JP6712489B2 - 非接触電力伝送装置及び非接触電力送受電装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、受電装置に非接触で電力を伝送する電力伝送装置、及び非接触で電力の伝送と受電を行う電力送受電装置に関する。

近年、非接触で電力を伝送する電力伝送装置が普及してきている。非接触電力伝送装置は、電磁誘導や磁界共振（共鳴）などの電磁結合を利用して、携帯端末やタブレット端末などの受電装置に非接触で電力を伝送する装置である。非接触電力伝送装置は、電力を送電するための送電回路及び送電コイルを備え、受電装置では電力を受電するための受電コイルと、受電した電力を自機の駆動に利用するための受電回路や、自機に搭載した２次電池に充電するための充電回路などを備えている。

非接触電力伝送装置は、受電装置に対して電力を高い効率で伝送することと同時に、放射ノイズを低く抑えることが要求される。そのため、非接触電力伝送装置の送電回路には、ゼロ電圧スイッチング（ＺＶＳ）等によってスイッチング損失を小さくした、Ｅ級増幅器などの共振を利用した増幅器がしばしば使われる。ＺＶＳとはゼロ電圧状態でＭＯＳＦＥＴなどのスイッチング素子のスイッチングを行うもので、ソフトスイッチングとも呼ばれ、スイッチング損失を低減でき、高効率の送電回路を実現できる効果がある。

ソフトスイッチングでは、通常のスイッチング方式であるハードスイッチングに比べて、電圧や電流の立ち上がりが緩やかになり、ノイズの発生が少なくなるという利点があるが、それでもＭＯＳＦＥＴ等のスイッチング素子のスイッチングによるノイズ発生は避けることができず、非接触電力伝送装置の中で、大きなノイズ源となっている。

一方、受電装置においては、受電コイルで受電した交流電力を直流に変換するため、一般には全波整流回路等の整流回路が受電コイルの後段に接続される。全波整流回路では、整流ダイオードを４個使用し、ブリッジ型に接続したものがよく使用されるが、ダイオードの整流に伴うノイズの発生が大きい。また、一般のダイオードを使用するよりも、高速なショットキーバリアダイオードを使うとノイズの発生を小さくすることも知られているが、ショットキーバリアダイオードを使用しても、それがノイズ源となることに変わりはない。

送電回路には電力を放射するための送電コイルが接続され、受電回路には電力を受電するための受電コイルがそれぞれ接続され、各コイルはアンテナのように機能する。そのため、送電回路及び受電回路にノイズ源があると、送電コイルや受電コイルがアンテナとなり、ノイズを放射してしまうという問題がある。この問題を解決して低ノイズを実現するため、シールドに関する技術（例えば、特許文献１、特許文献２）が開示されている。

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、送電コイル及び受電コイル部にシールドボックスを設けただけであるため、送電コイルと受電コイルとの間の伝送路から漏洩する電磁界に対するシールド効果は低く、放射ノイズを十分に低減できないという課題がある。また特許文献２に記載の技術では、送電部及び受電部のシールドのほかに、それぞれのシールドの外側を覆う大型のシールドなどを設けるため、シールド構造が複雑で大型化するという課題がある。

特開２０１０−０７００４８公報 特開２０１２−２２８１５０公報

発明が解決しようとする課題は、複数の送電装置を含む非接触電力伝送装置において、ノイズを十分に低減でき、かつ受電装置の出し入れが容易なシールド構造を備えた非接触電力伝送装置及び非接触電力送受電装置を提供することにある。

実施形態に係る、非接触電力伝送装置は、受電装置に対して非接触で電力を伝送する非接触電力伝送装置であって、一端部に開口部を有し、仕切り板によって複数のシールドルームに区分され、各シールドルームに前記受電装置が挿入されたとき、各シールドルームの開口端が前記受電装置の後端よりも外方に出っ張るようにしたシールドケースと、前記複数のシールドルームに対応して前記開口部からみて奥側に位置し、前記シールドケース内又は他のシールドケース内にそれぞれ配置された電力伝送用の送電回路と、前記複数のシールドルーム内の前記開口部からみて奥側の前記受電装置の挿入方向と直交する面の中央部に配置し、前記送電回路からの交流電力を前記受電装置に伝送する複数の送電コイルと、前記複数のシールドルームに挿入される前記受電装置の後端部の両側を把持できるように、前記シールドケース側面又は前記仕切り板に、前記開口部から前記奥側に向かって形成した切欠きと、を備える。

一実施形態に係る非接触電力送受電装置を示すブロック図。 一実施形態にて使用する整流回路の一例を示す回路図。 一実施形態に係る非接触電力伝送装置を模式的に示す構成図。 一実施形態における送電装置と受電装置を示す斜視図。 一実施形態においてシールドケースに受電装置を収容した状態を示す斜視図。 一実施形態におけるシールドケースの変形例を示す断面図。 一実施形態に係る送電装置と受電装置の一例を示す断面図。 一実施形態に係る送電装置と受電装置の他の例を示す断面図。 一実施形態に係る送電装置と受電装置のさらに他の例を示す断面図。 一実施形態に係る非接触電力伝送装置の変形例を示す斜視図。 一実施形態に係る非接触電力伝送装置の他の変形例を示す斜視図。 一実施形態に係る非接触電力伝送装置の別の変形例を示す斜視図。 第２の実施形態に係る非接触電力送受電装置を示すブロック図。

以下、発明を実施するための実施形態について、図面を参照して説明する。尚、各図において同一箇所については同一の符号を付す。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の一実施形態に係る非接触電力送受電装置１００を示すブロック図である。非接触電力送受電装置１００は、電力を伝送する複数の送電装置１０Ａ〜１０Ｃと、伝送された電力を非接触で受電する複数の受電装置２０Ａ〜２０Ｃとを含む。

尚、図１では、３つの送電装置１０Ａ〜１０Ｃと、３つの受電装置２０Ａ〜２０Ｃを示しているが、送電装置は２つ以上であればよい。また、受電装置は、送電装置の数と同じ数である必要はなく、１つでも、複数でも良い。例えば、送電装置を３個で構成した場合、一度に３台の受電装置に対して電力を伝送することができる。

複数の送電装置１０Ａ〜１０Ｃは、それぞれ同じ回路構成であるため、送電装置１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃの同じ回路部には、それぞれ同じ符号を付している。また、複数の受電装置２０Ａ〜２０Ｃは、それぞれ同じ回路構成であるため、受電装置２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃの同じ回路部には、それぞれ同じ符号を付している。

送電装置１０Ａは、送電コイル１１を有し、受電装置２０Ａは受電コイル２１を有している。送電装置１０Ａから出力された電力は、送電コイル１１と受電コイル２１との間の電磁誘導または磁界共振（共鳴）等の電磁結合を利用して、受電装置２０Ａに伝送される。

送電装置１０Ａは、プラグ１２から入力されるＡＣ１００Ｖを直流電圧に変換するＡＣアダプタ１３から直流電力が供給される。送電装置１０Ａは、電力伝送に必要な送電電力を生成する送電回路１４と、送電回路１４を制御する制御部１５を備えている。制御部１５は、発振回路１６及びＭＰＵ（Micro Processor Unit）１７を含み、発振回路１６は、電力搬送波の周波数を送電回路１４に供給する。ＭＰＵ１７は、送電回路１４を必要に応じて動作させ、または停止させる駆動制御や、受電装置２０Ａとの間の通信制御などを行う。

送電回路１４は、効率を重視したスイッチング回路による増幅回路、例えばＤ級増幅回路やＥ級増幅回路が用いられる。スイッチング素子としては、一般的にＭＯＳ−ＦＥＴが使用される。送電回路１４は、ゼロ電圧スイッチング（ＺＶＳ）または、ゼロ電流スイッチング（ＺＣＳ）により、ソフトスイッチングを行う。ソフトスイッチングにより、スイッチング損失を低減し、スイッチングノイズや放射ノイズを低減することができる。

発振回路１６の発振周波数、即ち、送電回路１４のスイッチング周波数は、例えば、６．７８ＭＨｚの周波数を使用する。送電回路１４の出力は、共振用コンデンサ１８を介して送電コイル１１に供給され、送電コイル１１から電力伝送周波数６．７８ＭＨｚの電力を伝送する。なお、電力伝送周波数は６．７８ＭＨｚを例に説明するが、６．７８ＭＨｚに限定するものではなく、他の周波数でも構わない。

送電装置１０Ｂ、１０Ｃは、送電装置１０Ａと同じ回路構成を有し、ＡＣアダプタ１３から、送電装置１０Ｂ、１０Ｃに直流電力が供給される。また、ＡＣアダプタ１３と送電装置１０Ｂの間、及びＡＣアダプタ１３と送電装置１０Ｃの間に、それぞれスイッチ１９Ｂ、１９Ｃを設けても良い。スイッチ１９Ｂ、１９Ｃを設けることで、送電装置１０Ｂ、１０Ｃに、必要に応じて直流電力を供給することができ、送電装置１０Ｂ、１０Ｃを動作させる必要が無いときは、スイッチ１９Ｂ、１９Ｃをオフすればよい。

一方、受電装置２０Ａは、受電コイル２１と共振コンデンサ２２によって構成される共振回路と、整流回路２３と、電圧変換回路２４及び負荷回路２５を備えている。受電コイル２１と共振コンデンサ２２による共振回路から送られる交流電力は、整流回路２３（例えばダイオード全波整流回路）によって直流電圧に変換される。変換された直流電圧は、電圧変換回路２４によって負荷回路２５が動作可能な適正な電圧に変換される。かくして、共振コンデンサ２２、整流回路２３、及び電圧変換回路２４は、受電コイルで受電した交流電力を直流化する受電回路を構成する。

負荷回路２５は、例えば、携帯端末やタブレット端末等の電子機器の回路であり、制御部２６、充電部２７及び二次電池２８を含む。受電装置２０で受電した電力は、電子機器が内蔵する二次電池２８の充電等に利用される。制御部２６は、ＣＰＵを含むマイクロコンピュータで成り、充電部２７を制御して二次電池２８を適切に充電制御する。また制御部２６は、送電装置１０Ａとの間の通信制御などを行う。

また受電装置２０Ｂ、２０Ｃは、受電装置２０Ａと同じ回路構成を有し、送電装置１０Ｂ、１０Ｃから出力された電力は、対応する送電コイル１１と受電コイル２１との間の電磁誘導、または磁界共振（共鳴）等の電磁結合を利用して、受電装置２０Ｂ、１０Ｃに伝送される。

送電装置１０Ａ〜１０Ｃのそれぞれの送電回路１４で使用されるＭＯＳ−ＦＥＴ等のスイッチング素子は、６．７８ＭＨｚの高周波でスイッチングしているため、６．７８ＭＨｚとその高調波のノイズを発生する。送電回路１４の出力端に、ローパスフィルタを設けることで、ノイズを低減することができるが、それでも十分に低減されないノイズは、送電コイル１１や、プラグ１２とＡＣアダプタ１３を接続するケーブル等から放射される。

一方、受電装置２０Ａ〜２０Ｃにおいては、それぞれの整流回路２３が主なノイズ源となる。整流回路２３は、例えば、図２（ａ）に示すような、ブリッジ型に構成した全波整流回路や、図２（ｂ）に示すような、半波整流回路が使われる。

図２（ａ）の全波整流回路２３は、ダイオード２３１〜２３４で構成し、全波整流回路２３の一方の入力端３１にダイオード２３１のアノードとダイオード２３３のカソードを接続し、他方の入力端３２にダイオード２３２のアノードとダイオード２３４のカソードを接続する。またダイオード２３１とダイオード２３２のカソードを出力端３３に接続し、ダイオード２３３とダイオード２３４のアノードを基準電位端３４（アース端）に接続する。また、出力端３３と基準電位端３４（アース端）間に平滑コンデンサ３５を接続し、平滑コンデンサ３５の両端から直流電圧を得る。

図２（ｂ）の半波整流回路２３は、入力端３１にダイオード２３１のアノードを接続し、ダイオード２３１のカソードを出力端３３に接続している。出力端３３と基準電位端３４（アース）間には、平滑コンデンサ３５を接続し、平滑コンデンサ３５の両端から直流電圧を得るようにしている。

尚、６．７８ＭＨｚのような高周波の整流用ダイオードとしては、順方向電圧降下が小さいショットキーバリアダイオードを使用することで整流効率を高くすることができる。また、整流回路２３の出力端３３に接続した平滑用のコンデンサ３５は、電解コンデンサや、セラミックコンデンサ等が使われる。

しかし、ダイオードの整流に伴うノイズは、平滑コンデンサ３５だけでは除去できない場合がある。このため、整流回路２３の後段にローパスフィルタを接続することで、ノイズを低減することができる。それでも、ノイズは、入力端子３１に接続される受電コイル２１に伝わって、受電コイル２１から放射されてしまう。

非接触電力伝送装置から放射されるノイズは、各国の電波法などによって定められた規制値を満足する必要がある。日本国内の場合には、電波法により放射ノイズの規制値が定められている。また、ＩＳＭ（Industry-Science-Medical）周波数である６．７８ＭＨｚを電力伝送周波数に使用する場合は、国際規格であるＣＩＳＰＲ１１や米国のＦＣＣ Ｐａｒｔ１８などが規制の対象となる。また、空間に放射されるノイズの他に、電源ラインを伝導するノイズについても規制される。

ところで、携帯端末やポータブル機器などの比較的小型の機器の場合には、送電装置と受電装置をシールドボックスに入れて電磁的に密閉し、電磁波が漏洩しないようにすれば、放射ノイズを大幅に低減できることは一般に知られている。

例えば、携帯端末やポータブル機器などの小型機器全体をシールドボックスに入れ、シールドボックスに扉を付ける例も考えられるが、シールドボックスの扉を開閉して機器を出し入れする必要があり、非常に面倒になる。また、シールド装置自体が大きくなってしまう。

また扉をなくして、シールドボックスの奥行を長くし、受電装置（携帯端末やポータブル機器）をシールドボックス内に十分収納できるようにすることも考えられる。しかし、奥行きを長くしたシールドケースに受電装置を収納した場合、放射ノイズの低減効果は高まるものの、受電装置をシールドケースから取り出しにくくなるという問題が発生する。

本実施形態では、送電装置１０Ａ〜１０Ｃと受電装置２０Ａ〜２０Ｃを、それぞれシールド効果のあるケース（シールドケース）で覆うとともに、シールドケースの開口部から受電装置２０Ａ〜２０Ｃを出し入れ可能にし、かつ、シールドケースの開口面積をできるだけ小さくし、受電装置２０Ａ〜２０Ｃの出し入れを容易にする非接触電力伝送装置を提供する。

図３は、一実施形態に係る非接触電力伝送装置を模式的に示した構成図である。図３の例では、送電コイル１１を含む送電装置１０Ａをシールドケース４０内に設けている。送電装置１０Ｂ、１０Ｃも送電装置１０Ａと同様の構成であるため、送電装置１０Ａを代表にして説明する。

シールドケース４０は、一端部に開口部４１を有し、開口部４１から受電装置２０Ａをシールドケース４０内に収容可能である。尚、図３では、送電装置１０にＡＣアダプタ１３を含む例を示しているが、ＡＣアダプタ１３は個別の回路部品として構成することもできる。また、ＡＣアダプタ１３のみをシールドケース４０の外部に設ける構成にしても良い。

送電コイル１１は、シールドケース４０の開口部４１から見て奥側に取り付けている。また受電装置２０Ａは、送電コイル１１と対向する位置に受電コイル２１を配置しており、受電装置２０Ａをシールドケース４０内に収容したとき、送電コイル１１と受電コイル２１が近接し、電力伝送が可能となる。

また、送電コイル１１と受電コイル２１との対向位置のずれが大きくなって、電力伝送の効率が悪化することのないよう、シールドケース４０の内周は、受電装置２０Ａの外周のサイズに対して若干大きいサイズになっている。例えば、受電装置２０Ａの外周とシールドケース４０の内周との隙間は、２〜３ｃｍ程度以内になっており、受電装置２０Ａがシールドケース４０内で位置ズレしても、必要最小限のズレに止めるようにしている。

尚、送電コイル１１は、シールドケース４０内に設けているが、送電コイル１１以外の、送電装置１０Ａを構成する回路部分については、シールドケース４０に対応して、同一のシールドケース４０内に配置しても良いし、シールドケース４０の外側に一体に配置しても良い。但し、シールドケース４０の外側に配置する場合は、ノイズが放射しないように、シールドケース４０とは別のシールドケースに入れる等、ノイズ対策は必要である。

図４は、一実施形態での送電装置１０Ａ〜１０Ｃと受電装置２０Ａ〜２０Ｃを示す斜視図である。送電装置１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃは、シールドケース４０内に構成される。シールドケース４０は、箱型であり、仕切り板５１、５２によって３つのシールドルーム４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃに区切られている。仕切り板５１、５２は、シールドケース４０と同様に、シールド効果のある金属製または導電性の部材で成り、この仕切り板５１、５２によって、複数に区切られたシールドルーム４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃが形成される。

それぞれのシールドルーム４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃには、開口部４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃから受電装置２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃを出し入れ可能になっている。また、送電装置１０Ａを例に述べると、受電装置２０Ａの挿入方向を矢印Ｘ方向とすると、開口部４１Ａと対向するシールドルーム４０Ａ内の奥側には、挿入方向Ｘと直交する方向（垂直）に送電コイル１１を取り付ける。送電コイル１１は、プリント基板上に形成しても良いし、巻線等で形成しても良い。また、送電コイル１１と、シールドルーム４０Ａの奥側の端面４３との間に、送電装置１０Ａの、送電コイル１１以外の回路部分を配置している。

受電装置２０Ａは、送電コイル１１と対向する位置に受電コイル２１を配置している。受電装置２０Ａを、シールドルーム４０Ａの開口部４１Ａから奥方向に挿入し、送電コイル１１と突き当たる位置まで挿入すると、送電コイル１１と受電コイル２１とが２〜３ｃｍ以下の近距離で対向し、非接触電力伝送が可能となる。

さらに、シールドケース４０の両側面には、開口部４１Ａ、４１Ｃから奥側に向かって切欠き４４を形成し、仕切り板５１、５２にも同様に切欠き４４を形成している。つまり、切欠き４４は、受電装置２０Ａの挿入方向Ｘの両側、つまり、シールドルーム４０Ａの底面部と天井部以外の両側面のほぼ中央部に形成している。

したがって、シールドルーム４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃにそれぞれ挿入した受電装置２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃを取り出すとき、切欠き４４があることで、受電装置２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃの取り出しが容易になる。即ち、例えば、受電装置２０Ａをシールドルーム４０Ａに収容したとき、受電装置２０Ａの挿入方向の前端部は、送電コイル１１と対向する。一方、挿入方向の後端部は、開口部４１Ａよりも内側に位置するが、後端部の一部が切欠き４４から露出する。

図５は、シールドルーム４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃに受電装置２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃを収納した状態を模式的に示す斜視図である。図５に示すように、受電装置２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃをシールドルーム４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃに挿入し、送電コイル１１に突き当たる位置まで押し込むと、受電コイル２１と送電コイル１１が近接して対向する。したがって、送電装置１０Ａから受電装置２０Ａに非接触で電力の伝送が可能となる。

同様に、送電装置１０Ｂから受電装置２０Ｂに、また送電装置１０Ｃから受電装置２０Ｃに非接触で電力の伝送が可能となる。また、この状態において、受電装置２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃの後端部は、開口部４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃよりも内側にあるが、後端部の一部は、切欠き４４から露出する。

したがって、受電装置２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃをシールドルーム４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃから取り出すときは、切欠き４４の両側から受電装置２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃの後端部を指で把持して取り出せば、容易に取り出すことができる。

また、切欠き４４は、シールドケース４０の両側面及び仕切り板５１、５２のほぼ中央部に形成しているため、切欠き４４の上側と下側には、それぞれ出っ張り部４５及び４６が生じる。そのため、受電装置２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃの後端部の大部分は、シールドルーム４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃに収まり、開口部４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃから放射される電磁波を低減することができる。実際に、出っ張り部４５、４６を無くしてしまうと、数ｄＢ〜１０ｄＢ以上、ノイズレベルが上昇してしまうことが実験により確認された。

図６は、シールドケース４０及び仕切り板５１、５２に形成する切欠き４４の他の形状を示す断面図である。即ち、図４、図５の例では、切欠き４４が直線的な形状（台形状）となっているが、図６（ａ）に示すように、切欠き４４は半円状などの湾状に形成してもよい。

さらに、シールドケース４０及び仕切り板５１、５２に形成する切欠き４４の別の形状として、図６（ｂ）に示すように、出っ張り部４５、４６の何れか一方を残し、他方を無くしてもよい。図６（ｂ）では、出っ張り部４６だけとし、切欠き４４を中央部から他方の端部にかけて形成している。

図６（ｂ）に示すように、上側の出っ張り部４５が無くなるので、受電装置２０の出し入れがより容易になる。但し、この場合は、両端部に出っ張り部４５、４６がある場合に比べると、放射ノイズのレベルが多少、大きくなるためノイズの規制値に対して余裕がある場合に採用可能である。
図７は、シールドルーム４０Ａ内に設けた送電装置１０Ａと、受電装置２０Ａの一例を示す断面図である。図７（ａ）は、シールドルーム４０Ａから受電装置２０Ａを分離した状態を示し、図７（ｂ）は、シールドルーム４０Ａ内に受電装置２０Ａを収容した状態を示している。

図７（ａ）で示すように、シールドルーム４０Ａは、箱型であり、開口部４１Ａから受電装置２０Ａを出し入れ可能である。開口部４１Ａと対向するシールドルーム４０Ａ内の奥側には、挿入方向Ｘと直交する方向（垂直）に送電コイル１１を取り付ける。この場合、送電コイル１１は、プリント基板上に形成したプリントコイルである。

送電コイル１１の外側、即ち、送電コイル１１と、シールドルーム４０Ａの奥側の端面４３との間に、送電装置１０Ａの送電コイル１１以外の回路部分１１０を配置している。シールドルーム４０Ａの側面には、開口部４１Ａの縁部から奥側に向かって切欠き４４を形成している。

受電装置２０Ａは、シールドルーム４０Ａに収納可能な形状の筐体５５を有し、筐体５５内の、送電コイル１１と対向する面に受電コイル２１を取り付けている。また受電装置２０Ａの、受電コイル２１以外の整流回路２３等の受電回路２１０は、筐体５５内に設けたシールドケース５６の中に配置している。シールドケース５６と受電回路２１０は、筐体５５内の天井部、或いは底面部に設けている（図７では、天井部に設けた例を示している）。

図７（ｂ）に示すように、受電装置２０Ａをシールドルーム４０Ａの開口部４１Ａから挿入し、送電コイル１１と突き当たる位置まで収容すると、送電コイル１１と受電コイル２１とが２〜３ｃｍ以下の近距離で対向し、非接触電力伝送が可能となる。

また、受電装置２０Ａをシールドルーム４０Ａに収容したとき、受電装置２０Ａ（筐体５５）の後端部５７は、開口部４１Ａよりも内側に位置するが、後端部５７は切欠き４４から露出する。したがって、受電装置２０Ａをシールドルーム４０Ａから取り出すときは、切欠き４４の両側から受電装置２０Ａの後端部５７を指で把持して取り出せば、容易に取り出すことができる。

尚、図７では、送電コイル１１をシールドルーム４０Ａの奥側の面に沿って設ける例を説明したが、送電コイル１１は、シールドルーム４０Ａ内の他の面、例えば底面部、天井部、或いは側面部に沿って設けるようにしてもよい。また２つ以上の面に設けるようにしてもよい。

図８は、シールドルーム４０Ａ内に設けた送電装置１０Ａと、受電装置２０Ａの他の例を示す断面図である。図８（ａ）は、シールドルーム４０Ａから受電装置２０Ａを分離した状態を示し、図８（ｂ）は、シールドルーム４０Ａ内に受電装置２０Ａを収容した状態を示している。

図７との主な相違点は、図８（ａ）で示すように、シールドルーム４０Ａの開口部４１Ａから見て奥側の底面部に、受電装置２０Ａの挿入方向Ｘと平行に送電コイル１１を取り付けている点にある。また、シールドルーム４０Ａの外側には、別のシールドケース４７を一体に設け、このシールドケース４７内に、送電装置１０Ａの、送電コイル１１以外の回路部分１１０を配置している。つまり、送電コイル１１以外の回路部分は、シールドルーム４０Ａに対応して配置されている。

一方、受電装置２０Ａは、筐体５５内の、送電コイル１１と対向する位置（底面）に受電コイル２１を取り付けている。また受電装置２０Ａの、受電コイル２１以外の整流回路２３等の受電回路２１０は、筐体５５内に設けたシールドケース５６の中に配置し、シールドケース５６と受電回路２１０は、筐体５５内の天井部、或いは底面部に設けている。

図８（ｂ）に示すように、受電装置２０Ａを、シールドルーム４０Ａの開口部４１Ａから挿入して突き当たる位置まで収容すると、送電コイル１１と受電コイル２１とが２〜３ｃｍ以下の近距離で対向し、非接触電力伝送が可能となる。

また、受電装置２０Ａをシールドルーム４０Ａに収容したとき、後端部５７の一部が切欠き４４から露出する。したがって、受電装置２０Ａをシールドルーム４０Ａから取り出すときは、切欠き４４の両側から受電装置２０Ａの後端部５７を指で把持して取り出せば、容易に取り出すことができる。

図９（ａ）、（ｂ）は、シールドルーム４０Ａ内に設けた送電装置１０Ａと、受電装置２０Ａのさらに他の例を示す断面図である。図９（ａ）、（ｂ）は、いずれもシールドルーム４０Ａから受電装置２０Ａを分離した状態を示している。

図９（ａ）の例では、シールドルーム４０Ａ内の、開口部４１Ａと対向する奥側に、挿入方向Ｘと直交する方向（垂直）に送電コイル１１を取り付けている。また、シールドルーム４０Ａの奥側の底面部には、送電装置１０Ａの、送電コイル１１以外の回路部分１１０を配置している。

一方、受電装置２０Ａは、筐体５５内の送電コイル１１と対向する面に受電コイル２１を取り付けている。また受電装置２０Ａの、送電コイル以外の整流回路２３等の受電回路２１０は、筐体５５内に設けたシールドケース５６の中に配置し、シールドケース５６と受電回路２１０は、筐体５５内の天井部、或いは底面部に設けている。

受電装置２０Ａを、シールドルーム４０Ａの開口部４１Ａから挿入して突き当たる位置まで収容すると、送電コイル１１と受電コイル２１とが２〜３ｃｍ以下の近距離で垂直方向に対向し、非接触電力伝送が可能となる。また、受電装置２０Ａをシールドルーム４０Ａに収容したとき、後端部５７の一部は、切欠き４４から露出する。

図９（ｂ）の例では、シールドルーム４０Ａ内の、開口部４１Ａと対向する奥側の底面部に、挿入方向Ｘと平行（水平）に送電コイル１１を取り付けている。また、開口部４１Ａと対向するシールドルーム４０Ａの奥側の天井部には、送電装置１０Ａの、送電コイル１１以外の回路部分１１０を配置している。

一方、受電装置２０Ａは、筐体５５内の、送電コイル１１と対向する底面部に受電コイル２１を取り付けている。また受電装置２０Ａの、送電コイル以外の整流回路２３等の受電回路２１０は、筐体５５内に設けたシールドケース５６の中に配置し、シールドケース５６と受電回路２１０は、筐体５５内の天井部、或いは底面部に設けている。

受電装置２０Ａを、シールドルーム４０Ａの開口部４１Ａから挿入して突き当たる位置まで収容すると、送電コイル１１と受電コイル２１とが２〜３ｃｍ以下の近距離で水平方向に対向し、非接触電力伝送が可能となる。また、受電装置２０Ａをシールドルーム４０Ａに収容したとき、受電装置２０Ａの後端部５７の一部は、切欠き４４から露出する。

尚、図９（ａ）、（ｂ）において、シールドケース４０の底面部や天井部には、回路部分１１０を設けているため、受電装置２０Ａをシールドルーム４０Ａに挿入する際に、受電装置２０Ａが回路部分１１０に衝突しないように、シールドルーム４０Ａ内に受電装置２０Ａをガイドするガイド部材を設けると良い。またシールドルーム４０Ａの内周の大きさは、回路部分１１０を内蔵することを考量して、受電装置２０Ａの外周よりも若干大きくするとよい。

尚、図７〜図９では、送電装置１０Ａと受電装置２０Ａの構成を代表に説明したが、送電装置１０Ｂ、１０Ｃ及び受電装置２０Ｂ、２０Ｃも同様の構成を有している。

図１０は、実施形態に係る非接触電力伝送装置の変形例を示す斜視図である。図１０に示す例では、シールドケース４０を縦型としたものである。シールドケース４０は、箱型であり、シールドケース４０に水平方向に配置した仕切り板５１、５２によって、シールドケース４０は、縦方向に３つのシールドルーム４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃに区切られている。

仕切り板５１、５２は、シールドケース４０と同様に、シールド効果のある金属製または導電性の部材で成り、この仕切り板５１、５２によって、複数に区切られたシールドルーム４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃが形成される。送電装置１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃは、シールドルーム４０Ａ〜４０Ｃ内に構成される。

受電装置２０Ａ〜２０Ｃの挿入方向を矢印Ｘとすると、シールドルーム４０Ａ〜４０Ｃ内の奥側には、挿入方向Ｘと直交する方向に送電コイル１１を取り付けている。また、送電コイル１１と、シールドルーム４０Ａ〜４０Ｃの奥側の端面４３との間に、送電コイル１１以外の回路部分を配置する。

さらに、シールドケース４０のうち、シールドルーム４０Ａ〜４０Ｃの両側面には、開口部４１Ａ〜４１Ｃの縁部から奥側に向かって切欠き４４を形成し、受電装置２０Ａ〜４０Ｃを容易に取り出せるようにしている。図１０の例では、仕切り板５１、５２には、切欠きを形成する必要はない。

このように、シールドルーム４０Ａ〜４０Ｃが縦方向に並ぶように配置した場合でも、切欠き４４を設けているので、受電装置２０Ａ〜２０Ｃを容易に取り出すことができる。また、シールドケース４０に形成する切欠き４４の形状については、他の形状でもよい。

図１１は、実施形態に係る非接触電力伝送装置の他の変形例を示す斜視図である。図１１に示す例では、シールドケース４０を上向きにして、受電装置２０Ａ〜４０Ｃをシールドケース４０の上方（Ｙ方向）から挿入して収容するものである。

シールドケース４０を上向きにして、受電装置２０Ａ〜４０Ｃをシールドケース４０の上方から、又は上方に出し入れする点以外は、図４と同じ構成であるため、詳細な説明は省略する。

図１１の例においても、受電装置２０Ａ〜４０Ｃを、シールドルーム４０Ａ〜４０Ｃの開口部４１Ａ〜４１Ｃから挿入し、送電コイル１１と突き当たる位置まで挿入すると、送電コイル１１と受電コイル２１とが２〜３ｃｍ以下の近距離で対向し、非接触電力伝送が可能となる。

また、受電装置２０Ａ〜２０Ｃをシールドルーム４０Ａ〜４０Ｃから取り出す場合、切欠き４４を設けているので、受電装置２０Ａ〜２０Ｃを容易に取り出すことができる。また、切欠き４４の形状については、他の形状でもよい。

図１２は、実施形態に係る非接触電力伝送装置の別の他の変形例を示す斜視図である。図１２に示す例では、４つの送電装置１０Ａ〜１０Ｄを縦横に配置したものである。シールドケース４０は、箱型であり、十字形に組まれた仕切り板５１〜５４によって、４つのシールドルーム４０Ａ〜４０Ｄに区切られている。仕切り板５１〜５４は、シールドケース４０と同様に、シールド効果のある金属製または導電性の部材で成り、この仕切り板５１〜５４によって、複数に区切られたシールドルーム４０Ａ〜４０Ｄが形成される。

送電装置１０Ａ、１０Ｂは、上段のシールドルーム４０Ａ、４０Ｂ内に構成され、送電装置１０Ｃ、１０Ｄは、下段のシールドルーム４０Ｃ、４０Ｄ内に構成される。それぞれのシールドルーム４０Ａ〜４０Ｄには、開口部４１Ａ〜４１Ｄから受電装置２０Ａ〜２０Ｄを出し入れ可能になっている。

また、送電装置１０Ａを例に述べると、受電装置２０Ａの挿入方向を矢印Ｘ方向とすると、開口部４１Ａと対向するシールドルーム４０Ａ内の奥側には、挿入方向Ｘと直交する方向に送電コイル１１を取り付けている。また、送電コイル１１と、シールドルーム４０Ａの奥側の端面４３との間に、送電装置１０Ａの、送電コイル１１以外の回路部分を配置している。

さらに、シールドケース４０の側面には、開口部４１Ａ〜４１Ｄの縁部から奥側に向かって切欠き４４を形成し、仕切り板５３、５４にも同様に切欠き４４を形成している。したがって、シールドルーム４０Ａ〜４０Ｄにそれぞれ挿入した受電装置２０Ａ〜４０Ｄを取り出すとき、切欠き４４があることで、受電装置２０Ａ〜４０Ｄの取り出しが容易になる。

尚、図１０〜図１２に示す送電装置１０Ａ〜１０Ｄ、及び受電装置２０Ａ〜２０Ｄは、図７〜図９の内のいずれかの構成を採用することができる。

以上述べた実施形態によれば、複数の送電装置を含む非接触電力伝送装置において、放射ノイズを十分に低減でき、かつ受信装置の出し入れが容易になるため、ポータブル機器に好適な装置を提供することができる。

（第２の実施形態）
図１３は、第２の実施形態に係る非接触電力送受電装置１００の構成を示すブロック図である。図１３の非接触電力送受電装置１００は、電力を伝送する複数の送電装置１０Ａ〜１０Ｃと、伝送された電力を非接触で受電する複数の受電装置２０Ａ〜２０Ｃとを含む。

送電装置１０Ａ〜１０Ｃは、ＡＣアダプタ１３から、それぞれ直流電力が供給される。送電装置１０Ａ〜１０Ｃは、図１と同様にそれぞれ、送電回路１４と制御部１５を備え、制御部１５は、発振回路１６及びＭＰＵ１７を含み、送電コイル１１から電力を伝送する。

また、受電装置２０Ａ〜２０Ｃは、受電コイル２１と共振コンデンサ２２によって構成される共振回路と、整流回路２３と、電圧変換回路２４及び負荷回路２５を備えている。そして、送電コイル１１と受電コイル２１との間の電磁誘導または磁界共振（共鳴）等の電磁結合を利用して、受電装置２０Ａ〜２０Ｃに電力が伝送される。

図１３では、送電装置１０Ｂの制御部１５にインバータ１６１を含み、送電装置１０Ｃの制御部１５にバッファ１６２を含む。インバータ１６１には、送電装置１０Ａの発振回路１６から出力されるクロック信号が入力され、インバータ１６１によって位相が反転したクロック信号を送電回路１４に供給する。したがって、送電装置１０Ｂの送電回路１４は、送電装置１０Ａの発振回路１６が出力するクロック信号に対して位相が反転した信号でスイッチング動作する。このため、送電装置１０Ａと送電装置１０Ｂの各送電コイル１１から出力される交流電力の位相は、互いに反転したものとなる。

またバッファ１６２には、送電装置１０Ａの発振回路１６から出力される同相のクロック信号が入力される。したがって、送電装置１０Ｃの送電回路１４は、送電装置１０Ａの発振回路１６が出力するクロック信号と同相で同期した信号でスイッチング動作する。このため、送電装置１０Ａと送電装置１０Ｃの各送電コイル１１から出力される交流電力の位相は、同相で同期したものとなる。

図１３に示す非接触電力送受電装置１００では、送電装置１０Ａと送電装置１０Ｂの各送電コイル１１から出力される互いに逆位相の交流電力の合成作用により、非接触電力伝送装置から離れた空間において、ノイズとなる電磁波を打ち消し、ノイズ低減効果を得ることができる。

即ち、同位相の交流電力から発生する電磁波と、逆位相の交流電力から発生する電磁波とが互いに打ち消しあう状態を利用する。

シールドケース４０から１ｍ〜１０ｍ程度離れた空間において、非接触電力伝送装置から不要に放射される電磁波の大きさを簡易的に考えると、送電装置１０Ａと送電装置１０Ｂの各送電コイル１１から放射される電磁波は、互いに位相が反転するため、打ち消しあう状態となり、電磁波の放射はほとんど無視することができる。

したがって、送電装置１０Ｃの送電コイル１１から放射される電磁波の大きさだけを考えれば良いことになる。実際には３つの送電装置１０Ａ〜１０Ｃのそれぞれの送電コイル１１から放射される電磁波が互いに干渉し、また空間では反射の影響も受けるため、電磁波が打ち消しあう状態は単純には計算できないが、簡易的には、３つの送電コイルのうち、１つの送電コイルから放射される電磁波の量だけを考えればよい。

ここで、上記の電磁波の打ち消し効果を用いずに、送電装置１０Ａ〜１０Ｃのそれぞれの送電コイル１１から交流電力が非同期で出力された場合を考える。シールドケース４０から１ｍ〜１０ｍ程度離れた空間においてそれぞれの送電コイル１１から放射される電磁波の合成のピーク値を想定すると、それぞれの電磁波の位相条件によって合成量は異なるが、位相がすべて同相となった場合には、各送電コイル１１から出力される電磁波が重畳し、１つの送電コイル１１から放射された場合と比較して３倍程度の大きさとなる。

また、図１３の構成において、インバータ１６１をバッファの構成とし、送電装置１０Ａ〜１０Ｃの各送電コイル１１から出力される交流電力が同相で同期して出力された場合には、各送電コイル１１の３か所から出力される電磁波が重畳し、１つの送電コイル１１から放射された場合と比較して、常に３倍程度の大きさとなる。

したがって、図１３に述べたように、インバータ１６１及びバッファ１６２を設けることにより、放射ノイズを十分に低減できる非接触電力送受電装置を提供することができるようになる。

尚、図１３では、３つの送電装置１０Ａ〜１０Ｃと、３つの受電装置２０Ａ〜２０Ｃを備えた例を述べたが、送電装置及び受電装置は、２個あるいは４個等の偶数でもよい。送電装置が偶数個の場合には、隣接する送電コイルから放射される電磁波がちょうど打ち消しあうように構成することで、奇数個の場合よりも放射される電磁波量をさらに低減することができる。

また図４、及び図１０〜図１２に示すように、複数の送電装置を並べて配置する場合は、互いに隣接する送電装置の送電コイルから出力される交流電力の位相が逆相になるようにするとよい。

また、図１３において、ＡＣアダプタ１３と送電装置１０Ｂの間、及びＡＣアダプタ１３と送電装置１０Ｃの間に、図１に示すようなスイッチ１９Ｂ、１９Ｃを設けても良い。スイッチ１９Ｂ、１９Ｃを設けることで、送電装置１０Ｂ、１０Ｃに必要に応じて直流電力を供給することができ、送電装置１０Ｂ、１０Ｃを動作させる必要が無いときは、スイッチ１９Ｂ、１９Ｃをオフすればよい。

以上述べた第２の実施形態によれば、複数の送電装置を有する非接触電力伝送装置において、さらに放射ノイズを低減することができ、かつ受信装置の出し入れが容易になる。

尚、本発明のいくつかの実施形態を述べたが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１０Ａ〜１０Ｄ…送電装置
１１…送電コイル
１４…送電回路
２０Ａ〜２０Ｄ…受電装置
２１…受電コイル
２３…整流回路
４０…シールドケース
４０Ａ〜４０Ｄ…シールドルーム
４１Ａ〜４１Ｄ…開口部
４４…切欠き
５１〜５４…仕切り板
５５…筐体
５７…後端部

Claims (4)

1. 受電装置に対して非接触で電力を伝送する非接触電力伝送装置であって、
   一端部に開口部を有し、仕切り板によって複数のシールドルームに区分され、各シールドルームに前記受電装置が挿入されたとき、各シールドルームの開口端が前記受電装置の後端よりも外方に出っ張るようにしたシールドケースと、
   前記複数のシールドルームに対応して前記開口部からみて奥側に位置し、前記シールドケース内又は他のシールドケース内にそれぞれ配置された電力伝送用の送電回路と、
   前記複数のシールドルーム内の前記開口部からみて奥側の前記受電装置の挿入方向と直交する面の中央部に配置し、前記送電回路からの交流電力を前記受電装置に伝送する複数の送電コイルと、
   前記複数のシールドルームに挿入される前記受電装置の後端部の両側を把持できるように、前記シールドケース側面又は前記仕切り板に、前記開口部から前記奥側に向かって形成した切欠きと、
   を備える非接触電力伝送装置。
2. 前記切欠きは、前記開口部から前記奥側に向かって、前記シールドケース側面又は前記仕切り板の中央部に湾状に形成して成る請求項１記載の非接触電力伝送装置。
3. 前記複数のシールドルームに対応してそれぞれ配置された前記送電回路は、クロック信号を基準にして動作し、隣接する送電回路に供給されるクロック信号が、互いに位相が反転して同期している請求項１記載の非接触電力伝送装置。
4. 受電装置と、前記受電装置に対して非接触で電力を伝送する送電装置とを含み、
   前記送電装置は、
   一端部に開口部を有し、仕切り板によって複数のシールドルームに区分され、各シールドルームに前記受電装置が挿入されたとき、各シールドルームの開口端が前記受電装置の後端よりも外方に出っ張るようにしたシールドケースと、
   前記複数のシールドルームに対応して前記開口部からみて奥側に位置し、前記シールドケース内又は他のシールドケース内にそれぞれ配置された電力伝送用の送電回路と、
   前記複数のシールドルーム内の前記開口部からみて奥側の前記受電装置の挿入方向と直交する面の中央部に配置し、前記送電回路からの交流電力を前記受電装置に伝送する複数の送電コイルと、
   前記複数のシールドルームに挿入される前記受電装置の後端部の両側を把持できるように、前記シールドケース側面又は前記仕切り板に、前記開口部から前記奥側に向かって形成した切欠きと、を備え、
   前記受電装置は、
   前記複数のシールドルームのいずれかに収容可能な筐体と、
   前記筐体を前記シールドケース内に収容したとき、前記送電コイルに対向するように、前記筐体内の前記送電コイルと対向する面に配置され、前記送電コイルから伝送される交流電力を非接触で受電する受電コイルと、
   前記筐体内に設けられた前記シールドケース内に配置され、前記受電コイルで受電した前記交流電力を直流化する受電回路と、を備える非接触電力送受電装置。

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