JP5152298B2 - 送電装置、受電装置及びワイヤレス電力伝送システム - Google Patents

Description

本発明はワイヤレスで電力を伝送する送電装置、受電装置及び電力伝送システムに関するものである。

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に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。しかし、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・薄型化が可能である。

図１は特許文献１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る。送電装置には、高周波電圧発生回路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、送電装置のアクティブ電極、受電装置のアクティブ電極及び受電装置のパッシブ電極は、それらの中心を通る法線を共有している。

特許文献２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。

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。

ところで、受電装置は、たとえば移動体通信端末やデジタルカメラのような電子機器であり、近年、これら電子機器の小型化、高密度化が要求されている。このような状況のもと、アクティブ電極とパッシブ電極の配置位置の制約も増えている。両電極の配置関係によっては、アクティブ電極とパッシブ電極との間に生じる浮遊容量が大きく、その結果、送電装置と受電装置との結合度が低下して、電力伝送効率が低下することがある。また、電子機器に内蔵されるプリント配線板や二次電池等の導体とアクティブ電極との配置関係によっては、その間に生じる浮遊容量が大きい。そのため、電力伝送効率が低下するだけでなく、プリント配線板に形成される各種回路の電気的特性や二次電池の電池特性に影響を与えるといった問題も生じる。

本発明は、装置を大型化することなく、電力伝送に寄与しない浮遊容量を小さくして電力伝送効率を高めた送電装置、受電装置および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。

（１）本発明の受電装置は、送電装置側アクティブ電極と送電装置側パッシブ電極との間に高周波の高電圧を印加する高周波電圧発生回路が接続された送電装置と対をなす受電装置であって、
前記送電装置側アクティブ電極に対向する受電装置側アクティブ電極、前記送電装置側パッシブ電極に対向する受電装置側パッシブ電極、前記受電装置側アクティブ電極と前記受電装置側パッシブ電極との間に生じる電圧を降圧する降圧回路、及び前記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、を有し、前記送電装置側アクティブ電極と前記受電装置側アクティブ電極との間、および前記送電装置側パッシブ電極と前記受電装置側パッシブ電極との間で、前記降圧回路で降圧される前の高電圧で電力伝送が行われ、前記受電装置側アクティブ電極と前記受電装置側パッシブ電極との位置関係が非平行である。

この構造によれば、送電装置のアクティブ電極とパッシブ電極とが非平行であり、また、受電装置のアクティブ電極とパッシブ電極とが非平行でもあるので、浮遊容量が抑えられ、結合度の低下が少なく、高い伝送効率が得られる。また、アクティブ電極を装置内のプリント配線板に対して非平行に配置できるので、装置内部の各種回路の電気的特性や二次電池の電池特性に与える影響も抑制できる。

（２）前記受電装置側アクティブ電極と前記受電装置側パッシブ電極とのなす角度は例えば直角である。

（３）また、例えば前記受電装置の筐体の六面のうち相対的に面積の広い第１の面に沿って受電装置側のパッシブ電極が設けられ、前記六面のうち第１の面に隣り合う四つの面（側面）のうちの一つの面である第２の面に受電装置側のアクティブ電極が設けられている。
この構成によれば、受電装置のアクティブ電極に対応する位置にアクティブ電極を有し、受電装置のパッシブ電極に対応する位置にパッシブ電極を有する送電装置の設計が容易である。

（４）また、例えば前記受電装置の筐体の六面のうち第１の面に沿って受電装置側のパッシブ電極またはアクティブ電極が設けられ、前記六面のうち第１の面に隣り合う第２〜第５の面のうち複数の面に受電装置側のアクティブ電極またはパッシブ電極が設けられている。
この構成によれば、送電装置に対する受電装置の向きの自由度が増す。

（５）また、例えば前記受電装置の筐体の六面のうち第１の面に隣り合う第２〜第５の面に沿って配置された電極のうちいずれが送電装置側アクティブ電極に対向した電極であるかを検知する手段と、前記送電装置側アクティブ電極に対向した電極を前記降圧回路に接続するスイッチ手段とを備える。
この構成によれば、受電装置側の複数のアクティブ電極のうち必要なアクティブ電極のみ使用されるので、残りの不要なアクティブ電極に不要な電位が掛かることがない。

（６）また、前記受電装置は、例えば受電装置本体部と当該受電装置本体部を囲むジャケット部とで構成され、前記筐体は前記ジャケット部であり、前記ジャケット部は前記受電装置側アクティブ電極、前記受電装置側パッシブ電極、前記降圧回路、及び前記降圧回路の出力電圧を供給するジャケット部側電極を少なくとも備え、前記受電装置本体部に前記ジャケット部側電極に接触導通する受電装置本体部側電極、及びこの受電装置本体部側電極に導通する前記負荷回路を備える。

この構成によれば、異なる種類のそれぞれの機器に対応したジャケットを用意することにより、各種の受電装置を一種類の送電装置に適応させることができる。また、受電装置本体部は接触受電方式に対応していればよいので、受電装置本体部単体で接触受電を行うことも可能となる。

（７）本発明の送電装置は、受電装置側アクティブ電極と受電装置側パッシブ電極との間に降圧回路が接続された受電装置と対をなす送電装置であって、
前記受電装置側アクティブ電極に対向する送電装置側アクティブ電極、前記受電装置側パッシブ電極に対向する送電装置側パッシブ電極、及び前記送電装置側アクティブ電極と前記送電装置側パッシブ電極との間に接続され、高周波の高電圧を印加するための昇圧回路を含む高周波電圧発生回路、を有し、前記送電装置側アクティブ電極と前記送電装置側パッシブ電極との位置関係が非平行である。

（８）前記送電装置は、前記送電装置側のアクティブ電極が設けられた第１平坦部と、前記送電装置側のパッシブ電極が形成され、第１平坦部に対して直交する第２平坦部とを備えている。例えば第１平坦部はアクティブ電極が設けられた台座部、第２平坦部はパッシブ電極が設けられた背もたれ部である。また、例えば第１平坦部はパッシブ電極が設けられた載置部、第２平坦部はアクティブ電極が設けられた側壁部である。

この構成によれば、六面体の隣り合う二面にアクティブ電極とパッシブ電極がそれぞれ設けられている受電装置を搭載するだけで、送電装置側アクティブ電極と受電装置側アクティブ電極との位置合わせ、及び送電装置側パッシブ電極と受電装置側パッシブ電極との位置合わせできる。

（９）また、前記第１平坦部および前記第２平坦部に直交する第３平坦部を含み、当該第３平坦部に前記受電装置の筐体の一面が当接した状態で、前記送電装置側アクティブ電極が前記受電装置側アクティブ電極に対向するように構成する。

この構成によれば、受電装置の隣り合う三つの面を第１平坦部、第２平坦部、第３平坦部にそれぞれ当接させることで、送電装置と受電装置との位置決めを容易且つ確実に行える。

（１０）前記第３平坦部には前記送電装置側パッシブ電極を備えてもよい。
この構成によれば、受電装置の筐体の第１面にパッシブ電極を設けずに、送電装置側パッシブ電極に対向する受電装置の筐体の面（受電装置の第１面に隣り合う四つの面のうちアクティブ電極が設けられた面に隣接する面）にパッシブ電極を形成することになるので、受電装置のパッシブ電極が設けられた面が送電装置の第３平坦部に当接された場合にのみ送電されることになり安全性を高めることができる。また、この構成によれば、受電装置の面積の広い面に沿った位置にもパッシブ電極を設け、送電装置の第２平坦部にもパッシブ電極を設けることができるので、送電装置と受電装置のパッシブ電極同士に生じる容量をより大きくでき、パッシブ電極の電位をより低電圧にできる。

（１１）また、前記第３平坦部に、前記第１平坦部に設けられた送電装置側アクティブ電極とは分離された第３平坦部側の送電装置側アクティブ電極を備え、
前記第１平坦部側の送電装置側アクティブ電極と前記第３平坦部側の送電装置側アクティブ電極のうち、いずかれが前記受電装置のアクティブ電極に対向した電極であるかを検知する手段と、前記受電装置側アクティブ電極に対向した電極を前記高周波電圧発生回路に接続するスイッチ手段を備えてもよい。

この構成によれば、受電装置の一面にのみアクティブ電極を設けている場合でも、その受電装置を送電装置に対して例えば縦置きにしても横置きにしても使用できる。また、送電装置側の複数のアクティブ電極のうち必要なアクティブ電極のみ使用されるので、残りの不要なアクティブ電極に不要な電位が掛かることがない。

（１２）本発明のワイヤレス電力伝送システムは、送電装置側アクティブ電極と送電装置側パッシブ電極との間に高周波の高電圧を印加するための昇圧回路を含む高周波電圧発生回路が接続された送電装置と、受電装置側アクティブ電極と受電装置側パッシブ電極との間に降圧回路が接続され、前記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、
前記送電装置側アクティブ電極と前記送電装置側パッシブ電極との位置関係、および前記受電装置側アクティブ電極と前記受電装置側パッシブ電極との位置関係が非平行である。

（１３）前記ワイヤレス電力伝送システムにおいて、例えば前記送電装置は、前記送電装置側のアクティブ電極が設けられた第１平坦部と、前記送電装置側のパッシブ電極が形成され、前記第１平坦部に対して直交する第２平坦部と、前記第１平坦部および前記第２平坦部に対して直交する第３平坦部とを備え、当該第３平坦部に前記受電装置の筐体の一面が当接した状態で、前記送電装置側アクティブ電極が前記受電装置側アクティブ電極に対向し、
前記受電装置の重心を通り、前記第１平坦部または前記第２平坦部に対する垂線が前記第１平坦部または前記第２平坦部に交わる点は前記第１平坦部または前記第２平坦部の中心よりも前記第３平坦部から離れた位置にある。

この構成によれば、受電装置が送電装置に載置される際、受電装置が送電装置の台座部や載置部から外れ落ちるような位置に載置されることを防止でき、適正位置に的確に載置されることになる。

本発明によれば、装置を大型化することなく、電力伝送に寄与しない浮遊容量を小さくして電力伝送効率を高めた送電装置、受電装置およびワイヤレス電力伝送システムを構成できる。

図１は特許文献１の電力伝送システムの基本構成を示す図である。 図２は第１の実施形態に係る送電装置１０１と受電装置２０１の斜視図である。 図３は送電装置１０１と受電装置２０１の側面図である。 図４はワイヤレス電力伝送システムの等価回路図である。 図５（Ａ）は第２の実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムの一部を構成する受電装置２０２の斜視図、図５（Ｂ）は受電装置２０２の筐体内に設けられている各種電極の配置を示す図である。 図６は受電装置２０２の概略回路図である。 図７は受電装置２０２の回路ブロック図である。 図８は第２の実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムの使用形態を示す斜視図である。 図９は第３の実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムの一部である受電装置の回路ブロック図である。 図１０（Ａ）は第４の実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムの一部である受電装置の斜視図である。図１０（Ｂ）は、受電装置本体部３０１とジャケット部３０２とを分離した状態での斜視図である。 図１１（Ａ）は第５の実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムの或る使用形態での斜視図である。図１１（Ｂ）は第５の実施形態に係る別の送電装置１０４の斜視図である。 図１２（Ａ）は第６の実施形態に係る送電装置１０６の斜視図である。図１２（Ｂ）は送電装置１０６に載置する受電装置２０６の斜視図である。 図１３（Ａ）は、送電装置１０６に対する受電装置２０６の正常な載置状態を示す正面図である。図１３（Ｂ）は、受電装置２０６の重心を通る鉛直線Ｗ−Ｗを示す図である。図１３（Ｃ）は、受電装置２０６が送電装置１０６から外れ落ちる様子を示す図である。 図１４（Ａ）は第７の実施形態に係る送電装置１０７の平面図である。図１４（Ｂ）は第７の実施形態に係る受電装置２０７の斜視図である。 図１５（Ａ）は、送電装置１０７に対する受電装置２０６の正常な載置状態を示す正面図である。図１５（Ｂ）は、受電装置２０７の重心を通り、送電装置１０７の載置部１０Ｍのエッジに平行な直線Ｗ−Ｗを示す図である。 図１６（Ａ）は第８の実施形態に係る送電装置１０８の正面図である。図１６（Ｂ）は第８の実施形態に係る受電装置２０８の斜視図である。 図１７は送電装置１０８に対する受電装置２０８の載置状態を示す正面図である。 図１８（Ａ）は送電装置１０９の平面図、図１８（Ｂ）は送電装置１０９に受電装置２０９を載置した状態を示す平面図である。 図１９は送電装置１０９のブロック構成図である。 図２０は、図１９に示した制御回路５２の処理内容のうち、送電装置に対する受電装置の載置の検知及びそれ以降の処理内容についてのフローチャートである。

《第１の実施形態》
図２は第１の実施形態に係る送電装置１０１と受電装置２０１の斜視図である。また、図３はこの送電装置１０１と受電装置２０１の側面図である。この送電装置１０１と受電装置２０１とでワイヤレス電力伝送システムを構成している。

送電装置１０１はパッシブ電極１１とアクティブ電極１２を備え、受電装置２０１はパッシブ電極２１とアクティブ電極２２を備えている。受電装置２０１の筐体２０は直方体形状であり、面積の広い第１の面に沿ってパッシブ電極２１が設けられ、筐体の六面のうち第１の面に隣り合う四つの面（側面）のうちの一つの面である第２の面に受電装置側のアクティブ電極２２が設けられている。

送電装置１０１の筐体１０は台座部１０Ｄと背もたれ部１０Ｂを備えている。この台座部１０Ｄと背もたれ部１０Ｂとで受電装置２０１の載置部を構成している。送電装置１０１の載置部に受電装置２０１を載置することによって、送電装置１０１側のパッシブ電極１１は受電装置側パッシブ電極２１に対向し、送電装置１０１側のアクティブ電極１２は受電装置側アクティブ電極２２に対向する。前記台座部１０Ｄは特許請求の範囲に記載の「第１平坦部」に相当し、前記背もたれ部１０Ｂは特許請求の範囲に記載の「第２平坦部」に相当する。

送電装置側アクティブ電極１２と送電装置側パッシブ電極１１との間には高周波電圧発生回路が接続されている。受電装置側アクティブ電極２２と受電装置側パッシブ電極２１との間には降圧回路が接続されていて、この降圧回路に負荷回路が接続されている。この例では負荷回路は二次電池２８である。すなわち、受電装置２０１は例えば携帯電子機器であり、送電装置１０１はその充電台である。受電装置２０１を送電装置１０１に載置することによって内部の二次電池２８が充電される。携帯電子機器としては携帯電話、ノート型ＰＣ、デジタルカメラなどが挙げられる。

図４はワイヤレス電力伝送システムの等価回路図である。この図４において、送電装置１０１の高周波電圧発生回路ＯＳＣは例えば１００ｋＨｚ〜数１０ＭＨｚの高周波電圧を発生する。昇圧トランスＴＧ及びインダクタＬＧによる昇圧回路１７は、高周波電圧発生回路ＯＳＣの発生する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とアクティブ電極２２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、整流平滑回路と二次電池とで構成されている。

第１の実施形態によれば、送電装置のアクティブ電極の主面とパッシブ電極の主面とが非平行であり、また、受電装置のアクティブ電極の主面とパッシブ電極の主面とが非平行でもあるので、それぞれのアクティブ電極の間およびパッシブ電極の間の浮遊容量が抑えられ、それぞれのアクティブ電極同士およびパッシブ電極同士の結合度の低下が少なく、高い伝送効率が得られる。また、アクティブ電極２２が装置内のプリント配線板に対して非平行に配置できるので、装置内部の各種回路の電気的特性や二次電池の電池特性に与える影響も抑制できる。さらに、受電装置を送電装置の背もたれにもたれさせると共に台座部に載置するだけで、送電装置と受電装置のアクティブ電極同士及びパッシブ電極同士を対向させることができる。

なお、受電装置側アクティブ電極と受電装置側パッシブ電極とのなす角度、送電装置側アクティブ電極と送電装置側パッシブ電極とのなす角度のそれぞれは必ずしも直角でなくてもよく、少なくとも非平行であればよい。

高周波電圧発生回路ＯＳＣが発生する交流電圧の周波数は、送電装置１０１および受電装置２０１の周囲の誘電性媒質（すなわち空気）での波長が、送電装置１０１および受電装置２０１の大きさに比べて長い関係にある。すなわち準静電場により電力伝送される。このことにより、電磁波放射の形で輻射（分散）されるエネルギーが少ないので、電力伝送効率が高まる。また、高周波電圧発生回路ＯＳＣが発生する交流電圧の周波数は、輻射される電磁波エネルギーが、送電装置１０１から受電装置２０１へ伝搬される電界エネルギーに比べて小さい範囲で、できるだけ高い周波数とする。このことによって、送電装置側アクティブ電極１２、送電装置側パッシブ電極１１、受電装置側アクティブ電極２２、受電装置側パッシブ電極２１のそれぞれの面積が小さくても（小さい割に）伝送電力を高めることができる。同じ伝送電力である場合は結合電極の電圧を低めることができる。したがって、小型でありながら電力伝送効率の高い電力伝送システムが構成できる。これらのことは第２の実施形態以降の各実施形態についても同様である。

《第２の実施形態》
図５（Ａ）は第２の実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムの一部を構成する受電装置２０２の斜視図、図５（Ｂ）はその筐体内に設けられている各種電極の配置を示す図である。
受電装置２０２の筐体２０は直方体形状であり、筐体２０の面積の広い第１の面に沿ってパッシブ電極２１が設けられ、筐体の六面のうち第１の面に隣り合う四つの面（側面）のうちの三つの面に受電装置側のアクティブ電極２２，２３，２４が設けられている。また、第１の面に平行な面に沿って液晶表示パネル２６が設けられている。さらに、筐体２０の内部には第１の面に平行に回路基板が設けられている。

図６は前記受電装置２０２の概略回路図である。３つのアクティブ電極２２，２３，２４とパッシブ電極２１との間に降圧トランスＴＬの１次側が接続されている。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つのアクティブ電極２２，２３，２４は共通接続されているので同電位である。

図７は前記受電装置２０２の回路ブロック図である。ここで降圧回路２５は図６に示した降圧トランスＴＬに相当する。整流平滑回路２７は降圧回路２５の出力電圧を整流平滑して二次電池２８へ充電電圧を供給する。この整流平滑回路２７および二次電池２８が負荷回路ＲＬに相当する。

図８は第２の実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムの使用形態を示す斜視図である。図８（Ａ）は、送電装置１０２の台座部１０Ｄに対して受電装置２０２を縦向きに載置した例である。図８（Ｂ）は、送電装置１０２の台座部１０Ｄに対して受電装置２０２を横向きに載置した例である。送電装置１０２の基本構成は第１の実施形態で示した送電装置１０１と同じである。

このように、送電装置１０１の台座部に沿って設けられている送電装置側アクティブ電極に受電装置側アクティブ電極が対向すればよいので、受電装置２０２は三通りの形態で載置することができる。

なお、筐体の六面のうち第１の面に隣り合う四つの面（側面）の全ての面に受電装置側のアクティブ電極を設けてもよい。さらに、四つの面の全てに設けられた受電装置側アクティブ電極を環状に接続してもよい。

また、図５〜図８に示した例では、単一のパッシブ電極と複数のアクティブ電極を備えたが、パッシブ電極とアクティブ電極との関係を逆にしてもよい。すなわち、筐体の第１の面に沿って単一のアクティブ電極を配置し、第１の面に隣り合う複数の面にパッシブ電極を設けてもよい。

《第３の実施形態》
図９は第３の実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムの一部である受電装置の回路ブロック図である。第２の実施形態で示した受電装置２０２と異なり、３つのアクティブ電極２２，２３，２４が切替スイッチ２９で選択的に降圧回路２５に接続されるように構成されている。切替スイッチ２９はセンサ部３０の検出結果に応じてアクティブ電極２２，２３，２４の何れかを選択する。センサ部３０は重力加速度の方向を検出するセンサを備え、このセンサ部３０によって受電装置２０２のどのアクティブ電極が送電装置のアクティブ電極に対向するかを検知する。切替スイッチ２９は、送電装置のアクティブ電極に対向する受電装置側アクティブ電極を選択する。このことにより、非選択状態のアクティブ電極はフローティング状態となって、高電位が掛からないので安全性が高まる。
なお、非選択状態のアクティブ電極はパッシブ電極に接続するように構成してもよい。このことによってパッシブ電極の総面積をかせぐことができる。

センサ部３０には人体センサも備えている。この人体センサが人体を検知すれば、すなわち受電装置に人体が近接していれば、切替スイッチ２９は全てのアクティブ電極２２，２３，２４を非選択にする。これにより充電は停止される。送電装置は受電装置への伝送電力が０になったことを検知して送電装置側アクティブ電極とパッシブ電極への電圧印加を停止するので、送電装置側と受電装置側の何れのアクティブ電極及びパッシブ電極にも高電位が掛かることが無く、安全性が高まる。

なお、筐体の六面のうち第１の面に隣り合う四つの面（側面）の全ての面に選択可能な受電装置側アクティブ電極を設けてもよい。

《第４の実施形態》
図１０（Ａ）は第４の実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムの一部である受電装置の斜視図である。図１０（Ｂ）は、受電装置本体部３０１とジャケット部３０２とを分離した状態での斜視図である。この受電装置は受電装置本体部３０１とそれを収納するジャケット部３０２とで構成されている。

ジャケット部３０２は受電装置側アクティブ電極３２，３３，３４、受電装置側パッシブ電極３１、制御回路３６及び降圧回路の出力電圧を供給するコネクタ３５を備えている。受電装置本体部３０１にはジャケット部側のコネクタ３５に接触導通する受電装置本体部側電極、及びこの受電装置本体部側電極に導通する負荷回路を備えている。前記制御回路３６は先に示した各実施形態における降圧回路に相当する。したがって、ジャケット部３０２に受電装置本体部３０１を収納することによって、電気的には第２または第３の実施形態で示した受電装置と同様に作用する。

なお、受電装置本体部３０１の電極と接触する端子電極をコネクタ３５に代えて設けてもよい。

第４に実施形態によれば、異なる種類のそれぞれの機器に対応したジャケットを用意することにより、各種の受電装置を一種類の送電装置に適応させることができる。また、受電装置本体部３０１は、それ単体で従来の接触方式の充電台に装着することで充電が行われる装置であってもよい。すなわち、接触充電方式の受電装置本体部とジャケット部とによって、ワイヤレス充電方式の受電装置が構成できる。

《第５の実施形態》
図１１（Ａ）は第５の実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムの或る使用形態での斜視図である。この例では、送電装置１０３は、それに対して複数の受電装置２０１Ａ，２０１Ｂを載置できる大きさにしている。また、送電装置１０３の台座部１０Ｄのどの位置に受電装置を載置しても電力伝送が行えるように、台座部１０Ｄと背もたれ部１０Ｂとによる谷に沿った方向に延びるように、送電装置側のパッシブ電極１１とアクティブ電極１２を形成している。
このようにして単一の送電装置から複数の受電装置へ電力伝送を行うことも可能である。

図１１（Ｂ）は第５の実施形態に係る別の送電装置１０４の斜視図である。この送電装置１０４の背もたれ部１０Ｂは透明基材で構成されていて、この透明基材にＩＴＯなどによる透明のパッシブ電極が形成されている。この例では、背もたれ部１０Ｂより後方に支持部材１０Ｌを広げることによって送電装置１０４を卓上などに立てて使用する。
このように透明電極を用いることによりデザイン性に優れた送電装置を構成できる。

《第６の実施形態》
図１２（Ａ）は第６の実施形態に係る送電装置１０６の斜視図である。また、図１２（Ｂ）はこの送電装置１０６に載置する受電装置２０６の斜視図である。この送電装置１０６と受電装置２０６とでワイヤレス電力伝送システムを構成する。

送電装置１０６は、パッシブ電極１１が設けられた背もたれ部１０Ｂ、アクティブ電極１２が設けられた台座部１０Ｄ、および側壁部１０Ｓを備えている。背もたれ部１０Ｂ、台座部１０Ｄおよび側壁部１０Ｓのそれぞれの内側の面は互いに直交している。この送電装置１０６の背もたれ部１０Ｂは透明基材で構成されていて、この透明基材にＩＴＯなどによる透明のパッシブ電極１１が形成されている。送電装置側アクティブ電極１２と送電装置側パッシブ電極１１との間には高周波電圧発生回路が接続されている。

前記台座部１０Ｄは特許請求の範囲に記載の「第１平坦部」に相当し、前記背もたれ部１０Ｂは特許請求の範囲に記載の「第２平坦部」に相当し、前記側壁部１０Ｓは特許請求の範囲に記載の「第３平坦部」に相当する。

図１２（Ｂ）に示すように、受電装置２０６の筐体は直方体形状であり、面積の広い第１面Ｓ１に沿ってパッシブ電極２１が設けられ、筐体の六面のうち第１面に隣り合う四つの面（側面）のうちの一つの面である第２面Ｓ２にアクティブ電極２２が設けられている。受電装置側アクティブ電極２２と受電装置側パッシブ電極２１との間には降圧回路が接続されていて、この降圧回路に負荷回路が接続されている。

図１３（Ａ）は、前記送電装置１０６に対する前記受電装置２０６の正常な載置状態を示す正面図である。送電装置１０６の載置部に受電装置２０６を載置する際、受電装置２０６の第２面Ｓ２を送電装置の台座部１０Ｄに載置し、受電装置２０６の第３面Ｓ３を側壁部１０Ｓに当接させる。この状態で、送電装置１０６側のパッシブ電極１１は受電装置側パッシブ電極２１に対向し、送電装置１０６側のアクティブ電極１２は受電装置側アクティブ電極２２に対向する。

図１３（Ｂ）において、破線Ｗ−Ｗは受電装置２０６の重心を通る鉛直線である。この鉛直線Ｗ−Ｗが送電装置１０６の台座部１０Ｄのエッジより外側を通ると、図１３（Ｃ）に示すように、受電装置２０６は送電装置１０６の台座部１０Ｄから外れ落ちる。すなわち、受電装置の重心を通り、台座部１０Ｄに対する垂線が台座部１０Ｄに交わる点Ｐは台座部１０Ｄの中心Ｑよりも側壁部１０Ｓから離れた位置にあるため、受電装置２０６の第３面Ｓ３が側壁部１０Ｓから離れていると受電装置２０６は送電装置１０６の台座部１０Ｄから容易に落ちる。そのため、操作者は意識的または無意識的に受電装置２０６の前記第３面Ｓ３を送電装置１０６の側壁に当接するように載置することになる。

《第７の実施形態》
図１４（Ａ）は第７の実施形態に係る送電装置１０７の平面図（正面図ではなく平面図）である。また、図１４（Ｂ）は第７の実施形態に係る受電装置２０７の斜視図である。この送電装置１０７と受電装置２０７とでワイヤレス電力伝送システムを構成する。

送電装置１０７は、パッシブ電極１１が設けられた載置部１０Ｍ、アクティブ電極１２が設けられた第１の側壁部１０Ｓａ、および第２の側壁部１０Ｓｂを備えている。載置部１０Ｍの上面と、第１の側壁部１０Ｓａおよび第２の側壁部１０Ｓｂのそれぞれの内側の面は互いに直交している。送電装置側アクティブ電極１２と送電装置側パッシブ電極１１との間には高周波電圧発生回路が接続されている。

図１４（Ｂ）に示すように、受電装置２０７の筐体は直方体形状であり、面積の広い第１面Ｓ１に沿ってパッシブ電極２１が設けられ、筐体の六面のうち第１面に隣り合う四つの面（側面）のうちの互いに隣接する第２面Ｓ２および第３面Ｓ３にアクティブ電極２２Ａおよび２２Ｂがそれぞれ設けられている。アクティブ電極２２Ａ，２２Ｂとパッシブ電極２１との間には降圧回路が接続されていて、この降圧回路に負荷回路が接続されている。

図１５（Ａ）は、送電装置１０７に対する前記受電装置２０７の正常な載置状態を示す正面図である。送電装置１０７の載置部に受電装置２０７を載置する際、受電装置２０７の第１面Ｓ１を送電装置の載置部１０Ｍに載置し、受電装置２０７の第２面Ｓ２を送電装置１０７の第１側壁部１０Ｓａに当接させ、受電装置２０７の第３面Ｓ３を送電装置１０７の第２側壁部１０Ｓｂに当接させる。この状態で、送電装置１０７側のパッシブ電極１１は受電装置側パッシブ電極２１に対向し、送電装置１０７側のアクティブ電極１２は受電装置側アクティブ電極２２Ａに対向する。

前記載置部１０Ｍは特許請求の範囲に記載の「第２平坦部」に相当し、前記第１側壁部１０Ｓａは特許請求の範囲に記載の「第１平坦部」に相当し、前記第２側壁部１０Ｓｂは特許請求の範囲に記載の「第３平坦部」に相当する。

図１５（Ｂ）において、破線Ｗ−Ｗは受電装置２０７の重心を通り、送電装置１０７の載置部１０Ｍのエッジに平行な直線である。この直線Ｗ−Ｗが送電装置１０７の載置部１０Ｍのエッジより外側を通ると、受電装置２０７は送電装置１０７の載置部１０Ｍから外れ落ちる。すなわち、受電装置２０７の重心を通り、載置部１０Ｍに対する垂線が載置部１０Ｍに交わる点Ｓは載置部１０Ｍの中心Ｔよりも側壁部１０Ｓから離れた位置にあるため、受電装置２０７の第３面Ｓ３が第２側壁部１０Ｓｂから離れていると受電装置２０７は送電装置１０７の載置部１０Ｍから容易に落ちる。そのため、操作者は意識的または無意識的に受電装置２０７の前記第２面Ｓ２または第３面Ｓ３を送電装置１０７の第２側壁１０Ｓｂに当接するように載置することになる。

図１５（Ａ）に示した状態から受電装置２０７を９０度右回転させた状態で送電装置１０７に載置してもよい。その場合には、送電装置１０７側のパッシブ電極１１は受電装置側パッシブ電極２１に対向し、送電装置１０７側のアクティブ電極１２は受電装置側アクティブ電極２２Ｂに対向する。

《第８の実施形態》
図１６（Ａ）は第８の実施形態に係る送電装置１０８の正面図である。また、図１６（Ｂ）は第８の実施形態に係る受電装置２０８の斜視図である。この送電装置１０８と受電装置２０８とでワイヤレス電力伝送システムを構成する。

送電装置１０８は、背もたれ部１０Ｂ、アクティブ電極１２が設けられた台座部１０Ｄ、パッシブ電極１１が設けられた側壁部１０Ｓを備えている。背もたれ部１０Ｂ、台座部１０Ｄおよび側壁部１０Ｓのそれぞれの内側の面は互いに直交している。送電装置側アクティブ電極１２と送電装置側パッシブ電極１１との間には高周波電圧発生回路が接続されている。

受電装置２０８の筐体は直方体形状であり、筐体の六面のうち面積の広い面に隣り合う四つの面（側面）のうちの互いに隣接する面にアクティブ電極２２およびパッシブ電極２１がそれぞれ設けられている。アクティブ電極２２とパッシブ電極２１との間には降圧回路が接続されていて、この降圧回路に負荷回路が接続されている。

前記台座部１０Ｄは特許請求の範囲に記載の「第１平坦部」に相当し、前記背もたれ部１０Ｂは特許請求の範囲に記載の「第２平坦部」に相当し、前記側壁部１０Ｓは特許請求の範囲に記載の「第３平坦部」に相当する。第８の実施形態では、受電装置２０８の筐体の第１面Ｓ１にパッシブ電極を設けずに、第１面Ｓ１に隣接する面にパッシブ電極２１を設けることができる。この場合、受電装置２０８のパッシブ電極２１が設けられた面が送電装置１０８の第３平坦部に当接された場合にのみ送電されるので安全性を高めることができる。また、受電装置２０８のパッシブ電極形状を小さくスリムにできるが、パッシブ電極の電位変動は大きい。

なお、受電装置２０８の面積の広い面に沿った位置にもパッシブ電極２１を設け、送電装置１０８の背もたれ部１０Ｂにもパッシブ電極を設けてもよい。この場合、送電装置１０８と受電装置２０８のパッシブ電極同士に生じる容量を、受電装置２０８の第１面Ｓ１にのみパッシブ電極を設けた場合に比べて大きくでき、パッシブ電極の電位をより低電圧にできる。

図１７は送電装置１０８に対する受電装置２０８の載置状態を示す正面図である。送電装置１０８の台座部に受電装置２０８を載置した状態で、送電装置１０８のパッシブ電極１１は受電装置２０８のパッシブ電極２１に対向し、送電装置１０８のアクティブ電極１２は受電装置２０８のアクティブ電極２２に対向する。

《第９の実施形態》
第９の実施形態は、送電装置に複数のアクティブ電極を備え、送電装置に対して載置する受電装置の向きに応じて送電装置のアクティブ電極を有効化するものである。
図１８（Ａ）は送電装置１０９の平面図、図１８（Ｂ）はその送電装置１０９に受電装置２０９を載置した状態を示す平面図である。送電装置１０９は、パッシブ電極１１が設けられた載置部１０Ｍ、アクティブ電極１２Ａが設けられた第１の側壁部１０Ｓａ、およびアクティブ電極１２Ｂが設けられた第２の側壁部１０Ｓｂを備えている。載置部１０Ｍの上面と、第１の側壁部１０Ｓａおよび第２の側壁部１０Ｓｂのそれぞれの内側の面は互いに直交している。送電装置側アクティブ電極１２と送電装置側パッシブ電極１１との間には高周波電圧発生回路が接続されている。

前記載置部１０Ｍは特許請求の範囲に記載の「第２平坦部」に相当し、前記第１側壁部１０Ｓａは特許請求の範囲に記載の「第１平坦部」に相当し、前記第２側壁部１０Ｓｂは特許請求の範囲に記載の「第３平坦部」に相当する。

図１８（Ｂ）に示すように、受電装置２０９の筐体は直方体形状であり、面積の広い面に沿ってパッシブ電極２１が設けられ、筐体の六面のうち一つの側面にアクティブ電極２２が設けられている。アクティブ電極２２とパッシブ電極２１との間には降圧回路が接続されていて、この降圧回路に負荷回路が接続されている。

送電装置１０９には、アクティブ電極１２Ａ，１２Ｂへの印加電圧を検出する電圧検出回路４１、アクティブ電極１２Ａ，１２Ｂのいずれに電圧を印加するかを選択する切替スイッチ４２、駆動制御回路４０等が設けられている。駆動制御回路４０は電圧検出回路４１の検出電圧を基に、アクティブ電極１２Ａ，１２Ｂのいずれに受電装置のアクティブ電極が対向しているかを検知し、該当のアクティブ電極に高周波電圧を印加するように切替スイッチ４２を選択する。図１８（Ｂ）の状態では、切替スイッチ４２がアクティブ電極１２Ａ側を選択するように切り替える。

図１９は送電装置１０９のブロック構成図である。ここで駆動電源回路５１は商用電源を入力して例えば一定の直流電圧（例えばＤＣ５Ｖ）を発生する電源回路である。制御回路５２は次に述べる各部との間で信号を入出力して各部の制御を行う。

駆動制御回路５５は制御回路５２から出力されるＯＮ／ＯＦＦ信号に従ってスイッチング回路５６のスイッチ素子をスイッチングする。スイッチング回路５６は昇圧回路３７の入力部を交番駆動する。

ＤＣＩ検出回路５３はスイッチング回路５６に流れる駆動電流（すなわち、駆動電源回路５１から昇圧回路３７への供給電流量）を検出する。制御回路５２はこの検出信号Ｖ（ＤＣＩ）を読み取る。ＡＣＶ検出回路５８は、アクティブ電極１２Ａまたは１２Ｂへの印加電圧を容量分圧し、分圧された交流電圧を整流した直流電圧を検出信号Ｖ（ＡＣＶ）として生成する。制御回路５２はこの検出信号Ｖ（ＡＣＶ）を読み取る。

図２０は、図１９に示した制御回路５２の処理内容のうち、送電装置に対する受電装置の載置の検知及びそれ以降の処理内容についてのフローチャートである。
先ず、監視用周波数で高周波電圧を発生させる（Ｓ１１→Ｓ１２）。そして切替スイッチ４２が第１のアクティブ電極１２Ａ側を選択するようにし、駆動電流ＤＣＩを検出する（Ｓ１３→Ｓ１４）。この駆動電流ＤＣＩが閾値ＤＣＩｔｈ２を超えなければ、切替スイッチ４２が第２のアクティブ電極１２Ｂ側を選択するようにし、駆動電流ＤＣＩを検出する（Ｓ１６→Ｓ１７→Ｓ１８）。

前記閾値ＤＣＩｔｈ２は電力伝送を行うべき受電装置が載置されたことを検知するための値である。前記監視用周波数の高周波電圧を発生すれば、仮に単なる金属物体が載置されても、共振せず、殆ど容量結合しないので、伝送電力がなされず、安全性が保たれる。

駆動電流ＤＣＩが閾値ＤＣＩｔｈ２を超えたなら、駆動用周波数で高周波電圧を発生させ、駆動電流ＤＣＩを検出する（Ｓ１９→Ｓ２０）。その後は、駆動電流ＤＣＩが閾値ＤＣＩｔｈ３を下回るのを待つ（Ｓ２１→Ｓ２０）。この閾値ＤＣＩｔｈ３は電力伝送を停止すべき駆動電流となったことを検知するための値である。例えば負荷回路に含まれる二次電池が満充電状態になった場合や受電装置が取り除かれたような場合、駆動電流ＤＣＩは閾値ＤＣＩｔｈ３より下回る。駆動電流ＤＣＩが閾値ＤＣＩｔｈ３より下回ったなら、駆動を停止する（Ｓ２２）。

このようにして、送電装置１０９に二つのアクティブ電極１２Ａ，１２Ｂを備え、送電装置１０９に対して載置する受電装置２０９の向きに応じて送電装置１０９のアクティブ電極１２Ａ，１２Ｂの一方を選択的に用いる。

ＬＧ…インダクタ
ＬＬ…インダクタ
ＯＳＣ…高周波電圧発生回路
ＲＬ…負荷回路
ＴＧ…昇圧トランス
ＴＬ…降圧トランス
１０Ｂ…背もたれ部
１０Ｄ…台座部
１０Ｍ…載置部
１０Ｓ，１０Ｓａ，１０Ｓｂ…側壁部
１１…送電装置側パッシブ電極
１２，１２Ａ，１２Ｂ…送電装置側アクティブ電極
１７…昇圧回路
２０…筐体
２１…受電装置側パッシブ電極
２２，２２Ａ，２２Ｂ…受電装置側アクティブ電極
２５…降圧回路
２６…液晶表示パネル
２７…整流平滑回路
２８…二次電池
２９…切替スイッチ
３０…センサ部
３１…受電装置側パッシブ電極
３２，３３，３４…受電装置側アクティブ電極
３５…コネクタ
３６…制御回路
１０１〜１０４，１０６〜１０９…送電装置
２０１…受電装置
２０１Ａ，２０１Ｂ…受電装置
２０２，２０６〜２０９…受電装置
３０１…受電装置本体部
３０２…ジャケット部

Claims (13)

1. 送電装置側アクティブ電極と送電装置側パッシブ電極との間に高周波の高電圧を印加する高周波電圧発生回路が接続された送電装置と対をなす受電装置であって、
   前記送電装置側アクティブ電極に対向する受電装置側アクティブ電極、前記送電装置側パッシブ電極に対向する受電装置側パッシブ電極、前記受電装置側アクティブ電極と前記受電装置側パッシブ電極との間に生じる電圧を降圧する降圧回路、及び前記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、を有し、前記送電装置側アクティブ電極と前記受電装置側アクティブ電極との間、および前記送電装置側パッシブ電極と前記受電装置側パッシブ電極との間で、前記降圧回路で降圧される前の高電圧で電力伝送が行われ、
   前記受電装置側アクティブ電極と前記受電装置側パッシブ電極との位置関係が非平行である、受電装置。
2. 前記受電装置側アクティブ電極と前記受電装置側パッシブ電極とのなす角度が直角である、請求項１に記載の受電装置。
3. 前記受電装置の筐体の六面のうち相対的に面積の広い第１の面に沿って受電装置側のパッシブ電極が設けられ、前記六面のうち第１の面に隣り合う四つの面のうちの一つの面である第２の面に受電装置側のアクティブ電極が設けられている、請求項２に記載の受電装置。
4. 前記受電装置の筐体の六面のうち第１の面に沿って受電装置側のパッシブ電極またはアクティブ電極が設けられ、前記六面のうち第１の面に隣り合う第２〜第５の面のうち複数の面に受電装置側のアクティブ電極またはパッシブ電極が設けられている、請求項２に記載の受電装置。
5. 前記受電装置の筐体の六面のうち第１の面に隣り合う第２〜第５の面に沿って配置された電極のうちいずれが送電装置側アクティブ電極に対向した電極であるかを検知する手段と、
   前記送電装置側アクティブ電極に対向した電極を前記降圧回路に接続するスイッチ手段とを備えた、請求項２に記載の受電装置。
6. 前記受電装置は、受電装置本体部と当該受電装置本体部を囲むジャケット部とで構成され、前記筐体は前記ジャケット部であり、前記ジャケット部は前記受電装置側アクティブ電極、前記受電装置側パッシブ電極、前記降圧回路、及び前記降圧回路の出力電圧を供給するジャケット部側電極を少なくとも備え、前記受電装置本体部に前記ジャケット部側電極に接触導通する受電装置本体部側電極、及びこの受電装置本体部側電極に導通する前記負荷回路を備えた、請求項１乃至５の何れかに記載の受電装置。
7. 受電装置側アクティブ電極と受電装置側パッシブ電極との間に降圧回路が接続された受電装置と対をなす送電装置であって、
   前記受電装置側アクティブ電極に対向する送電装置側アクティブ電極、前記受電装置側パッシブ電極に対向する送電装置側パッシブ電極、及び前記送電装置側アクティブ電極と前記送電装置側パッシブ電極との間に接続され、高周波の高電圧を印加するための昇圧回路を含む高周波電圧発生回路、を有し、
   前記送電装置側アクティブ電極と前記送電装置側パッシブ電極との位置関係が非平行である、送電装置。
8. 前記送電装置は、前記送電装置側のアクティブ電極が設けられた第１平坦部と、前記送電装置側のパッシブ電極が形成され、第１平坦部に対して直交する第２平坦部とを備えている、請求項７に記載の送電装置。
9. 前記第１平坦部および前記第２平坦部に直交する第３平坦部を含み、当該第３平坦部に前記受電装置の筐体の一面が当接した状態で、前記送電装置側アクティブ電極が前記受電装置側アクティブ電極に対向する、請求項８に記載の送電装置。
10. 前記第３平坦部に前記送電装置側パッシブ電極を備える、請求項９に記載の送電装置。
11. 前記第３平坦部に、前記第１平坦部に設けられた送電装置側アクティブ電極とは分離された第３平坦部側の送電装置側アクティブ電極を備え、
    前記第１平坦部側の送電装置側アクティブ電極と前記第３平坦部側の送電装置側アクティブ電極のうち、いずかれが前記受電装置のアクティブ電極に対向した電極であるかを検知する手段と、前記受電装置側アクティブ電極に対向した電極を前記高周波電圧発生回路に接続するスイッチ手段を備えた、請求項９に記載の送電装置。
12. 送電装置側アクティブ電極と送電装置側パッシブ電極との間に高周波の高電圧を印加するための昇圧回路を含む高周波電圧発生回路が接続された送電装置と、受電装置側アクティブ電極と受電装置側パッシブ電極との間に降圧回路が接続され、前記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、を備えたワイヤレス電力伝送システムあって、
    前記送電装置側アクティブ電極と前記送電装置側パッシブ電極との位置関係、および前記受電装置側アクティブ電極と前記受電装置側パッシブ電極との位置関係が非平行である、ワイヤレス電力伝送システム。
13. 前記送電装置は、前記送電装置側のアクティブ電極が設けられた第１平坦部と、前記送電装置側のパッシブ電極が形成され、前記第１平坦部に対して直交する第２平坦部と、前記第１平坦部および前記第２平坦部に対して直交する第３平坦部とを備え、当該第３平坦部に前記受電装置の筐体の一面が当接した状態で、前記送電装置側アクティブ電極が前記受電装置側アクティブ電極に対向し、
    前記受電装置の重心を通り、前記第１平坦部または前記第２平坦部に対する垂線が前記第１平坦部または前記第２平坦部に交わる点は前記第１平坦部または前記第２平坦部の中心よりも前記第３平坦部から離れた位置にある、請求項１２に記載のワイヤレス電力伝送システム。

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