(57)【要約】【課題】ワイヤレス給電装置において、給電器と受電器の方式や大きさや形状に不整合がある場合でも、給電器から受電器に給電できるようにする。しかだって、給電器が給電できる受電器の範囲を広くすることができる。【解決手段】給電器１１０と受電器１２０との間に、着脱自在な変換器１３０を設ける。変換器１３０は、磁気回路や電気的な受動素子や再給電などを用いて、給電器１１０からの受電器１２０の見かけの方式や大きさや形状が適合するように機能する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
給電器から受電器に電磁エネルギーを媒介して電力を伝送するワイヤレス給電装置において、
電力を電磁エネルギーに変換して出力する給電器と、
電磁エネルギーを入力して電力に変換する受電器と、
前記給電器と前記受電器との間に着脱自在に配置され、前記給電器から電磁エネルギーを入力して前記受電器に電磁エネルギーを出力する変換器と、
からなることを特徴とするワイヤレス給電装置。
【請求項２】
前記給電器は電力を電磁エネルギーに変換して出力する１次コイルを有し、
前記受電器は前記電磁エネルギーを入力する２次コイルを有し、
前記変換器は前記１次コイル及び前記２次コイルと磁気回路を形成する磁性体を有することを特徴とする請求項１に記載のワイヤレス給電装置。
【請求項３】
前記給電器は電力を電磁エネルギーに変換して出力する１次コイルを有し、
前記受電器は前記電磁エネルギーを入力する２次コイルを有し、
前記変換器は前記１次コイルと結合する変換１次コイル及び前記２次コイルと結合する変換２次コイルを有することを特徴とする請求項１に記載のワイヤレス給電装置。
【請求項４】
前記給電器は電力を電磁エネルギーに変換して出力する第１電極と第２電極を有し、
前記受電器は前記電磁エネルギーを入力する第３電極と第４電極を有し、
前記変換器は前記第１電極と結合する変換第１電極と前記第２電極と結合する変換第２電極と前記第３電極と結合する変換第３電極と前記第４電極と結合する変換第４電極とを有することを特徴とする請求項１に記載のワイヤレス給電装置。
【請求項５】
前記給電器は電力を電磁エネルギーに変換して出力する１次コイルを有し、
前記受電器は前記電磁エネルギーを入力する第３電極と第４電極を有し、
前記変換器は前記１次コイルと結合する変換１次コイルと前記第３電極と結合する変換第３電極と前記第４電極と結合する変換第４電極とを有することを特徴とする請求項１に記載のワイヤレス給電装置。
【請求項６】
前記変換器は、前記給電器からの電磁エネルギーを入力して直流電力に変換しながら、変換した直流電力を更に電磁エネルギーに変換して前記受電器に出力することを特徴とする請求項１に記載のワイヤレス給電装置。
【請求項７】
前記受電器は、携帯電子機器もしくは充電式電池であることを特徴とする請求項１から６のうちのいずれか１項に記載のワイヤレス給電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コネクタ等の機械的な接続をせずに近傍界に電力を伝送する、ワイヤレス給電に関する。
【背景技術】
【０００２】
接続せずに近傍界に電力を伝送する方法として、磁界共鳴方式や電界結合方式や磁界結合方式などが広く知られている。磁界共鳴方式では、給電器と受電器の空間的な位置関係の自由度が高く、精度よく位置を合わせることが困難な車などの移動体への給電に関する開発が活発に行われている。また、平らな接触面を持たない３Ｄメガネなどに磁界共鳴方式を用いて給電する製品も開発されている。
【０００３】
一方、電界結合方式は、テーブルや壁などに給電器を埋め込み受電器と密着して給電する方法やタブレット端末などに給電する方法などが開発されている。電界結合方式では、平らな電極を用いるため、比較的コストを安くコンパクトに実現することができる。
【０００４】
また、磁界結合方式では、標準化の動きが進んでいる。従来、２次電池を内蔵している携帯機器に充電する場合、給電器として携帯機器毎に異なる専用のＡＣアダプタなどを用いていた。このため、ＡＣアダプタの数が多くなり、ユーザーのコストが高いとともに、対応するＡＣアダプタを見出してコネクタを接続するという、煩雑な作業を行う必要があった。
【０００５】
これを、ワイヤレス給電の仕様を標準化して、コネクタに接続することなしに汎用的な給電器から給電することにより、利便性を大幅に改善することができる。標準化された仕様を満たす任意の給電器の上に標準化された仕様を満たす任意の受電器を置くだけで給電することができるため、ユーザーの負担や利便性は大幅に改善される。
【０００６】
このような従来の磁界結合方式のワイヤレス給電装置１８０１の一例を、図１８を基に説明する。図１８において、ワイヤレス給電装置１８０１は、給電器２１０と受電器１８２０により構成される（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
給電器２１０は、給電面２１１と検出電極２１２と検出手段２１３と第１電力変換手段２１４と１次コイル２１５と第１制御手段２１６とにより構成される。給電器２１０では、上部の給電面２１１に給電対象である受電器１８２０が置かれると、検出電極２１２からの電気信号の変化を検出手段２１３が検出する。第１制御手段２１６は、検出手段２１３が受電器１８２０が置かれたことを検出すると、第１電力変換手段２１４により給電を開始する。第１電力変換手段２１４は、外部からの電源あるいは内部の電池に蓄えられている電力を高周波の電力に変換する。変換された電力は、１次コイル２１５により磁束に変換されて給電面２１１から出力される。
【０００８】
受電器１８２０は、受電面１８２１と２次コイル１８２２と第２電力変換手段２２４と蓄電手段２２７と第２制御手段２２６とにより構成される。１次コイル２１５に対向するように配置されている２次コイル１８２２は、１次コイル２１５と相互インダクタンスにより結合し、１次コイル２１５からの磁束を高周波の電力に変換する。２次コイル１８２２からの高周波電力は第２電力変換手段２２４で直流の電力に変換される。つまり、１次コイル２１５と２次コイル１８２２の相互インダクタンスを介して電力が伝送される。伝送された電力は、受電器１８２０全体の回路の電源として使用されるとともに、蓄電手段２２７に蓄えられる。第２制御手段２２６は、蓄電手段２２７の状態の管理や、給電器２１０との通信の制御などを行う。給電器２１０との通信は、例えば、受電器１８２０の第２電力変換手段２２４の負荷を変えるなどにより行い、給電対象の確認や電力の制御を行うようにしていた。
【０００９】
ここで、１次コイル２１５と２次コイル１８２２の相互インダクタンスを大きくして、１次コイル２１５と２次コイル１８２２の結合係数を高くするためには、１次コイル２１５と２次コイル１８２２の大きさをほぼ同じにする必要がある。このため、１次コイル２１５と２次コイル１８２２の大きさは通常ほぼ同じである。具体的には、１次コイルも２次コイルも外径３０ｍｍ程度の大きさであった。しかし、２次コイル１８２２は受電器１８２０の中に組み込まれるため、２次コイル１８２２より小さい外形の受電器１８２０を作ることはできない。したがって、１次コイル２１５より小さい受電器では、２次コイルは受電器より更に小さくなるために、結合係数が低下して、給電できる電力が小さくなってしまう。また、給電器２１０が想定しているより受電器が小さいと、正規の受電器として検出されないこともあった。
【００１０】
また、前述の磁界共鳴方式や電界結合方式や磁界結合方式などの方式が異なると給電することはできない。このように、従来のワイヤレス給電では、給電器と受電器で方式や規格や大きさや形状や位置関係などに不整合があると、給電することができないという課題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２０１０−１８３７０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
そこで本発明では、以上に示した従来のワイヤレス給電装置の課題を解決し、給電器と受電器に方式や規格や大きさや形状や位置関係などに不整合がある場合でも、給電器から受電器に給電することができるようにすることにより、給電器が給電することのできる受電器の範囲を広げて、利用者にとっての利便性を大幅に向上させることのできるワイヤレス給電装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
給電器から受電器に電磁気的なエネルギーを媒介して電力を伝送するワイヤレス給電装置において、電力を電磁気的なエネルギーに変換して出力する給電器と、電磁気的なエネルギーを入力して電力に変換する受電器と、前記給電器と前記受電器との間に着脱自在に配置され、前記給電器から電磁気的なエネルギーを入力しながら略同時に前記受電器に電磁気的なエネルギーを出力する変換器とによりワイヤレス給電装置を構成する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、給電器と受電器に方式や規格や大きさや形状や位置関係などに不整合がある場合でも、給電気から受電器に給電することができる。このため、給電器が給電することのできる受電器の範囲を広げることができるため、利用者にとっての利便性を大幅に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係るワイヤレス給電装置の好適な一実施例を示すブロック構成図
【図２】本発明に係るワイヤレス給電装置の好適な一実施例を示すブロック構成図
【図３】本発明に係る変換器の構成を示す構成図
【図４】本発明に係る変換器の機能を示す構成図
【図５】本発明に係る変換器の構成の他の例を示す構成図
【図６】本発明に係る変換器の機能の他の例を示す構成図
【図７】本発明に係るワイヤレス給電装置の他の実施例を示すブロック構成図
【図８】本発明に係る変換器の機能を示す回路図
【図９】本発明に係るワイヤレス給電装置の周波数特性図
【図１０】本発明に係る変換器の構成の他の例を示す構成図
【図１１】本発明に係るワイヤレス給電装置の他の実施例を示すブロック構成図
【図１２】本発明に係る変換器の機能を示す回路図
【図１３】本発明に係るワイヤレス給電装置の他の実施例を示すブロック構成図
【図１４】本発明に係る変換器の機能を示す回路図
【図１５】本発明に係るワイヤレス給電装置の他の実施例を示すブロック構成図
【図１６】本発明に係るワイヤレス給電装置の他の実施例を示すブロック構成図
【図１７】本発明に係るワイヤレス給電装置の他の実施例を示すブロック構成図
【図１８】従来のワイヤレス給電装置のブロック構成図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明を実施するための形態について、図１を基に説明する。
本発明によるワイヤレス給電装置１０１は、電力を電磁気的なエネルギーに変換して出力する給電器１１０と、電磁気的なエネルギーを入力して電力に変換する受電器１２０と、前記給電器１１０と前記受電器１２０の間に着脱自在に配置され、前記給電器１１０から電磁気的なエネルギーを入力しながら略同時に前記受電器１２０に電磁気的なエネルギーを出力する変換器１３０とにより構成され、前記給電器１１０から前記受電器１２０にコネクタ等の機械的な接続をせずに電力を伝送する。
【００１７】
なお、電磁気的なエネルギーの入力や電磁気的なエネルギーの出力と言う表現は、時間的に平均した表現で、実際には共鳴現象などにより相互作用しながらエネルギーが伝送される。以降の説明においても同様である。また、ここで言う電磁気的なエネルギーとは、電界のエネルギーあるいは磁界のエネルギーあるいはそれらの複合的なエネルギーのことである。
【００１８】
変換器１３０は、給電器１１０と受電器１２０の給電の不整合を吸収するためのものである。ここで、給電の不整合とは、方式や規格や大きさや形状や位置関係などの違いのことである。ここで言う方式とは、磁界結合方式や電界結合方式や磁界共鳴方式や、今後開発されるであろう他のワイヤレス給電の方式でもよい。組み合わせに特に制限はない。
【００１９】
このように、本発明によれば、給電器と受電器に方式や規格や大きさや形状や位置関係などに不整合がある場合でも、給電器から受電器に給電することができる。このため、給電器が給電することのできる受電器の範囲を広げることができるため、利用者にとっての利便性を大幅に向上させることができる。
なお、以降の実施例の説明では、便宜上括弧（  ）を見出しとして用いている。
【実施例１】
【００２０】
実施例１は、給電器も受電器も磁界結合方式である。但し、受電器が小さいために、変換器なしでは効率良く給電できない。このために、変換器で軟磁性体による磁気回路を用いて、磁界を集めた場合の例である。つまり、想定外の小さい２次コイルを持つ受電器をセットした場合でも、給電器からの電磁気的な見かけの２次コイルの大きさが想定内であるかのように機能することにより、汎用的な給電器が給電することのできる受電器の大きさの範囲を広くすることができる。
【００２１】
（ワイヤレス給電装置２０１）
図２は、本発明によるワイヤレス給電装置２０１の好適な実施例を示したものである。
本発明によるワイヤレス給電装置２０１は、電力を磁気的なエネルギーに変換して出力する給電器２１０と、磁気的なエネルギーから電力を入力する受電器２２０と、前記給電器２１０と前記受電器２２０の間に着脱自在に配置され前記給電器２１０からの電磁気的な見かけの大きさが大きくなるように機能する変換器２３０とにより構成した。
【００２２】
（給電器２１０）
給電器２１０は、給電面２１１と検出電極２１２と検出手段２１３と第１電力変換手段２１４と１次コイル２１５と第１制御手段２１６により構成した。給電器２１０では、給電面２１１に給電対象が置かれると、検出電極２１２からの電気信号の変化を検出手段２１３が検出する。ここで言う検出対象とは、変換器２３０に受電器２２０がセットされたものを言う。第１制御手段２１６は、検出手段２１３が給電対象が置かれたことを検出すると、第１電力変換手段２１４により給電を開始する。第１電力変換手段２１４は、外部からの電源あるいは内部の電池などに蓄えられている電力を高周波の電力に変換する。変換された電力は、１次コイル２１５により磁気的なエネルギーに変換されて接触面から出力される。ここで、図示しないが、第１電力変換手段２１４には、力率を改善するため通常１次コイル２１５と合わせて共振回路を構成するようなコンデンサを含んでいる。
【００２３】
なお、本実施例による給電器２１０は、１次コイル２１５の外径を３０ｍｍにした汎用的な給電器で、２次コイルの大きさも同程度のものを想定している。したがって、従来例に示すように、２次コイルの大きさが３０ｍｍ程度の受電器に対しては、図１８に示すように変換器なしに、直接受電器に給電することができる。
【００２４】
（受電器２２０）
受電器２２０は、受電面２２１と２次コイル２２２と第２電力変換手段２２４と蓄電手段２２７と第２制御手段２２６により構成した。２次コイル２２２は、巻き取りの軸が受電面２２１に垂直になるように配置され、変換器２３０を介して１次コイル２１５と結合し、磁気的なエネルギーから電力を受電する。２次コイル２２２で受電した電力は、第２電力変換手段２２４で直流に変換される。ここで、図示しないが、第２電力変換手段２２４には、通常２次コイル２２２と合わせて漏洩インダクタンスを補償するために共振回路を構成するようなコンデンサが含まれている。直流に変換された電力は、受電器２２０全体の回路の電源として使用されるとともに、蓄電手段２２７に蓄えられる。第２制御手段２２６は、第２電力変換手段２２４や蓄電手段２２７の状態の管理や、給電器２１０との通信の制御などを行う。給電器２１０との通信は、例えば、受電器２２０の第２電力変換手段２２４の負荷を変えるなどにより行う。通信内容は、受電器２２０が必要とする電力などである。
【００２５】
図１８に示すような従来の受電器１８２０と比較すると、本実施例の受電器２２０は外形が小さいために、２次コイル２２２を充分大きくできない。しかし、２次コイル２２２の直径が１次コイル２１５の直径の半分以下になると、１次コイル２１５で発生した磁界の一部しか２次コイル２２２と錯交しないため、結合係数が小さく、高効率の電力伝送が難しくなることが知られている。また、結合係数が小さくなると、給電できる電力も小さくなってしまう。本実施例の受電器２２０は、具体的には、腕時計や補聴器などの携帯電子機器や充電式ボタン電池などに内蔵されることが想定される。このため、２次コイル２２２の大きさは１次コイル２１５の大きさの２分の１以下で１５ｍｍ以下である。したがって、変換器２３０を使わずに給電器２１０の給電面２１１に受電器２２０の受電面２２１が接するように携帯機器を配置しても、高効率で充分な電力の伝送は困難である。
【００２６】
（変換器２３０の構成）
図３に、変換器２３０の断面構成の一例を示す。変換器２３０は、給電器２１０の給電面２１１に接する変換入力面２３１と、受電器２２０の受電面２２１に接する変換出力面２３２と、１次コイル２１５と２次コイル２２２との相互インダクタンスによる閉ループの磁気回路の２つの経路のうちの一方の経路の磁気抵抗を小さくする円形の第１軟磁性体２３３と他方の経路の磁気抵抗を小さくする円形の第２軟磁性体２３４とを主な構成要素とした。閉ループの磁気回路の２つの経路とは、１次コイル２１５の内側から２次コイル２２２の内側への経路と、１次コイル２１５の外側から２次コイル２２２の外側への経路である。
【００２７】
図３において、寸法Ａは、変換入力面２３１側の第２軟磁性体２３４の内寸であり、１次コイル２１５の外寸とほぼ同じ長さとした。同様に、寸法Ｂは、変換出力面２３２側の第２軟磁性体２３４の内寸であり、２次コイル２２２の外寸とほぼ同じ長さとした。したがって、本実施例では、寸法Ｂは寸法Ａの２分の１以下である。
本実施例では、軟磁性体として、フェライトを用いた。軟磁性体が導体の場合には、渦電流を軽減するために軟磁性体を分割することが望ましい。
【００２８】
（磁気回路）
図４は、本実施例における磁気回路の一例を示したものである。１次コイル２１５には、第３軟磁性体４１６が設けられている。第３軟磁性体４１６は、断面がＥ字型となる円形の軟磁性体で、中央の凸部に１次コイル２１５が巻かれている。同様に、２次コイル２２２には、第４軟磁性体４２３が設けられている。第４軟磁性体４２３は、断面がＥ字型となる円形の軟磁性体で、中央の凸部に２次コイル２２２が巻かれている。
【００２９】
給電器４１０の第３軟磁性体４１６と変換器２３０の第１軟磁性体２３３と第２軟磁性体２３４と受電器４２０の第４軟磁性体４２３は、図４の矢印に示すような磁気回路を構成している。但し、矢印はある瞬間での磁気回路の経路を示すものであり、実際には交番磁界のため矢印の向きには特に意味はない。
【００３０】
このように１次コイル２１５を錯交する磁束のほとんどが２次コイル２２２を錯交するように磁性体を配置することにより、２次コイル２２２の１次コイル２１５側からの電磁気的な見かけの大きさが大きくなる。また、１次コイル２１５と２次コイル２２２の結合係数が１に近づくため、相互インダクタンスも増大し、伝送できる電力及び効率を改善することができる。さらに、軟磁性体で１次コイル２１５や２次コイル２２２を囲むことになるため、放射ノイズを小さくすることができる。
【００３１】
なお、磁気回路の磁気抵抗は、軟磁性体の比透磁率が充分大きいため、第３軟磁性体４１６と第１軟磁性体２３３のギャップと、第１軟磁性体２３３と第４軟磁性体４２３のギャップと、第４軟磁性体４２３と第２軟磁性体２３４のギャップと、第２軟磁性体２３４と第３軟磁性体４１６のギャップの４つのギャップの磁気抵抗の凡そ総和になる。これらの磁気抵抗を充分小さくすることにより、１次コイル２１５と２次コイル２２２の相互インダクタンスを更に増大させることができる。これらの４つのギャップの磁気抵抗を小さくするために、各磁性体は４つのギャップにおいて対向するような外形と位置関係にした。
【００３２】
以上に示したように、給電器４１０と受電器４２０との間に変換器２３０を挿入することにより、大きな１次コイル２１５からの磁束は効率良く小さな２次コイル２２２と錯交するようになるため、給電器４１０からの電磁気的な受電器４２０の見かけの大きさが大きく広がるように機能する。ここで、電磁気的な見かけの大きさとは、具体的には、２次コイル２２２と錯交する磁束が給電面１１１から出入りする範囲である。
【００３３】
（漏れ磁束の軽減）
また、第２軟磁性体２３４の内側で変換出力面から遠い方の角３３１が面取りされているのは、第１軟磁性体２３３と第２軟磁性体２３４との間の磁気抵抗を大きくし、漏れ磁束を少なくすることにより、１次コイル２１５と２次コイル２２２の結合係数の低下を防ぐためのものである。このように、漏れ磁束がなるべく小さくなるように、第１軟磁性体２３３と第２軟磁性体２３４の間の磁気抵抗がなるべく大きくなるような構成にする。
このため、変換器２３０の高さは、第２軟磁性体２３４の凡そ外側の半径と同等程度であることが望ましい。
【００３４】
（他の軟磁性体の構成）
以上に、４つの軟磁性体２３３，２３４，４１６，４２３が、同一の軸を共有する円形となる場合に磁気抵抗を小さくする場合の例を示したが、この限りではない。図示しないが、例えば１次コイル２１５が巻かれている第３軟磁性体４１６と、２次コイル２２２が巻かれている第４軟磁性体４２３の円形の軸がずれている場合でも、例えば第１軟磁性体２３３と第２軟磁性体２３４とが偏心していることにより、給電面４１１と変換入力面２３１が接する面において第１軟磁性体２３３と第２軟磁性体２３４が第３軟磁性体４１６と対面し、変換出力面２３２と受電面４２１が接する面において第１軟磁性体２３３と第２軟磁性体２３４が第４軟磁性体４２３と対面するようにすればよい。
【００３５】
また、以上に４つの軟磁性体２３３，２３４，４１６，４２３が円形である場合の例を示したが、この限りではない。例えば、１次コイル２１５と２次コイル２２２と４つの磁性体２３３，２３４，４１６，４２３が方形であっても良い。
【００３６】
（位置合わせ方法）
変換器は、給電器と受電器の間に着脱自在に配置されるが、前述の４つのギャップの磁気抵抗を最小にして効率的に給電するためには、給電器と変換器及び変換器と受電器を望ましい位置関係にする必要がある。このための給電器と変換器の位置合わせは、図示しない表示されたガイドに合わせるようにしたが、凹凸によるガイドに合わせるようにしても良いし、磁石の力などで位置を合わせるようにしても良いし、他の方法を用いても良い。変換器と受電器との位置合わせについても、同様である。
利用者の利便性を高めるためには、変換器も汎用的であることが望ましく、受電器が異なっても同一の変換器を使えるように、位置合わせの方法は統一されていることが望ましい。
【００３７】
（第３軟磁性体と第４軟磁性体が平らな場合）
図５に第３軟磁性体５１６と第４軟磁性体５２３の他の構成を示す。第３軟磁性体５１６と第４軟磁性体５２３は、必ずしもＥ字型である必要はない。図５に示すように、１次コイル２１５や２次コイル２２２の厚みが薄い場合には、例えば平らな円形でも良い。この場合には、Ｅ字型の場合より前述の４つのギャップは若干長くなり、磁気抵抗は大きくなってしまう。意図していた経路の磁気抵抗が大きくなると、相対的に磁気抵抗の比率が低下した例えば、第１軟磁性体２３３と第２軟磁性体２３４の間での漏れ磁束などにより、１次コイル２１５と２次コイル２２２の結合係数が小さくなり、相互インダクタンスも小さくなってしまう。それでも、変換器がない場合には凡そ２次コイル２２２の面積の比率分結合係数や相互インダクタンスは低下してしまうため、変換器２３０により結合係数や相互インダクタンスは通常改善される。
【００３８】
（給電対象の検出）
図２に示す給電器２１０の検出電極２１２は、２次元の座標に対応して配置した。したがって、各検出電極２１２からの信号の変化から、検出手段２１３は給電対象の位置と大きさを検出することができる。検出した給電対象の大きさが所定の大きさより小さい場合には、異物の可能性があるため、給電を行わないようになっている。検出電極２１２と検出手段２１３による給電対象の検出は、静電容量の変化によって行うようにした。第１軟磁性体２３３と第２軟磁性体２３４はフェライトのため、０．１〜１Ωｍ程度の体積抵抗率を持つため、そのまま静電容量の変化により検出することができる。変換器２３０は、給電器２１０が想定している受電器の大きさのため、正規の給電対象として検出されることができる。つまり、給電対象の検出においても、給電器２１０からの変換器２３０を介した受電器２２０の電磁気的な見かけの大きさを大きくすることができる。
【００３９】
給電対象の検出は必ずしも静電容量の変化による方法である必要はなく、電磁誘導による共振周波数の変化など他の方法を用いてもよい。
また、図２では検出電極２１２により給電対象を検出する場合の例を示したが、給電器２１０と受電器２２０の間に通信手段がある場合などには、検出電極２１２および検出手段２１３は必ずしも設ける必要がない。ここで言う通信手段とは、例えば受電器側への給電のインピーダンスによる変調や、通信用の回路やコイルが独立して存在する場合などである。
【００４０】
（磁気回路の他の構成例）
以上に、１次コイル２１５と２次コイル２２２との相互インダクタンスによる閉ループの磁気回路の変換器２３０における２つの経路として、１次コイル２１５の内側から２次コイル２２２の内側への経路と、１次コイル２１５の外側から２次コイル２２２の外側への経路を対応させた場合の例を示したがこの限りではない。例えば、図６に示すように、１次コイル６１５を貫通して両端から延びる第３軟磁性体６１６の両端が各々給電面６１１に接近し、２次コイル６２２を貫通して両端から延びる第４軟磁性体６２３の両端が各々受電面６２１に接近している構造の場合には、変換器６３０における磁気回路の２つの経路として、１次コイル６１５と２次コイル６２２の結合を強くするように、第３軟磁性体６１６の給電面６１１への一方の接近箇所と第４軟磁性体６２３の受電面６２１への一方の接近箇所の両方に対面するように第１軟磁性体６３３を設け、同様に第３軟磁性体６１６の給電面６１１への他方の接近箇所と第４軟磁性体６２３の受電面６２１への他方の接近箇所の両方に対面するように第２軟磁性体６３４を設けるようにしてもよい。
【００４１】
この場合には、各磁性体は円形でないことは言うまでもない。また、図６の矢印で示すように、4つの軟磁性体による磁気回路が構成され、第３軟磁性体６１６の大きさに対して、受電器６２０が小さい場合でも、１次コイル６１５と２次コイル６２２の結合係数を１に近づけることにより、相互インダクタンスを大きくすることができる。この場合も、前述の場合と同様に、矢印は磁気回路の経路を示すもので、矢印の向きには意味がない。
さらに、図示しないが、第１軟磁性体と第２軟磁性体の構成として、例えば給電側が図３〜図５に示すような同心円型で、受電側が図６に示すような２極型のようにすることも可能である。
【実施例２】
【００４２】
実施例１では、給電器と受電器が大きさの異なる磁界結合方式の場合に、変換器に軟磁性体を用いる場合の例について示した。実施例２では、給電器と受電器の間に方式や大きさの不整合がある場合でも、給電器と受電器の間に着脱自在に設けられる変換器において電気的な受動素子を接続することにより、給電器からの見かけの方式や大きさが適合しているかのように受電器に給電することのできるワイヤレス給電装置である。なお、実施例２では、実施例１との説明の重複を避けるため、実施例１と異なる点を中心に説明する。
【００４３】
（１次側２次側共磁界結合のワイヤレス給電装置３０１）
本発明の好適な第２の実施例について、図７を基に説明する。
本発明によるワイヤレス給電装置３０１は、電力を磁気的なエネルギーに変換して出力する給電器２１０と、磁気的なエネルギーから電力を入力する受電器２２０と、前記給電器２１０と前記受電器２２０の間に着脱自在に配置され前記給電器２１０からの受電器２２０の電磁気的な見かけの大きさが大きくなるように機能する変換器７３０とにより構成した。ここで、給電器２１０と受電器２２０は実施例１と同様である。
【００４４】
（変換器７３０の構成）
変換器７３０は、給電器２１０の給電面２１１に接する変換入力面７３１と、受電器２２０の受電面２２１に接する変換出力面７３２と、１次コイル２１５と磁界結合する変換１次コイル７３３と、２次コイル２２２と磁界結合する変換２次コイル７３４とを主な構成要素とした。ここで、変換１次コイル７３３の一方の端子と変換２次コイル７３４の一方の端子は接続され、変換１次コイル７３３の他方の端子と変換２次コイル７３４の他方の端子も接続されている。
【００４５】
変換１次コイル７３３は、１次コイル２１５との結合係数を大きくするために、１次コイル２１５とほぼ同じ巻き径にする。具体的には、変換１次コイル７３３の外径Ｃを、３０ｍｍとした。このため、同様に、変換２次コイル７３４は、２次コイル２２２との結合係数を大きくするために、２次コイル２２２とほぼ同じ巻き径とした。具体的には、変換２次コイル７３４の外径Ｄは、１５ｍｍ以下である。
【００４６】
（変換器７３０の機能）
このように、給電器２１０と受電器２２０との間に変換器７３０を挿入することにより、大きな１次コイル２１５からの磁束のほとんどが一旦大きな変換１次コイル７３３と錯交し、小さな変換２次コイル７３４からの磁束のほとんどが小さな２次コイル２２２と錯交するようになるため、給電器２１０からの電磁気的な受電器２２０の見かけの大きさが大きく広がるように機能する。
【００４７】
図８（ａ）は、本実施例における変換器７３０の機能を示すための回路図である。１次コイル２１５は自己インダクタンスＬ１を持ち、電圧Ｖ１が両端に印加され、電流Ｉ１が流れている。同様に、変換１次コイル７３３は自己インダクタンスＬａ１を持ち、電圧Ｖａが両端に印加され、電流Ｉａが流れている。また、変換２次コイル７３４は自己インダクタンスＬａ２を持ち、変換１次コイル７３３と同じ電圧Ｖａが両端に印加され、変換１次コイル７３３と同じ電流Ｉａが流れている。さらに、２次コイル２２２は自己インダクタンスＬ２を持ち、電圧Ｖ２が両端に印加され、電流Ｉ２が流れている。ここで、添え字ａは変換器（アダプタ）を意味している。また、図中の３つの矢印は、各々電流の向きを表している。
【００４８】
ここで、１次コイル２１５と変換１次コイル７３３は、相互インダクタンスＭ１ａにより磁界結合している。したがって、１次コイル２１５の両端の電圧Ｖ１と、１次コイル２１５に流れる電流Ｉ１と、変換１次コイル７３３に流れる電流Ｉａは、（数１）を満たす。
【００４９】
【数１】
2013162611.tif 000003
【００５０】
同様に、変換２次コイル７３４と２次コイル２２２は、相互インダクタンスＭａ２により磁界結合している。したがって、２次コイル２２２の両端の電圧Ｖ２と、２次コイル２２２に流れる電流Ｉ２と、変換２次コイル７３４に流れる電流Ｉａは、（数２）を満たす。
【００５１】
【数２】
2013162611.tif 000004
【００５２】
また、変換１次コイル７３３と変換２次コイル７３４に掛かっている電圧Ｖａと、変換１次コイル７３３と変換２次コイル７３４に流れている電流Ｉａと、１次コイル２１５に流れる電流Ｉ１と、２次コイル２２２に流れる電流Ｉ２は、（数３）を満たす。
【００５３】
【数３】
2013162611.tif 000005
【００５４】
この（数３）を変換１次コイル７３３と変換２次コイル７３４に流れている電流Ｉａの時間微分について解くと、（数４）が得られる。
【００５５】
【数４】
2013162611.tif 000006
【００５６】
この（数４）で得られた変換１次コイル７３３と変換２次コイル７３４に流れている電流Ｉａの時間微分を（数１）に代入して整理すると、（数５）が得られる。
【００５７】
【数５】
2013162611.tif 000007
【００５８】
同様に、（数２）に代入して整理すると、（数６）が得られる。
【００５９】
【数６】
2013162611.tif 000008
【００６０】
（数５）は、１次コイル２１５の電圧が、１次コイル２１５の電流Ｉ１の変化と２次コイル２２２の電流Ｉ２の変化に依存していることを示している。同様に、（数６）は、２次コイル２２２の電圧が、１次コイル２１５の電流Ｉ１の変化と２次コイル２２２の電流Ｉ２の変化に依存していることを示している。
【００６１】
（等価回路）
図８（ｂ）は、実施例２における変換器７３０の機能を示す図８（ａ）に示す回路の等価回路である。等価回路において、等価１次コイル８１５は自己インダクタンスＬ’１を持ち、電圧Ｖ１が両端に印加され、電流Ｉ１が流れている。同様に、等価２次コイル８２２は自己インダクタンスＬ’２を持ち、電圧Ｖ２が両端に印加され、電流Ｉ２が流れている。つまり、等価回路の１次側と２次側の電圧と電流は、図８（ａ）に示す変換器７３０を含む実際の回路と同じである。なお、図中の２つの矢印は、図８（ａ）の場合と同様に各々電流の向きを表している。
【００６２】
ここで、等価１次コイル８１５と等価２次コイル８２２は、等価相互インダクタンスＭ’１２により磁界結合している。したがって、等価１次コイル８１５の両端の電圧Ｖ１と、等価１次コイル８１５に流れる電流Ｉ１と、等価２次コイル８２２に流れる電流Ｉ２は、（数７）を満たす。
【００６３】
【数７】
2013162611.tif 000009
【００６４】
同様に、等価２次コイル８２２の両端の電圧Ｖ２と、等価１次コイル８１５に流れる電流Ｉ１と、等価２次コイル８２２に流れる電流Ｉ２は、（数８）を満たす。
【００６５】
【数８】
2013162611.tif 000010
【００６６】
ここで、（数７）が（数５）と同じで、（数８）が（数６）と同じであるならば、図８（ａ）の２つの空芯トランスを持つ変換器７３０がある場合の実際の回路と、図８（ｂ）に示す１つの空芯トランスをもつ等価回路は同等である。そのための等価１次コイル８１５の自己インダクタンスＬ’１は、（数５）と（数７）の右辺第１項の係数を比較して、（数９）により表される。
【００６７】
【数９】
2013162611.tif 000011
【００６８】
また、等価２次コイル８２２の自己インダクタンスＬ’２は、（数６）と（数８）の右辺第１項の係数を比較して、（数１０）により表される。
【００６９】
【数１０】
2013162611.tif 000012
【００７０】
さらに、等価１次コイル８１５と等価２次コイル８２２の等価相互インダクタンスＭ’１２は、（数５）と（数７）の右辺第２項の係数を比較して、（数１１）により表される。
【００７１】
【数１１】
2013162611.tif 000013
【００７２】
なお、（数１１）は（数６）と（数８）の右辺第２項の係数を比較しても同じ結果が得られるため、（数５）と（数６）の右辺の２つの係数を合わせた４つの係数と（数７）と（数８）の右辺の２つの係数を合わせた４つの係数が全て一致することになる。このことは、図８（ａ）に示す変換器７３０のある本実施例における回路は、図８（ｂ）に示す見掛け上変換器のない回路と等価であることを意味している。したがって、変換器７３０の存在は（数９）〜（数１１）に示す各インダクタンスの値の変化に置き換えることができる。
【００７３】
（等価相互インダクタンスＭ’１２を大きくする方法）
ここで、以降の説明で用いる２つの結合係数を、（数１２）により定義する。２つの結合係数とは、１次コイル２１５と変換１次コイル７３３の結合係数ｋ１ａと、変換２次コイル７３４と２次コイル２２２の結合係数ｋａ２である。これらの結合係数の定義は、一般的に用いられているものと同じである。
【００７４】
【数１２】
2013162611.tif 000014
【００７５】
（数１１）と（数１２）から相互インダクタンスＭ１ａと相互インダクタンスＭａ２を消去すると、（数１３）が得られる。
【００７６】
【数１３】
2013162611.tif 000015
【００７７】
ここで、任意の2つの値の積の平方根を和で割った値は、２つの値が等しい時に最大値として２分の１になる。したがって、（数１３）から変換１次コイル７３３の自己インダクタンスＬａ１と変換２次コイル７３４の自己インダクタンスＬａ２の値が等しい時に、等価相互インダクタンスＭ’１２は（数１４）に示す最大値になる。
【００７８】
【数１４】
2013162611.tif 000016
【００７９】
（数１４）は、変換器７３０を挿入することにより等価相互インダクタンスＭ’１２の最大値が、約半分になってしまうことを示している。しかし、２次コイル２２２が１次コイル２１５より小さい場合に変換器を用いないと、結合係数の低下により相互インダクタンスは凡そ１次コイル２１５の面積に対する２次コイル２２２の面積の比率で低下してしまう。したがって、２次コイル２２２の面積が１次コイル２１５の面積の半分より小さい場合には、変換器７３０を用いた方が相互インダクタンスを大きくすることができる。つまり、変換器７３０により結合係数や相互インダクタンスは改善される。
【００８０】
（数１４）に示す等価相互インダクタンスＭ’１２の最大値から０．８倍の範囲であれば、本発明の効果が良好に得られる。そのための変換１次コイル７３３の自己インダクタンスＬａ１と変換２次コイル７３４の自己インダクタンスＬａ２の比率は、４分の１倍から４倍の範囲である。また、等価相互インダクタンスＭ’１２の最大値から0.5倍の範囲であれば、本発明の効果がある。そのための変換１次コイル７３３の自己インダクタンスＬａ１と変換２次コイル７３４の自己インダクタンスＬａ２の比率は、１４分の１倍から１４倍の範囲である。
【００８１】
なお、数式では示さないが、変換１次コイル７３３の自己インダクタンスＬａ１と変換２次コイル７３４の自己インダクタンスＬａ２が等しく、１次コイル２１５と変換１次コイル７３３との結合係数ｋ１ａと、変換２次コイル７３４と２次コイル２２２との結合係数ｋａ２が共に１に近い場合に、等価回路の結合係数ｋ’１２も１に近づけることができる。但し、ここで言う等価回路の結合係数とは、等価１次コイル８１５の自己インダクタンスＬ’１と等価２次コイル８２２の自己インダクタンスＬ’２と等価相互インダクタンスＭ’１２とから計算されるものである。
【００８２】
等価回路の等価相互インダクタンスＭ’１２を大きくすることにより、実質的に１次コイル２１５と２次コイル２２２の結合が強くなったのと同じ効果があるため、給電できる電力が大きくなるとともに、より効率的に給電できるようになる。この等価相互インダクタンスＭ’１２を大きくするための３つの方法について説明する。これらの方法は、（数１３）により自明である。
【００８３】
第１の方法は、１次コイル２１５と変換１次コイル７３３との結合係数ｋ１ａと、変換２次コイル７３４と２次コイル２２２との結合係数ｋａ２をできるだけ大きくして１に近づけることである。このため、１次コイル２１５と変換１次コイル７３３の重なる部分の面積を大きくする。より具体的には、１次コイル２１５と変換１次コイル７３３の外形を近づけて、重なる位置に接近して配置することである。変換２次コイル７３４と２次コイル２２２についても同様である。また、後述する軟磁性体により、結合係数を大きくすることも有効である。
【００８４】
第２の方法は、変換１次コイル７３３の自己インダクタンスＬａ１と変換２次コイル７３４の自己インダクタンスＬａ２の値を近づけることである。但し、（数１３）からは、自己インダクタンスＬａ１と自己インダクタンスＬａ２に関しては、値が近ければ充分であり、例えばこれらの値はどんなに小さくても良いことになってしまう。ところが、実際には、自己インダクタンスＬａ１と自己インダクタンスＬａ２の値が小さくなると、変換器７３０の変換１次コイル７３３と変換２次コイル７３４を流れる電流Ｉａが大きくなることにより、変換１次コイル１３７と変換２次コイル１３８の巻き線抵抗などにより給電の効率が著しく低下してしまう。この問題を生じない程度に、自己インダクタンスＬａ１と自己インダクタンスＬａ２の値は大きい必要がある。
【００８５】
第３の方法は、１次コイル２１５の自己インダクタンスＬ１と２次コイル２２２の自己インダクタンスＬ２をなるべく大きくすることである。コイルの大きさを大きくしたり、巻き数を増やしたり、軟磁性体を用いることにより、これらの自己インダクタンスを大きくすることができる。但し、そのためには外形が大きくなったり、重量が重くなったり、コストが高くなるので、バランスが重要になる。
【００８６】
（周波数特性）
図９（ａ）は、本実施例における変換器７３０を用いたワイヤレス給電装置１０１の周波数特性のシミュレーション結果の一例を表している。図９（ｂ）は、比較のため、変換器を用いない場合の周波数特性のシミュレーション結果を表している。図９（ａ），図９（ｂ）ともに、横軸は周波数を表し、単位はキロヘルツである。左側の縦軸は電力を表し、単位はワットである。右側の縦軸は効率を表し、単位はパーセントである。点線の特性は給電器２１０が給電している電力である給電力を示し、一点鎖線の特性は受電器２２０が受電している電力である受電力を表し、実線の特性は給電力に対する受電力の比率である効率を表している。比較のため、シミュレーションの条件は、変換器７３０に関するもの以外は同じとした。
【００８７】
具体的なシミュレーションの条件は、１次コイル２１５と変換１次コイル７３３と変換２次コイル７３４の自己インダクタンスは２４μＨで、２次コイル２２２の自己インダクタンスは９６μＨである。これらの４つのコイルの巻き線抵抗は、いずれも０．１Ωとした。１次コイル２１５には直列に０．１μＦのコンデンサが接続され、１次コイル２１５との共振周波数は約１００ｋＨｚである。同様に、２次コイル２２２には直列に０．０２５μＦのコンデンサが接続され、２次コイル２２２との共振周波数も約１００ｋＨｚである。
【００８８】
図９（ｂ）に結果を示す変換器を用いない場合のシミュレーションでは、１次コイル２１５と２次コイル２２２の結合係数を０．１としたため、相互インダクタンスＭ１２は４．８μＨである。結合係数を０．１としたのは、１次コイル２１５の面積に対する２次コイル２２２の面積の比率が１０分の１程度のためである。
【００８９】
一方、図９（ａ）に結果を示す本実施例のシミュレーションでは、１次コイル２１５と変換１次コイル７３３の結合係数は０．６としたため、相互インダクタンスＭ１ａは１４．４μＨである。また、変換２次コイル７３４と２次コイル２２２の結合係数も０．６としたため、相互インダクタンスＭａ２は２８．８μＨである。
【００９０】
これらのシミュレーション結果からも、給電される電力が大幅に改善されていることが分かる。また、図９（ｂ）に示す変換器がない場合では効率は７０％以下になってしまっているのに対し、図９（ａ）に示す変換器７３０がある場合では効率は９０％近くにまで改善されていることが分かる。
【００９１】
（位置合わせ方法）
変換器７３０は、給電器２１０と受電器２２０の間に着脱自在に配置されるが、等価回路の等価相互インダクタンスＭ’１２を大きくして効率的に給電するためには、給電器２１０に対する変換器７３０の位置及び変換器７３０に対する受電器２２０の位置を望ましい関係にする必要がある。このための位置合わせの方法は、実施例１の場合と同様である。
【００９２】
（軟磁性体）
（数１３）からも分かるように、等価相互インダクタンスＭ’１２を大きくするためには、１次コイル２１５と変換１次コイル７３３の結合係数ｋ１ａや変換２次コイル７３４と２次コイル２２２の結合係数ｋａ２を大きくすることが有効である。このため、図１０に示すように、１次コイル２１５と変換１次コイル７３３と変換２次コイル７３４と２次コイル２２２に軟磁性体を設けるとよい。これらの軟磁性体は、結合するコイル間の磁束の経路の磁気抵抗を小さくすることにより、インダクタンスを増大させる。
【００９３】
図１０に示す例では、軟磁性体として断面がＥ字型の円形のフェライトを用いて、中央の凸部に各コイルを巻く構成とした。つまり、第３軟磁性体４１６の中央の凸部に１次コイル２１５を巻いて、第４軟磁性体４２３の中央の凸部に２次コイル２２２を巻いて、第５軟磁性体８３３の中央の凸部に変換１次コイル７３３を巻いて、第６軟磁性体８３４の中央の凸部に変換２次コイル７３４を巻くようにしたものである。
【００９４】
こうすることにより、第３軟磁性体４１６と第５軟磁性体８３３は１次コイル２１５と変換１次コイル７３３の磁界結合を強め、第６軟磁性体８３４と第４軟磁性体４２３は変換２次コイル７３４と２次コイル２２２の磁界結合を強める。図１０での矢印は、各結合による磁気回路の磁束の経路の一例を示したものである。但し、磁束は交番のため、矢印の方向には特に意味はない。
【００９５】
なお、図１０に示す軟磁性体では、変換器８３０において変換１次コイル７３３と変換２次コイル７３４の結合を遮蔽する機能もある。その方が、各コイルの機能が明確で分かりやすいからである。しかし、この遮蔽は必ずしも必要ではなく、むしろ積極的に変換１次コイル７３３と変換２次コイル７３４を結合させて、１次コイル２１５からの磁束の一部が直接２次コイル２２２と錯交するようにして、変換器しての効率を改善することも考えられる。
【実施例３】
【００９６】
（１次側２次側共電界結合方式のワイヤレス給電装置４０１）
以上に、給電器も受電器も磁界結合方式の場合の例について示したが、本発明によるワイヤレス給電装置はこの限りではない。図１１に示すように、例えば電界結合方式によるワイヤレス給電装置４０１においても、同様の構成により同様の効果を得ることが出来る。なお、ここでは前述の磁界結合方式の場合との相違点を中心に説明する。
図１１に示す例では、給電器９１０も受電器９２０も電界結合方式で、間に着脱自在な変換器９３０を設ける。
【００９７】
給電器９１０は、給電面９１１と第１電力変換手段９１４と第１電極９１５と第２電極９１６と第１制御手段２１６を主な構成要素とした。第１電極９１５と第２電極９１６は、給電面９１１と平行に給電面９１１の近くに設ける。第１電力変換手段９１４の２つの出力は第１電極９１５と第２電極９１６に各々接続される。こうして、第１電極９１５と第２電極９１６は、第１電力変換手段９１４からの高周波の電力を電界のエネルギーに変換する。
【００９８】
受電器９２０は、受電面９２１と第３電極９２５と第４電極９２６と第２電力変換手段９２４と蓄電手段２２７と第２制御手段２２６により構成した。第３電極９２５と第４電極９２６は、受電面９２１と平行に受電面９２１の近くに設ける。第３電極９２５と第４電極９２６は第２電力手段９２４の２つの入力に各々接続される。こうして、第３電極９２５と第４電極９２６は電界の変化に応じた電流を第２電力手段９２４に流し込む。つまり、電界のエネルギーから電力に変換する。
【００９９】
変換器９３０では、第１電極９１５と対面する変換第１電極９３３と第３電極９２５と対面する変換第３電極９３５が接続され、第２電極９１６と対面する変換第２電極９３４と第４電極９２６と対面する変換第４電極９３６が接続される。受電器９２０は小さいため、第１電極９１５と第２電極９１６を第３電極９２５と第４電極９２６に直接対面させることができないため、変換器９３０を設けた。
【０１００】
この例における動作について、図１２（ａ）に示す回路を基に説明する。図１２（ａ）において、回路図の左側の２つの端子は給電器９１０の第１電力変換手段９１４の出力に接続され、右側の２つの端子は受電器９２０の第２電力変換手段９２４の入力に接続される。また、第１コンデンサ１２５１は第１電極９１５と変換第１電極９３３により構成され、第２コンデンサ１２５２は第２電極９１６と変換第２電極９３４により構成され、第３コンデンサ１２５３は変換第３電極９３５と第３電極９２５により構成され、第４コンデンサ１２５４は変換第４電極９３６と第４電極９２６により構成される。
【０１０１】
図１２（ａ）の回路は、図１２（ｂ）の等価回路と等価である。図１２（ｂ）においても図１２（ａ）と同様に、回路図の左側の２つの端子は給電器９１０の第１電力変換手段９１４の出力に接続され、右側の２つの端子は受電器９２０の第２電力変換手段９２４の入力に接続されることを想定している。但し、図１２（ｂ）における等価第１コンデンサ１２５５の静電容量Ｃ’１は、第１コンデンサ１２５１の静電容量Ｃ１と第３コンデンサ１２５３の静電容量Ｃ３から直列接続として求められる値である。同様に、等価第２コンデンサ１２５６の静電容量Ｃ’２は、第２コンデンサ１２５２の静電容量Ｃ２と第４コンデンサ１２５４の静電容量Ｃ４から直列接続として求められる値である。
【０１０２】
したがって、静電容量Ｃ’１の値は静電容量Ｃ１および静電容量Ｃ３より小さくなり、静電容量Ｃ’２の値は静電容量Ｃ２および静電容量Ｃ４より小さくなってしまうために、給電できる電力も小さくなってしまう。それでも、小さい受電器９２０が必要とする電力は少ないことも多く、充分実用的である。このように、変換器９３０を用いることにより、電極の大きさや形状や配置の違いにより電極を対面させられない給電器９１０と受電器９２０を静電結合させることができる。したがって、変換器９３０により、給電器９１０が給電することのできる受電器の範囲を広くすることができる。
【０１０３】
なお、静電容量Ｃ１と静電容量Ｃ２はほぼ同じ値とし、静電容量Ｃ３と静電容量Ｃ４はほぼ同じ値とし、第１電極手段の２つの端子から逆相の駆動を行うようにしたため、給電器９１０と変換器９３０と受電器９２０の電位は給電によってはほとんど変化しない。また、静電容量Ｃ１〜４の値は大きくないため、電力転送するためには高い周波数か高い電圧を必要とする。高い電圧を用いて効率良く転送するために、図示しないが、通常第１電力変換手段９１４には昇圧回路などを用い、第２電力変換手段９２４には降圧回路などを用いる。
【実施例４】
【０１０４】
（１次側が磁界結合で２次側が電界結合のワイヤレス給電装置５０１）
図１３は、給電器１０１０が磁界結合方式で、受電器９２０が電界結合方式の場合のワイヤレス給電装置５０１の例を示す。この場合は、給電器１０１０と受電器９２０は方式が異なるため、直接給電することはできない。このため、給電器１０１０と受電器９２０の間に着脱自在に配置される変換器１０３０を用いた。なお、ここでは前述の給電器と受電器で大きさが異なる場合との相違点を中心に説明する。
【０１０５】
変換器１０３０には、１次コイル２１５と磁界結合する変換１次コイル７３３と、第３電極９２５と電界結合する変換第３電極９３５と、第４電極９２６と電界結合する変換第４電極９３６がある。変換第３電極９３５と変換第４電極９３６は変換１次コイル７３３の２つの端子にそれぞれ接続される。
【０１０６】
図１４は、この場合の動作を説明するための回路図である。図１４の回路図において、左側の２つの端子は給電器１０１０の第１電力変換手段１０１４の出力に接続され、右側の２つの端子は受電器９２０の第２電力変換手段９２４の２つの入力に接続される。この場合には、第３コンデンサ１２５３及び第４コンデンサ１２５４の静電容量が小さいため、高周波や高電圧での給電が必要となる。このため、図示しないが、第１電力変換手段１０１４には昇圧回路が設けられている。
なお、具体例は示さないが、逆に給電器が電界結合方式で受電器が磁界結合方式の場合でも、同様に変換器を用いることによりワイヤレス給電することができる。
【実施例５】
【０１０７】
実施例１では給電器と受電器の大きさの不整合を吸収するために変換器に軟磁性体を用いた場合の例について説明し、実施例２〜実施例４では給電器と受電器の大きさや方式の不整合を吸収するために変換器に電気的な受動素子を用いた場合の例について説明した。実施例５では、図１５に示すように、給電器１１０と受電器１２０の方式や規格や大きさや形状や位置関係などの不整合を吸収するために、給電器１１０と受電器１２０と変換器１５３０とによりワイヤレス給電装置６０１を構成した。ここで、変換器１５３０は、給電器１１０に適合した受電を行なう変換受電手段１５３１と変換受電手段１５３１での受電と略同時に受電した電力により受電器１２０に適合する給電を行う変換給電手段１５３２を主な構成要素とした。したがって、実施例５では、給電器１１０や受電器１２０の方式や規格や大きさや形状や位置関係などに制約がない。なお、ここでは実施例１〜実施例４での説明との相違点を中心に説明する。
【０１０８】
（ワイヤレス給電装置７０１）
実施例５の具体的な例について、図１６を基に説明する。
ワイヤレス給電装置７０１は、電力を磁界のエネルギーに変換して出力する給電器２１０と、電界のエネルギーを入力して電力に変換する受電器９２０と、給電器２１０と受電器９２０の間に着脱自在に配置され給電器２１０からの磁界のエネルギーを電界のエネルギーに変換して受電器９２０に出力する変換器１６３０とにより構成した。ここで、給電器２１０は実施例１と同様である。また、受電器９２０は実施例３の図１１で示したものと同様である。
【０１０９】
（変換器１６３０）
変換器１６３０は、給電器２１０の給電面２１１に接する変換入力面１６３１と、１次コイル２１５と磁界結合して１次コイル２１５からの磁気的なエネルギーを交流の電力に変換する変換１次コイル７３３と、変換１次コイル７３３からの交流の電力を直流の電力に変換して変換器１６３０全体の電源に供給する第３電力変換手段１６３３と、第３電力変換手段１６３３からの直流の電力を交流の電力に変換する第４電力変換手段１６３４と、第４電力変換手段１６３４からの交流の電力を電界のエネルギーに変換する変換第３電極９３５及び変換第４電極９３６と、受電器９２０の受電面９２１に接する変換出力面１６３２と第３制御手段１６３５により構成した。図１５における変換受電手段１５３１は、変換１次コイル７３３と第３電力変換手段１６３３を主な構成要素とする。また、変換給電手段１５３２は、第４電力変換手段１６３４と変換第３電極９３５及び変換第４電極９３６を主な構成要素とする。
【０１１０】
なお、第３電力変換手段１６３３で交流を直流に変換して、第４電力変換手段１６３４で直流を交流に変換しているのは、給電器２１０から変換器１６３０への給電と変換器１６３０から受電器９２０への給電の周波数などが異なるためである。
【０１１１】
また、第３制御手段１６３５は、第３電力変換手段１６３３や第４電力変換手段１６３４の状態の管理や、給電器２１０や受電器９２０との通信の制御などを行う。受電器９２０との通信は、例えば第４電力変換手段１６３４が供給する電力の変化から受信する。通信内容は、受電器９２０が必要とする電力などである。また、給電器２１０との通信は、例えば、変換器１６３０の第３電力変換手段１６３３の負荷を変えるなどにより行う。通信内容は、変換器１６３０が必要とする電力などである。また、第３電力変換手段１６３３の出力する直流の電圧が所定の値以上になった場合に第４電力変換手段１６３４を動作させるようにした。但し、第３制御手段１６３５は、必要に応じて設ければ良い。
【０１１２】
このように、給電器２１０と受電器９２０との間に変換器１６３０を挿入することにより、変換器１６３０では磁界結合により給電器２１０から受電した電力により電界結合で受電器９２０に給電することができ、結果として給電器２１０と異なる方式の受電器９２０に対して給電できる。
【０１１３】
（給電の方式の自由な組合せ）
以上に、実施例５として給電器２１０から変換器１６３０に磁界結合方式で給電して、変換器１６３０から受電器９２０に電界結合方式で給電する場合の列を示したがこの限りでない。例えば、図１７に示すように、給電器２１０から変換器１７３０に磁界結合方式で給電して、変換器１７３０から受電器２２０へも磁界結合方式で給電するようにワイヤレス給電装置８０１を構成しても良い。このように、給電器１１０から変換器１５３０への給電と変換器１５３０から受電器１２０への給電は、方式や規格や大きさや形状や位置関係などが異なっていても良い。
【符号の説明】
【０１１４】
１０１，２０１，３０１，４０１，５０１，６０１，７０１，８０１  ワイヤレス給電装置
１１０，２１０，４１０，５１０，６１０，９１０，１０１０  給電器
１２０，２２０，４２０，５２０，６２０，９２０  受電器
１３０，２３０，６３０，７３０，８３０，９３０，１０３０，１５３０，１６３０，１７３０  変換器
２１１，４１１，５１１，６１１，９１１  給電面
２１２  検出電極
２１３  検出手段
２１４，９１４，１０１４  第１電力変換手段
２１５，６１５  １次コイル
２１６  第１制御手段
２２１，４２１，５２１，６２１，９２１  受電面
２２２，６２２  ２次コイル
２２４，９２４  第２電力変換手段
２２６  第２制御手段
２２７  蓄電手段
２３１，６３１，７３１，８３１，９３１，１６３１，１７３１  変換入力面
２３２，６３２，７３２，８３２，９３２，１６３２，１７３２  変換出力面
２３３，６３３  第１軟磁性体
２３４，６３４  第２軟磁性体
４１６，５１６，６１６  第３軟磁性体
４２３，５２３，６２３  第４軟磁性体
７３３  変換１次コイル
７３４  変換２次コイル
８１５  等価１次コイル
８２２  等価２次コイル
８３３  第５軟磁性体
８３４  第６軟磁性体
９１５  第１電極
９１６  第２電極
９２５  第３電極
９２６  第４電極
９３３  変換第１電極
９３４  変換第２電極
９３５  変換第３電極
９３６  変換第４電極
１２５１  第１コンデンサ
１２５２  第２コンデンサ
１２５３  第３コンデンサ
１２５４  第４コンデンサ
１２５５  等価第１コンデンサ
１２５６  等価第２コンデンサ
１５３１  変換受電手段
１５３２  変換給電手段
１６３３  第３電力変換手段
１６３４，１７３４  第４電力変換手段
１６３５  第３制御手段
１８０１  従来のワイヤレス給電装置
１８２０  従来の受電器
１８２１  従来の受電面
１８２２  従来の２次コイル
【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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【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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