JP2012044840A - コイル装置及び非接触電力伝送装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電力の伝送効率が高められたコイル装置及び非接触電力伝送装置を提供する。
【解決手段】送電側コイル装置１１０Ａは、電源１０から送られる交流電力を伝送コイル１１２に対して伝える励磁コイル１１１（第２の巻線部）Ｘと、コンデンサ１２１（第１の容量素子）及びこのコンデンサ１２１と接続されるとともに励磁コイル１１１からの交流電力を受電側コイル装置に対して伝える伝送コイル１１２（第１の巻線部）により形成される共振回路（第１の共振回路）Ｙと、可変コンデンサ１２２（第２の容量素子）及びこの可変コンデンサ１２２と接続されるとともに伝送コイル１１２と共振する制御コイル１１３（第３の巻線部）により形成される共振回路（第２の共振回路）Ｚと、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、コイル装置及び非接触電力伝送装置に関する。

電力の非接触伝送技術として送電（給電）側と受電側の両方の共振周波数を一致させることにより比較的中距離でも高効率で伝送出来る磁気共鳴式の電力伝送が注目されている。この技術は送電側と受電側のコイルの共振周波数が一致した時に高効率で電力伝送が出来る技術である。

磁気共鳴での電力伝送では、コイルのＱ(Quality Factor)と両方のコイルの結合係数ｋが電力伝送効率と伝送距離を左右することが知られている。送電側のコイルと受電側のコイルとの距離が離れると両者のコイル間の結合係数は小さくなるが、Ｑが高いコイルであれば結合係数が低くても電力伝送が可能となる。一方、Ｑが高く同一又は近い共振周波数を有するコイルを近づけると互いのコイルが影響し合い共振周波数のズレが発生する為に、共振周波数を制御する必要がある。

このような技術課題に対して、例えば、特許文献１には、送電側コイル装置と受電側コイル装置との共振周波数を一致させて高効率で電力伝送させる例が記載されている。送電、受電のコイル装置共振周波数を一致させることを目的としてコイルのインダクタンスと浮遊容量で共振させると、コイルのバラつき等により共振周波数がずれることがあるが、特許文献１記載の発明ではコイルのインダクタンスに対して外付けで可変コンデンサを付加し、可変コンデンサを調整することにより共振周波数を調整する技術が開示されている。本実施例では位置が固定されている場合には良いが位置が少しでもずれた場合などは再度周波数の調整が必要になる。

また、特許文献２では、共振周波数を調整及び設定する共振周波数調整回路を備える構成が記載されており、送信コイルに可変コンデンサ又は／及び可変インダクタを繋いで周波数を制御する提案がなされている。送信コイルに可変コンデンサや可変インダクタを調整する場合は、外部素子による影響でQの低下を生じてしまう恐れがある。

また、特許文献３では、共振回路を構成した送信側コイルと共振回路を構成した受信側コイル間で非接触電力伝送すると送電コイル、受電コイルのＱが下がり効率低下が生じていたが、送信側コイルと受信側コイル間に両方のコイルに磁気結合するように第三のコイルである制御コイルとコンデンサの共振回路を挿入すると効率低下が低減される例が開示されている。

特開２０１０-１３０８７８号公報 特開２００９−２６８１８１号公報 特開２０１０-９３９０２号公報

しかしながら、上記の特許文献１〜３記載の構成では、送電側コイル装置及び受電側コイル装置の伝送コイルにおける共振周波数のズレについては十分に検討されていない。

例えば、特許文献１では、本実施例では位置が固定されている場合には良いが位置が少しでもずれた場合などは再度周波数の調整が必要になるという課題がある。また、特許文献２では、送信コイルに可変コンデンサや可変インダクタを調整する場合は、外部素子による影響でＱの低下を生じてしまう恐れがある。

本発明は上記を鑑みてなされたものであり、電力の伝送効率が高められたコイル装置及び非接触電力伝送装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係るコイル装置は、交流電力が入力される送電用コイル装置と、前記送電用コイル装置からの交流電力を出力する受電用コイル装置とを含んで構成される非接触電力伝送装置用のコイル装置であって、前記送電用コイル装置と前記受電用コイル装置の少なくとも一方は、第１の容量素子と第１の共振回路を構成する第１の巻線部と、前記第１の巻線部との間で磁気的に結合する第２の巻線部と、第２の容量素子と第２の共振回路を構成するとともに、前記第１の巻線部との間で磁気的に結合する第３の巻線部と、を備えることを特徴とする。

上記のコイル装置では、送電用コイル装置と受電用コイル装置の少なくとも一方が、第１の共振回路に対して磁気的に結合する第２の共振回路を備えることで、送電用コイル装置と受電用コイル装置との間において発生する共振周波数のズレを、第２の共振回路によって補正することができる。したがって、送電用コイル装置と受電用コイル装置との間で発生する共振周波数のズレを小さくすることができ、電力の伝送効率が高められる。また、この共振周波数のズレの調整に際して、励磁コイルや伝送コイルに対して手を加える必要がないため、ズレの調整を容易に行うことができ、電力の伝送効率を容易に高めることができる。

ここで、上記作用を効果的に奏する構成として、具体的には、前記第３の巻線部により形成される巻回部域は、前記第２の巻線部により形成される巻回部域よりも大きく、前記第２の巻線部又は前記第３の巻線部の巻線軸線に対して交差する面における平面視において、前記第３の巻線部により形成される巻回部域の内側に前記第２の巻線部により形成される巻回部域が形成される態様が挙げられる。

また、上記作用を効果的に奏する他の構成として、具体的には、前記第３の巻線部により形成される巻回部域は、前記第１の巻線部により形成される巻回部域よりも大きく、前記第１の巻線部又は前記第３の巻線部の巻線軸線に対して交差する面における平面視において、前記第３の巻線部により形成される巻回部域の内側に前記第１の巻線部により形成される巻回部域が形成される態様が挙げられる。

また、前記第１の共振回路の共振周波数は、前記第２の共振回路の共振周波数よりも小さい態様とすることができる。

また、本発明に係る非接触電力伝送装置は、上記のコイル装置を有することを特徴とする。

本発明によれば、電力の伝送効率が高められたコイル装置及び非接触電力伝送装置が提供される。

本実施形態に係るコイル装置として送電側コイル装置の構成を説明する回路図である。 励磁コイル、伝送コイル、制御コイルの配置を説明する平面図である。 励磁コイル、伝送コイル、制御コイルの配置を説明する平面図である。 励磁コイル、伝送コイル、制御コイルの配置を説明する平面図である。 励磁コイル、伝送コイル、制御コイルの配置をまとめた表である。 励磁コイルの共振周波数に対する伝送コイルの共振周波数について調べた結果（Ａ）を示す図である。 励磁コイルの共振周波数に対する伝送コイルの共振周波数について調べた結果（Ｂ）を示す図である。 励磁コイルの共振周波数に対する伝送コイルの共振周波数について調べた結果（Ｃ）を示す図である。 励磁コイルの共振周波数に対する伝送コイルの共振周波数について調べた結果（Ｄ）を示す図である。 励磁コイルの共振周波数に対する伝送コイルの共振周波数について調べた結果（Ｅ）を示す図である。 励磁コイルの共振周波数に対する伝送コイルの共振周波数について調べた結果（Ｆ）を示す図である。 制御コイルに対する容量素子の接続例を示す図である。 送電側コイル装置と受電側コイル装置とを含んで構成する非接触電力伝送装置用のコイル装置の構成を示す図である。 送電側コイル装置の構成について説明する図である。 送電側コイル装置の伝送コイルと受電側コイル装置の伝送コイルの周波数特性について説明する図である。

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

（従来例について）
まず、本発明に係るコイル装置を説明する前に、磁気共鳴方式のコイル装置の一般的な構成について、図１３〜１５を用いて説明する。図１３は、非接触電力伝送装置用のコイル装置であり、送電側コイル装置と受電側コイル装置とを含んで構成するコイル装置の構成を示す図である。コイル装置１００では、図示左側が送電側コイル装置１１０であり、図示右側が受電側コイル装置２１０である。送電側コイル装置１１０は、磁気共鳴を利用して電力伝送を行う伝送コイル１１２と、伝送コイル１１２に接続されたコンデンサ１３１と、外部から入力される電力を伝送コイル１１２側へ伝えるための励磁コイル１１１と、を含んで構成される。伝送コイル１１２は、コンデンサ１３１とともに所定の共振周波数を有する共振回路を形成し、伝送コイル１１２とコンデンサ１３１とで送電側伝送コイル部品１２０を構成する。この送電側コイル装置１１０の励磁コイル１１１に対しては、送電側伝送コイル部品１２０の共振周波数にあわせた周波数を有する交流電力が電源１０から供給される。なお、電源１０と送電側コイル装置１１０との間に、これらのインピーダンスを整合させるためのインピーダンス整合装置２１が設けられることもある。

また、受電側コイル装置２１０は、磁気共鳴を利用して電力を受電する伝送コイル２１２、伝送コイル２１２に接続されたコンデンサ２３１と、この伝送コイル２１２において受電された電力を受電側コイル装置２１０から出力する励磁コイル２１１とを含んで構成される。伝送コイル２１２は、コンデンサ２３１とともに所定の共振周波数を有する共振回路を形成し、伝送コイル２１２とコンデンサ２３１とで受電側伝送コイル部品２２０を構成する。図１３では、受電側コイル装置２１０の後段にインピーダンス整合装置２２が設けられ、このインピーダンス整合装置２２を通過した電力が、さらに後段に設けられた（図示せず）負荷回路へ供給される構成を備える。

送電側コイル装置１１０と受電側コイル装置２１０とはほぼ同じ構成を有している。図１４（Ａ）は送電側コイル装置１１０と電源１０とを回路図で示したものであり、図１４（Ｂ）は送電側コイル装置１１０を平面図で示したものである。図１４（Ａ）に示すように、伝送コイル１１２にはコンデンサ１３１が接続されていて、励磁コイル１１１と伝送コイルとは直流的には接続されていない。また、図１４（Ｂ）の平面図は、励磁コイル１１１及び伝送コイル１１２の巻回方向（巻線軸線Ｃ０が伸びる方向）に対して垂直な方向から励磁コイル１１１及び伝送コイル１１２を見たもの、すなわち巻線軸線Ｃ０に対して垂直な面における平面視であるが、この送電側コイル装置１１０では、励磁コイル１１１が内側に設けられるとともに伝送コイル１１２がその外側に設けられている。すなわち、励磁コイル１１１が巻回する領域を示す巻回部域に対して伝送コイル１１２が巻回する領域を示す巻回部域が大きくなっている。

ここで、送電側の伝送コイルと受電側の伝送コイルとの距離が離れると両者のコイル間の結合係数は小さくなるが、Ｑが高いコイルであれば結合係数が低くても電力伝送が可能となる。一方、Ｑが高く同一又は近い共振周波数を有するコイルを近づけると互いのコイルが影響し合い共振周波数のズレが発生する。これを模式的に示したのが図１５である。図１５（Ａ）〜（Ｃ）は、送電側コイル装置の送電側伝送コイル部品と受電側コイル装置の受電側伝送コイル部品の周波数特性について説明する図である。図１５（Ａ）は伝送コイル２０単体での周波数特性を示す図であり、共振周波数がｆ０であることを示している。互いに電磁結合しないよう十分に離間した状態では、送電側コイル装置及び受電側コイル装置の、それぞれの伝送コイル部品の共振周波数は共にｆ０となる。そして、図１５（Ｂ）に示すように伝送コイル２０Ａと２０Ｂとの間隔を互いに近づけると、伝送コイル２０Ａ，２０Ｂが互いに影響しあい、伝送コイル部品単独での共振周波数ｆ０よりも低い共振周波数ｆ１と、共振周波数ｆ０よりも高い共振周波数ｆ２となる。また図１５（Ｃ）に示すように、伝送コイル２０Ａ，２０Ｂの間隔を、図１５（Ｂ）と比較して更に狭くなるように近づけて配置した場合、共振周波数ｆ１，ｆ２は図１５（Ｂ）の場合よりもさらに離れてしまう。

これにより、送電側コイル装置の送電側伝送コイル部品と受電側コイル装置の受電側伝送コイル部品との間で共振周波数にズレが生じ、電力伝送効率が低下する可能性があるという問題がある。

（本発明の実施形態について）
次に、本発明の実施形態に係るコイル装置について説明する。図１は、本実施形態に係るコイル装置１のうち、送電側コイル装置（給電側コイル装置）１１０Ａのみを回路図にて示したものである。具体的には、送電側コイル装置（給電側コイル装置）１１０Ａを構成する各部のうち、伝送コイル１１２と磁気的に結合し、インピーダンス整合装置２１を経由して電源１０から送られる交流電力を伝送コイル１１２に対して伝える励磁コイル１１１（第２の巻線部）Ｘと、コンデンサ１２１（第１の容量素子）及びこのコンデンサ１２１と接続されるとともに励磁コイル１１１からの交流電力を受電側コイル装置に対して伝える伝送コイル１１２（第１の巻線部）により形成される共振回路（第１の共振回路）Ｙとは、図１３に示す構成と同様である。そして、可変コンデンサ１２２（第２の容量素子）及びこの可変コンデンサ１２２と接続されるとともに伝送コイル１１２と磁気的に結合する制御コイル１１３（第３の巻線部）により形成される共振回路（第２の共振回路）Ｚが新たに設けられた構成である。ここで、コンデンサ１２１は、伝送コイル１１２とは別に設けられたコンデンサ素子により形成されていても良いし、伝送コイル１１２の寄生容量により形成されていても良い。また、コンデンサ素子と伝送コイルの１１２の寄生容量とから形成されていても良い。

図１では、励磁コイル１１１、伝送コイル１１２、及び制御コイル１１３の配置は関連がないように示されているが、これらは巻回軸が一致するように配置され、３者の位置関係を適宜変更することができる。すなわち、いずれか１つのコイルの外側に他のコイルうちのいずれか１つを巻回し、さらに他のコイルをその外側に巻回するように構成されている。

具体例を図２〜４に示す。図２〜４は、励磁コイル１１１、伝送コイル１１２、及び制御コイル１１３の巻回軸線に対して垂直な方向から励磁コイル１１１、伝送コイル１１２、及び制御コイル１１３を見たもの、すなわち巻線軸線Ｃ０に対して垂直な面における平面視を示す図面であって、励磁コイル１１１、伝送コイル１１２、及び制御コイル１１３は同一平面上に設けられている場合の図面である。図２は、励磁コイル１１１の外側に伝送コイル１１２が設けられ、励磁コイル１１１と伝送コイル１１２との間に制御コイル１１３が設けられた例であり、励磁コイル１１１が巻回する領域を示す巻回部域に対して制御コイル１１３の巻回部域が大きくなっていて、さらに制御コイル１１３の巻回部域に対して伝送コイル１１２の巻回部域が大きくなっている。図３は、励磁コイル１１１及び伝送コイル１１２の外側に制御コイル１１３が設けられた例であり、励磁コイル１１１の巻回部域に対して伝送コイル１１２の巻回部域が大きくなっていて、さらに伝送コイル１１２の巻回部域に対して制御コイル１１３の巻回部域が大きくなっている。図４は、伝送コイル１１２の外側に励磁コイル１１１が設けられ、さらにその外側に制御コイル１１３が設けられた例であり、伝送コイル１１２の巻回部域に対して励磁コイル１１１の巻回部域が大きくなっていて、さらに励磁コイル１１１の巻回部域に対して制御コイル１１３の巻回部域が大きくなっている。このように、励磁コイル１１１、伝送コイル１１２、及び制御コイル１１３の３つのコイルに対して複数の位置関係の組み合わせが考えられるが、コイルの相対的な位置関係が定められた後には、その位置が互いに変化しないように、それぞれのコイルが固定されるようにして設けられている。

図５は、励磁コイルと制御コイルの位置を３種類に分類することで、励磁コイル１１１、伝送コイル１１２、及び制御コイル１１３の配置をマトリックス状に示したものである。横方向は励磁コイルの位置を示し、縦方向に制御コイルの位置を示した。また、「内」とは、３つのコイルのうち最も内側に配置していることを示し、「中」とは、２つのコイルに挟まれた位置に配置していることを示し、「外」とは、他の２つのコイルよりも外側に配置していることを示す。

図５に示すように３つのコイルの配置は６種類（図５のＡ〜Ｆ）に区別することができる。そこで、このコイルの配置毎に制御コイルを用いた場合の共振周波数の変化がどのように発生するかをこの６種類について調べた。

具体的には、両端にコンデンサを取り付けた伝送コイル１１２を準備し、このコイルの巻回部の大きさは固定とした、一方、励磁コイル１１１及び制御コイル１１３としては、巻回部の大きさが異なる複数種類を準備し、制御コイル１１３には可変コンデンサを接続した。そして、図５に示す位置関係となるように３つのコイルを配置した状態で、可変コンデンサの静電容量値を変化させながら、コイル装置の周波数特性およびインピーダンス特性を複数回測定した。可変コンデンサの静電容量値の変化幅は全て同一にした場合の結果が図６〜１１である。図６が図５のＡの配置で測定した場合の結果に対応し、図７〜図１１がそれぞれ図５のＢ〜Ｆに対応する。それぞれ図の横軸が周波数（全て同一の所定の周波数により規格化した規格化周波数）であり、縦軸がインピーダンスの絶対値を示す。

この結果、励磁コイル１１１よりも制御コイル１１３のほうが大きい組み合わせ（図５のＣ，Ｅ，Ｆ：図８，１０，１１）では、制御コイル１１３に接続された可変コンデンサの値を変化させることで周波数が大きく変化することが確認された。また、伝送コイル１１２よりも制御コイル１１３のほうが大きい組み合わせ（図５のＤ，Ｅ，Ｆ：図９，１０，１１）についても、周波数の変化が大きいことが確認された。この結果は、可変コンデンサの値を変化させることで、伝送コイルの共振周波数を好適に調整することができるという結果を示すものである。

また、制御コイル１１３が内側にある場合（図５のＡ、Ｂ：図６、７）は、他の例と比較して、周波数の変動範囲が小さかったが、これは、制御コイルのインダクタンスが相対的に小さくなったためであり、可変コンデンサの容量値を変更することにより周波数の変動範囲の調整は可能である。ただし、周波数をわずかに変化させ調整することが必要な場合、例えばコイル部品同士が離れており周波数変動が微少な場合や、距離変動はほとんど無いが巻回軸ズレ等での微小な周波数変化が生じるなどの場合には、制御コイル１１３を最も内側に設けるようにして、可変コンデンサの容量を調整することにより、周波数を微小に変化させる周波数制御が可能となる。

以上のように、コイル装置の励磁コイル１１１と伝送コイル１１２に加えて制御コイル１１３を設けることにより、伝送コイル１１２の共振周波数を調整することが可能であることが確認された。また、制御コイル１１３に対して接続されるコンデンサ（容量素子）の容量を変化させることで、共振周波数の調整を行うことができる点についても確認された。

ここで、上記実施形態では、第２の共振回路が、制御コイル１１３と可変コンデンサ１２２とから形成され、制御コイル１１３に対して可変コンデンサ１２２を接続することにより静電容量値（キャパシタンス）を変化させる構成について説明したが、第２の共振回路が、制御コイル１１３と、制御コイル１１３に接続されるコンデンサ素子によるキャパシタンス成分或いは制御コイル１１３の寄生容量によるキャパシタンス成分を含むリアクタンスと、から形成され、制御コイルに対してリアクタンスを変化させる構成にすることもできる。すなわち、キャパシタンス成分を含むリアクタンスを変化させる構成であれば良く、このキャパシタンスは固定値、可変値いずれであっても良い。リアクタンスを変更する構成としてはインダクタを接続する、スイッチを利用する等の方法が挙げられる。

図１２（Ａ）〜（Ｅ）にその例を示す。図１２（Ａ）は制御コイル１１３に対して接続するコンデンサＣ２をスイッチを用いて切り替える例である。図１２（Ａ）では、制御コイルの周波数を決めるための基本となるコンデンサＣ１に対してはスイッチが設けられていないが、当然ながら全てのコンデンサに対してスイッチを取り付ける構成としてもよいし、スイッチの数は減らすこともできる。また、スイッチの種類は機械的なものであってもよいし、半導体等を利用したものであってもよい。図１２（Ａ）は複数のコンデンサが並列に接続されているため、コンデンサと制御コイル１１３のインダクタンスにより作られる共振周波数を小さくすることが可能である。

図１２（Ｂ）は、図１２（Ａ）のように並列接続されたコンデンサＣ１，Ｃ２のほかに直列に接続されたコンデンサＣ３を設けた例である。

図１２（Ｃ）は、基本コンデンサＣ１と並列接続となるように複数のコンデンサＣ２を直列接続し、各々に対してスイッチを設けてショート可能としたものである。

図１２（Ｄ）は、基本コンデンサＣ１のほかにスイッチが付けられたインダクタを複数並列接続し、これを切り替える構成としたものである。

図１２（Ｅ）は、コンデンサとインダクタとを直接に接続し、さらにそれぞれを並列接続したものである。

このように、制御コイル１１３の共振周波数の変更は、コンデンサやインダクタ等を用いて自由に行うことができる。なお、制御コイル１１３の制御に用いられるコンデンサＣ１〜Ｃ３やインダクタＬ１としては、制御コイル１１３で設定する共振周波数よりも自己共振点が高いものを選択することが好ましい。

なお、上記の他にも機械的にコンデンサ容量やインダクタンス容量を変える方法がある。例えば、２枚の金属板によりコンデンサを形成し、この金属板の距離又は上面からの重なり具合を機械的に変える方法や円筒形のコイルの内側に磁気コアをどのぐらい入れるか等の方法があり、適宜選択して使用することができる。

なお、上記実施形態において伝送コイル１１２の方が制御コイル１１３に対して共振周波数の方が低いのは伝送コイル１１２と制御コイル１１３のインダクタンスを比較すると伝送コイル１１２のインダクタンスの方が大きくなるようにコイルが巻回されている。しかしながら、使用するコンデンサを大きくすることで、制御コイル１１３の共振周波数を変更することは可能であり、例えば伝送コイル１１２の共振周波数よりも低い共振周波数にしても良い。また、制御コイル１１３のインダクタンスを伝送コイル１１２のインダクタンスよりも大きくなるようにコイルが巻回されていても構わない。このように、制御コイル１１３と伝送コイル１１２の共振周波数の関係とインダクタンスの関係は特に制限されない。

ただし、伝送コイル１１２の共振周波数より制御コイル１１３の共振周波数が高い場合は、制御コイル１１３のインダクタンスと共振用のコンデンサを小さく出来る点が挙げられる。これはコイル装置のレイアウトを検討する際に制御コイル１１３の巻数を少なく出来る、また、制御コイル１１３に用いられるコンデンサの大きさを小さくできるため、設計上でも大きなメリットとなる。

また、共振周波数の調整範囲を広げたい場合は伝送コイル１１２の共振周波数より制御コイル１１３の共振周波数が低い状態から高い状態まで調整出来るような態様とすればよい。このように広い周波数を制御出来れば、複数の機器の違う周波数に対しても対応したコイル装置とすることができる。すなわち、コイル装置の使用環境に応じて、制御コイル１１３の構成は適宜変更することが好ましい。

以上のように、本実施形態に係るコイル装置によれば、送電側コイル装置と受電側コイル装置との間で発生する共振周波数のズレを、制御コイルを用いて調整することができるため、より高い伝送効率を達成することができる。

また、励磁コイル１１１により形成される巻回部域よりも制御コイル１１３により形成される巻回部域のほうが大きく、制御コイル１１３により形成される巻回部域の内側に励磁コイル１１１により形成される巻回部域が形成されている場合には、制御コイル１１３を用いた調整をより広い範囲で行うことができるため、高い伝送効率を達成することができる。

同様に、伝送コイル１１２により形成される巻回部域よりも制御コイル１１３により形成される巻回部域のほうが大きく、制御コイル１１３により形成される巻回部域の内側に伝送コイル１１２により形成される巻回部域が形成されている場合であっても、制御コイル１１３を用いた調整をより広い範囲で行うことができるため、高い伝送効率を達成することができる。

また、コンデンサ１２２を可変コンデンサとすることで、容量の変更が自在となり、可変コンデンサ１２２及び制御コイル１１３により形成される第２の共振回路を利用した共振周波数の制御がより簡単になり、電力の伝送効率の向上をより容易に達成することができる。

また、上記実施形態のコイル装置では、伝送コイルに対して直接接続しない制御コイルを用いて共振周波数を調整している。すなわち、伝送コイルに対しては直接的な制御をしていない。磁気共鳴式の電力伝送に於いて性能を決める要素はコイルのＱ（Quality Factor）と伝送、受電コイル間の結合係数ｋがあるが、Ｑに関しては伝送コイルに何かの機構を付けるとＱが低下してしまい、性能の低下が生じてしまう。したがって、本実施形態のコイル装置によれば、伝送コイルに対して直接的な制御（共振周波数調整のための制御）を行わないため、性能の低下を抑制することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、上記実施形態では、送電側コイル装置１１０Ａに対して制御コイル１１３を含む共振回路Ｚが設けられた構成について説明したが、受電側コイル装置において上記構成を設けることもでき、少なくとも一方のコイル装置のみに上記構成を設けてもよい。また、送電側コイル装置と受電側コイル装置は１対の関係である必要はなく、例えば送電側コイル装置が１つであるのに対して受電側コイル装置が複数ある場合でも本実施形態の構成を適用することができる。

また、上記実施形態では、励磁コイル１１１、伝送コイル１１２、及び制御コイル１１３、それぞれのコイルの相対的な位置関係が定められた後には、互いの位置が動かないように固定されて設けられていたが、例えば、制御コイル１１３のみが固定されておらず、励磁コイル１１１、伝送コイル１１２に対して相対的に移動可能な構成であってもよいし、或いは、すべてのコイルが相対的に移動可能であってもよく、いずれか１つのコイルの外側に他のコイルうちのいずれか１つを巻回し、他の残りのコイルを更にその外側に巻回するように構成されていればよい。すなわち、いずれか１つのコイルの巻回部域が、他のコイルのうちのいずれか１つのコイルの巻回部域よりも大きく、それらの巻回部域よりも、他の残りのコイルの巻回部域が大きくなるように構成されていればよい。言い換えると、複数のコイルを同一平面上に載置した場合に、いずれか１つのコイルの巻回部域が、他のコイルのいずれか１つのコイルの巻回部域に含まれ、それらの巻回部域が、他の残りのコイルの巻回部域に含まれるような大きさとなっていればよい。すなわち、コイルの巻回部域の大きさとは、巻回部域が形成される平面上で見た場合の巻回部域の面積を指す。なお、コイルの巻数は特に限定されず例えば巻数は１未満であってもよい。ここで、コイルの巻数が１未満であって、この巻数１未満のコイルにより形成される巻回部域が他方のコイルの巻回部域より大きいという構成は、他方のコイルの巻回により形成される巻回部域の外側に、巻数１未満のコイルが設けられる場合をいう。

また、上記実施形態では、同一平面上に励磁コイル１１１、伝送コイル１１２、及び制御コイル１１３がある場合について説明したが、これらのコイルの位置は同一平面に限らず、例えば制御コイル１１３のみを上下にずらしてもよいし、伝送コイル１１２を基準にして偏心していてもよい。また、励磁コイル１１１、伝送コイル１１２、及び制御コイル１１３のいずれかが３次元的な形状をしていてもよい。コイルの配置が上記のように３次元的にずれていた場合であっても、巻線軸線に対して垂直な面における平面視において、励磁コイル１１１、伝送コイル１１２、及び制御コイル１１３のうちのいずれか１つのコイルの巻回部域が、他のコイルのうちのいずれか１つのコイルの巻回部域よりも内側にあって、それらの巻回部域よりも、他の残りのコイルの巻回部域が内側にあるように構成されていればよく、この場合、周波数の変化に係る特性を得ることができる。

また、上記実施形態（特に図２〜４）では、巻線軸線に対して垂直な面における平面視を示す図を用いて、コイルの巻回部域の大きさを利用して３つのコイルの位置関係を説明したが、巻線軸線に対して垂直な面における位置関係に限らず、巻線軸線と交差する面における平面視において、励磁コイル１１１、伝送コイル１１２、及び制御コイル１１３が上記実施形態のような位置関係である場合には、当該位置関係に基づいた周波数の変化に係る特性を得ることができる。

また、上記実施形態に示すようにコイルが円形に巻回されていなくてもよく、例えば、三角、四角等の多角形、三次元的な形状（例えば円錐）に巻回されていてもよい。さらに、制御コイル１１３と伝送コイル１１２が磁気的な結合をしていれば、本発明の効果は奏されるため、例えば伝送コイル１１２と励磁コイル１１３は同一筐体に納められ、制御コイル１１３のみが筐体外に設けられる構成としてもよいし、別筐体として提供することも可能である。

１…非接触電力伝送装置、１０…電源、１１０，１１０Ａ…送電側コイル装置、１１１，２１１…励磁コイル、１１２，２１２…伝送コイル、１１３…制御コイル、２１０…受電側コイル装置。

Claims (5)

1. 交流電力が入力される送電用コイル装置と、前記送電用コイル装置からの交流電力を出力する受電用コイル装置とを含んで構成される非接触電力伝送装置用のコイル装置であって、
   前記送電用コイル装置と前記受電用コイル装置の少なくとも一方は、
   第１の容量素子と第１の共振回路を構成する第１の巻線部と、
   前記第１の巻線部との間で磁気的に結合する第２の巻線部と、
   第２の容量素子と第２の共振回路を構成するとともに、前記第１の巻線部との間で磁気的に結合する第３の巻線部と、
   を備えることを特徴とするコイル装置。
2. 前記第３の巻線部により形成される巻回部域は、前記第２の巻線部により形成される巻回部域よりも大きく、前記第２の巻線部又は前記第３の巻線部の巻線軸線に対して交差する面における平面視において、前記第３の巻線部により形成される巻回部域の内側に前記第２の巻線部により形成される巻回部域が形成される
   ことを特徴とする請求項１記載のコイル装置。
3. 前記第３の巻線部により形成される巻回部域は、前記第１の巻線部により形成される巻回部域よりも大きく、前記第１の巻線部又は前記第３の巻線部の巻線軸線に対して交差する面における平面視において、前記第３の巻線部により形成される巻回部域の内側に前記第１の巻線部により形成される巻回部域が形成される
   ことを特徴とする請求項１又は２記載のコイル装置。
4. 前記第１の共振回路の共振周波数は、前記第２の共振回路の共振周波数よりも小さい
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のコイル装置。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載のコイル装置を有することを特徴とする非接触電力伝送装置。
   
   
   
   

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