JP2015005802A - ワイヤレス電力伝送システム - Google Patents

Abstract

【課題】送電装置に対する受電装置の向きに関係なく、電力伝送効率を一定にできるワイヤレス電力伝送システムを提供する。【解決手段】ワイヤレス電力伝送システムは、パッシブ電極１１１〜１１３およびアクティブ電極１２１を有する送電装置１０１と、パッシブ電極２１１およびアクティブ電極２２１を有する受電装置２０１とを備える。パッシブ電極１１１〜１１３とパッシブ電極２１１とが対向し、また、アクティブ電極１２１とアクティブ電極２２１とが対向することで、送電装置１０１から受電装置２０１へ電力が伝送される。そして、送電装置１０１に対して受電装置２０１を縦置き、または横置きしても、アクティブ電極１２１とアクティブ電極２２１との対向面積、および、パッシブ電極１１１〜１１３とパッシブ電極２１１の対向面積は略同じとなるようにしてある。【選択図】図５

Description

本発明は、送電装置から送電装置に載置した受電装置へ電力を伝送するワイヤレス電力伝送システムに関する。

ワイヤレス電力伝送システムとして、例えば、特許文献１に示す、電界結合方式のワイヤレス電力伝送システムが知られている。特許文献１に記載の電力伝送システムは送電装置と受電装置とで構成されている。送電装置および受電装置はそれぞれ、パッシブ電極およびアクティブ電極を備えている。そして、送電装置に受電装置を載置したとき、アクティブ電極同士、およびパッシブ電極同士それぞれが間隙を介して近接することにより、電極同士が電界結合し、送電装置から受電装置へ電力が伝送される。この方式は、結合電極の相対位置精度が比較的緩く、また、結合電極形成部の小型化及び薄型化が可能である。

特表２００９−５３１００９号公報

特許文献１の電力伝送システムでは、電力伝送効率を高めるため、送電装置と受電装置とのアクティブ電極同士を近接させて電極間に強い電場を形成するとともに、送電装置と受電装置とのパッシブ電極同士間に生じる容量をなるべく大きくする必要がある。このため、アクティブ電極同士の対向面積、およびパッシブ電極同士の対向面積が大きくなるように設計する必要がある。

しかし、例えば、送電装置に載置する受電装置が、縦向き、または横向きの何れでも使用可能なものである場合、送電装置に受電装置がどの向きで載置されて同様の電力伝送がなされるように構成する必要がある。このような場合、送電装置に対する受電装置の向きが縦横何れの状態であっても、一定の電力伝送効率で電力伝送されるようにすることが重要である。

本発明は、送電装置に対する受電装置の向きに関係なく、電力伝送効率を一定にできるワイヤレス電力伝送システムを提供することを目的としている。

本発明は、受電装置の受電側アクティブ電極に対向した送電装置の送電側アクティブ電極と、前記受電装置の受電側パッシブ電極に対向した前記送電装置の送電側パッシブ電極とに交流電圧を印加することで、前記送電装置から前記受電装置へ容量結合方式による電力伝送を行うワイヤレス電力伝送システムにおいて、前記送電側アクティブ電極および前記受電側アクティブ電極は、前記受電装置を所定の向きで前記送電装置に載置した第１状態と、前記受電装置を前記第１状態から９０度旋回させて、前記送電装置に載置した第２状態とで対向面積が同じであり、前記送電側パッシブ電極および前記受電側パッシブ電極は、前記受電装置を所定の向きで前記送電装置に載置した第１状態と、前記受電装置を前記第１状態から９０度旋回させて、前記送電装置に載置した第２状態とで対向面積が同じであり、前記送電側パッシブ電極または前記受電側パッシブ電極の一方は、長辺および短辺を有する矩形状電極、を有し、前記送電側パッシブ電極または前記受電側パッシブ電極の他方は、第１の方向に延びる第１帯状電極と、前記第１の方向に直交する第２の方向に延びる第２帯状電極とを含む平面視でＬ字形状であり、前記第１状態で前記第１帯状電極が前記矩形状電極に対向し、前記第２状態で前記第２帯状電極が前記矩形状電極に対向することを特徴とする。

この構成では、受電装置が第１状態または第２状態の何れであっても、送電側アクティブ電極および受電側アクティブ電極の対向面積、ならびに、送電側パッシブ電極および受電側パッシブ電極の対向面積が変わらないため、何れの向きでも一定の電力伝送効率で電力伝送できる。

前記送電側パッシブ電極または前記受電側パッシブ電極の一方は、前記矩形状電極の第１端部から、前記矩形状電極の長手方向に直交する短手方向に離れて形成された第１隔離電極と、前記第１隔離電極と同面積を有し、前記矩形状電極の第２端部から前記第２の方向に離れて形成された第２隔離電極と、を有し、前記送電側パッシブ電極または前記受電側パッシブ電極の他方は、前記第１状態で前記第１帯状電極が前記矩形状電極に対向し、かつ、前記第２帯状電極が前記第１隔離電極に対向し、前記第２状態で前記第１帯状電極が前記第２隔離電極に対向し、かつ、前記第２帯状電極が前記矩形状電極に対向することが好ましい。

この構成では、第１隔離電極および第２隔離電極の面積分だけ、第１状態および第２状態におけるパッシブ電極の対向面積を大きくすることができる。これにより、電力伝送効率を向上させることができる。

本発明は、受電装置の受電側アクティブ電極に対向した送電装置の送電側アクティブ電極と、前記受電装置の受電側パッシブ電極に対向した前記送電装置の送電側パッシブ電極とに交流電圧を印加することで、前記送電装置から前記受電装置へ容量結合方式による電力伝送を行うワイヤレス電力伝送システムにおいて、前記送電側アクティブ電極および前記受電側アクティブ電極は、前記受電装置を所定の向きで前記送電装置に載置した第１状態と、前記受電装置を前記第１状態から９０度旋回させて、前記送電装置に載置した第２状態とで対向面積が同じであり、前記送電側パッシブ電極および前記受電側パッシブ電極は、前記受電装置を所定の向きで前記送電装置に載置した第１状態と、前記受電装置を前記第１状態から９０度旋回させて、前記送電装置に載置した第２状態とで対向面積が同じであり、前記送電側パッシブ電極または前記受電側パッシブ電極の一方は、長辺Ａおよび短辺Ｂを有する矩形状電極と、前記矩形状電極の第１端部から、前記矩形状電極の長手方向に直交する短手方向に寸法Ｌ離れて形成された第１隔離電極と、前記第１隔離電極と同面積を有し、前記矩形状電極の第２端部から前記短手方向に前記寸法Ｌ離れて形成された第２隔離電極と、を有し、前記第１隔離電極および前記第２隔離電極は、互いの距離が前記寸法Ｌ以上であり、前記送電側パッシブ電極または前記受電側パッシブ電極の他方は、第１の方向に延びる第１帯状電極と、前記第１帯状電極の第１端部から、前記第１の方向に直交する第２の方向に延びる第２帯状電極と、前記第１帯状電極の第２端部から、前記第２の方向に延びる第３帯状電極とを含み、前記第１の方向における長さが前記長辺Ａより長いことを特徴とする。

この構成では、受電装置が第１状態または第２状態の何れであっても、送電側アクティブ電極および受電側アクティブ電極の対向面積、ならびに、送電側パッシブ電極および受電側パッシブ電極の対向面積が変わらないため、何れの向きでも一定の電力伝送効率で電力伝送できる。

前記送電側アクティブ電極または前記受電側アクティブ電極の一方は、長軸及び短軸を含む形状を有し、前記送電側アクティブ電極または前記受電側アクティブ電極の他方は、中心部が前記長軸の長さを隔てて配列された二つの電極と、前記二つの電極を連結する連結部と、を有し、前記二つの電極はそれぞれ、配列方向が前記長軸の方向に一致する場合の前記二つの電極と前記一対のアクティブ電極の一方との対向面積の合計が、前記二つの電極のうち一つの面積と略同じとなる形状であることが好ましい。

この構成では、受電装置を略９０度旋回させて送電装置に載置する場合に、アクティブ電極の対向面積を略同じとすることができる。

前記送電側アクティブ電極または前記受電側アクティブ電極の一方は長辺及び短辺を有する長方形状であり、前記二つの電極はそれぞれ、前記短辺を一辺とする正方形状であり、相手側に対向する一辺同士が平行となるよう配列されていることが好ましい。

この構成では、受電装置を略９０度旋回させて送電装置に載置する場合に、アクティブ電極の対向面積を略同じとすることができる。例えば、受電装置を送電装置に載置した場合に、一方の正方形電極の全面が長方形状の電極と対向し、他方の正方形電極が、長方形状の電極と対向していない状態とする。この状態から受電装置を９０度旋回させた場合、正方形電極の一方は長方形状の電極と対向し、他方は長方形状の電極と対向していない状態となる。

また、旋回時に、受電装置が長方形状の電極の長手方向に沿って位置ズレした場合、正方形電極の一方の一部は、長方形状の電極と対向しなくなるが、正方形電極の他方の一部が、長方形状の電極と対向するようになる。従って、受電装置を９０度旋回させても、アクティブ電極の対向面積を、旋回前における対向面積と略同じにすることができる。

前記送電装置は、前記受電装置を載置する載置面、および前記載置面に載置される前記受電装置を支持し、前記載置面に対して垂直または傾斜した背もたれ面を有し、前記送電側アクティブ電極および前記送電側パッシブ電極は、前記背もたれ面に沿って設けられていることが好ましい。

この構成では、受電装置を送電装置に立て掛けた状態で電力伝送を行う場合であっても、受電装置が第１状態または第２状態であるかに関係なく、電極同士の対向面積を略同じにすることができる。

本発明によれば、受電装置が第１状態または第２状態の何れであっても、送電側アクティブ電極および受電側アクティブ電極の対向面積、ならびに、送電側パッシブ電極および受電側パッシブ電極の対向面積が変わらないため、何れの向きでも一定の電力伝送効率で電力伝送できる。

実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムが備える送電装置に受電装置を載置する状態を示す斜視図 実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムが備える送電装置に受電装置を載置する状態を示す斜視図 送電装置に設けられたパッシブ電極及びアクティブ電極を示す図 受電装置に設けられたパッシブ電極及びアクティブ電極を示す図 受電装置を送電装置に縦置きした場合の、アクティブ電極の対向面積を説明するための図 受電装置を送電装置に横置きした場合の、アクティブ電極の対向面積を説明するための図 受電装置を送電装置に横置きした場合の、アクティブ電極の対向面積を説明するための図 受電装置を送電装置に載置した場合のワイヤレス電力伝送システムの等価回路図 受電装置のパッシブ電極の形状の別の例を示す図 受電装置のパッシブ電極の形状の別の例を示す図 送電装置のパッシブ電極の形状の別の例を示す図 送電装置のパッシブ電極の形状の別の例を示す図 受電装置のアクティブ電極の変形例を示す図 線状電極の変形例を示す図

以下に説明する本発明に係るワイヤレス電力伝送システムは、送電装置と受電装置とで構成されている。受電装置は二次電池を備えた、例えば携帯電子機器である。携帯電子機器としては携帯電話機、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）、携帯音楽プレーヤ、ノート型ＰＣ（PersonalComputer）、デジタルカメラなどが挙げられる。送電装置は受電装置が載置され、この受電装置の二次電池を充電するための充電台である。

図１および図２は、本実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム１が備える送電装置に受電装置を載置する状態を示す斜視図である。ワイヤレス電力伝送システム１の送電装置１０１は、設置面に対して略水平となる載置面１０２と、載置面１０２に対して略垂直または傾斜した背もたれ面１０３とを有している。ワイヤレス電力伝送システム１の受電装置２０１は、送電装置１０１の載置面１０２に載置され、背もたれ面１０３によって傾倒が防止される。

受電装置２０１は、例えば、前面にタッチパネルを有する液晶表示パネル２０１Ａが設けられた略直方体状の筐体を備えている。受電装置２０１は、背面が送電装置１０１の背もたれ面１０３と面接触するようにして、載置面１０２に載置される。なお、図１は送電装置１０１に対して受電装置２０１を縦置きする状態（本発明に係る第１状態）を示し、図２は受電装置２０１を横置きする状態（本発明に係る第２状態）を示す。

ここで、受電装置２０１の長手方向を鉛直方向にした状態を受電装置２０１の縦向きとし、受電装置２０１の長手方向を水平方向にした状態を受電装置２０１の横向きとする。そして、縦置きとは、受電装置２０１を縦向きで送電装置１０１に載置することをいい、横置きとは、受電装置２０１を横向きで送電装置１０１に載置することをいう。

本実施形態では、送電装置１０１の背もたれ面１０３に沿って、筐体内部の同一平面上にパッシブ電極およびアクティブ電極が設けられている。また、受電装置２０１の背面に沿って、筐体内部の同一平面上にパッシブ電極およびアクティブ電極が設けられている。そして、送電装置１０１に受電装置２０１を縦置き、または横置きした場合、アクティブ電極同士、パッシブ電極同士がそれぞれ対向し、対向する電極間で生じる電界を介して送電装置１０１から受電装置２０１へ電力伝送が行われる。

本実施形態では、受電装置２０１を縦置き、および横置きした何れの状態であっても、アクティブ電極同士、および、パッシブ電極同士の対向面積は、ほぼ一定である。後に詳述するが、対向面積を同じにすることで、受電装置２０１の縦置き、および横置きの何れでも、送電装置１０１から受電装置１０１へ効率よく電力伝送を行うことができる。

以下に、受電装置２０１を縦置き、および横置きした何れの状態であっても、対向面積が同じとなる、送電装置１０１のアクティブ電極およびパッシブ電極、ならびに、受電装置２０１のアクティブ電極およびパッシブ電極の構造について説明する。

図３は、送電装置１０１に設けられたパッシブ電極およびアクティブ電極を示す図である。図３は、背もたれ面１０３側から視た図であり、図の上下方向が受電装置２０１の高さ方向である。図４は、受電装置２０１に設けられたパッシブ電極およびアクティブ電極を示す図である。図４は、背面側から見た図であり、面の上下方向が受電装置２０１の高さ方向である。図５は、受電装置２０１を送電装置１０１に縦置きした場合の、アクティブ電極の対向面積を説明するための図である。図６および図７は、受電装置２０１を送電装置１０１に横置きした場合の、アクティブ電極の対向面積を説明するための図である。図７は、受電装置２０１を送電装置１０１に横置きした場合であって、受電装置２０１を中央から送電装置１０１の幅方向にずらして載置した場合を示す。

なお、送電装置１０１のパッシブ電極およびアクティブ電極、ならびに、受電装置のパッシブ電極およびアクティブ電極は、それぞれ筐体内部に設けられているが、各図では透視した状態で示す。

最初に、送電装置１０１および受電装置２０１のアクティブ電極について説明する。

図３に示すように、送電装置１０１は、寸法Ｘの短辺、寸法Ｙの長辺からなる長方形のアクティブ電極１２１を備えている。アクティブ電極１２１は、長辺が送電装置１０１の幅方向、短辺が送電装置１０１の高さ方向と一致し、かつ、送電装置１０１の幅方向の中央に位置するよう設けられている。また、受電装置２０１の筐体の幅を寸法Ｗで表すと、アクティブ電極１２１は、載置面１０２から（Ｗ−Ｘ）／２の寸法だけ離れた高さに設けられている。

図４に示すように、受電装置２０１は、一辺の寸法Ｘの正方形電極２２１Ａ，２２１Ｂと、これらを接続する寸法（Ｙ−Ｘ）の線状電極（連結部）２２１Ｃとからなるアクティブ電極２２１を備えている。正方形電極２２１Ｂは、筐体底面から（Ｗ−Ｘ）／２の距離だけ離れた高さに設けられている。そして、正方形電極２２１Ａ，２２１Ｂは、正方形電極２２１Ｂを下側にして、受電装置２０１の高さ方向に配列されている。正方形電極２２１Ａ，２２１Ｂは線状電極２２１Ｃにより接続されている。また、正方形電極２２１Ａ，２２１Ｂは、筐体幅方向の中央に位置するよう、筐体側面から寸法（Ｗ−Ｘ）／２となる位置に設けられている。換言すれば、正方形電極２２１Ｂは、受電装置２０１の筐体底面および両側面から等距離の位置に設けられている。

なお、線状電極２２１Ｃの幅は、特に限定しないが、送電装置１０１のアクティブ電極１２１と対向した際に、アクティブ電極１２１との間に生じる電界結合が、伝送電力に影響を及ぼさない程度の範囲内であることが好ましい。また、受電装置２０１の電極２２１Ａ，２２１Ｂの形状は、一辺の寸法Ｘの正方形に限るものではなく、長方形でもよい。

送電装置１０１に受電装置２０１を図５に示すように縦置きした場合、送電装置１０１のアクティブ電極１２１と、アクティ受電装置２０１の正方形電極２２１Ｂとが対向する。この場合、正方形電極２２１Ｂとアクティブ電極１２１との対向面積はＸ^２である。なお、受電装置２０１が幅方向に位置ずれして載置された場合であっても、パッシブ電極１２１の長辺の長さＹの範囲内であれば、対向面積はＸ^２で変わらない。

送電装置１０１に受電装置２０１を図６に示すように横置きした場合、送電装置１０１のアクティブ電極１２１と、受電装置２０１の正方形電極２２１Ａとが対向する。この場合も、受電装置２０１を縦置きした場合と同様に、正方形電極２２１Ａとアクティブ電極１２１との対向面積はＸ^２である。なお、受電装置２０１を縦置きした場合と横置きした場合で、電極２２１Ｂとアクティブ電極１２１との対向面積が同じであることが望ましいが、完全同一でなくても、伝送効率や伝送電力に支障が及ばない範囲で異なっても問題はない。

なお、送電装置１０１の幅方向に受電装置２０１をずらした場合であっても、アクティブ電極１２１の長辺の長さＹの範囲内であれば、アクティブ電極１２１とアクティブ電極２２１とが対向する面積はＸ^２である。例えば、アクティブ電極１２１がアクティブ電極２２１の中央に位置している場合、アクティブ電極１２１が正方形電極２２１Ａに重なる部分の送電装置１０１の幅方向の寸法はＸ／２であり、アクティブ電極１２１が正方形電極２２１Ｂに重なる部分の送電装置１０１の幅方向の寸法もＸ／２である。したがって、アクティブ電極１２１と正方形電極２２１Ａとの対向面積、および、アクティブ電極１２１と正方形電極２２１Ｂとの対向面積は何れも、Ｘ・（Ｘ／２）であり、アクティブ電極１２１とアクティブ電極２２１との対向面積の合計はＸ^２である。

次に、送電装置１０１および受電装置２０１のパッシブ電極１１１〜１１３，２１１について説明する。

図３に示すように、送電装置１０１は、三つのパッシブ電極１１１，１１２，１１３を備えている。パッシブ電極１１１，１１２，１１３は、アクティブ電極１２１を囲うように、アクティブ電極１２１と同一平面上に設けられている。パッシブ電極１１１は、寸法Ａの長辺、寸法Ｂの短辺からなる長方形であって、長手方向を送電装置１０１の幅方向に一致させ、送電装置１０１の幅方向の中央に位置するよう設けられている。また、パッシブ電極１１１は、載置面１０２(図１または図２参照)から寸法Ｌ１の位置に設けられている。

パッシブ電極１１２，１１３はそれぞれ、寸法Ｃの長辺、寸法Ｄの短辺からなる長方形である。パッシブ電極１１２，１１３はそれぞれ、パッシブ電極１１１から寸法Ｌ離れた位置であって、送電装置１０１の幅方向（パッシブ電極１１１の長手方向）に沿って、寸法Ｌ２離れて設けられている。パッシブ電極１１２，１１３は、外側の長辺が、パッシブ電極１１１の短辺と同一直線上の位置に設けられている。なお、パッシブ電極１１２，１１３の短辺の寸法Ｄは、２Ｄ＋Ｌ２＝Ａであることが望ましい。またＬ２≧Ｌを満たすことが望ましい。

図４に示すように、受電装置２０１は、アクティブ電極２２１の三方を囲うように形成され、アクティブ電極２２１と同一平面上に設けられたパッシブ電極２１１を備えている。パッシブ電極２１１は、帯状電極２１１Ａ，２１１Ｂ，２１１Ｃから構成されている。帯状電極２１１Ａは、寸法Ａ１（≧Ａ）の長辺と寸法Ｂ１の短辺とを有し、長手方向を受電装置２０１の幅方向に一致させ、受電装置２０１の幅方向の中央に位置するよう設けられている。また、帯状電極２１１Ａは、筐体底面から寸法Ｌ４だけ離れた高さに設けられている。

なお、受電装置２０１の幅方向は、本発明に係る第１の方向に相当し、受電装置２０１の高さ方向は、本発明に係る第２の方向に相当する。

帯状電極２１１Ｂ，２１１Ｃは、帯状電極２１１Ａの両端部から、受電装置２０１の高さ方向に寸法Ｌ３延びた電極であり、寸法Ｄ１の幅を有している。また、帯状電極２１１Ｂ，２１１Ｃは寸法Ｌ５だけ離れている。また、寸法Ｌ３は、Ｌ５＋Ｃ（図３参照）以上であることが好ましい。

なお、アクティブ電極およびパッシブ電極の具体的な数値の一例として、パッシブ電極１１１の長辺Ａ＝１４２．４ｍｍ、短辺Ｂ＝５６ｍｍ、パッシブ電極１１２，１１３の長辺Ｃ＝３７ｍｍ、短辺Ｄ＝２４．５ｍｍが挙げられる。また、Ｌ＝７４ｍｍ、Ｌ２＝９４ｍｍが挙げられる。また、帯状電極２１１Ａの長辺Ａ１＝１６３ｍｍ、短辺Ｂ１＝４４．５ｍｍ、帯状電極２１１Ｂ、２１１Ｃの短辺Ｄ１＝４４．５ｍｍが挙げられる。また、この場合における、送電装置１０１の載置面１０２からパッシブ電極１１１までの寸法Ｌ１の一例として、Ｌ１＝１ｍｍが挙げられる。また、送電装置１０１の載置面１０２からおよび帯状電極２１１Ａの寸法Ｌ４＝１２．５ｍｍが挙げられる。

なお、上記で、パッシブ電極１１２，１１３はそれぞれ、寸法Ｃの長辺、寸法Ｄの短辺からなる長方形とあるが、正方形であってもよいし、寸法Ｃより寸法Ｄのほうが長い長方形であってもよい。

送電装置１０１に受電装置２０１を図５に示すように縦置きした場合、送電装置１０１のパッシブ電極１１１と、受電装置２０１の帯状電極２１１Ａとが対向する。また、送電装置１０１のパッシブ電極１１２，１１３は、受電装置２０１の帯状電極２１１Ｂ，２１１Ｃに対向する。

このとき、帯状電極２１１Ａの長辺の寸法Ａ１は、送電装置１０１のパッシブ電極１１１の長辺の寸法Ａ以上であるので、受電装置２０１の載置時に幅方向に多少位置ずれしても、帯状電極２１１Ａはパッシブ電極１１１に対向する。また、パッシブ電極１１２，１１３は、その間の寸法Ｌ２を帯状電極２１１Ｂ，２１１Ｃの間の寸法Ｌよりも長くし、これらの幅の寸法Ｄを帯状電極２１１Ｂ，２１１Ｃの幅の寸法Ｄ１よりも短くすることで、受電装置２０１の載置時に幅方向に多少位置ずれしても、帯状電極２１１Ｂ，２１１Ｃはパッシブ電極１１２，１１３に対向する。

また、送電装置１０１のパッシブ電極１１１とパッシブ電極１１２，１１３との寸法Ｌ２と、受電装置２０１の帯状電極２１１Ｂ，２１１Ｃの間の寸法Ｌ５とは同じである。したがって、図６に示すように、送電装置１０１に受電装置２０１を横置きした場合、受電装置２０１の帯状電極２１１Ｂは、送電装置１０１のパッシブ電極１１１に対向し、受電装置２０１の帯状電極２１１Ｃは、送電装置１０１のパッシブ電極１１２，１１３に対向する。

なお、受電装置２０１の高さ方向におけるパッシブ電極２１１の寸法（Ｂ１＋Ｌ３）（図４参照）を、パッシブ電極１１１，１１２，１１３の形成領域における送電装置１０１の高さ方向の寸法（Ｂ＋Ｌ＋Ｃ）（図３参照）よりも長くすることで、図７に示すように、受電装置２０１の載置時に幅方向に多少位置ずれしても、パッシブ電極同士の対向面積は変わらない。

また、帯状電極２１１Ａの短辺Ｂ１と帯状電極２１１Ｂ、２１１Ｃの短辺Ｄ１は等しい。このため、送電装置１０１に受電装置２０１を縦置きした場合でも横置きした場合でも、パッシブ電極同士の対向面積は変わらない。

以上のように、送電装置１０１に受電装置２０１を縦置き、または横置きした何れの場合であっても、パッシブ電極同士の対向面積は、送電装置１０１のパッシブ電極１１１，１１２，１１３の面積と同じであり、対向面積は変わらない。

図８は、受電装置２０１を送電装置１０１に載置した場合のワイヤレス電力伝送システム１の等価回路図である。送電装置１０１のアクティブ電極１２１およびパッシブ電極１１１〜１１３には、昇圧トランスＴＧ及びインダクタＬＧによる昇圧回路１７が接続されている。昇圧回路１７は、例えば１００ｋＨｚ〜数１０ＭＨｚの高周波電圧を発生する高周波電圧発生回路ＯＳＣが発生した交流電圧を昇圧して、アクティブ電極１２１とパッシブ電極１１１〜１１３との間に印加する。

受電装置２０１のアクティブ電極２２１とパッシブ電極２１１との間には、降圧トランスＴＬ及びインダクタＬＬによる降圧回路２５が接続されている。降圧トランスＴＬの二次側には負荷回路ＲＬが接続されている。この負荷回路ＲＬは、図示しない整流平滑回路および二次電池で構成されている。

受電装置２０１を縦置き又は横置きした場合、アクティブ電極１２１，２２１が空隙を介して近接し、キャパシタＣａを構成する。また、パッシブ電極１１１〜１１３，２２１はが空隙を介して近接し、キャパシタＣｐを構成する。受電装置２０１を送電装置１０１に載置することで、図８に示すように、閉回路を構成し、各電極同士が電界結合する。この電界結合によって、送電装置１０１から受電装置２０１へ電力が伝送される。その結果、受電装置２０１の二次電池が充電される。

ここで、図８に示したワイヤレス電力伝送システム１の等価回路に着目すると、系全体は、昇圧回路１７および降圧回路２５の各インダクタを合成したインダクタＬおよびキャパシタＣａ，Ｃｐからなる直列共振回路とみなすことができる。インダクタンスＬのインダクタ、およびキャパシタンスＣのキャパシタを用いた直列共振回路の場合、共振のピークの鋭さを表すＱ値（Quality factor）は、以下の式で表すことができる。

Ｑ値は、値が大きくなるにつれて共振回路での損失が小さくなり、電力伝送効率が向上する。従って、上式から、電力伝送効率は、キャパシタンスＣを小さくするほど高くなることがわかる。このため、対向するアクティブ電極１２１，２２１で構成されるキャパシタＣａ，Ｃｐのキャパシタンスが大きくなると、すなわち、アクティブ電極１２１，２２１の対向面積、および、パッシブ電極１１１〜１１３，２１１の対向面積が大きくなると、Ｑ値が小さくなり、電力伝送効率も低下する。一方で、アクティブ電極１２１，２２１の対向面積、およびパッシブ電極１１１〜１１３，２１１の対向面積が小さくなると、電界結合が小さくなり、受電装置２０１の二次電池を充電するための十分な伝送電力が得ることができない。

このため、本実施形態で説明したように、アクティブ電極１２１，２２１の対向面積、およびパッシブ電極１１１〜１１３，２１１の対向面積が、受電装置２０１の縦置き、または横置きに関係なく、常に最適な面積となることで、受電装置２０１の二次電池を効率よく充電できる。

なお、送電装置１０１および受電装置２０１のパッシブ電極の構成は、上述したものに限定されない。

図９および図１０は、受電装置２０１のパッシブ電極の構成の別の例を示す図である。図９は、受電装置２０１を送電装置１０１に縦置きした場合、図１０は、受電装置２０１を送電装置１０１に横置きした場合を示す。

この例では、受電装置２０１は、帯状電極２１１Ａ，２１１Ｂからなるパッシブ電極２１２を有している。このパッシブ電極２１２は、平面視でＬ字形状である。送電装置１０１に受電装置２０１を縦置きした場合、図９に示すように、受電装置２０１のパッシブ電極２１２は、送電装置１０１のパッシブ電極１１１，１１２と対向する。送電装置１０１に受電装置２０１を横置きした場合、図１０に示すように、受電装置２０１のパッシブ電極２１２は、送電装置１０１のパッシブ電極１１１，１１３と対向する。この例のように、送電装置１０１に受電装置２０１を縦置き、または横置きした何れの場合であっても、パッシブ電極同士の対向面積は変わらない。なお、送電装置１０１および受電装置２０１のアクティブ電極は、上述の実施形態と同じである。

図１１および図１２は、送電装置１０１のパッシブ電極の構成の別の例を示す図である。図１１は、受電装置２０１を送電装置１０１に縦置きした場合、図１２は、受電装置２０１を送電装置１０１に横置きした場合を示す。

この例では、受電装置２０１のパッシブ電極２１１は、図９および図１０の例と同様、帯状電極２１１Ａ，２１１Ｂからなるパッシブ電極２１２を有している。また、送電装置１０１は、パッシブ電極１１１のみを有している。送電装置１０１に受電装置２０１を縦置きした場合、図１１に示すように、受電装置２０１のパッシブ電極２１２は、送電装置１０１のパッシブ電極１１１と対向する。送電装置１０１に受電装置２０１を横置きした場合、図１２に示すように、受電装置２０１のパッシブ電極２１２は、送電装置１０１のパッシブ電極１１１と対向する。この例のように、送電装置１０１に受電装置２０１を縦置き、または横置きした何れの場合であっても、パッシブ電極同士の対向面積は変わらない。なお、送電装置１０１および受電装置２０１のアクティブ電極は、上述の実施形態と同じである。

さらに、受電装置２０１のアクティブ電極２２１の構成は、上述したものに限定されない。図１３は受電装置２０１のアクティブ電極の変形例を示す図である。図１３では５つの変形例を示している。また、図１３におけるＹは、送電装置１０１のアクティブ電極１２１の長辺の長さＹと同じであって、アクティブ電極２２１を構成する二つの電極の中心部間の距離である。アクティブ電極２２１は二つの電極を有し、送電装置１０１のアクティブ電極１２１に対向した場合に、各電極とアクティブ電極１２１との対向面積の合計が、アクティブ電極２２１の一の電極の面積と略等しいことが好ましい。例えば、図１３の上図から順に説明すると、アクティブ電極２２１は、二つの三角形が同方向となるよう配列された構成でもよいし、二つのひし形が配列された構成でもよい。さらに、正方形状の角がラウンド形状、または角が面取り形状の二つの電極が配列された構成でもよいし、長辺および短辺を有する長方形状の二つの電極が配列された構成でもよい。

さらに、受電装置２０１のアクティブ電極を構成する二つの正方形電極２２１Ａ，２２１Ｂを連結する線状電極は直線状でなくてもよい。図１４は、線状電極の変形例を示す図である。図１４の上図から順に説明すると、線状電極は、二つの正方形電極２２１Ａ，２２１Ｂに対し斜め方向に延びる形状であってもよいし、中央部分で折れ曲がったクランク形状であってもよい。また、略９０度に折れ曲がった形状であってもよい。

１−ワイヤレス電力伝送システム
１７−昇圧回路
２５−降圧回路
１０１−送電装置
１０２−載置面
１０３−背もたれ面
１１１−パッシブ電極（受電側パッシブ電極、矩形状電極）
１１２−パッシブ電極（受電側パッシブ電極、第１隔離電極）
１１３−パッシブ電極（受電側パッシブ電極、第２隔離電極）
１２１−アクティブ電極（受電側アクティブ電極）
２０１−受電装置
２０１Ａ−液晶表示パネル
２１１−パッシブ電極（送電側パッシブ電極）
２１１Ａ−帯状電極（第１帯状電極）
２１１Ｂ−帯状電極（第２帯状電極）
２１１Ｃ−帯状電極（第３帯状電極）
２２１−アクティブ電極（送電側アクティブ電極）
２２１Ａ，２２１Ｂ−正方形電極
２２１Ｃ−線状電極

Claims (6)

1. 受電装置の受電側アクティブ電極に対向した送電装置の送電側アクティブ電極と、前記受電装置の受電側パッシブ電極に対向した前記送電装置の送電側パッシブ電極とに交流電圧を印加することで、前記送電装置から前記受電装置へ容量結合方式による電力伝送を行うワイヤレス電力伝送システムにおいて、
   前記送電側アクティブ電極および前記受電側アクティブ電極は、
   前記受電装置を所定の向きで前記送電装置に載置した第１状態と、前記受電装置を前記第１状態から９０度旋回させて、前記送電装置に載置した第２状態とで対向面積が同じであり、
   前記送電側パッシブ電極および前記受電側パッシブ電極は、
   前記受電装置を所定の向きで前記送電装置に載置した第１状態と、前記受電装置を前記第１状態から９０度旋回させて、前記送電装置に載置した第２状態とで対向面積が同じであり、
   前記送電側パッシブ電極または前記受電側パッシブ電極の一方は、
   長辺および短辺を有する矩形状電極、
   を有し、
   前記送電側パッシブ電極または前記受電側パッシブ電極の他方は、
   第１の方向に延びる第１帯状電極と、前記第１の方向に直交する第２の方向に延びる第２帯状電極とを含む平面視でＬ字形状であり、前記第１状態で前記第１帯状電極が前記矩形状電極に対向し、前記第２状態で前記第２帯状電極が前記矩形状電極に対向する、
   ワイヤレス電力伝送システム。
2. 前記送電側パッシブ電極または前記受電側パッシブ電極の一方は、
   前記矩形状電極の第１端部から、前記矩形状電極の長手方向に直交する短手方向に離れて形成された第１隔離電極と、
   前記第１隔離電極と同面積を有し、前記矩形状電極の第２端部から前記第２の方向に離れて形成された第２隔離電極と、
   を有し、
   前記送電側パッシブ電極または前記受電側パッシブ電極の他方は、
   前記第１状態で前記第１帯状電極が前記矩形状電極に対向し、かつ、前記第２帯状電極が前記第１隔離電極に対向し、前記第２状態で前記第１帯状電極が前記第２隔離電極に対向し、かつ、前記第２帯状電極が前記矩形状電極に対向する、
   請求項１に記載のワイヤレス電力伝送システム。
3. 受電装置の受電側アクティブ電極に対向した送電装置の送電側アクティブ電極と、前記受電装置の受電側パッシブ電極に対向した前記送電装置の送電側パッシブ電極とに交流電圧を印加することで、前記送電装置から前記受電装置へ容量結合方式による電力伝送を行うワイヤレス電力伝送システムにおいて、
   前記送電側アクティブ電極および前記受電側アクティブ電極は、
   前記受電装置を所定の向きで前記送電装置に載置した第１状態と、前記受電装置を前記第１状態から９０度旋回させて、前記送電装置に載置した第２状態とで対向面積が同じであり、
   前記送電側パッシブ電極および前記受電側パッシブ電極は、
   前記受電装置を所定の向きで前記送電装置に載置した第１状態と、前記受電装置を前記第１状態から９０度旋回させて、前記送電装置に載置した第２状態とで対向面積が同じであり、
   前記送電側パッシブ電極または前記受電側パッシブ電極の一方は、
   長辺Ａおよび短辺Ｂを有する矩形状電極と、
   前記矩形状電極の第１端部から、前記矩形状電極の長手方向に直交する短手方向に寸法Ｌ離れて形成された第１隔離電極と、
   前記第１隔離電極と同面積を有し、前記矩形状電極の第２端部から前記短手方向に前記寸法Ｌ離れて形成された第２隔離電極と、
   を有し、
   前記第１隔離電極および前記第２隔離電極は、互いの距離が前記寸法Ｌ以上であり、
   前記送電側パッシブ電極または前記受電側パッシブ電極の他方は、
   第１の方向に延びる第１帯状電極と、前記第１帯状電極の第１端部から、前記第１の方向に直交する第２の方向に延びる第２帯状電極と、前記第１帯状電極の第２端部から、前記第２の方向に延びる第３帯状電極とを含み、前記第１の方向における長さが前記長辺Ａより長い、
   ワイヤレス電力伝送システム。
4. 前記送電側アクティブ電極または前記受電側アクティブ電極の一方は、長軸及び短軸を含む形状を有し、
   前記送電側アクティブ電極または前記受電側アクティブ電極の他方は、中心部が前記長軸の長さを隔てて配列された二つの電極と、前記二つの電極を連結する連結部と、を有し、
   前記二つの電極はそれぞれ、
   配列方向が前記長軸の方向に一致する場合の前記二つの電極と前記一対のアクティブ電極の一方との対向面積の合計が、前記二つの電極のうち一つの面積と略同じとなる形状である、
   請求項１から３の何れかに記載のワイヤレス電力伝送システム。
5. 前記送電側アクティブ電極または前記受電側アクティブ電極の一方は長辺及び短辺を有する長方形状であり、
   前記二つの電極はそれぞれ、前記短辺を一辺とする正方形状であり、相手側に対向する一辺同士が平行となるよう配列されている、
   請求項４に記載のワイヤレス電力伝送システム。
6. 前記送電装置は、
   前記受電装置を載置する載置面、および前記載置面に載置される前記受電装置を支持し、前記載置面に対して垂直または傾斜した背もたれ面を有し、
   前記送電側アクティブ電極および前記送電側パッシブ電極は、前記背もたれ面に沿って設けられている、
   請求項１から５の何れかに記載のワイヤレス電力伝送システム。

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