電力伝送用アンテナ、送電装置および非接触型電力伝送装置
【課題】送電装置に使用された場合に、受電装置側のアンテナの位置に拘わらず、受電装置側に電力を確実に伝送し得る電力伝送用アンテナを提供する。
【解決手段】導線６を１ターンまたは２ターン以上巻回して構成した送信アンテナ１２の一部を構成する辺部Ａ１，Ａ５が、送信アンテナ１２の残りの部位を構成する他の辺部Ａ２，Ａ３，Ａ４を含む平面ＰＬ１と交差する平面ＰＬ２内に位置すると共に、全体として非面対称の構造に構成されている。
【解決手段】導線６を１ターンまたは２ターン以上巻回して構成した送信アンテナ１２の一部を構成する辺部Ａ１，Ａ５が、送信アンテナ１２の残りの部位を構成する他の辺部Ａ２，Ａ３，Ａ４を含む平面ＰＬ１と交差する平面ＰＬ２内に位置すると共に、全体として非面対称の構造に構成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非接触電力伝送に使用される電力伝送用アンテナ、この電力伝送用アンテナを備えた送電装置、およびこの送電装置と受電装置とを備えた非接触型電力伝送装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の非接触型電力伝送装置として、下記特許文献１に開示された非接触電力伝送装置が知られている。この非接触電力伝送装置では、送電装置に使用される送信アンテナ（電力伝送用アンテナ）、および受電装置に使用される受信アンテナとして、平面状のコイルが使用されている。この平面状のコイルは、導線を複数ターン巻回することにより、ループアンテナとして構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−６６３３６号公報（第４頁、第２−３図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、従来の非接触型電力伝送装置には、以下の解決すべき課題が存在している。すなわち、この非接触型電力伝送装置では、送電装置および受電装置に使用される送信および受信用のアンテナとして、平面状のコイルが使用されているため、それぞれのアンテナが互いに平行な状態で対向して配設されているときには、電力伝送効率が良好な状態で電力が伝送されるが、一方のアンテナに対して他方のアンテナが特定の位置に配設されているとき、具体的には、送電装置側の送信アンテナを面対称となるように２つに分断する平面内に受電装置側の受信アンテナが位置しているときには、両電力用コイル間の結合係数が限りなく零に近くなるため、電力伝送効率が大幅に低下する。すなわち、この非接触型電力伝送装置には、送信アンテナに対する受信アンテナの位置によっては、電力伝送効率が大幅に低下する場合が生じるという解決すべき課題が存在している。この課題は、電磁誘導方式での電力伝送において生じるのは勿論のこと、両コイルの位置ずれに対する許容度の高い磁界共鳴方式での電力伝送においても生じるおそれがある。
【０００５】
本発明は、かかる課題を解決すべくなされたものであり、送電装置に使用された場合に、受電装置側のアンテナの位置に拘わらず、受電装置側に電力を確実に伝送し得る電力伝送用アンテナを提供することを主目的とする。また、この電力伝送用アンテナを備えた送電装置、およびこの送電装置を備えた非接触型電力伝送装置を提供することを他の主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成すべく請求項１記載の電力伝送用アンテナは、導線を１ターンまたは２ターン以上巻回して構成した環状コイルを構成する１ターン分の前記導線の一部を構成する１以上の辺部が、当該１ターン分の導線の残りの部位を構成する他の辺部を含む平面および曲面のいずれかの第１面と交差する平面および曲面のいずれかの第２面内に位置すると共に、全体として非面対称の構造に構成されている。
【０００７】
また、請求項２記載の電力伝送用アンテナは、請求項１記載の電力伝送用アンテナにおいて、前記環状コイルは前記導線を２ターン以上重ねて巻回して構成され、前記環状コイルの一部を構成する１以上の辺部が、当該環状コイルの残りの部位を構成する他の辺部を含む前記第１面と交差する前記第２面内に位置するように構成されている。
【０００８】
また、請求項３記載の送電装置は、請求項１または２記載の電力伝送用アンテナと、交流信号を発生して前記電力伝送用アンテナに出力する信号発生部と、前記電力伝送用アンテナと前記信号発生部との間に配設されて当該電力伝送用アンテナおよび当該信号発生部を整合させる整合部とを備えている。
【０００９】
また、請求項４記載の非接触型電力伝送装置は、請求項３記載の送電装置と、前記送電装置の前記電力伝送用アンテナと電磁結合して交流電圧を発生させる受電用アンテナ、および当該受電用アンテナに発生した前記交流電圧を整流すると共に平滑して直流電圧を生成する直流電圧生成部を有する受電装置とを備えている。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１記載の電力伝送用アンテナでは、１ターン分の導線について、互いに交差する第１面および第２面に含まれる辺部を備え、かつ電力伝送用アンテナ全体として非面対称の構造に構成されているため、受電装置の向きや位置に大きな影響を受けることなく、常に一定以上の結合度（中程度以上の結合度）で受電装置の受信アンテナと結合される。したがって、この電力伝送用アンテナによれば、受電装置の向きや位置に起因して、受電装置の受信アンテナとの結合度が極端に小さくなるといった事態の発生を確実に回避することができる。
【００１１】
請求項２記載の電力伝送用アンテナでは、導線を２ターン以上重ねて巻回して構成された環状コイルの一部を構成する１以上の辺部が、この環状コイルの残りの部位を構成する他の辺部を含む第１面と交差する第２面内に位置して構成されているため、請求項１記載の電力伝送用アンテナと同様にして、受電装置の向きや位置に大きな影響を受けることなく、常に一定以上の結合度（中程度以上の結合度）で受電装置の受信アンテナと結合されることから、受電装置の向きや位置に起因して、受電装置の受信アンテナとの結合度が極端に小さくなるといった事態の発生を確実に回避することができる。
【００１２】
請求項３記載の送電装置、およびこの送電装置を備えた請求項４記載の非接触型電力伝送装置によれば、電力伝送用アンテナを周囲に形成した部屋内において（つまり、電力伝送用アンテナの近傍の空間内において）、受信アンテナを内蔵する携帯端末などの受電装置の向きや位置を変化させたとしても、受電装置によって受電される電力が極端に低下するといった事態の発生を確実に回避しつつ、受電装置に対して送電電力を伝送することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】非接触型電力伝送装置１のブロック図である。
【図２】送信アンテナ１２の構成を説明するための説明図である。
【図３】送電装置２の第１整合部１３についての回路図である。
【図４】受電装置３の第２整合部２２についての回路図である。
【図５】他の送信アンテナ１２Ａの構成を説明するための説明図である。
【図６】他の送信アンテナ１２Ｂの構成を説明するための説明図である。
【図７】他の送信アンテナ１２Ｃの構成を説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、添付図面を参照して、電力伝送用アンテナ、送電装置および非接触型電力伝送装置の実施の形態について説明する。
【００１５】
図１に示す非接触型電力伝送装置（以下、単に「電力伝送装置」ともいう）１は、送電装置２および受電装置３を備え、送電装置２が受電装置３に送電し（送電装置２が送電電力を受電装置３に伝送し）、受電装置３が、送電装置２から伝送された送電電力を非接触で受電すると共に、受電した送電電力を負荷（本例ではバッテリ）４に対して供給可能に構成されている。
【００１６】
本例では一例として、送電装置２は、図２に示すように、部屋５内に存在する受電装置３としての携帯端末に送電する構成のため、受電装置３は、受電した送電電力を受電装置３自体に内蔵されている負荷（バッテリ）４に供給する。
【００１７】
送電装置２は、図１，２に示すように、信号発生部１１、送信アンテナ１２および第１整合部１３を備えて構成されている。信号発生部１１は、交流信号Ｓ１を発生して出力する。また、信号発生部１１は、交流信号Ｓ１の出力電力値を変更可能に構成されている。具体的には、信号発生部１１は、交流信号Ｓ１を規定電力値Ｗ１ａで出力する状態、および交流信号Ｓ１を規定電力値Ｗ１ａ未満の電力値Ｗ１ｂで出力する状態のうちの任意の一方の状態で動作可能となっている。
【００１８】
送信アンテナ１２は、電力送電用アンテナであって、一例として、図２において太線で示すように、導線６を部屋５の壁面に沿って１ターンまたは重ねて２ターン以上を巻回（本例では一例として、重ねて２ターン以上を巻回。以下の送信アンテナ１２Ａ，１２Ｂも同様）することにより、環状コイルとして構成されている。具体的には、下壁面（床）５ａ、上壁面（天井）５ｂ、および４つの壁面（側壁）５ｃ，５ｄ，５ｅ，５ｆで構成される直方体の部屋５に対して、送信アンテナ１２は、２つの壁面５ｃおよび壁面５ｆの接合部に沿って配設した導線６で構成される辺部Ａ１、壁面５ｃおよび下壁面５ａの接合部に沿って配設した導線６で構成される辺部Ａ２、この辺部Ａ２の壁面５ｄ側の端部から２つの壁面５ｄおよび壁面５ｅの接合部の上端に至る経路（壁面５ｄの対角線）に沿って配設した導線６で構成される辺部Ａ３、壁面５ｅおよび上壁面５ｂの接合部に沿って配設した導線６で構成される辺部Ａ４、並びに壁面５ｆおよび上壁面５ｂの接合部に沿って配設した導線６で構成される辺部Ａ５で構成されている。
【００１９】
また、このようにして部屋５を囲むように導線６を巻回して構成した送信アンテナ１２は、送信アンテナ１２の一部（環状コイルの一部）を構成する辺部Ａ１，Ａ５が、送信アンテナ１２の残りの部位を構成する他の辺部Ａ２，Ａ３，Ａ４を含む平面ＰＬ１（斜線を付した第１面としての平面）と直線Ｌ１（図２中において一点鎖線で示す直線）で交差する平面（第２面としての他の平面）ＰＬ２内に位置するように、他の辺部Ａ２，Ａ３，Ａ４に対して直線Ｌ１で折曲されて構成されている。また、送信アンテナ１２は、辺部Ａ２，Ａ３，Ａ４で構成される部位については面対称であるが、各辺部Ａ１，Ａ５の互いの長さが相違するため、辺部Ａ１，Ａ５で構成される部位については非面対称である。このため、送信アンテナ１２は、全体として非面対称の構造に構成されている。
【００２０】
また、送信アンテナ１２は、受電装置３に配設した後述の受信アンテナ２１と電磁結合する。具体的には、送信アンテナ１２は、受信アンテナ２１と共に一対の共鳴器（一対の自己共振コイル）を構成し、電磁場において共鳴する。
【００２１】
第１整合部１３は、図１，２に示すように、送電側の整合部であって、信号発生部１１と送信アンテナ１２との間に配設されて（具体的には、信号発生部１１と送信アンテナ１２とを接続する伝送路に介装されて）、受信アンテナ２１との間の距離に応じて変化する送信アンテナ１２のインピーダンス（入力インピーダンス）に信号発生部１１側のインピーダンスを整合させる（信号発生部１１と送信アンテナ１２とを整合状態に移行させる）。
【００２２】
本例では、一例として、第１整合部１３は、図３に示すように、送信アンテナ１２に対して並列に接続した可変コンデンサ１３ａと、送信アンテナ１２に対して直列（具体的には、送信アンテナ１２および可変コンデンサ１３ａからなる並列回路に対して直列）に接続した可変コンデンサ１３ｂとを備えて構成されている。この構成により、第１整合部１３は、可変コンデンサ１３ａ，１３ｂの各静電容量が調整されることで、送信アンテナ１２（詳しくは、信号発生部１１側から見た送信アンテナ１２の入力インピーダンス）と信号発生部１１（詳しくは、送信アンテナ１２側から見た信号発生部１１側の出力インピーダンス）とを整合させる。
【００２３】
受電装置３は、図１に示すように、受信アンテナ２１、第２整合部２２および整流部２３を備えて構成されている。受信アンテナ２１は、受電用アンテナであって、一例として、図２に示すように、円環状の平面コイルで構成されている。なお、図２では、形状が明確になるように受信アンテナ２１を実線で示しているが、受信アンテナ２１は実際には受電装置３の内部に配設されている。また、受信アンテナ２１は、送電装置２の送信アンテナ１２と電磁結合して（つまり、送信アンテナ１２によって発生させられた電磁場により）、その両端間に誘導電圧Ｖ１を発生させる。
【００２４】
第２整合部２２は、受電側の整合部であって、受信アンテナ２１と整流部２３との間に配設されて（具体的には、受信アンテナ２１と整流部２３とを接続する伝送路に介装されて）、受信アンテナ２１のインピーダンス（出力インピーダンス）と整流部２３側のインピーダンスとを整合させる（受信アンテナ２１と整流部２３とを整合状態に移行させる）。
【００２５】
本例では、一例として、第２整合部２２は、図４に示すように、受信アンテナ２１に対して並列に接続した可変コンデンサ２２ａと、受信アンテナ２１に対して直列（すなわち、受信アンテナ２１および可変コンデンサ２２ａからなる並列回路に対して直列）に接続した可変コンデンサ２２ｂとを備え、第１整合部１３と同一の回路に構成されている。この構成により、第２整合部２２は、可変コンデンサ２２ａ，２２ｂの各静電容量が調整されることで、受信アンテナ２１（詳しくは、整流部２３側から見た受信アンテナ２１の出力インピーダンス）と整流部２３（詳しくは、受信アンテナ２１側から見た整流部２３の入力インピーダンス）とを整合させる。この例では、第２整合部２２は、受信アンテナ２１と整流部２３とが整合するように、各可変コンデンサ２２ａ，２２ｂの静電容量が予め設定されているものとする。
【００２６】
整流部２３は、直流電圧生成部の一例であって、図１に示すように、受信アンテナ２１に生じる誘導電圧Ｖ１を第２整合部２２を介して入力すると共に、この誘導電圧Ｖ１に基づいて、バッテリ４に供給する直流電圧Ｖｏを生成する。具体的には、整流部２３は、整流回路および平滑回路で構成されて、第２整合部２２から出力される誘導電圧（交流電圧）Ｖ１を整流・平滑して直流電圧Ｖｏを生成すると共に、生成した直流電圧Ｖｏをバッテリ４に供給（出力）する。また、整流部２３に代えて、例えば、ＡＣ−ＤＣコンバータで電圧生成部を構成することもできる。
【００２７】
次に、電力伝送装置１の電力伝送動作について説明する。
【００２８】
まず、電力伝送装置１では、規定電力値Ｗ１ａでの電力伝送に先立ち、送電装置２に対する整合調整が実施される。
【００２９】
この整合調整では、まず、送電装置２の信号発生部１１に対して、電力値Ｗ１ｂ（例えば、１Ｗ）の電力で交流信号Ｓ１を出力させる（交流信号Ｓ１を小電力で出力させる）。これにより、第１整合部１３および送信アンテナ１２を介して送電装置２から受電装置３に対して送電電力が出力される。受電装置３では、送信アンテナ１２と電磁結合する受信アンテナ２１に誘導電圧Ｖ１が発生するため、整流部２３は、第２整合部２２を介して出力されるこの誘導電圧Ｖ１を整流することにより、直流電圧Ｖｏの生成を開始する。この直流電圧Ｖｏは、バッテリ４に供給される。
【００３０】
この状態では、第１整合部１３が無調整であるため、送電装置２では、信号発生部１１と送信アンテナ１２との間の整合が取れていない（不整合状態にある）。このため、不整合状態にあることに起因して、送電装置２は、電力損失の発生する状態となっている。しかしながら、信号発生部１１から出力される交流信号Ｓ１の電力が小電力（電力値Ｗ１ｂ）であるため、不整合状態にある送電装置２において発生する損失は、極めて小さい状態に抑えられている。
【００３１】
次いで、第１整合部１３に対する操作を行うことにより、信号発生部１１と送信アンテナ１２とを整合させる送電側整合調整を実施する。この送電側整合調整に際しては、例えば、信号発生部１１と第１整合部１３との間に不図示の反射電力計測器を介装して、この反射電力計測器で計測される第１整合部１３からの反射電力値が予め規定したしきい値以下となるように（整合状態となるように）、第１整合部１３の各可変コンデンサ１３ａ，１３ｂの静電容量を調整する。
【００３２】
この送電側整合調整の実施により、送電装置２では、信号発生部１１および送信アンテナ１２が整合状態となることから、送電装置２は、送電動作中に発生する電力損失が極めて小さい状態に移行する。これにより、送電装置２から受電装置３に対して、電力値Ｗ１ｂの送電電力が損失の少ない状態で伝送され、受電装置３は、この送電電力に基づいて電力値Ｗ１ｂの直流電圧Ｖｏを生成して、バッテリ４に供給する。
【００３３】
最後に、送電装置２の信号発生部１１に対して、交流信号Ｓ１を規定電力値Ｗ１ａ（例えば、１００Ｗ）で出力させる。この場合、送電装置２では、信号発生部１１および送信アンテナ１２が既に整合状態にあることから、信号発生部１１から出力される交流信号Ｓ１の電力がほぼそのまま（損失の極めて少ない状態で）、送信アンテナ１２から送電電力として送電される。
【００３４】
また、この送電装置２では、部屋５の周囲に配設した送信アンテナ１２は、一般的な平面状の環状コイル（１つの平面内にすべての部位が位置する環状コイル）ではなく、送信アンテナ１２の一部を構成する辺部Ａ１，Ａ５が送信アンテナ１２の残りの部位を構成する他の辺部Ａ２，Ａ３，Ａ４を含む平面ＰＬ１と交差する平面ＰＬ２内に位置する構成の非平面状の環状コイルであって、かつ各辺部Ａ１，Ａ５の長さが相違することから全体として非面対称の構造に構成されている。
【００３５】
このため、一般的な平面状の環状コイルで構成した送信アンテナでは、部屋５の中で受電装置３を回転させたり、移動させたりしたときに、特定の向きや位置において受信アンテナ２１との結合度が極めて大きくなるものの、他の特定の向きや特定の位置において受信アンテナ２１との結合度が極端に小さくなるといった状況に陥る（つまり、送信アンテナは強い指向性を持つ）。これに対して、上記のように構成した送信アンテナ１２では、異なる平面ＰＬ１，ＰＬ２に含まれる辺部を備え、かつ全体として非面対称の構造に構成されているため、受電装置３の向きや位置に大きな影響を受けることなく、常に一定以上の結合度（中程度以上の結合度）で受電装置３の受信アンテナ２１と結合される。つまり、送信アンテナ１２は、いわゆる無指向性に近い特性を有する。
【００３６】
これにより、この送信アンテナ１２によれば、受電装置３の向きや位置に起因して、受電装置３の受信アンテナ２１との結合度が極端に小さくなるといった事態の発生を確実に回避することができる。
【００３７】
また、この送信アンテナ１２を備えた送電装置２、およびこの送電装置２を備えた電力伝送装置１によれば、送信アンテナ１２を周囲に形成した部屋５内において（つまり、送信アンテナ１２の近傍の空間内において）、受信アンテナ２１を内蔵する携帯端末などの受電装置３の向きや位置を変化させたとしても、受電装置３によって受電される電力が極端に低下するといった事態の発生を確実に回避しつつ、受電装置３に対して送電電力を伝送することができる。
【００３８】
なお、異なる２つの平面ＰＬ１，ＰＬ２に含まれる辺部を備えている送信アンテナ１２について説明したが、送信アンテナでは、３つ以上の平面に含まれる辺部を備えた構成を採用することもできる。一例として３つの平面に含まれる辺部を備えた送信アンテナ１２Ａについて図５を参照して説明する。
【００３９】
送信アンテナ１２Ａは、部屋５の２つの壁面５ｃおよび壁面５ｆの接合部に沿って配設した導線６で構成される辺部Ａ１、壁面５ｃおよび下壁面５ａの接合部に沿って配設した導線６で構成される辺部Ａ２、この辺部Ａ２の壁面５ｄ側の端部から２つの壁面５ｄおよび壁面５ｅの接合部の上端に至る経路（壁面５ｄの対角線）に沿って配設した導線６で構成される辺部Ａ３、壁面５ｄおよび壁面５ｅの接合部の上端から壁面５ｅおよび下壁面５ａの接合部における壁面５ｆ寄りの部位（点）Ｂに至る経路に沿って配設した導線６で構成される辺部Ａ４、この部位Ｂから壁面５ｅおよび壁面５ｆの接合部の下端に至る経路に沿って配設した導線６で構成される辺部Ａ５、壁面５ｅおよび壁面５ｆの接合部に沿って配設した導線６で構成される辺部Ａ６、並びに壁面５ｆおよび上壁面５ｂの接合部に沿って配設した導線６で構成される辺部Ａ７を備えている。
【００４０】
また、このようにして部屋５を囲むように導線６を巻回して構成した送信アンテナ１２Ａは、送信アンテナ１２Ａの一部を構成する辺部Ａ１，Ａ６，Ａ７と、別の一部を構成する辺部Ａ３，Ａ４とが、送信アンテナ１２Ａの残りの部位を構成する他の辺部Ａ２，Ａ５を含む平面ＰＬ１（下壁面５ａを含む平面。斜線を付した第１面としての平面）と直線Ｌ１で交差する平面（第２面としての他の平面）ＰＬ２内、および平面ＰＬ１と直線Ｌ２で交差する平面（他の第２面としての平面）ＰＬ３内にそれぞれ位置するように、辺部Ａ１，Ａ６，Ａ７で構成される送信アンテナ１２Ａの一部については他の辺部Ａ２，Ａ５（他の辺部Ａ２，Ａ５を含む平面ＰＬ１）に対して直線Ｌ１（壁面５ｆおよび下壁面５ａの接合部）で折曲され、辺部Ａ３，Ａ４で構成される送信アンテナ１２Ａの一部については他の辺部Ａ２（平面ＰＬ１）に対して直線Ｌ２（図５中において一点鎖線で示される直線）で折曲されて構成されている。
【００４１】
なお、部位（点）Ｂが、壁面５ｆ方向へ移動して、壁面５ｅおよび壁面５ｆの接合部における下端に達したときには、辺部Ａ２と共にこの平面ＰＬ１を規定していた辺部Ａ５が消滅する。このため、この構成では、送信アンテナ１２Ａは、下壁面５ａの下方において互いに交差する２つの平面ＰＬ２，ＰＬ３に含まれる辺部（辺部Ａ１，Ａ６，Ａ７と、辺部Ａ３，Ａ４）を備えた構成となる。
【００４２】
また、送信アンテナ１２Ａは、辺部Ａ１，Ａ５，Ａ６で構成される部位については面対称であるが、各辺部Ａ３，Ａ４は互いの長さが相違するため、辺部Ａ３，Ａ４で構成される部位については非面対称である。このため、送信アンテナ１２Ａは、全体として非面対称の構造に構成されている。
【００４３】
したがって、この送信アンテナ１２Ａも上記した送信アンテナ１２と同様にして、異なる平面ＰＬ１，ＰＬ２，ＰＬ３に含まれる辺部を備え、かつ全体として非面対称の構造に構成されているため、部屋５内に位置している受電装置３の向きや位置に大きな影響を受けることなく、常に一定以上の結合度（中程度以上の結合度）で受電装置３の受信アンテナ２１と結合することができる結果、受電装置３の向きや位置に起因して、受電装置３の受信アンテナ２１との結合度が極端に小さくなるといった事態の発生を確実に回避することができる。
【００４４】
また、異なる平面にそれぞれ含まれる辺部を備えている送信アンテナ１２，１２Ａについて説明したが、送信アンテナでは、平面と曲面にそれぞれ含まれる辺部を備えている構成や、異なる曲面にそれぞれ含まれる辺部を備えている構成を採用することもできる。一例として曲面と平面に含まれる辺部を備えた送信アンテナ１２Ｂについて図６を参照して説明する。
【００４５】
送信アンテナ１２Ｂは、上記した部屋５における壁面５ｆのみを図６に示すように曲面に形成して構成した部屋５１の周囲に巻回して構成されており、部屋５１の２つの壁面５ｃおよび壁面５ｆの接合部に沿って配設した導線６で構成される辺部Ａ１、壁面５ｃおよび下壁面５ａの接合部に沿って配設した導線６で構成される辺部Ａ２、この辺部Ａ２の壁面５ｄ側の端部から２つの壁面５ｄおよび壁面５ｅの接合部の上端に至る経路（壁面５ｄの対角線）に沿って配設した導線６で構成される辺部Ａ３、壁面５ｅおよび上壁面５ｂの接合部に沿って配設した導線６で構成される辺部Ａ４、並びに壁面５ｆおよび上壁面５ｂの接合部に沿って配設した導線６で構成される辺部Ａ５を備えている。
【００４６】
また、このようにして部屋５１を囲むように導線６を巻回して構成した送信アンテナ１２Ｂは、送信アンテナ１２Ｂの一部を構成する辺部Ａ１，Ａ５が、送信アンテナ１２Ｂの残りの部位を構成する他の辺部Ａ２，Ａ３，Ａ４を含む平面ＰＬ１（斜線を付した第１面としての平面）と曲線Ｌ１（一点鎖線で示される曲線）で交差する曲面ＣＵ１内に位置するように、曲線Ｌ１で折曲されて構成されている（なお、曲線Ｌ１の両端を結ぶ不図示の直線で折曲されて構成されているともいえる）。また、送信アンテナ１２Ｂは、辺部Ａ２，Ａ３，Ａ４で構成される部位については面対称であるが、各辺部Ａ１，Ａ５は互いの長さが相違すると共に形状も相違する（一方が直線で他方が曲線である）ため、辺部Ａ１，Ａ５で構成される部位については非面対称である。このため、送信アンテナ１２Ｂは、全体として非面対称の構造に構成されている。
【００４７】
したがって、この送信アンテナ１２Ｂも上記した送信アンテナ１２，１２Ａと同様にして、平面ＰＬ１と異なる平面または曲面（この例では第２面としての曲面ＣＵ１）に含まれる辺部を備え、かつ全体として非面対称の構造に構成されているため、部屋５１内に位置している受電装置３の向きや位置に大きな影響を受けることなく、常に一定以上の結合度（中程度以上の結合度）で受電装置３の受信アンテナ２１と結合することができる結果、受電装置３の向きや位置に起因して、受電装置３の受信アンテナ２１との結合度が極端に小さくなるといった事態の発生を確実に回避することができる。
【００４８】
また、導線６を１ターンまたは２ターン以上重ねて巻回して構成した送信アンテナ１２，１２Ａ，１２Ｂについて説明したが、導線６を２ターン以上巻回する構成において、少なくとも１ターン分の導線６を上記した送信アンテナ１２，１２Ａ，１２Ｂと同様にして、その一部を構成する１以上の辺部と、残りの部位を構成する他の辺部とが、互いに交差する平面内にそれぞれ位置する構成、および互いに交差する平面と曲面にそれぞれ位置する構成、さらには互いに交差する曲面内にそれぞれ位置する構成のいずれかの構成となるようにして、送信アンテナ全体として非面対称の構造とすることもできる。
【００４９】
この一例としての送信アンテナ１２について、図７を参照して説明する。この送信アンテナ１２Ｃは、図７に示すように、上記した部屋５における下壁面５ａ、上壁面５ｂおよび各壁面５ｃ，５ｄ，５ｅ，５ｆを同形の正方形に形成して構成した部屋５２の周囲に導線６を２ターン巻回して構成されており、１ターン分（１ターン目）については、部屋５２の壁面５ｃおよび下壁面５ａの接合部に沿って配設した導線６で構成される辺部Ａ１、壁面５ｄおよび下壁面５ａの接合部に沿って配設した導線６で構成される辺部Ａ２、２つの壁面５ｄおよび壁面５ｅの接合部に沿って配設した導線６で構成される辺部Ａ３、壁面５ｅおよび上壁面５ｂの接合部に沿って配設した導線６で構成される辺部Ａ４、２つの壁面５ｅおよび壁面５ｆの接合部に沿って配設した導線６で構成される辺部Ａ５、並びに壁面５ｆおよび下壁面５ａの接合部に沿って配設した導線６で構成される辺部Ａ６を備えている。
【００５０】
また、このようにして構成した送信アンテナ１２Ｃの１ターン分（１ターン目）については、その一部を構成する辺部Ａ３，Ａ４，Ａ５が、この１ターン分についての残りの部位を構成する他の辺部Ａ１，Ａ２，Ａ６を含む平面ＰＬ１（下壁面５ａを含む第１面としての平面）と直線Ｌ１で交差する第２面としての平面ＰＬ２内に位置するように、直線Ｌ１で折曲されて構成されている。
【００５１】
また、残りの１ターン分（２ターン目）については、１ターン目の辺部Ａ１に重ねて配設した導線６で構成される辺部Ａ７、１ターン目の辺部Ａ２に重ねて配設した導線６で構成される辺部Ａ８、この辺部Ａ８の壁面５ｅ側の端部から２つの壁面５ｅ，５ｆの接合部の上端に至る経路（壁面５ｅの対角線）に沿って配設した導線６で構成される辺部Ａ９、この辺部９の壁面５ｆ側の端部から２つの壁面５ｆ，５ｃの接合部の下端に至る経路（壁面５ｆの対角線）に沿って配設した導線６で構成される辺部Ａ１０を備えている。
【００５２】
また、このようにして構成した送信アンテナ１２Ｃの残りの１ターン分（２ターン目）については、その一部を構成する辺部Ａ７，Ａ１０が、この１ターン分についての残りの部位を構成する他の辺部Ａ８，Ａ９を含む他の第１面としての平面ＰＬ４と直線Ｌ２（一点鎖線で示される直線）で交差する他の第２面としての平面ＰＬ３内に位置するように、直線Ｌ２で折曲されて構成されている。
【００５３】
また、上記の１ターン目と２ターン目とで構成した送信アンテナ１２Ｃは、その１ターン目も２ターン目もそれぞれ面対称の構造であるが、１ターン目と２ターン目とで形状が相違し、かつそれぞれの対称面同士が交差する構成（つまり、送信アンテナ１２Ｃ全体の対称面が存在しない構成）のため、全体として非面対称の構造に構成されている。
【００５４】
したがって、この送信アンテナ１２Ｃも上記した送信アンテナ１２，１２Ａ，１２Ｂと同様にして、部屋５２内に位置している受電装置３の向きや位置に大きな影響を受けることなく、常に一定以上の結合度（中程度以上の結合度）で受電装置３の受信アンテナ２１と結合することができる結果、受電装置３の向きや位置に起因して、受電装置３の受信アンテナ２１との結合度が極端に小さくなるといった事態の発生を確実に回避することができる。
【００５５】
また、上記したように、送信アンテナでは、異なる曲面にそれぞれ含まれる辺部を備えている構成を採用することもでき、例えば、図６に示す送信アンテナ１２Ｂにおいて、辺部Ａ２，Ａ３，Ａ４を含む平面ＰＬ１を、辺部Ａ２，Ａ３ａ（太線の破線で示す辺部），Ａ４を含む曲面に形成することで、互いに交差するこの曲面と上記の曲面ＣＵ１に含まれる辺部を備えて送信アンテナを構成することもできる。
【００５６】
また、上記の例では、１つの平面または曲面内に２以上の辺部を含む構成を備えた送信アンテナについて説明したが、図示はしないが、例えば、円環状コイルの弧状の１つの辺部を、残りの１つの弧状の辺部に対して折曲することにより、互いに交差する２つの曲面（第１面と第２面）にそれぞれ含まれる２つの辺部で構成される送信アンテナを構成することもできる。
【００５７】
また、各送信アンテナ１２，１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ、送電装置２および電力伝送装置１は、携帯端末を受電装置３とする場合以外に、非接触で充電を行う様々な電気機器（電気カミソリ、電動歯ブラシ、バッテリ駆動方式の自動車など）を受電装置３とする場合にも適用することができる。
【符号の説明】
【００５８】
１ 電力伝送装置
２ 送電装置
３ 受電装置
４ バッテリ
Ａ１〜Ａ１０ 辺部
６ 導線
１１ 信号発生部
１２ 送信アンテナ
１３ 第１整合部
２１ 受信アンテナ
２２ 第２整合部
２３ 整流部
ＰＬ１〜ＰＬ４ 平面
Ｓ１ 交流信号
Ｖ１ 誘導電圧
Ｖｏ 直流電圧
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非接触電力伝送に使用される電力伝送用アンテナ、この電力伝送用アンテナを備えた送電装置、およびこの送電装置と受電装置とを備えた非接触型電力伝送装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の非接触型電力伝送装置として、下記特許文献１に開示された非接触電力伝送装置が知られている。この非接触電力伝送装置では、送電装置に使用される送信アンテナ（電力伝送用アンテナ）、および受電装置に使用される受信アンテナとして、平面状のコイルが使用されている。この平面状のコイルは、導線を複数ターン巻回することにより、ループアンテナとして構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−６６３３６号公報（第４頁、第２−３図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、従来の非接触型電力伝送装置には、以下の解決すべき課題が存在している。すなわち、この非接触型電力伝送装置では、送電装置および受電装置に使用される送信および受信用のアンテナとして、平面状のコイルが使用されているため、それぞれのアンテナが互いに平行な状態で対向して配設されているときには、電力伝送効率が良好な状態で電力が伝送されるが、一方のアンテナに対して他方のアンテナが特定の位置に配設されているとき、具体的には、送電装置側の送信アンテナを面対称となるように２つに分断する平面内に受電装置側の受信アンテナが位置しているときには、両電力用コイル間の結合係数が限りなく零に近くなるため、電力伝送効率が大幅に低下する。すなわち、この非接触型電力伝送装置には、送信アンテナに対する受信アンテナの位置によっては、電力伝送効率が大幅に低下する場合が生じるという解決すべき課題が存在している。この課題は、電磁誘導方式での電力伝送において生じるのは勿論のこと、両コイルの位置ずれに対する許容度の高い磁界共鳴方式での電力伝送においても生じるおそれがある。
【０００５】
本発明は、かかる課題を解決すべくなされたものであり、送電装置に使用された場合に、受電装置側のアンテナの位置に拘わらず、受電装置側に電力を確実に伝送し得る電力伝送用アンテナを提供することを主目的とする。また、この電力伝送用アンテナを備えた送電装置、およびこの送電装置を備えた非接触型電力伝送装置を提供することを他の主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成すべく請求項１記載の電力伝送用アンテナは、導線を１ターンまたは２ターン以上巻回して構成した環状コイルを構成する１ターン分の前記導線の一部を構成する１以上の辺部が、当該１ターン分の導線の残りの部位を構成する他の辺部を含む平面および曲面のいずれかの第１面と交差する平面および曲面のいずれかの第２面内に位置すると共に、全体として非面対称の構造に構成されている。
【０００７】
また、請求項２記載の電力伝送用アンテナは、請求項１記載の電力伝送用アンテナにおいて、前記環状コイルは前記導線を２ターン以上重ねて巻回して構成され、前記環状コイルの一部を構成する１以上の辺部が、当該環状コイルの残りの部位を構成する他の辺部を含む前記第１面と交差する前記第２面内に位置するように構成されている。
【０００８】
また、請求項３記載の送電装置は、請求項１または２記載の電力伝送用アンテナと、交流信号を発生して前記電力伝送用アンテナに出力する信号発生部と、前記電力伝送用アンテナと前記信号発生部との間に配設されて当該電力伝送用アンテナおよび当該信号発生部を整合させる整合部とを備えている。
【０００９】
また、請求項４記載の非接触型電力伝送装置は、請求項３記載の送電装置と、前記送電装置の前記電力伝送用アンテナと電磁結合して交流電圧を発生させる受電用アンテナ、および当該受電用アンテナに発生した前記交流電圧を整流すると共に平滑して直流電圧を生成する直流電圧生成部を有する受電装置とを備えている。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１記載の電力伝送用アンテナでは、１ターン分の導線について、互いに交差する第１面および第２面に含まれる辺部を備え、かつ電力伝送用アンテナ全体として非面対称の構造に構成されているため、受電装置の向きや位置に大きな影響を受けることなく、常に一定以上の結合度（中程度以上の結合度）で受電装置の受信アンテナと結合される。したがって、この電力伝送用アンテナによれば、受電装置の向きや位置に起因して、受電装置の受信アンテナとの結合度が極端に小さくなるといった事態の発生を確実に回避することができる。
【００１１】
請求項２記載の電力伝送用アンテナでは、導線を２ターン以上重ねて巻回して構成された環状コイルの一部を構成する１以上の辺部が、この環状コイルの残りの部位を構成する他の辺部を含む第１面と交差する第２面内に位置して構成されているため、請求項１記載の電力伝送用アンテナと同様にして、受電装置の向きや位置に大きな影響を受けることなく、常に一定以上の結合度（中程度以上の結合度）で受電装置の受信アンテナと結合されることから、受電装置の向きや位置に起因して、受電装置の受信アンテナとの結合度が極端に小さくなるといった事態の発生を確実に回避することができる。
【００１２】
請求項３記載の送電装置、およびこの送電装置を備えた請求項４記載の非接触型電力伝送装置によれば、電力伝送用アンテナを周囲に形成した部屋内において（つまり、電力伝送用アンテナの近傍の空間内において）、受信アンテナを内蔵する携帯端末などの受電装置の向きや位置を変化させたとしても、受電装置によって受電される電力が極端に低下するといった事態の発生を確実に回避しつつ、受電装置に対して送電電力を伝送することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】非接触型電力伝送装置１のブロック図である。
【図２】送信アンテナ１２の構成を説明するための説明図である。
【図３】送電装置２の第１整合部１３についての回路図である。
【図４】受電装置３の第２整合部２２についての回路図である。
【図５】他の送信アンテナ１２Ａの構成を説明するための説明図である。
【図６】他の送信アンテナ１２Ｂの構成を説明するための説明図である。
【図７】他の送信アンテナ１２Ｃの構成を説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、添付図面を参照して、電力伝送用アンテナ、送電装置および非接触型電力伝送装置の実施の形態について説明する。
【００１５】
図１に示す非接触型電力伝送装置（以下、単に「電力伝送装置」ともいう）１は、送電装置２および受電装置３を備え、送電装置２が受電装置３に送電し（送電装置２が送電電力を受電装置３に伝送し）、受電装置３が、送電装置２から伝送された送電電力を非接触で受電すると共に、受電した送電電力を負荷（本例ではバッテリ）４に対して供給可能に構成されている。
【００１６】
本例では一例として、送電装置２は、図２に示すように、部屋５内に存在する受電装置３としての携帯端末に送電する構成のため、受電装置３は、受電した送電電力を受電装置３自体に内蔵されている負荷（バッテリ）４に供給する。
【００１７】
送電装置２は、図１，２に示すように、信号発生部１１、送信アンテナ１２および第１整合部１３を備えて構成されている。信号発生部１１は、交流信号Ｓ１を発生して出力する。また、信号発生部１１は、交流信号Ｓ１の出力電力値を変更可能に構成されている。具体的には、信号発生部１１は、交流信号Ｓ１を規定電力値Ｗ１ａで出力する状態、および交流信号Ｓ１を規定電力値Ｗ１ａ未満の電力値Ｗ１ｂで出力する状態のうちの任意の一方の状態で動作可能となっている。
【００１８】
送信アンテナ１２は、電力送電用アンテナであって、一例として、図２において太線で示すように、導線６を部屋５の壁面に沿って１ターンまたは重ねて２ターン以上を巻回（本例では一例として、重ねて２ターン以上を巻回。以下の送信アンテナ１２Ａ，１２Ｂも同様）することにより、環状コイルとして構成されている。具体的には、下壁面（床）５ａ、上壁面（天井）５ｂ、および４つの壁面（側壁）５ｃ，５ｄ，５ｅ，５ｆで構成される直方体の部屋５に対して、送信アンテナ１２は、２つの壁面５ｃおよび壁面５ｆの接合部に沿って配設した導線６で構成される辺部Ａ１、壁面５ｃおよび下壁面５ａの接合部に沿って配設した導線６で構成される辺部Ａ２、この辺部Ａ２の壁面５ｄ側の端部から２つの壁面５ｄおよび壁面５ｅの接合部の上端に至る経路（壁面５ｄの対角線）に沿って配設した導線６で構成される辺部Ａ３、壁面５ｅおよび上壁面５ｂの接合部に沿って配設した導線６で構成される辺部Ａ４、並びに壁面５ｆおよび上壁面５ｂの接合部に沿って配設した導線６で構成される辺部Ａ５で構成されている。
【００１９】
また、このようにして部屋５を囲むように導線６を巻回して構成した送信アンテナ１２は、送信アンテナ１２の一部（環状コイルの一部）を構成する辺部Ａ１，Ａ５が、送信アンテナ１２の残りの部位を構成する他の辺部Ａ２，Ａ３，Ａ４を含む平面ＰＬ１（斜線を付した第１面としての平面）と直線Ｌ１（図２中において一点鎖線で示す直線）で交差する平面（第２面としての他の平面）ＰＬ２内に位置するように、他の辺部Ａ２，Ａ３，Ａ４に対して直線Ｌ１で折曲されて構成されている。また、送信アンテナ１２は、辺部Ａ２，Ａ３，Ａ４で構成される部位については面対称であるが、各辺部Ａ１，Ａ５の互いの長さが相違するため、辺部Ａ１，Ａ５で構成される部位については非面対称である。このため、送信アンテナ１２は、全体として非面対称の構造に構成されている。
【００２０】
また、送信アンテナ１２は、受電装置３に配設した後述の受信アンテナ２１と電磁結合する。具体的には、送信アンテナ１２は、受信アンテナ２１と共に一対の共鳴器（一対の自己共振コイル）を構成し、電磁場において共鳴する。
【００２１】
第１整合部１３は、図１，２に示すように、送電側の整合部であって、信号発生部１１と送信アンテナ１２との間に配設されて（具体的には、信号発生部１１と送信アンテナ１２とを接続する伝送路に介装されて）、受信アンテナ２１との間の距離に応じて変化する送信アンテナ１２のインピーダンス（入力インピーダンス）に信号発生部１１側のインピーダンスを整合させる（信号発生部１１と送信アンテナ１２とを整合状態に移行させる）。
【００２２】
本例では、一例として、第１整合部１３は、図３に示すように、送信アンテナ１２に対して並列に接続した可変コンデンサ１３ａと、送信アンテナ１２に対して直列（具体的には、送信アンテナ１２および可変コンデンサ１３ａからなる並列回路に対して直列）に接続した可変コンデンサ１３ｂとを備えて構成されている。この構成により、第１整合部１３は、可変コンデンサ１３ａ，１３ｂの各静電容量が調整されることで、送信アンテナ１２（詳しくは、信号発生部１１側から見た送信アンテナ１２の入力インピーダンス）と信号発生部１１（詳しくは、送信アンテナ１２側から見た信号発生部１１側の出力インピーダンス）とを整合させる。
【００２３】
受電装置３は、図１に示すように、受信アンテナ２１、第２整合部２２および整流部２３を備えて構成されている。受信アンテナ２１は、受電用アンテナであって、一例として、図２に示すように、円環状の平面コイルで構成されている。なお、図２では、形状が明確になるように受信アンテナ２１を実線で示しているが、受信アンテナ２１は実際には受電装置３の内部に配設されている。また、受信アンテナ２１は、送電装置２の送信アンテナ１２と電磁結合して（つまり、送信アンテナ１２によって発生させられた電磁場により）、その両端間に誘導電圧Ｖ１を発生させる。
【００２４】
第２整合部２２は、受電側の整合部であって、受信アンテナ２１と整流部２３との間に配設されて（具体的には、受信アンテナ２１と整流部２３とを接続する伝送路に介装されて）、受信アンテナ２１のインピーダンス（出力インピーダンス）と整流部２３側のインピーダンスとを整合させる（受信アンテナ２１と整流部２３とを整合状態に移行させる）。
【００２５】
本例では、一例として、第２整合部２２は、図４に示すように、受信アンテナ２１に対して並列に接続した可変コンデンサ２２ａと、受信アンテナ２１に対して直列（すなわち、受信アンテナ２１および可変コンデンサ２２ａからなる並列回路に対して直列）に接続した可変コンデンサ２２ｂとを備え、第１整合部１３と同一の回路に構成されている。この構成により、第２整合部２２は、可変コンデンサ２２ａ，２２ｂの各静電容量が調整されることで、受信アンテナ２１（詳しくは、整流部２３側から見た受信アンテナ２１の出力インピーダンス）と整流部２３（詳しくは、受信アンテナ２１側から見た整流部２３の入力インピーダンス）とを整合させる。この例では、第２整合部２２は、受信アンテナ２１と整流部２３とが整合するように、各可変コンデンサ２２ａ，２２ｂの静電容量が予め設定されているものとする。
【００２６】
整流部２３は、直流電圧生成部の一例であって、図１に示すように、受信アンテナ２１に生じる誘導電圧Ｖ１を第２整合部２２を介して入力すると共に、この誘導電圧Ｖ１に基づいて、バッテリ４に供給する直流電圧Ｖｏを生成する。具体的には、整流部２３は、整流回路および平滑回路で構成されて、第２整合部２２から出力される誘導電圧（交流電圧）Ｖ１を整流・平滑して直流電圧Ｖｏを生成すると共に、生成した直流電圧Ｖｏをバッテリ４に供給（出力）する。また、整流部２３に代えて、例えば、ＡＣ−ＤＣコンバータで電圧生成部を構成することもできる。
【００２７】
次に、電力伝送装置１の電力伝送動作について説明する。
【００２８】
まず、電力伝送装置１では、規定電力値Ｗ１ａでの電力伝送に先立ち、送電装置２に対する整合調整が実施される。
【００２９】
この整合調整では、まず、送電装置２の信号発生部１１に対して、電力値Ｗ１ｂ（例えば、１Ｗ）の電力で交流信号Ｓ１を出力させる（交流信号Ｓ１を小電力で出力させる）。これにより、第１整合部１３および送信アンテナ１２を介して送電装置２から受電装置３に対して送電電力が出力される。受電装置３では、送信アンテナ１２と電磁結合する受信アンテナ２１に誘導電圧Ｖ１が発生するため、整流部２３は、第２整合部２２を介して出力されるこの誘導電圧Ｖ１を整流することにより、直流電圧Ｖｏの生成を開始する。この直流電圧Ｖｏは、バッテリ４に供給される。
【００３０】
この状態では、第１整合部１３が無調整であるため、送電装置２では、信号発生部１１と送信アンテナ１２との間の整合が取れていない（不整合状態にある）。このため、不整合状態にあることに起因して、送電装置２は、電力損失の発生する状態となっている。しかしながら、信号発生部１１から出力される交流信号Ｓ１の電力が小電力（電力値Ｗ１ｂ）であるため、不整合状態にある送電装置２において発生する損失は、極めて小さい状態に抑えられている。
【００３１】
次いで、第１整合部１３に対する操作を行うことにより、信号発生部１１と送信アンテナ１２とを整合させる送電側整合調整を実施する。この送電側整合調整に際しては、例えば、信号発生部１１と第１整合部１３との間に不図示の反射電力計測器を介装して、この反射電力計測器で計測される第１整合部１３からの反射電力値が予め規定したしきい値以下となるように（整合状態となるように）、第１整合部１３の各可変コンデンサ１３ａ，１３ｂの静電容量を調整する。
【００３２】
この送電側整合調整の実施により、送電装置２では、信号発生部１１および送信アンテナ１２が整合状態となることから、送電装置２は、送電動作中に発生する電力損失が極めて小さい状態に移行する。これにより、送電装置２から受電装置３に対して、電力値Ｗ１ｂの送電電力が損失の少ない状態で伝送され、受電装置３は、この送電電力に基づいて電力値Ｗ１ｂの直流電圧Ｖｏを生成して、バッテリ４に供給する。
【００３３】
最後に、送電装置２の信号発生部１１に対して、交流信号Ｓ１を規定電力値Ｗ１ａ（例えば、１００Ｗ）で出力させる。この場合、送電装置２では、信号発生部１１および送信アンテナ１２が既に整合状態にあることから、信号発生部１１から出力される交流信号Ｓ１の電力がほぼそのまま（損失の極めて少ない状態で）、送信アンテナ１２から送電電力として送電される。
【００３４】
また、この送電装置２では、部屋５の周囲に配設した送信アンテナ１２は、一般的な平面状の環状コイル（１つの平面内にすべての部位が位置する環状コイル）ではなく、送信アンテナ１２の一部を構成する辺部Ａ１，Ａ５が送信アンテナ１２の残りの部位を構成する他の辺部Ａ２，Ａ３，Ａ４を含む平面ＰＬ１と交差する平面ＰＬ２内に位置する構成の非平面状の環状コイルであって、かつ各辺部Ａ１，Ａ５の長さが相違することから全体として非面対称の構造に構成されている。
【００３５】
このため、一般的な平面状の環状コイルで構成した送信アンテナでは、部屋５の中で受電装置３を回転させたり、移動させたりしたときに、特定の向きや位置において受信アンテナ２１との結合度が極めて大きくなるものの、他の特定の向きや特定の位置において受信アンテナ２１との結合度が極端に小さくなるといった状況に陥る（つまり、送信アンテナは強い指向性を持つ）。これに対して、上記のように構成した送信アンテナ１２では、異なる平面ＰＬ１，ＰＬ２に含まれる辺部を備え、かつ全体として非面対称の構造に構成されているため、受電装置３の向きや位置に大きな影響を受けることなく、常に一定以上の結合度（中程度以上の結合度）で受電装置３の受信アンテナ２１と結合される。つまり、送信アンテナ１２は、いわゆる無指向性に近い特性を有する。
【００３６】
これにより、この送信アンテナ１２によれば、受電装置３の向きや位置に起因して、受電装置３の受信アンテナ２１との結合度が極端に小さくなるといった事態の発生を確実に回避することができる。
【００３７】
また、この送信アンテナ１２を備えた送電装置２、およびこの送電装置２を備えた電力伝送装置１によれば、送信アンテナ１２を周囲に形成した部屋５内において（つまり、送信アンテナ１２の近傍の空間内において）、受信アンテナ２１を内蔵する携帯端末などの受電装置３の向きや位置を変化させたとしても、受電装置３によって受電される電力が極端に低下するといった事態の発生を確実に回避しつつ、受電装置３に対して送電電力を伝送することができる。
【００３８】
なお、異なる２つの平面ＰＬ１，ＰＬ２に含まれる辺部を備えている送信アンテナ１２について説明したが、送信アンテナでは、３つ以上の平面に含まれる辺部を備えた構成を採用することもできる。一例として３つの平面に含まれる辺部を備えた送信アンテナ１２Ａについて図５を参照して説明する。
【００３９】
送信アンテナ１２Ａは、部屋５の２つの壁面５ｃおよび壁面５ｆの接合部に沿って配設した導線６で構成される辺部Ａ１、壁面５ｃおよび下壁面５ａの接合部に沿って配設した導線６で構成される辺部Ａ２、この辺部Ａ２の壁面５ｄ側の端部から２つの壁面５ｄおよび壁面５ｅの接合部の上端に至る経路（壁面５ｄの対角線）に沿って配設した導線６で構成される辺部Ａ３、壁面５ｄおよび壁面５ｅの接合部の上端から壁面５ｅおよび下壁面５ａの接合部における壁面５ｆ寄りの部位（点）Ｂに至る経路に沿って配設した導線６で構成される辺部Ａ４、この部位Ｂから壁面５ｅおよび壁面５ｆの接合部の下端に至る経路に沿って配設した導線６で構成される辺部Ａ５、壁面５ｅおよび壁面５ｆの接合部に沿って配設した導線６で構成される辺部Ａ６、並びに壁面５ｆおよび上壁面５ｂの接合部に沿って配設した導線６で構成される辺部Ａ７を備えている。
【００４０】
また、このようにして部屋５を囲むように導線６を巻回して構成した送信アンテナ１２Ａは、送信アンテナ１２Ａの一部を構成する辺部Ａ１，Ａ６，Ａ７と、別の一部を構成する辺部Ａ３，Ａ４とが、送信アンテナ１２Ａの残りの部位を構成する他の辺部Ａ２，Ａ５を含む平面ＰＬ１（下壁面５ａを含む平面。斜線を付した第１面としての平面）と直線Ｌ１で交差する平面（第２面としての他の平面）ＰＬ２内、および平面ＰＬ１と直線Ｌ２で交差する平面（他の第２面としての平面）ＰＬ３内にそれぞれ位置するように、辺部Ａ１，Ａ６，Ａ７で構成される送信アンテナ１２Ａの一部については他の辺部Ａ２，Ａ５（他の辺部Ａ２，Ａ５を含む平面ＰＬ１）に対して直線Ｌ１（壁面５ｆおよび下壁面５ａの接合部）で折曲され、辺部Ａ３，Ａ４で構成される送信アンテナ１２Ａの一部については他の辺部Ａ２（平面ＰＬ１）に対して直線Ｌ２（図５中において一点鎖線で示される直線）で折曲されて構成されている。
【００４１】
なお、部位（点）Ｂが、壁面５ｆ方向へ移動して、壁面５ｅおよび壁面５ｆの接合部における下端に達したときには、辺部Ａ２と共にこの平面ＰＬ１を規定していた辺部Ａ５が消滅する。このため、この構成では、送信アンテナ１２Ａは、下壁面５ａの下方において互いに交差する２つの平面ＰＬ２，ＰＬ３に含まれる辺部（辺部Ａ１，Ａ６，Ａ７と、辺部Ａ３，Ａ４）を備えた構成となる。
【００４２】
また、送信アンテナ１２Ａは、辺部Ａ１，Ａ５，Ａ６で構成される部位については面対称であるが、各辺部Ａ３，Ａ４は互いの長さが相違するため、辺部Ａ３，Ａ４で構成される部位については非面対称である。このため、送信アンテナ１２Ａは、全体として非面対称の構造に構成されている。
【００４３】
したがって、この送信アンテナ１２Ａも上記した送信アンテナ１２と同様にして、異なる平面ＰＬ１，ＰＬ２，ＰＬ３に含まれる辺部を備え、かつ全体として非面対称の構造に構成されているため、部屋５内に位置している受電装置３の向きや位置に大きな影響を受けることなく、常に一定以上の結合度（中程度以上の結合度）で受電装置３の受信アンテナ２１と結合することができる結果、受電装置３の向きや位置に起因して、受電装置３の受信アンテナ２１との結合度が極端に小さくなるといった事態の発生を確実に回避することができる。
【００４４】
また、異なる平面にそれぞれ含まれる辺部を備えている送信アンテナ１２，１２Ａについて説明したが、送信アンテナでは、平面と曲面にそれぞれ含まれる辺部を備えている構成や、異なる曲面にそれぞれ含まれる辺部を備えている構成を採用することもできる。一例として曲面と平面に含まれる辺部を備えた送信アンテナ１２Ｂについて図６を参照して説明する。
【００４５】
送信アンテナ１２Ｂは、上記した部屋５における壁面５ｆのみを図６に示すように曲面に形成して構成した部屋５１の周囲に巻回して構成されており、部屋５１の２つの壁面５ｃおよび壁面５ｆの接合部に沿って配設した導線６で構成される辺部Ａ１、壁面５ｃおよび下壁面５ａの接合部に沿って配設した導線６で構成される辺部Ａ２、この辺部Ａ２の壁面５ｄ側の端部から２つの壁面５ｄおよび壁面５ｅの接合部の上端に至る経路（壁面５ｄの対角線）に沿って配設した導線６で構成される辺部Ａ３、壁面５ｅおよび上壁面５ｂの接合部に沿って配設した導線６で構成される辺部Ａ４、並びに壁面５ｆおよび上壁面５ｂの接合部に沿って配設した導線６で構成される辺部Ａ５を備えている。
【００４６】
また、このようにして部屋５１を囲むように導線６を巻回して構成した送信アンテナ１２Ｂは、送信アンテナ１２Ｂの一部を構成する辺部Ａ１，Ａ５が、送信アンテナ１２Ｂの残りの部位を構成する他の辺部Ａ２，Ａ３，Ａ４を含む平面ＰＬ１（斜線を付した第１面としての平面）と曲線Ｌ１（一点鎖線で示される曲線）で交差する曲面ＣＵ１内に位置するように、曲線Ｌ１で折曲されて構成されている（なお、曲線Ｌ１の両端を結ぶ不図示の直線で折曲されて構成されているともいえる）。また、送信アンテナ１２Ｂは、辺部Ａ２，Ａ３，Ａ４で構成される部位については面対称であるが、各辺部Ａ１，Ａ５は互いの長さが相違すると共に形状も相違する（一方が直線で他方が曲線である）ため、辺部Ａ１，Ａ５で構成される部位については非面対称である。このため、送信アンテナ１２Ｂは、全体として非面対称の構造に構成されている。
【００４７】
したがって、この送信アンテナ１２Ｂも上記した送信アンテナ１２，１２Ａと同様にして、平面ＰＬ１と異なる平面または曲面（この例では第２面としての曲面ＣＵ１）に含まれる辺部を備え、かつ全体として非面対称の構造に構成されているため、部屋５１内に位置している受電装置３の向きや位置に大きな影響を受けることなく、常に一定以上の結合度（中程度以上の結合度）で受電装置３の受信アンテナ２１と結合することができる結果、受電装置３の向きや位置に起因して、受電装置３の受信アンテナ２１との結合度が極端に小さくなるといった事態の発生を確実に回避することができる。
【００４８】
また、導線６を１ターンまたは２ターン以上重ねて巻回して構成した送信アンテナ１２，１２Ａ，１２Ｂについて説明したが、導線６を２ターン以上巻回する構成において、少なくとも１ターン分の導線６を上記した送信アンテナ１２，１２Ａ，１２Ｂと同様にして、その一部を構成する１以上の辺部と、残りの部位を構成する他の辺部とが、互いに交差する平面内にそれぞれ位置する構成、および互いに交差する平面と曲面にそれぞれ位置する構成、さらには互いに交差する曲面内にそれぞれ位置する構成のいずれかの構成となるようにして、送信アンテナ全体として非面対称の構造とすることもできる。
【００４９】
この一例としての送信アンテナ１２について、図７を参照して説明する。この送信アンテナ１２Ｃは、図７に示すように、上記した部屋５における下壁面５ａ、上壁面５ｂおよび各壁面５ｃ，５ｄ，５ｅ，５ｆを同形の正方形に形成して構成した部屋５２の周囲に導線６を２ターン巻回して構成されており、１ターン分（１ターン目）については、部屋５２の壁面５ｃおよび下壁面５ａの接合部に沿って配設した導線６で構成される辺部Ａ１、壁面５ｄおよび下壁面５ａの接合部に沿って配設した導線６で構成される辺部Ａ２、２つの壁面５ｄおよび壁面５ｅの接合部に沿って配設した導線６で構成される辺部Ａ３、壁面５ｅおよび上壁面５ｂの接合部に沿って配設した導線６で構成される辺部Ａ４、２つの壁面５ｅおよび壁面５ｆの接合部に沿って配設した導線６で構成される辺部Ａ５、並びに壁面５ｆおよび下壁面５ａの接合部に沿って配設した導線６で構成される辺部Ａ６を備えている。
【００５０】
また、このようにして構成した送信アンテナ１２Ｃの１ターン分（１ターン目）については、その一部を構成する辺部Ａ３，Ａ４，Ａ５が、この１ターン分についての残りの部位を構成する他の辺部Ａ１，Ａ２，Ａ６を含む平面ＰＬ１（下壁面５ａを含む第１面としての平面）と直線Ｌ１で交差する第２面としての平面ＰＬ２内に位置するように、直線Ｌ１で折曲されて構成されている。
【００５１】
また、残りの１ターン分（２ターン目）については、１ターン目の辺部Ａ１に重ねて配設した導線６で構成される辺部Ａ７、１ターン目の辺部Ａ２に重ねて配設した導線６で構成される辺部Ａ８、この辺部Ａ８の壁面５ｅ側の端部から２つの壁面５ｅ，５ｆの接合部の上端に至る経路（壁面５ｅの対角線）に沿って配設した導線６で構成される辺部Ａ９、この辺部９の壁面５ｆ側の端部から２つの壁面５ｆ，５ｃの接合部の下端に至る経路（壁面５ｆの対角線）に沿って配設した導線６で構成される辺部Ａ１０を備えている。
【００５２】
また、このようにして構成した送信アンテナ１２Ｃの残りの１ターン分（２ターン目）については、その一部を構成する辺部Ａ７，Ａ１０が、この１ターン分についての残りの部位を構成する他の辺部Ａ８，Ａ９を含む他の第１面としての平面ＰＬ４と直線Ｌ２（一点鎖線で示される直線）で交差する他の第２面としての平面ＰＬ３内に位置するように、直線Ｌ２で折曲されて構成されている。
【００５３】
また、上記の１ターン目と２ターン目とで構成した送信アンテナ１２Ｃは、その１ターン目も２ターン目もそれぞれ面対称の構造であるが、１ターン目と２ターン目とで形状が相違し、かつそれぞれの対称面同士が交差する構成（つまり、送信アンテナ１２Ｃ全体の対称面が存在しない構成）のため、全体として非面対称の構造に構成されている。
【００５４】
したがって、この送信アンテナ１２Ｃも上記した送信アンテナ１２，１２Ａ，１２Ｂと同様にして、部屋５２内に位置している受電装置３の向きや位置に大きな影響を受けることなく、常に一定以上の結合度（中程度以上の結合度）で受電装置３の受信アンテナ２１と結合することができる結果、受電装置３の向きや位置に起因して、受電装置３の受信アンテナ２１との結合度が極端に小さくなるといった事態の発生を確実に回避することができる。
【００５５】
また、上記したように、送信アンテナでは、異なる曲面にそれぞれ含まれる辺部を備えている構成を採用することもでき、例えば、図６に示す送信アンテナ１２Ｂにおいて、辺部Ａ２，Ａ３，Ａ４を含む平面ＰＬ１を、辺部Ａ２，Ａ３ａ（太線の破線で示す辺部），Ａ４を含む曲面に形成することで、互いに交差するこの曲面と上記の曲面ＣＵ１に含まれる辺部を備えて送信アンテナを構成することもできる。
【００５６】
また、上記の例では、１つの平面または曲面内に２以上の辺部を含む構成を備えた送信アンテナについて説明したが、図示はしないが、例えば、円環状コイルの弧状の１つの辺部を、残りの１つの弧状の辺部に対して折曲することにより、互いに交差する２つの曲面（第１面と第２面）にそれぞれ含まれる２つの辺部で構成される送信アンテナを構成することもできる。
【００５７】
また、各送信アンテナ１２，１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ、送電装置２および電力伝送装置１は、携帯端末を受電装置３とする場合以外に、非接触で充電を行う様々な電気機器（電気カミソリ、電動歯ブラシ、バッテリ駆動方式の自動車など）を受電装置３とする場合にも適用することができる。
【符号の説明】
【００５８】
１ 電力伝送装置
２ 送電装置
３ 受電装置
４ バッテリ
Ａ１〜Ａ１０ 辺部
６ 導線
１１ 信号発生部
１２ 送信アンテナ
１３ 第１整合部
２１ 受信アンテナ
２２ 第２整合部
２３ 整流部
ＰＬ１〜ＰＬ４ 平面
Ｓ１ 交流信号
Ｖ１ 誘導電圧
Ｖｏ 直流電圧
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導線を１ターンまたは２ターン以上巻回して構成した環状コイルを構成する１ターン分の前記導線の一部を構成する１以上の辺部が、当該１ターン分の導線の残りの部位を構成する他の辺部を含む平面および曲面のいずれかの第１面と交差する平面および曲面のいずれかの第２面内に位置すると共に、全体として非面対称の構造に構成されている電力伝送用アンテナ。
【請求項２】
前記環状コイルは前記導線を２ターン以上重ねて巻回して構成され、
前記環状コイルの一部を構成する１以上の辺部が、当該環状コイルの残りの部位を構成する他の辺部を含む前記第１面と交差する前記第２面内に位置するように構成されている請求項１記載の電力伝送用アンテナ。
【請求項３】
請求項１または２記載の電力伝送用アンテナと、交流信号を発生して前記電力伝送用アンテナに出力する信号発生部と、前記電力伝送用アンテナと前記信号発生部との間に配設されて当該電力伝送用アンテナおよび当該信号発生部を整合させる整合部とを備えている送電装置。
【請求項４】
請求項３記載の送電装置と、
前記送電装置の前記電力伝送用アンテナと電磁結合して交流電圧を発生させる受電用アンテナ、および当該受電用アンテナに発生した前記交流電圧を整流すると共に平滑して直流電圧を生成する直流電圧生成部を有する受電装置とを備えている非接触型電力伝送装置。
【請求項１】
導線を１ターンまたは２ターン以上巻回して構成した環状コイルを構成する１ターン分の前記導線の一部を構成する１以上の辺部が、当該１ターン分の導線の残りの部位を構成する他の辺部を含む平面および曲面のいずれかの第１面と交差する平面および曲面のいずれかの第２面内に位置すると共に、全体として非面対称の構造に構成されている電力伝送用アンテナ。
【請求項２】
前記環状コイルは前記導線を２ターン以上重ねて巻回して構成され、
前記環状コイルの一部を構成する１以上の辺部が、当該環状コイルの残りの部位を構成する他の辺部を含む前記第１面と交差する前記第２面内に位置するように構成されている請求項１記載の電力伝送用アンテナ。
【請求項３】
請求項１または２記載の電力伝送用アンテナと、交流信号を発生して前記電力伝送用アンテナに出力する信号発生部と、前記電力伝送用アンテナと前記信号発生部との間に配設されて当該電力伝送用アンテナおよび当該信号発生部を整合させる整合部とを備えている送電装置。
【請求項４】
請求項３記載の送電装置と、
前記送電装置の前記電力伝送用アンテナと電磁結合して交流電圧を発生させる受電用アンテナ、および当該受電用アンテナに発生した前記交流電圧を整流すると共に平滑して直流電圧を生成する直流電圧生成部を有する受電装置とを備えている非接触型電力伝送装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−１１５０６９（Ｐ２０１３−１１５０６９Ａ）
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５６９０７（Ｐ２０１１−２５６９０７）
【出願日】平成２３年１１月２５日（２０１１．１１．２５）
【出願人】（０００２１４８３６）長野日本無線株式会社 (140)
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月２５日（２０１１．１１．２５）
【出願人】（０００２１４８３６）長野日本無線株式会社 (140)
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