JP6112235B2 - 電力伝送システム - Google Patents

Description

本発明は、送電装置から受電装置へワイヤレスで電力を伝送する電力伝送システムに関する。

電力伝送システムとして、電界結合方式を利用したシステムがある。この電力伝送システムでは、送電装置及び受電装置それぞれのアクティブ電極を対向させて二つの電極間に強い電場を形成し、電極同士を電界結合させることで、送電装置から受電装置へ電力を伝送する。

特許文献１には、電界結合方式を利用した電力伝送システムであって、送電装置から受電装置への電力伝送時における受電装置の基準電位を安定させ、受電装置の誤作動を引き起こさない電力伝送システムが開示されている。この電力伝送システムでは、送電装置及び受電装置それぞれは、基準電位に接続された基準電位電極を備えている。送電装置から受電装置への電力伝送時に、この基準電位電極同士を対向させることで、受電装置の基準電位を安定化させ、受電装置の動作を安定化させている。

国際公開２０１３／０５４８００号パンフレット

しかしながら、特許文献１に記載の電力伝送システムでは、基準電位電極に関する大きさ等の条件が開示されておらず、基準電位電極を受電装置及び送電装置それぞれに単に設け、それらを対向させただけでは、受電装置の基準電位を安定化できない場合がある。受電装置の基準電位が安定しないと、受電装置において誤動作が生じるおそれがある。

そこで、本発明の目的は、受電装置の基準電位を安定させる電力伝送システムを提供することにある。

本発明に係る電力伝送システムは、送電側第１電極及び送電側第２電極を有し、交流電圧を前記送電側第１電極及び前記送電側第２電極に印加する送電装置と、前記送電側第１電極に間隙をおいて対向する受電側第１電極、及び、前記送電側第２電極に間隙をおいて対向する受電側第２電極を有し、前記受電側第１電極及び前記受電側第２電極に電界結合により誘起される電圧を負荷へ供給する受電装置と、を備え、前記送電装置は、基準電位に接続された送電側基準電極と、前記送電側基準電極と前記送電側第１電極との間に接続された送電側第１キャパシタと、前記送電側基準電極と前記送電側第２電極との間に接続された送電側第２キャパシタと、を有し、前記受電装置は、基準電位に接続され、前記送電側基準電極と間隙をおいて対向する受電側基準電極と、前記受電側基準電極と前記受電側第１電極との間に接続された受電側第１キャパシタと、前記受電側基準電極と前記受電側第２電極との間に接続された受電側第２キャパシタと、を有し、前記送電側第１電極と前記受電側第１電極とが対向して形成されるキャパシタの容量をＣａａ、前記送電側第２電極と前記受電側第２電極とが対向して形成されるキャパシタの容量をＣｐｐ、前記送電側基準電極と前記受電側基準電極とが対向して形成されるキャパシタの容量をＣｇｇ、前記送電側第１キャパシタの容量をＣ１ａ、前記送電側第２キャパシタの容量をＣ１ｐ，前記受電側第１キャパシタの容量をＣ２ａ、前記受電側第２キャパシタの容量をＣ２ｐで表すと、Ｃａａ＋Ｃｐｐ＜Ｃｇｇ、Ｃ１ａ＋Ｃ１ｐ＜Ｃｇｇ、又は、Ｃ２ａ＋Ｃ２ｐ＜Ｃｇｇの何れかの条件を満たしている、ことを特徴とする。

本発明に係る電力伝送システムは、送電側コイルを有し、交流電圧を前記送電側コイルに印加する送電装置と、前記送電側コイルに間隙をおいて対向する受電側コイルを有し、前記受電側コイルに、磁界結合により誘起される電圧を負荷へ供給する受電装置と、を備え、前記送電装置は、基準電位に接続された送電側基準電極と、前記送電側基準電極と前記送電側コイルの第１端との間に接続された送電側第１キャパシタと、前記送電側基準電極と前記送電側コイルの第２端との間に接続された送電側第２キャパシタと、を有し、前記受電装置は、基準電位に接続され、前記送電側基準電極と間隙をおいて対向する受電側基準電極と、前記受電側基準電極と前記受電側コイルの第１端との間に接続された受電側第１キャパシタと、前記受電側基準電極と前記受電側コイルの第２端との間に接続された受電側第２キャパシタと、を有し、前記送電側コイルと前記受電側コイルとの間に生じる容量をＣｃｃ、前記送電側基準電極と前記受電側基準電極とが対向して形成されるキャパシタの容量をＣｇｇ、前記送電側第１キャパシタの容量をＣ１ａ、前記送電側第２キャパシタの容量をＣ１ｐ，前記受電側第１キャパシタの容量をＣ２ａ、前記受電側第２キャパシタの容量をＣ２ｐで表すと、Ｃｃｃ＜Ｃｇｇ、Ｃ１ａ＋Ｃ１ｐ＜Ｃｇｇ、又は、Ｃ２ａ＋Ｃ２ｐ＜Ｃｇｇの何れかの条件を満たしていることを特徴とする。

この構成では、受電装置の基準電位が、送電側基準電極と受電側基準電極とで形成されるキャパシタを介して、送電装置の基準電位に接続されている。このキャパシタの容量Ｃｇｇが所定条件を満たすと、受電装置側の基準電位を送電装置側の基準電位に近づけることができる。これにより、受電装置の基準電位の安定化を図ることができる。

本発明に係る電力伝送システムは、Ｃ１ａ＋Ｃ１ｐ＜Ｃｇｇ、又は、Ｃ２ａ＋Ｃ２ｐ＜Ｃｇｇの条件を満たしていることが好ましい。

この構成では、送電側第１電極及び送電側第２電極、並びに、受電側第１電極及び受電側第２電極、又は、送電側コイル及び受電側コイルを調整して、Ｃａａ，Ｃｐｐ、又は、Ｃｃｃを調整することで伝送電力効率に影響が及ぶおそれがあるため、電極又はコイル以外で、条件を満たすようにすることで、そのおそれを防止できる。

本発明に係る電力伝送システムは、Ｃ１ａ＋Ｃ１ｐ＜Ｃｇｇの条件を満たしていることが好ましい。

この構成では、小型化が要求されない送電装置側で、条件が満たすようにすることで、電力伝送システムを設計しやすくできる。

本発明によれば、受電装置側の基準電位を送電装置側の基準電位に近づけることがで、受電装置の基準電位の安定化を図ることができる。

実施形態１に係る電力伝送システムの回路を示す図 基準電位電極を設けることで、受電装置の基準電位が安定する理由を説明するための回路図であり、（Ａ）は、基準電位電極を設けない場合の回路を示し、（Ｂ）は、基準電位電極を設けた場合の回路を示す図 総合キャパシタの等価回路 キャパシタＣ１ａ＋Ｃ１ｐの容量の測定方法を説明するための図 キャパシタＣ２ａ＋Ｃ２ｐの容量の測定方法を説明するための図 キャパシタＣａａ＋Ｃｐｐの容量の測定方法を説明するための図 キャパシタＣｇｇの容量の測定方法を説明するための図 容量調整する場合の電極構造の例を示す図 容量調整する場合の電極構造の例を示す図 アクティブ電極の間、及び、パッシブ電極の間に低誘電率層を設ける場合の構造例を示す図 実施形態２に係る電力伝送システムの回路を示す図 実施形態２に係る電力伝送システムの回路の別の例を示す図

（実施形態１）
図１は、実施形態１に係る電力伝送システム１の回路を示す図である。本実施形態に係る電力伝送システム１は、送電装置１０１と受電装置２０１とで構成されている。送電装置１０１には受電装置２０１が載置される。送電装置１０１は、載置された受電装置２０１へ電力を伝送する。

受電装置２０１は負荷回路ＲＬを備えている。負荷回路ＲＬは、二次電池及び充電回路等を含む。そして、受電装置２０１は、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。受電装置２０１は、送電装置１０１から伝送された電力を二次電池に充電する。

なお、図１では、負荷回路ＲＬは受電装置２０１内に設けられているが、受電装置２０１に着脱可能な外部機器に搭載されていてもよい。

送電装置１０１は交流電源Ｖｉｎを備えている。交流電源Ｖｉｎは、詳しくは、商用電源に接続されるＡＣアダプタから出力される直流電圧をインバータ回路で交流電圧に変換し、出力する。

交流電源Ｖｉｎには、昇圧トランスＴ１の１次コイルが接続されている。この昇圧トランスＴ１は、２次コイルがアクティブ電極１３とパッシブ電極１４とに接続されている。昇圧トランスＴ１は、交流電源Ｖｉｎから出力された交流電圧を昇圧し、アクティブ電極１３及びパッシブ電極１４に印加する。

昇圧トランスＴ１の２次コイルにはキャパシタＣ１が並列に接続されている。このキャパシタＣ１は、昇圧トランスＴ１の２次コイルの漏れインダクタンス（不図示）と共に直列共振回路を形成している。なお、直列共振回路は、昇圧トランスＴ１の漏れインダクタンスから構成されていてもよいし、実部品のインダクタから構成されていてもよい。また、昇圧トランスＴ１の２次コイルと、キャパシタＣ１とで並列共振回路を構成していてもよい。

また、送電装置１０１は基準電位電極１５を備えている。基準電位電極１５は送電装置１０１の基準電位に接続されている。基準電位電極１５は、キャパシタＣ１ａを介してアクティブ電極１３に接続されている。また、基準電位電極１５は、キャパシタＣ１ｐを介してパッシブ電極１４に接続されている。

キャパシタＣ１ａは、本発明に係る「送電側第１キャパシタ」の一例であり、キャパシタＣ１ｐは、本発明に係る「送電側第２キャパシタ」の一例である。

アクティブ電極１３は、本発明に係る「送電側第１電極」の一例であり、パッシブ電極１４は、本発明に係る「送電側第２電極」の一例である。基準電位電極１５は、本発明に係る「送電側基準電極」の一例である。

受電装置２０１は、アクティブ電極２３、パッシブ電極２４及び基準電位電極２５を備えている。受電装置２０１を送電装置１０１に載置すると、アクティブ電極２３は、送電装置１０１のアクティブ電極１３と間隙をおいて対向し、キャパシタＣａａを形成する。パッシブ電極２４は、送電装置１０１のパッシブ電極１４と間隙をおいて対向し、キャパシタＣｐｐを形成する。対向したアクティブ電極１３，２３、パッシブ電極１４，２４がそれぞれ容量結合（電界結合）し、送電側と受電側との間に交流信号を伝えることが可能な回路が形成されるため、送電装置１０１から受電装置２０１へ電力が伝送される。これにより、受電装置２０１の電極と送電装置１０１の電極が非接触の状態でも電力伝送が可能となる。

また、基準電位電極２５は、送電装置１０１の基準電位電極１５と間隙をおいて対向し、キャパシタＣｇｇを形成する。基準電位電極２５は、受電装置２０１の基準電位に接続されている。したがって、受電装置２０１の基準電位は、キャパシタＣｇｇを介して、送電装置１０１の基準電位（例えばグランド）に接続されている。

基準電位電極２５は、キャパシタＣ２ａを介してアクティブ電極２３に接続されている。また、基準電位電極２５は、キャパシタＣ２ｐを介してパッシブ電極２４に接続されている。キャパシタＣ２ａは、本発明に係る「受電側第１キャパシタ」の一例であり、キャパシタＣ２ｐは、本発明に係る「受電側第２キャパシタ」の一例である。

なお、前述したキャパシタの値は、相互にＣａａ：Ｃｐｐ≒Ｃ１ａ：Ｃ１ｐ≒Ｃ２ａ：Ｃ２ｐとなるように定める。これにより、アクティブ電極１３とパッシブ電極１４の間に高い電圧が加わった場合でも、送電装置１０１および受電装置２０１双方の基準電位の変動が抑えられる。

アクティブ電極２３は、本発明に係る「受電側第１電極」の一例であり、パッシブ電極２４は、本発明に係る「受電側第２電極」の一例である。基準電位電極２５は、本発明に係る「受電側基準電極」の一例である。

受電装置２０１のアクティブ電極２３及びパッシブ電極２４には、降圧トランスＴ２の１次コイルが接続されている。降圧トランスＴ２の１次コイルにはキャパシタＣ２が並列接続されている。そして、降圧トランスＴ２の１次コイルとキャパシタＣ２とで並列共振回路を形成している。

この並列共振回路は、送電装置１０１側に形成された直列共振回路と共振周波数がほぼ一致するよう定数設定されている。送電装置１０１に受電装置２０１を載置すると、直列共振回路と並列共振回路とは結合共振（複合共振）する。そして、送電装置１０１から受電装置２０１への電力伝送における駆動周波数を、ほぼ同じにした直列共振回路及び並列共振回路の共振周波数に定め、その駆動周波数で送電装置１０１から受電装置２０１へ電力伝送を行う。これにより、効率よく電力伝送できる。

降圧トランスＴ２の２次コイルには、負荷回路ＲＬが接続されている。この負荷回路ＲＬは、前記した二次電池及び充電回路に加え、整流平滑回路及びＤＣ−ＤＣコンバータ等を含む。整流平滑回路は、４つのダイオードから形成されたダイオードブリッジ、キャパシタ及びインダクタからなる。負荷回路ＲＬは、降圧トランスＴ２で降圧された交流電圧を整流及び平滑した後、安定化された所定電圧に変換し、二次電池に充電する。

以上のように構成された電力伝送システム１において、例えば、受電装置２０１がタッチパネルを有し、送電装置１０１から受電装置２０１への電力伝送中にそのタッチパネルが操作されることで、受電装置２０１の基準電位が変動する場合がある。この場合、タッチパネルが正常に動作しないなど、受電装置２０１において不具合が生じるおそれがある。

このような問題は、特に、受電装置２０１が小型で可搬型の装置の場合に起こりやすい。すなわち、可搬型の装置においては、基準電位を外部のアースに接続できないため、通常は基準電位を安定化させるために筐体内あるいは筐体として設けるシールドケースや回路基板のグランド電極等をできるだけ大きくして装置の基準電位を構成する導体を大型化することで、回路の動作を安定化する。しかしながら、小型の携帯無線端末等の場合には、筐体が小さく、シールドケース及び回路基板のグランド電極も小さくなるため、基準電位を安定化するために十分な大きさを確保できなくなる。そのため、通信よりも電力の大きい電力伝送を行う場合に、基準電位の変動が起こりやすくなる。一方、送電装置１０１側は、筐体を比較的大きくし、ＡＣアダプタを介してコンセントの接地端子に接続する等によって、受電装置２０１よりも基準電位が安定化しやすい。

そこで、受電装置の基準電位を安定化するために、本実施形態に係る電力伝送システム１は、基準電位電極１５，２５を備え、受電装置２０１の基準電位を、キャパシタＣｇｇを介して送電装置１０１の基準電位に接続している。受電装置２０１側で基準電位を構成するシールドケース及び回路基板のグランド電極に加えて、キャパシタＣｇｇを介して接続された送電装置１０１側のシールド電極及び回路基板のグランド電極も基準電位導体を大きくする役割を果たす。これにより、キャパシタＣｇｇを介して送電装置１０１に接続した状態においては、受電装置２０１の基準電位はより安定化され、電力伝送時においても不具合の発生を防ぐことができる。

以下、基準電位電極１５，２５を設けることで、受電装置２０１の基準電位の変動を抑制できる理由についてより詳しく説明する。

送電装置１０１の基準電位と受電装置２０１の基準電位との電位差をｖＮで表す。受電装置２０１の基準電位は、キャパシタＣｇｇを介して、送電装置１０１の基準電位に接続されている。したがって、基準電位ｖＮがより小さくなれば、受電装置２０１の基準電位が送電装置１０１の基準電位に近づき、受電装置２０１の基準電位は安定する。

受電装置２０１の基準電位が変動すると、ノイズ電流ｉＮが発生する。このノイズ電流ｉＮは、図１の矢印に示すように、キャパシタＣｇｇと、キャパシタＣ１ａ，Ｃａａ，Ｃ２ａの第１経路、及び、キャパシタＣ１ｐ，Ｃｐｐ，Ｃ２ｐの第２経路とに流れる。図１に示すｉＮ１はキャパシタＣｇｇに流れるノイズ電流、ｉＮ２は総合キャパシタＣｉｎｔに流れるノイズ電流である。ここで、Ｃｉｎｔは、第１経路及び第２経路の総合キャパシタを表す。

図２は、基準電位電極１５，２５を設けることで、受電装置２０１の基準電位が安定する理由を説明するための回路図である。図２（Ａ）は、基準電位電極１５，２５を設けない場合の回路を示し、図２（Ｂ）は、基準電位電極１５，２５を設けた場合の回路を示す図である。

図２（Ａ）に示すように、基準電位電極１５，２５を設けない場合、ノイズ電流ｉＮは、キャパシタＣｉｎｔのみに印加される。このとき、キャパシタＣｉｎｔに印加される電圧をｖＮ０で表すと、
ｉＮ＝ｊωＣｉｎｔ・ｖＮ０…（１）
で表せる。この電圧ｖＮ０は、基準電位電極１５，２５を設けない場合における、送電装置１０１の基準電位を基準としたときの受電装置２０１の基準電位である。ここで、Ｃｉｎｔは、総合キャパシタＣｉｎｔの容量である。

図２（Ｂ）に示すように、基準電位電極１５，２５を設けた場合、キャパシタＣｇｇに印加される電圧はｖＮであり、電圧ｖＮは、
ｖＮ＝ｉＮ／ｊω（Ｃｉｎｔ＋Ｃｇｇ）…（２）
で表せる。

式（１）と式（２）とから、電圧ｖＮは、
ｖＮ＝Ｃｉｎｔ・ｖＮ０／（Ｃｉｎｔ＋Ｃｇｇ）…（３）
で表せる。

式（３）から判るように、基準電位電極１５，２５を設けた場合の電圧ｖＮは、基準電位電極１５，２５を設けない場合の電圧ｖＮ０と比べると、分流される分だけ電圧ｖＮ０よりも小さい。したがって、基準電位電極１５，２５を設けた場合、基準電位電極１５，２５を設けない場合と比べて、受電装置２０１の基準電位は安定する。

また、式（３）において、Ｃｉｎｔ＜Ｃｇｇとした場合、電圧ｖＮは、電圧をｖＮ０の１／２未満になる。したがって、基準電位電極１５，２５を設け、Ｃｉｎｔ＜Ｃｇｇの条件が満たされるよう、電力伝送システム１を設計することで、受電装置２０１の基準電位をより安定させることができる。

前述したように、キャパシタの値は、相互にＣａａ：Ｃｐｐ≒Ｃ１ａ：Ｃ１ｐ≒Ｃ２ａ：Ｃ２ｐとなるように定められているため、総合キャパシタＣｉｎｔは、図３で示す回路とみなすことができる。図３は、総合キャパシタＣｉｎｔの等価回路である。総合キャパシタＣｉｎｔは、キャパシタＣ１ａ，Ｃ１ｐの並列回路（以下、キャパシタＣ１ａ＋Ｃ１ｐで表す。）、キャパシタＣａａ，Ｃｐｐの並列回路（以下、キャパシタＣａａ＋Ｃｐｐで表す。）、及び、キャパシタＣ２ａ，Ｃ２ｐの並列回路（以下、キャパシタＣ２ａ＋Ｃ２ｐで表す。）が直列接続された回路とみなすことができる。

ここで、キャパシタＣ１ａ，Ｃ１ｐ，Ｃ２ａ，Ｃ２ｐそれぞれの容量を、Ｃ１ａ，Ｃ１ｐ，Ｃ２ａ，Ｃ２ｐで表す。また、アクティブ電極１３，２３が対向して形成されるキャパシタＣａａの容量をＣａａで表し、パッシブ電極１４，２４が対向して形成されるキャパシタＣｐｐの容量をＣｐｐで表す。

この場合において、キャパシタＣ１ａ＋Ｃ１ｐ，Ｃ２ａ＋Ｃ２ｐ、Ｃａａ＋Ｃｐｐの何れか一つでもＣｇｇよりも小さければ、Ｃｉｎｔ＜Ｃｇｇの条件が成立する。したがって、Ｃ１ａ＋Ｃ１ｐ＜Ｃｇｇ、Ｃ２ａ＋Ｃ２ｐ＜Ｃｇｇ、又は、Ｃａａ＋Ｃｐｐ＜Ｃｇｇの何れかの条件を満たすことで、Ｃｉｎｔ＜Ｃｇｇの条件が成立し、受電装置２０１の基準電位をより安定させることができる。

以下に、各キャパシタの測定方法について説明する。

図４は、キャパシタＣ１ａ＋Ｃ１ｐの容量の測定方法を説明するための図である。キャパシタＣ１ａ＋Ｃ１ｐの容量を測定する場合、アクティブ電極１３及びパッシブ電極１４を短絡する。そして、この短絡部と基準電位との間（図４に示す端子Ｐ１，Ｐ２間）の容量を測定する。

図５は、キャパシタＣ２ａ＋Ｃ２ｐの容量の測定方法を説明するための図である。キャパシタＣ２ａ＋Ｃ２ｐの容量を測定する場合、アクティブ電極２３及びパッシブ電極２４を短絡する。そして、この短絡部と基準電位との間（図５に示す端子Ｐ３，Ｐ４間）の容量を測定する。

図６は、キャパシタＣａａ＋Ｃｐｐの容量の測定方法を説明するための図である。キャパシタＣａａ＋Ｃｐｐの容量を測定する場合、送電装置１０１のアクティブ電極１３及びパッシブ電極１４を短絡し、定電圧源Ｖｓに接続する。また、受電装置２０１のアクティブ電極２３及びパッシブ電極２４を短絡し、グランドに接続する。さらに、基準電位電極１５，２５の影響を除去するために、送電装置１０１及び受電装置２０１の基準電位はグランドに接続する。

そして、定電圧源Ｖｓから電圧を出力したときに、定電圧源ＶｓからキャパシタＣａａ，Ｃｐｐを通り、グランドに流れる電流を検出する。定電圧源Ｖｓの出力電圧をＶｓ、検出する電流をＩｓで表すと、
（Ｃａａ＋Ｃｐｐ）＝Ｉｓ／２πｆＶｓ…（４）
の式から、キャパシタＣａａ＋Ｃｐｐの容量（Ｃａａ＋Ｃｐｐ）が算出できる。

図７は、キャパシタＣｇｇの容量の測定方法を説明するための図である。キャパシタＣｇｇの容量を測定する場合、送電装置１０１のアクティブ電極１３及びパッシブ電極１４、並びに、受電装置２０１のアクティブ電極２３及びパッシブ電極２４それぞれをグランドに接続する。また、基準電位電極１５を定電圧源Ｖｓに接続し、基準電位電極２５をグランドに接続する。

そして、定電圧源Ｖｓから電圧を出力したときに、キャパシタＣｇｇに流れる電流Ｉｓを検出し、
Ｃｇｇ＝Ｉｓ／２πｆＶｓ…（５）
から、キャパシタＣｇｇの容量が算出できる。

以上のように、キャパシタＣ１ａ＋Ｃ１ｐ，Ｃａａ＋Ｃｐｐ，Ｃ２ａ＋Ｃ２ｐ，Ｃｇｇそれぞれの容量は測定できる。そして、Ｃ１ａ＋Ｃ１ｐ＜Ｃｇｇ、Ｃ２ａ＋Ｃ２ｐ＜Ｃｇｇ、又は、Ｃａａ＋Ｃｐｐ＜Ｃｇｇの何れかの条件が満たされるよう、送電装置１０１及び受電装置２０１を設計する。このとき、キャパシタＣ１ａ，Ｃ１ｐ、又は、キャパシタＣ２ａ，Ｃ２ｐの素子を変更して前記条件を満たすようにしてもよい。また、アクティブ電極１３，２３、パッシブ電極１４，２４又は基準電位電極１５，２５の大きさ又は電極間距離を調整して、前記条件を満たすようにしてもよい。

図８及び図９は、容量調整する場合の電極構造の例を示す図である。なお、図８及び図９では、昇圧トランスＴ１及び降圧トランスＴ２以外の回路は図示を省略している。

図８に示す例では、送電装置１０１において、アクティブ電極１３、パッシブ電極１４及び、昇圧トランスＴ１等の回路を囲うように基準電位電極１５が設けられている。同様に、受電装置２０１において、アクティブ電極２３、パッシブ電極２４及び、降圧トランスＴ２等の回路を囲うように基準電位電極２５が設けられている。基準電位電極１５，２５でアクティブ電極１３，２３等の高電圧部分を囲うことで、高電圧部分からのノイズを遮蔽できる。

送電装置１０１に受電装置２０１を載置すると、アクティブ電極１３，２３が対向し、パッシブ電極１４，２４が対向する。また、基準電位電極１５，２５の一部が対向する。このとき、対向する基準電位電極１５，２５の距離ｄｇｇが、アクティブ電極１３，２３の距離ｄａａ、及び、パッシブ電極１４，２４の距離ｄｐｐよりも短くなるように、各電極が構成されている。電極間距離が短いと、キャパシタの容量は大きい。これにより、Ｃａａ＋Ｃｐｐ＜Ｃｇｇの関係が成立するように調整しやすくなる。

図９に示す例では、図８と同様に、送電装置１０１の基準電位電極１５は、アクティブ電極１３、パッシブ電極１４及び、昇圧トランスＴ１等の回路を囲うように設けられている。また、受電装置２０１の基準電位電極２５は、アクティブ電極２３、パッシブ電極２４及び、降圧トランスＴ２等の回路を囲うように設けられている。基準電位電極１５，２５は、対向する部分の面積が大きくなるよう、屈折している。これにより、対向面を屈折させることで、対向面が屈折していない場合と比べて、対向面積を大きくできる。

これにより、基準電位電極１５，２５の対向面積は、アクティブ電極１３，２３の対向面積、及び、パッシブ電極１４，２４の対向面積よりも大きく。電極の対向面積が大きいと、キャパシタの容量は大きい。したがって、Ｃａａ＋Ｃｐｐ＜Ｃｇｇの関係が成立するように調整しやすくなる。

また、図９に示す構成の場合、基準電位電極１５，２５を屈折させることで、送電装置１０１に受電装置２０１を載置する際、送電装置１０１に対する受電装置２０１の載置位置が決めやすくなる。

また、アクティブ電極１３，２３の間、又は、パッシブ電極１４，２４の間にエアギャップなどの低誘電率層を設けることで、キャパシタＣａａ，Ｃｐｐの容量を小さくし、Ｃａａ＋Ｃｐｐ＜Ｃｇｇの関係が成立するようにしてもよい。

なお、図８及び図９に示す例において、送電装置１０１及び受電装置２０１の金属製の筐体とした場合、その筐体を基準電位電極１５，２５として利用してもよい。また、金属筐体の表面処理として、金属酸化膜での絶縁構造にすることで、基準電位電極１５，２５間の容量を大きくしてもよい。

図１０は、アクティブ電極１３，２３の間、及び、パッシブ電極１４，２４の間に低誘電率層を設ける場合の構造例を示す図である。

図１０に示す例では、送電装置１０１の樹脂筐体１０１Ａは、アクティブ電極１３及びパッシブ電極１４が対向する部分に窪みを有した形状である。アクティブ電極１３と、パッシブ電極１４と、及び基準電位電極１５の一部とは、樹脂筐体１０１Ａの内壁面に沿って設けられている。また、受電装置２０１の樹脂筐体２０１Ａは、アクティブ電極２３及びパッシブ電極２４が対向する部分に窪みを有した形状である。アクティブ電極２３と、パッシブ電極２４と、及び基準電位電極２５の一部とは、樹脂筐体２０１Ａの内壁面に沿って設けられている。

送電装置１０１に受電装置２０１を載置した場合、アクティブ電極１３，２３同士、パッシブ電極１４，２４同士、基準電位電極１５，２５の一部同士がそれぞれ対向する。このとき、樹脂筐体１０１Ａ，２０１Ａが有する窪みにより、アクティブ電極１３，２３の間、パッシブ電極１４，２４の間には、エアギャップ３００が形成される。これに対し、基準電位電極１５，２５の間には、エアギャップ３００が形成されない。これにより、Ｃａａ＜Ｃｇｇ、及び、Ｃｐｐ＜Ｃｇｇの関係になるため、Ｃａａ＋Ｃｐｐ＜Ｃｇｇの関係が成立する。

なお、受電装置２０１の基準電位を安定させるためには、Ｃ１ａ＋Ｃ１ｐ＜Ｃｇｇ、Ｃ２ａ＋Ｃ２ｐ＜Ｃｇｇ、又は、Ｃａａ＋Ｃｐｐ＜Ｃｇｇの何れかの条件が満たされていればよいが、Ｃ１ａ＋Ｃ１ｐ＜Ｃｇｇ又はＣ２ａ＋Ｃ２ｐ＜Ｃｇｇの条件が満たされるように設計することで、アクティブ電極間、パッシブ電極間の容量を確保し、伝送電力や電力伝送効率を高めつつ基準電位を安定化することができる。また、受電装置２０１は薄型化が要求されることがある。このため、Ｃ１ａ＋Ｃ１ｐ＜Ｃｇｇの条件が満たされるように送電装置１０１を設計することで、受電装置２０１の設計の自由度を向上させることができる。

（実施形態２）
図１１は、実施形態２に係る電力伝送システムの回路を示す図である。実施形態１では、電界結合方式により、送電装置から受電装置へ電力を伝送するのに対し、本実施形態では、磁界結合方式により、送電装置から受電装置へ電力を伝送する。

この例では、送電装置１０２では、アクティブ電極及びパッシブ電極に代わり、昇圧トランスＴ１の２次コイルには、送電側コイル１６が接続されている。また、受電装置２０２では、アクティブ電極及びパッシブ電極に代わり、降圧トランスＴ２の１次コイルには、受電側コイル２６が接続されている。なお、他の構成は、実施形態１と同様である。

受電装置２０２を送電装置１０２に載置した場合、送電側コイル１６と受電側コイル２６とが対向し、磁界結合する。この磁界結合により、送電装置１０２から受電装置２０２へ電力が伝送される。

また、送電側コイル１６と受電側コイル２６とが対向することで、コイル間にキャパシタＣｃｃが形成される。このキャパシタＣｃｃは、実施形態１で説明したキャパシタＣａａ＋Ｃｐｐに相当する。したがって、Ｃ１ａ＋Ｃ１ｐ＜Ｃｇｇ、Ｃ２ａ＋Ｃ２ｐ＜Ｃｇｇ、又は、Ｃｃｃ＜Ｃｇｇの何れかの条件が満たされるよう、送電装置１０２及び受電装置２０２を設計することで、実施形態１で説明したように、受電装置２０２の基準電位の変動を抑制できる。

図１２は、実施形態２に係る電力伝送システムの回路の別の例を示す図である。この例では、図１１に示すキャパシタＣ１，Ｃ２を設けず、昇圧トランスＴ１の２次コイルの両端にキャパシタＣ１１，Ｃ１２を接続し、降圧トランスＴ２の１次コイルの両端にキャパシタＣ２１，Ｃ２２を接続している。キャパシタＣ１１，Ｃ１２，Ｃ２１，Ｃ２２は何れも、キャパシタＣ１，Ｃ２と同様、共振用のキャパシタである。この回路構成であっても、上述の条件を満たすことで、受電装置２０２の基準電位の変動を抑制できる。

なお、実施形態１と同様、受電装置２０１の基準電位を安定させるためには、Ｃ１ａ＋Ｃ１ｐ＜Ｃｇｇ、Ｃ２ａ＋Ｃ２ｐ＜Ｃｇｇ、又は、Ｃｃｃ＜Ｃｇｇの何れかの条件が満たされていればよいが、Ｃ１ａ＋Ｃ１ｐ＜Ｃｇｇ又はＣ２ａ＋Ｃ２ｐ＜Ｃｇｇの条件が満たされるように設計することで、送電側コイル１６と受電側コイル２６とのコイル巻回数等を変更する必要がなくなる。この場合、送電側コイル１６と受電側コイル２６とのコイル巻回数等を変更することで、伝送電力効率に影響が及ぶおそれを回避できる。また、受電装置２０１は薄型化が要求されることがある。このため、Ｃ１ａ＋Ｃ１ｐ＜Ｃｇｇの条件が満たされるように送電装置１０１を設計することで、受電装置２０１の設計の自由度を向上させることができる。

また、図１１及び図１２に示す昇圧トランスＴ１及び降圧トランスＴ２のいずれか一方又は両方を設けなくてもよい。即ち、信号源（例えば、交流電源Ｖｉｎ）が送電側共振回路に必要な電圧を出力できるときは、信号源を送電側共振回路に直接接続することが好ましい。また、受電側共振回路の出力が負荷に対応する電圧を出力できるときは、受電側共振回路を負荷に直接接続することが好ましい。

１３…アクティブ電極（送電側第１電極）
１４…パッシブ電極（送電側第２電極）
１５…基準電位電極（送電側基準電極）
１６…送電側コイル
２３…アクティブ電極（受電側第１電極）
２４…パッシブ電極（受電側第２電極）
２５…基準電位電極（受電側基準電極）
２６…受電側コイル
１０１，１０２…送電装置
２０１，２０２…受電装置
１０１Ａ，２０１Ａ…樹脂筐体
３００…エアギャップ
Ｃ１，Ｃ２…キャパシタ
Ｃ１ａ…キャパシタ（送電側第１キャパシタ）
Ｃ１ｐ…キャパシタ（送電側第２キャパシタ）
Ｃ２ａ…キャパシタ（受電側第１キャパシタ）
Ｃ２ｐ…キャパシタ（受電側第２キャパシタ）
Ｃａａ，Ｃｐｐ，Ｃｇｇ，Ｃｃｃ…キャパシタ
Ｃｉｎｔ…総合キャパシタ
ｄａａ，ｄｇｇ，ｄｐｐ…距離
Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６…端子
ＲＬ…負荷回路
Ｔ１…昇圧トランス
Ｔ２…降圧トランス
Ｖｉｎ…交流電源

Claims (4)

1. 送電側第１電極及び送電側第２電極を有し、交流電圧を前記送電側第１電極及び前記送電側第２電極に印加する送電装置と、
   前記送電側第１電極に間隙をおいて対向する受電側第１電極、及び、前記送電側第２電極に間隙をおいて対向する受電側第２電極を有し、前記受電側第１電極及び前記受電側第２電極に電界結合により誘起される電圧を負荷へ供給する受電装置と、
   を備え、
   前記送電装置は、
   基準電位に接続された送電側基準電極と、
   前記送電側基準電極と前記送電側第１電極との間に接続された送電側第１キャパシタと、
   前記送電側基準電極と前記送電側第２電極との間に接続された送電側第２キャパシタと、
   を有し、
   前記受電装置は、
   基準電位に接続され、前記送電側基準電極と間隙をおいて対向する受電側基準電極と、
   前記受電側基準電極と前記受電側第１電極との間に接続された受電側第１キャパシタと、
   前記受電側基準電極と前記受電側第２電極との間に接続された受電側第２キャパシタと、
   を有し、
   前記送電側第１電極と前記受電側第１電極とが対向して形成されるキャパシタの容量をＣａａ、前記送電側第２電極と前記受電側第２電極とが対向して形成されるキャパシタの容量をＣｐｐ、前記送電側基準電極と前記受電側基準電極とが対向して形成されるキャパシタの容量をＣｇｇ、前記送電側第１キャパシタの容量をＣ１ａ、前記送電側第２キャパシタの容量をＣ１ｐ，前記受電側第１キャパシタの容量をＣ２ａ、前記受電側第２キャパシタの容量をＣ２ｐで表すと、
   Ｃａａ＋Ｃｐｐ＜Ｃｇｇ、Ｃ１ａ＋Ｃ１ｐ＜Ｃｇｇ、又は、Ｃ２ａ＋Ｃ２ｐ＜Ｃｇｇの何れかの条件を満たしている、
   電力伝送システム。
2. 送電側コイルを有し、交流電圧を前記送電側コイルに印加する送電装置と、
   前記送電側コイルに間隙をおいて対向する受電側コイルを有し、前記受電側コイルに、磁界結合により誘起される電圧を負荷へ供給する受電装置と、
   を備え、
   前記送電装置は、
   基準電位に接続された送電側基準電極と、
   前記送電側基準電極と前記送電側コイルの第１端との間に接続された送電側第１キャパシタと、
   前記送電側基準電極と前記送電側コイルの第２端との間に接続された送電側第２キャパシタと、
   を有し、
   前記受電装置は、
   基準電位に接続され、前記送電側基準電極と間隙をおいて対向する受電側基準電極と、
   前記受電側基準電極と前記受電側コイルの第１端との間に接続された受電側第１キャパシタと、
   前記受電側基準電極と前記受電側コイルの第２端との間に接続された受電側第２キャパシタと、
   を有し、
   前記送電側コイルと前記受電側コイルとの間に生じる容量をＣｃｃ、前記送電側基準電極と前記受電側基準電極とが対向して形成されるキャパシタの容量をＣｇｇ、前記送電側第１キャパシタの容量をＣ１ａ、前記送電側第２キャパシタの容量をＣ１ｐ，前記受電側第１キャパシタの容量をＣ２ａ、前記受電側第２キャパシタの容量をＣ２ｐで表すと、
   Ｃｃｃ＜Ｃｇｇ、Ｃ１ａ＋Ｃ１ｐ＜Ｃｇｇ、又は、Ｃ２ａ＋Ｃ２ｐ＜Ｃｇｇの何れかの条件を満たしている、
   電力伝送システム。
3. Ｃ１ａ＋Ｃ１ｐ＜Ｃｇｇ、又は、Ｃ２ａ＋Ｃ２ｐ＜Ｃｇｇの条件を満たしている、請求項１又は２に記載の電力伝送システム。
4. Ｃ１ａ＋Ｃ１ｐ＜Ｃｇｇの条件を満たしている、請求項３に記載の電力伝送システム。

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