(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のコイルと、
前記第１のコイルの近傍で、かつ接しない位置であり、前記第１のコイルに電流を発生させる電磁波の進行経路のうちの少なくとも一部を含む位置に設けられている磁石と、
前記第１のコイルが受けた前記電磁波に基づく誘導起電力を直流電圧に変換する変換回路と
を備える受電装置に、電力を供給する電力供給装置において、
内部に空間を有する鉄心と、
前記鉄心の外周に巻きつけられている第２のコイルと、
前記鉄心の内部の空間に封入され、磁力により前記鉄心の内部の空間内を移動可能な磁性体と、
前記第２のコイルに電流が流れた場合に発生する電磁波の出力面のうち、一方の面に設けられ、磁力を透過させる材質で構成され、前記受電装置が設置される設置面と
を備え、
前記磁性体は、
前記鉄心の内部の空間の100％未満の体積を占め、かつ、前記設置面上に前記受電装置が戴置されている状態において、前記鉄心の内部の空間の前記底面から前記設置面における前記受電装置の戴置位置を前記磁性体で連結する
ように、前記鉄心の内部の空間に封入されている
ことを特徴とする電力供給装置。
【請求項２】
前記磁性体は、砂鉄である
ことを特徴とする請求項１に記載の電力供給装置。
【請求項３】
前記磁性体は、磁性流体である
ことを特徴とする請求項１に記載の電力供給装置。
【請求項４】
前記磁性体は、鉄粉である
ことを特徴とする請求項１に記載の電力供給装置。
【請求項５】
前記設置面は、平面形状である
ことを特徴とする請求項１に記載の電力供給装置。
【請求項６】
前記設置面は、球面形状である
ことを特徴とする請求項１に記載の電力供給装置。
【請求項７】
内部に空間を有する鉄心と、
前記鉄心の外周に巻きつけられている第１のコイルと、
前記鉄心の内部の空間に封入され、磁力により前記鉄心の内部の空間内を移動可能な磁性体と、
前記第１のコイルに電流が流れた場合に発生する電磁波の出力面のうち、一方の面に設けられ、磁力を透過させる材質で構成される設置面と
を備え、
前記磁性体は、前記鉄心の内部の空間の100％未満の体積を占め、かつ、前記設置面上に前記受電装置が戴置されている状態において、前記鉄心の内部の空間の前記底面から前記設置面における前記受電装置の戴置位置を前記磁性体で連結するように、前記鉄心の内部の空間に封入されている電力供給装置
が発生する前記電磁波を受ける第２のコイルを備える受電装置において、
前記第２のコイルの近傍で、かつ接しない位置であり、前記第２のコイルに電流を発生させる前記電磁波の進行経路のうちの少なくとも一部を含む位置に設けられている磁石と、
前記設置面に設置された場合、前記第２のコイルが受ける前記電磁波に基づく誘導起電力を直流電圧に変換する変換回路と
を備えることを特徴とする受電装置。
【請求項８】
前記磁石は、前記第２のコイルの鉄心として備えられている
ことを特徴とする請求項７に記載の受電装置。
【請求項９】
受電装置に電力を供給する電力供給装置と、
前記電力供給装置から非接触で電力の供給を受ける受電装置と
によって構成される電力供給システムにおいて、
前記電力供給装置は、
内部に空間を有する鉄心と、
前記鉄心の外周に巻きつけられている第１のコイルと、
前記鉄心の内部の空間に封入され、磁力により前記鉄心の内部の空間内を移動可能な磁性体と、
前記第１のコイルに電流が流れた場合に発生する電磁波の出力面のうち、一方の面に設けられ、磁力を透過させる材質で構成され、前記受電装置が設置される設置面と
を備え、
前記磁性体は、
前記鉄心の内部の空間の100％未満の体積を占め、かつ、前記設置面上に前記受電装置が戴置されている状態において、前記鉄心の内部の空間の前記底面から前記設置面における前記受電装置の戴置位置を前記磁性体で連結する
ように、前記鉄心の内部の空間に封入されており、
前記受電装置は、
前記電力供給装置が発生する前記電磁波を受信する第２のコイルと、
前記第２のコイルの近傍で、かつ接しない位置であり、前記第２のコイルに電流を発生させる前記電磁波の進行経路のうちの少なくとも一部を含む位置に設けられている磁石と、
前記第２のコイルが受けた前記電磁波に基づく誘導起電力を直流電圧に変換する変換回路と
を備えることを特徴とする電力供給システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電力供給装置および受電装置、並びに電力供給システムに関し、特に、電磁誘導を利用した非接触の電力供給を効率的に行うことができるようにした電力供給装置および受電装置、並びに電力供給システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
非接触で電力を伝達する主な手法として、電磁誘導がある。コイルを貫く磁束が変化すると、コイルには電流を流そうとする起電力が生じる。これを電磁誘導といい、このとき生じる起電力を誘導起電力という。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
電磁誘導により発生する誘導起電力を利用した非接触の電力供給では、給電コイルと受電コイルが正確に位置合わせされた場合に高い電力伝達効率を実現することができる。また、給電コイルと受電コイルの空隙の大きさ（距離）も、電力伝達効率に大きく影響する。
【０００４】
そのため、非接触でありながら、高い電力伝達効率を得るためには、給電装置に対する受電機器の位置合わせや、距離の調整が必要となるので、例えば、クレイドルなどによって、給電装置に対する受電機器の戴置位置を厳しく制約する必要が生じる。
【０００５】
例えば、携帯型電話機やＰＤＡ（Personal Digital（Data） Assistants）などの、多くの携帯型機器の充電は、あらかじめ決められたクレイドルを用いなければ行えないようになっているので、外出中に、携帯型機器を再充電する必要がある場合、利用者は、クレイドルを持ち歩かなければならなかった。
【０００６】
この制約を取り除くため、例えば、給電装置に、複数の給電コイルを平面状に並べ、その平面上に受電機器を戴置することにより、細かい位置決めを行うことなく給電装置から受電機器へ非接触で電力を供給する技術がある。しかしながら、この技術においても、給電コイルに対する受電機器の受電コイルの位置によって電力伝達効率が変化してしまう。また、受電機器に電力を供給していない給電コイルにも電流が流されるので、無駄な電力が消費されてしまう。
【０００７】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、受電機器の形状や給電装置に対する戴置位置にかかわらず、電磁誘導を利用した非接触の電力供給を行う場合の電力伝達効率を向上させるようにするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の電力供給装置は、第１のコイルと、第１のコイルの近傍で、かつ接しない位置であり、第１のコイルに電流を発生させる電磁波の進行経路のうちの少なくとも一部を含む位置に設けられている磁石と、第１のコイルが受けた電磁波に基づく誘導起電力を直流電圧に変換する変換回路とを備える受電装置に、電力を供給する電力供給装置であって、内部に空間を有する鉄心と、鉄心の外周に巻きつけられている第２のコイルと、鉄心の内部の空間に封入され、磁力により鉄心の内部の空間内を移動可能な磁性体と、第２のコイルに電流が流れた場合に発生する電磁波の出力面のうち、一方の面に設けられ、磁力を透過させる材質で構成され、受電装置が設置される設置面とを備え、磁性体は、鉄心の内部の空間の100％未満の体積を占め、かつ、設置面上に受電装置が戴置されている状態において、鉄心の内部の空間の底面から設置面における受電装置の戴置位置を磁性体で連結するように、鉄心の内部の空間に封入されていることを特徴とする。
【０００９】
磁性体は、砂鉄であるものとすることができる。
【００１０】
磁性体は、磁性流体であるものとすることができる。
【００１１】
磁性体は、鉄粉であるものとすることができる。
【００１２】
設置面は、平面形状であるものとすることができる。
【００１３】
設置面は、球面形状であるものとすることができる。
【００１４】
本発明の受電装置は、内部に空間を有する鉄心と、鉄心の外周に巻きつけられている第１のコイルと、鉄心の内部の空間に封入され、磁力により鉄心の内部の空間内を移動可能な磁性体と、第１のコイルに電流が流れた場合に発生する電磁波の出力面のうち、一方の面に設けられ、磁力を透過させる材質で構成される設置面とを備え、磁性体は、鉄心の内部の空間の100％未満の体積を占め、かつ、設置面上に受電装置が戴置されている状態において、鉄心の内部の空間の底面から設置面における受電装置の戴置位置を磁性体で連結するように、鉄心の内部の空間に封入されている電力供給装置が発生する電磁波を受ける第２のコイルを備える受電装置であって、第２のコイルの近傍で、かつ接しない位置であり、第２のコイルに電流を発生させる電磁波の進行経路のうちの少なくとも一部を含む位置に設けられている磁石と、設置面に設置された場合、第２のコイルが受ける電磁波に基づく誘導起電力を直流電圧に変換する変換回路とを備えることを特徴とする。
【００１５】
磁石は、前記第２のコイルの鉄心として備えられているものとすることができる。
【００１６】
本発明の電力供給システムは、電力供給装置が、内部に空間を有する鉄心と、鉄心の外周に巻きつけられている第１のコイルと、鉄心の内部の空間に封入され、磁力により鉄心の内部の空間内を移動可能な磁性体と、第１のコイルに電流が流れた場合に発生する電磁波の出力面のうち、一方の面に設けられ、磁力を透過させる材質で構成され、受電装置が設置される設置面とを備え、磁性体は、鉄心の内部の空間の100％未満の体積を占め、かつ、設置面上に受電装置が戴置されている状態において、鉄心の内部の空間の底面から設置面における受電装置の戴置位置を磁性体で連結することができるように、鉄心の内部の空間に封入されており、受電装置が、電力供給装置が発生する電磁波を受信する第２のコイルと、第２のコイルの近傍で、かつ接しない位置であり、第２のコイルに電流を発生させる電磁波の進行経路のうちの少なくとも一部を含む位置に設けられている磁石と、第２のコイルが受けた電磁波に基づく誘導起電力を直流電圧に変換する変換回路とを備えることを特徴とする。
【００１７】
本発明の電力供給装置においては、鉄心の内部に空間が設けられ、コイルが鉄心の外周に巻きつけられ、磁性体が鉄心の内部の空間内を移動可能に封入され、受電装が設置される置設置面が、コイルに電流が流れた場合に発生する電磁波の出力面のうち、一方の面に設けられ、磁力を透過させる材質で構成されている。そして、磁性体は、鉄心の内部の空間の100％未満の体積を占め、かつ、設置面上に受電装置が戴置されている状態において、鉄心の内部の空間の底面から設置面における受電装置の戴置位置を磁性体で連結することができるように、鉄心の内部の空間に封入されている。
【００１８】
本発明の受電装置においては、コイルの近傍で、かつ接しない位置であり、コイルに電流を発生させる電磁波の進行経路のうちの少なくとも一部を含む位置に磁石が設けられ、コイルが受けた電磁波に基づく誘導起電力が直流電圧に変換される。
【００１９】
本発明の電力供給システムにおいては、電力供給装置で、鉄心の内部に空間が設けられ、第1のコイルが鉄心の外周に巻きつけられ、磁性体が鉄心の内部の空間内を移動可能に封入され、受電装置が設置される設置面が、第1のコイルに電流が流れた場合に発生する電磁波の出力面のうち、一方の面に設けられ、磁力を透過させる材質で構成され、磁性体は、鉄心の内部の空間の100％未満の体積を占め、かつ、設置面上に受電装置が戴置されている状態において、鉄心の内部の空間の底面から設置面における受電装置の戴置位置を磁性体で連結することができるように、鉄心の内部の空間に封入され、受電装置で、電力供給装置が発生する電磁波が受信され、第２のコイルの近傍で、かつ接しない位置であり、第２のコイルに電流を発生させる電磁波の進行経路のうちの少なくとも一部を含む位置に磁石が設けられ、第２のコイルが受けた電磁波に基づく誘導起電力が直流電圧に変換される。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
【００２１】
図１に、給電装置１と、給電装置１から電力の供給を受ける受電機器２を示す。給電装置１は、給電コイル部１２と、磁束を透過する材質で形成されているシート部１１で構成され、図示しない交流電源から供給される電流を給電コイル部１２のコイル（図３を用いて後述するコイル５２）に供給することにより電磁波を発生し、シート部１１の上部に戴置された受電機器２の内部に備えられているコイル（図２を用いて後述するコイル４２）を貫く磁束を変化させる。すなわち、給電装置１は、電磁誘導により受電機器２に電力を供給する。
【００２２】
受電機器２は、例えば、ノート型パーソナルコンピュータ、ＰＤＡ、携帯型電話機、ＰＨＳなどの機器、もしくは、各種機器から必要に応じて取り外すことが可能なバッテリーであり、給電装置１上に載置されることによって、図２を用いて後述する受電部３１が発生する電力によって各種処理を実行するか、もしくは、給電装置１から離れた場所において動作可能なように、必要に応じて電力を充電（蓄積）する。
【００２３】
図２は、給電装置１が発生する電磁波を受けることにより得られる誘導起電力を基に、直流電圧を発生する受電機器２の受電部３１の構成を示すブロック図である。
【００２４】
磁石４１は、コイル４２に接しないように、微少な間隔をもって、コイル４２より給電装置１側になるように配置されている。給電装置１が発生する電磁波によって、コイル４２を貫く磁束が変化する。コイル４２に接続されている共振回路４３は、給電装置１が発生する電磁波に共振するように調整されている。共振回路４３で発生した電圧（誘導起電力）は、整流/平滑回路４４によって整流されて平滑され、直流電圧として、受電機器２の他の部分に供給されるか、あるいは、充電部４５に充電される。
【００２５】
磁石４１は、図２に示されるように、コイル４２より給電装置１側（図中、下側）になるように配置されていても良いが、コイル４２の鉄心として設けられていても良い。また、磁石４１は、永久磁石であることが望ましい。
【００２６】
図３に、給電装置１の給電コイル部１２の横断面図を示す。給電コイル部１２は、鉄心５１、コイル５２、および、砂鉄５３で構成されている。鉄心５１は、その内部に空間を有している。すなわち、鉄心５１は、その側面および底面にはそれぞれ鉄で構成されている面を有しているが、上面（すなわち、シート部１１側）には鉄で構成されている面を有さないものである。鉄心５１の内部の空間には、所定量の砂鉄５３が封入されている。コイル５２は、鉄心５１の側面の周囲に巻きつけられた電線により形成される。
【００２７】
鉄心５１の内部の空間に封入される砂鉄５３の量は、例えばシート部１１上に、受電機器２が戴置されていない状態において、鉄心５１の内部の空間を完全には埋め尽くさないが、ある一定の厚みをもって、その底面を覆い尽くすことができる程度の量である。ただし、後述する図４に示されるように、受電機器２の磁石４１が、シート部１１に配置されたとき、鉄心５１の底面５１ａと、シート部５１を、砂鉄５３が連結することができる量が、最低限必要となる。
【００２８】
また、給電コイル部１２の内部に封入される物質は、砂鉄５３以外にも、例えば、鉄粉や、その他の磁性流体などの、不定形で磁束を通す（すなわち、磁力を受けて、その形状を変化させることができる）磁性体であれば、どのようなものであってもかまわない。なお、給電コイル部１２の内部に封入される磁性体の透磁率はできるだけ高いことが望ましい。
【００２９】
図４に、給電装置１に受電機器２が戴置された場合の、給電装置１および受電機器２の縦断面図を示す。
【００３０】
受電機器２の受電部３１には、図２を用いて説明したように、磁石４１が設けられている。給電装置１のシート部１１は、磁束を透過する材質で形成されているので、給電コイル部１２の内部に封入されている砂鉄５３は、磁石４１の磁力により吸引され、受電機器２の戴置場所に従って、コイル５２に対する鉄心を形成する。
【００３１】
すなわち、受電機器２がシート部１１のどの位置に戴置されても、その真下の位置に砂鉄５３により鉄心が形成される。この状態でコイル５２に電流が流れた場合、発生する磁束は、砂鉄５３により形成された鉄心の真上にある受電機器２の受電部３１のコイル４２に集中するため、電磁誘導による電力の伝達効率は非常に高くなる。
【００３２】
図４においては、受電機器２を１つだけ図示して説明したが、シート部１１の上部に複数の受電機器２が任意の位置に戴置された場合においても、砂鉄５３は、それぞれの受電機器２が有する磁石４１によって鉄心を構成する。従って、１台の給電装置１を用いて、複数の受電機器２に対して効率よく電力を供給することが可能である。
【００３３】
なお、本実施の形態においては、シート部１１の形状を平面形状として説明したが、シート部１１の形状は、平面形状でなくとも良く、例えば、球面形状であっても良いし、曲面や複数の平面の組み合わせなどによる不定形状面であっても良い。
【００３４】
なお、本明細書において、システムとは、複数の装置により構成される装置全体を表すものである。
【００３５】
【発明の効果】
本発明によれば、電磁誘導を利用して、受電装置に非接触で電力を供給することができ、その場合の電力伝達効率が向上する。
【００３６】
本発明によれば、非接触で電力の供給を受けることができ、その場合の電力伝達効率が向上する。
【００３７】
本発明によれば、電力供給装置から受電装置に対して、非接触で電力を供給することができ、電力供給装置に対する受電装置の戴置位置に関わらず、電力伝達効率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適応した給電装置および受電機器について説明する図である。
【図２】図１の受電機器の受電部の構成を示すブロック図である。
【図３】図１の給電装置の給電コイル部の横断面図である。
【図４】図１の給電装置および受電機器の縦断面図である。
【符号の説明】
１  給電装置，  ２  受電機器，  １１シート部，  １２  給電コイル部，  ３１  受電部，  ４１  磁石，  ４２  コイル，  ４３  共振回路，  ４４  整流/平滑回路，  ５１  鉄心，  ５２  コイル，  ５３  砂鉄
【図１】
0003832734.tif 000002
【図２】
0003832734.tif 000003
【図３】
0003832734.tif 000004
【図４】
0003832734.tif 000005