特許 6895725 電力伝送装置

(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】6895725

(24)【登録日】2021年6月10日

(45)【発行日】2021年6月30日

(54)【発明の名称】電力伝送装置

(51)【国際特許分類】

   H02J 50/70 20160101AFI20210621BHJP

   H02J 50/10 20160101ALI20210621BHJP

   H01F 38/14 20060101ALI20210621BHJP

   H01F 37/00 20060101ALI20210621BHJP

【ＦＩ】

   H02J50/70

   H02J50/10

   H01F38/14

   H01F37/00 K

【請求項の数】7

【全頁数】29

(21)【出願番号】特願2016-178602(P2016-178602)

(22)【出願日】2016年9月13日

(65)【公開番号】特開2018-46626(P2018-46626A)

(43)【公開日】2018年3月22日

【審査請求日】2018年12月19日

(73)【特許権者】

【識別番号】317015179

【氏名又は名称】マクセル株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002066

【氏名又は名称】特許業務法人筒井国際特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】110000198

【氏名又は名称】特許業務法人湘洋内外特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】市川 勝英

【審査官】 坂東 博司

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１４−１１７１５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−０２２１２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−３５３０５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２５４０３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１７６９１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０３９６７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２８２４７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１０５３６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０９７６５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１５／０９８４６２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１４／０２３２３３５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２０１２−１９１７０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１６９６３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−１９８４９０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｊ ５０／７０

Ｈ０１Ｆ ３７／００

Ｈ０１Ｆ ３８／１４

Ｈ０２Ｊ ５０／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

導体板は、開口部と前記導体板の外周部間を切り欠く前記開口部の幅より細い幅の第１スリットとを有し、前記導体板に対向するように設けられ、内周部分が前記開口部よりも外側に位置するように形成された電力を受電するコイルと、
前記コイルの一端に接続された第１の容量素子と、
前記コイルの他端に接続された第２の容量素子と、
受電する周波数が前記コイルと異なり、前記開口部の内側に設けられる電力を受電する給電素子と、
前記第１スリット間に接続され、電力受電の際、周波数によってインピーダンスが異なるハイパスフィルタと、
を有する電力伝送装置。

【請求項2】

導体板は、開口部と前記導体板の外周部間を切り欠く前記開口部の幅より細い幅の第１スリットとを有し、前記導体板に対向するように設けられ、内周部分が前記開口部よりも外側に位置するように形成された電力を送電するコイルと、
前記コイルの一端に接続された第１の容量素子と、
前記コイルの他端に接続された第２の容量素子と、
を備え、
前記開口部は、第１の開口部と、第２の開口部と、を有し、
前記第１の開口部および前記第２の開口部は、前記外周部との間にそれぞれ前記第１スリットを有し、
さらに、前記第１の開口部と、前記第２の開口部との間に第２スリットが設けられ、
前記コイルは、内周部分が前記第１の開口部よりも外側に位置するように形成された第１のコイルと、内周部分が前記第２の開口部よりも外側に位置するように形成され、前記第１のコイルに直列に接続された第２のコイルと、を有し、
前記第１の容量素子は、前記第１のコイルの前記第２のコイルに接続されていない一端に接続され、
前記第２の容量素子は、前記第２のコイルの前記第１のコイルに接続されていない一端に接続されている、
ことを特徴とする電力伝送装置。

【請求項3】

導体板は、開口部と前記導体板の外周部間を切り欠く前記開口部の幅より細い幅の第１スリットとを有し、前記導体板に対向するように設けられ、内周部分が前記開口部よりも外側に位置するように形成された電力を送電するコイルと、
前記コイルの一端に接続された第１の容量素子と、
前記コイルの他端に接続された第２の容量素子と、
を備え、
前記開口部は、第１の開口部と、第２の開口部と、を有し、
前記第１の開口部および前記第２の開口部は、前記外周部との間にそれぞれ前記第１スリットを有し、
さらに、前記第１の開口部と、前記第２の開口部との間に第２スリットが設けられ、
前記コイルは、内周部分が前記第１の開口部よりも外側に位置するように形成された第１のコイルと、内周部分が前記第２の開口部よりも外側に位置するように形成され、前記第１のコイルに直列に接続された第２のコイルと、を有し、
前記第１の容量素子は、前記第１のコイルの前記第２のコイルに接続されていない一端に接続され、
前記第２の容量素子は、前記第２のコイルの前記第１のコイルに接続されていない一端に接続されており、
前記開口部は、前記第１の開口部と、前記第２の開口部との間に第３の開口部を有し、
前記第３の開口部には、前記第１のコイルおよび前記第２のコイルと送電周波数が異なる電力伝送方式の第３のコイルが配置される、
ことを特徴とする電力伝送装置。

【請求項4】

請求項１から３のいずれか１項に記載の電力伝送装置であって、
前記第１の容量素子の前記コイルの一端に接続されていない側の端子と、前記第２の容量素子の前記コイルの他端に接続されていない側の端子とから見て、回路的に対称である、
ことを特徴とする電力伝送装置。

【請求項5】

請求項１から３のいずれか１項に記載の電力伝送装置であって、
前記コイルの一端と他端との中間点に接続された容量素子、
をさらに有することを特徴とする電力伝送装置。

【請求項6】

請求項１から３のいずれか１項に記載の電力伝送装置であって、
前記第１の容量素子の前記コイルの一端に接続されていない側の端子と、前記第２の容量素子の前記コイルの他端に接続されていない側の端子とには、バランが接続される、
ことを特徴とする電力伝送装置。

【請求項7】

請求項１に記載の電力伝送装置であって、
前記開口部は、第１の開口部と、第２の開口部と、を有し、
前記第１の開口部および前記第２の開口部は、前記外周部との間にそれぞれ前記第１スリットを有し、
前記コイルは、内周部分が前記第１の開口部よりも外側に位置するように形成され、
前記第１スリットには、当該第１スリットを短絡するスイッチが設けられる、
ことを特徴とする電力伝送装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電力伝送装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、「近距離無線通信（ＮＦＣ：Near Field Communication）システム等に用いられるアンテナ装置およびそれを備える通信機器。」が開示されている。

【0003】

特許文献２には、「可変負荷を駆動する送電回路の効率および電力出力の改善を対象としたデバイス。」が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】ＷＯ２０１５／１６３２９５号

【特許文献2】特表２０１４−５１４９０１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

スマートフォン等の携帯端末は、軽量化等のため薄型化が図られている。薄型化が図られた携帯端末は、外部衝撃に弱くなるため、例えば、特許文献１に示されているように、携帯端末の筐体内に金属板を配置するか、あるいは、筐体に金属を用いることで強度を確保している。

【0006】

スマートフォン等の携帯端末では、例えば、非接触（無線給電）による充電が望まれている。しかし、金属板を有した携帯端末において、磁界結合による電力伝送を行うと、磁束変化によって誘導された電流が金属板表面に流れ、漏洩磁界が大きくなるという問題がある。

【0007】

なお、特許文献２に示されるような、コイルと、その一端に接続されたコンデンサとの直列共振を利用した電力伝送では、磁界変化によって誘導された電流が金属板表面に流れ、大きな漏洩磁界が発生する。

【0008】

そこで本発明は、漏洩磁界の発生を抑制した電力伝送を行う技術を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本願は、上記課題の少なくとも一部を解決する手段を複数含んでいるが、その例を挙げるならば、以下の通りである。上記課題を解決すべく、本発明の一態様に係る電力伝送装置は、開口部と前記開口部とつながったスリットとを有する導体板に対向するように設けられ、内周部分が前記開口部よりも外側に位置するように形成されたコイルと、前記コイルの一端に接続された第１の容量素子と、前記コイルの他端に接続された第２の容量素子と、を有することを特徴とする。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、漏洩磁界の発生を抑制した電力伝送を行うことができる。上記した以外の課題、構成、および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】第１の実施の形態に係る電力伝送装置を適用した無線給電システムの例を示した図である。

【図2】図１の携帯端末および充電器の内部を一部透視した図である。

【図3】電力伝送装置を示した図である。

【図4】図３のＡ矢視図である。

【図5】送電コイルからの距離と漏洩レベルとの関係を示した図である。

【図6】漏洩周波数と漏洩レベルとの関係を示した図である。

【図7】比較電力伝送装置の構成例を示した図である。

【図8】コイル間距離と伝送特性との関係を示した図である。

【図9】図３の電力伝送装置および図７の比較電力伝送装置の等価回路を示した図である。

【図10】高調波周波数と高調波レベルとの関係を示した図である。

【図11】高調波周波数と高調波レベルとの関係を示した図である。

【図12】第２の実施の形態に係る電力伝送装置の共振回路の例を示した図である。

【図13】第３の実施の形態に係る電力伝送装置を示した図である。

【図14】第４の実施の形態に係る電力伝送装置を示した図である。

【図15】図１４のＡ矢視図である。

【図16】第５の実施の形態に係る電力伝送装置を示した図である。

【図17】第６の実施の形態に係る電力伝送装置を示した図である。

【図18】第７の実施の形態に係る電力伝送装置を示した図である。

【図19】図１８のＡ矢視図である。

【図20】第８の実施の形態に係る電力伝送装置を示した図である。

【図21】第９の実施の形態に係る電力伝送装置を示した図である。

【図22】第１０の実施の形態に係る電力伝送装置を示した図である。

【図23】第１１の実施の形態に係る電力伝送装置の適用例を示した図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。

【0013】

携帯端末などの携帯機器では、小型化、薄型化が進んだ反面、充電時のコネクタ接続が煩わしい状況にあり、無線給電による充電の要求が高まっている。また、電気自動車においては、有線による充電の場合、例えば、雨天時にコネクタに水が浸入し、接点が劣化する恐れがあることから、無線給電による充電が望ましい。また、介護向けの階段昇降機や移動式リフトなどにおいては、有線による充電の場合、例えば、被介護者がコネクタを機器に接続して充電することは困難であることから、無線給電による充電が望ましい。

【0014】

無線給電には、マイクロ波などの電波を用いるものや磁気的結合（電磁誘導）を用いるものが検討されている。マイクロ波は、伝送距離に優れるものの伝送効率が悪く実用化にはほとんど至っていない。これに対し、磁気的結合による無線給電は、伝送距離が数ｃｍから１０数ｃｍ程度であるが、送受電に用いるコイルの伝送効率は９０％程度の高い効率が得られる。このようなことから、無線給電には、磁気的結合による伝送が主流になると考えられる。

【0015】

磁気的結合に用いられる送電周波数としては、１００ｋＨｚ帯、４００ｋＨｚ帯、６．７８ＭＨｚ帯、および１３．５６ＭＨｚ帯などが考えられる。磁気的結合による無線給電は、伝送距離が比較的短いものの、送電コイルまたは受電コイルから磁界漏洩が発生する。他の電子機器や人体への影響を考慮すると、この磁界漏洩を極力低く抑える必要がある。

【0016】

［第１の実施の形態］
図１は、第１の実施の形態に係る電力伝送装置を適用した無線給電システムの例を示した図である。図１に示すように、無線給電システムは、携帯端末１と、充電器２とを有している。

【0017】

携帯端末１は、例えば、スマートフォンやタブレット端末、携帯電話などである。携帯端末１は、表側にディスプレイを有している。

【0018】

充電器２の上部には、電力が充電される携帯端末１が置かれる。携帯端末１は、裏側（ディスプレイがない側の面）が充電器２の上に置かれることによって、充電される。

【0019】

図２は、図１の携帯端末１および充電器２の内部を一部透視した図である。図２において、図１と同じものには同じ符号が付してある。図２では、図１の携帯端末１の裏側（図１の携帯端末１をひっくり返した状態）から透視した図を示している。

【0020】

携帯端末１は、図２の点線で示すように、裏面側にコイル１ａと、コンデンサ１ｂａ，１ｂｂと、受電回路１ｃと、バッテリ１ｄとを有している。後述するが、コイル１ａと、携帯端末１の裏面側の筐体との間には、金属板が設けられている。

【0021】

充電器２は、図２の点線で示すように、携帯端末１が置かれる側に、コイル２ａと、コンデンサ２ｂａ，２ｂｂと、送電回路２ｃとを有している。

【0022】

図３は、電力伝送装置を示した図である。図３に示すように、電力伝送装置は、コイル１１と、コンデンサ１２ａ，１２ｂと、バラン１３と、ＬＰＦ（Low Pass Filter）１４と、整流回路１５と、平滑回路１６と、電源回路１７と、負荷１８とを有している。

【0023】

図３に示す電力伝送装置は、例えば、図２に示した携帯端末１に内蔵され、充電器２から伝送される電力を受電する。例えば、コイル１１は、図２に示したコイル１ａに対応し、コンデンサ１２ａ，１２ｂは、例えば、図２に示したコンデンサ１ｂａ，１ｂｂに対応する。バラン１３、ＬＰＦ１４、整流回路１５、平滑回路１６、および電源回路１７は、例えば、図２に示した受電回路１ｃに対応する。負荷１８は、例えば、図２に示したバッテリ１ｄおよび携帯端末１の様々な機能を発揮する電子回路等に対応する。

【0024】

図３には、携帯端末１が有する金属板ＭＰが示してある。金属板ＭＰは、図３に示すように、スロット（開口部）ＳＬＯと、スロットＳＬＯにつながったスリットＳＬＩとを有している。すなわち、スロットＳＬＯは、閉じておらず、細い切り欠き（スリットＳＬＩ）を有している。スロットＳＬＯ部分には、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）などの撮像素子が配置される。なお、スロットＳＬＯの形状は、図３の例では、矩形状になっているが、円形状等であってもよい。

【0025】

コイル１１は、その内周部分が金属板ＭＰのスロットＳＬＯよりも外側に位置するように形成されている。言い換えれば、コイル１１は、その内周部分が金属板ＭＰのスロットＳＬＯの縁を囲むように形成されている。

【0026】

コイル１１の形状は、図３の例では矩形状であるが、円形状であってもよい。コイル１１は、コイル１１の両端から見て、対称（略対称を含む、以下同じ）に形成されていれば、矩形状や円形状に限らず、どのような形状であってもよい。

【0027】

コンデンサ１２ａ，１２ｂは、コイル１１とバラン１３との間に接続されている。コンデンサ１２ａ，１２ｂの容量値は、電力の送電周波数において、コイル１１と共振する値である。

【0028】

コンデンサ１２ａの一端は、コイル１１の一端に接続されている。コンデンサ１２ａの他端は、バラン１３に接続されている。

【0029】

コンデンサ１２ｂの一端は、コイル１１の他端に接続されている。コンデンサ１２ｂの他端は、バラン１３に接続されている。

【0030】

コイル１１およびコンデンサ１２ａ，１２ｂは、コンデンサ１２ａ，１２ｂの他端から見て（バラン１３から見て）、回路的に対称となるように形成されている。例えば、コイル１１の両端のそれぞれには、同じ（ほぼ同じを含む、以下同じ）容量値のコンデンサ１２ａ，１２ｂが直列に接続されており、コイル１１およびコンデンサ１２ａ，１２ｂは、コイル１１を中心として、回路的に対称となっている。

【0031】

このように、コイル１１およびコンデンサ１２ａ，１２ｂは、バラン１３から見て、回路的に対称となるように形成される。これにより、電力伝送装置は、漏洩磁界の発生を抑制できる。例えば、以下でも説明するが、コイル１１には、整流回路１５で発生したコモンモードの高調波が、コイル１１で再放射される場合がある。この高調波は、コイル１１とコンデンサ１２ａ，１２ｂとが回路的に対称に形成されているためキャンセルされ、コイル１１から発生する再放射の漏洩磁界を抑制できる。以下では、コイル１１およびコンデンサ１２ａ，１２ｂを、共振回路と呼ぶことがある。

【0032】

コイル１１と金属板ＭＰとの間には、磁性体シート（図３には図示せず）が設けられている。磁性体シートの形状は、例えば、スロットＳＬＯより大きい開口を有した矩形状である。言い換えれば、磁性体シートは、コイル１１の線材に沿った形状を有している。

【0033】

図４は、図３のＡ矢視図である。図４において、図３と同じものには同じ符号が付してある。なお、図４には、携帯端末１の一部断面も示してある。例えば、図４には、組み立て前の携帯端末１の本体２３およびディスプレイ２４の断面も示してある。本体２３は、組み立ての際、金属板ＭＰに埋め込まれるようになっており、携帯端末１は、薄型でも、所定の強度を確保することができる。

【0034】

図４に示すように、コイル１１は、金属板ＭＰに対向して設けられている。コイル１１は、金属板ＭＰと磁性体シート２１との間に設けられている。磁性体シート２１は、磁束による受電回路２２および本体２３への影響を抑制する。

【0035】

コイル１１の両端には、コンデンサ１２ａ，１２ｂ（図４には図示せず）が接続されている。コンデンサ１２ａ，１２ｂの両端は、コネクタ２５に接続されており、このコネクタ２５の本体２３への接続によって、コイル１１は、コンデンサ１２ａ，１２ｂを介して、受電回路２２に接続される。なお、受電回路２２は、図３に示したバラン１３、ＬＰＦ１４、整流回路１５、平滑回路１６、および電源回路１７に対応する。

【0036】

図３の説明に戻る。バラン１３は、２つのトランスを有している。２つのトランスは、極性が同じになるように、コア材などに巻かれている。バラン１３は、コイル１１から平衡出力される電力を不平衡電力に変換する。

【0037】

ＬＰＦ１４は、２つのコイルと、２つのコンデンサとを有している。ＬＰＦ１４は、バラン１３と整流回路１５との整合を図るとともに、整流回路１５からコイル１１へ逆流する高調波を抑制する。

【0038】

整流回路１５は、４つのダイオードを有するブリッジ回路である。整流回路１５は、ＬＰＦ１４から出力される電力（電圧）を整流する。

【0039】

電源回路１７は、整流回路１５から出力される電圧を所定の電圧にして、負荷１８に出力する。負荷１８は、例えば、携帯端末１のバッテリや、携帯端末１の様々な機能を発揮する電子回路である。

【0040】

充電器２から出力される磁束が、金属板ＭＰのスロットＳＬＯ内において、図３の紙面表側から紙面裏側へ鎖交したとする。この場合、金属板ＭＰの内側の端面（スロットＳＬＯの端面）では、時計回りに電流が流れ、金属板ＭＰの外側の端面では、反時計回りに電流が流れる。この金属板ＭＰの端面を流れる電流により、スロットＳＬＯから、金属板ＭＰの外側を回る磁束が通ることから、コイル１１と充電器２側のコイル（送電コイル）は、磁気的な結合が可能となる。

【0041】

コイル１１によって受電された電力は、バラン１３およびＬＰＦ１４を介して、整流回路１５へ出力される。整流回路１５で整流された電力は、平滑回路１６で平滑化され、電源回路１７を介して負荷１８に出力される。

【0042】

整流回路１５では、高調波が発生し、平滑回路１６とＬＰＦ１４とに出力される。平滑回路１６は、整流回路１５で発生した高調波を抑制して、電源回路１７へ出力する。ＬＰＦ１４は、整流回路１５で発生した高調波がコイル１１へ逆流するのを抑制する。

【0043】

ＬＰＦ１４で抑圧されなかった同相成分の高調波は、バラン１３が有するコモンモードフィルタの機能により抑圧される。これにより、コイル１１から再放射される高調波は、抑制される。

【0044】

また、バラン１３から見て、コンデンサ１２ａ，１２ｂおよびコイル１１は、回路的に対称となるように形成されている。このため、コイル１１およびコンデンサ１２ａ，１２ｂによっても、コイル１１から再放射される高調波が抑制される。

【0045】

また、コンデンサ１２ａ，１２ｂおよびコイル１１は、回路的に対称であるため、バラン１３と整合を図ることができる。これにより、電力伝送装置は、整合損失も低減することができる。

【0046】

このような構成により、電力伝送装置は、整流回路１５で発生する高調波の再放射を小さくすることができる。また、電力伝送装置は、送電コイル（充電器２側のコイル）と、受電コイル（携帯端末１のコイル１１）との間の伝送損失を小さくすることができる。

【0047】

以下、図３の電力伝送装置の漏洩レベルや伝送特性の実測値について説明する。測定条件として、送電電力の周波数は、１３．５６ＭＨｚとした。また、送電コイルの大きさは、５ｃｍ×３ｃｍとし、ターン数は、６ターンとした。

【0048】

受電コイルである図３のコイル１１の大きさおよびターン数は、送電コイルと同じ大きさおよびターン数とした。また、図３の金属板ＭＰの大きさは１５ｃｍ×１０ｃｍとした。また、スロットの大きさは４ｃｍ×２ｃｍ、スリットの幅は１ｍｍとした。

【0049】

図５は、送電コイルからの距離と漏洩レベルとの関係を示した図である。図５の横軸は、送電コイルと受電コイルとの距離を示している。縦軸は、基本波（１３．５６ＭＨｚ）における漏洩レベルを示している。

【0050】

図５に示す波形Ｗ１ａは、図３の電力伝送装置の金属板ＭＰおよびバラン１３を省略したときの（コイル１１単体の）、基本波の漏洩レベルを示している。

【0051】

波形Ｗ１ｂは、図３の電力伝送装置の金属板ＭＰを省略せず、バラン１３を省略したときの、基本波の漏洩レベルを示している。

【0052】

波形Ｗ１ｃは、図３の電力伝送装置のバラン１３を省略し、金属板ＭＰをグランドに接続したときの、基本波の漏洩レベルを示している。

【0053】

波形Ｗ１ｄは、図３の電力伝送装置の基本波の漏洩レベルを示している。

【0054】

波形Ｗ１ａ，Ｗ１ｂに示すように、金属板ＭＰがあると（波形Ｗ１ｂ）、金属板ＭＰがない場合（コイル１１単体の波形Ｗ１ａ）に比べ、漏洩レベルは高くなる。例えば、電力伝送装置は、送電コイルとコイル１１との距離が３０ｃｍの場合、１０ｄＢ以上漏洩レベルが高くなる。

【0055】

金属板ＭＰを備えていても、金属板ＭＰをグランドに接続すると、漏洩レベルは小さくなる。例えば、波形Ｗ１ｃに示すように、漏洩レベルは小さくなる。

【0056】

金属板ＭＰをグランドに接続しなくても、コイル１１およびコンデンサ１２ａ，１２ｂを回路的に対称となるように形成し、バラン１３を接続すると、漏洩レベルは、波形Ｗ１ｄに示すように、小さくなる。

【0057】

すなわち、図３の電力伝送装置は、金属板ＭＰをグランドに接続しなくても、金属板ＭＰをグランドに接続した場合と同様の漏洩レベルにすることができる。これは、コイル１１とコンデンサ１２ａ，１２ｂの対称構造と、バラン１３とによって、再放射される基本波の漏洩レベルが抑制されるためである。つまり、図３の電力伝送装置では、コイル１１と金属板ＭＰとの間の寄生容量から結合し、金属板へ漏洩する電磁界が抑圧される。

【0058】

図６は、漏洩周波数と漏洩レベルとの関係を示した図である。図６の横軸は、電力伝送装置から漏洩する漏洩電力の周波数を示している。縦軸は、漏洩レベルを示している。

【0059】

図６に示す波形Ｗ２ａは、図３の電力伝送装置の金属板ＭＰおよびバラン１３を省略したときの（コイル１１単体の）漏洩レベルを示している。

【0060】

波形Ｗ２ｂは、図３の電力伝送装置の金属板ＭＰを省略せず、バラン１３を省略したときの漏洩レベルを示している。

【0061】

波形Ｗ２ｃは、図３の電力伝送装置のバラン１３を省略し、金属板ＭＰをグランドに接続したときの漏洩レベルを示している。

【0062】

波形Ｗ２ｄは、図３の電力伝送装置の漏洩レベルを示している。

【0063】

波形Ｗ２ａ，Ｗ２ｂに示すように、金属板ＭＰがあると（波形Ｗ２ｂ）、金属板ＭＰがない場合（コイル１１単体の波形Ｗ２ａ）に比べ、漏洩レベルは高くなる。

【0064】

金属板ＭＰをグランドに接続すると、波形Ｗ２ｃに示すように、漏洩レベルは大きくなる。特に、３倍高調波の漏洩レベルが大きくなっている。

【0065】

金属板ＭＰをグランドに接続しなくても、コイル１１およびコンデンサ１２ａ，１２ｂを回路的に対称となるように形成し、バラン１３を接続すると、波形Ｗ２ｄに示すように、漏洩レベルは小さくなる。波形Ｗ２ｄは、他の波形Ｗ２ａ〜Ｗ２ｃに対し、３倍高調波、４倍高調波、および５倍高調波の漏洩レベルが最も小さくなっている。

【0066】

すなわち、電力伝送装置は、コイル１１とコンデンサ１２ａ，１２ｂの対称構造と、バラン１３とによって、高調波電流の同相成分を抑圧している。

【0067】

ここで、図３の電力伝送装置と比較する比較電力伝送装置について説明する。

【0068】

図７は、比較電力伝送装置の構成例を示した図である。図７に示すように、比較電力伝送装置は、コイル３１と、コンデンサ３２とを有している。また、図７には、スロットＳＬＯと、スリットＳＬＩとを有した金属板ＭＰが示してある。

【0069】

比較電力伝送装置は、図３の電力伝送装置に対し、受電回路から見て、コイル３１とコンデンサ３２とが非対称となっている。コイル３１の大きさおよびターン数は、図３のコイル１１と同じであるとする。また、図７の金属板ＭＰは、図３の金属板ＭＰと同様の形状を有しているとする。以下では、コイル３１およびコンデンサ３２を、共振回路と呼ぶことがある。

【0070】

図８は、コイル間距離と伝送特性との関係を示した図である。図８の横軸は、コイル間距離を示し、縦軸は、伝送特性Ｓ２１を示している。

【0071】

図８に示す波形Ｗ３ａは、図７に示した比較電力伝送装置であって、受電回路がバランを備えていない場合の伝送特性を示している。

【0072】

波形Ｗ３ｂは、図７に示した比較電力伝送装置であって、受電回路がバランを備えている場合の伝送特性を示している。

【0073】

波形Ｗ３ｃは、図３に示した電力伝送装置の伝送特性を示している。

【0074】

波形Ｗ３ａ，Ｗ３ｂに示すように、図７の共振回路が非対称構造の場合、受電回路がバランを備えると、電力の伝送特性は低下する。例えば、バランを備えた比較電力伝送装置と、バランを備えない比較電力伝送装置とでは、伝送特性で約１ｄＢの差がある。

【0075】

一方、図３の共振回路が対称構造の場合、受電回路がバランを備えても、波形Ｗ３ｃに示すように、電力の伝送特性は低下しない。

【0076】

ここで、非対称構造の共振回路にバランを接続すると、伝送効率が低下する原因について説明する。

【0077】

図９は、図３の電力伝送装置および図７の比較電力伝送装置の等価回路を示した図である。図９（Ａ）は、図３の電力伝送装置の等価回路を示し、図９（Ｂ）は、図７の比較電力伝送装置の等価回路を示している。

【0078】

図９（Ａ）に示すインダクタＬ１は、図３のコイル１１に対応している。コンデンサＣ１，Ｃ２は、図３のコンデンサ１２ａ，１２ｂに対応している。コンデンサＣ１１，Ｃ１２は、コイル１１と金属板ＭＰとの間に生じる寄生容量を示している。

【0079】

図９（Ｂ）に示すインダクタＬ１１は、図７のコイル３１に対応している。コンデンサＣ２１は、図７のコンデンサ３２に対応している。コンデンサＣ３１，Ｃ３２は、コイル３１と金属板ＭＰとの間に生じる寄生容量を示している。

【0080】

図７に示した比較電力伝送装置は、コイル３１とコンデンサ３２とで直列共振を形成している。そのため、コイル３１とコンデンサ３２との接続点間には、印加した電圧に、コイルの選択度をかけた値の電圧が発生する。

【0081】

この電圧は、非常に高く、例えば、ある条件においては、印加した電圧の約１００倍の電圧が発生する。このため、寄生容量を示すコンデンサＣ３１，Ｃ３２を介して流れる高調波電流は、コンデンサＣ３２よりコンデンサＣ３１の方が大きくなる。そして、図７の比較電力伝送装置では、共振回路が非対称であるため、インダクタＬ１１（コイル３１）の両端の電界分布や寄生容量による電流がアンバランスとなる。このような、電流がアンバランスとなる共振回路にバランを接続すると、バランの平衡信号と、共振回路の両端子との間のアンバランス特性により整合にミスマッチが生じる。これにより、図７の比較電力伝送装置は、伝送効率が低下する。

【0082】

一方、図３の電力伝送装置では、図９（Ａ）に示すように、コンデンサ１２ａ，１２ｂ（コンデンサＣ１，Ｃ２）を２つに分割して、コイル１１（インダクタＬ１）の両端に接続する。そのため、コイル１１の両端の電圧は、図９（Ｂ）に対し、１／２となる。また、図３の電力伝送装置の共振回路は対称であり、バラン１３とのバランスも取れる。すなわち、図３の電力伝送装置は、共振回路とバラン１３との整合が取れる。これにより、図３の電力伝送装置は、伝送効率の低下を抑制することができる。

【0083】

図１０は、高調波周波数と高調波レベルとの関係を示した図である。図１０の横軸は、図３の電力伝送装置の金属板ＭＰおよびバラン１３を省略したときの、電力伝送装置から漏洩する漏洩電力の高調波周波数（基本波を含む）を示している。縦軸は、受電コイルから１０ｃｍ離れた位置での高調波レベルを示している。

【0084】

図１０に示す波形Ｗ４ａは、図３の電力伝送装置であって、金属板ＭＰおよびバラン１３を省略した電力伝送装置の平滑回路１６の、２つのコイルを省略（短絡）したときの高調波レベルを示している。

【0085】

図１０に示す波形Ｗ４ｂは、図３の電力伝送装置であって、金属板ＭＰおよびバラン１３を省略した電力伝送装置の平滑回路１６の、２つのコイルを省略しなかったときの高調波レベルを示している。

【0086】

波形Ｗ４ａ，Ｗ４ｂに示すように、平滑回路１６が２つのコイルを有する場合、４倍および５倍の高調波に抑制効果がある。

【0087】

図１１は、高調波周波数と高調波レベルとの関係を示した図である。図１１の横軸は、図３の電力伝送装置から漏洩する漏洩電力の高調波周波数（基本波を含む）を示している。縦軸は、受電コイルから１０ｃｍ離れた位置での高調波レベルを示している。

【0088】

図１１に示す波形Ｗ５ａは、図３の電力伝送装置の平滑回路１６の、２つのコイルを省略（短絡）したときの高調波レベルを示している。

【0089】

図１１に示す波形Ｗ５ｂは、図３の電力伝送装置の平滑回路１６の、２つのコイルを省略しなかったときの高調波レベルを示している。

【0090】

波形Ｗ５ａ，Ｗ５ｂに示すように、金属板ＭＰがある場合でも、バラン１３を備えることにより、全体的に高調波レベルが下がり、金属板ＭＰがない場合（図１０の波形Ｗ４ａ，Ｗ４ｂ）と同等の高調波抑制効果がある。

【0091】

以上説明したように、電力伝送装置のコイル１１は、スロットＳＬＯと、スロットＳＬＯとつながったスリットＳＬＩとを有する金属板ＭＰに対向するように設けられ、内周部分がスロットＳＬＯよりも外側に位置するように形成される。そして、コンデンサ１２ａは、コイル１１の一端に接続され、コンデンサ１２ｂは、コイル１１の他端に接続される。これにより、電力伝送装置は、漏洩磁界を抑制することができる。

【0092】

また、コイル１１とコンデンサ１２ａ，１２ｂは、コンデンサ１２ａのコイル１１の一端に接続されていない側の端子と、コンデンサ１２ｂのコイル１１の他端に接続されていない側の端子とから見て、回路的に対称であるように形成される。これにより、電力伝送装置は、漏洩磁界を抑制することができる。

【0093】

また、コンデンサ１２ａのコイル１１の一端に接続されていない側の端子と、コンデンサ１２ｂのコイル１１の他端に接続されていない側の端子とには、バラン１３が接続される。これにより、電力伝送装置は、漏洩磁界を抑制することができる。また、電力伝送装置は、伝送効率の低下を抑制できる。

【0094】

また、無線給電のＡＲＩＢ（Association of Radio Industries and Business）規格であるＳＴＤ−Ｔ１１３では、送電周波数として６.７８ＭＨｚを用いる方式がある。この場合、３倍の高調波は、２０．３４ＭＨｚとなり、ＩＳＭ（Industry Science Medical）帯から外れてしまう。従って、２０．３４ＭＨｚの高調波の抑制が重要となる。しかし、電力伝送装置は、漏洩磁界（高調波を含む）を抑制し、ＩＳＭ帯から外れた（２０．３４ＭＨｚ）高調波の抑制もできる。

【0095】

なお、図２において、携帯端末１と充電器２は、ＮＦＣによって通信を行うことができる。充電器２は、例えば、携帯端末１に対し、携帯端末１がＮＦＣで通信できる程度の電力を定期的に送電し、携帯端末１は、受電した電力によりＮＦＣを起動して、自身の端末情報を充電器２に送信する。充電器２は、携帯端末１から受信した端末情報により、充電される携帯端末１が正規の端末であると判定した場合、充電を開始する。また、充電器２は、受信した端末情報により、携帯端末１に適合した充電を行うこともできる。

【0096】

［第２の実施の形態］
第２の実施の形態では、第１の実施の形態で示したコイル１１の途中にコンデンサが接続される。

【0097】

図１２は、第２の実施の形態に係る電力伝送装置の共振回路の例を示した図である。図１２において、図３と同じものには同じ符号が付してある。

【0098】

図１２には、金属板ＭＰと、共振回路とが示してある。共振回路は、コンデンサ１２ａ，１２ｂと、コイル４１と、コンデンサ４２とを有している。なお、金属板ＭＰとコイル４１との間には、中心部がくり抜かれた矩形状の磁性体シート（図示せず）が配置されている。

【0099】

コイル４１は、図３で説明したコイル１１と同様の形状を有している。ただし、以下で説明するように、コイル４１の途中には、コンデンサ４２が接続されている。

【0100】

コンデンサ４２は、コイル４１の一端と他端との中間点に接続されている。コンデンサ１２ａ，１２ｂ，４２の合成容量値は、電力の送電周波数において、コイル１１と共振する値である。ただし、コンデンサ１２ａ，１２ｂの容量値は、同じ容量値とする。

【0101】

以上より、図１２に示す共振回路は、コンデンサ１２ａ，１２ｂのコイル４１と接続されていない端子から見て、回路的に対称となる。これにより、電力伝送装置は、漏洩磁界を抑制することができる。また、共振回路は、回路的に対称であるため、バラン１３との整合がとれ、伝送効率の低下を抑制することができる。

【0102】

また、図１２の共振回路では、コンデンサ４２によって、図３の共振回路よりコイル４１の両端の電圧が下がる。これにより、無線伝送装置は、コイル４１と金属板ＭＰとの間の寄生容量による影響を低減することができる。

【0103】

［第３の実施の形態］
第３の実施の形態では、電力伝送装置は、強制バランを備える。

【0104】

図１３は、第３の実施の形態に係る電力伝送装置を示した図である。図１３において、図３と同じものには同じ符号が付してある。図１３に示すように、電力伝送装置は、ＬＰＦ５１と、強制バラン５２とを有している。図１３に示す電力伝送装置は、例えば、図２に示した携帯端末１に内蔵され、充電器２から伝送される電力を受電する。

【0105】

ＬＰＦ５１は、共振回路と強制バラン５２との間に接続されている。ＬＰＦ５１は、２つのコンデンサと、３つのコイルとを有している。ＬＰＦ５１は、コンデンサとコイルとの直列共振で構成されるトラップ回路を有している。

【0106】

トラップ回路は、例えば、２０．３４ＭＨｚで共振するようになっている。これにより、電力の送電周波数が６．７８ＭＨｚの場合に発生する３倍高調波（２０．３４ＭＨｚ）は、トラップ回路により抑制される。すなわち、トラップ回路は、ＩＳＭ帯から外れる高調波（２０．３４ＭＨｚ）を抑制することができる。

【0107】

強制バラン５２は、ＬＰＦ５１と整流回路１５との間に接続されている。強制バラン５２は、３つのトランスを有している。

【0108】

強制バラン５２のコモンモードフィルタ効果は、伝送インピーダンスが低い方が、高い効果を得られる。従って、図１３の電力伝送装置は、強制バラン５２の信号源インピーダンスが低くなるように、強制バラン５２の前段にＬＰＦ５１が接続されている。すなわち、ＬＰＦ５１は、回路整合の機能も有している。もちろん、共振回路の出力インピーダンスが低ければ、共振回路の後段に強制バラン５２を接続してもよい。そして、強制バラン５２の後段にＬＰＦ５１を接続してもよい。

【0109】

強制バラン５２は、図３に示したバラン１３（フロートバラン）より平衡度を高くできる。これにより、図１３に示す電力伝送装置は、高調波の漏洩磁界をより抑制することができる。

【0110】

以上説明したように、電力伝送装置は、強制バラン５２を備える。これによって、電力伝送装置は、漏洩電力を抑制することができる。

【0111】

また、ＬＰＦ５１は、トラップ回路を備える。これにより、電力伝送装置は、高調波の漏洩電力を抑制することができる。なお、図３に示したＬＰＦ１４も、トラップ回路を備えてもよい。

【0112】

［第４の実施の形態］
第４の実施の形態では、電力伝送装置は、磁気共鳴を利用して電力伝送を行う。

【0113】

図１４は、第４の実施の形態に係る電力伝送装置を示した図である。図１４において、図３と同じものには同じ符号が付してある。図１４に示すように、電力伝送装置は、コイル６１，６２と、コンデンサ６３とを有している。図１４に示す電力伝送装置は、例えば、図２に示した携帯端末１に内蔵され、充電器２から伝送される電力を受電する。

【0114】

コイル６１は、その内周部分が金属板ＭＰのスロットＳＬＯよりも外側に位置するように形成されている。言い換えれば、コイル６１は、その内周部分が金属板ＭＰのスロットＳＬＯの縁を囲むように形成されている。

【0115】

コイル６１は、バラン１３に接続されている。コイル６１は、負荷コイルである。コイル６１は、図１４の例では、矩形状であるが、円形状であってもよい。コイル６１は、コイル６１の両端から見て、対称に形成されていれば、矩形状や円形状に限らず、どのような形状であってもよい。

【0116】

コイル６２は、その内周部分が金属板ＭＰのスロットＳＬＯよりも外側に位置するように形成されている。言い換えれば、コイル６２は、その内周部分が金属板ＭＰのスロットＳＬＯの縁を囲むように形成されている。

【0117】

コイル６２は、閉じたコイルであり、途中にコンデンサ６３が直列に接続されている。コイル６２は、磁気共鳴コイルである。コイル６２は、図１４の例では、矩形状であるが、円形状であってもよい。コイル６２の形状は、コイル６１と同様の形状をしているのが望ましい。

【0118】

図１４に示す電力伝送装置は、磁気共鳴方式により電力を受電する。電力伝送装置は、電力の送電周波数が、コイル６２とコンデンサ６３とで決まる共振周波数であるとき、負荷コイルであるコイル６１から効率よく電力を受電することができる。

【0119】

コイル６１は、金属板ＭＰの影響により、磁気共鳴コイルであるコイル６２との結合が低下する。そこで、コイル６１の巻き数は、コイル６２との結合が強くなるよう、２ターン以上とする。

【0120】

図１５は、図１４のＡ矢視図である。図１５において、図１４と同じものには同じ符号が付してある。なお、図１５には、携帯端末１の一部断面も示してある。例えば、図１５には、図４で説明した組み立て前の携帯端末１の本体２３およびディスプレイ２４の断面も示してある。本体２３は、組み立ての際、金属板ＭＰに埋め込まれるようになっており、携帯端末１は、薄型でも、所定の強度を確保することができる。

【0121】

図１５に示すように、磁性体シート７１は、コイル６１と本体２３との間に設けられる。磁性体シート７１は、磁束による受電回路２２および本体２３への影響を抑制する。

【0122】

磁性体シート７１の形状は、例えば、スロットＳＬＯより大きい開口を有した矩形状である。また、磁性体シート７１は、コイル６１の線材に沿った形状を有している。

【0123】

コイル６１の線材は、本体２３に接続されている。コイル６１は、本体２３を介して、受電回路２２に接続されている。なお、受電回路２２は、図１４に示したバラン１３、ＬＰＦ１４、整流回路１５、平滑回路１６、および電源回路１７に対応する。

【0124】

コイル６２は、金属板ＭＰに対向して設けられている。コイル６２は、金属板ＭＰと磁性体シート７２との間に設けられている。磁性体シート７２は、磁束による受電回路２２および本体２３への影響を抑制する。

【0125】

磁性体シート７２の形状は、例えば、スロットＳＬＯより大きい開口を有した矩形状である。また、磁性体シート７２は、コイル６２の線材に沿った形状を有している。

【0126】

以上説明したように、電力伝送装置のコイル６１は、スロットＳＬＯと、スロットＳＬＯとつながったスリットＳＬＩとを有する金属板ＭＰに対向するように設けられ、内周部分がＳＬＯよりも外側に位置するように形成されている。また、コイル６２は、閉ループのコイルであり、金属板に対向するように設けられ、内周部分がスロットＳＬＯよりも外側に位置するように形成されている。そして、コンデンサ６３は、閉ループのコイル６２の間（途中）に直列に接続されている。これにより、電力伝送装置は、磁気共鳴方式であっても、漏洩磁界を抑制することができる。

【0127】

また、電力伝送装置は、コイル６１のターン数を２ターン以上にすることにより、金属板ＭＰがあっても、コイル６１，６２の結合を強くすることができる。

【0128】

［第５の実施の形態］
第５の実施の形態では、送電側の電力伝送装置について説明する。

【0129】

図１６は、第５の実施の形態に係る電力伝送装置を示した図である。図１６に示すように、電力伝送装置は、Ｅ級アンプ８１と、ＬＰＦ８２と、バラン８３と、コンデンサ８４ａ，８４ｂと、コイル８５と、コモンモードフィルタ８６と、電源８７とを有している。

【0130】

図１６に示す電力伝送装置は、例えば、図２に示した充電器２に内蔵され、携帯端末１に電力を送電する。例えば、図１６に示すコイル８５は、図２に示した充電器２のコイル２ａに対応し、コンデンサ８４ａ，８４ｂは、例えば、図２に示したコンデンサ２ｂａ，２ｂｂに対応する。Ｅ級アンプ８１、ＬＰＦ８２、バラン８３、コモンモードフィルタ８６、および電源８７は、例えば、図２に示した送電回路２ｃに対応する。

【0131】

図１６には、充電器２が有する金属板ＭＰが示してある。金属板ＭＰは、図３で説明した金属板ＭＰと同様に、スロットＳＬＯと、スリットＳＬＩとを有している。なお、図２に示した携帯端末１を、充電するよう充電器２に置くと（携帯端末１のディスプレイが上を向くように充電器２に置くと）、図１６の電力伝送装置のコイル８５および金属板ＭＰと、図３に示した電力伝送装置のコイル１１および金属板ＭＰとの位置関係は、下から図１６の電力伝送装置のコイル８５、金属板ＭＰ、図３に示した電力伝送装置の金属板ＭＰ、コイル１１となる。

【0132】

Ｅ級アンプ８１は、ドライバ電源８１ａと、電界効果トランジスタ８１ｂと、コンデンサ８１ｃ，８１ｅと、コイル８１ｄと、チョークコイル８１ｆとを有している。

【0133】

電界効果トランジスタ８１ｂのゲートは、ドライバ電源８１ａに接続され、ドレインは、チョークコイル８１ｆとコモンモードフィルタ８６とを介して、電圧調整が可能な電源８７に接続されている。電界効果トランジスタ８１ｂのドレインとソースとの間には、コンデンサ８１ｃが接続されている。電界効果トランジスタ８１ｂのドレインは、コイル８１ｄとコンデンサ８１ｅとを介して、ＬＰＦ８２に接続されている。

【0134】

チョークコイル８１ｆは、例えば、送電周波数においてリアクタンス値が無限大と見なせるほど大きい値にする。これにより、電源８７は、送電電力に影響なく電界効果トランジスタ８１ｂのドレインに電源供給を行うことができる。

【0135】

電界効果トランジスタ８１ｂがオフ状態のとき、コンデンサ８１ｃ，８１ｅとコイル８１ｄは、共振回路を構成する。この共振回路の共振周波数を「ｆ１」とする。一方、電界効果トランジスタ８１ｂがオン状態のとき、コイル８１ｄとコンデンサ８１ｅとが共振回路を構成する。この共振回路の共振周波数を「ｆ２」とする。送電周波数を「ｆ０」とすると、「ｆ２＜ｆ０＜ｆ１」の関係が成り立つように、コンデンサ８１ｃ，８１ｅとコイル８１ｄとの値を決める。

【0136】

上記条件において、電界効果トランジスタ８１ｂに、ドライバ電源８１ａのドライブ信号を入力してスイッチ動作をさせると、電界効果トランジスタ８１ｂのドレインから効率よく送電信号（電力）が出力される。さらに、コンデンサ８４ａ，８４ｂとコイル８５とによる共振回路により、コイル８５には大きな共振電流が流れ、強い磁界が発生する。これにより、電力伝送装置は、電力の送電が可能となる。

【0137】

ＬＰＦ８２は、バラン８３を介して、コンデンサ８４ａ，８４ｂおよびコイル８５で構成される共振回路に接続される。ＬＰＦ８２は、電力の送電周波数帯を通過させ、Ｅ級アンプ８１で発生する２倍以上の高調波を抑圧する。ＬＰＦ８２は、例えば、π型のＬＰＦで形成する。

【0138】

バラン８３は、２つのトランスを有している。２つのトランスは、極性が同じになるように、コア材などに巻かれている。バラン８３は、Ｅ級アンプ８１から出力される非平衡電力を平衡電力に変換する。

【0139】

コンデンサ８４ａ，８４ｂおよびコイル８５は、図３に示したコンデンサ１２ａ，１２ｂおよびコイル１１と同様の構成を有している。すなわち、コンデンサ８４ａ，８４ｂおよびコイル８５は、バラン８３から見て、回路的に対称となるように形成される。これにより、電力伝送装置は、漏洩磁界の発生を抑制できる。例えば、Ｅ級アンプ８１から出力される電力にはコモンモードの高調波が含まれている。この高調波は、コンデンサ８４ａ，８４ｂとコイル８５とが回路的に対称に形成されているためキャンセルされ、高調波による漏洩磁界を抑制できる。

【0140】

また、共振回路は、回路的に対称であるので、バラン１３と整合が取れる。これにより、電力伝送装置は、整合損失を小さくすることができ、伝送効率の低下を抑制することができる。

【0141】

コモンモードフィルタ８６は、Ｅ級アンプ８１で発生するノイズが、電源８７に漏れるのを抑制する。

【0142】

以上説明したように、電力伝送装置のコイル８５は、スロットＳＬＯと、スロットＳＬＯとつながったスリットＳＬＩとを有する金属板ＭＰに対向するように設けられ、内周部分がスロットＳＬＯよりも外側に位置するように形成される。そして、コンデンサ８４ａは、コイル８５の一端に接続され、コンデンサ８４ｂは、コイル８５の他端に接続される。これにより、電力伝送装置は、漏洩磁界を抑制することができる。

【0143】

また、コイル８５とコンデンサ８５ａ，８５ｂは、コンデンサ８４ａのコイル１１の一端に接続されていない側の端子と、コンデンサ８４ｂのコイル８５の他端に接続されていない側の端子とから見て、回路的に対称であるように形成される。これにより、電力伝送装置は、漏洩磁界を抑制することができる。

【0144】

また、コンデンサ８４ａのコイル８５の一端に接続されていない側の端子と、コンデンサ８４ｂのコイル８５の他端に接続されていない側の端子とには、バラン８３が接続される。これにより、電力伝送装置は、漏洩磁界を抑制することができる。また、電力伝送装置は、伝送効率の低下を抑制できる。

【0145】

また、無線給電のＡＲＩＢ規格であるＳＴＤ−Ｔ１１３では、送電周波数として６.７８ＭＨｚを用いる方式がある。この場合、３倍の高調波は、２０．３４ＭＨｚとなり、ＩＳＭ帯から外れてしまう。従って、２０．３４ＭＨｚの高調波の抑制が重要となる。しかし、電力伝送装置は、漏洩磁界（高調波を含む）を抑制するので、ＩＳＭ帯から外れた（２０．３４ＭＨｚ）高調波の抑制もできる。

【0146】

［第６の実施の形態］
第６の実施の形態では、送電側の電力伝送装置の別の例について説明する。

【0147】

図１７は、第６の実施の形態に係る電力伝送装置を示した図である。図１７において、図１６と同じものには同じ符号が付してある。

【0148】

図１７に示すように、電力伝送装置は、送電アンプ９１を有している。送電アンプ９１は、２つの電界効果トランジスタを備え、ハーフブリッジ回路のインバータ回路を構成している。

【0149】

送電アンプ９１の２つの電界効果トランジスタには、互いが逆相の電力駆動信号が入力される。電力駆動信号は、送電する電力の送電周波数を有している。送電アンプ９１は、携帯端末１に送電する電力を、ＬＰＦ８２およびバラン８３を介して、共振回路に出力する。

【0150】

図１６に示した電力伝送装置は、例えば、数ＭＨｚから数十ＭＨｚの電力送電に適している。これに対し、図１７に示す電力伝送装置は、例えば、数百ＫＨｚ等の比較的周波数の低い電力送電に適している。

【0151】

［第７の実施の形態］
第７の実施の形態では、電力伝送装置は、磁気共鳴を利用して電力を送電する。

【0152】

図１８は、第７の実施の形態に係る電力伝送装置を示した図である。図１８において、図１６と同じものには同じ符号が付してある。図１８に示すように、電力伝送装置は、ＬＰＦ１０１と、コイル６１，６２と、コンデンサ６３とを有している。図１８に示す電力伝送装置は、例えば、図２に示した充電器２に内蔵され、携帯端末１に電力を送電する。

【0153】

ＬＰＦ１０１は、Ｅ級アンプ８１とバラン８３との間に接続されている。ＬＰＦ１０１は、コンデンサ１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃと、コイル１０１ｄ，１０１ｅとを有し、５次のＬＰＦを形成している。

【0154】

コイル１０２は、その内周部分が金属板ＭＰのスロットＳＬＯよりも外側に位置するように形成されている。言い換えれば、コイル１０２は、その内周部分が金属板ＭＰのスロットＳＬＯの縁を囲むように形成されている。

【0155】

コイル１０２は、バラン８３に接続されている。コイル１０２は、給電コイルである。コイル１０２は、図１８の例では、矩形状であるが、円形状であってもよい。コイル１０２は、コイル１０２の両端から見て、対称に形成されていれば、矩形状や円形状に限らず、どのような形状であってもよい。

【0156】

コイル１０３は、その内周部分が金属板ＭＰのスロットＳＬＯよりも外側に位置するように形成されている。言い換えれば、コイル１０３は、その内周部分が金属板ＭＰのスロットＳＬＯの縁を囲むように形成されている。

【0157】

コイル１０３は、閉じたコイルであり、途中にコンデンサ１０４が直列に接続されている。コイル１０３は、磁気共鳴コイルである。コイル１０３は、図１８の例では、矩形状であるが、円形状であってもよい。コイル１０３の形状は、コイル１０２と同様の形状をしているのが望ましい。

【0158】

図１８に示す電力伝送装置は、磁気共鳴方式により電力を送電する。電力伝送装置は、電力の送電周波数が、コイル１０３とコンデンサ１０４とで決まる共振周波数であるとき、給電コイルであるコイル１０２の電力を効率よく送電することができる。

【0159】

コイル１０２は、金属板ＭＰの影響により、磁気共鳴コイルであるコイル１０３との結合が低下する。そこで、コイル１０２の巻き数は、コイル１０３との結合が強くなるよう、２ターン以上とする。

【0160】

コイル１０３に負荷がない場合（充電器２に携帯端末１が置かれていない場合）、コイル１０３の両端のインピーダンスは非常に大きくなる。このとき、コイル１０１ｅとコンデンサ１０１ｃは、共振に近い周波数にあるため、コンデンサ１０１ｂの両端は、短絡に近い状態となる。コンデンサ１０１ｂの両端の短絡状態により、コンデンサ１０１ａとコイル１０１ｄは、並列共振回路となり、インピーダンスが高くなって、Ｅ級アンプ８１の負荷が高くなる。これにより、コイル１０３に負荷がないときに、Ｅ級アンプ８１に過電流が流れることを防止することができる。

【0161】

図１９は、図１８のＡ矢視図である。図１９において、図１８と同じものには同じ符号が付してある。なお、図１９には、充電器２の一部断面も示してある。例えば、図１９には、組み立て前の充電器２の本体１１４の断面も示してある。本体１１４は、組み立ての際、金属板ＭＰが埋め込まれるようになっており、充電器２は、薄型でも、所定の強度を確保することができる。なお、充電器２で充電される携帯端末１は、金属板ＭＰの上方に置かれることになる。

【0162】

図１９に示すように、磁性体シート１１１は、コイル１０２と本体１１４との間に設けられる。磁性体シート１１１は、磁束による送電回路１１３および本体１１４への影響を抑制する。

【0163】

磁性体シート１１１の形状は、例えば、スロットＳＬＯより大きい開口を有した矩形状である。また、磁性体シート１１１は、コイル１０２の線材に沿った形状を有している。

【0164】

コイル１０２の線材は、本体１１４に接続されている。コイル１０２は、本体１１４を介して、送電回路１１３に接続されている。なお、送電回路１１３は、図１８のＥ級アンプ８１、ＬＰＦ１０１、バラン８３、コモンモードフィルタ８６、および電源８７等に対応する。

【0165】

コイル１０３は、金属板ＭＰに対向して設けられている。コイル１０３は、金属板ＭＰと磁性体シート１１２との間に設けられている。磁性体シート１１２は、磁束による送電回路１１３および本体１１４への影響を抑制する。

【0166】

磁性体シート１１２は、コイル１０３の線材に沿った形状を有している。例えば、磁性体シート１１２は、スロットＳＬＯより大きい開口を有した矩形状を有している。

【0167】

以上説明したように、電力伝送装置のコイル１０２は、スロットＳＬＯと、スロットＳＬＯとつながったスリットＳＬＩとを有する金属板ＭＰに対向するように設けられ、内周部分がＳＬＯよりも外側に位置するように形成されている。また、コイル１０３は、閉ループのコイルであり、金属板に対向するように設けられ、内周部分がスロットＳＬＯよりも外側に位置するように形成されている。そして、コンデンサ１０４は、閉ループのコイル１０３の間（途中）に直列に接続されている。これにより、電力伝送装置は、磁気共鳴方式であっても、漏洩磁界を抑制することができる。

【0168】

また、電力伝送装置は、コイル１０２のターン数を２ターン以上にすることにより、金属板ＭＰがあっても、コイル１０２，１０３の結合を強くすることができる。

【0169】

［第８の実施の形態］
磁束の結合は、送電側のコイルと、受電側コイルとの重なり具合によって変わり、送電効率も変わる。第８の実施の形態の電力伝送装置は、送電側のコイルと、受電側コイルとの重なり具合によって低下した送電効率を改善するようにする。

【0170】

図２０は、第８の実施の形態に係る電力伝送装置を示した図である。図２０において、図１６と同じものには同じ符号が付してある。

【0171】

図２０の電力伝送装置は、図１６の電力伝送装置に対し、金属板ＭＰ１が異なる。図２０に示すように、金属板ＭＰ１は、２つのスロットＳＬＯ１，ＳＬＯ２を有している。２つのスロットＳＬＯ１，ＳＬＯ２は、近接して形成されている。また、金属板ＭＰ１は、２つのスロットＳＬＯ１，ＳＬＯ２をつなぐスリットＳＬＩ１と、金属板ＭＰ１の外周につながるスリットＳＬＩ２とを有している。また、金属板ＭＰ１は、スリットＳＬＩ２の両端に、スリットＳＬＩ２を短絡および解放するスイッチＳＷを有している。

【0172】

コイル８５は、スロットＳＬＯ１に設けられている。例えば、コイル８５は、その内周部分が金属板ＭＰのスロットＳＬＯ１よりも外側に位置するように形成されている。言い換えれば、コイル１１は、その内周部分が金属板ＭＰのスロットＳＬＯ１の縁を囲むように形成されている。

【0173】

スイッチＳＷがオフの場合、スロットＳＬＯ１とスロットＳＬＯ２には、同相の磁束が通り、金属板ＭＰ１の端面（スロットＳＬＯ１，ＳＬＯ２の端面および金属板ＭＰ１の外側の端面）には、ループ電流が形成される。これにより、受電側の電力伝送装置への給電が可能となる。

【0174】

一方、スイッチＳＷをオンにした場合、スロットＳＬＯ１とスロットＳＬＯ２には、互いの磁束の変化を妨げる方向にループ電流が流れる。この場合、反抗起電力による電流は、コイル８５がないスロットＳＬＯ２に流れ、スロットＳＬＯ１には流れないため、スロットＳＬＯ２には、コイル８５の磁束が通ることができる。このため、スロットＳＬＯ１，ＳＬＯ２の磁束は、逆方向となるため、スロットＳＬＯ１，ＳＬＯ２間において磁束のループが形成される。このような磁束は、お互いのコイルの磁束を打ち消す方向となるため、電磁界漏洩レベルを小さくすることが可能となる。また、受電側のコイルも送電と同様の構成であれば受電が可能である。

【0175】

スイッチＳＷの制御例について説明する。図２に示した充電器２は、例えば、携帯端末１とＮＦＣによって無線通信を行い、携帯端末１から受電電力の大きさを受信するとする。

【0176】

まず、充電器２は、携帯端末１が置かれると、図２０に示す電力伝送装置のスイッチＳＷをオフにして、携帯端末１に電力を送電する。そして、充電器２は、スイッチＳＷをオフにしたときの受電電力の大きさを、携帯端末１から受信する。

【0177】

次に、充電器２は、図２０に示す電力伝送装置のスイッチＳＷをオンにして、携帯端末１に電力を送電する。そして、充電器２は、スイッチＳＷをオンにしたときの受電電力の大きさを、携帯端末１から受信する。

【0178】

次に、充電器２は、スイッチＳＷをオフにしたときの携帯端末１の受電電力の大きさと、スイッチＳＷをオンにしたときの携帯端末１の受電電力の大きさとを比較する。そして、充電器２は、携帯端末１の受電電力が大きかった方のスイッチ状態で、その後、電力を送電する。

【0179】

携帯端末１の充電器２への置き方によっては、送電側のコイルと、受電側コイルとの重なり具合が変わり、送電効率も変わる。図２０の電力伝送装置は、スイッチＳＷを切り替えることにより、磁束の発生状態を変え、送電効率のよいスイッチ状態で電力を送電する。

【0180】

以上説明したように、金属板ＭＰ１は、スロットＳＬＯ１と、スロットＳＬＯ１とつながったスロットＳＬＯ２とを有する。そして、スロットＳＬＯ２にスリットＳＬＩ２が設けられ、コイル８５は、内周部分がスロットＳＬＯ１よりも外側に位置するように形成される。また、電力伝送装置は、スリットＳＬＩ２を短絡するスイッチＳＷを有する。これにより、電力伝送装置は、漏洩磁界を抑制することができるとともに、送電効率のよい電力送電が可能となる。

【0181】

［第９の実施の形態］
第９の実施の形態では、異なる送電周波数の電力を受電する。

【0182】

図２１は、第９の実施の形態に係る電力伝送装置を示した図である。図２１に示す電力伝送装置は、例えば、図２に示した携帯端末１に内蔵され、充電器２から伝送される電力を受電する。図２１において、図３と同じものには同じ符号が付してある。

【0183】

図２１に示すように、電力伝送装置は、ＨＰＦ（High Pass Filter）１２１と、給電素子１２２と、整合回路１２３と、整流回路１２４とを有している。電力伝送装置は、例えば、コイル１１によってＭＨｚ帯の電力を受電する。また、電力伝送装置は、給電素子１２２によってＧＨｚ帯の電力を受電する。すなわち、電力伝送装置は、異なる方式で送電される電力を受電することができる。

【0184】

ＨＰＦ１２１は、例えば、ＭＨｚ帯の電力受電のときインピーダンスが高く、ＧＨｚ帯のマイクロ波の電力受電のときインピーダンスが低くなる。

【0185】

すなわち、金属板ＭＰは、ＭＨｚ帯の電力受電のとき、スリットＳＬＩを有した金属板となる。これにより、電力伝送装置は、コイル１１で受電した電力を、バラン１３、ＬＰＦ１４、整流回路１５、平滑回路１６、および電源回路１７の経路で負荷１８に出力できる。

【0186】

一方、金属板ＭＰは、ＧＨｚ帯の電力受電のとき、ＨＰＦ１２１によってスリットＳＬＩがショート状態となる。このため、金属板ＭＰは、スリットＳＬＩが閉じたスロットアンテナとなる。これにより、電力伝送装置は、給電素子１２２で受電したマイクロ波の電力を、整合回路１２３、整流回路１２４、および電源回路１７の経路で負荷１８に出力できる。

【0187】

給電素子１２２は、マイクロ波の電力を受電する。給電素子１２２は、スロットＳＬＯの内側（スロットＳＬＯの領域内）に設けられている。

【0188】

整合回路１２３は、給電素子１２２と整流回路１２４との整合をとる。整流回路１２４は、給電素子１２２で受電されたマイクロ波の電力を整流する。整流回路１２４で整流されたマイクロ波の電力は、電源回路１７へ出力される。

【0189】

以上説明したように、電力伝送装置は、スロットＳＬＯの内側に設けられる給電素子１２２と、金属板ＭＰのスリットＳＬＩ間に接続されるＨＰＦ１２１とを有する。これにより、電力伝送装置は、異なる送電周波数の電力を受電することができる。

【0190】

［第１０の実施の形態］
第１０の実施の形態では、複数の携帯端末１の充電を可能にする。

【0191】

図２２は、第１０の実施の形態に係る電力伝送装置を示した図である。図２２に示すように、電力伝送装置は、送電回路１３１，１３２と、コイル１３３ａ、１３３ｂ，１３４とを有している。また、図２２には、充電器２が有する金属板ＭＰ１１が示してある。図２２に示す電力伝送装置は、例えば、図２に示した充電器２に内蔵され、携帯端末１に電力を送電する。

【0192】

金属板ＭＰ１１は、スロットＳＬＯ１１およびスロットＳＬＯ１３と、スロットＳＬＯ１１とＳＬＯ１３との間に設けられたスロットＳＬＯ１２とを有している。スロットＳＬＯ１１は、スリットＳＬＩ１１と、スロットＳＬＯ１２とつながったスリットＳＬＩ１２とを有している。スロットＳＬＯ１３は、スリットＳＬＩ１４と、スロットＳＬＯ１２とつながったスリットＳＬＩ１３とを有している。

【0193】

送電回路１３１は、図１６に示した送電回路と同様であり、例えば、数ＭＨｚから数十ＭＨｚの電力を送電する。送電回路１３２は、図１７に示した送電回路と同様であり、例えば、数百ＫＨｚの電力を送電する。

【0194】

コイル１３３ａ，１３３ｂは、コンデンサ１３５ｃを介して、直列に接続されている。コイル１３３ａのコンデンサ１３５ｃが接続されていない側の一端は、コンデンサ１３５ａに接続されている。コイル１３３ｂのコンデンサ１３５ｃが接続されていない側の一端は、コンデンサ１３５ｂに接続されている。

【0195】

コンデンサ１３５ａのコイル１３３ａの一端に接続されていない側の一端は、送電回路１３１のバランに接続されている。コンデンサ１３５ｂのコイル１３３ｂの一端に接続されていない側の一端は、送電回路１３１のバランに接続されている。コイル１３３ａ，１３３ｂ、コンデンサ１３５ａ，１３５ｂ，１３５ｃは、送電回路１３１のバランから見て、回路的に対称となるように形成されている。

【0196】

コイル１３３ａは、その内周部分が金属板ＭＰ１１のスロットＳＬＯ１１よりも外側に位置するように形成されている。コイル１３３ｂは、その内周部分が金属板ＭＰ１１のスロットＳＬＯ１３よりも外側に位置するように形成されている。

【0197】

送電回路１３１がコイル１３３ａ，１３３ｂに電力を出力すると、２つのコイル１３３ａ，１３３ｂから磁束が発生する。従って、携帯端末１は、コイル１３３ａ，１３３ｂのどちらか一方の上方に置かれることにより、充電される。また、２台の携帯端末１は、それぞれコイル１３３ａ，１３３ｂの上方に置かれることにより、同時に充電される。すなわち、図２２に示す電力伝送装置は、２台の携帯端末１を同時に充電することができる。

【0198】

コイル１３４は、形状が異なっているが、図１７に示したコイル８５に対応する。コンデンサ１３６ａ，１３６ｂは、図１７に示したコンデンサ８４ａ，８４ｂに対応する。コイル１３４は、その外周部分が金属板ＭＰ１１のスロットＳＬＯ１２よりも内側に位置するように形成されている。

【0199】

送電回路１３１がコイル１３４に電力を出力すると、コイル１３４から磁束が発生する。従って、携帯端末１は、コイル１３４の上方に置かれることにより、コイル１３３ａ，１３３ｂとは異なる方式の電力が充電される。また、携帯端末１は、１台がコイル１３４の上方に置かれ、もう１台がコイル１３３ａ，１３３ｂの一方の上方に置かれることにより、異なる送電方式で、２台が同時に充電される。また、３台の携帯端末１は、それぞれがコイル１３３ａ，１３３ｂとコイル１３４とに置かれることにより、同時に充電される。

【0200】

なお、電力伝送装置は、送電回路１３２と、コイル１３４と、コンデンサ１３６ａ，１３６ｂとを備えなくてもよい。この場合、金属板ＭＰ１１のスロットＳＬＯ１２も不要となる。このような場合であっても、電力伝送装置は、コイル１３３ａ，１３３ｂの上方に、２台の携帯端末１が置かれることにより、２台の携帯端末１を同時に充電することができる。

【0201】

以上説明したように、金属板ＭＰ１１は、スロットＳＬＯ１１と、スロットＳＬＯ１１につながったスロットＳＬＯ１３とを有する。また、金属板ＭＰ１１のスロットＳＬＯ１１は、スリットＳＬＩ１１を有し、スロットＳＬＯ１３は、スリットＳＬＩ１４を有する。電力伝送装置は、内周部分がスロットＳＬＯ１１よりも外側に位置するように形成されたコイル１３３ａと、内周部分がスロットＳＬＯ１３よりも外側に位置するように形成され、コイル１３３ａに接続されたコイル１３３ｂとを有し、コイル１３３ａのコイル１３３ｂに接続されていない一端に接続されたコンデンサ１３５ａと、コイル１３３ｂのコイル１３３ａに接続されていない一端に接続されたコンデンサ１３５ｂとを有する。これにより、電力伝送装置は、漏洩磁界を抑制するとともに、複数の携帯端末１を充電することができる。

【0202】

また、金属板ＭＰ１１は、スロットＳＬＯ１１とスロットＳＬＯ１３との間にスロットＳＬＯ１２を有する。電力伝送装置は、スロットＳＬＯ１２に、コイル１３３ａ，１３３ｂの電力伝送方式とは異なるコイル１３４を有する。これにより、電力伝送装置は、漏洩磁界を抑制するとともに、異なる伝送方式の携帯端末１を複数充電することができる。

【0203】

［第１１の実施の形態］
第１１の実施の形態では、電力伝送装置を自動車の充電に適用した例について説明する。

【0204】

図２３は、第１１の実施の形態に係る電力伝送装置の適用例を示した図である。図２３には、自動車１４１と、受電側の電力伝送装置１４２と、送電側の電力伝送装置１４３と、金属板ＭＰとが示してある。

【0205】

自動車１４１は、電力を受電する電力伝送装置１４２を有している。電力伝送装置１４２は、上記の実施の形態で説明した受電側の電力伝送装置である。

【0206】

電力伝送装置１４２は、自動車１４１の金属シャーシを介して、電力を受電する。自動車１４１は、受電した電力をバッテリ（図示せず）に充電する。

【0207】

電力を送電する電力伝送装置１４３（充電器）は、地中に埋められている。電力伝送装置１４３は、上記の実施の形態で説明した送電側の電力伝送装置である。

【0208】

自動車１４１は、充電の際、電力伝送装置１４３の上方を通過する。そのため、電力伝送装置１４３のコイルの上方には、コイルを保護する金属板ＭＰも地中に埋められている。

【0209】

このように、電力伝送装置は、金属板を介した自動車の充電においても、漏洩磁界を抑制することができる。

【0210】

なお、電力伝送装置は、その他の無線給電システムにも適用することができる。例えば、介護に用いられる電動リフト等、金属板を介した無線給電システムに適用することができる。

【0211】

以上、本発明について実施形態を用いて説明したが、電力伝送装置の構成を理解容易にするために、主な処理内容に応じて分類したものである。構成要素の分類の仕方や名称によって、本願発明が制限されることはない。電力伝送装置の構成は、処理内容に応じて、さらに多くの構成要素に分類することもできる。また、１つの構成要素がさらに多くの処理を実行するように分類することもできる。また、各構成要素の処理は、１つのハードウェアで実行されてもよいし、複数のハードウェアで実行されてもよい。

【0212】

また、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。上記実施形態に多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者には明らかである。また、そのような変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。さらに、各実施の形態を組み合わせることもできる。

【0213】

また、図面等において示した各構成の位置、大きさ、形状、範囲などは、発明の理解を容易にするため、実際の位置、大きさ、形状、範囲などを表していない場合がある。このため、本発明は、必ずしも、図面等に開示された位置、大きさ、形状、範囲などに限定されない。

【符号の説明】

【0214】

１…携帯端末、２…充電器、１ａ…コイル、１ｂａ，１ｂｂ…コンデンサ、１ｃ…受電回路、１ｄ…バッテリ、２ａ…コイル、２ｂａ，２ｂｂ…コンデンサ、２ｃ…送電回路、ＭＰ…金属板、ＳＬＯ…スロット、ＳＬＩ…スリット、１１…コイル、１２ａ，１２ｂ…コンデンサ、１３…バラン、１４…ＬＰＦ、１５…整流回路、１６…平滑回路、１７…電源回路、１８…負荷、２１…磁性体シート、２２…受電回路、２３…本体、２４…ディスプレイ、４１…コイル、４２…コンデンサ、５１…ＬＰＦ、５２…強制バラン、６１，６２…コイル、６３…コンデンサ、７１，７２…磁性体シート、８１…Ｅ級アンプ、８２…ＬＰＦ、８３…バラン、８４ａ，８４ｂ…コンデンサ、８５…コイル、８６…コモンモードフィルタ、８７…電源、９１…送電アンプ、１０１…ＬＰＦ、１０２，１０３…コイル、１０４…コンデンサ、１１１，１１２…磁性体シート、１１３…送電回路、１１４…本体、ＭＰ１…金属板、ＳＬＯ１，ＳＬＯ２…スロット、ＳＬＩ１，ＳＬＩ２…スリット、ＳＷ…スイッチ、１２１…ＨＰＦ、１２２…給電素子、１２３…整合回路、１２４…整流回路、１３１，１３２…送電回路、１３３ａ，１３３ｂ，１３４…コイル、１３５ａ〜１３５ｃ，１３６ａ，１３６ｂ…コンデンサ、ＭＰ１１…金属板、ＳＬＯ１１〜ＳＬＯ１３…スロット、ＳＬＩ１１〜ＳＬＩ１４…スリット、１４１…自動車、１４２…電力伝送装置、１４３…電力伝送装置。

【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】

【図23】