JP5454748B2 - 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。特許文献１に記載の電力伝送システムは、パッシブ電極及びアクティブ電極を備えた送電装置および受電装置で構成されている。そして、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とが空隙を介して近接することにより、この二つの電極間に強い電場が形成され、電極同士が電界結合する。これにより、送電装置および受電装置間での高い伝送効率の電力伝送を可能としている。この特許文献１の方式は、結合電極の要求される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。

特表２００９−５３１００９号公報

この受電装置の一例として、携帯電話機やＰＤＡ（Personal Digital Assistant）などの電子機器等が挙げられるが、近年、これら電子機器等には、操作性のよい静電容量式入力部（タッチパネル）が用いられることが多くなっている。受電装置がタッチパネルを備える場合、受電装置は、送電装置に載置して、充電しながらタッチパネルが操作される状況もあり得るが、上述のように、送電装置及び受電装置のアクティブ電極に形成される電場に起因して、受電装置が誤動作するおそれがある。

そこで、本発明の目的は、送電装置から受電装置への電力伝送時における送電装置及び受電装置の電位を安定させ、受電装置の誤作動を引き起こさないワイヤレス電力伝送システムを提供することにある。

本発明に係るワイヤレス電力伝送システムは、送電側アクティブ電極、送電側パッシブ電極、前記送電側アクティブ電極及び送電側パッシブ電極間に電圧を印加する電圧発生回路、並びに、基準電位に接続された送電側基準電位電極を有する送電装置と、受電側アクティブ電極、受電側パッシブ電極、前記受電側アクティブ電極及び受電側パッシブ電極の間に接続される負荷回路、および、基準電位に接続された受電側基準電位電極を有する受電装置と、を備え、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が対向し、かつ、前記送電側基準電位電極および前記受電側基準電位電極が対向すると共に、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が絶縁体を介して対向して容量結合することにより、前記送電装置から前記受電装置へ電力伝送することを特徴とする。

この構成では、電力伝送時には、送電側及び受電側基準電位電極を介して、受電装置の基準電位が送電装置の基準電位に接続される。送電装置の基準電位は受電装置の基準電位よりも比較的変動が小さい。このため、受電装置の基準電位は安定化する。これにより、受電装置の動作を安定化することができる。

本発明に係るワイヤレス電力伝送システムにおいて、前記受電側アクティブ電極は、前記受電側パッシブ電極より高電位側となる電極であり、前記受電装置側の基準電位電極は、前記受電側アクティブ電極の電位と前記受電側パッシブ電極の電位との間の電位であり、前記送電側アクティブ電極は、前記送電側パッシブ電極より高電位側となる電極であり、前記送電装置側の基準電位電極は、前記受電装置側アクティブ電極の電位と前記送電側パッシブ電極の電位との間の電位である構成が好ましい。

この構成では、アクティブ電極がパッシブ電極より高電位側の電極となり、容量結合電極の電位を高めることにより高効率の電力伝送ができる。

本発明に係るワイヤレス電力伝送システムにおいて、前記電圧発生回路は昇圧トランスをさらに備え、前記負荷回路は降圧トランスをさらに備える構成でもよい。

この構成では、高電圧伝送が可能となり、効率よく電力伝送が行える。

本発明に係るワイヤレス電力伝送システムにおいて、前記降圧トランスは、二次巻線の引き出し端子を備え、該引き出し端子が前記受電側基準電位電極に接続されている構成でもよい。

この構成では、受電装置側の基準電位を安定させることができる。

本発明に係るワイヤレス電力伝送システムにおいて、前記負荷回路は前記受電側基準電位電極に接続されている構成でもよい。

この構成では、受電装置側の基準電位を安定させることができる。

本発明に係るワイヤレス電力伝送システムにおいて、前記降圧トランスの前記引き出し端子は、前記二次巻線の中点に設けられている構成でもよい。

この構成では、受電装置側の基準電位を安定させることができる。

本発明に係るワイヤレス電力伝送システムにおいて、前記降圧トランスは一次巻線の引き出し端子を備え、前記引き出し端子は、前記受電側基準電位電極に接続され、前記一次巻線の両端電圧を前記受電側アクティブ電極と前記受電側パッシブ電極との面積比に反比例するように分圧する分圧点に設けられている構成でもよい。

この構成では、受電装置側の基準電位を安定させることができる。

本発明に係るワイヤレス電力伝送システムにおいて、前記昇圧トランスは、二次巻線の引き出し端子を備え、該引き出し端子が前記送電側基準電位電極に接続されている構成でもよい。

この構成では、送電装置側の基準電位を安定させることができる。

本発明に係るワイヤレス電力伝送システムにおいて、前記昇圧トランスの前記引き出し端子は、前記二次巻線の中点に設けられている構成でもよい。

この構成では、送電装置側の基準電位を安定させることができる。

本発明に係るワイヤレス電力伝送システムにおいて、前記昇圧トランスの前記引き出し端子は、前記二次巻線の両端電圧を前記送電側アクティブ電極と前記送電側パッシブ電極との面積比に反比例するように分圧する分圧点に設けられている構成でもよい。

この構成では、受電装置側の基準電位を安定させることができる。

本発明に係るワイヤレス電力伝送システムにおいて、前記受電装置は、導電性の筐体を備え、該筐体に前記受電側基準電位電極および前記負荷回路のグランド端子が電気的に接続されている構成でもよい。

この構成では、浮遊容量に漏洩するエネルギーが低減するので高効率の電力伝送ができる。

本発明に係るワイヤレス電力伝送システムにおいて、前記送電側アクティブ電極、前記送電側パッシブ電極、および前記送電側基準電位電極は、第１平面上に設けられ、前記受電側アクティブ電極、前記受電側パッシブ電極、および前記受電側基準電位電極は、前記第１平面に対して所定間隔を隔てて対向する第２平面上に設けられている、構成でもよい。

この構成では、基準電位電極によりアクティブ電極およびパッシブ電極を囲むことで、アクティブ電極およびパッシブ電極における寄生容量の発生を抑制し、その影響を小さくすることができる。

本発明に係るワイヤレス電力伝送システムにおいて、前記送電側アクティブ電極、前記送電側パッシブ電極、および前記送電側基準電位電極は、所定方向に沿って設けられた矩形状の電極であり、前記受電側アクティブ電極、前記受電側パッシブ電極、および前記受電側基準電位電極が、前記所定方向に沿って設けられた矩形状の電極である構成であってもよい。

この構成では、各電極を矩形状とすることで、送電装置に受電装置を設置した際に、設置態様によって、対向面積の変動を抑制できる。

本発明に係るワイヤレス電力伝送システムにおいて、前記送電側アクティブ電極は円形状の電極であり、前記送電側パッシブ電極は、前記送電側アクティブ電極と同心で、前記送電側アクティブ電極より径が大きい円環状の電極であり、前記送電側基準電位電極は、前記送電側アクティブ電極と同心で、前記送電側パッシブ電極より径が大きい円環状の電極であり、前記受電側アクティブ電極は円形状の電極であり、前記受電側パッシブ電極は、前記受電側アクティブ電極と同心で、前記受電側アクティブ電極より径が大きい円環状の電極であり、前記受電側基準電位電極は、前記受電側アクティブ電極と同心で、前記受電側パッシブ電極より径が大きい円環状の電極である構成でもよい。

この構成では、受電装置を送電装置に対して回転方向にずれて装着されても、各電極が対向するため、電力伝送の効率の変動を少なくすることができる。

本発明に係るワイヤレス電力伝送システムにおいて、前記送電側アクティブ電極および前記送電側パッシブ電極は第１平面上に設けられ、前記受電側アクティブ電極および前記受電側パッシブ電極は、前記第１平面と所定間隔を隔てて対向する第２平面上に設けられ、前記送電側基準電位電極は、前記第１平面に対し、前記第２平面とは反対側で、平行な第３平面上に設けられ、前記受電側基準電位電極は、前記第２平面に対し、前記第１平面とは反対側で、平行な第４平面上に設けられている構成でもよい。

この構成では、アクティブ電極およびパッシブ電極を基準電位電極により静電シールドすることができる。

本発明に係るワイヤレス電力伝送システムにおいて、前記送電側アクティブ電極および前記受電側アクティブ電極は対向配置され、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を間に挟んで対向配置され、前記送電側基準電位電極および前記受電側基準電位電極は、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、並びに、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を間に挟んで対向配置される構成でもよい。

この構成では、基準電位電極によりアクティブ電極およびパッシブ電極を挟むことで、アクティブ電極およびパッシブ電極における寄生容量の発生を抑制し、その影響を小さくすることができる。

本発明に係るワイヤレス電力伝送システムにおいて、前記送電側基準電位電極は、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を含む空間の一部または全部を覆う導電性部材であり、前記受電側基準電位電極は、前記受電側アクティブ電極および前記受電側パッシブ電極を含む空間の一部または全部を覆う導電性部材であり、前記送電側基準電位電極および前記受電側基準電位電極は、それぞれの前記導電性部材の一部が対向し、対向する部分が容量結合する構成でもよい。

この構成では、導電性部材でアクティブ電極およびパッシブ電極で覆うことで、アクティブ電極およびパッシブ電極における寄生容量の発生を抑制し、その影響を小さくすることができる。

本発明に係るワイヤレス電力伝送システムにおいて、前記送電側基準電位電極である導電性部材は前記送電装置の筐体の少なくとも一部である構成でもよい。

この構成では、筐体を基準電位電極とすることで、部材点数を減らすことができ、装置の小型化を実現できる。

本発明に係るワイヤレス電力伝送システムにおいて、前記受電側基準電位電極である導電性部材は前記受電装置の筐体の少なくとも一部である構成でもよい。

この構成では、筐体を基準電位電極とすることで、部材点数を減らすことができ、装置の小型化を実現できる。

本発明に係るワイヤレス電力伝送システムにおいて、前記送電装置の基準電位は外部アースに接続されている構成でもよい。

この構成では、受電装置側の基準電位をより安定させることができる。

前記送電側基準電位電極と前記受電側基準電極とは、直流的に結合されている構成でもよい。

この構成では、筐体が金属で構成されている場合、筐体の金属部分を利用することができ、基準電位電極を別部品として設ける必要がなくなる。

本発明によれば、受電装置の基準電位を送電装置の基準電位に等しくする、または、近似させることで、受電装置の基準電位を安定化させることができる。これにより、受電装置において、基準電位を基準として動作する機器、例えばタッチパネルなどの動作を安定化することができ、誤作動を防ぐことができる。

送電装置と受電装置との透視斜視図。 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の概略図。 送電装置および受電装置の回路構成の変形例を示す図。 送電装置および受電装置の回路構成の変形例を示す図。 送電装置および受電装置の回路構成の変形例を示す図。 送電装置および受電装置の回路構成の変形例を示す図。 アクティブ電極、基準電位およびパッシブ電極の配置態様の変形例を示す図。 アクティブ電極、基準電位およびパッシブ電極の配置態様の変形例を示す図。 アクティブ電極、基準電位およびパッシブ電極の配置態様の変形例を示す図であり、各電極の正面図。 アクティブ電極、基準電位およびパッシブ電極の配置態様の変形例を示す図であり、各電極を側面から視た図。 アクティブ電極、基準電位およびパッシブ電極の配置態様の変形例を示す図。 アクティブ電極、基準電位およびパッシブ電極の配置態様の変形例を示す図。 アクティブ電極、基準電位およびパッシブ電極の配置態様の変形例を示す図。 アクティブ電極、基準電位およびパッシブ電極の配置態様の変形例を示す図。 アクティブ電極、基準電位およびパッシブ電極の配置態様の変形例を示す図。 送電装置および受電装置の回路構成の変形例を示す図。 アクティブ電極、基準電位およびパッシブ電極の配置態様の変形例を示す図。

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、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は送電装置と受電装置との透視斜視図である。受電装置２０１は、内部に二次電池（図示せず）を有する略直方体状の筐体２０を備えている。筐体２０において、面積の最も広い二つの対向面の一方を前面、他方を背面とする。筐体２０には、前面に沿って静電容量式のタッチパネル２０ａが設けられている。タッチパネル２０ａは、受電装置２０１の入力手段である。すなわち、タッチパネル２０ａは、表示機能と位置入力機能とを組み合わせ、画面上の表示を押すことで受電装置２０１を操作する入力手段である。

筐体２０の内部には、背面の長手方向（以下、受電装置２０１の高さ方向という）に沿って順にアクティブ電極２１、基準電位電極２２およびパッシブ電極２３が設けられている。すなわち、高さ方向において、基準電位電極２２がアクティブ電極２１およびパッシブ電極２３に挟まれている。アクティブ電極２１、基準電位電極２２およびパッシブ電極２３は何れも略正方形状であって、受電装置２０１を送電装置１０１に載置した場合に、送電装置１０１に設けられた後述のアクティブ電極１１、基準電位電極１２およびパッシブ電極１３と絶縁体を介して対向するようになっている。なお、ここでいう絶縁体は、送電装置及び受電装置の筐体を構成するプラスチック、または空気などの絶縁気体もしくは真空等であり、対向する電極間が容量結合をなすために介在するものであればよい。

送電装置１０１は、設置面に対して略平行となる載置面１０Ａと、載置面１０Ａに対して略垂直となり、互いに平行に対向する背もたれ面１０Ｂ及び前面１０Ｃとを有している。載置面１０Ａ、背もたれ面１０Ｂ及び前面１０Ｃは、それぞれ長方形状である。載置面１０Ａの長辺と背もたれ面１０Ｂの短辺とが一致し、また、載置面１０Ａの長辺と前面１０Ｃの長辺とが一致している。

送電装置１０１には、受電装置２０１の底面が載置面１０Ａ側となり、受電装置２０１の背面が背もたれ面１０Ｂ側となるように、受電装置２０１が載置される。前面１０Ｃは、受電装置２０１が載置された場合に、筐体２０の前面に設けられたタッチパネル２０ａと重ならない大きさとなっている。

筐体１０の内部には、載置面１０Ａの長手方向（以下、送電装置１０１高さ方向という）に沿ってアクティブ電極１１、基準電位電極１２およびパッシブ電極１３が設けられている。アクティブ電極１１、基準電位電極１２およびパッシブ電極１３は何れも略正方形状であって、送電装置１０１に受電装置２０１が載置された場合、送電装置１０１側のアクティブ電極２１、基準電位電極２２およびパッシブ電極２３と絶縁体を介して対向するようになっている。アクティブ電極１１およびパッシブ電極１３間には、不図示のＡＣアダプタを介して供給される直流電圧が変換および昇圧された交流電圧が印加される。

本実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムにおいて、送電装置１０１に受電装置２０１を載置した場合、パッシブ電極１３，２３が対向し、アクティブ電極１１，２１が対向する。そして、アクティブ電極１１およびパッシブ電極１３間に電圧が印加されることで、対向配置となったアクティブ電極１１，２１間に電界が生じ、この電界を介して電力が送電装置１０１から受電装置２０１へ伝送される。これにより、受電装置２０１の二次電池が充電される。

また、基準電位電極１２は送電装置１０１の基準電位に接続され、基準電位電極２２は受電装置２０１の基準電位に接続されている。そして、基準電位電極１２，２２が対向して電界結合することで、受電装置２０１の基準電位が送電装置１０１の基準電位に接続されるようになっている。

図２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の概略図である。

送電装置１０１は入力電源Ｖinおよび昇圧回路１４を備えている。入力電源Ｖinは、ＡＣアダプタで１００Ｖ〜２３０Ｖの交流電圧が変換された５Ｖ、１２Ｖ等の直流電圧を交流変換して昇圧回路１４へ出力する。昇圧回路１４は、昇圧トランスＴ１を有し、入力電源Ｖinから入力された交流電圧を昇圧して、アクティブ電極１１及びパッシブ電極１３の間に印加する。印加される電圧の周波数は１００ｋＨｚから１０ＭＨｚである。

受電装置２０１は降圧回路２４および整流回路２５を備えている。降圧回路２４は、降圧トランスＴ２からなり、降圧トランスＴ２の二次側には整流回路２５が接続されている。整流回路２５は、ダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４からなるダイオードブリッジを有し、降圧回路２４により降圧された交流電圧を整流し、負荷Ｒに印加する。この負荷Ｒは二次電池であって、降圧回路２４および整流回路２５で降圧および整流された電圧が印加されて充電される。

基準電位電極１２は、送電装置１０１の基準電位に接続されている。図２では、基準電位は大地、床、机等の外部のアースである。基準電位電極１２に対向する受電装置２０１の基準電位電極２２は、受電装置２０１の基準電位（回路基板のグランドパターン、または筐体のシールドケースなど）に接続されている。この受電装置２０１の基準電位にはタッチパネル２０ａも接続されていて、タッチパネル２０ａはこの基準電位を基準として動作する。

この基準電位電極１２，２２は、受電装置２０１に送電装置１０１が装着された場合、絶縁体を介した対向配置となり電界結合する。これによって、受電装置２０１側の基準電位が送電装置１０１の基準電位に近似したものとなる。送電装置１０１側は受電装置２０１に比べ軽量化の必要は小さいため、受電装置２０１側に比べ基準電位を安定化するよう導体部分を大きくし、または厚くすることができる。このため、受電装置２０１の基準電位を、より安定な送電装置１０１側の基準電位に近似させることで、受電装置２０１側の基準電位を安定化することができる。

タッチパネル２０ａは、ユーザの指との間に生じる静電容量、またはその変化を検出する。その際に、ユーザは大地または床等を接地電位の基準としているため、ユーザと受電装置２０１との基準電位の電位差の変動が大きいと、タッチパネル２０ａは誤動作する。このため、基準電位電極１２，２２を容量結合させることにより送電装置１０１および受電装置２０１の基準電位を略等しくすることで、充電中にユーザによりタッチパネル２０ａが操作された場合であっても、受電装置２０１とユーザとの基準電位の差に大きな変動がなくなるため、タッチパネル２０ａの誤動作を抑えることができる。

なお、送電装置１０１および受電装置２０１の回路構成は適宜変更可能である。例えば、図２の昇圧回路１４および降圧回路２４はなくてもよい。また、図２では、送電装置１０１は基準電位を外部接地に接続した例を示したが、送電装置１０１が外部接地に接続されている必要はない。ただし、基準電位電極１２，２２を介して送電装置１０１および受電装置２０１を接続することで受電装置２０１側の基準電位を安定化させるためには、少なくとも送電装置１０１側の接地電位が受電装置２０１側よりも安定していることが望ましい。その他、図３から図６は、送電装置１０１および受電装置２０１の回路構成の変形例を示す図である。

図３では、受電装置２０１は、一次巻線および二次巻線を有するトランスＴ３を含む降圧回路２６を備えていて、トランスＴ３の二次巻線は中点に設けられたセンタータップ（引き出し端子）を有し、そのセンタータップが基準電位電極２２に接続されている。一方、整流回路２５および負荷Ｒは受電装置２０１の基準電位に接続されている。すなわち、図３の場合、受電装置２０１側では、降圧回路２６と整流回路２５とで別々の基準電位に接続されている。

さらに、図４では、整流回路２５および負荷Ｒを基準電位電極２２に接続し、基準電位を降圧回路２６と同じにする構成である。図３および図４の何れの構成であっても、接地電位に対して受電装置２０１の基準電位の変動を小さくすることができる。このため、電力伝送時にタッチパネル２０ａが操作された場合でも、誤作動を防止することができる。

図５では、送電装置１０１は、トランスＴ４を有する昇圧回路１５を備えている。トランスＴ４は、一次巻線、およびセンタータップが設けられた二次巻線を備えている。一次巻線は入力電源Ｖinに接続されている。また、二次巻線の一端はアクティブ電極１１に接続され、他端はパッシブ電極１３に接続され、センタータップは基準電位電極１２に接続されている。また、二次巻線のセンタータップ、すなわち、基準電位電極１２は送電装置１０１の基準電位（外部アース）に接続されている。

一方、受電装置２０１は、トランスＴ５からなる降圧回路２７を備えている。トランスＴ５は、センタータップが設けられた一次巻線、および二次巻線を備えている。一次巻線の一端はアクティブ電極２１に接続され、他端はパッシブ電極２３に接続され、さらに、一次巻線のセンタータップは基準電位電極２２に接続されている。また、二次巻線は整流回路２５に接続されている。整流回路２５および負荷Ｒは、筐体２０のフレームグランドに接続されている。

この構成の場合、アクティブ電極１１，２１およびパッシブ電極１３，２３の間に高電圧がかかった場合でも、送電装置１０１の二次巻線の中点が送電装置１０１の基準電位に接続されていることで、送電装置１０１側の基準電位の変動は小さくなる。従って、受電装置２０１側の基準電位を、基準電位電極２２を介して送電装置１０１の基準電位に近似させることで、受電装置２０１側の基準電位の変動も抑えることができる。なお、基準電位電極２２は、図示しない寄生容量等を介して受電装置２０１側の基準電位と結合していることが望ましい。

図６では、図５の構成において、受電装置２０１側のトランスＴ５の一次巻線のセンタータップを、受電装置２０１の基準電位、例えば、受電装置２０１の金属筐体２０にさらに接続している。整流回路２５および負荷Ｒは受電装置２０１の基準電位（金属筐体）に接続している。従って、トランスＴ５の一次側と二次側とは、受電装置２０１の基準電位（金属筐体）を介して導通している。これによって、受電装置２０１の基準電位をさらに安定させることができるため、タッチパネル２０ａの誤作動を抑制できる。

なお、互いの電極面積を等しくし、アクティブ電極１１（２１）の電圧とパッシブ電極１３（２３）の電圧とを同振幅で逆位相とした場合、送電装置１０１側のトランスＴ４の二次巻線のタップと受電装置２０１側のトランスＴ５の一次巻線のタップとは上記のようにセンタータップ（中点）であることが好ましい。

一方、アクティブ電極１１（２１）の面積とパッシブ電極１３（２３）の面積とを異ならせて、アクティブ電極１１（２１）の電圧をパッシブ電極１３（２３）の電圧よりも高くすることもできる。この場合、図５、図６に示す送電装置１０１側のトランスＴ４の二次巻線のタップと受電装置２０１側のトランスＴ５の一次巻線のタップとは中点を最適としなくてもよい。アクティブ電極１１（２１）とパッシブ電極１３（２３）との面積比に反比例するように分圧する分圧点にトランスＴ４，Ｔ５のタップを設けることで、より安定な基準電位電極１２（２３）の電位を設定することができ好ましい。

なお、図５では、受電装置２０１側のトランスＴ５の二次巻線にタップがないが、図３で示した受電装置２０１側のトランスＴ５のように、二次巻線に基準電極２２に接続されるセンタータップを有する構成であってもよい。

また、送電装置１０１および受電装置２０１の各電極（アクティブ電極、基準電位電極およびパッシブ電極）の配置態様は適宜変更可能である。図７から図１１は、アクティブ電極、基準電位およびパッシブ電極の配置態様の変形例を示す図である。

図７Ａおよび図７Ｂは、各電極（アクティブ電極、基準電位およびパッシブ電極）を同一平面上に設けた場合の変形例である。図７Ａおよび図７Ｂでは送電装置１０１側の電極のみ示すが、受電装置２０１の各電極は送電装置１０１と同様に設けられるため、図中では括弧書きで符号を付す。

図７Ａに示すアクティブ電極１１（２１）およびパッシブ電極１３（２３）は、略正方形状であって、平行に配列されている。基準電位電極１２（２２）は、配列方向を長手方向とする長方形状であって、アクティブ電極１１（２１）およびパッシブ電極１３（２３）を覆っている。図７Ａの場合、アクティブ電極１１（２１）およびパッシブ電極１３（２３）を基準電位電極１２（２２）で覆うことで、アクティブ電極１１（２１）およびパッシブ電極１３（２３）による寄生容量の発生を抑制し、その影響を小さくすることができる。

この場合、アクティブ電極１１（２１）およびパッシブ電極１３（２３）は、同じ大きさで逆極性の電位になり、基準電位電極１２（２２）の電位は、アクティブ電極１１（２１）の電位とパッシブ電極１３（２３）の電位との中間の電位になる。

図７Ｂに示すアクティブ電極１１（２１）は円形状であり、基準電位電極１２（２２）は、アクティブ電極１１（２１）と中心を同じにし、かつ、アクティブ電極１１（２１）よりも径が大きい円環状である。パッシブ電極１３（２３）は、他の電極と中心を同じにし、基準電位電極１２（２２）よりも径が大きい円環状である。図７Ｂの場合、送電装置１０１に対して受電装置２０１を回転させても各電極は対向するため、各電極の結合を保つことができる。

図８Ａおよび図８は、アクティブ電極およびパッシブ電極と基準電位とを異なる平面に設けた場合の変形例である。図８Ａは各電極の正面図であり、図８Ｂは各電極を側面から視た図である。アクティブ電極１１（２１）およびパッシブ電極１３（２３）は正方形状で、同一平面上に平行配列されている。基準電位電極１２（２２）は配列方向を長手方向とする長方形状であって、対向するアクティブ電極１１およびアクティブ電極２１、並びに、パッシブ電極１３およびパッシブ電極２３を挟んで反対側となるよう配置されている。換言すれば、電力伝送時、基準電位電極１２および基準電位電極２２は、アクティブ電極１１（２１）およびパッシブ電極１３（２３）を挟んで対向する。この構成の場合、アクティブ電極１１（２１）およびパッシブ電極１３（２３）は、基準電位電極１２（２２）によって外部と遮蔽される構造となり、寄生容量による基準電位のずれを抑えることができる。

図９Ａ、図９Ｂおよび図９Ｃは、アクティブ電極、パッシブ電極および基準電位それぞれを異なる平面に設けた場合の変形例である。図９Ａに示すアクティブ電極１１（２１）、基準電位電極１２（２２）およびパッシブ電極１３（２３）はそれぞれ正方形状であって、中心を同じにしている。さらに、パッシブ電極１３（２３）はアクティブ電極１１（２１）より長い辺を有し、基準電位電極１２（２２）はパッシブ電極１３（２３）よりさらに長い辺を有している。そして、図９Ｃに示すように、送電装置１０１を受電装置２０１へ装着した際に、基準電位電極１２（２２）は、アクティブ電極１１（２１）およびパッシブ電極１３（２３）を挟んで対向し、パッシブ電極１３（２３）はアクティブ電極１１（２１）を挟んで対向するよう、それぞれが異なる平面上に設けられている。なお、図９Ｂに示すように、各電極が円形状であってもよい。

この構成の場合、アクティブ電極１１（２１）の電位をパッシブ電極１３（２３）の電位よりも高くすることもできる。また、図５に示すトランスＴ４，Ｔ５のタップは中点を最適としなくてもよい。アクティブ電極１１（２１）とパッシブ電極１３（２３）との面積比（電位差）に反比例するように分圧する分圧点にトランスＴ４，Ｔ５のタップを設けることで、より安定な基準電位電極１２（２３）の電位を設定することができる。

さらに、基準電位電極１２および基準電位電極２２は、送電装置１０１および受電装置２０１の内部の回路を覆うように設けられていてもよい。図１０および図１１は、基準電位電極１２（２２）で装置の内部回路等を覆う構成を模式的に示す図である。図１０に示す構成では、アクティブ電極１１（２１）およびパッシブ電極１３（２３）は、異なる平面上に設けられている。基準電位電極１２（２２）は、アクティブ電極１１（２１）およびパッシブ電極１３（２３）、並びに、各電極に接続される回路、例えば、送電装置１０１の入力電源Ｖin（受電装置２０１では負荷Ｒ）を覆うよう、筐体と一体的に設けられている。

このように、基準電位電極１２（２２）を機器の筐体と一体化した構成とすることで、機器が非常に小さい場合であっても、送電装置１０１の基準電位の安定化と送電回路内の高圧回路により発生するノイズを外部に対して遮蔽することができる。また、送電装置１０１側の内部回路が外部の物体との寄生容量等により受ける接地電位の影響を低減できる。

なお、送電装置１０１側は、基準電位が大地または机などに外部接地されていてもよいし、外部接地されていなくてもよい。また、図１１に示すように、アクティブ電極１１（２１）およびパッシブ電極１３（２３）が、図９Ａ、図９Ｂおよび図９Ｃで説明したように、異なる平面上に配置されていてもよい。

また、絶縁体を介して対向している送電側基準電位電極１２と受電側基準電位電極２２とは直接接触していてもよい。図１２は、送電装置および受電装置の回路構成の変形例を示す図である。図１３は、アクティブ電極、基準電位およびパッシブ電極の配置態様の変形例を示す図である。

図１２では、送電側基準電位電極１２と受電側基準電位電極２２とが容量結合ではなく、直流接続された場合の回路図を示している。この場合、送電側の基準電位電極１２と受電側の基準電位電極２２とは直接接触していて、送電装置１０１と受電装置２０１とは抵抗ｒを介して接続される。この抵抗ｒは、基準電位電極１２，２２の導電率が低い材料であってもよいことを示しており、明示的に抵抗素子を設ける必要はない。単に金属筐体間の接触抵抗のみであってもよい。基準電位電極１１，２２間に大きな電流は流れないため、抵抗ｒが多少大きくても、受電側の基準電位は送電側の基準電位と結合され、十分に安定化される。

この構成は、図１３で示すように、送電装置と受電装置の筐体が双方ともに金属で構成されているような場合、双方の金属筐体を基準電位電極とし、その一部を接触させて利用する場合等に適用できる。この場合、別途基準電位電極を設ける必要がなくなる。

１０−筐体
１１−アクティブ電極
１２−基準電位電極
１３−パッシブ電極
２０−筐体
２１−アクティブ電極
２２−基準電位電極
２３−パッシブ電極
１０１−送電装置
２０１−受電装置

Claims (21)

1. 送電側アクティブ電極、送電側パッシブ電極、前記送電側アクティブ電極及び送電側パッシブ電極間に電圧を印加する電圧発生回路、並びに、基準電位に接続された送電側基準電位電極を有する送電装置と、
   受電側アクティブ電極、受電側パッシブ電極、前記受電側アクティブ電極及び受電側パッシブ電極の間に接続される負荷回路、および、基準電位に接続された受電側基準電位電極を有する受電装置と、
   を備え、
   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が対向し、かつ、前記送電側基準電位電極および前記受電側基準電位電極が対向すると共に、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が絶縁体を介して対向して容量結合することにより、前記送電装置から前記受電装置へ電力伝送する、
   ワイヤレス電力伝送システム。
2. 前記受電側アクティブ電極は、前記受電側パッシブ電極より高電位側となる電極であり、前記受電装置側の基準電位電極は、前記受電側アクティブ電極の電位と前記受電側パッシブ電極の電位との間の電位であり、
   前記送電側アクティブ電極は、前記送電側パッシブ電極より高電位側となる電極であり、前記送電装置側の基準電位電極は、前記受電装置側アクティブ電極の電位と前記送電側パッシブ電極の電位との間の電位である、
   請求項１に記載のワイヤレス電力伝送システム。
3. 前記電圧発生回路は昇圧トランスをさらに備え、
   前記負荷回路は降圧トランスをさらに備える、
   請求項１または２に記載のワイヤレス電力伝送システム。
4. 前記降圧トランスは、二次巻線の引き出し端子を備え、該引き出し端子が前記受電側基準電位電極に接続されている、
   請求項３に記載のワイヤレス電力伝送システム。
5. 前記負荷回路は前記受電側基準電位電極に接続されている、
   請求項３または４に記載のワイヤレス電力伝送システム。
6. 前記降圧トランスの前記引き出し端子は、前記二次巻線の中点に設けられている、
   請求項４または５に記載のワイヤレス電力伝送システム。
7. 前記降圧トランスは一次巻線の引き出し端子を備え、
   前記引き出し端子は、前記受電側基準電位電極に接続され、前記一次巻線の両端電圧を前記受電側アクティブ電極と前記受電側パッシブ電極との面積比に反比例するように分圧する分圧点に設けられている、
   請求項３に記載のワイヤレス電力伝送システム。
8. 前記昇圧トランスは、二次巻線の引き出し端子を備え、該引き出し端子が前記送電側基準電位電極に接続されている、
   請求項３から７の何れか一つに記載のワイヤレス電力伝送システム。
9. 前記昇圧トランスの前記引き出し端子は、前記二次巻線の中点に設けられている、
   請求項８に記載のワイヤレス電力伝送システム。
10. 前記昇圧トランスの前記引き出し端子は、前記二次巻線の両端電圧を前記送電側アクティブ電極と前記送電側パッシブ電極との面積比に反比例するように分圧する分圧点に設けられている、
    請求項８に記載のワイヤレス電力伝送システム。
11. 前記受電装置は、導電性の筐体を備え、該筐体に前記受電側基準電位電極および前記負荷回路のグランド端子が電気的に接続されている、
    請求項３から１０の何れか一つに記載のワイヤレス電力伝送システム。
12. 前記送電側アクティブ電極、前記送電側パッシブ電極、および前記送電側基準電位電極は、第１平面上に設けられ、
    前記受電側アクティブ電極、前記受電側パッシブ電極、および前記受電側基準電位電極は、前記第１平面に対して所定間隔を隔てて対向する第２平面上に設けられている、
    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. 前記送電側アクティブ電極、前記送電側パッシブ電極、および前記送電側基準電位電極は、所定方向に沿って設けられた矩形状の電極であり、
    前記受電側アクティブ電極、前記受電側パッシブ電極、および前記受電側基準電位電極は、前記所定方向に沿って設けられた矩形状の電極である、
    請求項１２に記載のワイヤレス電力伝送システム。
14. 前記送電側アクティブ電極は円形状の電極であり、
    前記送電側パッシブ電極は、前記送電側アクティブ電極と同心で、前記送電側アクティブ電極より径が大きい円環状の電極であり、
    前記送電側基準電位電極は、前記送電側アクティブ電極と同心で、前記送電側パッシブ電極より径が大きい円環状の電極であり、
    前記受電側アクティブ電極は円形状の電極であり、
    前記受電側パッシブ電極は、前記受電側アクティブ電極と同心で、前記受電側アクティブ電極より径が大きい円環状の電極であり、
    前記受電側基準電位電極は、前記受電側アクティブ電極と同心で、前記受電側パッシブ電極より径が大きい円環状の電極である、
    請求項１２に記載のワイヤレス電力伝送システム。
15. 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第１平面上に設けられ、
    前記受電側アクティブ電極および前記受電側パッシブ電極は、前記第１平面と所定間隔を隔てて対向する第２平面上に設けられ、
    前記送電側基準電位電極は、前記第１平面に対し、前記第２平面とは反対側で、平行な第３平面上に設けられ、
    前記受電側基準電位電極は、前記第２平面に対し、前記第１平面とは反対側で、平行な第４平面上に設けられている、
    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。
16. 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対向配置され、
    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を間に挟んで対向配置され、
    前記送電側基準電位電極および前記受電側基準電位電極は、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、並びに、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を間に挟んで対向配置される、
    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。
17. 前記送電側基準電位電極は、
    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を含む空間の一部または全部を覆う導電性部材であり、
    前記受電側基準電位電極は、
    前記受電側アクティブ電極および前記受電側パッシブ電極を含む空間の一部または全部を覆う導電性部材であり、
    前記送電側基準電位電極および前記受電側基準電位電極は、
    それぞれの前記導電性部材の一部が対向し、対向する部分が容量結合する、
    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。
18. 前記送電側基準電位電極である導電性部材は前記送電装置の筐体の少なくとも一部である、
    請求項１７に記載のワイヤレス電力伝送システム。
19. 前記受電側基準電位電極である導電性部材は前記受電装置の筐体の少なくとも一部である、
    請求項１７または１８に記載のワイヤレス電力伝送システム。
20. 前記送電装置の基準電位は外部アースに接続されている、
    請求項１から１９の何れか一つに記載のワイヤレス電力伝送システム。
21. 前記送電側基準電位電極と前記受電側基準電極とは、直流的に結合されている、請求項１に記載のワイヤレス電力伝送システム。

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