受電コイル、受電装置及び非接触電力伝送システム
【課題】受電装置に用いられる受電コイルのＱ値を大きくし、また筐体内部に入れたときの受電コイルのＱ値の劣化を少なくする。
【解決手段】磁性体を有するコア２と、そのコア２に線材５が巻きつけられ、外部コイルと電磁的に結合して電力が伝送されるコイル部と、そのコイル部の側面から一定の距離離れて配置された非磁性体６と、を備える。
【解決手段】磁性体を有するコア２と、そのコア２に線材５が巻きつけられ、外部コイルと電磁的に結合して電力が伝送されるコイル部と、そのコイル部の側面から一定の距離離れて配置された非磁性体６と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、電磁的に結合した送電コイルから電力が伝送される受電コイル、該受電コイルを備える受電装置、該受電装置を用いた非接触電力伝送システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、送電コイルと受電コイルを用いて非接触で電力の伝送を行う非接触電力伝送システムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
非接触電力伝送システムの送電コイルがスパイラル形状であり、受電コイルもスパイラル形状で電力を送る場合には、受電装置に内蔵される受電コイルは、装置内部にある金属（例えば筐体や回路において使用）の影響を大きく受けて、Ｑ値が大きく劣化する。Ｑ値は、エネルギーの保持と損失の関係、あるいは共振回路の共振の強さを示す指標である。
【０００４】
この金属の影響を防ぐことを目的として、スパイラル形状の送電コイル及び受電コイルの背面に、磁性シートを貼ることが行われている。この磁性シートは、装置内部の金属の影響を防ぐために、一定の厚みが必要である。また、装置内部の金属の影響を完全に防ぐためには、コイルよりも非常に大きなサイズの磁性シートが必要となる。この磁性シートは、一般的にフェライト（焼結体）で作られる。したがって、磁性シートを薄く作るのにフェライトのシートを薄く作成し、それを上下薄い樹脂シートでラミネートした後に、細かく切断して形成したりするので、非常に高価であった。このフェライトの磁性シートは、上記のとおりコイルに合わせるので面積が大きく、厚み等のバラツキが大きいので、それに起因するコイルの定数のバラツキがＱ値の劣化の大きな原因となっていた。
【０００５】
また、非接触に電力を伝送する場合、その電力伝送効率（「コイル間効率」ともいう）（ηrf）は、送電コイルと受電コイルの結合の度合いである結合係数ｋと、それぞれ無負荷時の送電コイルのＱ値（Ｑ１）と、受電コイルのＱ値（Ｑ２）から理論的に一意に求められる。コイル間効率（ηrf）を求めるために用いられる計算式を、式（１）〜式（３）に示す。
【数１】
【数２】
【数３】
上記のとおり、式（１）のコイル間効率（ηrf）は、式（２）のＳ＝ｋ＊√（Ｑ１＊Ｑ２）の値に応じて決まる。
【０００６】
送電コイルと受電コイル間の結合係数ｋが大きく得られる場合、つまり電磁誘導の場合は、送電コイルと受電コイルの巻回の径などのサイズがほぼ同じであり、Ｑ値（Ｑ１，Ｑ２）が小さい場合でも電力の電送は可能となる。しかし、電磁誘導の場合におけるコイル間効率（ηrf）は、結合係数ｋに依存しているために、送電コイルと受電コイル間の位置精度が非常に重要であり、位置ずれが許されない。そのため、電磁誘導の場合において充電する際は、送電コイルと受電コイルが１対１の対応となっている。また携帯電話端末やデジタルカメラ等の金属の使用率が高い電子機器を、スパイラル形状の送電コイルの上に置くと、電子機器に内蔵されている受電コイルのＱ値が大きく劣化してしまうので、その劣化分を結合係数ｋで補う必要がある。
【０００７】
一方では、電磁共鳴方式として、送電コイルと受電コイル間の結合係数ｋを小さくして、共振器としてのＱ値を高めて複数の電子機器に電力を伝送し、かつ送電コイルに対して受電コイルを自由に配置する方法が、提唱されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第４４１３２３６号（特開２００８−２０６２３１号公報）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、携帯電話端末やデジタルカメラ等の金属の使用率が高い電子器機器に格納された受電コイルを平面状のスパイラル形状の送電コイルの上に置くと、送電コイルのＱ値（Ｑ１）及び受電コイルのＱ値（Ｑ２）が劣化してしまい、電力を伝送できない。よって、用途が電子機器の持つ金属の影響を受けないものに限定されていた。
【００１０】
また、電子機器に搭載される受電コイルは、送電コイルに対する配置の自由度を高めるために、送電コイルのサイズより小さく、Ｑ値も５０程度と大きくなく、かつ劣化するので、良好な電力伝送を行う非接触電力伝送システムの実現が難しかった。
【００１１】
本開示は、上記の状況を考慮してなされたものであり、受電装置に用いられる受電コイルのＱ値を大きくし、また筐体内部に入れたときの受電コイルのＱ値の劣化を少なくするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本開示の受電コイルは、磁性体を有するコアと、そのコアに線材が巻きつけられ、外部コイルと電磁的に結合して電力が伝送されるコイル部と、そのコイル部の側面から一定の距離離れて配置された非磁性体と、を備える。
一例として、非磁性体の厚さが、０．３ｍｍ以上である。また、上記磁性体を有するコアとコイル部を内蔵する樹脂部を備え、その樹脂部の側面に非磁性体が配置されている。また、コアの形状がＨ型である。
【００１３】
また本開示の受電装置は、上記受電コイルと、そのコイル部を介して交流信号を受信する受電部と、を備える。
【００１４】
また本開示の非接触電力伝送システムは、交流信号を発生する送電装置と、その送電装置で発生した交流信号を受電する上記受電装置と、から構成される。
上記送電装置は、線材が平面状に巻回された送電コイル部と、その送電コイル部に交流信号を供給する送電部とを備える。
【００１５】
本開示の構成によれば、磁性体を有するコアに線材を巻きつけてコイル部を形成することにより、Ｑ値を大きくすることができる。また、そのコイル部の側面から一定の距離だけ離れた位置に非磁性体を配置することにより、コイル部を金属の多い筐体内部に入れたときのＱ値の劣化が抑えられる。
【発明の効果】
【００１６】
本開示によれば、受電装置に用いられる受電コイルのＱ値を大きくし、また筐体内部に入れたときの受電コイルのＱ値の劣化を少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本開示の一実施形態例に係る受電コイルの外観斜視図である。
【図２】図１に示す受電コイルの正面図である。
【図３】（ａ）〜（ｄ）は、図１に示す受電コイルの製造工程を示す説明図である。
【図４】従来の送電コイルと受電コイルの組み合わせ例を示す説明図である。
【図５】従来の受電コイルを搭載した携帯端末電話を送電コイルの上に配置した状態の説明図である。
【図６】従来の受電コイルを搭載した携帯端末電話を送電コイル上で移動させたときの一次側コイルのＱ値を示すグラフである。
【図７】本開示の一実施形態例に係る受電コイルと送電コイルの組み合わせを示す説明図である。
【図８】図７の受電コイルと送電コイルの組み合わせにおける、Ｓ値−コイル間効率の特性の一例を示すグラフである。
【図９】図７の受電コイルと送電コイルの組み合わせにおける、１次側コイルとの距離−コイル間効率の特性の一例を示すグラフである。
【図１０】本開示の一実施形態例に係る受電コイル側面に金属を近づける様子を示す説明図である。
【図１１】金属とコイル側面の距離−Ｑ値の特性の一例を示すグラフである。
【図１２】本開示の一実施形態例に係る受電コイルと送電コイルをそれぞれ備える、非接触電力伝送システムの概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本開示を実施するための形態の例について、添付図面を参照しながら説明する。説明は下記の順序で行う。なお、各図において共通の構成要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。
１．一実施形態における受電コイルの構造（Ｈ型コアに導線を巻回した例）
２．従来の送電コイルと受電コイルの組み合わせ
３．一実施形態における送電コイルと受電コイルの組み合わせ
４．その他
【００１９】
＜１．一実施形態の受電コイルの構造＞
まず、図１及び図２を参照して、本開示の一実施形態例（以下、「本例」ともいう）に係る受電コイルの構造を説明する。
図１は、本開示の一実施形態に係る受電コイルの外観斜視図である。また、図２は、図１に示す受電コイルの正面図である。この受電コイルは、２つのコイルを電磁的に結合させて電力の伝送を行う非接触電力伝送システムの受電側に用いられるコイルである。電磁結合は、「電磁界共振結合」あるいは「電磁共鳴」などとも呼ばれ、電界結合と磁界結合がある。いずれも共振（共鳴）を利用し、共振しているデバイスのみに電界もしくは磁界の結合で電力伝送を行う。以下の例では、電磁結合について説明する。
【００２０】
本例の受電コイル１は、磁性材料（例えばフェライト）で構成される側面形状Ｈ型のコア（磁芯）２に、複数の細い軟銅が縒りあわされたリッツ線（本例では線径φ０．２ｍｍ）を一例として１５本束ねた線材５（本例では線径φ１．０ｍｍ）を、所定ターン数巻き付けてある。そして、コア２ごと閉じ込めた樹脂部３に、例えば０．５ｍｍ厚のアルミニウム（Ａｌ）からなる非磁性体６を、コア２の軸芯部２ａと所定の距離をおいて該コア２の軸芯部２ａの軸（Ｚ軸）と平行に貼り付けている。非磁性体６を貼り付けた状態で、受電コイル１のインダクタンス（Ｌ値）は７．６１μＨ、Ｑ値は１８０であった。
【００２１】
次に、図３（ａ）〜（ｄ）を参照して、受電コイル１の製造工程を説明する。
まず、フェライトからなる軸芯部２ａの両端に、フェライトからなるフランジ部２ｂ、２ｃが取り付けられたような、Ｈ型のコア２を作成する（図３（ａ））。
続いて、Ｈ型のコア２の全体を樹脂で覆うようにして、モールド等の手法により樹脂部３を成形する（図３（ｂ））。このとき樹脂部３の側面３ａが、コア２の軸芯部２ａの中心軸（Ｚ軸）に対して所定の距離となるように成形する。この例では、樹脂部３の樹脂の使用量を減らすため、及び受電コイル１の軽量化のために、樹脂部３の側面３ａとコア２の軸芯部２ａに対応する部分との間に空隙部４を設けている。
そして、その成形した樹脂部３のコア２の軸芯部２ａに対応する部分に、線材５を巻き付ける（コイル部の一例）（図３（ｃ）。巻き数でＬ値を調整する。
最後に、樹脂部３の側面３ａに、例えば０．５ｍｍ厚のアルミニウムからなる板状の非磁性体６を貼り付けて、受電コイル１が完成する。
【００２２】
本例では、非磁性体としてアルミニウムを貼り付けているが、銅等の非磁性材料を用いてもよい。また、一つの板状の非磁性体を貼り付けているが、コア２を囲むように２辺、３辺に貼り付けてもよい。また、矩形の板状の非磁性材料非磁性材料を用いているが、非磁性体をコア２の軸芯部２ａ周囲に、円筒に沿うように設けてもよい。
【００２３】
また本例では、コアの形状はＨ型であるが、多少結合係数が低いＴ型やＩ型でもほぼ同様の結果が得られる。Ｔ型とは、図３（ａ）のコア２においてフランジ部２ｂ，２ｃのいずれか一方のみが取り付けられたような形である。また、Ｉ型は、フランジ部２ｂ，２ｃのいずれも取り付けられていないか、もしくはその面積がＨ型に比べて小さい形をいう。
【００２４】
また本例では、成型した樹脂部３により、コア２の軸芯部２ａと非磁性体６（金属等の非磁性材料）との距離を確保しているが、この方法のみではなく、成型したモールドを貼り付けたりして作成してもよい。図３（ｂ）の例で説明すると、樹脂部３全体を一体構成とするのではなく、空隙部４から左側部分に、成型したモールドを適用することになる。
【００２５】
また本例では、コア２の軸芯部２ａの断面形状を矩形としているが、円形でもよい。さらに、コア２の軸芯部２ａ及びフランジ部２ｂ，２ｃに同一の磁性材料を用いたが、フランジ部２ｂ，２ｃに、透磁率の高いアモルファス合金を適用してもよい。アモルファス合金としては、例えばＭｇ−Ｚｎ合金などのコバルト（Ｃｏ）基アモルファス合金がある。アモルファス合金を用いた場合、強度が高くなるためフランジ部が薄型化され、結果としてコア２全体を小型化できる。さらにコア２全体をアモルファス合金で形成してもよい。
【００２６】
＜２．従来の送電コイルと受電コイルの組み合わせ＞
ここで、図４〜図６を参照して、従来の送電コイルと受電コイルの組み合わせについて説明する。
図４は、従来の送電コイルと受電コイルの組み合わせ例を示す説明図である。また図５は、従来の受電コイルを搭載した携帯端末電話を送電コイルの上に配置した状態の説明図である。また図６は、従来の受電コイルを搭載した携帯端末電話を送電コイル上で移動させたときの一次側コイルのＱ値を示すグラフである。
【００２７】
図４の例では、送電側に平面状のスパイラル形状の送電コイル１１を用い、送電コイル１１のサイズは、一例として１９０×１５０ｍｍとしてある。この送電コイル１１は、巻き始めと終わりの線材をコイルの外周に巻回するアルファ巻きとしてある。アルファ巻きにより占積率を向上させることができる。一方、受電側に平面状のスパイラル形状の受電コイル１５を用い、受電コイル１５のサイズは、一例として４０×３０ｍｍとしてある。また、送電コイル１１及び受電コイル１５それぞれの背面（対コイルと反対面）には、各々のコイルと同サイズのフェライトの磁性シート１２（１９０×１５０ｍｍ）、磁性シート１６（４０×３０ｍｍ）が貼られている。このときの送電コイル１１のＱ値は２３０．５、受電コイル１５のＱ値は５９．５、結合係数ｋは０．０９６であった。
【００２８】
図５に示すように、実際に受電コイル１５を携帯電話端末２１に組み込み、携帯電話端末２１を送電コイル１１上でＸ方向及びＹ方向へ動かして測定を行った。なお、矩形のコイル形状の一角を原点としている。携帯電話端末２１を送電コイル１１のほぼ中央（Ｘ方向へ９５ｍｍ、Ｙ方向へ７５ｍｍ）に置いたとき、送電コイル１１のＱ値は２３０．５→５８へ（図６参照）、受電コイル１５のＱ値も５９．５→４６．４へ劣化した。また、コイル間効率が８４％だったものが５４％となり、さらに結合係数ｋの値も０．０６８と劣化して、ほとんど実用に使えないレベルの値となっていた。
【００２９】
＜３．一実施形態における送電コイルと受電コイルの組み合わせ＞
次に、図７〜図９を参照して、本開示の送電コイルと受電コイルの組み合わせについて説明する。
図７は、本開示の一実施形態例に係る受電コイルと、送電コイルの組み合わせを示す説明図である。また図８は、図７の受電コイルと送電コイルの組み合わせにおける、Ｓ値−コイル間効率の特性の一例を示すグラフである。また図９は、図７の受電コイルと送電コイルの組み合わせにおける、１次側コイルとの距離−コイル間効率の特性の一例を示すグラフである。
【００３０】
図７に示す測定に用いた受電コイル１Ａは、非磁性体６がないことを除けば、図１の受電コイル１と同じ構造である。実際に受電コイル１Ａを携帯電話端末２１に組み込み、送電コイル１１に対する携帯電話端末２１の位置を動かして測定を行った。受電コイル１Ａは、コア２の軸芯部２ａの中心軸と、平面状の送電コイル１１の中心軸（Ｚ軸）が平行となるように配置している。
【００３１】
このとき、送電コイル１１のＱ値（Ｑ１）は図４の従来例と同様に劣化するが、図８に示すように、受電コイル１Ａを携帯電話端末２１に組み込んでも受電コイル１ＡのＱ値（Ｑ２）の理論値は１８０であり、ほとんど劣化していないことがわかる。また、実際に受電コイル１Ａを携帯電話端末２１に内蔵した場合、結合係数ｋが０．０６６であり、スパイラルコイルである従来の受電コイル１５（図４）のものよりも小さい。しかし、受電コイル１ＡのＱ値が従来のものに比べ非常に高く劣化せず、コイル間効率で７８％を達成している。図９に示すように、受電コイル１Ａと送電コイル１１の間の距離を、双方のＸＹ平面上での位置関係を変えて複数の配置で測定したが、コイル間効率に大きな劣化は見られない。したがって、コイル間効率について見れば、セット機器に組み込んでも送電コイルに対して配置の自由度が高く、かつ非常に高いレベルを実現できていると言える。
【００３２】
(受電コイルと金属板間の距離)
次に、本開示の一実施形態に係る受電コイルと金属板間の距離について説明する。
図１０は、コア２を内蔵した樹脂部３Ａからなる受電コイル１Ａ側面に金属板２６を近づける様子を示している。また図１１は、受電コイル１Ａ（コイル側面）と金属板２６間の距離に対するＱ値の特性を示したグラフである。本例では、金属板として例えば０．５ｍｍｍ厚の、アルミニウム（Ａｌ）とステンレス鋼（ＳＵＳ）を用いて測定した。
【００３３】
図１１において、受電コイル１ＡのＱ値は、近くに金属板２６が存在すると劣化する傾向にあり、金属板の面積が大きいほどＱ値が劣化している。また金属の材料でみると、アルミニウムとステンレス鋼では、アルミニウムの方がＱ値の劣化が少ない。これはアルミニウム等の非磁性材料に、磁力線が溜まらないので渦電流が流れにくく、高周波信号に対する抵抗が増加するためと考えられる。アルミニウム等の非磁性材料の場合、コアに巻いたコイルから１０ｍｍ程度離せば、影響が少なくなることが分かる。
【００３４】
図１１の例では、板厚が０．５ｍｍの非磁性体を用いて測定を実施したが、板厚が０．３ｍｍのアルミニウムや銅などの非磁性体の場合でも、同様の結果が得られている。板厚が０．３ｍｍの非磁性体は、携帯電話端末などの設計スペースに限りのある筐体内で使用するのに有利である。
【００３５】
コイル設計としては、コイルを非磁性体から１０ｍｍ程度離せば、非磁性体による影響が少なくなるのは分かっているが、電子機器の配置の制約により５ｍｍ程度しか離せない場合などもある。そのような場合は、あらかじめＱ値の劣化分を見込んで線材の巻き数を調整し、コイルのＱ値を上げて実使用に問題ないように対応することも可能である。
【００３６】
電磁結合を利用する本例では、結合係数ｋが低くても、１次側及び２次側の直列共振回路のＱ値を高くして、送電コイルと受電コイルの配置の自由度を高めるようにしている。一例として、送電コイルと受電コイルの結合係数ｋを０．２以下、１次側コイル又は２次側コイルの少なくとも一方のＱ値を１００以上として設計している。結合係数ｋは、コイルとの関係で言えば１次側コイルのサイズに依存しており、１次側コイルのサイズが小さくなると結合係数ｋが大きくなるので、そのことも考慮して上記の設計としている。
【００３７】
（一実施形態の効果）
以上説明した一実施形態に係る受電コイル、及び該受電コイルと送電コイルの組み合わせによれば、送電コイルに対する受電コイルの配置の自由度があり、効率よく受電することが可能となる。すなわち、電子機器へ組み込み時の受電コイルのＱ値の劣化を少なくし、送電コイル上に当該電子機器を置いたときに送電コイルのＱ値が劣化する場合でも、配置自由度を確保して電力の伝送を実現できる。
【００３８】
また、コアに線材を用いた一実施形態の受電コイルは、従来のスパイラルコイルより安価である。さらに、従来のスパイラルコイルと比較して、コイルの定数（例えばＱ値）のバラツキが小さい受電コイルの製造が可能となる。
【００３９】
なお、本開示の一実施形態例では、図７に示すに受電コイル１（１Ａ）と送電コイル１１により電力伝送を行う例を説明したが、これに限られない。例えば、送電コイル１１の中に磁束を均一にするためのリピータコイルを形成し、送電コイル１１からリピータコイルを介して受電コイル１（１Ａ）に電力を伝送するようにしてもよい。
【００４０】
＜４．その他＞
（受電コイルの他の実施形態例）
本開示に係る受電コイルの他の実施形態例として、次のような製造工程を有するものも考えられる。
まず、Ｈ型のコア２に被覆された線材５を巻き付ける（図３（ｃ）に対応）（コイル部の一例）。巻き数でＬ値を調整する。次に、樹脂で形成されたモールド部材のケースに線材５を巻き付けたコア２を挿入し、接着材等により固定する（図３（ｂ）に対応）。その後、モールド部材の側面に非磁性体６を貼り付ける（図３（ｄ）に対応））。ここで、Ｈ型のコア２のフランジ部２ｂの上面及びフランジ部２ｃの下面が、モールド部材のケースの上面及び下面と同一面となるように設計、製造する。このように受電コイルを製造した場合、Ｈ型のコア２の高さと、モールド部材のケースの高さを同じにすることができるので、樹脂でモールドする場合に比べ薄型化が可能である。
【００４１】
（本開示の受電コイルと送電コイルを用いた非接触電力伝送システム）
上述した本開示の受電コイルと送電コイルを用いた非接触電力伝送システムを説明する。
図１２は、本開示の一実施形態に係る受電コイルと送電コイルをそれぞれ備える、非接触電力伝送システムの概略構成図である。この図１は、非接触電力伝送システムの最も基本的な回路構成（磁界結合の場合）の例を示している。
【００４２】
本例の非接触電力供給システムは、送電装置３１と受電装置４１から構成される。
送電装置３１は、交流信号を発生させる交流電源３３及び抵抗素子３４を含む信号源３２と、コンデンサ３５と、送電コイル（１次側コイル）１５を備える。抵抗素子３４は、交流電源３３の内部抵抗（出力インピーダンス）を図示化したものである。信号源３２に対しコンデンサ３５と送電コイル１１が直列共振回路（共振回路の一例）を形成するように接続されている。そして、測定したい周波数において共振するように、コンデンサ３５のキャパシタンスの値（Ｃ値）、及び送電コイル１１のインダクタンスの値（Ｌ値）が調整されている。信号源３２とコンデンサ３５で構成される送電部３７は、送電コイル１１を通じて受電装置４１へ非接触で電力を伝送する（送電（給電））。
【００４３】
受電装置４１は、コンデンサ４３（二次電池）及び抵抗素子４４を含む充電部４２と、交流信号を直流信号に変換する整流部４８と、コンデンサ４５と、受電コイル（２次側コイル）１を備える。抵抗素子４４は、コンデンサ４３の内部抵抗（出力インピーダンス）を図示化したものである。充電部４２に対しコンデンサ４５と受電コイル１が直列共振回路を形成するように接続され、測定したい周波数において共振するように、コンデンサ４５のキャパシタンスの値（Ｃ値）、及び受電コイル１のインダクタンスの値（Ｌ値）が調整されている。充電部４２、整流部４８及びコンデンサ４５で構成される受電部４７は、受電コイル１を通じて外部から非接触で電力の供給を受ける（受電）。
【００４４】
なお、送電装置３１の直列共振回路を構成する送電コイル１１とコンデンサ３５間の電圧をＶ１（共振回路に掛かる電圧の一例）、送電コイル１１両端の電圧をＶ２とすると、直列共振回路のＱ値は、Ｑ＝Ｖ２／Ｖ１で表される。受電装置４１側も同様である。
【００４５】
図１２は直列共振回路を備える基本の回路を示したものであるから、上記回路の機能を備えていれば詳細な構成は種々の形態が考えられる。例えば図１２では、受電装置４１に設けた負荷の一例としてコンデンサ４３を示したが、この例に限られない。また、受電装置４１が信号源３２（送電部３７）を有し、受電コイル１を介して外部装置へ非接触で電力を伝送するようにしてもよいし、送電装置３１が負荷を備え、送電コイル１１を介して外部装置から非接触で電力の供給を受けるようにしてもよい。受電装置４１としては、
携帯電話端末やデジタルカメラ等、種々の電子機器が適用可能である。
【００４６】
また、本例は、直列共振回路を例に説明したが、共振回路として並列共振回路を用いてもよい。例えば、第２のコンデンサと送電コイル１１の並列回路に対し、第１のコンデンサを直列に接続して並列共振回路を構成してもよい。また、第１のコンデンサと送電コイル１１の直列回路に対し、第２のコンデンサを並列に接続して並列共振回路を構成してもよい。並列共振回路に得られる、送電コイル１１及び第１のコンデンサ間の電圧Ｖ１と、送電コイル１１両端の電圧Ｖ２を利用して、Ｑ値を計算する。以上、説明した直列共振回路及び並列共振回路は、共振回路の一例であり、これらの構成に限定されるものではない。
【００４７】
また、受電コイル側面のアルミニウムの非磁性体に、コイルのＬ値と共振周波数を調整するためにコンデンサを搭載した基板を貼り付けてもよい。ここで、直列共振回路用のコンデンサと並列共振回路用のコンデンサの両方を基板に貼り付けて、利用者がいずれかを選択できるようにしてもよい。このように共振回路モジュールとして、製造時に共振周波数を調整しておくことにより、利用者が周波数の調整をする必要がない。例えば、この共振回路モジュールに、該当する共振周波数の交流電圧を受電できる受電部を組み合わせることにより、受電装置としてすぐに利用することが可能である。
【００４８】
なお、本技術は以下のような構成もとることができる。
（１）
磁性体を有するコアと、
前記コアに線材が巻きつけられ、外部コイルと電磁的に結合して電力が伝送されるコイル部と、
前記コイル部の側面から一定の距離離れて配置された非磁性体と、
を備える受電コイル。
（２）
前記非磁性体の厚さが、０．３ｍｍ以上である
前記（１）に記載の受電コイル。
（３）
前記磁性体を有するコアと前記コイル部を内蔵する樹脂部を、備え、
前記樹脂部の側面に前記非磁性体が配置されている
前記（１）又は（２）に記載の受電コイル。
（４）
前記コアの形状がＨ型である
前記（１）〜（３）のいずれかに記載の受電コイル。
（５）
磁性体を有するコアと、
前記コアに線材が巻きつけられ、外部コイルと電磁的に結合して電力が伝送されるコイル部と、
前記コイル部の側面に対して一定の距離離れて配置された非磁性体と、
前記コイル部を介して交流信号を受信する受電部と、
を備える受電装置。
（６）
交流信号を発生する送電装置と、該送電装置で発生した交流信号を受電する受電装置と、から構成され、
前記送電装置は、
線材が平面状に巻回された送電コイル部と、
前記送電コイル部に交流信号を供給する送電部と、を備え、
前記受電装置は、
磁性体を有するコアと、
前記コアに線材が巻きつけられ、前記送電コイル部と電磁的に結合して電力が伝送される受電コイル部と、
前記受電コイル部の側面に対して一定の距離離れて配置された非磁性体と、
前記受電コイル部を介して交流信号を受信する受電部と、を備える
非接触電力伝送システム。
（７）
前記送電コイル部の、前記受電コイル部側と反対面に配置された磁性シートを有する
前記（６）に記載の非接触電力伝送システム。
【００４９】
以上、本開示は上述した各実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された要旨を逸脱しない限りにおいて、その他種々の変形例、応用例を取り得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００５０】
１，１Ａ…受電コイル、２…コア（Ｈ型）、２ａ…軸芯部、２ｂ，２ｃ…フランジ部、３，３Ａ…樹脂部、３ａ…側面、４…空隙部、５…線材、６…非磁性体、１１…送電コイル、１２…磁性シート、１５…受電コイル、１６…磁性シート、２１，３１…携帯電話端末（電子機器）、３１…送電装置、３２…信号源、３３…交流電源、３４…抵抗素子、３５…コンデンサ、１５…送電コイル、３７…送電部、４１…受電装置、４２…充電部、４３…コンデンサ、４４…抵抗素子、４５…コンデンサ、４７…受電部、４８…整流部
【技術分野】
【０００１】
本開示は、電磁的に結合した送電コイルから電力が伝送される受電コイル、該受電コイルを備える受電装置、該受電装置を用いた非接触電力伝送システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、送電コイルと受電コイルを用いて非接触で電力の伝送を行う非接触電力伝送システムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
非接触電力伝送システムの送電コイルがスパイラル形状であり、受電コイルもスパイラル形状で電力を送る場合には、受電装置に内蔵される受電コイルは、装置内部にある金属（例えば筐体や回路において使用）の影響を大きく受けて、Ｑ値が大きく劣化する。Ｑ値は、エネルギーの保持と損失の関係、あるいは共振回路の共振の強さを示す指標である。
【０００４】
この金属の影響を防ぐことを目的として、スパイラル形状の送電コイル及び受電コイルの背面に、磁性シートを貼ることが行われている。この磁性シートは、装置内部の金属の影響を防ぐために、一定の厚みが必要である。また、装置内部の金属の影響を完全に防ぐためには、コイルよりも非常に大きなサイズの磁性シートが必要となる。この磁性シートは、一般的にフェライト（焼結体）で作られる。したがって、磁性シートを薄く作るのにフェライトのシートを薄く作成し、それを上下薄い樹脂シートでラミネートした後に、細かく切断して形成したりするので、非常に高価であった。このフェライトの磁性シートは、上記のとおりコイルに合わせるので面積が大きく、厚み等のバラツキが大きいので、それに起因するコイルの定数のバラツキがＱ値の劣化の大きな原因となっていた。
【０００５】
また、非接触に電力を伝送する場合、その電力伝送効率（「コイル間効率」ともいう）（ηrf）は、送電コイルと受電コイルの結合の度合いである結合係数ｋと、それぞれ無負荷時の送電コイルのＱ値（Ｑ１）と、受電コイルのＱ値（Ｑ２）から理論的に一意に求められる。コイル間効率（ηrf）を求めるために用いられる計算式を、式（１）〜式（３）に示す。
【数１】
【数２】
【数３】
上記のとおり、式（１）のコイル間効率（ηrf）は、式（２）のＳ＝ｋ＊√（Ｑ１＊Ｑ２）の値に応じて決まる。
【０００６】
送電コイルと受電コイル間の結合係数ｋが大きく得られる場合、つまり電磁誘導の場合は、送電コイルと受電コイルの巻回の径などのサイズがほぼ同じであり、Ｑ値（Ｑ１，Ｑ２）が小さい場合でも電力の電送は可能となる。しかし、電磁誘導の場合におけるコイル間効率（ηrf）は、結合係数ｋに依存しているために、送電コイルと受電コイル間の位置精度が非常に重要であり、位置ずれが許されない。そのため、電磁誘導の場合において充電する際は、送電コイルと受電コイルが１対１の対応となっている。また携帯電話端末やデジタルカメラ等の金属の使用率が高い電子機器を、スパイラル形状の送電コイルの上に置くと、電子機器に内蔵されている受電コイルのＱ値が大きく劣化してしまうので、その劣化分を結合係数ｋで補う必要がある。
【０００７】
一方では、電磁共鳴方式として、送電コイルと受電コイル間の結合係数ｋを小さくして、共振器としてのＱ値を高めて複数の電子機器に電力を伝送し、かつ送電コイルに対して受電コイルを自由に配置する方法が、提唱されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第４４１３２３６号（特開２００８−２０６２３１号公報）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、携帯電話端末やデジタルカメラ等の金属の使用率が高い電子器機器に格納された受電コイルを平面状のスパイラル形状の送電コイルの上に置くと、送電コイルのＱ値（Ｑ１）及び受電コイルのＱ値（Ｑ２）が劣化してしまい、電力を伝送できない。よって、用途が電子機器の持つ金属の影響を受けないものに限定されていた。
【００１０】
また、電子機器に搭載される受電コイルは、送電コイルに対する配置の自由度を高めるために、送電コイルのサイズより小さく、Ｑ値も５０程度と大きくなく、かつ劣化するので、良好な電力伝送を行う非接触電力伝送システムの実現が難しかった。
【００１１】
本開示は、上記の状況を考慮してなされたものであり、受電装置に用いられる受電コイルのＱ値を大きくし、また筐体内部に入れたときの受電コイルのＱ値の劣化を少なくするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本開示の受電コイルは、磁性体を有するコアと、そのコアに線材が巻きつけられ、外部コイルと電磁的に結合して電力が伝送されるコイル部と、そのコイル部の側面から一定の距離離れて配置された非磁性体と、を備える。
一例として、非磁性体の厚さが、０．３ｍｍ以上である。また、上記磁性体を有するコアとコイル部を内蔵する樹脂部を備え、その樹脂部の側面に非磁性体が配置されている。また、コアの形状がＨ型である。
【００１３】
また本開示の受電装置は、上記受電コイルと、そのコイル部を介して交流信号を受信する受電部と、を備える。
【００１４】
また本開示の非接触電力伝送システムは、交流信号を発生する送電装置と、その送電装置で発生した交流信号を受電する上記受電装置と、から構成される。
上記送電装置は、線材が平面状に巻回された送電コイル部と、その送電コイル部に交流信号を供給する送電部とを備える。
【００１５】
本開示の構成によれば、磁性体を有するコアに線材を巻きつけてコイル部を形成することにより、Ｑ値を大きくすることができる。また、そのコイル部の側面から一定の距離だけ離れた位置に非磁性体を配置することにより、コイル部を金属の多い筐体内部に入れたときのＱ値の劣化が抑えられる。
【発明の効果】
【００１６】
本開示によれば、受電装置に用いられる受電コイルのＱ値を大きくし、また筐体内部に入れたときの受電コイルのＱ値の劣化を少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本開示の一実施形態例に係る受電コイルの外観斜視図である。
【図２】図１に示す受電コイルの正面図である。
【図３】（ａ）〜（ｄ）は、図１に示す受電コイルの製造工程を示す説明図である。
【図４】従来の送電コイルと受電コイルの組み合わせ例を示す説明図である。
【図５】従来の受電コイルを搭載した携帯端末電話を送電コイルの上に配置した状態の説明図である。
【図６】従来の受電コイルを搭載した携帯端末電話を送電コイル上で移動させたときの一次側コイルのＱ値を示すグラフである。
【図７】本開示の一実施形態例に係る受電コイルと送電コイルの組み合わせを示す説明図である。
【図８】図７の受電コイルと送電コイルの組み合わせにおける、Ｓ値−コイル間効率の特性の一例を示すグラフである。
【図９】図７の受電コイルと送電コイルの組み合わせにおける、１次側コイルとの距離−コイル間効率の特性の一例を示すグラフである。
【図１０】本開示の一実施形態例に係る受電コイル側面に金属を近づける様子を示す説明図である。
【図１１】金属とコイル側面の距離−Ｑ値の特性の一例を示すグラフである。
【図１２】本開示の一実施形態例に係る受電コイルと送電コイルをそれぞれ備える、非接触電力伝送システムの概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本開示を実施するための形態の例について、添付図面を参照しながら説明する。説明は下記の順序で行う。なお、各図において共通の構成要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。
１．一実施形態における受電コイルの構造（Ｈ型コアに導線を巻回した例）
２．従来の送電コイルと受電コイルの組み合わせ
３．一実施形態における送電コイルと受電コイルの組み合わせ
４．その他
【００１９】
＜１．一実施形態の受電コイルの構造＞
まず、図１及び図２を参照して、本開示の一実施形態例（以下、「本例」ともいう）に係る受電コイルの構造を説明する。
図１は、本開示の一実施形態に係る受電コイルの外観斜視図である。また、図２は、図１に示す受電コイルの正面図である。この受電コイルは、２つのコイルを電磁的に結合させて電力の伝送を行う非接触電力伝送システムの受電側に用いられるコイルである。電磁結合は、「電磁界共振結合」あるいは「電磁共鳴」などとも呼ばれ、電界結合と磁界結合がある。いずれも共振（共鳴）を利用し、共振しているデバイスのみに電界もしくは磁界の結合で電力伝送を行う。以下の例では、電磁結合について説明する。
【００２０】
本例の受電コイル１は、磁性材料（例えばフェライト）で構成される側面形状Ｈ型のコア（磁芯）２に、複数の細い軟銅が縒りあわされたリッツ線（本例では線径φ０．２ｍｍ）を一例として１５本束ねた線材５（本例では線径φ１．０ｍｍ）を、所定ターン数巻き付けてある。そして、コア２ごと閉じ込めた樹脂部３に、例えば０．５ｍｍ厚のアルミニウム（Ａｌ）からなる非磁性体６を、コア２の軸芯部２ａと所定の距離をおいて該コア２の軸芯部２ａの軸（Ｚ軸）と平行に貼り付けている。非磁性体６を貼り付けた状態で、受電コイル１のインダクタンス（Ｌ値）は７．６１μＨ、Ｑ値は１８０であった。
【００２１】
次に、図３（ａ）〜（ｄ）を参照して、受電コイル１の製造工程を説明する。
まず、フェライトからなる軸芯部２ａの両端に、フェライトからなるフランジ部２ｂ、２ｃが取り付けられたような、Ｈ型のコア２を作成する（図３（ａ））。
続いて、Ｈ型のコア２の全体を樹脂で覆うようにして、モールド等の手法により樹脂部３を成形する（図３（ｂ））。このとき樹脂部３の側面３ａが、コア２の軸芯部２ａの中心軸（Ｚ軸）に対して所定の距離となるように成形する。この例では、樹脂部３の樹脂の使用量を減らすため、及び受電コイル１の軽量化のために、樹脂部３の側面３ａとコア２の軸芯部２ａに対応する部分との間に空隙部４を設けている。
そして、その成形した樹脂部３のコア２の軸芯部２ａに対応する部分に、線材５を巻き付ける（コイル部の一例）（図３（ｃ）。巻き数でＬ値を調整する。
最後に、樹脂部３の側面３ａに、例えば０．５ｍｍ厚のアルミニウムからなる板状の非磁性体６を貼り付けて、受電コイル１が完成する。
【００２２】
本例では、非磁性体としてアルミニウムを貼り付けているが、銅等の非磁性材料を用いてもよい。また、一つの板状の非磁性体を貼り付けているが、コア２を囲むように２辺、３辺に貼り付けてもよい。また、矩形の板状の非磁性材料非磁性材料を用いているが、非磁性体をコア２の軸芯部２ａ周囲に、円筒に沿うように設けてもよい。
【００２３】
また本例では、コアの形状はＨ型であるが、多少結合係数が低いＴ型やＩ型でもほぼ同様の結果が得られる。Ｔ型とは、図３（ａ）のコア２においてフランジ部２ｂ，２ｃのいずれか一方のみが取り付けられたような形である。また、Ｉ型は、フランジ部２ｂ，２ｃのいずれも取り付けられていないか、もしくはその面積がＨ型に比べて小さい形をいう。
【００２４】
また本例では、成型した樹脂部３により、コア２の軸芯部２ａと非磁性体６（金属等の非磁性材料）との距離を確保しているが、この方法のみではなく、成型したモールドを貼り付けたりして作成してもよい。図３（ｂ）の例で説明すると、樹脂部３全体を一体構成とするのではなく、空隙部４から左側部分に、成型したモールドを適用することになる。
【００２５】
また本例では、コア２の軸芯部２ａの断面形状を矩形としているが、円形でもよい。さらに、コア２の軸芯部２ａ及びフランジ部２ｂ，２ｃに同一の磁性材料を用いたが、フランジ部２ｂ，２ｃに、透磁率の高いアモルファス合金を適用してもよい。アモルファス合金としては、例えばＭｇ−Ｚｎ合金などのコバルト（Ｃｏ）基アモルファス合金がある。アモルファス合金を用いた場合、強度が高くなるためフランジ部が薄型化され、結果としてコア２全体を小型化できる。さらにコア２全体をアモルファス合金で形成してもよい。
【００２６】
＜２．従来の送電コイルと受電コイルの組み合わせ＞
ここで、図４〜図６を参照して、従来の送電コイルと受電コイルの組み合わせについて説明する。
図４は、従来の送電コイルと受電コイルの組み合わせ例を示す説明図である。また図５は、従来の受電コイルを搭載した携帯端末電話を送電コイルの上に配置した状態の説明図である。また図６は、従来の受電コイルを搭載した携帯端末電話を送電コイル上で移動させたときの一次側コイルのＱ値を示すグラフである。
【００２７】
図４の例では、送電側に平面状のスパイラル形状の送電コイル１１を用い、送電コイル１１のサイズは、一例として１９０×１５０ｍｍとしてある。この送電コイル１１は、巻き始めと終わりの線材をコイルの外周に巻回するアルファ巻きとしてある。アルファ巻きにより占積率を向上させることができる。一方、受電側に平面状のスパイラル形状の受電コイル１５を用い、受電コイル１５のサイズは、一例として４０×３０ｍｍとしてある。また、送電コイル１１及び受電コイル１５それぞれの背面（対コイルと反対面）には、各々のコイルと同サイズのフェライトの磁性シート１２（１９０×１５０ｍｍ）、磁性シート１６（４０×３０ｍｍ）が貼られている。このときの送電コイル１１のＱ値は２３０．５、受電コイル１５のＱ値は５９．５、結合係数ｋは０．０９６であった。
【００２８】
図５に示すように、実際に受電コイル１５を携帯電話端末２１に組み込み、携帯電話端末２１を送電コイル１１上でＸ方向及びＹ方向へ動かして測定を行った。なお、矩形のコイル形状の一角を原点としている。携帯電話端末２１を送電コイル１１のほぼ中央（Ｘ方向へ９５ｍｍ、Ｙ方向へ７５ｍｍ）に置いたとき、送電コイル１１のＱ値は２３０．５→５８へ（図６参照）、受電コイル１５のＱ値も５９．５→４６．４へ劣化した。また、コイル間効率が８４％だったものが５４％となり、さらに結合係数ｋの値も０．０６８と劣化して、ほとんど実用に使えないレベルの値となっていた。
【００２９】
＜３．一実施形態における送電コイルと受電コイルの組み合わせ＞
次に、図７〜図９を参照して、本開示の送電コイルと受電コイルの組み合わせについて説明する。
図７は、本開示の一実施形態例に係る受電コイルと、送電コイルの組み合わせを示す説明図である。また図８は、図７の受電コイルと送電コイルの組み合わせにおける、Ｓ値−コイル間効率の特性の一例を示すグラフである。また図９は、図７の受電コイルと送電コイルの組み合わせにおける、１次側コイルとの距離−コイル間効率の特性の一例を示すグラフである。
【００３０】
図７に示す測定に用いた受電コイル１Ａは、非磁性体６がないことを除けば、図１の受電コイル１と同じ構造である。実際に受電コイル１Ａを携帯電話端末２１に組み込み、送電コイル１１に対する携帯電話端末２１の位置を動かして測定を行った。受電コイル１Ａは、コア２の軸芯部２ａの中心軸と、平面状の送電コイル１１の中心軸（Ｚ軸）が平行となるように配置している。
【００３１】
このとき、送電コイル１１のＱ値（Ｑ１）は図４の従来例と同様に劣化するが、図８に示すように、受電コイル１Ａを携帯電話端末２１に組み込んでも受電コイル１ＡのＱ値（Ｑ２）の理論値は１８０であり、ほとんど劣化していないことがわかる。また、実際に受電コイル１Ａを携帯電話端末２１に内蔵した場合、結合係数ｋが０．０６６であり、スパイラルコイルである従来の受電コイル１５（図４）のものよりも小さい。しかし、受電コイル１ＡのＱ値が従来のものに比べ非常に高く劣化せず、コイル間効率で７８％を達成している。図９に示すように、受電コイル１Ａと送電コイル１１の間の距離を、双方のＸＹ平面上での位置関係を変えて複数の配置で測定したが、コイル間効率に大きな劣化は見られない。したがって、コイル間効率について見れば、セット機器に組み込んでも送電コイルに対して配置の自由度が高く、かつ非常に高いレベルを実現できていると言える。
【００３２】
(受電コイルと金属板間の距離)
次に、本開示の一実施形態に係る受電コイルと金属板間の距離について説明する。
図１０は、コア２を内蔵した樹脂部３Ａからなる受電コイル１Ａ側面に金属板２６を近づける様子を示している。また図１１は、受電コイル１Ａ（コイル側面）と金属板２６間の距離に対するＱ値の特性を示したグラフである。本例では、金属板として例えば０．５ｍｍｍ厚の、アルミニウム（Ａｌ）とステンレス鋼（ＳＵＳ）を用いて測定した。
【００３３】
図１１において、受電コイル１ＡのＱ値は、近くに金属板２６が存在すると劣化する傾向にあり、金属板の面積が大きいほどＱ値が劣化している。また金属の材料でみると、アルミニウムとステンレス鋼では、アルミニウムの方がＱ値の劣化が少ない。これはアルミニウム等の非磁性材料に、磁力線が溜まらないので渦電流が流れにくく、高周波信号に対する抵抗が増加するためと考えられる。アルミニウム等の非磁性材料の場合、コアに巻いたコイルから１０ｍｍ程度離せば、影響が少なくなることが分かる。
【００３４】
図１１の例では、板厚が０．５ｍｍの非磁性体を用いて測定を実施したが、板厚が０．３ｍｍのアルミニウムや銅などの非磁性体の場合でも、同様の結果が得られている。板厚が０．３ｍｍの非磁性体は、携帯電話端末などの設計スペースに限りのある筐体内で使用するのに有利である。
【００３５】
コイル設計としては、コイルを非磁性体から１０ｍｍ程度離せば、非磁性体による影響が少なくなるのは分かっているが、電子機器の配置の制約により５ｍｍ程度しか離せない場合などもある。そのような場合は、あらかじめＱ値の劣化分を見込んで線材の巻き数を調整し、コイルのＱ値を上げて実使用に問題ないように対応することも可能である。
【００３６】
電磁結合を利用する本例では、結合係数ｋが低くても、１次側及び２次側の直列共振回路のＱ値を高くして、送電コイルと受電コイルの配置の自由度を高めるようにしている。一例として、送電コイルと受電コイルの結合係数ｋを０．２以下、１次側コイル又は２次側コイルの少なくとも一方のＱ値を１００以上として設計している。結合係数ｋは、コイルとの関係で言えば１次側コイルのサイズに依存しており、１次側コイルのサイズが小さくなると結合係数ｋが大きくなるので、そのことも考慮して上記の設計としている。
【００３７】
（一実施形態の効果）
以上説明した一実施形態に係る受電コイル、及び該受電コイルと送電コイルの組み合わせによれば、送電コイルに対する受電コイルの配置の自由度があり、効率よく受電することが可能となる。すなわち、電子機器へ組み込み時の受電コイルのＱ値の劣化を少なくし、送電コイル上に当該電子機器を置いたときに送電コイルのＱ値が劣化する場合でも、配置自由度を確保して電力の伝送を実現できる。
【００３８】
また、コアに線材を用いた一実施形態の受電コイルは、従来のスパイラルコイルより安価である。さらに、従来のスパイラルコイルと比較して、コイルの定数（例えばＱ値）のバラツキが小さい受電コイルの製造が可能となる。
【００３９】
なお、本開示の一実施形態例では、図７に示すに受電コイル１（１Ａ）と送電コイル１１により電力伝送を行う例を説明したが、これに限られない。例えば、送電コイル１１の中に磁束を均一にするためのリピータコイルを形成し、送電コイル１１からリピータコイルを介して受電コイル１（１Ａ）に電力を伝送するようにしてもよい。
【００４０】
＜４．その他＞
（受電コイルの他の実施形態例）
本開示に係る受電コイルの他の実施形態例として、次のような製造工程を有するものも考えられる。
まず、Ｈ型のコア２に被覆された線材５を巻き付ける（図３（ｃ）に対応）（コイル部の一例）。巻き数でＬ値を調整する。次に、樹脂で形成されたモールド部材のケースに線材５を巻き付けたコア２を挿入し、接着材等により固定する（図３（ｂ）に対応）。その後、モールド部材の側面に非磁性体６を貼り付ける（図３（ｄ）に対応））。ここで、Ｈ型のコア２のフランジ部２ｂの上面及びフランジ部２ｃの下面が、モールド部材のケースの上面及び下面と同一面となるように設計、製造する。このように受電コイルを製造した場合、Ｈ型のコア２の高さと、モールド部材のケースの高さを同じにすることができるので、樹脂でモールドする場合に比べ薄型化が可能である。
【００４１】
（本開示の受電コイルと送電コイルを用いた非接触電力伝送システム）
上述した本開示の受電コイルと送電コイルを用いた非接触電力伝送システムを説明する。
図１２は、本開示の一実施形態に係る受電コイルと送電コイルをそれぞれ備える、非接触電力伝送システムの概略構成図である。この図１は、非接触電力伝送システムの最も基本的な回路構成（磁界結合の場合）の例を示している。
【００４２】
本例の非接触電力供給システムは、送電装置３１と受電装置４１から構成される。
送電装置３１は、交流信号を発生させる交流電源３３及び抵抗素子３４を含む信号源３２と、コンデンサ３５と、送電コイル（１次側コイル）１５を備える。抵抗素子３４は、交流電源３３の内部抵抗（出力インピーダンス）を図示化したものである。信号源３２に対しコンデンサ３５と送電コイル１１が直列共振回路（共振回路の一例）を形成するように接続されている。そして、測定したい周波数において共振するように、コンデンサ３５のキャパシタンスの値（Ｃ値）、及び送電コイル１１のインダクタンスの値（Ｌ値）が調整されている。信号源３２とコンデンサ３５で構成される送電部３７は、送電コイル１１を通じて受電装置４１へ非接触で電力を伝送する（送電（給電））。
【００４３】
受電装置４１は、コンデンサ４３（二次電池）及び抵抗素子４４を含む充電部４２と、交流信号を直流信号に変換する整流部４８と、コンデンサ４５と、受電コイル（２次側コイル）１を備える。抵抗素子４４は、コンデンサ４３の内部抵抗（出力インピーダンス）を図示化したものである。充電部４２に対しコンデンサ４５と受電コイル１が直列共振回路を形成するように接続され、測定したい周波数において共振するように、コンデンサ４５のキャパシタンスの値（Ｃ値）、及び受電コイル１のインダクタンスの値（Ｌ値）が調整されている。充電部４２、整流部４８及びコンデンサ４５で構成される受電部４７は、受電コイル１を通じて外部から非接触で電力の供給を受ける（受電）。
【００４４】
なお、送電装置３１の直列共振回路を構成する送電コイル１１とコンデンサ３５間の電圧をＶ１（共振回路に掛かる電圧の一例）、送電コイル１１両端の電圧をＶ２とすると、直列共振回路のＱ値は、Ｑ＝Ｖ２／Ｖ１で表される。受電装置４１側も同様である。
【００４５】
図１２は直列共振回路を備える基本の回路を示したものであるから、上記回路の機能を備えていれば詳細な構成は種々の形態が考えられる。例えば図１２では、受電装置４１に設けた負荷の一例としてコンデンサ４３を示したが、この例に限られない。また、受電装置４１が信号源３２（送電部３７）を有し、受電コイル１を介して外部装置へ非接触で電力を伝送するようにしてもよいし、送電装置３１が負荷を備え、送電コイル１１を介して外部装置から非接触で電力の供給を受けるようにしてもよい。受電装置４１としては、
携帯電話端末やデジタルカメラ等、種々の電子機器が適用可能である。
【００４６】
また、本例は、直列共振回路を例に説明したが、共振回路として並列共振回路を用いてもよい。例えば、第２のコンデンサと送電コイル１１の並列回路に対し、第１のコンデンサを直列に接続して並列共振回路を構成してもよい。また、第１のコンデンサと送電コイル１１の直列回路に対し、第２のコンデンサを並列に接続して並列共振回路を構成してもよい。並列共振回路に得られる、送電コイル１１及び第１のコンデンサ間の電圧Ｖ１と、送電コイル１１両端の電圧Ｖ２を利用して、Ｑ値を計算する。以上、説明した直列共振回路及び並列共振回路は、共振回路の一例であり、これらの構成に限定されるものではない。
【００４７】
また、受電コイル側面のアルミニウムの非磁性体に、コイルのＬ値と共振周波数を調整するためにコンデンサを搭載した基板を貼り付けてもよい。ここで、直列共振回路用のコンデンサと並列共振回路用のコンデンサの両方を基板に貼り付けて、利用者がいずれかを選択できるようにしてもよい。このように共振回路モジュールとして、製造時に共振周波数を調整しておくことにより、利用者が周波数の調整をする必要がない。例えば、この共振回路モジュールに、該当する共振周波数の交流電圧を受電できる受電部を組み合わせることにより、受電装置としてすぐに利用することが可能である。
【００４８】
なお、本技術は以下のような構成もとることができる。
（１）
磁性体を有するコアと、
前記コアに線材が巻きつけられ、外部コイルと電磁的に結合して電力が伝送されるコイル部と、
前記コイル部の側面から一定の距離離れて配置された非磁性体と、
を備える受電コイル。
（２）
前記非磁性体の厚さが、０．３ｍｍ以上である
前記（１）に記載の受電コイル。
（３）
前記磁性体を有するコアと前記コイル部を内蔵する樹脂部を、備え、
前記樹脂部の側面に前記非磁性体が配置されている
前記（１）又は（２）に記載の受電コイル。
（４）
前記コアの形状がＨ型である
前記（１）〜（３）のいずれかに記載の受電コイル。
（５）
磁性体を有するコアと、
前記コアに線材が巻きつけられ、外部コイルと電磁的に結合して電力が伝送されるコイル部と、
前記コイル部の側面に対して一定の距離離れて配置された非磁性体と、
前記コイル部を介して交流信号を受信する受電部と、
を備える受電装置。
（６）
交流信号を発生する送電装置と、該送電装置で発生した交流信号を受電する受電装置と、から構成され、
前記送電装置は、
線材が平面状に巻回された送電コイル部と、
前記送電コイル部に交流信号を供給する送電部と、を備え、
前記受電装置は、
磁性体を有するコアと、
前記コアに線材が巻きつけられ、前記送電コイル部と電磁的に結合して電力が伝送される受電コイル部と、
前記受電コイル部の側面に対して一定の距離離れて配置された非磁性体と、
前記受電コイル部を介して交流信号を受信する受電部と、を備える
非接触電力伝送システム。
（７）
前記送電コイル部の、前記受電コイル部側と反対面に配置された磁性シートを有する
前記（６）に記載の非接触電力伝送システム。
【００４９】
以上、本開示は上述した各実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された要旨を逸脱しない限りにおいて、その他種々の変形例、応用例を取り得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００５０】
１，１Ａ…受電コイル、２…コア（Ｈ型）、２ａ…軸芯部、２ｂ，２ｃ…フランジ部、３，３Ａ…樹脂部、３ａ…側面、４…空隙部、５…線材、６…非磁性体、１１…送電コイル、１２…磁性シート、１５…受電コイル、１６…磁性シート、２１，３１…携帯電話端末（電子機器）、３１…送電装置、３２…信号源、３３…交流電源、３４…抵抗素子、３５…コンデンサ、１５…送電コイル、３７…送電部、４１…受電装置、４２…充電部、４３…コンデンサ、４４…抵抗素子、４５…コンデンサ、４７…受電部、４８…整流部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性体を有するコアと、
前記コアに線材が巻きつけられ、外部コイルと電磁的に結合して電力が伝送されるコイル部と、
前記コイル部の側面から一定の距離離れて配置された非磁性体と、
を備える受電コイル。
【請求項２】
前記非磁性体の厚さが、０．３ｍｍ以上である
請求項１に記載の受電コイル。
【請求項３】
前記磁性体を有するコアと前記コイル部を内蔵する樹脂部を、備え、
前記樹脂部の側面に前記非磁性体が配置されている
請求項２に記載の受電コイル。
【請求項４】
前記コアの形状がＨ型である
請求項３に記載の受電コイル。
【請求項５】
磁性体を有するコアと、
前記コアに線材が巻きつけられ、外部コイルと電磁的に結合して電力が伝送されるコイル部と、
前記コイル部の側面に対して一定の距離離れて配置された非磁性体と、
前記コイル部を介して交流信号を受信する受電部と、
を備える受電装置。
【請求項６】
交流信号を発生する送電装置と、該送電装置で発生した交流信号を受電する受電装置と、から構成され、
前記送電装置は、
線材が平面状に巻回された送電コイル部と、
前記送電コイル部に交流信号を供給する送電部と、を備え、
前記受電装置は、
磁性体を有するコアと、
前記コアに線材が巻きつけられ、前記送電コイル部と電磁的に結合して電力が伝送される受電コイル部と、
前記受電コイル部の側面に対して一定の距離離れて配置された非磁性体と、
前記受電コイル部を介して交流信号を受信する受電部と、を備える
非接触電力伝送システム。
【請求項７】
前記送電コイル部の、前記受電コイル部側と反対面に配置された磁性シートを有する
前記請求項６に記載の非接触電力伝送システム。
【請求項１】
磁性体を有するコアと、
前記コアに線材が巻きつけられ、外部コイルと電磁的に結合して電力が伝送されるコイル部と、
前記コイル部の側面から一定の距離離れて配置された非磁性体と、
を備える受電コイル。
【請求項２】
前記非磁性体の厚さが、０．３ｍｍ以上である
請求項１に記載の受電コイル。
【請求項３】
前記磁性体を有するコアと前記コイル部を内蔵する樹脂部を、備え、
前記樹脂部の側面に前記非磁性体が配置されている
請求項２に記載の受電コイル。
【請求項４】
前記コアの形状がＨ型である
請求項３に記載の受電コイル。
【請求項５】
磁性体を有するコアと、
前記コアに線材が巻きつけられ、外部コイルと電磁的に結合して電力が伝送されるコイル部と、
前記コイル部の側面に対して一定の距離離れて配置された非磁性体と、
前記コイル部を介して交流信号を受信する受電部と、
を備える受電装置。
【請求項６】
交流信号を発生する送電装置と、該送電装置で発生した交流信号を受電する受電装置と、から構成され、
前記送電装置は、
線材が平面状に巻回された送電コイル部と、
前記送電コイル部に交流信号を供給する送電部と、を備え、
前記受電装置は、
磁性体を有するコアと、
前記コアに線材が巻きつけられ、前記送電コイル部と電磁的に結合して電力が伝送される受電コイル部と、
前記受電コイル部の側面に対して一定の距離離れて配置された非磁性体と、
前記受電コイル部を介して交流信号を受信する受電部と、を備える
非接触電力伝送システム。
【請求項７】
前記送電コイル部の、前記受電コイル部側と反対面に配置された磁性シートを有する
前記請求項６に記載の非接触電力伝送システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−２１６６８７（Ｐ２０１２−２１６６８７Ａ）
【公開日】平成２４年１１月８日（２０１２．１１．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−８１０１６（Ｐ２０１１−８１０１６）
【出願日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【公開日】平成２４年１１月８日（２０１２．１１．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
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