非接触給電システム及び給電方法
【課題】非接触給電システムにおいて、受電体の共振周波数制御を必要とせずに、より長距離の給電を行えるようにする。
【解決手段】送電器１０１が、第一の周波数で磁界を発生させ、受電器１０２が、第一の周波数の磁界に共鳴して当該第一の周波数の磁界を増幅させる。また、受電体１０８の共振周波数は第一の周波数とは異なり、当該受電体１０８は、少なくとも受電器１０２が増幅させた第一の周波数の磁界による電磁誘導にて受電する。送電器１０１および受電器１０２によって形成される磁界から、受電体１０８が電磁誘導にて受電することにより、受電体の共振周波数制御を必要とせず、かつ、受電体１０８は、送電器１０１と受電器１０２との間においてより長距離の給電を行うことができる。
【解決手段】送電器１０１が、第一の周波数で磁界を発生させ、受電器１０２が、第一の周波数の磁界に共鳴して当該第一の周波数の磁界を増幅させる。また、受電体１０８の共振周波数は第一の周波数とは異なり、当該受電体１０８は、少なくとも受電器１０２が増幅させた第一の周波数の磁界による電磁誘導にて受電する。送電器１０１および受電器１０２によって形成される磁界から、受電体１０８が電磁誘導にて受電することにより、受電体の共振周波数制御を必要とせず、かつ、受電体１０８は、送電器１０１と受電器１０２との間においてより長距離の給電を行うことができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非接触給電システム及び給電方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電磁誘導方式は、送電側と受電側コイルの間に発生する誘導磁束を利用して電力を送る方法である。１８３１年のファラデーの法則発見に端を発し、１８３６年にはトランスが発明されている。近年では、電動歯ブラシやシェーバーの充電器に採用されるなど、防水性を高める効果も活用され、各種製品に適用されている。この技術は非接触充電技術とも呼ばれ、伝送距離は数ミリメートル（ｍｍ）以下、動作周波数は数百キロヘルツ（ｋＨｚ）以下の場合が多い。また、電磁誘導方式における送電電力量は設計による。
この電磁誘導方式では、伝送距離が短く磁界の漏れの周囲への影響が小さいことが特徴である。
【０００３】
磁界共鳴方式は、２００６年に、マサチューセッツ工科大学（ＭＩＴ）が提案し、特許文献１に開示されている。この方式では、送電側及び受電側にそれぞれ２つのコイルを配置し、各インダクタンス（Ｌ）を大きくとることで、共鳴現象を発生させ、上記電磁誘導方式より長距離で、且つ、高効率な電力送電を実現している。
【０００４】
非特許文献１によれば、共振周波数１０メガヘルツ（ＭＨｚ）を用い、コイル間距離２メートル（ｍ）に対し、コイル間伝送効率４５％を達成している。送電システム全体の伝送効率は、送電装置（主に増幅器）の効率３７．５％と受電装置（主に整流器）の効率９０％を含めた全体の積となるため、約１５％となる。つまり、送電電力４００ワット（Ｗ）を投入し、２メートル先の６０ワットの電灯を点灯させている。このように、一般的な電磁誘導方式より、長距離まで比較的高効率で給電できるのが、磁界共鳴方式の特長である。但し、その給電距離は、送受電コイル間で磁束が届く範囲であり、その範囲は一般的に共振波長の１／２０（２０分の１）程度となる。上記実験に置いて、周波数１０メガヘルツに対する１波長は６０メートルであり、その１／２０は３メートル程度となる。この伝送距離は、送受電コイルの直径ともほぼ一致することから、言い換えれば、磁界共鳴方式の実効的な伝送距離は、送受電コイルの直径程度となる。
【０００５】
この磁気共鳴方式など無線給電技術への市場の期待は、電気が届かなかった場所や届けにくかった場所へ、無線で容易に電力を伝送できる点にある。その利用シーンの一つが配管内である。都市の地下やビル内等で、配水管、配電管、光ファイバーケーブル配管等、様々な配管が張り巡らされており、水量、水の汚染具合、電力量、ケーブル温度等々、様々なセンシングのニーズがある。このためには、配管内にセンサを配置する必要があり、そこへの電力供給を配管外から簡便に行う手段が求められている。
【０００６】
上記利用シーンに関し、電磁誘導方式で配管内へ給電する技術が、例えば特許文献２及び３に開示されている。この中で、電磁誘導方式を用いた無線送電器の近傍に磁気シールド（合成ゴムシート、フェライト等）を配置して配管壁の影響を低減し、配管内の受電器(コイル)に電力伝送する技術が開示されている。
また、特許文献４では、磁界共鳴方式において、複数の受電器が存在する場合の技術が開示されている。この特許文献では、磁界共鳴方式の主送電装置に対し、２つ以上の受電装置があり、別途電力回収用の補助受電装置を有する構成が開示されている。ここでは、主として２つ以上の受電装置への磁界共鳴型給電を目的としており、共鳴周波数を一致させることが受電の条件となる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】André Kurs、他５名、"Wireless Power Transfer via Strongly Coupled Magnetic Resonances"、Science、２００７年７月６日、Vol. 317、no. 5834、p. 83-86
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特表２００９−５０１５１０号公報
【特許文献２】特開２０１０−２４６３４８号公報
【特許文献３】特開２００９−０２２１２６号公報
【特許文献４】特願２００９−８７５９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
磁界共鳴方式では、共鳴現象を利用しているため、送電器側及び受電器側の共振周波数を一致させることが必須である。共振条件から外れた場合、電力伝送効率が大幅に低下する。そのため、例えば、受電器が複数ある場合は、各受電器の受電状態や送電器との相対距離による共振条件の変化を補正する機構が必要である。また、共振条件は、送受電器の周辺の環境温度によっても変化する。このように、磁界共鳴方式で電力を伝送する場合、温度などの環境や受電器数等に留意して、共振周波数の高度な制御を行う必要がある。しかしながら、例えば受電器が配管内など閉空間内にある場合など、共振周波数の制御を適切に行うことが困難なおそれがある。
一方、電磁誘導方式では、共振周波数の高度な制御は不要であるものの、送電距離が短い。従って、送電器と受電器とが離れている場合には電磁誘導方式は適さない。
【００１０】
本発明は、上述の課題を解決することのできる非接触給電システム及び給電方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明は上述した課題を解決するためになされたもので、本発明の一態様による非接触給電システムは、第一の周波数で磁界を発生させることで送電する送電器と、前記第一の周波数の磁界に共鳴して当該第一の周波数の磁界を増幅させる共鳴器と、共振周波数が前記第一の周波数とは異なり、少なくとも前記共鳴器が増幅させた前記第一の周波数の磁界による電磁誘導にて受電可能な受電体と、を具備することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の一態様による給電方法は、非接触給電システムの給電方法であって、送電器が、第一の周波数で磁界を発生させることで送電する送電ステップと、共鳴器が、前記第一の周波数の磁界に共鳴して当該第一の周波数の磁界を増幅させる共鳴ステップと、共振周波数が前記第一の周波数とは異なる受電体が、少なくとも前記共鳴器が増幅させた前記第一の周波数の磁界による電磁誘導にて受電する受電ステップと、を具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、受電体の共振周波数制御を必要とせずに、より長距離の給電を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施形態における非接触給電システムの構成の概略、及び、各部の配置の概略を示す説明図である。
【図２】磁界共鳴方式による空間内での磁界形成の３次元シミュレーション結果の一例を示すグラフである。
【図３】本発明の第２の実施形態における非接触給電システムの構成の概略、及び、各部の配置の概略を示す説明図である。
【図４】本発明の第３の実施形態における非接触給電システムの構成の概略、及び、各部の配置の概略を示す説明図である。
【図５】本発明の第４の実施形態における非接触給電システムの構成の概略、及び、各部の配置の概略を示す説明図である。
【図６】本発明の第５の実施形態における非接触給電システムの構成の概略、及び、各部の配置の概略を示す説明図である。
【図７】本発明の第６の実施形態における非接触給電システムの構成の概略、及び、各部の配置の概略を示す説明図である。
【図８】本発明の第７の実施形態における非接触給電システムの構成の概略、及び、各部の配置の概略を示す説明図である。
【図９】本発明の第８の実施形態における非接触給電システムの構成の概略、及び、各部の配置の概略を示す説明図である。
【図１０】本発明の第９の実施形態における非接触給電システムの構成の概略、及び、各部の配置の概略を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
＜第１の実施形態＞
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態における非接触給電システムの構成の概略、及び、各部の配置の概略を、当該非接触給電システムが設置されている管状の構造物の側面側（当該構造物の上側）から見た図にて示す説明図である。同図において、非接触給電システム１は、送電器１０１と、受電器１０２とを具備する。送電器１０１は、電源装置１０３と、送電用１次コイル１０４と、送電用２次コイル１０５とを具備する。受電器１０２は、受電用２次コイル１０６と、受電用１次コイル１０７とを具備する。
送電器１０１と受電器１０２とは、それぞれ、管状の構造物１１２の外周に、外壁を巻く形状で配置されている。また、管状の構造物１１２の内部に受電体１０８が配置されている。
【００１６】
送電器１０１は、所定の周波数（第一の周波数）で磁界（電磁場）を発生させることで電力を供給（送電）する装置である。受電器１０２は、送電器１０１が発生させた第一の周波数の磁界に共鳴して当該第一の周波数の磁界を増幅させ、また、この共鳴によって受電する装置である。受電器１０２は、第一の周波数の磁界に共鳴して当該第一の周波数の磁界を増幅させる点で、本発明における共鳴器の一例である。
【００１７】
送電器１０１において、送電用１次コイル１０４は、その端毎に電源装置１０３に接続され、電源装置１０３から第一の周波数の交流電力の供給を受けて、第一の周波数の磁界を発生させる。
送電用２次コイル１０５は、多重に巻かれた閉ループをなすコイルであり、送電用１次コイル１０４が発生させる磁界を増幅させる。なお、送電用１次コイル１０４と送電用２次コイル１０５との間には、電気的な接続関係は無い。
【００１８】
送電器１０１から受電器１０２への電力伝送に際し、送電器１０１と受電器１０２の間の空間に磁界が形成される。図１には生成される磁力線１１０を概念的に記載している。なお、送電器１０１は交流の（すなわち極が入れ替わる）磁界を発生させるが、給電の向きに従って、送電器１０１側から受電器１０２側への矢印にて磁力線１１０を示している。以下の図においても同様である。
送電用１次コイルと、送電用２次コイルと、受電用１次コイルと、受電用２次コイルとは、いずれも第一の周波数を共振周波数としており、送電器１０１と受電器１０２とは、磁界共鳴方式により両者間に強い磁界を形成する。
【００１９】
また、受電用１次コイル１０７は、送電器１０１が第一の周波数で発生させた磁界に共鳴して電圧を発生させる。このように受電用１次コイル１０７が電圧を発生させることにより、受電器１０２は受電する。
受電器１０２が受電した電力（すなわち、受電用１次コイル１０７が収集した電力）は、受電用１次コイル１０７の端毎に電源装置に接続された導線で構成される帰還経路１１１を経て電源装置１０３に戻され、送電器１０１が第一の周波数で磁界を発生させるのに用いられる。
受電用２次コイル１０６は、多重に巻かれた閉ループをなすコイルであり、送電器１０１が発生させた磁界を増幅することにより、受電用１次コイル１０７が発生させる電圧を大きくする。なお、受電用２次コイル１０６と受電用１次コイル１０７との間には、電気的な接続関係は無い。
【００２０】
一方、送電器１０１と受電器１０２とで形成する磁界の中に受電体１０８を置くことにより、受電体１０８は、受電体１０８自らの具備する受電コイル１０９を使って電力を受電できる。この受電体１０８は、共振周波数が第一の周波数とは異なり、少なくとも共鳴器１０２が増幅させた第一の周波数の磁界による電磁誘導にて受電可能である。すなわち、送電器１０１が発生させた磁界の変化（特に、第一の周波数での振動）や、受電器１０２が増幅した磁界の変化の電磁誘導により、受電コイル１０９が電圧を発生させることで、受電体１０８は受電する。
【００２１】
図２は、磁界共鳴方式による空間内での磁界形成の３次元シミュレーション結果の一例を示すグラフである。同図では、共振周波数を５メガヘルツ（＝１波長６０メートル）とし、送電器（図１の送電器１０１に相当する）及び受電器（図１の受電器１０２に相当する）の各コイル径を３メートル、コイル間の間隔を３．３メートルとした場合の、送電器と受電器との間の空間内の磁界強度分布を示している。
同図に示すように、磁界共鳴方式の場合、送電器及び受電器近傍での磁界強度が強くなる。これは共鳴現象を利用しているためであり、送電コイルから３．３メートル離れた受電コイル間での空間の伝送効率は９０％と見積もられた。
前述のように、磁界共鳴方式の伝送距離は、一般的に共振波長の１／２０程度となる。従って、図２では、コイル径を３メートルと大きくすることで、高効率なコイル間伝送を３．３メートルまで拡大できたと言える。
【００２２】
この実験構成において、送電器と受電器との距離を３．３メートルより近づけると、コイル間の伝送効率は９０％より大きくなる。また、これら送電器と受電器との間に受電体（図１の受電体１０８に相当する）を配置した場合、その位置において、受電体の具備する受電コイル（図１の受電コイル１０９に相当する）を通過する磁力線に応じて、受電量が決まる。つまり、受電体の受電量は、受電コイルの仕様による。
【００２３】
非接触給電システム１の用途の一例として、下水管内に設置された水質検査センサへの給電が考えられる。より具体的には、水質検査センサとしての受電体１０８を用いて、下水管としての管状の構造物１１２内における水質汚濁の程度を測定し、下水処理工程の最適化を図ることが考えられる。その際、非接触給電システム１を用いて、水質検査センサ（受電体１０８）の駆動電力を配管（管状の構造物１１２）外から容易に（下水管に電線を通すための穴を空ける等の必要無く）給電することができる。すなわち、各センサは、配管内に形成されている磁界から、センサ（受電体１０８）自身が具備する受電コイル１０９を使って受電することができる。
【００２４】
その際、各センサが受電する電力量は、各センサ自らが具備する受電コイル１０９の仕様により決定される。従って、各センサ（受電体１０８）は、整流回路を具備してセンサ自らの仕様に合う電圧を受電することが可能である。また、各センサの具備する受電コイル１０９は複数であっても良く、各受電コイル１０９で得られた電力を合成して受電電力とすることができる。このセンサは、磁界が形成された配管内のどこでも、いつでも、常に受電し得る。従って、センサが可動である（配管内を移動する）場合も容易に受電することが出来る。
但し、非接触給電システム１の用途は、この下水管内における水質検査センサへの給電に限らず、様々な場面における非接触給電に非接触給電システム１を用いることが出来る。
【００２５】
以上のように、送電器１０１が第一の周波数で磁界を発生させ、受電器１０２が、第一の周波数の磁界に共鳴して当該第一の周波数の磁界を増幅させる。そして、受電体１０８は、受電器１０２が増幅させた第一の周波数の磁界による電磁誘導にて受電する。
従って、受電体１０８の共振周波数が第一の周波数である必要は無いので、受電体１０８の共振周波数を制御する必要が無く、また、受電体１０８の具備する受電コイル１０９の径を小さくすることが出来る。受電体１０８の共振周波数を制御する必要が無い点において、受電体１０８の設計上及び運用上の制約を受けない。例えば、温度変動激しい環境や、水中等、あるいは配管内など外部からの制御が比較的困難な場所にも、比較的容易に受電体１０８を配置することが出来る。
【００２６】
そして、送電器１０１と受電器１０２とで、管状の構造物１１２の内部に磁界を形成し、受電器１０８は、この磁界のどこでも受電することができる。従って、受電体１０８は、送電器１０１との距離が長い場合にも受電することが出来る。
【００２７】
また、受電器１０２が受電した電気エネルギーは、帰還ループ１１１を介して、電源装置１０３に戻される。これにより、管状の構造物１１２内部に磁界を形成するのに要するエネルギーが少なくて済む。
【００２８】
なお、次に説明する第２の実施形態の場合と同様、非接触給電システム１が、受電体１０８を複数具備するようにしてもよい。この場合、各受電体の共振周波数は同一であってもよいし、互いに異なっていてもよい。受電体１０８は、電磁誘導にて受電するので、送電器１０１の発生させる磁界の周波数（第１の周波数）に共振する必要が無いからである。また、複数の受電体１０８を近くに配置することによる共振周波数のずれにも注意を払う必要が無く、複数の受電体１０８を容易に近づけることが出来る。
【００２９】
また、上記のように、１つの受電体１０８が、複数の受電コイル１０９を具備するようにしてもよい。この場合、各受電コイル１０９の共振周波数は同一であってもよいし、互いに異なっていてもよい。
【００３０】
なお、非接触給電システム１の設置される環境は、上述した管状の構造物に限らず、本発明の作用を実現し得る様々な環境に設置可能である。例えば、受電体１０８が配置される空間は、壁で覆われていなくてもよい。また、非接触給電システム１を管状の構造物に設置する場合、当該管状の構造物の断面は円形である必要は無く、矩形等であっても良い。また、非接触給電システム１が具備する各コイルも、直線の導電体、曲線の導電体、または、直線と曲線からなる導電体で構成されているなど、様々な形状を有していても良い。
また、非接触給電システム１が具備する各コイルは、インダクタと容量で構成されていても良い。
【００３１】
＜第２の実施形態＞
図３は、本発明の第２の実施形態における非接触給電システムの構成の概略、及び、各部の配置の概略を、当該非接触給電システムが設置されている管状の構造物の側面側から見た図にて示す説明図である。同図において、非接触給電システム２は、送電器１０１と、受電器１０２と、リピータ１１３ａ及び１１３ｂとを具備する。送電器１０１は、電源装置１０３と、送電用１次コイル１０４と、送電用２次コイル１０５とを具備する。受電器１０２は、受電用２次コイル１０６と、受電用１次コイル１０７とを具備する。
送電器１０１と、受電器１０２と、リピータ１１３ａ及び１１３ｂとは、それぞれ、管状の構造物１１２の外周に、外壁を巻く形状で配置されている。また、管状の構造物１１２の内部に受電体１０８が配置されている。
【００３２】
同図において、図１の各部に対応して同様の機能を有する部分には同一の符号（１０１〜１１２）を付して説明を省略する。図３に示す非接触給電システム２は、送電器１０１と受電器１０２との間に２つのリピータ１１３ａ及び１１３ｂを具備する点、並びに、管状の構造物１１２の内側に２つの受電体１０８を具備する点で、図１に示す非接触給電システム１と異なる。
【００３３】
リピータ１１３は、管状の構造物１１２の外周かつ、送電器１０１と受電器１０２との間に配置され、第一の周波数の磁界に共鳴して当該第一の周波数の磁界を増幅させる。具体的には、送電器１０１側に配置されたリピータ１１３ａが、送電器１０１の発生させた磁界を増幅させる。そして、リピータ１１３ａが増幅した磁界を、受電器１０２側に配置されたリピータ１１３ｂが増幅させる。また、受電器１０２は、リピータ１１３ｂが増幅した磁界を増幅させる。
このように、リピータ１１３ａ及び１１３ｂと受電器１０２とは、本発明における共鳴器の一例であり、非接触給電システム２は、複数の共鳴器を具備している。また、共鳴器であるリピータ１１３ｂは、他の共鳴器であるリピータ１１３ａが増幅させた第一の周波数の磁界をさらに増幅させ、共鳴器である受電器１０２は、他の共鳴器であるリピータ１１３ｂが増幅させた第一の周波数の磁界をさらに増幅させている。
【００３４】
ここで、前述のように、送電器１０１と受電器１０２との間の磁界は、共振波長（従って、送電器１０１が発生させる磁界の周波数）、及び、コイル径による。すなわち、発生させる磁界の周波数（すなわち、送電する電力の周波数）、及び、コイル径の設計により、送電器１０１と受電器１０２との間の磁界を強めることができ、その間に配置した受電体１０８が、受電体１０８自身の具備する受電コイル１０９により受電することが可能となる。
【００３５】
さらに、非接触給電システム２では、送電器１０１と受電器１０２との間にリピータ１１３ａ及び１１３ｂを挿入することにより、これらリピータ１１３ａ及び１１３ｂの位置での電磁界強度を強め、送電器１０１から受電器１０２までの管状の構造物１１２内部の電界を強く保つことが出来る。
【００３６】
ここで、例えば、送電器１０１、リピータ１１３ａ、１１３ｂ及び受電器１０２の間隔は、すべて２メートルとする。また、各コイル径は、図２の条件と同じく、直径３メートルとする。また、送電用１次コイル１０４及び受電用１次コイル１０７は円形単層巻きとし、送電用２次コイル１０５及び受電用２次コイル１０６は円形スパイラル型で５．７５巻きとする。また、リピータ１１３ａ及び１１３ｂのコイルも円形スパイラル型で５．７５巻きとする。また、磁界共鳴方式における共振周波数は５メガヘルツとし、送電用１次コイル１０４と送電用２次コイル１０５との間隔、及び、受電用２次コイル１０６と受電用１次コイル１０７との間隔は、共鳴が最も強くなる距離で固定する。
【００３７】
この場合、送電器１０１と送電器側のリピータ１１３ａとの間隔は２メートルであり、図２で説明したシミュレーションにおけるコイル間の距離３．３メートルよりも短い。従って、送電器１０１とリピータ１１３ａとの間の伝送効率は、図２に示される伝送効率９０％よりも高いことが見込まれる。さらに、送電器１０１とリピータ１１３ａとの中間位置における磁界強度も、高い値（例えば９０％程度以上）を見込むことが出来る。
また、送電器側のリピータ１１３ａと受電器側のリピータ１１３ｂとの距離も２メートル、受電器側のリピータ１１３ｂと受電器１０２との距離も２メートルであるので、それぞれ同様に９０％以上の伝送効率を見込むことが出来る。従って、送電器１０１と受電器１０２との間の距離６メートルに渡り、伝送効率（９０％×９０％×９０％＝）７３％程度以上を見込むことができ、この領域における管状の構造物１１２内部の磁界強度を強く保つことが出来る。
【００３８】
また、受電器１０２が受電した電気エネルギーは、帰還ループ１１１を介して、電源装置１０３に戻される。これにより、非接触給電システム１（図１）の場合と同様、管状の構造物１１２内部に磁界を形成するのに要するエネルギーが少なくて済む。
【００３９】
なお、非接触給電システム２の具備する受電体１０８の数は、図３に示す２つに限らず、１つであっても良いし、３つ以上であっても良い。また、非接触給電システム２が複数の受電体を具備する場合、非接触給電システム１（図１）で説明したように、各受電体の共振周波数は同一であってもよいし、互いに異なっていてもよい。また、１つの受電体１０８が複数の受電コイル１０９を具備する場合、各受電コイル１０９の共振周波数は同一であってもよいし、互いに異なっていてもよい。
【００４０】
上記のように、本発明により、配管内の広い領域であっても送電器１０１、リピータ１１３ａ、１１３ｂおよび受電器１０２が行う配管内の磁界形成の機能と、受電体１０８が行う受電の機能とに、機能を分離することで、配管内の広範囲に給電可能なシステムを構築することができる。
例えば、センサ（受電体１０８）の具備する受電コイル１０９の径を５センチメートル（ｃｍ）とすると、シミュレーションにおいて２０ミリワット（ｍＷ）以上の受電量が見込まれた。ここで、送電器１０１への印加電力は１５０ワットとした。
非接触給電システム２は、非接触給電システム１と同様、下水管内における水質検査をはじめ、様々な場面における非接触給電に用いることが出来る。
【００４１】
以上のように、送電器１０１及び受電器１０２の間に、少なくとも１つ以上のリピータ１１３を配置することで、電界を形成する空間を拡大することが出来る。
【００４２】
また、磁界を形成するために送電器１０１から送出されリピータ１１３を経て受電器１０２に受電されるエネルギーを、送電器１０１に帰還させることにより、当該磁界を形成するための電力エネルギーを抑制することが出来る。
【００４３】
＜第３の実施形態＞
図４は、本発明の第３の実施形態における非接触給電システムの構成の概略、及び、各部の配置の概略を、当該非接触給電システムが設置されている管状の構造物の側面側から見た図にて示す説明図である。同図において、非接触給電システム３は、送電器１０１ｂと、受電器１０２と、リピータ１１３ａ及び１１３ｂとを具備する。
送電器１０１ｂは、電源装置１０３と、送電用１次コイル１０４と、送電用２次コイル１０５とを具備する。受電器１０２は、受電用２次コイル１０６と、受電用１次コイル１０７とを具備する。
送電器１０１と、受電器１０２と、リピータ１１３ａ及び１１３ｂとは、それぞれ、管状の構造物１１２の外周に、外壁を巻く形状で配置されている。また、管状の構造物１１２の内部に受電体１０８が配置されている。
【００４４】
同図において、図３の各部に対応して同様の機能を有する部分には同一の符号（１０１〜１１２、１１３ａ、１１３ｂ）を付して説明を省略する。なお、図を見易くするために、図４において受電コイル１０９の記載を省略しているが、図３の場合と同様、受電体１０８は受電コイル１０９を具備する。図４に示す非接触給電システム３は、送電用１次コイル１０４の左右それぞれに、送電用２次コイル１０３、リピータ１１３ａ、１１３ｂおよび受電器１０２が配置されている点で、図３に示す非接触給電システム２と異なる。
なお、非接触給電システム３が具備する受電体１０８の数は、非接触給電システム２（図３）の場合と同様、１つであっても良いし、２つ以上であっても良い。
【００４５】
送電器１０１ｂにおいて、１つの送電用１次コイル１０４と１つの送電用２次コイル１０５とで、非接触給電システム２（図３）における送電器１０１に対応して同様の機能を有する。従って、送電用１次コイル１０４の軸方向両側（図４における左右）に、それぞれ送電用２次コイル１０５が配置されていることで、送電器１０１ｂは、左右両側に磁界を発生させることが出来る。
【００４６】
このようにして、送電器１０１ｂが左右両側の受電器１０２に電力伝送することで、磁界を形成する領域を拡大することが出来る。そして、前述のように、送電する電力の周波数、及び、コイル径の設計により、送電器１０１と受電器１０２との間の空間の磁界を強める（振幅を大きくする）ことができ、その間に配置された受電体１０８が、受電体１０８自身の具備する受電コイルで受電することが可能となる。
【００４７】
具体的には、電源装置１０３に接続された送電用１次コイル１０４から、左右に配置された送電用２次コイル１０５に電界（の振動）が伝搬され、左右両方向に対し、リピータ１１３ａおよび１１３ｂ、並びに、受電用２次コイル１０６を経て、受電用１次コイル１０７へ無線給電される。ここで、リピータ１１３ａおよび１１３ｂを挿入することにより、これらリピータ１１３ａおよび１１３ｂの位置での磁界強度を強め、送電器１０１から受電器１０２までの管状の構造物１１２内部の磁界を強く保つことが出来る。
【００４８】
ここで、例えば非接触給電システム２（図３）の場合と同様、送電器１０１、リピータ１１３ａ、１１３ｂ及び受電器１０２の間隔はすべて２メートルとする。また、各コイル径は、図２の条件と同じく、直径３メートルとする。また、送電用１次コイル１０４及び受電用１次コイル１０７は円形単層巻きとし、送電用２次コイル１０５及び受電用２次コイル１０６は円形スパイラル型で５．７５巻きとする。また、リピータ１１３ａ及び１１３ｂのコイルも円形スパイラル型で５．７５巻きとする。また、磁界共鳴方式における共振周波数は５メガヘルツとし、送電用１次コイル１０４と送電用２次コイル１０５との間隔、及び、受電用２次コイル１０６と受電用１次コイル１０７との間隔は、共鳴が最も強くなる距離で固定する。
【００４９】
この場合、送電器１０１と送電器側のリピータ１１３ａとの間隔は２メートルであり、非接触給電システム２の場合と同様、送電器１０１とリピータ１１３ａとの間の伝送効率は、図２に示される伝送効率９０％よりも高いことが見込まれる。さらに、送電器１０１とリピータ１１３ａとの中間位置における磁界強度も、高い値（例えば９０％程度以上）を見込むことが出来る。
また、リピータ１１３ａとリピータ１１３ｂとの間、及び、リピータ１１３ｂと受電器１０２との間においても、非接触給電システム２の場合と同様、９０％以上の伝送効率を見込むことが出来る。従って、送電器１０１とその左右の受電器１０２との間の各距離６メートル、計１２メートルに渡り、図４の右側の受電器１０２と左側の受電器１０２とが受電する電力の合計として、送電器１０１が電界を発生させて出力する電力の７３％程度以上を見込むことができ、この領域における管状の構造物１１２内部の磁界強度を強く保つことが出来る。
【００５０】
また、受電器１０２が受電した電気エネルギーは、帰還ループ１１１を介して、電源装置１０３に戻される。これにより、非接触給電システム１や２の場合と同様、管状の構造物１１２内部に磁界を形成するのに要するエネルギーが少なくて済む。
非接触給電システム３は、非接触給電システム１や非接触給電システム２と同様、下水管内における水質検査をはじめ、様々な場面における非接触給電に用いることが出来る。
【００５１】
＜第４の実施形態＞
図５は、本発明の第４の実施形態における非接触給電システムの構成の概略、及び、各部の配置の概略を示す説明図である。同図（ａ）は、本実施形態における非接触給電システムの構成の概略、及び、各部の配置の概略を、当該非接触給電システムが設置されている管状の構造物の側面側から見た図にて示している。
同図（ａ）において、非接触給電システム４は、送電器１０１ｃと、受電器１０２と、リピータ１１３ａ及び１１３ｂとを具備する。
送電器１０１ｃは、電源装置１０３と、送電用１次コイル１０４と、送電用２次コイル１０５とを具備する。受電器１０２は、受電用２次コイル１０６と、受電用１次コイル１０７とを具備する。
送電器１０１と、受電器１０２と、リピータ１１３ａ及び１１３ｂとは、それぞれ、管状の構造物１１２の外周に、外壁を巻く形状で配置されている。また、管状の構造物１１２の内部に受電体１０８が配置されている。
【００５２】
同図において、図４の各部に対応して同様の機能を有する部分には同一の符号（１０２〜１１２、１１３ａ、１１３ｂ）を付して説明を省略する。なお、図４の場合と同様、受電体１０８は受電コイル１０９を具備する。図５に示す非接触給電システム４は、送電器１０１ｃが、送電用１次コイル１０４と送電用２次コイル１０３とを、それぞれ１つずつ具備する点で、図４に示す非接触給電システム３と異なる。
なお、非接触給電システム４が具備する受電体１０８の数は、非接触給電システム３（図４）の場合と同様、１つであっても良いし、２つ以上であっても良い。
【００５３】
図５（ｂ）は、非接触給電システム４の具備する送電用１次コイル１０４と送電用２次コイル１０５との位置関係を、これらのコイルの軸方向から見た断面図にて示している。同図に示されるように、円形単層型の送電用１次コイル１０４の直径が、円形スパイラル型の送電用２次コイル１０５の直径より大きく、送電用２次コイル１０５を取り巻くように、その幅のほぼ中央に送電用１次コイル１０４が配置されている。
この構成により、非接触給電システム３との比較において、送電用２次コイル１０５を１つ削減できる。
【００５４】
＜第５の実施形態＞
図６は、本発明の第５の実施形態における非接触給電システムの構成の概略、及び、各部の配置の概略を、当該非接触給電システムが設置されている円環状の構造物における円環の軸方向（当該構造物の上側）から見た図にて示す説明図である。同図において、非接触給電システム５は、送電器１０１と、リピータ１１３とを具備する。送電器１０１は、電源装置１０３と、送電用１次コイル１０４と、送電用２次コイル１０５とを具備する。
送電器１０１と、リピータ１１３とは、それぞれ、円環状の構造物１１２ｂの外壁を巻く形状で配置されている。この円環状の構造物１１２ｂは、環状構造を有する管状の構造物の一例であり、当該円環状の構造物１１２ｂの内部に受電体１０８が配置されている。
【００５５】
同図において、図３の各部に対応して同様の機能を有する部分には同一の符号（１０１、１０３〜１０５、１０８〜１１０）を付して説明を省略する。なお、図４の場合と同様、受電体１０８は受電コイル１０９を具備する。また、図６のリピータ１１３は、図３のリピータ１１３ａや１１３ｂと同様の機能を有しており、説明を省略する。
図６に示す非接触給電システム５は、円管状の構造物１１２ｂに設置されている点、および、受電器１０２を具備せず、送電器１０１の発生させた磁界（磁力線）が、送電器１０１自らに帰着する点で、図４に示す非接触給電システム３と異なる。
なお、非接触給電システム５が具備する受電体１０８の数は、非接触給電システム３（図４）の場合と同様、１つであっても良いし、２つ以上であっても良い。
【００５６】
ここで、送電器１０１が発生させる磁界の周波数、及び、コイル径の設計により、送電器１０１と受電器１０２との間の磁界を強めることができ、その間に配置した受電体１０８が、受電体１０８自身の具備する受電コイル１０９により受電することが可能となる。
【００５７】
また、電源装置１０３に接続された送電用１次コイル１０４から、送電用２次コイル１０５に磁界にてエネルギーが伝達され、そこから時計回り及び反時計回りにリピータ１１３を介して無線給電される。すなわち、送電器１０１が磁界を発生させる際、時計回り（図６に向かって見て、送電器１０１から左向き）に発生する磁界と逆の極性の磁界が、反時計回り（図６に向かって見て、送電器１０１から右向き）に発生する。
【００５８】
そして、送電器１０１が発生させた時計回りの磁界及び反時計回りの磁界が、それぞれ一周して送電器１０１に戻るようにリピータ１１３が配置されている。送電器１０１に戻った磁界は、電源装置１０３から供給される電力にて送電器１０１が発生させる磁界と共に、再び周回伝達される。
また、リピータ１１３を挿入することにより、各リピータ１１３の位置での磁界強度を強め、円環状の構造物１１２ｂ内部での磁界を強く保つことが出来る。
【００５９】
ここで、例えば、送電器１０１とリピータ１１３との間隔、及び、リピータ１１３相互間の間隔は、これらのコイルの中心部ですべて３．１メートルとする。また、各コイル径は、図２の条件と同じく、直径３メートルとする。また、送電用１次コイル１０４は円形単層巻きとし、送電用２次コイル１０５は円形スパイラル型で５．７５巻きとする。また、リピータ１１３のコイルも円形スパイラル型で５．７５巻きとする。また、磁界共鳴方式における共振周波数は５メガヘルツとし、送電用１次コイル１０４と送電用２次コイル１０５との間隔は、共鳴が最も強くなる距離で固定する。
【００６０】
この場合、送電器１０１とリピータ１１３とのコイル中心部の間隔、及び、リピータ相互間のコイル中心部の間隔は３．１メートルであり、図２で説明したシミュレーションにおけるコイル間の距離３．３メートルとほぼ同等になる。従って、特に、送電器１０１やリピータ１１２の各コイルの近傍において、強い電界を形成することが出来る。ここで、各リピータ１１３の位置は、送電器１０１から時計回り及び反時計回りに伝搬される電磁エネルギーの合算値が、当該リピータ１１３の位置での時計回りに伝播する電磁エネルギーと、反時計回りに伝播する電磁エネルギーとの、絶対値の和に対する比率において０．５以上である場所に配置されている。これにより、時計回り及び反時計回りに伝達する電磁波がその位相差により、リピータ１１３や（周回時の）送電器１０１の位置において互いに打ち消し合うことにならないよう設計されている。
【００６１】
また、送電器１０１から送出された磁界（電磁エネルギー）は、リピータ１１３を介して、送電器１０１に帰還する。これにより、円環状の構造物１１２ｂ内部に磁界を形成するのに要するエネルギーが少なくて済む。
【００６２】
非接触給電システム５の用途の一例として、円環状の構造物内の認証タグへの給電が考えられる。より具体的には、受電体１０８は、荷物に付された認証タグであり、問合せに応じて、あるいは定期的に、自らの位置情報や、荷物の識別情報（認証タグの識別情報）を無線送信する。また、円環状の構造物１１２ｂは、この荷物の置き場所として用いられる回転式の荷物棚である。この荷物棚内の認証タグに対して、非接触給電システム５を用いて容易に（認証タグに給電ケーブルを接続する等の必要無く）給電することができる。すなわち、各認証タグは、荷物棚の内部に形成されている磁界から、認証タグ（受電体１０８）自身が具備するコイルを使って受電することができる。
【００６３】
その際、各認証タグが受電する電力量は、各認証タグ自らが具備する受電コイルの仕様により決定される。従って、各認証タグ（受電体１０８）は、整流回路を具備して認証タグ自らの仕様に合う電圧を受電することが可能である。また、各認証タグの具備する受電コイルは複数であっても良く、各受電コイルで得られた電力を合成して受電電力とすることができる。この認証タグは、磁界が形成された荷物棚内のどこでも、いつでも、常に受電し得る。従って、認証タグが荷物棚のどこにあっても、また、荷物棚が回転して認証タグが移動する場合も、認証タグは容易に受電することができる。
【００６４】
上記のように、本発明により、円環状の構造物全体において、送電器１０１およびリピータ１１３が行う構造物内の磁界形成の機能と、受電体１０８が行う受電の機能とに、機能を分離することで、構造物内のどこでも給電可能なシステムを構築することができる。
例えば、認証タグ（受電体１０８）の具備する受電コイルの径を５センチメートルとすると、シミュレーションにおいて１０ミリワット以上の受電量が見込まれた。ここで、送電器１０１への印加電力は１００ワットとした。
但し、非接触給電システム５の用途は、この認証タグへの給電に限らず、様々な場面における非接触給電に非接触給電システム５を用いることが出来る。
【００６５】
以上のように、磁界を形成するために送電器１０１から送出されるエネルギーを、複数のリピータ１１３を介して送電器１０１に帰還させることが出来る。これにより、磁界を形成するための電力エネルギーを抑制することが出来る。ここで、環状構造物の断面は、円形でも矩形でも良く、本発明の主旨にあう構造であればよい。
【００６６】
また、送電器１０１から時計回り及び反時計回りに伝搬される電磁エネルギーの合算値の、個々のエネルギーの絶対値の和に対する比が０．５以上となる位置にリピータ１１３や送電器１０１を配置することにより、リピータ１１３や（周回時の）送電器１０１の位置において電磁エネルギーが互いに打ち消し合うことを防止できる。
【００６７】
＜第６の実施形態＞
図７は、本発明の第６の実施形態における非接触給電システムの構成の概略、及び、各部の配置の概略を、当該非接触給電システムが設置されている部分的な円環状の構造物における円環の軸方向（当該構造物の上側）から見た図にて示す説明図である。同図において、非接触給電システム５は、送電器１０１と、リピータ１１３とを具備する。送電器１０１は、電源装置１０３と、送電用１次コイル１０４と、送電用２次コイル１０５とを具備する。
送電器１０１と、リピータ１１３とは、それぞれ、部分的な円環状の構造物１１２ｃの外壁を巻く形状で配置されている。この部分的な円環状の構造物１１２ｃは、環状構造を有する管状の構造物の一例であり、当該部分的な円環状の構造物１１２ｃの内部に受電体１０８が配置されている。
【００６８】
同図において、図６の各部に対応して同様の機能を有する部分には同一の符号（１０１、１０３〜１０５、１０８〜１１０、１１３）を付して説明を省略する。なお、図６の場合と同様、受電体１０８は受電コイル１０９を具備する。
図７に示す非接触給電システム６は、部分的な円環状の構造物１１２ｃに設置されている点で、図６に示す非接触給電システム５と異なる。
なお、非接触給電システム６が具備する受電体１０８の数は、非接触給電システム５の場合と同様、１つであっても良いし、２つ以上であっても良い。
【００６９】
同図に示されるように、構造物の円環が途絶していても、各構造物内に磁界を形成できれば、本発明の効果に支障はない。
また、非接触給電システム５（図６）の場合と同様、送電器１０１が発生させる磁界の周波数、及び、コイル径の設計により、送電器１０１と受電器１０２との間の磁界を強めることができ、その間に配置した受電体１０８が、受電体１０８自身の具備する受電コイル１０９により受電することが可能となる。
【００７０】
また、非接触給電システム５の場合と同様、電源装置１０３に接続された送電用１次コイル１０４から、送電用２次コイル１０５に磁界にてエネルギーが伝達され、そこから時計回り及び反時計回りにリピータ１１３を介して無線給電される。そして、送電器１０１が発生させた時計回りの磁界及び反時計回りの磁界が、それぞれ一周して送電器１０１に戻るようにリピータ１１３が配置されている。送電器１０１に戻った磁界は、電源装置１０３から供給される電力にて送電器１０１が発生させる磁界と共に、再び周回伝達される。
また、リピータ１１３を挿入することにより、各リピータ１１３の位置での磁界強度を強め、円環状の構造物１１２ｂ内部での磁界を強く保つことが出来る。
【００７１】
ここで、例えば、送電器１０１とリピータ１１３との間隔、及び、リピータ１１３相互間の間隔は、これらのコイルの中心部ですべて３０センチメートルとする。また、各コイル径は、直径３０センチメートルとする。また、送電用１次コイル１０４は円形単層巻きとし、送電用２次コイル１０５は円形スパイラル型で５．７５巻きとする。また、リピータ１１３のコイルも円形スパイラル型で５．７５巻きとする。また、磁界共鳴方式における共振周波数は５メガヘルツとし、送電用１次コイル１０４と送電用２次コイル１０５との間隔は、共鳴が最も強くなる距離で固定する。
【００７２】
また、図６で説明したのと同様に、各リピータ１１３の位置は、送電器１０１から時計回り及び反時計回りに伝搬される電磁エネルギーの合算値が、当該リピータ１１３の位置での時計回りに伝播する電磁エネルギーと、反時計回りに伝播する電磁エネルギーとの、絶対値の和に対する比率において０．５以上である場所に配置されている。これにより、時計回り及び反時計回りに伝達する電磁波がその位相差により、リピータ１１３や（周回時の）送電器１０１の位置において互いに打ち消し合うことにならないよう設計されている。
【００７３】
また、送電器１０１から送出された磁界（電磁エネルギー）は、リピータ１１３を介して、送電器１０１に帰還する。これにより、円環状の構造物１１２ｂ内部に磁界を形成するのに要するエネルギーが少なくて済む。
【００７４】
非接触給電システム６の用途の一例として、部分的な円環状の構造物内のアクティブ認証タグへの給電が考えられる。より具体的には、受電体１０８は、アクティブ認証タグであり、部分的な円環状の構造物１１２ｃは、多数のアクティブ認証タグを一括充電する一括充電器である。この一括充電器に多数のアクティブ認証タグを入れ、磁界共鳴方式により形成される磁界から、アクティブ認証タグ（受電体１０８）自身が具備する受電コイルを用いて受電することができる。この時、
【００７５】
その際、各アクティブ認証タグが受電する電力量は、各アクティブ認証タグ自らが具備する受電コイルの仕様により決定される。従って、各アクティブ認証タグ（受電体１０８）は、整流回路を具備してアクティブ認証タグ自らの仕様に合う電圧を受電することが可能である。また、各アクティブ認証タグの具備する受電コイルは複数であっても良く、各受電コイルで得られた電力を合成して受電電力とすることができる。
【００７６】
上記のように、本発明により、部分的な円環状の充電器において、様々な仕様のアクティブ認証タグを一括充電することが可能となる。
例えば、認証タグ（受電体１０８）の具備する受電コイルの径を０．５センチメートルとすると、シミュレーションにおいて２５ミリワット以上の受電量が見込まれた。ここで、送電器への印加電力は１００ワットとした。
このように、管状の構造物の内部に形成される磁界により、管状の構造物の内部に配置した多数の受電体１０８を一括で充電することが出来る。例えば、多数の受電体１０８に対し、無人となる管理環境下で一括給電することが出来る。
【００７７】
但し、非接触給電システム６の用途は、このアクティブ認証タグへの一括充電に限らず、様々な場面における非接触給電に非接触給電システム６を用いることが出来る。
【００７８】
このように、環状の構造物が断片的である場合にも本発明を適用することができ、連続して環状をなしている場合と同様の効果を得ることが出来る。
【００７９】
次に、図８〜図１０を参照して、実施例４及び５で示した円環状の構造物内への無線給電に関し、さらに構造上の実施例を３つ開示する。
【００８０】
＜第７の実施形態＞
図８は、本発明の第７の実施形態における非接触給電システムの構成の概略、及び、各部の配置の概略を示す説明図である。同図（ａ）は、本実施形態における非接触給電システムの構成の概略、及び、各部の配置の概略を、当該非接触給電システムが設置されている円環状の構造物の側面側から見た図にて示している。
同図（ａ）において、非接触給電システム７は、送電器１０１ｃと、リピータ１１３とを具備する。送電器１０１ｃは、電源装置１０３と、送電用１次コイル１０４と、送電用２次コイル１０５とを具備する。
送電器１０１ｃと、リピータ１１３とは、それぞれ、円環状の構造物１１２ｂの外壁を巻く形状で配置されている。この円環状の構造物１１２ｂは、環状構造を有する管状の構造物の一例であり、当該円環状の構造物１１２ｂの内部に受電体１０８が配置されている。
【００８１】
同図において、図６の各部に対応して同様の機能を有する部分には同一の符号（１０３〜１０５、１０８〜１１０、１１３）を付して説明を省略する。なお、図６の場合と同様、受電体１０８は受電コイル１０９を具備する。図８に示す非接触給電システム７は、送電用１次コイル１０４と送電用２次コイル１０５との位置関係において、図６に示す非接触給電システム５と異なる。
なお、非接触給電システム７が具備する受電体１０８の数は、非接触給電システム５（図６）の場合と同様、１つであっても良いし、２つ以上であっても良い。
【００８２】
図８（ｂ）は、非接触給電システム７の具備する送電用１次コイル１０４と送電用２次コイル１０５との位置関係を、これらのコイルの軸方向から見た断面図にて示している。同図に示されるように、円形単層型の送電用１次コイル１０４の直径が、円形スパイラル型の送電用２次コイル１０５の直径より大きく、送電用２次コイル１０５を取り巻くように、その幅のほぼ中央に送電用１次コイル１０４が配置されている。
【００８３】
上記図８の構成を取ることにより、時計回り及び反時計回りの電磁エネルギーの伝搬に対し、送電器内部での１次コイル１０４から２次コイル１０５への電磁エネルギー伝達の対称性が保持され、且つ、周回した電気エネルギーに対し、当該１次コイルが障害にならない位置に配置することができる。これにより、周回する電磁エネルギーの伝達ロスを抑制することが出来る。
【００８４】
＜第８の実施形態＞
図９は、本発明の第８の実施形態における非接触給電システムの構成の概略、及び、各部の配置の概略を示す説明図である。同図（ａ）は、本実施形態における非接触給電システムの構成の概略、及び、各部の配置の概略を、当該非接触給電システムが設置されている円環状の構造物の側面側から見た図にて示している。
同図（ａ）において、非接触給電システム８は、送電器１０１ｃと、リピータ１１３ｂとを具備する。送電器１０１ｃは、電源装置１０３と、送電用１次コイル１０４と、送電用２次コイル１０５とを具備する。リピータ１１３ｂは、１次コイル１１４と２次コイル１１５とを具備する。
送電器１０１ｃと、リピータ１１３ｂとは、それぞれ、円環状の構造物１１２ｂの外壁を巻く形状で配置されている。この円環状の構造物１１２ｂは、環状構造を有する管状の構造物の一例であり、当該円環状の構造物１１２ｂの内部に受電体１０８が配置されている。
【００８５】
同図において、図８の各部に対応して同様の機能を有する部分には同一の符号（１０１ｃ、１０３〜１０５、１０８〜１１０、１１２ｂ）を付して説明を省略する。なお、図８の場合と同様、受電体１０８は受電コイル１０９を具備する。
なお、非接触給電システム８が具備する受電体１０８の数は、非接触給電システム７（図８）の場合と同様、１つであっても良いし、２つ以上であっても良い。
【００８６】
図９（ｂ）は、１次コイル１１４の概略構成を、当該１次コイルの軸方向からみた断面図にて示している。同図に示されるように、１次コイル１１４は、スイッチ１１６を具備する。このスイッチ１１６の閉（ＯＮ）状態において、１次コイル１１４は、電気を導通させる。一方、スイッチ１１６の開（ＯＦＦ）状態において、１次コイル１１４は、電気を導通させない（すなわち、１次コイル１１４の両端間で絶縁状態となる）。
【００８７】
スイッチ１１６が開状態にある場合、当該スイッチ１１６を具備する１次コイル１１４は電磁エネルギーの伝達に影響を与えない。この場合、当該１次コイルと対になっている２次コイル１１５単体で、非接触給電システム７におけるリピータ１１３と同様の働きをする。
【００８８】
一方、スイッチ１１６が閉状態にある場合、当該スイッチ１１６を具備する１次コイル１１４の両端と電源装置１０３とを予め導線で接続して帰還経路１１１を形成しておくことで、当該１次コイル１１４を具備するリピータ１１３ｂを受電器１０２（例えば図１）と同様に機能させることができる。すなわち、１次コイル１１４が収集した電力を、帰還経路１１１を経由して電源装置１０３に戻し、送電器１０１ｃが第一の周波数で磁界を発生させるのに用いることが出来る。
【００８９】
なお、図面を見易くするために、図９ではリピータ１１３ｂのうち１つのみと電源装置１１１とを接続して帰還経路１１１を形成している様子を示しているが、他のリピータ１１３ｂ（例えば全てのリピータ１１３ｂ）と、電源装置１１１とを接続して帰還経路１１１を形成しておいてもよい。これにより、閉状態とするスイッチ１１６を選択することで、受電器１０２として機能させるリピータ１１３ｂの位置を選択することができ、磁界の強弱の分布を調整することが出来る。また、受電器としてのリピータ１１３ｂが受電した電気を電源装置１０３に戻すことで、円環状の構造物１１２ｂ内部に磁界を形成するのに要するエネルギーが少なくて済む。
【００９０】
なお、本実施形態で説明したスイッチを具備するリピータの適用範囲は、図９に示す円環状の構造物に設置された非接触給電システムに限らず、様々な非接触給電システムに適用可能である。例えば、図３に示すリピータ１１３にスイッチ付きの１次コイルを設けて、リピータとしての機能と受電器としての機能とを選択可能としてもよい。これにより、磁界の強弱の分布を調整することができ、また、送電器から受電器（としてのリピータ）までの距離を適切に選択することで、より多くの電力を電源装置に戻すことができる。
【００９１】
＜第９の実施形態＞
図１０は、本発明の第９の実施形態における非接触給電システムの構成の概略、及び、各部の配置の概略を、当該非接触給電システムが設置されている円環状の構造物の側面側から見た図にて示す説明図である。同図において、非接触給電システム９は、送電器１０１ｄと、リピータ１１３ｂとを具備する。送電器１０１ｄは、電源装置１０３と、１次コイル１１４と、送電用２次コイル１０５とを具備する。リピータ１１３ｂは、１次コイル１１４と２次コイル１１５とを具備する。
送電器１０１ｄと、リピータ１１３ｂとは、それぞれ、円環状の構造物１１２ｂの外壁を巻く形状で配置されている。この円環状の構造物１１２ｂは、環状構造を有する管状の構造物の一例であり、当該円環状の構造物１１２ｂの内部に受電体１０８が配置されている。
【００９２】
同図において、図９の各部に対応して同様の機能を有する部分には同一の符号（１０３、１０５、１０８〜１１０、１１２ｂ、１１３ｂ、１１４〜１１５）を付して説明を省略する。なお、図８の場合と同様、受電体１０８は受電コイル１０９を具備する。
なお、非接触給電システム９が具備する受電体１０８の数は、非接触給電システム８（図９）の場合と同様、１つであっても良いし、２つ以上であっても良い。
非接触給電システム９では、送電器１０１ｄが１次コイル１１４を具備する点において、非接触給電システム８と異なる。
【００９３】
このように、送電器１０１ｄが１次コイル１１４を具備し、当該１次コイル１１４のスイッチ（図９で説明したスイッチ１１６）が開状態にある場合、リピータ１１３ｂについて説明したのと同様に、送電器１０１ｄは、非接触給電システム７におけるリピータ１１３と同様の働きをする。一方、送電器１０１ｄのスイッチが閉状態にある場合、送電器１０１ｄは、送電器１０１ｃと同様の働きをする。
【００９４】
従って、複数の送電器１０１ｄのうち、スイッチを閉状態とするものを選択することで、磁界を発生させる位置を選択することができ、磁界の強弱の分布を調整することが出来る。あるいは、複数の送電器１０１ｄに磁界を発生させて、磁界を増強することができる。
なお、リピータ１１３ｂについては、図９で説明したように、予め電源装置１０３と接続しておき、リピータ１１３ｂの具備するスイッチの開閉により受電器またはリピータとして機能させることができる。
【００９５】
なお、本実施形態で説明したスイッチを具備する送電器の適用範囲は、図１０に示す円環状の構造物に設置された非接触給電システムに限らず、様々な非接触給電システムに適用可能である。例えば、図３に示すリピータ１１３にスイッチ付きの１次コイルを設けて、リピータとしての機能と送電器としての機能とを選択可能としてもよい。これにより、磁界の強弱の分布を調整することができ、あるいは、複数の送電器に磁界を発生させて磁界を増強することができる。
【００９６】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
【符号の説明】
【００９７】
１０１、１０１ｂ、１０１ｃ、１０１ｄ 送電器
１０２ 受電器
１０３ 電源装置
１０４ 送電用1次コイル
１０５ 送電用２次コイル
１０６ 受電用１次コイル
１０７ 受電用２次コイル
１０８ 受電体
１０９ 受電コイル
１１２ 管状の構造物
１１２ｂ 円環状の構造物
１１３、１１３ｂ リピータ
１１４ １次コイル
１１５ 二次コイル
１１６ スイッチ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非接触給電システム及び給電方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電磁誘導方式は、送電側と受電側コイルの間に発生する誘導磁束を利用して電力を送る方法である。１８３１年のファラデーの法則発見に端を発し、１８３６年にはトランスが発明されている。近年では、電動歯ブラシやシェーバーの充電器に採用されるなど、防水性を高める効果も活用され、各種製品に適用されている。この技術は非接触充電技術とも呼ばれ、伝送距離は数ミリメートル（ｍｍ）以下、動作周波数は数百キロヘルツ（ｋＨｚ）以下の場合が多い。また、電磁誘導方式における送電電力量は設計による。
この電磁誘導方式では、伝送距離が短く磁界の漏れの周囲への影響が小さいことが特徴である。
【０００３】
磁界共鳴方式は、２００６年に、マサチューセッツ工科大学（ＭＩＴ）が提案し、特許文献１に開示されている。この方式では、送電側及び受電側にそれぞれ２つのコイルを配置し、各インダクタンス（Ｌ）を大きくとることで、共鳴現象を発生させ、上記電磁誘導方式より長距離で、且つ、高効率な電力送電を実現している。
【０００４】
非特許文献１によれば、共振周波数１０メガヘルツ（ＭＨｚ）を用い、コイル間距離２メートル（ｍ）に対し、コイル間伝送効率４５％を達成している。送電システム全体の伝送効率は、送電装置（主に増幅器）の効率３７．５％と受電装置（主に整流器）の効率９０％を含めた全体の積となるため、約１５％となる。つまり、送電電力４００ワット（Ｗ）を投入し、２メートル先の６０ワットの電灯を点灯させている。このように、一般的な電磁誘導方式より、長距離まで比較的高効率で給電できるのが、磁界共鳴方式の特長である。但し、その給電距離は、送受電コイル間で磁束が届く範囲であり、その範囲は一般的に共振波長の１／２０（２０分の１）程度となる。上記実験に置いて、周波数１０メガヘルツに対する１波長は６０メートルであり、その１／２０は３メートル程度となる。この伝送距離は、送受電コイルの直径ともほぼ一致することから、言い換えれば、磁界共鳴方式の実効的な伝送距離は、送受電コイルの直径程度となる。
【０００５】
この磁気共鳴方式など無線給電技術への市場の期待は、電気が届かなかった場所や届けにくかった場所へ、無線で容易に電力を伝送できる点にある。その利用シーンの一つが配管内である。都市の地下やビル内等で、配水管、配電管、光ファイバーケーブル配管等、様々な配管が張り巡らされており、水量、水の汚染具合、電力量、ケーブル温度等々、様々なセンシングのニーズがある。このためには、配管内にセンサを配置する必要があり、そこへの電力供給を配管外から簡便に行う手段が求められている。
【０００６】
上記利用シーンに関し、電磁誘導方式で配管内へ給電する技術が、例えば特許文献２及び３に開示されている。この中で、電磁誘導方式を用いた無線送電器の近傍に磁気シールド（合成ゴムシート、フェライト等）を配置して配管壁の影響を低減し、配管内の受電器(コイル)に電力伝送する技術が開示されている。
また、特許文献４では、磁界共鳴方式において、複数の受電器が存在する場合の技術が開示されている。この特許文献では、磁界共鳴方式の主送電装置に対し、２つ以上の受電装置があり、別途電力回収用の補助受電装置を有する構成が開示されている。ここでは、主として２つ以上の受電装置への磁界共鳴型給電を目的としており、共鳴周波数を一致させることが受電の条件となる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】André Kurs、他５名、"Wireless Power Transfer via Strongly Coupled Magnetic Resonances"、Science、２００７年７月６日、Vol. 317、no. 5834、p. 83-86
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特表２００９−５０１５１０号公報
【特許文献２】特開２０１０−２４６３４８号公報
【特許文献３】特開２００９−０２２１２６号公報
【特許文献４】特願２００９−８７５９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
磁界共鳴方式では、共鳴現象を利用しているため、送電器側及び受電器側の共振周波数を一致させることが必須である。共振条件から外れた場合、電力伝送効率が大幅に低下する。そのため、例えば、受電器が複数ある場合は、各受電器の受電状態や送電器との相対距離による共振条件の変化を補正する機構が必要である。また、共振条件は、送受電器の周辺の環境温度によっても変化する。このように、磁界共鳴方式で電力を伝送する場合、温度などの環境や受電器数等に留意して、共振周波数の高度な制御を行う必要がある。しかしながら、例えば受電器が配管内など閉空間内にある場合など、共振周波数の制御を適切に行うことが困難なおそれがある。
一方、電磁誘導方式では、共振周波数の高度な制御は不要であるものの、送電距離が短い。従って、送電器と受電器とが離れている場合には電磁誘導方式は適さない。
【００１０】
本発明は、上述の課題を解決することのできる非接触給電システム及び給電方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明は上述した課題を解決するためになされたもので、本発明の一態様による非接触給電システムは、第一の周波数で磁界を発生させることで送電する送電器と、前記第一の周波数の磁界に共鳴して当該第一の周波数の磁界を増幅させる共鳴器と、共振周波数が前記第一の周波数とは異なり、少なくとも前記共鳴器が増幅させた前記第一の周波数の磁界による電磁誘導にて受電可能な受電体と、を具備することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の一態様による給電方法は、非接触給電システムの給電方法であって、送電器が、第一の周波数で磁界を発生させることで送電する送電ステップと、共鳴器が、前記第一の周波数の磁界に共鳴して当該第一の周波数の磁界を増幅させる共鳴ステップと、共振周波数が前記第一の周波数とは異なる受電体が、少なくとも前記共鳴器が増幅させた前記第一の周波数の磁界による電磁誘導にて受電する受電ステップと、を具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、受電体の共振周波数制御を必要とせずに、より長距離の給電を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施形態における非接触給電システムの構成の概略、及び、各部の配置の概略を示す説明図である。
【図２】磁界共鳴方式による空間内での磁界形成の３次元シミュレーション結果の一例を示すグラフである。
【図３】本発明の第２の実施形態における非接触給電システムの構成の概略、及び、各部の配置の概略を示す説明図である。
【図４】本発明の第３の実施形態における非接触給電システムの構成の概略、及び、各部の配置の概略を示す説明図である。
【図５】本発明の第４の実施形態における非接触給電システムの構成の概略、及び、各部の配置の概略を示す説明図である。
【図６】本発明の第５の実施形態における非接触給電システムの構成の概略、及び、各部の配置の概略を示す説明図である。
【図７】本発明の第６の実施形態における非接触給電システムの構成の概略、及び、各部の配置の概略を示す説明図である。
【図８】本発明の第７の実施形態における非接触給電システムの構成の概略、及び、各部の配置の概略を示す説明図である。
【図９】本発明の第８の実施形態における非接触給電システムの構成の概略、及び、各部の配置の概略を示す説明図である。
【図１０】本発明の第９の実施形態における非接触給電システムの構成の概略、及び、各部の配置の概略を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
＜第１の実施形態＞
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態における非接触給電システムの構成の概略、及び、各部の配置の概略を、当該非接触給電システムが設置されている管状の構造物の側面側（当該構造物の上側）から見た図にて示す説明図である。同図において、非接触給電システム１は、送電器１０１と、受電器１０２とを具備する。送電器１０１は、電源装置１０３と、送電用１次コイル１０４と、送電用２次コイル１０５とを具備する。受電器１０２は、受電用２次コイル１０６と、受電用１次コイル１０７とを具備する。
送電器１０１と受電器１０２とは、それぞれ、管状の構造物１１２の外周に、外壁を巻く形状で配置されている。また、管状の構造物１１２の内部に受電体１０８が配置されている。
【００１６】
送電器１０１は、所定の周波数（第一の周波数）で磁界（電磁場）を発生させることで電力を供給（送電）する装置である。受電器１０２は、送電器１０１が発生させた第一の周波数の磁界に共鳴して当該第一の周波数の磁界を増幅させ、また、この共鳴によって受電する装置である。受電器１０２は、第一の周波数の磁界に共鳴して当該第一の周波数の磁界を増幅させる点で、本発明における共鳴器の一例である。
【００１７】
送電器１０１において、送電用１次コイル１０４は、その端毎に電源装置１０３に接続され、電源装置１０３から第一の周波数の交流電力の供給を受けて、第一の周波数の磁界を発生させる。
送電用２次コイル１０５は、多重に巻かれた閉ループをなすコイルであり、送電用１次コイル１０４が発生させる磁界を増幅させる。なお、送電用１次コイル１０４と送電用２次コイル１０５との間には、電気的な接続関係は無い。
【００１８】
送電器１０１から受電器１０２への電力伝送に際し、送電器１０１と受電器１０２の間の空間に磁界が形成される。図１には生成される磁力線１１０を概念的に記載している。なお、送電器１０１は交流の（すなわち極が入れ替わる）磁界を発生させるが、給電の向きに従って、送電器１０１側から受電器１０２側への矢印にて磁力線１１０を示している。以下の図においても同様である。
送電用１次コイルと、送電用２次コイルと、受電用１次コイルと、受電用２次コイルとは、いずれも第一の周波数を共振周波数としており、送電器１０１と受電器１０２とは、磁界共鳴方式により両者間に強い磁界を形成する。
【００１９】
また、受電用１次コイル１０７は、送電器１０１が第一の周波数で発生させた磁界に共鳴して電圧を発生させる。このように受電用１次コイル１０７が電圧を発生させることにより、受電器１０２は受電する。
受電器１０２が受電した電力（すなわち、受電用１次コイル１０７が収集した電力）は、受電用１次コイル１０７の端毎に電源装置に接続された導線で構成される帰還経路１１１を経て電源装置１０３に戻され、送電器１０１が第一の周波数で磁界を発生させるのに用いられる。
受電用２次コイル１０６は、多重に巻かれた閉ループをなすコイルであり、送電器１０１が発生させた磁界を増幅することにより、受電用１次コイル１０７が発生させる電圧を大きくする。なお、受電用２次コイル１０６と受電用１次コイル１０７との間には、電気的な接続関係は無い。
【００２０】
一方、送電器１０１と受電器１０２とで形成する磁界の中に受電体１０８を置くことにより、受電体１０８は、受電体１０８自らの具備する受電コイル１０９を使って電力を受電できる。この受電体１０８は、共振周波数が第一の周波数とは異なり、少なくとも共鳴器１０２が増幅させた第一の周波数の磁界による電磁誘導にて受電可能である。すなわち、送電器１０１が発生させた磁界の変化（特に、第一の周波数での振動）や、受電器１０２が増幅した磁界の変化の電磁誘導により、受電コイル１０９が電圧を発生させることで、受電体１０８は受電する。
【００２１】
図２は、磁界共鳴方式による空間内での磁界形成の３次元シミュレーション結果の一例を示すグラフである。同図では、共振周波数を５メガヘルツ（＝１波長６０メートル）とし、送電器（図１の送電器１０１に相当する）及び受電器（図１の受電器１０２に相当する）の各コイル径を３メートル、コイル間の間隔を３．３メートルとした場合の、送電器と受電器との間の空間内の磁界強度分布を示している。
同図に示すように、磁界共鳴方式の場合、送電器及び受電器近傍での磁界強度が強くなる。これは共鳴現象を利用しているためであり、送電コイルから３．３メートル離れた受電コイル間での空間の伝送効率は９０％と見積もられた。
前述のように、磁界共鳴方式の伝送距離は、一般的に共振波長の１／２０程度となる。従って、図２では、コイル径を３メートルと大きくすることで、高効率なコイル間伝送を３．３メートルまで拡大できたと言える。
【００２２】
この実験構成において、送電器と受電器との距離を３．３メートルより近づけると、コイル間の伝送効率は９０％より大きくなる。また、これら送電器と受電器との間に受電体（図１の受電体１０８に相当する）を配置した場合、その位置において、受電体の具備する受電コイル（図１の受電コイル１０９に相当する）を通過する磁力線に応じて、受電量が決まる。つまり、受電体の受電量は、受電コイルの仕様による。
【００２３】
非接触給電システム１の用途の一例として、下水管内に設置された水質検査センサへの給電が考えられる。より具体的には、水質検査センサとしての受電体１０８を用いて、下水管としての管状の構造物１１２内における水質汚濁の程度を測定し、下水処理工程の最適化を図ることが考えられる。その際、非接触給電システム１を用いて、水質検査センサ（受電体１０８）の駆動電力を配管（管状の構造物１１２）外から容易に（下水管に電線を通すための穴を空ける等の必要無く）給電することができる。すなわち、各センサは、配管内に形成されている磁界から、センサ（受電体１０８）自身が具備する受電コイル１０９を使って受電することができる。
【００２４】
その際、各センサが受電する電力量は、各センサ自らが具備する受電コイル１０９の仕様により決定される。従って、各センサ（受電体１０８）は、整流回路を具備してセンサ自らの仕様に合う電圧を受電することが可能である。また、各センサの具備する受電コイル１０９は複数であっても良く、各受電コイル１０９で得られた電力を合成して受電電力とすることができる。このセンサは、磁界が形成された配管内のどこでも、いつでも、常に受電し得る。従って、センサが可動である（配管内を移動する）場合も容易に受電することが出来る。
但し、非接触給電システム１の用途は、この下水管内における水質検査センサへの給電に限らず、様々な場面における非接触給電に非接触給電システム１を用いることが出来る。
【００２５】
以上のように、送電器１０１が第一の周波数で磁界を発生させ、受電器１０２が、第一の周波数の磁界に共鳴して当該第一の周波数の磁界を増幅させる。そして、受電体１０８は、受電器１０２が増幅させた第一の周波数の磁界による電磁誘導にて受電する。
従って、受電体１０８の共振周波数が第一の周波数である必要は無いので、受電体１０８の共振周波数を制御する必要が無く、また、受電体１０８の具備する受電コイル１０９の径を小さくすることが出来る。受電体１０８の共振周波数を制御する必要が無い点において、受電体１０８の設計上及び運用上の制約を受けない。例えば、温度変動激しい環境や、水中等、あるいは配管内など外部からの制御が比較的困難な場所にも、比較的容易に受電体１０８を配置することが出来る。
【００２６】
そして、送電器１０１と受電器１０２とで、管状の構造物１１２の内部に磁界を形成し、受電器１０８は、この磁界のどこでも受電することができる。従って、受電体１０８は、送電器１０１との距離が長い場合にも受電することが出来る。
【００２７】
また、受電器１０２が受電した電気エネルギーは、帰還ループ１１１を介して、電源装置１０３に戻される。これにより、管状の構造物１１２内部に磁界を形成するのに要するエネルギーが少なくて済む。
【００２８】
なお、次に説明する第２の実施形態の場合と同様、非接触給電システム１が、受電体１０８を複数具備するようにしてもよい。この場合、各受電体の共振周波数は同一であってもよいし、互いに異なっていてもよい。受電体１０８は、電磁誘導にて受電するので、送電器１０１の発生させる磁界の周波数（第１の周波数）に共振する必要が無いからである。また、複数の受電体１０８を近くに配置することによる共振周波数のずれにも注意を払う必要が無く、複数の受電体１０８を容易に近づけることが出来る。
【００２９】
また、上記のように、１つの受電体１０８が、複数の受電コイル１０９を具備するようにしてもよい。この場合、各受電コイル１０９の共振周波数は同一であってもよいし、互いに異なっていてもよい。
【００３０】
なお、非接触給電システム１の設置される環境は、上述した管状の構造物に限らず、本発明の作用を実現し得る様々な環境に設置可能である。例えば、受電体１０８が配置される空間は、壁で覆われていなくてもよい。また、非接触給電システム１を管状の構造物に設置する場合、当該管状の構造物の断面は円形である必要は無く、矩形等であっても良い。また、非接触給電システム１が具備する各コイルも、直線の導電体、曲線の導電体、または、直線と曲線からなる導電体で構成されているなど、様々な形状を有していても良い。
また、非接触給電システム１が具備する各コイルは、インダクタと容量で構成されていても良い。
【００３１】
＜第２の実施形態＞
図３は、本発明の第２の実施形態における非接触給電システムの構成の概略、及び、各部の配置の概略を、当該非接触給電システムが設置されている管状の構造物の側面側から見た図にて示す説明図である。同図において、非接触給電システム２は、送電器１０１と、受電器１０２と、リピータ１１３ａ及び１１３ｂとを具備する。送電器１０１は、電源装置１０３と、送電用１次コイル１０４と、送電用２次コイル１０５とを具備する。受電器１０２は、受電用２次コイル１０６と、受電用１次コイル１０７とを具備する。
送電器１０１と、受電器１０２と、リピータ１１３ａ及び１１３ｂとは、それぞれ、管状の構造物１１２の外周に、外壁を巻く形状で配置されている。また、管状の構造物１１２の内部に受電体１０８が配置されている。
【００３２】
同図において、図１の各部に対応して同様の機能を有する部分には同一の符号（１０１〜１１２）を付して説明を省略する。図３に示す非接触給電システム２は、送電器１０１と受電器１０２との間に２つのリピータ１１３ａ及び１１３ｂを具備する点、並びに、管状の構造物１１２の内側に２つの受電体１０８を具備する点で、図１に示す非接触給電システム１と異なる。
【００３３】
リピータ１１３は、管状の構造物１１２の外周かつ、送電器１０１と受電器１０２との間に配置され、第一の周波数の磁界に共鳴して当該第一の周波数の磁界を増幅させる。具体的には、送電器１０１側に配置されたリピータ１１３ａが、送電器１０１の発生させた磁界を増幅させる。そして、リピータ１１３ａが増幅した磁界を、受電器１０２側に配置されたリピータ１１３ｂが増幅させる。また、受電器１０２は、リピータ１１３ｂが増幅した磁界を増幅させる。
このように、リピータ１１３ａ及び１１３ｂと受電器１０２とは、本発明における共鳴器の一例であり、非接触給電システム２は、複数の共鳴器を具備している。また、共鳴器であるリピータ１１３ｂは、他の共鳴器であるリピータ１１３ａが増幅させた第一の周波数の磁界をさらに増幅させ、共鳴器である受電器１０２は、他の共鳴器であるリピータ１１３ｂが増幅させた第一の周波数の磁界をさらに増幅させている。
【００３４】
ここで、前述のように、送電器１０１と受電器１０２との間の磁界は、共振波長（従って、送電器１０１が発生させる磁界の周波数）、及び、コイル径による。すなわち、発生させる磁界の周波数（すなわち、送電する電力の周波数）、及び、コイル径の設計により、送電器１０１と受電器１０２との間の磁界を強めることができ、その間に配置した受電体１０８が、受電体１０８自身の具備する受電コイル１０９により受電することが可能となる。
【００３５】
さらに、非接触給電システム２では、送電器１０１と受電器１０２との間にリピータ１１３ａ及び１１３ｂを挿入することにより、これらリピータ１１３ａ及び１１３ｂの位置での電磁界強度を強め、送電器１０１から受電器１０２までの管状の構造物１１２内部の電界を強く保つことが出来る。
【００３６】
ここで、例えば、送電器１０１、リピータ１１３ａ、１１３ｂ及び受電器１０２の間隔は、すべて２メートルとする。また、各コイル径は、図２の条件と同じく、直径３メートルとする。また、送電用１次コイル１０４及び受電用１次コイル１０７は円形単層巻きとし、送電用２次コイル１０５及び受電用２次コイル１０６は円形スパイラル型で５．７５巻きとする。また、リピータ１１３ａ及び１１３ｂのコイルも円形スパイラル型で５．７５巻きとする。また、磁界共鳴方式における共振周波数は５メガヘルツとし、送電用１次コイル１０４と送電用２次コイル１０５との間隔、及び、受電用２次コイル１０６と受電用１次コイル１０７との間隔は、共鳴が最も強くなる距離で固定する。
【００３７】
この場合、送電器１０１と送電器側のリピータ１１３ａとの間隔は２メートルであり、図２で説明したシミュレーションにおけるコイル間の距離３．３メートルよりも短い。従って、送電器１０１とリピータ１１３ａとの間の伝送効率は、図２に示される伝送効率９０％よりも高いことが見込まれる。さらに、送電器１０１とリピータ１１３ａとの中間位置における磁界強度も、高い値（例えば９０％程度以上）を見込むことが出来る。
また、送電器側のリピータ１１３ａと受電器側のリピータ１１３ｂとの距離も２メートル、受電器側のリピータ１１３ｂと受電器１０２との距離も２メートルであるので、それぞれ同様に９０％以上の伝送効率を見込むことが出来る。従って、送電器１０１と受電器１０２との間の距離６メートルに渡り、伝送効率（９０％×９０％×９０％＝）７３％程度以上を見込むことができ、この領域における管状の構造物１１２内部の磁界強度を強く保つことが出来る。
【００３８】
また、受電器１０２が受電した電気エネルギーは、帰還ループ１１１を介して、電源装置１０３に戻される。これにより、非接触給電システム１（図１）の場合と同様、管状の構造物１１２内部に磁界を形成するのに要するエネルギーが少なくて済む。
【００３９】
なお、非接触給電システム２の具備する受電体１０８の数は、図３に示す２つに限らず、１つであっても良いし、３つ以上であっても良い。また、非接触給電システム２が複数の受電体を具備する場合、非接触給電システム１（図１）で説明したように、各受電体の共振周波数は同一であってもよいし、互いに異なっていてもよい。また、１つの受電体１０８が複数の受電コイル１０９を具備する場合、各受電コイル１０９の共振周波数は同一であってもよいし、互いに異なっていてもよい。
【００４０】
上記のように、本発明により、配管内の広い領域であっても送電器１０１、リピータ１１３ａ、１１３ｂおよび受電器１０２が行う配管内の磁界形成の機能と、受電体１０８が行う受電の機能とに、機能を分離することで、配管内の広範囲に給電可能なシステムを構築することができる。
例えば、センサ（受電体１０８）の具備する受電コイル１０９の径を５センチメートル（ｃｍ）とすると、シミュレーションにおいて２０ミリワット（ｍＷ）以上の受電量が見込まれた。ここで、送電器１０１への印加電力は１５０ワットとした。
非接触給電システム２は、非接触給電システム１と同様、下水管内における水質検査をはじめ、様々な場面における非接触給電に用いることが出来る。
【００４１】
以上のように、送電器１０１及び受電器１０２の間に、少なくとも１つ以上のリピータ１１３を配置することで、電界を形成する空間を拡大することが出来る。
【００４２】
また、磁界を形成するために送電器１０１から送出されリピータ１１３を経て受電器１０２に受電されるエネルギーを、送電器１０１に帰還させることにより、当該磁界を形成するための電力エネルギーを抑制することが出来る。
【００４３】
＜第３の実施形態＞
図４は、本発明の第３の実施形態における非接触給電システムの構成の概略、及び、各部の配置の概略を、当該非接触給電システムが設置されている管状の構造物の側面側から見た図にて示す説明図である。同図において、非接触給電システム３は、送電器１０１ｂと、受電器１０２と、リピータ１１３ａ及び１１３ｂとを具備する。
送電器１０１ｂは、電源装置１０３と、送電用１次コイル１０４と、送電用２次コイル１０５とを具備する。受電器１０２は、受電用２次コイル１０６と、受電用１次コイル１０７とを具備する。
送電器１０１と、受電器１０２と、リピータ１１３ａ及び１１３ｂとは、それぞれ、管状の構造物１１２の外周に、外壁を巻く形状で配置されている。また、管状の構造物１１２の内部に受電体１０８が配置されている。
【００４４】
同図において、図３の各部に対応して同様の機能を有する部分には同一の符号（１０１〜１１２、１１３ａ、１１３ｂ）を付して説明を省略する。なお、図を見易くするために、図４において受電コイル１０９の記載を省略しているが、図３の場合と同様、受電体１０８は受電コイル１０９を具備する。図４に示す非接触給電システム３は、送電用１次コイル１０４の左右それぞれに、送電用２次コイル１０３、リピータ１１３ａ、１１３ｂおよび受電器１０２が配置されている点で、図３に示す非接触給電システム２と異なる。
なお、非接触給電システム３が具備する受電体１０８の数は、非接触給電システム２（図３）の場合と同様、１つであっても良いし、２つ以上であっても良い。
【００４５】
送電器１０１ｂにおいて、１つの送電用１次コイル１０４と１つの送電用２次コイル１０５とで、非接触給電システム２（図３）における送電器１０１に対応して同様の機能を有する。従って、送電用１次コイル１０４の軸方向両側（図４における左右）に、それぞれ送電用２次コイル１０５が配置されていることで、送電器１０１ｂは、左右両側に磁界を発生させることが出来る。
【００４６】
このようにして、送電器１０１ｂが左右両側の受電器１０２に電力伝送することで、磁界を形成する領域を拡大することが出来る。そして、前述のように、送電する電力の周波数、及び、コイル径の設計により、送電器１０１と受電器１０２との間の空間の磁界を強める（振幅を大きくする）ことができ、その間に配置された受電体１０８が、受電体１０８自身の具備する受電コイルで受電することが可能となる。
【００４７】
具体的には、電源装置１０３に接続された送電用１次コイル１０４から、左右に配置された送電用２次コイル１０５に電界（の振動）が伝搬され、左右両方向に対し、リピータ１１３ａおよび１１３ｂ、並びに、受電用２次コイル１０６を経て、受電用１次コイル１０７へ無線給電される。ここで、リピータ１１３ａおよび１１３ｂを挿入することにより、これらリピータ１１３ａおよび１１３ｂの位置での磁界強度を強め、送電器１０１から受電器１０２までの管状の構造物１１２内部の磁界を強く保つことが出来る。
【００４８】
ここで、例えば非接触給電システム２（図３）の場合と同様、送電器１０１、リピータ１１３ａ、１１３ｂ及び受電器１０２の間隔はすべて２メートルとする。また、各コイル径は、図２の条件と同じく、直径３メートルとする。また、送電用１次コイル１０４及び受電用１次コイル１０７は円形単層巻きとし、送電用２次コイル１０５及び受電用２次コイル１０６は円形スパイラル型で５．７５巻きとする。また、リピータ１１３ａ及び１１３ｂのコイルも円形スパイラル型で５．７５巻きとする。また、磁界共鳴方式における共振周波数は５メガヘルツとし、送電用１次コイル１０４と送電用２次コイル１０５との間隔、及び、受電用２次コイル１０６と受電用１次コイル１０７との間隔は、共鳴が最も強くなる距離で固定する。
【００４９】
この場合、送電器１０１と送電器側のリピータ１１３ａとの間隔は２メートルであり、非接触給電システム２の場合と同様、送電器１０１とリピータ１１３ａとの間の伝送効率は、図２に示される伝送効率９０％よりも高いことが見込まれる。さらに、送電器１０１とリピータ１１３ａとの中間位置における磁界強度も、高い値（例えば９０％程度以上）を見込むことが出来る。
また、リピータ１１３ａとリピータ１１３ｂとの間、及び、リピータ１１３ｂと受電器１０２との間においても、非接触給電システム２の場合と同様、９０％以上の伝送効率を見込むことが出来る。従って、送電器１０１とその左右の受電器１０２との間の各距離６メートル、計１２メートルに渡り、図４の右側の受電器１０２と左側の受電器１０２とが受電する電力の合計として、送電器１０１が電界を発生させて出力する電力の７３％程度以上を見込むことができ、この領域における管状の構造物１１２内部の磁界強度を強く保つことが出来る。
【００５０】
また、受電器１０２が受電した電気エネルギーは、帰還ループ１１１を介して、電源装置１０３に戻される。これにより、非接触給電システム１や２の場合と同様、管状の構造物１１２内部に磁界を形成するのに要するエネルギーが少なくて済む。
非接触給電システム３は、非接触給電システム１や非接触給電システム２と同様、下水管内における水質検査をはじめ、様々な場面における非接触給電に用いることが出来る。
【００５１】
＜第４の実施形態＞
図５は、本発明の第４の実施形態における非接触給電システムの構成の概略、及び、各部の配置の概略を示す説明図である。同図（ａ）は、本実施形態における非接触給電システムの構成の概略、及び、各部の配置の概略を、当該非接触給電システムが設置されている管状の構造物の側面側から見た図にて示している。
同図（ａ）において、非接触給電システム４は、送電器１０１ｃと、受電器１０２と、リピータ１１３ａ及び１１３ｂとを具備する。
送電器１０１ｃは、電源装置１０３と、送電用１次コイル１０４と、送電用２次コイル１０５とを具備する。受電器１０２は、受電用２次コイル１０６と、受電用１次コイル１０７とを具備する。
送電器１０１と、受電器１０２と、リピータ１１３ａ及び１１３ｂとは、それぞれ、管状の構造物１１２の外周に、外壁を巻く形状で配置されている。また、管状の構造物１１２の内部に受電体１０８が配置されている。
【００５２】
同図において、図４の各部に対応して同様の機能を有する部分には同一の符号（１０２〜１１２、１１３ａ、１１３ｂ）を付して説明を省略する。なお、図４の場合と同様、受電体１０８は受電コイル１０９を具備する。図５に示す非接触給電システム４は、送電器１０１ｃが、送電用１次コイル１０４と送電用２次コイル１０３とを、それぞれ１つずつ具備する点で、図４に示す非接触給電システム３と異なる。
なお、非接触給電システム４が具備する受電体１０８の数は、非接触給電システム３（図４）の場合と同様、１つであっても良いし、２つ以上であっても良い。
【００５３】
図５（ｂ）は、非接触給電システム４の具備する送電用１次コイル１０４と送電用２次コイル１０５との位置関係を、これらのコイルの軸方向から見た断面図にて示している。同図に示されるように、円形単層型の送電用１次コイル１０４の直径が、円形スパイラル型の送電用２次コイル１０５の直径より大きく、送電用２次コイル１０５を取り巻くように、その幅のほぼ中央に送電用１次コイル１０４が配置されている。
この構成により、非接触給電システム３との比較において、送電用２次コイル１０５を１つ削減できる。
【００５４】
＜第５の実施形態＞
図６は、本発明の第５の実施形態における非接触給電システムの構成の概略、及び、各部の配置の概略を、当該非接触給電システムが設置されている円環状の構造物における円環の軸方向（当該構造物の上側）から見た図にて示す説明図である。同図において、非接触給電システム５は、送電器１０１と、リピータ１１３とを具備する。送電器１０１は、電源装置１０３と、送電用１次コイル１０４と、送電用２次コイル１０５とを具備する。
送電器１０１と、リピータ１１３とは、それぞれ、円環状の構造物１１２ｂの外壁を巻く形状で配置されている。この円環状の構造物１１２ｂは、環状構造を有する管状の構造物の一例であり、当該円環状の構造物１１２ｂの内部に受電体１０８が配置されている。
【００５５】
同図において、図３の各部に対応して同様の機能を有する部分には同一の符号（１０１、１０３〜１０５、１０８〜１１０）を付して説明を省略する。なお、図４の場合と同様、受電体１０８は受電コイル１０９を具備する。また、図６のリピータ１１３は、図３のリピータ１１３ａや１１３ｂと同様の機能を有しており、説明を省略する。
図６に示す非接触給電システム５は、円管状の構造物１１２ｂに設置されている点、および、受電器１０２を具備せず、送電器１０１の発生させた磁界（磁力線）が、送電器１０１自らに帰着する点で、図４に示す非接触給電システム３と異なる。
なお、非接触給電システム５が具備する受電体１０８の数は、非接触給電システム３（図４）の場合と同様、１つであっても良いし、２つ以上であっても良い。
【００５６】
ここで、送電器１０１が発生させる磁界の周波数、及び、コイル径の設計により、送電器１０１と受電器１０２との間の磁界を強めることができ、その間に配置した受電体１０８が、受電体１０８自身の具備する受電コイル１０９により受電することが可能となる。
【００５７】
また、電源装置１０３に接続された送電用１次コイル１０４から、送電用２次コイル１０５に磁界にてエネルギーが伝達され、そこから時計回り及び反時計回りにリピータ１１３を介して無線給電される。すなわち、送電器１０１が磁界を発生させる際、時計回り（図６に向かって見て、送電器１０１から左向き）に発生する磁界と逆の極性の磁界が、反時計回り（図６に向かって見て、送電器１０１から右向き）に発生する。
【００５８】
そして、送電器１０１が発生させた時計回りの磁界及び反時計回りの磁界が、それぞれ一周して送電器１０１に戻るようにリピータ１１３が配置されている。送電器１０１に戻った磁界は、電源装置１０３から供給される電力にて送電器１０１が発生させる磁界と共に、再び周回伝達される。
また、リピータ１１３を挿入することにより、各リピータ１１３の位置での磁界強度を強め、円環状の構造物１１２ｂ内部での磁界を強く保つことが出来る。
【００５９】
ここで、例えば、送電器１０１とリピータ１１３との間隔、及び、リピータ１１３相互間の間隔は、これらのコイルの中心部ですべて３．１メートルとする。また、各コイル径は、図２の条件と同じく、直径３メートルとする。また、送電用１次コイル１０４は円形単層巻きとし、送電用２次コイル１０５は円形スパイラル型で５．７５巻きとする。また、リピータ１１３のコイルも円形スパイラル型で５．７５巻きとする。また、磁界共鳴方式における共振周波数は５メガヘルツとし、送電用１次コイル１０４と送電用２次コイル１０５との間隔は、共鳴が最も強くなる距離で固定する。
【００６０】
この場合、送電器１０１とリピータ１１３とのコイル中心部の間隔、及び、リピータ相互間のコイル中心部の間隔は３．１メートルであり、図２で説明したシミュレーションにおけるコイル間の距離３．３メートルとほぼ同等になる。従って、特に、送電器１０１やリピータ１１２の各コイルの近傍において、強い電界を形成することが出来る。ここで、各リピータ１１３の位置は、送電器１０１から時計回り及び反時計回りに伝搬される電磁エネルギーの合算値が、当該リピータ１１３の位置での時計回りに伝播する電磁エネルギーと、反時計回りに伝播する電磁エネルギーとの、絶対値の和に対する比率において０．５以上である場所に配置されている。これにより、時計回り及び反時計回りに伝達する電磁波がその位相差により、リピータ１１３や（周回時の）送電器１０１の位置において互いに打ち消し合うことにならないよう設計されている。
【００６１】
また、送電器１０１から送出された磁界（電磁エネルギー）は、リピータ１１３を介して、送電器１０１に帰還する。これにより、円環状の構造物１１２ｂ内部に磁界を形成するのに要するエネルギーが少なくて済む。
【００６２】
非接触給電システム５の用途の一例として、円環状の構造物内の認証タグへの給電が考えられる。より具体的には、受電体１０８は、荷物に付された認証タグであり、問合せに応じて、あるいは定期的に、自らの位置情報や、荷物の識別情報（認証タグの識別情報）を無線送信する。また、円環状の構造物１１２ｂは、この荷物の置き場所として用いられる回転式の荷物棚である。この荷物棚内の認証タグに対して、非接触給電システム５を用いて容易に（認証タグに給電ケーブルを接続する等の必要無く）給電することができる。すなわち、各認証タグは、荷物棚の内部に形成されている磁界から、認証タグ（受電体１０８）自身が具備するコイルを使って受電することができる。
【００６３】
その際、各認証タグが受電する電力量は、各認証タグ自らが具備する受電コイルの仕様により決定される。従って、各認証タグ（受電体１０８）は、整流回路を具備して認証タグ自らの仕様に合う電圧を受電することが可能である。また、各認証タグの具備する受電コイルは複数であっても良く、各受電コイルで得られた電力を合成して受電電力とすることができる。この認証タグは、磁界が形成された荷物棚内のどこでも、いつでも、常に受電し得る。従って、認証タグが荷物棚のどこにあっても、また、荷物棚が回転して認証タグが移動する場合も、認証タグは容易に受電することができる。
【００６４】
上記のように、本発明により、円環状の構造物全体において、送電器１０１およびリピータ１１３が行う構造物内の磁界形成の機能と、受電体１０８が行う受電の機能とに、機能を分離することで、構造物内のどこでも給電可能なシステムを構築することができる。
例えば、認証タグ（受電体１０８）の具備する受電コイルの径を５センチメートルとすると、シミュレーションにおいて１０ミリワット以上の受電量が見込まれた。ここで、送電器１０１への印加電力は１００ワットとした。
但し、非接触給電システム５の用途は、この認証タグへの給電に限らず、様々な場面における非接触給電に非接触給電システム５を用いることが出来る。
【００６５】
以上のように、磁界を形成するために送電器１０１から送出されるエネルギーを、複数のリピータ１１３を介して送電器１０１に帰還させることが出来る。これにより、磁界を形成するための電力エネルギーを抑制することが出来る。ここで、環状構造物の断面は、円形でも矩形でも良く、本発明の主旨にあう構造であればよい。
【００６６】
また、送電器１０１から時計回り及び反時計回りに伝搬される電磁エネルギーの合算値の、個々のエネルギーの絶対値の和に対する比が０．５以上となる位置にリピータ１１３や送電器１０１を配置することにより、リピータ１１３や（周回時の）送電器１０１の位置において電磁エネルギーが互いに打ち消し合うことを防止できる。
【００６７】
＜第６の実施形態＞
図７は、本発明の第６の実施形態における非接触給電システムの構成の概略、及び、各部の配置の概略を、当該非接触給電システムが設置されている部分的な円環状の構造物における円環の軸方向（当該構造物の上側）から見た図にて示す説明図である。同図において、非接触給電システム５は、送電器１０１と、リピータ１１３とを具備する。送電器１０１は、電源装置１０３と、送電用１次コイル１０４と、送電用２次コイル１０５とを具備する。
送電器１０１と、リピータ１１３とは、それぞれ、部分的な円環状の構造物１１２ｃの外壁を巻く形状で配置されている。この部分的な円環状の構造物１１２ｃは、環状構造を有する管状の構造物の一例であり、当該部分的な円環状の構造物１１２ｃの内部に受電体１０８が配置されている。
【００６８】
同図において、図６の各部に対応して同様の機能を有する部分には同一の符号（１０１、１０３〜１０５、１０８〜１１０、１１３）を付して説明を省略する。なお、図６の場合と同様、受電体１０８は受電コイル１０９を具備する。
図７に示す非接触給電システム６は、部分的な円環状の構造物１１２ｃに設置されている点で、図６に示す非接触給電システム５と異なる。
なお、非接触給電システム６が具備する受電体１０８の数は、非接触給電システム５の場合と同様、１つであっても良いし、２つ以上であっても良い。
【００６９】
同図に示されるように、構造物の円環が途絶していても、各構造物内に磁界を形成できれば、本発明の効果に支障はない。
また、非接触給電システム５（図６）の場合と同様、送電器１０１が発生させる磁界の周波数、及び、コイル径の設計により、送電器１０１と受電器１０２との間の磁界を強めることができ、その間に配置した受電体１０８が、受電体１０８自身の具備する受電コイル１０９により受電することが可能となる。
【００７０】
また、非接触給電システム５の場合と同様、電源装置１０３に接続された送電用１次コイル１０４から、送電用２次コイル１０５に磁界にてエネルギーが伝達され、そこから時計回り及び反時計回りにリピータ１１３を介して無線給電される。そして、送電器１０１が発生させた時計回りの磁界及び反時計回りの磁界が、それぞれ一周して送電器１０１に戻るようにリピータ１１３が配置されている。送電器１０１に戻った磁界は、電源装置１０３から供給される電力にて送電器１０１が発生させる磁界と共に、再び周回伝達される。
また、リピータ１１３を挿入することにより、各リピータ１１３の位置での磁界強度を強め、円環状の構造物１１２ｂ内部での磁界を強く保つことが出来る。
【００７１】
ここで、例えば、送電器１０１とリピータ１１３との間隔、及び、リピータ１１３相互間の間隔は、これらのコイルの中心部ですべて３０センチメートルとする。また、各コイル径は、直径３０センチメートルとする。また、送電用１次コイル１０４は円形単層巻きとし、送電用２次コイル１０５は円形スパイラル型で５．７５巻きとする。また、リピータ１１３のコイルも円形スパイラル型で５．７５巻きとする。また、磁界共鳴方式における共振周波数は５メガヘルツとし、送電用１次コイル１０４と送電用２次コイル１０５との間隔は、共鳴が最も強くなる距離で固定する。
【００７２】
また、図６で説明したのと同様に、各リピータ１１３の位置は、送電器１０１から時計回り及び反時計回りに伝搬される電磁エネルギーの合算値が、当該リピータ１１３の位置での時計回りに伝播する電磁エネルギーと、反時計回りに伝播する電磁エネルギーとの、絶対値の和に対する比率において０．５以上である場所に配置されている。これにより、時計回り及び反時計回りに伝達する電磁波がその位相差により、リピータ１１３や（周回時の）送電器１０１の位置において互いに打ち消し合うことにならないよう設計されている。
【００７３】
また、送電器１０１から送出された磁界（電磁エネルギー）は、リピータ１１３を介して、送電器１０１に帰還する。これにより、円環状の構造物１１２ｂ内部に磁界を形成するのに要するエネルギーが少なくて済む。
【００７４】
非接触給電システム６の用途の一例として、部分的な円環状の構造物内のアクティブ認証タグへの給電が考えられる。より具体的には、受電体１０８は、アクティブ認証タグであり、部分的な円環状の構造物１１２ｃは、多数のアクティブ認証タグを一括充電する一括充電器である。この一括充電器に多数のアクティブ認証タグを入れ、磁界共鳴方式により形成される磁界から、アクティブ認証タグ（受電体１０８）自身が具備する受電コイルを用いて受電することができる。この時、
【００７５】
その際、各アクティブ認証タグが受電する電力量は、各アクティブ認証タグ自らが具備する受電コイルの仕様により決定される。従って、各アクティブ認証タグ（受電体１０８）は、整流回路を具備してアクティブ認証タグ自らの仕様に合う電圧を受電することが可能である。また、各アクティブ認証タグの具備する受電コイルは複数であっても良く、各受電コイルで得られた電力を合成して受電電力とすることができる。
【００７６】
上記のように、本発明により、部分的な円環状の充電器において、様々な仕様のアクティブ認証タグを一括充電することが可能となる。
例えば、認証タグ（受電体１０８）の具備する受電コイルの径を０．５センチメートルとすると、シミュレーションにおいて２５ミリワット以上の受電量が見込まれた。ここで、送電器への印加電力は１００ワットとした。
このように、管状の構造物の内部に形成される磁界により、管状の構造物の内部に配置した多数の受電体１０８を一括で充電することが出来る。例えば、多数の受電体１０８に対し、無人となる管理環境下で一括給電することが出来る。
【００７７】
但し、非接触給電システム６の用途は、このアクティブ認証タグへの一括充電に限らず、様々な場面における非接触給電に非接触給電システム６を用いることが出来る。
【００７８】
このように、環状の構造物が断片的である場合にも本発明を適用することができ、連続して環状をなしている場合と同様の効果を得ることが出来る。
【００７９】
次に、図８〜図１０を参照して、実施例４及び５で示した円環状の構造物内への無線給電に関し、さらに構造上の実施例を３つ開示する。
【００８０】
＜第７の実施形態＞
図８は、本発明の第７の実施形態における非接触給電システムの構成の概略、及び、各部の配置の概略を示す説明図である。同図（ａ）は、本実施形態における非接触給電システムの構成の概略、及び、各部の配置の概略を、当該非接触給電システムが設置されている円環状の構造物の側面側から見た図にて示している。
同図（ａ）において、非接触給電システム７は、送電器１０１ｃと、リピータ１１３とを具備する。送電器１０１ｃは、電源装置１０３と、送電用１次コイル１０４と、送電用２次コイル１０５とを具備する。
送電器１０１ｃと、リピータ１１３とは、それぞれ、円環状の構造物１１２ｂの外壁を巻く形状で配置されている。この円環状の構造物１１２ｂは、環状構造を有する管状の構造物の一例であり、当該円環状の構造物１１２ｂの内部に受電体１０８が配置されている。
【００８１】
同図において、図６の各部に対応して同様の機能を有する部分には同一の符号（１０３〜１０５、１０８〜１１０、１１３）を付して説明を省略する。なお、図６の場合と同様、受電体１０８は受電コイル１０９を具備する。図８に示す非接触給電システム７は、送電用１次コイル１０４と送電用２次コイル１０５との位置関係において、図６に示す非接触給電システム５と異なる。
なお、非接触給電システム７が具備する受電体１０８の数は、非接触給電システム５（図６）の場合と同様、１つであっても良いし、２つ以上であっても良い。
【００８２】
図８（ｂ）は、非接触給電システム７の具備する送電用１次コイル１０４と送電用２次コイル１０５との位置関係を、これらのコイルの軸方向から見た断面図にて示している。同図に示されるように、円形単層型の送電用１次コイル１０４の直径が、円形スパイラル型の送電用２次コイル１０５の直径より大きく、送電用２次コイル１０５を取り巻くように、その幅のほぼ中央に送電用１次コイル１０４が配置されている。
【００８３】
上記図８の構成を取ることにより、時計回り及び反時計回りの電磁エネルギーの伝搬に対し、送電器内部での１次コイル１０４から２次コイル１０５への電磁エネルギー伝達の対称性が保持され、且つ、周回した電気エネルギーに対し、当該１次コイルが障害にならない位置に配置することができる。これにより、周回する電磁エネルギーの伝達ロスを抑制することが出来る。
【００８４】
＜第８の実施形態＞
図９は、本発明の第８の実施形態における非接触給電システムの構成の概略、及び、各部の配置の概略を示す説明図である。同図（ａ）は、本実施形態における非接触給電システムの構成の概略、及び、各部の配置の概略を、当該非接触給電システムが設置されている円環状の構造物の側面側から見た図にて示している。
同図（ａ）において、非接触給電システム８は、送電器１０１ｃと、リピータ１１３ｂとを具備する。送電器１０１ｃは、電源装置１０３と、送電用１次コイル１０４と、送電用２次コイル１０５とを具備する。リピータ１１３ｂは、１次コイル１１４と２次コイル１１５とを具備する。
送電器１０１ｃと、リピータ１１３ｂとは、それぞれ、円環状の構造物１１２ｂの外壁を巻く形状で配置されている。この円環状の構造物１１２ｂは、環状構造を有する管状の構造物の一例であり、当該円環状の構造物１１２ｂの内部に受電体１０８が配置されている。
【００８５】
同図において、図８の各部に対応して同様の機能を有する部分には同一の符号（１０１ｃ、１０３〜１０５、１０８〜１１０、１１２ｂ）を付して説明を省略する。なお、図８の場合と同様、受電体１０８は受電コイル１０９を具備する。
なお、非接触給電システム８が具備する受電体１０８の数は、非接触給電システム７（図８）の場合と同様、１つであっても良いし、２つ以上であっても良い。
【００８６】
図９（ｂ）は、１次コイル１１４の概略構成を、当該１次コイルの軸方向からみた断面図にて示している。同図に示されるように、１次コイル１１４は、スイッチ１１６を具備する。このスイッチ１１６の閉（ＯＮ）状態において、１次コイル１１４は、電気を導通させる。一方、スイッチ１１６の開（ＯＦＦ）状態において、１次コイル１１４は、電気を導通させない（すなわち、１次コイル１１４の両端間で絶縁状態となる）。
【００８７】
スイッチ１１６が開状態にある場合、当該スイッチ１１６を具備する１次コイル１１４は電磁エネルギーの伝達に影響を与えない。この場合、当該１次コイルと対になっている２次コイル１１５単体で、非接触給電システム７におけるリピータ１１３と同様の働きをする。
【００８８】
一方、スイッチ１１６が閉状態にある場合、当該スイッチ１１６を具備する１次コイル１１４の両端と電源装置１０３とを予め導線で接続して帰還経路１１１を形成しておくことで、当該１次コイル１１４を具備するリピータ１１３ｂを受電器１０２（例えば図１）と同様に機能させることができる。すなわち、１次コイル１１４が収集した電力を、帰還経路１１１を経由して電源装置１０３に戻し、送電器１０１ｃが第一の周波数で磁界を発生させるのに用いることが出来る。
【００８９】
なお、図面を見易くするために、図９ではリピータ１１３ｂのうち１つのみと電源装置１１１とを接続して帰還経路１１１を形成している様子を示しているが、他のリピータ１１３ｂ（例えば全てのリピータ１１３ｂ）と、電源装置１１１とを接続して帰還経路１１１を形成しておいてもよい。これにより、閉状態とするスイッチ１１６を選択することで、受電器１０２として機能させるリピータ１１３ｂの位置を選択することができ、磁界の強弱の分布を調整することが出来る。また、受電器としてのリピータ１１３ｂが受電した電気を電源装置１０３に戻すことで、円環状の構造物１１２ｂ内部に磁界を形成するのに要するエネルギーが少なくて済む。
【００９０】
なお、本実施形態で説明したスイッチを具備するリピータの適用範囲は、図９に示す円環状の構造物に設置された非接触給電システムに限らず、様々な非接触給電システムに適用可能である。例えば、図３に示すリピータ１１３にスイッチ付きの１次コイルを設けて、リピータとしての機能と受電器としての機能とを選択可能としてもよい。これにより、磁界の強弱の分布を調整することができ、また、送電器から受電器（としてのリピータ）までの距離を適切に選択することで、より多くの電力を電源装置に戻すことができる。
【００９１】
＜第９の実施形態＞
図１０は、本発明の第９の実施形態における非接触給電システムの構成の概略、及び、各部の配置の概略を、当該非接触給電システムが設置されている円環状の構造物の側面側から見た図にて示す説明図である。同図において、非接触給電システム９は、送電器１０１ｄと、リピータ１１３ｂとを具備する。送電器１０１ｄは、電源装置１０３と、１次コイル１１４と、送電用２次コイル１０５とを具備する。リピータ１１３ｂは、１次コイル１１４と２次コイル１１５とを具備する。
送電器１０１ｄと、リピータ１１３ｂとは、それぞれ、円環状の構造物１１２ｂの外壁を巻く形状で配置されている。この円環状の構造物１１２ｂは、環状構造を有する管状の構造物の一例であり、当該円環状の構造物１１２ｂの内部に受電体１０８が配置されている。
【００９２】
同図において、図９の各部に対応して同様の機能を有する部分には同一の符号（１０３、１０５、１０８〜１１０、１１２ｂ、１１３ｂ、１１４〜１１５）を付して説明を省略する。なお、図８の場合と同様、受電体１０８は受電コイル１０９を具備する。
なお、非接触給電システム９が具備する受電体１０８の数は、非接触給電システム８（図９）の場合と同様、１つであっても良いし、２つ以上であっても良い。
非接触給電システム９では、送電器１０１ｄが１次コイル１１４を具備する点において、非接触給電システム８と異なる。
【００９３】
このように、送電器１０１ｄが１次コイル１１４を具備し、当該１次コイル１１４のスイッチ（図９で説明したスイッチ１１６）が開状態にある場合、リピータ１１３ｂについて説明したのと同様に、送電器１０１ｄは、非接触給電システム７におけるリピータ１１３と同様の働きをする。一方、送電器１０１ｄのスイッチが閉状態にある場合、送電器１０１ｄは、送電器１０１ｃと同様の働きをする。
【００９４】
従って、複数の送電器１０１ｄのうち、スイッチを閉状態とするものを選択することで、磁界を発生させる位置を選択することができ、磁界の強弱の分布を調整することが出来る。あるいは、複数の送電器１０１ｄに磁界を発生させて、磁界を増強することができる。
なお、リピータ１１３ｂについては、図９で説明したように、予め電源装置１０３と接続しておき、リピータ１１３ｂの具備するスイッチの開閉により受電器またはリピータとして機能させることができる。
【００９５】
なお、本実施形態で説明したスイッチを具備する送電器の適用範囲は、図１０に示す円環状の構造物に設置された非接触給電システムに限らず、様々な非接触給電システムに適用可能である。例えば、図３に示すリピータ１１３にスイッチ付きの１次コイルを設けて、リピータとしての機能と送電器としての機能とを選択可能としてもよい。これにより、磁界の強弱の分布を調整することができ、あるいは、複数の送電器に磁界を発生させて磁界を増強することができる。
【００９６】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
【符号の説明】
【００９７】
１０１、１０１ｂ、１０１ｃ、１０１ｄ 送電器
１０２ 受電器
１０３ 電源装置
１０４ 送電用1次コイル
１０５ 送電用２次コイル
１０６ 受電用１次コイル
１０７ 受電用２次コイル
１０８ 受電体
１０９ 受電コイル
１１２ 管状の構造物
１１２ｂ 円環状の構造物
１１３、１１３ｂ リピータ
１１４ １次コイル
１１５ 二次コイル
１１６ スイッチ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の周波数で磁界を発生させることで送電する送電器と、
前記第一の周波数の磁界に共鳴して当該第一の周波数の磁界を増幅させる共鳴器と、
共振周波数が前記第一の周波数とは異なり、少なくとも前記共鳴器が増幅させた前記第一の周波数の磁界による電磁誘導にて受電可能な受電体と、
を具備することを特徴とする非接触給電システム。
【請求項２】
少なくとも１つの前記共鳴器は前記第一の周波数の磁界に共鳴することで受電する受電器であり、
前記受電器が受電した電力は、前記送電器が前記第一の周波数で磁界を発生させるのに用いられる
ことを特徴とする請求項１記載の非接触給電システム。
【請求項３】
複数の前記共鳴器を具備し、
前記共鳴器の少なくとも１つは、他の共鳴器が増幅させた前記第一の周波数の磁界をさらに増幅させる
ことを特徴とする請求項１または請求項２記載の非接触給電システム。
【請求項４】
前記送電器は、１次コイルと、２次コイルとを具備し、該１次コイルの直径が、該２次コイルの直径よりも大きく、且つ、該１次コイルが該２次コイルを取り巻く形状で配置され、
前記送電器の両側にそれぞれ前記共鳴器が設置されている
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項記載の非接触給電システム。
【請求項５】
前記送電器と増幅器とは、管状の構造物の外壁を巻く形状で配置され、
前記受電体は、前記管状の構造物の内部に配置される
ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項記載の非接触給電システム。
【請求項６】
前記管状の構造物は環状構造を有し、
前記送電器及び前記共鳴器は、前記送電器の発生させた前記第一の周波数の磁界が、複数の前記共鳴器を経由して前記送電器に帰着する経路を構成する
ことを特徴とする請求項５記載の非接触給電システム。
【請求項７】
前記共鳴器は、前記送電器から時計回り及び反時計回りに伝搬される電磁エネルギーの合算値の、個々のエネルギーの絶対値の和に対する比が０．５以上となる位置に配置されていることを特徴とする、請求項６記載の非接触給電システム。
【請求項８】
少なくとも１つの前記共鳴器は、１次コイルと、２次コイルと、該１次コイルに接続されたスイッチとを具備し、該スイッチが接続されると前記送電器または前記送電器となることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項記載の非接触給電システム。
【請求項９】
複数の前記受電体を具備することを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の非接触給電システム。
【請求項１０】
非接触給電システムの給電方法であって、
送電器が、第一の周波数で磁界を発生させることで送電する送電ステップと、
共鳴器が、前記第一の周波数の磁界に共鳴して当該第一の周波数の磁界を増幅させる共鳴ステップと、
共振周波数が前記第一の周波数とは異なる受電体が、少なくとも前記共鳴器が増幅させた前記第一の周波数の磁界による電磁誘導にて受電する受電ステップと、
を具備することを特徴とする給電方法。
【請求項１】
第一の周波数で磁界を発生させることで送電する送電器と、
前記第一の周波数の磁界に共鳴して当該第一の周波数の磁界を増幅させる共鳴器と、
共振周波数が前記第一の周波数とは異なり、少なくとも前記共鳴器が増幅させた前記第一の周波数の磁界による電磁誘導にて受電可能な受電体と、
を具備することを特徴とする非接触給電システム。
【請求項２】
少なくとも１つの前記共鳴器は前記第一の周波数の磁界に共鳴することで受電する受電器であり、
前記受電器が受電した電力は、前記送電器が前記第一の周波数で磁界を発生させるのに用いられる
ことを特徴とする請求項１記載の非接触給電システム。
【請求項３】
複数の前記共鳴器を具備し、
前記共鳴器の少なくとも１つは、他の共鳴器が増幅させた前記第一の周波数の磁界をさらに増幅させる
ことを特徴とする請求項１または請求項２記載の非接触給電システム。
【請求項４】
前記送電器は、１次コイルと、２次コイルとを具備し、該１次コイルの直径が、該２次コイルの直径よりも大きく、且つ、該１次コイルが該２次コイルを取り巻く形状で配置され、
前記送電器の両側にそれぞれ前記共鳴器が設置されている
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項記載の非接触給電システム。
【請求項５】
前記送電器と増幅器とは、管状の構造物の外壁を巻く形状で配置され、
前記受電体は、前記管状の構造物の内部に配置される
ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項記載の非接触給電システム。
【請求項６】
前記管状の構造物は環状構造を有し、
前記送電器及び前記共鳴器は、前記送電器の発生させた前記第一の周波数の磁界が、複数の前記共鳴器を経由して前記送電器に帰着する経路を構成する
ことを特徴とする請求項５記載の非接触給電システム。
【請求項７】
前記共鳴器は、前記送電器から時計回り及び反時計回りに伝搬される電磁エネルギーの合算値の、個々のエネルギーの絶対値の和に対する比が０．５以上となる位置に配置されていることを特徴とする、請求項６記載の非接触給電システム。
【請求項８】
少なくとも１つの前記共鳴器は、１次コイルと、２次コイルと、該１次コイルに接続されたスイッチとを具備し、該スイッチが接続されると前記送電器または前記送電器となることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項記載の非接触給電システム。
【請求項９】
複数の前記受電体を具備することを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の非接触給電システム。
【請求項１０】
非接触給電システムの給電方法であって、
送電器が、第一の周波数で磁界を発生させることで送電する送電ステップと、
共鳴器が、前記第一の周波数の磁界に共鳴して当該第一の周波数の磁界を増幅させる共鳴ステップと、
共振周波数が前記第一の周波数とは異なる受電体が、少なくとも前記共鳴器が増幅させた前記第一の周波数の磁界による電磁誘導にて受電する受電ステップと、
を具備することを特徴とする給電方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１３−１１０８０５（Ｐ２０１３−１１０８０５Ａ）
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５２２５６（Ｐ２０１１−２５２２５６）
【出願日】平成２３年１１月１８日（２０１１．１１．１８）
【出願人】（０００００４２３７）日本電気株式会社 (19,353)
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月１８日（２０１１．１１．１８）
【出願人】（０００００４２３７）日本電気株式会社 (19,353)
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