JP2011147271A - 給電装置、受電装置、およびワイヤレス給電システム - Google Patents

Abstract

【課題】複数の周波数で使用可能で、周波数の切り替えが必要な場合も柔軟な対応が可能な給電装置、受電装置、およびワイヤレス給電システムを提供する。
【解決手段】給電装置２０は、少なくとも給電すべき電力を含む周波数が異なる複数の送信信号を生成する送電器２２と、送電器で生成される電力を含む送信信号が給電される給電素子２１１と、給電素子２１１により電磁誘導により結合可能な領域に配置される共鳴周波数が異なる複数の共鳴素子２１２−１，２１２−２とを有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、非接触（ワイヤレス）で電力の供給、受信を行う非接触給電方式の給電装置、受電装置、およびワイヤレス給電システムに関するものである。

ワイヤレス（無線）で電力の供給を行う方式として電磁誘導方式が知られている。
また、近年、電磁共鳴現象を利用した磁界共鳴方式と呼ばれる方式を用いたワイヤレス給電、および充電システムが注目されている。

現在、既に広く用いられている電磁誘導方式の非接触給電方式は、給電元と給電先（受電側）とで磁束を共有する必要があり、効率良く電力を送るには給電元と給電先とを極近接して配置する必要があり、結合の軸合わせも重要である。

一方、電磁共鳴現象を用いた非接触給電方式は、電磁共鳴現象という原理から、電磁誘導方式よりも距離を離して電力伝送することができ、かつ、多少軸合わせが悪くても伝送効率があまり落ちないという利点がある。
なお、電磁共鳴現象には他に電界共鳴方式がある。

たとえば特許文献１には、電磁誘導方式を採用したワイヤレス給電システムが開示されている。

この特許文献１に開示される技術では、非接触給電装置において、負荷の変化を回路センサ（circuit sensor）で検知し、可変インダクタ、可変キャパシタの値を変化させることにより、系の使用周波数の最適化を図っている。
換言すれば、特許文献１に開示された技術では、使用中の周波数が最適でない場合、回路側を調整する構成となっている。

特表２００６−５１８１７９号公報

上述した特許文献１に開示される構成例では、系の使用周波数が最適でない場合に、最適になるよう調整される。
具体的には、受電側装置の置かれ方などにより、最適周波数がずれてしまった場合に、回路側の周波数調整により最適化を施す使い方が考えられる。

しかし、この他に、現在の周波数でも電力を問題なく給電できるが、使用周波数を変える必要性が生じる場合がある。
たとえば、電力と情報を送りたいが、混信をさけるためや法規制の問題から、周波数を変える必要がある場合がある。
また、使用していた周波数帯で別の用途での使用が検出されたため、別の周波数での運用に切り替える必要がある場合がある。また、複数の周波数帯の同時並列的な使用を行いたい場合がある。
このような場合には、回路側だけでなく、コイル側の周波数調整も必要となるが、上記特許文献１に記載の技術ではコイル側の周波数調整をすることができない。

本発明は、複数の周波数で使用可能で、周波数の切り替えが必要な場合も柔軟な対応が可能な給電装置、受電装置、およびワイヤレス給電システムを提供することにある。

本発明の第１の観点の給電装置は、少なくとも給電すべき電力を含む周波数が異なる複数の送信信号を生成する送電器と、上記送電器で生成される電力を含む送信信号が給電される給電素子と、上記給電素子により電磁誘導により結合可能な領域に配置される共鳴周波数が異なる複数の共鳴素子とを有する。

本発明の第２の観点の受電装置は、磁界共鳴関係をもって送電された電力を含む送信信号を受電する共鳴周波数が異なる複数の共鳴素子と、上記共鳴素子との電磁誘導により結合して受電した電力が給電される給電素子と、上記給電素子による電力を含む受信信号に対する処理を行う受電器とを有する。

本発明の第３の観点のワイヤレス給電システムは、給電装置と、上記給電装置から送電された電力を含む送信信号を、磁界共鳴関係をもって受電する受電装置と、を有し、上記給電装置は、少なくとも給電すべき電力を含む周波数が異なる複数の送信信号を生成する送電器と、上記送電器で生成される電力を含む送信信号が給電される給電素子と、上記給電素子により電磁誘導により結合可能な領域に配置される少なくとも一つの共鳴素子と、を含み、上記受電装置は、磁界共鳴関係をもって送電された電力を含む送信信号を受電する少なくとも一つの共鳴素子と、上記共鳴素子との電磁誘導により結合して受電した電力が給電される給電素子と、上記給電素子による電力を含む受信信号に対する処理を行う受電器と、を含み、上記給電装置の共鳴素子および上記受電装置の共鳴素子の少なくとも一方は、共鳴周波数が異なる複数の共鳴素子を含む。

本発明によれば、複数の周波数で使用可能で、周波数の切り替えが必要な場合も柔軟な対応ができる。

本発明の実施形態に係るワイヤレス給電システムの構成例を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係るワイヤレス給電システムの送電側コイルの第１の構成例に示す図である。 本発明の実施形態に係るワイヤレス給電システムの受電側コイルの第１の構成例に示す図である。 本実施形態に係る本発明の実施形態に係るワイヤレス給電システムの送電側コイルまたは受電側コイルの第２の構成例に示す図である。 本実施形態に係る本発明の実施形態に係るワイヤレス給電システムの送電側コイルまたは受電側コイルの第３の構成例に示す図である。 本実施形態に係る本発明の実施形態に係るワイヤレス給電システムの送電側コイルまたは受電側コイルの第４の構成例に示す図である。 本実施形態に係る本発明の実施形態に係るワイヤレス給電システムの送電側コイルおよび受電側コイルの第５の構成例に示す図である。 本実施形態に係る本発明の実施形態に係るワイヤレス給電システムの送電側コイルおよび受電側コイルの第６の構成例に示す図である。 本実施形態に係る本発明の実施形態に係るワイヤレス給電システムの送電側コイルおよび受電側コイルの第７の構成例に示す図である。 磁界共鳴方式の原理について説明するための図である。 磁界共鳴方式における結合量の周波数特性を示す図である。 磁界共鳴方式における共鳴素子間距離と結合量との関係を示す図である。 磁界共鳴方式における共鳴周波数と最大結合量が得られる共鳴素子間距離の関係を示す図である。 本実施形体に係る複数の周波数を使用した電力や信号の送受の構成および動作の第１例を説明するための図である。 本実施形体に係る複数の周波数を使用した電力や信号の送受の構成および動作の第２例を説明するための図である。 本実施形体に係る複数の周波数を使用した電力や信号の送受の構成および動作の第３例を説明するための図である。 本実施形体に係る複数の周波数を使用した電力や信号の送受の構成および動作の第４例を説明するための図である。 本実施形体に係る複数の周波数を使用した電力や信号の送受の構成および動作の第５例を説明するための図である。 本実施形体に係る複数の周波数を使用した電力や信号の送受の構成および動作の第６例を説明するための図である。 本実施形態に係る２共鳴（共振）コイルを用いた装置のスミスチャートおよび周波数特性を示している。

以下、本発明の実施形態を図面に関連付けて説明する。
なお、説明は以下の順序で行う。
１．ワイヤレス給電システムの構成例
２．共鳴コイルの配置例
３．磁界共鳴方式の原理
４．複数の周波数を使用した電力や信号の送受動作

＜１．ワイヤレス給電システムの構成例＞
図１は、本発明の実施形態に係るワイヤレス給電システムの構成例を示すブロック図である。
図２は、本発明の実施形態に係るワイヤレス給電システムの送電側コイルの第１の構成例に示す図である。
図３は、本発明の実施形態に係るワイヤレス給電システムの受電側コイルの第１の構成例に示す図である。

本ワイヤレス給電システム１０は、給電装置２０および受電装置３０を有する。

給電装置２０は、送電コイル部２１、および送電器２２を含んで構成されている。

送電コイル部２１は、給電素子としての給電コイル２１１、および共鳴素子としての複数ｎ（図２の例ではｎ＝２）の共鳴コイル２１２−１，２１２−２を有する。共鳴コイルは共振コイルとも呼ぶが、本実施形態においては共鳴コイルと呼ぶこととする。

給電コイル２１１は、送電器２２により交流電流が給電される空心コイルにより形成される。
給電コイル２１１は、たとえば送電器２２に含まれる整合回路により給電点におけるインピーダンス整合が行われる。

共鳴コイル２１２−１，２１２−２は、給電コイル２１１と電磁誘導により結合する空心コイルにより形成され、受電装置３０の共鳴コイル３１２と自己共振（共鳴）周波数が一致したときに磁界共鳴関係となり電力を効率良く伝送する。
共鳴コイル２１２−１，２１２−２は、給電コイル２１１との電磁誘導により結合可能な範囲に配置される。
ただし、共鳴コイル２１２−１，２１２−２は、給電コイル２１１と直交しないように配置される。
図２の例では、異なる共鳴（共振）周波数ｆ１，ｆ２を有する共鳴（共振）コイル２１２−１，２１２−２が、一つの給電コイル２１１を挟んでその両側に配置されている。給電コイル２１１は一つで共有できる。
なお、本実施形態において、共鳴周波数ｆ１とｆ２は、ｆ１＜ｆ２の関係をもって設定されるものとする。

送電器２２は、複数の周波数ｆ１，ｆ２の送信すべき２つの正弦波、あるいは正弦波と高周波変調信号を生成し、生成した周波数ｆ１，ｆ２の送信信号を給電コイル２１１に給電する。
送電器２２は、たとえば第１の周波数ｆ１の電力伝送用正弦波を生成する機能と、第２の周波数ｆ２の高周波変調信号を生成する機能と、を含み、２つの周波数を使って電力および信号を送信するように構成可能である。
あるいは、送電器２２は、たとえば第１の周波数ｆ１の電力伝送用正弦波を生成する機能と、第２の周波数ｆ２の電力伝送用正弦波を生成する機能と、を含み、２つの周波数を時間的に切り替えて電力を送信するように構成可能である。

受電装置３０は、受電コイル部３１、および受信器３２を含んで構成されている。

受電コイル部３１は、給電素子としての給電コイル３１１、および共鳴素子としての複数ｎ（図３ではｎ＝２）の共鳴（共振）コイル３１２−１，３１２−２を有する。

給電コイル３１１は、共鳴コイル３１２−１，３１２−２から電磁誘導によって交流電流が給電される。
給電コイル３１１は、たとえば受信器３２に含まれる整合回路により負荷接続点におけるインピーダンス整合が行われる。

共鳴コイル３１２−１，３１２−２は、給電コイル３１１と電磁誘導により結合する空心コイルにより形成され、給電装置２０の共鳴コイル２１２−１または２１２−２と自己共振周波数が一致したときに磁界共鳴関係となり電力を効率良く受信する。
共鳴コイル３１２−１，３１２−２は、給電コイル３１１との電磁誘導により結合可能な範囲に配置される。
ただし、共鳴コイル３１２−１，３１２−２は、給電コイル３１１と直交しないように配置される。
図３の例では、異なる共振周波数ｆ１，ｆ２を有する共鳴（共振）コイル３１２−１，３１２−２が、一つの給電コイル３１１を挟んでその両側に配置されている。給電コイル３１１は一つで共有できる。

受信器３２は、給電コイル３１１を介して供給される受電した複数の周波数ｆ１，ｆ２受信すべき２つの正弦波、あるいは正弦波と高周波変調信号に対して、整流、電圧安定化、復調等の処理を行う。
受電器３２は、たとえば受信した第１の周波数ｆ１の電力伝送用正弦波である交流電力を整流し、整流した直流（ＤＣ）電力を供給先である電子機器の仕様に応じたＤＣ電圧に変換して、その安定化したＤＣ電圧を電子機器の処理系に供給する機能を含む。
これと並行して、受電器３２は、受信した第２の周波数ｆ２の高周波変調信号を復調する機能を含むように構成可能である。
あるいは、受電器３２は、たとえば第１の周波数ｆ１の電力伝送用正弦波、第２の周波数ｆ２の電力伝送用正弦波を整流し、安定化してその安定化したＤＣ電圧を電子機器の処理系に供給する機能を含むように構成可能である。

以上では、給電装置２０の送電コイル部２１および受電装置３０の受電コイル部３１が共に、複数の共鳴コイルを有する構成、配置について説明したが、本発明はこれに限定されるものでなく、以下の例のように構成、配置することも可能である。
ただし、以下に説明する構成、配置も一例にすぎない。

＜２．共鳴コイルの配置例＞
ここで、共鳴コイルの配置例を図２および図３に加えて、図３〜図８に関連付けて説明する。

図２の例では、異なる共振周波数ｆ１，ｆ２を有する共鳴（共振）コイル２１２−１，２１２−２が、一つの給電コイル２１１を挟んでその両側に配置されている。給電コイル２１１は一つで共有できる。
図３の例においても、異なる共振周波数ｆ１，ｆ２を有する共鳴（共振）コイル３１２−１，３１２−２が、一つの給電コイル３１１を挟んでその両側に配置されている。給電コイル３１１は一つで共有できる。

図４は、本実施形態に係る本発明の実施形態に係るワイヤレス給電システムの送電側コイルまたは受電側コイルの第２の構成例に示す図である。
図４の例では、異なる共振周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３を有する共鳴コイル２１２−１，２１２−２，２１２−３または３１２−１，３１２−２，３１２−３が給電コイル２１１または３１１の周囲に配置されている。
このように、共鳴コイルの数に制限はないが、給電コイルと共鳴コイルが離れるなど、結合が低下すると電力の伝送効率が低下するおそれがある。

図５は、本実施形態に係る本発明の実施形態に係るワイヤレス給電システムの送電側コイルまたは受電側コイルの第３の構成例に示す図である。
図６は、本実施形態に係る本発明の実施形態に係るワイヤレス給電システムの送電側コイルまたは受電側コイルの第４の構成例に示す図である。
図５および図６に示すように、複数の共鳴コイル２１２−１，２１２−２または３１２−１，３１２−２を同心円状に重ねて構成することも可能である。
図５の例では、共鳴周波数ｆ１の共鳴コイル２１２−１または３１２−１内に共鳴周波数ｆ２の共鳴コイル２１２−２または３１２−２を埋め込むように形成されている。
図６の例では、共鳴周波数ｆ２の共鳴コイル２１２−２または３１２−２内に共鳴周波数ｆ１の共鳴コイル２１２−１または３１２−１を埋め込むように形成されている。
このように共鳴コイルを近接して配置する場合、互いの結合により、伝送特性が劣化する場合があるが、使用周波数の間隔（|f2-f1|）を広げる、共鳴コイルのＱを高くして周波数選択性を高める、などの方法で回避可能である。

図７は、本実施形態に係る本発明の実施形態に係るワイヤレス給電システムの送電側コイルおよび受電側コイルの第５の構成例に示す図である。
図２〜図６に示した構成は送電側あるいは受電側の片方のみを記載した図であるが、図７に示すように両側に配置してもよい。
この構成は、上記の構成で説明した送電側および受電側共に共鳴周波数ｆ１，ｆ２の共鳴コイル２１２−１，２１２−２および３１２−１，３１２−２を有する。
複数周波数での信号あるいは電力を分離する必要がある場合、スイッチで切替えれば時間分割ができる。
また、フィルタで分離できれば周波数で分離でき、同時に複数の周波数での運用が可能である。

図８は、本実施形態に係る本発明の実施形態に係るワイヤレス給電システムの送電側コイルおよび受電側コイルの第６の構成例に示す図である。
図９は、本実施形態に係る本発明の実施形態に係るワイヤレス給電システムの送電側コイルおよび受電側コイルの第７の構成例に示す図である。
図８の例では、給電装置２０側が２つの共鳴コイル２１２−１，２１２−２を有し、受電装置３０−１，３０−２は、それぞれ共鳴周波数ｆ１，ｆ２の共鳴コイル３１２−１，３１２−２を有する場合である。
図９の例では、受電装置３０側が２つの共鳴コイル３１２−１，３１２−２を有し、給電装置２０−１，２０−２は、それぞれ共鳴周波数ｆ１，ｆ２の共鳴コイル２１２−１，２１２−２を有する場合である。

次に、上記構成による動作を、磁界共鳴方式の原理および複数の周波数を使用した電力や信号の送受動作を中心に説明する。

＜３．磁界共鳴方式の原理＞
まず、磁界共鳴方式の原理について、図１０〜図１３に関連付けて説明する。

図１０は、磁界共鳴方式の原理ついて説明するための図である。
なお、ここでは、給電コイルを給電素子、共鳴コイルを共鳴素子として原理説明を行う。

電磁共鳴現象には電界共鳴方式と磁界共鳴方式があるが、図１０は、そのうちの磁界共鳴方式のワイヤレス（非接触）給電システムで給電側元と受電側が１対１の基本ブロックを示している。
図１の構成と対応付けると、給電側には送電器２２に含まれる交流電源２２、給電素子２１１、共鳴素子２１２を、受電側には共鳴素子３１２、給電素子３１１、受信器３２に含まれる整流回路を有している。

給電素子２１１、３１１、共鳴素子２１２、３１２は空心コイルで形成されている。
給電側において、給電素子２１１と共鳴素子３１１とは電磁誘導により強く結合している。同様に、受電側において、給電素子３１１と共鳴素子３１２とは電磁誘導により強く結合している。
たとえば、共鳴素子２１２、３１２の共鳴周波数はｆ１またはｆ２である。
給電側、受電側双方の共鳴素子２１２，３１２である各々の空心コイルの自己共振（共鳴）周波数が一致したときに磁界共鳴関係になり、結合量が最大、損失が最小となる。
交流電源２２からは給電素子２１１に交流電流が供給され、さらに電磁誘導によって共鳴素子２１２へ電流を誘起させる。
交流電源２２で発生させる交流電流の周波数は、共鳴素子２１２、共鳴素子３１２の自己共鳴（共振）周波数と同一に設定される。
共鳴素子２１２と共鳴素子３１２は互いに磁界共鳴の関係に配置され、共鳴周波数において共鳴素子２１２から共鳴素子３１２へとワイヤレス（非接触）で交流電流が供給される。
受電側において、共鳴素子３１２から電磁誘導によって給電素子３１１に電流が供給され、整流回路３４によって直流電流が作られ出力される。

図１１は、磁界共鳴方式における結合量の周波数特性を示す図である。
図１１において、横軸が交流電源の周波数ｆを、縦軸が結合量をそれぞれ示している。

図１１は、交流電源の周波数と結合量の関係を示している。
図１１から磁気共鳴により周波数選択性を示すことがわかる。

図１２は、磁界共鳴方式における共鳴素子間距離と結合量との関係を示す図である。
図１２において、横軸が共鳴素子間距離Ｄを、縦軸が結合量をそれぞれ示している。

図１２は、給電側の共鳴素子２１２と受電側の共鳴素子３１２間の距離Ｄと結合量の関係を示している。
図１２から、ある共鳴周波数において、結合量が最大となる距離Ｄがあることがわかる。

図１３は、磁界共鳴方式における共鳴周波数と最大結合量が得られる共鳴素子間距離の関係を示す図である。
図１３において、横軸が共鳴周波数ｆを、縦軸が共鳴素子間距離Ｄをそれぞれ示している。

図１３は、共鳴周波数と最大結合量が得られる給電側の共鳴素子２１２と受電側の共鳴素子３１２間の距離Ｄの関係を示している。
図１３から、共鳴周波数が低いと共鳴素子間隔を広く、共鳴周波数が高いと共鳴素子間隔を狭くすることによって最大結合量が得られることがわかる。

＜４．複数の周波数を使用した電力や信号の送受動作＞
複数の周波数を使用した電力や信号の送受動作を図１４〜図１９に関連付けて説明する。

図１４は、本実施形体に係る複数の周波数を使用した電力や信号の送受の構成および動作の第１例を説明するための図である。

図１４の例では、給電装置２０Ａと受電装置３０Ａが図７に示すように共鳴コイルを２つずつ有している場合である。
給電装置２０Ａの送電器２２Ａは、周波数ｆ１の電力伝送用正弦波を生成する正弦波発生回路２２１、周波数ｆ２の高周波変調信号を生成する高周波変調信号発生回路２２２、およびダイプレクサー２２３を有する。
受電装置３０Ａの受信器３２Ａは、ダイプレクサー３２１、整流回路３２２、電圧安定化回路３２３、受信回路３２４、および復調回路３２５を有する。

給電装置２０Ａにおいて、正弦波発生回路２２１で周波数ｆ１の電力伝送用正弦波が生成され、高周波変調信号発生回路２２２で周波数ｆ２の高周波変調信号が生成され、両者はダイプレクサー２２３で合成され、２共鳴（共振）の送電コイル部２１に入力される。
受電装置３０の受電コイル部３１で受け取った信号と電力はダイプレクサー３２１で周波数ｆ１の正弦波電力と、周波数ｆ２の高周波変調信号に分けられる。
その後、それぞれの受信回路でそれぞれの用途にあった処理がなされ、利用される。
正弦波電力は、整流回路３２２で整流され、電圧安定化回路３２３で安定化される。
高周波変調信号は、受信回路３２４で受信され、復調回路３２５で復調される。
この例の場合、２つの周波数を使って、電力および信号を送受する用途に適用できる。

図１５は、本実施形体に係る複数の周波数を使用した電力や信号の送受の構成および動作の第２例を説明するための図である。

図１５の例では、給電装置２０Ｂと受電装置３０Ｂが図７に示すように共鳴コイルを２つずつ有している場合である。
給電装置２０Ａの送電器２２Ｂは、周波数ｆ１，ｆ２の電力伝送用正弦波を生成する周波数可変型正弦波発生回路２２１Ｂを有する。
受電装置３０Ｂの受信器３２Ｂは、整流回路３２２Ｂ、電圧安定化回路３２３を有する。

図１５の例では、送電器２２Ｂ内部には周波数可変型正弦波発生回路２２１Ｂが配置されており、２つの周波数ｆ１,ｆ２を切り替えて正弦波を生成できる。
送受の共鳴コイルはこれら２つの周波数ｆ１，ｆ２で良好な送受が行われる。
受電側の整流回路３２２Ｂはこれら２つの周波数帯で使用可能であり、ひとつの回路でよい。電圧安定化回路３２３で電圧安定化を施し、後段のブロックへ電力を供給する。
この例の場合、他機への妨害を避けるために、２つの周波数を時間的に切り替えて使う用途に適用できる。

図１６は、本実施形体に係る複数の周波数を使用した電力や信号の送受の構成および動作の第３例を説明するための図である。

図１６の例では、給電装置２０Ｃが図８に示すように２つの共鳴コイル２１２−１，２１２−２を有しており、受電装置３０−１，３０−２が共鳴コイル３１２−１，３１２−２を１つずつ有している場合である。
給電装置２０Ｃの送電器２２Ｃは、周波数ｆ１の電力伝送用正弦波を生成する正弦波発生回路２２１、周波数ｆ２の高周波変調信号を生成する高周波変調信号発生回路２２２、およびダイプレクサー２２３を有する。
受電装置３０−１の受信器３２Ｃ−１は、周波数ｆ１対応の整流回路３２２、電圧安定化回路３２３を有する。
受電装置３０−２の受信器３２Ｃ−２は、周波数ｆ２対応の受信回路３２４、および復調回路３２５を有する。

給電装置２０Ｃにおいて、正弦波発生回路２２１で周波数ｆ１の電力伝送用正弦波が生成され、高周波変調信号発生回路２２２で周波数ｆ２の高周波変調信号が生成され、両者はダイプレクサー２２３で合成され、２共鳴（共振）の送電コイル部２１に入力される。
受電装置３０−１では受電コイル部３１−１で受け取った周波数ｆ１の正弦波電力が整流回路３２２で整流され、電圧安定化回路３２３で安定化される。
受電装置３０−２では、受電コイル部３１−２で受け取った周波数ｆ２の高周波変調信号が、受信回路３２４で受信され、復調回路３２５で復調される。
この例の場合も、２つの周波数を使って、電力および信号を送受する用途に適用できる。

図１７は、本実施形体に係る複数の周波数を使用した電力や信号の送受の構成および動作の第４例を説明するための図である。

図１７の例では、給電装置２０Ｄが図８に示すように２つの共鳴コイル２１２−１，２１２−２を有しており、受電装置３０−１，３０−２が共鳴コイル３１２−１，３１２−２を１つずつ有している場合である。
給電装置２０Ｄの送電器２２Ｄは、周波数ｆ１の電力伝送用正弦波を生成する正弦波発生回路２２１−１、周波数ｆ２の電力伝送用正弦波を生成する正弦波発生回路２２１−２、およびダイプレクサー２２３を有する。
受電装置３０−１の受信器３２Ｄ−１は、周波数ｆ１対応の整流回路３２２−１、電圧安定化回路３２３−２を有する。
受電装置３０−２の受電器３２Ｄ−２は、周波数ｆ２対応の整流回路３２２−２、および電圧安定化回路３２３−２を有する。

給電装置２０Ｄにおいて、正弦波発生回路２２１−１で周波数ｆ１の電力伝送用正弦波が生成され、正弦波発生回路２２１−２で周波数ｆ２の電力伝送用正弦波が生成される。両者はダイプレクサー２２３で合成され、２共鳴（共振）の送電コイル部２１に入力される。
受電装置３０−１では受電コイル部３１−１で受け取った周波数ｆ１の正弦波電力が整流回路３２２−１で整流され、電圧安定化回路３２３−１で安定化される。
受電装置３０−２では受電コイル部３１−２で受け取った周波数ｆ２の正弦波電力が整流回路３２２−２で整流され、電圧安定化回路３２３−２で安定化される。
この例の場合、二つの周波数を使って、異なる相手に異なる電力を送受する用途に適用できる。

図１８は、本実施形体に係る複数の周波数を使用した電力や信号の送受の構成および動作の第５例を説明するための図である。

図１８の例では、図９に示すように、給電装置２０−１，２−２が共鳴コイル２１２−１，２１２−２を１つずつ有し、受電装置３０Ｅが２つの共鳴コイル３１２−１，３１２−２を有している場合である。
給電装置２０−１の送電器２２Ｅ−１は、周波数ｆ１の電力伝送用正弦波を生成する正弦波発生回路２２１を有する。
給電装置２０−２の送電器２２Ｅ−２は、周波数ｆ２の高周波変調信号を生成する高周波変調信号発生回路２２２を有する。
受電装置３０Ｅの受信器３２Ｅは、ダイプレクサー３２１、整流回路３２２、電圧安定化回路３２３、受信回路３２４、および復調回路３２５を有する。

給電装置２０−１において、正弦波発生回路２２１で周波数ｆ１の電力伝送用正弦波が生成され、送電コイル部２１−１に入力される。
給電装置２０−２においては、高周波変調信号発生回路２２２で周波数ｆ２の高周波変調信号が生成され、送電コイル部２１−２に入力される。
受電装置３０Ｅの受電コイル部３１で受け取った信号と電力はダイプレクサー３２１で周波数ｆ１の正弦波電力と、周波数ｆ２の高周波変調信号に分けられる。
その後、それぞれの受信回路でそれぞれの用途にあった処理がなされ、利用される。
正弦波電力は、整流回路３２２で整流され、電圧安定化回路３２３で安定化される。
高周波変調信号は、受信回路３２４で受信され、復調回路３２５で復調される。
この例の場合、２つの周波数を使って、電力および信号を送受する用途に適用できる。

図１９は、本実施形体に係る複数の周波数を使用した電力や信号の送受の構成および動作の第６例を説明するための図である。

図１９の例では、図９に示すように、給電装置２０−１，２−２が共鳴コイル２１２−１，２１２−２を１つずつ有し、受電装置３０Ｆが２つの共鳴コイル３１２−１，３１２−２を有している場合である。
給電装置２０−１の送電器２２Ｆ−１は、周波数ｆ１の電力伝送用正弦波を生成する正弦波発生回路２２１−１を有する。
給電装置２０−２の送電器２２Ｆ−２は、周波数ｆ２の電力伝送用正弦波を生成する正弦波発生回路２２１−２を有する。
受電装置３０Ｆの受信器３２Ｆは、ダイプレクサー３２１、周波数ｆ１対応の整流回路３２２−１、周波数ｆ２対応の整流回路３２２−２、電圧安定化回路３２３−１，３２３−２、および合成回路３２６を有する。

給電装置２０−１において、正弦波発生回路２２１−１で周波数ｆ１の電力伝送用正弦波が生成され、送電コイル部２１−１に入力される。
給電装置２０−２において、正弦波発生回路２２１−２で周波数ｆ２の電力伝送用正弦波が生成され、送電コイル部２１−２に入力される。
別々に送電され、受電装置３０Ｆの受電コイル部３１で受け取った２電力はダイプレクサー３２１で周波数ｆ１の正弦波電力と、周波数ｆ２の正弦波電力に分けられる。
周波数ｆ１の正弦波電力は、整流回路３２２−１で整流され、電圧安定化回路３２３−１で安定化される。
周波数ｆ２の正弦波電力は、整流回路３２２−２で整流され、電圧安定化回路３２３−２で安定化される。
２つの電力は、それぞれの整流回路、安定化回路を経て、直流電力となった後に合成回路３２６で合成され、後段のブロックへ電力が供給される。
この例の場合、二つの周波数を使って、二箇所の異なる相手から（たとえば受電側で必要な電力の半分ずつを）同時に受けとる用途に適用できる。

以上説明したように、本実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
すなわち、本実施形態によれば、電力の給電と同時に信号のやり取りも行いたい場合や、電力を異なる周波数で給電したい場合に複数の周波数で使用可能なコイルを実現できる。
給電コイルを共有するので、小型化が可能である。
共鳴コイル自体に回路などの追加がないので、高いＱを維持でき、高効率な伝送が可能である。

図２０は、本実施形態に係る２共鳴（共振）コイルを用いた装置のスミスチャートおよび周波数特性を示している。
図２０からもわかるように、電力の給電と同時に信号のやり取りも行いたい場合や、電力を異なる周波数で給電したい場合に複数の周波数で使用可能なコイルを実現できる。

１０・・・ワイヤレス給電システム、２０・・・給電装置、２１・・・送電コイル部、２１１・・・給電コイル、２１２−１，２１２−２，２１２−３・・・共鳴コイル、２２・・・送電器、３０・・・受電装置、３１・・・受電コイル部、３１１・・・給電コイル、３１２−１，３１２−２，３１２−３・・・共鳴コイル。

Claims (17)

1. 少なくとも給電すべき電力を含む周波数が異なる複数の送信信号を生成する送電器と、
   上記送電器で生成される電力を含む送信信号が給電される給電素子と、
   上記給電素子により電磁誘導により結合可能な領域に配置される共鳴周波数が異なる複数の共鳴素子と
   を有する給電装置。
2. 異なる共鳴周波数を有する複数の共鳴素子が、一つの給電素子を挟んでその両側に配置されている
   請求項１記載の給電装置。
3. 異なる共鳴周波数を有する複数の共鳴素子が、一つの給電素子の周囲に配置されている
   請求項１記載の給電装置。
4. 異なる共鳴周波数を有する複数の共鳴素子が、同心円状に重ねて配置されている
   請求項１記載の給電装置。
5. 上記送電器は、
   異なる周波数の電力伝送用電力信号と変調信号を生成する機能を有する
   請求項１から４のいずれか一に記載の給電装置。
6. 上記送電器は、
   異なる周波数の複数の電力伝送用電力信号を生成する機能を有する
   請求項１から４のいずれか一に記載の給電装置。
7. 磁界共鳴関係をもって送電された電力を含む送信信号を受電する共鳴周波数が異なる複数の共鳴素子と、
   上記共鳴素子との電磁誘導により結合して受電した電力が給電される給電素子と、
   上記給電素子による電力を含む受信信号に対する処理を行う受電器と
   を有する受電装置。
8. 異なる共鳴周波数を有する複数の共鳴素子が、一つの給電素子を挟んでその両側に配置されている
   請求項７記載の受電装置。
9. 異なる共鳴周波数を有する複数の共鳴素子が、一つの給電素子の周囲に配置されている
   請求項７記載の受電装置。
10. 異なる共鳴周波数を有する複数の共鳴素子が、同心円状に重ねて配置されている
    請求項７記載の受電装置。
11. 上記受信器は、
    異なる周波数の電力伝送用電力信号と変調信号を処理する機能を有する
    請求項７から１０のいずれか一に記載の受電装置。
12. 上記受信器は、
    異なる周波数の複数の電力伝送用電力信号を処理する機能を有する
    請求項７から１０のいずれか一に記載の受電装置。
13. 給電装置と、
    上記給電装置から送電された電力を含む送信信号を、磁界共鳴関係をもって受電する受電装置と、を有し、
    上記給電装置は、
    少なくとも給電すべき電力を含む周波数が異なる複数の送信信号を生成する送電器と、
    上記送電器で生成される電力を含む送信信号が給電される給電素子と、
    上記給電素子により電磁誘導により結合可能な領域に配置される少なくとも一つの共鳴素子と、を含み
    上記受電装置は、
    磁界共鳴関係をもって送電された電力を含む送信信号を受電する少なくとも一つの共鳴素子と、
    上記共鳴素子との電磁誘導により結合して受電した電力が給電される給電素子と、
    上記給電素子による電力を含む受信信号に対する処理を行う受電器と、を含み、
    上記給電装置の共鳴素子および上記受電装置の共鳴素子の少なくとも一方は、共鳴周波数が異なる複数の共鳴素子を含む
    ワイヤレス給電システム。
14. 上記給電装置の送電器は、
    異なる周波数の電力伝送用電力信号と変調信号を生成する機能を有する
    請求項１３載のワイヤレス給電システム。
15. 上記給電装置の送電器は、
    異なる周波数の複数の電力伝送用電力信号を生成する機能を有する
    請求項１３記載のワイヤレス給電システム。
16. 上記受電装置の受信器は、
    異なる周波数の電力伝送用電力信号と変調信号を処理する機能を有する
    請求項１３から１５のいずれか一に記載のワイヤレス給電システム。
17. 上記受電装置の受信器は、
    異なる周波数の複数の電力伝送用電力信号を処理する機能を有する
    請求項１３から１５のいずれか一に記載のワイヤレス給電システム。

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