電装置ＲＤが筐体７０に収納されたことを検知する。そうすると、第２送電回路が機能し、第２送電コイル２０から磁力線ＭＬが発生する。発生した磁力線ＭＬは、受電装置ＲＤのコイルを鎖交し、通常そのコイルの裏側（本図（Ａ）では、第１壁部７１側）には磁性体や金属体があるため、第１送電コイル１０と第２送電コイル２０が所定の距離Ｌ以上離れていれば、第２送電コイル２０が発生させた磁力線ＭＬが、第１送電コイル１０に鎖交することがない。
【００２７】
一方、本図（Ｂ）は、第１送電コイル１０が電力を伝送するために磁力線ＭＬを生じさせている場合を示す。電磁誘導方式に対応したコイルを有する受電装置ＲＤが、そのコイルを第１壁部７１側に向けて開口部７３から挿入された場合、検波回路は受電装置ＲＤが筐体７０に収納されたことを検知する。そうすると、第１送電回路が機能し、第１送電コイル１０から磁力線ＭＬが発生し、電磁誘導方式での充電が行われる。
【００２８】
＜第二実施例＞
図３を参照し、本実施例における送電装置１００Ａを説明する。なお、重複記載を避けるため、同じ構成要素には同じ符号を付し、上記実施例と異なる点を中心に述べる。送電装置１００Ａは、上記実施例の筐体７０よりは厚さが厚く、開口部７３Ａから受電装置ＲＤを挿入して内部に受け入れる筐体７０Ａを有する。送電装置１００Ａは、より具体的には、筐体７０Ａの内部であって第１壁部７１Ａの近傍に第１壁部７１Ａと平行な制御基板４０と、制御基板４０上であって第２壁部７２Ａ側に磁性体３０と、磁性体３０の第２壁部７２Ａ側に積層するようにして設けられた第１送電コイル１０と、筐体７０Ａの内部であって第２壁部７２Ａの近傍に第２壁部７２Ａと平行な第２送電コイル基板２１と、第２送電コイル基板２１上であって第１壁部７１Ａ側に磁性体３１と、磁性体３１の第１壁部７１Ａ側に積層するようにして設けられた第２送電コイル２０と、を備える。
【００２９】
そして、筐体７０Ａの内部であって、受電装置ＲＤからみて、第１送電コイル１０は第１壁部７１Ａ側に、第２送電コイル２０は第２壁部７２Ａ側に、配置される。第１送電コイル１０と第２送電コイル２０は、受電装置ＲＤを挟んで、所定の距離Ｌだけ隔てられて設けられる。このように、２つのコイルが、磁界共鳴方式の第２送電コイル２０と電磁誘導方式の第１送電コイル１０を受電装置ＲＤのコイルの共振周波数が変動することのない距離Ｌに離して配置することで、相互インダクタンスの影響を低減させて、磁界共鳴方式の第２送電コイル２０による充電において充電効率の良い送電装置１００Ａを提供することができる。
【００３０】
なお、本発明は、例示した実施例に限定するものではなく、特許請求の範囲の各項に記載された内容から逸脱しない範囲の構成による実施が可能である。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、かつ説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。
【符号の説明】
【００３１】
ＲＤ      受電装置（携帯端末）                                 
１００    送電装置
１０      第１送電コイル（電磁誘導方式コイル）
２０      第２送電コイル（磁界共鳴方式コイル）
２１      第２送電コイル基板
３０      磁性体
３１      磁性体
４０      制御基板
６０      給電面
７０      筐体
７１      第１壁部
７２      第２壁部
７３      開口部
ＭＬ      磁力線
【図１】
2018153024.tif 000003
【図２】
2018153024.tif 000004
【図３】
2018153024.tif 000005
【図４】
2018153024.tif 000006