JP2012244763A - 給電装置、給電システムおよび電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】磁界を用いて機器間で電力伝送を行う際に、機器の位置に対応した伝送効率制御を可能とする給電装置、給電システムおよび電子機器を提供する。
【解決手段】給電装置は、磁界を用いて電力伝送を行うための送電コイルと、１または複数の共振器を含む補助共振部とを有する送電部を備えている。共振器は、少なくとも一部の領域に間隙が形成されるように巻回された補助コイルを有する。このような間隙（間隙領域）が形成されていることにより、給電装置（送電側）と電子機器（受電側）との相対的位置と、電力伝送の際の伝送効率との関係（位置特性）が変化する。
【選択図】図４

Description

本開示は、電子機器に対して非接触に電力供給（電力伝送）を行う給電システム、ならびにそのような給電システムに適用される給電装置および電子機器に関する。

近年、例えば携帯電話機や携帯音楽プレーヤー等のＣＥ機器（Consumer Electronics Device：民生用電子機器）に対し、非接触に電力供給（電力伝送）を行う給電システム（非接触給電システム、ワイヤレス充電システム）が注目を集めている。これにより、ＡＣアダプタのような電源装置のコネクタを機器に挿す（接続する）ことによって充電を開始するのはなく、電子機器（２次側機器）を充電トレー（１次側機器）上に置くだけで充電を開始することができる。すなわち、電子機器と充電トレーと間での端子接続が不要となる。

このようにして非接触で電力供給を行う方式としては、電磁誘導方式が良く知られている。また、最近では、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非接触給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システムでは、給電元（送電コイル）と給電先（受電コイル）とで磁束を共有する必要がある。このため、効率良く電力供給を行うには、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となる。

一方、電磁共鳴現象を用いた非接触給電システムでは、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、この電磁共鳴現象には、磁界共鳴方式の他に電界共鳴方式がある。この磁界共鳴型を用いた非接触給電システム（例えば、特許文献１，２参照）では、厳密な軸合わせが必要なく、かつ給電距離を長くすることも可能となる。

特開２００８−１３６３１１号公報 特開２００９−５０４１１５号公報

ところで、導電性の線材などを巻き線したコイルでは、一般に、コイル端に近くなるのに応じて磁力線（磁束）の分布が密となり、磁界が強くなる。一方、逆にコイル端から遠くなるのに応じて磁力線の分布が疎となり、磁界が弱くなる。そのため、平面状に線材が巻回されているスパイラルコイルなどでは、コイルの内径が十分大きい場合、コイルの内端に位置する導体付近で磁界が最も強くなると共に、コイルの中心部付近では磁界が比較的弱くなる。このように、コイルから発生する磁力線の分布は、一般に不均一となる。

ここで、上記した磁界（磁界共鳴等）を用いた非接触給電システムにおいて、電力伝送の際の１次側機器（送電側）と２次側機器（受電側）との相対的位置の自由度（例えば、１次側機器の給電面上での２次側機器の配置自由度）を向上させたい場合、以下の手法が挙げられる。すなわち、送電コイル等の内径を大きくし、磁力線が分布可能な領域を広げるという手法である。

しかしながら、例えば受電コイルの内径に対して送電コイルの内径が比較的大きい場合、上記したように、送電コイルの内部領域における磁力線分布（磁束密度分布）が不均一となる。したがって、非接触給電の際の給電効率（伝送効率）が、１次側機器と２次側機器との相対的位置（例えば２次側機器の配置）に依存して不均一になってしまうという問題があった。

これらのことから、磁界を用いた電力伝送（非接触給電）の際に、機器の位置に対応した伝送効率制御（例えば、上記した相対的位置に応じた伝送効率分布の不均一性の低減など）を可能とする手法の提案が望まれる。

本開示はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、磁界を用いて機器間で電力伝送を行う際に、機器の位置に対応した伝送効率制御を可能とする給電装置、給電システムおよび電子機器を提供することにある。

本開示の給電装置は、磁界を用いて電力伝送を行うための送電コイルと、１または複数の共振器を含む補助共振部とを有する送電部を備え、共振器が、少なくとも一部の領域に間隙が形成されるように巻回された補助コイルを有するものである。

本開示の給電システムは、１または複数の電子機器と、この電子機器に対して電力伝送を行う給電装置とを備えたものである。給電装置は、磁界を用いて電力伝送を行うための送電コイルを含む送電部を有し、電子機器は、送電部から伝送された電力を受け取るための受電コイルを含む受電部を有している。給電装置内、電子機器内、ならびに、給電装置および電子機器とは別体である他の装置内のうちの少なくとも１つに、１または複数の共振器を含む補助共振部が設けられ、共振器は、少なくとも一部の領域に間隙が形成されるように巻回された補助コイルを有している。

本開示の電子機器は、磁界を用いて伝送された電力を受け取るための受電コイルと、１または複数の共振器を含む補助共振部とを有する受電部を備え、共振器が、少なくとも一部の領域に間隙が形成されるように巻回された補助コイルを有するものである。

本開示の給電装置、給電システムおよび電子機器では、補助共振部における共振器が、少なくとも一部の領域に間隙が形成されるように巻回された補助コイルを有している。このような間隙（間隙領域）が形成されていることにより、給電装置（送電側）と電子機器（受電側）との相対的位置と、電力伝送の際の伝送効率との関係（位置特性）が変化する。

本開示の給電装置、給電システムおよび電子機器では、電力伝送の際の送電コイルを用いた主共振動作における主共振周波数と、共振器における補助共振周波数とが、互いに異なっているようにしてもよい。このような共振周波数の差異の調整によっても、上記位置特性が変化する。この場合において、上記補助共振周波数が、上記主共振周波数よりも高い周波数となっているようにしてもよい。このように構成した場合、上記相対的位置の変化に対する伝送効率の変動（相対的位置に依存した伝送効率の不均一性）が低減される。すなわち、補助共振周波数と主共振周波数とが互いに等しい場合と比べ、相対的位置に応じた伝送効率分布の平坦化（均一化）が図られる。

本開示の給電装置、給電システムおよび電子機器によれば、補助共振部における共振器が、少なくとも一部の領域に間隙が形成されるように巻回された補助コイルを有するようにしたので、送電側および受電側の相対的位置と電力伝送の際の伝送効率との関係（位置特性）を変化させることができる。よって、磁界を用いて機器間で電力伝送を行う際に、機器の位置に対応した伝送効率制御を行うことが可能となる。

本開示の第１の実施の形態に係る給電システムの外観構成例を表す斜視図である。 図１に示した給電システムの詳細構成例を表すブロック図である。 図１に示した送電部および受電部の概略構成例を表す模式図である。 図３に示した送電部の詳細構成例を表す斜視図および平面図である。 図３に示した送電部における共振周波数同士の関係について説明するための図である。 比較例１に係る給電システムの概略構成および電力伝送特性を表す図である。 比較例２に係る給電システムにおける送電部の概略構成および電力伝送特性を表す図である。 比較例３に係る給電システムにおける送電部の概略構成を表す平面図である。 第１の実施の形態の実施例に係るデータの一例を表す特性図である。 第１の実施の形態の実施例に係るデータの他の例を表す特性図である。 第２の実施の形態に係る給電システムにおける送電部の概略構成を表す平面図である。 比較例４に係る給電システムにおける送電部の概略構成を表す平面図である。 第２の実施の形態の実施例に係るデータの一例を表す特性図である。 第３の実施の形態に係る給電システムの概略構成例を表す模式図である。 比較例５に係る給電システムの概略構成例を表す模式図である。 第４の実施の形態に係る給電システムの概略構成例を表す模式図である。 第５の実施の形態に係る給電システムの概略構成例を表す模式図である。

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。

１．第１の実施の形態（１次側機器内に、共振器を有する補助共振部を設けた例）
２．第２の実施の形態（１次側機器内に、共振器を有する補助共振部を設けた他の例）
３．第３の実施の形態（２次側機器内に補助共振部を設けた例）
４．第４の実施の形態（１次側機器内および２次側機器内に補助共振部を設けた例）
５．第５の実施の形態（補助共振部を１次側機器・２次側機器とは別体として設けた例）
６．変形例

＜第１の実施の形態＞
［給電システム４の全体構成］
図１は、本開示の第１の実施の形態に係る給電システム（給電システム４）の外観構成例を表したものであり、図２は、この給電システム４のブロック構成例を表したものである。給電システム４は、磁界を用いて（磁気共鳴等を利用して；以下同様）、非接触に電力伝送（電力供給，給電）を行うシステム（非接触型の給電システム）である。この給電システム４は、給電装置１（１次側機器）と、１または複数の電子機器（ここでは２つの電子機器２Ａ，２Ｂ；２次側機器）とを備えている。

この給電システム４では、例えば図１に示したように、給電装置１における給電面（送電面）Ｓ１上に電子機器２Ａ，２Ｂが置かれる（または近接する）ことにより、給電装置１から電子機器２Ａ，２Ｂに対して電力伝送が行われるようになっている。ここでは、複数の電子機器２Ａ，２Ｂに対して同時もしくは時分割的（順次）に電力伝送を行う場合を考慮して、給電装置１は、給電面Ｓ１の面積が給電対象の電子機器２Ａ，２Ｂ等よりも大きなマット形状（トレー状）となっている。

（給電装置１）
給電装置１は、上記したように、磁界を用いて電子機器２Ａ，２Ｂに対して電力伝送を行うもの（充電トレー）である。この給電装置１は、例えば図２に示したように、送電部１１０、高周波電力発生回路１１１、インピーダンス整合回路１１２および共振用キャパシタＣ１（容量素子）を有する送電装置１１を備えている。

送電部１１０は、後述する送電コイル（１次側コイル）Ｌ１等を含んで構成されている。送電部１０は、この送電コイルＬ１および共振用キャパシタＣ１を利用して、電子機器２Ａ，２Ｂ（詳細には、後述する受電部２１０）に対して磁界を用いた電力伝送を行うものである。具体的には、送電部１０は、給電面Ｓ１から電子機器２Ａ，２Ｂへ向けて磁界（磁束）を放射する機能を有している。なお、この送電部１１０の詳細構成については、後述する（図３〜図５）。

高周波電力発生回路１１１は、例えば給電装置１の外部の電力供給源９から供給される電力を用いて、電力伝送を行うための所定の高周波電力（交流信号）を発生する回路である。

インピーダンス整合回路１１２は、電力伝送を行う際のインピーダンス整合を行う回路である。これにより、電力伝送の際の効率（伝送効率）が向上するようになっている。なお、送電コイルＬ１や後述する受電コイルＬ２、共振用キャパシタＣ１，Ｃ２等の構成次第では、このインピーダンス整合回路１１２を設けないようにしてもよい。

共振用キャパシタＣ１は、送電コイルＬ１とともにＬＣ共振器（主共振器，主共振回路）を構成するための容量素子であり、送電コイルＬ１に対して、電気的に直接、並列、もしくは直列と並列とを組み合わせた接続となるように配置されている。この送電コイルＬ１と共振用キャパシタＣ１とからなるＬＣ共振器により、高周波電力発生回路１１１において発生された高周波電力と略同一もしくは近傍の周波数からなる共振周波数（主共振周波数）ｆ１による共振動作（主共振動作）がなされるようになっている。また、そのような共振周波数ｆ１となるように、共振用キャパシタＣ１の容量値が設定されている。ただし、送電コイルＬ１内における線間容量や、送電コイルＬ１と後述する受電コイルＬ２との間の容量等から構成される寄生容量成分（浮遊容量成分）を用いた主共振動作によって、上記の共振周波数ｆ１が実現されるのであれば、この共振用キャパシタＣ１を設けないようにしてもよい。

（電子機器２Ａ，２Ｂ）
電子機器２Ａ，２Ｂは、例えば、テレビ受像機に代表される据え置き型電子機器や、携帯電話やデジタルカメラに代表される、充電池（バッテリー）を含む携帯型の電子機器等からなる。この電子機器は、例えば図２に示したように、受電装置２１と、この受電装置２１から供給される電力に基づいて所定の動作（電子機器としての機能を発揮させる動作）を行う負荷２２とを備えている。また、受電装置２１は、受電部２１０、インピーダンス整合回路２１２、整流回路２１３、電圧安定化回路２１４、バッテリー２１５および共振用キャパシタ（容量素子）２１５を有している。

受電部２１０は、後述する受電コイル（２次側コイル）Ｌ２を含んで構成されている。受電部２１０は、この受電コイルＬ２および共振用キャパシタＣ２を利用して、給電装置１内の送電部１１０から伝送された電力を受け取る機能を有している。なお、この受電部２１０の詳細構成については、後述する（図３）。

インピーダンス整合回路２１２は、上記したインピーダンス整合回路１１２と同様に、電力伝送を行う際のインピーダンス整合を行う回路である。なお、送電コイルＬ１や後述する受電コイルＬ２、共振用キャパシタＣ１，Ｃ２等の構成次第では、このインピーダンス整合回路２１２も設けないようにしてもよい。

整流回路２１３は、受電部２１０から供給された電力（交流電力）を整流し、直流電力を生成する回路である。

電圧安定化回路２１４は、整流回路２１３から供給される直流電力に基づいて所定の電圧安定化動作を行い、バッテリー２１５や負荷２２内のバッテリー（図示せず）に対して充電を行うための回路である。

バッテリー２１５は、電圧安定化回路２１４による充電に応じて電力を貯蔵するものであり、例えばリチウムイオン電池等の充電池（２次電池）を用いて構成されている。なお、負荷２２内のバッテリーのみを用いる場合等には、このバッテリー２１５は必ずしも設けられていなくともよい。

共振用キャパシタＣ２は、受電コイルＬ２とともにＬＣ共振器（主共振器，主共振回路）を構成するための容量素子であり、受電コイルＬ２に対して、電気的に直接、並列、もしくは直列と並列とを組み合わせた接続となるように配置されている。この受電コイルＬ２と共振用キャパシタＣ２とからなるＬＣ共振器により、高周波電力発生回路１１１において発生された高周波電力と略同一もしくは近傍の周波数からなる共振周波数ｆ２による共振動作がなされるようになっている。すなわち、送電コイルＬ１と共振用キャパシタＣ１とからなる送電装置１１内のＬＣ共振器と、受電コイルＬ２と共振用キャパシタＣ２とからなる受電装置２１内のＬＣ共振器とは、互いに略同一の共振周波数（ｆ１≒ｆ２）で主共振動作を行うようになっている。また、そのような共振周波数ｆ２となるように、共振用キャパシタＣ２の容量値が設定されている。ただし、受電コイルＬ２内における線間容量や、送電コイルＬ１と受電コイルＬ２との間の容量等から構成される寄生容量成分を用いた主共振動作によって、上記の共振周波数ｆ２が実現されるのであれば、この共振用キャパシタＣ２もまた設けないようにしてもよい。

［送電部１１０および受電部２１０の詳細構成］
図３は、送電部１１０および受電部２１０の概略構成を模式的に表したものである。送電部１１０は、送電コイルＬ１および補助共振部３を有し、受電部２１０は、受電コイルＬ２を有している。

送電コイルＬ１は、上記したように、磁界を用いて電力伝送を行う（磁束を発生させる）ためのコイルである。一方、受電コイルＬ２は、送電部１１０から伝送された（磁束から）電力を受け取るためのコイルである。

補助共振部３は、所定の共振動作（補助共振動作）を行うものであり、ここでは、１つの補助コイルＬ３と１つの共振用キャパシタＣ３（容量素子）とからなる１つのＬＣ共振器（補助共振器，補助共振回路）を有している。以下では、この補助共振部３内のＬＣ共振器における補助共振動作の際の共振周波数（補助共振周波数）を、ｆ３とする。なお、この補助共振部３における共振用キャパシタＣ３についても、所定の寄生容量成分を代わりに用いる場合等には設けないようにしてもよい。

（送電部１１０の詳細構成）
図４は、送電部１１０の詳細構成例を表したものであり、図４（Ａ）は斜視構成例を、図４（Ｂ）は平面構成例（Ｘ−Ｙ平面構成例）をそれぞれ示す。送電部１１０では、平板状のシールド板１１０Ｓ上に、上記した送電コイルＬ１および補助コイルＬ３が、互いに絶縁（物理的および電気的に絶縁）されるように配設されている。

シールド板１１０Ｓは、受電コイルＬ２との結合（磁気結合）がなされない領域（ここでは下方側）への不要な磁束漏れを防ぐためのものであり、磁性体や導電性材料等からなる。ただし、場合によっては、このようなシールド板１１０Ｓを設けないようにしてもよい。

ここで、送電部１１０では、送電コイルＬ１と補助コイルＬ３とが、略同一面（ここでは、シールド板１１０Ｓの表面（同一平面））内に配設されている。ただし、このような配置構成には限られず、例えば、送電コイルＬ１のコイル面からその垂直方向（Ｚ軸方向）に沿ってずらした平面上に、補助コイルＬ３を配置するようにしてもよい。すなわち、送電コイルＬ１と補助コイルＬ３とが、互いに異なる平面内に配置されていてもよい。そのように配置した場合、補助共振部３の設計（配置）の自由度が向上する。一方で、図４に示したように、送電コイルＬ１と補助コイルＬ３とを略同一面内に配置した場合には、送電部１１０の薄型化が図られる。以下では、これらのコイル同士が同一平面内に配置されている例を用いて説明する。

また、図４に示したように、送電コイルＬ１の中心点ＣＰ１と補助コイルＬ３の中心点ＣＰ３とは、互いに略同軸（Ｚ軸）上（ここでは、略同一点）に位置している。これにより、送電コイルＬ１と補助コイルＬ３とを含んで構成される送電部１１０の構造が、Ｘ軸方向とＹ軸方向とにおいてほぼ対称となるため、後述する相対的位置（ここでは給電装置１に対する電子機器２Ａ，２Ｂの配置位置）に応じた伝送効率分布の平坦化（均一化）を図り易くすることが可能となっている。そして、補助コイルＬ３の内径φ３は、送電コイルＬ１の内径φ１よりも小さくなっている（φ３＜φ１）。これにより、補助コイルＬ３がない場合には比較的弱かった送電コイルＬ１の中心部付近での磁界を、補強することが可能となっている。このようにして、送電コイルＬ１と補助コイルＬ３とは、互いに内径の異なる同心円状となるように形成されている。

ここで、本実施の形態の補助共振部３における補助コイルＬ３では、少なくとも一部の領域に間隙（間隙領域）が形成されるように巻回されている。換言すると、補助コイルＬ３の巻回面（ここではＸ−Ｙ面）上において、この補助コイルＬ３を構成する線材間に空隙部が設けられている。具体的には、図４に示した例では、補助コイルＬ３において、外縁側（外周側）から内縁側（内周側）に向かって、複数の間隙（ここでは、３つの間隙Ｇ１〜Ｇ３）が形成されている。詳細には、この補助コイルＬ３は、その内縁から外縁に亘って連続的に複数の間隙Ｇ１〜Ｇ３が形成されるように、疎に巻回されている。また、この補助コイルＬ３では、間隙Ｇ１〜Ｇ３の幅（間隙幅ｇ１〜ｇ３）が、補助コイルＬ３の外縁側から中心方向に向かって徐々に大きくなっている。すなわち、間隙Ｇ１の間隙幅ｇ１、間隙Ｇ２の間隙幅ｇ２、間隙Ｇ３の間隙幅ｇ３について、ｇ３＞ｇ２＞ｇ１という関係が成り立つように設定されている。このような間隙（間隙領域）は、空気（中空）により構成される場合の他、例えば、合成樹脂や天然樹脂、磁性体などにより構成される。

なお、送電部１１０における送電コイルＬ１および補助コイルＬ３の構成は、図４（Ａ），（Ｂ）に示したものには限られない。例えば、補助コイルＬ３の形成領域の全て（内縁から外縁に亘る全領域）に間隙が設けられている必要はなく、少なくとも一部の領域に設けられていればよい。ただし、後述する機器の位置に対応した伝送効率制御の観点からは、上記したように、補助コイルＬ３の内縁から外縁に亘って連続的に複数の間隙が形成されているのが望ましい。また、間隙Ｇ１〜Ｇ３の幅（間隙幅ｇ１〜ｇ３）が、互いに略等しくなっていてもよく（ｇ３≒ｇ２≒ｇ１）、あるいは、上記の場合とは逆に、補助コイルＬ３の外縁側から中心方向に向かって徐々に小さくなっていてもよい（ｇ３＜ｇ２＜ｇ１）。ただし、この場合も、後述する機器の位置に対応した伝送効率制御の観点からは、上記したようにｇ３＞ｇ２＞ｇ１という関係が成り立つように設定されているのが望ましい。また、送電コイルＬ１および補助コイルＬ３はそれぞれ、例えば、時計回りに巻回されたコイルであっても、反時計回りに巻き線されたコイルであってもよく、巻回方向を統一させる必要はない。更に、送電コイルＬ１の中心点ＣＰ１と補助コイルＬ３の中心点ＣＰ３とが、互いに同軸上に位置しないようにずらして配置してもよい。その場合には、後述する相対的位置（ここでは給電装置１に対する電子機器２Ａ，２Ｂの配置位置）に応じた伝送効率分布に対して、意図的な高低をつけることが可能となる。加えて、補助コイルＬ３の内径φ３が、送電コイルＬ１の内径φ１と同等以上（φ３≧φ１）としてもよい。その場合には、伝送効率の最大値自体は下がるものの、比較的高い伝送効率により非接触給電可能な領域を拡げることが可能となる。

（共振周波数ｆ１，ｆ３の関係）
また、本実施の形態では、図５（Ａ），（Ｂ）に示したように、電力伝送の際の送電コイルＬ１を用いた主共振動作における共振周波数ｆ１（≒ｆ２）と、補助共振部３内のＬＣ共振器における共振周波数ｆ３とが、互いに異なっている（ｆ１≠ｆ３）ようにするのが望ましい。

具体的には、例えば図５（Ａ）に示したように、共振周波数ｆ３が共振周波数ｆ１（≒ｆ２）よりも高い周波数となっている（ｆ３＞ｆ１）。あるいは、例えば図５（Ｂ）に示したように、共振周波数ｆ３が、共振周波数ｆ１（≒ｆ２）よりも低い周波数となっている（ｆ３＜ｆ１）。

このとき、詳細は後述するが、共振周波数ｆ３は、例えば、共振周波数ｆ１（≒ｆ２）の１．１倍以上かつ５．０倍以下（１．１≦（ｆ３／ｆ１）≦５．０）であることが望ましく、１．２５倍以上かつ３．００倍以下（１．２５≦（ｆ３／ｆ１）≦３．００）であることが更に望ましい。これにより、後述する相対的位置（ここでは給電装置１に対する電子機器２Ａ，２Ｂの配置位置）に応じた伝送効率分布の平坦化（均一化）が図り易くなるからである。

［給電システム４の作用・効果］
（１．全体動作の概要）
この給電システム４では、給電装置１において、高周波電力発生回路１１１が送電部１１０内の送電コイルＬ１および共振用キャパシタ子Ｃ１（ＬＣ共振器）に対して、電力伝送を行うための所定の高周波電力（交流信号）を供給する。これにより、送電部１１０内の送電コイルＬ１において磁界（磁束）が発生する。このとき、給電装置１の上面（給電面Ｓ１）に、給電対象（充電対象）としての電子機器２Ａ，２Ｂが置かれる（または近接する）と、給電装置１内の送電コイルＬ１と電子機器２Ａ，２Ｂ内の受電コイルＬ２とが、給電面Ｓ１付近にて近接する。

このように、磁界（磁束）を発生している送電コイルＬ１に近接して受電コイルＬ２が配置されると、送電コイルＬ１から発生されている磁束に誘起されて、受電コイルＬ２に起電力が生じる。換言すると、電磁誘導または磁気共鳴により、送電コイルＬ１および受電コイルＬ２のそれぞれに鎖交して磁界が発生する。これにより、送電コイルＬ１側（１次側、給電装置１側、送電部１１０側）から受電コイルＬ２側（２次側、電子機器２Ａ，２Ｂ側、受電部２１０側）に対して、電力伝送がなされる（図２中に示した電力Ｐ１参照）。このとき、給電装置１側では、送電コイルＬ１と共振用キャパシタＣ１とを用いた主共振動作（共振周波数ｆ１）が行われると共に、電子機器２Ａ，２Ｂ側では、受電コイルＬ２と共振用キャパシタＣ２とを用いた主共振動作（共振周波数ｆ２≒ｆ１）が行われる。

すると、電子機器２Ａ，２Ｂでは、受電コイルＬ２において受け取った交流電力が整流回路２１３および電圧安定化回路２１４へ供給され、以下の充電動作がなされる。すなわち、この交流電力が整流回路２１３によって所定の直流電力に変換された後、電圧安定化回路２１４によってこの直流電力に基づく電圧安定化動作がなされ、バッテリー２１５または負荷２２内のバッテリー（図示せず）への充電がなされる。このようにして、電子機器２Ａ，２Ｂにおいて、受電部２１０において受け取った電力に基づく充電動作がなされる。

すなわち、本実施の形態では、電子機器２Ａ，２Ｂの充電に際し、例えばＡＣアダプタ等への端子接続が不要であり、給電装置１の給電面Ｓ１上に置く（近接させる）だけで、容易に充電を開始させることができる（非接触給電がなされる）。これは、ユーザにおける負担軽減に繋がる。

（２．補助共振部３の作用）
次に、本実施の形態における特徴的部分の１つである補助共振部３の作用について、比較例（比較例１〜３）と比較しつつ詳細に説明する。

（比較例１）
図６は、比較例１に係る給電システム（給電システム１０４）の概略構成（図６（Ａ））および電力伝送特性（図６（Ｂ））を表したものである。この比較例１の給電システム１０４は、給電システム４と同様に、磁界を用いて非接触に電力伝送を行うシステムである（図６（Ａ）中の電力Ｐ１０１参照）。給電システム１０４は、送電装置１０１を有する給電装置（図示せず）と、受電装置２１を有する電子機器（図示せず）とを備えている。

送電装置１０１は、図６（Ａ）に示したように、送電コイルＬ１を有しているものの、送電装置１１とは異なり、補助共振部３を有していない。このことから、比較例１では以下の問題が生じる。すなわち、例えば図６（Ｂ）に示したように、送電コイルＬ１の内部領域における磁力線分布（磁束密度分布）が不均一となり、電力伝送（非接触給電）の際の給電効率（伝送効率）が、１次側機器と２次側機器との相対的位置（ここでは２次側機器の位置）に依存して不均一になってしまう。これは、以下の理由によるものである。すなわち、導電性の線材などを巻き線したコイルでは、一般に、コイル端に近くなるのに応じて磁力線（磁束）の分布が密となり、磁界が強くなる。一方、逆にコイル端から遠くなるのに応じて磁力線の分布が疎となり、磁界が弱くなる。そのため、平面状に線材が巻回されているスパイラルコイルなどでは、コイルの内径が十分大きい場合、コイルの内端に位置する導体付近で磁界が最も強くなると共に、コイルの中心部付近では磁界が比較的弱くなる（図６（Ｂ）中の磁束密度分布参照）。このようにして比較例１では、送電コイルＬ１による磁束密度分布が不均一となるのである。

これにより比較例１では、電力伝送の際の伝送効率が、１次側機器と２次側機器との相対的位置（ここでは２次側機器の位置）に依存して不均一になってしまう。これは、電力伝送の際の相対的位置の自由度（ここでは、１次側機器の給電面上での２次側機器の配置自由度）の低下を招き、ユーザの利便性が損なわれることになる。なお、以下では、このような１次側機器（給電装置，送電側）と２次側機器（電子機器，受電側）との相対的位置と、電力伝送の際の伝送効率との関係を、「位置特性」と規定して説明する。

（比較例２）
一方、比較例２に係る給電システムでは、例えば図７（Ａ）に示した平面構成（Ｘ−Ｙ平面構成）からなる送電部２０１Ａを用いて、電力伝送（非接触給電）を行っている。この送電部２０１Ａは、外周コイルＬ２０１Ａおよび内周コイルＬ２０１Ｂの２つのコイル（分割コイル）からなる送電コイルＬ２０１を有している。すなわち、この送電コイルＬ２０１では、外周コイルＬ２０１Ａおよび内周コイルＬ２０１Ｂが、互いに所定の距離（内径差）を隔てて配置されている。ただし、この送電コイルＬ２０１では、前述した本実施の形態の送電コイルＬ１および補助コイルＬ３（物理的および電気的に絶縁されている）とは異なり、外周コイルＬ２０１Ａと内周コイルＬ２０１Ｂとが、物理的および電気的に接続されている（絶縁されていない）。

このような分割コイルからなる送電コイルＬ２０１を用いることにより、送電部２０１Ａでは、例えば図７（Ｂ）中の磁束密度分布に示したように、分割コイルを用いない場合（例えば内周コイルＬ２０１Ｂがない場合）と比べ、磁束密度分布がある程度均一化される（図中の２重線の矢印参照）。これは、図７（Ｂ）中の実線および破線の矢印で示したように、内周コイルＬ２０１Ｂの内部領域において、外周コイルＬ２０１Ａにより発生される磁束の方向と、内周コイルＬ２０１Ｂにより発生される磁束の方向とが、同一（ここではＺ軸上の正方向）となるように設定されているためである。

ところが、このような磁束の方向の設定に起因して、比較例２の給電システムでは、電力伝送の際の相対的位置（ここでは２次側機器（受電コイル）の位置）によって、伝送効率が著しく低下してしまう配置領域（不感帯）が存在し得るという問題がある。これは、詳細には以下の理由によるものである。すなわち、まず、内周コイルＬ２０１Ｂの内部かつ上空の領域に受電コイルが配置されている場合、この領域では上記したように、外周コイルＬ２０１Ａによる磁束の方向と内周コイルＬ２０１Ｂによる磁束の方向とが、互いに同一（Ｚ軸上の正方向）となっている。したがって、内周コイルＬ２０１Ｂの存在によって、受電コイルではより多くの磁束が通過することになる。そのため、上記したように、内周コイルＬ２０１Ｂの内部領域（コイル中心部付近）における磁束密度の減少がある程度緩和される。

一方で、受電コイルが外周コイルＬ２０１Ａと内周コイルＬ２０１Ｂとの間隙かつ上空の領域内に配置されている場合、外周コイルＬ２０１Ａによる磁束の方向と内周コイルＬ２０１Ｂによる磁束の方向とが同じにならず、一部逆向きとなる。極端な例で説明すると、図７（Ｂ）中の実線および破線の矢印で示したように、外周コイルＬ２０１Ａによる磁束の方向と内周コイルＬ２０１Ｂによる磁束の方向とが、全て逆向きとなってしまう。この場合、磁束（磁力線）が等価的に一部相殺されることとなるため、外周コイルＬ２０１Ａの内端付近では、磁束密度の増大がある程度抑えられる。ただし、受電コイルを等価的に通過する磁束の向きは、受電コイル付近における、外周コイルＬ２０１Ａから生じた磁力線の磁束密度と内周コイルＬ２０１Ｂから生じた磁力線の磁束密度とのバランスによって決まる。そして、上記したようにこれらの磁束の向き（磁束密度）が完全に等しくなる位置に受電コイルが配置されている場合、磁束が等価的に相殺されて受電コイルを通過しなくなるため、伝送効率が極端に低下してしまい、非接触給電がほぼ不可能となる。

このようにして比較例２の給電システムでは、電力伝送の際の相対的位置（２次側機器の位置）によって、伝送効率が著しく低下してしまう配置領域（不感帯）が存在し得るのである。なお、比較例２のような分割コイルを送電コイルとして用いた場合、外周コイルおよび内周コイルにはそれぞれ同一の高周波電力が印加されることになるため、このような不感帯発生の問題を避けることはできない。

（比較例３）
他方、比較例３に係る給電システムでは、例えば図８に示した平面構成（Ｘ−Ｙ平面構成）からなる送電部３０１を用いて、電力伝送（非接触給電）を行っている。この比較例３の送電部３０１では、本実施の形態の送電部１１０と同様に、シールド板１１０Ｓ上に送電コイルＬ１および補助コイルＬ３０３が、互いに絶縁（物理的および電気的に絶縁）されるように配設されている。ただし、この送電部３０１における補助コイルＬ３０３は、送電部１１０における補助コイルＬ３とは異なり、その内縁から外縁に亘る全領域において間隙が形成されないように、密に巻回されている。

このため、この比較例３の給電システムでは、送電部３０１における送信コイルＬ１の内径φ１が非常に大きい場合などには、補助コイルＬ３０３を含む補助共振部における効果が小さくなってしまったり、あるいはそのような補助共振部が多数必要になってしまう。ここで、補助共振部（補助コイルＬ３０３および共振用キャパシタＣ３）が多数設けられた場合、部品コストや製造コストが増大してしまったり、部品内部の抵抗による熱損失が増加することに起因して伝送効率の最大値が若干低下してしまうという問題が生じる。

（本実施の形態）
これに対して本実施の形態では、例えば図３〜図５に示したよう構成の補助コイルＬ３（送電コイルＬ１とは物理的および電気的に絶縁されている）を含む補助共振部３を層線部１１０内に設けることにより、例えば上記比較例２，３における問題を解消している。

具体的には、本実施の形態ではまず、図４（Ａ），（Ｂ）に示したように、補助共振部３におけるＬＣ共振器が、少なくとも一部の領域に間隙（間隙Ｇ１〜Ｇ３）が形成されるように巻回された補助コイルＬ３を有している。このような間隙Ｇ１〜Ｇ３（間隙領域）が形成されていることにより、給電装置１（送電側）と電子機器２Ａ，２Ｂ（受電側）との相対的位置（ここでは電子機器２Ａ，２Ｂの位置）と、電力伝送の際の伝送効率との関係（位置特性）が変化する。これは、このような間隙を設けることにより、伝送効率を決定する主要なパラメータの１つである結合係数（磁気結合係数）が、相対的位置が変化しても変動しにくくなる（結合係数が相対的位置にほとんど依存しなくなる）ためである。また、１つの補助共振部３のみを設けることによってそのような作用が得られることから、上記比較例３と比べ、部品点数を削減することができる。このことは、部品コストや製造コストの低減、部品内部の抵抗による熱損失の抑制等に繋がる。

更に、本実施の形態では、図５（Ａ），（Ｂ）に示したように、磁界を用いた電力伝送の際の主共振動作における共振周波数ｆ１（≒ｆ２）と、補助共振部３内のＬＣ共振器における共振周波数ｆ３とが、互いに異なっている（ｆ１≠ｆ３）。このような共振周波数ｆ１，ｆ３の差異の調整によっても、給電装置１と電子機器２Ａ，２Ｂとの相対的位置（ここでは電子機器２Ａ，２Ｂの位置）と、電力伝送の際の伝送効率との関係（位置特性）が変化する。つまり、補助共振部３内での補助共振動作を利用して、電力伝送の際の主共振動作（伝送効率の位置分布）を制御している。

このとき、例えば図５（Ａ）に示したように、共振周波数ｆ３が共振周波数ｆ１よりも高い周波数となるように設定した場合（ｆ３＞ｆ１）には、上記相対的位置の変化に対する伝送効率の変動（相対的位置に依存した伝送効率の不均一性）が低減される。すなわち、共振周波数ｆ１，ｆ３が互いに等しい場合（上記比較例２の場合に対応）と比べ、相対的位置に応じた伝送効率分布の平坦化（均一化）が図られる。これは詳細には、伝送効率を決定する主要なパラメータの１つである結合係数（磁気結合係数）が、相対的位置が変化しても変動しにくくなる（結合係数が相対的位置にほとんど依存しなくなる）ためである。また、別の観点から見ると、補助共振動作の共振周波数ｆ３において、相対的位置に依存した不感帯（伝送効率が極端に低い配置領域）が存在したとしても、主共振動作の共振周波数ｆ１とは異なっている（ｆ１≠ｆ３）ことから、電力伝送には影響を及ぼさないのである。

一方で、例えば図５（Ｂ）に示したように、共振周波数ｆ３が共振周波数ｆ１よりも低い周波数となるように設定した場合（ｆ３＜ｆ１）には、上記相対的位置の変化に対する伝送効率の分布が、任意に制御され得る。具体的には、例えば、伝送効率が相対的に高い領域と相対的に低い領域とを選択的に設ける（給電面Ｓ１上の選択的な領域で電力伝送を行う）といったことが実現し得る。

（第１の実施の形態の実施例）
ここで、図９および図１０は、本実施の形態の実施例に係る各種データを示したものである。この実施例では、図４（Ａ），（Ｂ）に示した構成の送電部１１０を用いた。具体的には、送電コイルＬ１の内径φ１＝１２０ｍｍ、補助コイルＬ３の内径（最内径）φ３＝４０ｍｍ、補助コイルＬ３の最外径＝１１４ｍｍ、補助コイルＬ３における巻き数ｎ３＝５、共振周波数ｆ３＝２．３×ｆ１とした。そして、外径φ＝１０ｍｍの受電コイルＬ２を、送電コイルＬ１の上面から垂直方向（Ｚ軸方向）へ６ｍｍほど離して配置した。なお、電子機器２Ａ，２Ｂ側では、共振周波数ｆ２≒ｆ１となるように設定した。

まず、図９（Ａ）は、受電コイルＬ２の配置による伝送特性変化の一例を表したものである。具体的には、受電コイルＬ２を上記した位置を基準として、水平方向（Ｘ−Ｙ平面内）に移動させた場合（移動長ｄ）の伝送特性を測定したものである。移動長ｄ＝０ｍｍの位置は、送電コイルＬ１および補助コイルＬ３の中心点ＣＰ１，ＣＰ３に対する垂直軸上の点に対応している。ここで、縦軸のＳ₂₁（Ｓパラメータ）とは、給電効率（伝送効率）と関連するパラメータである。この図９（Ａ）により、受電コイルＬ２の位置（移動長ｄ）が変化しても、電力伝送の際の共振周波数ｆ１付近の周波数（１×ｆ１）では、Ｓ₂₁（伝送効率）がほとんど変化しないことが分かる（図中の符号Ｇ８１参照）。一方、補助共振部３における共振周波数ｆ２付近の周波数（２．３×ｆ１）では、Ｓ₂₁（伝送効率）が大きく変化しており（図中の符号Ｇ８２参照）、極端にＳ₂₁（伝送効率）が低下する配置（不感帯に対応）が存在することが分かる。

また、図９（Ｂ）は、受電コイルＬ２の配置による位相特性変化の一例を表したものである。この図９（Ｂ）により、電力伝送の際の共振周波数ｆ１付近の周波数（１×ｆ１）では、位相変化がほとんどない（図中の符号Ｇ９１参照）のに対し、補助共振部３における共振周波数ｆ２付近の周波数（２．３×ｆ１）では、位相が大きく変化している（位相が逆転している）ことが分かる（図中の符号Ｇ９２参照）。

これらの図９（Ａ），（Ｂ）における結果から、上記比較例２で説明した分割コイルを用いた場合、電力伝送の際の共振周波数ｆ１付近の周波数（１×ｆ１）では、受電コイルＬ２の配置によって、位相逆転および極端な伝送効率低下が生じてしまうことが分かる。すなわち、仮に共振周波数ｆ１，ｆ３を等しく（ｆ１＝ｆ３）した場合には、電力伝送における不感帯が発生してしまうと言える。

次いで、図１０は、補助共振部３の有無による位置特性（ここでは、受電コイルＬ２の移動長ｄと伝送効率との関係を示す特性）変化の一例を表したものである。この図１０により、補助共振部３を設けることによって、送電コイルＬ１の内部かつ上空の領域での伝送効率が向上し（図中の矢印参照）、ほぼ均一な伝送効率分布が得られていることが分かる。

また、補助共振動作の共振周波数ｆ３を変化させた場合（（ｆ３／ｆ１）＝０．５０〜３．００の範囲内で変化させた場合）には、位置特性変化について以下のことが言える。すなわち、伝送効率分布の均一化の観点では、共振周波数ｆ３は、共振周波数ｆ１よりも大きければよく（ｆ３＞ｆ１）、また、共振周波数ｆ１の１．１倍以上かつ５．０倍以下程度であることが望ましく、１．２５倍以上かつ３．００倍以下程度であることが更に望ましい。更に、例えば共振周波数ｆ３＝２．３×ｆ１の場合に、最も伝送効率分布の均一化が図られる。一方で、振周波数ｆ３が逆に共振周波数ｆ１よりも低い周波数である場合（ｆ３＜ｆ１）には、受電コイルＬ２の配置（移動長ｄ）に対する伝送効率分布が、任意に制御され得る。例えば、ｆ３＝０．５０×ｆ１の場合、補助コイルＬ３の内部かつ上空の領域では伝送効率が相対的に低くなり、補助コイルＬ３と送電コイルＬ１との間隙かつ上空の領域では伝送効率が相対的に高くなる。このため、給電面Ｓ１上の選択的な領域（ここでは補助コイルＬ３と送電コイルＬ１との間隙かつ上空の領域）で電力伝送を行うといったことが実現し得る。なお、このような共振周波数ｆ３を変化させた場合の位置特性変化の度合いは、送電コイルＬ１および補助コイルＬ３の構成や配置、給電装置１の筺体内部での周囲金属や周囲磁性材による影響、電子機器２Ａ，２Ｂの筺体に用いられている金属や磁性材から受ける影響等に依存する。したがって、これらの影響も考慮して、最適な共振周波数ｆ３の値を設定すればよい。つまり、図９（Ａ），（Ｂ）で説明したような位相逆転および極端な伝送効率低下が、電力伝送の際の共振周波数ｆ１の周波数付近で生じないような周波数に、共振周波数ｆ３を設定するようにすればよいと言える。

次に、補助コイルＬ３の内径φ３を変化させた場合の位置特性変化や、補助コイルＬ３における巻き数ｎ３を変化させた場合の位置特性変化については、以下のことが言える。すなわち、補助コイルＬ３における内径φ３や巻き数ｎ３などを変えることにより、位置特性を若干変化させることが可能であると分かる。具体的には、補助コイルＬ３の内径φ３において所定の最適値が存在すると共に、その最適値よりも内径φ３が大きくなるのに応じて、補助コイルＬ３の内部かつ上空の領域において、伝送効率が若干低下する。また、補助コイルＬ３における巻き数ｎ３に関しても所定の最適値が存在すると共に、その最適値よりも巻き数ｎ３が多くなるのに応じて、補助コイルＬ３の内部かつ上空の領域において、伝送効率が若干向上する。以上のことから、補助コイルＬ３の形状やその配置、そして共振周波数ｆ３などが、位置特性を変化させる（伝送効率分布を均一化する）際のパラメータであると言え、特に共振周波数ｆ３が重要なパラメータであることが分かる。

以上のように本実施の形態では、補助共振部３におけるＬＣ共振器が、少なくとも一部の領域に間隙が形成されるように巻回された補助コイルＬ３を有するようにしたので、送電側（給電装置１）および受電側（電子機器２Ａ，２Ｂ）の相対的位置と電力伝送の際の伝送効率との関係（位置特性）を変化させることができる。よって、磁界を用いて機器間で電力伝送（非接触給電）を行う際に、機器の位置に対応した伝送効率制御を行うことが可能となる。

また、１つの補助共振部３のみを設けることによってそのような効果を得ることができるため、上記比較例３と比べて部品点数を削減することができ、部品コストや製造コストの低減、部品内部の抵抗による熱損失の抑制等を図ることが可能となる。

更に、磁界を用いた電力伝送の際の主共振動作における共振周波数ｆ１と、補助共振部３内のＬＣ共振器における共振周波数ｆ３とが互いに異なっているようにした場合には、これらの共振周波数ｆ１，ｆ３の差異を調整することによって、送電側（給電装置１）および受電側（電子機器２Ａ，２Ｂ）の相対的位置と電力伝送の際の伝送効率との関係（位置特性）を変化させることができる。よって、この場合においても、磁界を用いて機器間で電力伝送（非接触給電）を行う際に、機器の位置に対応した伝送効率制御を行うことが可能となる。

特に、共振周波数ｆ３が共振周波数ｆ１よりも高い周波数となるように設定した場合（ｆ３＞ｆ１）には、上記相対的位置の変化に対する伝送効率の変動（相対的位置に依存した伝送効率の不均一性）を低減することができる。すなわち、共振周波数ｆ１，ｆ３が互いに等しい場合（上記比較例２の場合に対応）と比べ、相対的位置に応じた伝送効率分布の平坦化（均一化）を図ることが可能となる。よって、給電面Ｓ１上の広範囲な領域において不感帯がなく、ほぼ均一な伝送効率が取得可能な非接触給電システムを構築することが可能となる。また、これにより、非接触給電の際の給電安定性の向上や、２次側機器（電子機器２Ａ，２Ｂ）の配置自由度の向上、異種金属の検出能力向上などの効果を得ることも可能となる。

加えて、補助コイルＬ３の内径φ３が、送電コイルＬ１の内径φ１よりも小さくなっているようにした場合（φ３＜φ１）には、以下の効果が得られる。すなわち、補助コイルＬ３がない場合には比較的弱かった送電コイルＬ１の中心部付近での磁界を補強することができ、相対的位置に応じた伝送効率分布を更に均一化することが可能となる。

続いて、本開示の他の実施の形態（第２〜第５の実施の形態）について説明する。なお、上記第１の実施の形態と同一の構成要素については同一符号を付し、その説明を適宜省略する。

＜第２の実施の形態＞
［送電部１１０Ａの構成］
図１２は、第２の実施の形態に係る給電システムにおける送電部（送電部１１０Ａ）の構成例（Ｘ−Ｙ平面構成例）を表したものである。本実施の形態の送電部１１０Ａでは、第１の実施の形態の送電部１１０と同様に、シールド板１１０Ｓ上に送電コイルＬ１および補助コイルＬ３が、互いに絶縁（物理的および電気的に絶縁）されるように配設されている。また、この送電部１１０Ａは、送電部１１０と同様に、送電コイルＬ１および補助共振部３Ａを有している。そして、この補助共振部３Ａには、第１の実施の形態の補助共振部３と同様に、１つの補助コイルＬ３と１つの共振用キャパシタＣ３とからなる１つのＬＣ共振器が設けられている。

ただし、本実施の形態では第１の実施の形態とは異なり、送電コイルＬ１および補助コイルＬ３がそれぞれ、異方性を示す内面形状（例えば、惰円形状，長方形状，長円形状など）を有している（ここでは、長円形状となっている）。

ここで、本実施の形態の補助共振部３Ａにおける補助コイルＬ３においても、第１の実施の形態と同様に、少なくとも一部の領域に間隙（間隙領域）が形成されるように巻回されている。具体的には、図１２に示した例では、補助コイルＬ３において、外縁側（外周側）から内縁側（内周側）に向かって、複数の間隙（ここでは、４つの間隙Ｇ１〜Ｇ４）が形成されている。詳細には、この補助コイルＬ３は、その内縁から外縁に亘って連続的に複数の間隙Ｇ１〜Ｇ４が形成されるように、疎に巻回されている。また、この補助コイルＬ３では、間隙Ｇ１〜Ｇ４の幅（間隙幅）が、補助コイルＬ３の外縁側から中心方向に向かって徐々に大きくなっている。すなわち、上記異方性を示す内面形状における短手方向（ここではＸ軸方向）に沿った間隙Ｇ１〜Ｇ４の間隙幅を、ｇ１ｘ，ｇ２ｘ，ｇ３ｘ，ｇ４ｘ、長手方向（ここではＹ軸方向）に沿った間隙Ｇ１〜Ｇ４の間隙幅を、ｇ１ｙ，ｇ２ｙ，ｇ３ｙ，ｇ４ｙとすると、（ｇ４ｘ＞ｇ３ｘ＞ｇ２ｘ＞ｇ１ｘ）および（ｇ４ｙ＞ｇ３ｙ＞ｇ２ｙ＞ｇ１ｙ）という関係が成り立つように設定されている。また、本実施の形態では、これらの間隙Ｇ１〜Ｇ４の幅（間隙幅）が、上記異方性を示す内面形状における短手方向よりも長手方向において大きくなっている。すなわち、（ｇ１ｙ＞ｇ１ｘ），（ｇ２ｙ＞ｇ２ｘ），（ｇ３ｙ＞ｇ３ｘ），（ｇ４ｙ＞ｇ４ｘ）という関係が成り立つように設定されている。これらのように設定されていることにより、上述した相対的位置に応じた伝送効率分布の均一化を、より一層効果的に図ることが可能となっている。

なお、送電部１１０Ａにおける送電コイルＬ１および補助コイルＬ３の構成もまた、第１の実施の形態の送電部１１０の場合と同様に、図１１に示したものには限られず、他の構成としてもよい。すなわち、例えば、各間隙幅について、上記した関係の少なくとも一部が成り立たないようにしてもよい。

（共振周波数ｆ１，ｆ３の関係）
ここで、本実施の形態においても第１の実施の形態と同様に、磁界を用いた電力伝送の際の主共振動作における共振周波数ｆ１（≒ｆ２）と、補助共振部３Ａ内のＬＣ共振器における共振周波数ｆ３とが、互いに異なっている（ｆ１≠ｆ３）のが望ましい。具体的には、共振周波数ｆ３が、共振周波数ｆ１（≒ｆ２）よりも高い周波数となっている（ｆ３＞ｆ１）。あるいは、共振周波数ｆ３が、共振周波数ｆ１（≒ｆ２）よりも低い周波数となっている（ｆ３＜ｆ１）。

［給電システム４Ａの作用・効果］
本実施の形態の給電システムにおいても、補助共振部３ＡにおけるＬＣ共振器が、少なくとも一部の領域に間隙が形成されるように巻回された補助コイルＬ３を有するようにしたので、第１の実施の形態と同様の作用により同様の効果を得ることが可能である。すなわち、磁界を用いて機器間で電力伝送（非接触給電）を行う際に、機器の位置に対応した伝送効率制御を行うこと等が可能となる。また、共振周波数ｆ３が共振周波数ｆ２（≒ｆ１）よりも高い周波数となるように設定した場合（ｆ３＞ｆ１）には、相対的位置の変化に対する伝送効率の変動（相対的位置に依存した伝送効率の不均一性）を低減することが可能となる。

更に、本実施の形態においても、例えば図１２に示した比較例４に係る送電部（送電部４０１）のように、内縁から外縁に亘る全領域において間隙が形成されないように密に巻回されている補助コイル（ここでは２つの補助コイルＬ３１，Ｌ３２）を用いた場合と比べ、以下の効果を得ることが可能となる。すなわち、１つの補助共振部３Ａのみを設けることによってそのような効果を得ることができるため、上記比較例４と比べて部品点数を削減することができ、部品コストや製造コストの低減、部品内部の抵抗による熱損失の抑制等を図ることが可能となる。

（第２の実施の形態の実施例）
ここで、図１３は、本実施の形態の実施例に係るデータを示したもの（補助共振部３の有無による位置特性変化の一例）である。この実施例では、図１１に示した構成の送電部１１０Ａを用い、送電コイルＬ１における長手方向の内径φ１ｙ＝１８８ｍｍ、短手方向の内径φ１ｘ＝１１９ｍｍとした。また、補助コイルＬ３１では、長手方向の最外径＝１８０ｍｍ、短手方向の最外径＝１１５ｍｍ、長手方向の内径（最内径）φ３ｙ＝５８ｍｍ、短手方向の内径（最内径）φ３ｘ＝３３ｍｍとした。

図１３により、補助共振部３Ａを設けることによって、送電コイルＬ１の内部かつ上空の領域での伝送効率が向上し（図中の矢印参照）、ほぼ均一な伝送効率分布が得られていることが分かる。また、本実施例では第１の実施の形態の実施例よりも送電コイルＬ１の内部領域が広い（内径が大きい）ため、図１０に示した結果と比べ、伝送効率分布均一化の改善効果が大きいことが分かる。

＜第３の実施の形態＞
［給電システム４Ｂの構成］
図１４は、第３の実施の形態に係る給電システム（給電システム４Ｂ）の概略構成例を表したものである。本実施の形態の給電システム４Ｂは、給電システム４と同様に磁界を用いて非接触に電力伝送を行うシステムである。

ただし、本実施の形態では第１および第２の実施の形態とは異なり、給電対象である電子機器（２次側機器）が、給電装置（１次側機器）よりも大きなものとなっている。すなわち、給電装置における送電面（給電面）よりも、電子機器における受電面のほうが大きくなっている場合に対応する。

給電システム４Ｂは、送電装置１１Ｂを有する給電装置（図示せず）と、受電装置２１Ｂを有する１または複数の電子機器（図示せず）とを備えている。送電装置１１Ｂは、送電コイルＬ１を有する送電部１１０Ｂを備え、受電装置２１Ｂは、受電コイルＬ２および補助共振部３（または補助共振部３Ａ）を有する受電部２１０Ｂを備えている。すなわち、この受電部２１０Ｂは、１つの補助コイルＬ３と１つの共振用キャパシタＣ３とからなる１つのＬＣ共振器を有している。

ここで、本実施の形態における補助共振部３，３Ａの構成は、基本的には第１および第２の実施の形態において説明したものと同様となっている。すなわち、補助共振部３，３ＡにおけるＬＣ共振器が、少なくとも一部の領域に間隙が形成されるように巻回された補助コイルＬ３を有している。また、受電装置２１Ｂにおける主共振動作の際の共振周波数ｆ２（≒ｆ１）と、補助共振部３，３Ａ内のＬＣ共振器における共振周波数ｆ３とが、互いに異なっている（ｆ２≠ｆ３）。具体的には、例えば共振周波数ｆ３が、共振周波数ｆ２（≒ｆ１）よりも高い周波数となっている（ｆ３＞ｆ２）。あるいは、例えば共振周波数ｆ３が、共振周波数ｆ２（≒ｆ１）よりも低い周波数となっている（ｆ３＜ｆ２）。

［給電システム４Ｂ，４Ｃの作用・効果］
本実施の形態の給電システム４Ｂでは、補助共振部３，３Ａを設けるようにしたので、第１，第２の実施の形態と同様の作用により同様の効果を得ることが可能である。すなわち、磁界を用いて機器間で電力伝送（非接触給電）を行う際に、機器の位置に対応した伝送効率制御を行うことが可能となる。また、共振周波数ｆ３が共振周波数ｆ２（≒ｆ１）よりも高い周波数となるように設定した場合（ｆ３＞ｆ１）には、相対的位置の変化に対する伝送効率の変動（相対的位置に依存した伝送効率の不均一性）を低減することが可能となる。

特に、本実施の形態では、受電装置２１Ｂ側（電子機器側）に補助共振部３，３Ａを設けるようにしたので、電子機器の受電面内における給電装置の配置位置（相対的位置）に依存した伝送効率の不均一性を低減することが可能となる。

すなわち、例えば図１５に示した比較例５に係る給電システム（給電システム５０４）のように、受電部５０２Ａを有する受電装置３０２側（電子機器側）に補助共振部３，３Ａが設けられていない場合と比べ、電子機器の受電面内における給電装置の配置位置に依存した伝送効率の不均一性を低減することが可能となる。

＜第４の実施の形態＞
［給電システム４Ｃの構成］
図１６は、第４の実施の形態に係る給電システム（給電システム４Ｃ）の概略構成例を表したものである。本実施の形態の給電システム４Ｃは、給電システム４と同様に磁界を用いて非接触に電力伝送を行うシステムである。

ただし、本実施の形態では第１〜第３の実施の形態とは異なり、給電装置（１次側機器）および電子機器（２次側機器）の双方において、比較的大きな送電面（給電面）および受電面を有している場合に対応する。

給電システム４Ｃは、送電装置１１を有する給電装置（図示せず）と、受電装置２１Ｂを有する１または複数の電子機器（図示せず）とを備えている。送電装置１１は、送電コイルＬ１および補助共振部３（または補助共振部３Ａ）を有する送電部１１０を備え、受電装置２１Ｂは、受電コイルＬ２および補助共振部３（または補助共振部３Ａ）を有する受電部２１０Ｂを備えている。すなわち、送電装置１１および受電装置２１Ｂの双方が、１つの補助コイルＬ３と１つの共振用キャパシタＣ３とからなる１つのＬＣ共振器を有する補助共振部３（または補助共振部３Ａ）を備えている。

ここで、本実施の形態における補助共振部３，３Ａの構成は、基本的には第１〜第３の実施の形態において説明したものと同様となっている。

［給電システム４Ｃの作用・効果］
本実施の形態の給電システム４Ｃでは、補助共振部３，３Ａを設けるようにしたので、第１〜第３の実施の形態と同様の作用により同様の効果を得ることが可能である。すなわち、磁界を用いて機器間で電力伝送（非接触給電）を行う際に、機器の位置に対応した伝送効率制御を行うことが可能となる。また、共振周波数ｆ３が共振周波数ｆ１，ｆ２よりも高い周波数となるように設定した場合（ｆ３＞（ｆ１，ｆ２））には、相対的位置の変化に対する伝送効率の変動（相対的位置に依存した伝送効率の不均一性）を低減することが可能となる。

特に、本実施の形態では、送電装置（給電装置）側および受電装置（電子機器）側の双方に補助共振部３，３Ａを設けるようにしたので、給電装置の送電面（給電面）における電子機器の配置位置、および電子機器の受電面内における給電装置の配置位置（相対的位置）に依存した伝送効率の不均一性をそれぞれ低減することが可能となる。

＜第５の実施の形態＞
［給電システム４Ｄ，４Ｅの構成］
図１７（Ａ），（Ｂ）は、第５の実施の形態に係る給電システム（給電システム４Ｄ，４Ｅ）の概略構成例を表したものである。本実施の形態の給電システム４Ｄ，４Ｅはそれぞれ、給電システム４と同様に磁界を用いて非接触に電力伝送を行うシステムである。

ただし、本実施の形態では第１〜第４の実施の形態とは異なり、給電装置（１次側機器）および電子機器（２次側機器）とは別体の他の装置（後述する補助装置４１）内に、補助共振部３または補助共振部３Ａが設けられている。すなわち、本実施の形態の給電システムは、給電装置と、１または複数の電子機器と、補助共振部を有する補助装置とを備えたものとなっている。

図１７（Ａ）に示した給電システム４Ｄは、送電装置１１Ｄを有する給電装置（図示せず）と、受電装置２１を有する１または複数の電子機器（図示せず）と、補助共振部３を有する補助装置４１とを備えている。また、送電装置１１Ｄは、送電コイルＬ１を有する送電部１１０Ｄを備え、受電装置２１は、受電コイルＬ２を有する受電部２１０を備えている。すなわち、給電装置（送電装置１１Ｄ）および電子機器（受電装置２１）とは別体である補助装置４１が、１つの補助コイルＬ３と１つの共振用キャパシタＣ３とからなる１つのＬＣ共振器を有する補助共振部３を備えている。なお、送電装置１１Ｄおよび送電部１１０Ｄはそれぞれ、前述した送電装置１０１および送電部１０１Ａと同様の構成となっている。

図１７（Ｂ）に示した給電システム４Ｅは、送電装置１１Ｂを有する給電装置（図示せず）と、受電装置２１Ｅを有する１または複数の電子機器（図示せず）と、補助共振部３を有する補助装置４１とを備えている。また、送電装置１１Ｂは、送電コイルＬ１を有する送電部１１０Ｂを備え、受電装置２１Ｅは、受電コイルＬ２を有する受電部２１０Ｅを備えている。すなわち、給電装置（送電装置１１Ｂ）および電子機器（受電装置２１Ｅ）とは別体である補助装置４１が、１つの補助コイルＬ３と１つの共振用キャパシタＣ３とからなる１つのＬＣ共振器を有する補助共振部３を備えている。なお、受電装置２１Ｅおよび受電部２１０Ｅはそれぞれ、前述した受電装置５０２および受電部５０２Ａと同様の構成となっている。

［給電システム４Ｄ，４Ｅの作用・効果］
本実施の形態の給電システム４Ｄ，４Ｅでは、補助共振部３，３Ａを設けるようにしたので、第１〜第４の実施の形態と同様の作用により同様の効果を得ることが可能である。すなわち、磁界を用いて機器間で電力伝送（非接触給電）を行う際に、機器の位置に対応した伝送効率制御を行うことが可能となる。また、共振周波数ｆ３が共振周波数ｆ１，ｆ２よりも高い周波数となるように設定した場合（ｆ３＞（ｆ１，ｆ２））には、相対的位置の変化に対する伝送効率の変動（相対的位置に依存した伝送効率の不均一性）を低減することが可能となる。

特に、本実施の形態では、給電装置および電子機器とは別体である他の装置（補助装置４１，４１Ａ）内に、補助共振部３または補助共振部３Ａを設けるようにしたので、従来（既存）の非接触給電システムにおいて補助装置４１，４１Ａを追加するだけで、上記の効果を得ることが可能となる。

＜変形例＞
以上、いくつかの実施の形態を挙げて本技術を説明したが、本技術はこれらの実施の形態に限定されず、種々の変形が可能である。

例えば、上記実施の形態では、補助共振部内に１つのＬＣ共振器を含む場合について説明したが、そのような場合には限られず、例えば、補助共振部内に複数（２つ以上）のＬＣ共振器を含んでいるようにしてもよい。また、上記実施の形態等では、各コイル（送電コイル、受電コイル、補助コイル）をスパイラル形状（平面形状）としているが、例えばスパイラルコイルを２層で折り返すように配置するα巻き形状や、更なる多層のスパイラル形状、厚み方向に巻線が巻回しているヘリカル形状などによって、各コイルを構成してもよい。例えば、これらの形状によって送電コイルを構成すれば、送電コイル上面（給電面）のほぼ全域で伝送効率の均一化を図ることが可能となる。また、各コイル（送電コイル、受電コイル、補助コイル）は、導電性を有する線材により構成された巻き線コイルだけではなく、プリント基板やフレキシブルプリント基板などにより構成された、導電性を有するパターンコイルであってもよい。なお、コイル形状の補助コイルの代わりに、ループ形状の導電性ループを用いてＬＣ共振器を構成してもよい。

また、各共振用キャパシタ（特に、補助共振部内の共振用キャパシタ）としては、固定の静電容量値を用いる場合には限られず、静電容量値が可変にできるような構成（例えば、スイッチ等によって、複数の容量素子の接続経路を切り替える構成等）としてもよい。そのような構成とした場合、静電容量値の調整によって、共振周波数の制御（最適化）を行うことが可能となる。

更に、上記実施の形態等で説明した補助共振部は、給電装置内、電子機器内、ならびに、給電装置および電子機器とは別体である他の装置内のうちの少なくとも１つに設けられていればよい。

加えて、上記実施の形態では、給電装置および電子機器等の各構成要素を具体的に挙げて説明したが、全ての構成要素を備える必要はなく、また、他の構成要素を更に備えていてもよい。例えば、給電装置（送電装置）や電子機器（受電装置）内に、通信機能や何かしらの制御機能、表示機能、２次側機器を認証する機能、２次側機器が１次側機器上にあることを判別する機能、異種金属などの混入を検知する機能、などを搭載するようにしてもよい。

また、上記実施の形態では、給電システム内に複数（２つ）の電子機器が設けられている場合を例に挙げて説明したが、この場合には限られず、給電システム内に１つの電子機器のみが設けられているようにしてもよい。

更に、上記実施の形態では、給電装置の一例として、携帯電話機等の小型の電子機器（ＣＥ機器）向けの充電トレーを挙げて説明したが、給電装置としてはそのような家庭用の充電トレーには限定されず、様々な電子機器の充電器として適用可能である。また、必ずしもトレーである必要はなく、例えば、いわゆるクレードル等の電子機器用のスタンドであってもよい。

なお、本技術は以下のような構成を取ることも可能である。
（１）
磁界を用いて電力伝送を行うための送電コイルと、１または複数の共振器を含む補助共振部とを有する送電部を備え、
前記共振器は、少なくとも一部の領域に間隙が形成されるように巻回された補助コイルを有する
給電装置。
（２）
前記補助コイルにおいて、複数の間隙が形成されている
上記（１）に記載の給電装置。
（３）
前記間隙の幅が、前記補助コイルの外縁側から中心方向に向かって徐々に大きくなっている
上記（２）に記載の給電装置。
（４）
前記補助コイルは、その内縁から外縁に亘って前記複数の間隙が形成されるように、疎に巻回されている
上記（２）または（３）に記載の給電装置。
（５）
前記補助コイルが、異方性を示す内面形状を有し、
前記間隙の幅が、前記内面形状における短手方向よりも長手方向において大きくなっている
上記（１）ないし（４）のいずれか１項に記載の給電装置。
（６）
前記補助共振部は、１つの共振器を有する
上記（１）ないし（５）のいずれか１項に記載の給電装置。
（７）
前記補助コイルの内径が、前記送電コイルの内径よりも小さい
上記（６）に記載の給電装置。
（８）
前記送電コイルの中心点と前記補助コイルの中心点とが、互いに略同軸上に位置する
上記（６）または（７）に記載の給電装置。
（９）
前記送電コイルと前記補助コイルとが、略同一面内に配設されている
上記（６）ないし（８）のいずれか１項に記載の給電装置。
（１０）
前記電力伝送の際の前記送電コイルを用いた主共振動作における主共振周波数と、前記共振器における補助共振周波数とが、互いに異なっている
上記（１）ないし（９）のいずれか１項に記載の給電装置。
（１１）
前記補助共振周波数が、前記主共振周波数よりも高い周波数である
上記（１０）に記載の給電装置。
（１２）
前記補助共振周波数が、前記主共振周波数よりも低い周波数である
上記（１０）に記載の給電装置。
（１３）
前記送電コイルと前記補助コイルとが、電気的に絶縁されている
上記（１）ないし（１２）のいずれか１項に記載の給電装置。
（１４）
前記送電コイルと、所定の容量素子または寄生容量成分とを用いて、前記主共振動作が行われる
上記（１）ないし（１３）のいずれか１項に記載の給電装置。
（１５）
１または複数の電子機器と、
前記電子機器に対して電力伝送を行う給電装置と
を備え、
前記給電装置は、磁界を用いて前記電力伝送を行うための送電コイルを含む送電部を有し、
前記電子機器は、前記送電部から伝送された電力を受け取るための受電コイルを含む受電部を有し、
前記給電装置内、前記電子機器内、ならびに、前記給電装置および前記電子機器とは別体である他の装置内のうちの少なくとも１つに、１または複数の共振器を含む補助共振部が設けられ、
前記共振器は、少なくとも一部の領域に間隙が形成されるように巻回された補助コイルを有する
給電システム。
（１６）
前記補助共振部が、前記他の装置としての補助装置内に設けられている
上記（１５）に記載の給電システム。
（１７）
前記電力伝送の際の前記送電コイルまたは前記受電コイルを用いた主共振動作における主共振周波数と、前記共振器における補助共振周波数とが、互いに異なっている
上記（１５）または（１６）に記載の給電システム。
（１８）
磁界を用いて伝送された電力を受け取るための受電コイルと、１または複数の共振器を含む補助共振部とを有する受電部を備え、
前記共振器は、少なくとも一部の領域に間隙が形成されるように巻回された補助コイルを有する
電子機器。
（１９）
前記電力伝送の際の前記受電コイルを用いた主共振動作における主共振周波数と、前記共振器における補助共振周波数とが、互いに異なっている
上記（１８）に記載の電子機器。
（２０）
前記受電コイルと、所定の容量素子または寄生容量成分とを用いて、前記主共振動作が行われる
上記（１８）または（１９）に記載の電子機器。

１…給電装置（１次側機器）、１１，１１Ｂ，１１Ｄ…送電装置、１１０，１１０Ａ，１１０Ｂ，１１０Ｄ…送電部、１１０Ｓ…シールド板、１１１…高周波電力発生回路、１１２…インピーダンス整合回路、２Ａ，２Ｂ…電子機器（２次側機器）、２１，２１Ｂ，２１Ｅ…受電装置、２１０，２１０Ｂ，２１０Ｅ…受電部、２１２…インピーダンス整合回路、２１３…整流回路、２１４…電圧安定化回路、２１５…バッテリー、２２…負荷、３，３Ａ…補助共振部、４，４Ｂ〜４Ｅ…給電システム、４１…補助装置、９…電力供給源、Ｓ１…送電面、Ｌ１…送電コイル、Ｌ２…受電コイル、Ｌ３…補助コイル、Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３…共振用キャパシタ（容量素子）、ＣＰ１，ＣＰ３…中心点、Ｇ１〜Ｇ４…間隙、φ１，φ１ｘ，φ１ｙ，φ３，φ３ｘ，φ３ｙ…内径、ｇ１ｘ，ｇ１ｙ，ｇ２ｘ，ｇ２ｙ，ｇ３ｘ，ｇ３ｙ，ｇ４ｘ，ｇ４ｙ…間隙幅（間隔）、ｆ１，ｆ３…共振周波数。

特開２００８−１３６３１１号公報 特表２００９−５０４１１５号公報

Claims (20)

1. 磁界を用いて電力伝送を行うための送電コイルと、１または複数の共振器を含む補助共振部とを有する送電部を備え、
   前記共振器は、少なくとも一部の領域に間隙が形成されるように巻回された補助コイルを有する
   給電装置。
2. 前記補助コイルにおいて、複数の間隙が形成されている
   請求項１に記載の給電装置。
3. 前記間隙の幅が、前記補助コイルの外縁側から中心方向に向かって徐々に大きくなっている
   請求項２に記載の給電装置。
4. 前記補助コイルは、その内縁から外縁に亘って前記複数の間隙が形成されるように、疎に巻回されている
   請求項２に記載の給電装置。
5. 前記補助コイルが、異方性を示す内面形状を有し、
   前記間隙の幅が、前記内面形状における短手方向よりも長手方向において大きくなっている
   請求項１に記載の給電装置。
6. 前記補助共振部は、１つの共振器を有する
   請求項１に記載の給電装置。
7. 前記補助コイルの内径が、前記送電コイルの内径よりも小さい
   請求項６に記載の給電装置。
8. 前記送電コイルの中心点と前記補助コイルの中心点とが、互いに略同軸上に位置する
   請求項６に記載の給電装置。
9. 前記送電コイルと前記補助コイルとが、略同一面内に配設されている
   請求項６に記載の給電装置。
10. 前記電力伝送の際の前記送電コイルを用いた主共振動作における主共振周波数と、前記共振器における補助共振周波数とが、互いに異なっている
    請求項１に記載の給電装置。
11. 前記補助共振周波数が、前記主共振周波数よりも高い周波数である
    請求項１０に記載の給電装置。
12. 前記補助共振周波数が、前記主共振周波数よりも低い周波数である
    請求項１０に記載の給電装置。
13. 前記送電コイルと前記補助コイルとが、電気的に絶縁されている
    請求項１に記載の給電装置。
14. 前記送電コイルと、所定の容量素子または寄生容量成分とを用いて、前記主共振動作が行われる
    請求項１に記載の給電装置。
15. １または複数の電子機器と、
    前記電子機器に対して電力伝送を行う給電装置と
    を備え、
    前記給電装置は、磁界を用いて前記電力伝送を行うための送電コイルを含む送電部を有し、
    前記電子機器は、前記送電部から伝送された電力を受け取るための受電コイルを含む受電部を有し、
    前記給電装置内、前記電子機器内、ならびに、前記給電装置および前記電子機器とは別体である他の装置内のうちの少なくとも１つに、１または複数の共振器を含む補助共振部が設けられ、
    前記共振器は、少なくとも一部の領域に間隙が形成されるように巻回された補助コイルを有する
    給電システム。
16. 前記補助共振部が、前記他の装置としての補助装置内に設けられている
    請求項１５に記載の給電システム。
17. 前記電力伝送の際の前記送電コイルまたは前記受電コイルを用いた主共振動作における主共振周波数と、前記共振器における補助共振周波数とが、互いに異なっている
    請求項１５に記載の給電システム。
18. 磁界を用いて伝送された電力を受け取るための受電コイルと、１または複数の共振器を含む補助共振部とを有する受電部を備え、
    前記共振器は、少なくとも一部の領域に間隙が形成されるように巻回された補助コイルを有する
    電子機器。
19. 前記電力伝送の際の前記受電コイルを用いた主共振動作における主共振周波数と、前記共振器における補助共振周波数とが、互いに異なっている
    請求項１８に記載の電子機器。
20. 前記受電コイルと、所定の容量素子または寄生容量成分とを用いて、前記主共振動作が行われる
    請求項１８に記載の電子機器。

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