WO2014103438A1

WO2014103438A1 - 電力伝送システム

Info

Publication number: WO2014103438A1
Application number: PCT/JP2013/074100
Authority: WO
Inventors: 博宣高橋; 市川　敬一; 末定　剛
Original assignee: 株式会社村田製作所
Priority date: 2012-12-28
Filing date: 2013-09-06
Publication date: 2014-07-03
Also published as: US20150270720A1; JPWO2014103438A1; JP5716877B2; CN204721100U; US9685794B2

Abstract

送電装置１０の各送電電極Ｅｔ１、Ｅｔ２と受電装置２０の各受電電極Ｅｒ１、Ｅｒ２とが対向状態にあるときに、各送電電極Ｅｔ１、Ｅｔ２と各受電電極Ｅｒ１、Ｅｒ２との間の合成容量を介して直列共振回路と並列共振回路とを含む複合共振回路が構成される。合成容量が最大となる所定の対向状態において、負荷回路ＬＤの入力端を短絡した状態で信号源ＳＧ側から見た複合共振回路のインピーダンスが極小となる共振周波数が、合成容量が最大となる所定の対向状態において、負荷回路ＬＤの入力端を開放した状態で信号源ＳＧ側から見た複合共振回路のインピーダンスが極大となる共振周波数よりも高くなるように、複合共振回路の構成要素のインピーダンスが設定されている。

Description

電力伝送システム

　本発明は、送電装置から受電装置に電界結合方式により電力を伝送する電力伝送システムに関する。

　特許文献１には、送電装置（固定体）と受電装置（可動体）とを有する電界結合方式（非接触式）の電力伝送システム（電力供給システム）が開示されている。この電力伝送システムは、送電装置と受電装置とで構成される直列共振回路及び並列共振回路を備えている。そして、直列共振回路による直列共振周波数と並列共振回路による並列共振周波数とを一致させることにより、高効率で電力供給を行うことができる旨開示している。

特開２００９－８９５２０号公報

　送電装置上への受電装置の設置位置が固定位置でなく一定の広さを有する範囲である場合、特許文献１に記載のような構成では、十分な電力伝送効率を確保できない場合がある。

　本発明は、送電装置上への受電装置の設置位置が固定位置でなく一定の広さを有する範囲である場合でも、十分な電力伝送効率を確保可能とすることを目的とする。

　本発明に係る電力伝送システムは、
　送電装置から受電装置に電界結合方式により電力を伝送する電力伝送システムであって、
　送電装置は、
　　少なくとも一対の送電電極と、
　　送電側インダクタと、
　　送電電極に送電側インダクタを介して交流信号を印加する信号源とを含み、
　　送電電極間に形成されるキャパシタと送電側インダクタとは直列共振回路を構成し、
　受電装置は、
　　少なくとも一対の受電電極と、
　　受電側インダクタと、
　　信号源から見て受電側インダクタと並列に接続された負荷回路とを含み、
　　受電電極間に形成されるキャパシタとインダクタとは並列共振回路を構成し、
　送電装置の各送電電極と受電装置の各受電電極とが対向状態にあるときに、各送電電極と各受電電極との間の合成容量を介して直列共振回路と並列共振回路とを含む複合共振回路が構成され、
　　合成容量が最大となる所定の対向状態において、負荷回路の入力端を短絡した状態で信号源側から見た複合共振回路のインピーダンスが極小となる共振周波数が、合成容量が最大となる所定の対向状態において、負荷回路の入力端を開放した状態で信号源側から見た複合共振回路のインピーダンスが極大となる共振周波数よりも高くなるように、複合共振回路の構成要素のインピーダンスが設定されている。

　本発明によれば、送電装置上への受電装置の設置位置が固定位置でなく一定の広さを有する範囲である場合でも、十分な電力伝送効率を確保可能となる。

本発明の実施形態に係る電力伝送システムの回路構成を示す図である。本発明の実施形態に係る電力伝送システムを簡易化したシステムの回路構成を示す図である。本発明の実施形態に係る送電装置のインダクタンスＬ１を変化させた場合における、入力インピーダンス、電力伝送効率、及び出力可能電力を示す図である。本発明の実施形態に係る送電装置のインダクタンスＬ１を変化させた場合における、入力インピーダンス、電力伝送効率、及び出力可能電力を示す図である。本発明の実施形態に係る電力伝送システムの具体例を示す図である。本発明の実施形態に係る電力伝送システムの具体例の回路構成を示す図である。

　本発明の実施形態について説明する。

１．発明の経緯
　まず、発明に至った経緯について説明する。電界結合方式の電力伝送システムの送電装置は少なくとも一対の送電電極を備え、受電装置は少なくとも一対の受電電極を備える。そして、各送電電極と各受電電極とが対向することにより、結合容量が生じる。この結合容量は、各送電電極と各受電電極とが対向したときの位置関係に応じて変化する。電力伝送システムが、直列共振回路と並列共振回路とを含み、かつ両回路が結合容量を介して結合される複合共振回路を構成している場合、結合容量の変化により、直列共振周波数及び並列共振周波数が変化する。つまり、直列共振周波数と並列共振周波数とが一致しなくなる。したがって、送電装置上への受電装置の設置可能位置が固定位置でなく一定の広さを有する範囲である場合、直列共振周波数と並列共振周波数とを一致させることは実質的に困難である。

　これに対処するため、本発明は、送電装置上への受電装置の設置可能位置が固定位置でなく一定の広さを有する範囲として規定される電力伝送システムにおいて、十分な電力伝送効率を確保可能とすることを目的としている。

　本願の発明者は、種々検討を行い、複合共振回路の構成要素のインピーダンスを所定のインピーダンスに設定することにより、電力伝送システムにおける電力伝送効率を高くし、かつその周波数変化を少なくすることが可能であることを見出した。以下、くわしく説明する。

２．構成
　以下、本発明の実施形態に係る電力伝送システムについて図面を参照して具体的に説明する。

２－１．回路構成
　図１は、実施形態に係る電力伝送システムの回路構成を示す図である。実施形態に係る電力伝送システムは、電界結合方式の電力伝送システムである。

　本実施形態の電力伝送システムは、送電装置１０と受電装置２０を含む。

　送電装置１０は、信号源ＳＧ、昇圧トランスＴ１、インダクタＬ１、及び一対の送電電極Ｅｔ１、Ｅｔ２を有する。

　信号源ＳＧは、所定電圧値及び所定周波数の交流電圧を発生する。

　昇圧トランスＴ１は、信号源ＳＧにより発生された交流電圧を昇圧し、昇圧した交流電圧をインダクタＬ１を介して、一対の送電電極Ｅｔ１、Ｅｔ２間に印加する。インダクタＬ１は、昇圧トランスＴ１の漏れインダクタンスにより構成してもよい。

　一対の送電電極Ｅｔ１、Ｅｔ２は、キャパシタＣ１を構成する。

　受電装置２０は、一対の受電電極Ｅｒ１、Ｅｒ２、インダクタＬ２、降圧トランスＴ２、整流回路ＲＥＣ、及び負荷回路ＬＤを有する。
を有する。

　一対の受電電極Ｅｒ１、Ｅｒ２は、キャパシタＣ２を構成する。

　一対の受電電極Ｅｒ１、Ｅｒ２と送電装置１０の一対の送電電極Ｅｔ１、Ｅｔ２とが対向状態にあるとき、これらの受電電極Ｅｒ１、Ｅｒ２と送電電極Ｅｔ１、Ｅｔ２との間に結合容量Ｃｍが生じる。この対向状態において、送電装置１０の一対の送電電極Ｅｔ１、Ｅｔ２間に昇圧トランスＴ１で昇圧された交流電圧が印加されると、受電装置２０の一対の受電電極Ｅｒ１、Ｅｒ２間に交流電圧が誘起される。これにより、送電装置１０から受電装置２０に電力を伝送することができる。

　降圧トランスＴ２は、一対の受電電極Ｅｒ１、Ｅｒ２間に誘起された交流電圧を受電側インダクタＬ２を介して入力して降圧し、降圧した交流電圧を整流回路ＲＥＣの一対の入力端子間に印加する。インダクタＬ２は、降圧トランスＴ２の一次巻線の励磁インダクタンスにより構成してもよい。

　整流回路ＲＥＣは、複数のダイオードＤと、キャパシタＣ３とを含み、入力された交流電圧を直流電圧に変換し、負荷回路ＬＤの一対の入力端子間に印加する。

　負荷回路ＬＤは、整流回路ＲＥＣから印加された直流電圧を利用して、当該負荷回路ＬＤの有する所定の機能を実行する。

　なお、電界結合方式の電力伝送システムでは、昇圧トランスＴ１及び降圧トランスＴ２は必須でない。また、負荷回路ＬＤが交流負荷回路の場合には、整流回路ＲＥＣは必須でない。図２は、昇圧トランスＴ１及び降圧トランスＴ２、並びに整流回路ＲＥＣが設けられていない場合を示す図である。以後の共振回路の説明等においては、説明の簡略化のため、図２を参照して説明する。なお、図１に示す電力伝送システムのように、送電装置１０に昇圧トランスＴ１が設けられ、受電装置２０に降圧トランスＴ２が設けられている場合、送電装置１０の一対の送電電極Ｅｔ１、Ｅｔ２と受電装置２０の一対の受電電極Ｅｒ１、Ｅｒ２とを所定の対向状態にして電力伝送を行うときに、送電装置１０の一対の送電電極Ｅｔ１、Ｅｔ２と受電装置２０の一対の受電電極Ｅｒ１、Ｅｒ２との間の電界強度を大きくすることができる。また、送電装置１０と受電装置２０との間における送電電力を大きくすることができる。

２－２．共振回路
　図２において、送電装置１０のキャパシタＣ１とインダクタＬ１とは直列共振回路を構成する。受電装置２０のキャパシタＣ２とインダクタＬ２とは並列共振回路を構成する。

　また、本実施の形態においては、送電装置１０の各送電電極Ｅｔ１、Ｅｔ２と受電装置２０の各受電電極Ｅｒ１、Ｅｒ２とが対向状態にあるときに、各送電電極Ｅｔ１、Ｅｔ２と各受電電極Ｅｒ１、Ｅｒ２との間の結合容量Ｃｍ（合成容量）を介して、送電装置１０の直列共振回路と受電装置２０の並列共振回路とを含む複合共振回路が構成される。このとき、例えば送電電極Ｅｔ１、Ｅｔ２間に交流電圧Ｖ１が印加されると、結合容量Ｃｍに応じて受電電極Ｅｒ１、Ｅｒ２間に交流電圧Ｖ２が誘起される。

　また、本実施の形態においては、結合容量Ｃｍ（合成容量）が最大となる所定の対向状態において、負荷回路ＬＤの入力端子間を短絡した状態で信号源ＳＧ側から見た複合共振回路のインピーダンスが極小となる共振周波数が、結合容量Ｃｍ（合成容量）が最大となる所定の対向状態において、負荷回路ＬＤの入力端子間を開放した状態（負荷回路ＬＤを非接続の状態）で信号源ＳＧ側から見た複合共振回路のインピーダンスが極大となる共振周波数よりも高くなるように、複合共振回路の構成要素としてのインダクタンスＬ１のインダクタンス（インピーダンス）が設定されている。

　また、本実施の形態においては、複合共振回路の構成要素のインピーダンスは、結合容量Ｃｍ（合成容量）が最大となる所定の対向状態において、負荷回路ＬＤの入力端子間を短絡した状態で信号源ＳＧ側から見た複合共振回路のインピーダンスが極小となる共振周波数が、結合容量Ｃｍ（合成容量）が最大となる所定の対向状態において、負荷回路ＬＤの入力端子間を開放した状態で信号源ＳＧ側から見た複合共振回路のインピーダンスが極大となる共振周波数よりも高く、かつ合成容量が最大となる所定の対向状態において、負荷回路ＬＤの入力端子間を開放した状態で信号源ＳＧ側から見た複合共振回路のインピーダンスが極小となる共振周波数のうちの前記極大となる共振周波数よりも高い共振周波数よりも低くなるように、設定されている、

　また、本実施の形態においては、複合共振回路の構成要素のインピーダンスは、送電装置１０の各送電電極Ｅｔ１、Ｅｔ２と受電装置２０の各受電電極Ｅｒ１、Ｅｒ２とが所定の位置範囲内で対向しているときにおいて、前記極大となる共振周波数と前記極小となる共振周波数との高低関係が満足されるように、設定されている。

３．複合共振回路の構成要素のインピーダンスの設定例
　複合共振回路の構成要素のインピーダンスの設定例について説明する。本例では、複合共振回路の構成要素のインピーダンスとして、送電装置１０のインダクタＬ１のインダクタンスを設定する。この例について、図３Ａ、図３Ｂを参照して説明する。

　図３Ａ（ａ１）～（ｃ１）、図３Ｂ（ｄ１）～（ｅ１）は、図２の送電装置１０において、入力される交流電圧の周波数に対する、信号源ＳＧから受電装置２０側をみた入力インピーダンスの特性を示す。図３Ａ（ａ２）～（ｃ２）、図３Ｂ（ｄ２）～（ｅ２）は、入力される交流電圧の周波数に対する、電力伝送効率及び出力可能電力の特性を示す。なお、以下の説明においては、単に（ａ１）～（ｅ１）、（ａ２）～（ｅ２）という。（ａ１）～（ｅ１）及び（ａ２）～（ｅ２）は、送電装置１０のインダクタＬ１の値を順に小さくした場合を示している。送電装置１０の信号源ＳＧから受電装置２０側をみた入力インピーダンスは、送電装置１０と受電装置２０とで構成される複合共振回路の入力インピーダンスとなる。

　（ａ１）～（ｅ１）は、受電装置２０の負荷回路ＬＤの入力端子ｔｍ１、ｔｍ２間を開放した場合、つまり負荷回路ＬＤを開放した場合（以下、適宜「負荷回路ＬＤ開放時」という）の入力インピーダンスの特性、及び受電装置２０の負荷回路ＬＤの入力端子ｔｍ１、ｔｍ２間を短絡した場合（以下、適宜「負荷回路ＬＤ短絡時」という）の入力インピーダンスの特性を示す。

　負荷回路ＬＤ開放時、送電装置１０と受電装置２０とによる複合共振回路における直列共振のみが現れ、受電装置２０側の並列共振は現れない。この場合、共振点の数が負荷回路ＬＤ短絡時よりも減少し、（ａ１）～（ｅ１）の例では、マーカー（ｍ１２）で示す入力インピーダンス極小点のみが現れる。

　負荷回路ＬＤ開放時においては、前述のように、複合共振を生じる。そのため、極大点よりも高い周波数及び低い周波数のそれぞれに極小点が生じる。

　送電装置１０のインダクタＬ１のインダクタンスを小さくしていくと、負荷回路ＬＤ短絡時の入力インピーダンス極小点の周波数は高くなっていく。また、（ａ２）～（ｅ２）に示すように、電力伝送効率のピーク値が高くなり、かつ電力伝送効率の周波数偏差が減少する。また、出力可能電力は、ある値まで増加した後、減少する。

　電力伝送においては、大電力を高い効率で伝送できることが望ましい。（ａ１）～（ｅ１）で、負荷回路ＬＤ開放時に入力インピーダンスが極大値となる周波数付近で電力伝送を行うことで電力伝送効率を高くすることができる。負荷回路ＬＤ開放時に入力インピーダンスが極大となる周波数と負荷回路ＬＤ短絡時に入力インピーダンスが極小となる周波数を近接させることで、出力可能電力を大きくできる。

　前述のように、送電装置１０のインダクタＬ１のインダクタンスが小さくなると、電力伝送効率の最大値が大きくなり、かつその周波数偏差が小さくなる。これらを考慮すると、（ａ２）～（ｅ２）の中では、（ｄ２）のときに、電力伝送効率がよく、かつ出力可能電力を大きくできる。電界結合方式での非接触による電力伝送では送電装置１０の送電電極Ｅｔ１、Ｅｔ２と受電装置２０の受電電極Ｅｒ１、Ｅｒ２との位置がずれた場合などに共振周波数のずれが生じる。これを考慮すると、電力伝送効率の偏差や出力可能電力の偏差が小さいことが望ましい。よって、この点でも（ｄ２）は優れている。

　（ｄ２）では、負荷回路ＬＤ短絡時のインピーダンス極小値の周波数のほうが高くなっている。（ｃ２）では、負荷回路ＬＤ開放時のインピーダンス極大値と負荷回路ＬＤ短絡時のインピーダンス極小値がほぼ同じ周波数であるが、負荷回路ＬＤ短絡時のインピーダンス極小値の周波数のほうが若干高くなっている。これらのときに、電力伝送効率が高く、かつ比較的大きな出力可能電力を得られる。なお、（ｃ２）では、送電装置１０への受電装置２０の設置可能範囲が大きい場合、結合容量Ｃｍの変化により、（ａ２）、（ｂ２）のように、電力伝送効率及び出力可能電力が低下しやすくなる可能性がある。そのため、（ｃ２）の例は、受電装置２０の送電装置１０に対する設置可能範囲が比較的狭い場合に適する。ただし、（ｅ２）のように、負荷回路ＬＤ短絡時のインピーダンス極小値の周波数が高くなると出力可能電力が取れにくくなる。そのため、負荷回路ＬＤ短絡時のインピーダンス極小値は、負荷回路ＬＤ開放時のインピーダンス極大値とそれよりも周波数が高い側の負荷回路ＬＤ開放時のインピーダンス極小値との中間の値との間に存在させることが好ましい。

　（ａ１）、（ａ２）、（ｂ１）、（ｂ２）は、比較例である。（ａ１）、（ｂ１）では、負荷回路ＬＤ開放時におけるインピーダンス極大値の周波数よりも、負荷回路ＬＤ短絡時におけるインピーダンス極小値の周波数の方が小さい。（ａ２）では、電力伝送効率の周波数に対する偏差が、（ｃ２）、（ｄ２）、（ｅ２）の場合よりも大きくなっている。そのため、共振周波数が変化したときに、電力伝送効率が低下しやすい。（ａ２）では、電力伝送効率の周波数に対する偏差が、（ｂ２）の場合よりもさらに大きくなっている。そのため、結合容量Ｃｍ等の変化により共振周波数が変化したときに、電力伝送効率がより低下しやすい。また、出力可能電力もゼロに近くなる。

　なお、本例においては、信号源ＳＧから出力される交流電圧の周波数は、電力伝送効率が最大となる周波数に設定されている。これは、電力伝送システムにおける供給可能電力が、受電装置２０の負荷回路ＬＤの使用電力よりも少ない場合に有効である。なお、信号源ＳＧから出力される交流電圧の周波数は、電力伝送システムにおける供給可能電力が最大となる周波数に設定してもよい。これは、受電装置２０の負荷回路ＬＤの使用電力が大きい場合のように、電力伝送システムにおける供給可能電力をできるだけ大きくしたい場合に有効である。

４．まとめ
　本発明に係る電力伝送システムは、
　送電装置１０から受電装置２０に電界結合方式により電力を伝送する電力伝送システムであって、
　送電装置１０は、
　　少なくとも一対の送電電極Ｅｔ１、Ｅｔ２と、
　　送電側インダクタＬ１と、
　　送電電極Ｅｔ１、Ｅｔ２に送電側インダクタＬ１を介して交流信号を印加する信号源ＳＧとを含み、
　　送電電極Ｅｔ１、Ｅｔ２間に形成されるキャパシタＣ１と送電側インダクタＬ１とは直列共振回路を構成し、
　受電装置２０は、
　　少なくとも一対の受電電極Ｅｒ１、Ｅｒ２と、
　　受電側インダクタＬ２と、
　　受電側インダクタＬ２と並列に接続された負荷回路ＬＤとを含み、
　　受電電極Ｅｒ１、Ｅｒ２間に形成されるキャパシタＣ２と受電側インダクタＬ２とは並列共振回路を構成し、
　送電装置１０の各送電電極Ｅｔ１、Ｅｔ２と受電装置２０の各受電電極Ｅｒ１、Ｅｒ２とが対向状態にあるときに、各送電電極Ｅｔ１、Ｅｔ２と各受電電極Ｅｒ１、Ｅｒ２との間の結合容量Ｃｍ（合成容量）を介して直列共振回路と並列共振回路とを含む複合共振回路が構成され、
　　結合容量Ｃｍ（合成容量）が最大となる所定の対向状態において、負荷回路ＬＤの入力端子間を短絡した状態で信号源ＳＧ側から見た複合共振回路のインピーダンスが極小となる共振周波数が、合成容量が最大となる所定の対向状態において、負荷回路ＬＤの入力端子間を開放した状態で信号源ＳＧ側から見た複合共振回路のインピーダンスが極大となる共振周波数よりも高くなるように、複合共振回路の構成要素のインピーダンスが設定されている。

これにより、受電装置２０の送電装置１０への設置位置が、送電装置１０上の一定の広さを有する範囲内で変わったとしても、十分な電力伝送効率を確保することができる。

　このように、本実施形態によれば、送電装置１０上への受電装置２０の設置可能位置が固定位置でなく一定の広さを有する範囲である場合においても、十分な電力伝送効率を確保することができる。

　また、本実施の形態において、
　複合共振回路の構成要素のインピーダンスは、
　　合成容量が最大となる所定の対向状態において、負荷回路ＬＤの入力端子間を短絡した状態で信号源ＳＧ側から見た複合共振回路のインピーダンスが極小となる共振周波数が、合成容量が最大となる所定の対向状態において、負荷回路ＬＤの入力端子間を開放した状態で信号源ＳＧ側から見た複合共振回路のインピーダンスが極大となる共振周波数よりも高く、かつ合成容量が最大となる所定の対向状態において、負荷回路ＬＤの入力端子間を開放した状態で信号源ＳＧ側から見た複合共振回路のインピーダンスが極小となる共振周波数のうちの前記極大となる共振周波数よりも高い共振周波数よりも低くなるように、設定されている、

　これにより、一定程度の出力可能電力を確保しつつ、十分な電力伝送効率を確保することができる。

　また、本実施の形態において、
　複合共振回路の構成要素のインピーダンスは、
　　送電装置１０の各送電電極Ｅｔ１、Ｅｔ２と受電装置２０の各受電電極Ｅｒ１、Ｅｒ２とが所定の位置範囲内で対向しているときにおいて、前記極大となる共振周波数と前記極小となる共振周波数との高低関係が満足されるように、設定されている。

　これにより、受電装置２０の送電装置１０に対する位置関係が一定範囲内で変化したとしても、前記極大となる共振周波数と前記極小となる共振周波数との高低関係が満足され、十分な電力伝送効率を確保することができる。

　本実施形態では、複合共振回路の構成要素としてのインダクタンスＬ１のインダクタンス（インピーダンス）を設定するようにしてもよい。また、複合共振回路におけるそれ以外の構成要素のインピーダンスを設定してもよい。

５．電力伝送システムの具体例
　次に、本発明の電力伝送システムの具体例について説明する。図４は、本発明の電力伝送システムの具体例を示す図である。

　電力伝送システムは、充電台１００、受電デバイス２００、及びＡＣアダプタ３００を含む。

　ＡＣアダプタ３００は、交流電圧を直流電圧に変換して充電台１００に供給する。ＡＣアダプタ３００は、例えばＡＣ１００Ｖの交流電圧をＤＣ１２Ｖの直流電圧に変換する。

　充電台１００は、図１における送電装置１０に対応する。受電デバイス２００は、図１における受電装置２０に対応する。充電台１００及び受電デバイス２００の具体的構成について、図５を参照して説明する。

　図５は、充電台１００及び受電デバイス２００の回路構成を示す図である。なお、図５において、図１の構成要素と同一または対応するものについては同一の符号を付している。図１と同一のものについては適宜説明を省略する。

　本具体例の充電台１００は、信号源ＳＧ、昇圧トランスＴ１、及び一対の送電電極Ｅｔ１、Ｅｔ２を有する。

　信号源ＳＧは、ＡＣアダプタ３００から供給される直流電圧を交流電圧に変換するインバータ回路により構成される。信号源ＳＧは、例えば１００ｋＨｚ～１０ＭＨｚの交流電圧を生成する。インバータ回路は、４つの電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４、抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、及びコントローラＣＯＮＴを有する。

　充電台１００の基準電位はＡＣアダプタ３００からのグランド線に接続されている。これにより、充電台１００の基準電位をグランド電位と等しくすることができる。つまり、充電台１００の基準電位を定めることができる

　抵抗Ｒ１は、４つの電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４に流れる電流を所定の電流に制限する。抵抗Ｒ２、Ｒ３は、ＡＣアダプタ３００から供給される直流電圧を分圧する。コントローラＣＯＮＴは、抵抗Ｒ２、Ｒ３で分圧された直流電圧を入力し、インバータ回路から所定周波数、所定電圧の交流電圧が出力されるように電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４のＯＮ、ＯＦＦを制御する。これにより、昇圧トランスＴ１の入力端子間に所定周波数、所定電圧の交流電圧が印加される。

　昇圧トランスＴ１は、信号源ＳＧにより発生された交流電圧を昇圧し、昇圧した交流電圧をインダクタンスＬ１を介して、一対の送電電極Ｅｔ１、Ｅｔ２間に印加する。本例では、インダクタＬ１は、昇圧トランスＴ１の漏れインダクタンスにより構成されている。

　送電電極Ｅｔ１は送電側アクティブ電極を構成し、送電電極Ｅｔ２は送電側パッシブ電極を構成する。送電側アクティブ電極には送電側パッシブ電極に対してよりも高い電位が印加される。一対の送電電極Ｅｔ１、Ｅｔ２はキャパシタＣ１を構成する。

　本具体例の受電装置２０は、一対の送電電極Ｅｔ１、Ｅｔ２、降圧トランスＴ２、整流回路ＲＥＣ、ＤＣ－ＤＣコンバータＣＯＮＶ及び負荷回路ＬＤを有する。

　受電電極Ｅｒ１は受電側アクティブ電極を構成し、受電電極Ｅｒ２は受電側パッシブ電極を構成する。送電側アクティブ電極に送電側パッシブ電極に対してよりも高い電位が印加された場合、受電側アクティブ電極には受電側パッシブ電極よりも高い電位が誘起される。一対の受電電極Ｅｒ１、Ｅｒ２はキャパシタＣ２を構成する。

　送電電極（送電側アクティブ電極）Ｅｔ１と受電電極（受電側アクティブ電極）Ｅｒ１とが対向状態にあるとき、送電電極（送電側アクティブ）電極Ｅｔ１と受電電極（受電側アクティブ電極）Ｅｒ１との間には、結合容量Ｃａａが生じ、送電電極（送電側パッシブ電極）Ｅｔ２と受電電極（受電側パッシブ電極）Ｅｒ２との間には、結合容量Ｃｐｐが生じる。送電電極（送電側アクティブ電極）Ｅｔ１と受電電極（受電側アクティブ電極）Ｅｒ１とが対向状態にあるとき、充電台１００の一対の送電電極Ｅｔ１、Ｅｔ２間に昇圧トランスＴ１で昇圧された交流電圧が印加されることにより、受電デバイス２００の一対の受電電極Ｅｒ１、Ｅｒ２間に交流電圧が誘起される。これにより、充電台１００から受電デバイス２００に電力を伝送することができる。

　降圧トランスＴ２は、一対の受電電極Ｅｒ１、Ｅｒ２間に誘起された交流電圧を降圧し、降圧した交流電圧を整流回路ＲＥＣに印加する。降圧トランスＴ２は、入出力間にインダクタンスＬ２を有する。インダクタＬ２は、降圧トランスＴ２の一次巻線の励磁インダクタンスにより構成してもよい。

　降圧トランスＴ２の二次側巻線の前記一端側は容量Ｃｐｌを介して接地される。したがって、降圧トランスＴ２の二次側巻線の前記一端側が基準電位ラインとなる。

　整流回路ＲＥＣは、複数のダイオードＤ、及びキャパシタＣ３を含み、一対の入力端子間に印加された交流電圧を直流電圧に変換し、ＤＣ－ＤＣコンバータＣＯＮＶの入力端子間に印加する。

　ＤＣ－ＤＣコンバータＣＯＮＶは、整流回路ＲＥＣから出力される直流電圧を所定の直流電圧、例えば負荷回路ＬＤに適した直流電圧に変換して出力する。

　負荷回路ＬＤは、ＤＣ－ＤＣコンバータＣＯＮＶから出力される直流電圧を利用して、当該負荷回路ＬＤの有する所定の機能を実行する。

　１０　送電装置
　２０　受電装置
　１００　充電台
　２００　受電デバイス
　３００　ＡＣアダプタ
　Ｅｔ１、Ｅｔ２　送電電極
　Ｅｒ１、Ｅｒ２　受電電極
　ＲＥＣ　整流回路
　Ｃ１　キャパシタ
　Ｃ２　キャパシタ
　Ｃ３　キャパシタ
　Ｃａａ　送電側アクティブ電極と受電側アクティブ電極との間の結合容量
　Ｃｐｐ　送電側パッシブ電極と受電側パッシブ電極との間の結合容量
　Ｃｍ　結合容量
　ＣＯＮＴ　コントローラ
　ＣＯＮＶ　ＤＣ－ＤＣコンバータ
　Ｄ　　ダイオード
　Ｌ１　インダクタ
　Ｌ２　インダクタ
　ＬＤ　負荷回路
　Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４　ＦＥＴ
　Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３　抵抗
　ＳＧ　信号源
　Ｔ１　昇圧トランス
　Ｔ２　降圧トランス

Claims

　送電装置から受電装置に電界結合方式により電力を伝送する電力伝送システムであって、
　前記送電装置は、
　　少なくとも一対の送電電極と、
　　送電側インダクタと、
　　前記送電電極に前記送電側インダクタを介して交流信号を印加する信号源とを含み、
　　前記送電電極間に形成されるキャパシタと前記送電側インダクタとは直列共振回路を構成し、
　前記受電装置は、
　　少なくとも一対の受電電極と、
　　受電側インダクタと、
　　前記信号源から見て前記受電側インダクタと並列に接続された負荷回路とを含み、
　　前記受電電極間に形成されるキャパシタと前記インダクタとは並列共振回路を構成し、
　前記送電装置の各送電電極と前記受電装置の各受電電極とが対向状態にあるときに、各送電電極と各受電電極との間の合成容量を介して前記直列共振回路と前記並列共振回路とを含む複合共振回路が構成され、
　　前記合成容量が最大となる所定の対向状態において、前記負荷回路の入力端を短絡した状態で前記信号源側から見た前記複合共振回路のインピーダンスが極小となる共振周波数が、前記合成容量が最大となる所定の対向状態において、前記負荷回路の入力端を開放した状態で前記信号源側から見た前記複合共振回路のインピーダンスが極大となる共振周波数よりも高くなるように、前記複合共振回路の構成要素のインピーダンスが設定されている、
ことを特徴とする、電力伝送システム。
　前記複合共振回路の構成要素のインピーダンスは、
　　前記合成容量が最大となる所定の対向状態において、前記負荷回路の入力端を短絡した状態で前記信号源側から見た前記複合共振回路のインピーダンスが極小となる共振周波数が、前記合成容量が最大となる所定の対向状態において、前記負荷回路の入力端を開放した状態で前記信号源側から見た前記複合共振回路のインピーダンスが極大となる共振周波数よりも高く、かつ前記合成容量が最大となる所定の対向状態において、前記負荷回路の入力端を開放した状態で前記信号源側から見た前記複合共振回路のインピーダンスが極小となる共振周波数のうち前記極大となる共振周波数よりも高い共振周波数よりも低くなるように、設定されている、
ことを特徴とする、請求項１記載の電力伝送システム。
　前記複合共振回路の構成要素のインピーダンスは、
　　前記送電装置の各送電電極と前記受電装置の各受電電極とが所定の位置範囲内で対向しているときにおいて、前記極大となる共振周波数と前記極小となる共振周波数との前記高低関係が満足されるように、設定されている、
ことを特徴とする、請求項１または請求項２記載の電力伝送システム。