JP6332002B2 - 送電装置、送電装置を搭載した車両及び無線電力伝送システム - Google Patents

Description

本開示は、送電コイル及び受電コイルの間の電磁誘導によって非接触で交流電力を伝送する送電装置、送電装置を搭載した車両及び無線電力伝送システムに関する。

携帯電話機をはじめとする様々なモバイル機器が普及している。モバイル機器の消費電力量は、機能及び性能の向上、並びにコンテンツの多様化に起因して増大し続けている。予め決められた容量のバッテリで動作するモバイル機器の消費電力量が増大すると、当該モバイル機器の動作時間が短くなる。バッテリの容量の制限を補うための技術として、無線電力伝送システムが注目されている。無線電力伝送システムは、送電装置における送電コイルと受電装置における受電コイルとの間の電磁誘導によって送電装置から受電装置に非接触で交流電力を伝送する。特に、共振型の送電コイル及び受電コイルを用いた無線電力伝送システムは、送電コイル及び受電コイルの位置が互いにずれているときであっても高い伝送効率を維持できる。このため、共振型の無線電力伝送システムは様々な分野に応用されている。

近年、携帯電話機などのモバイル機器（受電装置）を非接触で充電する送電装置を車両に搭載したシステムが普及し始めている。そのようなシステムでは、車の中でモバイル機器を非接触で充電することができる。送電装置は、多くの場所を占有しないように、できるだけ薄くすることが望まれる。

特開２００８−２０５２１５号公報

しかし、係る従来技術では、送電装置を薄型にすることにより、送電コイルの損失が増大し、伝送効率が低下するため、高効率で交流電力を伝送する送電装置が求められていた。

本開示の一態様に係る送電装置は、受電コイルを備える受電装置に対して非接触で交流電力を送電する送電装置であって、前記送電装置は、前記受電装置に対して送電する送電面と、直流電源から入力された直流電力を交流電力に変換する送電回路と、前記送電装置の内部の前記送電面側に設けられ、前記送電面に垂直に積層された２Ｎ個（Ｎは２以上の自然数）の平面コイルを含み、前記送電回路から出力された前記交流電力を前記受電コイルに送電する少なくとも１つの送電コイルと、前記送電装置の内部で前記送電コイルの前記送電面側とは逆側に設けられた磁性体と、を備える。前記２Ｎ個の平面コイルは、ｉ＝１〜Ｎとした場合に、前記２Ｎ個の平面コイルの中で、前記送電面にｉ番目に近い平面コイルと、前記磁性体にｉ番目に近い平面コイルとを直列に接続したコイル群を構成し、前記コイル群の各々は並列に接続される。

本開示の他の態様に係る送電装置は、受電コイルを備える受電装置に対して非接触で交流電力を送電する送電装置であって、前記受電装置に対して送電する送電面と、直流電源から入力された直流電力を交流電力に変換する送電回路と、前記送電装置の内部の前記送電面側に設けられ、前記送電面に垂直に積層されたＭ個（Ｍは３以上の自然数）の平面コイルを含み、前記送電回路から出力された前記交流電力を前記受電コイルに送電する少なくとも１つの送電コイルと、前記送電装置の内部で前記送電コイルの前記送電面側とは逆側に設けられた磁性体と、を備える。前記Ｍ個の平面コイルは、前記送電面に１番目に近い平面コイルから前記送電面からＭ番目の平面コイルの中から、前記１からＭの順序とは異なる順序で選択された２以上の平面コイルが一組として直列に接続されたコイル群を含む２以上のコイル群を有し、前記２以上のコイル群の各々は並列に接続される。

本開示のさらに他の態様に係る受電装置は、送電コイルを備える送電装置から非接触で交流電力を受電する受電装置であって、前記送電装置から受電する受電面と、前記受電した交流電力を直流電力に変換する受電回路と、前記受電装置の内部の前記受電面側に設けられ、前記受電面に垂直に積層された２Ｎ個（Ｎは２以上の自然数）の平面コイルを含み、前記受電面から入力された前記交流電力を前記受電回路に出力する少なくとも１つの受電コイルと、前記受電装置の内部で前記受電コイルの前記受電面側とは逆側に設けられた磁性体と、を備える。前記２Ｎ個の平面コイルは、ｉ＝１〜Ｎとした場合に、前記２Ｎ個の平面コイルの中で、前記受電面にｉ番目に近い平面コイルと、前記磁性体にｉ番目に近い平面コイルとを直列に接続したコイル群を構成し、前記コイル群の各々は並列に接続される。

本開示のさらに他の態様に係る受電装置は、送電コイルを備える送電装置から非接触で交流電力を受電する受電装置であって、前記送電装置から受電する受電面と、前記受電した交流電力を直流電力に変換する受電回路と、前記受電装置の内部の前記受電面側に設けられ、前記受電面に垂直に積層されたＭ個（Ｍは３以上の自然数）の平面コイルを含み、前記受電面から出力された前記交流電力を前記受電回路に出力する少なくとも１つの受電コイルと、前記受電装置の内部で前記受電コイルの前記受電面側とは逆側に設けられた磁性体と、を備える。前記Ｍ個の平面コイルは、前記受電面に１番目に近い平面コイルから前記受電面からＭ番目の平面コイルの中から、前記１からＭの順序とは異なる順序で選択された２以上の平面コイルが一組として直列に接続されたコイル群を含む２以上のコイル群を有し、前記２以上のコイル群の各々は並列に接続される。

これらの包括的または具体的な態様は、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラム、または、記録媒体で実現されてもよく、システム、装置、方法、集積回路、コンピュータプログラムおよび記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。

上記態様によると、高効率で交流電力を伝送する薄型の送電装置を提供できる。

車両に搭載された無線電力伝送システムの一例を示す図である。 特許文献１に開示された積層コイルと同様の構成を有する複数の平面コイルを示す分解斜視図である。 図２に示す積層コイルの等価回路図である。 磁性体を有する送電装置と、受電装置とを備える無線電力伝送システムを模式的に示す図である 平面コイルＬ１からＬ４の片側に磁性体を配置した構成例を示す斜視図である。 図５に示す送電コイルの等価回路図である。 無線電力伝送システムの一例を示すブロック図である。 送電回路の一例を示すブロック図である。 実施形態１における送電コイルの断面図である。 実施形態１における送電コイルの分解斜視図である。 実施形態１における送電コイルの等価回路図である。 比較例における送電コイルの分解斜視図である。 実施形態２における送電コイルの分解斜視図である。 実施形態２における送電コイルの等価回路図である。 実施形態３における送電コイルの分解斜視図である。 実施形態３における送電コイルの等価回路図である。 実施形態１および実施形態３における送電コイルの特性を示すグラフである。 実施形態４における送電コイルの分解斜視図である。 実施形態４における送電コイルの等価回路図である。 実施形態１の変形例を示す等価回路図である。 実施形態１の他の変形例を示す等価回路図である。 実施形態５における送電装置を示す斜視図である。 実施形態５における送電装置の上に受電装置が置かれた状態を示す斜視図である。 実施形態５における送電装置の上に受電装置が置かれた他の状態を示す斜視図である。 実施形態５における送電装置の概略構成を示す図である。 無線電力伝送システムの一例を示す図である。 送電装置を備える車両の一例を示す図である。 磁性体および積層された複数の平面コイルを備える受電装置の構成例を示す断面図である。

（本開示の基礎となった知見）
本発明者らは、「背景技術」の欄において記載した送電装置に関し、以下の問題が生じることを見いだした。

図１は、車両に搭載された無線電力伝送システムの一例を示す斜視図である。このシステムは、車載のコンソールボックス４００内に搭載された送電装置１００と、受電装置２００とを備える。送電装置１００は、受電装置に対して送電する送電面に垂直に積層された複数の平面コイルを有する少なくとも１つの送電コイルを備える。

特許文献１は、無線電力伝送システムに使用される積層コイルユニットを開示している。この積層コイルユニットは、複数個の平面状空芯コイルを有する。各コイルは、絶縁基板上に形成された渦巻状の導電パターンから構成され、絶縁基板の厚さ方向に積層される。

図２は、特許文献１に開示された積層コイルと同様の構成を有する複数の平面コイルを示す分解斜視図である。図３は、図２で図示された複数の平面コイルの等価回路を示す図である。この積層コイルでは、絶縁基板として、フレキシブル基板のような薄い基板が用いられている。フレキシブル基板上に導体パタ−ン（０．０３５ｍｍ）を渦巻状に形成した１つの平面コイルが作製される。これと同様の方法で４つの平面コイルが作製される。これらの４つの平面コイルを積層した状態で、図２、３に示すように各平面コイルが電気的に接続される。４つの平面コイルのうち、２つが直列に接続され、残りの２つも直列に接続される。これらの２組の平面コイルの対は、並列に接続される。特許文献１には、このような構成により、薄型で、Ｑ値（Ｑｕａｌｉｔｙ Ｆａｃｔｏｒ）を向上させた送電装置を提供できることが記載されている。

一般的に、このように積層された複数の平面コイルの各々における導体パタ−ンの巻き数および大きさがほぼ同じであれば、それらのインダクタンス値がほぼ同じ値になる。しかし、実際の無線電力伝送システムでは、送電装置１００に装荷された磁性体の影響により、これらの平面コイルのインダクタンス値は一定にはならない。

図４は、磁性体１２０が装荷された送電装置１００と、受電装置２００とを備える無線電力伝送システムの一例を模式的に示す断面図である。この例における送電装置１００は、送電アンテナ１１０と、送電回路１４０と、磁性体１２０とを有する。受電装置２００は、受電アンテナ２１０と、受電回路２２０と、二次電池２３０とを有する。送電アンテナ１１０は、図２に示すような複数の平面コイルを含む送電コイルと、不図示の共振キャパシタとを有する。図４に示すように、実際の無線電力伝送システムでは、送電アンテナ１１０の渦電流損失を低減するために、送電アンテナ１１０に対して送電面１３０とは逆側に磁性体１２０を装荷することがほとんどである。しかし、特許文献１に示す構成にこのような磁性体１２０を装荷した送電装置を実際に作製し、評価してみると、発熱量が高く、伝送効率が低下することが判明した。本発明者らは、この原因を以下のように分析した。

図５は、一群の平面コイルＬ１からＬ４（これらをまとめて「送電コイル」と称する。）の片側に磁性体１２０を配置した構成例を示す斜視図である。特許文献１には開示されていないが、本発明者らは、図５に示すような構成を実際に作製し、この状態における平面コイルＬ１からＬ４の各々のインダクタンスＬおよび交流抵抗Ｒの特性を解析した。表１は、その解析結果を示している。

表１に示すように、各々のインダクタンス値は、磁性体１２０に近い平面コイルから遠い平面コイルの順番に、すなわち、Ｌ４からＬ１の順番に、大きい値から小さい値になっていることがわかる。ここで、解析には汎用の電磁界解析シミュレータを用いた。解析条件は、ガラスエポキシ樹脂（ＦＲ４）基板上に銅パターンによって各平面コイルを形成した。各平面コイルの外径をΦ４５ｍｍ、線幅を０．５ｍｍ、線間のピッチを１ｍｍ、巻数を１０ターン、銅厚を７０ｕｍ、各層の銅パターン表面間距離を０．２ｍｍとした。磁性体については、比透磁率を２００、サイズを５０ｘ５０ｘ１ｍｍ³とした。解析周波数は１５０ｋＨｚとした。磁性体の直下には、放熱板を模擬した不図示のアルミ板（５０ｘ５０ｘ０．５ｍｍ³）を配置した。

図６は、平面コイルＬ１からＬ４の電気的接続を示す等価回路図である。図６に示すように、平面コイルＬ１とＬ２とが直列に接続され、平面コイルＬ３とＬ４とが直列に接続されている。これらの２組の平面コイル対は並列に接続されている。平面コイルＬ１からＬ４は、互いに結合状態にある。平面コイルＬ１からＬ４のインダクタンス値を、それぞれＬ１からＬ４で表すと、Ｌ１＜Ｌ２＜Ｌ３＜Ｌ４である。

ここで、直列に接続された複数のコイルを「コイル群」と呼ぶことにする。例えば、図６に示す例では、平面コイルＬ１とＬ２とが第１のコイル群であり、平面コイルＬ３とＬ４とが第２のコイル群である。第１のコイル群の合成インダクタンス値は、４つのインダクタンス値のうち、最も小さいインダクタンス値Ｌ１と、２番目に小さいインダクタンス値Ｌ２とを合成することによって得られる。第２のコイル群の合成インダクタンス値は、４つのインダクタンス値のうち、最も大きいインダクタンス値Ｌ４と、２番目に大きいインダクタンス値Ｌ３とを合成することによって得られる。したがって、第１のコイル群の合成インダクタンス値は、第２のコイル群の合成インダクタンス値よりも小さい。

このように、特許文献１に開示された平面コイルの構成では、並列に接続されている第１のコイル群の合成インダクタンス値と、第２のコイル群の合成インダクタンス値との間に差が生じる。この差により、交流電力を伝送した場合、第１のコイル群のインピーダンスと第２のコイル群のインピーダンスとのバランスが崩れる。インピーダンスのバランスが崩れると、積層された平面コイルに流れる電流による損失が大きくなる。その結果、インピーダンスがより低い第１のコイル群に熱が生じ、伝送効率が低下することが判明した。

なお、上記の例では、磁性体を配置することで、並列に接続されている第１のコイル群のインダクタンス値と、第２のコイル群のインダクタンス値との間に差が生じていたことを発見した。しかし、磁性体を配置するか否かに関わらず、並列に接続されている第１のコイル群のインダクタンス値と、第２のコイル群のインダクタンス値との間に差が生じる条件下では、同様の課題が生じ得る。

本発明者らは、上記の技術的知見に基づき、平面コイルのインダクタンスに着目することによって、発熱量を抑えて伝送効率を改善する技術を鋭意検討した。そして、本発明者らは、送電装置の薄型化を図りつつ、積層された平面コイルに流れる電流による損失を低減し、伝送効率を向上させるため、以下の発明の各態様を想到するに至った。

本開示の一態様に係る送電装置は、
受電コイルを備える受電装置に対して非接触で交流電力を送電する送電装置であって、
前記受電装置に対して送電する送電面と、
直流電源から入力された直流電力を交流電力に変換する送電回路と、
前記送電装置の内部の前記送電面側に設けられ、前記送電面に垂直に積層された２Ｎ個（Ｎは２以上の自然数）の平面コイルを含み、前記送電回路から出力された前記交流電力を前記受電コイルに送電する少なくとも１つの送電コイルと、
前記送電装置の内部で前記送電コイルの前記送電面側とは逆側に設けられた磁性体と、を備え、
前記２Ｎ個の平面コイルは、
ｉ＝１〜Ｎとした場合に、前記２Ｎ個の平面コイルの中で、前記送電面にｉ番目に近い平面コイルと、前記磁性体にｉ番目に近い平面コイルとを直列に接続したコイル群を構成し、
前記コイル群の各々は並列に接続される。

上記態様によると、送電装置の内部に積層された２Ｎ個の平面コイルにおいて、並列に接続されたコイル群(直列に接続された複数の平面コイル)の各々の合成インダクタンス値が、近い値になるように平均化される。

具体的には、ｉ＝１〜Ｎとした場合に、前記２Ｎ個の平面コイルの中で、前記送電面にｉ番目に近い平面コイルと、前記磁性体にｉ番目に近い平面コイルとを直列に接続したコイル群を構成することで、コイル群の各々の合成インダクタンス値が近い値になるように平均化される。

このことにより、並列に接続されたコイル群の間でインピーダンスのバランスが崩れることが抑制されるので、積層された平面コイルに流れる電流による損失を低減させることができる。その結果、不要な発熱を低減させ、伝送効率を向上させることができる。

本開示の別の態様に係る送電装置は、
受電コイルを備える受電装置に対して非接触で交流電力を送電する送電装置であって、
前記受電装置に対して送電する送電面と、
直流電源から入力された直流電力を交流電力に変換する送電回路と、
前記送電装置の内部の前記送電面側に設けられ、前記送電面に垂直に積層されたＭ個（Ｍは３以上の自然数）の平面コイルを含み、前記送電回路から出力された前記交流電力を前記受電コイルに送電する少なくとも１つの送電コイルと、
前記送電装置の内部で前記送電コイルの前記送電面側とは逆側に設けられた磁性体と、を備え、
前記Ｍ個の平面コイルは、前記送電面に１番目に近い平面コイルから前記送電面からＭ番目の平面コイルの中から、前記１からＭの順序とは異なる順序で選択された２以上の平面コイルが一組として直列に接続されたコイル群を含む２以上のコイル群を有し、
前記２以上のコイル群の各々は並列に接続される。

上記態様によると、前記送電装置の内部に積層されたＭ個の平面コイルにおいて、前記送電面に１番目に近い平面コイルから前記送電面からＭ番目の平面コイルの中から、前記１からＭの順序とは異なる順序で選択された２以上の平面コイルが一組として直列に接続されたコイル群を含む２以上のコイル群を有している。

このことにより、前記コイル群の各々の合成インダクタンス値をできるだけ近い値になるように平均化することができる。並列に接続されたコイル群の間でインピーダンスのバランスが崩れることを抑制されるので、積層された平面コイルに流れる電流による損失を低減させることができる。その結果、不要な発熱を低減させ、伝送効率を向上させることができる。

以下、本開示の実施形態を説明する。なお、以下の各実施形態において、同様の構成要素については同一の符号を付している。以下の説明において、重複する事項についての説明は省略することがある。

（実施形態１）
［１．全体構成］
図７は、本開示の第１の実施形態に係る無線電力伝送システムの概略構成を示すブロック図である。この無線電力伝送システムは、送電装置１００と、受電装置２００とを備える。送電装置１００における送電アンテナ１１０から受電装置２００における受電アンテナ２１０に非接触で電力が伝送される。

受電装置２００は、受電コイル２１２と、共振キャパシタ２１４ａ、２１４ｂとを有する受電アンテナ２１０と、受電回路２２０と、二次電池２３０とを備えている。受電コイル２１２と、共振キャパシタ２１４ａ、２１４ｂとは、直列および並列共振回路を構成している。受電回路２２０は、受電コイル２１２が受け取った交流電力を整流して出力する。二次電池２３０は、受電回路２２０から出力された直流電力によって充電される。二次電池２３０に蓄えられたエネルギは、不図示の負荷によって消費される。

受電回路２２０は、整流回路や周波数変換回路、定電圧・定電流制御回路、通信用の変復調回路などの各種の回路を含み得る。受け取った交流エネルギを負荷が利用可能な直流エネルギまたは低周波の交流エネルギに変換するように構成される。受電コイル２１２から出力される電圧・電流などを測定する各種センサを受電回路２２０中に含めてもよい。

送電装置１００は、送電コイル１１２と、共振キャパシタ１１４とを含む送電アンテナ１１０と、送電回路１４０とを備える。また、図４に示すように、送電装置１００の内部で、送電アンテナ１１０に対して送電面１３０の側とは逆側に設けられた磁性体１２０を備えている。ここで送電面１３０とは、送電装置１００において、送電動作時に受電装置２００に対向する表面を意味する。送電コイル１１２は、共振キャパシタ１１４と直列に接続されている。共振キャパシタ１１４は、送電回路１４０に接続されている。

送電コイル１１２は、例えば、基板パターンで形成された１つの薄型の平面コイルを複数積層した構成であり得る。このほか、銅線やリッツ線、ツイスト線などを用いた巻き線コイルを用いることもできる。共振キャパシタ１１４、２１４ａ、２１４ｂは、必要に応じて設ければよい。各コイルが有する自己共振特性をこれらのキャパシタの代わりに用いてもよい。

送電回路１４０は、例えば、フルブリッジ型のインバータ、またはＤ級もしくはＥ級などの発振回路を含む。図８は、一例として、フルブリッジ型のインバータと、これを制御する制御回路１５０とを送電回路１４０が有する例を示している。送電回路１４０は、通信用の変復調回路や電圧・電流などを測定する各種センサを有していてもよい。送電回路１４０は、外部の直流（ＤＣ）電源３００に接続されている。直流電源３００から入力された直流電力を交流電力に変換して出力する。この交流電力は、送電コイル１１２によって空間に送出される。

電力伝送時の周波数は、例えば、送電コイル１１２および共振キャパシタ１１４によって構成される送電共振器の共振周波数と同じ値に設定される。しかし、これに限定されない。例えば、その共振周波数の８５〜１１５％程度の範囲内の値に設定されていてもよい。電力伝送の周波数帯は、例えば１００ｋＨｚ〜２００ｋＨｚの範囲内の値に設定され得るが、この範囲外の値に設定されてもよい。

ＤＣ電源３００は、商用電源、一次電池、二次電池、太陽電池、燃料電池、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）電源、高容量のキャパシタ（例えば電気二重層キャパシタ）、商用電源に接続された電圧変換器、または、それらの組み合わせであり得る。

送電回路１４０は、送電装置１００全体の動作を制御するプロセッサである制御回路１５０を備える。制御回路１５０は、例えばＣＰＵと、コンピュータプログラムを格納したメモリとの組み合わせによって実現され得る。制御回路１５０は、本実施形態の動作を実現するように構成された専用の集積回路であってもよい。制御回路１５０は、送電回路１４０による送電制御（送電状態の調整）を行う。

制御回路１５０は、受電装置２００との間で通信を行う通信回路を有していてもよい。通信回路によって、例えば、受電装置２００の負荷のインピーダンスの変動を示す情報を得ることができる。制御回路１５０は、その情報に基づき、例えば負荷に一定の電圧が供給されるように、送電回路１４０に送電パラメータを変更するように指示することができる。そのような送電パラメータは、例えば周波数、インバータのスイッチング素子対間の位相差、またはインバータの入力電圧であり得る。入力電圧を調整する場合、送電回路１４０は、ＤＣ電源３００とインバータとの間にＤＣ／ＤＣコンバータを有し得る。これらの送電パラメータを変化させることにより、負荷に供給される電圧を変化させることができる。

送電装置１００は、上記の構成要素以外の要素を備えていてもよい。例えば、制御回路１５０による受電コイル２１２または異物の検出結果を表示する表示素子を備えていてもよい。そのような表示素子は、例えば、ＬＥＤなどの光源であり得る。また、異物検出用の発振回路および検出コイルを設けてもよい。

受電装置２００の構成は、図７に示すものに限定されない。送電コイル１１２から送出されるエネルギの少なくとも一部を受け取る受電コイル２１２を有している限り、その構成は任意に設計してよい。

［２．送電コイルの構成］
次に、本実施形態における送電コイル１１２の構成を説明する。図４に示されているように、送電コイル１１２は、送電装置１００の内部の送電面１３０側に設けられている。送電コイル１１２は、送電面１３０に垂直に積層された２Ｎ個（Ｎは２以上の自然数）の平面コイルを含む。ここで、「送電面１３０に垂直に積層される」とは、送電面１３０に垂直な方向から２Ｎ個の平面コイルを見たとき、各平面コイルの少なくとも一部が互いに重なるように位置していることを意味する。必ずしも２Ｎ個の平面コイルの中心が送電面１３０に垂直な直線上に位置している必要はない。２Ｎ個の平面コイルの大きさおよび形状は、必ずしも同一である必要はない。送電コイル１１２は、送電回路１４０から出力された交流電力を受電コイル２１２に送出する。

本実施形態における２Ｎ個の平面コイルは、ｉ＝１〜Ｎとした場合に、２Ｎ個の平面コイルの中で、送電面１３０にｉ番目に近い平面コイルと、磁性体１２０にｉ番目に近い平面コイルとを直列に接続した複数のコイル群を構成する。これらのコイル群の各々は並列に接続される。２Ｎ個の平面コイルは、例えば絶縁基板又は誘電体基板上に導体パターンを巻回した基板を２Ｎ個積層した多層基板によって実現され得る。以下、Ｎ＝２の場合を例に、送電コイル１１２の詳細な構成を説明する。

図９は、本実施形態における送電コイル１１２の一部の断面を示す図である。この例は、Ｎ＝２の場合の４つの平面コイルを４層基板によって構成した例である。この送電コイル１１２は、絶縁基板であるガラスエポキシ樹脂１７０の上に銅パターン１６０を巻回して形成した平面コイルを積層した多層基板によって実現されている。送電コイル１１２に対して送電面１３０とは逆側に磁性体１２０が装荷されている。

図１０は、本実施形態における送電コイル１１２の分解斜視図である。各層における平面コイル同士はスルーホールによって接続されている。送電コイル１１２の両端は端子１８０に接続されている。ここで、送電面１３０の側に最も近い平面コイルＬ１の層を第１層とする。第１層の平面コイルＬ１の内端と第４層の平面コイルＬ４の内端とを接続するスルーホールと、第２層の平面コイルＬ２の内端と第３層の平面コイルＬ３の内端とを接続するスルーホールとは、互いに導通しないようにずらして配置されている。

図１１は、本実施形態における送電コイル１１２の等価回路図である。図示されていないが、平面コイルＬ１からＬ４の各々は、互いに結合状態にある。図１０および図１１に示すように、直列に接続された平面コイルＬ１、Ｌ４が第１のコイル群を構成し、直列に接続された平面コイルＬ２、Ｌ３が第２のコイル群を構成している。第１のコイル群と第２のコイル群とは並列に接続されている。

ここで、磁性体１２０の影響により、平面コイルＬ１からＬ４の各々のインダクタンス値の大きさの順序は、送電面１３０からの距離の順序と同じである（Ｌ１＜Ｌ２＜Ｌ３＜Ｌ４）。したがって、送電面１３０に１番目に近い平面コイルＬ１および磁性体に１番目に近い平面コイルＬ４によって構成された第１のコイル群のインダクタンス値と、送電面１３０に２番目に近い平面コイルＬ２および磁性体１２０に２番目に近い平面コイルＬ３によって構成された第２のコイル群のインダクタンス値とは、ほぼ同じ値となる。よって、第１のコイル群および第２のコイル群の各々のインピーダンスのバランスが崩れることを抑制できる。その結果、並列接続における送電コイル１１２の損失低減効果が向上する。

本発明者らは、本実施形態の効果を検証するために、図５を参照しながら説明した解析の条件と同様の条件において、４つの平面コイルＬ１からＬ４を、図１０に示すように接続した実施例１の送電コイルの特性を解析した。一方、４つの平面コイルＬ１からＬ４を、図１２に示すように接続した比較例についても送電コイルの特性を解析した。表２は、実施例１および比較例における送電コイルの合成インダクタンスＬおよび交流抵抗Ｒの解析結果を示している。

表２に示すように、インダクタンスＬの値はほぼ変わらないが、交流抵抗Ｒの値は、実施例１では比較例に比べて１７．４％低減されている。このことから、本実施形態の構成では、不要な発熱を抑え、伝送効率を向上させることができることがわかる。

（実施形態２）
図１３は、本開示の実施形態２における送電コイル１１２の構成を示す分解斜視図である。図１４は、本実施形態における送電コイル１１２の等価回路図である。本実施形態における送電コイル１１２は、Ｎ＝３、すなわち６個の平面コイルを有する点で、実施形態１とは異なっている。以下、実施形態１と共通または対応する構成要素には同じ参照符号を付し、共通する事項についての説明は繰り返さない。

本実施形態における送電コイル１１２は、実施形態１からさらなる損失低減を図るために、６層３並列の構成を採用している。図１３、図１４に示すように、本実施形態における送電コイル１１２は、６個の平面コイルＬ１からＬ６を有する。平面コイルＬ１、Ｌ６は、直列に接続され、第１のコイル群を構成する。平面コイルＬ２、Ｌ５は、直列に接続され、第２のコイル群を構成する。平面コイルＬ３、Ｌ４は、直列に接続され、第３のコイル群を構成する。第１から第３のコイル群は並列に接続されている。このように、第１のコイル群は、送電面１３０に１番目に近い平面コイルＬ１と磁性体１２０に１番目に近い平面コイルＬ６とによって構成される。第２のコイル群は、送電面１３０に２番目に近い平面コイルＬ２と磁性体１２０に２番目に近い平面コイルＬ５とによって構成される。第３のコイル群は、送電面１３０に３番目に近い平面コイルＬ３と磁性体１２０に３番目に近い平面コイルＬ４とによって構成される。このような構成により、第１のコイル群のインダクタンス値と、第２のコイル群のインダクタンス値と、第３のコイル群のインダクタンス値とは、ほぼ同じ値になる。

本実施形態でも、第１から第３のコイル群の各々のインピーダンスのバランスが崩れることを抑制できる。その結果、並列接続における送電コイル１１２の損失低減効果が向上する。

なお、本実施形態では、Ｎ＝３であるが、Ｎ＝４であってもよいし、Ｎ＞４であってもよい。送電コイル１１２の厚さが許容される範囲内で層数および並列数を増やすことにより、さらなる損失低減効果が期待できる。

（実施形態３）
次に、本開示の第３の実施形態を説明する。本実施形態における送電コイル１１２は、送電面１３０に垂直に積層されたＭ個（Ｍは３以上の自然数）の平面コイルを含む。Ｍ個の平面コイルは、送電面１３０に１番目に近い平面コイルから送電面１３０からＭ番目の平面コイルの中から、１からＭの順序とは異なる順序で選択された２以上の平面コイルが一組として直列に接続されたコイル群を含む２以上のコイル群を有する。２以上のコイル群の各々は並列に接続される。ここで、「１からＭの順序とは異なる順序」とは、少なくとも一部に１からＭの並びとは異なる並びの部分が含まれた順序を意味する。一例として、Ｍ≧４として、送電面１３０に１番目に近い平面コイルと、２番目に近い平面コイルと、４番目に近い平面コイルとが１つのコイル群を構成している場合を想定する。この場合、２番目に近い平面コイルおよび４番目に近い平面コイルの並びが、１からＭの並びとは異なっている。このため、この順序は「１からＭの順序とは異なる順序」に該当する。以下、Ｍ＝４の場合を例に、本実施形態を説明する。

図１５は、Ｍ＝４の場合の送電コイル１１２の構成を示す分解斜視図である。図１６は、図１５の等価回路図である。図１５、図１６に示すように、本実施形態における送電コイル１１２は、４つの平面コイルＬ１からＬ４を有する。平面コイルＬ１、Ｌ３は、直列に接続され、第１のコイル群を構成する。平面コイルＬ２、Ｌ４は、直列に接続され、第２のコイル群を構成する。第１および第２のコイル群は、並列に接続されている。このように、第１のコイル群は、送電面１３０に１番目に近い平面コイルＬ１と、送電面１３０に３番目に近い平面コイルＬ３とによって構成される。第２のコイル群は、送電面１３０に２番目に近い平面コイルＬ２と、送電面１３０に４番目に近い平面コイルＬ４とによって構成される。

ここで、磁性体１２０の影響により、平面コイルＬ１からＬ４の各々のインダクタンス値の大きさの順序は、送電面１３０からの距離の順序と同じである（Ｌ１＜Ｌ２＜Ｌ３＜Ｌ４）。したがって、平面コイルＬ１、Ｌ３によって構成された第１のコイル群のインダクタンス値と、平面コイルＬ２、Ｌ４によって構成された第２のコイル群のインダクタンス値とは、平均化される。すなわち、インダクタンス値の大きさの順序とは異なる順序の平面コイル同士を直列に接続することで、第１および第２のコイル群のインダクタンス値が平均化される。よって、第１のコイル群および第２のコイル群の各々のインピーダンスのバランスが崩れることを抑制できる。その結果、並列接続における送電コイル１１２の損失低減効果が向上する。

本発明者らは、本実施形態の効果を検証するために、図５を参照しながら説明した解析の条件と同様の条件において、４つの平面コイルＬ１からＬ４を、図１５に示すように接続した実施例２の送電コイルの特性を解析した。表３は、実施例２および前述の比較例における送電コイルの合成インダクタンスＬおよび交流抵抗Ｒの解析結果を示している。

表３に示すように、インダクタンスＬの値はほぼ変わらないが、交流抵抗Ｒの値は、実施例２では比較例に比べて１１．８％低減されている。このことから、本実施形態の構成では、不要な発熱を抑え、伝送効率を向上させることができることがわかる。

図１７は、本実施形態および実施形態１における送電コイルの特性と比較例における送電コイルの特性とを比較した結果を示すグラフである。平面コイルＬ１からＬ４の各々の接続を比較例における接続から変更することにより、特に交流抵抗Ｒの低減が図れていることがわかる。

（実施形態４）
図１８は、本開示の実施形態４における送電コイル１１２の構成を示す分解斜視図である。図１９は、本実施形態における送電コイル１１２の等価回路図である。本実施形態における送電コイル１１２は、Ｍ＝６、すなわち６個の平面コイルを有する点で、実施形態３とは異なっている。以下、実施形態３と共通する事項についての説明は繰り返さない。

図１８および図１９に示すように、本実施形態における送電コイル１１２は、６個の平面コイルＬ１からＬ６を有する。平面コイルＬ１、Ｌ３、Ｌ６は直列に接続され、第１のコイル群を構成する。平面コイルＬ２、Ｌ４、Ｌ５は、直列に接続され、第２のコイル群を構成する。第１および第２のコイル群は並列に接続されている。このように、第１のコイル群は、送電面１３０に１番目に近い平面コイルＬ１と、３番目に近い平面コイルＬ３と、６番目に近い平面コイルＬ６とによって構成される。第２のコイル群は、送電面１３０に２番目に近い平面コイルＬ２と、４番目に近い平面コイルＬ４と、５番目に近い平面コイルＬ５とによって構成される。第１のコイル群および第２のコイル群の各々が、１からＭ（＝６）の順序とは異なる順序で選択されているため、第１および第２のコイル群のインダクタンス値は平均化される。よって、第１のコイル群および第２のコイル群の各々のインピーダンスのバランスが崩れることを抑制できる。その結果、並列接続における送電コイル１１２の損失低減効果が向上する。

本実施形態および実施形態３では、複数のコイル群の各々を構成する直列に接続された複数の平面コイルのうち、少なくとも一組の平面コイルが、インダクタンス値の順序とは異なる順序で選択されている。これにより、コイル群のインダクタンス値が平均化されている。例えば、図１９に示す構成では、第２のコイル群を構成する平面コイルＬ４と平面コイルＬ５とがインダクタンス値の順序の通り接続されているが、平面コイルＬ２と平面コイルＬ４とがインダクタンス値の順序とは異なる順序で接続されている。このため、第１および第２のコイル群のインダクタンス値は平均化され、損失低減効果が向上する。

本実施形態では、Ｍ＝６であるが、Ｎ≧７であってもよい。送電コイル１１２の厚さが許容される範囲内で層数および並列数を増やすことにより、さらなる損失低減効果が期待できる。

なお、上述の各実施形態における複数の平面コイルを積層した送電コイルに、さらに新たに平面コイルを積層し、それを直列または並列に接続してもよい。

図２０Ａは、実施形態１における送電コイル１１２に、新たに直列に平面コイルＬａを接続した変形例を示す等価回路図である。図２０Ｂは、実施形態１における送電コイル１１２に、新たに並列に平面コイルＬｂを接続した変形例を示す等価回路図である。無線電力伝送システムの回路設計上、インダクタンスを微調整する必要がある場合などに、図２０Ａ、２０Ｂのような構成が有効である。実施形態１の構成に限らず、実施形態２〜４の構成に、新たな平面コイルを追加してもよい。また、図示はしないが、新たに追加する平面コイルは１つでなくてもよい。例えば、直列および並列に１つずつ追加してもよいし、直列に２つ、あるいは並列に２つ追加してもよい。

（実施形態５）
次に、複数の送電コイル１１２を備える送電装置１００に係る実施形態５を説明する。

図２１Ａから図２１Ｃは、実施形態５における送電装置１００の外観および動作を示す図である。この送電装置１００は、ワイヤレス充電器であり、平板状の構造を有している。図２１Ａに示すように、この送電装置１００は、一列に配列された複数の送電コイル１１２（この例では７個の送電コイル１１２ａ〜１１２ｇ）を備える。各送電コイルは、上述した実施形態のいずれかにおける複数の平面コイルを積層した構成を有する。各送電コイルは、配列方向（図における横方向）に短く、配列方向に垂直な方向に長い形状を有している。図示されていないが、送電装置１００は、各送電コイルに交流電力を供給する送電回路、および送電回路と各送電コイルとの間の接続状態を制御する制御回路も備える。

送電装置１００に、受電コイル２１２を備える受電装置２００が近接すると、制御回路は、受電コイル２１２に最も近い２つの送電コイルと送電回路とを電気的に接続する。例えば、図２１Ｂに示す状態では、２つの送電コイル１１２ｃ、１１２ｄのみが送電回路に接続される。図２１Ｃに示す状態では、２つの送電コイル１１２ｆ、１１２ｇのみが送電回路に接続される。この例では、常に２つの送電コイルに給電されるが、同時に給電される送電コイルの数は、２以外の数であってもよい。同時に給電される送電コイルの数は、送電コイルの総数よりも小さい数であればよい。

図２２は、本実施形態における送電装置１００の概略構成を示すブロック図である。図７と共通または対応する構成要素には同じ参照符号を付しており、共通する事項についての説明は繰り返さない。

送電装置１００は、複数の送電コイル１１２と、複数のスイッチ１９０と、共振キャパシタ１１４と、送電回路１４０とを備える。送電回路１４０は、制御回路１５０を含む。複数のスイッチ１９０は、それぞれ、複数の送電コイル１１２に接続されている。ここで「接続される」とは、電気的に導通するように接続されることを意味する。複数の送電コイル１１２は、複数のスイッチ１９０を介して、送電回路１４０に対して互いに並列に接続される。各送電コイルの一端は、キャパシタ１１４の一方の電極に接続されている。キャパシタ１１４の他方の電極は、送電回路１４０に接続されている。複数のスイッチ１９０は、それぞれ、複数の送電コイル１１２におけるキャパシタ１１４が接続されていない側の端子に接続されている。これは、キャパシタ１１４と複数の送電コイル１１２との間では電圧の変動が大きいためである。

制御回路１５０は、複数の送電コイル１１２に対する受電コイル２１２の相対位置の検出を行う。これに加えて、送電コイル１１２に近接する金属などの異物の検出を行ってもよい。受電コイル２１２の位置の検出および異物の検出は、回路上の電圧、電流、周波数、インダクタンスといったインピーダンスの変化に伴って変動するパラメータの測定値に基づいて行われ得る。より具体的には、制御回路１５０は、複数のスイッチ１９０を一定の数（例えば２個）ずつ順番にオンにし、その都度、上記のいずれかのパラメータを測定する。規定の範囲からずれた値が測定されたとき、そのときに給電している送電コイルの近傍に受電コイル２１２または異物が存在すると判定することができる。このような検出を可能にするため、制御回路１５０は、不図示の検出回路を備え得る。本開示では、受電コイル２１２の検出および異物の検出は、特定の方法に限定されず、公知の任意の方法で行うことができる。

本実施形態における制御回路１５０は、複数の送電コイル１１２に対する受電コイル２１２の相対位置に応じて、電力伝送に用いる２つの送電コイルを選択する。そして、選択した２つの送電コイルのみに送電回路１４０から交流電力が供給されるように、複数のスイッチ１９０の導通状態を切り替える。その結果、選択された２つの送電コイルから空間に交流エネルギが送出される。

本実施形態では、送電装置１００が複数の送電コイルを有している。これにより、単一の送電コイルを有する構成と比較して、送電可能な範囲が拡大する。このため、受電装置２００の位置合わせを容易に行うことができる。

（他の実施形態）
本開示の技術は、上述した実施形態に限定されず、多様な変形が可能である。以下、他の実施形態の例を説明する。

図２３は、病院などで用いられるロボット５００に、壁から電力を非接触で伝送する無線電力伝送システムの構成例を示す図である。この例では、送電装置１００が壁に埋め込まれている。ロボット５００は、図４または図７に示す受電装置２００と同様の構成要素を備える。さらに、駆動用電気モータ２４０と、移動のための複数の車輪２７０とを備える。このようなシステムにより、例えば病院内のロボット５００に、壁から電力を非接触で伝送し、人の手を借りることなく自動で充電を行うことができる。なお、ロボット５００の代わりに、電気自動車などの電動車両に同様の構成を適用してもよい。

図２４は、本開示における送電装置１００を搭載した車両６００を模式的に示すブロック図である。車両６００は、例えば図１に示すコンソールボックス４００の内部に送電装置１００を備える。これにより、ユーザは、車両６００内で携帯電話などの電子機器を充電することができる。

以上の実施形態では、送電コイルが、積層された複数の平面コイルを有しているが、受電コイルが同様の複数の平面コイルを有していてもよい。受電コイルの近傍に磁性体が配置される機器においても上述した課題が生じ得るため、そのような機器に本開示のコイルの構成を適用することは有効である。

図２５は、そのような受電装置２００を備えた無線電力伝送システムの一例を示す断面図である。この例では、受電装置２００は、送電装置１００から受電する受電面２６０と、受電した交流電力を直流電力に変換する受電回路２２０と、受電装置２００の内部の受電面２６０側に設けられた少なくとも１つの受電コイル（受電アンテナ２１０の一部）と、受電装置２００の内部で受電コイルに対して受電面２６０側とは逆側に設けられた磁性体２５０とを備える。少なくとも１つの受電コイルは、受電面２６０に垂直に積層された２Ｎ個（Ｎは２以上の自然数）の平面コイルを含み、受電面２６０から入力された交流電力を受電回路２２０に出力する。２Ｎ個の平面コイルは、ｉ＝１〜Ｎとした場合に、２Ｎ個の平面コイルの中で、受電面２６０にｉ番目に近い平面コイルと、磁性体２５０にｉ番目に近い平面コイルとを直列に接続したコイル群を構成する。これらのコイル群の各々は並列に接続される。ここで「受電面」とは、受電時に送電装置１００の送電面１３０に対向する受電装置２００の表面を意味する。

上記少なくとも１つの受電コイルは、上記構成の代わりに、受電面２６０に垂直に積層されたＭ個（Ｍは３以上の自然数）の平面コイルを含み、Ｍ個の平面コイルが、受電面２６０に１番目に近い平面コイルから受電面２６０からＭ番目の平面コイルの中から、１からＭの順序とは異なる順序で選択された２以上の平面コイルが一組として直列に接続されたコイル群を含む２以上のコイル群を有していてもよい。この場合も２以上のコイル群の各々は並列に接続される。

なお、図２５に示す例では、送電装置１００が磁性体１２０を備え、送電アンテナ１１０内の送電コイルが、本開示における積層された複数の平面コイルを含む。しかし、この例に限らず、受電装置２００に磁性体２５０および積層された複数の平面コイルを設ける場合、送電装置１００に磁性体１２０および積層された複数の平面コイルが設けられていなくてもよい。

以上のように、本発明者らは、積層された平面コイルに流れる電流による損失を低減し、伝送効率を向上させるため、以下の発明の各態様に想到した。

（１）本開示の第１の態様に係る送電装置は、
受電コイルを備える受電装置に対して非接触で交流電力を送電する送電装置であって、
前記受電装置に対して送電する送電面と、
直流電源から入力された直流電力を交流電力に変換する送電回路と、
前記送電装置の内部の前記送電面側に設けられ、前記送電面に垂直に積層された２Ｎ個（Ｎは２以上の自然数）の平面コイルを含み、前記送電回路から出力された前記交流電力を前記受電コイルに送電する少なくとも１つの送電コイルと、
前記送電装置の内部で前記送電コイルの前記送電面側とは逆側に設けられた磁性体と、を備え、
前記２Ｎ個の平面コイルは、
ｉ＝１〜Ｎとした場合に、前記２Ｎ個の平面コイルの中で、前記送電面にｉ番目に近い平面コイルと、前記磁性体にｉ番目に近い平面コイルとを直列に接続したコイル群を構成し、
前記コイル群の各々は並列に接続される。

上記態様によると、送電装置の内部に積層された２Ｎ個の平面コイルにおいて、並列に接続されたコイル群(直列に接続された複数の平面コイル)の各々の合成インダクタンス値が、近い値になるように平均化される。

具体的には、ｉ＝１〜Ｎとした場合に、前記２Ｎ個の平面コイルの中で、前記送電面にｉ番目に近い平面コイルと、前記磁性体にｉ番目に近い平面コイルとを直列に接続したコイル群を構成することで、コイル群の各々の合成インダクタンス値が近い値になるように平均化される。

このことにより、並列に接続されたコイル群の間でインピーダンスのバランスが崩れることが抑制されるので、積層された平面コイルに流れる電流による損失を低減させることができる。その結果、不要な発熱を低減させ、伝送効率を向上させることができる。

（２）本開示の第２の態様に係る送電装置は、本開示の第１の態様に係る送電装置において、
Ｎが２の場合、前記送電面に１番目に近い平面コイルと、前記磁性体に１番目に近い平面コイルとが直列に接続され、前記送電面に２番目に近い平面コイルと、前記磁性体に２番目に近い平面コイルとが直列に接続される。

上記態様によると、送電装置の内部に積層された４個の平面コイルにおいて、並列に接続されたコイル群(直列に接続された複数の平面コイル)の各々の合成インダクタンス値が、近い値になるように平均化される。

（３）本開示の第３の態様に係る送電装置は、本開示の第１の態様に係る送電装置において、
Ｎが３の場合、前記送電面に１番目に近い平面コイルと、前記磁性体に１番目に近い平面コイルとが直列に接続され、前記送電面に２番目に近い平面コイルと、前記磁性体に２番目に近い平面コイルとが直列に接続され、前記送電面に３番目に近い平面コイルと、前記磁性体に３番目に近い平面コイルとが直列に接続される。

上記態様によると、送電装置の内部に積層された６個の平面コイルにおいて、並列に接続されたコイル群(直列に接続された複数の平面コイル)の各々の合成インダクタンス値が、近い値になるように平均化される。

（４）本開示の第４の態様に係る送電装置は、本開示の第１から第３のいずれか１つの態様に係る送電装置において、
前記送電面に１番目に近い平面コイルのインダクタンス値が最も小さく、前記磁性体に１番目に近い平面コイルのインダクタンス値が最も大きい。

上記態様によると、インダクタンス値が最も小さい平面コイルと、インダクタンス値が最も大きい平面コイルとが１つの同一のコイル群に属することになるため、各コイル群の合成インダクタンス値の平均化の効果が高くなる。

（５）本開示の第５の態様に係る送電装置は、本開示の第１から第４のいずれか１つの態様に係る送電装置において、
前記２Ｎ個の平面コイルが、絶縁基板又は誘電体基板上に導体パターンを巻回した基板を２Ｎ個積層した多層基板である。

上記態様によると、送電装置の薄型化を図ることができる。

（６）本開示の第６の態様に係る送電装置は、本開示の第１から第５のいずれか１つの態様に係る送電装置において、
前記少なくとも１つの送電コイルが複数の送電コイルを含む。

上記態様によると、複数の送電コイルを送電面に平行な方向に配列した場合に、送電可能なエリアを広げることができる。

（７）本開示の第７の態様に係る送電装置は、本開示の第１から第６のいずれか１つの態様に係る送電装置において、
前記送電コイルが、前記２Ｎ個の平面コイルと直列に接続された第１の追加の平面コイル、または、前記２Ｎ個の平面コイルと並列に接続された第２の追加の平面コイルを含む。

上記態様によると、回路設計上、インダクタンスを微調整する必要がある場合などに、容易にインダクタンスを調整できる。

（８）本開示の第８の態様に係る車両は、本開示の第１から第７のいずれか１つの態様に係る送電装置を搭載した車両である。

上記態様によると、車両内で電子機器への充電を高い電力伝送効率で行うことができる。

（９）本開示の第９の態様に係る無線電力伝送システムは、本開示の第１から第７のいずれか１つの態様に係る送電装置と、前記受電装置とを備えている。

上記態様によると、電力伝送効率の高い薄型の送電装置を備える無線電力伝送システムを実現できる。そのような無線電力伝送システムは、例えば、医療用ロボットまたは搬送用ロボットのシステムであり得る。

（１０）本開示の第１０の態様に係る送電装置は、
受電コイルを備える受電装置に対して非接触で交流電力を送電する送電装置に用いられる送電コイルであって、
前記送電装置には、
前記受電装置に対して送電する送電面と、
直流電源から入力された直流電力を交流電力に変換する送電回路と、
前記送電回路から出力された前記交流電力を前記受電コイルに送電する少なくとも１つの送電コイルと、
前記送電装置の内部で前記送電コイルの前記送電面側とは逆側に設けられた磁性体と、が備えられ、
前記送電コイルは、
前記送電装置の内部の前記送電面側に設けられ、前記送電面に垂直に積層された２Ｎ個（Ｎは２以上の自然数）の平面コイルを含み、
前記２Ｎ個の平面コイルは、
ｉ＝１〜Ｎとした場合に、前記２Ｎ個の平面コイルの中で、前記送電面にｉ番目に近い平面コイルと、前記磁性体にｉ番目に近い平面コイルとを直列に接続したコイル群を構成し、
前記コイル群の各々は並列に接続される、
送電コイル。

上記態様によると、第１の態様と同様の効果を得ることができる。

（１１）本開示の第１１の態様に係る送電アンテナは、本開示の第１０の態様に係る送電コイルと、共振キャパシタとを備えている。

上記態様によると、第１の態様と同様の効果を得ることができる。

（１２）本開示の第１２の態様に係る送電装置は、
受電コイルを備える受電装置に対して非接触で交流電力を送電する送電装置であって、
前記受電装置に対して送電する送電面と、
直流電源から入力された直流電力を交流電力に変換する送電回路と、
前記送電装置の内部の前記送電面側に設けられ、前記送電面に垂直に積層されたＭ個（Ｍは３以上の自然数）の平面コイルを含み、前記送電回路から出力された前記交流電力を前記受電コイルに送電する少なくとも１つの送電コイルと、
前記送電装置の内部で前記送電コイルの前記送電面側とは逆側に設けられた磁性体と、を備え、
前記Ｍ個の平面コイルは、前記送電面に１番目に近い平面コイルから前記送電面からＭ番目の平面コイルの中から、前記１からＭの順序とは異なる順序で選択された２以上の平面コイルが一組として直列に接続されたコイル群を含む２以上のコイル群を有し、
前記２以上のコイル群の各々は並列に接続される。

上記態様によると、前記送電装置の内部に積層されたＭ個の平面コイルにおいて、前記送電面に１番目に近い平面コイルから前記送電面からＭ番目の平面コイルの中から、前記１からＭの順序とは異なる順序で選択された２以上の平面コイルが一組として直列に接続されたコイル群を含む２以上のコイル群を有している。

このことにより、前記コイル群の各々の合成インダクタンス値をできるだけ近い値になるように平均化することができる。並列に接続されたコイル群の間でインピーダンスのバランスが崩れることを抑制されるので、積層された平面コイルに流れる電流による損失を低減させることができる。その結果、不要な発熱を低減させ、伝送効率を向上させることができる。

（１３）本開示の第１３の態様に係る送電装置は、本開示の第１２の態様に係る送電装置において、
前記送電面に１番目に近い平面コイルのインダクタンス値が最も小さく、前記送電面にＭ番目に近い平面コイルのインダクタンス値が最も大きい。

上記態様によると、インダクタンス値の大小の順序とは異なる順序で選択された２以上の平面コイルが一組として直列に接続されたコイル群を構成する。このため、コイル群の各々の合成インダクタンス値をできるだけ近い値になるように平均化することができる。

（１４）本開示の第１４の態様に係る送電装置は、本開示の第１２または１３の態様に係る送電装置において、
前記Ｍ個の平面コイルが、絶縁基板又は誘電体基板上に導体パターンを巻回した基板をＭ個積層した多層基板である。

上記態様によると、送電装置の薄型化を図ることができる。

（１５）本開示の第１５の態様に係る送電装置は、本開示の第１２から１４のいずれか１つの態様に係る送電装置において、
前記少なくとも１つの送電コイルが複数の送電コイルを含む。

上記態様によると、複数の送電コイルを送電面に平行な方向に配列した場合に、送電可能なエリアを広げることができる。

（１６）本開示の第１６の態様に係る送電装置は、本開示の第１２から１５のいずれか１つの態様に係る送電装置において、
前記送電コイルが、前記Ｍ個の平面コイルと直列に接続された第３の追加の平面コイル、または、前記Ｍ個の平面コイルと並列に接続された第４の追加の平面コイルを含む。

上記態様によると、回路設計上、インダクタンスを微調整する必要がある場合などに、容易にインダクタンスを調整できる。

（１７）本開示の第１７の態様に係る車両は、本開示の第１２から１６のいずれか１つの態様に係る送電装置を搭載した車両である。

上記態様によると、車両内で電子機器への充電を高い電力伝送効率で行うことができる。

（１８）本開示の第１８の態様に係る無線電力伝送システムは、本開示の第１２から１６のいずれか１つの態様に係る送電装置と、前記受電装置とを備えている。

上記態様によると、電力伝送効率の高い薄型の送電装置を備える無線電力伝送システムを実現できる。そのような無線電力伝送システムは、例えば、医療用ロボットまたは搬送用ロボットのシステムであり得る。

（１９）本開示の第１９の態様に係る送電コイルは、
受電コイルを備える受電装置に対して非接触で交流電力を送電する送電装置に用いられる送電コイルであって、
前記送電装置には、
前記受電装置に対して送電する送電面と、
直流電源から入力された直流電力を交流電力に変換する送電回路と、
前記送電回路から出力された前記交流電力を前記受電コイルに送電する少なくとも１つの送電コイルと、
前記送電装置の内部で前記送電コイルの前記送電面側とは逆側に設けられた磁性体と、が備えられ、
前記送電コイルは、
前記送電装置の内部の前記送電面側に設けられ、前記送電面に垂直に積層されたＭ個（Ｍは３以上の自然数）の平面コイルを含み、
前記Ｍ個の平面コイルは、前記送電面に１番目に近い平面コイルから前記送電面からＭ番目の平面コイルの中から、前記１からＭの順序とは異なる順序で選択された２以上の平面コイルが一組として直列に接続されたコイル群を含む２以上のコイル群を有し、
前記２以上のコイル群の各々は並列に接続される、
送電コイル。

上記態様によると、第１２の態様と同様の効果を得ることができる。

（２０）本開示の第２０の態様に係る送電アンテナは、本開示の第１９の態様に係る送電コイルと、共振キャパシタとを備える。

上記態様によると、第１２の態様と同様の効果を得ることができる。

（２１）本開示の第２１の態様に係る受電装置は、
送電コイルを備える送電装置から非接触で交流電力を受電する受電装置であって、
前記送電装置から受電する受電面と、
前記受電した交流電力を直流電力に変換する受電回路と、
前記受電装置の内部の前記受電面側に設けられ、前記受電面に垂直に積層された２Ｎ個（Ｎは２以上の自然数）の平面コイルを含み、前記受電面から入力された前記交流電力を前記受電回路に出力する少なくとも１つの受電コイルと、
前記受電装置の内部で前記受電コイルの前記受電面側とは逆側に設けられた磁性体と、を備え、
前記２Ｎ個の平面コイルは、
ｉ＝１〜Ｎとした場合に、前記２Ｎ個の平面コイルの中で、前記受電面にｉ番目に近い平面コイルと、前記磁性体にｉ番目に近い平面コイルとを直列に接続したコイル群を構成し、
前記コイル群の各々は並列に接続される、
受電装置。

上記態様によると、第１の態様と同様の効果を有する受電装置を実現できる。

（２２）本開示の第２２の態様に係る受電コイルは、
送電コイルを備える送電装置から非接触で交流電力を受電する受電装置に用いられる受電コイルであって、
前記受電装置には、
前記送電装置から受電する受電面と、
前記受電した交流電力を直流電力に変換する受電回路と、
前記受電装置の内部の前記受電面側に設けられ、前記受電面に垂直に積層された２Ｎ個（Ｎは２以上の自然数）の平面コイルを含み、前記受電面から入力された前記交流電力を前記受電回路に出力する少なくとも１つの受電コイルと、
前記受電装置の内部で前記受電コイルの前記受電面側とは逆側に設けられた磁性体と、が備えられ、
前記受電コイルは、
前記２Ｎ個の平面コイルは、
ｉ＝１〜Ｎとした場合に、前記２Ｎ個の平面コイルの中で、前記受電面にｉ番目に近い平面コイルと、前記磁性体にｉ番目に近い平面コイルとを直列に接続したコイル群を構成し、
前記コイル群の各々は並列に接続される、
受電コイル。

上記態様によると、第２１の態様と同様の効果を得ることができる。

（２３）本開示の第２３の態様に係る受電アンテナは、本開示の第２２の態様に係る受電コイルと、共振キャパシタとを備える。

上記態様によると、第２１の態様と同様の効果を得ることができる。

（２４）本開示の第２４の態様に係る受電装置は、
送電コイルを備える送電装置から非接触で交流電力を受電する受電装置であって、
前記送電装置から受電する受電面と、
前記受電した交流電力を直流電力に変換する受電回路と、
前記受電装置の内部の前記受電面側に設けられ、前記受電面に垂直に積層されたＭ個（Ｍは３以上の自然数）の平面コイルを含み、前記受電面から出力された前記交流電力を前記受電回路に出力する少なくとも１つの受電コイルと、
前記受電装置の内部で前記受電コイルの前記受電面側とは逆側に設けられた磁性体と、を備え、
前記Ｍ個の平面コイルは、前記受電面に１番目に近い平面コイルから前記受電面からＭ番目の平面コイルの中から、前記１からＭの順序とは異なる順序で選択された２以上の平面コイルが一組として直列に接続されたコイル群を含む２以上のコイル群を有し、
前記２以上のコイル群の各々は並列に接続される。

上記態様によると、第１２の態様と同様の効果を有する受電装置を実現できる。

（２５）本開示の第２５の態様に係る受電コイルは、
送電コイルを備える送電装置から非接触で交流電力を受電する受電装置に用いられる受電コイルであって、
前記受電装置には、
前記送電装置から受電する受電面と、
前記受電した交流電力を直流電力に変換する受電回路と、
前記受電装置の内部の前記受電面側に設けられ、前記受電面に垂直に積層されたＭ個（Ｍは３以上の自然数）の平面コイルを含み、前記受電面から出力された前記交流電力を前記受電回路に出力する少なくとも１つの受電コイルと、
前記受電装置の内部で前記受電コイルの前記受電面側とは逆側に設けられた磁性体と、が備えられ、
前記Ｍ個の平面コイルは、
前記受電面に１番目に近い平面コイルから前記受電面からＭ番目の平面コイルの中から、前記１からＭの順序とは異なる順序で選択された２以上の平面コイルが一組として直列に接続されたコイル群を含む２以上のコイル群を有し、
前記２以上のコイル群の各々は並列に接続される。

上記態様によると、第２４の態様と同様の効果を得ることができる。

（２６）本開示の第２６の態様に係る受電アンテナは、本開示の第２５の態様に係る受電コイルと、共振キャパシタとを備える。

上記態様によると、第２４の態様と同様の効果を得ることができる。

本開示の送電装置および無線電力伝送システムは、例えば、電気自動車、ＡＶ機器、電池、医療機器などへの充電あるいは給電を行う用途に広く適用可能である。

１００ 送電装置
１１０ 送電アンテナ
１１２ 送電コイル
１１４ 共振キャパシタ
１２０ 磁性体
１３０ 送電面
１４０ 送電回路
１５０ 制御回路
１６０ 銅パターン
１７０ ガラスエポキシ樹脂
１８０ 端子
１９０ スイッチ
２００ 受電装置
２１０ 受電アンテナ
２１２ 受電コイル
２１４ａ、２１４ｂ 共振キャパシタ
２２０ 受電回路
２３０ 二次電池
２４０ 駆動用電気モータ
２５０ 磁性体
２６０ 受電面
２７０ 車輪
３００ ＤＣ電源
４００ コンソールボックス
５００ 病院用ロボット
６００ 車両

Claims (11)

1. 受電コイルを備える受電装置に対して非接触で交流電力を送電する送電装置であって、
   前記受電装置に対して送電する送電面と、
   直流電源から入力された直流電力を交流電力に変換する送電回路と、
   前記送電装置の内部の前記送電面側に設けられ、前記送電面に垂直に積層された２Ｎ個（Ｎは２以上の自然数）の平面コイルを含み、前記送電回路から出力された前記交流電力を前記受電コイルに送電する少なくとも１つの送電コイルと、
   前記送電装置の内部で前記送電コイルの前記送電面側とは逆側に設けられた磁性体と、を備え、
   前記２Ｎ個の平面コイルは、
   ｉ＝１〜Ｎとした場合に、前記２Ｎ個の平面コイルの中で、前記送電面にｉ番目に近い平面コイルと、前記磁性体にｉ番目に近い平面コイルとを直列に接続したコイル群を構成し、
   前記コイル群の各々は並列に接続される、
   送電装置。
2. Ｎが２の場合、前記送電面に１番目に近い平面コイルと、前記磁性体に１番目に近い平面コイルとが直列に接続され、前記送電面に２番目に近い平面コイルと、前記磁性体に２番目に近い平面コイルとが直列に接続される、
   請求項１に記載の送電装置。
3. Ｎが３の場合、前記送電面に１番目に近い平面コイルと、前記磁性体に１番目に近い平面コイルとが直列に接続され、前記送電面に２番目に近い平面コイルと、前記磁性体に２番目に近い平面コイルとが直列に接続され、前記送電面に３番目に近い平面コイルと、前記磁性体に３番目に近い平面コイルとが直列に接続される、
   請求項１に記載の送電装置。
4. 前記送電面に１番目に近い平面コイルのインダクタンス値は最も小さく、前記磁性体に１番目に近い平面コイルのインダクタンス値は最も大きい、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の送電装置。
5. 前記２Ｎ個の平面コイルは、絶縁基板又は誘電体基板上に導体パターンを巻回した基板を２Ｎ個積層した多層基板である、
   請求項１から４のいずれか１項に記載の送電装置。
6. 前記少なくとも１つの送電コイルは複数の送電コイルを含む、
   請求項１から５のいずれか１項に記載の送電装置。
7. 前記送電コイルは、前記２Ｎ個の平面コイルと直列に接続された第１の追加の平面コイル、または、前記２Ｎ個の平面コイルと並列に接続された第２の追加の平面コイルを含む、
   請求項１から６のいずれか１項に記載の送電装置。
8. 請求項１から７のいずれか１項に記載の送電装置を搭載した車両。
9. 請求項１から７のいずれか１項に記載の送電装置と、前記受電装置とを備えた
   無線電力伝送システム。
10. 受電コイルを備える受電装置に対して非接触で交流電力を送電する送電装置に用いられる送電コイルであって、
    前記送電装置には、
    前記受電装置に対して送電する送電面と、
    直流電源から入力された直流電力を交流電力に変換する送電回路と、
    前記送電回路から出力された前記交流電力を前記受電コイルに送電する少なくとも１つの送電コイルと、
    前記送電装置の内部で前記送電コイルの前記送電面側とは逆側に設けられた磁性体と、が備えられ、
    前記送電コイルは、
    前記送電装置の内部の前記送電面側に設けられ、前記送電面に垂直に積層された２Ｎ個（Ｎは２以上の自然数）の平面コイルを含み、
    前記２Ｎ個の平面コイルは、
    ｉ＝１〜Ｎとした場合に、前記２Ｎ個の平面コイルの中で、前記送電面にｉ番目に近い平面コイルと、前記磁性体にｉ番目に近い平面コイルとを直列に接続したコイル群を構成し、
    前記コイル群の各々は並列に接続される、
    送電コイル。
11. 請求項１０に記載の送電コイルと、共振キャパシタとを備えた送電アンテナ。

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