JPWO2013005415A1 - 無線電力伝送装置および方法、ならびに、中継器 - Google Patents

Abstract

無線電力伝送装置（１）は、磁界共鳴により電力を送電する送電器（１００）と、送電器（１００）から送電された電力を受電する受電器（１５０）と、を備え、送電器（１００）および受電器（１５０）のうち少なくともいずれか一方が、他方との間の磁界共鳴により電力の伝送に携わる、異なる共振周波数を有する複数の共鳴素子（第１送電用コイル（１１０）および第２送電用コイル（１２０））を有し、送電器（１００）と受電器（１５０）の間の結合状態に応じて、電力の伝送に携わる複数の共鳴素子（第１送電用コイル（１１０）および第２送電用コイル（１２０））が切り替わる。

Description

本発明は、無線電力伝送装置および方法、ならびに、中継器に関し、特に、磁界共鳴型の無線電力伝送装置および方法、ならびに、中継器に関する。

近年、無線電力伝送装置、特に、磁界共鳴型の無線電力伝送装置の実用化が図られている。
この種の無線電力伝送装置の一例が、特許文献１（特開２０１１−２９７９９号公報）に記載されている。特許文献１の非接触給電通信装置および非接触受電通信装置においては、送電側である供給元の共鳴素子と受電側である供給先の共鳴素子の共振周波数を同一としている。これにより、その電力伝送効率を高めている。

しかしながら、この電力伝送効率は、送電器と受電器の距離に応じて変化する。特に、共振周波数がスプリットする密結合状態と呼ばれる状態においては、電力伝送効率が低下、ないしは、ゼロになる。

このような問題点を解決する技術が、特許文献２（特開２０１０−２３９８４７号公報）が記載されている。この特許文献２に記載の技術では、スプリットした共振周波数のピークを検知し、送電周波数を、そのピークに切り替えることで、この密結合状態を回避している。

また、特許文献３（特開２０１０−２００５６３号公報）では、複数の送電器を有し、その送電器をスイッチで切り替える技術が記載されている。

また、特許文献４（特開２０１０−１８３８１２号公報）では、複数の周波数を重畳して送電することで、周波数や送電器の切り替えを用いない技術が記載されている。

特開２０１１−２９７９９号公報 特開２０１０−２３９８４７号公報 特開２０１０−２００５６３号公報 特開２０１０−１８３８１２号公報

上述した技術においては、無線電力伝送における送受電器間の距離が変化すると、高い電力伝送効率を維持することが困難であるという問題点があった。その理由は、無線電力伝送における送受電器間の距離が変化する場合、高い電力伝送効率を得るための最適な周波数や送電器を選択する必要があるが、その際、共振周波数のピーク検知、ならびに、その検知後の切り替えにある有限の時間がかかるため、距離の変化に追随させることが困難であるためである。

本発明の目的は、上述した課題である無線電力伝送における送受電器間の距離が変化すると、高い電力伝送効率を維持することが困難であるという問題点を解決する無線電力伝送装置および方法、ならびに、中継器を提供することにある。

本発明の第１の無線電力伝送装置は、
磁界共鳴により電力を送電する第１の電力伝送手段と、
前記第１の電力伝送手段から送電された前記電力を受電する第２の電力伝送手段と、を備え、
前記第１の電力伝送手段および前記第２の電力伝送手段のうち少なくともいずれか一方の電力伝送手段が、他方の電力伝送手段との間の磁界共鳴により前記電力の伝送に携わる、異なる共振周波数を有する複数の共鳴素子を有し、
前記第１の電力伝送手段と前記第２の電力伝送手段の間の結合状態に応じて、前記電力の伝送に携わる前記複数の共鳴素子が切り替わる。

本発明の第２の無線電力伝送装置は、
電力を磁界共鳴により受電器に送電する送電器を備え、
前記送電器は、異なる共振周波数を有する複数の送電用共鳴素子を有し、
前記送電器の少なくとも１つの前記送電用共鳴素子は、前記受電器の共振周波数と同じ共振周波数を有し、
前記送電器の少なくとも１つの他の前記送電用共鳴素子は、前記受電器と密結合状態において２つ以上にスプリットした共振周波数のいずれか１つが前記受電器の共振周波数と同じ周波数を有する。

本発明の第３の無線電力伝送装置は、
電力を磁界共鳴により送電器から受電する受電器を備え、
前記受電器は、異なる共振周波数を有する複数の受電用共鳴素子を有し、
前記受電器の少なくとも１つの前記受電用共鳴素子は前記送電器の共振周波数と同じ共振周波数を有し、
前記受電器の少なくとも１つの他の前記受電用共鳴素子は前記送電器と密結合状態において２つ以上にスプリットした共振周波数のいずれか１つが前記送電器の共振周波数と同じ周波数を有する。

本発明の第４の無線電力伝送装置は、
電力を磁界共鳴により送電する送電器と、
前記送電器から前記電力を受電する受電器との間に配置される中継器と、を備え、
前記受電器と前記中継器は、同一の共振周波数を有し、
前記送電器は、異なる共振周波数を有する複数の送電用共鳴素子を有し、
前記送電器の少なくとも１つの前記送電用共鳴素子は、前記中継器の共振周波数と同じ共振周波数を有し、
前記送電器の少なくとも１つの他の前記送電用共鳴素子は、前記中継器と密結合状態において２つ以上にスプリットした共振周波数のいずれか１つが前記中継器の共振周波数と同じ周波数を有する。

本発明の第５の無線電力伝送装置は、
電力を磁界共鳴により送電器から受電する受電器と、
前記送電器と前記受電器との間に配置される中継器と、を備え、
前記送電器と前記中継器は、同一の共振周波数を有し、
前記受電器は、異なる共振周波数を有する複数の受電用共鳴素子を有し、
前記受電器の少なくとも１つの前記受電用共鳴素子は前記中継器の共振周波数と同じ共振周波数を有し、
前記受電器の少なくとも１つの他の前記受電用共鳴素子は前記中継器と密結合状態において２つ以上にスプリットした共振周波数のいずれか１つが前記中継器の共振周波数と同じ周波数を有する。

本発明の第６の無線電力伝送装置は、
磁界共鳴により電力を送電する送電器と、
前記送電器から送電された前記電力を受電する受電器と、
前記送電器と前記受電器との間に少なくとも１つの中継器と、を備え、
前記中継器は、前記送電器または前記受電器との間の磁界共鳴により前記電力の伝送にそれぞれ携わる３個以上の複数の中継用共鳴素子を有し、
前記中継器の前記複数の中継用共鳴素子の共振周波数は各々が異なり、
前記中継器の少なくとも１つの第１中継用共鳴素子は、前記送電器または前記受電器の共振周波数と同じ共振周波数を有し、
前記中継器の他の少なくとも１つの第２中継用共鳴素子は、前記送電器との密結合状態において２つ以上にスプリットした共振周波数のいずれか１つが前記送電器の共振周波数と同じ周波数を有し、
前記中継器のさらなる他の少なくとも１つの第３中継用共鳴素子は、前記受電器との密結合状態において２つ以上にスプリットした共振周波数のいずれか１つが前記受電器の共振周波数と同じ周波数を有する。

本発明の中継器は、
磁界共鳴により電力を送電する送電器と、前記送電器から送電された前記電力を受電する受電器との間に設けられ、
前記送電器または前記受電器との間の磁界共鳴により前記電力の伝送にそれぞれ携わる３個以上の複数の中継用共鳴素子を有し、
前記複数の中継用共鳴素子の共振周波数は各々が異なり、
少なくとも１つの第１中継用共鳴素子は、前記送電器または前記受電器の共振周波数と同じ共振周波数を有し、
他の少なくとも１つの第２中継用共鳴素子は、前記送電器との密結合状態において２つ以上にスプリットした共振周波数のいずれか１つが前記送電器の共振周波数と同じ周波数を有し、
さらなる他の少なくとも１つの第３中継用共鳴素子は、前記受電器との密結合状態において２つ以上にスプリットした共振周波数のいずれか１つが前記受電器の共振周波数と同じ周波数を有する。

本発明の第７の無線電力伝送装置は、
磁界共鳴により電力を送電する送電器と、
前記送電器から送電された前記電力を受電する受電器と、
前記送電器および前記受電器の間に、中継器１、中継器２、・・・、中継器ｘの順に直列に配置される、複数の中継器（中継器１、中継器２、・・・、中継器ｘ、ｘは１以上の整数）と、を備え、
前記複数の中継器のうち少なくとも１つの中継器ｙは（ｙは、１以上ｘ以下の整数）、前記中継器ｙに隣接する他の前記中継器、前記送電器、または前記受電器との間の磁界共鳴により前記電力の伝送にそれぞれ携わる３個以上の複数の中継用共鳴素子を有し、
前記中継器ｙの前記複数の中継用共鳴素子の共振周波数は各々が異なり、
前記送電器、前記受電器、および他の前記中継器は、同一の共振周波数を有し、
前記中継器ｙの前記複数の中継用共鳴素子のうち少なくとも１つの第１中継用共鳴素子は、前記中継器ｙに隣接する前記送電器または前記中継器ｙ−１の共振周波数と同じ共振周波数を有し、
前記中継器ｙの前記複数の中継用共鳴素子のうち他の少なくとも１つの第２中継用共鳴素子は、前記中継器ｙと隣接する前記送電器または前記中継器ｙ−１との密結合状態において２つ以上にスプリットした共振周波数のいずれか一つが、前記送電器または前記中継器ｙ−１の共振周波数と同じ周波数を有し、
前記中継器ｙの前記複数の中継用共鳴素子のうちさらなる他の少なくとも１つの第３中継用共鳴素子は、前記中継器ｙと隣接する前記中継器ｙ＋１または前記受電器との密結合状態において２つ以上にスプリットした共振周波数のいずれか一つが、前記中継器ｙ＋１または前記受電器の共振周波数と同じ周波数を有する。

本発明の無線電力伝送方法は、
磁界共鳴により電力を、第１の電力伝送装置および第２の電力伝送装置間で伝送する無線電力伝送方法であって、
前記第１の電力伝送装置および前記第２の電力伝送装置のいずれか一方の電力伝送装置は、異なる共振周波数を有する複数の共鳴素子を有し、
前記一方の電力伝送装置において、
前記複数の共鳴素子のうち少なくとも１つの一共鳴素子は、前記一方の電力伝送装置と前記電力を伝送する他方の電力伝送装置の共振周波数と同じ共振周波数を有し、
前記複数の共鳴素子のうち少なくとも１つの他の共鳴素子は、前記他方の電力伝送装置と密結合状態において２つ以上にスプリットした共振周波数のいずれか１つが前記他方の電力伝送装置の共振周波数と同じ周波数を有し、
前記第１の電力伝送装置および前記第２の電力伝送装置の距離が離れた疎結合状態の場合、前記一方の電力伝送装置の前記一共鳴素子と前記他方の電力伝送装置の間で電力を伝送し、
前記第１の電力伝送装置および前記第２の電力伝送装置の距離が近接した密結合状態の場合、前記一方の電力伝送装置の前記他の共鳴素子と前記他方の電力伝送装置の間で前記電力を伝送する無線電力伝送方法である。

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

また、本発明の各種の構成要素は、必ずしも個々に独立した存在である必要はなく、複数の構成要素が一個の部材として形成されていること、一つの構成要素が複数の部材で形成されていること、ある構成要素が他の構成要素の一部であること、ある構成要素の一部と他の構成要素の一部とが重複していること、等でもよい。

また、本発明の方法には複数の手順を順番に記載してあるが、その記載の順番は複数の手順を実行する順番を限定するものではない。このため、本発明の方法を実施するときには、その複数の手順の順番は内容的に支障のない範囲で変更することができる。

さらに、本発明の方法の複数の手順は個々に相違するタイミングで実行されることに限定されない。このため、ある手順の実行中に他の手順が発生すること、ある手順の実行タイミングと他の手順の実行タイミングとの一部ないし全部が重複していること、等でもよい。

本発明によれば、無線電力伝送における送受電器間の距離の変化に関わらず、高い電力伝送効率が得られる無線電力伝送装置および方法、ならびに、中継器が提供される。

上述した目的、およびその他の目的、特徴および利点は、以下に述べる好適な実施の形態、およびそれに付随する以下の図面によってさらに明らかになる。

本発明の実施の形態に係る無線電力伝送装置の構成を示す構成図である。 本発明の実施の形態に係る無線電力伝送装置の周波数特性を示す図である。 本発明の実施の形態に係る無線電力伝送装置の伝送効率の周波数特性を示す図である。 本発明の実施の形態に係る無線電力伝送装置の伝送効率の周波数特性を示す図である。 本発明の実施の形態に係る無線電力伝送装置の伝送効率の周波数特性を示す図である。 本発明の実施の形態に係る無線電力伝送装置の伝送効率の周波数特性を示す図である。 本発明の実施の形態に係る無線電力伝送装置の構成を示す構成図である。 本発明の実施の形態に係る無線電力伝送装置の構成を示す構成図である。 本発明の実施の形態に係る無線電力伝送装置の構成を示す構成図である。 本発明の実施の形態に係る無線電力伝送装置の構成を示す構成図である。 本発明の実施の形態に係る無線電力伝送装置の構成を示す構成図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態に係る無線電力伝送装置１の構成を示す構成図である。
本発明の実施の形態に係る無線電力伝送装置１は、磁界共鳴により電力を送電する第１の電力伝送部（送電器１００）と、送電器１００から送電された電力を受電する第２の電力伝送部（受電器１５０）と、を備え、送電器１００および受電器１５０のうち少なくともいずれか一方の電力伝送部（図１では送電器１００）が、他方の電力伝送部（図１では受電器１５０）との間の磁界共鳴により電力の伝送に携わる、異なる共振周波数を有する複数の共鳴素子（第１送電用コイル、第２送電用コイル、・・・、第ｎ送電用コイル、ｎは１以上の整数。図１では、第１送電用コイル１１０および第２送電用コイル１２０）を有し、送電器１００と受電器１５０の間の結合状態に応じて、電力の伝送に携わる複数の共鳴素子（図１では第１送電用コイル１１０および第２送電用コイル１２０）が切り替わる。

そして、一方の電力伝送部（図１では送電器１００）において、複数の共鳴素子のうち少なくとも１つの第１共鳴素子（図１では第１送電用コイル１１０）は、他方の電力伝送部（図１では受電器１５０）と、同じ共振周波数を有し、さらに、複数の共鳴素子のうち他の少なくとも１つの第２共鳴素子（図１では第２送電用コイル１２０）は、他方の電力伝送部（図１では受電器１５０）との密結合状態において、２つ以上にスプリットした共振周波数のいずれか１つが、他方の電力伝送部（図１では受電器１５０）の共振周波数と同じ周波数を有する。

上述するように、本発明の無線電力伝送装置は、送電器１００および受電器１５０のいずれか一方が、切替手段として機能する、結合状態に応じて異なる伝送効率が異なる２個以上の複数の共鳴素子を有していればよいが、本実施形態では、図１に示すように、送電器１００が、切替手段として機能する２つの共鳴素子を有する場合を例として説明する。受電器、または他の電力伝送装置、たとえば、中継器などが、本発明の切替手段として機能する複数の共鳴素子を有する構成については、後述する。

すなわち、図１に示すように、本実施形態の無線電力伝送装置１は、電力を磁界共鳴により受電器１５０に送電する送電器１００を備え、送電器１００は、異なる共振周波数を有する送電用共鳴素子（第１送電用コイル１１０および第２送電用コイル１２０）を有し、送電器１００の少なくとも１つの送電用共鳴素子（第１送電用コイル１１０）は、受電器１５０の共振周波数と同じ共振周波数を有し、送電器１００の少なくとも１つの他の送電用共鳴素子（第２送電用コイル１２０）は、受電器１５０と密結合状態において２つ以上にスプリットした共振周波数のいずれか１つが受電器１５０の共振周波数と同じ周波数を有する。

具体的には、図１に示すように、本発明の実施の形態に係る無線電力伝送装置１は、送電器１００と、受電器１５０と、を備える。なお、図１において、本発明の本質に関わらない部分の構成については省略してあり、図示されていない。

送電器１００は、磁界共鳴により無線で電力を送電する装置である。受電器１５０は、磁界共鳴により送電器１００からの電力を無線で受電する装置である。送電器１００は、電力供給源１０２と、電力分配器１０４と、第１送電用コイル１１０と、第２送電用コイル１２０とを有している。

第１送電用コイル１１０は、１次コイル１１２および２次コイル１１４を含む。第２送電用コイル１２０は、１次コイル１２２および２次コイル１２４を含む。各送電用コイルは、磁気エネルギーを貯め、送電用コイル近傍に電磁場を形成する役目を果たす。図２に示すように、受電器１５０（図２（ａ））と第１送電用コイル１１０（図２（ｂ））の共振周波数は、同一の周波数（ｆ１）であり、第２送電用コイル１２０（図２（ｃ））の共振周波数は、第１送電用コイル１１０（図２（ｂ））と異なる。

さらに、図４（ｂ）に示すように、第２送電用コイル１２０は、受電器１５０と密結合状態において２つにスプリットした共振周波数（ｆ２、ｆ３）のうち低周波側の周波数（ｆ２）が前記共振周波数（ｆ１）と同じであるコイルである。

電力供給源１０２は、電力を発生し、その電力を電力分配器１０４に供給する役割を果たす。
電力分配器１０４は、第１送電用コイル１１０の１次コイル１１２、および第２送電用コイル１２０の１次コイル１２２にそれぞれ電気的に結線される。電力分配器１０４は、電力供給源１０２から供給される電力を、第１送電用コイル１１０の１次コイル１１２および第２送電用コイル１２０の１次コイル１２２に分配すると共に、第１送電用コイル１１０の１次コイル１１２と第２送電用コイル１２０の１次コイル１２２との間のアイソレーションを取る機能を果たしている。

本実施形態では、第１送電用コイル１１０および第２送電用コイル１２０は、一次コイルおよび二次コイルの２つのコイルで構成されているが、これに限定されず、それぞれ単一のコイルからのみで構成されていてもよい。

各コイルの種類は、特に限定されないが、１次コイル１１２および１次コイル１２２は、たとえば、円形のループコイルとすることができる。また、２次コイル１１４および２次コイル１２４は、たとえば、導電体線を円筒形に所定数巻いた形状を有するヘリカルコイルとすることができる。
また、第１送電用コイル１１０および第２送電用コイル１２０は、直線の導電体、曲線の導電体、または、直線と曲線からなる導電体で構成されていてもよい。
さらに、第１送電用コイル１１０および第２送電用コイル１２０は、インダクタと容量で構成されていてもよい。

第２送電用コイル１２０は、上述したように、受電器１５０と密結合状態において２つにスプリットした共振周波数（ｆ２、ｆ３）（図４（ｂ））のうち高周波側の周波数（ｆ３）が前記共振周波数（ｆ１）と同じであるコイルであってもよい。

また、スプリットした共振周波数は、図６（ｂ）に示すように、２つ以上にスプリットしていてもよい。

また、本実施形態は２つの送電用コイルを備えた構成としているが、３つ以上の送電用コイルを備えてもよい。たとえば、第１送電用コイル１１０および第２送電用コイル１２０に加え、さらに第３送電用コイル（不図示）を備えてもよい。第３送電用コイルは、たとえば、受電器１５０とは異なる共振周波数を有する他の受電器、または中継器との密結合状態において、２つ以上にスプリットした共振周波数のいずれか１つが他の受電器または中継器の共振周波数と同じ周波数を有してもよい。

すなわち、送電器１００が移動し、受電器１５０との磁界共鳴による結合が維持できない状態になったとき、異なる位置に設けられた他の受電器または中継器との磁界共鳴により密結合状態になった場合には、他の受電器または中継器へ電力を供給することが可能になる。なお、磁界共鳴による結合が維持できない状態とは、たとえば、送電器１００と受電器１５０の距離が離れ、送電器１００の送電用コイルが形成する電磁場が受電器１５０に届かない場合や、送電用コイルの円筒の中心軸が受電器１５０に向いていない場合などが想定される。

本実施形態において、第１送電用コイル１１０の共振周波数と受電器１５０の共振周波数が同じ場合について説明したが、第１送電用コイル１１０の共振周波数が受電器１５０の共振周波数と異なり、その代わりに、第１送電用コイル１１０と第２送電用コイル１２０で決まる共振周波数、すなわち、送電器１００を構成する複数の送電用コイルの組み合わせで決まる共振周波数と、受電器１５０の共振周波数が同じであってもよい。

なお、一方の電力伝送部（図１では送電器１００）の複数の共鳴素子の個数や、各共鳴素子の共振周波数は、互いに電力を伝送する装置間で必要となる電力の伝送効率や、装置間の距離、装置間距離の変化量、速度など、条件に応じて、適宜選択して適用することができる。
電力分配器１０４は、ウィルキンソン型電力分配器などで構成されていてもよい。

本実施形態において、無線電力伝送装置１の送電器１００は、第１送電用コイル１１０および第２送電用コイル１２０として、パッシブ回路であるコイルのみを用い、トランジスタやダイオードなどでなどからなるアクティブ回路を新たに付加していない。

なお、本発明において、送電器と受電器の間の距離が変化することを想定している。たとえば、送電器または受電器の少なくともいずれか一方が移動手段（不図示）を備えてもよく、たとえば、可動ロボット、自動車、エレベータなどの移動型の装置に含まれてもよい。または、送電器または受電器の少なくともいずれか一方が、携帯端末など携帯型の装置に含まれてもよい。

以上、詳細に本実施形態の構成を述べたが、送電用コイル以外の送電器１００の構成、ならびに、受電器１５０は、当業者にとってよく知られており、また本発明の本質とは直接関係しないので、これらの詳細な構成の説明は省略する。

このように構成された本実施形態の無線電力伝送装置１の動作について、以下に説明する。図３〜図６は、本実施形態の無線電力伝送装置１の動作を説明するための図である。
本発明の無線電力伝送方法は、磁界共鳴により電力を、第１の電力伝送装置（図１の送電器１００）および第２の電力伝送装置（図１の受電器１５０）間で伝送する無線電力伝送方法であって、送電器１００および受電器１５０のいずれか一方の電力伝送装置（図１では送電器１００）は、異なる共振周波数を有する複数の共鳴素子（図１の第１送電用コイル１１０および第２送電用コイル１２０）を有し、一方の電力伝送装置（図１では送電器１００）において、複数の共鳴素子のうち少なくとも１つの第１共鳴素子（図１では第１送電用コイル１１０）は、一方の電力伝送装置（図１では送電器１００）と電力を伝送する他方の電力伝送装置（図１では受電器１５０）の共振周波数と同じ共振周波数を有し、複数の共鳴素子のうち他の少なくとも１つの第２共鳴素子（図１では第２送電用コイル１２０）は、他方の電力伝送装置（図１では受電器１５０）と密結合状態において２つ以上にスプリットした共振周波数のいずれか１つが他方の電力伝送装置（図１では受電器１５０）の共振周波数と同じ周波数を有し、送電器１００および受電器１５０の距離が離れた疎結合状態の場合、一方の電力伝送装置（送電器１００）の第１共鳴素子（第１送電用コイル１１０）と他方の電力伝送装置（受電器１５０）の間で電力を伝送し、送電器１００および受電器１５０の距離が近接した密結合状態の場合、一方の電力伝送装置（送電器１００）の第２共鳴素子（第２送電用コイル１２０）と他方の電力伝送装置（受電器１５０）の間で電力を伝送する。

すなわち、本発明の無線電力伝送方法は、送電器１００および受電器１５０の距離が離れた疎結合状態の場合、他方の電力伝送装置（受電器１５０）の共振周波数と同じ共振周波数を有する、一方の電力伝送装置（送電器１００）の第１共鳴素子（第１送電用コイル１１０）が、他方の電力伝送装置（受電器１５０）と磁界共鳴により結合し、電力供給源から一方の電力伝送装置（送電器１００）に供給された電力を、一方の電力伝送装置（送電器１００）から他方の電力伝送装置（受電器１５０）に伝送する。
一方、送電器１００および受電器１５０の距離が近接した密結合状態の場合、他方の電力伝送装置（受電器１５０）と密結合状態において２つ以上にスプリットした共振周波数のいずれか１つが他方の電力伝送装置（受電器１５０）の共振周波数と同じ周波数を有する、一方の電力伝送装置（送電器１００）の第２共鳴素子（第２送電用コイル１２０）が、他方の電力伝送装置（受電器１５０）と磁界共鳴により結合し、電力供給源から一方の電力伝送装置（送電器１００）に供給された電力を、一方の電力伝送装置（送電器１００）から他方の電力伝送装置（受電器１５０）に伝送する。

図３は、送電器１００と受電器１５０の間の距離が離れた疎結合状態にある時の伝送効率の周波数特性を示す図である。図４は、送電器１００と受電器１５０の間の距離が近接した密結合状態にある時の伝送効率の周波数特性を示す図である。図５は、送電器１００と受電器１５０の間の距離が変化し、疎結合状態と密結合状態の中間の結合状態にある時の伝送効率の周波数特性を示す図である。

本実施形態においては、送電器１００と受電器１５０の間の距離が離れた疎結合状態においては、第１送電用コイル１１０の共振周波数と、受電器１５０の共振周波数が同一のｆ１であるため、図３（ａ）で示すように、その共振周波数ｆ１で第１送電用コイル１１０と受電器１５０の間で給電が行われる。一方、このとき、第２送電用コイル１２０の共振周波数はｆ１でないため、図３（ｂ）で示すように、第２送電用コイル１２０は動作することはない。

さらに、送電器１００と受電器１５０の間の距離が近接した密結合状態においては、図４（ｂ）に示すように、第２送電用コイル１２０のスプリットした共振周波数のいずれか片方（図では、低周波側のｆ２）がｆ１となることで、共振周波数ｆ１で第２送電用コイル１２０と受電器１５０の間で給電が行われる。一方、このとき、第１送電用コイル１１０は、受電器１５０と密結合状態になり、図４（ａ）に示すように、共振周波数がｆ１からスプリットし、共振周波数がｆ１でなくなるため、動作することはない。

さらに、送電器１００と受電器１５０の間の距離が変化して、疎結合状態と密結合状態の中間の結合状態においては、図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように、第１送電用コイル１１０と第２送電用コイル１２０の共振周波数が、いずれもスプリットするものの、完全にスプリットしないため、共振周波数ｆ１で第１送電用コイル１１０と受電器１５０の間、並びに、第２送電用コイル１２０と受電器１５０の間で給電が行われる。

以上、図３〜図５では動作を説明するために、概念的な周波数特性を示した。そのため、たとえば、図４や図５で伝送効率が、２つに等価に、かつ、対称にスプリットした図で説明したが、これに限定されるものではなく、たとえば、図６（ａ）および図６（ｂ）で示すように非対称であってもよいし、３つ以上にスプリットしてもよい。

以上説明したように、本発明の実施の形態に係る無線電力伝送装置１によれば、結合状態に応じて異なる伝送効率を有する複数の共鳴素子を有することで、送電器１００と受電器１５０の間の距離によらず、高い無線伝送効率を得ることが可能になる。その理由は、送電器１００と受電器１５０の間の距離によって変化する結合状態が、密結合状態で高効率が得られる共鳴素子（第２送電用コイル１２０）と、疎結合状態で高効率が得られる共鳴素子（第１送電用コイル１１０）を送電器１００が混載しているからである。

さらに、本発明の実施の形態に係る無線電力伝送装置１によれば、低コストで、送電器１００と受電器１５０の間の距離によらず、高い無線伝送効率を得ることが可能になる。その理由は、トランジスタやダイオードなどで構成された高価なアクティブ回路を新たに付加せずに、結合状態に応じて異なる伝送効率を有する複数の共鳴素子を混載するだけで、結合状態に応じて伝送に携わる共鳴素子を切り替えることができるからである。

さらに、本発明の実施の形態に係る無線電力伝送装置１によれば、切り替え回路などを用いずコンパクトな構成で、送電器１００と受電器１５０の距離や位置関係が常にまたは高速に変化しても、その距離や位置関係の変化に追随して、高い無線伝送効率を得ることが可能になる。その理由は、共振周波数のピーク検知、ならびに、その検知後の切り替え機構を用いずに、パッシブ回路であるコイルのみを用いて構成しているためである。

たとえば、本発明の実施の形態に係る無線電力伝送装置１を、受電器１５０を内蔵した可動ロボットなどに適用した場合に、ロボットは常に移動しているため、送電器１００と受電器１５０の距離や位置関係が固定されないが、ロボットの移動に追随して、高い無線伝送効率で、電力を伝送することができる。

（第２の実施の形態）
図７は、本発明の実施の形態に係る無線電力伝送装置２の構成を示す図である。図７に示すように、本実施形態の無線電力伝送装置２は、図１の上記実施形態の無線電力伝送装置１とは、第１送電用コイル１３０と第２送電用コイル１４０が互いに並行ではなく、傾いて構成される点で相違する。

本実施形態において、図７で示すように、第１送電用コイル１３０と第２送電用コイル１４０は、互いに並行ではなく、傾いていてもよい。この場合、送電用コイルのコイル面の各々が、受電器１５０の方向を向いていることが望ましい。すなわち、第１送電用コイル１３０および第２送電用コイル１４０が円筒状で、互いに距離ｄだけ離隔して配置されている場合、各コイルの円筒の中心軸（Ｌ１、Ｌ２）の延長線上に受電器１５０が配置するように、各コイルの向きを調整するのが望ましい。

また、図７では、送電器１００の２つの送電用共鳴素子（第１送電用コイル１３０および第２送電用コイル１４０）のコイル面がともに受電器１５０の方向を向くように構成されているが、これに限定されるものではない。たとえば、一方の電力伝送部の複数の共鳴素子を、結合状態に応じて電力を伝送する相手となる他方の電力伝送部に対して、磁界共鳴による結合を維持できる向きにそれぞれ向ければよい。

このように構成された本実施形態の無線電力伝送装置２の動作は、上記実施形態の無線電力伝送装置１と同様であるので、説明は省略する。
本実施形態の無線電力伝送装置２によれば、上記実施形態と同様な効果を奏する。

（第３の実施の形態）
図８は、本発明の実施の形態に係る無線電力伝送装置３の構成を示す図である。図８に示すように、本実施形態の無線電力伝送装置３は、図１または図７の上記実施形態の無線電力伝送装置とは、送電器１００と受電器１５０との間に、さらに中継器１６０を備える点で相違する。

本実施形態の無線電力伝送装置３は、電力を磁界共鳴により送電する送電器１００と、送電器１００から電力を受電する受電器１５０との間に配置される中継器１６０と、を備え、受電器１５０と中継器１６０は、同一の共振周波数を有し、送電器１００は、異なる共振周波数を有する複数の送電用共鳴素子（第１送電用コイル１１０および第２送電用コイル１２０）を有し、送電器１００の少なくとも１つの送電用共鳴素子（第１送電用コイル１１０）は、中継器１６０の共振周波数と同じ共振周波数を有し、送電器１００の少なくとも１つの他の送電用共鳴素子（第２送電用コイル１２０）は、中継器１６０と密結合状態において２つ以上にスプリットした共振周波数のいずれか１つが中継器１６０の共振周波数と同じ周波数を有する。

言い換えれば、本発明の実施の形態に係る無線電力伝送装置３は、磁界共鳴により電力を送電する第１の電力伝送部（送電器１００）と、送電器１００から送電された電力を受電する第２の電力伝送部（中継器１６０）と、を備え、送電器１００および中継器１６０のうち少なくともいずれか一方の電力伝送部（図８では送電器１００）が、他方の電力伝送部（図８では中継器１６０）との間の磁界共鳴により電力の伝送に携わる、異なる共振周波数を有する複数の共鳴素子（第１送電用コイル１１０、第２送電用コイル１２０）を有し、送電器１００と中継器１６０の間の結合状態に応じて、電力の伝送に携わる複数の共鳴素子（図８では第１送電用コイル１１０および第２送電用コイル１２０）が切り替わる。

そして、一方の電力伝送部（図８では送電器１００）において、複数の共鳴素子のうち少なくとも１つの第１共鳴素子（図１では第１送電用コイル１１０）は、他方の電力伝送部（図８では中継器１６０）と、同じ共振周波数を有し、さらに、複数の共鳴素子のうち他の少なくとも１つの第２共鳴素子（図８では第２送電用コイル１２０）は、他方の電力伝送部（図８では中継器１６０）との密結合状態において、２つ以上にスプリットした共振周波数のいずれか１つが、他方の電力伝送部（図８では中継器１６０）の共振周波数と同じ周波数を有する。

具体的には、本実施形態において、図８に示すように、無線電力伝送装置３は、送電器１００と受電器１５０の間に、さらに中継器１６０を備える。
送電器１００は、図１の上記実施形態の無線電力伝送装置１の送電器１００または図７の上記実施形態の無線電力伝送装置２の送電器１００のいずれでもよい。

中継器１６０は、送電器１００からの電力を受電し、受電器１５０に電力を送電する。この構成の場合、第１送電用コイル１１０と受電器１５０と中継器１６０の共振周波数（ｆ１）（不図示）は同一であり、第２送電用コイル１２０は中継器１６０と密結合状態において２つ以上にスプリットした共振周波数（ｆ２、ｆ３）（不図示）のうちいずれか一つが前記共振周波数（ｆ１）と同じであるコイルであることが望ましい。

なお、中継器１６０は、送電器１００と受電器１５０の間に、複数あってもよい。複数の中継器１６０は、互いに電力を無線で伝送し、無線電力伝送装置の伝送距離を長くする役目を果たす。

以上、実施形態の構成を述べたが、送電用コイル以外の送電器１００の構成、並びに、受電器１５０は、中継器１６０は、当業者にとってよく知られており、また本発明の本質とは直接関係しないので、これらの詳細な構成の説明は省略する。

このように構成された本実施形態の無線電力伝送装置３における送電器１００と中継器１６０の間の動作は、上記実施形態の無線電力伝送装置１における送電器１００と受電器１５０の間の動作と同様であるので、説明は省略する。

本実施形態の無線電力伝送装置３によれば、送電器１００と中継器１６０の間で、上記実施形態と同様な効果を奏する。

（第４の実施の形態）
図９は、本発明の実施の形態に係る無線電力伝送装置４の構成を示す図である。本実施形態の無線電力伝送装置４は、上記実施形態の無線電力伝送装置とは、さらに、受電器２００が、切替手段として機能する結合状態に応じて異なる伝送効率が異なる複数の共鳴素子（第１受電用コイル、第２受電用コイル、・・・、第ｎ受電用コイル、ｎは１以上の整数。）を有し、高い電力伝送効率を得る点で相違する。

本発明の実施の形態に係る無線電力伝送装置４は、磁界共鳴により電力を送電する第１の電力伝送部（図９では送電器２５０）と、第１の電力伝送部（送電器２５０）から送電された電力を受電する第２の電力伝送部（図９では受電器２００）と、を備え、送電器２５０および受電器２００のうち少なくともいずれか一方の電力伝送部（図９では受電器２００）が、他方の電力伝送部（図９では送電器２５０）との間の磁界共鳴により電力の伝送に携わる、異なる共振周波数を有する複数の共鳴素子（第１受電用コイル、第２受電用コイル、・・・、第ｎ受電用コイル、ｎは１以上の整数。図９では、第１受電用コイル２１０および第２受電用コイル２２０）を有し、第１の電力伝送部（図９では受電器２００）と第２の電力伝送部（図９では送電器２５０）の間の結合状態に応じて、電力の伝送に携わる複数の共鳴素子（第１受電用コイル、第２受電用コイル、・・・、第ｎ受電用コイル）が切り替わる。

そして、一方の電力伝送部（図９では受電器２００）において、複数の共鳴素子のうち少なくとも１つの第１共鳴素子（図９では第１受電用コイル２１０）は、他方の電力伝送部（図９では送電器２５０）と、同じ共振周波数を有し、さらに、複数の共鳴素子のうち他の少なくとも１つの第２共鳴素子（図９では第２受電用コイル２２０）は、他方の電力伝送部（図９では送電器２５０）との密結合状態において、２つ以上にスプリットした共振周波数のいずれか１つが、他方の電力伝送部（図９では送電器２５０）の共振周波数と同じ周波数を有する。

本発明の実施の形態の無線電力伝送装置４は、上述したように、その基本的構成は上記実施形態と同様であるが、複数の共鳴素子を有する受電器２００の場合についてさらに工夫している。図９において、受電器２００の複数の共鳴素子は、図１の上記実施形態に対して、さらに電力伝送効率を高くする役目を果たす。

すなわち、本実施形態の無線電力伝送装置４は、電力を磁界共鳴により送電器２５０から受電する受電器２００を備え、受電器２００は、異なる共振周波数を有する複数の受電用共鳴素子（第１受電用コイル２１０および第２受電用コイル２２０）を有し、受電器２００の少なくとも１つ受電用共鳴素子（たとえば、第１受電用コイル２１０）は送電器２５０の共振周波数と同じ共振周波数を有し、受電器２００の少なくとも１つ他の受電用共鳴素子（たとえば、第２受電用コイル２２０）は送電器２５０と密結合状態において２つ以上にスプリットした共振周波数のいずれか１つが送電器２５０の共振周波数と同じ周波数を有する。

また、本実施形態の無線電力伝送装置４において、送電器２５０は、図１または図７の上記実施形態の送電器１００と同様な構成としてもよい。

本実施形態の無線電力伝送装置４は、さらに、図８の上記実施形態と同様な中継器１６０を、送電器２５０と受電器２００との間に備えてもよい。
すなわち、本実施形態の無線電力伝送装置４は、電力を磁界共鳴により送電器２５０から受電する受電器２００と、送電器２５０と受電器２００との間に配置される中継器１６０と、を備え、送電器２５０と中継器１６０は、同一の共振周波数を有し、受電器２００は、異なる共振周波数を有する複数の受電用共鳴素子（第１受電用コイル２１０および第２受電用コイル２２０）を有し、受電器２００の少なくとも１つ受電用共鳴素子（第１受電用コイル２１０）は中継器１６０の共振周波数と同じ共振周波数を有し、受電器２００の少なくとも１つ他の受電用共鳴素子（第２受電用コイル２２０）は中継器１６０と密結合状態において２つ以上にスプリットした共振周波数のいずれか１つが中継器１６０の共振周波数と同じ周波数を有することができる。

具体的には、図９に示すように、本実施形態の無線電力伝送装置４は、送電器２５０と、受電器２００と、を備える。
受電器２００は、第１受電用コイル２１０と、第２受電用コイル２２０と、電力合成器２０４と、負荷２０２とを有している。

第１受電用コイル２１０は、１次コイル２１２および２次コイル２１４を含む。第２受電用コイル２２０は、１次コイル２２２および２次コイル２２４を含む。第１受電用コイル２１０と送電器２５０の共振周波数は同一の周波数（ｆ１）（不図示）であり、第２受電用コイル２２０は、送電器２５０と密結合状態において２つ以上にスプリット（ｆ２、ｆ３）（不図示）した共振周波数のうちの一つが前記共振周波数（ｆ１）と同じであるコイルである。

第１受電用コイル２１０の１次コイル２１２および第２受電用コイル２２０の１次コイル２２２は、電力合成器２０４と電気的に結線される。電力合成器２０４は、第１受電用コイル２１０の１次コイル２１２と第２受電用コイル２２０の１次コイル２２２から供給される電力を合成し、負荷２０２に電力を供給すると共に、第１受電用コイル２１０の１次コイル２１２と第２受電用コイル２２０の１次コイル２２２との間のアイソレーションを取る機能を果たしている。
負荷２０２は、供給された電力を蓄え、消費する機能を果たす。

電力合成器２０４は、ウィルキンソン型電力合成器などで構成されていてもよい。

以上、詳細に本実施形態の構成を述べたが、送電器２５０、ならびに、受電用共鳴素子（第１受電用コイル２１０、第２受電用コイル２２０）以外の受電器の構成は、当業者にとってよく知られており、また本発明の本質とは直接関係しないので、これらの詳細な構成の説明は省略する。

また、このように構成された本実施形態の無線電力伝送装置４は、上記実施形態と同様に動作するので、ここでは説明を省略する。

以上説明したように、本発明の実施の形態に係る無線電力伝送装置４によれば、上記実施形態と同様な効果を奏する。
すなわち、送電器２５０と受電器２００の間の距離によらず、高い無線伝送効率を得ることが可能になる。その理由は、送電器２５０と受電器２００の間の距離によって変化する結合状態が、密結合状態で高効率が得られる共鳴素子（第２受電用コイル２２０）と、疎結合状態で高効率が得られる共鳴素子（第１受電用コイル２１０）を受電器２００が混載しているからである。

さらに、本発明の実施の形態に係る無線電力伝送装置４によれば、受電器２００が複数の共鳴素子を有することで、たとえ、受電器２００のいずれかの受電用共鳴素子（第１受電用コイル２１０または第２受電用コイル２２０）が送電器２５０との間で給電を行っていなくても、損失になることはない。そのため、より高い電力伝送効率を得ることが可能になる。

（第５の実施の形態）
図１０は、本発明の実施の形態に係る無線電力伝送装置５の構成を示す図である。本実施形態の無線電力伝送装置５は、上記実施形態の無線電力伝送装置とは、中継器２６０が、切替手段として機能する結合状態に応じて異なる伝送効率が異なる複数の共鳴素子を有し、高い電力伝送効率を得る点で相違する。

図１０の例では、中継器２６０は、送電器２５０と中継器１６０の間に設けられているが、図８の中継器１６０と受電器１５０の間に設けることもできる。また、中継器２６０は、複数の中継器の間に設けることもできる。さらに、無線電力伝送装置５において、中継器２６０は、受電器１５０と送電器２５０の間の任意の位置に、複数、設けることもできる。

本発明の実施の形態に係る無線電力伝送装置５において、中継器２６０は、磁界共鳴により電力を送電する送電器２５０と、送電器２５０から送電された電力を受電する受電器（図１０では中継器１６０）との間に設けられ、送電器２５０または受電器（中継器１６０）との間の磁界共鳴により電力の伝送にそれぞれ携わる３個以上の複数の中継用共鳴素子（第１の中継用コイル、第２の中継用コイル、・・・、第ｍの中継用コイル、ｍは１以上の整数。図１０では、第１中継用コイル２６２、第２中継用コイル２６４、および第３中継用コイル２６６）を有し、複数の中継用共鳴素子（第１中継用コイル２６２、第２中継用コイル２６４、および第３中継用コイル２６６）の共振周波数は各々が異なり、少なくとも１つの第１中継用共鳴素子（図１０では第１中継用コイル２６２）は、送電器または受電器（図１０では送電器２５０）の共振周波数と同じ共振周波数を有し、他の少なくとも１つの第２中継用共鳴素子（図１０では第２中継用コイル２６４）は、送電器２５０との密結合状態において２つ以上にスプリットした共振周波数のいずれか１つが送電器２５０の共振周波数と同じ周波数を有し、さらなる他の少なくとも１つの第３中継用共鳴素子（図１０では第３中継用コイル２６６）は、受電器（図１０では中継器１６０）との密結合状態において２つ以上にスプリットした共振周波数のいずれか１つが受電器（図１０では中継器１６０）の共振周波数と同じ周波数を有する。

具体的には、中継器２６０の第１中継用コイル２６２は、送電器２５０の共振周波数と同じ共振周波数（ｆ１）（不図示）を有する。
中継器２６０の第２中継用コイル２６４は、送電器２５０と密結合状態において２つにスプリットした共振周波数の低周波側の周波数が送電器２５０の共振周波数と同じ周波数を有する。
中継器２６０の第３中継用コイル２６６は、中継器１６０と密結合状態において２つにスプリットした共振周波数のいずれか片方が中継器１６０の共振周波数と同じ周波数を有する。

このように構成された本実施形態の無線電力伝送装置５の動作について、以下に説明する。
本実施形態においては、送電器２５０と中継器２６０の間の距離が離れた疎結合状態においては、第１中継用コイル２６２の共振周波数と、送電器２５０の共振周波数が同一のｆ１であるため、その共振周波数ｆ１で第１中継用コイル２６２と送電器２５０の間で給電が行われる。一方、このとき、第２中継用コイル２６４および第３中継用コイル２６６の共振周波数はｆ１でないため、第２中継用コイル２６４および第３中継用コイル２６６は動作することはない。

さらに、送電器２５０と中継器２６０の間の距離が近接した密結合状態においては、第２中継用コイル２６４のスプリットした共振周波数のいずれか片方がｆ１となることで、共振周波数ｆ１で第２中継用コイル２６４と送電器２５０の間で給電が行われる。一方、このとき、第１中継用コイル２６２と送電器２５０とは密結合状態になり、共振周波数がｆ１からスプリットし、共振周波数がｆ１でなくなるため、動作することはない。また、第３中継用コイル２６６の共振周波数はｆ１でないため、第３中継用コイル２６６も動作することはない。

さらに、中継器２６０と中継器１６０の間の距離が近接した密結合状態においては、第３中継用コイル２６６のスプリットした共振周波数のいずれか片方が、中継器１６０の共振周波数と同じになることで、その共振周波数で第３中継用コイル２６６と中継器１６０の間で給電が行われる。一方、このとき、第１中継用コイル２６２および第２中継用コイル２６４の共振周波数は、中継器１６０の共振周波数とは異なるため、第１中継用コイル２６２および第２中継用コイル２６４は動作することはない。

さらに、送電器２５０、中継器２６０、中継器１６０の間の距離が変化した場合も、上記実施形態と同様に、それぞれの状態に応じて給電が行われる。

このように、中継器２６０が、異なる共振周波数を有する複数の中継用共鳴素子を有しているので、送電器と中継器の間の距離、もしくは、中継器間の距離、もしくは、中継器と受電器の間の距離が変わっても、高い効率を得ることが可能になる。

以上、説明したように、本実施形態の無線電力伝送装置５によれば、上記実施形態と同様な効果を奏するとともに、さらに、中継器により伝送距離の長距離化が図れるとともに、隣接する他の電力伝送部（図１０では、送電器２５０、中継器２６０、および中継器１６０）との間の距離が変化し、結合状態が変化した場合でも、高い伝送効率を得ることができる。

（第６の実施の形態）
図１１は、本発明の実施の形態に係る無線電力伝送装置６の構成を示す図である。本実施形態の無線電力伝送装置６は、上記実施形態の無線電力伝送装置とは、複数の中継器を有し、さらに、中継器が切替手段として機能する結合状態に応じて異なる伝送効率が異なる複数の共鳴素子（第１中継用コイル、第２中継用コイル、・・・、第ｎ中継用コイル、ｎは１以上の整数。）を有し、高い電力伝送効率を得る点で相違する。

本発明の実施の形態に係る無線電力伝送装置６は、磁界共鳴により電力を送電する第１の電力伝送部（図１１では送電器３５０、または受電器３６０）と、第１の電力伝送部（送電器３５０または受電器３６０）から送電された電力を受電する第２の電力伝送部（図１１では中継器３１０、または中継器３３０）と、を備え、送電器３５０（または受電器３６０）および中継器３１０（または中継器３３０）のうち少なくともいずれか一方の電力伝送部（図１１では中継器３１０、または中継器３３０）が、他方の電力伝送部（図１１では送電器３５０、または受電器３６０）との間の磁界共鳴により電力の伝送に携わる、異なる共振周波数を有する複数の共鳴素子（第１中継用コイル、第２中継用コイル、・・・、第ｎ中継用コイル、ｎは１以上の整数。図１１では、第１コイル３１２、第２コイル３１４および第３コイル３１６、または、第１コイル３３２、第２コイル３３４および第３コイル３３６）を有し、第１の電力伝送部（図１１では送電器３５０、または受電器３６０）と第２の電力伝送部（図１１では中継器３１０、または中継器３３０）の間の結合状態に応じて、電力の伝送に携わる複数の共鳴素子（第１中継用コイル、第２中継用コイル、・・・、第ｎ中継用コイル）が切り替わる。

そして、一方の電力伝送部（図１１では中継器３１０、または中継器３３０）において、複数の共鳴素子のうち少なくとも１つの第１共鳴素子（図１１では第１コイル３１２、または第１コイル３３２）は、他方の電力伝送部（図１１では送電器３５０、または受電器３６０）と、同じ共振周波数を有し、さらに、複数の共鳴素子のうち他の少なくとも１つの第２共鳴素子（図１１では第２コイル３１４、または第２コイル３３４）は、他方の電力伝送部（図１１では送電器３５０、または受電器３６０）との密結合状態において、２つ以上にスプリットした共振周波数のいずれか１つが、他方の電力伝送部（図１１では送電器３５０、または受電器３６０）の共振周波数と同じ周波数を有する。

さらに、本発明の実施の形態に係る無線電力伝送装置６において、複数の共鳴素子のうち他の少なくとも１つの共鳴素子（図１１では第３コイル３１６、または第３コイル３３６）は、他方の電力伝送部（図１１では中継器２、または中継器ｘ−１）との密結合状態において、２つ以上にスプリットした共振周波数のいずれか１つが、他方の電力伝送部（図１１では中継器２、または中継器ｘ−１）の共振周波数と同じ周波数を有する。

本発明の実施の形態の無線電力伝送装置６は、上述したように、その基本的構成は上記実施形態と同様であるが、複数の中継器がある場合についてさらに工夫している。その構成を図１１に示す。本図において、中継器は、無線電力伝送装置の伝送距離を長くする役目を果たす。

すなわち、本実施形態の無線電力伝送装置６は、磁界共鳴により電力を送電する送電器３５０と、送電器３５０から送電された電力を受電する受電器３６０と、送電器３５０および受電器３６０の間に、中継器１、中継器２、・・・、中継器ｘの順に直列に配置される、複数の中継器（中継器３１０、中継器３２０、および中継器３３０、中継器１、中継器２、・・・、中継器ｘ、ｘは１以上の整数）と、を備え、複数の中継器のうち少なくとも１つの中継器ｙは（ｙは、１以上ｘ以下の整数、図１１では、中継器３１０および中継器３３０）、中継器ｙに隣接する他の中継器３２０、送電器３５０、または受電器３６０との間の磁界共鳴により電力の伝送にそれぞれ携わる３個以上の複数の中継用共鳴素子（第１コイル３１２、第２コイル３１４および第３コイル３１６、または、第１コイル３３２、第２コイル３３４および第３コイル３３６）を有し、中継器ｙの複数の中継用共鳴素子の共振周波数は各々が異なり、送電器３５０、受電器３６０、および他の中継器３２０（図１１では、中継器２から中継器ｘ、ただし、ｙが１またはｘ以外の場合は、中継器１から中継器ｙ−１、および中継器ｙ＋１から中継器ｘ）は、同一の共振周波数を有する。

中継器ｙ（図１１の中継器１）の複数の中継用共鳴素子のうち少なくとも１つの第１中継用共鳴素子（図１１の第１コイル３１２）は、中継器ｙに隣接する送電器または中継器ｙ−１（図１１では送電器３５０）の共振周波数と同じ共振周波数を有し、中継器ｙの複数の中継用共鳴素子のうち他の少なくとも１つの第２中継用共鳴素子（図１１の第２コイル３１４）は、中継器ｙと隣接する送電器または中継器ｙ−１（図１１では送電器３５０）との密結合状態において２つ以上にスプリットした共振周波数のいずれか一つが、送電器または中継器ｙ−１（図１１では送電器３５０）の共振周波数と同じ周波数を有し、中継器ｙの複数の中継用共鳴素子のうちさらなる他の少なくとも１つの第３中継用共鳴素子（図１１の第３コイル３１６）は、中継器ｙと隣接する中継器ｙ＋１または受電器（図１１では中継器２）との密結合状態において２つ以上にスプリットした共振周波数のいずれか一つが、中継器ｙ＋１または受電器（図１１では中継器２）の共振周波数と同じ周波数を有する。

一方、中継器ｙ（図１１の中継器ｘ）の複数の中継用共鳴素子のうち少なくとも１つの第１中継用共鳴素子（図１１の第１コイル３３２）は、中継器ｙに隣接する送電器または中継器ｙ−１（図１１では中継器ｘ−１）の共振周波数と同じ共振周波数を有し、中継器ｙの複数の中継用共鳴素子のうち他の少なくとも１つの第２中継用共鳴素子（図１１の第２コイル３３４）は、中継器ｙと隣接する送電器または中継器ｙ−１（図１１では中継器ｘ−１）との密結合状態において２つ以上にスプリットした共振周波数のいずれか一つが、送電器または中継器ｙ−１（図１１では中継器ｘ−１）の共振周波数と同じ周波数を有し、中継器ｙの複数の中継用共鳴素子のうちさらなる他の少なくとも１つの第３中継用共鳴素子（図１１の第３コイル３３６）は、中継器ｙと隣接する中継器ｙ＋１または受電器（図１１では受電器３６０）との密結合状態において２つ以上にスプリットした共振周波数のいずれか一つが、中継器ｙ＋１または受電器（図１１では受電器３６０）の共振周波数と同じ周波数を有する。

具体的には、図１１に示すように、本発明の実施の形態の無線電力伝送装置６は、送電器３５０と、受電器３６０と、複数の中継器１、中継器２、中継器３、・・・、中継器ｘ−１、中継器ｘと、を備える。本実施形態において、ｘは２以上の整数である。前記複数の中継器は、送電器３５０と受電器３６０の間に、中継器１、中継器２、中継器３、・・・、中継器ｘ−１、中継器ｘの順に直列に配置されている。中継器２から中継器ｘ−１は、送電器３５０および受電器３６０と同一の共振周波数（ｆ１）を有する中継器３２０から構成される。

中継器１および中継器ｘは、それぞれ複数の中継用コイルを含む中継器３１０および中継器３３０から構成される。
中継器１は、第１コイル３１２、第２コイル３１４、および第３コイル３１６を有する。中継器ｘは、第１コイル３３２、第２コイル３３４、および第３コイル３３６を有する。中継器３１０の第１コイル３１２、第２コイル３１４、および第３コイル３１６の共振周波数は各々が異なる。さらに、中継器３３０の第１コイル３３２、第２コイル３３４、および第３コイル３３６の共振周波数は各々が異なる。

中継器３１０の第１コイル３１２は、送電器３５０の共振周波数と同じ共振周波数（ｆ１）を有する。
中継器３１０の第２コイル３１４は、送電器３５０と密結合状態において２つにスプリットした共振周波数の低周波側の周波数が送電器３５０の共振周波数と同じ周波数を有する。
中継器３２０の第３コイル３１６は、中継器２と密結合状態において２つにスプリットした共振周波数のいずれか片方が中継器２の共振周波数と同じ周波数を有する。

中継器３３０の第１コイル３３２は、受電器３６０の共振周波数と同じ共振周波数を有する。
中継器３３０の第２コイル３３４は、受電器３６０と密結合状態において２つにスプリットした共振周波数のいずれか片方が受電器３６０の共振周波数と同じ周波数を有する。
中継器３３０の第３コイル３３６は、中継器ｘ−１と密結合状態において２つにスプリットした共振周波数のいずれか片方が中継器ｘ−１の共振周波数と同じ周波数を有する。

このように構成された本実施形態の無線電力伝送装置６の動作は、上記実施形態の無線電力伝送装置と同様であるので、説明は省略する。
本実施形態では、中継器を複数配置しているので、伝送距離の長距離化が図れるだけでなく、送電器と中継器の間の距離、もしくは、中継器間の距離、もしくは、中継器と受電器の間の距離が変わっても、高い効率を得ることが可能になる。

本構成においては、複数のコイルを有する中継器を２つとしたが、３つ以上であっても効果は変わらない。
本構成においては、中継器が有する中継用コイルの個数を３個としたが、２個、乃至、４個以上であってもよい。

以上、説明したように、本発明の実施の形態に係る無線電力伝送装置によれば、上記実施形態と同様な効果を奏するとともに、さらに、送電器と受電器、もしくは、送電器と中継器、もしくは、中継器と中継器の距離によらず、高い無線伝送効率を得られることが可能になる。その理由は、密結合状態で高効率が得られるコイルと、疎結合状態で高効率が得られるコイルを混載しているからである。

また、本発明の実施の形態に係る無線電力伝送装置によれば、複数の中継器を設けることで、伝送距離の長距離化が図れる。

さらに、本発明の実施の形態に係る無線電力伝送装置によれば、低コストで、送電器と受電器、もしくは、送電器と中継器、もしくは、中継器と中継器の距離によらず、高い無線伝送効率を得られることが可能になる。その理由は、トランジスタやダイオードなどで構成された高価なアクティブ回路を新たに付加せずに、結合状態に応じて異なる伝送効率を有する複数の共鳴素子を混載するだけで、各装置間の結合状態に応じて伝送に携わる共鳴素子を切り替えることができるからである。

また、本発明の実施の形態に係る無線電力伝送装置によれば、送電器、中継器、そして、受電器の距離や位置関係が常にまたは高速に変化していても、その距離や位置関係の変化に追随して、高い効率を得ることが可能になる。その理由は、共振周波数のピーク検知、ならびに、その検知後の切り替え機構を用いずに、パッシブ回路のみで構成しているからである。

以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。
たとえば、上記実施形態では、たとえば、図１の送電器１００、または図９の受電器２００は、２つのコイルをそれぞれ有していたが、３個以上のコイルを用いることができる。たとえば、図９の受電器２００が移動手段を備えていて、複数の異なる送電器から電力の供給を受ける場合、受電器２００は、さらに、他の送電器との密結合状態において、２つ以上にスプリットした共振周波数のいずれか一つが他の送電器の共振周波数と同じ周波数を有する受電用コイルをさらに備えることができる。

この構成によれば上記実施形態と同様な効果を奏するとともに、受電器が複数の送電器間を移動しながら、各送電器から安定的に電力の供給を受けることが可能になる。または、送電器が複数の受電器間を移動しながら、各受電器に安定的に電力を供給することが可能になる。

また、送電器が、複数の異なる受電器に電力を供給する構成も考えられる。その場合、送電器は、さらに、他の受電器との密結合状態において、２つ以上にスプリットした共振周波数のいずれか一つが他の送電器の共振周波数と同じ周波数を有する受電用コイルをさらに備えることができる。この構成においても、上記と同様な効果を奏する。

以上、実施形態および実施例を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態および実施例に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。

上記の実施形態の一部または全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。
（付記１）
磁界共鳴により電力を受電器に送電する送電器と、
前記送電器および前記受電器の間に、中継器１、中継器２、・・・、中継器ｘの順に直列に配置される、複数の中継器（中継器１、中継器２、・・・、中継器ｘ、ｘは１以上の整数）と、を備え、
前記複数の中継器のうち少なくとも１つの中継器ｙは（ｙは、１以上ｘ以下の整数）、前記中継器ｙに隣接する前記送電器または他の中継器との間の磁界共鳴により前記電力の伝送にそれぞれ携わる、複数の中継用共鳴素子を有し、
前記中継器ｙの前記複数の中継用共鳴素子の共振周波数は各々が異なり、
前記送電器および前記他の中継器は、同一の共振周波数を有し、
前記中継器ｙの前記複数の中継用共鳴素子のうち少なくとも１つの第１中継用共鳴素子は、前記中継器ｙに隣接する前記送電器の共振周波数と同じ共振周波数を有し、
前記送電器、前記中継器、および前記受電器の間の結合状態に応じて、前記中継器ｙにおいて、前記電力の伝送に携わる前記複数の共鳴素子が切り替わる無線電力伝送装置。
（付記２）
付記１に記載の無線電力伝送装置において、
前記中継器ｙの前記複数の中継用共鳴素子のうち他の少なくとも１つの第２中継用共鳴素子は、前記中継器ｙと隣接する前記送電器との密結合状態において２つ以上にスプリットした共振周波数のいずれか一つが、前記送電器の共振周波数と同じ周波数を有する無線電力伝送装置。
（付記３）
付記１または付記２に記載の無線電力伝送装置において、
前記中継器ｙの前記複数の中継用共鳴素子のうち他の少なくとも１つの第３中継用共鳴素子は、前記中継器ｙと隣接する前記他の中継器ｙ＋１との密結合状態において２つ以上にスプリットした共振周波数のいずれか一つが、前記他の中継器ｙ＋１の共振周波数と同じ周波数を有する無線電力伝送装置。

（付記４）
磁界共鳴により送電器から送電された電力を受電する受電器と、
前記送電器および前記受電器の間に、中継器１、中継器２、・・・、中継器ｘの順に直列に配置される、複数の中継器（中継器１、中継器２、・・・、中継器ｘ、ｘは１以上の整数）と、を備え、
前記複数の中継器のうち少なくとも１つの中継器ｙは（ｙは、１以上ｘ以下の整数）、前記中継器ｙに隣接する他の前記中継器または前記受電器との間の磁界共鳴により前記電力の伝送にそれぞれ携わる、複数の中継用共鳴素子を有し、
前記中継器ｙの前記複数の中継用共鳴素子の共振周波数は各々が異なり、
他の前記中継器および前記受電器は、同一の共振周波数を有し、
前記中継器ｙの前記複数の中継用共鳴素子のうち少なくとも１つの第１中継用共鳴素子は、前記中継器ｙに隣接する前記受電器の共振周波数と同じ共振周波数を有し、
前記送電器、前記中継器、および前記受電器の間の結合状態に応じて、前記中継器ｙにおいて、前記電力の伝送に携わる前記複数の共鳴素子が切り替わる無線電力伝送装置。
（付記５）
付記４に記載の無線電力伝送装置において、
前記中継器ｙの前記複数の中継用共鳴素子のうち他の少なくとも１つの第２中継用共鳴素子は、前記中継器ｙと隣接する前記受電器との密結合状態において２つ以上にスプリットした共振周波数のいずれか一つが、前記受電器の共振周波数と同じ周波数を有する無線電力伝送装置。
（付記６）
付記４または付記５に記載の無線電力伝送装置において、
前記中継器ｙの前記複数の中継用共鳴素子のうち他の少なくとも１つの第３中継用共鳴素子は、前記中継器ｙと隣接する前記他の中継器ｙ−１との密結合状態において２つ以上にスプリットした共振周波数のいずれか一つが、前記他の中継器ｙ−１の共振周波数と同じ周波数を有する無線電力伝送装置。

（付記７）
電力を磁界共鳴により送電する送電器と、
前記送電器から前記電力を受電する受電器と、
前記送電器および前記受電器の間に、中継器１、中継器２、・・・、中継器ｘの順に直列に配置される、複数の中継器（中継器１、中継器２、・・・、中継器ｘ、ｘは１以上の整数）と、を備え、
前記複数の中継器のうち少なくとも１つの中継器ｚは（ｚは、２以上ｘ−１以下の整数）、前記中継器ｚに隣接する他の中継器ｚ−１または他の中継器ｚ＋１との間の磁界共鳴により前記電力の伝送にそれぞれ携わる、複数の中継用共鳴素子を有し、
前記中継器ｚの前記複数の中継用共鳴素子の共振周波数は各々が異なり、
前記送電器、前記受電器、および前記他の中継器は、同一の共振周波数を有し、
前記中継器ｚの前記複数の中継用共鳴素子のうち少なくとも１つの第１中継用共鳴素子は、前記中継器ｚに隣接する前記他の中継器ｚ−１または前記他の中継器ｚ＋１の共振周波数と同じ共振周波数を有し、
前記他の中継器との間の結合状態に応じて、前記中継器ｚにおいて、前記電力の伝送に携わる前記複数の共鳴素子が切り替わる無線電力伝送装置。
（付記８）
付記７に記載の無線電力伝送装置において、
前記中継器ｚの前記複数の中継用共鳴素子のうち他の少なくとも１つの第２中継用共鳴素子は、前記中継器ｚと隣接する前記他の中継器ｚ−１との密結合状態において２つ以上にスプリットした共振周波数のいずれか一つが、前記他の中継器ｚ−１の共振周波数と同じ周波数を有する無線電力伝送装置。
（付記９）
付記７または付記８に記載の無線電力伝送装置において、
前記中継器ｚの前記複数の中継用共鳴素子のうち他の少なくとも１つの第３中継用共鳴素子は、前記中継器ｚと隣接する前記他の中継器ｚ＋１との密結合状態において２つ以上にスプリットした共振周波数のいずれか一つが、前記他の中継器ｚ＋１の共振周波数と同じ周波数を有する無線電力伝送装置。

この出願は、２０１１年７月４日に出願された日本出願特願２０１１−１４８６９６号を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

Claims (10)

1. 磁界共鳴により電力を送電する第１の電力伝送手段と、
   前記第１の電力伝送手段から送電された前記電力を受電する第２の電力伝送手段と、を備え、
   前記第１の電力伝送手段および前記第２の電力伝送手段のうち少なくともいずれか一方の電力伝送手段が、他方の電力伝送手段との間の磁界共鳴により前記電力の伝送に携わる、異なる共振周波数を有する複数の共鳴素子を有し、
   前記第１の電力伝送手段と前記第２の電力伝送手段の間の結合状態に応じて、前記電力の伝送に携わる前記複数の共鳴素子が切り替わる無線電力伝送装置。
2. 請求項１に記載の無線電力伝送装置において、
   前記一方の電力伝送手段において、
   前記複数の共鳴素子のうち少なくとも１つの第１共鳴素子が、前記他方の電力伝送手段と、同じ共振周波数を有し、
   さらに、前記複数の共鳴素子のうち他の少なくとも１つの第２共鳴素子が、前記他方の電力伝送手段との密結合状態において、２つ以上にスプリットした共振周波数のいずれか１つが、前記他方の電力伝送手段の共振周波数と同じ周波数を有する無線電力伝送装置。
3. 電力を磁界共鳴により受電器に送電する送電器を備え、
   前記送電器は、異なる共振周波数を有する複数の送電用共鳴素子を有し、
   前記送電器の少なくとも１つの前記送電用共鳴素子は、前記受電器の共振周波数と同じ共振周波数を有し、
   前記送電器の少なくとも１つの他の前記送電用共鳴素子は、前記受電器と密結合状態において２つ以上にスプリットした共振周波数のいずれか１つが前記受電器の共振周波数と同じ周波数を有する無線電力伝送装置。
4. 電力を磁界共鳴により送電器から受電する受電器を備え、
   前記受電器は、異なる共振周波数を有する複数の受電用共鳴素子を有し、
   前記受電器の少なくとも１つの前記受電用共鳴素子は前記送電器の共振周波数と同じ共振周波数を有し、
   前記受電器の少なくとも１つの他の前記受電用共鳴素子は前記送電器と密結合状態において２つ以上にスプリットした共振周波数のいずれか１つが前記送電器の共振周波数と同じ周波数を有する無線電力伝送装置。
5. 電力を磁界共鳴により送電する送電器と、
   前記送電器から前記電力を受電する受電器との間に配置される中継器と、を備え、
   前記受電器と前記中継器は、同一の共振周波数を有し、
   前記送電器は、異なる共振周波数を有する複数の送電用共鳴素子を有し、
   前記送電器の少なくとも１つの前記送電用共鳴素子は、前記中継器の共振周波数と同じ共振周波数を有し、
   前記送電器の少なくとも１つの他の前記送電用共鳴素子は、前記中継器と密結合状態において２つ以上にスプリットした共振周波数のいずれか１つが前記中継器の共振周波数と同じ周波数を有する無線電力伝送装置。
6. 電力を磁界共鳴により送電器から受電する受電器と、
   前記送電器と前記受電器との間に配置される中継器と、を備え、
   前記送電器と前記中継器は、同一の共振周波数を有し、
   前記受電器は、異なる共振周波数を有する複数の受電用共鳴素子を有し、
   前記受電器の少なくとも１つの前記受電用共鳴素子は前記中継器の共振周波数と同じ共振周波数を有し、
   前記受電器の少なくとも１つの他の前記受電用共鳴素子は前記中継器と密結合状態において２つ以上にスプリットした共振周波数のいずれか１つが前記中継器の共振周波数と同じ周波数を有する無線電力伝送装置。
7. 磁界共鳴により電力を送電する送電器と、
   前記送電器から送電された前記電力を受電する受電器と、
   前記送電器と前記受電器との間に少なくとも１つの中継器と、を備え、
   前記中継器は、前記送電器または前記受電器との間の磁界共鳴により前記電力の伝送にそれぞれ携わる３個以上の複数の中継用共鳴素子を有し、
   前記中継器の前記複数の中継用共鳴素子の共振周波数は各々が異なり、
   前記中継器の少なくとも１つの第１中継用共鳴素子は、前記送電器または前記受電器の共振周波数と同じ共振周波数を有し、
   前記中継器の他の少なくとも１つの第２中継用共鳴素子は、前記送電器との密結合状態において２つ以上にスプリットした共振周波数のいずれか１つが前記送電器の共振周波数と同じ周波数を有し、
   前記中継器のさらなる他の少なくとも１つの第３中継用共鳴素子は、前記受電器との密結合状態において２つ以上にスプリットした共振周波数のいずれか１つが前記受電器の共振周波数と同じ周波数を有する無線電力伝送装置。
8. 磁界共鳴により電力を送電する送電器と、前記送電器から送電された前記電力を受電する受電器との間に設けられ、
   前記送電器または前記受電器との間の磁界共鳴により前記電力の伝送にそれぞれ携わる３個以上の複数の中継用共鳴素子を有し、
   前記複数の中継用共鳴素子の共振周波数は各々が異なり、
   少なくとも１つの第１中継用共鳴素子は、前記送電器または前記受電器の共振周波数と同じ共振周波数を有し、
   他の少なくとも１つの第２中継用共鳴素子は、前記送電器との密結合状態において２つ以上にスプリットした共振周波数のいずれか１つが前記送電器の共振周波数と同じ周波数を有し、
   さらなる他の少なくとも１つの第３中継用共鳴素子は、前記受電器との密結合状態において２つ以上にスプリットした共振周波数のいずれか１つが前記受電器の共振周波数と同じ周波数を有する中継器。
9. 磁界共鳴により電力を送電する送電器と、
   前記送電器から送電された前記電力を受電する受電器と、
   前記送電器および前記受電器の間に、中継器１、中継器２、・・・、中継器ｘの順に直列に配置される、複数の中継器（中継器１、中継器２、・・・、中継器ｘ、ｘは１以上の整数）と、を備え、
   前記複数の中継器のうち少なくとも１つの中継器ｙは（ｙは、１以上ｘ以下の整数）、前記中継器ｙに隣接する他の前記中継器、前記送電器、または前記受電器との間の磁界共鳴により前記電力の伝送にそれぞれ携わる３個以上の複数の中継用共鳴素子を有し、
   前記中継器ｙの前記複数の中継用共鳴素子の共振周波数は各々が異なり、
   前記送電器、前記受電器、および他の前記中継器は、同一の共振周波数を有し、
   前記中継器ｙの前記複数の中継用共鳴素子のうち少なくとも１つの第１中継用共鳴素子は、前記中継器ｙに隣接する前記送電器または前記中継器ｙ−１の共振周波数と同じ共振周波数を有し、
   前記中継器ｙの前記複数の中継用共鳴素子のうち他の少なくとも１つの第２中継用共鳴素子は、前記中継器ｙと隣接する前記送電器または前記中継器ｙ−１との密結合状態において２つ以上にスプリットした共振周波数のいずれか一つが、前記送電器または前記中継器ｙ−１の共振周波数と同じ周波数を有し、
   前記中継器ｙの前記複数の中継用共鳴素子のうちさらなる他の少なくとも１つの第３中継用共鳴素子は、前記中継器ｙと隣接する前記中継器ｙ＋１または前記受電器との密結合状態において２つ以上にスプリットした共振周波数のいずれか一つが、前記中継器ｙ＋１または前記受電器の共振周波数と同じ周波数を有する無線電力伝送装置。
10. 磁界共鳴により電力を、第１の電力伝送装置および第２の電力伝送装置間で伝送する無線電力伝送方法であって、
    前記第１の電力伝送装置および前記第２の電力伝送装置のいずれか一方の電力伝送装置は、異なる共振周波数を有する複数の共鳴素子を有し、
    前記一方の電力伝送装置において、
    前記複数の共鳴素子のうち少なくとも１つの一共鳴素子は、前記一方の電力伝送装置と前記電力を伝送する他方の電力伝送装置の共振周波数と同じ共振周波数を有し、
    前記複数の共鳴素子のうち少なくとも１つの他の共鳴素子は、前記他方の電力伝送装置と密結合状態において２つ以上にスプリットした共振周波数のいずれか１つが前記他方の電力伝送装置の共振周波数と同じ周波数を有し、
    前記第１の電力伝送装置および前記第２の電力伝送装置の距離が離れた疎結合状態の場合、前記一方の電力伝送装置の前記一共鳴素子と前記他方の電力伝送装置の間で電力を伝送し、
    前記第１の電力伝送装置および前記第２の電力伝送装置の距離が近接した密結合状態の場合、前記一方の電力伝送装置の前記他の共鳴素子と前記他方の電力伝送装置の間で前記電力を伝送する無線電力伝送方法。

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