JP2017175720A - 給電装置およびワイヤレス電力伝送装置 - Google Patents

Abstract

【課題】不要な電力消費を抑制するとともに、受電装置への電力伝送開始までの応答性が高く、受電装置への電力伝送が可能な配置範囲を拡大させ、受電装置の位置が常に変動するような状況に対しても電力伝送が可能な給電装置およびワイヤレス電力伝送装置を提供すること。【解決手段】給電装置Ｓ２は、受電コイル装置４０を搭載した受電装置Ｓ３へワイヤレスにて電力を伝送する給電装置Ｓ２であって、２つの磁性体１１を有する磁性構造体１０と、電源からの電力を受けて交流磁界を発生させる給電コイル装置２０と、を備え、２つの磁性体１１は、互いの主面同士が対向し、かつ、所定距離離間して配置され、給電コイル装置２０は、２つの磁性体１１の間の任意の位置に配置され、電力伝送時に、交流磁界を受けて、２つの磁性体１１の間に、受電コイル装置４０への電力伝送が可能な給電領域が形成される。【選択図】図１

Description

本発明は、ワイヤレスにて電力伝送が可能な給電装置およびワイヤレス電力伝送装置に関するものである。

電源コードを用いずに電力を供給するワイヤレス電力伝送技術が注目されている。ワイヤレス電力伝送技術は、給電側から受電側にワイヤレスで電力を供給できることから、電車、電気自動車等の輸送機器、家電製品、電子機器、無線通信機器、玩具、といった様々な製品への応用が期待されている。

こうした背景から、受電装置へワイヤレス電力伝送する給電装置の開発が活発化してきている。この給電装置では、利用者の利便性を向上させるため、受電装置が受電できる範囲を広くすることが求められており、給電装置のどこに配置しても受電装置へ電力伝送できる給電装置の開発要求が高まってきている。

例えば、特許文献１には、電池と誘導コイルを内蔵する電池内蔵機器を充電する充電台であって、誘導コイルに起電力を誘導する電源コイルと、電源コイルを移動させる移動機構と、誘導コイルの位置を検出して移動機構を制御し、電源コイルを誘導コイルに接近させる位置検出制御器とを備えた充電台が提案されている。この充電台では、ケースの上面プレートに電池内蔵機器が載せられると、この電池内蔵機器の位置が位置検出制御器で検出され、電池内蔵機器の位置を検出した位置検出制御器は、移動機構を制御して、移動機構でもって電源コイルを上面プレートに沿って移動させて電池内蔵機器の誘導コイルに接近させることにより、電池内蔵機器をケース上面のどこに載せても内蔵電池を充電できる充電台を実現している。

特開２０１４−６４４６０号公報

しかしながら、特許文献１に開示される技術では、電源コイルを移動させるための移動機構として、サーボモータなどのアクチュエータが必要となるため、本来のワイヤレス電力伝送以外の用途に電力が消費されてしまうという課題があった。また、特許文献１に開示される技術では、位置検出制御器によって電池内蔵機器の位置を検出したのち、移動機構を制御して電源コイルを誘導コイルに接近するように移動させているため、電池内蔵機器が充電台に載せられてから内蔵電池への充電が開始されるまでに電源コイルと誘導コイルの位置合わせを行う時間を要してしまうことから、充電開始までの応答速度が遅いという課題もあった。またさらには、特許文献１に開示される技術は、電池内蔵機器を充電台の任意の位置に載せて充電するものではあるものの、電池内蔵機器を動かしながら充電するということは想定しておらず、充電台に載せた電池内蔵機器を移動させると、電源コイルの移動が電池内蔵機器の動きに追従できず、充電不良となる虞があった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、不要な電力消費を抑制するとともに、受電装置への電力伝送開始までの応答性が高く、受電装置への電力伝送が可能な配置範囲を拡大させ、受電装置の位置が常に変動するような状況に対しても電力伝送が可能な給電装置およびワイヤレス電力伝送装置を提供することを目的とする。

本発明に係る給電装置は、受電コイル装置を搭載した受電装置へワイヤレスにて電力を伝送する給電装置であって、２つの磁性体を有する磁性構造体と、電源からの電力を受けて交流磁界を発生させる給電コイル装置と、を備え、前記２つの磁性体は、互いの主面同士が対向し、かつ、所定距離離間して配置され、前記給電コイル装置は、前記２つの磁性体の間の任意の位置に配置され、電力伝送時に、前記交流磁界を受けて、前記２つの磁性体の間に、前記受電コイル装置への電力伝送が可能な給電領域が形成されることを特徴とする。

本発明によれば、磁性構造体の２つの磁性体の間に配置される給電コイル装置から発生する磁束は、磁性構造体の一方の磁性体に流れ込み、一方の磁性体表面全体から空気中に放射され、磁性構造体の他方の磁性体へ流れ込み周回する。このとき磁性構造体の２つの磁性体の間に給電領域が形成されることになる。そして、受電コイル装置を２つの磁性体の間に配置すると、磁性体から放射される磁束が受電コイル装置を鎖交し、受電コイル装置に誘導起電力が生じる。したがって、受電コイル装置を２つの磁性体の間に配置することで、アクチュエータにより給電コイルを移動することなく、瞬時に受電コイル装置への電力伝送が開始される。その結果、不要な電力消費が抑制できるとともに、受電装置への電力伝送開始までの応答性を高くすることができる。加えて、給電コイル装置から発生し、磁性構造体の一方の磁性体へ流れ込んだ磁束は、当該磁性体表面全体から空気中に放射されることから、２つの磁性体の間のあらゆる領域に給電領域が形成されている。そのため、２つの磁性体の間を受電コイル装置が移動したとしても、電力伝送が可能となる。したがって、受電装置への電力伝送が可能な配置範囲を拡大できるとともに、受電装置の位置が常に変動するような状況に対しても電力伝送が可能となる。

好ましくは、前記２つの磁性体は、それぞれ複数の磁性板から構成されているとよい。一般的に、磁性体は形状が大きくなると製造時に変形し易くなる傾向があることから、歩留りが低下し高価なものになってしまう。これに対して、磁性体を複数の磁性板から構成することで、歩留りの低下を抑制し、低コスト化を図ることが可能となる。

好ましくは、前記２つの磁性体の互いの主面同士が対向する側とは反対面側の少なくともいずれか一方に電磁気遮蔽材を有するとよい。この場合、電磁気遮断材を設置することにより外部へ漏れるノイズを低減できる。

好ましくは、前記給電コイル装置は、前記２つの磁性体のうちの少なくともいずれか一方と絶縁材を介して接触するように配置されるとよい。給電コイル装置は２つの磁性体との距離でインダクタンス値が変化する。したがって、給電コイル装置を２つの磁性体の一方に接触させ配置することにより、磁性体との距離のバラツキが減り、給電コイル装置の配置によるインダクタンス値のバラツキを小さくできる。インダクタンス値のバラツキを小さく抑えると、発生する磁束のバラツキも小さく抑えることができる。これにより、安定的な給電が可能となる。

好ましくは、前記給電コイル装置は、前記２つの磁性体の間を移動可能に構成されているとよい。給電コイル装置から大きく離れた給電領域では、磁性体表面から放出される磁束の量が減少する。したがって、給電コイル装置から大きく離れた給電領域では、受電できる電力量が低下してしまう。これに対して、給電コイル装置が移動可能に構成されていることにより、給電コイル装置の移動に連動して、給電領域も変化させることができる。つまり、ある一定以上の電力供給が可能な給電領域を２つの磁性体の間の任意の位置に形成することができる。

好ましくは、前記２つの磁性体は、当該２つの磁性体の間の距離が、前記給電コイル装置が配置される位置から離れるにしたがって狭くなるように配置されているとよい。給電コイル装置から離れた位置の給電領域では、磁性体表面から放出される磁束の量が減少する。一方、２つの磁性体の間の距離を狭くすると狭くした部分の磁性体表面から放出される磁束の量は増える。したがって、給電コイル装置が配置される位置から離れるにしたがって、２つの磁性体の間の距離を狭くなるように配置することで、給電コイル装置から離れた位置の給電領域の磁性体表面から放出される磁束の量の減少する量を小さくできる。その結果、給電領域内の位置による磁性体表面から放出される磁束の量のバラツキが抑制され、受電装置の位置が常に変動するような状況に対しても、ある一定以上の電力を安定して供給可能となる。

好ましくは、前記２つの磁性体は、当該２つの磁性体の間の距離が、前記給電コイル装置が移動する先に向かって広くなるように配置されているとよい。給電コイル装置が移動する先の領域は、給電コイル装置が移動する前に比べて、給電コイル装置が移動して近づくと、２つの磁性体の間の磁性体表面から放出される磁束の量は増加する。そのため、給電コイル装置が移動する先の領域においては、給電コイル装置が近づいたことにより、電力の伝送量が増加し過大に電力を伝送してしまう。一方、２つの磁性体の間の距離を広くすると広くした部分の磁性体表面から放出される磁束の量は減る。したがって、２つの磁性体を、当該２つの磁性体の間の距離が、給電コイル装置が移動する先に向かって広くなるように配置することで、給電コイル装置の移動する先の領域の磁性体表面から放出される磁束の量の増加する量を小さくできる。その結果、給電コイル装置が移動する先の領域において、給電コイル装置の移動前と移動後の２つの磁性体の間の磁性体表面から放出される磁束の量のバラツキが抑制され、過大な電力を供給することなく、電力を安定して供給可能となる。

好ましくは、前記給電コイル装置は、前記２つの磁性体の対向方向から見て、互いに重なり合わない複数のコイル装置を含むとよい。給電コイル装置が配置されているところから離れた場所の給電領域では、磁性体表面から放出される磁束の量が減少する。そこで給電コイル装置を、磁性体が対向する方向から見て互いに重なり合わない位置に複数配置することにより、ある一定量以上の磁束が磁性体表面から放出される給電領域の範囲を拡大することができる。

好ましくは、前記給電コイル装置に電力を供給する給電電源装置をさらに備え、前記給電電源装置は、前記複数のコイル装置のうち、給電したい領域に応じて、電力を供給するコイル装置を選択するとよい。複数のコイル装置のうち、給電したい領域に応じて、電力を供給する給電コイル装置を選択することで、無駄な電力消費を削減できる。

好ましくは、前記給電コイル装置は、磁性コアに導線が螺旋状に巻回されて構成される給電コイルを含むとよい。同じインダクタンス値のコイルを作製する際、磁性コアを有するとコイルの巻き数を低減できる。したがって、コイルの抵抗値も低減でき、抵抗による電力損失が低減できる。

好ましくは、前記２つの磁性体を介して前記給電コイル装置と磁気的に結合し、前記２つの磁性体の間の任意の位置に配置される少なくとも１つの中継コイル装置をさらに備えるとよい。給電コイル装置から離れた給電領域では、磁性体表面から放出される磁束量が低下する。中継コイル装置を配置すると、磁性体から表面から放出される磁束が中継コイル装置を鎖交し磁束が変化すると中継コイル装置のコイルに電圧が発生する。発生電圧により中継コイル装置に電流が流れ、中継コイル装置より磁束が発生される。したがって、中継コイル装置を配置することにより給電コイル装置から離れた給電領域でも、磁性体表面から放出される磁束量の減少する量を小さくできる。

好ましくは、前記中継コイル装置は、磁性コアに導線が螺旋状に巻回されて構成される中継コイルを含むとよい。同じインダクタンス値のコイルを作製する際、磁性コアを有するとコイルの巻き数を低減できる。したがって、コイルの抵抗値も低減でき、抵抗による電力損失が低減できる。

好ましくは、前記給電コイル装置は、前記２つの磁性体の対向方向から見て、重なり合う２つのコイル装置を含み、前記２つのコイル装置の一方は、前記２つの磁性体の一方と絶縁材を介して接触するように配置され、前記２つのコイル装置の他方は、前記２つの磁性体の他方と絶縁材を介して接触するように配置されるとよい。この場合、給電コイル装置の配置によるインダクタンス値のバラツキを小さくできる。インダクタンス値にバラツキを小さく抑えると、発生する磁束のバラツキも小さく抑えることができる。これにより、安定的な給電が可能となる。

好ましくは、前記給電コイル装置に電力を供給する給電電源装置をさらに備え、前記給電電源装置は、前記２つのコイル装置の一方に印加する交流電圧の位相と前記２つのコイル装置の他方に印加する交流電圧の位相との間の位相ずらし量を制御するとよい。この場合、位相ずらし量に応じて、給電領域で受電する電力を制御することができる。

本発明に係るワイヤレス電力伝送装置は、上記給電装置と、受電コイル装置が搭載される受電装置と、を備えることを特徴とする。本発明によれば、不要な電力消費を抑制するとともに、受電装置への電力伝送開始までの応答性が高く、受電装置への電力伝送が可能な配置範囲を拡大させ、受電装置の位置が常に変動するような状況に対しても電力伝送が可能なワイヤレス電力伝送装置を提供することができる。

本発明によれば、不要な電力消費を抑制するとともに、受電装置への電力伝送開始までの応答性が高く、受電装置への電力伝送が可能な配置範囲を拡大させ、受電装置の位置が常に変動するような状況に対しても電力伝送が可能な給電装置およびワイヤレス電力伝送装置を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置を示す概略斜視図である。 本発明の第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置の給電装置を示す概略斜視図である。 図２における切断線Ｉ−Ｉに沿う給電装置の断面図である。 図２における切断線ＩＩ−ＩＩに沿う磁性構造体の断面図である。 本発明の第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置の受電装置を示す概略斜視図である。 本発明の第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置の給電装置における給電電源装置を示す模式機能ブロック図である。 給電コイル装置における給電コイルの導線を螺旋状に巻回した構造の一例を示す模式斜視図である。 給電コイル装置における給電コイルの導線を螺旋状に巻回した構造の他の例を示す模式斜視図である。 給電コイル装置の回路構成の一例を示す模式回路構成図である。 給電コイル装置の回路構成の第１変形例を示す模式回路構成図である。 給電コイル装置の回路構成の第２変形例を示す模式回路構成図である。 給電コイル装置の回路構成の第３変形例を示す模式回路構成図である。 給電コイル装置の回路構成の第４変形例を示す模式回路構成図である。 本発明の第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置の受電装置を示す模式機能ブロック図である。 本発明の第２実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置の給電装置を示す概略斜視図である。 図１０における切断線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿う給電装置の断面図である。 本発明の第２実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置の給電装置における磁性構造体の応用例を示す概略斜視図である。 本発明の第３実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置の給電装置を示す概略斜視図である。 図３に示した本発明の第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置の給電装置の断面図に相当する、本発明の第４実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置の給電装置の断面図である。 図３に示した本発明の第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置の給電装置の断面図に相当する、本発明の第４実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置の給電装置の変形例の断面図である。 図３に示した本発明の第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置の給電装置の断面図に相当する、本発明の第６実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置の給電装置を受電コイル装置とともに示す断面図である。 図３に示した本発明の第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置の給電装置の断面図に相当する、本発明の第７実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置の給電装置を受電コイル装置とともに示す断面図である。 本発明の第８実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置の給電装置を受電コイル装置とともに示す概略斜視図である。 給電電源装置と給電コイル装置との間にスイッチを設けた例を示す模式機能ブロック図である。 給電電源装置の電力変換回路を複数設けた例を示す模式機能ブロック図である。 本発明の第１０実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置の給電装置を受電コイル装置とともに示す概略斜視図である。 本発明の第１１実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置の給電装置を受電コイル装置とともに示す概略斜視図である。 図３に示した本発明の第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置の給電装置の断面図に相当する、本発明の第１２実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置の給電装置を示す断面図である。

本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。
ただし、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。また以下に記載した構成要素は、適宜組み合わせることができる。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。

（第１実施形態）
まず、図１〜６を参照して、本発明の第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置Ｓ１の全体構成について説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置を示す概略斜視図である。図２は、本発明の第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置の給電装置を示す概略斜視図である。図３は、図２における切断線Ｉ−Ｉに沿う給電装置の断面図である。図４は、図２における切断線ＩＩ−ＩＩに沿う磁性構造体の断面図である。図５は、本発明の第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置の受電装置を示す概略斜視図である。図６は、本発明の第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置の給電装置における給電電源装置を示す模式機能ブロック図である。なお、図３および図４においては、給電コイル装置２０から発生する磁束として、代表的なものを矢印で示している。

ワイヤレス電力伝送装置Ｓ１は、図１、図２、図５に示されるように、給電装置Ｓ２と、受電装置Ｓ３と、を備える。給電装置Ｓ２は、磁性構造体１０と、給電コイル装置２０と、給電電源装置３０と、を有する。受電装置Ｓ３は、受電コイル装置４０と、出力回路部５０と、を有する。なお、ワイヤレス電力伝送装置Ｓ１は、携帯機器などの小型電子機器への給電設備、電気自動車や工場用の搬送装置ならびにエレベータなどの移動体への給電設備など様々な機器の給電設備に適用できる。

まず、給電電源装置３０について、図６を参照して説明する。給電電源装置３０は、電源３１と、電力変換回路３２と、を有する。

電源３１は、直流電力を電力変換回路３２に供給する。電源３１としては、直流電力を出力するものであれば特に制限されず、商用交流電源を整流・平滑した直流電源、二次電池、太陽光発電した直流電源、ＡＣ−ＤＣコンバータ電源出力などが挙げられる。

電力変換回路３２は、電源３１に接続され、電源３１から入力される直流電力を交流電力に変換する機能を有する。すなわち、電力変換回路３２は、インバータとして機能することとなる。電力変換回路３２は、複数のスイッチング素子（図示しない）がブリッジ接続されたスイッチング回路から構成される。このような電力変換回路３２としては、フルブリッジ回路やハーフブリッジ回路などが挙げられる。この電力変換回路３２から出力される交流電力は、給電コイル装置２０に供給される。

続いて、磁性構造体１０と、給電コイル装置２０について、図１〜図４を参照して説明する。

磁性構造体１０は、平板状の２つの磁性体１１を有する。２つの磁性体１１は、それぞれ外形形状が略直方体形状を呈しており、その外表面として、対向する略長方形状の第１および第２の主面１１ａ，１１ｂと、第１および第２の主面１１ａ，１１ｂ間を連結するように第１および第２の主面１１ａ，１１ｂの長辺方向に伸びる第１および第２の側面と、第１および第２の主面１１ａ，１１ｂ間を連結するように第１および第２の主面１１ａ，１１ｂの短辺方向に伸びる第１および第２の端面と、を有する。この２つの磁性体１１は、互いの主面同士（第１の主面１１ａ同士）が対向し、かつ、所定距離離間して配置されている。本実施形態では、２つの磁性体１１の互いの主面が略平行となっている。つまり、２つの磁性体１１の間の距離は常に一定となるように配置されている。なお、本実施形態では、２つの磁性体１１は、略直方体形状を呈しているがこれに限られることなく、給電装置Ｓ２により電力伝送を行う受電装置Ｓ３の形状や形態に応じて、適宜任意の形状に設定することができる。また、２つの磁性体１１の間の距離は、給電装置Ｓ２により電力伝送を行う受電装置Ｓ３の形状や形態、ならびに受電装置Ｓ３へ供給する電力量に応じて適宜設定される。さらに、２つの磁性体１１は、当該２つの磁性体１１の互いの主面同士の対向方向が、水平方向となるように配置されていてもよく、鉛直方向となるように配置されていてもよい。このように構成される２つの磁性体１１としては、フェライト、パーマロイ、珪素鋼板などの磁性材料が挙げられ、比透磁率は高ければ高いほど好ましく、比透磁率１０００以上の磁性材料を用いると好ましい。その理由としては、空気に対する比透磁率が高ければ高いほど、給電コイル装置２０が発生する磁束が２つの磁性体１１内を効率良く通過して電力伝送効率を向上できるためである。また、磁性材料は、電力変換回路３２から給電コイル装置２０に供給される交流電流の周波数に応じてコア損失が小さい磁性材料を選択するとよい。理由としては、コア損失が小さいほど、２つの磁性体１１の発熱を抑制できるからである。例えば、電力変換回路３２から給電コイル装置２０に供給される交流電流の周波数が数ｋＨｚ〜数百ｋＨｚの場合、磁性材料はフェライトから構成されていると好ましく、電力変換回路３２から給電コイル装置２０に供給される交流電流の周波数が商用周波数の場合、磁性材料は珪素鋼板から構成されていると好ましい。

給電コイル装置２０は、電力変換回路３２に接続され、電力変換回路３２から供給される交流電力を受電コイル装置４０にワイヤレスにて伝送する給電部として機能する。具体的には、給電コイル装置２０は、導線を巻回して構成される給電コイルと、この給電コイルを収納する絶縁性を有する筐体を含み、この給電コイルに電力変換回路３２から交流電圧が印加されると、交流電流が流れて交流磁界を発生させる。つまり、給電コイル装置２０は、電源３１からの電力を受けて交流磁界を発生させることとなる。ここで、図７および図８を参照して、給電コイル装置２０の具体的な構成について詳述する。図７ａは、給電コイル装置における給電コイルの導線を螺旋状に巻回した構造の一例を示す模式斜視図である。図７ｂは、給電コイル装置における給電コイルの導線を螺旋状に巻回した構造の他の例を示す模式斜視図である。図８ａは、給電コイル装置の回路構成の一例を示す模式回路構成図である。図８ｂは、給電コイル装置の回路構成の第１変形例を示す模式回路構成図である。図８ｃは、給電コイル装置の回路構成の第２変形例を示す模式回路構成図である。図８ｄは、給電コイル装置の回路構成の第３変形例を示す模式回路構成図である。図８ｅは、給電コイル装置の回路構成の第４変形例を示す模式回路構成図である。給電コイル装置２０の給電コイルは、導線を平面状に巻回したスパイラル構造のコイルであってもよく、導線を螺旋状に巻回したソレノイド構造のコイルであってもよい。構成する導線としては、銅、銀、金、アルミニウムなどの金属ワイヤが挙げられ、導線は単線の金属ワイヤから構成されていてもよく、金属ワイヤを多数本撚り合わせたリッツ線から構成されていても構わない。また、給電コイルの導線の巻数は、所望の電力伝送効率などに基づいて適宜設定される。ところで、ワイヤレス電力伝送の効率は、コイルのＱ値が高いほど良好になる傾向がある。給電コイルをソレノイド構造のコイルから構成する場合は、図７ａに示すように、磁性コア１３に導線８０を螺旋状に巻回して構成するとよい。このように、給電コイルに磁性コア１３を用いることにより給電コイルのＱ値を高くすることができる。具体的には、給電コイルが磁性コア１３を有する場合と有さない場合とで比較すると、同じインダクタンス値の給電コイルを作製するには、磁性コア１３を有する場合の方が給電コイルの導線８０の巻数を低減できる。したがって、給電コイルの抵抗値も低減でき、抵抗による電力損失を低減できる。つまり、給電コイルの抵抗値を小さくすることで、給電コイルのＱ値が上がり、電力伝送効率を高めることができる。なお、給電コイルが磁性コア１３を有する場合、この磁性コア１３が非絶縁材料から構成されると、給電コイルの導線８０と磁性コア１３との絶縁を確保する必要がある。例えば、磁性コア１３を絶縁テープ（カプトンテープなど）で被覆し、その上に導線８０を巻回して構成することで絶縁を確保してもよく、給電コイルの導線８０自体が絶縁体に被覆されたポリエチレン絶縁電線やビニル絶縁電線などの絶縁被覆導体から構成することで絶縁を確保するようにしても構わない。あるいは、図７ｂに示すように、磁性コア１３を中空筒状の絶縁材料から構成されるボビン９０の内部に挿入し、ボビン９０の外周面に導線８０を巻回して構成することで、給電コイルの導線８０と磁性コア１３を簡単な構造で絶縁することができる。このとき、図７ｂに示すように、ボビン９０の給電コイルの軸方向両端部に鍔部を設けてもよい。これにより、ボビン９０の外周面に巻回した導線８０がボビン９０から脱落することを防ぐことができる。

また、給電コイル装置２０は、コイルＬ１を含む様々な回路素子から構成される。例えば、給電コイル装置２０は、図８ａに示すように、コイルＬ１のみから構成されていても構わない。あるいは、給電コイル装置２０は、コイルＬ１に接続され、コイルＬ１とともに共振回路を形成するキャパシタＣ１を備えていてもよく、例えば、図８ｂに示すように、コイルＬ１にキャパシタＣ１を直列接続して共振回路を形成するように構成されていてもよく、図８ｃに示すように、コイルＬ１にキャパシタＣ１を並列接続して共振回路を形成するように構成されていても構わない。さらに、給電コイル装置２０は、図８ｄに示すように、コイルＬ１の両端にそれぞれキャパシタＣ１を直列接続して共振回路を形成し、これらキャパシタＣ１にそれぞれインダクタＬ２を直列接続して構成されていても構わない。共振回路の共振周波数は、インダクタンス値とキャパシタンス値で決定される。インダクタＬ２が直列接続されていない場合、共振周波数のインダクタンス値は、コイルＬ１のリーケージインダクタンス値である。リーケージインダクタンス値は、給電コイル装置２０のコイルＬ１と受電コイル装置４０のコイルとの結合度合いを示す結合係数Ｋで決定され、（１−Ｋ）×Ｌ１で表される。この式からもわかるように、結合係数Ｋが大きく変化するとリーケージインダクタンス値も大きく変化することとなる。したがって、共振周波数も大きく変化することになる。一方、共振回路のキャパシタＣ１にインダクタＬ２を直列接続すると、共振周波数のインダクタンス値は、（（１−Ｋ）×Ｌ１）＋Ｌ２となる。この場合、インダクタＬ２のインダクタンス値がある程度大きいと、結合係数Ｋが大きく変化しても共振周波数のインダクタンス値の変化をある程度抑えることができる。つまり、インダクタＬ２を備えることで、共振周波数の変化を小さくすることが可能となる。またさらには、給電コイル装置２０は、図８ｅに示すように、給電コイルにキャパシタＣ１を直列接続して共振回路を形成し、この共振回路にノイズを低減することを目的としたコモンモードチョークコイルなどのノイズフィルターＮを接続して構成されていても構わない。

この給電コイル装置２０は、２つの磁性体１１の間の任意の位置に配置される。これにより、電力伝送時に、給電コイル装置２０が発生する磁束は、２つの磁性体１１を通過して帰還する周回を描くこととなる。このとき、給電コイル装置２０から発生し、２つの磁性体１１の一方の磁性体１１へ流れ込んだ磁束は、当該磁性体１１表面全体から空気中に放射されることになる。つまり、電力伝送時に、給電コイル装置２０が発生する交流磁界を受けて、２つの磁性体１１の間に、後述する受電コイル装置４０への電力伝送が可能な給電領域が形成される。なお、給電コイル装置２０から効率的に２つの磁性体１１に磁束を流れ込ませるという観点から、給電コイル装置２０の給電コイルのコイル軸の軸方向が２つの磁性体１１の互いの主面同士の対向方向と略平行となるように配置されると好ましい。

受電コイル装置４０は、給電コイル装置２０からの交流電力をワイヤレスで受電する受電部として機能する。具体的には、受電コイル装置４０は、導線を巻回して構成される受電コイルと、この受電コイルを収納する絶縁性を有する筐体を含んでいる。構成する導線としては、銅、銀、金、アルミニウムなどの金属ワイヤが挙げられ、導線は単線の金属ワイヤから構成されていてもよく、金属ワイヤを多数本撚り合わせたリッツ線から構成されていても構わない。また、受電コイルの導線の巻数は、所望の電力伝送効率などに基づいて適宜設定される。この受電コイル装置４０の受電コイルは、給電コイル装置２０の給電コイルと同様、導線を平面状に巻回したスパイラル構造のコイルであってもよく、導線を螺旋状に巻回したソレノイド構造のコイルであってもよく、受電コイルがソレノイド構造のコイルの場合は、受電コイルが磁性コアを有していても構わない。また、受電コイル装置４０は、給電コイル装置２０と同様、コイルを含む様々な回路素子から構成され、コイルのみから構成されていてもよく、コイルに直列あるいは並列に接続され、コイルとともに共振回路を形成するキャパシタを備えていてもよく、コイル以外のインダクタやノイズフィルターを備えていても構わない。この受電コイル装置４０は、磁性体１１の表面から空気中に放射された磁束が受電コイル装置４０の受電コイルに鎖交すると、受電コイルに起電力が発生し、交流電流が流れる。受電コイル装置４０の受電コイルに流れた交流電流は後述する整流回路５１に供給される。なお、効率的に磁束を鎖交させるという観点から、受電コイル装置４０の受電コイルのコイル軸の軸方向が２つの磁性体１１の互いの主面同士の対向方向と略平行となるように配置されると好ましい。

続いて、出力回路部５０について、図９を参照して説明する。図９は、本発明の第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置の受電装置を示す模式機能ブロック図である。出力回路部５０は、図９に示すように、整流回路５１と、負荷５２と、を有する。

整流回路５１は、受電コイル装置４０に接続され、受電コイル装置４０が受電した交流電力を整流して負荷５２に出力する。整流回路５１は、例えば図示しないブリッジダイオードと平滑用キャパシタから構成される。具体的には、ブリッジダイオードにより、受電コイル装置４０から出力される交流電圧は全波整流され、さらに、平滑用キャパシタにより、全波整流された電圧が平滑される。ただし、負荷５２が交流電力を要求する場合は、整流回路５１は必ずしも必須構成ではない。この場合、受電コイル装置４０に負荷５２が直接接続され、受電コイル装置４０が受電した交流電力は、整流平滑せず、直接負荷５２に供給される。また、負荷５２が受電コイル装置４０で受電した交流電力の整流は必要ではあるものの、平滑する必要がない場合は、整流回路５１の平滑用キャパシタは必ずしも必須構成ではない。この場合、整流回路５１のブリッジダイオードの出力端に負荷５２が直接接続され、受電コイル装置４０が受電した交流電力は、整流されたのち負荷５２に供給される。なお、本実施形態では、整流回路５１が受電コイル装置４０に接続されているがこれに限られることなく、整流回路５１は、トランスを介して受電コイル装置４０に接続されていても構わない。

負荷５２は、整流回路５１に接続され、整流回路５１から出力される直流電力により動作するものである。具体的には、モーターなどが挙げられる。また、負荷２０としては、エネルギーを蓄える電池なども挙げられる。負荷５２としての電池には、再充電可能な二次電池（リチウムイオン電池、リチウムポリマー電池、ニッケル水素電池）などが挙げられる。

このような構成を備えることにより、給電装置Ｓ２から受電装置Ｓ３にワイヤレスにて電力が伝送されるワイヤレス電力伝送装置Ｓ１が実現される。

次に、図３および図４を参照して、本実施形態における給電コイル装置２０が発生する磁束について、詳細に説明する。

給電コイル装置２０に給電電源装置３０から交流電圧が印加されると、交流電圧に基づく交流電流が流れ、交流磁界が発生する。そして、給電コイル装置２０から発生する磁束は、図３に示されるように、給電コイル装置２０から一方の磁性体１１内に流れ込み、磁性体１１の第１の主面１１ａのあらゆる部分から空気中に放射され、他方の磁性体１１の第１の主面１１ａへ流れ込み、給電コイル装置２０に至るように周回する。このとき、２つの磁性体１１で形成される磁性構造体１０は空気よりも格段に比透磁率が高い材質から構成されているため、給電コイル装置２０から発生した磁束は、２つの磁性体１１に沿って遠方にまで広がることとなる。これにより、２つの磁性体１１の第１の主面１１ａ上に広範囲の電力伝送が行われる給電領域が形成されることとなる。つまり、この給電領域が受電コイル装置４０への電力伝送が可能な範囲となる。本実施形態では、２つの磁性体１１の互いの主面同士（第１の主面１１ａ同士）の間の空間において、電力伝送が可能となっている。電力伝送時、すなわち給電装置Ｓ２からの電力を受電するとき、この空間（２つの磁性体１１の間に形成される給電領域）に受電コイル装置４０が配置されると受電コイル装置４０に電力が伝送される。また、受電コイル装置４０は、この電力伝送が可能な空間内を動いていても電力が伝送される。

ここで、上述したように、給電コイル装置２０から発生した磁束は、一方の磁性体１１内に流れ込み、磁性体１１の第１の主面１１ａから空気中に放射され、他方の磁性体１１の第１の主面１１ａへ流れ込み、給電コイル装置２０に至るように周回する。このとき、図４に示されるように、２つの磁性体１１の第１の主面１１ａの端部（図示上部あるいは下部）から放射される磁束は、少し外側にカーブしながら他方の磁性体１１に流れ込む。したがって、受電コイル装置４０は、電力伝送時、２つの磁性体１１の互いの主面同士（第１の主面１１ａ同士）の間の空間内に完全に入らなくても磁束を鎖交することができ、電力を受電することが可能である。つまり、受電コイル装置４０は、磁性体１１の表面から空気中に放射される磁束に鎖交する領域であれば、当該コイル装置の一部あるいは全部が２つの磁性体１１の互いの主面同士（第１の主面１１ａ同士）の間の空間外に配置されていても構わない。

以上のように、本実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置Ｓ１の給電装置Ｓ２は、受電コイル装置４０を搭載した受電装置Ｓ３へワイヤレスにて電力を伝送する給電装置Ｓ２であって、２つの磁性体１１を有する磁性構造体１０と、電源３１からの電力を受けて交流磁界を発生させる給電コイル装置２０と、を備え、２つの磁性体１１は、互いの主面１１ａ同士が対向し、かつ、所定距離離間して配置され、給電コイル装置２０は、２つの磁性体１１の間の任意の位置に配置され、電力伝送時に、交流磁界を受けて、２つの磁性体１１の間に、受電コイル装置４０への電力伝送が可能な給電領域が形成されている。そのため、磁性構造体１０の２つの磁性体１１の間に配置される給電コイル装置２０から発生する磁束は、磁性構造体１０の一方の磁性体１１に流れ込み、一方の磁性体１１表面全体から空気中に放射され、磁性構造体１０の他方の磁性体１１へ流れ込み周回する。このとき磁性構造体１０の２つの磁性体１１の間に給電領域が形成されることになる。そして、受電コイル装置４０を２つの磁性体１１の間に配置すると、磁性体１１から放射される磁束が受電コイル装置４０を鎖交し、受電コイル装置４０に誘導起電力が生じる。したがって、受電コイル装置４０を２つの磁性体１１の間に配置することで、アクチュエータにより給電コイルを移動することなく、瞬時に受電コイル装置４０への電力伝送が開始される。その結果、不要な電力消費が抑制できるとともに、受電装置Ｓ３への電力伝送開始までの応答性を高くすることができる。加えて、給電コイル装置２０から発生し、磁性構造体１０の一方の磁性体１１へ流れ込んだ磁束は、当該磁性体１１表面全体から空気中に放射されることから、２つの磁性体１１の間のあらゆる領域に給電領域が形成されている。そのため、２つの磁性体１１の間を受電コイル装置４０が移動したとしても、電力伝送が可能となる。したがって、受電装置Ｓ３への電力伝送が可能な配置範囲を拡大できるとともに、受電装置Ｓ３の位置が常に変動するような状況に対しても電力伝送が可能となる。

（第２実施形態）
次に、図１０および図１１を参照して、本発明の第２実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置の構成について説明する。図１０は、本発明の第２実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置の給電装置を示す概略斜視図である。図１１は、図１０における切断線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿う給電装置の断面図である。

第２実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置は、第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置Ｓ１同様、給電装置Ｓ２と、受電装置Ｓ３と、を備える。給電装置Ｓ２は、磁性構造体１４と、給電コイル装置２０と、給電電源装置３０と、を有する。受電装置Ｓ３は、受電コイル装置４０と、出力回路部５０と、を有する。給電コイル装置２０、給電電源装置３０、受電コイル装置４０、出力回路部５０の構成は、第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置Ｓ１と同様である。本実施形態では、磁性構造体１０に代えて、磁性構造体１４を備える点において、第１実施形態と相違する。

磁性構造体１４は、２つの磁性体１５を有する。２つの磁性体１５は、図１０および図１１に示すように、それぞれ複数の磁性板１２が連結されて構成されている。具体的には、２つの磁性体１５のそれぞれは、主面が略正方形状を呈している直方体形状の磁性板１２を、隣り合う磁性板１２の側面同士を連結するように並べて磁性板列を形成し、この磁性板列を各磁性板１２の主面同士が対向するように複数（本実施形態では２つ）重ねて配置することにより、全体として略直方体形状を呈するように構成されている。２つの磁性体１５の主面は、最も外側に配置される複数の磁性板１２の主面によって形成されることとなる。ここで、図１１に示すように、重ねて配置される複数の磁性板列のうち、一方の磁性板列を構成する磁性板１２と他方の磁性板列を構成する１２とは、互いの中心部同士が重なり合わないように配置されている。これにより、磁性体１５の磁路抵抗を低くすることができる。磁路抵抗を低くすることにより、給電コイル装置２０から発生した磁束が２つの磁性体１５内を効率良く通過して電力伝送効率を向上する。したがって、互いの中心部同士を重ねても構成が可能だが、互いの中心部同士が重なり合わないように配置するとさらによい。この２つの磁性体１５は、それぞれの磁性体を構成する複数の磁性板１２の主面同士が対向する、すなわち２つの磁性体１５の主面同士が対向し、かつ、所定距離離間して配置されている。本実施形態では、２つの磁性体１５は互いの主面が略平行となっている。なお、本実施形態では、２つの磁性体１５は、略直方体形状を呈しているがこれに限られることなく、給電装置Ｓ２により電力伝送を行う受電装置Ｓ３の形状や形態に応じて、適宜任意の形状に設定することができる。また、２つの磁性体１５の間の距離は、給電装置Ｓ２により電力伝送を行う受電装置Ｓ３の形状や形態、ならびに受電装置Ｓ３へ供給する電力量に応じて適宜設定される。さらに、２つの磁性体１５は、当該２つの磁性体１５の互いの主面同士の対向方向が、水平方向となるように配置されていてもよく、鉛直方向となるように配置されていてもよい。２つの磁性体１５を構成する複数の磁性板１２としては、フェライト、パーマロイ、珪素鋼板などの磁性材料が挙げられ、比透磁率は高ければ高いほど好ましく、比透磁率１０００以上の磁性材料を用いると好ましい。また、複数の磁性板１２は、単一の磁性材料から構成されていてもよく、それぞれ異なる磁性材料から構成されていても構わない。ところで、本実施形態では、２つの磁性体１５が複数の磁性板１２により構成されていることから、２つの磁性体１５の主面形状を任意に変更することが可能である。ここで、図１２を参照して、２つの磁性体１５の主面を変更した応用例について説明する。図１２は、本発明の第２実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置の給電装置における磁性構造体の応用例を示す概略斜視図である。図１２に示すように、２つの磁性体１５を構成する磁性板列において、隣り合う磁性板１２の側面同士を一部傾斜させた状態で連結することにより、２つの磁性体１５の主面を平面状から折れ曲がり面状に変更することができる。また、図示しないが、２つの磁性体１５を構成する複数の磁性板１２の主面自体を折れ曲がり面あるいは曲面とすることにより、２つの磁性体１５の主面形状を変更することも可能である。

以上のように、本実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置は、２つの磁性体１５は、それぞれ複数の磁性板１２から構成されている。一般的に、磁性体は形状が大きくなると製造時に変形し易くなる傾向があることから、歩留りが低下し高価なものになってしまう。これに対して、磁性体１５を複数の磁性板１２から構成することで、歩留りの低下を抑制し、低コスト化を図ることが可能となる。

（第３実施形態）
次に、図１３を参照して、本発明の第３実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置の構成について説明する。図１３は、本発明の第３実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置の給電装置を示す概略斜視図である。

第３実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置は、第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置Ｓ１同様、給電装置Ｓ２と、受電装置Ｓ３と、を備える。給電装置Ｓ２は、磁性構造体１０と、給電コイル装置２０と、給電電源装置３０と、電磁気遮蔽材６０と、を有する。受電装置Ｓ３は、受電コイル装置４０と、出力回路部５０と、を有する。磁性構造体１０、給電コイル装置２０、給電電源装置３０、受電コイル装置４０、出力回路部５０の構成は、第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置Ｓ１と同様である。本実施形態では、電磁気遮蔽材６０を備える点において、第１実施形態と相違する。

電磁気遮蔽材６０は、外部へ漏れるノイズを低減する機能を有する。本実施形態では、電磁気遮蔽材６０は、２つの電磁気遮蔽材６０を有する。２つの電磁気遮蔽材６０は、２つの磁性体１１の互いの主面同士が対向する側とは反対面側（第２の主面１１ｂ側）にそれぞれ配置されている。具体的には、２つの電磁気遮蔽材６０は、一方の磁性体１１の他方の磁性体１１と対向する側とは反対面側と、他方の磁性体１１の一方の磁性体１１と対向する側とは反対面側にそれぞれ配置されている。つまり、２つの電磁気遮蔽材６０は、２つの磁性体１１を外側から挟み込むように配置されていることとなる。この２つの電磁気遮蔽材６０のそれぞれは、平板状であって外形形状が略直方体形状を呈している。本実施形態では、２つの電磁気遮蔽材６０のそれぞれは、２つの磁性体１１のそれぞれと略同一形状を呈しているがこれに限られることなく、２つの磁性体１１のそれぞれの第２の主面１１ｂを覆う形状であれば特に制限されない。また、２つの電磁気遮蔽材６０のそれぞれの大きさは、２つの磁性体１１のそれぞれの大きさよりも大きくてもよく、逆に小さくても構わない。さらに、２つの電磁気遮蔽材６０は、２つの磁性体１１に接するように配置されていてもよく、間に所定距離離間して配置されていてもよく、間に絶縁部材を介して配置されていても構わない。このように構成される２つの電磁気遮蔽材６０は、ノイズの外部への漏洩を低減できる材料であれば特に制限されず、例えば、アルミニウム、チタン、鉄、銅などの導電性の材料から構成されていてもよく、ノイズを抑制するフェライトなどの磁性シートから構成されていてもよい。なお、電磁気遮蔽材６０は、本実施形態のように、２つの磁性体１１の互いの主面同士が対向する側とは反対面側にそれぞれ配置した方が望ましいが、ノイズの漏洩を抑制したい磁性体１１の反対面側（第２主面１１ｂ側）のみに配置しても構わない。

ここで、電磁気遮蔽材６０を導電性の材料から構成した場合における漏洩ノイズの低減効果について詳細に説明する。給電コイル装置２０から発生した磁束は、一方の磁性体１１内に流れ込み、磁性体１１の第１の主面１１ａのあらゆる部分から空気中に放射され、他方の磁性体１１の第１の主面１１ａへ流れ込み、給電コイル装置２０に至るように周回する。このとき、磁性体１１の比透磁率が空気に比べ高いので、多くの磁束は磁性体１１内を通る。しかし、一部の磁束は、２つの磁性体１１の対向面である第１の主面１１ａとは反対面側の第２の主面１１ｂから漏れ出る。この漏れ出る磁束はノイズとなる場合がある。本実施形態では、２つの磁性体１１の対向面である第１の主面１１ａとは反対面側の第２主面１１ｂ側に、導電性の電磁気遮断材６０を設置している。そのため、磁性体１１から漏れ出る磁束は、導電性の電磁気遮断材６０を通過することとなる。このとき、導電性の電磁気遮断材６０に渦電流が流れ、通過した磁束を打ち消される。したがって、導電性の電磁気遮断材６０の外側には、磁束が漏れなくなり、ノイズを小さくすることができる。

続いて、電磁気遮蔽材６０を磁性シートから構成した場合における漏洩ノイズの低減効果について説明する。２つの磁性体１１の対向面である第１の主面１１ａとは反対側の第２の主面１１ｂから漏れ出る一部の磁束は、磁性シートから構成される電磁気遮蔽材６０に流れ込む。磁性シートの磁路抵抗が低いので磁性シート内を流れ、再び磁性体１１の第２の主面１１ｂに流れ込む。したがって、電磁気遮断材６０の外側には、磁束が漏れなくなり、ノイズを小さくすることができる。

以上のように、本実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置は、２つの磁性体１１の互いの主面同士が対向する側とは反対面側にそれぞれ導電性の電磁気遮蔽材６０を有する。そのため、電磁気遮断材６０を設置することにより外部へ漏れるノイズを低減できる。

（第４実施形態）
次に、図１４を参照して、本発明の第４実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置の構成について説明する。図１４は、図３に示した本発明の第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置の給電装置の断面図に相当する、本発明の第４実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置の給電装置の断面図である。

第４実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置は、第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置Ｓ１同様、給電装置Ｓ２と、受電装置Ｓ３と、を備える。給電装置Ｓ２は、磁性構造体１０と、給電コイル装置２０と、給電電源装置３０と、を有する。受電装置Ｓ３は、受電コイル装置４０と、出力回路部５０と、を有する。磁性構造体１０、給電コイル装置２０、給電電源装置３０、受電コイル装置４０、出力回路部５０の構成は、第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置Ｓ１と同様である。本実施形態では、給電コイル装置２０の配置の点において、第１実施形態と相違する。

本実施形態では、給電コイル装置２０は、２つの磁性体１１の間の任意の位置であって、２つの磁性体１１の一方の磁性体１１と絶縁材を介して接触するように配置されている。具体的には、給電コイル装置２０の給電コイルのコイル軸方向の一方の端面が、２つの磁性体の１１の一方の磁性体１１の第１の主面１１ａに、絶縁材を介して接触するように配置されている。給電コイル装置２０と磁性体１１との間に介在する絶縁材は、給電コイル装置２０の給電コイルを収納する絶縁性を有する筐体を絶縁材として代用してもよく、給電コイル装置２０と磁性体１１との間に別途設ける絶縁性の樹脂を絶縁材としてもよい。また、給電コイル装置２０の給電コイルを磁性体１１に直接設置する場合、給電コイルを構成する導線を絶縁被覆導体から構成し、この絶縁被覆を絶縁材として代用してもよい。

続いて、本実施形態による作用効果について詳述する。給電コイル装置２０の給電コイルのインダクタンス値は、磁性体１１の影響を受ける。つまり、給電コイルのインダクタンス値は、給電コイル装置２０と磁性体１１との距離によって変わってくる。したがって、２つの磁性体１１の間に接触しないように給電コイル装置２０を配置すると、給電コイル装置２０の配置位置が少し変化すると給電コイルのインダクタンス値も変化してしまう。給電コイルのインダクタンス値が変化すると給電できる電力が異なってしまう。本実施形態では、給電コイル装置２０を２つの磁性体１１の一方の磁性体１１に絶縁材を介して接触するように配置していることから、給電コイル装置２０の配置位置が２つの磁性体１１の対向方向と直交する方向に変化したとしても、給電コイル装置２０の給電コイルと磁性体１１との間の距離は変化しないため、給電コイルのインダクタンス値が変化しないようにできる。つまり、給電コイル装置２０の配置による給電コイルのインダクタンス値のバラツキを小さく抑えることができる。なお、給電コイル装置２０が給電コイルとともに共振回路を形成するキャパシタを備えている場合、本実施形態のように、給電コイルのインダクタンス値のバラツキを小さく抑えると、給電コイルとキャパシタにより形成される共振回路の共振周波数のバラツキも小さく抑えることが可能となる。

ここで、図１５を参照して、２つの磁性体１１の間の給電コイル装置２０の配置例の変形例について説明する。図１５は、図３に示した本発明の第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置の給電装置の断面図に相当する、本発明の第４実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置の給電装置の変形例の断面図である。本変形例では、図１５に示すように、給電コイル装置２０は、２つの磁性体１１の間の任意の位置であって、２つの磁性体１１の双方の磁性体１１と絶縁材を介して接触するように配置されている。具体的には、給電コイル装置２０の給電コイルのコイル軸方向の一方の端面が、２つの磁性体１１の一方の磁性体１１の第１の主面１１ａに、絶縁材を介して接触し、給電コイル装置２０の給電コイルのコイル軸方向の他方の端面が、２つの磁性体１１の他方の磁性体１１の第１の主面１１ａに、絶縁材を介して接触するように配置されている。本変形例においても、給電コイルのインダクタンス値が変化しないようにできる。なお、本変形例の構造は、給電コイル装置２０の２つの磁性体１１の対向方向の長さが長い場合に特に有効に適用することができる。このような給電コイル装置２０としては、導線を平面状に巻回したスパイラル構造の給電コイルを複数重ね合わせて筐体に収納したもの、導線を螺旋状に巻回したソレノイド構造の給電コイルを筐体に収納したもの、導線を平面状に巻回し、更に多層に巻回したコイルを筐体に収納したものが挙げられる。この他にも、導線を平面状に巻回したスパイラル構造の給電コイルを、２つの磁性体１１の対向方向が長手方向となる直方体状の筐体に収納したものであっても構わない。

以上のように、本実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置は、給電コイル装置２０は、２つの磁性体１１のうちの少なくともいずれか一方と絶縁材を介して接触するように配置されている。給電コイル装置２０は２つの磁性体１１との距離でインダクタンス値が変化する。したがって、給電コイル装置２０を２つの磁性体１１の少なくともいずれか一方に接触させ配置することにより、磁性体１１との距離のバラツキが減り、給電コイル装置２０の配置によるインダクタンス値のバラツキを小さくできる。インダクタンス値のバラツキを小さく抑えると、発生する磁束のバラツキも小さく抑えることができる。これにより、安定的な給電が可能となる。

（第５実施形態）
次に、本発明の第５実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置の構成について説明する。第５実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置が備える構成は、第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置と同様である。第５実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置においては、給電コイル装置２０が移動可能に構成されている。

上述したように、本実施形態では、給電コイル装置２０が移動可能に構成されている。具体的には、給電コイル装置２０は、２つの磁性体１１の間を移動可能に構成されている。より具体的には、給電コイル装置２０は、２つの磁性体１１の対向方向と直交する方向に移動可能に構成されている。すなわち、給電コイル装置２０は、磁性体１１の長辺方向、短辺方向、対角線方向など磁性体１１の第１の主面１１ａの面内方向と平行な方向であればあらゆる方向に移動可能となっている。なお、給電コイル装置２０は、２つの磁性体１１の対向方向に移動可能に構成されていてもよい。この場合、給電コイル装置２０と２つの磁性体１１との間の距離を変化させることが可能となるため、給電コイル装置２０の給電コイルのインダクタンス値を変化させることが可能となる。この給電コイル装置２０の移動は、手動によって移動させてもよく、給電コイル装置２０自体が自走可能に構成されていてもよく、給電コイル装置２０を搭載する給電装置Ｓ２が移動体から構成され、この移動体の移動に連動して移動する構成としても構わない。

ここで、給電コイル装置２０と受電コイル装置４０との間の距離が離れると、受電コイル装置４０によって給電コイル装置２０から受電できる電力は低下する。本実施形態では、給電コイル装置２０が移動可能に構成されているため、受電コイル装置４０に対して、給電コイル装置２０を近づけるように移動させることができる。これにより、受電コイル装置４０が２つの磁性体１１の間のどこに配置されたとしてもある一定以上の電力を受電することができる。

以上のように、本実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置は、給電コイル装置２０は、２つの磁性体１１の間を移動可能に構成されている。給電コイル装置２０から大きく離れた給電領域では、磁性体１１表面から放出される磁束の量が減少する。したがって、給電コイル装置２０から大きく離れた給電領域では、受電できる電力量が低下してしまう。これに対して、給電コイル装置２０が移動可能に構成されていることにより、給電コイル装置２０の移動に連動して、給電領域も変化させることができる。つまり、ある一定以上の電力供給が可能な給電領域を２つの磁性体の間の任意の位置に形成することができる。

（第６実施形態）
次に、図１６を参照して、本発明の第６実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置の構成について説明する。図１６は、図３に示した本発明の第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置の給電装置の断面図に相当する、本発明の第６実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置の給電装置を受電コイル装置とともに示す断面図である。

第６実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置は、第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置Ｓ１同様、給電装置Ｓ２と、受電装置Ｓ３と、を備える。給電装置Ｓ２は、磁性構造体１０と、給電コイル装置２０と、給電電源装置３０と、を有する。受電装置Ｓ３は、受電コイル装置４０と、出力回路部５０と、を有する。磁性構造体１０、給電コイル装置２０、給電電源装置３０、受電コイル装置４０、出力回路部５０の構成は、第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置Ｓ１と同様である。本実施形態では、磁性構造体１０の配置の点において、第１実施形態と相違する。

磁性構造体１０は、平板状の２つの磁性体１１を有する。この２つの磁性体１１は、互いの主面同士（第１の主面１１ａ同士）が対向し、かつ、所定距離離間して配置されている。本実施形態では、図１６に示すように、２つの磁性体１１は、当該２つの磁性体１１の間の距離が、給電コイル装置２０が配置される位置から離れるにしたがって狭くなるように配置されている。したがって、２つの磁性体１１は、一方の磁性体１１の第１の主面１１ａと他方の磁性体１１の第１の主面１１ａが非平行となるように配置されている。すなわち、一方の磁性体１１の第１の主面１１ａの長辺方向に沿って伸ばした仮想線と、他方の磁性体１１の第１の主面１１ａの長辺方向に沿って伸ばした仮想線との成す角は鋭角となる。なお、本実施形態のように、２つの磁性体１１を単板の磁性体から構成した場合、２つの磁性体１１の間の距離は、給電コイル装置２０が配置される位置から離れるにしたがって連続的に狭くなっているが、第２実施形態のように、２つの磁性体１５を複数の磁性板１２から構成した場合、２つの磁性体１５の間の距離は、給電コイル装置２０が配置される位置から離れるにしたがって段階的に狭くなるように構成しても構わない。

ところで、給電コイル装置２０から離れた位置だと、給電コイル装置２０から発生した磁束が届く量が減少する。一方、２つの磁性体１１の間の距離を狭くすると磁束が流れやすくなる。本実施形態では、２つの磁性体１１は、当該２つの磁性体１１の間の距離が、給電コイル装置２０が配置される位置から離れるにしたがって狭くなるように配置されていることから、給電コイル装置２０から離れた位置においても２つの磁性体１１の間の距離が狭いため、給電コイル装置２０から発生した磁束が届く量の減少を抑えることができる。

以上のように、本実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置は、２つの磁性体１１は、当該２つの磁性体１１の間の距離が、給電コイル装置２０が配置される位置から離れるにしたがって狭くなるように配置されている。給電コイル装置２０から離れた位置の給電領域では、磁性体１１表面から放出される磁束の量が減少する。一方、２つの磁性体１１の間の距離を狭くすると狭くした部分の磁性体１１表面から放出される磁束の量は増える。したがって、給電コイル装置２０が配置される位置から離れるにしたがって、２つの磁性体１１の間の距離を狭くなるように配置することで、給電コイル装置２０から離れた位置の給電領域の磁性体１１表面から放出される磁束の量の減少する量を小さくできる。その結果、給電領域内の位置による磁性体１１表面から放出される磁束の量のバラツキが抑制され、受電装置Ｓ３の位置が常に変動するような状況に対しても、ある一定以上の電力を安定して供給可能となる。

（第７実施形態）
次に、図１７を参照して、本発明の第７実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置の構成について説明する。図１７は、図３に示した本発明の第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置の給電装置の断面図に相当する、本発明の第７実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置の給電装置を受電コイル装置とともに示す断面図である。第７実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置が備える構成は、第５実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置と同様である。第７実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置においては、磁性構造体１０の配置の点において、第５実施形態と相違する。

磁性構造体１０は、平板状の２つの磁性体１１を有する。この２つの磁性体１１は、互いの主面同士（第１の主面１１ａ同士）が対向し、かつ、所定距離離間して配置されている。ここで、給電コイル装置２０は、第５実施形態と同様、移動可能に構成されており、図１７に示す例は、給電コイル装置２０が移動する前の状態であって、給電コイル装置２０は、受電コイル装置４０に近づくように移動することが可能となっている。つまり、本実施形態では、図１７に示すように、２つの磁性体１１は、当該２つの磁性体１１の間の距離が、給電コイル装置２０の移動する先に向かって広くなるように配置されている。したがって、２つの磁性体１１は、一方の磁性体１１の第１の主面１１ａと他方の磁性体１１の第１の主面１１ａが非平行となるように配置されている。なお、本実施形態のように、２つの磁性体１１を単板の磁性体から構成した場合、２つの磁性体１１の間の距離は、給電コイル装置２０の移動する前の位置から給電コイル装置２０の移動する先に向かって連続的に広がっているが、第２実施形態のように、２つの磁性体１５を複数の磁性板１２から構成した場合、２つの磁性体１５の間の距離は、給電コイル装置２０の移動する前の位置から給電コイル装置２０の移動する先に向かって段階的に広がるように構成しても構わない。

本実施形態のように、給電コイル装置２０が移動する場合、給電コイル装置２０が受電コイル装置４０に近づくと、給電コイル装置２０から発生した磁束が届く量が増加する。つまり、電力の伝送量が増加し過大に電力を伝送してしまうこととなる。一方、２つの磁性体１１の間の距離を広くすると磁束が流れにくくなる。本実施形態では、２つの磁性体１１は、当該２つの磁性体１１の間の距離が、給電コイル装置２０の移動する先に向かって広くなるように配置されていることから、給電コイル装置２０が移動することにより、給電コイル装置２０が受電コイル装置４０に近づいた状態で配置されたとしても２つの磁性体１１の間の距離が広いため、給電コイル装置２０から発生した磁束が届く量の増加を抑えることができる。

以上のように、本実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置は、２つの磁性体１１は、当該２つの磁性体１１の間の距離が、給電コイル装置２０が移動する先に向かって広くなるように配置されている。給電コイル装置２０が移動する先の領域は、給電コイル装置２０が移動する前に比べて、給電コイル装置２０が移動して近づくと、２つの磁性体１１の間の磁性体１１表面から放出される磁束の量は増加する。そのため、給電コイル装置２０が移動する先の領域においては、給電コイル装置２０が近づいたことにより、電力の伝送量が増加し過大に電力を伝送してしまう。一方、２つの磁性体１１の間の距離を広くすると広くした部分の磁性体１１表面から放出される磁束の量は減る。したがって、２つの磁性体１１を、当該２つの磁性体１１の間の距離が、給電コイル装置２０が移動する先に向かって広くなるように配置することで、給電コイル装置２０の移動する先の領域の磁性体１１表面から放出される磁束の量の増加する量を小さくできる。その結果、給電コイル装置２０が移動する先の領域において、給電コイル装置２０の移動前と移動後の２つの磁性体１１の間の磁性体１１表面から放出される磁束の量のバラツキが抑制され、過大な電力を供給することなく、電力を安定して供給可能となる。

（第８実施形態）
次に、図１８を参照して、本発明の第８実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置の構成について説明する。図１８は、本発明の第８実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置の給電装置を受電コイル装置とともに示す概略斜視図である。なお、図１８において、説明の便宜上、給電電源装置の図示は省略している。

第８実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置は、第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置Ｓ１同様、給電装置Ｓ２と、受電装置Ｓ３と、を備える。給電装置Ｓ２は、磁性構造体１６と、給電コイル装置２１と、給電電源装置３０と、を有する。受電装置Ｓ３は、受電コイル装置４０と、出力回路部５０と、を有する。給電電源装置３０、受電コイル装置４０、出力回路部５０の構成は、第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置Ｓ１と同様である。本実施形態では、磁性構造体１０に代えて磁性構造体１６を備える点、給電コイル装置２０に代えて給電コイル装置２１を備える点において、第１実施形態と相違する。

磁性構造体１６は、平板状の２つの磁性体１７を有する。２つの磁性体１７は、それぞれ水平方向に直線状に伸びる直線部分と、この直線部分の中央下部、両端下部から鉛直方向に伸びる突出部分を有する略Ｅ型形状を呈している。つまり、本実施形態では、２つの磁性体１７の主面は、略Ｅ型形状を呈していることとなる。この２つの磁性体１７は、互いの主面同士が対向し、かつ、所定距離離間して配置されている。本実施形態では、２つの磁性体１７の互いの主面が略平行となっている。つまり、２つの磁性体１７の間の距離は常に一定となるように配置されている。なお、本実施形態では、２つの磁性体１７は、略Ｅ型形状を呈しているがこれに限られることなく、給電装置により電力伝送を行う受電装置Ｓ３の形状や形態に応じて、適宜任意の形状に設定することができる。また、２つの磁性体１７の間の距離は、給電装置Ｓ２により電力伝送を行う受電装置Ｓ３の形状や形態、ならびに受電装置Ｓ３へ供給する電力量に応じて適宜設定される。さらに、２つの磁性体１７は、当該２つの磁性体１７の互いの主面同士の対向方向が、水平方向となるように配置されているが、鉛直方向となるように配置されていてもよい。このように構成される２つの磁性体１７としては、フェライト、パーマロイ、珪素鋼板などの磁性材料が挙げられ、比透磁率は高ければ高いほど好ましく、比透磁率１０００以上の磁性材料を用いると好ましい。

給電コイル装置２１は、電力変換回路３２に接続され、電力変換回路３２から供給される交流電力を受電コイル装置４０にワイヤレスにて伝送する給電部として機能する。給電コイル装置２１は、複数のコイル装置を含み、本実施形態では、２つのコイル装置２２ａ，２２ｂから構成されている。各コイル装置２２ａ，２２ｂは、給電コイル装置２０と同様、導線を巻回して構成される給電コイルと、この給電コイルを収納する絶縁性を有する筐体を含み、この給電コイルに電力変換回路３２から交流電圧が印加されると、交流電流が流れて交流磁界を発生させるように構成されている。この給電コイルとしては、導線を平面状に巻回したスパイラル構造のコイルであってもよく、導線を螺旋状に巻回したソレノイド構造のコイルであってもよく、給電コイルがソレノイド構造のコイルの場合は、給電コイルが磁性コアを有していても構わない。構成する導線としては、銅、銀、金、アルミニウムなどの金属ワイヤが挙げられ、導線は単線の金属ワイヤから構成されてもよく、金属ワイヤを多数本撚り合わせたリッツ線から構成されていても構わない。また、給電コイルの導線の巻数は、所望の電力伝送効率などに基づいて適宜設定される。また、各コイル装置２２ａ，２２ｂは、給電コイル装置２０と同様、コイルを含む様々な回路素子から構成され、コイルのみから構成されていてもよく、コイルに直列あるいは並列に接続され、コイルとともに共振回路を形成するキャパシタを備えていてもよく、コイル以外のインダクタやノイズフィルターを備えていても構わない。これら２つのコイル装置２２ａ，２２ｂは、それぞれ２つの磁性体１７の間の任意の位置に配置される。本実施形態では、コイル装置２２ａは、２つの磁性体１７における直線部分の一方の端部下部から伸びる突出部の主面同士が対向する間の位置に配置され、コイル装置２２ｂは、２つの磁性体１７の他方の端部下部から伸びる突出部の主面同士が対向する間の位置に配置されている。つまり、２つのコイル装置２２ａ，２２ｂは、２つの磁性体１７の対向方向から見て、互いに重なり合わないように配置されている。これにより、電力伝送時に、２つのコイル装置２２ａ，２２ｂが発生する磁束は、２つの磁性体１７を通過して帰還する周回を描くこととなる。このとき、コイル装置２２ａから発生し、２つの磁性体１７の一方の磁性体１７へ流れ込んだ磁束は、磁性体１７における直線部分の一方の端部から他方の端部に向かって磁性体１７内を通過し、当該磁性体１７表面から空気中に放射される。一方、コイル装置２２ｂから発生し、２つの磁性体１７の一方の磁性体１７へ流れ込んだ磁束は、磁性体１７における直線部分の他方の端部から一方の端部に向かって磁性体１７内を通過し、当該磁性体１７表面から空気中に放射されることになる。つまり、電力伝送時に、コイル装置２２ａが発生する交流磁界を受けて２つの磁性体１７の間の領域に、受電コイル装置４０への電力伝送が可能な給電領域が形成されるとともに、コイル装置２２ｂが発生する交流磁界を受けて２つの磁性体１７の間の領域に、受電コイル装置４０への電力伝送が可能な給電領域が形成される。したがって、磁性体表面から放出される磁束の量が、コイル装置２２ａから発生し、磁性体に流れ込んだ磁束と、コイル装置２２ｂから発生し、磁性体に流れ込んだ磁束が合わさった量となることから、ある一定量以上の磁束が磁性体表面から放出される給電領域の範囲が拡大する。

ところで、給電コイル装置２１から離れた位置に受電コイル装置４０を配置すると、給電コイル装置２１から発生した磁束のうち、受電コイル装置４０に鎖交する磁束の量は減少する。本実施形態では、給電コイル装置２１は、２つの磁性体１７の対向方向から見て、互いに重なり合わない複数のコイル装置を含んでいることから、受電コイル装置４０は、これら複数のコイル装置それぞれから電力伝送されるため、受電コイル装置４０にある一定以上の磁束を鎖交させることができ、ある一定以上の電力を受電させることができる。本実施形態では、給電コイル装置２１は、２つのコイル装置２２ａ，２２ｂで構成されているが、３つ以上のコイル装置から構成してもよい。

以上のように、本実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置は、給電コイル装置２１は、２つの磁性体１７の対向方向から見て、互いに重なり合わない複数のコイル装置を含んでいる。給電コイル装置２１が配置されているところから離れた場所の給電領域では、磁性体１７表面から放出される磁束の量が減少する。そこで、給電コイル装置２１を、磁性体１７が対向する方向から見て互いに重なり合わない位置に複数配置することにより、ある一定量以上の磁束が磁性体１７表面から放出される給電領域の範囲を拡大することができる。

（第９実施形態）
次に、本発明の第９実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置の構成について説明する。第９実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置が備える構成は、第８実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置と同様である。第９実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置においては、給電電源装置３０が電力を供給するコイル装置２２ａ，２２ｂを選択可能に構成されている。

上述したように、本実施形態では、給電電源装置３０が電力を供給するコイル装置２２ａ，２２ｂを選択可能に構成されている。ここで、図１９ａおよび図１９ｂを参照して、給電電源装置３０が電力を供給するコイル装置２２ａ，２２ｂを選択可能とする構成について詳述する。図１９ａは、給電電源装置と給電コイル装置との間にスイッチを設けた例を示す模式機能ブロック図である。図１９ｂは、給電電源装置の電力変換回路を複数設けた例を示す模式機能ブロック図である。例えば、給電電源装置３０の電力変換回路３２と、２つのコイル装置２２ａ，２２ｂとの間の接続を切り替えるスイッチＳＷを設けて、給電電源装置３０が電力を供給するコイル装置２２ａ，２２ｂを選択するように構成してもよい。具体的には、図１９ａに示すように、電力変換回路３２の出力の一端が、スイッチＳＷ１を介してコイル装置２２ａの一端に接続されるとともに、スイッチＳＷ２を介してコイル装置２２ｂの一端に接続され、電力変換回路３２の出力の他端が、コイル装置２２ａの他端とコイル装置２２ｂの他端に接続されるように構成される。すなわち、給電電源装置３０がコイル装置２２ａを選択して電力を供給する場合は、電力変換回路３２とコイル装置２２ａの給電コイルを接続するようにスイッチＳＷ１をＯＮ、スイッチＳＷ２をＯＦＦに制御し、給電電源装置３０がコイル装置２２ｂを選択して電力を供給する場合は、電力変換回路３２とコイル装置２２ｂの給電コイルを接続するようにスイッチＳＷ１をＯＦＦ、ＳＷ２をＯＮに制御することとなる。あるいは、図１９ｂに示すように、給電電源装置３０がコイル装置２２ａに接続される電力変換回路３２ａとコイル装置２２ｂに接続される電力変換回路３２ｂを備え、これらの電力変換回路３２ａ，３２ｂの動作を制御することにより、給電電源装置３０が電力を供給するコイル装置２２ａ，２２ｂを選択するように構成しても構わない。すなわち、給電電源装置３０がコイル装置２２ａを選択して電力を供給する場合は、電力変換回路３２ａを動作させるとともに電力変換回路３２ｂは動作を停止するように制御し、給電電源装置３０がコイル装置２２ｂを選択して電力を供給する場合は、電力変換回路３２ｂを動作させるとともに電力変換回路３２ａは動作を停止するように制御することとなる。このように構成される給電電源装置３０は、複数のコイル装置のうち、給電したい領域に応じて、電力を供給するコイル装置２２ａ，２２ｂを選択する。具体的には、給電電源装置３０は、２つの磁性体１７の間に配置される受電コイル装置４０と２つのコイル装置２２ａ，２２ｂとの距離に応じて、電力を供給するコイル装置２２ａ，２２ｂを選択する。より具体的には、給電電源装置３０は、複数のコイル装置のうち、受電コイル装置４０に近い位置に配置されるコイル装置を選択して、電力を供給する。例えば、上述の図１８に示す例においては、コイル装置２２ａよりもコイル装置２２ｂが受電コイル装置４０に近い位置に配置されていることから、給電電源装置３０は、コイル装置２２ｂを選択して、電力を供給することとなる。このように、受電コイル装置４０に近い位置に配置されているコイル装置のみから給電を行ったとしても、受電コイル装置４０はある一定以上の電力を受電することが可能となる。したがって、受電コイル装置４０から遠い位置に配置されているコイル装置からの給電を停止することで効率の良い電力伝送が可能となる。なお、本実施形態では、給電コイル装置２１が２つのコイル装置２２ａ，２２ｂから構成されている場合について説明したが、給電コイル装置２１が３つ以上のコイル装置から構成されている場合も同様である。

以上のように、本実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置は、給電コイル装置２１に電力を供給する給電電源装置３０をさらに備え、給電電源装置３０は、複数のコイル装置のうち、給電したい領域に応じて、電力を供給するコイル装置２２ａ，２２ｂを選択する。このように、複数のコイル装置のうち、給電したい領域に応じて、電力を供給する給電コイル装置２１を選択することで、無駄な電力消費を削減できる。

（第１０実施形態）
次に、図２０を参照して、本発明の第１０実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置の構成について説明する。図２０は、本発明の第１０実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置の給電装置を受電コイル装置とともに示す概略斜視図である。なお、図２０において、説明の便宜上、給電電源装置の図示は省略している。

第１０実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置は、第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置Ｓ１同様、給電装置Ｓ２と、受電装置Ｓ３と、を備える。給電装置Ｓ２は、磁性構造体１６と、給電コイル装置２０と、給電電源装置３０と、中継コイル装置７０と、を有する。受電装置Ｓ３は、受電コイル装置４０と、出力回路部５０と、を有する。給電コイル装置２０、給電電源装置３０、受電コイル装置４０、出力回路部５０の構成は、第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置Ｓ１と同様であり、磁性構造体１６の構成は、第８実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置と同様である。本実施形態では、中継コイル装置７０を備える点において、第１および第８実施形態と相違する。

中継コイル装置７０は、導線を巻回して構成される中継コイルを有し、この中継コイルを収納する絶縁性の筐体を含んで構成されていると好ましい。この中継コイルとしては、給電コイル装置２０の給電コイルと同様、導線を平面状に巻回したスパイラル構造のコイルであってもよく、導線を螺旋状に巻回したソレノイド構造のコイルであってもよく、中継コイルがソレノイド構造のコイルの場合は、図７ａおよび図７ｂに示す給電コイルと同様に、中継コイルが磁性コアを有すると好ましい。同じインダクタンス値の中継コイルを作製する際、磁性コアを有すると中継コイルの巻き数を低減できる。したがって、中継コイルの抵抗値も低減でき、抵抗による電力損失が低減できる。また、中継コイル装置７０は、コイルを含む様々な回路素子から構成される。具体的には、中継コイル装置７０は、コイルのみから構成されていてもよいが、中継コイル装置７０の役割を考慮すると、コイルに直列あるいは並列に接続され、コイルとともに共振回路を形成するキャパシタを備えると好ましい。この中継コイル装置７０は、２つの磁性体１７の間の任意の位置に配置される。本実施形態では、中継コイル装置７０は、２つの磁性体１７における直線部分の中央下部から伸びる突出部の主面同士が対向する間の位置に配置され、給電コイル装置２０は、２つの磁性体１７における直線部分の一方の端部下部から伸びる突出部の主面同士が対向する間の位置に配置されている。これにより、中継コイル装置７０は、電力供給源である給電電源装置３０には電気的に接続されていないが、給電コイル装置２０が発生する磁束が鎖交すると、中継コイル装置７０の中継コイルに電圧が発生し、この電圧に基づく電流が中継コイルに流れて磁束を発生することとなる。すなわち、中継コイル装置７０は、２つの磁性体１７を介して給電コイル装置２０の給電コイルと磁気的に結合することとなる。具体的には、電力伝送時に、給電コイル装置２０から発生し、２つの磁性体１７の一方の磁性体１７へ流れ込んだ磁束は、磁性体１７における直線部分の一方の端部から中央部に向かって磁性体１７内を通過し、当該磁性体１７表面から空気中に放射され、中継コイル装置７０の中継コイルに鎖交し、中継コイル装置７０の中継コイルに電圧が発生し、この電圧に基づく電流が中継コイルに流れて磁束が発生する。そして、中継コイル装置７０から発生し、２つの磁性体１７の一方の磁性体１７へ流れ込んだ磁束は、磁性体１７における直線部分の中央部から他方の端部に向かって磁性体１７内を通過し、当該磁性体１７表面から空気中に放射されることとなる。つまり、中継コイル装置７０は、給電コイル装置２０が発生する磁束を受けてより遠方にまで拡がる磁束を発生することから、給電コイル装置２０と受電コイル装置４０との間のワイヤレス電力伝送を伝達する中継部として機能する。

ところで、給電コイル装置２０から離れた位置に受電コイル装置４０を配置すると、給電コイル装置２０から発生した磁束のうち、受電コイル装置４０に鎖交する磁束の量は減少する。つまり、受電コイル装置４０により受電できる電力が小さくなる。本実施形態では、２つの磁性体１７を介して給電コイル装置２０と磁気的に結合する中継コイル装置７０を備えていることから、給電コイル装置２０から発生した磁束を受けて中継コイル装置７０からより遠方にまで拡がる磁束が発生し、受電コイル装置４０にある一定以上の磁束を鎖交させることができ、ある一定以上の電力を受電させることができる。言い換えれば、中継コイル装置７０により、受電コイル装置４０で受電できる電力の低下を抑制することができる。

以上のように、本実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置は、２つの磁性体１７を介して給電コイル装置２０と磁気的に結合し、２つの磁性体１７の間の任意の位置に配置される中継コイル装置７０を備えている。給電コイル装置２０から離れた給電領域では、磁性体１７表面から放出される磁束量が低下する。中継コイル装置７０を配置すると、磁性体１７から表面から放出される磁束が中継コイル装置７０を鎖交し磁束が変化すると中継コイル装置７０のコイルに電圧が発生する。発生電圧により中継コイル装置７０に電流が流れ、中継コイル装置７０より磁束が発生される。したがって、中継コイル装置７０を配置することにより給電コイル装置２０から離れた給電領域でも、磁性体１７表面から放出される磁束量の減少する量を小さくできる。

（第１１実施形態）
次に、図２１を参照して、本発明の第１１実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置の構成について説明する。図２１は、本発明の第１１実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置の給電装置を受電コイル装置とともに示す概略斜視図である。なお、図２１において、説明の便宜上、給電電源装置の図示は省略している。

第１１実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置は、第１０実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置同様、給電装置Ｓ２と、受電装置Ｓ３と、を備える。給電装置Ｓ２は、磁性構造体１８と、給電コイル装置２０と、給電電源装置３０と、中継コイル装置７１と、を有する。受電装置Ｓ３は、受電コイル装置４０と、出力回路部５０と、を有する。給電コイル装置２０、給電電源装置３０、受電コイル装置４０、出力回路部５０の構成は、第１０実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置と同様である。本実施形態では、磁性構造体１６に代えて磁性構造体１８を備えている点、中継コイル装置７１が複数のコイル装置７１ａ，７１ｂを備える点において、第１０実施形態と相違する。

磁性構造体１８は、平板状の２つの磁性体１９を有する。２つの磁性体１９は、それぞれ水平方向に直線状に伸びる直線部分と、この直線部分の一方の端部寄りの中央下部、他方の端部寄りの中央下部、両端下部から鉛直方向に伸びる突出部分を有する略櫛歯型形状を呈している。つまり、本実施形態では、２つの磁性体１９の主面は、略櫛歯型形状を呈していることとなる。この２つの磁性体１９は、互いの主面同士が対向し、かつ、所定距離離間して配置されている。本実施形態では、２つの磁性体１９の互いの主面が略平行となっている。つまり、２つの磁性体１９の間の距離は常に一定となるように配置されている。なお、本実施形態では、２つの磁性体１９は、略櫛歯型形状を呈しているがこれに限られることなく、給電装置Ｓ２により電力伝送を行う受電装置Ｓ３の形状や形態に応じて、適宜任意の形状に設定することができる。また、２つの磁性体１９の間の距離は、給電装置Ｓ２により電力伝送を行う受電装置Ｓ３の形状や形態、ならびに受電装置Ｓ３へ供給する電力量に応じて適宜設定される。さらに、２つの磁性体１９は、当該２つの磁性体１９の互いの主面同士の対向方向が、水平方向となるように配置されているが、鉛直方向となるように配置されていてもよい。このように構成される２つの磁性体１９としては、フェライト、パーマロイ、珪素鋼板などの磁性材料が挙げられ、比透磁率は高ければ高いほど好ましく、比透磁率１０００以上の磁性材料を用いると好ましい。

中継コイル装置７１は、複数のコイル装置を含み、本実施形態では２つのコイル装置７１ａ，７１ｂから構成されている。各コイル装置７１ａ，７１ｂは、中継コイル装置７０と同様、導線を巻回して構成される中継コイルを有し、この中継コイルを収納する絶縁性の筐体を含んで構成されていると好ましい。この中継コイルとしては、給電コイル装置２０の給電コイルと同様、導線を平面状に巻回したスパイラル構造のコイルであってもよく、導線を螺旋状に巻回したソレノイド構造のコイルであってもよく、中継コイルがソレノイド構造のコイルの場合は、中継コイルが磁性コアを備えていても構わない。また、各コイル装置７１ａ，７１ｂは、コイルを含む様々な回路素子から構成され、コイルのみから構成されていてもよく、コイルに直列あるいは並列に接続され、コイルとともに共振回路を形成するキャパシタを備えていても構わない。これら各コイル装置７１ａ，７１ｂは、２つの磁性体１９の間の任意の位置に配置される。本実施形態では、給電コイル装置２０は、２つの磁性体１９における直線部分の一方の端部下部から伸びる突出部の主面同士が対向する間の位置に配置され、コイル装置７１ａは、２つの磁性体１９における直線部分の一方の端部寄りの中央下部から伸びる突出部の主面同士が対向する間の位置に配置され、コイル装置７１ｂは、２つの磁性体１９における直線部分の他方の端部寄りの中央下部から伸びる突出部の主面同士が対向する間の位置に配置されている。これにより、電力伝送時に、給電コイル装置２０から発生し、２つの磁性体１９の一方の磁性体１９へ流れ込んだ磁束は、磁性体１９における直線部分の一方の端部から一方の端部寄りの中央部に向かって磁性体１９内を通過し、当該磁性体１９表面から空気中に放射され、コイル装置７１ａの中継コイルに鎖交し、コイル装置７１ａの中継コイルに電圧が発生し、この電圧に基づく電流が中継コイルに流れて磁束を発生する。続いて、コイル装置７１ａから発生し、２つの磁性体１９の一方の磁性体１９へ流れ込んだ磁束は、磁性体１９における直線部分の一方の端部寄りの中央部から他方の端部寄りの中央部に向かって磁性体１９内を通過し、当該磁性体１９表面から空気中に放射され、コイル装置７１ｂの中継コイルに鎖交し、コイル装置７１ｂの中継コイルに電圧が発生し、この電圧に基づく電流が中継コイルに流れて磁束を発生する。そして、コイル装置７１ｂから発生し、２つの磁性体１９の一方の磁性体１９へ流れ込んだ磁束は、磁性体１９における直線部分の他方の端部寄りの中央部からさらに他方の端部に向かって磁性体１９内を通過し、当該磁性体１９表面から空気中に放射されることとなる。つまり、本実施形態では、給電コイル装置２０から発生した磁束は、コイル装置７１ａにより中継され、さらにコイル装置７１ａからコイル装置７１ｂに中継されて、受電コイル装置４０に鎖交することとなる。したがって、給電コイル装置２０からより離れた位置に受電コイル装置４０を配置されたとしても、受電コイル装置４０で受電できる電力の低下を抑制する。なお、本実施形態では、中継コイル装置７１が２つのコイル装置７１ａ，７１ｂを備えている例を用いて説明したが、中継コイル装置７１が備えるコイル装置の数は３つ以上でもよい。

以上のように、本実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置は、２つの磁性体１９を介して給電コイル装置２０と磁気的に結合し、２つの磁性体１９の間の任意の位置に配置される複数の中継コイル装置７１を備えている。給電コイル装置２０から離れた給電領域では、磁性体１９表面から放出される磁束量が低下する。中継コイル装置７１を配置すると、磁性体１９から表面から放出される磁束が中継コイル装置７１を鎖交し磁束が変化すると中継コイル装置７１のコイルに電圧が発生する。発生電圧により中継コイル装置７１に電流が流れ、中継コイル装置７１より磁束が発生される。したがって、中継コイル装置７１を配置することにより給電コイル装置２０から離れた給電領域でも、磁性体１９表面から放出される磁束量の減少する量を小さくできる。

（第１２実施形態）
次に、図２２を参照して、本発明の第１２実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置の構成について説明する。図２２は、図３に示した本発明の第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置の給電装置の断面図に相当する、本発明の第１２実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置の給電装置を示す断面図である。なお、図２２において、説明の便宜上、給電電源装置の図示は省略している。

第１２実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置は、第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置Ｓ１同様、給電装置Ｓ２と、受電装置Ｓ３と、を備える。給電装置Ｓ２は、磁性構造体１０と、給電コイル装置２３と、給電電源装置３０と、を有する。受電装置Ｓ３は、受電コイル装置４０と、出力回路部５０と、を有する。給電コイル装置２０、給電電源装置３０、受電コイル装置４０、出力回路部５０の構成は、第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置と同様である。本実施形態では、給電コイル装置２０に代えて給電コイル装置２３を備える点、給電電源装置３０の電力変換回路３２が給電コイル装置２３に印加する交流電圧の位相を制御できる点において、第１実施形態と相違する。

給電コイル装置２３は、電力変換回路３２に接続され、電力変換回路３２から供給される交流電力を受電コイル装置４０にワイヤレスにて伝送する給電部として機能する。給電コイル装置２３は、複数のコイル装置を含み、本実施形態では、２つのコイル装置２４ａ，２４ｂから構成されている。各コイル装置２４ａ，２４ｂは、給電コイル装置２０と同様、導線を巻回して構成される給電コイルと、この給電コイルを収納する絶縁性を有する筐体を含み、この給電コイルに電力変換回路３２から交流電圧が印加されると、交流電流が流れて交流磁界を発生させるように構成されている。この給電コイルとしては、導線を平面状に巻回したスパイラル構造のコイルであってもよく、導線を螺旋状に巻回したソレノイド構造のコイルであってもよく、給電コイルがソレノイド構造のコイルの場合は、給電コイルが磁性コアを有していても構わない。構成する導線としては、銅、銀、金、アルミニウムなどの金属ワイヤが挙げられ、導線は単線の金属ワイヤから構成されてもよく、金属ワイヤを多数本撚り合わせたリッツ線から構成されていても構わない。また、給電コイルの導線の巻数は、所望の電力伝送効率などに基づいて適宜設定される。また、各コイル装置２４ａ，２４ｂは、給電コイル装置２０と同様、コイルを含む様々な回路素子から構成され、コイルのみから構成されていてもよく、コイルに直列あるいは並列に接続され、コイルとともに共振回路を形成するキャパシタを備えていてもよく、コイル以外のインダクタやノイズフィルターを備えていても構わない。

本実施形態では、各コイル装置２４ａ，２４ｂは、２つの磁性体１１の対向方向から見て、重なり合うように配置されている。具体的には、各コイル装置２４ａ，２４ｂのそれぞれの給電コイルのコイル軸の軸方向は２つの磁性体１１の互いの主面同士の対向方向と略平行となるように配置されており、コイル装置２４ａの給電コイルのコイル軸の軸方向とコイル装置２４ｂの給電コイルのコイル軸の軸方向が一致するように配置されている。このように、給電コイル装置２３が２つのコイル装置２４ａ，２４ｂを備えていることから、給電できる電力を大きくすることができる。また、コイル装置２４ａは、２つの磁性体１１の一方の磁性体１１と絶縁材を介して接触するように配置され、コイル装置２４ｂは、２つの磁性体１１の他方の磁性体１１と絶縁材を介して接触するように配置されている。より具体的には、コイル装置２４ａの給電コイルのコイル軸方向の一方の端面が、２つの磁性体１１の一方の磁性体１１の第１主面１１ａに絶縁材を介して接触するように配置され、コイル装置２４ｂの給電コイルのコイル軸方向の一方の端面が、２つの磁性体の１１の他方の磁性体１１の第１主面１１ａに絶縁材を介して接触するように配置されている。各コイル装置２４ａ，２４ｂと磁性体１１との間に介在する絶縁材は、各コイル装置２４ａ，２４ｂの給電コイルを収納する絶縁性を有する筐体を絶縁材として代用してもよく、各コイル装置２４ａ，２４ｂと磁性体１１との間に別途設ける絶縁性の樹脂を絶縁材としてもよい。また、各コイル装置２４ａ，２４ｂのそれぞれの給電コイルを磁性体１１に直接設置する場合、それぞれの給電コイルを構成する導線を絶縁被覆導体から構成し、この絶縁被覆を絶縁材として代用してもよい。このように、コイル装置２４ａを２つの磁性体１１の一方の磁性体１１に絶縁材を介して接触するように配置し、コイル装置２４ｂを２つの磁性体１１の他方の磁性体１１に絶縁材を介して接触するように配置していることから、各コイル装置２４ａ，２４ｂのそれぞれの給電コイルと磁性体１１との間の距離は変化しないため、それぞれの給電コイルのインダクタンス値が変化しないようにできる。つまり、各コイル装置２４ａ，２４ｂの配置によるそれぞれの給電コイルのインダクタンス値のバラツキを小さく抑えることができる。なお、各コイル装置２４ａ，２４ｂがそれぞれ給電コイルとともに共振回路を形成するキャパシタを備えている場合、本実施形態のように、給電コイルのインダクタンス値のバラツキを小さく抑えると、給電コイルとキャパシタにより形成される共振回路の共振周波数のバラツキも小さく抑えることが可能となる。

また、本実施形態では、給電電源装置３０の電力変換回路３２は、給電コイル装置２３の各コイル装置２４ａ，２４ｂに印加する交流電圧の位相が制御できるように構成されている。各コイル装置２４ａ，２４ｂに給電電源装置３０の電力変換回路３２から交流電圧が印加されると、交流電圧に基づく交流電流が流れ、交流磁界が発生し磁束が発生する。ここで、各コイル装置２４ａ，２４ｂに同位相の交流電流が流れると、各コイル装置２４ａ，２４ｂから発生する磁束が加算されるため、給電できる電力は大きくなる。一方、各コイル装置２４ａ，２４ｂに位相が１８０度異なる逆位相の交流電流が流れると、各コイル装置２４ａ，２４ｂから発生する磁束に打ち消し合いが生じ、給電できる電力は小さくなる。したがって、各コイル装置２４ａ，２４ｂに流れる交流電流の位相を変化させることで、給電できる電力を制御することが可能となる。本実施形態では、給電電源装置３０の電力変換回路３２は、コイル装置２４ａに印加する交流電圧の位相とコイル装置２４ｂに印加する交流電圧の位相との間の位相ずらし量を制御できるように構成されている。具体的には、給電電源装置３０がコイル装置２４ａに接続される電力変換回路３２とコイル装置２４ｂに接続される電力変換回路３２を備えることにより実現できる。すなわち、コイル装置２４ａに接続される電力変換回路３２が印加する交流電圧の位相とコイル装置２４ｂに接続される電力変換回路３２が印加する交流電圧の位相の位相ずらし量を制御することで、各コイル装置２４ａ，２４ｂに流れる交流電流の位相を変化させることが可能となる。なお、コイル装置２４ａに印加する交流電圧の位相とコイル装置２４ｂに印加する交流電圧の位相との間の位相ずらし量は、受電装置Ｓ３の要求する電力量に応じて適宜調整される。

以上のように、本実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置は、給電コイル装置２３は、２つの磁性体１１の対向方向から見て、重なり合う２つのコイル装置２４ａ，２４ｂを含み、２つのコイル装置２４ａ，２４ｂの一方は、２つの磁性体１１の一方と絶縁材を介して接触するように配置され、２つのコイル装置２４ａ，２４ｂの他方は、２つの磁性体１１の他方と絶縁材を介して接触するように配置されている。そのため、給電コイル装置２３の配置によるインダクタンス値のバラツキを小さくできる。インダクタンス値にバラツキを小さく抑えると、発生する磁束のバラツキも小さく抑えることができる。これにより、安定的な給電が可能となる。

また、本実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置においては、給電コイル装置２３に電力を供給する給電電源装置３０をさらに備え、給電電源装置３０は、２つのコイル装置２４ａ，２４ｂの一方に印加する交流電圧の位相と２つのコイル装置２４ａ，２４ｂの他方に印加する交流電圧の位相との間の位相ずらし量を制御している。そのため、位相ずらし量に応じて、給電領域で受電する電力を制御することができる。

１０，１４，１６，１８…磁性構造体、１１，１５，１７，１９…磁性体、１１ａ…第１の主面、１１ｂ…第２の主面、１２…磁性板、１３…磁性コア、２０，２１，２３…給電コイル装置、３０…給電電源装置、３１…電源、３２，３２ａ，３２ｂ…電力変換回路、４０…受電コイル装置、５０…出力回路部、５１…整流回路、５２…負荷、６０…電磁気遮断材、７０，７１…中継コイル装置、８０…導線、９０…ボビン、Ｌ１…コイル、Ｌ２…インダクタ、Ｎ…ノイズフィルター、Ｓ１…ワイヤレス電力伝送装置、Ｓ２…給電装置、Ｓ３…受電装置。

Claims (15)

1. 受電コイル装置を搭載した受電装置へワイヤレスにて電力を伝送する給電装置であって、
   ２つの磁性体を有する磁性構造体と、
   電源からの電力を受けて交流磁界を発生させる給電コイル装置と、を備え、
   前記２つの磁性体は、互いの主面同士が対向し、かつ、所定距離離間して配置され、
   前記給電コイル装置は、前記２つの磁性体の間の任意の位置に配置され、
   電力伝送時に、前記交流磁界を受けて、前記２つの磁性体の間に、前記受電コイル装置への電力伝送が可能な給電領域が形成されることを特徴とする給電装置。
2. 前記２つの磁性体は、それぞれ複数の磁性板から構成されていることを特徴とする請求項１に記載の給電装置。
3. 前記２つの磁性体の互いの主面同士が対向する側とは反対面側の少なくともいずれか一方に電磁気遮蔽材を有することを特徴とする請求項１または２に記載の給電装置。
4. 前記給電コイル装置は、前記２つの磁性体のうちの少なくともいずれか一方と絶縁材を介して接触するように配置されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の給電装置。
5. 前記給電コイル装置は、前記２つの磁性体の間を移動可能に構成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の給電装置。
6. 前記２つの磁性体は、当該２つの磁性体の間の距離が、前記給電コイル装置が配置される位置から離れるにしたがって狭くなるように配置されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の給電装置。
7. 前記２つの磁性体は、当該２つの磁性体の間の距離が、前記給電コイル装置の移動する先に向かって広くなるように配置されていることを特徴とする請求項５に記載の給電装置。
8. 前記給電コイル装置は、前記２つの磁性体の対向方向から見て、互いに重なり合わない複数のコイル装置を含むことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の給電装置。
9. 前記給電コイル装置に電力を供給する給電電源装置をさらに備え、
   前記給電電源装置は、前記複数のコイル装置のうち、給電したい領域に応じて、電力を供給するコイル装置を選択することを特徴とする請求項８に記載の給電装置。
10. 前記給電コイル装置は、磁性コアに導線が螺旋状に巻回されて構成される給電コイルを含むことを特徴とする請求項１〜９に記載の給電装置。
11. 前記２つ磁性体を介して前記給電コイル装置と磁気的に結合し、前記２つの磁性体の間の任意の位置に配置される少なくとも１つの中継コイル装置をさらに備えることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の給電装置。
12. 前記中継コイル装置は、磁性コアに導線が螺旋状に巻回されて構成される中継コイルを含むことを特徴とする請求項１１に記載の給電装置。
13. 前記給電コイル装置は、前記２つの磁性体の対向方向から見て、重なり合う２つのコイル装置を含み、
    前記２つのコイル装置の一方は、前記２つの磁性体の一方と絶縁材を介して接触するように配置され、
    前記２つのコイル装置の他方は、前記２つの磁性体の他方と絶縁材を介して接触するように配置されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の給電装置。
14. 前記給電コイル装置に電力を供給する給電電源装置をさらに備え、
    前記給電電源装置は、前記２つのコイル装置の一方に印加する交流電圧の位相と前記２つのコイル装置の他方に印加する交流電圧の位相との間の位相ずらし量を制御することを特徴とする請求項１３に記載の給電装置。
15. 請求項１〜１４のいずれか一項に記載の給電装置と、
    受電コイル装置が搭載される受電装置と、を備えることを特徴とするワイヤレス電力伝送装置。

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