TWI472117B - Power supply device, power supply device and power supply coil - Google Patents

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TWI472117B TW101130107A TW101130107A TWI472117B TW I472117 B TWI472117 B TW I472117B TW 101130107 A TW101130107 A TW 101130107A TW 101130107 A TW101130107 A TW 101130107A TW I472117 B TWI472117 B TW I472117B
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Description

供電裝置、供電受電裝置及供電用線圈
本發明係關於使用電磁感應方式的非接觸供電。
例如發光二極體(以下亦稱之為LED：Light Emitting Diode)係自以往以來一直被使用在訊號機或宣傳用或前往目的地顯示等各種顯示器裝置。近年來，由於發光二極體的亮度或效率提升，因此亦開始被使用在室內或屋外的照明裝置。專利文獻1係揭示一種電燈泡型LED燈。專利文獻1所記載之電燈泡型LED燈係具有與習知電燈泡相同的外形，具有金屬口，俾以***在習知電燈泡所使用的AC電源的插座。在該電燈泡型LED燈的內部係被內置有構裝發光二極體的基板、用以將發光二極體亮燈的電子電路、放熱板等。
〔專利文獻1〕日本專利特開2007-265892號公報
在習知之使用發光二極體的照明裝置中，主要與AC電源連接來使用乃為現況。因此，在習知之使用發光二極體的照明裝置中，係會產生所使用的場所等的限制。因此，若可以非接觸供電至照明裝置，即可期待減少可設置照明裝置的場所的限制。
但是，在使用電磁感應方式的非接觸供電技術中，在前述照明裝置中所例示的受電裝置具有受電用線圈，按照藉由供電裝置所發生的交流磁場而在受電線圈發生感應電動勢。此時，在受電裝置的導體部分發生因交流磁場而起的渦電流，而會有導體部分發熱的情形。因此，為了使用者的安全或防止受電裝置故障，在偵測熱時，必須在受電裝置構裝用以緊急停止或驅動冷卻機構的機構。但是，將熱對策機構構裝在受電裝置，會造成受電裝置的構造複雜化或高成本化的原因。此外，在藉由供電裝置所發生的磁場之中，若使用者不注意而放置金屬物等導體時，會有該導體在使用者不知曉中發熱的情形。
本發明係鑑於上述課題，目的在使用電磁感應方式的非接觸供電中，抑制導體在配置受電用線圈的空間發熱的情形。
為達成上述目的，本發明之供電裝置係以電磁感應方式供電至具備受電用線圈的受電裝置的供電裝置，其具備有：供電用線圈，其係將在同一平面上在同一點的周圍捲繞線材的m個(其中，m≧2)的平面線圈，由徑方向內側朝向外側進行配置，前述m個平面線圈面向配置前述受電用線圈的空間；及驅動電路，其係當供電至前述受電裝置時，在前述m個平面線圈流通共通頻率的交流電流，當在由前述供電用線圈的內側為第k-1個及第k個(其中， 2≦k≦m)的平面線圈流通直流電流時在前述空間所發生的靜磁場，係在前述徑方向，與該第k個平面線圈的內周相對應的位置的強度高於該位置的兩側的強度。
此外，本發明之供電裝置係以電磁感應方式供電至具備受電用線圈的受電裝置的供電裝置，其具備有：供電用線圈，其係將在同一平面上在同一點的周圍捲繞線材的m個(其中，m≧2)的平面線圈，由徑方向內側朝向外側進行配置，前述m個平面線圈面向配置前述受電用線圈的空間；及驅動電路，其係當供電至前述受電裝置時，在前述m個平面線圈流通共通頻率的交流電流，由前述供電用線圈的內側為第k-1個及第k個(其中，2≦k≦m)的平面線圈的前述線材長度的差為未達該第k個平面線圈的外周長度。
在本發明之供電裝置中，亦可前述m個平面線圈的直流電阻值為相同。
此外，在本發明之供電裝置中，亦可前述m個平面線圈的直流電阻值及前述線材長度為相同。
此外，在本發明之供電裝置中，亦可前述m個平面線圈彼此作並聯連接。
此外，在本發明之供電裝置中，亦可具備有與前述m個平面線圈作串聯連接的容量性元件。
此外，在本發明之供電裝置中，亦可具備有：磁性體，其係以由前述空間的相反側覆蓋前述供電用線圈的方式，由該供電用線圈分離設置；及非磁性體，其係將前述 磁性體以由前述空間的相反側覆蓋的方式而設。
此外，在本發明之供電裝置中，亦可具備n個前述供電用線圈(其中，n≧2)，前述驅動電路係在前述n個供電用線圈流通前述共通頻率的交流電流。
在該供電裝置中，亦可由前述n個供電用線圈的內側為第j個(其中，1≦j≦m)的平面線圈彼此作串聯連接。
本發明之受電裝置係具備有受電用線圈，當前述受電用線圈與上述任一構成之供電裝置所具備的供電用線圈作電磁耦合時，使用該受電用線圈而由前述供電裝置受電。
在該受電裝置中，亦可前述受電用線圈的電感係大於前述供電裝置所具有的前述平面線圈的任何電感。
本發明之供電受電裝置係具備有：以電磁感應方式進行供電的供電裝置；及由前述供電裝置使用受電用線圈所受電的受電裝置的供電受電裝置，前述供電裝置具有：供電用線圈，其係將在同一平面上在同一點的周圍捲繞線材的m個(其中，m≧2)的平面線圈，由徑方向內側朝向外側進行配置，前述m個平面線圈面向配置前述受電用線圈的空間；及驅動電路，其係當供電至前述受電裝置時，在前述m個平面線圈流通共通頻率的交流電流，當在由前述供電用線圈的內側為第k-1個及第k個(其中，2≦k≦m)的平面線圈流通直流電流時在前述空間所發生的靜磁場，係在前述徑方向，與該第k個平面線圈的內周相對應的位置的強度高於該位置的兩側的強度。
此外，本發明之供電受電裝置係具備有：以電磁感應 方式進行供電的供電裝置；及由前述供電裝置使用受電用線圈所受電的受電裝置的供電受電裝置，前述供電裝置具有：供電用線圈，其係將在同一平面上在同一點的周圍捲繞線材的m個(其中，m≧2)的平面線圈，由徑方向內側朝向外側進行配置，前述m個平面線圈面向配置前述受電用線圈的空間；及驅動電路，其係當供電至前述受電裝置時，在前述m個平面線圈流通共通頻率的交流電流，由前述供電用線圈的內側為第k-1個及第k個(其中，2≦k≦m)的平面線圈的前述線材長度的差為未達該第k個平面線圈的外周長度。
在本發明之受電裝置中，亦可前述受電裝置具有：發光電路，其係使用由前述供電裝置所受電的電力來使發光體發光。
藉由本發明，與習知構成相比，可使磁場相對強的區域分散發生為複數，因此在使用電磁感應方式的非接觸供電中，可抑制導體在配置受電用線圈的空間中發熱。
以下參照圖示，詳加說明本發明之實施形態。在各圖中對相同或相對應的構件使用相同符號。
圖1係顯示本發明之實施形態之供電受電裝置1的基本構成，(A)為概念圖，(B)為構成圖。如圖1(A)所示，供電受電裝置1係具備有：供電部10、及受電部20。供電部10係以電磁感應方式供電至受電部20的供電 裝置。供電部10係將在變流器部2所發生的交流電力供給至供電用線圈4。受電部20係接受藉由供電部10所被供電的交流電力的受電裝置。受電部20係具備有：具備受電用線圈23且由供電部10以非接觸進行受電的電力受電部21；及由電力受電部21被供給電力而發光的LED發光部22。
如圖1(B)所示，供電部10係與以商用電源所例示的AC電源相連接。變流器部2係被供給使來自AC電源的交流電力被轉換後的直流電力(DC)，而使供給至供電用線圈4的交流電力發生。此時，供電部10係進行AC-DC-AC的轉換。供電部10亦可透過電燈泡型的插座(未圖示)而連接於AC電源。LED發光部22係具備有發光二極體24作為發光體的發光電路。LED發光部22亦可具備有發光二極體24作為可安裝卸除於受電部20所具有之未圖示的裝設部(例如插座)的發光體。受電部20亦可視需要而具備有用以將發光二極體24所發生的光反射或擴散的傘狀物或罩套25。發光二極體24係使用由受電用線圈23所被供給的交流電力來亮燈、或使用將該交流電力整流後的直流電力來亮燈。
藉由供電受電裝置1，可藉由由供電部10的供電用線圈4對受電部20的受電用線圈23的磁力傳動來進行電力的傳送，來使LED發光部22的發光二極體24發光。
圖2係顯示本發明之一實施形態之供電受電裝置1A之具體構成的區塊圖。如圖2所示，供電受電裝置1A係 具備有：供電部10、及受電部20。供電部10係具備有：變流器部2、連接於變流器部2的電容器3、及供電用線圈4。受電部20係具備有：電力受電部21、及LED發光部22。電力受電部21係具備有受電用線圈23。LED發光部22係使用由供電部10被供給且在電力受電部21所受電的電力來進行動作。供電用線圈4係亦被稱為一次線圈的線圈，受電用線圈23係亦被稱為二次線圈的線圈。
在供電部10中，並聯連接電感為L1的平面線圈4A、4B而構成供電用線圈4。接著，容量C的第1電容器3A的一端被連接於平面線圈4A、4B的並聯電路的一端。平面線圈4A、4B的並聯電路的另一端係被連接於容量C的第2電容器3B的一端。第2電容器3B的另一端係被連接於變流器部2。第2電容器3B的另一端係予以接地。第1電容器3A及第2電容器3B相當於本發明之容量性元件。
受電用線圈23係電感為L2的平面線圈。供電部10中的平面線圈4A、4B、與受電部20中的受電用線圈23係在被流通交流電流時進行電磁性耦合(以下稱為「電磁耦合」)。在受電用線圈23亦可並聯連接或串聯連接容量C的電容器。此外，在此，設為滿足L1<L2的關係者。藉由使受電用線圈23的電感L2相對平面線圈4A、4B的電感L1為較大，藉此可加大使受電用線圈23所發生的感應電動勢。
圖3係顯示供電部10所具有的供電用線圈4，(A) 為平面圖，(B)為沿著(A)的I-I線的剖面圖。如圖3所示，供電用線圈4所具有的平面線圈4A、4B係被配置成同心圓狀，平面線圈4A被捲繞在同心圓的中心的周圍，平面線圈4B被捲繞在平面線圈4A的外側。換言之，供電用線圈4係將在同一平面上在同一點(在此為中心點)的周圍捲繞線材的平面線圈4A、4B，由徑方向內側至外側所配置的平面狀的線圈。該徑方向為供電用線圈4的線圈徑方向，並且為平面線圈4A、4B的線圈徑方向。
平面線圈4A、4B在此係彼此朝相同方向捲繞線材所構成。此外，如圖3所示，在平面線圈4A的外周與平面線圈4B的內周之間形成有間隙。此外，平面線圈4A、4B的線材係以同種線材且成為相同長度的方式所形成。藉此，平面線圈4A、4B的直流電阻的電阻值在理論上為相同。平面線圈4A、4B係以均為了使串聯電阻減低而將經絕緣被覆的複數導線相捻搓而成的線材所構成。以絕緣被覆的材料而言，可使用瓷漆等樹脂、絲等纖維。以如上所示之線材而言，列舉例如李茲線(Litz wire)。亦即，平面線圈4A係將線材捲繞成平面狀的第1平面線圈。平面線圈4B係以形成直徑大於平面線圈4A的外周直徑的內側空間的方式，將線材捲繞成平面狀的第2平面線圈。
受電部20的受電用線圈23係在受電時，以相對於供電部10所具有的平面線圈4A、4B隔著預定間隔而相對向的方式予以配置(配設)。亦即，供電用線圈4係面向受電部20之配置受電用線圈23的空間(受電用線圈23的 配置空間)而設(參照圖1(A))。
返回圖2進行說明。
變流器部2係具備有：發生變流器的驅動頻率的矩形波等的振盪電路6、控制電路7、閘極驅動電路8、及切換用電晶體9。
振盪電路6係具有：由使用水晶振動子的水晶振盪器等所構成的時脈發生器6A、PLL(Phase-lockedloop，稱為相位同步電路)6B、及連接於PLL的LC振盪器6C。振盪電路6係以PLL6A予以控制的所謂VCO(Voltage Controlled Oscillator，稱為電壓控制振盪器)。以LC振盪器6C的容量C而言，係使用例如半導體的可變容量二極體。VCO的頻率係藉由被施加至可變容量二極體的逆向電壓的調整而改變。被施加至可變容量二極體的逆向電壓係由電源Vcc被供給。被施加至可變容量二極體的逆向電壓係藉由連接於電源Vcc的頻率可變用的可變電阻器6D來調整。
以上構成之振盪電路6係比較時脈發生器6A的周期性訊號、及VCO的振盪頻率被分頻後的訊號，來對被施加至可變容量二極體的逆向電壓進行回授控制，藉此以VCO的頻率成為一定的方式予以控制。
閘極驅動電路8係被設在振盪電路6與切換用電晶體9之間，將振盪電路6的輸出電壓放大。閘極驅動電路8係使用例如放大用的積體電路所構成，但是亦可使用複數段放大電路來構成。閘極驅動電路8亦被稱為閘極驅動器 電路。閘極驅動電路8係當供電部10以電磁感應方式供電至受電部20時，在平面線圈4A、4B的各個流通共通頻率的交流電流的驅動電路。閘極驅動電路8係例如以交流5V，將100kHz至300kHz之間的頻率的交流電流流至供電用線圈4。平面線圈4A、4B係彼此作並聯連接，因此閘極驅動電路8係將共通頻率、同相位、而且相同電流值的交流電流流至平面線圈4A、4B的各個。
其中，閘極驅動電路8使用在供電用線圈4的驅動的交流電壓亦可為5V以外。此外，閘極驅動電路8流至供電用線圈4的交流電流的頻率並非限定為特定頻率，例如為比前述AC電源的電源頻率為高的頻率。
控制電路7係控制振盪電路6、及閘極驅動電路8。控制電路7係具有：在振盪電路6的變流器部2所發生的交流頻率的可變手段。
接著，說明閘極驅動電路8、切換用電晶體9、及供電用線圈4的連接。
如圖2所示，切換用電晶體9的第1N型MOSFET9A的汲極被連接於電源VDD ，第1N型MOSFET9A的源極被連接於第2N型MOSFET9B的汲極，第2N型MOSFET9B的源極係予以接地。在第1及第2N型MOSFET9A、9B的閘極係被輸入第1閘極驅動電路8A、8B的輸出訊號。在第1N型MOSFET9A的源極、與第2N型MOSFET9B的汲極的連接點係連接有第1電容器3A的一端，第1電容器3A的另一端被連接於經並聯連接的平面線圈4A、4B的一 端。經並聯連接的平面線圈4A、4B的另一端係被連接於第2電容器3B的一端，第2電容器3B的另一端係予以接地。
說明閘極驅動電路8、切換用電晶體9、及供電用線圈4之其他連接。
圖4係顯示變流器部2之變形例之構成的區塊圖。如圖4所示，切換用電晶體9係具備有2組串聯連接於電源的N型MOSFET，亦即4個，N型MOSFET9A~9D的各閘極係以4個閘極驅動電路8A~8D予以驅動。在N型MOSFET9A、9B的成組中，係與圖2相同，第1閘極驅動電路8A的輸出訊號係被輸入至第1N型MOSFET9A的閘極。第2閘極驅動電路8B的輸出訊號係被輸入至第2N型MOSFET9B的閘極。在N型MOSFET9C、9D的成組中，第3閘極驅動電路8C的輸出訊號係被輸入至第3N型MOSFET9C的閘極，第4閘極驅動電路8D的輸出訊號係被輸入至第4N型MOSFET9D的閘極。在第1N型MOSFET9A的源極與第2N型MOSFET9B的汲極的連接點係連接有第1電容器3A的一端。第1電容器3A的另一端被連接於平面線圈4A、4B作並聯連接的一端。經並聯連接的平面線圈4A、4B的另一端係被連接於第2電容器3B的一端。第2電容器3B的另一端係被連接於第3N型MOSFET9C的源極與第4N型MOSFET的汲極的連接點。
接著，說明受電部20。
圖5係顯示受電部20之一例的電路圖。如圖5所 示，受電部20係具有：與供電用線圈4作電磁耦合的受電用線圈23、被連接於受電用線圈23的整流電路26、及被連接於整流電路26的LED發光部22。被連接於LED發光部22的電容器27為例如電解電容器，為整流電路26的平滑用電容器。整流電路26係進行半波整流的電路、進行全波整流的電路、或以橋式整流電路所例示的整流電路。LED發光部22若為以交流電流或直流電流進行動作的電子電路，則亦可為任何LED發光電路。LED發光部22係例如具有：發光二極體24、發光二極體24以外的二極體、積體電路等主動元件、或被連接於該等主動元件的電阻、電容器及電感等被動零件、開關等機構零件以及MEMS(Micro Electro Mechanical Systems，微機電系統)等。LED發光部22係例如照明裝置、液晶顯示的背光、宣傳或方向指示等所使用的顯示板等各種顯示器裝置或機器用指示燈。
〔實施例1〕
以下實際製作供電受電裝置且測定其效率。將其作為實施例1來具體說明。以實施例1的供電部10而言，使用頻率為282.9kHz且輸出電力為5W的變流器。供電用線圈4所具有的平面線圈4A、4B係被配置成同心圓狀，平面線圈4A在同心圓中心的周圍捲繞線材所構成，以平面線圈4B與平面線圈4A共有中心點的方式，在平面線圈4A的外側捲繞線材而構成。作為供電用線圈4所使用的 李茲線係將0.05mmΦ的聚胺酯銅線(JIS C 3202)相捻搓75條而成的線材。
以下顯示供電用線圈4的條件。
外徑(直徑)：50mm±5mm
內徑(直徑)：10mm±1mm
厚度：0.7mm±0.2mm
匝數：32±2(合算)
絕緣材：聚胺酯銅線(JIS C 3202)
關於平面線圈4A、4B的阻抗，係以阻抗分析儀(Agilent製，模型4294A)來進行測定。在該測定中，平面線圈4A、4B係分別電感L1、L2均為2μH，串聯電阻的電阻值為1.5Ω。平面線圈4A、4B係由相同線種的線材所構成，因此直流電阻的電阻值相同，此意指各自的線長為相同。
圖6係顯示測定出受電部20中的受電效率的電路的區塊圖。
如圖6所示，受電用線圈23係與供電用線圈4的上部相對向作配置。受電用線圈23係與圖5同樣地連接有：整流電路26、及供模擬LED發光部22之用的負荷電阻22A。在此，設為在受電用線圈23並未被連接有電容器者。此外，亦對未介在整流電路26而在受電用線圈23直接連接有負荷的受電部20的電路中的受電效率進行測定。電容器27係使用容量為27μF、耐壓為50V者。
以下顯示受電用線圈23的條件。受電用線圈23係與 供電用線圈4的外側的平面線圈4B為相同的構造。受電用線圈23所使用的李茲線係與上述供電用線圈4相同。
外徑(直徑)：40mm±5mm
內徑(直徑)：10mm±1mm
厚度：0.7mm±0.2mm
匝數：28±2(合算)
絕緣材：UEW聚胺酯銅線(JIS C 3202)
表1係表示使負荷電阻22A的值由約5Ω變化至51Ω，以各負荷電阻22A，在負荷電流最為流動至受電用線圈23的位置所受電時的負荷電阻22A的端子電壓(V)、負荷電流(A)、受電電力(W)。此外，表1亦一併表示該時的供電部10中的電流值(A)及消耗電力(W)。效率為受電電力(w)/供電部的消耗電力(W)×100(%)。
由表1可知，使負荷電阻22A的值由約5Ω變化至51Ω時的效率為約47.3%~77.8%，可得非常高的效率。
表2係表示不具整流電路26，亦即負荷電阻22A直接被連接在受電用線圈23的電路的受電效率等。不具整流電路26時，由於沒有整流電路26的損失，因此使負荷電阻22A的值由約5Ω變化至51Ω時的效率成為約47.2%~84.4%。由於沒有整流電路26的損失，因此相較於設有整流電路26的情形，效率稍微提升。
以上為實施例1的說明。
但是，在供電部10中，係藉由供電用線圈4之構成及藉由閘極驅動電路8所為之供電用線圈4的驅動，以電磁感應方式供電至受電部20時，抑制位於受電用線圈23的配置空間的導體發熱的情形。換言之，即使在受電用線圈23的配置空間被置放可使渦電流發生的導體的情形下，亦以抑制該導體發熱的方式構成供電部10。
圖7係顯示在供電用線圈4流通直流電流時在受電用線圈23的配置空間所發生的靜磁場的樣子的圖表。將藉 由圖7所示圖表所表示的靜磁場的特性且為在受電用線圈23的配置空間所發生的靜磁場的供電用線圈4的徑方向中的磁通密度的分布，在以下稱為「靜磁場特性」。該靜磁場特性係表示在受電用線圈23的配置空間未配置有受電部20等導體時的特性。若將受電用線圈23的配置空間的導磁率設為一定時，磁通密度愈大，磁場的強度愈高。以下使用將朝供電用線圈4的徑方向擴展的平面設為xy平面，規定朝向供電用線圈4的上面的法線方向的z軸的xyz正交座標系來進行說明。在圖7所示圖表中，橫軸係表示x軸方向的位置，原點O與供電用線圈4的中心相對應。x=-x1、x1的位置係分別與平面線圈4A的內周的位置相對應。x=-x2、x2的位置係分別與平面線圈4A的外周的位置相對應。x=-x3、x3的位置係分別與平面線圈4B的內周的位置相對應。縱軸係表示由供電用線圈4的中心朝z軸方向以預定距離遠離的位置中的z軸方向的磁場強度(在此係以磁通密度Bz表示)。
如圖7所示，在供電用線圈4的靜磁場特性中，在與平面線圈4A的內周相對應的x=±x1的2部位，磁通密度Bz=Bp1，磁通密度Bz成為峰值。磁通密度Bp1係大於與供電用線圈4的中心相對應的磁通密度Bz=Bo。此外，若由與平面線圈4A的內周相對應的位置(x=±x1)朝原點O的相反方向遠離時，磁通密度Bz係逐漸變小。接著，若由與平面線圈4A的外周相對應的位置(x=±x2)朝原點O的相反方向更加遠離時，磁通密度Bz係逐漸變大。接 著，在與平面線圈4B的內周相對應的x=±x3的2部位，磁通密度Bz=Bp2，磁通密度Bz成為峰值。接著，若由與平面線圈4B的內周相對應的位置(x=±x3)朝原點O的相反方向更為遠離時，磁通密度Bz係逐漸變小。
如以上所示，供電用線圈4的靜磁場特性係表示在與平面線圈4A的內周相對應的2部位、及與平面線圈4A與平面線圈4B的交界部分(更具體而言為平面線圈4B的內周)相對應的2部位，相較於供電用線圈4的徑方向中的兩側，磁場相對較強。
但是，在利用平面線圈之自以往即有的非接觸供電裝置中，係僅使用1個平面線圈(亦即，與僅具有上述平面線圈4A或4B之其中一者的構成為同等)。在如上所示之非接觸供電裝置中，利用電共振而使在受電裝置的受電效率提升。因此，在該非接觸供電裝置中，係在平面線圈的中心附近的上部，局部發生強磁場。亦即，在平面線圈的上部，係在平面線圈的中心的上部，磁場局部變強，由中心朝平面線圈的徑方向愈遠，磁場愈弱。因此，在該非接觸供電裝置中，若相對供電用線圈，受電用線圈的位置未被精密設定時，會有受電裝置中的受電效率明顯降低的情形。此外，該非接觸供電裝置係藉由磁場的強度局部較高的區域的磁場來供電至受電裝置，因此為了供給供受電裝置進行動作所需的電力，必須使該磁場的強度尤其高。因此，因該局部較強的磁場而起而在位於受電用線圈的配置空間的導體容易發生渦電流，結果，該導體變得容易發 熱。
相對於此，本實施形態之供電部10係具有供電用線圈4，因此分散在平面線圈4A的內周的上部與平面線圈4B的內周的上部，出現磁場相對強的區域。因此，藉由供電部10，與僅使用1個平面線圈作為供電用線圈的情形相比，可抑制局部發生強磁場的情形。以發生如上所示之靜磁場的理由之一而言，考慮到構成供電用線圈4的平面線圈4A與4B彼此作電磁耦合。如上所示，藉由以平面線圈4A與平面線圈4B之獨立的2個平面線圈來構成供電用線圈4，會分散發生藉由供電用線圈所發生的磁場較強的區域。
此外，藉由供電部10，與僅使用1個平面線圈來作為供電用線圈的情形相比，即使受電部20的受電用線圈23的位置相對供電用線圈4的位置未被精密設定，在受電部20的受電效率亦不易降低。
以上構成的供電部10為了一面抑制受電用線圈23的配置空間的導體發熱，一面以電磁感應方式供電至受電部20，考慮若對平面線圈4A與平面線圈4B，供給共通的頻率，而且彼此的相位差較小的交流電流即可。在此，若平面線圈4A與平面線圈4B的線種設為相同，則應將平面線圈4A與平面線圈4B的線材長度的差(以下稱為「線長差」)儘可能減小(較宜為零)。藉由減小線長差，來抑制流至平面線圈4A與平面線圈4B的交流電流的相位差發生之故。
圖8係以模式表示流至平面線圈4A或平面線圈4B的交流電流的頻率與阻抗的關係的圖表。在圖8的圖表中，橫軸表示交流電流的頻率，縱軸表示阻抗。如圖8所示，流至平面線圈4A、4B的交流電流的頻率的差愈大，阻抗愈大，若超過fm(例如1MHz)時，阻抗係相對頻率變化而大幅增大(例如呈對數增加)。若在流至平面線圈4A與平面線圈4B的交流電流產生相位差時，因該相位差而起而在受電用線圈23的配置空間的磁場中會發生高諧波成分。因此，若交流電流的相位差超過fm時，藉由因該高諧波成分而起的渦電流與導體的電阻成分，導體變得容易發熱。基於該理由，為了抑制高諧波成分發生，在供電部10中，係儘可能減小平面線圈4A與平面線圈4B的線長差，另外將共通頻率且相同相位的交流電流流至作並聯連接的平面線圈4A、4B。若由該觀點來考量，在平面線圈4A、4B所被容許的線長差，例如供電部10供電至受電部20時，係設為不會發生1MHz以上的高諧波成分的大小以下。
以用以儘可能減小平面線圈4A、4B的線長差之一例而言，若將平面線圈4A、4B中的線材的匝數形成為如使兩線圈的線長差為最小般的匝數即可。例如，若平面線圈4A的匝數先被決定時，若將平面線圈4B的匝數形成為使兩線圈的線長差為最小的匝數即可。此時，兩線圈的線長差係至少成為未達平面線圈4B的外周的長度。若平面線圈4B的匝數先被決定時，則將平面線圈4A的匝數形成為 使兩線圈的線長差為最小的匝數即可。此時，兩線圈的線長差係至少成為未達平面線圈4A的外周的長度。
此外，平面線圈4A、4B的直流電阻值的差係以儘可能小為宜，較宜為零。如上所示的理由亦基於抑制流至平面線圈4A與平面線圈4B的交流電流的相位差發生之故。直流電阻值係在閘極驅動電路8所流通的交流電流的頻率附近亦即大約200kHz至300kHz中，與阻抗的實際電阻值大致等效。因此，若平面線圈4A、4B的直流電阻值的差較小，閘極驅動電路8所流通的交流電流的頻率的阻抗的實際電阻的差亦變小。因此，若減小平面線圈4A、4B的直流電阻值的差，亦可抑制因實際電阻而起的交流電流的相位差的發生。
其中，在本實施形態中，由於構成平面線圈4A、4B的線材的線種相同，因此幾乎可忽略直流電阻值的差。
接著，圖9係以模式表示由閘極驅動電路8將交流電流流通至表1所示供電部10中所使用的平面線圈4A、4B與電容器3A、3B時，流至平面線圈4A、4B的電流I的頻率特性的圖表。圖9的圖表的橫軸為頻率，縱軸為電流I的大小。圖9所示虛線的圖表係表示未設有受電部20時(換言之為無負荷時)的頻率特性。圖9所示實線的圖表為設有受電部20時的頻率特性。如圖9的點A0所示，若未設有受電部20時，以由平面線圈4A、4B及電容器3A、3B所定的共振頻率f0 ，電流I成為最大(峰值)的I0 ，接著，愈為遠離共振頻率f0 的頻率，電流I愈小。在 如上所示之頻率特性之下，在本實施形態中，閘極驅動電路8係使高於共振頻率f0 的頻率f2 的交流電流流通至供電用線圈4。藉此，無負荷時，如圖9的點A1所示，流至供電用線圈4的電流I係成為相對I0 為十分小的I1 ，可抑制無負荷時對供電用線圈4流通大電流。若該狀況下設有受電部20時，如圖9的點A2所示，藉由相互電感的作用等，如實線箭號所示，電流I會變大，流至供電用線圈4的電流I成為I2 。在該情形下亦如圖9所示，顯示在共振頻率f0 沒有強烈共振的雙峰特性，因此顯示共振特性的強烈度的Q會降低。因此，電流I2 係小於共振頻率f0 中的峰值電流I0 。因此，閘極驅動電路8流通不同於共振頻率f0 的頻率(在此為高於共振頻率f0 的頻率)的交流電流，藉此與流通共振頻率f0 的交流電流的情形相比，應可抑制因該電流而起的供電部10側的發熱。
其中，藉由閘極驅動電路8所致之供電用線圈4之如上所示之驅動為規格之一例。因此，閘極驅動電路8係可流通頻率f1 的交流電流來驅動供電用線圈4，亦可流通共振頻率以外的頻率的交流電流來驅動供電用線圈4。
〔實施例2〕
以下具體說明將上述靜磁場特性的發生進行驗證的模擬作為實施例2。在該實施例2中，係將供電用線圈4的設計如以下所示來進行模擬。作為平面線圈4A、4B所使用的李茲線係將線徑0.05mmΦ、電阻率0.13mΩ/mm、線 材皮膜厚0.001mm的聚胺酯銅線(JIS C 3202)相捻搓54條所成者。
(平面線圈4A的條件)
線長：2238.38mm
外徑(直徑)：41.0mm±0.30mm
(半徑20.5mm±0.20mm)
內徑(直徑)：16.00mm±0.30mm
(半徑8.00mm±0.20mm)
電阻值：290.99mΩ
匝數：25
(平面線圈4B的條件)
線長：2199.11mm
外徑(直徑)：57.00mm±0.30mm
(半徑28.50mm±0.20mm)
內徑(直徑)：43.00mm±0.30mm
(半徑21.50mm±0.20mm)
電阻值：285.88mΩ
匝數：14
平面線圈4A、4B的平均距離：1.00mm(相當匝數2的間隙)
平面線圈4A、4B的線長差：39.27mm
平面線圈4A、4B的電阻差：5.11mΩ
圖10至圖12係顯示對供電用線圈4中的靜磁場特性的發生進行驗證的模擬結果的圖。圖13係顯示如習知的 非接觸供電裝置般將平面線圈僅設為1個時的靜磁場特性的模擬結果的圖表。在靜磁場特性的模擬中，係在平面線圈4A、4B的各個流通2A(圖10及圖13的情形)或500mA(圖12的情形)的直流電流，分別使用必歐-沙伐定律(Biot-Savart's law)來求出由供電用線圈4朝z軸方向為1mm的位置中的磁通密度。在圖10、圖11及圖13中，(A)係表示z軸方向的磁通密度〔mT〕的圖表，(B)係表示x軸方向的磁通密度〔mT〕的圖表。圖12係顯示圖10所示之靜磁場特性之3次元分布圖。在圖12中，左側之列的圖為使用供電用線圈4時的結果，右側之列的圖為如習知般將平面線圈僅設為1個時的結果。在圖12中，(A)表示z軸方向，(B)表示y軸方向，(C)表示x軸方向中的磁場強度。由該等模擬結果亦可確認出，在供電部10中，與如習知般僅使用1個平面線圈時(參照圖13)係在靜磁場的發生方法有不同之處，關於在與平面線圈4B的內周相對應的位置(x≒±22mm)的靜磁場的強度的發明人的知見乃為正確。如圖13所示，將平面線圈僅設為1個時，並未被確認出較強的靜磁場分散發生在複數區域的傾向，磁通密度僅在平面線圈的中心附近變高。由此可想到設置平面線圈4A的外周與平面線圈4B的內周的空隙，亦有助於圖10~圖12所示靜磁場特性的發生。
此外，若將圖10與圖12相比較，在供電用線圈4流通的直流電流愈小，與平面線圈4A的內周相對應的位置 的磁通密度Bz、和與平面線圈4B的內周相對應的位置的磁通密度Bz的差會愈小。亦即，在供電用線圈4流通的直流電流愈小，靜磁場特性係接近更為平坦的特性，抑制對應供電用線圈4的徑方向中的位置的磁通密度的變化。
但是，在該模擬中，線長差為大約39mm，直流電阻的值的差為大約5.1mΩ，但是即使線長差或直流電阻的值的差稍微變大，亦不會有受電用線圈23的配置空間的導體發熱量極端增大或靜磁場特性大幅變化的情形。因此，在供電用線圈4中，若至少線長差未達平面線圈4B的外周的長度，與如習知般將平面線圈僅設為1個的情形相比，應可抑制位於受電用線圈23的配置空間的導體發熱。此外，例如，即使平面線圈4A、4B的直流電阻的電阻值不同，亦分別在所發生的磁場的強度產生變化，但是因發生平面線圈4A與平面線圈4B的電磁耦合，而被認為會發生前述傾向的靜磁場特性。
以上為實施例2的說明。
如以上說明所示，在供電部10中，以平面線圈4A、4B構成供電用線圈4，在供電用線圈4的徑方向的靜磁場特性中，在平面線圈4B的內周，磁場強度相對變高，藉此在受電用線圈23的配置空間，可抑制因渦電流而起的導體的發熱。若在受電用線圈23的配置空間被置放受電部20或金屬物等導體時，考慮到在藉由供電用線圈4所發生的磁場亦產生變化，但是供電部10藉由使磁場相對強的區域分散發生在複數區域，可一面對受電部20安定 供電，一面抑制因發生局部較強的磁場所產生的渦電流為原因的導體的發熱。此外，藉由使用供電部10，可防止因利用藉由供電用線圈4所發生的磁場而使導體(例如受電部20的導體)變為高熱的情形，因此抑制例如利用用以藉由冷卻機構或熱偵測來進行緊急停止的熱對策的機構所致之裝置構成複雜化或高成本化，而可抑制因熱所致之裝置故障的可能性，或亦可確保使用者對熱的安全。
〔變形例〕
本發明係可以不同於上述實施形態的形態實施。本發明亦可以例如以下所示形態實施。此外，以下所示變形例亦可將各個適當組合。
(1)在上述實施形態中，供電部10係具有第1電容器3A及第2電容器3B，但是亦可為僅具有該等之中的其中一者，亦可為二者均未具有的構成。第1電容器3A及第2電容器3B係使用在供電用線圈4的特性調整用(換言之，受電用線圈23的配置空間所發生的磁場調整用)，若不需要進行該調整，則並不需要第1電容器3A及第2電容器3B。例如，在供電部10降壓而供電至受電部20的情形等，亦不需要第1電容器3A及第2電容器3B。
(2)在上述實施形態中，供電用線圈4係以平面線圈4A、4B成為同心圓狀的方式予以配置，但是兩線圈的中心亦可偏移。此外，平面線圈4A、4B的外周非為圓形 亦可，例如可為橢圓形，亦可為六角形或八角形等多角形，只要觀念上被認為是平面線圈，則其形狀並非被限定為特定的形狀。
(3)在上述實施形態中，供電用線圈4係以平面線圈4A、4B的2個平面線圈所構成，但是亦可以3個以上的平面線圈所構成。此時亦若構成供電用線圈4的複數平面線圈被配置在同一平面，而且以其他平面線圈位於一平面線圈的內側空間的方式，來構成供電用線圈4即可。此外，在供電用線圈4中，以磁場在與平面線圈的內周相對應的位置相對變強的程度，在平面線圈間隔出間隙(例如平均距離為相當匝數2以上的間隙)即可。
接著，詳述以3個以上的平面線圈構成供電用線圈4的情形。
圖14係顯示將平面線圈形成為3個時的供電用線圈4，(A)為平面圖，(B)為沿著(A)的II-II線的剖面圖。圖15係顯示將平面線圈形成為4個時的供電用線圈4，(A)為平面圖，(B)為沿著(A)的III-III線的剖面圖。圖16係針對構成供電用線圈4的平面線圈的電性連接加以說明的圖，(A)係顯示平面線圈數為3個的情形，(B)係顯示平面線圈數為4個的情形。在該變形例之供電部10中，圖16所示部分以外的電路構成若與上述實施形態中所說明的電路構成相同即可。
首先，說明將平面線圈形成為3個時的供電用線圈4的構成。如圖14所示，供電部10係具有被配置成同心圓 狀的平面線圈4A、4B，4C。平面線圈4A、4B之構成係與上述實施形態為相同的構成，但是在此的供電用線圈4中，係另外平面線圈4C在平面線圈4B的外側捲繞有線材。此外，在平面線圈4B的外周與平面線圈4C的內周之間係形成有間隙，平面線圈4C係以與平面線圈4A、4B相同的方向被捲繞。此外，如圖16(A)所示，供電用線圈4係分別具有電感L1的平面線圈4A、4B、4C彼此並聯連接的構成。此外，在供電用線圈4中，第1電容器3A的一端被連接在平面線圈4A、4B、4C作並聯連接的一端。接著，平面線圈4A、4B、4C作並聯連接的另一端係被連接在第2電容器3B的一端。
在此，平面線圈4A、4B、4C的線材係形成為同種線材而且同一長度。藉此，平面線圈4A、4B、4C的直流電阻的電阻值在理論上為相同。將平面線圈4C的線材長度或直流電阻的電阻值設為與平面線圈4A、4B相同的理由係與上述實施形態中所說明的理由相同。其中，基於與上述實施形態相同的理由，平面線圈4C與平面線圈4B的線材長度的差若未達平面線圈4C的外周長度即可。
如上所示，平面線圈4A、4B、4C係彼此作並聯連接，因此閘極驅動電路8係將共通的頻率、同相位，而且電流值相同的交流電流流至平面線圈4A、4B、4C的各個。
圖17係顯示在平面線圈4A、4B、4C所構成的供電用線圈4中的靜磁場特性的圖表。圖17所示圖表的橫軸 及縱軸係分別與圖7所示圖表的橫軸及縱軸相同。如圖17所示，在該變形例的供電用線圈4的靜磁場特性中，係在與平面線圈4C的內周相對應的x=±x5的2部位中，成為磁通密度Bz=Bp3，相較於其兩側(例如與平面線圈4B的外周相對應的x=±x4的位置)，磁通密度Bz相對變高。此外，由與平面線圈4C的內周相對應的x=±x5的位置愈朝向與原點O為相反方向遠離，磁通密度Bz係愈逐漸變小。被認為平面線圈4C與平面線圈4B作電磁耦合，即會發生如上所示之靜磁場特性。其中，平面線圈4C亦有亦與平面線圈4A作電磁耦合的可能性。
如以上所示，若平面線圈為3個，在由供電用線圈4所發生的靜磁場特性中，除了與平面線圈4A的內周相對應的2部位、及與平面線圈4A與平面線圈4B的交界部分相對應的2部位以外，在與平面線圈4B與平面線圈4C的交界部分相對應的2部位中，亦相較於供電用線圈4的徑方向的兩側，磁場相對變強。如上所示，該供電用線圈4係可分散在平面線圈4A的內周的上部、與平面線圈4B的內周的上部、及平面線圈4C的內周的上部，來發生磁場相對強的區域。因此，藉由本變形例的供電部10，由於可使磁場相對強的區域分散在更多的區域，因此可抑制局部強的磁場發生。
基於以上理由，即使在平面線圈為4個的情形下，若同樣地構成供電用線圈4即可。如圖15所示，供電部10係具有被配置成同心圓狀的平面線圈4A、4B、4C、4D。 平面線圈4A、4B、4C之構成係與平面線圈為3個時為相同的構成，但是在此的供電用線圈4中，另外平面線圈4D將線材捲繞在平面線圈4C的外側。此外，在平面線圈4C的外周與平面線圈4D的內周之間形成有間隙，平面線圈4D係以與平面線圈4A、4B、4C相同的方向予以捲繞。此外，如圖16(B)所示，供電用線圈4係分別具有電感L1的平面線圈4A、4B、4C、4D彼此並聯連接的構成。此外，在供電用線圈4中，第1電容器3A的一端被連接在平面線圈4A、4B、4C、4D作並聯連接的一端。接著，平面線圈4A、4B、4C、4D作並聯連接的另一端係被連接在第2電容器3B的一端。在此亦使平面線圈4A、4B、4C、4D的線材形成為同種線材且相同長度。藉此，平面線圈4A、4B、4C、4D的直流電阻的電阻值在理論上為相同。將平面線圈4D的長度或直流電阻的電阻值形成為與平面線圈4A、4B、4C相同的理由係與上述實施形態為相同理由。其中，基於與上述實施形態為相同的理由，平面線圈4D與平面線圈4C的線材長度的差若未達平面線圈4D的外周長度即可。
如上所示若形成為將平面線圈設為4個的供電用線圈4，可使磁場相對強的區域更加分散在較多的區域，因此可抑制局部發生強磁場的情形。
基於以上根據，清楚可知構成供電用線圈4的平面線圈數亦可為5個以上。若將構成供電用線圈4的平面線圈數一般化表示為m個(其中，m≧2)時，供電用線圈4之 構成若滿足以下條件即可。首先，供電用線圈4係將在同一點(例如同心圓的中心)的周圍在同一平面上捲繞線材的m個平面線圈，由徑方向內側朝向外側進行配置的構成。此外，供電用線圈4係m個平面線圈面向配置受電用線圈23的空間而設。接著，在供電用線圈4中，當在由內側為第k-1個及第k個(其中，2≦k≦m)的平面線圈流通直流電流時，在受電用線圈23的配置空間所發生的靜磁場係若使與由內側為第k個平面線圈的內周相對應的位置的強度高於該位置的兩側的強度即可。為了在供電用線圈4中獲得該靜磁場特性，根據上述發明人的知見，可考慮由內側為第k-1個及第k個平面線圈的線材長度的差若為未達第k個平面線圈的外周長度即可。此時，構成供電用線圈4的m個平面線圈係被認為一部分或全體作電磁耦合。接著，閘極驅動電路8係在供電至受電部20時，若使共通頻率的交流電流流通至m個平面線圈的各個即可。
構成供電用線圈4的平面線圈數愈多，在受電用線圈23的配置空間中磁場相對強的區域分散在較多的區域，靜磁場特性愈接***坦的特性，可期待提高抑制位於受電用線圈23的配置空間的導體發熱的效果。
〔實施例3〕
以下，以驗證上述靜磁場特性的發生的模擬作為實施例3來具體說明。在該實施例3中，係使供電用線圈4的條件如以下表3所示來進行模擬。此外，使用平面線圈間 的平均距離d為1mm的供電用線圈4(類型A)、及平面線圈間的平均距離d為2mm的供電用線圈4(類型B)的2個供電用線圈4來進行模擬。
在該實施例3中，m=2的供電用線圈4係由平面線圈4A、4B所構成。m=3的供電用線圈4係由平面線圈4A、4B、4C所構成。m=4的供電用線圈4係由平面線圈4A、4B、4C、4D所構成。此外，在該實施例3中，計算z=1mm的位置中的Z軸方向的磁通密度Bz，在各平面線圈流通的電流成為1A。在各平面線圈流通的電流同為1A，因此可認為直流電阻值係同為某值。
圖18係顯示靜磁場特性發生的樣子的圖表，(A)為對應m=2的供電用線圈4，(B)為對應m=3的供電用線圈4，(C)為對應m=4的供電用線圈4。圖19(A)係表示圖18(A)~(C)所示圖表之中，彙整類型A(d=1mm)的供電用線圈4的結果的圖表的圖，圖19(B)係表示圖18(A)~(C)所示圖表之中，彙整類型 B(d=2mm)的供電用線圈4的結果的圖表的圖。在圖18、圖19中，圖表的橫軸及縱軸係分別與圖7所示圖表的橫軸及縱軸相同。此外，在圖19中，以粗線圖示平面線圈所存在的位置(對應圖19的圖表範例的「coil」)。此外，在圖19及之後說明的圖22中，圖表範例的「double」係對應m=2的供電用線圈4，「triplicate」係對應m=3的供電用線圈4，「fourfold」係對應m=4的供電用線圈4。圖20係顯示對應圖18及圖19的靜磁場特性的3次元分布圖。在圖20中係表示使用(A)m=2，d=1mm、(B)m=3，d=1mm、(C)m=4，d=1mm、(D)m=2，d=2mm、(E)m=3，d=2mm、(F)m=4，d=2mm的供電用線圈4時的z軸方向的磁通密度Bz。
觀看圖18至圖20可知，確認出構成供電用線圈4的平面線圈數愈多，相較於供電用線圈4的中心的磁場強度所增加的量，遠離供電用線圈4的中心的區域的磁場強度所增加的量相對較大。亦即，確認出構成供電用線圈4的平面線圈數愈多，磁場相對強的區域愈分散發生在更為寬廣的範圍。
圖21係顯示在供電用線圈4流通的電流成為1A時的模擬結果的圖表。此時，構成供電用線圈4的平面線圈數愈增加，平均流至1個平面線圈的電流愈小。在圖21中，(A)係對應m=2的供電用線圈4，(B)係對應m=3的供電用線圈4，(C)係對應m=4的供電用線圈4。圖22(A)係表示在圖21(A)~(C)所示圖表之中，彙整 類型A(d=1mm)的供電用線圈4的結果的圖表的圖，圖22(B)係表示在圖20(A)~(C)中所示圖表之中，彙整類型B(d=2mm)的供電用線圈4的結果的圖表的圖。在圖21及圖22中，橫軸及縱軸係分別與圖18及圖19所示圖表的橫軸及縱軸相同。由該模擬結果，可確認出即使在使在供電用線圈4流通的電流合計無關於平面線圈數而形成為相同的情形下，亦為供電用線圈4的平面線圈數愈為增加，靜磁場特性愈接近更為平坦的特性，磁場相對強的區域愈為更寬廣地分散發生。
(4)在上述實施形態中，係說明供電部10僅具有1個供電用線圈4的構成，但是供電部10亦可具備有2個以上的供電用線圈4。亦即，供電部10亦可具備有n個供電用線圈4(其中，n≧2)。此時，閘極驅動電路8係對n個供電用線圈4流通共通頻率的交流電流。
圖23係說明設為n=5時之供電部10之構成圖。如圖23(A)所示，在該供電部10中，5個供電用線圈4被配置在同一平面上。在此，為了區別5個供電用線圈4的各個，將各供電用線圈4標註「4-1」、「4-2」、「4-3」、「4-4」、「4-5」的符號來區分表示。此外，以面向供電用線圈4-1、4-2、4-3、4-4、4-5的方式，在配置受電用線圈23的配置空間側係設有用以置放受電部20的台100。台100係以例如木製或樹脂材料所形成的平台等，若為可置放受電部20的構件即可。其中，台100若以使電磁波透過的素材形成，則其素材等並未特別限制。由於 台100的存在，依台100的素材等，處理受電部20的使用者並無法視認供電用線圈4-1~4-5。在圖23中，為方便說明起見，圖示出供電用線圈4-1~4-5。
在該變形例的供電部10中，供電用線圈4-1、4-2、4-3、4-4被配置在四角隅，在形成在供電用線圈4-1、4-2、4-3、4-4之間的區域配置有供電用線圈4-5。藉由該變形例的供電部10，如圖23(B)所示，即使在台100上的任何位置配置受電部20，受電部20亦可透過供電用線圈4-1、4-2、4-3、4-4、4-5的至少任一者而由供電部10受電。因此，處理受電部20的使用者不太意識到受電部20置放在台100上的哪一個位置亦可。
圖24係說明供電部10所具有的5個供電用線圈4-1、4-2、4-3、4-4、4-5之電性連接之構成的圖。在圖24所示符號中，在表示平面線圈的「4A」、「4B」的末尾以括弧顯示具有該平面線圈的供電用線圈的符號。在該變形例的供電部10中，圖24所示部分以外的電路構成若與上述實施形態中所說明之電路構成相同即可。
如圖24所示，在該變形例的供電部10中，由5個供電用線圈4-1、4-2、4-3、4-4、4-5的內側為第j個(其中，1≦j≦m。在此為m=2)的平面線圈彼此作串聯連接。更具體而言，供電用線圈4-1的平面線圈4A、供電用線圈4-2的平面線圈4A、供電用線圈4-3的平面線圈4A、供電用線圈4-4的平面線圈4A、及供電用線圈4-5的平面線圈4A作串聯連接。此外，供電用線圈4-1的平面線圈 4B、供電用線圈4-2的平面線圈4B、供電用線圈4-3的平面線圈4B、供電用線圈4-4的平面線圈4B、及供電用線圈4-5的平面線圈4B作串聯連接。此外，在作串聯連接的5個平面線圈4A、4B之中，供電用線圈4-1的平面線圈4A、4B被連接在第1電容器3A的一端。第1電容器3A的另一端係被連接在閘極驅動電路8。此外，在作串聯連接的5個平面線圈4A、4B之中，供電用線圈4-5的平面線圈4A、4B被連接在第2電容器3B的一端。第2電容器3B的另一端係作接地。閘極驅動電路8係對供電用線圈4-1~4-5流通共通的頻率的交流電流。
此外，在連接n個供電用線圈4時，將由內側位於相同位置的平面線圈彼此作串聯連接，藉此可抑制因平面線圈的阻抗的不均而起而在受電用線圈23的配置空間中所發生的磁場強度發生不均。假設，關於n個供電用線圈4，將由內側位於相同位置的平面線圈作並聯連接時，若在該等阻抗有不均時，在阻抗低的平面線圈上係變得容易發生磁場，另一方面，在阻抗高的平面線圈上係不易發生磁場，而有未正常進行供電的可能性。相對於此，如本變形例所示，若形成為將平面線圈彼此作串聯連接的構成，假設在平面線圈的阻抗有不均，亦可抑制發生如上所示之磁場強度不均。
其中，若調整為可忽略平面線圈的阻抗不均，則亦可使由內側位於相同位置的平面線圈彼此並聯連接。
但是，若受電部20未被置放在台100上，在受電用 線圈23的配置空間的磁通密度係成為十分低的狀態。另一方面，例如若受電部20被置放在台100的供電用線圈4-1上時，藉由供電用線圈4-1與受電用線圈23的相互電感作用等，在供電用線圈4-1的上方，磁通密度變高，而進行對受電部20的供電。如上所示，使置放有受電部20的位置的供電用線圈4發生強磁場。因此，藉由供電部10，即使在閘極驅動電路8持續驅動供電用線圈4的情形下，在受電部20未受電時，未發生浪費的磁場即可。藉此，在供電部10中，係可抑制浪費的電力消耗。
此外，在該變形例的供電部10中，供電用線圈4-1~4-5彼此作電磁耦合，而對在受電用線圈23的配置空間的磁場的發生造成影響。例如，供電用線圈4-5係位於均接近供電用線圈4-1~4-4的任一者的位置，因此與供電用線圈4-1~4-4作電磁耦合。
在該變形例中，係將供電用線圈4的數量n設為5來進行說明，但是供電用線圈4的數量n亦可為2以上、4以下，亦可為6以上。此外，n個供電用線圈4的配置態樣即使為使用圖23所說明的態樣以外亦可，並非被限定於特定的配置態樣。此外，在該變形例的供電部10中，亦如上述變形例的(4)中之說明所示，1個供電用線圈4所具有的平面線圈數m亦可為3以上。
此外，在該變形例的供電部10中，n個供電用線圈4並不一定必須設在同一平面上，亦可使一部分或全部配置在不同的平面。
(5)在上述實施形態中，受電部20係具備有發光電路等的照明裝置，但是若為至少具備有受電用線圈23，使用利用受電用線圈23所受到的電力來進行動作者即可。例如，亦可構成將上述實施形態之供電部10、及將在受電用線圈23所受電的電力輸出至外部的受電部20單元化的供電受電裝置。該供電受電裝置係相當於變壓器。此外，該供電受電裝置係以平面線圈構成有供電用線圈4及受電用線圈23，因此可提供作為薄型的變壓器。
(6)在上述實施形態中，平面線圈4A、4B係作並聯連接，該等係藉由利用1個閘極驅動電路8所被流通的交流電流予以驅動。取而代之，亦可形成為未連接構成供電用線圈4的平面線圈彼此，按每個平面線圈獨立設置閘極驅動電路8的構成。此外，閘極驅動電路8亦可使一部分或全部平面線圈的交流電流的電流值不同，而非對構成供電用線圈4的各平面線圈流通相同電流值的交流電流。即使為該變形例的供電部10，複數閘極驅動電路8若可使共通的頻率的交流電流流通至各平面線圈，則達成與上述實施形態同等的作用效果。
此外，供電部10具有偵測供電用線圈4的平面線圈中的交流電流的相位差的偵測電路，閘極驅動電路8亦可以減小該相位差的方式，控制供給至供電用線圈4的各平面線圈的交流電流的相位。
(7)圖25係顯示平面線圈4A、4B之其他實施形態，(A)為平面圖，(B)為沿著(A)的IV-IV線的剖 面圖。如圖25所示，在基板11上係層積有：第1磁性薄片12、具有放熱薄片或樹脂薄片的第1間隔件13、平面線圈4A、4B、及第2間隔件14，此外，在基板11的下部係配設有第2磁性薄片15、及放熱板16。如圖25(A)所示，在供電用線圈4的左側係配置有被連接於基板11的電容器3。
被配置在基板11的上面側及下面側的磁性薄片12、15為所謂電磁雜訊削減用的薄片。磁性薄片12、15係以由受電用線圈23的配置空間的相反側覆蓋供電用線圈4的方式，由供電用線圈4分開而設的磁性體。被配置在基板11的下面側的放熱板16係為了因供電用線圈4而發熱，而將傳導至基板11的熱進行放熱而設。放熱板16係可使用熱傳導率大的材料。以放熱板16的材料而言，列舉Al(鋁)或Cu(銅)，以非磁性體為佳，俾以抑制因供電用線圈4的外部磁場所致之舉動的變化。流至供電用線圈4的交流電流係藉由磁性薄片12、15予以磁性屏蔽，因此防止放熱板16被感應加熱。
藉由該變形例的供電用線圈4，可將在供電部10所發生的熱、或在變流器部2所發生的電磁雜音減低化。
(8)說明LED發光部之變形例。
圖26係顯示供電受電裝置40之構成的區塊圖。如圖26所示，供電受電裝置40係具備有：供電部41、及受電部42。受電部42係具有：受電用線圈23、及被連接於受電用線圈23的一個以上的發光二極體44。以發光二極體 44而言，係可使用紅色、黃色、綠色、藍色、紫色、白色等各種發光二極體44。在發光二極體44係並聯連接有發光二極體44的保護用二極體45。以保護用二極體45而言，係可使用所謂齊納二極體。
藉由供電受電裝置40，可以被供給至受電用線圈23的交流電流將發光二極體44亮燈，且可以發光二極體44的順方向流通電流。若交流電流為與發光二極體44為不同方向時，由於連接有齊納二極體，因此對發光二極體44並不會流通電流。如上所示之供電受電裝置40係可利用在照明裝置或訊號燈等的顯示器裝置。發光二極體44的明亮度係可改變流至發光二極體44的電流來進行調整。流至發光二極體44的電流係可使變流器部2的頻率改變來進行調整。變流器部2的頻率係可藉由例如改變圖2的振盪電路6的頻率來實施。
(9)說明供電受電裝置之變形例之構成。
圖27係顯示供電受電裝置50之構成的區塊圖。圖27所示之供電受電裝置50係具有：供電部51、及受電部52。供電受電裝置50與圖26的供電受電裝置40不同之處為發光二極體54的連接態樣。在受電部52中，並聯連接有複數對被連接於受電用線圈23的發光二極體54的導通方向彼此相反，亦即作逆並聯連接之成對的發光二極體54A、54B。以發光二極體54而言，係可使用紅色、黃色、綠色、藍色、紫色、白色等各種發光二極體54。如上所示之供電受電裝置50係可利用在照明裝置或訊號燈等 的顯示器裝置。發光二極體54的明亮度係如在供電受電裝置40中說明所示，可改變流至發光二極體54的電流來進行調整。
(10)接著，說明供電受電裝置之另一其他實施形態。
圖28係顯示供電受電裝置60之構成的區塊圖。圖28所示之供電受電裝置60係具備有：供電部61、及受電部62。受電部62係具有：受電用線圈23、被連接於受電用線圈23的整流電路26、及被連接於整流電路26的發光二極體64。
在供電受電裝置60中，係在受電部62設有整流電路26，因此並不需要作串聯連接的發光二極體64的保護電路。以發光二極體64而言，係可使用紅色、黃色、綠色、藍色、紫色、白色等各種發光二極體64。被連接於圖示之經串聯連接的發光二極體64的電阻65為直流電流調整用的電阻。在供電受電裝置60中，係可將被供給至受電用線圈23的交流電流以整流電路26轉換成直流而將發光二極體64亮燈。發光二極體64的串聯連接數若考慮到在整流電路26所得的直流電壓即可。在供電受電裝置60中，係將在整流電路26所發生的直流電壓設定為較高，電流係可形成為發光二極體64的1個所需的低電流。如上所示之供電受電裝置60係與供電受電裝置40、50同樣地可利用在照明裝置或訊號燈等的顯示器裝置。
(11)接著，說明可適用在供電受電裝置40~60的 發光二極體等構裝電路。
圖29係顯示可適用在供電受電裝置40~60的二極體等的構裝電路，(A)為平面圖，(B)為沿著(A)的V-V線的剖面圖。如圖29所示，在基板11的上部側層積有受電用線圈23、及第1間隔件13，此外，在基板11的下部側配設有：磁性薄片15、第2間隔件14、放熱板16、及發光二極體44、54、64。以放熱板16而言，係可使用Al等。被配設在基板11的上部側的間隔件13係具有近接配置受電用線圈23時的短路防止、及將在受電用線圈23所發生的熱進行放熱的作用。被配置在基板11的下面側的磁性薄片15係所謂電磁雜訊削減用的薄片。
被配置在基板11的下面側的放熱板16係為了將在供電用線圈4所發出的熱傳導至基板11的熱、及在發光二極體44、54、64的封裝體所發生的熱進行放熱而設。在受電用線圈23所受電的交流電流係藉由磁性薄片15予以磁性屏蔽，因此防止放熱板16被感應加熱而發熱。藉由上述發光二極體44、54、64的構裝，可使在供電用線圈4或發光二極體44、54、64所發生的熱或在變流器部2所發生的電磁雜音減低化。
(12)接著，說明在受電部另外設有蓄電池等的供電受電裝置的另外其他實施形態。
圖30係供電受電裝置70的區塊圖。如圖30所示，供電受電裝置70係具備有：供電部71、及受電部72。受電部72係具有：受電用線圈23、連接於受電用線圈23的 整流電路26、及透過充電控制電路77而連接於整流電路26的蓄電池78。供電部71係構成為與圖2所示供電受電裝置1A為相同。以蓄電池78而言，係可使用如鋰離子電池般可充放電的二次電池。
藉由供電受電裝置70，例如在受電部72連接有攜帶式機器時，係可以非接觸不會發熱且效率佳地將電力傳送至內置於該攜帶式機器的蓄電池78。
在受電部72亦可設置電力轉換電路79。電力轉換電路79係可由將在整流電路26所得的直流在變流器進行電力轉換的DC-DC轉換器所構成。若形成為如上所示之構成，可將供電部71側的電源設為5V的單一電源，可藉由以電力轉換電路79將受電部72的攜帶式機器進行轉換後的二個以上，亦即複數直流電源來使用，方便性會提升。
亦可在供電受電裝置70的供電部71設有資料通訊用電路81，在受電部72設有資料通訊用電路82。通訊訊號若將供電部71的變流器部2作為搬送訊號來進行調變即可。經調變的訊號係在例如受電部72側的資料通訊用電路82予以解調。以調變方式而言，係可使用WPC(Wireless Power Consortium，無線充電聯盟)方式。藉由如上所示之構成，可由供電部71供電受電部72的電力，並且可由供電部71對受電部72或由受電部72對供電部71以非接觸進行通訊亦即無線通訊，可在供電部71與受電部72之間進行資料通訊。
(13)接著，說明在受電部另外設有蓄電池或LED 的照明裝置的實施形態。
圖31係顯示應用供電受電裝置之照明裝置90之其他實施形態的區塊圖。圖31所示之照明裝置90係具備有：供電部91、及受電部92。受電部92係具有：發光二極體94、受電用線圈23、及透過被連接在受電用線圈23的充電控制電路97來作連接的蓄電池98。如上所示，在照明裝置90中，若以AC電源構成供電部91，則可由在蓄電池98充電完成的時點，將供電部91由AC電源卸下來使用。亦即，可作為攜帶用照明裝置90來使用。AC電源停電時，係可藉由蓄電池98來驅動發光二極體94。
藉由適用本發明的照明裝置90，可對內置於例如受電部92的蓄電池98以非接觸不會發熱且效率佳地傳送電力。
此外，本發明之發光電路並非侷限於LED發光部，若為使用電力而使其發光者，則亦可使LED以外的發光體發光。
本發明並非限定於上述實施形態，可在申請專利範圍所記載之發明的範圍內作各種變形，該等當然亦包含在本發明之範圍內。
1、1A、40、50、60、70‧‧‧供電受電裝置
10、41、51、61、71、91‧‧‧供電部
2‧‧‧變流器部
3‧‧‧電容器
4、4-1、4-2、4-3、4-4、4-5‧‧‧供電用線圈
4A、4B、4C、4D‧‧‧平面線圈
6‧‧‧振盪電路
6A‧‧‧時脈發生器
6B‧‧‧PLL
6C‧‧‧LC振盪器
6D‧‧‧可變電阻器
7‧‧‧控制電路
8‧‧‧閘極驅動電路
9‧‧‧切換用電晶體
11‧‧‧基板
12、15‧‧‧磁性薄片
13、14‧‧‧間隔件
16‧‧‧放熱板
20、42、52、62、72、92‧‧‧受電部
21‧‧‧電力受電部
22、41、51、61、71‧‧‧LED發光部
22A‧‧‧負荷電阻
23‧‧‧受電用線圈
24、44、54、64、94‧‧‧發光二極體
25‧‧‧罩套
26‧‧‧整流電路
27‧‧‧平滑用電容器
45‧‧‧保護用二極體
65‧‧‧電阻
78、98‧‧‧蓄電池
79‧‧‧電力轉換電路
81、82‧‧‧資料通訊用電路
90‧‧‧照明裝置
圖1係顯示本發明之實施形態之供電受電裝置的基本構成，(A)為概念圖，(B)為構成圖。
圖2係顯示本發明之實施形態之供電受電裝置之具體 構成的區塊圖。
圖3係顯示供電部的線圈，(A)為平面圖，(B)為沿著(A)的I-I線的剖面圖。
圖4係顯示變流器部之變形例之構成的區塊圖。
圖5係顯示受電部之一例的電路圖。
圖6係顯示測定出受電部中的受電效率的電路的區塊圖。
圖7係顯示靜磁場特性的模式圖表(平面線圈為2個)。
圖8係以模式表示在供電用線圈所流通的交流電流的頻率、與阻抗的關係的圖表。
圖9係顯示由閘極驅動電路流通交流電流時在供電用線圈所流通的電流I的頻率特性的圖表。
圖10係顯示靜磁場特性的模擬結果的圖表(2A)。
圖11係顯示靜磁場特性的模擬結果的圖表(500mA)。
圖12係顯示靜磁場的3次元分布圖。
圖13係顯示靜磁場特性的模擬結果的圖表(2A)。
圖14係顯示將平面線圈設為3個時的供電用線圈，(A)為平面圖，(B)為沿著(A)的II-II線的剖面圖。
圖15係顯示將平面線圈設為4個時的供電用線圈，(A)為平面圖，(B)為沿著(A)的III-III線的剖面圖。
圖16係說明構成供電用線圈的平面線圈的電性連接的圖。
圖17係顯示靜磁場特性的模式圖表(平面線圈為3個)。
圖18係顯示靜磁場特性的發生樣子的圖表(在各平面線圈為1A)。
圖19係顯示靜磁場特性的發生樣子的圖表(在各平面線圈為1A)。
圖20係顯示靜磁場的3次元分布的圖。
圖21係顯示靜磁場特性的發生樣子的圖表(在各平面線圈為1A)。
圖22係顯示靜磁場特性的發生樣子的圖表(在各平面線圈為1A)。
圖23係說明設為n=5時之供電裝置之構成圖。
圖24係說明供電部所具有的5個供電用線圈的電性連接圖。
圖25係顯示供電用線圈之其他實施形態，(A)為平面圖，(B)為沿著(A)的IV-IV線的剖面圖。
圖26係顯示供電受電裝置之構成的區塊圖。
圖27係顯示供電受電裝置之構成的區塊圖。
圖28係顯示供電受電裝置之構成的區塊圖。
圖29係顯示可適用於供電受電裝置的二極體等的構裝電路，(A)為平面圖，(B)為沿著(A)的V-V線的剖面圖。
圖30係顯示供電受電裝置的區塊圖。
圖31係顯示應用供電受電裝置之照明裝置之其他實施形態的區塊圖。
4‧‧‧供電用線圈
4A、4B‧‧‧平面線圈

Claims (16)

  1. 一種供電裝置，其係以電磁感應方式供電至具備受電用線圈的受電裝置的供電裝置，其具備有：供電用線圈，其係將在同一平面上在同一點的周圍捲繞線材之直流電阻值為相同的m個(其中，m≧2)的平面線圈，由徑方向內側朝向外側進行配置，前述m個平面線圈面向配置前述受電用線圈的空間；及驅動電路，其係當供電至前述受電裝置時，在前述m個平面線圈流通共通頻率的交流電流，當在由前述供電用線圈的內側為第k-1個及第k個(其中，2≦k≦m)的平面線圈流通直流電流時在前述空間所發生的靜磁場，係在前述徑方向，與該第k個平面線圈的內周相對應的位置的強度高於該位置的兩側的強度。
  2. 一種供電裝置，其係以電磁感應方式供電至具備受電用線圈的受電裝置的供電裝置，其具備有：供電用線圈，其係將在同一平面上在同一點的周圍捲繞線材的m個(其中，m≧2)的平面線圈，由徑方向內側朝向外側進行配置，前述m個平面線圈面向配置前述受電用線圈的空間；及驅動電路，其係當供電至前述受電裝置時，在前述m個平面線圈流通共通頻率的交流電流，由前述供電用線圈的內側為第k-1個及第k個(其中，2≦k≦m)的平面線圈的前述線材長度的差為未達該第k個平面線圈的外周長度。
  3. 一種供電裝置，其係以電磁感應方式供電至具備受電用線圈的受電裝置的供電裝置，其具備有：供電用線圈，其係將在同一平面上在同一點的周圍捲繞線材的m個(其中，m≧2)的平面線圈，由徑方向內側朝向外側進行配置，前述m個平面線圈面向配置前述受電用線圈的空間；及驅動電路，其係當供電至前述受電裝置時，在前述m個平面線圈流通不會發生1MHz以上的高諧波成分的頻率的交流電流，當在由前述供電用線圈的內側為第k-1個及第k個(其中，2≦k≦m)的平面線圈流通直流電流時在前述空間所發生的靜磁場，係在前述徑方向，與該第k個平面線圈的內周相對應的位置的強度高於該位置的兩側的強度。
  4. 一種供電裝置，其係以電磁感應方式供電至具備受電用線圈的受電裝置的供電裝置，其具備有：供電用線圈，其係將在同一平面上在同一點的周圍捲繞線材的m個(其中，m≧2)的平面線圈，由徑方向內側朝向外側進行配置，前述m個平面線圈面向配置前述受電用線圈的空間；及驅動電路，其係當供電至前述受電裝置時，在前述m個平面線圈流通不會發生1MHz以上的高諧波成分的頻率的交流電流，由前述供電用線圈的內側為第k-1個及第k個(其中，2≦k≦m)的平面線圈的前述線材長度的差為未達該 第k個平面線圈的外周長度。
  5. 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項之供電裝置，其中，前述m個平面線圈的直流電阻值及前述線材長度為相同。
  6. 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項之供電裝置，其中，前述m個平面線圈彼此作並聯連接。
  7. 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項之供電裝置，其中，具備有與前述m個平面線圈作串聯連接的容量性元件。
  8. 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項之供電裝置，其中，具備有：磁性體，其係以由前述空間的相反側覆蓋前述供電用線圈的方式，由該供電用線圈分離設置；及非磁性體，其係將前述磁性體以由前述空間的相反側覆蓋的方式而設。
  9. 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項之供電裝置，其中，具備n個前述供電用線圈(其中，n≧2)，前述驅動電路係在前述n個供電用線圈流通前述共通頻率的交流電流。
  10. 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項之供電裝置，其中，由前述n個供電用線圈的內側為第j個(其中，1≦j≦m)的平面線圈彼此作串聯連接。
  11. 一種供電受電裝置，其係具備有：以電磁感應方式進行供電的供電裝置；及由前述供電裝置使用受電用線 圈所受電的受電裝置的供電受電裝置，前述供電裝置具有：供電用線圈，其係將在同一平面上在同一點的周圍捲繞線材之直流電阻值為相同的m個(其中，m≧2)的平面線圈，由徑方向內側朝向外側進行配置，前述m個平面線圈面向配置前述受電用線圈的空間；及驅動電路，其係當供電至前述受電裝置時，在前述m個平面線圈流通共通頻率的交流電流，當在由前述供電用線圈的內側為第k-1個及第k個(其中，2≦k≦m)的平面線圈流通直流電流時在前述空間所發生的靜磁場，係在前述徑方向，與該第k個平面線圈的內周相對應的位置的強度高於該位置的兩側的強度。
  12. 一種供電受電裝置，其係具備有：以電磁感應方式進行供電的供電裝置；及由前述供電裝置使用受電用線圈所受電的受電裝置的供電受電裝置，前述供電裝置具有：供電用線圈，其係將在同一平面上在同一點的周圍捲繞線材的m個(其中，m≧2)的平面線圈，由徑方向內側朝向外側進行配置，前述m個平面線圈面向配置前述受電用線圈的空間；及驅動電路，其係當供電至前述受電裝置時，在前述m個平面線圈流通共通頻率的交流電流，由前述供電用線圈的內側為第k-1個及第k個(其中，2≦k≦m)的平面線圈的前述線材長度的差為未達該 第k個平面線圈的外周長度。
  13. 如申請專利範圍第11項或第12項之供電受電裝置，其中，前述受電用線圈的電感係大於前述供電裝置所具有的前述平面線圈的任何電感。
  14. 如申請專利範圍第11項或第12項之供電受電裝置，其中，前述受電裝置具有：發光電路，其係使用由前述供電裝置所受電的電力來使發光體發光。
  15. 一種供電用線圈，其係以電磁感應方式進行供電的供電裝置所使用的供電用線圈，其係：將在同一平面上在同一點的周圍捲繞線材之直流電阻值為相同的m個(其中，m≧2)的平面線圈，由徑方向內側朝向外側進行配置，當在由內側為第k-1個及第k個(其中，2≦k≦m)的平面線圈流通直流電流時在前述m個平面線圈所面向的空間所發生的靜磁場，係在前述徑方向，與該第k個平面線圈的內周相對應的位置的強度高於該位置的兩側的強度。
  16. 一種供電用線圈，其係以電磁感應方式進行供電的供電裝置所使用的供電用線圈，其係：將在同一平面上在同一點的周圍捲繞線材的m個(其中，m≧2)的平面線圈，由徑方向內側朝向外側進行配置，當在由內側為第k-1個及第k個(其中，2≦k≦m)的平面線圈的前述線材長度的差為未達該第k個平面線圈的外周長度。
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