JP2014168371A - 非接触給電システム、送電装置および受電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】検出装置などを用いることなく、人体や動物などの移動体を検知して非接触で電力伝送することが可能な非接触給電システムを提供する。
【解決手段】互いに離間して配置された送電電極１１、１２と、送電電極１１、１２の間に電気的に接続されたインダクタ１３、１４とを有する送電装置１０と、互いに離間して配置された受電電極２１、２２と、受電電極２１、２２の間に電気的に接続されたインダクタ２３、２４とを有し、共振周波数が送電装置１０の共振周波数と一致することにより電界共振結合して給電可能となる受電装置２０と、を備え、誘電体２００が所定の位置に存在するか否かによって給電状態が変化するように、送電装置１０および受電装置２０の共振特性が調整されていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、非接触で電力を伝送する非接触給電システム、この非接触給電システムに組み込まれた送電装置および受電装置に関する。

近年、給電方法として電源コードや給電ケーブルを用いないワイヤレス給電が注目されている。主な手法として、電磁誘導を用いた給電、電磁波を用いた給電、および共振（共鳴）を用いた給電の技術が知られている。

このうち、共振を用いた給電の技術は、一対の共振器を電磁場（近接場）において共振させ、電磁場を介して給電する非接触の給電技術であり、数ｋＷの大電力を比較的長距離（たとえば数ｍ）給電することも可能である。この方法では、共振器が特定周波数で共振することで、給電可能な状態となる。

例えば、特許文献１には、ワイヤレス給電装置と、それと共に使用する給電指示の伝送装置が記載されている。特許文献１に記載された伝送システムでは、給電指示の伝送装置が、磁界共振方式による電力給電によりリレーコイルを励磁し、リレー接点の開閉により、給電指示を行っている。

特開２０１２−１１０１１８号公報

ここで、磁界共振方式による電力給電では、共振器間に金属のような高導電率の物体が介在すると共振条件がずれて給電が行われなくなるため、金属のような高導電率の物体の検知として用いることが可能であるが、人体のような誘電体、絶縁体の、検知には不向きである。

例えば図１５（Ａ）に示すような、送電コイル５０１と受電コイル５０２との間で磁界共振して電力伝送を行う電力伝送システム５００に対し、図１５（Ｂ）に示すように、送電コイル５０１と受電コイル５０２との間に誘電体層５０３を挿入する。このような配置の下、伝送効率のシミュレーションを行い、その結果を図１５に示す。図１５（Ａ）は、送電コイル５０１と受電コイル５０２のみ配置し誘電体層５０３がない場合の伝送効率を示し、設計した共振周波数において伝送効率がほぼ１となっている。一方で、図１５（Ｂ）及び図１５（Ｃ）は、送電コイル５０１と受電コイル５０２と間に誘電体層５０３を挿入した場合の伝送効率を示している。なお、図１５（Ｂ）及び図１５（Ｃ）は、誘電体層５０３の挿入する位置が異なる。

上記の図１５（Ａ）乃至図１５（Ｃ）から明らかなように、いずれの場合においても、伝送効率がほぼ１となっており、誘電体層５０３の有無によって共振状態が変わることがない。

このように誘電体層５０３の有無によって共振状態が変わることがないので、磁界共振で給電が行われている際、高周波で共振する磁界中に、誘電体層５０３とみなすことが可能な人体が侵入してしまった場合、人体は検知されずに共振給電され続ける。このため、人体は高周波の磁界中に曝されるのを防止する人感知センサが必要となる。人体の検知方法としては、従来から、赤外線センサ、光センサ、超音波センサなどが用いられてきた。しかしながら、これらのセンサは、常に検出動作し電力を消費し続けるだけでなく、微小な信号を検知しているため、外光や温度など周囲の条件により誤作動するなどの欠点がある。また、人感知センサが用いられる例として、玄関周りの防犯装置等が挙げられる。これらの装置は、事前に壁や天井等に配線をしておく必要があり、防犯装置の設置場所に限りがあり、後から簡単に防犯設備を増強することができないなど設置の観点で不便さがある。

本発明の目的は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、検出装置などを用いることなく、人体や動物などの誘電体とみなすことが可能な物体の存在を検知して非接触で電力伝送することが可能な非接触給電システム、この非接触給電システムが組み込まれた送電装置及び受電装置を提供することを目的とする。

（第１の態様）
本発明の第１の態様に係る非接触給電システムは、互いに離間して配置された第１および第２の送電電極と、当該第１および第２の送電電極の間に電気的に接続されたインダクタとを有する送電装置と、互いに離間して配置された第１および第２の受電電極と、当該第１および第２の受電電極の間に電気的に接続されたインダクタとを有し、共振周波数が送電装置の共振周波数と一致することにより電界共振結合して給電可能となる受電装置と、を備え、誘電体が所定の位置に存在するか否かによって給電状態が変化するように、送電装置および受電装置の共振特性が調整されていることを特徴とする。

上記第１の態様によれば、誘電体が、例えば送電装置又は受電装置に近接した所定の位置に存在すると、送電装置及び受電装置の共振特性が変化して給電状態が変化する。

例えば、送電装置又は受電装置の付近に誘電体が存在しない状態で電界共振結合するように設計すれば、送電装置又は受電装置に誘電体が接近した時に共振条件がずれて、給電から無給電状態に変化する。また、送電装置又は受電装置の付近に誘電体が存在する状態で電界共振結合するように設計すれば、誘電体が存在しないときは無給電状態であり、所定の位置に誘電体が移動すれば給電状態へと変化する。

このようにして、上記第１の態様によれば、送電装置及び受電装置以外に検出装置などを用いることなく、誘電体が所定の位置に存在することで、非接触で電力伝送を停止したり、逆に非接触で電力伝送を開始したりすることが可能である。

例えば、非接触で電力伝送する方式として、電界共振結合以外にも磁界共振方式があるが、磁界共振方式では送受間の結合に磁場の共振を用いており、金属のような高導電率の物体に対しては誘導加熱が生じる。これに対し、電界共振結合方式は、電界中に金属が存在しても、誘導加熱のような加熱が発生しないので、電力消費が発生せず省電力化を実現することができる。

また、上記第１の態様によれば、電界共振結合が起こらない場合では、送電電極から受電電極への電力の伝送が行われないため、交流電源からの電力供給が行われず、不要な電力の消費を防止することができる。

以上のようにして、上記第１の態様によれば、人体や動物などの移動体を検知して非接触で電力伝送することが可能となる。

（第２の態様）
本発明の第２の態様に係る非接触給電システムは、上記第１の態様において、第１および第２の送電電極の間に発生する電界の方向と、第１および第２の受電電極の間に発生する電界の方向とが略平行となるように、各電極が配置されていることを特徴とする。上記第２の態様によれば、高効率で電力を伝送することが可能となる。

（第３の態様）
本発明の第３の態様に係る非接触給電システムは、上記第１および第２の態様において、第１および第２の受電電極は、それぞれ第１および第２の送電電極と対向する位置に配置されていることを特徴とする。上記第３の態様によれば、高効率で電力を伝送することが可能となる。

（第４の態様）
本発明の第４の態様に係る非接触給電システムは、上記第１および第２の態様において、第１および第２の受電電極は、それぞれ第１および第２の送電電極が配置された面に対して垂直な面に配置されていることを特徴とする。上記第４の態様によれば、高効率で電力を伝送することが可能となる。

（第５の態様）
本発明の第５の態様に係る非接触給電システムは、上記第１および第２の態様において、第１および第２の受電電極は、それぞれ第１および第２の送電電極と同一平面上の位置に配置されていることを特徴とする。上記第５の態様によれば、高効率で電力を伝送することが可能となる。

（第６の態様）
本発明の第６の態様に係る非接触給電システムは、上記第１乃至第５の態様において、第１および第２の受電電極は、その表面積が第１および第２の送電電極の表面面積より大きいことを特徴とする。上記第６の態様によれば、電極の表面面積を調整することで、送電装置および受電装置の共振特性を調整することができる。したがって、非接触給電システムに係る設計の自由度を高めることができる。

（第７の態様）
本発明の第７の態様に係る非接触給電システムは、上記第１乃至第５の態様において、第１および第２の受電電極は、その表面積が第１および第２の受電電極の表面面積より小さいことを特徴とする。上記第７の態様によれば、電極の表面面積を調整することで、送電装置および受電装置の共振特性を調整することができる。したがって、非接触給電システムに係る設計の自由度を高めることができる。

（第８の態様）
本発明の第８の態様に係る非接触給電システムは、上記第１乃至第７の態様において、受電装置を複数備え、誘電体が、受電装置ごとに対応する所定の位置に存在するか否かによって、給電状態が当該受電装置ごとに変化するように、当該受電装置の共振特性が調整されていることを特徴とする。

上記第８の態様によれば、受電装置ごとに給電状態が変化するため、スイッチ装置として用いる場合の利便性を向上させることができる。

（他の態様）
また、以上のような本発明は、上記非接触給電システムの態様に限らず、他の態様、すなわち非接触給電システムに組み込まれる送電装置および受電装置によって実現することも可能である。

本発明によれば、検出装置などを用いることなく、人体や動物などの誘電体とみなすことが可能な物体の存在を検知して非接触で電力伝送することができる。

第１の実施形態の非接触給電システムの全体構成を説明するための図である。 送電装置および受電装置の回路構成を示す図である。 図２に示す送電装置および受電装置の等価回路を示す図である。 電界共振結合方式における送電カプラと受電カプラとの間に誘電体を配置した配置例を示した図である。 図４に示した配置例において、誘電体の有無によって変化する電力伝送効率の周波数特性について説明するための図である。 誘電体の代わりに人体の筋肉の誘電率を模擬し、筋肉を電極間の異なる位置に配置した条件下でシミュレーションしたときの、電力伝送効率の周波数特性を示す図である。 図６（Ａ）、図６（Ｂ）及び図６（Ｃ）のシミュレーション結果のうち、周波数帯が２７．０ＭＨｚにおける伝送効率の推移を示す図である。 第１の実施形態に係る非接触給電システムの回路構成について説明するための図である。 第２の実施形態に係る非接触給電システムの回路構成について説明するための図である。 他の実施形態に係る非接触給電システムの回路構成について説明するための図である。 他の実施形態に係る非接触給電システムの回路構成について説明するための図である。 他の実施形態に係る非接触給電システムの回路構成について説明するための図である。 他の実施形態に係る非接触給電システムの回路構成について説明するための図である。 他の実施形態に係る非接触給電システムの回路構成について説明するための図である。 磁界共振方式における送電コイルと受電コイルとの間に誘電体を配置した配置例を示した図である。 図１５に示した配置例において、誘電体の有無によって変化する電力伝送効率の周波数特性について説明するための図である。

本発明を実施するための形態（以下、本実施形態という。）について具体例を示して説明する。本実施形態は、非接触で電力を伝送する非接触給電システムに関する。

（１）全体構成
第１の実施形態の非接触給電システム１ａは、図１（Ａ）に示すように、送電装置１０と受電装置２０とから構成される。送電装置１０は、図１（Ａ）の三次元直交座標ＸＹＺのＹＺ平面上に配置された送電電極１１、１２と、送電電極１１、１２にそれぞれ電気的に接続されたインダクタ１３、１４と、インダクタ１３、１４を介して送電電極１１、１２と電気的に接続された交流電力発生部１７とを備える。送電装置１０から電力を受電する受電装置２０は、図１（Ａ）に示すように送電電極１１、１２とそれぞれ対向する位置に配置された受電電極２１、２２と、受電電極２１、２２にそれぞれ電気的に接続されたインダクタ２３、２４と、インダクタ２３、２４を介して電気的に接続された負荷２７とを備える。

このような構成からなる非接触給電システム１ａでは、具体的には後述するようにして、送電装置１０及び受電装置２０により構成される共振回路の回路特性が調整されることで、例えば、図１（Ｂ）に示すようなＹ軸方向に移動可能な人体１００が所定の位置、例えば送電電極１１、１２と受電電極２１、２２との間に存在するか否かによって、給電状態を変化することができる。

（２）非接触給電について
次に、送電電極１１、１２間で発生する電界と、受電電極２１、２２間で発生する電界とが電界結合することで可能となる非接触給電の動作原理について、図２を参照して説明する。図２は、送電装置１０および受電装置２０の回路構成を示す図である。

送電装置１０は、送電電極１１、１２、インダクタ１３、１４、接続線１５、１６、および、交流電力発生部１７を有している。また、受電装置２０は、受電電極２１、２２、インダクタ２３、２４、接続線２５、２６、および、負荷２７を有している。ここで、送電電極１１、１２およびインダクタ１３、１４は送電用カプラを構成する。受電電極２１、２２およびインダクタ２３、２４は受電用カプラを構成する。

ここで、送電電極１１、１２、受電電極２１、２２は、導電性を有する部材によって構成され、互いに離間して配置された電極であって、図２の例では所定の距離ｄ１を隔てて配置されている。送電電極１１、１２および受電電極２１、２２は、導電性を有する部材によって構成され互いに離間して配置された電極であれば、電極形状が必ずしも矩形である必要はなく、円形、多角形等であってもよい。図２の例では、便宜上、送電電極１１、１２、受電電極２１、２２として、略同一のサイズを有する矩形形状を有する平板状の電極を例示している。また、送電電極１１と受電電極２１は距離ｄ２を隔てて対向するように平行に配置され、送電電極１２と受電電極２２も、互いに離間して配置された電極であって、図２の例では同じ距離ｄ２を隔てて対向するように平行に配置されている。

送電電極１１、１２の電極間の距離ｄ１を含む合計幅Ｄは、これらの電極から放射される電界の波長をλとした場合に、λ／２πで示される近傍界よりも狭くなるように設定されている。同様に、受電電極２１、２２の電極間の距離ｄ１を含む合計幅Ｄは、λ／２πで示される近傍界よりも狭くなるように設定されている。また、送電電極１１、１２の長さＬは、λ／２πで示される近傍界よりも狭くなるように設定されている。受電電極２１、２２の長さＬも、λ／２πで示される近傍界よりも狭くなるように設定されている。送電電極１１と受電電極２１および送電電極１２と受電電極２２の間の距離ｄ２についても、λ／２πで示される近傍界よりも短くなるように設定されている。

このように送電電極１１、１２の長手方向の電極長Ｌが、λ／２πで示される近傍界よりも狭くなるように設定することで、受電電極２１、２２に効率良く電力を伝送することができる。

インダクタ１３、１４は、例えば、導電性の線材（例えば、被覆銅線）を巻回して構成され、図２の例では、送電電極１１、１２の端部にそれぞれの一端が電気的に接続されている。接続線１５はインダクタ１３の他端と交流電力発生部１７の出力端子の一端とを接続する導電性の線材（例えば、銅線）を含む。接続線１６はインダクタ１４の他端と交流電力発生部１７の出力端子の他端とを接続する導電性の線材によって構成される。なお、接続線１５，１６は、同軸ケーブルまたは平衡ケーブルによって構成される。

交流電力発生部１７は、所定の周波数の交流電力を発生し、接続線１５、１６を介してインダクタ１３、１４に供給する。

インダクタ２３、２４は、例えば、導電性の線材（例えば、被覆銅線）を巻回して構成され、図２の例では、受電電極２１、２２の端部にそれぞれの一端が電気的に接続されている。接続線２５はインダクタ２３の他端と負荷２７の入力端子の一端とを接続する導電性の線材（例えば、銅線）を含む。接続線２６はインダクタ２４の他端と負荷２７の入力端子の他端とを接続する導電性の線材によって構成される。なお、接続線２５，２６は、同軸ケーブルまたは平衡ケーブルによって構成される。

負荷２７は、交流電力発生部１７から出力され、送電用カプラおよび受電用カプラを介して伝送された電力が供給される。本実施形態では、負荷２７の具体例として、給電状態となることで照明可能な照明装置であるものとして説明する。

図３は、図２に示す送電装置１０および受電装置２０の等価回路３００を示す図である。この図３において、インピーダンス２は、接続線１５、１６および接続線２５、２６の特性インピーダンスを示し、Ｚ０の値を有している。インダクタ３はインダクタ１３、１４に対応し、Ｌの素子値を有している。キャパシタ４は、送電電極１１、１２の間に生じる素子値Ｃのキャパシタから、送電電極１１、１２と受電電極２１、２２の間に生じる素子値Ｃｍのキャパシタを減じた素子値（Ｃ−Ｃｍ）を有する。キャパシタ５は、送電電極１１、１２と受電電極２１、２２の間に生じるキャパシタを示し、Ｃｍの素子値を有している。キャパシタ６は、受電電極２１、２２の間に生じる素子値Ｃのキャパシタから、送電電極１１、１２と受電電極２１、２２の間に生じる素子値Ｃｍのキャパシタを減じた素子値（Ｃ−Ｃｍ）を有する。インダクタ７はインダクタ２３、２４に対応し、Ｌの素子値を有している。

以上のような等価回路３００では、送電装置１０により構成される送電カプラの共振周波数と、受電装置２０により構成される受電カプラの共振周波数とが一致することにより電界共振結合し、送電装置１０から受電装置２０に交流電力が給電可能となる。

（３）共振周波数
図３に示した等価回路３００から明らかなように、非接触給電システム１では、インダクタ３、７とキャパシタ４、５、６の電気的特性により送電カプラ及び受電カプラの共振特性が変化する。例えば図４（Ａ）に示すような送電電極１１、１２と受電電極２１、２２とが対向するように配置された電極間に、図４（Ｂ）に示すような誘電体２００を挿入すると、キャパシタ５、６の電気的特性すなわち静電容量が変化して、送電カプラ及び受電カプラの共振特性が変化する。

例えば、図５（Ａ）は、図４（Ａ）に示すように電極間に誘電体２００を配置することなく、送電カプラの共振周波数と受電カプラとの共振周波数とを一致させた条件下でシミュレーションしたときの、電力伝送効率の周波数特性を示す図である。また、図５（Ｂ）は、図４（Ａ）に示すように電極間に誘電体２００を配置することなく、送電カプラの共振周波数に対して受電カプラの共振周波数をずらした条件下でシミュレーションしたときの、電力伝送効率の周波数特性を示す図である。さらに、図５（Ｃ）は、図４（Ｂ）に示すように電極間に誘電体２００を配置し、送電カプラの共振周波数と受電カプラとの共振周波数とを一致させた条件下でシミュレーションしたときの、電力伝送効率の周波数特性を示す図である。

図５（Ａ）〜図５（Ｃ）から明らかなように、誘電体２００の存在の有無に応じて電力伝送効率が変化するので、誘電体２００の存在の有無は、給電状態と無給電状態とが変化するスイッチとして機能することが可能である。

また、図６（Ａ）、図６（Ｂ）及び図６（Ｃ）は、それぞれ誘電体２００の代わりに人体１００の筋肉の誘電率を模擬し、筋肉を図４（Ｂ）に示すように電極間の異なる位置に配置した条件下でシミュレーションしたときの、電力伝送効率の周波数特性を示す図である。また、図７に、図６（Ａ）、図６（Ｂ）及び図６（Ｃ）のシミュレーション結果のうち、周波数帯が２７．０ＭＨｚにおける伝送効率の推移を示している。

図７から明らかなように、特定の位置、すなわち図６（Ｂ）のシミュレーション結果に対応する位置に、人体１００の筋肉を挿入したとき伝送効率が大きく変化するので、誘電体２００と同様、人体１００の存在の有無は、給電状態と無給電状態とが変化するスイッチとして機能することが可能である。

（４）第１の実施形態
上述した誘電体２００および人体１００の有無によって変動する共振特性を利用することで、上述した図１に示すような第１の実施形態に係る非接触給電システム１ａでは、給電状態が変化するように回路特性を調整する。具体例として、非接触給電システム１ａでは、図８（Ａ）に示すような送電電極１１、１２と受電電極２１、２２との間であって、送電電極１１、１２に対して受電電極２１、２２に近接した領域Ａｒｅａ１に人体１００が存在するか否かにより、給電状態が変化するように回路特性を調整する。

まず、非接触給電システム１ａでは、図８（Ｂ）に示すように、人体１００に対応した誘電体２００が領域Ａｒｅａ１に存在するものとみなすことができ、さらに図８（Ｂ）に示す回路を図８（Ｃ）に示すような等価回路に置き換えることができる。

図８（Ｃ）は、上述した図３に示した等価回路３００に対応する等価回路３００ａであって、便宜上キャパシタ５を省略した回路構成を示している。図８（Ｂ）に示すように、Ａｒｅａ１に誘電体２００が存在することで、キャパシタ４、６のそれぞれに誘電体２０１、２０２が挿入され、キャパシタ４、６の静電容量が増大することとなる。ここで、誘電体２００が送電電極１１、１２に対して受電電極２１、２２の近くに挿入されるため、誘電体２０１の方が誘電体２０２よりも厚みがあり、キャパシタ４に対してキャパシタ６の静電容量の方が大きくなる。

したがって、キャパシタ４、６に誘電体２０１、２０２が挿入された状態で、送電カプラと受電カプラとの間で共振周波数が一致するように、インダクタ３、７とキャパシタ４、５、６との電気特性を調整することによって、非接触給電システム１ａは、人体１００が領域Ａｒｅａ１に存在するとき無給電状態から給電状態に変化することができる。逆に、キャパシタ４、６に誘電体２０１、２０２が挿入されていない状態で、送電カプラと受電カプラとの間で共振周波数が一致するように、インダクタ３、７とキャパシタ４、５、６との電気特性を調整することによって、非接触給電システム１ａは、人体１００が領域Ａｒｅａ１に存在するとき共振周波数がずれて給電状態から無給電状態に変化することができる。

以上のように、非接触給電システム１ａは、送電装置１０及び受電装置２０以外に検出装置などを用いることなく、誘電体２００が所定の位置に存在することで、非接触で電力伝送を停止したり、逆に非接触で電力伝送を開始したりすることが可能である。

ここで、非接触で電力伝送する方式として電界共振方式以外にも磁界共振方式があるが、磁界共振方式では送受間の結合に磁場の共振を用いており、金属のような高導電率の物体に対しては誘導加熱が生じる。これに対し、非接触給電システム１ａが用いる電界共振結合方式は、電界中に金属が存在しても、誘導加熱のような加熱が発生しないので、電力消費が発生せず省電力化を実現することができる。

また、非接触給電システム１ａは、電界共振結合が起こらない場合では、送電電極１１、１２から受電電極２１、２２への電力の伝送が行われないため、交流電源からの電力供給が行われず、不要な電力の消費を防止することができる。

このように、非接触給電システム１ａは、検出装置などを用いることなく、人体１００や動物などの誘電体とみなすことが可能な物体の存在を検知して非接触で電力伝送することができる。このため、例えば人体１００が領域Ａｒｅａ１に位置すると、負荷２７に給電され照明装置が動作させることが可能である。

なお、送電電極１１、１２の間に発生する電界の方向Ｅ１と、受電電極２１、２２の間に発生する電界の方向Ｅ２とが垂直にならなければ電界結合が可能であるが、図１及び図６に示すように送電電極１１、１２の間に発生する電界の方向Ｅ１と、受電電極２１、２２の間に発生する電界の方向Ｅ２とが平行となるように各電極を配置することによって、電界結合の結合強度を高めることができ、結果として電力を高効率で伝送することが可能となる点で特に好ましい。

（５）第２の実施形態
また、第１の実施形態では、送電電極１１、１２と受電電極２１、２２との間の領域Ａｒｅａ１に人体１００が存在するときに、給電状態が変化するものと説明したが、これに限定されるものではない。例えば第２の実施形態に係る非接触給電システム１ｂは、例えば図９（Ａ）に示すような送電電極１１、１２と受電電極２１、２２と電極間の外部であって、受電電極２１、２２のみに近接した領域Ａｒｅａ２に人体１００が存在するか否かにより、給電状態が変化するように回路特性を調整することができる。

まず、第２の実施形態に係る非接触給電システム１ｂでは、図９（Ｂ）に示すように、人体１００に対応した誘電体２００が領域Ａｒｅａ２に存在するものとみなし、さらに図９（Ｃ）に示すような等価回路に置き換えることができる。

図９（Ｃ）は、上述した図３に示した等価回路３００に対応する等価回路３００ｂであって、便宜上キャパシタ５を省略した回路構成を示している。この図９（Ｃ）から明らかなように、Ａｒｅａ２に誘電体２００が存在することで、キャパシタ６に誘電体２０３が挿入されたものとみなせる。このようにキャパシタ６に誘電体２０３が挿入されることで、キャパシタ６の静電容量が増大したものとみなすことが可能である。

したがって、キャパシタ６に誘電体２０３が挿入された状態で、送電カプラと受電カプラとの間で共振周波数が一致するように、インダクタ３、７とキャパシタ４、５、６との電気特性を調整することによって、非接触給電システム１ｂは、人体１００が領域Ａｒｅａ２に存在するとき無給電状態から給電状態に変化することができる。また、キャパシタ６に誘電体２０３が挿入されていない状態で、送電カプラと受電カプラとの間で共振周波数が一致するように、インダクタ３、７とキャパシタ４、５、６との電気特性を調整することによって、非接触給電システム１ｂは、人体１００が領域Ａｒｅａ２に存在するとき給電状態から無給電状態に変化することができる。

（６）他の実施形態について
また、本実施形態に係る非接触給電システムは、送電電極１１、１２と受電電極２１、２２とが対向する配置に限定されず、次に示すような他の形態を採用することが可能である。

例えば、図１０（Ａ）に示す非接触給電システム１ｃのように、送電電極１１、１２をＸＹ平面上に配置し、受電電極２１、２２をＺＹ平面上に配置してもよい。このように送電電極１１、１２に対して受電電極２１、２２を垂直な位置に配置しても、例えば図１０（Ｂ）に示すように、人体１００が所定の領域に存在するか否かによって、給電状態が変化し、高効率で電力伝送することができる。なお、図１０（Ａ）及び図１０（Ｂ）に示す例では、人体１００の足下すなわち、床下部分に送電電極１１、１２が配置されているが、これに限定されるものではない。例えば、図１０（Ｃ）に示すように、ＺＹ平面上に送電電極１１、１２を配置し、ＸＹ平面上であって人体１００の頭上すなわち天井部分に受電電極２１、１２を配置することも可能である。

また、図１１（Ａ）に示す非接触給電システム１ｄのように、送電電極１１、１２と受電電極２１、２２とを同一平面上すなわち、ＹＺ平面上に配置してもよい。このように送電電極１１、１２と受電電極２１、２２とを同一平面上に配置しても、例えば図１１（Ｂ）に示すように、人体１００が所定の領域に存在するか否かによって、給電状態が変化して、高効率で電力伝送することができる。

また、送電電極１１、１２と受電電極２１、２２の寸法が必ずしも一致させることなく、例えば図１２（Ａ）及び図１２（Ｂ）に示す非接触給電システム１ｅのように、受電電極１１、１２の表面積を、送電電極２１、２２の表面面積と比べて小さくなるようにしてもよい。図１２（Ａ）に示す例では、送電電極１１、１２が配置されたＹＺ平面に対して受電電極２１、２２を垂直なＸＹ平面に配置しており、図１２（Ｂ）に示す例では、送電電極１１、１２と受電電極２１、２２とを同一のＹＺ平面上に配置している。このようにして電極の表面面積を調整することで、送電装置１０および受電装置２０の共振特性を調整することができ、結果として非接触給電システム１ｅに係る設計の自由度を高めることができる。

また、図１３（Ａ）及び図１３（Ｂ）に示す非接触給電システム１ｆのように、複数の受電装置２０ａ、２０ｂを備え、人体１００が所定の位置に存在するか否かによって、給電状態が受電装置２０ａ、２０ｂごとに変化するように、共振特性を調整してもよい。

例えば、図１３（Ａ）に示す例では、領域Ａｒｅａ３ａに人体１００が存在することによって、受電装置２０ａのみ無給電状態から給電状態に変化し、領域Ａｒｅａ３ｂに人体１００が存在することによって、受電装置２０ｂのみ無給電状態から給電状態に変化するように、非接触給電システムに係る共振特性が調整されている。

また、図１３（Ｂ）に示す例では、領域Ａｒｅａ４に人体１００が存在することによって、受電装置２０ａ、２０ｂの両方とも、無給電状態から給電状態に変化するように、非接触給電システムに係る共振特性が調整されている。

このように図１３（Ａ）及び図１３（Ｂ）に示す例では、受電装置ごとに給電状態と無給電状態とが変化するため、スイッチ装置として用いる場合の利便性を向上させることができる。

また、図１４（Ａ）及び図１４（Ｂ）に示す非接触給電システム１ｇのように、受電電極１１、１２の表面積が、送電電極２１、２２の表面面積より大きくなるようにしてもよい。図１４（Ａ）に示す例では、送電電極１１、１２が配置されたＸＹ平面に対して受電電極２１、２２を垂直なＹＺ平面に配置しており、図１４（Ｂ）に示す例では、送電電極１１、１２と受電電極２１、２２とを同一のＹＺ平面上に配置している。このようにして電極の表面面積を調整することで、送電装置１０および受電装置２０の共振特性を調整することができ、結果として非接触給電システム１ｇに係る設計の自由度を高めることができる。

なお、本実施形態に係る非接触給電システムでは、人体１００が所定の位置に存在するか否かによって給電状態が変化するものとして説明したが、人体に限らず、例えば非金属などの誘電体とみなせるものであれば、いかなるものであってもよいことはもちろんである。また、化粧材や建材も誘電体とみなせるため、電極が化粧材や建材によりカバーされた場合においてもその誘電率を考慮し設計することで共振状態を調節することが可能である。

１ａ−１ｆ 非接触給電システム
１０ 送電装置
１１、１２ 送電電極
１３、１４、２３、２４ インダクタ
２０ 受電装置
２１、２２ 受電電極
１００ 人体
２００ 誘電体

Claims (10)

1. 互いに離間して配置された第１および第２の送電電極と、当該第１および第２の送電電極の間に電気的に接続されたインダクタとを有する送電装置と、
   互いに離間して配置された第１および第２の受電電極と、当該第１および第２の受電電極の間に電気的に接続されたインダクタとを有し、共振周波数が前記送電装置の共振周波数と一致することにより電界共振結合して給電可能となる受電装置と、を備え、
   誘電体が所定の位置に存在するか否かによって給電状態が変化するように、前記送電装置および前記受電装置の共振特性が調整されていることを特徴とする非接触給電システム。
2. 前記第１および第２の送電電極の間に発生する電界の方向と、前記第１および第２の受電電極の間に発生する電界の方向とが略平行となるように、各電極が配置されていることを特徴とする請求項１記載の非接触給電システム。
3. 前記第１および第２の受電電極は、それぞれ前記第１および第２の送電電極と対向する位置に配置されていることを特徴とする請求項１又は２記載の非接触給電システム。
4. 前記第１および第２の受電電極は、それぞれ前記第１および第２の送電電極が配置された面に対して垂直な面に配置されていることを特徴とする請求項１又は２記載の非接触給電システム。
5. 前記第１および第２の受電電極は、それぞれ前記第１および第２の送電電極と同一平面上の位置に配置されていることを特徴とする請求項１又は２記載の非接触給電システム。
6. 前記第１および第２の受電電極は、その表面積が前記第１および第２の送電電極の表面面積より大きいことを特徴とする請求項１乃至５のうちいずれか１項に記載の非接触給電システム。
7. 前記第１および第２の受電電極は、その表面積が前記第１および第２の送電電極の表面面積より小さいことを特徴とする請求項１乃至５のうちいずれか１項に記載の非接触給電システム。
8. 前記受電装置を複数備え、
   前記誘電体が所定の位置に存在するか否かによって、給電状態が前記受電装置ごとに変化するように、当該受電装置の共振特性が調整されていることを特徴とする請求項１乃至７のうちいずれか１項に記載の非接触給電システム。
9. 互いに離間して配置された第１および第２の送電電極と、
   前記第１および第２の送電電極の間に電気的に接続されたインダクタと、を備え、
   共振周波数が、第１及び第２の受電電極と当該第１および第２の受電電極間に電気的に接続されたインダクタとを備える送電装置の共振周波数と一致することにより電界共振結合して給電可能となり、
   誘電体が所定の位置に存在するか否かによって給電状態が変化するように、共振特性が調整されていることを特徴とする送電装置。
10. 互いに離間して配置された第１および第２の受電電極と、
    前記第１および第２の受電電極の間に電気的に接続されたインダクタと、を備え、
    共振周波数が、第１及び第２の送電電極と当該第１および第２の送電電極間に電気的に接続されたインダクタとを備える送電装置の共振周波数と一致することにより電界共振結合して給電可能となり、
    誘電体が所定の位置に存在するか否かによって給電状態が変化するように、共振特性が調整されていることを特徴とする受電装置。

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