JP2019004628A - 非接触給電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】送電装置と柱状構造物内の受電装置との配置が多少ばらついても、常に効率よく給電することができる非接触給電装置を提供する。【解決手段】中心軸４２ａを有した柱状構造物４２の内部に設置された受電装置１４を備える。受電装置１４内に設けられ、各巻回軸が中心軸４２ａの方向に対して略直角になるように配置された受電コイル２２〜２８を備える。送電コイルを有した送電装置１２を備える。受電コイル２２〜２８は薄形コイルで成り、各巻回部分が柱状構造物４２の筐体４４の側周面に対向するように配置される。受電コイル２２〜２８によって囲まれた空間が、受電コイル２２〜２８の内側に設置された磁性体層４８によって磁気シールドされる。柱状構造物４２及び送電装置１６が相互に位置決めされた状態で、少なくとも１つの受電コイルの巻回部分の一部が、送電コイルの巻回部分の内周縁より内側に位置する。【選択図】図３

Description

本発明は、電気的に非接触な状態で給電が可能な非接触給電装置に関する。

従来、例えば特許文献１に示すように、充電装置から電動歯ブラシに給電を行うための非接触給電装置があった。充電装置には、電動歯ブラシのグリップ側の端部が差し込まれて係合する係合受け部が設けられ、係合受け部の底面の下方に、送電装置（１次側送電装置）が設置されている。送電装置には、磁性コアを装着した送電コイル（１次コイル）が設けられている。また、電動歯ブラシは、グリップ側の端部に受電装置（２次側受電装置）が内蔵され、受電装置には、磁性コアを装着した受電コイル（２次コイル）が設けられている。送電コイルと受電コイルの巻回径はほぼ等しい。

充電装置から電動歯ブラシへの給電は、電動歯ブラシのグリップ側の端部を充電装置の係合受け部にセットして、相互の位置関係をしっかり固定する。充電装置に電動歯ブラシがセットされると、送電コイルと受電コイルがほぼ同軸に対向して近接し、互いの磁性コアが所定の位置に配置されるので、送電装置からの送電を受電装置が効率よく受電することができる。

しかしながら、特許文献１の非接触給電装置は、送電コイルと受電コイルをしっかり位置合わせしないと良好に給電できないので、充電装置の係合受け部の構造を相手方の電動歯ブラシの形状に合わせなければならない。つまり、電動歯ブラシの形状ごとに専用の充電装置を用意しなければならないという不都合があった。そのため、もっと汎用性が高くて使いやすい非接触給電装置が求められていた。

近年、様々な形状の電子機器を給電できる汎用性の高い非接触給電装置が実用化されつつある。例えば、特許文献２に開示されているように、照明機器やモバイル機器等の様々な形状の機器に使用することができ、これらの機器を送電装置（給電装置）の広い載置面の適宜の位置に載置することによって給電が可能になる非接触給電システムがあった。送電装置は、載置面の下方に、多数の小形送電コイル（１次コイル）が敷き詰められている。また、各機器は、１つの受電コイル（２次コイル）を有した受電装置が内蔵されている。

また、特許文献３に開示されているように、１つの送電コイルを有した送電装置と、２つ又は３つの受電コイルと有した受電装置とで構成された非接触給電システムがあった。送電コイルは、電線等が渦巻状に巻回された平面コイルで、巻数が非常に多く、巻回部分（外周縁と内周縁に挟まれた領域）の面積が大きい。複数の受電コイルは、送電コイルより小形で、互いの巻回軸が略直交するように配置される。給電時、複数の受電コイルは、送電コイルの巻回部分の上面近傍に配置されて送電コイルからの送電を受ける。受電装置は、各受電コイルの出力を合成して電力を受ける。この非接触給電装置は、給電時、送電装置に対する受電装置の位置や向きがばらついても、給電効率が低下しにくいという特徴がある。

特開２０１２−６０７９７号公報 特開２０１１−２１１８７４号公報 特開２０１３−２２３２８３号公報

特許文献１の非接触給電装置は、上記のように給電対象の機器毎に専用の充電装置を用意しなければならないので、汎用性の面が問題になる。

特許文献２の非接触給電システムは、広い載置面をカバーするため、多数の小形送電コイルを敷き詰めなければならず、送電装置の構成が非常に複雑になるという問題がある。

特許文献３の非接触給電システムは、狙いの作用効果を得るためには、送電コイルとして、巻数が非常に多い渦巻状のコイルを使用する必要があり、送電コイルの抵抗成分による損失が大きくなり、装置の軽量化の妨げにもなるという問題がある。

その他、特許文献２，３のような非接触給電システムは、給電対象の機器の内部に設置された電子回路等が送電コイルの磁束を受けるので、電子回路等に動作障害が発生する可能性がある。

本発明は、上記背景技術に鑑みて成されたものであり、送電装置と柱状構造物内の受電装置との配置が多少ばらついても、常に効率よく給電することができる非接触給電装置を提供することを目的とする。

本発明は、中心軸を有した柱状構造物の内部に設置された受電装置と、前記受電装置内に設けられ、各巻回軸が前記中心軸の方向に対して略直角になるように配置された複数の受電コイルと、前記複数の受電コイルに磁界共鳴方式で送電を行う送電コイルが設けられた送電装置とを備え、
前記複数の受電コイルは、各々所定厚さに巻回された薄形コイルで成り、各巻回部分が前記柱状構造物の筐体の側周面に対向するように配置され、前記複数の受電コイルによって囲まれた空間が、前記複数の受電コイルの内側に設置された磁性体層によって磁気シールドされ、
前記柱状構造物及び前記送電装置が相互に位置決めされた状態で、前記中心軸が、前記送電コイルの巻回軸の方向に対して略直角に配置され、前記送電コイルの巻回軸の方向に投影したとき、少なくとも１つの前記受電コイルの巻回部分の一部が、前記送電コイルの巻回部分の内周縁より内側に位置する非接触給電装置である。

前記磁性体層は、変形可能な柔軟性を有した１枚の磁性体シートにより設けられ、前記磁性体シートが、前記複数の受電コイルの内側に筒状にして設置されている構成にしてもよい。

前記複数の受電コイルは、変形可能な柔軟性を有した１枚のプリント配線板の導体層により形成され、前記プリント配線板が、前記柱状構造物の筐体の内側又は外側に筒状にして設置されている構成にしても良い。この場合、前記磁性体層は、前記プリント配線板の、前記受電コイルと反対側の面に形成されていることが好ましい。

また、前記複数の受電コイルは、前記柱状構造物の筐体の側周面の内側又は外側に設けられた導電材料のコイルパターンにより形成されている構成にしてもよい。

本発明の非接触給電装置は、送電装置と受電対象の機器（柱状構造物）の内部に設置された受電装置とを有し、給電時、送電コイルと複数の受電コイルの位置関係が一定の条件を満たすように位置決めされる。したがって、常に送電コイルと複数の受電コイルとが適切に結合し、送電装置と受電装置の配置が多少ばらついても、効率よく給電することができる。

また、高い周波数で送電を行うことができる磁界共鳴方式の装置であり、送電コイル及び受電コイルの巻数を非常に少なくすることができるので、各コイルの損失を小さく抑えることができ、軽量化も容易である。したがって、本発明の非接触給電装置は非常に汎用性が高く、様々な機器の給電システムに適用することができる。

また、受電対象の機器が小形の場合、複数の受電コイル及び他の装置（電子回路、バッテリ等）を筐体内の狭い空間に配置する必要があるが、本発明の独特な構成により、各部材を効率よくコンパクトに配置することができる。さらに、磁性体層によって他の装置が良好に磁気シールドされるので、他の装置に動作障害が発生するのを容易に防止することができる。

本発明の非接触給電装置の第一の実施形態が搭載された電気ウキの給電システムを示す平面図（ａ）、正面図（ｂ）である。 第一の実施形態が有する送電装置及び受電装置の回路構成を示すブロック図である。 第一の実施形態が有する受電装置が搭載された柱状構造物の外観を示す平面図（ａ）、柱状構造物の中心軸と直角なＡ−Ａ断面を拡大した図（ｂ）である。 図３（ｂ）のプリント配線板を展開した正面図（ａ）、背面図（ｂ）、Ｂ−Ｂ断面図（ｃ）である。 第一の実施形態が有する送電装置内部の送電コイルの配置を示す平面図（ａ）、正面図（ｂ）である。 図１に示す状態で給電を行った時、送電コイルから発生する磁束が複数の受電コイルに鎖交する様子を模式的に描いた図である。 第一の実施形態が有する受電装置の、受電コイルの数や配置を変更した３つの例を示す、柱状構造物の中心軸と直角な断面図（ａ）〜（ｃ）である。 第一の実施形態の非接触給電装置が搭載された小形懐中電灯の給電システムを示す右側面図（ａ）、平面図（ｂ）である。 第一の実施形態の非接触給電装置が搭載された誘導灯の給電システムを示す右側面図（ａ）、平面図（ｂ）である。 第一の実施形態の非接触給電装置が搭載された電気杖の給電システムを示す正面図（ａ）、右側面図（ｂ）である。 第一の実施形態の非接触給電装置が搭載された電気杖の給電システムの他の例を示す正面図（ａ）、右側面図（ｂ）である。 第一の実施形態の非接触給電装置が搭載された電動アシスト自転車のバッテリの給電システムを示す正面図（ａ）、Ｃ−Ｃ断面図（ｂ）である。 図１２の給電システムにおいて、柱状構造物に送電装置が取り付けられたときの、複数の受電コイルと送電コイルの位置関係を示す図（ａ）〜（ｃ）である。 第一の実施形態が有する受電装置が搭載された柱状構造物の外形の変形例を示す斜視図（ａ）、載置面に置かれた時に転がる動作を示す図（ｂ）〜（ｄ）である。 図１４の柱状構造物の内部構造の２つの例を示す、柱状構造物の中心軸と直角な断面図（ａ）、（ｂ）である。 本発明の非接触給電装置の第二の実施形態を示す図であって、受電装置が搭載された柱状構造物の外観を示す平面図（ａ）、柱状構造物の中心軸と直角なＤ−Ｄ断面を拡大した図（ｂ）である。 本発明の非接触給電装置の第三の実施形態を示す図であって、受電装置が搭載された柱状構造物の、中心軸と直角な断面を拡大した図（ａ）、受電コイルが形成されたプリント配線板を示す図（ｂ）、磁性体シートで成る磁性体層を示す図（ｃ）である。

以下、本発明の非接触給電装置の第一の実施形態について説明する。この実施形態の非接触給電装置１０は、例えば図１に示すように、釣り用の電気ウキである柱状構造物４２の給電システムに搭載される。非接触給電装置１０は、送電装置１２及び受電装置１４を備え、送電装置１２から受電装置１４に向けて磁界共鳴方式によりワイヤレス電力伝送を行う。磁界共鳴方式は、磁界共振結合方式等とも呼ばれる。

非接触給電装置１０の回路構成は、図２のブロック図のように表される。送電装置１２は、送電コイル１６と、送電コイル１６に接続されて共振回路を形成する共振コンデンサ１８と、共振回路に向けて交流電圧を出力し、送電コイル１６を励磁する高周波交流電源２０とを備えている。

受電装置１４は、４つの受電コイル２２，２４，２６，２８と、これらに接続されて共振回路を形成する共振コンデンサ３０，３２，３４，３６とを備え、さらに、各共振回路の出力を整流して合成する整流回路３７と、整流回路３７の出力を受けて蓄電デバイス３８や負荷４０に向けて電力を供給する電力調節回路３９とを備えている。電力調節回路３９は、例えばスイッチング方式のＤＣ−ＤＣコンバータ等であり、負荷４０や蓄電デバイス３８に供給する電圧及び電流を調節する働きをする。以下、受電装置１４の構成のうち、受電コイル２２，２４，２６，２８以外の構成をまとめて受電用デバイス１４ａと称する。

高周波交流電源２０が出力する交流電圧の周波数は、例えば5M〜50MHzとし、送電側及び受電側の共振回路の共振周波数を交流電圧の周波数の±30%の範囲に設定することが好ましい。このように設定すると各コイルのインダクタンスを小さくすることができるので、各コイルの巻数を少なくでき（例えば2〜5ターン程度）、しかも磁性コアを省略することができ、装置の低損失化や軽量化を図ることができる。

図１に示す電気ウキである柱状構造物４２は、中心軸４２ａを有する略円形断面の長尺構造物で、中心軸４２ａ方向の一端部にＬＥＤ発光部４２ｂが設けられ、夜釣りのときでもウキの挙動を視認することができるようになっている。

柱状構造物４２の筐体４４の内部は空間になっており、図３に示すように、直径が太くなっている部分の円柱状の空間に、受電装置１４及びその負荷４０（ＬＥＤ発光部４２ｂのＬＥＤ素子を除く）が設けられている。

受電コイル２２，２４，２６，２６は、変形可能な柔軟性を有したプリント配線板４６の導体層により形成された平面コイル（薄形コイル）である。プリント配線板４６は、図４に示すように、ポリイミドフィルムやポリエステルフィルム等で成る略長方形の基材４６ａを有し、片方の面に４つの受電コイル２２，２４，２６，２８が一体に形成されている。各受電コイルは、巻回部分２２ａ，２４ａ，２６ａ，２８ａと引き出し部分２２ｂ，２４ｂ，２６ｂ，２８ｂとを有し、各巻回部分はほぼ同じ形状である。一方、基材４６ａの反対側の面には磁性体層４８が形成され、ほぼ全体が覆われている。

磁性体層４８は、例えば、粉末状の磁性材料を合成樹脂に混合してフィルム状に成形した柔軟性のある磁性体シートを、プリント配線板４６に貼り付けることによって形成することができる。磁性材料は、例えば、パーマロイ（Fe-Ni合金）やセンダスト（Fe-Al-Si合金）等の主材料に、微量元素添加や合金組成調整が施された微粒子系材料が適している。

プリント配線板４６は、受電コイル２２，２４，２６，２８を外側にして円筒状に丸めて柱状構造物４２の筐体４４の内側に設置され、図３（ｂ）に示す状態になる。この状態で、各受電コイルの巻回部分２２ａ，２４ａ，２６ａ，２８ａは、中心軸４２ａの周りにほぼ均等間隔に並び、筐体４４の側周面の内面側にそれぞれ対向し、各巻回軸が中心軸４２ａの方向に対して略直角になるように配置される。また、磁性体層４８は、受電コイル２２，２４，２６，２８の内側に配置され、各受電コイルに囲まれた空間が磁性体層４８によって磁気シールドされる。そして、この磁気シールドされた空間に、受電用デバイス１４ａ及び負荷４０が設置される。

送電装置１２は、図１に示すように、直方体状の筐体を有し、筐体の上面を少し凹ませて略四角形の載置面５０が設けられ、載置面５０は、複数の柱状構造物４２を載置できる大きさに形成されている。送電装置１２の筐体内部には、図５に示すように、載置面５０の内側の広い領域を囲む位置に送電コイル１６が設けられている。送電コイル１６は、巻回部分１６ａ及び引出部分１６ｂを有し、巻回部分１６ａの巻回軸１６ｃの方向が、載置面５０に対して略直角になっている。

送電装置１２から受電装置１４に給電するときは、まず、送電装置１２の高周波交流電源２０を起動させる。すると、送電コイル１６が励磁され、送電コイル１６から磁束φが発生する。そして、電気ウキを充電するため、使用者が柱状構造物４２（電気ウキ）を横向きにして載置面５０に載置する。

柱状構造物４２は、中心軸４２ａを軸にして転がることができるので、載置面５０上のどの位置に保持されるかが不定であり、送電コイル１６の巻回軸１６ｃに対する受電コイル２２，２４，２６，２８の各巻回軸の方向も定まらない。しかし、図６に示すように、載置面５０にどのように保持された場合でも、４つの受電コイルの中の少なくとも１つの巻回部分（２２ａ，２４ａ，２６ａ又は２８ａ）の一部が送電コイル１６の巻回部分１６ａの内周縁より内側に位置するので、その受電コイルに磁束φが的確に鎖交して磁界共振が効果的に生じ、受電装置１４が送電装置１２からの送電を効率よく受電することができる。

このとき、磁性体層４８は、磁束φを吸収したり反射したりするのではなく、磁束φを面内方向に迂回させるような働きをする。つまり、図６に示すように、磁性体層４８に達した磁束φは、磁性体層４８の中を通ってスムーズに進行し、いずれかの受電コイルに良好に鎖交することができる。また、磁性体層４８に達した磁束φは、磁性体層４８の内側空間にはほとんど透過しないので、受信コイル２２，２４，２６，２８の内側の空間が良好に磁気シールドされ、受電用デバイス１４ａや負荷４０が効果的に保護される。

以上説明したように、非接触給電装置１０は、送電装置１２と受電対象の機器（柱状構造物４２）の内部に設置された受電装置１４とを有し、給電時、送電コイル１６と複数の受電コイル２２，２４，２６，２８の位置関係が一定の条件を満たすように位置決めされる。したがって、常に送電コイル１６と複数の受電コイル２２，２４，２６，２８とが適切に結合し、送電装置１２と受電装置１４の配置が多少ばらついても、効率よく給電することができる。

また、高い周波数で送電を行うことができる磁界共鳴方式の装置であり、送電コイル１６及び受電コイル２２，２４，２６，２８の巻数を非常に少なくすることができるので、各コイルの損失を小さく抑えることができ、軽量化も容易である。

また、図１に示す電気ウキの給電システムは、電気ウキ（柱状構造物４２）が小形なので、受電コイル２２，２４，２６，２８、受電用デバイス１４ａ及び負荷４０を筐体４４内の狭い空間に配置する必要があるが、非接触給電装置１０の独特な構成により、各部材を効率よくコンパクトに配置することができる。しかも、磁性体層４８によって受電用デバイス１４ａや負荷４０が良好に磁気シールドされるので、受電用デバイス１４ａや負荷４０に動作障害が発生するのを容易に防止することができる。

次に、第一の実施形態の非接触給電装置１０の変形例を説明する。図７は、柱状構造物４２の筐体４４内に設けられる受電コイルの数や配置を変更した３つの例を示している。先に説明した図３では、４つの受電コイル２２，２４，２６，２８を、柱状構造物４２の中心軸４２ａ周りにほぼ均等間隔に配置した構成を示した。これに対して、図７（ａ）は、受電コイルの数を２つとし、２つの受電コイル２２，２４を、中心軸４２ａ周りの偏った位置に隣接するように配置した構成を示している。図７（ｂ）は、受電コイルの数を２つとし、２つの受電コイル２２，２４を、中心軸４２ａを挟んで対向するように配置した構成を示している。また、図７（ｃ）は、受電コイル２８の数を３つとし、受電コイル２２，２４，２６を、中心軸４２ａ周りにほぼ均等間隔に配置した構成を示している。

受電コイルの数や配置は、相手方の送電コイルとの位置関係や巻回部分同士の大小関係に応じて変更することができ、常に送電コイルと複数の受電コイルとが適切に結合できれば、図７（ａ）〜（ｃ）のように、受電コイルの数を減らしたシンプルな構成にすることができる。ただし、受電コイルを１つにすると、送電コイルと受電コイルとが適切に結合できない条件が発生するので、必ず２つ以上の受電コイルを設けなければならない。

次に、第一の実施形態の非接触給電装置１０を他の給電システムに適用した複数の例を説明する。先に説明した図１では、非給電装置１０を釣り用の電気ウキの給電システムに適用した場合を示した。これに対して、図８は、非給電装置１０を小型の懐中電灯の給電システムに適用した例を示している。懐中電灯は、中心軸４２ａを有した略円柱状の長尺構造物であり、上記の柱状構造物４２に該当する。柱状構造物４２（懐中電灯）は、内部に上記と同様の受電装置１４等が設けられ、中心軸４２ａ方向の一端部に、壁Ｋに取り付けられたフックＦに吊り下げるためのストラップ５２が取り付けられている。

送電装置１２は、前面５４が平坦な直方体状の筐体を有し、筐体の背面側が壁Ｋに固定されている。筐体内部には、前面５４の内側の広い領域を囲む位置に送電コイル１６が設けられている。送電コイル１６は、巻回部分１６ａの巻回軸１６ｃの方向が、前面５４に対して略直角になっている。

送電装置１２から懐中電灯に給電するときは、まず、送電装置１２の高周波交流電源２０を起動し、送電コイル１６から磁束φを発生させる。そして、使用者がストラップ５２をフックＦに引っ掛けて柱状構造物４２（懐中電灯）を縦向きに吊り下げ、柱状構造物４２（懐中電灯）の側周面を筐体の前面５４に当接させる。

柱状構造物４２（懐中電灯）は、前面５４の特定の位置に当接するが、中心軸４２ａ周りの向きが不定なので、送電コイル１６の巻回軸１６ｃに対する受電コイル２２，２４，２６，２８の各巻回軸の方向は定まらない。しかし、吊り下げられた状態で、４つの受電コイルの中の少なくとも１つの巻回部分（２２ａ，２４ａ，２６ａ又は２８ａ）の一部が、送電コイル１６の巻回部分１６ａの内周縁より内側に位置するので、電気ウキの給電システムと同様に、受電装置１４が送電装置１２からの送電を効率よく受電することができる。また、磁性体層４８によって受信コイル２２，２４，２６，２８の内側の空間が良好に磁気シールドされ、受電用デバイス１４ａや負荷４０に磁束φがほとんど届かない。

このように、非接触給電装置１０を小型の懐中電灯の給電システムに適用した場合も、上記と同様の効果を得ることができる。

図９は、非給電装置１０を、夜間の交通整理等に使用される誘導灯の給電システムに適用した例を示している。誘導灯は、中心軸４２ａを有した略円柱状の長尺構造物であり、上記の柱状構造物４２に該当する。柱状構造物４２（誘導灯）は、内部に上記と同様の受電装置１４等が設けられている。

送電装置１２は、前面５４が平坦な直方体状の筐体を有し、筐体の背面側が壁Ｋに固定されている。筐体内部には、前面５４の内側の広い領域を囲む位置に送電コイル１６が設けられている。送電コイル１６は、巻回部分１６ａの巻回軸１６ｃの方向が、前面５４に対して略直角になっている。

その他、壁Ｋの、送電装置１２の上方の位置には、縦向きに配した柱状構造部４２（誘導灯）の端部を左右から挟持するバネ具Ｂが取り付けられている。

送電装置１２から誘導灯に給電するときは、まず、送電装置１２の高周波交流電源２０を起動し、送電コイル１６から磁束を発生させる。そして、使用者がバネ具Ｂに柱状構造物４２（誘導灯）を縦向きにセットし、柱状構造物４２（誘導灯）の側周面を筐体の前面５４に当接又は対向させる。

柱状構造物４２（誘導灯）は、前面５４の特定の位置に当接又は対向するが、中心軸４２ａ周りの向きが不定なので、送電コイル１６の巻回軸１６ｃに対する受電コイル２２，２４，２６，２６の各巻回軸の方向は定まらない。しかし、バネ具Ｂにセットされた状態で、４つの受電コイルの中の少なくとも１つの巻回部分（２２ａ，２４ａ，２６ａ又は２８ａ）の一部が、送電コイル１６の巻回部分１６ａの内周縁より内側に位置するので、電気ウキの給電システムと同様に、受電装置１４が送電装置１２からの送電を効率よく受電することができる。また、磁性体層４８によって受信コイル２２，２４，２６，２８の内側の空間が良好に磁気シールドされ、受電用デバイス１４ａや負荷４０に磁束φがほとんど届かない。

このように、非接触給電装置１０を小型の誘導灯の給電システムに適用した場合も、上記と同様の効果を得ることができる。

図１０は、非接触給電装置１０を、夜間外出時に安全な照明機能付きの電気杖の給電システムに適用した例を示している。電気杖は、中心軸４２ａを有した略円柱状のシャフト５６を備え、シャフト５６の杖先部から離れた位置にＬＥＤ発光部５８が設けられ、シャフト５６の上端部にグリップ６０が取り付けられている。ここでは、シャフト５６の杖先部が柱状構造物４２に該当し、内部に上記と同様の受電装置１４等が設けられている。

送電装置１２は、前面５４が平坦な直方体状の筐体を有し、壁Ｋの低い位置に埋め込まれ、筐体の前面５４が壁Ｋとほぼ面一になるように配置されている。送電装置１２の筐体内部には、前面５４の内側の広い領域を囲むように送電コイル１６が設けられている。送電コイル１６は、巻回部分１６ａの巻回軸１６ｃの方向が、前面５４に対して略直角になっている。

その他、壁Ｋの、送電装置１２の上方の位置に、コの字状金具Ｍが横向きに取り付けられている。コの字状金具Ｍと壁Ｋとで囲まれた空間は、平面視で細長い長方形となり、長方形の長さは送電コイル１６の幅とほぼ同じで、長方形の幅はシャフト５６の直径よりも少し広い。したがって、この長方形の空間には、複数のシャフト５６を一列に差し込むことができる。

送電装置１２から電気杖に給電するときは、まず、送電装置１２の高周波交流電源２０を起動し、送電コイル１６から磁束を発生させる。そして、使用者がコの字状金具Ｍの内側にシャフト５６を差し込んで柱状構造物４２（杖先部）を縦向きにセットし、柱状構造物４２（杖先部）の側周面を筐体の前面５４に当接又は対向させる。

柱状構造物４２（杖先部）は、コの字状金具Ｍの長さ方向のどの位置に保持されるか不定であり、中心軸４２ａ周りの向きも不定なので、送電コイル１６の巻回軸１６ｃに対する受電コイル２２，２４，２６，２８の各巻回軸の方向も定まらない。しかし、コの字状金具Ｍにセットされた状態で、４つの受電コイルの中の少なくとも１つの巻回部分（２２ａ，２４ａ，２６ａ又は２８ａ）の一部が送電コイル１６の巻回部分１６ａの内周縁より内側に位置するので、電気ウキの給電システムと同様に、受電装置１４が送電装置１２からの送電を効率よく受電することができる。また、磁性体層４８によって受信コイル２２，２４，２６，２８の内側の空間が良好に磁気シールドされ、受電用デバイス１４ａや負荷４０に磁束φがほとんど届かない。

このように、非接触給電装置１０を電気杖の給電システムに適用した場合も、上記と同様の効果を得ることができる。

図１１は、図１０と同様の電気杖の給電システムであるが、給電時、電気杖及び柱状構造物４２（杖先部）が、縦向きではなく横向きにセットされるという違いがある。

この例では、送電装置１２が壁Ｋの高い位置に埋め込まれ、２つのコの字状金具Ｍが送電装置１２の側方の位置に縦向きに取り付けられている。送電装置１２から電気杖に給電するときに使用者が行う操作は上記と同様であり、２つのコの字状金具Ｍの内側に電気杖シャフト５６を差し込んで柱状構造物４２（杖先部)を横向きにセットし、柱状構造物４２（杖先部）の側周面を筐体の前面５４に当接又は対向させればよい。この例においても、上記と同様の作用効果を得ることができる。

図１２は、非接触給電装置１０を、電動アシスト自転車のバッテリの給電システムに適用した例を示している。バッテリは、中心軸４２ａを有する長尺構造物で、直方体の一つの面が外向きに湾曲し（以下、湾曲面６２と称する）、湾曲面６２の反対側の面が電動アシスト自転車のフレーム６４に固定されている。ここでは、バッテリが柱状構造物４２に該当し、内部に上記と同様の受電装置１４等が設けられている。

送電装置１２は、直方体状の筐体を有し、柱状構造物４２（バッテリ）に当接する面に、円弧状に凹んだ溝状部６６が設けられている。また、筐体の側面に、送電装置１２を柱状構造物４２（バッテリ）に装着するための固定ベルト６８が設けられている。固定ベルト６８は、例えば着脱が容易な面ファスナ等である。送電装置１２の筐体内部には、溝条部６６の内面６６ａの内側の広い領域を囲む位置に送電コイル１６が設けられている。送電コイル１６の巻回部分１６ａは、溝条部６８の長さ方向に投影したとき、内面６６ａの形状に沿って膨出し、巻回部分１６ａの巻回軸１６ｃの方向は、内面６６ａに対して略直角になっている。

送電装置１２からバッテリに給電するときは、まず、図１２に示すように、送電装置１２を柱状構造物４２（バッテリ）に装着する。装着する時は、送電装置１２の溝条部６６の内面６６ａを柱状構造物４２（バッテリ）の湾曲面６２に当接させ、固定ベルト６８を巻き付けて固定する。この状態で、柱状構造物４２（バッテリ）の中心軸４２ａが、溝条部６６の長さ方向に配置され、柱状構造物４２（バッテリ）の側周面の一部が溝条部６６の内側に入って内面６６ａに対向する。そして、送電装置１２の高周波交流電源２０を起動し、送電コイル１６から磁束φを発生させる。

図１３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、送電装置１２は、柱状構造物４２（バッテリ）に対し、中心軸４２ａの周りの異なる位置に装着できるので、湾曲面６２のどの位置に保持されるかが不定であり、送電コイル１６の巻回軸１６ｃに対する受電コイル２２，２４，２６，２８の各巻回軸の方向も定まらない。しかし湾曲面６２に保持された状態で、４つの受電コイルの中の少なくとも１つの巻回部分（２２ａ，２４ａ，２６ａ又は２８ａ）の一部が送電コイル１６の巻回部分１６ａの内周縁より内側に位置するので、電気ウキの給電システムと同様に、受電装置１４が送電装置１２からの送電を効率よく受電することができる。また、磁性体層４８によって受信コイル２２，２４，２６，２８の内側の空間が良好に磁気シールドされ、この空間に設置される受電用デバイス１４ａ等に磁束φがほとんど届かない。

このように、非接触給電装置１０を電動アシスト自転車のバッテリの給電システムに適用した場合も、上記と同様の効果を得ることができる。

次に、第一の実施形態の非接触給電装置１０の受電装置１４が搭載される柱状構造物４２の形状の変形例を説明する。非接触給電装置１０は、上述した電気ウキ、懐中電灯、誘導灯、電気杖、バッテリ等以外にも、様々な機器の給電システムに使用することができ、機器の形状、すなわち柱状構造物の形状は様々である。

例えば、図１４（ａ）に示す柱状構造物７０は、中心軸７０ａを有した断面多角形（五角形）の長尺構造物である。この柱状構造物７０は、図１４（ｂ）〜（ｄ）に示すように、使用者によって載置面５０上に無造作に置かれると、適宜の方向に転がり、保持される位置や回転角度が不定になる。したがって、受電装置１２を上記の柱状構造物４２（断面が円形の長尺構造物、側周面の一部が円弧状に形成された長尺構造物）に搭載した時と同様の作用効果が得られる。

上記の柱状構造物４２は、どれも筐体４４の内部空間が円柱状に形成されているが、図１５（ａ）に示すように、外形が角柱状の柱状構造物７０の場合も同様に、筐体７２の内部空間を円柱状して、プリント配線板４６を円筒状に丸めて筐体７２の内側に設置することができる。その他、図１５（ｂ）に示すように、筐体７２の内部空間を、外形と同様の角柱状にすることも可能である。この場合、プリント配線板４６を角筒状に折り曲げて筐体７２の内側に設置するとよい。これによって、４つの受電コイル２２，２４，２６，２８に囲まれる空間、すなわち受電用デバイス１４ａや負荷４０を配置するスペースを、より広くすることができる。また、受電コイルの数を５つに増やし、５つの側面に各々１つの受電コイルを略平行に対向させる構成にしてもよい。

その他、柱状構造物の形状は、楕円形断面でもよいし、五角形以外の多角形断面でもよい。また、円柱状の途中部分が不規則に細くなったもの等でもよい。

次に、本発明の非接触給電装置の第二の実施形態について、図１６に基づいて説明する。ここで、上記実施形態と同様の構成は、同一の符号を付して説明する。この実施形態の非接触給電装置７４は、４つの側面が各々外向きに膨出した四角柱状の機器（以下、柱状構造物７６と称する。）の給電システムに搭載される。非接触給電装置７４の回路構成は、図２に示す非接触給電装置１０の回路構成と同様であり、送電装置１２から柱状構造物７６に搭載された受電装置１４に向けて、磁界共鳴方式によりワイヤレス電力伝送を行う。

送電装置１２の構造は上記実施形態と同様なので、図１６では省略してある。以下、新規な構造の柱状構造物７６について詳しく説明する。

柱状構造物７６は中心軸７６ａを有し、筐体７８の側周面の外面側に４つの受電コイル２２，２４，２６，２８が設けられ、筐体７８内の四角柱状の空間に受電用デバイス１４ａ及び負荷４０が設けられている。受電コイル２２，２４，２６，２６は、導電材料のコイルバターンにより形成された平面コイル（薄形コイル）であり、例えば、メッキや印刷等の方法で形成されている。

筐体７８の側周面の内面側には磁性体層８０が形成され、ほぼ全体が覆われている。磁性体層８０は、例えば、粉末状の磁性材料を合成樹脂に混合してフィルム状に成形した磁性体シートを用意し、これを筐体７８に貼り付けることによって形成することができる。

図１６に示す組み立て状態で、各受電コイルの巻回部分２２ａ，２４ａ，２６ａ，２８ａは、中心軸７６ａの周りにほぼ均等間隔に並び、筐体７８の側周面の外面側にそれぞれ対向し、各巻回軸が中心軸７６ａの方向に対して略直角になるように配置される。また、磁性体層８０は、受電コイル２２，２４，２６，２８の内側に配置され、各受電コイルに囲まれた空間が磁性体層８０によって磁気シールドされる。そして、この磁気シールドされた空間に、受電用デバイス１４ａ及び負荷４０が設置される。

送電装置１２から柱状構造物７６（機器）に給電するときに使用者が行う操作は、上記と同様である。

この非接触給電装置７４によれば、上記の非接触給電装置１０と同様の効果を得ることができ、さらに、受電コイル２２，２４，２６，２８が筐体７８の外に配置される構造なので、筐体７８内の空間、すなわち受電用デバイス１４ａや負荷４０を配置するスペースをより広くすることができるという利点がある。

その他、受電コイルの数や配置は、図７に示す変形例のように適宜変更することができ、同様の作用効果を得ることができる。また、柱状構造物７６の形状についても、図１５に示す形状やその他の形状に変更することができ、同様の作用効果を得ることができる。

次に、本発明の非接触給電装置の第三の実施形態について、図１７に基づいて説明する。ここで、上記実施形態と同様の構成は、同一の符号を付して説明する。この実施形態の非接触給電装置８２は、４つの側面が各々外向きに膨出した四角柱状の機器（以下、柱状構造物８４と称する。）の給電システムに搭載される。非接触給電装置８４の回路構成は、図２に示す非接触給電装置１０の回路構成と同様であり、送電装置１２から柱状構造物８４に搭載された受電装置１４に向けて、磁界共鳴方式によりワイヤレス電力伝送を行う。

送電装置１２の構造は上記実施形態と同様なので、図１７では省略してある。以下、新規な構造の柱状構造物８４について説明する。

柱状構造物８４は中心軸８４ａを有し、筐体７８内の四角柱状の空間に受電装置１４及び負荷４０が設けられている。受電装置１４は４つの受電コイル２２，２４，２６，２８を有し、それぞれ、別々のプリント配線板８６，８８，９０，９２の各導体層により形成された平面コイル（薄形コイル）である。プリント配線板８６，８８，９０，９２の基材８６ａ，８８ａ，９０ａ，９２ａは、例えば、一般的なガラスエポキシ基材やガラスコンポジット基材であり、板厚が一定以上で変形しにくい基材が使用されている。

磁性体層９４は、例えば、粉末状の磁性材料を合成樹脂に混合してフィルム状に成形した柔軟性のある磁性体シートである。

プリント配線板８６，８８，９０，９２は、どちらか一方の面（例えば、基材８６ａ，８８ａ，９０ａ，９２ａ側の面）が筐体７８の側周面の内面側に貼り付けられ、磁性体層９４は、角筒状に折り曲げて受電コイル２２，２４，２６，２８の内側に設置され、図１７（ａ）に示す状態になる。この状態で、各受電コイルの巻回部分２２ａ，２４ａ，２６ａ，２８ａは、中心軸８４ａの周りにほぼ均等間隔に並んで筐体７８の側周面にそれぞれ対向し、各巻回軸が中心軸８４ａの方向に対して略直角になるように配置される。また、磁性体層９４は、受電コイル２２，２４，２６，２８の内側に配置され、各受電コイルに囲まれた空間が磁性体層９４によって磁気シールドされる。そして、この磁気シールドされた空間に、受電用デバイス１４ａ及び負荷４０が設置される。

送電装置１２から柱状構造物８４（機器）に給電するときに使用者が行う操作は、上記と同様である。

この非接触給電装置８２によれば、上記の非接触給電装置１０と同様の効果を得ることができ、さらに、汎用的で安価な硬質のプリント配線板を用いて受電コイルを設けているので、コストダウンを図ることができるという利点がある。

その他、受電コイルの数や配置は、図７に示す変形例のように適宜変更することができ、同様の作用効果を得ることができる。また、柱状構造物８４の形状についても、図１５に示す形状やその他の形状に変更することができ、同様の作用効果を得ることができる。

なお、本発明の非接触給電装置は、上記実施形態及び上記変形例に限定されるものではない。例えば、上記の送電コイル１６は、どれも巻回部分が略長方形の枠状に形成されているが、用途に合わせて円形、楕円形、多角形等の適宜の形状に変更することができる。また、上記の送電コイル１６は、どれも薄形コイルであるが、ある程度の厚みをもったソレノイド状のコイルを使用してもよい。

第一の実施形態（例えば図３）の各受電コイルは、プリント配線板の導体層により形成された平面コイルであるが、例えば、電線を巻回して少し厚みがある薄形コイルを製作し、これを受電コイルとして筐体の側周面の外側面又は内側面に貼り付ける構造にしてもよい。あるいは、筐体の側周面の内側面にメッキや印刷などの方法で導電材料のコイルパターンを形成し、これを受電コイルとして使用する構造にしてもよい。この場合、プリント配線板が不要になるので、磁性体層は、例えば第三の実施形態（図１７）のような磁性体シートを用意して、単体で筐体内に設置すればよい。

第二の実施形態（図１６）の磁性体層は、粉末状の磁性材料を合成樹脂に混合してフィルム状に成形した磁性体シートを筐体の側周面に貼り付けることによって設けているが、例えば、磁性材料が混合された樹脂ペーストを筐体の内面側に塗布し乾燥させることによって設けてもよい。その他、粉末状の磁性材料を混合した合成樹脂から成る筐体を製作し、筐体を磁性体層として兼用する構造にしてもよい。

第三の実施形態（図１７）の各受電コイルは、変形しにくい基材で成る４つのプリント配線板を用いて別々に設けられているが、第一の実施形態（例えば図３）のように、変形可能な柔軟性を有した１枚にプリント配線板により一体に設けてもよい。

上記のように、給電対象の機器（受電装置が搭載される柱状構造物）の種類は特に限定されず、電気ウキ、誘導灯、電気杖、バッテリ以外の機器でもよい。また、送電装置及び受電装置を相互に位置決めするための位置決め手段は、上述した載置面５０を用いた構成（図１）、フックＦやストラップ５２等を用いた構成（図８）、バネ具Ｂを用いた構成（図９）、コの字状金具Ｍ等を用いた構成（図１０、図１１）、固定ベルト６８等を用いた構成（図１２）に限定されず、給電対象の機器の形状や使用態様に合わせて自由に変更することができる。

図２に示す送電装置１２及び受電装置１４の回路構成は一例であり、給電対象の機器の種類や特性等に合わせて適宜設定することができる。例えば、蓄電が不要な機器であれば、受電装置１４の蓄電デバイス３８は省略することができる。

柱状構造物の受電コイルは、巻回軸の方向が柱状構造物の中心軸に対して直角に配置されることが好ましいが、厳密に直角である必要はなく、本発明の目的とする作用効果が得られる範囲で直角から多少ずれていてもよい。また、柱状構造物及び送電装置が相互に位置決めされた状態で、柱状構造物の中心軸の方向が送電コイルの巻回軸の方向に対して直角であることが好ましいが、厳密に直角である必要はなく、本発明の目的とする作用効果が得られる範囲で直角から多少ずれていてもよい。

１０，７４，８２ 非接触給電装置
１２ 送電装置
１４ 受電装置
１４ａ 受電用デバイス（電力調整回路、蓄電デバイス、整流回路、共振コンデンサ）
１６ 送電コイル
１６ａ 巻回部分
１６ｃ 巻回軸
２２，２４，２６，２８ 受電コイル
２２ａ，２４ａ，２６ａ，２８ａ 巻回部分
４０ 負荷
４２，７０，７６，８４ 柱状構造物
４２ａ，７０ａ，７６ａ，８４ａ 中心軸
４４，７２，７８ 柱状構造物の筐体
４６，８６，８８，９０，９２ プリント配線板
４８，８０，９４ 磁性体層

Claims (5)

1. 中心軸を有した柱状構造物の内部に設置された受電装置と、前記受電装置内に設けられ、各巻回軸が前記中心軸の方向に対して略直角になるように配置された複数の受電コイルと、前記複数の受電コイルに磁界共鳴方式で送電を行う送電コイルが設けられた送電装置とを備え、
   前記複数の受電コイルは、各々所定厚さに巻回された薄形コイルで成り、各巻回部分が前記柱状構造物の筐体の側周面に対向するように配置され、前記複数の受電コイルによって囲まれた空間が、前記複数の受電コイルの内側に設置された磁性体層によって磁気シールドされ、
   前記柱状構造物及び前記送電装置が相互に位置決めされた状態で、前記中心軸が、前記送電コイルの巻回軸の方向に対して略直角に配置され、前記送電コイルの巻回軸の方向に投影したとき、少なくとも１つの前記受電コイルの巻回部分の一部が、前記送電コイルの巻回部分の内周縁より内側に位置することを特徴とする非接触給電装置。
2. 前記磁性体層は、変形可能な柔軟性を有した１枚の磁性体シートにより設けられ、
   前記磁性体シートが、前記複数の受電コイルの内側に筒状にして設置されている請求項１記載の非接触給電装置。
3. 前記複数の受電コイルは、変形可能な柔軟性を有した１枚のプリント配線板の導体層により形成され、前記プリント配線板が、前記柱状構造物の筐体の内側又は外側に筒状にして設置されている請求項１記載の非接触給電装置。
4. 前記磁性体層は、前記プリント配線板の、前記受電コイルと反対側の面に形成されている請求項３記載の非接触給電装置。
5. 前記複数の受電コイルは、前記柱状構造物の筐体の側周面の内側又は外側に設けられた導電材料のコイルパターンにより形成されている請求項１又は２記載の非接触給電装置。

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