(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
送電装置から受電装置に対して無線で交流電力を伝送する無線電力伝送システムにおいて、
前記送電装置は、
所定の距離を隔てて配置され、当該所定の距離を含む合計幅が近傍界であるλ／２π以下の長さを有する第１および第２電極と、
前記第１および第２電極と交流電力発生部の２つの出力端子とをそれぞれ電気的に接続する第１および第２接続線と、
前記第１および第２電極と前記交流電力発生部の２つの出力端子の少なくとも一方の間に挿入される第１インダクタと、を有し、
前記受電装置は、所定の距離を隔てて配置され、当該所定の距離を含む合計幅が近傍界であるλ／２π以下の長さを有する第３および第４電極と、
前記第３および第４電極と負荷の２つの入力端子とをそれぞれ電気的に接続する第３および第４接続線と、
前記第３および第４電極と前記負荷の２つの入力端子の少なくとも一方の間に挿入される第２インダクタと、を有し、
前記第１および第２電極と前記第１インダクタによって構成されるカプラが一の共振回路を形成し、前記第３および第４電極と前記第２インダクタによって構成されるカプラが他の共振回路を形成し、
前記第１および第２電極と前記第１インダクタによって構成されるカプラの共振周波数と、前記第３および第４電極と前記第２インダクタによって構成されるカプラの共振周波数が略等しくなるように設定され、前記第１および第２電極と前記第３および第４電極は近傍界であるλ／２π以下の距離を隔てて配置される、
ことを特徴とする無線電力伝送システム。
【請求項２】
前記第１乃至第４電極は平板形状を有していることを特徴とする請求項１に記載の無線電力伝送システム。
【請求項３】
前記第１および第２電極と、前記第３および第４電極はそれぞれ同一平面上に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の無線電力伝送システム。
【請求項４】
前記第１および第３電極と、前記第２および第４電極は略平行に配置されていることを特徴とする請求項３に記載の無線電力伝送システム。
【請求項５】
前記第１および第２接続線は、前記第１および第２電極の領域およびこれらによって挟まれた領域を回避するように配置されるとともに、当該領域から遠ざかる方向に伸延されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の無線電力伝送システム。
【請求項６】
前記第３および第４接続線は、前記第３および第４電極の領域およびこれらによって挟まれた領域を回避するように配置されるとともに、当該領域から遠ざかる方向に伸延されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の無線電力伝送システム。
【請求項７】
所定の距離を隔てて配置され、当該所定の距離を含む合計幅が近傍界であるλ／２π以下の長さを有する第５および第６電極と、
前記第５および第６電極の間に接続された第３インダクタと、を有する中継装置を備え、
前記第５および第６電極は、前記送電装置の前記第１および第２電極と、前記受電装置の前記第３および第４電極の間に配置されるとともに、
前記第５および第６電極と前記第３インダクタによって構成されるカプラの共振周波数が、前記送電装置および前記受電装置のカプラの共振周波数と略等し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乃至６のいずれか１項に記載の無線電力伝送システム。
【請求項８】
送電装置から受電装置に対して無線で交流電力を伝送する無線電力伝送システムにおいて、
前記送電装置は、
所定の距離を隔てて配置される第１および第２電極と、
前記第１および第２電極と交流電力発生部の２つの出力端子とをそれぞれ電気的に接続する第１および第２接続線と、
前記第１および第２電極と前記交流電力発生部の２つの出力端子の少なくとも一方の間に挿入される第１インダクタと、を有し、
前記受電装置は、
所定の距離を隔てて配置される第３および第４電極と、
前記第３および第４電極と負荷の２つの入力端子とをそれぞれ電気的に接続する第３および第４接続線と、
前記第３および第４電極と前記負荷の２つの入力端子の少なくとも一方の間に挿入される第２インダクタと、を有し、
前記第１および第２電極と前記第１インダクタによって構成されるカプラが一の共振回路を形成し、前記第３および第４電極と前記第２インダクタによって構成されるカプラが他の共振回路を形成し、
前記第１および第２電極と前記第１インダクタによって構成されるカプラの共振周波数と、前記第３および第４電極と前記第２インダクタによって構成されるカプラの共振周波数が略等しくなるように設定され、前記第１および第２電極と前記第３および第４電極は近傍界であるλ／２π以下の距離を隔てて配置され、
前記第１および第２電極は、湾曲形状を有しており、対向させることで第１の筒状構造をなしており、前記第１の筒状構造の外周は、近傍界であるλ／２π以下の長さであり、
前記第３および第４電極は、湾曲形状を有しており、対向させることで第２の筒状構造をなしており、前記第２の筒状構造の外周は、近傍界であるλ／２π以下の長さであり、
前記第１および第２電極を離間するスリットと、前記第３および第４電極を離間するスリットとが対向するように、前記第１および第２の筒状構造が略同心円状に配置されていることを特徴とする無線電力伝送システム。
【請求項９】
前記交流電力発生部の周波数は、前記第１および第２電極と前記第１インダクタによって構成されるカプラの共振周波数と略同じ周波数に設定されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の無線電力伝送システム。
【請求項１０】
前記交流電力発生部の周波数は、前記送電装置から前記受電装置への電力の伝送効率が最大となる周波数に設定されていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の無線電力伝送システム。
【請求項１１】
前記第１インダクタは、前記第１電極と前記第１接続線の間に挿入されたインダクタと、前記第２電極と前記第２接続線の間に挿入されたインダクタの２つを有し、
前記第２インダクタは、前記第３電極と前記第３接続線の間に挿入されたインダクタと、前記第４電極と前記第４接続線の間に挿入されたインダクタの２つを有する、ことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の無線電力伝送システム。
【請求項１２】
前記第１および第２電極の暴露面に絶縁被覆を施し、
前記第３および第４電極の暴露面に絶縁被覆を施したことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の無線電力伝送システム。
【請求項１３】
送電装置から受電装置に対して無線で交流電力を伝送する無線電力伝送システムの前記送電装置において、
所定の距離を隔てて配置され、当該所定の距離を含む合計幅が近傍界であるλ／２π以下の長さを有する第１および第２電極と、
前記第１および第２電極と交流電力発生部の２つの出力端子とをそれぞれ電気的に接続する第１および第２接続線と、
前記第１および第２電極と前記交流電力発生部の２つの出力端子の少なくとも一方の間に挿入される第１インダクタと、を有し、
前記第１および第２電極と第１インダクタによって構成されるカプラが一の共振回路を形成し、前記受電装置が有する第３および第４電極と第２インダクタによって構成されるカプラが他の共振回路を形成し、
前記第１および第２電極と前記第１インダクタによって構成されるカプラの共振周波数は、前記第３および第４電極と前記第２インダクタによって構成されるカプラの共振周波数と略等しくなるように設定され、前記第１および第２電極と前記第３および第４電極は近傍界であるλ／２π以下の距離を隔てて配置される、
ことを特徴とする送電装置。
【請求項１４】
送電装置から受電装置に対して無線で交流電力を伝送する無線電力伝送システムの前記受電装置において、
所定の距離を隔てて配置され、当該所定の距離を含む合計幅が近傍界であるλ／２π以下の長さを有する第３および第４電極と、
前記第３および第４電極と負荷の２つの入力端子とをそれぞれ電気的に接続する第３および第４接続線と、
前記第３および第４電極と前記負荷の２つの入力端子の少なくとも一方の間に挿入される第２インダクタと、を有し、
前記送電装置が有する第１および第２電極と第１インダクタによって構成されるカプラが一の共振回路を形成し、前記第３および第４電極と前記第２インダクタによって構成されるカプラが他の共振回路を形成し、
前記第３および第４電極と前記第２インダクタによって構成されるカプラの共振周波数は、前記第１および第２電極と前記第１インダクタによって構成されるカプラの共振周波数と略等しくなるように設定され、前記第１および第２電極と前記第３および第４電極は近傍界であるλ／２π以下の距離を隔てて配置される、
ことを特徴とする受電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線電力伝送システム、送電装置、および、受電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、電磁誘導を用いて、非接触の二つの電気回路間で電力の伝送を行う無線電力伝送装置が開示されている。
非特許文献１には、磁界共鳴、電界共鳴を用いて、非接触の二つの電気回路間で電力の伝送を行う無線電力伝送装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−３４０２８５号公報
【非特許文献１】電学誌、１２９巻７号、２００９年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に開示された技術では、電力を伝送するためのコイルにおける電力の損失が大きいため、電力を効率良く伝送できないという問題点がある。また、特許文献１に開示された技術では、同文献の段落（００５８）などの記載から、電力を伝送できる距離が、数ｍｍから数ｃｍの範囲に限られるため、適用用途が限られる。【０００５】
また、非特許文献１に開示された磁界共鳴を用いる方式では、電力を伝送できる距離を、数十ｃｍから数ｍの範囲に拡大することが可能となるが、磁界を発生させ、共振を得るために導体を巻回したコイルを用いる必要がある。電力を伝送するにあたっては、このコイルに電流を流す必要があることから、導体損失を免れ得ない。また、コイルに用いる導体は一般に金属製の線材を用いることから、当該コイルを組み込んだ送受電装置の質量増加を招く。【０００６】
また、非特許文献１に開示された電界共鳴を用いる方式では、共振に磁界ではなく電界を用いる。この方式によれば、共振にコイルは用いないが、共振が得られる電気長を導体線路により得る必要があるため、給電点および受電点からそれぞれ対称に１／４波長の長さの導体線路をミアンダ状に配置した電界結合用電極を用いる必要がある。このため、例えば共振周波数が低い場合には、共振を得るための電極の導体線路長が長くなる。また、空間的に隣接する導電線路間の干渉、すなわち線間結合による交流抵抗により、磁界共鳴と同様に導体損失を引き起こし、電力の伝送効率が悪くなる。特に、電極サイズを小さくするため電界結合用電極の導電線路間を狭くすると、線間結合による交流抵抗が増大する。【０００７】
そこで、本発明は、非接触で電力を伝送できる距離を延長するとともに、電力を効率良く伝送できる無線電力伝送システム、送電装置、および、受電装置を提供することを目的としている。さらに、送電装置、および、受電装置の軽量化を可能とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明は、送電装置から受電装置に対して無線で交流電力を伝送する無線電力伝送システムにおいて、前記送電装置は、所定の距離を隔てて配置され、当該所定の距離を含む合計幅が近傍界であるλ／２π以下の長さを有する第１および第２電極と、前記第１および第２電極と交流電力発生部の２つの出力端子とをそれぞれ電気的に接続する第１および第２接続線と、前記第１および第２電極と前記交流電力発生部の２つの出力端子の少なくとも一方の間に挿入される第１インダクタと、を有し、前記受電装置は、所定の距離を隔てて配置され、当該所定の距離を含む合計幅が近傍界であるλ／２π以下の長さを有する第３および第４電極と、前記第３および第４電極と負荷の２つの入力端子とをそれぞれ電気的に接続する第３および第４接続線と、前記第３および第４電極と前記負荷の２つの入力端子の少なくとも一方の間に挿入される第２インダクタと、を有し、前記第１および第２電極と前記第１インダクタによって構成されるカプラが一の共振回路を形成し、前記第３および第４電極と前記第２インダクタによって構成されるカプラが他の共振回路を形成し、前記第１および第２電極と前記第１インダクタによって構成されるカプラの共振周波数と、前記第３および第４電極と前記第２インダクタによって構成されるカプラの共振周波数が略等しくなるように設定され、前記第１および第２電極と前記第３および第４電極は近傍界であるλ／２π以下の距離を隔てて配置される、ことを特徴とする。
このような構成によれば、電力を効率良く伝送することができる。
【０００９】
また、他の発明は、上記発明に加えて、前記第１乃至第４電極は平板形状を有している。
このような構成によれば、設置スペースを少なくすることができる。【００１０】
また、他の発明は、上記発明に加えて、前記第１および第２電極と、前記第３および第４電極はそれぞれ同一平面上に配置されていることを特徴とする。
このような構成によれば、それぞれの電極を一体形成することにより、簡単に製造することができる。【００１１】
また、他の発明は、上記発明に加えて、前記第１および第３電極と、前記第２および第４電極は略平行に配置されていることを特徴とする。
このような構成によれば、設置スペースを少なくするとともに、電力の伝送効率を高めることができる。
また、他の発明は、上記発明に加えて、前記第１および第２接続線は、前記第１および第２電極の領域およびこれらによって挟まれた領域を回避するように配置されるとともに、当該領域から遠ざかる方向に伸延されていることを特徴とする。
このような構成によれば、接続線と電極との間の干渉を防ぐことにより、伝送効率を高めることができる。
また、他の発明は、上記発明に加えて、前記第３および第４接続線は、前記第３および第４電極の領域およびこれらによって挟まれた領域を回避するように配置されるとともに、当該領域から遠ざかる方向に伸延されていることを特徴とする。
このような構成によれば、接続線と電極との間の干渉を防ぐことにより、伝送効率を高めることができる。
また、他の発明は、上記発明に加えて、所定の距離を隔てて配置され、当該所定の距離を含む合計幅が近傍界であるλ／２π以下の長さを有する第５および第６電極と、前記第５および第６電極の間に接続された第３インダクタと、を有する中継装置を備え、前記第５および第６電極は、前記送電装置の前記第１および第２電極と、前記受電装置の前記第３および第４電極の間に配置されるとともに、前記第５および第６電極と前記第３インダクタによって構成されるカプラの共振周波数が、前記送電装置および前記受電装置のカプラの共振周波数と略等しくなるように設定されていることを特徴とする。
このような構成によれば、より遠い距離まで効率良く電力を伝送することができる。
また、本発明は、送電装置から受電装置に対して無線で交流電力を伝送する無線電力伝送システムにおいて、前記送電装置は、所定の距離を隔てて配置される第１および第２電極と、前記第１および第２電極と交流電力発生部の２つの出力端子とをそれぞれ電気的に接続する第１および第２接続線と、前記第１および第２電極と前記交流電力発生部の２つの出力端子の少なくとも一方の間に挿入される第１インダクタと、を有し、前記受電装置は、所定の距離を隔てて配置される第３および第４電極と、前記第３および第４電極と負荷の２つの入力端子とをそれぞれ電気的に接続する第３および第４接続線と、前記第３および第４電極と前記負荷の２つの入力端子の少なくとも一方の間に挿入される第２インダクタと、を有し、前記第１および第２電極と前記第１インダクタによって構成されるカプラが一の共振回路を形成し、前記第３および第４電極と前記第２インダクタによって構成されるカプラが他の共振回路を形成し、前記第１および第２電極と前記第１インダクタによって構成されるカプラの共振周波数と、前記第３および第４電極と前記第２インダクタによって構成されるカプラの共振周波数が略等しくなるように設定され、前記第１および第２電極と前記第３および第４電極は近傍界であるλ／２π以下の距離を隔てて配置され、前記第１および第２電極は、湾曲形状を有しており、対向させることで第１の筒状構造をなしており、前記第１の筒状構造の外周は、近傍界であるλ／２π以下の長さであり、前記第３および第４電極は、湾曲形状を有しており、対向させることで第２の筒状構造をなしており、前記第２の筒状構造の外周は、近傍界であるλ／２π以下の長さであり、前記第１および第２電極を離間するスリットと、前記第３および第４電極を離間するスリットとが対向するように、前記第１および第２の筒状構造が略同心円状に配置されていることを特徴とする。
このような構成によれば、カプラを同軸方向にスライドさせても電力伝送を行うことができる。
【００１２】
また、他の発明は、上記発明に加えて、前記交流電力発生部の周波数は、前記第１および第２電極と前記第１インダクタによって構成されるカプラの共振周波数と略同じ周波数に設定されていることを特徴とする。
このような構成によれば、交流の周波数を共振周波数に合わせることにより、伝送効率を一層高めることができる。
【００１３】
また、他の発明は、上記発明に加えて、前記交流電力発生部の周波数は、前記送電装置から前記受電装置への電力の伝送効率が最大となる周波数に設定されていることを特徴とする。
このような構成によれば、伝送効率を最大にすることができる。【００１４】
また、他の発明は、上記発明に加えて、前記第１インダクタは、前記第１電極と前記第１接続線の間に挿入されたインダクタと、前記第２電極と前記第２接続線の間に挿入されたインダクタの２つを有し、前記第２インダクタは、前記第３電極と前記第３接続線の間に挿入されたインダクタと、前記第４電極と前記第４接続線の間に挿入されたインダクタの２つを有する、ことを特徴とする。
このような構成によれば、設計を容易に行うことができる。【００１９】
また、他の発明は、上記発明に加えて、前記第１および第２電極の暴露面に絶縁被覆を施し、前記第３および第４電極の暴露面に絶縁被覆を施したことを特徴とする。
このような構成によれば、電極の腐食による電力伝送効率の低下を抑えることができるとともに、電極からの放電を防止することができる。【００２０】
また、本発明は、送電装置から受電装置に対して無線で交流電力を伝送する無線電力伝送システムの前記送電装置において、所定の距離を隔てて配置され、当該所定の距離を含む合計幅が近傍界であるλ／２π以下の長さを有する第１および第２電極と、前記第１および第２電極と交流電力発生部の２つの出力端子とをそれぞれ電気的に接続する第１および第２接続線と、前記第１および第２電極と前記交流電力発生部の２つの出力端子の少なくとも一方の間に挿入される第１インダクタと、を有し、前記第１および第２電極と第１インダクタによって構成されるカプラが一の共振回路を形成し、前記受電装置が有する第３および第４電極と第２インダクタによって構成されるカプラが他の共振回路を形成し、前記第１および第２電極と前記第１インダクタによって構成されるカプラの共振周波数は、前記第３および第４電極と前記第２インダクタによって構成されるカプラの共振周波数と略等しくなるように設定され、前記第１および第２電極と前記第３および第４電極は近傍界であるλ／２π以下の距離を隔てて配置される、ことを特徴とする。
このような構成によれば、電力を効率良く伝送することができる。
【００２１】
また、本発明は、送電装置から受電装置に対して無線で交流電力を伝送する無線電力伝送システムの前記受電装置において、所定の距離を隔てて配置され、当該所定の距離を含む合計幅が近傍界であるλ／２π以下の長さを有する第３および第４電極と、前記第３および第４電極と負荷の２つの入力端子とをそれぞれ電気的に接続する第３および第４接続線と、前記第３および第４電極と前記負荷の２つの入力端子の少なくとも一方の間に挿入される第２インダクタと、を有し、前記送電装置が有する第１および第２電極と第１インダクタによって構成されるカプラが一の共振回路を形成し、前記第３および第４電極と前記第２インダクタによって構成されるカプラが他の共振回路を形成し、前記第３および第４電極と前記第２インダクタによって構成されるカプラの共振周波数は、前記第１および第２電極と前記第１インダクタによって構成されるカプラの共振周波数と略等しくなるように設定され、前記第１および第２電極と前記第３および第４電極は近傍界であるλ／２π以下の距離を隔てて配置される、ことを特徴とする。
このような構成によれば、電力を効率良く伝送することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、電力を効率良く伝送できる無線電力伝送システム、送電装置、および、受電装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施形態の動作原理を説明するための図である。
【図２】（Ａ）は本発明の電極形状の実施例を示す図であり、略矩形であることを示す図である。（Ｂ）は本発明の電極形状の別の実施例を示す図であり、略円形であることを示す図である。（Ｃ）は本発明の電極形状の別の実施例を示す図であり、略楕円形であることを示す図である。（Ｄ）は本発明の電極形状の別の実施例を示す図であり、４つの内角が等しい略菱型であることを示す図である。（Ｅ）は本発明の電極形状の別の実施例を示す図であり、４つの内角が等しくない略菱型であることを示す図である。
【図３】（Ａ）は本発明の電極形状の別の実施例を示す図であり、略直方体であることを示す図である。（Ｂ）は本発明の電極形状の別の実施例を示す図であり、略直方体で外郭部のみからなる形状であることを示す図である。（Ｃ）は本発明の電極形状の別の実施例を示す図であり、略球体であることを示す図である。（Ｄ）は本発明の電極形状の別の実施例を示す図であり、略球体で外郭部のみからなる形状であることを示す図である。（Ｅ）は本発明の電極形状の別の実施例を示す図であり、略円柱であることを示す図である。（Ｆ）は本発明の電極形状の別の実施例を示す図であり、略円柱で外郭部のみからなる形状であることを示す図である。
【図４】（Ａ）は本発明の電極形状の別の実施例を示す図であり、平板を屈曲させた形状であることを示す斜視図である。（Ｂ）は本発明の電極形状の別の実施例を示す図であり、平板を屈曲させた形状であることを示す断面図である。（Ｃ）は本発明の電極形状の別の実施例を示す図であり、平板を湾曲させた形状であることを示す正面図である。（Ｄ）本発明の電極形状の別の実施例を示す図であり、平板を湾曲させた形状であることを示す断面図である。
【図５】図１に示す実施形態の等価回路である。
【図６】図５に示す等価回路の伝送特性を示す図である。
【図７】本発明の実施形態に係る送電用カプラの構成例を示す図である。
【図８】本発明の実施形態に係る送電用カプラと受電用カプラの構成例を示す図である。
【図９】本発明の実施形態に係る送電用カプラの電極の支持形態の例を示す図である。
【図１０】（Ａ）は本発明の実施形態に係る送電用カプラの放熱フィンの設置形態の例を示す斜視図である。（Ｂ）は図１０Ａに示す設置形態の断面図である。（Ｃ）は本発明の実施形態に係る送電用カプラの放熱フィンの別の設置形態の例を示す図である。
【図１１】本発明の実施形態に係る送電用カプラの絶縁被覆の形態の例を示す図である。
【図１２】図８に示す実施形態の伝送効率の周波数特性を示す図である。
【図１３】図８に示す実施形態のパラメータＳ１１，Ｓ２１の絶対値の周波数特性を示す図である。
【図１４】図８に示す実施形態の伝送効率の周波数特性を示す図である。
【図１５】図８に示す実施形態の送電用カプラの入力インピーダンスのスミスチャートである。
【図１６】図８に示す実施形態の受電用カプラの出力インピーダンスのスミスチャートである。
【図１７】図８に示す実施形態の送電用カプラの入力インピーダンスの実部と虚部の周波数特性を示す図である。
【図１８】図８に示す実施形態の受電用カプラの出力インピーダンスの実部と虚部の周波数特性を示す図である。
【図１９】図８に示す実施形態の送電用カプラのＶＳＷＲの周波数特性を示す図である。
【図２０】図８に示す実施形態の受電用カプラのＶＳＷＲの周波数特性を示す図である。
【図２１】接続線を電極間に配置した構成例を示す図である。
【図２２】図８に示す実施形態の伝送効率の周波数特性を示す図である。
【図２３】図２１に示す実施形態の伝送効率の周波数特性を示す図である。
【図２４】電極の配置例を示す図である。
【図２５】本発明の実施形態に係る中継用カプラの構成例を示す図である。
【図２６】図２５に示す中継用カプラの配置例である。
【図２７】カプラ電極を対向させた、図１の別の実施例を示す図である。
【図２８】カプラ電極を対向させた、図１の別の実施例である。
【図２９】カプラ電極を筒状構造とした、図１の別の実施例である。
【図３０】カプラ電極を筒状構造とした、図１の別の実施例である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
次に、本発明の実施形態について説明する。
【００２５】
（Ａ）実施形態の動作原理の説明
図１は、本発明の実施形態に係る無線電力伝送システム１の動作原理を説明するための図である。この図に示すように、無線電力伝送システム１は、送電装置１０、および、受電装置２０を有している。
【００２６】
ここで、送電装置１０は、電極１１，１２、インダクタ１３，１４、接続線１５，１６、および、交流電力発生部１７を有している。また、受電装置２０は、電極２１，２２、インダクタ２３，２４、接続線２５，２６、および、負荷２７を有している。電極１１，１２およびインダクタ１３，１４は送電用カプラを構成する。電極２１，２２およびインダクタ２３，２４は受電用カプラを構成する。
【００２７】
ここで、電極１１，１２は、導電性を有する部材によって構成され、所定の距離ｄ１を隔てて配置されている。図１の例では、電極１１，１２，２１，２２として、略同一のサイズを有する矩形形状を有する平板状の電極が例示されている。また、電極１１と電極２１は距離ｄ２を隔てて対向するように平行に配置され、電極１２と電極２２も同じ距離ｄ２を隔てて対向するように平行に配置されている。なお、電極１１，１２，２１，２２としては、図１に示す以外の形状の電極であってもよい。例えば、図２Ａに示すような平板矩形状の電極１１、１２以外にも、例えば、次のような形状の電極を用いることが可能である。すなわち、図２Ｂに示すような略円形状の電極２０１、２０２、図２Ｃに示すような略楕円形状の電極２０３、２０４、図２Ｄおよび図２Ｅに示すような略ひし形の平板電極２０５、２０６、２０７、２０８を用いてもよい。また、図３Ａに示すような略角柱状の電極２０９、２１０、図３Ｂに示すような略角柱内部２１１ａ、２１２ａがそれぞれ中空であって外郭部２１１ｂ、２１２ｂのみからなる電極２１１、２１２、図３Ｃに示すような略球形の電極２１３、２１４、図３Ｄに示すような略球形内部２１５ａ、２１６ａがそれぞれ中空であって外郭部２１５ｂ、２１６ｂのみからなる電極２１５、２１６、図３Ｅに示すような略円柱状の電極２１７、２１８、図３Ｆに示すような略円柱内部２１９ａ、２２０ａがそれぞれ中空であって外郭部２１９ｂ、２２０ｂのみからなる電極２１９、２２０を用いてもよい。さらに、図４Ａの斜視図および図４Ｂの断面図に示すような屈曲部２２１ａ、２２２ａが形成された平板状の電極２２１、２２２、図４Ｃの斜視図および図４Ｄの断面図に示すような湾曲した形状の電極２２３、２２４を用いてもよい。
【００２８】
図１乃至図４Ｄに示した構成例のうち、以下では図１に示す形状の電極を用いた構成例について説明する。電極１１および電極１２の距離ｄ１を含む合計幅Ｄは、これらの電極から放射される電界の波長をλとした場合に、λ／２πで示される近傍界よりも狭くなるように設定されている。同様に、電極２１および電極２２の距離ｄ１を含む合計幅Ｄは、λ／２πで示される近傍界よりも狭くなるように設定されている。また、電極１１および電極１２の長さＬは、λ／２πで示される近傍界よりも狭くなるように設定されている。電極２１および電極２２の長さＬも、λ／２πで示される近傍界よりも狭くなるように設定されている。電極１１と電極２１および電極１２と電極２２の間の距離ｄ２についても、λ／２πで示される近傍界よりも短くなるように設定されている。
【００２９】
インダクタ１３，１４は、例えば、導電性の線材（例えば、銅線）を巻回して構成され、図１の例では、電極１１，１２の端部にそれぞれの一端が電気的に接続されている。接続線１５はインダクタ１３の他端と交流電力発生部１７の出力端子の一端とを接続する導電性の線材（例えば、銅線）によって構成される。接続線１６はインダクタ１４の他端と交流電力発生部１７の出力端子の他端とを接続する導電性の線材によって構成される。なお、接続線１５，１６は、同軸ケーブルまたは平衡ケーブルによって構成される。
【００３０】
交流電力発生部１７は、所定の周波数の交流電力を発生し、接続線１５，１６を介してインダクタ１３，１４に供給する。
【００３１】
電極２１，２２は、電極１１，１２と同様に、導電性を有する部材によって構成され、所定ｄ１の距離を隔てて配置されている。
【００３２】
インダクタ２３，２４は、例えば、導電性の線材を巻回して構成され、図１の例では、電極２１，２２の端部にそれぞれの一端が電気的に接続されている。接続線２５はインダクタ２３の他端と負荷２７の入力端子の一端とを接続する導電性の線材（例えば、銅線）によって構成される。接続線２６はインダクタ２４の他端と負荷２７の入力端子の他端とを接続する導電性の線材によって構成される。なお、接続線２５，２６は、同軸ケーブルまたは平衡ケーブルによって構成される。
【００３３】
負荷２７は、交流電力発生部１７から出力され、送電用カプラおよび受電用カプラを介して伝送された電力が供給される。なお、負荷２７は、例えば、整流装置および二次電池等によって構成されている。もちろん、これ以外であってもよい。
【００３４】
図５は、図１に示す無線電力伝送システム１の等価回路を示す図である。この図５において、インピーダンス２は、接続線１５，１６および接続線２５，２６の特性インピーダンスを示し、Ｚ０の値を有している。インダクタ３はインダクタ１３，１４に対応し、Ｌの素子値を有している。キャパシタ４は、電極１１，１２の間に生じる素子値Ｃのキャパシタから、電極１１，１２と電極２１，２２の間に生じる素子値Ｃｍのキャパシタを減じた素子値（Ｃ−Ｃｍ）を有する。キャパシタ５は、電極１１，１２と電極２１，２２の間に生じるキャパシタを示し、Ｃｍの素子値を有している。キャパシタ６は、電極２１，２２の間に生じる素子値Ｃのキャパシタから、電極１１，１２と電極２１，２２の間に生じる素子値Ｃｍのキャパシタを減じた素子値（Ｃ−Ｃｍ）を有する。インダクタ７はインダクタ２３，２４に対応し、Ｌの素子値を有している。
【００３５】
図６は、送電装置１０と受電装置２０の間のＳパラメータの周波数特性を示している。具体的には、図６の横軸は周波数を示し、縦軸は送電装置１０から受電装置２０への挿入損失（Ｓ２１）を示している。この図６に示すように、送電装置１０から受電装置２０への挿入損失は、周波数ｆＣで反共振点を有し、周波数ｆＬおよびｆＨで共振点を有している。ここで、周波数ｆＣは、図５に示すインダクタ３，７のインダクタンス値Ｌと、電極１１，１２または電極２１，２２によって形成されるキャパシタのキャパシタンス値Ｃによって定まる。また、周波数ｆＬおよびｆＨは、図５に示すインダクタ３，７のインダクタンス値Ｌと、電極１１，１２および電極２１，２２によって形成されるキャパシタのキャパシタンス値Ｃｍと、ならびに、電極１１，１２の間および電極２１，２２の間にそれぞれ生じるキャパシタのキャパシタンス値Ｃによって定まる。
【００３６】
交流電力発生部１７が発生する交流電力の周波数は、第１および第２電極１１、１２とインダクタ１３、１４によって構成される送電用カプラの共振周波数と略等しくなるように設定される。このように、交流電力発生部１７の周波数を設定することにより、送電装置１０から受電装置２０に対して効率よく電力を送電することができる。
【００３７】
また、上記キャパシタンス値Ｃは、送電用カプラと受電用カプラとのそれぞれの電極寸法、形状、配置で決まる。キャパシタンス値Ｃｍは、各カプラの電極寸法、形状、配置に加えて送受電極間の距離ｄ２に依存する。このため、図５の等価回路における交流電力発生部１７側からみた入力インピーダンスは、電極寸法、形状、配置、及び送受電極間距離で変化することになる。交流電力発生部１７側の特性インピーダンスＺ０と入力インピーダンスが一致すると整合が取れ、電力伝送効率が最大になるが、その条件は各カプラの電極寸法、形状、配置、及び送受電極間距離に依存することになる。
【００３８】
したがって、交流電力発生部１７が発生する交流電力の周波数は、各カプラの電極寸法、形状、配置、及び送受電極間距離などの諸条件に基づいて、送電用カプラから受電用カプラへの電力の伝送効率が最大となる周波数に設定してもよい。このように周波数を設定することで、伝送効率を最大にすることができる。
【００３９】
以上のような構成からなる図１に示す実施形態では、送電装置１０の電極１１，１２と受電装置２０の電極２１，２２は、電界共振結合されており、送電装置１０の電極１１，１２から受電装置２０の電極２１，２２に対して電界によって交流電力が伝送される。
【００４０】
つまり、図１に示す実施形態では、送電装置１０の電極１１，１２と受電装置２０の電極２１，２２は、近傍界であるλ／２πよりも短い距離ｄ２だけ隔てて配置されているので、電極１１，１２から放射される電界成分が支配的である領域に電極２１，２２が配置される。また、電極１１，１２の間に形成されるキャパシタおよびインダクタ１３，１４による共振周波数と、電極２１，２２の間に形成されるキャパシタおよびインダクタ２３，２４による共振周波数とは略等しくなるように設定されている。このように、送電装置１０の電極１１，１２と受電装置２０の電極２１，２２は、電界共振結合されていることから、送電装置１０の電極１１，１２から受電装置２０の電極２１，２２に対して電界によって交流電力が効率よく伝送される。
【００４１】
（Ｂ）実施形態の構成の説明
図７，８は、本発明の実施形態の構成例を示す斜視図である。ここで、図７は、実施形態に係る送電用カプラ１１０の構成例を示している。また、図８は送電用カプラ１１０と受電用カプラ１２０とを配置した状態を示す斜視図である。
【００４２】
図７に示すように、送電用カプラ１１０は、矩形の板状形状を有する絶縁部材によって構成される回路基板１１８の表（おもて）面１１８Ａ上に、矩形形状を有する導電性部材によって構成される電極１１１，１１２が配置されて構成される。回路基板１１８の裏面１１８Ｂには、この図７の例では、電極等は配置されていない。具体的な構成例としては、例えば、ガラスエポキシ基板やガラスコンポジット基板等によって構成される回路基板１１８上に、銅等の導電性の薄膜によって電極１１１，１１２が形成される。電極１１１，１１２は、所定の距離ｄ１だけ離れた位置に平行に配置されている。また、距離ｄ１を含む電極１１１，１１２の幅Ｄは、これらの電極から放射される電界の波長をλとした場合に、λ／２πで示される近傍界よりも狭くなるように設定されている。
【００４３】
回路基板１１８の電極１１１，１１２の短手方向の端部には、インダクタ１１３，１１４の一端がそれぞれ接続されている。また、インダクタ１１３，１１４の他端は、接続線１１５，１１６の一端にそれぞれ接続されている。接続線１１５，１１６は、電極１１１，１１２の領域およびこれらに挟まれる領域を回避するように配置されるとともに、これらの領域から遠ざかる方向（図７の右下方向）に伸延するように配置されている。より詳細には、電極１１１，１１２のそれぞれの矩形領域と、これら２つの電極１１１，１１２によって挟まれた領域を回避して配置されるとともに、これらの領域から遠ざかる方向に伸延するように配置されている。このように配置することで、電極１１１，１１２と接続線１１５，１１６の間の干渉を少なくすることができるので、伝送効率の低下を防止できる。接続線１１５，１１６は、例えば、同軸ケーブルまたは平衡ケーブルによって構成されている。なお、接続線１１５，１１６の他端は、図示しない交流電力発生部の出力端子にそれぞれ接続されている。接続線１１５，１１６によって送電用カプラ１１０に交流電力発生部が接続されることにより、送電装置が構成される。
【００４４】
なお、回路基板１１８は剛体である必要は無く、たとえばポリイミドなどの誘電体フィルムであってもよい。このような誘電体フィルムは可撓性を有するので、未使用時に電極部を巻き上げる、あるいはじゃばら状に折りたたむことが可能となり、電極部の搬送性および収納性を高めることが可能となる。
【００４５】
また、電極に剛性を持たせ、回路基板１１８などの支持基板無しで筐体に固定することも可能である。図９は送電用カプラ１１０の構成例であり、電極１１１、１１２は誘電体支柱１４１にねじ１４２により固定されている。誘電体支柱１４１は図示しないカプラ設置筐体にねじ等で固定される構成である。このような図９に示す構成では、電極１１１、１１２が安定して筐体に固定可能な数の誘電体支柱１４１を設置すればよい。同様の構成を受電側カプラにも適用することができる。
【００４６】
また、電力伝送時の放熱対策として、電極１１１、１１２に放熱用のフィンを設置してもよい。図１０Ａの斜視図と図１０Ｂの断面図は、図７の構成において、電極１１１、１１２の表面１１１ａ、１１２ａに、面方向に凹凸形状が連続的に形成することで表面積を広げた放熱フィン１５１を設置した例を示している。電力伝送時において主にコイル１１３、１１４の交流抵抗に起因して熱が発生するが、発生した熱を電極１１１、１１２の表面１１１ａ、１１２ａに設置された放熱フィン１５１から逃がすことができる。この構成はカプラの熱破壊防止に効果がある。図１０Ｃは図９の構成において、電極１１１、１１２の表面１１１ａ、１１２ａに放熱フィン１５１を設置し、誘電体支柱１４１に電極１１１、１１２をねじ１４２により固定した例であり、図１０Ａの構成と同様の効果を得ることができる。図１０Ａおよび図１０Ｃの構成において、放熱フィン１５１は電極１１１，１１２の表面１１１ａ、１１２ａと反対の裏面に設置することも可能である。
【００４７】
さらに別の放熱対策として、電極１１１、１１２の内部に冷却材を封入しても良い。例えば、上述した図３Ｂ、図３Ｄ、図３Ｆ等に示したような外郭部のみからなる立体構造の電極２１１、２１２、２１５、２１６、２１９、２２０の内部に冷却材を封入することで、電力伝送時において主にコイル１１３、１１４の交流抵抗に起因して熱が発生するが、その熱を冷却材の対流により電極２１１、２１２、２１５、２１６、２１９、２２０の暴露面に分散させ、暴露面から熱を逃がすことができる。
【００４８】
また腐食対策として、電極１１１、１１２は誘電体皮膜にて表面１１１ａ、１１２ａを保護するのが望ましい。図７および図９に示す送電側カプラにおいて、電極部１１１，１１２の暴露面にレジスト材料等により絶縁被覆を施せば、電極１１１，１１２の腐食による電力伝送効率の低下を防ぐことができる。図１１は、図７に示した構成において電極１１１，１１２の暴露面である表面１１１ａ、１１２ａに被覆を施した場合の例であり、回路基板１１８及び電極１１１，１１２の断面を示している。すなわち、電極１１１、１１２の暴露面である表面１１１ａ、１１２ａが絶縁膜１６１で覆われている。同様の被覆は、図９に示したような誘電体基板が存在しない構成においても適用可能であり、この場合には電極１１１、１１２の暴露面全てを絶縁膜で被覆すればよい。また、図１０Ａおよび図１０Ｃに示す放熱フィン１５１が電極１１１、１１２に設置された場合においても、電極１１１、１１２が放熱フィン１５１から外れて暴露している箇所を絶縁膜で被覆する、あるいは電極１１１、１１２及び放熱フィン１５１丸ごと絶縁膜で被覆することで、電極１１１、１１２の腐食による電力伝送効率の低下を抑えることができる。また、電極１１１、１１２を絶縁膜１６１で被覆することで、電極１１１、１１２との間に大きな電圧が印加されても、電極１１１、１１２の表面からの放電の発生を抑えることができる。なお、図３Ａ乃至図３Ｆに示したように電極が立体構造となる場合においても絶縁膜で被覆することは可能である。
【００４９】
送電用カプラ１１０は、電極１１１，１１２が所定の距離ｄ１を隔てて配置されることによって形成されるキャパシタのキャパシタンスＣと、インダクタ１１３，１１４のインダクタンスＬによる直列共振回路を構成するので、これらによる固有の共振周波数ｆＣを有している。
【００５０】
受電用カプラ１２０は、送電用カプラ１１０と同様の構成とされ、回路基板１２８の表面１２８Ａ上に、矩形形状を有する導電性部材によって構成される電極１２１，１２２およびインダクタ１２３，１２４が配置され、インダクタ１２３，１２４の他端に接続線１２５，１２６が接続されて構成される。電極１２１，１２２によって形成されるキャパシタのキャパシタンスＣと、インダクタ１２３，１２４のインダクタンスＬによる直列共振回路の共振周波数ｆＣは送電用カプラ１１０と略同じに設定される。接続線１２５，１２６は、例えば、同軸ケーブルまたは平衡ケーブルによって構成されている。受電用カプラ１２０の接続線１２５，１２６の他端には、図示しない負荷が接続される。接続線１２５，１２６によって受電用カプラ１２０に負荷が接続されることにより、受電装置が構成される。
【００５１】
図８は、送電用カプラ１１０と受電用カプラ１２０を対向配置した状態を示す図である。この図に示すように、送電用カプラ１１０と受電用カプラ１２０は、回路基板１１８，１２８の表面１１８Ａ，１２８Ａが対向するように距離ｄ２を隔て、回路基板１１８，１２８が平行になるように配置される。
【００５２】
つぎに、図８に示す実施形態の動作について説明する。図１２は、図８に示す実施形態の送電用カプラ１１０と受電用カプラ１２０を１４ｃｍ隔てて対向配置した場合（ｄ２＝１４ｃｍの場合）における送電用カプラ１１０から受電用カプラ１２０への伝送効率η２１（＝｜Ｓ２１｜２）の周波数特性を示す図である。この図において横軸は伝送する交流電力の周波数（ＭＨｚ）を示し、縦軸は伝送効率を示している。図１２に示す例では、２５ＭＨｚ周辺において、伝送効率８０％以上を達成していることが分かる。
【００５３】
図１３は、送電用カプラ１１０と受電用カプラ１２０を１７ｃｍ隔てて対向配置した場合（ｄ２＝１７ｃｍの場合）における送電用カプラ１１０と受電用カプラ１２０の間のＳパラメータの周波数特性を示す図である。この図において、実線はパラメータＳ２１の絶対値の周波数特性を示し、破線はパラメータＳ１１の絶対値の周波数特性を示している。ここで、パラメータＳ１１は送電用カプラ１１０から入力した信号の反射を示し、パラメータＳ２１は送電用カプラ１１０から受電用カプラ１２０への信号の通過を示す。この図１３に示すように、２７ＭＨｚ付近では、パラメータＳ２１の値は０．９程度であり、また、パラメータＳ１１の値は０．１程度である。したがって、本実施形態によれば、２７ＭＨｚ付近では、送電用カプラ１１０から入力した信号は、少ない反射で受電用カプラ１２０に伝送されることが分かる。
【００５４】
図１４は、送電用カプラ１１０と受電用カプラ１２０を１７ｃｍ隔てて対向配置した場合（ｄ２＝１７ｃｍの場合）における送電用カプラ１１０から受電用カプラ１２０への伝送効率η２１（＝｜Ｓ２１｜２）の周波数特性を示す図である。この図に示すように、周波数が２７ＭＨｚ付近では８０％程度の伝送効率を有していることが分かる。
【００５５】
図１５，１６は、送電用カプラ１１０と受電用カプラ１２０を１７ｃｍ隔てて対向配置した場合（ｄ２＝１７ｃｍの場合）における送電用カプラ１１０のインピーダンスＳ１１と、受電用カプラ１２０のインピーダンスＳ２２のスミスチャートを示している。この場合、測定器のポートインピーダンスは接続線路の特性インピーダンスＺ０（実数値）と等しい値に設定している。これらの図に示すように、本実施形態では、送電用カプラ１１０および受電用カプラ１２０のインピーダンスの軌跡は、スミスチャートの円の中心付近を通過することから、この付近において伝送を行うように設定することにより反射を抑えて効率良く電力を伝送することができる。
【００５６】
図１７，１８は、送電用カプラ１１０と受電用カプラ１２０を１７ｃｍ隔てて対向配置した場合（ｄ２＝１７ｃｍの場合）における送電用カプラ１１０のインピーダンスの実部（Ｒｅ［Ｚｉｎ１］）と虚部（Ｉｍ［Ｚｉｎ１］）と、受電用カプラ１２０のインピーダンスの実部（Ｒｅ［Ｚｉｎ２］）と虚部（Ｉｍ［Ｚｉｎ２］）のそれぞれの周波数特性を示す図である。これらの図に示すように、それぞれのインピーダンスの虚部は、共振周波数である２７ＭＨｚ付近において略０となっていることから、送電用カプラ１１０から受電用カプラ１２０へ少ない損失で電力を伝送できることが分かる。
【００５７】
図１９，２０は、送電用カプラ１１０と受電用カプラ１２０を１７ｃｍ隔てて対向配置した場合（ｄ２＝１７ｃｍの場合）における送電用カプラ１１０と受電用カプラ１２０の電圧定在波比（ＶＳＷＲ（Voltage Standing Wave Ratio））をそれぞれ示している。これらの図に示すように、送電用カプラ１１０と受電用カプラ１２０の電圧定在波比は、共振周波数である２７ＭＨｚ付近において略１となっていることから、図示しない交流電力発生部から送電用カプラ１１０、または、受電用カプラ１２０から図示しない負荷へはインピーダンスの整合が取れており、反射なく電力を伝送することができることが分かる。
【００５８】
以上に説明したように、本実施形態では、送電用カプラ１１０と受電用カプラ１２０を、例えば、１７ｃｍ程度離して配置した場合、８０％程度の伝送効率を達成することができることから、効率よく電力を伝送することができる。また、共振周波数においては、インピーダンスの抵抗成分が略０となり、また、反射も少ないことが分かる。
【００５９】
なお、図８に示す実施形態では、接続線１１５，１１６および接続線１２５，１２６を、電極１１１，１１２および電極１２１，１２２の領域およびこれらによって挟まれた領域を回避するように配置したが、例えば、図２１に示すように、当該領域（図２１の例では電極１１１，１１２および電極１２１，１２２に挟まれた領域）を回避せずに、当該領域を通過するように配置した場合、伝送特性が図２２から図２３に示すように劣化する。すなわち、図２１に示すように接続線１１５，１１６を電極１１１，１１２に挟まれた領域に配置するとともに、接続線１２５，１２６を電極１２１，１２２に挟まれた領域に配置した場合、図２２に示す特性（図８に示すように配置した場合の特性）が、図２３に示すように劣化し、ピークの伝送特性が０．８から０．７程度に低下する。
【００６０】
なお、接続線１１５，１１６を電極１１１，１１２の直上または近傍を通過するように配置した場合も、図２１の場合と同様に伝送特性が劣化する。したがって、接続線１１５，１１６については、電極１１１，１１２から離れた位置に配置するとともに、これらから離れる方向に伸延するように配置することが望ましい。もちろん、接続線１２５，１２６についても同様である。
【００６１】
すなわち、本実施形態では、電極１１１，１１２および電極１２１，１２２の相互に近接する端部にインダクタ１１３，１１４およびインダクタ１２３，１２４の一端を接続するようにしたので、接続線１１５，１１６および接続線１２５，１２６の接続を容易にすることができる。また、このような配置により、接続線１１５，１１６および接続線１２５，１２６を電極１１１，１１２および電極１２１，１２２から離れた位置に配置することが可能になるので、伝送効率の低下を防止できる。なお、電極１１１，１１２および電極１２１，１２２に挟まれた領域にインダクタ１２３，１２４を配置するとともに、回路基板１１８および回路基板１２８の法線方向に接続線１１５，１１６および接続線１２５，１２６を伸延するようにしてもよい。
【００６２】
（Ｃ）変形実施形態の説明
以上の実施形態は一例であって、本発明が上述したような場合のみに限定されるものでないことはいうまでもない。例えば、以上の実施形態では、電極１１１，１１２および電極１２１，１２２は同じサイズを有するようにしたが、これらが異なるサイズを有するようにしてもよい。具体的には、電極１２１，１２２が電極１１１，１１２よりも小さいサイズになるようにしてもよい。もちろん、その逆の構成でもよい。
【００６３】
また、以上の実施形態では、電極１１１，１１２および電極１２１，１２２を対向配置するようにしたが、例えば、これらが図８に示すＸ方向またはＹ方向にずれた状態で配置されるようにしてもよい。あるいは、送電用カプラ１１０と受電用カプラ１２０が所定の角度だけ相対的に回転するように配置してもよい。なお、その場合において、図２４に示すように、送電用カプラ１１０と受電用カプラ１２０が相互に９０度または２７０度回転配置された場合には、送電用カプラ１１０から受電用カプラ１２０に電力が伝送されなくなる。すなわち、電極２１と電極１１の間の容量と、電極２１と電極１２の間の容量が等しいか、または、電極２２と電極１１の間の容量と、電極２２と電極１２の間の容量が等しい場合には、受電用カプラ１２０に励起された電圧が相殺されるので、このような状態にならないように電極同士の位置関係を調整することが望ましい。例えば、相互の回転角度が±１５度以内に収まれば、回転に伴う伝送効率の相対的な低下を１０%未満に抑えることができる。
【００６４】
以上の構成において、電極１１１，１１２および電極１２１，１２２の形状は、矩形形状ではなくてもよい。例えば、電極１１１、１１２及び電極１２１、１２２の形状が図２Ａ−図２Ｅに示すような円形または楕円形状またはひし形の平板電極であったり、図３Ａ−図３Ｆに示すような角柱、球、円柱、あるいはそれらの外郭部だけからなる立体形状であってもよい、また、図４Ａ−図４Ｄに示すような単なる平板ではなく平板が湾曲した形状または屈曲した形状の電極であったりしてもよい。２つの電極が一定の距離を有してキャパシタを形成する形態であれば、図１に示す電極構造の場合と電力伝送時の動作原理において本質的に差は生じないため、本発明に適用可能である。
【００６５】
また、インダクタ１１３，１１４およびインダクタ１２３，１２４については、電極１１１，１１２および電極１２１，１２２と接続線１１５，１１６および接続線１２５，１２６の間に挿入するようにしたが、これ以外の場所（例えば、交流電力発生部の近傍または負荷の近傍）に挿入することも可能である。また、以上の実施形態では、送電用カプラ１１０および受電用カプラ１２０に対してそれぞれ２つずつのインダクタ１１３，１１４およびインダクタ１２３，１２４を設けるようにしたが、インダクタを１つずつ設けるようにしてもよい。
【００６６】
また、以上の実施形態では、インダクタとしては、導体線を円柱状に巻回して構成するようにしたが、例えば、マイクロストリップラインで使用されるような、平面上を蛇行する形状を有するものや、平面上で螺旋形状を有するものによって構成するようにしてもよい。
【００６７】
また、インダクタは、回路基板１１８、又はフィルム上に電極１１１、１１２と一体形成されたものでもよい。この場合、コネクタ接続部分を除き、カプラを未使用時に巻き上げる、あるいはじゃばら状に折りたたむことが可能となり、カプラの搬送性および収納性を高めることが可能となる。
【００６８】
また、以上の実施形態では、送電用カプラ１１０と受電用カプラ１２０による構成としたが、図２５に示すような、中継用カプラ１３０を有する構成としてもよい。図２５に示す中継用カプラ１３０は、図７と同様の構成を有するカプラのインダクタ１３３，１３４の他端同士が接続線１３５によって接続されて構成されている。もちろん、これらのインダクタ１３３，１３４を１つの構成としてもよい。なお、この中継用カプラ１３０の共振周波数ｆＣは、送電用カプラ１１０および受電用カプラ１２０と略同じになるように設定される。図２６は、このような中継用カプラ１３０を用いた無線電力伝送システムの構成例を示している。この例では、送電用カプラ１１０と受電用カプラ１２０の間に中継用カプラ１３０が２つのカプラと平行に配置されている。このような構成によれば、中継用カプラ１３０を用いない場合に比較して、より遠くまで効率よく電力を伝送することができる。
【００６９】
また、以上の実施形態では送電側および受電側でそれぞれの電極が略平行もしくはそれに順ずる配置となっている場合について説明したが、図１に示すような送電側の電極１１、１２と受電側の電極２１、２２がそれぞれ面方向で対向する配置以外にも、例えば、送電側、及び受電側でそれぞれの電極のエッジを対向させても、上記と同様の電力伝送機能を実現することができる。例えば、図２７では、図１に示した構成において、送電側の電極１１、１２を対向させ、受電側の電極２１、２２を対向させ、さらに、電極１１のエッジ１１ａと電極２１のエッジ２１ａとが距離ｄ２を隔てて対向するように配置し、電極１２のエッジ１２ａと電極２２のエッジ２２ａとが同じ距離ｄ２を隔てて対向するように配置した構成を示している。また、図２８は、図１に示した構成において、全ての電極１１、１２、２１、２２の順番で空間的に重畳させながら各電極を対向させた構成を示している。このような図２７および図２８に示すような構成においても、図１で示した構成と同様に電極間に生じる電界を通じて、送電側から受電側に電力を伝送することが可能である。
【００７０】
上記図２７および図２８に示す構成以外にも、例えば、図２９および図３０に示すような構成を採用しても、電極間に生じる電界を通じて、送電側から受電側に電力を伝送することが可能である。
【００７１】
すなわち、図２９には、図１に示した構成において、湾曲形状の電極１１、１２を対向させることで筒状構造体２３０をなしており、同様に、湾曲形状の電極２１、２２を対向させることで筒状構造体２４０をなしており、筒状構造体２４０の内側に筒状構造体２３０を挿入することで、これらの構造体を略同心円状に配置した構成を示している。また、図２９に示す構成は、電界の結合を確保する観点から、送電側カプラの電極１１、１２を離間するスリット２３１と、受電側カプラの電極２１，２２を離間するスリット２４１とを対向させている。このような図２９に示す構成では、カプラを同軸方向にスライドさせても電力伝送を行うことができるので、ロボットのアームや関節などの用途に適用することができる。
【００７２】
特に図２９に示した構成では、筒状構造体２３０に対して筒状構造体２４０を同軸方向にスライドさせることで、カプラ間の結合容量が変化し、入力インピーダンスの調整を行うことができる。また、送電側カプラの筒状構造体２３０および受電側カプラの筒状構造体２４０の一方の軸方向の長さを小さくすれば、長さを小さくしたカプラが軸方向に相対的にスライドしても、カプラ間の結合容量が変化しないので、スライドする機構系において一定量の電力伝送を行う等の用途に適用可能となる。なお、図２９に示した構成に限定されず、送電側と受電側の両方の筒状構造体が略同心円状に配置されていればよく、たとえば送電側の筒状構造体の内側に受電側の筒状構造体を挿入してもよい。
【００７３】
また、図３０には、図１に示した構成において、筒形状を有する電極１１、１２の中に、それぞれ電極１１、１２よりも径が小さい筒形状を有する電極２１、２２を、同心円状となるように配置した構成を示している。また、図３０に示す構成は、電界の結合を確保する観点から、送電側カプラの電極１１、１２を離間するスリット２３１と受電側カプラの電極２１，２２を離間するスリット２４１を対向させている。さらに、図３０に示した構成では、電極１１と電極１２とが軸対称の配置となっており、同様に電極２１と電極２２とが軸対象の配置となっているため、送電側カプラと受電側カプラが相対的に回転しても、カプラ間の結合容量が変化しないので、回転する機構系において一定量の電力伝送行う用途に適用可能となる。また、図３０に示した構成では、各電極が、スリット２３１、２４１側に向けて、ラッパ状に開口部が広がる、あるいは狭くなる構成も適用可能である。
【００７４】
なお、図３０に示した構成では、送電側の電極１１、１２に対して受電側の電極２１、２２の径が小さいが、これに限定されず、受電側の電極に対して送電側の電極の径を小さくして、受電側の電極の中に送電側の電極を同心円状となるように配置してもよい。
【００７５】
上述した図２７乃至図３０に例示される電極構成は、送電側の電極１１、１２と受電側の電極２１、２２のそれぞれが一定の距離を有してキャパシタを形成する形態であり、図１に示した電極構成と電力伝送時の動作原理において本質的に差は生じない。また、図２７乃至図３０に例示されるいずれの構成においても、図１に示した電極構成と同様に、送電側と受電側の電極寸法を異なる条件とすることが可能である。
【符号の説明】
【００７６】
１無線電力伝送システム
１０送電装置
１１，１２電極
１３，１４インダクタ
１５，１６接続線
１７交流電力発生部
２０受電装置
２１，２２電極
２３，２４インダクタ
２５，２６接続線
２７負荷
１１０送電用カプラ
１１１，１１２電極
１１１ａ，１１２ａ表面
１１３，１１４インダクタ
１１５，１１６接続線
１１８回路基板
１２０受電用カプラ
１２１，１２２電極
１２３，１２４インダクタ
１２５，１２６接続線
１２８回路基板
１３０中継用カプラ
１３１，１３２電極
１３３，１３４インダクタ
１３５接続線
１３８回路基板
１４１誘電体支柱
１４２ねじ
１５１放熱フィン
１６１絶縁膜
２３０，２４０筒状構造体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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