JP2023079050A - 無線受給電用配線構造、及びそれを備えた無線受給電用配線回路基板、基板集合体シート、給電システム - Google Patents

Abstract

【課題】送受電の用途に応じた効率や能力で送受電する機能を、薄型化した構成で実現する。
【解決手段】無線受給電用配線構造１は、絶縁層１１の厚み方向の一方面に、複数のコイル２１・２２の配線層２１１・２２１が形成されており、複数のコイル２１・２２の内の一部のコイル２１の配線層２１１の厚みが、残部のコイル２２の配線層２２１の厚みと相違されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、無線受給電用配線構造、及びそれを備えた無線受給電用配線回路基板、基板集合体シート、給電システムに関する。

例えば、特許文献１においては、複数の送電コイルのうちの異なる送電コイルを異なる平面上に存在させ、かつ、複数の送電コイルそれぞれの中心軸を、複数の送電コイルのうちの他の全ての送電コイルの中心軸からある横方向距離だけ離れて配置させており、異なる平面上のコイルについて、サイズや形状を異ならせ、電子機器を充電面の任意の場所に載置可能にしつつ高い効率や低い効率で充電する機能を有した構成のワイヤレス充電デバイスが開示されている。

特開２０１８－１８６６９９号公報

ところで、上記従来の構成は、複数の送電コイルのうちの異なる送電コイルを異なる平面上に存在させているため、厚み方向に複数段の送電コイルが存在した状態になっている。この結果、複数段の送電コイルの厚みの積み重ねがワイヤレス充電デバイスの厚みの主要な原因であるため、上記従来のワイヤレス充電デバイスが有する機能を維持しながら薄型化することは極めて困難であるという問題がある。尚、このような問題は、ワイヤレス受電デバイスにおいても起こり得るものである。

そこで、本発明の目的は、送受電の用途に応じた効率や能力で送受電する機能を、薄型化した構成で実現することができる無線受給電用配線構造、及びそれを備えた無線受給電用配線回路基板、基板集合体シート、給電システムを提供することにある。

本発明は、絶縁層の厚み方向の一方面に、複数のコイルの配線層が形成されている無線受給電用配線構造であって、
前記複数のコイルの内の一部のコイルの配線層の厚みが、残部のコイルの配線層の厚みと相違されている。

上記の構成によれば、絶縁層の厚み方向の一方面に、厚みが相違する複数のコイルの配線層を形成することによって、送受電の用途に応じた効率や能力で送受電する機能を、薄型化した構成で実現することができる。

本発明の無線受給電用配線構造において、前記複数のコイルの前記配線層の厚みがそれぞれ相違されている。

上記の構成によれば、送受電の用途に応じた効率や能力で送受電する機能を、コイルの配線層の厚みが相違された数だけ増やすことができる。

本発明の無線受給電用配線構造において、前記複数のコイルは、コイル中心が一致されており、それぞれの前記コイルの前記配線層が離隔されている。

上記の構成によれば、厚みが相違する複数のコイルを同一平面の同一箇所に配置することができる。

本発明の無線受給電用配線構造において、前記複数のコイルの前記配線層における最大長の厚みＡと最小長の厚みＢとが、Ａ／Ｂ＝２～２００の関係を有するように設定されている。

上記の構成によれば、製法上における配線パターンの形成が容易になる。

本発明の無線受給電用配線構造において、前記複数のコイルの前記配線層間の距離が２ｕｍ～４００ｕｍである。

上記の構成によれば、製法上における配線パターンの形成が容易になる。

本発明は、無線受給電用配線回路基板であって、前記無線受給電用配線構造を備えている。

上記の構成によれば、絶縁層の厚み方向の一方面に、厚みが相違する複数のコイルの配線層を形成することによって、送受電の用途に応じた効率や能力で送受電する機能を、薄型化した無線受給電用配線回路基板で実現することができる。

本発明は、基板集合体シートであって、前記無線受給電用配線構造を備えたコイル基板ユニットが、前記絶縁層の平面方向に複数配置されている。

上記の構成によれば、送受電の用途に応じた効率や能力で送受電する機能を、薄型化したコイル基板ユニットで実現し、コイル基板ユニットを絶縁層の平面方向に複数配置することによって、任意のサイズの基板集合体シートを容易に形成することができる。

本発明は、受電コイルを備える受電システムに無線で電力を給電可能な給電システムであって、
無線受給電用配線回路基板と、
前記無線受給電用配線回路基板における給電コイルとしての前記複数のコイルに対して変動電流を供給して、前記受電コイルに電力を給電することによって、前記複数のコイルのなかから一以上のコイルを選択し、選択した前記コイルに変動電流を供給する給電制御部と、
を備えている。

上記の構成によれば、絶縁層の厚み方向の一方面に、厚みが相違する複数のコイルの配線層を形成することによって、送受電の用途に応じた効率や能力で送受電する機能を、薄型化した無線受給電用配線回路基板を備えた給電システムで実現することができる。

無線受給電用配線構造を示す説明図である。 無線受給電用配線構造を示す説明図である。 無線受給電用配線構造を示す説明図である。 無線受給電用配線構造を示す説明図である。 無線受給電用配線構造を示す説明図である。 無線受給電用配線構造を示す説明図である。 無線受給電用配線構造を示す説明図である。 基板集合体シートを示す説明図である。 無線受給電用配線回路基板を示す説明図である。 制御基板を示す説明図である。 給電装置及び受電装置のブロック図である。 コイル選択テーブルの説明図である。 給電使用コイル選択処理のフローチャートである。 給電処理のフローチャートである。 受電システム処理のフローチャートである。 給電使用コイル選択処理の過程を示す説明図である。

（無線受給電用配線構造）
本発明の第１実施形態を図面に基づいて説明する。
図１に示すように、無線受給電用配線構造１は、絶縁層１１の厚み方向の一方面に、複数のコイル２１・２２の配線層２１１・２２１が形成されており、複数のコイル２１・２２の内の一部のコイル２１の配線層２１１の厚みが、残部のコイル２２の配線層２２１の厚みと相違されている。具体的には、無線受給電用配線構造１は、厚みの異なる２種類のコイル２１・２２からなるコイル要素２００をコイル集合体１００の最小単位とした場合において、コイル要素２００における一方のコイル２１の厚みと他方のコイル２２の厚みとが相違されている。尚、本実施形態においては、複数のコイル要素２００を平面上に配列したコイル集合体１００を用いて説明するが、これに限定されるものではなく、サイズや厚みの異なる複数のコイルによりコイル集合体１００が形成されていてもよい。

ここで、「絶縁層１１の厚み方向の一方面」は、絶縁層１１の上面（表面）及び下面（裏面）の何れの面であってもよい。また、「一部」と「残部」との関係は、コイル要素２００におけるコイル２１・２２の関係だけでなく、複数のコイルからなるコイル集合体１００が存在する場合、コイル集合体１００の何れか一つのコイルの厚みが、その他のコイルの内の何れか一つのコイルの厚みと相違する状態であってもよい。即ち、「残部のコイル」は、「一部」を除いた全てのコイルであってもよいし、「一部」を除いた１以上のコイルであってもよい。また、コイルを複数行複数列で配列したコイル集合体１００が存在する場合は、コイル集合体１００の一部の領域のコイルの厚みと、一部を除いた残部の領域のコイルの厚みとが相違されていてもよい。コイル集合体１００は、３区分や４区分等の複数に区分した領域に、厚みの相違するコイルをそれぞれ配置した状態であってもよい。

上記の構成によれば、無線受給電用配線構造１は、大きな厚みのコイル２１においては配線層２１１の断面積に反比例した小さな抵抗値となるため、電流が流動し易くなる一方、小さな厚みのコイル２２においては配線層２２１の断面積に反比例した大きな抵抗値となるため、電流が流動し難くなる。この結果、各コイル２１・２２に、時間の経過とともに周期的に大きさや向きが変化する変動電流を流すと、コイル２１・２２の送受電の効率が相違する状態となる。これにより、無線受給電用配線構造１は、変動電流を流すコイル２１・２２を選択することによって、送受電の用途に応じた効率や能力で送受電することが可能になっている。そして、無線受給電用配線構造１は、絶縁層１１の厚み方向の一方面に、厚みが相違する複数のコイル２１・２２の配線層２１１・２２１を形成しているため、送受電の用途に応じた効率や能力で送受電する機能を、複数のコイルを厚み方向に積層した場合よりも薄型化した構成で実現することが可能になっている。

（無線受給電用配線構造：コイル要素２００）
コイル要素２００は、外形が円形状のコイル２１・２２を有している。各コイル２１・２２は、導電性金属からなる配線層２１１・２２１をスパッタリングやメッキ等により渦巻き状に形成したものである。コイル２１・２２の導電性金属は、銅、銀、金、ニッケル、半田またはこれらの合金が例示される。尚、コイル２１・２２の導電性金属は、銅であることが好ましい。また、コイル２１・２２は、絶縁皮膜で被覆された芯線を配線層２１１・２２１として渦巻き状に形成したものであってもよい。また、各コイル２１・２２の内の一方のコイル２１をスパッタリングやメッキ等により形成し、他方のコイル２２を芯線で形成してもよい。この場合は、コイル２１・２２間の厚みの相違を大幅に拡大することができる。また、コイル２１・２２は、渦巻き状に限定されるものではなく、一条の配線層２１１・２２１により環状に形成されていてもよい。

コイル要素２００は、複数のコイル２１・２２の配線層２１１・２２１の厚みがそれぞれ相違されていてもよい。これにより、無線受給電用配線構造１は、送受電の用途に応じた効率や能力で送受電する機能を、コイル２１・２２の配線層２１１・２２１の厚みが相違された数だけ増やすことができる。尚、図１においては、大きな厚みのコイル２１と小さな厚みのコイル２２とをコイル要素２００としているが、これに限定されるものではなく、例えば図２に示すように、最大厚みのコイル２１と、最小厚みのコイル２２と、中間厚みのコイル２３とをコイル要素２００としてもよい。この場合は、個々のコイル２１・２２・２３への通電により３種類の効率や能力で送電や受電を行うことができる。また、コイル要素２００は、各コイル２１・２２・２３に通電する組み合わせを切替可能にされていてもよい。例えば、コイル要素２００は、個々のコイル２１・２２・２３への通電と、全てのコイル２１・２２・２３への通電と、２種類のコイル２１・２２・２３の組み合わせへの通電との切り替えが可能にされていてもよい。この場合は、送受電の効率や能力について細かな調整が可能になる。

コイル要素２００は、複数のコイル２１・２２の内の一部のコイル２１の配線層２１１の厚みが、残部の１以上のコイル２２の配線層２２１の厚みと相違されていればよい。例えば、図２においては、最大厚みのコイル２１と、最小厚みのコイル２２と、中間厚みのコイル２３と、最大厚みのコイル２１との４個のコイル２１・２２・２３・２１が、コイル要素２００とされていてもよい。また、図１においては、最大厚みのコイル２１と最小厚みのコイル２２との組み合わせを２組有した４個のコイル２１・２２・２１・２２が、コイル要素２００とされてもよい。即ち、コイル要素２００は、厚みが同一のコイル２１・２２・２３を含んでもよい。この場合は、各種のコイル要素２００を組み合わせることによって、複雑な配線構成や形状のコイル集合体１００を容易に作成することができる。

図１や図２のコイル要素２００は、全てのコイル２１・２２・２３が同一形状及び同一サイズに設定されているが、少なくとの一つのコイル２１・２２・２３が異なる形状や異なるサイズに設定されていてもよい。例えば図３に示すように、コイル要素２００は、大きなサイズのコイル２１と、小さなサイズのコイル２２とで形成されていてもよい。さらに、コイル要素２００は、コイル２１・２２が三角形状や四角形状を含む多角形状に形成されていてもよい。例えば図４に示すように、コイル要素２００は、コイル２１・２２の配線層２１１・２２１を直線状に形成し、コーナー部を９０度の角度で曲折し、外側から内側にかけて四角形状のサイズを縮小させるように形成することによって、四角形の渦巻き状の外形を有してもよい。

また、図２のコイル要素２００は、全てのコイル２１・２２・２３が直線状に距離を隔てて配列されているが、これに限定されるものでもない。例えば、一部のコイル２１・２２が直線状に配列され、残部のコイル２３がコイル２１・２２に並行して配列されることにより平面的に配列されてもよい。また、コイル要素２００は、各コイル２１・２２のコイル中心が、各コイル２１・２２内に配置され、コイル２１・２２同士が電気的に非接触にされていてもよい。具体例を示すと、図５に示すように、複数のコイル２１・２２は、コイル中心が一致されており、それぞれのコイル２１・２２の配線層２１１・２２１が離隔されていてもよい。この場合は、厚みが相違する複数のコイル２１・２２を同一平面の同一箇所に配置することができる。また、図６に示すように、四角形の渦巻き状の外形を有したコイル２１・２２のコイル中心を、各コイル２１・２２内に配置し、コイル２１・２２同士が電気的に非接触となるように、それぞれのコイル２１・２２の配線層２１１・２２１が離隔されていてもよい。

また、図１のコイル要素２００は、絶縁層１１の一方面が平坦に形成されているが、これに限定されるものでもない。例えば図７に示すように、コイル要素２００（コイル集合体１００）は、全てのコイル２１・２２の一方面が同一平面状に位置するように、絶縁層１１の一方面が凹凸形状に形成されていてもよい。具体的には、コイル要素２００（コイル集合体１００）は、大きな厚みのコイル２１が絶縁層１１の凹部に形成され、小さなコイル２２が絶縁層１１の凸部に形成されることによって、コイル２１・２２の一方面となる上面が面一にされていてもよい。この場合は、給電対象や受電対象のコイルとコイル要素２００（コイル集合体１００）のコイル２１・２２との距離について、大きな厚みのコイル２１と小さな厚みのコイル２２とで差が生じないため、各コイル２１・２２の送受電の効率や能力を計算する際に、距離の差による影響を除外することができる。尚、絶縁層１１は、ポリイミド樹脂やポリアミドイミド樹脂、アクリル樹脂、ポリエーテルニトリル樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリエチレンナフタレート樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂等の合成樹脂等の絶縁材料により形成されている。

図１に示すように、複数のコイル２１・２２の配線層２１１・２２１における最大長の厚みＡと最小長の厚みＢとは、Ａ／Ｂ＝２～２００の関係を有するように設定されていることが好ましい。また、図４及び図６に示すように、複数の各コイル２１・２２の配線層２１１・２２１間の距離Ｃ１・Ｃ２・Ｃ３が２ｕｍ～４００ｕｍであることが好ましい。この理由は、製造過程で感光性レジストを使用した場合において、配線幅とレジスト幅は、近い値の方がレジストパターンを形成しやすいからである。また、メッキにより配線形成する場合において、配線間距離Ｃ１・Ｃ２・Ｃ３である配線間距離（レジスト幅）と、配線高さ（厚みＡ・Ｂ）である形成対象のＣｕ等の配線高さ（レジスト高さ）とは、近い値の方が配線を形成し易いからである。

（無線受給電用配線構造：コイル集合体１００、コイル基板ユニット４００）
コイル集合体１００は、図１～図７において例示したコイル要素２００を平面方向に配列することにより形成されている。コイル集合体１００は、給電システム（給電装置）及び受電システム（受電装置）の何れにも適用することができる。例えば図１は、コイル集合体１００をコイル基板ユニット４００に適用した状態を示している。これにより、コイル基板ユニット４００は、コイル集合体１００を有することによって、無線受給電用配線構造１を備えている。

コイル基板ユニット４００は、受電装置５００を載置可能に形成されたコイル集合体１００を有しており、受電装置５００の種類や動作状態、充電状態に適した効率及び能力で充電するように、コイル集合体１００におけるコイル２１・２２を選択し、選択したコイル２１・２２に電動電流を通電する構成にされている。

また、コイル基板ユニット４００は、側面（平面方向の端面）に接続端子及び磁石を有することによって、磁石同士の引力により互いに引き合いながら、端子同士が物理的に接触することにより電気的に接続及び連結可能にされている。これにより、例えば図８に示すように、コイル基板ユニット４００は、絶縁層１１の平面方向に複数配置されることによって、基板集合体シート６００を形成可能になっている。換言すれば、基板集合体シート６００は、コイル基板ユニット４００を絶縁層１１の平面方向に複数配置することにより形成されている。この結果、基板集合体シート６００は、コイル基板ユニット４００の連結及び連結解除により任意のサイズ及び形状に容易に変更することができると共に、送受電の用途に応じた効率や能力で送受電する機能を、薄型化したコイル基板ユニット４００で実現可能になっている。

コイル基板ユニット４００は、机等に載置しながらスマートフォン等の受電装置５００に給電する用途に適用することができる。また、コイル基板ユニット４００は、壁掛け時計５００１等の壁掛け用の受電装置５００に給電可能な壁紙や、間接照明器５００２等の床置き用の受電装置５００に給電可能なフロア用建材に適用されてもよい。さらに、コイル基板ユニット４００は、自動車のフロントガラスやセンターコンソール等の車内構造物に貼り付けられることによって、スマートフォンやカーナビゲーション装置等の給電機構として用いられてもよい。尚、車内構造物の給電機構は、車内構造物の製造段階において無線受給電用配線構造１となるように、コイルを材料中に埋め込むことにより形成されてもよい。

また、コイル集合体１００は、受電装置５００の受電機構に適用することができる。尚、コイル集合体１００は、受電装置５００の筐体や制御基板の一部として形成されてもよい。受電装置５００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、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。また、携帯機器は、ＩｏＴ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｏｆ Ｔｈｉｎｇｓ）の機能を備えていてもよい。

図９に示すように、コイル集合体１００は、無線受給電用配線回路基板３００に適用することができる。無線受給電用配線回路基板３００は、四角形の渦巻き状に形成されたコイル２１・２２をコイル要素２００とし、このコイル要素２００を２行２列に配列した構成である。各コイル２１・２２の端子に接続され、コイル２１・２２に変動電流を供給する電源層２１２・２２２は、絶縁層１１の他方面に形成されていることが好ましい。この場合は、コイル２１・２２と電源層２１２・２２２とを絶縁層１１の一方面と他方面とに分離することによって、配線経路を簡単化することができる。

また、図１０に示すように、コイル集合体１００は、二次電池５０４を備えた補聴器７００等の受電装置５００を制御する制御基板３０１の一部とされていてもよい。この場合は、制御基板３０１が無線受給電用配線構造１の受電機構を備えることによって、制御基板３０１を薄型化されたフレキシブルプリント配線基板として形成することができる。尚、制御基板３０１及び無線受給電用配線回路基板３００のコイル集合体１００は、図１～図７の何れのコイル要素２００（無線受給電用配線構造１）で形成されていてもよい。

（給電装置８００）
次に、無線受給電用配線構造１のコイル集合体１００を備えた無線受給電用配線回路基板３００を給電装置８００（給電システム）に適用した場合について説明する。

図１１に示すように、給電装置８００は、受電コイル５０１を備えた受電装置５００（受電装置システム）に無線で電力を給電可能な給電システムである。給電装置８００は、無線受給電用配線回路基板３００と、無線受給電用配線回路基板３００における複数の給電コイル３１０に対して変動電流を供給して、受電コイル５０１に電力を給電することによって、複数の給電コイル３１０のなかから一以上の給電コイル３１０を選択し、選択した給電コイル３１０に変動電流を供給する給電制御部８１０とを備えている。

給電制御部８１０は、給電制御回路８０１と、変動電流を出力する変動電流出力部８０２と、変動電流出力部８０２と無線受給電用配線回路基板３００との間に設けられ、各給電コイル３１０に対する変動電流の通電及び通電停止を切り替えるコイル切替部８０３とを有している。給電制御回路８０１は、コイル切替部８０３を制御可能になっている。そして、給電制御回路８０１は、コイル切替部８０３により複数の給電コイル３１０に対して変動電流を供給して、受電コイル５０１に電力を給電することによって、複数の給電コイル３１０のなかから一以上の給電コイル３１０を選択する給電使用コイル選択処理と、選択した給電コイル３１０に変動電流を供給する給電処理とを実行可能になっている。

具体的には、給電制御回路８０１は、給電使用コイル選択処理と給電処理とを含む制御プログラムを実行する演算部８０１１と、給電使用コイル選択処理と給電処理との実行に用いるコイル選択テーブルのテーブルデータ及び制御プログラム等を記憶した記憶部８０１２と、受電装置５００に対して無線通信を可能にする通信部８０１３とを有している。

（給電装置８００：コイル選択テーブル）
図１２に示すように、コイル選択テーブルは、コイル番号と、コイル位置と、受電電圧と、受電システムＩＤと、給電モードとをテーブル項目として有している。「コイル番号」は、各給電コイル３１０に割り当てられた固有の番号であり、例えばコイル集合体１００が４００個の給電コイル３１０で形成されている場合は、００００～０３９９のコイル番号が給電コイル３１０にそれぞれ割り当てられる。「コイル位置」は、コイル集合体１００を横軸（Ｘ軸）及び縦軸（Ｙ軸）で示した場合において、給電コイル３１０が配置されたコイル集合体１００における位置（Ｘｉ，Ｙｉ）を示すものである。例えば、コイル位置（００，００）であると、コイル集合体１００における図中左端の下端に配置された給電コイル３１０が特定される。また、コイル位置（１９，１９）であると、コイル集合体１００における図中右端の上端に配置された給電コイル３１０が特定される。

「受電電圧」は、給電使用コイル選択処理において受電装置５００から送信された受電電圧情報に含まれた電圧である。尚、０Ｖの場合は空白で示される。「受電システムＩＤ」は、受電装置５００に固有の識別情報であり、受電装置５００が複数存在する場合に、給電装置８００において受電装置５００を識別することを可能にしている。例えば、受電システムＩＤがＩＤ００１の場合は、スマートフォンの受電装置５００が特定され、受電システムＩＤがＩＤ００２の場合は、補聴器の受電装置５００が特定され、受電システムＩＤがＩＤ００３の場合は、腕時計の受電装置５００が特定される。

「給電モード」は、受電装置５００に対する給電電力の程度を示すものであり、大きな電力で充電する高速モードＭ１や、小さな電力で充電する低速モードＭ２、給電を停止する停止モード等が存在する。尚、停止モードは、空白で示している。給電モードは、受電装置５００の動作状態や充電状態に基づいて設定されるものである。例えば、受電装置５００の動作状態が最低限の動作だけを実行するスリープ状態である場合は、低速モードＭ２に設定される。また、受電装置５００の充電状態が放電状態である場合は、高速モードＭ１に設定される一方、満充電に近い場合は、低速モードＭ２に設定される。

これにより、コイル選択テーブルにおける各テーブル項目のテーブルデータを参照することによって、各給電コイル３１０に変動電流を通電するか否かを決定することができると共に、どの程度の変動電流にするかを決定することができる。例えば、コイル番号００００の給電コイル３１０は、コイル位置（００，００）に配置されており、給電使用コイル選択処理における電圧が０．０３Ｖの検出用閾値未満の電圧であるため、受電装置５００の受電コイル５０１が対向配置されていないことが分かる。尚、検出用閾値は、受電装置５００の存在の有無を判定するために予め設定された値である。この結果、コイル番号００００の給電コイル３１０は、受電装置５００への給電に使用しないことが決定され、変動電流の通電が停止される。

一方、例えば、コイル番号０００２の給電コイル３１０は、コイル位置（００，０２）に配置されており、給電使用コイル選択処理における電圧が２．３Ｖの検出用閾値以上の電圧であるため、ＩＤ００１の識別番号を有した受電装置５００の受電コイル５０１が対向配置されていることが分かる。また、受電装置５００が高速モードＭ１に対応する電力での給電が必要な動作状態又は充電状態であることも分かる。この結果、コイル番号０００２の給電コイル３１０は、ＩＤ００１の受電装置５００への給電に使用されることが決定され、高速モードＭ１に対応する電力で変動電流が通電される。

（受電装置５００）
図１１に示すように、受電装置５００は、給電装置８００の給電コイル３１０からの電磁波を受信して変動電流に変換する受電コイル５０１と、受電コイル５０１の変動電流を直流電流に変換する整流部５０２と、直流電流を用いて二次電池５０４を充電する充電部５０３と、二次電池５０４の放電電流を所定の駆動電圧に変圧する電圧変換部５０５と、駆動電圧の電力により動作する駆動部品５０６とを有している。また、受電装置５００は、制御部５０７、電圧検出部５０８、及び通信部５０９を有している。通信部５０９は、給電装置８００の通信部８０１３に対して無線通信を可能にしている。電圧検出部５０８は、整流部５０２で整流された電圧を検出し、受電電圧情報として通信部５０９を介して給電装置８００に送信可能にしている。制御部５０７は、図１５の受電システム選択処理を実行可能にされており、二次電池５０４の充電中において電圧検出部５０８を停止させると共に、二次電池５０４の充電状態や駆動部品５０６の動作状態に基づいて給電モードの情報を通信部５０９から給電装置８００に送信可能にしている。

尚、二次電池５０４は、充電可能であれば特に限定されるものではなく、全固体電池を含む各種の二次電池５０４を受電装置５００の種類に応じて採用可能である。例えば、受電装置５００が携帯機器である場合における二次電池５０４は、リチウムイオン電池であることが好ましい。この場合には、リチウムイオン電池の公称電圧が３．６Ｖ～３．７Ｖの範囲であるため、空気電池やニッケル水素二次電池５０４の公称電圧である１．２Ｖ～１．４Ｖを上回っている。また、リチウムイオン電池の電池電圧が放電に伴って４．２Ｖ程度から２．７Ｖ程度に低下する放電特性を示すことになるが、空気電池やニッケル水素二次電池５０４よりもエネルギー密度が高いため、空気電池やニッケル水素二次電池５０４を用いた場合よりも携帯機器２をより長い時間、駆動することができる。

（給電装置８００の動作）
図１３は、給電装置８００において、変動電流を通電させる給電コイル３１０を選択するための給電使用コイル選択処理のフローチャートである。

具体的には、先ず、演算部８０１１は、変動電流が通電されている給電コイル３１０を「給電使用コイル」とし、この「給電使用コイル」を給電コイル３１０の中から除いた給電コイル３１０を「供給対象コイル」として抽出する。即ち、受電装置５００に無線給電を行っている給電コイル３１０である「給電使用コイル」が給電コイル３１０の中から除かれることによって、無線給電を行っていない給電コイル３１０が「供給対象コイル」とされる。これにより、給電中の受電装置５００を探索対象から外すことによって、新たにコイル集合体１００に載置された受電装置５００を、個数の減少された給電コイル３１０を用いて検出することができるようになっている。（Ｓ１１）。

次に、供給対象コイルの中から給電コイル３１０を選択し（Ｓ１２）、選択した給電コイル３１０に変動電流を供給（通電）する（Ｓ１３）。受電電圧受信処理を実行し、受電装置５００からの受電電圧情報及び受電システムＩＤ情報を受信する。尚、所定時間内に受電電圧情報を受信しない場合は、０Ｖの受電電圧情報を受信したと決定する（Ｓ１４）。そして、選択した給電コイル３１０のコイル番号ｎ及びコイル位置（Ｘｉ，Ｙｉ）に対応させて受電電圧及び受電システムＩＤをテーブルデータ（Ｘｉ，Ｙｉ，Ｖ，ＩＤ）として記憶する（Ｓ１５）。

次に、供給対象コイルの全てを選択したか否かが判定される（Ｓ１６）。供給対象コイルの全てを選択していない場合は（Ｓ１６：ＮＯ）、Ｓ１２から再実行され、次の供給対象コイルの中から選択された給電コイル３１０における受電電圧等が検出及び記憶される。一方、供給対象コイルの全てを選択した場合は（Ｓ１６：ＹＥＳ）、所定の検出用閾値以上の受電電圧に対応する給電コイル３１０を給電使用コイルとして選択し（Ｓ１７）、選択した給電使用コイルを用いた給電処理が実行される（Ｓ１７）。

図１４に示すように、給電処理が実行されると、給電使用コイルが存在するか否かが判定される（Ｓ２１）。給電使用コイルが存在しない場合は（Ｓ２１：ＮＯ）、本処理が終了され、Ｓ１１から再実行される。一方、給電使用コイルが存在する場合は（Ｓ２１：ＹＥＳ）、給電開始処理を実行し、受電装置５００への給電を開始すると共に、給電開始情報を受電装置５００に送信する。尚、各給電使用コイル（給電コイル３１０）に対応付けられた給電モードのテーブル項目おいて、何らかの給電モードのテーブルデータが記憶されている場合は、記憶された給電モードに対応する電力の変動電流が給電使用コイルに供給される。一方、給電モードのテーブルデータが記憶されていない場合は、最小限の初期電力の変動電流が供給される。そして、受電装置５００からの給電モード情報や受電システムＩＤ情報、給電停止情報を受信する（Ｓ２２）。

所定時間内に、受電装置５００からの情報を受信しない場合は（Ｓ２３：ＮＯ）、本処理が終了され、Ｓ１１から再実行される。一方、所定時間内に、受電装置５００からの情報を受信した場合は（Ｓ２３：ＹＥＳ）、受信した情報が給電停止情報であるか否かが判定される（Ｓ２４）。給電停止情報である場合は（Ｓ２４：ＹＥＳ）、受電システムＩＤに対応する給電使用コイルを解除し、給電停止情報を送信した受電装置５００への無線給電を停止させる（Ｓ２５）。そして、本処理が終了され、Ｓ１１から再実行される。

一方、給電停止情報でない場合は（Ｓ２４：ＮＯ）、給電モード情報を受信したか否かが判定される（Ｓ２６）。給電モード情報を受信しない場合は（Ｓ２６：ＮＯ）、本処理が終了され、Ｓ１１から再実行される。一方、給電モード情報を受信した場合は（Ｓ２６：ＹＥＳ）、給電モード情報を送信した給電使用コイルが選択される。即ち、給電モード情報を送信した受電システムＩＤの給電使用コイルに対応付けられた給電モードのテーブル項目の情報が、受信した給電モードに更新される（Ｓ２７）。そして、選択された給電使用コイル（給電コイル３１０）に、更新された給電モードの変動電流が供給（通電）される（Ｓ２８）。この後、本処理が終了され、Ｓ１１から再実行される。

（受電装置５００の動作）
図１５は、受電装置５００において、給電装置８００に対して給電使用コイルとなる給電コイル３１０を選択等させるための受電システム選択処理のフローチャートである。

具体的には、先ず、制御部５０７の演算部は、二次電池５０４を充電中である否かを判定する（Ｓ３１）。二次電池５０４の充電中でなければ（Ｓ３１：ＮＯ）、Ｓ３５を実行する。一方、二次電池５０４の充電中であれば（Ｓ３１：ＹＥＳ）、給電コイル３１０の選択のために用いる受電電圧情報の送信を停止し（Ｓ３２）、続いて、給電コイル３１０を選択するための給電中であるか否かを判定する（Ｓ３３）。給電中でなければ（Ｓ３３：ＮＯ）、Ｓ３５を実行する。一方、給電中であれば（Ｓ３３：ＹＥＳ）、受電電圧情報と受電システムＩＤ情報とを送信した後（Ｓ３４）、Ｓ３５を実行する。

Ｓ３５において、給電開始情報を受信したか否かを判定する（Ｓ３５）、給電開始情報を受信しなければ（Ｓ３５：ＮＯ）、Ｓ３７を実行する。一方、給電開始情報を受信した場合は（Ｓ３５：ＹＥＳ）、現在の二次電池５０４の充電状態に基づいて、受電システムＩＤ情報と給電モード情報とを送信し（Ｓ３６）、Ｓ３７を実行する。Ｓ３７において、例えば、二次電池５０４が満充電に近い状態になって二次電池５０４を充電する電力を低下させたい場合のように、給電モードを変更するか否かを判定する（Ｓ３７）。給電モードを変更しない場合は（Ｓ３７：ＮＯ）、Ｓ３９を実行する。一方、給電モードを変更する場合は（Ｓ３７：ＹＥＳ）、受電システムＩＤ情報と給電モード情報とを送信し（Ｓ３８）、Ｓ３９を実行する。

Ｓ３９において、例えば、二次電池５０４が満充電になって二次電池５０４への充電を停止させたい場合のように、給電を停止するか否かを判定する（Ｓ３９）。給電を停止しない場合は（Ｓ３９：ＮＯ）、Ｓ３１から再実行する。一方、給電を停止する場合は（Ｓ３９：ＹＥＳ）、受電システムＩＤ情報と給電停止情報とを送信し（Ｓ４０）、Ｓ３１から再実行する。

（給電装置８００の動作の変形例）
図１３の給電使用コイル選択処理においては、供給対象コイルの中から給電コイル３１０を給電使用コイルとして選択する場合に、全ての給電コイル３１０を供給対象コイルとしたが、これに限定されるものではなく、例えば、コイル要素２００を供給対象コイルとしてもよい。この場合は、コイル要素２００が複数のコイル２１・２２を含むため、給電使用コイルを選択する際の処理量を低減し、短時間で給電使用コイルを選択することができる。

また、図１３の給電使用コイル選択処理は、コイル集合体１００を複数の領域に区分し、各領域に存在する複数の給電コイル３１０の全受電電圧に基づいて、受電装置５００が、どの領域に存在するかを特定した後に、実行されてもよい。この場合においても、給電使用コイルを選択する際の処理量を低減し、短時間で給電使用コイルを選択することができる。

具体例を示すと、図１６に示すように、コイル集合体１００の全体を第１領域Ａ１と第２領域Ａ２と第３領域Ａ３と第４領域Ａ４とに区分する。そして、第１領域Ａ１に存在する全ての給電コイル３１０に変動電流を通電し、受電装置５００の有無により変化する変動電流の電圧を検出する。このような領域検出処理を第１領域Ａ１と第２領域Ａ２と第３領域Ａ３と第４領域Ａ４とで実行した後、電圧が大きく低下した第２領域Ａ２を抽出する。尚、領域の抽出は、受電装置５００から送信された受電電圧情報や受電システムＩＤ情報に基づいて実行されてもよい。

続いて、第２領域Ａ２を、第１領域Ａ２１と第２領域Ａ２２と第３領域Ａ２３と第４領域Ａ２４とに区分する。そして、第１領域Ａ２１に存在する全ての給電コイル３１０に変動電流を通電し、受電装置５００の有無により変化する変動電流の電圧を検出する。このような領域検出処理を第１領域Ａ２１と第２領域Ａ２２と第３領域Ａ２３と第４領域Ａ２４とで実行した後、電圧が大きく低下した第１領域Ａ２２を抽出する。この後、抽出された第１領域Ａ２２において、図１３の給電使用コイル選択処理を実行する。

尚、図１６においては、コイル集合体１００を４区分し、領域検出処理を２回繰り返しているが、コイル集合体１００の面積に応じて区部数や処理の繰り返し数が増減されることが好ましい。また、図１６においては、１個の受電装置５００がコイル集合体１００に載置された場合について説明しているが、複数の受電装置５００が１つの領域に載置されてもよいし、複数の領域にそれぞれ載置されてもよい。

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 無線受給電用配線構造
１００ コイル集合体
１１ 絶縁層
２００ コイル要素
２０１ コイル要素
２１ コイル
２１１・２２１ 配線層
２１２・２２２ 電源層
２２ コイル
２３ コイル
３００ 無線受給電用配線回路基板
３０１ 制御基板
３１０ 給電コイル
４００ コイル基板ユニット
５００ 受電装置
５０１ 受電コイル
６００ 基板集合体シート
８００ 給電装置

Claims (8)

1. 絶縁層の厚み方向の一方面に、複数のコイルの配線層が形成されている無線受給電用配線構造であって、
   前記複数のコイルの内の一部のコイルの配線層の厚みが、残部のコイルの配線層の厚みと相違されていることを特徴とする無線受給電用配線構造。
2. 前記複数のコイルの前記配線層の厚みがそれぞれ相違されていることを特徴とする請求項１に記載の無線受給電用配線構造。
3. 前記複数のコイルは、コイル中心が一致されており、それぞれの前記コイルの前記配線層が離隔されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の無線受給電用配線構造。
4. 前記複数のコイルの前記配線層における最大長の厚みＡと最小長の厚みＢとが、Ａ／Ｂ＝２～２００の関係を有するように設定されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の無線受給電用配線構造。
5. 前記複数のコイルの前記配線層間の距離が２ｕｍ～４００ｕｍであることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項記載の無線受給電用配線構造。
6. 請求項１乃至５の何れか１項に記載の前記無線受給電用配線構造を備えていることを特徴とする無線受給電用配線回路基板。
7. 請求項１乃至５の何れか１項に記載の前記無線受給電用配線構造を備えたコイル基板ユニットが、前記絶縁層の平面方向に複数配置されていることを特徴とする基板集合体シート。
8. 受電コイルを備える受電システムに無線で電力を給電可能な給電システムであって、
   請求項６に記載の無線受給電用配線回路基板と、
   前記無線受給電用配線回路基板における給電コイルとしての前記複数のコイルに対して変動電流を供給して、前記受電コイルに電力を給電することによって、前記複数のコイルのなかから一以上のコイルを選択し、選択した前記コイルに変動電流を供給する給電制御部と、
   を備えたことを特徴とする給電システム。

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