JPWO2012070479A1 - 電力伝送システム、及び該電力伝送システムで用いる送電装置 - Google Patents

Abstract

電力伝送中に人体等の異物が接近した場合であっても、確実に異物の接近を検出することができ、受電装置の形状、サイズ等により相違する結合電極のサイズ、相対位置に依らず、電力を高い効率で伝送することができる電力伝送システム、及び該電力伝送システムで用いる送電装置を提供する。互いに静電界を介して結合するための第一の結合電極（第一の能動電極及び第一の受動電極）を有する受電装置と、第二の結合電極（第二の能動電極及び第二の受動電極）を有する送電装置とを有し、送電装置から受電装置に対して非接触で電力を伝送する。送電装置は、第二の結合電極と離隔して配置された第三の結合電極を備え、第三の結合電極は、第三の電極で構成され、第二の受動電極より高く、第二の能動電極より低い電位を有する。

Description

本発明は、物理的に接続することなく電力を伝送する電力伝送システム、及び該電力伝送システムで用いる送電装置に関する。

近年、非接触で電力を伝送する電子機器が多々開発されている。電子機器において非接触で電力を伝送するためには、電力の送電ユニットと、電力の受電ユニットとの双方にコイルモジュールを設けた磁界結合方式の電力伝送システムが採用されることが多い。

しかし、磁界結合方式では、各コイルモジュールを通過する磁束の大きさが起電力に大きく影響され、電力を高い効率で伝送するためには、送電ユニット側（一次側）のコイルモジュールと受電ユニット側（二次側）のコイルモジュールとのコイルの平面方向の相対位置の制御に高い精度が要求される。また、結合電極としてコイルモジュールを用いているので、送電ユニット及び受電ユニットの小型化が難しくなる。さらに、携帯機器等では、コイルの発熱による蓄電池への影響を考慮する必要があり、配置設計上のボトルネックになるおそれがあるという問題もあった。

そこで、例えば静電界を用いた電力伝送システムが開示されている。特許文献１では、送電ユニット側の結合電極と、受電ユニット側の結合電極との間に強い電場を形成することにより高い電力伝送効率を具現化したエネルギー搬送装置が開示されている。特許文献１では、送電ユニット側に大きいサイズの受動電極と小さいサイズの能動電極とを備え、受電ユニット側にも大きいサイズの受動電極と小さいサイズの能動電極とを備えている。送電ユニット側の能動電極と受電ユニット側の能動電極との間に強い電場を形成することにより、高い電力伝送効率を実現している。

また、特許文献２では、送電ユニットの結合電極から受電ユニットの結合電極に静電界を介して電力が伝送される伝送システムが開示されている。特許文献２では、静電界を用いているので、結合電極の平面方向の相対位置を高い精度で制御する必要がなく、結合電極の形状設計の自由度が高い。

特表２００９−５３１００９号公報 特開２００９−２９６８５７号公報 特開２００８−２３６９１７号公報

しかし、静電界を用いた電力伝送システムでは、電力伝送中に人が接触する等した場合、帯電状態によっては人体等への放電、機器の誤動作等の問題が生じるおそれがあった。斯かる問題に対処するべく、例えば特許文献３では、電圧を常時監視しておき、異物の接近による共振周波数の変動による電圧の変動を検出して異物の接近を検出していた。

しかし、静電界を用いた電力伝送システムでは、受電装置の装着位置の自由度の高さがメリットであり、送電装置側の結合電極を比較的大きくすることで、結合電極間の結合を強くして大電力の伝送を行っている。そのため、結合容量が大きくなるので、人体等の異物が接近した場合であっても共振周波数に与える影響が小さく、共振周波数の変動による電圧の変動を検出することができないという問題点があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、電力伝送中に人体等の異物が接近した場合であっても、確実に異物の接近を検出することができ、受電装置の形状、サイズ等により相違する結合電極のサイズ、相対位置に依らず、電力を高い効率で伝送することができる電力伝送システム、及び該電力伝送システムで用いる送電装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明に係る電力伝送システムは、互いに静電界を介して結合するための第一の結合電極を有する受電装置と、第二の結合電極を有する送電装置とを有し、前記送電装置から前記受電装置に対して非接触で電力を伝送する電力伝送システムにおいて、前記送電装置は、前記第二の結合電極と離隔して配置された第三の結合電極を備えることを特徴とする。

上記構成では、送電装置は、第二の結合電極と離隔して配置された第三の結合電極を備えているので、受電装置との間の電力伝送は第二の結合電極を用いて行い、人体等の異物の接近の検出は第三の結合電極を用いて行うことができる。したがって、電力伝送時であっても、異物の接近による電圧の変動を確実に検出することができる。

また、本発明に係る電力伝送システムは、前記第一の結合電極は、第一の受動電極及び該第一の受動電極より高電位である第一の能動電極で構成され、前記第二の結合電極は、第二の受動電極及び該第二の受動電極より高電位である第二の能動電極で構成され、前記第三の結合電極は、第三の電極で構成され、前記第三の電極の電位は、前記第二の受動電極の電位より高く、前記第二の能動電極の電位より低いことが好ましい。

上記構成では、第三の電極の電位を、第二の受動電極の電位より高く、第二の能動電極の電位より低い中間電位とすることにより、第三の電極においてより微弱な電圧の変動を検出することができ、異物の接近による電圧の変動を確実に検出することができる。

また、本発明に係る電力伝送システムは、前記第三の電極と前記第二の能動電極との間の結合容量は、前記第二の能動電極と前記第二の受動電極との間の結合容量より小さいことが好ましい。

上記構成では、第三の電極と第二の能動電極との間の結合容量が、第二の能動電極と第二の受動電極との間の結合容量より小さいため、異物の接近による浮遊容量の変動幅が相違し、第三の電極における電圧の変動を第二の能動電極における電圧の変動より大きくすることができる。したがって、異物の接近による電圧の変動を確実に検出することができる。

また、本発明に係る電力伝送システムは、前記送電装置の前記第二の能動電極と前記受電装置の前記第一の能動電極とが対向しており、前記送電装置の前記第二の受動電極と前記受電装置の前記第一の受動電極とが、それぞれ前記第二の能動電極と前記第一の能動電極とが対向している側と反対側に配置され、前記第三の電極は、前記第二の能動電極の周辺部に配置されることが好ましい。

上記構成では、送電装置の第二の能動電極と受電装置の第一の能動電極とが対向しており、送電装置の第二の受動電極と受電装置の第一の受動電極とが、それぞれ第二の能動電極と第一の能動電極とが対向している側と反対側に配置される。第三の電極が、第二の能動電極の周辺部に配置されることにより、送電装置の第二の能動電極への異物の接近による電圧の変動を確実に検出することができる。

また、本発明に係る電力伝送システムは、前記送電装置は、前記第二の能動電極を設けた台座部と、前記第二の受動電極を設けた背もたれ部とを備え、前記第二の能動電極と前記第二の受動電極とが略直交する方向に配置され、前記第二の受動電極を挟んで前記第二の能動電極と反対側に前記第三の電極が配置されることが好ましい。

上記構成では、送電装置は、第二の能動電極を設けた台座部と、第二の受動電極を設けた背もたれ部とを備えている。第二の能動電極と第二の受動電極とが略直交する方向に配置され、第二の受動電極を挟んで第二の能動電極と反対側に第三の電極が配置されることにより、送電装置の第二の能動電極への異物の接近による電圧の変動を確実に検出することができる。また、第二の能動電極と第二の受動電極とが略直交することにより、浮遊容量を低減することができ、第二の能動電極と第二の受動電極との結合を強くして電力を伝送する効率を高めることが可能となる。

次に、上記目的を達成するために本発明に係る送電装置は、互いに静電界を介して結合するための第一の結合電極を有する受電装置に対して非接触で電力を伝送する、第二の結合電極を有する送電装置において、前記第二の結合電極と離隔して配置された第三の結合電極を備えることを特徴とする。

上記構成では、第二の結合電極と離隔して配置された第三の結合電極を備えているので、受電装置との間の電力伝送は第二の結合電極を用いて行い、人体等の異物の接近の検出は第三の結合電極を用いて行うことができる。したがって、電力伝送時であっても、異物の接近による電圧の変動を確実に検出することができる。

また、本発明に係る送電装置は、前記第一の結合電極は、第一の受動電極及び該第一の受動電極より高電位である第一の能動電極で構成され、前記第二の結合電極は、第二の受動電極及び該第二の受動電極より高電位である第二の能動電極で構成され、前記第三の結合電極は、第三の電極で構成され、前記第三の電極の電位は、前記第二の受動電極の電位より高く、前記第二の能動電極の電位より低いことが好ましい。

上記構成では、第三の電極の電位を、第二の受動電極の電位より高く、第二の能動電極の電位より低い中間電位とすることにより、第三の電極においてより微弱な電圧の変動を検出することができ、異物の接近による電圧の変動を確実に検出することができる。

また、本発明に係る送電装置は、前記第三の電極と前記第二の能動電極との間の結合容量は、前記第二の能動電極と前記第二の受動電極との間の結合容量より小さいことが好ましい。

上記構成では、第三の電極と第二の能動電極との間の結合容量が、第二の能動電極と第二の受動電極との間の結合容量より小さいため、異物の接近による浮遊容量の変動幅が相違し、第三の電極における電圧の変動を第二の能動電極における電圧の変動より大きくすることができる。したがって、異物の接近による電圧の変動を確実に検出することができる。

また、本発明に係る送電装置は、前記第二の能動電極と前記第一の能動電極とが対向しており、前記第二の受動電極と前記第一の受動電極とが、それぞれ前記第二の能動電極と前記第一の能動電極とが対向している側と反対側に配置され、前記第三の電極は、前記第二の能動電極の周辺部に配置されることが好ましい。

上記構成では、第二の能動電極と受電装置の第一の能動電極とが対向しており、第二の受動電極と受電装置の第一の受動電極とが、それぞれ第二の能動電極と第一の能動電極とが対向している側と反対側に配置される。第三の電極が、第二の能動電極の周辺部に配置されることにより、第二の能動電極への異物の接近による電圧の変動を確実に検出することができる。

また、本発明に係る送電装置は、前記第二の能動電極を設けた台座部と、前記第二の受動電極を設けた背もたれ部とを備え、前記第二の能動電極と前記第二の受動電極とが略直交する方向に配置され、前記第二の受動電極を挟んで前記第二の能動電極と反対側に前記第三の電極が配置されることが好ましい。

上記構成では、第二の能動電極を設けた台座部と、第二の受動電極を設けた背もたれ部とを備えている。第二の能動電極と第二の受動電極とが略直交する方向に配置され、第二の受動電極を挟んで第二の能動電極と反対側に第三の電極が配置されることにより、第二の能動電極への異物の接近による電圧の変動を確実に検出することができる。また、第二の能動電極と第二の受動電極とが略直交することにより、浮遊容量を低減することができ、第二の能動電極と第二の受動電極との結合を強くして電力を伝送する効率を高めることが可能となる。

本発明に係る電力伝送システム及び送電装置では、第二の結合電極と離隔して配置された第三の結合電極を備えているので、受電装置との間の電力伝送は第二の結合電極を用いて行い、人体等の異物の接近の検出は第三の結合電極を用いて行うことができる。したがって、電力伝送時であっても、異物の接近による電圧の変動を確実に検出することができる。

また、第三の電極の電位を、第二の受動電極の電位より高く、第二の能動電極の電位より低い中間電位とすることにより、第三の電極においてより微弱な電圧の変動を検出することができ、異物の接近による電圧の変動を確実に検出することができる。

さらに、第三の電極と第二の能動電極との間の結合容量が、第二の能動電極と第二の受動電極との間の結合容量より小さいため、異物の接近による浮遊容量の変動幅が相違し、第三の電極における電圧の変動を第二の能動電極における電圧の変動より大きくすることができる。したがって、異物の接近による電圧の変動を確実に検出することができる。

本発明の実施の形態に係る電力伝送システムの送電装置の構成を模式的に示す回路図である。 従来の電力伝送システムの構成を模式的に示す等価回路図である。 本発明の実施の形態に係る電力伝送システムの構成を模式的に示す等価回路図である。 本発明の実施の形態に係る電力伝送システムの送電装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態に係る電力伝送システムの送電装置の異物検出用電圧計で検出する電圧値の例示図である。 本発明の実施の形態に係る電力伝送システムの送電装置の構成を示す模式図である。 本発明の実施の形態に係る電力伝送システムの送電装置の、異物が接近していない状態における電界の状態を示す模式図である。 本発明の実施の形態に係る電力伝送システムの送電装置の、異物が接近した状態における電界の状態を示す模式図である。 本発明の実施の形態に係る電力伝送システムの送電装置の他の構成を示す模式図である。 本発明の実施の形態に係る電力伝送システムの送電装置の、異物が接近していない状態における電界の状態を示す模式図である。 本発明の実施の形態に係る電力伝送システムの送電装置の、異物が接近した状態における電界の状態を示す模式図である。

以下、本発明の実施の形態における電力伝送システム、及び該電力伝送システムで用いる送電装置について、図面を用いて具体的に説明する。以下の実施の形態は、特許請求の範囲に記載された発明を限定するものではなく、実施の形態の中で説明されている特徴的事項の組み合わせの全てが解決手段の必須事項であるとは限らないことは言うまでもない。

図１は、本発明の実施の形態に係る電力伝送システムの送電装置の構成を模式的に示す回路図である。図１（ａ）に示すように、本実施の形態に係る電力伝送システムの送電装置１は、少なくとも高周波発生器１２と、昇圧トランス１３と、結合電極（第二の結合電極）１１とを備えている。図１（ａ）の回路では、昇圧トランス１３により昇圧されると、能動電極（第二の能動電極）１１ａは高電圧となり、受動電極（第二の受動電極）１１ｐは低電圧となる。

一方、図１（ｂ）に示すように、図１（ａ）に示す接地線１４は必ずしも必要ではない。この場合、昇圧トランス１３により昇圧されると、結合電極１１はいずれも高電圧となり、複数の能動電極１１ａが接続されているのと等価となる。以下、図１（ａ）の構成に沿って説明するが、結合電極１１の位置合わせという観点では図１（ｂ）の構成であっても同様であることは言うまでもない。すなわち、図１（ｂ）の構成では、送電装置１には２つの能動電極１１ａが設けてあり、対応する受電装置にも２つの能動電極を設けることになる。

図２は、従来の電力伝送システムの構成を模式的に示す等価回路図である。図２に示すように、送電装置１の結合電極（第二の結合電極）１１及び受電装置２の結合電極（第一の結合電極）２１は、それぞれ能動電極（第二の能動電極）１１ａ、能動電極１１ａより大きいサイズの受動電極（第二の受動電極）１１ｐ、能動電極（第一の能動電極）２１ａ、能動電極２１ａより大きいサイズの受動電極（第一の受動電極）２１ｐで構成されている。すなわち能動電極（第二の能動電極）１１ａと受動電極（第二の受動電極）１１ｐと、能動電極（第一の能動電極）２１ａと受動電極（第一の受動電極）２１ｐとは、それぞれ非対称形状である。

送電装置１の結合電極１１及び受電装置２の結合電極２１は、能動電極（第二の能動電極）１１ａと受動電極（第二の受動電極）１１ｐと、能動電極（第一の能動電極）２１ａと受動電極（第一の受動電極）２１ｐとで、それぞれ容量を形成しており、第二の能動電極１１ａと第一の能動電極２１ａとを強電界中に配置することで強く容量結合して電力を伝送することができる。伝送された電力は、降圧トランス２３により降圧され、負荷回路２２に供給される。なお、図２では、共振回路も含めて記載しているが、電力伝送の安定度を高めるためであり、必ずしも共振回路は必要ではない。

また、送電装置１の第二の能動電極１１ａと第二の受動電極１１ｐとで電極容量Ｃ１を形成しており、送電装置１の第二の能動電極１１ａと受電装置２の第一の能動電極２１ａとで結合容量Ｃ２を形成している。人体等の異物が接近した場合、電極容量Ｃ１、結合容量Ｃ２も変動する。電極容量Ｃ１、結合容量Ｃ２が変動した場合、共振回路の共振周波数が変動する。しかし、異物の接近による浮遊容量の変動幅は、電極容量Ｃ１、結合容量Ｃ２の大きさと比較して小さく、共振周波数の変動も小さい。したがって、共振周波数の変動による電圧の変動を検出することは困難であった。

そこで、本実施の形態では、送電装置１側に第二の能動電極１１ａとは別個に異物検出用電極（第三の電極）を設けてある。図３は、本発明の実施の形態に係る電力伝送システムの構成を模式的に示す等価回路図である。図３に示すように、送電装置１の結合電極（第二の結合電極）１１及び受電装置２の結合電極（第一の結合電極）２１は、それぞれ能動電極（第二の能動電極）１１ａ、能動電極１１ａより大きいサイズの受動電極（第二の受動電極）１１ｐ、能動電極（第一の能動電極）２１ａ、能動電極２１ａより大きいサイズの受動電極（第一の受動電極）２１ｐで構成されている。すなわち能動電極（第二の能動電極）１１ａと受動電極（第二の受動電極）１１ｐと、能動電極（第一の能動電極）２１ａと受動電極（第一の受動電極）２１ｐとは、それぞれ非対称形状である。

従来とは異なり、送電装置１には、第二の能動電極１１ａと離隔した位置に異物の接近を検出するための異物検出用電極（第三の電極）１０を第三の結合電極として備えている。後述する異物検出用電圧計は、異物検出用電極１０と接地電位との間に接続され、異物検出用電極１０の電圧を常時監視する。異物検出用電極１０と第二の能動電極１１ａとの結合容量Ｃ３は、第二の能動電極１１ａと第二の受動電極１１ｐとの電極容量Ｃ１よりも小さいので、人体等の異物が接近した場合に生じる浮遊容量の変動による異物検出用電極１０の電圧の変動が比較的大きくなる。したがって、異物検出用電極１０の電圧の変動を検出することにより異物の接近を検出することができる。

図４は、本発明の実施の形態に係る電力伝送システムの送電装置１の構成を示すブロック図である。定電圧電源（ＤＣ電源）１００は、一定の直流電圧（例えばＤＣ５Ｖ）を発生する電源回路である。駆動制御部１０３及びスイッチ１０４は、定電圧電源１００を電源として、例えば１００ｋＨｚ〜数１０ＭＨｚの高周波電圧を発生する。昇圧／共振回路１０５は、高周波電圧を昇圧して第二の能動電極１１ａに供給する。Ｉ／Ｖ検出器１０１は、定電圧電源１００から供給される電圧ＤＣＶ及び電流ＤＣＩを検出して制御部１０２へ渡す。制御部１０２は、後述のとおりＩ／Ｖ検出器１０１、過電圧検出用電圧計１０６、異物検出用電圧計１０７の出力に基づいて駆動制御部１０３の動作を制御する。

異物検出用電極１０の電位は、送電装置１の第二の能動電極１１ａの電位よりも低く、送電装置１の第二の受動電極１１ｐの電位よりも高い電位としてある。したがって、異物検出用電極１０の電位は、送電装置１の第二の能動電極１１ａの電位と、送電装置１の第二の受動電極１１ｐの電位との中間電位となる。なお、上記において、送電装置１の第二の能動電極１１ａの電位、送電装置１の第二の受動電極１１ｐの電位及び異物検出用電極１０の電位は、いずれも送電装置１の高周波発生器１２の生成する交流の周波数を動作周波数に設定した際の各電極における交流電圧である。動作周波数は、通常受電装置２を搭載した時に最も高い電力伝送効率の得られる周波数をＩ／Ｖ検出器１０１により検出し、検出した周波数に設定する。

また、異物検出用電極１０と第二の能動電極１１ａとの間の結合容量Ｃ３を、第二の能動電極１１ａと第二の受動電極１１ｐとの間の電極容量Ｃ１より小さくなるようにした場合、人体等の異物が接近したときに生じる浮遊容量が、結合容量Ｃ３と電極容量Ｃ１とで相違するため、異物検出用電極１０における電圧の変動を第二の能動電極１１ａにおける電圧の変動より大きくすることができる。したがって、異物の接近による電圧の変動を確実に検出することができる。

過電圧検出用電圧計１０６は、昇圧／共振回路１０５の出力電圧を検出して制御部１０２へ渡す。制御部１０２は、昇圧／共振回路１０５の出力電圧が一定の電圧値を超えた過電圧状態となっているか否かを判断する。制御部１０２は、取得した電圧値が一定の電圧値を超えていると判断した場合には駆動制御部１０３へオフ信号を送信する。

異物検出用電圧計１０７は、異物検出用電極１０の電圧値を検出して制御部１０２へ渡す。制御部１０２は、取得した電圧値の電圧幅が、例えば所定値以上低下し、その状態が一定時間以上継続した場合に、異物が接近したものと判断し、駆動制御部１０３へオフ信号を送信する。

図５は、本発明の実施の形態に係る電力伝送システムの送電装置１の異物検出用電圧計１０７で検出する電圧値の例示図である。人体等の異物が接近していない場合、電圧幅ΔＶ１は一定幅、例えば１２Ｖとなっている。そして、時刻ｔ＝ｔ１にて人体等の異物が接近した場合、電圧幅が減少し、時間Ｔ経過した時点で電圧幅ΔＶ２も一定幅、例えば８Ｖに収束している。

このように、異物検出用電極１０の電圧値の電圧幅が所定値以上、例えば１Ｖ以上低下し、その状態が一定時間、例えば１秒間以上継続した場合に、制御部１０２は、異物が接近したものと判断し、駆動制御部１０３へオフ信号を送信することで、電力の伝送を中止する。したがって、人体等への放電のおそれ等を未然に回避することが可能となる。

図６は、本発明の実施の形態に係る電力伝送システムの送電装置１の構成を示す模式図である。図６に示すように、受電装置２との間で電力を伝送する側に第二の能動電極１１ａを、反対側に第二の受動電極１１ｐを配置してあり、第二の能動電極１１ａと第二の受動電極１１ｐとを対向させるようにしてある。図６の例では、平面状の電極としているが、特にこれに限定されるものではない。

異物検出用電極（第三の電極）１０は、第二の能動電極１１ａの周辺部に、第二の能動電極１１ａと離隔して配置してある。両者が接触していないので、異物検出用電極１０の電位と第二の能動電極１１ａの電位とを相違させることができる。本実施の形態では、異物検出用電極１０の電位を第二の能動電極１１ａの電位と第二の受動電極１１ｐの電位との間の電位、すなわち中間電位としている。

異物検出用電極１０は、図６に示すように第二の能動電極１１ａの四方を囲む形状に限定されるものではなく、第二の能動電極１１ａの四辺それぞれに矩形状の電極として設けても良いし、少なくともいずれか一辺にのみ矩形状の電極として設けても良い。

図７は、本発明の実施の形態に係る電力伝送システムの送電装置１の、異物が接近していない状態における電界の状態を示す模式図である。図７に示すように、送電装置１の第二の能動電極１１ａと受電装置２の第一の能動電極２１ａとが対向しており、送電装置１の第二の受動電極１１ｐと受電装置２の第一の受動電極２１ｐとが、それぞれ第二の能動電極１１ａと第一の能動電極２１ａとが対向している側と反対側に配置してある。

図７において、異物検出用電極１０と第二の能動電極１１ａとの間の結合容量Ｃ３は、第二の能動電極１１ａと第二の受動電極１１ｐとの間の電極容量Ｃ１より小さくなるようにしてある。異物が接近していない場合、送電装置１の第二の能動電極１１ａと受電装置２の第一の能動電極２１ａとの間で結合容量Ｃ２が形成され、送電装置１から受電装置２へ電力が伝送される。第二の能動電極１１ａと異物検出用電極１０との間には電界Ｈ３が生じており、結合容量Ｃ３が形成されている。

図８は、本発明の実施の形態に係る電力伝送システムの送電装置１の、異物が接近した状態における電界の状態を示す模式図である。図８において、異物検出用電極１０に異物８０が接近してきたことにより、電界Ｈ３の一部が異物８０の接地電位８１へと誘導される。したがって、異物検出用電極１０の電位が低下するので、異物検出用電極１０の電圧を常時監視しておくことにより、受電装置２ではない異物８０が接近したことを容易に検出することができる。

なお、本実施の形態に係る電力伝送システムは、送電装置１の第二の能動電極１１ａと受電装置２の第一の能動電極２１ａとが対向しており、送電装置１の第二の受動電極１１ｐと受電装置２の第一の受動電極２１ｐとが、それぞれ第二の能動電極１１ａと第一の能動電極２１ａとが対向している側と反対側に配置してある場合に限定されるものではない。例えば送電装置１が、第二の能動電極を設けた台座部と、第二の受動電極を設けた背もたれ部とで構成されていても良い。

図９は、本発明の実施の形態に係る電力伝送システムの送電装置１の他の構成を示す模式図である。図９（ａ）に示すように、台座部９２に第二の能動電極１１ａを設けてあり、背もたれ部９１に第二の受動電極１１ｐを設けてある。背もたれ部９１と台座部９２とは、互いの一端同士を固着してあり、互いに略直交する位置に配置してある。すなわち、第二の能動電極１１ａと第二の受動電極１１ｐとが略直交する方向に配置されている。

異物検出用電極１０は、第二の受動電極１１ｐを挟んで第二の能動電極１１ａと反対側に配置してある。したがって、異物検出用電極１０を第二の能動電極１１ａと確実に離隔して配置することができる。もちろん、異物検出用電極１０を配置する位置は、第二の能動電極１１ａと離隔してあれば、特に限定されるものではない。

例えば図９（ｂ）に示すように、背もたれ部９１に設けてある第二の受動電極１１ｐの両側又はいずれか一方側に異物検出用電極１０を配置しても良い。また、図９（ｃ）に示すように、台座部９２に第二の能動電極１１ａと離隔して異物検出用電極１０を配置しても良い。

図６と同様に、異物検出用電極（第三の電極）１０は、第二の能動電極１１ａと離隔して配置されているので、異物検出用電極１０の電位と第二の能動電極１１ａの電位とを相違させることができる。そして、異物検出用電極１０の電位を第二の能動電極１１ａの電位と第二の受動電極１１ｐの電位との間の電位、すなわち中間電位としている。

図１０は、本発明の実施の形態に係る電力伝送システムの送電装置１の、異物が接近していない状態における電界の状態を示す模式図である。図１０において、異物検出用電極１０と第二の能動電極１１ａとの間の結合容量Ｃ３は、異物検出用電極１０と第二の能動電極１１ａとを離隔して配置してあるので、第二の能動電極１１ａと第二の受動電極１１ｐとの間の電極容量Ｃ１より小さくなる。異物が接近していない場合、送電装置１の第二の能動電極１１ａと受電装置２の第一の能動電極２１ａとの間で結合容量Ｃ２が形成され、送電装置１から受電装置２へ電力が伝送される。第二の能動電極１１ａと異物検出用電極１０との間には電界Ｈ３が生じており、結合容量Ｃ３が形成されている。

図１１は、本発明の実施の形態に係る電力伝送システムの送電装置１の、異物が接近した状態における電界の状態を示す模式図である。図１１において、異物検出用電極１０に異物８０が接近してきたことにより、電界Ｈ３の一部が異物８０の接地電位８１へと誘導される。したがって、異物検出用電極１０の電位が低下するので、異物検出用電極１０の電圧を常時監視しておくことにより、受電装置２ではない異物８０が接近したことを容易に検出することができる。

以上のように本実施の形態によれば、第二の能動電極１１ａと離隔して配置してある異物検出用電極１０を備えているので、受電装置２との間の電力伝送は第二の能動電極１１ａを用いて行い、人体等の異物の接近の検出は異物検出用電極１０を用いて行うことができる。したがって、電力伝送時であっても、異物の接近による電圧の変動を確実に検出することができる。

その他、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨の範囲内であれば多種の変形、置換等が可能であることは言うまでもない。例えば、送電装置１の能動電極１１ａ及び受動電極１１ｐは、非対称形状である必要はなく、同一のサイズ、同一の形状であっても良い。同様に、受電装置２の能動電極２１ａ及び受動電極２１ｐも、非対称形状である必要はなく、同一のサイズ、同一の形状であっても良い。

１ 送電装置
２ 受電装置
１０ 異物検出用電極（第三の電極）
１１ 結合電極（第二の結合電極）
１１ａ 能動電極（第二の能動電極）
１１ｐ 受動電極（第二の受動電極）
２１ 結合電極（第一の結合電極）
２１ａ 能動電極（第一の能動電極）
２１ｐ 受動電極（第一の受動電極）
９１ 背もたれ部
９２ 台座部

上記目的を達成するために本発明に係る電力伝送システムは、互いに静電界を介して結合するための第一の結合電極を有する受電装置と、第二の結合電極を有する送電装置とを有し、前記送電装置から前記受電装置に対して非接触で電力を伝送する電力伝送システムにおいて、前記送電装置は、前記第二の結合電極と離隔して配置され、異物検出用電圧計と接続された第三の結合電極を備えることを特徴とする。

上記構成では、送電装置は、第二の結合電極と離隔して配置され、異物検出用電圧計と接続された第三の結合電極を備えているので、受電装置との間の電力伝送は第二の結合電極を用いて行い、人体等の異物の接近の検出は第三の結合電極を用いて行うことができる。したがって、電力伝送時であっても、異物の接近による電圧の変動を確実に検出することができる。

また、本発明に係る電力伝送システムは、前記第二の結合電極は、第二の受動電極及び該第二の受動電極より高電位である第二の能動電極で構成され、前記第二の能動電極と前記第三の結合電極とが、同一平面上に配置されていることが好ましい。

上記構成では、第二の能動電極と第三の結合電極とが、同一平面上に配置されていることにより、異物の接近の検出と電力伝送との両方を確実に実行することができる。

また、本発明に係る電力伝送システムは、前記第二の受動電極が、前記第二の能動電極とは異なる平面上に配置されていることが好ましい。

上記構成では、第二の受動電極が、第二の能動電極とは異なる平面上に配置されていることにより、電力伝送を確実に行うことが可能となる。

また、本発明に係る電力伝送システムは、前記第一の結合電極は、第一の受動電極及び該第一の受動電極より高電位である第一の能動電極で構成され、前記第三の結合電極は、第三の電極で構成され、前記送電装置の前記第二の能動電極と前記受電装置の前記第一の能動電極とが対向しており、前記送電装置の前記第二の受動電極と前記受電装置の前記第一の受動電極とが、それぞれ前記第二の能動電極と前記第一の能動電極とが対向している側と反対側に配置され、前記第三の電極は、前記第二の能動電極の周辺部に配置されることが好ましい。

上記構成では、送電装置は、第二の能動電極を設けた台座部と、第二の受動電極を設けた背もたれ部とを備えている。第二の能動電極と第二の受動電極とが略直交する方向に配置され、第二の受動電極を挟んで第二の能動電極と反対側に第三の電極が配置されることにより、送電装置の第二の能動電極への異物の接近による電圧の変動を確実に検出することができる。また、第二の能動電極と第二の受動電極とが略直交することにより、浮遊容量を低減することができ、第二の能動電極と第二の受動電極との結合を強くして電力を伝送する効率を高めることが可能となる。
また、本発明に係る電力伝送システムは、前記第三の電極の電位は、前記第二の受動電極の電位より高く、前記第二の能動電極の電位より低いことが好ましい。
上記構成では、第三の電極の電位を、第二の受動電極の電位より高く、第二の能動電極の電位より低い中間電位とすることにより、第三の電極においてより微弱な電圧の変動を検出することができ、異物の接近による電圧の変動を確実に検出することができる。
また、本発明に係る電力伝送システムは、前記第三の電極と前記第二の能動電極との間の結合容量は、前記第二の能動電極と前記第二の受動電極との間の結合容量より小さいことが好ましい。
上記構成では、第三の電極と第二の能動電極との間の結合容量が、第二の能動電極と第二の受動電極との間の結合容量より小さいため、異物の接近による浮遊容量の変動幅が相違し、第三の電極における電圧の変動を第二の能動電極における電圧の変動より大きくすることができる。したがって、異物の接近による電圧の変動を確実に検出することができる。

次に、上記目的を達成するために本発明に係る送電装置は、互いに静電界を介して結合するための第一の結合電極を有する受電装置に対して非接触で電力を伝送する、第二の結合電極を有する送電装置において、前記第二の結合電極と離隔して配置され、異物検出用電圧計と接続された第三の結合電極を備えることを特徴とする。

上記構成では、第二の結合電極と離隔して配置され、異物検出用電圧計と接続された第三の結合電極を備えているので、受電装置との間の電力伝送は第二の結合電極を用いて行い、人体等の異物の接近の検出は第三の結合電極を用いて行うことができる。したがって、電力伝送時であっても、異物の接近による電圧の変動を確実に検出することができる。

また、本発明に係る送電装置は、前記第二の結合電極は、第二の受動電極及び該第二の受動電極より高電位である第二の能動電極で構成され、前記第二の能動電極と前記第三の結合電極とが、同一平面上に配置されていることが好ましい。

上記構成では、第二の能動電極と第三の結合電極とが、同一平面上に配置されていることにより、異物の接近の検出と電力伝送との両方を確実に実行することができる。

また、本発明に係る送電装置は、前記第二の受動電極が、前記第二の能動電極とは異なる平面上に配置されていることが好ましい。

上記構成では、第二の受動電極が、第二の能動電極とは異なる平面上に配置されていることにより、電力伝送を確実に行うことが可能となる。

また、本発明に係る送電装置は、前記第三の結合電極は、第三の電極で構成され、前記第二の能動電極を設けた台座部と、前記第二の受動電極を設けた背もたれ部とを備え、前記第二の能動電極と前記第二の受動電極とが略直交する方向に配置され、前記第二の受動電極を挟んで前記第二の能動電極と反対側に前記第三の電極が配置されることが好ましい。

上記構成では、前記第三の結合電極は、第三の電極で構成され、第二の能動電極を設けた台座部と、第二の受動電極を設けた背もたれ部とを備えている。第二の能動電極と第二の受動電極とが略直交する方向に配置され、第二の受動電極を挟んで第二の能動電極と反対側に第三の電極が配置されることにより、第二の能動電極への異物の接近による電圧の変動を確実に検出することができる。また、第二の能動電極と第二の受動電極とが略直交することにより、浮遊容量を低減することができ、第二の能動電極と第二の受動電極との結合を強くして電力を伝送する効率を高めることが可能となる。
また、本発明に係る送電装置は、前記第三の電極の電位は、前記第二の受動電極の電位より高く、前記第二の能動電極の電位より低いことが好ましい。
上記構成では、第三の電極の電位を、第二の受動電極の電位より高く、第二の能動電極の電位より低い中間電位とすることにより、第三の電極においてより微弱な電圧の変動を検出することができ、異物の接近による電圧の変動を確実に検出することができる。
また、本発明に係る送電装置は、前記第三の電極と前記第二の能動電極との間の結合容量は、前記第二の能動電極と前記第二の受動電極との間の結合容量より小さいことが好ましい。
上記構成では、第三の電極と第二の能動電極との間の結合容量が、第二の能動電極と第二の受動電極との間の結合容量より小さいため、異物の接近による浮遊容量の変動幅が相違し、第三の電極における電圧の変動を第二の能動電極における電圧の変動より大きくすることができる。したがって、異物の接近による電圧の変動を確実に検出することができる。

Claims (10)

1. 互いに静電界を介して結合するための第一の結合電極を有する受電装置と、第二の結合電極を有する送電装置とを有し、前記送電装置から前記受電装置に対して非接触で電力を伝送する電力伝送システムにおいて、
   前記送電装置は、前記第二の結合電極と離隔して配置された第三の結合電極を備えることを特徴とする電力伝送システム。
2. 前記第一の結合電極は、第一の受動電極及び該第一の受動電極より高電位である第一の能動電極で構成され、
   前記第二の結合電極は、第二の受動電極及び該第二の受動電極より高電位である第二の能動電極で構成され、
   前記第三の結合電極は、第三の電極で構成され、
   前記第三の電極の電位は、前記第二の受動電極の電位より高く、前記第二の能動電極の電位より低いことを特徴とする請求項１記載の電力伝送システム。
3. 前記第三の電極と前記第二の能動電極との間の結合容量は、前記第二の能動電極と前記第二の受動電極との間の結合容量より小さいことを特徴とする請求項１又は２記載の電力伝送システム。
4. 前記送電装置の前記第二の能動電極と前記受電装置の前記第一の能動電極とが対向しており、
   前記送電装置の前記第二の受動電極と前記受電装置の前記第一の受動電極とが、それぞれ前記第二の能動電極と前記第一の能動電極とが対向している側と反対側に配置され、
   前記第三の電極は、前記第二の能動電極の周辺部に配置されることを特徴とする請求項２又は３記載の電力伝送システム。
5. 前記送電装置は、
   前記第二の能動電極を設けた台座部と、
   前記第二の受動電極を設けた背もたれ部と
   を備え、
   前記第二の能動電極と前記第二の受動電極とが略直交する方向に配置され、
   前記第二の受動電極を挟んで前記第二の能動電極と反対側に前記第三の電極が配置されることを特徴とする請求項２又は３記載の電力伝送システム。
6. 互いに静電界を介して結合するための第一の結合電極を有する受電装置に対して非接触で電力を伝送する、第二の結合電極を有する送電装置において、
   前記第二の結合電極と離隔して配置された第三の結合電極を備えることを特徴とする送電装置。
7. 前記第一の結合電極は、第一の受動電極及び該第一の受動電極より高電位である第一の能動電極で構成され、
   前記第二の結合電極は、第二の受動電極及び該第二の受動電極より高電位である第二の能動電極で構成され、
   前記第三の結合電極は、第三の電極で構成され、
   前記第三の電極の電位は、前記第二の受動電極の電位より高く、前記第二の能動電極の電位より低いことを特徴とする請求項６記載の送電装置。
8. 前記第三の電極と前記第二の能動電極との間の結合容量は、前記第二の能動電極と前記第二の受動電極との間の結合容量より小さいことを特徴とする請求項６又は７記載の送電装置。
9. 前記第二の能動電極と前記第一の能動電極とが対向しており、
   前記第二の受動電極と前記第一の受動電極とが、それぞれ前記第二の能動電極と前記第一の能動電極とが対向している側と反対側に配置され、
   前記第三の電極は、前記第二の能動電極の周辺部に配置されることを特徴とする請求項７又は８記載の送電装置。
10. 前記第二の能動電極を設けた台座部と、
    前記第二の受動電極を設けた背もたれ部と
    を備え、
    前記第二の能動電極と前記第二の受動電極とが略直交する方向に配置され、
    前記第二の受動電極を挟んで前記第二の能動電極と反対側に前記第三の電極が配置されることを特徴とする請求項７又は８記載の送電装置。

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