WO2014208683A1

WO2014208683A1 - 電力伝送体、電力供給装置、電力消費装置、電力供給システムおよび電力伝送体の製造方法

Info

Publication number: WO2014208683A1
Application number: PCT/JP2014/067033
Authority: WO
Inventors: 泰秋民野; 西岡　綾子; 小沼　博; 光博今泉; 孝二時田
Original assignee: 昭和電工株式会社
Priority date: 2013-06-27
Filing date: 2014-06-26
Publication date: 2014-12-31
Also published as: CN105308828A; JPWO2014208683A1; US20160072336A1

Abstract

　ワイヤレス給電に用いる電力伝送体であって、誘電体中に導電体のシートが厚さ方向に積層されて複数の層をなし、かつ層間に誘電体が存在する構造を有し、異なる層を占める導電体のシート同士が電気的に接続されていることを特徴とする電力伝送体により、電界結合方式によりワイヤレス給電を行なう場合に、電力伝送効率を向上させることができるとともに、電極が設けられる箇所における絶縁性を確保しやすい電力伝送体等を提供する。

Description

電力伝送体、電力供給装置、電力消費装置、電力供給システムおよび電力伝送体の製造方法

　本発明は、例えば、電界結合方式によりワイヤレス給電を行なう際に用いる電力伝送体等に関する。

　近年、携帯機器等の電力消費装置に対しケーブルをつなぐことなく電力を伝送するワイヤレス給電を行なう技術が普及しつつある。ワイヤレス給電を行なう方式には、電磁誘導方式、電界結合方式、磁界共鳴方式など種々の方法が提案されている。
　このうち電界結合方式による方法は、例えば、電力供給装置と電力消費装置のそれぞれに設けられる電極を対向させ、そして電力供給装置側の電極に交流電圧を印加することで電極間に生じる静電誘導により交流電力を伝送する。

　特許文献１には、電力供給領域に配置された固定体から、電力被供給領域に配置された可動体を介して、所定の負荷に対して電力を供給するための電力供給システムであって、固定体は、電力供給領域と電力被供給領域との相互の境界面に対する近傍位置に配置される第１の送電電極及び第２の送電電極を備え、可動体は、境界面に対する近傍位置に配置されるものであって、第１の送電電極又は第２の送電電極に対して対向状かつ非接触に配置される第１の受電電極と第２の受電電極とを備えるものが開示されている。

　また特許文献２には、互いに近距離に位置する複数のエネルギー生成装置および消費装置で構成され、電磁波の伝搬も誘導も利用せず、また電気コンデンサの単純な構成にも帰着せず、非対称発振電気双極子間の相互作用の形でモデル化され、この双極子は、２つの電極間に置かれた高圧高周波発生器または高圧高周波電荷で構成される部分インフルエンス状態で作動することを特徴とする装置が開示されている。

　さらに特許文献３には、電力供給体から電力被供給体に非接触電力供給を行う非接触電力供給システムのための電極構造であって、固定体の送電電極と可動体の受電電極とを相互に対向状に配置することにより結合コンデンサを構成した電極構造において、送電電極と受電電極の相互間に生じた空隙を、送電電極と受電電極の相互間に配置した誘電層であって、空気より誘電率の高い誘電層によって低減することにより、空隙による結合コンデンサの静電容量の低下を抑制するための低下抑制手段を備えるものが開示されている。

　またさらに特許文献４には、強誘電体層が固着した電極の製造方法は、両側面に連通する貫通孔を有する送電電極を準備する電極準備工程と、この送電電極の一方の側面に、強誘電性粒子を混合した樹脂を配置する樹脂配置工程と、送電電極の一方の側面から樹脂を加圧すると共に送電電極他方の側面から送電電極の貫通孔を介して樹脂の一部を吸引し、又は、送電電極の一方の側面から樹脂を加圧して樹脂の一部を貫通孔を介して押し出し、又は、送電電極の他方の側面から送電電極の貫通孔を介して樹脂の一部を吸引する樹脂移動定着工程と、樹脂を固化させる樹脂固化工程と、を含む強誘電体層が固着した電極の製造方法が開示されている。

　またさらに特許文献５には、単板コンデンサ素子の複数をその積層構造として、平行積層、対向積層、各層対向積層、最密積層などによってチップ内に載置してなる積層型固体電解コンデンサが開示されている。

　またさらに特許文献６には、それぞれ片面に内部電極が形成され、内部電極が形成されていない面同士を対向させて重ね合わされ、かつ山折りと谷折りとが繰り返されて折り畳まれた２つのフィルム状部材のそれぞれの山折り部によって形成される面に外部電極を形成するようにしたコンデンサが開示されている。

　またさらに特許文献７には、陽極箔及び陰極箔、並びに陽極箔と陰極箔との間に配置されたセパレーターを含むコンデンサであって、陽極箔と陰極箔との間にセパレーターが介在するように陽極箔、陰極箔及びセパレーターが巻回されており、陽極箔が、誘電体酸化皮膜層を有し、セパレーターが、固体電解質、及び固体電解質を保持する不織布を含み、セパレーターを構成する不織布が、少なくとも２層の不織布層を有する積層不織布であり、積層不織布が、繊維径０．１～４μｍを有する極細繊維で構成される不織布層（Ｉ層）と、繊維径６～３０μｍを有する熱可塑性樹脂繊維で構成される不織布層（ＩＩ層）とを含むものが開示されている。

特開２００９－８９５２０号公報特表２００９－５３１００９号公報特開２０１１－２５９６４９号公報特開２０１２－５１７１号公報特開２００１－２３０１５６号公報特開２００４－１１１５８８号公報国際公開第２０１１／０２１６６８号パンフレット

　ワイヤレス給電を行なう際には、電力伝送効率を向上させ、より大きな電力を伝送できることが求められる。また特に電界結合方式によりワイヤレス給電を行なう場合は、電極に高い交流電圧が印加されるため、電極が設けられる箇所における絶縁性を確保することも求められる。
　本発明の目的は、電界結合方式によりワイヤレス給電を行なう場合に、電力伝送効率を向上させることができるとともに、電極が設けられる箇所における絶縁性を確保しやすい電力伝送体及び、電力供給装置等を提供することである。

　本発明の電力伝送体は、ワイヤレス給電に用いる電力伝送体であって、誘電体中に導電体のシートが厚さ方向に積層されて複数の層をなし、かつ層間に誘電体が存在する構造を有し、異なる層を占める導電体のシート同士が電気的に接続されていることを特徴とする。

　ここで、誘電体中に導電体のシートが折りたたまれた構造を有することが好ましい。
　また導電体のシートを誘電体のシートにより挟み重ね合わせた被覆シートを折り畳んだ構造を有することが好ましい。
　さらに矩形状の１枚の被覆シートを短辺側の一端から他端に向け山折りと谷折りを交互に行なうことで折り畳まれている構造を有するか、矩形状の２枚の被覆シートの短辺側の一端を２枚の被覆シートを互いに直交するように重ね、２枚の被覆シートが重なる箇所と重ならない箇所との境界となる箇所を折り曲げ２枚の被覆シートをそれぞれ交互に折り返すことで折り畳まれる構造を有することが好ましい。
　またワイヤレス給電が、電界結合方式により行なわれるようにしてもよい。
　そして誘電体が、ゴムまたは樹脂からなることが好ましく、導電体が金属、導電性酸化物、導電性高分子、導電性フィラー複合体ゴム、およびそれらの複合体から選ばれる少なくとも一種からなることが好ましい。

　また本発明の電力供給装置は、交流電力を発生する交流電源と、交流電源により発生された交流電力を消費する電力消費装置に対し交流電力を電界結合方式により供給するための電界結合部を構成する電極と、電極の電力消費装置側に配され、電極を絶縁するための被覆部と、を備え、被覆部は、上述の電力伝送体であることを特徴とする。

　さらに本発明の電力消費装置は、交流電力を供給する電力供給装置から交流電力を電界結合方式により受電するための電界結合部を構成する電極と、電極により受電された交流電力を消費する負荷部と、電極の電力供給装置側に配され、電極を絶縁するための被覆部と、を備え、被覆部は、上述の電力伝送体であることを特徴とする。

　またさらに本発明の電力供給システムは、交流電力を発生する交流電源と、交流電源により発生された交流電力を消費する負荷部と、対向する対となる電極を備え、対となる電極間で交流電力を電界結合方式により伝送する電界結合部と、対となる電極間に配され、対となる電極の少なくとも一方について絶縁するための被覆部と、を備え、被覆部は、上述の電力伝送体であることを特徴とする。

　またさらに本発明の電力伝送体の製造方法は、導電体のシートと誘電体のシートとを挟み重ね合わせることで被覆シートを作製する被覆シート作製工程と、被覆シート作製工程で作製された被覆シートを折り畳む折り畳み工程と、を備えることを特徴とする。

　ここで、被覆シート作製工程は、導電体のシートと誘電体のシートとを一体化する工程を含むことが好ましい。
　また一体化する工程は、導電体のシートと誘電体のシートとを熱圧着する熱圧着工程であるか、導電体のシートと誘電体のシートとを接着剤により接着する接着工程であることが好ましい。

　電界結合方式によりワイヤレス給電を行なう場合に、本発明の電力伝送体を用いることによって、電力伝送効率を向上させることができるとともに、電極が設けられる箇所における絶縁性を確保しやすい電力伝送体及び、電力供給装置等を提供できる。

本実施の形態が適用される電力供給システムの例について説明した図である。電力供給システムの給電台および携帯機器の機能構成例を示したブロック図である。電界結合方式によりワイヤレス給電が行なわれる直列共振方式の動作原理を示した概念図である。並列共振方式の回路概念図の一例を説明した図である。（ａ）～（ｃ）は、被覆シートの例について説明した図である。（ａ）～（ｃ）は、被覆シートの折り畳み方の第１の例を説明した図である。（ａ）～（ｅ）は、被覆シートの折り畳み方の第２の例を説明した図である。（ａ）は、本実施の形態の被覆部の静電容量および絶縁性について説明した図である。また（ｂ）～（ｄ）は、他の形態による被覆部の静電容量および絶縁性について説明した図である。（ａ）～（ｃ）は、測定結果を示した図である。

＜電力供給システムの説明＞
　以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
　図１は、本実施の形態が適用される電力供給システムの例について説明した図である。
　本実施の形態の電力供給システム１は、ＡＣ（Alternating Current）アダプタ２と、電力供給装置の一例である給電台３と、電力消費装置の一例である携帯機器４とを備える。

　ＡＣアダプタ２は、商用電源に接続され、商用電源から電力を入力し給電台３に適した電力を出力する。このとき商用電源は、例えば交流１００Ｖである。また給電台３に出力する電力は、例えば５Ｗである。
　給電台３は、携帯機器４に電力を供給するための装置である。詳しくは後述するが、本実施の形態では、このとき携帯機器４に対し電力を、電界結合方式によりワイヤレス（非接触）給電により供給する。
　携帯機器４は、例えば、スマートフォンであるが、これに限られるものではなくタブレット端末、携帯電話、パーソナルコンピュータ、デジタルカメラ、モバイルバッテリ、有機ＥＬ（Electro-Luminescence）照明、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）照明等であってもよい。また携帯機器４は、電力消費装置のあくまで一例であり、供給する電力がさらに高ければ、電力の消費を行なう他の装置であってもよいことはもちろんである。他の装置としては、例えば、搬送ロボット、電動アシスト付自転車や電気自動車等が挙げられる。

　携帯機器４は、給電台３上に単に載置されているのみであり、給電台３に固定等は行なわなくてもよい。さらに後述する受電モジュール４０（図２参照）が設けられる側を給電台３に向けて載置されていれば、給電台３上における携帯機器４の位置や方向は、後述する電磁誘導方式と比較して大きな制約はない。そして、例えば携帯機器４のユーザが、給電台３の上に携帯機器４を載置すると、給電台３の側で携帯機器４が載置されたことを検知し、自動的に充電が開始される。携帯機器４を検知するシステムとしては、多様な方式が提案されているが、いずれの方法でも用いることができる。

　図２は、電力供給システム１の給電台３および携帯機器４の機能構成例を示したブロック図である。なお図２では、給電台３および携帯機器４が有する種々の機能のうち本実施の形態に関係するものを選択して図示している。

　給電台３には給電モジュール３０が備えられている。そして給電モジュール３０は、高周波交流電力を発生する発振部３１と、高周波交流電力を増幅する増幅部３２と、増幅部３２で増幅された高周波交流電力の電圧を昇圧する昇圧部３３と、携帯機器４に対し電界結合方式により給電を行なう電極３４と、電極３４の絶縁を行なう被覆部３５とを備える。

　一方、携帯機器４には、受電モジュール４０が備えられている。そして受電モジュール４０は、高周波交流電力を電界結合方式により受電するための電極４１と、電極４１で受電された高周波交流電力の電圧を降圧する降圧部４２と、高周波交流電力を直流電力に変換する整流部４３と、直流電力の電圧を調整するコンバータ部４４とを備える。
　また携帯機器４は、電極４１により受電された交流電力を消費する負荷部４５をさらに備える。この負荷部４５は、携帯機器４が使用される用途に応じて動作する機能部である。例えば、携帯機器４が、スマートフォンであった場合は、負荷部４５としては、通信機能を受け持つ通信部や、通信部を動作させるための充電池、充電池への充電を制御する充電制御部等が該当する。

　本実施の形態の給電モジュール３０では、まず発振部３１によりＡＣアダプタ２から供給された電力を変換し、高周波交流電力を発生させる。即ち発振部３１は、発振回路等から構成され、直流電力を交流電力に変換するインバータとして機能する。またこのとき発生する高周波交流電力の周波数は、例えば、１００ｋＨｚ～２０ＭＨｚである。本実施の形態では、発振部３１は、交流電力を発生する交流電源として把握することができる。

　増幅部３２は、高周波交流電力の電圧を、例えば、１０Ｖ～２０Ｖに持ち上げる。そして昇圧部３３は、電圧を例えば、１．５ｋＶの高電圧にさらに引き上げる。増幅部３２および昇圧部３３は、例えば、巻線トランスや圧電トランス等により実現することができる。

　電極３４は、電極４１と対となり、電極間で高周波交流電力を電界結合方式により伝送する電界結合部を構成する。つまり被覆部３５を介し電極３４と電極４１とでコンデンサが形成されるため、このコンデンサに交流電圧を印加すると、静電誘導の作用により交流電力が伝送される。電極３４と電極４１とは、非接触であるため、これによりワイヤレス給電を行なうことができる。

　被覆部３５は、電極３４の携帯機器４側に配され、電極３４を絶縁する。この被覆部３５については、後で詳しく説明を行なう。

　電極４１にて受電される高周波交流電力の電圧は、例えば、１．５ｋＶである。そして降圧部４２は、高周波交流電力の電圧を、例えば、３０Ｖ程度に降圧する。降圧部４２は、例えば、巻線トランスや圧電トランス等により実現することができる。

　整流部４３は、降圧された高周波交流電力を直流電力に変換する。整流部４３は、整流回路等により実現することができる。
　コンバータ部４４は、負荷部４５に適合した電圧に直流電力の電圧を調整し、負荷部４５に送る。これにより安定化した電圧、電流を負荷部４５に供給することができることが多い。

　なお図２では、電極３４は１つしか図示していないが、実際には、複数個配置される。そして携帯機器４が給電台３上に載置された位置により最適な電極３４を選択し、選択された電極３４によりワイヤレス給電が行なわれる。

　図３は、電界結合方式によりワイヤレス給電が行なわれる直列共振方式の動作原理を示した概念図である。
　図示するように本実施の形態の電力供給システム１は、２組の非対称ダイポールを垂直方向に結合させた構造を採る。即ち、アクティブ電極としての電極３４とパッシブ電極Ｐ１とで１組のダイポールが形成され、同様にアクティブ電極としての電極４１とパッシブ電極Ｐ２とでもう１組のダイポールが形成される。このとき電極３４よりパッシブ電極Ｐ１を大きくするとともに電極４１よりパッシブ電極Ｐ２を大きくすることで、ダイポール構造を非対称としている。さらにアクティブ電極である電極３４と電極４１とを対向させることで２組の非対称ダイポールを垂直方向に結合させている。また図３では、パッシブ電極Ｐ１と電極３４の間に増幅部３２と昇圧部３３とが配置され、電極４１とパッシブ電極Ｐ２の間に降圧部４２と負荷部４５とが配置される。なおこの図では、増幅部３２、昇圧部３３、降圧部４２として巻線トランスを使用した場合で図示しており、また整流部４３とコンバータ部４４については、説明を簡易にするため図示を省略している。

　図３においてパッシブ電極Ｐ１、Ｐ２は、実際には、グランドである。そして上述したように、昇圧部３３により電極３４には、例えば、１．５ｋＶの高電圧が印加されている。そしてダイポール構造の非対称性により電極３４と電極４１との間は、パッシブ電極Ｐ１、Ｐ２に対して高電位に保たれ、電極３４と電極４１の間には、誘導電界が集中する。この強い誘導電界を通じて、静電誘導の作用により交流電力が伝送される。

　以上説明した電力供給システム１で使用される電界結合方式には、以下のような特徴がある。
（i）携帯機器４の水平方向の位置自由度が高い（フリー・ポジショニング）
　ワイヤレス給電を行なう他の方式として電磁誘導を利用した電磁誘導方式がある。この電磁誘導方式は、送電コイルと受電コイルとの間で電磁誘導を利用して電力の伝送を行なう方式である。この場合、送電コイルと受電コイルの中心軸が少しずれただけで電力伝送効率が大幅に悪化する。一方、電界結合方式の場合、電極３４上の電界は、等方的に広がっており、電極３４と電極４１との水平位置が多少ずれても誘導電界の形成に支障が生じることは少ない。そのため電界結合方式では、水平方向の位置自由度が電磁誘導方式に比較してより高く、携帯機器４を使用するユーザにとって、利便性がより高い。
（ii）電極３４および電極４１の電極形状、材質への制約が少ない
　電界結合部を構成する電極３４および電極４１には高電圧が印加されており、そのため電極３４と電極４１の間を通過する電流は微少となる。そのため銀や銅などの良導体を使用する必要がない。よってＩＴＯ（Indium Tin Oxide）等の透明電極やメッキ等も使用可能であり、デザインの自由度が向上する。なお電極３４および電極４１としては、各種金属、各種カーボン、導電性高分子等を用いることができ、導電性を有するものであれば特に材質を選ばない。また電極３４および電極４１としては、蒸着膜レベルの薄い電極でもよく、形状についての自由度も高いため、携帯機器４への組み込みに支障が生じにくく、携帯機器４の重量増加も抑制することができる。
（iii）電界結合部の発熱が少ない
　電界結合部にはほとんど電流が流れないため、電極３４および電極４１の発熱は少ない。よって熱に弱い充電池等のデバイスを電界結合部の近くに配置することもできる。
（iv）異物侵入時の加熱が生じにくい
　上述した電磁誘導方式では、送電コイルと受電コイルとの間に金属等の異物が侵入すると、この異物について電磁誘導の作用により加熱が生じる。一方、電界結合部に金属等の異物が侵入しても加熱されることはほとんどない。

　なお、以上詳述した例では、直列共振回路を用いた電界結合方式の電力供給システムについて説明したが、これに限られるものではなく、電界結合方式を利用しているものであれば並列共振回路を備えた電力供給システムに使用しても良い。

　図４は、並列共振方式の回路概念図の一例を説明した図である。
　図示するように並列共振方式の回路では、給電台３側のコイルＬ_ＡとコンデンサＣ_Ａとが並列に接続され、並列共振回路部３６を構成する。また携帯機器４側のコイルＬ_ＢとコンデンサＣ_Ｂとは並列に接続され、並列共振回路部４６を構成する。なお並列共振回路部３６は、コイルＬ_Ａをその一部に含む変圧部３７を介して発振部３１と接続される。また並列共振回路部４６は、コイルＬ_Ｂをその一部に含む変圧部４７を介して負荷部４５と接続される。
　この並列共振方式の回路では、電極３４と電極４１とから構成される電界結合部は、共振回路の一部とはならなくなる。そのため接合容量が変化しても共振周波数への影響は小さく、極めて高インピーダンスの回路である。したがって、伝送シートへの供給電圧が低い等の特徴を有している。

＜被覆部の説明＞
　次に被覆部３５について詳述する。
　上述の通り直列共振方式の回路では、電極３４には高電圧が印加されている。そのため電極３４の電極４１と対向する面は、絶縁を行ない、ユーザの感電等が生じないようにする必要がある。
　そのため本実施の形態では、被覆部３５により電極３４を被覆し、電極３４の電極４１と対向する面を絶縁している。

　ここで電極３４と電極４１との間のインピーダンスは、より低いことが好ましい。インピーダンスが低ければ、電力伝送効率をより向上させることができる。
　このときインピーダンスは、下記（１）式により定義される。

　即ち、交流電力の周波数ｆがより大きいほど電力伝送効率が向上する。よって本実施の形態では、高周波交流電力を使用している。
　また静電容量Ｃがより大きいほど電力伝送効率が向上する。そのため電極３４と電極４１との間に位置する被覆部３５は、静電容量がより大きいものであることが好ましい。

　つまり被覆部３５としては、絶縁性を確保できるとともに、静電容量がより大きいことが求められる。
　この２つの要求を満足するため、本実施の形態では、誘電体中に導電体のシートが厚さ方向に積層されて複数の層をなし、かつこの層間に誘電体が存在する構造を有し、異なる層を占める導電体のシート同士が電気的に接続された電力伝送用シートを被覆部３５として使用する。この電力伝送用シートは、本実施の形態では、電力伝送体の一例として把握することができる。導電体のシートを電気的に接続する方法としては、異なる層を占める導電体のシート同士を貫くスルーホールを形成して導通させる方法や、複数の導電体のシートの各一辺端部を折り曲げるなどして他の導電体のシートと接触させる方法、導電体のシートを折り畳んで用いる方法などがある。
　本実施の形態では、導電体のシートと誘電体のシートとを重ね合わせた被覆シートを利用し、この被覆シートを折り畳んだ構造を有する電力伝送用シートを被覆部３５として使用するのが、製造容易性の観点などから好ましい。
　導電体のシートとしては、導電性を有する材料であれば特に限定はされないが、例えば金、銀、銅、アルミ等の金属や、ＩＴＯ（酸化インジウムスズ：Indium Tin Oxide)等の導電性酸化物、導電性高分子、導電性フィラー複合体ゴム等の導電性ゴム、およびそれらの複合体等を用いたシートが挙げられる。また、導電体のシートの形状については、板状、シート状、フィルム状、あるいはスパッタ、蒸着、メッキ等により形成された膜状など目的とする厚みに応じて適宜選択することができる。
　誘電体のシートとしては、例えばゴムや樹脂等の容量成分を持つ絶縁性シートが挙げられ、接着剤、アンカーコートなどもこの中に含まれるが、特にこれらに限定されるものではない。

　図５（ａ）～（ｃ）は、被覆シートＳの例について説明した図である。
　図５（ａ）～（ｃ）では、導電体のシートとしてアルミニウムシート（ＡＬ）を使用する。また誘電体のシートとしてキャストポリプレンフィルム（ＣＰＰ）や延伸ナイロンフィルム（ＯＮ）を使用した。
　商業的に入手可能な導電体のシートのＡＬとしては、日本製箔株式会社製、商品名：Ａ８Ｐ０２Ｈ－０ｎなどが、誘電体のシートのＣＰＰとしては、オカモト株式会社製、商品名：アロマーＥＴ２０Ｃなどが、ＯＮとしては、株式会社興人製、商品名：ボニール（登録商標）ＲＸ－Ｆ）などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。

　具体的には、図５（ａ）の被覆シートＳは、ＣＰＰ（厚さ２０μｍ）、ＡＬ（厚さ２０μｍ）、ＣＰＰ（厚さ２０μｍ）を順にドライラミネーション法により接着・積層させたものであり、全厚として６０μｍの厚さであった。
　また図５（ｂ）の被覆シートＳは、ＣＰＰ（厚さ３０μｍ）、ＡＬ（厚さ２０μｍ）、ＣＰＰ（厚さ３０μｍ）を順に積層させたものであり、全厚として８０μｍの厚さであった。
　さらに図５（ｃ）の被覆シートＳは、ＣＰＰ（厚さ４０μｍ）、ＡＬ（厚さ４０μｍ）、ＯＮ（厚さ２５μｍ）、ＣＰＰ（厚さ４０μｍ）を順に積層させたものであり、全厚として１４５μｍの厚さであった。なお図５（ａ）～（ｃ）には示していないが、実際には各層間に接着剤層を有している。

　このように本実施の形態の被覆シートＳは、導電体のシート（ＡＬ）と誘電体のシート（ＣＰＰ、ＯＮ）とを重ね合わせた構成となっている。またこれらの導電体のシートと誘電体のシート間は、圧着により接合されていることが好ましい。圧着の方法は、圧力と熱を付加することで接合を行なう熱圧着や接着剤による接着であることがより好ましい。圧着の際の導電体のシートと誘電体のシートは各々単独のシートを用いてもよく、あらかじめラミネートして用いてもよい。また被覆シートＳは、図５（ａ）～（ｃ）のように導電体のシートを誘電体のシートにより挟み重ね合わせることが好ましい。

　図６（ａ）～（ｃ）は、被覆シートＳの折り畳み方の第１の例を説明した図である。
　図６（ａ）は、折り畳みを行なう前の被覆シートＳを示している。図示するように被覆シートＳは、１枚であり、長尺の矩形状に作製されている。
　図６（ｂ）は、被覆シートＳを折り畳む際の折り目について説明した図である。
　図示するように本実施の形態の折り畳み方では、被覆シートＳの長辺側に沿って山折りと谷折りが交互に配列する。この場合、山折りおよび谷折りの折り目は、被覆シートＳの短辺とほぼ平行となる。つまりこの場合、矩形状の１枚の被覆シートＳを、短辺側の一端から他端に向け山折りと谷折りを交互に行なうことで折り畳まれる構造を有する。これは、矩形状の１枚の被覆シートＳを、つづら折り、蛇腹折り、またはアコーディオン状に折る構造を有すると言い換えることもできる。
　この折り畳み方により被覆シートＳを折り畳むことで、図６（ｃ）に示す被覆部３５が作製される。

　また図７（ａ）～（ｅ）は、被覆シートＳの折り畳み方の第２の例を説明した図である。
　図７（ａ）は、折り畳みを行なう前の被覆シートＳを示している。図示するように被覆シートＳは、２枚使用され、それぞれは、ほぼ同様の長さを有する長尺の矩形状に作製されている。ここではこのそれぞれの被覆シートＳを被覆シートＳ１および被覆シートＳ２と言うことにする。
　そして図７（ａ）に示すように矩形状の２枚の被覆シートＳの短辺側の一端を２枚の被覆シートＳを互いに直交するように重ねる。このとき被覆シートＳ１の一端の上に被覆シートＳ２の一端を重ね合わせるようにする。
　次に被覆シートＳ１と被覆シートＳ２が重なる箇所と重ならない箇所との境界となる箇所を折り目Ｆ１として、被覆シートＳ１の他端を図中矢印方向に向け折り返す。

　これにより被覆シートＳ１の折り返し部分は、被覆シートＳ２の上部に位置するようになり、図７（ｂ）の状態となる。
　次に被覆シートＳ１と被覆シートＳ２が重なる箇所と重ならない箇所との境界となる箇所を折り目Ｆ２として、被覆シートＳ２の他端を図中矢印方向に向け折り返す。

　これにより被覆シートＳ２の折り返し部分は、被覆シートＳ１の上部に位置するようになり、図７（ｃ）の状態となる。
　そして被覆シートＳ１と被覆シートＳ２が重なる箇所と重ならない箇所との境界となる箇所を折り目Ｆ３として、被覆シートＳ１の他端を図中矢印方向に向け折り返す。

　これにより被覆シートＳ１の折り返し部分は、被覆シートＳ２の上部に位置するようになり、図７（ｄ）の状態となる。
　さらに被覆シートＳ１と被覆シートＳ２が重なる箇所と重ならない箇所との境界となる箇所を折り目Ｆ４として、被覆シートＳ２の他端を図中矢印方向に向け折り返す。

　これにより被覆シートＳ１と被覆シートＳ２の位置関係は、再び図７（ａ）と同様の状態となる。
　後は、図７（ａ）～図７（ｄ）の作業を繰り返す。これにより被覆シートＳ１と被覆シートＳ２が最後まで折り畳まれると、図７（ｅ）に示す被覆部３５が作製される。
　以上図７（ａ）～（ｅ）で説明した被覆部３５は、２枚の被覆シートＳが重なる箇所と重ならない箇所との境界となる箇所を折り曲げ２枚の被覆シートＳをそれぞれ交互に折り返すことで折り畳まれる構造を有する、と言い換えることもできる。

　また、被覆シートＳの折りたたみ方は、上述した方法に限られるものではない。例えば、１枚のＬ字型の被覆シートＳをＬ字の付け根から直行するように交互に折り畳んで重ねる構造を有する等の各種方法で作ることができる。いずれにしても、被覆シートＳが、導電体のシートを誘電体のシートにより挟み重ね合わせた構造になっていればよい。
　被覆シートＳの折りたたみによる積層枚数は、通常２枚以上であり、電極３４の十分な絶縁性を確保しつつ製造コストや装置重量を削減するなどの観点から、２枚～５０枚が好ましく、３枚～３０枚がより好ましい。
　被覆シートＳを折り畳んだ構造を有する被覆部３５の厚みとしては、通常１００μｍ～１０ｍｍであり、好ましくは２００μｍ～６ｍｍ、より好ましくは３００μｍ～５ｍｍである。被覆部３５が１００μｍより薄いと、被覆部３５の破損やそれに伴う感電等を防ぐ観点から好ましくなく、１０ｍｍを超えると製造コストの観点などから好ましくない。

　図８（ａ）は、本実施の形態の被覆部３５の静電容量および絶縁性について説明した図である。また図８（ｂ）～（ｄ）は、他の形態による被覆部１３５の静電容量および絶縁性について説明した図である。図８（ａ）～（ｄ）において、上段は、静電容量について説明した図であり、下段は、被覆部上面が破損した場合の絶縁性について説明した図である。

　ここで図８（ａ）は、本実施の形態の被覆部３５であり、誘電体のシートと導電体のシートからなる被覆シートＳが折り畳まれている様子を図示している。
　また図８（ｂ）は、１枚ずつの誘電体のシートと導電体のシートを交互に積載して被覆部１３５を作製した場合を示している。即ち、それぞれの誘電体のシートおよび導電体のシートの一方は、他方に挟まれ、誘電体のシート同士または導電体のシート同士は接続せず、独立している。
　さらに図８（ｃ）は、誘電体のシートのみで被覆部１３５を作製した場合を示している。
　またさらに図８（ｄ）は、誘電体のシートにより電極３４を被覆するとともに、誘電体のシート上に金属層を形成させた場合を示している。

　まず図８（ａ）～（ｄ）上段の図を使用して、被覆部の形態による静電容量の違いについて説明を行なう。
　被覆部の静電容量（すなわち電極３４と電極４１の間の接合容量）は、電界結合方式により送受電を行うための電極３４、電極４１および被覆部により形成される接合容量である。具体的には、電極３４および電極４１が触れている誘電体のシートの静電容量で定まる。そして誘電体のシートの静電容量は、より誘電体のシートが薄い方がより大きくなる。この観点から図８（ａ）～（ｄ）上段に図示した被覆部について静電容量を考える。

　まず図８（ａ）の被覆部３５については、電極３４に触れている誘電体のシートおよび携帯機器４側に露出している（電極４１が触れている）誘電体のシートの静電容量が電極３４と電極４１の間の接合容量に関係する。各々の誘電体のシートの膜厚は、上述したように例えば、２０μｍ～６５μｍであり、何層にも折りたたんだとしても概ね最外面の誘電体シート２枚分の静電容量で決まるので接合容量が大きく低下することがない。

　次に図８（ｂ）の被覆部１３５は、電極３４に触れている誘電体のシートの膜厚および携帯機器４側に露出している誘電体のシートの膜厚を図８（ａ）と同様のものとすることはできる。しかしこの場合、導電体のシートが互いに独立に積層されるため、この導電体のシートにより直列のコンデンサが形成される。この場合、誘電体のシートがｎ層あり、それぞれの静電容量がＣ_１、Ｃ_２、Ｃ_３、…、Ｃ_ｎ－１、Ｃ_ｎだったとすると、図８（ｂ）の被覆部１３５の接合容量Ｃは、以下の（２）式で表わすことができる。

　即ち、図８（ｂ）の場合、接合容量Ｃは、積層枚数が増すごとに著しく小さなものとなる。
　また図８（ｃ）と図８（ｄ）の被覆部１３５については、誘電体のシートの膜厚を図８（ａ）の誘電体のシートのように薄くすれば、接合容量を大きくすることは可能である。

　次に図８（ａ）～（ｄ）下段の図を使用して、被覆部上面が破損した場合に、被覆部の形態による絶縁性の違いについて説明を行なう。
　まず図８（ａ）の被覆部３５は、被覆シートを折り畳むことで、被覆シートの多層構造を形成しており、その全体の厚みは、大きなものとなる。そのため被覆部３５の上面が破損した場合でも、その影響は、電極３４にまで及ぶことは少なく、電極３４の絶縁性を確保しやすい形態であると言える。
　このことは図８（ｂ）の場合も同様であり、図８（ｂ）についても電極３４の絶縁性を確保しやすい形態である。

　一方、図８（ｃ）の場合は、接合容量を大きくするため、被覆部１３５を形成する誘電体のシートの膜厚を薄くすると、被覆部１３５の上面が破損した場合、容易に電極３４が露出する。そのため図８（ｃ）の被覆部１３５は、電極３４の絶縁性を確保しにくい形態であると言える。

　また図８（ｄ）の場合は、接合容量を大きくするため誘電体のシートを薄くしても誘電体のシートの上部に金属層が存在する。そのため被覆部１３５の上面が破損した場合でも、電極３４の絶縁性は確保しやすい。ただし、絶縁性を確保するため、金属層の厚さを多くした場合、被覆部１３５全体として固く可撓性がなくなり、意匠性が制限される。

　まとめると被覆部の形態として、絶縁性を確保できるとともに大きい接合容量を得ることができ、かつ可撓性等についても優れるものは、図８（ａ）の被覆部３５となる。

＜被覆部の製造方法の説明＞
　次に被覆部３５の製造方法について説明を行なう。
　まず導電体のシートと誘電体のシートとを挟み重ね合わせることで、被覆シートＳを作製する（被覆シート作製工程）。
　このとき導電体のシートと誘電体のシートとを積層し、一体化する工程を含むことが好ましい。導電体のシートと誘電体のシートとを一体化する方法は特に限定されないが、熱圧着する工程（熱圧着工程）または接着剤を用いて接着する工程（接着工程）を含むことが好ましい。この熱圧着は、熱プレスまたはアイロン等を押し当て行なってもよく、内部にヒータ等を備えた一対のロール間に被覆シートＳを通すことで行なってもよい。また、接着剤による接着としてドライラミネーション法を用いてもよい。
　これにより図５で説明を行なったような被覆シートＳを作製できる。

　次に被覆シート作製工程で作製された被覆シートＳを折り畳む（折り畳み工程）。この折り畳み方は例えば、図６および図７で説明した方法が適用できるが、これに限られるものではない。ただし図６および図７で説明した方法によれば、被覆部３５の厚さを大きくしやすく、より絶縁性に優れた被覆部３５を作製することができる。
　以上のようにして被覆部３５の製造を行なうことができる。

　なお以上詳述した例では、被覆部３５は、電極３４上に配置されていたが、これに限られるものではなく、電極４１側に配置されていてもよく、電極３４側および電極４１側の双方にそれぞれ配置されていてもよい。

　以下、本発明を実施例を用いてより詳細に説明するが、本発明は、その要旨を越えない限りこれらの実施例により限定されるものではない。

〔被覆部の作製〕
　被覆シートＳとして、図５（ａ）～（ｃ）に示した３種類のものをそれぞれ作製した。そしてこの１枚の被覆シートＳの電気特性として、静電容量および誘電正接（ｔａｎδ）を測定した。このとき使用した機器としてはアジレント・テクノロジー株式会社製　４２９４Ａ　プレシジョンインピーダンス・アナライザを用いた。また測定周波数として６．７８ＭＨｚを使用した。

（実施例）
　次に実施例として図６で説明した方法で、被覆シートＳを折り畳み、５センチ平方の被覆部３５を作製した。このとき被覆シートＳが積層する枚数を変更し、静電容量および誘電正接（ｔａｎδ）を測定した。

（比較例）
　また比較例として、図５（ａ）～（ｃ）に示した３種類の被覆シートＳを切断し、図８（ｂ）のようにして被覆シートＳを積層させ、５センチ平方の被覆部１３５を作製した。このとき実施例と同様に、被覆シートＳが積層する枚数を変更し、静電容量および誘電正接（ｔａｎδ）を測定した。

〔測定結果〕
　測定結果を図９（ａ）～（ｃ）に示す。
　図９（ａ）は、図５（ａ）～（ｃ）に示した３種類の被覆シートＳについて、折り畳み等により積層する前の１枚の被覆シートＳの電気特性を示したものである。
　ここで被覆シートの欄において、（Ｉ）は、図５（ａ）に示した被覆シートであることを意味する。同様に（ＩＩ）は、図５（ｂ）に示した被覆シートであり、（ＩＩＩ）は、図５（ｃ）に示した被覆シートであることを意味する。１枚の被覆シートＳの電気特性としては、（Ｉ）が４２ｐＦ／ｃｍ^２、（ＩＩ）が３０ｐＦ／ｃｍ^２、（ＩＩＩ）が２０ｐＦ／ｃｍ^２となり、電極３４に触れる誘電体のシートの厚さが薄いほど、静電容量、即ち、接合容量が大きくなっていることがわかる。

　図９（ｂ）は、実施例において被覆シートＳが積層した枚数に対する静電容量の変化を図示したものである。即ち、図９（ｂ）は、被覆シートＳを折り畳むことで被覆部３５を作製した場合の接合容量の変化を示している。
　さらに９（ｃ）は、比較例において被覆シートＳが積層した枚数に対する静電容量の変化を図示したものである。即ち、図９（ｃ）は、被覆シートＳをカットして積層することで被覆部１３５を作製した場合の接合容量の変化を示している。
　なお図９（ｂ）～（ｃ）において、横軸は、被覆シートＳの積層枚数を表わし、縦軸は静電容量、即ち、接合容量を表わす。

　図９（ｂ）に図示するように、実施例では、積層枚数に対する静電容量の変化はほとんど生じなかった。
　一方、図９（ｃ）に図示するように、比較例では、積層枚数が増加するに従い、静電容量は減少した。
　なおｔａｎδについては、図９（ｂ）および図９（ｃ）の場合の双方について、積層枚数の変化によって、ほとんど変化しなかった。

１…電力供給システム、２…ＡＣアダプタ、３…給電台、４…携帯機器、３０…給電モジュール、３１…発振部、３２…増幅部、３３…昇圧部、３４、４１…電極、３５…被覆部、３６、４６…並列共振回路部、３７、４７…変圧部、４０…受電モジュール、４２…降圧部、４３…整流部、４４…コンバータ部、４５…負荷部、Ｓ…被覆シート

Claims

　ワイヤレス給電に用いる電力伝送体であって、誘電体中に導電体のシートが厚さ方向に積層されて複数の層をなし、かつ当該層間に誘電体が存在する構造を有し、異なる層を占める当該導電体のシート同士が電気的に接続されていることを特徴とする電力伝送体。
　誘電体中に前記導電体のシートが折りたたまれた構造を有する請求項１に記載の電力伝送体。
　前記導電体のシートを誘電体のシートにより挟み重ね合わせた被覆シートを折り畳んだ構造を有する請求項２に記載の電力伝送体。
　矩形状の１枚の前記被覆シートを短辺側の一端から他端に向け山折りと谷折りを交互に行なうことで折り畳まれている構造を有する請求項３に記載の電力伝送体。
　矩形状の２枚の前記被覆シートの短辺側の一端を２枚の当該被覆シートを互いに直交するように重ね、２枚の当該被覆シートが重なる箇所と重ならない箇所との境界となる箇所を折り曲げ２枚の当該被覆シートをそれぞれ交互に折り返すことで折り畳まれる構造を有する請求項３に記載の電力伝送体。
　前記ワイヤレス給電が、電界結合方式により行なわれる請求項１から５の何れか１項に記載の電力伝送体。
　前記誘電体が、ゴムまたは樹脂からなる請求項１から６の何れか１項に記載の電力伝送体。
　前記導電体が金属、導電性酸化物、導電性高分子、導電性フィラー複合体ゴム、およびそれらの複合体から選ばれる少なくとも一種からなる請求項１から７の何れか１項に記載の電力伝送体。
　交流電力を発生する交流電源と、
　前記交流電源により発生された交流電力を消費する電力消費装置に対し当該交流電力を電界結合方式により供給するための電界結合部を構成する電極と、
　前記電極の前記電力消費装置側に配され、当該電極を絶縁するための被覆部と、
　を備え、
　前記被覆部は、請求項１から８の何れか１項に記載の電力伝送体であることを特徴とする電力供給装置。
　交流電力を供給する電力供給装置から当該交流電力を電界結合方式により受電するための電界結合部を構成する電極と、
　前記電極により受電された前記交流電力を消費する負荷部と、
　前記電極の前記電力供給装置側に配され、当該電極を絶縁するための被覆部と、
　を備え、
　前記被覆部は、請求項１から８の何れか１項に記載の電力伝送体であることを特徴とする電力消費装置。
　交流電力を発生する交流電源と、
　前記交流電源により発生された交流電力を消費する負荷部と、
　対向する対となる電極を備え、対となる当該電極間で前記交流電力を電界結合方式により伝送する電界結合部と、
　対となる前記電極間に配され、対となる当該電極の少なくとも一方について絶縁するための被覆部と、
　を備え、
　前記被覆部は、請求項１から８の何れか１項に記載の電力伝送体であることを特徴とする電力供給システム。
　請求項３から８の何れか１項に記載の電力伝送体の製造方法であって、
　導電体のシートと誘電体のシートとを挟み重ね合わせることで被覆シートを作製する被覆シート作製工程と、
　前記被覆シート作製工程で作製された前記被覆シートを折り畳む折り畳み工程と、
　を備えることを特徴とする電力伝送体の製造方法。
　前記被覆シート作製工程は、前記導電体のシートと前記誘電体のシートとを一体化する工程を含むことを特徴とする請求項１２に記載の電力伝送体の製造方法。
　前記一体化する工程は、前記導電体のシートと前記誘電体のシートとを熱圧着する熱圧着工程である請求項１３に記載の電力伝送体の製造方法。
　前記一体化する工程は、前記導電体のシートと前記誘電体のシートとを接着剤により接着する接着工程である請求項１３に記載の電力伝送体の製造方法。