KR101468020B1 - 와이어리스 전력 전송 시스템 - Google Patents

와이어리스 전력 전송 시스템 Download PDF

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가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼
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Abstract

전력 전송 효율을 손상시키지 않고, 송전장치에 대한 수전장치의 얹어놓는 방향의 자유도를 높인 와이어리스 전력 전송 시스템을 제공한다.
와이어리스 전력 전송 시스템은 패시브 전극(11) 및 액티브 전극(12)을 가지는 송전장치(101)와, 패시브 전극(21) 및 패시브 전극(22, 23, 24)을 가지는 수전장치(201)를 구비한다. 송전장치(101)에 대해 수전장치(201)를 세로놓기 한 경우, 액티브 전극(12, 24)이 대향함으로써 송전장치(101)에서 수전장치(201)로 전력을 전송한다. 액티브 전극(12, 24)은 수전장치(201)를 송전장치(101)에 대해 가로놓기 한 경우에 대향하는 면적이 세로놓기 한 경우에 대향하는 면적과 대략 같아지도록 되어 있다.

Description

와이어리스 전력 전송 시스템{WIRELESS POWER TRANSMISSION SYSTEM}
본 발명은 송전장치에서 송전장치에 얹어놓은 수전장치로 전력을 전송하는 와이어리스 전력 전송 시스템에 관한 것이다.
대표적인 와이어리스 전력 전송 시스템으로서, 송전장치의 1차 코일에서 수전장치의 ２차 코일로 자계를 이용하여 전력을 전송하는 자계결합 방식의 전력 전송 시스템이 알려져 있다. 이 시스템에서는 자계결합으로 전력을 전송하는 경우, 각 코일을 지나는 자속의 크기가 기전력에 크게 영향을 주기 때문에 1차 코일과 ２차 코일의 상대 위치 관계에 높은 정밀도가 요구된다. 또, 코일을 이용하기 때문에 장치의 소형화가 어렵다.
한편, 특허문헌 1, 2에 개시되어 있는 바와 같은 전계 결합 방식의 와이어리스 전력 전송 시스템도 알려져 있다. 이 시스템에서는 송전장치의 결합 전극에서 수전장치의 결합 전극으로 전계를 통해 전력이 전송된다. 이 방식은 결합 전극의 상대 위치 정밀도가 비교적 낮으며, 또, 결합 전극의 소형화 및 박형화가 가능하다.
도 1은 특허문헌 1에 기재된 전력 전송 시스템의 기본 구성을 나타내는 도면이다. 이 전력 전송 시스템은 송전장치와 수전장치로 구성되어 있다. 송전장치에는 고주파 고전압 발생회로(1), 패시브 전극(2) 및 액티브 전극(3)을 구비하고 있다. 수전장치에는 고주파 고전압 부하회로(5), 패시브 전극(7) 및 액티브 전극(6)을 구비하고 있다. 그리고, 송전장치의 액티브 전극(3)과 수전장치의 액티브 전극(6)이 틈(4)을 통해 근접함으로써 이 두 개의 전극끼리가 전계 결합한다.
송전장치의 패시브 전극(2), 송전장치의 액티브 전극(3), 수전장치의 액티브 전극(6) 및 수전장치의 패시브 전극(7)은, 그들이 서로 평행하게 배치되어 있다.
특허문헌 2에 기재된 전력 전송 시스템에서는, 송전장치는 교류신호 생성부에 의해 생성된 교류신호에 공진하는 제1 공진회로와 급전 전극을 가진다. 수전장치는 전기신호를 생성하는 수전 전극과, 전기신호에 공진하는 제2 공진회로와, 공진된 전기신호로부터 직류 전력을 생성하는 정류부 및 회로 부하를 가진다. 송전장치의 액티브 전극과 패시브 전극은 일 평면상에 마련되고, 수전장치의 액티브 전극과 패시브 전극이 상대측의 각 전극과 소정 간격을 사이에 두고 대향하도록 마련되어 있다.
또, 이 특허문헌 2의 도 18~도 21에는 수전장치측의 액티브 전극을 복수의 분할 전극으로 구성해 두고, 수전장치를 얹어놓았을 때에 송전장치의 제1, 제2 액티브 전극에 대해 겹치는 수전장치의 분할 전극을 액티브 전극으로서 선택적으로 동작시키는 것이 나타나 있다.
일본 공표특허공보 2009-531009호 일본 공개특허공보 2009-296857호
특허문헌 1의 전력 전송 시스템에 있어서는, 송전장치와 수전장치의 액티브 전극끼리를 근접시켜서 전극 간에 강한 전기장을 형성함과 함께, 송전장치와 수전장치의 패시브 전극끼리 간에 발생하는 용량을 가능한 한 크게 한다. 그 때문에 패시브 전극을 크게 할 필요가 있다. 세로방향으로 좁게 된 공간에 송전 유닛의 패시브 전극, 송전 유닛의 액티브 전극, 수전 유닛의 액티브 전극 및 수전 유닛의 패시브 전극이 세로방향으로 배치되면 부유 용량이 과대해지는 경향이 있다.
특허문헌 2의 전력 전송 시스템에 있어서도, 액티브 전극과 패시브 전극이 한 면에 인접 배치되어 있기 때문에 액티브 전극과 패시브 전극에 근접 배치된 회로기판 사이의 부유 용량이 과대해지는 경향이 있다. 그 때문에 모두 결합도가 크지 않고, 전송 효율이 낮다는 문제가 있었다.
그래서, 전송 효율을 저하시키지 않도록 전계 결합도에 관계하는 전극의 대향 면적을 최적인 크기가 되도록 송전장치 및 수전장치에 전극을 마련할 필요가 있는데, 그러한 경우, 송전장치에 대한 수전장치의 얹어놓는 방향의 자유도가 손상될 우려가 있다.
본 발명은 전력 전송 효율을 손상시키지 않고, 송전장치에 대한 수전장치의 얹어놓는 방향의 자유도를 높인 와이어리스 전력 전송 시스템을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
본 발명은 제1 전극 및 상기 제1 전극에 접속된 전압발생 회로를 가지는 송전장치와, 제2 전극, 상기 제2 전극에 접속된 강압회로 및 상기 강압회로의 출력 전압을 전원전압으로서 입력하는 부하회로를 가지는 수전장치를 포함하고, 상기 송전장치에 대해 소정 상태로 상기 수전장치를 얹어놓은 경우, 상기 제1 및 제2 전극이 대향함으로써, 상기 송전장치에서 상기 수전장치로 전력을 전송하는 와이어리스 전력 전송 시스템에 있어서, 상기 제1 및 제2 전극은 상기 수전장치를 대향면을 따라 상기 소정 상태로부터 대략 90도 선회시킨 선회상태로 상기 송전장치에 얹어놓은 경우에 대향하는 면적이 상기 송전장치에 대해 상기 소정 상태로 상기 수전장치를 얹어놓은 경우에 대향하는 면적과 대략 같아지는 것을 특징으로 한다.
이 구성에서는, 수전장치를 송전장치에 얹어놓은 경우, 어떤 얹어놓은 상태로 수전장치를 송전장치에 얹어놓은 경우의 제1 및 제2 전극의 대향 면적과, 어떤 얹어놓은 상태로부터 대략 90도 선회시킨 선회상태로 수전장치를 송전장치에 얹어놓은 경우의 대향 면적은 대략 같아진다. 예를 들면, 수전장치를 송전장치에 기대어 세워 놓은 상태로 얹어놓는 경우, 수전장치가 세로놓기 및 가로놓기의 어느 것이어도 제1 및 제2 전극의 대향 면적은 같아진다. 또한, 제1 전극은 송전장치측의 액티브 전극, 제2 전극은 수전장치측의 액티브 전극이다.
이에 의해, 수전장치의 얹어놓는 상태에 따라 전극의 대향 면적이 변동함으로써 전송 효율이나 전송 전력량이 저하되는 일이 없기 때문에, 수전장치가 어떠한 얹어놓은 상태이더라도 안정된 전력 전송이 가능해진다. 이 결과, 전력 전송 효율을 손상시키지 않고, 송전장치에 대한 수전장치의 얹어놓는 방향의 자유도를 높일 수 있다.
본 발명에 관한 와이어리스 전력 전송 시스템에 있어서, 상기 제1 및 제2 전극의 한쪽은, 긴 축 및 짧은 축을 포함하는 띠형상 전극을 가지고, 상기 제1 및 제2 전극의 다른 쪽은 중심부가 상기 긴 축의 길이를 사이에 두고 배열된 두 개의 전극과, 상기 두 개의 전극을 연결하는 연결부를 가지고, 상기 두 개의 전극은 각각 배열방향이 상기 긴 축의 방향으로 일치하는 경우의 상기 두 개의 전극과 상기 띠형상 전극의 대향 면적의 합계가 상기 두 개의 전극 중 하나의 면적과 대략 같아지는 형상인 구성이 바람직하다.
이 구성에서는 세로놓기 및 가로놓기와 같이, 수전장치를 대략 90도 선회시켜 송전장치에 얹어놓는 경우에, 제1 및 제2 전극의 대향 면적을 대략 같게 할 수 있다.
본 발명에 관한 와이어리스 전력 전송 시스템에 있어서, 상기 띠형상 전극은 긴 변 및 짧은 변을 가지는 직사각형 형상이고, 상기 두 개의 전극은 각각 상기 짧은 변을 한 변으로 하는 정사각형 형상이며, 상대측에 대향하는 한 변끼리가 평행이 되도록 배열되어 있는 구성이어도 된다.
이 구성에서는 세로놓기 및 가로놓기와 같이, 수전장치를 대략 90도 선회시켜 송전장치에 얹어놓는 경우에, 제1 및 제2 전극의 대향 면적을 대략 같게 할 수 있다. 예를 들면, 수전장치를 송전장치에 얹어놓은 경우에, 한쪽의 정사각형 전극의 전체 면이 직사각형 형상의 전극과 대향하고, 정사각형 전극의 다른 쪽이 직사각형 형상의 전극과 대향하고 있지 않은 상태로 한다. 이 상태에서 수전장치를 90도 선회시킨 경우, 정사각형 전극의 한쪽은 직사각형 형상의 전극과 대향하고, 다른 쪽은 직사각형 형상의 전극과 대향하고 있지 않은 상태가 된다.
또, 선회시에 수전장치가 직사각형 형상의 전극의 길이방향을 따라 위치가 어긋난 경우, 정사각형 전극의 한쪽의 일부는 직사각형 형상의 전극과 대향하지 않게 되지만, 정사각형 전극의 다른 쪽의 일부가 직사각형 형상의 전극과 대향하게 된다. 따라서, 수전장치를 90도 선회시켜도 제1 및 제2 전극의 대향 면적을 선회 전의 대향 면적과 대략 같게 할 수 있다.
본 발명에 관한 와이어리스 전력 전송 시스템에 있어서, 상기 띠형상 전극은 긴 변 및 짧은 변을 가지는 직사각형 형상이고, 상기 두 개의 전극은 상기 짧은 변의 길이의 변을 가지는 직사각형 전극 및 한 변이 상기 직사각형 전극의 각 변보다도 짧은 정사각형 전극이며, 상기 정사각형 전극 및 상기 직사각형 전극은 상대방으로 마주 향하는 한 변끼리가 평행이 되도록 배열되어 있는 구성이어도 된다.
이 구성에서는 세로놓기 및 가로놓기와 같이, 수전장치를 대략 90도 선회시켜 송전장치에 얹어놓는 경우에, 제1 및 제2 전극의 대향 면적을 대략 같게 할 수 있다.
본 발명에 관한 와이어리스 전력 전송 시스템에 있어서, 상기 직사각형 전극은 배열방향을 따른 변의 길이가 상기 정사각형 전극의 한 변의 길이의 1.1에서 1.25배인 구성이 바람직하다.
이 구성에서는, 직사각형 전극의 변의 길이를 정사각형 전극의 한 변의 길이의 1.1에서 1.25배로 함으로써, 제1 및 제2 전극의 대향 면적을 대략 같게 할 수 있다.
본 발명에 관한 와이어리스 전력 전송 시스템에 있어서, 상기 송전장치는 상기 수전장치를 얹어놓는 얹어놓는 면 및 상기 얹어놓는 면에 얹어놓아지는 상기 수전장치를 지지하고, 상기 얹어놓는 면에 대해 수직이 되는 등받이 면을 가지고 있는 것이 바람직하다. 상기 제1 전극은 직사각형 형상이고, 길이방향이 상기 얹어놓는 면과 평행하게 상기 등받이 면을 따라 마련되면서 상기 얹어놓는 면측이 되는 긴 변이 상기 얹어놓는 면으로부터 거리 L의 위치에 마련되어 있는 것이 바람직하다. 상기 수전장치는, 상기 얹어놓는 면에 얹어놓아진 경우에 상기 등받이 면에 지지되는 직사각형 형상의 지지면을 가지고 있는 것이 바람직하다. 상기 지지면의 네 변 중 어느 한 변을 변 1로 하면, 상기 변 1이 상기 얹어놓는 면에 대해 평행이 되도록 상기 수전장치를 상기 송전장치에 얹어놓은 경우, 상기 제2 전극은 상기 두 개의 전극이 상기 지지면의 상기 변 1과 평행한 방향으로 배열하도록 상기 얹어놓는 면과 평행하게 마련되면서, 상기 두 개의 전극의 상기 얹어놓는 면측이 되는 각각의 변이 상기 얹어놓는 면으로부터 거리 L의 위치에 마련되어 있는 것이 바람직하다.
이 구성에서는, 수전장치를 송전장치에 기대어 세워 놓은 상태로 전력 전송을 하는 경우, 수전장치는 지지면의 길이방향이 송전장치의 얹어놓는 면과 직교하는 얹어놓는 상태이거나 평행이 되는 얹어놓는 상태이어도 제1 및 제2 전극의 대향 면적을 대략 같게 할 수 있다. 이에 의해 전력 전송 효율을 손상시키지 않고, 송전장치에 대한 수전장치의 얹어놓는 방향의 자유도를 높일 수 있다.
본 발명에 관한 와이어리스 전력 전송 시스템에 있어서, 상기 지지면의 길이방향이 상기 얹어놓는 면에 대해 직교하도록 상기 수전장치를 상기 송전장치에 얹어놓은 경우, 상기 제2 전극은 상기 두 개의 전극이 상기 지지면의 상기 변 1의 방향으로 배열하도록 상기 얹어놓는 면과 직교하는 방향을 따라 마련되면서, 상기 두 개의 전극 중 상기 얹어놓는 면측이 되는 전극의 상기 얹어놓는 면측이 되는 한 변이 상기 얹어놓는 면으로부터 거리 L의 위치에 마련되어 있는 것이 바람직하다.
이 구성에서는, 얹어놓는 면측에 위치하는 제2 전극의 정사각형 전극과 얹어놓는 면의 거리 L을 최단으로 할 수 있기 때문에 송전장치 및 수전장치의 소형화가 가능해진다.
본 발명에 관한 와이어리스 전력 전송 시스템에 있어서, 상기 두 개의 전극의 상기 직사각형 전극이 상기 얹어놓는 면측이 되는 구성이 바람직하다.
이 구성에서는, 직사각형 전극이 얹어놓는 면측이 되도록 함으로써, 제1 및 제2 전극의 대향 면적을 대략 같게 할 수 있다.
본 발명에 관한 와이어리스 전력 전송 시스템에 있어서, 상기 송전장치는 상기 얹어놓는 면을 따라 마련되고, 상기 전압발생 회로에 의해 제1 전극과의 사이에 전압이 인가되는 제3 전극을 가지고 있는 것이 바람직하다. 상기 수전장치는 상기 지지면에 인접하는 4측면 중 서로 대향하고 있는 적어도 2측면에 마련되고, 상기 제2 전극과의 사이에 강압회로가 접속되는 제4 전극을 가지고 있는 것이 바람직하다. 상기 수전장치를 상기 송전장치에 얹어놓은 경우, 상기 제3 전극과 상기 제4 전극이 직접 도통되는 것이 바람직하다. 또한, 제3 전극은 송전장치측 패시브 전극, 제4 전극은 수전장치측 패시브 전극이라고 불린다.
이 구성에서는, 송전장치의 액티브 전극(제1 전극)과 수전장치의 액티브 전극(제2 전극)이 용량 결합되고, 송전장치의 패시브 전극(제3 전극)과 수전장치의 패시브 전극(제4 전극)이 직접 도통되어 저항 결합됨으로써 송전장치에서 수전장치로 전력 전송할 수 있다.
본 발명에 관한 와이어리스 전력 전송 시스템에 있어서, 상기 송전장치는 직사각형 형상이고, 길이방향이 상기 얹어놓는 면과 평행하게 상기 등받이 면을 따라 마련되면서 상기 얹어놓는 면측이 되는 긴 변이 상기 얹어놓는 면으로부터 거리 D의 위치에 마련되고, 상기 전압발생 회로에 의해 상기 제1 전극과의 사이에 전압이 인가되는 제3 전극을 가지고, 상기 수전장치는 직사각형 형상이고, 길이방향이 상기 얹어놓는 면과 평행하게 상기 지지면을 따라 마련되면서 상기 얹어놓는 면측이 되는 긴 변이 상기 얹어놓는 면으로부터 거리 D(D＜L)의 위치에 마련되고, 상기 제2 전극과의 사이에 강압회로가 접속되는 제4 전극을 가지는 것이 바람직하다. 상기 수전장치를 상기 송전장치에 얹어놓은 경우, 상기 제3 전극과 상기 제4 전극이 근접되는 것이 바람직하다.
이 구성에서는, 송전장치의 액티브 전극(제1 전극)과 수전장치의 액티브 전극(제2 전극)이 용량 결합되고, 송전장치의 패시브 전극(제3 전극)과 수전장치의 패시브 전극(제4 전극)이 근접(대향)되어 용량 결합됨으로써 송전장치에서 수전장치로 전력 전송할 수 있다.
본 발명에 관한 와이어리스 전력 전송 시스템에 있어서, 상기 송전장치는 상기 제1 전극과 대향하고, 상기 전압발생 회로에 의해 상기 제1 전극과의 사이에 전압이 인가되는 제3 전극을 가지고, 상기 수전장치는 상기 제2 전극과 대향하고, 상기 제2 전극과의 사이에 강압회로가 접속되는 제4 전극을 가지고, 상기 수전장치를 상기 송전장치에 얹어놓은 경우, 상기 제3 전극과 상기 제4 전극은 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극을 끼고 용량 결합하는 구성이어도 된다.
이 구성에서는, 제1 및 제2 전극, 제3 및 제4 전극 각각이 용량 결합하는 방식 때문에 각 전극을 노출시킬 필요가 없다.
본 발명에 관한 와이어리스 전력 전송 시스템에 있어서, 상기 송전장치 및 상기 수전장치는 각각, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극의 대향 면적이 상기 소정 상태 또는 상기 선회상태에서의 대향 면적으로부터 허용 범위를 넘어 상기 수전장치가 이동된 경우에, 서로 걸어 맞추는 걸어 맞춤부를 가지고 있는 구성이 바람직하다.
이 구성에서는, 송전장치 및 수전장치가 가지는 걸어 맞춤부에 의해 제1 전극과 제2 전극의 대향 면적이 허용 범위를 넘어 수전장치가 설치된 것을 감지하기 쉬워진다. 이에 의해 사용자는 보다 적절한 위치에 수전장치를 송전장치에 설치할 수 있어, 안정된 전력 전송이 가능해진다.
본 발명에 관한 와이어리스 전력 전송 시스템에 있어서, 상기 송전장치 및 상기 수전장치는 각각, 상기 송전장치에 상기 수전장치를 얹어놓은 경우에 서로 접하는 평면을 가지고, 상기 송전장치 및 상기 수전장치의 한쪽의 걸어 맞춤부는 상기 송전장치 및 상기 수전장치의 다른 쪽으로 돌출하고, 제1 거리 떨어져 상기 평면에 마련된 두 개의 볼록부를 가지고, 상기 송전장치 및 상기 수전장치의 다른 쪽의 걸어 맞춤부는 상기 두 개의 볼록부와 걸어 맞추고, 상기 제1 거리보다 짧은 제2 거리 떨어져 상기 평면에 마련된 두 개의 오목부를 가지는 구성이어도 된다.
이 구성에서는, 수전장치는 송전장치에 대해 소정 거리 여유를 가지고 설치할 수 있다.
본 발명에 관한 와이어리스 전력 전송 시스템에 있어서, 상기 띠형상 전극은 짧은 변이 길이 X, 긴 변이 길이 Y인 직사각형 형상이고, 상기 두 개의 전극은 한 변이 길이 X인 두 개의 정사각형 형상이고, (Y-X)의 길이를 사이에 두고 상기 띠형상 전극의 길이방향을 따라 배열되어 이루어지고, 상기 두 개의 볼록부 및 상기 두 개의 오목부는 각각 상기 길이방향을 따라 마련되고, 상기 두 개의 볼록부 사이의 길이와 상기 두 개의 오목부 간의 길이의 차가 (2Y-X)인 구성이어도 된다.
이 구성에서는 예를 들면 소정 상태에 있어서, 수전장치가 길이방향을 따라 위치가 어긋나게 설치되어도, 제1 전극과 제2 전극의 대향 면적은 대략 같아져 안정된 전력 전송을 할 수 있음과 함께, 허용 범위가 넘으면 두 개의 볼록부의 한쪽이 오목부 사이에 올라앉기 때문에, 사용자는 안정된 전력 전송을 할 수 있는 허용 설치 범위를 넘은 것을 감지할 수 있다.
본 발명에 관한 와이어리스 전력 전송 시스템에 있어서, 상기 띠형상 전극은 짧은 변이 길이 X, 긴 변이 길이 Y인 직사각형 형상이고, 상기 두 개의 전극은 한 변이 길이 X인 두 개의 정사각형 형상이고, (Y-X)의 길이를 사이에 두고 상기 띠형상 전극의 길이방향의 직교방향을 따라 배열되어 이루어지고, 상기 두 개의 볼록부는 상기 길이방향의 직교방향을 따라 마련되고, 상기 두 개의 오목부는 상기 직교방향을 따라 마련되며, 상기 두 개의 볼록부 사이의 길이와 상기 두 개의 오목부 사이의 길이의 차가 (Y-X)인 구성이어도 된다.
이 구성에서는, 예를 들면 선회상태에 있어서, 수전장치가 길이방향의 직교방향을 따라 위치가 어긋나게 설치되어도, 제1 전극과 제2 전극의 대향 면적은 대략 같아져 안정된 전력 전송을 할 수 있음과 함께, 허용 범위가 넘으면 두 개의 볼록부의 한쪽이 오목부 사이에 올라앉기 때문에 사용자는 안정된 전력 전송을 할 수 있는 허용 설치 범위를 넘은 것을 감지할 수 있다.
본 발명에 관한 와이어리스 전력 전송 시스템에 있어서, 상기 두 개의 볼록부 사이의 평면부분에 상기 제3 전극 또는 상기 제4 전극의 한쪽이 마련되고, 상기 두 개의 오목부에 끼어 형성되는 볼록부는 상기 평면부분에 면접촉하고, 면접촉하는 부분에 상기 제3 전극 또는 상기 제4 전극의 다른 쪽이 마련되어 있는 구성이 바람직하다.
이 구성에서는, 두 개의 볼록부의 한쪽이 오목부 사이에 올라앉은 경우, 즉 수전장치가 허용 범위를 넘어 설치된 경우, 제3 전극 및 제4 전극이 도통되지 않게 된다. 이에 의해, 안정된 전력 전송을 할 수 없을 경우에는 전력 전송을 정지할 수 있다.
본 발명에 관한 와이어리스 전력 전송 시스템에 있어서, 상기 수전장치의 상기 제4 전극을 가지는 2측면은 상기 얹어놓는 면보다 긴 구성이 바람직하다.
수전장치측의 길이가 송전장치의 얹어놓는 면보다도 길면, 수전장치를 적절한 위치에 설치하지 않으면 수전장치가 얹어놓는 면에서 떨어질 우려가 있다. 이 때문에, 걸어 맞춤부를 마련함으로써 허용 범위를 넘은 것을 감지할 수 있기 때문에 수전장치가 송전장치의 얹어놓는 면으로부터 중심의 치우침에 의해 떨어지는 것을 막을 수 있어, 수전장치의 파손 등을 억제할 수 있다.
본 발명에 의하면, 송전장치에 대한 수전장치의 얹어놓는 방향에 관계없이 대향하는 전극의 대향 면적을 대략 같게 함으로써, 전력 전송 효율을 손상시키지 않고 송전장치에 대한 수전장치의 얹어놓는 방향의 자유도를 높일 수 있다.
도 1은 특허문헌 1에 기재된 전력 전송 시스템의 기본 구성을 나타내는 도면이다.
도 2a는 실시형태 1에 관한 송전장치 및 수전장치의 사시도이다.
도 2b는 실시형태 1에 관한 송전장치 및 수전장치의 사시도이다.
도 3은 송전장치 및 수전장치에 마련된 패시브 전극 및 액티브 전극을 나타내는 도면이다.
도 4a는 수전장치를 송전장치에 얹어놓은 경우의 와이어리스 전력 전송 시스템의 등가 회로도이고, 패시브 전극이 저항 결합인 경우의 와이어리스 전력 전송 시스템의 등가 회로도이다.
도 4b는 수전장치를 송전장치에 얹어놓은 경우의 와이어리스 전력 전송 시스템의 등가 회로도이고, 패시브 전극이 용량 결합인 경우의 와이어리스 전력 전송 시스템의 등가 회로도이다.
도 5는 수전장치의 개략 회로도이다.
도 6은 송전장치의 액티브 전극에 대해 설명하기 위한 모식도이다.
도 7은 수전장치의 액티브 전극에 대해 설명하기 위한 모식도이다.
도 8a는 수전장치를 송전장치에 세로놓기 한 경우의 액티브 전극 및 액티브 전극의 대향 면적을 설명하기 위한 도면이다.
도 8b는 수전장치를 송전장치에 세로놓기 한 경우의 액티브 전극 및 액티브 전극의 대향 면적을 설명하기 위한 도면이다.
도 9a는 수전장치를 송전장치에 가로놓기 한 경우의 액티브 전극 및 액티브 전극의 대향 면적을 설명하기 위한 도면이다.
도 9b는 수전장치를 송전장치에 가로놓기 한 경우의 액티브 전극 및 액티브 전극의 대향 면적을 설명하기 위한 도면이다.
도 10a는 수전장치의 얹어놓는 상태에 따라 변화하는 액티브 전극의 대향 면적을 나타내는 그래프이다.
도 10b는 수전장치의 얹어놓는 상태에 따라 변화되는 액티브 전극의 대향 면적을 나타내는 그래프이다.
도 11a는 수전장치를 가로놓기 한 경우의 대향 면적의 변화를 설명하는 모식도이다.
도 11b는 수전장치를 세로놓기 한 경우의 대향 면적의 변화를 설명하는 모식도이다.
도 12a는 수전장치에 마련하는 액티브 전극의 다른 구성을 나타내는 모식도이다.
도 12b는 수전장치에 마련하는 액티브 전극의 다른 구성을 나타내는 모식도이다.
도 13a는 수전장치에 마련하는 액티브 전극의 다른 구성을 나타내는 모식도이다.
도 13b는 수전장치에 마련하는 액티브 전극의 다른 구성을 나타내는 모식도이다.
도 14는 송전장치측 및 수전장치측의 패시브 전극의 다른 설치예를 나타내는 도면이다.
도 15a는 송전장치측 및 수전장치측의 패시브 전극의 다른 설치예를 나타내는 도면이다.
도 15b는 송전장치측 및 수전장치측의 패시브 전극의 다른 설치예를 나타내는 도면이다.
도 16은 수전장치의 액티브 전극의 변형예를 나타내는 도면이다.
도 17은 선형상 전극의 변형예를 나타내는 도면이다.
도 18은 실시형태 2에 관한 송전장치 및 수전장치를 나타내는 사시도이다.
도 19는 송전장치의 볼록형상부 및 수전장치의 볼록부 사이의 길이를 설명하기 위한 모식도이다.
도 20a는 수전장치를 송전장치의 중앙에 세로놓기 한 정면도이다.
도 20b는 설치 허용 범위를 넘어 수전장치를 송전장치에 세로놓기 한 정면도이다.
도 21은 송전장치의 패시브 전극 및 수전장치의 볼록부 사이의 길이를 설명하기 위한 모식도이다.
도 22는 설치 허용 범위 내에 수전장치를 확실하게 설치할 수 있도록 하기 위한 구성의 변형예를 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명에 관한 와이어리스 전력 전송 시스템의 알맞은 실시형태에 대해 도면을 참조하여 설명한다.
(실시형태 1)
본 실시형태에 관한 와이어리스 전력 전송 시스템은 송전장치와 수전장치로 구성되어 있다. 수전장치는 이차전지를 구비한 예를 들면 휴대 전자기기이다. 휴대 전자기기로는 휴대전화기, PDA(Personal Digital Assistant), 휴대 음악 플레이어, 노트북(Personal Computer), 디지털카메라 등을 예들 수 있다. 송전장치는 수전장치가 얹어놓아지고, 이 수전장치의 이차전지를 충전하기 위한 충전대이다.
도 2a 및 도 2b는 송전장치에 수전장치를 얹어놓은 상태를 나타내는 사시도이다. 송전장치(101)는 설치면에 대해 대략 수평이 되는 얹어놓는 면(10A)과 얹어놓는 면(10A)에 대해 대략 수직이 되는 등받이 면(10B)을 가지고 있다. 얹어놓는 면(10A)에는 수전장치(201)가 얹어놓아지고, 등받이 면(10B)은 얹어놓아진 수전장치(201)가 기울어져 넘어지는 것을 방지한다.
수전장치(201)는 예를 들면 앞면에 액정화면(201A)이 마련된 대략 직육면체 형상의 케이싱을 구비하고 있다. 수전장치(201)는 배면(지지면)이 송전장치(101)의 등받이 면(10B)과 면 접촉하도록 하여 얹어놓는 면(10A)에 얹어놓아진다. 또한, 도 2a는 송전장치(101)에 대해 수전장치(201)를 세로놓기 한 상태를 나타내고, 도 2b는 수전장치(201)를 가로놓기 한 상태를 나타낸다.
세로놓기란 수전장치(201)의 바닥면을 아래로 해서 송전장치(101)에 얹어놓는 것을 말하고, 가로놓기란 수전장치(201)의 측면을 아래로 해서 송전장치(101)에 얹어놓는 것을 말한다. 본 실시형태에서는, 송전장치(101)에 대해 수전장치(201)를 세로놓기 또는 가로놓기 해도 수전장치(201)의 이차전지를 충전하는 것이 가능해진다.
본 실시형태에 관한 송전장치(101) 및 수전장치(201) 각각은 패시브 전극 및 액티브 전극을 구비하고 있다. 송전장치(101)에 수전장치(201)를 얹어놓았을 때에 패시브 전극끼리가 직접 도통하고, 액티브 전극끼리가 대향 배치된다. 그리고, 대향 배치가 된 액티브 전극 간에서 발생하는 전계를 통해 전력이 송전장치(101)에서 수전장치(201)로 전송되어 수전장치(201)의 이차전지가 충전된다.
도 3은 송전장치(101) 및 수전장치(102)에 마련된 패시브 전극 및 액티브 전극을 나타내는 도면이다. 또한, 도 3에서는 도 2a 및 도 2b에 나타내는 액정화면(201A)은 생략했다.
송전장치(101)의 패시브 전극(11)은 직사각형 형상이고, 길이방향이 송전장치(101)의 폭방향과 일치하도록 얹어놓는 면(10A)을 따라 마련되어 있다. 패시브 전극(11)은 송전장치(101)에 수전장치(201)가 얹어놓아진 경우, 후술하는 수전장치(201)의 패시브 전극(21)(또는 22, 23)과 직접 도통하도록 일부 또는 전부가 노출되어 마련되어 있다.
송전장치(101)의 액티브 전극(12)은 직사각형 형상이고, 등받이 면(10B)을 따라 마련되어 있다. 이 액티브 전극(12)은 수전장치(201)가 얹어놓아진 경우, 후술하는 수전장치(201)의 액티브 전극(24)과 틈을 통해 대향한다.
수전장치(201)는 직사각형 형상의 세 개의 패시브 전극(21, 22, 23)을 구비하고 있다. 패시브 전극(21)은 바닥면을 따라 마련되고, 패시브 전극(22, 23)은 측면을 따라 마련되어 있다. 패시브 전극(21, 22, 23)은 수전장치(201)를 송전장치(101)에 얹어놓았을 때에, 송전장치(101)의 패시브 전극(11)과 직접 도통하도록 일부 또는 전부가 노출되어 마련되어 있다.
예를 들면, 수전장치(201)를 세로놓기 한 경우, 바닥면을 따라 마련된 패시브 전극(21)이 패시브 전극(11)과 직접 도통한다. 또, 수전장치(201)를 가로놓기 한 경우, 측면을 따라 마련된 패시브 전극(22)(또는 23)이 패시브 전극(11)과 직접 도통한다.
수전장치(201)의 액티브 전극(24)은 배면을 따라 마련되어 있다. 이 액티브 전극(24)은 수전장치(201)를 세로놓기 또는 가로놓기 한 경우에, 일부가 액티브 전극(12)과 대향한다. 액티브 전극(24)의 형상 등에 대해서는 뒤에 상술하겠지만, 액티브 전극(24)은 수전장치(201)를 세로놓기 또는 가로놓기 해도 액티브 전극(12)과의 대향 면적이 대략 같아지는 형상으로 되어 있다.
또한, 패시브 전극(11) 및 패시브 전극(21, 22, 23)의 크기 및 설치 위치는 수전장치(201)를 송전장치(101)에 세로놓기 또는 가로놓기 한 경우에 액티브 전극(12)과 액티브 전극(24)이 대향하도록 정해지고, 적절히 변경 가능하다.
도 4a는 수전장치(201)를 송전장치(101)에 얹어놓은 경우의 와이어리스 전력 전송 시스템의 등가 회로도이다. 송전장치(101)의 패시브 전극(11) 및 액티브 전극(12)에는 승압 트랜스(TG) 및 인덕터(LG)에 의한 승압회로(17)가 접속되어 있다. 승압회로(17)는 예를 들면 100kHz~수10MHz의 고주파 전압을 발생하는 고주파 전압 발생회로(OSC)가 발생한 전압을 승압하여 패시브 전극(11)과 액티브 전극(12) 간에 인가한다.
수전장치(201)의 패시브 전극(21, 22, 23)과 액티브 전극(24) 간에는, 강압 트랜스(TL) 및 인덕터(LL)에 의한 강압회로(25)가 접속되어 있다. 강압 트랜스(TL)의 ２차측에는 부하회로(RL)가 접속되어 있다. 이 부하회로(RL)는 도시하지 않은 정류 평활회로 및 이차전지로 구성되어 있다.
도 5는 수전장치(201)의 개략 회로도이다. 강압 트랜스(TL)의 1차 측은 3개의 패시브 전극(21, 22, 23)과 액티브 전극(24) 간에 접속되어 있다. 이 강압 트랜스(TL)의 2차측에 부하회로(RL)가 접속되어 있다. 3개의 패시브 전극(21, 22, 23)은 공통 접속되어 있으므로 동전위이다.
수전장치(201)를 세로놓기 또는 가로놓기 한 경우, 액티브 전극(12) 및 액티브 전극(24)이 틈을 통해 근접하고, 커패시터(C)를 구성한다. 또, 패시브 전극(11) 및 패시브 전극(21)(또는 22, 23)은 접촉하여 직접 도통한다. 또한, 도 4a에 나타내는 패시브 전극(11) 및 패시브 전극(21)(또는 22, 23) 간의 저항(r)은, 패시브 전극(11) 및 패시브 전극(21)(또는 22, 23)의 접촉부에 구성되는 접촉저항이다.
수전장치(201)를 송전장치(101)에 얹어놓음으로써 도 4a에 나타내는 바와 같이 폐회로를 구성하고, 액티브 전극(12) 및 액티브 전극(24)의 두 개의 전극끼리가 전계 결합한다. 이 전계 결합에 의해, 송전장치(101)에서 수전장치(201)로 전력이 전송된다. 그 결과, 수전장치(201)의 이차전지가 충전된다.
도 4a에서는 액티브 전극(12) 및 액티브 전극(24)이 틈을 통해 근접하고, 용량 결합한다. 패시브 전극(11) 및 패시브 전극(21)(또는 22, 23)이 서로 직접 접촉 도통하여 저항 결합한다. 한편, 액티브 전극(12) 및 액티브 전극(24)이 틈을 통해 근접해서 용량 결합함과 함께, 패시브 전극(11) 및 패시브 전극(21)(또는 22, 23)이 틈을 통해 근접해서 용량 결합해도 된다. 그 등가 회로를 도 4b에 나타낸다.
여기에서, 도 4a에 나타낸 와이어리스 전력 전송 시스템의 등가 회로에 주목하면, 계 전체는 승압회로(17) 및 강압회로(25)의 각 인덕터를 합성한 인덕터(L), 커패시터(C) 및 접촉저항(r)으로 이루어지는 직렬 공진회로로 간주할 수 있다. 인덕터 및 커패시터를 이용한 직렬 공진회로의 경우, 공진 피크의 예리도를 나타내는 Q값(Quality factor)는 이하의 식으로 나타낼 수 있다.
Figure 112013055007364-pct00001
Q값은 값이 커짐에 따라 공진회로의 질이 좋아지고, 전력 전송 효율이 향상한다. 따라서, 상기 식으로부터 Q값은 커패시터(C)를 작게 할수록 커지는 것을 알 수 있다. 이 때문에, 액티브 전극(12) 및 액티브 전극(24)으로 구성되는 커패시터(C)가 커지면, 즉 액티브 전극(12) 및 액티브 전극(24)의 대향 면적이 커지면 Q값이 작아지고, 전력 전송 효율도 저하한다. 한편, 액티브 전극(12) 및 액티브 전극(24)의 대향 면적이 작아지면 전계 결합이 작아져, 수전장치(201)의 이차전지를 충전하기 위한 충분한 전송 전력을 얻을 수 없다.
이 때문에, 수전장치(201)의 액티브 전극(24)은 대향하는 송전장치(101)의 액티브 전극(12)과의 대향 면적이 세로놓기 또는 가로놓기에 관계없이 항상 대략 같은 대향 면적이 됨으로써, 수전장치(201)의 이차전지의 효율적인 충전이 가능해진다.
도 6은 송전장치(101)의 액티브 전극(12)에 대해 설명하기 위한 모식도이다. 도 6은 등받이 면(10B) 측을 정면으로 하는 송전장치(101)의 정면도이다. 또, 도 6에서는 패시브 전극(11)은 도시를 생략했다. 또한, 본 실시형태에서는 수전장치(201)의 케이싱의 폭은 길이 A인 것으로 한다.
송전장치(101)의 액티브 전극(12)은 길이 X의 짧은 변과 길이 Y의 긴 변으로 이루어지는 직사각형이다. 액티브 전극(12)은 긴 변이 송전장치(101)의 폭방향, 짧은 변이 송전장치(101)의 높이방향이 되고, 폭방향의 중앙에 위치하도록 마련되어 있다. 또, 액티브 전극(12)은 얹어놓는 면(10A) 측이 되는 긴 변이 얹어놓는 면(10A)으로부터 거리 (A-X)/2의 위치에 마련되어 있다. 이 거리 (A-X)/2은 본 발명에 관한 거리 L에 상당한다.
도 7은 수전장치(201)의 액티브 전극에 대해 설명하기 위한 모식도이다. 도 7은 배면측에서 본 도면으로, 지면 상하방향이 수전장치(201)의 높이방향이 된다. 또, 도 7에서는 패시브 전극(21, 22, 23)은 도시를 생략했다.
수전장치(201)의 액티브 전극(24)은 한 변이 길이 X인 정사각형 전극(241, 242)을 두 개 가지고 있다. 이 두 개의 정사각형 전극(241, 242)은 평행하게 배열되고, 길이 (Y-X)의 선형상 전극(연결부)(243)에 의해 접속된 구성으로 되어 있다. 선형상 전극(243)의 폭은 특별히 한정하지 않지만, 액티브 전극(12)과 대향했을 때에 액티브 전극(12)과의 사이에 발생하는 전계 결합이 전송 전력에 영향을 미치지 않을 정도의 범위 내인 것이 바람직하다.
액티브 전극(24)은 정사각형 전극(241, 242)이 수전장치(201)의 높이방향으로 배열하도록 마련된다. 또, 액티브 전극(24)은 케이싱 폭방향의 중앙에 위치하도록 케이싱 측면측이 되는 정사각형 전극(241, 242)의 변이 케이싱 측면에서 거리 (A-X)/2이 되는 위치에 마련되어 있다. 또한, 바닥면측에 위치하는 정사각형 전극(241, 242)의 한쪽(도 7에서는 정사각형 전극(241))은, 수전장치(201)의 케이싱 바닥면으로부터 거리 (A-X)/2의 위치에 마련되어 있다. 바꾸어 말하면, 정사각형 전극(241)은 수전장치(201)의 케이싱 바닥면 및 양측면으로부터 등거리의 위치에 마련되어 있다.
도 8a 및 도 8b는 수전장치(201)를 송전장치(101)에 세로놓기 한 경우의 액티브 전극(12) 및 액티브 전극(24)의 대향 면적을 설명하기 위한 도면이다. 도 8a는 수전장치(201)를 송전장치(101)의 폭방향의 중앙에 얹어놓은 경우, 도 8b는 수전장치(201)를 중앙으로부터 송전장치(101)의 폭방향으로 비켜서 얹어놓은 경우를 각각 나타낸다. 또, 도 8a 및 도 8b에서는 사선부분이 액티브 전극(12)과 액티브 전극(24)이 대향하고 있는 면을 나타내고 있다.
액티브 전극(12)은 얹어놓는 면(10A)으로부터 높이 (A-X)/2의 위치에 마련되어 있고, 높이방향을 따른 짧은 변이 길이 X로 되어 있다. 또, 액티브 전극(24)은, 수전장치(201)의 케이싱 바닥면으로부터 높이 (A-X)/2의 위치에 마련되어 있고, 높이방향을 따른 한 변이 길이 X로 되어 있다.
따라서, 도 8a에 나타내는 바와 같이 수전장치(201)를 송전장치(101)의 중앙에 세로놓기 한 경우, 액티브 전극(24)의 정사각형 전극(241)의 전체 면이 액티브 전극(12)과 대향한다.
또, 도 8b에 나타내는 바와 같이 수전장치(201)를 폭방향으로 비켜 놓은 경우라도, 액티브 전극(12)의 긴 변의 길이 Y의 범위 내이면, 정사각형 전극(241)의 전체 면이 액티브 전극(12)과 대향하기 때문에 대향 면적은 도 8a의 경우와 같아진다.
도 9a 및 도 9b는 수전장치(201)를 송전장치(101)에 가로놓기 한 경우의 액티브 전극(12) 및 액티브 전극(24)의 대향 면적을 설명하기 위한 도면이다. 도 9a는 수전장치(201)를 송전장치(101)의 폭방향의 중앙에 얹어놓은 경우, 도 9b는 수전장치(201)를 중앙으로부터 송전장치(101)의 폭방향으로 비켜서 얹어놓은 경우를 각각 나타낸다. 또, 도 9에서는 사선부분이 액티브 전극(12)과 액티브 전극(24)이 대향하고 있는 면을 나타내고 있다.
액티브 전극(12)은 얹어놓는 면(10A)으로부터 높이 (A-X)/2의 위치에 마련되어 있고, 높이방향을 따른 짧은 변이 길이 X로 되어 있다. 또, 액티브 전극(24)은 수전장치(201)의 케이싱 측면으로부터 높이 (A-X)/2의 위치에 마련되어 있고, 수전장치(201)의 폭방향, 즉 가로놓기 한 경우의 송전장치(101)의 높이방향이 되는 한 변이 길이 X로 되어 있다. 또, 정사각형 전극(241, 242)은 길이 (Y-X) 떨어져 있다.
도 9a에 나타내는 바와 같이 수전장치(201)를 송전장치(101)의 중앙에 가로놓기 한 경우, 액티브 전극(24)의 정사각형 전극(241)과 액티브 전극(12)의 대향 면적은 X(X/2)가 된다. 또, 액티브 전극(24)의 정사각형 전극(242)과 액티브 전극(12)의 대향 면적은 X(X/2)가 된다. 즉, 액티브 전극(12)과 액티브 전극(24)의 대향 면적은 X2이 되고, 정사각형 전극(241)(또는 242)의 전체 면이 액티브 전극(12)과 대향한 경우의 면적과 같아진다.
또, 도 9b에 나타내는 바와 같이 송전장치(101)의 폭방향으로 수전장치(201)를 비켜놓은 경우라도, 액티브 전극(12)의 긴 변의 길이 Y의 범위 내이면 액티브 전극(24)과 액티브 전극(12)이 대향하는 면적은 도 9a의 경우와 같아진다.
이상으로부터, 수전장치(201)를 송전장치(101)에 얹어놓고 전력 전송할 때에, 수전장치(201)를 송전장치(101)에 대해 세로놓기 또는 가로놓기 해도 액티브 전극(12)과 액티브 전극(24)의 대향 면적은 X2이 된다. 또, 충전할 때에 송전장치(101)의 폭방향의 중앙으로부터 폭방향으로 다소 위치를 어긋나게 해서 수전장치(201)를 얹어놓아도, 액티브 전극(12)과 액티브 전극(24)의 대향 면적은 X2이 된다.
이 때문에, 수전장치(201)를 송전장치(101)에 세로놓기 또는 가로놓기 해도 액티브 전극(12)과 액티브 전극(24)의 대향 면적이 크게 바뀌지 않기 때문에 전력 전송 효율을 저하시키지 않고, 전송되는 전력이 저하되지 않는다. 이에 의해, 충전 시 수전장치(201)를 송전장치(101)의 소정 위치에 정확히 얹어놓아야 한다는 번잡함을 경감할 수 있다.
도 10a 및 도 10b는 수전장치(201)의 얹어놓는 상태에 따라 변화되는 액티브 전극의 대향 면적을 나타내는 그래프이다. 도 10a는 송전장치측 및 수전장치측의 액티브 전극을 모두 직사각형 형상으로 한 경우의 그래프이다. 도 10b는 본 실시형태의 액티브 전극(12) 및 액티브 전극(24)인 경우의 그래프이다. 또, 도 10a 및 도 10b는 수전장치(201)를 송전장치(101)의 폭방향의 중앙에 얹어놓은 경우(도 8b 참조)의 위치 어긋남을 0으로 하며, 가로축은 중앙 위치로부터의 위치 어긋남을 나타내고, 세로축은 액티브 전극 간의 대향 면적을 나타낸다.
도 10a에 나타내는 바와 같이 송전장치측 및 수전장치측의 액티브 전극을 직사각형 형상으로 한 경우, 수전장치를 세로놓기 했을 때와 가로놓기 했을 때의 대향 면적에 크게 차이가 발생하고 있는 것을 알 수 있다. 한편, 본 실시형태에 관한 액티브 전극(12) 및 액티브 전극(24)의 경우, 세로놓기 및 가로놓기의 어느 것이어도 대향 면적은 대략 같아지고 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태에서는 수전장치(201)를 송전장치(101)에 대해 세로놓기 또는 가로놓기 해도 액티브 전극(12) 및 액티브 전극(24)의 대향 면적을 대략 같게 할 수 있다. 이에 의해, 전력 전송 효율이나 전송 전력량을 손상시키지 않고, 송전장치(101)에 대한 수전장치(201)의 얹어놓는 방향의 자유도를 높일 수 있다.
또한, 와이어리스 전력 전송 시스템의 구체적 구성 등은 적절히 설계 변경 가능하고, 상술한 실시형태에 기재된 작용 및 효과는 본 발명으로부터 발생하는 가장 알맞은 작용 및 효과를 열거한 것에 지나지 않으며, 본 발명에 의한 작용 및 효과는 상술한 실시형태에 기재된 것에 한정되는 것이 아니다.
본 실시형태에서는 충전시의 송전장치(101)의 액티브 전극(12)과 수전장치(201)의 액티브 전극(24)의 대향 면적은 완전히 동일해지도록 하고 있지만, 대향 면적이 69% 정도의 범위에서 변화해도 송전장치(101)에서 수전장치(201)로 안정된 전력공급이 가능하다. 이하, 대향 면적이 변화하는 경우의 수전장치(201)의 액티브 전극(24)의 형상의 변형예에 대해 설명한다.
도 11a는 수전장치(201)를 가로놓기 한 경우의 대향 면적의 변화를 설명하는 모식도이다. 도 11b는 수전장치(201)를 세로놓기 한 경우의 대향 면적의 변화를 설명하는 모식도이다. 도 11a 및 도 11b에서는, 송전장치(101) 측의 액티브 전극(12)은 25㎜의 짧은 변 및 50㎜의 긴 변을 가지는 직사각형 형상이다. 수전장치(201) 측의 액티브 전극(24)은 한 변이 20㎜인 정사각형 전극(24A)과 25㎜인 짧은 변 및 27㎜인 긴 변을 가지는 직사각형 전극(24B)이 30㎜의 길이를 가지는 선형상 전극에 의해 연결된 형상이다.
도 11a에서는 가로놓기 한 수전장치(201)의 정사각형 전극(24A)의 전체가 송전장치(101)의 액티브 전극(12)과 대향하는 위치를 기준으로 하여, 송전장치(101)의 폭방향으로 가동범위를 20㎜으로 한 경우, 25㎜으로 한 경우에 대해 도시하고 있다.
수전장치(201)의 액티브 전극(24)이 기준위치인 경우(도 11a 상부 도면), 대향 면적은 400㎟가 된다. 또한, 선형상 전극(243)과 액티브 전극(12)의 대향 면적은 무시하는 것으로 한다. 수전장치(201)를 20㎜ 이동시킨 경우(도 11a 가운데 도면), 대향 면적은 500㎟가 되어 기준위치보다도 25% 정도 커진다. 수전장치(201)를 25㎜ 이동시킨 경우(도 11a 하부 도면), 대향 면적은 625㎟가 되어 기준위치보다도 56% 정도 커진다.
또, 도 11b에서는 세로놓기 한 수전장치(201)의 직사각형 전극(24B)의 전체가 송전장치(101)의 액티브 전극(12)과 대향하는 위치를 기준으로 하여, 송전장치(101)의 폭방향으로 가동범위를 30㎜으로 한 경우에 대해 도시하고 있다. 기준위치인 경우(도 11b 상부 도면), 대향 면적은 675㎟가 된다. 수전장치(201)를 30㎜ 이동시킨 경우(도 11b 하부 도면)라도 대향 면적은 675㎟가 된다. 그러나, 가로놓기의 기준위치(도 11a 상부 도면)보다도 69% 정도 커진다.
이상의 구성으로 함으로써, 송전장치(101)의 액티브 전극(12)과 수전장치(201)의 액티브 전극(24)의 대향 면적이 69% 정도 변화한다. 이 경우라도, 송전장치(101)에서 수전장치(201)로 안정된 전력 전송이 가능해진다. 본 발명에 있어서 액티브 전극(12, 24)의 대향 면적은 대략 같은 것으로 하고 있는데, 이 69%의 값은 「대략 같은」의 허용 범위이다. 또, 액티브 전극(24)의 직사각형 전극(24B)의 면적이 크기 때문에, 액티브 전극(12)과의 전계 결합을 크게 할 수 있다. 또, 세로놓기 한 경우에 직사각형 전극(24B) 상에 위치하는 정사각형 전극(24A)이 직사각형 전극(24B)보다도 작기 때문에, 전송 효율의 저하의 원인이 되는 패시브 전극과의 부유 용량을 작게 할 수 있어, 효율적으로 전력 전송을 할 수 있다.
또한, 도 11a, 11b에 나타내는 직사각형 전극(24B)은 정사각형 전극(24A)과의 배열방향의 변의 길이를 25㎜로 하고 있다. 이는, 정사각형 전극(24A)의 한 변의 길이 20㎜의 1.25배의 길이이다. 따라서, 직사각형 전극(24B)은 정사각형 전극(24A)의 한 변의 길이의 1.1배에서 1.25배의 범위이면 된다.
도 12a, 도 12b, 도 13a 및 도 13b는 수전장치(201)에 마련하는 액티브 전극의 다른 구성을 나타내는 모식도이다. 도 12a 및 도 13a는 수전장치(201)를 세로놓기 한 상태, 도 12b 및 도 13b는 수전장치(201)를 가로놓기 한 상태를 나타낸다.
도 12a에 나타내는 바와 같이, 도 7에서 설명한 액티브 전극(24)의 정사각형 전극(242)에 정사각형 전극(244)을 더 평행 배열시키고, 선형상 전극(243)과 같은 선형상 전극(245)에 의해 정사각형 전극(242, 244)을 연결시킨 구성으로 해도 된다. 이 경우, 도 12b에 나타내는 바와 같이 수전장치(201)를 가로놓기 한 경우, 송전장치(101)의 폭방향(직사각형 형상의 액티브 전극(12)의 길이방향)에서의 위치 어긋남이 커도 대향 면적을 같게 할 수 있다.
또, 도 13a 및 도 13b에 나타내는 바와 같이, 도 7에서 설명한 액티브 전극(24)의 정사각형 전극(241, 242)에 대해 정사각형 전극(246, 247)을 같은 방향 쪽으로 평행 배열시키고, 정사각형 전극(241, 246), 정사각형 전극(242, 247), 정사각형 전극(246, 247) 각각을 선형상 전극(243)과 같은 선형상 전극(248, 249, 250)으로 연결시킨 구성으로 해도 된다. 이 경우, 도 13a에 나타내는 바와 같이 수전장치(201)를 세로놓기 한 경우, 송전장치(101)의 폭방향(직사각형 형상의 액티브 전극(12)의 길이방향)에서의 위치 어긋남이 커도 대향 면적을 같게 할 수 있다.
또한, 상술한 실시형태에서는 송전장치(101)의 패시브 전극(11)은 얹어놓는 면(10A)에 마련되고, 수전장치(201)의 패시브 전극(21, 22, 23)은 케이싱 바닥면 및 측면에 마련하고 있지만, 이 구성에 한정되지 않는다.
도 14, 도 15a 및 도 15b는 송전장치측 및 수전장치측의 패시브 전극의 다른 설치예를 나타내는 도면이다.
도 14는 송전장치(101) 및 수전장치(201)의 측면도이다. 수전장치(201)를 송전장치(101)에 얹어놓은 경우, 송전장치의 액티브 전극(12)과 수전장치의 액티브 전극(24)이 틈을 통해 근접함으로써 이 두 개의 전극끼리가 전계 결합한다. 그리고, 송전장치의 패시브 전극(13), 송전장치의 액티브 전극(12), 수전장치 액티브 전극(24) 및 수전장치의 패시브 전극(26)은, 그들이 서로 평행하게 배치되어 있다. 도 14에 있어서, 송전장치의 패시브 전극(13)과 수전장치의 패시브 전극(26)은 도 3과는 달리, 저항 결합이 아니라 용량 결합하고 있다. 송전장치(101)의 액티브 전극(12)과 수전장치(201)의 액티브 전극(24)을 용량 결합시키고, 송전장치(101)의 패시브 전극(26)과 수전장치(201)의 패시브 전극(13)을 용량 결합시킴으로써 송전장치(101)에서 수전장치(201)로 전력 전송할 수 있다.
도시하지 않지만, 송전장치측의 2개의 전극 간에 전압발생 회로가 접속된다. 2개의 전극 중 상대적으로 고전압이 발생하는 쪽을 송전장치측의 액티브 전극, 상대적으로 저전압이 발생하는 쪽을 송전장치측의 패시브 전극이라고 부른다. 수전장치측의 2개의 전극 간에 부하회로가 접속된다. 2개의 전극 중 상대적으로 고전압이 발생하는 쪽을 수전장치측의 액티브 전극, 상대적으로 저전압이 발생하는 쪽을 수전장치측의 패시브 전극이라고 부른다. 패시브 전극(13)은 액티브 전극(12)보다 면적이 크고, 형상은 예를 들면 직사각형이다.
또, 수전장치(201)에서는 패시브 전극(26)은 수전장치(201)의 앞면을 따라 마련되어 있다. 이때, 패시브 전극(26)은 배면측에 마련된 액티브 전극(24)과 평행하게 마련된다. 패시브 전극(26)은 액티브 전극(24)보다 크고, 형상은 예를 들면 직사각형이다. 이 패시브 전극(26)은 송전장치(101) 측의 패시브 전극(13)과 대향하도록 마련된다.
도 15a는 송전장치(101), 도 15b는 수전장치(201)를 나타내고 있다. 수전장치(201)를 송전장치(101)에 얹어놓은 경우, 도 15a의 송전장치의 액티브 전극(12)과 도 15b의 수전장치 액티브 전극(24)이 틈을 통해 근접한다. 도 15a의 송전장치(101)의 패시브 전극(14)과 도 15b의 수전장치(201)의 패시브 전극(271, 272, 273)의 어느 하나는 틈을 통해 근접한다. 송전장치의 액티브 전극(12)과 도 15b의 수전장치의 액티브 전극(24)은 도 3과 마찬가지로 용량 결합하고 있다.
도 15a의 송전장치(101)의 패시브 전극(14)과 도 15b의 수전장치(201)의 패시브 전극(271, 272, 273)은 도 3과는 달리, 저항 결합이 아니라 용량 결합하고 있다.
송전장치측의 액티브 전극과 송전장치측의 패시브 전극 간에 전압발생 회로가 접속된다. 수전장치측의 액티브 전극과 수전장치측의 패시브 전극 간에 부하회로가 접속된다. 송전장치의 액티브 전극과 수전장치의 액티브 전극을 용량 결합시키고, 송전장치의 패시브 전극과 수전장치의 패시브 전극을 용량 결합시킴으로써 송전장치에서 수전장치로 전력 전송할 수 있다.
송전장치(101)의 패시브 전극(14)은 직사각형 형상이고, 길이방향이 송전장치(101)의 폭방향과 일치하면서 액티브 전극(12)보다 얹어놓는 면(10A) 측이 되는 위치에 마련되어 있다. 또, 패시브 전극(14)은 얹어놓는 면(10A) 측이 되는 긴 변이 얹어놓는 면(10A)으로부터 거리 D(D＜L)의 위치가 되도록 마련되어 있다.
수전장치(201)의 패시브 전극(271, 272, 273)은 길이가 예를 들면 액티브 전극(24)과 같은 길이이고, 폭이 패시브 전극(14)과 같은 폭을 가지고 있다.
패시브 전극(271)은, 길이방향이 수전장치(201)의 케이싱 폭방향과 일치하면서 케이싱 폭방향의 중앙에 위치하도록 마련되어 있다. 패시브 전극(271)의 케이싱 바닥면측이 되는 긴 변은, 케이싱 바닥면으로부터 거리 D의 위치가 되도록 마련되어 있다.
패시브 전극(272, 273)은 길이방향이 수전장치(201)의 높이방향과 일치하면서 높이방향에 있어서 액티브 전극(24)과 같은 위치에 마련되어 있다. 또, 패시브 전극(272, 273)은 케이싱 폭방향에 있어서 좌우 대칭으로 마련되고, 케이싱 측면측이 되는 긴 변이 케이싱 측면으로부터 거리 D의 위치가 되도록 마련되어 있다.
이렇게 구성함으로써, 수전장치(201)를 송전장치(101)에 대해 세로놓기 또는 가로놓기 해도, 패시브 전극(14)과 패시브 전극(271, 272, 273)은 틈을 통해 용량 결합한다.
또한, 송전장치(101) 및 수전장치(201)에 있어서, 액티브 전극과 동일 평면에 배치하는 패시브 전극의 형상이나 크기는 적절히 변경 가능하다.
도 16은 수전장치(201)의 액티브 전극의 변형예를 나타내는 도면이다. 도 16에서는 5개의 변형예를 나타내고 있다. 또, 도 16에서의 Y는 송전장치(101)의 액티브 전극(12)의 긴 변의 길이 Y와 같고, 액티브 전극(24)을 구성하는 두 개의 전극의 중심부 간의 거리이다. 액티브 전극(24)은 두 개의 전극을 가지고, 액티브 전극(12)에 대향한 경우에, 각 전극과 액티브 전극(12)의 대향 면적의 합계가 액티브 전극(24)의 하나의 전극의 면적과 대략 같은 것이 바람직하다. 예를 들면, 도 16의 상부 도면으로부터 순서대로 설명하면, 액티브 전극(24)은 두 개의 삼각형이 같은 방향이 되도록 배열된 구성이어도 되고, 두 개의 마름모꼴이 배열된 구성이어도 된다. 또한, 정사각형 형상의 각이 R형상 또는 각이 없어진 두 개의 전극이 배열된 구성이어도 되고, 긴 변 및 짧은 변을 가지는 직사각형 형상의 두 개의 전극이 배열된 구성이어도 된다.
또한, 수전장치(201)의 액티브 전극을 구성하는 두 개의 정사각형 전극(241, 242)을 연결하는 선형상 전극은 직선형상이 아니어도 된다. 도 17은 선형상 전극의 변형예를 나타내는 도면이다. 도 17의 상부 도면으로부터 순서대로 설명하면, 선형상 전극은 두 개의 정사각형 전극(241, 242)에 대해 사선방향으로 연장되는 형상이어도 되고, 중앙부분에서 구부러진 형상이어도 된다. 또, 대략 90도로 구부러진 U자 형상이어도 된다.
(실시형태 2)
이하에 실시형태 2에 대해 설명한다. 실시형태 1에서는 수전장치(201)가 송전장치(101)의 폭방향으로 어긋난 경우라도 안정된 전력 전송을 가능하게 하고 있는데 대해, 본 실시형태에서는 송전장치(101)의 폭방향에서의 수전장치(201)의 설치 허용 범위(안정된 전력 전송이 가능한 수전장치(101)의 설치 범위)를 넘은 경우에 전력 전송을 정지하고, 또, 설치 허용 범위를 넘은 것을 사용자가 감지할 수 있다.
도 18은 실시형태 2에 관한 송전장치(101) 및 수전장치(201)를 나타내는 사시도이다. 패시브 전극(21)이 마련된 수전장치(201)의 케이싱 바닥면에는 볼록부(21A, 21B)가 마련되어 있다. 볼록부(21A, 21B)는 각각 직육면체 형상이고, 두 개 한 쌍으로 되어 있다. 볼록부(21A, 21B)는 길이방향이 패시브 전극(21)의 길이방향과 직교하면서 패시브 전극(21)을 끼도록 하여 마련되어 있다.
수전장치(201)가 얹어놓아지는 송전장치(101)의 얹어놓는 면(10A)에는, 2개의 오목부(10E, 10F)가 마련되어 있다. 얹어놓는 면(10A)의 오목부(10E, 10F) 사이의 부분(이하, 볼록형상부라고 한다)(10G)에는 송전장치(101)의 패시브 전극(15)이 배치되어 있다. 수전장치(201)를 송전장치(101)에 얹어놓은 경우, 볼록부(21A, 21B)가 오목부(10E, 10F)에 위치하고, 수전장치(201)를 송전장치(101)의 폭방향으로 이동시켰을 때, 볼록부(21A, 21B)가 볼록형상부(10G)의 측벽에 부딪힌다. 이에 의해, 수전장치(201)의 설치 허용 범위를 감지할 수 있다. 볼록부(21A, 21B) 사이의 길이와 오목부(10E, 10F) 사이의 길이의 차가 가동범위이다.
패시브 전극(23)이 마련된 수전장치(201)의 케이싱 측면에는 볼록부(23A, 23B)가 마련되어 있다. 볼록부(23A)는 대략 직육면체 형상으로, 두 개 한 쌍으로 되어 있고, 이 두 개의 볼록부는 패시브 전극(23)의 길이방향의 직교방향을 따라 배열되면서 패시브 전극(23)을 끼도록 하여 마련되어 있다. 볼록부(23b)는 볼록부(23A)와 마찬가지로, 두 개의 볼록부가 패시브 전극(23)의 길이방향의 직교방향을 따라 배열되면서 패시브 전극(23)을 끼도록 하여 마련되어 있다. 또한, 도시하지 않지만, 패시브 전극(22)이 마련된 수전장치(201)의 케이싱 측면에는 볼록부(23A, 23B)와 같은 볼록부가 마련되어 있다.
송전장치(101)의 패시브 전극(15)은 판형상으로서, 얹어놓는 면(10A)의 볼록형상부(10G)에 마련되어 있다. 볼록형상부(10G)의 양단의 오목부(10E, 10F)는 볼록부(21A, 21B) 또는 볼록부(23A, 23B)와 걸어맞춘다. 이 볼록형상부(10G)의 높이가 수전장치(201)의 볼록부(21A, 21B) 및 볼록부(23A, 23B)의 높이와 같거나 또는 그보다도 높게 되어 있다. 또, 패시브 전극(15)의 길이는 볼록부(21A, 21B) 사이 및 볼록부(23A, 23B) 사이의 길이보다 길다. 이 때문에, 수전장치(201)를 송전장치(101)의 얹어놓는 면(10A)에 설치한 경우에, 송전장치(101)의 볼록형상부(10G)에 마련된 패시브 전극(15)과 수전장치(201)의 패시브 전극(21, 23)이 직접 도통한다. 또한, 도 18에 있어서, 볼록형상부(10G)의 표면 전체를 패시브 전극(15)으로 해도 된다. 또, 도 18에 있어서, 볼록형상부(10G)를 금속 평판으로 이루어지는 패시브 전극(15)으로 형성해도 된다.
이하, 볼록부(21A, 21B) 사이의 길이, 볼록부(23A, 23B) 사이의 길이 및 볼록형상부(10G)의 길이에 대해 설명한다. 본 실시형태에서는, 송전장치(101)의 액티브 전극(12)은 도 6에서 설명한 구성, 수전장치(201)의 액티브 전극(24)은 도 7에서 설명한 구성과 같은 것으로 한다.
도 19는, 송전장치(101)의 볼록형상부(10G) 및 수전장치(201)의 볼록부(21A, 21B) 사이의 길이를 설명하기 위한 모식도이다. 도 19는 수전장치(201)를 설치 허용 범위 내에서 송전장치(101)의 폭방향으로 최대한 비켜서 설치한 상태를 나타낸다.
송전장치(101)의 볼록형상부(10G)는 중심이 송전장치(101)의 폭방향의 중심과 일치하도록 마련되어 있다. 또, 볼록형상부(10G)는 수전장치(201)의 볼록부(21A, 21B)의 높이와 같거나 또는 볼록부(21A, 21B)의 높이보다도 높게 마련되어 있다. 이 구성으로 함으로써, 패시브 전극끼리가 도통한 채 송전장치(101)의 폭방향에 대해 수전장치(201)를 이동시킬 수 있다.
수전장치(201)의 볼록부(21A, 21B) 사이의 길이(제1 거리)와, 송전장치(101)의 볼록형상부(10G)의 길이(오목부(10E, 10F) 사이의 길이(제2 거리))의 차는 (Y-X)가 되도록 해 두면 된다. 즉, 이 차의 분량 (Y-X)가 가동범위가 되어, 수전장치(201)를 송전장치(101)의 폭방향으로 이동시킬 수 있다. 가동범위를 (Y-X)로 제한함으로써, 정사각형 전극(241)의 전체 면과 액티브 전극(12)의 대향 면적이 변하지 않도록 할 수 있다.
실시형태 1의 도 8a 및 도 8b에서 설명한 바와 같이, 수전장치(201)를 송전장치(101)의 중앙에 세로놓기 한 경우, 액티브 전극(24)의 정사각형 전극(241)의 전체 면이 액티브 전극(12)과 대향한다. 그리고, 수전장치(201)를 송전장치(101)의 폭방향으로 길이 (Y-X)/2 비켜 놓은 경우라도, 정사각형 전극(241)의 전체 면이 액티브 전극(12)과 대향하기 때문에 대향 면적은 변하지 않고, 송전장치(101)의 폭방향으로 어긋나게 설치되어도 안정된 전력 전송이 실시된다.
도 20a는 수전장치(201)를 송전장치(101)의 중앙에 세로놓기 한 정면도, 도 20b는 설치 허용 범위를 넘어 수전장치(201)를 송전장치(101)에 세로놓기 한 정면도를 나타낸다.
도 20a에 나타내는 바와 같이 수전장치(201)를 송전장치(101)의 중앙에 세로놓기 한 경우, 송전장치(101)의 볼록형상부(10G)는 볼록부(21A, 21B) 사이에 위치하고, 수전장치(201)의 패시브 전극(21)과 직접 도통하여, 송전장치(101)에서 수전장치(201)로 안정된 전력 전송이 실시된다. 이때, 볼록부(21A, 21B)는 각각 볼록형상부(10G)와의 사이에 (Y-X)/2의 길이의 여유가 있다. 이 때문에, 수전장치(201)는 송전장치(101)의 폭방향으로 (Y-X)/2 이동시켜도 액티브 전극(24)의 정사각형 전극(241)과 액티브 전극(12)의 대향 면적은 변하지 않고, 또, 볼록부(21A, 21B)가 볼록형상부(10G)에 올라앉지 않는다.
한편, 도 20b에 나타내는 바와 같이, 설치 허용 범위를 넘어 수전장치(201)를 송전장치(101)의 폭방향으로 이동시킨 경우, 즉, 액티브 전극(24)의 정사각형 전극(241)과 액티브 전극(12)의 대향 면적이 변화하는(작아지는) 경우, 볼록부(21A, 21B)가 볼록형상부(10G)에 올라앉음으로써, 패시브 전극(21) 및 볼록형상부(10G) 상의 패시브 전극(15)은 도통이 되지 않게 되기 때문에 전력 전송은 실시되지 않는다. 이렇게, 송전장치(101)의 액티브 전극(12)과 수전장치(201)의 액티브 전극(24)의 대향 면적이 작아져서 전송 전력이 저하하는 경우, 패시브 전극(21) 및 볼록형상부(10G) 상의 패시브 전극(15)을 도통되지 않게 하여 전력 전송을 정지할 수 있다. 또, 사용자는 볼록부(21A, 21B)에 따른 위화감을 느끼기 때문에 수전장치(201)의 허용 설치 위치를 넘은 것으로 판단할 수 있다.
도 21은 송전장치(101)의 볼록형상부(10G) 및 수전장치(201)의 볼록부(23A, 23B) 사이의 길이를 설명하기 위한 모식도이다. 수전장치(201)의 볼록부(23A, 23B) 사이의 길이와 송전장치(101)의 볼록형상부(10G)의 길이(오목부(10E, 10F) 사이의 길이)의 차는, (2Y-X)가 되도록 해 두면 된다. 즉, 이 차의 분량 (2Y-X)가 가동범위가 되어, 수전장치(201)를 송전장치(101)의 폭방향으로 이동시킬 수 있다. 가동범위를 (2Y-X)로 제한함으로써, 정사각형 전극(241)의 전체 면과 액티브 전극(12)의 대향 면적이 변하지 않도록 할 수 있다.
이 경우, 도시하지 않지만, 수전장치(201)를 송전장치(101)의 중앙에 가로놓기 한 경우, 송전장치(101)의 볼록형상부(10G)는 볼록부(23A, 23B) 사이에 위치하고, 수전장치(201)의 패시브 전극(21)과 직접 도통하여 송전장치(101)로부터 수전장치(201)로 안정된 전력 전송이 실시된다. 이때, 볼록부(23A, 23B)는 각각 볼록형상부(10G)와의 사이에 (2Y-X)의 길이의 여유가 있다. 이 때문에, 수전장치(201)는 송전장치(101)의 폭방향으로 (2Y-X)/2를 넘어 이동시키면, 볼록부(23A, 23B)가 볼록형상부(10G)에 올라앉는다. 이 결과, 패시브 전극(21) 또는 패시브 전극(23)은 패시브 전극(15)과 도통이 되지 않게 되기 때문에 전력 전송은 실시되지 않는다. 또, 사용자는 볼록부(23A, 23B)에 따른 위화감을 느끼기 때문에 수전장치(201)의 허용 설치 위치를 넘은 것으로 판단할 수 있다.
또한, 볼록부(21A, 21B) 또는 볼록부(23A, 23B)를 송전장치(101) 측에 마련하고, 수전장치(201) 측에 볼록부(21A, 21B)가 올라앉는 볼록형상부(10G)에 상당하는 볼록부를 형성하도록 해도 된다. 또, 본 실시형태에서는 패시브 전극(21, 23)이 마련된 수전장치(201)의 케이싱 바닥면 및 측면에 볼록부를 마련하고 있지만, 어느 일면에만 마련되어 있어도 된다. 또, 볼록부(21A, 21B)는 어느 한쪽만 마련되어 있어도 되고, 볼록부(23A, 23B)도 어느 한쪽만 마련되어 있어도 된다.
또, 설치 허용 범위 내에 수전장치(201)를 확실하게 설치할 수 있도록 하기 위한 구성은, 상술한 실시형태의 형상이나 볼록부(21A, 21B) 또는 볼록부(23A, 23B)의 간격, 볼록형상부(10G)의 길이에 한정되지 않고, 적절히 변경 가능하다. 즉, 설치 허용 범위는 상기의 범위에서 넓혀도 되고, 좁혀도 된다. 도 22는 설치 허용 범위 내에 수전장치(201)를 확실하게 설치할 수 있도록 하기 위한 구성의 변형예를 나타내는 도면이다. 도 22에서는 패시브 전극(21)이 마련된 수전장치(201)의 케이싱 바닥면 및 송전장치(101)의 얹어놓는 면(10A)만을 도시하고, 그 외는 생략했다.
도 22에 나타내는 바와 같이 수전장치(201)의 케이싱 바닥면에 패시브 전극(21)을 둘러싸는 돌기 포위부(211)를 형성하고, 송전장치(101)의 얹어놓는 면(10A)를 볼록형상으로 하여, 수전장치(201)의 장착시에 볼록부(10D)가 돌기 포위부(211)의 안쪽으로 들어가는 구성으로 해도 된다. 이 경우, 볼록부(10D)에 패시브 전극(15)이 마련된다. 또, 송전장치(101)의 폭방향에서의 볼록부(10D)의 길이는 수전장치(201)가 설치 허용 범위를 넘어 설치되었을 때에, 돌기 포위부(211)가 볼록부(10D)에 올라앉는 길이이다.
또한, 도 22에 있어서, 볼록부(10C, 10D)의 표면 전체를 패시브 전극으로 해도 된다.
또, 도 14에 나타내는 패시브 전극이 용량 결합하는 경우라도 볼록부(21A, 21B) 등을 마련하는 것이 가능하다. 이 경우, 예를 들면, 얹어놓는 면(10A)에 볼록부(21A, 21B)가 올라앉는 볼록부 등을 마련하고, 수전장치(201)가 설치 허용 범위를 넘은 경우에 볼록부(21A, 21B)가 볼록부에 올라앉으면 패시브 전극끼리가 대향하지 않도록 함으로써, 용량 결합을 일으키지 않게 하여 전력 전송을 정지시킬 수 있다.
10A: 얹어놓는 면
10B: 등받이 면
11: 패시브 전극(제3 전극)
12: 액티브 전극(제1 전극)
21, 22, 23: 패시브 전극(제4 전극)
24: 액티브 전극(제2 전극)
101: 송전장치
201: 수전장치

Claims (17)

  1. 제1 전극 및 상기 제1 전극에 접속된 전압발생 회로를 가지는 송전장치와,
    제2 전극, 상기 제2 전극에 접속된 강압회로 및 상기 강압회로의 출력 전압을 전원전압으로서 입력하는 부하회로를 가지는 수전장치를 포함하고,
    상기 송전장치에 대해 소정 상태로 상기 수전장치를 얹어놓은 경우, 상기 제1 및 제2 전극이 대향함으로써, 상기 송전장치에서 상기 수전장치로 전력을 전송하는 와이어리스 전력 전송 시스템에 있어서,
    상기 제1 및 제2 전극은,
    상기 수전장치를 대향면을 따라 상기 소정 상태에서 대략 90도 선회시킨 선회상태로 상기 송전장치에 얹어놓은 경우에 대향하는 면적이, 상기 송전장치에 대해 상기 소정 상태로 상기 수전장치를 얹어놓은 경우에 대향하는 면적과 대략 같아지는 것을 특징으로 하는 와이어리스 전력 전송 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 전극의 한쪽은 긴 축 및 짧은 축을 포함하는 띠형상 전극을 가지고,
    상기 제1 및 제2 전극의 다른 쪽은 중심부가 상기 긴 축의 길이를 사이에 두고 배열된 두 개의 전극과,
    상기 두 개의 전극을 연결하는 연결부를 가지고,
    상기 두 개의 전극은 각각,
    배열방향이 상기 긴 축의 방향으로 일치하는 경우의 상기 두 개의 전극과 상기 띠형상 전극의 대향 면적의 합계가, 상기 두 개의 전극 중 하나의 면적과 대략 같아지는 형상인 것을 특징으로 하는 와이어리스 전력 전송 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 띠형상 전극은 긴 변 및 짧은 변을 가지는 직사각형 형상이고,
    상기 두 개의 전극은 각각 상기 짧은 변을 한 변으로 하는 정사각형 형상이고, 상대측에 대향하는 한 변끼리가 평행이 되도록 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 와이어리스 전력 전송 시스템.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 띠형상 전극은 긴 변 및 짧은 변을 가지는 직사각형 형상이고,
    상기 두 개의 전극은 상기 짧은 변의 길이의 변을 가지는 직사각형 전극 및 한 변이 상기 직사각형 전극의 각 변보다도 짧은 정사각형 전극이고,
    상기 정사각형 전극 및 상기 직사각형 전극은 상대방으로 마주 향하는 한 변끼리가 평행이 되도록 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 와이어리스 전력 전송 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 직사각형 전극은 배열방향을 따른 변의 길이가 상기 정사각형 전극의 한 변의 길이의 1.1에서 1.25배인 것을 특징으로 하는 와이어리스 전력 전송 시스템.
  6. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 송전장치는,
    상기 수전장치를 얹어놓는 얹어놓는 면 및 상기 얹어놓는 면에 얹어놓아지는 상기 수전장치를 지지하고, 상기 얹어놓는 면에 대해 수직이 되는 등받이 면을 가지고,
    상기 제1 전극은,
    직사각형 형상이고, 길이방향이 상기 얹어놓는 면과 평행하게 상기 등받이 면을 따라 마련되면서 상기 얹어놓는 면측이 되는 긴 변이 상기 얹어놓는 면으로부터 거리 L의 위치에 마련되고,
    상기 수전장치는,
    상기 얹어놓는 면에 얹어놓아진 경우에 상기 등받이 면과 면접촉하여, 상기 등받이 면에 지지되는 직사각형 형상의 지지면을 가지고, 상기 지지면의 네 변 중 어느 한 변을 변 1로 하면, 상기 변 1이 상기 얹어놓는 면에 대해 평행이 되도록 상기 수전장치를 상기 송전장치에 얹어놓은 경우,
    상기 제2 전극은,
    상기 두 개의 전극이 상기 지지면의 상기 변 1과 평행한 방향으로 배열하도록 상기 얹어놓는 면과 평행하게 마련되면서, 상기 두 개의 전극의 상기 얹어놓는 면측이 되는 각각의 변이 상기 얹어놓는 면으로부터 거리 L의 위치에 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 와이어리스 전력 전송 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 지지면의 상기 변 1이 연장되는 방향이 상기 얹어놓는 면에 대해 직교하도록 상기 수전장치를 상기 송전장치에 얹어놓은 경우,
    상기 제2 전극은,
    상기 두 개의 전극이 상기 지지면의 상기 변 1의 방향으로 배열하도록 상기 얹어놓는 면과 직교하는 방향을 따라 마련되면서, 상기 두 개의 전극 중 상기 얹어놓는 면측이 되는 전극의 상기 얹어놓는 면측이 되는 한 변이 상기 얹어놓는 면으로부터 거리 L의 위치에 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 와이어리스 전력 전송 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 두 개의 전극의 상기 직사각형 전극이 상기 얹어놓는 면측이 되는 것을 특징으로 하는 와이어리스 전력 전송 시스템.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 송전장치는,
    상기 얹어놓는 면을 따라 마련되고, 상기 전압발생 회로에 의해 상기 제1 전극과의 사이에 전압이 인가되는 제3 전극을 가지고,
    상기 수전장치는,
    상기 지지면에 인접하는 4측면 중, 서로 대향하고 있는 적어도 2측면에 마련되고, 상기 제2 전극과의 사이에 강압회로가 접속되는 제4 전극을 가지고,
    상기 수전장치를 상기 송전장치에 얹어놓은 경우, 상기 제3 전극과 상기 제4 전극이 직접 도통되는 것을 특징으로 하는 와이어리스 전력 전송 시스템.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 송전장치는,
    직사각형 형상이고, 길이방향이 상기 얹어놓는 면과 평행하게 상기 등받이 면을 따라 마련되면서 상기 얹어놓는 면측이 되는 긴 변이 상기 얹어놓는 면으로부터 거리 D의 위치에 마련되고, 상기 전압발생 회로에 의해 상기 제1 전극과의 사이에 전압이 인가되는 제3 전극을 가지고,
    상기 수전장치는,
    직사각형 형상이고, 길이방향이 상기 얹어놓는 면과 평행하게 상기 지지면을 따라 마련되면서 상기 얹어놓는 면측이 되는 긴 변이 상기 얹어놓는 면으로부터 거리 D(D＜L)의 위치에 마련되고, 상기 제2 전극과의 사이에 강압회로가 접속되는 제4 전극을 가지고,
    상기 수전장치를 상기 송전장치에 얹어놓은 경우, 상기 제3 전극과 상기 제4 전극이 근접되는 것을 특징으로 하는 와이어리스 전력 전송 시스템.
  11. 제6항에 있어서,
    상기 송전장치는,
    상기 제1 전극과 대향하고, 상기 전압발생 회로에 의해 상기 제1 전극과의 사이에 전압이 인가되는 제3 전극을 가지고,
    상기 수전장치는,
    상기 제2 전극과 대향하고, 상기 제2 전극과의 사이에 강압회로가 접속되는 제4 전극을 가지고,
    상기 수전장치를 상기 송전장치에 얹어놓은 경우,
    상기 제3 전극과 상기 제4 전극은, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극을 끼고 용량 결합하는 것을 특징으로 하는 와이어리스 전력 전송 시스템.
  12. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 송전장치 및 상기 수전장치는 각각,
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극의 대향 면적이, 상기 소정 상태 또는 상기 선회상태에서의 대향 면적으로부터 허용 범위를 넘어 상기 수전장치가 이동된 경우에, 서로 걸어 맞추는 걸어 맞춤부를 가지고 있는 것을 특징으로 하는 와이어리스 전력 전송 시스템.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 송전장치 및 상기 수전장치는 각각,
    상기 송전장치에 상기 수전장치를 얹어놓은 경우에 서로 접하는 평면을 가지고,
    상기 송전장치 및 상기 수전장치의 한쪽의 걸어 맞춤부는,
    상기 송전장치 및 상기 수전장치의 다른 쪽으로 돌출하고, 제1 거리 떨어져 상기 평면에 마련된 두 개의 볼록부를 가지고,
    상기 송전장치 및 상기 수전장치의 다른 쪽의 걸어 맞춤부는,
    상기 두 개의 볼록부와 걸어 맞추고, 상기 제1 거리보다 짧은 제2 거리 떨어져 상기 평면에 마련된 두 개의 오목부를 가지는 것을 특징으로 하는 와이어리스 전력 전송 시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 띠형상 전극은 짧은 변이 길이 X, 긴 변이 길이 Y인 직사각형 형상이고,
    상기 두 개의 전극은 한 변이 길이 X인 두 개의 정사각형 형상이고, (Y-X)의 길이를 사이에 두고 상기 띠형상 전극의 길이방향을 따라 배열되어 이루어지고,
    상기 두 개의 볼록부 및 상기 두 개의 오목부는 각각 상기 길이방향을 따라 마련되고,
    상기 두 개의 볼록부 사이의 길이와 상기 두 개의 오목부 사이의 길이의 차가 (2Y-X)인 것을 특징으로 하는 와이어리스 전력 전송 시스템.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 띠형상 전극은 짧은 변이 길이 X, 긴 변이 길이 Y인 직사각형 형상이고,
    상기 두 개의 전극은 한 변이 길이 X인 두 개의 정사각형 형상이고, (Y-X)의 길이를 사이에 두고 상기 띠형상 전극의 길이방향의 직교방향을 따라 배열되어 이루어지고,
    상기 두 개의 볼록부는 상기 길이방향의 직교방향을 따라 마련되고,
    상기 두 개의 오목부는 상기 직교방향을 따라 마련되고,
    상기 두 개의 볼록부 사이의 길이와 상기 두 개의 오목부 사이의 길이의 차가 (Y-X)인 것을 특징으로 하는 와이어리스 전력 전송 시스템.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 두 개의 볼록부 사이의 평면부분에 상기 제3 전극 또는 상기 제4 전극의 한쪽이 마련되고,
    상기 두 개의 오목부에 끼어 형성되는 볼록부는 상기 평면부분에 면접촉하고, 면접촉하는 부분에 상기 제3 전극 또는 상기 제4 전극의 다른 쪽이 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 와이어리스 전력 전송 시스템.
  17. 제11항에 있어서,
    상기 수전장치의 상기 제4 전극을 가지는 2측면은 상기 얹어놓는 면보다 긴 것을 특징으로 하는 와이어리스 전력 전송 시스템.
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