JP5115674B2 - ワイヤレス電力伝送システム - Google Patents

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。

代表的なワイヤレス電力伝送システムとして、送電装置の一次コイルから受電装置の二次コイルへ磁界を利用して電力を伝送する磁界結合方式の電力伝送システムが知られている。このシステムでは、磁界結合で電力を伝送する場合、各コイルを通る磁束の大きさが起電力に大きく影響するため、一次コイルと二次コイルとの相対位置関係に高い精度が要求される。また、コイルを利用するため、装置の小型化が難しい。

一方、特許文献１，２に開示されているような電界結合方式のワイヤレス電力伝送システムも知られている。このシステムでは、送電装置の結合電極から受電装置の結合電極に電界を介して電力が伝送される。この方式は、結合電極の相対位置精度が比較的緩く、また、結合電極の小型化及び薄型化が可能である。

図１は特許文献１に記載の電力伝送システムの基本構成を示す図である。こ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。送電装置には、高周波高電圧発生回路１、パッシブ電極２及びアクティブ電極３を備えている。受電装置には、高周波高電圧負荷回路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、送電装置のアクティブ電極３と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電界結合する。

送電装置のパッシブ電極２、送電装置のアクティブ電極３、受電装置のアクティブ電極６及び受電装置のパッシブ電極７は、それらが互いに平行に配置されている。

特許文献２に記載の電力伝送システムでは、送電装置は交流信号生成部により生成された交流信号に共振する第１共振回路と給電電極を有する。受電装置は電気信号を生成する受電電極と、電気信号に共振する第２共振回路と、共振された電気信号から直流電力を生成する整流部及び回路負荷を有する。送電装置のアクティブ電極とパッシブ電極とは一平面上に設けられ、受電装置のアクティブ電極とパッシブ電極が相手側の各電極と所定間隔を隔てて対向するように設けられている。

また、この特許文献２の図１８〜図２１には、受電装置側のアクティブ電極を複数の分割電極で構成しておき、受電装置を載置した時に送電装置の第１、第２アクティブ電極に対して重なる受電装置の分割電極をアクティブ電極として選択的に動作させることが示されている。

特表２００９−５３１００９号公報 特開２００９−２９６８５７号公報

特許文献１の電力伝送システムにおいては、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。そのためパッシブ電極を大きくする必要がある。縦方向に狭くされた空間に送電ユニットのパッシブ電極、送電ユニットのアクティブ電極、受電ユニットのアクティブ電極および受電ユニットのパッシブ電極が縦方向に配置されると浮遊容量が過大になりがちである。

特許文献２の電力伝送システムにおいても、アクティブ電極とパッシブ電極とが一面に隣接配置されているので、アクティブ電極とパッシブ電極とに近接配置された回路基板との間の浮遊容量が過大になりがちである。そのため、いずれも結合度が大きくなく、伝送効率が低いという問題があった。

そこで、伝送効率を低下させないように、電界結合度に関係する電極の対向面積を最適な大きさとなるよう、送電装置及び受電装置に電極を設ける必要があるが、そうした場合、送電装置に対する受電装置の載置の向きの自由度が損なわれてしまうおそれがある。

本発明は、電力伝送効率を損なうことなく、送電装置に対する受電装置の載置の向きの自由度を高めた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、第１電極、及び該第１電極に接続された電圧発生回路を有する送電装置と、第２電極、該第２電極に接続された降圧回路、及び該降圧回路の出力電圧を電源電圧として入力する負荷回路を有する受電装置と、を備え、前記送電装置に対して所定状態で前記受電装置を載置した場合、前記第１及び第２電極が対向することで、前記送電装置から前記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おいて、前記第１及び第２電極は、前記受電装置を、対向面に沿って前記所定状態から９０度旋回させた旋回状態で前記送電装置に載置した場合に対向する面積が、前記送電装置に対して前記所定状態で前記受電装置を載置した場合に対向する面積に比べて６８．７５％以下の変化率となるようにしてあり、かつ、相互に重なり合わない領域を有していることを特徴とする。

この構成では、受電装置を送電装置に載置した場合、ある載置状態で受電装置を送電装置に載置した場合の第１及び第２電極の対向面積と、ある載置状態から略９０度旋回させた旋回状態で受電装置を送電装置に載置した場合の対向面積とは略同じとなる。例えば、受電装置を送電装置に立てかけた状態で載置する場合、受電装置が縦置き及び横置きの何れであっても、第１及び第２電極の対向面積は同じとなる。なお、第１電極は送電措置側のアクティブ電極、第２電極は受電装置側のアクティブ電極である。

これにより、受電装置の載置状態によって電極の対向面積が変動することで、伝送効率や伝送電力量が低下することがないため、受電装置がどのような載置状態であっても安定した電力伝送が可能となる。この結果、電力伝送効率を損なうことなく、送電装置に対する受電装置の載置の向きの自由度を高めることができる。

本発明に係るワイヤレス電力伝送システムにおいて、前記第１及び第２電極の一方は、長軸及び短軸を含む帯状電極を有し、前記第１及び第２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少なくとも二つの電極と、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間を連結する連結部と、を有する構成が好ましい。

この構成では、縦置き及び横置きのように、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、第１及び第２電極の対向面積を略同じとすることができる。

本発明に係るワイヤレス電力伝送システムにおいて、前記帯状電極は、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構成でもよい。

この構成では、縦置き及び横置きのように、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、第１及び第２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、正方形電極の他方が、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、第１及び第２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。

本発明に係るワイヤレス電力伝送システムにおいて、前記帯状電極は、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、前記短辺の長さの辺を有する長方形電極、及び一辺が前記長方形電極の各辺よりも短い正方形電極であり、前記正方形電極及び前記長方形電極は相手方に向き合う一辺同士が平行となるよう配列されている構成でもよい。

この構成では、縦置き及び横置きのように、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、第１及び第２電極の対向面積を略同じとすることができる。

本発明に係るワイヤレス電力伝送システムにおいて、前記長方形電極は、配列方向に沿った辺の長さが、前記正方形電極の一辺の長さの１．１から１．２５倍である構成が好ましい。

この構成では、長方形電極の辺の長さを正方形電極の一辺の長さの１．１から１．２５倍とすることで、第１及び第２電極の対向面積を略同じにできる。

本発明に係るワイヤレス電力伝送システムにおいて、前記送電装置は、前記受電装置を載置する載置面、及び該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となる背もたれ面を有していることが好ましい。前記第１電極は、長方形状であり、長手方向が前記載置面と平行に前記背もたれ面に沿って設けられ、かつ、前記載置面側となる長辺が前記載置面から距離Ｌの位置に設けられていることが好ましい。前記受電装置は、前記載置面に載置された場合に前記背もたれ面に支持される長方形状の支持面を有していることが好ましい。該支持面の四辺のうちいずれか一辺を辺１とすると、該辺１が前記載置面に対して平行となるように、前記受電装置を前記送電装置に載置した場合、前記第２電極は、前記二つの電極が、前記支持面の前記辺１と平行な方向に配列するように、前記載置面と平行に設けられ、かつ、前記二つの電極の前記載置面側となるそれぞれの辺が前記載置面から距離Ｌの位置に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、受電装置は、支持面の長手方向が送電装置の載置面と直交する載置状態であっても、平行となる載置状態であっても、第１及び第２電極の対向面積を略同じにすることができる。これにより、電力伝送効率を損なうことなく、送電装置に対する受電装置の載置の向きの自由度を高めることができる。

本発明に係るワイヤレス電力伝送システムにおいて、前記支持面の長手方向が前記載置面に対して直交するように、前記受電装置を前記送電装置に載置した場合、前記第２電極は、前記二つの電極が、前記支持面の前記辺１の方向に配列するように、前記載置面と直交する方向に沿って設けられ、かつ、前記二つの電極のうち前記載置面側となる電極の前記載置面側となる一辺が前記載置面から距離Ｌの位置に設けられていることが好ましい。

この構成では、載置面側に位置する第２電極の正方形電極と、載置面との距離Ｌを最短にできるため、送電装置及び受電装置の小型化が可能となる。

本発明に係るワイヤレス電力伝送システムにおいて、前記二つの電極の前記長方形電極が前記載置面側となる構成が好ましい。

この構成では、長方形電極が載置面側となるようにすることで、第１及び第２電極の対向面積を略同じにすることができる。

本発明に係るワイヤレス電力伝送システムにおいて、前記送電装置は、前記載置面に沿って設けられ、前記電圧発生回路により第１電極との間に電圧が印加される第３電極を有していることが好ましい。前記受電装置は、前記支持面に隣接する四側面のうち、互いに対向している少なくとも二側面に設けられ、前記第2電極との間に降圧回路が接続される第４電極を有していることが好ましい。前記受電装置を前記送電装置に載置した場合、前記第３電極と前記第４電極とが直接導通されることが好ましい。なお、第３電極は送電装置側パッシブ電極、第４電極は受電装置側パッシブ電極と呼ばれる。

この構成では、送電装置のアクティブ電極（第１電極）と受電装置のアクティブ電極（第２電極）が容量結合され、送電装置のパッシブ電極（第３電極）と受電装置のパッシブ電極（第４電極）が直接導通され抵抗結合されることにより送電装置から受電装置へ電力伝送することができる。

本発明に係るワイヤレス電力伝送システムにおいて、前記送電装置は、長方形状であり、長手方向が前記載置面と平行に前記背もたれ面に沿って設けられ、かつ、前記載置面側となる長辺が前記載置面から距離Ｄの位置に設けられ、前記電圧発生回路により前記第１電極との間に電圧が印加される第３電極を有し、前記受電装置は、長方形状であり、長手方向が前記載置面と平行に前記支持面に沿って設けられ、かつ、前記載置面側となる長辺が前記載置面から距離Ｄ（Ｄ＜Ｌ）の位置に設けられ、前記第２電極との間に降圧回路が接続される第４電極を有することが好ましい。前記受電装置を前記送電装置に載置した場合、前記第３電極と前記第４電極とが近接されることが好ましい。

この構成では、送電装置のアクティブ電極（第１電極）と受電装置のアクティブ電極（第２電極）が容量結合され、送電装置のパッシブ電極（第３電極）と受電装置のパッシブ電極（第４電極）が近接（対向）され容量結合されることにより送電装置から受電装置へ電力伝送することができる。

本発明に係るワイヤレス電力伝送システムにおいて、前記送電装置は、前記第１電極と対向し、前記電圧発生回路により前記第１電極との間に電圧が印加される第３電極を有し、前記受電装置は、前記第２電極と対向し、前記第２電極との間に降圧回路が接続される第４電極を有し、前記受電装置を前記送電装置に載置した場合、前記第３電極と前記第４電極とは、前記第１電極及び前記第２電極を挟んで、容量結合する構成でもよい。

この構成では、第１及び第２電極、第３及び第４電極それぞれが容量結合する方式のため、各電極を露出させる必要がない。

本発明に係るワイヤレス電力伝送システムにおいて、前記送電装置及び前記受電装置はそれぞれ、前記第１電極及び前記第２電極の対向面積が、前記所定状態又は前記旋回状態での対向面積から許容範囲を超えて前記受電装置が移動された場合に、互いに係り合う係合部を有している構成が好ましい。

この構成では、送電装置及び受電装置が有する係合部によって、第１電極と第２電極との対向面積が許容範囲を超えて受電装置が設置されたことが感知しやすくなる。これにより、ユーザはより適切な位置に受電装置を送電装置に設置でき、安定した電力伝送が可能となる。

本発明に係るワイヤレス電力伝送システムにおいて、前記送電装置及び前記受電装置はそれぞれ、前記送電装置に前記受電装置を載置した場合に互いに接する平面を有し、前記送電装置及び前記受電装置の一方の係合部は、前記送電装置及び前記受電装置の他方に突出し、第１距離離れて前記平面に設けられた二つの凸部を有し、前記送電装置及び前記受電装置の他方の係合部は、前記二つの凸部と係合し、前記第１距離より短い第２距離離れて前記平面に設けられた二つの凹部を有する構成でもよい。

この構成では、受電装置は送電装置に対して所定距離余裕をもって設置することができる。

本発明に係るワイヤレス電力伝送システムにおいて、前記帯状電極は、短辺が長さＸ、長辺が長さＹの長方形状であり、前記二つの電極は、一辺が長さＸの二つの正方形状であり、（Ｙ−Ｘ）の長さを隔てて前記帯状電極の長手方向に沿って配列されてなり、前記二つの凸部および前記二つの凹部はそれぞれ前記長手方向に沿って設けられ、前記二つの凸部間の長さと前記二つの凹部間の長さとの差が（２Ｙ−Ｘ）である、構成でもよい。

この構成では、例えば所定状態において、受電装置が長手方向に沿って位置ずれして設置されても、第１電極と第２電極との対向面積は略同じとなり安定した電力伝送ができると共に、許容範囲が超えると、二つの凸部の一方が凹部間に乗り上げるため、ユーザは、安定した電力伝送ができる許容設置範囲を超えたことを感知できる。

本発明に係るワイヤレス電力伝送システムにおいて、前記帯状電極は、短辺が長さＸ、長辺が長さＹの長方形状であり、前記二つの電極は、一辺が長さＸの二つの正方形状であり、（Ｙ−Ｘ）の長さを隔てて前記帯状電極の長手方向の直交方向に沿って配列されてなり、前記二つの凸部は前記長手方向の直交方向に沿って設けられ、前記二つの凹部は前記直交方向に沿って設けられ、前記二つの凸部間の長さと前記二つの凹部間の長さとの差が（Ｙ−Ｘ）である、構成でもよい。

この構成では、例えば旋回状態において、受電装置が長手方向の直交方向に沿って位置ずれして設置されても、第１電極と第２電極との対向面積は略同じとなり安定した電力伝送ができると共に、許容範囲が超えると、二つの凸部の一方が凹部間に乗り上げるため、ユーザは、安定した電力伝送ができる許容設置範囲を超えたことを感知できる。

本発明に係るワイヤレス電力伝送システムにおいて、前記二つの凸部間の平面部分に、前記第３電極又は前記第４電極の一方が設けられ、前記二つの凹部に挟まれて形成される凸部は、前記平面部分に面接触し、面接触する部分に前記第３電極又は前記第４電極の他方が設けられている、構成が好ましい。

この構成では、二つの凸部の一方が凹部間に乗り上げた場合、すなわち、受電装置が許容範囲を超えて設置された場合、第３電極及び第４電極が不導通となる。これにより、安定した電力伝送ができない場合には、電力伝送を停止することができる。

本発明に係るワイヤレス電力伝送システムにおいて、前記受電装置の前記第４電極を有する二側面は前記載置面より長い構成が好ましい。

受電装置側の長さが、送電装置の載置面よりも長いと、受電装置を適切な位置に設置しなければ、受電装置が載置面から転倒するおそれがある。このため、係合部を設けることで、許容範囲を超えたことを感知できるため、受電装置が送電装置の載置面から重心の偏りにより転倒することを防ぐことができ、受電装置の破損等を抑制できる。

本発明によれば、送電装置に対する受電装置の載置の向きに関係なく、対向する電極の対向面積を略同じにすることで、電力伝送効率を損なうことなく、送電装置に対する受電装置の載置の向きの自由度を高めることができる。

特許文献１に記載の電力伝送システムの基本構成を示す図。 実施形態１に係る送電装置及び受電装置の斜視図。 実施形態１に係る送電装置及び受電装置の斜視図。 送電装置及び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であり、パッシブ電極が抵抗結合の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であり、パッシブ電極が容量結合の場合のワイヤレス電力伝送システムの等価回路図。 受電装置の概略回路図。 送電装置のアクティブ電極について説明するための模式図。 受電装置のアクティブ電極について説明するための模式図。 受電装置を送電装置に縦置きした場合の、アクティブ電極及び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縦置きした場合の、アクティブ電極及び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、アクティブ電極及び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、アクティブ電極及びアクティブ電極の対向面積を説明するための図。 受電装置の載置状態によって変化するアクティブ電極の対向面積を示すグラフ。 受電装置の載置状態によって変化するアクティブ電極の対向面積を示すグラフ。 受電装置を横置きした場合の対向面積の変化を説明する模式図。 受電装置を縦置きした場合の対向面積の変化を説明する模式図。 受電装置に設けるアクティブ電極の別の構成を示す模式図。 受電装置に設けるアクティブ電極の別の構成を示す模式図。 受電装置に設けるアクティブ電極の別の構成を示す模式図。 受電装置に設けるアクティブ電極の別の構成を示す模式図。 送電装置側及び受電装置側のパッシブ電極の別の設置例を示す図。 送電装置側及び受電装置側のパッシブ電極の別の設置例を示す図。 送電装置側及び受電装置側のパッシブ電極の別の設置例を示す図。 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。 実施形態２に係る送電装置および受電装置を示す斜視図。 送電装置の凸状部および受電装置の凸部間の長さを説明するための模式図。 受電装置を送電装置の中央に縦置きした正面図。 設置許容範囲を超えて、受電装置を送電装置に縦置きした正面図。 送電装置のパッシブ電極および受電装置の凸部間の長さを説明するための模式図。 設置許容範囲内に受電装置を確実に設置できるようにするための構成の変形例を示す図。

以下、本発明に係るワイヤレス電力伝送システムの好適な実施形態について図面を参照して説明する。

（実施形態１）
本実施形態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２Ａおよび図２Ｂは、送電装置に受電装置を載置した状態を示す斜視図である。送電装置１０１は、設置面に対して略水平となる載置面１０Ａと、載置面１０Ａに対して略垂直となる背もたれ面１０Ｂとを有している。載置面１０Ａには受電装置２０１が載置され、背もたれ面１０Ｂは、載置された受電装置２０１の傾倒を防止する。

受電装置２０１は、例えば、前面に液晶画面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（支持面）が送電装置１０１の背もたれ面１０Ｂと面接触するようにして、載置面１０Ａに載置される。なお、図２Ａは送電装置１０１に対して受電装置２０１を縦置きした状態を示し、図２Ｂは受電装置２０１を横置きした状態を示す。

縦置きとは、受電装置２０１の底面を下にして送電装置１０１に載置することをいい、横置きとは、受電装置２０１の側面を下にして送電装置１０１に載置することをいう。本実施形態では、送電装置１０１に対して受電装置２０１を縦置き又は横置きしても、受電装置２０１の二次電池を充電することが可能となる。

本実施形態に係る送電装置１０１及び受電装置２０１それぞれは、パッシブ電極及びアクティブ電極を備えている。送電装置１０１に受電装置２０１を載置した際に、パッシブ電極同士が直接導通し、アクティブ電極同士が対向配置される。そして、対向配置となったアクティブ電極間で生じる電界を介して電力が送電装置１０１から受電装置２０１へ伝送されて、受電装置２０１の二次電池が充電される。

図３は、送電装置１０１及び受電装置１０２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である。なお、図３では図２Ａおよび図２Ｂに示す液晶画面２０１Ａは省略している。

送電装置１０１のパッシブ電極１１は、長方形状であり、長手方向が送電装置１０１の幅方向と一致するように、載置面１０Ａに沿って設けられている。パッシブ電極１１は、送電装置１０１に受電装置２０１が載置された場合、後述する受電装置２０１のパッシブ電極２１（又は２２，２３）と直接導通するように、一部又は全部が露出して設けられている。

送電装置１０１のアクティブ電極１２は、長方形状で、背もたれ面１０Ｂに沿って設けられている。このアクティブ電極１２は、受電装置２０１が載置された場合、後述の受電装置２０１のアクティブ電極２４と空隙を介して対向する。

受電装置２０１は、長方形状の三つのパッシブ電極２１，２２，２３を備えている。パッシブ電極２１は底面に沿って設けられ、パッシブ電極２２，２３は側面に沿って設けられている。パッシブ電極２１，２２，２３は、受電装置２０１を送電装置１０１へ載置した際に、送電装置１０１のパッシブ電極１１と直接導通するように、一部又は全部が露出して設けられている。

例えば、受電装置２０１を縦置きした場合、底面に沿って設けられたパッシブ電極２１がパッシブ電極１１と直接導通する。また、受電装置２０１を横置きした場合、側面に沿って設けられたパッシブ電極２２（又は２３）がパッシブ電極１１と直接導通する。

受電装置２０１のアクティブ電極２４は、背面に沿って設けられている。このアクティブ電極２４は、受電装置２０１を縦置き又は横置きした場合に、一部がアクティブ電極１２と対向する。アクティブ電極２４の形状等については後に詳述するが、アクティブ電極２４は、受電装置２０１を縦置き又は横置きしても、アクティブ電極１２との対向面積が略同じとなる形状となっている。

なお、パッシブ電極１１及びパッシブ電極２１，２２，２３の大きさ及び設置位置は、受電装置２０１を送電装置１０１に縦置き又は横置きした場合に、アクティブ電極１２とアクティブ電極２４とが対向するように決められ、適宜変更可能である。

図４Ａ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の等価回路図である。送電装置１０１のパッシブ電極１１及びアクティブ電極１２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が発生した電圧を昇圧して、パッシブ電極１１とアクティブ電極１２との間に印加する。

受電装置２０１のパッシブ電極２１，２２，２３とアクティブ電極２４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及び二次電池で構成されている。

図５は受電装置２０１の概略回路図である。降圧トランスＴＬの１次側は、３つのパッシブ電極２１，２２，２３とアクティブ電極２４との間に接続されている。この降圧トランスＴＬの２次側に負荷回路ＲＬが接続されている。３つのパッシブ電極２１，２２，２３は共通接続されているので同電位である。

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１２及びアクティブ電極２４が空隙を介して近接し、キャパシタＣを構成する。また、パッシブ電極１１及びパッシブ電極２１（又は２２，２３）は、接触して直接導通する。なお、図４Ａに示す、パッシブ電極１１及びパッシブ電極２１（又は２２，２３）間の抵抗ｒは、パッシブ電極１１及びパッシブ電極２１（又は２２，２３）の接触部に構成される接触抵抗である。

受電装置２０１を送電装置１０１に載置することで、図４Ａに示すように、閉回路を構成し、アクティブ電極１２及びアクティブ電極２４の二つの電極同士が電界結合する。この電界結合ことによって、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。

図４Ａでは、アクティブ電極１２及びアクティブ電極２４が空隙を介して近接し、容量結合する。パッシブ電極１１及びパッシブ電極２１（又は２２，２３）が互いに直接接触導通し抵抗結合する。一方、アクティブ電極１２及びアクティブ電極２４が空隙を介して近接して容量結合するとともに、パッシブ電極１１及びパッシブ電極２１（又は２２，２３）が空隙を介して近接して容量結合してもよい。その等価回路を図４Ｂに示す。

ここで、図４Ａに示したワイヤレス電力伝送システムの等価回路に着目すると、系全体は、昇圧回路１７及び降圧回路２５の各インダクタを合成したインダクタＬ、キャパシタＣ、及び接触抵抗ｒからなる直列共振回路とみなすことができる。インダクタ及び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の質が良くなり、電力伝送効率が向上する。従って、上式から、Ｑ値はキャパシタＣを小さくするほど大きくなることがわかる。このため、アクティブ電極１２及びアクティブ電極２４で構成されるキャパシタＣが大きくなると、すなわち、アクティブ電極１２及びアクティブ電極２４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１２及びアクティブ電極２４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、受電装置２０１のアクティブ電極２４は、対向する送電装置１０１のアクティブ電極１２との対向面積が、縦置き又は横置きに関係なく、常に略同じ対向面積となることで、受電装置２０１の二次電池の効率の良い充電が可能となる。

図６は、送電装置１０１のアクティブ電極１２について説明するための模式図である。図６は、背もたれ面１０Ｂ側を正面とする送電装置１０１の正面図である。また、図６では、パッシブ電極１１は図示を省略している。なお、本実施形態では、受電装置２０１の筐体の幅は長さＡであるものとする。

送電装置１０１のアクティブ電極１２は、長さＸの短辺と、長さＹの長辺とからなる長方形である。アクティブ電極１２は、長辺が送電装置１０１の幅方向、短辺が送電装置１０１の高さ方向となり、幅方向の中央に位置するよう設けられている。また、アクティブ電極１２は、載置面１０Ａ側となる長辺が載置面１０Ａから距離（Ａ−Ｘ）／２の位置に設けられている。この距離（Ａ−Ｘ）／２は本発明に係る距離Ｌに相当する。

図７は、受電装置２０１のアクティブ電極について説明するための模式図である。図７は、背面側から見た図であり、紙面上下方向が、受電装置２０１の高さ方向となる。また、図７では、パッシブ電極２１，２２，２３は図示を省略している。

受電装置２０１のアクティブ電極２４は、一辺が長さＸの正方形電極２４１，２４２を二つ有している。この二つの正方形電極２４１，２４２は、平行に配列され、長さ（Ｙ−Ｘ）の線状電極（連結部）２４３により接続された構成としてある。線状電極２４３の幅は、特に限定しないが、アクティブ電極１２と対向した際に、アクティブ電極１２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。

アクティブ電極２４は、正方形電極２４１，２４２が受電装置２０１の高さ方向に配列するよう設けられる。また、アクティブ電極２４は、筐体幅方向の中央に位置するよう、筐体側面側となる正方形電極２４１，２４２の辺が筐体側面から距離（Ａ−Ｘ）／２となる位置に設けられている。さらに、底面側に位置する正方形電極２４１，２４２の一方（図７では正方形電極２４１）は、受電装置２０１の筐体底面から距離（Ａ−Ｘ）／２の位置に設けられている。換言すれば、正方形電極２４１は、受電装置２０１の筐体底面及び両側面から等距離の位置に設けられている。

図８Ａおよび図８Ｂ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１２及びアクティブ電極２４の対向面積を説明するための図である。図８Ａは、受電装置２０１を送電装置１０１の幅方向の中央に載置した場合、図８Ｂは、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それぞれ示す。また、図８Ａおよび図１８Ｂでは、斜線部分が、アクティブ電極１２とアクティブ電極２４とが対向している面を示している。

アクティブ電極１２は、載置面１０Ａから高さ（Ａ−Ｘ）／２の位置に設けられており、高さ方向に沿った短辺が長さＸとされている。また、アクティブ電極２４は、受電装置２０１の筐体底面から高さ（Ａ−Ｘ）／２の位置に設けられており、高さ方向に沿った一辺が長さＸとされている。

従って、図８Ａに示すように、受電装置２０１を送電装置１０１の中央に縦置きした場合、アクティブ電極２４の正方形電極２４１の全面が、アクティブ電極１２と対向する。

また、図８Ｂに示すように、受電装置２０１を幅方向にずらした場合であっても、アクティブ電極１２の長辺の長さＹの範囲内であれば、正方形電極２４１の全面がアクティブ電極１２と対向するため、対向面積は図８Ａの場合と同じとなる。

図９Ａおよび図９Ｂ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１２及びアクティブ電極２４の対向面積を説明するための図である。図９Ａは、受電装置２０１を送電装置１０１の幅方向の中央に載置した場合、図９Ｂは、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それぞれ示す。また、図９では、斜線部分が、アクティブ電極１２とアクティブ電極２４とが対向している面を示している。

アクティブ電極１２は、載置面１０Ａから高さ（Ａ−Ｘ）／２の位置に設けられており、高さ方向に沿った短辺が長さＸとされている。また、アクティブ電極２４は、受電装置２０１の筐体側面から高さ（Ａ−Ｘ）／２の位置に設けられており、受電装置２０１の幅方向、すなわち、横置きした場合の送電装置１０１の高さ方向となる一辺が長さＸとされている。また、正方形電極２４１，２４２は、長さ（Ｙ−Ｘ）離れている。

図９Ａに示すように、受電装置２０１を送電装置１０１の中央に横置きした場合、アクティブ電極２４の正方形電極２４１と、アクティブ電極１２との対向面積は、Ｘ（Ｘ／２）となる。また、アクティブ電極２４の正方形電極２４２と、アクティブ電極１２との対向面積は、Ｘ（Ｘ／２）となる。すなわち、アクティブ電極１２とアクティブ電極２４との対向面積は、Ｘ^２となり、正方形電極２４１（又は２４２）の全面がアクティブ電極１２と対向した場合の面積と同じとなる。

また、図９Ｂに示すように、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１２の長辺の長さＹの範囲内であれば、アクティブ電極２４とアクティブ電極１２とが対向する面積は、図９Ａの場合と同じとなる。

以上より、受電装置２０１を送電装置１０１に載置して電力伝送する際に、受電装置２０１を送電装置１０１に対して縦置き又は横置きしても、アクティブ電極１２とアクティブ電極２４との対向面積はＸ２となる。また、充電する際に、送電装置１０１の幅方向の中央から幅方向に多少位置ズレして受電装置２０１を載置しても、アクティブ電極１２とアクティブ電極２４との対向面積はＸ^２となる。

このため、受電装置２０１を送電装置１０１に縦置き又は横置きしても、アクティブ電極１２とアクティブ電極２４との対向面積が大きく変わることがないため、電力伝送効率を低下させることはなく、伝送される電力が低下することがない。これにより、充電の際に、受電装置２０１を送電装置１０１の所定位置に正確に載置しなければならないといった煩雑さを軽減できる。

図１０Ａおよび図１０Ｂは、受電装置２０１の載置状態によって変化するアクティブ電極の対向面積を示すグラフである。図１０Ａは、送電装置側及び受電装置側のアクティブ電極が何れも長方形状とした場合のグラフである。図１０Ｂは、本実施形態のアクティブ電極１２及びアクティブ電極２４の場合のグラフである。また、図１０Ａおよび図１０Ｂは、受電装置２０１を送電装置１０１の幅方向の中央に載置した場合（図８Ｂ参照）の位置ズレを０とし、横軸は中央位置からの位置ズレを示し、縦軸はアクティブ電極間の対向面積を示す。

図１０Ａに示すように、送電装置側及び受電装置側のアクティブ電極を長方形状とした場合、受電装置を縦置きしたときと、横置きしたときとの対向面積に大きく違いが生じているのが判る。一方、本実施形態に係るアクティブ電極１２及びアクティブ電極２４の場合、縦置き及び横置きの何れであっても、対向面積は略同じとなっている。

以上説明したように、本実施形態では、受電装置２０１を送電装置１０１に対して縦置き又は横置きしても、アクティブ電極１２及びアクティブ電極２４の対向面積を略同じにすることができる。これにより、電力伝送効率や伝送電力量を損なうことなく、送電装置１０１に対する受電装置２０１の載置の向きの自由度を高めることができる。

なお、ワイヤレス電力伝送システムの具体的構成などは、適宜設計変更可能であり、上述の実施形態に記載された作用及び効果は、本発明から生じる最も好適な作用及び効果を列挙したに過ぎず、本発明による作用及び効果は、上述の実施形態に記載されたものに限定されるものではない。

本実施形態では、充電時における送電装置１０１のアクティブ電極１２と受電装置２０１のアクティブ電極２４との対向面積は完全に同一となるようにしているが、対向面積が５０％程度の範囲で変化しても、送電装置１０１から受電装置２０１へ安定した電力供給が可能である。以下、対向面積が変化する場合の受電装置２０１のアクティブ電極２４の形状の変形例について説明する。

図１１Ａは、受電装置２０１を横置きした場合の対向面積の変化を説明する模式図である。図１１Ｂは、受電装置２０１を縦置きした場合の対向面積の変化を説明する模式図である。図１１Ａおよび図１１Ｂでは、送電装置１０１側のアクティブ電極１２は、２５ｍｍの短辺および５０ｍｍの長辺を有する長方形状である。受電装置２０１側のアクティブ電極２４は、一辺が２０ｍｍの正方形電極２４Ａと、２５ｍｍの短辺および２７ｍｍの長辺を有する長方形電極２４Ｂとが、３０ｍｍの長さを有する線状電極により連結された形状である。

図１１Ａでは、横置きした受電装置２０１の正方形電極２４Ａの全体が送電装置１０１のアクティブ電極１２と対向する位置を基準とし、送電装置１０１の幅方向に可動範囲が２０ｍｍとした場合、２５ｍｍとした場合について図示している。

受電装置２０１のアクティブ電極２４が基準位置の場合（図１１Ａ上図）、対向面積は４００ｍｍ ²となる。なお、線状電極２４３とアクティブ電極１２との対向面積は無視するものとする。受電装置２０１を２０ｍｍ移動させた場合（図１１Ａ中図）、対向面積は５００ｍｍ ²となり、基準位置よりも２５％程度大きくなる。受電装置２０１を２５ｍｍ移動させた場合（図１１Ａ下図）、対向面積は６２５ｍｍ ²となり、基準位置よりも５６．２５％程度大きくなる。

また、図１１Ｂでは、縦置きした受電装置２０１の長方形電極２４Ｂの全体が送電装置１０１のアクティブ電極１２と対向する位置を基準とし、送電装置１０１の幅方向に可動範囲が３０ｍｍとした場合について図示している。基準位置の場合（図１１Ｂ上図）、対向面積は６７５ｍｍ ²となる。受電装置２０１を３０ｍｍ移動させた場合（図１１Ｂ下図）でも、対向面積は６７５ｍｍ ²となる。しかし、横置きの基準位置（図１１Ａ上図）よりも６８．７５％程度大きくなる。

以上の構成とすることで、送電装置１０１のアクティブ電極１２と受電装置２０１のアクティブ電極２４との対向面積が５０％程度変化する。この場合であっても、送電装置１０１から受電装置２０１へ安定した電力伝送が可能となる。本発明において、アクティブ電極１２，２４の対向面積は略同じとしているが、この５０％の値は「略同じ」の許容範囲である。また、アクティブ電極２４の長方形電極２４Ｂの面積が大きいため、アクティブ電極１２との電界結合を大きくすることができる。また、縦置きした場合に、長方形電極２４Ｂの上に位置する正方形電極２４Ａが、長方形電極２４Ｂよりも小さいため、伝送効率の低下の原因となるパッシブ電極との浮遊容量を小さくすることができ、効率よく電力伝送を行える。

なお、図１１Ａ，１１Ｂに示す長方形電極２４Ｂは、正方形電極２４Ａとの配列方向の辺の長さが２５ｍｍとしている。これは、正方形電極２４Ａの一辺の長さ２０ｍｍの１．２５倍の長さである。従って、長方形電極２４Ｂは、正方形電極２４Ａの一辺の長さの１．１倍から１．２５倍の範囲であればよい。

図１２Ａ、図１２Ｂ、図１３Ａ及び図１３Ｂは、受電装置２０１に設けるアクティブ電極の別の構成を示す模式図である。図１２Ａ及び図１３Ａは受電装置２０１を縦置きした状態、図１２Ｂ及び図１３Ｂは受電装置２０１を横置きした状態を示す。

図１２Ａに示すように、図７で説明したアクティブ電極２４の正方形電極２４２に、さらに正方形電極２４４を平行配列させ、線状電極２４３と同様の線状電極２４５により、正方形電極２４２，２４４を連結させた構成としてもよい。この場合、図１２Ｂに示すように、受電装置２０１を横置きした場合、送電装置１０１の幅方向（長方形状のアクティブ電極１２の長手方向）における位置ズレが大きくても、対向面積を同じにすることができる。

また、図１３Ａおよび図１３Ｂに示すように、図７で説明したアクティブ電極２４の正方形電極２４１，２４２に対して、正方形電極２４６，２４７を同方向側に平行配列させ、正方形電極２４１，２４６、正方形電極２４２，２４７、正方形電極２４６，２４７それぞれを、線状電極２４３と同様の線状電極２４８，２４９，２５０で連結させた構成としてもよい。この場合、図１３Ａに示すように、受電装置２０１を縦置きした場合、送電装置１０１の幅方向（長方形状のアクティブ電極１２の長手方向）における位置ズレが大きくても、対向面積を同じにすることができる。

さらに、上述の実施形態では、送電装置１０１のパッシブ電極１１は載置面１０Ａに設けられ、受電装置２０１のパッシブ電極２１，２２，２３は筐体底面及び側面に設けているが、この構成に限定されることはない。

図１４、図１５Ａおよび図１５Ｂは、送電装置側及び受電装置側のパッシブ電極の別の設置例を示す図である。

図１４は、送電装置１０１及び受電装置２０１の側面図である。受電装置２０１を送電装置１０１に載置した場合、送電装置のアクティブ電極１２と受電装置のアクティブ電極２４とが空隙を介して近接することにより、この二つの電極同士が電界結合する。そして、送電装置のパッシブ電極１３、送電装置のアクティブ電極１２、受電装置のアクティブ電極２４及び受電装置のパッシブ電極２６は、それらが互いに平行に配置されている。図１４において、送電装置のパッシブ電極１３と受電装置のパッシブ電極２６は図３とは異なり、抵抗結合ではなく、容量結合している。送電装置１０１のアクティブ電極１２と受電装置２０１のアクティブ電極２４を容量結合させ、送電装置１０１のパッシブ電極２６と受電装置２０１のパッシブ電極１３を容量結合させることにより送電装置１０１から受電装置２０１へ電力伝送することができる。

図示しないが、送電装置側の２つの電極間に電圧発生回路が接続される。２つの電極のうち相対的に高電圧が発生する側を送電装置側のアクティブ電極、相対的に低電圧が発生する側を送電装置側のパッシブ電極と呼ぶ。受電装置側の２つの電極間に負荷回路が接続される。２つの電極のうち相対的に高電圧が発生する側を受電装置側のアクティブ電極、相対的に低電圧が発生する側を受電装置側のパッシブ電極と呼ぶ。パッシブ電極１３はアクティブ電極１２より面積が大きく、形状は例えば長方形である。

また、受電装置２０１では、パッシブ電極２６は、受電装置２０１の前面に沿って設けられている。このとき、パッシブ電極２６は、背面側に設けられたアクティブ電極２４と平行に設けられる。パッシブ電極２６はアクティブ電極２４より大きく、形状は例えば長方形である。このパッシブ電極２６は、送電装置１０１側のパッシブ電極１３と対向するよう設けられる。

図１５Ａは送電装置１０１、図１５Ｂは受電装置２０１を示している。受電装置２０１を送電装置１０１に載置した場合、図１５Ａの送電装置のアクティブ電極１２と図１５Ｂの受電装置のアクティブ電極２４とが空隙を介して近接する。図１５Ａの送電装置１０１のパッシブ電極１４と、図１５Ｂの受電装置２０１のパッシブ電極２７１、２７２、２７３のいずれかとは空隙を介して近接する。送電装置のアクティブ電極１２と、図１５Ｂの受電装置のアクティブ電極２４とは、図３と同様、容量結合している。

図１５Ａの送電装置１０１のパッシブ電極１４と、図１５Ｂの受電装置２０１のパッシブ電極２７１、２７２、２７３とは図３とは異なり、抵抗結合ではなく、容量結合している。

送電装置側のアクティブ電極と送電装置側のパッシブ電極との間に電圧発生回路が接続される。受電装置側のアクティブ電極と受電装置側のパッシブ電極との間に負荷回路が接続される。送電装置のアクティブ電極と受電装置のアクティブ電極を容量結合させ、送電装置のパッシブ電極と受電装置のパッシブ電極を容量結合させることにより送電装置から受電装置へ電力伝送することができる。

送電装置１０１のパッシブ電極１４は、長方形状で、長手方向が送電装置１０１の幅方向と一致し、かつ、アクティブ電極１２より載置面１０Ａ側となる位置に設けられている。また、パッシブ電極１４は、載置面１０Ａ側となる長辺が載置面１０Ａから距離Ｄ（Ｄ＜Ｌ）の位置となるよう設けられている。

受電装置２０１のパッシブ電極２７１，２７２，２７３は、長さが、例えばアクティブ電極２４と同じ長さであり、幅がパッシブ電極１４と同じ幅を有している。

パッシブ電極２７１は、長手方向が受電装置２０１の筐体幅方向と一致し、かつ、筐体幅方向の中央に位置するよう設けられている。パッシブ電極２７１の筐体底面側となる長辺は、筐体底面から距離Ｄの位置となるよう設けられている。

パッシブ電極２７２，２７３は、長手方向が受電装置２０１の高さ方向と一致し、かつ、高さ方向においてアクティブ電極２４と同じ位置に設けられている。また、パッシブ電極２７２，２７３は、筐体幅方向において左右対称に設けられ、筐体側面側となる長辺が、筐体側面から距離Ｄの位置となるよう設けられている。

このように構成することで、受電装置２０１を送電装置１０１に対して縦置き又は横置きしても、パッシブ電極１４とパッシブ電極２７１，２７２，２７３とは空隙を介して容量結合する。

なお、送電装置１０１及び受電装置２０１において、アクティブ電極と同一平面に配置するパッシブ電極の形状や大きさは適宜変更可能である。

図１６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１６では５つの変形例を示している。また、図１６におけるＹは、送電装置１０１のアクティブ電極１２の長辺の長さＹと同じであって、アクティブ電極２４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２４は二つの電極を有し、アクティブ電極１２に対向した場合に、各電極とアクティブ電極１２との対向面積の合計が、アクティブ電極２４の一の電極の面積と略等しいことが好ましい。例えば、図１６の上図から順に説明すると、アクティブ電極２４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Ｒ状、または角が取れた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２４１，２４２を連結する線状電極は直線状でなくてもよい。図１７は、線状電極の変形例を示す図である。図１７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２４１，２４２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形状であってもよい。また、略９０度に折れ曲がったＵ字状であってもよい。

（実施形態２）
以下に、実施形態２について説明する。実施形態１では、受電装置２０１が送電装置１０１の幅方向にずれた場合であっても、安定した電力伝送が可能としているのに対し、本実施形態では、送電装置１０１の幅方向における受電装置２０１の設置許容範囲（安定した電力伝送が可能な受電装置１０１の設置範囲）を超えた場合に電力伝送を停止し、さらに、設置許容範囲を超えたことをユーザが感知することができる。

図１８は、実施形態２に係る送電装置１０１および受電装置２０１を示す斜視図である。パッシブ電極２１が設けられた受電装置２０１の筐体底面には凸部２１Ａ，２１Ｂが設けられている。凸部２１Ａ，２１Ｂはそれぞれ直方体形状であり、二つ一組となっている。凸部２１Ａ，２１Ｂは長手方向がパッシブ電極２１の長手方向と直交し、かつ、パッシブ電極２１を挟むようにして設けられている。

受電装置２０１が載置される送電装置１０１の載置面１０Ａには、２つの凹み部１０Ｅ、１０Ｆが設けられている。載置面１０Ａの凹み部１０Ｅ、１０Ｆの間の部分（以下、凸状部という）１０Ｇには、送電装置１０１のパッシブ電極１５が配置されている。受電装置２０１を送電装置１０１に載置した場合、凸部２１Ａ，２１Ｂが凹み部１０Ｅ、１０Ｆに位置し、受電装置２０１を送電装置１０１の幅方向に移動させたとき、凸部２１Ａ，２１Ｂが凸状部１０Ｇの側壁に当たる。これにより、受電装置２０１の設置許容範囲を感知することができる。凸部２１Ａ，２１Ｂ間の長さと凹み部１０Ｅ、１０Ｆ間の長さの差が可動範囲である。

パッシブ電極２３が設けられた受電装置２０１の筐体側面には凸部２３Ａ，２３Ｂが設けられている。凸部２３Ａは、略直方体形状で、二つ一組となっていて、この二つの凸部は、パッシブ電極２３の長手方向の直交方向に沿って配列され、かつ、パッシブ電極２３を挟むようにして設けられている。凸部２３Ｂは、凸部２３Ａと同様に、二つの凸部がパッシブ電極２３の長手方向の直交方向に沿って配列され、かつ、パッシブ電極２３を挟むようにして設けられている。なお、図示しないが、パッシブ電極２２が設けられた受電装置２０１の筐体側面には、凸部２３Ａ，２３Ｂと同様の凸部が設けられている。

送電装置１０１のパッシブ電極１５は板状であって、載置面１０Ａの凸状部１０Ｇに設けられている。凸状部１０Ｇの両端の凹み部１０Ｅ，１０Ｆは、凸部２１Ａ，２１Ｂまたは凸部２３Ａ，２３Ｂと係合する。この凸状部１０Ｇの高さが、受電装置２０１の凸部２１Ａ，２１Ｂおよび凸部２３Ａ，２３Ｂの高さと同じ、またはそれよりも高くなっている。また、パッシブ電極１５の長さは、凸部２１Ａ，２１Ｂ間、および凸部２３Ａ，２３Ｂ間の長さより長い。このため、受電装置２０１を送電装置１０１の載置面１０Ａに設置した場合に、送電装置１０１の凸状部１０Ｇに設けられたパッシブ電極１５と受電装置２０１のパッシブ電極２１，２３とが直接導通する。なお、図１８において、凸状部１０Ｇの表面全体をパッシブ電極１５としてもよい。また、図１８において、凸状部１０Ｇを金属平板からなるパッシブ電極１５で形成してもよい。

以下、凸部２１Ａ，２１Ｂ間の長さ、凸部２３Ａ，２３Ｂ間の長さ、および凸状部１０Ｇの長さについて説明する。本実施形態では、送電装置１０１のアクティブ電極１２は図６で説明した構成、受電装置２０１のアクティブ電極２４は図７で説明した構成と同じとする。

図１９は、送電装置１０１の凸状部１０Ｇおよび受電装置２０１の凸部２１Ａ，２１Ｂ間の長さを説明するための模式図である。図１９は受電装置２０１を設置許容範囲内で送電装置１０１の幅方向に最大限ずらして設置した状態を示す。

送電装置１０１の凸状部１０Ｇは、中心が送電装置１０１の幅方向の中心と一致するように設けられている。また、凸状部１０Ｇは、受電装置２０１の凸部２１Ａ，２１Ｂの高さと同じ、または凸部２１Ａ，２１Ｂの高さよりも高く設けられている。この構成とすることで、パッシブ電極同士が導通したまま、送電装置１０１の幅方向に対して受電装置２０１を移動させることができる。

受電装置２０１の凸部２１Ａ，２１Ｂ間の長さ（第１距離）と、送電装置１０１の凸状部１０Ｇの長さ（凹み部１０Ｅ、１０Ｆ間の長さ（第２距離））の差は、（Ｙ−Ｘ）となるようにしておくとよい。すなわち、この差の分（Ｙ−Ｘ）が可動範囲となり、受電装置２０１を送電装置１０１の幅方向に移動させることができる。可動範囲を（Ｙ−Ｘ）に制限することで、正方形電極２４１の全面とアクティブ電極１２との対向面積が変わらないようにできる。

実施形態１の図８Ａおよび図８Ｂで説明したように、受電装置２０１を送電装置１０１の中央に縦置きした場合、アクティブ電極２４の正方形電極２４１の全面が、アクティブ電極１２と対向する。そして、受電装置２０１を送電装置１０１の幅方向に長さ（Ｙ−Ｘ）／２ずらした場合であっても、正方形電極２４１の全面がアクティブ電極１２と対向するため対向面積は変わらず、送電装置１０１の幅方向にずれて設置されても安定した電力伝送が行われる。

図２０Ａは受電装置２０１を送電装置１０１の中央に縦置きした正面図、図２０Ｂは設置許容範囲を超えて、受電装置２０１を送電装置１０１に縦置きした正面図を示す。

図２０Ａに示すように、受電装置２０１を送電装置１０１の中央に縦置きした場合、送電装置１０１の凸状部１０Ｇは、凸部２１Ａ，２１Ｂ間に位置し、受電装置２０１のパッシブ電極２１と直接導通し、送電装置１０１から受電装置２０１へ安定した電力伝送が行われる。このとき、凸部２１Ａ，２１Ｂはそれぞれ、凸状部１０Ｇとの間に（Ｙ−Ｘ）／２の長さの余裕がある。このため、受電装置２０１は、送電装置１０１の幅方向に（Ｙ−Ｘ）／２移動させても、アクティブ電極２４の正方形電極２４１とアクティブ電極１２との対向面積は変わらず、また、凸部２１Ａ，２１Ｂが凸状部１０Ｇに乗り上げることはない。

一方、図２０Ｂに示すように、設置許容範囲を超えて受電装置２０１を送電装置１０１の幅方向に移動させた場合、すなわち、アクティブ電極２４の正方形電極２４１とアクティブ電極１２との対向面積が変化する（小さくなる）場合、凸部２１Ａ，２１Ｂが凸状部１０Ｇに乗り上げることで、パッシブ電極２１および凸状部１０Ｇ上のパッシブ電極１５は不導通となるため、電力伝送は行われない。このように、送電装置１０１のアクティブ電極１２と、受電装置２０１のアクティブ電極２４との対向面積が小さくなって伝送電力が低下する場合、パッシブ電極２１および凸状部１０Ｇ上のパッシブ電極１５を不導通にして電力伝送を停止できる。また、ユーザは、凸部２１Ａ，２１Ｂによる違和感を覚えるため、受電装置２０１の許容設置位置を超えたものと判断することができる。

図２１は、送電装置１０１の凸状部１０Ｇおよび受電装置２０１の凸部２３Ａ，２３Ｂ間の長さを説明するための模式図である。受電装置２０１の凸部２３Ａ，２３Ｂ間の長さと、送電装置１０１の凸状部１０Ｇの長さ（凹み部１０Ｅ、１０Ｆ間の長さ）の差は、（２Ｙ−Ｘ）となるようにしておくとよい。すなわち、この差の分（２Ｙ−Ｘ）が可動範囲となり、受電装置２０１を送電装置１０１の幅方向に移動させることができる。可動範囲を（２Ｙ−Ｘ）に制限することで、正方形電極２４１の全面とアクティブ電極１２との対向面積が変わらないようにできる。

この場合、図示しないが、受電装置２０１を送電装置１０１の中央に横置きした場合、送電装置１０１の凸状部１０Ｇは、凸部２３Ａ，２３Ｂ間に位置し、受電装置２０１のパッシブ電極２１と直接導通し、送電装置１０１から受電装置２０１へ安定した電力伝送が行われる。このとき、凸部２３Ａ，２３Ｂはそれぞれ、凸状部１０Ｇとの間に（２Ｙ−Ｘ）の長さの余裕がある。このため、受電装置２０１は、送電装置１０１の幅方向に（２Ｙ−Ｘ）／２を超えて移動させると、凸部２３Ａ，２３Ｂが凸状部１０Ｇに乗り上げる。この結果、パッシブ電極２１またはパッシブ電極２３はパッシブ電極１５と不導通となるため、電力伝送は行われない。また、ユーザは、凸部２３Ａ，２３Ｂによる違和感を覚えるため、受電装置２０１の許容設置位置を超えたものと判断することができる。

なお、凸部２１Ａ，２１Ｂまたは凸部２３Ａ，２３Ｂを送電装置１０１側に設け、受電装置２０１側に、凸部２１Ａ，２１Ｂが乗り上がる凸状部１０Ｇに相当する凸部を形成するようにしてもよい。また、本実施形態では、パッシブ電極２１，２３が設けられた受電装置２０１の筐体底面および側面に凸部を設けているが、何れか一面のみに設けられていてもよい。また、凸部２１Ａ，２１Ｂは何れか一方のみ設けられていてもよく、凸部２３Ａ，２３Ｂも何れか一方のみ設けられていてもよい。

また、設置許容範囲内に受電装置２０１を確実に設置できるようにするための構成は、上述の実施形態の形状や凸部２１Ａ，２１Ｂまたは凸部２３Ａ，２３Ｂの間隔、凸状部１０Ｇの長さに限定されず、適宜変更可能である。すなわち、設置許容範囲は、上記の範囲から広げてもよいし、狭めてもよい。図２２は、設置許容範囲内に受電装置２０１を確実に設置できるようにするための構成の変形例を示す図である。図２２では、パッシブ電極２１が設けられた受電装置２０１の筐体底面、および送電装置１０１の載置面１０Ａのみを図示し、他は省略している。

図２２に示すように、受電装置２０１の筐体底面にパッシブ電極２１を囲う突起囲み部２１１を形成し、送電装置１０１の載置面１０Ａを凸状にし、受電装置２０１の装着時に、凸部１０Ｄが突起囲み部２１１の内側に入り込む構成としてもよい。この場合、凸部１０Ｄにパッシブ電極１５が設けられる。また、送電装置１０１の幅方向における凸部１０Ｄの長さは、受電装置２０１が設置許容範囲を超えて設置されたときに、突起囲み部２１１が凸部１０Ｄに乗り上げる長さである。

なお、図２２において、凸部１０Ｃ，１０Ｄの表面全体をパッシブ電極としてもよい。

また、図１４に示すパッシブ電極が容量結合する場合であっても、凸部２１Ａ，２１Ｂ等を設けることが可能である。この場合、例えば、載置面１０Ａに凸部２１Ａ，２１Ｂが乗り上げる凸部等を設け、受電装置２０１が設置許容範囲を超えた場合に凸部２１Ａ，２１Ｂが凸部に乗り上げると、パッシブ電極同士が対向しないようにすることで、容量結合を起こさなくし、電力伝送を停止させることができる。

１０Ａ−載置面
１０Ｂ−背もたれ面
１１−パッシブ電極（第３電極）
１２−アクティブ電極（第１電極）
２１，２２，２３−パッシブ電極（第４電極）
２４−アクティブ電極（第２電極）
１０１−送電装置
２０１−受電装置

Claims (17)

1. 第１電極、及び該第１電極に接続された電圧発生回路を有する送電装置と、
   第２電極、該第２電極に接続された降圧回路、及び該降圧回路の出力電圧を電源電圧として入力する負荷回路を有する受電装置と、
   を備え、
   前記送電装置に対して所定状態で前記受電装置を載置した場合、前記第１及び第２電極が対向することで、前記送電装置から前記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おいて、
   前記第１及び第２電極は、
   前記受電装置を、対向面に沿って前記所定状態から９０度旋回させた旋回状態で前記送電装置に載置した場合に対向する面積が、前記送電装置に対して前記所定状態で前記受電装置を載置した場合に対向する面積に比べて６８．７５％以下の変化率となるようにしてあり、かつ、相互に重なり合わない領域を有している、
   ことを特徴とするワイヤレス電力伝送システム。
2. 前記第１及び第２電極の一方は、長軸及び短軸を含む帯状電極を有し、
   前記第１及び第２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少なくとも二つの電極と、
   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間を連結する連結部と、
   を有する、ことを特徴とする請求項１に記載のワイヤレス電力伝送システム。
3. 前記帯状電極は、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、
   ことを特徴とする請求項２に記載のワイヤレス電力伝送システム。
4. 前記帯状電極は、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、前記短辺の長さの辺を有する長方形電極、及び一辺が前記長方形電極の各辺よりも短い正方形電極であり、
   前記正方形電極及び前記長方形電極は相手方に向き合う一辺同士が平行となるよう配列されている、
   ことを特徴とする請求項２に記載のワイヤレス電力伝送システム。
5. 前記長方形電極は、配列方向に沿った辺の長さが、前記正方形電極の一辺の長さの１．１から１．２５倍である、
   ことを特徴とする請求項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、及び該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となる背もたれ面を有し、
   前記第１電極は、
   長方形状であり、長手方向が前記載置面と平行に前記背もたれ面に沿って設けられ、かつ、前記載置面側となる長辺が前記載置面から距離Ｌの位置に設けられ、
   前記受電装置は、
   前記載置面に載置された場合に前記背もたれ面と面接触して、前記背もたれ面に支持される長方形状の支持面を有し、該支持面の四辺のうちいずれか一辺を辺１とすると、該辺１が前記載置面に対して平行となるように、前記受電装置を前記送電装置に載置した場合、
   前記第２電極は、
   前記二つの電極が、前記支持面の前記辺１と平行な方向に配列するように、前記載置面と平行に設けられ、かつ、前記二つの電極の前記載置面側となるそれぞれの辺が前記載置面から距離Ｌの位置に設けられている
   ことを特徴とする請求項２から５の何れか一つに記載のワイヤレス電力伝送システム。
7. 前記支持面の前記辺１が延びる方向が前記載置面に対して直交するように、前記受電装置を前記送電装置に載置した場合、
   前記第２電極は、
   前記二つの電極が、前記支持面の前記辺１の方向に配列するように、前記載置面と直交する方向に沿って設けられ、かつ、前記二つの電極のうち前記載置面側となる電極の前記載置面側となる一辺が前記載置面から距離Ｌの位置に設けられている、
   ことを特徴とする請求項２から６の何れか一つに記載のワイヤレス電力伝送システム。
8. 前記二つの電極の前記長方形電極が前記載置面側となる、
   ことを特徴とする請求項７に記載のワイヤレス電力伝送システム。
9. 前記送電装置は、
   前記載置面に沿って設けられ、前記電圧発生回路により前記第１電極との間に電圧が印加される第３電極を有し、
   前記受電装置は、
   前記支持面に隣接する四側面のうち、互いに対向している少なくとも二側面に設けられ、前記第２電極との間に降圧回路が接続される第４電極を有し、
   前記受電装置を前記送電装置に載置した場合、前記第３電極と前記第４電極とが直接導通される
   ことを特徴とする請求項６から８の何れか一つに記載のワイヤレス電力伝送システム。
10. 前記送電装置は、
    長方形状であり、長手方向が前記載置面と平行に前記背もたれ面に沿って設けられ、かつ、前記載置面側となる長辺が前記載置面から距離Ｄの位置に設けられ、前記電圧発生回路により前記第１電極との間に電圧が印加される第３電極を有し、
    前記受電装置は、
    長方形状であり、長手方向が前記載置面と平行に前記支持面に沿って設けられ、かつ、前記載置面側となる長辺が前記載置面から距離Ｄ（Ｄ＜Ｌ）の位置に設けられ、前記第２電極との間に降圧回路が接続される第４電極を有し、
    前記受電装置を前記送電装置に載置した場合、前記第３電極と前記第４電極とが近接される
    ことを特徴とする請求項６から８の何れか一つに記載のワイヤレス電力伝送システム。
11. 前記送電装置は、
    前記第１電極と対向し、前記電圧発生回路により前記第１電極との間に電圧が印加される第３電極を有し、
    前記受電装置は、
    前記第２電極と対向し、前記第２電極との間に降圧回路が接続される第４電極を有し、
    前記受電装置を前記送電装置に載置した場合、
    前記第３電極と前記第４電極とは、前記第１電極及び前記第２電極を挟んで、容量結合する、
    ことを特徴とする請求項６から８の何れか一つに記載のワイヤレス電力伝送システム。
12. 前記送電装置及び前記受電装置はそれぞれ、
    前記第１電極及び前記第２電極の対向面積が、前記所定状態又は前記旋回状態での対向面積から許容範囲を超えて前記受電装置が移動された場合に、互いに係り合う係合部を有している、
    ことを特徴とする請求項１から１１の何れか一つに記載のワイヤレス電力伝送システム。
13. 前記送電装置及び前記受電装置はそれぞれ、
    前記送電装置に前記受電装置を載置した場合に互いに接する平面を有し、
    前記送電装置及び前記受電装置の一方の係合部は、
    前記送電装置及び前記受電装置の他方に突出し、第１距離離れて前記平面に設けられた二つの凸部を有し、
    前記送電装置及び前記受電装置の他方の係合部は、
    前記二つの凸部と係合し、前記第１距離より短い第２距離離れて前記平面に設けられた二つの凹部を有する、
    ことを特徴とする請求項１１に記載のワイヤレス電力伝送システム。
14. 前記帯状電極は、短辺が長さＸ、長辺が長さＹの長方形状であり、
    前記二つの電極は、一辺が長さＸの二つの正方形状であり、（Ｙ−Ｘ）の長さを隔てて前記帯状電極の長手方向に沿って配列されてなり、
    前記二つの凸部および前記二つの凹部はそれぞれ前記長手方向に沿って設けられ、
    前記二つの凸部間の長さと前記二つの凹部間の長さとの差が（２Ｙ−Ｘ）である、
    ことを特徴とする請求項１３に記載のワイヤレス電力伝送システム。
15. 前記帯状電極は、短辺が長さＸ、長辺が長さＹの長方形状であり、
    前記二つの電極は、一辺が長さＸの二つの正方形状であり、（Ｙ−Ｘ）の長さを隔てて前記帯状電極の長手方向の直交方向に沿って配列されてなり、
    前記二つの凸部は前記長手方向の直交方向に沿って設けられ、
    前記二つの凹部は前記直交方向に沿って設けられ、
    前記二つの凸部間の長さと前記二つの凹部間の長さとの差が（Ｙ−Ｘ）である、
    ことを特徴とする請求項１３に記載のワイヤレス電力伝送システム。
16. 前記二つの凸部間の平面部分に、前記第３電極又は前記第４電極の一方が設けられ、
    前記二つの凹部に挟まれて形成される凸部は、前記平面部分に面接触し、面接触する部分に前記第３電極又は前記第４電極の他方が設けられている、
    ことを特徴とする請求項１２から１５の何れか一つに記載のワイヤレス電力伝送システム。
17. 前記受電装置の前記第４電極を有する二側面は前記載置面より長い、
    ことを特徴とする請求項１１から１６の何れか一つに記載のワイヤレス電力伝送システム。

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