WO2014119059A1 - 受電装置および送電装置 - Google Patents

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真治 郷間
市川　敬一
博宣 高橋
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Murata Manufacturing Co Ltd
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Murata Manufacturing Co Ltd
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—ELECTRIC POWER NETWORKS; CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/10—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling
    • H02J50/12—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling of the resonant type
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—ELECTRIC POWER NETWORKS; CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/70—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power involving the reduction of electric, magnetic or electromagnetic leakage fields

Definitions

  • the present invention relates to a power receiving device, and more particularly, to a power receiving device having a function of stepping down a received AC voltage.
  • the present invention also relates to a power transmission device, and more particularly, to a power transmission device having a function of boosting an AC voltage to be transmitted.
  • a conventional electric field coupling type wireless power transmission system is disclosed in Patent Document 1.
  • a high-frequency voltage generation circuit provided in the power transmission device generates a high-frequency voltage of, for example, 100 kHz to several tens of MHz.
  • the generated high-frequency voltage is boosted by a booster circuit formed by a booster transformer and an inductor.
  • the passive electrode and the active electrode of the power transmission device are field-coupled with the passive electrode and the active electrode provided in the power reception device, and the boosted high-frequency voltage is transmitted to the power reception device via these electrodes.
  • the power receiving device is provided with a step-down circuit formed by a step-down transformer and an inductor.
  • the high-frequency voltage transmitted by the electric field coupling is stepped down by this step-down circuit and then supplied to the secondary battery through the rectifying and smoothing circuit.
  • the specifications (specifically, withstand voltage, inductance value, Q value) of the step-up transformer and the step-down transformer are strict, it is difficult to reduce the height of these transformers and thus to downsize the system module. As a result, it becomes difficult to incorporate the system into a mobile device such as a mobile phone or a smartphone that is required to be downsized.
  • a transformer using windings if the step-up transformer and the step-down transformer are used for resonance, a transformer satisfying all necessary specifications (withstand voltage, Q value, size, cost, etc.) can be obtained. It is difficult to choose.
  • a main object of the present invention is to provide a power receiving device that is excellent in power receiving efficiency and can be miniaturized.
  • Another object of the present invention is to provide a power transmission device that is excellent in power transmission efficiency and can be miniaturized.
  • the power receiving device (20: reference numerals corresponding to the embodiments; the same applies hereinafter) includes a power receiving electrode (E3, E4) to which an alternating voltage with a predetermined frequency transmitted from the power transmitting device (10) is applied, A first step-down means (24, 30, 32) for reducing the AC voltage applied to the power receiving electrode, and a second step-down means for stepping down the AC voltage stepped down by the first step-down means. 26, 30, 40), rectifying / smoothing means (28) for rectifying and smoothing current based on the AC voltage stepped down by the second step-down means, and supply means (Vout) for supplying the output of the rectifying and smoothing means to the load (22) Is provided.
  • a power receiving electrode E3, E4
  • a first step-down means 24, 30, 32
  • a second step-down means for stepping down the AC voltage stepped down by the first step-down means. 26, 30, 40
  • rectifying / smoothing means (28) for rectifying and smoothing current based on the AC voltage
  • the power transmission device includes power transmission electrodes (E1, E2) to which an AC voltage is applied, and the power reception electrode corresponds to an electrode that is electric field coupled with the power transmission electrode.
  • the first step-down means includes a first piezoelectric transformer (30).
  • the first step-down means includes a plurality of inductors (L3, L4) connected in series with each other and a capacitor (C2) connected in parallel with a part of the plurality of inductors.
  • the second lowering means includes a second piezoelectric transformer (40).
  • a power transmission device (10) includes a generating means (12) for generating an alternating voltage of a predetermined frequency, a first boosting means (14) for boosting an alternating voltage generated from the generating means, and a resonance in the vicinity of the predetermined frequency.
  • a second booster (16) having a characteristic and boosting the AC voltage boosted by the first booster; and a power transmission electrode (E1, E2) to which the AC voltage boosted by the second booster is applied .
  • the alternating voltage transmitted from the power transmission device exhibits a predetermined frequency
  • the first step-down means for stepping down the alternating voltage applied to the power receiving electrode has a characteristic of resonating in the vicinity of the predetermined frequency. Power reception efficiency can be obtained.
  • the AC voltage transmitted from the power transmission device is stepped down stepwise by the first step-down device and the second step-down device. For this reason, the specification of each step-down means can be relaxed, and the height of each step-down means can be reduced.
  • the output voltage of the first step-down unit may be high, the output current of the first step-down unit can be suppressed, and thereby the first step-down unit can be reduced in height.
  • the power receiving device can be reduced in size.
  • the AC voltage generated from the AC power source has a predetermined frequency
  • the second booster that outputs the AC voltage applied to the power transmission electrode has a characteristic of resonating in the vicinity of the predetermined frequency. Transmission efficiency can be obtained.
  • the AC voltage generated from the AC power source is boosted stepwise by the first booster and the second booster. For this reason, the specification of each booster can be relaxed, and the height of each booster can be reduced.
  • the power receiving device can be reduced in size.
  • the power transmission system of this embodiment includes a power transmission device 10 and a power reception device 20.
  • the power transmission device 10 is formed by a high-frequency voltage generation circuit 12 and a step-up transformer 14, and an active electrode E1 and a passive electrode E2 for electric field coupling.
  • the power receiving device 20 is formed by an active electrode E3 and a passive electrode E4 for electric field coupling, a primary step-down transformer 24, a secondary step-down transformer 26, and a rectifying / smoothing circuit 28.
  • the high frequency voltage generation circuit 12 generates a high frequency voltage (AC voltage) of 200 kHz.
  • One output end and the other output end of the high-frequency voltage generation circuit 12 are connected to one end and the other end of the primary coil L1 forming the step-up transformer 14, respectively.
  • the secondary coil L2 forming the step-up transformer 14 has a larger number of turns than the number of turns of the primary coil L1.
  • One end of the secondary coil L2 is connected to the active electrode E1, and the other end of the secondary coil L2 is connected to the passive electrode E2.
  • the primary step-down transformer 24 has a coil L3 having one end connected to the active electrode E3.
  • the other end of the coil L3 is connected to one end of the coil L4, and the other end of the coil L4 is connected to the passive electrode E4.
  • Capacitor C2 is connected in parallel with coil L4 and forms a resonant circuit with coils L3 and L4.
  • the number of turns and the winding diameter of the coil L3 are adjusted to “500” and “0.1 mm”, respectively, and the number of turns and the winding diameter of the coil L4 are adjusted to “50” and “0.2 mm”, respectively.
  • the size of the coil L3 is adjusted to 15 mm ⁇ 6 mm ⁇ 5 mm (height is 5 mm)
  • the size of the coil L4 is adjusted to 10 mm ⁇ 10 mm ⁇ 5 mm (height is 5 mm).
  • the capacitance of the capacitor C2 is adjusted so that the resonance frequency of the resonance circuit shows a frequency in the vicinity of 200 kHz.
  • the secondary step-down transformer 26 is formed by a primary coil L5 and a secondary coil L6. Both primary coil L5 and secondary coil L6 are formed in a pattern on the substrate. The number of turns and the pattern width of the primary coil L5 are adjusted to “25” and “0.5 mm”, respectively, and the number of turns and the pattern width of the secondary coil L6 are adjusted to “5” and “1.0 mm”, respectively. Further, the size of the secondary step-down transformer 26 is adjusted to 20 mm ⁇ 20 mm ⁇ 5 mm (height is 5 mm).
  • the one end of the primary coil L5 is connected to one end of the coil L4, and the other end of the primary coil L5 is connected to the other end of the coil L4.
  • One end of the secondary coil L6 is connected to the anode of the diode D1 and the cathode of the diode D3 that form the rectifying and smoothing circuit.
  • the other end of the secondary coil L6 is connected to the anode of the diode D2 and the cathode of the diode D4 that form the rectifying and smoothing circuit 28.
  • the cathodes of the diodes D1 and D2 are connected to one end of the capacitor C1, and the anodes of the diodes D3 and D4 are connected to the other end of the capacitor C1.
  • a load 22 such as a secondary battery is provided in parallel with the capacitor C1.
  • the high frequency voltage generated from the high frequency voltage generation circuit 12 is boosted by the step-up transformer 14 and then applied to the active electrode E1 and the passive electrode E2.
  • a high-frequency voltage based on the high-frequency voltage thus applied to the active electrode E3 and the passive electrode E4 of the power receiving device 20 is excited by electric field coupling.
  • the excited high frequency voltage is stepped down stepwise by the primary step-down transformer 24 and the secondary step-down transformer 26.
  • the stepped-down high frequency voltage is full-wave rectified by the diodes D1 to D4, and the rectified voltage is smoothed by the capacitor C1.
  • a current based on the DC voltage thus generated is supplied to the load 22 via the output terminal Vout.
  • the high-frequency voltage transmitted from the power transmission device 10 exhibits a frequency of 200 kHz. Since the primary step-down transformer 24 has a characteristic of resonating in the vicinity of 200 kHz, high power receiving efficiency is obtained. Further, the high frequency voltage transmitted from the power transmission device 10 is stepped down stepwise by the primary step-down transformer 24 and the secondary step-down transformer 26. Therefore, the specifications (withstand voltage, inductance value, Q value) of the primary step-down transformer 24 and the secondary step-down transformer 26 can be relaxed, and the primary step-down transformer 24 and the secondary step-down transformer 26 can be reduced in height. It becomes.
  • the output voltage of the primary step-down transformer 24 may be higher than when the voltage is stepped down by a single transformer, the output current of the primary step-down transformer 24 can be suppressed. Low profile is achieved.
  • the secondary step-down transformer 26 can be reduced in height. As a result of the reduction in height of the primary step-down transformer 24 and the secondary step-down transformer 26, the power receiving device 20 can be downsized.
  • the secondary step-down transformer does not need to be resonant, a transformer with strong coupling and small leakage inductance can be used, and the system can be adapted to the load specifications without significantly changing the conditions of the resonant circuit section. It is easy to select the most suitable step-down transformer.
  • the power transmission system of another embodiment is the same as the power transmission system shown in FIG. 1 except that the primary step-down transformer 24 of the power receiving device 20 is replaced by a single plate piezoelectric transformer 30. Therefore, the description of the overlapping parts is omitted as much as possible.
  • the single-plate piezoelectric transformer 30 has a single electrode E5 on the secondary side and two electrodes E6 and E7 on the primary side.
  • the secondary electrode E5 is connected to the active electrode E3, and the primary electrodes E6 and E7 form the secondary stepping transformer 26. Are connected to one end and the other end.
  • the electrode E7 is also connected to the passive electrode E4.
  • the resonance frequency of the single-plate piezoelectric transformer 30 is set in the vicinity of 200 kHz. Further, the size of the single-plate piezoelectric transformer 30 is adjusted to 10 mm ⁇ 25 mm ⁇ 3 mm (height is 3 mm). The single-plate piezoelectric transformer 30 that is allowed to have a height of about 3 mm can transmit power of about 10 W.
  • the single plate piezoelectric transformer 30 Since it is difficult to ensure a large step-down ratio in the single plate piezoelectric transformer 30, the single plate piezoelectric transformer 30 only steps down the high-frequency voltage transmitted from the power transmission device 10 to about 1/2 to 1/5. However, the withstand voltage of the secondary step-down transformer 26 can be lowered by providing the single-plate piezoelectric transformer 30, and the secondary step-down transformer 26 can be reduced in height. Since the size of the single-plate piezoelectric transformer 30 is as described above, the power receiving device 20 can be reduced in size as in the embodiment of FIG.
  • the power transmission system according to another embodiment is similar to the power transmission system shown in FIG. 2 except that the single-plate piezoelectric transformer 30 shown in FIG. 2 is replaced by a step-down circuit 32 having an equivalent element. Since it is the same as that of a transmission system, the description about the overlapping part is omitted as much as possible.
  • the step-down circuit 32 has a capacitor C3 having one end connected to the active electrode E3 and the other end connected to the passive electrode E4. One end of the capacitor C3 is connected to one end of the capacitor C4, and the other end of the capacitor C4 is connected to one end of the capacitor C5 via the coil L7. The other end of the capacitor C5 is connected to the other end of the capacitor C3.
  • the primary coil L5 that forms the secondary step-down transformer 26 is connected in parallel with the capacitor C5.
  • the resonant frequency of the step-down circuit 32 is adjusted to around 200 kHz by adjusting the capacitances of the capacitors C3 to C5 and the inductance of the coil L7. Further, the high-frequency voltage transmitted from the power transmission circuit 10 is stepped down by the coil L7. Also in this embodiment, miniaturization of the power receiving device 20 is realized as in the embodiment of FIG.
  • the power transmission system of still another embodiment is the power transmission system shown in FIG. 1 except that the secondary step-down transformer 26 of the power receiving device 20 is replaced by the single-plate piezoelectric transformer 40 described above. Since it is the same as that of the system, description of overlapping parts is omitted as much as possible.
  • the single-plate piezoelectric transformer 40 has a single electrode E5 on the secondary side and two electrodes E6 and E7 on the primary side.
  • the secondary electrode E5 is connected to one end of the capacitor C2
  • the primary electrode E6 is connected to the anode of the diode D1 and the cathode of the diode D3.
  • the primary side electrode E7 is connected to the anode of the diode D2 and the cathode of the diode D4.
  • an inductor L8 for impedance matching between the single plate piezoelectric transformer 40 and the rectifying / smoothing circuit 28 is added between the primary-side electrodes E6 and E7.
  • the primary step-down transformer 24 and the single-plate piezoelectric transformer 40 can be reduced in height, and the power receiving device 20 can be reduced in size.
  • the power transmission system of another embodiment is shown in FIG. 1 except that the secondary step-up transformer 16 is added to the power transmission device 10 and the primary step-down transformer 24 is omitted from the power reception device 20. Since it is the same as that of the power transmission system, description of overlapping parts is omitted as much as possible.
  • the secondary step-up transformer 16 has a capacitor C6.
  • One end and the other end of the capacitor C6 are connected to one end and the other end of the secondary coil L2 forming the primary step-up transformer 14, respectively.
  • One end and the other end of coil L9 are connected to one end and the other end of capacitor C6, respectively.
  • One end of the coil L10 is connected to one end of the coil L9, and the other end of the coil L10 is connected to the active electrode E1.
  • Passive electrode E2 is connected to the other end of coil L9.
  • the capacitor C6 forms a resonance circuit together with the coils L9 and L10. Further, the capacitance of the capacitor C6 is adjusted so that the resonance frequency shows a frequency in the vicinity of 200 kHz.
  • one end and the other end of the primary coil L5 forming the step-down transformer 26 are connected to the active electrode E3 and the passive electrode E4.
  • the high-frequency voltage output from the high-frequency voltage generation circuit 12 exhibits a frequency of 200 kHz
  • the secondary step-up transformer 16 has a characteristic of resonating in the vicinity of 200 kHz, so that high power transmission efficiency is obtained.
  • the high frequency voltage is stepped up stepwise by the primary step-up transformer 14 and the secondary step-up transformer 16. Therefore, the specifications of the primary step-up transformer 14 and the secondary step-up transformer 16 can be relaxed, and the height of the primary step-up transformer 14 and the secondary step-up transformer 16 can be reduced.
  • the primary step-up transformer 14 does not need to have high withstand voltage performance and does not need to be a resonance type, so that the primary step-up transformer 14 can be reduced in height. Further, since the input voltage of the secondary step-up transformer 16 is high, the input current of the secondary step-up transformer 16 can be suppressed, and thereby the height of the secondary step-up transformer 16 can be reduced. As a result of the low profile of the primary step-up transformer 14 and the secondary step-up transformer 16, the power transmission device 10 can be reduced in size.
  • the secondary step-up transformer does not need to be a resonance type, a transformer with a strong coupling and a small leakage inductance can be used, and without changing the conditions of the resonance circuit section greatly, according to the specifications of the power supply, It is easy to select the optimum step-up transformer for the system.
  • only one transformer of the power transmission device 10 and the power reception device 20 has a two-stage configuration.
  • both transformers of the power transmission device 10 and the power reception device 20 have a two-stage configuration. Also good.

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Abstract

　アクティブ電極Ｅ３およびパッシブ電極Ｅ４には、送電装置１０から伝送された２００ｋＨｚの高周波電圧が印加される。一次降圧トランス２４は、２００ｋＨｚの近傍で共振する特性を有し、アクティブ電極Ｅ３およびパッシブ電極Ｅ４に印加された高周波電圧を降圧させる。二次降圧トランス２６は、一次降圧トランス２４によって降圧された高周波電圧をさらに降圧させる。整流平滑回路２８は、二次降圧トランス２６によって降圧された高周波電圧に基づく電流を整流平滑する。整流平滑回路２８の出力は、出力端子Ｖｏｕｔを経て負荷２２に供給される。

Description

受電装置および送電装置
　この発明は、受電装置に関し、特に、受電した交流電圧を降圧する機能を有する、受電装置に関する。
　この発明はまた、送電装置に関し、特に、送電する交流電圧を昇圧する機能を有する、送電装置に関する。
　従来の電界結合方式のワイヤレス電力伝送システムが、特許文献１に開示されている。このシステムでは、送電装置に設けられた高周波電圧発生回路が、たとえば１００ｋＨｚ～数１０ＭＨｚの高周波電圧を発生する。発生された高周波電圧は、昇圧トランスおよびインダクタによって形成された昇圧回路で昇圧される。送電装置のパッシブ電極およびアクティブ電極は、受電装置に設けられたパッシブ電極およびアクティブ電極と電界結合され、昇圧された高周波電圧は、これらの電極を介して受電装置に伝送される。受電装置には、降圧トランスおよびインダクタによって形成された降圧回路が設けられる。電界結合によって伝送された高周波電圧は、この降圧回路によって降圧された後、整流平滑回路を経て二次電池に供給される。
特開２０１２－２９５４８号公報
　しかし、昇圧トランスおよび降圧トランスの仕様（具体的には、耐電圧，インダクタンス値，Ｑ値）を厳しくすると、これらのトランスの低背化ひいてはシステムモジュールの小型化が困難になる。結果的に、小型化要求の厳しい携帯電話機、スマートフォンのようなモバイル機器にシステムを内蔵することが困難になる。また、特に、巻線を用いたトランスにおいて、昇圧トランスおよび降圧トランスを共振にも利用しようとすると、必要な仕様（耐電圧、Ｑ値、サイズ、コスト等）をすべて満足するトランスを得ることが選ぶのが困難である。
　それゆえに、この発明の主たる目的は、受電効率に優れかつ小型化できる、受電装置を提供することである。
　この発明の他の目的は、送電効率に優れかつ小型化できる、送電装置を提供することである。
　この発明に従う受電装置(20：実施例で相当する参照符号。以下同じ)は、送電装置(10)から伝送された既定周波数の交流電圧が印加される受電電極(E3, E4)、既定周波数の近傍で共振する特性を有し、受電電極に印加された交流電圧を降圧させる第１降圧手段(24, 30, 32)、第１降圧手段によって降圧された交流電圧を降圧させる第２降圧手段(26, 30, 40)、第２降圧手段によって降圧された交流電圧に基づく電流を整流平滑する整流平滑手段(28)、および整流平滑手段の出力を負荷(22)に供給する供給手段(Vout)を備える。
　好ましくは、送電装置は交流電圧が印加される送電電極(E1, E2)を備え、受電電極は送電電極と電界結合される電極に相当する。
　好ましくは、第１降圧手段は第１圧電トランス(30)を含む。
　好ましくは、第１降圧手段は、互いに直列接続された複数のインダクタ(L3, L4)、および複数のインダクタの一部と並列接続されたキャパシタ(C2)を含む。
　好ましくは、第２降下手段は第２圧電トランス(40)を含む。
　この発明に従う送電装置(10)は、既定周波数の交流電圧を発生する発生手段(12)、発生手段から発生された交流電圧を昇圧させる第１昇圧手段(14)、既定周波数の近傍で共振する特性を有し、第１昇圧手段によって昇圧された交流電圧を昇圧させる第２昇圧手段(16)、および第２昇圧手段によって昇圧された交流電圧が印加される送電電極(E1, E2)を備える。
　この発明によれば、送電装置から伝送された交流電圧は既定周波数を示すところ、受電電極に印加された交流電圧を降圧する第１降圧手段は既定周波数の近傍で共振する特性を有するため、高い受電効率が得られる。また、送電装置から伝送された交流電圧は、第１降圧手段および第２降圧手段によって段階的に降圧される。このため、各降圧手段の仕様を緩和することができ、各降圧手段の低背化が図られる。
　具体的には、第１降圧手段の出力電圧が高くてもよいため、第１降圧手段の出力電流を抑制することができ、これによって第１降圧手段の低背化が図られる。また、第２降圧手段に高い耐圧性能を求める必要がなくなり、これによって第２降圧手段の低背化が図られる。各降圧手段の低背化の結果、受電装置の小型化が実現される。
　この発明によれば、交流電源から発生される交流電圧は既定周波数を示すところ、送電電極に印加される交流電圧を出力する第２昇圧手段は既定周波数の近傍で共振する特性を有するため、高い送電効率が得られる。また、交流電源から発生された交流電圧は第１昇圧手段および第２昇圧手段によって段階的に昇圧される。このため、各昇圧手段の仕様を緩和することができ、各昇圧手段の低背化が図られる。
　具体的には、第１昇圧手段に高い耐圧性能を求める必要がなくなり、これによって第１昇圧手段の低背化が図られる。また、第２昇圧手段の入力電圧が高いため、第２昇圧手段の入力電流を抑制することができ、これによって第２昇圧手段の低背化が図られる。各昇圧手段の低背化の結果、受電装置の小型化が実現される。
　この発明の上述の目的，その他の目的，特徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳細な説明から一層明らかとなろう。
電力伝送システムの構成の一例を示すブロック図である。 電力伝送システムの構成の他の一例を示すブロック図である。 電力伝送システムの構成のその他の一例を示すブロック図である。 電力伝送システムの構成のさらにその他の一例を示すブロック図である。 電力伝送システムの構成の他の一例を示すブロック図である。
　図１を参照して、この実施例の電力伝送システムは、送電装置１０および受電装置２０を備える。送電装置１０は、高周波電圧発生回路１２および昇圧トランス１４と、電界結合用のアクティブ電極Ｅ１およびパッシブ電極Ｅ２とによって形成される。また、受電装置２０は、電界結合用のアクティブ電極Ｅ３およびパッシブ電極Ｅ４と、一次降圧トランス２４，二次降圧トランス２６および整流平滑回路２８とによって形成される。
　送電装置１０において、高周波電圧発生回路１２は、２００ｋＨｚの高周波電圧（交流電圧）を発生する。高周波電圧発生回路１２の一方出力端および他方出力端は、昇圧トランス１４を形成する一次コイルＬ１の一方端および他方端にそれぞれ接続される。昇圧トランス１４を形成する二次コイルＬ２は、一次コイルＬ１の巻き数よりも大きい巻き数を有する。二次コイルＬ２の一方端はアクティブ電極Ｅ１に接続され、二次コイルＬ２の他方端はパッシブ電極Ｅ２に接続される。
　受電装置２０において、一次降圧トランス２４は、一方端がアクティブ電極Ｅ３と接続されたコイルＬ３を有する。コイルＬ３の他方端はコイルＬ４の一方端と接続され、コイルＬ４の他方端はパッシブ電極Ｅ４と接続される。コンデンサＣ２はコイルＬ４と並列接続され、コイルＬ３およびＬ４とともに共振回路を形成する。
　ここで、コイルＬ３の巻き数および巻線径はそれぞれ“５００”および“０．１ｍｍ”に調整され、コイルＬ４の巻き数および巻線径はそれぞれ“５０”および“０．２ｍｍ”に調整される。さらに、コイルＬ３のサイズは１５ｍｍ×６ｍｍ×５ｍｍ（高さは５ｍｍ）に調整され、コイルＬ４のサイズは１０ｍｍ×１０ｍｍ×５ｍｍ（高さは５ｍｍ）に調整される。また、コンデンサＣ２の容量は、前記共振回路の共振周波数が２００ｋＨｚの近傍の周波数を示すように調整される。
　二次降圧トランス２６は、一次コイルＬ５および二次コイルＬ６によって形成される。一次コイルＬ５および二次コイルＬ６のいずれも、基板上のパターンで形成される。一次コイルＬ５の巻き数およびパターン幅はそれぞれ“２５”および“０．５ｍｍ”に調整され、二次コイルＬ６の巻き数およびパターン幅はそれぞれ“５”および“１．０ｍｍ”に調整される。さらに、二次降圧トランス２６のサイズは、２０ｍｍ×２０ｍｍ×５ｍｍ（高さは５ｍｍ）に調整される。
　一次コイルＬ５の一方端はコイルＬ４の一方端と接続され、一次コイルＬ５の他方端はコイルＬ４の他方端と接続される。二次コイルＬ６の一方端は、整流平滑回路２８を形成するダイオードＤ１のアノードおよびダイオードＤ３のカソードと接続される。また、二次コイルＬ６の他方端は、整流平滑回路２８を形成するダイオードＤ２のアノードおよびダイオードＤ４のカソードと接続される。
　整流平滑回路２８において、ダイオードＤ１およびＤ２のカソードはコンデンサＣ１の一方端に接続され、ダイオードＤ３およびＤ４のアノードはコンデンサＣ１の他方端に接続される。コンデンサＣ１に並列に、二次電池などの負荷２２が設けられる。
　したがって、高周波電圧発生回路１２から発生された高周波電圧は、昇圧トランス１４によって昇圧された後、アクティブ電極Ｅ１およびパッシブ電極Ｅ２に印加される。受電装置２０のアクティブ電極Ｅ３およびパッシブ電極Ｅ４には、こうして印加された高周波電圧に基づく高周波電圧が、電界結合によって励起される。
　励起された高周波電圧は、一次降圧トランス２４および二次降圧トランス２６によって段階的に降圧される。降圧された高周波電圧は、ダイオードＤ１～Ｄ４によって全波整流され、整流された電圧はコンデンサＣ１によって平滑される。負荷２２には、こうして生成された直流電圧に基づく電流が出力端子Ｖｏｕｔを介して供給される。
　以上の説明から分かるように、送電装置１０から伝送された高周波電圧は２００ｋＨｚの周波数を示すところ、一次降圧トランス２４は、２００ｋＨｚの近傍で共振する特性を有するため、高い受電効率が得られる。また、送電装置１０から伝送された高周波電圧は、一次降圧トランス２４および二次降圧トランス２６によって段階的に降圧される。このため、一次降圧トランス２４および二次降圧トランス２６の各々の仕様（耐電圧，インダクタンス値，Ｑ値）を緩和することができ、一次降圧トランス２４および二次降圧トランス２６の低背化が可能となる。
　具体的には、一次降圧トランス２４の出力電圧が単一のトランスにより降圧する場合に比べ高くてもよいため、一次降圧トランス２４の出力電流を抑制することができ、これによって一次降圧トランス２４の低背化が図られる。また、二次降圧トランス２６に高い耐圧性能を求める必要がなく、さらに共振型である必要もないので、二次降圧トランス２６の低背化が可能となる。こうして一次降圧トランス２４および二次降圧トランス２６が低背化された結果、受電装置２０の小型化が実現される。また、二次降圧トランスは共振型である必要がないため、結合の強い漏れインダクタンスの小さいトランスを用いることができ、共振回路部の条件を大幅に変更することなく、負荷仕様に合わせて、システムとして最適な降圧トランスを選ぶことが容易である。
　図２を参照して、他の実施例の電力伝送システムは、受電装置２０の一次降圧トランス２４が単板圧電トランス３０によって置換される点を除いて、図１に示す電力伝送システムと同様であるため、重複する部分についての説明は極力省略する。
　単板圧電トランス３０は、二次側に単一の電極Ｅ５を有し、一次側に２つの電極Ｅ６およびＥ７を有する。この実施例では単板圧電トランス３０を降圧のために用いるため、二次側の電極Ｅ５がアクティブ電極Ｅ３と接続され、一次側の電極Ｅ６およびＥ７が二次降圧トランス２６を形成する一次コイルＬ５の一方端および他方端と接続される。電極Ｅ７は、パッシブ電極Ｅ４とも接続される。
　また、単板圧電トランス３０の共振周波数は２００ｋＨｚの近傍に設定される。さらに、単板圧電トランス３０のサイズは１０ｍｍ×２５ｍｍ×３ｍｍ（高さは３ｍｍ）に調整される。なお、高さを３ｍｍ程度まで許容された単板圧電トランス３０は、１０Ｗ程度の電力を伝送することができる。
　単板圧電トランス３０では降圧比を大きく確保することが困難であるため、単板圧電トランス３０は送電装置１０から伝送された高周波電圧を１／２～１／５程度まで降圧するに留まる。ただし、単板圧電トランス３０を設けることで二次降圧トランス２６の耐電圧を低くすることができ、二次降圧トランス２６の低背化が可能となる。単板圧電トランス３０のサイズは上述の通りであるため、図１実施例と同様、受電装置２０の小型化が実現される。
　図３を参照して、その他の実施例の電力伝送システムは、図２に示す単板圧電トランス３０がそれと等価な素子を有する降圧回路３２によって置換される点を除いて、図２に示す電力伝送システムと同様であるため、重複する部分についての説明は極力省略する。
　降圧回路３２は、アクティブ電極Ｅ３と接続された一方端およびパッシブ電極Ｅ４と接続された他方端を有するコンデンサＣ３を有する。コンデンサＣ３の一方端はコンデンサＣ４の一方端と接続され、コンデンサＣ４の他方端はコイルＬ７を介してコンデンサＣ５の一方端と接続される。コンデンサＣ５の他方端は、コンデンサＣ３の他方端と接続される。二次降圧トランス２６を形成する一次コイルＬ５は、コンデンサＣ５と並列接続される。
　降圧回路３２の共振周波数は、コンデンサＣ３～Ｃ５の容量およびコイルＬ７のインダクタンスを調整することで、２００ｋＨｚの近傍に調整される。また、送電回路１０から伝送された高周波電圧は、コイルＬ７によって降圧される。この実施例においても、図１実施例と同様、受電装置２０の小型化が実現される。
　図４を参照して、さらにその他の実施例の電力伝送システムは、受電装置２０の二次降圧トランス２６が上述した単板圧電トランス４０によって置換される点を除いて、図１に示す電力伝送システムと同様であるため、重複する部分についての説明は極力省略する。
　単板圧電トランス４０は、二次側に単一の電極Ｅ５を有し、一次側に２つの電極Ｅ６およびＥ７を有する。この実施例でも単板圧電トランス４０を降圧のために用いるため、二次側の電極Ｅ５がコンデンサＣ２の一方端と接続され、一次側の電極Ｅ６がダイオードＤ１のアノードおよびダイオードＤ３のカソードと接続され、一次側の電極Ｅ７がダイオードＤ２のアノードおよびダイオードＤ４のカソードと接続される。
　なお、この実施例では、単板圧電トランス４０の共振周波数を２００ｋＨｚの近傍に設定する必要はない。また、一次側の電極Ｅ６およびＥ７の間には、単板圧電トランス４０と整流平滑回路２８との間でインピーダンス整合をとるためのインダクタＬ８が追加される。
　この実施例においても、上述と同様、一次降圧トランス２４および単板圧電トランス４０の低背化が可能となり、受電装置２０の小型化が実現される。
　図５を参照して、他の実施例の電力伝送システムは、送電装置１０に二次昇圧トランス１６を追加し、受電装置２０から一次降圧トランス２４を省いた点を除いて、図１に示す電力伝送システムと同様であるため、重複する部分についての説明は極力省略する。
　送電回路１０において、二次昇圧トランス１６は、コンデンサＣ６を有する。コンデンサＣ６の一方端および他方端は、一次昇圧トランス１４を形成する二次コイルＬ２の一方端および他方端とそれぞれ接続される。コイルＬ９の一方端および他方端はそれぞれ、コンデンサＣ６の一方端および他方端と接続される。コイルＬ１０の一方端はコイルＬ９の一方端と接続され、コイルＬ１０の他方端はアクティブ電極Ｅ１と接続される。パッシブ電極Ｅ２は、コイルＬ９の他方端と接続される。
　コンデンサＣ６は、コイルＬ９およびＬ１０とともに共振回路を形成する。また、コンデンサＣ６の容量は、共振周波数が２００ｋＨｚの近傍の周波数を示すように調整される。
　一方、受電回路２０において、降圧トランス２６を形成する一次コイルＬ５の一方端および他方端は、アクティブ電極Ｅ３およびパッシブ電極Ｅ４と接続される。
　この実施例においても、高周波電圧発生回路１２から出力された高周波電圧は２００ｋＨｚの周波数を示すところ、二次昇圧トランス１６は、２００ｋＨｚの近傍で共振する特性を有するため、高い送電効率が得られる。また、高周波電圧は、一次昇圧トランス１４および二次昇圧トランス１６によって段階的に昇圧される。このため、一次昇圧トランス１４および二次昇圧トランス１６の仕様を緩和することができ、一次昇圧トランス１４および二次昇圧トランス１６の低背化が図られる。
　具体的には、一次昇圧トランス１４に高い耐圧性能を求める必要がなく、さらに共振型である必要もないので、一次昇圧トランス１４の低背化が図られる。また、二次昇圧トランス１６の入力電圧が高いため、二次昇圧トランス１６の入力電流を抑制することができ、これによって二次昇圧トランス１６の低背化が図られる。一次昇圧トランス１４および二次昇圧トランス１６の低背化の結果、送電装置１０の小型化が実現される。また、二次昇圧トランスは共振型である必要がないため、結合の強い漏れインダクタンスの小さいトランスを用いることができ、共振回路部の条件を大幅に変更することなく、電源の仕様に合わせて、システムとして最適な昇圧トランスを選ぶことが容易である。
　なお、これらの実施例では、送電装置１０および受電装置２０のいずれか一方のトランスだけを二段構成としているが、送電装置１０および受電装置２０の両方のトランスを二段構成とするようにしてもよい。
　１０　…送電装置
　１４　…昇圧トランス
　１６　…二次昇圧トランス
　２０　…受電装置
　２４，３２　…一次降圧トランス
　２６　…二次降圧トランス
　２８　…整流平滑回路
　３０　…単板圧電トランス

Claims (6)

  1. 　送電装置から電界結合により伝送された既定周波数の交流電圧が印加される受電電極、
    　前記既定周波数の近傍で共振する特性を有し、前記受電電極に印加された交流電圧を降圧させる第１降圧手段、
    　前記第１降圧手段によって降圧された交流電圧を降圧させる第２降圧手段、
    　前記第２降圧手段によって降圧された交流電圧に基づく電流を整流平滑する整流平滑手段、および
    　前記整流平滑手段の出力が供給される負荷を備える、受電装置。
  2. 　前記送電装置は前記交流電圧が印加される送電電極を備え、
    　前記受電電極は前記送電電極と電界結合される電極に相当する、請求項１記載の受電装置。
  3. 　前記第１降圧手段は第１圧電トランスを含む、請求項１または２記載の受電装置。
  4. 　前記第１降圧手段は、互いに直列接続された複数のインダクタ、および前記複数のインダクタの一部と並列接続されたキャパシタを含む、請求項１または２記載の受電装置。
  5. 　前記第２降圧手段は第２圧電トランスを含む、請求項１ないし４のいずれかに記載の受電装置。
  6. 　既定周波数の交流電圧を発生する発生手段、
    　前記発生手段から発生された交流電圧を昇圧させる第１昇圧手段、
    　前記既定周波数の近傍で共振する特性を有し、前記第１昇圧手段によって昇圧された交流電圧を昇圧させる第２昇圧手段、および
    　前記第２昇圧手段によって昇圧された交流電圧が印加される送電電極を備える、送電装置。
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