WO2010106636A1 - 無線電力供給システム - Google Patents

Abstract

　無線電力供給システムは、送電共振コイル（１）、受電共振コイル（２）、および中継共振コイル（３）を備えている。送電共振コイル（１）は、所定の共振周波数特性をもち、無線で電力を送出する。受電共振コイル（２）は、送電共振コイル（１）と同一の共振周波数特性をもち、共振周波数の同調によって磁場共鳴モードが生じることにより、無線で電力を収受する。中継共振コイル（３）は、送電共振コイル（１）および受電共振コイル（２）と同一の共振周波数特性をもち、これらとの間で共振周波数が同調して磁場共鳴モードが生じることにより、送電共振コイル（１）からの電力を受電共振コイル（２）へと無線で中継する。

Description

無線電力供給システム

　本発明は、いわゆる磁場共鳴モードにより無線で電力を供給する無線電力供給システムに関する。

　無線による電力供給技術としては、電磁誘導や電波を利用したものに代わり、特許文献１に開示されるように磁場共鳴モードを利用した技術が近年提案されている。この磁場共鳴モードによる無線電力供給技術では、たとえば送電装置に共振角周波数ω１をもつ共振器を設けるとともに、受電装置に共振角周波数ω２をもつ共振器を設けている。共振器としては、コイルとコンデンサを接続した共振回路が適用される。これらの共振角周波数ω１，ω２を同調させ、共振器のサイズや配置を適当に調整すると、送電装置と受電装置との間に磁場共鳴モードによるエネルギー転送可能な磁場結合状態が生じ、送電装置の共振器から受電装置の共振器へと無線により電力が伝えられる。このような無線電力供給技術によれば、電力の利用効率（エネルギー転送効率）が数十％程度とされ、装置間の離間距離も比較的大きくとることができ、送電装置に対して受電装置を数十ｃｍ以上離すことができる。

特表２００９－５０１５１０号公報

　しかしながら、上記磁場共鳴モードを利用した無線電力供給技術では、電磁誘導による場合と同様にコイルに指向性があるため、送電装置と受電装置の位置関係によっては電力供給が困難になるという難点があった。たとえば、送電側コイルのコイル軸と受電コイルのコイル軸が、交差状、平行状、あるいは捻れ状の位置関係となる場合について考える。この場合、送電側コイルから出て受電側コイルを通り抜ける磁力線の垂直成分は、同軸の場合よりも必然的に小さくなり、それに応じて磁場の強さも小さくなってしまう。これにより、コイル軸がずれた送電装置と受電装置との間においては、磁場共鳴モードによる磁場結合状態が弱くなり、ほとんど電力が伝えられない、あるいは全く電力が伝えられない状態になっていた。

　本発明は、上記した事情のもとで考え出されたものである。本発明は、送電側からの電力を中継して効率よく受電側へと伝えることができる無線電力供給システムを提供することを目的としている。

　上記課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。

　本発明によれば、次のような無線電力供給システムが提供される。無線電力供給システムは、送電共振コイル、受電共振コイル、および一または複数の中継共振コイルを備えている。送電共振コイルは、共振周波数特性をもち、無線で電力を送出する。受電共振コイルは、送電共振コイルと同一の共振周波数特性をもち、共振周波数の同調によって磁場共鳴モードが生じることにより、無線で電力を収受する。中継共振コイルは、送電共振コイルおよび受電共振コイルと同一の共振周波数特性をもち、これらとの間で共振周波数が同調して磁場共鳴モードが生じることにより、送電共振コイルからの電力を受電共振コイルへと無線で中継する。送電共振コイルから出て受電共振コイルを直接通り抜ける磁力線が受電共振コイルのコイル軸と交差する角を交差角αとする。送電共振コイルあるいは他の中継共振コイルから出て中継共振コイルを通り抜ける磁力線がこの中継共振コイルのコイル軸と交差する角を交差角β０とする。中継共振コイルから出て受電共振コイルあるいは他の中継共振コイルを通り抜ける磁力線が、この受電共振コイルあるいは他の中継共振コイルのコイル軸と交差する角を交差角β１とする。そうした場合、中継共振コイルは、０°≦β０＜α≦９０°、かつ、０°≦β１＜α≦９０°となるように配置される。

　本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。

本発明に係る無線電力供給システムの一実施形態を示す模式図である。 図１の無線電力供給システムの変形例を示す模式図である。 構成要素となる共振コイルの平面図である。 中継共振コイルを用いた場合の有効性を説明するための説明図である。 中継共振コイルを用いた場合の有効性を説明するための説明図である。 中継共振コイルを用いた場合の有効性を説明するための説明図である。 本発明に係る無線電力供給システムの他の実施形態を示す模式図である。 本発明に係る無線電力供給システムの実施例１を示す平面図である。 図７の無線電力供給システムの要部を拡大して示す平面図である。 本発明に係る無線電力供給システムの実施例２を示す斜視図である。 本発明に係る無線電力供給システムの実施例３を示す平面図である。

　以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照して具体的に説明する。

　図１～３は、本発明に係る無線電力供給システムの一実施形態を示している。本実施形態の無線電力供給システムは、送電共振コイル１、受電共振コイル２、および中継共振コイル３を基本的な構成要素として備えている。無線電力供給システムには、たとえば受電共振コイル２の位置姿勢を制御する姿勢制御装置４が含まれる。

　送電共振コイル１は、両端が開放されたコイルである。送電共振コイル１は、Ｑ値を高めるために電気回路と接続されていない。Ｑ値とは、共振の鋭さを表す指標であって、コイルの純抵抗と放射抵抗により決まり、これらの値が小さい程大きなＱ値を得ることができる。送電共振コイル１は、浮遊容量によるコンデンサを有する。これにより、送電共振コイル１は、ＬＣ共振回路となる。ＬＣ共振回路としての送電共振コイル１の共振周波数ｆは、インダクタンス：Ｌとコンデンサの容量：Ｃから以下の式により求まる。

　送電共振コイル１は、図示しない電力供給コイルから電磁誘導によって電力が供給される。電力供給コイルは、送電共振コイル１に対して電磁誘導により電力が供給できる程度の近距離に配置される。電力供給コイルは、図示しない電源に発振回路を介して接続されている。発振回路は、送電共振コイル１の共振周波数に応じた所定周波数の交流電力を電力供給コイルに伝える。このような電力供給コイルから送電共振コイル１への電力供給においては、磁場共鳴によることなく電磁誘導が主として利用されるため、共振周波数を考慮しなくてもよい。したがって、電力供給コイルについては、発振回路の周波数が変化することを考慮しなくてもよい。これにより、電磁誘導による電力供給コイルを用いる場合は、発振回路の設計自由度を向上させることが可能となる。

　送電共振コイル１の等価回路を考えた場合、図３に示すように、送電共振コイル１には、空芯状のコイル部１０と、このコイル部１０に対して直列に接続されたコンデンサ１１とが含まれる。送電共振コイル１は、コイル部１０のインダクタンスをＬ、コンデンサ１１の容量（浮遊容量）をＣとし、発振回路から供給される交流電力の周波数をｆとした場合、この交流電力の周波数ｆが上記数式１の周波数になると共振状態となる。この周波数ｆが共振周波数となる。共振状態においては、コンデンサ１１内部の電圧による電場からコイル部１０を流れる電流による自由空間の磁場へとエネルギーが周期的に交換される。共振状態の送電共振コイル１に対して同一の共振周波数ｆをもつ共振コイル（本実施形態では中継共振コイル３）を後述の条件に応じた姿勢で近接させると、送電共振コイル１からの磁場によって共振コイルが共鳴する。このような磁場による共鳴現象を磁場共鳴モードと称する。磁場共鳴モードにおいては、送電共振コイル１の電力が近接した共振コイルへと無線で伝えられる。

　なお、ここでいう同一の共振周波数ｆとは、完全な同一を意味するものではない。シミュレーションなどにおいては、複数の共振回路の共振周波数が一致することはあっても、現実においては複数の共振回路の共振周波数が一致することはない。したがって、同一の共振周波数ｆとは、実質的に同一の周波数を表す。この実質的に同一の範囲は、Ｑ値によって決定する。この実質的に同一の範囲は、Ｑ値が高ければ高いほど狭まり、その逆にＱ値が低ければ広がる。実質的に同一の範囲の目安としては、共振点の値が半値となる周波数範囲である。または、実質的に同一の範囲は、目標とする効率を達成する周波数範囲である。他の表現をするならば、実質的に同一の範囲は、コイルを離した位置関係で、電磁誘導よりも高い効率で電力が伝送できる周波数範囲である。なお、このような周波数の同一の範囲は説明するまでもなく、当業者の常識の範囲内で決定する事項である。しかし、しばしば当業者の常識を有さない技術者が参照する場合がある。上記の説明はこのような場合を考慮して記載するのであって、この説明により発明の広がりを制限するものではない。

　受電共振コイル２は、両端が開放されたコイルである。受電共振コイル２は、送電共振コイル１と同様にＱ値を高めるために電気回路と接続されていない。受電共振コイル２は、送電共振コイル１と同様にＬＣ共振回路となる。受電共振コイル２は、図示しない電力取出コイルを介して電磁誘導により電力が取り出される。受電共振コイル２と電力取出コイルは、電磁誘導により電力が取り出せる程度の近距離に配置される。電力取出コイルは、電力を消費する負荷デバイス、たとえば姿勢制御装置４あるいは図示しない電子機器やバッテリーに接続されている。電力取出コイルと負荷との間には、取り出された電力を負荷で消費する電力に変換する出力回路（図示略）が接続される。出力回路は、負荷が姿勢制御装置や電子機器である場合には電圧を変換する回路である。たとえば、出力回路としては、トランスあるいはＡＣ－ＤＣコンバータが適用される。出力回路は、負荷がバッテリーの場合には交流を直流に変換する回路である。たとえば、出力回路としては、整流回路あるいは充電量を監視する充電回路が適用される。負荷がヒーターや電球といった交流で動作可能な場合には、負荷に接続される配線が出力回路となる。受電共振コイル２の等価回路を考えた場合、この受電共振コイル２も、送電共振コイル１と同様の構成であり、コイル部およびコンデンサを有している。受電共振コイル２の共振周波数は、送電共振コイル１の共振周波数ｆに一致している。このような受電共振コイル２は、これに近接した共振コイル（本実施形態では中継共振コイル３）と共振周波数が同調させられることで磁場共鳴モードを生じ、その共振コイルからの電力を無線で収受する。受電共振コイル２によって収受された電力は、たとえば整流回路を経由して負荷デバイスに有線で供給される。

　中継共振コイル３は、送電共振コイル１と受電共振コイル２との間で磁場が効果的に作用する位置に後述の条件に応じた姿勢で配置されている。この中継共振コイル３は、外部の電源や負荷デバイスに接続されておらず、回路構成としては送電共振コイル１および受電共振コイル２と同様の構成であり、コイル部およびコンデンサを有している。中継共振コイル３の共振周波数も、送電共振コイル１および受電共振コイル２の共振周波数ｆに一致している。このような中継共振コイル３は、次に説明するような姿勢で近接した２つの共振コイル（本実施形態では送電共振コイル１と受電共振コイル２）と共振周波数が同調させられることで磁場共鳴モードを生じる。これにより、中継共振コイル３は、送電側の共振コイルからの電力を無線で収受し、その電力を受電側の共振コイルへと無線で伝えるように中継する。

　このような磁場共鳴モードを用いた無線電力供給技術では、送電共振コイル１あるいは受電共振コイル２の半径を越えるコイル間の距離としても、高効率で電力を無線で供給することができる。そのため、電磁誘導では発生し得なかった不感帯が発生してしまう。この不感帯は、単純に距離に応じて決まるものではなく、送電共振コイル１あるいは受電共振コイル２の姿勢にも影響を受ける。つまり、磁場共鳴モードを用いた無線電力供給技術においては、コイルの半径を越えるコイル間の距離でも電力供給が可能であるため、コイルの姿勢をも考慮しなければならない。その際、送電共振コイル１および受電共振コイル２ついては、互いにコイル軸が同軸となるような位置に配置しなくてもよい。極端な例としては、送電共振コイル１と受電共振コイル２とを同一平面に配置しても、磁場共鳴モードによる無線での電力供給が可能である。このように、磁場共鳴モードを用いた無線電力供給技術によれば、電磁誘導による電力供給技術では考えられない程のコイル配置の多様性を有する。これにより、中継共振コイル３は、コイルの姿勢によるエネルギー転送効率の低下を改善するために設けられている。

　図１および図２に示すように、送電共振コイル１は、コイル部１０の中心を垂直に貫くコイル軸Ｃ１をもち、このコイル軸Ｃ１が動かないように固定配置されている。送電共振コイル１から出る磁力線Ｌ１は、コイル軸Ｃ１を真っ直ぐ通るものよりコイル軸Ｃ１から離れるほど大きく湾曲する。

　受電共振コイル２は、コイル部の中心を垂直に貫くコイル軸Ｃ２をもち、このコイル軸Ｃ２の方向が変化させられるように姿勢制御装置４によって姿勢が制御される。図１では、一例としてコイル軸Ｃ２がコイル軸Ｃ１と平行になるように受電共振コイル２が静止させられている。図２では、コイル軸Ｃ２がコイル軸Ｃ１に対して垂直に交差するように受電共振コイル２が静止させられている。

　中継共振コイル３は、コイル部の中心を垂直に貫くコイル軸Ｃ３をもち、このコイル軸Ｃ３が送電共振コイル１のコイル軸Ｃ１と一致するように固定配置されている。中継共振コイル３から出る磁力線Ｌ３も、コイル軸Ｃ３を真っ直ぐ通るものよりコイル軸Ｃ３から離れるほど大きく湾曲する。このような中継共振コイル３の配置位置および姿勢は、次のように設定される。

　送電共振コイル１から出て受電共振コイル２の中心を直接通り抜ける磁力線Ｌ１が受電共振コイル２のコイル軸Ｃ２と交差する角を交差角αとする。送電共振コイル１から出て中継共振コイル３の中心を通り抜ける磁力線Ｌ１がこの中継共振コイル３のコイル軸Ｃ３と交差する角を交差角β０とする。中継共振コイル３から出て受電共振コイル２の中心を通り抜ける磁力線Ｌ３がこの受電共振コイル２のコイル軸Ｃ２と交差する角を交差角β１とする。この場合、中継共振コイル３は、受電共振コイル２がいずれの位置にあっても、０°≦β０＜α≦９０°、かつ、０°≦β１＜α≦９０°となる設定範囲内に配置される。図１および図２の場合では、特に、α≒９０°、β０＝０°、β１≪αになっている。

　このような交差角α，β０，β１の範囲内となる位置に中継共振コイル３を配置することにより、送電共振コイル１と中継共振コイル３との間、ならびに中継共振コイル３と受電共振コイル２との間においては、磁場共鳴モードによるエネルギー転送効率が向上する。これは、各コイル１～３を流れる電流の方向に対して磁場の作用方向が垂直に近づくほどコイルを横切る磁束が増え、大きな電流が流れやすくなるためであり、磁場共鳴を生じさせるエネルギーが増加するためである。つまり、送電共振コイル１と受電共振コイル２との間では、磁場共鳴モードによるエネルギー転送効率が低い状況にあっても、中継共振コイル３を介することでその送電側と受電側に比較的強い磁場共鳴モードを生じさせることができる。これにより、送電共振コイル１から送出された電力は、中継共振コイル３を介して受電共振コイル２へと効率よく無線で伝えられる。

　なお、送電共振コイルおよび受電共振コイルは、図１および図２に示すように互いにコイル軸が平行に位置ずれした状態や垂直に交差した状態だけでなく、たとえばコイル軸の交差角が鋭角となる交差状の位置関係や捻れの位置関係にあってもよい。この場合、コイル軸に対する磁力線の交差角が先述の設定した範囲内となるように中継共振コイルを配置すればよい。これにより、磁場の作用方向がコイルを流れる電流の方向に対してより垂直に近づけられるので、磁場共鳴モードによるエネルギー転送効率を向上させることができ、中継共振コイルを介して効率よく電力を伝えることができる。

　中継共振コイル３の有効性については、次のようなシミュレーションを行った。

　図４に示すように、シミュレーションでは、送電共振コイル１と受電共振コイル２との中間位置に中継共振コイル３を配置し、すべてのコイル軸が一致するように並べた場合と、中継共振コイルを配置しない場合とを比較検討した。

　中継共振コイル３を用いた場合、送電共振コイル１、受電共振コイル２、および中継共振コイル３の振幅初期応答特性としては、結合モード理論に基づいて次の複素解析による連立微分方程式を解くことで求められる。以下の数式において表す「ｚ」はエネルギー振幅、「ω」は固有角周波数、「Γ」は物体固有のエネルギー損失に関する係数、「κ」はコイル間の結合係数であり、添え字は各コイルあるいはコイル間を示す。

　送電共振コイル１、受電共振コイル２、および中継共振コイル３の振幅初期値に関し、ｚ₁（０）＝１、ｚ₂（０）＝０、ｚ₃（０）＝０とした場合、振幅初期応答特性としては、上記数式２から図５（ａ）に示すような波形を得た。

　一方、中継共振コイルを用いない場合、送電共振コイル１および受電共振コイル２の振幅初期応答特性としては、上記と同様の連立微分方程式を解くことで求められる。

　振幅初期値に関し、ｚ₁（０）＝１、ｚ₂（０）＝０とした場合、振幅初期応答特性としては、上記数式３から図５（ｂ）に示すような波形を得た。この図５（ｂ）に示す波形と図５（ａ）の波形と比較することにより、中継共振コイルを用いない場合には、受電共振コイル２の振幅が小さくなり、磁場共鳴モードが弱まると考えられる。

　中継共振コイル３を用いた場合における振幅の定常特性としては、上記と同様に結合モード理論に基づき、次の複素解析による連立微分方程式を解くことで求められる。

　上記数式４における「Г_w」は、受電共振コイル２から後段の負荷などへ取り出される電力量に関する係数である。送電共振コイル１の振幅定常値について、ａ₁（ｔ）＝Ａ₁＝１とした場合、定常特性としては、上記数式４から図６（ａ）に示すような波形を得た。この定常特性を示す波形によれば、中継共振コイル３を用いた場合、ほとんど振幅の損失がない共振状態で磁場共鳴モードが生じると考えられる。

　一方、中継共振コイルを用いない場合、振幅の定常特性としては、上記と同様の連立微分方程式を解くことで求められる。

　この場合、振幅の定常特性としては、上記数式５から図６（ｂ）に示すような波形を得た。この図６（ｂ）に示す波形と図６（ａ）の波形と比較することにより、中継共振コイルを用いない場合の定常特性としても、受電共振コイル２の振幅が小さくなり、磁場共鳴モードが弱まると考えられる。

　上記シミュレーション結果によれば、中継共振コイル３を用いた場合、比較的強い磁場共鳴モードが生じて送電側から受電側へとより効率よく電力が伝えられることが明らかとなった。

　したがって、本実施形態の無線電力供給システムによれば、送電共振コイル１と受電共振コイル２との間に直接的な作用による磁場共鳴モードを生じ難いコイルの配置状況であっても、先述したように適切な位置および姿勢で中継共振コイル３を配置すればよい。これにより、中継共振コイル３を介して強い磁場共鳴モードを確実に生じさせることができ、送電共振コイル１から受電共振コイル２へと効率よく電力を伝えることができる。

　図７は、本発明に係る無線電力供給システムの他の実施形態を示している。同図に示す無線電力供給システムでは、送電共振コイル１と受電共振コイル２との間に複数の中継共振コイル３Ａ～３Ｃを配置している。これらの中継共振コイル３Ａ～３Ｃは、コイル軸に対する磁力線の交差角が先述した範囲を満たすように配置されている。このような配置により、複数の中継共振コイル３Ａ～３Ｃにおけるコイル間にも強い磁場共鳴モードを確実に生じさせることができ、送電共振コイル１から受電共振コイル２へと効率よく電力を伝えることができる。複数の中継共振コイル３Ａ～３Ｃを用いた場合には、その個数をできる限り多くすることでより遠くに効率よく無線で電力を伝えることができる。

　図８および図９は、本発明に係る無線電力供給システムを自動車の電動ドアミラーに適用した実施例１を示している。

　図８に示すように、無線電力供給システムは、自動車ＭのドアパネルＤＰ内側から電動ドアミラーＤへと無線で電力を供給するようになっている。具体的には、図９（ａ）および（ｂ）に示すように、電動ドアミラーＤは、たとえばステージＳの回転軸Ｓ１周りに回転可能に取り付けられている。電動ドアミラーＤは、内部に組み込まれた姿勢制御装置４によって開閉動作される。電動ドアミラーＤには、受電共振コイル２、ミラー１００、およびミラー１００の角度を調整するミラー角度調整装置１１０が設けられている。中継共振コイル３は、ステージＳに固定されている。電動ドアミラーＤ付近となる自動車ＭのドアパネルＤＰ内側には、送電共振コイル１が設けられている。送電共振コイル１は、図示しない車載バッテリーと発振回路を介して接続されており、この車載バッテリーのエネルギーを電力として送出する。受電共振コイル２は、電源回路を介してミラー角度調整装置１１０に接続されている。ミラー角度調整装置１１０は、たとえば図示しない無線通信手段を介してミラー１００を調整する指示を車体側から受け、受電共振コイル２から供給される電力を源として動作する。なお、この例で示すように送電共振コイル１をドアパネルＤＰの内部に設置する場合、ドアパネルＤＰは磁力線を通す材料である。これにより、送電共振コイル１から送出される磁力線Ｌ１は、ドアパネルＤＰを透過して中継共振コイル３を横切る。そのため、電動ドアミラーＤは、内部にケーブルが引き込まれることなく、防塵性および防水性が高められる。中継共振コイル３から送出される磁力線Ｌ３は、図９（ａ）および（ｂ）に示すように、電動ドアミラーＤの姿勢にかかわらず、受電共振コイル２を横切る。このように、中継共振コイル３は、受電共振コイル２を横切る磁束密度の距離による低下だけでなく、受電共振コイル２を横切る磁束密度の姿勢による低下を改善する。

　図９（ａ）および（ｂ）に示すように、受電共振コイル２および中継共振コイル３は、電動ドアミラーＤが開閉動作させられるのに伴いコイル軸の方向が変化させられる。このようにコイル軸が変化させられるものであっても、送電共振コイル１、受電共振コイル２、および中継共振コイル３は、これらのコイル軸に対する磁力線の交差角が先述の実施形態で設定した範囲を満たすように配置されている。そのため、電動ドアミラーＤが開状態および閉状態のいずれの状態であっても、ミラー角度調整装置１１０に対して駆動用の電力が効率よく無線で伝えられ、この電力を基にミラー１００の角度を調整することができる。また、受電共振コイル２は、電動ドアミラーＤの姿勢に関係なく、姿勢制御装置４へ電力を供給することができる。

　図９（ｃ）は、実施例１の変形例である。この変形例の送電共振コイル１は、ドアパネルの内部ではなく、ステージＳを介して電動ドアミラーＤを固定しておく車体側の固定部Ｆに設けられている。このような位置に配置された送電共振コイル１は、ドアパネルの材質に関係なく、中継共振コイル３へ磁力線を送出することができる。このように送電共振コイル１を配置した場合であっても、送電共振コイル１と中継共振コイル３の間を仕切ることが可能となる。

　図９で示した実施例では、電動ドアミラーＤの姿勢が変化しても、中継共振コイル３と受電共振コイル２との間に磁場共鳴モードを常に維持する。その一方、中継共振コイル３については、部分的に用いられるようにしてもよい。たとえば、電動ドアミラーＤが開いた姿勢、あるいは閉じた姿勢のいずれか一方の姿勢においてのみ、中継共振コイル３が機能するように配置してもよい。このような配置は、一方の姿勢においては送電共振コイル１と受電共振コイル２との間に磁場共鳴モードが働き、他方の姿勢においては、それらのコイル間に磁場共鳴モードが働かないといった状況あるいは効率が劣る状況でもよい場合に適している。このような中継共振コイル３の配置を採用する場合、他方の姿勢では、中継共振コイル３による磁場共鳴モードが効率よく働く位置にこの中継共振コイル３を配置するのが好ましい。その他、電動ドアミラーＤが開いた姿勢および閉じた姿勢のいずれの姿勢においても、送電共振コイル１と受電共振コイル２との間に直接磁場共鳴モードが働き、その中間の姿勢となる際に中継共振コイル３が機能するようにしてもよい。このように、無線電力供給システムとしては、中継共振コイル３が常に機能するようにこれを配置する必要はなく、中継共振コイル３が機能し得る状況になれば自ずとその効果を発揮する。なお、電動ドアミラーに後付けでオプションの車外撮像装置が装備される場合には、その車外撮像装置と受電共振コイルとを接続し、車外撮像装置に無線で電力を供給するようにしてもよい。

　図１０は、本発明に係る無線電力供給システムを複数のノート型ＰＣ２０～２２とこれらが載置される卓３０に適用した実施例２を示している。

　図１０に示すように、卓３０には、送電共振コイル１が組み込まれており、この送電共振コイル１の周辺となる卓３０の上面に複数のノート型ＰＣ２０～２２が置かれる。送電共振コイル１は、図示しない電源と発振回路を介して接続されている。ノート型ＰＣ２０～２２には、受電共振コイル２が組み込まれている。これらのノート型ＰＣ２０～２２のうち一つのノート型ＰＣ２０は、送電共振コイル１の直上に置かれた状態とする。

　この場合、図１０に示すように、ノート型ＰＣ２０に無線で電力を供給する際には、送電共振コイル１から受電共振コイル２へと直接的に電力が無線で伝えられ、この受電共振コイル２を介して収受した電力がノート型ＰＣ２０のバッテリーに蓄えられる。一方、たとえばノート型ＰＣ２０のバッテリーについて充電完了すると、このノート型ＰＣ２０におけるバッテリーと受電共振コイル２との接続が解除され、受電共振コイル２が中継共振コイル３として機能する。すなわち、ノート型ＰＣ２０の中継共振コイル３は、その両側に配置されたノート型ＰＣ２１，２２の受電共振コイル２に対し、これらのコイル軸に対する磁力線の交差角が先述の実施形態で設定した範囲を満たすように配置された状態となる。これにより、ノート型ＰＣ２１，２２の受電共振コイル２には、送電共振コイル１の直上に位置するノート型ＰＣ２０の中継共振コイル３を介して効率よく無線で電力が供給される。したがって、送電共振コイル１からの電力を直接受けにくい位置にあるノート型ＰＣ２１，２２でも、ノート型ＰＣ２０の中継共振コイル３および受電共振コイル２を介して収受した電力をバッテリーに蓄えることができる。

　なお、このように無線電力供給システムを複数の電子機器に適用する場合には、これらの電子機器が所在する部屋の天井、床、もしくは壁に送電共振コイルを設けてもよい。

　図１１は、本発明に係る無線電力供給システムを自動車の車外撮像装置に適用した実施例３を示している。

　図１１に示すように、車外撮像装置３０，３１は、たとえば自動車Ｍの車体外部前方および車体外部後方に設置されている。自動車Ｍの車内には、車外撮像装置３０，３１からの映像を表示可能なナビゲーション装置Ｎが設置されている。車外撮像装置３０，３１とナビゲーション装置Ｎは、図示しない無線通信手段を介して映像信号や制御信号を送受信可能になっている。ナビゲーション装置Ｎには、図示しない発振回路を介して電力が供給されるように送電共振コイル１が設けられている。ナビゲーション装置Ｎは、送電共振コイル１から無線で電力を送出する。車外撮像装置３０，３１には、図示しない電源回路を介して内部回路に電力が供給されるように受電共振コイル２が設けられている。車外撮像装置３０，３１は、受電共振コイル２からの電力を源として駆動される。中継共振コイル３Ａ～３Ｅは、前方の車外撮像装置３０の受電共振コイル２と送電共振コイル１との間、および後方の車外撮像装置３１の受電共振コイル２と送電共振コイル１との間となる車体適部に設けられている。このような送電共振コイル１、受電共振コイル２、および中継共振コイル３Ａ～３Ｅも、これらのコイル軸に対する磁力線の交差角が先述の実施形態で設定した範囲を満たすように配置されている。これにより、送電共振コイル１および受電共振コイル２が比較的距離を大きく離して配置された状態であっても、複数の中継共振コイル３Ａ～３Ｅを介して効率よく無線で電力を伝えることができる。

　なお、無線電力供給システムを複数の装置に適用する場合、一方の装置に対する電力供給では、これに関与するコイルの共振周波数をたとえばｆ１とする一方、他方の装置に対しては、これに関与するコイルの共振周波数を上記とは異なるｆ２としてもよい。このようにコイルの共振周波数を可変制御した場合には、たとえば個々の装置ごとに電力供給を行うことができ、無駄な電力の消費を抑えることができる。

　なお、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではない。

　上記実施形態で示した構成は、あくまでも一例にすぎず、仕様に応じて適宜設計変更することが可能である。

　共振コイルのコイル巻数およびコンデンサの接続数などは、システムの仕様に応じて適切に設定することができる。

　共振コイルのコイル部にある程度の浮遊容量が存在すれば、特にコンデンサを設けなくても所望とする共振周波数特性を得ることができる。

　中継共振コイルには、補助的に電力を供給するようにしてもよい。

　本発明に係る無線電力供給システムは、自動車および電子機器に限って適用されるものではなく、電力が必要とされる各種の装置あるいは設備に適用することができる。

Claims (8)

1. 　共振周波数特性をもち、無線で電力を送出する送電共振コイルと、
   　上記送電共振コイルと同一の共振周波数特性をもち、共振周波数の同調によって磁場共鳴モードが生じることにより、無線で電力を収受する受電共振コイルと、
   　上記送電共振コイルおよび受電共振コイルと同一の共振周波数特性をもち、これらとの間で共振周波数が同調して磁場共鳴モードが生じることにより、上記送電共振コイルからの電力を上記受電共振コイルへと無線で中継する一または複数の中継共振コイルと、
   　を備えており、
   　上記送電共振コイルから出て上記受電共振コイルを直接通り抜ける磁力線が上記受電共振コイルのコイル軸と交差する角を交差角α、上記送電共振コイルあるいは他の中継共振コイルから出て上記中継共振コイルを通り抜ける磁力線がこの中継共振コイルのコイル軸と交差する角を交差角β０、上記中継共振コイルから出て上記受電共振コイルあるいは他の中継共振コイルを通り抜ける磁力線が、この受電共振コイルあるいは他の中継共振コイルのコイル軸と交差する角を交差角β１とした場合、
   　上記中継共振コイルは、０°≦β０＜α≦９０°、かつ、０°≦β１＜α≦９０°となるように配置される、無線電力供給システム。
2. 　上記送電共振コイルおよび上記受電共振コイルは、これらのコイル軸が互いに交差状または平行状あるいは捻れ状の位置関係をなすように配置される、請求項１に記載の無線電力供給システム。
3. 　上記送電共振コイルおよび上記受電共振コイルならびに上記中継共振コイルの少なくともいずれか一つを姿勢制御し、そのコイル軸の方向を変化させる姿勢制御装置を備えている、請求項２に記載に無線電力供給システム。
4. 　上記受電共振コイルおよび上記中継共振コイルは、上記姿勢制御装置によって動作する自動車の電動ドアミラーに設けられており、上記送電共振コイルは、上記自動車の車体適部に設けられている、請求項３に記載の無線電力供給システム。
5. 　上記受電共振コイルは、複数の電子機器に設けられており、上記送電共振コイルは、上記複数の電子機器を載置可能な卓、あるいはこれら複数の電子機器が所在する部屋の天井、床、もしくは壁に設けられている、請求項１に記載の無線電力供給システム。
6. 　上記複数の電子機器における少なくともいずれか一つの上記受電共振コイルは、上記中継共振コイルとして兼用される、請求項５に記載の無線電力供給システム。
7. 　上記送電共振コイルおよび上記中継共振コイルは、自動車の車体適部に設けられており、上記受電共振コイルは、上記自動車の車体外部に設置された車外撮像装置に設けられている、請求項１に記載の無線電力供給システム。
8. 　上記送電共振コイルおよび上記受電共振コイルならびに上記中継共振コイルには、コンデンサが含まれる、請求項１ないし７のいずれかに記載の無線電力供給システム。

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