JP6655434B2 - 電界共鳴型カップラ - Google Patents

Description

本発明は、電界共鳴によってワイヤレスで電力伝送を行うのに用いる電界共鳴型カップラに関するものである。

電磁共鳴を用いたワイヤレス電力伝送方式は、電磁誘導を用いた方式より距離を離して電力伝送できることから、その開発が進められている。電磁共鳴のうち電界の共鳴により電力伝送する電界共鳴型ワイヤレス電力伝送については、例えば特許文献１、２に開示されているものが知られている。

特許文献１に記載のワイヤレス電力伝送システムは、送信用の共振回路（送信用カップラ）及び受信用の共振回路（受信用カップラ）が、それぞれ２つの電極と少なくとも１つのコイルとを備えた構成を有している。送信用カップラ及び受信用カップラにそれぞれ接続される送電用の電力ケーブル及び受電用の電力ケーブルは、各カップラの電極またはコイルに直接接続されている。電力ケーブルとして例えば同軸ケーブルを用いる場合には、各カップラが有する２つの電極の一方側に同軸ケーブルの中心導体が接続され、他方側に同軸ケーブルの外導体が接続される。

また特許文献２に記載のワイヤレス電力伝送システムでは、送電用カップラまたは受電用カップラに接続される同軸ケーブルが有する浮遊キャパシタ等のインピーダンス成分によって不要な共鳴が発生するのを防止するために、各カップラと同軸ケーブルとの接続部に不要共振抑制回路（バラン）が設けられている。

特許第５６０３５０９号公報 特開２０１３−２２３３３８号公報

しかしながら、特許文献１に記載の従来のワイヤレス電力伝送システムでは、同軸ケーブルの外導体がグランド（以下ではＧＮＤと記す）に接続されたとき、各カップラの電極とＧＮＤとの間が電界で容量結合されることにより、不要な共振が発生するといった問題が生じる。不要共振が発生すると、同軸ケーブルの外導体に強いコモンモード電流が流れることになり、不要放射発生の要因になるといった問題が生じる。

また、特許文献２に記載の従来のワイヤレス電力伝送システムでは、上記の不要共振の発生を抑制するためにカップラと同軸ケーブルとの接続部にバランを設けているが、バランを接続すると内蔵するフェライトコア部等で電力ロスが発生し、発熱や伝送効率低下といった問題が生じる。さらに、バランを設けることでワイヤレス電力伝送システムが大型化、重量化するといった問題も生じる。

本発明はこのような問題を解決するためになされたものであり、外導体がグランドに接続された同軸ケーブルを用いて送受電を行っても不要な共振の発生を抑制することが可能な電界共鳴型カップラを提供することを目的とする。

本発明の電界共鳴型カップラの第１の態様は、所定の間隔を隔てて配置された第１電極及び第２電極と、それぞれ前記第１電極及び前記第２電極に接続されて共振回路を形成する第１共振コイル及び第２共振コイルと、を有する送電用カップラと、前記間隔または異なる間隔を隔てて配置された第３電極及び第４電極と、それぞれ前記第３電極及び前記第４電極に接続されて共振回路を形成する第３共振コイル及び第４共振コイルと、を有する受電用カップラと、を備え、前記第１電極及び前記第２電極と前記第３電極及び前記第４電極との間で電界共鳴させることで前記送電用カップラから前記受電用カップラにワイヤレスで電力伝送する電界共鳴型カップラであって、前記送電用カップラは、第１同軸ケーブルで交流電源に接続されて前記第１共振コイル及び前記第２共振コイルに磁界結合によって交流電力を給電する第１リンクコイルをさらに備え、前記受電用カップラは、第２同軸ケーブルで負荷に接続されて前記第３共振コイル及び前記第４共振コイルから磁界結合によって交流電力を受電する第２リンクコイルをさらに備えることを特徴とする。

本発明の電界共鳴型カップラの他の態様は、前記第１リンクコイルと前記第１共振コイル及び前記第２共振コイルとが同一半径を有して同一中心線状に配置され、前記第２リンクコイルと前記第３共振コイル及び前記第４共振コイルとが同一半径を有して同一中心線状に配置されていることを特徴とする。

本発明の電界共鳴型カップラの他の態様は、１以上のインピーダンス調整用キャパシタが、前記第１リンクコイル及び／または前記第２リンクコイルに直列に接続されていることを特徴とする。

本発明の電界共鳴型カップラの他の態様は、１以上のインピーダンス調整用キャパシタが、前記第１リンクコイル及び／または前記第２リンクコイルに並列に接続されていることを特徴とする。

本発明の電界共鳴型カップラの他の態様は、前記送電用カップラが、第１のシールドケースを有し、前記受電用カップラが、第２のシールドケースを有することを特徴とする。

本発明の電界共鳴型カップラの他の態様は、前記第１同軸ケーブル及び前記第２同軸ケーブルの外導体の外周を覆うフェライトコアを備え、前記第１のシールドケースは、前記第１同軸ケーブルの前記外導体に導通され、前記第２のシールドケースは、前記第２同軸ケーブルの前記外導体に導通されていることを特徴とする。

本発明の電界共鳴型カップラの他の態様は、前記第１のシールドケースは、 前記第１共振コイルの前記第１電極に接続されていない端部及び前記第２共振コイルの前記第２電極に接続されていない端部に接続されており、前記第２のシールドケースは、前記第３共振コイルの前記第３電極に接続されていない端部及び前記第４共振コイルの前記第４電極に接続されていない端部に接続されていることを特徴とする。

本発明の電界共鳴型カップラの他の態様は、前記送電用カップラは、樹脂部を備え、前記樹脂部の一方の面の略中央に前記第１同軸ケーブルが接続された給電コネクタを固定し、他方の面の略中央に前記第１リンクコイルを固定して前記第１リンクコイルを挟む両側にそれぞれ前記第１共振コイル及び前記第２共振コイルを固定し、前記樹脂部の長手方向両側に固定された支柱に、前記第１電極及び第２電極を固定し、前記受電用カップラは、別の樹脂部を備え、前記別の樹脂部の一方の面の略中央に前記第２同軸ケーブルが接続された別の給電コネクタを固定し、他方の面の略中央に前記第２リンクコイルを固定して前記第２リンクコイルを挟む両側にそれぞれ前記第３共振コイル及び前記第４共振コイルを固定し、前記別の樹脂部の長手方向両側に固定された支柱に、前記第３電極及び第４電極を固定し、前記第１リンクコイルが前記樹脂部を貫通して前記給電コネクタに接続され、前記第２リンクコイルが前記別の樹脂部を貫通して前記別の給電コネクタに接続されていることを特徴とする。

本発明の電界共鳴型カップラの他の態様は、前記第１共振コイル、前記第２共振コイル及び前記第１リンクコイルは、それぞれの足部が前記樹脂部の貫通孔に封入固定され、前記第３共振コイル、前記第４共振コイル及び前記第２リンクコイルは、それぞれの足部が前記別の樹脂部の貫通孔に封入固定されていることを特徴とする。

本発明の電界共鳴型カップラの他の態様は、前記送電用カップラは、一方の面の両端側に前記第１電極及び前記第２電極を固定し他方の面の略中央に所定幅の間隙を空けて前記第１共振コイル及び前記第２共振コイルを固定した樹脂部と、前記樹脂部を内蔵して支柱で支持する前記第１のシールドケースと、を備え、前記受電用カップラは、一方の面の両端側に前記第３電極及び前記第４電極を固定し他方の面の略中央に前記所定幅または異なる幅の別の間隙を空けて前記第３共振コイル及び前記第４共振コイルを固定した別の樹脂部と、前記別の樹脂部を内蔵して別の支柱で支持する前記第２のシールドケースと、を備え、前記第１のシールドケースは、前記第１リンクコイルを前記間隙に位置するように内壁に固定し、前記第１同軸ケーブルが接続された給電コネクタを外壁に固定し、前記第１リンクコイルの足部が前記内壁から前記外壁まで貫通して前記給電コネクタに接続されており、前記第２のシールドケースは、前記第２リンクコイルを前記別の間隙に位置するように内壁に固定し、前記第２同軸ケーブルが接続された別の給電コネクタを外壁に固定し、前記第２リンクコイルの足部が前記内壁から前記外壁まで貫通して前記別の給電コネクタに接続されていることを特徴とする。

本発明によれば、外導体がグランドに接続された同軸ケーブルを用いて送受電を行っても不要な共振の発生を抑制することが可能な電界共鳴型カップラを提供することができる。

本発明の第１実施形態の電界共鳴型カップラの構成を示す斜視図及び部分斜視図である。 シミュレーションにおける同軸ケーブル及びＧＮＤ配置条件を示す斜視図である。 従来の電界共鳴型カップラの構成を示す斜視図である。 従来の電界共鳴型カップラに外導体がグランドに接続された同軸ケーブルが直接接続されたときの等価回路図である。 従来の電界共鳴型カップラに外導体がグランドに接続された同軸ケーブルが直接接続されたときの伝送特性を示すグラフである。 従来の電界共鳴型カップラに同軸ケーブルが接続されていないときの伝送特性を示すグラフである。 第１実施形態の電界共鳴型カップラに外導体がグランドに接続された同軸ケーブルが接続されたときの等価回路図である。 第１実施形態の電界共鳴型カップラに外導体がグランドに接続された同軸ケーブルが接続されたときの伝送特性を示すグラフである。 本発明の第２実施形態の電界共鳴型カップラの構成を示す部分斜視図である。 第２実施形態の電界共鳴型カップラに外導体がグランドに接続された同軸ケーブルが接続されたときの伝送特性を示すグラフである。 本発明の第３実施形態の電界共鳴型カップラの構成を示す部分斜視図である。 第３実施形態の電界共鳴型カップラに外導体がグランドに接続された同軸ケーブルが接続されたときの伝送特性を示すグラフである。 本発明の第１〜第３実施形態の電界共鳴型カップラの第１の固定手段を示す側面図及び平面図である。 本発明の第１〜第３実施形態の電界共鳴型カップラの第２の固定手段を示す側面図である。 本発明の第３実施形態の電界共鳴型カップラのうち、送信用カップラをシールドケースに収納した場合のコモンモード電流を説明する図であり、シールドケースと同軸ケーブルの外導体が導通された例を示す。 本発明の第３実施形態の電界共鳴型カップラのうち、送信用カップラをシールドケースに収納した場合のコモンモード電流を説明する図であり、（ａ）はシールドケースと同軸ケーブルの外導体が導通され、かつ、同軸ケーブルの外導体の周囲にフェライトコアが装着された例、（ｃ）は（ｂ）に加えて共振コイルの接続部が前記ケースに導通された例を示す。 本発明の第３実施形態の電界共鳴型カップラをシールドケースに収納し、伝送効率を測定した結果である。（ａ）は同軸ケーブルと前記ケースが導通されていない場合、（ｂ）は同軸ケーブルと前記ケースが導通された場合、（ｃ）は同軸ケーブルと前記ケースが導通され、かつ、同軸ケーブルの外導体の周囲にフェライトコアが装着された場合の測定値を示す。 本発明の第３実施形態の電界共鳴型カップラをシールドケースに収納し、コモンモード電流を測定した結果である。

本発明の好ましい実施の形態における電界共鳴型カップラについて、図面を参照して詳細に説明する。なお、同一機能を有する各構成部については、図示及び説明簡略化のため、同一符号を付して示す。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態に係る電界共鳴型カップラを、図１を用いて説明する。図１は、本実施形態の電界共鳴型カップラ１００の構成を示す斜視図である。同図（ａ）は、電界共鳴型カップラ１００の全体斜視図を示し、同図（ｂ）は電界共鳴型カップラ１００の部分斜視図である。本実施形態の電界共鳴型カップラ１００は、送電用カップラ１１０と受電用カップラ１２０を備えており、送電用カップラ１１０が電力ケーブル１１で交流電源（図示せず）に接続され、受電用カップラ１２０が電力ケーブル２１で負荷（図示せず）に接続されている。

送電用カップラ１１０は、２つの電極１１１、１１２と２つの共振コイル１１３、１１４を備えている。２つの電極１１１、１１２は、ここでは一例として矩形状の平板電極としているが、これに限定されるものではない。電極１１１の電極１１２に近接する側の長辺とこれに対向する電極１１２の長辺とを所定の間隔を設けて平行に配置することで、電極１１１、１１２はキャパシタを形成している。共振コイル１１３、１１４は、それぞれの一端が電極１１１、１１２の端部にそれぞれ接続されている。これにより、送電用カップラ１１０は共振回路を形成している。

同様に受電用カップラ１２０も、２つの電極１２１、１２２と２つの共振コイル１２３、１２４を備えており、電極１２１と電極１２２の対向する２つの長辺を所定の間隔を設けて平行に配置することで、電極１２１、１２２はキャパシタを形成している。そして、共振コイル１２３、１２４のそれぞれの一端が電極１２１、１２２の端部にそれぞれ接続されて共振回路を形成している。電力ケーブル１１と１２、及び送電用カップラ１１０と受電用カップラ１２０は、それぞれ同様の構成を有していることから、以下では主として電力ケーブル１１及び送電用カップラ１１０について説明し、電力ケーブル２１及び受電用カップラ１２０については必要に応じて括弧内に対応する符号を記載することとする。なお、電極１１１と電極１１２の間隔、及び電極１２１と電極１２２の間隔については、両者を必ずしも一致させる必要はない。また、電極１１１と電極１１２の寸法、及び電極１２１と電極１２２の寸法についても、それらを必ずしも一致させる必要はない。

電界共鳴型カップラ１００は、送電用カップラ１１０の２つの電極１１１、１１２と、受電用カップラ１２０の２つの電極１２１、１２２とを略平行に対向配置することで、送電用カップラ１１０と受電用カップラ１２０との間で電界共鳴させることができる。すなわち、電極１１１と１２１及び電極１１２と１２２とをそれぞれ所定の間隔を設けて対向配置させ、送電側の共振コイル１１３、１１４に所定周波数の交流電力が供給されると、電極１１１、１１２と電極１２１、１２２との間で電界共鳴が行われて送電用カップラ１１０から受電用カップラ１２０に電力が供給される。

本実施形態の電界共鳴型カップラ１００では、交流電源から送電用カップラ１１０に交流電力を供給するための電力ケーブル１１、及び受電用カップラ１２０から負荷に電力を供給するための電力ケーブル２１として、ともに同軸ケーブルを用いている（以下では、同軸ケーブル１１及び同軸ケーブル２１とする）。同軸ケーブル１１、２１は、それぞれケーブル中央に中心導体１１ａ、２１ａを貫通させ、中心導体１１ａ、２１ａをそれぞれ囲うようにケーブル周縁に外導体１１ｂ、２１ｂを敷設しており、それぞれ所定の固有インピーダンスを有している。

以下では、電界共鳴型カップラ１００の共振周波数ｆ０が、一例として２７．１２ＭＨｚに設定されているものとする。また、２つの電極１１１、１１２で形成される送電側のカップリング部、及び２つの電極１２１、１２２で形成される受電側のカップリング部の大きさを、それぞれ２５０ｍｍ×２５０ｍｍとする。両カップリング部間の距離（カップラ間距離）を、ここでは一例として２００ｍｍとする。共振コイル１１３、１１４、１２３、１２４は、線径φ＝１ｍｍの線状導体（例えば銅）を巻回して形成され、コイル径、巻き数、及びコイル長はすべて同じ値に形成されているとする。以下では、共振コイル１１３、１１４、１２３、１２４のコイル径、巻き数、コイル長をそれぞれＤ１，Ｎ１、Ｈ１で表す。また、共振コイル１１３と１１４との間、及び共振コイル１２３と１２４との間のコイル間距離をＬで表す。また、同軸ケーブル１１、１２の特性インピーダンスは５０Ωとする。

以下では、電界共鳴型カップラの特性をシミュレーション結果を用いて説明するが、シミュレーションでは同軸ケーブル１１、２１及びＧＮＤの配置を図２のように想定し、それぞれのパラメータを以下のように設定するものとする。
・同軸ケーブル１１、２１
特性インピーダンスＺ０＝５０Ω
ケーブル長：８００ｍｍ
電界共鳴型カップラ１００が接続されていない端部において、外導体をＧＮＤに接続
・グランド（ＧＮＤ）
２１７５ｍｍ×１５１２ｍｍの導体板を想定
送受電カップラとの距離：５００ｍｍ

ここで、従来例の電界共鳴型カップラ（以下では、電界共鳴型カップラ９００と記す）の特性について説明する。従来例の電界共鳴型カップラ９００の斜視図を図３に示す。従来例の電界共鳴型カップラ９００は、上記説明の電界共鳴型カップラ１００と同様に、それぞれ２つの電極と２つの共振コイルを有する送電用カップラ９１０及び受電カップラ９２０を備えるものとする。そして、特許文献１と同様に送電用の同軸ケーブル１１が送電用カップラ９１０の共振コイル９１３、９１４に直接接続され、受電用の同軸ケーブル２１が受電用カップラ９２０の共振コイル９２３、９２４に直接接続されるものとする。

送電用の同軸ケーブル１１と送電用カップラ９１０との接続では、同軸ケーブル１１の中心導体１１ａが共振コイル９１３に接続され、外導体１１ｂが共振コイル９１４に接続される。また、受電用の同軸ケーブル２１と受電用カップラ９２０との接続では、同軸ケーブル２１の中心導体２１ａが共振コイル９２３に接続され、外導体２１ｂが共振コイル９２４に接続される。同軸ケーブル１１、２１の外導体１１ｂ、２１ｂは、いずれもＧＮＤに接続されているものとする。

同軸ケーブル１１及び２１をそれぞれ共振コイル９１３、９１４及び共振コイル９２３、９２４に直接接続し、同軸ケーブル１１、２１の外導体１１ｂ、２１ｂをＧＮＤに接続した従来例の電界共鳴型カップラ９００の場合には、電極１１１、１１２、１２１、１２２とＧＮＤとの間に電界による容量結合が生じる。これによって不要な共振系が形成されることになり、不要共振周波数において同軸ケーブル１１、２１の外導体１１ｂ、２１ｂとＧＮＤに強いコモンモード電流が流れてしまう。

電極１１１、１１２、１２１、１２２とＧＮＤとの間に不要な共振系が形成されている状態を、模式的に図４（ａ）に示す。ここで、Ｃ１及びＣ２はそれぞれ電極１１１と１１２、及び電極１２１と１２２で形成されるキャパシタを示し、ＣｍはキャパシタＣ１とＣ２との間の電界共鳴による容量を示している。送電用カップラ９１０及び受電用カップラ９２０とも、同軸ケーブルを直接接続したときは、電極間の共振回路に加えて電極とＧＮＤとの間の共振回路（例えば、送電用カップラ９１０側ではＣ１ａｃ、Ｃ１ｂｃ、Ｃ１ａｇ、Ｃ１ｂｇを含む系）が追加されることになり、例えば送電側の等価回路は、図４（ｂ）のように表わすことができる。

従来例の電界共鳴型カップラ９００に外導体がグランドに接続された同軸ケーブル１１、２１が直接接続されたときの伝送特性をシミュレーションした結果を図５に示す。図５（ａ）は周波数に対する伝送効率η２１（＝｜Ｓ２１｜²）の変化を示し、図５（ｂ）はスミスチャートを示している。なお、ここでは共振コイル９１３、９１４及び９２３、９２４のそれぞれのパラメータを以下のように設定している。
巻き数Ｎ１＝１３，コイル長Ｈ１＝１５．１ｍｍ、コイル径Ｄ１＝２１ｍｍ、
コイル間距離Ｌ＝２２．５４ｍｍ

また、比較のために送受電用カップラ９１０、９２０に同軸ケーブルが接続されていないときのシミュレーションによる伝送特性を図６に示す。同軸ケーブルが接続されていない理想的な条件のときは、図６に示すように、電極間の共振による共振点ｆ０（＝２７．１２［ＭＨｚ］）のみが現れ、伝送効率η２１＝９５．７％となっている。

これに対し送受電用カップラ９１０、９２０に外導体がグランドに接続された同軸ケーブルが接続され、さらに同軸ケーブルの外導体がＧＮＤに接続された従来例の電界共鳴型カップラ９００では、図５に示すように、電極間の共振点ｆ０（＝２７．７５［ＭＨｚ］）に加えて、電極とＧＮＤとの間の共振によりさらに２つの共振点ｆ０’（＝２５．４８［ＭＨｚ］）とｆ０’’（＝３１．４４［ＭＨｚ］）が生じている。また、共振点ｆ０における伝送効率η２１＝９５．２％となっている。このように、従来例ではＧＮＤ及び外導体と電極との間に強い不要共振が形成されることになり、外導体に強いコモンモード電流が発生して不要放射波が発生するといった問題が生じる。不要放射波が増大すると、ノイズ抑制の観点からも問題となる。

そこで、本実施形態の電界共鳴型カップラ１００は、送電用カップラ１１０の共振コイル１１３と１１４との間、及び受電用カップラ１２０の共振コイル１２３と１２４との間のそれぞれに、リンクコイル１１５とインピーダンス調整用のキャパシタ１１６、及びリンクコイル１２５とインピーダンス調整用のキャパシタ１２６を配置した構成としている。リンクコイル１１５とキャパシタ１１６、及びリンクコイル１２５とキャパシタ１２６は、それぞれ直列に接続されている。図１（ｂ）は、リンクコイル１１５（１２５）及びキャパシタ１１６（１２６）の配置領域を拡大して示す部分斜視図である。同軸ケーブル１１及び２１は、共振コイル１１３、１１４及び共振コイル１２３、１２４に接続されるのではなく、それぞれリンクコイル１１５とキャパシタ１１６及びリンクコイル１２５とキャパシタ１２６に接続される。

図１（ｂ）では、リンクコイル１１５（１２５）の一端が同軸ケーブル１１（２１）の中心導体１１ａ（２１ａ）に接続され、リンクコイル１１５（１２５）の他端がキャパシタ１１６（１２６）の一端に接続され、キャパシタ１１６（１２６）の他端が同軸ケーブル１１（２１）の外導体１１ｂ（２１ｂ）に接続されている。なお、図１（ｂ）では、キャパシタ１１６（１２６）が同軸ケーブル１１（２１）の外導体１１ｂ（２１ｂ）側に接続された一例を示しているが、同軸ケーブル１１（２１）の中心導体１１ａ（２１ａ）側に接続されるようにしてもよい。

共振コイル１１３（１２３）の電極１１１（１２１）に接続されていない他端及び共振コイル１１４（１２４）の電極１１２（１２２）に接続されていない他端は、両者を直接接続してショートさせる。このような構成により、同軸ケーブル１１からリンクコイル１１５に交流電力が供給されたとき、リンクコイル１１５と共振コイル１１３，１１４との間を磁界結合させることができ、これにより間接的に送電用カップラ１１０に交流電力を供給することができる。また、送電用カップラ１１０から受電用カップラ１２０にワイヤレス送電された交流電力は、共振コイル１２３、１２４とリンクコイル１２５との間の磁界結合によりリンクコイル１２５に供給することができ、さらに同軸ケーブル２１を伝送させて負荷に供給することができる。

本実施形態の共振コイル１１３、１１４、１２３、１２４、リンクコイル１１５、１２５、及びキャパシタ１１６、１２６の主要パラメータを以下に示す。下記のキャパシタ１１６，１２６の容量は、リンクコイル１１５、１２５を含む系のインピーダンスが同軸ケーブル１１，２１の特性インピーダンスＺ０に一致するように調整されたものである。
・共振コイル１１３、１１４、１２３、１２４
巻き数Ｎ１＝６，コイル長Ｈ１＝１５．１ｍｍ、コイル径Ｄ１＝２１ｍｍ、コイル間距離Ｌ＝２２．５４ｍｍ
・リンクコイル１１５、１２５
巻き数Ｎ２＝６、コイル長Ｈ２＝２０ｍｍ、コイル径Ｄ２＝２１ｍｍ
・キャパシタ１１５、１２６
容量：３９ｐＦ

上記のようにリンクコイル１１５は、その径を共振コイル１１３、１１４の径と等しくし、かつ中心軸を共振コイル１１３、１１４の中心軸と一致させるのが好ましい。このように構成することにより、リンクコイルと共振コイルの結合係数を高くすることができ、漏れ磁束を低減することができる。同様にリンクコイル１２５は、その径を共振コイル１２３、１２４の径と等しくし、かつ中心軸を共振コイル１２３、１２４の中心軸と一致させるのが磁界結合における結合係数を高める観点から好ましい。上記では、共振コイル１１３、１１４、１２３、１２４、及びリンクコイル１１５、１２５のすべての径を等しくさせている。

同軸ケーブル１１、２１の外導体１１ｂ（２１ｂ）が図２に示すようにＧＮＤに接続されたときの電極１１１、１１２、１２１、１２２とＧＮＤとの間のカップリング状態を、模式的に図７（ａ）に示す。また、一例としてこのときの送電側の等価回路を図７（ｂ）に示す。電極１１１、１１２と同軸ケーブル１１及びＧＮＤとの間の容量結合部（Ｃ１ａｃ，Ｃ１ｂｃ、Ｃ１ａｇ，Ｃ１ｂｇ）は、同軸ケーブル１１及びリンクコイル１１５（Ｌ１ｃ）を含む系と磁界のみで結合しており、電界的には切り離されているため、同軸ケーブル１１にはノーマルモードの電流しか流れず、コモンモード電流が抑制される。また、図７（ｂ）に示すように、送電用カップラ１１０側は、リンクコイル１１５を含む系と磁界のみで結合しており、電界的には切り離されていることにより不要な共振が発生するのが抑制される。

本実施形態の電界共鳴型カップラ１００に外導体がグランドに接続された同軸ケーブル１１、２１が接続されたときの伝送特性を、シミュレーションにより求めた結果を図８に示す。本実施形態の電界共鳴型カップラ１００では、共振コイル１１３と共振コイル１１４との間及び共振コイル１２３と共振コイル１２４との間、のそれぞれがショートされていることから、共振コイル１１３（１２３）側に流れる電流と共振コイル１１４（１２４）側に流れる電流とが一致してコモンモード電流が発生しないように構成されている。その結果、不要共振系が形成されず、電極間の共振点ｆ０（＝２６．５９［ＭＨｚ］）のみで共振しており、共振点ｆ０における伝送効率η２１＝９３．５％となっている。

不要共振系が形成されないことから、同軸ケーブル１１（２１）の外導体１１ｂ（２１ｂ）に流れるコモンモード電流が大幅に低減され、不要放射が抑制される。また、送電用カップラ１１０への給電部となるリンクコイル１１５とキャパシタ１１６、及び受電用カップラ１２０からの受電部となるリンクコイル１２５とキャパシタ１２６は、それぞれ共振コイル１１３と１１４との間、及び共振コイル１２３と１２４との間に非接触に配置されることから、それぞれの取り付け・取り外しを容易に行うことができる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態に係る電界共鳴型カップラを、図９を用いて説明する。図９は、本実施形態の電界共鳴型カップラ２００のリンクコイル及びキャパシタの配置を拡大して示す部分斜視図である。本実施形態の電界共鳴型カップラ２００では、リンクコイル２１５、２２５とインピーダンス調整用のキャパシタ２１６、２２６の接続関係が第１実施形態と異なっている。第１実施形態では、リンクコイル１１５とキャパシタ１１６、及びリンクコイル１２５とキャパシタ１２６が、それぞれ直列に接続されていた。これに対し本実施形態では、リンクコイル２１５とキャパシタ２１６、及びリンクコイル２２５とキャパシタ２２６が、それぞれ並列に接続されている。

同軸ケーブル１１（２１）は、中心導体１１ａ（２１ａ）がリンクコイル２１５（２２５）の一端に接続され、外導体１１ｂ（２１ｂ）がリンクコイル２１５（２２５）の他端に接続されている。本実施形態の共振コイル２１３、２１４、２２３、２２４、リンクコイル２１５、２２５、及びキャパシタ２１６、２２６の主要パラメータを以下に示す。下記のキャパシタ２１６，２２６の容量は、リンクコイル２１５、２２５を含む系のインピーダンスが同軸ケーブル１１，２１の特性インピーダンスＺ０に一致するように調整されたものである。
・共振コイル２１３、２１４、２２３、２２４
巻き数Ｎ１＝６，コイル長Ｈ１＝１５．１ｍｍ、コイル間距離Ｌ＝２２．５４ｍｍ
・リンクコイル２１５、２２５
巻き数Ｎ２＝２、コイル長Ｈ２＝２０ｍｍ、コイル径Ｄ２＝２１ｍｍ
・キャパシタ２１５、２２６
容量：２００ｐＦ

本実施形態の電界共鳴型カップラ２００に外導体がグランドに接続された同軸ケーブル１１、２１が接続されたときの伝送特性を、シミュレーションにより求めた結果を図１０に示す。本実施形態の電界共鳴型カップラ２００でも、共振コイル２１３（２２３）と共振コイル２１４（２２４）との間がショートされていることから、共振コイル２１３（２２３）側に流れる電流と共振コイル２１４（２２４）側に流れる電流とが一致してコモンモード電流が発生しないように構成されている。その結果、不要共振系が形成されず、電極間の共振点ｆ０（＝２７．２３［ＭＨｚ］）のみで共振しており、共振点ｆ０における伝送効率η２１＝９３％となっている。

本実施形態でも不要共振系が形成されないことから、第１実施形態の電界共鳴型カップラ１００と同様に、同軸ケーブル１１（２１）の外導体１１ｂ（２１ｂ）に流れる電流が大幅に低減され、不要放射が抑制される。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態に係る電界共鳴型カップラを、図１１を用いて説明する。図１１は、本実施形態の電界共鳴型カップラ３００のリンクコイルの配置を拡大して示す部分斜視図である。本実施形態の電界共鳴型カップラ３００では、同軸ケーブル１１、２１に接続されるリンクコイル３１５、３２５にインピーダンス調整用のキャパシタが接続されていない。本実施形態では、インピーダンス調整用のキャパシタを用いないことで構成を簡素化しており、キャパシタを用いないためその特性を考慮する必要がなくなる。

本実施形態の共振コイル３１３、３１４、３２３、３２４、及びリンクコイル３１５、３２５の主要パラメータを以下に示す。
・共振コイル３１３、３１４、３２３、３２４
巻き数Ｎ１＝６，コイル長Ｈ１＝１５．１ｍｍ、コイル間距離Ｌ＝１２．５４ｍｍ
・リンクコイル３１５、３２５
巻き数Ｎ２＝３、コイル長Ｈ２＝１０ｍｍ、コイル径Ｄ２＝２１ｍｍ

本実施形態の電界共鳴型カップラ３００に外導体がグランドに接続された同軸ケーブル１１、２１が接続されたときの伝送特性を、シミュレーションにより求めた結果を図１２に示す。本実施形態の電界共鳴型カップラ３００でも、共振コイル３１３（３２３）と共振コイル３１４（３２４）との間がショートされていることから、共振コイル３１３（３２３）側に流れる電流と共振コイル３１４（３２４）側に流れる電流とが一致してコモンモード電流が発生しないように構成されている。その結果、不要共振系が形成されず、電極間の共振点ｆ０（＝２７．４３［ＭＨｚ］）のみで共振しており、共振点ｆ０における伝送効率η２１＝９４．６％となっている。

本実施形態でも不要共振系が形成されないことから、第１実施形態及び第２実施形態と同様に、同軸ケーブル１１（２１）の外導体１１ｂ（２１ｂ）に流れる電流が大幅に低減され、不要放射が抑制される。

上記第１〜第３実施形態の送信用カップラ１１０、２１０、３１０では、いずれも共振コイル１１３、１１４（２１３、２１４，３１３、３１４）とリンクコイル１１５（２１５、３１５）の径Ｄを等しくし、かつ同一軸上に位置するように構成されている。また、受信用カップラ１２０（２２０、３２０）でも同様である。共振コイルとリンクコイルとの整合を取りつつ伝送効率を高めるには、上記のように共振コイルとリンクコイルの径を等しくして同一軸上に配置するとともに、リンクコイルを両側の共振コイルの間で極力密に巻回するのがよい。これにより、共振コイルとリンクコイルとの間の磁界結合を高くして伝送効率を向上させることができる。

但し、リンクコイルの巻き数Ｎ２を増やすとリンクコイルの抵抗が大きくなることから、共振コイル間の距離Ｌを小さくしてリンクコイルの巻き数Ｎ２は減らす必要がある。第１〜第３実施形態に係る電界共鳴型カップラ１００、２００、３００の中では、第３実施形態の電界共鳴型カップラ３００が最も高い伝送効率を実現している。電界共鳴型カップラ３００の伝送効率は、図６に示した従来の電界共鳴型カップラに同軸ケーブルが接続されていないときの（伝送効率として最も好条件のときの）伝送効率にほぼ匹敵する結果である。

上記より高い伝送効率を得るには、キャパシタを用いずにリンクコイルのみで磁界結合させて給電する第３実施形態の電界共鳴型カップラ３００の構成が好ましい。この構成ではキャパシタを用いないことから、キャパシタの耐電力特性等を考慮する必要がない、といった利点もある。

つぎに、上記第１〜第３実施形態の電界共鳴型カップラ１００、２００、３００において、共振コイルとの相対位置を保持してリンクコイルを固定する手段を以下に説明する。以下では、第３実施形態の電界共鳴型カップラ３００の送信用カップラ３１０を一例に、リンクコイル３１５を固定する手段について説明するが、他の実施形態の電界共鳴型カップラや受信用カップラに対しても同様に適用できる。

リンクコイル３１５を固定するための第１の手段を、図１３を用いて説明する。同図（ａ）は、電界共鳴型カップラ３００の固定手段を示す側面図であり、同図（ｂ）は平面図である。固定手段として、ここでは矩形平板形状の樹脂部４１０を用いている。樹脂部４１０は、共振コイル３１３、３１４、リンクコイル３１５、及び同軸ケーブル１１の一端に接続された給電コネクタ１２、のそれぞれを固定するのに用いられる。また、樹脂部４１０の長手方向両側には支柱４６０が固定され、各支柱４６０に電極１１１、１１２が固定される。電極１１１、１１２には、それぞれはんだ４２２で電気的に接続される共振コイル３１３、３１４が固定される。

樹脂部４１０の一方の面（図１３では下面）には、略中央に給電コネクタ１２を固定する領域が設けられている。給電コネクタ１２は、プッシュリベットまたはネジ４２１を用いて樹脂部４１０に固定される。樹脂部４１０の他方の面（図１３では上面）には、略中央にリンクコイル３１５を固定する領域が設けられている。樹脂部４１０の給電コネクタ１２が固定される領域には、リンクコイル３１５を同軸ケーブル１１の一端に接続可能なように切欠き部４１１が設けられており、リンクコイル３１５の両端が給電コネクタ１２を介して同軸ケーブル１１の中心導体１１ａ及び外導体１１ｂに接続されて固定されている。

共振コイル３１３，３１４は、それぞれの足部の一方を樹脂部４１０に設けられた貫通孔４１４〜４１５に貫通させることで樹脂部４１０に封入固定されている。共振コイル３１３，３１４のそれぞれのもう一方の足部の先端は、支柱４６０に固定された電極１１１、１１２にそれぞれはんだ４２２で電気的に接続されている。また、共振コイル３１３，３１４の貫通孔４１４、４１５を貫通する足部は、樹脂部４１０を貫通した後電気的に接続されている。

上記説明のように、電極１１１、１１２が支柱４６０を用いて樹脂部４１０に固定され、共振コイル３１３、３１４の足部が貫通孔４１４、４１５で樹脂部４１０に固定され、さらにリンクコイル３１５が樹脂部４１０に固定された給電コネクタ１２に固定されていることから、リンクコイル３１５と共振コイル３１３、３１４との相対位置が樹脂部４１０によって保持される。共振コイル３１３、３１４とリンクコイル３１５との相対位置が保持されることで両者の間で磁界結合が好適に行われ、電界共鳴型カップラ３００の伝送効率が所定の値に維持されることになる。

リンクコイル３１５を固定するための第２の手段を、図１４に示す側面図を用いて説明する。図１４は、シールドケース５５０の側面を透過して見た側面図である。なお、送電カップラ及び受電カップラに同様のシールドケース５５０を設けることができる（送電用カップラのシールドケースを第１のシールドケース、受電カップラのシールドケースを第２のシールドケースと称する）。第２の固定手段は、送電カップラ３１０及び受電カップラ３２０がそれぞれ、レドーム５７０にて覆われたシールドケース５５０に収納されているときに適用できるものである。ここでも、固定手段として矩形平板形状の樹脂部５１０を用いている。樹脂部５１０は、電極１１１、１１２及び共振コイル３１３、３１４を固定するのに用いており、リンクコイル３１５及び給電コネクタ１２を固定するのには用いられていない。

電極１１１、１１２は樹脂部５１０の一方の面にプッシュリベットまたはネジ４２１を用いて固定され、共振コイル３１３、３１４は樹脂部５１０の他方の面側に配置され、それぞれの足部が樹脂部５１０に設けられた貫通孔で固定されている。樹脂部５１０の端部側にある貫通孔を貫通した共振コイル３１３，３１４の足部の先端は、樹脂部５１０の一方の面に固定された電極１１１、１１２にそれぞれはんだ４２２で電気的に接続されている。また、樹脂部５１０の中心側にある貫通孔を貫通した共振コイル３１３，３１４の足部は、樹脂部５１０を貫通した後電気的に接続されている。

これに対しリンクコイル３１５及び給電コネクタ１２は、シールドケース５５０に固定される。また、樹脂部５１０に固定された電極１１１、１１２も支柱５６０を用いてシールドケース５５０に固定されている。給電コネクタ１２は、シールドケース５５０の上面外側の略中央にネジ等を用いて固定されている。また、リンクコイル３１５は、シールドケース５５０の上面内側の給電コネクタ１２に対向する位置に配置され、リンクコイル３１５の２つの足部がシールドケース５５０を貫通して同軸ケーブル１１の中心導体１１ａと外導体１１ｂにそれぞれ接続されて固定される。

電極１１１、１１２はそれぞれ、樹脂部５１０に固定されている一端側とは反対の他端側が支柱５６０でシールドケース５５０に固定されている。これにより、樹脂部５１０が電極１１１、１１２を介してシールドケース５５０に固定されることになり、その結果共振コイル３１３，３１４もシールドケース５５０に固定されることになる。

上記のように、電極１１１、１１２及び共振コイル３１３、３１４が樹脂部５１０に固定され、リンクコイル３１５がシールドケース５５０に固定された給電コネクタ１２に固定され、さらに樹脂部５１０が電極１１１、１１２を介してシールドケース５５０に固定されることで、リンクコイル３１５と共振コイル３１３、３１４との相対位置が樹脂部５１０及びシールドケース５５０によって保持される。共振コイル３１３、３１４とリンクコイル３１５との相対位置が保持されることで両者の間で磁界結合が好適に行われ、電界共鳴型カップラ３００の伝送効率が所定の値に維持されることになる。

なお、送電カップラ３１０及び受電カップラ３２０がシールドケース５５０に収納されている場合には、シールドケース５５０と同軸ケーブル１１（２１）の外導体１１ｂ（２１ｂ）とを導通させることで、シールドケース５５０をＧＮＤと同じ電位にすることができる。これにより、電界ベクトルがシールドケース５５０で終端されやすくなり、送電カップラ３１０及び受電カップラ３２０の周辺に配置された金属や誘電体等の影響を低減させることができる、といった利点がある。

同軸ケーブルを共振コイルに直接接続した従来の送信カップラ及び受電カップラでは、同軸ケーブルの外導体とシールドケースとを導通させるとシールドケースが疑似的にＧＮＤとして機能するため、同軸ケーブル外導体がＧＮＤ接続されていない場合でも不要共振が発生する。また、同軸ケーブルの外導体がＧＮＤに接続されている場合には、不要共振が発生して各共振点でコモンモード電流が発生する。

これに対し第１〜第３実施形態の電界共鳴型カップラ１００、２００、３００では、前述のように共振コイルとリンクコイルとの磁界結合部でコモンモード電流がカットされる。その結果、同軸ケーブルの外導体やシールドケースに電流が流れるのを抑制することができ、ノイズ放射の抑制を図ることができる。但し、シールドケースによって共振周波数の若干のシフトは生じる。

しかしながら、第１〜第３実施形態の電界共鳴型カップラ１００、２００、３００においても、共振コイルやリンクコイル等の線径がある程度以上であると、各コイルの線径や、各コイル間距離、各コイルとシールドケース間距離、電極とシールドケース間距離等によっては、これらの間に浮遊容量結合が生じることがある。このような浮遊容量結合が生じると、浮遊容量結合によるコモンモード電流が発生してしまうため、本発明に係る磁界結合によるコモンモード電流の抑制効果が十分発揮されない。

図１５〜図１６に、上記した浮遊容量結合の発生箇所と、その浮遊容量結合によるコモンモード電流を抑制する手段を模式的に示す。以下では、第３実施形態の電界共鳴型カップラ３００の送信用カップラ３１０を一例に、前記浮遊容量結合によるコモンモード電流を抑制する手段について説明するが、他の実施形態の電界共鳴型カップラや受信用カップラに対しても同様に適用できる。

図１５は、電界共鳴型カップラ３００の送電カップラ３１０をシールドケース５５０（以下、ケース５５０と記す）に収納し、ケース５５０と同軸ケーブル１１の外導体１１ｂとを導通させた構成において、浮遊容量結合を模式的に説明する図である。図に示すように、浮遊容量結合は、共振コイル３１３、３１４とケース５５０間（Ｃ３１３-ｃａｓｅ、Ｃ３１４-ｃａｓｅ）、リンクコイル３１５とケース５５０間（Ｃ３１５-ｃａｓｅ）、共振コイル３１３、３１４とリンクコイル３１５間（Ｃ３１３-３１５、Ｃ３１４−３１５）、電極１１１、１１２とケース５５０間（Ｃ１１１−ｃａｓｅ、Ｃ１１２−ｃａｓｅ）に生じると考えられる。

図１５において、ケース５５０は電位がＧＮＤの外導体１１ｂと導通しているため、上述したように電界ベクトルがケース５５０で終端されやすいという利点の他、上記した各浮遊容量結合によるコモンモード電流をケース５５０に流出させることが可能となっている。コモンモード電流はケース５５０に流出後、ケース５５０に導通された前記外導体１１ｂに集中し、外導体１１ｂに沿ってケース５５０外に流れ出る。

コモンモード電流は、各コイル間距離、各コイルとシールドケース間距離、電極とシールドケース間距離を長くすることによって、各浮遊容量結合を弱めると、一定程度の低減は可能である。しかしながら、国際的な基準値まで低減するには不十分であり、また、前記距離を長くすると、ケース５５０が大型になったり、ケース５５０内の部品配置等に制約が生じてしまったりする欠点もある。ケーブル外導体で発生するコモンモード電流は遠方への不用放射源となりＥＭＣ対応の観点から抑制することが望まれる。ＣＩＳＰＲ等の国際規格で規定される放射ノイズ許容レベルをクリアする観点からコモンモード電流は極力抑えることが好ましい。

図１６（ａ）は、図１５の同軸ケーブル１１の外導体１１ｂの周囲に、フェライトコア１３が装着された実施例である。上記したように浮遊容量結合によるコモンモード電流は、ケース５５０を通じて外導体１１ｂに集中して流出するが、フェライトコア１３の内部を外導体１１ｂに沿って通過することによって電流値を低減することができる。電流がフェライトコアを通過する際、電流から発生する磁気エネルギーがフェライトコアに集中し、フェライトの磁気損失によって熱に変換されて消費され、電流値を低減させることができる。フェライトコアは多種多様なものが存在するが、その構成材料等によって低減可能な電流の周波数帯が異なるため、外導体１１ｂを流れる電流の周波数特性を事前に測定し、最適なフェライトコア１３を選択する。これによって、同軸ケーブル１１の中心導体１１ａを流れるノーマルモード電流の損失を抑えつつ、不要なコモンモード電流を選択的に削減可能となる。

すなわち、図１５に示された各浮遊容量結合（Ｃ３１３-ｃａｓｅ、Ｃ３１４-ｃａｓｅ、Ｃ３１５-ｃａｓｅ、Ｃ３１３-３１５、Ｃ３１４−３１５、Ｃ１１１−ｃａｓｅ、Ｃ１１２−ｃａｓｅ）によるコモンモード電流は、ケース５５０をＧＮＤ電位の外導体１１ｂに導通することによって、外導体１１ｂに集中させることができ、図１６（ａ）に示すように、この集中させたコモンモード電流Ｉをフェライトコア１１３に通過させることによって、効率的に低減することが可能となる。コモンモード電流Ｉのフェライトコア１１３通過による低減幅をΔＩとすると、フェライトコア１１３通過後のコモンモード電流はＩ−ΔＩとなる。

図１６（ｂ）は、図１６（ａ）において、共振コイル３１３の電極１１１に接続されていない端部及び共振コイル３１４の電極１１２に接続されていない端部をケース５５０と導通させた場合（以下、この導通経路を直結パスと称する）を示す実施例である。この場合には、コモンモード電流をさらに抑制することが可能となる。以下、その作用効果について説明する。

図１６（ｂ）において、前記リンクコイル３１５と共振コイル３１３（３１４）間の浮遊容量結合Ｃ３１３-３１５（Ｃ３１４−３１５）によるコモンモード電流は、共振コイル３１３（３１４）、電極１１１（１１２）と繋がる経路だけでなく、直結パスにも流出するようになる。その結果、図１６（ａ）の実施例に比べて、電極１１１（１１２）とケース５５０間の電気力線が弱まって、両者間の浮遊容量結合は小さくなり、この容量結合によるコモンモード電流を低減できる。すなわち、図１６（ｂ）において外導体１１ｂに集中したコモンモード電流Ｉ'は、図１６（ａ）の当該コモンモード電流Ｉより小さくなり、当該電流Ｉ'をフェライトコア１１３に通過させることによって、さらに低減可能となる。電流Ｉ'のフェライトコア１１３通過による低減幅をΔＩ'とすると、フェライトコア１１３通過後の前記コモンモード電流はＩ'−ΔＩ'となる。

図１７に、本実施形態の電界共鳴カップラ３００の周波数に対する伝送効率Ｓ２１の測定結果を示す。送電用カップラ３１０、受電用カップラ３２０をそれぞれケース５５０に収納し、各カップラ間送受信距離７８ｍｍにおいて測定した。その他の主要パラメータは以下の通りである。
・電極１１１、１１２、１２１、１２２
形状：平板、電極間距離＝７０ｍｍ、長手方向の長さ＝２４３ｍｍ、幅＝８７ｍｍ

・共振コイル３１３、３１４、３２３、３２４
巻き数Ｎ１＝９、コイル長Ｈ１＝３４ｍｍ、コイル間距離Ｌ＝１３．５ｍｍ
・リンクコイル３１５、３２５
巻き数Ｎ２＝３、コイル長Ｈ２＝７．５ｍｍ、コイル径Ｄ２＝３２ｍｍ
・シールドケース５５０
外形寸法＝２７０ｍｍ×２７０ｍｍ×８０ｍｍ

図１７（ａ）は、送受信カップラ３１０、３２０を前記ケース５５０に収納し、同軸ケーブル１１の外導体１１ｂをケース５５０と導通させていない場合の伝送効率Ｓ２１の測定結果である。伝送効率Ｓ２１は電極間の共振による共振点ｆ０（＝２７．３５［ＭＨｚ］）において、│Ｓ２１│＝０．９４８であり、この２次高調波から３次高調波の帯域（５１〜７７［ＭＨｚ］）、及び４次高調波から５次高調波の帯域（１０９〜１３７［ＭＨｚ］）において、それぞれノイズが発生していることがわかる。ただし本測定結果は測定用同軸ケーブルの損失が含まれており、その損失を除去すると｜Ｓ２１｜＝０．９６２となり、伝送効率η２１＝９２．５％となる。

図１７（ｂ）は、図１５に示したように送受信カップラ３１０、３２０をケース５５０に収納し、同軸ケーブル１１の外導体１１ｂをケース５５０と導通させた場合の伝送効率Ｓ２１の測定結果である。図１７（ａ）における２次高調波の共振点ｆ１＝５４．７［ＭＨｚ］付近におけるノイズが、図１７（ｂ）においては低減していることがわかる。なお本測定結果においても測定用同軸ケーブルの損失が含まれており、その損失を除去すると共振点ｆ０にて｜Ｓ２１｜＝０．９６２となり、伝送効率η２１＝９２．５％となる。ケース５５０と同軸ケーブル１１（２１）の外導体１１ｂ（２１ｂ）とを導通させ、ケース５５０をＧＮＤ電位にすることによって、電界ベクトルがケース５５０で終端されやすくなり、同軸ケーブル１１との間に発生していた各浮遊容量結合を弱めることが出来た効果と言える。一方で、４次高調波から５次高調波の帯域（１０９〜１３７［ＭＨｚ］）においては、ノイズの抑制効果は特に見られないことがわかる。

図１７（ｃ）は、図１６（ａ）に示したように前記送受信カップラ３１０、３２０を前記ケース５５０に収納し、同軸ケーブル１１の外導体１１ｂをケース５５０と導通させ、同軸ケーブル１１の外導体１１ｂの周囲にフェライトコア１３を装着した場合の伝送効率Ｓ２１の測定結果である。本測定結果においても測定用同軸ケーブルの損失が含まれており、その損失を除去すると共振点ｆ０にて｜Ｓ２１｜＝０．９６２となり、η２１＝９２．５％となる。図１７（ｂ）における４次高調波から高調波の帯域（１０９〜１３７［ＭＨｚ］）の伝送効率│Ｓ２１│のリップルが低減され、ノイズが抑制されていることがわかる。前記フェライトコア１３によって、この帯域のコモンモード電流を選択的に低減できた効果と言える。

図１８は、同軸ケーブル１１の外導体１１ｂとケース５５０とを導通していない場合、図１６（ａ）に示す構成、及び図１６（ｂ）に示す構成の電界共鳴カップラ３００におけるコモンモード電流の測定結果を示す。ケース５５０に収納した送電用カップラ３１０、受電用カップラ３２０を送受信距離７８ｍｍで配置し、受信用カップラ３２０にはダミーロード（試験用負荷）を接続した場合に、送電用カップラ３１０の同軸ケーブル１１に流れるコモンモード電流を測定した結果である。その他の主要パラメータは以下の通りである。
・電極１１１、１１２、１２１、１２２
形状：平板、電極間距離＝７０ｍｍ、長手方向の長さ＝２４３ｍｍ、幅＝８７ｍｍ

・共振コイル３１３、３１４、３２３、３２４
巻き数Ｎ１＝９、コイル長Ｈ１＝３４ｍｍ、コイル間距離Ｌ＝１３．５ｍｍ
・リンクコイル３１５、３２５
巻き数Ｎ２＝３、コイル長Ｈ２＝７．５ｍｍ、コイル径Ｄ２＝３２ｍｍ
・シールドケース５５０
外形寸法＝２７０ｍｍ×２７０ｍｍ×８０ｍｍ

図１８において、（１）は同軸ケーブル１１の外導体１１ｂをケース５５０と導通していない場合、（２）は図１６（ａ）で示したように同軸ケーブル１１の外導体１１ｂをケース５５０と導通し、外導体１１ｂの周囲にフェライトコア１３を装着した場合、（３）は図１６（ｂ）で示したように前記同軸ケーブル１１の外導体１１ｂをケース５５０と導通し、外導体１１ｂの周囲にフェライトコア１３を装着、かつ、共振コイル３１３と３１４の間の経路（接続部）をケース５５０と導通した場合の測定結果を示す。（１）においては、電源出力１０００[Ｗ]におけるコモンモード電流値は８５[ｍＡ]であるが、（２）、（３）においてはそれぞれ１２[ｍＡ]、８[ｍＡ]となっており、放射電力量で換算すると（１）に対して（２）は-１７ｄＢ、（１）に対して（３）は-２１ｄＢとなり、共振周波数ｆ０における伝送効率を確保しつつコモンモード電流に起因する放射ノイズは大幅に低減できたと言える。

以上、本発明に係る電界共鳴型カップラの一例を示したが、本実施の形態における記述は、これに限定されるものではない。本実施の形態における電界共鳴型カップラの細部構成及び詳細な動作等に関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、シールドケース内の共振コイルの固定・支持方法は適宜変形することが可能であり、同軸ケーブルに装着するフェライトコアは複数あってもよく、その装着場所はシールドケース近傍に限定されない。

１１、２１ 同軸ケーブル
１２ 給電コネクタ
１３ フェライトコア
１００、２００、３００ 電界共鳴型カップラ
１１０、２１０、３１０ 送電用カップラ
１１１、１１２、１２１、１２２ 電極
１１３、１１４、１２３、１２４、２１３、２１４、２２３、２２４、３１３、３１４、３２３、３２４ 共振コイル
１２０、２２０、３２０ 受電用カップラ
１１５、１２５、２１５、２２５、３１５、３２５ リンクコイル
１１６、１２６、２２５、２２６ キャパシタ
４１０、５１０ 樹脂部
４１１ 切欠き部
４１２〜４１５ 貫通孔
４２１ プッシュリベットまたはネジ
４２２ はんだ
５５０ シールドケース
４６０、５６０ 支柱
５７０ レドーム

Claims (10)

1. 所定の間隔を隔てて配置された第１電極及び第２電極と、それぞれ前記第１電極及び前記第２電極に接続されて共振回路を形成する第１共振コイル及び第２共振コイルと、を有する送電用カップラと、前記間隔または異なる間隔を隔てて配置された第３電極及び第４電極と、それぞれ前記第３電極及び前記第４電極に接続されて共振回路を形成する第３共振コイル及び第４共振コイルと、を有する受電用カップラと、を備え、前記第１電極及び前記第２電極と前記第３電極及び前記第４電極との間で電界共鳴させることで前記送電用カップラから前記受電用カップラにワイヤレスで電力伝送する電界共鳴型カップラであって、
   前記送電用カップラは、第１同軸ケーブルで交流電源に接続されて前記第１共振コイル及び前記第２共振コイルに磁界結合によって交流電力を給電する第１リンクコイルをさらに備え、
   前記受電用カップラは、第２同軸ケーブルで負荷に接続されて前記第３共振コイル及び前記第４共振コイルから磁界結合によって交流電力を受電する第２リンクコイルをさらに備える
   ことを特徴とする電界共鳴型カップラ。
2. 前記第１リンクコイルと前記第１共振コイル及び前記第２共振コイルとが同一半径を有して同一中心線状に配置され、
   前記第２リンクコイルと前記第３共振コイル及び前記第４共振コイルとが同一半径を有して同一中心線状に配置されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の電界共鳴型カップラ。
3. １以上のインピーダンス調整用キャパシタが、前記第１リンクコイル及び／または前記第２リンクコイルに直列に接続されている
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の電界共鳴型カップラ。
4. １以上のインピーダンス調整用キャパシタが、前記第１リンクコイル及び／または前記第２リンクコイルに並列に接続されている
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の電界共鳴型カップラ。
5. 前記送電用カップラは、第１のシールドケースを有し、
   前記受電用カップラは、第２のシールドケースを有する
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の電界共鳴型カップラ。
6. 前記第１同軸ケーブル及び前記第２同軸ケーブルの外導体の外周を覆うフェライトコアを備え、
   前記第１のシールドケースは、前記第１同軸ケーブルの前記外導体に導通され、
   前記第２のシールドケースは、前記第２同軸ケーブルの前記外導体に導通されている
   ことを特徴とする請求項５に記載の電界共鳴型カップラ。
7. 前記第１のシールドケースは、前記第１共振コイルの前記第１電極に接続されていない端部及び前記第２共振コイルの前記第２電極に接続されていない端部に接続されており、
   前記第２のシールドケースは、前記第３共振コイルの前記第３電極に接続されていない端部及び前記第４共振コイルの前記第４電極に接続されていない端部に接続されている
   ことを特徴とする請求項５または６に記載の電界共鳴型カップラ。
8. 前記送電用カップラは、樹脂部を備え、
   前記樹脂部の一方の面の略中央に前記第１同軸ケーブルが接続された給電コネクタを固定し、他方の面の略中央に前記第１リンクコイルを固定して前記第１リンクコイルを挟む両側にそれぞれ前記第１共振コイル及び前記第２共振コイルを固定し、
   前記樹脂部の長手方向両側に固定された支柱に、前記第１電極及び第２電極を固定し、
   前記受電用カップラは、別の樹脂部を備え、
   前記別の樹脂部の一方の面の略中央に前記第２同軸ケーブルが接続された別の給電コネクタを固定し、他方の面の略中央に前記第２リンクコイルを固定して前記第２リンクコイルを挟む両側にそれぞれ前記第３共振コイル及び前記第４共振コイルを固定し、
   前記別の樹脂部の長手方向両側に固定された支柱に、前記第３電極及び第４電極を固定し、
   前記第１リンクコイルが前記樹脂部を貫通して前記給電コネクタに接続され、前記第２リンクコイルが前記別の樹脂部を貫通して前記別の給電コネクタに接続されている
   ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の電界共鳴型カップラ。
9. 前記第１共振コイル、前記第２共振コイル及び前記第１リンクコイルは、それぞれの足部が前記樹脂部の貫通孔に封入固定され、
   前記第３共振コイル、前記第４共振コイル及び前記第２リンクコイルは、それぞれの足部が前記別の樹脂部の貫通孔に封入固定されている
   ことを特徴とする請求項８に記載の電界共鳴型カップラ。
10. 前記送電用カップラは、一方の面の両端側に前記第１電極及び前記第２電極を固定し他方の面の略中央に所定幅の間隙を空けて前記第１共振コイル及び前記第２共振コイルを固定した樹脂部と、前記樹脂部を内蔵して支柱で支持する前記第１のシールドケースと、を備え、
    前記受電用カップラは、一方の面の両端側に前記第３電極及び前記第４電極を固定し他方の面の略中央に前記所定幅または異なる幅の別の間隙を空けて前記第３共振コイル及び前記第４共振コイルを固定した別の樹脂部と、前記別の樹脂部を内蔵して別の支柱で支持する前記第２のシールドケースと、を備え、
    前記第１のシールドケースは、前記第１リンクコイルを前記間隙に位置するように内壁に固定し、前記第１同軸ケーブルが接続された給電コネクタを外壁に固定し、前記第１リンクコイルの足部が前記内壁から前記外壁まで貫通して前記給電コネクタに接続されており、
    前記第２のシールドケースは、前記第２リンクコイルを前記別の間隙に位置するように内壁に固定し、前記第２同軸ケーブルが接続された別の給電コネクタを外壁に固定し、前記第２リンクコイルの足部が前記内壁から前記外壁まで貫通して前記別の給電コネクタに接続されている
    ことを特徴とする請求項５乃至７のいずれか１項に記載の電界共鳴型カップラ。

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