特許 7131282 無線給電システム

(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】

(24)【登録日】2022-08-29

(45)【発行日】2022-09-06

(54)【発明の名称】無線給電システム

(51)【国際特許分類】

   H02J 50/12 20160101AFI20220830BHJP

【ＦＩ】

H02J50/12

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2018192941

(22)【出願日】2018-10-11

(65)【公開番号】P2020061887

(43)【公開日】2020-04-16

【審査請求日】2020-12-22

(73)【特許権者】

【識別番号】000241463

【氏名又は名称】豊田合成株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000648

【氏名又は名称】特許業務法人あいち国際特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100087723

【弁理士】

【氏名又は名称】藤谷 修

(74)【代理人】

【識別番号】100165962

【弁理士】

【氏名又は名称】一色 昭則

(74)【代理人】

【識別番号】100206357

【弁理士】

【氏名又は名称】角谷 智広

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 真

(72)【発明者】

【氏名】婦木 慎一郎

(72)【発明者】

【氏名】菅藤 徹

(72)【発明者】

【氏名】今井 純

(72)【発明者】

【氏名】冨田 彰

【審査官】羽鳥 友哉

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１６－００２９２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】欧州特許出願公開第０３３７９６８６（ＥＰ，Ａ１）

【文献】特開２０１４－１４３８３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－２８７５４０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｊ ５０／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

空芯の送電コイルと、
受電コイルと、
筐体に囲まれた装置と、
前記受電コイルからの電力により駆動される電子部品と、
を有し、
前記筐体の外壁に支持部材を有し、
前記送電コイルは、前記筐体の前記支持部材に固定されており、
前記受電コイルは、前記筐体の内部または前記筐体の表面に配置されており、
前記支持部材は、前記送電コイルを完全に覆うことなく、送電コイルの少なくとも一部は、大気に触れている
ことを特徴とする無線給電システム。

【請求項2】

空芯の送電コイルと、
受電コイルと、
筐体に囲まれた装置と、
前記受電コイルからの電力により駆動される電子部品と、
を有し、
前記筐体の外壁に溝または支持部材を有し、
前記送電コイルは、前記筐体の前記溝または前記支持部材に固定されており、
前記受電コイルは、前記筐体の内部または前記筐体の表面に配置されており、
前記送電コイルは、前記筐体を囲む４つの辺を有し、
前記送電コイルの４つの辺のうちの第１の辺のみが、前記受電コイルに向かって突出している
ことを特徴とする無線給電システム。

【請求項3】

請求項２に記載の無線給電システムにおいて、
前記送電コイルの４つの辺のうちの前記第１の辺の突出部分と前記受電コイルとの間の距離が、前記送電コイルの４つの辺のうちの前記第１の辺に隣接しない第２の辺と前記受電コイルとの間の距離よりも小さい
ことを特徴とする無線給電システム。

【請求項4】

空芯の送電コイルと、
受電コイルと、
筐体に囲まれた装置と、
前記受電コイルからの電力により駆動される電子部品と、
を有し、
前記筐体の外壁に溝または支持部材を有し、
前記送電コイルは、前記筐体の前記溝または前記支持部材に固定されており、
前記受電コイルは、前記筐体の内部または前記筐体の表面に配置されおり、
前記筐体は、直方体形状であり、
前記送電コイルは、筐体を囲む４つの辺を有し、前記直方体形状の前記筐体に対して傾斜している
ことを特徴とする無線給電システム。

【請求項5】

空芯の送電コイルと、
受電コイルと、
筐体に囲まれた装置と、
前記受電コイルからの電力により駆動される電子部品と、
を有し、
前記受電コイルの中心軸を周回する、前記筐体の外壁に溝または支持部材を有し、
前記筐体は、空調用レジスタの筐体であり、
前記送電コイルは、前記筐体の前記溝または前記支持部材に固定されるとともに、前記筐体を囲んでおり、
前記受電コイルは、前記筐体の内部または前記筐体の表面に配置されている
ことを特徴とする無線給電システム。

【請求項6】

請求項１または請求項５に記載の無線給電システムにおいて、
前記送電コイルは、前記筐体を囲む４つの辺を有し、
前記送電コイルの４つの辺のうちの少なくとも１つの辺は、前記受電コイルに向かって突出している
ことを特徴とする無線給電システム。

【請求項7】

請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の無線給電システムにおいて、
前記電子部品は、発光装置であり、
前記筐体に囲まれた装置は、前記筐体に囲まれた装置を操作するための操作部を有し、
前記操作部は、前記受電コイルおよび前記発光装置を有する
ことを特徴とする無線給電システム。

【請求項8】

請求項２から請求項７までのいずれか１項に記載の無線給電システムにおいて、
前記筐体の前記溝または前記支持部材は、前記送電コイルを完全に覆うことなく、前記送電コイルの少なくとも一部は、大気に触れている
ことを特徴とする無線給電システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本明細書の技術分野は、無線給電システムに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、スマートフォンなどの携帯通信端末、その他の電子機器類に対して、無線給電する技術が活発に研究開発されてきている。また、車両用の電子デバイスに対しても、無線給電する技術が開発されてきている。

【0003】

例えば、特許文献１には、空調用レジスタの操作部に無線給電する技術が開示されている。空調用レジスタの周囲に送電コイルを配置することにより、空調用レジスタの風向を調整する操作部のＬＥＤに電力を供給するようにしている（特許文献１の図８）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１６－２９２１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかし、車両に搭載する車載部品は多種類にわたっている。そのため、設計上の観点から、部品点数が多くなると限られた空間に車載部品を配置することが困難である。したがって、限られた空間に配置可能であって給電対象となる電子デバイスに効果的に給電することのできる無線給電システムを開発することが望まれる。

【0006】

本明細書の技術が解決しようとする課題は、限られた空間に配置可能であって給電対象となる電子デバイスに効果的に給電することのできる無線給電システムを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

第１の態様における無線給電システムは、空芯の送電コイルと、受電コイルと、筐体に囲まれた装置と、受電コイルからの電力により駆動される電子部品と、を有する。筐体は、筐体の外壁に支持部材を有する。送電コイルは、筐体の支持部材に固定されている。受電コイルは、筐体の内部または筐体の表面に配置されている。支持部材は、送電コイルを完全に覆うことなく、送電コイルの少なくとも一部は、大気に触れている。

【0008】

この無線給電システムは、車両の内部等の限られた空間に送電コイルを配置することが可能であって給電対象となる電子デバイスに効果的に給電することができる。実際に作業者が自動車に組み付ける場合に、作業が容易である。また、送電コイルと筐体の相対的位置の位置決めを確実に実施することができる。そのため、送電コイルと受電コイルとの相対的位置関係についてロット毎にばらつくおそれがほとんどない。

【発明の効果】

【0009】

本明細書では、限られた空間に配置可能であって給電対象となる電子デバイスに効果的に給電することのできる無線給電システムが提供されている。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】第１の実施形態における車両の内部の様子を示す模式図である。

【図2】第１の実施形態の無線給電システムの概略構成を示す模式図である。

【図3】第１の実施形態における送電コイルと筐体との固定状態を示す図（その１）である。

【図4】第１の実施形態における送電コイルと筐体との固定状態を示す図（その２）である。

【図5】図４のV-V 断面の一部を示す部分断面図である。

【図6】第１の実施形態における送電コイルの形状を示す図である。

【図7】第１の実施形態における受電コイルと発光装置との位置関係を示す斜視図である。

【図8】第１の実施形態の無線給電システムの回路を模式的に示す図である。

【図9】第１の実施形態の変形例における送電コイルと筐体との取付を説明するための図である。

【図10】第２の実施形態の送電コイルの形状を示す正面図である。

【図11】図１０の矢印Ｊ１の方向から送電コイルを視た図である。

【図12】第３の実施形態の無線給電システムの概略構成図である。

【図13】第３の実施形態の送電コイルおよび受電コイルの配置図である。

【図14】第３の実施形態の送電コイル変形例を示す図（その１）である。

【図15】第３の実施形態の送電コイル変形例を示す図（その２）である。

【図16】第３の実施形態の送電コイル変形例を示す図（その３）である。

【図17】第３の実施形態の変形例における無線給電システムの概略構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、具体的な実施形態について、無線給電システムを例に挙げて説明する。しかし、本明細書の技術はこれらの実施形態に限定されるものではない。

【0012】

（第１の実施形態）
１．車載部品
図１は、車両の内部の様子を示す模式図である。図１に示すように、車両の運転席の正面にはインストルメントパネルＩＰがある。インストルメントパネルＩＰには、複数の空調用レジスタＣＡ１が設けられている。空調用レジスタＣＡ１は、筐体１６０と、ユーザーが風向を調整するためのノブＮ１と、を有する。ノブＮ１は、発光することができるようになっている。車内が暗い場合であっても、ユーザーがノブＮ１の位置を容易に把握することができるからである。

【0013】

２．無線給電システム
図２は、第１の実施形態の無線給電システム１００の概略構成を示す模式図である。無線給電システム１００は、磁界結合式の無線給電を行う。図２に示すように、無線給電システム１００は、１個の送電コイル１１０と、２個の受電コイル１２０と、送電回路１３０と、受電回路１４０と、発光装置１５０と、筐体１６０と、を有する。図２に示すように、送電コイル１１０は、コイルが囲む２つの領域を連結する連結部１１３を有する。

【0014】

無線給電システム１００の共振周波数は、６．７８ＭＨｚである。そのため、送電コイル１１０および受電コイル１２０に流れる電流の周波数は６．７８ＭＨｚである。送電コイル１１０のＬＣ回路の共振周波数も６．７８ＭＨｚである。受電コイル１２０のＬＣ回路の共振周波数も６．７８ＭＨｚである。送電回路１３０が送電コイル１１０に流す電流の周波数も６．７８ＭＨｚである。実際には、狙った周波数からわずかにずれる場合がある。また、例示として６．７８ＭＨｚを挙げたが、例えば、５００ｋＨｚ以上１５ＭＨｚ以下の共振周波数を採用してもよい。また、上記以外の共振周波数を用いてもよい。

【0015】

送電コイル１１０は、受電コイル１２０の周囲に磁界を形成するためのコイルである。送電コイル１１０は、後述するコンデンサーと直列に接続されている。送電コイル１１０は、線材からなる。線材として、例えば、単線、リッツ線が挙げられる。送電コイル１１０の材質は、例えば、銅が挙げられる。送電コイル１１０は、２つの四辺形を囲むような形状をしている。送電コイル１１０は、空芯である。送電コイル１１０の巻き数は１以上３以下であるとよい。もちろん、この数値範囲に限らない。なお、図２では、送電コイル１１０の巻き数は１である。

【0016】

受電コイル１２０は、送電コイル１１０が形成する磁界により電流を発生させるコイルである。受電コイル１２０は、後述するコンデンサーと直列に接続されている。受電コイル１２０は、線材からなる。線材として、例えば、単線、リッツ線が挙げられる。受電コイル１２０の材質は、例えば、銅が挙げられる。図２において、受電コイル１２０は、四角形に近い形状をしているが、ばねのような螺旋形状であってもよい。

【0017】

送電回路１３０は、送電コイル１１０に流す交流電圧を発振するための回路である。送電回路１３０は、６．７８ＭＨｚの交流電流を発生させる。

【0018】

受電回路１４０は、受電コイル１２０に流れる電流を発光装置１５０に適した電流に変換するための回路である。具体的には、受電コイル１２０の交流電圧を発光装置１５０を駆動させるための直流電圧に変換する。受電回路１４０は、整流回路等その他の機能を備えていてもよい。

【0019】

発光装置１５０は、暗い車内であってもノブＮ１の位置をユーザーに分かりやすく示すためのものである。発光装置１５０は、受電コイル１２０からの電力により駆動される電子部品である。発光装置１５０は、空調用レジスタのノブＮ１の一部を構成している。発光装置１５０は、半導体発光素子を有する。発光装置１５０は直流電圧により発光する。発光装置１５０は、電子デバイスであり電子部品である。なお、ノブＮ１は、ユーザーが操作する操作部である。ユーザーがノブＮ１の位置を変えることにより、ユーザーは空調用レジスタＣＡ１の風向を調整することができる。

【0020】

筐体１６０は、空調用レジスタＣＡ１のハウジングである。つまり、筐体１６０に囲まれた装置は、空調用レジスタＣＡ１である。筐体１６０の材質は、例えば、プラスチックである。筐体１６０は、装置のハウジングであるため、その厚みは十分に薄い。

【0021】

３．送電コイル
３－１．送電コイルと筐体との固定状態
図３は、送電コイル１１０と筐体１６０との固定状態を示す図（その１）である。図３に示すように、筐体１６０の外壁には溝１６１が形成されている。そして、送電コイル１１０は、筐体１６０の溝１６１に収容されるように配置されている。このようにして、送電コイル１１０は、筐体１６０に固定されている。

【0022】

図４は、送電コイル１１０と筐体１６０との固定状態を示す図（その２）である。図４のように、送電コイル１１０を筐体１６０に固定してもよい。図５は、図４のV-V 断面の一部を示す部分断面図である。図４に示すように、筐体１６０の外壁にはツメ１６２が形成されている。送電コイル１１０は、複数のツメ１６２により位置決めされるとともに筐体１６０に固定されている。ツメ１６２は、送電コイル１１０を固定するための支持部材である。

【0023】

このように、送電コイル１１０を筐体１６０に対して相対的に位置決めし、固定することのできるものであれば、その他の支持部材を用いてもよい。また、筐体１６０と送電コイル１１０とは、一部で接触しているとよい。

【0024】

なお、筐体１６０の溝１６１または支持部材は、送電コイル１１０を完全に覆うことなく、送電コイル１１０の少なくとも一部は、大気に触れている。つまり、送電コイル１１０は、非導電性材料で封止されているわけではない。

【0025】

３－２．送電コイルの形状
図６は、送電コイル１１０の形状を示す図である。図６では、送電コイル１１０は１巻である。送電コイル１１０が囲む面は平面である。つまり、送電コイル１１０は、１つの平面上に位置する平面形状である。送電コイル１１０が囲む面を、ｘｙ平面にとる。そして、送電コイル１１０が囲む面に直交する向きにｚ軸をとる。

【0026】

送電コイル１１０のｘ軸方向の長さは、例えば、１０ｍｍ以上４００ｍｍ以下である。８０ｍｍ以上３５０ｍｍ以下であるとよい。送電コイル１１０のｙ軸方向の長さは、例えば、１０ｍｍ以上４００ｍｍ以下である。５０ｍｍ以上１００ｍｍ以下であるとよい。送電コイル１１０のｚ軸方向の長さは、例えば、０．５ｍｍ以上１０ｍｍ以下である。これらの数値範囲は目安であり、上記以外の数値であってもよい。

【0027】

図６に示すように、送電コイル１１０は、第１区画１１１と第２区画１１２と連結部１１３とを有する。第１区画１１１は、１つ目の空調用レジスタの筐体１６０を囲う部分である。第２区画１１２は、２つ目の空調用レジスタの筐体１６０を囲う部分である。連結部１１３は、第１区画１１１と第２区画１１２とを連結する部分である。

【0028】

第１区画１１１は、４つの辺１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、１１１ｄを有する。４つの辺１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、１１１ｄは、それぞれ第１区画１１１の中央付近に磁界を発生させる。このように、４つの辺１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、１１１ｄが、筐体１６０を囲うため、筐体１６０の周囲に比較的強い磁界が形成される。

【0029】

第２区画１１２は、４つの辺１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ、１１２ｄを有する。４つの辺１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ、１１２ｄは、それぞれ第２区画１１２の中央付近に磁界を発生させる。このように、４つの辺１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ、１１２ｄが、筐体１６０を囲うため、筐体１６０の周囲に比較的強い磁界が形成される。

【0030】

このように、送電コイル１１０は、筐体１６０を囲む４つの辺を有する。

【0031】

辺１１１ｄおよび辺１１２ｄが非常に短いか、存在しない場合に比べて、本実施形態の送電コイル１１０は、より強い磁界を形成することができる。また、送電コイル１１０が辺１１１ｄおよび辺１１２ｄを有するため、送電コイル１１０を筐体１６０に固定しやすい。

【0032】

４．受電コイル
図７は、受電コイル１２０と発光装置１５０との位置関係を示す斜視図である。図７に示すように、ノブＮ１は、空調用レジスタの風向を調整するための操作部である。ノブＮ１は、受電コイル１２０と受電回路１４０と発光装置１５０とを収容している。受電コイル１２０はらせん状である。受電コイル１２０からの電圧および電流は、受電回路１４０に入力される。受電回路１４０は、交流電圧を直流電圧に変換して発光装置１５０を駆動する。

【0033】

ノブＮ１は、操作部であるとともに筐体１６０の内部または筐体１６０の表面に配置されている。そのため、受電コイル１２０は、筐体１６０の内部または筐体１６０の表面に配置されている。

【0034】

受電コイル１２０は、ｚ軸方向に積層するように巻かれている。つまり、同一平面内にコイルが収まるようにコイルを巻くのではなく、コイルが囲む面に垂直なｚ軸方向に積層するようにコイルが巻かれている。

【0035】

受電コイル１２０が囲む面の面積は、送電コイル１１０が囲む面の面積に比べて十分に小さい。送電コイル１１０が囲む面の面積に対する受電コイル１２０が囲む面の面積の比は、１／２００以上１／１０以下の程度である。あくまで目安であり、上記以外の数値であってもよい。

【0036】

５．無線給電システムの回路
図８は、本実施形態の無線給電システム１００の回路を模式的に示す図である。図８に示すように、送電コイル１１０は、コンデンサーＣ１とともにＬＣ直列回路を構成する。受電コイル１２０は、コンデンサーＣ２とともにＬＣ直列回路を構成する。前述のように、送電コイル１１０側のＬＣ直列回路の共振周波数と、受電コイル１２０側のＬＣ直列回路の共振周波数とは、等しくなるように回路設計されている。

【0037】

無線給電システム１００における送電出力は１０Ｗ以下である。例えば、５Ｗである。発光装置１５０を駆動する電圧は、例えば、５Ｖである。もちろん、上記以外の数値であってもよい。発光装置１５０に流れる電流は、１ｍＡ以下である。もちろん、上記以外の数値であってもよい。

【0038】

なお、図８では、コンデンサーＣ１は、送電回路１３０の外にあるように描かれている。図８は概念的なものであり、コンデンサーＣ１は、送電回路１３０の中にあってもよい。同様に、コンデンサーＣ２は、受電回路１４０の中にあってもよい。

【0039】

６．本実施形態の効果
空調用レジスタＣＡ１のノブＮ１のように配線を接続しにくいような場所であっても、無線給電により電子部品を動作させることができる。

【0040】

車両の設計上、送電コイル１１０等を車内に配置する空間は限られている。本実施形態では、空調用レジスタＣＡ１の筐体１６０の外壁に送電コイル１１０を固定する。さらに、送電コイル１１０の形状が、筐体１６０の外形に合わせた形状になっているため、省スペースにつながり、設計上有利である。

【0041】

また、車両では一般に振動が発生する。そのため、固定しているはずの送電コイル１１０の位置がずれてしまうおそれがある。本実施形態の無線給電システム１００では、送電コイル１１０が筐体１６０に十分に固定されているため、車内で振動が繰り返し生じても、送電コイル１１０の位置がずれるおそれがほとんどない。

【0042】

受電コイル１２０は送電コイル１１０が囲む面内に位置することが好ましいが、車載部品の取付の都合上、ｚ軸方向にずれることがある。無線給電システム１００は磁界結合式を採用しているため、送電コイル１１０と受電コイル１２０との間のｚ軸方向の変位が例えば数十ｃｍ程度あっても、問題無く発光装置１５０に給電することができる。

【0043】

７．変形例
７－１．送電コイルの取付
図９は、第１の実施形態の変形例における送電コイル１１０と筐体１６０との取付を説明するための図である。図９に示すように、ほぼ直方体形状の筐体１６０に対して送電コイル１１０を傾斜させて取り付けてもよい。

【0044】

７－２．支持部材
筐体１６０に設けられる支持部材は、その他の形状または構造であってもよい。例えば、クリップ、スペーサ―等を採用することができる。

【0045】

７－３．送電コイルの積層方向
送電コイル１１０を２巻き以上に巻く際には、図７の受電コイル１２０と同様に、ｚ軸方向に積層する。つまり、コイルが囲む面に交差する向きに積層するように、コイルを巻くのである。

【0046】

７－４．無線給電方式
本実施形態の無線給電システム１００は、磁界結合方式である。しかし、第１の実施形態の技術を電磁誘導方式の無線給電システムに適用することもできる。

【0047】

７－５．筐体
本実施形態の筐体１６０は、空調用レジスタＣＡ１のハウジングである。しかし、筐体１６０は、その他の車載部品のハウジングであってもよい。また、車載部品以外の電化製品であってもよい。筐体１６０の材質は、ガラス、樹脂、セラミックス、その他の非導電性材料であるとよい。

【0048】

７－６．電子部品
本実施形態の無線給電システム１００は、発光装置１５０を有する。無線給電システム１００は、発光装置１５０の代わりに、その他の電子デバイスまたは電子部品を有していてもよい。

【0049】

７－７．組み合わせ
上記の変形例を自由に組み合わせてもよい。

【0050】

（第２の実施形態）
第２の実施形態について説明する。第２の実施形態では、送電コイルの形状が第１の実施形態と異なる。そのため、送電コイルについて説明する。

【0051】

１．送電コイルの３次元形状
図１０は、第２の実施形態の送電コイル２１０の形状を示す正面図である。図１０に示すように、送電コイル２１０は、第１区画２１１と第２区画２１２と連結部１１３とを有する。第１区画２１１は、４つの辺１１１ａ、１１１ｂ、２１１ｃ、１１１ｄを有する。第２区画２１２は、４つの辺１１２ａ、１１２ｂ、２１２ｃ、１１２ｄを有する。

【0052】

図１１は、図１０の矢印Ｊ１の方向から送電コイル２１０を視た図である。図１１に示すように、送電コイル２１０の辺２１１ｃおよび辺２１２ｃは、受電コイル１２０に向かって突出している。そのために、辺２１１ｃおよび辺２１２ｃは、受電コイル１２０に向かって湾曲している。

【0053】

２．本実施形態の効果
図１１に示すように、ｚ軸を設定する。この場合には、辺２１１ｃの突出部分と受電コイル１２０との間の距離Ｋ１（ｚ軸方向）は、辺１１１ａと受電コイル１２０との間の距離Ｋ２（ｚ軸方向）よりも小さい。図１１に示すように、距離Ｋ１が距離Ｋ２よりも十分に小さいので、辺２１１ｃは、受電コイル１２０の位置により強い磁界を発生させることができる。

【0054】

３．変形例
３－１．突出する辺の数
図１１では、第１区画２１１の４辺のうちの１辺である辺２１１ｃのみが、受電コイル１２０に向かって突出している。しかし、受電コイル１２０に向かって突出している辺の数は、もっと多くてもよい。受電コイル１２０に向かって突出している辺の数は、１以上４以下である。つまり、送電コイル１１０の４つの辺のうちの少なくとも１つの辺は、受電コイル１２０に向かって突出している。

【0055】

３－２．組み合わせ
第２の実施形態およびその変形例を第１の実施形態およびその変形例と自由に組み合わせてもよい。

【0056】

（第３の実施形態）
図１２は、第３の実施形態の無線給電システムの構成を示した図である。図１２のように、第３の実施形態の無線給電システムは、２つの受電コイル１Ａ、１Ｂと、１つの送電コイル２と、送電コイル２に接続された交流電源３、回路４と、受電コイル１Ａ、１Ｂにそれぞれ接続された回路５Ａ、５Ｂとを有している。

【0057】

第３の実施形態の無線給電システムは、１つの送電コイル２から、２つの受電コイル１Ａ、１Ｂへと磁界共鳴方式により非接触で電力を伝送するシステムである。送電電力の出力は、たとえば１０Ｗ以下である。

【0058】

交流電源３は、送電コイル２に交流電流を供給する電源である。その周波数は、たとえば５００ｋＨｚ～１５ＭＨｚである。回路４は、送電側の共振周波数を設定するための回路であり、キャパシタの容量やインダクタのインダクタンスによって所定の周波数となるように設定されている。また、回路５Ａ、５Ｂは、受電側の共振周波数を送電側の共振周波数と整合させるための回路であり、キャパシタの容量やインダクタのインダクタンスによって所定の周波数となるように設定されている。回路５Ａ、５Ｂには図示しない負荷が接続されている。負荷が直流駆動の機器であれば、受電電力を直流に変換して負荷に供給している。負荷は、たとえば発光素子である。

【0059】

受電コイル１Ａ、１Ｂおよび送電コイル２は、線材によって構成されている。線材は導電性材料であれば任意であり、たとえばリッツ線、銅単線を用いる。また、線材に限らず、ＦＰＣなどプリント基板上へのパターン印刷で構成してもよい。

【0060】

次に、受電コイル１Ａ、１Ｂおよび送電コイル２の形状や配置について、図１３を参照に説明する。図１３では、コイル１巻分の形状を示しており、送電コイル２の１巻分が成す平面に垂直な方向から見た図である。説明の簡便のため、図１３に示すように座標系を定める。

【0061】

まず、受電コイル１Ａ、１Ｂについて説明する。受電コイル１Ａ、１Ｂは、図１３に示すように、ｘ軸方向に所定の間隔を開けて配置されている。その間隔は、受電コイル１Ａと受電コイル１Ｂとの干渉が十分に低減された範囲であれば任意である。また、受電コイル１Ａ、１Ｂの軸方向はｚ軸方向で一致しており、受電コイル１Ａ、１Ｂの成す平面と送電コイル２の成す平面とが同一平面となるように配置されている。

【0062】

受電コイル１Ａ、１Ｂは、線材を円形に巻いた円形コイルである。巻き方向はｚ軸方向である。受電コイル１Ａ、１Ｂの中心部には円柱状のフェライトコア１０Ａ、１０Ｂがそれぞれ挿入されている。受電コイル１Ａ、１Ｂの断面積は１２ｍｍ² 、巻き数は４．５巻き、コイルの軸方向の長さ（ｚ軸方向の長さ）は６．５ｍｍである。また、フェライトコア１０Ａ、１０Ｂの直径は８ｍｍ、長さは７ｍｍである。

【0063】

なお、受電コイル１Ａ、１Ｂの断面積や巻き数は、第３の実施形態で示した値に限られるものではなく、受電電力、受電効率などに応じて設定される。たとえば、送電電力が１０Ｗ以下の場合、受電コイル１Ａ、１Ｂのｘ軸方向およびｙ軸方向の幅（コイルの直径）は３～２００ｍｍ、コイルの軸方向の長さ（ｚ軸方向の長さ）は１～２０ｍｍとすることが好ましい。受電効率を向上させることができ、また受電電力差をより低減することができる。

【0064】

また、受電コイル１Ａ、１Ｂの形状は円形に限らず、正方形、長方形、などの形状であってもよい。また、受電コイル１Ａと受電コイル１Ｂとで異なる形状であってもよい。ただし、受電コイル１Ａと受電コイル１Ｂとでの受電電力差の制御を容易とする点で、同一形状とすることが好ましい。

【0065】

また、受電コイル１Ａ、１Ｂはコア材を必ずしも必要とするものではなく、空心コイルとしてもよい。ただし、受電コイル１Ａ、１Ｂの断面積を２０ｍｍ² 以下とする場合には、受電効率向上の点からフェライトコアを用いることが好ましい。

【0066】

また、受電コイル１Ａ、１Ｂの成す平面は、必ずしも送電コイル２の成す平面と同一平面である必要はなく、送電コイル２からの電力を受電できる範囲であれば、送電コイル２の成す平面とは平行な異なる面であってよいし、角度を成した面であってもよい。また、受電コイル１Ａの成す平面と受電コイル１Ｂの成す平面とでは、平行な異なる面であってもよいし、角度を成していてもよい。

【0067】

また、受電コイル１Ａ、１Ｂの巻き方向は左巻き、右巻きのいずれでもよく、受電コイル１Ａと受電コイル１Ｂとで巻き方向を変えてもよい。

【0068】

次に、送電コイル２について説明する。送電コイル２は、ｚ軸方向に複数回巻かれた線材であり、各巻きごとに、図１３に示すように、２つの作用部２０Ａ、２０Ｂと、作用部２０Ａと作用部２０Ｂとを接続する連結部２１と、によって構成されていて、全体として瓢箪型あるいはメガネ型の形状である。作用部２０Ａ、２０Ｂ、連結部２１のそれぞれについて、図１３中において点線で囲うことによりその部分を明示している。送電コイル２の巻き数は、送電電力や送電効率などに応じて適宜設定され、たとえば２～３巻きである。また、巻き方向は左巻き、右巻きのいずれでもよい。

【0069】

作用部２０Ａは、受電コイル１Ａへの送電に主として寄与する部分であり、作用部２０Ｂは、受電コイル１Ｂへの送電に主として寄与する部分である。作用部２０Ａ、２０Ｂは、断面形状が矩形となる線材の部分であり、ｘ軸方向に間隔を開けて配置されている。また、作用部２０Ａの成す面と作用部２０Ｂの成す面は同一面である。また、作用部２０Ａ、２０Ｂは各辺を揃えて配置されている。また、作用部２０Ａの中心に受電コイル１Ａが、作用部２０Ｂの中心に受電コイル１Ｂが来るように配置されている。作用部２０Ａ、２０Ｂのｘ軸方向の幅は１４０ｍｍ、ｙ軸方向の幅は９０ｍｍである。

【0070】

このように作用部２０Ａ、２０Ｂが、受電コイル１Ａ、１Ｂの四方を囲うように配置されている。つまり、受電コイル１Ａ、１Ｂの中心に対して＋ｘ方向、－ｘ方向、＋ｙ方向、－ｙ方向のそれぞれに、作用部２０Ａ、２０Ｂの各辺が等距離に位置している。そのため、作用部２０Ａ、２０Ｂの各辺から生じる磁界強度の分布が均一となり、受電コイル１Ａ、１Ｂが受電する電力も差が小さくなる。

【0071】

なお、受電コイル１Ａ、１Ｂが受電する電力の差をより低減するために、受電コイル１Ａ、１Ｂの中心から作用部２０Ａ、２０Ｂまでの最長距離と最短距離との差が、作用部２０Ａ、２０Ｂの直径（作用部２０Ａ、２０Ｂの外接円の直径）の８倍以下となるようにするとよい。

【0072】

また、受電コイル１Ａ、１Ｂの断面積は、作用部２０Ａ、２０Ｂの断面積の１／２以下に設定されている。このように受電コイル１Ａ、１Ｂの断面積あるいは作用部２０Ａ、２０Ｂの断面積を設定することで、作用部２０Ａ、２０Ｂからの受電電力差を抑制することができる。より好ましくは作用部２０Ａ、２０Ｂの断面積の１／５０以下である。

【0073】

なお、第３の実施形態では、作用部２０Ａ、２０Ｂの平面パターンを矩形としたが、受電コイル１Ａ、１Ｂの四方を囲う形状であれば任意の形状でよく、作用部２０Ａの平面パターンと作用部２０Ｂの平面パターンとで異なる形状としてもよい。たとえば、作用部２０Ａ、２０Ｂの平面パターンは、正方形、長方形、菱形、円、半円、楕円、多角形、などである。図１４に、作用部２０Ａを円形とし、作用部２０Ｂは矩形とした例を示す。作用部２０Ａと作用部２０Ｂとでコイルの断面積を変えてもよい。図１５に、作用部２０Ａの断面積を作用部２０Ｂの断面積よりも大きくした例を示す。送電コイル２を筐体に巻き付けて実装する場合には、その筐体の形状に合わせた形状としてもよい。

【0074】

また、第３の実施形態では作用部２０Ａの成す面と作用部２０Ｂの成す面を同一平面としているが、受電コイル１Ａ、１Ｂに送電可能な範囲であれば、平行な異なる面としてもよいし、角度を成していてもよい。

【0075】

また、受電コイル１Ａ、１Ｂは、必ずしも作用部２０Ａ、２０Ｂの中心でなくともよいが、受電電力差を抑制する観点からなるべく中心付近が好ましい。

【0076】

連結部２１は、作用部２０Ａと作用部２０Ｂとを接続する部分であり、ｘ軸方向に延びる２本の直線状の線材である。作用部２０Ａと作用部２０Ｂとが対向する側において、作用部２０Ａの角部のうち一方とそれに対向する作用部２０Ｂの角部とが連結部２１によって連結されている。ここで連結部分は、線材が分岐することなく、作用部２０Ａ、２０Ｂ、および連結部２１の全体で一筆となるように連結されていれば任意である。連結部２１の２本の直線のうち一方は、作用部２０Ａ、２０Ｂの一辺と連続して一つの直線を成している。

【0077】

なお、連結部２１の位置は、第３の実施形態に示した位置に限るものではなく、任意の位置で作用部２０Ａ、２０Ｂと連結されていてよい。たとえば、図１６のように、作用部２０Ａ、２０Ｂの対向する辺の中央部で連結してもよい。ただし、第３の実施形態に示した位置の方が、線材を折り曲げる位置が少なくて済み、また作用部２０Ａと作用部２０Ｂとの間の空間領域を分断なく広く取ることができるため、送電コイル２の実装がより容易となる。さらに、作用部２０Ａ、２０Ｂの各角部が受電コイル１Ａ、１Ｂよりも遠い位置となるため、受電効率が向上する。

【0078】

また、第３の実施形態では、連結部２１は２本の線材を並行な直線に配置した形状としているが、２本の線材の間隔や形状は任意であり、曲線としてもよい。また、２本の線材は接触させていてもよいし、縒り合わせてもよい。また、連結部２１の長さも任意としてよい。

【0079】

送電コイル２全体としての形状、大きさは特に限定されないが、送電電力が１０Ｗ以下である場合、ｘ軸方向およびｙ軸方向の幅（コイルの直径）は１０～４００ｍｍ、コイルの軸方向の長さ（ｚ軸方向の長さ）は１～１００ｍｍとすることが好ましい。受電効率を向上させることができ、また受電電力差をより低減することができる。また、この場合、作用部２０Ａ、２０Ｂおよび連結部２１の形状、大きさは、全体として上記大きさに収まる範囲であれば任意である。

【0080】

また、第３の実施形態では、回路４と接続する２本の線材を作用部２０Ａから引き出しているが、引き出し位置は任意でよく、連結部２１から引き出してもよい。

【0081】

以上、第３の実施形態の無線給電システムでは、各受電コイル１Ａ、１Ｂに対して、送電コイルがそれぞれの四方を囲うように配置されているため、各受電コイル１Ａ、１Ｂでの受電電力差を抑制することができる。

【0082】

なお、第３の実施形態の無線給電システムは、２つの受電コイルに送電するものであるが、第３の実施形態は３つ以上の受電コイルに送電するシステムに対しても適用することができる。受電コイルを３つとした場合の例を図１７に示す。図１７のように、送電コイル３０は、作用部３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃを有し、作用部３０Ａと作用部３０Ｂは連結部３１Ａにより連結され、作用部３０Ｂと作用部３０Ｃは連結部３２Ｂにより連結されている。受電コイル１Ａ、１Ｂ、１Ｃは、作用部３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃの中心に配置されている。これにより、各受電コイル１Ａ、１Ｂ、１Ｃは、作用部３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃによって四方を囲われている。

【0083】

また、第３の実施形態の無線給電システムは、２つの受電コイルの受電電力差の抑制に好適であるが、受電電力差が所望の値となるように調整することにも利用できる。

【0084】

（付記）
第１の態様における無線給電システムは、空芯の送電コイルと、受電コイルと、筐体に囲まれた装置と、受電コイルからの電力により駆動される電子部品と、を有する。筐体は、筐体の外壁に溝または支持部材を有する。送電コイルは、筐体の溝または支持部材に固定されている。受電コイルは、筐体の内部または筐体の表面に配置されている。

【0085】

第２の態様における無線給電システムにおいては、送電コイルは、筐体を囲む４つの辺を有する。送電コイルの４つの辺のうちの少なくとも１つの辺は、受電コイルに向かって突出している。

【0086】

第３の態様における無線給電システムにおいては、電子部品は、発光装置である。筐体に囲まれた装置は、筐体に囲まれた装置を操作するための操作部を有する。操作部は、受電コイルおよび発光装置を有する。

【0087】

第４の態様における無線給電システムにおいては、送電コイルは、線材である。

【0088】

第５の態様における無線給電システムにおいては、電子部品に流れる電流は、１ｍＡ以下である。

【0089】

第６の態様における無線給電システムは、磁界結合式である。

【0090】

第７の態様における無線給電システムにおいては、筐体は、空調用レジスタの筐体である。

【0091】

第８の態様における無線給電システムにおいては、筐体の溝または支持部材は、送電コイルを完全に覆うことなく、送電コイルの少なくとも一部は、大気に触れている。

【符号の説明】

【0092】

１００…無線給電システム
１１０…送電コイル
１２０…受電コイル
１３０…送電回路
１４０…受電回路
１５０…発光装置
１６０…筐体

【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】