(57)【要約】【課題】送電コイルと受電コイルの中心軸がずれた位置関係である場合でも、高い伝送効率を実現する、無線給電システムを提供することにある。【解決手段】受電コイル部２０は、１次受電コイル２００と、２次受電コイル２０２と、第１透明板２０４と、前記第１透明板を保持する枠２０６を有し、前記１次受電コイル２００は前記第１透明板２０４の一面に位置し、前記１次受電コイル２００と前記２次受電コイル２０２は、透明誘電体２０８を介して対向する。２次受電コイル２０２を配置することにより、送電コイル部１０との位置関係により低下した送電効率を向上させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁界を発生する送電コイル部と、前記発生した磁界と共鳴して起電する受電コイル部を備え、
前記送電コイル部のループ面と前記受電コイル部のループ面は平行に対向せず、
前記受電コイル部は、
１次受電コイルと、
２次受電コイルと、
第１透明板と、
前記第１透明板を保持する枠を有し、
前記１次受電コイルは前記第１透明板の一面に位置し、
前記１次受電コイルと前記２次受電コイルは、透明誘電体を介して対向する無線給電システム。
【請求項２】
請求項１に記載の無線給電システムにおいて、
前記２次受電コイルは２巻以上のヘリカルコイルであり、
前記２次受電コイルの中心軸と、前記２次受電コイルのループ面が形成する角度が３０度以上６０度以下である無線給電システム。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の無線給電システムにおいて、
前記透明誘電体は前記第１透明板であり、
前記第１透明板のうち、前記１次受電コイルが位置する一面に対向する第１透明誘電体と、
前記第１透明板のうち、前記２次受電コイルが位置する一面に対向する第２透明誘電体をさらに有する無線給電システム。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の無線給電システムにおいて、
前記透明誘電体を介して前記第１透明板と対向する第２透明板をさらに有し、
前記第２透明板のうち、前記第１透明板の前記一面と対向する面に前記２次受電コイルが位置する無線給電システム。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の無線給電システムにおいて、
前記２次受電コイルの中心軸と、前記送電コイル部の中心軸が形成する角度が、±４５度以内である無線給電システム。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の無線給電システムにおいて、
前記１次受電コイルは、ループ形状のコイルもしくは平面スパイラルコイルである無線給電システム。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の無線給電システムにおいて、
前記第１透明板はガラスである無線給電システム。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか一項に記載の無線給電システムにおいて、
前記第１透明板は、前記第１透明板の異常を検知する防犯センサを備え、
前記防犯センサは前記受電コイル部の起電力により動作する無線給電システム。
【請求項９】
磁界共鳴方式による無線給電に用いる受電装置であり、
無線給電をする際、前記受電装置は対応する送電装置と平行に対向せず、
１次受電コイルと、
２次受電コイルと、
第１透明板と、
前記第１透明板を保持する枠を有し、
前記１次受電コイルは前記第１透明板の一面に位置し、
前記１次受電コイルと前記２次受電コイルは、透明誘電体を介して対向する位置にある受電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線給電システムに及び受電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、無線で電力を伝送することへのニーズが高まっている。
【０００３】
無線給電に関する技術としては、対向させた送電コイルと受電コイル間で発生する誘導電流を利用して給電する電磁誘導方式がある。電磁誘導方式の無線給電を利用する装置の一例として、特許文献１に記載の装置がある。
【０００４】
また、他の無線給電に関する技術として、アンテナで受信した電波を電力に変換して給電する電波受信方式がある。電波受信方式の無線給電を利用する装置の一例として、特許文献２に記載の装置がある。
【０００５】
さらに、他の無線給電に関する技術として、送電コイルが発生した磁場の振動と同じ周波数で共振する受電コイルを用い、共振により受電コイルに発生する電流を利用して給電する磁界共鳴方式がある。磁界共鳴方式の無線給電を利用する装置の一例として、特許文献３および特許文献４の装置がある。
【０００６】
電磁誘導方式による無線給電では、送電できる距離が数ｍｍ〜１０ｃｍ程度と短く、かつ位置ずれによる伝送効率の低下が大きいため送電コイルと受電コイルの位置を正確に合わせる必要があるという問題がある。
【０００７】
また、電波受信方式による無線給電では、数十ｃｍ〜数ｍと電磁誘導方式より長距離の送電が可能だが、電波の性質上、エネルギーが拡散するため、伝送効率が低いという問題がある。
【０００８】
上記の方式と比較し、磁界共鳴方式による無線給電は数ｃｍ〜数ｍの送電が可能であり、伝送効率も比較的高く、かつ電磁誘導方式と比べて位置ずれによる伝送効率の低下も小さいという利点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００２−２５１９０１号公報
【特許文献２】特開２００５−１１５４０９号公報
【特許文献３】特表２０１０−５０９１３３号公報
【特許文献４】特開２０１０−２７９２３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
一方で、磁界共鳴方式による無線給電では、送電コイルと受電コイルの中心軸が形成する角度と伝送効率の間に依存性があり、高い伝送効率を実現するには、送電コイルと受電コイルの中心軸が同一または平行となるように対向させる必要がある。そのため、送電コイルの中心軸と受電コイルが平行に対向していない等、中心軸がずれた位置関係にある場合、中心軸が同一または平行となるように対向させた場合と比べ、伝送効率が低下するという問題がある。
【００１１】
特許文献３および特許文献４に記載の装置では、送電コイルと受電コイルが平行して対向する状態を前提としているため、送電コイルと受電コイルの中心軸がずれた位置関係では、上述したように伝送効率が低下することが予測される。
【００１２】
本発明の目的は、上記問題に鑑み、送電コイルと受電コイルの中心軸がずれた位置関係である場合でも、高い伝送効率を実現する、無線給電システム及び受電装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明によれば、
磁界を発生する送電コイル部と、前記発生した磁界と共鳴して起電する受電コイル部を備え、
前記送電コイル部のループ面と前記受電コイル部のループ面は平行に対向せず、
前記受電コイル部は、
１次受電コイルと、
２次受電コイルと、
第１透明板と、
前記第１透明板を保持する枠を有し、
前記１次受電コイルは前記第１透明板の一面に位置し、
前記１次受電コイルと前記２次受電コイルは、透明誘電体を介して対向する無線給電システムが提供される。
【００１４】
本発明によれば、
磁界共鳴方式による無線給電に用いる受電装置であり、
無線給電をする際、前記受電装置は対応する送電装置と平行に対向せず、
１次受電コイルと、
２次受電コイルと、
第１透明板と、
前記第１透明板を保持する枠を有し、
前記１次受電コイルは前記第１透明板の一面に位置し、
前記１次受電コイルと前記２次受電コイルは、透明誘電体を介して対向する位置にある受電装置が提供される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、送電コイルと受電コイルの中心軸がずれた位置関係である場合でも、高い伝送効率を実現する、無線給電システム及び受電装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る無線給電システムの構成を示す断面図である。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る無線給電システムの構成を示す断面図である。
【図３】２次受電コイルの中心軸と送電コイル部の中心軸が形成する角度θ2と、伝送効率の関係を示す図である。
【図４】２次受電コイルの中心軸とループ面が形成する角度θと、伝送効率の関係を示す図である。
【図５】第２透明誘電体内の防犯センサ設置スペースを示す断面図である。
【図６】本発明の第３の実施形態に係る無線給電システムの構成を示す断面図である。
【図７】本発明の第４の実施形態に係る無線給電システムの俯瞰図である。
【図８】本発明の第４の実施形態に係る無線給電システムの構成を示す断面図である。
【図９】本発明の第４の実施形態に係る無線給電システムの構成を示す概略回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００１８】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る無線給電システムの構成を示す断面図である。本実施形態の無線給電システムは、送電コイル部１０と受電コイル部２０を備える。送電コイル部１０は、図示しない電源に接続されており、電流が流れると一定の周波数の磁界を発生させる。受電コイル部２０は、送信コイル部１０が発生した磁界と同一の周波数で共鳴することにより起電する。なお、送電コイル部１０と受電コイル部２０について、例えば図１に示すように、送電コイル部１０は天井に設置し、受電コイル部２０は窓ガラスに設置する等、これら２つのコイルのループ面が互いに平行に対向しない位置関係で設置される。
【００１９】
受電コイル部２０は、１次受電コイル２００と、２次受電コイル２０２と、第１透明板２０４と、第１透明板２０４を保持する枠２０６を有する。１次受電コイル２００は、第１透明板２０４の一面に位置する。１次受電コイル２００と２次受電コイル２０２は結線しておらず、透明誘電体２０８を介して対向する位置にある。
【００２０】
２次受電コイル２０２は、送電コイル部１０が発生した磁界に対して共鳴することで起電する。そして、２次受電コイル２０２が起電したことにより発生した磁界と、１次受電コイル２００が共鳴することで、２次受電コイル２０２は、発生した電力を１次受電コイル２００に伝送する。受電コイル部２０を１次受電コイル２００と２次受電コイル２０２に分ける構成を取ることにより、１つの受電コイルのみによる構成と比較して、ある一定の距離における伝送効率が高くなる。よって、送電コイル部１０と受電コイル部２０の位置関係による伝送効率の低下度合を低減できる。
【００２１】
なお、１次受電コイル２００と２次受電コイル２０２は電気的に結線されていてもよい。
【００２２】
以上、本実施形態によれば、送電コイル部１０と受電コイル部２０の中心軸がずれた位置関係である場合でも、２次受電コイル２０２を設けているため、高い伝送効率を実現することができる。
【００２３】
また、第１透明板２０４および透明誘電体２０８を用いることにより、窓ガラス以外も、例えば車のフロントガラスや液晶ディスプレイなどにも、受電コイル部２０を組み込むことができる。透明誘電体２０８は、例えばＳｉＯ２、ポリエチレン系樹脂、アクリル系樹脂などで構成することができる。
【００２４】
さらに、１次受電コイル２００および２次受電コイル２０２は、例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide）のような、透明導電体で構成されることが好ましい。透明導電体を用いることにより、窓や液晶画面等としての機能を損なわず、受電コイル部２０を組み込むことができる。
【００２５】
なお、１次受電コイル２００を、例えば、ループ形状のコイルもしくは平面スパイラルコイルとすることにより、受電コイル部２０を薄くすることができる。受電コイル部２０を薄くすることにより、例えばタブレット端末のような、薄い電子機器にも受電コイル部２０を組み込むことができる。
【００２６】
また、本実施形態において、例えば防犯センサのような電子機器を、受電コイル部２０内のスペースに設置し、１次受電コイル２００と結線することで、防犯センサを無線給電により動作させる窓防犯システムが提供可能となる。
【００２７】
（第２の実施形態）
本実施形態は、以下の点を除いて第１の実施形態と同様である。なお、本実施形態は、受電コイル部２０に、交流電流を直流電流に直す整流器２１６を介して防犯センサ２１４を取り付けた場合の例として記載している。
【００２８】
図２は、本発明の第２の実施形態に係る無線給電システムの構成を示す断面図である。本実施形態では、第１透明板２０４が透明誘電体２０８としての役割を果たす。第１透明板２０４は、例えば、ガラスなどで構成することができる。また、受電コイル部２０は、さらに第１透明誘電体２１０と第２透明誘電体２１２を有する。第１透明誘電体２１０および第２透明誘電体２１２は、ＳｉＯ２、ポリエチレン系樹脂、アクリル系樹脂などで構成することができる。１次受電コイル２００と２次受電コイル２０２は、第１透明板２０４を介して対向していて、１次受電コイル２００は第１透明誘電体２１０内に、２次受電コイル２０２は第２透明誘電体２１２内に位置する。１次受電コイル２００は第１透明板２０４の一面に設置され、２次受電コイル２０２は、第１透明板２０４の面のうち、１次受電コイル２００が接している面と対向する面に設置される。
【００２９】
また、２次受電コイル２０２は、図２に示すように、中心軸とループ面が形成する角度θが垂直とならない形状をさらに持つ。本形状により、中心軸とループ面が形成する角度θが垂直であるコイルを用いた場合と比較して、２次受電コイル２０２の中心軸と送電コイル部１０の中心軸が形成する角度θ2が０度に近づく。本形状を持つ２次受電コイル２０２は、例えば、２巻以上のヘリカルコイルとすることが好ましい。
【００３０】
図３は、２次受電コイルの中心軸と送電コイル部の中心軸が形成する角度θ2と、伝送効率の関係を示す図である。角度θ2が０度に近づくことにより、図３に示すとおり、送電コイル部１０から２次受電コイル２０２への伝送効率が高くなる。図３によると、伝送効率を高くするために、角度θ2は±４５度以内とすることが好ましい。より良い伝送効率を実現するには、角度θ2は±３０度以内とすることが好ましく、最も良い伝送効率を実現するには、角度θ2は０度とすることが好ましい。
【００３１】
なお、図４に示すとおり、角度θを３０度未満とすると、１次受電コイル２００と２次受電コイル２０２との間の伝送効率が下がる。また、角度θを６０度より大きくすると、送電コイル部１０と２次受電コイル部の伝送効率が下がるため、受電コイル部２０全体の伝送効率が下がる。よって、伝送効率を高くするために、角度θは３０度以上６０度以下とすることが好ましい。
【００３２】
本実施形態の製造方法は、以下の通りである。
【００３３】
まず、第１透明板２０４の一面に１次受電コイル２００を取り付ける。そして、第１透明板のうち、１次受電コイル２００を取り付けた面に対向する一面に２次受電コイル２０２を取り付ける。
【００３４】
次に、１次受電コイル２００と整流器２１６を結線し、かつ整流器２１６と防犯センサ２１４を結線する。なお、防犯センサ２１４および整流器２１６は受電コイル部２０内のスペースに設置しても、受電コイル部２０の表面に設置してもよい。受電コイル２０内のスペースに設置する場合は、例えば図５に示すような、第２透明誘電体２１２内で２次受電コイル２０２が占めている以外の設置スペース２１２０に設置することができる。受電コイル２０の表面に設置する場合は、例えば第１透明誘電体２１０および第２透明誘電体２１２のうち、第１透明板２０４と接する面と対向する面に設置することができる。
【００３５】
そして、第１透明誘電体２１０と第２透明誘電体２１２で、第１透明板２０４の両面を挟み、枠２０６に設置する。
【００３６】
最後に、送電コイル部１０を設置する。図２は、天井に設置した例であるが、上述した送電コイル部１０と受電コイル部２０の中心軸が形成する角度の条件を満たせば、例えば床や壁に配置することも可能である。
【００３７】
以上、本実施形態によっても、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。本実施形態においては、２次受電コイル２０２の中心軸が、２次受電コイル２０２のループ面と垂直に交わらない形状を持つため、送電コイル部１０の中心軸と形成する角度θ2が０度に近づき、より伝送効率を高めることができる。
【００３８】
（第３の実施形態）
本実施形態は、以下の点を除いて、第２の実施形態と同様である。
【００３９】
図６は、本発明の第３の実施形態に係る無線給電システムの構成を示す断面図である。本実施形態において、受電コイル部２０は、透明誘電体２０８を介して第１透明板２０４と対向する第２透明板２１８をさらに有する。第１透明板２０４および第２透明板２１８は、例えばガラスで構成することができる。また、１次受電コイル２００は第１透明板２０４の一面に設置され、２次受電コイル２０２は、第２透明板２１８のうち、第１透明板２０４と１次受電コイル２００が接している面に対向する面に設置される。そして、１次受電コイル２００および２次受電コイル２０２は透明誘電体２０８で封止される。
【００４０】
本実施形態において、透明誘電体２０８は、例えば空気などの比誘電率が１に近い物質で構成することが好ましい。比誘電率が１に近い物質で構成することにより、透明誘電体２０８内における電力の損失が低減でき、高い伝送効率を実現することができる。
【００４１】
以上、本実施形態における無線給電システムの構成は、１次受電コイル２００と２次受電コイル２０２の位置、および透明板と透明誘電体の配置の差異のみであり、本質的な構成は第２の実施形態と同様である。よって、本実施形態においても、第１および第２の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００４２】
（第４の実施形態）
本実施形態は、以下の点を除いて、第３の実施形態と同様である。なお、本実施形態はショーウィンドウケースの一部がディスプレイで、他の一部が窓ガラスとであるような場合を例として記載している。
【００４３】
図７は、本発明の第４の実施形態に係る無線給電システムの俯瞰図である。受電コイル部２０は透過型ディスプレイ３０と結線される。受電コイル部２０および透過型ディスプレイ３０は、天井、壁および床により保持される。また、天井や壁などで保持するほかに、ディスプレイおよび窓ガラスの大きさに合わせた枠に嵌め込むような構成を取ることもできる。
【００４４】
図８は、本発明の第４の実施形態に係る無線給電システムの構成を示す断面図である。図８において、天井、床、および断面図であるため図示されない壁が、先の各実施形態における枠２０６に該当する。
【００４５】
また、図９は、本発明の第４の実施形態に係る無線給電システムの構成を示す概略回路図である。図９に示す通り、透過型ディスプレイ３０は１次受電コイル２００と結線され、送電コイル部１０から受電コイル部２０へ伝送された電力により動作する。
【００４６】
以上、本実施形態における無線給電システムの構成は、枠２０６の差異のみであり、本質的な構成は第３の実施形態と同様である。よって、本実施形態においても、第１乃至第３の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００４７】
本実施形態では、例えばショーウィンドウケースを用いたデジタルサイネージなどに適用することで、商品の実展示と、ディスプレイに表示された画像とを併せた商品広告を行うことが可能になる。
【００４８】
（付記１）
磁界を発生する送電コイル部と、前記発生した磁界と共鳴して起電する受電コイル部を備え、
前記送電コイル部のループ面と前記受電コイル部のループ面は平行に対向せず、
前記受電コイル部は、
１次受電コイルと、
２次受電コイルと、
第１透明板と、
前記第１透明板を保持する枠を有し、
前記１次受電コイルは前記第１透明板の一面に位置し、
前記１次受電コイルと前記２次受電コイルは、透明誘電体を介して対向する無線給電システム。
（付記２）
付記１に記載の無線給電システムにおいて、
前記２次受電コイルは２巻以上のヘリカルコイルであり、
前記２次受電コイルの中心軸と、前記２次受電コイルのループ面が形成する角度が３０度以上６０度以下である無線給電システム。
（付記３）
付記１又は２に記載の無線給電システムにおいて、
前記透明誘電体は前記第１透明板であり、
前記第１透明板のうち、前記１次受電コイルが位置する一面に対向する第１透明誘電体と、
前記第１透明板のうち、前記２次受電コイルが位置する一面に対向する第２透明誘電体をさらに有する無線給電システム。
（付記４）
付記１又は２に記載の無線給電システムにおいて、
前記透明誘電体を介して前記第１透明板と対向する第２透明板をさらに有し、
前記第２透明板のうち、前記第１透明板の前記一面と対向する面に前記２次受電コイルが位置する無線給電システム。
（付記５）
付記１乃至４のいずれか一項に記載の無線給電システムにおいて、
前記２次受電コイルの中心軸と、前記送電コイル部の中心軸が形成する角度が、±４５度以内である無線給電システム。
（付記６）
付記１乃至５のいずれか一項に記載の無線給電システムにおいて、
前記１次受電コイルは、ループ形状のコイルもしくは平面スパイラルコイルである無線給電システム。
（付記７）
付記１乃至６のいずれか一項に記載の無線給電システムにおいて、
前記第１透明板はガラスである無線給電システム。
（付記８）
付記１乃至７のいずれか一項に記載の無線給電システムにおいて、
前記第１透明板は、前記第１透明板の異常を検知する防犯センサを備え、
前記防犯センサは前記受電コイル部の起電力により動作する無線給電システム。
（付記９）
磁界共鳴方式による無線給電に用いる受電装置であり、
無線給電をする際、前記受電装置は対応する送電装置と平行に対向せず、
１次受電コイルと、
２次受電コイルと、
第１透明板と、
前記第１透明板を保持する枠を有し、
前記１次受電コイルは前記第１透明板の一面に位置し、
前記１次受電コイルと前記２次受電コイルは、透明誘電体を介して対向する位置にある受電装置。
（付記１０）
付記９に記載の受電装置において、
前記２次受電コイルは２巻以上のヘリカルコイルであり、
前記２次受電コイルの中心軸と、前記２次受電コイルのループ面が形成する角度が３０度以上６０度以下である受電装置。
（付記１１）
付記９又は１０に記載の受電装置において、
前記透明誘電体は前記第１透明板であり、
前記第１透明板のうち、前記１次受電コイルが位置する一面に対向する第１透明誘電体と、
前記第１透明板のうち、前記２次受電コイルが位置する一面に対向する第２透明誘電体をさらに有する受電装置。
（付記１２）
付記９又は１０に記載の受電装置において、
前記透明誘電体を介して前記第１透明板と対向する第２透明板をさらに有し、
前記第２透明板のうち、前記第１透明板の前記一面と対向する面に前記２次受電コイルが位置する受電装置。
（付記１３）
付記９乃至１２のいずれか一項に記載の受電装置において、
前記２次受電コイルの中心軸と、前記送電装置の中心軸が形成する角度が、±４５度以内である受電装置。
（付記１４）
付記９乃至１３のいずれか一項に記載の受電装置において、
前記１次受電コイルは、ループ形状のコイルもしくは平面スパイラルコイルである受電装置。
（付記１５）
付記９乃至１４のいずれか一項に記載の受電装置において、
前記第１透明板はガラスである受電装置。
（付記１６）
付記９乃至１６のいずれか一項に記載の受電装置において、
前記第１透明板は、前記第１透明板の異常を検知する防犯センサを備え、
前記防犯センサは前記受電コイル部の起電力により動作する受電装置。
【００４９】
以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。各実施形態では、説明の便宜上、受電コイル部２０の数を１としたが、受電コイル部２０が複数の場合であっても、各受電コイル部２０の中心軸と送電コイル部１０の中心軸が形成する角度を調整することにより、複数の受電コイル部２０に高い伝送効率で給電することが可能である。
【符号の説明】
【００５０】
１０      送電コイル部
２０      受電コイル部
２００    １次受電コイル
２０２    ２次受電コイル
２０４    第１透明板
２０６    枠
２０８    透明誘電体
２１０    第１透明誘電体
２１２    第２透明誘電体
２１２０  設置スペース
２１４    防犯センサ
２１６    整流器
２１８    第２透明板
３０      透過型ディスプレイ 
【図１】
2013123276.tif 000003
【図２】
2013123276.tif 000004
【図３】
2013123276.tif 000005
【図４】
2013123276.tif 000006
【図５】
2013123276.tif 000007
【図６】
2013123276.tif 000008
【図７】
2013123276.tif 000009
【図８】
2013123276.tif 000010
【図９】
2013123276.tif 000011