特許 6633857 送電装置および無線電力伝送システム

(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】6633857

(24)【登録日】2019年12月20日

(45)【発行日】2020年1月22日

(54)【発明の名称】送電装置および無線電力伝送システム

(51)【国際特許分類】

   H02J 50/12 20160101AFI20200109BHJP

   H02J 7/00 20060101ALI20200109BHJP

   H01F 38/14 20060101ALI20200109BHJP

【ＦＩ】

   H02J50/12

   H02J7/00 301D

   H01F38/14

【請求項の数】9

【全頁数】23

(21)【出願番号】特願2015-149473(P2015-149473)

(22)【出願日】2015年7月29日

(65)【公開番号】特開2016-39773(P2016-39773A)

(43)【公開日】2016年3月22日

【審査請求日】2018年5月25日

(31)【優先権主張番号】特願2014-159429(P2014-159429)

(32)【優先日】2014年8月5日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000005821

【氏名又は名称】パナソニック株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100101683

【弁理士】

【氏名又は名称】奥田 誠司

(74)【代理人】

【識別番号】100155000

【弁理士】

【氏名又は名称】喜多 修市

(74)【代理人】

【識別番号】100180529

【弁理士】

【氏名又は名称】梶谷 美道

(74)【代理人】

【識別番号】100125922

【弁理士】

【氏名又は名称】三宅 章子

(74)【代理人】

【識別番号】100135703

【弁理士】

【氏名又は名称】岡部 英隆

(74)【代理人】

【識別番号】100188813

【弁理士】

【氏名又は名称】川喜田 徹

(74)【代理人】

【識別番号】100184985

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 悠

(72)【発明者】

【氏名】松本 啓

(72)【発明者】

【氏名】菅野 浩

(72)【発明者】

【氏名】山本 温

【審査官】 羽鳥 友哉

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−１６１１１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１４／０７００２６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特表２０１２−５２３８１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０７０６０６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｊ ５０／１２

Ｈ０２Ｊ ７／００

Ｈ０１Ｆ ３８／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

受電コイルを備える受電装置に非接触で電力を伝送する送電装置であって、
各々の主面が前記送電装置の表面に平行になるように一列に配列され、受電装置の受電コイルに非接触で電力を伝送する複数の送電コイルと、
前記複数の送電コイルに接続され、前記複数の送電コイルに交流電力を供給する送電回路と、
前記送電回路と各送電コイルとの間の接続状態を制御する制御回路と、
を備え、
前記複数の送電コイルの配列方向において、各送電コイルの長さＤｗｔは、前記受電コイルの最大径Ｄｗｒよりも小さく、
前記制御回路は、
前記複数の送電コイルのうちの隣接する２つの送電コイルと前記送電回路とが接続された状態で、前記２つの送電コイルから、前記受電コイルを検出するための第１の交流電力を出力させ、前記送電回路内の電圧またはインピーダンスを含むモニタ値を測定する動作を、前記２つの送電コイルの組み合わせを変更して複数回行い、
前記モニタ値が所定の範囲外である前記２つの送電コイルの組み合わせが存在する場合、前記２つの送電コイルから、前記第１の交流電力とは異なる送電用の第２の交流電力を出力させる、
送電装置。

【請求項2】

前記複数の送電コイルの配列方向において、各送電コイルの長さＤｗｔは、前記受電コイルの最大径Ｄｗｒよりも小さく、０．２≦Ｄｗｔ／Ｄｗｒ≦０．７を満足する、請求項１に記載の送電装置。

【請求項3】

前記２つの送電コイルは同位相の磁界を発生させ、前記送電回路に接続されている、請求項１または２に記載の送電装置。

【請求項4】

前記表面に平行で且つ前記配列方向に垂直な方向において、前記各送電コイルの長さ（Ｄｌｔ）と前記受電コイルの長さ（Ｄｌｒ）の比（Ｄｌｔ／Ｄｌｒ）が、１．０以上２．０以下である、
請求項１〜３のいずれか１項に記載の送電装置。

【請求項5】

前記配列方向における各送電コイルの長さは、２４ｍｍよりも小さく、前記表面に平行で且つ前記配列方向に垂直な方向における各送電コイルの長さは、２４ｍｍよりも大きい、請求項１〜４のいずれか１項に記載の送電装置。

【請求項6】

前記複数の送電コイルは、前記送電回路に対して互いに並列に接続され、
前記送電装置は、前記送電回路と前記複数の送電コイルとの間にそれぞれ配置された複数のスイッチをさらに備え、
前記制御回路は、前記複数のスイッチの導通状態を切り替えることにより、前記送電回路と前記複数の送電コイルとの接続状態を切り替える、請求項１〜５のいずれか１項に記載の送電装置。

【請求項7】

前記複数の送電コイルの各々の一端は、互いに接続され、
前記複数の送電コイルの各々の他端は、前記複数のスイッチの１つに接続され、
前記送電装置は、前記複数の送電コイルの前記一端と前記送電回路との間に接続された共振キャパシタをさらに備えている、請求項６に記載の送電装置。

【請求項8】

送電装置と、受電コイルを有する受電装置と、を備える無線電力伝送システムであって、
前記送電装置は、
面上に一列に配列された複数の送電コイルと、
前記複数の送電コイルに接続され、前記複数の送電コイルに交流電力を供給する送電回路と、
前記送電回路と各送電コイルとの間の接続状態を制御する制御回路と、
を備え、
前記制御回路は、
前記複数の送電コイルのうちの隣接する２つの送電コイルと前記送電回路とが接続された状態で、前記２つの送電コイルから、前記受電コイルを検出するための第１の交流電力を出力させ、前記送電回路内の電圧またはインピーダンスを含むモニタ値を測定する動作を、前記２つの送電コイルの組み合わせを変更して複数回行い、
前記モニタ値が所定の範囲外である前記２つの送電コイルの組み合わせが存在する場合、前記２つの送電コイルから、前記第１の交流電力とは異なる送電用の第２の交流電力を出力させ、
前記複数の送電コイルの配列方向において、各送電コイルの長さＤｗｔは、前記受電コイルの最大径Ｄｗｒよりも小さい、
無線電力伝送システム。

【請求項9】

受電コイルを備える受電装置に非接触で電力を伝送する送電装置であって、
面上に一列に配列された複数の送電コイルと、
前記複数の送電コイルに接続され、前記複数の送電コイルに交流電力を供給する送電回路と、
前記送電回路と各送電コイルとの間の接続状態を制御する制御回路と、
を備え、
前記制御回路は、
前記複数の送電コイルのうちの隣接する２つの送電コイルと前記送電回路とが接続された状態で、前記２つの送電コイルから、前記受電コイルを検出するための第１の交流電力を出力させ、前記送電回路内の電圧またはインピーダンスを含むモニタ値を測定する動作を、前記２つの送電コイルの組み合わせを変更して複数回行い、
前記モニタ値が所定の範囲外である前記２つの送電コイルの組み合わせが存在する場合、前記２つの送電コイルから、前記第１の交流電力とは異なる送電用の第２の交流電力を出力させ、
前記複数の送電コイルの配列方向において、各送電コイルの長さＤｗｔは、前記受電コイルの最大径Ｄｗｒよりも小さく、０．２≦Ｄｗｔ／Ｄｗｒ≦０．７を満足する、
送電装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、非接触で電力を伝送する無線電力伝送のための送電装置および無線電力伝送システムに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、携帯情報端末や電気自動車などの移動性を伴う充電可能な機器が普及している。このような機器を対象とする無線電力伝送システムの開発が進められている。無線電力伝送技術には、電磁誘導方式、磁界共鳴方式（共振磁界結合方式）、および電界結合方式などの方式が知られている。

【0003】

電磁誘導方式および磁界共鳴方式による無線電力伝送システムは、送電コイルを備えた送電装置と、受電コイルを備えた受電装置とを備える。送電コイルによって生じた磁界を受電コイルが捕捉することにより、電極を直接接触させることなく電力を伝送することができる。

【0004】

無線電力伝送において求められる要件の１つに、送電装置と受電装置との位置合わせを不要にすることが挙げられる。すなわち、受電装置の位置および向きを特定の位置および向きに合わせることなく高効率な電力伝送が可能であることが求められる。例えば、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、送電装置１００に対する受電装置２００の相対位置が異なっていたとしても、電力の伝送効率が大きく変わらないように維持することが求められる。このような位置合わせを不要にする技術の１つに、コイルアレイ方式と呼ばれる方式がある。

【0005】

コイルアレイ方式では、送電装置が、複数の送電コイルからなるコイルアレイを有し、受電コイルの位置に応じて、通電する送電コイルを選択する。これにより、受電コイルの位置に関わらず、高効率な電力伝送を行うことができる。このようなコイルアレイ方式の無線電力伝送システムは、例えば特許文献１から３に開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０１２−５０４８４４号公報

【特許文献2】米国特許第８５１９６６８号明細書

【特許文献3】米国特許第８６２９６５４号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかし、かかる従来技術では、薄型化または小型化ができるコイルアレイ方式の無線電力伝送システムの送電装置が求められていた。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本開示の一態様に係る送電装置は、受電コイルを備える受電装置に非接触で電力を伝送する送電装置であって、
面上に一列に配列された複数の送電コイルと、
前記複数の送電コイルに接続され、前記複数の送電コイルに交流電力を供給する送電回路と、
前記送電回路と各送電コイルとの間の接続状態を制御する制御回路と、を備え、
前記複数の送電コイルの配列方向において、各送電コイルの長さＤｗｔは、前記受電コイルの最大径Ｄｗｒよりも小さく、
前記制御回路は、
前記複数の送電コイルに対する前記受電コイルの相対位置を検出し、
前記送電回路と前記複数の送電コイルとの接続状態を切り替えて前記検出された前記受電コイルの相対位置に対応する隣接する２つ以上の一定数の送電コイルを選択し、
前記選択した隣接する少なくとも２つの送電コイルに前記交流電力を供給する。

【0009】

なお、これらの包括的または具体的な態様は、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラム、または、記録媒体で実現されてもよく、システム、装置、方法、集積回路、コンピュータプログラムおよび記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。

【発明の効果】

【0010】

本開示の一態様によると、無線電力伝送システムの送電装置の薄型化または小型化を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】図１は、送電装置１００に対する受電装置２００の位置が異なる２つの例を示す図である。

【図2】図２は、並列に接続された複数の送電コイルを示す図である。

【図3】図３は、受電コイル２１０の配置の異なる２つの例を示す図である。

【図4】図４は、本開示のある実施形態における送電装置１００と受電装置２００との位置関係を示す斜視図である。

【図5A】図５Ａは、本開示の実施形態１における無線電力伝送システムの概略構成を示す図である。

【図5B】図５Ｂ実施形態１における送電装置の変形例を示す図である。

【図6】図６は、送電回路の一例を示す図である。

【図7】図７は、複数の送電コイル１１０と受電コイル２１０との配置関係を示す図である。

【図8】図８は、受電コイル２１０の中心の位置の状態を示す図である。

【図9】図９は、受電コイルの位置に対する結合係数の依存性を示すグラフである。

【図10】図１０は、解析条件を示す図である。

【図11】図１１は、送電コイルの幅と受電コイルの幅との比に対する結合係数の依存性を示すグラフである。

【図12】図１２は、送電コイルの幅と受電コイルの幅との比に対する最大伝送効率の依存性を示すグラフである。

【図13】図１３は、受電コイル２１０の中心の位置の状態を示す図である。

【図14】図１４は、受電コイルの第２の方向への位置ずれに対する結合係数の依存性を示すグラフである。

【図15】図１５は、第２の方向に関する送電コイルの幅と受電コイルの幅との比に対する結合係数の依存性を示すグラフである。

【図16】図１６は、第２の方向に関する送電コイルの幅と受電コイルの幅との比に対する最大伝送効率の依存性を示すグラフである。

【図17】図１７は、実施形態１における送電装置の動作のフローチャートの例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

（本開示の基礎となった知見）
特許文献１〜３のような従来のコイルアレイ方式の無線電力伝送システムの
送電装置は、薄型化または小型化が困難であることが分かった。

【0013】

以下、詳細に説明する。

【0014】

図２（ａ）に示すように、従来のコイルアレイ方式の送電装置において、Ｎ個（Ｎは２以上の整数）のコイル１１０ａ〜１１０Ｎを並列に接続して動作させると、コイル全体のインダクタンスが各コイルのインダクタンスの１／Ｎ倍になる。

【0015】

このため、各コイルのインダクタンスをＮ倍にするために、巻き数または積層数を増加させる必要が生じ、送電装置の薄型化または小型化が困難であることが分かった。

【0016】

また、図２（ｂ）に示すようにＮ組のコイルおよびキャパシタ（１２０ａ〜１２０Ｎ）を並列に接続した構成では、キャパシタを多数設ける必要があり、送電装置の薄型化または小型化が困難であることが分かった。

【0017】

従って、送電装置は、薄型化または小型化が望まれる。

【0018】

以上の考察により、本発明者らは、以下の発明の各態様を想到するに至った。

【0019】

本開示の一態様に係る送電装置は、受電コイルを備える受電装置に非接触で電力を伝送する送電装置であって、
面上に一列に配列された複数の送電コイルと、
前記複数の送電コイルに接続され、前記複数の送電コイルに交流電力を供給する送電回路と、
前記送電回路と各送電コイルとの間の接続状態を制御する制御回路と、を備え、
前記複数の送電コイルの配列方向において、各送電コイルの長さＤｗｔは、前記受電コイルの最大径Ｄｗｒよりも小さく、
前記制御回路は、
前記複数の送電コイルに対する前記受電コイルの相対位置を検出し、
前記送電回路と前記複数の送電コイルとの接続状態を切り替えて前記検出された前記受電コイルの相対位置に対応する隣接する２つ以上の一定数の送電コイルを選択し、
前記選択した隣接する少なくとも２つの送電コイルに前記交流電力を供給する。

【0020】

上記態様によると、
送電装置は、面上に一列に配列された複数の送電コイルを備え、このうちの特定の数の送電コイルにだけ給電するように構成される。また、電力伝送のために受電コイルが複数の送電コイルの少なくとも一部に対向しているときに、複数の送電コイルの配列方向における各送電コイルの長さが、同方向における受電コイルの長さよりも小さくなるように各コイルの大きさが設定される。逆に、上記面上で配列方向に垂直な方向における各送電コイルの長さは、同方向における受電コイルの長さよりも長く設定される。例えば、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、複数の送電コイル１１０と受電コイル２１０の相対配置によって、複数の送電コイル１１０の配列方向における受電コイル２１０の長さＤｗｒは異なる。配列方向における各送電コイルの幅Ｄｗｔは、電力伝送時に想定される受電コイル２１０の向きによって決まる受電コイル２１０の幅Ｄｗｒよりも小さくなるように設定される。複数の送電コイル１１０の配列方向における受電コイル２１０の長さＤｗｒが例えば２４ｍｍの場合、配列方向における各送電コイルの長さは、２４ｍｍ未満に設定され、配列方向に垂直な方向における各送電コイルの長さは、２４ｍｍよりも大きく設定される。

【0021】

図４は、ある実施形態における送電装置１００の外観および動作を示す図である。この送電装置１００は、ワイヤレス充電器であり、平板状の構造を有している。図４（ａ）に示すように、この送電装置１００は、一列に配列された複数の送電コイル１１０（この例では７個の送電コイル１１０ａ〜１１０ｇ）を備える。各送電コイルは、配列方向（図における横方向）に短く、配列方向に垂直な方向に長い形状を有している。図示されていないが、送電装置１００は、各送電コイルに交流電力を供給する送電回路、および送電回路と各送電コイルとの間の接続状態を制御する制御回路も備える。

【0022】

この送電装置１００に、受電コイル２１０を備える受電装置２００が近接すると、制御回路は、受電コイル２１０に最も近い２つの送電コイルと送電回路とを電気的に接続する。例えば、図４（ｂ）に示す状態では、２つの送電コイル１１０ｃ、１１０ｄのみが送電回路に接続される。図４（ｃ）に示す状態では、２つの送電コイル１１０ｆ、１１０ｇのみが送電回路に接続される。この例では、常に２つの送電コイルに給電されるが、同時に給電される送電コイルの数は、２以外の数であってもよい。同時に給電される送電コイルの数は、送電コイルの総数よりも小さい数であればよい。このように、同時に給電される送電コイルの数を特定の数に限定することにより、インダクタンスの変動を抑えることができる。また、同時に給電される送電コイルの数を２のような小さい数にすれば、各送電コイルのインダクタンスを過度に大きくする必要がないため、装置の小型化につながる。

【0023】

以上、上記により、送電装置の薄型化または小型化が図れる。

【0024】

以下、本開示のより詳細な実施形態を説明する。

【0025】

（実施形態１)
［１．全体構成］
図５Ａは、本開示の実施形態１に係る無線電力伝送システムの概略構成を示すブロック図である。無線電力伝送システムは、送電装置１００と、受電装置２００とを備える。送電装置１００における複数の送電コイル１１０から受電装置２００における受電コイル２１０に非接触で電力が伝送される。

【0026】

受電装置２００は、受電コイル２１０と、キャパシタ２２０ａ、２２０ｂと、受電回路２２０と、二次電池２３０とを備えている。受電コイル２１０と、キャパシタ２２０ａ、２２０ｂは、直列および並列共振回路を構成している。受電回路２２０は、受電コイル２１０が受け取った交流電力を整流して出力する。二次電池２３０は、受電回路２２０から出力された直流電力によって充電される。二次電池２３０に蓄えられたエネルギは、不図示の負荷によって消費される。

【0027】

受電回路２２０は、整流回路や周波数変換回路、定電圧・定電流制御回路、通信用の変復調回路などの各種の回路を含み得る。受け取った交流エネルギを負荷が利用可能な直流エネルギまたは低周波の交流エネルギに変換するように構成される。受電コイル２１０から出力される電圧・電流などを測定する各種センサを受電回路２２０中に含めてもよい。

【0028】

送電装置１００は、複数の送電コイル１１０と、複数のスイッチ１３０と、共振キャパシタ１２０と、送電回路１４０と、制御回路１５０とを備える。複数のスイッチ１３０は、それぞれ、複数の送電コイル１１０に接続されている。ここで「接続される」とは、電気的に導通するように接続されることを意味する。複数の送電コイル１１０は、複数のスイッチ１３０を介して、送電回路１４０に対して互いに並列に接続される。各送電コイルの一端は、キャパシタ１２０の一方の電極に接続されている。キャパシタ１２０の他方の電極は、送電回路１４０に接続されている。複数のスイッチ１３０は、それぞれ、複数の送電コイル１１０におけるキャパシタ１２０が接続されていない側の端子に接続されている。これは、キャパシタ１２０と複数の送電コイル１１０との間では電圧の変動が大きいためである。なお、図５Ｂに示すように、スイッチ１３０と送電回路１４０との間に他の共振キャパシタ１２１が接続されていてもよい。各コイルの両端に２つのキャパシタ１２０、１２１を設けることにより、各コイルに印加される電圧を低減することができる。これにより、耐圧の低いスイッチを使用することができる。

【0029】

送電コイル１１０は、例えば、基板パターンで形成された薄型の平面コイルであり得る。一層の導電体パターンから構成されている必要はなく、例えば特許文献３の図１８に示されているような、積層された複数の導電体パターンを直列に接続した構成を有していてもよい。このような構成を有するコイルを、「多層配線コイル」と称する。このほか、銅線やリッツ線、ツイスト線などを用いた巻き線コイルを用いることもできる。各送電コイルのＱ値は、例えば１００以上に設定され得るが、１００よりも小さい値に設定されていてもよい。キャパシタ１２０、２２０ａ、２２０ｂは、必要に応じて設ければよい。各コイルが有する自己共振特性をこれらのキャパシタの代わりに用いてもよい。

【0030】

送電回路１４０は、例えば、フルブリッジ型のインバータ、またはＤ級もしくはＥ級などの発振回路であり得る。図６は、一例として、フルブリッジ型のインバータで送電回路１４０を構成した例を示している。送電回路１４０は、通信用の変復調回路や電圧・電流などを測定する各種センサを有していてもよい。送電回路１４０は、外部の直流（ＤＣ）電源３００に接続されている。直流電源３００から入力された直流電力を交流電力に変換して出力する。この交流電力は、複数の送電コイル１１０から選択された２つの送電コイルによって空間に送出される。

【0031】

電力伝送時の周波数は、例えば、送電コイル１１０およびキャパシタ１２０によって構成される送電共振器の共振周波数と同じ値に設定される。しかし、これに限定されず、例えば、その共振周波数の８５〜１１５％程度の範囲内の値に設定されていてもよい。電力伝送の周波数帯は、例えば１００ｋＨｚ〜２００ｋＨｚの範囲内の値に設定され得るが、
この範囲外の値に設定されてもよい。

【0032】

電源３００は、商用電源、一次電池、二次電池、太陽電池、燃料電池、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）電源、高容量のキャパシタ（例えば電気二重層キャパシタ）、商用電源に接続された電圧変換器、または、それらの組み合わせであり得る。

【0033】

制御回路１５０は、送電装置１００全体の動作を制御するプロセッサである。制御回路１５０は、例えばＣＰＵと、コンピュータプログラムを格納したメモリとの組み合わせによって実現され得る。制御回路１５０は、本実施形態の動作を実現するように構成された専用の集積回路であってもよい。制御回路１５０は、送電回路１４０による送電制御（送電状態の調整）、および複数のスイッチ１３０の開閉状態の制御を行う。

【0034】

制御回路１５０は、さらに、複数の送電コイル１１０に対する受電コイル２１０の相対位置の検出を行う。これに加えて、送電コイル１１０に近接する金属などの異物の検出を行ってもよい。受電コイル２１０の位置の検出および異物の検出は、回路上の電圧、電流、周波数、インダクタンスといったインピーダンスの変化に伴って変動するパラメータの測定値に基づいて行われ得る。より具体的には、制御回路１５０は、複数のスイッチ１３０を一定の数（例えば２個）ずつ順番にオンにし、その都度、上記のいずれかのパラメータを測定する。規定の範囲からずれた値が測定されたとき、そのときに給電している送電コイルの近傍に受電コイル２１０または異物が存在すると判定することができる。このような検出を可能にするため、制御回路１５０は、不図示の検出回路を備え得る。本開示では、受電コイル２１０の検出および異物の検出は、特定の方法に限定されず、公知の任意の方法で行うことができる。

【0035】

本実施形態における制御回路１５０は、複数の送電コイル１１０に対する受電コイル２１０の相対位置に応じて、電力伝送に用いる２つの送電コイルを選択する。そして、選択した２つの送電コイルのみに送電回路１４０から交流電力が供給されるように、複数のスイッチ１３０の導通状態を切り替える。その結果、選択された２つの送電コイルから空間に交流エネルギが送出される。

【0036】

制御回路１５０は、受電装置２００との間で通信を行う通信回路を有していてもよい。通信回路によって、例えば、受電装置２００の負荷のインピーダンスの変動を示す情報を得ることができる。制御回路１５０は、その情報に基づき、例えば負荷に一定の電圧が供給されるように、送電回路１４０に送電パラメータを変更するように指示することができる。そのような送電パラメータは、例えば周波数、インバータのスイッチング素子対間の位相差、またはインバータの入力電圧であり得る。入力電圧を調整する場合、送電回路１４０は、ＤＣ電源３００とインバータとの間にＤＣ／ＤＣコンバータを有し得る。これらの送電パラメータを変化させることにより、負荷に供給される電圧を変化させることができる。

【0037】

送電装置１００は、上記の構成要素以外の要素を備えていてもよい。例えば、制御回路１５０による受電コイル２１０または異物の検出結果を表示する表示素子を備えていてもよい。そのような表示素子は、例えば、ＬＥＤなどの光源であり得る。また、異物検出用の発振回路および検出コイルを設けてもよい。

【0038】

また、受電装置２００の構成は、図５Ａに示すものに限定されない。送電コイル１１０から送出されるエネルギの少なくとも一部を受け取る受電コイル２１０を有している限り、その構成は任意に設計してよい。

【0039】

［２．送電コイルの構成］
次に、本実施形態における複数の送電コイル１１０の詳細な構成を説明する。

【0040】

図７は、複数の送電コイル１１０および受電コイル２１０のサイズの関係を説明するための図である。図７では、簡単のため、各コイルは、ドーナツ状の形状で描かれているが、実際には、巻き線および２つの引き出し線を含む構造を有する。また、各コイルは、図７に示すように、内側に空洞を持ち、外側に所定の幅を有する巻き線を有する。各コイルは、巻き線が１本の場合でもよい。以降の図でも同様に、各コイルは簡略化して描かれている。図７では、４つの送電コイル１１０が例示されているが、さらに多くの送電コイル１１０が設けられていてもよい。

【0041】

本実施形態における複数の送電コイル１１０は、ある面上において一列に配列されている。以下、この配列方向を第１の方向と呼ぶ。第１の方向における各送電コイルの幅（長さとも呼ぶ）Ｄｗｔは、受電コイル２１０の幅Ｄｗｒよりも短い。

【0042】

一方、上記面上で第１の方向に垂直な方向（以下、「第２の方向」と呼ぶ。）については、各送電コイルの幅（長さとも呼ぶ）Ｄｌｔは、受電コイル２１０の幅Ｄｌｒよりも長い。これは、受電コイル２１０が第２の方向に多少ずれても充電性能が低下しないようにするためである。

【0043】

図７に示される例では、Ｄｗｔ≒Ｄｗｒ／２であるが、Ｄｗｔ＜Ｄｗｒであればよい。なお、受電コイル２１０の幅Ｄｗｒは、上述した「最大径」に対応する。受電コイル２１０が円形である場合、最大径Ｄｗｒは、直径と一致する。

【0044】

本願発明者らは、給電される送電コイルの数を２つに限定した場合における送電コイルと受電コイル２１０との好ましいサイズ比について検討した。その結果、０．２≦Ｄｗｔ／Ｄｗｒ≦０．７のとき、特に高い結合係数を確保できることを見出した。以下、この点について説明する。

【0045】

図８および図９は、送電コイル１１０と受電コイル２１０との位置関係によって結合係数がどのように異なるかを説明するための図である。図８（ａ）は、受電コイル２１０の中心が、隣接する２つの送電コイル１１０間の中点に位置している状態を表している。このとき、受電コイル２１０の中心のＸ座標は、Ｘ＝０である。図８（ｂ）は、受電コイル２１０の中心が、一方の送電コイル１１０の中心上に位置している状態を表している。このとき、受電コイル２１０の中心のＸ座標は、Ｘ＝Ｄｗｔ／２である。

【0046】

図９は、Ｘ／Ｄｗｔを０から０．５の間で変化させたときの結合係数の変化を示すグラフである。このグラフは、Ｄｗｔ／Ｄｗｒ＝０．５およびＤｗｔ／Ｄｗｒ＝０．８７５の２通りの場合について計算した結果を示している。

【0047】

図１０は、本計算における解析条件を示している。本計算では、受電コイル２１０は、図１０（ａ）に示すように、４０ｍｍ×４０ｍｍの円形状の巻き線（巻数：８）を有する。送電コイル１１０は、図１０（ｂ）に示すように、Ｄｗｔ[ｍｍ]×４０ｍｍの楕円形状の巻き線（巻数１０）を有する。送電コイル１１０の数は２個とし、これらの中心間隔（ピッチ）は、Ｄｗｔとほぼ同じ値に設定した。

【0048】

図１０（ｃ）は、本解析で想定した送電装置１００および受電装置２００の構成および配置を模式的に示す断面図である。図１０（ｃ）に示すように、各送電コイル１１０は、ガラスエポキシ基板（ＦＲ４）の両面に銅で形成したコイルパターンによって形成されている。磁性体が送電コイル１１０の裏面側に設けられ、さらにアルミニウムのシールドが設けられている。受電コイル２１０についても同様に、送電コイル１１０に対向しない側に磁性体およびアルミニウムのシールドが配置されている。送電コイル１１０と受電コイル２１０との距離は、３ｍｍとした。このような構成で、２つの送電コイル１１０から周波数１１０ｋＨｚの同位相の交流磁界を発生させた。

【0049】

図９の結果が示すように、Ｄｗｔ／Ｄｗｒ＝０．５の場合は、Ｘ／Ｄｗｔ＝０．５のときに結合係数が最小となり、Ｘ／Ｄｗｔ＝０のときに結合係数が最大となった。つまり、Ｄｗｔ／Ｄｗｒ＝０．５の場合は、図８（ｂ）に示すように、送電コイル１１０及び受電コイル２１０の中心軸方向から見て、１つの送電コイル１１０の中心と受電コイル２１０の中心とが一致するときに、結合係数が最小になる。また、図８（ａ）に示すように、送電コイル１１０及び受電コイル２１０の中心軸方向から見て、隣接する２つの送電コイル１１０間の中点と受電コイル２１０の中心とが一致するときに、結合係数が最大となった。

【0050】

以下に、その理由について述べる。

【0051】

一般的に、送電コイルの配線領域と受電コイルの配線領域との位置関係が近接している場合に, 送電コイルと受電コイルとの間の結合係数は、大きくなる。

【0052】

ここで、コイルの配線領域とは、コイルの巻き線が存在する領域のことである。

【0053】

単純化して考えると、送電コイルの配線領域と受電コイルの配線領域との位置関係が近接しているということは、送電コイル及び受電コイルの中心軸方向から見て、送電コイルの配線領域と受電コイルの配線領域とが重なっている領域が大きいということである。

【0054】

従って、送電コイル及び受電コイルの中心軸方向から見て、同じサイズの送電コイル及び受電コイルの中心の位置が一致する場合に、結合係数は最大となる。

【0055】

Ｄｗｔ／Ｄｗｒ＝０．５の場合、受電コイル２１０の幅は、送電コイル１１０の幅の２倍の幅（送電コイルの２個分の幅）になる。

【0056】

図８（ｂ）に示すように、送電コイル１１０及び受電コイル２１０の中心軸方向から見て、送電コイル１１０の中心と受電コイル２１０の中心とが一致するときに、送電コイル１１０の配線領域と受電コイル２１０の配線領域との位置関係が最も遠い関係になる。そして、送電コイル１１０の配線領域と受電コイル２１０の配線領域が重なっている領域が最も小さくなる。その時、結合係数が最小となる。

【0057】

また、図８（ａ）に示すように、送電コイル１１０及び受電コイル２１０の中心軸方向から見て、隣接する２つの送電コイル１１０間の中点と受電コイル２１０の中心とが一致するときに、送電コイル１１０の配線領域と受電コイル２１０の配線領域との位置関係が最も近くなる。また、送電コイル１１０の配線領域と受電コイル２１０の配線領域が重なっている領域が最も大きくなる。その時、結合係数が最大となる。

【0058】

次に、Ｄｗｔ／Ｄｗｒ＝０．８７５の場合は、Ｘ／Ｄｗｔ＝０のときに結合係数が最小となり、Ｘ／Ｄｗｔ＝０．５のときに結合係数が最大となった。

【0059】

つまり、Ｄｗｔ／Ｄｗｒ＝０．８７５の場合は、図８（ａ）に示すように、送電コイル及び受電コイルの中心軸方向から見て、隣接する２つの送電コイル１１０間の中点に受電コイル２１０の中心が一致するときに、結合係数が最小となる。

【0060】

また、図８（ｂ）に示すように、送電コイル及び受電コイルの中心軸方向から見て、送電コイル１１０の中心と受電コイル２１０の中心とが一致するときに、結合係数が最大となる。

【0061】

以下に、その理由について述べる。

【0062】

Ｄｗｔ／Ｄｗｒ＝０．８７５の場合、受電コイルの幅は、送電コイルの幅とほぼ同じ幅になる（送電コイルの約１個分の幅）。

【0063】

図８（ａ）に示すように、送電コイル１１０及び受電コイル２１０の中心軸方向から見て、隣接する２つの送電コイル１１０間の中点と受電コイル２１０の中心とが一致するときに、送電コイル１１０の配線領域と受電コイル２１０の配線領域の位置関係が最も遠い関係になる。そして、送電コイルの配線領域と受電コイルの配線領域が重なっている領域が最も小さくなる。その時、結合係数が最小となる。

【0064】

また、図８（ｂ）に示すように、送電コイル１１０及び受電コイル２１０の中心軸方向から見て、送電コイル１１０の中心と受電コイル２１０の中心とが一致するときに、送電コイル１１０の配線領域と受電コイル２１０の配線領域との位置関係が最も近い位置関係になる。そして、送電コイルの配線領域と受電コイルの配線領域が重なっている領域が最も大きなくる。その時、結合係数が最大となる。

【0065】

図８（ａ）に示した、隣接する２つの送電コイル１１０間の中点に受電コイル２１０の中心が一致する場合（Ｘ／Ｄｗｔ＝０）と、図８（ｂ）に示した、１つの送電コイル１１０の中心と受電コイル２１０の中心とが一致する場合（Ｘ／Ｄｗｔ＝０．５）とは、複数の送電コイル１１０の配列方向において、送電コイル１１０及び受電コイル２１０の取り得る位置関係の中で、最も極端な２例である。

【0066】

Ｘ／Ｄｗｔ＜−０．５あるいはＸ／Ｄｗｔ＞０．５となる場合は、複数の送電コイル１１０のうち、受電コイル２１０に最も近い隣接した２つの送電コイル１１０を選択し直す。上記方法により、０≦Ｘ／Ｄｗｔ≦０．５の範囲と同様の送受電コイルの位置関係とすることができる。送電コイル１１０は、Ｘ＝０におけるＸ軸に垂直な軸に対して対称な形状を有する。

【0067】

従って、０≦Ｘ／Ｄｗｔ≦０．５の範囲を考慮すれば、送電コイル１１０の配列方向においては、すべての送受電コイルの位置関係を考慮したことになる。そして、Ｘ／Ｄｗｔ＝０およびＸ／Ｄｗｔ＝０．５は、送電コイル１１０の配列方向において、受電コイル２１０が取り得る範囲の端と端の位置関係に当たる。

【0068】

送電コイル１１０及び受電コイル２１０との間の結合係数は、受電コイル２１０が０≦Ｘ／Ｄｗｔ≦０．５の範囲のいずれかの位置において最大となる。

【0069】

Ｄｗｔ／Ｄｗｒ＝０．５及びＤｗｔ／Ｄｗｒ＝０．８７５の場合から分かるように、例えば、結合係数が最大となる受電コイル２１０の位置をＸ＝Ｘ０とすると、Ｘ／Ｄｗｔ＝０とＸ／Ｄｗｔ＝０．５のいずれか一方が、Ｘ＝Ｘ０から最も遠い位置となる。そして、その場合、結合係数は最小となる。

【0070】

つまり、送電コイル１１０及び受電コイル２１０の各々がいかなるサイズであっても、図８（ａ）に示すように、受電コイル２１０の中心が、隣接する２つの送電コイル１１０間の中点に一致する場合と、図８（ｂ）に示すように、１つの送電コイル１１０の中心と受電コイル２１０の中心とが一致する場合とのいずれかの条件において、送電コイル１１０と受電コイル２１０と間の結合係数は最小となる。

【0071】

そこで、本願発明者らは、これらの結合係数が最小となり得る２つの場合のそれぞれについて、最適なコイルサイズ比を算出した。２つの送電コイル間の中点上に受電コイル２１０の中心が位置する場合、および１つの送電コイル１１０の中心軸上に受電コイル２１０の中心が位置する場合のそれぞれについて、送電コイル幅Ｄｗｔと受電コイル幅Ｄｗｒとの比を変えながら結合係数を計算した。

【0072】

図１１は、本計算の結果を示すグラフである。図示されるように、Ｄｗｔ／Ｄｗｒが０．２以上０．７以下の範囲で、両ケースともに結合係数が０．３７以上となり、良好な結果が得られた。

【0073】

図１２は、図１１に示す結果をコイル間の最大伝送効率ηｍａｘで表したグラフである。最大伝送効率ηｍａｘは、以下の式（１）で表される。

【数1】

【0074】

ここで、ｋは結合係数、ＱＴｘは送電コイル１１０およびキャパシタ１２０から構成される共振器のＱ値、ＱＲｘは受電コイル２１０およびキャパシタ２２０ａ及び２２０ｂから構成される共振器のＱ値である。なお、本実施形態においては、キャパシタのＱ値に対してコイルのＱ値が低いため、共振器のＱ値は、ほぼコイルのＱ値と同等である。本計算における条件では、ＱＴｘ＝１５、ＱＲｘ＝３０である。

【0075】

図１２からわかるように、Ｄｗｔ／Ｄｗｒが０．２以上０．７以下の範囲において、受電コイル２１０の位置に関わらず、最大伝送効率が７７％以上となり、高い値に維持することができる。よって、伝送効率の観点からも、Ｄｗｔ／Ｄｗｒが０．２以上０．７以下の範囲内であることが好ましいことが確認できた。

【0076】

次に、本願発明者らは、第２の方向における各送電コイル１１０の幅Ｄｌｔと受電コイル２１０の幅Ｄｌｒとの好ましいサイズ比について検討した。その結果、１.０≦Ｄｗｔ／Ｄｗｒ≦２．０のとき、第２の方向に受電コイル２１０が位置ずれした場合においても、結合係数の変動が比較的少ないことを見出した。以下、この点について説明する。

【0077】

図１３は第２の方向について、受電コイル２１０が位置ずれした場合の送電コイル１１０と受電コイル２１０との位置関係を示した図である。

【0078】

受電コイル２１０が送電コイル１１０の端から幅Ｄｌｔの１／２の距離の位置（図１３（ａ））から第２の方向に位置ずれする場合は、送電コイル１１０の幅Ｄｌｔを受電コイル２１０の幅Ｄｌｒよりも大きくすることで、第２の方向における受電コイル２１０の位置ずれに対して、結合係数の劣化を低減させることができる（図１３（ｂ））。

【0079】

図１４は、送電コイル１１０の幅Ｄｌｔの異なる４つの構成の各々について、第２の方向における受電コイル２１０の位置ずれ時の結合係数の変化を電磁界解析により算出した結果を示すグラフである。解析条件は図１０と同様であり、Ｄｗｔ＝Ｄｗｒ×０．３とした。ただし、シールド、磁性体、ガラスエポキシ基板等の第２の方向に対する寸法は、送電コイル１１０の幅Ｄｌｔの値に応じて同条件にて変化させている。

【0080】

図１４に示すように、送電コイル１１０の幅Ｄｌｔを受電コイル２１０の幅Ｄｌｒよりも大きくする（Ｄｌｔ／Ｄｌｒを１より大きくする）ことで、受電コイル２１０のＹ軸方向へ位置ずれした場合の結合係数の劣化が低減されていることがわかる。

【0081】

その際、受電コイル２１０がＹ＝０の位置に配置された場合、すなわち受電コイル２１０が送電コイル１１０のうち駆動される２つのコイルに対して正対して配置された場合の結合係数が劣化してくることが分かる。

【0082】

したがって、送電コイル１１０の幅Ｄｌｔを受電コイル２１０の幅Ｄｌｒよりも大きくすることにより第２の方向への位置ずれ許容を図る際は、送電コイル１１０と受電コイル２１０が正対した場合の結合係数の劣化度合いにより、送電コイル１１０の幅Ｄｌｔの値を決定する。

【0083】

図１５は、送電コイル１１０と受電コイル２１０が正対した場合の、送電コイル１１０の幅Ｄｌｔの値による結合係数を算出したグラフである。図示されるように、Ｄｌｔ／Ｄｌｒが１．０以上２．０以下の範囲で、良好な結果が得られた。Ｄｌｔ／Ｄｌｒが２．０を超えると結合係数が急激に低下するので良くない。

【0084】

図１６は、図１５に示す結果をコイル間の最大伝送効率ηｍａｘで表したグラフである。条件は図１２の場合と同様である。

【0085】

図１６からわかるように、Ｄｌｔ／Ｄｌｒが１．０以上２．０以下の範囲において、最大伝送効率が７５％以上となり、高い値に維持することができる。Ｄｌｔ／Ｄｌｒが２．０を超えると最大伝送効率が急激に低下するので良くない。

【0086】

よって、伝送効率の観点からも、Ｄｌｔ／Ｄｌｒが１．０以上２．０以下の範囲内であることが好ましいことが確認できた。

【0087】

受電コイル２１０が第２の方向へ位置ずれした場合の結合係数の変動は、Ｄｗｔの値、給電コイル数、第１の方向への位置ずれに関わらず、同様の傾向を示す。したがって、以上の結果では、Ｄｗｔ＝Ｄｗｒ×０．３とした送電コイルに対して、給電されるコイルの数を２つとし、第１の方向への位置ずれはない（Ｘ＝０）場合を例に説明を行ったが、その効果はこの条件に限定されるものではない。

【0088】

［３．動作］
続いて、図１７のフローチャートを参照しながら、本実施形態の送電装置１００の動作の例を説明する。

【0089】

送電装置１００の電源が投入されると、制御回路１５０は、変数Ｎに１を代入する（ステップＳ１０１）。変数Ｎは、送電コイル１１０の番号を表している。制御回路１５０は、給電する送電コイルとして、Ｎ番目およびＮ＋１番目の送電コイルを選択する（ステップＳ１０２）。このとき、制御回路１５０は、選択した２つの送電コイルに接続されている２つのスイッチのみをオンにする。その後、送電回路１４０は、送電パラメータを位置検出用の値に設定して一定時間発振する（ステップＳ１０３）。ここで設定されるパラメータには、例えば、周波数、およびインバータのスイッチング素子対間の位相ずれ量またはインバータの入力電圧が含まれ得る。送電回路１４０は、これらのパラメータを、受電コイルの位置検出に適した値に設定して発振する。次に、制御回路１５０は、回路内を流れる電流、電圧、インピーダンス等のモニタ値が所定の範囲内か否かを判定する（ステップＳ１０４）。モニタ値が所定の範囲内であれば、送電回路１４０は、出力を停止する（ステップＳ１０８）。続いて、制御回路１５０は、変数Ｎが、送電コイルの個数Ｎｍａｘに１を減じた値に等しいか否かを判定する（ステップＳ１０９）。ＮがＮｍａｘ−１に等しくない場合、制御回路１５０は、変数ＮにＮ＋１を代入する（ステップＳ１１０）。その後、モニタ値が所定の範囲内になるか、Ｎ＝Ｎｍａｘ−１になるまで、ステップＳ１０２〜Ｓ１０４、Ｓ１０８〜Ｓ１１０が繰り返される。

【0090】

ステップＳ１０９において、Ｎ＝Ｎｍａｘ−１であると判定された場合、送電装置１００は、所定時間が経過するまで待機する（Ｓ１１１）。このケースは、全ての送電コイル１１０について判定が完了したにも関わらず、モニタ値の大きな変化が検出されなかったケースである。このとき、受電コイル２１０が近くに存在しないと考えられるため、送電装置１００は所定時間だけ待機した後、再びステップＳ１０１を実行する。

【0091】

ステップＳ１０４において、モニタ値が所定の範囲外であると判定すると、制御回路１５０は、受電装置２００との通信が確立しているか否かを判定する（ステップＳ１０５）。通信が確立している場合、送電回路１４０は、送電用のパラメータ値で送電を実行する（ステップＳ１０６）。このパラメータ値は、送電に適した値であり、受電装置２００の負荷（例えば二次電池）に応じて設定される。制御回路１５０は、送電中、所定時間ごとにステップＳ１０５の動作を実行し、通信が途切れていないかを確認する。

【0092】

ステップＳ１０５において、通信が確立していないと判定された場合、送電回路１４０は、出力を停止する（ステップＳ１０７）。この場合、所定時間が経過するまで待機する（ステップＳ１１１）。その後、再びステップＳ１０１の動作を実行する。

【0093】

以上の動作により、受電コイル２１０の近接を検知したときのみ、受電コイル２１０に最も近い２つの送電コイルを用いて電力を伝送することができる。受電コイル２１０の検知は、例えば１ｍｍ秒〜数秒に１回だけ数周期分の交流を発振する断続的発振（間欠動作）によって行うことができる。受電コイル２１０を検知した場合にのみ連続動作に切替えるため、消費電力の増加を抑えることができる。この検出動作における送電回路１４０の動作周波数は、送電用の周波数と同じであってもよいし異なっていてもよい。

【0094】

本実施形態によれば、電力伝送に用いられる送電コイルの数は、常に一定の数（上記の例では２個）に限定される。さらに、複数の送電コイルは一列に配列され、配列方向における各送電コイルの長さが、受電コイルの長さよりも小さい。このため、送電装置の小型化および高効率な電力伝送を実現できる。

【0095】

なお、上記の実施形態では、電力伝送に使用される送電コイルの数が常に一定の数に維持されるが、必ずしもこのような動作である必要はない。例えば、受電コイルの大きさに応じて、給電する送電コイルの数を変化させてもよい。送電コイルの幅Ｄｗｔが、受電コイルの幅Ｄｗｒの例えば１／３以下の場合、受電コイルに３つの送電コイルが対向することになる。このような場合は、２つではなく、３つの送電コイルに給電してもよい。

【0096】

本開示は、以下の項目に記載の送電装置及び送電装置を備えた無線電力伝送システムを含む。

【0097】

［項目１］
受電コイルを備える受電装置に非接触で電力を伝送する送電装置であって、
面上に一列に配列された複数の送電コイルと、
前記複数の送電コイルに接続され、前記複数の送電コイルに交流電力を供給する送電回路と、
前記送電回路と各送電コイルとの間の接続状態を制御する制御回路と、
を備え、
前記複数の送電コイルの配列方向において、各送電コイルの長さＤｗｔは、前記受電コイルの最大径Ｄｗｒよりも小さく、
前記制御回路は、
前記複数の送電コイルに対する前記受電コイルの相対位置を検出し、
前記送電回路と前記複数の送電コイルとの接続状態を切り替えて前記検出された前記受電コイルの相対位置に対応する隣接する２つ以上の一定数の送電コイルを選択し、
前記選択した隣接する少なくとも２つの送電コイルに前記交流電力を供給する、
送電装置。
上記態様によれば、
前記複数の送電コイルに対する前記受電コイルの相対位置を検出し、
前記送電回路と前記複数の送電コイルとの接続状態を切り替えて前記検出された前記受電コイルの相対位置に対応する隣接する２つ以上の一定数の送電コイルを選択し、
前記選択した隣接する少なくとも２つの送電コイルに前記交流電力を供給する。
このことにより、前記受電コイルが前記配列方向に移動しても、送電コイルと前記受電コイルとの結合係数を高い値で維持できる。そして、送電コイルと前記受電コイルとの送電効率も高い値で維持できる。従って、各送電コイルの巻き数または積層数を増加させず、また、各送電コイルにキャパシタを多数設けることが不要となるので、送電装置を薄型化または小型化ができる。

【0098】

［項目２］
前記複数の送電コイルの配列方向において、各送電コイルの長さＤｗｔは、前記受電コイルの最大径Ｄｗｒよりも小さく、０．２≦Ｄｗｔ／Ｄｗｒ≦０．７を満足する、項目１に記載の送電装置。
上記態様によれば、
０．２≦Ｄｗｔ／Ｄｗｒ≦０．７を満足させることで、前記受電コイルが前記配列方向に移動しても、送電コイルと前記受電コイルとの結合係数を高い値で維持できる。そして、送電コイルと前記受電コイルとの送電効率も高い値で維持できる。

【0099】

［項目３］
前記２つ以上の一定数の送電コイルは２つの送電コイルである、項目１〜２に記載の送電装置。
上記態様によれば、
同時に給電される送電コイルの数を２のような小さい数にすれば、各送電コイルのインダクタンスを過度に大きくする必要がないため、装置の小型化につながる。

【0100】

［項目４］
前記選択された２つ以上の一定数の送電コイルは同位相の磁界を発生させ、前記送電回路に接続されている、項目１〜３のいずれかに記載の送電装置。

【0101】

［項目５］
前記面上における前記配列方向に垂直な方向において、前記各送電コイルの長さ（Ｄｌｔ）と前記受電コイルの長さ（Ｄｌｒ）の比（Ｄｌｔ／Ｄｌｒ）が、１．０以上２．０以下である、項目１〜４のいずれかに記載の送電装置。
上記態様によれば、
各送電コイルの長さ（Ｄｌｔ）と前記受電コイル（Ｄｌｒ）の長さの比（Ｄｌｔ／Ｄｌｒ）が１．０以上２．０以下の範囲で、結合係数が良好な結果が得られる。Ｄｌｔ／Ｄｌｒが２．０を超えると結合係数が急激に低下するので良くない。
また、Ｄｌｔ／Ｄｌｒが１．０以上２．０以下の範囲において、最大伝送効率が７５％以上となり、高い値に維持することができる。Ｄｌｔ／Ｄｌｒが２．０を超えると最大伝送効率が急激に低下するので良くない。
よって、結合係数及び伝送効率の観点から、Ｄｌｔ／Ｄｌｒが１．０以上２．０以下の範囲内であることが好ましい。

【0102】

［項目６］
前記配列方向における各送電コイルの長さは、２４ｍｍよりも小さく、前記面上において前記配列方向に垂直な方向における各送電コイルの長さは、２４ｍｍよりも大きい、項目１〜５のいずれかに記載の送電装置。

【0103】

［項目７］
前記複数の送電コイルは、前記送電回路に対して互いに並列に接続され、
前記送電装置は、前記送電回路と前記複数の送電コイルとの間にそれぞれ配置された複数のスイッチをさらに備え、
前記制御回路は、前記複数のスイッチの導通状態を切り替えることにより、前記送電回路と前記複数の送電コイルとの接続状態を切り替える、項目１〜６のいずれかに記載の送電装置。
上記態様によれば、
前記複数の送電コイルから放射される磁界が、前記送電回路に遮られることがないので、伝送効率を低下させずに、電力を伝送できる。

【0104】

［項目８］
前記複数の送電コイルの各々の一端は、互いに接続され、
前記複数の送電コイルの各々の他端は、前記複数のスイッチの１つに接続され、
前記送電装置は、前記複数の送電コイルの前記一端と前記送電回路との間に接続された共振キャパシタをさらに備えている、項目１〜７のいずれか１項に記載の送電装置。
上記態様によれば、
キャパシタを用いることで、各コイルに印加される電圧を低減することができる。これにより、耐圧の低いスイッチを使用することができる。

【0105】

［項目９］
送電装置と、
受電コイルを有する受電装置と、を備える無線電力伝送システムであって、
前記送電装置は、
面上に一列に配列された複数の送電コイルと、
前記複数の送電コイルに接続され、前記複数の送電コイルに交流電力を供給する送電回路と、
前記送電回路と各送電コイルとの間の接続状態を制御する制御回路と、
を備え、
前記制御回路は、
前記複数の送電コイルの配列方向において、各送電コイルの長さＤｗｔは、前記受電コイルの最大径Ｄｗｒよりも小さく、
前記複数の送電コイルに対する前記受電コイルの相対位置を検出し、
前記送電回路と前記複数の送電コイルとの接続状態を切り替えて前記検出された前記受電コイルの相対位置に対応する隣接する少なくとも２つの送電コイルを選択し、
前記選択した隣接する少なくとも２つの送電コイルに前記交流電力を供給する、
無線電力伝送システム。

【0106】

［項目１０］
受電コイルを備える受電装置に非接触で電力を伝送する送電装置であって、
面上に一列に配列された複数の送電コイルと、
前記複数の送電コイルに接続され、前記複数の送電コイルに交流電力を供給する送電回路と、
前記送電回路と各送電コイルとの間の接続状態を制御する制御回路と、
を備え、
前記制御回路は、
前記複数の送電コイルに対する前記受電コイルの相対位置を検出し、
前記送電回路と前記複数の送電コイルとの接続状態を切り替えて前記検出された前記受電コイルの相対位置に対応する隣接する２つ以上の一定数の送電コイルを選択し、
前記選択した隣接する少なくとも２つの送電コイルに前記交流電力を供給し、
前記複数の送電コイルの配列方向において、各送電コイルの長さＤｗｔは、前記受電コイルの最大径Ｄｗｒよりも小さく、０．２≦Ｄｗｔ／Ｄｗｒ≦０．７を満足する、送電装置。

【0107】

［項目１１］
受電コイルを備える受電装置に非接触で電力を伝送する送電装置であって、
面上に一列に配列された複数の送電コイルと、
前記複数の送電コイルに接続され、前記複数の送電コイルに交流電力を供給する送電回路と、
前記送電回路と各送電コイルとの間の接続状態を制御する制御回路と、
を備え、
前記複数の送電コイルの配列方向において、各送電コイルの長さは、前記受電コイルの長さよりも小さく、
前記面上における前記配列方向に垂直な方向において、各送電コイルの長さは、前記受電コイルの長さよりも大きく、
前記制御回路は、前記複数の送電コイルに対する前記受電コイルの相対位置に応じて、前記複数の送電コイルから選択した隣接する少なくとも２つの送電コイルに前記交流電力が供給されるように、前記送電回路と前記複数の送電コイルとの接続状態を切り替える、送電装置。

【0108】

［項目１２］
前記制御回路は、送電を行う際、前記複数の送電コイルから選択した一定数の送電コイルを前記送電回路に接続する、項目１１に記載の送電装置。

【0109】

［項目１３］
前記制御回路は、送電を行う際、前記複数の送電コイルから選択した２つの送電コイルを前記送電回路に接続する、項目１２に記載の送電装置。

【0110】

［項目１４］
前記複数の送電コイルは、選択された前記少なくとも２つの送電コイルが同位相の磁界を発生させるように前記送電回路に接続されている、項目１１〜１３のいずれかに記載の送電装置。

【0111】

［項目１５］
前記配列方向における各送電コイルの長さをＤｗｔとし、前記受電コイルの最大径Ｄｗｒとするとき、０．２≦Ｄｗｔ／Ｄｗｒ≦０．７を満足する、項目１１〜１４のいずれかに記載の送電装置。

【0112】

［項目１６］
前記配列方向における各送電コイルの長さは、２４ｍｍよりも小さく、前記面上において前記配列方向に垂直な方向における各送電コイルの長さは、２４ｍｍよりも大きい、項目１１〜１５のいずれかに記載の送電装置。

【0113】

［項目１７］
前記複数の送電コイルは、前記送電回路に対して互いに並列に接続され、
前記送電装置は、前記送電回路と前記複数の送電コイルとの間にそれぞれ配置された複数のスイッチをさらに備え、
前記制御回路は、前記複数のスイッチの導通状態を切り替えることにより、前記送電回路と前記複数の送電コイルとの接続状態を切り替えるように構成されている、
項目１１〜１６のいずれかに記載の送電装置。

【0114】

［項目１８］
前記複数の送電コイルの各々の一端は、互いに接続され、
前記複数の送電コイルの各々の他端は、前記複数のスイッチの１つに接続され、
前記送電装置は、前記複数の送電コイルの前記一端と前記送電回路との間に接続された共振キャパシタをさらに備えている、
項目１７に記載の送電装置。

【0115】

［項目１９］
送電装置と、
受電コイルを有する受電装置と、
を備える無線電力伝送システムであって、
前記送電装置は、
面上に一列に配列された複数の送電コイルと、
前記複数の送電コイルに接続され、前記複数の送電コイルに交流電力を供給する送電回路と、
前記送電回路と各送電コイルとの間の接続状態を制御する制御回路と、
を備え、
前記複数の送電コイルの配列方向において、各送電コイルの長さは、前記受電コイルの長さよりも小さく、
前記面上における前記配列方向に垂直な方向において、各送電コイルの長さは、前記受電コイルの長さよりも大きく、
前記制御回路は、前記複数の送電コイルに対する前記受電コイルの相対位置に応じて、前記複数の送電コイルから選択した隣接する少なくとも２つの送電コイルに前記交流電力が供給されるように、前記送電回路と前記複数の送電コイルとの接続状態を切り替える、無線電力伝送システム。

【産業上の利用可能性】

【0116】

本開示の送電装置および無線電力伝送システムは、例えば、電気自動車、ＡＶ機器、電池、医療機器などへの充電あるいは給電を行う用途に広く適用可能である。

【符号の説明】

【0117】

１００ 送電装置
１１０ 送電コイル
１２０、１２１ キャパシタ
１３０ スイッチ
１４０ 送電回路
１５０ 制御回路
２００ 受電装置
２１０ 受電コイル
２２０ キャパシタ
２３０ 二次電池
３００ ＤＣ電源

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】