JP2014033499A - ワイヤレス給電システム、ワイヤレス給電装置、およびワイヤレス受電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電磁誘導方式の無線給電を行うものでありながら、長距離の無線給電の実現が容易となるワイヤレス給電システムを提供する。
【解決手段】受電コイルを有したワイヤレス受電装置と、給電コイルを有しており、前記ワイヤレス受電装置に対して、前記給電コイルと前記受電コイルを用いた電磁誘導方式により無線給電を行うワイヤレス給電装置と、を有し、前記ワイヤレス給電装置は、前記給電コイル、および、該給電コイルと並列に設けられた第１キャパシタにより形成される、第１のＬＣ並列共振部を有し、前記ワイヤレス受電装置は、前記受電コイル、および、該受電コイルと並列に設けられた第２キャパシタにより形成される、第２のＬＣ並列共振部を有するワイヤレス給電システムとする。
【選択図】図１

Description

本発明は、無線による電力送受を行うワイヤレス給電システム、ならびに、ワイヤレス給電装置およびワイヤレス受電装置に関する。

近年、コイル間の電磁結合により非接触で電力伝送を行う、いわゆるワイヤレス給電技術が普及しつつある。2011年8月に発売された「AQUOS PHONE（登録商標）SH-13C」を皮切りに、携帯電話分野で推進されている「おくだけ充電（登録商標）」に関する技術はその代表である。

図７は、ワイヤレス給電システムが適用された機器の一例として、充電器６１１と電気機器６１２のセットを模式的に示している。図７（ａ）は、充電器６１１と電気機器６１２が離れた状態の斜視図を示し、図７（ｂ）は、電気機器６１２が充電器６１１の上に置かれた状態の側方視点の断面図を示す。なお充電器６１１は、ワイヤレス給電装置（以下、単に「給電装置」と称することがある）を備えており、電気機器６１２は、ワイヤレス受電装置（以下、単に「受電装置」と称することがある）を備えている。

なお図７（ｂ）は、より具体的には、充電器６１１が机の上に置かれており、更に電気機器６１２が充電器６１１の上に置かれた状態を示している。電気機器６１２の充電に際しては、このように電気機器６１２を充電器６１１の上に置くだけで良く、ケーブル接続等を行わなくても給電装置から受電装置への無線送電が行われ、電気機器６１２の充電が可能である。

給電装置と受電装置の内部回路構成については、業界団体であるWPC（Wireless Power Consortium）発行の規格書（非特許文献１）において詳細に開示されている。WPCは「電磁誘導方式」を採用し、複数の回路構成を開示しているが、その中での基本形と思われる２つの回路構造について説明する。

図５は、フルブリッジ構造のインバータ回路６１４を有する場合（design A2）における、ワイヤレス給電システムの模式的な構成図である。また図６はハーフブリッジ構造のインバータ回路６２０を有する場合（design A1）における、ワイヤレス給電システムの模式的な構成図である。各図について、給電装置６０１の部分の回路は、それぞれ非特許文献１の中のFigure 3-4とFigure 3-8をほぼそのまま引用した。また受電装置６０２の部分の回路は、非特許文献１の中のFigure 4-3をほぼそのまま引用した。

給電装置６０１の中では、直流電源６３１の電力がインバータ回路（６１４または６２０）により交流電力に変換される。そしてこの交流電力は、コイル周辺部６１３において、受信装置６０２へ無線送電される。無線送電された電力は整流回路６３２によって直流電力に戻され、受信装置６０２を備えた機器側で利用される。

コイル周辺部６１３と整流回路６３２の間には、通信を行うための負荷変調回路６１５が挿入されている。なおインバータ回路６１４はスイッチ素子（Ｓ１１〜Ｓ１４）を用いて構成され、インバータ回路６２０はスイッチ素子（Ｓ１５、Ｓ１６）を用いて構成されている。

コイル周辺部６１３は、基本的には、給電コイルＬ６０１と受電コイルＬ６０２を相互誘導磁界結合させたトランス回路に過ぎない。ただし性能向上のために通常は、給電コイルＬ６０１の直前には直列共振キャパシタＣ６０１が挿入され、受電コイルＬ６０２の直後にも直列共振キャパシタＣ６０２が挿入される。

特開２０１０−１８７４９５号公報

System Description Wireless Power Transfer Volume I: Low Power Part 1: Interface Definition Version 1.0.3 September 2011

しかしながら従来のワイヤレス給電システムでは、給電コイルＬ６０１と受電コイルＬ６０２の間の無線距離は数mm程度が限度であり、無線距離が数cmにも及ぶ長距離の無線送電には適していなかった。その理由を、回路シミュレーションの結果を用いて説明する。

図８は、上述したコイル周辺部６１３における入出力応答について、回路シミュレーションを行った結果の一例を示している。なお回路シミュレーション用のソフトにはＱＵＣＳを適用し、無線送電に対するフィルタ特性が分かり易くなるように、計算結果をＳ２１パラメータで示している。

回路定数については、代表的なワイヤレス給電装置であるTI社bq500000シリーズのリファレンス設計を参考に、L601＝24uH、L602＝15uH、C601＝0.045uF、C602＝0.183uFとした。またＳパラメータの基準となる特性インピーダンスについては、給電回路および受電回路の設計によって変動するが、ここでは代表として50Ω系とした。

図８に示す計算結果を見ると、給電コイルＬ６０１と受電コイルＬ６０２の間の結合係数ｋが小さくなるほど、透過特性Ｓ２１が単調に減少することが分かる。なお結合係数ｋが小さいということは、主として、これらのコイル同士の距離が長いことを意味する。すなわち図８に示す計算結果によれば、コイル同士が離れ過ぎていると（例えば「結合係数ｋ=0.1」のときには）、実用的な無線送電は極めて困難であると言える。

ワイヤレス給電の市場ニーズの中には、数cmに及ぶ長距離の無線送電が必須となるケースも少なくない。一例としては図９に示すように、机の裏側に設置された充電器（給電装置を備える）から机の表側に置かれた電気機器（受電装置を備える）へ無線送電を行うケースでは、このような長距離の無線送電が必須となる。

例えばノート型ＰＣ（電気機器の一例）を頻繁に事務所内で持ち歩いて使うユーザの間では、このような形態による無線給電が望まれている。しかし先述した通り、従来のワイヤレス給電システムは長距離の無線送電に適していないため、このような用途には対応できなかった。

本発明は上述した問題に鑑み、電磁誘導方式の無線給電を行うものでありながら、長距離の無線給電の実現が容易となるワイヤレス給電システムの提供を目的とする。また本発明は、このようなワイヤレス給電システムを構成し得るワイヤレス給電装置、およびワイヤレス受電装置の提供を目的とする。

本発明に係るワイヤレス給電システムは、受電コイルを有したワイヤレス受電装置と、給電コイルを有しており、前記ワイヤレス受電装置に対して、前記給電コイルと前記受電コイルを用いた電磁誘導方式により無線給電を行うワイヤレス給電装置と、を有するワイヤレス給電システムであって、前記ワイヤレス給電装置は、前記給電コイル、および、該給電コイルと並列に設けられた第１キャパシタにより形成される、第１のＬＣ並列共振部を有し、前記ワイヤレス受電装置は、前記受電コイル、および、該受電コイルと並列に設けられた第２キャパシタにより形成される、第２のＬＣ並列共振部を有する構成とする。

本構成によれば、電磁誘導方式の無線給電を行うものでありながら、長距離の無線給電の実現が容易となる。

また上記構成としてより具体的には、第１のＬＣ並列共振部と第２のＬＣ並列共振部は、共振周波数が略一致するように形成されていてもよい。

また上記構成としてより具体的には、前記ワイヤレス給電装置は、直流電力を交流電力に変換して前記給電コイルに送出するインバータ回路を有し、第１のＬＣ並列共振部の少なくとも一端が、キャパシタを介して前記インバータ回路に接続されている構成としてもよい。

また上記構成としてより具体的には、第１のＬＣ並列共振部の両端が、キャパシタを介して前記インバータ回路に接続されている構成としてもよい。

また上記構成としてより具体的には、前記ワイヤレス受電装置は、前記受電コイルから受取る交流電力を直流電力に変換する整流回路を有し、第２のＬＣ並列共振部の少なくとも一端が、キャパシタを介して前記整流回路に接続されている構成としてもよい。

また上記構成としてより具体的には、第２のＬＣ並列共振部の両端が、キャパシタを介して前記整流回路に接続されている構成としてもよい。

また本発明に係るワイヤレス給電装置は、給電コイルを有しており、受電コイルを有したワイヤレス受電装置に対して、前記給電コイルと前記受電コイルを用いた電磁誘導方式により無線給電を行うワイヤレス給電装置であって、前記給電コイル、および、該給電コイルと並列に設けられたキャパシタにより形成される、ＬＣ並列共振部を有する構成とする。

また本発明に係るワイヤレス受電装置は、受電コイルを有しており、給電コイルを有したワイヤレス給電装置から、前記給電コイルと前記受電コイルを用いた電磁誘導方式による無線給電を受けるワイヤレス受電装置であって、前記受電コイル、および、該受電コイルと並列に設けられたキャパシタにより形成される、ＬＣ並列共振部を有する構成とする。

本発明に係るワイヤレス給電システムによれば、電磁誘導方式の無線給電を行うものでありながら、長距離の無線給電の実現が容易となる。また本発明に係るワイヤレス給電装置およびワイヤレス受電装置によれば、本発明に係るワイヤレス給電システムを構成し得る。

第１実施形態に係るワイヤレス給電システムの構成図である。 第１実施形態に係る回路シミュレーションの結果に関する説明図である。 第２実施形態に係るワイヤレス給電システムの構成図である。 第３実施形態に係るコイル周辺部の構成図である。 従来例のワイヤレス給電システムの構成図である。 別の従来例のワイヤレス給電システムの構成図である。 ワイヤレス給電システムが適用された機器に関する説明図である。 従来例に係る回路シミュレーションの結果に関する説明図である。 ワイヤレス給電システムが適用された機器の使用に関する説明図である。

本発明の実施形態について、第１実施形態から第３実施形態の各々を例に挙げて、以下に説明する。

１．第１実施形態
［ワイヤレス給電システムの全体構成］
まず第１実施形態について説明する。図１は、第１実施形態に係るワイヤレス給電システム１の構成図である。図１に示すように、ワイヤレス給電システム１は給電装置１１１（ワイヤレス給電装置）と受電装置１１２（ワイヤレス受電装置）を有している。

給電装置１１１は、直流電源部１３１、インバータ回路１１４、および給電側コイル周辺部１１３ａ等を備えている。

直流電源部１３１は、例えば電池、或いは、商用電源に繋がったＡＣアダプタ等によって構成されており、直流電源として機能する。直流電源部１３１は、直流電力をインバータ回路１１４に供給する。

インバータ回路１１４は、複数のスイッチ素子（Ｓ１〜Ｓ４）を有したフルブリッジ構造のインバータ回路である。より具体的には、スイッチ素子Ｓ１およびＳ３の一端は直流電源部１３１に接続されており、スイッチ素子Ｓ２およびＳ４の一端は接地されている。またスイッチ素子Ｓ１の他端は、スイッチ素子Ｓ２の他端および給電側コイル周辺部１１３ａの第１端Ｔ１に接続されている。またスイッチ素子Ｓ３の他端は、スイッチ素子Ｓ４の他端および給電側コイル周辺部１１３ａの第２端Ｔ２に接続されている。

インバータ回路１１４は上述した構成を有し、各スイッチ素子（Ｓ１〜Ｓ４）のオン／オフ切替によって、直流電源部１３１から供給された直流電力を交流電力に変換し、給電側コイル周辺部１１３ａ（給電コイルＬ１０１を含む）へ送出する。

給電側コイル周辺部１１３ａは、第１端Ｔ１、第２端Ｔ２、給電コイルＬ１０１、および各キャパシタ（Ｃ１０１、Ｃ１０３、Ｃ１０５）を有している。給電コイルＬ１０１の一端は、キャパシタＣ１０３を介して、第１端Ｔ１に接続されており、給電コイルＬ１０１の他端は、キャパシタＣ１０５を介して、第２端Ｔ２に接続されている。

また給電コイルＬ１０１とコンデンサＣ１０３との接続点１２１には、キャパシタＣ１０１の一端が接続されており、給電コイルＬ１０１とコンデンサＣ１０５との接続点１２２には、キャパシタＣ１０１の他端が接続されている。

また受電装置１１２は、受電側コイル周辺部１１３ｂ、負荷変調回路１１５、および整流回路１３２等を備えている。

受電側コイル周辺部１１３ｂは、第３端Ｔ３、第４端Ｔ４、受電コイルＬ１０２、および各キャパシタ（Ｃ１０２、Ｃ１０４、Ｃ１０６）を有している。受電コイルＬ１０２の一端は、キャパシタＣ１０４を介して、第３端Ｔ３に接続されており、給電コイルＬ１０１の他端は、キャパシタＣ１０６を介して、第４端Ｔ４に接続されている。第３端Ｔ３と第４端Ｔ４は、何れも整流回路１３２に接続されている。

また受電コイルＬ１０２とキャパシタＣ１０４との接続点１２３には、キャパシタＣ１０２の一端が接続されており、受電コイルＬ１０２とキャパシタＣ１０６との接続点１２４には、キャパシタＣ１０２の他端が接続されている。

負荷変調回路１１５は、受電側コイル周辺部１１３ｂと整流回路１３２の間に挿入されており、通信の実行に用いられる。また整流回路１３２は、受電側コイル周辺部１１３ｂから送られてきた交流電力を直流電力に変換する。このようにして得られる直流電力は、例えば、二次電池（不図示）に充電され、受信装置１１２を有した電気機器において利用される。

ワイヤレス給電システム１は、電磁誘導方式の電力伝送により、給電装置１１１から受電装置１１２への無線給電を行うように構成されている。

給電装置１１１から受電装置１１２への無線給電を行わせる際には、給電コイルＬ１０１と受電コイルＬ１０２が向き合うように、給電装置１１１と受電装置１１２が予め位置決めされる。このように位置決めされた状態では、図１に示すように、給電側コイル周辺部１１３ａと受電側コイル周辺部１１３ｂにより、コイル周辺部１１３が形成される。

このときインバータ回路１１４により生成された交流電力は、各キャパシタ（Ｃ１０３、Ｃ１０５）を介して、第１のＬＣ並列共振器Ｘ１の両端に印加される。これにより給電コイルＬ１０１は、インバータ回路１１４からの供給電力によって電流が流れ、交流磁場を発生させる。

そして受電コイルＬ１０２は、給電コイルＬ１０１が発生させる交流磁場によって（つまり電磁誘導によって）起電力が生じ、交流電力を発生させる。すなわち給電コイルＬ１０１から受電コイルＬ１０２へ、相互誘導磁界結合により電力が伝達される。受電コイルＬ１０２が発生させた交流電力は、各キャパシタ（Ｃ１０４、Ｃ１０６）を介して、整流回路１３２へ送出される。このようにして、給電装置１１１から受電装置１１２への無線給電が実現される。

ここでコイル周辺部１１３における各部の役割に着目すると、給電コイルＬ１０１とキャパシタＣ１０１は並列に設けられていることから、第１のＬＣ並列共振器Ｘ１を形成している。また受電コイルＬ１０２とキャパシタＣ１０２は並列に設けられていることから、第２のＬＣ並列共振器Ｘ２を形成している。なお第１のＬＣ並列共振器Ｘ１の共振周波数は、第２のＬＣ並列共振器Ｘ２の共振周波数と略一致するように設定される。

また各キャパシタ（Ｃ１０３〜Ｃ１０６）は、各ＬＣ並列共振器（Ｘ１、Ｘ２）の共振現象を損なわないように、各ＬＣ並列共振器（Ｘ１、Ｘ２）と他の回路の間に挿入され、これらの間の分離や整合を実現させる。なお第１のＬＣ並列共振器Ｘ１の一端は、キャパシタＣ１０３を介してインバータ回路１１４に接続されており、第１のＬＣ並列共振器Ｘ１の他端は、キャパシタＣ１０５を介してインバータ回路１１４に接続されている。また第２のＬＣ並列共振器Ｘ２の一端は、キャパシタＣ１０４を介して整流回路１３２に接続されており、第２のＬＣ並列共振器Ｘ２の他端は、キャパシタＣ１０６を介して整流回路１３２に接続されている。

ここで図２に、本実施形態のコイル周辺部１１３における入出力応答について、回路シミュレーションを行った結果の一例を示す。なおここでの回路定数については、L101＝L102＝24uH、C101＝C102＝0.033uF、C103＝C104＝C105＝C106＝0.02uFとした。その他のシミュレーション条件については、基本的に図８に関するシミュレーションの場合と同様である。

図２に示す計算結果を見ると、各ＬＣ並列共振器（Ｘ１、Ｘ２）の作用によって幾つかの周波数で共振現象が発生し、その周波数では透過特性Ｓ２１が増大している。なおここでの共振周波数は、給電コイルＬ１０１と受電コイルＬ１０２の結合係数ｋに依存して変動している。

本実施形態の図２に示す例によれば、結合係数ｋが0.1という小さい値であっても、無線送電に対するフィルタ特性（以下、単に「フィルタ特性」とする）として、160kHz付近を通過帯域とするバンドパスフィルタの特性が得られる。そのため図２に示す例では従来の図８に示す例に比べて、結合係数ｋが0.1のときに、160kHz付近の電力の無線送電が非常に効率良く行われる。

すなわち図８に示す例の場合には、給電コイルと受電コイルが「結合係数ｋ=0.1」となる程度に離れていると、給電コイルに与える交流電力の周波数をどのように設定しても良好なフィルタ特性が得られず、実用的な無線送電は極めて困難である。しかし図２に示す例の場合には、給電コイルＬ１０１と受電コイルＬ１０２が「結合係数ｋ=0.1」となる程度に離れていても、給電コイルＬ１０１に与える交流電力の周波数を160kHz付近とすることにより良好なフィルタ特性が得られ、実用的な無線送電が可能となり得る。

また図２に示す例は、「結合係数ｋが0.1のときに、160kHz付近を通過帯域とするフィルタ特性が得られる」場合の例であり、そのため、「給電コイルに約160kHzの交流電力が加えられ、かつ、結合係数ｋが0.1となる状況でワイヤレス給電システムが使用される」場合に好適である。

但し得られるフィルタ特性は、各ＬＣ並列共振器（Ｘ１、Ｘ２）の特性（特に、各ＬＣ並列共振器におけるインダクタンスやキャパシタンスの値）を変えることにより、適切に調節しておくことが可能である。

例えば「給電コイルに約180kHzの交流電力が加えられ、かつ、結合係数ｋが0.2となる状況においてワイヤレス給電システムが使用される」場合には、「結合係数ｋが0.2のときに、180kHz付近を通過帯域とするフィルタ特性が得られる」ように、各ＬＣ並列共振器（Ｘ１、Ｘ２）の特性を調節しておけば良い。つまり各ＬＣ並列共振器（Ｘ１、Ｘ２）の特性は、給電コイルに加える交流電力の周波数、および、給電コイルと受電コイルの間の結合係数ｋを考慮して、適切なフィルタ特性が得られるように調節しておけば良い。

上述したように本実施形態のワイヤレス給電システム１によれば、給電コイルと受電コイルを用いてＬＣ並列共振器のペアが構成される。そして各ＬＣ並列共振器（Ｘ１、Ｘ２）の共振現象を利用することにより、結合係数ｋが相当に小さい場合（主に、給電コイルと受電コイルが相当に離れている場合）であっても、実用的な無線送電の実現が容易である。

またワイヤレス給電システム１は、例えば、携帯型の電気機器とその充電器に好適である。この場合、当該電気機器は、受電装置１１２とこれにより充電される二次電池を備え、この二次電池に充電された電力を用いて駆動するように構成される。また当該充電器には、給電装置１１１が備えられる。

そして当該電気機器と充電器の使用形態は、例えば図９に示すように、机の裏側に設置された充電器から机の表側に置かれた電気機器（例えばノート型ＰＣ）へ無線給電を行う形態とすることも可能である。一般的にこのような使用形態の場合には、給電コイルと受電コイルが相当に離れてしまうが、本実施形態のワイヤレス給電システム１によれば実用的な無線給電が実現され得る。

２．第２実施形態
次に第２実施形態について説明する。なお第２実施形態は、インバータ回路の構成に関する部分を除き、基本的に第１実施形態と同様である。以下の説明では、第１実施形態と異なる部分の説明に重点をおき、共通する部分については説明を省略することがある。

図３は、第２実施形態に係るワイヤレス給電システム１の構成図である。図１に示すように、ワイヤレス給電システム１は給電装置１１１（ワイヤレス給電装置）と受電装置１１２（ワイヤレス受電装置）を有している。給電装置１１１は、直流電源部１３１、インバータ回路２１４、および給電側コイル周辺部１１３ａ等を備えている。

インバータ回路２１４は、複数のスイッチ素子（Ｓ５、Ｓ６）を有したハーフブリッジ構造のインバータ回路である。より具体的には、スイッチ素子Ｓ５の一端は直流電源部１３１に接続されており、スイッチ素子Ｓ６の一端は接地されている。またスイッチ素子Ｓ５およびＳ６の他端同士が接続されている。

なお給電側コイル周辺部１１３ａの第１端Ｔ１は、スイッチ素子Ｓ５とスイッチ素子Ｓ６の接続点に接続されており、第２端Ｔ２は接地されている。インバータ回路２１４は、各スイッチ素子（Ｓ５、Ｓ６）のオン／オフ切替によって、直流電源部１３１から供給された直流電力を交流電力に変換し、給電側コイル周辺部１１３ａへ供給する。

第２実施形態においても、第１実施形態の場合と同様に、給電装置１１１には第１のＬＣ並列共振器Ｘ１が設けられており、受電装置には第２のＬＣ並列共振器Ｘ２が設けられている。また第１のＬＣ並列共振器Ｘ１の共振周波数は、第２のＬＣ並列共振器Ｘ２の共振周波数とほぼ一致するように設定される。

第２実施形態のワイヤレス給電システム１によっても、給電コイルと受電コイルを用いてＬＣ並列共振器のペアが構成される。そして各ＬＣ並列共振器（Ｘ１、Ｘ２）の共振現象を利用することにより、結合係数ｋが相当に小さい場合（主に、給電コイルと受電コイルが相当に離れている場合）であっても、実用的な無線送電の実現が容易である。

３．第３実施形態
電気回路の分野においては種々の目的を達成させるため、回路構成の変形が一般的に行われる。以上に説明したコイル周辺部についても、本発明の主旨を逸脱しない範囲において回路構成の変形が許容され、このような変形が行われ得る。

コイル周辺部の回路構成を変形させた場合の本発明の実施形態の一例を、第３実施形態として以下に説明する。なお第３実施形態は、コイル周辺部の構成に関する部分を除き、基本的に第１実施形態と同様である。以下の説明では、第１実施形態と異なる部分の説明に重点をおき、共通する部分については説明を省略することがある。

第３実施形態では、給電コイルＬ１０１と受電コイルＬ１０２が向き合うように給電装置１１１と受電装置１１２が位置決めされると、給電側コイル周辺部３１３ａと受電側コイル周辺部３１３ｂにより、図４に示す構成のコイル周辺部３１３が形成される。

給電側コイル周辺部３１３ａは、第１端Ｔ１、第２端Ｔ２、給電コイルＬ１０１、および各キャパシタ（Ｃ１０１、Ｃ１０３、Ｃ３０７、Ｃ３０８）を有している。給電コイルＬ１０１の一端は、キャパシタＣ３０７とキャパシタＣ１０３を順に介して、第１端Ｔ１に接続されており、給電コイルＬ１０１の他端は、直接的に（キャパシタやインダクタを介さずに）、第２端Ｔ２に接続されている。

またキャパシタＣ３０７とキャパシタＣ１０３との接続点１２１には、キャパシタＣ１０１の一端が接続されており、給電コイルＬ１０１と第２端Ｔ２との接続点１２２には、キャパシタＣ１０１の他端が接続されている。また第１端Ｔ１は、キャパシタＣ３０８を介して第２端Ｔ２に接続されている。

受電側コイル周辺部３１３ｂは、第３端Ｔ３、第４端Ｔ４、受電コイルＬ１０２、各インダクタ（Ｌ３０３、Ｌ３０４）、および各キャパシタ（Ｃ１０２、Ｃ１０４）を有している。受電コイルＬ１０２の一端は、キャパシタＣ１０４とインダクタＬ３０４を順に介して、第３端Ｔ３に接続されており、給電コイルＬ１０１の他端は、直接的に（キャパシタやインダクタを介さずに）、第４端Ｔ４に接続されている。

また受電コイルＬ１０２とキャパシタＣ１０４との接続点１２３には、インダクタＬ３０３を介してキャパシタＣ１０２の一端が接続されており、受電コイルＬ１０２と第４端Ｔ４との接続点１２４には、キャパシタＣ１０２の他端が接続されている。

第３実施形態のコイル周辺部３１３においても、第１実施形態の場合と同様に、給電コイルＬ１０１とキャパシタＣ１０１によって第１のＬＣ並列共振器が形成され、受電コイルＬ１０２とキャパシタＣ１０２によって第２のＬＣ並列共振器が形成されている。但し第３実施形態のコイル周辺部３１３の回路構成は、第１実施形態のコイル周辺部１１３の回路構成に幾つかの変形を加えたものとなっている。

より具体的には、給電装置側では、給電コイルＬ１０１と直列に調整用のキャパシタＣ３０７が付加されており、受電装置側では、キャパシタＣ１０２と直列に調整用のインダクタＬ３０３が付加されている。このように調整用の直列素子を付加する変形は、元の素子のインピーダンス周波数変化をキャンセルさせて疑似的に広帯域化させる効果のあることが知られており、一般的に行われ得るものである。

また各ＬＣ並列共振器の計４個の端部（１２１〜１２４）のうち、２個の端部（１２１、１２３）は、第１実施形態と同様に、直列キャパシタ（Ｃ１０３、Ｃ１０４）を介して外部に接続されているが、他の２個の端部（１２２、１２４）については直列キャパシタの設置が省略され、直接的に外部に接続されている。

通常は、第１実施形態のように、４個の端部（１２１〜１２４）の全てに対して直列キャパシタを設ける場合に、各ＬＣ並列共振器による共振現象が最も鋭くなる。しかし第３実施形態のように、共振現象の鋭さをある程度犠牲にして直列キャパシタの一部を省略する変形は、一般的に行われ得るものである。

またコイル周辺部３１３の最外部には、調整用の並列キャパシタＣ３０８と直列インダクタＬ３０４が付加されている。このように主要回路ブロックの最外部において、並列或いは直列にキャパシタやインダクタを付加する変形は、インピーダンス整合等の目的で一般的に行われ得るものである。

なお上述した通りの変形を加えているため、第３実施形態のコイル周辺部３１３は、広い周波数範囲で見れば、第１実施形態のコイル周辺部１１３とは異なる挙動を示す。しかし着目する狭い周波数範囲に限って見れば、これらは実質的にはほぼ同じ回路構成と見なすことができ、ほぼ同等の挙動を示すことになる。

４．その他
以上に説明した通り各実施形態のワイヤレス給電システム１は、受電コイルＬ１０２を有した受電装置１１２と、給電コイルＬ１０１を有しており、受電装置１１２に対して、給電コイルＬ１０１と受電コイルＬ１０２を用いた電磁誘導方式による無線給電を行う給電装置１１１と、を有している。

給電装置１１１は、給電コイルＬ１０１、および、給電コイルＬ１０１と並列に設けられたキャパシタＣ１０１により形成される、第１のＬＣ並列共振部Ｘ１を有している。また受電装置１１２は、受電コイルＬ１０２、および、受電コイルＬ１０２と並列に設けられたキャパシタＣ１０２により形成される、第２のＬＣ並列共振部Ｘ２を有している。

そのためワイヤレス給電システム１によれば、電磁誘導方式の無線送電を行うものでありながら、長距離の無線給電の実現が容易となっている。例えば、各ＬＣ並列共振部（Ｘ１、Ｘ２）の共振周波数が略一致するようにしつつ、給電コイルに与える交流電力の周波数や結合係数ｋなどに応じて各ＬＣ並列共振部（Ｘ１、Ｘ２）の特性を調節することにより、長距離の無線給電が実現される。

このようにワイヤレス給電システム１は、給電コイルと受電コイルの周辺の回路に共振構造を取り入れることにより、長距離の無線送電を実現させる。これらのコイル間の結合係数ｋが小さい領域でも、当該共振構造の助けによって強い結合が実現し、これによって無線送電が可能になる。

なお第１のＬＣ並列共振部Ｘ１と第２のＬＣ並列共振部Ｘ２の共振周波数は、より良好なフィルタ特性を得る観点等から、通常は一致していることが望ましい。但しこれらの共振周波数は必ずしも完全に一致している必要は無く、所望のフィルタ特性が得られる範囲で、ある程度の誤差があっても構わない。

また、共振構造を採用したワイヤレス給電回路の方式としては磁界共鳴方式が知られているが、この方式を適用する場合にはいわゆる分布定数回路が採用されるため、製品の小型化や設計が困難になるという欠点がある。これに対し本発明によれば、いわゆる集中定数回路により、小型で簡単かつ低コストでの回路実現が容易である。

また本発明の構成は、上記実施形態のほか、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。すなわち、上記実施形態は、全ての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の技術的範囲は、上記実施形態の説明ではなく、特許請求の範囲によって示されるものであり、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内に属する全ての変更が含まれると理解されるべきである。

本発明は、電磁誘導方式のワイヤレス給電システム等に利用可能である。

１ ワイヤレス給電システム
１１１ 給電装置（ワイヤレス給電装置）
１１２ 受電装置（ワイヤレス受電装置）
１１３ コイル周辺部
１１３ａ 給電側コイル周辺部
１１３ｂ 受電側コイル周辺部
１１４ インバータ回路
１１５ 負荷変調回路
１３１ 直流電源部
１３２ 整流回路
２１４ インバータ回路
３１３ コイル周辺部
３１３ａ 給電側コイル周辺部
３１３ｂ 受電側コイル周辺部
Ｓ１〜Ｓ６ スイッチ素子
Ｌ１０１ 給電コイル
Ｌ１０２ 受電コイル
Ｌ３０３、Ｌ３０４ インダクタ
Ｃ１０１ キャパシタ（第１キャパシタ）
Ｃ１０２ キャパシタ（第２キャパシタ）
Ｃ１０３〜Ｃ１０６ キャパシタ
Ｃ３０７、Ｃ３０８ キャパシタ
Ｘ１ 第１のＬＣ並列共振器
Ｘ２ 第２のＬＣ並列共振器

Claims (8)

1. 受電コイルを有したワイヤレス受電装置と、
   給電コイルを有しており、前記ワイヤレス受電装置に対して、前記給電コイルと前記受電コイルを用いた電磁誘導方式により無線給電を行うワイヤレス給電装置と、
   を有するワイヤレス給電システムであって、
   前記ワイヤレス給電装置は、
   前記給電コイル、および、該給電コイルと並列に設けられた第１キャパシタにより形成される、第１のＬＣ並列共振部を有し、
   前記ワイヤレス受電装置は、
   前記受電コイル、および、該受電コイルと並列に設けられた第２キャパシタにより形成される、第２のＬＣ並列共振部を有することを特徴とするワイヤレス給電システム。
2. 第１のＬＣ並列共振部と第２のＬＣ並列共振部は、共振周波数が略一致するように形成されていることを特徴とする請求項１に記載のワイヤレス給電システム。
3. 前記ワイヤレス給電装置は、
   直流電力を交流電力に変換して前記給電コイルに送出するインバータ回路を有し、
   第１のＬＣ並列共振部の少なくとも一端が、キャパシタを介して前記インバータ回路に接続されていることを特徴とする請求項２に記載のワイヤレス給電システム。
4. 第１のＬＣ並列共振部の両端が、キャパシタを介して前記インバータ回路に接続されていることを特徴とする請求項３に記載のワイヤレス給電システム。
5. 前記ワイヤレス受電装置は、
   前記受電コイルから受取る交流電力を直流電力に変換する整流回路を有し、
   第２のＬＣ並列共振部の少なくとも一端が、キャパシタを介して前記整流回路に接続されていることを特徴とする請求項２から請求項４の何れかに記載のワイヤレス給電システム。
6. 第２のＬＣ並列共振部の両端が、キャパシタを介して前記整流回路に接続されていることを特徴とする請求項５に記載のワイヤレス給電システム。
7. 給電コイルを有しており、受電コイルを有したワイヤレス受電装置に対して、前記給電コイルと前記受電コイルを用いた電磁誘導方式により無線給電を行うワイヤレス給電装置であって、
   前記給電コイル、および、該給電コイルと並列に設けられたキャパシタにより形成される、ＬＣ並列共振部を有することを特徴とするワイヤレス給電装置。
8. 受電コイルを有しており、給電コイルを有したワイヤレス給電装置から、前記給電コイルと前記受電コイルを用いた電磁誘導方式による無線給電を受けるワイヤレス受電装置であって、
   前記受電コイル、および、該受電コイルと並列に設けられたキャパシタにより形成される、ＬＣ並列共振部を有することを特徴とするワイヤレス受電装置。

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