JP2012213322A - 電力伝送システム - Google Patents

Abstract

【課題】アクティブ電極の変動電場による不要輻射及び他回路との干渉を抑制した電力伝送システムを提供する。
【解決手段】電力送電装置１１４の筐体１０の上面付近には、中心導体１１と、この中心導体１１の周囲を絶縁状態で取り囲む周囲導体１２とが形成されている。電力受電装置２１４の筐体２０の下面付近には、中心導体２１と、その中心導体２１の周囲を絶縁状態で取り囲む周囲導体２２が形成されている。電力送電装置１１４及び電力受電装置２１４には電力送電装置１１４の中心導体１１及び電力受電装置２１４の中心導体２１を囲むシールド用導体１８，２８が形成されている。
【選択図】図１３

Description

この発明は非接触で電力を伝送する電力伝送システムに関するものである。

非接触電力伝送システムに関する先行技術文献として特許文献１及び特許文献２を挙げる。
特許文献１の電力伝送システムは、カードリーダライタと非接触式カード間の電力伝送効率を高めるものであり、カードリーダライタと非接触式カードのそれぞれに二つの電極を設け、電力伝送時には、カードリーダライタの電極と非接触式カードの電極とが対をなして対向し、容量性結合により電力伝送が行われる。

特許文献１が対称な電気ダイポールを構成して電力伝送を行うのに対し、特許文献２の電力伝送システムは、非対称の電気ダイポールを構成して短い距離で結合電極を対向させ、相互静電誘導により電力伝送を行う。

図１は特許文献２の電力伝送システムの基本構成を示す図である。電力送電装置には、高周波高電圧発生器１、パッシブ電極２及びアクティブ電極３を備えている。電力受電装置には、高周波高電圧負荷５、パッシブ電極７及びアクティブ電極６を備えている。そして、電力送電装置のアクティブ電極３と電力受電装置のアクティブ電極６とが空隙４を介して近接することにより、この二つの電極同士が容量性結合する。

特開２００５−０７９７８６号公報 国際公開第２００７／１０７６４２号パンフレット

ところが、特許文献１に示されている電力伝送システムでは、電力送電装置の２つの電極と電力受電装置の２つの電極とをそれぞれ対向させる必要があるので、電力送電装置と電力受電装置とを規定の位置関係に配置しなければならず、両者の配置関係に自由度が極めて低いという問題がある。また電力送電装置と電力受電装置のそれぞれの電極が対称な構成であり、回路の接地電極とは分離しているので、各電極に掛かる電圧が高くなるという問題がある。さらに、電極の周囲が遮蔽されていないので、電極周囲に不要な（電力伝送に寄与しない）電場が広がるという問題があった。

特許文献２に示されている電力伝送システムでは、アクティブ電極同士だけで対向しているので容量性結合の結合度をあまり高くできず、所定電力を所定距離伝送する際により高い電圧が必要になる。また、高電圧部が露出しているため、不要な電場の広がりが生じる。さらに、電力受電装置側のパッシブ電極の電位変動が大きい場合にも同様に電場が周囲に広がるという問題がある。

そこで、この発明の目的は、アクティブ電極の変動電場による不要輻射及び他回路との干渉を抑制した電力伝送システムを提供することにある。

この発明の電力伝送システムは次のように構成する。
相手側装置の容量結合電極との間で容量性結合する容量結合電極を互いに備えた電力送電装置及び電力受電装置を備え、前記電力送電装置及び前記電力受電装置の前記容量結合電極は、中心導体（＝高電圧側のアクティブ電極）と、前記中心導体から絶縁状態で前記中心導体を取り囲む位置または挟む位置に配置された周囲導体（＝低電圧側のパッシブ電極）とで構成され、前記電力送電装置に、前記電力送電装置の前記中心導体と前記周囲導体との間に印加する交番電圧を発生する交番電圧発生回路を備え、前記電力受電装置に、前記電力受電装置の前記中心導体と前記周囲導体との間に誘起される電力の負荷回路を備え、
前記電力送電装置及び前記電力受電装置に、前記電力送電装置の前記中心導体及び前記電力受電装置の前記中心導体を囲むシールド用導体を備えたことを特徴とする。

この構成により、電力送電装置の中心導体及び電力受電装置の中心導体がシールドされ、中心導体が対向する結合部の変動電場による他の回路との干渉を軽減できる。

前記電力送電装置と前記電力受電装置とが既定の位置関係にある状態で、前記電力送電装置の前記中心導体と前記電力受電装置の前記中心導体との間の容量は、前記電力送電装置及び前記電力受電装置の前記中心導体と前記周囲導体との間の容量より大きくすることが好ましい。

前記電力送電装置には前記交番電圧発生回路以外に低電圧回路を備え、前記電力送電装置の前記周囲導体を含むシールド用導体で前記低電圧回路部をシールドすることが好ましい。

前記電力受電装置には前記整流平滑回路以外に低電圧回路を備え、前記電力受電装置の前記周囲導体を含むシールド用導体で前記低電圧回路部をシールドすることが好ましい。

前記電力送電装置または前記電力受電装置の周囲導体を大地の電位または大地の電位に略等しい電位に接地することが好ましい。

この発明によれば、次のような効果を奏する。
電力送電装置の中心導体及び電力受電装置の中心導体がシールドされ、中心導体が対向する結合部の変動電場による他の回路との干渉を軽減できる。

特許文献２の電力伝送システムの基本構成を示す図である。 電力伝送システム３０１の主要部を概念的に表す断面図である。 電力受電装置２０１の下面図である。 電力送電装置１０１の上面図である。 中心導体１１，２１の大きさと周囲導体１２，２２の開口部Ａ１，Ａ２の大きさとの関係を示す図である。 第１の実施形態に係る電力伝送システムについて、寸法または形状の異なった電力受電装置を電力送電装置１０２に適用させる例を示す図である。 単一の電力送電装置１０３で複数の電力受電装置２０３Ａ，２０３Ｂ，２０３Ｃに対して同時にまたは個別に電力伝送を行うようにした例である。 第２の実施形態に係る電力伝送システム３０２の主要部を概念的に表す断面図である。 図５に示した電力受電装置２０４の内部に備えている負荷回路２３の回路構成を示す図である。 第３の実施形態に係るの電力伝送システム３０３の構成を示す図である。 第３の実施形態に係る電力伝送システム３０４の構成を示す図である。 第３の実施形態に係る電力伝送システム３０５の構成を示す図である。 第３の実施形態に係る電力伝送システム３０６の構成を示す図である。 第４の実施形態に係る電力伝送システムの例を示す図である。 第４の実施形態に係る電力伝送システムの例を示す図である。 第５の実施形態に係る電力伝送システム３０９の構成を示す図である。 第５の実施形態に係る電力伝送システム３１０の構成を示す図である。 電力伝送システム３１１の主要部を概念的に表す断面図である。 電力受電装置２１２の下面図である。 電力送電装置１１２の上面図である。 電力伝送システム３１２の主要部を概念的に表す断面図である。 電力受電装置２１３の下面図である。 電力送電装置１１３の上面図である。 電力送電装置の中心導体１１及び周囲導体１２のパターンの例を示す図である。 電力送電装置の中心導体１１及び周囲導体１２のパターンの例を示す図である。 電力受電装置の中心導体２１及び周囲導体２２のパターンの例を示す図である。 電力受電装置の中心導体２１及び周囲導体２２のパターンの例を示す図である。 電力受電装置の中心導体２１及び周囲導体２２のパターンの例を示す図である。 第９の実施形態に係る電力伝送システム３１３の構成を示す図である。 第１０の実施形態に係る電力伝送システム３１５の構成例を示す図である。 第１０の実施形態に係る電力伝送システム３１５の構成例を示す図である。

以降に示す実施形態のうち、特に第９の実施形態が本願特許請求の範囲に含まれる実施形態である。

《第１の実施形態》
第１の実施形態に係る電力伝送システムの構成を図２Ａ，図２Ｂ，図２Ｃ，図２Ｄ〜図４を参照して説明する。
図２Ａは電力伝送システム３０１の主要部を概念的に表した断面図である。電力伝送システム３０１は電力送電装置１０１及び電力受電装置２０１で構成されている。電力送電装置１０１の筐体１０の上面付近には、中心導体１１と、この中心導体１１の周囲を絶縁状態で取り囲む周囲導体１２とが形成されている。また、電力送電装置１０１の筐体１０内には、中心導体１１と周囲導体１２との間に交番電圧を印加する交番電圧発生回路１３が設けられている。この例では周囲導体１２は筐体１０の外周面に沿って配置されている。したがって、交番電圧発生回路１３は周囲導体１２で覆われている。

電力受電装置２０１の筐体２０の下面付近には、中心導体２１と、その中心導体２１の周囲を絶縁状態で取り囲む周囲導体２２が形成されている。また、電力受電装置２０１の筐体２０内には、中心導体２１と周囲導体２２との間に誘起される電圧の負荷回路２３が設けられている。この例では周囲導体２２は筐体２０の外周面に沿って配置されている。したがって、負荷回路２３は周囲導体２２で覆われている。

電力送電装置１０１の中心導体１１と電力受電装置２０１の中心導体２１とが対向するように、電力送電装置１０１に対して電力受電装置２０１を配置すると、電力送電装置１０１の上面付近に形成されている周囲導体１２と電力受電装置２０１の下面付近に形成されている周囲導体２２とが対面する。

前記中心導体１１，２１が形成された（表面付近に形成された）筐体の面が電力送電装置１０１と電力受電装置２０１の作用面である。
前記中心導体１１と中心導体２１との対向部分に容量が生じ、前記周囲導体１２と周囲導体２２との間、特に前記作用面での対向部分に容量が生じる。すなわち、中心導体１１，２１、周囲導体１２，２２が容量結合電極として作用する。

前記交番電圧発生回路１３は、巻線トランス、圧電トランス、またはＬＣ共振回路などを用いて、例えば１００ｋＨｚ〜数１０ＭＨｚの高周波高電圧を発生する回路である。
負荷回路２３は、整流平滑回路と、この整流平滑回路の出力電圧で動作する低電圧回路とで構成されている。前記整流平滑回路は、ダイオードブリッジ回路及び平滑コンデンサによって整流平滑回路を構成する。交流負荷の場合には、整流することなく、交流電圧のまま降圧する降圧トランスや分圧回路などを用いて、交流負荷に交流電圧を供給する。

前記電力送電装置１０１の周囲導体１２は交番電圧発生回路１３の基準電位（グランド電位）である。また電力受電装置２０１の周囲導体２２は負荷回路２３の基準電位（グランド電位）である。したがって、中心導体１１，２１が高電圧側のアクティブ電極として作用し、周囲導体１２，２２が低電圧側のパッシブ電極として作用する。

本発明の電力伝送システムは、変動電磁場（準静的な電場、磁場）を用いた短距離エネルギー伝送を基本原理とする。波長λが電場発振源のサイズや動作範囲（距離ｄ）に対して十分長い場合、すなわちｄ／λ＜＜１の関係であれば、準静的な電場は電場発生源の近傍に留まり（束縛され）、遠方への放射量は無視できる程度に小さい。

なお、電磁波はトランスバースモード（電場と磁場の両方が伝播方向に対して垂直）であるのに対し、本発明のように準静的な電場を使用した電力伝送では、エネルギーが電場と同じ方向に伝送される。準静電場を取り扱う低周波数帯では、すなわち、“Ｚ＝Ｖ／Ｉ“の公式が当てはまる（Ｚ：インピーダンス、Ｖ：電圧、Ｉ：電流）。

前記筐体１０，２０は例えばＡＢＳ樹脂などのプラスチックであり、プラスチック筐体内部に導体層を一体成形することによって筐体の外表面は絶縁構造にできる。これにより、中心導体１１に数１００Ｖ以上の高電圧が印加される場合でも安全性が保てる。

また、中心導体及び作用面の周囲導体を略同一平面上に形成しているため、作用面における中心導体１１，２１及び周囲導体１２，２２の形成が容易であり、対向する電極の間隔を一定にすることができ、電力伝送特性を安定化できる。

図２Ｂは電力受電装置２０１の下面図、図２Ｃは電力送電装置１０１の上面図である。電力送電装置１０１の中心導体１１は円形状である。周囲導体１２には、中心導体１１と同軸の円形の開口部Ａ１を備えている。すなわち、中心導体１１から絶縁状態で中心導体１１を取り囲む位置に周囲導体１２が配置されている。電力受電装置２０１についても、中心導体２１は円形状である。周囲導体２２には、中心導体２１と同軸の円形の開口部Ａ２を備えていて、中心導体２１から絶縁状態で中心導体２１を取り囲む位置に周囲導体２２が配置されている。

この例では、中心導体１１，２１はほぼ同じ大きさである。また周囲導体の開口部Ａ１，Ａ２もほぼ同じ大きさである。

このように、周囲導体の対応面積を中心導体の面積をより大きくすると、アクティブ電極である中心導体同士の結合容量より、パッシブ電極である周囲導体同士の結合容量が大きくなる。このことにより、リターン電流の経路（容量結合での電流パス）を確保して電力伝送を安定化する。また、周囲導体に掛かる電圧が容量分圧の分圧比に応じて下がるので、伝送電力が増大しても安全性が確保できる。

図２Ｄは前記中心導体１１，２１の大きさと周囲導体１２，２２の開口部Ａ１，Ａ２の大きさとの関係を示す図である。電力受電装置２０１の中心導体２１の半径をＲ１、その周囲導体の開口部Ａ２の半径をＲ２で表すと、
Ｒ１×３＞Ｒ２
の関係とする。電力送電装置１０１の中心導体１１及びその周囲導体の開口部Ａ１との関係についても同様である。

このような関係とすることにより、図２Ｄのように、中心導体１１と２１とが必ず対向して且つ一方の中心導体１１または２１が相手側の周囲導体２２または１２と対向しないので、両者は容量結合することになる。

なお、前記２つの中心導体１１，２１の径が異なる場合には、中心導体１１，２１同士が対向しなくなる限界位置までずれた状態でも、中心導体１１または２１が相手側の周囲導体２２または１２と対向しない関係とすることによって、水平面のずれに対する許容度が高まる。

また、電力送電装置１０１の中心導体１１と周囲導体１２との間隔、及び電力受電装置２０１の中心導体２１と周囲導体２２との間隔を、対向する中心導体１１−２１間の間隔よりも広くする。このことにより、中心導体１１と周囲導体１２，２２との間、及び中心導体２１と周囲導体１２，２２との間の不要な容量（浮遊容量）を抑制することができ、結合度を高めることができる。

前記中心導体１１，２１及び周囲導体の開口部Ａ１，Ａ２は鋭角部を極力排除した丸い形状であるので電場集中が起こらず、コロナ放電が生じる上限電圧が高い。

図２Ａ，図２Ｂ，図２Ｃ，図２Ｄ，図３に示した構造で、数値的な具体例は次のとおりである。
交番電圧発生回路１３は数１００Ｖ〜数ｋＶの範囲の高電圧を発生する。コロナ放電を抑制するためには３ｋＶ以下にすることが望ましい。周波数は１００ｋＨｚ〜約１０ＭＨｚの範囲で定める。周波数がある程度以上高くなると、中心導体１１，２１から電磁波が放射されるので、周波数の上限は電磁波の放射損失によって制約される。

伝送電力５０Ｗ以下の場合、電力送電装置１０１の中心導体１１のサイズは目安としてφ１０ｍｍ〜３０ｍｍ程度である。中心導体１１，２１のサイズは必要な伝送電力、電力伝送効率、製品の物理形状などの制約から決定される。例えば５０Ｗ以上のような大きな電力を扱う場合は、電極サイズはφ３０ｍｍ以上とする場合もあるし、微小電力を取り扱う場合は１０ｍｍ以下とすることもある。
以上に示した諸条件は、特定の場合についてのものであり、これらの値や範囲には限定されない。

図３は、第１の実施形態に係る電力伝送システムについて、寸法または形状の異なった電力受電装置を電力送電装置１０２に適用する例を示す図である。
電力送電装置１０２の基本的な構成は図２Ａに示したもの同様であり、中心導体１１、周囲導体１２、及び交番電圧発生回路１３を備えている。

図３に示す３つの電力受電装置２０１，２０２，２０３のそれぞれの構成は図２Ａに示した電力受電装置２０１と基本的に同様であり、それぞれ中心導体２１，周囲導体２２、及び負荷回路２３を備えている。但し、電力受電装置２０１，２０２，２０３の全体の大きさが異なっている。

このように電力受電装置２０１，２０２，２０３の大きさが異なっていても、それらの作用面を電力送電装置１０２の作用面に近接させた状態で、電力送電装置１０２の中心導体１１に電力受電装置の中心導体２１が対向（対面）し、且つ電力送電装置１０２の作用面（図における上面）の周囲導体１２に対して電力受電装置２０１，２０２，２０３の作用面の周囲導体２２が対向すれば、同様にして電力伝送が可能である。したがって電力送電装置１０２を標準化することによって、大きさの異なる複数の電力受電装置が共用できる。なお、大きさの異なった複数の電力受電装置２０１，２０２，２０３の中心導体２１は電力送電装置１０２の中心導体１１と必ずしも同一寸法でなくてもよく、結合度などに応じてそれぞれ異なっていてもよい。

図４は、単一の電力送電装置１０３で複数の電力受電装置２０３Ａ，２０３Ｂ，２０３Ｃに対して同時にまたは個別に電力伝送を行うようにした例である。
電力送電装置１０３には複数の中心導体１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ及びそれらの周囲を取り囲む開口部を備えた周囲導体１２を備えている。また各中心導体１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃと周囲導体１２との間にそれぞれ交番電圧発生回路１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃを接続している。周囲導体１２はこれら３つの交番電圧発生回路１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃに対して共通のグランド電極として作用する。

電力受電装置２０３Ａ，２０３Ｂ，２０３Ｃの構成は図２Ａに示した電力受電装置２０１と基本的に同様であり、中心導体２１、周囲導体２２、及び負荷回路２３を備えている。この例では、電力送電装置１０３の中心導体１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃに対して電力受電装置２０３Ａ，２０３Ｂ，２０３Ｃの中心導体２１がそれぞれ対面するように電力受電装置２０３Ａ，２０３Ｂ，２０３Ｃを載置する。これにより３つの電力受電装置２０３Ａ，２０３Ｂ，２０３Ｃに対してそれぞれ電力伝送が可能である。

《第２の実施形態》
図５は第２の実施形態に係る電力伝送システム３０２の主要部を概念的に表した断面図である。この電力伝送システム３０２は電力送電装置１０１及び電力受電装置２０４で構成されている。

電力送電装置１０１の構成は図２Ａに示した電力送電装置１０１と同様であり、筐体１０の内部に中心導体１１、周囲導体１２、及び交番電圧発生回路１３を備えている。

一方、電力受電装置２０４は中心導体２１、金属筐体２４、及び負荷回路２３を備えている。図２Ａに示した電力受電装置２０１と異なるのは、図５に示す電力受電装置２０４が金属筐体２４で周囲導体を兼ねていることである。中心導体２１は外面に露出しない状態で金属筐体２４から絶縁状態で配置されている。

因みに、電磁誘導による従来の電力伝送方式の場合は、金属筐体に渦電流が発生するために電力伝送は不可能である。本発明では、金属筐体を有効に利用でき、高効率な電力伝送が可能となる。

図６は、図５に示した電力受電装置２０４の内部に備えている負荷回路２３の回路構成を示す図である。負荷回路２３は整流平滑回路３０及び低電圧回路部２９を備えている。整流平滑回路３０は、降圧トランスＴ、整流ダイオードＤ１，Ｄ２及び平滑コンデンサＣを備えている。トランスＴの一次巻線の一端は中心導体２１に接続され、他端はグランド（金属筐体２４に）接続されている。トランスＴの二次巻線には整流ダイオードＤ１，Ｄ２及び平滑コンデンサＣによる全波整流回路が構成されている。

前記整流平滑回路３０に共振回路を構成してもよい。または整流平滑回路３０の前段または後段に共振回路を設けてもよい。共振回路を設けることによる効果は次のとおりである。まず、電圧送電装置１０１と電圧受電装置２０４とは結合度ｋ（ｋ＜１）で互いに結合している。共振回路が組み込まれていない場合、結合しないエネルギーは損失となる。すなわち電力伝送効率は低い。共振回路を設けると、結合しないエネルギーをリアクティブなエネルギーとして共振回路に蓄積することができる。これは、共振回路が無い場合に損失となるエネルギーがリサイクルされると考えることができる。また、共振回路のＱファクタが等価的結合係数を増大させる、と考えることもできる。その結果、電力伝送効率が改善できる。特に結合度が弱い場合（ｋ＜＜１）に、その効果は顕著に現れる。

この例では電力伝送システム３０２は非接触充電装置を構成していて、低電圧回路部２９は、整流平滑回路３０によって整流平滑された電圧を電源にして動作する制御回路３１及び二次電池３２を備えている。制御回路３１は二次電池３２の充電制御及び二次電池３２を電源にして充電制御及びその他の所定の回路動作を行う。

なお、二次電池３２の充電状態を通信によってモニターする手段を設けるとともに、二次電池３２の充電制御を行う回路を電力送電装置１０１側に設けてもよい。
以上に示した構成は、前記二次電池以外に電気二重層などの充電素子に対しても同様に適用できる。

《第３の実施形態》
図７Ａ，図７Ｂ，図７Ｃ，図７Ｄは第３の実施形態に係る４つの電力伝送システムに３０３，３０４，３０５，３０６の構成を示す図である。
図７Ａの電力伝送システム３０３は電力送電装置１０４及び電力受電装置２０５で構成されている。第１・第２の実施形態で示した例と同様に、電力送電装置１０４には、中心導体１１、周囲導体１２、及び交番電圧発生回路１３を筐体１０内に備えている。また電力受電装置２０５には、中心導体２１、周囲導体２２、及び負荷回路２３を筐体２０内に備えている。電力送電装置１０４の筐体１０の作用面には凸部１０Ｓが形成されている。電力受電装置２０５の筐体２０の作用面には凹部２０Ｄが形成されている。

電力送電装置１０４の凸部１０Ｓに電力受電装置２０５の凹部２０Ｄが係合した状態で電力送電装置１０４側の中心導体１１と電力受電装置２０５側の中心導体２１とが対向するように、前記凸部１０Ｓ及び凹部２０Ｄが形成されている。

図７Ｂの電力伝送システム３０４の例では、電力受電装置２０６の中心導体２１が凹部２０Ｄに沿って湾曲している。その他の構成は図７Ａと同様である。このように中心導体２１を筐体２０の凹部２０Ｄに沿って表面付近に配置することによって、この中心導体２１と相手側の中心導体１１と間に生じる容量を大きくする（稼ぐ）ことができる。

図７Ｃの電力伝送システム３０５の例では、電力送電装置１０５の中心導体１１が凸部１０Ｓに沿って湾曲している。その他の構成は図７Ｂと同様である。このように中心導体１１を筐体１０の凸部１０Ｓに沿って表面付近に配置することによって、この中心導体１１と相手側の中心導体２１と間に生じる容量をさらに容量を大きくすることができる。

図７Ｄの電力伝送システム３０６の例では、電力送電装置１０６の筐体１０に凹部１０Ｄが形成され、電力受電装置２０７の筐体２０の作用面に凸部２０Ｓが形成されている。このように凹凸関係が逆であっても良い。

《第４の実施形態》
図８Ａ，図８Ｂは第４の実施形態に係る２つの電力伝送システムの例を示す図である。図８Ａの電力伝送システム３０７は電力送電装置１０８及び電力受電装置２０８で構成されている。電力送電装置１０８の作用面の近傍には磁石１６が配置されている。電力受電装置２０８の作用面には磁石２６が配置されている。これらの磁石１６，２６は、電力送電装置１０８に対して電力受電装置２０８を載置した際に、両者の中心導体１１，２１同士が対向する位置で互いの磁石が吸引されるように配置されている。

電力送電装置１０８及び電力受電装置２０８の作用面はフラットで且つ摩擦係数が小さく構成されている。このことにより、電力送電装置１０８に対して電力受電装置２０８を載置するだけで、互いの磁石の吸引による引き込みで両者の中心導体１１，２１同士が対向する位置に自動的に固定される。

このように電力送電装置１０８に電力受電装置２０８を載置するだけでほぼ自動的に位置決めが成されるので利便性が向上する。

図８Ｂの電力伝送システム３０８は電力送電装置１０９及び電力受電装置２０９で構成されている。電力送電装置１０９の作用面の近傍には磁石１６が配置されている。電力受電装置２０９の作用面には磁石２６が配置されている。このように中心導体１１，２１の同じ軸上に磁石１６，２６を配置することによって、電力受電装置２０９は前記軸の軸回りに回転しても電力伝送が可能であるので、配置の自由度が１軸分向上することになる。

なお、前記磁石を電力送電装置側または電力受電装置側のいずれか一方に設け、他方には磁石以外の磁性体を配置して、両者の吸引力を利用するようにしてもよい。

また、磁気センサなどで前記磁石の磁束を検知し、所定の磁束密度を超えたときにのみ、電力伝送を開始するような制御回路を設けてもよい。このことにより、正規な電力受電装置に対してのみ電力伝送することができる。すなわち前記磁石を認証用途に兼用してもよい。

《第５の実施形態》
図９Ａ，図９Ｂは第５の実施形態に係る２つの電力伝送システム３０９，３１０の構成を示す図である。図９Ａの電力伝送システム３０９は電力送電装置１１０及び電力受電装置２０１で構成されている。電力送電装置１１０及び電力受電装置２１０のそれぞれの構成は図２Ａに示した電力送電装置１０１及び電力受電装置２０１の構成と基本的に同様である。但し、図９Ａの例では電力送電装置１１０の筐体１０の作用面に誘電体シート１７を設けている。また電力受電装置２１０の筐体２０の作用面には誘電体シート２７を設けている。前記誘電体シート１７，２７は、筐体１０，２０の比誘電率２〜４よりも高い、例えば比誘電率７以上の樹脂シートである。

したがって電力送電装置１１０の中心導体１１と電力受電装置２１０の中心導体２１との間の容量が増す。また、電力送電装置１１０の周囲導体１２と電力受電装置２１０の周囲導体２２との間の容量が増大する。そのため、電力送電装置１１０と電力受電装置２１０との間の結合度が増大する。

図９Ｂの電力伝送システム３１０では、電力送電装置１１１の中心導体１１と電力受電装置２１１の中心導体２１との周囲で、周囲導体１２，２２の開口部に相当する部分に誘電体シートが設けられず、残りの部分に誘電体シート１７Ｃ，１７Ｐ，２７Ｃ，２７Ｐがそれぞれ設けられている。

このように電力送電装置１１１と電力受電装置２１１のそれぞれの中心導体同士が対向する部分及び周囲導体同士が対向する部分にのみ誘電体シートを介在させることによって、中心導体１１と周囲導体１２，２２との間、及び中心導体２１と周囲導体１２，２２との間の不要な容量（浮遊容量）を抑制することができる。そのため、より高い結合度が得られる。

なお、電力送電装置１１１側の誘電体シート１７Ｃ，１７Ｐ、及び電力受電装置２１１側の誘電体シート２７Ｃ，２７Ｐは、いずれも一枚の誘電体シートにリング状の溝やスリットを形成することによって構成してもよい。また、その溝やスリットは円柱状の抜き形状や柵状であってもよい。さらにはその溝やスリットの中に低誘電率材を注入してもよい。

《第６の実施形態》
図１０Ａは電力伝送システム３１１の主要部を概念的に表した断面図である。図１０Ｂは電力受電装置２１２の下面図、図１０Ｃは電力送電装置１１２の上面図である。

断面図で表せば、図２Ａに示した電力伝送システム３０１と同様である。電力伝送システム３１１は電力送電装置１１２及び電力受電装置２１２で構成されている。電力送電装置１１２の筐体１０の上面付近には、中心導体１１と、この中心導体１１の周囲を絶縁状態で取り囲む周囲導体１２とが形成されている。電力受電装置２１２の筐体２０の下面付近には、中心導体２１と、その中心導体２１の周囲を絶縁状態で取り囲む周囲導体２２が形成されている。また、電力受電装置２１２の筐体２０内には、中心導体２１と周囲導体２２との間に誘起される電圧の負荷回路２３が設けられている。

電力送電装置１１２の中心導体１１は、図１０Ｃに示すように短径がＲ１の長円形であり、周囲導体１２の開口部Ａ１は中心導体１１を一定間隔隔てて取り囲むように、短径Ｒ２の長円形をなしている。

一方、電力受電装置２１２の中心導体２１は半径Ｒ１の円形であり、周囲導体２２の開口部Ａ２は短径Ｒ２の長円形である。

前記開口部Ａ２の長径は、中心導体２１が電力送電装置１１２の中心導体１１の結合可能な端部にまでずれても電力受電装置２１２の周囲導体２２が電力送電装置１１２の中心導体１１と周囲導体１２とをブリッジしないような寸法であればよい。

このような構成により、電力送電装置１１２に対する電力受電装置２１２の配置自由度が、中心導体１１の長軸方向に大きく高まることになる。

また、Ｒ１×３＞Ｒ２の関係とする。これにより、電力送電装置１１２と電力受電装置２１２との位置関係が最もずれた限界位置で初めて結合度がほぼ０となるだけであって、それ未満のずれ量では、中心導体１１と２１とが必ず対向して且つ一方の中心導体１１または２１が相手側の周囲導体２２または１２と対向しない（ブリッジしない）ので、短軸方向についても±２Ｒの範囲内のずれが許容されることになる。

なお、電力受電装置２１２の中心導体２１を長円形、電力送電装置１１２の中心導体１１を円形としてもよい。

《第７の実施形態》
図１１Ａは電力伝送システム３１２の主要部を概念的に表した断面図である。図１１Ｂは電力受電装置２１３の下面図、図１１Ｃは電力送電装置１１３の上面図である。この電力伝送システム３１２は、断面図で表せば、図２Ａに示した電力伝送システム３０１と同様である。
図１１Ｂ、図１１Ｃに示すように、電力送電装置１１３の中心導体１１の径と電力受電装置２１３の中心導体２１の径とが異なっていてもよく、そのことによって電力送電装置１１３に対する電力受電装置２１３の位置ずれに対する中心導体１１−２１間の容量変動を抑えることができる。また、電力送電装置１１３の周囲導体１２の開口部Ａ１の径と電力受電装置２１３の周囲導体２２の開口部Ａ２の径とが異なっていてもよく、そのことによって、電力送電装置１１３に対する電力受電装置２１３の位置ずれによる周囲導体１２−２２間の容量の変動を抑えることができる。その際、径の小さな中心導体を備えた側の装置の周囲導体の開口部の径を相手側装置の周囲導体の開口部の径より大きくする。このことによって両者の装置が位置ずれした際に相手側装置の中心導体で自身の装置の中心導体と周囲導体との間がブリッジされないようにする。これにより位置ずれによる結合度の急激な低下を防ぐことができる。

《第８の実施形態》
図１２Ａ，図１２Ｂは電力送電装置の中心導体１１及び周囲導体１２のパターンの例を示す図である。図１２Ｃ，図１２Ｄ，図１２Ｅは電力受電装置の中心導体２１及び周囲導体２２のパターンの例を示す図である。

図１２Ａ，図１２Ｂのように、電力送電装置の中心導体１１を線路状に形成し、周囲導体１２をその両脇に所定間隔を隔てて配置する。また、これに対応して電力受電装置の中心導体２１の両側に所定間隔を隔てて周囲導体２２を配置する。このことによって、電力送電装置に対する電力受電装置の、中心導体１１の長軸方向へのずれに対する配置自由度を大幅に大きくすることができる。そのため、前記長軸方向へ移動する回路に対して、その移動中に給電することも可能である。

図１２Ｂに示すように、相手側である電力受電装置の中心導体２１との間に生じる容量変動が大きくならない範囲で、中心導体１１は不連続状に分離形成してもよい。このことにより、中心導体１１と周囲導体１２との間の不要な容量を抑えることができる。

また、電力受電装置の中心導体２１についても、図１２Ｄ，図１２Ｅのように円形または複数の円形パターンで形成してもよい。これにより、中心導体２１と周囲導体２２との間の不要な容量を抑えることができる。

《第９の実施形態》
図１３は第９の実施形態に係る電力伝送システム３１３の構成を示す図である。電力伝送システム３１３は電力送電装置１１４及び電力受電装置２１４で構成されている。電力送電装置１１４のシールド導体１８は、中心導体１１の作用面の周囲を囲み、且つ筐体１０の内部も囲むように設けられている。このシールド導体１８と周囲導体１２とによってシールドされた空間に低電圧回路部１９が設けられている。

電力受電装置２１４についても同様に、シールド導体２８は、中心導体２１の作用面の周囲を囲み、且つ筐体２０の内部も囲むように設けられている。このシールド導体２８と周囲導体２２とによってシールドされた空間に低電圧回路部２９が設けられている。

一方、交番電圧発生回路１３は中心導体１１付近に配置され、整流平滑回路３０は中心導体２１付近に配置されている。

このように高電圧部（交番電圧発生回路１３及び整流平滑回路３０）を中心導体１１，２１付近に集約させ、低電圧回路部１９，２９をシールド用導体１８，２８及び周囲導体１２，２２で前記高電圧部から分離することによって、中心導体１１−２１が対向する結合部の変動電場による干渉を低電圧回路部１９，２９が受けるのを軽減できる。特に低電圧回路部１９，２９が高インピーダンス回路である場合には、高電圧の変動電場の影響を受けやすいが、上記の構成によって、その問題が解消できる。

特に、筐体内部の回路と中心導体との間の接続部には大きな浮遊容量が生じないようにすることが重要である。
具体的には、
中心導体１１，２１以外の高電圧が印加される電極のサイズは極力小さくする。
高電圧部と回路との間を細線で接続する。その細線はシールド用導体１８，２８に開口部を設けて、そこから引出す。
高電圧部をシールド用導体１８，２８の外（シールド用導体１８，２８から見れば内側）に出し、低電圧部のみをシールドする。例えば、昇圧コイルを使用する場合、昇圧コイルの高電圧部をシールド用導体１８，２８の外に出し、低圧部をシールド用導体１８，２８の中に入れる。
特に高インピーダンス部は高電圧部から遠ざけて静電シールドする。
といった工夫を行う。
なお、中心導体１１，２１はプリント配線板などを利用して立体的に配置してもよい。

《第１０の実施形態》
図１４Ａ，図１４Ｂは第１０の実施形態に係る２つの電力伝送システム３１４，３１５の構成例を示す図である。図１４Ａの電力伝送システム３１４は、電力送電装置１１５及び電力受電装置２０１で構成されている。電力送電装置１１５の周囲導体１２は大地の電位または大地の電位にほぼ等しい電位に接地されている。また図１４Ｂの電力伝送システム３１５は、電力送電装置１０１及び電力受電装置２１５で構成されている。電力受電装置２１５の周囲導体２２は大地の電位または大地の電位にほぼ等しい電位に接地されている。このように電力送電装置側または電力受電装置側の周囲導体を接地することによって回路の基準電位を安定化させることができ、外乱に対して強くなる。また周囲導体に高電圧が誘起されることはなく、安全性が向上する。

以上に示した各実施形態において、中心導体１１，２１及び周囲導体１２，２２を薄く構成するには、これらを銅箔などの導体箔を型抜きしたりエッチングしたりしてもよい。または、これらの導体を銅などの導体線やその網で構成してもよく、サイズや加工上の制約がなければ立体的に形成しても良い。

また、以上に示した各実施形態では周囲導体１２，２２で回路全体を覆う構成を示したが、必ずしも回路の全てを周囲導体１２，２２で覆う必要はなく、電力伝送に影響する部分のみ覆うようにしてもよい。

また、以上に示した各実施形態では、電力送電装置と電力受電装置を上下に重ねて電力伝送システムを構成したが、上下は逆であってもよいし、両装置を水平に近接配置してもよい。

Ａ１，Ａ２…開口部
Ｃ…平滑コンデンサ
Ｄ１，Ｄ２…整流ダイオード
Ｔ…トランス
１０Ｄ…凹部
１０Ｓ…凸部
１０…筐体
１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ…中心導体
１１，２１…中心導体
１２，２２…周囲導体
１３…交番電圧発生回路
１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ…交番電圧発生回路
１６，２６…磁石
１７…誘電体シート
１７Ｃ，１７Ｐ，２７Ｃ，２７Ｐ…誘電体シート
１８，２８…シールド用導体
１９，２９…低電圧回路部
２０Ｄ…凹部
２０Ｓ…凸部
２０…筐体
２３…負荷回路
２４…金属筐体
２７…誘電体シート
２８…シールド導体
２９…低電圧回路部
３０…整流平滑回路
３１…制御回路
３２…二次電池
３３…補助交番電圧発生回路
１０１〜１０６…電力送電装置
１０８〜１１６…電力送電装置
２０１〜２１５…電力受電装置
２０３Ａ，２０３Ｂ，２０３Ｃ…電力受電装置
３０１〜３１５…電力伝送システム

Claims (5)

1. 相手側装置の容量結合電極との間で容量性結合する容量結合電極を互いに備えた電力送電装置及び電力受電装置を備え、
   前記電力送電装置及び前記電力受電装置の前記容量結合電極は、中心導体と、前記中心導体から絶縁状態で前記中心導体を取り囲む位置または挟む位置に配置された周囲導体とで構成され、
   前記電力送電装置に、前記電力送電装置の前記中心導体と前記周囲導体との間に印加する交番電圧を発生する交番電圧発生回路を備え、
   前記電力受電装置に、前記電力受電装置の前記中心導体と前記周囲導体との間に誘起される電力の負荷回路を備え、
   前記電力送電装置及び前記電力受電装置に、前記電力送電装置の前記中心導体及び前記電力受電装置の前記中心導体を囲むシールド用導体を備えたことを特徴とする電力伝送システム。
2. 前記電力送電装置と前記電力受電装置とが既定の位置関係にある状態で、前記電力送電装置の前記中心導体と前記電力受電装置の前記中心導体との間の容量が、前記電力送電装置及び前記電力受電装置の前記中心導体と前記周囲導体との間の容量より大きい、請求項１に記載の電力伝送システム。
3. 前記電力送電装置は前記交番電圧発生回路以外に低電圧回路部を備え、前記電力送電装置の前記周囲導体を含むシールド用導体で前記低電圧回路部をシールドした、請求項１または２に記載の電力伝送システム。
4. 前記負荷回路は前記電力受電装置の前記中心導体と前記周囲導体との間に誘起される交番電圧を整流平滑する整流平滑回路、及びこの整流平滑回路の出力電圧で動作する低電圧回路部を備え、前記電力受電装置の前記周囲導体を含むシールド用導体で前記低電圧回路部をシールドした、請求項１〜３のいずれかに記載の電力伝送システム。
5. 前記電力送電装置または前記電力受電装置の周囲導体を大地の電位または大地の電位に略等しい電位に接地した、請求項１〜４のいずれかに記載の電力伝送システム。

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