JP2013031305A - 無線電力伝送装置 - Google Patents

Abstract

【課題】給電ループと受電ループ間の距離が可変した場合にでも給電ループや受電ループの位置移動調整手段を不要とする一方で、全体構成として小型・計量化を図ることができる無線電力伝送装置を得ること。
【解決手段】相互に所要の距離を存して設けられる給電側共振コイル３５およびこの受電側共振コイル３６と、高周波を出力する給電側および高周波を入力する受電側の少なくとも一方の側に対向配置される給電用直列ループ３２および受電用直列ループ３３の少なくとも一方を備える。給電用直列ループ３２および受電用直列ループ３３の少なくともその一方には、相互に所定距離を存して複数縦列配置されるループ部３２および３３の少なくともいずれか一方を備える。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、無線で電力を伝送する無線電力伝送装置に関する。

送電コイルと受電コイルとを使用し、無線により非接触で電力を伝送する無線電力伝送装置は、電極の露出がなく摩耗による性能劣化がないこと、水分の多い環境でも安全に伝送できることなど多くの利便性を有している。そのため、近年ではＩＣカード、携帯電話、電動歯ブラシ、シェーバなど多くの機器に採用されている。

従来のこの種の無線電力伝送装置では、一般的に送電コイルと受電コイルとの相互位置関係により伝送特性が大きく変動するため、コイルの距離を一定に維持するクレードル等を用いて両コイル間の距離を０から数ｃｍ程度のごく近距離での伝送を実現するようにしたものがある。

また、比較的長距離での伝送に対応させるために共振を利用したコイルを用いて効率よく伝送なさしめるようにした伝送装置がある。このような無線電力伝送装置では、一般に数１００ｋＨｚ以上の高周波が用いられる。しかし、このような高周波では、相互間に発生するインピーダンスが適切に調整されていないと、伝送効率が大きく低下する。特に長距離での伝送では、受電側の位置によってはインピーダンスが大きく変化し、伝送効率が低下するといった問題があった。

この種従来の無線電力伝送装置として、例えば特許文献１に示されるような構成のものがある。すなわち、特許文献１に示される無線電力伝送装置について、図９を参照して説明する。

図９は、従来の無線電力伝送装置の一例を示す実施形態の構成図である。図９に示す給電・受電システム１は、例えばＥＶ（Electric Vehicle）車給電用として設けられる給電ステーション施設に設けられた給電ループコイル１０および給電側共振コイル１２（一次側コイル）と、車両等の移動体に設けられた受電側共振コイル１４及び受電ループコイル１６（二次側コイル）を含む。給電ループコイル１０には電力供給部１８から電力が供給される。供給された電力は、給電ループコイル１０から給電側共振コイル１２へ、給電側共振コイル１２から受電側共振コイル１４、さらに受電側共振コイル１４から受電ループコイル１６へと非接触で供給される。そして蓄電部２０に蓄電される構成のものである。

このようなシステム構成により、両共振コイル１２，１４間の距離ｃを検出し、この距離ｃに応じて給電側の給電ループコイル１０と給電側共振コイル１２との距離ａ及び受電側ループコイル１６と受電側共振コイル１４との距離ｂを可変調整することで給電効率を維持させることができる構成になっている。

上記構成のものによれば、上記距離ａおよびｂの位置調整のための位置移動調整等の手段が必要になる。また、装置の設置により全体構成として重量化、大型化してしまい比較的小型機器へ採用するにあたって望ましくなかった。

特開２０１０−１２４５２２号公報

そこで 本発明の実施形態は、上述の課題を解決するためになされたものであり、給電ループコイルと受電ループコイル間の距離が可変した場合にでも給電ループコイルや受電ループコイルの位置移動調整手段を不要とする一方で、全体構成として小型・計量化を図ることができる無線電力伝送装置を得ることを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の実施形態によれば、 相互に所要の距離を存して設けられる給電側共振コイルおよびこの受電側共振コイルと、高周波を出力する給電側および高周波を入力する受電側の少なくとも一方の側に対向配置される給電用直列ループおよび受電用直列ループの少なくとも一方を備え、前記給電用直列ループおよび受電用直列ループの少なくともその一方には、相互に所定距離を存して複数縦列配置されるループ部を備えたことを特徴とする無線電力伝送装置を提供する。

また、本発明の他の目的を達成するために、本発明の他の実施形態によれば、
相互に所要の距離を存して設けられる給電側共振コイルおよびこの受電側共振コイルと、高周波を出力する給電側および高周波を入力する受電側の少なくとも一方の側に対向配置される給電用直列ループおよび受電用直列ループの少なくとも一方を備え、前記給電用直列ループおよび受電用直列ループの少なくとも一方には、給電側共振コイルまたは受電共振コイルに対向する螺旋状ループ部を備えたことを特徴とする無線電力伝送装置を提供する。

更に、また、本発明の他の目的を達成するために、本発明の他の実施形態によれば、相互に所要の距離を存して設けられる給電側共振コイルおよびこの受電側共振コイルと、高周波を出力する給電側および高周波を入力する受電側の少なくとも一方の側に対向配置される給電用直列ループおよび受電用直列ループの少なくとも一方を備え、前記給電用直列ループおよび受電用直列ループの少なくとも一方は、それぞれ径の異なる大きさのコイル部を同一平面上に渦巻状に形成したことを特徴とする無線電力伝送装置を提供する。

本発明の無線電力伝送装置の第１の実施形態の概要を示す構成図。 図１に示す給電回路の給電コイルおよび受電回路の受電コイルの拡大図で、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は側面図。 本発明の無線電力伝送装置の第２の実施形態の概要を示す構成図。 本発明の無線電力伝送装置の第３の実施形態の概要を示す構成図。 本発明の無線電力伝送装置の第４の実施形態の概要を示す構成図。 本発明の無線電力伝送装置の第５の実施形態の概要を示す構成図。 図６に示す給電コイルおよび受電コイルを示す正面図。 図６に示す第５の実施形態において、図７に示す給電コイルおよび受電コイルのそれぞれ異なるループ径における共振作用を説明するグラフ。 従来の無線電力伝送装置の概要を示す構成図。

以下、本発明の無線電力伝送装置の第１の実施形態乃至第３の実施形態について、図面を参照して説明する。

［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態における無線電力伝送装置について、図１を参照して説明する。

図1に示す無線電力伝送装置３０は、高周波電源装置３１に接続され、高周波を出力する給電用直列ループ３２と、高周波を入力する受電用直列ループ３３と、これらの給電用直列ループ３２および受電用直列ループ３３間にあって、給電用直列ループ３２と対向配置される給電側共振コイル３５と所要の距離を存して対向配置される受電側共振コイル３６とを備える。なお、符号３８は、受電回路３７から供給される電力負荷である。

給電用直列ループ３２は、高周波発生回路３１から高周波による電力供給を受け、これを給電側共振コイル３５側に伝送する働きをなすように第１のループ部３２ａおよび第２のループ部３２ｂを備える。第１のループ部３２ａおよび第２のループ部３２ｂの構成は、具体的には、図２（Ａ）に示すように、１本のコイルによりループ状に形成されたものを縦列配置に構成したもので、図１に示すように側面から見た場合、図２（Ｂ）に示すような形状である。

第１のループ部３２ａは、その給電側共振コイル３５に面する端面位置から当該給電側共振コイル３５の第１のループ部３２ａに面する端面位置までの距離ａ１を存して設けられる。この距離ａ１は、給電側共振コイル３５と受電側共振コイル３６間の距離ｂ１が所要の距離にあるときに給電側共振コイル３５が効率よく共振できる距離に予め設定される。

受電用直列ループ３３は、受電側共振コイル３６から共振した高周波電力を受け、これを受電用直列ループ３３側に伝送する働きがなされるように第１のループ部３３ａおよび第２のループ部３３ｂを備える。

第１のループ部３３ａは、その受電側共振コイル３６に面する端面位置から当該受電側共振コイル３６の第１のループ部３３ａに面する端面位置までの距離ｃ１を存して設けられる。

また、距離ｃ１は、受電側共振コイル３６と第１のループ部３３ａ間で効率よく共振できる距離に設定される。

次に、給電用直列ループ３２の第２のループ部３２ｂの中心位置は、第１のループ部３２ａの中心位置と距離ａ２を存して設けられる。また、受電用直列ループ３３の第２のループ部３３ｂの中心位置は、と第１のループ部３３ａの中心位置と距離ｃ２を存して設けられる。これらの寸法ａ２およびｃ２は、給電側共振コイル３５と受電側共振コイル３６間の距離ｂ１が所定の距離拡がった場合に、無線電力伝送装置３０として機能することができる構成になっている。

すなわち、距離ｂ１が所定寸法拡がった場合には、給電用直列ループ３５の第１のループ部３２ａおよび受電用直列ループ３３の第１のループ部３３ａに替わって第２のループ部３２ｂおよび３３ｂが、給電側共振コイル３５および受電側共振コイル３６に対して共振することができ、給電側から受電側へ電力伝送することができる構成になっている。

次に、無線電力伝送装置３０の作用について説明する。

無線電力伝送装置３０の給電側共振コイル３５と受電側共振コイル３６間の距離ｂ１が所定の相互インピーダンスを維持した状態で結合が可能な距離である場合、給電側共振コイル３５と給電用直列ループ３２の第１のループ部３２ａ間の距離ａ１と、受電側共振コイル３６と受電用直列ループ３３の第１のループ部３３ａ間の距離ｃ１とが所定の比率の関係で保たれた位置関係にある。この時に高周波電源装置３１から給電用直列ループ３２へ供給される高周波は、給電用直列ループ３２の第１のループ部３２ａを介して給電側共振コイル３５へ供給され、この給電側共振コイル３５が共振する。給電側共振コイル３５の共振により連動して受電側共振コイル３６が共振する。この受電側共振コイル３６が共振することにより受電用直列ループ３３の第１のループ部３３ａが共振して受電回路３７に入力される。そして、負荷３８へ出力する。

次に、ここで、給電側共振コイル３５と受電側共振コイル３６間の距離ｂ１が所定の距離拡がって距離ｂ１１となった場合は、給電用直列ループ３２の第１のループ部３２ａの給電作用および受電用直列ループ３３の第１のループ部３３ａの受電作用が減少する。すなわち、距離ｂ１１になることにより相互インピーダンスの低下を招いて給電側共振コイル３５の受電側共振コイル３６に対する共振作用が減衰し、距離ｂ１１の長さに応じて相当程度の電力伝送が低減する。

一方、給電用直列ループ３２の第１のループ部３２ａと距離ａ２の位置に設けられている第２のループ部３２ｂおよび受電用直列ループ３３の第１のループ部３３ａと距離ｃ２の位置に設けられている第２のループ部３３ｂが、第１のループ部３２ａおよび３３ａに取って替わり、給電用直列ループ３２の第２のループ部３２ｂ―給電側共振コイル３５―受電側共振コイル３６―第２のループ部３３ｂによる共振コイル間の相互インピーダンスが保持されて共振関係を維持するようになる。これによって、給電用直列ループ３２側から受電回路３７側へ電力伝送することができる。

したがって、上記距離ｂ１が所定寸法に拡大する場合にでも、給電用直列ループ３２の第１のループ部３２ａおよび受電用直列ループ３３の第１のループ部３３ａの位置調整を物理的に移動調整する手段を設けることなく、自動的に調整が行われるので、利便性を向上させることができる。

［第２の実施形態］
次に、第２の実施形態について図３を参照して説明する。

図３には、第１の実施形態を示す図１と同一部分に同一符号を附している。

無線電力伝送装置４０は、高周波電源装置３１に接続され、高周波を出力する給電用直列ループ４２と、高周波を入力する受電用直列ループ４３と、これらの給電用直列ループ４２および受電用直列ループ４３間にあって、給電用直列ループ４２と対向配置される給電側共振コイル３５と所要の距離を存して対向配置される受電側共振コイル３６とを備える。なお、符号３８は、受電回路３７から供給される電力負荷である。

無線電力伝送装置４０は、上述した第１の実施形態の構成のものに比して、給電用直列ループ４２および受電用直列ループ４３の構成をさらに改良した構成を有するものである。

すなわち、無線電力伝送装置４０の給電用直列ループ４２は、高周波発生回路３１から高周波による電力供給を受け、これを給電側共振コイル３５側に伝送する働きをなすように給電側共振コイル３５側に近い側から第１のループ部４２ａが、またこの第１のループ部４２ａから距離ｘ１を存して第２のループ部４２ｂが、さらに距離ｘ２を存して第３のループ部４２ｃを備える。これらのループ部４２ａ乃至４２ｃの構成は、それぞれ縦列配置に構成したもので上述した第１の実施形態において説明した第１のループ部３２ａおよび第２のループ部３２ｂと同様構成であるので説明を省略する。

第１のループ部４２ａは、その給電側共振コイル３５に面する端面位置から当該給電側共振コイル３５の第１のループ部３２ａに面する端面位置までの距離ａ１を存して設けられる。この距離ａ１は、給電側共振コイル３５と受電側共振コイル３６間の距離ｂ１が所要の距離にあるときに給電側共振コイル３５が効率よく共振できる距離に予め設定される。

受電用直列ループ４３は、受電側共振コイル３６から共振した高周波電力を受け、これを受電用直列ループ４３側に伝送する働きがなされるように第１のループ部４３ａが、またこの第１のループ部４３ａから距離ｙ１を存して第２のループ部４３ｂが、さらに距離ｙ２を存して第３のループ部４３ｃを備える。これらのループ部４３ａ乃至４３ｃの構成は、上述した第１の実施形態において説明したループ部３２ａおよび３２ｂと同様構成であるので説明を省略する。

次に、無線電力伝送装置４０の作用について説明する。

無線電力伝送装置４０の給電側共振コイル３５と受電側共振コイル３６間の距離ｂ１が所定の相互インピーダンスを維持した状態で結合が可能な距離である場合、給電側共振コイル３５と給電用直列ループ４２の第１のループ部４２ａ間の距離ａ１と、受電側共振コイル３６と受電用直列ループ４３の第１のループ部４３ａ間の距離ｃ１とが所定の比率の関係で保たれた位置関係にある。この時に高周波電源装置３１から給電用直列ループ４２へ供給される高周波は、給電用直列ループ４２の第１のループ部４２ａを介して給電側共振コイル３５へ供給され、この給電側共振コイル３５が共振する。給電側共振コイル３５の共振により連動して受電側共振コイル３６が共振する。この受電側共振コイル３６が共振することにより受電用直列ループ４３の第１のループ部４３ａが共振して受電回路３７に入力される。そして、負荷３８へ出力する。

次に、ここで、給電側共振コイル３５と受電側共振コイル３６間の距離ｂ１が所定の距離拡がって距離ｂ１１となった場合は、給電用直列ループ４２の第１のループ部４２ａの給電作用および受電用直列ループ４３の第１のループ部４３ａの受電作用が減少する。すなわち、距離ｂ１１になることにより、相互インピーダンスの低下を招いて給電側共振コイル３５の受電側共振コイル３６に対する共振作用が減衰し、距離ｂ１１の長さに応じて相当程度の電力伝送が低減する。

一方、給電用直列ループ４２の第１のループ部４２ａと距離ｘ１の位置に設けられている第２のループ部４２ｂおよび受電用直列ループ４３の第１のループ部４３ａと距離ｙ１の位置に設けられている第２のループ部４３ｂが、第１のループ部４３ａに取って替わり、給電用直列ループ４２の第２のループ部４２ｂ―給電側共振コイル３５―受電側共振コイル３６―第２のループ部４３ｂによる共振コイル間の相互インピーダンスが保持されて共振関係を維持するようになる。これによって、給電用直列ループ４２側から受電回路３７側へ電力伝送することができる。

さらにまた、給電側共振コイル３５と受電側共振コイル３６間の距離ｂ１１がさらに所定の距離拡がって距離ｂ１２となった場合には、給電用直列ループ４２の第２のループ部４２ｂと距離ｘ２の位置に設けられている第３のループ部４２ｃおよび受電用直列ループ４３の第２のループ部４３ｂと距離ｙ２の位置に設けられている第３のループ部４３ｃが、第２のループ部４２ｂおよびループ部４３ｂに取って替わり、給電用直列ループ４２の第３のループ部４２ｃ―給電側共振コイル３５―受電側共振コイル３６―第３のループ部４３ｃによる共振コイル間の相互インピーダンスが保持されて共振関係を維持するようになる。これによって、給電用直列ループ４２側から受電回路３７側へ電力伝送することができる。

したがって、上記距離ｂ１が距離ｂ１１，ｂ１２の２段階にわたって所定寸法に拡大する場合にでも、給電用直列ループ４２の第１のループ部４２ａおよび受電用直列ループ４３の第１のループ部４３ａの位置調整を物理的に移動調整する手段を設けることなく、自動的に調整が行われるので、利便性を向上させることができる。

［第３の実施形態］
次に、第３の実施形態について図４を参照して説明する。

図４には、第１の実施形態を示す図１と同一部分に同一符号を附している。

無線電力伝送装置５０は、高周波電源装置３１に接続され、高周波を出力する給電用螺旋ループ５２と、高周波を入力する受電用螺旋ループ５３と、これらの給電用螺旋ループ５２および受電用螺旋ループ５３間にあって、給電用螺旋ループ５２と対向配置される給電側共振コイル３５と所要の距離を存して対向配置される受電側共振コイル３６とを備える。なお、符号３８は、受電回路３７から供給される電力負荷である。

無線電力伝送装置５０は、上述した第１の実施形態の構成のものに比して、給電用螺旋ループ５２および受電用螺旋ループ５３の構成をさらに改良した構成を有するものである。

すなわち、無線電力伝送装置５０の給電用螺旋ループ５２は、高周波発生回路３１から高周波による電力供給を受け、これを給電側共振コイル３５側に伝送する働きをなすように給電側共振コイル３５側に対向して螺旋状に設けて幅寸法ｘ１１の範囲でループ部５２ａ乃至５２ｃを形成している。これらのループ部５２ａ乃至５２ｃによれば第１の実施形態または第２の実施形態における無線電力伝送装置３０または無線電力伝送装置４０の給電用直列ループ３２または４２のそれぞれのループ部３２ａ，３２ｂ，４２ａ，４２ｂおよび４２ｃの給電作用と同様の作用が得られる。

給電用螺旋ループ５２のループ部５２ａは、その給電側共振コイル３５に面する端面位置から当該給電側共振コイル３５のループ部５２ａに面する端面位置までの距離ａ１を存して設けられる。この距離ａ１は、給電側共振コイル３５と受電側共振コイル３６間の距離ｂ１が所要の距離にあるときに給電側共振コイル３５が効率よく共振できる距離に予め設定される。

受電用螺旋ループ５３は、受電側共振コイル３６から共振した高周波電力を受け、これを受電用螺旋ループ５３側に伝送する働きがなされるようにループ部５３ａが、またこのループ部５３ａから任意の距離を存してループ部５３ｂが、さらに任意の距離を存してループ部５３ｃを備える。これらのループ部５３ａ乃至５３ｃの構成は、ｙ１１の範囲に設けられ、上述した給電用螺旋ループ５２と同様構成であるので説明を省略する。

次に、無線電力伝送装置５０の作用について説明する。

無線電力伝送装置５０の給電側共振コイル３５と受電側共振コイル３６間の距離ｂ１が所定の相互インピーダンスを保持した状態で結合が可能な距離である場合、給電側共振コイル３５と給電用螺旋ループ５２のループ部ａ間の距離ａ１と、受電側共振コイル３６と受電用螺旋ループ５３のループ５３ａ間の距離ｃ１とが所定の比率の関係で保たれた位置関係にある。この時に高周波電源装置３１から給電用螺旋ループ５２へ供給される高周波は、給電用螺旋ループ５２のループ部５２ａを介して給電側共振コイル３５へ供給され、この給電側共振コイル３５が共振する。給電側共振コイル３５の共振により連動して受電側共振コイル３６が共振する。この受電側共振コイル３６が共振することにより受電用螺旋ループ５３のループ部５３ａが共振して受電回路３７に入力される。そして、負荷３８へ出力する。

次に、ここで、給電側共振コイル３５と受電側共振コイル３６間の距離ｂ１が所定の距離が拡がって距離ｂ１１となった場合は、給電用螺旋ループ５２のループ部５２ａの給電作用および受電用螺旋ループ５３のループ部５３ａの受電作用が減少する。すなわち、距離ｂ１１になることにより、相互インピーダンスの低下を招いて給電側共振コイル３５の受電側共振コイル３６に対する共振作用が減衰し、距離ｂ１１の長さに応じて相当程度の電力伝送が低減する。

一方、給電用螺旋ループ５２のループ部５２ａと距離ｘ１１の範囲の位置に設けられている、例えばループ部５２ｂおよび受電用螺旋ループ５３のループ部５３ａと距離ｙ１１の範囲の位置に設けられているループ部５３ｂが、ループ部５２ａおよび５３ａに取って替わり、給電用螺旋ループ５２のループ部５２ｂ―給電側共振コイル３５―受電側共振コイル３６―ループ部５３ｂによる共振コイル間の相互インピーダンスが保持されて共振関係を維持するようになる。これによって、給電用螺旋ループ５２側から受電回路３７側へ電力伝送することができる。

さらにまた、給電側共振コイル３５と受電側共振コイル３６間の距離ｂ１１がさらに所定の距離まで拡がって距離ｂ１２となった場合には、給電用螺旋ループ５２のループ部の全幅である寸法ｘ１１の範囲の位置に設けられているループ部５２ｃおよび受電用螺旋ループ５３の全幅である寸法ｙ１１の範囲の位置に設けられているループ部５３ｃが、ループ部５２ｂおよび５３ｂに取って替わり、給電用螺旋ループ５２のループ部５２ｃ―給電側共振コイル３５―受電側共振コイル３６―ループ部５３ｃによる共振コイル間の相互インピーダンスが保持されて共振関係を維持するようになる。これによって、給電用螺旋ループ５２側から受電回路３７側へ電力伝送することができる。

したがって、上記距離ｂ１が距離ｂ１１，ｂ１２による、例えば２段階にわたって所定寸法に拡大する場合にでも、給電用螺旋ループ５２のループ部５２ａおよび受電用螺旋ループ５３のループ部５３ａの位置調整を物理的に移動調整する手段を設けることなく、自動的に調整が行われるので、利便性を向上させることができる。

また、無線電力伝送装置５０によれば、給電用螺旋ループ５２および受電用螺旋ループ５３は、螺旋状のものを用いることができるので、螺旋巻き数や幅寸法の選定が任意に設定できることから無線電力伝送装置５０を採用する装置、システム等の物品の使い勝手や仕様に応じて適用性が向上する一方、螺旋状のものを製作すればよいので、製作時の加工性に優れ、その製造性を一層向上させることができる。

［第４の実施形態］
次に、第４の実施形態について図５を参照して説明する。

図５には、第１の実施形態を示す図１と同一部分に同一符号を附している。

無線電力伝送装置６０は、高周波電源装置３１に接続され、高周波を出力する給電用螺旋ループ６２と、高周波を入力する受電用螺旋ループ６３と、これらの給電用螺旋ループ６２および受電用螺旋ループ６３間にあって、給電用螺旋ループ６２と対向配置される給電側共振コイル３５と所要の距離を存して対向配置される受電側共振コイル３６とを備える。なお、符号３８は、受電回路３７から供給される電力負荷である。

無線電力伝送装置６０は、上述した第３の実施形態の構成のものに比して、給電用螺旋ループ６２および受電用螺旋ループ６３の構成をさらに改良した構成を有するものである。

すなわち、無線電力伝送装置６０の給電螺旋ループ６２は、一つ螺旋状に巻回して構成したもので部分によって巻回数に密度差をつけた構成である。この給電螺旋ループ６２は、高周波発生回路３１から高周波による電力供給を受け、これを給電側共振コイル３５側に伝送する働きをなすように給電側共振コイル３５側に近い側から密度の高い第１のループ部６２ａが、またこの第１のループ部６２ａから距離ｘ２２を存して中密度の第２のループ部６２ｂが、さらに距離ｘ２４を存して一つのループからなる第３のループ部６２ｃを備える。

第１のループ部６２ａは、その給電側共振コイル３５に面する端面位置から当該給電側共振コイル３５のループ部ａに面する端面位置までの距離ａ１を存して設けられる。この距離ａ１は、給電側共振コイル３５と受電側共振コイル３６間の距離ｂ１が所要の距離にあるときに給電側共振コイル３５が効率よく共振できる距離に予め設定される。

受電用螺旋ループ６３は、受電側共振コイル３６から共振した高周波電力を受け、これを受電用螺旋ループ６３側に伝送する働きがなされるように第１のループ部６３ａが、またこの第１のループ部６３ａから距離ｙ２２を存して第２のループ部６３ｂが、さらに距離ｙ２４を存して第３のループ部６３ｃを備える。

次に、無線電力伝送装置６０の作用について説明する。

無線電力伝送装置６０の給電側共振コイル３５と受電側共振コイル３６間の距離ｂ１が所定の相互インピーダンスを保持した状態で結合が可能な距離である場合、給電側共振コイル３５と給電用螺旋ループ６２の第１のループ部６２ａ間の距離ａ１と、受電側共振コイル３６と受電用螺旋ループ６３の第１のループ部６３ａ間の距離ｃ１とが所定の比率の関係で保たれた位置関係にある。この時に高周波電源装置３１から供給される高周波は、給電用螺旋ループ６２の第１のループ部６２ａを介して給電側共振コイル３５へ供給され、この給電側共振コイル３５が共振する。給電側共振コイル３５の共振により連動して受電側共振コイル３６が共振する。この受電側共振コイル３６が共振することにより受電用螺旋ループ６３の第１のループ部６３ａが共振して受電回路３７に入力される。そして、電力負荷３８へ出力する。

次に、ここで、給電側共振コイル３５と受電側共振コイル３６間の距離ｂ１が所定の距離が拡がって距離ｂ１１となった場合は、給電用直列ループ６２の第１のループ部６２ａの給電作用および受電用螺旋ループ６３の第１のループ部６３ａの受電作用が減少する。すなわち、距離ｂ１１になることにより、相互インピーダンスの低下を招いて給電側共振コイル３５の受電側共振コイル３６に対する共振作用が減衰し、距離ｂ１１の長さに応じて相当程度の電力伝送が低減する。

一方、給電用螺旋ループ６２の第１のループ部６２ａと距離ｘ２２の位置に設けられている第２のループ部６２ｂおよび受電用螺旋ループ６３の第１のループ部６３ａと距離ｙ２２の位置に設けられている第２のループ部６３ｂが、第１のループ部６２ａおよび受電用螺旋ループ６３の第１のループ部６３ａに取って替わり、給電用螺旋ループ６２の第２のループ部６２ｂ―給電側共振コイル３５―受電側共振コイル３６―第２のループ部６３ｂによる共振コイル間の相互インピーダンスが保持されて共振関係を維持するようになる。これによって、給電用螺旋ループ６２側から受電回路３７側へ電力伝送することができる。

さらにまた、給電側共振コイル３５と受電側共振コイル３６間の距離ｂ１１がさらに所定の距離が拡がって距離ｂ１２となった場合には、給電用螺旋ループ６２の第２のループ部６２ｂと距離ｘ２４の位置に設けられている第３のループ部６２ｃおよび受電用直列ループ６３の第２のループ部６３ｂと距離ｙ２４の位置に設けられている第３のループ部６３ｃが、第２のループ部６２ｂおよびループ部６３ｂに取って替わり、給電用螺旋ループ６２の第２のループ部６２ｃ―給電側共振コイル３５―受電側共振コイル３６―第３のループ部６３ｃによる共振コイル間の相互インピーダンスが保持されて共振関係を維持するようになる。これによって、給電用螺旋ループ６２側から受電回路３７側へ電力伝送することができる。

したがって、上記距離ｂ１が距離ｂ１１，ｂ１２の、例えば３段階にわたって所定寸法に拡大する場合にでも、給電用螺旋ループ６２の第１のループ部６２ａおよび受電用螺旋ループ６３の第１のループ部６３ａの位置調整を物理的に移動調整する手段を設けることなく、自動的に調整が行われるので、利便性を向上させることができる。

また、その全幅寸法として、図５に示すように、給電用螺旋ループ６２の全幅寸法をｘ２１＋ｘ２２＋ｘ２３＋ｘ２４とし、受電用螺旋ループ６２の全幅寸法をｙ２１＋ｙ２２＋ｙ２３＋ｙ２４として、第３の実施形態における給電用螺旋ループ５２の全幅寸法であるｘ１１、受電用螺旋ループ５３の全幅寸法であるｙ１１よりも大きくとることができるので、無線電力伝送装置６０における距離ｂ１が比較的大きくなる場合にでも電力伝送効率を落とさない状態で用いるとができる。

［第５の実施形態］
次に、第５の実施形態について図６乃至図８を参照して説明する。

図６には、第１の実施形態を示す図１と同一部分に同一符号を附している。

無線電力伝送装置７０は、高周波電源装置３１に接続され、高周波を出力する給電用直列ループ７２と、高周波を入力する受電用直列ループ７３と、これらの給電用直列ループ７２および受電用直列ループ７３間にあって、給電用直列ループ７２と対向配置される給電側共振コイル３５と所要の距離を存して対向配置される受電側共振コイル３６とを備える。なお、符号３８は、受電回路３７から供給される電力負荷である。

無線電力伝送装置７０は、上述した第１の実施形態の構成のものに比して、給電用直列ループ７２および受電用直列ループ７３の構成をさらに改良した構成を有するものである。その他の構成は、上述した第１の実施形態と同様構成であるので説明を省略する。

無線電力伝送装置７０の給電用直列ループ７２は、高周波発生回路３１から高周波による電力供給を受け、これを給電側共振コイル３５側に伝送する働きをなすように給電側共振コイル３５に対向して設けられる。この給電用直列ループ７２は、図７に示すように、径のそれぞれ異なる大きさの複数、例えば小さい順に３つのコイル部７２ａ、コイル部７２ｂおよびコイル部７２ｃが同一平面上にあって、各々が直列に接続されて構成されたものである。

これらのコイル部７２ａ乃至７２ｃの特性は、具体的には図８に示すように、例えば横軸が最大で１５ｃｍであり、縦軸が相互インピーダンスとして１．００Ｅ−７（ＭＧ［Ｈ］）とした場合、その径の大きさがコイル部７２ａ＜７２ｂ＜７２ｃの関係であれば、給電側共振コイル３５に対する結合距離が順次長い距離に応じて対応可能になる傾向を示している。

次に、無線電力伝送装置７０の作用について説明する。

給電側共振コイル３５と受電側共振コイル３６間の距離ｂ１が所定の相互インピーダンスを保持した状態で結合が可能な距離である場合、給電側共振コイル３５と給電用直列ループ７２コイル部７２ａとの距離ａ１と、受電側共振コイル３６と受電用直列ループ４３の第１のループ部４３ａ間の距離ｃ１とが所定の比率の関係で保たれた位置関係にある。この時に高周波電源装置３１から給電用直列ループ７２へ供給される高周波は、給電用直列ループ７２のコイル部７２ａを介して給電側共振コイル３５へ供給され、この給電側共振コイル３５が共振する。給電側共振コイル３５の共振により連動して受電側共振コイル３６が共振する。この受電側共振コイル３６が共振することにより受電用直列ループ７３のコイル部７３ｃが共振して受電回路３７に入力される。そして、負荷３８へ出力する。

次に、ここで、給電側共振コイル３５と受電側共振コイル３６間の距離ｂ１が所定の距離に拡がった距離ｂ１１となった場合は、給電用直列ループ７２のコイル部７２ｂが給電側共振コイル３５に対して共振し、給電作用がなされるようになる。これにより、コイル部７２ｂは、コイル部７３ａに取って替わり、給電コイル７２のコイル部７２ｂ―給電側共振コイル３５―受電側共振コイル３６―コイル部７３ｂによる共振コイル間の相互インピーダンスが保持されて共振関係を維持するようになる。これによって、給電用直列ループ４２側から受電回路３７側へ電力伝送することができる。

さらにまた、給電側共振コイル３５と受電側共振コイル３６間の距離ｂ１１がさらに所定の距離に拡がって距離ｂ１２となった場合には、給電用直列ループ７２のコイル部７２ｃが給電側共振コイル３５に対して共振し、給電作用がなされるようになる。これにより、コイル部７２ｃは、コイル部７３ｂに取って替わり、給電コイル７２のコイル部７２ｃ―給電側共振コイル３５―受電側共振コイル３６―コイル部７３ｃによる共振コイル間の相互インピーダンスが保持されて共振関係を維持するようになる。これによって、給電用直列ループ４２側から受電回路３７側へ電力伝送することができる。

したがって、上記距離ｂ１から距離ｂ１１，ｂ１２までの３段階にわたって所定寸法に変化する場合にでも、給電用直列ループ３２の第１のループ部３２ａおよび受電用直列ループ４３の第１のループ部４３ａの位置調整を物理的に移動調整する手段を設けることなく、自動的に調整が行われるので、利便性を向上させることができる。

なお、給電用直列ループ７２は、コイル部７２ａ乃至７２ｃの３つのコイル部を形成したが、これに限らず任意の数のコイル部を設けて、距離ｂ１の変化に一層対応させることができることは勿論である。

また、給電用直列ループ７２は、その形状が同一平面上において、コイル部を旋回させて製作できるので、その製造性を一層向上させることができる。

更にまた、上述した各実施形態における給電側および受電側に設けた直列ループ、螺旋状ループあるいは渦巻状ループについては、給電側および受電側のいずれか一方に設けるような構成であっても差し支えない。

３０，４０，５０，６０，７０ 無線電力伝送装置
３１ 高周波発生回路
３２，４２，７２ 給電用直列ループ
３２ａ，３３ａ，４２ａ，４３ａ，６２ａ，６３ａ 第１のループ部
３２ｂ，３３ｂ，４２ｂ，４３ｂ，６２ｂ，６３ｂ 第２のループ部
３３，４３ 受電用直列ループ
３５ 給電側共振コイル
３６ 受電側共振コイル
３７ 受電回路
３８ 電力負荷
４２ｃ，４３ｃ，６２ｃ，６３ｃ 第３のループ部
５２，６２ 給電用螺旋ループ
５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５３ａ，５３ｂ，５３ｃ ループ部
５３，６３ 受電用螺旋ループ
７２ａ，７２ｂ，７２ｃ コイル部

Claims (5)

1. 相互に所要の距離を存して設けられる給電側共振コイルおよびこの受電側共振コイルと、高周波を出力する給電側および高周波を入力する受電側の少なくとも一方の側に対向配置される給電用直列ループおよび受電用直列ループの少なくとも一方を備え、
   前記給電用直列ループおよび受電用直列ループの少なくともその一方には、相互に所定距離を存して複数縦列配置されるループ部を備えたことを特徴とする無線電力伝送装置。
2. 前記複数縦列配置されるループ部は、そのループの間隔の距離を異ならせて設けたことを特徴とする請求項１記載の無線電力伝送装置。
3. 相互に所要の距離を存して設けられる給電側共振コイルおよびこの受電側共振コイルと、高周波を出力する給電側および高周波を入力する受電側の少なくとも一方の側に対向配置される給電用直列ループおよび受電用直列ループの少なくとも一方を備え、
   前記給電用直列ループおよび受電用直列ループの少なくとも一方には、給電側共振コイルまたは受電共振コイルに対向する螺旋状ループ部を備えたことを特徴とする無線電力伝送装置。
4. 前記螺旋状ループは、螺旋の密度を位置によって異なるように形成したことを特徴とする請求項３記載の無線電力伝送装置。
5. 相互に所要の距離を存して設けられる給電側共振コイルおよびこの受電側共振コイルと、高周波を出力する給電側および高周波を入力する受電側の少なくとも一方の側に対向配置される給電用直列ループおよび受電用直列ループの少なくとも一方を備え、
   前記給電用直列ループおよび受電用直列ループの少なくとも一方は、それぞれ径の異なる大きさのコイル部を同一平面上に渦巻状に形成したことを特徴とする無線電力伝送装置。

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