JPWO2013128518A1 - 送電装置、受電装置、電力供給システム及び電子機器 - Google Patents

Abstract

無線給電において、送電距離が長い場合でも比較的高い送電効率を維持できる電力供給システムを提供することを課題とする。送電コイル部（２１０）は、周期構造をなすように配列された複数の共鳴コイル（２２１）を有する。この複数の共鳴コイル（２２１）が電磁波の伝送線路となり、送電コイル部（２１０）に電磁伝搬波の定在波が生じる。同じく、受電コイル部（３１０）は、周期構造をなすように配列された複数の共鳴コイル（３２１）を有する。送電装置（２００）と受電装置（３００）との距離が二倍を超えても送電効率が比較的高く維持される。

Description

本発明は、電力送受信システムに関し、具体的には、送電線を介さずに非接触で受電装置に電力を供給するシステムに関する。

離間した受電装置に対し無線で電力を供給する方法が知られている。
例えば、特開２００８−６６８４１号公報（特許文献１）では、電磁波伝送シートのなかを電磁波を伝搬させ、シートから漏出する電磁界を受電装置に供給するという構成が開示されている（他に、特開２００７−２８１６７８号公報（特許文献２））。

あるいは、特開２００８−２５９３９２号公報（特許文献３）には、マイクロ波ビームを利用した送電方法が開示されている。これは、例えば、衛生軌道上で太陽光発電を行い、そのエネルギーをマイクロ波ビームで地上に送る。そして、地上の受電システムでマイクロ波を電力に再変換するというものである。

また、例えば、特開平７−３２２５３４号公報（特許文献４）にあるように、電源側の一次コイルから負荷側の二次コイルに電磁誘導で電力を伝送する方式がある。これは、家庭用の小型電子機器、例えば、シェーバーや電動歯ブラシなどの充電によく使用されている。

また、電磁誘導では給電元と給電先（受電側）とが極めて接近していなくてはならないが、この欠点を解消すべく電磁共鳴現象を利用した電力伝送も提案されている（特開２０１１―１４７２７１号公報（特許文献５）、ＵＳ７８２５５４３Ｂ２（特許文献６））。

特開２００８−６６８４１号公報 特開２００７−２８１６７８号公報 特開２００８−２５９３９２号公報 特開平７−３２２５３４号公報 特開２０１１−１４７２７１号公報 米国特許７８２５５４３号明細書

上記特許文献５、６のように電磁共鳴を利用する方法は、電磁誘導方式に比べれば送電距離を延ばせるという利点がある。
しかし、上記特許文献５の方法でも、送電距離が送電コイルの直径の２倍ないしは３倍程度を超えてくると、極端に送電効率が下がってしまうという問題があった。

そこで、本発明の目的は、無線給電において、送電距離が長い場合でも比較的高い送電効率を維持できる送電装置、受電装置、および電力供給システムを提供することにある。

本発明の送電装置は、
一次元的に周期構造をなすように配列された複数の共鳴コイルを有し、受電装置と磁界共鳴することによって前記受電装置に電力を送電する送電コイル部と、
前記送電コイル部に電力を供給する給電部と、を備え、
前記送電コイル部を電磁伝搬波の伝送路とし、この送電コイル部に電磁伝搬波の定在波を発生させる
ことを特徴とする。

本発明の受電装置は、
一次元的に周期構造をなすように配列された複数の共鳴コイルを有し、送電装置と磁界共鳴することによって前記送電装置から電力を受電する受電コイル部と、
前記受電コイル部から電力を受電する受電部と、を備え、
前記受電コイル部が電磁伝搬波の伝送路となり、前記送電装置との磁界共鳴によってこの受電コイル部に電磁伝搬波の定在波が生じる
ことを特徴とする。

本発明の電力供給システムは、前記送電装置と、前記受電装置と、を備えることを特徴とする。

このような構成によれば、送電距離が比較的長くても送電効率を高く保つことができるという効果を奏することができる。

第１実施形態に係る電力供給システムの構成図。 背景技術としての電力供給システムの構成図。 第１実施形態と背景技術とで、距離を変えて送電効率を測定した結果を示す図。 複数の共鳴コイルを配列した構造の例を示す図。 分散曲線を示す図。 複数の共鳴コイルが並んだコイル周期構造の等価回路を示す図。 図６の回路の等価回路を示す図。 図７の回路の等価回路を示す図。 周期構造の一単位の等価回路図。 三つの共鳴コイルに定在波が生じている状態を示す図。 三つの共鳴コイルに定在波が生じている状態を示す図。 三つの共鳴コイルに定在波が生じている状態を示す図。 送電コイル部と受電コイル部とに生じる磁界ループを示す図。 送電コイル部と受電コイル部とに生じる磁界ループを示す図。 変形例１を示す図。 床面からの距離を変えた場合における送電効率の違いを示す実験結果の図。 給電コイルを配置する位置の変形例を示す図。 分散曲線をシフトさせる様子を示す図。 変形例４を示す図。 平面スパイラル状のコイルの一例を示す図。 プリント基板の裏面に実装されるコイルの一例を示す図。 送電コイル部を２次元配列した構成の例を示す図。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る電力供給システムの構成図である。
電力供給システム１００は、送電装置２００と、受電装置３００と、を備えている。
ここで、説明が分かりやすいように、送電装置２００と受電装置３００とのそれぞれに前後方向の向きを定める。
本明細書では、送電装置２００と受電装置３００とは距離を隔てて配置されているところ、送電装置２００において受電装置３００の側を前側とする。送電装置２００において受電装置３００から遠い側を後ろ側とする。
同様に、受電装置３００において送電装置２００の側を前側とする。受電装置３００において送電装置２００から遠い側を後ろ側とする。

送電装置２００は、送電コイル部２１０と、給電部２８０と、を備える。
送電コイル部２１０は、前段コイル部２２０と、後段コイル部２３０と、給電コイル２４０と、を備えている。
前段コイル部２２０は一つの共鳴コイルで構成されている。この共鳴コイルを前段コイル２２１とする。前段コイル２２１は、スプリング型のコイルであって、給電コイル２４０よりも前側（すなわち受電装置３００側）に配置されている。
後段コイル部２３０は、二つのスプリング型コイルを有し、給電コイル２４０よりも後ろ側（すなわち受電装置３００から遠い側）に配置されている。
ここでは、給電コイル２４０に近い方から、第１後段コイル２３１、第２後段コイル２３２、とする。すなわち、給電コイル２４０は、前段コイル２２１と第１後段コイル２３１との間に挟まれるように配置されている。

前段コイル２２１、第１後段コイル２３１および第２後段コイル２３２は、一定ピッチで配列されている。
このように複数の共鳴コイルが周期配列されることで構成される構造を本明細書では、「コイル周期構造」と称する。

図１においては、前段コイル２２１の軸と、給電コイル２４０の軸と、第１後段コイル２３１の軸と、第２後段コイル２３２の軸と、はほぼ同軸であるが、互いの軸線が交差するように角度がついていてもよい。
図１においては、前段コイル２２１と、第１後段コイル２３１と、第２後段コイル２３２と、はほぼ一定のピッチで配置されているが、後の説明で明らかになるように、電磁伝搬波を伝搬できる範囲で配列ピッチが多少ずれていてもよい。
前段コイル２２１と、第１後段コイル２３１と、第２後段コイル２３２と、は、コイル特性としては同じであり、共鳴（共振）周波数も同じになる。すなわち、異なる特性の共鳴コイルを並べているのではなく、同じ特性をもつ複数の共鳴コイルを配列している、ということである。

ただし、同じコイル特性といっても、電磁伝搬波を伝搬できる範囲で共鳴周波数がずれていても良い。例えば、同じ特性を持つコイルでも、厳密には共鳴周波数は製造誤差によるばらつきがある。
なお、誤差が小さいほど、望ましい電磁伝搬特性を得ることができる。例えば、８．６ＭＨｚ近辺に共鳴周波数を有する複数のコイルを使用する場合、共鳴周波数のバラツキが１００ｋＨｚ程度であるよりも、共鳴周波数のバラツキが１０ｋＨｚ程度かそれ以内に収まっている方が、望ましい電磁伝搬特性を得ることができる。

この点、特開２０１１―１４７２７１号公報では、複数の周波数に対応可能なように共鳴周波数が異なる複数の共鳴コイルを備えるだけである。
本実施形態のごとく複数の共鳴コイルを配列してこれを伝送線路とすることや、近傍磁界分布を制御して伝送効率を向上させようとすることについては、特開２０１１―１４７２７１号公報には開示されていない。

給電部２８０は、電源２８１と、電力印加部２８２と、周波数制御部２８３と、を備える。
電力印加部２８２は、給電コイル２４０に電力を印加する。
ここでは、電力印加部２８２は、制御された周波数の交流電流を給電コイル２４０に流す。
周波数制御部２８３は、給電コイル２４０に印加する電流の周波数を例えばスイッチングなどによって制御する。
明示的に図示しないが、周波数制御部２８３には、ユーザが手動で周波数を調整するための調整手段が付設されていてもよい。

受電装置３００の構成は、基本的には送電装置２００と同じであり、受電コイル部３１０と、受電部３８０と、を備える。
受電コイル部３１０は、前段コイル部３２０と、後段コイル部３３０と、受電コイル３４０と、を備える。
前段コイル部３２０は、一つの共鳴コイルで構成され、これを前段コイル３２１と称する。
後段コイル部３３０は、第１後段コイル３３１と、第２後段コイル３３２と、を有する。
前段コイル３２１と第１後段コイル３３１との間に受電コイル３４０が挟まれるように配置されている。
受電部３８０は、受電コイル３４０で受電した電力を整流したり、電圧変換するなどの処理をした後、受電した電力を負荷９００に供給する。

このような構成において、電力印加部２８２から給電コイル２４０に電力を印加すると、送電コイル部２１０から電磁波が送電される。
送電された電磁波を受電コイル部３１０で受信し、この電力を受電コイル３４０から取り出す。

本実施形態の構成を背景技術と対比する。
図２は、電磁共鳴現象を利用した背景技術としての電力供給システム１０の構成図である。
給電コイル２０の前段に送電用の前段コイル３０が配置されているが、給電コイル２０の後段にはコイルが配置されていない。
同様に、受電コイル４０の前段に前段コイル５０が配置されているが、受電コイル４０の後段にはコイルが配置されていない。
図２の背景技術を本第１実施形態の構成と比べると、送電コイル部２１０および受電コイル部３１０が複数の共鳴コイルを有するか否かに違いがある。

図１の本実施形態と図２の背景技術とで送電効率を比較する。
図３は、第１実施形態（図１）と背景技術（図２）とで、距離を変えて送電効率を測定した結果である。
図３のグラフにおいて、横軸は距離［ｍ］であり、縦軸は送電効率［％］の対数である。
なお、各コイルの直径を２０ｃｍ、高さを１０ｃｍ、巻き数を１９とした。
尚、各コイルの共振周波数は８．６４ＭＨｚ近辺で、バラツキが１０ｋＨｚ以内となるようにコイル端部の銅線を切断して調整した。
すなわち、給電コイル２０、２４０に給電する電力の周波数を８．６４ＭＨｚに調整した。

図３を見ると、距離が５０ｃｍあたりまでは第１実施形態と背景技術とで送電効率にほとんど差がないか、むしろ背景技術の送電効率の方が高い。しかし、距離が５０ｃｍを超えたあたりから第１実施形態の送電効率が高くなる。そして、背景技術では、距離が長くなるほど送電効率は下がっていくのに対し、本第１実施形態の構成によれば距離が長くなっても送電効率が落ちず、見方によってはやや上昇しているようにも見える。
一のコイルの直径が２０ｃｍであることから、本実施形態は、送電距離がコイル直径の２倍から３倍を超える距離になったときにより効果を発揮するといえる。
このように、本実施形態によれば、送電効率を高く保ったまま送電距離を長くできる効果があることがわかる。

（原理説明）
上記のように本実施形態の作用効果が生じる理由は必ずしも定かではないが、本発明者らの着想を以下に簡単に説明する。
なお、仮に現時点での原理説明が誤りを含んでいたとしても、本発明の構成はもちろん、作用、効果が否定されるものではない。
本発明者らは、鋭意研究の末、複数の共鳴コイルを配列して周期構造となし、これを電磁界の伝送線路とみなすことに着想した。さらに、この周期構造を特定の周波数帯域で共鳴させたとき、この構造自体がメタマテリアルとして扱えることに着想した。そこで、この周期構造（伝送線路）に生じる電磁界分布を解析的に取り扱う方法を追求し、これをなし得た。つまり、共鳴コイルの周期構造に波のどのような伝搬モードが生じるかを解析的に求める方法を開発した。

これによって、例えば、図４のように複数の共鳴コイル４０１を配列した時に、そこにどのようなモードの電磁波が発生するかを求めることができるようになった。
以後、この波を"電磁伝搬波"と称することにする。
すなわち、本発明者らは、コイルの周期構造に発生しうる電磁伝搬波の周波数（ｆ）と波数（ｋ）との関係を図５のような分散曲線として表した。
ｄは、周期構造の一周期長を表し、例えば、隣接するコイル同士の中心間距離である。したがって、図５のグラフの横軸である「波数（ｋ）×一周期長（ｄ）」は、一周期長あたりの位相変化を意味する。

図５の分散曲線で、ｆ_ｍａｘとｆ_ｍｉｎとの間の周波数ｆにおいて、コイル周期構造は、この構造をメタマテリアルとみたてた場合の電磁波の伝播領域、すなわち伝送線路として扱えるということがわかる。そして、この周期構造（伝送線路）に随意の電界分布を生じさせる構成に想到した。

（電磁伝搬波の分散曲線を求める理論）
共鳴コイル４０１を周期的に配列した共鳴コイル周期構造をメタマテリアルとして扱い、そこに生じる電磁伝搬波の分散曲線を求める方法を説明する。
ここでは、共鳴コイル４０１としては、スプリング型コイルを例にする。
図１の送電コイル部２１０のように、同軸に複数のコイル４０１が並んだ配列構造を図６の等価回路に置き換える。
ここで、Ｍは隣接するコイル４０１同士の相互インダクタンスである。
また、容量成分Ｃを明示的に取り出し、抵抗成分は無視している。
また、図中の黒丸は、巻線の極性を示す。

さらに、図６の回路は図７のように等価変換できる。
図７では、一つのコイル４０１を二つのコイル成分４０１ｈ、４０１ｈに分けたように描いている。
従って、一方のコイル成分４０１ｈのインダクタンスはＬ／２である。

さらに、図７の回路は、コイルの極性に注意しつつ、図８のように等価変換できる。

さらに、この周期構造の一単位（一ユニット）は、図９の等価回路に描き直すことができる。

すると、周期構造の一単位（一ユニット）を、Ｔマトリクスによって次のように表すことができる。

この周期構造の周期間隔（コイルの中心間距離）をｄとする。
また、周期構造をメタマテリアルとしたとき、このメタマテリアルを進行する電磁伝搬波の進行方向の波数をｋ_ｘとする。
すると、ｋ_ｘ×ｄは、一周期ごとの波の位相を表し、次の式が成立する。

上記の式を用いて、位相（ｋ_ｘ×ｄ）と周波数ｆ（＝ω／２π）との関係をプロットすることにより分散関係が求まる。
これにより、メタマテリアルに生じる（電磁界の）波の周波数帯域（ｆ_ｍｉｎ＜ｆ＜ｆ_ｍａｘ）が求まる。すなわち、周波数帯域（ｆ_ｍｉｎ＜ｆ＜ｆ_ｍａｘ）において図３の分散曲線を描くことができる。

ここまででコイル周期構造をメタマテリアルとした場合の分散曲線が求められた。
このコイル周期構造になんらかの給電を行った場合、電磁界が隣接する共鳴コイルに伝わっていき、コイル周期構造が電磁伝搬波の伝送線路となる。さらに、伝送線路の損失が小さければ、伝送線路上の電磁界分布は、いわゆる定在波分布となる。

コイル周期構造を伝送線路とし、これに定在波を発生させることができることがわかった。さらに、コイル周期構造の共振条件を満たすような波を発生させれば、定在波（電磁伝搬波）の腹の数をコントロールできることになる。
コイル数をｎ、コイル間隔をｄ、隣接コイル間の位相（分散曲線におけるある周波数ｆに対する位相）をＸ（＝ｋｘ×ｄ）［ｒａｄｉａｎ］とする。
共振条件を満たすとすると次の式が成立することになる。

（ｎ−１）Ｘ＝ｍπ （ｍは整数）

ここで、位相Ｘは、０≦Ｘ≦πであるので、上記式を満たすｍは、ｍ＝０、１、・・・・ｎ−１、のｎ個である。
例えば、コイルの個数が９個である場合（ｎ＝９）、ｍ＝０、１、・・・８、の９個の共振状態を満たす位相Ｘがあることになる。
給電電力の周波数（例えば交流電流の周波数）を制御して共振状態とすることにより、コイル周期構造に電磁伝搬波の定在波を発生させることができる（例えば図４参照）。

なお、ｍ＝０とは、図１０のように、すべてのコイルが同相であるということであり、磁界ベクトルがすべてのコイルで同位相になっているということである。
この場合、節の数は０、腹の数は１である。

また、例えば、ｍ＝１とは、節の数が１、腹の数が２、ということである。
ｎ＝３の場合でいうと、図１１のように、磁界ベクトルは両端のコイルで互いに逆向きになっており、中央は節になる。

また、例えば、ｍ＝２とは、節の数が２、腹の数が３、ということである。
ｎ＝３の場合でいうと、図１２のように、磁界ベクトルは一周期ごとに１８０°ずれる。

このような現象を利用し、送電コイル部２１０と受電コイル部３１０とに生じる磁界共鳴を制御することができると考えられる。
図１３のように、送電コイル部２１０も受電コイル部３１０も３つのコイルで構成するとする。
そして、ｍ＝１の共振モードを選択するように給電コイル２４０に印加する電流の周波数を選択するとする。すると、送電コイル部２１０の３つのコイル（２２１、２３１、２３２）には安定した定在波が発生し、磁界ループを図示すると、図１３のように送電コイル部２１０の前段コイル２２１と受電コイル部３１０の前段コイル３２１とで一つの磁界ループを共有し（共振し）、それぞれの後段コイル部２３０、３３０でそれぞれの磁界ループを作るようにできる。
このことは、複数の共鳴コイルを配置することによって近傍の磁界を制御したと捉えることができる。
その結果として、送電コイル部２１０から受電コイル部３１０への送電効率を背景技術よりも高めることができる。

一方、送電コイル部２１０も受電コイル部３１０も３つの共鳴コイルで構成し、単純に、送電コイル部２１０と受電コイル部３１０とを近づけ過ぎると、６つの共鳴コイルによる定在波が生じ、結果として６個の共振状態が生じる。
そのため、先にあげた、３つの共鳴コイルにおけるｍ＝１の共振モードが綺麗に生じなくなる。
この場合、必ずしも送電効率を高める構成ではなくなる。
送電コイル部２１０と受電コイル部３１０を離していき、各々のコイル部が独立した電磁伝搬構造と見なせる距離になると、３つの共鳴コイルにおけるｍ＝１の共振モードが明らかに生じ、その結果、送電効率が向上する。

図１４のように送受電コイル部２１０、３１０をそれぞれ３つの共鳴コイルで構成した場合、送受電コイルともに、３つの共鳴コイルにおけるｍ＝０の共振状態が発生し、すべてのコイルが同位相で電力伝送が行われる磁界共鳴が生じる周波数もある。
しかし、実験によると、先にあげたｍ＝１の共振モードほどの効果は得られていない。

なお、共鳴コイルの数や共鳴コイルの特性が変更されたり、送電コイル部２１０と受電コイル部３１０との距離が変わってきたりすれば、最適な磁界共鳴状態が図１３の例とは違ってくるのはもちろんである。
しかし、複数の共鳴コイルによって構成される送電コイル部２１０（または受電コイル部３１０）に共振状態を作ることで安定した定在波を作り出せること、および、これによって送電コイル部２１０から受電コイル部３１０への送電効率を高められることは変わりがない。

（変形例１）
上記第1実施形態の構成と床面との距離を適切に調整することにより、送電効率のさらなる向上を図ることができる。
図１５、図１６はそのことを示す測定系説明図と測定結果である。
図１５に示すように、コイル周期構造（送電コイル部２１０、受電コイル部３１０）と床面８００との距離を２０ｃｍ、もしくは、６０ｃｍとする。
図１６は、上記二つの場合で送電効率を測定した結果である。
図１６より、床面８００からの距離を６０ｃｍとするよりも、床面８００との距離を２０ｃｍとした方が、送電距離がある程度離れたところで送電効率が向上していることがわかる。
すなわち、床面８００とコイル周期構造（送電コイル部２１０、受電コイル部３１０）との距離を巧みに利用することにより、送電効率のさらなる向上を望める。
さらに、床面に限らず、金属板など、電磁波を反射させるか遮蔽する物質を送電効率の向上に巧みに利用してもよい。

（変形例２）
上記第１実施形態においては、送電コイル部２１０および受電コイル部３１０は、それぞれ３つの共鳴コイルで構成されている場合を例示した。
これに対し、例えば、送電コイル部２１０を構成する共鳴コイルの数を４つ、５つなど、増やしてもよい。
同じように、受電コイル部を構成する共鳴コイルの数を４つ、５つなど、増やしてもよい。

（変形例３）
上記実施形態においては、送電コイル部２１０においても受電コイル部３１０においても、給電コイル２４０（受電コイル３４０）は前段コイル２２１（３２１）のすぐ後ろに配置されていた。
これに対し、給電コイル２４０（受電コイル３４０）は、複数並ぶ共鳴コイルの間のどこに配置されていてもよい。
例えば、図１７のように７つ以上のコイルが並ぶなかで、前（右）から二つ目と三つ目との間に給電コイル（または受電コイル）を配置してもよい。
この場合、前段コイル部（２２０）が二つの共鳴コイル２２１、２２２で構成され、後段コイル部が３番目以降のコイルで構成されている、と解釈してもよい。

（変形例４）
共鳴コイルのインピーダンスが可変であってもよい。
共鳴コイルのインピーダンスを可変にすることにより、図１８のように分散曲線をシフトさせることができる。
共鳴コイルのインピーダンスを制御するにあたっては、コイルコアの誘電率または透磁率を制御してもよく、共鳴コイルに可変容量を付加して可変容量の容量値を変化させてもよい。
図１９に示すように、給電部にインピーダンス制御部２８４を設けておく。
このように送電コイル部２１０の側でコイルインピーダンスを可変とすれば、固定された周波数に対して送電コイル部２１０に所望の共振状態を作ることができる。
また、図示しないが、受電コイル部３１０の側でコイルインピーダンスを可変とすれば、受信する周波数に対して受電コイル部３１０に所望の共振状態を作ることができる。
コイルインピーダンスを変化させるにあたっては、送電コイル部を構成するすべてのコイルのインピーダンスを一斉に同じように変化させてもよく、あるいは、個々のコイルのインピーダンスを個別に変更調整できるようになっていてもよい。
同じように、受電装置についても、すべてのコイルのインピーダンスを一斉に変更してもよく、あるいは、個々のコイルのインピーダンスを個別に変更調整できるようになっていても良い。

（変形例５）
上記実施形態においては、共鳴コイルとしてスプリング型のコイルを例示した。
共鳴コイルとしては、例えば、図２０Ａに示す平面スパイラル状のコイルを用いてもよい。
平面スパイラル状のコイル５０１は、プリント回路基板に実装できるという利点がある。
すなわち、プリント基板のおもて面または裏面にスパイラルコイル５０１を一つ実装しておいてもよい。
または、平面スパイラル状のコイルをプリント基板の両面に実装してもよい。
例えば、図２０Ａの平面スパイラル状のコイル５０１をプリント基板の表側に実装する。
そして、図２０Ｂのコイル５０２をプリント基板の裏面に実装する。
図２０Ｂは、プリント基板の裏面に実装されるコイル５０１を表面側から透視したものである。
このとき、接合点５０３で表面側コイル５０１と裏面側コイル５０２とを導体接続することにより、両面実装として一続きのスパイラル形状を構成することができる。
ここでは表面実装と両面実装との場合を説明したが、多層基板においても各々の層のスパイラル導体と層間を接続する導体とにより、多層基板上で様々なスパイラル導体実装が可能となる。
また、図２０Ａ、図２０Ｂでは、矩形であって矩形の各辺が直線的形状であるスパイラルコイルを例示したが、曲線のスパイラルであっても良いことは言うまでもない。

また、スパイラル状コイルが高誘電体基板に実装されていてもよい。
または、スパイラル状コイルが磁性体上に実装されていてもよい。
これにより、磁束密度を高め、共鳴体（コイル）の小型化を図ることができる。

送電装置と受電装置との間は一般的には空気であるが、送電装置と受電装置との間に、水、海水、土、壁があってもよい。

複数の送電コイル部（または受電コイル部）を２次元的に配列してもよい。
さらに、例えば図２１に示すように、２次元的に配列した複数の送電コイル部（または受電コイル部）を剛性を有する二枚の基板６１１、６１２で挟んで、送電コイル部（または受電コイル部）が曲がらないように剛性を持たせてもよい。
または、柔軟性を有する二枚のシートで共鳴コイルを挟んで、送電コイル部または受電コイル部が柔軟に曲がるようにしておいてもよい。

本明細書において"周期構造"の用語を用い、送電コイル部（または受電コイル部）が複数の共鳴コイルによる周期構造で構成されている、と表現した。
ここで、周期構造とは、厳密な一定ピッチの配列構造だけに限定解釈されるべきではない。
厳密に一定周期でなくてもよく、本発明の全趣旨からみて送電コイル部（または受電コイル部）をメタマテリアルとして扱える範囲で共鳴コイルの配列ピッチがずれることは許容される。
また、実際の製品とする場合にあっては、製造上の制約も考慮したうえで共鳴コイルの配列ピッチが設計されるので、製造条件に応じて配列周期がずれることは許容される。

受電装置から電力の供給を受ける負荷としては、各種のセンサ、家庭用の電化製品、携帯端末、電気自動車、など、様々な応用製品が挙げられる。

上記実施形態において、一つの送電コイル部は一つのコイル周期構造を備えていた。
同様に、一つの受電コイル部は一つのコイル周期構造を備えていた。
これは、送電コイル部と受電コイル部とで磁界共鳴する周波数が一つであったためであるが、送電コイル部も受電コイル部もそれぞれ複数のコイル周期構造を備えていてもよい。
例えば、一つの送電コイル部（または受電コイル部）に複数のコイル周期構造を持たせるにあたっては、第１コイル周期構造の内側に第２コイル周期構造を設けるようにしてもよい。
このような構成によれば、一の周波数で電力を電送し、他の周波数で信号を電送することができる。

なお、本発明は上記実施形態に限られるものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することができる。

以上、実施の形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記によって限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、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。

この出願は、２０１２年２月２９日に出願された日本出願特願２０１２−０４３７７２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。

１００・・・電力供給システム、２００・・・送電装置、２１０・・・送電コイル部、２２０・・・前段コイル部、２２１・・・前段コイル、２３０・・・後段コイル部、２３１・・・第1後段コイル、２３２・・・第２後段コイル、２４０・・・給電コイル、２８０・・・給電部、２８１・・・電源、２８２・・・電力印加部、２８３・・・周波数制御部、２８４・・・インピーダンス制御部、３００・・・受電装置、３１０・・・受電コイル部、３２０・・・前段コイル部、３２１・・・前段コイル、３３０・・・後段コイル部、３３１・・・第1後段コイル、３３２・・・第２後段コイル、３４０・・・受電コイル、３８０・・・受電部、４０１・・・共鳴コイル、４０１・・・コイル、４０１ｈ・・・コイル成分、５０１・・・コイル、５０２・・・コイル、５０３・・・接合点、６１１・・・基板、９００・・・負荷。

Claims (18)

1. 一次元的に周期構造をなすように配列された複数の共鳴コイルを有し、受電装置と磁界共鳴することによって前記受電装置に電力を送電する送電コイル部と、
   前記送電コイル部に電力を供給する給電手段と、を備え、
   前記送電コイル部を電磁伝搬波の伝送路とし、この送電コイル手段に電磁伝搬波の定在波を発生させる
   ことを特徴とする送電装置。
2. 請求項１に記載の送電装置において、
   前記送電コイル部は、さらに、前記給電手段から給電を受ける給電用ループコイルを有し、
   前記給電用ループコイルは、前記共鳴コイル同士の隙間に介在配置されている
   ことを特徴とする送電装置。
3. 請求項２に記載の送電装置において、
   前記給電用ループコイルは、前記受電装置に最も近い位置にある共鳴コイルと、前記受電装置に二番目に近い位置にある共鳴コイルと、の間に配置されている
   ことを特徴とする送電装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載の送電装置において、
   前記共鳴コイルの数は３である
   ことを特徴とする送電装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれかに記載の送電装置において、
   前記複数の共鳴コイルは、同軸になるように配置されている
   ことを特徴とする送電装置。
6. 請求項１から請求項５のいずれかに記載の送電装置において、
   前記送電コイル部の近傍に電磁波遮蔽物質を配置した
   ことを特徴とする送電装置。
7. 請求項１から請求項６のいずれかに記載の送電装置において、
   前記複数の共鳴コイルのうちの一つ以上は、インピーダンスが可変である
   ことを特徴とする送電装置。
8. 一次元的に周期構造をなすように配列された複数の共鳴コイルを有し、送電装置と磁界共鳴することによって前記送電装置から電力を受電する受電コイル部と、
   前記受電コイル部から電力を受電する受電手段と、を備え、
   前記受電コイル部が電磁伝搬波の伝送路となり、前記送電装置との磁界共鳴によってこの受電コイル部に電磁伝搬波の定在波が生じる
   ことを特徴とする受電装置。
9. 請求項８に記載の受電装置において、
   前記受電コイル部は、さらに、受電用ループコイルを有し、
   前記受電用ループコイルは、前記共鳴コイル同士の隙間に介在配置されている
   ことを特徴とする受電装置。
10. 請求項９に記載の受電装置において、
    前記受電用ループコイルは、前記送電装置に最も近い位置にある共鳴コイルと、前記送電装置に二番目に近い位置にある共鳴コイルと、の間に配置されている
    ことを特徴とする受電装置。
11. 請求項８から請求項１０のいずれかに記載の受電装置において、
    前記共鳴コイルの数は３である
    ことを特徴とする受電装置。
12. 請求項８から請求項１１のいずれかに記載の受電装置において、
    前記複数の共鳴コイルは、同軸になるように配置されている
    ことを特徴とする受電装置。
13. 請求項８から請求項１２のいずれかに記載の受電装置において、
    前記受電コイル部の近傍に電磁遮蔽物質を配置した
    ことを特徴とする受電装置。
14. 請求項８から請求項１３のいずれかに記載の受電装置において、
    前記複数の共鳴コイルのうちの一つ以上は、インピーダンスが可変である
    ことを特徴とする受電装置。
15. 請求項１から請求項７のいずれかに記載の送電装置と、
    請求項８から請求項１４のいずれかに記載の受電装置と、を備えた電力供給システム。
16. 請求項１５に記載の電力供給システムにおいて、
    前記送電装置と前記受電装置との距離は、前記共鳴コイルの直径の２倍以上である
    ことを特徴とする電力供給システム。
17. 請求項１から請求項７のいずれかに記載の送電装置を備える電子機器。
18. 請求項８から請求項１４のいずれかに記載の受電装置を備えた電子機器。

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