JP6193631B2 - 無線電力伝送装置、無線電力伝送システム - Google Patents

Description

本発明は、無線電力伝送電力伝送装置に係り、特に、無線電力伝送装置にコイルを搭載する際の構成に関する。

無線で電力を伝送する方法として、電磁誘導方式、磁気共鳴方式、電界結合方式、電波受電方式がある。電磁誘導方式と磁気共鳴方式はそれぞれの機器に搭載されたコイル間での誘導結合を用いて電力を伝送する。電界結合方式は、それぞれの機器に搭載されたキャパシタンス間での容量結合を用いて電力を伝送する。電波受電方式は、それぞれの機器に搭載されたアンテナ間で電波を送受電し、電力を伝送する。

上述の無線電力伝送においては、機器間を有線で接続して電力伝送を行なう場合とは異なり、空間を介して電力の送受を行なうため、電力伝送効率を維持することが重要である。電磁誘導方式や磁気共鳴方式のような磁界によるコイル間の誘導結合を用いた電力伝送装置においては、コイル近傍にコイル間の結合を強めるための磁性体を配置することで電力伝送効率を向上させる構成が考えられている（例えば、特許文献１、特許文献２）。また、特許文献４には、平板状の結合用電極を有する高周波結合器を用いて通信や無線電力伝送を行う装置の筐体と、該結合用電極との間に直方体の磁性体、誘電体または導体を配置し、対向装置との配置の自由度を向上させている。

また、電力伝送効率を維持するために、コイル間での位置合わせを効率的に行なう構成が提案されている（例えば、特許文献３）。

特開平１１−２６０６５８ 特開２０１０−２３９８４８ 特開２００９−８１９４６ 特開２０１１−１１９８７２

上述のように無線電力伝送システムの電磁誘導方式・磁気共鳴方式においては、コイルを介して発生させた磁界（磁束、磁場）を用いて、送受電装置器間で電力の送受を行なう。この場合、送電装置と受電装置が近距離に配置されていても、送電側・受電側各々のコイルを対向させ、互いのコイルがある程度重ならないと、電力伝送効率が大きく劣化してしまう。送電側において発生させた磁界（磁束、磁場）は、送電側のコイルを貫くように発生するため、送電側・受電側各々のコイルを対向させ、互いのコイルがある程度重ならないと、受電側のコイルに影響が生じないからである。

また、送電装置に対する受電装置の充電可能な配置位置を広く設けるためには、例えば送電装置に複数の送電コイルを実装する、もしくは送電コイルを受電装置の受電コイルと対向する位置まで移動させるような構造を実装しなければならない。しかしながら、このような無線電力伝送を行う上での送受電装置の配置の自由度を向上するための構造は送受電装置の製品自体の大きさやコスト上の制約によって、上述した構造を設けることが必ずしも出来る訳ではない。また、特許文献４は、平板状の結合用電極を用いた伝送を行う装置間の配置の柔軟性を向上させているが、コイルによる磁界を用いた無線電力伝送の際の送受電装置の配置の柔軟性を向上させるための構成については考慮されていない。

本発明は、無線電力伝送を行なう際の送受電装置の配置に柔軟性を持たせ、効率よく電力伝送を行なえるようにすることを目的とする。

本発明の無線電力伝送装置は、無線電力伝送を行なうためのコイルと、少なくとも一部が前記コイルの内部を貫くように配置された磁性体とを有し、前記磁性体の複数面夫々が前記無線電力伝送装置の筐体の複数面夫々に接するか近接するように配置され、前記磁性体は、直方体と前記直方体の一部が突出した突出部により構成され、前記突出部が前記コイルの内部に存在することを特徴とする。

本発明によれば、送受電する際の装置配置の柔軟性、自由度を向上させることができる。

電磁誘導方式・磁気共鳴方式の構成を説明する図である。 磁性体を装荷した電磁誘導方式・磁気共鳴方式の構成を説明する図である。 送電台とデジタルカメラが具備する、コイルと磁性体を示す図である 実施例１における無線電力伝送システム構成図である。 実施例１における無線電力伝送が可能な送電台とデジタルカメラの配置を示す図である。 実施例２における無線電力伝送に適さない送電台とデジタルカメラの配置を示す図である。 デジタルカメラ１０２の制御フローチャートである。 実施例３における無線電力伝送システム構成図を示す図である。 実施例３における無線電力伝送が可能なデジタルカメラの配置を示す図である。 実施例４における無線電力伝送システム構成図である。 方形の磁性体を装荷したコイルを示す図である。 実施例４における無線電力伝送が可能なデジタルカメラの配置を示す図である。 実施例５における無線電力伝送に適さないデジタルカメラの配置を示す図である。 デジタルカメラ２０１の制御フローチャートである。 半球の磁性体を装荷したコイルを示す図である。 送電台とデジタルカメラのハードウェア構成図である。 閉ループの構成が可能な磁性体を装荷したコイルを示す図である。 送受電それぞれに、閉ループの形成が可能な磁性体を装荷した状態を示す図である。

（実施例１）
以下、図面を示しながら本発明における実施形態の説明を行なう。本実施例においては、コイルを介して電力を伝送する電磁誘導方式あるいは磁気共鳴方式を用いた無線電力伝送システムを例として説明する。なお、本発明の適用範囲は、電磁誘導方式あるいは磁気共鳴方式の範囲内のみでなく、コイル間の結合を用いた別の無線電力伝送方式の無線電力伝送システムにも適用可能である。

図１は、電磁誘導方式・磁気共鳴方式の構成例を示している。電磁誘導方式は、コイル間の誘導結合により発生する誘導起電力を用いて電力を伝送する。磁気共鳴方式は送受電装置が共にコイルとキャパシタンスでＬＣ共振器を構成し、送受電装置間で磁場の共鳴（共振）による結合により電力を伝送する。同図に示すように送受電装置それぞれのコイルを向かい合わせて配置すると、コイル間での誘導結合が強まり、２つのコイルの間で効率よく電力を伝達することができる。送受電装置のコイル間の誘導結合を強めるためには、向かい合わせたコイルがある程度重なることが必要である。また、コイル間の誘導結合は、コイル間の距離に反比例する。したがって、送受電装置のコイルが対向し、位置合わせが適切に行われないと伝送特性は劣化し、電力伝送が行なえなくなってしまう。また、コイル間の距離が離れるほど伝送特性が劣化し、電力伝送が行なえなくなってしまう。

図２に、磁性体を配置（装荷）した電磁誘導方式・磁気共鳴方式の構成例を示す。図２に示すように、このコイル間に磁性体を装荷すると磁束を磁性体の中に集中させることができるため、コイル間の結合を強めることができ、効率的に電力を伝送できる。本実施例では、上述の原理を利用して、伝送特性を良好に保ち、コイルを有する無線電力伝送装置同士で電力伝送をする際の機器配置自由度を向上させる。また、コイル同士を向き合わせなくても電力伝送ができる例、コイル同士重なり程度が少ない、または重ならなくても電力伝送ができる例を説明する。

なお、本明細書において、「磁性体をコイルに配置（装荷）」とは、コイルが送受する磁界の伝送特性の劣化を軽減するために、磁性体をコイルに接してまたは近接して配置することをいう。

図２に示した磁性体が磁束を内部に集中させる（磁路を形成する）原理を用いた本実施形態における送電装置が有する送電部と受電装置が有する受電部を図３を用いて説明する。図３（ａ）は本実施例における送電装置が具備するコイル１０３に、磁性体１０５が装荷された図である。コイル１０３により発生する磁界は、磁性体１０５を介して伝搬され、磁性体１０５上の面から更に磁界は発生される。図３（ｂ）は、本実施例における受電装置が具備するコイル１０４に、直方体の磁性体１０６を装荷している図である。また、送電装置により発生された磁界は受電装置の磁性体１０６の何れかの面から入力され、磁性体１０６を介して、コイル１０４に導かれる。このように受電装置側の受電コイルに直方体の磁性体を装荷することにより、磁性体１０６の１〜５の何れの面から送電装置からの磁界が入力されても、結果として磁性体１０６はコイル１０４の内部を貫く磁路を形成する。即ち、送電側のコイルを磁性体１０６の１〜５の何れの面に向かい合わせても伝送特性を良好に保ち無線電力伝送ができる。また、コイル１０３とコイル１０４とが直接の誘導結合が弱い場合（コイル１０３とコイル１０４とが対向してある程度重なりあっていない場合）であっても、伝送特性を良好に保ち無線電力伝送ができる。これは、磁性体の中に磁束が集中し、磁性体が磁路を形成することで、コイル間の誘導結合を強めるためである。

つまり、従来、コイル同士を重なった状態で向き合わせなければならなかったが、必ずしもコイル同士を重なりあわせなくても、また、向き合わせなくても無線電力伝送ができる。つまり、無線電力伝送をする際の送電装置に対する受電装置の配置の柔軟性、自由度を向上させることができる。なお、磁性体１０６は直方体と直方体の一部から突出する突出部とを有し、コイル１０４内部に突出部を設ける構造とした。しかしながら、これに限られるものではなく、磁性体１０６は送電装置から発生される磁界を受電装置の筐体の複数の面夫々から受けた場合であっても、コイル１０４の内部に磁路を形成し、送受電装置のコイル間の誘導結合を強めるような構造であればよい。

なお、磁性体１０６は、コイルと磁気的に結合していれば、コイルに接していても、その近傍に配置されていてもよいが、コイルからの距離が離れるほど伝送特性が劣化するため、コイルに接したほうがよい。また、磁性体１０６の一部に電線を巻き付け、コイル１０４を構成するほうがよい（コイルの内部に少なくとも一部の磁性体が挿入される構成）。図３（ｂ）に示す例では、磁性体１０６の直方体から突出した突出部に電線を巻きつけてコイル１０４を構成している。

続いて、本実施形態に係る無線電力伝送システムについて説明する。図４は、本実施形態に係る無線電力伝送システムを示す図である。本実施例では、送電側の送電台１０１（送電装置）と、受電側のデジタルカメラ１０２（受電装置）との間で無線電力伝送を行なう場合を考える。送電台１０１、デジタルカメラ１０２のハードウェア構成図を図１６に示す。

図１６（ａ）は送電台全体の構成を示す。１６０１は、記憶部１６０２に記憶される制御プログラムを実行することにより装置全体を制御する制御部である。１６０２は制御部１６０１が実行する制御プログラムと、各種情報を記憶する記憶部である。後述する各種動作は、記憶部１６０２に記憶された制御プログラムを制御部１６０１が実行することにより行われる。１６０３は、ユーザが各種入力を行うための入力部である。１６０４は各種表示を行う表示部でありＬＣＤやＬＥＤのように視覚で認知可能な情報の出力、あるいはスピーカなどの音出力が可能な機能を有する。１６０５は送電部であり、受電装置に対して送電を行う。送電部１６０５は図３において説明したコイル１０３と磁性体１０５を有している。

図１６（ｂ）はデジタルカメラ全体の構成を示す。１６０６は、記憶部１６０７に記憶される制御プログラムを実行することにより装置全体を制御する制御部である。１６０７は制御部１６０６が実行する制御プログラムと、各種情報を記憶する記憶部である。後述する各種動作は、記憶部１６０７に記憶された制御プログラムを制御部１６０１が実行することにより行われる。１６０８は、ユーザが各種入力を行うための入力部である。１１０９は、各種表示を行う表示部でありＬＣＤやＬＥＤのように視覚で認知可能な情報の出力、あるいはスピーカなどの音出力が可能な機能を有する。１６１１は受電部であり、送電装置から無線伝送された電力により電源部１６１０を充電する。受電部１６１１は図３に示したコイル１０４と磁性体１０６を有している。１６１２は、レンズを介して入射された被写体光を画像データとして出力する撮像部である。１６１３は、センサー部であり、物体の角度や角速度を検出するジャイロセンサーの出力によりデジタルカメラの姿勢を検出する。センサー部１６１３は、実施例２以降で用いる。

図４において、上述の構成を有する送電台１０１の磁性体１０５はデジタルカメラ１０２（受電装置）が置かれる面の全てを内部から覆うように配置される。（送電台１０１の筐体の受電装置を置くための少なくとも一つの側面において、該側面の何れの位置からも所定距離以内に磁性体１０５を該側面と対向するように設置する。）送電台１０１のデジタルカメラ１０２が置かれる面（以後、充電可能面とする）に、磁性体１０５が接するまたは近接されることによって、デジタルカメラ１０２を送電台１０１の充電可能面上のどの位置においても効率よく無線電力伝送が行なえるようになる。充電可能面と接しているか近接している磁性体１０５の面はコイル１０３より大きく構成され、かつ、磁性体１０５の一部はコイル１０３を貫くように構成されている。本実施形態においては、磁性体１０５の一部（突出部）に電線を巻きつけて、コイル１０３を構成している。したがって、コイル１０３で発生された磁界は磁性体１０５の充電可能面と接している面の何れの位置からもからも発生されるため、受電装置の受電コイルと送電台１０１のコイル１０３との位置合わせを意識することなく無線電力伝送を行うことができる。

デジタルカメラ１０２は、上述したコイル１０４と該コイルと磁気的に結合した直方体部分を有する磁性体１０６とを具備する。磁性体１０６は、筐体とコイル１０４との間に配置される。また、磁性体１０６は直方体と該直方体のから突出したと突出部とを有し、突出部はコイル１０４の内部を貫くように構成されている。本実施形態においては、磁性体１０６の一部（突出部）に電線を巻きつけて、コイル１０４を構成している、したがって、磁性体１０６に入力された磁界は突出部に集中され、コイル１０４の内部を貫くような磁路を形成する。また、磁性体１０６はデジタルカメラ１０２の筐体の複数面に接するように配置する。即ち、磁性体１０６の複数面夫々と接している筐体の複数面のうち何れかの面を送電台１０１の充電可能面に接すれば、デジタルカメラ１０２を効率よく充電可能にするように磁性体１０６を配置する。また、磁性体１０６のデジタルカメラ１０２の筐体と対向して接しているか近接している面は、コイル１０４より大きい。したがって、コイル１０４と送電装置の送電コイルとの位置合わせに自由度を持つことができる。

図４では、磁性体１０６は、筐体の背面、右側面、底面に接している例を示しているが、他の面に接する（近接）ようにしてもよい。なお、磁性体１０６は筐体に必ずしも接しなくてもよいが、筐体からの距離が離れるほど伝送特性が劣化するため、筐体に接するか近接したほうがよい。また、受電装置の筐体の角と磁性体１０６の角とを接する（近接する）ように磁性体１０６を配置することで、より多くの面を無線電力伝送する際に送電装置に対向させる面とすることができるようになる。ここで、近接とは、無線電力伝送を実現できる範囲内であるとする。また、近接とは、無線電力伝送を所定の送電特性を有する送電装置から無線電力伝送を行った場合に、所定の伝送効率を満たして実現できる範囲内であるとする。所定の伝送効率とは、単位時間当たりの充電量（受電効率）、満充電までの時間等に基づいて、定められてよい。即ち、受電装置の筐体の面のうち磁性体１０６と接しているかまたは近接している面と送電台１０１を接して無線電力伝送を行う場合に所定の伝送効率を満たす。一方、受電装置の筐体の面のうち磁性体１０６と接しても近接してもいない面（筐体の面のうち磁性体１０６と接しているかまたは近接している面以外の面）と送電台１０１を接して無線電力伝送を行う場合には所定の伝送効率を満たさないということができる。

上述の構造をもった送電台１０１とデジタルカメラ１０２の間で無線電力伝送を行なう場合を考える。図４の例では、デジタルカメラ１０２の磁性体１０６は、筐体の背面、右側面、底面に接している。従って、デジタルカメラ１０２の背面、右側面、底面を送電台１０１の充電可能面（磁性体１０５に接する面）に配置すれば、コイル間の誘導結合を強めることができ、伝送特性の良好な電力伝送を行なうことができる。

図５の（ａ）〜（ｃ）は、送電台１０１とデジタルカメラ１０２とが電力伝送できる配置例である。図５（ａ）では、デジタルカメラ１０２の底面（磁性体１０６が接する面）を送電台１０１の充電可能面に載せることで、送電台１０１の磁性体１０５とデジタルカメラ１０２の磁性体１０６が対向して、近接する。この場合、コイル１０３とコイル１０４とは対向せず、むしろ直交する位置関係となる。しかしながら、磁性体１０６は送電台１０１が発する磁界をコイル１０４に導くような磁路を形成することで、コイル間の誘導結合を強めて、伝送特性の良好な電力伝送を行なうことができる。図５（ｂ）では、デジタルカメラ１０２の右側面を送電台１０１の充電可能面上に載せることで、送電台１０１の磁性体１０５とデジタルカメラ１０２の磁性体１０６が送電台１０１の磁性体１０５とデジタルカメラ１０２の磁性体１０６が対向して、近接する。図５（ｃ）では、デジタルカメラ１０２の背面を送電台１０１の充電可能面上に載せることで、送電台１０１の磁性体１０５とデジタルカメラ１０２の磁性体１０６が対向して、近接する。上述の図５の（ａ）〜（ｃ）のように送電台１０１にデジタルカメラ１０２を置くことで、送電台１０１により発生される磁界（コイル１０３により磁性体１０５を介して発生する磁界）がデジタルカメラ１０２の磁性体１０６を介して、コイル１０４に導かれる。そして、デジタルカメラ１０２は、コイル１０４に導かれた磁界により発生した電力により、充電を行うことができる。

以上のように、無線電力伝送装置に装荷されたコイル１０４と磁気的に結合した磁性体１０６の複数面を装置の筐体の複数面に接する又は近接するように配置することにより、送電側と受電側のコイルが対向しなくても、無線電力伝送を行なうことが可能となる。即ち、磁性体１０６のように直方体部分を設け、直方体部分の複数面を無線電力伝送装置の筐体の複数面に接する又は近接するように配置することにより、相手装置と対向して良好な無線電力伝送を行うことが可能な面を複数設けることができる。また、本実施形態による無線電力伝送装置は、コイルと筐体との間に磁性体を配置し、該磁性体により形成される磁路がコイルの内部を貫くように構成される。また、磁性体の一部が突出した突出部を設け、該突出部が前記コイルの内部に存在（挿入）することで前述のような磁路を形成することができる。また、磁性体の直方体部分の何れかの面から入力された磁界はコイルに電力を生じさせるように作用することによって、無線電力伝送を行なう装置間の配置に柔軟性、自由度を持たせることができる。また、無線電力伝送装置の筐体と接しているか近接している面がコイルより大きい磁性体１０５、磁性体１０６をコイルに配置することにより、装置間のコイルの位置合せを厳密に行わなくても伝送効率が損なわれにくい良好な無線電力伝送を行うことができる。

以上のように、本実施例によれば、送電側と受電側のコイルが対向しないような装置間の配置であっても、装置間のコイル同士の位置合わせ（中心同士を重ね合わせる、互いにある程度重ね合わせる）が厳密に行われていない配置であっても無線電力伝送を行なえる。即ち、無線電力伝送を行なう装置間の配置に柔軟性、自由度を持たせることができる。

なお、本実施例では、送電台１０１に磁性体１０５を装荷したが、磁性体１０５が無くても、コイル１０３の真上にデジタルカメラ１０２を図５の（ａ）〜（ｃ）の向きで置けば、効率よく無線電力伝送を行なうことができる。

また、磁性体の形状は、直方体でなくてもよく、無線電力伝送装置の筐体の形状に合わせた形状であれば、送受電コイルと磁気的に結合した磁性体の複数面を筐体の複数面に接する又は近接するよう磁性体を設置すればよい。つまり、筐体の形状が図１のように直方体であれば、磁性体を直方体にすれば磁性体の配置を容易にできる。

また、送電装置の送電コイルに磁性体１０６を付加し、該磁性体の複数面を筐体の複数面に対向するように配置するように構成してもよい。即ち、送電装置の充電可能面を多面的に構成することで、受電装置が磁性体１０６を有していない場合であっても、無線電力伝送を行なう装置間の配置に柔軟性、自由度を持たせることができる。また、受電装置の受電コイルに図３（ａ）のように磁性体１０５を具備するように構成してよい。このように構成することで、受電装置に対する送電装置の無線電力伝送を行う上での適切な配置の自由度が増し、受電装置の受電コイルと送電装置の送電コイルとの位置合わせを意識することなく無線電力伝送を行うことができる。

（実施例２）
実施例１では、図５（ａ）〜（ｃ）に示すようにデジタルカメラ１０２に装荷された磁性体１０６と、送電台１０１に装荷された磁性体１０５とを近接させて無線電力伝送を行う実施形態について示した。本実施例では、図６（ａ）〜（ｃ）に示すように、デジタルカメラ１０２に装荷された磁性体１０６と、送電台１０１に装荷された磁性体１０５とが近接しないように、送電台１０１上にデジタルカメラ１０２が配置された場合の実施形態について述べる。なお、本実施例におけるデジタルカメラ１０２の構成は、実施例１のデジタルカメラ１０２と同様であるが、さらに送電装置と通信するための無線通信機能を有しているものとする。なお、本実施例において送電台１０１は、実施例１の構成と同様であるが、さらに本実施例の送電台１０１充電可能面は、物体が置かれたことを検出するセンサーと受電装置と送電装置と通信するための無線通信機能を具備しているものとする。送電台１０１は物体が充電可能面に物体が置かれたことを検出した場合に、受電装置に無線電力伝送を始めてよいことを問い合わせる信号（ポーリング信号）を送信する。そして、送電台１０１はポーリングに対する応答があった場合（送電開始を指示された場合）に送電を開始する。

図６（ａ）〜（ｃ）のように、デジタルカメラ１０２に装荷された磁性体１０６と、送電台１０１に装荷された磁性体１０５とが近接しない場合、磁性体１０５と磁性体１０６とに距離が生じ、送受電コイル間の誘導結合が弱まる。したがって、送電台１０１とデジタルカメラ１０２間の無線電力伝送効率は低下し、無線電力伝送を行えない場合や無線電力伝送を行えたとしてもこの状態で電力伝送を続けると大きな電力の損失になってしまうことが起こり得る。そこで、無線電力伝送効率が低いまま電力伝送を行なうことがないよう、デジタルカメラ１０２は次のような制御を行なう。

デジタルカメラ１０２の配置が図６（ａ）〜（ｃ）のようになった場合、センサー部１６１３で検知することができる。また、デジタルカメラ１０２は、ユーザに対してデジタルカメラの配置を変更することを促す通知手段を搭載するものとする。本実施例では、デジタルカメラの配置変更が必要な場合はＬＥＤランプを点灯させて、ユーザに通知するものとする。 以下、デジタルカメラ１０２の制御について、図７のフローチャートを用いて説明する。なお、図７のフローチャートは記憶部１６０７に記憶されている制御プログラムを制御部１６０６が実行し、情報の演算や加工、各ハードウェアの制御を行うことで実現される。まず、デジタルカメラ１０２が起動される（３０１）。次に、デジタルカメラ１０２は送電台１０１から送信されたポーリング信号を検出（受信）したかを判定する（３０２）。ポーリング信号を受信した場合、デジタルカメラ１０２のセンサー部１６１３は、デジタルカメラ１０２の姿勢を検知する。（３０３）。次に、制御部１６０６は検知された姿勢から、無線電力伝送に適している姿勢かどうかを判定する（３０３）。即ち、制御部１６０６は磁性体１０６が近接している筐体の背面、右側面、底面において送電台１０１と接しているか（デジタルカメラ１０２が背面、右側面、底面において置かれているか）を判定する。

なお、デジタルカメラの姿勢が無線電力伝送に適していると判断された場合（図５（ａ）〜（ｃ）に示すように配置されている場合）、制御部１６０６は無線電力伝送を開始するよう送電台１０１に無線通信機能を用いて指示する（３０５）。そして、充電が完了し、電力の供給が終了したら動作を終了する（３０６）。

次に、デジタルカメラの姿勢が無線電力伝送に適していないと判断された場合、デジタルカメラ１０２は表示部１６０９により、ユーザに配置状態を変更するように通知する（本実施形態ではＬＥＤランプを点灯する）（３０７）。そして、ユーザがデジタルカメラ１０２の配置変更を行なうための一定時間を待ち（３０８）、タイマーが終了したら、送電台からのポーリング信号を検出する制御に戻る（３０２）。

このようにして、デジタルカメラ１０２の送電台１０１への配置状態が、無線電力伝送を行なうのに最適な配置状態となるまで、ユーザに配置変更を促す。本実施例では、デジタルカメラ１０２の配置状態を検出する手段としてジャイロセンサーを用いたが、物体の配置状態を検出できるセンサーであれば他のセンサーでもよい。また、無線電力伝送時の充電電力量や送電装置からの磁場による影響を検出し、磁性体１０６が近接している筐体面において送電台１０１と無線電力伝送を行う上で適切に近接していないことを検出するように構成してもよい。また、自装置で行われている無線電力伝送の伝送効率（受電効率）が所定値を下回る場合に磁性体１０６が近接している筐体面において送電台１０１と近接していないことを検出するように構成してもよい。また、送受電装置の無線通信機能を送受電装置が電力伝送に用いる磁界または電界を変調して情報を送受信する構成としてよい。この場合に、受信装置においてポーリング信号の強度により、送受電装置が無線電力伝送を行う上で適切に近接していないことを検出することができる。また、ユーザにデジタルカメラ１０２の配置状態の変更を促す手段として、ＬＥＤランプの点灯を用いたが、配置状態の変更を促す映像信号を出力するなど、別の手段を用いても警告（配置状態の変更の促し）を行ってもよい。

また、受電装置であるデジタルカメラ１０２において警告を行ったが、送電台１０１（送電装置）において同様の警告を行っても良い。例えば、送電台１０１は所定期間物体が置かれているがポーリングに対する応答が帰ってこない場合に警告を行う構成として良い。また、送電台１０１がデジタルカメラ１０２から姿勢に関する情報を無線通信により取得し、デジタルカメラ１０２の姿勢に応じて、警告を行うようにして良い。

なお、上述の例では、デジタルカメラが起動している場合に図７のフローチャートを実行する場合を示したが、デジタルカメラが起動していない場合（省電力状態等の場合）にポーリング信号を検出してから起動して、３０３からの処理を行うようにしてよい。また、デジタルカメラが起動していない場合（省電力状態等の場合）であっても、必要な機能のみを動作可能または所定の契機（例えばポーリング信号の受信）に応じて、本実施例の動作を行うよう構成してもよい。

本実施例によれば、無線電力伝送効率が低いまま電力伝送を行なうことがないようにユーザに警告を通知することができる。

（実施例３）
実施例１、実施例２では、送電台１０１とデジタルカメラ１０２間での送受電について述べた。本実施例では、図８に示すように、送電側のデジタルカメラ２０１と、受電側のデジタルカメラ２０２との間で無線電力伝送を行なう場合を考える。

図８に示すデジタルカメラ２０１はコイル２０３を具備し、デジタルカメラ２０２はコイル２０４を具備している。デジタルカメラ２０１は、コイル２０３と筐体との間に直方体の磁性体２０５を装荷し、磁性体２０５はデジタルカメラ２０１の筐体の複数面に接するように配置する。図８では、磁性体２０５は、筐体の背面、右側面、底面に接している例を示しているが、他の面に接する（近接）ようにしてもよい。デジタルカメラ２０２が具備するコイル２０４には磁性体は装荷しない。なお、デジタルカメラ２０１は図１６（ｂ）に示す構成と同様である。デジタルカメラ２０２は図１６（ｂ）に示す構成と受電部１６１１が磁性体を有さない以外同様である。

上述の構造をもったデジタルカメラ２０１とデジタルカメラ２０２の間で無線電力伝送を行なう場合を考える。図８の例では、デジタルカメラ２０１の磁性体２０５は、筐体の背面、右側面、底面に接している。従って、デジタルカメラ２０２のコイル（デジタルカメラ２０２の右側面）をデジタルカメラ２０１の背面、右側面、底面の磁性体２０５に対向する位置に配置すれば、電力のロスが少ない、伝送特性の良好な無線電力伝送を行なうことができる。

図９の（ａ）〜（ｃ）は、デジタルカメラ２０１とデジタルカメラ２０２とが伝送特性の良好な無線電力伝送を行なうことができる配置例である。図９（ａ）では、デジタルカメラ２０２を後ろ向きにし、デジタルカメラ２０１の右側面（磁性体２０５の配置位置）とデジタルカメラ２０２の右側面（コイル２０４の配置位置）とを対向させている。図９（ｂ）では、デジタルカメラ２０１の背面（磁性体２０５の配置位置）とデジタルカメラ２０２の右側面（コイル２０４の配置位置）とを対向させている。図９（ｃ）では、デジタルカメラ２０２を立て、デジタルカメラ２０１の底面（磁性体２０５の配置位置）とデジタルカメラ２０２の右側面（コイル２０４の配置位置）とを対向させている。

以上のように、直方体の磁性体の複数面をデジタルカメラ２０１の筐体の複数面に接する又は近接するようにコイルとの間に装荷することにより、送電側と受電側のコイルが対向しなくても、無線電力伝送を行なうことが可能となる。言い換えれば、直方体の磁性体の複数面をデジタルカメラ２０１の筐体の複数面に対向するようにコイルとの間に装荷することにより、送電側と受電側のコイルが対向しなくても、無線電力伝送を行なうことが可能となる。従って、無線電力伝送を行なう装置間の配置に柔軟性を持たせることができる。また、磁性体の形状は、直方体でなくてもよいが、磁性体を装荷する無線電力伝送の筐体の形状に合わせた形状であれば、磁性体の複数面を筐体の複数面に接する又は近接するように装荷できる。つまり、筐体の形状が図８のように直方体であれば、磁性体を直方体にすれば磁性体の配置を容易にできる。

（実施例４）
実施例３では、送電側のデジタルカメラ２０１のコイル２０３に磁性体２０５を装荷したが、本実施例では、図１０に示すように、送電側のデジタルカメラ２０１、受電側のデジタルカメラ２０２ともに、コイルに磁性体を装荷する。受電側のデジタルカメラ２０２には、コイル２０４と筐体との間に直方体の磁性体２０６を装荷し、磁性体２０６はデジタルカメラ２０２の筐体の複数面に接するように配置する。図１０では、磁性体２０６は、筐体の背面、右側面、底面に接している例を示しているが、他の面に接する（近接）ようにしてもよい。なお、磁性体２０６は筐体に必ずしも接しなくてもよいが、筐体からの距離が離れるほど伝送特性が劣化するため、筐体に接するか近接したほうがよい。

この場合、図１１（ａ）のようにコイルが対向する場合は、磁性体が磁束を集中させることでコイル間の誘導結合を強めるため、良好な電力伝送特性を得られる。また、図１１（ｂ）のように、コイルが対向していないような状況でも、磁性体が磁路を形成することでコイル間の誘導結合を強めるため、同様に良好な電力伝送特性を得られることになる。

よって、送電側および受電側のコイルに直方体の磁性体を装荷することで、無線電力伝送を行なうデジタルカメラ２０１とデジタルカメラ２０２は、例えば図１２の（ａ）〜（ｆ）のような配置が可能となる。図１２（ａ）では、デジタルカメラ２０２を横向きにし、デジタルカメラ２０１の右側面（磁性体２０５の配置位置）とデジタルカメラ２０２の背面（磁性体２０６の配置位置）とを対向させている。図１２（ｂ）では、デジタルカメラ２０２を後ろ向きにし、デジタルカメラ２０１の背面（磁性体２０５の配置位置）とデジタルカメラ２０２の背面（磁性体２０６の配置位置）とを対向させている。図１２（ｃ）では、デジタルカメラ２０２を倒し、デジタルカメラ２０１の底面（磁性体２０５の配置位置）とデジタルカメラ２０２の背面（磁性体２０６の配置位置）とを対向させている。図１２（ｄ）では、デジタルカメラ２０２を倒し、デジタルカメラ２０１の右側面（磁性体２０５の配置位置）とデジタルカメラ２０２の底面（磁性体２０６の配置位置）とを対向させている。図１２（ｅ）では、デジタルカメラ２０２を倒し、デジタルカメラ２０１の背面（磁性体２０５の配置位置）とデジタルカメラ２０２の底面（磁性体２０６の配置位置）とを対向させている。図１２（ｆ）では、デジタルカメラ２０２を逆さにし、デジタルカメラ２０１の底面（磁性体２０５の配置位置）とデジタルカメラ２０２の底面（磁性体２０６の配置位置）とを対向させている。

以上述べたように、送電側および受電側のコイルに直方体の磁性体を装荷することによって、送受電装置間のコイル同士を対向させなくても良好な無線電力伝送特性を得ることができるようになる。また、送電側および受電側のコイルに方形の磁性体を装荷することによって、実施例３の場合よりもさらに機器の配置に柔軟性を持たせることができる。

（実施例５）
実施例３では、無線電力伝送機能を搭載したデジタルカメラ間で無線電力伝送を行なう場合を考えた。本実施例では、実施例３の無線電力伝送システムの構成において、図１３（ａ）〜（ｃ）に示すように、デジタルカメラ２０１に装荷された磁性体２０５が、デジタルカメラ２０２に装荷されたコイル２０４に接しない場合の実施形態について述べる。ただし、デジタルカメラ２０１とデジタルカメラ２０２は、机上に置かれることを前提とする。

図１３（ａ）〜（ｃ）のように、デジタルカメラ２０１に装荷された磁性体２０５とデジタルカメラ２０２に装荷されたコイル２０４とが近接しないように配置された場合、コイル間の誘導結合が弱まる。したがって、デジタルカメラ２０１とデジタルカメラ２０２間の無線電力伝送効率は低下し、無線電力伝送を行えない場合や無線電力伝送を行えたとしてもこの状態で電力伝送を続けると大きな電力の損失になってしまうことが起こり得る。

デジタルカメラ２０１とデジタルカメラ２０２は、物体の角度や角速度を検出するジャイロセンサーと、互いに無線通信するための近接無線通信機能を搭載するものとする。なお、本実施例では近接無線通信にＮＦＣ（Ｎｅａｒ Ｆｉｅｌｄ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）を用いるものとする。デジタルカメラ２０１とデジタルカメラ２０２は、デジタルカメラ２０１とデジタルカメラ２０２の配置が図１３（ａ）〜（ｃ）のようになった場合、内蔵するジャイロセンサーで各々の配置状態を検知し、相手に通知することができる。また、デジタルカメラ２０１は、ユーザに対してデジタルカメラの配置を変更することを促す通知手段を搭載するものとする。本実施例では、デジタルカメラの配置変更が必要な場合はＬＥＤランプを点灯させて、ユーザに通知するものとする。なお、デジタルカメラ２０１は、送電装置として機能するモードを有し、他装置に無線電力伝送により電力を供給する。

以下、デジタルカメラ２０１の制御について、図１４のフローチャートを用いて説明する。図１４のフローチャートはデジタルカメラ２０１に記憶されている制御プログラムを制御部が実行し、情報の演算や加工、各ハードウェアの制御を行うことで実現される。まず、デジタルカメラ２０１の送電装置として機能するモードが起動されると処理を開始する。デジタルカメラ２０１は処理を開始すると、近接無線通信を起動し、近接無線通信の接続要求を送信する（４００）。デジタルカメラ２０１はデジタルカメラ２０２から接続要求に対する応答があったかを判定する４０１）。ここで、デジタルカメラ２０１は接続要求に対する応答があった場合に近接無線通信により通信可能な範囲においてデジタルカメラ２０２と近接したことを認識することができる。次に、デジタルカメラ２０１は内蔵するジャイロセンサーによって、デジタルカメラ２０１の姿勢を検知する（４０２）。次に、デジタルカメラ２０１は近接無線通信機能を用いて、相手装置であるデジタルカメラ２０２からデジタルカメラ２０２の姿勢に関する情報を取得する（４０３）。

次に、デジタルカメラ２０１の制御部は、デジタルカメラ２０１およびデジタルカメラ２０２の配置状態から、その配置状態が無線電力伝送に適しているかどうかを判定する（４０４）。即ち、デジタルカメラの制御部は相手装置との配置状態が図１３（ａ）〜（ｃ）のようになっているかを判定する。相手装置との配置状態が無線電力伝送に適していると判断された場合（図９（ａ）〜（ｃ）に示す配置状態の場合）、制御部は近接無線機能を用いて相手装置に無線電力伝送を開始することを通知し（４０５）、電力の供給が終了したら動作を終了する（４０６）。次に、配置状態が無線電力伝送に適していないと判断された場合、デジタルカメラ２０１はＬＥＤランプを点滅させて、ユーザに配置状態を変更するように通知する（４０７）。また、近接無線通信を用いて相手装置に配置状態が無線電力伝送に適していないことを警告するようにしてもよい。そして、ユーザがデジタルカメラ２０１またはデジタルカメラ２０２の配置変更を行なうための一定時間を待ち（４０８）、タイマーが終了したら、ジャイロセンサーで配置状態を検知する制御に戻る（４０２）。このようにして、デジタルカメラ２０１とデジタルカメラ２０２の配置状態が、無線電力伝送を行なうのに最適な配置状態となるまで、ユーザに配置変更を促す。

本実施例では、デジタルカメラ２０１の配置状態を検出する手段としてジャイロセンサーを用いたが、物体の配置状態を検出できるセンサーであれば他のセンサーでもよい。また、自装置で行われている無線電力伝送の伝送効率（受電効率）が所定値を下回る場合に自装置と他の装置が無線電力伝送を行う上で適切に配置されていないことを検出するように構成してもよい。また、無線電力伝送を開始した後に、他の装置からの磁場による影響を検出し、他の装置と無線電力伝送を行う上で適切に近接していないことを検出するように構成してもよい。また、自装置で行われている無線電力伝送の伝送効率（送受電効率）が所定値を下回る場合に他の装置と無線電力伝送を行う上で適切に近接していないことを検出するように構成してもよい。また、近接無線通信に基づいて、他の装置と無線電力伝送を行う上で適切に近接していないことを検出するように構成してもよい。例えば、他の装置と近接無線通信による通信が可能か、近接無線通信の受信強度に基づいて他の装置が無線電力伝送を行う上で適切に配置されていないことを検出するように構成してもよい。このように構成することで、他の装置から姿勢などの情報を得ないでも、ユーザに警告を行うことができる。

また、デジタルカメラ２０２の配置状態の取得手段は、無線通信機能ではなく有線通信機能を用いてもよい。

また、ユーザにデジタルカメラ１０２の配置状態の変更を促す手段として、ＬＥＤランプの点灯を用いたが、映像情報等を用いた別の手段を適用しても良い。また本実施例では、実施例３の無線電力伝送システムの構成に基づいて述べたが、実施例４の無線電力伝送システムの構成においても、同様の方法で配置状態の変更を促す通知を行ってよい。例えば、実施例４の無線電力伝送システムにおいて、無線電力伝送効率が低い配置状態にあると判断した場合には、ユーザにデジタルカメラ２０１あるいはデジタルカメラ２０２の配置を変更するよう通知することができる。

なお、他の装置から姿勢に関する情報を取得したが、併せてコイルが配置されている面（無線電力伝送を行う際に対向装置と近接させる面）に関する情報を併せて取得する構成としてよい。このように構成することで、他の装置のコイル配置位置が既知ではない場合であっても、自装置の姿勢、他の装置の姿勢、他の装置のコイルの配置位置に基づいて、配置状態が無線電力伝送を行う上で適切か否かを判定することができる。また、デジタルカメラ２０１が警告をおこなったが、デジタルカメラ２０１からの通知に基づいてデジタルカメラ２０２がユーザに警告を行う構成として良い。また、受電装置側が上述に示す処理を同様に行うよう構成として良い。

本実施例によれば、無線電力伝送効率が低いまま電力伝送を行なうことがないようにユーザに警告を通知することができる。

（実施例６）
本実施例では、コイルに装荷する磁性体の形状に関して述べる。実施例１〜実施例５では、コイルに直方体の磁性体を装荷する場合について述べたが、磁束は磁性体中に集中するので、磁性体の形状は他の形状であってもよい。

例えば、図１５のように半球の磁性体をコイルに装荷する場合を考える。この場合も、もう一方のコイルは対向する位置でなく、図１５の矢印で示すような各方向に配置しても良好な電力伝送特性が得られることになる。このように、コイルに装荷する磁性体の形状はどのようなものであっても、磁束は磁性体中に集中し、良好な電力伝送特性が得られることになる。コイルに装荷する磁性体の形状は、コイルを内蔵する装置の筐体の複数面に接する（近接）か又は曲面に沿って配置すれば、送電側と受電側のコイルが対向しなくても、複数方向から相手装置と近接無線電力伝送を行なうことが可能となる。従って、近接無線電力伝送を行なう装置間の配置に柔軟性、自由度を持たせることができる。

なお、磁性体形状は複雑であっても上述のような特性は得られるため、例えば上述の磁性体を、無線機器筐体に置き換えても良い。また、無線電力伝送システムを想定して述べたが、本構造は無線通信において、コイルを対向させなくても効率よく通信する手法としても適用可能である。

（実施例７）
実施例６では、コイルに装荷する磁性体の形状として、図１５のような半球の磁性体の形状について述べた。本実施例では、コイルに装荷する磁性体の形状を、図１７に示すような形状とした場合の実施形態について述べる。
上述したように、送電側と受電側のコイル間に磁性体を装荷すると磁束を磁性体の中に集中させることができるため、コイル間の結合を強めることができ、効率的に電力を伝送できる。すなわち磁性体を装荷することで、送電側のコイルと受電側のコイルを貫く磁束を増加させることができる。そこで、コイルに装荷する磁性体の形状として、図１７のような形状を考える。図１７に示すような形状の磁性体を、送電側コイルおよび受電側コイルそれぞれに同じ状態で装荷すると、もう一方のコイルを図１７の矢印に示す各方向に配置しても良好な電力伝送が得られることになる。これは、コイルおよび磁性体の配置が、例えば図１８（ａ）および（ｂ）のようになっても、磁性体は矢印で示すような閉ループを形成することが可能となる。例えば、図１８（ａ）では図中の［１］［２］［３］［４］の矢印の経路で閉ループが形成され、図１８（ｂ）では図中の［１］［２］［３］［４］［５］の矢印の経路で閉ループが形成される。この閉ループとなる閉磁路に磁束が通ることによってコイル間の結合を強めることが可能となる。

以上述べたように、図１７、図１８のように、送電側コイルと受電側コイルとの間に発生する磁束は、磁性体を用いて構成された閉ループの閉磁路を通ることで、より強いコイル間での結合が得られ、効率的な電力伝送が可能となる。このコイルに装荷する閉ループの閉磁路を形成する磁性体の形状は、図１７以外の形状でも実現可能である。また、磁性体は、送電側と受電側のそれぞれに配置されているため、厳密には送電側と受電側の筺体の境界部分で、磁性体は途切れることになる。また、使用時の状況によっては送電側と受電側の筺体はわずかに離れることも想定される。しかし、いうまでもなく磁束は空気を通過するし、送電側と受電側の筺体は近接しているため、本明細書ではこのような状態の磁性体でも「閉ループが構成されている」と言うこととする。また、コイルの配置場所は本実施例における図１７および図１８に記載の場所に限定されるものではなく、上述した磁性体により形成される閉磁路に、送電側と受電側のそれぞれのコイルが配置されていればよい。

また、無線電力伝送システムを想定して述べたが、本構造は無線通信において、コイルを対向させなくても効率よく通信する手法としても適用可能である。

また、上述した実施例１〜７に記載の図中に示したコイルは、電線を磁性体に巻きつけて形成されている。しかし、このコイルの形態は上述した構成のみならず、例えばプリント基板にパターンで形成されるコイルであってもよい。すなわち、コイルとして動作するものであれば、どのような形態であってもよい。また、上述したプリント基板にパターンで形成されるコイルの場合、コイルが形成される基板上に磁性体を配置することで、実施例１〜７と同様の効果を得ることが可能となる。この場合、パターンで形成されるコイルの内部に磁性体の一部（突出部）が存在してもよいし、存在しなくても、コイル間の結合は弱まるが同様の効果を得ることが可能である。

１０１ 送電側の送電台
１０２ 受電側のデジタルカメラ
１０３ 送電側の送電台が具備するコイル
１０４ 受電側のデジタルカメラが具備するコイル
１０５ 送電側の送電台が具備する磁性体
１０６ 受電側のデジタルカメラが具備する磁性体

Claims (15)

1. 他の装置と無線電力伝送を行う無線電力伝送装置であって、
   無線電力伝送を行なうためのコイルと、
   少なくとも一部が前記コイルの内部を貫くように配置された磁性体とを有し、
   前記磁性体の複数面夫々が前記無線電力伝送装置の筐体の複数面夫々に接するか近接するように配置され、
   前記磁性体は、直方体と前記直方体の一部が突出した突出部により構成され、前記突出部が前記コイルの内部に存在することを特徴とする無線電力伝送装置。
2. 前記無線電力伝送装置の姿勢を検出する検出手段と、
   検出した姿勢と前記磁性体の複数面が対向する前記無線電力伝送装置の筐体の複数面とに応じて、前記無線電力伝送装置の配置変更を促す所定の通知を行う通知手段とを更に有することを特徴とする請求項１に記載の無線電力伝送装置。
3. 前記他の装置の姿勢に関する情報を取得する取得手段と、
   取得した前記情報と前記磁性体の複数面が対向する前記無線電力伝送装置の筐体の複数面とに応じて、前記無線電力伝送装置の配置変更を促す所定の通知を行う通知手段とを更に有することを特徴とする請求項１に記載の無線電力伝送装置。
4. 前記他の装置の姿勢に関する情報を取得する取得手段と、
   前記通知手段は、取得した前記情報と前記無線電力伝送装置の姿勢とに応じて、前記所定の通知を行うことを特徴とする請求項３に記載の無線電力伝送装置。
5. 前記無線電力伝送装置の姿勢を検出する検出手段と、
   前記他の装置が前記無線電力伝送装置の姿勢に応じて、前記無線電力伝送装置の配置変更を促す所定の通知を行うために、検出した姿勢を前記他の装置に通知する通知手段とを更に有することを特徴とする請求項１に記載の無線電力伝送装置。
6. 前記他の装置と近接無線通信を行う通信手段と、
   前記通信手段による通信に応じて、前記無線電力伝送装置の配置変更を促す所定の通知を行う通知手段とを更に有することを特徴とする請求項１に記載の無線電力伝送装置。
7. 前記他の装置と近接無線通信を行う通信手段と、
   前記通信手段による通信に応じて、前記無線電力伝送装置の配置変更を促す所定の通知を行う通知手段とを更に有することを特徴とする請求項１に記載の無線電力伝送装置。
8. 無線電力伝送の受電効率又は前記他の装置からの磁場に基づいて、前記無線電力伝送装置の配置変更を促す所定の通知を行う通知手段とを更に有することを特徴とする請求項１に記載の無線電力伝送装置。
9. 前記無線電力伝送装置と前記他の装置との配置状態に応じて、前記他の装置に無線電力伝送の開始を要求または通知する手段とを更に有することを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項に記載の無線電力伝送装置。
10. 電磁誘導方式または磁気共鳴方式を用いて無線電力伝送を行うことを特徴とする請求項１乃至９の何れか１項に記載の無線電力伝送装置。
11. 前記無線電力伝送装置の筐体の角と前記磁性体の角とが接するか近接する配置であることを特徴とする請求項１乃至１０の何れか１項に記載の無線電力伝送装置。
12. 前記無線電力伝送装置の筐体の面のうち前記磁性体の複数面と対向して接するか近接する複数の面の何れかの面と前記他の装置とが接して無線電力伝送を行う場合の方が前記筐体の面のうち前記磁性体の複数面と対向して接するか近接する複数の面以外の何れかの面と前記他の装置とが接して無線電力伝送を行う場合より伝送効率がよいことを特徴とする請求項１乃至１１の何れか１項に記載の無線電力伝送装置。
13. 前記伝送効率とは、単位時間当たりの充電量または満充電までの時間に基づいて、定められることを特徴とする請求項１２に記載の無線電力伝送装置。
14. 前記磁性体の前記筐体と対向している面は、前記コイルより大きいことを特徴とする請求項１乃至１３の何れか１項に記載の無線電力伝送装置。
15. 請求項１記載の無線電力伝送装置と、該無線電力伝送装置と無線電力伝送を行う他の装置とを有する無線電力伝送システム。

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