(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
受電コイルを搭載した受電装置へワイヤレスで電力を伝送する給電装置であって、
２つの主面を有する平板状の磁性体と、
前記２つの主面上の任意の位置に配置される給電コイルと、を備え、
電力伝送時に、前記受電コイルは前記２つの主面上の任意の位置に配置され、かつ、前記給電コイルが配置される位置と前記受電コイルが配置される位置とが異なり、
前記給電コイルは、前記受電コイルが配置される磁性体の主面と同一の主面に配置されることを特徴とする給電装置。
【請求項２】
前記給電コイルは、巻回された絶縁被覆導体により構成されていることを特徴とする請求項１に記載の給電装置。
【請求項３】
前記磁性体は、外表面を被覆する絶縁フィルムを有することを特徴とする請求項１または２に記載の給電装置。
【請求項４】
前記給電コイルは、その中心軸が前記磁性体の主面とほぼ垂直になるように配置されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の給電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、給電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電源コードを用いずに電力を供給する非接触電力伝送技術が注目されている。非接触電力伝送技術は、給電側から受電側に非接触で電力を供給できることから、電車、電気自動車等の輸送機器、家電製品、電子機器、無線通信機器、玩具、といった様々な製品への応用が期待されている。
【０００３】
こうした背景から、電池と誘導コイルを内蔵する電池内蔵機器を充電する充電台の開発が活発化してきている。この充電台では、利用者の利便性を向上させるため、電池内蔵機器を充電台のどこに載せても内蔵電池を効率よく充電できる充電台の開発要求が高まってきている。
【０００４】
例えば、特許文献１には、電池と誘導コイルを内蔵する電池内蔵機器を充電する充電台であって、誘導コイルに起電力を誘導する電源コイルと、電源コイルを移動させる移動機構と、誘導コイルの位置を検出して移動機構を制御し、電源コイルを誘導コイルに接近させる位置検出制御器とを備えた充電台が提案されている。この充電台では、ケースの上面プレートに電池内蔵機器が載せられると、この電池内蔵機器の位置が位置検出制御器で検出され、電池内蔵機器の位置を検出した位置検出制御器は、移動機構を制御して、移動機構でもって電源コイルを上面プレートに沿って移動させて電池内蔵機器の誘導コイルに接近させることにより、電池内蔵機器をケース上面のどこに載せても内蔵電池を効率よく充電できる充電台を実現している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１４−６４４６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に開示される技術では、電源コイルを移動させるための移動機構として、サーボモータなどのアクチュエータが必要となるため、本来の非接触電力伝送以外の用途に電力が消費されてしまうという課題があった。また、特許文献１に開示される技術では、位置検出制御器によって、電池内蔵機器の位置を検出したのち、移動機構を制御して電源コイルを誘導コイルに接近するように移動させているため、電池内蔵機器が充電台に載せられてから内蔵電池への充電が開始されるまでに電源コイルと誘導コイルの位置合わせを行う時間を要してしまうことから、充電開始までの応答速度が遅いという課題もあった。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、不要な電力消費を抑制するとともに、受電装置への電力伝送開始までの応答性が高く、受電装置への電力伝送が可能な給電領域（載置範囲）を拡大させた給電装置（給電台等への応用が可能な給電装置）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】
【０００８】
本発明に係る給電装置は、受電コイルを搭載した受電装置へワイヤレスで電力を伝送する給電装置であって、２つの主面を有する平板状の磁性体と、前記２つの主面上の任意の位置に配置される給電コイルと、を備え、電力伝送時に、前記受電コイルは前記２つの主面上の任意の位置に配置され、かつ、前記給電コイルが配置される位置と前記受電コイルが配置される位置とが異なることを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、給電コイルと受電装置は、磁性体の主面上にそれぞれ配置される。そのため、給電コイルから発生する磁束は、給電コイルが配置された箇所から磁性体内に流れ込み、磁性体の表面全体から空気中に放射され給電コイルに至る（戻る）ように周回する。このとき、磁性体の主面上の給電コイルが配置された箇所以外の領域に給電領域（載置面）が形成されることとなる。そして、受電装置を磁性体の主面上に形成される載置面（給電領域）に載置（配置）すると、磁性体の表面（主面）から放射される磁束が受電装置に搭載された受電コイルに鎖交し、誘導起電力が生じる。したがって、受電装置を磁性体の載置面（給電領域）に載置（配置）することで、アクチュエータにより給電コイルを移動させることなく、瞬時に受電装置への電力伝送が開始させることができる。その結果、不要な電力消費（アクチュエータにおける電力消費）を抑制することができるとともに、受電装置への電力伝送開始までの応答性を高くすることができる。
【００１０】
また、本発明に係る給電装置においては、受電コイルは、磁性体の２つの主面上の任意の位置に配置され、かつ、給電コイルが配置される位置と受電コイルが配置される位置とが異なっている。つまり、受電コイルは磁性体の２つの主面上における給電コイルが配置される箇所以外の任意の位置に配置されることとなり、載置面の面積（主面上の受電装置（受電コイル）を配置することができる領域の面積）が、設置面の面積（主面上の給電コイルが配置される箇所の面積）よりも大きくなっている。そのため、磁性体の主面上に受電装置（受電コイル）を載置（配置）するときの自由度が高まると共に、受電装置への電力伝送が可能な給電領域（載置範囲）を拡大させることができる。
【００１１】
また、前記給電コイルは、巻回された絶縁被覆導体により構成されていることが好ましい。こうすることにより、給電コイルにおける短絡を防止することができると共に、給電コイルと磁性体との間の絶縁も確保することができる。
【００１２】
給電コイルは、磁性体に対して着脱可能であることが好ましい。この場合、給電コイルを設置（配置）する場所を磁性体の主面上のあらゆる場所に変更することができる。つまり、給電コイルを設置（配置）する場所を変更することで、給電領域（載置範囲）を変化させることができる。したがって、受電装置（受電コイル）を載置（配置）することができる給電領域（載置範囲）を目的に応じて適宜変更することが可能となるため、給電装置の利便性が向上する。また、給電領域（載置範囲）において給電される電力は、給電コイルが設置（配置）された場所からの距離に応じて変化するため、その場所を変更することで、給電される電力を変化させることもできる。したがって、給電領域（載置範囲）において給電される電力を目的に応じて適宜変更することが可能となり、利便性が向上する。
【００１３】
また、前記磁性体は、外表面を被覆する絶縁フィルムを有することが好ましい。この場合、給電コイルと磁性体との間の絶縁を確保することができる。
【００１４】
前記給電コイルは、前記受電コイルが配置される磁性体の主面と同一の主面に配置されることが好ましい。この場合、給電コイルと受電コイルの相対的な位置関係をより簡単に変更することができる。
【００１５】
前記給電コイルは、その中心軸が前記磁性体の主面とほぼ垂直になるように配置されることが好ましい。この場合、給電コイルから発生する磁束を、より効率的に磁性体内に流れ込ませることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、不要な電力消費を抑制するとともに、受電装置への電力伝送開始までの応答性が高く、受電装置への電力伝送が可能な給電領域（載置範囲）を拡大させた給電装置（給電台等への応用が可能な給電装置）を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の好適な実施形態に係る給電台が適用される非接触電力伝送装置を示す概略図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る給電台を電源部とともに示す斜視図である。
【図３】図２における切断線Ａ−Ａに沿う給電台の断面図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係る給電台を応用した例を示す模式図である。
【図５】本発明の第１実施形態に係る給電台を応用した別の例を示す模式図である。
【図６】本発明の第１実施形態に係る給電台を応用した別の例を示す模式図である。
【図７】本発明の第１実施形態に係る給電台を応用した別の例を示す模式図である。
【図８】図３に示した本発明の第１実施形態に係る給電台の断面図に相当する、本発明の第２実施形態に係る給電台の断面図である。
【図９】本発明の第３実施形態に係る給電台の平面図である。
【図１０】本発明の第３実施形態に係る給電台における給電コイルと給電側共振キャパシタの回路構成を模式的に示す回路構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。
【００１９】
本発明に係る給電装置は多種多様な応用分野があり、そのうちの好適な実施形態として給電台が挙げられる。まず、図１を参照して、本発明の好適な実施形態に係る給電台が適用される非接触電力伝送装置Ｓ１の全体構成について説明する。図１は、本発明の好適な実施形態に係る給電台が適用される非接触電力伝送装置を示す概略図である。
【００２０】
非接触電力伝送装置Ｓ１は、図１に示されるように、給電装置１００と、受電装置２００と、を有する。
【００２１】
まず、給電装置１００について説明する。給電装置１００は、電源部１１０と、給電台Ｄと、を有する。
【００２２】
電源部１１０は、電源１１０ａと、電力変換回路１１０ｂと、を有する。電源１１０ａは、直流電力を電力変換回路１１０ｂに供給する。電源１１０ａとしては、直流電力を出力するものであれば特に制限されず、商用交流電源を整流・平滑した直流電源、二次電池、太陽光発電した直流電源などが挙げられる。
【００２３】
電力変換回路１１０ｂは、直流電力を交流電力に変換する機能を有する。すなわち、電力変換回路１１０ｂは、インバータとして機能することとなる。電力変換回路１１０ｂは、複数のスイッチング素子がブリッジ接続されたスイッチング回路から構成される。このような電力変換回路１１０ｂとしては、フルブリッジ回路やハーフブリッジ回路などが挙げられる。
【００２４】
給電台Ｄは、２つの主面を有する平板状の磁性体と、その主面上の任意の位置に配置される給電コイルとを備え、電力変換回路１１０ｂから供給される交流電力を後述する受電装置２００に非接触にて（ワイヤレスで）伝送する給電部として機能する。なお、給電台Ｄの具体的な構成は後述する。
【００２５】
続いて、受電装置２００について説明する。受電装置２００は、受電コイル２１０と、整流回路２２０と、負荷２３０と、を有する。
【００２６】
受電コイル２１０は、電力伝送時に、給電台Ｄに含まれる磁性体の主面上の任意の位置に配置される。このように配置されたとき、給電コイルが発生する磁束はこの磁性体を介して受電コイル２１０と鎖交する。このとき、受電コイル２１０は、伝送される交流電力を受電する受電部として機能する。この受電コイル２１０は、導線が巻回されて構成され、平面状の対向する２つのコイル面を有している。すなわち、受電コイル２１０は、いわゆる平面状のスパライル構造のコイルである。受電コイル２１０を構成する導線としては、銅、銀、金、アルミニウムなどの金属ワイヤを多数本撚り合わせたリッツ線が挙げられる。また、受電コイル２１０の導線の巻数は、所望の電力伝送効率などに基づいて適宜設定される。なお、受電装置２００は、受電コイル２１０に接続されて共振回路を構成する受電側共振キャパシタ（図示しない）を含んで構成されていてもよい。この受電側共振キャパシタとしては、電力伝送効率を向上させるという観点から、誘電正接ｔａｎδが小さい低誘電率系のコンデンサが挙げられる。
【００２７】
整流回路２２０は、受電コイル２１０が受電した交流電力を整流して負荷２３０に出力する。整流回路２２０は、例えば図示しないブリッジダイオードと平滑用キャパシタから構成される。具体的には、ブリッジダイオードにより、受電コイル２１０から出力される交流電圧は全波整流され、さらに、平滑用キャパシタにより、全波整流された電圧が平滑される。
【００２８】
負荷２３０は、整流回路２２０に接続され、整流回路２２０から出力される直流電力により充電される。負荷２３０としては、再充電可能な二次電池（リチウムイオン電池、リチウムポリマー電池、ニッケル水素電池）などが挙げられる。
【００２９】
このような構成を備えることにより、給電装置１００の給電台Ｄから受電装置２００の受電コイル２１０に非接触にて（ワイヤレス）電力が伝送される非接触給電装置Ｓ１が実現される。
【００３０】
（第１実施形態）
次に、図２および図３を参照して、本発明の第１実施形態に係る給電台Ｄ１の構成について説明する。図２は、本発明の第１実施形態に係る給電台を電源部とともに示す斜視図である。図３は、図２における切断線Ａ−Ａに沿う給電台の断面図である。図３中、給電コイルＬ１から発生する磁束として、代表的なものを矢印で示している。
【００３１】
給電台Ｄ１は、図２に示されるように、磁性体板（平板状の磁性体）Ｎ１と、給電コイルＬ１と、を有する。
【００３２】
磁性体板Ｎ１は、平板状に成型された磁性体から構成されている。磁性体板Ｎ１を構成する磁性体としては、フェライト、パーマロイ、珪素鋼板などが挙げられ、比透磁率は高ければ高いほど好ましく、比透磁率１０００以上の磁性体を用いると好ましい。その理由としては、空気に対する比透磁率が高ければ高いほど、後述する給電コイルＬ１が発生する磁束が磁性体板Ｎ１内を効率良く通過して電力伝送効率を向上できるためである。また、磁性体板Ｎ１は、電力変換回路１１０ｂから後述する給電コイルＬ１に供給される交流電流の周波数に応じてコア損失が小さい磁性体を選択するよい。理由としては、コア損失が小さいほど、磁性体板Ｎ１の発熱を抑制できるからである。例えば、電力変換回路１１０ｂから後述する給電コイルＬ１に供給される交流電流の周波数が数ｋＨｚ〜数十ｋＨｚの場合、磁性体板Ｎ１はフェライトから構成されていると好ましく、電力変換回路１１０ｂから後述する給電コイルＬ１に供給される交流電流の周波数が商用周波数の場合、磁性体板Ｎ１は珪素鋼板から構成されていると好ましい。本実施形態では、磁性体板Ｎ１は、単板の磁性体から構成されているがこれに限られることなく、個片状の磁性体を連結して構成されていてもよい。この磁性体板Ｎ１は、図２に示されるように、外形形状が略直方体形状を呈しており、その該表面として、対向する第１および第２の主面Ｎ１ａ，Ｎ１ｂと、対向する第１および第２の側面Ｎ１ｃ，Ｎ１ｄと、対向する第３および第４の側面Ｎ１ｅ，Ｎ１ｆと、を有する。第１および第２の側面Ｎ１ｃ，Ｎ１ｄは、第１および第２の主面Ｎ１ａ，Ｎ１ｂ間を連結するように第１および第２の主面Ｎ１ａ，Ｎ１ｂの図示左右方向に伸びている。第３および第４の側面Ｎ１ｅ，Ｎ１ｆは、第１および第２の主面Ｎ１ａ，Ｎ１ｂ間を連結するように第１および第２の主面Ｎ１ａ，Ｎ１ｂの図示奥行方向に伸びている。
【００３３】
また、磁性体板Ｎ１は、受電装置２００（受電コイル２１０）が載置（配置）される載置面Ｒ１と、後述する給電コイルＬ１が設置（配置）される設置面Ｒ２と、を有している。ここで、磁性体板Ｎ１が有する「受電装置２００（受電コイル２１０）が載置（配置）される載置面Ｒ１」とは、磁性体板Ｎ１の主面上であって、受電装置２００（受電コイル２１０）が直接あるいは間接的に載置（配置）可能な領域のことを意味し、磁性体板Ｎ１が保護カバーや筐体（図示しない）に収容される場合は、これら保護カバーや筐体の最外表面上の領域を意味する。なお、本実施形態では、説明の便宜上、磁性体板Ｎ１上に受電装置２００を直接載置（配置）する例を用いて説明する。具体的には、図２に示されるように、載置面Ｒ１は、磁性体板Ｎ１の第１の主面Ｎ１ａ上に区画形成されており、設置面Ｒ２は、磁性体板Ｎ１の第１の主面Ｎ１ａ上の載置面Ｒ１内に区画形成されている。つまり、設置面Ｒ２は、磁性体板Ｎ１の第１および第２の主面Ｎ１ａ，Ｎ１ｂの対向方向から見て、載置面Ｒ１と重なり合うように設けられていることとなる。なお、給電コイルＬ１が磁性体板Ｎ１の第１の主面Ｎ１ａ上に区画形成される設置面Ｒ２の任意の位置に設置（配置）されると、受電装置２００（受電コイル２１０）は磁性体板Ｎ１の第１の主面Ｎ１ａ上に区画形成される載置面Ｒ１の給電コイルＬ１が配置される位置とは異なる位置に配置される。つまり、受電装置２００（受電コイル２１０）は、磁性体板Ｎ１の主面上における給電コイルＬ１が配置される箇所以外の任意の位置に配置されることとなる。ここで、給電コイルＬ１は、本実施形態のように、受電装置２００（受電コイル２１０）が配置される磁性体板Ｎ１の主面と同一の主面に配置されていると望ましい。この場合、給電コイルＬ１と受電コイル２１０の相対的な位置関係をより簡単に変更することができる。本実施形態では、載置面Ｒ１の面積は、設置面Ｒ２の面積よりも大きくなっている。すなわち、受電装置２００（受電コイル２１０）は、磁性体板Ｎ１の第１の主面Ｎ１ａ上の広範囲に載置（配置）することが可能となっている。設置面Ｒ２の面積は、載置面Ｒ１の面積に対して、１／３以下に設定すると好ましい。設置面Ｒ２の面積が載置面Ｒ１の面積に対して１／３以下に設定されると、受電装置２００（受電コイル２１０）を配置することができる範囲（領域）である給電領域（載置範囲）を広くできるとともに、設置面Ｒ２に設置（配置）される後述する給電コイルＬ１の大きさを小さくすることができる。なお、本実施形態では、設置面Ｒ２が載置面Ｒ１と同じ磁性体板Ｎ１の第１の主面Ｎ１ａ上に設けられているがこれに限られることなく、設置面Ｒ２を、磁性体板Ｎ１の載置面Ｒ１が設けられる面（第１の主面Ｎ１ａ）とは異なる面に設けてもよい。例えば、設置面Ｒ２を磁性体板Ｎ１の第２の主面Ｎ１ｂあるいは第１〜第４の側面Ｎ１ｃ〜Ｎ１ｆに設けてもよい。この場合、磁性体板Ｎ１の第１の主面Ｎ１ａ全体にわたって受電装置２００（受電コイル２１０）が載置（配置）可能となるため、受電装置２００への電力伝送が可能な給電領域（載置範囲）を拡大することができる。ここで、設置面Ｒ２の面積とは、磁性体板Ｎ１上に設置（配置）される後述する給電コイルＬ１によって覆われる領域のことを意味し、載置面Ｒ１の面積とは、磁性体板Ｎ１上に受電装置２００（受電コイル２１０）を載置（配置）した際に、受電装置２００に搭載される受電コイル２１０に対して電力伝送が可能な磁性体板Ｎ１上の領域のことを意味する。
【００３４】
給電コイルＬ１は、図２および図３に示されるように、導線が巻回されて構成され、平面状の対向する２つのコイル面Ｌ１ａ，Ｌ１ｂを有する。すなわち、給電コイルＬ１は、いわゆる平面状のスパイラル構造のコイルである。給電コイルＬ１を構成する導線としては、銅、銀、金、アルミニウムなどの金属ワイヤを多数本撚り合わせたリッツ線が挙げられる。また、給電コイルＬ１の導線の巻数は、所望の電力伝送効率などに基づいて適宜設定される。
【００３５】
また、給電コイルＬ１は、２つのコイル面Ｌ１ａ，Ｌ１ｂの少なくとも１つが、磁性体板Ｎ１の設置面Ｒ２と対向するように設置（配置）されている。具体的には、給電コイルＬ１のコイル面Ｌ１ｂが磁性体板Ｎ１の設置面Ｒ２と対向して設置（配置）されている。つまり、給電コイルＬ１は、その中心軸が磁性体板Ｎ１の主面（第１および第２の主面Ｎ１ａ，Ｎ１ｂ）とほぼ垂直になるように配置されている。これにより、給電コイルＬ１から発生する磁束を、より効率的に磁性体板Ｎ１内に流れ込ませることができる。ここで、設置面Ｒ２は、載置面Ｒ１よりも面積が小さいことから、設置面Ｒ２に設置（配置）される給電コイルＬ１の大きさも載置面Ｒ１よりも小さいことになる。本実施形態では、給電コイルＬ１のコイル面Ｌ１ｂが磁性体板Ｎ１の設置面Ｒ２と接触して設置されている。すなわち、給電コイルＬ１のコイル面Ｌ１ａは、空気に接しており、給電コイルＬ１のコイル面Ｌ１ｂは、磁性体板Ｎ１に接していることとなる。これにより、給電コイルＬ１に発生する磁束は、透磁率が低い空気に接しているコイル面Ｌ１ａよりも透磁率が圧倒的に高い磁性体板Ｎ１に接しているコイル面Ｌ１ｂから空気中をほとんど介在することなく磁性体板Ｎ１内へと流れ込むこととなる。なお、本実施形態では、給電コイルＬ１は、磁性体板Ｎ１の第１の主面Ｎ１ａ上に設けられた設置面Ｒ２に設置（配置）されているがこれに限られない。例えば、磁性体板Ｎ１の第１の主面Ｎ１ａに窪み（図示しない）を設け、この窪みの底部に設置面Ｒ２を設けて給電コイルＬ１を設置するようにしてもよい。但し、この場合においても、給電コイルＬ１のコイル面Ｌ１ａは、空気に接している必要がある。この点に関して、給電コイルＬ１を磁性体板Ｎ１に内蔵すると、給電コイルＬ１から発生する磁束は、磁性体板Ｎ１内を遠くまで流れることなく最短ルートで周回してしまう。したがって、給電コイルＬ１は、２つのコイル面Ｎ１ａ，Ｎ１ｂのうち少なくとも１つが、空気に接するように磁性体板Ｎ１に設置される必要がある。
【００３６】
本実施形態では、給電コイルＬ１は、図３に示されるように、絶縁フィルムＦによって包含されている。つまり、給電コイルＬ１は、間に絶縁フィルムＦを介して設置面Ｒ２に設置されることとなる。この場合、給電コイルＬ１と磁性体板Ｎ１との間の絶縁を確保することができる。この絶縁フィルムＦとしては、厚さ数十μｍ程度のポリイミドなどの絶縁性樹脂材料が挙げられる。ここで、絶縁フィルムＦは、給電コイルＬ１から磁性体板Ｎ１への磁束の流れ込みを円滑にするという観点から、厚さは１ｍｍ未満に設定されると好ましい。なお、本実施形態では、給電コイルＬ１が絶縁フィルムＦに包含されているがこれに限られることなく、磁性体板Ｎ１が外表面を被覆する絶縁フィルムＦを有し、磁性体板Ｎ１の全体を絶縁フィルムＦによって包含するように構成してもよい。但し、この場合においても、絶縁フィルムＦは、厚さが１ｍｍ未満に設定される必要がある。また、給電コイルＬ１の導線自体が絶縁体に被覆されたポリエチレン絶縁電線やビニル絶縁電線などの絶縁被覆導体を用いて巻回して構成するようにしてもよい。但し、この場合においても、絶縁体の厚さが１ｍｍ未満に設定される必要がある。またさらには、給電コイルＬ１は、磁性体板Ｎ１の設置面Ｒ２に対して着脱可能に構成されている。すなわち、給電コイルＬ１は、磁性体板Ｎ１の主面上で設置（配置）することが可能な面であれば、あらゆる場所に設置（配置）することが可能となる。これにより、設置面Ｒ２を磁性体板Ｎ１のあらゆる場所に変更できることとなる。つまり、設置面Ｒ２の場所を変更することで、載置面Ｒ２内に形成される給電領域Ｋの場所を変化させることができる。したがって、受電装置２００（受電コイル２１０）を載置（配置）する載置面Ｒ１の場所を目的に応じて適宜変更することが可能となるため、利便性を向上できる。また、載置面Ｒ１内に形成される給電領域Ｋにおける給電量は設置面Ｒ２からの距離に応じて変化するため、設置面Ｒ２の場所を変更することで、この給電領域Ｋにおける給電量も変化させることが可能となる。したがって、載置面Ｒ１内に形成される給電領域Ｋにおける給電量を目的に応じて適宜変更することが可能となり、利便性を向上させることができる。
【００３７】
続いて、図３を参照して、給電コイルＬ１が発生する磁束について詳細に説明する。給電コイルＬ１に電源部１１０から交流電圧が印加されると、交流電圧に基づく交流電流が流れ、交流磁界が発生する。そして、給電コイルＬ１から発生する磁束は、図３に示されるように、給電コイルＬ１のコイル面Ｌ１ｂから磁性体板Ｎ１内に流れ込み、磁性体板Ｎ１の第１の主面Ｎ１ａのあらゆる部分から空気中に放射され、給電コイルＬ１に至るように周回する。このとき、磁性体板Ｎ１は空気よりも格段に比透磁率が高い材質から構成されているため、給電コイルＬ１から発生した磁束は、磁性体板Ｎ１に沿って遠方にまで広がることとなる。これにより、磁性体板Ｎ１の第１の主面Ｎ１ａ上に広範囲の電力伝送が行われる給電領域Ｋが形成されることとなる。つまり、この給電領域Ｋが受電装置２００への電力伝送が可能な範囲となる。本実施形態では、給電領域Ｋの範囲を磁性体板Ｎ１の載置面Ｒ１として設定している。したがって、磁性体板Ｎ１の載置面Ｒ１の範囲であれば、どこに受電装置２００（受電コイル２１０）を載置（配置）しても電力伝送が行われることとなる。なお、本実施形態では、磁性体板Ｎ１の載置面Ｒ１を給電領域Ｋと同じ範囲に設定しているが、給電領域Ｋの範囲内であれば小さくても構わない。
【００３８】
以上のように、本発明者の検証による結果、本実施形態では、磁性体板Ｎ１の載置面Ｒ１の範囲であれば、どこに受電装置２００（受電コイル２１０）を載置（配置）しても電力伝送が行われる。つまり、給電コイルＬ１と受電コイル２１０を対向配置させることが非接触電力伝送（ワイヤレス電力伝送）の必須要件ではないことが判明した。一般的には、給電コイルと受電コイルを対向配置させることにより、給電コイルに発生した磁束が受電コイルに鎖交し、誘導起電力が生じることで非接触電力伝送（ワイヤレス電力伝送）が行われると解釈されている。しかしながら、給電コイルＬ１と受電コイル２１０を対向配置させなくとも、給電コイルＬ１の２つのコイル面Ｌ１ａ，Ｌ１ｂの少なくとも１つが、磁性体板Ｎ１の設置面Ｒ２と対向するように接触して設置（配置）さえすれば、給電コイルＬ１から発生する磁束は、空気中をほとんど介在することなく磁性体板Ｎ１内へと流れ込み、磁性体板Ｎ１のあらゆる部分から空気中に放射され、磁性体板Ｎ１に広範囲の電力伝送が行われる給電領域Ｋが形成されることとなる。そして、この給電領域Ｋの範囲を磁性体板Ｎ１の載置面Ｒ１として設定することで、磁性体板Ｎ１の載置面Ｒ１の範囲であれば、どこに受電装置２００（受電コイル２１０）を載置（配置）しても電力伝送が可能となることがわかった。
【００３９】
続いて、図４〜図７を参照して、本発明の第１実施形態に係る給電台Ｄ１を応用した例を説明する。図４〜図７は、本発明の第１実施形態に係る給電台を応用した例を示す模式図である。
【００４０】
図４では、本発明の第１実施形態に係る給電台Ｄ１を給電テーブルに応用した例を示している。本例では、給電テーブルが磁性体Ｎ１から構成され、給電テーブル上に磁性体Ｎ１の載置面Ｒ１が区画形成されている。この給電テーブル上に給電コイルＬ１が設置（配置）されることにより、給電テーブル上に載置面Ｒ１に対応した給電領域Ｋが形成される。そして、給電テーブル上の載置面Ｒ１（給電領域Ｋ）に受電装置２００（受電コイル２１０）が載置（配置）されると、アクチュエータにより給電コイルＬ１を移動することなく、瞬時に受電装置２００への電力伝送が開始される。なお、本例では、受電装置２００として、スマートフォン（多機能機能電話）などの携帯機器やノート型ＰＣなどの電子機器を示している。また、本例で示したように、給電テーブル上に広範囲の載置面Ｒ１が区画形成されるため、複数の受電装置２００を同時に給電することも可能となる。
【００４１】
図５では、本発明の第１実施形態に係る給電台Ｄ１を会議机に応用した例を示している。本例では、会議机として、中央が空洞の楕円状の円卓が示されている。円卓は、磁性体板Ｎ１から構成され、円卓上に磁性体板Ｎ１の載置面Ｒ１が区画形成されている。本例では、円卓上に６つの載置面Ｒ１が区画形成されている。この円卓上に６つの給電コイルＬ１が設置（配置）されることにより、円卓上に６つの載置面Ｒ１に対応した６つの給電領域Ｋが形成される。そして、円卓上の載置面Ｒ１（給電領域Ｋ）に受電装置２００（受電コイル２１０）が載置（配置）されると、アクチュエータにより給電コイルＬ１を移動することなく、瞬時に受電装置２００への電力伝送が開始される。なお、本例では、受電装置２００として、ノート型ＰＣなどの電子機器を示している。また、本例で示したように、円卓上に複数の給電コイルＬ１を設置（配置）し、複数の給電領域Ｋ（複数の載置面Ｒ１）を形成することにより、利用者の人数に応じて利便性を向上させた円卓を提供することが可能となる。なお、複数の給電コイルＬ１を用いる場合、給電コイルＬ１に電力を供給する電源部１１０は、給電コイルＬ１ごとに設けてもよいが、本例で示したように、１つの電源部１１０からそれぞれの給電コイルＬ１に電力を供給するように構成してもよい。
【００４２】
図６では、本発明の第１実施形態に係る給電台Ｄ１をＵ字状のテーブルに応用した例を示している。Ｕ字状のテーブルは、地面に対して垂直に伸びる第１および第２の板と、第１の板と第２の板との間を連結する第３の板から構成されている。本例では、Ｕ字状のテーブルが磁性体板Ｎ１から構成され、Ｕ字状テーブルの第３の板上に磁性体板Ｎ１の載置面Ｒ１が区画形成されている。このＵ字状テーブルの第１の板あるいは第２の板上に給電コイルＬ１が設置（配置）されることにより、Ｕ字状のテーブルの第１の板あるいは第２の板上と第３の板上の載置面Ｒ１に対応した領域にそれぞれ給電領域Ｋが形成される。そして、Ｕ字状テーブルの第３の板上の載置面Ｒ１（給電領域Ｋの一部）に受電装置２００（受電コイル２１０）が載置（配置）されると、アクチュエータにより給電コイルＬ１を移動することなく、瞬時に受電装置２００への電力伝送が開始される。なお、本例では、受電装置２００として、ノート型ＰＣなどの電子機器を示している。また、本例で示したように、コの字状テーブルの載置面Ｒ１が設けられた第３の板とは異なる第１の板あるいは第２の板上に給電コイルＬ１を設置（配置）することにより、受電装置２００への電力伝送が可能な給電領域（載置範囲）を拡大させることができる。
【００４３】
図７では、本発明の第１実施形態に係る給電台Ｄ１を家屋などの床に応用した例を示している。本例では、床が磁性体板Ｎ１から構成され、床上に磁性体板Ｎ１の載置面Ｒ１が区画形成されている。この床上に給電コイルＬ１が設置（配置）されることにより、床上に載置面Ｒ１に対応した給電領域Ｋが形成される。そして、床上の載置面Ｒ１（給電領域Ｋ）に受電装置２００が載置されると、アクチュエータにより給電コイルＬ１を移動することなく、瞬時に受電装置２００への電力伝送が開始される。なお、本例では、受電装置２００として、自律的に移動可能な掃除機などの電子機器を示している。
【００４４】
以上のように、本実施形態に係る給電台Ｄ１は、給電コイルＬ１が設置（配置）される設置面Ｒ２と、受電装置２００（受電コイル２１０）が載置（配置）される載置面Ｒ１を有する磁性体板Ｎ１を備え、給電コイルＬ１は、２つのコイル面Ｌ１ａ，Ｌ１ｂの少なくとも１つが、設置面Ｒ２と対向するように設置（配置）されている。つまり、給電コイルＬ１と受電装置２００は、磁性体板Ｎ１の主面上にそれぞれ配置される。そのため、給電コイルＬ１から発生する磁束は、磁性体板Ｎ１の設置面Ｒ２（主面上の給電コイルＬ１が配置された箇所）から磁性体板Ｎ１内に流れ込み、磁性体板Ｎ１の載置面Ｒ１（主面上の受電装置２００が配置できる領域）を含む表面全体から空気中に放射され給電コイルＬ１に至る（戻る）ように周回する。このとき、磁性体板Ｎ１の主面上の給電コイルＬ１が配置された箇所以外の領域に給電領域Ｋ（載置面Ｒ１）が形成されることとなる。そして、受電装置２００（受電コイル２１０）を磁性体板Ｎ１の主面上に形成される載置面Ｒ１（給電領域）に載置（配置）すると、磁性体板Ｎ１の表面（主面）から放射される磁束が受電装置２００に搭載された受電コイル２１０に鎖交し、誘導起電力が生じる。したがって、受電装置２００（受電コイル２１０）を磁性体板Ｎ１の載置面Ｒ１（給電領域）に載置（配置）することで、アクチュエータにより給電コイルＬ１を移動させることなく、瞬時に受電装置２００への電力伝送が開始される。その結果、不要な電力消費（アクチュエータにおける電力消費）が抑制できるとともに、受電装置２００への電力伝送開始までの応答性を高くすることができる。
【００４５】
また、本実施形態に係る給電台Ｄ１においては、受電コイル２１０は、磁性体板Ｎ１の２つの主面上の任意の位置に配置され、かつ、給電コイルＬ１が配置される位置と受電コイル２１０が配置される位置とが異なっている。つまり、受電コイル２１０は磁性体板Ｎ１の２つの主面上における給電コイルＬ１が配置される箇所以外の任意の位置に配置されることとなり、載置面Ｒ１の面積が、設置面Ｒ２の面積よりも大きくなっている。そのため、給電台Ｄ１への受電装置２００（受電コイル２１０）の載置（配置）の自由度が高まる。したがって、受電装置２００への電力伝送が可能な給電領域（載置範囲）を拡大させることができる。
【００４６】
（第２実施形態）
次に、図８を参照して、本発明の第２実施形態に係る給電台Ｄ２の構成について説明する。図８は、図３に示した本発明の第１実施形態に係る給電台の断面図に相当する、本発明の第２実施形態に係る給電台の断面図である。第２実施形態に係る給電台Ｄ２は、非磁性体板Ｍをさらに備える点において、第１実施形態に係る給電台Ｄ１と相違する。以下、第１実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００４７】
給電台Ｄ２は、図８に示されるように、磁性体板Ｎ１と、給電コイルＬ１と、非磁性体板Ｍと、を有する。磁性体板Ｎ１、給電コイルＬ１の構成は、第１実施形態に係る給電台Ｄ１と同様である。
【００４８】
非磁性体板Ｍは、磁性体板Ｎ１の載置面Ｒ１上に設けられている。具体的には、非磁性体板Ｍは、磁性体板Ｎ１の設置面Ｒ２に近接する位置の高さが高くなるように傾斜して設けられている。言い換えれば、非磁性体板Ｍは、設置面Ｒ２に近づくほど高さが高くなり、設置面Ｒ２から遠ざかるほど高さが低くなるように設けられている。そして、受電装置２００（受電コイル２１０）は、磁性体板Ｎ１の載置面Ｒ１上に設けられた非磁性体板Ｍ上に載置（配置）される。つまり、受電装置２００（受電コイル２１０）は、間に非磁性体板Ｍを介して、磁性体板Ｎ１の載置面Ｒ１上に載置（配置）されることとなる。このとき、磁性体板Ｎ１の設置面Ｒ２に近い位置に設けられている非磁性体板Ｍ上に載置される受電装置２００と、磁性体板Ｎ１の設置面Ｒ２から遠い位置に設けられている非磁性体板Ｍ上に載置（配置）される受電装置２００（受電コイル２１０）とでは、受電装置２００と磁性体板Ｎ１との間の距離が異なる。上述したように、載置面Ｒ１内に形成される給電領域Ｋにおける給電量は、設置面Ｒ２からの距離に応じて変化する。具体的には、設置面Ｒ２に近接する載置面Ｒ１における給電量は多く、設置面Ｒ２から遠い載置面Ｒ１における給電量は少ない。本実施形態では、磁性体板Ｎ１の設置面Ｒ２に近い位置に設けられている非磁性体板Ｍ上に載置（配置）される受電装置２００（受電コイル２１０）は、磁性体板Ｎ１との間の距離が離れるため、磁性体板Ｎ１の載置面Ｒ１に直接載置（配置）された場合に比べて、受電装置２００（受電コイル２１０）が受ける給電量は減少する。したがって、磁性体板Ｎ１の設置面Ｒ２に近い載置面Ｒ１に載置（配置）される受電装置２００（受電コイル２１０）が受ける給電量と、磁性体板Ｎ１の設置面Ｒ２から遠い載置面Ｒ１に載置（配置）される受電装置２００（受電コイル２１０）が受ける給電量のばらつきを減少することができることとなる。
【００４９】
以上のように、本実施形態に係る給電台Ｄ２は、載置面Ｒ１上に設けられた非磁性体板Ｍをさらに備え、非磁性体板Ｍは、設置面Ｒ２に近接する位置の高さが高くなるように傾斜して設けられている。そのため、設置面Ｒ２からの距離に応じて変化する載置面Ｒ１内の給電領域Ｋにおける給電量のばらつきを抑制できる。したがって、載置面Ｒ１内における給電量の均一化を図ることができる。
【００５０】
（第３実施形態）
次に、図９および図１０を参照して、本発明の第３実施形態に係る給電台Ｄ３の構成について説明する。図９は、本発明の第３実施形態に係る給電台の平面図である。図１０は、本発明の第３実施形態に係る給電台における給電コイルと給電側共振キャパシタの回路構成を模式的に示す回路構成図である。第３実施形態に係る給電台Ｄ３は、給電側共振キャパシタＣ１を備える点ならびに磁性体板Ｎ３の形状において、第１実施形態に係る給電台Ｄ１と相違する。以下、第１実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００５１】
給電台Ｄ３は、磁性体板Ｎ３と、給電コイルＬ１と、給電側共振キャパシタＣ１と、を有する。給電コイルＬ１の構成は、第１実施形態に係る給電台Ｄ１と同様である。
【００５２】
磁性体板Ｎ３は、第１実施形態に係る磁性体板Ｎ１と同様、板状に成型された磁性体から構成されている。本実施形態では、図９に示されるように、磁性体板Ｎ３は、第１の部分Ｎ３ａと、第２の部分Ｎ３ｂを備えており、これらが分離されて形成されている。この磁性体板Ｎ３の第１の部分Ｎ３ａには、受電装置２００（受電コイル２１０）が載置（配置）される載置面Ｒ１を有しており、磁性体板Ｎ３の第２の部分Ｎ３ｂには、給電コイルＬ１が設置される設置面Ｒ２を有している。すなわち、磁性体板Ｎ３は、設置面Ｒ２と載置面Ｒ１との間で分離されていることとなる。また、本実施形態では、磁性体板Ｎ３の第１の部分Ｎ３ａと磁性体板Ｎ３の第２の部分Ｎ３ｂとの間の距離が調整可能に構成されている。つまり、磁性体板Ｎ３の設置面Ｒ２と磁性体板Ｎ３の載置面Ｒ１との間の距離が調整可能に構成されている。ここで、磁性体板Ｎ３の第１の部分Ｎ３ａと磁性体板Ｎ３の第２の部分Ｎ３ｂとの間の距離の調整機構は、手動により調整してもよく、サーボモータなどのアクチュエータにより調整してもよい。
【００５３】
給電側共振キャパシタＣ１は、図１０に示されるように、給電コイルＬ１に接続されている。本実施形態では、給電コイルＬ１に直列接続されて共振回路を形成している。この給電側共振キャパシタＣ１は、給電コイルＬ１と給電側共振キャパシタＣ１により形成される共振回路の共振周波数を調整する機能を有する。給電側共振キャパシタＣ１としては、電力伝送効率を向上させるという観点から、誘電正接ｔａｎδが小さい低誘電率系のコンデンサが挙げられる。そして、給電コイルＬ１と給電側共振キャパシタＣ１により形成される共振回路の共振周波数と、受電装置２００の受電コイル２１０と受電側共振キャパシタ（図示しない）により形成される共振回路の共振周波数を一致させることにより、磁界共鳴方式の電力伝送を実現することが可能となる。このとき、給電コイルＬ１と給電側共振キャパシタＣ１により形成される共振回路と受電コイル２１０と受電側共振キャパシタ（図示しない）により形成される共振回路が磁場共振するため、電力伝送効率は最大となる。なお、本実施形態では、給電側共振キャパシタＣ１は、給電コイルＬ１に直列接続されているがこれに限られることなく、給電コイルＬ１に並列接続されていてもよく、あるいは直列接続と並列接続を組み合わせてもよい。
【００５４】
以上のように、本実施形態に係る給電台Ｄ３は、給電コイルＬ１に接続されて共振回路を構成する給電側共振キャパシタＣ１をさらに備え、磁性体板Ｎ３は、設置面Ｒ２と載置面Ｒ１との間で分離されており、設置面Ｒ２と載置面Ｒ１との間の距離が調整可能に構成されている。そのため、設置面Ｒ２と載置面Ｒ１との間の距離に応じて給電コイルＬ１のインダクタンス値が変化するため、給電コイルＬ１と給電側共振キャパシタＣ１により構成される共振回路の共振周波数を微調整することができる。
【００５５】
以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。実施の形態は例示であり、いろいろな変形および変更が本発明の特許請求の範囲内で可能なこと、またそうした変形例および変更も本発明の特許請求の範囲にあることは当業者に理解されるところである。したがって。本明細書での記述および図面は限定的ではなく例証的に扱われるべきものである。
【符号の説明】
【００５６】
１００…給電装置、１１０…電源部、１１０ａ…電源、１１０ｂ…電力変換回路、２００…受電装置、２１０…受電コイル、２２０…整流回路、２３０…負荷、Ｃ１…給電側共振キャパシタ、Ｄ，Ｄ１〜Ｄ３…給電台、Ｆ…絶縁フィルム、Ｋ…給電領域、Ｌ１…給電コイル、Ｌ１ａ，Ｌ１ｂ…コイル面、Ｍ…非磁性体板、Ｎ１，Ｎ３…磁性体板、Ｎ１ａ…第１の主面、Ｎ１ｂ…第２の主面、Ｎ１ｃ…第１の側面、Ｎ１ｄ…第２の側面、Ｎ１ｅ…第３の側面、Ｎ１ｆ…第４の側面、Ｎ３ａ…第１の部分、Ｎ３ｂ…第２の部分、Ｒ１…載置面、Ｒ２…設置面、Ｓ１…非接触電力伝送装置。
【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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