WO2013073508A1

WO2013073508A1 - 電力伝送システム

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Publication number: WO2013073508A1
Application number: PCT/JP2012/079323
Authority: WO
Inventors: 市川敬一; 郷間真治; 末定剛; ボンダルアンリ
Original assignee: 株式会社村田製作所
Priority date: 2011-11-14
Filing date: 2012-11-13
Publication date: 2013-05-23
Also published as: EP2782214B1; TW201334347A; EP2782214A4; JP5472547B2; KR20140013056A; US20140300201A1; JP5692426B2; US9876362B2; JPWO2013073508A1; KR101558332B1; CN103597708B; JP2014100059A; EP2782214A1; TWI451654B; CN103597708A

Abstract

　容量（Ｃｐ）は送電装置側パッシブ電極と受電装置側パッシブ電極との間に生じる容量、容量（Ｃａ）は送電装置側アクティブ電極と受電装置側アクティブ電極との間に生じる容量である。第１素子（１６ｘ）のインピーダンスをＺ１、第２素子（１６ｙ）のインピーダンスをＺ２、容量（Ｃａ）および負荷（ＲＬ）による直列回路のインピーダンスをＺ３、容量（Ｃｐ）のインピーダンスをＺ４、でそれぞれ表すと、昇圧トランス（１３Ｔ）の２次側に、Ｚ１～Ｚ４のブリッジ回路が接続されていることになる。このブリッジ回路が平衡するようにインピーダンスＺ１～Ｚ４を定めることで、受電装置側基準電位点（ＲＧ）の電位をグランド電位に等しくする。これにより、受電装置側基準電位の電位変動を低減してノイズを低減し、受電装置側の負荷回路の動作を安定化させる。

Description

電力伝送システム

　本発明は、容量結合（電界結合）により電力を伝送する電力伝送システムに関するものである。

　容量結合により電力を伝送するシステムとして特許文献１が開示されている。
　特許文献１の電力伝送システムは、高周波高電圧発生器、パッシブ電極およびアクティブ電極を備えた電力送電装置と、高周波高電圧負荷、パッシブ電極およびアクティブ電極を備えた電力受電装置とで構成される。

　図３３Ａは特許文献１の電力伝送システムの基本構成を示す図である。また、図３３Ｂは容量結合により電力を伝送する別のシステムの基本構成を示す図である。電力送電装置には、高周波高電圧発生器１、パッシブ電極２およびアクティブ電極３を備えている。電力受電装置には、高周波高電圧負荷５、パッシブ電極７およびアクティブ電極６を備えている。そして、電力送電装置のアクティブ電極３と電力受電装置のアクティブ電極６とが空隙４を介して近接することにより、この二つの電極同士が容量結合する。

特表２００９－５３１００９号公報

　図３３Ａ、図３３Ｂに示されている容量結合構造の電力伝送システムは、面積当たりの伝送電力を大きくできることや、搭載面内の位置自由度が高い、といった利点がある。しかし、電力伝送中に電力受電装置のパッシブ電極に掛かる電圧が高いことに起因して電界ノイズが生じやすい。また、受電装置のグランド電位がアースに対して変動すると、例えばタッチパネルのように人が触れるデバイスなどで、電力伝送中に受電装置の負荷回路の誤動作が生じる場合がある。よって電力伝送中のパッシブ電極の電圧低減が重要である。

　本発明の目的は、受電装置側基準電位の電位変動を低減してノイズを低減し、受電装置側の負荷回路の動作を安定化させた電力伝送システムを提供することにある。

（１）この発明の電力伝送システムは、
　送電装置側第一電極と、送電装置側第二電極と、前記送電装置側第一電極と前記送電装置側第二電極との間に交流電圧を給電する給電回路と、を有する電力送電装置と、
　受電装置側第一電極と、受電装置側第二電極と、前記受電装置側第一電極と前記受電装置側第二電極との間に生じる交流電圧を受ける負荷回路と、を有する電力受電装置と、
　を備えた電力伝送システムにおいて、
　前記負荷回路と前記受電装置側第二電極との接続点、または前記負荷回路の中点、である受電装置側基準電位点は受電装置の基準電位に接続され、
　前記電力送電装置は、前記送電装置側第一電極と前記送電装置側第二電極との間に、第１素子が前記送電装置側第一電極に接続されるように、第１素子および第２素子が直列接続された直列回路を備え、
　前記直列回路の前記第１素子と第２素子との接続点である送電装置側基準電位点は送電装置の基準電位に接続され、
　前記第１素子のインピーダンスをＺ１、前記第２素子のインピーダンスをＺ２、前記送電装置側第一電極と前記受電装置側第二電極との間に生じる容量および負荷回路を含む直列回路のインピーダンスをＺ３、前記送電装置側第二電極と前記受電装置側第二電極との間に生じる容量を含むインピーダンスをＺ４で表したとき、前記交流電圧の基本波周波数において、平衡条件Ｚ１×Ｚ４＝Ｚ２×Ｚ３を満足する、または前記平衡条件に近似させ得るように前記直列回路が設けられていることを特徴とする。

（２）前記直列回路の前記第２素子は、前記送電装置側第二電極と前記送電装置側基準電位点との間に接続又は形成された容量を有し、前記容量間を短絡した場合の前記送電装置の基準電位と前記受電装置の基準電位の間の電圧Ｖ０と、前記容量間を開放した場合の前記送電装置の基準電位と前記受電装置の基準電位の間の電圧Ｖ１との電圧比Ｖ１／Ｖ０を１未満にして、前記平衡条件に近似させ得る構成が好ましい。この構成では、受電装置側基準電位の電位変動を低減してノイズを低減し、受電装置側の負荷回路の動作を安定化させ得ることができる。

（３）前記送電装置側の基準電位は（DC的またはAC的に）接地電位（大地電位）であることが好ましい。この構成により、送電装置側の基準電位、受電装置側の基準電位の安定化が図れる。また、受電装置に重畳されるノイズが低減できる。

（４）前記送電装置側基準電位点と前記受電装置側基準電位点との間に容量が接続されている、または容量が構成されていることが好ましい。このことにより、受電側基準電位の安定化が図れる。

（５）前記給電回路は、交流電圧発生回路と、１次巻線が前記交流電圧発生回路に接続され、２次巻線が前記送電装置側第一電極及び前記送電装置側第二電極の間に接続されたトランスと、を有し、前記２次巻線は、前記送電装置側第一電極との間に第１の２次巻線を構成し、前記送電装置側第二電極との間に第２の２次巻線を構成する引き出し端子を有し、前記第１素子のインピーダンスは、前記第１の２次巻線のインピーダンスと、前記第１の２次巻線に並列接続された第１のキャパシタのインピーダンスとで構成され、前記第２素子のインピーダンスは、前記第２の２次巻線のインピーダンスと、前記第２の２次巻線に並列接続された第２のキャパシタのインピーダンスとで構成されている構成でもよい。このことにより、必要な素子を少なくしつつ、受電側基準電位の安定化が図れる。

（６）前記引き出し端子は前記２次巻線の中間タップ（Ｔｃ）であり、前記２次巻線は、前記第１の２次巻線に設けられた第１の引き出し端子（Ｔ１）と、前記第２の２次巻線に設けられた第２の引き出し端子（Ｔ２）と、を有し、前記送電装置側基準電位を、前記中間タップ、前記第１の引き出し端子または前記第２の引き出し端子のいずれかへ接続するのを切り替える接続切替回路（Ｓ１）と、を備える構成でもよい。このことにより、必要な素子を少なくしつつ、受電側基準電位の安定化が図れる。

（７）前記給電回路は、交流電圧発生回路と、１次巻線が前記交流電圧発生回路に接続され、２次巻線が前記送電装置側第一電極及び前記送電装置側第二電極の間に接続されたトランスと、を有し、前記２次巻線は、前記送電装置側第一電極との間に第１の２次巻線を構成し、前記送電装置側第二電極との間に第２の２次巻線を構成する引き出し端子を有し、前記第１素子のインピーダンスは前記第１の２次巻線のインピーダンスで構成され、前記第２素子のインピーダンスは前記第２の２次巻線のインピーダンスで構成され、前記第１の２次巻線の一部と誘導結合するインダクタ及び前記インダクタに接続されたキャパシタを備える構成でもよい。これにより、インピーダンスＺ１を変化させることができ、受電側基準電位の安定化が図れる。

（８）前記給電回路は、交流電圧発生回路と、１次巻線が前記交流電圧発生回路に接続され、２次巻線が前記送電装置側第一電極及び前記送電装置側第二電極の間に接続されたトランスと、前記トランスの２次巻線に並列接続された第１のインダクタ及び第２のインダクタで構成される直列接続回路と、を有し、前記第１素子のインピーダンスは前記第１のインダクタのインピーダンスで構成され、前記第２素子のインピーダンスは前記第２のインダクタのインピーダンスで構成され、前記第１のインダクタの一部と誘導結合する第３のインダクタ及び前記第３のインダクタに接続されたキャパシタを備える構成でもよい。

（９）前記第１素子のインピーダンス（Z1）は、固定インピーダンス（Cx）と、この固定インピーダンス（Cx）に並列接続された可変インピーダンス（Zx）とで構成され、
　前記第２素子のインピーダンス（Z2）は、固定インピーダンス（Cy）と、この固定インピーダンス（Cy）に並列接続される可変インピーダンス（Zy）とで構成され、
　前記基本波周波数において、前記平衡条件を満足するように前記可変インピーダンス（Zx、Zy）が設定されていることが好ましい。この構成により、受電側基準電位の安定化が図れ、且つ特性変動に対して安定化が図れる。

（１０）前記交流電圧の３次高調波周波数においても、前記平衡条件を満足するように前記インピーダンスＺ１，Ｚ２，Ｚ３，Ｚ４が設定されていることが好ましい。このことにより、３次高調波の影響を低減でき、受電側基準電位の安定化が図れる。

（１１）前記送電装置側基準電位点（ＴＧ）に、前記平衡条件からのずれに起因して生じる成分を抑制するキャンセル信号を注入する手段を備えることが好ましい。このことにより、平衡条件Ｚ１×Ｚ４＝Ｚ２×Ｚ３からのずれが生じても、そのずれに起因して生じるノイズ成分をキャンセルすることが容易となる。また、送電装置と受電装置との結合度の変化や負荷変動などに応じて、前記ノイズ成分のキャンセルをアクティブに制御できるようになる。

　この発明によれば、送電装置側パッシブ電極および受電装置側パッシブ電極の電圧を低減することができる。そのことで、電力送電装置および電力受電装置からの電界放射ノイズを低減できる。また、受電装置側の基準電位をアースに対して近づけることができるので、電力伝送中での受電装置側の負荷回路の動作が安定化される。

　例えば、電力受電装置の負荷回路に静電容量検知式のタッチパネルがある場合にも、正常に検知できる。また、例えば無線通信回路がある場合、受信感度劣化を抑えることができる。

図１Ａは第１の実施形態に係る電力伝送システムの回路図である。図１Ｂはその機能ブロック図である。図２は第１の実施形態に係る電力伝送システム３０１を構成する電力送電装置および電力受電装置の主要部を概念的に表した断面図である。図３は電力伝送システム３０１の等価回路図である。図４Ａはブリッジ回路を取り出して簡略化した、電力伝送システムの等価回路図である。図４Ｂはブリッジ回路を取り出して簡略化した、電力伝送システムの等価回路図である。図５は第２の実施形態に係る電力伝送システム３０２を構成する電力送電装置１０２および電力受電装置２０１の主要部を概念的に表した断面図である。図６は電力伝送システム３０２の等価回路図である。図７は第３の実施形態の電力伝送システムが備える電力送電装置１０３の回路図である。図８Ａは第３の実施形態の電力伝送システムの等価回路図である。図８Ｂは第３の実施形態の電力伝送システムの等価回路図である。図９は図８に示す第３の実施形態の電力伝送システム３０３の変形例の等価回路図である。図１０は第４の実施形態の電力伝送システムが備える電力受電装置２０４の回路図である。図１１は、図１０に示した電力受電装置２０４を備える電力伝送システム３０４の等価回路図である。図１２は第５の実施形態の電力伝送システムが備える電力受電装置２０５の回路図である。図１３は、図１２に示した電力受電装置２０５を備える電力伝送システム３０５の等価回路図である。図１４は第６の実施形態の電力伝送システム３０６の等価回路図である。図１５Ａは電力伝送システム３０６の受電装置側パッシブ電極の電位の周波数特性図である。図１５Ｂは、図１４に示した調整用交流源１３ａを設けない場合の電力伝送システムの受電装置側パッシブ電極の電位の周波数特性図である。図１６Ａは、調整用交流源１３ａによる振幅の補正量である。図１６Ｂは調整用交流源１３ａによる位相の補正量を表す図である。図１７は第７の実施形態の電力伝送システムが備える電力送電装置１０７の回路図である。図１８は第８の実施形態の電力伝送システム３０８の等価回路図である。図１９は第９の実施形態の電力伝送システム３０９の等価回路図である。図２０は第１０の実施形態の電力伝送システム３１０の等価回路図である。図２１は第１１の実施形態の電力伝送システム３１１の等価回路図である。図２２は第１２の実施形態の電力伝送システム３１２の等価回路図である。図２３は電力伝送システム３１２のインピーダンス素子Ｚ１のインピーダンス特性図である。図２４は電力伝送システム３１２の受電装置側パッシブ電極の電位の周波数特性図である。図２５Ａは、第１３の実施形態に係る電力伝送システムの回路図である。図２５Ｂは、図２５Ａに示す電力伝送システムの等価回路図である。図２６は電圧比Ｍの周波数特性図である。図２７は基準電位点ＴＧ－ＲＧ間の電圧の周波数特性図である。図２８は伝送電力の周波数特性図である。図２９Ａは第１４の実施形態に係る電力伝送システムの回路図である。図２９Ｂは、図２９Ａに示す電力伝送システムの等価回路図である。図３０は電圧比Ｍの周波数特性図である。図３１は基準電位点ＴＧ－ＲＧ間の電圧の周波数特性図である。図３２は伝送電力の周波数特性図である。図３３Ａは特許文献１の電力伝送システムの基本構成を示す図である。図３３Ｂは特許文献１の電力伝送システムの基本構成を示す図である。

《第１の実施形態》
　第１の実施形態に係る電力伝送システムの構成を図１～図４を参照して説明する。

　図１Ａは第１の実施形態に係る電力伝送システムの回路図、図１Ｂはその機能ブロック図である。図１Ａにおいて、電力送電装置１０１の高周波電圧発生回路１３Ｓは例えば１００ｋＨｚ～数１０ＭＨｚの高周波電圧を発生する。昇圧トランスＸＧおよびインダクタＬＧによる昇圧回路ＲＣ１は、高周波電圧発生回路１３Ｓの発生する電圧を昇圧してパッシブ電極１２とアクティブ電極１１との間に印加する。高周波電圧発生回路１３Ｓ、昇圧トランスＸＧおよびインダクタＬＧは本発明に係る「給電回路」に相当する。キャパシタＣＧは、主に電力送電装置１０１のパッシブ電極１２とアクティブ電極１１との間に生じる容量である。昇圧回路ＲＣ１のインダクタンスとキャパシタンスとで共振回路が構成される。ここで便宜上、アクティブ電極・パッシブ電極と記載しているが、アクティブ電極とパッシブ電極の電圧変動は同じ（アクティブ電極間とパッシブ電極間の容量が同じ）であってもよい（以下同じ）。

　電力受電装置２０１のパッシブ電極２２とアクティブ電極２１との間には、降圧トランスＸＬおよびインダクタＬＬによる降圧回路ＲＣ２が接続されている。キャパシタＣＬは、主に電力受電装置２０１のパッシブ電極２２とアクティブ電極２１との間に生じる容量である。降圧回路ＲＣ２のインダクタンスとキャパシタンスとで共振回路が構成される。降圧トランスＸＬの二次側には負荷ＲＬが接続されている。この負荷ＲＬは、ダイオードとコンデンサによる整流平滑回路および二次電池で構成されている。降圧回路ＲＣ２と負荷ＲＬとで構成される回路が本発明の「負荷回路」に相当する。

　前記送電装置側パッシブ電極１２，アクティブ電極１１、および前記受電装置側パッシブ電極２２，アクティブ電極２１による結合電極は相互容量Ｃｍで容量結合する。

　図１Ｂに示すように、この電力伝送システムは、高周波電圧発生部３１、電力増幅回路３２、昇圧トランス３３、前記結合電極３４、降圧トランス４１、整流回路４２および負荷４３で構成されている。ここで、電力増幅回路３２および昇圧トランス３３で、図１Ａに示した昇圧回路ＲＣ１を構成していて、降圧トランス４１、整流回路４２および負荷４３で、図１Ａに示した負荷回路を構成している。

　図２は第１の実施形態に係る電力伝送システム３０１を構成する電力送電装置および電力受電装置の主要部を概念的に表した断面図である。

　電力伝送システム３０１は電力送電装置１０１および電力受電装置２０１で構成されている。電力送電装置１０１の筐体１０の上面付近には、送電装置側アクティブ電極１１と、この電極１１の周囲を絶縁状態で取り囲む送電装置側パッシブ電極１２とが形成されている。また、電力送電装置１０１の筐体１０内には、アクティブ電極１１とパッシブ電極１２との間に高周波の高電圧を印加する高周波高電圧発生回路が設けられている。この高周波高電圧発生回路は、高周波電圧発生回路１３Ｓおよび昇圧トランス１３Ｔを備えている。また、送電装置側アクティブ電極１１と送電装置側パッシブ電極１２との間に、直列回路１６が接続されている。この直列回路１６は、アクティブ電極１１に接続された第１素子１６ｘと、パッシブ電極１２側に接続された第２素子１６ｙとで構成されていて、第１素子１６ｘと第２素子１６ｙとの接続点である送電装置側基準電位点は電力送電装置の基準電位に接続されている。なお、第１素子１６ｘ、第２素子１６ｙは空間的に分布する容量成分や配線のインダクタンス成分も含む。または、これらの第１素子１６ｘ、第２素子１６ｙは、空間的に分布する容量成分や配線のインダクタンス成分で構成された素子である。

　電力送電装置１０１の筐体１０は、例えばＡＢＳ樹脂などのプラスチックの成形体であり、筐体１０の内部にアクティブ電極１１およびパッシブ電極１２を一体成形することによって、筐体１０の外表面を絶縁構造にしている。

　電力受電装置２０１の筐体２０の下面付近には、受電装置側アクティブ電極２１と、その周囲を絶縁状態で取り囲む受電装置側パッシブ電極２２とが形成されている。また、電力受電装置２０１の筐体２０内には、アクティブ電極２１とパッシブ電極２２との間に誘起される電力を受ける負荷回路２３が設けられている。この例ではパッシブ電極２２は筐体２０の内周面に沿って配置されている。したがって、負荷回路２３はパッシブ電極２２で覆われている。

　電力受電装置２０１の筐体２０も例えばＡＢＳ樹脂などのプラスチックの成形体であり、筐体２０の内部にアクティブ電極２１およびパッシブ電極２２を一体成形することによって、筐体２０の外表面を絶縁構造にしている。

　図３は電力伝送システム３０１の等価回路図である。ここで、容量Ｃｐは送電装置側パッシブ電極１２と受電装置側パッシブ電極２２との間に生じる（等価的に接続される）容量である。容量Ｃａは送電装置側アクティブ電極１１と受電装置側アクティブ電極２１との間に生じる（等価的に接続される）容量である。図３において電力受電装置２０１以外の回路部は電力送電装置の回路である。図２に示した回路と同一部分には同一符号を付している。

　図３において、第１素子１６ｘのインピーダンスをＺ１、第２素子１６ｙのインピーダンスをＺ２、容量Ｃａおよび負荷ＲＬによる直列回路のインピーダンスをＺ３、容量ＣｐのインピーダンスをＺ４、でそれぞれ表すと、昇圧トランス１３Ｔの２次側に、Ｚ１～Ｚ４のブリッジ回路が接続されていることになる。

　図４Ａ、図４Ｂは前記ブリッジ回路を取り出して簡略化した、電力伝送システムの等価回路図である。インピーダンスＺ１とインピーダンスＺ２との接続点は送電装置側基準電位点ＴＧであり、インピーダンスＺ３とインピーダンスＺ４との接続点は受電装置側基準電位点ＲＧである。前記インピーダンスＺ１～Ｚ４のインピーダンスを同じ符号Ｚ１～Ｚ４で表したとき、ブリッジ回路の平衡条件は、
　Ｚ１×Ｚ４＝Ｚ２×Ｚ３
である。この平衡条件を満足すると、送電装置側基準電位点ＴＧと受電装置側基準電位点ＲＧとの電位差は０となる。

　そのため、図４Ｂに示すように、送電装置側基準電位点ＴＧを電力送電装置のグランド電位に接続されていれば、受電装置側基準電位点ＲＧの電位は電力送電装置のグランド電位に等しくなる。この受電装置側基準電位点ＲＧは図３に示したとおり、受電装置側パッシブ電極（容量Ｃｐの一端）であるので、図２に示した電力受電装置２０１の筐体２０は電力送電装置１０１のグランド電位と等しくなる。通常、電力送電装置１０１のグランド電位は接地電位（大地電位）であるので、前記平衡条件を満たすようにインピーダンスＺ１～Ｚ４を設定することによって、受電装置側の基準電位を接地電位（大地電位）に近付けることができる。そのことによって、人が触って静電的に入力するデバイス（容量型タッチパネル）などの誤動作をなくすことができる。

《第２の実施形態》
　図５は第２の実施形態に係る電力伝送システム３０２を構成する電力送電装置１０２および電力受電装置２０１の主要部を概念的に表した断面図である。

　電力伝送システム３０２は電力送電装置１０２および電力受電装置２０１で構成されている。電力送電装置１０２の筐体１０の上面付近には、送電装置側アクティブ電極１１と、この電極１１の周囲を絶縁状態で取り囲む送電装置側パッシブ電極１２と、この電極１２の周囲を絶縁状態で取り囲むガード電極１５とが形成されている。また、電力送電装置１０１の筐体１０内には、アクティブ電極１１とパッシブ電極１２との間に高周波電圧発生回路１３Ｓおよび昇圧トランス１３Ｔを備えている。また、送電装置側アクティブ電極１１と送電装置側パッシブ電極１２との間に、アクティブ電極１１に接続された第１素子１６ｘと、パッシブ電極１２側に接続された第２素子１６ｙとで構成された直列回路１６が接続されている。第１素子１６ｘと第２素子１６ｙとの接続点である送電装置側基準電位点は電力送電装置の基準電位に接続されている。また、前記ガード電極１５は電力送電装置の基準電位に接続されている。

　電力受電装置２０１の構成は第１の実施形態で示した電力受電装置２０１と同じである。受電装置側パッシブ電極２２は送電装置側パッシブ電極１２と対向するだけでなく、ガード電極１５とも対向する。

　図６は電力伝送システム３０２の等価回路図である。ここで、容量Ｃｐは送電装置側パッシブ電極１２と受電装置側パッシブ電極２２との間に生じる（等価的に接続される）容量である。容量Ｃａは送電装置側アクティブ電極１１と受電装置側アクティブ電極２１との間に生じる（等価的に接続される）容量である。また、キャパシタＣｏはガード電極１５と受電装置側パッシブ電極２２との間に生じる（等価的に接続される）容量である。

　第１素子１６ｘはキャパシタＣｘと可変インピーダンス素子Ｚｘとの並列接続回路である。同様に、第２素子１６ｙはキャパシタＣｙと可変インピーダンス素子Ｚｙとの並列接続回路である。

　図６において電力受電装置２０１以外の回路部は電力送電装置１０２の回路である。図２に示した回路と同一部分には同一符号を付している。

　図６において、第１素子１６ｘのインピーダンスをＺ１、第２素子１６ｙのインピーダンスをＺ２、容量Ｃａおよび負荷ＲＬによる直列回路のインピーダンスをＺ３、容量ＣｐのインピーダンスをＺ４、でそれぞれ表すと、昇圧トランス１３Ｔの２次側に、Ｚ１～Ｚ４のブリッジ回路が接続されていることになる。このブリッジ回路の平衡条件は、Ｚ１×Ｚ４＝Ｚ２×Ｚ３である。この平衡条件を満足すると、送電装置側基準電位点ＴＧと受電装置側基準電位点ＲＧとの電位差は０となる。平衡条件から多少ずれていても、送電装置側基準電位点ＴＧと受電装置側基準電位点ＲＧとの間にキャパシタＣｏが等価的に接続されているので、送電装置側基準電位点ＴＧと受電装置側基準電位点ＲＧとの間のインピーダンスは低くなる。そのため、キャパシタＣｏが存在しない場合に比べて、送電装置側基準電位点ＴＧと受電装置側基準電位点ＲＧとの電位差は小さい。したがって、受電装置側基準電位点と接地電位（大地電位）との差を小さくすることができる。

　また、結合容量Ｃａ，Ｃｐの変動や負荷ＲＬの変動により平衡条件から乖離する場合には、可変インピーダンスＺｘ、Ｚｙを適宜調整すれば平衡条件を維持することができる。平衡条件を維持することで基準電位点ＴＧ－ＲＧ間の電位差を小さく保つことができる。結合容量Ｃａ，Ｃｐの変動や負荷ＲＬの変動が小さい場合には、可変インピーダンスＺｘ、Ｚｙは固定であってもよい。

　すなわち、第２の実施形態によれば、平衡条件からのずれに対する許容度を高めることができる。

　前記可変インピーダンスＺｘ，Ｚｙの調整は、フィードバックにより常時アクティブに制御する構成としてもよい。受電装置側で制御する場合には、例えば、電力受電装置２０１側の基準電位点ＲＧの電位を測定することで平衡条件からのずれを検知し、この基準電位点ＲＧの電位が所定の電位となるように可変インピーダンス素子Ｚｘ，Ｚｙをフィードバック制御する。また、送電装置側で制御する場合には、接地電位から送電装置側の基準電位点ＴＧに流れ込むコモンモード電流を測定し、このコモンモード電流が０になるように可変インピーダンス素子Ｚｘ，Ｚｙをフィードバック制御する。なお可変インピーダンス素子Ｚｘ，Ｚｙのいずれか一方のみを可変としフィードバック制御する構成でもよい。

《第３の実施形態》
　図７は第３の実施形態の電力伝送システムが備える電力送電装置１０３の回路図である。電力送電装置１０３の筐体の上面付近には、送電装置側アクティブ電極１１と、この電極１１の周囲を絶縁状態で取り囲む送電装置側パッシブ電極１２とが形成されている。また、電力送電装置１０３の筐体内には、アクティブ電極１１とパッシブ電極１２との間に高周波の高電圧を印加する高周波高電圧発生回路が設けられている。この高周波高電圧発生回路は、高周波電圧発生回路１３Ｓおよび昇圧トランス１３Ｔを備えている。また、送電装置側アクティブ電極１１と送電装置側パッシブ電極１２との間に、キャパシタＣ１、可変キャパシタＣ２による直列回路が接続されている。このキャパシタＣ１、可変キャパシタＣ２の接続点とグランドとの間に可変インピーダンス回路Ｚｗが接続されている。また、アクティブ電極１１とグランドとの間にキャパシタＣｘ、パッシブ電極１２とグランドとの間にキャパシタＣｙがそれぞれ接続されている。

　図８Ａおよび図８Ｂはこの第３の実施形態の電力伝送システムの等価回路図である。図７および図８Ａにおいて、同一素子には同一の符号を付している。電力伝送システム３０３における電力受電装置２０１の構成は第１・第２の実施形態で示したものと同じである。可変インピーダンス素子Ｚｗは図８Ａにおいては可変インダクタの記号で表している。

　図８Ｂは図８Ａに示した等価回路のキャパシタＣ１，可変キャパシタＣ２および可変インダクタＺｗのＹ型（スター型）回路をΔ（デルタ型）回路に変換した等価回路図である。すなわち、前記Ｙ型回路は可変インピーダンス素子Ｚｘ，Ｚｙ，ＺｚのΔ型回路と等価である。そして、キャパシタＣｘと可変インピーダンス素子Ｚｘとで、ブリッジ回路の一辺であるインピーダンス素子Ｚｗ、キャパシタＣｙと可変インピーダンス素子Ｚｙとで、ブリッジ回路の他の一辺であるインピーダンス素子Ｚ２が構成される。

　このようにして、ブリッジ回路の２辺のインピーダンスを可変インピーダンス回路とすることができる。すなわち、図８Ａに示した可変インピーダンス素子Ｚｗおよび可変キャパシタＣ２でブリッジ回路の平衡条件を満足するように調整できる。特に可変インピーダンス素子Ｚｗは平衡条件の実部、可変キャパシタＣ２は平衡条件の虚部をそれぞれ調整できる。そのため、実部、虚部共に平衡して、受電装置側基準電位点ＲＧの電圧の振幅をより小さくできる。

　図９は、図８Ａに示す第３の実施形態の電力伝送システムの変形例の等価回路図である。図９に示す電力伝送システム３０３Ａでは、図７に示す可変インピーダンス回路Ｚｗを、並列接続されたインダクタＬｚｗと可変キャパシタＣｚｗとで構成している。電力伝送システム３０３Ａでは、このＬＣ並列回路の共振周波数を高周波電圧発生回路１３Ｓが発生する高周波電圧の周波数より高く定める。すなわち、ＬＣ並列回路を誘導性領域で利用し、可変キャパシタＣｚｗの容量値を可変させて平衡条件が満足されるようにしている。これにより、受電側基準電位の安定化が図れる。

《第４の実施形態》
　図１０は第４の実施形態の電力伝送システムが備える電力受電装置２０４の回路図である。この例では、降圧トランス２３Ｔの二次側にダイオードブリッジ回路ＤＢおよびキャパシタＣｓによる整流平滑回路が構成されている。そして、この整流平滑回路の出力部にＤＣ－ＤＣコンバータＣＮＶが接続されていて、このコンバータの出力で二次電池ＳＢが充電されるように構成されている。

　図１１は、図１０に示した電力受電装置２０４を備える電力伝送システム３０４の等価回路図である。図１０に示したように、ダイオードブリッジによる整流回路を構成すると、電力受電装置の基準電位は降圧トランスの二次コイルの中点電位に等価的に等しくなるので、図１１に示すように負荷ＲＬａ，ＲＬｂの接続点が受電装置側基準電位点ＲＧとなる。すなわち、この受電装置側基準電位点ＲＧから受電装置側パッシブ電極（容量Ｃｐの一端）までの回路のインピーダンスと、受電装置側基準電位点ＲＧから受電装置側アクティブ電極（容量Ｃａの一端）までの回路のインピーダンスとは等しく、平衡回路が構成されることになる。

　電力送電装置の構成は第２の実施形態で示したものと同じである。このような回路構成であっても、平衡条件Ｚ１×Ｚ４＝Ｚ２×Ｚ３を満足するようにＺｚ，Ｚｙのインピーダンスを調整すればよい。

《第５の実施形態》
　図１２は第５の実施形態の電力伝送システムが備える電力受電装置２０５の回路図である。この例では、降圧トランス２３Ｔの二次側の中間タップが基準電位であり、両端にダイオードＤ１，Ｄ２が接続されて中間タップ整流回路が構成されている。そして、この整流平滑回路の出力部にＤＣ－ＤＣコンバータＣＮＶが接続されていて、このコンバータの出力で二次電池ＳＢが充電されるように構成されている。

　図１３は、図１２に示した電力受電装置２０５を備える電力伝送システム３０５の等価回路図である。図１２に示したように、中間タップ整流回路を構成すると、電力受電装置の基準電位は降圧トランスの二次コイルの中点電位に等価的に等しくなるので、図１３に示すような等価回路となる。

《第６の実施形態》
　図１４は第６の実施形態の電力伝送システム３０６の等価回路図である。第３の実施形態で図８Ａに示した等価回路と異なり、調整用交流源１３ａを備えている。この調整用交流源１３ａとインダクタＬ１との直列回路の一端は基準電位（接地電位）に接続され、他端はキャパシタＣ１，Ｃ２の接続点に接続されている。調整用交流源１３ａとインダクタＬ１とで電流源として作用する。

　図１４に示す回路によれば、キャパシタＣ１，Ｃ２による分圧回路で回路の中性点近傍の電圧に分圧され、この分圧された中性点近傍の電位に調整用交流源１３ａによりキャンセル信号が注入される。第６の実施形態の電力伝送システム３０６は、第３の実施形態で図８Ａに示した回路の可変インピーダンス回路Ｚｗおよび可変キャパシタＣ２の代わりに、キャンセル信号を注入する電流源を設けたものである。すなわち、調整用交流源１３ａの振幅、位相を調整することにより前記平衡条件を満たすように設定できる。このことにより、平衡条件Ｚ１×Ｚ４＝Ｚ２×Ｚ３からのずれが生じても、そのずれに起因して生じるノイズ成分をキャンセルすることが容易となる。また、送電装置と受電装置との結合度の変化や負荷変動などに応じて、前記ノイズ成分のキャンセルをアクティブに制御できるようになる。

　前記調整用交流源１３ａには、駆動電源（交流電圧信号）に同期したスイッチング回路を用いることができる。

　このように第６の実施形態によれば、パッシブな可変インピーダンス素子を用いることなく、アクティブ回路で、平衡条件を満足させるように制御できる。

　図１５Ａは電力伝送システム３０６の受電装置側パッシブ電極の電位の周波数特性図、図１５Ｂは、図１４に示した調整用交流源１３ａを設けない場合の電力伝送システムの受電装置側パッシブ電極の電位の周波数特性図である。

　図１６Ａは、調整用交流源１３ａによる振幅の補正量、図１６Ｂは調整用交流源１３ａによる位相の補正量についてそれぞれ表している。両図において横軸は負荷ＲＬのインピーダンスである。前記調整用交流源１３ａが回路に注入する交流電流の振幅と位相は、フィードバックにより定められる。例えば接地電位から送電装置側の基準電位点ＴＧに流れ込むコモンモード電流を測定し、このコモンモード電流が０になるように、調整用交流源１３ａが回路に注入する交流電流の振幅と位相を調節する。

　図１５Ａから明らかなように、特定の周波数（この例では２９８ｋＨｚ）で電位変動を極小化できる。調整用交流源１３ａを設けない場合、図１５Ｂから明らかなように、特定の周波数での電位変動の極小点は生じない。調整用交流源１３ａを設けない場合、２９８ｋＨｚでのパッシブ電極の電位は２８２Ｖｐであるのに対し、調整用交流源１３ａを設けて平衡条件を満足させると、パッシブ電極の電位は僅か３Ｖｐ程度にまで低減できる。

《第７の実施形態》
　図１７は第７の実施形態の電力伝送システムが備える電力送電装置１０７の回路図である。電力送電装置１０７の筐体の上面付近には、送電装置側アクティブ電極１１と、この電極１１の周囲を絶縁状態で取り囲む送電装置側パッシブ電極１２と補助電極１７とが形成されている。送電装置側アクティブ電極１１は受電装置側アクティブ電極に対向し、送電装置側パッシブ電極１２は受電装置側パッシブ電極に対向する。さらに、補助電極１７は受電装置側パッシブ電極に対向する。

　アクティブ電極１１とパッシブ電極１２との間には昇圧トランス１３Ｔの二次側が接続されていて、この昇圧トランス１３Ｔの一次側に電力増幅回路１４が接続されている。また、送電装置側アクティブ電極１１と送電装置側パッシブ電極１２との間に、キャパシタＣ１１，Ｃ１２による直列回路およびキャパシタＣ３１，Ｃ３２による直列回路が接続されている。このキャパシタＣ１１，Ｃ１２の接続点にはインダクタＬ１１が接続されている。同様に、キャパシタＣ３１，Ｃ３２の接続点にはインダクタＬ３１が接続されている。

　電力送電装置１０７はさらに制御回路１８を備えている。この制御回路１８は、電力増幅回路１４へ高周波電圧を出力し、補助電極１７に誘起される信号を検知し、インダクタＬ１１，Ｌ３１からキャンセル信号を注入する。具体的には、制御回路１８は補助電極１７に誘起される電圧の基本波周波数成分について振幅と位相を検知し、基本波周波数成分について、補助電極１７に誘起される電圧が０に近づくように、インダクタＬ１１へキャンセル信号を注入する。同様に、３次高調波成分について、補助電極１７に誘起される電圧が０に近づくように、インダクタＬ３１へキャンセル信号を注入する。

　図１７に示した電力送電装置を含む電圧伝送システムの等価回路は図１４に示した回路に３次高調波成分についてのキャンセル回路を付加したものに等しい。

　このようにして、基本波周波数成分に限らず、高調波成分についても前記平衡条件を満足するように、注入するキャンセル信号の振幅と位相を調整することで、受電装置側パッシブ電極の基本波および高調波（特に比率の大きな３次高調波）について、電圧を低減できる。

《第８の実施形態》
　図１８は第８の実施形態の電力伝送システム３０８の等価回路図である。
　図１８に示す電力伝送システム３０８は、第２の実施形態で図６に示した等価回路の可変インピーダンス素子Ｚｘ，Ｚｙを備えず、昇圧トランス１３Ｔの２次コイルが引き出し端子を備えている。２次コイルは、引き出し端子により第１の２次コイルｎｓ１と第２の２次コイルｎｓ２とに分割されている。具体的には、第１の２次コイルｎｓ１は、送電装置側アクティブ電極と引き出し端子との間に形成され、第２の２次コイルｎｓ２は、送電装置側パッシブ電極と引き出し端子との間に形成されている。

　キャパシタＣｘが第１の２次コイルｎｓ１に並列に接続され、インピーダンス素子Ｚ１を形成している。このインピーダンス素子Ｚ１は本発明の第１素子に相当する。また、キャパシタＣｙが第２の２次コイルｎｓ２に並列に接続され、インピーダンス素子Ｚ２を形成している。このインピーダンス素子Ｚ２は本発明の第２素子に相当する。

　電力受電装置２０４の構成は第４の実施形態で図１１に示したものと同じである。この電力伝送システム３０８では、昇圧トランス１３Ｔの２次コイルの巻線数、または、引き出し端子の位置により、第１の２次コイルｎｓ１および第２の２次コイルｎｓ２のインピーダンスを変更することで、平衡条件Ｚ１×Ｚ４＝Ｚ２×Ｚ３を満足させるように調整が可能となる。これにより、必要な素子数を少なくしつつ、受電側基準電位の安定化が図れる。

《第９の実施形態》
　図１９は第９の実施形態の電力伝送システム３０９の等価回路図である。
　図１９に示す電力伝送システム３０９は、第６の実施形態で図１４に示した等価回路と異なり、キャパシタＣ１，Ｃ２を備えていない。また、昇圧トランス１３Ｔの２次コイルは、第８の実施形態で図１８に示した等価回路と同様に、引き出し端子を有し、引き出し端子により第１の２次コイルｎｓ１と第２の２次コイルｎｓ２とに分割されている。第１の２次コイルｎｓ１は、寄生容量とでインピーダンス素子Ｚ１を形成している。このインピーダンス素子Ｚ１は本発明の第１素子に相当する。また、第２の２次コイルｎｓ２は、寄生容量とでインピーダンス素子Ｚ２を形成している。このインピーダンス素子Ｚ２は本発明の第２素子に相当する。

　２次コイルの引き出し端子には、調整用交流源１３ａとインダクタＬ１との直列回路が接続されている。この直列回路は、第６の実施形態で図１４に示した直列回路と同じであり、調整用交流源１３ａとインダクタＬ１とで交流電流源として作用する。なお、電力受電装置２０１の構成は第１の実施形態で示した電力受電装置２０１と同じである。

　このような回路構成により、必要な素子数を少なくしつつ、受電側基準電位の安定化が図れる。また、平衡条件Ｚ１×Ｚ４＝Ｚ２×Ｚ３からのずれが生じても、調整用交流源１３ａの振幅、位相を調整してキャンセル信号を注入することで、前記平衡条件を満たすように設定できる。このことにより、平衡条件Ｚ１×Ｚ４＝Ｚ２×Ｚ３からのずれが生じても、そのずれに起因して生じるノイズ成分をキャンセルすることが容易となる。また、送電装置と受電装置との結合度の変化や負荷変動などに応じて、前記ノイズ成分のキャンセルをアクティブに制御できるようになる。

《第１０の実施形態》
　図２０は第１０の実施形態の電力伝送システム３１０の等価回路図である。
　図２０に示す電力伝送システム３１０は、第９の実施形態で図１９に示した等価回路と異なり、調整用交流源１３ａとインダクタＬ１との直列回路を備えていない。また、昇圧トランス１３Ｔの２次コイルは中間タップＴｃを有し、第１の２次コイルｎｓ１および第２の２次コイルｎｓ２が形成されている。さらに、第１の２次コイルｎｓ１は引き出し端子Ｔ１を有し、第２の２次コイルｎｓ２は引き出し端子Ｔ２を有している。

　また、昇圧トランス１３Ｔの２次コイルと基準電位点ＴＧとの間には調整用スイッチ回路Ｓ１が接続されている。調整用スイッチ回路Ｓ１は、中間タップＴｃ及び引き出し端子Ｔ１，Ｔ２の何れかと、基準電位点ＴＧとを接続する。調整用スイッチ回路Ｓ１は、例えば図示しないマイコンなどにより制御される。

　この電力伝送システム３１０では、調整用スイッチ回路Ｓ１の切り替えにより基準電位点ＴＧの接続先を選択できるようにすることで、インピーダンス素子Ｚ１，Ｚ２のインピーダンスを変更することができる。これにより、簡易、かつ、安価な回路構成により、平衡条件Ｚ１×Ｚ４＝Ｚ２×Ｚ３を満たすように設定できる。なお、中間タップＴｃの位置を２次コイルの中央に位置させる必要はなく、第１の２次コイルｎｓ１のインピーダンスおよび第２の２次コイルｎｓ２のインピーダンスで２次コイルの両端電圧を分圧した電圧が基準電位電圧に近くなるように適宜設定すればよい。

《第１１の実施形態》
　図２１は第１１の実施形態の電力伝送システム３１１の等価回路図である。
　図２１に示す電力伝送システム３１１は、第９の実施形態で図１９に示した等価回路と異なり、調整用交流源１３ａとインダクタＬ１との直列回路を備えていない。また、昇圧トランス１３Ｔの２次コイルは、基準電位点ＴＧに接続される引き出し端子を有している。昇圧トランス１３Ｔの２次コイルは、引き出し端子により、第１の２次コイルｎｓ１１，ｎｓ１２と第２の２次コイルｎｓ２とに分割されている。

　第１の２次コイルｎｓ１１，ｎｓ１２は、寄生容量とでインピーダンス素子Ｚ１を形成している。このインピーダンス素子Ｚ１は本発明の第１素子に相当する。また、第２の２次コイルｎｓ２は、寄生容量とでインピーダンス素子Ｚ２を形成している。このインピーダンス素子Ｚ２は本発明の第２素子に相当する。電力送電装置２０４の構成は第４の実施形態で図１１に示したものと同じである。

　電力伝送システム３１１は、インダクタＬｓおよび可変キャパシタＣｓで構成されるＬＣ並列回路を備える。電力伝送システム３１１では、このＬＣ並列回路の共振周波数を高周波電圧発生回路１３Ｓが発生する高周波電圧の周波数より高く定める。すなわち、ＬＣ並列回路を誘導性領域で利用して、インピーダンス素子Ｚ１のインピーダンスを調整する。具体的には、インダクタＬｓを第１の２次コイルｎｓ１２と結合させることで、インピーダンス素子Ｚ１のインピーダンスを調整し、平衡条件Ｚ１×Ｚ４＝Ｚ２×Ｚ３を満足させる。これにより、受電装置側基準電位の安定化が図れる。

　なお、可変キャパシタＣｓは、例えばＲＧの受電装置側基準電位を検知する不図示のマイコンによりキャパシタンスが調整される。より具体的には、図１７で示した補助電極１７に誘起される電圧の基本波周波数成分について振幅と位相を検知し、基本波周波数成分について、補助電極１７に誘起される電圧が０に近づくように、マイコンは可変キャパシタＣｓのキャパシタンスを調整する。

《第１２の実施形態》
　図２２は第１２の実施形態の電力伝送システム３１２の等価回路図である。
　図２１に示す第１１の実施形態の電力伝送システム３１１では、昇圧トランス１３Ｔの２次コイルに基準電位点に接続される引き出し端子を設けているが、図２２に示す電力伝送システム３１２は、２次コイルに引き出し端子を設けない構成としている。

　図２２に示す電力伝送システム３１２では、第１のインダクタＬ２１と第２のインダクタＬ２２との直列接続回路を昇圧トランス１３Ｔの２次コイルに並列接続し、第１のインダクタＬ２１と寄生容量とでインピーダンス素子Ｚ１（第１素子）を構成し、第２のインダクタＬ２２と寄生容量とでインピーダンス素子Ｚ２（第２素子）を構成している。

　容量Ｃａおよび負荷ＲＬａによる直列回路のインピーダンスをＺ３、容量Ｃｐおよび負荷ＲＬｂによる直列回路のインピーダンスをＺ４、でそれぞれ表すと、昇圧トランス１３Ｔの２次側に、Ｚ１～Ｚ４のブリッジ回路が接続されていることになる。このブリッジ回路の平衡条件は、Ｚ１×Ｚ４＝Ｚ２×Ｚ３である。この平衡条件を満足すると、送電装置側基準電位点ＴＧと受電装置側基準電位点ＲＧとの電位差は０となる。

　この構成では、第１の２次コイルと寄生容量とでインピーダンス素子Ｚ１を形成し、また、第２の２次コイルｎｓ２と寄生容量とでインピーダンス素子Ｚ２を形成した図２１に示す電力伝送システム３１１に比べて、インダクタＬｓおよび可変キャパシタＣｓで構成されるＬＣ並列回路を第１のインダクタＬ２１に誘導結合させインピーダンス素子Ｚ１（第１素子）のインピーダンスを調整することが容易である。

　図２３は電力伝送システム３１２のインピーダンス素子Ｚ１のインピーダンス特性図である。図２３の縦軸はインピーダンス素子Ｚ１のインピーダンスであり、横軸は高周波電圧発生回路１３Ｓにより印加される高周波電圧の周波数である。図２３は、可変キャパシタＣｓの容量値を変動させることで、インピーダンス素子Ｚ１のインピーダンスが誘導性の範囲で変動していることを表している。

　図２４は電力伝送システム３１２の受電装置側パッシブ電極の電位の周波数特性図である。図２４の縦軸は受電装置側基準電位点ＲＧの電位であり、横軸は高周波電圧発生回路１３Ｓにより印加される高周波電圧の周波数である。図２４は、特定の周波数に対し、可変キャパシタＣｓの容量値を設定することで、受電装置側基準電位点ＲＧの電位を低減できることを表している。

《第１３の実施形態》
　第１から第１２の実施形態では、ブリッジ回路の平衡条件がＺ１×Ｚ４＝Ｚ２×Ｚ３を満足する構成について説明しているが、第１３の実施形態では、平衡条件Ｚ１×Ｚ４＝Ｚ２×Ｚ３を完全には満たさないが、平衡条件Ｚ１×Ｚ４＝Ｚ２×Ｚ３に近似させることができる構成について説明する。

　図２５Ａは第１３の実施形態に係る電力伝送システムの回路図であり、図２５Ｂは、図２５Ａに示す電力伝送システムの等価回路図である。ここで、電力伝送システム３１３の容量Ｃａ，Ｃｐ、負荷ＲＬ、インダクタＬＬおよびインダクタＬＧなどは、上述の実施形態と同じである。インダクタＬＧ，ＬＬには、キャパシタＣ１ａ，Ｃ２ｐが接続されている。

　アクティブ電極１１と送電装置側基準電位点ＴＧとの間にキャパシタＣｘ、パッシブ電極１２と送電装置側基準電位点ＴＧとの間にキャパシタＣｙがそれぞれ接続されている。送電装置側基準電位点ＴＧには、調整用定電流源１３ｂが接続されている。この調整用定電流源１３ｂは、送電装置側基準電位点ＴＧにキャンセル信号を注入する電流源であり、振幅、位相を調整することにより、平衡条件（上述したＺ１×Ｚ４＝Ｚ２×Ｚ３を満たす条件）に近似するように設定する。具体的には、キャパシタＣｙ部分を短絡した場合における、送電装置側基準電位点ＴＧと受電装置側基準電位点ＲＧとの間の電圧をＶ０、キャパシタＣｙ部分を開放した場合の電圧をＶ１とすると、電圧比Ｍ＝Ｖ１／Ｖ０＜１を満たすように、調整用定電流源１３ｂはキャンセル信号を注入する。

　以下に、電圧比Ｍが１未満としたときに、基準電位点ＴＧ－ＲＧ間の電位差を小さく保つことができ、かつ、十分な伝送電力が得られることを示す。

　図２６は電圧比Ｍの周波数特性図である。図２７は基準電位点ＴＧ－ＲＧ間の電圧の周波数特性図である。図２８は、伝送電力の周波数特性図である。図２６から図２８に示す図は、図２５Ａおよび図２５Ｂにおいて、Ｃａ＝１２ｐＦ、Ｃ１ａ＝１０ｐＦ、Ｃ２ｐ＝１０ｐＦ、ＬＧ＝１４．１９ｍＨ、ＬＬ＝１４．０７ｍＨ、ＲＬ＝１５．３２ｋΩ、Ｃｘ＝２ｐＦ、Ｃｙ＝１０ｐＦとし、調整用定電流源１３ｂは、１．３４ｍＡのキャンセル信号を注入した場合のシミュレーション結果である。

　図２６における縦軸は電圧比Ｍ、横軸は高周波電圧発生回路１３Ｓにより印加される高周波電圧の周波数である。図２７における縦軸は基準電位点ＴＧ－ＲＧ間の電圧、横軸は、高周波電圧発生回路１３Ｓにより印加される高周波電圧の周波数である。図２８における縦軸は伝送電力、横軸は、高周波電圧発生回路１３Ｓにより印加される高周波電圧の周波数である。図２６～図２８に示すように、高周波電圧発生回路１３Ｓにより印加される高周波電圧の周波数が約３００ｋＨｚの場合に、伝送電力１Ｗを得ることができ、基準電位点ＴＧ－ＲＧ間の電圧は約０Ｖとなる。そして、この時の電圧比Ｍは０である。Ｍ＜１／２にすれば、Ｍ＜１／２となる周波数範囲は約２６０ｋＨｚ～約３３０ｋＨｚとなり、ＴＧ－ＲＧ電圧は０～約４０Ｖ程度に抑えられ、伝送電力は約０．９５～約１．２Ｗ範囲内におさまる。しかし、従来構成（＝送電側パッシブ電極と送電側基準電位を接続していた）に対して受電側の基準電位の電位変動量を低減するためには、本構成を適用し、Ｍの範囲をＭ＜１にすればよい。

《第１４の実施形態》
　図２９Ａは第１４の実施形態に係る電力伝送システムの回路図であり、図２９Ｂは、図２９Ａに示す電力伝送システムの等価回路図である。電力伝送システム３１４の容量Ｃａ，Ｃｐ、負荷ＲＬ、インダクタＬＬ、インダクタＬＧおよびキャパシタＣ１ａ，Ｃ２ｐなどは、第１３の実施形態と同じである。

　アクティブ電極１１と送電装置側基準電位点ＴＧとの間にキャパシタＣｘ、パッシブ電極１２と送電装置側基準電位点ＴＧとの間にキャパシタＣｙがそれぞれ接続されている。送電装置側基準電位点ＴＧは、インダクタＬｚを介してグランドに接続されている。また、直列接続されたキャパシタＣａｇ，Ｃｐｇが、キャパシタＣｘ，Ｃｙに並列接続されている。キャパシタＣａｇ，Ｃｐｇの接続点はグランドに接続されている。

　この構成において、第１３の実施形態と同様、電圧比Ｍ＝Ｖ１／Ｖ０＜１を満たすように、各素子のインダクタンスおよびキャパシタンスなどが調整される。この結果、平衡条件（上述したＺ１×Ｚ４＝Ｚ２×Ｚ３を満たす条件）に近似するようになる。

　図３０は電圧比Ｍの周波数特性図である。図３１は基準電位点ＴＧ－ＲＧ間の電圧の周波数特性図である。図３２は、伝送電力の周波数特性図である。図３０から図３２に示す図は、図２９Ａおよび図２９Ｂにおいて、Ｃａ＝１２ｐＦ、Ｃ１ａ＝５ｐＦ、Ｃ２ｐ＝１０ｐＦ、ＬＧ＝１４．１９ｍＨ、ＬＬ＝１４．０７ｍＨ、ＲＬ＝１５．３２ｋΩ、Ｃｘ＝６ｐＦ、Ｃｙ＝３０ｐＦ、Ｃａｇ＝２ｐＦ、Ｃｐｇ＝１０ｐＦ、Ｌｚ＝３１．２７ｍＨとした場合のシミュレーション結果である。

　図３０、図３１および図３２の縦軸および横軸は、図２６～図２８と同じである。図３０～図３２に示すように、高周波電圧発生回路１３Ｓにより印加される高周波電圧の周波数が約３００ｋＨｚの場合に、伝送電力１Ｗを得ることができ、基準電位点ＴＧ－ＲＧ間の電圧は約０Ｖとなる。そして、この時の電圧比Ｍは０である。Ｍ＜１／２にすれば、Ｍ＜１／２となる周波数範囲は約２９５ｋＨｚ～約３１５ｋＨｚとなり、ＴＧ－ＲＧ電圧は０～約３０Ｖ程度に抑えられ、伝送電力はほぼ１．０Ｗを得ることができる。しかし、従来構成（＝送電側パッシブ電極と送電側基準電位を接続していた）に対して受電側の基準電位の電位変動量を低減するためには、本構成を適用し、Ｍの範囲をＭ＜１にすればよい。

　以上のように、第１から第１２の実施形態で説明したように、ブリッジ回路の平衡条件がＺ１×Ｚ４＝Ｚ２×Ｚ３を満足しなくても、第１３または第１４の実施形態のように、平衡条件Ｚ１×Ｚ４＝Ｚ２×Ｚ３に近似させることで、基準電位点ＴＧ－ＲＧ間の電圧を約０Ｖとすることができ、電力伝送中での受電装置側の負荷回路の動作が安定化される。

　なお、以上に示した各実施形態は代表例であり、これらを適宜組み合わせてもよいことは言うまでもない。例えば、図１４の等価回路で示される電力伝送システムの電力受電装置の構成を図１０・図１１で示される構成にしてもよい。

　また、以上に示した各実施形態では、可変インピーダンスおよび固定インピーダンスを設けた例を示したが、インピーダンスが固定であるか可変であるかは例示であり、いずれであってもよい。インピーダンスを調整する場合には調整箇所または調整箇所に関連する箇所に可変インピーダンスを設ければよい。

Ｃ２…可変キャパシタ
Ｃａ，Ｃｐ…結合容量
Ｃｍ…相互容量
ＣＮＶ…ＤＣ－ＤＣコンバータ
Ｄ１，Ｄ２…ダイオード
ＤＢ…ダイオードブリッジ回路
ＲＣ１…昇圧回路
ＲＣ２…降圧回路
ＲＧ…受電装置側基準電位点
ＲＬ…負荷
ＲＬａ，ＲＬｂ…負荷
Ｓ１…調整用スイッチ回路（接続切替回路）
ＳＢ…二次電池
ＴＧ…送電装置側基準電位点
ＸＧ…昇圧トランス
ＸＬ…降圧トランス
１０…筐体
１１…送電装置側アクティブ電極
１２…送電装置側パッシブ電極
１３ａ…調整用交流源
１３Ｓ…高周波電圧発生回路
１３Ｔ…昇圧トランス
１４…電力増幅回路
１５…ガード電極
１６…直列回路
１６ｘ…第１素子
１６ｙ…第２素子
１７…補助電極
１８…制御回路
２０…筐体
２１…受電装置側アクティブ電極
２２…受電装置側パッシブ電極
２３…負荷回路
２３Ｔ…降圧トランス
３１…高周波電圧発生部
３２…電力増幅回路
３３…昇圧トランス
４１…降圧トランス
４２…整流回路
４３…負荷
１０１～１０３，１０７…電力送電装置
２０１，２０４，２０５…電力受電装置
３０１～３１２…電力伝送システム

Claims

　送電装置側第一電極と、送電装置側第二電極と、前記送電装置側第一電極と前記送電装置側第二電極との間に交流電圧を給電する給電回路と、を有する電力送電装置と、
　受電装置側第一電極と、受電装置側第二電極と、前記受電装置側第一電極と前記受電装置側第二電極との間に生じる交流電圧を受ける負荷回路と、を有する電力受電装置と、
　を備えた電力伝送システムにおいて、
　前記負荷回路と前記受電装置側第二電極との接続点、または前記負荷回路の中点、である受電装置側基準電位点は受電装置の基準電位に接続され、
　前記電力送電装置は、前記送電装置側第一電極と前記送電装置側第二電極との間に、第１素子が前記送電装置側第一電極に接続されるように、第１素子および第２素子が直列接続された直列回路を備え、
　前記直列回路の前記第１素子と第２素子との接続点である送電装置側基準電位点は送電装置の基準電位に接続され、
　前記第１素子のインピーダンスをＺ１、前記第２素子のインピーダンスをＺ２、前記送電装置側第一電極と前記受電装置側第二電極との間に生じる容量および負荷回路を含む直列回路のインピーダンスをＺ３、前記送電装置側第二電極と前記受電装置側第二電極との間に生じる容量を含むインピーダンスをＺ４で表したとき、前記交流電圧の基本波周波数において、平衡条件Ｚ１×Ｚ４＝Ｚ２×Ｚ３を満足する、または前記平衡条件に近似させ得るように前記直列回路が設けられていることを特徴とする電力伝送システム。
　前記直列回路の前記第２素子は、前記送電装置側第二電極と前記送電装置側基準電位点との間に接続又は形成された容量を有し、
　前記容量間を短絡した場合の前記送電装置の基準電位と前記受電装置の基準電位の間の電圧Ｖ０と、前記容量間を開放した場合の前記送電装置の基準電位と前記受電装置の基準電位の間の電圧Ｖ１との電圧比Ｖ１／Ｖ０を１未満にして、前記平衡条件に近似させ得る、
　請求項１に記載の電力伝送システム。
　前記送電装置側の基準電位は接地電位である、請求項１又は２に記載の電力伝送システム。
　前記送電装置側基準電位点と前記受電装置側基準電位点との間に容量が接続されている、または容量が構成されている、請求項１から３の何れかに記載の電力伝送システム。
　前記給電回路は、
　交流電圧発生回路と、
　１次巻線が前記交流電圧発生回路に接続され、２次巻線が前記送電装置側第一電極及び前記送電装置側第二電極の間に接続されたトランスと、を有し、
　前記２次巻線は、
　前記送電装置側第一電極との間に第１の２次巻線を構成し、前記送電装置側第二電極との間に第２の２次巻線を構成する引き出し端子を有し、
　前記第１素子のインピーダンスは、前記第１の２次巻線のインピーダンスと、前記第１の２次巻線に並列接続された第１のキャパシタのインピーダンスとで構成され、
　前記第２素子のインピーダンスは、前記第２の２次巻線のインピーダンスと、前記第２の２次巻線に並列接続された第２のキャパシタのインピーダンスとで構成されている、
　請求項１から４のいずれかに記載の電力伝送システム。
　前記引き出し端子は前記２次巻線の中間タップであり、
　前記２次巻線は、
　前記第１の２次巻線に設けられた第１の引き出し端子と、
　前記第２の２次巻線に設けられた第２の引き出し端子と、
　を有し、
　前記送電装置側基準電位を、前記中間タップ、前記第１の引き出し端子または前記第２の引き出し端子のいずれかへ接続するのを切り替える接続切替回路、
　を備える請求項５に記載の電力伝送システム。
　前記給電回路は、
　交流電圧発生回路と、
　１次巻線が前記交流電圧発生回路に接続され、２次巻線が前記送電装置側第一電極及び前記送電装置側第二電極の間に接続されたトランスと、を有し、
　前記２次巻線は、前記送電装置側第一電極との間に第１の２次巻線を構成し、前記送電装置側第二電極との間に第２の２次巻線を構成する引き出し端子を有し、
　前記第１素子のインピーダンスは前記第１の２次巻線のインピーダンスで構成され、
　前記第２素子のインピーダンスは前記第２の２次巻線のインピーダンスで構成され、
　前記第１の２次巻線の一部と誘導結合するインダクタ及び前記インダクタに接続されたキャパシタを備える、
　請求項１から４のいずれかに記載の電力伝送システム。
　前記給電回路は、
　交流電圧発生回路と、
　１次巻線が前記交流電圧発生回路に接続され、２次巻線が前記送電装置側第一電極及び前記送電装置側第二電極の間に接続されたトランスと、
　前記トランスの２次巻線に並列接続された第１のインダクタ及び第２のインダクタで構成される直列接続回路と、
　を有し、
　前記第１素子のインピーダンスは前記第１のインダクタのインピーダンスで構成され、
　前記第２素子のインピーダンスは前記第２のインダクタのインピーダンスで構成され、
　前記第１のインダクタの一部と誘導結合する第３のインダクタ及び前記第３のインダクタに接続されたキャパシタを備える、
　請求項１から４のいずれかに記載の電力伝送システム。
　前記第１素子のインピーダンスは、固定インピーダンスと、この固定インピーダンスに並列接続された可変インピーダンスとで構成され、
　前記第２素子のインピーダンスは、固定インピーダンスと、この固定インピーダンスに並列接続される可変インピーダンスとで構成され、
　前記基本波周波数において、前記平衡条件を満足するように前記可変インピーダンスが設定されている、請求項１から４のいずれかに記載の電力伝送システム。
　前記交流電圧の３次高調波周波数においても、前記平衡条件を満足するように前記インピーダンスＺ１，Ｚ２，Ｚ３，Ｚ４が設定されている、請求項１から９のいずれかに記載の電力伝送システム。
　前記送電装置側基準電位点に、前記平衡条件からのずれに起因して生じる成分を抑制するキャンセル信号を注入する手段を備えた、請求項１から１０のいずれかに記載の電力伝送システム。