JP2020061888A - 無線給電システム - Google Patents

Abstract

【課題】１つの送電コイル２を用いて複数の受電コイルへ送電する場合に、受電電力差を抑制すること。【解決手段】無線給電システムは、２つの受電コイル１Ａ、Ｂと、１つの送電コイル２とを有している。送電コイル２は、ｚ軸方向に複数回巻かれたコイルであり、各巻きごとに、２つの作用部２０Ａ、Ｂと、作用部２０Ａと作用部２０Ｂとを接続する連結部２１と、によって構成されている。作用部２０Ａ、Ｂは、受電コイル１Ａ、Ｂの四方を囲うように配置されている。受電コイル１Ａ、Ｂの断面積は、作用部２０Ａ、Ｂの断面積の１／２以下に設定されている。【選択図】図２

Description

本発明は、送電コイルから複数の受電コイルに対して磁界共鳴方式より非接触で送電を行う無線給電システムに関する。

近年、非接触で電力を伝送する無線給電技術がさかんに研究、開発されている。無線給電方式は各種提案されており、電磁誘導方式や磁界共鳴方式などがある。中でも磁界共鳴方式が注目されている。磁界共鳴方式は、送電コイルと受電コイルの相対的な配置の自由度が高く、送電コイルの影響範囲内であれば、複数の受電コイルを配置することが可能である。

特許文献１には、電磁誘導方式の送電コイルおよび受電コイルとして、２つの円形コイルを八の字型に連結させた形状が記載されている。このような形状とすることで、不要電磁場放射が抑制されることが記載されている。

特開２０１３−２４７８２２号公報

しかし、１つの送電コイルで複数の受電コイルに送電する場合、磁界強度のばらつきや干渉などのため、送電効率の高い領域と低い領域が生じ、各受電コイルの受電電力に差が生じる場合があった。

そこで本発明の目的は、１つの送電コイルで複数の受電コイルに送電する無線給電システムにおいて、各受電コイル間の受電電力差を抑制することである。

本発明は、送電コイルから複数の受電コイルに対して磁界共鳴方式より非接触で送電を行う無線給電システムにおいて、送電コイルの単位巻き当たりの構造は、各受電コイルの四方を囲うようにして配置された作用部と、各作用部間を接続する連結部と、を有した構造であり、各受電コイルの断面積は、その受電コイルを囲う作用部の断面積の１／２以下である、ことを特徴とする無線給電システムである。

本発明において、各受電コイルの中心から、その受電コイルを囲う作用部までの最長距離と最短距離との差が、その作用部の直径の８倍以下であるとよい。各受信コイルの受電電力差をより低減することができる。

本発明において、送電電力が１０Ｗ以下の場合、受電コイルの直径は３〜２００ｍｍ、受電コイルの軸方向の長さは１〜２０ｍｍであることが好ましい。受電効率を向上させることができ、また受電電力差をより低減することができる。

本発明において、送電電力が１０Ｗ以下の場合、送電コイルの直径は１０〜４００ｍｍ、送電コイルの軸方向の長さは１〜１００ｍｍであることが好ましい。受電効率を向上させることができ、また受電電力差をより低減することができる。

本発明によれば、各受電コイル間の受電電力差を抑制することができる。

実施例１の無線給電システムの構成を示した図。 受電コイル１Ａ、１Ｂ、送電コイル２の形状、配置を示した図。 送電コイル２の変形例を示した図。 送電コイル２の変形例を示した図。 送電コイル２の変形例を示した図。 実施例１の無線給電システムの変形例を示した図。 実施例２における車両の内部の様子を示す模式図。 実施例２の無線給電システムの概略構成を示す模式図で。 実施例２における送電コイルと筐体との固定状態を示す図（その１）。 実施例２における送電コイルと筐体との固定状態を示す図（その２）。 図１０のV-V 断面の一部を示す部分断面図。 実施例２における送電コイルの形状を示す図。 実施例２における受電コイルと発光装置との位置関係を示す斜視図。 実施例２の無線給電システムの回路を模式的に示す図。 実施例２の変形例における送電コイルと筐体との取付を説明するための図。 実施例３の送電コイルの形状を示す正面図。 図１６の矢印Ｊ１の方向から送電コイルを視た図。

以下、本発明の具体的な実施例について、図を参照に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。

図１は、実施例１の無線給電システムの構成を示した図である。図１のように、実施例１の無線給電システムは、２つの受電コイル１Ａ、１Ｂと、１つの送電コイル２と、送電コイル２に接続された交流電源３、回路４と、受電コイル１Ａ、１Ｂにそれぞれ接続された回路５Ａ、Ｂとを有している。

実施例１の無線給電システムは、１つの送電コイル２から、２つの受電コイル１Ａ、１Ｂへと磁界共鳴方式により非接触で電力を伝送するシステムである。送電電力の出力は、たとえば１０Ｗ以下である。

交流電源３は、送電コイル２に交流電流を供給する電源である。その周波数は、たとえば５００ｋＨｚ〜１５ＭＨｚである。回路４は、送電側の共振周波数を設定するための回路であり、キャパシタの容量やインダクタのインダクタンスによって所定の周波数となるように設定されている。また、回路５Ａ、５Ｂは、受電側の共振周波数を送電側の共振周波数と整合させるための回路であり、キャパシタの容量やインダクタのインダクタンスによって所定の周波数となるように設定されている。回路５Ａ、５Ｂには図示しない負荷が接続されている。負荷が直流駆動の機器であれば、受電電力を直流に変換して負荷に供給している。負荷は、たとえば発光素子である。

受電コイル１Ａ、１Ｂおよび送電コイル２は、線材によって構成されている。線材は導電性材料であれば任意であり、たとえばリッツ線、銅単線を用いる。また、線材に限らず、ＦＰＣなどプリント基板上へのパターン印刷で構成してもよい。

次に、受電コイル１Ａ、１Ｂおよび送電コイル２の形状や配置について、図２を参照に説明する。図２では、コイル１巻分の形状を示しており、送電コイル２の１巻分が成す平面に垂直な方向から見た図である。説明の簡便のため、図２に示すように座標系を定める。

まず、受電コイル１Ａ、１Ｂについて説明する。受電コイル１Ａ、１Ｂは、図２に示すように、ｘ軸方向に所定の間隔を開けて配置されている。その間隔は、受電コイル１Ａと受電コイル１Ｂとの干渉が十分に低減された範囲であれば任意である。また、受電コイル１Ａ、１Ｂの軸方向はｚ軸方向で一致しており、受電コイル１Ａ、１Ｂの成す平面と送電コイル２の成す平面とが同一平面となるように配置されている。

受電コイル１Ａ、１Ｂは、線材を円形に巻いた円形コイルである。軸方向はｚ軸方向である。受電コイル１Ａ、１Ｂの中心部には円柱状のフェライトコア１０Ａ、１０Ｂがそれぞれ挿入されている。受電コイル１Ａ、１Ｂの断面積は１２ｍｍ² 、巻き数は４．５巻き、コイルの軸方向の長さ（ｚ軸方向の長さ）は６．５ｍｍである。また、フェライトコア１０Ａ、１０Ｂの直径は８ｍｍ、長さは７ｍｍである。

なお、受電コイル１Ａ、１Ｂの断面積や巻き数は、実施例１で示した値に限られるものではなく、受電電力、受電効率などに応じて設定される。たとえば、送電電力が１０Ｗ以下の場合、受電コイル１Ａ、１Ｂのｘ軸方向およびｙ軸方向の幅（コイルの直径）は３〜２００ｍｍ、コイルの軸方向の長さ（ｚ軸方向の長さ）は１〜２０ｍｍとすることが好ましい。受電効率を向上させることができ、また受電電力差をより低減することができる。

また、受電コイル１Ａ、１Ｂの形状は円形に限らず、正方形、長方形、などの形状であってもよい。また、受電コイル１Ａと受電コイル１Ｂとで異なる形状であってもよい。ただし、受電コイル１Ａと受電コイル１Ｂとでの受電電力差の制御を容易とする点で、同一形状とすることが好ましい。

また、受電コイル１Ａ、１Ｂはコア材を必ずしも必要とするものではなく、空心コイルとしてもよい。ただし、受電コイル１Ａ、１Ｂの断面積を２０ｍｍ² 以下とする場合には、受電効率向上の点からフェライトコアを用いることが好ましい。

また、受電コイル１Ａ、１Ｂの成す平面は、必ずしも送電コイル２の成す平面と同一平面である必要はなく、送電コイル２からの電力を受電できる範囲であれば、送電コイル２の成す平面とは平行な異なる面であってよいし、角度を成した面であってもよい。また、受電コイル１Ａの成す平面と受電コイル１Ｂの成す平面とでは、平行な異なる面であってもよいし、角度を成していてもよい。

また、受電コイル１Ａ、１Ｂの巻き方向は左巻き、右巻きのいずれでもよく、受電コイル１Ａと受電コイル１Ｂとで巻き方向を変えてもよい。

次に、送電コイル２について説明する。送電コイル２は、軸方向がｚ軸方向となるように複数回巻かれた線材であり、各巻きごとに、図２に示すように、２つの作用部２０Ａ、２０Ｂと、作用部２０Ａと作用部２０Ｂとを接続する連結部２１と、によって構成されていて、全体として瓢箪型あるいはメガネ型の形状である。作用部２０Ａ、２０Ｂ、連結部２１のそれぞれについて、図２中において点線で囲うことによりその部分を明示している。送電コイル２の巻き数は、送電電力や送電効率などに応じて適宜設定され、たとえば２〜３巻きである。また、巻き方向は左巻き、右巻きのいずれでもよい。

作用部２０Ａは、受電コイル１Ａへの送電に主として寄与する部分であり、作用部２０Ｂは、受電コイル１Ｂへの送電に主として寄与する部分である。作用部２０Ａ、２０Ｂは、断面形状が矩形となる線材の部分であり、ｘ軸方向に間隔を開けて配置されている。また、作用部２０Ａの成す面と作用部２０Ｂの成す面は同一面である。また、作用部２０Ａ、２０Ｂは各辺をｘ軸方向、ｙ軸方向に揃えて配置されている。また、作用部２０Ａの中心に受電コイル１Ａが、作用部２０Ｂの中心に受電コイル１Ｂが来るように配置されている。作用部２０Ａ、２０Ｂのｘ軸方向の幅は１４０ｍｍ、ｙ軸方向の幅は９０ｍｍである。

このように作用部２０Ａ、２０Ｂが、受電コイル１Ａ、１Ｂの四方を囲うように配置されている。つまり、受電コイル１Ａ、１Ｂの中心に対して＋ｘ方向、−ｘ方向、＋ｙ方向、−ｙ方向のそれぞれに、作用部２０Ａ、２０Ｂの各辺が等距離に位置している。そのため、作用部２０Ａ、２０Ｂの各辺から生じる磁界強度の分布が均一となり、受電コイル１Ａ、１Ｂが受電する電力も差が小さくなる。

なお、受電コイル１Ａ、１Ｂが受電する電力の差をより低減するために、受電コイル１Ａ、１Ｂの中心から作用部２０Ａ、２０Ｂまでの最長距離と最短距離との差が、作用部２０Ａ、２０Ｂの直径（作用部２０Ａ、２０Ｂの外接円の直径）の８倍以下となるようにするとよい。

また、受電コイル１Ａ、１Ｂの断面積は、作用部２０Ａ、２０Ｂの断面積の１／２以下に設定されている。このように受電コイル１Ａ、１Ｂの断面積あるいは作用部２０Ａ、２０Ｂの断面積を設定することで、作用部２０Ａ、２０Ｂからの受電電力差を抑制することができる。より好ましくは作用部２０Ａ、２０Ｂの断面積の１／５０以下である。

なお、実施例１では、作用部２０Ａ、２０Ｂの平面パターンを矩形としたが、受電コイル１Ａ、１Ｂの四方を囲う形状であれば任意の形状でよく、作用部２０Ａの平面パターンと作用部２０Ｂの平面パターンとで異なる形状としてもよい。たとえば、作用部２０Ａ、２０Ｂの平面パターンは、正方形、長方形、菱形、円、半円、楕円、多角形、などである。図３に、作用部２０Ａを円形とし、作用部２０Ｂは矩形とした例を示す。作用部２０Ａと作用部２０Ｂとでコイルの断面積を変えてもよい。図４に、作用部２０Ａの断面積を作用部２０Ｂの断面積よりも大きくした例を示す。送電コイル２を筐体に巻き付けて実装する場合には、その筐体の形状に合わせた形状としてもよい。

また、実施例１では作用部２０Ａの成す面と作用部２０Ｂの成す面を同一平面としているが、受電コイル１Ａ、１Ｂに送電可能な範囲であれば、平行な異なる面としてもよいし、角度を成していてもよい。

また、受電コイル１Ａ、１Ｂは、必ずしも作用部２０Ａ、２０Ｂの中心でなくともよいが、受電電力差を抑制する観点からなるべく中心付近が好ましい。

連結部２１は、作用部２０Ａと作用部２０Ｂとを接続する部分であり、ｘ軸方向に延びる２本の直線状の線材である。作用部２０Ａと作用部２０Ｂとが対向する側において、作用部２０Ａの角部のうち一方とそれに対向する作用部２０Ｂの角部とが連結部２１によって連結されている。ここで連結部分は、線材が分岐することなく、作用部２０Ａ、２０Ｂ、および連結部２１の全体で一筆となるように連結されていれば任意である。連結部２１の２本の直線のうち一方は、作用部２０Ａ、２０Ｂの一辺と連続して一つの直線を成している。

なお、連結部２１の位置は、実施例１に示した位置に限るものではなく、任意の位置で作用部２０Ａ、２０Ｂと連結されていてよい。たとえば、図５のように、作用部２０Ａ、２０Ｂの対向する辺の中央部で連結してもよい。ただし、実施例１に示した位置の方が、線材を折り曲げる位置が少なくて済み、また作用部２０Ａと作用部２０Ｂとの間の空間領域を分断なく広く取ることができるため、送電コイル２の実装がより容易となる。さらに、作用部２０Ａ、２０Ｂの各角部が受電コイル１Ａ、１Ｂよりも遠い位置となるため、受電効率が向上する。

また、実施例１では、連結部２１は２本の線材を並行な直線に配置した形状としているが、２本の線材の間隔や形状は任意であり、曲線としてもよい。また、２本の線材は接触させていてもよいし、縒り合わせてもよい。また、連結部２１の長さも任意としてよい。

送電コイル２全体としての形状、大きさは特に限定されないが、送電電力が１０Ｗ以下である場合、ｘ軸方向およびｙ軸方向の幅（コイルの直径）は１０〜４００ｍｍ、コイルの軸方向の長さ（ｚ軸方向の長さ）は１〜１００ｍｍとすることが好ましい。受電効率を向上させることができ、また受電電力差をより低減することができる。また、この場合、作用部２０Ａ、２０Ｂおよび連結部２１の形状、大きさは、全体として上記大きさに収まる範囲であれば任意である。

また、実施例１では、回路４と接続する２本の線材を作用部２０Ａから引き出しているが、引き出し位置は任意でよく、連結部２１から引き出してもよい。

以上、実施例１の無線給電システムでは、各受電コイル１Ａ、１Ｂに対して、送電コイルがそれぞれの四方を囲うように配置されているため、各受電コイル１Ａ、１Ｂでの受電電力差を抑制することができる。

なお、実施例１の無線給電システムは、２つの受電コイルに送電するものであるが、本発明は３つ以上の受電コイルに送電するシステムに対しても適用することができる。受電コイルを３つとした場合の例を図６に示す。図６のように、送電コイル３０は、作用部３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃを有し、作用部３０Ａと作用部３０Ｂは連結部３１Ａにより連結され、作用部３０Ｂと作用部３０Ｃは連結部３２Ｂにより連結されている。受電コイル１Ａ、１Ｂ、１Ｃは、作用部３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃの中心に配置されている。これにより、各受電コイル１Ａ、１Ｂ、１Ｃは、作用部３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃによって四方を囲われている。

また、実施例１の無線給電システムは、２つの受電コイルの受電電力差の抑制に好適であるが、受電電力差が所望の値となるように調製することにも利用できる。

実施例２は、実施例１の無線給電システムを組み込んだ空調用レジスタである。以下、その構成を図を参照に説明する。

１．車載部品
図７は、車両の内部の様子を示す模式図である。図７に示すように、車両の運転席の正面にはインストルメントパネルＩＰがある。インストルメントパネルＩＰには、空調用レジスタＣＡ１が複数設けられていて、そのうち中央付近の２つの隣接した空調用レジスタＣＡ１が実施例２のものである。空調用レジスタＣＡ１は、筐体１６０と、ユーザーが風向を調整するためのノブＮ１と、を有する。ノブＮ１は、発光することができるようになっている。車内が暗い場合であっても、ユーザーがノブＮ１の位置を容易に把握することができるからである。

２．無線給電システム
図８は、無線給電システム１００の概略構成を示す模式図である。無線給電システム１００は、磁界共鳴方式の無線給電を行う。図８に示すように、無線給電システム１００は、１個の送電コイル１１０と、２個の受電コイル１２０と、送電回路１３０と、受電回路１４０と、発光装置１５０と、筐体１６０と、を有する。

無線給電システム１００の共振周波数は、６．７８ＭＨｚである。そのため、送電コイル１１０および受電コイル１２０に流れる電流の周波数は６．７８ＭＨｚである。送電コイル１１０のＬＣ回路の共振周波数も６．７８ＭＨｚである。受電コイル１２０のＬＣ回路の共振周波数も６．７８ＭＨｚである。送電回路１３０が送電コイル１１０に流す電流の周波数も６．７８ＭＨｚである。実際には、狙った周波数からわずかにずれる場合がある。また、例示として６．７８ＭＨｚを挙げたが、例えば、５００ｋＨｚ以上１５ＭＨｚの共振周波数を採用してもよい。また、上記以外の共振周波数を用いてもよい。

送電コイル１１０は、受電コイル１２０の周囲に磁界を形成するためのコイルである。送電コイル１１０は、後述するコンデンサーと直列に接続されている。送電コイル１１０は、線材からなる。線材として、例えば、単線、リッツ線が挙げられる。送電コイル１１０の材質は、例えば、銅が挙げられる。送電コイル１１０は、２つの四辺形を囲むような形状をしている。送電コイル１１０のより詳細な形状については後述する。送電コイル１１０は、空芯である。送電コイル１１０の巻き数は１以上３以下であるとよい。もちろん、この数値範囲に限らない。なお、図８では、送電コイル１１０の巻き数は１である。

受電コイル１２０は、送電コイル１１０が形成する磁界により電流を発生させるコイルである。受電コイル１２０は、後述するコンデンサーと直列に接続されている。受電コイル１２０は、線材からなる。線材として、例えば、単線、リッツ線が挙げられる。受電コイル１２０の材質は、例えば、銅が挙げられる。受電コイル１２０は、作用部１１０Ａ、Ｂの中心部分にそれぞれ配置されている。そのため、受電コイル１２０は作用部１１０Ａ、Ｂによってそれぞれが四方を囲まれている。図８において、受電コイル１２０は、四角形に近い形状をしているが、ばねのような螺旋形状であってもよい。

送電回路１３０は、送電コイル１１０に流す交流電流を発振するための回路である。送電回路１３０は、６．７８ＭＨｚの交流電流を発生させる。

受電回路１４０は、受電コイル１２０に流れる電流を発光装置１５０に適した電流に変換するための回路である。具体的には、受電コイル１２０の交流電圧を発光装置１５０を駆動させるための直流電圧に変換する。受電回路１４０は、整流回路等その他の機能を備えていてもよい。

発光装置１５０は、暗い車内であってもノブＮ１の位置をユーザーに分かりやすく示すためのものである。発光装置１５０は、受電コイル１２０からの電力により駆動される電子部品である。発光装置１５０は、空調用レジスタのノブＮ１の一部を構成している。発光装置１５０は、半導体発光素子を有する。発光装置１５０は直流電圧により発光する。発光装置１５０は、電子デバイスであり電子部品である。なお、ノブＮ１は、ユーザーが操作する操作部である。ユーザーがノブＮ１の位置を変えることにより、ユーザーは空調用レジスタＣＡ１の風向を調整することができる。

筐体１６０は、空調用レジスタＣＡ１のハウジングである。つまり、筐体１６０に囲まれた装置は、空調用レジスタＣＡ１である。筐体１６０の材質は、例えば、プラスチックである。筐体１６０は、装置のハウジングであるため、その厚みは十分に薄い。

３．送電コイル
３−１．送電コイルと筐体との固定状態
図９は、送電コイル１１０と筐体１６０との固定状態を示す図（その１）である。図９に示すように、筐体１６０の外壁には溝１６１が形成されている。そして、送電コイル１１０は、筐体１６０の溝１６１に収容されるように配置されている。このようにして、送電コイル１１０は、筐体１６０に固定されている。

図１０は、送電コイル１１０と筐体１６０との固定状態を示す図（その２）である。図１０のように、送電コイル１１０を筐体１６０に固定してもよい。図１１は、図１０のV-V 断面の一部を示す部分断面図である。図１１に示すように、筐体１６０の外壁にはツメ１６２が形成されている。送電コイル１１０は、複数のツメ１６２により位置決めされるとともに筐体１６０に固定されている。ツメ１６２は、送電コイル１１０を固定するための支持部材である。

このように、送電コイル１１０を筐体１６０に対して相対的に位置決めし、固定することのできるものであれば、その他の支持部材を用いてもよい。また、筐体１６０と送電コイル１１０とは、一部で接触しているとよい。

なお、筐体１６０の溝１６１または支持部材は、送電コイル１１０を完全に覆うことなく、送電コイル１１０の少なくとも一部は、大気に触れている。つまり、送電コイル１１０は、非導電性材料で封止されているわけではない。

３−２．送電コイルの形状
図１２は、送電コイル１１０の形状を示す図である。図１２では、送電コイル１１０は１巻である。送電コイル１１０が囲む面は平面である。つまり、送電コイル１１０は、１つの平面上に位置する平面形状である。送電コイル１１０が囲む面を、ｘｙ平面にとる。そして、送電コイル１１０が囲む面に直交する向きにｚ軸をとる。

送電コイル１１０のｘ軸方向の長さは、例えば、１０ｍｍ以上４００ｍｍ以下である。８０ｍｍ以上３５０ｍｍ以下であるとよい。送電コイル１１０のｙ軸方向の長さは、例えば、１０ｍｍ以上４００ｍｍ以下である。５０ｍｍ以上１００ｍｍ以下であるとよい。送電コイル１１０のｚ軸方向の長さは、例えば、０．５ｍｍ以上１０ｍｍ以下である。これらの数値範囲は目安であり、上記以外の数値であってもよい。

図８、１２に示すように、送電コイル１１０は、第１作用部１１１と第２作用部１１２と連結部１１３とを有する。第１作用部１１１は、１つ目の空調用レジスタの筐体１６０を囲う部分である。第２作用部１１２は、２つ目の空調用レジスタの筐体１６０を囲う部分である。連結部１１３は、第１作用部１１１と第２作用部１１２とを連結する部分である。

第１作用部１１１は、４つの辺１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、１１１ｄを有する。４つの辺１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、１１１ｄは、それぞれ第１作用部１１１の中央付近に磁界を発生させる。このように、４つの辺１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、１１１ｄが、筐体１６０を囲うため、筐体１６０の周囲に比較的強い磁界が形成される。

第２作用部１１２は、４つの辺１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ、１１２ｄを有する。４つの辺１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ、１１２ｄは、それぞれ第２作用部１１２の中央付近に磁界を発生させる。このように、４つの辺１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ、１１２ｄが、筐体１６０を囲うため、筐体１６０の周囲に比較的強い磁界が形成される。

このように、送電コイル１１０は、筐体１６０を囲む４つの辺を有する。

辺１１１ｄおよび辺１１２ｄが非常に短いか、存在しない場合に比べて、本実施形態の送電コイル１１０は、より強い磁界を形成することができる。また、送電コイル１１０が辺１１１ｄおよび辺１１２ｄを有するため、送電コイル１１０を筐体１６０に固定しやすい。

４．受電コイル
図１３は、受電コイル１２０と発光装置１５０との位置関係を示す斜視図である。図１３に示すように、ノブＮ１は、空調用レジスタの風向を調整するための操作部である。ノブＮ１は、受電コイル１２０と受電回路１４０と発光装置１５０とを収容している。受電コイル１２０はらせん状である。受電コイル１２０からの電圧および電流は、受電回路１４０に入力される。受電回路１４０は、交流電圧を直流電圧に変換して発光装置１５０を駆動する。

ノブＮ１は、操作部であるとともに筐体１６０の内部または筐体１６０の表面に配置されている。そのため、受電コイル１２０は、筐体１６０の内部または筐体１６０の表面に配置されている。また、２つの受電コイル１２０は、送電コイル１１０の第１作用部１１１、第２作用部１１２の中央付近に配置され、第１作用部１１１、第２作用部１１２にそれぞれ四方を囲われている。

受電コイル１２０は、ｚ軸方向に積層するように巻かれている。つまり、同一平面内にコイルが収まるようにコイルを巻くのではなく、コイルが囲む面に垂直なｚ軸方向に積層するようにコイルが巻かれている。

受電コイル１２０が囲む面の面積は、送電コイル１１０が囲む面の面積に比べて十分に小さい。送電コイル１１０が囲む面の面積に対する受電コイル１２０が囲む面の面積の比は、１／２００以上１／１０以下の程度である。あくまで目安であり、上記以外の数値であってもよい。

送電コイル１１０、受電コイル１２０の他の構成については、実施例１に記載した構成を採用することができる。

５．無線給電システムの回路
図１４は、本実施形態の無線給電システム１００の回路を模式的に示す図である。図１４に示すように、送電コイル１１０は、コンデンサーＣ１とともにＬＣ直列回路を構成する。受電コイル１２０は、コンデンサーＣ２とともにＬＣ直列回路を構成する。前述のように、送電コイル１１０側のＬＣ直列回路の共振周波数と、受電コイル１２０側のＬＣ直列回路の共振周波数とは、等しくなるように回路設計されている。

無線給電システム１００における送電出力は１０Ｗ以下である。例えば、５Ｗである。発光装置１５０を駆動する電圧は、例えば、５Ｖである。もちろん、上記以外の数値であってもよい。発光装置１５０に流れる電流は、１ｍＡ以下である。もちろん、上記以外の数値であってもよい。

なお、図１４では、コンデンサーＣ１は、送電回路１３０の外にあるように描かれている。図１４は概念的なものであり、コンデンサーＣ１は、送電回路１３０の中にあってもよい。同様に、コンデンサーＣ２は、受電回路１４０の中にあってもよい。

６．実施例２の効果
空調用レジスタのノブのように配線を接続しにくいような場所であっても、無線給電により電子部品を動作させることができる。

車両の設計上、送電コイル１１０等を車内に配置する空間は限られている。本実施形態では、空調用レジスタの筐体１６０の外壁に送電コイル１１０を固定する。さらに、送電コイル１１０の形状が、筐体１６０の外形に合わせた形状になっているため、省スペースにつながり、設計上有利である。

また、車両では一般に振動が発生する。そのため、固定しているはずの送電コイル１１０の位置がずれてしまうおそれがある。本実施形態の無線給電システム１００では、送電コイル１１０が筐体１６０に十分に固定されているため、車内で振動が繰り返し生じても、送電コイル１１０の位置がずれるおそれがほとんどない。

また、実施例２の空調用レジスタにおける無線給電システム部分は、実施例１の無線給電システムと同様であるから、実施例１の無線給電システムと同様の効果が得られる。すなわち、２つの受電コイル１２０間での受電電力差を抑制することができる。

受電コイル１２０は送電コイル１１０が囲む面内に位置することが好ましいが、車載部品の取付の都合上、ｚ軸方向にずれることがある。無線給電システム１００は磁界共鳴方式を採用しているため、送電コイル１１０と受電コイル１２０との間のｚ軸方向の変位が例えば数十ｃｍ程度あっても、問題無く発光装置１５０に給電することができる。

７．変形例
７−１．送電コイルの取付
図１５は、実施例２の変形例における送電コイル１１０と筐体１６０との取付を説明するための図である。図１５に示すように、ほぼ直方体形状の筐体１６０に対して送電コイル１１０を傾斜させて取り付けてもよい。

７−２．支持部材
筐体１６０に設けられる支持部材は、その他の形状または構造であってもよい。例えば、クリップ、スペーサ―等を採用することができる。

７−３．送電コイルの積層方向
送電コイル１１０を２巻き以上に巻く際には、図１３の受電コイル１２０と同様に、ｚ軸方向に積層する。つまり、コイルが囲む面に交差する向きに積層するように、コイルを巻くのである。

７−４．無線給電方式
実施例２における無線給電システム１００は、磁界共鳴方式である。しかし、実施例２の技術を電磁誘導方式の無線給電システムに適用することもできる。

７−５．筐体
本実施形態の筐体１６０は、空調用レジスタのハウジングである。しかし、筐体１６０は、その他の車載部品のハウジングであってもよい。また、車載部品以外の電化製品であってもよい。筐体１６０の材質は、ガラス、樹脂、セラミックス、その他の非導電性材料であるとよい。

７−６．電子部品
本実施形態の無線給電システム１００は、発光装置１５０を有する。無線給電システム１００は、発光装置１５０の代わりに、その他の電子デバイスまたは電子部品を有していてもよい。

７−７．組み合わせ
上記の変形例を自由に組み合わせてもよい。

実施例３について説明する。実施例３では、送電コイルの形状が実施例２と異なる。そのため、送電コイルについて説明する。

１．送電コイルの３次元形状
図１６は、実施例３の送電コイル２１０の形状を示す正面図である。図１６に示すように、送電コイル２１０は、第１作用部２１１と第２作用部２１２と連結部１１３とを有する。第１作用部２１１は、４つの辺１１１ａ、１１１ｂ、２１１ｃ、１１１ｄを有する。第２作用部２１２は、４つの辺１１２ａ、１１２ｂ、２１２ｃ、１１２ｄを有する。

図１７は、図１６の矢印Ｊ１の方向から送電コイル２１０を視た図である。図１７に示すように、送電コイル２１０の辺２１１ｃおよび辺２１２ｃは、受電コイル１２０に向かって突出している。そのために、辺２１１ｃおよび辺２１２ｃは、受電コイル１２０に向かって湾曲している。

２．実施例３の効果
図１７に示すように、ｚ軸を設定する。この場合には、辺２１１ｃの突出部分と受電コイル１２０との間の距離Ｋ１（ｚ軸方向）は、辺１１１ａと受電コイル１２０との間の距離Ｋ２（ｚ軸方向）よりも小さい。図１７に示すように、距離Ｋ１が距離Ｋ２よりも十分に小さいので、辺２１１ｃは、受電コイル１２０の位置により強い磁界を発生させることができる。

３．変形例
３−１．突出する辺の数
図１７では、４辺のうちの１辺である辺２１１ｃのみが、受電コイル１２０に向かって突出している。しかし、受電コイル１２０に向かって突出している辺の数は、もっと多くてもよい。受電コイル１２０に向かって突出している辺の数は、１以上４以下である。つまり、送電コイル１１０の４つの辺のうちの少なくとも１つの辺は、受電コイル１２０に向かって突出している。

３−２．組み合わせ
実施例３およびその変形例を実施例２およびその変形例と自由に組み合わせてもよい。

本発明の無線給電システムは、各種電気機器への無線給電に利用することができる。

１Ａ、１Ｂ：受電コイル
２：送電コイル
３：交流電源
４、５Ａ、５Ｂ：回路
２０Ａ、２０Ｂ：作用部
２１：連結部

Claims (4)

1. 送電コイルから複数の受電コイルに対して磁界共鳴方式より非接触で送電を行う無線給電システムにおいて、
   前記送電コイルの単位巻き当たりの構造は、各前記受電コイルの四方を囲うようにして配置された作用部と、各前記作用部間を接続する連結部と、を有した構造であり、
   各前記受電コイルの断面積は、その受電コイルを囲う前記作用部の断面積の１／２以下である、
   ことを特徴とする無線給電システム。
2. 各前記受電コイルの中心から、その受電コイルを囲う前記作用部までの最長距離と最短距離との差が、前記作用部の直径の８倍以下である、ことを特徴とする請求項１に記載の無線給電システム。
3. 送電電力は１０Ｗ以下であり、受電コイルの直径は３〜２００ｍｍ、受電コイルの軸方向の長さは１〜２０ｍｍである、ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の無線給電システム。
4. 送電電力は１０Ｗ以下であり、送電コイルの直径は１０〜４００ｍｍ、送電コイルの軸方向の長さは１〜１００ｍｍである、ことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の無線給電システム。

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