JP2014204550A - 無線電力伝送装置及び無線電力伝送システム - Google Patents

Abstract

【課題】受電装置の動作の妨げとならず、高効率で無線電力伝送を行うことができ、構造上の自由度が高い無線電力伝送システムを提供する。【解決手段】受電装置２０の内枠２１は、パネルを収容し、予め決められた形状の外周を有する。送電装置１０の外枠１１は、受電装置２０の内枠２１の少なくとも一部を収容する。受電コイルＬ２は、内枠２１の外周の一部に沿って内枠２１の外周に近接して内枠２１に設けられる。送電コイルＬ１は、外枠１１が内枠２１を収容するとき、内枠２１の外周の少なくとも一部に沿って内枠２１の外周に近接するように、外枠１１に設けられる。外枠１１が内枠２１を収容するとき、受電コイルＬ２は、送電コイルＬ１と電磁的に結合するように近接して設けられる。【選択図】図１

Description

本開示は、コイル間の誘導結合を用いた無線電力伝送装置及び無線電力伝送システムに関する。

プライバシーの保護を目的として、また、冷房に必要なエネルギーの削減を目的として、建物及び乗り物などに調光ガラスを採用する場合が増えてきている。例えば、建物の窓に設けた調光ガラスを、昼は透明に変化させ、夜は不透明に変化させることで、建物の室内のプライバシーを保護することができる。また、例えば、建物の窓又は自動車の窓もしくはサンルーフなどに設けた調光ガラスを用いて遮光することにより室内温度の上昇を低減し、冷房に必要なエネルギーを削減することができる。

調光ガラスの状態を変化させる方法として、エレクトロクロミック方式及びガスクロミック方式が知られている。

エレクトロクロミック方式の調光ガラスでは、調光材料層を両側からフィルム電極で挟み、フィルム電極に直流又は交流の電圧を印加する。エレクトロクロミック方式の調光ガラスとしては、例えば、高分子分散型液晶（Polymer Dispersed Liquid Cristal）を用いたもの、電解質層と酸化タングステン（ＷＯ_３）を用いた調光層とを透明電極で挟み込んだ構造のもの、電解質層とマグネシウム・ニッケル合金層とを透明電極で挟み込んだ構造のもの、ガラス基板上に、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）層、酸化タングステン層、酸化タンタル層、パラジウム層、マグネシウム合金層を積層した構造のもの（非特許文献１）、などがある。

ガスクロミック方式の調光ガラスでは、調光材料膜を例えば酸素又は水素のガスにさらすことにより、調光材料膜の酸化又は還元を行う。ガスクロミック方式の調光ガラスとしては、例えば、白金などの触媒層により被覆した酸化タングステン（ＷＯ_３）の膜を用いたもの（非特許文献２）、などがある。

調光ガラスは、窓枠に給電用の配線を設ける必要があるので、その設置に手間がかかる。特に、エレクトロクロミック方式の調光ガラスでは、ガラス上にフィルム電極及びその配線を設ける必要があるので、結露により短絡が生じる可能性がある。これらの課題を解決するために、無線電力伝送を行う調光ガラスが望まれる。

無線電力伝送システムは、送電コイル（送電アンテナ）を備えた送電装置と、受電コイル（受電アンテナ）を備えた受電装置とを含み、送電コイルによって生じた磁界を受電コイルが捕捉することにより、電極を直接に接触させることなく電力を伝送することができる。

特許文献１は、調光ガラスのためのワイヤレス電力伝送システムを開示している。特許文献１のワイヤレス電力伝送システムは、給電コイルと受電コイルの磁場共振現象に基づき、給電コイルから受電コイルにワイヤレス給電するためのシステムであって、給電コイルと、受電コイルと、給電コイルに交流電力を供給することにより給電コイルから受電コイルに交流電力を給電させる送電制御回路と、受電コイルと磁気結合することにより受電コイルから交流電力を受電するロードコイルと、ロードコイルから交流電力を供給される調光ガラスと、を備え、調光ガラスの透明度は、ロードコイルが受電した交流電力により変化する。受電コイルおよびロードコイルは、調光ガラスを囲む形状にて設置される。

特開２０１２−１６５６３２号公報 特公平７−４６９０７号公報 特開平４−１５０７７３号公報

K. Tajima et al., "Near colorless all-solid-state switchable mirror based on magnesium-titanium thin film", JOURNAL OF APPLIED PHYSICS 103, 013512, American Institute of Physics, 2008. A. Georg et al., "Switchable windows with tungsten oxide", Vacuum 82, Elsevier Ltd., 2008, pp. 730-735.

エレクトロクロミック方式の調光ガラスのために無線電力伝送を行う場合、送電コイルによって生じた磁界を受電コイルが捕捉する妨げとなるので、受電コイルに囲まれた領域内に調光ガラスの導電性のフィルム電極を設けることは望ましくない。特許文献１のワイヤレス電力伝送システムは、その受電コイルが調光ガラスを囲んでいるので、ガラス面上にフィルム電極を設けることができず、エレクトロクロミック方式の調光ガラスに適用することができない。従って、調光ガラスの動作方式にかかわらず、調光ガラスの動作の妨げとならない無線電力伝送装置及び無線電力伝送システムが望まれる。

また、特許文献１のワイヤレス電力伝送システムは、給電コイルと受電コイルとの間の遠距離の磁場共振現象に基づいているので、電力を高効率で送ることができない。従って、より効率的に無線電力伝送を行うことができる無線電力伝送装置及び無線電力伝送システムが望まれる。

また、特許文献１のワイヤレス電力伝送システムは、その受電コイルが調光ガラスを囲むような大きなサイズ（例えば、１ｍ×２ｍなど）を有しているので、構造上の自由度が低く、可能な構造が制限される。従って、構造上の自由度が高い無線電力伝送装置及び無線電力伝送システムが望まれる。

また、一般に、調光ガラスにおいて、調光可能なガラス面の面積を最大化することが望ましい。また、一般に、調光ガラスにおいて、ガラスの枠（サッシ）に調光に必要な装置を収容する場合には、枠の寸法を最小化することが望ましい。従って、調光ガラスに適した寸法、形状、及び構造を有する無線電力伝送装置及び無線電力伝送システムが望まれる。

また、調光ガラスに限らず、外部からの電気信号により表示状態が変化するパネル（ディスプレイ、電子ペーパー、など）を受電装置として含む無線電力伝送装置及び無線電力伝送システムであって、受電装置の動作の妨げとならず、高効率で無線電力伝送を行うことができ、構造上の自由度が高いものが望まれる。

本開示では、受電装置の動作の妨げとならず、高効率で無線電力伝送を行うことができ、構造上の自由度が高い無線電力伝送装置及び無線電力伝送システムを提供する。

本開示の１つの態様に係る無線電力伝送装置によれば、
１つの送電装置及び少なくとも１つの受電装置を含む無線電力伝送システムのための受電装置である無線電力伝送装置において、上記送電装置は少なくとも１つの送電コイルを備え、
上記無線電力伝送装置は、
パネルを収容し、予め決められた形状の外周を有する第１の枠と、
上記第１の枠の外周の一部に沿って上記第１の枠の外周に近接して上記第１の枠に設けられた少なくとも１つの受電コイルと、
上記第１の枠に設けられた少なくとも１つの受電回路であって、上記受電コイルに接続され、上記受電コイルが上記送電コイルと電磁的に結合するように近接して設けられたとき上記送電装置から上記受電コイルを介して電力を受ける少なくとも１つの受電回路と、
上記受電回路から供給される電力に基づいて動作する少なくとも１つの負荷装置とを備えたことを特徴とする。

本開示の別の態様に係る無線電力伝送装置によれば、
１つの送電装置及び少なくとも１つの受電装置を含む無線電力伝送システムのための送電装置である無線電力伝送装置において、
上記受電装置は、
パネルを収容し、予め決められた形状の外周を有する第１の枠と、
上記第１の枠の外周の一部に沿って上記第１の枠の外周に近接して上記第１の枠に設けられた少なくとも１つの受電コイルとを備え、
上記無線電力伝送装置は、
上記第１の枠の少なくとも一部を収容する第２の枠と、
上記第２の枠が上記第１の枠を収容するとき上記第１の枠の外周の少なくとも一部に沿って上記第１の枠の外周に近接するように、上記第２の枠に設けられた少なくとも１つの送電コイルと、
上記第２の枠に設けられた少なくとも１つの送電回路であって、上記送電コイルに接続され、上記送電コイルが上記受電コイルと電磁的に結合するように近接して設けられたとき、上記送電コイルを介して上記受電装置に電力を送る少なくとも１つの送電回路とを備えたことを特徴とする。

本開示の別の態様に係る無線電力伝送システムによれば、１つの送電装置及び少なくとも１つの受電装置を含む無線電力伝送システムであって、上記無線電力伝送装置を上記受電装置及び上記送電装置として含むことを特徴とする。

本開示によれば、受電装置の動作の妨げとならず、高効率で無線電力伝送を行うことができ、構造上の自由度が高い無線電力伝送装置及び無線電力伝送システムを提供することができる。

第１の実施形態に係る無線電力伝送システムの構成を示すブロック図である。 図１の受電装置２０のＸＺ面内における断面図である。 第１の実施形態の第１の変形例に係る無線電力伝送システムの構成を示すブロック図である。 図３の受電装置２０ＡのＸＺ面内における断面図である。 図１の送電コイルＬ１及び受電コイルＬ２の配置を示す斜視図である。 図１の送電コイルＬ１及び受電コイルＬ２の配置を示すＸＺ面内における断面図である。 第１の実施形態の第２の変形例に係る無線電力伝送システムの送電コイルＬ１及び受電コイルＬ２の配置を示すＸＺ面内における断面図である。 第１の実施形態の第３の変形例に係る無線電力伝送システムの送電コイルＬ１及び受電コイルＬ２の配置を示すＸＺ面内における断面図である。 第１の実施形態の第４の変形例に係る無線電力伝送システムの送電コイルＬ１ａ，Ｌ１ｂ及び受電コイルＬ２の配置を示すＸＺ面内における断面図である。 第１の実施形態の第５の変形例に係る無線電力伝送システムの送電コイルＬ１及び受電コイルＬ２の配置を示すＸＺ面内における断面図である。 第１の実施形態の第６の変形例に係る無線電力伝送システムの構成を示すブロック図である。 第１の実施形態の第７の変形例に係る無線電力伝送システムの構成を示すブロック図である。 第１の実施形態の第８の変形例に係る無線電力伝送システムの送電コイルＬ２１及び受電コイルＬ２２−１，Ｌ２２−２の配置を示す斜視図である。 図１３の送電コイルＬ２１及び受電コイルＬ２２−１，Ｌ２２−２の配置を示すＸＺ面内における断面図である。 第１の実施形態の第９の変形例に係る無線電力伝送システムの送電コイルＬ３１及び受電コイルＬ３２−１，Ｌ３２−２の配置を示す斜視図である。 図１５の送電コイルＬ３１及び受電コイルＬ３２−１，Ｌ３２−２の配置を示すＸＺ面内における断面図である。 第１の実施形態の第１０の変形例に係る無線電力伝送システムの構成を示すブロック図である。 図１７の送電コイルＬ４１及び受電コイルＬ４２の配置を示すＹＺ面内における断面図である。 第１の実施形態の第１１の変形例に係る無線電力伝送システムの送電コイルＬ４１及び受電コイルＬ４２の配置を示すＹＺ面内における断面図である。 第２の実施形態に係る無線電力伝送システムの構成を示すブロック図である。 第３の実施形態に係る無線電力伝送システムの構成を示すブロック図である。 図２１の送電コイルＬ１及び受電コイルＬ２の配置を示すＹＺ面内における断面図である。 第４の実施形態に係る無線電力伝送システムの構成を示すブロック図である。 第４の実施形態の変形例に係る無線電力伝送システムの構成を示すブロック図である。 第５の実施形態に係る無線電力伝送システムの構成を示すブロック図である。 比較例に係る無線電力伝送システムの構成を示すブロック図である。 第５の実施形態の第１の実施例に係る無線電力伝送システムの構成を示すブロック図である。 第５の実施形態の第２の実施例に係る無線電力伝送システムの構成を示すブロック図である。

以下、本開示の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、同様の構成要素については同一の符号を付している。なお、本開示は、以下の実施形態に限定されるものではない。

第１の実施形態．

図１は、第１の実施形態に係る無線電力伝送システムの構成を示すブロック図である。図１に示すように、無線電力伝送システムは、一対の無線電力伝送装置、すなわち送電装置１０及び受電装置２０を含む。受電装置２０の筐体は、所定形状のパネル（図１では、矩形形状の調光ガラス２３）を収容し、予め決められた形状（図１では矩形形状）の外周を有する。受電装置２０の筐体（以下、「内枠２１（第１の枠）」という）の少なくとも一部が、送電装置１０の筐体（以下、「外枠１１（第２の枠）」という）に収容される。例えば、内枠２１はガラス窓のサッシであり、外枠１１は、サッシを収容する枠である。また、例えば、内枠２１は、外枠１１に対して移動可能であるように外枠１１によって保持される。例えば、外枠１１は、内枠２１が図１の±Ｘ方向に移動可能であるように内枠２１を保持するレールを備える（図５参照）。

内枠２１の外周の形状は、矩形形状に限らず、三角形、多角形、円などの他の形状であってもよい。内枠２１は、実質的に外周を有する形状であればよい。調光ガラス２３の形状は、内枠２１の外周の形状と同じであってもよく、異なっていてもよい。

送電装置１０は、外枠１１と、外枠１１に設けられた送電コイルＬ１及び送電回路１２とを備える。受電装置２０は、内枠２１と、内枠２１に設けられた受電コイルＬ２、受電回路２２、及び調光ガラス２３とを備える。受電コイルＬ２は、内枠２１の外周の一部に沿って内枠２１の外周に近接して内枠２１に設けられる。送電コイルＬ１は、外枠１１が内枠２１を収容するとき、内枠２１の外周の少なくとも一部に沿って内枠２１の外周に近接するように、外枠１１に設けられる。従って、外枠１１が内枠２１を収容するとき、受電コイルＬ２は、送電コイルＬ１と電磁的に結合するように近接して設けられる。送電回路１２は、交流又は直流の電源１に接続される。また、送電回路１２は、送電コイルＬ１に接続され、送電コイルＬ１が受電コイルＬ２と電磁的に結合するように近接して設けられたとき、送電コイルＬ１を介して受電装置２０に交流電力（例えば、１００〜２００ｋＨｚ、３〜５Ｗの電力）を送る。受電回路２２は、受電コイルＬ２に接続され、受電コイルＬ２が送電コイルＬ１と電磁的に結合するように近接して設けられたとき送電装置１０から受電コイルＬ２を介して交流電力を受ける。

受電装置２０は、受電回路２２から供給される電力に基づいて動作する少なくとも１つの負荷装置を備える。負荷装置は、例えば図１に示すように、エレクトロクロミック方式の調光ガラス２３であってもよい。図２は、図１の受電装置２０のＸＺ面内における断面図である。エレクトロクロミック方式の調光ガラス２３では、調光材料層３３を両側から透明なフィルム電極３１ａ，３１ｂで挟み、フィルム電極３１ａ，３１ｂをさらに両側から板ガラス３２ａ，３２ｂで挟み、フィルム電極３１ａ，３１ｂに直流又は交流の電圧を印加する。エレクトロクロミック方式の調光ガラス２３として、例えば、電圧を印加しているときに透明になるもの、電圧を印加しているときに不透明になるもの、正又は負の電圧を印加した瞬間に透明状態と不透明状態との間で遷移するもの、などがあり、受電回路２２は、調光ガラス２３の仕様に応じて必要な電圧を調光ガラス２３に印加する。

図３は、第１の実施形態の第１の変形例に係る無線電力伝送システムの構成を示すブロック図である。図４は、図３の受電装置２０ＡのＸＺ面内における断面図である。受電装置の負荷装置は、例えば図３及び図４に示すように、ガスクロミック方式の調光ガラス２６であってもよい。図３の無線電力伝送システムは、送電装置１０Ａ及び受電装置２０Ａを含む。送電装置１０Ａは、図１の送電装置１０と同じである。受電装置２０Ａは、図１のエレクトロクロミック方式の調光ガラス２３に代えてガスクロミック方式の調光ガラス２６を備え、さらに、ガス発生装置２４及びガス注入口２５を備える。ガスクロミック方式の調光ガラス２６では、板ガラス３２ａ，３２ｂの間に調光材料膜３４及び空洞３５が設けられる。ガス発生装置２４は、酸素及び水素のガスを発生する電気分解セルと、ガスを空洞３５に送るポンプとを含む。調光材料膜３４を酸素又は水素のガスにさらすことにより、調光材料膜３４の酸化又は還元を行う。

送電コイルＬ１及び受電コイルＬ２は、互いに電磁的に結合するように、さまざまに配置することができる。図５〜図１９を参照して、送電コイルＬ１及び受電コイルＬ２の配置を説明する。

図５は、図１の送電コイルＬ１及び受電コイルＬ２の配置を示す斜視図である。図６は、図１の送電コイルＬ１及び受電コイルＬ２の配置を示すＸＺ面内における断面図である。送電コイルＬ１及び受電コイルＬ２のそれぞれは、パネルの表面に平行な平面（ＸＹ面に平行な平面）上において、例えば、実質的に平面状に巻回される。外枠１１は、内枠２１がレールに沿って−Ｘ方向に移動したときに内枠２１を収容する凹部を有し、送電コイルＬ１及び受電コイルＬ２は、内枠２１が外枠１１の凹部に収容されたとき、Ｚ方向に対向するように配置される。送電コイルＬ１は、受電コイルＬ２に近接するように外枠１１の表面に設けられ、受電コイルＬ２は、送電コイルＬ１に近接するように内枠２１の表面に設けられる。外枠１１及び内枠２１は、少なくとも送電コイルＬ１及び受電コイルＬ２を設けた部分において誘電体にて構成される。送電コイルＬ１及び受電コイルＬ２をこのように配置することにより、電力伝送効率を最大化することができる。

図７は、第１の実施形態の第２の変形例に係る無線電力伝送システムの送電コイルＬ１及び受電コイルＬ２の配置を示すＸＺ面内における断面図である。送電コイルＬ１は、外枠１１の内部に設けられてもよく、受電コイルＬ２もまた、内枠２１の内部に設けられてもよい。送電コイルＬ１及び受電コイルＬ２をこのように配置することにより、外枠１１及び内枠２１により送電コイルＬ１及び受電コイルＬ２を保護することができる。

図８は、第１の実施形態の第３の変形例に係る無線電力伝送システムの送電コイルＬ１及び受電コイルＬ２の配置を示すＸＺ面内における断面図である。外枠１１が金属にて構成される場合、送電コイルＬ１は外枠１１の外部に設けられ、送電コイルＬ１と外枠１１との間には磁性体層４１が設けられる。同様に、内枠２１が金属にて構成される場合、受電コイルＬ２は内枠２１の外部に設けられ、受電コイルＬ２と内枠２１との間には磁性体層４２が設けられる。磁性体層４１，４２は、例えばフェライトのシートである。送電コイルＬ１及び受電コイルＬ２をこのように配置することにより、外枠１１及び内枠２１の全体を金属にて構成することができる。

図９は、第１の実施形態の第４の変形例に係る無線電力伝送システムの送電コイルＬ１ａ，Ｌ１ｂ及び受電コイルＬ２の配置を示すＸＺ面内における断面図である。電力伝送効率を向上するために、送電コイル及び受電コイルの少なくとも一方について、その巻線を配置する場所の個数を増やしてもよい。図９によれば、送電コイルは、パネルの表面に対して実質的に垂直な軸に沿った第１の位置において軸の周りに巻回された第１の巻線（送電コイルＬ１ａ）と、軸に沿った第２の位置において軸の周りに巻回された第２の巻線（送電コイルＬ１ｂ）とを含み、受電コイルは、軸に沿った第１及び第２の位置の間の第３の位置において軸の周りに巻回された第３の巻線（受電コイルＬ２）を含む。例えば、各コイルが平面状に巻回されている場合には、送電コイルＬ１ａは、パネルの表面に平行な第１の平面上において巻回され、送電コイルＬ１ｂは、第１の平面に平行な第２の平面上において巻回され、受電コイルＬ２は、第１及び第２の平面の間の第３の平面上において巻回される。第１、第２、及び第３の巻線に囲まれた各領域は、第１、第２、及び第３の平面に垂直な方向から見たときに互いに重なり合う。送電コイルＬ１ａ，Ｌ１ｂ及び受電コイルＬ２として、平面状に巻回されたコイルに代えて、ソレノイドコイルなど、立体構造を有する他のコイルを用いてもよい。送電回路（図示せず）は、送電コイルＬ１ａ，Ｌ１ｂに逆相の電流を供給する。送電コイルＬ１ａ，Ｌ１ｂにより受電コイルＬ２を挟むことにより、電力伝送効率を向上することができる。

図１０は、第１の実施形態の第５の変形例に係る無線電力伝送システムの送電コイルＬ１及び受電コイルＬ２の配置を示すＸＺ面内における断面図である。図５〜図９では、送電コイル及び受電コイルがＺ方向に対向するように配置されていたが、送電コイル及び受電コイルが電磁的に結合するのであれば他の配置であってもよい。図１０によれば、図５のような外枠１１の凹部を持たない外枠１１Ａ及び内枠２１Ａにおいて、送電コイルＬ１及び受電コイルＬ２がＸ方向に隣接するように設けられる。送電コイルＬ１及び受電コイルＬ２をこのように配置することにより、無線電力伝送システムの構造上の自由度が高くなる。

以上説明した無線電力伝送システム（又は後述の無線電力伝送システム）において、送電コイル及び受電コイルの少なくとも一方が、平面状に巻回されたコイルに代えて、ソレノイドコイルなど、立体構造を有する他のコイルとして構成されてもよい。この場合、パネルの表面に対して垂直な軸、平行な軸、又は他の位置関係を有する軸に沿ったある位置において、軸の周りに送電コイルの巻線が巻回され、同じ軸に沿った別の位置において、軸の周りに受電コイルの巻線が巻回される。これにより、送電コイルの磁束が受電コイルを効率よく貫くので、電力伝送効率が向上する効果が見込まれる。

本開示によれば、受電装置の動作の妨げとならず、高効率で無線電力伝送を行うことができ、構造上の自由度が高い無線電力伝送装置及び無線電力伝送システムを提供することができる

図１他の無線電力伝送システムによれば、調光ガラス２３を備える受電装置２０に送電装置１０から無線電力伝送を行うことができる。また、外枠１１に送電コイルＬ１及び送電回路１２を備え、内枠２１に受電コイルＬ２、受電回路２２、及び調光ガラス２３を備えることで、調光可能なガラス面の面積を最大化し、外枠１１及び内枠２１の寸法を最小化し、すぐれた外観の調光ガラス２３を提供することができる。また、内枠２１に受電コイルＬ２、受電回路２２、及び調光ガラス２３を一体的に備えることで、調光ガラス２３を設置するための工数及び手間を削減することができる。

図１１は、第１の実施形態の第６の変形例に係る無線電力伝送システムの構成を示すブロック図である。図１１の無線電力伝送システムは、送電装置１０Ｂ及び受電装置２０Ｂを含む。受電装置は、複数の負荷装置を備えてもよい。例えば、受電装置２０Ｂは、板ガラス上の異なる領域に設けられたフィルム電極３１−１，３１−２を備え、フィルム電極３１−１，３１−２に独立に電圧を印加することにより、フィルム電極３１−１，３１−２の領域は独立した２つの調光ガラス（負荷装置）として動作する。なお、フィルム電極３１−１，３１−２のそれぞれは、図２と同様に調光材料層を両側から挟む２つのフィルム電極を含むが、図示の簡単化のために省略する。２つの調光ガラス（負荷装置）に独立に電力を供給するために、送電装置１０Ｂは、２つの送電コイルＬ１−１，Ｌ１−２を備え、受電装置２０Ｂもまた、２つの受電コイルＬ２−１，Ｌ２−２を備える。受電装置２０Ｂは、フィルム電極３１−１，３１−２に対応する２つの調光ガラスと、フィルム電極３１−１，３１−２にそれぞれ電力を供給する２つの受電回路２２−１，２２−２と、受電回路２２−１，２２−２にそれぞれ接続された２つの受電コイルＬ２−１，Ｌ２−２とを備える。送電装置１０Ｂは、受電コイルＬ２−１，Ｌ２−２とそれぞれ電磁的に結合された２つの送電コイルＬ１−１，Ｌ１−２と、送電コイルＬ１−１，Ｌ１−２にそれぞれ接続された２つの送電回路１２−１，１２−２とを備える。これにより、図１１の無線電力伝送システムは、調光可能なガラス面の領域を、より細やかに制御することができる。また、図１１の無線電力伝送システムは、外枠１１及び内枠２１の複数の辺に送電コイル及び受電コイルを設けることにより、電力伝送効率を向上させることができる。

図１２は、第１の実施形態の第７の変形例に係る無線電力伝送システムの構成を示すブロック図である。複数の受電コイルのうちの少なくとも２つの受電コイルが、同じ１つの送電コイルと電磁的に結合してもよい。図１２の無線電力伝送システムは、送電装置１０Ｃ及び受電装置２０Ｃを含む。受電装置２０Ｃは、図１１の受電装置２０Ｂと同じである。送電装置１０Ｃは、受電コイルＬ２−１，Ｌ２−２の両方と電磁的に結合する１つの送電コイルＬ１１を備える。図１２の無線電力伝送システムによれば、複数の受電コイルに無線電力伝送を行うために送電コイルＬ１１及び送電回路１２を共用したことにより、図１１の送電装置１０Ｂよりも送電コイル及び送電回路の個数を削減し、送電装置１０Ｃを小型化することができる。

図１３は、第１の実施形態の第８の変形例に係る無線電力伝送システムの送電コイルＬ２１及び受電コイルＬ２２−１，Ｌ２２−２の配置を示す斜視図である。図１４は、図１３の送電コイルＬ２１及び受電コイルＬ２２−１，Ｌ２２−２の配置を示すＸＺ面内における断面図である。１つの送電装置から複数の受電装置に無線電力伝送を行ってもよい。図１３の無線電力伝送システムは、１つの送電装置１０Ｄ及び２つの受電装置２０Ｄ−１，２０Ｄ−２を含む。送電装置１０Ｄは、受電装置２０Ｄ−１，２０Ｄ−２の両方を収容する外枠１１Ｄと、外枠１１Ｄに設けられた送電コイルＬ２１とを備える。受電装置２０Ｄ−１，２０Ｄ−２は、内枠２１Ｄ−１，２１Ｄ−２と、内枠２１Ｄ−１，２１Ｄ−２にそれぞれ設けられた受電コイルＬ２２−１，Ｌ２２−２とを備える。受電コイルＬ２２−１は、受電装置２０Ｄ−１のパネルの表面に対して実質的に垂直な第１の軸の周りに巻回された巻線を含み、受電コイルＬ２２−２は、受電装置２０Ｄ−２のパネルの表面に対して実質的に垂直な第２の軸の周りに巻回された巻線を含み、送電コイルＬ２１は、第１及び第２の軸の周りに巻回された巻線を含む。例えば、受電装置２０Ｄ−１のパネルの表面が受電装置２０Ｄ−２のパネルの表面に対して実質的に平行であり、各コイルが平面状に巻回されている場合には、受電コイルＬ２２−１は、受電装置２０Ｄ−１のパネルの表面に平行な平面（ＸＹ面に平行な平面）上において巻回され、受電コイルＬ２２−２は、受電装置２０Ｄ−２のパネルの表面に平行な平面（ＸＹ面に平行な平面）上において巻回され、送電コイルＬ２１は、受電装置２０Ｄ−１，２０Ｄ−２のパネルの表面に平行な平面上において巻回される。送電コイルＬ２１の巻線及び受電コイルＬ２２−１の巻線に囲まれた各領域は、受電装置２０Ｄ−１，２０Ｄ−２のパネルの表面に平行な平面に垂直な方向（Ｚ方向）から見たときに互いに重なり合い、送電コイルＬ２１の巻線及び受電コイルＬ２２−２の巻線に囲まれた各領域は、受電装置２０Ｄ−１，２０Ｄ−２のパネルの表面に平行な平面に垂直な方向から見たときに互いに重なり合う。送電コイルＬ２１及び受電コイルＬ２２−１，Ｌ２２−２として、平面状に巻回されたコイルに代えて、ソレノイドコイルなど、立体構造を有する他のコイルを用いてもよい。図１３及び図１４の無線電力伝送システムによれば、２つの受電コイルＬ２２−１，Ｌ２２−２に無線電力伝送を行うために送電コイルＬ２１及び送電回路（図示せず）を共用したことにより、各受電装置２０Ｄ−１，２０Ｄ−２のために別個の送電装置を設ける場合よりも送電コイル及び送電回路の個数を削減し、無線電力伝送システムを小型化することができる。

図１３及び図１４では、受電コイルＬ２２−２の巻線を含む平面は、受電コイルＬ２２−１の巻線を含む平面と同一であるように示しているが、これに限定されず、送電コイルＬ２１と電磁的に結合するのであれば他の配置であってもよい。例えば、図１３及び図１４では、外枠１１Ｄの２つのレール（すなわち内枠２１Ｄ−１，２１Ｄ−２を収容するレール）のＺ方向の位置が同じであるが、これらのＺ方向の位置は異なっていてもよい。また、図１３及び図１４では、外枠１１Ｄの一方のレールが送電コイルＬ２１に対して＋Ｘ方向にあり、他方のレールが送電コイルＬ２１に対して−Ｘ方向にあるが、両方が＋Ｘ方向又は−Ｘ方向にあってもよい。この場合、一方のレールが送電コイルＬ２１に対して＋Ｚ方向に設けられ、他方のレールが送電コイルＬ２１に対して−Ｚ方向に設けられる。このように無線電力伝送システムを構成しても、２つの受電コイルが同じ１つの送電コイルと電磁的に結合することができる。

図１５は、第１の実施形態の第９の変形例に係る無線電力伝送システムの送電コイルＬ３１及び受電コイルＬ３２−１，Ｌ３２−２の配置を示す斜視図である。図１６は、図１５の送電コイルＬ３１及び受電コイルＬ３２−１，Ｌ３２−２の配置を示すＸＺ面内における断面図である。図１５の無線電力伝送システムは、１つの送電装置１０Ｅ及び２つの受電装置２０Ｅ−１，２０Ｅ−２を含む。送電装置１０Ｅは、受電装置２０Ｅ−１，２０Ｅ−２の両方を収容する外枠１１Ｅと、外枠１１Ｅに設けられた送電コイルＬ３１とを備える。受電装置２０Ｅ−１，２０Ｅ−２は、内枠２１Ｅ−１，２１Ｅ−２と、内枠２１Ｅ−１，２１Ｅ−２にそれぞれ設けられた受電コイルＬ３２−１，Ｌ３２−２とを備える。受電コイルＬ３２−１は、受電装置２０Ｅ−１のパネルの表面に対して実質的に平行な第１の軸の周りに巻回された巻線を含み、受電コイルＬ３２−２は、受電装置２０Ｅ−２のパネルの表面に対して実質的に平行な第２の軸の周りに巻回された巻線を含み、送電コイルＬ３１は、第１及び第２の軸の周りに巻回された巻線を含む。例えば、受電装置２０Ｅ−１のパネルの表面が受電装置２０Ｅ−２のパネルの表面に対して実質的に平行であり、各コイルが平面状に巻回されている場合には、送電コイルＬ３１は、受電装置２０Ｅ−１，２０Ｅ−２のパネルの表面に垂直な平面（ＹＺ面に平行な平面）上において巻回され、受電コイルＬ３２−１は、送電コイルＬ３１の巻線を含む平面に平行な平面上において巻回され、受電コイルＬ３２−２は、送電コイルＬ３１の巻線を含む平面に平行な平面上において巻回される。送電コイルＬ３１の巻線及び受電コイルＬ３２−１の巻線に囲まれた各領域は、送電コイルＬ３１の巻線を含む平面に垂直な方向（Ｘ方向）から見たときに互いに重なり合い、送電コイルＬ３１の巻線及び受電コイルＬ３２−２の巻線に囲まれた各領域は、送電コイルＬ３１の巻線を含む平面に垂直な方向から見たときに互いに重なり合う。送電コイルＬ３１及び受電コイルＬ３２−１，Ｌ３２−２として、平面状に巻回されたコイルに代えて、ソレノイドコイルなど、立体構造を有する他のコイルを用いてもよい。図１５及び図１６の無線電力伝送システムによれば、２つの受電コイルＬ３２−１，Ｌ３２−２に無線電力伝送を行うために送電コイルＬ３１及び送電回路（図示せず）を共用したことにより、各受電装置２０Ｅ−１，２０Ｅ−２のために別個の送電装置を設ける場合よりも送電コイル及び送電回路の個数を削減し、無線電力伝送システムを小型化することができる。

図１５及び図１６では、外枠１１Ｅの２つのレール（すなわち内枠２１Ｅ−１，２１Ｅ−２を収容するレール）のＺ方向の位置が同じであるが、これらのＺ方向の位置は異なっていてもよい。また、図１５及び図１６では、外枠１１Ｅの一方のレールが送電コイルＬ３１に対して＋Ｘ方向にあり、他方のレールが送電コイルＬ３１に対して−Ｘ方向にあるが、両方が＋Ｘ方向又は−Ｘ方向にあってもよい。このように無線電力伝送システムを構成しても、２つの受電コイルが同じ１つの送電コイルと電磁的に結合することができる。

図１７は、第１の実施形態の第１０の変形例に係る無線電力伝送システムの構成を示すブロック図である。図１８は、図１７の送電コイルＬ４１及び受電コイルＬ４２の配置を示すＹＺ面内における断面図である。図１９は、第１の実施形態の第１１の変形例に係る無線電力伝送システムの送電コイルＬ４１及び受電コイルＬ４２の配置を示すＹＺ面内における断面図である。図１７の無線電力伝送システムは、送電装置１０Ｆ及び受電装置２０Ｆを含む。送電装置１０Ｆは、外枠１１Ｆと、外枠１１Ｆに設けられた送電コイルＬ４１及び送電回路１２とを備える。受電装置２０Ｆは、内枠２１Ｆと、内枠２１Ｆに設けられた受電コイルＬ４２及び受電回路２２とを備える。外枠１１Ｆは、外枠１１Ｆ内において移動可能であるように内枠２１Ｆを保持するレールと、レールに沿って設けられた送電コイルＬ４１とを備える。これにより、内枠２１Ｆがレール上のどの位置にあっても、送電装置１０Ｆから受電装置２０Ｆに無線電力伝送を行うことができる。

図２０は、第２の実施形態に係る無線電力伝送システムの構成を示すブロック図である。図２０の無線電力伝送システムは、送電装置１０Ｇ及び受電装置２０Ｇを含む。受電装置２０Ｇの内枠２１Ｇは、送電装置１０Ｇの外枠１１Ｇ内に固定されてもよい。

図２１は、第３の実施形態に係る無線電力伝送システムの構成を示すブロック図である。図２２は、図２１の送電コイルＬ１及び受電コイルＬ２の配置を示すＹＺ面内における断面図である。受電装置は、調光ガラスに限らず、可変な表示状態を有する他の負荷装置を備えてもよい。図２１の無線電力伝送システムは、送電装置１０Ｈ及び受電装置２０Ｈを含む。送電装置１０Ｈは、外枠１１Ｈと、外枠１１Ｈに設けられた送電コイルＬ１及び送電回路１２とを備える。受電装置２０Ｈは、内枠２１Ｈと、内枠２１Ｈに設けられた受電コイルＬ２、受電回路２２、及び表示装置５１を備える。外枠１１Ｈは、内枠２１Ｈの少なくとも一部を収容する。図２１の受電装置２０Ｈは、例えば、壁掛け型のデジタルサイネージなどであってもよい。本開示に係る無線電力伝送システムの受電装置は、調光ガラス及び表示装置に限らず、可変な表示状態を有する他の負荷装置を備えることができる。

図２３は、第４の実施形態に係る無線電力伝送システムの構成を示すブロック図である。図２３の無線電力伝送システムは、送電装置１０Ｉ及び受電装置２０Ｉを含む。送電装置１０Ｉは、外枠１１Ｉと、外枠１１Ｉに設けられた送電コイルＬ１、送電回路１２、及び制御回路６１とを備える。受電装置２０Ｉは、内枠２１Ｉと、内枠２１Ｉに設けられた受電コイルＬ２、受電回路２２、制御回路６２、及び複数の負荷装置とを備える。図１１を参照して説明したように、受電装置は、複数の負荷装置を備えてもよい。例えば、受電装置２０Ｉは、板ガラス上の異なる領域に設けられたフィルム電極３１−１〜３１−６を備え、フィルム電極３１−１〜３１−６に独立に電圧を印加することにより、フィルム電極３１−１〜３１−６の領域は独立した６つの調光ガラス（負荷装置）として動作する。なお、フィルム電極３１−１〜３１−６のそれぞれは、図２と同様に調光材料層を両側から挟む２つのフィルム電極を含むが、図示の簡単化のために省略する。受電回路２２は、フィルム電極３１−１〜３１−６のすべてに電力を供給する。送電装置１０Ｉの制御回路６１は、外部からの信号に基づいて制御信号を発生して送電コイルＬ１を介して受電装置２０Ｉに送信する。受電装置２０Ｉの制御回路６２は、受電コイルＬ２を介して受信された制御回路６１からの制御信号に基づいて、フィルム電極３１−１〜３１−６に対応する６つの調光ガラスを選択的に動作させる。これにより、図２３の無線電力伝送システムは、調光可能なガラス面の領域を、より細やかに制御することができる。

図２４は、第４の実施形態の変形例に係る無線電力伝送システムの構成を示すブロック図である。図２４の無線電力伝送システムは、送電装置１０Ｊ及び受電装置２０Ｊを含む。フィルム電極３１−１〜３１−６に対応する６つの調光ガラス（負荷装置）に独立に電力を供給するために、送電装置１０Ｊは６つの送電コイルを備え、受電装置２０Ｊもまた６つの受電コイルを備える。受電装置２０Ｊは、内枠２１Ｊと、フィルム電極３１−１〜３１−６に対応する６つの調光ガラスと、フィルム電極３１−１〜３１−６にそれぞれ電力を供給する６つの受電回路と、６つの受電回路にそれぞれ接続された６つの受電コイルとを備える。送電装置１０Ｊは、外枠１１Ｊと、６つの受電コイルとそれぞれ電磁的に結合された６つの送電コイルと、６つの送電コイルにそれぞれ接続された６つの送電回路とを備える。送電装置１０Ｊは、外部の制御回路７１からの制御信号に基づいて、６つの送電回路から選択的に電力を送ることにより、複数の負荷装置を選択的に動作させる。これにより、図１１の無線電力伝送システムは、調光可能なガラス面の領域を、より細やかに制御することができる。

図２３及び図２４の無線電力伝送システムによれば、複数の調光ガラスを一括で動作させたり、上下左右のいずれかの領域を選択的に動作させたりすることができる。

以上説明した本開示の第１〜第４の実施形態に係る無線電力伝送システムによれば、以下の効果がもたらされる。

本開示の無線電力伝送システムによれば、受電装置がエレクトロクロミック方式の調光ガラスを備えていても、その動作の妨げとなることはない。調光ガラスにおいて無線電力伝送を行うことで、調光ガラスの防水性を向上させることができる。

また、本開示の無線電力伝送システムによれば、送電コイル及び受電コイルが互いに近接していることにより、高い電力伝送効率を実現することができる。

また、本開示の無線電力伝送システムによれば、小型の送電コイル及び受電コイルを用いて、構造上の自由度が高い無線電力伝送システムを提供することができる。

また、本開示の無線電力伝送システムによれば、調光ガラスを備える受電装置を一体的に構成することにより、調光ガラス及びその配線を設置するための工数及び手間を削減することができる。

また、本開示の無線電力伝送システムによれば、外枠及び内枠に送電コイル、送電回路、受電コイル、及び受電回路などを設けることにより、調光ガラスのガラス面の面積をすべて調光可能にすることができ、また、外部部品の大型化を回避し、すぐれたデザインの調光ガラスを提供することができる。

また、本開示の無線電力伝送システムによれば、複数の調光ガラスを一括で動作させたり、上下左右のいずれかの領域を選択的に動作させたりすることができる。

第５の実施形態．
図２５は、第５の実施形態に係る無線電力伝送システムの構成を示すブロック図である。例えば図１のエレクトロクロミック方式の調光ガラス２３が、正又は負の電圧（直流電圧）を印加した瞬間に透明状態と不透明状態との間で遷移するように構成されている場合、送電装置１０は、ユーザ入力に応じて制御信号を発生して受電装置２０に送信し、受電回路２２は、制御信号に応じて正又は負の電圧を発生する必要がある。第５の実施形態に係る無線電力伝送システムでは、受電回路２２がこの動作を実現するように構成されたことを特徴とする。

図２５の無線電力伝送システムは、送電コイルＬ１及び送電回路１２を備えた図１と同様の送電装置と、受電コイルＬ２、受電回路２２、及び調光ガラス２３を備えた図１と同様の受電装置とを備える。図示の簡単化のために、図２５では、図１の外枠１１及び内枠２１などは省略する。送電回路１２は、電源１から電力供給を受けて送電コイルＬ１に交流電力を出力する。受電回路２２は、送電装置から受電コイルＬ２を介して交流電力が入力され、正又は負の電圧を選択的に出力する。受電回路２２は、６個の素子、すなわち、ダイオードＤ１，Ｄ２、キャパシタＣ１，Ｃ２、及びスイッチＳＷ１，ＳＷ２を備える。受電回路２２は、例えば図２７を参照して後述する電圧検出回路８３及び制御回路８４をさらに備えるが、図示の簡単化のために図２５では省略する。ダイオードＤ１及びキャパシタＣ１は互いに直列接続され、入力された交流電力の正のサイクル（図２５の電流Ｉｉｎ１）から正の電圧をキャパシタＣ１の両端において発生する第１の整流回路を構成する。ダイオードＤ２及びキャパシタＣ２は互いに直列接続され、入力された交流電力の負のサイクル（図２５の電流Ｉｉｎ２）から負の電圧をキャパシタＣ２の両端において発生する第２の整流回路を構成する。キャパシタＣ１，Ｃ２の容量は、同じであっても、異なっていてもよい。キャパシタＣ１，Ｃ２は直列接続され、キャパシタＣ１には、キャパシタＣ１，Ｃ２の中点電位に対して正の電圧が充電され、キャパシタＣ２には、中点電位に対して負の電圧が充電される。スイッチＳＷ１，ＳＷ２は、第１の整流回路の正の電圧及び第２の整流回路の負の電圧のいずれかを選択して受電回路２２から出力する。スイッチＳＷ１がオンするとき、電流Ｉｏｕｔ１が流れ、スイッチＳＷ２がオンするとき、電流Ｉｏｕｔ２が流れる。スイッチＳＷ１，ＳＷ２は、リレー、ＦＥＴ、ＩＧＢＴなどの任意のスイッチを使用可能である。

図２６は、比較例に係る無線電力伝送システムの構成を示すブロック図である。図２６の無線電力伝送システムは、図２５の無線電力伝送システムの受電回路２２に代えて、受電回路２２Ａを備える。受電回路２２Ａは、９個の素子、すなわち、ダイオードＤ１１〜Ｄ１４、キャパシタＣ１１、及びスイッチＳＷ１１〜ＳＷ１４を備える。ダイオードＤ１１〜Ｄ１４は、一般的なブリッジ回路の全波整流回路を構成する。スイッチＳＷ１１〜ＳＷ１４は、一般的なインバータ回路を構成する。入力された交流電力の正のサイクルのとき、電流Ｉｉｎ１１が流れ、入力された交流電力の負のサイクルのとき、電流Ｉｉｎ１２が流れる。また、スイッチＳＷ１１，ＳＷ１４がオンするとき、電流Ｉｏｕｔ１１が流れ、スイッチＳＷ１２，ＳＷ１３がオンするとき、電流Ｉｏｕｔ１２が流れる。

受電回路内の素子数が多いほど、電力変換効率が低下し、また、受電回路のサイズが大きくなる。図２６の受電回路２２Ａは、９個の素子を備え、また、電流経路上の素子数は、電流Ｉｉｎ１１又は電流Ｉｉｎ１２について２個であり、電流Ｉｏｕｔ１１又は電流Ｉｏｕｔ１２について２個であり、合計４個である（キャパシタＣ１１を除く）。一方、図２５の受電回路２２は、６個の素子を備え、また、電流経路上の素子数は、電流Ｉｉｎ１又は電流Ｉｉｎ２について１個であり、電流Ｉｏｕｔ１又は電流Ｉｏｕｔ２について１個であり、合計２個である（キャパシタＣ１，Ｃ２を除く）。このように、図２５の受電回路２２は、図２６の受電回路２２Ａに比べて、回路内の素子数と、電流経路上の素子数との両方を削減している。従って、図２５の受電回路２２は、図２６の受電回路２２Ａに比べて、電力変換効率を向上し、また、受電回路のサイズを削減することができる。

次に、図２７及び図２８を参照して、図２５のスイッチＳＷ１，ＳＷ２を制御する方法について説明する。

図２７は、第５の実施形態の第１の実施例に係る無線電力伝送システムの構成を示すブロック図である。送電回路１２は、スイッチング電源回路８１及び制御回路８２を備える。スイッチング電源回路８１は、電源１から電力供給を受けて送電コイルＬ１に交流電力を出力する。送電回路１２の制御回路８２は、ユーザ又は他の装置から入力される調光信号（調光ガラス２３を透明にするか不透明するかを指示する信号）に応じて、送電回路１２から出力される交流電力の電圧値を決定する。スイッチング電源回路８１は、送電回路１２の制御回路８２の制御下で、内部のスイッチ（図示せず）のオン時間とオフ時間の比率を変化させることにより、又は、入力電圧を変化させることにより、送電回路１２から出力される交流電力の電圧値を変化させる。受電回路２２は、図２５の素子に加えて、電圧検出回路８３及び制御回路８４を備える。電圧検出回路８３は、入力された交流電力の電圧値を検出する。受電回路２２の制御回路８４は、電圧検出回路８３の検出結果に基づき、第１の整流回路の正の電圧及び第２の整流回路の負の電圧のいずれかを選択するようにスイッチＳＷ１，ＳＷ２を制御する。電圧検出回路８３は、図２７に示す電圧Ｖ１〜Ｖ５のいずれの電圧値を検出してもよい（図２７では、電圧Ｖ２を用いる）。受電回路２２の制御回路８４は、例えば、基準電圧を１０Ｖとして、電圧Ｖ２が１２Ｖ以上あればスイッチＳＷ１をオンして正の電圧を選択し、８Ｖ以下であればスイッチＳＷ２をオンして負の電圧を選択する。電圧Ｖ２の電圧値の範囲は、調光ガラス２３に過電圧が印加されないように決定される。また、受電回路２２の制御回路８４は、例えば、送電装置から受電コイルＬ２を介して交流電力が入力され始めてから一定時間における電圧検出回路８３の検出結果に基づき、第１の整流回路の正の電圧及び第２の整流回路の負の電圧のいずれかを選択するようにスイッチＳＷ１，ＳＷ２を制御する。

スイッチング電源回路８１は、ユーザ又は他の装置から入力される調光信号に応じて、送電回路１２から出力される交流電力の電圧値に限らず、交流電力の他の特性値（電流、電力、周波数などのパラメータ）を変化させてもよい。例えば、スイッチング電源回路８１が内部のスイッチ（図示せず）のスイッチング周波数を変化させると、受電コイルＬ２の電圧Ｖ１が変化する。この場合、送電回路１２の制御回路８２は、調光信号に応じて、送電回路１２から出力される交流電力の特性値を決定する。また、この場合、受電回路２２は、電圧検出回路８３に代えて、入力された交流電力における電流、電力、周波数などの特性値（パラメータ）を検出する検出回路を備える。

図２８は、第５の実施形態の第２の実施例に係る無線電力伝送システムの構成を示すブロック図である。送電装置は、電源１から送電回路１２への電力供給をオン／オフするスイッチＳＷ３を備える。受電回路２２Ｂは、図２５の受電回路２２の素子に加えて、制御回路８４Ａ及びメモリ８５を備える。メモリ８５は、スイッチＳＷ１，ＳＷ２により直前に選択された電圧の極性を記憶する。制御回路８４Ａは、送電装置のスイッチＳＷ３がオンされる毎にメモリ８５に記憶された極性を読み出し、読み出された極性とは異なる極性の電圧を選択するようにスイッチＳＷ１，ＳＷ２を制御し、メモリ８５に記憶する極性を更新する。スイッチＳＷ１，ＳＷ２のいずれかをオンして調光ガラス２３の状態が変化すると、調光ガラス２３に電圧を印加し続けることは不要であり、スイッチＳＷ３をオフして電力供給を停止することができる。また、メモリ８５は、マイクロプロセッサとして構成された制御回路８４Ａに一体化されていてもよい。

調光ガラス２３は、例えば、酸化タングステン薄膜又はマグネシウム・イットリウム化合物を含む。また、受電装置は、調光ガラス２３に代えて、受電回路２２，２２Ｂから出力された電圧が印加され、印加された電圧の極性に応じて変化する表示状態を有する他の負荷装置を備えてもよい。このような負荷装置は、表示状態が変化すると、電圧を印加し続けることなく表示状態を維持する。このような負荷装置は、例えば、電気泳動方式の電子ペーパー、液晶、有機ＥＬ素子を含む。

第５の実施形態に係る無線電力伝送システムは、受電回路において少ない素子数で交流電力から正又は負の直流電圧を発生することができ、また、送電装置から受電装置に伝送される交流電力自体を用いて、他の信号伝送経路を用いることなく負荷装置の表示状態を制御することができる。第５の実施形態に係る無線電力伝送システムは、受電回路の素子数を削減したことにより、高い電力変換効率と、小型の受電回路とを実現することができる。

第５の実施形態に係る無線電力伝送システムは、特許文献１〜３の発明とは以下の点で異なる。

特許文献１のワイヤレス電力伝送システムは、無線電力伝送を行う調光ガラスであるが、液晶型の調光ガラスに交流電圧を印加するものであり、正又は負の直流電圧を選択的に出力することはない。従って、特許文献１のワイヤレス電力伝送システムは、エレクトロクロミック方式の調光ガラスには適用可能ではない。

特許文献２の単相インバータは、図２５の受電回路２２よりもスイッチの素子数が多く、また、特許文献２は、送電回路から受電回路のスイッチを制御することを開示していない。

特許文献３の正負電圧出力スイッチングレギュレータはスイッチを含まず、従って、特許文献３は、送電回路から受電回路のスイッチを制御することを開示していない。

第５の実施形態に係る無線電力伝送システムは、建物（ビル、家）のガラス窓、乗り物（航空機、車）の窓又はサンルーフなどを含む、調光ガラスシステムに適用可能である。第５の実施形態に係る無線電力伝送システムは、電子ペーパー型看板にも適用可能である。

まとめ．
以上説明したように、本開示の態様に係る無線電力伝送装置及び無線電力伝送システムは、以下の構成を備えたことを特徴とする。

本開示の第１の態様に係る無線電力伝送装置によれば、
１つの送電装置及び少なくとも１つの受電装置を含む無線電力伝送システムのための受電装置である無線電力伝送装置において、上記送電装置は少なくとも１つの送電コイルを備え、
上記無線電力伝送装置は、
パネルを収容し、予め決められた形状の外周を有する第１の枠と、
上記第１の枠の外周の一部に沿って上記第１の枠の外周に近接して上記第１の枠に設けられた少なくとも１つの受電コイルと、
上記第１の枠に設けられた少なくとも１つの受電回路であって、上記受電コイルに接続され、上記受電コイルが上記送電コイルと電磁的に結合するように近接して設けられたとき上記送電装置から上記受電コイルを介して電力を受ける少なくとも１つの受電回路と、
上記受電回路から供給される電力に基づいて動作する少なくとも１つの負荷装置とを備えたことを特徴とする。

本開示の第２の態様に係る無線電力伝送装置によれば、第１の態様に係る無線電力伝送装置において、上記第１の枠に収容されるパネルは、可変な表示状態を有する負荷装置を含むことを特徴とする。

本開示の第３の態様に係る無線電力伝送装置によれば、第２の態様に係る無線電力伝送装置において、上記負荷装置は、エレクトロクロミック方式の調光ガラスであることを特徴とする。

本開示の第４の態様に係る無線電力伝送装置によれば、第２の態様に係る無線電力伝送装置において、上記負荷装置は、ガスクロミック方式の調光ガラスであることを特徴とする。

本開示の第５の態様に係る無線電力伝送装置によれば、第２の態様に係る無線電力伝送装置において、上記負荷装置は、表示装置であることを特徴とする。

本開示の第６の態様に係る無線電力伝送装置によれば、
１つの送電装置及び少なくとも１つの受電装置を含む無線電力伝送システムのための送電装置である無線電力伝送装置において、
上記受電装置は、
パネルを収容し、予め決められた形状の外周を有する第１の枠と、
上記第１の枠の外周の一部に沿って上記第１の枠の外周に近接して上記第１の枠に設けられた少なくとも１つの受電コイルとを備え、
上記無線電力伝送装置は、
上記第１の枠の少なくとも一部を収容する第２の枠と、
上記第２の枠が上記第１の枠を収容するとき上記第１の枠の外周の少なくとも一部に沿って上記第１の枠の外周に近接するように、上記第２の枠に設けられた少なくとも１つの送電コイルと、
上記第２の枠に設けられた少なくとも１つの送電回路であって、上記送電コイルに接続され、上記送電コイルが上記受電コイルと電磁的に結合するように近接して設けられたとき、上記送電コイルを介して上記受電装置に電力を送る少なくとも１つの送電回路とを備えたことを特徴とする。

本開示の第７の態様に係る無線電力伝送システムによれば、１つの送電装置及び少なくとも１つの受電装置を含む無線電力伝送システムであって、第１〜第５のいずれか１つの態様に係る無線電力伝送装置を上記受電装置として含み、第６の態様に係る無線電力伝送装置を上記送電装置として含むことを特徴とする。

本開示の第８の態様に係る無線電力伝送システムによれば、第７の態様に係る無線電力伝送システムにおいて、
上記受電コイルは上記第１の枠の外部に設けられ、
上記受電コイルと上記第１の枠との間には第１の磁性体層が設けられ、
上記送電コイルは上記第２の枠の外部に設けられ、
上記送電コイルと上記第２の枠との間には第２の磁性体層が設けられることを特徴とする。

本開示の第９の態様に係る無線電力伝送システムによれば、第７の態様に係る無線電力伝送システムにおいて、
上記送電コイルは、上記パネルの表面に対して実質的に垂直な軸に沿った第１の位置において上記軸の周りに巻回された第１の巻線と、上記軸に沿った第２の位置において上記軸の周りに巻回された第２の巻線とを含み、
上記受電コイルは、上記軸に沿った上記第１及び第２の位置の間の第３の位置において上記軸の周りに巻回された第３の巻線を含み、
上記送電回路は、上記第１及び第２の巻線に逆相の電流を供給することを特徴とする。

本開示の第１０の態様に係る無線電力伝送システムによれば、第７〜第９のいずれか１つの態様に係る無線電力伝送システムにおいて、
上記無線電力伝送システムは、１つの送電装置及び第１及び第２の受電装置を含み、
上記第１の受電装置のパネルの表面は、上記第２の受電装置のパネルの表面に対して実質的に平行であり、
上記第１の受電装置の受電コイルは、上記第１の受電装置のパネルの表面に対して実質的に垂直な第１の軸の周りに巻回された巻線を含み、
上記第２の受電装置の受電コイルは、上記第２の受電装置のパネルの表面に対して実質的に垂直な第２の軸の周りに巻回された巻線を含み、
上記送電コイルは、上記第１及び第２の軸の周りに巻回された巻線を含むことを特徴とする。

本開示の第１１の態様に係る無線電力伝送システムによれば、第７又は第８の態様に係る無線電力伝送システムにおいて、
上記無線電力伝送システムは、１つの送電装置及び第１及び第２の受電装置を含み、
上記第１の受電装置の受電コイルは、上記第１の受電装置のパネルの表面に対して実質的に平行な第１の軸の周りに巻回された巻線を含み、
上記第２の受電装置の受電コイルは、上記第２の受電装置のパネルの表面に対して実質的に平行な第２の軸の周りに巻回された巻線を含み、
上記送電コイルは、上記第１及び第２の軸の周りに巻回された巻線を含むことを特徴とする。

本開示の第１２の態様に係る無線電力伝送システムによれば、第７〜第１１のいずれか１つの態様に係る無線電力伝送システムにおいて、
上記受電装置は、
複数の負荷装置と、
上記複数の負荷装置にそれぞれ電力を供給する複数の受電回路と、
上記複数の受電回路にそれぞれ接続された複数の受電コイルとを備えることを特徴とする。

本開示の第１３の態様に係る無線電力伝送システムによれば、第１２の態様に係る無線電力伝送システムにおいて、上記複数の受電コイルのうちの少なくとも２つの受電コイルは、同じ１つの送電コイルと電磁的に結合することを特徴とする。

本開示の第１４の態様に係る無線電力伝送システムによれば、第１２の態様に係る無線電力伝送システムにおいて、
上記送電装置は、
上記複数の受電コイルとそれぞれ電磁的に結合する複数の送電コイルと、
上記複数の送電コイルにそれぞれ接続された複数の送電回路とを備え、
上記複数の送電回路から選択的に電力を送ることにより、上記複数の負荷装置を選択的に動作させることを特徴とする。

本開示の第１５の態様に係る無線電力伝送システムによれば、第７〜第１１のいずれか１つの態様に係る無線電力伝送システムにおいて、
上記受電装置は、
複数の負荷装置と、
上記複数の負荷装置を選択的に動作させる制御装置とを備えたことを特徴とする。

本開示の第１６の態様に係る無線電力伝送システムによれば、第７〜第１５のいずれか１つの態様に係る無線電力伝送システムにおいて、上記第１の枠は、上記第２の枠に対して移動可能であるように上記第２の枠によって保持されることを特徴とする。

本開示の第１７の態様に係る無線電力伝送システムによれば、第１６の態様に係る無線電力伝送システムにおいて、
上記第２の枠は、
上記第２の枠内において移動可能であるように上記第１の枠を保持するレールと、
上記レールに沿って設けられた送電コイルとを備えたことを特徴とする。

本開示の第１８の態様に係る無線電力伝送システムによれば、第７〜第１５のいずれか１つの態様に係る無線電力伝送システムにおいて、上記第１の枠は、上記第２の枠に固定されることを特徴とする。

また、本開示の別の態様に係る無線電力伝送システムは、以下の構成を備えたことを特徴とする。

第１９の態様に係る無線電力伝送システムによれば、
送電装置及び受電装置を含む無線電力伝送システムにおいて、
上記送電装置は、
送電コイルと、
電源から電力供給を受けて上記送電コイルに交流電力を出力する送電回路とを備え、
上記受電装置は、
上記送電コイルに電磁的に結合された受電コイルと、
上記送電装置から上記受電コイルを介して交流電力が入力され、正又は負の電圧を選択的に出力する受電回路と、
上記受電回路から出力された電圧が印加され、上記印加された電圧の極性に応じて変化する表示状態を有する負荷装置とを備え、
上記受電回路は、
直列接続された第１のダイオード及び第１のキャパシタを含み、上記入力された交流電力の正のサイクルから正の電圧を上記第１のキャパシタの両端において発生する第１の整流回路と、
直列接続された第２のダイオード及び第２のキャパシタを含み、上記入力された交流電力の負のサイクルから負の電圧を上記第２のキャパシタの両端において発生する第２の整流回路と、
上記第１の整流回路の正の電圧及び上記第２の整流回路の負の電圧のいずれかを選択して上記受電回路から出力するスイッチ回路とを備えることを特徴とする。

第２０の態様に係る無線電力伝送システムによれば、第１９の態様に係る無線電力伝送システムにおいて、
上記送電回路から出力される交流電力は可変な特性値を有し、
上記送電装置は、
上記送電回路から出力される交流電力の特性値を決定する第１の制御回路を備え、
上記受電装置は、
上記入力された交流電力の特性値を検出する検出回路と、
上記検出された特性値に基づき、上記第１の整流回路の正の電圧及び上記第２の整流回路の負の電圧のいずれかを選択するように上記スイッチ回路を制御する第２の制御回路とを備えたことを特徴とする。

第２１の態様に係る無線電力伝送システムによれば、第１９の態様に係る無線電力伝送システムにおいて、
上記受電装置は、
上記スイッチ回路により直前に選択された電圧の極性を記憶するメモリと、
上記メモリに記憶された極性を読み出し、上記読み出された極性とは異なる極性の電圧を選択するように上記スイッチ回路を制御し、上記メモリに記憶する極性を更新する制御装置とを備えたことを特徴とする。

第２２の態様に係る無線電力伝送システムによれば、第１９〜第２１の態様に係る無線電力伝送システムにおいて、上記負荷装置は、エレクトロクロミック方式の調光ガラスであることを特徴とする。

第２３の態様に係る無線電力伝送システムによれば、第２２の態様に係る無線電力伝送システムにおいて、上記調光ガラスは、酸化タングステン薄膜を含むことを特徴とする。

第２４の態様に係る無線電力伝送システムによれば、第２２の態様に係る無線電力伝送システムにおいて、上記調光ガラスは、マグネシウム・イットリウム化合物を含むことを特徴とする。

第２５の態様に係る無線電力伝送システムによれば、第１９〜第２１の態様に係る無線電力伝送システムにおいて、上記負荷装置は、電気泳動方式の電子ペーパーであることを特徴とする。

本開示によれば、受電装置の動作の妨げとならず、高効率で無線電力伝送を行うことができ、構造上の自由度が高い無線電力伝送装置及び無線電力伝送システムを提供することができる。

１…電源、
１０，１０Ａ〜１０Ｊ…送電装置、
１１，１１Ａ，１１Ｄ，１１Ｅ，１１Ｆ〜１１Ｊ…内枠、
１２，１２−１，１２−２…送電回路、
２０，２０Ａ〜２０Ｊ…受電装置、
２１，２１Ａ，２１Ｄ−１，２１Ｄ−２，２１Ｅ−１，２１Ｅ−２，２１Ｆ〜２１Ｊ…外枠、
２２，２２−１，２２−２，２２Ａ，２２Ｂ…受電回路、
２３，２６…調光ガラス、
２４…ガス発生装置、
２５…ガス注入口、
３１ａ，３１ｂ，３１−１〜３１−６…フィルム電極、
３２ａ，３２ｂ…板ガラス、
３３…調光材料層、
３４…調光材料膜、
３５…空洞、
４１，４２…磁性体層、
５１…表示装置、
６１，６２，７１…制御回路、
８１…スイッチング電源回路、
８２，８４，８４Ａ…制御回路、
８３…電圧検出回路、
８５…メモリ、
Ｌ１，Ｌ１ａ，Ｌ１ｂ，Ｌ１−１，Ｌ１−２，Ｌ１１，Ｌ２１，Ｌ３１，Ｌ４１…送電コイル、
Ｌ２，Ｌ２−１，Ｌ２−２，Ｌ２２−１，Ｌ２２−２，Ｌ３２−１，Ｌ３２−２，Ｌ４２…受電コイル、
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ１１…キャパシタ、
Ｄ１，Ｄ２，Ｄ１１〜Ｄ１４…ダイオード、
ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ１１〜ＳＷ１４…スイッチ。

Claims (18)

1. １つの送電装置及び少なくとも１つの受電装置を含む無線電力伝送システムのための受電装置である無線電力伝送装置において、上記送電装置は少なくとも１つの送電コイルを備え、
   上記無線電力伝送装置は、
   パネルを収容し、予め決められた形状の外周を有する第１の枠と、
   上記第１の枠の外周の一部に沿って上記第１の枠の外周に近接して上記第１の枠に設けられた少なくとも１つの受電コイルと、
   上記第１の枠に設けられた少なくとも１つの受電回路であって、上記受電コイルに接続され、上記受電コイルが上記送電コイルと電磁的に結合するように近接して設けられたとき上記送電装置から上記受電コイルを介して電力を受ける少なくとも１つの受電回路と、
   上記受電回路から供給される電力に基づいて動作する少なくとも１つの負荷装置とを備えたことを特徴とする無線電力伝送装置。
2. 上記第１の枠に収容されるパネルは、可変な表示状態を有する負荷装置を含むことを特徴とする請求項１記載の無線電力伝送装置。
3. 上記負荷装置は、エレクトロクロミック方式の調光ガラスであることを特徴とする請求項２記載の無線電力伝送装置。
4. 上記負荷装置は、ガスクロミック方式の調光ガラスであることを特徴とする請求項２記載の無線電力伝送装置。
5. 上記負荷装置は、表示装置であることを特徴とする請求項２記載の無線電力伝送装置。
6. １つの送電装置及び少なくとも１つの受電装置を含む無線電力伝送システムのための送電装置である無線電力伝送装置において、
   上記受電装置は、
   パネルを収容し、予め決められた形状の外周を有する第１の枠と、
   上記第１の枠の外周の一部に沿って上記第１の枠の外周に近接して上記第１の枠に設けられた少なくとも１つの受電コイルとを備え、
   上記無線電力伝送装置は、
   上記第１の枠の少なくとも一部を収容する第２の枠と、
   上記第２の枠が上記第１の枠を収容するとき上記第１の枠の外周の少なくとも一部に沿って上記第１の枠の外周に近接するように、上記第２の枠に設けられた少なくとも１つの送電コイルと、
   上記第２の枠に設けられた少なくとも１つの送電回路であって、上記送電コイルに接続され、上記送電コイルが上記受電コイルと電磁的に結合するように近接して設けられたとき、上記送電コイルを介して上記受電装置に電力を送る少なくとも１つの送電回路とを備えたことを特徴とする無線電力伝送装置。
7. １つの送電装置及び少なくとも１つの受電装置を含む無線電力伝送システムであって、請求項１〜５のうちのいずれか１つに記載の無線電力伝送装置を上記受電装置として含み、請求項６記載の無線電力伝送装置を上記送電装置として含むことを特徴とする無線電力伝送システム。
8. 上記受電コイルは上記第１の枠の外部に設けられ、
   上記受電コイルと上記第１の枠との間には第１の磁性体層が設けられ、
   上記送電コイルは上記第２の枠の外部に設けられ、
   上記送電コイルと上記第２の枠との間には第２の磁性体層が設けられることを特徴とする請求項７記載の無線電力伝送システム。
9. 上記送電コイルは、上記パネルの表面に対して実質的に垂直な軸に沿った第１の位置において上記軸の周りに巻回された第１の巻線と、上記軸に沿った第２の位置において上記軸の周りに巻回された第２の巻線とを含み、
   上記受電コイルは、上記軸に沿った上記第１及び第２の位置の間の第３の位置において上記軸の周りに巻回された第３の巻線を含み、
   上記送電回路は、上記第１及び第２の巻線に逆相の電流を供給することを特徴とする請求項７記載の無線電力伝送システム。
10. 上記無線電力伝送システムは、１つの送電装置及び第１及び第２の受電装置を含み、
    上記第１の受電装置の受電コイルは、上記第１の受電装置のパネルの表面に対して実質的に垂直な第１の軸の周りに巻回された巻線を含み、
    上記第２の受電装置の受電コイルは、上記第２の受電装置のパネルの表面に対して実質的に垂直な第２の軸の周りに巻回された巻線を含み、
    上記送電コイルは、上記第１及び第２の軸の周りに巻回された巻線を含むことを特徴とする請求項７〜９のうちのいずれか１つに記載の無線電力伝送システム。
11. 上記無線電力伝送システムは、１つの送電装置及び第１及び第２の受電装置を含み、
    上記第１の受電装置の受電コイルは、上記第１の受電装置のパネルの表面に対して実質的に平行な第１の軸の周りに巻回された巻線を含み、
    上記第２の受電装置の受電コイルは、上記第２の受電装置のパネルの表面に対して実質的に平行な第２の軸の周りに巻回された巻線を含み、
    上記送電コイルは、上記第１及び第２の軸の周りに巻回された巻線を含むことを特徴とする請求項７又は８記載の無線電力伝送システム。
12. 上記受電装置は、
    複数の負荷装置と、
    上記複数の負荷装置にそれぞれ電力を供給する複数の受電回路と、
    上記複数の受電回路にそれぞれ接続された複数の受電コイルとを備えることを特徴とする請求項７〜１１のうちのいずれか１つに記載の無線電力伝送システム。
13. 上記複数の受電コイルのうちの少なくとも２つの受電コイルは、同じ１つの送電コイルと電磁的に結合することを特徴とする請求項１２記載の無線電力伝送システム。
14. 上記送電装置は、
    上記複数の受電コイルとそれぞれ電磁的に結合する複数の送電コイルと、
    上記複数の送電コイルにそれぞれ接続された複数の送電回路とを備え、
    上記複数の送電回路から選択的に電力を送ることにより、上記複数の負荷装置を選択的に動作させることを特徴とする請求項１２記載の無線電力伝送システム。
15. 上記受電装置は、
    複数の負荷装置と、
    上記複数の負荷装置を選択的に動作させる制御装置とを備えたことを特徴とする請求項７〜１１のうちのいずれか１つに記載の無線電力伝送システム。
16. 上記第１の枠は、上記第２の枠に対して移動可能であるように上記第２の枠によって保持されることを特徴とする請求項７〜１５のうちのいずれか１つに記載の無線電力伝送システム。
17. 上記第２の枠は、
    上記第２の枠内において移動可能であるように上記第１の枠を保持するレールと、
    上記レールに沿って設けられた送電コイルとを備えたことを特徴とする請求項１６記載の無線電力伝送システム。
18. 上記第１の枠は、上記第２の枠に固定されることを特徴とする請求項７〜１５のうちのいずれか１つに記載の無線電力伝送システム。

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