JP6544441B2 - 電力伝送用アンテナ装置、電子機器および電力伝送システム - Google Patents

Description

本発明は、ワイヤレスで電力を伝送するシステムに関し、特に、そのシステムに用いられる電力伝送用アンテナ装置、それを備える電気機器、および電力伝送装置と電力受電装置とで構成される電力伝送システムに関する。

ワイヤレス電力伝送システム（Wireless Power Transfer : WPT）の一例と言える特許文献１には、磁界型の電力伝送システムが開示されている。また、この特許文献１には、送電コイルと受電コイルとの間に別のインダクタ（コイル）を含んだ中継用のＬＣ共振回路を設け、より離れた場所への電力供給が可能としている。

国際公開第２０１３／１３３０２８号

送電コイルと受電コイルとを磁界結合させて、すなわち磁界エネルギーを介して、電力を伝送する場合、送電コイルと受電コイルとの結合係数は、有効電力の伝送効率に大きな影響を与える。そのため、送電コイルと受電コイルとの間に、単に別のコイルを配置しただけでは、送電コイルを有する送電装置から受電コイルを有する受電装置へ効率よく電力伝送できない場合がある。

本発明の目的は、ワイヤレスで効率よく電力伝送できる電力伝送用アンテナ装置、それを備える電気機器および電力伝送システムを提供することにある。

（１）本発明の電力伝送用アンテナ装置は、
ワイヤレス電力伝送システムの電力送電回路または電力受電回路の少なくとも何れかが接続される第１コイルと、
前記第１コイルと結合するコイル状導体を有する第１結合部と、
相手装置の第２コイルと結合し、前記第１結合部よりも大きいコイル状導体を有する第２結合部と、
前記第１結合部と前記第２結合部とを接続する接続部と、を有するコイルアンテナを備え、
前記第１コイルの形成領域と前記第１結合部の形成領域とは、前記第１結合部のコイル開口の平面視で重なり、
前記第１結合部のコイル開口の平面視で、前記第１結合部は前記第２結合部のコイル開口と重なり、前記第１結合部に流れる電流の周回方向と前記第２結合部に流れる電流の周回方向とが互いに逆となるように、前記第１結合部と前記第２結合部とが前記接続部で接続される。

上記構成により、第１コイル（自装置が送電装置である場合は送電コイル、自装置が受電装置である場合には受電コイル）と第１結合部との結合係数を高めるとともに、第２コイル（相手装置が受電装置である場合は受電コイル、相手装置が送電装置である場合には送電コイル）と第２結合部との結合係数も高めることができる。そのことにより、電力伝送効率を高めることができる。

また、第１結合部と第２結合部とを接続する接続部付近での、第１結合部に流れる電流によって生じる磁束と第２結合部に流れる電流によって生じる磁束とが相殺されない。そのため、第２コイル（相手装置のコイルアンテナ）との結合に寄与する、第２結合部の実効的なコイル開口を大きくでき、第２結合部と第２コイルとの結合係数を大きくできる。

（２）上記（１）において、前記第１結合部のコイル巻回軸方向において、前記第１結合部の位置は前記接続部の位置と異なることが好ましい。すなわち第１結合部と接続部とは同一平面上にはなく、第１結合部と接続部とが立体的に形成される。このことにより、平面視では、接続部は鋭角的となって、第２結合部の実効的なコイル開口を大きくでき、且つ立体的には第１結合部と第２結合部との接続部での鋭角的な折れ曲がりがなくなって、接続部の断線が防止できる。

（３）上記（１）において、前記第１結合部のコイル開口の平面視で、前記第１結合部は前記第２結合部のコイル開口の外側に配置され、前記第１結合部に流れる電流の周回方向と前記第２結合部に流れる電流の周回方向とが互いに逆となるように、前記第１結合部と前記第２結合部とは前記接続部で接続されていてもよい。これにより、第１結合部と第２結合部とを接続する接続部付近での、第１結合部に流れる電流によって生じる磁束と第２結合部に流れる電流によって生じる磁束とは相殺されない。そのため、第２コイル（相手装置のコイルアンテナ）との結合に寄与する、第２結合部の実効的なコイル開口を大きくでき、第２結合部と第２コイルとの結合係数を大きくできる。

（４）上記（１）から（３）のいずれかにおいて、前記第１コイルに接続されるキャパシタを備えることが好ましい。これにより、第１コイルと第１結合部との結合、第２コイルと第２結合部との結合が低下しても、低い駆動電圧で高効率の電力伝送が可能となる。

（５）上記（１）から（４）のいずれかにおいて、前記第１結合部に接続されるキャパシタを備えることが好ましい。これにより、第１コイルと第１結合部との結合、第２コイルと第２結合部との結合が低下しても、低い駆動電圧で高効率の電力伝送が可能となる。

（６）上記（１）から（５）のいずれかにおいて、前記第２結合部に接続されるキャパシタを備えることが好ましい。これにより、第１コイルと第１結合部との結合、第２コイルと第２結合部との結合が低下しても、低い駆動電圧で高効率の電力伝送が可能となる。

（７）本発明の電子機器は、
電力送電回路または電力受電回路と、前記電力送電回路または前記電力受電回路が接続される電力伝送用アンテナ装置とを備え、
前記電力伝送用アンテナ装置は、
前記電力送電回路または前記電力受電回路が接続される第１コイルと、
前記第１コイルと結合するコイル状導体を有する第１結合部と、相手装置の第２コイルと結合し、前記第１結合部よりも形成領域の大きなコイル状導体を有する第２結合部と、前記第１結合部と前記第２結合部とを接続する接続部と、を有するコイルアンテナを備え、
前記第１コイルの形成領域と前記第１結合部の形成領域とは、前記第１コイルおよび前記第１結合部のコイル開口の平面視で重なり、
前記第１結合部のコイル開口の平面視で、前記第１結合部は前記第２結合部のコイル開口と重なり、前記第１結合部に流れる電流の周回方向と前記第２結合部に流れる電流の周回方向とが互いに逆となるように、前記第１結合部と前記第２結合部とが前記接続部で接続される。

上記構成により、電力伝送効率の高い電子機器が構成される。

（８）本発明の電力伝送システムは、
電力送電装置および電力受電装置を含み、
前記電力受電装置は、電力受電回路と、当該電力受電回路に接続された電力伝送用アンテナ装置とを有し、
前記電力送電装置は、電力送電回路と、当該電力送電回路に接続された第２コイルとを有し、
前記電力伝送用アンテナ装置は、
前記電力受電回路が接続される第１コイルと、
前記第１コイルと結合するコイル状導体を有する第１結合部と、前記第２コイルと結合し、前記第１結合部よりも形成領域の大きなコイル状導体を有する第２結合部と、前記第１結合部と前記第２結合部とを接続する接続部と、を有するコイルアンテナを備え、
前記第１コイルの形成領域と前記第１結合部の形成領域とは、前記第１コイルおよび前記第１結合部のコイル開口の平面視で重なり、
前記第１結合部のコイル開口の平面視で、前記第１結合部は前記第２結合部のコイル開口と重なり、前記第１結合部に流れる電流の周回方向と前記第２結合部に流れる電流の周回方向とが互いに逆となるように、前記第１結合部と前記第２結合部とが前記接続部で接続される。

上記構成により、電力伝送効率の高いワイヤレス電力伝送システムが構成される。

（９）本発明の電力伝送システムは、
電力送電装置および電力受電装置を含み、
前記電力受電装置は、電力受電回路と、当該電力受電回路に接続された第２コイルとを有し、
前記電力送電装置は、電力送電回路と、当該電力送電回路に接続された電力伝送用アンテナ装置とを有し、
前記電力伝送用アンテナ装置は、
前記電力送電回路が接続される第１コイルと、
前記第１コイルと結合するコイル状導体を有する第１結合部と、前記第２コイルと結合し、前記第１結合部よりも形成領域の大きなコイル状導体を有する第２結合部と、前記第１結合部と前記第２結合部とを接続する接続部と、を有するコイルアンテナを備え、
前記第１コイルの形成領域と前記第１結合部の形成領域とは、前記第１コイルおよび前記第１結合部のコイル開口の平面視で重なり、
前記第１結合部のコイル開口の平面視で、前記第１結合部は前記第２結合部のコイル開口と重なり、前記第１結合部に流れる電流の周回方向と前記第２結合部に流れる電流の周回方向とが互いに逆となるように、前記第１結合部と前記第２結合部とが前記接続部で接続される。

上記構成により、電力伝送効率の高いワイヤレス電力伝送システムが構成される。

本発明によれば、ワイヤレスで効率よく電力伝送できる電力伝送用アンテナ装置、それを備える電気機器および電力伝送システムが得られる。

図１は第１の実施形態に係る電力伝送用アンテナ装置１０１および電力伝送システム２０１の構成を示す図である。 図２は電力伝送システム２０１の回路図である。 図３は電力伝送システム２０１の回路図であり、コイル極性を示す図である。 図４（Ａ）は第１の実施形態における第１結合部３１および第２結合部３２の接続構造を示す図であり、図４（Ｂ）は比較例の電力伝送用アンテナ装置における第１結合部３１および第２結合部３２の接続構造を示す図である。 図５は電力伝送用アンテナ装置１０１の平面図である。 図６（Ａ）（Ｂ）は、図５において、Ｘ−Ｙ平面にある電力伝送用アンテナ装置１０１をＺ軸上の所定高さからＹ軸方向に俯瞰した図である。 図７（Ａ）（Ｂ）は、図５におけるＨ−Ｈ部分を視た図である。 図８は第２の実施形態に係る電力伝送用アンテナ装置１０２および電力伝送システム２０２の構成を示す図である。 図９は第２の実施形態における第１結合部３１および第２結合部３２の接続構造を示す図である。 図１０は第３の実施形態に係る電力伝送用アンテナ装置１０３の構成を示す図である。 図１１は第４の実施形態に係る電力伝送用アンテナ装置１０４およびそれを備える電力伝送システムの構成を示す図である。

《第１の実施形態》
図１は第１の実施形態に係る電力伝送用アンテナ装置および電力伝送システムの構成を示す図である。

この電力伝送システム２０１は、電力受電装置１１１と電力送電装置１２１とで構成される。電力送電装置１２１は電力受電装置１１１が載置される載置台を備え、この電力送電装置１２１の載置台に電力受電装置１１１が載置された状態で電力伝送が行われる。図１は、電力送電装置１２１の載置台に電力受電装置１１１が載置された状態での概略平面図である。

電力受電装置１１１は、電力伝送用アンテナ装置１０１と電力受電回路１０とを備える。また、電力送電装置１２１は、電力送電用の第２コイル２１と電力送電回路２０とを備える。

電力伝送用アンテナ装置１０１は、第１コイル１１、第１結合部３１、第２結合部３２、および、第１結合部３１と第２結合部３２とを接続する接続部４で構成される。

第１コイル１１は複数ターンまたは１ターンのコイルであり、両端が電力受電回路１０に接続される。

第１結合部３１は、この例ではほぼ１ターンのコイル状導体である。第１結合部３１は、第１コイル１１とほぼ同径であり、第１結合部３１のコイル状導体に囲まれたコイル開口と第１コイル１１のコイル開口とは重なる。また、第１結合部３１は、第１コイル１１と同心位置に配置されている。すなわち、第１コイル１１および第１結合部３１のコイル開口を平面視して、第１コイル１１の形成領域（第１コイル１１のコイル導体およびコイル開口）と第１結合部３１の形成領域（第１結合部３１のコイル状導体およびコイル開口）とは重なる。そのため、第１コイル１１と第１結合部３１とは高い結合係数で磁界結合する。

第２結合部３２は、第１結合部３１よりも大きいコイル状導体を有し、この例ではほぼ１ターンのコイル状導体である。この第２結合部３２は電力送電装置１２１の第２コイル２１と磁界結合する。

第１結合部３１と第２結合部３２とは接続部４を介して接続されている。

電力送電装置１２１の第２コイル２１は、この例では複数ターンのコイルであり、その両端が電力送電回路２０に接続されている。

電力送電装置１２１の載置台内に第２コイル２１が設けられている。第２コイル２１のコイル導体およびコイル開口からなる第２コイル２１の形成領域は、電力受電装置１１１の第２結合部３２の形成領域より大きい。すなわち、第２コイル２１のコイル開口は、電力受電装置１１１の第２結合部３２のコイル開口より大きい。電力送電装置１２１の上記載置台に電力受電装置１１１が載置された状態で、第２結合部３２が第２コイル２１の形成領域内に入る。

図２は電力伝送システム２０１の回路図である。図２に表れているように、第１コイル１１と第１結合部３１は磁界結合し、第２結合部３２と第２コイル２１は磁界結合する。また第１コイル１１と第２コイル２１とは直接的にも磁界結合する。

電力送電回路２０は例えば6.78MHz（最も低いISM帯）等のHF帯の高周波電流を第２コイル２１に通電する。このことで、第２結合部３２および第１結合部３１に高周波電流が誘導される。第１結合部３１と第１コイル１１との磁界結合により、第１コイル１１に高周波電流が誘導される。また、第２コイル２１と第１コイル１１との磁界結合によっても、第１コイル１１に高周波電流が誘導される。

電力受電回路１０には整流平滑回路およびＤＣ−ＤＣコンバーが設けられている。第１コイル１１に誘導された高周波電流は上記整流平滑回路で整流平滑され、ＤＣ−ＤＣコンバータで所定の直流電圧に変換される。

図１に表れているように、第１コイル１１と第１結合部３１とは、それらのコイル開口が同心且つほぼ同径であるので、両者の結合係数は第１コイル１１と第２結合部３２の結合係数より高い。また、第２コイル２１と第２結合部３２とは、第１コイル１１のコイル導体の巻回軸方向と第１結合部３１のコイル状導体の巻回軸方向が同じであり、第２コイル２１の形成領域と第２結合部３２の形成領域が互いに重なる領域の割合が大きいため、両者の結合係数は第２コイル２１と第１結合部３１の結合係数より高い。すなわち、第２コイル２１と第２結合部３２とは、それらのコイル開口が重なり、且つコイル開口の大きさが近似しているので、両者の結合係数は第２コイル２１と第１結合部３１の結合係数より高い。その結果、第１コイル１１は、第１結合部３１および第２結合部３２を介して第２コイル２１と強く結合する。

図３は電力伝送システム２０１の回路図であり、コイル極性を黒丸印で示す図である。図３に示すように第２コイル２１と第２結合部３２、第１コイル１１と第２コイル２１が、それぞれ同極性となり、第１コイル１１と第１結合部３１が逆極性となるように、コイル状導体の巻回方向を設計することで、第１コイル１１と第２コイル２１との直接的な磁界結合が、第１コイル１１と第１結合部３１との結合を強めあうように作用する。その結果、第１コイル１１と第２コイル２１との結合を強くすることができる。

図４（Ａ）は本実施形態における第１結合部３１および第２結合部３２の接続構造を示す図であり、図４（Ｂ）は比較例の電力伝送用アンテナ装置における第１結合部３１および第２結合部３２の接続構造を示す図である。

比較例の場合、図４（Ｂ）に表れているように、第１結合部３１および第２結合部３２に矢印で示す電流が流れるとき、ドット記号とクロス記号で表されるような方向の磁界が発生する。第１結合部３１に流れる電流によって第１結合部３１の外側且つ第２結合部３２の内側に生じる磁界の方向と、第２結合部３２に流れる電流によって第２結合部３２の内側且つ第１結合部３１の外側に生じる磁界の方向は逆である。よって、第２結合部３２のコイル導体の周囲に生じる磁界に偏りが生じる。

これに対し、本実施形態においては、図４（Ａ）に表れているように、第１結合部３１および第２結合部３２に矢印で示す電流が流れるとき、ドット記号とクロス記号で表されるような方向の磁界が発生する。第１結合部３１に流れる電流によって第１結合部３１の外側且つ第２結合部３２の内側に生じる磁界の方向と、第２結合部３２に流れる電流によって第２結合部３２の内側且つ第１結合部３１の外側に生じる磁界の方向は同じ（ドット記号）である。

このように本実施形態によれば、第１結合部３１に流れる電流の周回方向と第２結合部３２に流れる電流の周回方向とが互いに逆となるように、第１結合部３１と前記第２結合部３２とが接続されていることにより、第１結合部３１と第２結合部３２とを接続する接続部付近での、第１結合部３１に流れる電流によって生じる磁束と第２結合部３２に流れる電流によって生じる磁束とが相殺されない。そのため、第２結合部３２のコイル導体の周囲に生じる磁界の偏りを極力抑えることができる。

図５、図６（Ａ）（Ｂ）、図７（Ａ）（Ｂ）は、接続部４の構成を示す図である。図５は電力伝送用アンテナ装置１０１の平面図、図６（Ａ）（Ｂ）は、図５において、Ｘ−Ｙ平面にある電力伝送用アンテナ装置１０１をＺ軸上の所定高さからＹ軸方向に俯瞰した図である。また、図７（Ａ）（Ｂ）は、図５におけるＨ−Ｈ部分を視た図である。

図６（Ａ）、図７（Ａ）に示す電力伝送用アンテナ装置も、図６（Ｂ）、図７（Ｂ）に示す別の電力伝送用アンテナ装置も、第１結合部３１のコイル巻回軸方向において、第１結合部３１の位置（Ｚ軸方向の高さ）は接続部４の位置（Ｚ軸方向の高さ）とは異なる。

図６（Ａ）、図７（Ａ）に示す例では、第１結合部３１のＺ軸方向の高さは第２結合部３２のＺ軸方向の高さと異なる。第１コイル１１は第１結合部３１とほぼ同一高さにある。

図６（Ｂ）、図７（Ｂ）に示す例では、第１結合部３１のＺ軸方向の高さと第２結合部３２のＺ軸方向の高さとはほぼ等しい。第１コイル１１は第１結合部３１および第２結合部３２とほぼ同一高さにある。

このように、第１結合部３１のコイル巻回軸方向における接続部の位置（Ｚ軸方向の高さ）は第１結合部３１の位置と異なるので、接続部４の鋭角的な折れ曲がりがなくなって、接続部の断線が防止できる。また、平面視では、第１結合部３１と第２結合部３２との接続部は鋭角的となって、第２結合部の実効的なコイル開口を大きくできる。特に、第１結合部３１、第２結合部３２および接続部４は、基板上の導体パターンではなく、一連の絶縁被覆されたCu等の導電性ワイヤーで構成できるので、第１結合部３１、第２結合部３２および接続部４の直流抵抗を小さくでき、その結果、第１結合部３１、第２結合部３２および接続部４を設けることによる損失増加は抑制できる。

また、図６（Ａ）、図７（Ａ）に示す例では、第１コイル１１と第２結合部３２とは高さ方向（Ｚ軸方向）に離れているので、第１コイル１１と第２結合部３２および接続部４との不要結合が抑制される。図６（Ｂ）、図７（Ｂ）に示す例では、第１コイル１１と接続部４とは高さ方向（Ｚ軸方向）に離れているので、第１コイル１１と接続部４との不要結合が抑制される。すなわち、いずれも不要結合による相殺が抑制されて、第１コイル１１と第１結合部３１との実効的な結合係数は高い。

《第２の実施形態》
第２の実施形態では、第１の実施形態とは、第１結合部と第２結合部の形状が異なる電力伝送用アンテナ装置の例を示す。

図８は第２の実施形態に係る電力伝送用アンテナ装置１０２および電力伝送システム２０２の構成を示す図である。電力伝送システム２０２は、電力受電装置１１２と電力送電装置１２２とで構成される。電力受電装置１１２は、電力伝送用アンテナ装置１０２と電力受電回路１０とを備える。また、電力送電装置１２２は、電力送電用の第２コイル２１と電力送電回路２０とを備える。

電力伝送用アンテナ装置１０２は、第１コイル１１、第１結合部３１、第２結合部３２、および、第１結合部３１と第２結合部３２とを接続する接続部４で構成される。

第１コイル１１は複数ターンまたは１ターンのコイルであり、両端が電力受電回路１０に接続される。

第１結合部３１は、この例ではほぼ１ターンのコイル状導体である。第１結合部３１は、第１コイル１１とほぼ同径であり、第１コイル１１と同心位置に配置されている。すなわち、第１コイル１１および第１結合部３１のコイル開口を平面視して、第１コイル１１の形成領域と第１結合部３１の形成領域とは重なる。

第１結合部３１のコイル開口の平面視で、第１結合部３１は第２結合部３２のコイル開口の外側に配置され、第１結合部３１に流れる電流の周回方向と第２結合部３２に流れる電流の周回方向とが互いに逆となるように、第１結合部３１と第２結合部３２とは接続部４で接続されている。

第２結合部３２は、第１結合部３１よりも大きいコイル状導体を有し、この例ではほぼ１ターンのコイル状導体である。この第２結合部３２は電力送電装置１２１の第２コイル２１と磁界結合する。

電力送電装置１２２は、電力受電装置１１２が載置される載置台を備え、この載置台内に第２コイル２１が設けられている。第２コイル２１のコイル開口は、電力受電装置１１２の第２結合部３２のコイル開口より大きい。電力送電装置１２２の上記載置台に電力受電装置１１２が載置された状態で、第２結合部３２および第１結合部３１は第２コイル２１の開口内に入る。

図９は本実施形態における第１結合部３１および第２結合部３２の接続構造を示す図である。本実施形態においては、図９に表れているように、第１結合部３１および第２結合部３２に矢印で示す電流が流れるとき、ドット記号とクロス記号で表されるような方向の磁界が発生する。第１結合部３１に流れる電流によって第２結合部３２の内側に生じる磁界の方向と、第２結合部３２に流れる電流によって第２結合部３２の内側に生じる磁界の方向は同じ（ドット記号）である。

このように本実施形態によれば、第１コイル１１との結合により第１結合部３１に流れる電流と第２結合部３２に流れる電流とは相殺されない。そのため、第１コイル１１と、第１結合部３１および第２結合部３２との結合を高めることができ、伝送効率が上がる。

《第３の実施形態》
第３の実施形態では、第２の実施形態とは、第１結合部と第２結合部との接続構造が異なる電力伝送用アンテナ装置の例を示す。

図１０は第３の実施形態に係る電力伝送用アンテナ装置１０３の構成を示す図である。電力伝送用アンテナ装置１０３は、第１コイル１１、第１結合部３１、第２結合部３２、および、第１結合部３１と第２結合部３２とを接続する接続部４で構成される。

第１コイル１１は複数ターンまたは１ターンのコイルであり、両端が電力受電回路に接続される。

第１結合部３１は、この例ではほぼ１ターンのコイル状導体である。第１結合部３１は、第１コイル１１とほぼ同径であり、第１コイル１１と同心位置に配置されている。すなわち、第１コイル１１および第１結合部３１のコイル開口を平面視して、第１コイル１１の形成領域と第１結合部３１の形成領域とは重なる。

第１結合部３１のコイル開口の平面視で、第１結合部３１は第２結合部３２のコイル開口の外側に配置され、第１結合部３１に流れる電流の周回方向と第２結合部３２に流れる電流の周回方向とが同方向となるように、第１結合部３１と第２結合部３２とは接続部４で接続されている。

第２結合部３２は、第１結合部３１よりも大きいコイル状導体を有し、この例ではほぼ１ターンのコイル状導体である。この第２結合部３２は電力送電装置の第２コイル２１と磁界結合する。

本実施形態によれば、第１結合部３１と第２結合部３２が接続部４を介して平面上で離れているので、第１コイル１１と第２結合部３２との不要結合が抑えられる。そのため、第１コイル１１と第１結合部３１および第２結合部３２との結合係数を大きくできる。

《第４の実施形態》
第４の実施形態では、共振用キャパシタを備える電力伝送用アンテナ装置の例を示す。

図１１は第４の実施形態に係る電力伝送用アンテナ装置１０４およびそれを備える電力伝送システムの構成を示す図である。

電力伝送用アンテナ装置１０４は、第１コイル１１、第１結合部３１、第２結合部３２、および、第１結合部３１と第２結合部３２とを接続する接続部で構成される。

第１コイル１１には電力受電回路１０が接続されている。また、電力送電装置の第２コイル２１には電力送電回路２０が接続されている。

第１結合部３１には共振用キャパシタＣ１が直列に接続されていて、第２結合部３２には共振用キャパシタＣ２が直列に接続されている。この第１結合部３１、第２結合部３２、および共振用キャパシタＣ１，Ｃ２による合成のＬＣ回路の共振周波数は、第１結合部３１のインダクタンスと第２結合部３２のインダクタンスによる合成インダクタンスと、共振用キャパシタＣ１のキャパシタンスと共振用キャパシタＣ２のキャパシタンスによる合成キャパシタンスとによって定まる。合成のＬＣ回路の共振周波数は、電力伝送で用いる周波数（例えば6.78MHz）またはその近傍の周波数であることが好ましい。

また、第１結合部３１と共振用キャパシタＣ１とで第１のＬＣ回路とみなし、第２結合部３２と共振用キャパシタＣ２とで第２のＬＣ回路とみなす。この場合、第１のＬＣ回路の第１結合部３１のインダクタンスと共振用キャパシタＣ１のキャパシタンスとで定まる共振周波数と、第２のＬＣ回路の第２結合部３２のインダクタンスと共振用キャパシタＣ２のキャパシタンスとで定まる共振周波数とは、合成のＬＣ回路の共振周波数またはその近傍の周波数であることが好ましい。これにより、第１結合部と第２結合部の一方または両方が、電界結合、磁界結合またはその両方により影響を受けることで、共振周波数が大きく変動することを抑制する。

なお、本実施形態では、第１コイル１１にキャパシタＣ１０が並列接続されていて、第２コイル２１にはキャパシタＣ２０が並列接続されている。第１コイル１１とキャパシタＣ１０によるＬＣ共振回路の共振周波数、第２コイル２１とキャパシタＣ２０によるＬＣ共振回路の共振周波数のいずれも、電力伝送で用いる周波数（例えば6.78MHz）またはその近傍の周波数であることが好ましい。

これにより、第１コイル１１と第１結合部３１との結合、および、第２コイル２１と第２結合部３２との結合が低下しても、低い駆動電圧で高効率な電力伝送が可能となる。

《第５の実施形態》
以上に示した各実施形態では、第１コイル１１に電力受電回路１０を接続し、第２コイル２１に電力送電回路２０を接続した例を示したが、この関係は逆でもよい。すなわち、第１コイル１１を電力送電側のコイルとし、第２コイル２１を電力受電側のコイルとしてもよい。その場合には、第１コイル１１に電力送電回路を接続して、この第１コイル１１と電力送電回路とで電力送電装置を構成し、第２コイル２１に電力受電回路を接続して、この第２コイル２１と電力受電回路とで電力受電装置を構成する。

なお、各実施形態で示した例では、第１結合部３１および第２結合部３２はそれぞれほぼ１ターンのコイル状としたが、第１結合部３１および第２結合部３２の一方を複数ターンのコイル状としてもよい。また、両方を複数ターンのコイル状としてもよい。

また、各実施形態で示した例では、第１コイル１１のコイル導体と第１結合部３１のコイル状導体は同心（共通の巻回軸）としたが、それぞれの巻回軸は異なっていてもよい。第１結合部３１のコイル開口を平面視したとき、第１コイル１１と第１結合部３１のそれぞれの形成領域（好ましくはそれぞれのコイル開口）が重なればよい。また、第１コイル１１のコイル導体と第１結合部３１のコイル状導体のそれぞれの巻回軸方向も同じであることが望ましいが、巻回軸方向が互いに角度をなしていてもよい。それぞれの巻回軸のなす角は４５度以内であることが好ましい。

また、各実施形態で示した例では、第１コイル１１のコイル開口と第１結合部３１のコイル開口はほぼ同形状としたが、異なっていてもよい。コイル開口は同じであるほど結合係数が高くなるため、一方のコイル開口の面積が他方のコイル開口の面積の２倍未満であることが好ましい。

また、各実施形態で示した例では、第１コイル１１、第２コイル２１、第１結合部３１、はそれぞれ円形状に形成されたコイル導体であるが、楕円や矩形等の多角形など、他の形状でもよい。但し、コイル導体が円形であれば、それぞれの巻回軸に関して回転させた場合でも、回転させた角度の違いによる特性の変化は小さい。

また、各実施形態で、第１コイル１１と第１結合部３１との結合を高めるため、または第２コイル２１と第２結合部３２との結合を高めるため、磁性体を配置してもよい。

最後に、上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではない。当業者にとって変形および変更が適宜可能である。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、請求の範囲内と均等の範囲内での実施形態からの変更が含まれる。

Ｃ１，Ｃ２，Ｃ１０，Ｃ２０…共振用キャパシタ
４…接続部
１０…電力受電回路
１１…第１コイル
２０…電力送電回路
２１…第２コイル
３１…第１結合部
３２…第２結合部
１０１，１０２，１０３，１０４…電力伝送用アンテナ装置
１１１，１１２…電力受電装置
１２１，１２２…電力送電装置
２０１，２０２…電力伝送システム

Claims (9)

1. ワイヤレス電力伝送システムの電力送電回路または電力受電回路の少なくとも何れかが接続される第１コイルと、
   前記第１コイルと結合するコイル状導体を有する第１結合部と、
   相手装置の第２コイルと結合し、前記第１結合部よりも大きいコイル状導体を有する第２結合部と、
   前記第１結合部と前記第２結合部とを接続する接続部と、を有するコイルアンテナを備え、
   前記第１コイルの形成領域と前記第１結合部の形成領域とは、前記第１結合部のコイル開口の平面視で重なり、
   前記第１結合部のコイル開口の平面視で、前記第１結合部は前記第２結合部のコイル開口と重なり、前記第１結合部に流れる電流の周回方向と前記第２結合部に流れる電流の周回方向とが互いに逆となるように、前記第１結合部と前記第２結合部とが前記接続部で接続される、電力伝送用アンテナ装置。
2. 前記第１結合部のコイル巻回軸方向において、前記第１結合部の位置は前記接続部の位置と異なる、請求項１に記載の電力伝送用アンテナ装置。
3. 前記第１結合部のコイル開口の平面視で、前記第１結合部は前記第２結合部のコイル開口の外側に配置され、前記第１結合部に流れる電流の周回方向と前記第２結合部に流れる電流の周回方向とが互いに逆となるように、前記第１結合部と前記第２結合部とは前記接続部で接続されている、請求項１に記載の電力伝送用アンテナ装置。
4. 前記第１コイルに接続されるキャパシタを備える、請求項１から３のいずれかに記載の電力伝送用アンテナ装置。
5. 前記第１結合部に接続されるキャパシタを備える、請求項１から４のいずれかに記載の電力伝送用アンテナ装置。
6. 前記第２結合部に接続されるキャパシタを備える、請求項１から５のいずれかに記載の電力伝送用アンテナ装置。
7. 電力送電回路または電力受電回路と、前記電力送電回路または前記電力受電回路の少なくとも何れかが接続される電力伝送用アンテナ装置とを備える電子機器において、
   前記電力伝送用アンテナ装置は、
   前記電力送電回路または前記電力受電回路の少なくとも何れかが接続される第１コイルと、
   前記第１コイルと結合するコイル状導体を有する第１結合部と、相手装置の第２コイルと結合し、前記第１結合部よりも形成領域の大きなコイル状導体を有する第２結合部と、前記第１結合部と前記第２結合部とを接続する接続部と、を有するコイルアンテナを備え、
   前記第１コイルの形成領域と前記第１結合部の形成領域とは、前記第１結合部のコイル開口の平面視で重なり、
   前記第１結合部のコイル開口の平面視で、前記第１結合部は前記第２結合部のコイル開口と重なり、前記第１結合部に流れる電流の周回方向と前記第２結合部に流れる電流の周回方向とが互いに逆となるように、前記第１結合部と前記第２結合部とが前記接続部で接続される、電子機器。
8. 電力送電装置および電力受電装置を含む電力伝送システムにおいて、
   前記電力受電装置は、電力受電回路と、当該電力受電回路に接続された電力伝送用アンテナ装置とを有し、
   前記電力送電装置は、電力送電回路と、当該電力送電回路に接続された第２コイルとを有し、
   前記電力伝送用アンテナ装置は、
   前記電力受電回路が接続される第１コイルと、
   前記第１コイルと結合するコイル状導体を有する第１結合部と、前記第２コイルと結合し、前記第１結合部よりも形成領域の大きなコイル状導体を有する第２結合部と、前記第１結合部と前記第２結合部とを接続する接続部と、を有するコイルアンテナを備え、
   前記第１コイルの形成領域と前記第１結合部の形成領域とは、前記第１結合部のコイル開口の平面視で重なり、
   前記第１結合部のコイル開口の平面視で、前記第１結合部は前記第２結合部のコイル開口と重なり、前記第１結合部に流れる電流の周回方向と前記第２結合部に流れる電流の周回方向とが互いに逆となるように、前記第１結合部と前記第２結合部とが前記接続部で接続される、電力伝送システム。
9. 電力送電装置および電力受電装置を含む電力伝送システムにおいて、
   前記電力受電装置は、電力受電回路と、当該電力受電回路に接続された第２コイルとを有し、
   前記電力送電装置は、電力送電回路と、当該電力送電回路に接続された電力伝送用アンテナ装置とを有し、
   前記電力伝送用アンテナ装置は、
   前記電力送電回路が接続される第１コイルと、
   前記第１コイルと結合するコイル状導体を有する第１結合部と、前記第２コイルと結合し、前記第１結合部よりも形成領域の大きなコイル状導体を有する第２結合部と、前記第１結合部と前記第２結合部とを接続する接続部と、を有するコイルアンテナを備え、
   前記第１コイルの形成領域と前記第１結合部の形成領域とは、前記第１結合部のコイル開口の平面視で重なり、
   前記第１結合部のコイル開口の平面視で、前記第１結合部は前記第２結合部のコイル開口と重なり、前記第１結合部に流れる電流の周回方向と前記第２結合部に流れる電流の周回方向とが互いに逆となるように、前記第１結合部と前記第２結合部とが前記接続部で接続される、電力伝送システム。

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