(57)【要約】【課題】死点の存在による伝送困難な領域を縮小し、または、送電コイルや受電コイルの大きさの制約による伝送距離の短縮を抑制して、磁界共鳴による電力伝送を広い領域に亘り安定して可能とする。【解決手段】共振コイルを含む送電コイル１ａ、１ｃが、同一平面上に互いに重ならないように配置された第１送電ユニット５と、共振コイルを含む送電コイル９が、同一平面上に互いに重ならないように配置された第２送電ユニット６とを備え、第１送電ユニットと第２送電ユニットとは、相互の位置関係として少なくとも電力伝送配置を取ることが可能である。電力伝送配置では、第１及び第２送電ユニットは互いに対向し、相互間に受電装置３を装着することが可能な受電空間を形成する。受電装置が受電空間に装着された配置では、送電コイル及び受電コイルにおける共振コイルの軸方向が互いに平行に配向される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
共振コイルを含む受電コイルを備えた受電装置に対して電力を伝送するように構成され、共振コイルを含む送電コイルを備えて、前記受電コイル及び前記送電コイルの前記共振コイル間の磁界共鳴を介して電力を伝送する非接触電力伝送装置において、
少なくとも１個の前記送電コイルが、同一平面上に互いに重ならないように配置された第１送電ユニットと、
少なくとも１個の前記送電コイルが、同一平面上に互いに重ならないように配置された第２送電ユニットとを備え、
前記第１送電ユニットと前記第２送電ユニットとは、相互の位置関係として少なくとも電力伝送配置を取ることが可能であり、
前記電力伝送配置では、前記第１及び第２送電ユニットは互いに対向し、相互間に前記受電装置を装着することが可能な受電空間を形成し、
前記受電装置が前記受電空間に装着された配置では、前記送電コイル及び前記受電コイルにおける前記共振コイルの軸方向が互いに平行に配向されることを特徴とする非接触電力伝送装置。
【請求項２】
前記送電コイルによる電力伝送動作を制御する制御部を備え、
前記制御部は、前記受電空間に前記受電装置が配置された状態で、前記第１及び第２送電ユニットのうち少なくとも一方に含まれる前記送電コイルから前記受電コイルに対して電力を伝送するように制御する請求項１記載の非接触電力伝送装置。
【請求項３】
前記送電コイルによる電力伝送動作を制御する制御部を備え、
前記制御部は、前記第１送電ユニットまたは前記第２送電ユニットの一方に配置された任意の複数個の前記送電コイルから同時に電力を伝送させる制御機能を含む請求項１記載の非接触電力伝送装置。
【請求項４】
前記受電コイルの位置を検出するモニター部を備え、
前記制御部は、検出された前記受電コイルの位置に応じて選択した前記送電コイルから電力を伝送するように制御する請求項２または３記載の非接触電力伝送装置。
【請求項５】
前記第１及び前記第２送電ユニットには、それぞれ複数の前記送電コイルが含まれ、前記第１及び前記第２送電ユニットに含まれる少なくとも各々１個の送電コイルどうしは、互いの中心軸をずらして配置されている請求項１記載の非接触電力伝送装置。
【請求項６】
前記第１及び前記第２送電ユニットに含まれる前記送電コイルの直径が同じであり、前記第１及び前記第２送電ユニットに各々含まれる前記送電コイル間の中心軸の最大ずれ量が、前記送電コイルの直径に等しい請求項５記載の非接触電力伝送装置。
【請求項７】
前記受電コイルは、前記共振コイルとともに、前記共振コイルに対して電磁誘導により電力を供給するループコイルを少なくとも２個備えている請求項１記載の非接触電力伝送装置。
【請求項８】
前記ループコイルは、前記共振コイルに対して中心軸方向における両側に配置されている請求項７記載の非接触電力伝送装置。
【請求項９】
前記複数の送電コイルのうちのいずれの送電コイルから送電されているかに応じて、動作させる前記ループコイルが切り替えられる請求項８記載の非接触電力伝送装置。
【請求項１０】
前記受電コイルの位置を検出するモニター部と、
検出された前記受電コイルの位置に応じて、前記第１送電ユニット及び前記第２送電ユニットの前記送電コイルの位置を、電力伝送効率が最大となるように制御する送電コイル位置制御部とを備えている請求項１記載の非接触電力伝送装置。
【請求項１１】
前記第１送電ユニットに含まれる前記送電コイルの数と、前記第２送電ユニットに含まれる前記送電コイルの数が異なる請求項１記載の非接触電力伝送装置。
【請求項１２】
前記第１送電ユニット及び前記第２送電ユニットを保持し、前記受電装置を着脱可能に装着することが可能であり、かつ、前記第１及び第２送電ユニットが前記電力伝送配置にあるときに、前記受電空間に前記受電装置が配置されるように構成された筐体を備え、
前記電力伝送配置では、前記送電コイルと前記受電コイルの周囲が前記筐体内で電磁シールドされる請求項１記載の非接触電力伝送装置。
【請求項１３】
携帯電話に使用される周波数帯域の電波を前記筐体内へ送るための中継コネクタが設けられている請求項１２記載の非接触電力伝送装置。
【請求項１４】
前記筐体が前記電力伝送配置の状態を維持するためのインターロック機能を備え、
電力伝送時には、前記送電コイルと前記受電コイルの周囲が電磁シールドされた状態が前記インターロック機能により維持される請求項１２記載の非接触電力伝送装置。
【請求項１５】
前記送電コイルに含まれた前記共振コイルの磁気抵抗値を各々検出する磁気抵抗値検出部を備え、
前記制御部は、検出された磁気抵抗値が最小となる前記送電コイルを選択し、選択された前記送電コイルから電力を伝送するか、または、選択された前記送電コイルを含む隣接した複数の前記送電コイルから同時に電力を伝送するように制御する請求項１記載の非接触電力伝送装置。
【請求項１６】
前記受電コイルの受電電力を検出する電力検出部を備え、
前記制御部は、複数の前記送電コイルから個別に順次電力を伝送させて、前記電力検出部が出力する検出値が最大となる前記送電コイルを選択し、選択された前記送電コイルから電力を伝送するか、または、選択された前記送電コイルを含む隣接した複数の前記送電コイルから同時に電力を伝送するように制御する請求項１記載の非接触電力伝送装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁界共鳴を利用して非接触（ワイヤレス）で電力を伝送する磁界共鳴型の非接触電力伝送装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
非接触で電力を伝送する方法として、電磁誘導（数１００ｋＨｚ）による電磁誘導型、電場または磁場共鳴を介したＬＣ共振間伝送による電界・磁界共鳴型、電波（数ＧＨｚ）によるマイクロ波送電型、可視光領域の電磁波（光）によるレーザ送電型が知られている。この中で既に実用化されているのは、電磁誘導型である。これは簡易な回路で実現可能（トランス方式）であるなどの優位性はあるが、送電距離が短いという課題もある。
【０００３】
そこで、最近になって近距離伝送（〜２ｍ）が可能な電界・磁界共鳴型の電力伝送が注目を浴びてきた。このうち、電界共鳴型の場合、伝送経路中に手などを入れると、人体が誘電体であるため、エネルギーを熱として吸収して誘電体損失を生じる。これに対して磁界共鳴型の場合、人体がエネルギーをほとんど吸収せず、誘電体損失を避けられる。この点から磁界共鳴型に対する注目度が上昇してきている。
【０００４】
図２６は、共鳴型非接触電力伝送における、複数の送電コイルの配置例を示したものである。図２６（ａ）は、３個の送電コイル１ａ〜１ｃの配置例、図２６（ｂ）は４個の送電コイル１ａ〜１ｄの配置例を示す。この例では、各送電コイル１ａ〜１ｄは同一の寸法及び特性を有する。なお、送電コイル１ａ〜１ｄを総称する場合は、送電コイル１と記述する。
【０００５】
図２７（ａ）及び（ｂ）は、図２６の送電コイル１ａ〜１ｃ、及び送電コイル１ａ〜１ｄの配置に対して、電力の伝送を受ける受電コイル３が配置された状態を示す。図２８に、図２７（ｂ）のＡ−Ａ断面を示す。
【０００６】
なお、磁界共鳴による電力伝送を行うためには、送電コイル１および受電コイル３はそれぞれ共振コイルを含んで構成され、送電側と受電側の共振コイル間の磁界共鳴を介して電力が伝送される。また、場合によっては共振コイルに対して給電し、あるいは共振コイルから給電を受けるために、例えば、各共振コイルに隣接させてループコイルが配置される。従って、送電コイル１および受電コイル３とは、共振コイルを含む送電側及び受電側のコイル構造を意味するものとする。
【０００７】
各送電コイル１ａ〜１ｄは、同一平面上において互いに重ならないように形成する必要がある。即ち、送電コイル１の半径をｒとすると、隣り合う二つの送電コイル１の中心間距離は、２ｒ以上離れていることになる。そのため、図２６（ａ）のように３個の送電コイルが配置された場合も、図２６（ｂ）のように４個の送電コイルが配置された場合も、送電コイル１ａ〜１ｃ、あるいは送電コイル１ａ〜１ｄの配列の中心付近に、電力伝送効率が小さくなる死点領域２が生じる。従って、図２７、図２８に示すように、死点領域の中心に受電コイル３が配置された場合には、伝送効率の低下が問題となる可能性が高い。
【０００８】
電磁誘導型の非接触電力伝送装置においても同様の問題があり、特許文献１には、一次側の送電コイルから２次側の受電コイルへ非接触で電力を伝送する場合の、死点領域の存在による伝送効率の低下を抑制するための技術が開示されている。すなわち、送電コイルが複数用られ、かつそれぞれのコイルが重なり合うように配置される。例えば、送電コイルの直径をＤ、隣接する二つの送電コイルの中心間距離をＸとした場合、Ｄ／２≦Ｘ≦Ｄ
となっている。これにより、伝送不能な死点領域を縮小、低減し、広い領域で安定した電力伝送が可能となる、とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００９−１６４２９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、磁界共鳴型においては、隣接する二つの送電コイルを重ねることは伝送効率の低下を招くため、電磁誘導型と同様な対策としては用いることができない。すなわち、送電コイルを同一平面上に重ならないように配置した状態では、磁界共鳴型において伝送不能な死点領域が発生する可能性がある。
【００１１】
また、携帯電話などの小型モバイル機器の充電用途では、送電コイルや受電コイルの大きさを小さくする必要があり、そのために伝送距離が短くなるという課題もあった。
【００１２】
本発明は、このような従来技術における問題点を解決するものであり、死点の存在による伝送困難な領域を縮小し、または、送電コイルや受電コイルの大きさの制約による伝送距離の短縮化を回避して、磁界共鳴による電力伝送を広い領域に亘り安定して可能とする非接触電力伝送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】
【００１３】
本発明の非接触電力伝送装置は、共振コイルを含む受電コイルを備えた受電装置に対して電力を伝送するように構成され、共振コイルを含む送電コイルを備えて、前記受電コイル及び前記送電コイルの前記共振コイル間の磁界共鳴を介して電力を伝送するように構成される。
【００１４】
上記課題を解決するために、本発明の非接触電力伝送装置は、少なくとも１個の前記送電コイルが、同一平面上に互いに重ならないように配置された第１送電ユニットと、少なくとも１個の前記送電コイルが、同一平面上に互いに重ならないように配置された第２送電ユニットとを備える。前記第１送電ユニットと前記第２送電ユニットとは、相互の位置関係として少なくとも電力伝送配置を取ることが可能である。前記電力伝送配置では、前記第１及び第２送電ユニットは互いに対向し、相互間に前記受電装置を装着することが可能な受電空間を形成し、前記受電装置が前記受電空間に装着された配置では、前記送電コイル及び前記受電コイルにおける前記共振コイルの軸方向が互いに平行に配向される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、受電装置が配置される受電空間を挟んで上下に、第１送電ユニットと第２送電ユニットが配置されるので、受電装置の上下から電力伝送可能である。それにより、死点の存在による伝送困難な領域が縮小され、または、送電コイルや受電コイルの大きさの制約による伝送距離の短縮化が回避される。その結果、磁界共鳴による電力伝送が、広い領域に亘り安定して可能となり、受電装置の置き方の自由度が拡大する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施の形態１における非接触電力伝送装置の構成を示す断面図
【図２】同非接触電力伝送装置における送電コイルと受電コイルの配置例を示す平面図
【図３】送電コイルと受電コイルの中心軸のずれに対する電力伝送効率の変化を調べるための配置関係を示す断面図
【図４】図３に示した配置による実験によって得られた、電力伝送効率と中心軸の位置ずれの関係を示す図
【図５】従来の非接触電力伝送装置における最大効率の電力伝送が可能な領域を示す断面図
【図６】実施の形態１における非接触電力伝送装置の構成及び作用を示す断面図
【図７】同非接触電力伝送装置における領域Ａに受電コイル３の中心軸がある場合の作用の説明図
【図８】同非接触電力伝送装置における領域Ｃに受電コイル３の中心軸がある場合の作用の説明図
【図９】同非接触電力伝送装置における領域Ｂに受電コイル３の中心軸がある場合の作用の説明図
【図１０】実施の形態１の非接触電力伝送装置における送電コイルと受電コイルの配置の他の例を示す平面図
【図１１Ａ】実施の形態２における非接触電力伝送装置の構成及び作用を示す断面図
【図１１Ｂ】同非接触電力伝送装置の平面図
【図１２】実施の形態３における非接触電力伝送装置の構成を説明するための断面図
【図１３】同非接触電力伝送装置における送電コイルの移動による最大電力伝送効率を得るための動作を示す断面図
【図１４】実施の形態４の非接触電力伝送装置における、送電コイルと受電コイルの中心軸のずれに対する電力伝送効率の変化を調べるための配置を示す断面図
【図１５】図１４に示した配置による実験によって得られた、電力伝送効率と中心軸の位置ずれの関係を示す図
【図１６】図１５に示した電力伝送効率と中心軸の位置ずれの関係に基づき、実施の形態４の非接触電力伝送装置における電力伝送効率が８０％程度である領域を示す図
【図１７】実施の形態４の非接触電力伝送装置における領域Ａ’に受電コイル３の中心軸がある場合の作用の説明図
【図１８】同非接触電力伝送装置における領域Ｃ’に受電コイル３の中心軸がある場合の作用の説明図
【図１９】同非接触電力伝送装置における領域Ｄ’に受電コイル３の中心軸がある場合の作用の説明図
【図２０】同非接触電力伝送装置における領域Ｂ’に受電コイル３の中心軸がある場合の作用の説明図
【図２１】実施の形態５の非接触電力伝送装置における、第１及び第２送電ユニットを形成する送電コイルをマトリックス状に配置した例を示す平面図
【図２２】同送電コイルを最密充填状に配置した例を示す平面図
【図２３】同送電コイルの、電力伝送効率を下げた構成の場合の最適配置例を示す平面図
【図２４】実施の形態６における磁界共鳴型の非接触電力伝送装置の構成を示す断面図
【図２５】実施の形態８における磁界共鳴型の非接触電力伝送装置の構成を示す断面図
【図２６】従来例の非接触電力伝送装置における送電コイルの配置例を示す平面図
【図２７】同非接触電力伝送装置に対する受電コイルの配置例を示す平面図
【図２８】図２７（ｂ）におけるＡ−Ａ線に沿った断面図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の非接触電力伝送装置は、上記構成を基本として、以下のような態様をとることができる。
【００１８】
すなわち、前記送電コイルによる電力伝送動作を制御する制御部を備え、前記制御部は、前記受電空間に前記受電装置が配置された状態で、前記第１及び第２送電ユニットのうち少なくとも一方に含まれる前記送電コイルから前記受電コイルに対して電力を伝送するように制御する構成とすることができる。
【００１９】
また、前記送電コイルによる電力伝送動作を制御する制御部を備え、前記制御部は、前記第１送電ユニットまたは前記第２送電ユニットの一方に配置された任意の複数個の前記送電コイルから同時に電力を伝送させる制御機能を含む構成とすることができる。それにより、受電可能な領域を拡大することができる。
【００２０】
これらの構成においては、前記受電コイルの位置を検出するモニター部を備え、前記制御部は、検出された前記受電コイルの位置に応じて選択した前記送電コイルから電力を伝送するように制御する構成とすることができる。
【００２１】
以上のように、受電ユニットの受電コイルへの電力伝送は、第１送電ユニットあるいは第２送電ユニットに配置されているいずれか１個もしくは同一平面上にある複数個の送電コイルの同時送電により行うように構成することが好ましい。これにより、電力伝送効率の向上や装置の簡素化が可能となり、送電装置のコストを低減することができる。
【００２２】
より具体的には、例えば、第１送電ユニットと第２送電ユニットの距離のほぼ中間の位置に受電ユニットの受電コイルが位置する場合において、受電コイルの中心軸と、第１あるいは第２送電ユニットの送電コイルの中心軸とが近い位置にある場合には、一番中心軸に近い位置にある送電コイル１個のみで送電を行う。
【００２３】
また、受電ユニットの受電コイルの中心軸が、第１あるいは第２送電ユニットの送電コイルの中心軸から送電コイルの半径の半分以上ずれている時は、同一平面上において受電コイルの中心軸に最も近い位置にある任意の２個の送電コイルによる同時送電を行う。このように、送電コイルを複数個同時に用いて送電を行うことにより、片面での電力伝送可能距離及び平面的範囲が拡大し、広い範囲で安定した電力伝送ができる。これにより、受電装置の置き方の自由度が拡大することになる。
【００２４】
また、前記第１及び前記第２送電ユニットには、それぞれ複数の前記送電コイルが含まれ、前記第１及び前記第２送電ユニットに含まれる少なくとも各々１個の送電コイルどうしは、互いの中心軸をずらして配置されている構成とすることができる。
【００２５】
この場合、隣り合う任意の送電コイルの中心間距離は、両者の送電コイルの半径の総和以上とすることが好ましい。また、第１送電ユニットおよび第２送電ユニットの送電コイルの直径と、受電ユニットの受電コイルの直径がほぼ同じ方が、共振条件の関係から好ましい。更に、携帯電話等のモバイル機器に使用する時には、送受電装置の小型化が可能な平面状コイル（薄膜コイル）を用いることが好ましい。
【００２６】
例えば、３個の送電コイルがそれぞれ接して配置されている送電ユニットにおいては、他方の送電ユニットの送電コイルの中心軸との最小ずれ量が、送電コイルの半径の（２√３／３）倍である。また、送電コイルがマトリックス状に配置されている送電ユニットにおいては、他方の送電ユニットの送電コイルの中心軸との最小ずれ量が、送電コイルの半径の√２倍である。また、送電コイルが最密充填状に形成されている送電ユニットにおいては、他方の送電ユニットの送電コイルの中心軸との最小ずれ量が送電コイルの半径とほぼ同じである。
【００２７】
あるいは、送電コイルが接しておらず、ある距離離れて配置されている場合には、例えば、第１送電ユニットにおける任意の２つの送電コイル間の距離のほぼ真ん中の位置に、第２送電ユニットの送電コイルの中心軸を位置させればよい。
【００２８】
また、前記第１及び前記第２送電ユニットに含まれる前記送電コイルの直径が同じであ
り、前記第１及び前記第２送電ユニットに各々含まれる前記送電コイル間の中心軸の最大ずれ量が、前記送電コイルの直径に等しい構成とすることができる。
【００２９】
また、前記受電コイルは、前記共振コイルとともに、前記共振コイルに対して電磁誘導により電力を供給するループコイルを少なくとも２個備えている構成とすることができる。
【００３０】
この構成において、前記ループコイルは、前記共振コイルに対して中心軸方向における両側に配置されている構成とすることができる。また、前記複数の送電コイルのうちのいずれの送電コイルから送電されているかに応じて、動作させる前記ループコイルが切り替えられる構成とすることができる。
【００３１】
このように、受電装置を、上下どちらからでも充電可能な構造とすることが好ましい。例えば、送電コイルと受電コイルの間に金属等があると、十分な磁界共鳴の作用が得られないので、受電コイルが位置する両側の領域には金属が無い構造とする。ループコイルを切り替えるパラメータとしては、受電する電力量や電力伝送を行う送電コイルと受電コイルとの位置関係などを用いることができる。
【００３２】
また、前記受電コイルの位置を検出するモニター部と、検出された前記受電コイルの位置に応じて、前記第１送電ユニット及び前記第２送電ユニットの前記送電コイルの位置を、電力伝送効率が最大となるように制御する送電コイル位置制御部とを備えている構成とすることができる。それにより、伝送効率の低下を抑制することができる。
【００３３】
また、前記第１送電ユニットに含まれる前記送電コイルの数と、前記第２送電ユニットに含まれる前記送電コイルの数が異なる構成とすることができる。送電装置のコストを考えると、どちらかの送電ユニットに含まれる送電コイルの総数を少なくすることが好ましい。受電ユニットの受電コイルを１個とすることにより、受電装置のコストを低減することができる。
【００３４】
また、前記第１送電ユニット及び前記第２送電ユニットを保持し、前記受電装置を着脱可能に装着することが可能であり、かつ、前記第１及び第２送電ユニットが前記電力伝送配置にあるときに、前記受電空間に前記受電装置が配置されるように構成された筐体を備え、前記電力伝送配置では、前記送電コイルと前記受電コイルの周囲が前記筐体内で電磁シールドされる構成とすることができる。
【００３５】
この構成において、携帯電話に使用される周波数帯域の電波を前記筐体内へ送るための中継コネクタが設けられている構成とすることができる。
【００３６】
磁界共鳴により電力を伝送する場合、実際に実用化された時には周波数としては数ＭＨｚ〜数１００ＭＨｚ帯を活用することが考えられる。電界共鳴型に比べて人体への影響が少ないとはいえ、送電パワーの値によっては人体への影響も考慮しなければならない。そこで、上記構成のように、電力伝送を行っている時には送電コイル及び受電コイルを、外部に電磁波が漏れないようにシールドをした筐体で全体を包囲することが好ましい。これにより、送電コイルから発生したエネルギーのうち受電されずに放射されたエネルギーが外部に漏れる心配がなくなる。
【００３７】
但し、携帯電話の電力伝送の場合には、通常の携帯電話用の電波がシールドによって電子メールなどのやり取りができない状態を回避するために、電力伝送に使用する特定の周波数のみ外部への遮断を行うことが好ましい。あるいは、シールドをした筐体の任意の部分に、携帯電話用の電波を筐体の内部と外部でやり取りする中継装置を設けても良い。ま
た、受電装置と筐体との間で情報のやり取りをするシステムを取り付け、受電装置の受電が完了すると筐体の任意の場所でその旨がわかる表示（あるいは音など）をするようにしてもよい。筐体の形としては、蓋が開閉できるようなオルゴール型や、机の引き出し型等が好ましい。そして、安全確保のために、蓋が開いている時や引き出しが閉まっていない時には電力伝送が不能となるようにすることが好ましい。
【００３８】
また、前記筐体が前記電力伝送配置の状態を維持するためのインターロック機能を備え、電力伝送時には、前記送電コイルと前記受電コイルの周囲が電磁シールドされた状態が前記インターロック機能により維持される構成とすることができる。
【００３９】
また、前記送電コイルに含まれた前記共振コイルの磁気抵抗値を各々検出する磁気抵抗値検出部を備え、前記制御部は、検出された磁気抵抗値が最小となる前記送電コイルを選択し、選択された前記送電コイルから電力を伝送するか、または、選択された前記送電コイルを含む隣接した複数の前記送電コイルから同時に電力を伝送するように制御する構成とすることができる。
【００４０】
また、前記受電コイルの受電電力を検出する電力検出部を備え、前記制御部は、複数の前記送電コイルから個別に順次電力を伝送させて、前記電力検出部が出力する検出値が最大となる前記送電コイルを選択し、選択された前記送電コイルから電力を伝送するか、または、選択された前記送電コイルを含む隣接した複数の前記送電コイルから同時に電力を伝送するように制御する構成とすることができる。
【００４１】
また、受電側に共鳴用の受電コイル以外に、位置モニター用のコイルを設けてもよい。この場合には、第１送電ユニットあるいは第２送電ユニットのどちらかの送電側に、共鳴用の送電コイル以外に位置モニター用のコイルを設ける必要がある。
【００４２】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００４３】
＜実施の形態１＞
図１は、実施の形態１における磁界共鳴型の非接触電力伝送装置の構成を示す断面図、図２はその平面図である。図１は、図２のＢ−Ｂ線に沿った断面を示す。なお、図２６〜図２８に示した従来例の非接触電力伝送装置と同様の要素については、同一の参照番号を付して、説明を簡略化する。
【００４４】
本実施の形態の非接触電力伝送装置（送電装置）４は、下側に配置される第１送電ユニット５と、上側に配置される第２送電ユニット６とを備えている。図１のように互いに対向するように配置された場合の第１送電ユニット５と第２送電ユニット６の相互間には、所定間隔の受電空間が形成されている。この受電空間に受電装置７を装着して電力の伝送を行うように構成されている。第１送電ユニット５は、基板８の同一平面上に互いに重ならないように配置された４個の送電コイル１ａ〜１ｄにより構成されている。第２送電ユニット６は、１個の送電コイル９により構成されている（基板の図示は省略）。
【００４５】
送電コイル１ａ〜１ｄ及び送電コイル９は、各々磁界共鳴を作用させるための共振コイル（図示省略）を含んで構成される。送電コイル１ａ〜１ｄは、共振コイルの軸方向が互いに平行に配向するように基板８上に配置されている。なお、以下の図面では、基板８の図示は省略する。また、第１及び第２送電ユニット５、６は、各々における共振コイルの軸方向が相互に平行に配向するように配置されている。
【００４６】
図１に示した第１及び第２送電ユニット５、６の配置は、電力伝送時の配置（電力伝送配置）である。受電装置７は、共振コイルを有する受電コイル３を１個備えて構成されて
いる。電力伝送配置では、第１及び第２送電ユニット５、６の共振コイルと、受電コイル３の共振コイルとの間の磁界共鳴を介して電力を伝送することが可能である。受電装置７も基板を用いて構成されるが、基板の図示は省略する。なお、第１及び第２送電ユニット５、６は、電力伝送配置に固定されても良いし、後述するように、受電空間が形成されていない他の状態を取ることも可能なように構成されてもよい。
【００４７】
また、後述するように、第２送電ユニット６が複数の送電コイル９を備えた構成とすることもできる。その場合の第２送電ユニット６の複数の送電コイル９も、同一平面上に互いに重ならないように、かつ共振コイルの軸方向を互いに平行に配向させて配置される。
【００４８】
本実施の形態のように、第１及び第２送電ユニット５、６が上下に配置された電力伝送配置を採用することにより、以下に説明するように、広範囲の領域において最適な送受電が可能となる。
【００４９】
先ず、送電コイルと受電コイルとの中心軸のずれ量に応じた、電力伝送効率の変化について調べた実験の結果について述べる。ここで、図３に示すように、送電コイル１の半径ｒ１及び受電コイル３の半径ｒ２を、ｒ１＝ｒ２＝ｒとし（送電コイル１の半径と受電コイル３の半径を同じにした方が、共鳴条件を合わせやすい）、送電コイル１と受電コイル３の距離（軸方向における間隔）をｇ、送電コイル１の中心軸と受電コイル３の中心軸のずれ量をｄとする。実験では、ｒ＝１５０ｍｍ、ｇ＝１５０ｍｍで固定とし、中心軸の位置ずれ量ｄを可変とした。また、両コイルの共振コイルとしてはヘリカルアンテナを使用し、巻数を５ターンとした（ピッチは５ｍｍ）。
【００５０】
図４に、上記実験の結果得られた、中心軸の位置ずれ量ｄに対する電力伝送効率ηの関係を示す。位置ずれ量ｄが１５０ｍｍ程度までは電力伝送効率ηは約９５％と変化が無く、それよりも位置ずれ量ｄが大きくなると電力伝送効率ηが低下していくことが判る。
【００５１】
この結果から、送電コイル１及び受電コイル３の中心軸の位置ずれが、コイルの半径ｒまでの範囲においては、問題なく最大の電力伝送が可能であることが判る。このような関係は、送電コイル１及び受電コイル３の半径ｒを変えた場合においてもほぼ同様である。また、ヘリカルアンテナに限らず平面型コイル（薄膜コイルなど）を用いた場合でも、傾向はほぼ同じである。
【００５２】
これに対して、電磁誘導型の場合は、送電コイル１及び受電コイル３の中心軸がコイルの半分ずれると電力伝送効率がほぼ０に近づくので、電磁誘導型に比べて、磁界共鳴型は位置ずれに対して優れていることが判る。
【００５３】
ここで、位置ずれによる電力伝送効率の低下の原因としては、送電コイル１と受電コイル３の中心間距離が大きくなると、結合自体が弱くなるために電力伝送が低下しているものと考えられる。以上の説明では、送電コイル１の半径と受電コイル３の半径を同じにした場合について述べたが、半径が異なっていても、同様の結果が得られた。その場合には、共鳴条件を合わせる必要がある。また、位置ずれ量ｄの範囲を決める半径ｒは、送電コイル１の半径ｒ１である。
【００５４】
ここで例えば図２７（ｂ）のように送電コイル１が４個の送電ユニットにおいて、死点領域の中心に受電コイル３がある場合には、送電コイル１と受電コイル３の中心軸のずれ量ｄは、√２ｒとなる。従って、図４の関係から電力伝送効率が悪くなる可能性が高い。これについて判り易くするために、図２７（ｂ）のＡ−Ａ断面図に送電コイル１による作用を加えたものを図５に示す。図５は、送電コイル１の中心軸と受電コイル３の中心軸のずれ量ｄがコイルの半径ｒよりも大きい場合を示す。送電コイル１ａと送電コイル１ｃと
は、距離ａだけ離れている。送電コイル１ａの中心軸と受電コイル３の中心軸のずれ量をｄ１と記し、送電コイル１ｃの中心軸と受電コイル３の中心軸のずれ量をｄ２と記す。
【００５５】
領域Ａ、及び領域Ｂは、最大効率の電力伝送が可能な領域を模式的に示したものである。領域Ａは、中心軸のずれ量ｄ１が半径ｒ以内の場合に、最大の電力伝送効率が得られる領域である。但し、最大の電力伝送効率とは、実用的に十分な範囲内の値として定義される電力伝送効率を意味する。領域Ｂは、中心軸のずれ量ｄ２が半径ｒ以内の場合に最大の電力伝送効率が得られる領域である。受電コイル３の中心軸が送電コイル１ａと送電コイル１ｃの間の距離ａの領域にある場合には、電力伝送効率が低くなることがわかる。送電コイル１ａと送電コイル１ｃの中心間距離の半分の位置に受電コイル３の中心軸が位置する時（ｄ１＝ｄ２）に、電力伝送効率が最も悪くなると考えられる。
【００５６】
そこで、本実施の形態では、死点の影響による電力伝送効率低下を防ぐために、図１に示したように、受電コイル３を挟んだ送電コイル１ａの反対側に、第２送電ユニット６に含まれる半径ｒのもう一つの送電コイル９を配置する。それらの位置関係を、図６に示す。送電コイル９の中心軸と受電コイル３の中心軸のずれ量をｄ３と記す（図６ではｄ３＝０のため図示せず）。図６に示すように、送電コイル９と受電コイル３の伝送方向距離は、例えば、送電コイル１ａと受電コイル３の間の距離ｇと同じにする。送電コイル９により、中心軸のずれ量ｄ３が半径ｒ以内の場合における最大の電力伝送効率が得られる領域Ｃが追加される。
【００５７】
この構成では、送電コイル１ａと送電コイル１ｃとの中心間距離の半分の位置に送電コイル９の中心軸が来た時が、一番多くの領域をカバーできる。即ち、送電コイル１ａと送電コイル９との中心軸の好ましいずれ量Ｘは、Ｘ＝（２ｒ＋ａ）／２である。（２ｒ＋ａ）は送電コイル１ａと送電コイル９の中心軸間の距離である。ここで、平面方向における最大の受電可能領域を与える最大ずれ量Ｘｍａｘは、ａ＝２ｒ（送電コイル９の直径）の場合に対応する。従って、Ｘｍａｘ＝２ｒとなる。そして、受電コイル３が配置されている位置での平面方向の最適な受電が可能な範囲Ｚは、（４ｒ＋ａ）で表される。最大の受電可能範囲Ｚｍａｘはａ＝２ｒの時であるので、Ｚｍａｘ＝６ｒとなる。
【００５８】
図６に示すように送電コイル１ａ〜１ｄ、９を配置することにより、広範囲の領域において最適な送受電が可能となる。しかし、実際にすべての送電コイルから一つの受電コイルに同時送電を行うことは、効率の問題から好ましくない場合がある。そこで、受電コイル３の中心軸がどの領域にあるかに応じて、実際に送電を実施する送電コイルを１個選択することが望ましい。これについて、図７〜図９を参照して説明する。なお、判り易くするために、平面方向における最大の受電可能領域を与える最大ずれ量Ｘｍａｘが２ｒ（ａ＝２ｒ）の場合について示す。
【００５９】
図７〜図９は、受電コイル３の水平方向位置が、領域Ａ〜領域Ｃの各領域に対応する場合に分けて伝送方法を示したものである。図７は、送電コイル１ａの中心軸からの受電コイル３の中心軸のずれ量ｄ１が、半径ｒ以内である場合を示している。この場合には、領域Ａで最大の電力伝送効率が得られるので、送電コイル１ａのみによって受電コイル３へ送電を行えばよい。
【００６０】
同様に、図８に示すように、送電コイル９の中心軸からの受電コイル３の中心軸のずれ量ｄ３が半径ｒ以内の時には、領域Ｃで最大の電力伝送効率が得られるので、送電コイル９のみによって受電コイル３へ送電を行えばよい。更に、図９に示すように、送電コイル１ｃの中心軸からの受電コイル３の中心軸のずれ量ｄ２が半径ｒ以内の時には、領域Ｂで最大の電力伝送効率が得られるので、送電コイル１ｃのみによって受電コイル３へ送電を行えばよい。
【００６１】
このように、送電コイル１ａ〜１ｄ、９から選択された１つの送電コイルにより電力伝送を行うために、各送電コイル１ａ〜１ｄ、９から選択するための制御部を設け、例えば、受電コイル３の位置を検出するモニター部を設ける（図示省略）。そして、制御部は、検出された受電コイル３の位置に応じて選択した送電コイルから電力を伝送するように制御する。モニター部としては、例えば、受電装置７に対してレーザ光を照射し、反射光に基づいて受電装置７の位置や、姿勢を検出する構成とすることができる。受電装置７内における受電コイル３の位置は特定されているので、受電コイル３の位置を検出することが可能である。あるいは、撮像装置により受電装置７を撮影し、パターン認識により受電装置７の位置を検出することも可能である。
【００６２】
以上のように、本実施の形態では、死点となりうる領域の中心付近に受電コイル３が位置した場合を考慮し、従来の送電コイル１ａ及び送電コイル１ｃを有する第１送電ユニット５に加えて、送電コイル９を有する第２送電ユニット６をほぼ平行に対向させ、第１送電ユニット５の送電コイル１の中心軸と第２送電ユニット６の送電コイル９の中心軸を適度にずらした状態に配置する。第１送電ユニット５と第２送電ユニット６の間に、受電コイル３を有する受電ユニット９を装着し、少なくともどちらか一方の送電コイルから受電コイル３に非接触で電力を伝送する。
【００６３】
図１０は、平面構造が図２の場合と異なり、第１送電ユニット５に、３個の送電コイル１ａ〜１ｃがそれぞれ接して配置された場合に、第２送電ユニット６に設けた送電コイル９の最適な配置例を示す。即ち、死点となりうる領域の中心付近に送電コイル９の中心軸を位置させるのが好ましい。この場合には、第１送電ユニット側の送電コイル１ａと第２送電ユニット側の送電コイル９との中心軸のずれ量は、コイルの半径をｒとすると、（２√３／３）ｒである。
【００６４】
＜実施の形態２＞
図１１Ａは、実施の形態２における磁界共鳴型の非接触電力伝送装置の構成を示す断面図、図１１Ｂはその平面図である。図１１Ａは、図１１ＢのＣ−Ｃ線に沿った断面を示す。
【００６５】
本実施の形態は、送電方向（送電コイルの軸方向）おける受電可能領域の拡大を目的とした送電コイルの配置例に関するものである。図１１Ａ、図１１Ｂの配置は、第１送電ユニット５及び第２送電ユニット６がそれぞれ１個の送電コイル１、９を有し、送電コイル１と送電コイル９の中心軸がほぼ一致している例である。第１送電ユニット５と第２送電ユニット６とは、相互間に所定間隔の受電空間を形成して互いに対向し、各々における共振コイルの軸方向が相互に平行に配向するように配置されている。相互間の受電空間には、受電装置７の受電コイル３が配置される。図中、実線で描かれた受電コイル３の位置は、その中心軸が送電コイル１、９の中心軸から左側に距離ｒずれている場合を示す。一方、破線で描かれた受電コイル（３）の位置は、その中心軸が送電コイル１、９の中心軸から右側に距離ｒずれている場合を示す。
【００６６】
図１１Ａに示す配置の場合には、領域Ａと領域Ｃとを併せた領域で、良好な電力伝送が可能である。すなわち、送電コイル１からは、送電コイル１の中心軸と受電コイル３の中心軸のずれ量が半径ｒ以内の領域Ａで最大の電力伝送効率が得られる。送電コイル９からは、送電コイル９の中心軸と受電コイル３の中心軸のずれ量が半径ｒ以内の場合の領域Ｃで最大の電力伝送効率が得られる。
【００６７】
即ち、従来の送電コイル１が１個の場合は、最大の電力伝送効率は領域Ａでのみ得られるのに比べて、送電方向に最大で２倍の受電可能領域が得られることになる。この時の、
平面上の最適な受電可能範囲Ｚｍａｘは、受電コイル３の位置と受電コイル（３）の位置の各々の中心軸間の距離で、従来と同じＺｍ＝２ｒである。
【００６８】
本実施の形態のように、第１送電ユニットに形成された任意の送電コイルの伝送効率最大の距離と、第２送電ユニットに形成された任意の送電コイルの伝送効率最大の距離を合計した距離だけ両送電コイル間を離し、且つ両送電コイルの中心軸をほぼ一致させて対向配置することにより、結果的に送電方向おける受電可能領域の拡大が可能となる。
【００６９】
＜実施の形態３＞
実施の形態３における磁界共鳴型の非接触電力伝送装置について、図１２を参照して説明する。本実施の形態では、送電コイルの配置は、実施の形態１の図６に示した送電コイル１ａ〜１ｄ、及び送電コイル９と同じ配置である。但し図１２には、受電コイル３が受電可能領域から外れた位置に配置された状態が示される。この場合、受電コイル３の中心軸のずれ量ｄ３が半径ｒ以内であるにもかかわらず、最大の電力伝送効率が得られる領域Ｃから伝送方向に遠く離れてしまっているために、伝送効率が低下する。
【００７０】
そこで、本実施の形態では、受電コイル３の位置をモニターし、平面上における受電コイル３の中心位置に、送電コイル１ａと送電コイル１ｃの平面上の位置と送電コイル９の平面上の位置の中間位置（距離ｇ）が来るように、送電コイル１ａと送電コイル１ｃ及び送電コイル９の位置を移動させる。
【００７１】
場合によっては、図１３に示すように、送電コイル９のみを、受電コイル３における最大の電力伝送効率となるように、伝送方向に距離ｔだけ移動させても良い。このように、受電コイルの位置に応じて送電コイルの位置を適度に移動させることにより、確実な電力伝送が可能となる。
【００７２】
＜実施の形態４＞
実施の形態４における磁界共鳴型の非接触電力伝送装置について、図１４〜図２０を参照して説明する。本実施の形態は、受電コイルが最大の電力伝送効率の領域から外れた場合の解決策として、実施の形態３の場合の送電コイルの位置を移動させる方法とは異なる方法を提供するものである。すなわち、上述の各実施の形態においては、受電コイルへの電力伝送は基本的に１個の送電コイルで行うのに対して、本実施の形態では、同一平面上に配置された任意の２個の送電コイルから同時に送電する制御を含む。
【００７３】
まず、本実施の形態の構成に関し、送電コイルと受電コイルとの中心軸のずれ量に応じた電力伝送効率の変化について調べた実験の結果について説明する。実験は、図１４に示すように、２個の送電コイル１ａ、１ｃ間の距離ａを、最も電力伝送効率が小さくなると思われる２ｒ（受電コイル３の直径）で固定とし、両送電コイル１ａ、１ｃから同時に送電したときの、送電コイル１ａ及び受電コイル３の中心軸のずれ量ｄに対する電力伝送効率の変化を測定した。
【００７４】
ここで、送電コイル１ａ、送電コイル１ｃ、及び受電コイル３の半径を共にｒ、送電コイル１ａと受電コイル３の送信方向における距離をｇ、送電コイル１ａの中心軸と受電コイル３の中心軸とのずれ量をｄとする。実験では、ｒ＝１５０ｍｍ、ｇ＝１５０ｍｍ、ａ＝３００ｍｍで固定とし、中心軸の位置ずれ量ｄを可変とした。実験結果として、中心軸の位置ずれ量ｄに対する電力伝送効率ηの関係を、図１５に示す。位置ずれ量ｄが１５０ｍｍ（＝ｒ）程度までは電力伝送効率ηは約９５％と変化が無く、それよりも位置ずれ量ｄが大きくなると電力伝送効率ηが低下していくことが判る。
【００７５】
この結果から、送電コイル１と受電コイル３の中心軸の位置ずれ量ｄがコイルの半径ｒ
までの範囲では、問題なく最大の電力伝送効率を得ることが可能であることが判る。更に、中心軸の位置ずれ量ｄが半径の２倍、即ち受電コイル３の直径分（２ｒ＝３００ｍｍ）離れても、電力伝送効率の低下は２割程度と小さいことが判った。このような関係は、送電コイル及び受電コイルの半径を変えた場合においてもほぼ同様である。これによれば、電力伝送効率を８０％程度と小さくしても送電パワーに余裕がある場合においては、送電方向おける受電可能領域の拡大が可能となる。
【００７６】
図１６は、電力伝送効率が８０％程度である領域を示したものである。送電コイル１ａの中心軸と受電コイル３の中心軸のずれ量が半径ｒ以内の時に、送電コイル１ａにより８０％の電力伝送効率が得られる領域Ａ’における送電方向の電力伝送距離ｇ１は、図６における送電方向の電力伝送距離ｇよりも大きい。同様に、送電コイル１ｃの中心軸と受電コイル３の中心軸のずれ量が半径ｒ以内の時に、送電コイル１ｃにより８０％の電力伝送効率が得られる領域Ｂ’における送電方向の電力伝送距離ｇ２は、図６における送電方向の電力伝送距離ｇよりも大きい。また、送電コイル９の中心軸と受電コイル３の中心軸のずれ量が半径ｒ以内の時に、受電コイル３により８０％の電力伝送効率が得られる領域Ｃ’における送電方向の電力伝送距離ｇ３は、図６における送電方向の電力伝送距離ｇよりも大きい。即ち、ｇ１＝ｇ２＝ｇ３＞ｇとなる。
【００７７】
以上の領域Ａ’、領域Ｂ’、領域Ｃ’は、１個の送電コイルにより電力伝送を行った場合に８０％の電力伝送効率が得られる範囲であるが、図１６における領域Ｄ’は、送電コイル１ａと送電コイル１ｃにより同時に送電を行った場合に８０％の電力伝送効率が得られる範囲である。結果的に、送電コイル９における領域Ｃ’と領域Ｄ’を加えた領域における送電方向の最大伝送距離は、（ｇ３＋ｇ４）と、従来に比べて大きくすることができる。
【００７８】
図１７〜図１９は、平面方向において最大受電可能領域を形成する最大ずれ量Ｘｍが２ｒ（ａ＝２ｒ）の場合の、各領域における伝送方法を示したものである。図１７は、受電コイル３の中心軸が送電コイル１ａの中心軸から半径ｒ以内の距離にある場合を示している。すなわち、送電コイル１ａの中心軸と受電コイル３の中心軸のずれ量ｄ１が半径ｒ以内である。また、受電コイル３と送電コイル１ａの間隔がｇ１以内である。すなわち、受電コイル３は、送電コイル１ａによって最大の電力伝送効率が得られる領域Ａ’に位置しているので、送電コイル１ａのみによって受電コイル３へ送電を行えばよい。
【００７９】
同様に、図１８は、送電コイル９の中心軸と受電コイル３の中心軸のずれ量ｄ３が半径ｒ以内であって、受電コイル３と送電コイル９の送電方向の間隔がｇ３以内の場合を示す。この場合は、受電コイル３は、送電コイル９によって最大の電力伝送効率が得られる領域Ｃ’に位置しているので、送電コイル９のみによって受電コイル３へ送電を行えばよい。
【００８０】
更に、図１９は、送電コイル９の中心軸と受電コイル３の中心軸のずれ量ｄ４が半径ｒ以内であって、受電コイル３と送電コイル１ａの送電方向の間隔がｇ４以内の場合を示す。この場合は、受電コイル３は、送電コイル１ａと送電コイル１ｃによって最大の電力伝送効率が得られる領域Ｄ’に位置しているので、送電コイル１ａと送電コイル１ｃとの同時送電により受電コイル３へ送電を行えばよい。
【００８１】
また、図２０は、送電コイル１ｃの中心軸と受電コイル３の中心軸のずれ量ｄ２が半径ｒ以内であって、受電コイル３と送電コイル１ｃの送電方向の間隔がｇ２以内の場合を示す。この場合は、受電コイル３は、送電コイル１ｃによって最大の電力伝送効率が得られる領域Ｂ’に位置しているので、送電コイル１ｃのみによって受電コイル３へ送電を行えばよい。
【００８２】
以上のとおり、本実施の形態では、最適な電力伝送可能な範囲を広げるために、実施の形態１と同様、従来のように送電コイルが設けられた第１送電ユニットに、追加の送電コイルが設けられた第２送電ユニットをほぼ平行に対向させ、第１送電ユニットの送電コイルの中心軸と第２送電ユニットの送電コイルの中心軸を適度にずらした状態に設定する。そして、第１送電ユニットと第２送電ユニットの間の受電空間に受電ユニットを配置し、受電コイルの位置に応じて、少なくとも一方の送電コイルを１個、あるいは２個の送電コイルを同時に動作させて、電力を伝送する。なお、送電コイルの配置によっては、同一平面上に形成した３個以上の送電コイルによる同時送電を行っても良い。
【００８３】
＜実施の形態５＞
図２１は、実施の形態５における磁界共鳴型の非接触電力伝送装置の構成を示す平面図である。本実施の形態では、第１送電ユニット１０に設けられた送電コイル１は、４×４個がマトリックス状に配置され、第２送電ユニット１１に設けられた複数個の送電コイル９が対向させて配置された構成を有する。
【００８４】
この図から判るように、第１送電ユニット１０の送電コイル１の数は１６個であるが、第２送電ユニット１１の送電コイル９の数は、９個と少なくなっている。即ち、第１送電ユニット１０の送電コイル１の死点となりうる場所に第２送電ユニット１１の送電コイル９の中心を合わせることにより、第２送電ユニット１１の送電コイル９の数を減らすことができる。ここで送電コイル１と送電コイル９の半径を共にｒとすると、第１送電ユニット１０および第２送電ユニット１１の同一平面上における隣り合う二つの送電コイル間の最短中心距離は２ｒであり、送電コイル１と送電コイル９の中心軸の最小ずれ量は√２ｒである。
【００８５】
図２２は、第１送電ユニット１２の送電コイル１が、４×４に最密充填状に配置された例を示す。この図から判るように、第１送電ユニット１２の送電コイル１の死点となり得る場所に第２送電ユニット１３の送電コイル９の中心を合わせると、送電コイル９の数は送電コイル１の数と同じとなる。ここで送電コイル１と送電コイル９の半径を共にｒとすると、第１送電ユニット１２および第２送電ユニット１３の同一平面上における隣り合う二つの送電コイル間の最短中心距離は２ｒであり、送電コイル１と送電コイル９の中心軸の最小ずれ量はｒである。但し、図２１のマトリックス状配置に比べて、平面方向における最適な受電可能範囲が多少狭くなり、第１送電ユニット１２と第２送電ユニット１３の送電コイルの総数が多くなっていることから、図２１のように４×４マトリックス状に第１送電ユニット１０及び第２送電ユニット１１の送電コイルを配置した方が好ましい。
【００８６】
図２３は、実施の形態４で示した任意の二つの送電コイルによる同時送電を行う構成の場合の配置例を示す。第１送電ユニット１４には、送電コイル１が直径分（２ｒ）の間隔を設けた状態で、それぞれ均等に８個配置されている。第２送電ユニット１５においても、送電コイル９が直径分（２ｒ）の間隔を設けた状態でそれぞれ均等に８個配置されている。そして、第１送電ユニット１４と第２送電ユニット１５の送電コイルの中心軸が、ちょうど２ｒずらされて対向配置されている。この場合には、電力伝送効率が小さくなるものの、第１送電ユニット１４と第２送電ユニット１５の送電コイルの総数を、１６個と大幅に少なくすることができる。この構成では、図１６に示した実施の形態４の場合と同様に、受電コイルの位置に応じて電力伝送動作を行わせる送電コイル１、９を選択する対応を行う。
【００８７】
＜実施の形態６＞
図２４は、実施の形態６における磁界共鳴型の非接触電力伝送装置の構成を示す断面図である。上述のように、一般的に送電コイル及び受電コイルは、電力を伝送するための共
振コイルを有し、さらに、高周波電源から共振コイルに電磁誘導により電力を供給するためのループコイルが使用されることが多い。本実施の形態においても、送電コイル１、９及び受電コイル３が、これら共振コイルとループコイルを用いて構成される。図２４は、その一例として、第１送電ユニット５の送電コイル１と、第２送電ユニット６の送電コイル９と、その間に配置された受電装置７の受電コイル３を、各々形成している共振コイルとループコイルの位置関係を模式的に示したものである。
【００８８】
送電コイル１は共振コイル１６ａとループコイル１７ａにより形成され、送電コイル９は共振コイル１６ｂとループコイル１７ｂにより形成されている。各々、共振コイル１６ａ及び共振コイル１６ｂを内側に向けて配置される。本実施の形態は、受電コイル３が、共振コイル１８の両側に各々ループコイル１９ａ、１９ｂを配置して形成されていることを特徴とする。
【００８９】
まず送電コイル１から受電コイル３への電力伝送には、高周波電源から供給された電力をループコイル１７ａから共振コイル１６ａへ電磁誘導により伝送する。共振コイル１６ａに伝送された電力を、共鳴現象を利用して、共振コイル１６ａと同じ共振周波数で動作している受電コイル３の共振コイル１８に伝送する。最終的には、共振コイル１８から負荷をつないだループコイル１９ｂに電力を伝送する。同様に、送電コイル９から受電コイル３への電力伝送には、高周波電源から供給された電力を、ループコイル１７ｂから共振コイル１６ｂへ電磁誘導により伝送する。そして共鳴現象を利用してその電力を、共振コイル１６ｂと同じ共振周波数で動作している受電コイル３の共振コイル１８に伝送する。最終的には、共振コイル１８から負荷をつないだループコイル１９ａに電力を伝送する。
【００９０】
本実施の形態では、受電コイル３の共振コイル１８の両側に配置されたループコイル１９ａとループコイル１９ｂについては、受電を行う前にどちら側の送電コイルから送電されてくるかを検出し、必要な側のループコイルに自動的に切り替わって目的の負荷へ電力を伝送する制御が行われる。
【００９１】
あるいは、ループコイル１９ａとループコイル１９ｂに各々実際に受電させて、受電した電力の大きい方のループコイルを用いるように制御しても良い。また、必要に応じて、ループコイル１９ａとループコイル１９ｂで得られた電力を合算して負荷に供給しても良い。これらの場合において、送電コイルの共振コイルと、受電コイルの共振用コイルとの間にループコイルが存在していることをあらかじめ考慮してインピーダンス整合を取ることが望ましい。
【００９２】
本実施の形態では受電コイル３の両側からの受電が可能であることが特徴であるが、その場合、送電コイルと受電コイルとの間に金属が存在すると、これに電磁場が吸収されエネルギー損失が起こる。即ち、電力伝送効率の低下を招く。そこで、本実施の形態では、受電コイルの両側には電力伝送に影響を及ぼすような金属が配置されないように構成される。
【００９３】
上述の実施の形態では、高周波電源からの電力供給にループコイルを用いた例を示したが、本発明では、導入電力やコイルの種々パラメータ等を自律的に整合すること等による、ループコイルを用いない方法も適用できる。また、ループコイルと共振コイルを一体化し、コイルのインダクタンスを直接制御することも可能である。
【００９４】
＜実施の形態７＞
本実施の形態における磁界共鳴型の非接触電力伝送装置は、第１送電ユニット、第２送電ユニット、及び受電装置の構成としては、上記各実施の形態、あるいは本発明に包含されれる他の構成を用いることができる。本実施の形態は、複数の送電コイルから、受電コ
イルの位置に応じて適切な送電コイルを選択して送電を行うための制御装置を備えていることを特徴とする。
【００９５】
送電コイルを選択する方法としては、例えば、それぞれの送電コイルの共振コイルの磁気抵抗を調べ、その値が最小となる送電コイルを検出して、その送電コイルを選択するように制御が行われる。即ち、受電コイルに近い送電コイルの磁気抵抗が小さくなることを利用するのである。具体的な手順について、図１及び図２を参照して説明する。
【００９６】
まず第１送電ユニット５と、第２送電ユニット６の間に受電装置７を配置した状態で、第１送電ユニット５の送電コイル１ａ〜１ｄにおける共振コイルの磁気抵抗値を、１個ずつ順番に調べる。次に、第２送電ユニット６の送電コイル９における共振コイルの磁気抵抗値を、同様に１個ずつ順番に調べる（図１では１個）。そして、得られた磁気抵抗値を比較し、磁気抵抗値が一番小さい共振コイルを有する送電コイルを特定する。最終的にはその位置を考慮して、受電コイル３に一番近い１個の送電コイルによる送電、あるいは同一平面上において隣接する任意の二つの送電コイルによる同時送電を実施する。
【００９７】
また、上述のように、送電コイルの共振コイルの磁気抵抗値の値を調べて能動的に選択する構成に代えて、磁気抵抗値が最も低い共振コイルを有する送電コイルから受動的に、受電コイルの共振コイルに電流が集中的に流れるように構成しても良い。
【００９８】
また、実際に受電コイルから負荷へ電力を供給した時に、電力が最大になる送電コイルを選択する構成としても良い。この場合もまず、第１送電ユニット５と第２送電ユニット９の間に受電装置７を配置した状態で、第１送電ユニット５に形成された送電コイル１ａ〜１ｄから１個ずつ順番に送電を行う。その時の受電コイル３の受電電力を調べる。次に、第２送電ユニット６に形成された送電コイル９から１個ずつ順番に送電を行い（図１では１個）、その時の受電コイルの受電電力を調べて、受電コイル３で得られた受電電力が最も大きい送電コイルを特定する。最終的にはその位置を考慮して、受電コイルに一番近い１個の送電コイルによる送電、あるいは同一平面上に隣り合う任意の二つの送電コイルによる同時送電を実施する。
【００９９】
＜実施の形態８＞
図２５は、実施の形態８における磁界共鳴型の非接触電力伝送装置の構成を示す断面図である。この非接触電力伝送装置は、オルゴール型（箱型）をした筐体２０と、開閉自在の蓋２１を備え、筐体２０の内部に第１送電ユニット５が保持され、蓋２１に第２送電ユニット６が保持されている。第１送電ユニット５の上部に、受電装置７としての携帯電話を装着することができ、蓋２１を閉じることにより、第１送電ユニット５と第２送電ユニット６の間に受電装置７が配置される。受電装置７は、充電器などを搭載している。
【０１００】
筐体２０には、交流電源（ＡＣ１００Ｖ）から受けた電力を電力伝送可能な電力に変換する高周波電力ドライバー２２、インピーダンス整合を取るための制御回路２３等が設けられている。また、第１送電ユニット５と第２送電ユニット６が配置された領域を包囲して、電磁シールド材２４が配置されている。蓋２１を閉じた状態では、第１送電ユニット５と第２送電ユニット６の周囲は完全に電磁シールドされる。これにより、電磁波が人体に影響することが防止され、安全である。
【０１０１】
筐体２０の表面にはディスプレイ２５が設けられている。主に、携帯電話などの充電状態やメールなどの着信情報を表示するためである。ディスプレイ２５に代えて、ＬＥＤランプなどで代用してもよい。また、インターロック機能用の突起２６が設けられ、蓋２１を完全に閉めた状態でないと送電が始まらないように構成されている。
【０１０２】
第１送電ユニット５及び第２送電ユニット６を形成する送電コイルの数は、それぞれ１個以上で、種々の形態によって総数を異ならせることができる。いずれの送電コイルも、ループコイルと共振コイルからなる構成とすることができる。この装置におけるループコイルは、高周波電力ドライバー２２から供給される電気信号により励起され、共振コイルに電気信号を伝送する誘電素子である。即ち、電磁誘導作用により高周波電力ドライバー２２と共振コイルとの結合する。また、共振コイルはループコイルから出力された電気信号に基づいて磁界を発生させる。この共振コイルは共振周波数において磁界強度が最大となる。また制御回路２３は、受電装置７の受電コイルの位置や共振周波数が変わった時に、結合係数やＱ値などを制御して高い伝送効率を得るために用いる回路、受電装置７との情報のやり取りをするための回路、あるいは受電装置７の位置情報を得るための回路等を含んでもよい。
【０１０３】
受電装置７は、ループコイルと共振コイルからなる受電コイル、インピーダンス整合を取るための制御回路、交流を直流に変換する整流器、及び負荷（充電器など）等を備えている。
【０１０４】
上述のように、筐体２０の内部から発生した磁場の影響を外部に漏らさないために、筐体２０全体を電磁シールドするのが好ましい。基本的には、共振周波数帯である数ＭＨｚ〜数１００ＭＨｚの電波を外部に漏れないようにシールドすればよいが、場合によってはすべての周波数の電波をシールドしてもよい。ただしこの時は、すべての周波数の電波を遮断すると、携帯電話などのモバイル用のバッテリー充電においては不都合が生じる。そこで、携帯電話などに使用する数ＧＨｚ帯の電波は筐体内外で通信ができるようにすることが望ましい。具体的には、筐体側面に中継コネクタを埋め込んだ構成とすることができる。
【０１０５】
本実施の形態では、オルゴール型の筐体２０を用いたが、他に、机の引き出し型でも同様な効果が得られる。また、受電装置７として携帯電話などの小型の装置を例として説明したが、電気自動車などの大型の受電装置にも本発明を適用可能であることは言うまでもない。
【０１０６】
以上のように、本発明によれば受電コイルの位置によらず良好な送電が可能となる。更に、従来に比べて電力伝送可能領域の拡大ができるので応用範囲が広がり好ましい。
【０１０７】
以上、本発明の好ましい実施の形態を説明したが、本発明はその要旨の範囲内で様々な変形や変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１０８】
本発明は、磁界共鳴による電力伝送を、広い領域に亘り安定させることができるので、携帯電話やデジタルカメラ等のモバイル機器、ＴＶや電気自動車などへの非接触電力伝送に好適である。
【符号の説明】
【０１０９】
１、１ａ〜１ｄ、９  送電コイル
２  死角領域
３  受電コイル
４  非接触電力伝送装置
５、１０、１２、１４  第１送電ユニット
６、１１、１３、１５  第２送電ユニット
７  受電装置
８  基板
１６ａ、１６ｂ、１８  共振コイル
１７ａ、１７ｂ、１９ａ、１９ｂ  ループコイル
２０  筐体
２１  蓋
２２  高周波電力ドライバー
２３  制御回路
２４  電磁シールド材
２５  ディスプレイ
２６  突起
【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１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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