JP5224442B2 - 非接触電力伝送装置 - Google Patents

Description

本発明は、非接触電力伝送装置に関し、詳しくは、携帯電子機器、携帯電気機器、及び電子装置に用いられる非接触電力伝送装置に関する。

近年、電源から電子機器へ非接触で電力を伝送する方法に一つとして、相対させたコイル間の電磁誘導作用を利用することによって、非接触で電力を伝送するシステム、コードレスパワーステーション（Ｃｏｒｄｌｅｓｓ Ｐｏｗｅｒ Ｓｔａｔｉｏｎ）又はコンタクトレスパワーステーション（Ｃｏｎｔａｃｔｌｅｓｓ Ｐｏｗｅｒ Ｓｔａｔｉｏｎ）である略称をＣＬＰＳと称する方式が提案されている。

このような非接触電力伝送システムの送電側励磁機器の構成を検討したものとして非特許文献１及び２に記載されたものがある。

非特許文献１に開示された非接触電力伝送において、構成法の相異による得失、コンデンサ挿入による特性改善、伝送電力量及び伝送効率改善に与えるフェライトの効果、１次側−２次側の位置ずれによる伝送特性の改善について検討を行ったものである。

具体的には、１次側−２次側ともにドーナッツ状の空心コイルを配置し、隣接するコイルの磁束の向きが、逆になる接続方法を用いて行っている。その理由は、隣接するコイルの磁束の向きが、逆になる接続方法の方が、発生する磁束が全て同じ方向になる接続方法よりも、互いに磁束を強め合い、また外部へのもれ磁束が少ないという利点を有するからである。

非特許文献１では、１次側、２次側ともに、空心コイル数を増加させると、最大伝送電力Ｐ２_ｍａｘ及び最大伝送効率η_ｍａｘは、ともに増加すること及び円板状のフェライトコアを用いた場合には、さらに、伝送電力の増加が測れ、伝送効率の向上が図れることが開示されている。

さらに、非特許文献１では、２次コイルと負荷抵抗との間に、２次コイルの自己インダクタンスとの共振条件から求めた容量を有するコンデンサを直列に挿入すると損失が減少し、伝送効率が約１割向上することが述べられている。

また、非特許文献１では、フェライトコアへの形状、種類への損失量及び伝送効率の依存性は、フェライトコアの厚さには、依存せず、フェライトの種類にも依存しないので、システムの薄型化には、フェライトコアは薄型の方が有利であることが示されている。さらに、非特許文献１において、面に対して垂直な磁束成分のみを利用するようなコイル形状の場合には、中心軸を一致させた方が良いことが判明している。

しかしながら、非特許文献１に開示された非接触電力伝送装置では、１次側及び２次側のコイルは同一寸法のもので構成しているので、位置ズレによる変化が大きく、広範囲な面での任意の伝送には不都合となる欠点を有した。

また、非特許文献２に開示された非接触電力伝送システムは、受電側に１つのスパイラルコイルを配し、送電側に複数の並列したスパイラルコイルを配置し、夫々のスパイラルコイルの対向面と反対側にそれぞれ磁性体薄板又はシートを配置した構成である。このような構成の非特許文献２による非接触電力伝送システムにおいて、受電側においては、内径、外径比（Ｄ_ｉ／Ｄ_ｏ）が０．６５のとき最大伝送電力約７０Ｗ、コイル間効率約６５％が得られている。また、伝送特性に、結合係数ｋが大きく関与しており、Ｄ_ｉ／Ｄ_ｏ＝０．６５は中央に位置する送電コイルと受電コイルとの相互インダクタンスＭｃと外側に位置するに送電コイルと受電コイルとの相互インダクタンスＭ０とほぼ等しくなる点で伝送特性が向上することが示されている。

また、非特許文献２においては、図９に示すように、非接触電力伝送装置５０は、相対する１次側、２次側コイル１，２間の電磁誘導を用い、空隙３を介して１次側コイル１から２次側コイル２に非接触にて電力を伝送する。１次側コイル１に複数の平面巻線型コイル１ａ，１ｂ，・・・，１ｉ、２次側コイル２に１個以上の平面巻線型コイル２ａを備えている。１次コイル１の背面（外側面）には、軟磁性材の板またはシート４が貼り付けられている。また、２次コイル側２の背面（外側面）にも同様の軟磁性材の板またはシート４を貼り付けることも出来る。

このような非特許文献２の非接触電力伝送装置５０においては、受電コイル側に並列にコイルの誘導性リアクタンスを打ち消すようにコンデンサＣ２を負荷に並列に挿入すると、より効率の改善が見られること及び受電コイルの裏側の磁性体の形状を漏れをさらに防ぐ形状とすることで、伝送効率の変動幅を改善することができることが示されている。

しかしながら、非特許文献２に開示された非接触電力伝送装置５０では、１次側コイルは平面に配列し、隣接するコイルによる伝送の面内には伝送不能な死点が存在する。そのため、２次側コイルは１次側コイルよりも大きくする必要がある。そのため、２次側の小型化には不都合な構成となる。

村上 純一、松木 英敏、菊地 新喜：「フェライトを用いたコードレスパワーステーションによる非接触電力伝送特性」、電気学会研究資料、マグネティックス研究会、ＭＡＧ−９３−１３８、第６３−７０頁、１９９３年８月２日社団法人電気学会発行 畠中 紘一、佐藤 文博、松木 英敏、菊地 新喜、村上 純一、川瀬 誠、佐藤 忠邦：「位置決め不要な非接触電力伝送システムの送電側励磁構成に関する検討」、日本応用磁気学会誌、２６巻、第５８０−５８４頁（２００２年）

したがって、非特許文献１および２に開示された非接触電力伝送システムにおいて、結合係数を低減し、伝送不能な点を縮小、低減し、また、調節すること及び隣接するコイル間の励磁電流の位相差を調整したり、周波数調整により、磁界のうなりを形成することで、広い範囲で高い出力と安定した電力伝送ができるようにさらに、改善する必要があった。

そこで、本発明の技術的課題は、１次側コイル間の相互作用を低減（結合係数の低減）し、伝送不能な死点を縮小、低減する。そのため、広い範囲での安定した電力伝送が実現できる非接触電力伝送装置を提供することにある。

また、本発明の技術的課題は、隣接するコイル間の結合係数を調節することにより、広い範囲で高い出力と安定した電力伝送が実現できる非接触電力伝送装置を提供することにある。

また、本発明の技術的課題は、隣接する１次側コイルの励磁電流の位相差を調節することで、移動磁界を形成し、広い範囲で高い出力と安定した電力伝送が実現できる非接触電力伝送装置を提供することにある。

さらに、本発明の技術的課題は、隣接する１次側コイルの励磁周波数を異ならせることにより、磁界のうなりを形成し、広い範囲で高い出力と安定した電力伝送が実現できる非接触電力伝送装置を提供することにある。

本発明によれば、相対するコイル間の電磁誘導を用い、空隙を介して１次側コイルから２次側コイルに非接触にて電力を伝送する電力伝送装置に於いて、前記１次側コイルを複数の同形状の平面型コイル、前記２次側コイルを１以上の平面型コイルで夫々構成し、前記２次側コイルの外径を、前記１次側コイルの内径よりも小に形成し、前記１次側平面型コイルの外径をＤ_ｏ、内径をＤ_ｉとし、隣接する二つの前記１次側平面型コイル間の中心間距離をＸとした場合、（Ｄ_ｏ−Ｄ_ｉ）÷２≦Ｘ＜Ｄ_ｏとなるようなコイル配置としたことを特徴とする非接触電力伝送装置が得られる。

また、本発明によれば、前記非接触電力伝送装置において、複数の１次側平面型コイルを並べる構成に於いて、隣接するコイル間で発生する磁束の向きが並行若しくは反並行となるコイル配置とすることを特徴とする非接触電力伝送装置が得られる。

また、本発明によれば、前記いずれか一つの非接触電力伝送装置において、対向する１次側平面型コイルと２次側平面型コイルの何れか一方、または双方の外側部に、軟磁性材料を貼付配置することを特徴とする非接触電力伝送装置が得られる。

また、本発明によれば、前記いずれか一つの非接触電力伝送装置において、１次側コイルと２次側コイルとの間の磁気結合係数が０．０５〜０．９５となるようなコイル配置とすることを特徴とする非接触電力伝送装置が得られる。

また、本発明によれば、前記いずれか一つの非接触電力伝送装置に於いて、隣接する二つの１次側コイル間に流れる励磁電流の位相差を３０°〜１５０°とすることを特徴とする非接触電力伝送装置が得られる。

本発明によれば、１次側コイルの配列を重ね合わせることにより、１次側コイル間の相互作用を低減（結合係数の低減）し、伝送不能な死点を縮小、低減する。そのため、広い範囲での安定した電力伝送が実現できる。本発明は隣接するコイル間の磁気結合係数を０．５以下となるように重複することにより、広い範囲で高い出力と安定した電力伝送が実現できる。

また、本発明によれば、隣接する１次側コイルの励磁電流の位相差を３０〜１５０°とすることで、移動磁界を形成し、広い範囲で高い出力と安定した電力伝送が実現できる。

さらに、本発明によれば、隣接する１次側コイルの励磁周波数を０．０１〜１０％の範囲で異ならせることにより、磁界のうなりを形成し、広い範囲で高い出力と安定した電力伝送が実現できる。

以下、本発明の実施の形態について説明する。

本発明の非接触電力伝送装置は、相対するコイル間の電磁誘導を用い、空隙を介して１次側コイルから２次側コイルに非接触にて電力を伝送する。この電力伝送装置において、１次側を複数の平面型コイル、２次側を一以上の平面型コイルで構成するものである。平面型コイルは、平面型であれば、円形に限らず、多角形であっても良いが、平面型巻線コイルであることが好ましい。

本発明の非接触電力伝送装置において、複数の１次側平面型コイルを並べる構成において、コイル配置は、隣接する平面型コイル間で発生する磁束の向きが並行若しくは反並行とすることが好ましい。

また、本発明の前記いずれか一つの非接触電力伝送装置において、対向する１次側平面型コイルと２次側平面型コイルの何れか一方、または双方の外側部に、軟磁性材料を貼付配置することで、発生磁界の収束効果によって、１次側コイル１と２次側コイル２の磁気結合を向上し、出力の向上に寄与するものである。

また、本発明の前記いずれか一つの非接触電力伝送装置において、１次側コイルと２次側コイルとの間の磁気結合係数が０．０５〜０．９５となるようなコイル配置とすることで、コイル間の位置ズレによる出力の変動を抑え、広い範囲での安定した電力伝送が実現できる。

また、本発明の前記いずれか一つの非接触電力伝送装置において、構成する１次側平面型コイルの外径をＤ_ｏ、内径をＤ_ｉとし、隣接する二つの１次側平面巻線コイル間の中心間距離をＸとした場合、（Ｄ_ｏ−Ｄ_ｉ）÷２≦Ｘ＜Ｄ_ｏとなるコイル配置とすることで、同様にコイル間の位置ズレによる出力の変動を抑え、広い範囲での安定した電力伝送が実現できる。

また、本発明の前記いずれか一つの非接触電力伝送装置において、隣接する二つの１次側コイル間に流れる励磁電流の位相差を３０°〜１５０°とすることで、移動磁界を形成し、広い範囲で高い出力と安定した電力伝送が実現できる。

また、本発明の前記いずれか一つの非接触電力伝送装置において、１次側の隣接するコイルを異なる周波数で励磁し、一方のコイルの励磁周波数をｆとし他方をｆｉとし、その周波数差を△ｆ＝｜ｆｉ−ｆ｜とし、その比△ｆ／ｆを０．０１％〜１０％の範囲とする。隣接する１次側コイルの励磁周波数を０．０１〜１０％の範囲で異ならせることにより、磁界のうなりを形成し、広い範囲で高い出力と安定した電力伝送が実現できる。

尚、本実施例では、２次側コイルを１ヶ、１次側コイルを２ヶで実施しているが、本発明は、これらを面方向にも拡張する構成にできるものであって、２次側コイルは１ヶ以上、１次側コイルは複数での構成となる。

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら、説明する。

（実施例１）
本発明の実施例１では、非接触電力伝送装置の基本構成について説明する。

図１は、本発明の実施例１による非接触電力伝送装置のコイルの配置の一例を主に示す斜視図である。

図１（ａ）に示すように、非接触電力伝送装置１０は、相対する１次側、２次側コイル１，２間の電磁誘導を用い、空隙３を介して１次側コイル１から２次側コイル２に非接触にて電力を伝送する。１次側コイル１に複数の平面巻線型コイル１ａ，１ｂ，・・・，１ｆ、２次側コイル２に１個以上の平面巻線型コイル２ａを備えている。１次コイル１の背面（外側面）には、軟磁性材の板またはシート４が貼り付けられている。また、２次コイル側２の背面（外側面）にも同様の軟磁性材の板またはシート４を貼り付けることも出来る。また、上記例においては、１次側コイルおよび２次側コイルの形状を平面巻線型コイルとしたが、円形の平面コイルに限定されるものでなく、多角形コイルであれば本発明の効果が得られることは勿論である。

また、上記例においては、対向するコイル背面へ軟磁性材からなる板またはシート４を配置しているが、この磁性材は、発生磁界を収束させる効果があり、１次側コイル１と２次側コイル２の磁気結合を向上し、出力の向上に寄与するものである。

図１に示す非接触電力伝送装置１０は、１次側コイル１に複数の平面巻線型コイル１ａ，１ｂ，・・・，１ｆ、２次側コイル２に１個以上の平面巻線型コイル２ｂを備えている。そして、この２次側コイル２の外径（２次側コイル外径）は１次側コイル１の外径（１次側コイル外径）よりも小さい。この非接触電力伝送装置１０は、図９に示す従来技術による非接触電力伝送装置５０とは、１次側コイル１の平面巻線型コイル１ａ，１ｂ，・・・，１ｆの個数が異なり、２次側コイルの平面巻線型コイル２ａの２次側コイル外径は１次側コイル外径より大きく形成されている。

（実施例２）
本発明の実施例２では、非接触電力伝送装置の１次側コイルの発生する磁束の向きについて説明する。

図２（ａ）及び図２（ｂ）は図１に示す非接触電力伝送装置１０を適用した例を示し、図２（ａ）は、図１に示された１次側、２次側コイルの配置において、隣接する１次側コイルで発生する磁束の向きが並行、図２（ｂ）は隣接する１次側コイルで発生する磁束の向きが反並行の場合を示している。

図２（ａ）に示すように、非接触電力伝送装置１０において、複数の１次側平面巻線型コイル１ａ，１ｂを並べる構成に於いて、隣接するコイル１ａ，１ｂで発生する磁束の向きが並行となる構成である。

また、図２（ｂ）に示すように、非接触電力伝送装置１０において、複数の１次側平面巻線型コイル１ａ，１ｂを並べる構成に於いて、隣接するコイル１ａ，１ｂ間で発生する磁束の向きが反並行となる構成である。

（実施例３）
本発明の実施例３では、軟磁性材を配置したときの非接触電力伝送装置の具体的特性の測定について説明する。

図３は図１及び図２（ａ）、図２（ｂ）の非接触電力伝送装置の具体的特性の測定例を示している。

図３（ａ）は軟磁性部材４をそれぞれに配置した時の１次コイルＬ１の中心からの位置ずれＸにおける結合係数特性を示している。図３（ｂ）は、軟磁性部材４をそれぞれに配置した時の１次コイルＬ１の２次コイルＬ２の中心からの位置ずれ量（Ｘ）で位置ずれした状態を示す斜視図である。

図３（ｂ）に示すように、コイル形状は外径８４［ｍｍ］、内径４０［ｍｍ］の１次コイル１と外径３０［ｍｍ］、内径１５［ｍｍ］の２次コイル２を用いた。測定方法はコイル間ｇａｐ１［ｍｍ］、周波数１２０［ｋＨｚ］、定電流５０［ｍＡ］と設定しＬＣＲメータよりインダクタンスを測定後、磁気結合係数を算出した。

測定は、空心時、軟磁性材料４を対向するコイル背面に配置し、１次側のみ、２次側のみ、両方、配置なしの４パターンである。軟磁性材料４にはＭｎＺｎフェライト板をコイル面よりやや大きめに配置している。

コイル中心軸合致時から面方向に移動して、１次コイル１と２次コイル２との間の結合係数ｋを測定した。

図３（ａ）の結果から軟磁性部材４の配置において、対向するコイルの背面に磁性体板またはシートを配置することにより、広い範囲で磁気結合係数特性ｋが向上し、より広い範囲で高い出力が向上することが分かる。

（実施例４）
次に、本発明の非接触電力伝送装置の１次側コイル１と２次側コイル２との間の磁気結合係数ｋを低減したことについて説明する。

外径６００［ｍｍ］、内径３００［ｍｍ］の平面巻線型コイル２枚をコイル間ギャップ０［ｍｍ］にて向かい合わせたとき、磁気結合係数ｋは０．９６となる。

これより小さなコイルを用いた場合または、２つのコイルに大きさの差がある場合、またコイルの中心同士がずれた場合は磁気結合係数ｋの値は更に減少する。

このような低結合状態のコイルにおいて具体的に非接触電力伝送を行い、外径８４［ｍｍ］、内径４０［ｍｍ］の１次コイルと外径３０［ｍｍ］、内径１５［ｍｍ］の２次コイルを用いて、磁気結合係数が０．０５となる状況下で１５Ｖ入力のとき２Ｖ出力を得、非接触電力伝送が可能であることを確認した。

ただし、磁気結合係数ｋが０．０５より低いときコイル間伝送効率は非常に悪いため，有用な非接触伝送はほぼ行えなくなった。

尚、対向する１次側、及び２次側コイル１の背面に磁性体４を配置し、コイル間ギャップを０ｍｍとした場合、磁気結合係数は０．９８以上となるが、コイル間の位置ズレＸによる出力の変動が顕著となり、有用な状態とは云えない。

したがって、１次側、２次側コイル１，２間の磁気結合係数ｋは０．０５〜０．９５が好ましいと云える。

即ち、本発明による非接触電力伝送装置１０において、１次側コイル１と２次側コイル２との間の磁気結合係数が０．０５〜０．９５となるようなコイル配置としている。このように磁気結合係数が０．０５〜０．９５の範囲のものは、従来のトランスとは異なっている。すなわち、従来のトランスは、出力を重視するため、整磁鋼やフェライトで閉磁路鉄心を構成し、１次側巻き線と２次側巻き線の結合が高くなる構成としている。これを結合係数ｋでいえば、いかにして１に限りなく近づけるかが重要となり、結合係数ｋは０．９９を越える領域が常識となる。しかしながら、これらの構成は１次側コイルと２次側コイルの位置ズレの許容度は無いに等しい選択となる。

これに対して、本発明の実施例４においては、電力伝送に利便性を持たせるため、広い位置範囲で電力伝送ができるように構成している。１次側コイル１と２次側コイル２の結合係数を０．０５〜０．９５とすることにより、広い範囲で高い出力と安定した電力伝送が実現できる。

（実施例５）
本発明の実施例５では、非接触電力伝送装置の中心間の位置ズレ量（距離）Ｘと隣接するコイル間の結合係数ｋとの関係について説明する。

図４（ａ）は本発明による非接触電力伝送装置の１次側コイル１ａ，１ｂの中心間の位置ズレ量（距離）Ｘと結合係数ｋとの関係を示す図で、図４（ｂ）は位置すれ量Ｘを示す斜視図、図４（ｃ）は位置ズレ量Ｘが（Ｄ_ｏＤ_ｉ）÷２である状態を示す平面図、図４（ｄ）は位置ズレ量ＸがＤ_ｏである状態を示す平面図である。

１次側コイル１ａ，１ｂの形状は外径８４［ｍｍ］、内径４０［ｍｍ］のものを使用した。隣接する１次側コイル同士の磁気結合係数ｋを評価し、互いの電気的干渉度合を調べた。

磁気結合係数ｋの測定方法は、実施例３と同様にした。ただし、コイル間ｇａｐ（ギャップ）０［ｍｍ］、１次側コイルの裏面に軟磁性材４を貼付して、測定した。その結果、図４（ａ）に示すように、磁気結合係数ｋが０．５以下において隣接するコイル間の相互作用が減少し、安定した電力伝送が出来ることが確認された。ここで１次コイルの外径をＤ_ｏ、内径をＤ_ｉと定義するとコイル中心間距離Ｘが図４（ｃ）で示す（Ｄ_ｏ−Ｄ_ｉ）÷２以上で、図４（ｄ）に示すようにＤ_ｏよりも小さな場合、即ち、下記数１式で示す範囲で１次側コイルを重ね合わせることで、１次側コイル間の磁気的干渉を低減した配置が可能になることが分かる。これにより、伝送不能な死点を縮小、低減できることになる。

したがって、非接触電力伝送装置１０ａ，１０ｂのいずれかにおいて、構成する１次側平面巻線型コイル１ａ，１ｂの外径をＤ_ｏ、内径をＤ_ｉとし、隣接する二つの１次側コイル１ａ，１ｂ間の中心間距離をＸとした場合、上記数１式で示す範囲となるようにコイル配置とすることが好ましいことが判明した。

（実施例６）
本発明の実施例６では、非接触電力伝送装置の１次側コイル１ａ，１ｂ間の位相差と、出力電圧特性との関係について説明する。

図５は本発明の実施例６による非接触電力伝送装置の測定回路の構成例を示す回路図である。図６（ａ）は図５の測定によって求められた各位相差（０度、６０度、９０度、１２０度、１８０度）における中心位置ズレ量Ｘと出力電圧との関係を示す図である。図６（ｂ）は測定位置概要を示す図である。図５に示すように、使用したコイル形状は実施例３および実施例５と同様である。ただし、１次、２次側に軟磁性材料４を貼付とし、１次側コイル１配置は実施例５の中から磁気結合係数が最も低い５０［ｍｍ］とした。測定条件は入力電圧を一定に設定し隣接するコイル間に流れる電流の位相差を０°〜１８０°とし、ギャップ（ｇａｐ）１［ｍｍ］、周波数１２０［ｋＨｚ］で測定を行った。また、測定範囲はコイル中心間距離５０［ｍｍ］である。

図６（ｂ）に示すように、１次側平面巻線型コイル１ａ，１ｂ間のコイル中心間距離を５０ｍｍにして一つ１次側平面巻線型コイル１ａから他方の１次側平面巻線型コイル１ｂへ向かって、２次側平面巻線型コイル２ａを移動させ、一方の１次側平面巻線型コイル１ａの中心から、もう一つの１次側平面巻線型コイル１ｂの中心に向かって、２次側平面巻線型コイル２ａの中心の１次側平面巻線型コイル１ａの中心からの位置ずれ量（移動量）Ｘと出力電圧との関係を求めた。

図６（ａ）に示すように、励磁電流の位相差αを６０°〜１２０°に設定して隣接する１次コイルを駆動すると、位相差が０°のとき（同相駆動）および１８０°のとき（逆相駆動）に比較して、位置ずれ量Ｘによる出力電圧変動は著しく低減している。

また、位相差が３０°及び１５０°では、位置変動への低減効果はこれらに比較し小さくなるが、出力電圧特性はそれぞれ２０％以上（位置ずれ５ｍｍ点にて）、３３％以上（位置ずれ２５ｍｍ点にて）改善されることが確認できた。

このように、実施例６においては、隣り合う１次側平面巻線型コイル１ａ，１ｂに流れる励磁電流に位相差３０°〜１５０°を設けることにより、１次側平面巻線型コイル１ａの平面上に移動磁界を形成し不感地点を改善するため、平面上に２次側平面巻線型コイル２ａが位置した場合、全面において受電電力が得られるようになる。

（実施例７）
本発明の実施例７では、隣接する１次側コイルに夫々異なる励磁周波数で励磁したときに特性の変化について説明する。

図７は、本発明の非接触電力伝送装置の１次側コイルを異なる励磁周波数で励磁する際の特性測定回路の構成例を示す回路図である。図８（ａ）は図７の測定によって求められた励磁周波数差（０Ｈｚ、１０Ｈｚ、１ｋＨｚ、１０ｋＨｚ）における中心位置ズレ量Ｘと出力電圧との関係を示す図である。図８（ｂ）は測定位置概要を示す図である。

図７及び図８（ｂ）を参照すると、使用するコイル形状、測定条件および測定範囲は図６の例と同様に行った。ただし一方の１次側コイルの励磁周波数は１４０［ｋＨｚ］で固定とし、他方のコイルの励磁周波数は１４０［ｋＨｚ］を中心に０［Ｈｚ］〜１０［ｋＨｚ］の範囲でずらして設定した。同一周波数になるときはコイル間に位相差は設定していない（逆相駆動）。

図８（ｂ）に示すように、励磁周波数の差を１０［Ｈｚ］〜１０［ｋＨｚ］とした場合、顕著な安定性の改善を確認した。異なる周波数を用い１次側コイル平面上にうなり磁界を形成すると不感地点を改善するため、平面上に２次コイルが位置した場合、全面において受電電力が得られるようになることが分かる。片方のコイルの励磁周波数ｆとし、他方のコイルの励磁周波数をｆｉとし、それらの周波数差△ｆ＝｜ｆｉ−ｆ｜とし、ｆに対するｆｉの周波数変化率として、△ｆ／ｆという値を定義した。この値が０．０１％以上のとき上記の改善が顕著に認められる。尚、図８（ａ）からは、励磁周波数の差を５Ｈｚとしても、明らかな出力電圧の改善が図られると推定できる。また電力伝送装置を具現化する際、それぞれの１次コイルで励磁周波数が１０％以上異なることは、伝送系にＬＣの共振フィルタ回路を用いている点から現実的ではなくなる。よって、△ｆ／ｆの好ましい範囲を０．００５〜１０％と定めた。

本発明の非接触電力伝送装置は、携帯電子機器、携帯電子機器等への電力伝送に適用される。

本発明の実施例１による非接触電力伝送装置のコイルの配置の一例を主に示す斜視図である。 （ａ）は、図１（ａ）に示された１次側、２次側コイルの配置を示す図で、１次側コイルで発生する磁束の向きが並行の場合を示している図である。（ｂ）は、図１（ａ）に示された１次側、２次側コイルの配置を示す図で、１次側コイルで発生する磁束の向きが反並行の場合を示している図である。 （ａ）は軟磁性部材４をそれぞれに配置した時の１次コイルＬ１の中心からの位置ずれＸにおける１次側コイルと２次側コイルとの結合係数特性を示している。（ｂ）は、軟磁性部材４をそれぞれに配置した時の１次コイルＬ１の２次コイルＬ２の中心からの位置ズレ量（Ｘ）で位置ズレした状態を示す斜視図である。 （ａ）は本発明による非接触電力伝送装置の１次側コイル１ａ，１ｂの中心間の位置ズレ量（距離）Ｘと隣接する１次側コイル間の結合係数ｋとの関係を示す図である。（ｂ）は位置ズレ量Ｘを示す斜視図である。（ｃ）は位置ズレ量Ｘが（Ｄ_ｏ−Ｄ_ｉ）÷２である状態を示す平面図である。（ｄ）は位置ズレ量ＸがＤ_ｏである状態を示す平面図である。 本発明の実施例６による非接触電力伝送装置の測定回路の構成例を示す回路図である。 （ａ）は図５の測定によって求められた各位相差（０度、６０度、９０度、１２０度、１８０度）における中心位置ズレ量Ｘと出力電圧との関係を示す図である。（ｂ）は測定位置の概要を示す図である。 本発明の非接触電力伝送装置の１次側コイルを異なる励磁周波数で励磁する際の特性測定回路の構成例を示す回路図である。 （ａ）は図７の測定によって求められた励磁周波数差（０Ｈｚ、１０Ｈｚ、１ｋＨｚ、１０ｋＨｚ）における中心位置ズレ量Ｘと出力電圧との関係を示す図である。（ｂ）は測定位置の概要を示す図である。 従来例（非特許文献２）による非接触電力伝送装置のコイルの配置を主に示す斜視図である。

符号の説明

１ １次側コイル
１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆ，１ｇ，１ｈ，１ｉ 平面巻線型コイル
２ ２次側コイル
２ａ 平面巻線型コイル
３ 空隙
４ 軟磁性材からなる板またはシート
１０，５０ 非接触電力伝送装置

Claims (5)

1. 相対するコイル間の電磁誘導を用い、空隙を介して１次側コイルから２次側コイルに非接触にて電力を伝送する電力伝送装置に於いて、前記１次側コイルを複数の同形状の平面型コイル、前記２次側コイルを１以上の平面型コイルで夫々構成し、前記２次側コイルの外径を、前記１次側コイルの内径よりも小に形成し、前記１次側平面型コイルの外径をＤ_ｏ、内径をＤ_ｉとし、隣接する二つの前記１次側平面型コイル間の中心間距離をＸとした場合、（Ｄ_ｏ−Ｄ_ｉ）÷２≦Ｘ＜Ｄ_ｏとなるようなコイル配置としたことを特徴とする非接触電力伝送装置。
2. 請求項１に記載の非接触電力伝送装置において、前記複数の１次側平面型コイルを並べる構成に於いて、隣接するコイルで発生する磁束の向きが並行若しくは反並行となるコイル配置とすることを特徴とする非接触電力伝送装置。
3. 請求項１又は２に記載の非接触電力伝送装置において、対向する前記１次側平面型コイルと前記２次側平面型コイルの何れか一方、または双方の外側部に、軟磁性材料を配置することを特徴とする非接触電力伝送装置。
4. 請求項１〜３の内のいずれか一項に記載される非接触電力伝送装置において、前記１次側コイルと前記２次側コイルとの間の磁気結合係数が０．０５〜０．９５となるようなコイル配置とすることを特徴とする非接触電力伝送装置。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の非接触電力伝送装置において、１次側の隣接コイルに流れる励磁電流の位相差を３０°〜１５０°とすることを特徴とする非接触電力伝送装置。

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