WO2017131063A1

WO2017131063A1 - 磁界形成装置及び受電装置

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Publication number: WO2017131063A1
Application number: PCT/JP2017/002632
Authority: WO
Inventors: ナムトゥンブー; 畑中　武蔵; 太樹末吉; 真弥井上; 尚津田
Original assignee: 日東電工株式会社
Priority date: 2016-01-27
Filing date: 2017-01-26
Publication date: 2017-08-03
Also published as: EP3410567A1; DK3410567T3; CN108604831B; JP2017135827A; EP3410567A4; CN108604831A; US10862338B2; EP3410567B1; US20190044384A1

Abstract

所定領域に磁界を形成する。変動磁界を所定領域に発生させる磁界形成装置は、変動磁界を発生させる複数の送電共振器を有する。全ての送電共振器は、コイル面が所定領域に対向するように配置されており、少なくとも一つの送電共振器は、他の送電共振器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。

Description

磁界形成装置及び受電装置

　本発明は、所定領域に磁界を形成する磁界形成装置、及び受電装置に関する。

　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、及び受電装置を提供することにある。

　第１の発明に係る磁界形成装置は、変動磁界を所定領域に発生させる磁界形成装置であって、前記変動磁界を発生させる複数の送電共振器を有し、全ての前記送電共振器は、コイル面が前記所定領域に対向するように配置されており、少なくとも一つの前記送電共振器は、他の前記送電共振器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とを特徴とするものである。

　第２の発明に係る磁界形成装置は、変動磁界を所定領域に発生させる磁界形成装置であって、前記変動磁界を発生させる複数の送電共振器を有し、全ての前記送電共振器は、コイル面が前記所定領域に対向するように配置されており、少なくとも一つの前記送電共振器は、他の前記送電共振器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ることを特徴とするものである。

　上記第１及び第２の発明に係る磁界形成装置の構成によれば、送電共振器のコイル面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。

　第３の発明に係る磁界形成装置は、上記第１又は第２の発明に係る磁界形成装置において、前記送電共振器に誘導電流を生じさせるように設けられた複数の送電コイルと、前記送電コイルの全部を除く少なくとも一つの前記送電コイルからなる複数の出力先のうちの１つの出力先に対して変動電流を出力し、且つその変動電流を出力する出力先を切り替え可能な電流出力制御装置とを有することを特徴とするものである。

　上記の構成によれば、変動電流の出力先を切り替えることで、所定領域における変動磁界の磁界強度分布を変更することができる。

　第４の発明に係る磁界形成装置は、上記第３の発明に係る磁界形成装置において、前記電流出力制御装置は、前記変動電流を前記送電コイルの何れにも出力しない停止処理を所定のタイミング及び期間の組み合わせで実行することを特徴とするものである。

　上記の構成によれば、停止処理のタイミング及び期間を調整することによって、発熱や消費電力を考慮しながら、所定の磁界強度を有した変動磁界を容易に発生させることができる。

　本発明の受電装置は、上記第３の発明に係る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給電される受電装置であって、前記変動磁界により受電する受電機構と、前記受電機構で受電した電流を充電し、前記電流出力制御装置における前記変動電流を出力する出力先の切り替えが行われている期間、後段の電気部品の最低作動電圧以上で放電する容量を有したコンデンサとを有することを特徴とするものである。

　上記の構成によれば、電流出力制御装置における変動電流を出力する出力先の切り替えが行われている期間、受電機構から十分な電流が得られなくなった場合でも、コンデンサが電気部品の最低作動電圧以上で放電することによって、電気部品を安定して作動させることができる。

　本発明の上記の受電装置における前記コンデンサは、前記電流出力制御装置が前記変動電流を前記送電コイルの何れにも出力しない停止処理の期間、後段の電気部品の最低作動電圧以上で放電する容量を有していてもよい。

　上記の構成によれば、電流出力制御装置における変動電流を出力する出力先の切り替えが行われている期間に加えて、送電コイルの何れにも変動電流を出力しない停止処理によって、受電機構から電流が得られなくなった場合でも、コンデンサが電気部品の最低作動電圧以上で放電することによって、電気部品を安定して作動させることができる。

　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。磁界形成装置を正面視した概略構成の説明図である。磁界形成装置の平面図である。磁界形成装置の平面図である。磁界形成装置のブロック図である。電流経路切替器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。駆動機器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：概要）
　図１に示すように、磁界形成装置１０１は、変動磁界を所定領域Ａに発生させるように構成されている。具体的には、磁界形成装置１０１は、変動磁界を発生させる複数の送電共振器１２１・１２２、及び、送電共振器１２１・１２２に誘導電流を生じさせるように、複数の送電コイル１１１・１１２を有している。

　全ての送電共振器１２１・１２２は、コイル面１２１ａ・１２２ａが所定領域Ａに対向するように配置されており、少なくとも一つの送電共振器１２１・１２２は、他の送電共振器１２１・１２２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。なお、『コイル面方向』は、送電共振器のコイル面に沿った方向である。

　上記のように構成された磁界形成装置１０１は、送電共振器１２１・１２２のコイル面１２１ａ・１２２ａ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。これにより、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Ａに形成することができる。

　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２Ａ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２Ｂ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。

　また、図３に示す磁界形成装置１０１Ｃのように、少なくとも一つの送電共振器１２１・１２２は、他の送電共振器１２１・１２２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。この場合において、送電共振器１２１・１２２は、コイル面方向が互いに平行となるコイル面１２１ａ・１２２ａが、所定領域Ａの少なくとも一部を挟み込むように配置されていてもよい。また、このとき、送電共振器１２１・１２２は、コイル面方向が互いに平行となるコイル面１２１ａ・１２２ａの一方のコイル面をコイル軸に沿う方向に他方のコイル面に対して投影したときに、少なくとも一部が重複するように配置されていてもよい。

　また、少なくとも一つの送電共振器１２１・１２２のコイル面１２１ａ・１２２ａと、他の送電共振器１２１・１２２のコイル面１２１ａ・１２２ａとが、同一平面上に配置されないように、送電共振器１２１・１２２が配置されていてもよい。

　『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：送電共振器）
　『送電共振器１２１・１２２』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、コイル両端が直接的に接続（短絡）又は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。全ての送電共振器１２１・１２２は、コイル面１２１ａ・１２２ａが所定領域Ａに対向するように配置されている。そして、少なくとも一つの送電共振器１２１・１２２は、他の送電共振器１２１・１２２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１や図２Ａ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の側面に沿って送電共振器１２１・１２２が配置されることによって、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２Ｂ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の側面に沿って送電共振器１２１・１２２が配置されることによって、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。

　送電共振器１２１・１２２各々は、誘導電流が流れたときに、変動磁界をコイル面１２１ａ・１２２ａ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・１２２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。

　送電共振器１２１・１２２各々のコイル面１２１ａ・１２２ａは、対向する所定領域Ａの側面のサイズ及び形状等に対応して任意のサイズ及び形状を採用することができる。例えば、図４に示すように、送電共振器１２１・１２２のコイル面１２１ａ・１２２ａは、逆錐台形状の所定領域Ａに対応した台形状に形成されていてもよいし、その他の形状であってもよい。具体的には、送電共振器１２１Ａのように、三角形状のコイル面１２１ａであってもよいし、送電共振器１２１Ｂのように、四角形状のコイル面１２１ａであってもよいし、送電共振器１２１Ｃのように、円形状のコイル面１２１ａであってもよい。

　また、送電共振器１２１・１２２毎に異なったコイル面１２１ａ・１２２ａの形状にされていてもよい。尚、送電共振器のコイル面の形状は、所定領域Ａの側面を投影した形状に一致させるように決定されてもよいし、他の送電共振器や送電コイル１１１・１１２の形状及び配置等の要因により決定されてもよい。またさらには、複数の送電共振器が、外周部同士が一部重複するように配置されていてもよい。

　また、送電共振器１２１・１２２各々は、複数の共振器用子コイルにより形成されていてもよい。例えば、台形状に形成された送電共振器１２２の場合には、同一サイズや各種サイズの複数の送電用子コイル１１１１を集合させることによって、全体として台形状のコイル面１２２ａが形成されていてもよい。また、送電共振器１２２は、複数の共振器用子コイル１２２１と、共振器用子コイル１２２１とは形状の異なる台形形状等の共振器用子コイル１２２２とを集合させることによって、全体として台形状のコイル面１２２ａが形成されていてもよい。

　また、円形状の送電共振器１２１Ｃの場合には、同一サイズや各種サイズの複数の送電用子コイル１２１１を集合させることによって、全体として円形状のコイル面１２１ａが形成されていてもよい。さらには、送電共振器１２１Ｃは、コイル面形状に一致した環状の共振器用子コイル１２１２と、この共振器用子コイル１２１２の内周側に配置された複数の共振器用子コイル１２１１とで形成されていてもよい。このように、複数の共振器用子コイルで送電共振器が形成された場合は、共振器用子コイル毎に変動磁界の磁界強度を細かく調整することができる。

（磁界形成装置：送電コイル）
　『送電コイル１１１・１１２』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、対応する送電共振器１２１・１２２に誘導電流を生じさせるコイルである。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、（４）及びこれら状態（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。

　送電コイル１１１・１１２各々は、対応する送電共振器１２１・１２２に誘電電流を生じさせることが可能となるよう配置されている。本実施形態では、送電コイル１１１・１１２各々は、そのコイル面１１１ａ・１１２ａをコイル軸に沿う方向に投影したときに、対応する送電共振器１２１・１２２のコイル面１２１ａ・１２２ａと少なくとも一部が重複するように配置されている。加えて、送電コイル１１１・１１２各々は、そのコイル面１１１ａ・１１２ａが、対応する送電共振器１２１のコイル面１２１ａ・１２２ａと平行となるように配置されている。これにより、送電コイル１１１・１１２のコイル面１１１ａ・１１２ａについても、これら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。なお、送電コイル１１１・１１２各々は、そのコイル面１１１ａ・１１２ａのコイル面方向が、対応する送電共振器１２１のコイル面１２１ａ・１２２ａのコイル面方向と交差するように配置されていてもよい。

　図４に示すように、送電コイル１１１・１１２のコイル面は、対応する送電共振器１２１の形状等に対応して任意のサイズ及び形状を採用することができる。例えば、送電コイル１１１・１１２のコイル面１１１ａ・１１２ａは、台形状の送電共振器１２１に対応した台形状に形成されていてもよく、円形状や三角形状、四角形状、その他、多角形状等の各種の形状に形成されていてもよい。尚、送電コイル１１１・１１２毎に異なったコイル面１１１ａ・１１２ａの形状にされていてもよい。また、送電コイル１１１・１１２のコイル面１１１ａ・１１２ａは、対応する送電共振器１２１・１２２の形状に一致させるように決定されてもよいし、その他の送電コイル１１１・１１２や送電共振器１２１の配置等の要因により決定されてもよい。

　また、送電コイル１１１・１１２は、複数の送電用子コイルにより形成されていてもよい。例えば、送電コイル１１２は、同一サイズや各種サイズの複数の送電用子コイル１１２１を集合させることによって、全体として台形状のコイル面１１２ａが形成されていてもよい。また、送電コイル１１２は、複数の送電用子コイル１１２１と、送電用子コイル１１２１とは形状の異なる台形形状等の送電用子コイル１１２２とを集合させることによって、全体として台形状のコイル面１１２ａが形成されていてもよい。

　尚、上記の図１～図３を参照した説明においては、便宜上、磁界形成装置１０１は、２個の送電共振器１２１・１２２を備えた場合について説明したが、これに限定されるものではなく、複数であればよい。例えば、図５に示すように、所定領域Ａの上方位置から所定領域Ａを目視したときに、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個の送電共振器１２１・１２２・１２３が配置されていてもよい。この場合、磁界形成装置１０１は、３個の送電共振器１２１・１２２・１２３に対応して、３個の送電コイル１１１・１１２・１１３を備えることとなる。

　また、例えば、図６に示すように、所定領域Ａの上方位置から所定領域Ａを目視したときに、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個の送電共振器１２１・１２２・１２３・１２４が配置されていてもよい。この場合、磁界形成装置１０１は、４個の送電共振器１２１・１２２・１２３・１２４に対応して、４個の送電コイル１１１・１１２・１１３・１１４を備えることとなる。なお、図５及び図６では、説明の便宜上、送電コイル及び送電共振器の断面のみを図示している。

　なお、本実施形態では、送電コイルは送電共振器毎に設けられており、送電コイルの数と送電共振器の数が一致していたが、一致しなくてもよい。例えば、送電コイルの数が送電共振器の数よりも多い場合には、或る一つの送電共振器に対して、複数の送電コイルが誘電電流を生じさせることになる。このとき、複数の送電コイル各々の形状や配置位置等が互いに異なせることで、送電共振器により発生する変動磁界の磁界強度等を細かく調整することも可能である。送電コイルの数が送電共振器の数よりも少ない場合には、或る一つの送電コイルが、複数の送電共振器に対して誘電電流を生じさせるように構成されることになる。

（磁界形成装置：発振制御装置）
　図７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、外部の電源ＰＳに接続可能な発振制御装置１３１（電流出力制御装置の一例）を有している。尚、以後の説明においては、送電共振器及び送電コイルを３個ずつ備えた磁界形成装置１０１を用いて説明するが、これに限定されるものではない。

　発振制御装置１３１は、発振器１３１２と、電流経路切替器１３１１とを有している。発振器１３１２は、電源ＰＳに接続されており、変動電流を出力可能に構成されている。電流経路切替器１３１１は、送電コイル１１１・１１２・１１３の全部を除く少なくとも一つからなる複数の出力先のうちの１つの出力先に対して、発振器１３１２の変動電流を出力し、且つその変動電流を出力する出力先を切り替え可能に構成されている。これにより、発振制御装置１３１は、電流経路切替器１３１１により発振器１３１２の変動電流の出力先を切り替えることにより、変動磁界を発生させる送電共振器、及び、変動磁界を発生させない送電共振器の組み合わせを変更することができる。その結果として、所定領域Ａにおける変動磁界の磁界強度分布を変更することが可能となる。また、例えば、切り替えを所定期間毎（所定の周期毎）に行った場合は、所定領域Ａにおける変動磁界の磁界強度分布が、当該所定期間毎に変わることになる。その結果として、所定領域Ａにおいて、変動磁界の磁界強度が常に弱い領域や常に強い領域が生じることを抑制することも可能となる。即ち、本実施形態では、変動磁界における磁力線の方向、密度および大きさの組み合わせからなる複数の磁界状態を繰り返して変更することが可能となる。これにより、例えば、磁界形成装置１０１が、給電装置に搭載された場合は、受電装置の向きや位置によって受電効率が大きく低下するという現象を起こすことなく給電することが可能になる。

（磁界形成装置：発振制御装置：発振器）
　発振器１３１２は、電源ＰＳから出力される電流を受けるとともに、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・１１２・１１３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。

　尚、電流出力先制御装置は、送電コイルの全部を除く少なくとも一つの送電コイルからなる複数の出力先のうちの１つの出力先に対して変動電流を出力し、且つその変動電流を出力する出力先を切り替え可能な装置であればよく、上述の実施形態の発振制御装置１３１の構成に限定されるものではない。例えば、本実施形態においては、発振器１３１２が電流経路切替器１３１１を介して間接的に送電コイル１１１・１１２・１１３に接続されているが、送電コイル１１１・１１２・１１３に直接的に接続されていてもよい。この場合は、発振器１３１２からの変動電流を全ての送電コイル１１１・１１２・１１３に供給することができる。また、電流経路切替器１３１１が電源ＰＳに接続され、発振器１３１２が、電流経路切替器１３１１と送電コイル１１１・１１２・１１３各々とを接続する電流径路毎に配置されていてもよい。この場合、電流経路切替器１３１１は、電源ＰＳから出力される電流の出力先を、電流経路毎に配置された３つの発振器１３１２の間で切り替えることで、変動電流の出力先となる送電コイルを切り替えることが可能となる。

（磁界形成装置：発振制御装置：電流経路切替器）
　図８に示すように、電流経路切替器１３１１は、発振器１３１２からの変動電流を各送電コイル１１１・１１２・１１３に切り替え可能に出力するスイッチ機構を有している。スイッチ機構は、複数のスイッチ部を有している。これらの各スイッチ部は、入力端と出力端との接続（オン状態）と離隔（オフ状態）とを切り替え可能になっている。全てのスイッチ部の入力端は、発振器１３１２に接続されている。一方、出力端は、各送電コイル１１１・１１２・１１３にそれぞれ接続されている。これにより、スイッチ機構は、オン状態のスイッチ部に接続された送電コイル１１１・１１２・１１３に対してだけ発振器１３１２からの変動電流を流通させるようになっている。

　また、電流経路切替器１３１１は、スイッチ制御機構を有している。スイッチ制御機構は、スイッチ機構における各スイッチ部のオン状態とオフ状態とを切り替え可能になっている。例えば、送電コイル１１１に変動電流を流通させるルートをＡルートとし、送電コイル１１２に変動電流を流通させるルートをＢルートとし、送電コイル１１３に変動電流を流通させるルートをＣルートとすると、６態様の接続パターン１～６が存在する。即ち、本実施形態では、発振器１３１２の変動電流の出力先として、６つの出力先が存在する。

　具体的には、（１）Ａルートだけを流通させることによって、送電コイル１１１に対してだけ変動電流を流通させる接続パターン１と、（２）Ｂルートだけを流通させることによって、送電コイル１１２に対してだけ変動電流を流通させる接続パターン２と、（３）Ｃルートだけを流通させることによって、送電コイル１１３に対してだけ変動電流を流通させる接続パターン３と、（４）ＡルートとＢルートを流通させることによって、送電コイル１１１・１１２に対して変動電流を流通させる接続パターン４と、（５）ＢルートとＣルートを流通させることによって、送電コイル１１２・１１３に対して変動電流を流通させる接続パターン５と、（６）ＡルートとＣルートを流通させることによって、送電コイル１１１・１１３に対して変動電流を流通させる接続パターン６とが存在する。そして、スイッチ制御機構は、これらの接続パターン１～６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。

　さらに、電流経路切替器１３１１のスイッチ制御機構は、変動電流を送電コイル１１１・１１２・１１３の何れにも出力しない停止処理を所定のタイミング及び期間の組み合わせで実行する機能を有している。これにより、スイッチ制御機構は、停止処理のタイミング及び期間を調整することによって、発熱や消費電力を考慮しながら、所定の磁界強度を有した変動磁界を容易に発生させることができる。

　具体的に説明すると、スイッチ制御機構は、スイッチ機構における全てのスイッチ部をオフ状態にすることによって、全送電コイル１１１・１１２・１１３に対する給電を停止する休止動作（停止処理）を行うことが可能になっている。休止動作は、複数の休止時間（時間１～時間ｎ）を選択可能にされており、所定の休止時間が磁界形成装置１０１の用途や状態に応じて選択されるようになっている。

　また、スイッチ制御機構は、複数の休止パターンにより休止動作の実行タイミングを決定することが可能になっている。具体的には、接続パターン１～６の内の１パターンが完了する毎に、休止動作が実行される『１パターン毎』や接続パターン１～６の内の２パターンが完了する毎に、休止動作が実行される『２パターン毎』等を有し、これらの選択により所望のタイミングで各種の休止動作を実行することが可能になっている。

　例えば、電流経路切替器１３１１は、接続パターン１のＡルート通電状態と、休止動作と、接続パターン２のＢルート通電状態と、休止動作と、接続パターン３のＣルート通電状態と、休止動作とを順番に繰り返す通電動作が可能になっている。また、例えば、電流経路切替器１３１１は、接続パターン１のＡルート通電状態と、接続パターン２のＢルート通電状態と、接続パターン３のＣルート通電状態と、休止動作とを順番に繰り返す通電動作が可能になっている。

　電流経路切替器１３１１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変動電流の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９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、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、送電コイル１１１・１１２・１１３が給電コイル３１として機能し、送電共振器１２１・１２２・１２３が給電共振器３２として機能する。そして、給電コイル３１及び給電共振器３２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。

　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。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。

（磁界形成装置の適用例：駆動機器：磁性部材）
　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１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１０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１の適用例：駆動機器：大容量コンデンサ搭載の電力制御回路）
　図１１及び図１２に示すように、電力制御回路９１は、大容量コンデンサを前段蓄電部９２０として備えていてもよい。前段蓄電部９２０は、後段の電気部品の最低作動電圧以上で放電する容量を有しており、受電電圧が変動する場合に好適である。ここで、『電気部品』とは、二次電池や電子回路基板の他、電力の供給により作動する全ての駆動機器を含む。『最低作動電圧』とは、電気部品を正常に作動させるための最低電圧を意味する。例えば、二次電池における最低作動電圧は、二次電池の充電ＩＣが正常に動作するための最低電圧である。

　特に、前段蓄電部９２０は、図７の電流経路切替器１３１１により給電コイル３１への通電の切り替えが行われる場合に好適である。具体的に説明すると、電力制御回路９１を備えた駆動機器５（受電装置）は、磁界形成装置１０１により発生された所定領域Ａの変動磁界により給電されるように構成されており、変動磁界により受電する受電コイル機構２（受電機構）と、受電コイル機構２で受電した電流を充電し、電流経路切替器１３１１における変動電流の出力先の切り替えが行われている期間、後段の二次電池１０等（電気部品）の最低作動電圧以上で放電する容量を有した前段蓄電部９２０（大容量コンデンサ）とを有していてもよい。

　また、駆動機器５（受電装置）は、変動磁界により受電する受電コイル機構２と、受電コイル機構２で受電した電流を充電し、電流経路切替器１３１１における停止処理の期間、後段の二次電池１０等（電気部品）の最低作動電圧以上で放電する容量を有したコンデンサとを有していてもよい。

　上記の構成によれば、給電コイル３１に対する切替処理や停止処理によって、受電コイル機構２から誘導電流が得られなくなった場合でも、前段蓄電部９２０が充電部９１２等の最低作動電圧以上で放電することによって、充電部９１２等を安定して作動させることができる。

　また、前段蓄電部９２０（大容量コンデンサ）は、電流経路切替器１３１１が変動電流を給電コイル３１（送電コイル）の何れにも出力しない停止処理の期間、後段の電気部品の最低作動電圧以上で放電する容量を有していていてもよい。この構成によれば、電流経路切替器１３１１における変動電流の出力先の切り替えが行われている期間に加えて、送電コイル及び送電共振器に対する停止処理によって、受電コイルから誘導電流が得られなくなった場合でも、前段蓄電部９２０が電気部品の最低作動電圧以上で放電することによって、電気部品を安定して作動させることができる。

（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。

　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
２１　受電コイル
２２　受電共振器
３１　給電コイル
３２　給電共振器
１１１　送電コイル
１１２　送電コイル
１２１　送電共振器
１２２　送電共振器
１３１　発振制御装置
１３１１　電流経路切替器
１３１２　発振器
Ａ　所定領域
Ｂ　収容領域

Claims

　変動磁界を所定領域に発生させる磁界形成装置であって、
　前記変動磁界を発生させる複数の送電共振器を有し、
　全ての前記送電共振器は、コイル面が前記所定領域に対向するように配置されており、
　少なくとも一つの前記送電共振器は、他の前記送電共振器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とを特徴とする磁界形成装置。
　変動磁界を所定領域に発生させる磁界形成装置であって、
　前記変動磁界を発生させる複数の送電共振器を有し、
　全ての前記送電共振器は、コイル面が前記所定領域に対向するように配置されており、
　少なくとも一つの前記送電共振器は、他の前記送電共振器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ることを特徴とする磁界形成装置。
　前記送電共振器に誘導電流を生じさせるように設けられた複数の送電コイルと、
　前記送電コイルの全部を除く少なくとも一つの前記送電コイルからなる複数の出力先のうちの１つの出力先に対して変動電流を出力し、且つその変動電流を出力する出力先を切り替え可能な電流出力制御装置とを有することを特徴とする請求項１又は２に記載の磁界形成装置。
　前記電流出力制御装置は、
　前記変動電流を前記送電コイルの何れにも出力しない停止処理を所定のタイミング及び期間の組み合わせで実行することを特徴とする請求項３に記載の磁界形成装置。
　請求項３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給電される受電装置であって、
　前記変動磁界により受電する受電機構と、
　前記受電機構で受電した電流を充電し、前記電流出力制御装置における前記変動電流を出力する出力先の切り替えが行われている期間、後段の電気部品の最低作動電圧以上で放電する容量を有したコンデンサと
を有していることを特徴とする受電装置。
　前記コンデンサは、
　前記電流出力制御装置が、前記変動電流を前記送電コイルの何れにも出力しない停止処理の期間、後段の電気部品の最低作動電圧以上で放電する容量を有していることを特徴とする請求項５に記載の受電装置。