JP2019170017A - ワイヤレス電力伝送システム - Google Patents

Abstract

【課題】送電コイルと受電コイルとの間に金属ネットなどの金属がある場合における電力伝送効率を向上させることができるワイヤレス電力伝送システムを提供する。【解決手段】送電コイルとコンデンサーを有し送電側共振回路となる送電コイルユニットと、受電コイルとコンデンサーを有し受電側共振回路となる受電コイルユニットと、第１金属であって、前記第１金属が設けられない場合に前記送電コイルから前記受電コイルに磁束が発生する領域の一部を占める前記第１金属と、を備え、前記受電側共振回路の共振周波数は、前記送電側共振回路の共振周波数よりも低く、前記受電コイルと前記第１金属との距離に応じた共振周波数である、ワイヤレス電力伝送システム。【選択図】図１

Description

本発明は、ワイヤレス電力伝送システムに関する。

電源コードを用いずに電力を供給するワイヤレス電力伝送技術が注目されている。ワイヤレス電力伝送技術は、送電側から受電側にワイヤレスで電力を供給することができることから、電車あるいは電気自動車等の輸送機器、家電製品、電子機器、無線通信機器、玩具などといった様々な製品への応用が期待されている。

例えば、送電コイルと受電コイルとの間に金属ネットが存在する場面でのワイヤレス電力伝送が必要となる場合がある。
この場合、送電コイルと受電コイルとの間に金属ネットが存在すると、電力伝送効率が著しく低下してしまう可能性がある。このため、送電コイルと受電コイルとの間に金属ネットが存在しても、電力伝送の効率を良好にすることが要求されている。

特許文献１には、無線電力送電部と無線電力受電部とが同じ共振周波数で磁気共鳴するワイヤレスの車両用電力伝送装置が記載されている（特許文献１参照）。
しかしながら、当該車両用電力伝送装置では、送電コイルの共振周波数と受電コイルの共振周波数とを同じにすることが提案されているが、送電コイルと受電コイルとの間に金属ネットがある場合が考慮されておらず、電力伝送効率を向上させる改善の余地があった。

特許文献２には、送電共振器の単体共振周波数と受電共振器の単体共振周波数とが異なることにより、送電用共振コイルと受電用共振コイルとの結合係数が小さくなり、伝送周波数特性の双峰特性を回避して電力伝送効率の低下を回避することが図られた非接触電力伝送装置（ワイヤレス電力伝送システム）が記載されている（特許文献２参照）。
しかしながら、当該非接触電力伝送装置では、送電コイルの共振周波数と受電コイルの共振周波数とを異なることにより電力伝送効率の低下を回避することが提案されているが、送電コイルと受電コイルとの間に金属ネットがある場合が考慮されておらず、電力伝送効率を向上させる改善の余地があった。

国際公開第２０１３／０３８８８５号 特開２０１３−８１３３１号公報

上述のように、送電コイルと受電コイルとの間に金属ネットなどの金属がある場合における電力伝送効率を向上させる改善の余地があった。

本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、送電コイルと受電コイルとの間に金属ネットなどの金属がある場合における電力伝送効率を向上させることができるワイヤレス電力伝送システムを提供することを課題とする。

本発明の一態様は、送電コイルとコンデンサーを有し送電側共振回路となる送電コイルユニットと、受電コイルとコンデンサーを有し受電側共振回路となる受電コイルユニットと、第１金属であって、前記第１金属が設けられない場合に前記送電コイルから前記受電コイルに磁束が発生する領域の一部を占める前記第１金属と、を備え、前記受電側共振回路の共振周波数は、前記送電側共振回路の共振周波数よりも低く、前記受電コイルと前記第１金属との距離に応じた共振周波数である、ワイヤレス電力伝送システムである。

本発明によれば、送電コイルと受電コイルとの間に金属ネットなどの金属がある場合における電力伝送効率を向上させることができる。

実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムの構成の一例を示す図である。 実施形態に係る電力伝送部の構成の一例を示す斜視図である。 実施形態に係る電力伝送部の構成の一例を示す側面図である。 実施形態に係る電力伝送部の共振回路の構成の一例を示す図である。 実施形態における受電コイルユニットと第１金属との配置の一例を示す図である。 変形例１に係る送電コイルユニットの構成の一例を示す斜視図である。 変形例１における受電コイルユニットと第１金属との配置の一例を示す図である。 変形例２における送電コイルユニットの第１磁性体と第１金属との配置の一例を示す図である。 変形例３に係る送電部の構成の一例を示す図である。

＜実施形態＞
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。

＜ワイヤレス電力伝送システムの概要＞
実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム１の概要について説明する。図１は、実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム１の構成の一例を示す図である。なお、以下では、説明の便宜上、ワイヤレスによる電力の伝送をワイヤレス電力伝送と称して説明する。

ワイヤレス電力伝送システム１は、ワイヤレス送電装置１０と、ワイヤレス受電装置２０と、第１金属３１を備える。ワイヤレス電力伝送システム１では、ワイヤレス電力伝送によって電力がワイヤレス送電装置１０からワイヤレス受電装置２０に伝送される。

ワイヤレス送電装置１０は、図１に示したように、直流電源１１と接続されている。そして、ワイヤレス送電装置１０は、送電回路１２と、制御回路１３と、通信部１４１と、送電用のコイルを有する送電コイルユニット１４２を備える。ここで、本実施形態におけるコイルは、ある領域とある物体との少なくとも一方の周囲に巻回された導体、又は、ある領域とある物体との少なくとも一方の周囲に渦巻き状に設けられた導体のことを意味し、当該導体から他の回路へと接続される引き出し線としての導体を含んでいない。

直流電源１１は、直流電圧を供給できる電源であれば如何なる電源であってもよく、例えば、商用電源を整流平滑した直流電源、二次電池、スイッチング電源等である。スイッチング電源は、スイッチングコンバーター等のことである。直流電源１１は、直流電圧を送電回路１２に供給する。なお、直流電源１１は、ワイヤレス送電装置１０に備えられる構成であってもよい。

送電回路１２は、直流電源１１から出力される直流電圧を駆動周波数の交流電圧に変換するインバーターを備える構成であってもよく、当該インバーターに加えて、直流電源１１と当該インバーターとの間に設けられるＤＣ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ）／ＤＣコンバーターを備える構成であってもよく、直流電源１１から出力される直流電圧を駆動周波数の交流電圧に変換する他の回路を備える構成であってもよい。当該インバーターは、例えば、スイッチング素子がブリッジ接続されたスイッチング回路（フルブリッジ回路、ハーフブリッジ回路等）のことである。以下では、一例として、送電回路１２が、直流電源１１から出力される直流電圧を駆動周波数の交流電圧に変換するインバーターと、直流電源１１と当該インバーターとの間に設けられるＤＣ／ＤＣコンバーターを備える場合について説明する。送電回路１２は、変換した交流電圧を、送電コイルユニット１４２に供給する。

制御回路１３は、送電回路１２が備えるＤＣ／ＤＣコンバーターの出力直流電圧を制御する。なお、制御回路１３は、当該ＤＣ／ＤＣコンバーターの出力直流電圧を制御する構成に代えて、送電回路１２が備えるインバーターの駆動周波数を制御する構成であってもよく、当該インバーターのデューティ比を制御する構成であってもよく、当該インバーターの駆動周波数を制御するとともに当該インバーターのデューティ比を制御する構成であってもよい。
また、制御回路１３は、通信部１４１によってワイヤレス受電装置２０から受信された制御信号を入力して取得する。この制御信号は、送電回路１２が備えるＤＣ／ＤＣコンバーターの出力直流電圧の制御に関する信号である。制御回路１３は、取得した制御信号に応じて、当該出力直流電圧を制御し、必要に応じて、当該出力直流電圧を変化させる。

通信部１４１は、一例として、通信用のアンテナとして機能するコイルを有する。通信部１４１は、ワイヤレス受電装置２０から伝送される制御信号を受信する。
なお、他の例として、通信部１４１は、Ｗｉ−Ｆｉ（登録商標）あるいはＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）等の通信を行うことで、ワイヤレス受電装置２０から伝送される制御信号を受信してもよい。

送電コイルユニット１４２は、電力伝送用のアンテナとして機能する送電コイルと、コンデンサー（キャパシターと呼ばれてもよい。）を有する。当該送電コイルと当該コンデンサーにより送電側共振回路が形成されている。送電コイルユニット１４２は、ワイヤレス電力伝送によって電力をワイヤレス受電装置２０に送電する。

ワイヤレス受電装置２０は、整流平滑回路２２と、検出部２４と、比較部２５と、信号発生部２６と、通信部２１１と、受電用のコイルを有する受電コイルユニット２１２を備える。
また、整流平滑回路２２には、負荷２３が接続されている。

通信部２１１は、一例として、通信用のアンテナとして機能するコイルを有する。通信部２１１は、信号発生部２６から供給された制御信号をワイヤレス送電装置１０に送信する。
なお、他の例として、通信部２１１は、Ｗｉ−Ｆｉ（登録商標）あるいはＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）等の通信を行うことで、ワイヤレス受電装置２０から伝送される制御信号を受信してもよい。
本実施形態では、一例として、通信部２１１の構成が、通信部１４１の構成と同様の構成である場合について説明する。

受電コイルユニット２１２は、電力伝送用のアンテナとして機能する受電コイルと、コンデンサー（キャパシターと呼ばれてもよい。）を有する。当該受電コイルと当該コンデンサーにより受電側共振回路が形成されている。受電コイルユニット２１２は、ワイヤレス電力伝送によってワイヤレス送電装置１０から伝送された電力を受電する。本実施形態では、一例として、受電コイルユニット２１２の構成が、送電コイルユニット１４２の構成と同様の構成である場合について説明する。

また、受電コイルユニット２１２の構成は、送電コイルユニット１４２の構成と異なる構成であってもよい。

整流平滑回路２２は、受電コイルユニット２１２に接続され、受電コイルユニット２１２が受電した交流電圧を直流電圧に変換する。整流平滑回路２２は、変換した直流電圧を負荷２３に供給（出力）する。整流平滑回路２２は、コンバーターであり、例えば、図示しないブリッジダイオードと、図示しない平滑用キャパシターとから構成される。整流平滑回路２２は、例えば、受電コイルユニット２１２によって受電された交流電圧を全波整流し、全波整流した電圧を平滑用キャパシターによって平滑にする。

負荷２３は、整流平滑回路２２から直流電圧が供給される。例えば、負荷２３は、再充電可能な二次電池（例えば、リチウムイオン電池、リチウムポリマー電池等）である。なお、負荷２３は、二次電池に代えて、直流電圧に応じた動作を行う他の装置であってもよい。
なお、整流平滑回路２２と負荷２３との間には、整流平滑回路２２の出力を変換する変換回路（例えば、ＤＣ／ＤＣコンバーターやＤＣ／ＡＣ（Ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ Ｃｕｒｒｅｎｔ）インバーター等）が備えられる構成であってもよい。

検出部２４は、整流平滑回路２２から出力される電圧を検出する。検出部２４は、検出した電圧を比較部２５に出力する。ここで、本実施形態では、整流平滑回路２２から出力される電圧の一部が検出部２４に入力されて検出される。なお、検出部２４は、整流平滑回路２２から出力される電流を検出する構成であってもよく、整流平滑回路２２から出力される電力を検出する構成であってもよい。

比較部２５は、検出部２４から出力された電圧と、基準電圧（目標電圧）とを比較し、当該電圧と当該基準電圧との差分を信号発生部２６に出力する。

信号発生部２６は、比較部２５から出力された差分に基づき制御信号を生成する。信号発生部２６は、生成した制御信号を、通信部２１１を介してワイヤレス送電装置１０に送信する。すなわち、ワイヤレス送電装置１０において、制御回路１３は、通信部１４１を介して取得した制御信号が示す差分が小さくなるように送電回路１２が備えるＤＣ／ＤＣコンバーターの出力直流電圧を制御する。

第１金属３１は、例えば、網目状の金属材から構成される金属ネット（金属網）である。第１金属３１は、当該第１金属３１が設けられない場合に送電コイルユニット１４２の送電コイルから受電コイルユニット２１２の受電コイルに磁束が発生する領域の一部を占める。これにより、第１金属３１は、送電コイルユニット１４２の送電コイルから受電コイルユニット２１２の受電コイルに発生する磁束の一部を防ぐ。
ここで、第１金属３１は、様々な形状の金属が用いられてもよく、金属ネットのように板状のものでなくてもよく、例えば、柵状の金属、あるいは、棒状の金属などであってもよい。
また、一例として、送電コイルユニット１４２の送電コイルと受電コイルユニット２１２の受電コイルとの間であって、当該送電コイルと当該受電コイルとが対向する範囲に、第１金属３１の一部または全部が存在するが、他の例として、当該範囲の外側に第１金属３１の全部が存在してもよい。

以上のような構成により、ワイヤレス電力伝送システム１では、ワイヤレス送電装置１０からワイヤレス受電装置２０に電力が伝送される。また、ワイヤレス送電装置１０は、ワイヤレス受電装置２０が受電して負荷２３に出力する直流電圧がほぼ一定になるようにワイヤレス受電装置２０に電力を伝送する。すなわち、ワイヤレス電力伝送システム１では、ワイヤレス送電装置１０がワイヤレス受電装置２０から制御信号を受信して送電電力量を制御することにより、ワイヤレス受電装置２０が受電する電力を安定化させる。
なお、整流平滑回路２２の出力電圧に基づいて送電回路１２の出力直流電圧をフィードバック制御する構成部分は、必ずしも備えられなくてもよい。このため、通信部１４１、２１１は必ずしも備えられなくてもよい。

本実施形態では、送電コイルユニット１４２と受電コイルユニット２１２と第１金属３１を含む部分を電力伝送部４１と呼んで説明する。

＜電力伝送部の構成＞
図２は、実施形態に係る電力伝送部４１ａの構成の一例を示す斜視図である。電力伝送部４１ａは、電力伝送部４１の一例である。
図３は、実施形態に係る電力伝送部４１ａの構成の一例を示す側面図である。
電力伝送部４１ａは、送電コイルユニット１４２ａと、受電コイルユニット２１２ａと、第１金属３１を備える。送電コイルユニット１４２ａは、送電コイルユニット１４２の一例である。受電コイルユニット２１２ａは、受電コイルユニット２１２の一例である。
なお、本実施形態では、ワイヤレス受電装置２０の受電コイルユニット２１２ａの構成はワイヤレス送電装置１０の送電コイルユニット１４２ａの構成と同様である。

また、図２および図３には、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を有する三次元座標系を示してある。本実施形態では、説明の便宜上、図２および図３に示した三次元座標系におけるＺ軸の正方向を上方向と称し、当該Ｚ軸の負方向を下方向と称して説明する。また、本実施形態では、説明の便宜上、図２および図３に示した三次元座標系におけるＹ軸の正方向を右方向と称し、当該Ｙ軸の負方向を左方向と称して説明する。

送電コイルユニット１４２ａは、第１磁性体Ｂ１と、送電コイル３０１と、送電側の共振回路を構成するコンデンサー（図２および図３では、図示せず）を備える。なお、送電コイルユニット１４２ａは、これらの構成要素に加えて、送電コイル３０１が発生させる磁界の外部への漏洩を抑制する電磁気遮蔽体（例えば、アルミニウム板）、あるいは、第１磁性体Ｂ１とは異なる磁性体等を備える構成であってもよい。第１磁性体Ｂ１は、インダクタンスを増加させる磁性体として用いられている。

受電コイルユニット２１２ａは、第２磁性体Ｂ２と、受電コイル３０２と、受電側の共振回路を構成するコンデンサー（図２および図３では、図示せず）を備える。なお、受電コイルユニット２１２ａは、これらの構成要素に加えて、受電コイル３０２が発生させる磁界の外部への漏洩を抑制する電磁気遮蔽体（例えば、アルミニウム板）、あるいは、第２磁性体Ｂ２とは異なる磁性体等を備える構成であってもよい。第２磁性体Ｂ２は、インダクタンスを増加させる磁性体として用いられている。

図２および図３において、送電コイルユニット１４２ａの上側は、当該送電コイルユニット１４２ａを備えるワイヤレス送電装置１０がワイヤレス受電装置２０と対向する側、すなわち、ワイヤレス受電装置２０が電力を受電する側である。そして、図２および図３において、受電コイルユニット２１２ａの下側は、当該受電コイルユニット２１２ａを備えるワイヤレス受電装置２０がワイヤレス送電装置１０と対向する側、すなわち、ワイヤレス送電装置１０が電力を送電する側である。本実施形態では、送電コイルユニット１４２ａと受電コイルユニット２１２ａとが対向させられた状態で電力が伝送される。

送電コイルユニット１４２ａの構成について説明する。
第１磁性体Ｂ１は、第１面Ｍ１を有する磁性体であり、例えば、フェライトであってもよい。第１面Ｍ１は、受電コイルユニット２１２ａと対向させられる面である。本実施形態では、一例として、第１磁性体Ｂ１の形状が矩形板状である場合について説明する。この場合、第１面Ｍ１は、矩形状の平面である。図２および図３の例では、第１面Ｍ１は、三次元座標系において、ＸＹ平面に平行な面であり、Ｚ軸と直交している。すなわち、第１面Ｍ１は、第１磁性体Ｂ１の上面である。なお、第１面Ｍ１は、平面に代えて、曲面であってもよい。また、第１磁性体Ｂ１の形状は、矩形板状に代えて、他の形状であってもよく、円板状等の形状であってもよい。

第１磁性体Ｂ１の外周に、送電コイル３０１が設けられている。
送電コイル３０１は、第１磁性体Ｂ１の周囲（外周）に、第１導体がソレノイド状に巻回された（ソレノイド型の）コイルである。第１導体は、送電コイル３０１を構成する導体であり、本実施形態では、導線である。当該導線の幅は、例えば、一定である。
本実施形態では、送電コイル３０１は、第１面Ｍ１の一部を覆うソレノイドコイルとして、第１磁性体Ｂ１に対して配置されている。
本実施形態では、送電コイル３０１の巻回軸の方向は、第１磁性体Ｂ１の長辺の方向（図２および図３の例では、Ｙ軸に平行な方向）と同じ方向である。
また、本実施形態では、送電コイル３０１は、送電コイル３０１の巻回軸に平行な方向において、第１磁性体Ｂ１の中央部に配置されている。

受電コイルユニット２１２ａの構成について説明する。
本実施形態では、受電コイルユニット２１２ａは、送電コイルユニット１４２ａと同様な構成を有している。具体的には、受電コイルユニット２１２ａにおける第２磁性体Ｂ２、第２磁性体Ｂ２の第２面Ｍ２、受電コイル３０２を構成する第２導体が、それぞれ、送電コイルユニット１４２ａにおける第１磁性体Ｂ１、第１磁性体Ｂ１の第１面Ｍ１、送電コイル３０１を構成する第１導体に対応している。

送電コイルユニット１４２ａと受電コイルユニット２１２ａとが、第１面Ｍ１と第２面Ｍ２とが上下方向（図２および図３の例では、Ｚ軸に平行な方向）において離隔して対向するように、配置されている。これにより、送電コイル３０１から受電コイル３０２に磁束を発生させて電力を伝送する。

送電コイルユニット１４２ａと受電コイルユニット２１２ａとの間には、第１金属３１が存在する。
本実施形態では、第１金属３１は平面状であるとし、送電コイルユニット１４２ａの第１面Ｍ１と、受電コイルユニット２１２ａの第２面Ｍ２と、第１金属３１の面とが、平行（または、ほぼ平行）に配置されている。
本実施形態では、受電コイルユニット２１２ａの第２面Ｍ２と第１金属３１の面との距離ａ２は、送電コイルユニット１４２ａの第１面Ｍ１と第１金属３１の面との距離ａ１よりも短い。

＜共振回路の構成＞
図４は、実施形態に係る電力伝送部４１ａの共振回路の構成の一例を示す図である。
送電コイルユニット１４２ａは、送電コイル３０１とコンデンサー３１１を有する送電側共振回路から構成されている。図４の例では、送電コイル３０１とコンデンサー３１１とが直列に接続されている。
受電コイルユニット２１２ａは、受電コイル３０２とコンデンサー３２１とコンデンサー３２２を有する受電側共振回路から構成されている。図４の例では、受電コイル３０２とコンデンサー３２１とが並列に接続されており、これらに対してコンデンサー３２２が直列に接続されている。

なお、送電コイルユニット１４２ａにおけるコンデンサー３１１は、例えば、回路基板などを用いて送電コイルユニット１４２ａに備えられる。
同様に、受電コイルユニット２１２ａにおけるコンデンサー３２１、３２２は、例えば、回路基板などを用いて受電コイルユニット２１２ａに備えられる。

ここで、送電側共振回路と受電側共振回路としては、それぞれ、様々な構成の回路が用いられてもよい。
送電側共振回路としては、例えば、図４に示される回路に代えて、図４に示される受信側共振回路と同様な回路が用いられてもよく、あるいは、図４に示される受信側共振回路においてコンデンサー３２２が備えられない回路（つまり、受電コイル３０２とコンデンサー３２１とが並列に接続された回路）と同様な回路が用いられてもよい。
また、受電側共振回路についても、送電側共振回路について示したのと同様に、様々な回路が用いられてもよい。
なお、送電側共振回路と受電側共振回路とは、例えば、同様な構成を有する回路（ただし、回路特性は異なり得る）が用いられてもよく、あるいは、異なる構成を有する回路が用いられてもよい。

本実施形態では、受電側共振回路の共振周波数ｆ２は、式（１）に示される範囲の値に設定される。
ここで、式（１）におけるＬ１は、送電コイル３０１のインダクタンスの値を示す。また、式（１）におけるＣ１は、コンデンサー３１１のキャパシタンスの値を示す。
式（１）は、第１金属３１が存在しない場合と比べて第１金属３１が存在する場合に受電コイル３０２のインダクタンスが９３％程度に低下すると想定したときに、その程度の範囲（約８８％から約９８％の範囲）で設定した例である。
なお、式（１）は好ましい範囲の例であり、他の態様が用いられてもよい。

図５は、実施形態における受電コイルユニット２１２ａと第１金属３１との配置の一例を示す図である。
図５には、図２および図３と同様なＸＹＺ三次元座標系を示してある。
図５は、受電コイルユニット２１２ａの第２面Ｍ２に対して垂直な方向（図２および図３の例では、Ｚ軸に平行な方向）から、第１金属３１を挟んで、当該第２面Ｍ２を見た視線の図である。

図５の視線では、第２磁性体Ｂ２の第２面Ｍ２のうち、受電コイル３０２の巻回軸に平行な方向において、受電コイル３０２が存在しない一方側（図５の例では、右側）の領域にある第１端部Ｈ１と、他方側（図５の例では、左側）の領域にある第２端部Ｈ２が存在する。
第１金属３１は、当該第１金属３１により囲まれて第１金属３１が存在しない複数の隙間部を有する面を備えている。
一方側の第１端部Ｈ１は、受電コイル３０２の巻回軸に対して直交する方向（図５の例では、Ｘ軸に平行な方向である幅方向）について、第１金属３１の複数の隙間部が当該第１端部Ｈ１と対向するように、構成されている。
同様に、他方側の第２端部Ｈ２は、受電コイル３０２の巻回軸に対して直交する方向（図５の例では、Ｘ軸に平行な方向である幅方向）について、第１金属３１の複数の隙間部が当該第２端部Ｈ２と対向するように、構成されている。
ここで、第１金属３１が有する隙間部は、第１金属３１の金属部分が存在しない部分であり、第１金属３１の金属部分により囲まれて形成される開口部分である。

なお、第１端部Ｈ１と複数の隙間部とが対向する態様としては、例えば、それぞれの隙間部の少なくとも一部が第１端部Ｈ１と対向する態様が用いられてもよい。
同様に、第２端部Ｈ２と複数の隙間部とが対向する態様としては、例えば、それぞれの隙間部の少なくとも一部が第２端部Ｈ２と対向する態様が用いられてもよい。

ここで、図２および図３の例では、送電コイル３０１を構成する第１導体は、隣接する部分が互いに接せられて配置されている。
他の例として、送電コイルの一部または全部において、送電コイル３０１を構成する第１導体は、隣接する部分が互いに所定の間隔をあけて配置されてもよい。

また、第１導体は、例えば、絶縁膜によって被覆されている。このため、本実施形態では、第１導体同士の離間は、当該第１導体の絶縁膜同士の離間を意味している。なお、各図においては、図が煩雑になることを防ぐために、第１導体の絶縁膜の明示を省略して図示している。
また、本実施形態では、隣接する第１導体同士（絶縁膜同士）を接触させて配置したが、他の例として、送電コイル３０１の一部または全部において、隣接する第１導体同士（絶縁膜同士）を離間させて（つまり、接触させずに）配置する構成が用いられてもよい。

なお、受電コイル３０２の第２導体についても、送電コイル３０１の第１導体について示したのと同様な構成が用いられてもよい。

また、本実施形態では、第１面Ｍ１上に配置される態様は、第１面Ｍ１上の空間内に配置される態様を意味している。このため、例えば、送電コイルユニット１４２ａにおいて、送電コイル３０１と第１面Ｍ１との間にスペーサー等が配置される構成であってもよい。当該スペーサーは、平板形状であってもよく、例えば凹凸を有する形状のように平板以外の形状であってもよい。
なお、受電コイルユニット２１２ａにおける第２面Ｍ２上に配置される態様についても、送電コイルユニット１４２ａにおける第１面Ｍ１上に配置される態様と同様である。

また、第１磁性体Ｂ１は、例えば、複数個の磁性体を組み合わせて構成されてもよい。この場合、複数の磁性体が組み合わされて第１磁性体Ｂ１が構成された状態で、送電コイル３０１の巻回軸に平行な方向において、複数の磁性体の区切り目が無い構成が好ましい。
なお、第２磁性体Ｂ２についても、第１磁性体Ｂ１と同様な構成が用いられてもよい。

また、フレキシブル基板に所定の形状を有する導体のパターンが形成されたコイルと、導線を所定の形状に配置したコイルとは、互いに代替が可能である。１個のコイルを構成する導体のパターンは、例えば、一定の幅を有してもよい。同様に、１個のコイルを構成する導線は、例えば、一定の幅（線径）を有してもよい。

以上のような構成により、ワイヤレス電力伝送システム１では、ワイヤレス送電装置１０の送電コイルユニット１４２ａから、第１金属３１を介して、ワイヤレス受電装置２０の受電コイルユニット２１２ａに電力を効率良く送電することができる。また、ワイヤレス電力伝送システム１では、送電コイル３０１および受電コイル３０２としてソレノイドコイルを用いることで、小型化および電力の長距離伝送を可能とする。
本実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム１では、第１金属３１が存在しない場合と比べて第１金属３１が存在する場合に受電側のインダクタンスが低下して共振周波数が高い方へ変化した状態においても、送電コイルユニット１４２ａと受電コイルユニット２１２ａとで効率良く電力伝送を行うことができる共振周波数を設定することができる。

なお、本実施形態では、送電コイルユニット１４２ａと受電コイルユニット２１２ａとの両方がソレノイドの構造を有する場合を説明したが、他の例として、一方のコイルユニットがソレノイドの構造を有し、他方のコイルユニットがソレノイド以外の構造を有してもよい。ソレノイド以外の構造としては、例えば、平面上に導体が渦巻き状に設けられた部分（平面コイル部分）を２個有して、これら２個の渦巻きが互いに逆方向であるコイルが用いられてもよい。他の例として、送電コイルユニット１４２ａと受電コイルユニット２１２ａとの両方が、平面上に導体が渦巻き状に設けられたコイル（平面コイル）であってもよい。

このように、ワイヤレス電力伝送システム１では、送電コイル３０１とコンデンサー３１１を有し送電側共振回路となる送電コイルユニット１４２ａと、受電コイル３０２とコンデンサー３２１、３２２を有し受電側共振回路となる受電コイルユニット２１２ａと、送電コイル３０１から受電コイル３０２に発生する磁束の一部を防ぐ第１金属３１と、を備える。そして、受電側共振回路の共振周波数は、送電側共振回路の共振周波数よりも低く、受電コイル３０２と第１金属３１との距離に応じた共振周波数である。また、送電コイル３０１から受電コイル３０２にワイヤレスで電力伝送を行う。
また、ワイヤレス電力伝送システム１では、受電コイル３０２と第１金属３１との離間距離（距離ａ２）は、送電コイル３０１と第１金属３１との離間距離（距離ａ１）よりも短い。

また、ワイヤレス電力伝送システム１では、送電コイル３０１は、例えば、ソレノイドコイルである。また、受電コイル３０２は、例えば、ソレノイドコイルである。
一例として、ワイヤレス電力伝送システム１では、受電コイル３０２は、受電用導体が受電コイル用磁性体（第２磁性体Ｍ２）に巻回されたソレノイドコイルである。そして、受電コイル用磁性体（第２磁性体Ｍ２）の端部（第１端部Ｈ１、第２端部Ｈ２）において、受電コイル３０２の軸方向と直交する方向（図５の例では、Ｘ軸に平行な方向）において、第１金属３１が有する複数の隙間部が当該端部（第１端部Ｈ１、第２端部Ｈ２）に対向するように配置されている。

＜変形例１＞
図６は、変形例１に係る送電コイルユニット１４２ｂの構成の一例を示す斜視図である。送電コイルユニット１４２ｂは、送電コイルユニット１４２の一例である。
図６には、図２および図３と同様なＸＹＺ三次元座標系を示してある。
図６では、図２および図３に示される送電コイルユニット１４２ａと同様な部分については、同じ符号を付してある。
なお、変形例１において説明する構成部分以外の点については、図２および図３に示される送電コイルユニット１４２ａと同様な構成が用いられてもよい。

変形例１に係る送電コイルユニット１４２ｂは、送電コイル３０１ａがソレノイド形状のコイルではない点で、図２および図３に示される送電コイルユニット１４２ａと相違する。
変形例１では、送電コイル３０１ａは、２個の渦巻き状のコイル部分（２個の平面コイル部分）を有するコイルであって当該２個の渦巻きが互いに逆向きであるコイルである。このようなコイルが用いられる場合にも、小型で伝送距離を長くすることが可能である。
図６の例では、第１磁性体Ｂ１の第１面Ｍ１に、送電コイル３０１ａを構成する第１導体が配置されて、当該送電コイル３０１が形成されている。
なお、送電コイル３０１ａは、例えば、フレキシブル基板に所定の形状を有する導体のパターンが形成されたコイルであってもよい。

図７は、変形例１における受電コイルユニット２１２ｂと第１金属３１との配置の一例を示す図である。受電コイルユニット２１２ｂは、受電コイルユニット２１２の一例である。
図７には、図２および図３と同様なＸＹＺ三次元座標系を示してある。
図７では、図２および図３に示される受電コイルユニット２１２ａと同様な部分については、同じ符号を付してある。
なお、変形例１において説明する構成部分以外の点については、図２および図３に示される受電コイルユニット２１２ａと同様な構成が用いられてもよい。

図７は、受電コイルユニット２１２ｂの第２面Ｍ２に対して垂直な方向（図２および図３の例では、Ｚ軸に平行な方向）から、第１金属３１を挟んで、当該第２面Ｍ２を見た視線の図である。
ここで、変形例１では、受電コイルユニット２１２ｂについても、送電コイルユニット１４２ｂと同様に、受電コイル３０２ａとして、２個の渦巻き状のコイル部分（２個の平面コイル部分）を有するコイルであって当該２個の渦巻きが互いに逆向きであるコイルが用いられている。
なお、変形例１では、受電コイルユニット２１２ｂの構成は、例えば、送電コイルユニット１４２ｂの構成と同様である。

図７の視線では、第２磁性体Ｂ２の第２面Ｍ２のうち、受電コイル３０２ｂが有する２個の平面コイル部分の開口部（第１開口部Ｉ１、第２開口部Ｉ２）が存在する。
第１金属３１は、当該第１金属３１により囲まれて第１金属３１が存在しない複数の隙間部を有する面を備えている。
一方側の第１開口部Ｉ１は、第１金属３１が有する複数の隙間部が当該第１開口部Ｉ１と対向するように、構成されている。
同様に、他方側の第２開口部Ｉ２は、第１金属３１が有する複数の隙間部が当該第２開口部Ｉ２と対向するように、構成されている。

なお、第１開口部Ｉ１と複数の隙間部とが対向する態様としては、例えば、それぞれの隙間部の少なくとも一部が第１開口部Ｉ１と対向する態様が用いられてもよい。
同様に、第２開口部Ｉ２と複数の隙間部とが対向する態様としては、例えば、それぞれの隙間部の少なくとも一部が第２開口部Ｉ２と対向する態様が用いられてもよい。

ここで、それぞれのコイル開口部（第１開口部Ｉ１、第２開口部Ｉ２）は、第２面Ｍ２上において第２導体によって囲まれた領域のことである。ここで、第２面Ｍ２上において第２導体によって囲まれた領域は、第２面Ｍ２と直交する方向から第２面Ｍ２上を見た場合において、第２導体が設けられた導体領域の内側の領域のことである。なお、第２面Ｍ２上において第２導体によって囲まれた領域は、第２面Ｍ２と直交する方向から第２面Ｍ２上を見た場合において、それぞれの平面コイル部分の最内周部分から内側の領域のことであってもよい。

以上のように、変形例１に係る送電コイルユニット１４２ｂおよび受電コイルユニット２１２ｂを備えるワイヤレス電力伝送システム１においても、実施形態に係る送電コイルユニット１４２ａおよび受電コイルユニット２１２ａと同様な効果を得ることが可能である。
具体的には、図６に示されるような送電コイル３０１ａおよび図７に示されるような受電コイル３０２ａにおいても、電力を効率良く送電することができ、小型化および電力の長距離伝送を可能とする。

ここで、送電コイルと受電コイルとのそれぞれとして、１個の渦巻き状のコイル部分（１個の平面コイル部分）を有するコイルが用いられてもよい。この場合、このような１個の平面コイル部分の開口部は、第１金属３１が有する複数の隙間部が当該開口部と対向するように、構成される。なお、平面状のコイルは、スパイラルコイル等とも称される場合がある。

このように、変形例１では、送電コイル３０１ａは、例えば、２個の渦巻き状のコイル部分を有しており当該２個の渦巻きが互いに逆向きであるコイルである。同様に、受電コイル３０２ａは、例えば、２個の渦巻き状のコイル部分を有しており当該２個の渦巻きが互いに逆向きであるコイルである。
また、変形例１では、受電コイル３０２ａは、開口部（第１開口部Ｉ１、第２開口部Ｉ２）を有するコイルである。そして、第１金属３１が有する複数の隙間部が開口部（第１開口部Ｉ１、第２開口部Ｉ２）に対向するように配置されている。

＜変形例２＞
図８は、変形例２における送電コイルユニット１４２ａの第１磁性体Ｂ１と第１金属３１との配置の一例を示す図である。
図８には、図２および図３と同様なＸＹＺ三次元座標系を示してある。
図８では、図２および図３に示される送電コイルユニット１４２ａと同様な部分については、同じ符号を付してある。
なお、変形例２において説明する構成部分以外の点については、図２および図３に示される送電コイルユニット１４２ａと同様な構成が用いられてもよい。

図８は、送電コイルユニット１４２ａの第１面Ｍ１に対して垂直な方向（図２および図３の例では、Ｚ軸に平行な方向）から、第１金属３１を挟んで、当該第１面Ｍ１を見た視線の図である。
図８では、図示を簡易化して、送電コイルユニット１４２ａについて、第１磁性体Ｂ１および第１面Ｍ１のみを示してある。

図８の視線において、送電コイルユニット１４２ａの第１磁性体Ｂ１の導体が巻回されていない部分の面積（図８の例では、第１面Ｍ１の面積から送電コイル３０１の導体の面積を減算した面積）は、当該第１磁性体Ｂ１に対向する第１金属３１の金属部分の面積に対して、大きく、例えば、１０倍以上である。
ここで、第１磁性体Ｂ１に対向する第１金属３１の金属部分の面積は、第１金属３１の金属部分が存在しない隙間部の部分の面積を除いた部分の面積である。
なお、本例は好ましい例であり、他の態様が用いられてもよい。

以上のように、変形例２に係る送電コイルユニット１４２ａを備えたワイヤレス電力伝送システム１では、電力を効率良く送電することができる。

このように、変形例２では、送電コイル３０１が有する送電コイル用磁性体（第１磁性体Ｂ１）の面積は、送電コイル用磁性体（第１磁性体Ｂ１）に対向する第１金属３１の金属部分の面積に対して１０倍以上である。

＜変形例３＞
図９は、変形例３に係る送電部４０１の構成の一例を示す図である。
図８では、図４に示される送電コイルユニット１４２ａと同様な部分については、同じ符号を付してある。
送電部４０１は、送電コイルユニット１４２ａと、送電回路１２ａと、制御回路１３と、通信部１４１を備える。送電回路１２ａは、送電回路１２の一例である。
送電回路１２ａは、インバーター５１１と、出力検出回路５１２と、位相補正回路５１３と、ＤＣ／ＤＣコンバーター５１４を備える。送電コイルユニット１４２ａは、例えば、図４に示される回路構成を有する。
位相補正回路５１３は、例えば、位相同期回路（ＰＬＬ：Ｐｈａｓｅ Ｌｏｃｋｅｄ Ｌｏｏｐ）である。

ここで、出力検出回路５１２は、例えば、図９の例のように送電回路１２ａに含まれてもよく、あるいは、送電回路１２ａとは別に、送電回路１２ａと送電コイルユニット１４２（変形例３では、送電コイルユニット１４２ａ）との間に設けられてもよい。
また、位相補正回路５１３は、例えば、図９の例のように送電回路１２ａに含まれてもよく、あるいは、送電回路１２ａとは別に設けられてもよい。

送電部４０１において行われる動作の一例を説明する。
ＤＣ／ＤＣコンバーター５１４は、所定の直流電源（図１の例では、直流電源１１）から直流電圧を入力し、入力された直流電圧（入力直流電圧）を異なる電位の直流電圧に変換し、変換された直流電圧をインバーター５１１に供給（出力）する。
インバーター５１１は、ＤＣ／ＤＣコンバーター５１４から出力される直流電圧（出力直流電圧）を入力し、入力された直流電圧（入力直流電圧）を交流電圧に変換し、変換された交流電圧を送電コイルユニット１４２ａに供給（出力）する。
送電コイルユニット１４２ａは、インバーター５１１から出力される交流電圧に応じて磁束を発生することで電力を送電する。

出力検出回路５１２は、インバーター５１１からの出力電圧及び出力電流を検出し、これらの検出結果を示す信号を位相補正回路５１３に出力する。
位相補正回路５１３は、インバーター５１１の駆動周波数を変化させる制御を行う。位相補正回路５１３は出力検出回路５１２による検出結果に基づいて、送電コイルユニット１４２ａに供給される交流電圧の電圧位相及び交流電流の電流位相を検出し、これらの位相差が一定となるように、インバーター５１１の駆動周波数を変化させる制御を行う。

以上のような構成により、ワイヤレス電力伝送システム１では、送電部４０１により電力を安定的に送電することができる。

このように、変形例３では、ワイヤレス電力伝送システム１の送電部４０１において、入力直流電圧を交流電圧に変換し、当該交流電圧を送電コイルユニット１４２ａに供給するインバーター５１１と、インバーター５１１からの出力電圧及び出力電流を検出する出力検出回路５１２と、インバーター５１１の駆動周波数を変化させる制御を行う位相補正回路５１３と、を備える。そして、位相補正回路５１３は、出力検出回路５１２による検出結果に基づいて、送電コイルユニット１４２ａに供給される交流電圧の電圧位相及び交流電流の電流位相を検出し、これらの位相差が一定となるようにインバーター５１１の駆動周波数を変化させる制御を行う。

以上、この発明の実施形態を、図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない限り、変更、置換、削除等されてもよい。

１…ワイヤレス電力伝送システム、１０…ワイヤレス送電装置、１１…直流電源、１２、１２ａ…送電回路、１３…制御回路、２０…ワイヤレス受電装置、２２…整流平滑回路、２３…負荷、２４…検出部、２５…比較部、２６…信号発生部、３１…第１金属、４１、４１ａ…電力伝送部、１４１、２１１…通信部、１４２、１４２ａ、１４２ｂ…送電コイルユニット、２１２、２１２ａ…受電コイルユニット、３０１、３０１ａ…送電コイル、３０２、３０２ａ…受電コイル、３１１、３２１、３２２…コンデンサー、４０１…送電部、５１１…インバーター、５１２…出力検出回路、５１３…位相補正回路、５１４…ＤＣ／ＤＣコンバーター、Ｂ１…第１磁性体、Ｂ２…第２磁性体、Ｍ１…第１面、Ｍ２…第２面、Ｈ１…第１端部、Ｈ２…第２端部、Ｉ１…第１開口部、Ｉ２…第２開口部、ａ１〜ａ２…距離

Claims (7)

1. 送電コイルとコンデンサーを有し送電側共振回路となる送電コイルユニットと、
   受電コイルとコンデンサーを有し受電側共振回路となる受電コイルユニットと、
   第１金属であって、前記第１金属が設けられない場合に前記送電コイルから前記受電コイルに磁束が発生する領域の一部を占める前記第１金属と、を備え、
   前記受電側共振回路の共振周波数は、前記送電側共振回路の共振周波数よりも低く、前記受電コイルと前記第１金属との距離に応じた共振周波数である、
   ワイヤレス電力伝送システム。
2. 前記受電コイルと前記第１金属との離間距離は、前記送電コイルと前記第１金属との離間距離よりも短い、
   請求項１に記載のワイヤレス電力伝送システム。
3. 前記送電コイルは、ソレノイドコイル、あるいは、２個の渦巻き状のコイル部分を有しており当該２個の渦巻きが互いに逆向きであるコイルであり、
   前記受電コイルは、ソレノイドコイル、あるいは、２個の渦巻き状のコイル部分を有しており当該２個の渦巻きが互いに逆向きであるコイルである、
   請求項１または請求項２に記載のワイヤレス電力伝送システム。
4. 前記受電コイルは、受電用導体が受電コイル用磁性体に巻回されたソレノイドコイルであり、
   前記第１金属は、前記第１金属により囲まれて前記第１金属が存在しない複数の隙間部を有する面を備え、
   前記受電コイル用磁性体の端部において、前記受電コイルの軸方向と直交する方向において、前記第１金属の複数の前記隙間部が前記端部に対向するように配置されている、
   請求項１から請求項３のいずれか1項に記載のワイヤレス電力伝送システム。
5. 前記受電コイルは、開口部を有するコイルであり、
   前記第１金属は、前記第１金属により囲まれて前記第１金属が存在しない複数の隙間部を有する面を備え、
   前記第１金属の複数の前記隙間部が前記開口部に対向するように配置されている、
   請求項１から請求項３のいずれか1項に記載のワイヤレス電力伝送システム。
6. 前記送電コイルが有する送電コイル用磁性体の導体が巻回されていない部分の面積は、前記送電コイル用磁性体に対向する前記第１金属の金属部分の面積に対して１０倍以上である、
   請求項１から請求項５のいずれか1項に記載のワイヤレス電力伝送システム。
7. 入力直流電圧を交流電圧に変換し、前記交流電圧を前記送電コイルユニットに供給するインバーターと、
   前記インバーターからの出力電圧及び出力電流を検出する出力検出回路と、
   前記インバーターの駆動周波数を変化させる制御を行う位相補正回路と、を備え、
   前記位相補正回路は、前記出力検出回路による検出結果に基づいて、前記送電コイルユニットに供給される前記交流電圧の電圧位相及び交流電流の電流位相を検出し、これらの位相差が一定となるように前記インバーターの前記駆動周波数を変化させる制御を行う、
   請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のワイヤレス電力伝送システム。

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