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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023142830
(43)【公開日】2023-10-05
(54)【発明の名称】ワイヤレス給電装置及びワイヤレス給電方法
(51)【国際特許分類】
H02J 50/40 20160101AFI20230928BHJP
H02J 50/12 20160101ALI20230928BHJP
【ＦＩ】
H02J50/40
H02J50/12
【審査請求】未請求
【請求項の数】12
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022049945
(22)【出願日】2022-03-25
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用申請有り １．発行者名：山梨大学 刊行物名：２０２１年度 山梨大学 工学部 電気電子工学科 卒業論文発表会 予稿集 発行年月日：２０２２年（令和４年）２月２１日 ２．集会名：２０２１年度 山梨大学 工学部 電気電子工学科 卒業論文発表会 開催日：２０２２年（令和４年）２月２１日 資料名：結合コイルを用いた３次元ワイヤレス電力伝送の研究
(71)【出願人】
【識別番号】304023994
【氏名又は名称】国立大学法人山梨大学
(74)【代理人】
【識別番号】110001139
【氏名又は名称】ＳＫ弁理士法人
(74)【代理人】
【識別番号】100130328
【弁理士】
【氏名又は名称】奥野 彰彦
(74)【代理人】
【識別番号】100130672
【弁理士】
【氏名又は名称】伊藤 寛之
(72)【発明者】
【氏名】關谷 尚人
(57)【要約】
【課題】コストアップを抑制することができるワイヤレス給電装置及びワイヤレス給電方法を提供することを目的としている。
【解決手段】高周波電源と、励振器と、給電共振器と、を備え、前記励振器は、第１励振コイルを有し、前記第１励振コイルは、前記高周波電源に電気的に接続され、前記給電共振器は、少なくとも３つの給電コイルを有し、前記給電コイルは、予め定められた基準軸における径方向に沿うように略放射状又は放射状に配置され、前記給電コイルは、同一の共振周波数を有し、それらを結合させることで予め定められたモード周波数をもつ振動モードが生成され、前記高周波電源は、前記振動モードの前記モード周波数に対応する周波数の電力を前記第１励振コイルに供給して前記給電共振器を励振させ、前記給電コイルを前記振動モードで共振させるように構成される、ワイヤレス給電装置が提供される。
【選択図】図１
【解決手段】高周波電源と、励振器と、給電共振器と、を備え、前記励振器は、第１励振コイルを有し、前記第１励振コイルは、前記高周波電源に電気的に接続され、前記給電共振器は、少なくとも３つの給電コイルを有し、前記給電コイルは、予め定められた基準軸における径方向に沿うように略放射状又は放射状に配置され、前記給電コイルは、同一の共振周波数を有し、それらを結合させることで予め定められたモード周波数をもつ振動モードが生成され、前記高周波電源は、前記振動モードの前記モード周波数に対応する周波数の電力を前記第１励振コイルに供給して前記給電共振器を励振させ、前記給電コイルを前記振動モードで共振させるように構成される、ワイヤレス給電装置が提供される。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
高周波電源と、励振器と、給電共振器と、を備え、
前記励振器は、第１励振コイルを有し、
前記第１励振コイルは、前記高周波電源に電気的に接続され、
前記給電共振器は、少なくとも３つの給電コイルを有し、
前記給電コイルは、予め定められた基準軸における径方向に沿うように略放射状又は放射状に配置され、
前記給電コイルは、同一の共振周波数を有し、それらを結合させることで予め定められたモード周波数をもつ振動モードが生成され、
前記高周波電源は、前記振動モードの前記モード周波数に対応する周波数の電力を前記第１励振コイルに供給して前記給電共振器を励振させ、前記給電コイルを前記振動モードで共振させるように構成される、ワイヤレス給電装置。
前記励振器は、第１励振コイルを有し、
前記第１励振コイルは、前記高周波電源に電気的に接続され、
前記給電共振器は、少なくとも３つの給電コイルを有し、
前記給電コイルは、予め定められた基準軸における径方向に沿うように略放射状又は放射状に配置され、
前記給電コイルは、同一の共振周波数を有し、それらを結合させることで予め定められたモード周波数をもつ振動モードが生成され、
前記高周波電源は、前記振動モードの前記モード周波数に対応する周波数の電力を前記第１励振コイルに供給して前記給電共振器を励振させ、前記給電コイルを前記振動モードで共振させるように構成される、ワイヤレス給電装置。
【請求項2】
請求項１に記載のワイヤレス給電装置であって、
前記給電コイルは、平面状または滑らかな曲面状に形成される、ワイヤレス給電装置。
前記給電コイルは、平面状または滑らかな曲面状に形成される、ワイヤレス給電装置。
【請求項3】
請求項１又は請求項２に記載のワイヤレス給電装置であって、
前記高周波電源は、各前記給電コイルを正面視したときにおいて、各前記給電コイルに同じ向きの電流が流れるような前記振動モードで前記給電コイルが共振するように、前記第１励振コイルに電力を供給する、ワイヤレス給電装置。
前記高周波電源は、各前記給電コイルを正面視したときにおいて、各前記給電コイルに同じ向きの電流が流れるような前記振動モードで前記給電コイルが共振するように、前記第１励振コイルに電力を供給する、ワイヤレス給電装置。
【請求項4】
請求項１～請求項３の何れか１つに記載のワイヤレス給電装置であって、
前記高周波電源は、発生する磁界の向きが異なる複数の前記振動モードで前記給電コイルが共振するように、前記第１励振コイルに供給される電力の周波数を変える、ワイヤレス給電装置。
前記高周波電源は、発生する磁界の向きが異なる複数の前記振動モードで前記給電コイルが共振するように、前記第１励振コイルに供給される電力の周波数を変える、ワイヤレス給電装置。
【請求項5】
請求項１～請求項４の何れか１つに記載のワイヤレス給電装置であって、
前記給電共振器は、４つの前記給電コイルを有する、ワイヤレス給電装置。
前記給電共振器は、４つの前記給電コイルを有する、ワイヤレス給電装置。
【請求項6】
請求項１～請求項５の何れか１つに記載のワイヤレス給電装置であって、
前記第１励振コイルは、前記給電コイルの内側に配置されている、ワイヤレス給電装置。
前記第１励振コイルは、前記給電コイルの内側に配置されている、ワイヤレス給電装置。
【請求項7】
請求項１～請求項５の何れか１つに記載のワイヤレス給電装置であって、
前記励振器は、第２励振コイルを更に有し、
前記第１励振コイルは、前記基準軸における周方向において、隣接する一対の前記給電コイルの間に挟まれるように配置され、
前記第２励振コイルは、前記基準軸における周方向において、前記第１励振コイルを挟む一対の前記給電コイルとは異なる一対の前記給電コイルの間に挟まれるように配置され、且つ、前記第２励振コイルは、前記第１励振コイルに略直交又は直交するように配置されている、ワイヤレス給電装置。
前記励振器は、第２励振コイルを更に有し、
前記第１励振コイルは、前記基準軸における周方向において、隣接する一対の前記給電コイルの間に挟まれるように配置され、
前記第２励振コイルは、前記基準軸における周方向において、前記第１励振コイルを挟む一対の前記給電コイルとは異なる一対の前記給電コイルの間に挟まれるように配置され、且つ、前記第２励振コイルは、前記第１励振コイルに略直交又は直交するように配置されている、ワイヤレス給電装置。
【請求項8】
請求項７に記載のワイヤレス給電装置であって、
前記高周波電源は、前記第１及び第２励振コイルに対して交互に電力を供給する、ワイヤレス給電装置。
前記高周波電源は、前記第１及び第２励振コイルに対して交互に電力を供給する、ワイヤレス給電装置。
【請求項9】
請求項７に記載のワイヤレス給電装置であって、
前記高周波電源は、前記第１及び第２励振コイルに同時に電力を供給し、
前記第１励振コイルに供給される電力と前記第２励振コイルに供給される電力とは、予め定められた位相差を有する、ワイヤレス給電装置。
前記高周波電源は、前記第１及び第２励振コイルに同時に電力を供給し、
前記第１励振コイルに供給される電力と前記第２励振コイルに供給される電力とは、予め定められた位相差を有する、ワイヤレス給電装置。
【請求項10】
請求項１～請求項９の何れか１つに記載のワイヤレス給電装置であって、
前記給電コイルは、平面視形状が三角形、平行四辺形、矩形、多角形、円形またはこれらの組合せの形状を有するスパイラルコイルで構成されている、ワイヤレス給電装置。
前記給電コイルは、平面視形状が三角形、平行四辺形、矩形、多角形、円形またはこれらの組合せの形状を有するスパイラルコイルで構成されている、ワイヤレス給電装置。
【請求項11】
請求項１～請求項１０の何れか１つに記載のワイヤレス給電装置であって、
少なくとも３つのパーティションを更に備え、
各前記パーティション内には、各前記給電コイルが設けられている、ワイヤレス給電装置。
少なくとも３つのパーティションを更に備え、
各前記パーティション内には、各前記給電コイルが設けられている、ワイヤレス給電装置。
【請求項12】
高周波電源、励振器、及び給電共振器を用いたワイヤレス給電方法であって、
共振ステップを備え、
前記励振器は、第１励振コイルを有し、
前記第１励振コイルは、前記高周波電源に電気的に接続され、
前記給電共振器は、少なくとも３つの給電コイルを有し、
前記給電コイルは、予め定められた基準軸における径方向に沿うように略放射状又は放射状に配置され、
前記給電コイルは、同一の共振周波数を有し、それらを結合させることで予め定められたモード周波数をもつ振動モードが生成され、
前記共振ステップでは、前記高周波電源が、前記振動モードの前記モード周波数に対応する周波数の電力を前記第１励振コイルに供給して前記給電共振器を励振させ、前記給電コイルを前記振動モードで共振させる、方法。
共振ステップを備え、
前記励振器は、第１励振コイルを有し、
前記第１励振コイルは、前記高周波電源に電気的に接続され、
前記給電共振器は、少なくとも３つの給電コイルを有し、
前記給電コイルは、予め定められた基準軸における径方向に沿うように略放射状又は放射状に配置され、
前記給電コイルは、同一の共振周波数を有し、それらを結合させることで予め定められたモード周波数をもつ振動モードが生成され、
前記共振ステップでは、前記高周波電源が、前記振動モードの前記モード周波数に対応する周波数の電力を前記第１励振コイルに供給して前記給電共振器を励振させ、前記給電コイルを前記振動モードで共振させる、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ワイヤレス給電装置及びワイヤレス給電方法に関する。
【背景技術】
【0002】
モノのインターネット（IoT: Internet of Things）の普及に伴い、様々な機器がインターネットに接続されるようになってきている。これらの機器には定期的な充電や電池交換を要し、電力供給のコストの問題が顕在化している。そこで、近年、３次元空間のあらゆる位置にある機器へのワイヤレス電力伝送（WPT: Wireless Power Transfer）が注目されている。WPTの中には、マイクロ波送電方式があるが、この方式は、３次元空間を介して電力を供給することが可能である一方、効率が非常に悪く、大きな電力を供給することができないという問題がある。これに対して、マイクロ波フィルタ等によく用いられる空洞共振器を部屋サイズに拡張し、部屋内（空洞共振器内）の広範囲にわたって大きな電力を送電する方式が提案されている（例えば、非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【0003】
【非特許文献1】T. Sasatani et el "Multimode quasistatic cavity resonators for wireless power transfer," IEEE Antennas and wireless propagation letters, vol. 16, pp. 2746-2749, 2017
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
非特許文献１に記載の技術は、金属で構成される空洞共振器のサイズを大型して、ワイヤレス給電を実現したい空間を空洞共振器で囲む必要があり、コスト面での課題がある。
【0005】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、コストアップを抑制することができるワイヤレス給電装置及びワイヤレス給電方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明によれば、高周波電源と、励振器と、給電共振器と、を備え、前記励振器は、第１励振コイルを有し、前記第１励振コイルは、前記高周波電源に電気的に接続され、前記給電共振器は、少なくとも３つの給電コイルを有し、前記給電コイルは、予め定められた基準軸における径方向に沿うように略放射状又は放射状に配置され、前記給電コイルは、同一の共振周波数を有し、それらを結合させることで予め定められたモード周波数をもつ振動モードが生成され、前記高周波電源は、前記振動モードの前記モード周波数に対応する周波数の電力を前記第１励振コイルに供給して前記給電共振器を励振させ、前記給電コイルを前記振動モードで共振させるように構成される、ワイヤレス給電装置が提供される。
【0007】
本発明によれば、予め定められた基準軸における径方向に沿うように略放射状又は放射状に配置された少なくとも３つの給電コイルを、予め定められたモード周波数をもつ振動モードで共振させることで磁界を発生させてワイヤレス給電を行う方式であり、部屋サイズまで大型化したような空洞共振器が必要なく、コイルを対象となる空間に設ければ足りるため、コストアップを抑制することができる。
【0008】
以下、本発明の種々の実施形態を例示する。以下に示す実施形態は互いに組み合わせ可能である。
好ましくは、前記給電コイルは、平面状または滑らかな曲面状に形成される、ワイヤレス給電装置が提供される。
好ましくは、前記高周波電源は、各前記給電コイルを正面視したときにおいて、各前記給電コイルに同じ向きの電流が流れるような前記振動モードで前記給電コイルが共振するように、前記第１励振コイルに電力を供給する、ワイヤレス給電装置が提供される。
好ましくは、前記高周波電源は、発生する磁界の向きが異なる複数の前記振動モードで前記給電コイルが共振するように、前記第１励振コイルに供給される電力の周波数を変える、ワイヤレス給電装置が提供される。
好ましくは、前記給電共振器は、４つの前記給電コイルを有する、ワイヤレス給電装置が提供される。
好ましくは、前記第１励振コイルは、前記給電コイルの内側に配置されている、ワイヤレス給電装置が提供される。
好ましくは、前記励振器は、第２励振コイルを更に有し、前記第１励振コイルは、前記基準軸における周方向において、隣接する一対の前記給電コイルの間に挟まれるように配置され、前記第２励振コイルは、前記基準軸における周方向において、前記第１励振コイルを挟む一対の前記給電コイルとは異なる一対の前記給電コイルの間に挟まれるように配置され、且つ、前記第２励振コイルは、前記第１励振コイルに略直交又は直交するように配置されている、ワイヤレス給電装置が提供される。
好ましくは、前記高周波電源は、前記第１及び第２励振コイルに対して交互に電力を供給する、ワイヤレス給電装置が提供される。
好ましくは、前記高周波電源は、前記第１及び第２励振コイルに同時に電力を供給し、前記第１励振コイルに供給される電力と前記第２励振コイルに供給される電力とは、予め定められた位相差を有する、ワイヤレス給電装置が提供される。
好ましくは、前記給電コイルは、平面視形状が三角形、平行四辺形、矩形、多角形、円形またはこれらの組合せの形状を有するスパイラルコイルで構成されている、ワイヤレス給電装置が提供される。
好ましくは、少なくとも３つのパーティションを更に備え、各前記パーティション内には、各前記給電コイルが設けられている、ワイヤレス給電装置が提供される。
本発明の実施形態の別の観点によれば、高周波電源、励振器、及び給電共振器を用いたワイヤレス給電方法であって、共振ステップを備え、前記励振器は、第１励振コイルを有し、前記第１励振コイルは、前記高周波電源に電気的に接続され、前記給電共振器は、少なくとも３つの給電コイルを有し、前記給電コイルは、予め定められた基準軸における径方向に沿うように略放射状又は放射状に配置され、前記給電コイルは、同一の共振周波数を有し、それらを結合させることで予め定められたモード周波数をもつ振動モードが生成され、前記共振ステップでは、前記高周波電源が、前記振動モードの前記モード周波数に対応する周波数の電力を前記第１励振コイルに供給して前記給電共振器を励振させ、前記給電コイルを前記振動モードで共振させる、方法が提供される。
好ましくは、前記給電コイルは、平面状または滑らかな曲面状に形成される、ワイヤレス給電装置が提供される。
好ましくは、前記高周波電源は、各前記給電コイルを正面視したときにおいて、各前記給電コイルに同じ向きの電流が流れるような前記振動モードで前記給電コイルが共振するように、前記第１励振コイルに電力を供給する、ワイヤレス給電装置が提供される。
好ましくは、前記高周波電源は、発生する磁界の向きが異なる複数の前記振動モードで前記給電コイルが共振するように、前記第１励振コイルに供給される電力の周波数を変える、ワイヤレス給電装置が提供される。
好ましくは、前記給電共振器は、４つの前記給電コイルを有する、ワイヤレス給電装置が提供される。
好ましくは、前記第１励振コイルは、前記給電コイルの内側に配置されている、ワイヤレス給電装置が提供される。
好ましくは、前記励振器は、第２励振コイルを更に有し、前記第１励振コイルは、前記基準軸における周方向において、隣接する一対の前記給電コイルの間に挟まれるように配置され、前記第２励振コイルは、前記基準軸における周方向において、前記第１励振コイルを挟む一対の前記給電コイルとは異なる一対の前記給電コイルの間に挟まれるように配置され、且つ、前記第２励振コイルは、前記第１励振コイルに略直交又は直交するように配置されている、ワイヤレス給電装置が提供される。
好ましくは、前記高周波電源は、前記第１及び第２励振コイルに対して交互に電力を供給する、ワイヤレス給電装置が提供される。
好ましくは、前記高周波電源は、前記第１及び第２励振コイルに同時に電力を供給し、前記第１励振コイルに供給される電力と前記第２励振コイルに供給される電力とは、予め定められた位相差を有する、ワイヤレス給電装置が提供される。
好ましくは、前記給電コイルは、平面視形状が三角形、平行四辺形、矩形、多角形、円形またはこれらの組合せの形状を有するスパイラルコイルで構成されている、ワイヤレス給電装置が提供される。
好ましくは、少なくとも３つのパーティションを更に備え、各前記パーティション内には、各前記給電コイルが設けられている、ワイヤレス給電装置が提供される。
本発明の実施形態の別の観点によれば、高周波電源、励振器、及び給電共振器を用いたワイヤレス給電方法であって、共振ステップを備え、前記励振器は、第１励振コイルを有し、前記第１励振コイルは、前記高周波電源に電気的に接続され、前記給電共振器は、少なくとも３つの給電コイルを有し、前記給電コイルは、予め定められた基準軸における径方向に沿うように略放射状又は放射状に配置され、前記給電コイルは、同一の共振周波数を有し、それらを結合させることで予め定められたモード周波数をもつ振動モードが生成され、前記共振ステップでは、前記高周波電源が、前記振動モードの前記モード周波数に対応する周波数の電力を前記第１励振コイルに供給して前記給電共振器を励振させ、前記給電コイルを前記振動モードで共振させる、方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図2】図２Ａは、図１に示すパーティションｐ１～ｐ３の斜視図である。図２Ｂは、図２Ａに示すパーティションｐ１～ｐ３を取り除き、給電コイル３１～３３及び励振コイル２１を露出させた状態を示す斜視図である。
【図4】図４Ａは、電磁界シミュレータ（給電コイルの高さ幅９０ｃｍ，横幅９０ｃｍ）の計算結果であって、本振動モードにおける磁界の強さを示す分布図である。図４Ａでは、給電コイル３１～３３の高さ方向の中央位置（図３の座標ｚ２）における水平面の磁界の強さを示している。図４Ａでは、色が濃いほど、磁界が強いことを示しており、また、符号Ｓｇ１は、図３に示すコイル部分Ｘ１を通る電流の向きを示し、符号Ｓｇ２は、図３に示すコイル部分Ｘ２を通る電流の向きを示している（以下の図６等も同様）。図４Ｂは、電磁界シミュレータの計算結果であって、図４Ａと同じ水平面における、図４Ａに示す振動モードの磁界の強さ及び磁界の方向を示す分布図である。図４Ｂでは、矢印の方向が各箇所の磁界の方向を示しており、矢印の色が濃いほど、磁界が強いことを示している（以下の図６等も同様）。
【図5】図５Ａは、給電コイル３１～３３における高さ方向の中央位置から１５ｃｍ高い位置における、水平面の磁界の強さを示している。図５Ｂは、給電コイル３１～３３における高さ方向の中央位置から３０ｃｍ高い位置における、水平面の磁界の強さを示している。
【図6】図６Ａは、電磁界シミュレータの計算結果であって、図４Ａ及び図４Ｂとは異なる振動モード（周波数が図４Ａ及び図４Ｂの振動モードの周波数より高い）における磁界の強さを示す分布図である。図６Ａでは、給電コイル３１～３３の高さ方向の中央位置における水平面の磁界の強さを示している。図６Ｂは、電磁界シミュレータの計算結果であって、図６Ａと同じ水平面における、図６Ａに示す振動モードの磁界の強さ及び磁界の方向を示す分布図である。
【図8】図８Ａは、図７に示すパーティションｐ１～ｐ４の斜視図である。図８Ｂは、図８Ａに示すパーティションｐ１～ｐ４を取り除き、給電コイル３１～３４及び励振コイル２１を露出させた状態を示す斜視図である。
【図9】図９Ａ～図９Ｄは、電磁界シミュレータの計算結果であって、４つの振動モード（周波数は、低い方から順番に図９Ａ、図９Ｂ、図９Ｃ及び図９Ｄ）における磁界の強さを示す分布図である。図９Ａ～図９Ｄでは、給電コイル３１～３４の高さ方向の中央位置における水平面の磁界の強さを示している。
【図12】図１２Ａは、電磁界シミュレータの計算結果であって、励振コイル２１を使用しているときにおける磁界の強さを示す分布図である。図１２Ｂは、電磁界シミュレータの計算結果であって、図１２Ａと同じ水平面における、図１２Ａに示す振動モードの磁界の強さ及び磁界の方向を示す分布図である。図１２Ｃは、電磁界シミュレータの計算結果であって、励振コイル２２を使用しているときにおける磁界の強さを示す分布図である。図１２Ｄは、電磁界シミュレータの計算結果であって、図１２Ｃと同じ水平面における、図１２Ｃに示す振動モードの磁界の強さ及び磁界の方向を示す分布図である。図１２Ａ及び図１２Ｃでは、給電コイル３１～３４の高さ方向の中央位置における水平面の磁界の強さを示している。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、図面を用いて本発明の実施形態について説明する。以下に示す実施形態中で示した各種特徴事項は、互いに組み合わせ可能である。また、各特徴事項について独立して発明が成立する。
【0011】
１ 実施の形態
１－１ 全体構成説明
図１及び図２Ａに示すように、実施形態に係るワイヤレス給電装置１００は、例えば、オフィス等の空間に配置されるパーティション（建築物の内部空間を区切る仕切板）に適用されている。図１～図２Ｂに示すように、ワイヤレス給電装置１００は、高周波電源１と、励振器２と、給電共振器３と、パーティションｐ１～ｐ３とを備えている。ワイヤレス給電装置１００は、充電対象である各種装置（受電側の装置）に対して、３次元空間を隔てて充電可能な磁界結合方式を採用している。
充電対象である各種装置は、例えば、オフィス等に配置される電化製品（携帯電話、パソコン、照明等）である。なお、実施形態では、ワイヤレス給電装置１００がパーティションに適用されているものとして説明しているが、これに限定されるものではなく、例えば、工場に適用され、工場の電動工具の給電に用いられてもよい。その他に、実施形態は、IoT社会に欠かせない各種センサ類への非接触給電や、カプセル内視鏡等の体内医療機器の非接触給電にも適用することが可能である。
１－１ 全体構成説明
図１及び図２Ａに示すように、実施形態に係るワイヤレス給電装置１００は、例えば、オフィス等の空間に配置されるパーティション（建築物の内部空間を区切る仕切板）に適用されている。図１～図２Ｂに示すように、ワイヤレス給電装置１００は、高周波電源１と、励振器２と、給電共振器３と、パーティションｐ１～ｐ３とを備えている。ワイヤレス給電装置１００は、充電対象である各種装置（受電側の装置）に対して、３次元空間を隔てて充電可能な磁界結合方式を採用している。
充電対象である各種装置は、例えば、オフィス等に配置される電化製品（携帯電話、パソコン、照明等）である。なお、実施形態では、ワイヤレス給電装置１００がパーティションに適用されているものとして説明しているが、これに限定されるものではなく、例えば、工場に適用され、工場の電動工具の給電に用いられてもよい。その他に、実施形態は、IoT社会に欠かせない各種センサ類への非接触給電や、カプセル内視鏡等の体内医療機器の非接触給電にも適用することが可能である。
【0012】
ワイヤレス給電装置１００は、複数の給電コイル（後述する給電コイル３１～３３）を結合（電磁界結合）させることが可能となっている。そして、複数の給電コイルが結合することで、複数の給電コイルには、異なるモード周波数をもつ複数の振動モードが生成される。具体的には、ワイヤレス給電装置１００は、励振コイル２１を使用することで図４Ａ及び図４Ｂに示すような振動モードと、図６Ａ及び図６Ｂに示すような振動モードとを生成することができる。
【0013】
１－２ 高周波電源１
図１に示すように、高周波電源１は、励振器２を介して給電共振器３を励振するように構成されている。つまり、高周波電源１は、その出力信号を励振器２に出力し、励振器２は、給電共振器３に電磁的に結合する。高周波電源１は、後述する励振器２の励振コイル２１に接続されている。高周波電源１の制御は、不図示の制御装置によって制御される。
図１に示すように、高周波電源１は、励振器２を介して給電共振器３を励振するように構成されている。つまり、高周波電源１は、その出力信号を励振器２に出力し、励振器２は、給電共振器３に電磁的に結合する。高周波電源１は、後述する励振器２の励振コイル２１に接続されている。高周波電源１の制御は、不図示の制御装置によって制御される。
【0014】
１－３ 励振器２
図２Ｂ及び図３に示すように、励振器２は、励振コイル２１を備えている。励振コイル２１は、高周波電源１に電気的に接続されており、高周波の交流電力が供給されるように構成されている。励振コイル２１は、第１励振コイルの一例である。励振コイル２１は、給電コイル３１～３３を励振させる機能を有する。つまり、高周波電源１が、振動モードのモード周波数に対応する周波数の電力を励振コイル２１に供給すると、給電コイル３１～３３が励振される。
図２Ｂ及び図３に示すように、励振器２は、励振コイル２１を備えている。励振コイル２１は、高周波電源１に電気的に接続されており、高周波の交流電力が供給されるように構成されている。励振コイル２１は、第１励振コイルの一例である。励振コイル２１は、給電コイル３１～３３を励振させる機能を有する。つまり、高周波電源１が、振動モードのモード周波数に対応する周波数の電力を励振コイル２１に供給すると、給電コイル３１～３３が励振される。
【0015】
励振コイル２１の構成（形状）は、特に限定されるものではないが、後述する給電コイル３１～３３と電磁界結合を形成しやすい形状や大きさであることが好ましい。実施形態では、励振コイル２１の形状は、円形状である。また、実施形態において、励振コイル２１は、給電コイルのうちの１つ（実施形態では給電コイル３１）の内側に配置されている。換言すると、励振コイル２１の周囲は、給電コイル３１に取り囲まれるように設けられている。また、励振コイル２１は、給電コイル３１が配置される平面と同じ平面上に配置されている。更に、実施形態において、励振コイル２１の中心位置は、給電コイル３１の中心位置に一致又は略一致している。
【0016】
１－４ 給電共振器３
図２Ｂ及び図３に示すように、給電共振器３は、給電コイル３１～３３を備えている。各給電コイル３１～３３の構成（形状）は、同じであり、同一の共振周波数を有する。また、ワイヤレス給電装置１００は、給電コイル３１～３３を結合（電磁界結合）させることが可能となっており、給電コイル３１～３３が結合することで、給電コイル３１～３３には、異なる共振周波数をもつ振動モードが生成される。
具体的には、共振周波数が低い方の振動モード（図４Ａ及び図４Ｂ：共振周波数は例えば１．５７ＭＨｚ）と、共振周波数が高い方の振動モード（図６Ａ及び図６Ｂ：共振周波数は例えば１．６４ＭＨｚ）を生成することができる。
図２Ｂ及び図３に示すように、給電共振器３は、給電コイル３１～３３を備えている。各給電コイル３１～３３の構成（形状）は、同じであり、同一の共振周波数を有する。また、ワイヤレス給電装置１００は、給電コイル３１～３３を結合（電磁界結合）させることが可能となっており、給電コイル３１～３３が結合することで、給電コイル３１～３３には、異なる共振周波数をもつ振動モードが生成される。
具体的には、共振周波数が低い方の振動モード（図４Ａ及び図４Ｂ：共振周波数は例えば１．５７ＭＨｚ）と、共振周波数が高い方の振動モード（図６Ａ及び図６Ｂ：共振周波数は例えば１．６４ＭＨｚ）を生成することができる。
【0017】
実施形態では、各給電コイル３１～３３の構成（形状）は、同じであるため、給電コイル３１を例に給電コイルの形状を説明する。
図３に示すように、給電コイル３１は、平面状又は滑らかな曲面状に形成することができる。実施形態では、給電コイル３１は、平面状に形成されている。
また、給電コイル３１は、平面視形状が、三角形、平行四辺形、矩形、多角形、円形またはこれらの組合せの形状を有するコイルで構成することができる。実施形態では、給電コイル３１は、平面視形状が、矩形となっており、高さ方向において領域Ｓｐ１の磁界強度のムラが生じることを抑制することができる（図４Ａ、図５Ａ及び図５Ｂ参照）。更に、各給電コイル３１は、スパイラルコイルで構成されている。すなわち、給電コイル３１は、導線が平面的にスパイラル状に巻かれて形成されたコイルで構成されている。換言すると、給電コイル３１は、内側端部ｓ及び外側端部ｔを有する非環状のコイルである。実施形態では、図３に示すように、給電コイル３１の導線の巻回し方向は、外側端部ｔから内側端部ｓに向かう方向において時計回りである。
図３に示すように、給電コイル３１は、平面状又は滑らかな曲面状に形成することができる。実施形態では、給電コイル３１は、平面状に形成されている。
また、給電コイル３１は、平面視形状が、三角形、平行四辺形、矩形、多角形、円形またはこれらの組合せの形状を有するコイルで構成することができる。実施形態では、給電コイル３１は、平面視形状が、矩形となっており、高さ方向において領域Ｓｐ１の磁界強度のムラが生じることを抑制することができる（図４Ａ、図５Ａ及び図５Ｂ参照）。更に、各給電コイル３１は、スパイラルコイルで構成されている。すなわち、給電コイル３１は、導線が平面的にスパイラル状に巻かれて形成されたコイルで構成されている。換言すると、給電コイル３１は、内側端部ｓ及び外側端部ｔを有する非環状のコイルである。実施形態では、図３に示すように、給電コイル３１の導線の巻回し方向は、外側端部ｔから内側端部ｓに向かう方向において時計回りである。
【0018】
放射状に配置されるパーティションｐ１～ｐ３の基準軸Ｏ（中心位置）は、パーティションｐ１～ｐ３を上面視したときにおいて、各パーティションｐ１～ｐ３の全体に重なる各仮想線を引いたとき、３つの仮想線が交わる位置における、垂直方向の軸として定義することができる。
【0019】
給電コイル３１～３３は、図１に示すように、基準軸Ｏにおける径方向に沿うように放射状に配置されている。実施形態では、基準軸Ｏから各給電コイル３１～３３までの距離（基準軸Ｏから各給電コイル３１～３３のうち最も内側に位置する導線までの距離）は、同じである。給電コイル３１～３３が基準軸Ｏにおける径方向に沿うように放射状に配置されていることで、ワイヤレス給電装置１００は、給電コイル３１～３３の内側の空間Ｓｐにおける所望の領域に均一な磁界を発生させることができ、効果的に給電することができる。ワイヤレス給電装置１００は、複数の振動モードを実行可能に構成されているが、その中の特に図４Ａ及び図４Ｂに示す振動モードでは、パーティションｐ１～ｐ３の間の空間Ｓｐのうち基準軸Ｏ寄りの領域Ｓｐ１に重点的且つ均一な磁界を形成することができる。
なお、給電コイル３１～３３は、基準軸Ｏにおける径方向に沿うように完全に放射状に配置されていなくてもよい。つまり、給電コイル３１～３３は、略放射状（基準軸Ｏにおける径方向に平行ではなく、当該径方向からずれている）に配置されていてもよい。
なお、給電コイル３１～３３は、基準軸Ｏにおける径方向に沿うように完全に放射状に配置されていなくてもよい。つまり、給電コイル３１～３３は、略放射状（基準軸Ｏにおける径方向に平行ではなく、当該径方向からずれている）に配置されていてもよい。
【0020】
図２Ｂに示すように、各給電コイル３１～３３は、基準軸Ｏを中心として、等角度で並ぶように配置されている。つまり、給電コイル３１と給電コイル３２は１２０度をなすように配置されている。そして、給電コイル３２と給電コイル３３とのなす角度、及び、給電コイル３２と給電コイル３３とのなす角度も同様に１２０度である。
なお、実施形態では、各給電コイル３１～３３は、基準軸Ｏを中心として、等角度（１２０度）で並ぶように配置されているものとして説明しているが、これに限定されるものではない。各給電コイルのなす角度にある程度ばらつきがあってもよい。各給電コイル３１～３３のなす角度は、具体的には例えば、１００，１０５，１１０，１１５，１２０，１２５，１３０，１３５，１４０であり、ここで例示した数値の何れか２つの間の範囲内であってもよい。換言すると、例えば、給電コイル３１と給電コイル３２とが、１００度をなし、給電コイル３２と給電コイル３３とが、１００度をなし、給電コイル３３と給電コイル３１とが、１６０度をなしていてもよい。また、例えば、給電コイル３１と給電コイル３２とが、９０度をなし、給電コイル３２と給電コイル３３とが、９０度をなし、給電コイル３３と給電コイル３１とが、１８０度をなしていてもよい。
なお、実施形態では、各給電コイル３１～３３は、基準軸Ｏを中心として、等角度（１２０度）で並ぶように配置されているものとして説明しているが、これに限定されるものではない。各給電コイルのなす角度にある程度ばらつきがあってもよい。各給電コイル３１～３３のなす角度は、具体的には例えば、１００，１０５，１１０，１１５，１２０，１２５，１３０，１３５，１４０であり、ここで例示した数値の何れか２つの間の範囲内であってもよい。換言すると、例えば、給電コイル３１と給電コイル３２とが、１００度をなし、給電コイル３２と給電コイル３３とが、１００度をなし、給電コイル３３と給電コイル３１とが、１６０度をなしていてもよい。また、例えば、給電コイル３１と給電コイル３２とが、９０度をなし、給電コイル３２と給電コイル３３とが、９０度をなし、給電コイル３３と給電コイル３１とが、１８０度をなしていてもよい。
【0021】
次に、給電コイル３１や励振コイル２１の各種寸法や基準軸Ｏに対する位置関係について説明する。以下に説明する構成とすることで、特に、図４Ａ及び図４Ｂに示す振動モードで発生する磁界を領域Ｓｐ１に局在化させる効果を期待できる。なお、給電コイル３２，３３も同様であるため、ここでは、給電コイル３１について言及する。図３に示すように、径方向の座標系ｒ及び垂直方向の座標系ｚを定義する。このとき、図３に示す各種座標は以下の通りである。なお、座標系ｒは、基準軸Ｏから水平方向に延びる方向の座標系である。また、座標系ｚは、基準軸Ｏに重なっている。
・座標ｒ０は、座標系ｒにおける基準軸Ｏに対応している。
・座標ｒ１は、座標系ｒにおいて、給電コイル３１のうち最も内側の部分の位置に対応している。
・座標ｒ２は、座標系ｒにおいて、励振コイル２１の中心位置Ｃに対応している。
・座標ｒ３は、座標系ｒにおいて、給電コイル３１のうち最も外側の部分の位置に対応している。
・座標ｚ０は、パーティションｐ１～ｐ３の設置面の高さ位置に対応している。
・座標ｚ１は、給電コイル３１の下端部の高さ位置に対応している。
・座標ｚ２は、励振コイル２１の中心位置Ｃの高さ位置に対応している。
・座標ｚ３は、給電コイル３１の上端部の高さ位置に対応している。
・座標ｒ０は、座標系ｒにおける基準軸Ｏに対応している。
・座標ｒ１は、座標系ｒにおいて、給電コイル３１のうち最も内側の部分の位置に対応している。
・座標ｒ２は、座標系ｒにおいて、励振コイル２１の中心位置Ｃに対応している。
・座標ｒ３は、座標系ｒにおいて、給電コイル３１のうち最も外側の部分の位置に対応している。
・座標ｚ０は、パーティションｐ１～ｐ３の設置面の高さ位置に対応している。
・座標ｚ１は、給電コイル３１の下端部の高さ位置に対応している。
・座標ｚ２は、励振コイル２１の中心位置Ｃの高さ位置に対応している。
・座標ｚ３は、給電コイル３１の上端部の高さ位置に対応している。
【0022】
給電コイル３１の縦幅（座標ｚ３と座標ｚ１の差）は、具体的には例えば、５０，５５，６０，６５，７０，７５，８０，８５，９０，９５，１００，１０５，１１０，１１５，１２０，１２５，１３０，１３５，１４０，１４５，１５０（ｃｍ）であり、ここで例示した数値の何れか２つの間の範囲内であってもよい。
給電コイル３１の横幅（座標ｒ３と座標ｒ１の差）は、具体的には例えば、５０，５５，６０，６５，７０，７５，８０，８５，９０，９５，１００，１０５，１１０，１１５，１２０，１２５，１３０，１３５，１４０，１４５，１５０（ｃｍ）であり、ここで例示した数値の何れか２つの間の範囲内であってもよい。
実施形態では、給電コイル３１の縦幅及び給電コイル３１の横幅は、概ね同じであるものとして説明している、これに限定されるものではなく、異なっていてもよい。
給電コイル３１の横幅（座標ｒ３と座標ｒ１の差）は、具体的には例えば、５０，５５，６０，６５，７０，７５，８０，８５，９０，９５，１００，１０５，１１０，１１５，１２０，１２５，１３０，１３５，１４０，１４５，１５０（ｃｍ）であり、ここで例示した数値の何れか２つの間の範囲内であってもよい。
実施形態では、給電コイル３１の縦幅及び給電コイル３１の横幅は、概ね同じであるものとして説明している、これに限定されるものではなく、異なっていてもよい。
【0023】
基準軸Ｏから給電コイル３１までの距離（座標ｒ１と座標ｒ０の差）は、具体的には例えば、１，２，３，４，５，６，７，８，９，１０，１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７，１８，１９，２０，２１，２２，２３，２４，２５，２６，２７，２８，２９，３０（ｃｍ）であり、ここで例示した数値の何れか２つの間の範囲内であってもよい。
設置面から給電コイル３１の下端部までの距離（座標ｚ１と座標ｚ０の差）は、具体的には例えば、５，１０，１５，２０，２５，３０，３５，４０，４５，５０（ｃｍ）であり、ここで例示した数値の何れか２つの間の範囲内であってもよい。
設置面から給電コイル３１の下端部までの距離（座標ｚ１と座標ｚ０の差）は、具体的には例えば、５，１０，１５，２０，２５，３０，３５，４０，４５，５０（ｃｍ）であり、ここで例示した数値の何れか２つの間の範囲内であってもよい。
【0024】
基準軸Ｏから中心位置Ｃまでの距離（座標ｒ２と座標ｒ０の差）は、具体的には例えば、２６，３０，３５，４０，４５，５０，５５，６０，６５，７０，７５，８０，８５，９０，９５，１００，１０５（ｃｍ）であり、ここで例示した数値の何れか２つの間の範囲内であってもよい。
接置面から中心位置Ｃまでの距離（座標ｚ２と座標ｚ０の差）は、具体的には例えば、５５，６０，７０，８０，９０，１００，１１０，１２０，１３０，１４０，１５０，１６０，１７０，１８０，１９０，２００（ｃｍ）であり、ここで例示した数値の何れか２つの間の範囲内であってもよい。
接置面から中心位置Ｃまでの距離（座標ｚ２と座標ｚ０の差）は、具体的には例えば、５５，６０，７０，８０，９０，１００，１１０，１２０，１３０，１４０，１５０，１６０，１７０，１８０，１９０，２００（ｃｍ）であり、ここで例示した数値の何れか２つの間の範囲内であってもよい。
【0025】
給電コイル３１の巻数は、具体的には例えば、６，１０，１４，１８，２２，２６，３０，３４，３８，４２，４６，５０，５４，５８，６２，６６，７０，７４，７８，８２，８６，９０，９４，９８であり、ここで例示した数値の何れか２つの間の範囲内であってもよい。
給電コイル３１を構成する導線の線間距離（ピッチ）は、具体的には例えば、３，４，５，６，７，８，９，１０，１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７，１８，１９，２０（ｍｍ）であり、ここで例示した数値の何れか２つの間の範囲内であってもよい。なお、給電コイル３１を構成する導線の線間距離（ピッチ）は、均一でもいいし、不均一であってもよい。給電コイル３１を構成する導線の線間距離（ピッチ）が不均一である場合には、各ピッチが、上記で例示した数値の何れか２つの間の範囲内に収まっていればよい。
給電コイル３１を構成する導線の径は、具体的には例えば、１．０，１．１，１．２，１．３，１．４，１．５，１．６，１．７，１．８，１．９，２．０，２．１，２．２，２．３，２．４，２．５，２．６，２．７，２．８，２．９，３．０（ｍｍ）であり、ここで例示した数値の何れか２つの間の範囲内であってもよい。
給電コイル３１を構成する導線の線間距離（ピッチ）は、具体的には例えば、３，４，５，６，７，８，９，１０，１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７，１８，１９，２０（ｍｍ）であり、ここで例示した数値の何れか２つの間の範囲内であってもよい。なお、給電コイル３１を構成する導線の線間距離（ピッチ）は、均一でもいいし、不均一であってもよい。給電コイル３１を構成する導線の線間距離（ピッチ）が不均一である場合には、各ピッチが、上記で例示した数値の何れか２つの間の範囲内に収まっていればよい。
給電コイル３１を構成する導線の径は、具体的には例えば、１．０，１．１，１．２，１．３，１．４，１．５，１．６，１．７，１．８，１．９，２．０，２．１，２．２，２．３，２．４，２．５，２．６，２．７，２．８，２．９，３．０（ｍｍ）であり、ここで例示した数値の何れか２つの間の範囲内であってもよい。
【0026】
励振コイル２１の径（直径）は、具体的には例えば、２０，２５，３０，３５，４０，４５，５０，５５，６０，６５，７０，７５，８０，８５，９０，９５，１００，１０５，１１０，１１５，１２０，１２５，１３０，１３５，１４０，１４５，１５０（ｃｍ）であり、ここで例示した数値の何れか２つの間の範囲内であってもよい。なお、励振コイル２１の径（直径）は、給電コイル３１よりも大きくてもよい。
【0027】
なお、実施形態では、ワイヤレス給電装置１００が、オフィス等の空間に配置されるパーティションに適用されているものとして説明し、上述の通り、数値を一例として列挙しているが、これに限定されるものではなく、部屋サイズにまで拡大されたものであってもよい。
この場合には、上述した給電コイル３１の縦幅、給電コイル３１の横幅、基準軸Ｏから給電コイル３１までの距離、設置面から給電コイル３１の下端部までの距離、基準軸Ｏから中心位置Ｃまでの距離、給電コイル３１の巻数、給電コイル３１を構成する導線の線間距離（ピッチ）、及び給電コイル３１を構成する導線の径に関して、上述で例示した数値及び当該例示した数値の何れか２つの間の範囲は、例えば、２倍、３倍、４倍、５倍であってもよい。
この場合には、上述した給電コイル３１の縦幅、給電コイル３１の横幅、基準軸Ｏから給電コイル３１までの距離、設置面から給電コイル３１の下端部までの距離、基準軸Ｏから中心位置Ｃまでの距離、給電コイル３１の巻数、給電コイル３１を構成する導線の線間距離（ピッチ）、及び給電コイル３１を構成する導線の径に関して、上述で例示した数値及び当該例示した数値の何れか２つの間の範囲は、例えば、２倍、３倍、４倍、５倍であってもよい。
【0028】
１－５ パーティションｐ１～ｐ３
図１～図２Ｂに示すように、パーティションｐ１～ｐ３は、オフィス等の各空間Ｓｐを区画するように構成されている。パーティションｐ１～ｐ３は、例えば、パネル１１～１３や、パネル１１～１３が取り付けられる枠体（図示省略）等から構成されている。パーティションｐ１内には、給電コイル３１及び励振コイル２１が内蔵されており、パーティションｐ２，ｐ３内には、給電コイル３２，３３が内蔵されている。なお、給電コイル３１～３３は、導電性の高い部材（金属等）に固定することができないため、各パーティションｐ１～ｐ３は、誘電体で構成される固定部材を備えていてもよい。固定部材は、各パーティションｐ１～ｐ３に設けられ、給電コイル３１～３３や励振コイル２１を保持する機能を有する。
図１～図２Ｂに示すように、パーティションｐ１～ｐ３は、オフィス等の各空間Ｓｐを区画するように構成されている。パーティションｐ１～ｐ３は、例えば、パネル１１～１３や、パネル１１～１３が取り付けられる枠体（図示省略）等から構成されている。パーティションｐ１内には、給電コイル３１及び励振コイル２１が内蔵されており、パーティションｐ２，ｐ３内には、給電コイル３２，３３が内蔵されている。なお、給電コイル３１～３３は、導電性の高い部材（金属等）に固定することができないため、各パーティションｐ１～ｐ３は、誘電体で構成される固定部材を備えていてもよい。固定部材は、各パーティションｐ１～ｐ３に設けられ、給電コイル３１～３３や励振コイル２１を保持する機能を有する。
【0029】
１－６ その他構成：受電側の装置
受電側の装置（充電対象である各種装置）は、不図示のコイル（共振器）を備えている。受電側の装置が、空間Ｓｐに配置されると、受電側の装置のコイルが、給電共振器３の給電コイル３１～３３によって形成される磁界と結合する。これにより、高周波電源１の電力が、励振コイル及び給電コイルを介して受電側の装置に伝えられる。なお、受電側の装置への電力の供給にあたって、受電側のコイルが給電コイル３１～３３と必ずしも共振している必要はなく、電磁誘導で電力を供給するものであってもよい。
受電側の装置（充電対象である各種装置）は、不図示のコイル（共振器）を備えている。受電側の装置が、空間Ｓｐに配置されると、受電側の装置のコイルが、給電共振器３の給電コイル３１～３３によって形成される磁界と結合する。これにより、高周波電源１の電力が、励振コイル及び給電コイルを介して受電側の装置に伝えられる。なお、受電側の装置への電力の供給にあたって、受電側のコイルが給電コイル３１～３３と必ずしも共振している必要はなく、電磁誘導で電力を供給するものであってもよい。
【0030】
２ 振動モードの説明
ワイヤレス給電装置１００は、共振ステップを実行可能に構成されている。共振ステップでは、高周波電源１が、上述した振動モードのモード周波数に対応する周波数の電力を励振コイル２１に供給して給電共振器３を励振させ、給電コイル３１～３３を当該振動モードで共振させる。
ワイヤレス給電装置１００は、共振ステップを実行可能に構成されている。共振ステップでは、高周波電源１が、上述した振動モードのモード周波数に対応する周波数の電力を励振コイル２１に供給して給電共振器３を励振させ、給電コイル３１～３３を当該振動モードで共振させる。
【0031】
２－１ 基準軸Ｏ寄りの領域に集中的に磁界を発生させるモード（図４Ａ及び図４Ｂ）
図４Ａ及び図４Ｂに示す振動モードは、空間Ｓｐのうち基準軸Ｏ寄りの領域Ｓｐ１に集中的に磁界を発生させることができる。なお、図４Ａに示すように、各給電コイル３１～３３に流れる電流の向きは同じである。換言すると、高周波電源１は、各給電コイル３１～３３を正面視したときにおいて、各各給電コイル３１～３３には同じ向きの電流が流れるような振動モードで給電コイル３１～３３が共振するように、励振コイル２１に所望の高周波電力を供給する。
図５Ａ及び図５Ｂに示すように、水平面の高さ位置が変わると、全体的にやや磁界の強度は落ちるものの、図４Ａに類似した磁界分布となる。本振動モードでは、図４Ａに示す領域Ｓｐ１にデスクや電化製品（パソコン等）を配置することで、領域Ｓｐ１に存在する電化製品を効率的に充電することができる。また、人体は、領域Ｓｐ２に位置するため、磁界が弱められており、磁界が人体に影響を及ぼしてしまうことを回避することができる。
図４Ａ及び図４Ｂに示す振動モードは、空間Ｓｐのうち基準軸Ｏ寄りの領域Ｓｐ１に集中的に磁界を発生させることができる。なお、図４Ａに示すように、各給電コイル３１～３３に流れる電流の向きは同じである。換言すると、高周波電源１は、各給電コイル３１～３３を正面視したときにおいて、各各給電コイル３１～３３には同じ向きの電流が流れるような振動モードで給電コイル３１～３３が共振するように、励振コイル２１に所望の高周波電力を供給する。
図５Ａ及び図５Ｂに示すように、水平面の高さ位置が変わると、全体的にやや磁界の強度は落ちるものの、図４Ａに類似した磁界分布となる。本振動モードでは、図４Ａに示す領域Ｓｐ１にデスクや電化製品（パソコン等）を配置することで、領域Ｓｐ１に存在する電化製品を効率的に充電することができる。また、人体は、領域Ｓｐ２に位置するため、磁界が弱められており、磁界が人体に影響を及ぼしてしまうことを回避することができる。
【0032】
２－２ 給電コイル３１に強い磁界を発生させるモード（図６Ａ及び図６Ｂ）
図６Ａ及び図６Ｂに示す振動モードでは、励振コイル２１が付設されている給電コイル３１側の領域において、給電コイル３２，３３よりも相対的に強い磁界を発生させることができる。この振動モードは、給電コイル３２と給電コイル３３との間の空間Ｓｐに発生する磁界を抑え、給電コイル３１と給電コイル３２との間の空間Ｓｐや、給電コイル３１と給電コイル３３との間の空間Ｓｐに限定的に電力を送電したい場合に有効である。
図６Ａ及び図６Ｂに示す振動モードでは、励振コイル２１が付設されている給電コイル３１側の領域において、給電コイル３２，３３よりも相対的に強い磁界を発生させることができる。この振動モードは、給電コイル３２と給電コイル３３との間の空間Ｓｐに発生する磁界を抑え、給電コイル３１と給電コイル３２との間の空間Ｓｐや、給電コイル３１と給電コイル３３との間の空間Ｓｐに限定的に電力を送電したい場合に有効である。
【0033】
また、高周波電源１が、発生する磁界の向きが異なる複数の振動モードで給電コイル３１～３３が共振するように、励振コイル２１に供給する電力の周波数を変えてもよい。つまり、図４Ａ及び図４Ｂに示す振動モードと、図６Ａ及び図６Ｂに示す振動モードとを切り替えることで、状況に応じた所望の領域に電力を送電することが可能である。これにより、ペースメーカーの医療機器等をつけている人がいても、当該機器に影響を与えることを回避することが可能である。
【0034】
３ 実施形態の作用・効果
３－１ コスト抑制
実施形態では、複数の給電コイルを複数の振動モードのうちの１つの振動モードで共振させることで磁界を発生させてワイヤレス給電行う方式を採用しており、原理的に広範囲に大きな電力を伝送することができる。従来技術（非特許文献１）では、部屋サイズまで大型化したような空洞共振器が必要であるのに対し、実施形態では、このような大掛かりな装置は不要であるため、コストアップを抑制することができる。
３－１ コスト抑制
実施形態では、複数の給電コイルを複数の振動モードのうちの１つの振動モードで共振させることで磁界を発生させてワイヤレス給電行う方式を採用しており、原理的に広範囲に大きな電力を伝送することができる。従来技術（非特許文献１）では、部屋サイズまで大型化したような空洞共振器が必要であるのに対し、実施形態では、このような大掛かりな装置は不要であるため、コストアップを抑制することができる。
【0035】
３－２ 発生させる磁界の局在化
実施形態は、給電コイル３１～３３及び励振コイル２１を備えているので、特に、図４Ａ及び図４Ｂの振動モードを生成可能である。この振動モードは、空間Ｓｐのうち基準軸Ｏ寄りの領域Ｓｐ１に重点的且つ均一な磁界を発生させることが可能である。換言すると、当該振動モードでは、限定的な箇所にワイヤレス充電に適した大きさの磁界を発生させることが可能である。このため、領域Ｓｐ１に受電側の装置を配置することで、効率的に送電が可能である。
図４Ａ及び図４Ｂに示す振動モードは、空間Ｓｐに磁界に晒したくない対象が存在する場合に有効である。例えば、空間Ｓｐがオフィスである場合には、基準軸Ｏ寄りの位置（領域Ｓｐ１）にデスクや、電化製品（携帯電話、パソコン、照明等）を配置し、基準軸Ｏから離れた位置（領域Ｓｐ２）に人間が位置するように椅子等を配置することよい。これにより、人体は磁界に晒されず、例えば、ペースメーカーの医療機器等をつけている人がいても、当該機器に影響を与えることを回避することができる。
実施形態は、給電コイル３１～３３及び励振コイル２１を備えているので、特に、図４Ａ及び図４Ｂの振動モードを生成可能である。この振動モードは、空間Ｓｐのうち基準軸Ｏ寄りの領域Ｓｐ１に重点的且つ均一な磁界を発生させることが可能である。換言すると、当該振動モードでは、限定的な箇所にワイヤレス充電に適した大きさの磁界を発生させることが可能である。このため、領域Ｓｐ１に受電側の装置を配置することで、効率的に送電が可能である。
図４Ａ及び図４Ｂに示す振動モードは、空間Ｓｐに磁界に晒したくない対象が存在する場合に有効である。例えば、空間Ｓｐがオフィスである場合には、基準軸Ｏ寄りの位置（領域Ｓｐ１）にデスクや、電化製品（携帯電話、パソコン、照明等）を配置し、基準軸Ｏから離れた位置（領域Ｓｐ２）に人間が位置するように椅子等を配置することよい。これにより、人体は磁界に晒されず、例えば、ペースメーカーの医療機器等をつけている人がいても、当該機器に影響を与えることを回避することができる。
【0036】
３－３ 電力の送電効率
実施形態では、磁界の向きを変えることが可能に構成されている。つまり、ワイヤレス給電装置１００は、図４Ａ及び図４Ｂの振動モードと図６Ａ及び図６Ｂの振動モードとを切り替えることで空間Ｓｐに形成される磁界の向きを変更することができる。これにより、受電側の装置の向きに応じて磁界の向きを制御することができるので、受電側の装置の向きに起因して電力の送電効率が低下することを抑制することができる。
実施形態では、磁界の向きを変えることが可能に構成されている。つまり、ワイヤレス給電装置１００は、図４Ａ及び図４Ｂの振動モードと図６Ａ及び図６Ｂの振動モードとを切り替えることで空間Ｓｐに形成される磁界の向きを変更することができる。これにより、受電側の装置の向きに応じて磁界の向きを制御することができるので、受電側の装置の向きに起因して電力の送電効率が低下することを抑制することができる。
【0037】
４ 変形例
４－１ 変形例１：給電コイルが４つ＋励振コイルが１つの形態
実施形態では、３つの給電コイル３１～３３が、基準軸Ｏにおける径方向に沿うように放射状に配置されているものとして説明したが、これに限定されるものではなく、ワイヤレス給電装置１００が４つ以上の給電コイルを備えていてもよい。図７～図８Ｂに示すように、本変形例１では、４つの給電コイル３１～３４が、基準軸Ｏにおける径方向に沿うように放射状に配置されている。この形態であっても、実施形態と同様の効果を得ることができる。
４－１ 変形例１：給電コイルが４つ＋励振コイルが１つの形態
実施形態では、３つの給電コイル３１～３３が、基準軸Ｏにおける径方向に沿うように放射状に配置されているものとして説明したが、これに限定されるものではなく、ワイヤレス給電装置１００が４つ以上の給電コイルを備えていてもよい。図７～図８Ｂに示すように、本変形例１では、４つの給電コイル３１～３４が、基準軸Ｏにおける径方向に沿うように放射状に配置されている。この形態であっても、実施形態と同様の効果を得ることができる。
【0038】
図７～図８Ｂに示すように、ワイヤレス給電装置１００は、パーティションｐ４及び給電コイル３４を更に備えている。そして、パーティションｐ４は、パーティションｐ１～ｐ３と同様の構成であり、例えば、パネル１４や、パネル１４が取り付けられる枠体（図示省略）等から構成されている。
【0039】
本変形例１では、パーティションｐ１～ｐ４（４つの給電コイル３１～３４）が、基準軸Ｏを中心として、等角度で並ぶように配置されている。換言すると、給電コイル３１と給電コイル３２は９０度をなすように配置され、給電コイル３２と給電コイル３３とのなす角度、給電コイル３２と給電コイル３３とのなす角度、及び、給電コイル３４と給電コイル３１とのなす角度も同様に９０度である。
なお、実施形態では、各給電コイル３１～３４は、基準軸Ｏを中心として、等角度（９０度）で並ぶように配置されているものとして説明しているが、これに限定されるものではない。各給電コイルのなす角度にある程度ばらつきがあってもよい。各給電コイル３１～３４のなす角度は、具体的には例えば、具体的には例えば、７０，７５，８０，８５，９０，９５，１００，１０５，１１０であり、ここで例示した数値の何れか２つの間の範囲内であってもよい。
なお、実施形態では、各給電コイル３１～３４は、基準軸Ｏを中心として、等角度（９０度）で並ぶように配置されているものとして説明しているが、これに限定されるものではない。各給電コイルのなす角度にある程度ばらつきがあってもよい。各給電コイル３１～３４のなす角度は、具体的には例えば、具体的には例えば、７０，７５，８０，８５，９０，９５，１００，１０５，１１０であり、ここで例示した数値の何れか２つの間の範囲内であってもよい。
【0040】
本変形例１において、給電コイル３１～３４が結合することで、異なる共振周波数をもつ振動モードを４つ生成可能である。具体的には、共振周波数が最も低い振動モード（図９Ａ及び図１０Ａ：共振周波数は例えば１．４９ＭＨｚ）と、共振周波数が２番目に低い振動モード（図９Ｂ及び図１０Ｂ：共振周波数は例えば１．６１ＭＨｚ）と、共振周波数が２番目に高い振動モード（図９Ｃ及び図１０Ｃ：共振周波数は例えば１．６８ＭＨｚ）と、共振周波数が最も高い振動モード（図９Ｄ及び図１０Ｄ：共振周波数は例えば１．７２ＭＨｚ）とを生成することができる。
【0041】
図９Ａ及び図１０Ａに示す振動モードは、実施形態において説明した図４Ａ及び図４Ｂの振動モードに類似する振動モードである。つまり、各給電コイル３１～３４に流れる電流の向きは同じである。そして、本振動モードでは、空間Ｓｐのうち基準軸Ｏ寄りの領域Ｓｐ１に集中的に磁界を発生させることができる。本振動モードは、ペースメーカーの医療機器等をつけている人がいても、当該機器に影響を与えることを回避する効果がより顕著である。
【0042】
図９Ｂ及び図１０Ｂに示す振動モードと、図９Ｃ及び図１０Ｃに示す振動モードは、磁界の向きが９０度異なる磁界分布となっている。
また、図９Ｄ及び図１０Ｄに示す振動モードは、図９Ｂ及び図１０Ｂに示す振動モード及び図９Ｃ及び図１０Ｃに示す振動モードの磁界の弱い領域を含むような磁界分布となっている。
例えば、給電コイル３１～３４の周辺以外の領域について磁界を弱めたい場合には、これらの振動モードを組み合わせて使用（状況に応じて選択的に使用）することにより、より限定的な領域に電力を送電することが可能である。つまり、給電コイルが４つの場合、ペースメーカーの医療機器等をつけている人がいても、当該機器に影響を与えることを回避する効果がより高い。
また、給電コイルが４つの場合、磁界の向きの変更の自由度が増えおり、受電側の装置の向きに起因して電力の送電効率が低下することを効果的に抑制することができる。
また、図９Ｄ及び図１０Ｄに示す振動モードは、図９Ｂ及び図１０Ｂに示す振動モード及び図９Ｃ及び図１０Ｃに示す振動モードの磁界の弱い領域を含むような磁界分布となっている。
例えば、給電コイル３１～３４の周辺以外の領域について磁界を弱めたい場合には、これらの振動モードを組み合わせて使用（状況に応じて選択的に使用）することにより、より限定的な領域に電力を送電することが可能である。つまり、給電コイルが４つの場合、ペースメーカーの医療機器等をつけている人がいても、当該機器に影響を与えることを回避する効果がより高い。
また、給電コイルが４つの場合、磁界の向きの変更の自由度が増えおり、受電側の装置の向きに起因して電力の送電効率が低下することを効果的に抑制することができる。
【0043】
４－２ 変形例２：給電コイルが４つ＋励振コイルが２つの形態
図１１に示すように、本変形例２に係るワイヤレス給電装置１００は、２つの励振コイル２１，２２を備えている。励振コイル２１は、パーティションｐ１と、パーティションｐ２との間に配置され、励振コイル２２は、パーティションｐ２と、パーティションｐ３との間に配置されている。換言すると、励振コイル２１は、基準軸Ｏにおける周方向において、隣接する一対の給電コイル３１，３２の間に挟まれるように配置されている。また、励振コイル２２は、基準軸Ｏにおける周方向において、励振コイル２１を挟む一対の給電コイル３１，３２とは異なる一対の給電コイル３２，３３の間に挟まれるように配置されている。つまり、励振コイル２１，２２は、周方向において、互いに隣接する空間Ｓｐに配置されている。なお、励振コイル２１，２２のうちの一方が第１励振コイルの一例であり、他方が第２励振コイルの一例である。
図１１に示すように、本変形例２に係るワイヤレス給電装置１００は、２つの励振コイル２１，２２を備えている。励振コイル２１は、パーティションｐ１と、パーティションｐ２との間に配置され、励振コイル２２は、パーティションｐ２と、パーティションｐ３との間に配置されている。換言すると、励振コイル２１は、基準軸Ｏにおける周方向において、隣接する一対の給電コイル３１，３２の間に挟まれるように配置されている。また、励振コイル２２は、基準軸Ｏにおける周方向において、励振コイル２１を挟む一対の給電コイル３１，３２とは異なる一対の給電コイル３２，３３の間に挟まれるように配置されている。つまり、励振コイル２１，２２は、周方向において、互いに隣接する空間Ｓｐに配置されている。なお、励振コイル２１，２２のうちの一方が第１励振コイルの一例であり、他方が第２励振コイルの一例である。
【0044】
本変形例では、給電コイル３１～３４及び励振コイル２１，２２を上面視したときにおいて、励振コイル２２は、励振コイル２１に略直交又は直交するように配置されている。また、給電コイル３１～３４及び励振コイル２１，２２を上面視したときにおいて、励振コイル２１，２２は、給電コイル３１～３４に対して、４５度の角度をなすように配置されている。本変形例２では、変形例１のように、４つの振動モードは生成されないが、以下に説明するような２つの方法で励振コイル２１，２２を使用することが可能である。
【0045】
４－２－１ 励振コイル２１，２２を選択的に駆動
第１の方法は、高周波電源１から励振コイル２１，２２に対して交互に電力を供給するものである。つまり、高周波電源１が、励振コイル２１に電力を供給しているとき、励振コイル２２には電力を供給しない（図１２Ａ及び図１２Ｂ参照）。逆に、高周波電源１が、励振コイル２２に電力を供給しているとき、励振コイル２１には電力を供給しない（図１２Ｃ及び図１２Ｄ参照）。
ここで、図１２Ａ及び図１２Ｂに示す磁界は、図１２Ｃ及び図１２Ｄに示す磁界に対して、９０度方向がずれている。つまり、高周波電源１が、励振コイル２１，２２に対して交互に電力を供給することで、磁界の向きを９０度変えることが可能である。このように、本変形例では、励振コイル２１，２２を選択的に駆動することによって、磁界分布の変更が可能（磁界が弱い部分を変更可能）である。加えて、非常に短い時間で励振コイル２１，２２交互にオンオフすることで、基準軸Ｏ寄りの領域Ｓｐ１において、周方向に均一な磁界を発生させることができる。
第１の方法は、高周波電源１から励振コイル２１，２２に対して交互に電力を供給するものである。つまり、高周波電源１が、励振コイル２１に電力を供給しているとき、励振コイル２２には電力を供給しない（図１２Ａ及び図１２Ｂ参照）。逆に、高周波電源１が、励振コイル２２に電力を供給しているとき、励振コイル２１には電力を供給しない（図１２Ｃ及び図１２Ｄ参照）。
ここで、図１２Ａ及び図１２Ｂに示す磁界は、図１２Ｃ及び図１２Ｄに示す磁界に対して、９０度方向がずれている。つまり、高周波電源１が、励振コイル２１，２２に対して交互に電力を供給することで、磁界の向きを９０度変えることが可能である。このように、本変形例では、励振コイル２１，２２を選択的に駆動することによって、磁界分布の変更が可能（磁界が弱い部分を変更可能）である。加えて、非常に短い時間で励振コイル２１，２２交互にオンオフすることで、基準軸Ｏ寄りの領域Ｓｐ１において、周方向に均一な磁界を発生させることができる。
【0046】
４－２－２ 励振コイル２１，２２を同時に駆動
第２の方法は、高周波電源１から励振コイル２１，２２に同時に電力を供給するものである。この場合、励振コイル２１に供給される電力と励振コイル２２に供給される電力とは、予め定められた位相差（本変形例では９０度）を有する。これにより、基準軸Ｏ寄りの領域Ｓｐ１において、基準軸Ｏを中心として回転するような磁界を発生させることができる（不図示）。
第２の方法は、高周波電源１から励振コイル２１，２２に同時に電力を供給するものである。この場合、励振コイル２１に供給される電力と励振コイル２２に供給される電力とは、予め定められた位相差（本変形例では９０度）を有する。これにより、基準軸Ｏ寄りの領域Ｓｐ１において、基準軸Ｏを中心として回転するような磁界を発生させることができる（不図示）。
【符号の説明】
【0047】
１ ：高周波電源
２ ：励振器
３ ：給電共振器
１１ ：パネル
１２ ：パネル
１３ ：パネル
１４ ：パネル
２１ ：励振コイル
２２ ：励振コイル
３１ ：給電コイル
３２ ：給電コイル
３３ ：給電コイル
３４ ：給電コイル
１００ ：ワイヤレス給電装置
Ｃ ：中心位置
Ｏ ：基準軸
Ｓｐ１ ：領域
Ｓｐ２ ：領域
Ｓｐ ：空間
ｐ１ ：パーティション
ｐ２ ：パーティション
ｐ３ ：パーティション
ｐ４ ：パーティション
ｓ ：内側端部
ｔ ：外側端部
２ ：励振器
３ ：給電共振器
１１ ：パネル
１２ ：パネル
１３ ：パネル
１４ ：パネル
２１ ：励振コイル
２２ ：励振コイル
３１ ：給電コイル
３２ ：給電コイル
３３ ：給電コイル
３４ ：給電コイル
１００ ：ワイヤレス給電装置
Ｃ ：中心位置
Ｏ ：基準軸
Ｓｐ１ ：領域
Ｓｐ２ ：領域
Ｓｐ ：空間
ｐ１ ：パーティション
ｐ２ ：パーティション
ｐ３ ：パーティション
ｐ４ ：パーティション
ｓ ：内側端部
ｔ ：外側端部
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
