無線電力伝送装置
【課題】従来の電磁誘導方式でなく磁気共鳴を用いた方式を利用した無線電力供給方法の内、平面に共振コイルを並べて構成する方法は、僅かな共振コイル間の間隔の変化で、大きく結合係数が変化するので、設計や製造上で特性調整が難しいと言った課題が存在するため、従来例が殆ど無かった。
【解決手段】各種機器間で電気伝導線を用いることなく電力を伝送する無線電力伝送装置であって、所定の周波数で共振し、共振のための導線を備えた共振コイルを複数有し、複数の共振コイルが平面配置されているとともに、隣り合う共振コイル同士の電磁界結合を強める位置に、軟磁性体が設けられていることを特徴としている。また、平面視して、隣り合う共振コイルの隣り合う辺を包含して、周回している結合コイルが設けられたことを特徴としている。
【解決手段】各種機器間で電気伝導線を用いることなく電力を伝送する無線電力伝送装置であって、所定の周波数で共振し、共振のための導線を備えた共振コイルを複数有し、複数の共振コイルが平面配置されているとともに、隣り合う共振コイル同士の電磁界結合を強める位置に、軟磁性体が設けられていることを特徴としている。また、平面視して、隣り合う共振コイルの隣り合う辺を包含して、周回している結合コイルが設けられたことを特徴としている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種機器間で電気伝導線を用いることなく電力を伝送する無線電力伝送装置に関し、特に電磁界結合を用いた方式による無線電力伝送装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話や携帯情報端末等の携帯型機器の多くは、再充電可能な二次電池を組み込み、定期的に充電を繰り返しながら使用されている。この充電に際して、専用のコネクタがつながれた線を携帯型機器に接続して行ったり、専用のアダプタに携帯型機器をセットして行ったりするが、その不便さや煩わしさから、非接触で充電できる技術の要求が高まってきた。そして、非接触で電力を伝送する方式として、特許文献１や特許文献２に示されるような、電磁誘導を用いて行う方式が一般的である。しかし、電磁誘導方式は、伝送間の距離が非常に短く、使い勝手が悪いものであった。そこで、近年、電力の伝送の距離を長くできる磁気共鳴を用いた方式が注目されてきた。
【０００３】
磁気共鳴を用いた方式の無線電力供給方法として、特許文献３（従来例３）では、図１１に示すような無線電力供給システム９００が提案されている。図１１に示す無線電力供給システム９００は、送電共振コイル９１２と電源部９１１と制御部９１６とを備えた送電装置９０１と、受電共振コイル９２２と電力受給部９２１とを備えた受電装置９０２とから構成される。そして、ヘリカルコイルを用いた送電共振コイル９１２とヘリカルコイルを用いた受電共振コイル９２２とをコイル軸方向ＣＤに対向させ、磁気共鳴を用いて磁界エネルギーとして送受信している。また、ヘリカルコイルを用いなく、平面コイルを用いた場合でも同様に、平面コイル同士をコイル軸方向に対向させて送受信するのが一般的である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】ＷＯ２００８/０３２７４６号
【特許文献２】特開平１１−９５９２２号公報
【特許文献３】特開２０１０−２３９８１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、電磁誘導方式でなく磁気共鳴を用いた方式を利用して、特許文献１や特許文献２に示されるように平面上の数箇所から送電させようとする場合、従来例３のような構成の無線電力供給システム９００を幾つも横に並べて構成するか、平面に共振コイルを並べて隣接した共振コイル同士を電磁界結合させて、任意の箇所から伝送させるように構成するかのどちらかを選択することになる。
【０００６】
しかしながら、従来例３のような無線電力供給システム９００を幾つも並べて構成する方法は、製造コストがかかりすぎて現実的でない。また、平面に共振コイルを並べて構成する方法は、従来例が殆ど無い。何故なら、隣り合う共振コイルを電磁界結合させる際に、並列方向の磁界で結合させるため、僅かな共振コイル間の間隔の変化で、大きく結合係数が変化するので、設計や製造上で特性調整が難しいと言った課題が存在するためである。
【０００７】
本発明は、上述した課題を解決するもので、平面配置された共振コイル同士の電磁界結合を強くでき、しかも特性調整が容易にできる無線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】
【０００８】
この課題を解決するために、本発明の請求項１による無線電力伝送装置は、各種機器間で電気伝導線を用いることなく電力を伝送する無線電力伝送装置であって、所定の周波数で共振し、共振のための導線を備えた共振コイルを複数有し、前記複数の共振コイルが平面配置されているとともに、隣り合う前記共振コイル同士の電磁界結合を強める位置に、軟磁性体が設けられていることを特徴としている。
【０００９】
また、本発明の請求項２による無線電力伝送装置は、前記共振コイルが、渦巻き状の導線と、該導線の端部同士を接続するキャパシタとからなることを特徴としている。
【００１０】
また、本発明の請求項３による無線電力伝送装置は、前記各軟磁性体が、平面視して、２つの共振コイルのみに重なって設けられていることを特徴としている。
【００１１】
また、本発明の請求項４による無線電力伝送装置は、各前記共振コイルの前記導線の外周形状が、多角形であり、前記多角形の角の部分に軟磁性体を設けないことを特徴としている。
【００１２】
また、本発明の請求項５による無線電力伝送装置は、各前記共振コイルの前記導線の外周形状が、正多角形状であることを特徴としている。
【００１３】
また、本発明の請求項６による無線電力伝送装置は、前記正多角形状が、正平面充填形であることを特徴としている。
【００１４】
また、本発明の請求項７による無線電力伝送装置は、各前記共振コイルの前記導線の外周形状が、円形状であることを特徴としている。
【００１５】
また、本発明の請求項８による無線電力伝送装置は、前記共振コイルと前記軟磁性体とが、絶縁されていることを特徴としている。
【００１６】
また、本発明の請求項９による無線電力伝送装置は、各種機器間で電気伝導線を用いることなく電力を伝送する無線電力伝送装置であって、所定の周波数で共振し、共振のための導線を備えた共振コイルを複数有し、前記複数の共振コイルが平面配置されているとともに、隣り合う前記共振コイル同士の電磁界結合を行う位置に、平面視して、前記隣り合う共振コイルの隣り合う辺を包含して、周回している結合コイルが設けられたことを特徴としている。
【００１７】
また、本発明の請求項１０による無線電力伝送装置は、前記共振コイルが、渦巻き状の導線と、該導線の端部同士を接続するキャパシタとからなることを特徴としている。
【００１８】
また、本発明の請求項１１による無線電力伝送装置は、前記結合コイルが、スイッチと該スイッチの一端と他端とを接続する導電線からなることを特徴としている。
【００１９】
また、本発明の請求項１２による無線電力伝送装置は、前記スイッチが、電界効果トランジスタからなることを特徴としている。
【００２０】
また、本発明の請求項１３による無線電力伝送装置は、各前記共振コイルの前記導線の外周形状が、正多角形状であることを特徴としている。
【００２１】
また、本発明の請求項１４による無線電力伝送装置は、前記正多角形状が、正平面充填形であることを特徴としている。
【００２２】
また、本発明の請求項１５による無線電力伝送装置は、各前記共振コイルの前記導線の外周形状が、円形状であることを特徴としている。
【発明の効果】
【００２３】
請求項１の発明によれば、無線電力伝送装置は、隣り合う共振コイル同士の電磁界結合を強める位置に、軟磁性体が設けられているので、発生する磁界を強くでき、平面配置された共振コイル同士の電磁界結合を強くできる。このことにより、隣り合う共振コイル間の間隔が製造時の作製誤差等で多少ばらついても、結合特性の変化を小さくできる。したがって、特性調整が容易にでき、無線電力伝送装置が製造しやすくなる。
【００２４】
請求項２の発明によれば、無線電力伝送装置は、共振コイルが、渦巻き状の導線とキャパシタとからなるので、所定の周波数で容易に共振させることができる。このことにより、平面配置された共振コイル同士の電磁界結合を確実に強くでき、しかも特性調整が容易にできるようになる。
【００２５】
請求項３の発明によれば、無線電力伝送装置は、各軟磁性体が、２つの共振コイルのみに重なって設けられているので、隣り合う共振コイル間で所望しない電磁界結合をより抑えることができる。このことにより、伝送効率をより向上させることができる。
【００２６】
請求項４の発明によれば、無線電力伝送装置は、軟磁性体が、各共振コイルの導線の多角形の角に設けていないので、隣り合う共振コイル間で所望しない電磁界結合を抑えることができる。このことにより、伝送効率を向上させることができる。
【００２７】
請求項５の発明によれば、無線電力伝送装置は、各共振コイルの導線の外周形状が正多角形状であるので、隣り合う共振コイル間の間隔のバラツキを抑えることができる。このことにより、平面配置された共振コイル同士の電磁界結合をより確実に強くでき、しかも特性調整がより容易にできるようになる。
【００２８】
請求項６の発明によれば、無線電力伝送装置は、各共振コイルの導線の外周形状が正平面充填形であるので、共振コイルを効率良く配置できるとともに、隣り合う共振コイル間の間隔のバラツキを抑えることができる。このことにより、平面配置された共振コイル同士の電磁界結合をより一層確実に強くでき、しかも特性調整がより一層容易にできるようになる。
【００２９】
請求項７の発明によれば、無線電力伝送装置は、各共振コイルの導線の外周形状が円形状であるので、隣り合う共振コイル間の間隔のバラツキを抑えることができる。このことにより、平面配置された共振コイル同士の電磁界結合をより確実に強くでき、しかも特性調整がより容易にできるようになる。
【００３０】
請求項８の発明によれば、無線電力伝送装置は、共振コイルと軟磁性体とが絶縁されているので、導電性を有する軟磁性体を用いることができる。このことにより、磁束密度の大きい軟磁性体を選択することができるので、平面配置された共振コイル同士の電磁界結合をより強くできる。
【００３１】
請求項９の発明によれば、無線電力伝送装置は、隣り合う共振コイル同士の電磁界結合を行う位置に、結合コイルが設けられているので、結合コイルを介して電磁界結合を行うことができ、平面配置された共振コイル同士の電磁界結合を強くできる。このことにより、隣り合う共振コイル間の間隔が製造時の作製誤差等で多少ばらついても、結合特性の変化を小さくできる。したがって、特性調整が容易にでき、無線電力伝送装置が製造しやすくなる。
【００３２】
請求項１０の発明によれば、無線電力伝送装置は、共振コイルが、渦巻き状の導線とキャパシタとからなるので、所定の周波数で容易に共振させることができる。このことにより、平面配置された共振コイル同士の電磁界結合を確実に強くでき、しかも特性調整が容易にできるようになる。
【００３３】
請求項１１の発明によれば、無線電力伝送装置は、結合コイルが導電線と導線の一端と他端とを接続したスイッチとからなるので、スイッチをＯＮ／ＯＦＦさせることにより、伝送経路を任意に決めることができる。このことにより、隣り合う共振コイル間で所望しない電磁界結合を抑えることができ、伝送効率を向上させることができる。
【００３４】
請求項１２の発明によれば、無線電力伝送装置は、スイッチが電界効果トランジスタからなるので、簡単な配線でしかも小型にできるスイッチ構造が得られる。このことにより、無線電力伝送装置が製造しやすくなる。
【００３５】
請求項１３の発明によれば、無線電力伝送装置は、各共振コイルの導線の外周形状が正多角形状であるので、隣り合う共振コイル間の間隔のバラツキを抑えることができる。このことにより、平面配置された共振コイル同士の電磁界結合をより確実に強くでき、しかも特性調整がより容易にできるようになる。
【００３６】
請求項１４の発明によれば、無線電力伝送装置は、各共振コイルの導線の外周形状が正平面充填形であるので、共振コイルを効率良く配置できるとともに、隣り合う共振コイル間の間隔のバラツキを抑えることができる。このことにより、平面配置された共振コイル同士の電磁界結合をより一層確実に強くでき、しかも特性調整がより一層容易にできるようになる。
【００３７】
請求項１５の発明によれば、無線電力伝送装置は、各共振コイルの導線の外周形状が円形状であるので、隣り合う共振コイル間の間隔のバラツキを抑えることができる。このことにより、平面配置された共振コイル同士の電磁界結合をより確実に強くでき、しかも特性調整がより容易にできるようになる。
【００３８】
したがって、本発明の無線電力伝送装置は、平面配置された共振コイル同士の電磁界結合を強くでき、しかも特性調整が容易にできる無線電力伝送装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の第１実施形態の無線電力伝送装置を説明する構成図であって、平面図である。
【図２】本発明の第１実施形態の無線電力伝送装置を説明する構成図であって、図１に示すＩＩ−ＩＩ線における断面図である。
【図３】本発明の第２実施形態の無線電力伝送装置を説明する構成図であって、平面図である。
【図４】本発明の第２実施形態の無線電力伝送装置を説明する構成図であって、図３に示すＩＶ−ＩＶ線における断面図である。
【図５】本発明の第３実施形態の無線電力伝送装置を説明する構成図であって、平面図である。
【図６】本発明の第３実施形態の無線電力伝送装置を説明する構成図であって、図５に示すＶＩ−ＶＩ線における断面図である。
【図７】本発明の第３実施形態の無線電力伝送装置を説明する構成図であって、共振コイルを示した平面図である。
【図８】本発明の第３実施形態の無線電力伝送装置を説明する構成図であって、結合コイルを示した平面図である。
【図９】本発明の実施形態の座標入力装置における変形例１を説明した構成図であって、共振コイルを示した平面図である。
【図１０】本発明の実施形態の座標入力装置における変形例２を説明した構成図であって、共振コイルを示した平面図である。
【図１１】従来例３における無線電力供給システムの構成の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
【００４１】
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態の無線電力伝送装置１０１を説明する構成図である。図２は、本発明の第１実施形態の無線電力伝送装置１０１を説明する構成図であって、図１に示すＩＩ−ＩＩ線における断面図である。
【００４２】
本発明の第１実施形態の無線電力伝送装置１０１は、図１及び図２に示すように、複数の共振コイル１１と、複数の軟磁性体１５と、共振コイル１１と軟磁性体１５とが形成された基材１９とを備えて構成されている。
【００４３】
共振コイル１１は、図１及び図２に示すように、後述する基材１９上に設けられ、渦巻き状の導線１２と、導線１２の端部同士を接続するキャパシタ１３とから構成され、所定の周波数Ｆ１で共振するように形成されている。また、複数の共振コイルは、基材１９上に平面配置されている。
【００４４】
また、導線１２は、導電性の材料からなり、例えば銅または銅合金を好適に用い、図１に示すように、導線１２の外周形状は、正方形になるように形成されている。なお、導線１２の材料として、銅または銅合金を好適に用いたが、他の導電性の材料でも良く、例えば銀または銀合金，ニッケルまたはニッケル合金，アルミニウムまたはアルミニウム合金等でも良い。
【００４５】
また、キャパシタ１３は、一般に広く用いられている積層セラミックチップコンデンサを好適に用い、導線１２の端部同士を接続するように、図２に示すように、はんだＨＤ付けされて実装されている。なお、キャパシタ１３に積層セラミックチップコンデンサを好適に用いたが、無機系或いは有機系の誘電体膜を用いたコンポジットコンデンサ等でも良い。
【００４６】
このようにして、渦巻き状の導線１２のインダクタンスＬとキャパシタ１３の容量Ｃから、ＬＣ共振回路（Ｆ＝１／（２π√（ＬＣ）））を用いて、所定の周波数Ｆ１で容易に共振させることができる。
【００４７】
軟磁性体１５は、絶縁性の材料からなり、例えばフェライト系の材質を用い、図１に示すように、隣り合う共振コイル１１同士の電磁界結合を強める位置に、配置されている。このため、発生する磁界を強くでき、平面配置された共振コイル１１同士の電磁界結合を強くできる。特に、図１に示す本発明の無線電力伝送装置１０１は、各軟磁性体１５が、平面視して（図１の平面図）、２つの共振コイル１１のみに重なって、設けられた構成になっている。それ故に、正方形の角の部分に軟磁性体１５は設けられていない。このため、隣り合う共振コイル１１間で所望しない電磁界結合をより抑えることができる。なお、軟磁性体１５にフェライト系の材質を用いたが、絶縁性の軟磁性材料であれば良く、フェライト系の材質に限るものではない。
【００４８】
基材１９は、ガラス入りのエポキシ樹脂からなり、一般に広く知られている片面のプリント配線板（ＰＣＢ）を用いて、プリント配線板上に設けられた銅（Ｃｕ）等の金属箔を導線１２の配線パターンが得られるようにパターニングして、導線１２を形成するとともに、基材としている。なお、片面のプリント配線板の替わりに、ポリイミド樹脂（ＰＩ）等の素材のフレキシブルプリント配線板（ＦＰＣ）を用いて、基材としても良い。
【００４９】
このようにして構成された無線電力伝送装置１０１に、例えば、図１に示す共振コイル１１Ａへ電磁界結合を用いた方式等により電力が伝送されると、軟磁性体１５によって共振コイル間の電磁界結合が強められた隣り合う共振コイル１１Ｂに電力が伝送される。同様にして、共振コイル１１Ｂから共振コイル１１Ｃへ、共振コイル１１Ｃから共振コイル１１Ｄへ、共振コイル１１Ｄから共振コイル１１Ｅへ、順次電力が伝送される。そして、共振コイル１１Ｅと電磁界結合する共振体（図示していない）を共振コイル１１Ｅに近づけると、電磁界結合により、共振体に電力が伝送される。このようにして、共振コイル１１Ａへ伝送された電力が、無線電力伝送装置１０１によって、共振体に伝送される。なお、上記伝送経路は、伝送経路の一例であって、例えば共振コイル１１Ａから、軟磁性体１５によってコイル間の電磁界結合が強められた隣り合う共振コイル１１Ｆに電力が伝送され、違う伝送経路を通って共振コイル１１Ｅに電力が伝送される場合がある。
【００５０】
従来は、この伝送の際に、隣り合う共振コイル１１間の距離が近過ぎると結合係数が強過ぎて、伝送特性の最適化ができず、逆に、遠過ぎると電磁界結合が弱過ぎてやはり伝送特性の最適化ができなかった。このため、共振コイル１１間の距離をある程度離して配置する必要があったが、僅かな共振コイル１１間の間隔の変化で大きく結合係数が変化してしまい、同様にして、伝送特性の最適化ができなかった。
【００５１】
本発明の無線電力伝送装置１０１は、この共振コイル１１間の距離をある程度離して配置された共振コイル１１間に、軟磁性体１５を配置することによって、共振コイル１１同士の電磁界結合を強め、共振コイル１１間の間隔のバラツキによる結合係数の変化を小さくすることができる。このことにより、隣り合う共振コイル１１間の間隔が製造時の作製誤差等で多少ばらついても、結合特性の変化を小さくできるので、特性調整が容易にでき、無線電力伝送装置１０１が製造しやすくなる。
【００５２】
また、導線１２の外周形状は、正多角形状の正方形なので、隣り合う共振コイル１１間の間隔のバラツキを抑えることができる。このことにより、平面配置された共振コイル１１同士の電磁界結合をより確実に強くでき、しかも特性調整がより容易にできるようになる。
【００５３】
さらに、導線１２の外周形状は、正平面充填形の正多角形状なので、共振コイル１１を効率良く配置できるとともに、隣り合う共振コイル１１間の間隔のバラツキを抑えることができる。このことにより、平面配置された共振コイル同士の電磁界結合をより一層確実に強くでき、しかも特性調整がより一層容易にできるようになる。
【００５４】
以上により、本発明の無線電力伝送装置１０１は、隣り合う共振コイル１１同士の電磁界結合を強める位置に、軟磁性体１５が設けられているので、発生する磁界を強くでき、平面配置された共振コイル１１同士の電磁界結合を強くできる。このことにより、隣り合う共振コイル１１間の間隔が製造時の作製誤差等で多少ばらついても、結合特性の変化を小さくできる。したがって、特性調整が容易にでき、無線電力伝送装置１０１が製造し易くなる。
【００５５】
また、共振コイル１１が、渦巻き状の導線１２とキャパシタ１３とからなるので、所定の周波数Ｆ１で容易に共振させることができる。このことにより、平面配置された共振コイル１１同士の電磁界結合を確実に強くでき、しかも特性調整が容易にできるようになる。
【００５６】
また、各軟磁性体１５が、２つの共振コイル１１のみに重なって設けられているので、隣り合う共振コイル１１間で所望しない電磁界結合をより抑えることができる。このことにより、伝送効率をより向上させることができる。
【００５７】
また、軟磁性体１５が、各共振コイル１１の導線１２の多角形の角に設けていないので、隣り合う共振コイル１１間で所望しない電磁界結合を抑えることができる。このことにより、伝送効率を向上させることができる。
【００５８】
また、各共振コイル１１の導線１２の外周形状が正多角形状であるので、隣り合う共振コイル１１間の間隔のバラツキを抑えることができる。このことにより、平面配置された共振コイル１１同士の電磁界結合をより確実に強くでき、しかも特性調整がより容易にできるようになる。
【００５９】
また、各共振コイル１１の導線１２の外周形状が正平面充填形であるので、共振コイル１１を効率良く配置できるとともに、隣り合う共振コイル１１間の間隔のバラツキを抑えることができる。このことにより、平面配置された共振コイル１１同士の電磁界結合をより一層確実に強くでき、しかも特性調整がより一層容易にできるようになる。
【００６０】
［第２実施形態］
図３は、本発明の第２実施形態の無線電力伝送装置１０２を説明する構成図である。図４は、本発明の第２実施形態の無線電力伝送装置１０２を説明する構成図であって、図３に示すＩＶ−ＩＶ線における断面図である。第２実施形態の無線電力伝送装置１０２は、第１実施形態に対し、絶縁体７９を設けている点が異なる。なお、第１実施形態と同一構成については、同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００６１】
本発明の第２実施形態の無線電力伝送装置１０２は、図３及び図４に示すように、複数の共振コイル１１と、複数の軟磁性体２５と、共振コイル１１と軟磁性体２５とを絶縁するための絶縁体７９と、共振コイル１１、軟磁性体２５及び絶縁体７９が形成された基材１９とを備えて構成されている。
【００６２】
絶縁体７９は、絶縁性の材料からなり、例えば有機系の材質を用い、図３及び図４に示すように、基材１９上に、共振コイル１１と軟磁性体２５とが絶縁されるように、パターン状に形成されている。絶縁体７９の形成は、例えばスクリーン印刷によって行われ、印刷が可能である熱硬化型レジスト等の材質が好適に用いられる。
【００６３】
軟磁性体２５は、鉄を主成分とする材料、例えばパーマロイ（Ｆｅ−Ｎｉ合金）を用い、図３に示すように、隣り合う共振コイル１１同士の電磁界結合を強める位置に、配置されている。このため、発生する磁界を強くでき、平面配置された共振コイル１１同士の電磁界結合を強くできる。また、共振コイル１１と軟磁性体２５とが絶縁体７９により絶縁されているので、導電性を有する軟磁性体２５を用いることができる。このことにより、磁束密度の大きい軟磁性体を選択することができるので、平面配置された共振コイル１１同士の電磁界結合をより強くできる。なお、軟磁性体２５にパーマロイ（Ｆｅ−Ｎｉ合金）を用いたが、軟磁性材料であれば良く、他の鉄系材料であるセンダスト（Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ合金）や非鉄系のアモルファス磁性合金等でも良い。
【００６４】
以上により、本発明の無線電力伝送装置１０２は、隣り合う共振コイル１１同士の電磁界結合を強める位置に、軟磁性体２５が設けられているので、発生する磁界を強くでき、平面配置された共振コイル１１同士の電磁界結合を強くできる。このことにより、隣り合う共振コイル１１間の間隔が製造時の作製誤差等で多少ばらついても、結合特性の変化を小さくできる。したがって、特性調整が容易にでき、無線電力伝送装置１０２が製造し易くる。
【００６５】
また、共振コイル１１と軟磁性体２５とが絶縁体７９により絶縁されているので、導電性を有する軟磁性体２５を用いることができる。このことにより、磁束密度の大きい軟磁性体を選択することができるので、平面配置された共振コイル１１同士の電磁界結合をより強くできる。
【００６６】
［第３実施形態］
図５は、本発明の第３実施形態の無線電力伝送装置１０３を説明する構成図である。図６は、本発明の第３実施形態の無線電力伝送装置１０３を説明する構成図であって、図５に示すＶＩ−ＶＩ線における断面図である。図７は、本発明の第３実施形態の無線電力伝送装置１０３を説明する構成図であって、共振コイル１１を示した平面図である。図８は、本発明の第３実施形態の無線電力伝送装置１０３を説明する構成図であって、結合コイル３６を示した平面図である。第３実施形態の無線電力伝送装置１０３は、第１実施形態に対し、結合コイル３６を設けている点が異なる。なお、第１実施形態と同一構成については、同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００６７】
本発明の第３実施形態の無線電力伝送装置１０３は、図５ないし図８に示すように、複数の共振コイル１１と、共振コイル１１が形成された基材１９と、複数の結合コイル３６と、結合コイル３６が形成された絶縁基材３９とを備えて構成されている。
【００６８】
結合コイル３６は、図５ないし図８に示すように、後述する絶縁基材３９上に設けられ、スイッチ３８と、スイッチ３８の一端と他端とを接続している導電線３７とから構成され、隣り合う共振コイル１１同士の電磁界結合を行う位置に配置されている。また、結合コイル３６は、平面視して（図５の平面図）、隣り合う共振コイル１１の隣り合う辺を包含して、周回するように設けられている。このため、結合コイル３６を介して電磁界結合を行うことができ、平面配置された共振コイル１１同士の電磁界結合を強くできる。
【００６９】
また、導電線３７は、導電性の材料からなり、例えば銅または銅合金を好適に用い、図５に示すように、隣り合う共振コイル１１の隣り合う辺を包含して、周回するように設けられている。なお、導電線３７の材料として、銅または銅合金を好適に用いたが、他の導電性の材料でも良く、例えば銀または銀合金，ニッケルまたはニッケル合金，アルミニウムまたはアルミニウム合金等でも良い。
【００７０】
また、スイッチ３８は、電界効果トランジスタ（Field Effect Transistor、ＦＥＴ）を好適に用い、図８に示すように、導電線３７の一端と他端とを接続するように、はんだ付けされて実装されている。このため、簡単な配線でしかも小型にできるスイッチ構造が得られる。なお、スイッチ３８に電界効果トランジスタを好適に用いたが、機械式のプッシュスイッチ等でも良い。また、説明を容易にするため、スイッチ３８への配線パターンは、省略している。
【００７１】
このスイッチ３８をＯＮさせることにより、結合コイル３６を介して電磁界結合を行うことができ、平面配置された共振コイル１１同士の電磁界結合を強めることができる。また、このスイッチ３８をＯＦＦさせることにより、スイッチ３８をＯＮさせた場合と比較して、平面配置された共振コイル１１同士の電磁界結合を弱めることができる。このようにして、スイッチ３８をＯＮ／ＯＦＦさせることにより、共振コイル１１同士の電磁界結合の強さを任意に決めることができる。
【００７２】
絶縁基材３９は、ポリイミド樹脂（ＰＩ）からなり、一般に広く知られている片面のフレキシブルプリント配線板（ＦＰＣ）を用いて、フレキシブルプリント配線板上に設けられた銅（Ｃｕ）等の金属箔を、導電線３７のパターンと、スイッチ３８への配線パターン（図示していない）が得られるようにパターニングして、導電線３７及び配線パターン（図示していない）を形成するとともに、絶縁基材としている。また、図８に示すように、絶縁基材３９には、図７に示すキャパシタ１３の位置に対応した孔５９が、複数個設けられている。なお、片面のフレキシブルプリント配線板（ＦＰＣ）の替わりに、バインダー樹脂と導電性部材とを有した導電性インクを、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）或いはＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）等のフィルム基材にスクリーン版で印刷し、乾燥，固化する方法を用いて作製しても良い。
【００７３】
そして、図６に示すように、図７に示す共振コイル１１が設けられた基材１９と、図８に示す結合コイル３６が設けられた絶縁基材３９とを、各キャパシタ１３が各孔５９に入るように重ね合わせ、接着剤ＡＤ等で接着して貼り合わせる。このようにして、図５に示す無線電力伝送装置１０３が作製される。
【００７４】
このようにして構成された無線電力伝送装置１０３に、例えば、図５に示す共振コイル１１Ａへ電磁界結合を用いた方式等により電力が伝送されると、スイッチ３８がＯＮになった結合コイル３６Ｆによって、共振コイル間の電磁界結合が強められ、隣り合う共振コイル１１Ｆに電力が伝送される。この際に、共振コイル１１Ａと隣り合うもう一つの共振コイル１１Ｂのとの間に設けられた結合コイル３６Ｂは、スイッチ３８がＯＦＦにされている。
【００７５】
同様にして、共振コイル１１Ｆから共振コイル１１Ｇへ、共振コイル１１Ｇから共振コイル１１Ｄへ、共振コイル１１Ｄから共振コイル１１Ｅへ、順次電力が伝送されるように、結合コイル３６Ｇ、結合コイル３６Ｄ及び結合コイル３６Ｅのスイッチ３８をＯＮにしておく。また、上記以外の伝送経路にある結合コイル３６のスイッチ３８は、ＯＦＦにしておく。そして、共振コイル１１Ｅと電磁界結合する共振体（図示していない）を共振コイル１１Ｅに近づけると、電磁界結合により、共振体に電力が伝送される。このようにして、共振コイル１１Ａへ伝送された電力が、無線電力伝送装置１０１によって、共振体に伝送される。なお、上記伝送経路は、伝送経路の一例であって、結合コイル３６のスイッチ３８をＯＮ／ＯＦＦさせることにより、伝送経路を任意に決めることができる。
【００７６】
以上により、本発明の無線電力伝送装置１０３は、隣り合う共振コイル１１同士の電磁界結合を行う位置に、結合コイル３６が設けられているので、結合コイル３６を介して電磁界結合を行うことができ、平面配置された共振コイル１１同士の電磁界結合を強くできる。このことにより、隣り合う共振コイル１１間の間隔が製造時の作製誤差等で多少ばらついても、結合特性の変化を小さくできる。したがって、特性調整が容易にでき、無線電力伝送装置１０３が製造し易くなる。
【００７７】
また、結合コイル３６が導電線３７と導電線３７の一端と他端とを接続したスイッチ３８とからなるので、スイッチ３８をＯＮ／ＯＦＦさせることにより、伝送経路を任意に決めることができる。このことにより、隣り合う共振コイル１１間で所望しない電磁界結合を抑えることができ、伝送効率を向上させることができる。
【００７８】
また、スイッチ３８が電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）からなるので、簡単な配線でしかも小型にできるスイッチ構造が得られる。このことにより、無線電力伝送装置１０３が製造し易くなる。
【００７９】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば次のように変形して実施することができ、これらの実施形態も本発明の技術的範囲に属する。
【００８０】
＜変形例１＞
図９は、本発明の実施形態の座標入力装置における変形例１を説明した構成図であって、共振コイル２１を示した平面図である。
上記実施形態では、共振コイル１１の導線１２の外周形状は、正方形になるように構成したが、図９に示すように、共振コイル２１の導線２２の外周形状が、円形状であっても良い。
【００８１】
＜変形例２＞
図１０は、本発明の実施形態の座標入力装置における変形例２を説明した構成図であって、共振コイル３１を示した平面図である。
上記実施形態では、共振コイル１１の導線１２の外周形状は、正平面充填形の正方形になるように構成したが、図１０に示すように、共振コイル３１の導線３２の外周形状が、同じ正平面充填形の正六角形であっても良い。他に、同じ正平面充填形の正三角形であっても良い。
【００８２】
＜変形例３＞
上記実施形態では、共振コイル１１の導線１２の外周形状は、正多角形の正方形になるように構成したが、共振コイルの導線の外周形状が、同じ正多角形状の正五角形であっても良い。他に、同じ正多角形状の正八角形等であっても良い。
【００８３】
＜変形例４＞
上記実施形態では、共振コイル１１は、導線１２とキャパシタ１３とから構成したが、キャパシタ１３が無く導線１２のみで構成しても良い。
【００８４】
＜変形例５＞
上記第１実施形態及び第２実施形態では、各軟磁性体１５が、平面視して、２つの共振コイル１１のみに重なって、設けられた構成にしたが、各軟磁性体１５の全て或いは一部がつながっていても良い。
【００８５】
＜変形例６＞
上記第２実施形態では、絶縁体７９について、印刷が可能である熱硬化型レジスト等の材質を選定しスクリーン印刷によってパターン状に形成するように構成したが、絶縁体７９の替わりに、共振コイル１１を覆うように、絶縁性のフィルムシートを基材１９に貼り合わせても良い。
【００８６】
本発明は上記実施の形態に限定されず、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更することが可能である。
【符号の説明】
【００８７】
１１、２１、３１、１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄ、１１Ｅ、１１Ｆ、１１Ｇ 共振コイル
１２、２２、３２ 導線
１３ キャパシタ
１５、２５ 軟磁性体
３６、３６Ｂ、３６Ｄ、３６Ｅ、３６Ｆ、３６Ｇ 結合コイル
３７ 導電線
３８ スイッチ
１０１、１０２、１０３ 無線電力伝送装置
Ｆ１ 所定の周波数
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種機器間で電気伝導線を用いることなく電力を伝送する無線電力伝送装置に関し、特に電磁界結合を用いた方式による無線電力伝送装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話や携帯情報端末等の携帯型機器の多くは、再充電可能な二次電池を組み込み、定期的に充電を繰り返しながら使用されている。この充電に際して、専用のコネクタがつながれた線を携帯型機器に接続して行ったり、専用のアダプタに携帯型機器をセットして行ったりするが、その不便さや煩わしさから、非接触で充電できる技術の要求が高まってきた。そして、非接触で電力を伝送する方式として、特許文献１や特許文献２に示されるような、電磁誘導を用いて行う方式が一般的である。しかし、電磁誘導方式は、伝送間の距離が非常に短く、使い勝手が悪いものであった。そこで、近年、電力の伝送の距離を長くできる磁気共鳴を用いた方式が注目されてきた。
【０００３】
磁気共鳴を用いた方式の無線電力供給方法として、特許文献３（従来例３）では、図１１に示すような無線電力供給システム９００が提案されている。図１１に示す無線電力供給システム９００は、送電共振コイル９１２と電源部９１１と制御部９１６とを備えた送電装置９０１と、受電共振コイル９２２と電力受給部９２１とを備えた受電装置９０２とから構成される。そして、ヘリカルコイルを用いた送電共振コイル９１２とヘリカルコイルを用いた受電共振コイル９２２とをコイル軸方向ＣＤに対向させ、磁気共鳴を用いて磁界エネルギーとして送受信している。また、ヘリカルコイルを用いなく、平面コイルを用いた場合でも同様に、平面コイル同士をコイル軸方向に対向させて送受信するのが一般的である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】ＷＯ２００８/０３２７４６号
【特許文献２】特開平１１−９５９２２号公報
【特許文献３】特開２０１０−２３９８１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、電磁誘導方式でなく磁気共鳴を用いた方式を利用して、特許文献１や特許文献２に示されるように平面上の数箇所から送電させようとする場合、従来例３のような構成の無線電力供給システム９００を幾つも横に並べて構成するか、平面に共振コイルを並べて隣接した共振コイル同士を電磁界結合させて、任意の箇所から伝送させるように構成するかのどちらかを選択することになる。
【０００６】
しかしながら、従来例３のような無線電力供給システム９００を幾つも並べて構成する方法は、製造コストがかかりすぎて現実的でない。また、平面に共振コイルを並べて構成する方法は、従来例が殆ど無い。何故なら、隣り合う共振コイルを電磁界結合させる際に、並列方向の磁界で結合させるため、僅かな共振コイル間の間隔の変化で、大きく結合係数が変化するので、設計や製造上で特性調整が難しいと言った課題が存在するためである。
【０００７】
本発明は、上述した課題を解決するもので、平面配置された共振コイル同士の電磁界結合を強くでき、しかも特性調整が容易にできる無線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】
【０００８】
この課題を解決するために、本発明の請求項１による無線電力伝送装置は、各種機器間で電気伝導線を用いることなく電力を伝送する無線電力伝送装置であって、所定の周波数で共振し、共振のための導線を備えた共振コイルを複数有し、前記複数の共振コイルが平面配置されているとともに、隣り合う前記共振コイル同士の電磁界結合を強める位置に、軟磁性体が設けられていることを特徴としている。
【０００９】
また、本発明の請求項２による無線電力伝送装置は、前記共振コイルが、渦巻き状の導線と、該導線の端部同士を接続するキャパシタとからなることを特徴としている。
【００１０】
また、本発明の請求項３による無線電力伝送装置は、前記各軟磁性体が、平面視して、２つの共振コイルのみに重なって設けられていることを特徴としている。
【００１１】
また、本発明の請求項４による無線電力伝送装置は、各前記共振コイルの前記導線の外周形状が、多角形であり、前記多角形の角の部分に軟磁性体を設けないことを特徴としている。
【００１２】
また、本発明の請求項５による無線電力伝送装置は、各前記共振コイルの前記導線の外周形状が、正多角形状であることを特徴としている。
【００１３】
また、本発明の請求項６による無線電力伝送装置は、前記正多角形状が、正平面充填形であることを特徴としている。
【００１４】
また、本発明の請求項７による無線電力伝送装置は、各前記共振コイルの前記導線の外周形状が、円形状であることを特徴としている。
【００１５】
また、本発明の請求項８による無線電力伝送装置は、前記共振コイルと前記軟磁性体とが、絶縁されていることを特徴としている。
【００１６】
また、本発明の請求項９による無線電力伝送装置は、各種機器間で電気伝導線を用いることなく電力を伝送する無線電力伝送装置であって、所定の周波数で共振し、共振のための導線を備えた共振コイルを複数有し、前記複数の共振コイルが平面配置されているとともに、隣り合う前記共振コイル同士の電磁界結合を行う位置に、平面視して、前記隣り合う共振コイルの隣り合う辺を包含して、周回している結合コイルが設けられたことを特徴としている。
【００１７】
また、本発明の請求項１０による無線電力伝送装置は、前記共振コイルが、渦巻き状の導線と、該導線の端部同士を接続するキャパシタとからなることを特徴としている。
【００１８】
また、本発明の請求項１１による無線電力伝送装置は、前記結合コイルが、スイッチと該スイッチの一端と他端とを接続する導電線からなることを特徴としている。
【００１９】
また、本発明の請求項１２による無線電力伝送装置は、前記スイッチが、電界効果トランジスタからなることを特徴としている。
【００２０】
また、本発明の請求項１３による無線電力伝送装置は、各前記共振コイルの前記導線の外周形状が、正多角形状であることを特徴としている。
【００２１】
また、本発明の請求項１４による無線電力伝送装置は、前記正多角形状が、正平面充填形であることを特徴としている。
【００２２】
また、本発明の請求項１５による無線電力伝送装置は、各前記共振コイルの前記導線の外周形状が、円形状であることを特徴としている。
【発明の効果】
【００２３】
請求項１の発明によれば、無線電力伝送装置は、隣り合う共振コイル同士の電磁界結合を強める位置に、軟磁性体が設けられているので、発生する磁界を強くでき、平面配置された共振コイル同士の電磁界結合を強くできる。このことにより、隣り合う共振コイル間の間隔が製造時の作製誤差等で多少ばらついても、結合特性の変化を小さくできる。したがって、特性調整が容易にでき、無線電力伝送装置が製造しやすくなる。
【００２４】
請求項２の発明によれば、無線電力伝送装置は、共振コイルが、渦巻き状の導線とキャパシタとからなるので、所定の周波数で容易に共振させることができる。このことにより、平面配置された共振コイル同士の電磁界結合を確実に強くでき、しかも特性調整が容易にできるようになる。
【００２５】
請求項３の発明によれば、無線電力伝送装置は、各軟磁性体が、２つの共振コイルのみに重なって設けられているので、隣り合う共振コイル間で所望しない電磁界結合をより抑えることができる。このことにより、伝送効率をより向上させることができる。
【００２６】
請求項４の発明によれば、無線電力伝送装置は、軟磁性体が、各共振コイルの導線の多角形の角に設けていないので、隣り合う共振コイル間で所望しない電磁界結合を抑えることができる。このことにより、伝送効率を向上させることができる。
【００２７】
請求項５の発明によれば、無線電力伝送装置は、各共振コイルの導線の外周形状が正多角形状であるので、隣り合う共振コイル間の間隔のバラツキを抑えることができる。このことにより、平面配置された共振コイル同士の電磁界結合をより確実に強くでき、しかも特性調整がより容易にできるようになる。
【００２８】
請求項６の発明によれば、無線電力伝送装置は、各共振コイルの導線の外周形状が正平面充填形であるので、共振コイルを効率良く配置できるとともに、隣り合う共振コイル間の間隔のバラツキを抑えることができる。このことにより、平面配置された共振コイル同士の電磁界結合をより一層確実に強くでき、しかも特性調整がより一層容易にできるようになる。
【００２９】
請求項７の発明によれば、無線電力伝送装置は、各共振コイルの導線の外周形状が円形状であるので、隣り合う共振コイル間の間隔のバラツキを抑えることができる。このことにより、平面配置された共振コイル同士の電磁界結合をより確実に強くでき、しかも特性調整がより容易にできるようになる。
【００３０】
請求項８の発明によれば、無線電力伝送装置は、共振コイルと軟磁性体とが絶縁されているので、導電性を有する軟磁性体を用いることができる。このことにより、磁束密度の大きい軟磁性体を選択することができるので、平面配置された共振コイル同士の電磁界結合をより強くできる。
【００３１】
請求項９の発明によれば、無線電力伝送装置は、隣り合う共振コイル同士の電磁界結合を行う位置に、結合コイルが設けられているので、結合コイルを介して電磁界結合を行うことができ、平面配置された共振コイル同士の電磁界結合を強くできる。このことにより、隣り合う共振コイル間の間隔が製造時の作製誤差等で多少ばらついても、結合特性の変化を小さくできる。したがって、特性調整が容易にでき、無線電力伝送装置が製造しやすくなる。
【００３２】
請求項１０の発明によれば、無線電力伝送装置は、共振コイルが、渦巻き状の導線とキャパシタとからなるので、所定の周波数で容易に共振させることができる。このことにより、平面配置された共振コイル同士の電磁界結合を確実に強くでき、しかも特性調整が容易にできるようになる。
【００３３】
請求項１１の発明によれば、無線電力伝送装置は、結合コイルが導電線と導線の一端と他端とを接続したスイッチとからなるので、スイッチをＯＮ／ＯＦＦさせることにより、伝送経路を任意に決めることができる。このことにより、隣り合う共振コイル間で所望しない電磁界結合を抑えることができ、伝送効率を向上させることができる。
【００３４】
請求項１２の発明によれば、無線電力伝送装置は、スイッチが電界効果トランジスタからなるので、簡単な配線でしかも小型にできるスイッチ構造が得られる。このことにより、無線電力伝送装置が製造しやすくなる。
【００３５】
請求項１３の発明によれば、無線電力伝送装置は、各共振コイルの導線の外周形状が正多角形状であるので、隣り合う共振コイル間の間隔のバラツキを抑えることができる。このことにより、平面配置された共振コイル同士の電磁界結合をより確実に強くでき、しかも特性調整がより容易にできるようになる。
【００３６】
請求項１４の発明によれば、無線電力伝送装置は、各共振コイルの導線の外周形状が正平面充填形であるので、共振コイルを効率良く配置できるとともに、隣り合う共振コイル間の間隔のバラツキを抑えることができる。このことにより、平面配置された共振コイル同士の電磁界結合をより一層確実に強くでき、しかも特性調整がより一層容易にできるようになる。
【００３７】
請求項１５の発明によれば、無線電力伝送装置は、各共振コイルの導線の外周形状が円形状であるので、隣り合う共振コイル間の間隔のバラツキを抑えることができる。このことにより、平面配置された共振コイル同士の電磁界結合をより確実に強くでき、しかも特性調整がより容易にできるようになる。
【００３８】
したがって、本発明の無線電力伝送装置は、平面配置された共振コイル同士の電磁界結合を強くでき、しかも特性調整が容易にできる無線電力伝送装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の第１実施形態の無線電力伝送装置を説明する構成図であって、平面図である。
【図２】本発明の第１実施形態の無線電力伝送装置を説明する構成図であって、図１に示すＩＩ−ＩＩ線における断面図である。
【図３】本発明の第２実施形態の無線電力伝送装置を説明する構成図であって、平面図である。
【図４】本発明の第２実施形態の無線電力伝送装置を説明する構成図であって、図３に示すＩＶ−ＩＶ線における断面図である。
【図５】本発明の第３実施形態の無線電力伝送装置を説明する構成図であって、平面図である。
【図６】本発明の第３実施形態の無線電力伝送装置を説明する構成図であって、図５に示すＶＩ−ＶＩ線における断面図である。
【図７】本発明の第３実施形態の無線電力伝送装置を説明する構成図であって、共振コイルを示した平面図である。
【図８】本発明の第３実施形態の無線電力伝送装置を説明する構成図であって、結合コイルを示した平面図である。
【図９】本発明の実施形態の座標入力装置における変形例１を説明した構成図であって、共振コイルを示した平面図である。
【図１０】本発明の実施形態の座標入力装置における変形例２を説明した構成図であって、共振コイルを示した平面図である。
【図１１】従来例３における無線電力供給システムの構成の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
【００４１】
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態の無線電力伝送装置１０１を説明する構成図である。図２は、本発明の第１実施形態の無線電力伝送装置１０１を説明する構成図であって、図１に示すＩＩ−ＩＩ線における断面図である。
【００４２】
本発明の第１実施形態の無線電力伝送装置１０１は、図１及び図２に示すように、複数の共振コイル１１と、複数の軟磁性体１５と、共振コイル１１と軟磁性体１５とが形成された基材１９とを備えて構成されている。
【００４３】
共振コイル１１は、図１及び図２に示すように、後述する基材１９上に設けられ、渦巻き状の導線１２と、導線１２の端部同士を接続するキャパシタ１３とから構成され、所定の周波数Ｆ１で共振するように形成されている。また、複数の共振コイルは、基材１９上に平面配置されている。
【００４４】
また、導線１２は、導電性の材料からなり、例えば銅または銅合金を好適に用い、図１に示すように、導線１２の外周形状は、正方形になるように形成されている。なお、導線１２の材料として、銅または銅合金を好適に用いたが、他の導電性の材料でも良く、例えば銀または銀合金，ニッケルまたはニッケル合金，アルミニウムまたはアルミニウム合金等でも良い。
【００４５】
また、キャパシタ１３は、一般に広く用いられている積層セラミックチップコンデンサを好適に用い、導線１２の端部同士を接続するように、図２に示すように、はんだＨＤ付けされて実装されている。なお、キャパシタ１３に積層セラミックチップコンデンサを好適に用いたが、無機系或いは有機系の誘電体膜を用いたコンポジットコンデンサ等でも良い。
【００４６】
このようにして、渦巻き状の導線１２のインダクタンスＬとキャパシタ１３の容量Ｃから、ＬＣ共振回路（Ｆ＝１／（２π√（ＬＣ）））を用いて、所定の周波数Ｆ１で容易に共振させることができる。
【００４７】
軟磁性体１５は、絶縁性の材料からなり、例えばフェライト系の材質を用い、図１に示すように、隣り合う共振コイル１１同士の電磁界結合を強める位置に、配置されている。このため、発生する磁界を強くでき、平面配置された共振コイル１１同士の電磁界結合を強くできる。特に、図１に示す本発明の無線電力伝送装置１０１は、各軟磁性体１５が、平面視して（図１の平面図）、２つの共振コイル１１のみに重なって、設けられた構成になっている。それ故に、正方形の角の部分に軟磁性体１５は設けられていない。このため、隣り合う共振コイル１１間で所望しない電磁界結合をより抑えることができる。なお、軟磁性体１５にフェライト系の材質を用いたが、絶縁性の軟磁性材料であれば良く、フェライト系の材質に限るものではない。
【００４８】
基材１９は、ガラス入りのエポキシ樹脂からなり、一般に広く知られている片面のプリント配線板（ＰＣＢ）を用いて、プリント配線板上に設けられた銅（Ｃｕ）等の金属箔を導線１２の配線パターンが得られるようにパターニングして、導線１２を形成するとともに、基材としている。なお、片面のプリント配線板の替わりに、ポリイミド樹脂（ＰＩ）等の素材のフレキシブルプリント配線板（ＦＰＣ）を用いて、基材としても良い。
【００４９】
このようにして構成された無線電力伝送装置１０１に、例えば、図１に示す共振コイル１１Ａへ電磁界結合を用いた方式等により電力が伝送されると、軟磁性体１５によって共振コイル間の電磁界結合が強められた隣り合う共振コイル１１Ｂに電力が伝送される。同様にして、共振コイル１１Ｂから共振コイル１１Ｃへ、共振コイル１１Ｃから共振コイル１１Ｄへ、共振コイル１１Ｄから共振コイル１１Ｅへ、順次電力が伝送される。そして、共振コイル１１Ｅと電磁界結合する共振体（図示していない）を共振コイル１１Ｅに近づけると、電磁界結合により、共振体に電力が伝送される。このようにして、共振コイル１１Ａへ伝送された電力が、無線電力伝送装置１０１によって、共振体に伝送される。なお、上記伝送経路は、伝送経路の一例であって、例えば共振コイル１１Ａから、軟磁性体１５によってコイル間の電磁界結合が強められた隣り合う共振コイル１１Ｆに電力が伝送され、違う伝送経路を通って共振コイル１１Ｅに電力が伝送される場合がある。
【００５０】
従来は、この伝送の際に、隣り合う共振コイル１１間の距離が近過ぎると結合係数が強過ぎて、伝送特性の最適化ができず、逆に、遠過ぎると電磁界結合が弱過ぎてやはり伝送特性の最適化ができなかった。このため、共振コイル１１間の距離をある程度離して配置する必要があったが、僅かな共振コイル１１間の間隔の変化で大きく結合係数が変化してしまい、同様にして、伝送特性の最適化ができなかった。
【００５１】
本発明の無線電力伝送装置１０１は、この共振コイル１１間の距離をある程度離して配置された共振コイル１１間に、軟磁性体１５を配置することによって、共振コイル１１同士の電磁界結合を強め、共振コイル１１間の間隔のバラツキによる結合係数の変化を小さくすることができる。このことにより、隣り合う共振コイル１１間の間隔が製造時の作製誤差等で多少ばらついても、結合特性の変化を小さくできるので、特性調整が容易にでき、無線電力伝送装置１０１が製造しやすくなる。
【００５２】
また、導線１２の外周形状は、正多角形状の正方形なので、隣り合う共振コイル１１間の間隔のバラツキを抑えることができる。このことにより、平面配置された共振コイル１１同士の電磁界結合をより確実に強くでき、しかも特性調整がより容易にできるようになる。
【００５３】
さらに、導線１２の外周形状は、正平面充填形の正多角形状なので、共振コイル１１を効率良く配置できるとともに、隣り合う共振コイル１１間の間隔のバラツキを抑えることができる。このことにより、平面配置された共振コイル同士の電磁界結合をより一層確実に強くでき、しかも特性調整がより一層容易にできるようになる。
【００５４】
以上により、本発明の無線電力伝送装置１０１は、隣り合う共振コイル１１同士の電磁界結合を強める位置に、軟磁性体１５が設けられているので、発生する磁界を強くでき、平面配置された共振コイル１１同士の電磁界結合を強くできる。このことにより、隣り合う共振コイル１１間の間隔が製造時の作製誤差等で多少ばらついても、結合特性の変化を小さくできる。したがって、特性調整が容易にでき、無線電力伝送装置１０１が製造し易くなる。
【００５５】
また、共振コイル１１が、渦巻き状の導線１２とキャパシタ１３とからなるので、所定の周波数Ｆ１で容易に共振させることができる。このことにより、平面配置された共振コイル１１同士の電磁界結合を確実に強くでき、しかも特性調整が容易にできるようになる。
【００５６】
また、各軟磁性体１５が、２つの共振コイル１１のみに重なって設けられているので、隣り合う共振コイル１１間で所望しない電磁界結合をより抑えることができる。このことにより、伝送効率をより向上させることができる。
【００５７】
また、軟磁性体１５が、各共振コイル１１の導線１２の多角形の角に設けていないので、隣り合う共振コイル１１間で所望しない電磁界結合を抑えることができる。このことにより、伝送効率を向上させることができる。
【００５８】
また、各共振コイル１１の導線１２の外周形状が正多角形状であるので、隣り合う共振コイル１１間の間隔のバラツキを抑えることができる。このことにより、平面配置された共振コイル１１同士の電磁界結合をより確実に強くでき、しかも特性調整がより容易にできるようになる。
【００５９】
また、各共振コイル１１の導線１２の外周形状が正平面充填形であるので、共振コイル１１を効率良く配置できるとともに、隣り合う共振コイル１１間の間隔のバラツキを抑えることができる。このことにより、平面配置された共振コイル１１同士の電磁界結合をより一層確実に強くでき、しかも特性調整がより一層容易にできるようになる。
【００６０】
［第２実施形態］
図３は、本発明の第２実施形態の無線電力伝送装置１０２を説明する構成図である。図４は、本発明の第２実施形態の無線電力伝送装置１０２を説明する構成図であって、図３に示すＩＶ−ＩＶ線における断面図である。第２実施形態の無線電力伝送装置１０２は、第１実施形態に対し、絶縁体７９を設けている点が異なる。なお、第１実施形態と同一構成については、同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００６１】
本発明の第２実施形態の無線電力伝送装置１０２は、図３及び図４に示すように、複数の共振コイル１１と、複数の軟磁性体２５と、共振コイル１１と軟磁性体２５とを絶縁するための絶縁体７９と、共振コイル１１、軟磁性体２５及び絶縁体７９が形成された基材１９とを備えて構成されている。
【００６２】
絶縁体７９は、絶縁性の材料からなり、例えば有機系の材質を用い、図３及び図４に示すように、基材１９上に、共振コイル１１と軟磁性体２５とが絶縁されるように、パターン状に形成されている。絶縁体７９の形成は、例えばスクリーン印刷によって行われ、印刷が可能である熱硬化型レジスト等の材質が好適に用いられる。
【００６３】
軟磁性体２５は、鉄を主成分とする材料、例えばパーマロイ（Ｆｅ−Ｎｉ合金）を用い、図３に示すように、隣り合う共振コイル１１同士の電磁界結合を強める位置に、配置されている。このため、発生する磁界を強くでき、平面配置された共振コイル１１同士の電磁界結合を強くできる。また、共振コイル１１と軟磁性体２５とが絶縁体７９により絶縁されているので、導電性を有する軟磁性体２５を用いることができる。このことにより、磁束密度の大きい軟磁性体を選択することができるので、平面配置された共振コイル１１同士の電磁界結合をより強くできる。なお、軟磁性体２５にパーマロイ（Ｆｅ−Ｎｉ合金）を用いたが、軟磁性材料であれば良く、他の鉄系材料であるセンダスト（Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ合金）や非鉄系のアモルファス磁性合金等でも良い。
【００６４】
以上により、本発明の無線電力伝送装置１０２は、隣り合う共振コイル１１同士の電磁界結合を強める位置に、軟磁性体２５が設けられているので、発生する磁界を強くでき、平面配置された共振コイル１１同士の電磁界結合を強くできる。このことにより、隣り合う共振コイル１１間の間隔が製造時の作製誤差等で多少ばらついても、結合特性の変化を小さくできる。したがって、特性調整が容易にでき、無線電力伝送装置１０２が製造し易くる。
【００６５】
また、共振コイル１１と軟磁性体２５とが絶縁体７９により絶縁されているので、導電性を有する軟磁性体２５を用いることができる。このことにより、磁束密度の大きい軟磁性体を選択することができるので、平面配置された共振コイル１１同士の電磁界結合をより強くできる。
【００６６】
［第３実施形態］
図５は、本発明の第３実施形態の無線電力伝送装置１０３を説明する構成図である。図６は、本発明の第３実施形態の無線電力伝送装置１０３を説明する構成図であって、図５に示すＶＩ−ＶＩ線における断面図である。図７は、本発明の第３実施形態の無線電力伝送装置１０３を説明する構成図であって、共振コイル１１を示した平面図である。図８は、本発明の第３実施形態の無線電力伝送装置１０３を説明する構成図であって、結合コイル３６を示した平面図である。第３実施形態の無線電力伝送装置１０３は、第１実施形態に対し、結合コイル３６を設けている点が異なる。なお、第１実施形態と同一構成については、同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００６７】
本発明の第３実施形態の無線電力伝送装置１０３は、図５ないし図８に示すように、複数の共振コイル１１と、共振コイル１１が形成された基材１９と、複数の結合コイル３６と、結合コイル３６が形成された絶縁基材３９とを備えて構成されている。
【００６８】
結合コイル３６は、図５ないし図８に示すように、後述する絶縁基材３９上に設けられ、スイッチ３８と、スイッチ３８の一端と他端とを接続している導電線３７とから構成され、隣り合う共振コイル１１同士の電磁界結合を行う位置に配置されている。また、結合コイル３６は、平面視して（図５の平面図）、隣り合う共振コイル１１の隣り合う辺を包含して、周回するように設けられている。このため、結合コイル３６を介して電磁界結合を行うことができ、平面配置された共振コイル１１同士の電磁界結合を強くできる。
【００６９】
また、導電線３７は、導電性の材料からなり、例えば銅または銅合金を好適に用い、図５に示すように、隣り合う共振コイル１１の隣り合う辺を包含して、周回するように設けられている。なお、導電線３７の材料として、銅または銅合金を好適に用いたが、他の導電性の材料でも良く、例えば銀または銀合金，ニッケルまたはニッケル合金，アルミニウムまたはアルミニウム合金等でも良い。
【００７０】
また、スイッチ３８は、電界効果トランジスタ（Field Effect Transistor、ＦＥＴ）を好適に用い、図８に示すように、導電線３７の一端と他端とを接続するように、はんだ付けされて実装されている。このため、簡単な配線でしかも小型にできるスイッチ構造が得られる。なお、スイッチ３８に電界効果トランジスタを好適に用いたが、機械式のプッシュスイッチ等でも良い。また、説明を容易にするため、スイッチ３８への配線パターンは、省略している。
【００７１】
このスイッチ３８をＯＮさせることにより、結合コイル３６を介して電磁界結合を行うことができ、平面配置された共振コイル１１同士の電磁界結合を強めることができる。また、このスイッチ３８をＯＦＦさせることにより、スイッチ３８をＯＮさせた場合と比較して、平面配置された共振コイル１１同士の電磁界結合を弱めることができる。このようにして、スイッチ３８をＯＮ／ＯＦＦさせることにより、共振コイル１１同士の電磁界結合の強さを任意に決めることができる。
【００７２】
絶縁基材３９は、ポリイミド樹脂（ＰＩ）からなり、一般に広く知られている片面のフレキシブルプリント配線板（ＦＰＣ）を用いて、フレキシブルプリント配線板上に設けられた銅（Ｃｕ）等の金属箔を、導電線３７のパターンと、スイッチ３８への配線パターン（図示していない）が得られるようにパターニングして、導電線３７及び配線パターン（図示していない）を形成するとともに、絶縁基材としている。また、図８に示すように、絶縁基材３９には、図７に示すキャパシタ１３の位置に対応した孔５９が、複数個設けられている。なお、片面のフレキシブルプリント配線板（ＦＰＣ）の替わりに、バインダー樹脂と導電性部材とを有した導電性インクを、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）或いはＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）等のフィルム基材にスクリーン版で印刷し、乾燥，固化する方法を用いて作製しても良い。
【００７３】
そして、図６に示すように、図７に示す共振コイル１１が設けられた基材１９と、図８に示す結合コイル３６が設けられた絶縁基材３９とを、各キャパシタ１３が各孔５９に入るように重ね合わせ、接着剤ＡＤ等で接着して貼り合わせる。このようにして、図５に示す無線電力伝送装置１０３が作製される。
【００７４】
このようにして構成された無線電力伝送装置１０３に、例えば、図５に示す共振コイル１１Ａへ電磁界結合を用いた方式等により電力が伝送されると、スイッチ３８がＯＮになった結合コイル３６Ｆによって、共振コイル間の電磁界結合が強められ、隣り合う共振コイル１１Ｆに電力が伝送される。この際に、共振コイル１１Ａと隣り合うもう一つの共振コイル１１Ｂのとの間に設けられた結合コイル３６Ｂは、スイッチ３８がＯＦＦにされている。
【００７５】
同様にして、共振コイル１１Ｆから共振コイル１１Ｇへ、共振コイル１１Ｇから共振コイル１１Ｄへ、共振コイル１１Ｄから共振コイル１１Ｅへ、順次電力が伝送されるように、結合コイル３６Ｇ、結合コイル３６Ｄ及び結合コイル３６Ｅのスイッチ３８をＯＮにしておく。また、上記以外の伝送経路にある結合コイル３６のスイッチ３８は、ＯＦＦにしておく。そして、共振コイル１１Ｅと電磁界結合する共振体（図示していない）を共振コイル１１Ｅに近づけると、電磁界結合により、共振体に電力が伝送される。このようにして、共振コイル１１Ａへ伝送された電力が、無線電力伝送装置１０１によって、共振体に伝送される。なお、上記伝送経路は、伝送経路の一例であって、結合コイル３６のスイッチ３８をＯＮ／ＯＦＦさせることにより、伝送経路を任意に決めることができる。
【００７６】
以上により、本発明の無線電力伝送装置１０３は、隣り合う共振コイル１１同士の電磁界結合を行う位置に、結合コイル３６が設けられているので、結合コイル３６を介して電磁界結合を行うことができ、平面配置された共振コイル１１同士の電磁界結合を強くできる。このことにより、隣り合う共振コイル１１間の間隔が製造時の作製誤差等で多少ばらついても、結合特性の変化を小さくできる。したがって、特性調整が容易にでき、無線電力伝送装置１０３が製造し易くなる。
【００７７】
また、結合コイル３６が導電線３７と導電線３７の一端と他端とを接続したスイッチ３８とからなるので、スイッチ３８をＯＮ／ＯＦＦさせることにより、伝送経路を任意に決めることができる。このことにより、隣り合う共振コイル１１間で所望しない電磁界結合を抑えることができ、伝送効率を向上させることができる。
【００７８】
また、スイッチ３８が電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）からなるので、簡単な配線でしかも小型にできるスイッチ構造が得られる。このことにより、無線電力伝送装置１０３が製造し易くなる。
【００７９】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば次のように変形して実施することができ、これらの実施形態も本発明の技術的範囲に属する。
【００８０】
＜変形例１＞
図９は、本発明の実施形態の座標入力装置における変形例１を説明した構成図であって、共振コイル２１を示した平面図である。
上記実施形態では、共振コイル１１の導線１２の外周形状は、正方形になるように構成したが、図９に示すように、共振コイル２１の導線２２の外周形状が、円形状であっても良い。
【００８１】
＜変形例２＞
図１０は、本発明の実施形態の座標入力装置における変形例２を説明した構成図であって、共振コイル３１を示した平面図である。
上記実施形態では、共振コイル１１の導線１２の外周形状は、正平面充填形の正方形になるように構成したが、図１０に示すように、共振コイル３１の導線３２の外周形状が、同じ正平面充填形の正六角形であっても良い。他に、同じ正平面充填形の正三角形であっても良い。
【００８２】
＜変形例３＞
上記実施形態では、共振コイル１１の導線１２の外周形状は、正多角形の正方形になるように構成したが、共振コイルの導線の外周形状が、同じ正多角形状の正五角形であっても良い。他に、同じ正多角形状の正八角形等であっても良い。
【００８３】
＜変形例４＞
上記実施形態では、共振コイル１１は、導線１２とキャパシタ１３とから構成したが、キャパシタ１３が無く導線１２のみで構成しても良い。
【００８４】
＜変形例５＞
上記第１実施形態及び第２実施形態では、各軟磁性体１５が、平面視して、２つの共振コイル１１のみに重なって、設けられた構成にしたが、各軟磁性体１５の全て或いは一部がつながっていても良い。
【００８５】
＜変形例６＞
上記第２実施形態では、絶縁体７９について、印刷が可能である熱硬化型レジスト等の材質を選定しスクリーン印刷によってパターン状に形成するように構成したが、絶縁体７９の替わりに、共振コイル１１を覆うように、絶縁性のフィルムシートを基材１９に貼り合わせても良い。
【００８６】
本発明は上記実施の形態に限定されず、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更することが可能である。
【符号の説明】
【００８７】
１１、２１、３１、１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄ、１１Ｅ、１１Ｆ、１１Ｇ 共振コイル
１２、２２、３２ 導線
１３ キャパシタ
１５、２５ 軟磁性体
３６、３６Ｂ、３６Ｄ、３６Ｅ、３６Ｆ、３６Ｇ 結合コイル
３７ 導電線
３８ スイッチ
１０１、１０２、１０３ 無線電力伝送装置
Ｆ１ 所定の周波数
【特許請求の範囲】
【請求項１】
各種機器間で電気伝導線を用いることなく電力を伝送する無線電力伝送装置であって、
所定の周波数で共振し、共振のための導線を備えた共振コイルを複数有し、
前記複数の共振コイルが平面配置されているとともに、
隣り合う前記共振コイル同士の電磁界結合を強める位置に、軟磁性体が設けられていることを特徴とする無線電力伝送装置。
【請求項２】
前記共振コイルは、渦巻き状の導線と、該導線の端部同士を接続するキャパシタとからなることを特徴とする請求項１に記載の無線電力伝送装置。
【請求項３】
前記各軟磁性体は、平面視して、２つの共振コイルのみに重なって設けられていることを特徴とする請求項２に記載の無線電力伝送装置。
【請求項４】
各前記共振コイルの前記導線の外周形状が、多角形であり、
前記多角形の角の部分に軟磁性体を設けないことを特徴とする請求項２に記載の無線電力伝送装置。
【請求項５】
各前記共振コイルの前記導線の外周形状が、正多角形状であることを特徴とする請求項２ないし請求項４のいずれかに記載の無線電力伝送装置。
【請求項６】
前記正多角形状は、正平面充填形であることを特徴とする請求項５に記載の無線電力伝送装置。
【請求項７】
各前記共振コイルの前記導線の外周形状が、円形状であることを特徴とする請求項２または請求項３のいずれかに記載の無線電力伝送装置。
【請求項８】
前記共振コイルと前記軟磁性体とが、絶縁されていることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の無線電力伝送装置。
【請求項９】
各種機器間で電気伝導線を用いることなく電力を伝送する無線電力伝送装置であって、
所定の周波数で共振し、共振のための導線を備えた共振コイルを複数有し、
前記複数の共振コイルが平面配置されているとともに、
隣り合う前記共振コイル同士の電磁界結合を行う位置に、平面視して、前記隣り合う共振コイルの隣り合う辺を包含して、周回している結合コイルが設けられたことを特徴とする無線電力伝送装置。
【請求項１０】
前記共振コイルは、渦巻き状の導線と、該導線の端部同士を接続するキャパシタとからなることを特徴とする請求項９に記載の無線電力伝送装置。
【請求項１１】
前記結合コイルは、スイッチと該スイッチの一端と他端とを接続する導電線からなることを特徴とする請求項９または請求項１０に記載の無線電力伝送装置。
【請求項１２】
前記スイッチは、電界効果トランジスタからなることを特徴とする請求項１１に記載の無線電力伝送装置。
【請求項１３】
各前記共振コイルの前記導線の外周形状が、正多角形状であることを特徴とする請求項１０ないし請求項１２のいずれかに記載の無線電力伝送装置。
【請求項１４】
前記正多角形状は、正平面充填形であることを特徴とする請求項１３に記載の無線電力伝送装置。
【請求項１５】
各前記共振コイルの前記導線の外周形状が、円形状であることを特徴とする請求項１０ないし請求項１２のいずれかに記載の無線電力伝送装置。
【請求項１】
各種機器間で電気伝導線を用いることなく電力を伝送する無線電力伝送装置であって、
所定の周波数で共振し、共振のための導線を備えた共振コイルを複数有し、
前記複数の共振コイルが平面配置されているとともに、
隣り合う前記共振コイル同士の電磁界結合を強める位置に、軟磁性体が設けられていることを特徴とする無線電力伝送装置。
【請求項２】
前記共振コイルは、渦巻き状の導線と、該導線の端部同士を接続するキャパシタとからなることを特徴とする請求項１に記載の無線電力伝送装置。
【請求項３】
前記各軟磁性体は、平面視して、２つの共振コイルのみに重なって設けられていることを特徴とする請求項２に記載の無線電力伝送装置。
【請求項４】
各前記共振コイルの前記導線の外周形状が、多角形であり、
前記多角形の角の部分に軟磁性体を設けないことを特徴とする請求項２に記載の無線電力伝送装置。
【請求項５】
各前記共振コイルの前記導線の外周形状が、正多角形状であることを特徴とする請求項２ないし請求項４のいずれかに記載の無線電力伝送装置。
【請求項６】
前記正多角形状は、正平面充填形であることを特徴とする請求項５に記載の無線電力伝送装置。
【請求項７】
各前記共振コイルの前記導線の外周形状が、円形状であることを特徴とする請求項２または請求項３のいずれかに記載の無線電力伝送装置。
【請求項８】
前記共振コイルと前記軟磁性体とが、絶縁されていることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の無線電力伝送装置。
【請求項９】
各種機器間で電気伝導線を用いることなく電力を伝送する無線電力伝送装置であって、
所定の周波数で共振し、共振のための導線を備えた共振コイルを複数有し、
前記複数の共振コイルが平面配置されているとともに、
隣り合う前記共振コイル同士の電磁界結合を行う位置に、平面視して、前記隣り合う共振コイルの隣り合う辺を包含して、周回している結合コイルが設けられたことを特徴とする無線電力伝送装置。
【請求項１０】
前記共振コイルは、渦巻き状の導線と、該導線の端部同士を接続するキャパシタとからなることを特徴とする請求項９に記載の無線電力伝送装置。
【請求項１１】
前記結合コイルは、スイッチと該スイッチの一端と他端とを接続する導電線からなることを特徴とする請求項９または請求項１０に記載の無線電力伝送装置。
【請求項１２】
前記スイッチは、電界効果トランジスタからなることを特徴とする請求項１１に記載の無線電力伝送装置。
【請求項１３】
各前記共振コイルの前記導線の外周形状が、正多角形状であることを特徴とする請求項１０ないし請求項１２のいずれかに記載の無線電力伝送装置。
【請求項１４】
前記正多角形状は、正平面充填形であることを特徴とする請求項１３に記載の無線電力伝送装置。
【請求項１５】
各前記共振コイルの前記導線の外周形状が、円形状であることを特徴とする請求項１０ないし請求項１２のいずれかに記載の無線電力伝送装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１３−５５２３（Ｐ２０１３−５５２３Ａ）
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１３２３６７（Ｐ２０１１−１３２３６７）
【出願日】平成２３年６月１４日（２０１１．６．１４）
【出願人】（００００１００９８）アルプス電気株式会社 (4,263)
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月１４日（２０１１．６．１４）
【出願人】（００００１００９８）アルプス電気株式会社 (4,263)
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