JP6774760B2 - 磁界形成装置、給電装置、受電装置、受給電装置及び携帯機器 - Google Patents

Description

本発明は、所定領域に磁界を形成する磁界形成装置、給電装置、受電装置、受給電装置及び携帯機器に関する。

従来から、電磁誘導方式や磁界共鳴方式により給電コイルから受電コイルに対して電力を無線伝送する構成が提案されている（特許文献１、特許文献２等）。

特開２０１５−１４４５０８号公報 特開２０１３−２４０２６０号公報

ところで、従来においては、電力伝送を前提として送電効率を向上させる等の効果に着目してなされた構成であり、所定領域に磁界を形成することを前提としてなされた構成は存在しなかった。

そこで、本発明の目的は、所定領域に磁界を形成する磁界形成装置、給電装置、受電装置、受給電装置及び携帯機器を提供することにある。

本発明は、磁界形成装置であって、変動磁界を発生させる複数の単体コイルを備えた送電共振器と、何れか一つ以上の前記単体コイルに対して誘導電流を生じさせるように配置された送電コイルとを有し、何れか２以上の単体コイルは、コイル端同士が互いに接続されている。

上記の構成によれば、コイル端同士が互いに接続された単体コイル間における一方のコイル端と他方のコイル端との接続関係を切り替えることによって、送電共振器の配置を変更することなくコイル巻方向だけを変更し、一部領域を強い磁界強度の変動磁界としたり、或いは、所定領域の一部領域を弱い磁界強度の変動磁界とすることができる。

本発明の磁界形成装置は、コイル端同士が互いに接続された前記単体コイル間に設けられ、これら単体コイルのコイル端同士を正接続状態と逆接続状態とに切り替え可能な接続切替器を有してもよい。

上記の構成によれば、接続切替器を操作するだけで、単体コイルの一方のコイル端と他方のコイル端とを容易に切り替えることができるため、結果として送電共振器の配置を変更することなくコイル巻方向だけを変更することができる。

本発明の磁界形成装置は、前記コイル端同士の正接続状態と逆接続状態との切り替えを交互に行うように、前記接続切替器を制御する切替制御器を有してもよい。

上記の構成によれば、コイル巻方向を交互に変更することによって、正接続状態の磁界強度分布と逆接続状態の磁界強度分布との平均化された磁界強度を有した磁界を出現させることができる。

本発明は、給電装置であって、上記構成の磁界形成装置を備えている。

本発明は、受電装置であって、上記構成の磁界形成装置により発生された所定領域の変動磁界により受電する受電機構を備えている。

本発明は、受給電装置であって、上記構成の磁界形成装置を備えた給電装置と、前記給電装置における前記変動磁界により受電する受電機構を備えた受電装置とを有している。

本発明は、携帯機器であって、上記構成の磁界形成装置により発生された所定領域の変動磁界により受電する受電機構を備えている。

本発明によれば、強い磁界強度や弱い磁界強度の変動磁界を一部領域に有した磁界を所定領域に形成することができる。

磁界形成装置の概略構成の説明図である。 送電コイル及び共振用コンデンサの接続関係を示す説明図である。 送電コイル及び共振用コンデンサの接続関係を示す説明図である。 送電コイル及び共振用コンデンサの接続関係を示す説明図である。 送電コイル及び共振用コンデンサの接続関係を示す説明図である。 送電コイル及び共振用コンデンサの接続関係を示す説明図である。 送電コイル及び共振用コンデンサの接続関係を示す説明図である。 送電コイル及び共振用コンデンサの接続関係を示す説明図である。 送電コイル及び共振用コンデンサの接続関係を示す説明図である。 磁界形成装置の概略構成の説明図である。 磁界形成装置を正面視した概略構成の説明図である。 磁界形成装置を正面視した概略構成の説明図である。 磁界形成装置を正面視した概略構成の説明図である。 磁界形成装置を正面視した概略構成の説明図である。 磁界形成装置を平面視した概略構成の説明図である。 磁界形成装置を平面視した概略構成の説明図である。 磁界形成装置のブロック図である。 電流経路切替制御部の動作内容を示す説明図である。 受給電装置のブロック図である。 駆動機器のブロック図である。

本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
（磁界形成装置）
図１に示すように、磁界形成装置１０１は、変動磁界を発生させる複数の単体コイル１２２１・１２２２を備えた送電共振器１２２と、何れか一つ以上の単体コイル１２２１・１２２２に対して誘導電流を生じさせるように配置された送電コイル１１１とを有し、何れか２以上の単体コイル１２２１・１２２２のコイル端同士が互いに接続されている。

送電コイル１１１における一方のコイル端側の第１電流経路１４１と、他方のコイル端側の第２電流経路１４２との少なくとも一方の電流経路中には、共振用コンデンサ１５１が配置されている。共振用コンデンサ１５１は、第１電流経路１４１及び第２電流経路１４２の少なくとも一方の電流経路中に、送電コイル１１１に対して直列及び並列の少なくとも一方の接続形態で配置されている。また、送電共振器１２２は、単体コイル１２２１・１２２２に対して直列及び並列の少なくとも一方の接続形態で配置された共振用コンデンサ１５１を備えている。

共振用コンデンサ１５１の接続形態を送電コイル１１１を用いて具体的に説明すると、図２Ａ〜図２Ｈの配置を例示することができる。尚、送電共振器１２２においても同様の接続形態が適用される。

図２Ａは、第１電流経路１４１の端部１４１ａと送電コイル１１１のコイル端との間である第１電流経路１４１中に共振用コンデンサ１５１が直列接続された接続形態で配置された状態である。図２Ｂは、第１電流経路１４１中に２個の共振用コンデンサ１５１が直列接続された接続形態で配置された状態である。図２Ｃは、第１電流経路１４１中及び第２電流経路１４２中に共振用コンデンサ１５１がそれぞれ直列接続された接続形態で配置された状態である。

図２Ｄは、第１電流経路１４１中に並列接続された２個の共振用コンデンサ１５１が直列接続された接続形態で配置された状態である。図２Ｅは、第１電流経路１４１中に並列接続された２個の共振用コンデンサ１５１が直列接続され、第２電流経路１４２中に共振用コンデンサ１５１が直接接続された接続形態で配置された状態である。図２Ｆは、第１電流経路１４１中及び第２電流経路１４２中に、並列接続された２個の共振用コンデンサ１５１がそれぞれ直列接続された接続形態で配置された状態である。

図２Ｇは、第１電流経路１４１中及び第２電流経路１４２中に、送電コイル１１１に対して共振用コンデンサ１５１が並列接続された接続形態で配置された状態である。図２Ｈは、第１電流経路１４１中及び第２電流経路１４２中に、送電コイル１１１に対して共振用コンデンサ１５１が並列接続され、第１電流経路１４１中に共振用コンデンサ１５１が直列接続された接続形態で配置された状態である。尚、図２Ａ〜図２Ｈに示した接続形態の配置は例示であり、共振用コンデンサ１５１の個数や直列配置、並列配置、配置場所は任意に選択して組み合わせ可能である。

具体的に説明すると、磁界形成装置１０１は、送電共振器１２２と送電コイル１１１とを有している。送電共振器１２２は、上述の共振用コンデンサ１５１と、コイル端子同士が互いに接続された単体コイル１２２１・１２２２とを有している。一方の単体コイル１２２１には、送電コイル１１１が対向配置されている。送電コイル１１１は、変動電流を出力する発振器１３１２に第１電流経路１４１及び第２電流経路１４２を介して接続されている。これにより、送電コイル１１１は、発振器１３１２からの変動電流が送電コイル１１１に流れると、送電コイル１１１の変動磁界が単体コイル１２２１に磁界を送り、単体コイル１２２１に電磁誘導による誘導電流が流れることになる。そして、この誘導電流は、単体コイル１２２１に接続された他方の単体コイル１２２２にも流れることになる。この結果、送電共振器１２２の単体コイル１２２１・１２２２がそれぞれ変動磁界を発生することになる。

この際、単体コイル１２２１・１２２２のコイル端同士が互いに接続されているため、単体コイル１２２１・１２２２間における一方のコイル端と他方のコイル端との接続関係を切り替えることによって、単体コイル１２２１・１２２２を含む送電共振器１２２の配置を変更することなくコイル巻方向だけを変更することができる。これにより、各単体コイル１２２１・１２２２におけるコイル端同士の接続関係を変更することによって、所定領域の一部領域を強い磁界強度の変動磁界としたり、或いは、所定領域の一部領域を弱い磁界強度の変動磁界とすることができる。

また、磁界形成装置１０１は、単体コイル１２２１・１２２２よりも数少ない送電コイル１１１であっても、全ての単体コイル１２２１・１２２２から変動磁界を発生させることができるため、単体コイル１２２１・１２２２と同数の送電コイル１１１を用いて変動磁界を発生させる場合よりも、送電コイル１１１に関する部品コストを低減することができる。さらに、送電コイル１１１が特定の単体コイル１２２１・１２２２だけに磁界を送るように配置されていても、全ての単体コイル１２２１・１２２２に磁界が送られるため、単体コイル１２２１・１２２２（送電共振器１２２）及び送電コイル１１１の配置の自由度を高めることができる。

図３に示すように、磁界形成装置１０１は、直列接続された単体コイル１２２１・１２２２・１２２３間にそれぞれ設けられ、これらの単体コイル１２２１・１２２２・１２２３のコイル端同士を正接続状態と逆接続状態とに切り替え可能な接続切替器１６を有してもよい。この場合は、接続切替器１６を操作するだけで、各単体コイル１２２１・１２２２・１２２３の一方のコイル端と他方のコイル端とを容易に切り替えることができる。

また、磁界形成装置１０１は、コイル端同士の正接続状態と逆接続状態との切り替えを交互に行うように、接続切替器１６を制御する電流経路切替制御部１７（切替制御器）を有してもよい。この場合は、コイル巻方向を交互に繰り返して変更することによって、正接続状態の磁界強度分布と逆接続状態の磁界強度分布との平均化された磁界強度を有した磁界を出現させることができる。

図４に示すように、全ての単体コイル１２２１・１２２２は、コイル面１２２１ａ・１２２２ａが所定領域Ａに対向するように配置されており、少なくとも一つの単体コイル１２２１・１２２２は、他の単体コイル１２２１・１２２２のコイル面方向に対して交差するコイル面方向を有するように配置されている。ここで、コイル面方向とは、コイル面に平行な方向である。尚、少なくとも一つの単体コイル１２２１・１２２２は、他の単体コイル１２２１・１２２２のコイル面方向に対して平行するコイル面方向を有するように配置されていてもよい。

上記のように構成された磁界形成装置１０１は、単体コイル１２２１・１２２２のコイル面１２２１ａ・１２２２ａで一部が覆われた所定領域Ａに変動磁界を発生させることができる。そして、送電共振器１２２における単体コイル１２２１・１２２２のコイル面１２２１ａ・１２２２ａの配置角度や配置場所等を調整することによって、所定領域Ａの一部領域を強い磁界強度の変動磁界としたり、或いは、所定領域Ａの一部領域を弱い磁界強度の変動磁界とすることができる。

ここで、『変動磁界』とは、（１）磁力線の向きが正方向と逆方向とに交互に変化する状態の磁界、（２）磁力線の向きが正方向において磁界強度が変化する状態の磁界、（３）磁力線の向きが逆方向において磁界強度が変化する状態の磁界、及び（４）これら状態（１）〜（３）の２以上を組み合わせた状態の磁界の何れかを意味する。

『所定領域Ａ』は、任意のサイズ及び形状を採用することができる。所定領域Ａは、下底が上底よりも小径の逆錐台形状にされている。逆錐台形状は、逆円錐台形状、逆角錐台形状及びＮ角錐台形状の何れであってもよい。尚、本実施形態においては、所定領域Ａが逆錐台形状である場合について説明するが、これに限定されるものではない。即ち、所定領域Ａは、図５に示すように、１以上の側面の傾斜角度が残りの側面の傾斜角度とは相違されていてもよいし、図６に示すように、下底が上底よりも大径の錐台形状であってもよい。また、所定領域Ａは、変動磁界中に配置される対象物に対応したサイズ及び形状にされていてもよいし、対象物を収容する容器や収容箱、部屋等の収容空間に対応したサイズ及び形状にされていてもよい。さらに、『所定領域Ａ』は、長方体形状等の六面体形状や立方体形状、三角柱形状等であってもよい。

『対象物』としては、変動磁界により給電される受電装置を備えた駆動機器が例示される。駆動機器は、電力で駆動される全て種類の機器が対象であり、例えば携帯機器や家電、自動車等を例示することができる。

（磁界形成装置：送電コイル・送電共振器）
『送電コイル』は、スパイラル型やソレノイド型、ループ型がコイルの種類として例示されるものであり、外部から供給された変動電流により送電共振器に誘導電流を生じさせるコイルである。一方、『送電共振器』の単体コイル１２２１・１２２２は、スパイラル型やソレノイド型、ループ型がコイルの種類として例示されるものであり、単体コイル１２２１・１２２２のコイル両端が電流経路を介して直接的に接続（短絡）、又は電流経路及びＧＮＤ等を介して間接的に接続（短絡）された状態のコイルである。送電共振器は、誘導電流が流れたときに、変動磁界をコイル面１２２１ａ・１２２２ａに対向する所定領域Ａに発生させるようになっていると共に、送電共振器１２１を挟んで所定領域Ａとは反対側の領域に変動磁界を発生させるようになっている。

ここで、『変動電流』とは、（１）０アンペアを挟んでプラス側及びマイナス側に交互に変動する状態の電流、（２）プラス側において変動する状態の電流、（３）マイナス側において変動する状態の電流、及び（４）これら状態（１）〜（３）の２以上を組み合わせた状態の電流の何れかを意味する。

送電共振器の全て単体コイルは、コイル面が所定領域に対向するように配置されており、少なくとも一つの単体コイルは、他の単体コイルのコイル面方向に対して交差するコイル面方向を有するように配置されている。例えば、図４や図５の所定領域Ａを有した磁界形成装置１０１・１０１Ａの場合は、所定領域Ａの側面に単体コイル１２２１・１２２２のコイル面１２２１ａ・１２２２ａが対向配置されることによって、単体コイル１２２１・１２２２のコイル面方向が所定領域Ａの下方位置において交差する状態となる。

また、図６の所定領域Ａを有した磁界形成装置１０１Ｂの場合は、所定領域Ａの側面に単体コイル１２２１・１２２２のコイル面１２２１ａ・１２２２ａが対向配置されると共に、所定領域Ａの底面に単体コイル１２２３のコイル面１２２３ａが対向配置されることによって、単体コイル１２２１・１２２２のコイル面方向が所定領域Ａの上方位置において交差する状態となる。

また、図７に示すように、磁界形成装置１０１Ｃは、３個等の複数の単体コイル１２２１・１２２２・１２２３が平板状となるように配置されていてもよい。即ち、送電共振器１２２は、複数の単体コイル１２２１・１２２２・１２２３のコイル面１２２１ａ・１２２２ａ・１２２３ａが同一平面上に存在するように、単体コイル１２２１・１２２２・１２２３が配置されていてもよい。この場合は、単体コイル１２２１・１２２２・１２２３の配置数を増減することによって、所定領域Ａの平面方向のサイズ及び形状を任意に設定することができる。尚、配置方向は、水平方向であってもよいし、鉛直方向であってもよいし、鉛直方向や水平方向に対して傾斜された方向であってもよい。

また、例えば図８に示すように、送電共振器１２２は、所定領域Ａの上方位置から目視したときに、所定領域Ａを中心とした正三角形の辺にそれぞれ沿って３個の単体コイル１２２１・１２２２・１２２４が配置されていてもよい。また、例えば図９に示すように、送電共振器１２２は、所定領域Ａの上方位置から目視したときに、所定領域Ａを中心とした正方形の辺にそれぞれ沿って４個の単体コイル１２２１・１２２２・１２２３・１２２４が配置されていてもよい。これらの各場合においては、図８のＸ−Ｘ線矢視端面の状態が図４における送電共振器１２２における単体コイル１２２１・１２２２の配置関係となる。

（磁界形成装置：発振制御装置）
図１０に示すように、上記のように構成された磁界形成装置１０１は、発振制御装置１３１を有している。尚、以後の説明においては、送電共振器１２２が３個の単体コイル１２２１・１２２２・１２２３を備えた磁界形成装置１０１について説明するが、これに限定されるものではない。

発振制御装置１３１は、送電コイル１１１に変動電流を出力する発振器１３１２と、各単体コイル１２２１・１２２２・１２２３に対応して設けられた３個の接続切替器１６と、各接続切替器１６の切り替え動作を制御する電流経路切替制御部１７とを有している。

（磁界形成装置：発振制御装置：発振器）
発振器１３１２は、任意の発振周波数の変動電流を出力可能にされている。発振器１３１２は、各種用途の磁界形成装置１０１に容易に適用できるように、発振周波数を変更可能であることが好ましい。また、発振器１３１２は、出力先の送電コイル１１１の仕様に応じて発振周波数や電圧、電流を個別に変更可能にされていてもよい。

（磁界形成装置：発振制御装置：接続切替器）
接続切替器１６は、直列接続された単体コイル１２２１・１２２２・１２２３間にそれぞれ設けられ、これらの単体コイル１２２１・１２２２・１２２３のコイル端同士を正接続状態と逆接続状態とに切り替え可能に構成されている。具体的に説明すると、各接続切替器１６は、１入力２出力の第１スイッチ部１６１と、１入力２出力の第２スイッチ部１６２とを有している。第１スイッチ部１６１及び第２スイッチ部１６２は、電流経路切替制御部１７からの制御信号により動作し、第１スイッチ部１６１の入力端１６１ｃが第１出力端１６１ａに接続された正接続状態においては第２スイッチ部１６２の入力端１６２ｃが第１出力端１６２ａに接続された正接続状態となる一方、第１スイッチ部１６１の入力端１６１ｃが第２出力端１６１ｂに接続された逆接続状態においては第２スイッチ部１６２の入力端１６２ｃが第２出力端１６２ｂに接続された逆接続状態となる。

第１スイッチ部１６１の第１出力端１６１ａは、第２スイッチ部１６２の第２出力端１６２ｂに接続されている。また、第１スイッチ部１６１の第２出力端１６１ｂは、第２スイッチ部１６２の第１出力端１６１ａに接続されている。これにより、第１スイッチ部１６１及び第２スイッチ部１６２の入力端１６１ｃ・１６２ｃが第１出力端１６１ａ・１６２ａにそれぞれ接続された状態においては、第１スイッチ部１６１の入力端１６１ｃが第２スイッチ部１６２において離隔状態の第２出力端１６２ｂに接続されると共に、第２スイッチ部１６２の入力端１６２ｃが第１スイッチ部１６１において離隔状態の第２出力端１６１ｂに接続される。一方、入力端１６１ｃ・１６２ｃが第２出力端１６１ｂ・１６２ｂにそれぞれ接続された状態においては、入力端１６１ｃが離隔状態の第１出力端１６２ａに接続されると共に、入力端１６２ｃが離隔状態の第１出力端１６１ａに接続される。

上記のように構成された各接続切替器１６は、第１出力端１６１ａが各単体コイル１２２１・１２２２・１２２３の一方のコイル端にそれぞれ接続されていると共に、第２出力端１６１ｂが各単体コイル１２２１・１２２２・１２２３の他方のコイル端にそれぞれ接続されている。また、接続切替器１６は、単体コイル１２２１・１２２２・１２２３を直列状態で接続、即ち、単体コイル１２２１・１２２２のコイル端同士を互いに接続し、単体コイル１２２２・１２２３のコイル端同士を互いに接続し、単体コイル１２２３・１２２１のコイル端同士を互いに接続するように、入力端１６１ｃ・１６２ｃ同士が接続されていると共に、両端側の入力端１６１ｃ・１６２ｃがＧＮＤに接続されている。

（磁界形成装置：発振制御装置：電流経路切替制御部）
図１１に示すように、電流経路切替制御部１７は、各接続切替器１６に制御信号を出力し、各接続切替器１６における第１及び第２スイッチ部１６１・１６２を正接続状態と逆接続状態とにそれぞれ切り替えることによって、８種類の接続パターン１〜８で単体コイル１２２１・１２２２・１２２３を直列接続するようになっている。

具体的に説明すると単体コイル１２２１・１２２２・１２２３及び各接続切替器１６間の電流経路をそれぞれＡルート、Ｂルート、Ｃルートとした場合において、（１）Ａルートの接続切替器１６を正接続とし、Ｂ・Ｃルートの接続切替器１６を逆接続にした接続パターン１と、（２）Ａ・Ｃルートの接続切替器１６を逆接続とし、Ｂルートの接続切替器１６を正接続にした接続パターン２と、（３）Ａ・Ｂルートの接続切替器１６を逆接続とし、Ｃルートの接続切替器１６を正接続にした接続パターン３と、（４）Ａ・Ｂルートの接続切替器１６を正接続とし、Ｃルートの接続切替器１６を逆接続にした接続パターン４と、（５）Ａルートの接続切替器１６を逆接続とし、Ｂ・Ｃルートの接続切替器１６を正接続にした接続パターン５と、（６）Ａ・Ｃルートの接続切替器１６を正接続とし、Ｂルートの接続切替器１６を逆接続にした接続パターン６と、（７）Ａ・Ｂ・Ｃルートの接続切替器１６を正接続とした接続パターン７と、（８）Ａ・Ｂ・Ｃルートの接続切替器１６を逆正接続とした接続パターン８とが存在する。そして、電流経路切替制御部１７は、これらの接続パターン１〜８から選択された組み合わせを任意のタイミングで切り替えることが可能になっている。

電流経路切替制御部１７は、マイコン等のプログラマブル機能を有した回路で構成され、ソフトウエアにより切り替え動作が行われるようになっていてもよいし、ＩＣの組み合わせにより構成され、ハードウエアにより切り替え動作が行われるようになっていてもよい。

（磁界形成装置の適用例）
図１２に示すように、上記のように構成された磁界形成装置１０１が給電装置に適用された場合について説明する。即ち、磁界形成装置１０１が、給電装置としての充電器７に搭載され、充電器７に設けられた駆動機器５の受電装置である受電モジュール９に電力を無線伝送により供給するように構成された場合について説明する。

磁界形成装置１０１を搭載した充電器７（給電装置）と駆動機器５（二次電池１０、受電モジュール９）とは、受給電装置１や受給電システムを構成している。換言すれば、受給電装置１は、磁界により受電する受電コイル機構２を備えた駆動機器５と、駆動機器５に電力を無線伝送により供給する充電器７とを有している。

尚、受給電装置１は、充電器７と駆動機器５とがセットにされて取り扱われてもよい。また、以後の説明においては、受電コイル機構２が磁界共鳴により受電する構成について説明するが、これに限定されるものではなく、電磁誘導により受電する構成にされていてもよい。

（磁界形成装置の適用例：充電器、収容カップ）
充電器７は、受電装置を備えた携帯機器等の駆動機器５が載置される収容カップ６と、収容カップ６の収容領域Ｂに、受電モジュール９の向きや位置に拘わらずに受電可能にする変動磁界を発生させる磁界形成装置１０１とを有している。尚、収容カップ６は、複数の駆動機器５が収容領域Ｂに同時に配置される構成にされていてもよい。換言すれば、収容カップ６の収容領域Ｂは、複数の駆動機器５を収容可能な容積に設定されていてもよい。

収容カップ６が設けられた充電ケース６０の筐体内には、磁界形成装置１０１が配置されている。磁界形成装置１０１が充電器７に適用された場合は、送電共振器１２２が給電共振器３２となり、送電コイル１１１が給電コイル３１となる。給電共振器３２及び給電コイル３１を備えた給電コイル機構３には、変動電流を出力する発振制御装置１３１をＩＣチップ化した発振制御回路８１が接続されている。

発振制御回路８１と給電コイル機構３とは、取扱い性を向上させるように、給電モジュール８として一体化されている。発振制御回路８１には、ＵＳＢ端子６１が接続されている。ＵＳＢ端子６１は、充電器７の外部に設けられたパソコン等の外部機器から図示しないＵＳＢケーブルが接続可能にされており、外部機器から５Ｖの直流電力を発振制御回路８１に供給可能にしている。尚、充電器７は、ＵＳＢ端子６１の代わりに、家庭用の交流電力用コードが接続され、整流回路及び変圧器により交流電力から変換された直流電力を発振制御回路８１に供給可能にされていてもよい。

（磁界形成装置の適用例：駆動機器）
上記の充電器７により充電及び作動される駆動機器５としては、携帯機器が例示される。携帯機器は、「ハンドヘルド（手で持つことが可能）」及び「ウェアラブル（身体に装着可能：人体装着機器）」の何れの機器も含む。具体的には、携帯機器は、ポータブルコンピュータ（ラップトップ、ノートパソコン、タブレットＰＣ等）や、ヘッドセット、カメラ、音響機器・ＡＶ機器（携帯音楽プレーヤー、ＩＣレコーダー、ポータブルＤＶＤプレーヤー等）、計算機（ポケットコンピュータ、電卓）、ゲーム機、コンピュータ周辺機器（携帯プリンター、携帯スキャナ、携帯モデム等）、専用情報機器（電子辞書、電子手帳、電子書籍、ポータブルデータターミナル等）、携帯通信端末、音声通信端末（携帯電話、ＰＨＳ、衛星電話、第三者無線、アマチュア無線、特定小電力無線・パーソナル無線・市民ラジオ等）、データ通信端末（携帯電話・ＰＨＳ（フィーチャーフォン・スマートフォン）、ポケットベル等）、放送受信機 （テレビ・ラジオ）、携帯ラジオ、携帯テレビ、ワンセグ、その他機器（腕時計、懐中時計）、補聴器、ハンドヘルドＧＰＳ、防犯ブザー、懐中電灯・ペンライト、電池パック等を例示することができる。また、『補聴器』は、耳掛け型補聴器、耳穴型補聴器、メガネ型補聴器を例示することができる。尚、駆動機器５は、パーソナルコンピュータ等の据置型機器であってもよい。

（磁界形成装置の適用例：駆動機器：受電コイル機構）
駆動機器５は、磁界により受電する受電コイル機構２を有している。また、駆動機器５は、受電コイル機構２の他、受電コイル機構２から電力が供給される電力制御回路９１と、磁性部材４とを有している。受電コイル機構２と電力制御回路９１と磁性部材４とは、受電モジュール９として一体化されている。受電モジュール９は、二次電池１０に接続されている。

受電コイル機構２は、収容領域Ｂ（所定領域Ａ）内の変動磁界により磁界共振して受電するように構成されている。具体的には、受電コイル機構２は、受電コイル２１と、受電コイル２１の内周側に設けられた受電共振器２２とを有している。ここで、『磁界共振』とは、変動磁界の共振周波数で同調する共振現象を起こすことをいう。受電コイル２１や受電共振器２２に用いられるコイルの種類としては、スパイラル型やソレノイド型、ループ型が例示される。尚、受電コイル２１及び受電共振器２２の位置関係は、受電コイル２１が受電共振器２２の内周側及び外周側の何れに配置されていてもよいし、受電コイル２１と受電共振器２２とが半径方向において互いに重複しないように配置されていてもよい。

駆動機器５は、受電コイル機構２に配置された磁性部材４を有している。磁性部材４は、受電コイル機構２の相互インダクタンスを増大させ、磁束密度を増大させて磁界強度を高めるようになっている。これにより、受電コイル機構２は、磁性部材４により受電コイル機構２の磁界強度が増大されることによって、充電特性が高い状態に維持され、受電コイル機構２の配置の自由度が高められた状態において所望以上の電力を受電することが容易になっている。尚、受電コイル機構２は、磁性部材４を有していることが好ましいが、磁性部材４を有していなくてもよい。

受電コイル機構２の内周側には、磁性部材４が配置されている。受電コイル機構２と磁性部材４との軸方向の位置関係、即ち、軸方向に直交する方向から目視した場合の位置関係は、特に限定されるものではないが、磁性部材４の一端側と他端側との中間部に受電コイル機構２が位置するように配置されていることが好ましい。ここで、磁性部材４の一端側と他端側との『中間部』は、一端側と他端側とで挟まれた領域における一端及び他端を除いた任意の部分を意味する。

尚、受電コイル機構２と磁性部材４との軸方向の位置関係は、磁性部材４の一端側と他端側との中心部に受電コイル機構２が位置するように配置されていることがより好ましい。また、受電コイル機構２と磁性部材４との軸方向の位置関係は、受電コイル機構２の一方側のコイル面２ａが給電コイル機構３の磁界生成面３ａに向き合う場合と、受電コイル機構２の他方側のコイル面２ｂが磁界生成面３ａに向き合う場合とで、磁性部材４による充電特性に大幅な相違がない状態が好ましい。

また、受電コイル機構２における受電共振器２２は、受電コイル２１を外周側に位置させるように配置されている。即ち、受電コイル機構２は、最外周側の受電コイル２１と、最内周側の磁性部材４との間に、受電共振器２２が配置された構成にされている。受電共振器２２と受電コイル２１との軸方向の位置関係は、特に限定されるものではないが、受電共振器２２の一端側と他端側との中間部に受電コイル２１が配置されていることが好ましい。尚、受電共振器２２と受電コイル２１との軸方向の位置関係は、受電共振器２２の一端側と他端側との中心部に受電コイル２１が配置されていることがより好ましい。

磁性部材４は、磁性粉末が分散された樹脂により形成されている。この磁性部材４で使用する樹脂は、熱硬化性樹脂でも熱可塑性樹脂でもよく、特に限定されるものではない。例えば、熱硬化性樹脂であれば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ビニルエステル樹脂、シアノエステル樹脂、マレイミド樹脂、シリコン樹脂などが挙げられる。また、熱可塑性樹脂であれば、アクリル系樹脂、酢酸ビニル系樹脂、ポリビニルアルコール系樹脂などが挙げられる。なお、本実施例では、エポキシ樹脂を主成分とした樹脂を用いている。

また、樹脂中に分散する磁性粉末には、軟磁性粉末を使用している。軟磁性粉末としては、特に限定されるものではないが、純Ｆｅ、Ｆｅ−Ｓｉ、Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ（センダスト）、Ｆｅ−Ｎｉ（パーマロイ）、ソフトフェライト、Ｆｅ基アモルファス、Ｃｏ基アモルファス、Ｆｅ−Ｃｏ（パーメンジュール）などを用いることができる。また、磁性部材４の形状についても、併せて適宜選択される。

（受給電装置の適用例：駆動機器：電力制御回路）
電力制御回路９１は、回路基板に実装されている。

図１３に示すように、電力制御回路９１は、二次電池１０に対する充電を制御する機能を有している。尚、電力制御回路９１は、放電を制御する機能も併せ持った回路であってもよい。

具体的に説明すると、電力制御回路９１は、交流電力を出力する受電コイル機構２を介して外部から給電された交流電力を整流することにより直流電力を出力する整流・安定化部９１１と、整流・安定化部９１１から出力された直流電力を充電電圧で二次電池１０に供給する充電部９１２と、信号処理を実行する変圧部９１３と、を有している。変圧部９１３は、二次電池１０の充電電力により作動する駆動機構１１に接続されている。

整流・安定化部９１１は、整流・安定化ＩＣを用いることができる。整流・安定化ＩＣは、フルブリッジ同期整流、電圧コンディショニング及びワイヤレス・パワー制御、電圧・電流・温度の異常に対する保護機能等の各機能をワンチップに集積したＩＣである。尚、受電コイル機構２から出力される電力が直流電力の場合は、整流・安定化部９１１を省く場合がある。

充電部９１２は、定電流／定電圧リニア・チャージャ用のＩＣ（充電回路）であり、充電電流が設定値の所定値まで減少したことを報知する機能やタイマによる充電終了機能、サーマル・フィードバックによる充電電流の安定化機能、高電力動作時や高周囲温度条件下におけるチップ温度制限機能等を有している。

変圧部９１３は、二次電池１０の充電電力を駆動機構１１の駆動電力に変換して出力する信号処理を実行する変圧部として機能する変圧回路である。変圧部９１３は、降圧用途としてリニアレギュレータを適用可能であり、昇圧及び降圧の用途としてスイッチングレギュレータやチャージポンプを適用可能である。尚、これらの各レギュレータは、半導体素子により電流を高速でオン・オフする方式等を例示することができる。

（受給電装置の適用例：駆動機器：駆動機構）
駆動機構１１としては、電力を運動エネルギに変換するスピーカやモータ等の部品を組み込んだ機構、電力を光エネルギに変換するＬＥＤ光源やレーザ光源等の部品を組み込んだ発光機構や照明機構、マイコンが例示されるが、電力により作動するあらゆる種類の機器を適用可能である。受電コイル機構２は、機械的に非接触な状態で給電される無線給電に対応する構成にされている。無線給電としては、電磁誘導方式や磁界共鳴方式（磁気共鳴方式）が例示される。

（受給電装置の適用例：駆動機器：二次電池）
二次電池１０は、充放電可能な電池について全ての種類を適用することができる。例えば、鉛蓄電池、制御弁式鉛蓄電池、リチウムイオン電池、リチウムイオンポリマー電池、リン酸鉄リチウムイオン電池、リチウム・硫黄電池、チタン酸・リチウム電池、ニッケル・カドミウム蓄電池、ニッケル・水素充電池、ニッケル・鉄電池、ニッケル・リチウム電池、ニッケル・亜鉛電池、充電式アルカリ電池、ナトリウム・硫黄電池、レドックス・フロー電池、亜鉛・臭素フロー電池、シリコン電池、銀亜鉛電池（Ｓｉｌｖｅｒ−Ｚｉｎｃ）等を二次電池１０として例示することができる。
ケル水素二次電池を用いた場合よりも機器をより長い時間、駆動することができる。

以上の詳細な説明では、本発明をより容易に理解できるように、特徴的部分を中心に説明したが、本発明は、以上の詳細な説明に記載する実施形態に限定されず、その他の実施形態にも適用することができ、その適用範囲は可能な限り広く解釈されるべきである。また、本明細書において用いた用語及び語法は、本発明を的確に説明するために用いたものであり、本発明の解釈を制限するために用いたものではない。また、当業者であれば、本明細書に記載された発明の概念から、本発明の概念に含まれる他の構成、システム、方法等を推考することは容易であると思われる。従って、請求の範囲の記載は、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲で均等な構成を含むものであるとみなされるべきである。また、本発明の目的及び本発明の効果を充分に理解するために、すでに開示されている文献等を充分に参酌することが望まれる。

１ 受給電装置
２ 受電コイル機構
３ 給電コイル機構
４ 磁性部材
５ 駆動機器
６収容カップ
７ 充電器
８ 給電モジュール
９ 受電モジュール
１０ 二次電池
１６ 接続切替器
１７ 電流経路切替制御部
２１ 受電コイル
２２ 受電共振器
３１ 給電コイル
１１１ 送電コイル
１１２ 送電コイル
１３１ 発振制御装置
１３１２ 発振器
１２２１ 単体コイル
１２２２ 単体コイル
Ａ 所定領域
Ｂ 収容領域

Claims (5)

1. 変動磁界を発生させる複数の単体コイルを備えた送電共振器と、
   何れか一つ以上の前記単体コイルに対して誘導電流を生じさせるように配置された送電コイルとを有し、
   前記複数の単体コイルは、直列接続され、
   前記複数の単体コイルごとに設けられ、対応する単体コイルの両コイル端をそれぞれ他の単体コイルのコイル端に接続する接続切替器を有し、
   前記接続切替器はそれぞれ、前記対応する単体コイルの両コイル端が接続する前記他の単体コイルのコイル端を入れ替えることで、前記対応する単体コイルを、正接続状態と、前記直列接続において前記対応する単体コイルのコイル巻方向が前記正接続状態とは逆となる逆接続状態と、に切り替え可能に構成され、
   前記対応する単体コイルの正接続状態と逆接続状態との切り替えを交互に行うように、前記接続切替器を制御する切替制御器を有することを特徴とする磁界形成装置。
2. 請求項１に記載の磁界形成装置を備えたことを特徴とする給電装置。
3. 請求項１に記載の磁界形成装置により発生された所定領域の変動磁界により受電する受電機構を備えたことを特徴とする受電装置。
4. 請求項１に記載の磁界形成装置を備えた給電装置と、
   前記給電装置における前記変動磁界により受電する受電機構を備えた受電装置と
   を有することを特徴とする受給電装置。
5. 請求項１に記載の磁界形成装置により発生された所定領域の変動磁界により受電する受電機構を備えたことを特徴とする携帯機器。