(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電界、磁界、電磁界のいずれかを含む電力信号を送信するワイヤレス給電装置であって、
複数の送信コイルと、
それぞれが、前記複数の送信コイルの対応するひとつと直列に設けられた、複数のキャパシタと、
それぞれが、対応する前記送信コイルと前記キャパシタが形成する共振回路の両端に駆動電圧を印加する、複数の交流電源と、
を備え、
前記複数の送信コイルは、それぞれの互いに対応する巻線同士が近接するように巻装されることを特徴とするワイヤレス給電装置。
【請求項２】
電界、磁界、電磁界のいずれかを含む電力信号を送信するワイヤレス給電装置であって、
複数の送信コイルと、
それぞれが、対応する前記送信コイルに駆動電圧を印加する、複数の交流電源と、
を備え、
前記複数の送信コイルは、それぞれの互いに対応する巻線同士が近接するように巻装されることを特徴とするワイヤレス給電装置。
【請求項３】
電界、磁界、電磁界のいずれかを含む電力信号を送信するワイヤレス給電装置であって、
交互に直列に接続された複数の送信コイルと複数の共振用キャパシタを含む送信アンテナと、
前記送信アンテナの両端間に駆動電圧を印加する交流電源と、
を備え、
前記複数の送信コイルは、それぞれの互いに対応する巻線同士が近接するように巻装されることを特徴とするワイヤレス給電装置。
【請求項４】
電界、磁界、電磁界のいずれかを含む電力信号を送信するワイヤレス給電装置であって、
複数の送信コイルと、
それぞれが、共振回路を形成するように前記複数の送信コイルの対応するひとつと直列に設けられる、複数のキャパシタと、
複数の共振回路の両端に駆動電圧を印加する交流電源と、
を備え、
前記複数の送信コイルは、それぞれの互いに対応する巻線同士が近接するように巻装されることを特徴とするワイヤレス給電装置。
【請求項５】
前記複数の送信コイルは、共通のコアの同じ箇所に、それぞれの互いに対応する巻線同士が近接するように巻装されることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のワイヤレス給電装置。
【請求項６】
前記複数の送信コイルは、空芯コイルであることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のワイヤレス給電装置。
【請求項７】
前記交流電源は、ＣＭＯＳプロセスを用いて構成されることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のワイヤレス給電装置。
【請求項８】
請求項１から７のいずれかに記載のワイヤレス給電装置と、
前記ワイヤレス給電装置からの前記電力信号を受信するワイヤレス受電装置と、
を備えることを特徴とするワイヤレス給電システム。
【請求項９】
電界、磁界、電磁界のいずれかを含む電力信号を受信するワイヤレス受電装置であって、
それぞれが共通の負荷に接続されるとともに、それぞれが並列に設けられ、かつそれぞれが直列に設けられた受信コイルとキャパシタを含む、複数の共振回路を備え、
複数の前記受信コイルは、それぞれの互いに対応する巻線同士が近接するように巻装されることを特徴とするワイヤレス受電装置。
【請求項１０】
電界、磁界、電磁界のいずれかを含む電力信号を受信するワイヤレス受電装置であって、
交互に直列に接続された複数の受信コイルと複数の共振用キャパシタを含む受信アンテナを備え、
複数の前記受信コイルは、それぞれの互いに対応する巻線同士が近接するように巻装されることを特徴とするワイヤレス受電装置。
【請求項１１】
複数の前記受信コイルは、共通のコアの同じ箇所に、それぞれの互いに対応する巻線同士が近接するように巻装されることを特徴とする請求項１０に記載のワイヤレス受電装置。
【請求項１２】
複数の前記受信コイルは、空芯コイルであることを特徴とする請求項１０に記載のワイヤレス受電装置。
【請求項１３】
電界、磁界、電磁界のいずれかを含む電力信号を送信するワイヤレス給電装置と、
前記電力信号を受信する請求項１０から１２のいずれかに記載のワイヤレス受電装置と、
を備えることを特徴とするワイヤレス給電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワイヤレス給電技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話端末やノート型コンピュータなどの電子機器、あるいは電気自動車に対する給電技術として、ワイヤレス（非接触）電力伝送が着目されている。ワイヤレス電力伝送は、主に電磁誘導型、電波受信型、電場・磁場共鳴型、の３つに分類される。
【０００３】
電磁誘導型は短距離（数ｃｍ以内）において利用され、数百ｋＨｚ以下の帯域で数百Ｗの電力を伝送することができる。電力の利用効率は６０〜９８％程度となっている。
数ｍ以上の比較的長い距離に給電する場合、電波受信型が利用される。電波受信型では、中波〜マイクロ波の帯域で数Ｗ以下の電力を伝送することができるが、電力の利用効率は低い。数ｍ程度の中距離を、比較的高い効率で給電する手法として、電場・磁場共鳴型が着目されている（非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】A. Karalis, J.D. Joannopoulos, M. Soljacic、「Efficient wireless non-radiative mid-range energy transfer」、ANNALS of PHYSICS Vol. 323, pp.34-48, 2008, Jan.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図１は、ワイヤレス給電システムの一例を示す図である。ワイヤレス給電システム１１００は、ワイヤレス給電装置１２００およびワイヤレス受電装置１３００を備える。
【０００６】
ワイヤレス給電装置１２００は、送信コイルＬ１、共振用キャパシタＣ１および交流電源１０を備える。交流電源１０は、送信周波数ｆ１を有する電気信号Ｓ２を発生する。共振用キャパシタＣ１および送信コイルＬ１は共振回路を構成しており、その共振周波数は、電気信号Ｓ２の周波数にチューニングされている。送信コイルＬ１からは、電力信号Ｓ１が送出される。ワイヤレス給電システム１００では、電力信号Ｓ１として電波になっていない電磁波の近傍界（電界、磁界、あるいは電磁界）が利用される。
【０００７】
ワイヤレス受電装置１３００は、受信コイルＬ２、共振用キャパシタＣ２および負荷回路２０を備える。共振用キャパシタＣ２、受信コイルＬ２および負荷回路２０は共振回路を構成しており、その共振周波数は、電力信号Ｓ１の周波数にチューニングされる。
【０００８】
このようなワイヤレス給電システム１１００において、大電力を伝送しようとする場合、送信コイルＬ１と共振用キャパシタＣ１の両端間に、ときとして１ｋＶにも及ぶ高電圧が発生することになる。したがって従来では、共振用キャパシタＣ１や共振用キャパシタＣ２をモータ制御のバリコン（Variable Condenser）で構成し、機械的な制御によって共振周波数やＱ値をはじめとする回路特性の調節を行う必要があり、電子部品を用いた電気的手段によって行うことが困難であった。
【０００９】
本発明は係る課題に鑑みてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、回路特性を電気的に調節可能なワイヤレス給電装置の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のある態様は、電界、磁界、電磁界のいずれかを含む電力信号を送信するワイヤレス給電装置に関する。ワイヤレス給電装置は、複数のコイルと、それぞれが複数のコイルの対応するひとつと直列に設けられた複数のキャパシタと、それぞれが対応するコイルとキャパシタが形成する共振回路の両端に駆動電圧を印加する複数の交流電源と、を備える。
【００１１】
本発明の別の態様も、ワイヤレス給電装置に関する。ワイヤレス給電装置は、複数のコイルと、それぞれが、対応するコイルに駆動電圧を印加する、複数の交流電源と、を備える。
【００１２】
本発明の別の態様も、ワイヤレス給電装置に関する。ワイヤレス給電装置は、交互に直列に接続された複数のコイルと複数の共振用キャパシタを含む送信アンテナと、送信アンテナの両端間に駆動電圧を印加する交流電源と、を備える。
【００１３】
本発明の別の態様も、ワイヤレス給電装置に関する。ワイヤレス給電装置は、複数のコイルと、それぞれが、共振回路を形成するように複数のコイルの対応するひとつと直列に設けられる複数のキャパシタと、複数の共振回路の両端に駆動電圧を印加する交流電源と、を備える。
【００１４】
これらの態様によると、単一のコイルと単一のキャパシタにより電力を送信する給電装置に比べて、コイルおよび／またはキャパシタに印加される電圧を低下させることができ、したがって電子回路部品を用いた電気的手段によって、回路パラメータを調節することが可能となり、従来よりも低コストで柔軟な制御が可能となる。
【００１５】
本発明の別の態様は、ワイヤレス給電システムである。このワイヤレス給電システムは、上述のいずれかの態様のワイヤレス給電装置と、ワイヤレス給電装置からの電力信号を受信するワイヤレス受電装置と、を備える。
【００１６】
本発明の別の態様は、電界、磁界、電磁界のいずれかを含む電力信号を受信するワイヤレス受電装置に関する。ワイヤレス受電装置は、共通の負荷に接続された複数の共振回路を備える。複数の共振回路は並列に設けられ、それぞれが直列に設けられたコイルとキャパシタを含む。
【００１７】
本発明の別の態様も、ワイヤレス受電装置に関する。ワイヤレス受電装置は、交互に直列に接続された複数の受信コイルと複数の共振用キャパシタを含む受信アンテナを備える。
【００１８】
これらの態様によれば、単一のコイルと単一のキャパシタを備える受電装置に比べて、コイルおよび／またはキャパシタに印加される電圧を低下させることができ、したがって電子回路部品を用いた電気的手段によって、回路パラメータを調節することが可能となり、従来よりも低コストで柔軟な制御が可能となる。
【００１９】
本発明の別の態様は、電界、磁界、電磁界のいずれかを含む電力信号を送信するワイヤレス給電装置と、電力信号を受信する上述のワイヤレス受電装置と、を備える。
【００２０】
なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや本発明の構成要素や表現を、方法、装置などの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【００２１】
本発明のある態様によれば、電気的な調節が容易なワイヤレス給電装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】ワイヤレス給電システムの一例を示す図である。
【図２】第１の実施の形態に係るワイヤレス給電装置の構成を示す回路図である。
【図３】図３（ａ）は、単一のコイルを有するワイヤレス給電装置を、図３（ｂ）、（ｃ）は、２個に分割されたコイルを有するワイヤレス給電装置を、図３（ｄ）は、Ｎ個に分割されたコイルを有するワイヤレス給電装置を示す図である。
【図４】第２の実施の形態に係るワイヤレス給電装置の構成を示す回路図である。
【図５】第３の実施の形態に係るワイヤレス給電装置の構成を示す回路図である。
【図６】図６（ａ）は、第４の実施の形態に係るワイヤレス受電装置の構成を示す回路図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）のワイヤレス受電装置を搭載する電子機器の構成例を示す図である。
【図７】図６（ａ）のワイヤレス受電装置に生ずる共振電圧の波形図である。
【図８】第５の実施の形態に係るワイヤレス給電装置の構成を示す回路図である。
【図９】第６の実施の形態に係るワイヤレス受電装置の構成を示す回路図である。
【図１０】第７の実施の形態に係るワイヤレス給電装置の構成を示す回路図である。
【図１１】図１１（ａ）、（ｂ）は、図８の送信アンテナあるいは図９の受信アンテナの構成例を示す図である。
【図１２】図２のワイヤレス給電装置、あるいは図６（ａ）、図１０のワイヤレス給電装置の構成の一部を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。
【００２４】
本明細書において、「部材Ａが、部材Ｂと接続された状態」とは、部材Ａと部材Ｂが物理的に直接的に接続される場合のほか、部材Ａと部材Ｂが、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。
同様に、「部材Ｃが、部材Ａと部材Ｂの間に設けられた状態」とは、部材Ａと部材Ｃ、あるいは部材Ｂと部材Ｃが直接的に接続される場合のほか、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。
【００２５】
（第１の実施の形態）
図２は、第１の実施の形態に係るワイヤレス給電装置２００の構成を示す回路図である。
【００２６】
ワイヤレス給電装置２００は、図示しないワイヤレス受電装置に対して電力信号Ｓ１を送出する。電力信号Ｓ１は、電波になっていない電磁波の近傍界（電界、磁界、あるいは電磁界）である。
【００２７】
ワイヤレス給電装置２００は、複数ｎ個（ｎは２以上の整数）の送信コイルＬ１１〜Ｌ１ｎと、複数の共振用キャパシタＣ１１〜Ｃ１ｎと、複数の交流電源１０１〜１０ｎを備える。ｉ番目（１≦ｉ≦ｎ）の共振用キャパシタＣ１ｉは、対応する送信コイルＬ１ｉと直列に設けられる。ｉ番目の交流電源１０ｉは、対応する送信コイルＬ１と共振用キャパシタＣ１が形成するＬＣ直列共振回路の両端に駆動電圧ＶＤＲＶｉを印加する。本明細書において、本実施の形態のように、従来ひとつであった送信コイルＬ１を、複数の送信コイルＬ１に分割することを、コイル分割と称する。
【００２８】
送信コイルＬ１１〜Ｌ１ｎは、共通の磁性体１２に巻き付けられており、磁性体１２をはじめとする磁気回路を用いて、磁気的に互いに結合されている。
【００２９】
以上がワイヤレス給電装置２００の構成である。
【００３０】
続いて、コイル分割の原理を説明する。図３（ａ）は、単一のコイルを有するワイヤレス給電装置１２００を、図３（ｂ）、（ｃ）は、２個に分割されたコイルを有するワイヤレス給電装置を、図３（ｄ）は、Ｎ個に分割されたコイルを有するワイヤレス給電装置２００ｃを示す図である。
【００３１】
図３（ａ）のワイヤレス給電装置は、単一の送信コイルＬ１と、共振用キャパシタＣ１を有する。図３（ｂ）の送信コイルＬ１１、Ｌ１２は、図３（ａ）の送信コイルＬ１を２分割したものであり、分割前の送信コイルＬ１のインダクタンスをＬとするとき、分割後のコイルＬ１１、Ｌ１２のインダクタンスは、Ｌ／２であることが直ちに理解される。また、図３（ｂ）の共振用キャパシタＣ１１、Ｃ１２は、図３（ａ）のキャパシタＣ１を２分割したものであり、キャパシタＣ１の容量値をＣとするとき、共振用キャパシタＣ１１、Ｃ１２の容量値が２×Ｃであることが直ちに理解される。
【００３２】
そして、図３（ｂ）のコイルＬ１１、Ｌ１２と、共振用キャパシタＣ１１、Ｃ１２の順序を任意に入れ替えたとしても、交流電源１０から送信アンテナ（共振回路１４）を見たインピーダンスは変わらない。したがって、各送信コイルＬ１１、Ｌ１２に流れる電流も変わらず、生成される電力信号Ｓ１の強度も同じである。つまり図３（ｃ）に示すように、分割された送信コイルＬ１と分割された共振用キャパシタＣ１が交互に配置されるように並び替えたとしても、図３（ａ）と同じ強度の磁界を発生することができる。分割数を２より大きい整数Ｎに一般化すると、図３（ｄ）のワイヤレス給電装置２００ｃの構成が導かれる。この場合、分割されたコイルＬ１〜Ｌ１ｎのインダクタンスはＬ／ｎであり、分割された共振用キャパシタＣ１１〜Ｃ１ｎの容量値は、ｎ×Ｃである。
【００３３】
図３（ａ）の送信コイルＬ１の両端間の電圧の振幅をＶＬ、共振用キャパシタＣ１の両端間の電圧の振幅をＶＣとする。共振条件を満たすとき、ＶＬ＝ＶＣが成り立つ。図３（ｄ）のワイヤレス給電装置２００ｃにおいては、分割された送信コイルＬ１ｉの両端間の電圧はＶＬ／ｎで与えられ、分割された共振用キャパシタＣ１ｉの両端間の電圧はＶＣ／ｎで与えられる。
【００３４】
図３（ｃ）のワイヤレス給電装置２００ｃの利点は、図１あるいは図３（ａ）のワイヤレス給電装置１２００との対比によって明確となる。図１あるいは図３（ａ）のワイヤレス給電装置１２００によって大電力を供給するためには、送信コイルＬ１に大電流を流す必要があり、共振電圧ＶＣ、ＶＬは、数百Ｖあるいはそれ以上となりうる。
【００３５】
ワイヤレス給電装置１２００の現実的な用途を考慮すると、共振周波数の調整やＱ値の変更のために、共振用キャパシタＣ１の容量値および／または送信コイルＬ１のインダクタンスは調節可能に構成しておく必要がある。ところが、共振電圧ＶＣ、ＶＬが数百Ｖの場合、耐圧が低いトランジスタ素子やダイオードなどの電子回路部品を用いることは、困難であるため、機械的な手段を用いる必要がある。
【００３６】
これに対して図３（ｃ）のワイヤレス給電装置２００ｃによれば、コイル数ｎを増やすことにより、分割された送信コイルＬ１、分割された共振用キャパシタＣ１それぞれの共振電圧ＶＣｉ、ＶＬｉの振幅を小さくすることができ、これによりトランジスタ素子やダイオードなどの電子回路部品を用いた電気的手段によって、共振周波数やＱ値の調節などが可能となる。言い換えれば分割数ｎは、共振電圧ＶＣ１、ＶＬ１が、電子回路部品が利用可能な程度まで低下するように決めればよい。電気的手段による共振周波数やＱ値が調整は、モータ駆動のバリコンなどを用いた機械的な調整に比べて高速であるという利点もある。
【００３７】
共振電圧ＶＣ、ＶＬを従来よりも小さくすることにより、トランジスタ素子を用いたインプリメントが可能となる。そしてトランジスタ素子に印加される電圧を数Ｖ程度まで下げることにより、ＣＭＯＳプロセスを用いて半導体基板上に形成することができる。つまり複数の交流電源１０を単一のＩＣに集積化したり、共振用キャパシタＣ１や送信コイルＬ１の定数を変化させるためのスイッチ素子を単一のＩＣに集積化することが可能となる。
【００３８】
以下の考察により、図３（ｄ）のワイヤレス給電装置２００ｃから、図２のワイヤレス給電装置２００が導かれることが明らかになる。
図３（ｄ）のワイヤレス給電装置２００ｃにおいて、隣接する分割された送信コイルＬ１ｉと分割された共振用キャパシタＣ１ｉのペアは、共振回路１４ｉを形成していると把握できる。そして図３（ｄ）の交流電源１０が生成する電気信号Ｓ２の電圧振幅をＶＤＲＶとするとき、共振回路１４１〜１４ｎそれぞれには、ＶＤＲＶ／ｎの電圧が印加されている。なぜなら各共振回路１４１〜１４ｎそれぞれのインピーダンスは等しいからである。
【００３９】
したがって、図２の交流電源１０１〜１０ｎが生成する駆動電圧が、図３（ｄ）の交流電源１０が生成する駆動電圧ＶＤＲＶの１／ｎ倍であり、図２の分割された送信コイルＬ１１〜Ｌ１ｎの結合度Ｋが、図３（ｄ）の分割された送信コイルＬ１１〜Ｌ１ｎの結合度Ｋと等しければ、図２のワイヤレス給電装置２００は、図３（ｄ）のワイヤレス給電装置２００ｃや図３（ａ）のワイヤレス給電装置１２００と同じ強度の電気信号Ｓ２を発生させることができる。
【００４０】
図２のワイヤレス給電装置２００は、複数の交流電源１０１〜１０ｎを独立に制御することができるという利点を有する。これにより、動作させる交流電源１０の個数制御や、交流電源ごとに独立した位相制御、周波数制御が可能となり、ひいてはワイヤレス受電装置３００に供給する電力を制御したり、給電効率を最適化することが可能となる。
【００４１】
さらに図２のように複数の送信コイルＬ１を磁性体により結合させた場合、共振周波数を変更する際に、複数の送信コイルＬ１のすべてのインダクタンス値を変更させる必要がないという利点もある。つまり、少なくともひとつの送信コイルＬ１と共振用キャパシタＣ１のペアが形成するＬＣ共振回路の共振周波数を変化させることにより、ワイヤレス給電装置２００全体としての共振周波数を変化させることができる。
【００４２】
また、コイルの個数が増えることにより、コイルひとつが発生する磁束密度を下げることができるため、磁界の空間的な集中を抑制できる。これにより、図１のワイヤレス給電装置１２００に比べて、人体保護の観点からも有利である。
【００４３】
（第２の実施の形態）
図４は、第２の実施の形態に係るワイヤレス給電装置２００ａの構成を示す回路図である。ワイヤレス給電装置２００ａは、図２のワイヤレス給電装置２００から磁性体１２を省略した構成である。つまり複数の送信コイルＬ１１〜Ｌ１ｎは空芯コイルであり、磁性体により結合されておらず、それらの結合度は非常に小さく、あるいは実質的にゼロである。
【００４４】
図３（ｂ）は、図４のワイヤレス給電装置２００ａにおいて、図１のワイヤレス給電装置１２００と同じ強度の電力信号Ｓ１を発生させるために必要なコイルの個数ｎおよび共振用キャパシタＣ１の容量値（比）を示した図である。
【００４５】
図３（ｂ）に示されるように、ｎ個の送信コイルＬ１同士が非結合の場合、共振回路同士の相互作用は存在しない。したがって、ｎ分割したときの共振用キャパシタＣ１の容量値は、分割しない場合のｎ２倍となる。
【００４６】
つまり図４のワイヤレス給電装置２００ａによれば、図２のワイヤレス給電装置２００と同様に、コイル数ｎを増やすことにより、共振電圧ＶＣ１、ＶＬ１の振幅を小さくすることができる。これにより、上述した図２のワイヤレス給電装置２００と同様のさまざまな効果を得ることができる。
【００４７】
（第３の実施の形態）
図５は、第３の実施の形態に係るワイヤレス給電装置２００ｂの構成を示す回路図である。図５のワイヤレス給電装置２００ｂは、図４のワイヤレス給電装置２００ａから、複数の共振用キャパシタＣ１を省略したものである。たとえばある電力を供給するために生成すべき共振電圧ＶＬ１が図１のワイヤレス給電装置１２００において１ｋＶであるときに、図５のワイヤレス給電装置２００ｂをｎ＝１００で構成すると、ひとつの送信コイルＬ１の共振電圧ＶＬ１は１０Ｖとなる。これにより、ＬＣ共振を利用することなく、磁場共鳴型の電力伝送が可能となる。
【００４８】
（第４の実施の形態）
第１〜第３の実施の形態では、ワイヤレス給電装置２００について説明した。続く第４の実施の形態では、ワイヤレス受電装置３００について説明する。図６（ａ）は、第４の実施の形態に係るワイヤレス受電装置３００の構成を示す回路図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）のワイヤレス受電装置３００を搭載する電子機器の構成例を示す図である。
【００４９】
ワイヤレス受電装置３００は、共通の負荷回路２０に対し接続された複数の共振回路２２１〜２２ｎを備える。図６（ａ）ではｎ＝４の場合を示すが、ｎは任意の２以上の整数でよい。
【００５０】
共振回路２２は互いに並列に設けられており、それぞれは、直列に設けられた受信コイルＬ２と共振用キャパシタＣ２を含む。図６（ｂ）に示すように、複数の受信コイルＬ２１〜４は、電子機器２の筐体内の、離れた箇所、具体的には筐体の四隅に配置されてもよい。
【００５１】
複数の受信コイルＬ２１〜Ｌ２ｎは、図２のワイヤレス給電装置２００と同様に共通の磁性体によって結合されていてもよいし、図４のワイヤレス給電装置２００ａと同様に空芯コイルであってもよい。
【００５２】
図７は、図６（ａ）のワイヤレス受電装置３００に生ずる共振電圧ＶＣ２の波形図である。共振電圧ＶＬ２は、ＶＣ２と位相が１８０度シフトした波形であるため省略する。図７には、ｎ＝１、ｎ＝３それぞれの場合の波形が示される。このワイヤレス受電装置３００によれば、受信コイルＬ２の個数ｎを増やすにしたがい、共振用キャパシタＣ２、受信コイルＬ２それぞれに生ずる共振電圧ＶＣ２、ＶＬ２の振幅を小さくでき、これによりトランジスタ素子やダイオードなどの電子回路部品を用いた電気的手段によって、共振周波数やＱ値の調節などが可能となる。言い換えればコイル数ｎは、共振電圧ＶＬ２、ＶＣ２が、電子回路部品が利用可能な程度まで低下するように決めればよい。
【００５３】
共振電圧ＶＬ２、ＶＣ２を従来よりも小さくすることにより、ワイヤレス受電装置３００をトランジスタ素子を用いてインプリメントすることが可能となる。そしてトランジスタ素子に印加される電圧を数Ｖ程度まで下げることにより、ＣＭＯＳプロセスを用いて半導体基板上に形成することができる。
【００５４】
さらに複数の受信コイルＬ２を磁性体により結合させた場合、共振周波数を変更する際に、複数の受信コイルＬ２のすべてのインダクタンス値を変更させる必要がないという利点もある。つまり、少なくともひとつの共振回路２２において、共振周波数を変化させることにより、ワイヤレス給電装置３００全体としての共振周波数を変化させることができる。
【００５５】
また、受信コイルＬ２の個数ｎが増えることにより、受信コイルＬ２それぞれに誘起される磁束密度を下げることができるため、受信側において磁界の空間的な集中を抑制できる。これにより、図１のワイヤレス受電装置１３００に比べて、人体保護の観点からも有利である。
【００５６】
（第５の実施の形態）
図８は、第５の実施の形態に係るワイヤレス給電装置２００ｃの構成を示す回路図である。ワイヤレス給電装置２００ｃは、複数ｎ個（ｎは２以上の整数）の送信コイルＬ１１〜Ｌ１ｎと、複数の共振用キャパシタＣ１１〜Ｃ１ｎと、単一の交流電源１０を備える。
【００５７】
ワイヤレス給電装置２００ｃの構成は、図３（ｄ）において説明した通りである。
複数の送信コイルＬ１１〜Ｌ１ｎと、共振用キャパシタＣ１１〜Ｃ１ｎは、交互に、直列に接続され、送信アンテナ２４を形成する。交流電源１０は、送信アンテナ２４の両端間に、駆動電圧ＶＤＲＶを印加する。
【００５８】
図２と同様、複数の送信コイルＬ１１〜Ｌ１ｎは、共通の磁性体（不図示）に巻き付けられ、磁気的に互いに結合されている。あるいは、その変形例において、図４と同様に、複数の送信コイルＬ１１〜Ｌ１ｎを空芯コイルで形成し、磁性体を省略してもよい。
【００５９】
以上がワイヤレス給電装置２００ｃの構成である。
ワイヤレス給電装置２００ｃでは、交流電源１０が発生すべき駆動電圧ＶＤＲＶ（電気信号Ｓ２）の振幅は、コイル分割を行わない図１のワイヤレス給電装置１２００と同程度の数百Ｖ程度となる。一方、個々の共振回路２２１〜２２ｎに着目すると、それらの両端間の電圧は、駆動電圧ＶＤＲＶの１／ｎ倍となる。したがって、図２や図４のワイヤレス給電装置と同様に、共振電圧ＶＣ１、ＶＬ１の振幅を小さくすることができ、これによりトランジスタ素子やダイオードなどの電子回路部品を用いた電気的手段によって、共振周波数やＱ値の調節などが可能となる。言い換えればコイル数ｎは、共振電圧ＶＣ１、ＶＬ１が、電子回路部品が利用可能な程度まで低下するように決めればよい。電気的手段による共振周波数やＱ値が調整は、モータ駆動のバリコンなどを用いた機械的な調整に比べて高速であるという利点もある。
【００６０】
共振電圧ＶＣ１、ＶＬ１を従来よりも小さくすることにより、トランジスタ素子を用いたインプリメントが可能となる。そしてトランジスタ素子に印加される電圧を数Ｖ程度まで下げることにより、ＣＭＯＳプロセスを用いて半導体基板上に形成することができる。つまり共振用キャパシタＣ１や送信コイルＬ１の定数を変化させるためのスイッチ素子を単一のＩＣに集積化することが可能となる。
【００６１】
さらに複数の送信コイルＬ１を磁性体により結合させた場合、共振周波数を変更する際に、複数の送信コイルＬ１のすべてのインダクタンス値を変更させる必要がないという利点もある。つまり、少なくともひとつの送信コイルＬ１と共振用キャパシタＣ１のペアが形成するＬＣ共振回路の共振周波数を変化させることにより、ワイヤレス給電装置２００ｃ全体としての共振周波数を変化させることができる。
【００６２】
また、コイルの個数が増えることにより、コイルひとつが発生する磁束密度を下げることができるため、磁界の空間的な集中を抑制できる。これにより、図１のワイヤレス給電装置１２００に比べて、人体保護の観点からも有利である。
【００６３】
（第６の実施の形態）
図９は、第６の実施の形態に係るワイヤレス受電装置３００ｂの構成を示す回路図である。ワイヤレス受電装置３００ｂは、受信アンテナ２６と、負荷回路２０を備える。
受信アンテナ２６は、交互に直列に接続された複数の受信コイルＬ２１〜Ｌ２ｎと複数の共振用キャパシタＣ２１〜Ｃ２ｎを含む。
【００６４】
受信コイルＬ２１〜Ｌ２ｎは、磁気的に結合されていてもよいし、磁気的に独立してもよい。
【００６５】
図９のワイヤレス受電装置３００ｂによれば、図６（ａ）のワイヤレス受電装置３００と同様の効果を得ることができる。図６（ａ）のワイヤレス受電装置３００は、負荷回路２０に対して大電流、低電圧を供給するのに適するのに対して、図９のワイヤレス受電装置３００ｂは、高電圧、小電流を供給するのに適している。したがって負荷回路２０の種類に応じて、複数の共振回路２２を直列に接続するのか、並列に接続するのかを選択すればよい。
【００６６】
（第７の実施の形態）
図１０は、第７の実施の形態に係るワイヤレス給電装置２００ｄの構成を示す回路図である。図１０のワイヤレス給電装置２００ｄでは、複数の共振回路２２が、並列に接続され、複数の共振回路２２は、単一の交流電源１０によって駆動される。ワイヤレス給電装置２００ｄによれば、図２のワイヤレス給電装置２００と同様の効果を得ることができる。図１０のワイヤレス給電装置２００ｄにおいて、磁性体１２を省略してもよい。
【００６７】
図１１（ａ）、（ｂ）は、図８の送信アンテナ２４あるいは図９の受信アンテナ２６の構成例を示す図である。ここでは、理解の容易化を目的としてコイル数ｎ＝３の場合を説明する。図１１（ａ）と（ｂ）では、磁性体１２に対する送信コイル（受信コイル）Ｌの巻装態様が異なっている。
【００６８】
図１１（ａ）では、複数のコイルＬ１、Ｌ２、Ｌ３、磁性体１２の隣接する異なる箇所に巻装される。送信アンテナ２４あるいは受信アンテナ２６が動作中、共振用キャパシタＣ１の両端間には、数十〜数百Ｖもの大電圧が発生する。したがって、隣接するコイルＬ１の一端Ｐ１とコイルＬ２の一端Ｐ２の電位差ΔＶも大きくなる。この場合、一方のコイルＬ１が発生する磁場の影響が、他方のコイルＬ２に及び、近接効果によって損失が大きくなる。
【００６９】
図１１（ｂ）では、複数のコイルＬ１（破線）、コイルＬ２（一点鎖線）、コイルＬ２（実線）、が、磁性体１２の同じ箇所に巻装される。具体的には、図１１（ｂ）に示すように、複数のコイルＬ１、Ｌ２、Ｌ３それぞれの互いに対応する巻線同士が近接するように巻装することが好ましい。図１１（ｂ）の構成によれば、対応する巻線における電位が近くなるため、近接効果の影響を低減し、損失を低減できる。
【００７０】
図１１（ｂ）に示すコイルの巻装方法は、共振回路が並列に接続される回路、具体的には、図２のワイヤレス給電装置、あるいは図６（ａ）、図１０のワイヤレス受電装置にも適用可能である。図１２は、図２のワイヤレス給電装置、あるいは図６（ａ）、図１０のワイヤレス給電装置の構成の一部を示す図である。
【００７１】
図２のワイヤレス給電装置２００、図６（ａ）、図１０のワイヤレス受電装置３００において、複数のコイルを図１１（ａ）に示す形態で磁性体１２に換装すると、近接効果の影響により損失が大きくなる。これに対して、図１２に示すように複数のコイルを巻装することにより、損失を低減できる。
【００７２】
なお、図１１（ｂ）、図１２の変形例において、磁性体１２を省略して、複数のコイルＬ１〜Ｌ３を空芯コイルとしてもよい。あるいは、複数のコイルＬ１〜Ｌ３を、共通の非磁性体のコアに巻装してもよい。近接効果は、コイルＬ１〜Ｌ３がわずかでも結合していれば発生するため、空芯コイル、あるいは非磁性体のコアに換装されるコイルについても、図１１（ｂ）の巻装形態とすることで、近接効果の影響を低減できる。
【００７３】
実施の形態にもとづき本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用を示しているにすぎず、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を逸脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が認められる。
【符号の説明】
【００７４】
１００…ワイヤレス給電システム、２００…ワイヤレス給電装置、３００…ワイヤレス受電装置、１０…交流電源、２０…負荷回路、２２…共振回路、２４…送信アンテナ、２６…受信アンテナ、Ｌ１…送信コイル、Ｌ２…受信コイル、１２…磁性体、Ｃ１，Ｃ２…共振用キャパシタ、Ｓ１…電力信号、Ｓ２…電気信号。
【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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