非接触式電力伝送装置、並びにこれに用いられる給電装置、受電装置及び電磁誘導用コイル
【課題】非接触式電力伝送装置の電力伝送効率を向上させる。
【解決手段】給電コイル２０と受電コイル３１との間で電磁誘導を利用して電力を伝送する非接触式電力伝送装置１について、給電装置１０に、給電コイル２０を含めて構成される共振回路１３を設け、給電コイル２０を、複数の平面コイル２１，２２で構成し、これらの素線が同一軸を中心として巻くようにして形成し、かつ互いの自己インダクタンスの値を略同値とする。この場合に、給電コイル２０を構成する複数の平面コイル２１，２２について、中央に空間部をそれぞれ形成し、相互の内縁寸法及び外縁寸法を順次小さくなるように形成し、それぞれの前記空間部に外縁寸法の小さな平面コイルを順次配置して、一平面をなすようにする。あるいは、給電コイルを、並列された素線を渦巻き状に巻いてなる複数の平面コイルの群で構成する。
【解決手段】給電コイル２０と受電コイル３１との間で電磁誘導を利用して電力を伝送する非接触式電力伝送装置１について、給電装置１０に、給電コイル２０を含めて構成される共振回路１３を設け、給電コイル２０を、複数の平面コイル２１，２２で構成し、これらの素線が同一軸を中心として巻くようにして形成し、かつ互いの自己インダクタンスの値を略同値とする。この場合に、給電コイル２０を構成する複数の平面コイル２１，２２について、中央に空間部をそれぞれ形成し、相互の内縁寸法及び外縁寸法を順次小さくなるように形成し、それぞれの前記空間部に外縁寸法の小さな平面コイルを順次配置して、一平面をなすようにする。あるいは、給電コイルを、並列された素線を渦巻き状に巻いてなる複数の平面コイルの群で構成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁誘導を利用して給電コイルと受電コイルとの間で電力を伝送する非接触式電力伝送装置、並びにこれに用いられる給電装置、受電装置及び電磁誘導用コイルに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から電磁誘導を利用して給電装置から受電装置に電力を伝送する非接触式電力伝送装置が知られている。 図３０は、非接触式電力電送装置３００の回路の等価回路図である。この図３０に示すように給電装置３０１は、コンデンサ３０２及びコイルを直列に接続してなる共振回路を具備し、交流電源３０４から交流電圧を印加するように構成されている。共振回路を構成しているコイルが給電コイル３０３である。なお、図に示した抵抗３０５はキャパシタを駆動する回路の内部抵抗Ｒｐを表している。一方、受電装置３１０は受電コイル３１１を具備しており、電力伝送の際には、受電コイル３１１が給電コイル３０３と対向されるように配される。なお、受電装置３１０側に示した抵抗３１２は負荷抵抗ＲＬを表している。
【０００３】
非接触式電力伝送装置３００は、給電コイル３０３と受電コイル３１１とが対向されて配された状態で、給電コイル３０３が形成する磁束の影響を受電コイル３１１に与える電磁誘導を利用するものである。
【０００４】
近年、携帯端末等の分野では、その充電手法として、電磁誘導を利用する試みがなされ始めている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
もっとも、非接触式電力電送装置は、一つの磁性体に一次コイルと二次コイルの双方向巻き付けて構成した通常のトランスと比較して伝送効率が低いという難点がある。このため、非接触式電力伝送装置において、伝送効率を向上するための試みも従来からなされている（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
この特許文献２に開示の発明では、消費電力の低減を図るべく、給電装置側の１次側誘導コイルと受電装置側の２次側誘導コイルにコンデンサをそれぞれ並列接続し、この並列接続によって給電装置である充電器及び受電装置であるコードレス機器とＬＣ並列共振回路を構成している。また、１次側誘導コイルと２次側誘導コイルをシートコイルにより構成し、これらを、充電状態時において所定のギャップをおいて相対向させるようにしている。特許文献２の発明は、このような構成を採用することで、相互誘導を適正なギャップで行えるようにしたものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−１６６７６３号公報
【特許文献２】特開平１０−２３６７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、電力伝送の効率を向上させるためには、給電コイルと受電コイルの間におけるギャップを適正化するだけでは自ずと限界がある。電力電送の効率を向上させるためには、電磁誘導の能力それ自体を向上させることがどうしても必要となる。しかも、携帯端末などの小型機器をも対象とするには、電力電送装置を小型にしつつ電磁誘導の能力を向上させることが必須となる。
【０００９】
本発明では、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、電力電送装置を小型に維持しつつ、高い効率で伝よく伝送することができる非接触式電力伝送装置、並びにこれに用いられる給電装置及び電磁誘導用コイル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】
【００１０】
（１）本発明では上記課題を解決するために、素線を渦巻状に巻いて形成した平面コイルからなる給電コイルを備えた給電装置と、素線を渦巻状に巻いて形成した平面コイルからなる受電コイルを備えた受電装置とを備え、前記給電コイルと前記受電コイルとの間で電磁誘導を利用して前記給電装置から前記受電装置に電力を伝送する非接触式電力伝送装置であって、前記給電装置は、前記給電コイルを含めて構成される共振回路を有し、前記給電コイルは、複数の平面コイルで構成され、これら複数の平面コイルは、その素線が同一軸を中心として巻かれて形成され、かつ互いの自己インダクタンスの値が略同値とされたことを特徴とする非接触式電力伝送装置を採用した。
【００１１】
（２）この非接触式電力伝送装置において、前記給電コイルは、前記複数の平面コイルが一平面をなして構成されたことを特徴とする。
【００１２】
（３）また、前記給電コイルを構成する複数の平面コイルは、中央に空間部がそれぞれ形成され、かつ、相互の内縁寸法及び外縁寸法が順次小さくなるように形成され、前記複数の平面コイルは、それぞれの前記空間部に外縁寸法の小さな平面コイルが順次配置され、前記複数の平面コイルは並列接続されていることを特徴とする。
【００１３】
（４）この場合において、前記給電コイルを構成する平面コイルのうち最内部に配置された平面コイルの外縁寸法は、前記受電コイルの外縁寸法と略同寸に形成されていることを特徴とする。
【００１４】
（５）また、前記給電コイルを構成する平面コイルは、少なくとも最内部に配された平面コイルが、並列に並べられた２本の素線が同一軸を中心に巻かれて形成された２つの平面コイルにより構成され、かつ、前記２つの平面コイルは並列接続され、前記２つの平面コイルのそれぞれの巻数が前記受電コイルの巻数よりも少なくなるよう構成されている。
【００１５】
（６）あるいは、前記給電コイルを構成する平面コイルのうち少なくとも最内部に配された平面コイルは、並列に並べられた複数の素線が同一軸を中心に巻かれて形成された平面コイル群により構成され、前記平面コイル群を構成する各平面コイルは、前記受電コイルの巻数よりも少なく巻かれ、前記平面コイル群の中から選択された平面コイルに電流が流されるように構成する。
【００１６】
（７）あるいは、前記給電コイルを構成する平面コイルのうち少なくとも最内部に配された平面コイルは、並列に並べられた少なくとも４本の素線が同一軸を中心に巻かれて形成された平面コイル群により構成され、前記平面コイル群を構成する各平面コイルは、前記受電コイルの巻数よりも少なく巻かれ、前記平面コイル群の中から、それぞれの間に少なくとも１本の素線を挟んで選択された複数の素線により構成される平面コイルを並列に接続して電流が流されるように構成することもできる。
【００１７】
（８）このような場合に、前記受電コイルは、並列に並べられた複数の素線が同一軸を中心に巻かれて形成された平面コイル群により構成され、受電側の前記平面コイル群の中から選択された平面コイルが電磁誘導に利用されるように構成すると更によい。
【００１８】
（９）また、本発明における非接触式電力伝送装置では、前記給電コイルは、並列に並べられた２本の素線が同一軸を中心に巻かれて形成された２つの平面コイルから構成され、前記２つの平面コイルは並列接続されたことを特徴とする。
【００１９】
（１０）あるいは、前記給電コイルは、並列に並べられた複数の素線が同一軸を中心に巻かれて形成された平面コイル群により構成され、前記平面コイル群を構成する各平面コイルは、前記受電コイルの巻数よりも少なく巻かれて形成され、前記平面コイル群の中から選択された平面コイルに電流が流されるように構成してもよい。
【００２０】
（１１）あるいは、前記給電コイルは、並列に並べられた少なくとも４本の素線が同一軸を中心に巻かれて形成された平面コイル群により構成され、前記平面コイル群を構成する各平面コイルは、前記受電コイルの巻数よりも少なく巻かれ、前記平面コイル群の中から、それぞれの間に少なくとも１本の素線を挟んで選択された複数の素線により構成される平面コイルを並列に接続して電流が流されるように構成することもできる。
【００２１】
（１２）なお、このような場合において、前記受電コイルは、並列に並べられた複数の素線が同一軸を中心に巻かれて形成された平面コイル群により構成され、受電側の前記平面コイル群の中から選択された平面コイルが電磁誘導に利用されるようにするとよい。
【００２２】
（１３）また、本発明おける非接触式電力伝送装置では、前記給電コイルは、２つの平面コイルから構成され、前記２つの平面コイルが直列接続されていることを特徴とする。
【００２３】
（１４）この場合に、前記２つの平面コイルは、並列に並べられた２本の素線が同一軸を中心に巻かれて形成され、各平面コイルの最内周の素線同士が接続されるように構成するとよい。
【００２４】
（１５）また、本発明では上記課題を解決するために、素線を渦巻状に巻いて形成した平面コイルからなる給電コイルから、素線を渦巻状に巻いて形成した平面コイルからなる受電コイルに対し電磁誘導を利用して電力を伝送するために使用される給電装置であって、前記給電装置は、前記給電コイルを含めて構成される共振回路を有し、前記給電コイルは、複数の平面コイルで構成され、これら複数の平面コイルは、その素線が同一軸を中心として巻かれて形成され、かつ互いの自己インダクタンスの値が略同値とされた給電装置を採用した。
【００２５】
（１６）前記給電コイルは、前記複数の平面コイルが一平面をなして構成されたことを特徴とする。
【００２６】
（１７）そして、上記給電装置において、前記給電コイルを構成する複数の平面コイルは、中央に空間部がそれぞれ形成され、かつ、相互の内縁寸法及び外縁寸法が順次小さくなるように形成され、前記複数の平面コイルは、それぞれの前記空間部に外縁寸法の小さな平面コイルが順次配置され、前記複数の平面コイルは並列接続されていることを特徴とする。
【００２７】
（１８）この場合において、前記給電コイルを構成する平面コイルのうち少なくとも最内部に配された平面コイルは、並列に並べられた２本の素線が同一軸を中心に巻かれて形成された２つの平面コイルにより構成され、前記２つの平面コイルが並列接続されるように構成するとよい。
【００２８】
（１９）あるいは、前記給電コイルを構成する平面コイルのうち少なくとも最内部に配された平面コイルは、並列に並べられた複数の素線が同一軸を中心に巻かれて形成された平面コイル群により構成され、前記平面コイル群の中から選択された平面コイルに電流が流されるように構成することもできる。
【００２９】
（２０）あるいは、前記給電コイルを構成する平面コイルのうち少なくとも最内部に配された平面コイルは、並列に並べられた少なくとも４本の素線が同一軸を中心に巻かれて形成された平面コイル群により構成され、前記平面コイル群の中から、それぞれの間に少なくとも１本の素線を挟んで選択された複数の素線により構成される平面コイルを並列に接続して電流が流されるように構成してもよい。
【００３０】
（２１）また、本発明では上記給電装置において、前記給電コイルは、並列に並べられた２本の素線が同一軸を中心に巻かれて形成された２つの平面コイルから構成され、前記２つの平面コイルは並列接続されたことを特徴とする。
【００３１】
（２２）あるいは、前記給電コイルは、並列に並べられた複数の素線が同一軸を中心に巻かれて形成された平面コイル群により構成され、前記平面コイル群の中から択一的に選択された平面コイルに電流が流されるようにしてもよい。
【００３２】
（２３）あるいは、前記給電コイルは、並列に並べられた少なくとも４本の素線が同一軸を中心に巻かれて形成された平面コイル群により構成され、前記平面コイル群の中から、それぞれの間に少なくとも１本の素線を挟んで選択された複数の素線により構成される平面コイルを並列に接続して電流が流されるようにしてもよい。
【００３３】
（２４）また、上記給電装置において本発明では、前記給電コイルは、２つの平面コイルから構成され、前記２つの平面コイルが直列接続されていることを特徴とする。
【００３４】
（２５）この場合に、前記２つの平面コイルは、並列に並べられた２本の素線が同一軸を中心に巻かれて形成され、各平面コイルの最内周の素線同士が接続されるように構成するとよい。
【００３５】
（２６）また、本発明では上記課題を解決するために、素線を渦巻状に巻いて形成した平面コイルからなる給電コイルから、素線を渦巻状に巻いて形成した平面コイルからなる受電コイルに対し電磁誘導を利用して電力を伝送するために使用される受電装置であって、前記受電コイルは、並列に並べられた複数の素線が同一軸を中心に巻かれて形成された平面コイル群により構成され、受電側の前記平面コイル群の中から選択された平面コイルが電磁誘導に利用される受電装置を採用した。
【００３６】
（２７）また、本発明では上記課題を解決するために、素線を渦巻状に巻いて形成した平面コイルからなる給電コイルと、素線を渦巻状に巻いて形成した平面コイルからなる受電コイルとの間で電磁誘導を利用して電力を伝送する非接触式電力伝送装置に使用される電磁誘導用コイルであって、前記給電コイルは、複数の平面コイルで構成され、これら複数の平面コイルは、その素線が同一軸を中心として巻かれて形成され、かつ互いの自己インダクタンスの値が略同値とされた電磁誘導用コイルを採用することとした。
【００３７】
（２８）この電磁誘導用コイルに関し、前記給電コイルは、前記複数の平面コイルが一平面をなして構成されたことを特徴とする。
【００３８】
（２９）また、上記電磁誘導用コイルに関し、前記給電コイルを構成する複数の平面コイルは、中央に空間部がそれぞれ形成され、かつ、相互の内縁寸法及び外縁寸法が順次小さくなるように形成され、前記複数の平面コイルは、それぞれの前記空間部に外縁寸法の小さな平面コイルが順次配置され、前記複数の平面コイルは並列接続されていることを特徴とする。
【００３９】
（３０）この場合において、前記給電コイルを構成する平面コイルのうち最内部に配された平面コイルの外縁寸法は、前記受電コイルの外縁寸法と略同寸に形成されるように構成するとよい。
【００４０】
（３１）また、上記電磁誘導用コイルにおいて、前記給電コイルを構成する平面コイルのうち少なくとも最内部に配された平面コイルが、並列に並べられた２本の素線が同一軸を中心に巻かれて形成された２つの平面コイルにより構成され、かつ前記２つの平面コイルは並列接続され、前記２つの平面コイルのそれぞれの巻数が前記受電コイルの巻数よりも少なくなるように構成する。
【００４１】
（３２）あるいは、前記給電コイルを構成する平面コイルのうち少なくとも最内部に配された平面コイルは、並列に並べられた複数の素線が同一軸を中心に巻かれて形成された平面コイル群により構成され、前記平面コイル群を構成する各平面コイルは、前記受電コイルの巻数よりも少なく巻かれて形成され、前記平面コイル群には、この平面コイル群を構成する各平面コイルの中から電流を流す平面コイルを選択可能とする接続端子が設けられるようにしてもよい。
【００４２】
（３３）あるいは、前記給電コイルを構成する平面コイルのうち少なくとも最内部に配された平面コイルは、並列に並べられた少なくとも４本の素線が同一軸を中心に巻かれて形成された平面コイル群により構成され、前記平面コイル群を構成する各平面コイルは、前記受電コイルの巻数よりも少なく巻かれて形成され、前記平面コイル群には、この平面コイル群を構成する各平面コイルの中から電流を流す複数の平面コイルを、選択されない他の平面コイルの素線をそれぞれの間に挟んで選択可能な接続端子が設けられ、選択された前記複数の平面コイルが並列に接続されるようにしてもよい。
【００４３】
（３４）このような場合に、選択すべき前記平面コイルを構成する素線には、他の平面コイルと区別する識別手段を設けるとよい。
【００４４】
（３５）また、上記の電磁誘導用コイルのように給電コイルを構成した場合において、前記受電コイルは、並列に並べられた複数の素線が同一軸を中心に巻かれて形成された平面コイル群により構成され、受電側の前記平面コイル群には、この平面コイル群の中から電磁誘導に利用される平面コイルを選択可能な接続端子が設けられたことを特徴とする。
【００４５】
（３６）この場合においても、選択すべき平面コイルを構成する素線には、他の平面コイルと区別する識別手段を設けるとよい。
【００４６】
（３７）また、本発明では上記電磁誘導用コイルにおいて、前記給電コイルを構成する平面コイルは、並列に並べられた２本の素線が同一軸を中心に巻かれて形成された２つの平面コイルにより構成され、かつ前記２つの平面コイルは並列接続され、前記２つの平面コイルのそれぞれの巻数が前記受電コイルの巻数よりも少ないことを特徴とする。
【００４７】
（３８）あるいは、前記給電コイルは、並列に並べられた複数の素線が同一軸を中心に巻かれて形成された平面コイル群により構成され、前記平面コイル群を構成する各平面コイルは、前記受電コイルの巻数よりも少なく巻かれ、前記平面コイル群には、この平面コイル群を構成する各平面コイルの中から電流を流す平面コイルを選択可能とする接続端子が設けられている。
【００４８】
（３９）あるいは、前記給電コイルは、並列に並べられた少なくとも４本の素線が同一軸を中心に巻かれて形成された平面コイル群により構成され、前記平面コイル群を構成する各平面コイルは、前記受電コイルの巻数よりも少なく巻かれ、前記平面コイル群には、この平面コイル群を構成する各平面コイルの中から電流を流す複数の平面コイルを、選択されない他の平面コイルの素線をそれぞれの間に挟んで選択可能な接続端子が設けられ、選択された前記複数の平面コイルが並列に接続されている。
【００４９】
（４０）このような場合において、選択すべき平面コイルを構成する素線には、他の平面コイルと区別する識別手段を設けるとよい。
【００５０】
（４１）また、上記電磁誘導用コイルにおいて、給電コイルを上記のように構成した場合、前記受電コイルは、並列に並べられた複数の素線が同一軸を中心に巻かれて形成された平面コイル群により構成され、前記平面コイル群には、この平面コイル群を構成する各平面コイルの中から電磁誘導に利用する平面コイルを選択可能とする接続端子が設けられるように構成するとよい。
【００５１】
（４２）この場合にも、選択すべき平面コイルを構成する素線には、他の平面コイルと区別する識別手段が設けられている。
【００５２】
（４３）そして、本発明では上記電磁誘導用コイルにおいて、前記給電コイルは、２つの平面コイルから構成され、前記２つの平面コイルが直列接続されていることを特徴とする。
【００５３】
（４４）この場合において、前記２つの平面コイルは、並列に並べられた２本の素線が同一軸を中心に巻かれて形成され、各平面コイルの最内周の素線同士が接続される。
【発明の効果】
【００５４】
本発明によれば、非接触式電力伝送装置を構成する給電装置が共振回路を備えていることから、共振回路を構成している給電コイルとコンデンサと間で共振現象を起こさせている。これにより、回路のインピーダンスを最小とし、得られる電流を最大として最大限の電力を受電装置に伝送させることができる。
【００５５】
また、給電装置の給電コイルと受電装置の受電コイルとは相互インダクタンス及び結合係数により相互に影響し合っているが、給電装置が具備する共振回路のＱ値を下げるために、給電コイルのインダクタンス値を下げている。このように給電側においてＱ値を下げることで、受電側において、負荷抵抗が低い領域においては、受電コイル電圧を引き上げることができる。このことから、受電コイルの起電力を向上させることができる。一方、負荷抵抗が高い領域においては、負荷抵抗電流を引き下げることができる。このことから、発熱を抑えることができ、その結果、受電コイルの起電力を向上させることができる。
【００５６】
さらに、本発明によれば、Ｑ値を下げることで、受電コイル電圧の負荷抵抗値に対する依存特性について、負荷抵抗が小さい領域では受電コイル電圧が上がり、負荷抵抗の大きな領域では受電コイル電圧が下がる。即ち、変化に対応する変化を減少させて電圧の変化を平坦にして、負荷抵抗に依存する領域を広くすることができる。これにより、従来では、電圧の変化が大きいかったため、耐圧領域の広いＩＣを選択しなければならなかったが、電圧の変化が減少して平坦にされることにより、耐圧領域の狭いＩＣを選択する事が可能となる。
【００５７】
また、複数の渦巻状に巻かれた素線からなる平面スパイラルコイルの群で給電コイル及び受電コイルを構成し、その中から選択した平面スパイラルコイルのみを電磁誘導に使用する場合、電磁誘導に利用される平面スパイラルコイルの素線同士の間には、選択されない平面スパイラルコイルの素線が介在されることになる。このため、電磁誘導に利用される平面スパイラルコイルの素線同士が密着することがなく、その結果、近接効果が生じることを効果的に阻止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる非接触式電力伝送装置に使用される給電コイル及び受電コイルの平面図である。
【図２】図１に示す給電コイル及び受電コイルが対向された状態を示す断面図である。
【図３】本発明の電力伝送装置の概要を示すブロック図である。
【図４】本発明の給電装置が具備する共振回路の等価回路図である。
【図５】本発明にかかる第１給電コイルから第３給電コイルにより構成された給電コイルの平面図である。
【図６】外形が六角形に形成された給電コイル及び受電コイルの平面図である。
【図７】本発明の第２実施形態にかかる非接触式電力伝送装置に使用される給電コイル及び受電コイルの平面図である。
【図８】図７に示す給電コイル及び受電コイルが対向された状態を示す断面図である。
【図９】本発明の第３実施形態にかかる給電コイル及び受電コイルの平面図である。
【図１０】図９に示した給電コイル及び受電コイルが対向された状態における図９のＡ部におけるＡ−Ａ断面の拡大図である。
【図１１】本発明の第４実施形態にかかる給電コイル及び受電コイルの平面図である。
【図１２】図１１に示した給電コイル及び受電コイルが対向された状態における図１１のＢ部におけるＢ−Ｂ断面の拡大図である。
【図１３】本発明の第５実施形態にかかる給電コイル及び受電コイルの平面図である。
【図１４】図１３に示した給電コイル及び受電コイルが対向された状態における図１３のＣ部におけるＣ−Ｃ断面の拡大図である。
【図１５】図１３及び図１４に示した実施例とは別の実施例にかかる第５実施形態にかかる給電コイル及び受電コイルの平面図である。
【図１６】図１５に示した給電コイル及び受電コイルが対向された状態における図１５のＤ部におけるＤ−Ｄ断面の拡大図である。
【図１７】本発明の第６実施形態にかかる給電コイル及び受電コイルの平面図である。
【図１８】本発明の第７実施形態にかかる給電コイル及び受電コイルの平面図である。
【図１９】本発明の第８実施形態にかかる給電コイル及び受電コイルの平面図である。
【図２０】本発明の第９実施形態にかかる給電コイル及び受電コイルの平面図である。
【図２１】図２０に示した実施例とは別の実施例にかかる第９実施形態にかかる給電コイル及び受電コイルの平面図である。
【図２２】本発明の第１０実施形態にかかる給電コイルのブロック図である。
【図２３】図２２に示した給電コイルにおける部分断面図である。
【図２４】図２３に示した給電コイルとは別の実施例にかかる第１０実施形態にかかる給電コイルの部分断面図である。
【図２５】一般的なシングルタイプの給電コイルを使用した場合の負荷抵抗と受電コイル電圧との関係についてのシミュレーション結果を表すグラフである。
【図２６】本発明の非接触式電力伝送装置にかかる給電コイルを使用した場合の負荷抵抗と受電コイル電圧の関係についてのシミュレーション結果を表すグラフである。
【図２７】本発明の非接触式電力伝送装置と一般的なシングルタイプの給電コイルを使用した非接触式電力伝送装置とに関する、負荷抵抗に対する受電コイル電圧の関係を示したグラフである。
【図２８】本発明の非接触式電力伝送装置と一般的なシングルタイプの給電コイルを使用した非接触式電力伝送装置とに関する、負荷抵抗に対する負荷抵抗電流の関係を示したグラフである。
【図２９】本発明の非接触式電力伝送装置と一般的なシングルタイプの給電コイルを使用した非接触式電力伝送装置とに関する、負荷抵抗に対する消費電力の関係を示したグラフである。
【図３０】従来の電磁誘導を利用した電力伝送装置に使用される回路の等価回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００５９】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００６０】
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態の非接触式電力伝送装置１に使用される電磁誘導用コイル２０，３１である給電コイル２０及び受電コイル３１の平面図を示し、図２は、給電コイル２０と受電コイル３１とが相互に対向された状態を側方からみた断面図を示している。また、図３は、本発明の第１実施形態にかかる非接触式電力伝送装置１の基本原理を表すブロック図を示し、図４は、その給電装置１０が備える共振回路１３の等価回路図を示している。
【００６１】
まず、図３及び図４を参照して、非接触式電力伝送装置１の構成について説明する。
【００６２】
非接触式電力伝送装置１は、給電装置１０と受電装置３０とから構成されている。
【００６３】
給電装置１０は、受電装置３０に電力を供給する共振回路１３と、共振回路１３を駆動する駆動回路１５と、駆動回路１５を制御する制御回路１６とを備えている。また、当該給電装置１０の駆動に必要な電圧を印加するために、外部から供給される交流電圧を整流して所定の直流電圧を生成するＡＣ／ＤＣ変換回路１１と、駆動回路１５にパルス波を印加するためのパルス波発信装置１２とを備えている。
【００６４】
ＡＣ／ＤＣ変換回路１１には、例えば、電源ケーブルを介して、家庭用ＡＣ電源（ＡＣ１００Ｖ〜２４０Ｖ））が供給される。そして、このＡＣ／ＤＣ変換回路１１は、供給された家庭用交流電圧を所定の直流電圧に変換し、変換した直流電圧を出力する。なお、このＡＣ／ＤＣ変換回路１１は、変換した直流電圧を、給電装置１０が備える図示しない別回路（例えば、外部機器との通信を行う通信制御回路）に出力し、当該別回路を駆動している。
【００６５】
パルス波発信装置１２には、ＡＣ／ＤＣ変換回路１１から出力された直流電圧が入力される。そして、パルス波発信装置１２は、例えば０Ｖ−５Ｖのパルス波を駆動回路１５に出力している。ただし、パルス波発信器１２により発信されるパルス波のハイレベルにおける電圧は、仕様に応じ適切な値を発信すればよい。
【００６６】
共振回路１３は、一次側コンデンサ１４及び給電コイル２０を備えたＬＣ直列回路から構成されており、駆動回路１５からの出力に基づいて電磁誘導を生じさせ、受電装置３０に設けられた受電コイル３１に交流電圧を発生させている。この実施形態では、給電コイル２０は二つの平面スパイラルコイル２１，２２が並列接続されて構成されている。なお、図４は、共振回路１３として、ＬＣＲ直列回路を示しているが、図４に示した符号１７はキャパシタを駆動する回路の内部抵抗Ｒｐを表している。
【００６７】
駆動回路１５には、パルス波発信装置１２から発信されたパルス波が入力される。この駆動回路１５は、制御回路１６によって入力された交流電圧を共振回路１３に出力するか否かの制御が行われつつ共振回路１３へパルス波を出力している。
【００６８】
そして、制御回路１６は、図示しない制御部の制御に基づいて駆動回路１５を駆動させるか否かを制御している。
【００６９】
一方、受電装置３０は、給電装置１０の共振回路１３の駆動に伴う電磁誘導により起電力が生ずる受電コイル３１と、受電コイル３１に発生した起電力の電力変換を行う電力変換回路３２とを備えている。なお、この受電装置３０の回路に生じる負荷抵抗を符号３３で表している。
【００７０】
受電コイル３１は、給電コイル２０に印加された電圧に伴ってこの受電コイル３１の両端に電圧を発生させて誘導電流を発生させ、電力変換回路３２に出力している。
【００７１】
電力変換回路３２は、整流回路を有し、入力された交流電流を直流電流に変換して図示しない充電器または電子機器に出力するようになっている。なお、例えば、整流回路は、ダイオードブリッジ回路によって構成されている。
【００７２】
次に、図１及び図２を参照して電磁誘導用コイル２０，３１の構成を説明する。
【００７３】
給電コイル２０は、外側に配置された第１給電コイル２１と、内側に配置された第２給電コイル２２から構成されている。これら第１給電コイル２１及び第２給電コイル２２はいずれも平坦な平面スパイラルコイルにより構成されている。
【００７４】
第１給電コイル２１は、その素線２１ａが渦巻状に巻かれてドーナツ状に形成されており、その中央に空間部が設けられ、この空間部がコイル収容部２５として構成されている。一方、第２給電コイル２２も、その素線２２ａが渦巻状に巻かれて形成されており、その中心には素線２２ａの存在しない空間部が設けられている。即ち、第２給電コイル２２は空芯平面スパイラルコイルである。そして、第２給電コイル２２は、第１給電コイル２１に形成されたコイル収容部２５の内側に収容されている。コイル収容部２５に第２給電コイル２２が収容された状態において、給電コイル２０の厚み方向に関し、第１給電コイル２１から第２給電コイル２２が突出することのないように第１給電コイル２１及び第２給電コイル２２は一平面をなしている。なお、第２給電コイル２２を第１給電コイル２１のコイル収容部２５に収容する際に、第１給電コイル２１の内縁と、第２給電コイル２２の外縁との間に少なくとも１ｍｍの隙間を形成するとよい。
【００７５】
これら第１給電コイル２１と第２給電コイル２２とは、両者が同一方向に磁束を形成させるように並列接続されている。例えば、第１給電コイル２１及び第２給電コイル２２の双方を時計回りに外から内に巻いて形成した場合、第１給電コイル２１及び第２給電コイル２２の外周側の素線２１ａ，２２ａ同士を接続すると共に、第１給電コイル２１及び第２給電コイル２２の内周側の素線２１ａ，２２ａ同士を接続し、両者を並列接続する。
【００７６】
また、第１給電コイル２１のインダクタンスの値と、第２給電コイル２２のインダクタンスの値は略同値となるように、第１給電コイル２１及び第２給電コイル２２は形成されている。これにより、給電コイル２０に電流を流した際に、第１給電コイル２１と第２給電のいずれかにのみ流れてしまうことを防止し、第１給電コイル２１と第２給電の双方に電流が流れることを確保している。
【００７７】
一方、受電コイル３１も、素線３１ａを渦巻状に巻いて形成した平面スパイラルコイルから構成されている。この受電コイル３１は、その外径が第２給電コイル２２の外径とほぼ同寸に形成されると共に、その中心部には素線３１ａの存在しない空間部が形成されている。即ち、給電コイル２０は空芯平面スパイラルコイルとして構成され、その外径及び内径はともに第２給電コイル２２とほぼ同寸に形成されている。
【００７８】
以上の給電装置１０及び受電装置３０を用いて給電装置１０から受電装置３０に電力伝送する際には、図２に示すように、給電コイル２０と受電コイル３１とを相互に対向させて、両者の間で電磁誘導を生じさせることで行われる。給電コイル２０と受電コイル３１とを対向させる際には、給電コイル２０と受電コイル３１との中心をできるだけ一致させる。
【００７９】
次に、本実施形態にかかる非接触式電力伝送装置１における電力伝送の基本原理について説明する。
【００８０】
この非接触式電力伝送装置１では、電磁誘導を利用して給電装置１０から受電装置３０に電力を伝送している。即ち、受電装置３０が備える受電コイル３１の起電力は、給電コイル２０により形成される磁束が受電コイル３１を鎖交する磁束の大きさに影響を受ける。そして、給電コイル２０が形成する磁束の大きさは、給電コイル２０を流れる電流により決定される。このことから、給電コイル２０に流れる電流を大きく、発生する電圧を低下させることが、伝送効率を向上させて受電コイル３１の起電力を向上させるためには重要である。
【００８１】
この点に関し、本実施形態委かかる非接触式電力伝送装置１では、給電装置１０が共振回路１３を備えていることから、共振回路１３において、給電コイル２０と一時側コンデンサ１４と間で共振現象を起こさせている。これにより、デジタル信号が正弦波形に変換され、かつ、共振状態においては、回路のインピーダンスが最小となり、得られる電流が最大となる。このような給電装置１０の共振を利用して最大限の電力を受電装置３０に伝送させている。
【００８２】
また、電磁誘導を利用する場合、受電装置３０が備える受電コイル３１の電力は、電圧の２乗に比例し、抵抗値に反比例をする。このため、受電コイル３１に発生する電圧の低下を防止することも重要である。より詳細には、受電コイル電圧の負荷抵抗ＲＬの依存性について、負荷抵抗ＲＬが低い領域では受電コイル電圧を上昇させる一方で、負荷抵抗ＲＬの高い領域では受電コイル電圧を低下させることで、受電コイル電圧を負荷抵抗ＲＬ変化に対し一定に保たれることがきわめて重要となる。
【００８３】
以上の点について、給電装置１０が共振回路１３を備えている。共振回路１３では、コイルに発生する電圧は、Ｑ値に影響を受け、Ｑ値が定まればコイルに生じる電圧を決定することから、Ｑ値に着目する。なお、Ｑ値とは共振の度合いや鋭さを表す値であり、Ｑの値が低いということは共振を素早くコントロールし、素早くとめることができていることを示し、逆にＱ値が高いということは共振が長く続いているということである。このＱ値は次の式（１）で表される。
【００８４】
Ｑ＝１／Ｒ×√（Ｌ／Ｃ）・・・（１）
【００８５】
式（１）から明らかなように、Ｑ値は、抵抗値Ｒと、キャパシタンスＣの平方根の値に反比例し、インダクタンスＬの平方根の値に比例する。Ｑ値を小さくするには、抵抗値Ｒを大きくするか、キャパシタンスＣを大きくするか、又はインダクタンスＬを小さくすることが必要である。
【００８６】
この点に関し、仮に抵抗値Ｒを大きくすると発熱し、キャパシタンスＣを大きくすれば共振周波数が低下するという不都合がある。このため、インダクタンスＬをさげることが最適である。
【００８７】
ここで、本実施形態の給電コイル２０のように第１給電コイル２１の内側に第２給電コイル２２を配置した場合における合成インダクタンスを求める。第１給電コイル２１と第２給電コイル２２の合成インダクタンスをＬＬ、第１給電コイル２１のインダクタンスをＬｐ１，第２給電コイル２２のインダクタンスをＬｐ２とする。合成インダクタンスＬＬをＬｐ１とＬｐ２とで表すと次の式（２）で表すことができる。
【００８８】
ＬＬ＝Ｌｐ１×Ｌｐ２／（Ｌｐ１＋Ｌｐ２）・・・（２）
【００８９】
いま、第２給電コイル２２のインダクタンスＬｐ２の値が第１給電コイル２１のインダクタンスＬｐ１と同値であるとすれば、合成インダクタンスＬＬは、式（３）のように表すことができる。
【００９０】
ＬＬ＝Ｌｐ１／２・・・（３）
【００９１】
このように、本実施形態にかかる給電装置１０の給電コイル２０によれば、一般的なシングルタイプの平面スパイラルコイルと比較してインダクタンスの値を約半分に低下させることができることになる。
【００９２】
このように、給電コイル２０のインダクタンスの値を低下させるとで、給電装置１０が備える共振回路１３のＱ値を下げることができる。そして、給電装置１０のＱ値を下げることで、受電装置３０では、受電コイル３１の電圧は、負荷抵抗ＲＬの変化に対し、より一定に維持され、使用したい実用領域における電圧を上昇せしめ、受電コイル電圧の負荷抵抗値の変化に対応する変化を減少させて電圧の変化を平坦にして、負荷抵抗に依存する領域を広くすることができる。
【００９３】
既述のように、受電装置３０は、電力変換回路３２を具備している。この電力変換回路３２には種々のＩＣが使用される。一般的なシングルタイプの平面スパイラルコイルを使用していた場合には、電圧の変化が大きいかったため、耐圧領域の広いＩＣを選択しなければならなかったが、電圧の変化が減少して平坦にされることにより、耐圧領域の狭いＩＣを選択する事が可能となる。
【００９４】
以上、給電コイルとして２つの平面スパイラルコイルを使用した２重コイルの場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、平面スパイラルコイルを３つ以上使用した多重コイルを使用して給電コイルを形成してもよい。
【００９５】
図５は、３つの平面スパイラルコイルを使用して給電コイル４０を形成したものを示している。
【００９６】
この給電コイル４０は、中央に空間部がそれぞれ形成された平面スパイラルコイルが用いられている。各平面スパイラルコイルは、相互の内縁寸法及び外縁寸法が順次小さくなるように形成され、外側から順に第１給電コイル４１、第２給電コイル、第３給電コイルのように配置されている。
【００９７】
具体的には、第２給電コイル４２の外径は、第１給電コイル４１の内径より小さく形成され、第３給電コイル４３の外径は第２給電コイル４２の内径より小さく形成されている。そして、第１〜第３の給電コイル４１，４２，４３は、第２給電コイル４２が第１給電コイル４１の中央に形成された空間部の内側に配置され、さらに、第３給電コイル４３は、第２給電コイル４２の中央に形成された空間部の内側に配置されている。この場合においても、第１給電コイル４１の内縁と第２給電コイル４２の外縁との間、及び第２給電コイル４２の内縁と第３給電コイル４２の外縁との間にはそれぞれ１ｍｍ以上の隙間を形成するとよい。
【００９８】
また、第１〜第３の給電コイル４１，４２，４３は、給電コイル４０の厚み方向に関し、相互に突出することなく平面状をなしている。さらに、第１〜第３の給電コイル４１，４２，４３は、それぞれの最外周に位置する素線同士が接続されると共に、最内周に位置する素線同士が接続されて並列接続されている。
【００９９】
なお、このように複数の平面スパイラルコイルで給電コイルを形成した場合においても、最も内側に配置された平面スパイラルコイルの外径は、受電コイルの外径と略同寸に形成するよい。
【０１００】
以上、平面スパイラルコイルの外形が円形であるものを例に説明したが、平面スパイラルコイルの外形は三角形、四角形、五角形、六角形などの多角形に形成してもよい。
【０１０１】
図６は、六角形に形成した電磁誘導コイルを示している。
【０１０２】
給電コイル４５は、外寸が大きく形成された第１給電コイル４６と外寸の小さく形成された第２給電コイル４７とから構成されている。第１給電コイル４６は、その外形が六角形となるようにその素線が渦巻状に巻かれ、中央には素線の存在しない空間部が形成されている。同様に、第２給電コイル４７も、その中央に空間部が形成されるようにして、外形が六角形をなすように渦巻状に素線が巻かれて形成されている。そして、第１給電コイル４６を構成する素線と第２給電コイル４７を構成する素線とは、同一軸が中心となるように巻かれて構成されるように、第１給電コイル４６の中央に形成された空間部の内側に第２給電コイル４７が配置されて給電コイル４５は構成される。
【０１０３】
なお、この給電コイル４５についても、第１給電コイル４６と第２給電コイルとが、厚み方向に関して相互に突出されることなく平面状をなしている。また、第１給電コイル４６の内縁と、第２給電コイル４７の外縁との間には１ｍｍ以上の隙間を形成するとよい。
【０１０４】
一方、受電コイル４８も、その外形が六角形をなすようにして素線が渦巻状に巻かれて構成されている。この受電コイル４８は、その外縁寸法及び内縁寸法が給電コイル４５のうち、内側に配置されている第２給電コイル４７の外縁寸法及び内縁寸法とほぼ同寸に形成されている。
【０１０５】
［第２実施形態］
次に、図７及び図８を参照して、本発明の第２実施形態について説明する。
【０１０６】
既述のように、電磁誘導を利用して電力伝送するには、給電装置１０が備える共振回路１３のＱ値を下げることが効果的である。この第２実施形態においても、Ｑ値を下げるために採用した構成である。なお、この第２実施形態は、電磁誘導用コイル５０，６０の構成のみが第１実施形態にかかる非接触式電力伝送装置１とは異なり、その他の給電装置１０の構成及び受電装置３０の構成は同じであるので、ここでは電磁誘導用コイル５０，６０についてのみ説明する。
【０１０７】
この電磁誘導用コイル５０，６０をなす給電コイル５０も、２個の平面スパイラルコイル５１，５２から構成されている。給電コイル５０は、２個の平面スパイラルコイル５１，５２を構成するそれぞれの素線５１ａ，５２ａが並列に並べられ、並べられた状態で渦巻状に巻かれるようにして構成されている。各素線５１ａ，５２ａが並列に並べられた状態で渦巻状に巻かれることにより、給電コイル５０を半径方向に見た場合、各平面スパイラルコイル５１，５２を構成するそれぞれの素線５１ａ，５２ａは交互に並べられる。そして、形成された給電コイル５０は、一平面を構成している。この給電コイル５０についても、二つの平面スパイラルコイル５１，５２は、それぞれの最外周の素線５１ａ，５２ａ同士が接続されると共に、最内周の素線５１ａ，５２ａ同士が接続されて並列に接続される。なお、この給電コイル５０においても、その中心部分には、素線５１ａ，５２ａが存在しない空間部が設けられ、空芯平面スパイラルコイルとなされている。
【０１０８】
なお、２個の平面スパイラルコイル５１，５２は、素線径及び素線長がほぼ同寸の同一材料の素線によって形成されており、両者のインダクタンス値は略同値となされている。
【０１０９】
一方、受電コイル６０は、１本の素線６０ａが渦巻状に巻かれ構成された平面スパイラルコイルである。その外径は給電コイル５０の外径とほぼ同寸に形成されている。また、中心部分には素線６０ａの存在しない空間部が形成されており、空芯平面スパイラルコイルとなされている。その中心部分に形成される空間部の内径も、給電コイル５０の中央部分に形成された空間部の内径とほぼ同寸に形成されている。
【０１１０】
これら給電コイル５０と受電コイル６０を使用して電力伝送を行う際には、図８に示すように、給電コイル５０と受電コイル６０とを対向させる。この際、両者の中心がほぼ一致されるように配置する。
【０１１１】
次に、本実施形態にかかる電磁誘導用コイル５０，６０の基本的な考え方について説明する。
【０１１２】
この実施形態においても、インダクタンス値を下げることでＱ値を下げて電力伝送の効率を向上させている点で第１実施形態にかかる非接触式電力伝送装置１と基本思想は同様である。この給電コイル５０では、インダクタンス値を下げるために、平面スパイラルコイル５１，５２の巻数を少なくしている。もっとも、単純に巻数を少なくしたのでは、給電コイル５０の外寸が小さくなる。そうすると、給電コイル５０と受電コイル６０との間で磁束の漏れが生じてしまう。
【０１１３】
このため、給電コイル５０の巻数を少なくしつつ、外寸を維持するために、２個の平面スパイラルコイル５１，５２を構成するそれぞれの素線５１ａ，５２ａを並列に並べ、並べられた状態で素線５１ａ，５２ａを渦巻状に巻いて給電コイル５０を構成しているのである。
【０１１４】
この第２実施形態に関しても、給電装置１０は、給電コイル５０をその構成要素とする共振回路１３を備えているため、共振回路１３において、給電コイル２０とコンデンサ１４と間で共振現象を起こさせている。これにより、デジタル信号が正弦波形に変換され、かつ、共振状態においては、回路のインピーダンスが最小となり、得られる電流が最大となる。このような給電装置１０の共振を利用して最大限の電力を受電装置３０に伝送させている。
【０１１５】
また、給電コイル５０を第２実施形態のように形成することで、給電装置１０が備える共振回路１３のＱ値を下げることができ、受電コイル電圧の負荷抵抗ＲＬの依存性について、負荷抵抗ＲＬが低い領域では受電コイル電圧を上昇させる一方で、負荷抵抗ＲＬの高い領域では受電コイル電圧を低下させて、受電コイル電圧を負荷抵抗ＲＬ変化に対し一定にすることができる。
【０１１６】
なお、第２実施形態についても、給電コイル及び受電コイルの外形は三角形、四角形、五角形、六角形などの多角形に形成してもよい。
【０１１７】
［第３実施形態］
次に、図９及び図１０を参照して本発明の第３実施形態について説明する。図９は給電コイル７０及び受電コイル８０の平面図を示し、図１０は、対向された給電コイル７０及び受電コイル８０における、図９のＡ部におけるＡ−Ａ断面の拡大図を示したものである。なお、この実施形態においても、電磁誘導用コイル７０，８０の構成のみが第１実施形態にかかる非接触式電力伝送装置１とは異なり、その他の給電装置１０の構成及び受電装置３０の構成及び作用は、図３に示したものと同じであるので、電磁誘導用コイル７０，８０についてのみ説明する。
【０１１８】
給電コイル７０は、３つの平面スパイラルコイル７１，７２，７３の群から構成されている。この給電コイル７０は、各平面スパイラルコイル７１，７２，７３を構成している素線が並列に並べられ、これら３本の素線が一つの中心軸を中心として渦巻状に巻かれ、平面状に形成されている。これら３つの平面スパイラルコイル７１，７２，７３は、その素線径及び素線長が相互に同寸の同一材料の素線により形成されている。このため、３つの平面スパイラルコイルのインダクタンス値は略同値となっている。
【０１１９】
この給電コイル７０について、給電コイル７０の最外周を第１周目とした場合、図１０に示すように、各周では、外側に平面スパイラルコイル７１の素線が位置し、中央に平面スパイラルコイル７２の素線が位置し、そして内側に平面スパイラルコイル７３の素線が位置している。なお、この図１０では外側から数え第ｎ周目から第ｎ＋４周目までを示している。
【０１２０】
そして、この給電コイルで７０では、各平面スパイラルコイル７１，７２，７３の最外周及び最内周においてそれぞれの素線の端部に接続端子を設けている。これにより、共振回路１３にこれら接続端子を選択して接続するようにして、３つの平面スパイラルコイル７１，７２，７３のうち、いずれか一つのコイルを択一的に選択可能になっており、選択した平面スパイラルコイルにのみ電流を流して電磁誘導に利用する。例えば、図９及び図１０に示すように、平面スパイラルコイル７２を選択して共振回路１３に接続し、他の平面スパイラルコイル７１，７３は、共振回路１３には接続しないことで、平面スパイラルコイル７２のみを電磁誘導に利用する。もっとも、選択する平面スパイラルコイルは、他のものを選択しても構わない。
【０１２１】
一方、受電コイル８０は、一本の素線が渦巻状に巻かれ平面状に形成されている。この受電コイル８０は、給電コイル７０を構成する３つの平面スパイラルコイル７１，７２，７３の素線と素線径が同寸の素線が使用されて、その外径及び内径が給電コイル７０の外径及び内径と略同寸に形成されている。
【０１２２】
このように、給電コイル７０と受電コイル８０とを形成した場合、給電コイル７０にあっては、電磁誘導に利用される平面スパイラルコイルは、３つのうち１つだけなので、電磁誘導に利用される給電コイル７０の平面スパイラルコイルは、その巻数が受電コイル８０の巻数の１／３となる。
【０１２３】
この第３実施形態では、給電コイル７０において電磁誘導に利用する平面スパイラルコイルの巻数を少なくすることでインダクタンス値を減少させることができ、その結果、Ｑ値を下げている。
【０１２４】
そして、第３実施形態においても、給電装置１０は、給電コイル５０をその構成要素とする共振回路１３を備えているため、共振回路１３において、給電コイル２０とコンデンサ１４と間で共振現象を起こさせている。これにより、デジタル信号が正弦波形に変換され、かつ、共振状態においては、回路のインピーダンスが最小となり、得られる電流が最大となる。このような給電装置１０の共振を利用して最大限の電力を受電装置３０に伝送させている。
【０１２５】
また、給電装置１０が備える共振回路１３のＱ値を下げることで、受電コイル電圧の負荷抵抗ＲＬの依存性について、負荷抵抗ＲＬが低い領域では受電コイル電圧を上昇させる一方で、負荷抵抗ＲＬの高い領域では受電コイル電圧を低下させて、受電コイル電圧を負荷抵抗ＲＬ変化に対し一定にすることができる。
【０１２６】
さらに、この第３実施形態においては、給電コイル７０において、３つの平面スパイラルコイル７１，７２，７３のうちいずれか一つを利用するため、給電コイル７０の内側に位置する素線と外側に位置する素線との間に、いわゆる近接効果が生じることがない。例えば、図１０に示すように、平面スパイラルコイル７２を選択し、平面スパイラルコイル７２にのみ電流を流した場合、平面スパイラルコイル７２を構成する素線同士の間には、選択しなかった平面スパイラルコイル７１と平面スパイラルコイル７３の素線が存在する。このため、平面スパイラルコイル７２の素線同士が相互に密着することが無く、近接効果が生じることがないのである。
【０１２７】
なお、給電コイル７０において、選択すべき平面スパイラルコイルの素線に着色したり、あるいは端子部分にビニールチューブ等の目印を付けるなどして、選択すべき平面スパイラルコイルを他の平面スパイラルコイルと区別するための識別手段を設けるとよい。
【０１２８】
以上、給電コイルを３つの平面スパイラルコイルの群で構成した場合について説明したが、これには限定されず、２つの平面スパイラルコイルの群で給電コイルを構成したり、４つ以上の平面スパイラルコイルの群で給電コイルを構成してもよい。なお、給電コイルを３つ以外の平面スパイラルコイル群で構成した場合においても、共振回路に接続して電磁誘導に利用するものを択一的に選択する。
【０１２９】
このように、給電コイルをＮ回巻の複数の平面スパイラルコイル群で構成することで、インダクタンスの値を受電コイルのインダンクタンスの値に対し１／Ｎとすることができる。そして、給電コイルを所望の巻数に形成することで、給電コイルと受電コイルのインダクタンス比を任意に設定することができる。しかも、電磁誘導に利用するコイルをＮ個の中から選択するように構成することで、電流の流れる素線同士が密着することが無く、近接効果の発生を効果的に防止できる。
【０１３０】
なお、この第３実施形態についても、給電コイル及び受電コイルの外形は三角形、四角形、五角形、六角形などの多角形に形成してもよい。
【０１３１】
［第４実施形態］
次に図１１及び図１２を参照して本発明の第４実施形態について説明する。図１１は、第４実施形態にかかる非接触式電力伝送装置に使用する給電コイル９０と受電コイル１００の平面図を示し、図１２は、対向された給電コイル９０と受電コイル１００とに関し、図１１のＢ部のＢ−Ｂ断面に着いての拡大部分断面図を示したものである。
【０１３２】
給電コイル９０は、４つの平面スパイラルコイル９１，９２，９３，９４の群により構成されている。４つの平面スパイラルコイル９１，９２，９３，９４の群は、並列に並べられた４本の素線が同一軸を中心にして渦巻状に巻かれるようにして平面状に形成される。図１２は、給電コイル９０を構成している各平面スパイラルコイル９１，９２，９３，９４について、外側から第ｎ周目の素線と第ｎ＋１周目の素線の配列を示している。各周において、各平面スパイラルコイル９１，９２，９３，９４の素線は、外側から平面スパイラルコイル９１の素線、平面スパイラルコイル９２の素線、平面スパイラルコイル９３の素線、平面スパイラルコイル９４の素線の順に配列されている。
【０１３３】
なお、給電コイル９０を構成している各平面スパイラルコイル９１，９２，９３，９４は、その素線は、同寸の素線径のものが使用されている。また、各平面スパイラルコイル９１，９２，９３，９４の素線長は略同寸に形成されている。このため、各平面スパイラルコイル９１，９２，９３，９４のインダクタンス値は略同値となっている。
【０１３４】
これに対し、受電コイルは、１本の素線が渦巻状に巻かれ、かつ、平面状に形成されることで構成されている。給電コイルの外径は受電コイルの外径と略同寸に形成されているため、給電コイルを構成する各平面コイルは、受電コイルの巻数の１／４の巻数である。
【０１３５】
そして、この給電コイルで９０についても、各平面スパイラルコイル９１，９２，９３，９４の最外周及び最内周においてそれぞれの素線の端部に接続端子を設けている。これにより、共振回路１３にこれら接続端子を選択して接続するようにして、４つの平面スパイラルコイル９１，９２，９３，９４の中から所望のコイルを選択可能になっている。この給電コイル９０については、給電コイル９０を構成する４つの平面コイル群の中から、素線が最も外側に位置するように巻かれた平面スパイラルコイル９１と、コイル群の中から、外側から３番目に位置する平面スパイラルコイル９３とが選択され、この２つの平面スパイラルコイル９１，９３が共振回路に接続されて電磁誘導に利用される。２つの平面スパイラルコイル９１，９３を選択することで、第ｎ周目においては、平面スパイラルコイル９１と、平面スパイラルコイル９３との間には、平面スパイラルコイル９２が介在し、第ｎ周目と第ｎ＋１周目においては、平面スパイラルコイル９１と、平面スパイラルコイル９３との間には、平面スパイラルコイル９４が介在することになる。
【０１３６】
このように、この給電コイル９０では、電磁誘導に利用するために選択された平面スパイラルコイル同士の間には、選択されない平面スパイラルコイルが介在し、電磁誘導に利用される平面スパイラルコイルの素線同士が相互に密着しあわないように構成される。
【０１３７】
そして、選択された２つの平面スパイラルコイル９１，９３は、それぞれの最外周を構成する素線同士が接続されると共に、最内周の素線同士が接続されて両者が並列接続される。なお、選択された２つの平面スパイラルコイル９１，９３の素線には、他の平面スパイラルコイル９２，９４と区別するために、色を付けたり、端子部分にビニールチューブ等の目印を付けるなどして識別可能にされる。
【０１３８】
以上のように構成することで、この第４実施形態でも、給電コイル９０のインダクタンス値を減少させることができ、その結果、Ｑ値を下げている。そして、給電コイル９０を備えた給電装置１０の共振回路１３では、給電コイル２０とコンデンサ１４と間で共振現象が生じ、デジタル信号が正弦波形に変換され、かつ、共振状態においては、回路のインピーダンスが最小となり、得られる電流が最大となる。このような給電装置１０の共振を利用して最大限の電力を受電装置３０に伝送させている。
【０１３９】
また、給電装置１０が備える共振回路１３のＱ値を下げることで、受電コイル電圧の負荷抵抗ＲＬの依存性について、負荷抵抗ＲＬが低い領域では受電コイル電圧を上昇させる一方で、負荷抵抗ＲＬの高い領域では受電コイル電圧を低下させて、受電コイル電圧を負荷抵抗ＲＬ変化に対し一定にすることができる。
【０１４０】
さらに、給電コイル９０において、電磁誘導に利用するために選択される平面スパイラルコイルは、選択されない平面スパイラルコイルを間に介在させているため、電磁誘導に利用される平面スパイラルコイルの素線同士が相互に密着せず、近接効果が生じることがない。
【０１４１】
以上、平面スパイラルコイル９１，９３を選択した場合について説明したが、平面スパイラルコイル９２，９４を選択して給電コイル９０を構成してもよい。この場合、選択した平面スパイラルコイル９２，９４の素線の間には、選択しなかった平面スパイラルコイル９１，９３の素線が介在される。このため、近接効果の発生を防止できる。
【０１４２】
また、給電コイルが４つの平面スパイラルコイルの場合を例に説明したが、５つ以上の平面スパイラルコイルの群で給電コイルを構成してもよい。この場合にも、電磁誘導に利用するために選択する平面スパイラルコイルの間には、選択されない平面スパイラルコイルの素線が介在されるようにして給電コイルを構成する。
【０１４３】
この第４実施形態においても、給電コイルを構成する平面スパイラルコイルの数を変更して、各平面スパイラルコイルの巻数と受電コイルの巻数との比率を変化させることで、給電コイルのインダクタンスと受電コイルのインダクタンスの比率を自在に設定できる。
【０１４４】
なお、この第４実施形態においても、給電コイル及び受電コイルの外形は三角形、四角形、五角形、六角形などの多角形に形成してもよい。
【０１４５】
［第５実施形態］
次に図１３及び図１４を参照して本発明の第５実施形態について説明する。図１３は、給電コイル１１０及び受電コイル１２０の平面図を示し、図１４は、対向された給電コイル１１０及び受電コイル１２０における、図１３のＣ部におけるＣ−Ｃ断面の拡大図を示したものである。なお、この実施形態においても、電磁誘導用コイル７０，８０の構成のみが第１実施形態にかかる非接触式電力伝送装置１とは異なり、その他の給電装置１０の構成及び受電装置３０の構成及び作用は、図３に示したものと同じであるので、電磁誘導用コイル１１０，１２０についてのみ説明する。
【０１４６】
給電コイル１１０は、３つの平面スパイラルコイル１１１，１１２，１１３の群から構成されている。この給電コイル１１０は、各平面スパイラルコイル１１１，１１２，１１３を構成する素線が並列に並べられ、これら３本の素線が一つの中心軸を中心として渦巻状に巻かれるようにして、平面状に形成されている。これら３つの平面スパイラルコイル１１１，１１２，１１３は、その素線径及び素線長が相互に同寸で、かつ、同一材料の素線により形成されている。このため、３つの平面スパイラルコイル１１１，１１２，１１３のインダクタンス値は略同値となっている。
【０１４７】
この給電コイル１１０は、その最外周を第１周目とした場合、図１４に示すように、各周では、外側に平面スパイラルコイル１１１の素線が位置し、中央に平面スパイラルコイル１１２の素線が位置し、そして内側に平面スパイラルコイル１１３の素線が位置している。なお、この図１４では外側第ｎ周目と第ｎ＋１周目を示している。
【０１４８】
そして、この給電コイル１１０についても、各素線の端部には端子が設けられ、３つの平面スパイラルコイル１１１，１１２，１１３のうち、いずれか一つのコイルを択一的に選択可能になっており、選択した平面スパイラルコイルにのみ電流を流して電磁誘導に利用する。例えば、図１３及び図１４に示すように、平面スパイラルコイル１１２を選択して共振回路１３に接続し、他の平面スパイラルコイル１１１，１１３は、共振回路には接続しないことで、平面スパイラルコイル１１２のみを電磁誘導に利用する。もっとも、選択する平面スパイラルコイルは、他のものを選択しても構わない。
【０１４９】
一方、受電コイル１２０は、２つの平面スパイラルコイル１２１，１２２から構成されている。受電コイル１２０は、並列に並べられた２本の素線が渦巻状に巻かれ平面状に形成されている。この受電コイル１２０は、給電コイル１１０を構成する３つの平面スパイラルコイル１１１，１１２，１１３の素線と素線径が同寸の素線が使用されて、その外径及び内径が給電コイル１１０の外径及び内径と略同寸に形成されている。そして、平面スパイラルコイル１２１，１２２の各素線の端部には端子が設けられており、そのいずれかを回路に接続可能となっていて、２つの平面スパイラルコイル１２１，１２２のうち一方のみが選択されて電磁誘導に利用される。
【０１５０】
この第５実施形態のように、給電コイル１１０と受電コイル１２０とを形成した場合、電磁誘導に利用される平面スパイラルコイルのインダクタンス比は、２：３となり、給電コイル１１０において電磁誘導に利用する平面スパイラルコイルのインダクタンス値を小さくし、その結果、Ｑ値を下げている。
【０１５１】
そして、第５実施形態においても、給電装置１０の共振回路１３において、給電コイル２０とコンデンサ１４と間で共振現象が生じ、印加されたデジタル信号が正弦波形に変換される。また、共振状態においては、回路のインピーダンスが最小となり、得られる電流が最大となる。このような給電装置１０の共振を利用して最大限の電力を受電装置３０に伝送させている。
【０１５２】
また、給電装置１０が備える共振回路１３のＱ値を下げることで、受電コイル電圧の負荷抵抗ＲＬの依存性について、負荷抵抗ＲＬが低い領域では受電コイル電圧を上昇させる一方で、負荷抵抗ＲＬの高い領域では受電コイル電圧を低下させて、受電コイル電圧を負荷抵抗ＲＬ変化に対し一定にすることができる。
【０１５３】
さらに、この第５実施形態においては、給電コイル１１０及び受電コイル１２０のいずれついても、電磁誘導に利用される平面スパイラルコイルの素線同士の間には、選択しない平面スパイラルコイルの素線が介在するため、近接効果の発生を防止できる。
【０１５４】
なお、給電コイル１１０及び受電コイル１２０のいずれについても、選択すべき平面スパイラルコイルの素線に着色したり、あるいは端子部分にビニールチューブ等の目印を付けるなどして、選択すべき平面スパイラルコイルを他の平面スパイラルコイルと区別するための識別手段を設けるとよい。
【０１５５】
以上、給電コイルを３つの平面スパイラルコイルの群で構成し、受電コイルを２つの平面スパイラルコイルで構成した場合について説明したが、これには限定されず、給電コイルを構成する平面スパイラルコイルの数を、受電コイルを構成する平面スパイラルコイルの数より多くして、給電コイルの巻数を受電コイルの巻数よりも少なくするのであれば、給電コイル及び受電コイルを他の数の平面スパイラルコイルで構成してもよい。
【０１５６】
このように、給電コイルをＮ回巻の複数の平面スパイラルコイル群で構成する一方で、受電コイルをＭ回巻の複数の平面スパイラルコイル群で構成し、その巻数比をＮ：Ｍ（ただし、Ｎ＜Ｍ）とすれば、これに対応して給電コイルのインダクタンスの値と受電コイルのインダンクタンスの値との比率をＮ：Ｍ（ただし、Ｎ＜Ｍ）と自在に設定することが可能となる。
【０１５７】
なお、給電コイルと受電コイルのインダクタンス比を自在に変更可能とする場合、図１５及び図１６に示すように給電コイル及び受電コイルを設けてもよい。
【０１５８】
図１５及び図１６は、第５実施形態における別の実施例を示したものである。図１５は給電コイル１３０及び受電コイル１４０の平面図を示し、図１６は、対向する給電コイル１３０及び受電コイル１４０における図１５のＤ部のＤ−Ｄ断面の拡大図を示したものである。
【０１５９】
給電コイル１３０は、第３実施形態の給電コイル９０と同様の構成からなり、４つの平面スパイラルコイル１３１，１３２，１３３，１３４の群により構成されている。４つの平面スパイラルコイル１３１，１３２，１３３，１３４の群は、並列に並べられた４本の素線が同一軸を中心にして渦巻状に巻かれるようにして平面状に形成される。図１６は、給電コイル１３０を構成している各平面スパイラルコイル１３１，１３２，１３３，１３４について、外側から第ｎ周目の素線と第ｎ＋１周目の素線の配列を示している。各周において、各平面スパイラルコイル１３１，１３２，１３３，１３４の素線は、外側から平面スパイラルコイル１３１の素線、平面スパイラルコイル１３２の素線、平面スパイラルコイル１３３の素線、平面スパイラルコイル１３４の素線の順に配列されている。
【０１６０】
なお、各平面スパイラルコイル１３１，１３２，１３３，１３４は、素線径及び素線長が略同寸の同一材料の素線から形成されており、各平面スパイラルコイル１３１，１３２，１３３，１３４のインダクタンス値は略同値となされている。
【０１６１】
一方、受電コイル１４０は、２つの平面スパイラルコイル１４１，１４２から構成されている。受電コイル１４０は、並列に並べられた２本の素線が渦巻状に巻かれ平面状に形成されている。この受電コイル１４０は、給電コイル１３０を構成する４つの平面スパイラルコイル１３１，１３２，１３３，１３４の素線と素線径が同寸の素線が使用されて、その外径及び内径が給電コイル１３０の外径及び内径と略同寸に形成されている。
【０１６２】
この実施例における給電コイル１３０では、４つの平面スパイラルコイル１３１，１３２，１３３，１３４のうち２つの平面スパイラルコイル１３１，１３３が選択され、選択された２つの平面スパイラルコイル１３１，１３３は、それぞれの最外周に位置する素線同士が接続されると共に、最内周の素線同士が接続されて並列接続される。そして、２つの平面スパイラルコイル１３１，１３３が共振回路１３に接続されて電磁誘導に利用される。このため、図１６に示すように、選択された平面スパイラルコイル１３，１３３の素線の間には、選択されなかった平面スパイラルコイル１３２，１３４の素線が介在する。
【０１６３】
一方、受電コイル１４０では、２つの平面スパイラルコイル１４１，１４２のうち、平面スパイラルコイル１４１のみが選択されて電磁誘導に利用される。図１６は、受電コイル１４０を構成する平面スパイラルコイル１４１，１４２の素線について、外側から第ｍ周目〜第ｍ＋４周目までを示しているが、この図１６に示すように、電磁誘導に利用される平面スパイラルコイル１４１の素線同士の間には、選択されなかった平面スパイラルコイル１４２の素線が介在する。
【０１６４】
この実施例のように電磁誘導用コイルである給電コイル１３０及び１受電コイル１４０を構成した場合も、給電コイル１３０の巻数が受電コイル１４０の巻数よりも少ないため、給電コイルのインダクタンスの値を小さくすることができ、これによりＱ値を小さくできる。
【０１６５】
そして、この場合においても、給電コイルを所望の数の平面スパイラルコイル群で構成すると共に、受電コイルを所望の数の平面スパイラルコイルの群で構成することで、給電コイルの巻数と受電コイルの巻数とを自在に設定でき、その結果、給電コイルのインダクタンスと受電コイルのインダクタンスの比率を所望の値に事由に設定することが可能となる。ただし、この場合においても、給電コイルの巻数Ｎを受電コイルの巻数Ｍよりも小さくすることが必要である。
【０１６６】
なお、この第５実施形態についても、給電コイル及び受電コイルの外形は三角形、四角形、五角形、六角形などの多角形に形成してもよい。
【０１６７】
［第６実施形態］
次に、図１７を参照して、本発明の第６実施形態について説明する。図１７は、第６実施形態にかかる非接触式電力伝送装置に使用される給電コイル１５０と受電コイル１６０の平面図を示している。
【０１６８】
給電コイル１５０は、外側に配置されたドーナツ状の第１給電コイル１５１と、第１給電コイル１５１の内側に配置された第２給電コイル１５２とから構成され、さらに、第２給電コイル１５２は、２つの平面スパイラルコイル１５３，１５４の群により構成されている。即ち、既述の第１実施形態にかかる給電コイル２０と第２実施形態にかかる給電コイル５０とを組み合わせたような構成である。
【０１６９】
第１給電コイル１５１は、素線を渦巻状に巻いて平坦なドーナツ状に形成したものであり、その中央には素線の存在しない空間部が形成されている。そして、第２給電コイル１５２は、第１給電コイル１５１の中央に形成された空間部の内側に配置されている。この２個の平面スパイラルコイル１５３，１５４の群により構成された第２給電コイル１５２は、並列に並べられた２本の素線が同一軸を中心として渦巻状に巻かれるようにして形成されている。そして、第１給電コイル１５１及び第２給電コイル１５２は、さらに同一の軸が中心となるように配置されている。
【０１７０】
このようにして構成された給電コイル１５０は、第１給電コイル１５１と第２給電コイル１５２とが、給電コイル１５０の厚み方向に関し相互に突出することなく平面状に形成されている。
【０１７１】
第２給電コイルを構成している２つの平面スパイラルコイル１５３，１５４は、それぞれの最外周に位置する素線同士が接続されると共に、最内周の素線同士が接続されて並列に接続されている。さらに、並列接続された２つの平面スパイラルコイルと、第１給電コイル１５１とは、それぞれの最外周同士及び最内周同士が接続されて並列に接続されている。
【０１７２】
なお、第１給電コイル１５１、平面スパイラルコイル１５３，１５４のインダクタンス値は略同値となるように、素線径、素線長、及び素線の材質が選定される。
【０１７３】
これ対し、受電コイル１６０は、１本の素線が渦巻状に巻かれて平面状に形成される。この受電コイル１６０の外径及び内径は、第２給電コイル１５２の外径及び内径と略同寸に形成される。
【０１７４】
この実施形態においても、給電コイル１５０では、第１給電コイル１５１と第２給電コイル１５２の合成インダクタンスとして求めることができ、しかも、第２給電コイル１５２は２つの平面スパイラルコイルから構成されていることから巻数が少ないことから、インダクタンスの値を減少させることができる。その結果、給電装置１０において共振回路１３におけるＱ値を低減させることができる。
【０１７５】
［第７実施形態］
次に、図１８を参照して本発明の第７実施形態について説明する。図１８は、第７実施形態にかかる非接触式電力伝送装置に使用される給電コイル１７０と受電コイル１６０の平面図を示したものである。なお、この実施形態における受電コイルの構成は、上記の第６実施形態にかかる受電コイル１６０の構成と同様であるので、ここでは図面に同一符号を付してその説明は省略する。
【０１７６】
この実施形態にかかる給電コイル１７０は、外側に第１給電コイル１７１を設けると共に、その内側に第２給電コイル１７２が設けられている。
【０１７７】
第１給電コイル１７１は、素線が渦巻状に巻かれてドーナツ状に形成さている。その中央には、素線の存在しない空間部が形成されている。
【０１７８】
第２給電コイル１７２は、３つの平面スパイラルコイル１７３，１７４，１７５の群から構成されたもので、並列に並べられた３本の素線が同一軸を中心に渦巻状に巻かれて平面状に形成されている。３つの平面スパイラルコイル１７３，１７４，１７５は、渦巻状に巻かれた各周において、外側から平面スパイラルコイル１７３の素線、中央に平面スパイラルコイル１７４の素線、そして内側に平面スパイラルコイル１７５の素線の順に配置されている。そして、第２給電コイル１７２は、第１給電コイル１７１の中央に形成された空間部の内側に配置される。この状態において、第１給電コイル１７１と、第２給電コイル１７２とは、給電コイル１７０の厚み方向に関し相互に突出することなく平面状に構成される。
【０１７９】
この実施形態において、第２給電コイル１７２は、３つの平面スパイラルコイル１７３，１７４，１７５のなから所望のものを択一的に選択することができるようになっており、電磁誘導には、３つの中から選択された平面スパイラルコイルのみが利用される。例えば、図１８に示した例においては、３つの平面スパイラルコイル１７３，１７４，１７５の中から平面スパイラルコイル１７５が選択され、電磁誘導に利用される。そして、この給電コイル１７０では、第２給電コイル１７２において選択された平面スパイラルコイル１７５と第１給電コイル１７１とは、それぞれの最外周の素線同士と最内周の素線同士とが接続され、両者が並列接続される。ただし、選択する平面スパイラルコイルは、他の平面スパイラルコイルでもよい。
【０１８０】
なお、この実施形態においては、第１給電コイル１７１を構成する素線、第２給電コイル１７２における３つの平面スパイラルコイル１７３，１７４，１７５を構成している各素線は、その素線径、素線長及び材質が同一のものにより構成されるなどして、インダクタンス値が略同値となされている。
【０１８１】
この実施形態においても、給電コイル１７０では、そのインダクタンスの値を減少させて、Ｑ値を下げている。また、第２給電コイル１７２では、選択された平面スパイラルコイル１７５の素線同士の間には、選択されない平面スパイラルコイル１７３，１７４の素線が介在するので、近接効果の発生を防止できる。なお、この実施形態においても、第２給電コイルを２つの平面スパイラルコイルの群で構成したり、４つ以上の平面スパイラルコイルの群で構成しても構わない。
【０１８２】
［第８実施形態］
図１９は、本発明の第９実施形態にかかる非接触式電力伝送装置に使用される給電コイル１８０及び受電コイル１６０の平面図を示している。なお、この第８実施形態においても受電コイル１６０の構成は第６実施形態にかかる受電コイル１６０と同様の構成であるため、その説明は省略する。
【０１８３】
この実施形態にかかる給電コイル１８０は、外側に第１給電コイル１８１を設けると共に、その内側に第２給電コイル１８２が設けられている。
【０１８４】
第１給電コイル１８１は、素線が渦巻状に巻かれてドーナツ状に形成さている。その中央には、素線の存在しない空間部が形成されている。
【０１８５】
一方、第２給電コイル１８２は、４つの平面スパイラルコイル１８３，１８４，１８５，１８６の群から構成されている。４つの平面スパイラルコイル１８３，１８４，１８５，１８６は、並列に並べられた４本の素線が同一軸を中心として渦巻状に巻かれ、平面状に形成される。４つの平面スパイラルコイル１８３，１８４，１８５，１８６の群として構成された第２給電コイル１８２は、渦巻状に巻かれた各周において、外側から、平面スパイラルコイル１８３の素線、平面スパイラルコイル１８４の素線、平面スパイラルコイル１８５の素線、平面スパイラルコイル１８６の素線の順に配置される。
【０１８６】
そして、第２給電コイル１８２においては、４つの平面スパイラルコイル１８３，１８４，１８５，１８６の中から２つの平面スパイラルコイルが選択されて電磁誘導に利用される。図１９に示した例では、２つの平面スパイラルコイル１８４，１８６が選択されている。選択された平面スパイラルコイル１８４，１８６は、それぞれの最外周の素線同士が接続されると共に、最内周の素線同士が接続されて並列接続される。また、並列接続された平面スパイラルコイル１８４，１８６と、第１給電コイルとは、それぞれの最外周の素線同士と最内周の素線同士が接続されてさらに並列に接続される。ただし、選択する平面スパイラルコイルは、他の２つの平面スパイラルコイル１８３，１８５でもよい。
【０１８７】
この実施形態においても、第１給電コイル１８１を構成する素線、第２給電コイル１８２における４つの平面スパイラルコイル１８３，１８４，１８５，１８６を構成している各素線は、その素線径、素線長及び材質が同一のものにより構成されるなどして、インダクタンス値が略同値となされている。
【０１８８】
そして、この実施形態においても、給電コイル１８０では、そのインダクタンスの値を減少させて、Ｑ値を下げている。また、第２給電コイル１８２では、選択された平面スパイラルコイル１８４，１８６の素線同士の間には、選択されない平面スパイラルコイル１８３，１８５の素線が介在するので、近接効果の発生を防止できる。なお、この実施形態においても、第２給電コイルを５つ以上の複数の平面スパイラルコイルの群で構成しても構わない。
【０１８９】
［第９実施形態］
次に図２０を参照して、本発明の第９実施形態について説明する。図２０は、第９実施形態にかかる非接触式電力伝送装置に使用される給電コイル１９０と受電コイル２００の平面図を示したものである。
【０１９０】
給電コイル１９０は、外側に第１給電コイル１９１が設けられ、その内側に第２給電コイル１９２が設けられている。
【０１９１】
第１給電コイル１９１は、素線が渦巻状に巻かれてドーナツ状に形成さている。その中央には、素線の存在しない空間部が形成されている。
【０１９２】
第２給電コイル１９２は、３つの平面スパイラルコイル１９３，１９４，１９５の群から構成されたもので、並列に並べられた３本の素線が同一軸を中心に渦巻状に巻かれて平面状に形成されている。３つの平面スパイラルコイル１９３，１９４，１９５は、渦巻状に巻かれた各周において、外側から平面スパイラルコイル１９３の素線、平面スパイラルコイル１９４の素線、平面スパイラルコイル１９５の順に配置される。そして、第２給電コイル１９２は、第１給電コイル１９１の中央に形成された空間部の内側に配置され、第１給電コイル１９１と、第２給電コイル１９２とは、給電コイル１７０の厚み方向に関し相互に突出することなく平面状に構成される。
【０１９３】
この実施形態では、第２給電コイル１９２は、３つの平面スパイラルコイル１９３，１９４，１９５のなから所望のものを択一的に選択でき、電磁誘導には、選択された平面スパイラルコイルのみが利用される。図２０には、平面スパイラルコイル１９５が選択され、電磁誘導に利用される場合を例に示している。さらに、選択された平面スパイラルコイル１９５と第１給電コイル１９１とは、それぞれの最外周の素線同士と最内周の素線同士とが接続され、両者が並列接続される。
【０１９４】
なお、この実施形態においては、第１給電コイル１９１を構成する素線、３つの平面スパイラルコイル１９３，１９４，１９５を構成している各素線は、その素線径、素線長及び材質が同一のものにより構成されるなどして、インダクタンス値が略同値となされている。
【０１９５】
これに対し、受電コイル２００は、２つの平面スパイラルコイル２０１，１０２から構成されている。受電コイル２００は、並列に並べられた２本の素線が同一軸を中心に渦巻状に巻かれるようにして、平面状に形成される。この平面スパイラルコイル２０１、２０２は、素線径、素線長及び材質が同一の素線により形成される。そして、２つの平面スパイラルコイルのうち一方のみが選択され、受電装置の回路に接続されて電磁誘導に利用される。この受電コイル２００は、その外径及び内径が第２給電コイルの外径及び内径とほぼ同寸に形成される。
【０１９６】
このように給電コイル及び受電コイルを構成することで、給電側においてＱ値を下げることができるだけでなく、給電コイル及び受電コイルにおいて、素線間に生じる近接効果を防止できる。
【０１９７】
なお、この実施形態においても、第１給電コイルを構成する平面スパイラルコイル群の数を所望の数に構成し、その巻数を所望の巻数に構成すると共に、受電コイルを構成する平面スパイラルコイル群の数を所望の数に設け、その巻数を所望の巻数に構成することで、給電コイルのインダクタンス値と受電コイルのインダクタンス値の比率を自在に設定することが可能となる。もっとも、この場合に、給電コイルの巻数を受電コイルの巻数より少なくすることは必要である。
【０１９８】
なお、給電コイルのインダクタンス値と受電コイルのインダクタンス値の比率を自在に設定する場合に関し、図２１に示したように給電コイル及び受電コイルを構成することもできる。図２１は、別の実施例にかかる給電コイル２１０及び受電コイル２００の平面図を示したものである。なお、この実施例における受電コイル２００の構成は、図２０に示した受電コイルと同様であるので、図面に同一符号を付して、その説明をここでは省略する。
【０１９９】
この実施形態にかかる給電コイル２１０は、外側に第１給電コイル２１１が設けられ、その内側に第２給電コイル２１２が設けられている。
【０２００】
第１給電コイル２１１は、素線が渦巻状に巻かれてドーナツ状に形成さている。その中央には、素線の存在しない空間部が形成されている。
【０２０１】
一方、第２給電コイル２１２は、４つの平面スパイラルコイル２１３，２１４，２１５，２１６の群から構成されている。４つの平面スパイラルコイル２１３，２１４，２１５，２１６は、並列に並べられた４本の素線が同一軸を中心として渦巻状に巻かれ、平面状に形成される。４つの平面スパイラルコイル２１３，２１，２１５，２１６は、渦巻状に巻かれた各周において、外側から、平面スパイラルコイル２１３の素線、平面スパイラルコイル２１４の素線、平面スパイラルコイル２１５の素線、平面スパイラルコイル２１６の素線の順に配置される。
【０２０２】
そして、第２給電コイル２１２では、２つの平面スパイラルコイルが選択されて電磁誘導に利用される。選択する際には、選択する平面スパイラルコイルの素線の間に、選択されない平面スパイラルコイルの素線が介在されるように選択する。図１９に示した例では、２つの平面スパイラルコイル２１４，２１６が選択されている。選択された平面スパイラルコイル２１４，２１６は、それぞれの最外周の素線同士が接続されると共に、最内周の素線同士が接続されて並列接続される。また、並列接続された平面スパイラルコイル２１４，２１６と、第１給電コイル２１１とは、それぞれの最外周の素線同士と最内周の素線同士が接続されてさらに並列に接続される。
【０２０３】
この実施形態においても、第１給電コイル２１１を構成する素線、４つの平面スパイラルコイル２１３，２１４，２１５，２１６を構成している各素線は、その素線径、素線長及び材質が同一のものにより構成されるなどして、インダクタンス値が略同値となされている。
【０２０４】
この実施例においても、第１給電コイルを構成する平面スパイラルコイル群の数を所望の数に構成し、その巻数を所望の巻数に構成すると共に、受電コイルを構成する平面スパイラルコイル群の数を所望の数に設け、その巻数を所望の巻数にこう制す得ることで、給電コイルのインダクタンス値と受電コイルのインダクタンス値の比率を自在に設定することが可能となる。もっとも、この場合に、給電コイルの巻数を受電コイルの巻数より少なくすることは必要である。
【０２０５】
［第１０実施形態］
次に、図２２及び図２３を参照して、本発明の第１０実施形態について説明する。図２２は、第１０実施形態にかかる非接触式電力伝送装置に使用される給電コイルのブロック図を示し、図２３は、給電コイルの部分断面拡大図を示したものである。
【０２０６】
この給電コイル２２０は２つの平面スパイラルコイル２２１，２２２を直列に接続して構成したものである。２つの平面スパイラルコイル２２１，２２２は、並列に並べられた２本の素線が同一軸を中心にして渦巻状に巻かれ、平面状に形成されている。なお、形成された給電コイル２２０は、その中央に素線の存在しない空間部が設けられている。この２つの平面スパイラルコイル２２１，２２２は、それぞれの最内周において接続されることで直列に接続される。即ち、一方の平面スパイラルコイル２２１は、外側から内側に向けて渦巻状に巻かれ、その素線同士の間には、一定の隙間が形成される。他方の平面スパイラルコイル２２２は、平面スパイラルコイル２２１の素線間に形成されている隙間の間に素線が配置され、内側から外側に向けて渦巻状に巻かれるようにして形成される。
【０２０７】
なお、平面スパイラルコイルを直列に接続して給電コイルを構成する場合、図２４に示すように、２つの平面スパイラルコイル２３１，２３２をその厚み方向に重ねて構成しても構わない。この図２４に示す給電コイル２３０は、２つの平面スパイラルコイル２３１，２３２が重ねられ、これらの最内周において素線同士が接続されて直列に接続される。
【０２０８】
以上、本発明の非接触式電力伝送装置における様々な実施形態について説明した。次に、本発明の非接触式電力伝送装置における電力伝送の効率を確認するために行った。シミュレーション結果及び実験結果について説明する。
【０２０９】
第１に、本発明の非接触式電力伝送装置１における電力伝送効率を確認するために、第１実施形態において説明したダブルコイルタイプの給電コイルを用いて次のような実験を行った。
【０２１０】
実験は、給電装置１０に備えられた共振回路１３に電圧１Ｖ振幅のパルス波を印加し、インダクタンス値、抵抗値を求めた。印加するパルス波の周波数は、１ｋＨｚ、１０ｋＨｚ、１００ｋＨｚ、２５０ｋＨｚ、５００ｋＨｚ、１０００ｋＨｚの６種類について行った。なお、比較のために、一般的なシングルタイプの平面スパイラルコイルと、第１給電コイル２１及び第２給電コイル２２からなる平面スパイラルコイルとについて実験を行った。この一般的な平面スパイラルコイルを使用したものの共振回路の等価回路図は図１０に示したものである。
【０２１１】
表１は、実験に使用した給電コイル２０の寸法を示したものである。なお、一般的なシングルタイプの給電コイルは、本実施形態における内側に配置される第２給電コイル２２のみを使用した場合である。
【０２１２】
【表１】
【０２１３】
表２は、求めたインダクタンス値と抵抗値を示している。この表２において、シングルコイルとは、一般的な給電コイルを意味し、ダブルコイルとは、本実施形態にかかる給電コイル２０を意味する。
【０２１４】
【表２】
【０２１５】
この表２から明らかなように、一般的なシングルタイプの平面スパイラルコイルを給電コイルとして使用した場合に比べ、本実施形態にかかる給電コイル２０の方がいずれの周波数においても、インダクタンス値及び抵抗値は双方共に低下していることが分かる。インダクタンス値にあっては、４０％〜４１．７％の低下が見られ、抵抗値については、３４．２％〜４８％の低下が見られる。
【０２１６】
また、印加しパルス波の周波数が１ｋＨｚのときの相互インダクタンスと、結合係数を求めた。なお、このときに使用した受電コイル３１の物理的な使用は、コイルの内径が、１０．４５ｍｍ、外径が３２．５５ｍｍ、素線径が０．５２ｍｍ、巻数が１９回、そして、インダクタンス値が７．２６μＨである。
【０２１７】
表３は、求めた相互インダクタンス値Ｍと結合係数ｋを示したものである。
【０２１８】
【表３】
【０２１９】
この表３に示すように、結合係数ｋはそれほど差が出なかったが、相互インダクタンス値Ｍは、２９．７％の低下が見られる。
【０２２０】
第２に、給電コイルが一つの平面スパイラルコイルからなる一般的な電力伝送装置（以下、シングルコイルの場合という。）と、本発明の第１実施形態にかかる非接触式電力伝送装置１（以下、ダブルコイルの場合という）とで受電コイル電圧の負荷抵抗ＲＬに対する依存特性にどの程度の差が生じるかを確認するべく行ったシミュレーションの結果を比較する。シミュレーションは、結合係数ｋが０．５、０．２５、０．１の３タイプについてそれぞれ行った。
【０２２１】
図２５は、シングルコイルの場合についてシミュレーションした結果のグラフを示し、図２６は、ダブルコイルの場合にかかるシミュレーションした結果のグラフを示している。図２５及び図２６において、横軸は受電装置側の回路の負荷抵抗を示し、縦軸は受電コイル電圧を示している。
【０２２２】
図２５と図２６の比較から明らかなように、受電コイル電圧は、ダブルコイルの場合の方が負荷抵抗が小さい場合には上昇し、負荷抵抗が大きな場合には下がっていることが分かる。既述のように、負荷抵抗に対する受電コイル電圧の変化が大きい場合、受電側において電源ＩＣ等を選定する際には、それだけ耐圧領域の広いものしか選定することができなかった。しかし、本実施形態の非接触式電力伝送装置１では、このシミュレーション結果から明らかなように、受電側において、耐圧領域の広いものを選定する必要のないことが分かる。即ち、選択することができるＩＣの種類、幅が広がるのである。
【０２２３】
第３に、給電コイルが１つの平面スパイラルコイルからなる一般的な非接触式電力伝送装置（以下、シングルコイルの場合という。）と、本発明の第１実施形態にかかる非接触式電力伝送装置１（ダブルコイルの場合）とにいて、受電特性の比較実験を行った。実験は、給電側の共振回路に周波数２５０ｋＨｚの５Ｖ振幅のパルス波を印加し、給電コイルと受電コイルの結合係数を０．２５となるように設定し、受電側において、負荷抵抗ＲＬが５Ω、１０Ω、２５Ω、５０Ω、７５Ω、１００Ω、２５０Ω、５００Ω、７５０Ω、及び１０００Ωの時の、受電コイル端電圧Ｖｏｕｔ（ただし、信号の状態での電圧振幅）、負荷抵抗電流Ｉｏｕｔ（ただし、信号の状態での電流振幅）を測定した。そして、測定結果に基づいて負荷抵抗での消費電力Ｐｗ、受電コイル端電圧ＶｏｕｔのＤＣ換算値Ｖｄｃｏ、負荷抵抗電流ＩｏｕｔのＤＣ換算値Ｉｄｃを算出し、算出結果を比較した。
【０２２４】
なお、測定結果に基づいて負荷抵抗での消費電力Ｐｗ、受電コイル端電圧ＶｏｕｔのＤＣ換算値Ｖｄｃｏ、負荷抵抗電流ＩｏｕｔのＤＣ換算値Ｉｄｃは、それぞれ次の換算式により求めている。
【０２２５】
Ｐｗ＝（Ｖｏｕｔ×Ｉｏｕｔ）／√２
Ｖｄｃｏ＝Ｖｏｕｔ／√２
Ｉｄｃ＝Ｉｏｕｔ／√２
【０２２６】
表４は、ダブルコイルの場合の実験結果を示し、表５は、シングルコイルの場合の実験結果をそれぞれ示している。
【０２２７】
【表４】
【０２２８】
【表５】
【０２２９】
そして、表４及び表５に示した受電コイル端電圧Ｖｏｕｔ、負荷抵抗電流Ｉｏｕｔ、消費電力Ｐｗについてダブルコイルの場合のものと、シングルコイルの場合のものとを抜き出してそれぞれ比較したものが、表６〜表８である。なお、表６の上段において示した、ＶｏｕｔＤは、ダブルコイルの場合に関する受電コイル端電圧Ｖｏｕｔを、ＶｏｕｔＳは、シングルコイルに関する受電コイル端電圧Ｖｏｕｔをそれぞれ示している。同様に表７、表８において、上段に示した「Ｄ」の記号は、ダブルコイルの場合を表し、「Ｓ」の記号は、シングルコイルの場合を表している。
【０２３０】
【表６】
【０２３１】
【表７】
【０２３２】
【表８】
【０２３３】
また、表６〜表８のデータに基づいて、受電側の負荷抵抗に対する受電コイル端電圧Ｖｏｕｔ、負荷抵抗電流Ｉｏｕｔ、消費電力Ｐｗの変化をグラフに表したものが図２７〜図２９である。
【０２３４】
表６及び図２７に示されているように、負荷抵抗に対する受電コイル端電圧Ｖｏｕｔは、負荷抵抗が１Ω〜２５Ωの範囲では、ダブルコイルの場合の方が、シングルコイルの場合よりも電圧が高くなっている。一方、負荷抵抗が２５Ωを超え、１０００Ωまでの範囲においては、シングルコイルの場合には、負荷抵抗が大きくなるにつれ、電圧が大幅に大高くなっているが、ダブルコイルの場合には、負荷抵抗が大きくなっても、電圧の上昇がそれほど大きくなく、シングルコイルの場合に対する電圧の差が次第に広がっていることがわかる。
【０２３５】
これに対し、表７及び図２８に示しされているように、負荷抵抗に対する負荷抵抗電流Ｉｏｕｔは、負荷抵抗が１Ω〜２５Ωの範囲では、ダブルコイルの場合の方が、シングルコイルの場合よりも電流値が大きくなっている。一方、負荷抵抗が２５Ωを超え、１０００Ωまでの範囲においては、逆に、ダブルコイルの場合の方が、シングルコイルの場合よりも電流値が小さくなっている。
【０２３６】
そして、表８及び図２９に示したように、負荷抵抗に対する消費電力Ｐｗは、負荷抵抗が１Ω〜２５Ωの範囲では、ダブルコイルの場合の方が、シングルコイルの場合よりも大きな値となっている。一方、負荷抵抗が２５Ωを超え、１０００Ωまでの範囲においては、ダブルコイルの場合の方が、シングルコイルの場合に比べ消費電力Ｐｗは小さくなっていることが分かる。
【０２３７】
この実験結果から明らかなように、給電側においてＱ値を下げることで、受電側において、負荷抵抗が１Ω〜２５Ωの範囲では、受電コイル端電圧Ｖｏｕｔを引き上げることができる。このことから、受電コイルの起電力を向上させることができる。一方、負荷抵抗が２５Ωを超える範囲においては、負荷抵抗電流Ｉｏｕｔを引き下げることができる。このことから、発熱を抑えることができ、その結果、受電コイルの起電力を向上させることができるのである。
【０２３８】
さらに、上記シミュレーション結果においても述べたように、負荷抵抗に対する受電コイル電圧の変動を抑えることで、受電側において、耐圧領域の広いものを選定する必要のないことが分かる。即ち、選択することができるＩＣの種類、幅が広がるのである。
【符号の説明】
【０２３９】
１ 電力伝送装置
１０ 給電装置
１１ ＡＣ／ＤＣ変換回路
１２ ＤＣ／ＡＣ変換回路
１３ 共振回路
１４ 駆動回路
１５ 制御回路
２０ 給電コイル
２１ 第１給電コイル
２２ 第２給電コイル
３０ 受電装置
３１ 受電コイル
４０ 給電コイル
４１ 第１給電コイル
４２ 第２給電コイル
４３ 第３給電コイル
４５ 給電コイル
４６ 第１給電コイル
４７ 第２給電コイル
４８ 受電コイル
５０ 給電コイル
５１，５２ 平面スパイラルコイル
６０ 受電コイル
７０ 給電コイル
７１，７２，７３ 平面スパイラルコイル
８０ 受電コイル
９０ 給電コイル
９１，９２，９３，９４ 平面スパイラルコイル
【０２４０】
１００ 受電コイル
１１０ 給電コイル
１１１，１１２，１１３ 平面スパイラルコイル
１２０ 受電コイル
１２１，１２２ 平面スパイラルコイル
１３０ 給電コイル
１４０ 受電コイル
１４１，１４２ 平面スパイラルコイル
１５０ 給電コイル
１５１ 第１給電コイル
１５２ 第２給電コイル
１５３，１５４ 平面スパイラルコイル
１６０ 受電コイル
１７０ 給電コイル
１７１ 第１給電コイル
１７２ 第２給電コイル
１７３，１７４，１７５ 平面スパイラルコイル
１８０ 給電コイル
１８１ 第１給電コイル
１８２ 第２給電コイル
１８３，１８４，１８５，１８６ 平面スパイラルコイル
１９０ 給電コイル
１９１ 第１給電コイル
１９２ 第２給電コイル
１９３，１９４，１９５ 平面スパイラルコイル
【０２４１】
２００ 受電コイル
２０１，２０２平面スパイラルコイル
２１０ 給電コイル
２１１ 第１給電コイル
２１２ 第２給電コイル
２１３，２１４，２１５，１２６ 平面スパイラルコイル
２２０ 給電コイル
２２１，２２２ 平面スパイラルコイル
２３０ 給電コイル
２３１，２３２ 平面スパイラルコイル
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁誘導を利用して給電コイルと受電コイルとの間で電力を伝送する非接触式電力伝送装置、並びにこれに用いられる給電装置、受電装置及び電磁誘導用コイルに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から電磁誘導を利用して給電装置から受電装置に電力を伝送する非接触式電力伝送装置が知られている。 図３０は、非接触式電力電送装置３００の回路の等価回路図である。この図３０に示すように給電装置３０１は、コンデンサ３０２及びコイルを直列に接続してなる共振回路を具備し、交流電源３０４から交流電圧を印加するように構成されている。共振回路を構成しているコイルが給電コイル３０３である。なお、図に示した抵抗３０５はキャパシタを駆動する回路の内部抵抗Ｒｐを表している。一方、受電装置３１０は受電コイル３１１を具備しており、電力伝送の際には、受電コイル３１１が給電コイル３０３と対向されるように配される。なお、受電装置３１０側に示した抵抗３１２は負荷抵抗ＲＬを表している。
【０００３】
非接触式電力伝送装置３００は、給電コイル３０３と受電コイル３１１とが対向されて配された状態で、給電コイル３０３が形成する磁束の影響を受電コイル３１１に与える電磁誘導を利用するものである。
【０００４】
近年、携帯端末等の分野では、その充電手法として、電磁誘導を利用する試みがなされ始めている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
もっとも、非接触式電力電送装置は、一つの磁性体に一次コイルと二次コイルの双方向巻き付けて構成した通常のトランスと比較して伝送効率が低いという難点がある。このため、非接触式電力伝送装置において、伝送効率を向上するための試みも従来からなされている（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
この特許文献２に開示の発明では、消費電力の低減を図るべく、給電装置側の１次側誘導コイルと受電装置側の２次側誘導コイルにコンデンサをそれぞれ並列接続し、この並列接続によって給電装置である充電器及び受電装置であるコードレス機器とＬＣ並列共振回路を構成している。また、１次側誘導コイルと２次側誘導コイルをシートコイルにより構成し、これらを、充電状態時において所定のギャップをおいて相対向させるようにしている。特許文献２の発明は、このような構成を採用することで、相互誘導を適正なギャップで行えるようにしたものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−１６６７６３号公報
【特許文献２】特開平１０−２３６７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、電力伝送の効率を向上させるためには、給電コイルと受電コイルの間におけるギャップを適正化するだけでは自ずと限界がある。電力電送の効率を向上させるためには、電磁誘導の能力それ自体を向上させることがどうしても必要となる。しかも、携帯端末などの小型機器をも対象とするには、電力電送装置を小型にしつつ電磁誘導の能力を向上させることが必須となる。
【０００９】
本発明では、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、電力電送装置を小型に維持しつつ、高い効率で伝よく伝送することができる非接触式電力伝送装置、並びにこれに用いられる給電装置及び電磁誘導用コイル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】
【００１０】
（１）本発明では上記課題を解決するために、素線を渦巻状に巻いて形成した平面コイルからなる給電コイルを備えた給電装置と、素線を渦巻状に巻いて形成した平面コイルからなる受電コイルを備えた受電装置とを備え、前記給電コイルと前記受電コイルとの間で電磁誘導を利用して前記給電装置から前記受電装置に電力を伝送する非接触式電力伝送装置であって、前記給電装置は、前記給電コイルを含めて構成される共振回路を有し、前記給電コイルは、複数の平面コイルで構成され、これら複数の平面コイルは、その素線が同一軸を中心として巻かれて形成され、かつ互いの自己インダクタンスの値が略同値とされたことを特徴とする非接触式電力伝送装置を採用した。
【００１１】
（２）この非接触式電力伝送装置において、前記給電コイルは、前記複数の平面コイルが一平面をなして構成されたことを特徴とする。
【００１２】
（３）また、前記給電コイルを構成する複数の平面コイルは、中央に空間部がそれぞれ形成され、かつ、相互の内縁寸法及び外縁寸法が順次小さくなるように形成され、前記複数の平面コイルは、それぞれの前記空間部に外縁寸法の小さな平面コイルが順次配置され、前記複数の平面コイルは並列接続されていることを特徴とする。
【００１３】
（４）この場合において、前記給電コイルを構成する平面コイルのうち最内部に配置された平面コイルの外縁寸法は、前記受電コイルの外縁寸法と略同寸に形成されていることを特徴とする。
【００１４】
（５）また、前記給電コイルを構成する平面コイルは、少なくとも最内部に配された平面コイルが、並列に並べられた２本の素線が同一軸を中心に巻かれて形成された２つの平面コイルにより構成され、かつ、前記２つの平面コイルは並列接続され、前記２つの平面コイルのそれぞれの巻数が前記受電コイルの巻数よりも少なくなるよう構成されている。
【００１５】
（６）あるいは、前記給電コイルを構成する平面コイルのうち少なくとも最内部に配された平面コイルは、並列に並べられた複数の素線が同一軸を中心に巻かれて形成された平面コイル群により構成され、前記平面コイル群を構成する各平面コイルは、前記受電コイルの巻数よりも少なく巻かれ、前記平面コイル群の中から選択された平面コイルに電流が流されるように構成する。
【００１６】
（７）あるいは、前記給電コイルを構成する平面コイルのうち少なくとも最内部に配された平面コイルは、並列に並べられた少なくとも４本の素線が同一軸を中心に巻かれて形成された平面コイル群により構成され、前記平面コイル群を構成する各平面コイルは、前記受電コイルの巻数よりも少なく巻かれ、前記平面コイル群の中から、それぞれの間に少なくとも１本の素線を挟んで選択された複数の素線により構成される平面コイルを並列に接続して電流が流されるように構成することもできる。
【００１７】
（８）このような場合に、前記受電コイルは、並列に並べられた複数の素線が同一軸を中心に巻かれて形成された平面コイル群により構成され、受電側の前記平面コイル群の中から選択された平面コイルが電磁誘導に利用されるように構成すると更によい。
【００１８】
（９）また、本発明における非接触式電力伝送装置では、前記給電コイルは、並列に並べられた２本の素線が同一軸を中心に巻かれて形成された２つの平面コイルから構成され、前記２つの平面コイルは並列接続されたことを特徴とする。
【００１９】
（１０）あるいは、前記給電コイルは、並列に並べられた複数の素線が同一軸を中心に巻かれて形成された平面コイル群により構成され、前記平面コイル群を構成する各平面コイルは、前記受電コイルの巻数よりも少なく巻かれて形成され、前記平面コイル群の中から選択された平面コイルに電流が流されるように構成してもよい。
【００２０】
（１１）あるいは、前記給電コイルは、並列に並べられた少なくとも４本の素線が同一軸を中心に巻かれて形成された平面コイル群により構成され、前記平面コイル群を構成する各平面コイルは、前記受電コイルの巻数よりも少なく巻かれ、前記平面コイル群の中から、それぞれの間に少なくとも１本の素線を挟んで選択された複数の素線により構成される平面コイルを並列に接続して電流が流されるように構成することもできる。
【００２１】
（１２）なお、このような場合において、前記受電コイルは、並列に並べられた複数の素線が同一軸を中心に巻かれて形成された平面コイル群により構成され、受電側の前記平面コイル群の中から選択された平面コイルが電磁誘導に利用されるようにするとよい。
【００２２】
（１３）また、本発明おける非接触式電力伝送装置では、前記給電コイルは、２つの平面コイルから構成され、前記２つの平面コイルが直列接続されていることを特徴とする。
【００２３】
（１４）この場合に、前記２つの平面コイルは、並列に並べられた２本の素線が同一軸を中心に巻かれて形成され、各平面コイルの最内周の素線同士が接続されるように構成するとよい。
【００２４】
（１５）また、本発明では上記課題を解決するために、素線を渦巻状に巻いて形成した平面コイルからなる給電コイルから、素線を渦巻状に巻いて形成した平面コイルからなる受電コイルに対し電磁誘導を利用して電力を伝送するために使用される給電装置であって、前記給電装置は、前記給電コイルを含めて構成される共振回路を有し、前記給電コイルは、複数の平面コイルで構成され、これら複数の平面コイルは、その素線が同一軸を中心として巻かれて形成され、かつ互いの自己インダクタンスの値が略同値とされた給電装置を採用した。
【００２５】
（１６）前記給電コイルは、前記複数の平面コイルが一平面をなして構成されたことを特徴とする。
【００２６】
（１７）そして、上記給電装置において、前記給電コイルを構成する複数の平面コイルは、中央に空間部がそれぞれ形成され、かつ、相互の内縁寸法及び外縁寸法が順次小さくなるように形成され、前記複数の平面コイルは、それぞれの前記空間部に外縁寸法の小さな平面コイルが順次配置され、前記複数の平面コイルは並列接続されていることを特徴とする。
【００２７】
（１８）この場合において、前記給電コイルを構成する平面コイルのうち少なくとも最内部に配された平面コイルは、並列に並べられた２本の素線が同一軸を中心に巻かれて形成された２つの平面コイルにより構成され、前記２つの平面コイルが並列接続されるように構成するとよい。
【００２８】
（１９）あるいは、前記給電コイルを構成する平面コイルのうち少なくとも最内部に配された平面コイルは、並列に並べられた複数の素線が同一軸を中心に巻かれて形成された平面コイル群により構成され、前記平面コイル群の中から選択された平面コイルに電流が流されるように構成することもできる。
【００２９】
（２０）あるいは、前記給電コイルを構成する平面コイルのうち少なくとも最内部に配された平面コイルは、並列に並べられた少なくとも４本の素線が同一軸を中心に巻かれて形成された平面コイル群により構成され、前記平面コイル群の中から、それぞれの間に少なくとも１本の素線を挟んで選択された複数の素線により構成される平面コイルを並列に接続して電流が流されるように構成してもよい。
【００３０】
（２１）また、本発明では上記給電装置において、前記給電コイルは、並列に並べられた２本の素線が同一軸を中心に巻かれて形成された２つの平面コイルから構成され、前記２つの平面コイルは並列接続されたことを特徴とする。
【００３１】
（２２）あるいは、前記給電コイルは、並列に並べられた複数の素線が同一軸を中心に巻かれて形成された平面コイル群により構成され、前記平面コイル群の中から択一的に選択された平面コイルに電流が流されるようにしてもよい。
【００３２】
（２３）あるいは、前記給電コイルは、並列に並べられた少なくとも４本の素線が同一軸を中心に巻かれて形成された平面コイル群により構成され、前記平面コイル群の中から、それぞれの間に少なくとも１本の素線を挟んで選択された複数の素線により構成される平面コイルを並列に接続して電流が流されるようにしてもよい。
【００３３】
（２４）また、上記給電装置において本発明では、前記給電コイルは、２つの平面コイルから構成され、前記２つの平面コイルが直列接続されていることを特徴とする。
【００３４】
（２５）この場合に、前記２つの平面コイルは、並列に並べられた２本の素線が同一軸を中心に巻かれて形成され、各平面コイルの最内周の素線同士が接続されるように構成するとよい。
【００３５】
（２６）また、本発明では上記課題を解決するために、素線を渦巻状に巻いて形成した平面コイルからなる給電コイルから、素線を渦巻状に巻いて形成した平面コイルからなる受電コイルに対し電磁誘導を利用して電力を伝送するために使用される受電装置であって、前記受電コイルは、並列に並べられた複数の素線が同一軸を中心に巻かれて形成された平面コイル群により構成され、受電側の前記平面コイル群の中から選択された平面コイルが電磁誘導に利用される受電装置を採用した。
【００３６】
（２７）また、本発明では上記課題を解決するために、素線を渦巻状に巻いて形成した平面コイルからなる給電コイルと、素線を渦巻状に巻いて形成した平面コイルからなる受電コイルとの間で電磁誘導を利用して電力を伝送する非接触式電力伝送装置に使用される電磁誘導用コイルであって、前記給電コイルは、複数の平面コイルで構成され、これら複数の平面コイルは、その素線が同一軸を中心として巻かれて形成され、かつ互いの自己インダクタンスの値が略同値とされた電磁誘導用コイルを採用することとした。
【００３７】
（２８）この電磁誘導用コイルに関し、前記給電コイルは、前記複数の平面コイルが一平面をなして構成されたことを特徴とする。
【００３８】
（２９）また、上記電磁誘導用コイルに関し、前記給電コイルを構成する複数の平面コイルは、中央に空間部がそれぞれ形成され、かつ、相互の内縁寸法及び外縁寸法が順次小さくなるように形成され、前記複数の平面コイルは、それぞれの前記空間部に外縁寸法の小さな平面コイルが順次配置され、前記複数の平面コイルは並列接続されていることを特徴とする。
【００３９】
（３０）この場合において、前記給電コイルを構成する平面コイルのうち最内部に配された平面コイルの外縁寸法は、前記受電コイルの外縁寸法と略同寸に形成されるように構成するとよい。
【００４０】
（３１）また、上記電磁誘導用コイルにおいて、前記給電コイルを構成する平面コイルのうち少なくとも最内部に配された平面コイルが、並列に並べられた２本の素線が同一軸を中心に巻かれて形成された２つの平面コイルにより構成され、かつ前記２つの平面コイルは並列接続され、前記２つの平面コイルのそれぞれの巻数が前記受電コイルの巻数よりも少なくなるように構成する。
【００４１】
（３２）あるいは、前記給電コイルを構成する平面コイルのうち少なくとも最内部に配された平面コイルは、並列に並べられた複数の素線が同一軸を中心に巻かれて形成された平面コイル群により構成され、前記平面コイル群を構成する各平面コイルは、前記受電コイルの巻数よりも少なく巻かれて形成され、前記平面コイル群には、この平面コイル群を構成する各平面コイルの中から電流を流す平面コイルを選択可能とする接続端子が設けられるようにしてもよい。
【００４２】
（３３）あるいは、前記給電コイルを構成する平面コイルのうち少なくとも最内部に配された平面コイルは、並列に並べられた少なくとも４本の素線が同一軸を中心に巻かれて形成された平面コイル群により構成され、前記平面コイル群を構成する各平面コイルは、前記受電コイルの巻数よりも少なく巻かれて形成され、前記平面コイル群には、この平面コイル群を構成する各平面コイルの中から電流を流す複数の平面コイルを、選択されない他の平面コイルの素線をそれぞれの間に挟んで選択可能な接続端子が設けられ、選択された前記複数の平面コイルが並列に接続されるようにしてもよい。
【００４３】
（３４）このような場合に、選択すべき前記平面コイルを構成する素線には、他の平面コイルと区別する識別手段を設けるとよい。
【００４４】
（３５）また、上記の電磁誘導用コイルのように給電コイルを構成した場合において、前記受電コイルは、並列に並べられた複数の素線が同一軸を中心に巻かれて形成された平面コイル群により構成され、受電側の前記平面コイル群には、この平面コイル群の中から電磁誘導に利用される平面コイルを選択可能な接続端子が設けられたことを特徴とする。
【００４５】
（３６）この場合においても、選択すべき平面コイルを構成する素線には、他の平面コイルと区別する識別手段を設けるとよい。
【００４６】
（３７）また、本発明では上記電磁誘導用コイルにおいて、前記給電コイルを構成する平面コイルは、並列に並べられた２本の素線が同一軸を中心に巻かれて形成された２つの平面コイルにより構成され、かつ前記２つの平面コイルは並列接続され、前記２つの平面コイルのそれぞれの巻数が前記受電コイルの巻数よりも少ないことを特徴とする。
【００４７】
（３８）あるいは、前記給電コイルは、並列に並べられた複数の素線が同一軸を中心に巻かれて形成された平面コイル群により構成され、前記平面コイル群を構成する各平面コイルは、前記受電コイルの巻数よりも少なく巻かれ、前記平面コイル群には、この平面コイル群を構成する各平面コイルの中から電流を流す平面コイルを選択可能とする接続端子が設けられている。
【００４８】
（３９）あるいは、前記給電コイルは、並列に並べられた少なくとも４本の素線が同一軸を中心に巻かれて形成された平面コイル群により構成され、前記平面コイル群を構成する各平面コイルは、前記受電コイルの巻数よりも少なく巻かれ、前記平面コイル群には、この平面コイル群を構成する各平面コイルの中から電流を流す複数の平面コイルを、選択されない他の平面コイルの素線をそれぞれの間に挟んで選択可能な接続端子が設けられ、選択された前記複数の平面コイルが並列に接続されている。
【００４９】
（４０）このような場合において、選択すべき平面コイルを構成する素線には、他の平面コイルと区別する識別手段を設けるとよい。
【００５０】
（４１）また、上記電磁誘導用コイルにおいて、給電コイルを上記のように構成した場合、前記受電コイルは、並列に並べられた複数の素線が同一軸を中心に巻かれて形成された平面コイル群により構成され、前記平面コイル群には、この平面コイル群を構成する各平面コイルの中から電磁誘導に利用する平面コイルを選択可能とする接続端子が設けられるように構成するとよい。
【００５１】
（４２）この場合にも、選択すべき平面コイルを構成する素線には、他の平面コイルと区別する識別手段が設けられている。
【００５２】
（４３）そして、本発明では上記電磁誘導用コイルにおいて、前記給電コイルは、２つの平面コイルから構成され、前記２つの平面コイルが直列接続されていることを特徴とする。
【００５３】
（４４）この場合において、前記２つの平面コイルは、並列に並べられた２本の素線が同一軸を中心に巻かれて形成され、各平面コイルの最内周の素線同士が接続される。
【発明の効果】
【００５４】
本発明によれば、非接触式電力伝送装置を構成する給電装置が共振回路を備えていることから、共振回路を構成している給電コイルとコンデンサと間で共振現象を起こさせている。これにより、回路のインピーダンスを最小とし、得られる電流を最大として最大限の電力を受電装置に伝送させることができる。
【００５５】
また、給電装置の給電コイルと受電装置の受電コイルとは相互インダクタンス及び結合係数により相互に影響し合っているが、給電装置が具備する共振回路のＱ値を下げるために、給電コイルのインダクタンス値を下げている。このように給電側においてＱ値を下げることで、受電側において、負荷抵抗が低い領域においては、受電コイル電圧を引き上げることができる。このことから、受電コイルの起電力を向上させることができる。一方、負荷抵抗が高い領域においては、負荷抵抗電流を引き下げることができる。このことから、発熱を抑えることができ、その結果、受電コイルの起電力を向上させることができる。
【００５６】
さらに、本発明によれば、Ｑ値を下げることで、受電コイル電圧の負荷抵抗値に対する依存特性について、負荷抵抗が小さい領域では受電コイル電圧が上がり、負荷抵抗の大きな領域では受電コイル電圧が下がる。即ち、変化に対応する変化を減少させて電圧の変化を平坦にして、負荷抵抗に依存する領域を広くすることができる。これにより、従来では、電圧の変化が大きいかったため、耐圧領域の広いＩＣを選択しなければならなかったが、電圧の変化が減少して平坦にされることにより、耐圧領域の狭いＩＣを選択する事が可能となる。
【００５７】
また、複数の渦巻状に巻かれた素線からなる平面スパイラルコイルの群で給電コイル及び受電コイルを構成し、その中から選択した平面スパイラルコイルのみを電磁誘導に使用する場合、電磁誘導に利用される平面スパイラルコイルの素線同士の間には、選択されない平面スパイラルコイルの素線が介在されることになる。このため、電磁誘導に利用される平面スパイラルコイルの素線同士が密着することがなく、その結果、近接効果が生じることを効果的に阻止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる非接触式電力伝送装置に使用される給電コイル及び受電コイルの平面図である。
【図２】図１に示す給電コイル及び受電コイルが対向された状態を示す断面図である。
【図３】本発明の電力伝送装置の概要を示すブロック図である。
【図４】本発明の給電装置が具備する共振回路の等価回路図である。
【図５】本発明にかかる第１給電コイルから第３給電コイルにより構成された給電コイルの平面図である。
【図６】外形が六角形に形成された給電コイル及び受電コイルの平面図である。
【図７】本発明の第２実施形態にかかる非接触式電力伝送装置に使用される給電コイル及び受電コイルの平面図である。
【図８】図７に示す給電コイル及び受電コイルが対向された状態を示す断面図である。
【図９】本発明の第３実施形態にかかる給電コイル及び受電コイルの平面図である。
【図１０】図９に示した給電コイル及び受電コイルが対向された状態における図９のＡ部におけるＡ−Ａ断面の拡大図である。
【図１１】本発明の第４実施形態にかかる給電コイル及び受電コイルの平面図である。
【図１２】図１１に示した給電コイル及び受電コイルが対向された状態における図１１のＢ部におけるＢ−Ｂ断面の拡大図である。
【図１３】本発明の第５実施形態にかかる給電コイル及び受電コイルの平面図である。
【図１４】図１３に示した給電コイル及び受電コイルが対向された状態における図１３のＣ部におけるＣ−Ｃ断面の拡大図である。
【図１５】図１３及び図１４に示した実施例とは別の実施例にかかる第５実施形態にかかる給電コイル及び受電コイルの平面図である。
【図１６】図１５に示した給電コイル及び受電コイルが対向された状態における図１５のＤ部におけるＤ−Ｄ断面の拡大図である。
【図１７】本発明の第６実施形態にかかる給電コイル及び受電コイルの平面図である。
【図１８】本発明の第７実施形態にかかる給電コイル及び受電コイルの平面図である。
【図１９】本発明の第８実施形態にかかる給電コイル及び受電コイルの平面図である。
【図２０】本発明の第９実施形態にかかる給電コイル及び受電コイルの平面図である。
【図２１】図２０に示した実施例とは別の実施例にかかる第９実施形態にかかる給電コイル及び受電コイルの平面図である。
【図２２】本発明の第１０実施形態にかかる給電コイルのブロック図である。
【図２３】図２２に示した給電コイルにおける部分断面図である。
【図２４】図２３に示した給電コイルとは別の実施例にかかる第１０実施形態にかかる給電コイルの部分断面図である。
【図２５】一般的なシングルタイプの給電コイルを使用した場合の負荷抵抗と受電コイル電圧との関係についてのシミュレーション結果を表すグラフである。
【図２６】本発明の非接触式電力伝送装置にかかる給電コイルを使用した場合の負荷抵抗と受電コイル電圧の関係についてのシミュレーション結果を表すグラフである。
【図２７】本発明の非接触式電力伝送装置と一般的なシングルタイプの給電コイルを使用した非接触式電力伝送装置とに関する、負荷抵抗に対する受電コイル電圧の関係を示したグラフである。
【図２８】本発明の非接触式電力伝送装置と一般的なシングルタイプの給電コイルを使用した非接触式電力伝送装置とに関する、負荷抵抗に対する負荷抵抗電流の関係を示したグラフである。
【図２９】本発明の非接触式電力伝送装置と一般的なシングルタイプの給電コイルを使用した非接触式電力伝送装置とに関する、負荷抵抗に対する消費電力の関係を示したグラフである。
【図３０】従来の電磁誘導を利用した電力伝送装置に使用される回路の等価回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００５９】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００６０】
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態の非接触式電力伝送装置１に使用される電磁誘導用コイル２０，３１である給電コイル２０及び受電コイル３１の平面図を示し、図２は、給電コイル２０と受電コイル３１とが相互に対向された状態を側方からみた断面図を示している。また、図３は、本発明の第１実施形態にかかる非接触式電力伝送装置１の基本原理を表すブロック図を示し、図４は、その給電装置１０が備える共振回路１３の等価回路図を示している。
【００６１】
まず、図３及び図４を参照して、非接触式電力伝送装置１の構成について説明する。
【００６２】
非接触式電力伝送装置１は、給電装置１０と受電装置３０とから構成されている。
【００６３】
給電装置１０は、受電装置３０に電力を供給する共振回路１３と、共振回路１３を駆動する駆動回路１５と、駆動回路１５を制御する制御回路１６とを備えている。また、当該給電装置１０の駆動に必要な電圧を印加するために、外部から供給される交流電圧を整流して所定の直流電圧を生成するＡＣ／ＤＣ変換回路１１と、駆動回路１５にパルス波を印加するためのパルス波発信装置１２とを備えている。
【００６４】
ＡＣ／ＤＣ変換回路１１には、例えば、電源ケーブルを介して、家庭用ＡＣ電源（ＡＣ１００Ｖ〜２４０Ｖ））が供給される。そして、このＡＣ／ＤＣ変換回路１１は、供給された家庭用交流電圧を所定の直流電圧に変換し、変換した直流電圧を出力する。なお、このＡＣ／ＤＣ変換回路１１は、変換した直流電圧を、給電装置１０が備える図示しない別回路（例えば、外部機器との通信を行う通信制御回路）に出力し、当該別回路を駆動している。
【００６５】
パルス波発信装置１２には、ＡＣ／ＤＣ変換回路１１から出力された直流電圧が入力される。そして、パルス波発信装置１２は、例えば０Ｖ−５Ｖのパルス波を駆動回路１５に出力している。ただし、パルス波発信器１２により発信されるパルス波のハイレベルにおける電圧は、仕様に応じ適切な値を発信すればよい。
【００６６】
共振回路１３は、一次側コンデンサ１４及び給電コイル２０を備えたＬＣ直列回路から構成されており、駆動回路１５からの出力に基づいて電磁誘導を生じさせ、受電装置３０に設けられた受電コイル３１に交流電圧を発生させている。この実施形態では、給電コイル２０は二つの平面スパイラルコイル２１，２２が並列接続されて構成されている。なお、図４は、共振回路１３として、ＬＣＲ直列回路を示しているが、図４に示した符号１７はキャパシタを駆動する回路の内部抵抗Ｒｐを表している。
【００６７】
駆動回路１５には、パルス波発信装置１２から発信されたパルス波が入力される。この駆動回路１５は、制御回路１６によって入力された交流電圧を共振回路１３に出力するか否かの制御が行われつつ共振回路１３へパルス波を出力している。
【００６８】
そして、制御回路１６は、図示しない制御部の制御に基づいて駆動回路１５を駆動させるか否かを制御している。
【００６９】
一方、受電装置３０は、給電装置１０の共振回路１３の駆動に伴う電磁誘導により起電力が生ずる受電コイル３１と、受電コイル３１に発生した起電力の電力変換を行う電力変換回路３２とを備えている。なお、この受電装置３０の回路に生じる負荷抵抗を符号３３で表している。
【００７０】
受電コイル３１は、給電コイル２０に印加された電圧に伴ってこの受電コイル３１の両端に電圧を発生させて誘導電流を発生させ、電力変換回路３２に出力している。
【００７１】
電力変換回路３２は、整流回路を有し、入力された交流電流を直流電流に変換して図示しない充電器または電子機器に出力するようになっている。なお、例えば、整流回路は、ダイオードブリッジ回路によって構成されている。
【００７２】
次に、図１及び図２を参照して電磁誘導用コイル２０，３１の構成を説明する。
【００７３】
給電コイル２０は、外側に配置された第１給電コイル２１と、内側に配置された第２給電コイル２２から構成されている。これら第１給電コイル２１及び第２給電コイル２２はいずれも平坦な平面スパイラルコイルにより構成されている。
【００７４】
第１給電コイル２１は、その素線２１ａが渦巻状に巻かれてドーナツ状に形成されており、その中央に空間部が設けられ、この空間部がコイル収容部２５として構成されている。一方、第２給電コイル２２も、その素線２２ａが渦巻状に巻かれて形成されており、その中心には素線２２ａの存在しない空間部が設けられている。即ち、第２給電コイル２２は空芯平面スパイラルコイルである。そして、第２給電コイル２２は、第１給電コイル２１に形成されたコイル収容部２５の内側に収容されている。コイル収容部２５に第２給電コイル２２が収容された状態において、給電コイル２０の厚み方向に関し、第１給電コイル２１から第２給電コイル２２が突出することのないように第１給電コイル２１及び第２給電コイル２２は一平面をなしている。なお、第２給電コイル２２を第１給電コイル２１のコイル収容部２５に収容する際に、第１給電コイル２１の内縁と、第２給電コイル２２の外縁との間に少なくとも１ｍｍの隙間を形成するとよい。
【００７５】
これら第１給電コイル２１と第２給電コイル２２とは、両者が同一方向に磁束を形成させるように並列接続されている。例えば、第１給電コイル２１及び第２給電コイル２２の双方を時計回りに外から内に巻いて形成した場合、第１給電コイル２１及び第２給電コイル２２の外周側の素線２１ａ，２２ａ同士を接続すると共に、第１給電コイル２１及び第２給電コイル２２の内周側の素線２１ａ，２２ａ同士を接続し、両者を並列接続する。
【００７６】
また、第１給電コイル２１のインダクタンスの値と、第２給電コイル２２のインダクタンスの値は略同値となるように、第１給電コイル２１及び第２給電コイル２２は形成されている。これにより、給電コイル２０に電流を流した際に、第１給電コイル２１と第２給電のいずれかにのみ流れてしまうことを防止し、第１給電コイル２１と第２給電の双方に電流が流れることを確保している。
【００７７】
一方、受電コイル３１も、素線３１ａを渦巻状に巻いて形成した平面スパイラルコイルから構成されている。この受電コイル３１は、その外径が第２給電コイル２２の外径とほぼ同寸に形成されると共に、その中心部には素線３１ａの存在しない空間部が形成されている。即ち、給電コイル２０は空芯平面スパイラルコイルとして構成され、その外径及び内径はともに第２給電コイル２２とほぼ同寸に形成されている。
【００７８】
以上の給電装置１０及び受電装置３０を用いて給電装置１０から受電装置３０に電力伝送する際には、図２に示すように、給電コイル２０と受電コイル３１とを相互に対向させて、両者の間で電磁誘導を生じさせることで行われる。給電コイル２０と受電コイル３１とを対向させる際には、給電コイル２０と受電コイル３１との中心をできるだけ一致させる。
【００７９】
次に、本実施形態にかかる非接触式電力伝送装置１における電力伝送の基本原理について説明する。
【００８０】
この非接触式電力伝送装置１では、電磁誘導を利用して給電装置１０から受電装置３０に電力を伝送している。即ち、受電装置３０が備える受電コイル３１の起電力は、給電コイル２０により形成される磁束が受電コイル３１を鎖交する磁束の大きさに影響を受ける。そして、給電コイル２０が形成する磁束の大きさは、給電コイル２０を流れる電流により決定される。このことから、給電コイル２０に流れる電流を大きく、発生する電圧を低下させることが、伝送効率を向上させて受電コイル３１の起電力を向上させるためには重要である。
【００８１】
この点に関し、本実施形態委かかる非接触式電力伝送装置１では、給電装置１０が共振回路１３を備えていることから、共振回路１３において、給電コイル２０と一時側コンデンサ１４と間で共振現象を起こさせている。これにより、デジタル信号が正弦波形に変換され、かつ、共振状態においては、回路のインピーダンスが最小となり、得られる電流が最大となる。このような給電装置１０の共振を利用して最大限の電力を受電装置３０に伝送させている。
【００８２】
また、電磁誘導を利用する場合、受電装置３０が備える受電コイル３１の電力は、電圧の２乗に比例し、抵抗値に反比例をする。このため、受電コイル３１に発生する電圧の低下を防止することも重要である。より詳細には、受電コイル電圧の負荷抵抗ＲＬの依存性について、負荷抵抗ＲＬが低い領域では受電コイル電圧を上昇させる一方で、負荷抵抗ＲＬの高い領域では受電コイル電圧を低下させることで、受電コイル電圧を負荷抵抗ＲＬ変化に対し一定に保たれることがきわめて重要となる。
【００８３】
以上の点について、給電装置１０が共振回路１３を備えている。共振回路１３では、コイルに発生する電圧は、Ｑ値に影響を受け、Ｑ値が定まればコイルに生じる電圧を決定することから、Ｑ値に着目する。なお、Ｑ値とは共振の度合いや鋭さを表す値であり、Ｑの値が低いということは共振を素早くコントロールし、素早くとめることができていることを示し、逆にＱ値が高いということは共振が長く続いているということである。このＱ値は次の式（１）で表される。
【００８４】
Ｑ＝１／Ｒ×√（Ｌ／Ｃ）・・・（１）
【００８５】
式（１）から明らかなように、Ｑ値は、抵抗値Ｒと、キャパシタンスＣの平方根の値に反比例し、インダクタンスＬの平方根の値に比例する。Ｑ値を小さくするには、抵抗値Ｒを大きくするか、キャパシタンスＣを大きくするか、又はインダクタンスＬを小さくすることが必要である。
【００８６】
この点に関し、仮に抵抗値Ｒを大きくすると発熱し、キャパシタンスＣを大きくすれば共振周波数が低下するという不都合がある。このため、インダクタンスＬをさげることが最適である。
【００８７】
ここで、本実施形態の給電コイル２０のように第１給電コイル２１の内側に第２給電コイル２２を配置した場合における合成インダクタンスを求める。第１給電コイル２１と第２給電コイル２２の合成インダクタンスをＬＬ、第１給電コイル２１のインダクタンスをＬｐ１，第２給電コイル２２のインダクタンスをＬｐ２とする。合成インダクタンスＬＬをＬｐ１とＬｐ２とで表すと次の式（２）で表すことができる。
【００８８】
ＬＬ＝Ｌｐ１×Ｌｐ２／（Ｌｐ１＋Ｌｐ２）・・・（２）
【００８９】
いま、第２給電コイル２２のインダクタンスＬｐ２の値が第１給電コイル２１のインダクタンスＬｐ１と同値であるとすれば、合成インダクタンスＬＬは、式（３）のように表すことができる。
【００９０】
ＬＬ＝Ｌｐ１／２・・・（３）
【００９１】
このように、本実施形態にかかる給電装置１０の給電コイル２０によれば、一般的なシングルタイプの平面スパイラルコイルと比較してインダクタンスの値を約半分に低下させることができることになる。
【００９２】
このように、給電コイル２０のインダクタンスの値を低下させるとで、給電装置１０が備える共振回路１３のＱ値を下げることができる。そして、給電装置１０のＱ値を下げることで、受電装置３０では、受電コイル３１の電圧は、負荷抵抗ＲＬの変化に対し、より一定に維持され、使用したい実用領域における電圧を上昇せしめ、受電コイル電圧の負荷抵抗値の変化に対応する変化を減少させて電圧の変化を平坦にして、負荷抵抗に依存する領域を広くすることができる。
【００９３】
既述のように、受電装置３０は、電力変換回路３２を具備している。この電力変換回路３２には種々のＩＣが使用される。一般的なシングルタイプの平面スパイラルコイルを使用していた場合には、電圧の変化が大きいかったため、耐圧領域の広いＩＣを選択しなければならなかったが、電圧の変化が減少して平坦にされることにより、耐圧領域の狭いＩＣを選択する事が可能となる。
【００９４】
以上、給電コイルとして２つの平面スパイラルコイルを使用した２重コイルの場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、平面スパイラルコイルを３つ以上使用した多重コイルを使用して給電コイルを形成してもよい。
【００９５】
図５は、３つの平面スパイラルコイルを使用して給電コイル４０を形成したものを示している。
【００９６】
この給電コイル４０は、中央に空間部がそれぞれ形成された平面スパイラルコイルが用いられている。各平面スパイラルコイルは、相互の内縁寸法及び外縁寸法が順次小さくなるように形成され、外側から順に第１給電コイル４１、第２給電コイル、第３給電コイルのように配置されている。
【００９７】
具体的には、第２給電コイル４２の外径は、第１給電コイル４１の内径より小さく形成され、第３給電コイル４３の外径は第２給電コイル４２の内径より小さく形成されている。そして、第１〜第３の給電コイル４１，４２，４３は、第２給電コイル４２が第１給電コイル４１の中央に形成された空間部の内側に配置され、さらに、第３給電コイル４３は、第２給電コイル４２の中央に形成された空間部の内側に配置されている。この場合においても、第１給電コイル４１の内縁と第２給電コイル４２の外縁との間、及び第２給電コイル４２の内縁と第３給電コイル４２の外縁との間にはそれぞれ１ｍｍ以上の隙間を形成するとよい。
【００９８】
また、第１〜第３の給電コイル４１，４２，４３は、給電コイル４０の厚み方向に関し、相互に突出することなく平面状をなしている。さらに、第１〜第３の給電コイル４１，４２，４３は、それぞれの最外周に位置する素線同士が接続されると共に、最内周に位置する素線同士が接続されて並列接続されている。
【００９９】
なお、このように複数の平面スパイラルコイルで給電コイルを形成した場合においても、最も内側に配置された平面スパイラルコイルの外径は、受電コイルの外径と略同寸に形成するよい。
【０１００】
以上、平面スパイラルコイルの外形が円形であるものを例に説明したが、平面スパイラルコイルの外形は三角形、四角形、五角形、六角形などの多角形に形成してもよい。
【０１０１】
図６は、六角形に形成した電磁誘導コイルを示している。
【０１０２】
給電コイル４５は、外寸が大きく形成された第１給電コイル４６と外寸の小さく形成された第２給電コイル４７とから構成されている。第１給電コイル４６は、その外形が六角形となるようにその素線が渦巻状に巻かれ、中央には素線の存在しない空間部が形成されている。同様に、第２給電コイル４７も、その中央に空間部が形成されるようにして、外形が六角形をなすように渦巻状に素線が巻かれて形成されている。そして、第１給電コイル４６を構成する素線と第２給電コイル４７を構成する素線とは、同一軸が中心となるように巻かれて構成されるように、第１給電コイル４６の中央に形成された空間部の内側に第２給電コイル４７が配置されて給電コイル４５は構成される。
【０１０３】
なお、この給電コイル４５についても、第１給電コイル４６と第２給電コイルとが、厚み方向に関して相互に突出されることなく平面状をなしている。また、第１給電コイル４６の内縁と、第２給電コイル４７の外縁との間には１ｍｍ以上の隙間を形成するとよい。
【０１０４】
一方、受電コイル４８も、その外形が六角形をなすようにして素線が渦巻状に巻かれて構成されている。この受電コイル４８は、その外縁寸法及び内縁寸法が給電コイル４５のうち、内側に配置されている第２給電コイル４７の外縁寸法及び内縁寸法とほぼ同寸に形成されている。
【０１０５】
［第２実施形態］
次に、図７及び図８を参照して、本発明の第２実施形態について説明する。
【０１０６】
既述のように、電磁誘導を利用して電力伝送するには、給電装置１０が備える共振回路１３のＱ値を下げることが効果的である。この第２実施形態においても、Ｑ値を下げるために採用した構成である。なお、この第２実施形態は、電磁誘導用コイル５０，６０の構成のみが第１実施形態にかかる非接触式電力伝送装置１とは異なり、その他の給電装置１０の構成及び受電装置３０の構成は同じであるので、ここでは電磁誘導用コイル５０，６０についてのみ説明する。
【０１０７】
この電磁誘導用コイル５０，６０をなす給電コイル５０も、２個の平面スパイラルコイル５１，５２から構成されている。給電コイル５０は、２個の平面スパイラルコイル５１，５２を構成するそれぞれの素線５１ａ，５２ａが並列に並べられ、並べられた状態で渦巻状に巻かれるようにして構成されている。各素線５１ａ，５２ａが並列に並べられた状態で渦巻状に巻かれることにより、給電コイル５０を半径方向に見た場合、各平面スパイラルコイル５１，５２を構成するそれぞれの素線５１ａ，５２ａは交互に並べられる。そして、形成された給電コイル５０は、一平面を構成している。この給電コイル５０についても、二つの平面スパイラルコイル５１，５２は、それぞれの最外周の素線５１ａ，５２ａ同士が接続されると共に、最内周の素線５１ａ，５２ａ同士が接続されて並列に接続される。なお、この給電コイル５０においても、その中心部分には、素線５１ａ，５２ａが存在しない空間部が設けられ、空芯平面スパイラルコイルとなされている。
【０１０８】
なお、２個の平面スパイラルコイル５１，５２は、素線径及び素線長がほぼ同寸の同一材料の素線によって形成されており、両者のインダクタンス値は略同値となされている。
【０１０９】
一方、受電コイル６０は、１本の素線６０ａが渦巻状に巻かれ構成された平面スパイラルコイルである。その外径は給電コイル５０の外径とほぼ同寸に形成されている。また、中心部分には素線６０ａの存在しない空間部が形成されており、空芯平面スパイラルコイルとなされている。その中心部分に形成される空間部の内径も、給電コイル５０の中央部分に形成された空間部の内径とほぼ同寸に形成されている。
【０１１０】
これら給電コイル５０と受電コイル６０を使用して電力伝送を行う際には、図８に示すように、給電コイル５０と受電コイル６０とを対向させる。この際、両者の中心がほぼ一致されるように配置する。
【０１１１】
次に、本実施形態にかかる電磁誘導用コイル５０，６０の基本的な考え方について説明する。
【０１１２】
この実施形態においても、インダクタンス値を下げることでＱ値を下げて電力伝送の効率を向上させている点で第１実施形態にかかる非接触式電力伝送装置１と基本思想は同様である。この給電コイル５０では、インダクタンス値を下げるために、平面スパイラルコイル５１，５２の巻数を少なくしている。もっとも、単純に巻数を少なくしたのでは、給電コイル５０の外寸が小さくなる。そうすると、給電コイル５０と受電コイル６０との間で磁束の漏れが生じてしまう。
【０１１３】
このため、給電コイル５０の巻数を少なくしつつ、外寸を維持するために、２個の平面スパイラルコイル５１，５２を構成するそれぞれの素線５１ａ，５２ａを並列に並べ、並べられた状態で素線５１ａ，５２ａを渦巻状に巻いて給電コイル５０を構成しているのである。
【０１１４】
この第２実施形態に関しても、給電装置１０は、給電コイル５０をその構成要素とする共振回路１３を備えているため、共振回路１３において、給電コイル２０とコンデンサ１４と間で共振現象を起こさせている。これにより、デジタル信号が正弦波形に変換され、かつ、共振状態においては、回路のインピーダンスが最小となり、得られる電流が最大となる。このような給電装置１０の共振を利用して最大限の電力を受電装置３０に伝送させている。
【０１１５】
また、給電コイル５０を第２実施形態のように形成することで、給電装置１０が備える共振回路１３のＱ値を下げることができ、受電コイル電圧の負荷抵抗ＲＬの依存性について、負荷抵抗ＲＬが低い領域では受電コイル電圧を上昇させる一方で、負荷抵抗ＲＬの高い領域では受電コイル電圧を低下させて、受電コイル電圧を負荷抵抗ＲＬ変化に対し一定にすることができる。
【０１１６】
なお、第２実施形態についても、給電コイル及び受電コイルの外形は三角形、四角形、五角形、六角形などの多角形に形成してもよい。
【０１１７】
［第３実施形態］
次に、図９及び図１０を参照して本発明の第３実施形態について説明する。図９は給電コイル７０及び受電コイル８０の平面図を示し、図１０は、対向された給電コイル７０及び受電コイル８０における、図９のＡ部におけるＡ−Ａ断面の拡大図を示したものである。なお、この実施形態においても、電磁誘導用コイル７０，８０の構成のみが第１実施形態にかかる非接触式電力伝送装置１とは異なり、その他の給電装置１０の構成及び受電装置３０の構成及び作用は、図３に示したものと同じであるので、電磁誘導用コイル７０，８０についてのみ説明する。
【０１１８】
給電コイル７０は、３つの平面スパイラルコイル７１，７２，７３の群から構成されている。この給電コイル７０は、各平面スパイラルコイル７１，７２，７３を構成している素線が並列に並べられ、これら３本の素線が一つの中心軸を中心として渦巻状に巻かれ、平面状に形成されている。これら３つの平面スパイラルコイル７１，７２，７３は、その素線径及び素線長が相互に同寸の同一材料の素線により形成されている。このため、３つの平面スパイラルコイルのインダクタンス値は略同値となっている。
【０１１９】
この給電コイル７０について、給電コイル７０の最外周を第１周目とした場合、図１０に示すように、各周では、外側に平面スパイラルコイル７１の素線が位置し、中央に平面スパイラルコイル７２の素線が位置し、そして内側に平面スパイラルコイル７３の素線が位置している。なお、この図１０では外側から数え第ｎ周目から第ｎ＋４周目までを示している。
【０１２０】
そして、この給電コイルで７０では、各平面スパイラルコイル７１，７２，７３の最外周及び最内周においてそれぞれの素線の端部に接続端子を設けている。これにより、共振回路１３にこれら接続端子を選択して接続するようにして、３つの平面スパイラルコイル７１，７２，７３のうち、いずれか一つのコイルを択一的に選択可能になっており、選択した平面スパイラルコイルにのみ電流を流して電磁誘導に利用する。例えば、図９及び図１０に示すように、平面スパイラルコイル７２を選択して共振回路１３に接続し、他の平面スパイラルコイル７１，７３は、共振回路１３には接続しないことで、平面スパイラルコイル７２のみを電磁誘導に利用する。もっとも、選択する平面スパイラルコイルは、他のものを選択しても構わない。
【０１２１】
一方、受電コイル８０は、一本の素線が渦巻状に巻かれ平面状に形成されている。この受電コイル８０は、給電コイル７０を構成する３つの平面スパイラルコイル７１，７２，７３の素線と素線径が同寸の素線が使用されて、その外径及び内径が給電コイル７０の外径及び内径と略同寸に形成されている。
【０１２２】
このように、給電コイル７０と受電コイル８０とを形成した場合、給電コイル７０にあっては、電磁誘導に利用される平面スパイラルコイルは、３つのうち１つだけなので、電磁誘導に利用される給電コイル７０の平面スパイラルコイルは、その巻数が受電コイル８０の巻数の１／３となる。
【０１２３】
この第３実施形態では、給電コイル７０において電磁誘導に利用する平面スパイラルコイルの巻数を少なくすることでインダクタンス値を減少させることができ、その結果、Ｑ値を下げている。
【０１２４】
そして、第３実施形態においても、給電装置１０は、給電コイル５０をその構成要素とする共振回路１３を備えているため、共振回路１３において、給電コイル２０とコンデンサ１４と間で共振現象を起こさせている。これにより、デジタル信号が正弦波形に変換され、かつ、共振状態においては、回路のインピーダンスが最小となり、得られる電流が最大となる。このような給電装置１０の共振を利用して最大限の電力を受電装置３０に伝送させている。
【０１２５】
また、給電装置１０が備える共振回路１３のＱ値を下げることで、受電コイル電圧の負荷抵抗ＲＬの依存性について、負荷抵抗ＲＬが低い領域では受電コイル電圧を上昇させる一方で、負荷抵抗ＲＬの高い領域では受電コイル電圧を低下させて、受電コイル電圧を負荷抵抗ＲＬ変化に対し一定にすることができる。
【０１２６】
さらに、この第３実施形態においては、給電コイル７０において、３つの平面スパイラルコイル７１，７２，７３のうちいずれか一つを利用するため、給電コイル７０の内側に位置する素線と外側に位置する素線との間に、いわゆる近接効果が生じることがない。例えば、図１０に示すように、平面スパイラルコイル７２を選択し、平面スパイラルコイル７２にのみ電流を流した場合、平面スパイラルコイル７２を構成する素線同士の間には、選択しなかった平面スパイラルコイル７１と平面スパイラルコイル７３の素線が存在する。このため、平面スパイラルコイル７２の素線同士が相互に密着することが無く、近接効果が生じることがないのである。
【０１２７】
なお、給電コイル７０において、選択すべき平面スパイラルコイルの素線に着色したり、あるいは端子部分にビニールチューブ等の目印を付けるなどして、選択すべき平面スパイラルコイルを他の平面スパイラルコイルと区別するための識別手段を設けるとよい。
【０１２８】
以上、給電コイルを３つの平面スパイラルコイルの群で構成した場合について説明したが、これには限定されず、２つの平面スパイラルコイルの群で給電コイルを構成したり、４つ以上の平面スパイラルコイルの群で給電コイルを構成してもよい。なお、給電コイルを３つ以外の平面スパイラルコイル群で構成した場合においても、共振回路に接続して電磁誘導に利用するものを択一的に選択する。
【０１２９】
このように、給電コイルをＮ回巻の複数の平面スパイラルコイル群で構成することで、インダクタンスの値を受電コイルのインダンクタンスの値に対し１／Ｎとすることができる。そして、給電コイルを所望の巻数に形成することで、給電コイルと受電コイルのインダクタンス比を任意に設定することができる。しかも、電磁誘導に利用するコイルをＮ個の中から選択するように構成することで、電流の流れる素線同士が密着することが無く、近接効果の発生を効果的に防止できる。
【０１３０】
なお、この第３実施形態についても、給電コイル及び受電コイルの外形は三角形、四角形、五角形、六角形などの多角形に形成してもよい。
【０１３１】
［第４実施形態］
次に図１１及び図１２を参照して本発明の第４実施形態について説明する。図１１は、第４実施形態にかかる非接触式電力伝送装置に使用する給電コイル９０と受電コイル１００の平面図を示し、図１２は、対向された給電コイル９０と受電コイル１００とに関し、図１１のＢ部のＢ−Ｂ断面に着いての拡大部分断面図を示したものである。
【０１３２】
給電コイル９０は、４つの平面スパイラルコイル９１，９２，９３，９４の群により構成されている。４つの平面スパイラルコイル９１，９２，９３，９４の群は、並列に並べられた４本の素線が同一軸を中心にして渦巻状に巻かれるようにして平面状に形成される。図１２は、給電コイル９０を構成している各平面スパイラルコイル９１，９２，９３，９４について、外側から第ｎ周目の素線と第ｎ＋１周目の素線の配列を示している。各周において、各平面スパイラルコイル９１，９２，９３，９４の素線は、外側から平面スパイラルコイル９１の素線、平面スパイラルコイル９２の素線、平面スパイラルコイル９３の素線、平面スパイラルコイル９４の素線の順に配列されている。
【０１３３】
なお、給電コイル９０を構成している各平面スパイラルコイル９１，９２，９３，９４は、その素線は、同寸の素線径のものが使用されている。また、各平面スパイラルコイル９１，９２，９３，９４の素線長は略同寸に形成されている。このため、各平面スパイラルコイル９１，９２，９３，９４のインダクタンス値は略同値となっている。
【０１３４】
これに対し、受電コイルは、１本の素線が渦巻状に巻かれ、かつ、平面状に形成されることで構成されている。給電コイルの外径は受電コイルの外径と略同寸に形成されているため、給電コイルを構成する各平面コイルは、受電コイルの巻数の１／４の巻数である。
【０１３５】
そして、この給電コイルで９０についても、各平面スパイラルコイル９１，９２，９３，９４の最外周及び最内周においてそれぞれの素線の端部に接続端子を設けている。これにより、共振回路１３にこれら接続端子を選択して接続するようにして、４つの平面スパイラルコイル９１，９２，９３，９４の中から所望のコイルを選択可能になっている。この給電コイル９０については、給電コイル９０を構成する４つの平面コイル群の中から、素線が最も外側に位置するように巻かれた平面スパイラルコイル９１と、コイル群の中から、外側から３番目に位置する平面スパイラルコイル９３とが選択され、この２つの平面スパイラルコイル９１，９３が共振回路に接続されて電磁誘導に利用される。２つの平面スパイラルコイル９１，９３を選択することで、第ｎ周目においては、平面スパイラルコイル９１と、平面スパイラルコイル９３との間には、平面スパイラルコイル９２が介在し、第ｎ周目と第ｎ＋１周目においては、平面スパイラルコイル９１と、平面スパイラルコイル９３との間には、平面スパイラルコイル９４が介在することになる。
【０１３６】
このように、この給電コイル９０では、電磁誘導に利用するために選択された平面スパイラルコイル同士の間には、選択されない平面スパイラルコイルが介在し、電磁誘導に利用される平面スパイラルコイルの素線同士が相互に密着しあわないように構成される。
【０１３７】
そして、選択された２つの平面スパイラルコイル９１，９３は、それぞれの最外周を構成する素線同士が接続されると共に、最内周の素線同士が接続されて両者が並列接続される。なお、選択された２つの平面スパイラルコイル９１，９３の素線には、他の平面スパイラルコイル９２，９４と区別するために、色を付けたり、端子部分にビニールチューブ等の目印を付けるなどして識別可能にされる。
【０１３８】
以上のように構成することで、この第４実施形態でも、給電コイル９０のインダクタンス値を減少させることができ、その結果、Ｑ値を下げている。そして、給電コイル９０を備えた給電装置１０の共振回路１３では、給電コイル２０とコンデンサ１４と間で共振現象が生じ、デジタル信号が正弦波形に変換され、かつ、共振状態においては、回路のインピーダンスが最小となり、得られる電流が最大となる。このような給電装置１０の共振を利用して最大限の電力を受電装置３０に伝送させている。
【０１３９】
また、給電装置１０が備える共振回路１３のＱ値を下げることで、受電コイル電圧の負荷抵抗ＲＬの依存性について、負荷抵抗ＲＬが低い領域では受電コイル電圧を上昇させる一方で、負荷抵抗ＲＬの高い領域では受電コイル電圧を低下させて、受電コイル電圧を負荷抵抗ＲＬ変化に対し一定にすることができる。
【０１４０】
さらに、給電コイル９０において、電磁誘導に利用するために選択される平面スパイラルコイルは、選択されない平面スパイラルコイルを間に介在させているため、電磁誘導に利用される平面スパイラルコイルの素線同士が相互に密着せず、近接効果が生じることがない。
【０１４１】
以上、平面スパイラルコイル９１，９３を選択した場合について説明したが、平面スパイラルコイル９２，９４を選択して給電コイル９０を構成してもよい。この場合、選択した平面スパイラルコイル９２，９４の素線の間には、選択しなかった平面スパイラルコイル９１，９３の素線が介在される。このため、近接効果の発生を防止できる。
【０１４２】
また、給電コイルが４つの平面スパイラルコイルの場合を例に説明したが、５つ以上の平面スパイラルコイルの群で給電コイルを構成してもよい。この場合にも、電磁誘導に利用するために選択する平面スパイラルコイルの間には、選択されない平面スパイラルコイルの素線が介在されるようにして給電コイルを構成する。
【０１４３】
この第４実施形態においても、給電コイルを構成する平面スパイラルコイルの数を変更して、各平面スパイラルコイルの巻数と受電コイルの巻数との比率を変化させることで、給電コイルのインダクタンスと受電コイルのインダクタンスの比率を自在に設定できる。
【０１４４】
なお、この第４実施形態においても、給電コイル及び受電コイルの外形は三角形、四角形、五角形、六角形などの多角形に形成してもよい。
【０１４５】
［第５実施形態］
次に図１３及び図１４を参照して本発明の第５実施形態について説明する。図１３は、給電コイル１１０及び受電コイル１２０の平面図を示し、図１４は、対向された給電コイル１１０及び受電コイル１２０における、図１３のＣ部におけるＣ−Ｃ断面の拡大図を示したものである。なお、この実施形態においても、電磁誘導用コイル７０，８０の構成のみが第１実施形態にかかる非接触式電力伝送装置１とは異なり、その他の給電装置１０の構成及び受電装置３０の構成及び作用は、図３に示したものと同じであるので、電磁誘導用コイル１１０，１２０についてのみ説明する。
【０１４６】
給電コイル１１０は、３つの平面スパイラルコイル１１１，１１２，１１３の群から構成されている。この給電コイル１１０は、各平面スパイラルコイル１１１，１１２，１１３を構成する素線が並列に並べられ、これら３本の素線が一つの中心軸を中心として渦巻状に巻かれるようにして、平面状に形成されている。これら３つの平面スパイラルコイル１１１，１１２，１１３は、その素線径及び素線長が相互に同寸で、かつ、同一材料の素線により形成されている。このため、３つの平面スパイラルコイル１１１，１１２，１１３のインダクタンス値は略同値となっている。
【０１４７】
この給電コイル１１０は、その最外周を第１周目とした場合、図１４に示すように、各周では、外側に平面スパイラルコイル１１１の素線が位置し、中央に平面スパイラルコイル１１２の素線が位置し、そして内側に平面スパイラルコイル１１３の素線が位置している。なお、この図１４では外側第ｎ周目と第ｎ＋１周目を示している。
【０１４８】
そして、この給電コイル１１０についても、各素線の端部には端子が設けられ、３つの平面スパイラルコイル１１１，１１２，１１３のうち、いずれか一つのコイルを択一的に選択可能になっており、選択した平面スパイラルコイルにのみ電流を流して電磁誘導に利用する。例えば、図１３及び図１４に示すように、平面スパイラルコイル１１２を選択して共振回路１３に接続し、他の平面スパイラルコイル１１１，１１３は、共振回路には接続しないことで、平面スパイラルコイル１１２のみを電磁誘導に利用する。もっとも、選択する平面スパイラルコイルは、他のものを選択しても構わない。
【０１４９】
一方、受電コイル１２０は、２つの平面スパイラルコイル１２１，１２２から構成されている。受電コイル１２０は、並列に並べられた２本の素線が渦巻状に巻かれ平面状に形成されている。この受電コイル１２０は、給電コイル１１０を構成する３つの平面スパイラルコイル１１１，１１２，１１３の素線と素線径が同寸の素線が使用されて、その外径及び内径が給電コイル１１０の外径及び内径と略同寸に形成されている。そして、平面スパイラルコイル１２１，１２２の各素線の端部には端子が設けられており、そのいずれかを回路に接続可能となっていて、２つの平面スパイラルコイル１２１，１２２のうち一方のみが選択されて電磁誘導に利用される。
【０１５０】
この第５実施形態のように、給電コイル１１０と受電コイル１２０とを形成した場合、電磁誘導に利用される平面スパイラルコイルのインダクタンス比は、２：３となり、給電コイル１１０において電磁誘導に利用する平面スパイラルコイルのインダクタンス値を小さくし、その結果、Ｑ値を下げている。
【０１５１】
そして、第５実施形態においても、給電装置１０の共振回路１３において、給電コイル２０とコンデンサ１４と間で共振現象が生じ、印加されたデジタル信号が正弦波形に変換される。また、共振状態においては、回路のインピーダンスが最小となり、得られる電流が最大となる。このような給電装置１０の共振を利用して最大限の電力を受電装置３０に伝送させている。
【０１５２】
また、給電装置１０が備える共振回路１３のＱ値を下げることで、受電コイル電圧の負荷抵抗ＲＬの依存性について、負荷抵抗ＲＬが低い領域では受電コイル電圧を上昇させる一方で、負荷抵抗ＲＬの高い領域では受電コイル電圧を低下させて、受電コイル電圧を負荷抵抗ＲＬ変化に対し一定にすることができる。
【０１５３】
さらに、この第５実施形態においては、給電コイル１１０及び受電コイル１２０のいずれついても、電磁誘導に利用される平面スパイラルコイルの素線同士の間には、選択しない平面スパイラルコイルの素線が介在するため、近接効果の発生を防止できる。
【０１５４】
なお、給電コイル１１０及び受電コイル１２０のいずれについても、選択すべき平面スパイラルコイルの素線に着色したり、あるいは端子部分にビニールチューブ等の目印を付けるなどして、選択すべき平面スパイラルコイルを他の平面スパイラルコイルと区別するための識別手段を設けるとよい。
【０１５５】
以上、給電コイルを３つの平面スパイラルコイルの群で構成し、受電コイルを２つの平面スパイラルコイルで構成した場合について説明したが、これには限定されず、給電コイルを構成する平面スパイラルコイルの数を、受電コイルを構成する平面スパイラルコイルの数より多くして、給電コイルの巻数を受電コイルの巻数よりも少なくするのであれば、給電コイル及び受電コイルを他の数の平面スパイラルコイルで構成してもよい。
【０１５６】
このように、給電コイルをＮ回巻の複数の平面スパイラルコイル群で構成する一方で、受電コイルをＭ回巻の複数の平面スパイラルコイル群で構成し、その巻数比をＮ：Ｍ（ただし、Ｎ＜Ｍ）とすれば、これに対応して給電コイルのインダクタンスの値と受電コイルのインダンクタンスの値との比率をＮ：Ｍ（ただし、Ｎ＜Ｍ）と自在に設定することが可能となる。
【０１５７】
なお、給電コイルと受電コイルのインダクタンス比を自在に変更可能とする場合、図１５及び図１６に示すように給電コイル及び受電コイルを設けてもよい。
【０１５８】
図１５及び図１６は、第５実施形態における別の実施例を示したものである。図１５は給電コイル１３０及び受電コイル１４０の平面図を示し、図１６は、対向する給電コイル１３０及び受電コイル１４０における図１５のＤ部のＤ−Ｄ断面の拡大図を示したものである。
【０１５９】
給電コイル１３０は、第３実施形態の給電コイル９０と同様の構成からなり、４つの平面スパイラルコイル１３１，１３２，１３３，１３４の群により構成されている。４つの平面スパイラルコイル１３１，１３２，１３３，１３４の群は、並列に並べられた４本の素線が同一軸を中心にして渦巻状に巻かれるようにして平面状に形成される。図１６は、給電コイル１３０を構成している各平面スパイラルコイル１３１，１３２，１３３，１３４について、外側から第ｎ周目の素線と第ｎ＋１周目の素線の配列を示している。各周において、各平面スパイラルコイル１３１，１３２，１３３，１３４の素線は、外側から平面スパイラルコイル１３１の素線、平面スパイラルコイル１３２の素線、平面スパイラルコイル１３３の素線、平面スパイラルコイル１３４の素線の順に配列されている。
【０１６０】
なお、各平面スパイラルコイル１３１，１３２，１３３，１３４は、素線径及び素線長が略同寸の同一材料の素線から形成されており、各平面スパイラルコイル１３１，１３２，１３３，１３４のインダクタンス値は略同値となされている。
【０１６１】
一方、受電コイル１４０は、２つの平面スパイラルコイル１４１，１４２から構成されている。受電コイル１４０は、並列に並べられた２本の素線が渦巻状に巻かれ平面状に形成されている。この受電コイル１４０は、給電コイル１３０を構成する４つの平面スパイラルコイル１３１，１３２，１３３，１３４の素線と素線径が同寸の素線が使用されて、その外径及び内径が給電コイル１３０の外径及び内径と略同寸に形成されている。
【０１６２】
この実施例における給電コイル１３０では、４つの平面スパイラルコイル１３１，１３２，１３３，１３４のうち２つの平面スパイラルコイル１３１，１３３が選択され、選択された２つの平面スパイラルコイル１３１，１３３は、それぞれの最外周に位置する素線同士が接続されると共に、最内周の素線同士が接続されて並列接続される。そして、２つの平面スパイラルコイル１３１，１３３が共振回路１３に接続されて電磁誘導に利用される。このため、図１６に示すように、選択された平面スパイラルコイル１３，１３３の素線の間には、選択されなかった平面スパイラルコイル１３２，１３４の素線が介在する。
【０１６３】
一方、受電コイル１４０では、２つの平面スパイラルコイル１４１，１４２のうち、平面スパイラルコイル１４１のみが選択されて電磁誘導に利用される。図１６は、受電コイル１４０を構成する平面スパイラルコイル１４１，１４２の素線について、外側から第ｍ周目〜第ｍ＋４周目までを示しているが、この図１６に示すように、電磁誘導に利用される平面スパイラルコイル１４１の素線同士の間には、選択されなかった平面スパイラルコイル１４２の素線が介在する。
【０１６４】
この実施例のように電磁誘導用コイルである給電コイル１３０及び１受電コイル１４０を構成した場合も、給電コイル１３０の巻数が受電コイル１４０の巻数よりも少ないため、給電コイルのインダクタンスの値を小さくすることができ、これによりＱ値を小さくできる。
【０１６５】
そして、この場合においても、給電コイルを所望の数の平面スパイラルコイル群で構成すると共に、受電コイルを所望の数の平面スパイラルコイルの群で構成することで、給電コイルの巻数と受電コイルの巻数とを自在に設定でき、その結果、給電コイルのインダクタンスと受電コイルのインダクタンスの比率を所望の値に事由に設定することが可能となる。ただし、この場合においても、給電コイルの巻数Ｎを受電コイルの巻数Ｍよりも小さくすることが必要である。
【０１６６】
なお、この第５実施形態についても、給電コイル及び受電コイルの外形は三角形、四角形、五角形、六角形などの多角形に形成してもよい。
【０１６７】
［第６実施形態］
次に、図１７を参照して、本発明の第６実施形態について説明する。図１７は、第６実施形態にかかる非接触式電力伝送装置に使用される給電コイル１５０と受電コイル１６０の平面図を示している。
【０１６８】
給電コイル１５０は、外側に配置されたドーナツ状の第１給電コイル１５１と、第１給電コイル１５１の内側に配置された第２給電コイル１５２とから構成され、さらに、第２給電コイル１５２は、２つの平面スパイラルコイル１５３，１５４の群により構成されている。即ち、既述の第１実施形態にかかる給電コイル２０と第２実施形態にかかる給電コイル５０とを組み合わせたような構成である。
【０１６９】
第１給電コイル１５１は、素線を渦巻状に巻いて平坦なドーナツ状に形成したものであり、その中央には素線の存在しない空間部が形成されている。そして、第２給電コイル１５２は、第１給電コイル１５１の中央に形成された空間部の内側に配置されている。この２個の平面スパイラルコイル１５３，１５４の群により構成された第２給電コイル１５２は、並列に並べられた２本の素線が同一軸を中心として渦巻状に巻かれるようにして形成されている。そして、第１給電コイル１５１及び第２給電コイル１５２は、さらに同一の軸が中心となるように配置されている。
【０１７０】
このようにして構成された給電コイル１５０は、第１給電コイル１５１と第２給電コイル１５２とが、給電コイル１５０の厚み方向に関し相互に突出することなく平面状に形成されている。
【０１７１】
第２給電コイルを構成している２つの平面スパイラルコイル１５３，１５４は、それぞれの最外周に位置する素線同士が接続されると共に、最内周の素線同士が接続されて並列に接続されている。さらに、並列接続された２つの平面スパイラルコイルと、第１給電コイル１５１とは、それぞれの最外周同士及び最内周同士が接続されて並列に接続されている。
【０１７２】
なお、第１給電コイル１５１、平面スパイラルコイル１５３，１５４のインダクタンス値は略同値となるように、素線径、素線長、及び素線の材質が選定される。
【０１７３】
これ対し、受電コイル１６０は、１本の素線が渦巻状に巻かれて平面状に形成される。この受電コイル１６０の外径及び内径は、第２給電コイル１５２の外径及び内径と略同寸に形成される。
【０１７４】
この実施形態においても、給電コイル１５０では、第１給電コイル１５１と第２給電コイル１５２の合成インダクタンスとして求めることができ、しかも、第２給電コイル１５２は２つの平面スパイラルコイルから構成されていることから巻数が少ないことから、インダクタンスの値を減少させることができる。その結果、給電装置１０において共振回路１３におけるＱ値を低減させることができる。
【０１７５】
［第７実施形態］
次に、図１８を参照して本発明の第７実施形態について説明する。図１８は、第７実施形態にかかる非接触式電力伝送装置に使用される給電コイル１７０と受電コイル１６０の平面図を示したものである。なお、この実施形態における受電コイルの構成は、上記の第６実施形態にかかる受電コイル１６０の構成と同様であるので、ここでは図面に同一符号を付してその説明は省略する。
【０１７６】
この実施形態にかかる給電コイル１７０は、外側に第１給電コイル１７１を設けると共に、その内側に第２給電コイル１７２が設けられている。
【０１７７】
第１給電コイル１７１は、素線が渦巻状に巻かれてドーナツ状に形成さている。その中央には、素線の存在しない空間部が形成されている。
【０１７８】
第２給電コイル１７２は、３つの平面スパイラルコイル１７３，１７４，１７５の群から構成されたもので、並列に並べられた３本の素線が同一軸を中心に渦巻状に巻かれて平面状に形成されている。３つの平面スパイラルコイル１７３，１７４，１７５は、渦巻状に巻かれた各周において、外側から平面スパイラルコイル１７３の素線、中央に平面スパイラルコイル１７４の素線、そして内側に平面スパイラルコイル１７５の素線の順に配置されている。そして、第２給電コイル１７２は、第１給電コイル１７１の中央に形成された空間部の内側に配置される。この状態において、第１給電コイル１７１と、第２給電コイル１７２とは、給電コイル１７０の厚み方向に関し相互に突出することなく平面状に構成される。
【０１７９】
この実施形態において、第２給電コイル１７２は、３つの平面スパイラルコイル１７３，１７４，１７５のなから所望のものを択一的に選択することができるようになっており、電磁誘導には、３つの中から選択された平面スパイラルコイルのみが利用される。例えば、図１８に示した例においては、３つの平面スパイラルコイル１７３，１７４，１７５の中から平面スパイラルコイル１７５が選択され、電磁誘導に利用される。そして、この給電コイル１７０では、第２給電コイル１７２において選択された平面スパイラルコイル１７５と第１給電コイル１７１とは、それぞれの最外周の素線同士と最内周の素線同士とが接続され、両者が並列接続される。ただし、選択する平面スパイラルコイルは、他の平面スパイラルコイルでもよい。
【０１８０】
なお、この実施形態においては、第１給電コイル１７１を構成する素線、第２給電コイル１７２における３つの平面スパイラルコイル１７３，１７４，１７５を構成している各素線は、その素線径、素線長及び材質が同一のものにより構成されるなどして、インダクタンス値が略同値となされている。
【０１８１】
この実施形態においても、給電コイル１７０では、そのインダクタンスの値を減少させて、Ｑ値を下げている。また、第２給電コイル１７２では、選択された平面スパイラルコイル１７５の素線同士の間には、選択されない平面スパイラルコイル１７３，１７４の素線が介在するので、近接効果の発生を防止できる。なお、この実施形態においても、第２給電コイルを２つの平面スパイラルコイルの群で構成したり、４つ以上の平面スパイラルコイルの群で構成しても構わない。
【０１８２】
［第８実施形態］
図１９は、本発明の第９実施形態にかかる非接触式電力伝送装置に使用される給電コイル１８０及び受電コイル１６０の平面図を示している。なお、この第８実施形態においても受電コイル１６０の構成は第６実施形態にかかる受電コイル１６０と同様の構成であるため、その説明は省略する。
【０１８３】
この実施形態にかかる給電コイル１８０は、外側に第１給電コイル１８１を設けると共に、その内側に第２給電コイル１８２が設けられている。
【０１８４】
第１給電コイル１８１は、素線が渦巻状に巻かれてドーナツ状に形成さている。その中央には、素線の存在しない空間部が形成されている。
【０１８５】
一方、第２給電コイル１８２は、４つの平面スパイラルコイル１８３，１８４，１８５，１８６の群から構成されている。４つの平面スパイラルコイル１８３，１８４，１８５，１８６は、並列に並べられた４本の素線が同一軸を中心として渦巻状に巻かれ、平面状に形成される。４つの平面スパイラルコイル１８３，１８４，１８５，１８６の群として構成された第２給電コイル１８２は、渦巻状に巻かれた各周において、外側から、平面スパイラルコイル１８３の素線、平面スパイラルコイル１８４の素線、平面スパイラルコイル１８５の素線、平面スパイラルコイル１８６の素線の順に配置される。
【０１８６】
そして、第２給電コイル１８２においては、４つの平面スパイラルコイル１８３，１８４，１８５，１８６の中から２つの平面スパイラルコイルが選択されて電磁誘導に利用される。図１９に示した例では、２つの平面スパイラルコイル１８４，１８６が選択されている。選択された平面スパイラルコイル１８４，１８６は、それぞれの最外周の素線同士が接続されると共に、最内周の素線同士が接続されて並列接続される。また、並列接続された平面スパイラルコイル１８４，１８６と、第１給電コイルとは、それぞれの最外周の素線同士と最内周の素線同士が接続されてさらに並列に接続される。ただし、選択する平面スパイラルコイルは、他の２つの平面スパイラルコイル１８３，１８５でもよい。
【０１８７】
この実施形態においても、第１給電コイル１８１を構成する素線、第２給電コイル１８２における４つの平面スパイラルコイル１８３，１８４，１８５，１８６を構成している各素線は、その素線径、素線長及び材質が同一のものにより構成されるなどして、インダクタンス値が略同値となされている。
【０１８８】
そして、この実施形態においても、給電コイル１８０では、そのインダクタンスの値を減少させて、Ｑ値を下げている。また、第２給電コイル１８２では、選択された平面スパイラルコイル１８４，１８６の素線同士の間には、選択されない平面スパイラルコイル１８３，１８５の素線が介在するので、近接効果の発生を防止できる。なお、この実施形態においても、第２給電コイルを５つ以上の複数の平面スパイラルコイルの群で構成しても構わない。
【０１８９】
［第９実施形態］
次に図２０を参照して、本発明の第９実施形態について説明する。図２０は、第９実施形態にかかる非接触式電力伝送装置に使用される給電コイル１９０と受電コイル２００の平面図を示したものである。
【０１９０】
給電コイル１９０は、外側に第１給電コイル１９１が設けられ、その内側に第２給電コイル１９２が設けられている。
【０１９１】
第１給電コイル１９１は、素線が渦巻状に巻かれてドーナツ状に形成さている。その中央には、素線の存在しない空間部が形成されている。
【０１９２】
第２給電コイル１９２は、３つの平面スパイラルコイル１９３，１９４，１９５の群から構成されたもので、並列に並べられた３本の素線が同一軸を中心に渦巻状に巻かれて平面状に形成されている。３つの平面スパイラルコイル１９３，１９４，１９５は、渦巻状に巻かれた各周において、外側から平面スパイラルコイル１９３の素線、平面スパイラルコイル１９４の素線、平面スパイラルコイル１９５の順に配置される。そして、第２給電コイル１９２は、第１給電コイル１９１の中央に形成された空間部の内側に配置され、第１給電コイル１９１と、第２給電コイル１９２とは、給電コイル１７０の厚み方向に関し相互に突出することなく平面状に構成される。
【０１９３】
この実施形態では、第２給電コイル１９２は、３つの平面スパイラルコイル１９３，１９４，１９５のなから所望のものを択一的に選択でき、電磁誘導には、選択された平面スパイラルコイルのみが利用される。図２０には、平面スパイラルコイル１９５が選択され、電磁誘導に利用される場合を例に示している。さらに、選択された平面スパイラルコイル１９５と第１給電コイル１９１とは、それぞれの最外周の素線同士と最内周の素線同士とが接続され、両者が並列接続される。
【０１９４】
なお、この実施形態においては、第１給電コイル１９１を構成する素線、３つの平面スパイラルコイル１９３，１９４，１９５を構成している各素線は、その素線径、素線長及び材質が同一のものにより構成されるなどして、インダクタンス値が略同値となされている。
【０１９５】
これに対し、受電コイル２００は、２つの平面スパイラルコイル２０１，１０２から構成されている。受電コイル２００は、並列に並べられた２本の素線が同一軸を中心に渦巻状に巻かれるようにして、平面状に形成される。この平面スパイラルコイル２０１、２０２は、素線径、素線長及び材質が同一の素線により形成される。そして、２つの平面スパイラルコイルのうち一方のみが選択され、受電装置の回路に接続されて電磁誘導に利用される。この受電コイル２００は、その外径及び内径が第２給電コイルの外径及び内径とほぼ同寸に形成される。
【０１９６】
このように給電コイル及び受電コイルを構成することで、給電側においてＱ値を下げることができるだけでなく、給電コイル及び受電コイルにおいて、素線間に生じる近接効果を防止できる。
【０１９７】
なお、この実施形態においても、第１給電コイルを構成する平面スパイラルコイル群の数を所望の数に構成し、その巻数を所望の巻数に構成すると共に、受電コイルを構成する平面スパイラルコイル群の数を所望の数に設け、その巻数を所望の巻数に構成することで、給電コイルのインダクタンス値と受電コイルのインダクタンス値の比率を自在に設定することが可能となる。もっとも、この場合に、給電コイルの巻数を受電コイルの巻数より少なくすることは必要である。
【０１９８】
なお、給電コイルのインダクタンス値と受電コイルのインダクタンス値の比率を自在に設定する場合に関し、図２１に示したように給電コイル及び受電コイルを構成することもできる。図２１は、別の実施例にかかる給電コイル２１０及び受電コイル２００の平面図を示したものである。なお、この実施例における受電コイル２００の構成は、図２０に示した受電コイルと同様であるので、図面に同一符号を付して、その説明をここでは省略する。
【０１９９】
この実施形態にかかる給電コイル２１０は、外側に第１給電コイル２１１が設けられ、その内側に第２給電コイル２１２が設けられている。
【０２００】
第１給電コイル２１１は、素線が渦巻状に巻かれてドーナツ状に形成さている。その中央には、素線の存在しない空間部が形成されている。
【０２０１】
一方、第２給電コイル２１２は、４つの平面スパイラルコイル２１３，２１４，２１５，２１６の群から構成されている。４つの平面スパイラルコイル２１３，２１４，２１５，２１６は、並列に並べられた４本の素線が同一軸を中心として渦巻状に巻かれ、平面状に形成される。４つの平面スパイラルコイル２１３，２１，２１５，２１６は、渦巻状に巻かれた各周において、外側から、平面スパイラルコイル２１３の素線、平面スパイラルコイル２１４の素線、平面スパイラルコイル２１５の素線、平面スパイラルコイル２１６の素線の順に配置される。
【０２０２】
そして、第２給電コイル２１２では、２つの平面スパイラルコイルが選択されて電磁誘導に利用される。選択する際には、選択する平面スパイラルコイルの素線の間に、選択されない平面スパイラルコイルの素線が介在されるように選択する。図１９に示した例では、２つの平面スパイラルコイル２１４，２１６が選択されている。選択された平面スパイラルコイル２１４，２１６は、それぞれの最外周の素線同士が接続されると共に、最内周の素線同士が接続されて並列接続される。また、並列接続された平面スパイラルコイル２１４，２１６と、第１給電コイル２１１とは、それぞれの最外周の素線同士と最内周の素線同士が接続されてさらに並列に接続される。
【０２０３】
この実施形態においても、第１給電コイル２１１を構成する素線、４つの平面スパイラルコイル２１３，２１４，２１５，２１６を構成している各素線は、その素線径、素線長及び材質が同一のものにより構成されるなどして、インダクタンス値が略同値となされている。
【０２０４】
この実施例においても、第１給電コイルを構成する平面スパイラルコイル群の数を所望の数に構成し、その巻数を所望の巻数に構成すると共に、受電コイルを構成する平面スパイラルコイル群の数を所望の数に設け、その巻数を所望の巻数にこう制す得ることで、給電コイルのインダクタンス値と受電コイルのインダクタンス値の比率を自在に設定することが可能となる。もっとも、この場合に、給電コイルの巻数を受電コイルの巻数より少なくすることは必要である。
【０２０５】
［第１０実施形態］
次に、図２２及び図２３を参照して、本発明の第１０実施形態について説明する。図２２は、第１０実施形態にかかる非接触式電力伝送装置に使用される給電コイルのブロック図を示し、図２３は、給電コイルの部分断面拡大図を示したものである。
【０２０６】
この給電コイル２２０は２つの平面スパイラルコイル２２１，２２２を直列に接続して構成したものである。２つの平面スパイラルコイル２２１，２２２は、並列に並べられた２本の素線が同一軸を中心にして渦巻状に巻かれ、平面状に形成されている。なお、形成された給電コイル２２０は、その中央に素線の存在しない空間部が設けられている。この２つの平面スパイラルコイル２２１，２２２は、それぞれの最内周において接続されることで直列に接続される。即ち、一方の平面スパイラルコイル２２１は、外側から内側に向けて渦巻状に巻かれ、その素線同士の間には、一定の隙間が形成される。他方の平面スパイラルコイル２２２は、平面スパイラルコイル２２１の素線間に形成されている隙間の間に素線が配置され、内側から外側に向けて渦巻状に巻かれるようにして形成される。
【０２０７】
なお、平面スパイラルコイルを直列に接続して給電コイルを構成する場合、図２４に示すように、２つの平面スパイラルコイル２３１，２３２をその厚み方向に重ねて構成しても構わない。この図２４に示す給電コイル２３０は、２つの平面スパイラルコイル２３１，２３２が重ねられ、これらの最内周において素線同士が接続されて直列に接続される。
【０２０８】
以上、本発明の非接触式電力伝送装置における様々な実施形態について説明した。次に、本発明の非接触式電力伝送装置における電力伝送の効率を確認するために行った。シミュレーション結果及び実験結果について説明する。
【０２０９】
第１に、本発明の非接触式電力伝送装置１における電力伝送効率を確認するために、第１実施形態において説明したダブルコイルタイプの給電コイルを用いて次のような実験を行った。
【０２１０】
実験は、給電装置１０に備えられた共振回路１３に電圧１Ｖ振幅のパルス波を印加し、インダクタンス値、抵抗値を求めた。印加するパルス波の周波数は、１ｋＨｚ、１０ｋＨｚ、１００ｋＨｚ、２５０ｋＨｚ、５００ｋＨｚ、１０００ｋＨｚの６種類について行った。なお、比較のために、一般的なシングルタイプの平面スパイラルコイルと、第１給電コイル２１及び第２給電コイル２２からなる平面スパイラルコイルとについて実験を行った。この一般的な平面スパイラルコイルを使用したものの共振回路の等価回路図は図１０に示したものである。
【０２１１】
表１は、実験に使用した給電コイル２０の寸法を示したものである。なお、一般的なシングルタイプの給電コイルは、本実施形態における内側に配置される第２給電コイル２２のみを使用した場合である。
【０２１２】
【表１】
【０２１３】
表２は、求めたインダクタンス値と抵抗値を示している。この表２において、シングルコイルとは、一般的な給電コイルを意味し、ダブルコイルとは、本実施形態にかかる給電コイル２０を意味する。
【０２１４】
【表２】
【０２１５】
この表２から明らかなように、一般的なシングルタイプの平面スパイラルコイルを給電コイルとして使用した場合に比べ、本実施形態にかかる給電コイル２０の方がいずれの周波数においても、インダクタンス値及び抵抗値は双方共に低下していることが分かる。インダクタンス値にあっては、４０％〜４１．７％の低下が見られ、抵抗値については、３４．２％〜４８％の低下が見られる。
【０２１６】
また、印加しパルス波の周波数が１ｋＨｚのときの相互インダクタンスと、結合係数を求めた。なお、このときに使用した受電コイル３１の物理的な使用は、コイルの内径が、１０．４５ｍｍ、外径が３２．５５ｍｍ、素線径が０．５２ｍｍ、巻数が１９回、そして、インダクタンス値が７．２６μＨである。
【０２１７】
表３は、求めた相互インダクタンス値Ｍと結合係数ｋを示したものである。
【０２１８】
【表３】
【０２１９】
この表３に示すように、結合係数ｋはそれほど差が出なかったが、相互インダクタンス値Ｍは、２９．７％の低下が見られる。
【０２２０】
第２に、給電コイルが一つの平面スパイラルコイルからなる一般的な電力伝送装置（以下、シングルコイルの場合という。）と、本発明の第１実施形態にかかる非接触式電力伝送装置１（以下、ダブルコイルの場合という）とで受電コイル電圧の負荷抵抗ＲＬに対する依存特性にどの程度の差が生じるかを確認するべく行ったシミュレーションの結果を比較する。シミュレーションは、結合係数ｋが０．５、０．２５、０．１の３タイプについてそれぞれ行った。
【０２２１】
図２５は、シングルコイルの場合についてシミュレーションした結果のグラフを示し、図２６は、ダブルコイルの場合にかかるシミュレーションした結果のグラフを示している。図２５及び図２６において、横軸は受電装置側の回路の負荷抵抗を示し、縦軸は受電コイル電圧を示している。
【０２２２】
図２５と図２６の比較から明らかなように、受電コイル電圧は、ダブルコイルの場合の方が負荷抵抗が小さい場合には上昇し、負荷抵抗が大きな場合には下がっていることが分かる。既述のように、負荷抵抗に対する受電コイル電圧の変化が大きい場合、受電側において電源ＩＣ等を選定する際には、それだけ耐圧領域の広いものしか選定することができなかった。しかし、本実施形態の非接触式電力伝送装置１では、このシミュレーション結果から明らかなように、受電側において、耐圧領域の広いものを選定する必要のないことが分かる。即ち、選択することができるＩＣの種類、幅が広がるのである。
【０２２３】
第３に、給電コイルが１つの平面スパイラルコイルからなる一般的な非接触式電力伝送装置（以下、シングルコイルの場合という。）と、本発明の第１実施形態にかかる非接触式電力伝送装置１（ダブルコイルの場合）とにいて、受電特性の比較実験を行った。実験は、給電側の共振回路に周波数２５０ｋＨｚの５Ｖ振幅のパルス波を印加し、給電コイルと受電コイルの結合係数を０．２５となるように設定し、受電側において、負荷抵抗ＲＬが５Ω、１０Ω、２５Ω、５０Ω、７５Ω、１００Ω、２５０Ω、５００Ω、７５０Ω、及び１０００Ωの時の、受電コイル端電圧Ｖｏｕｔ（ただし、信号の状態での電圧振幅）、負荷抵抗電流Ｉｏｕｔ（ただし、信号の状態での電流振幅）を測定した。そして、測定結果に基づいて負荷抵抗での消費電力Ｐｗ、受電コイル端電圧ＶｏｕｔのＤＣ換算値Ｖｄｃｏ、負荷抵抗電流ＩｏｕｔのＤＣ換算値Ｉｄｃを算出し、算出結果を比較した。
【０２２４】
なお、測定結果に基づいて負荷抵抗での消費電力Ｐｗ、受電コイル端電圧ＶｏｕｔのＤＣ換算値Ｖｄｃｏ、負荷抵抗電流ＩｏｕｔのＤＣ換算値Ｉｄｃは、それぞれ次の換算式により求めている。
【０２２５】
Ｐｗ＝（Ｖｏｕｔ×Ｉｏｕｔ）／√２
Ｖｄｃｏ＝Ｖｏｕｔ／√２
Ｉｄｃ＝Ｉｏｕｔ／√２
【０２２６】
表４は、ダブルコイルの場合の実験結果を示し、表５は、シングルコイルの場合の実験結果をそれぞれ示している。
【０２２７】
【表４】
【０２２８】
【表５】
【０２２９】
そして、表４及び表５に示した受電コイル端電圧Ｖｏｕｔ、負荷抵抗電流Ｉｏｕｔ、消費電力Ｐｗについてダブルコイルの場合のものと、シングルコイルの場合のものとを抜き出してそれぞれ比較したものが、表６〜表８である。なお、表６の上段において示した、ＶｏｕｔＤは、ダブルコイルの場合に関する受電コイル端電圧Ｖｏｕｔを、ＶｏｕｔＳは、シングルコイルに関する受電コイル端電圧Ｖｏｕｔをそれぞれ示している。同様に表７、表８において、上段に示した「Ｄ」の記号は、ダブルコイルの場合を表し、「Ｓ」の記号は、シングルコイルの場合を表している。
【０２３０】
【表６】
【０２３１】
【表７】
【０２３２】
【表８】
【０２３３】
また、表６〜表８のデータに基づいて、受電側の負荷抵抗に対する受電コイル端電圧Ｖｏｕｔ、負荷抵抗電流Ｉｏｕｔ、消費電力Ｐｗの変化をグラフに表したものが図２７〜図２９である。
【０２３４】
表６及び図２７に示されているように、負荷抵抗に対する受電コイル端電圧Ｖｏｕｔは、負荷抵抗が１Ω〜２５Ωの範囲では、ダブルコイルの場合の方が、シングルコイルの場合よりも電圧が高くなっている。一方、負荷抵抗が２５Ωを超え、１０００Ωまでの範囲においては、シングルコイルの場合には、負荷抵抗が大きくなるにつれ、電圧が大幅に大高くなっているが、ダブルコイルの場合には、負荷抵抗が大きくなっても、電圧の上昇がそれほど大きくなく、シングルコイルの場合に対する電圧の差が次第に広がっていることがわかる。
【０２３５】
これに対し、表７及び図２８に示しされているように、負荷抵抗に対する負荷抵抗電流Ｉｏｕｔは、負荷抵抗が１Ω〜２５Ωの範囲では、ダブルコイルの場合の方が、シングルコイルの場合よりも電流値が大きくなっている。一方、負荷抵抗が２５Ωを超え、１０００Ωまでの範囲においては、逆に、ダブルコイルの場合の方が、シングルコイルの場合よりも電流値が小さくなっている。
【０２３６】
そして、表８及び図２９に示したように、負荷抵抗に対する消費電力Ｐｗは、負荷抵抗が１Ω〜２５Ωの範囲では、ダブルコイルの場合の方が、シングルコイルの場合よりも大きな値となっている。一方、負荷抵抗が２５Ωを超え、１０００Ωまでの範囲においては、ダブルコイルの場合の方が、シングルコイルの場合に比べ消費電力Ｐｗは小さくなっていることが分かる。
【０２３７】
この実験結果から明らかなように、給電側においてＱ値を下げることで、受電側において、負荷抵抗が１Ω〜２５Ωの範囲では、受電コイル端電圧Ｖｏｕｔを引き上げることができる。このことから、受電コイルの起電力を向上させることができる。一方、負荷抵抗が２５Ωを超える範囲においては、負荷抵抗電流Ｉｏｕｔを引き下げることができる。このことから、発熱を抑えることができ、その結果、受電コイルの起電力を向上させることができるのである。
【０２３８】
さらに、上記シミュレーション結果においても述べたように、負荷抵抗に対する受電コイル電圧の変動を抑えることで、受電側において、耐圧領域の広いものを選定する必要のないことが分かる。即ち、選択することができるＩＣの種類、幅が広がるのである。
【符号の説明】
【０２３９】
１ 電力伝送装置
１０ 給電装置
１１ ＡＣ／ＤＣ変換回路
１２ ＤＣ／ＡＣ変換回路
１３ 共振回路
１４ 駆動回路
１５ 制御回路
２０ 給電コイル
２１ 第１給電コイル
２２ 第２給電コイル
３０ 受電装置
３１ 受電コイル
４０ 給電コイル
４１ 第１給電コイル
４２ 第２給電コイル
４３ 第３給電コイル
４５ 給電コイル
４６ 第１給電コイル
４７ 第２給電コイル
４８ 受電コイル
５０ 給電コイル
５１，５２ 平面スパイラルコイル
６０ 受電コイル
７０ 給電コイル
７１，７２，７３ 平面スパイラルコイル
８０ 受電コイル
９０ 給電コイル
９１，９２，９３，９４ 平面スパイラルコイル
【０２４０】
１００ 受電コイル
１１０ 給電コイル
１１１，１１２，１１３ 平面スパイラルコイル
１２０ 受電コイル
１２１，１２２ 平面スパイラルコイル
１３０ 給電コイル
１４０ 受電コイル
１４１，１４２ 平面スパイラルコイル
１５０ 給電コイル
１５１ 第１給電コイル
１５２ 第２給電コイル
１５３，１５４ 平面スパイラルコイル
１６０ 受電コイル
１７０ 給電コイル
１７１ 第１給電コイル
１７２ 第２給電コイル
１７３，１７４，１７５ 平面スパイラルコイル
１８０ 給電コイル
１８１ 第１給電コイル
１８２ 第２給電コイル
１８３，１８４，１８５，１８６ 平面スパイラルコイル
１９０ 給電コイル
１９１ 第１給電コイル
１９２ 第２給電コイル
１９３，１９４，１９５ 平面スパイラルコイル
【０２４１】
２００ 受電コイル
２０１，２０２平面スパイラルコイル
２１０ 給電コイル
２１１ 第１給電コイル
２１２ 第２給電コイル
２１３，２１４，２１５，１２６ 平面スパイラルコイル
２２０ 給電コイル
２２１，２２２ 平面スパイラルコイル
２３０ 給電コイル
２３１，２３２ 平面スパイラルコイル
【特許請求の範囲】
【請求項１】
素線を渦巻状に巻いて形成した平面コイルからなる給電コイルを備えた給電装置と、素線を渦巻状に巻いて形成した平面コイルからなる受電コイルを備えた受電装置とを備え、前記給電コイルと前記受電コイルとの間で電磁誘導を利用して前記給電装置から前記受電装置に電力を伝送する非接触式電力伝送装置であって、
前記給電装置は、前記給電コイルを含めて構成される共振回路を有し、
前記給電コイルは、複数の平面コイルで構成され、これら複数の平面コイルは、その素線が同一軸を中心として巻かれて形成され、かつ互いの自己インダクタンスの値が略同値とされたことを特徴とする非接触式電力伝送装置。
【請求項２】
前記給電コイルは、前記複数の平面コイルが一平面をなして構成されたことを特徴とする請求項１に記載の非接触式電力伝送装置。
【請求項３】
前記給電コイルを構成する複数の平面コイルは、中央に空間部がそれぞれ形成され、かつ、相互の内縁寸法及び外縁寸法が順次小さくなるように形成され、
前記複数の平面コイルは、それぞれの前記空間部に外縁寸法の小さな平面コイルが順次配置され、
前記複数の平面コイルは並列接続されていることを特徴とする請求項２に記載の非接触式電力伝送装置。
【請求項４】
前記給電コイルを構成する平面コイルのうち最内部に配置された平面コイルの外縁寸法は、前記受電コイルの外縁寸法と略同寸に形成されていることを特徴とする請求項３に記載の非接触式電力伝送装置。
【請求項５】
前記給電コイルを構成する平面コイルは、少なくとも最内部に配された平面コイルが、並列に並べられた２本の素線が同一軸を中心に巻かれて形成された２つの平面コイルにより構成され、かつ、前記２つの平面コイルは並列接続され、
前記２つの平面コイルのそれぞれの巻数が前記受電コイルの巻数よりも少ないことを特徴とする請求項３に記載の非接触式電力伝送装置。
【請求項６】
前記給電コイルを構成する平面コイルのうち少なくとも最内部に配された平面コイルは、並列に並べられた複数の素線が同一軸を中心に巻かれて形成された平面コイル群により構成され、
前記平面コイル群を構成する各平面コイルは、前記受電コイルの巻数よりも少なく巻かれ、
前記平面コイル群の中から選択された平面コイルに電流が流されることを特徴とする請求項３に記載の非接触式電力伝送装置。
【請求項７】
前記給電コイルを構成する平面コイルのうち少なくとも最内部に配された平面コイルは、並列に並べられた少なくとも４本の素線が同一軸を中心に巻かれて形成された平面コイル群により構成され、
前記平面コイル群を構成する各平面コイルは、前記受電コイルの巻数よりも少なく巻かれ、
前記平面コイル群の中から、それぞれの間に少なくとも１本の素線を挟んで選択された複数の素線により構成される平面コイルを並列に接続して電流が流されることを特徴とする請求項４に記載の非接触式電力伝送装置。
【請求項８】
前記受電コイルは、並列に並べられた複数の素線が同一軸を中心に巻かれて形成された平面コイル群により構成され、
受電側の前記平面コイル群の中から選択された平面コイルが電磁誘導に利用されることを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の非接触式電力伝送装置。
【請求項９】
前記給電コイルは、並列に並べられた２本の素線が同一軸を中心に巻かれて形成された２つの平面コイルから構成され、
前記２つの平面コイルは並列接続されたことを特徴とする請求項２に記載の非接触式電力伝送装置。
【請求項１０】
前記給電コイルは、並列に並べられた複数の素線が同一軸を中心に巻かれて形成された平面コイル群により構成され、
前記平面コイル群を構成する各平面コイルは、前記受電コイルの巻数よりも少なく巻かれて形成され、
前記平面コイル群の中から選択された平面コイルに電流が流されることを特徴とする請求項２に記載の非接触式電力伝送装置。
【請求項１１】
前記給電コイルは、並列に並べられた少なくとも４本の素線が同一軸を中心に巻かれて形成された平面コイル群により構成され、
前記平面コイル群を構成する各平面コイルは、前記受電コイルの巻数よりも少なく巻かれ、
前記平面コイル群の中から、それぞれの間に少なくとも１本の素線を挟んで選択された複数の素線により構成される平面コイルを並列に接続して電流が流されることを特徴とする請求項２に記載の非接触式電力伝送装置。
【請求項１２】
前記受電コイルは、並列に並べられた複数の素線が同一軸を中心に巻かれて形成された平面コイル群により構成され、
受電側の前記平面コイル群の中から選択された平面コイルが電磁誘導に利用されることを特徴とする請求項１０又は請求項１１に記載の非接触式電力伝送装置。
【請求項１３】
前記給電コイルは、２つの平面コイルから構成され、前記２つの平面コイルが直列接続されていることを特徴とする請求項１に記載の非接触式電力伝送装置。
【請求項１４】
前記２つの平面コイルは、並列に並べられた２本の素線が同一軸を中心に巻かれて形成され、
各平面コイルの最内周の素線同士が接続されたことを特徴とする請求項１３に記載の非接触式電力伝送装置。
【請求項１５】
素線を渦巻状に巻いて形成した平面コイルからなる給電コイルから、素線を渦巻状に巻いて形成した平面コイルからなる受電コイルに対し電磁誘導を利用して電力を伝送するために使用される給電装置であって、
前記給電装置は、前記給電コイルを含めて構成される共振回路を有し、
前記給電コイルは、複数の平面コイルで構成され、これら複数の平面コイルは、その素線が同一軸を中心として巻かれて形成され、かつ互いの自己インダクタンスの値が略同値とされたことを特徴とする給電装置。
【請求項１６】
前記給電コイルは、前記複数の平面コイルが一平面をなして構成されたことを特徴とする請求項１５に記載の給電装置。
【請求項１７】
前記給電コイルを構成する複数の平面コイルは、中央に空間部がそれぞれ形成され、かつ、相互の内縁寸法及び外縁寸法が順次小さくなるように形成され、
前記複数の平面コイルは、それぞれの前記空間部に外縁寸法の小さな平面コイルが順次配置され、
前記複数の平面コイルは並列接続されていることを特徴とする請求項１６に記載の給電装置。
【請求項１８】
前記給電コイルを構成する平面コイルのうち少なくとも最内部に配された平面コイルは、並列に並べられた２本の素線が同一軸を中心に巻かれて形成された２つの平面コイルにより構成され、前記２つの平面コイルが並列接続されたことを特徴とする請求項１７に記載の給電装置。
【請求項１９】
前記給電コイルを構成する平面コイルのうち少なくとも最内部に配された平面コイルは、並列に並べられた複数の素線が同一軸を中心に巻かれて形成された平面コイル群により構成され、
前記平面コイル群の中から選択された平面コイルに電流が流されることを特徴とする請求項１７に記載の給電装置。
【請求項２０】
前記給電コイルを構成する平面コイルのうち少なくとも最内部に配された平面コイルは、並列に並べられた少なくとも４本の素線が同一軸を中心に巻かれて形成された平面コイル群により構成され、
前記平面コイル群の中から、それぞれの間に少なくとも１本の素線を挟んで選択された複数の素線により構成される平面コイルを並列に接続して電流が流されることを特徴とする請求項１７に記載の給電装置。
【請求項２１】
前記給電コイルは、並列に並べられた２本の素線が同一軸を中心に巻かれて形成された２つの平面コイルから構成され、
前記２つの平面コイルは並列接続されたことを特徴とする請求項１６に記載の給電装置。
【請求項２２】
前記給電コイルは、並列に並べられた複数の素線が同一軸を中心に巻かれて形成された平面コイル群により構成され、
前記平面コイル群の中から択一的に選択された平面コイルに電流が流されることを特徴とする請求項１６に記載の給電装置。
【請求項２３】
前記給電コイルは、並列に並べられた少なくとも４本の素線が同一軸を中心に巻かれて形成された平面コイル群により構成され、
前記平面コイル群の中から、それぞれの間に少なくとも１本の素線を挟んで選択された複数の素線により構成される平面コイルを並列に接続して電流が流されることを特徴とする請求項１６に記載の給電装置。
【請求項２４】
前記給電コイルは、２つの平面コイルから構成され、前記２つの平面コイルが直列接続されていることを特徴とする請求項１５に記載の給電装置。
【請求項２５】
前記２つの平面コイルは、並列に並べられた２本の素線が同一軸を中心に巻かれて形成され、
各平面コイルの最内周の素線同士が接続されたことを特徴とする請求項２４に記載の給電装置。
【請求項２６】
素線を渦巻状に巻いて形成した平面コイルからなる給電コイルから、素線を渦巻状に巻いて形成した平面コイルからなる受電コイルに対し電磁誘導を利用して電力を伝送するために使用される受電装置であって、
前記受電コイルは、並列に並べられた複数の素線が同一軸を中心に巻かれて形成された平面コイル群により構成され、
受電側の前記平面コイル群の中から選択された平面コイルが電磁誘導に利用されることを特徴とする受電装置。
【請求項２７】
素線を渦巻状に巻いて形成した平面コイルからなる給電コイルと、素線を渦巻状に巻いて形成した平面コイルからなる受電コイルとの間で電磁誘導を利用して電力を伝送する非接触式電力伝送装置に使用される電磁誘導用コイルであって、
前記給電コイルは、複数の平面コイルで構成され、これら複数の平面コイルは、その素線が同一軸を中心として巻かれて形成され、かつ互いの自己インダクタンスの値が略同値とされたことを特徴とする電磁誘導用コイル。
【請求項２８】
前記給電コイルは、前記複数の平面コイルが一平面をなして構成されたことを特徴とする請求項２７に記載の電磁誘導用コイル。
【請求項２９】
前記給電コイルを構成する複数の平面コイルは、中央に空間部がそれぞれ形成され、かつ、相互の内縁寸法及び外縁寸法が順次小さくなるように形成され、
前記複数の平面コイルは、それぞれの前記空間部に外縁寸法の小さな平面コイルが順次配置され、
前記複数の平面コイルは並列接続されていることを特徴とする請求項２８に記載の電磁誘導用コイル。
【請求項３０】
前記給電コイルを構成する平面コイルのうち最内部に配された平面コイルの外縁寸法は、前記受電コイルの外縁寸法と略同寸に形成されていることを特徴とする請求項２９に記載の電磁誘導用コイル。
【請求項３１】
前記給電コイルを構成する平面コイルのうち少なくとも最内部に配された平面コイルが、並列に並べられた２本の素線が同一軸を中心に巻かれて形成された２つの平面コイルにより構成され、かつ前記２つの平面コイルは並列接続され、
前記２つの平面コイルのそれぞれの巻数が前記受電コイルの巻数よりも少ないことを特徴とする請求項２９に記載の電磁誘導用コイル。
【請求項３２】
前記給電コイルを構成する平面コイルのうち少なくとも最内部に配された平面コイルは、並列に並べられた複数の素線が同一軸を中心に巻かれて形成された平面コイル群により構成され、
前記平面コイル群を構成する各平面コイルは、前記受電コイルの巻数よりも少なく巻かれて形成され、
前記平面コイル群には、この平面コイル群を構成する各平面コイルの中から電流を流す平面コイルを選択可能とする接続端子が設けられていることを特徴とする請求項２９に記載の電磁誘導用コイル。
【請求項３３】
前記給電コイルを構成する平面コイルのうち少なくとも最内部に配された平面コイルは、並列に並べられた少なくとも４本の素線が同一軸を中心に巻かれて形成された平面コイル群により構成され、
前記平面コイル群を構成する各平面コイルは、前記受電コイルの巻数よりも少なく巻かれて形成され、
前記平面コイル群には、この平面コイル群を構成する各平面コイルの中から電流を流す複数の平面コイルを、選択されない他の平面コイルの素線をそれぞれの間に挟んで選択可能な接続端子が設けられ、
選択された前記複数の平面コイルが並列に接続されていることを特徴とする請求項２９に記載の電磁誘導用コイル。
【請求項３４】
選択すべき前記平面コイルを構成する素線には、他の平面コイルと区別する識別手段が設けられていることを特徴とする請求項３２又は請求項３３に記載の電磁誘導用コイル。
【請求項３５】
前記受電コイルは、並列に並べられた複数の素線が同一軸を中心に巻かれて形成された平面コイル群により構成され、
受電側の前記平面コイル群には、この平面コイル群の中から電磁誘導に利用される平面コイルを選択可能な接続端子が設けられたことを特徴とする請求項３２又は請求項３３に記載の電磁誘導用コイル。
【請求項３６】
選択すべき平面コイルを構成する素線には、他の平面コイルと区別する識別手段が設けられていることを特徴とする請求項３５に記載の電磁誘導用コイル。
【請求項３７】
前記給電コイルを構成する平面コイルは、並列に並べられた２本の素線が同一軸を中心に巻かれて形成された２つの平面コイルにより構成され、かつ前記２つの平面コイルは並列接続され、
前記２つの平面コイルのそれぞれの巻数が前記受電コイルの巻数よりも少ないことを特徴とする請求項２８に記載の電磁誘導用コイル。
【請求項３８】
前記給電コイルは、並列に並べられた複数の素線が同一軸を中心に巻かれて形成された平面コイル群により構成され、
前記平面コイル群を構成する各平面コイルは、前記受電コイルの巻数よりも少なく巻かれ、
前記平面コイル群には、この平面コイル群を構成する各平面コイルの中から電流を流す平面コイルを選択可能とする接続端子が設けられていることを特徴とする請求項２８に記載の電磁誘導用コイル。
【請求項３９】
前記給電コイルは、並列に並べられた少なくとも４本の素線が同一軸を中心に巻かれて形成された平面コイル群により構成され、
前記平面コイル群を構成する各平面コイルは、前記受電コイルの巻数よりも少なく巻かれ、
前記平面コイル群には、この平面コイル群を構成する各平面コイルの中から電流を流す複数の平面コイルを、選択されない他の平面コイルの素線をそれぞれの間に挟んで選択可能な接続端子が設けられ、
選択された前記複数の平面コイルが並列に接続されていることを特徴とする請求項２８に記載の電磁誘導用コイル。
【請求項４０】
選択すべき平面コイルを構成する素線には、他の平面コイルと区別する識別手段が設けられていることを特徴とする請求項３８又は請求項３９に記載の電磁誘導用コイル。
【請求項４１】
前記受電コイルは、並列に並べられた複数の素線が同一軸を中心に巻かれて形成された平面コイル群により構成され、
前記平面コイル群には、この平面コイル群を構成する各平面コイルの中から電磁誘導に利用する平面コイルを選択可能とする接続端子が設けられていることを特徴とする請求項３８又は請求項３９に記載の電磁誘導用コイル。
【請求項４２】
選択すべき平面コイルを構成する素線には、他の平面コイルと区別する識別手段が設けられていることを特徴とする請求項４１に記載の電磁誘導用コイル。
【請求項４３】
前記給電コイルは、２つの平面コイルから構成され、前記２つの平面コイルが直列接続されていることを特徴とする請求項２７に記載の電磁誘導用コイル。
【請求項４４】
前記２つの平面コイルは、並列に並べられた２本の素線が同一軸を中心に巻かれて形成され、
各平面コイルの最内周の素線同士が接続されたことを特徴とする請求項４３に記載の電磁誘導用コイル。
【請求項１】
素線を渦巻状に巻いて形成した平面コイルからなる給電コイルを備えた給電装置と、素線を渦巻状に巻いて形成した平面コイルからなる受電コイルを備えた受電装置とを備え、前記給電コイルと前記受電コイルとの間で電磁誘導を利用して前記給電装置から前記受電装置に電力を伝送する非接触式電力伝送装置であって、
前記給電装置は、前記給電コイルを含めて構成される共振回路を有し、
前記給電コイルは、複数の平面コイルで構成され、これら複数の平面コイルは、その素線が同一軸を中心として巻かれて形成され、かつ互いの自己インダクタンスの値が略同値とされたことを特徴とする非接触式電力伝送装置。
【請求項２】
前記給電コイルは、前記複数の平面コイルが一平面をなして構成されたことを特徴とする請求項１に記載の非接触式電力伝送装置。
【請求項３】
前記給電コイルを構成する複数の平面コイルは、中央に空間部がそれぞれ形成され、かつ、相互の内縁寸法及び外縁寸法が順次小さくなるように形成され、
前記複数の平面コイルは、それぞれの前記空間部に外縁寸法の小さな平面コイルが順次配置され、
前記複数の平面コイルは並列接続されていることを特徴とする請求項２に記載の非接触式電力伝送装置。
【請求項４】
前記給電コイルを構成する平面コイルのうち最内部に配置された平面コイルの外縁寸法は、前記受電コイルの外縁寸法と略同寸に形成されていることを特徴とする請求項３に記載の非接触式電力伝送装置。
【請求項５】
前記給電コイルを構成する平面コイルは、少なくとも最内部に配された平面コイルが、並列に並べられた２本の素線が同一軸を中心に巻かれて形成された２つの平面コイルにより構成され、かつ、前記２つの平面コイルは並列接続され、
前記２つの平面コイルのそれぞれの巻数が前記受電コイルの巻数よりも少ないことを特徴とする請求項３に記載の非接触式電力伝送装置。
【請求項６】
前記給電コイルを構成する平面コイルのうち少なくとも最内部に配された平面コイルは、並列に並べられた複数の素線が同一軸を中心に巻かれて形成された平面コイル群により構成され、
前記平面コイル群を構成する各平面コイルは、前記受電コイルの巻数よりも少なく巻かれ、
前記平面コイル群の中から選択された平面コイルに電流が流されることを特徴とする請求項３に記載の非接触式電力伝送装置。
【請求項７】
前記給電コイルを構成する平面コイルのうち少なくとも最内部に配された平面コイルは、並列に並べられた少なくとも４本の素線が同一軸を中心に巻かれて形成された平面コイル群により構成され、
前記平面コイル群を構成する各平面コイルは、前記受電コイルの巻数よりも少なく巻かれ、
前記平面コイル群の中から、それぞれの間に少なくとも１本の素線を挟んで選択された複数の素線により構成される平面コイルを並列に接続して電流が流されることを特徴とする請求項４に記載の非接触式電力伝送装置。
【請求項８】
前記受電コイルは、並列に並べられた複数の素線が同一軸を中心に巻かれて形成された平面コイル群により構成され、
受電側の前記平面コイル群の中から選択された平面コイルが電磁誘導に利用されることを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の非接触式電力伝送装置。
【請求項９】
前記給電コイルは、並列に並べられた２本の素線が同一軸を中心に巻かれて形成された２つの平面コイルから構成され、
前記２つの平面コイルは並列接続されたことを特徴とする請求項２に記載の非接触式電力伝送装置。
【請求項１０】
前記給電コイルは、並列に並べられた複数の素線が同一軸を中心に巻かれて形成された平面コイル群により構成され、
前記平面コイル群を構成する各平面コイルは、前記受電コイルの巻数よりも少なく巻かれて形成され、
前記平面コイル群の中から選択された平面コイルに電流が流されることを特徴とする請求項２に記載の非接触式電力伝送装置。
【請求項１１】
前記給電コイルは、並列に並べられた少なくとも４本の素線が同一軸を中心に巻かれて形成された平面コイル群により構成され、
前記平面コイル群を構成する各平面コイルは、前記受電コイルの巻数よりも少なく巻かれ、
前記平面コイル群の中から、それぞれの間に少なくとも１本の素線を挟んで選択された複数の素線により構成される平面コイルを並列に接続して電流が流されることを特徴とする請求項２に記載の非接触式電力伝送装置。
【請求項１２】
前記受電コイルは、並列に並べられた複数の素線が同一軸を中心に巻かれて形成された平面コイル群により構成され、
受電側の前記平面コイル群の中から選択された平面コイルが電磁誘導に利用されることを特徴とする請求項１０又は請求項１１に記載の非接触式電力伝送装置。
【請求項１３】
前記給電コイルは、２つの平面コイルから構成され、前記２つの平面コイルが直列接続されていることを特徴とする請求項１に記載の非接触式電力伝送装置。
【請求項１４】
前記２つの平面コイルは、並列に並べられた２本の素線が同一軸を中心に巻かれて形成され、
各平面コイルの最内周の素線同士が接続されたことを特徴とする請求項１３に記載の非接触式電力伝送装置。
【請求項１５】
素線を渦巻状に巻いて形成した平面コイルからなる給電コイルから、素線を渦巻状に巻いて形成した平面コイルからなる受電コイルに対し電磁誘導を利用して電力を伝送するために使用される給電装置であって、
前記給電装置は、前記給電コイルを含めて構成される共振回路を有し、
前記給電コイルは、複数の平面コイルで構成され、これら複数の平面コイルは、その素線が同一軸を中心として巻かれて形成され、かつ互いの自己インダクタンスの値が略同値とされたことを特徴とする給電装置。
【請求項１６】
前記給電コイルは、前記複数の平面コイルが一平面をなして構成されたことを特徴とする請求項１５に記載の給電装置。
【請求項１７】
前記給電コイルを構成する複数の平面コイルは、中央に空間部がそれぞれ形成され、かつ、相互の内縁寸法及び外縁寸法が順次小さくなるように形成され、
前記複数の平面コイルは、それぞれの前記空間部に外縁寸法の小さな平面コイルが順次配置され、
前記複数の平面コイルは並列接続されていることを特徴とする請求項１６に記載の給電装置。
【請求項１８】
前記給電コイルを構成する平面コイルのうち少なくとも最内部に配された平面コイルは、並列に並べられた２本の素線が同一軸を中心に巻かれて形成された２つの平面コイルにより構成され、前記２つの平面コイルが並列接続されたことを特徴とする請求項１７に記載の給電装置。
【請求項１９】
前記給電コイルを構成する平面コイルのうち少なくとも最内部に配された平面コイルは、並列に並べられた複数の素線が同一軸を中心に巻かれて形成された平面コイル群により構成され、
前記平面コイル群の中から選択された平面コイルに電流が流されることを特徴とする請求項１７に記載の給電装置。
【請求項２０】
前記給電コイルを構成する平面コイルのうち少なくとも最内部に配された平面コイルは、並列に並べられた少なくとも４本の素線が同一軸を中心に巻かれて形成された平面コイル群により構成され、
前記平面コイル群の中から、それぞれの間に少なくとも１本の素線を挟んで選択された複数の素線により構成される平面コイルを並列に接続して電流が流されることを特徴とする請求項１７に記載の給電装置。
【請求項２１】
前記給電コイルは、並列に並べられた２本の素線が同一軸を中心に巻かれて形成された２つの平面コイルから構成され、
前記２つの平面コイルは並列接続されたことを特徴とする請求項１６に記載の給電装置。
【請求項２２】
前記給電コイルは、並列に並べられた複数の素線が同一軸を中心に巻かれて形成された平面コイル群により構成され、
前記平面コイル群の中から択一的に選択された平面コイルに電流が流されることを特徴とする請求項１６に記載の給電装置。
【請求項２３】
前記給電コイルは、並列に並べられた少なくとも４本の素線が同一軸を中心に巻かれて形成された平面コイル群により構成され、
前記平面コイル群の中から、それぞれの間に少なくとも１本の素線を挟んで選択された複数の素線により構成される平面コイルを並列に接続して電流が流されることを特徴とする請求項１６に記載の給電装置。
【請求項２４】
前記給電コイルは、２つの平面コイルから構成され、前記２つの平面コイルが直列接続されていることを特徴とする請求項１５に記載の給電装置。
【請求項２５】
前記２つの平面コイルは、並列に並べられた２本の素線が同一軸を中心に巻かれて形成され、
各平面コイルの最内周の素線同士が接続されたことを特徴とする請求項２４に記載の給電装置。
【請求項２６】
素線を渦巻状に巻いて形成した平面コイルからなる給電コイルから、素線を渦巻状に巻いて形成した平面コイルからなる受電コイルに対し電磁誘導を利用して電力を伝送するために使用される受電装置であって、
前記受電コイルは、並列に並べられた複数の素線が同一軸を中心に巻かれて形成された平面コイル群により構成され、
受電側の前記平面コイル群の中から選択された平面コイルが電磁誘導に利用されることを特徴とする受電装置。
【請求項２７】
素線を渦巻状に巻いて形成した平面コイルからなる給電コイルと、素線を渦巻状に巻いて形成した平面コイルからなる受電コイルとの間で電磁誘導を利用して電力を伝送する非接触式電力伝送装置に使用される電磁誘導用コイルであって、
前記給電コイルは、複数の平面コイルで構成され、これら複数の平面コイルは、その素線が同一軸を中心として巻かれて形成され、かつ互いの自己インダクタンスの値が略同値とされたことを特徴とする電磁誘導用コイル。
【請求項２８】
前記給電コイルは、前記複数の平面コイルが一平面をなして構成されたことを特徴とする請求項２７に記載の電磁誘導用コイル。
【請求項２９】
前記給電コイルを構成する複数の平面コイルは、中央に空間部がそれぞれ形成され、かつ、相互の内縁寸法及び外縁寸法が順次小さくなるように形成され、
前記複数の平面コイルは、それぞれの前記空間部に外縁寸法の小さな平面コイルが順次配置され、
前記複数の平面コイルは並列接続されていることを特徴とする請求項２８に記載の電磁誘導用コイル。
【請求項３０】
前記給電コイルを構成する平面コイルのうち最内部に配された平面コイルの外縁寸法は、前記受電コイルの外縁寸法と略同寸に形成されていることを特徴とする請求項２９に記載の電磁誘導用コイル。
【請求項３１】
前記給電コイルを構成する平面コイルのうち少なくとも最内部に配された平面コイルが、並列に並べられた２本の素線が同一軸を中心に巻かれて形成された２つの平面コイルにより構成され、かつ前記２つの平面コイルは並列接続され、
前記２つの平面コイルのそれぞれの巻数が前記受電コイルの巻数よりも少ないことを特徴とする請求項２９に記載の電磁誘導用コイル。
【請求項３２】
前記給電コイルを構成する平面コイルのうち少なくとも最内部に配された平面コイルは、並列に並べられた複数の素線が同一軸を中心に巻かれて形成された平面コイル群により構成され、
前記平面コイル群を構成する各平面コイルは、前記受電コイルの巻数よりも少なく巻かれて形成され、
前記平面コイル群には、この平面コイル群を構成する各平面コイルの中から電流を流す平面コイルを選択可能とする接続端子が設けられていることを特徴とする請求項２９に記載の電磁誘導用コイル。
【請求項３３】
前記給電コイルを構成する平面コイルのうち少なくとも最内部に配された平面コイルは、並列に並べられた少なくとも４本の素線が同一軸を中心に巻かれて形成された平面コイル群により構成され、
前記平面コイル群を構成する各平面コイルは、前記受電コイルの巻数よりも少なく巻かれて形成され、
前記平面コイル群には、この平面コイル群を構成する各平面コイルの中から電流を流す複数の平面コイルを、選択されない他の平面コイルの素線をそれぞれの間に挟んで選択可能な接続端子が設けられ、
選択された前記複数の平面コイルが並列に接続されていることを特徴とする請求項２９に記載の電磁誘導用コイル。
【請求項３４】
選択すべき前記平面コイルを構成する素線には、他の平面コイルと区別する識別手段が設けられていることを特徴とする請求項３２又は請求項３３に記載の電磁誘導用コイル。
【請求項３５】
前記受電コイルは、並列に並べられた複数の素線が同一軸を中心に巻かれて形成された平面コイル群により構成され、
受電側の前記平面コイル群には、この平面コイル群の中から電磁誘導に利用される平面コイルを選択可能な接続端子が設けられたことを特徴とする請求項３２又は請求項３３に記載の電磁誘導用コイル。
【請求項３６】
選択すべき平面コイルを構成する素線には、他の平面コイルと区別する識別手段が設けられていることを特徴とする請求項３５に記載の電磁誘導用コイル。
【請求項３７】
前記給電コイルを構成する平面コイルは、並列に並べられた２本の素線が同一軸を中心に巻かれて形成された２つの平面コイルにより構成され、かつ前記２つの平面コイルは並列接続され、
前記２つの平面コイルのそれぞれの巻数が前記受電コイルの巻数よりも少ないことを特徴とする請求項２８に記載の電磁誘導用コイル。
【請求項３８】
前記給電コイルは、並列に並べられた複数の素線が同一軸を中心に巻かれて形成された平面コイル群により構成され、
前記平面コイル群を構成する各平面コイルは、前記受電コイルの巻数よりも少なく巻かれ、
前記平面コイル群には、この平面コイル群を構成する各平面コイルの中から電流を流す平面コイルを選択可能とする接続端子が設けられていることを特徴とする請求項２８に記載の電磁誘導用コイル。
【請求項３９】
前記給電コイルは、並列に並べられた少なくとも４本の素線が同一軸を中心に巻かれて形成された平面コイル群により構成され、
前記平面コイル群を構成する各平面コイルは、前記受電コイルの巻数よりも少なく巻かれ、
前記平面コイル群には、この平面コイル群を構成する各平面コイルの中から電流を流す複数の平面コイルを、選択されない他の平面コイルの素線をそれぞれの間に挟んで選択可能な接続端子が設けられ、
選択された前記複数の平面コイルが並列に接続されていることを特徴とする請求項２８に記載の電磁誘導用コイル。
【請求項４０】
選択すべき平面コイルを構成する素線には、他の平面コイルと区別する識別手段が設けられていることを特徴とする請求項３８又は請求項３９に記載の電磁誘導用コイル。
【請求項４１】
前記受電コイルは、並列に並べられた複数の素線が同一軸を中心に巻かれて形成された平面コイル群により構成され、
前記平面コイル群には、この平面コイル群を構成する各平面コイルの中から電磁誘導に利用する平面コイルを選択可能とする接続端子が設けられていることを特徴とする請求項３８又は請求項３９に記載の電磁誘導用コイル。
【請求項４２】
選択すべき平面コイルを構成する素線には、他の平面コイルと区別する識別手段が設けられていることを特徴とする請求項４１に記載の電磁誘導用コイル。
【請求項４３】
前記給電コイルは、２つの平面コイルから構成され、前記２つの平面コイルが直列接続されていることを特徴とする請求項２７に記載の電磁誘導用コイル。
【請求項４４】
前記２つの平面コイルは、並列に並べられた２本の素線が同一軸を中心に巻かれて形成され、
各平面コイルの最内周の素線同士が接続されたことを特徴とする請求項４３に記載の電磁誘導用コイル。
【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１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【公開番号】特開２０１２−１１００８０（Ｐ２０１２−１１００８０Ａ）
【公開日】平成２４年６月７日（２０１２．６．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２５５２１６（Ｐ２０１０−２５５２１６）
【出願日】平成２２年１１月１５日（２０１０．１１．１５）
【出願人】（５９９１３２９５９）株式会社シバタ (5)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月７日（２０１２．６．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月１５日（２０１０．１１．１５）
【出願人】（５９９１３２９５９）株式会社シバタ (5)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]