(57)【要約】【課題】漏洩電磁界が低減することができる共振子及び無線電力伝送装置を提供する。【解決手段】一実施形態に係る共振子は、無線電力伝送用の第１コイルと、第２コイルと、を備える。第２コイルは、第１コイルと磁気的に結合し、電気的に分離される。第１コイルと第２コイルとの少なくとも一方は、磁性体コアを備える。
2016135895.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線電力伝送用の第１コイルと、
前記第１コイルと磁気的に結合し、電気的に分離される第２コイルと、
を備え、
前記第１コイルと前記第２コイルとの少なくとも一方は、磁性体コアを備える
共振子。
【請求項２】
前記第１コイルと前記第２コイルとの少なくとも一方は、前記磁性体コアを備えるソレノイド型コイルである
請求項１に記載の共振子。
【請求項３】
前記第１コイルと接続され、第１共振周波数を有する第１共振回路を形成する第１容量と、
前記第２コイルと接続され、第２共振周波数を有する第２共振回路を形成する第２容量と、
を更に備える
請求項１又は請求項２に記載の共振子。
【請求項４】
前記第２共振周波数は、前記第１共振周波数の整数倍の周波数に対して誤差１０％以内の周波数に設定される
請求項３に記載の共振子。
【請求項５】
前記第２共振周波数は、漏洩電磁界を低減する所定の周波数と異なる周波数に設定される
請求項３に記載の共振子。
【請求項６】
前記第２共振周波数は、前記第１共振周波数の周波数より高く、漏洩電磁界を低減する所定の周波数より低い周波数に設定される
請求項３又は請求項４に記載の共振子。
【請求項７】
前記第２共振周波数は、漏洩電磁界を低減する所定の周波数より高い周波数に設定される
請求項３又は請求項４に記載の共振子。
【請求項８】
前記第２共振周波数は、前記第１共振周波数の整数倍の周波数における前記第１コイル及び前記第２コイルの電流強度が等しくなるように設定される
請求項３に記載の共振子。
【請求項９】
前記第２コイルを複数備える
請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の共振子。
【請求項１０】
前記第２コイルと接続され、第２共振周波数を有する第２共振回路を形成する第２容量を複数備える
請求項９に記載の共振子。
【請求項１１】
複数の前記第２共振回路は、それぞれ異なる第２共振周波数を有する
請求項１０に記載の共振子。
【請求項１２】
前記第１コイルと前記第２コイルは、同一の磁性体コアに巻線を巻付けられたソレノイド型コイルである
請求項１乃至請求項１１のいずれか１項に記載の共振子。
【請求項１３】
前記第１コイルと前記第２コイルは、半径が異なる
請求項１乃至請求項１２のいずれか１項に記載の共振子。
【請求項１４】
請求項１乃至請求項１３のいずれか１項に記載の共振子を備える
無線電力伝送装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、共振子及び無線電力伝送装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、スパイラル型の無線電力伝送用コイルと、磁気的に結合し、電気的に分離されたループコイルと、を備える共振子が提案されている。上記従来の共振子では、無線電力伝送用コイルが生じさせる磁束と、ループコイルが生じさせる磁束と、が打ち消しあうことにより、無線電力伝送用コイルからの所定の周波数の漏洩電磁界が低減される。【０００３】
しかしながら、上記従来の共振子では、無線電力伝送用コイルとループコイルとの結合係数が小さいため、無線電力伝送用コイルからの漏洩電磁界を低減するためには、ループコイルを大型化する必要があった。結果として、ループコイルからの漏洩電磁界が増大するという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−１１５０６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
漏洩電磁界が低減することができる共振子及び無線電力伝送装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一実施形態に係る共振子は、無線電力伝送用の第１コイルと、第２コイルと、を備える。第２コイルは、第１コイルと磁気的に結合し、電気的に分離される。第１コイルと第２コイルとの少なくとも一方は、磁性体コアを備える。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１実施形態に係る共振子を示す図。
【図２】第１実施形態に係る共振子の等価回路を示す図。
【図３】入力インピーダンスの周波数特性を示す図。
【図４】第１コイル及び第２コイルの電流の周波数特性を示す図。
【図５】図１の共振子の変形例を示す図。
【図６】図１の共振子の変形例を示す図。
【図７】図１の共振子の変形例を示す図。
【図８】図１の共振子の変形例を示す図。
【図９】図１の共振子の変形例を示す図。
【図１０】図１の共振子の変形例を示す図。
【図１１】図１の共振子の変形例を示す図。
【図１２】図１の共振子の変形例を示す図。
【図１３】図１の共振子の変形例を示す図。
【図１４】第１コイル及び第２コイルの電流位相の周波数特性を示す図。
【図１５】第１コイル及び第２コイルの電流位相の周波数特性を示す図。
【図１６】第１コイルと第２コイルとの位置関係を説明する図。
【図１７】第１コイル及び第２コイルの電流の周波数特性を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【０００９】
（第１実施形態）
まず、第１実施形態に係る共振子について、図１〜図１３を参照して説明する。本実施形態に係る共振子は、例えば、無線送電装置や無線受電装置などの無線電力伝送装置に搭載して使用される。
【００１０】
図１は、本実施形態に係る共振子を示す図である。図１に示すように、この共振子は、第１共振回路１と、第２共振回路２と、平板状の磁性体コア３と、を備える。
【００１１】
第１共振回路１は、無線電力伝送用の共振回路である。第１共振回路１は、共振周波数ｆ１（第１共振周波数）を有する。図１に示すように、第１共振回路１は、第１コイル１１と、第１容量１２と、を備える。
【００１２】
第１コイル１１は、無線電力伝送用のソレノイド型コイルであり、磁性体コア３に巻線を巻付けて形成される。第１コイル１１は、インダクタンスＬ１を有する。
【００１３】
第１容量１２は、第１コイル１１に接続され、第１コイル１１とともに、第１共振回路１を形成する。第１容量１２は、容量値Ｃ１を有する。第１共振回路１の共振周波数ｆ１は、ｆ１＝１／２π（Ｌ１Ｃ１）１／２となる。
【００１４】
共振子が無線送電装置に搭載される場合、図１に示すように、第１共振回路１は、交流電源１３に接続される。交流電源１３が第１共振回路１に交流電力を供給することにより、第１共振回路１が共振周波数ｆ１で共振する。これにより、第１コイル１１が交流磁界を発生させ、受電側のコイルに無線で電力を送信する。
【００１５】
また、共振子が無線受電装置に搭載される場合、第１共振回路１は、交流電源１３の代わりに、バッテリなどの負荷に接続される。第１コイル１１は、送電側のコイルが発生させた交流磁界を介して無線で電力を受信する。
【００１６】
なお、図１において、共振子は、第１容量１２を備えるが、第１容量１２を備えない構成も可能である。この場合、第１容量１２を、共振子とは別個に用意し、第１コイル１１に接続すればよい。
【００１７】
第２共振回路２は、第１コイル１１からの漏洩電磁界を低減するための共振回路である。第２共振回路２は、第１共振回路１とは電気的に分離されており、電源には接続されない。第２共振回路２は、共振周波数ｆ２（第２共振周波数）を有する。図１に示すように、第２共振回路２は、第２コイル２１と、第２容量２２と、を備える。
【００１８】
第２コイル２１は、磁性体コア３に巻線を巻付けて形成されたソレノイド型コイルであり、インダクタンスＬ２を有する。第２コイル２１は、第１コイル１１と磁気的に結合しており、第１コイル１１が発生させた交流磁界に誘導され、起電力を生じさせる。この起電力により、第２共振回路２に電流が流れ、第２コイル２１は、交流磁界を発生させる。
【００１９】
第２容量２２は、第２コイル２１に接続され、第２コイル２１とともに、第２共振回路２を形成する。第２容量２１は、容量値Ｃ２を有する。第２共振回路２の共振周波数ｆ２は、ｆ２＝１／２π（Ｌ２Ｃ２）１／２となる。
【００２０】
なお、図１において、共振子は、第２容量２２を備えるが、第２容量２２を備えない構成も可能である。この場合、第２容量２２を、共振子とは別個に用意し、第２コイル２１に接続すればよい。
【００２１】
図２は、図１の共振子の等価回路である。図２において、Ｖ１は交流電源１３が印加する交流電圧値、Ｉ１は第１共振回路１の電流値、Ｒ１は第２共振回路１の抵抗値、Ｚｉｎは交流電源１３からみた入力インピーダンス、Ｉ２は第２共振回路２の電流値、Ｒ２は第２共振回路２の抵抗値、Ｍ１２は第１コイル１１と第２コイル１２との間の相互インダクタンスである。このとき、入力インピーダンスＺｉｎは、以下の式で表される。
【００２２】
【数１】
2016135895.tif 000003
【００２３】
式（１）からわかるように、入力インピーダンスＺｉｎは、第２共振回路２の共振周波数ｆ２（＝１／２π（Ｌ２Ｃ２）１／２）に応じて変化する。したがって、共振周波数ｆ２を調整することで、所定の周波数の入力インピーダンスＺ１を上昇させることができる。
【００２４】
共振周波数ｆ２を調整することで、ある周波数Ｘの入力インピーダンスＺ１が上昇すると、周波数Ｘの交流電流が第１コイル１１に流れ難くなるため、第１コイル１１が発生させる周波数Ｘの交流磁界が小さくなる。
【００２５】
本実施形態に係る共振子は、このような原理を利用して、共振子からの漏洩電磁界を低減する。すなわち、本実施形態において、共振周波数ｆ２は、漏洩電磁界を低減する所定の周波数の入力インピーダンスＺｉｎが上昇するように設定される。
【００２６】
一般的に、交流電源１３はインバータであり、第１コイル１１は、インバータから供給される矩形波電流により駆動される。矩形波電流には、主として、基本波電流と、高調波電流と、が含まれる。基本波電流は、第１共振回路１の共振周波数ｆ１に設定され、第１コイル１１に無線電力伝送のための磁界を発生させる。一方、高調波電流（第３高調波や第５高調波など）は、基本波電流の整数倍の周波数を有し、無線電力伝送に寄与しない漏洩電磁界を第１コイル１１に発生させる。
【００２７】
そこで、本実施形態では、共振周波数ｆ２は、第１共振回路１の共振周波数ｆ１の整数倍の周波数の入力インピーダンスＺｉｎが上昇するように設定される。これにより、第１コイル１１からの高調波電流に起因した漏洩電磁界を低減することができる。具体的には、共振周波数ｆ２は、共振周波数ｆ１の整数倍の周波数に設定される。
【００２８】
以下では、共振周波数ｆ１の３倍の周波数を有する第３高調波電流に起因した漏洩電磁界を低減する場合について説明する。以下の説明において、第１共振回路１の共振周波数ｆ１（基本波電流の周波数）は８５ｋＨｚであるものとする。このとき、第３高調波電流の周波数は２５５ｋＨｚとなる。
【００２９】
図３は、入力インピーダンスＺｉｎの周波数特性を示す図である。図３において、実線は第２共振回路２の共振周波数ｆ２を２５５ｋＨｚに設定した場合の入力インピーダンスＺｉｎ、破線は共振子が第２コイル２１を備えない場合の入力インピーダンスＺｉｎを示す。第２コイル２１を備えない場合は、第１コイル１１と第２コイル２１との結合係数ｋが０である場合と等価である。
【００３０】
図３に示すように、共振子が第２コイル２１を備えない場合、入力インピーダンスＺｉｎは、８５ｋＨｚ（＝ｆ１）で最小となり、８５ｋＨｚ以上の周波数領域ではなだらかに増加している。
【００３１】
これに対して、共振子が第２コイル２１を備え、共振周波数ｆ２が２５５ｋＨｚ（＝８５ｋＨｚ×３）に設定された場合、入力インピーダンスＺｉｎは、２５５ｋＨｚで急峻に大きくなり、８５ｋＨｚではほとんど変化していない。
【００３２】
図３より、共振周波数ｆ２を２５５ｋＨｚに設定することにより、８５ｋＨｚの入力インピーダンスＺｉｎに影響を与えずに、２５５ｋＨｚ近傍の入力インピーダンスＺｉｎを上昇させることができることがわかる。
【００３３】
図４は、第１コイル１１及び第２コイル２１の電流の周波数特性を示す図である。図４において、実線は共振周波数ｆ２を２５５ｋＨｚに設定した場合の第１コイル１１の電流、点線は共振周波数ｆ２を２５５ｋＨｚに設定した場合の第２コイル２１の電流、破線は共振子が第２コイル２１を備えない場合の第１コイル１１の電流を示す。
【００３４】
図４に示すように、共振子が第２コイル２１を備えない場合、第１コイル１１の電流は、８５ｋＨｚで最大となり、８５ｋＨｚ以上の周波数領域ではなだらかに減少している。
【００３５】
これに対して、共振子が第２コイル２１を備え、共振周波数ｆ２が２５５ｋＨｚに設定された場合、第１コイル１１の電流は、２５５ｋＨｚで急峻に小さくなり、８５ｋＨｚではほとんど変化していない。
【００３６】
図４より、共振周波数ｆ２を２５５ｋＨｚに設定することにより、第１コイル１１の８５ｋＨｚの電流に影響を与えずに、２５５ｋＨｚ近傍の電流を減少させることができることがわかる。すなわち、無線電力伝送に寄与する電流に影響を与えずに、漏洩電磁界を発生させる高調波電流を減少させることができる。
【００３７】
以上説明した通り、本実施形態では、共振周波数ｆ２を共振周波数ｆ１の整数倍に設定することにより、共振周波数ｆ１の整数倍の周波数の入力インピーダンスＺｉｎを上昇させ、第１コイル１１に流れる高調波電流を減少させることができる。したがって、第１コイル１１からの漏洩電磁界を低減することができる。
【００３８】
なお、図４からわかるように、高調波電流は、共振周波数ｆ２だけでなく、共振周波数ｆ２の近傍の周波数領域でも減少している。したがって、共振周波数ｆ２を、共振周波数ｆ１の整数倍の周波数の近傍の周波数に設定すれば、上記と同様の効果を得られる。製造誤差による第１コイル１１と第２コイル２１の周波数ずれをそれぞれ５％程度見込むと、共振周波数ｆ１の整数倍の周波数の近傍の周波数は、例えば、共振周波数ｆ１の整数倍の周波数に対して誤差１０％以内の周波数である。
【００３９】
本実施形態に係る共振子では、図４において点線で示したように、第２コイル２１にも電流が流れ、第２コイル２１が交流磁界を発生させ、共振子からの漏洩電磁界の原因となる。一般に、図１のようなソレノイド型コイルが発生させる磁界は以下の式で表される。
【００４０】
【数２】
2016135895.tif 000004
【００４１】
上記のＨｒ，Ｈθ，Ｈφは、空間上のある点における磁界の各成分であり、Ｅｒ，Ｅφは、電界の各成分である。式（２）〜（６）において、ｋは波数、ａはコイルの半径、Ｉはコイルに流れる電流の強度、Ｎは巻線の巻数である。式（２）〜（６）によれば、ソレノイド型コイルが発生させる磁界の強度Ｈ及び電界の強度Ｅは、コイル半径ａの２乗、電流強度Ｉの１乗、及び巻数Ｎの１乗に比例して大きくなることがわかる。
【００４２】
したがって、第２コイル２１からの漏洩電磁界を小さくするためには、第２コイル２１の半径や巻数を小さくすればよい。第２コイル２１を小型化した場合、第２コイル２１のインダクタンスＬ２が低下し、第１コイル１１と第２コイル２１との間の結合係数が低下するが、本実施形態の共振子は、第１コイル１１と第２コイル２１とは共通の磁性体コア３を有するため、結合係数の低下が抑制される。
【００４３】
電磁界シミュレーションによれば、図１の共振子が磁性体コア３を備えない場合、インダクタンスＬ２が０．５３μＨ、結合係数が０．１６となるのに対して、共振子が磁性体コア３を備える場合、インダクタンスＬ２が１．５４μＨ、結合係数が０．５３となった。
【００４４】
このように、本実施形態に係る共振子は、第１コイル１１及び第２コイル２１が磁性体コア３を備えるため、結合係数を維持したまま第２コイル２１を小型化することができる。したがって、第２コイル２１からの漏洩電磁界も低減することができる。
【００４５】
図５〜図１３は、本実施形態に係る共振子の変形例を示す図である。
【００４６】
図５の共振子は、磁性体コア３が円柱状である。また、図６の共振子は、磁性体コア３が、四角柱状であり、第１コイル１１及び第２コイル２１は、スパイラル型コイルである。このように、磁性体コア３の形状は平板状に限られず、円柱状や四角柱状など、任意の形状とすることができる。
【００４７】
図７の共振子は、第１コイル１１が磁性体コア３を備え、第２コイル２１が磁性体コア３′を備える。このように、第１コイル１１及び第２コイル２１は、それぞれ別個の磁性体コアを備えてもよい。また、第１コイル１１及び第２コイル２１の一方だけが磁性体コア３を備えてもよい。いずれの場合も、第１コイル１１及び第２コイル２１の両方が磁性体コアを備えない場合に比べて、第１コイル１１と第２コイル２１との間の結合係数が大きくなる。したがって、第２コイル２１を小型化し、第２コイル２１からの漏洩電磁界を低減することができる。
【００４８】
図８の共振子は、第１コイル１１及び第２コイル２１が共通の円柱状の磁性体コア３を備え、第２コイル２１の半径が第１コイル１１の半径より小さくなっている。また、図９の共振子は、第１コイル１１及び第２コイル２１が共通の平板状の磁性体コア３を備え、第２コイル２１の半径が第１コイル１１の半径より小さくなっている。さらに、図１０の共振子は、第１コイル１１及び第２コイル２１がそれぞれ別個の平板状の磁性体コア３，３′を備え、第２コイル２１の半径が第１コイル１１の半径より小さくなっている。
【００４９】
このように、第２コイル２１の半径を第１コイル１１の半径より小さくすることにより、第２コイル２１からの漏洩電磁界を低減できる。これは、第２コイル２１の巻数を第１コイル１１の巻数より少なくした場合も同様である。
【００５０】
図１１の共振子は、第２コイル２１が円柱状の磁性体コア３を備え、第２コイル２１の半径が第１コイル１１の半径より小さくなっている。第１コイル１１は、磁性体コア３の底面上に形成されたスパイラル型コイルである。このように、第１コイル１１及び第２コイル２１のいずれか一方は、スパイラル型コイルであってもよい。
【００５１】
図１２の共振子は、２つの第２共振回路２を備える。図１２の各第２共振回路２は、第２コイル２１と、第２コイル２１に接続された第２容量２２と、をそれぞれ備える。図１３の共振子は、４つの第２共振回路２を備える。図１３の各第２共振回路２は、第１コイルより半径が小さい第２コイル２１と、第２コイル２１と接続された第２容量２２と、をそれぞれ備える。
【００５２】
このように、本実施形態に係る共振子は、複数の第２共振回路２を備えてもよい。このとき、１つ目の第２共振回路２の共振周波数ｆ２を共振周波数ｆ１の３倍の周波数に設定し、２つ目の第２共振回路２の共振周波数ｆ２を共振周波数ｆ１の５倍の周波数に設定する、というように、各第２共振回路２の共振周波数ｆ２は、それぞれ異なる周波数に設定されるのが好ましい。これにより、複数の周波数の入力インピーダンスＺｉｎを上昇させ、第１コイル１１に流れる高調波電流を減少させ、共振子からの漏洩電磁界を低減することができる。各第２共振回路２の共振周波数ｆ２は、例えば、各第２共振回路２が備える第２容量２２の容量値Ｃ２を調整することにより、それぞれ設定可能である。
【００５３】
（第２実施形態）
次に、第２実施形態に係る共振子について、図１４〜図１７を参照して説明する。本実施形態に係る共振子の構成は、第１実施形態と同様である。第１実施形態では、入力インピーダンスＺｉｎを上昇させることにより、共振子からの漏洩電磁界を低減したが、本実施形態では、第１コイル１１及び第２コイル２１からの漏洩電磁界を相殺させることにより、共振子からの漏洩電磁界を低減する。このため、本実施形態に係る共振子は、第１実施形態に係る共振子とは、第２コイル２１の共振周波数ｆ２の設定方法が異なる。
【００５４】
以下で、共振周波数ｆ２の設定方法について説明する。以下の説明において、第２コイル２１の電流の正方向は、第１コイル１１に正方向の電流が流れたときに第１コイル１１が発生させる磁界の方向と、同一方向の磁界を第２コイル２１が発生させる方向であるものとする。
【００５５】
本実施形態に係る共振子では、第１コイル１１及び第２コイル２１に同位相の電流が流れた場合、第１コイル１１及び第２コイル２１は、同位相の磁界を発生させる。これに対して、第１コイル１１及び第２コイル２１に逆位相の電流が流れた場合、第１コイル１１及び第２コイル２１は、逆位相の磁界を発生させる。第１コイル１１及び第２コイル２１が逆位相の磁界を発生させた場合、両者の磁界が互いに相殺するため、共振子からの漏洩電磁界が低減される。
【００５６】
本実施形態に係る共振子は、このような原理を利用して、共振子からの漏洩電磁界を低減する。すなわち、本実施形態において、共振周波数ｆ２は、漏洩電磁界を低減する所定の周波数の第１コイル１１及び第２コイル２１の電流位相が逆位相になるように設定される。これにより、第１コイル１１及び第２コイル２１が発生させる磁界が相殺し、共振子からの漏洩電磁界を低減することができる。具体的には、共振周波数ｆ２は、共振周波数ｆ１の整数倍の周波数より低い周波数に設定される。
【００５７】
以下では、共振周波数ｆ１の３倍の周波数を有する第３高調波電流に起因した漏洩電磁界を低減する場合について説明する。以下の説明において、第１共振回路１の共振周波数ｆ１（基本波電流の周波数）は８５ｋＨｚであるものとする。このとき、第３高調波電流の周波数は２５５ｋＨｚとなる。
【００５８】
図１４は、共振周波数ｆ２を２５５ｋＨｚに設定した場合の第１コイル１１及び第２コイル２１の電流位相の周波数特性を示す図である。図１４において、実線は共振周波数ｆ２を２５５ｋＨｚに設定した場合の第１コイル１１の電流位相、点線は共振周波数ｆ２を２５５ｋＨｚに設定した場合の第２コイル２１の電流位相、破線は共振子が第２コイル２１を備えない場合の第１コイル１１の電流位相、一点鎖線は共振周波数ｆ２を２５５ｋＨｚに設定した場合の第１コイル１１と第２コイル２１との電流位相差を示す。
【００５９】
図１４に示すように、共振周波数ｆ２を２５５ｋＨｚに設定した場合、２５５ｋＨｚより高い周波数領域において第１コイル１１及び第２コイル２１の電流位相が逆位相（電流位相差１８０°）となり、２５５ｋＨｚより低い周波数領域において第１コイル１１及び第２コイル２１の電流位相が同位相（電流位相差０°）となっている。
【００６０】
また、２５５ｋＨｚは同位相から逆位相に変化する変曲点になっており、２５５ｋＨｚ及びその近傍の周波数領域では、電流位相が完全に逆位相とはなっていない。このため、２５５ｋＨｚでは磁界が相殺せず、共振子からの漏洩電磁界を低減することができない。図１４より、磁界の相殺により漏洩電磁界を低減するためには、共振周波数ｆ２を、低減したい漏洩電磁界の周波数より低い周波数に設定する必要があることがわかる。
【００６１】
図１５は、共振周波数ｆ２を１９７ｋＨｚに設定した場合の第１コイル１１及び第２コイル２１の電流位相の周波数特性を示す図である。図１５において、実線は第２共振回路２の共振周波数ｆ２を１９７ｋＨｚに設定した場合の第１コイル１１の電流位相、点線は共振周波数ｆ２を１９７ｋＨｚに設定した場合の第２コイル２１の電流位相、破線は共振子が第２コイル２１を備えない場合の第１コイル１１の電流位相、一点鎖線は共振周波数ｆ２を１９７ｋＨｚに設定した場合の第１コイル１１と第２コイル２１との電流位相差を示す。
【００６２】
図１５に示すように、共振周波数ｆ２を１９７ｋＨｚに設定した場合、１９７ｋＨｚより高い周波数領域において第１コイル１１及び第２コイル２１の電流位相が逆位相（電流位相差１８０°）となっていることがわかる。図１５によれば、完全に逆位相となるのは、約２３０ｋＨｚ以上の周波数領域である。したがって、共振周波数ｆ２を１９７ｋＨｚに設定すると、２５５ｋＨｚの磁界が相殺され、共振子からの漏洩電磁界が低減する。
【００６３】
このように、共振周波数ｆ２を、漏洩電磁界を低減させたい周波数より少し低い周波数に設定することにより、高調波電流に起因する共振子からの漏洩電磁界を低減することができる。また、電流位相が逆位相となる共振周波数ｆ２より高い周波数領域の全体で、漏洩電磁界を低減することができる。
【００６４】
ただし、第１コイル１１と第２コイル２１の位置関係によっては、共振周波数ｆ２を、低減したい漏洩電磁界の周波数より高い周波数に設定する必要がある。図１６は、第１コイル１１と第２コイル２１との位置関係を説明する図である。図１６において、矢印３１は第１コイル１１に流れる電流の向き、破線３２は第１コイル１１に流れる電流が発生させる磁界、破線３２の矢印は磁界３２の向き、矢印３３は磁界３２によって第２コイル２１に励起される電流の向き、矢印３４は磁界３２によって第２コイル２１′に励起される電流の向きを示す。
【００６５】
図１６に示すように、第１コイル１１の電流の向き３１と、第２コイル２１の電流の向き３３と、は一致している。第１コイル１１と第２コイル２１とがこのような位置関係で配置された場合、上述の通り、共振周波数ｆ２を、低減したい漏洩電磁界の周波数より低い周波数に設定すればよい。
【００６６】
これに対して、第１コイル１１の電流の向き３１と、第２コイル２１′の電流の向き３４と、は逆向きになっている。第１コイル１１と第２コイル２１′とがこのような位置関係で配置された場合、図１４に示した同位相の領域が逆位相に、逆位相の領域が同位相になり、第１コイル１１と第２コイル２１′との位相関係が反転する。このため、共振周波数ｆ２を、低減したい漏洩電磁界の周波数より高い周波数に設定する必要がある。
【００６７】
共振周波数ｆ２を、低減したい漏洩電磁界の周波数より低い周波数又は高い周波数のどちらに設定するかは、第１コイル１１の電流により励起される第２コイル２１の電流の向きに応じて決めればよい。
【００６８】
本実施形態による漏洩電磁界の低減効果は、第１コイル１１が発生させる磁界の強度と、第２コイルが発生させる磁界の強度と、が等しいときに最大となる。上述の通り、各コイルが発生させる磁界の強度は、各コイルの半径ａの２乗、電流強度Ｉの１乗、及び巻数Ｎの１乗に比例する。このため、例えば、図１の共振子のように、第１コイル１１及び第２コイル２１の半径及び巻数が等しい場合、電流強度Ｉが等しいときに漏洩電磁界の低減効果が最大となる。
【００６９】
図１７は、第１コイル１１及び第２コイル２１の電流の周波数特性を示す図である。図１７において、実線は共振周波数ｆ２を１９７ｋＨｚに設定した場合の第１コイル１１の電流、点線は共振周波数ｆ２を１９７ｋＨｚに設定した場合の第２コイル２１の電流、破線は共振子が第２コイル２１を備えない場合の第１コイル１１の電流、一点鎖線は共振周波数ｆ２を１９７ｋＨｚに設定した場合の実質電流を示す。ここでいう実質電流とは、第１コイル１１の電流及び第２コイル２１の電流を、位相差を考慮して足した電流であり、共振子からの漏洩電磁界の発生に実質的に寄与する電流である。
【００７０】
図１７に示すように、共振周波数ｆ２を１９７ｋＨｚに設定すると、第１コイル１１及び第２コイル２１の電流は、８５ｋＨｚ及び約２２０ｋＨｚでピークとなる。また、第１コイル１１の電流は、１９７ｋＨｚで急激に小さくなっている。これは、第１実施形態で説明したとおり、１９７ｋＨｚのインピーダンスＺｉｎが上昇するためである。
【００７１】
上述の通り、共振周波数ｆ２を１９７ｋＨｚに設定した場合、約２３０ｋＨｚで電流位相が完全に逆位相となる。このため、図１７に示すように、約２３０ｋＨｚ以上の周波数領域では、実質電流が大幅に減少していることがわかる。
【００７２】
また、図１７によれば、２５５ｋＨｚで第１コイル１１及び第２コイル２１の電流強度が等しくなり、実質電流が最小となっている。すなわち、２５５ｋＨｚで漏洩電磁界の低減効果が最大となっている。
【００７３】
このように、共振周波数ｆ２は、漏洩電磁界の低減効果が最大となる周波数が、共振周波数ｆ１の整数倍の周波数となるように設定されるのが好ましい。漏洩電磁界の低減効果が最大となる周波数は、実験や電磁界シミュレーションにより求めることができる。
【００７４】
なお、本発明は上記各実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記各実施形態に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることによって種々の発明を形成できる。また例えば、各実施形態に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除した構成も考えられる。さらに、異なる実施形態に記載した構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００７５】
１：第１共振回路、２：第２共振回路、３：磁性体コア、１１：第１コイル、１２：第１容量、１３：交流電源、２１：第２コイル、２２：第２容量
【図１】
2016135895.tif 000005
【図２】
2016135895.tif 000006
【図３】
2016135895.tif 000007
【図４】
2016135895.tif 000008
【図５】
2016135895.tif 000009
【図６】
2016135895.tif 000010
【図７】
2016135895.tif 000011
【図８】
2016135895.tif 000012
【図９】
2016135895.tif 000013
【図１０】
2016135895.tif 000014
【図１１】
2016135895.tif 000015
【図１２】
2016135895.tif 000016
【図１３】
2016135895.tif 000017
【図１４】
2016135895.tif 000018
【図１５】
2016135895.tif 000019
【図１６】
2016135895.tif 000020
【図１７】
2016135895.tif 000021
【国際調査報告】
2016135895.tif 000022
2016135895.tif 000023
2016135895.tif 000024
2016135895.tif 000025