(57)【要約】【課題】電磁誘導方式の欠点と、電磁共鳴方式の欠点とを解消し、電磁共鳴方式と同様に電力伝送の距離を伸ばすことができる新規な方式のワイヤレス電力伝送装置を提供する。【解決手段】電源部に接続した送信コイルを含む送信部と、負荷部に接続された受信コイルを含む受信部とを備え、前記電源部の電力を前記両コイルを介して前記負荷部にワイヤレスに伝送する装置であって、前記送信部は、前記送信コイルに直列に接続された容量素子を含み、前記送信コイルの漏れインダクタンスと、前記容量素子の容量と、前記受信コイルの漏れインダクタンスと、前記送信コイルと受信コイルとの相互インダクタンスとに基づき、前記電源部からの電力を前記負荷部に伝送する。【選択図】図１
2015039249.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
出力電圧或いは出力電流或いは出力電力の振幅と周波数を制御する機能を備えた電源部と、前記電源部に接続された送信コイルを含む送信部と、前記送信コイルに間隔を隔てて配置された受信コイルを含む受信部と、前記受信部に接続された負荷部とを備え、前記電源部の電力を、前記両コイルを介して、前記負荷部側に伝送する装置であって、
前記電源部、前記送信部、および前記受信部のいずれかにコンデンサを接続して共振回路を構成すると共に、前記電源部における前記周波数制御で前記共振回路を共振動作させることで、前記電力の伝送を行う、ことを特徴とするワイヤレス電力伝送装置。
【請求項２】
記電源部における前記周波数を制御して前記共振回路を共振動作させることに加えて、出力電圧或いは出力電流或いは出力電力の振幅を制御することで、前記電力の伝送を行う、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記共振回路が、前記送信部の送信コイルとこれに直列接続したコンデンサとの直列接続体で構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記共振回路が、前記受信部の受信コイルとこれに直列接続したコンデンサとの直列接続体で構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記共振回路が、前記電源部のインダクタンスとコンデンサとの直列接続体で構成され、前記コンデンサが前記送信コイルに並列接続されている、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記共振回路の共振周波数を決めるインダクタンスに配線インダクタンスを含む、請求項１ないし４のいずれかに記載の装置。
【請求項７】
前記送信コイルと受信コイルとを漏れインダクタンスと相互インダクタンスとの等価回路で表し、前記電源部のインダクタンスＬｇと、送信側配線インダクタンスＬw1と、送信コイルの漏れインダクタンスＬe1との合成インダクタンスをＬ1、受信コイルの漏れインダクタンスＬe2と、受信側配線インダクタンスＬw2と、負荷部のインダクタンスＬrとの合成インダクタンスＬ2を送信側に換算した合成インダクタンスをＬ´2、送信側からみた送信コイルと受信コイルとの相互インダクタンスをＭとして、電源部の周波数ｆに対して、次式（１）を満足する、請求項１に記載の装置。
f＝１／２π[C1〔L1＋（L´2・M）／（L´2＋M）〕]1/2…（１）
【請求項８】
前記送信コイルと前記受信コイル近傍に強磁性体を配置した、請求項１ないし７のいずれかに記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力をワイヤレスにて伝送するワイヤレス電力伝送装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電力をワイヤレスにて伝送するワイヤレス電力伝送は、ノートＰＣ、ポケットＰＣ、携帯端末、その他の各種機器、装置に対しても行われるようになってきている。
【０００３】
こうしたワイヤレス電力伝送は、従来、電磁誘導方式で行われている。
【０００４】
この電磁誘導方式は、送信コイルと受信コイルとの電磁結合により電力伝送するものである（特許文献１参照）。
【０００５】
電磁誘導方式のワイヤレス電力伝送装置を、図９を参照して説明すると、１は電源Ｖｇを有する電源部、３は送信コイルＬ１を有する送信部、５は受信コイルＬ２とこれに並列の容量素子Ｃ２とを有する受信部、７は抵抗Ｒによる負荷部である。
【０００６】
図９のワイヤレス電力伝送装置では、送信コイルＬ１に発生した電磁界を、受信コイルＬ２に誘導し、負荷部７に電力を伝送する。ここで受信部５の容量素子Ｃ２は、受信コイルＬ２に大きい誘導起電力を得るためである。
【０００７】
しかしながら、図９に示す電磁誘導方式のワイヤレス電力伝送装置では、送信コイルＬ１と受信コイルＬ２との位置合わせが必要であり、そのため、かなり近接した距離でしか電力伝送ができない。
【０００８】
そして、２００６年にＭＩＴ（マサチューセッツ インスティテュート オブ テクノロジー）から電磁共鳴方式でワイヤレスにて電力を伝送するシステムが発表されている。
【０００９】
電磁共鳴方式は、送信コイルと受信コイルとの双方に容量素子を直列に接続し、それぞれＬＣ共振器を備えた構成になっている。
【００１０】
そして、この電磁共鳴方式においては、静電磁界が支配的な近接場（エバネッセント場）を利用して電力伝送を行うものであり、その近接場において、上記一対のＬＣ共振器を同じ固有振動数で動作させることで、各ＬＣ共振器が発生する電磁界エネルギを共鳴させ、これによって、送信コイルから受信コイルへ電力を伝送するようになっている（特許文献２参照）。
【００１１】
この電磁共鳴方式によるワイヤレス電力伝送装置を、図１０を参照して説明すると、１は電源Ｖｇを有する電源部、３ａは容量素子Ｃ１ａと送信コイルＬ１ａの漏れインダクタンスでＬＣ共振器を構成する送信部、５ａは容量素子Ｃ２ａと受信コイルＬ２ａの漏れインダクタンスでＬＣ共振器を構成する受信部、７は抵抗Ｒによる負荷部である。
【００１２】
送信部３ａでは、容量素子Ｃ１ａと送信コイルＬ１ａの漏れインダクタンスとが直列共振し、これにより送信コイルＬ１ａ周辺にその共振周波数に対応して振動する電磁界を発生させる。受信部５ａでは、受信コイルＬ２ａに前記電磁界を受けて電流が流れる。このとき、受信部５ａでは、受信コイルＬ２ａの漏れインダクタンスと容量素子Ｃ２ａとで直列共振回路を構成しており、この共振周波数が前記電磁界の周波数と同等であるので、共振し、受信部４ａにも同じ周波数の電流が流れるようになる。これにより、負荷部７に電力が伝送される。この電磁共鳴方式の共振周波数は１０ＭＨｚ程度であり、電磁誘導方式と比較して高い周波数領域である。
【００１３】
なお、この図１０に示すワイヤレス電力伝送装置は、図１１で示す等価回路で表すことができる。ここでは、電源部１のインダクタンス、送信側、受信側の配線インダクタンス、負荷部７のインダクタンスは無視している。図１１において、Ｌe1は、送信部３ａにおける漏れインダクタンス、Ｌe2は、受信部５ａにおける漏れインダクタンスで、Ｌ´e2は漏れインダクタンスＬe2を送信側に換算した（送信側からみた）漏れインダクタンス、Ｍは、送信側の相互インダクタンスで、受信側の相互インダクタンスを送信側に換算するとそれもまたＭである。Ｃ２は、コンデンサＣ２ａの容量Ｃ2、Ｃ2´はコンデンサＣ２ａの容量Ｃ2を送信側に換算した容量、Ｒは負荷部７の抵抗、Ｒ´は、負荷部７の抵抗Ｒを送信側に換算した抵抗、Ｒ２は受信側の抵抗、Ｒ２´は、受信側の抵抗Ｒ２を送信側に換算した抵抗である。これら送信側に換算した漏れインダクタンス等は送信側換算漏れインダクタンス等と称する場合がある。
【００１４】
なお、送信コイルＬ１ａと受信コイルＬ２ａそれぞれの相互インダクタンスＭ1，Ｍ2は、それぞれの自己インダクタンスＬ1，Ｌ2と結合係数ｋとから得ることができる。この結合係数ｋを考慮して送信側と受信側とのコイルの巻数比が等価的にｎ／ｋ：１とすると、Ｌ´e2＝（ｎ／ｋ）2・Ｌe2、Ｃ2´＝Ｃ2／（ｎ／ｋ）2、Ｒ´＝（ｎ／ｋ）2・Ｒ、Ｒ2´＝ｎ／ｋ）2・Ｒ2に換算して表すことができる。また、この換算により、受信側の相互インダクタンスＭ2は、送信側の相互インダクタンスＭ1となり、これをＭとすると、Ｍ＝（Ｍ1・Ｍ2）1/2＝ｋ（Ｌ1・Ｌ2）1/2となる。
【００１５】
このような等価回路で表すワイヤレス電力伝送装置では、送信部３ａ内の漏れインダクタンスＬe1とコンデンサＣ１ａの容量Ｃ1とが共振し、受信部５ａ内の換算漏れインダクタンスＬ´e2とコンデンサＣ２ａの送信側換算容量Ｃ2´とが共振して、電力伝送が行われる。
【００１６】
このような電磁共鳴方式によるワイヤレス電力伝送装置では、電力の伝送効率では電磁誘導方式のそれと比較して低下するが、電力の伝送距離を伸ばすことができるという利点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】特開平１０−１４５９８７号公報
【特許文献２】特開２０１０−２６７９１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
しかしながら、従来の電磁共鳴方式のワイヤレス電力伝送装置においては、送信部３ａと受信部５ａとに、共に、容量素子Ｃ１，Ｃ２を必要としているが、送信部３ａと受信部５ａの位置関係が変化すると漏れインダクタンスＬe1、換算漏れインダクタンスＬ´e2が変化するので、電磁共鳴させるための前記容量素子Ｃ１，Ｃ２における容量設定が必ずしも容易ではない。
【００１９】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、電磁誘導方式の欠点である送信コイルと受信コイルとの位置関係が変化しても電源の電圧、電流、電力、周波数を制御することで位置ずれに対応でき、電磁共鳴方式の欠点であるワイヤレス電力伝送の設定作業の困難さを解消すると共に、電磁共鳴方式と同様に電力伝送の距離を伸ばすことができる新規な方式のワイヤレス電力伝送装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明によるワイヤレス電力伝送装置は、出力電圧或いは出力電流或いは出力電力の振幅と周波数を制御する機能を備えた電源部と、前記電源部に接続された送信コイルを含む送信部と、前記送信コイルに間隔を隔てて配置された受信コイルを含む受信部と、前記受信部に接続された負荷部とを備え、前記電源部の電力を前記両コイルを介して前記負荷部側に伝送する装置であって、前記電源部、前記送信部、および前記受信部のいずれかにコンデンサを接続して共振回路を構成すると共に、前記電源部における前記周波数を制御して前記共振回路を共振動作させることで、前記電力の伝送を行うことを特徴とする。
【００２１】
上記負荷部は、抵抗で構成されることに限定されるものではなく、整流回路と、この整流回路の直流出力側に接続されるコンデンサとか抵抗等も含むと共に、他の負荷回路等を含む。
【００２２】
上記送信部は、送信コイルで構成されることに限定されるものではなく、配線インダクタンス等も含む。
【００２３】
上記受信部は、受信コイルで構成されることに限定されるものではなく、配線インダクタンス等も含む。
【００２４】
なお、好ましくは、前記電源部における前記周波数を制御して前記共振回路を共振動作させることに加えて、出力電圧或いは出力電流或いは出力電力の振幅を制御することで、前記電力の伝送を行うことが好ましい。
【００２５】
好ましくは、前記共振回路が、前記送信部の送信コイルとこれに直列接続したコンデンサとの直列接続体で構成される。
【００２６】
好ましくは、前記共振回路が、前記受信部の受信コイルとこれに直列接続したコンデンサとの直列接続体で構成される。
【００２７】
好ましくは、前記共振回路が、前記電源部のインダクタンスとコンデンサとの直列接続体で構成され、前記コンデンサが前記送信コイルに並列接続されている。
【００２８】
好ましくは、前記共振回路の共振周波数を決めるインダクタンスに配線インダクタンスを含む。
【００２９】
好ましくは、前記送信コイルと前記受信コイル近傍に強磁性体を配置することである。
【００３０】
なお、上記の電源部、送信コイル、受信コイル、各コンデンサ、各配線インダクタンスは抵抗を持つが、本明細書ではこれについては言及していない。
【００３１】
好ましくは、前記送信コイルと受信コイルとを漏れインダクタンスと相互インダクタンスとの等価回路で表し、前記電源部のインダクタンスＬｇと、送信側配線インダクタンスＬw1と、送信コイルの漏れインダクタンスＬe1との合成インダクタンスをＬ1、受信コイルの漏れインダクタンスＬe2と、受信側配線インダクタンスＬw2と、負荷部のインダクタンスＬrとの合成インダクタンスＬ2を送信側に換算した合成インダクタンスをＬ´2、送信側からみた送信コイルと受信コイルとの相互インダクタンスをＭとして、電源部の周波数ｆに対して、次式（１）を満足する。
【００３２】
f＝１／２π[C1〔L1＋（L´2・M）／（L´2＋M）〕]1/2
なお、負荷部を例えば抵抗で構成し、その抵抗の値をＲとすると共に、その抵抗値Ｒを送信側に換算した抵抗Ｒ´とし、かつ、Ｌ´e2を受信コイルの漏れインダクタンスＬe2を送信側に換算した漏れインダクタンスとして、〔Ｒ´／〔ω2（Ｌ´e2）2＋（Ｒ´）2〕1/2の値を０．７程度以上、つまり、Ｒ´≧ω・Ｌ´e2とすることで、相互インダクタンスの両端電圧を負荷部両端電圧と同等程度にして電力を伝送することができる。
【００３３】
なお、本発明では、前記送信部における送信コイルに直列に容量素子を接続したが、前記送信コイルに容量素子を接続しないで、受信部側の受信コイルに直列に容量素子を接続し、受信部側で受信コイルとこれに直列の容量素子とで共振回路を構成し、この共振回路により、送信部から受信部に電力伝送することでもよい。
【００３４】
さらに、電源部にインダクタンスとコンデンサとの直列接続体を接続し、該コンデンサに送信コイルを接続して共振回路を構成してもよい。
【００３５】
さらに、負荷部を整流回路とコンデンサと抵抗との並列回路で構成してもよい。
【発明の効果】
【００３６】
本発明では、電源部のインダクタンス、送信側配線インダクタンス、送信コイルの漏れインダクタンス、送信コイルと受信コイルの相互インダクタンス、容量素子による容量と、受信コイルの漏れインダクタンス、受信側配線インダクタンス、負荷部インダクタンスが共振するように、電源部の周波数を制御すると共に、受信コイルの出力端、すなわち、負荷部の電圧を所望の値にするように、電源部の電圧或いは電流或いは電力の振幅を制御するものである。
【００３７】
この場合、送信コイルと受信コイルとを漏れインダクタンスと相互インダクタンスに分け、受信コイルの相互インダクタンスを送信コイルの相互インダクタンスに換算した等価回路で考えた場合、電圧ベクトルでは相互インダクタンスでの電圧降下は、受信コイルの漏れインダクタンスと受信側配線インダクタンスとの電圧降下と、負荷部での電圧降下との合成であり、相互インダクタンスの電圧降下は、概略、負荷部電圧降下に等しくなり、受信部の相互インダクタンスから負荷部に電流を流すことで、該負荷部に電力を伝送することができる。
【００３８】
このように本発明では、電源部のインダクタンス、送信側配線インダクタンス、送信コイルの漏れインダクタンス、送信コイルと受信コイルの相互インダクタンス、容量素子による容量と、受信コイルの漏れインダクタンス、受信側配線インダクタンス、負荷部インダクタンスが共振するように、電源部の周波数を制御することで、負荷部に電力を伝送することができ、従来の電磁共鳴で必要とした送信側と受信側それぞれに容量素子を接続して共振回路を構成する必要はなくなり、電力伝送の設定が容易となった。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】図１は、本発明の実施形態にかかるワイヤレス電力伝送装置のモデル図である。
【図２】図２は、図１の装置において、電源部インダクタンス、配線インダクタンス、負荷部インダクタンスを考慮した場合のモデル図である。
【図３】図３は、図２の送信側からみた等価回路図である。
【図４】図４は、相互インダクタンス間電圧に対して、受信側漏れインダクタンスと受信側配線インダクタンスとの間の電圧と、負荷部両端電圧とのベクトル合成を示す図である。
【図５】図５は、送信側電力と受信側電力との間の共振特性を示す図である。
【図６】図６は、本発明の他の実施形態にかかるワイヤレス電力伝送装置のモデル図である。
【図７】図７は、本発明のさらに他の実施形態にかかるワイヤレス電力伝送装置のモデル図である。
【図８】図８は、本発明のさらに他の実施形態にかかるワイヤレス電力伝送装置のモデル図である。
【図９】図９は、電磁誘導方式のワイヤレス電力伝送装置の概略図である。
【図１０】図１０は、電磁共鳴方式のワイヤレス電力伝送装置の概略図である。
【図１１】図１１は、図１０の送信側からみた等価回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
以下、添付した図面を参照して、本発明の実施の形態に係るワイヤレス電力伝送装置を説明する。
【００４１】
図１を参照して、この装置は、電力伝送元として電源Ｖｇを有する電源部１と、容量素子Ｃ１ｂと送信コイルＬ１ｂで構成される送信部３ｂと、受信コイルＬ２ｂを有する受信部５ｂと、電力伝送先としての負荷部７とを備える。電源部１は、出力電圧或いは出力電圧或いは出力電力の振幅と周波数とを制御する機能を備えている。
【００４２】
このワイヤレス電力伝送装置は、図１でモデル的に示されている。送信部３ｂと受信部５ｂは、間隔を隔てて配置されている。電源部１からの電力は、送信部３ｂから送信され、受信部５ｂで受信されると共に、負荷部７に伝送される。
【００４３】
負荷部７は、実施形態では、抵抗Ｒで示すが、これに限定されない。送信部３ｂは、コンデンサＣ１ｂが単一であるが、単一に限定されるものではなく、その形態は要するに送信コイルＬ１ｂに直列に接続されるとよい。送信部３ｂは、電源部１に対して、直列に接続された形態となる。受信部５ｂは、既存の電磁共鳴方式のワイヤレス電力伝送装置とは異なって、受信コイルＬ２ｂにコンデンサが直列に接続されていない。
【００４４】
図１では、電源部１のインダクタンス、その抵抗、送信側の配線インダクタンス、その抵抗、負荷部７のインダクタンス、その抵抗を考慮していないモデル図である。これに対して、図２は、電源部１のインダクタンスＬｇ、送信側配線のインダクタンスＬw1、受信側配線のインダクタンスＬw2、負荷部７のインダクタンスＬｒを考慮したモデル図である。この図において電源部１の抵抗、送信側の配線インダクタンスの抵抗、負荷部７のインダクタンスの抵抗は考慮していない。
【００４５】
実施形態のワイヤレス電力伝送装置では、コンデンサＣ１ｂの容量Ｃ1、電源部１のインダクタンスＬｇ、送信側配線インダクタンスＬw1、送信コイルＬ１ｂの漏れインダクタンス、送信コイルＬ１ｂと受信コイルＬ２ｂの相互インダクタンス、受信コイルＬ２ｂの漏れインダクタンス、受信側配線インダクタンスＬw2、負荷部７のインダクタンスＬｒが共振するように、電源部１の周波数を制御すると共に、受信コイルＬ２ｂの出力端、すなわち、負荷部７の電圧を所望の値にするように、電源部１の電圧、電流、電力の振幅を制御するものである。
【００４６】
実施形態では、従来の電磁共鳴方式とは異なった構成となり、以下に説明する方式でワイヤレス電力伝送を行う。
【００４７】
図３は、図２に対して送信部３ｂの漏れインダクタンスＬe1と、受信部５ｂの漏れインダクタンスＬe2を送信側に換算した換算漏れインダクタンスＬ´e2と、送信側からみた相互インダクタンスＭとからなる等価回路であらわした場合の受信側の等価回路図であり、図４は、相互インダクタンスＭ間電圧ＶMに対して、受信側の換算漏れインダクタンスＬ´e2での電圧降下Ｖ´Le2と、受信側における送信側に換算した換算配線インダクタンスＬ´w2での電圧降下Ｖ´Lw2と、負荷部７のインダクタンスＬｒの送信側に換算した換算インダクタンスＬ´ｒでの電圧降下Ｖ´Lrと、負荷部７の抵抗Ｒの送信側に換算した抵抗Ｒ´での電圧降下Ｖ´rと、相互インダクタンスＭの電流ＩMと、負荷部７への送信側に換算した電流Ｉ´Lのベクトル合成を示す図である。ここで、Ｖ´Le2、Ｖ´Lw2、Ｖ´Lrは、同相であり、Ｖ´rは、これらと９０度位相が相違する。ＩMは相互インダクタンスＶMに流れる励磁電流であり、Ｉ´Lは受信側に流れる負荷電流である。なお、本明細書では、各図において、電圧、電流の記号ＶM、Ｖ´Le2、Ｖ´Lw2、Ｖ´Lr、Ｉ´L、ＩMなどに付されるベクトル記号は省略している。
【００４８】
この等価回路図において、容量素子Ｃ１ｂの容量Ｃ1と、送信側の合成インダクタンスＬ1、受信側の送信側換算合成インダクタンスＬ´2、相互インダクタンスＭそれぞれに対し、電源部１の周波数ｆを、次式（１）が成立するように設定する。この場合、送信側の合成インダクタンスＬ1、受信側の送信側換算合成インダクタンスＬ´2、相互インダクタンスＭはコイル間隔で変化します。そのような変化があっても共振状態を保つように周波数を制御する。なお、上記Ｌ´e2、Ｌ´w2、Ｌ´ｒ、等の送信側への換算、また、相互インダクタンスＭ、等は、上記背景技術の欄で説明したので、その説明を省略する。
【００４９】
ただし、ｆは、２０ｋＨｚ以上、数ＭＨｚ程度以下である。また、Ｌ1は、電源部１のインダクタンスＬｇ＋送信側配線インダクタンスＬw1＋送信コイルＬ１ｂの漏れインダクタンスＬe1であり、Ｌ´2は、受信コイルＬ２ｂの漏れインダクタンスＬe2の送信側に換算した漏れインダクタンスＬ´e2＋受信側配線インダクタンスＬw2の送信側に換算した配線インダクタンスＬ´w2＋負荷部７のインダクタンスＬｒの送信側に換算したインダクタンスＬ´ｒである。
【００５０】
f＝１／２π[C1〔L1＋（L´2・M）／（L´2＋M）〕]1/2  …（１）
上記式（１）が成立すると、電源部1のインダクタンスＬｇ、送信側配線インダクタンスＬw1、送信コイルＬ１ｂのインダクタンス、コンデンサＣ１ｂの容量Ｃ1と、受信コイルＬ２ｂのインダクタンス、受信側の換算配線インダクタンスＬ´w2、負荷部７の換算インダクタンスＬ´ｒが共振するように、電源部１の周波数ｆを制御すると共に、負荷部７の電圧を所望の値にするように、電源部１の電圧、電流、電力の振幅を制御することができるようになっている。
【００５１】
そして、図４のベクトル図で明らかであるように、送信コイルＬ１ｂの漏れインダクタンスＬe1と受信コイルＬ２ｂの送信側に換算した漏れインダクタンスＬ´e2と前記相互インダクタンスＭとの等価回路で考えた場合、電圧ベクトルでは相互インダクタンスＭでの電圧降下ＶMは、受信コイルＬ２ｂの換算漏れインダクタンスＬ´e2と受信側の換算配線インダクタンスＬ´w2との電圧降下Ｖ´Le2＋Ｖ´Lw2と、負荷部７の換算インダクタンスＬ´ｒによる電圧降下Ｖ´Lrと、負荷部７の抵抗Ｒにおける送信側に換算した抵抗Ｒ´による電圧降下Ｖ´ｒとの合成であり、相互インダクタンスＭの電圧降下ＶMは、概略、負荷部７の電圧降下Ｖ´L＝Ｖ´Lr＋Ｖ´ｒに等しくなり、受信部５ｃの相互インダクタンスＭから負荷部７に電流Ｉ´Lを流すことで、該負荷部７に電力を伝送することができる。
【００５２】
なお、相互インダクタンスＭの両端間電圧ＶMを負荷部７に伝達する条件をさらに説明する。相互インダクタンス両端間電圧ＶMは、換算漏れインダクタンスＬ´e2テ゛の電圧降下Ｖ´Le2、送信側に換算した配線インダクタンスＬ´w2での電圧降下Ｖ´LW2、負荷部７の換算インダクタンスＬ´ｒによる電圧降下Ｖ´Lr、負荷部７の抵抗Ｒにおける送信側に換算した抵抗Ｒ´による電圧降下Ｖ´ｒの和に等しいので、これらＶM、Ｖ´Le2、Ｖ´LW2、Ｖ´Lr、Ｖ´ｒの間には次式（２）が成立する。
【００５３】
ＶM＝Ｖ´Le2＋Ｖ´LW2＋Ｖ´Lr＋Ｖ´R  …（２）
また、次式（３）〜（６）が成立する。
【００５４】
Ｖ´Le2＝ｊ・ω・Ｌ´e2・Ｉ´L…（３）
Ｖ´LW2＝ｊ・ω・Ｌ´W2・Ｉ´L…（４）
Ｖ´Lr＝ｊ・ω・Ｌ´r・Ｉ´L…（５）
Ｖ´L＝Ｒ´・Ｉ´L…（６）
これらから、次式（７）が成立する。
【００５５】
ＶM＝〔ｊ・ω（Ｌ´e2＋Ｌ´W2＋Ｌ´r）＋Ｒ´〕・Ｉ´L  …（７）
式（６）と（７）とから、次式（８）が成立する。
【００５６】
Ｖ´R＝Ｒ´・Ｉ´L＝[Ｒ´／〔ｊ・ω（Ｌ´e2＋Ｌ´W2＋Ｌ´r）＋Ｒ´〕]・ＶM
…（８）
式（８）の両辺に絶対値をとると、次式（９）が成立する。
【００５７】
｜Ｖ´R｜＝Ｒ´／〔ω2（Ｌ´e22＋Ｌ´W22＋Ｌ´r2）＋Ｒ´2〕1/2・｜ＶM｜
…（９）
｜Ｖ´R｜／｜ＶM｜＝Ｒ´／〔ω2（Ｌ´e22＋Ｌ´W22
＋Ｌ´2r）＋Ｒ´2〕1/2…（１０）
したがって、式（１０）の値が０．７程度以上であれば、相互インダクタンスＭの両端間電圧ＶMの大部分を、負荷部７に伝達させることができる。
【００５８】
図５は、横軸に周波数ｆ、縦軸に電力伝送効率（受信電力／送信電力の割合）％として送信側電力と受信側電力との間の共振特性を示す図である。図５で示すように、周波数ｆが共振周波数ｆｃのときに電力伝送効率は最大効率となる。この共振周波数ｆｃは、特に限定しないが、２０ｋＨｚ以上が好ましい。
【００５９】
以上により、実施形態では、電源部１のインダクタンスＬｇ、送信側配線インダクタンスＬw1、送信コイルＬ１ｂのインダクタンス、コンデンサＣ１ｂの容量Ｃ1、受信コイルＬ２ｂのインダクタンスＬ、受信側配線インダクタンスＬw2、負荷部７のインダクタンスＬｒとからなる共振回路に対して、電源部１の周波数ｆを制御して共振周波数ｆｃで共振動作させると、電源部１の電力を負荷部７に伝送することができる。
【００６０】
このように本発明では、コンデンサＣ１ｂは送信側だけに設けると共に、全体を共振回路として、電源部１から負荷部７に電力を伝送することができるので、従来の電磁共鳴で必要とした送信側と受信側それぞれに漏れインダクタンスと容量とで共振回路を構成し、それら送信側と受信側の共振回路それぞれの共振周波数が一致するよう素子の定数調整などが必要でなくなり、電力伝送の設定が容易となった。
【００６１】
なお、本実施形態では、送信部３ｂにおける送信コイルＬ１ｂに直列にコンデンサＣ１ｂを接続したが、図６で示すように、送信部３ｃの送信コイルＬ１ｃにコンデンサを接続しないで、受信部５ｃの受信コイルＬ２ｃに直列にコンデンサＣ２ｃを接続して、上記共振回路を構成し、この共振回路により、電源部１から負荷部７に電力伝送することでもよい。ただし、図６では電源部１のインダクタンス、送信側配線インダクタンス、受信側配線インダクタンス、負荷部７のインダクタンスは記載を省略している。
【００６２】
また、本実施形態では、送信部における送信コイルに直列にコンデンサを接続したが、図７で示すように、送信部３ｄの送信コイルＬ１ｄにコンデンサを接続しないで、電源部１にインダクタンスＬ３とコンデンサＣ３との直列接続体を接続し、該コンデンサＣ３に送信コイルＬ１ｄを接続して共振回路を構成してもよい。ただし、図７では電源部１のインダクタンス、送信側配線インダクタンス、受信側配線インダクタンス、負荷部７のインダクタンスは記載を省略している。
【００６３】
また、本実施形態では、負荷部は、抵抗で構成しているが、これ限定されるものではなく、図８で示すように、負荷部７ａとして、ダイオードＤ１〜Ｄ４からなる整流回路７ａ１と、この整流回路７ａ１の直流出力側に接続されるコンデンサＣ４、抵抗Ｒ等を含む構成でもよい。ただし、図８では電源部１のインダクタンス、送信側配線インダクタンス、受信側配線インダクタンス、負荷部７のインダクタンスは記載を省略している。
【００６４】
さらに、また、送信コイルが発生し受信コイルに鎖交する磁束が減少しない範囲で、送信コイルが発生する磁束が、送信コイルと受信コイルの周囲に飛散しないように、送信コイル及び受信コイルの近傍に強磁性体を必要に応じて配置する。
【符号の説明】
【００６５】
１  電源部
３ｂ  送信部
５ｂ  受信部
７  負荷部
【図１】
2015039249.tif 000003
【図２】
2015039249.tif 000004
【図３】
2015039249.tif 000005
【図４】
2015039249.tif 000006
【図５】
2015039249.tif 000007
【図６】
2015039249.tif 000008
【図７】
2015039249.tif 000009
【図８】
2015039249.tif 000010
【図９】
2015039249.tif 000011
【図１０】
2015039249.tif 000012
【図１１】
2015039249.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成23年5月11日(2011.5.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力をワイヤレスにて伝送するワイヤレス電力伝送装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電力をワイヤレスにて伝送するワイヤレス電力伝送は、ノートＰＣ、ポケットＰＣ、携帯端末、その他の各種機器、装置に対しても行われるようになってきている。
【０００３】
こうしたワイヤレス電力伝送は、従来、電磁誘導方式で行われている。
【０００４】
この電磁誘導方式は、送信コイルと受信コイルとの電磁結合により電力伝送するものである（特許文献１参照）。
【０００５】
電磁誘導方式のワイヤレス電力伝送装置を、図９を参照して説明すると、１は電源Ｖｇを有する電源部、３は送信コイルＬ１を有する送信部、５は受信コイルＬ２とこれに並列の容量素子Ｃ２とを有する受信部、７は抵抗Ｒによる負荷部である。
【０００６】
図９のワイヤレス電力伝送装置では、送信コイルＬ１に発生した電磁界を、受信コイルＬ２に誘導し、負荷部７に電力を伝送する。ここで受信部５の容量素子Ｃ２は、受信コイルＬ２に大きい誘導起電力を得るためである。
【０００７】
しかしながら、図９に示す電磁誘導方式のワイヤレス電力伝送装置では、送信コイルＬ１と受信コイルＬ２との位置合わせが必要であり、そのため、かなり近接した距離でしか電力伝送ができない。
【０００８】
そして、２００６年にＭＩＴ（マサチューセッツ インスティテュート オブ テクノロジー）から電磁共鳴方式でワイヤレスにて電力を伝送するシステムが発表されている。
【０００９】
電磁共鳴方式は、送信コイルと受信コイルとの双方に容量素子を直列に接続し、それぞれＬＣ共振器を備えた構成になっている。
【００１０】
そして、この電磁共鳴方式においては、磁界が支配的な近接場（エバネッセント場）を利用して電力伝送を行うものであり、その近接場において、上記一対のＬＣ共振器を共振周波数で動作させることで、各ＬＣ共振器が発生する電磁界エネルギを共鳴させ、これによって、送信コイルから受信コイルへ電力を伝送するようになっている（特許文献２参照）。
【００１１】
この電磁共鳴方式によるワイヤレス電力伝送装置を、図１０を参照して説明すると、１は電源Ｖｇを有する電源部、３ａは容量素子Ｃ１ａと送信コイルＬ１ａでＬＣ共振器を構成する送信部、５ａは容量素子Ｃ２ａと受信コイルＬ２ａでＬＣ共振器を構成する受信部、７は抵抗Ｒによる負荷部である。
【００１２】
送信部３ａでは、容量素子Ｃ１ａと送信コイルＬ１ａとが直列共振し、これにより送信コイルＬ１ａ周辺にその共振周波数に対応して振動する電磁界を発生させる。受信部５ａでは、受信コイルＬ２ａに前記電磁界を受けて電流が流れる。このとき、受信部５ａでは、受信コイルＬ２ａと容量素子Ｃ２ａとで直列共振回路を構成しており、これらの直列共振回路により、負荷部７に電力が伝送される。この電磁共鳴方式の共振周波数は１０ＭＨｚ程度であり、電磁誘導方式と比較して高い周波数領域である。
【００１３】
なお、この図１０に示すワイヤレス電力伝送装置は、図１１で示す等価回路で表すことができる。ここでは、電源部１のインダクタンス、送信側、受信側の配線インダクタンス、負荷部７のインダクタンスは無視している。図１１において、Ｌe1は、送信部３ａにおける漏れインダクタンス、Ｌe2は、受信部５ａにおける漏れインダクタンスで、Ｌ´e2は漏れインダクタンスＬe2を送信側に換算した（送信側からみた）換算インダクタンス、Ｌ1は、ここでは送信コイルＬ１ａの自己インダクタンスＬ11と受信コイルＬ２ａの自己インダクタンスＬ22とで形成される相互インダクタンスを送信側で表したもので、結合係数をｋとすると、ｋ・Ｌ11に等しい。Ｃ２は、コンデンサＣ２ａの容量Ｃ2、Ｃ2´はコンデンサＣ２ａの容量Ｃ2を送信側に換算した容量、Ｒは負荷部７の抵抗、Ｒ´は、負荷部７の抵抗Ｒを送信側に換算した抵抗、Ｒ２は受信側の抵抗、Ｒ２´は、受信側の抵抗Ｒ２を送信側に換算した抵抗である。これら送信側に換算した漏れインダクタンス等は送信側換算漏れインダクタンス等と称する場合がある。
【００１４】
このような等価回路で表すワイヤレス電力伝送装置では、送信部３ａ内のインダクタンスＬe1、相互インダクタンスＭとコンデンサＣ１ａの容量Ｃ1とからなる共振回路が共振し、受信部５ａ内のインダクタンスＬ´e2、相互インダクタンスＭと、コンデンサＣ２ａの送信側換算容量Ｃ2´とからなる共振回路が共振し、送信コイルＬ１ａと受信コイルＬ２ａとの結合係数ｋ（送信コイルＬ１ａと受信コイルＬ２ａとの結合係数）に依存し、結合係数ｋが大きいときは２つの共振周波数で、結合係数ｋが小さいときは１つの共振周波数に一致するか一致に近い関係のときに、電力伝送が行われる。
【００１５】
このような電磁共鳴方式によるワイヤレス電力伝送装置では、電力の伝送効率では電磁誘導方式のそれと比較して低下するが、電力の伝送距離を伸ばすことができるという利点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開平１０−１４５９８７号公報
【特許文献２】特開２０１０−２６７９１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
しかしながら、従来の電磁共鳴方式のワイヤレス電力伝送装置においては、送信部３ａと受信部５ａとに、共に、容量素子Ｃ１，Ｃ２を必要としているが、送信部３ａと受信部５ａの位置関係が変化すると送信コイルＬ１ａと受信コイルＬ２ａとの結合係数ｋが変化するが、共振回路が２つであるので、結合係数ｋが大きく変化するときは２つの共振周波数で、結合係数ｋが小さく変化するときは１つの共振周波数で共振するようになり、前記電磁共鳴させるための前記容量素子Ｃ１，Ｃ２における容量設定が容易でなく、電力伝送の制御が煩雑で難しいという課題がある。
【００１８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、電磁誘導方式の欠点である送信コイルと受信コイルとの位置関係が変化しても、電源の電圧、電流、電力、周波数を制御することで位置ずれに対応でき、電磁共鳴方式の欠点であるワイヤレス電力伝送の設定作業の前記困難さを解消すると共に、電磁共鳴方式と同様に電力の伝送距離を伸ばすことができる新規な方式のワイヤレス電力伝送装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明によるワイヤレス電力伝送装置は、出力電圧或いは出力電流或いは出力電力の振幅と周波数を制御する機能を備えた電源部と、前記電源部に接続された送信コイルを含む送信部と、前記送信コイルに間隔を隔てて配置された受信コイルを含む受信部と、前記受信部に接続された負荷部とを備え、前記電源部の電力を前記両コイルを介して前記負荷部側に伝送する装置であって、前記電源部、前記送信部、および前記受信部のいずれかにコンデンサを接続して単一の共振回路を構成すると共に、前記電源部における前記周波数を制御して前記共振回路を共振動作させることで、前記電力の伝送を行うことを特徴とする。
【００２０】
なお、負荷部を例えば抵抗で構成し、その抵抗の値をＲとすると共に、その抵抗値Ｒを送信側に換算した抵抗Ｒ´とし、かつ、Ｌ´e2を受信コイルの漏れインダクタンスＬe2を送信側に換算した漏れインダクタンスとして、〔Ｒ´／〔ω2（Ｌ´e2）2＋（Ｒ´）2〕1/2の値を０．７程度以上、つまり、Ｒ´≧ω・Ｌ´e2程度とすることで、相互インダクタンスの両端電圧を負荷部両端電圧と同等程度にして電力を伝送することができる。
【００２１】
この場合、送信コイルと受信コイルとを漏れインダクタンスと相互インダクタンスに分け、受信コイルの相互インダクタンスを送信コイルの相互インダクタンスに換算した等価回路で考えた場合、電圧ベクトルでは相互インダクタンスでの電圧降下は、受信コイルの漏れインダクタンスと受信側配線インダクタンスとの電圧降下と、負荷部での電圧降下との合成であり、相互インダクタンスの電圧降下は、概略、負荷部電圧降下に等しくなり、受信部の相互インダクタンスから負荷部に電流を流すことで、該負荷部に電力を伝送することができる。
【００２２】
上記負荷部は、抵抗で構成されることに限定されるものではなく、整流回路と、この整流回路の直流出力側に接続されるコンデンサとか抵抗等も含むと共に、他の負荷回路等を含む。
【００２３】
上記送信部は、送信コイルで構成されることに限定されるものではなく、配線インダクタンス等も含む。
【００２４】
上記受信部は、受信コイルで構成されることに限定されるものではなく、配線インダクタンス等も含む。
【００２５】
なお、好ましくは、前記電源部における前記周波数を制御して前記共振回路を共振動作させることに加えて、出力電圧或いは出力電流或いは出力電力の振幅を制御することで、前記電力の伝送を行うことが好ましい。
【００２６】
好ましくは、前記共振回路が、前記送信部の送信コイルとこれに直列接続したコンデンサとの直列接続体で構成される。
【００２７】
好ましくは、前記共振回路が、前記受信部の受信コイルとこれに直列接続したコンデンサとの直列接続体で構成される。
【００２８】
好ましくは、前記共振回路が、前記電源部のインダクタンスとコンデンサとの直列接続体で構成され、前記コンデンサが前記送信コイルに並列接続されている。
【００２９】
好ましくは、前記共振回路の共振周波数を決めるインダクタンスに配線インダクタンスを含む。
【００３０】
好ましくは、前記送信コイルと前記受信コイル近傍に強磁性体を配置することである。
【００３１】
なお、上記の電源部、送信コイル、受信コイル、各コンデンサ、各配線インダクタンスは抵抗を持つが、本明細書ではこれについては言及していない。
【００３２】
好ましくは、前記送信コイルと受信コイルとを漏れインダクタンスと相互インダクタンスとの等価回路で表し、前記電源部のインダクタンスＬｇと、送信側配線インダクタンスＬw1と、送信コイルの漏れインダクタンスＬe1との合成インダクタンスをＬΣ1、受信コイルの漏れインダクタンスＬe2と、受信側配線インダクタンスＬw2と、負荷部のインダクタンスＬrとの合成インダクタンスＬΣ2を送信側に換算した合成インダクタンスをＬ´Σ2、送信側からみた送信コイルと受信コイルとの相互インダクタンスをＬ1として、電源部の周波数ｆに対して、次式（１）を満足する。
【００３３】
f＝１／２π[C1〔ＬΣ1＋（L´Σ2・Ｌ1）／（（L´Σ2・Ｌ1）〕]1/2
なお、負荷部を例えば抵抗で構成し、その抵抗の値をＲとすると共に、その抵抗値Ｒを送信側に換算した抵抗Ｒ´とし、かつ、Ｌ´e2を受信コイルの漏れインダクタンスＬe2を送信側に換算した漏れインダクタンスとして、〔Ｒ´／〔ω2（Ｌ´e2）2＋（Ｒ´）2〕1/2の値を０．７程度以上、つまり、Ｒ´≧ω・Ｌ´e2程度とすることで、相互インダクタンスの両端電圧を負荷部両端電圧と同等程度にして電力を伝送することができる。
【００３４】
なお、本発明では、前記送信部における送信コイルに直列に容量素子を接続したが、前記送信コイルに容量素子を接続しないで、受信部側の受信コイルに直列に容量素子を接続し、受信部側で受信コイルとこれに直列の容量素子とで共振回路を構成し、この共振回路により、送信部から受信部に電力伝送することでもよい。
【００３５】
さらに、電源部にインダクタンスとコンデンサとの直列接続体を接続し、該コンデンサに送信コイルを接続して共振回路を構成してもよい。
【００３６】
さらに、負荷部を整流回路とコンデンサと抵抗との並列回路で構成してもよい。
【発明の効果】
【００３７】
本発明では、電源部のインダクタンス、送信側配線インダクタンス、送信コイルの漏れインダクタンス、送信コイルと受信コイルの相互インダクタンス、容量素子による容量と、受信コイルの漏れインダクタンス、受信側配線インダクタンス、負荷部インダクタンスが共振するように、電源部の周波数を制御すると共に、受信コイルの出力端、すなわち、負荷部の電圧を所望の値にするように、電源部の電圧或いは電流或いは電力の振幅を制御するものである。
【００３８】
この場合、送信コイルと受信コイルとを漏れインダクタンスと相互インダクタンスに分け、受信コイルの相互インダクタンスを送信コイルの相互インダクタンスに換算した等価回路で考えた場合、電圧ベクトルでは相互インダクタンスでの電圧降下は、受信コイルの漏れインダクタンスと受信側配線インダクタンスとの電圧降下と、負荷部での電圧降下との合成であり、相互インダクタンスの電圧降下は、概略、負荷部電圧降下に等しくなり、受信部の相互インダクタンスから負荷部に電流を流すことで、該負荷部に電力を伝送することができる。
【００３９】
このように本発明では、電源部のインダクタンス、送信側配線インダクタンス、送信コイルの漏れインダクタンス、送信コイルと受信コイルの相互インダクタンス、容量素子による容量と、受信コイルの漏れインダクタンス、受信側配線インダクタンス、負荷部インダクタンスが共振するように、電源部の周波数を制御することで、負荷部に電力を伝送することができ、従来の電磁共鳴で必要とした送信側と受信側それぞれに容量素子を接続して共振回路を構成する必要はなくなり、電力伝送の設定が容易となった。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】図１は、本発明の実施形態にかかるワイヤレス電力伝送装置のモデル図である。
【図２】図２は、図１の装置において、電源部インダクタンス、配線インダクタンス、負荷部インダクタンスを考慮した場合のモデル図である。
【図３】図３は、図２の送信側からみた等価回路図である。
【図４】図４は、相互インダクタンス間電圧に対して、受信側漏れインダクタンスと受信側配線インダクタンスとの間の電圧と、負荷部両端電圧とのベクトル合成を示す図である。
【図５】図５は、送信側電力と受信側電力との間の共振特性を示す図である。
【図６】図６は、本発明の他の実施形態にかかるワイヤレス電力伝送装置のモデル図である。
【図７】図７は、本発明のさらに他の実施形態にかかるワイヤレス電力伝送装置のモデル図である。
【図８】図８は、本発明のさらに他の実施形態にかかるワイヤレス電力伝送装置のモデル図である。
【図９】図９は、電磁誘導方式のワイヤレス電力伝送装置の概略図である。
【図１０】図１０は、電磁共鳴方式のワイヤレス電力伝送装置の概略図である。
【図１１】図１１は、図１０の送信側からみた等価回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
以下、添付した図面を参照して、本発明の実施の形態に係るワイヤレス電力伝送装置を説明する。
【００４２】
図１を参照して、この装置は、電力伝送元として電源Ｖｇを有する電源部１と、容量素子Ｃ１ｂと送信コイルＬ１ｂで構成される送信部３ｂと、受信コイルＬ２ｂを有する受信部５ｂと、電力伝送先としての負荷部７とを備える。電源部１は、出力電圧或いは出力電圧或いは出力電力の振幅と周波数とを制御する機能を備えている。
【００４３】
このワイヤレス電力伝送装置は、図１でモデル的に示されている。送信部３ｂと受信部５ｂは、間隔を隔てて配置されている。電源部１からの電力は、送信部３ｂから送信され、受信部５ｂで受信されると共に、負荷部７に伝送される。
【００４４】
負荷部７は、実施形態では、抵抗Ｒで示すが、これに限定されない。送信部３ｂは、コンデンサＣ１ｂが単一であるが、単一に限定されるものではなく、その形態は要するに送信コイルＬ１ｂに直列に接続されるとよい。送信部３ｂは、電源部１に対して、直列に接続された形態となる。受信部５ｂは、既存の電磁共鳴方式のワイヤレス電力伝送装置とは異なって、受信コイルＬ２ｂにコンデンサが直列に接続されていない。
【００４５】
図１では、電源部１のインダクタンス、その抵抗、送信側の配線インダクタンス、その抵抗、負荷部７のインダクタンス、その抵抗を考慮していないモデル図である。これに対して、図２は、電源部１のインダクタンスＬｇ、送信側配線のインダクタンスＬw1、受信側配線のインダクタンスＬw2、負荷部７のインダクタンスＬｒを考慮したモデル図である。この図において電源部１の抵抗、送信側の配線インダクタンスの抵抗、負荷部７のインダクタンスの抵抗は考慮していない。
【００４６】
実施形態のワイヤレス電力伝送装置では、コンデンサＣ１ｂの容量Ｃ1、電源部１のインダクタンスＬｇ、送信側配線インダクタンスＬw1、送信コイルＬ１ｂの漏れインダクタンス、送信コイルＬ１ｂと受信コイルＬ２ｂの相互インダクタンス、受信コイルＬ２ｂの漏れインダクタンス、受信側配線インダクタンスＬw2、負荷部７のインダクタンスＬｒが共振するように、電源部１の周波数を制御すると共に、受信コイルＬ２ｂの出力端、すなわち、負荷部７の電圧を所望の値にするように、電源部１の電圧、電流、電力の振幅を制御するものである。
【００４７】
実施形態では、従来の電磁共鳴方式とは異なった構成となり、以下に説明する方式でワイヤレス電力伝送を行う。
【００４８】
図３は、図２に対して送信部３ｂの漏れインダクタンスＬe1と、受信部５ｂの漏れインダクタンスＬe2を送信側に換算した換算漏れインダクタンスＬ´e2と、送信側からみた相互インダクタンスＬ1とからなる等価回路であらわした場合の受信側の等価回路図であり、図４は、相互インダクタンスＬ1間電圧ＶL1に対して、受信側の換算漏れインダクタンスＬ´e2での電圧降下Ｖ´Le2と、受信側における送信側に換算した換算配線インダクタンスＬ´w2での電圧降下Ｖ´Lw2と、負荷部７のインダクタンスＬｒの送信側に換算した換算インダクタンスＬ´ｒでの電圧降下Ｖ´Lrと、負荷部７の抵抗Ｒの送信側に換算した抵抗Ｒ´での電圧降下Ｖ´rと、相互インダクタンスＭの電流ＩMと、負荷部７への送信側に換算した電流Ｉ´Lのベクトル合成を示す図である。ここで、Ｖ´Le2、Ｖ´Lw2、Ｖ´Lrは、同相であり、Ｖ´rは、これらと９０度位相が相違する。ＩMは相互インダクタンスＬ1に流れる励磁電流であり、Ｉ´Lは受信側に流れる負荷電流である。なお、本明細書では、各図において、電圧、電流の記号ＶL1、Ｖ´Le2、Ｖ´Lw2、Ｖ´Lr、Ｉ´L、ＩMなどに付されるベクトル記号は省略している。
【００４９】
この等価回路図において、容量素子Ｃ１ｂの容量Ｃ1と、送信側の合成インダクタンスＬ1、受信側の送信側換算合成インダクタンスＬ´2、相互インダクタンスＬ1それぞれに対し、電源部１の周波数ｆを、次式（１）が成立するように設定する。この場合、送信側の合成インダクタンスＬΣ1、受信側の送信側換算合成インダクタンスＬ´Σ2、相互インダクタンスＬ1はコイル間隔で変化します。そのような変化があっても共振状態を保つように周波数を制御する。なお、上記Ｌ´e2、Ｌ´w2、Ｌ´ｒ、等の送信側への換算、また、相互インダクタンスＬ1、等は、上記背景技術の欄で説明したので、その説明を省略する。
【００５０】
ただし、ｆは、２０ｋＨｚ以上、数ＭＨｚ程度以下である。また、ＬΣ1は、電源部１のインダクタンスＬｇ＋送信側配線インダクタンスＬw1＋送信コイルＬ１ｂの漏れインダクタンスＬe1であり、Ｌ´Σ2は、受信コイルＬ２ｂの漏れインダクタンスＬe2の送信側に換算した漏れインダクタンスＬ´e2＋受信側配線インダクタンスＬw2の送信側に換算した配線インダクタンスＬ´w2＋負荷部７のインダクタンスＬｒの送信側に換算したインダクタンスＬ´ｒである。
【００５１】
f=1/2π[C1〔LΣ1+(L´Σ2・L1)/((L´Σ2・L1)〕]1/2 …(1)
上記式（１）が成立すると、電源部1のインダクタンスＬｇ、送信側配線インダクタンスＬw1、送信コイルＬ１ｂのインダクタンス、コンデンサＣ１ｂの容量Ｃ1と、受信コイルＬ２ｂのインダクタンス、受信側の換算配線インダクタンスＬ´w2、負荷部７の換算インダクタンスＬ´ｒが共振するように、電源部１の周波数ｆを制御すると共に、負荷部７の電圧を所望の値にするように、電源部１の電圧、電流、電力の振幅を制御することができるようになっている。
【００５２】
そして、図４のベクトル図で明らかであるように、送信コイルＬ１ｂの漏れインダクタンスＬe1と受信コイルＬ２ｂの送信側に換算した漏れインダクタンスＬ´e2と前記相互インダクタンスＬ1との等価回路で考えた場合、電圧ベクトルでは相互インダクタンスＬ1での電圧降下ＶL1は、受信コイルＬ２ｂの換算漏れインダクタンスＬ´e2と受信側の換算配線インダクタンスＬ´w2との電圧降下Ｖ´Le2＋Ｖ´Lw2と、負荷部７の換算インダクタンスＬ´ｒによる電圧降下Ｖ´Lrと、負荷部７の抵抗Ｒにおける送信側に換算した抵抗Ｒ´による電圧降下Ｖ´ｒとの合成であり、相互インダクタンスＭの電圧降下ＶMは、概略、負荷部７の電圧降下Ｖ´L＝Ｖ´Lr＋Ｖ´ｒに等しくなり、受信部５ｃの相互インダクタンスＬ1から負荷部７に電流Ｉ´Lを流すことで、該負荷部７に電力を伝送することができる。
【００５３】
なお、相互インダクタンスＬ1の両端間電圧ＶL1を負荷部７に伝達する条件をさらに説明する。相互インダクタンス両端間電圧ＶL1は、換算漏れインダクタンスＬ´e2テ゛の電圧降下Ｖ´Le2、送信側に換算した配線インダクタンスＬ´w2での電圧降下Ｖ´LW2、負荷部７の換算インダクタンスＬ´ｒによる電圧降下Ｖ´Lr、負荷部７の抵抗Ｒにおける送信側に換算した抵抗Ｒ´による電圧降下Ｖ´ｒの和に等しいので、これらＶL1、Ｖ´Le2、Ｖ´LW2、Ｖ´Lr、Ｖ´ｒの間には次式（２）が成立する。
【００５４】
ＶL1＝Ｖ´Le2＋Ｖ´LW2＋Ｖ´Lr＋Ｖ´R  …（２）
また、次式（３）〜（６）が成立する。
【００５５】
Ｖ´Le2＝ｊ・ω・Ｌ´e2・Ｉ´L…（３）
Ｖ´LW2＝ｊ・ω・Ｌ´W2・Ｉ´L…（４）
Ｖ´Lr＝ｊ・ω・Ｌ´r・Ｉ´L…（５）
Ｖ´L＝Ｒ´・Ｉ´L…（６）
これらから、次式（７）が成立する。
【００５６】
ＶL1＝〔ｊ・ω（Ｌ´e2＋Ｌ´W2＋Ｌ´r）＋Ｒ´〕・Ｉ´L  …（７）
式（６）と（７）とから、次式（８）が成立する。
【００５７】
Ｖ´R＝Ｒ´・Ｉ´L＝[Ｒ´／〔ｊ・ω（Ｌ´e2＋Ｌ´W2＋Ｌ´r）＋Ｒ´〕]・ＶL1…（８）
式（８）の両辺に絶対値をとると、次式（９）が成立する。
【００５８】
｜Ｖ´R｜＝Ｒ´／〔ω2（Ｌ´e22＋Ｌ´W22＋Ｌ´r2）＋Ｒ´2〕1/2・｜ＶL1｜…（９）
｜Ｖ´R｜／｜ＶL1｜＝Ｒ´／〔ω2（Ｌ´e22＋Ｌ´W22
＋Ｌ´2r）＋Ｒ´2〕1/2…（１０）
したがって、式（１０）の値が０．７程度以上であれば、相互インダクタンスＬ1の両端間電圧ＶL1の大部分を、負荷部７に伝達させることができる。
【００５９】
図５は、横軸に周波数ｆ、縦軸に電力伝送効率（受信電力／送信電力の割合）％として送信側電力と受信側電力との間の共振特性を示す図である。図５で示すように、周波数ｆが共振周波数ｆｃのときに電力伝送効率は最大効率となる。この共振周波数ｆｃは、特に限定しないが、２０ｋＨｚ以上が好ましい。
【００６０】
以上により、実施形態では、電源部１のインダクタンスＬｇ、送信側配線インダクタンスＬw1、送信コイルＬ１ｂのインダクタンス、コンデンサＣ１ｂの容量Ｃ1、受信コイルＬ２ｂのインダクタンスＬ、受信側配線インダクタンスＬw2、負荷部７のインダクタンスＬｒとからなる共振回路に対して、電源部１の周波数ｆを制御して共振周波数ｆｃで共振動作させると、電源部１の電力を負荷部７に伝送することができる。
【００６１】
このように本発明では、コンデンサＣ１ｂは送信側だけに設けると共に、全体を共振回路として、電源部１から負荷部７に電力を伝送することができるので、従来の電磁共鳴で必要とした送信側と受信側それぞれに漏れインダクタンスと容量とで共振回路を構成し、それら送信側と受信側の共振回路それぞれの共振周波数が一致するよう素子の定数調整などが必要でなくなり、電力伝送の設定が容易となった。
【００６２】
なお、本実施形態では、送信部３ｂにおける送信コイルＬ１ｂに直列にコンデンサＣ１ｂを接続したが、図６で示すように、送信部３ｃの送信コイルＬ１ｃにコンデンサを接続しないで、受信部５ｃの受信コイルＬ２ｃに直列にコンデンサＣ２ｃを接続して、上記共振回路を構成し、この共振回路により、電源部１から負荷部７に電力伝送することでもよい。ただし、図６では電源部１のインダクタンス、送信側配線インダクタンス、受信側配線インダクタンス、負荷部７のインダクタンスは記載を省略している。
【００６３】
また、本実施形態では、送信部における送信コイルに直列にコンデンサを接続したが、図７で示すように、送信部３ｄの送信コイルＬ１ｄにコンデンサを接続しないで、電源部１にインダクタンスＬ３とコンデンサＣ３との直列接続体を接続し、該コンデンサＣ３に送信コイルＬ１ｄを接続して共振回路を構成してもよい。ただし、図７では電源部１のインダクタンス、送信側配線インダクタンス、受信側配線インダクタンス、負荷部７のインダクタンスは記載を省略している。
【００６４】
また、本実施形態では、負荷部は、抵抗で構成しているが、これ限定されるものではなく、図８で示すように、負荷部７ａとして、ダイオードＤ１〜Ｄ４からなる整流回路７ａ１と、この整流回路７ａ１の直流出力側に接続されるコンデンサＣ４、抵抗Ｒ等を含む構成でもよい。ただし、図８では電源部１のインダクタンス、送信側配線インダクタンス、受信側配線インダクタンス、負荷部７のインダクタンスは記載を省略している。
【００６５】
さらに、また、送信コイルが発生し受信コイルに鎖交する磁束が減少しない範囲で、送信コイルが発生する磁束が、送信コイルと受信コイルの周囲に飛散しないように、送信コイル及び受信コイルの近傍に強磁性体を必要に応じて配置する。
【符号の説明】
【００６６】
１  電源部
３ｂ  送信部
５ｂ  受信部
７  負荷部
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
出力電圧或いは出力電流或いは出力電力の振幅と周波数を制御する機能を備えた電源部と、前記電源部に接続された送信コイルを含む送信部と、前記送信コイルに間隔を隔てて配置された受信コイルを含む受信部と、前記受信部に接続された負荷部とを備え、前記電源部の電力を、前記両コイルを介して、前記負荷部側に伝送する装置であって、
前記電源部、前記送信部、および前記受信部のいずれかにコンデンサを接続して単一の共振回路を構成すると共に、前記電源部における前記周波数制御で前記共振回路を共振動作させることで、前記電力の伝送を行う、ことを特徴とするワイヤレス電力伝送装置。
【請求項２】
記電源部における前記周波数を制御して前記共振回路を共振動作させることに加えて、出力電圧或いは出力電流或いは出力電力の振幅を制御することで、前記電力の伝送を行う、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記共振回路が、前記送信部の送信コイルとこれに直列接続したコンデンサとの直列接続体で構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記共振回路が、前記受信部の受信コイルとこれに直列接続したコンデンサとの直列接続体で構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記共振回路が、前記電源部のインダクタンスとコンデンサとの直列接続体で構成され、前記コンデンサが前記送信コイルに並列接続されている、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記共振回路の共振周波数を決めるインダクタンスに配線インダクタンスを含む、請求項１ないし４のいずれかに記載の装置。
【請求項７】
前記送信コイルと受信コイルとを漏れインダクタンスと相互インダクタンスとの等価回路で表し、前記電源部のインダクタンスＬｇと、送信側配線インダクタンスＬw1と、送信コイルの漏れインダクタンスＬe1との合成インダクタンスをＬ1、受信コイルの漏れインダクタンスＬe2と、受信側配線インダクタンスＬw2と、負荷部のインダクタンスＬrとの合成インダクタンスＬ2を送信側に換算した合成インダクタンスをＬ´2、送信側からみた送信コイルと受信コイルとの相互インダクタンスをＭとして、電源部の周波数ｆに対して、次式（１）を満足する、請求項１に記載の装置。
f＝１／２π[C1〔L1＋（L´2・M）／（L´2＋M）〕]1/2…（１）
【請求項８】
前記送信コイルと前記受信コイル近傍に強磁性体を配置した、請求項１ないし７のいずれかに記載の装置。
【請求項９】
前記負荷部に抵抗を含み、その抵抗の値をＲとすると共に、その抵抗値Ｒを送信側に換算した抵抗Ｒ´とし、かつ、Ｌ´e2を前記受信コイルの漏れインダクタンスＬe2を送信側に換算した漏れインダクタンスとして、Ｒ´≧ω・Ｌ´e2程度とすることで、前記両コイルにおける相互インダクタンスの両端電圧を負荷部両端電圧と同等程度にして電力を伝送する、ことを特徴とする請求項１に記載のワイヤレス電力伝送装置。
【請求項１０】
前記負荷部は、整流回路を含む請求項９に記載のワイヤレス電力伝送装置。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図３】
2015039249.tif 000014
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図４】
2015039249.tif 000015
【手続補正５】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１１】
2015039249.tif 000016
【手続補正書】
【提出日】平成23年7月19日(2011.7.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
本発明によるワイヤレス電力伝送装置は、出力電圧或いは出力電流或いは出力電力の振幅と周波数を制御する機能を備えた電源部と、前記電源部に接続された送信コイルを含む送信部と、前記送信コイルに間隔を隔てて配置された受信コイルを含む受信部と、前記受信部に接続された負荷部とを備え、前記電源部の電力を前記両コイルを介して前記負荷部側に伝送する装置であって、前記電源部、前記送信部、および前記受信部のいずれかにコンデンサを接続して単一の共振回路を構成すると共に、前記電源部における前記周波数を制御して前記共振回路を共振動作させることで、前記電力の伝送を行う一方、前記負荷部に抵抗を含み、その抵抗の値をＲとすると共に、その抵抗値Ｒを送信側に換算した抵抗Ｒ´とし、かつ、Ｌ´e2を前記受信コイルの漏れインダクタンスＬe2を送信側に換算した漏れインダクタンスとして、〔Ｒ´／〔ω2（Ｌ´e2）2＋（Ｒ´）2〕1/2の値を０．７程度以上、つまり、Ｒ´≧ω・Ｌ´e2とすることで、前記両コイルにおける相互インダクタンスの両端電圧を負荷部両端電圧と同等程度にして電力を伝送することを特徴とする。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３３】
f＝１／２π[C1〔ＬΣ1＋（L´Σ2・Ｌ1）／（（L´Σ2＋Ｌ1）〕]1/2…（１）
なお、負荷部を例えば抵抗で構成し、その抵抗の値をＲとすると共に、その抵抗値Ｒを送信側に換算した抵抗Ｒ´とし、かつ、Ｌ´e2を受信コイルの漏れインダクタンスＬe2を送信側に換算した漏れインダクタンスとして、〔Ｒ´／〔ω2（Ｌ´e2）2＋（Ｒ´）2〕1/2の値を０．７程度以上、つまり、Ｒ´≧ω・Ｌ´e2とすることで、相互インダクタンスの両端電圧を負荷部両端電圧と同等程度にして電力を伝送することができる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３７】
本発明では、電源部のインダクタンス、送信側配線インダクタンス、送信コイルの漏れインダクタンス、送信コイルと受信コイルの相互インダクタンス、容量素子による容量と、受信コイルの漏れインダクタンス、受信側配線インダクタンス、負荷部インダクタンスで決まる周波数で動作するように、電源部の周波数を制御すると共に、受信コイルの出力端、すなわち、負荷部の電圧を所望の値にするように、電源部の電圧或いは電流或いは電力の振幅を制御するものである。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４９】
この等価回路図において、容量素子Ｃ１ｂの容量Ｃ1と、送信側の合成インダクタンスＬ1、受信側の送信側換算合成インダクタンスＬ´2、相互インダクタンスＬ1それぞれに対し、電源部１の周波数ｆを、次式（１）が成立するように設定する。この場合、送信側の合成インダクタンスＬΣ1、受信側の送信側換算合成インダクタンスＬ´Σ2、相互インダクタンスＬ1はコイル間隔で変化する。そのような変化があっても共振状態を保つように周波数を制御する。なお、上記Ｌ´e2、Ｌ´w2、Ｌ´ｒ、等の送信側への換算、また、相互インダクタンスＬ1、等は、上記背景技術の欄で説明したので、その説明を省略する。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５１】
f=1/2π[C1〔LΣ1+(L´Σ2・L1)/((L´Σ2＋L1)〕]1/2 …(1)
上記式（１）が成立するように、すなわち、電源部1のインダクタンスＬｇ、送信側配線インダクタンスＬw1、送信コイルＬ１ｂのインダクタンス、コンデンサＣ１ｂの容量Ｃ1と、受信コイルＬ２ｂのインダクタンス、受信側の換算配線インダクタンスＬ´w2、負荷部７の換算インダクタンスＬ´ｒで決まる周波数で動作するように、電源部１の周波数ｆを制御すると共に、負荷部７の電圧を所望の値にするように、電源部１の電圧、電流、電力の振幅を制御することができるようになっている。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６０】
以上により、実施形態では、電源部１のインダクタンスＬｇ、送信側配線インダクタンスＬw1、送信コイルＬ１ｂのインダクタンス、コンデンサＣ１ｂの容量Ｃ1、受信コイルＬ２ｂのインダクタンスＬ、受信側配線インダクタンスＬw2、負荷部７のインダクタンスＬｒ、抵抗Ｒとからなる共振回路に対して、電源部１の周波数ｆを制御して式（１）で決まる周波数で動作させて、電源部１の電力を負荷部７に伝送することができる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
出力電圧或いは出力電流或いは出力電力の振幅と周波数を制御する機能を備えた電源部と、前記電源部に接続された送信コイルを含む送信部と、前記送信コイルに間隔を隔てて配置された受信コイルを含む受信部と、前記受信部に接続された負荷部とを備え、前記電源部の電力を、前記両コイルを介して、前記負荷部側に伝送する装置であって、
前記電源部、前記送信部、および前記受信部のいずれかにコンデンサを接続して単一の共振回路を構成すると共に、前記電源部における前記周波数制御で前記共振回路を共振動作させることで、前記電力の伝送を行う一方、
前記負荷部に抵抗を含み、その抵抗の値をＲとすると共に、その抵抗値Ｒを送信側に換算した抵抗Ｒ´とし、かつ、Ｌ´e2を前記受信コイルの漏れインダクタンスＬe2を送信側に換算した漏れインダクタンスとして、〔Ｒ´／〔ω2（Ｌ´e2）2＋（Ｒ´）2〕1/2の値を０．７程度以上、つまり、Ｒ´≧ω・Ｌ´e2とすることで、前記両コイルにおける相互インダクタンスの両端電圧を負荷部両端電圧と同等程度にして電力を伝送する、
ことを特徴とするワイヤレス電力伝送装置。
【請求項２】
前記電源部における前記周波数を制御して前記共振回路を共振動作させることに加えて、出力電圧或いは出力電流或いは出力電力の振幅を制御することで、前記電力の伝送を行う一方、
前記送信コイルが発生し、前記受信コイルに鎖交する磁束が減少しない範囲で、前記送信コイルが発生する磁束が、前記送信コイルと前記受信コイルの周囲に飛散しないように、前記送信コイルと前記受信コイル近傍に強磁性体を配置した、
請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記共振回路が、前記送信部の送信コイルとこれに直列接続したコンデンサとの直列接続体で構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記共振回路が、前記受信部の受信コイルとこれに直列接続したコンデンサとの直列接続体で構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記共振回路が、前記電源部のインダクタンスとコンデンサとの直列接続体で構成され、前記コンデンサが前記送信コイルに並列接続されている、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記共振回路の共振周波数を決めるインダクタンスに配線インダクタンスを含む、請求項１ないし４のいずれかに記載の装置。
【請求項７】
前記送信コイルと受信コイルとを漏れインダクタンスと相互インダクタンスとの等価回路で表し、前記電源部のインダクタンスＬｇと、送信側配線インダクタンスＬw1と、送信コイルの漏れインダクタンスＬe1との合成インダクタンスをＬΣ1、受信コイルの漏れインダクタンスＬe2と、受信側配線インダクタンスＬw2と、負荷部のインダクタンスＬrとの合成インダクタンスＬΣ2を送信側に換算した合成インダクタンスをＬ´Σ2、送信側からみた送信コイルと受信コイルとの相互インダクタンスをＬ1として、前記電源部の周波数ｆに対して、次式（１）を満足する、請求項１に記載の装置。
f＝１／２π[C1〔ＬΣ1＋（L´Σ2・Ｌ1）／（（L´Σ2＋Ｌ1）〕]1/2 …（１）
【請求項８】
前記負荷部は、整流回路を含む請求項１に記載の装置。
【手続補正書】
【提出日】平成23年12月26日(2011.12.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
本発明によるワイヤレス電力伝送装置は、出力電圧或いは出力電流或いは出力電力の振幅と周波数を制御する機能を備えた電源部と、前記電源部に接続された送信コイルを含む送信部と、前記送信コイルに間隔を隔てて配置された受信コイルを含む受信部と、前記受信部に接続された負荷部とを備え、前記電源部の電力を前記両コイルを介して前記負荷部側に伝送する装置であって、前記送信部にコンデンサを接続して単一の共振回路を構成すると共に、前記電源部における前記周波数を制御して前記共振回路を共振動作させることで、前記電力の伝送を行う一方、前記負荷部に抵抗を含み、その抵抗の値をＲとすると共に、その抵抗値Ｒを送信側に換算した抵抗Ｒ´とし、かつ、Ｌ´e2を前記受信コイルの漏れインダクタンスＬe2を送信側に換算した漏れインダクタンスとして、〔Ｒ´／〔ω2（Ｌ´e2）2＋（Ｒ´）2〕1/2の値を０．７程度以上、つまり、Ｒ´≧ω・Ｌ´e2とすることで、前記両コイルにおける相互インダクタンスの両端電圧を負荷部両端電圧と同等程度にして電力を伝送することを特徴とする。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４８】
図３は、図２に対して送信部３ｂの漏れインダクタンスＬe1と、受信部５ｂの漏れインダクタンスＬe2を送信側に換算した換算漏れインダクタンスＬ´e2と、送信側からみた相互インダクタンスＬ1とからなる等価回路であらわした場合の受信側の等価回路図であり、図４は、相互インダクタンスＬ1間電圧ＶL1に対して、受信側の換算漏れインダクタンスＬ´e2での電圧降下Ｖ´Le2と、受信側における送信側に換算した換算配線インダクタンスＬ´w2での電圧降下Ｖ´Lw2と、負荷部７のインダクタンスＬｒの送信側に換算した換算インダクタンスＬ´ｒでの電圧降下Ｖ´Lrと、負荷部７の抵抗Ｒの送信側に換算した抵抗Ｒ´での電圧降下Ｖ´rと、相互インダクタンスＬ１の電流ＩMと、負荷部７への送信側に換算した電流Ｉ´Lのベクトル合成を示す図である。ここで、Ｖ´Le2、Ｖ´Lw2、Ｖ´Lrは、同相であり、Ｖ´rは、これらと９０度位相が相違する。ＩMは相互インダクタンスＬ1に流れる励磁電流であり、Ｉ´Lは受信側に流れる負荷電流である。なお、本明細書では、各図において、電圧、電流の記号ＶL1、Ｖ´Le2、Ｖ´Lw2、Ｖ´Lr、Ｉ´L、ＩMなどに付されるベクトル記号は省略している。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５２】
そして、図４のベクトル図で明らかであるように、送信コイルＬ１ｂの漏れインダクタンスＬe1と受信コイルＬ２ｂの送信側に換算した漏れインダクタンスＬ´e2と前記相互インダクタンスＬ1との等価回路で考えた場合、電圧ベクトルでは相互インダクタンスＬ1での電圧降下ＶL1は、受信コイルＬ２ｂの換算漏れインダクタンスＬ´e2と受信側の換算配線インダクタンスＬ´w2との電圧降下Ｖ´Le2＋Ｖ´Lw2と、負荷部７の換算インダクタンスＬ´ｒによる電圧降下Ｖ´Lrと、負荷部７の抵抗Ｒにおける送信側に換算した抵抗Ｒ´による電圧降下Ｖ´ｒとの合成であり、相互インダクタンスＬ１の電圧降下ＶＬ１は、概略、負荷部７の電圧降下Ｖ´L＝Ｖ´Lr＋Ｖ´ｒに等しくなり、受信部５ｃの相互インダクタンスＬ1から負荷部７に電流Ｉ´Lを流すことで、該負荷部７に電力を伝送することができる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６４】
また、本実施形態では、負荷部は、抵抗で構成しているが、これに限定されるものではなく、図８で示すように、負荷部７ａとして、ダイオードＤ１〜Ｄ４からなる整流回路７ａ１と、この整流回路７ａ１の直流出力側に接続されるコンデンサＣ４、抵抗Ｒ等を含む構成でもよい。ただし、図８では電源部１のインダクタンス、送信側配線インダクタンス、受信側配線インダクタンス、負荷部７のインダクタンスは記載を省略している。
【手続補正６】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
出力電圧或いは出力電流或いは出力電力の振幅と周波数を制御する機能を備えた電源部と、前記電源部に接続された送信コイルを含む送信部と、前記送信コイルに間隔を隔てて配置された受信コイルを含む受信部と、前記受信部に接続された負荷部とを備え、前記電源部の電力を、前記両コイルを介して、前記負荷部側に伝送する装置であって、
前記送信部にコンデンサを接続して単一の共振回路を構成すると共に、前記電源部における前記周波数制御で前記共振回路を共振動作させることで、前記電力の伝送を行う一方、
前記負荷部に抵抗を含み、その抵抗の値をＲとすると共に、その抵抗値Ｒを送信側に換算した抵抗Ｒ´とし、かつ、Ｌ´e2を前記受信コイルの漏れインダクタンスＬe2を送信側に換算した漏れインダクタンスとして、〔Ｒ´／〔ω2（Ｌ´e2）2＋（Ｒ´）2〕1/2の値を０．７程度以上、つまり、Ｒ´≧ω・Ｌ´e2とすることで、前記両コイルにおける相互インダクタンスの両端電圧を負荷部両端電圧と同等程度にして電力を伝送する、
ことを特徴とするワイヤレス電力伝送装置。
【請求項２】
前記共振回路が、前記送信部の前記送信コイルとこれに直列接続した前記コンデンサとの直列接続体で構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記共振回路の共振周波数を決めるインダクタンスに配線インダクタンスを含む、請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
前記送信コイルと受信コイルとを漏れインダクタンスと相互インダクタンスとの等価回路で表し、
前記電源部のインダクタンスＬｇと、送信側配線インダクタンスＬw1と、送信コイルの漏れインダクタンスＬe1との合成インダクタンスをＬΣ1、受信コイルの漏れインダクタンスＬe2と、受信側配線インダクタンスＬw2と、負荷部のインダクタンスＬrとの合成インダクタンスＬΣ2を送信側に換算した合成インダクタンスをＬ´Σ2、送信側からみた送信コイルと受信コイルとの相互インダクタンスをＬ1、前記コンデンサの容量をＣ1として、前記電源部の周波数ｆに対して、次式（１）を満足する、請求項１に記載の装置。
f＝１／２π[C1〔ＬΣ1＋（L´Σ2・Ｌ1）／（（L´Σ2＋Ｌ1）〕]1/2 …（１）
【請求項５】
前記負荷部は、整流回路と、その直流出力側に接続されるコンデンサと、前記抵抗との並列回路で構成されている、請求項１に記載の装置。