特許 6206578 受電用コイル構造体およびワイヤレス給電システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6206578

(24)【登録日】2017年9月15日

(45)【発行日】2017年10月4日

(54)【発明の名称】受電用コイル構造体およびワイヤレス給電システム

(51)【国際特許分類】

   H01F 38/14 20060101AFI20170925BHJP

   H01F 27/28 20060101ALI20170925BHJP

   H02J 50/12 20160101ALI20170925BHJP

   H02J 50/40 20160101ALI20170925BHJP

【ＦＩ】

   H01F38/14

   H01F27/28 K

   H02J50/12

   H02J50/40

【請求項の数】10

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2016-507814(P2016-507814)

(86)(22)【出願日】2015年3月12日

(86)【国際出願番号】JP2015057249

(87)【国際公開番号】WO2015137431

(87)【国際公開日】20150917

【審査請求日】2016年6月27日

(31)【優先権主張番号】特願2014-52128(P2014-52128)

(32)【優先日】2014年3月14日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000006231

【氏名又は名称】株式会社村田製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110000970

【氏名又は名称】特許業務法人 楓国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】吉田 史生

【審査官】 池田 安希子

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１３／０４２２２９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開平０９−２６９９８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０７２０７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１２／１２４０２９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００８−２８８８８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１３／１３３２５５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１２−５２７６０３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｆ ３８／１４

Ｈ０１Ｆ ２７／２８

Ｈ０２Ｊ ５０／１２

Ｈ０２Ｊ ５０／４０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ＸＹＺ直交座標系において、Ｙ軸方向に延伸する複数の給電用導体パターンを備える給電装置から電力を受電する受電用コイル構造体であって、
Ｚ軸方向の磁束が鎖交して電流が誘導されるようにＸＹ平面上に形成され、それぞれが異なる方向を長手方向とする第１ループ状導体および第２ループ状導体を有し、
前記第１ループ状導体および前記第２ループ状導体は、コイル開口の一部が互いに重なり、
前記第１ループ状導体および前記第２ループ状導体が有するインダクタンスをＬＣ共振回路のインダクタンスとする共振回路を備えた受電用コイル構造体。

【請求項2】

前記第１ループ状導体は、Ｙ軸を長辺方向、Ｘ軸を短辺方向とする、略長方形状であり、前記第２ループ状導体は、Ｘ軸を長辺方向、Ｙ軸を短辺方向とする、略長方形状であり、
前記第１ループ状導体と前記第２ループ状導体とは、一方の長辺と他方の短辺、および一方の短辺と他方の長辺が互いに沿うととともに、互いに沿った導体に流れる電流の向きが同じになるように配置されている、請求項１に記載の受電用コイル構造体。

【請求項3】

前記第１ループ状導体および前記第２ループ状導体は１本の導線の折り曲げ加工により形成されて直列接続された、請求項２に記載の受電用コイル構造体。

【請求項4】

前記第１ループ状導体および前記第２ループ状導体による組を、第１組、第２組の２組備え、第１組と第２組はＺ軸方向からの平面視で点対称に重なり、外形が四角形状である、請求項２または３に記載の受電用コイル構造体。

【請求項5】

Ｘ軸方向に延伸する線条部を底辺、Ｙ軸方向に延伸する線条部を高さとする直角三角形状の第３ループ状導体と、
Ｘ軸方向に延伸する線条部を底辺、Ｙ軸方向に延伸する線条部を高さとする直角三角形状の第４ループ状導体と、を備え、
第３ループ状導体が形成する直角三角形の斜辺と第４ループ状導体が形成する直角三角形の斜辺とは並行し、第３ループ状導体と第４ループ状導体とで、外形が四角形状を形成し、
第３ループ状導体および第４ループ状導体は前記斜辺に流れる互いの電流の向きが同じになるように配置されている、請求項１〜４のいずれかに記載の受電用コイル構造体。

【請求項6】

前記共振回路は、前記第１ループ状導体および前記第２ループ状導体が有するインダクタンスと第１キャパシタとで第１共振回路を構成し、前記第３ループ状導体および前記第４ループ状導体が有するインダクタンスと第２キャパシタとで第２共振回路を構成する、請求項５に記載の受電用コイル構造体。

【請求項7】

前記第１共振回路に受電した交流電力を整流平滑する第１整流平滑回路と、
前記第２共振回路に受電した交流電力を整流平滑する第２整流平滑回路と、
を備えた、請求項６に記載の受電用コイル構造体。

【請求項8】

ワイヤレスで電力を給電するワイヤレス給電装置と、前記ワイヤレス給電装置と磁界結合して電力を受電する受電装置と、で構成されるワイヤレス給電システムにおいて、
前記受電装置は、請求項１〜７のいずれかに記載の受電用コイル構造体を備え、
前記給電装置は、前記ＸＹＺ直交座標系におけるＸ−Ｙ平面の第１方向に延伸し、第１方向とは直交する第２方向に配列された複数の給電用導体パターンを備えた、
ワイヤレス給電システム。

【請求項9】

前記複数の給電用導体パターンはミアンダ形状であり、互いに並行する導体の間隔は、前記導体の線幅よりも大きい、請求項８に記載のワイヤレス給電システム。

【請求項10】

前記第１ループ状導体および前記第２ループ状導体の長辺部の長さをｔ、前記給電用導体パターンの間隔をｗで表すと、
ｗ≦ｔ＜２ｗ
の関係にある、請求項９に記載のワイヤレス給電システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、給電装置からワイヤレスで電力を受電する受電用コイル構造体およびワイヤレス給電システムに関するものである。

【背景技術】

【0002】

近年、近距離無線通信システムが拡大し、種々の装置がワイヤレスで独立使用される状況が増えている。これに伴い、電力についても近距離でワイヤレス給電する技術が注目されている。

【0003】

近距離無線通信システム関係の文献として、ループアンテナの構造で折り返し形状の平面アンテナを用いた無線ＩＣタグが特許文献１に示されている。また、通信対象の姿勢に関わらず通信不能領域をなくすように工夫された無線通信アンテナが特許文献２に示されている。

【0004】

一方、近距離給電関係の文献として、一部を順次重ねた複数のコイルを配置して、送電装置の送電部と受電装置の受電部との位置合わせを容易にした電力伝送システムの構成が特許文献３に示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００６−１８００４３号公報

【特許文献2】特開２００５−２２３４０２号公報

【特許文献3】国際公開第２０１３／０５４３９９号パンフレット

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

磁界結合によりワイヤレス給電を行うワイヤレス給電システムの基本的な構成は、給電装置側と受電装置側のいずれにもループ状導体を設け、互いのループ内を磁束が抜ける関係で、ループ状導体同士を近接させるものである。但し、送電装置の送電部と受電装置の受電部との位置関係が固定されている場合には、一定の結合係数で磁界結合させてワイヤレス給電することが可能であるが、送電部に対して受電部の位置が変動しても給電を行う必要がある場合には、送電部のループ状導体を受電部のループ状導体より大きくすることになる。また、送電部のループ状導体を単純なループ形状とせず、給電範囲内に複数の導電性パターンが分布するようなループ状導体であれば、送電部のループ状導体の形成範囲内の磁界強度分布は均一化できる。

【0007】

ところが、給電範囲において、送電部のループ状導体から発生される磁束のうち、受電部のループ状導体に鎖交する磁束が相殺されるような関係となり得るので、給電範囲内において、電力給電されない位置が生じる。この課題は特許文献１〜３に示されている構造では解消されない。

【0008】

本発明の目的は、受電部の位置が給電範囲内で変位する場合であっても、広範囲に亘って安定な給電を可能とした受電用コイル構造体およびワイヤレス給電システムを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

（１）本発明の受電用コイル構造体は、ＸＹＺ直交座標系において、Ｙ軸方向に延伸する複数の給電用導体パターンを備える給電装置から電力を受電する受電用コイル構造体であって、
Ｚ軸方向の磁束が鎖交して電流が誘導されるようにＸＹ平面上に形成され、それぞれが異なる方向を長手方向とする第１ループ状導体および第２ループ状導体を有し、
前記第１ループ状導体および前記第２ループ状導体は、コイル開口の一部が互いに重なり、
前記第１ループ状導体および前記第２ループ状導体が有するインダクタンスをＬＣ共振回路のインダクタンスとする共振回路を備えたことを特徴としている。

【0010】

上記構成により、第１ループ状導体と第２ループ状導体に鎖交する磁束のうち、一方が相殺状態となる条件で他方は相殺状態とはならない場合が多いので、すなわち、両方が同時に相殺状態となる確率が非常に小さくなって、給電範囲内における受電部の位置に関わらず安定な給電が可能となる。

【0011】

（２）前記第１ループ状導体は、Ｙ軸を長辺方向、Ｘ軸を短辺方向とする、略長方形状であり、前記第２ループ状導体は、Ｘ軸を長辺方向、Ｙ軸を短辺方向とする、略長方形状であり、
前記第１ループ状導体と前記第２ループ状導体とは、一方の長辺と他方の短辺、および一方の短辺と他方の長辺が互いに沿うととともに、互いに沿った導体に流れる電流の向きが同じになるように配置されていることが好ましい。この構成により、実質的なループ面積（コイル開口面積）の大きな受電用コイル構造体が構成できる。

【0012】

（３）前記第１ループ状導体および前記第２ループ状導体は１本の導線の折り曲げ加工により形成されて直列接続されていることが好ましい。この構成により、導線の接続が簡素な構造になり部品点数も増加しないので、小型化が容易となる。

【0013】

（４）前記第１ループ状導体および前記第２ループ状導体による組を、第１組、第２組の２組備え、第１組と第２組はＺ軸方向からの平面視で点対称に重なり、外形が四角形状であることが好ましい。この構成により、限られた占有面積でループ面積（コイル開口面積）の大きな受電用コイル構造体が構成できる。

【0014】

（５）Ｘ軸方向に延伸する線条部を底辺、Ｙ軸方向に延伸する線条部を高さとする直角三角形状の第３ループ状導体と、Ｘ軸方向に延伸する線条部を底辺、Ｙ軸方向に延伸する線条部を高さとする直角三角形状の第４ループ状導体と、を備え、第３ループ状導体が形成する直角三角形の斜辺と第４ループ状導体が形成する直角三角形の斜辺とは並行し、第３ループ状導体と第４ループ状導体とで、外形が四角形状を形成し、第３ループ状導体および第４ループ状導体は前記斜辺に流れる互いの電流の向きが同じになるように配置されている、ことが好ましい。

【0015】

上記構成により、Ｙ軸方向に延伸する複数の給電用導体パターンに対して上記第１ループ状導体および第２ループ状導体の長辺・短辺方向がＸＹ軸に対して傾斜するような関係で受電用コイル構造体が配置され、第１ループ状導体および第２ループ状導体による誘導電流が０となる状態であっても、第３ループ状導体および第４ループ状導体による誘導電流が生じる。すなわち、受電用コイル構造体の回転方向に対する相殺位置の発生も解消できる。

【0016】

（６）前記共振回路は、前記第１ループ状導体および前記第２ループ状導体が有するインダクタンスと第１キャパシタとで第１共振回路を構成し、前記第３ループ状導体および前記第４ループ状導体が有するインダクタンスと第２キャパシタとで第２共振回路を構成することが好ましい。この構成により、第１〜第４のループ状導体に誘導される電流が相殺されずに効率良くエネルギーが取り出せる。

【0017】

（７）前記第１共振回路に受電した交流電力を整流平滑する第１整流平滑回路と、前記第２共振回路に受電した交流電力を整流平滑する第２整流平滑回路と、を備えることが好ましい。これにより、第１ループ状導体および第２ループ状導体による誘導されるエネルギーと第３ループ状導体および第４ループ状導体による誘導されるエネルギーとが相殺されることなく、効率良く取り出される。

【0018】

（８）本発明のワイヤレス給電システムは、ワイヤレスで電力を給電するワイヤレス給電装置と、このワイヤレス給電装置と磁界結合して電力を受電する受電装置と、で構成され、
前記受電装置は、上記（１）〜（７）のいずれかに記載の受電用コイル構造体を備え、
前記給電装置は、ＸＹＺ直交座標系におけるＸ−Ｙ平面の第１方向に延伸し、第１方向とは直交する第２方向に配列された複数の給電用導体パターンを備えることを特徴としている。

【0019】

上記構成により、受電部の位置がワイヤレス給電装置の給電範囲内のどの位置にあっても安定な給電が可能となる。

【0020】

（９）上記（８）において、複数の給電用導体パターンはミアンダ形状であり、互いに並行する導体の間隔は導体の線幅よりも大きいことが好ましい。この構成により、隣接する導体パターン同士の間隙が相対的に広くなって、磁束が通る実質的な開口範囲が広がり、受電装置のループ状導体との結合係数が高まる。

【0021】

（１０）上記（９）において、第１ループ状導体および第２ループ状導体の長辺部の長さをｔ、給電用導体パターンの間隔をｗで表すと、
ｗ≦ｔ＜２ｗ
の関係にあることが好ましい。この構造により、給電範囲内において、給電部と受電部とが結合しない位置になる条件が少なくなり、安定な給電が可能となる。

【発明の効果】

【0022】

本発明によれば、給電装置の給電範囲内における受電部の位置に関わらず安定なワイヤレス給電が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】図１は第１の実施形態に係る受電用コイル構造体の構成図である。

【図2】図２（Ａ）、図２（Ｂ）は受電用コイル構造体２０１を二つの要素に分けて表した図である。

【図3】図３は受電用コイル構造体２０１および受電回路４０の回路図である。

【図4】図４はワイヤレス給電装置の構成図である。

【図5】図５はインバータ回路１３の構成を示す図である。

【図6】図６（Ａ）、図６（Ｂ）はワイヤレス給電装置のループ状導体１１のうちミアンダ形状部の一部と受電用コイル構造体との結合について示す平面図である。

【図7】図７は第１の実施形態に適用できる別のワイヤレス給電装置の構成図である。

【図8】図８は第２の実施形態に係る受電用コイル構造体２０２の構成図である。

【図9】図９は受電用コイル構造体２０２および受電回路４０の回路図である。

【図10】図１０は第３の実施形態に係る受電用コイル構造体の分解図である。

【図11】図１１は第３の実施形態に係る受電用コイル構造体２０３の構成図である。

【図12】図１２は第３の実施形態の受電用コイル構造体２０３および受電回路４０の回路図である。

【図13】図１３（Ａ）、図１３（Ｂ）はワイヤレス給電装置のループ状導体１１のうちミアンダ形状部の一部と受電用コイル構造体との結合について示す参考用の平面図である。

【図14】図１４は第４の実施形態の受電用コイル構造体に備える傾斜受電用コイル構造体２１０の構成図である。

【図15】図１５は第４の実施形態に係る受電用コイル構造体２０４の構成図である。

【図16】図１６は第４の実施形態の受電用コイル構造体２０４および受電回路４０の回路図である。

【図17】図１７（Ａ）、図１７（Ｂ）は傾斜受電用コイル構造体２１０の作用を示す図である。

【図18】図１８は、第４の実施形態の受電用コイル構造体の変形例を示す図であり、第４の実施形態の受電用コイル構造体の構成を回路図で表したものである。

【図19】図１９（Ａ）、図１９（Ｂ）、図１９（Ｃ）は、第５の実施形態に係る、給電用ループ状導体１１の線間と受電用コイル構造体２０４のループ状導体との大きさの関係を示す図である。

【図20】図２０は第６の実施形態に係る受電用コイル構造体の構成図である。

【図21】図２１は第６の実施形態に係る別の受電用コイル構造体の構成図である。

【図22】図２２（Ａ）、図２２（Ｂ）は第６の実施形態に係るさらに別の受電用コイル構造体の構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

以降、図を参照して幾つかの具体的な例を挙げて、本発明を実施するための複数の形態を示す。各図中には同一箇所に同一符号を付している。各実施形態は例示であり、異なる実施形態で示した構成の部分的な置換または組み合わせが可能であることは言うまでもない。

【0025】

《第１の実施形態》
図１は第１の実施形態に係る受電用コイル構造体の構成図である。この受電用コイル構造体２０１は、ＸＹＺ直交座標系において、Ｙ軸方向に延伸する複数の給電用導体パターンを備える給電装置から電力を受電する受電用コイル構造体である。給電用導体パターンについては後に示す。

【0026】

受電用コイル構造体２０１は第１ループ状導体２１および第２ループ状導体２２を備えている。第１ループ状導体２１および第２ループ状導体２２は、Ｚ軸方向の磁束が鎖交して電流が誘導されるようにＸＹ平面上に形成されている。第１ループ状導体２１および第２ループ状導体２２は、Ｘ軸方向を左右方向としたとき、左右非対称な形状である。

【0027】

第１ループ状導体２１および第２ループ状導体２２は直列接続されている。この直列回路にキャパシタ３１が接続されていて、第１ループ状導体２１および第２ループ状導体２２が有するインダクタンスとキャパシタ３１のキャパシタンスとで共振する、ＬＣ共振回路が構成されている。

【0028】

第１ループ状導体２１は、Ｙ軸を長辺方向、Ｘ軸を短辺方向とする、略長方形状であり、第２ループ状導体２２は、Ｘ軸を長辺方向、Ｙ軸を短辺方向とする、略長方形状である。

【0029】

第１ループ状導体２１と第２ループ状導体２２とは、一方の長辺と他方の短辺、および一方の短辺と他方の長辺が互いに沿うととともに、互いに沿った導体に流れる電流の向きが同じになるように、一方の長辺と他方の短辺、および一方の短辺と他方の長辺が互いに重なるように配置されている。

【0030】

図１に示す例では、第１ループ状導体２１および第２ループ状導体２２は１本の導線の折り曲げ加工により形成されて直列接続されている。第１ループ状導体２１および第２ループ状導体２２は、基板に導体パターンを形成することにより設けてもよい。

【0031】

図２（Ａ）（Ｂ）は上記受電用コイル構造体２０１を二つの要素に分けて表したものである。第１ループ状導体２１とキャパシタ３１とで共振回路が構成され、第２ループ状導体２２とキャパシタ３１とで共振回路が構成される。但し、実際にはキャパシタ３１および受電回路４０はそれぞれ単一である。

【0032】

図３は受電用コイル構造体２０１および受電回路４０の回路図である。第１ループ状導体２１と第２ループ状導体２２との直列回路とキャパシタ３１とでＬＣ共振回路が構成されている。この共振回路の共振電圧がダイオードＤおよびキャパシタＣ１により整流平滑され、レギュレータ回路ＲＥＧおよびキャパシタＣ２で定電圧化され、負荷へ供給される。

【0033】

図４はワイヤレス給電装置の構成図である。このワイヤレス給電装置１０１は、空間的に離れた場所にある受電装置に磁界を介して給電する装置である。このワイヤレス給電装置１０１は、給電用のループ状導体１１が形成された絶縁体からなる基板１０を備えている。ループ状導体１１は、Ｙ軸方向に延伸する長経路部１１ＬとＸ軸方向に延伸する短経路部１１Ｓの組合せからなるミアンダ形状部を備えている。

【0034】

ループ状導体１１はインダクタンスを有し、このインダクタンスとキャパシタ１２のキャパシタンスとで共振するＬＣ共振回路が構成されている。インバータ回路１３は直流電源９の直流電圧を入力し、ＬＣ共振回路の共振周波数と等しい周波数の高周波電流を供給する。これにより、ループ状導体１１に流れる電流によって磁界が発生する。このワイヤレス給電装置１０１と上記受電用コイル構造体２０１とでワイヤレス給電システムが構成される。

【0035】

図５は上記インバータ回路１３の構成を示す図である。ここではワイヤレス給電装置全体の回路を表している。インバータ回路１３はハイサイドスイッチＱ１、ローサイドスイッチＱ２、これらをオン・オフ制御するコントローラ／ドライバ回路を備えている。コントローラ／ドライバ回路はハイサイドスイッチＱ１およびローサイドスイッチＱ２を上記ＬＣ共振回路の共振周波数で交互にオン・オフする。これにより共振型インバータ回路を構成している。

【0036】

図６（Ａ）（Ｂ）は上記ワイヤレス給電装置のループ状導体１１のうちミアンダ形状部の一部と受電用コイル構造体との結合について示す平面図である。図６（Ａ）（Ｂ）において受電用コイル構造体２０１については、第１ループ状導体２１および第２ループ状導体２２の形状のみを表している。

【0037】

図６（Ａ）（Ｂ）において、クロス記号およびドット記号は給電用ループ状導体１１に流れる電流により生じる磁界の方向を表している。受電用コイル構造体２０１が図６（Ａ）に示す位置にあるとき、受電用コイル構造体２０１の第２ループ状導体２２が形成するコイル開口内には長経路部１１Ｌによる磁束が両方向に通る。そのため、第２ループ状導体２２は給電用ループ状導体１１と結合しない。しかし、受電用コイル構造体２０１の第１ループ状導体２１が形成するコイル開口内を長経路部１１Ｌによる磁束が一方向に通る。そのため、第１ループ状導体２１と長経路部１１Ｌとの結合により、受電用コイル構造体２０１は給電用ループ状導体１１と結合する。

【0038】

受電用コイル構造体２０１が図６（Ｂ）に示す位置にあるとき、受電用コイル構造体２０１の第１ループ状導体２１が形成するコイル開口内には長経路部１１Ｌによる磁束が両方向に通る。そのため、第１ループ状導体２１は給電用ループ状導体１１と結合しない。しかし、受電用コイル構造体２０１の第２ループ状導体２２が形成するコイル開口内を２本の長経路部１１Ｌによる磁束が通る。この第２ループ状導体２２が形成するコイル開口内を通る磁束は不平衡である。そのため、第２ループ状導体２２と長経路部１１Ｌとの結合により、受電用コイル構造体２０１は給電用ループ状導体１１と結合する。

【0039】

このようにして、ＸＹＺ直交座標系において、Ｙ軸方向に延伸する複数の給電用導体パターンを備える給電装置から電力を受電する受電用コイル構造体２０１が、Ｘ軸方向のどの位置にあっても、第１ループ状導体２１もしくは第２ループ状導体２２の一方または両方に誘導される電流を整流平滑することで電力を受電できる。

【0040】

図７はワイヤレス給電装置の別の構成図である。ワイヤレス給電装置は図４に図示した構成に限られるものではなく、例えば図７に示すように、複数の給電用ループ状導体１１ａ〜１１ｅそれぞれが１つの閉ループを形成していてもよい。この図７に示す例では、複数の給電用ループ状導体１１ａ〜１１ｅそれぞれにキャパシタ１２ａ〜１２ｅが接続されてＬＣ共振回路が構成されていて、スイッチング電源回路１４は各給電用ループ状導体１１ａ〜１１ｅに、ＬＣ共振回路の共振周波数と等しい周波数の高周波電流を供給する。

【0041】

《第２の実施形態》
図８は第２の実施形態に係る受電用コイル構造体２０２の構成図である。この受電用コイル構造体２０２は第１ループ状導体２１および第２ループ状導体２２を備えている。第１ループ状導体２１および第２ループ状導体２２は、Ｚ軸方向の磁束が鎖交して電流が誘導されるようにＸＹ平面上に形成されている。

【0042】

第１ループ状導体２１は、Ｙ軸を長辺方向、Ｘ軸を短辺方向とする、略長方形状であり、第２ループ状導体２２は、Ｘ軸を長辺方向、Ｙ軸を短辺方向とする、略長方形状である。

【0043】

第１ループ状導体２１および第２ループ状導体２２はそれぞれの一部を共用し、且つ並列接続されている。この並列回路にキャパシタ３１が接続されていて、第１ループ状導体２１および第２ループ状導体２２が有するインダクタンスとキャパシタ３１のキャパシタンスとで共振する、ＬＣ共振回路が構成されている。

【0044】

図９は受電用コイル構造体２０２および受電回路４０の回路図である。第１ループ状導体２１と第２ループ状導体２２との並列回路とキャパシタ３１とでＬＣ共振回路が構成されている。この共振回路の共振電圧がダイオードＤおよびキャパシタＣ１により整流平滑され、レギュレータ回路ＲＥＧおよびキャパシタＣ２で定電圧化され、負荷へ供給される。

【0045】

このように、第１ループ状導体２１と第２ループ状導体２２は、それぞれの一部を共用してもよい。また、このように第１ループ状導体２１と第２ループ状導体２２とは並列接続してもよい。

【0046】

《第３の実施形態》
図１０は第３の実施形態に係る受電用コイル構造体の分解図である。本実施形態の受電用コイル構造体は第１の受電用コイル構造体２０１Ａと第２の受電用コイル構造体２０１Ｂとで構成されている。第１の受電用コイル構造体２０１Ａと第２の受電用コイル構造体２０１Ｂのいずれも、第１ループ状導体２１および第２ループ状導体２２を備えている。

【0047】

図１１は本実施形態の受電用コイル構造体２０３の構成図である。受電用コイル構造体２０３は第１の受電用コイル構造体２０１Ａと第２の受電用コイル構造体２０１Ｂとを、Ｚ軸方向からの平面視で点対称に重なり、外形が四角形状である。この構成により、四角形の領域を有効利用でき、限られた占有面積で、実質的なループ面積（コイル開口面積）の大きな受電用コイル構造体が構成できる。

【0048】

図１２は本実施形態の受電用コイル構造体２０３および受電回路４０の回路図である。第１ループ状導体２１および第２ループ状導体２２の直列回路とキャパシタ３１との共振回路が２組構成されている。この共振回路の共振電圧がダイオードＤａ，ＤｂおよびキャパシタＣ１により整流平滑され、レギュレータ回路ＲＥＧおよびキャパシタＣ２で定電圧化され、負荷へ供給される。このように、２組のＬＣ共振回路を設けてもよい。

【0049】

《第４の実施形態》
図１３（Ａ）（Ｂ）はワイヤレス給電装置のループ状導体１１のうちミアンダ形状部の一部と受電用コイル構造体との結合について示す参考用の平面図である。図１３（Ａ）（Ｂ）において受電用コイル構造体２０１は第１の実施形態で示した受電用コイル構造体である。図６に示した例と異なり、受電用コイル構造体２０１は１３５°右回転している。

【0050】

図１３（Ａ）（Ｂ）において、クロス記号およびドット記号は給電用ループ状導体１１に流れる電流により生じる磁界の方向を表している。受電用コイル構造体２０１が図１３（Ａ）に示す位置にあるとき、隣接する２つの長経路部１１Ｌの間の磁束が受電用コイル構造体２０１の第１ループ状導体２１のコイル開口および第２ループ状導体２２のコイル開口の大部分を通る。そのため、受電用コイル構造体２０１は給電用ループ状導体１１と結合する。一方、受電用コイル構造体２０１が図１３（Ｂ）に示す位置にあるとき、１つの長経路部１１Ｌの左右に受電用コイル構造体２０１の第１ループ状導体２１のコイル開口および第２ループ状導体２２のコイル開口が対称に位置する。そのため、受電用コイル構造体２０１は給電用ループ状導体１１と結合しない。

【0051】

本実施形態は、このように受電用コイル構造体の向きがＸ軸方向またはＹ軸方向に対して傾斜している場合でも受電できるようにした受電用コイル構造体の例である。

【0052】

図１４は本実施形態の受電用コイル構造体に備える傾斜受電用コイル構造体２１０の構成図である。この傾斜受電用コイル構造体２１０は第３ループ状導体２３および第４ループ状導体２４を備えている。

【0053】

第３ループ状導体２３は、Ｘ軸方向に延伸する線条部を底辺、Ｙ軸方向に延伸する線条部を高さとする直角三角形状である。同様に、第４ループ状導体２４は、Ｘ軸方向に延伸する線条部を底辺、Ｙ軸方向に延伸する線条部を高さとする直角三角形状である。そして、第３ループ状導体２３が形成する直角三角形の斜辺と第４ループ状導体２４が形成する直角三角形の斜辺とは並行し、第３ループ状導体２３と第４ループ状導体２４とで、外形が四角形状を形成している。

【0054】

第３ループ状導体２３および第４ループ状導体２４は上記斜辺に流れる互いの電流の向きが同じになるように直列接続されている。図１４中の矢印はある瞬間の電流の方向の例を示している。

【0055】

第３ループ状導体２３および第４ループ状導体２４の直列回路に第２キャパシタ３２が接続されている。そして、第３ループ状導体２３および第４ループ状導体２４が有するインダクタンスと第２キャパシタ３２とで第２共振回路が構成されている。

【0056】

図１５は第４の実施形態に係る受電用コイル構造体２０４の構成図である。この受電用コイル構造体２０４は、第３の実施形態で図１１に示した受電用コイル構造体２０３に図１４に示した傾斜受電用コイル構造体２１０を重ねたものである。受電用コイル構造体２０１Ａ，２０１ＢがＸ軸方向に対して４５°傾斜している状態で、傾斜受電用コイル構造体２１０の第３ループ状導体２３および第４ループ状導体２４が形成する直角三角形の斜辺はＹ軸方向となる。

【0057】

図１６は本実施形態の受電用コイル構造体２０４および受電回路４０の回路図である。この受電用コイル構造体２０４において、第１ループ状導体および第２ループ状導体が有するインダクタンスと第１キャパシタ３１Ａとで第１共振回路が構成されていて、第２ループ状導体および第２ループ状導体が有するインダクタンスと第１キャパシタ３１Ｂとでもう一つの第１共振回路が構成されていて、第３ループ状導体および第４ループ状導体が有するインダクタンスと第２キャパシタ３２とで第２共振回路が構成されている。この３つの共振回路の共振電圧がダイオードＤ１Ａ，Ｄ１Ｂ，Ｄ２およびキャパシタＣ１により整流平滑され、レギュレータ回路ＲＥＧおよびキャパシタＣ２で定電圧化され、負荷へ供給される。ここで、ダイオードＤ１Ａ，Ｄ１ＢおよびキャパシタＣ１が本発明に係る「第１整流平滑回路」の例であり、ダイオードＤ２およびキャパシタＣ１が本発明に係る「第２整流平滑回路」の例である。

【0058】

図１７（Ａ）（Ｂ）は上記傾斜受電用コイル構造体２１０の作用を示す図である。図１７（Ａ）（Ｂ）において、クロス記号およびドット記号は給電用ループ状導体１１に流れる電流により生じる磁界の方向を表している。傾斜受電用コイル構造体２１０が図１７（Ａ）に示す位置にあるとき、１つの長経路部１１Ｌの周囲に生じる磁束が傾斜受電用コイル構造体２１０の第３ループ状導体２３のコイル開口および第４ループ状導体２４のコイル開口を通り、第３ループ状導体２３および第４ループ状導体２４に誘導される電流が加算される。そのため、傾斜受電用コイル構造体２１０は給電用ループ状導体１１と結合する。一方、受電用コイル構造体２０１が図１７（Ｂ）に示す位置にあるとき、隣接する２つの長経路部１１Ｌの間の磁束が第３ループ状導体２３のコイル開口および第４ループ状導体２４のコイル開口の大部分を通る。しかし、第３ループ状導体２３および第４ループ状導体２４に誘導される電流は減算される。そのため、傾斜受電用コイル構造体２１０は給電用ループ状導体１１と結合しない。但し、図１７（Ｂ）に示す位置に受電用コイル構造体２０４が位置するとき、受電用コイル構造体２０１Ａ，２０１Ｂは給電用ループ状導体１１と結合する。

【0059】

したがって、本実施形態の受電用コイル構造体２０４は、４５°傾斜した状態で、Ｘ軸方向のどの位置にあっても、受電用コイル構造体２０１Ａ，２０１Ｂもしくは傾斜受電用コイル構造体２１０の一方または両方に誘導される電流を整流平滑することで電力を受電できる。

【0060】

図１８は、本実施形態の受電用コイル構造体の変形例を示す図であり、その構成を回路図で表したものである。図１０、図１２に示した例では、受電用コイル構造体２０１Ａ，２０１Ｂを第１ループ状導体２１と第２ループ状導体２２の直列回路で構成したが、図１８に示すように、これを並列回路で構成してもよい。

【0061】

《第５の実施形態》
図１９（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）は、給電用ループ状導体１１の線間と受電用コイル構造体２０４のループ状導体との大きさの関係を示す図である。受電用コイル構造体２０４は第４の実施形態で示した受電用コイル構造体である。図１９（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）において、給電用ループ状導体１１の長経路部１１Ｌの線間をｗ、受電用コイル構造体２０４の受電用ループ状導体の幅をｔで表すと、図１９（Ａ）は、ｔ＝ｗの例、図１９（Ｂ）はｔ＜ｗの例、図１９（Ｃ）はｔ＝２ｗの例である。図１９（Ａ）の関係であると、２本の長経路部１１Ｌが受電用コイル構造体の受電用ループ状導体の２辺と重なる状態で最も結合係数が高まる。図１９（Ｃ）の関係であると、受電用コイル構造体２０４がＸ軸方向のどこにあっても、受電用コイル構造体の受電用ループ状導体の開口と鎖交する磁束は正負同量となって、結合係数は０となる。ｔ＞２ｗの場合も同様である。図１９（Ｂ）の関係であると、図１９（Ａ）に比べて小さな結合係数となる。そのため、ｗ≦ｔ＜２ｗの関係で、ミアンダ形状部の長経路部１１Ｌの線間を定めればよい。

【0062】

《第６の実施形態》
第６の実施形態では以上の各実施形態で示した第１〜第４のループ状導体の幾つかの変形例について示す。

【0063】

図２０は第６の実施形態に係る受電用コイル構造体の構成図である。受電用コイル構造体２０６Ａは第１ループ状導体２１および第２ループ状導体２２を備えている。第１ループ状導体２１および第２ループ状導体２２は、Ｚ軸方向の磁束が鎖交して電流が誘導されるようにＸＹ平面上に形成されている。第１ループ状導体２１および第２ループ状導体２２は、Ｘ軸方向を左右方向としたとき、左右非対称な形状である。

【0064】

第１ループ状導体２１は、Ｙ軸方向に延伸する線条部を上底および下底、Ｘ軸方向を高さとする台形をなしている。また、第２ループ状導体２２は、Ｘ軸方向に延伸する線条部を上底および下底、Ｙ軸方向を高さとする台形をなしている。このように、第１ループ状導体２１および第２ループ状導体２２は必ずしも矩形状でなくてもよい。

【0065】

図２１は第６の実施形態に係る別の受電用コイル構造体の構成図である。受電用コイル構造体２０６Ｂは第１ループ状導体２１および第２ループ状導体２２を備えている。第１ループ状導体２１および第２ループ状導体２２は、Ｘ軸方向を左右方向としたとき、左右非対称な形状である。

【0066】

第１ループ状導体２１はＹ軸方向に長く、第２ループ状導体２２はＸ軸方向に長い。何れも、長円形または角や辺が丸みをもった長方形状をなしている。このように、第１ループ状導体２１および第２ループ状導体２２は必ずしも矩形状でなくてもよい。また、丸みをもっていてもよい。

【0067】

図２２（Ａ）（Ｂ）は第６の実施形態に係るさらに別の受電用コイル構造体の構成図である。図１等では、第１ループ状導体および第２ループ状導体を矩形状としたが、図２２（Ａ）の受電用コイル構造体２０６Ｃに示すように、それぞれ半円形状であってもよい。これに対して点対称のもう１つの受電用コイル構造体を重ねることで全体が円形の受電用コイル構造体を構成してもよい。また、図１４に示した傾斜受電用コイル構造体２１０では、直角三角形状の第３ループ状導体２３および第４ループ状導体２４を備える例を示したが、図２２（Ｂ）の受電用コイル構造体２１０Ｃに示すように、それぞれ半円形状であってもよい。

【0068】

なお、図１４、図２２に示した傾斜受電用コイル構造体２１０，２１０Ｃでは、第３ループ状導体２３と第４ループ状導体２４とを直列接続したが、これを並列接続してもよい。

【符号の説明】

【0069】

Ｃ１，Ｃ２…キャパシタ
Ｄ，Ｄ１Ａ，Ｄ１Ｂ，Ｄ２…ダイオード
Ｄａ，Ｄｂ…ダイオード
Ｑ１…ハイサイドスイッチ
Ｑ２…ローサイドスイッチ
ＲＥＧ…レギュレータ回路
９…直流電源
１０…基板
１１…給電用ループ状導体
１１Ｌ…長経路部
１１Ｓ…短経路部
１２…キャパシタ
１３…インバータ回路
２１…第１ループ状導体
２２…第２ループ状導体
２３…第３ループ状導体
２４…第４ループ状導体
３１…キャパシタ
３１Ａ，３１Ｂ…第１キャパシタ
３２…第２キャパシタ
４０…受電回路
１０１…ワイヤレス給電装置
２０１，２０１Ａ，２０１Ｂ…受電用コイル構造体
２０２〜２０４…受電用コイル構造体
２０６Ａ，２０６Ｂ，２０６Ｃ…受電用コイル構造体
２１０，２１０Ｃ…傾斜受電用コイル構造体

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】