JP5531500B2 - 無線電力伝送システムにおける電磁波遮蔽装置および無線電力送電装置 - Google Patents

Description

本発明は、無線電力伝送システムにおける電磁波遮蔽装置、無線電力伝送システム、並びに無線電力送電装置に関する。

無線で電力を伝送する、所謂無線電力伝送またはワイヤレス電力供給（ＷＰＳ：Wireless Power Supply ) においては、電磁誘導を利用することにより、空間的に離れた２点間でケーブルを用いることなく電力（エネルギ）の送受電を行なう。また、２点間の距離、つまり電力の伝送距離を大きくするために、磁界共鳴（磁場共鳴、磁気共鳴、磁界共鳴モードともいう）を利用することが提案されている（特許文献１）。

無線電力伝送においては、電磁波（高周波電磁界) を仲立ちとして電力が空間を輸送されるため、無線電力伝送装置を波源として空間に電磁波が放射される。放射された電磁波は、通信機器または電子機器などにとっては雑音となるため、その強度は低い方が好ましく、電波法などによっても規制されている。

一般に、電磁波の不要な放射を抑止するために、波源の周囲（空間）の全体を１種類の電磁波遮蔽体で囲むことが行なわれる。例えば、波源の周囲を銅板またはアルミニウム板で囲む。または、波源の周囲をパーマロイ材で囲む。電磁波遮蔽体によって、波源から外部に出ようとする電磁波が吸収され、電磁波エネルギが消費される。

特表２００９−５０１５１０

さて、無線電力伝送を行うに際し、波源の周囲の全体を電磁波遮蔽体で囲んだ場合に、電磁波遮蔽体による磁界エネルギの吸収および消費が起こり、これが電力輸送効率の低下に直結することになる。

本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、無線電力伝送において電磁波の不要な放射を抑え、かつ電力輸送効率の低下をできるだけ抑えることを目的とする。

ここに開示された実施形態によると、送電系コイルから受電系コイルへ磁界を利用して無線で電力を伝送する無線電力伝送システムにおける電磁波遮蔽装置において、前記送電系コイルにおける当該送電系コイルによる送電側と反対側に配置された磁性体からなる送電側磁気遮蔽部材と、前記受電系コイルにおける当該受電系コイルによる受電側と反対側に配置された磁性体からなる受電側磁気遮蔽部材と、前記送電系コイルによる送電方向と直交する側に配置された導電体からなる電界遮蔽部材と、を有し、前記電界遮蔽部材は、前記送電系コイルから前記受電系コイルに至る空間を囲むように配置されたメッシュ状のものが用いられており、前記電界遮蔽部材は、固定された電界遮蔽部材とスライド可能な電界遮蔽部材とを備え、前記送電系コイルは、底板、側板、および上板からなるハウジングの内部に設けられており、前記固定された電界遮蔽部材および前記スライド可能な電界遮蔽部材は、これらによって前記送電系コイルの周囲４面を囲むように設けられ、前記受電系コイルは、充電回路および二次電池を備えた充電池が設けられ前記充電池を電源として動作する車両の内部に設けられ、前記車両が上板の上に載ったときに前記送電系コイルから無線で電力を受電して前記二次電池を充電するものであり、前記スライド可能な電界遮蔽部材は、上方へスライド移動したときに、その上端が前記車両の下端の位置とほぼ同じとされている。

本発明によると、無線電力伝送において電磁波の不要な放射を抑え、かつ電力輸送効率の低下をできるだけ抑えることができる。

本実施形態の無線電力伝送システムを示す斜視図である。 本実施形態の無線電力伝送方法を示す図である。 本実施形態の無線電力伝送システムの正面断面図である。 磁気遮蔽部材による磁気遮蔽作用を説明する図である。 電界遮蔽部材による電界遮蔽作用を説明する図である。 電磁波遮蔽装置による電磁界遮蔽作用を説明する図である。 無線電力伝送システムの他の実施形態を示す斜視図である。 無線電力伝送方法の他の例を説明するための図である。 本実施形態の無線電力伝送システムをモバイル機器の充電に適用した例を示す図である。 本実施形態の無線電力伝送システムをモバイル機器の充電に適用した他の例を示す図である。 本実施形態の無線電力伝送システムをモバイル機器の充電に適用した他の例を示す図である。 本実施形態の無線電力伝送システムを車両の充電に適用した例を示す図である。 本実施形態の無線電力伝送システムを車両の充電に適用した他の例を示す図である。 本実施形態の無線電力伝送システムを車両の充電に適用した他の例を示す図である。

図１ないし図３において、無線電力伝送システム１は、送電系コイルＳＣ、受電系コイルＪＣ、交流電圧源１１、負荷となるデバイス２１、送電側磁気遮蔽部材３１、受電側磁気遮蔽部材３２、および電界遮蔽部材３３を備える。

図２において、送電系コイルＳＣは、電力供給コイル１２および送電共振コイル１３を備える。電力供給コイル１２は、銅線またはアルミニウム線などの金属線が円周状に複数回巻かれたものであり、その両端に交流電圧源１１による交流電圧（高周波電圧）が印加される。

送電共振コイル１３は、銅線またはアルミニウム線などの金属線が円周状に巻かれたコイル１３１と、コイル１３１の両端に接続されたコンデンサ１３２とからなり、それらによる共振回路を形成する。共振周波数ｆ0 は次の式で示される。

ｆ0 ＝１／〔２π（ＬＣ）^{-1/ 2} 〕 ……（１）
なお、Ｌはコイル１３１のインダクタンス、Ｃはコンデンサ１３２の静電容量である。

送電共振コイル１３のコイル１３１は、例えばワンターンコイルである。コンデンサ１３２は、例えばセラミックコンデンサである。コイル１３１の直径を例えば１００ｍｍ程度とし、コンデンサ１３２の静電容量を例えば０．０４μＦ程度とすると、共振周波数ｆ0 は、２ＭＨｚ程度となる。

送電系コイルＳＣは、一種の送信アンテナ、例えばループアンテナまたはダイポールアンテナと見ることも可能である。

電力供給コイル１２と送電共振コイル１３とは、電磁的に違いに密に結合するよう、例えば同一平面上にかつ同心上に配置されている。例えば、送電共振コイル１３の直径が１００ｍｍ程度の場合に、電力供給コイル１２の直径は８０ｍｍ程度とされており、送電共振コイル１３の内周側に電力供給コイル１２が嵌まり込んだ状態で配置される。この状態で、交流電圧源１１から電力供給コイル１２に交流電圧が供給されたときに、電力供給コイル１２に生じた交番磁界による電磁誘導によって送電共振コイル１３に共振電流が流れる。つまり、電磁誘導によって、電力供給コイル１２から送電共振コイル１３に電力が供給される。

受電系コイルＪＣは、受電共振コイル２２および電力取出コイル２３を備える。受電共振コイル２２は、銅線またはアルミニウム線などの金属線が円周状に巻かれたコイル２２１と、コイル２２１の両端に接続されたコンデンサ２２２とからなる。受電共振コイル２２の共振周波数ｆ0 は、コイル２２１のインダクタンスおよびコンデンサ２２２の静電容量に基づいて上の（１）式で示される。

受電共振コイル２２のコイル２２１は、例えばワンターンコイルである。コンデンサ２２２は、例えばセラミックコンデンサである。受電共振コイル２２は、送電共振コイル１３と同様な仕様となっている。

電力取出コイル２３は、銅線またはアルミニウム線などの金属線が円周状に複数回巻かれたものであり、その両端に負荷であるデバイス２１が接続されている。

受電共振コイル２２と電力取出コイル２３とは、電磁的に違いに密に結合するよう、例えば送電系コイルＳＣの場合と同様に同一平面上にかつ同心上に配置されている。この状態で、受電共振コイル２２に共振電流が流れると、それによって発生した交番磁界による電磁誘導によって電力取出コイル２３に電流が流れる。つまり、電磁誘導によって、受電共振コイル２２から電力取出コイル２３に電力が送られる。

送電系コイルＳＣと受電系コイルＪＣとは、磁界共鳴によって無線で電力を伝送するため、図２に示されるように、コイル面が互いに平行になるように、かつコイル軸心が互いに一致するかまたは余りずれないように、互いに適当な距離をおいて配置される。

図２に示す無線電力伝送システム１において、コイル軸心ＫＳに沿う方向が磁界ＫＫの主な放射方向であり、それと直角の方向ＤＳが電界ＤＫの主な放射方向である。送電系コイルＳＣから受電系コイルＪＣに向かう方向が送電方向ＳＨである。

図１および図３に示すように、無線電力伝送システム１において、電磁波の不要な放射を抑え、かつ電力輸送効率の低下をできるだけ抑えるために、電磁波遮蔽装置３が設けられる。

電磁波遮蔽装置３は、送電系コイルＳＣにおける当該送電系コイルＳＣによる送電側と反対側に配置された磁性体からなる送電側磁気遮蔽部材３１、受電系コイルＪＣにおける当該受電系コイルＪＣによる受電側と反対側に配置された磁性体からなる受電側磁気遮蔽部材３２、および、送電系コイルＳＣによる送電方向と直交する側に配置された導電体からなる電界遮蔽部材３３を備える。

送電側磁気遮蔽部材３１および受電側磁気遮蔽部材３２は、磁気遮蔽を行うためのものであり、次の条件に当てはまる材料が用いられる。
（１） 透磁率の高い材料、つまり強磁性体の性質を持つ磁性材料である。透磁率が高いほど、磁気遮蔽効果が大きい。そして、使用する周波数（高周波）において複素透磁率の実数部が大きく虚数部の小さいものが好ましい。複素透磁率の虚数部が小さいことにより、磁気損失が小さくなる。保持力は小さくてよいので軟磁性材料が好ましい。
（２） 電気抵抗率（面抵抗）の大きい材料が好ましい。電気抵抗率が大きいことによって、電磁誘導による渦電流が発生し難いため、電流損が少ない。したがって、送電側磁気遮蔽部材３１および受電側磁気遮蔽部材３２の電気抵抗率または電気抵抗は、少なくとも電界遮蔽部材３３のそれよりも大きい。

したがって、送電側磁気遮蔽部材３１および受電側磁気遮蔽部材３２の材料として、透磁率が高く電気抵抗率の大きいフェライトが好適に用いられる。その他、鋼、珪素鋼、パーマロイなどの軟磁性材料を用いることができる。また、種々の磁性粉を含有した樹脂材を用いることもできる。また、樹脂材などの表面に磁性塗膜を形成したものを用いてもよい。

また、電界遮蔽部材３３は、電界を遮蔽するものであり、次の条件に当てはまる材料が用いられる。
（３） 導電率の大きい材料が用いられる。高導電率であるほど、電界エネルギの吸収が大きい。
（４） 非磁性材料が好ましい。

したがって、電界遮蔽部材３３の材料として、銅、アルミニウムなどの非磁性金属が好適に用いられる。電界遮蔽部材３３は、導電性樹脂であってもよい。また、樹脂材などの表面に導電性塗膜を形成したものでもよい。

なお、電界遮蔽部材３３は、接地されていることが好ましい。電界遮蔽部材３３が接地されることによって、電界遮蔽部材３３の電位がグランド電位となり、電界によって生じた電流をグランドに流すことができる。

図１および図３に示す無線電力伝送システム１においては、送電系コイルＳＣおよび受電系コイルＪＣが円形であるので、図２に示す送電側磁気遮蔽部材３１および受電側磁気遮蔽部材３２は、送電系コイルＳＣまたは受電系コイルＪＣとほぼ同じかそれより大きい直径を有する円板状である。円板の厚さは、例えば０．１〜１ｍｍ程度である。伝送電力が大きくなるほど、送電側磁気遮蔽部材３１および受電側磁気遮蔽部材３２の厚さを厚くすればよい。

また、電界遮蔽部材３３は、送電系コイルＳＣおよび受電系コイルＪＣが内部に含まれる程度の大きさの円筒状である。つまり、電界遮蔽部材３３は、送電系コイルＳＣから受電系コイルＪＣに至るまでの円柱状の空間を囲むように配置されている。

送電側磁気遮蔽部材３１および受電側磁気遮蔽部材３２は、送電系コイルＳＣおよび受電系コイルＪＣから適当な距離だけ離れて配置されているが、接して配置してもよい。また、電界遮蔽部材３３は、送電系コイルＳＣおよび受電系コイルＪＣの外周面から僅かに離れる程度の内径を有するが、もっと大きい内径を有していてもよく、送電系コイルＳＣおよび受電系コイルＪＣの外周面が接する程度の内径を有していてもよい。送電側磁気遮蔽部材３１および受電側磁気遮蔽部材３２と電界遮蔽部材３３との間は、接していても離れていてもよい。それらが離れている場合に、一方の延長線上に他方が存在するような状態で重なっていることが好ましい。

交流電圧源１１は、電力供給コイル１２に、送電共振コイル１３および受電共振コイル２２の共振周波数ｆ0 に応じた周波数の交流電力（高周波電力）を供給する。例えば、共振周波数ｆ0 が２ＭＨｚである場合に、交流電圧源１１は周波数が２ＭＨｚ程度の高周波電力を送電共振コイル１３に供給する。

上に述べたように、送電共振コイル１３および受電共振コイル２２のサイズ、巻き数、コンデンサの容量などによって、種々の共振周波数ｆ0 とすることができる。例えば、数ＫＨｚから数ＧＨｚ、さらには数ＴＨｚまでの種々の周波数帯域の周波数を用いることが可能である。

デバイス２１として、電力取出コイル２３から出力される交流電力で動作する種々の回路または機器などを用いることができる。例えば、整流回路、インバータ、ＤＣ−ＤＣコンバータなどを組み合わせて用いることができる。また、デバイス２１として、二次電池を充電するための充電装置を用いることができる。この場合には、実質的な負荷は二次電池となる。その他、モータ、ソレノイド、種々の電子回路または電気回路をデバイス２１とすることができる。

図４（Ｂ）に示すように、送電側磁気遮蔽部材３１および受電側磁気遮蔽部材３２が存在しない場合に、送電系コイルＳＣによる磁界（放射磁界）ＫＫは、送電系コイルＳＣおよび受電系コイルＪＣの外方へも多く放射される。なお、図４に示す磁界ＫＫは、磁力線または磁束の方向をも示す。

図４（Ａ）に示すように、送電側磁気遮蔽部材３１および受電側磁気遮蔽部材３２を設けた場合に、放射磁界になるはずだった磁束が送電側磁気遮蔽部材３１および受電側磁気遮蔽部材３２に吸い込まれ、磁界ＫＫが外部に放射されることが抑止される。

図５（Ｂ）に示すように、電界遮蔽部材３３がない場合に、送電系コイルＳＣによる磁界に基づく電界（放射電界）ＤＫは、送電系コイルＳＣおよび受電系コイルＪＣで挟まれた円柱状の空間の外方へも多く放射される。なお、図５に示す電界ＤＫは、電気力線または電束の方向をも示す。

図５（Ａ）に示すように、電界遮蔽部材３３を設けた場合に、放射電界になるはずだった電界エネルギが電界遮蔽部材３３に吸収され、電界ＤＫが外部に放射されることが抑止される。電界遮蔽部材３３に吸収された電界エネルギは、グランドへ流れる電流となる。電界遮蔽部材３３が接地されていない場合には、電界遮蔽部材３３において渦電流となり、熱エネルギとなって放散される。

図６（Ｂ）に示すように、電磁波遮蔽装置３を設けない場合に、送電系コイルＳＣによる磁界ＫＫおよび電界ＤＫは外方へ放射される。

図６（Ａ）に示すように、電磁波遮蔽装置３を設けた場合に、放射磁界または放射電界になるはずだった磁束および電界エネルギが電磁波遮蔽装置３に吸収され、外部に放射されることが抑止される。

このように、電磁波遮蔽装置３によって、磁界ＫＫおよび電界ＤＫが、送電系コイルＳＣおよび受電系コイルＪＣによって形成される円柱状の空間にほぼ閉じ込められ、外部への漏れ量が少なくなる。これによって、電磁波の不要な放射が抑えられる。

そして、電力輸送の主な担い手である磁気エネルギは、外部に出ることが抑制されるのみであり、送電側磁気遮蔽部材３１および受電側磁気遮蔽部材３２による損失は最低限度に抑えられるので、電力輸送効率の低下が抑えられる。

すなわち、磁界を電力輸送の仲立ちとする方式の無線電力伝送システム１において、磁界は、２点間をつなぐ方向（コイル軸心ＫＳに沿う方向）に主として空間分布する。他方、電界は、それと直角の方向ＤＳに主として空間分布する。

また、磁界強度は波源からの距離の３乗に比例して急速に減衰するが、電界強度は波源からの距離の２乗または１乗に比例して緩やかに減衰する。このことから、本実施形態においては、異方的な電磁界遮蔽を行なうことによって、効率的な遮蔽が行われる。

上の実施形態において、コンデンサ１３２，２２２として、セラミックコンデンサ以外の種類のコンデンサを用いることができる。また、コイル１３１，２２１の両端を開放し、浮遊容量をコンデンサ１３２，２２２として用いることも可能である。

上の実施形態において、送電側磁気遮蔽部材３１および受電側磁気遮蔽部材３２は、円板状であったが、正多角形の板状、矩形の板状、その他の形状であってもよい。電界遮蔽部材３３は、円筒状であったが、正多角筒状、各筒状、その他の形状であってもよい。

上に述べた実施形態において、電界遮蔽部材３３は、送電系コイルＳＣから受電系コイルＪＣに至るまでの円柱状の空間を囲むように配置されている。つまり、電界遮蔽部材３３は円筒面を形成する面状のものであるが、メッシュ状のものを用いてもよい。

すなわち、図７に示す無線電力伝送システム１Ｂにおいては、ステンレス鋼材からなるメッシュ状の電界遮蔽部材３３Ｂが用いられている。

電界遮蔽部材３３Ｂのメッシュのピッチは、送電系コイルＳＣに供給される交流電力の波長に対して十分に短いものとなっている。例えば、メッシュのピッチは、波長の数分の１〜十数分の１程度である。円筒状のメッシュを用いる場合に、リング状のワイヤ間のピッチを十分に短くすることにより、電界遮蔽部材３３Ｂを軸方向に２個またはそれ以上に分断することも可能である。

次に、他の送電系コイルＳＣおよび受電系コイルＪＣの他の実施形態について説明する。

図８に示す無線電力伝送システム１Ｃでは、送電系コイルＳＣＣとして、送電共振コイル１３Ｂが用いられ、送電共振コイル１３Ｂに直接に交流電圧源１１が接続されている。また、受電系コイルＪＣＣとして受電共振コイル２２Ｂが用いられ、受電共振コイル２２Ｂが直接にデバイス２１に接続されている。このような無線電力伝送システム１Ｃに、図１および図３に示した電磁波遮蔽装置３が設けられている。

送電系コイルＳＣＣおよび受電系コイルＪＣＣが図８に示す形態であっても、電磁波遮蔽装置３を設けることによって、電磁波の不要な放射が抑えられ、電力輸送効率の低下ができるだけ抑えられる。

次に、上に説明した無線電力伝送システム１，１Ｂ，１Ｃを利用した充電システム２〜２Ｅについて説明する。

図９において、充電システム２は、給電装置５によって種々のモバイル機器６を充電する。

給電装置５は、底板５１ａ、側板５１ｂ，５１ｃ、上板５１ｄなどからなるハウジング５１の内部に、送電系コイルＳＣが設けられている。ハウジング５１は合成樹脂または木材などからなる。送電系コイルＳＣの下側に、磁性体からなる送電側磁気遮蔽部材５５が設けられている。そして、送電系コイルＳＣの周囲４面を囲むように、また上板５１ｄの上にモバイル機器６が載せられたときにその一部の周囲４面を囲むように、導電体からなる電界遮蔽部材５６，５７が設けられている。

給電装置５には、図示しない電源スイッチおよび交流電圧源などが備えられ、送電系コイルＳＣに対し必要に応じて交流電力が供給される。つまり、上板５１ａの上にモバイル機器６が載置されたことを検出するセンサが設けられており、その検出によって送電系コイルＳＣからモバイル機器６に向かって電磁エネルギが放射される。すなわち、上板５１ｄの上にモバイル機器６が載せられていないときは、送電系コイルＳＣに電力は供給されない。モバイル機器６が載せられたときに、それが検出され、送電系コイルＳＣに電力が供給される。

モバイル機器６は、裏板６１ａ、側板６１ｂ，６１ｃ、表板６１ｄなどからなるハウジング６１の内部に、給電装置５の送電系コイルＳＣと磁界共鳴して無線で電力を受電する受電系コイルＪＣが設けられている。ハウジング６１は合成樹脂などからなる。受電系コイルＪＣの上側に、磁性体からなる受電側磁気遮蔽部材６５が設けられている。

モバイル機器６には、充電回路および二次電池などを備えた充電池ＤＴが設けられ、充電池ＤＴを電源としてモバイル機器６が動作するようになっている。

図９（Ｂ）に示すように、給電装置５の上板５１ｄの上にモバイル機器６を載せることにより、送電系コイルＳＣから受電系コイルＪＣに向かって磁界共鳴により電力が伝送される。受電系コイルＪＣから出力される交流電力によって、充電池ＤＴが充電される。

送電側磁気遮蔽部材５５、電界遮蔽部材５６，５７、および受電側磁気遮蔽部材６５によって、電磁波遮蔽装置４が構成されている。

なお、給電装置５に設けた電界遮蔽部材５６，５７は、上板５１ｄの上方に突出しているが、その突出部分をなくし、これに代えてモバイル機器６の側板６１ｂ，６１ｃに電界遮蔽部材５６，５７の一部を設けてもよい。

また、給電装置５の上板５１ｄの上に１個のモバイル機器６が載るようになっているが、複数個のモバイル機器６を載せてそれらに内蔵された複数の受電系コイルＪＣに同時に電力を伝送するようにしてもよい。その場合に、送電系コイルＳＣを受電系コイルＪＣよりも大きくし、複数の受電系コイルＪＣが送電系コイルＳＣと対向するようにすればよい。または、複数の送電系コイルＳＣを配置すればよい。

図１０において、充電システム２Ｂは、給電装置５Ｂによって種々のモバイル機器６を充電する。図９に示す例と同様の機能を有する部分には同様の符号を付して説明を省略しまたは簡略化する。以下同様である。

給電装置５Ｂは、底板５１ａ、側板５１ｂ，５１ｃ、上板５１ｄ、スライド板５１ｅ、蓋板５１ｆ、天板５１ｇなどからなるハウジング５１の内部に、送電系コイルＳＣが設けられている。ハウジング５１は合成樹脂などからなる。送電系コイルＳＣの下側に、磁性体からなる送電側磁気遮蔽部材５５が設けられている。そして、送電系コイルＳＣの周囲４面を囲むように、また上板５１ｄの上にモバイル機器６が載せられたときにその一部の周囲４面を囲むように、導電体からなる電界遮蔽部材５６，５７，５７ｂが設けられている。

モバイル機器６は、ハウジング６１の内部に、給電装置５の送電系コイルＳＣと磁界共鳴して無線で電力を受電する受電系コイルＪＣが設けられている。受電系コイルＪＣの上側に、磁性体からなる受電側磁気遮蔽部材６５が設けられている。

図１０（Ｂ）に示すように、給電装置５のスライド板５１ｅの上にモバイル機器６を載せ、スライド板５１ｅを給電装置５の上板５１ｄの上にスライドさせて押し込む。この状態がセンサなどによって検出され、送電系コイルＳＣに電力が供給され、送電系コイルＳＣから受電系コイルＪＣに向かって磁界共鳴によって電力が伝送される。

図１１において、充電システム２Ｃは、給電装置５Ｃによって種々のモバイル機器６を充電する。

給電装置５Ｃは、底板５１ａ、側板５１ｂ，５１ｃ、上板５１ｄ、蓋板５１ｅ，５１ｆなどからなるハウジング５１の内部に、送電系コイルＳＣが設けられている。ハウジング５１は合成樹脂などからなる。送電系コイルＳＣの下側に、磁性体からなる送電側磁気遮蔽部材５５が設けられている。そして、送電系コイルＳＣの周囲４面を囲むように、また上板５１ｄの上にモバイル機器６が載せられたときにその一部の周囲４面を囲むように、導電体からなる電界遮蔽部材５６，５７，５７ｂが設けられている。

送電側磁気遮蔽部材５５、電界遮蔽部材５６，５７，５７ｂ、および受電側磁気遮蔽部材６５によって、電磁波遮蔽装置４Ｃが構成されている。

モバイル機器６は、ハウジング６１の内部に、給電装置５の送電系コイルＳＣと磁界共鳴して無線で電力を受電する受電系コイルＪＣが設けられている。受電系コイルＪＣの上側に、磁性体からなる受電側磁気遮蔽部材６５が設けられている。

図１１（Ｂ）に示すように、給電装置５の上板５１ｄの上にモバイル機器６を載せ、蓋板５１ｅ，５１ｆを閉じる。この状態がセンサなどによって検出され、送電系コイルＳＣから受電系コイルＪＣに向かって磁界共鳴によって電力が伝送される。

図１２において、充電システム２Ｄは、給電装置５Ｄによって、電気自動車などの種々の車両７を充電する。

給電装置５Ｄは、底板５１ａ、側板５１ｂ，５１ｃ、上板５１ｄなどからなるハウジング５１の内部に、送電系コイルＳＣが設けられている。送電系コイルＳＣの下側に、磁性体からなる送電側磁気遮蔽部材５５が設けられている。そして、送電系コイルＳＣの周囲４面を囲むように、固定された電界遮蔽部材５６ａ，５７ａ、およびスライド可能な電界遮蔽部材５６ｂ，５７ｂが設けられている。スライド可能な電界遮蔽部材５６ｂ，５７ｂは、上板５１ｄの上に車両７が載ったときに上方へスライド移動し、車両７の一部の周囲４面を囲む。

給電装置５Ｄには、図示しない電源スイッチおよび交流電圧源などが備えられ、送電系コイルＳＣに対し必要に応じて交流電力が供給される。また、上板５１ａの上に車両７が載ったことを検出するセンサが設けられており、その検出によって送電系コイルＳＣから車両７に向かって電磁エネルギが放射される。

車両７は、その車体ＳＴに、裏板６１ａ、側板６１ｂ，６１ｃ、表板６１ｄなどからなるハウジング６１が設けられる。ハウジング６１の内部に、給電装置５の送電系コイルＳＣと磁界共鳴して無線で電力を受電する受電系コイルＪＣが設けられている。受電系コイルＪＣの上側に、磁性体からなる受電側磁気遮蔽部材６５が設けられている。

車両７には、充電回路および二次電池などを備えた充電池ＤＴが設けられ、充電池ＤＴを電源として車両７が走行しまた動作するようになっている。

なお、送電系コイルＳＣおよび受電系コイルＪＣとして、直径が例えば５００ｍｍ程度のものを用いることができる。

送電側磁気遮蔽部材５５、電界遮蔽部材５６，５６ｂ，５７，５７ｂ、および受電側磁気遮蔽部材６５によって、電磁波遮蔽装置４Ｄが構成されている。

図１２（Ｂ）に示すように、給電装置５の上板５１ｄの上に車両７が侵入すると、それが検出され、電界遮蔽部材５６ｂ，５７ｂが自動的に上方へスライド移動し、その後、送電系コイルＳＣから受電系コイルＪＣに向かって磁界共鳴により電力が伝送される。受電系コイルＪＣから出力される交流電力によって、充電池ＤＴが充電される。

一般に、車両７の車体ＳＴは金属体で構成されている。したがって、車両７においては車体ＳＴが電界遮蔽部材５６ｂ，５７ｂの役目を果たすので、図１３に示すように電界遮蔽部材５６ｂ，５７ｂの長さを短くしてもよい。

つまり、図１３において、電界遮蔽部材５６ｂ，５７ｂは、その上端が、車体ＳＴの下端（底面）の位置とほぼ同じとされている。このようにすると、電界遮蔽部材５６ｂ，５７ｂによる突出部分が少なくなり、電界遮蔽部材５６ｂ，５７ｂの移動量も少なくてすむ。

図１２および図１３に示す例では、電界遮蔽部材５６ｂ，５７ｂをスライド可能としたので、車両７は、図の左右いずれの方向からも侵入しまたは発車することができる。しかし、一方の側からのみ侵入しまたは発車するのであれば、電界遮蔽部材５６ｂ，５７ｂのいずれか一方のみをスライド可能とし、他方を固定とすることができる。

すなわち、図１４に示す充電システム２Ｅにおいて、給電装置５Ｅは、３方の電界遮蔽部材５６が固定され、一方の電界遮蔽部材５７ｂのみがスライド可能となっている。図１４（Ａ）に示すように、非充電時において、電界遮蔽部材５７ｂは下端位置にある。車両７が侵入した後で、図１４（Ｂ）に示すように、電界遮蔽部材５７ｂは上方にスライド移動し、この状態で充電池ＤＴの充電が行われる。

なお、この場合に、給電装置５に、車両７をＵターンさせるためのターンテーブルを設けてもよい。

上に述べたいずれの実施形態においても、電磁波遮蔽装置３，４によって、電磁波の不要な放射が抑えられ、電力輸送効率の低下が抑えられる。例えば、磁界ＫＫおよび電界ＤＫともに、−４０ｄＢ程度の減衰を与えるように遮蔽可能である。また、従来のように空間の全体を囲む必要がないので、軽量化および低コスト化が可能である。

上の実施形態において、送電系コイルＳＣから受電系コイルＪＣに対し、直接的に磁界共鳴による電力の伝送を行ったが、送電系コイルＳＣおよび受電系コイルＪＣと磁界共鳴する中継用コイルを設け、中継用コイルを介して間接形に電力の伝送を行ってもよい。これによると、送電系コイルＳＣと受電系コイルＪＣとの配置の自由度が向上する。

上の実施形態においては、送電系コイルＳＣから受電系コイルＪＣに対し、磁界共鳴を利用して電力の伝送を行う例について説明した。しかし、磁界共鳴を利用することなく、磁界による電磁誘導を利用した電力の伝送についても、本発明を適用することができる。つまり、送電系コイルＳＣから受電系コイルＪＣへ電磁誘導によって電力の伝送を行う場合に、上に説明した電磁波遮蔽装置３，４を用いることによって、電磁波の不要な放射を抑え、かつ電力輸送効率の低下をできるだけ抑えることができる。

上の実施形態においては、給電装置５によってモバイル機器６または車両７の充電を行ったが、自走ロボット、その他の機器、装置、または物体に対し、無線で電力を供給することが可能である。

その他、送電側磁気遮蔽部材３１，５５、受電側磁気遮蔽部材３２，６５、電界遮蔽部材３３，５６，５７、電力供給コイル１２、送電共振コイル１３、送電系コイルＳＣ、受電系コイルＪＣ、電磁波遮蔽装置３，４、給電装置５、モバイル機器６、車両７、または無線電力伝送システム１の各部または全体の構成、構造、回路、形状、個数、材料、配置などは、本発明の主旨に沿って適宜変更することができる。

１，１Ｂ，１Ｃ 無線電力伝送システム
３，３Ｂ，３Ｃ 電磁波遮蔽装置
４，４Ｂ〜４Ｅ 電磁波遮蔽装置
５，５Ｂ〜５Ｅ 給電装置（無線電力送電装置、無線電力伝送システム）
６ モバイル機器（無線電力伝送システム）
７ 車両（無線電力伝送システム）
１１ 交流電圧源
１２ 電力供給コイル
１３ 送電共振コイル
２１ デバイス
２２ 受電共振コイル
２３ 電力取出コイル
３１ 送電側磁気遮蔽部材（磁性体）
３２ 受電側磁気遮蔽部材（磁性体）
３３ 電界遮蔽部材（導電体）
５５ 送電側磁気遮蔽部材（磁性体）
５６ 電界遮蔽部材（導電体）
５７ 電界遮蔽部材（導電体）
６５ 受電側磁気遮蔽部材（磁性体）
ＳＣ 送電系コイル
ＪＣ 受電系コイル
ＤＴ 充電池
ＫＫ 磁界
ＤＫ 電界

Claims (7)

1. 送電系コイルから受電系コイルへ磁界を利用して無線で電力を伝送する無線電力伝送システムにおける電磁波遮蔽装置において、
   前記送電系コイルにおける当該送電系コイルによる送電側と反対側に配置された磁性体からなる送電側磁気遮蔽部材と、
   前記受電系コイルにおける当該受電系コイルによる受電側と反対側に配置された磁性体からなる受電側磁気遮蔽部材と、
   前記送電系コイルによる送電方向と直交する側に配置された導電体からなる電界遮蔽部材と、を有し、
   前記電界遮蔽部材は、前記送電系コイルから前記受電系コイルに至る空間を囲むように配置されたメッシュ状のものが用いられており、
   前記電界遮蔽部材は、固定された電界遮蔽部材とスライド可能な電界遮蔽部材とを備え、
   前記送電系コイルは、底板、側板、および上板からなるハウジングの内部に設けられており、
   前記固定された電界遮蔽部材および前記スライド可能な電界遮蔽部材は、これらによって前記送電系コイルの周囲４面を囲むように設けられ、
   前記受電系コイルは、充電回路および二次電池を備えた充電池が設けられ前記充電池を電源として動作する車両の内部に設けられ、前記車両が上板の上に載ったときに前記送電系コイルから無線で電力を受電して前記二次電池を充電するものであり、
   前記スライド可能な電界遮蔽部材は、上方へスライド移動したときに、その上端が前記車両の下端の位置とほぼ同じとされている、
   無線電力伝送システムにおける電磁波遮蔽装置。
2. 前記スライド可能な電界遮蔽部材は、前記車両が侵入する側にのみ設けられている、
   請求項１記載の無線電力伝送システムにおける電磁波遮蔽装置。
3. 送電系コイルと、
   前記送電系コイルとの磁界を介した相互作用により前記送電系コイルから無線で電力を受電する受電系コイルと、
   前記送電系コイルにおける当該送電系コイルによる送電側と反対側に配置された磁性体からなる送電側磁気遮蔽部材と、
   前記受電系コイルにおける当該受電系コイルによる受電側と反対側に配置された磁性体からなる受電側磁気遮蔽部材と、
   前記送電系コイルによる送電方向と直交する側に配置された導電体からなる電界遮蔽部材と、を有し、
   前記電界遮蔽部材は、前記送電系コイルから前記受電系コイルに至る空間を囲むように配置されたメッシュ状のものが用いられており、
   前記電界遮蔽部材は、固定された電界遮蔽部材とスライド可能な電界遮蔽部材とを備え、
   前記送電系コイルは、底板、側板、および上板からなるハウジングの内部に設けられており、
   前記固定された電界遮蔽部材および前記スライド可能な電界遮蔽部材は、これらによって前記送電系コイルの周囲４面を囲むように設けられ、
   前記受電系コイルは、充電回路および二次電池を備えた充電池が設けられ前記充電池を電源として動作する車両の内部に設けられ、前記車両が上板の上に載ったときに前記送電系コイルから無線で電力を受電して前記二次電池を充電するものであり、
   前記スライド可能な電界遮蔽部材は、上方へスライド移動したときに、その上端が前記車両の下端の位置とほぼ同じとされている、
   無線電力伝送システム。
4. 外部の受電系コイルとの磁界を介した相互作用により前記受電系コイルに対し無線で電力を送電するための送電系コイルと、
   前記送電系コイルにおける当該送電系コイルによる送電側と反対側に配置された磁性体からなる磁気遮蔽部材と、
   前記送電系コイルによる送電方向と直交する側に配置された導電体からなる電界遮蔽部材と、を有し、
   前記電界遮蔽部材は、前記送電系コイルから外部に配置される前記受電系コイルに至る空間を囲むように配置されたメッシュ状のものが用いられており、
   前記電界遮蔽部材は、固定された電界遮蔽部材とスライド可能な電界遮蔽部材とを備え、
   前記送電系コイルは、底板、側板、および上板からなるハウジングの内部に設けられており、
   前記固定された電界遮蔽部材および前記スライド可能な電界遮蔽部材は、これらによって前記送電系コイルの周囲４面を囲むように設けられ、
   前記受電系コイルは、充電回路および二次電池を備えた充電池が設けられ前記充電池を電源として動作する車両の内部に設けられ、前記車両が上板の上に載ったときに前記送電系コイルから無線で電力を受電して前記二次電池を充電するものであり、
   前記スライド可能な電界遮蔽部材は、上方へスライド移動したときに、その上端が前記車両の下端の位置とほぼ同じとされている、
   無線電力送電装置。
5. 前記磁気遮蔽部材の電気抵抗は、前記電界遮蔽部材の電気抵抗よりも大きい、
   請求項４記載の無線電力送電装置。
6. 前記電界遮蔽部材として非磁性金属が用いられた、
   請求項４または５記載の無線電力送電装置。
7. 前記磁気遮蔽部材としてフェライトが用いられた、
   請求項４ないし６のいずれかに記載の無線電力送電装置。