(57)【要約】【課題】送電電極間の漏洩電界の影響を抑制する。【解決手段】送電装置は、第１の送電電極と、第２の送電電極と、前記第１の送電電極と前記第２の送電電極との間に配置された導電性の第１のシールドと、前記第１の送電電極と前記第１のシールドとの間の第１の隙間、および前記第２の送電電極と前記第１のシールドとの間の第２の隙間の少なくとも一方を覆う導電性の第２のシールドと、前記第２のシールドにおける分割された複数の部分の間の隙間の少なくとも１つを覆う導電性の第３のシールドと、を備える。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面状の表面を有する第１の送電電極と、
前記第１の送電電極から、前記第１の送電電極の前記表面に沿った第１の方向に離間して配置され、平面状の表面を有する第２の送電電極と、
前記第１および第２の送電電極に電気的に接続され、前記第１および第２の送電電極に交流電力を出力する送電回路と、
前記第１の送電電極と前記第２の送電電極との間において、前記第１の送電電極および前記第２の送電電極の各々から隙間を隔てて配置された導電性の第１のシールドと、
前記第１の送電電極の前記表面に垂直な第２の方向に、前記第１および第２の送電電極から離れて位置し、前記第１の送電電極と前記第１のシールドとの間の第１の隙間、および前記第２の送電電極と前記第１のシールドとの間の第２の隙間の少なくとも一方を覆う導電性の第２のシールドであって、前記第１の方向に並ぶ少なくとも３つの部分を含み、前記少なくとも３つの部分は、前記第１または第２の隙間を覆う第１の部分と、前記第１の部分から第３の隙間を隔てて位置し前記第１または第２の送電電極に対向する第２の部分と、前記第１の部分から第４の隙間を隔てて位置し前記第１のシールドに対向する第３の部分と、を含む、第２のシールドと、
前記第２のシールドから前記第２の方向に離れて位置し、前記第３の隙間および前記第４の隙間の少なくとも一方を覆う導電性の第３のシールドと、
を備えた送電装置。
【請求項２】
前記第１の送電電極および前記第２の送電電極は、前記第１および第２の方向の両方に垂直な第３の方向に延びている、請求項１に記載の送電装置。
【請求項３】
前記第１のシールド、前記第２のシールド、および前記第３のシールドの少なくとも１つは、前記第３の方向に延びている、請求項２に記載の送電装置。
【請求項４】
前記第１の送電電極の前記表面および前記第２の送電電極の前記表面は、同一平面上にある、請求項１から３のいずれか１項に記載の送電装置。
【請求項５】
前記第２のシールドは、前記第１の隙間および前記第２の隙間の両方を覆っている、請求項１から４のいずれか１項に記載の送電装置。
【請求項６】
前記第２のシールドは、前記第１の方向に並ぶ少なくとも６つの部分を含み、
前記少なくとも６つの部分は、前記第１の部分、前記第２の部分、前記第３の部分、第４の部分、第５の部分、および第６の部分を含み、
前記第１の部分は、前記第１の隙間を覆い、
前記第２の部分は、前記第１の部分から前記第３の隙間を隔てて位置し、前記第１の送電電極に対向し、
前記第３の部分は、前記第１の部分から前記第４の隙間を隔てて位置し、前記第１のシールドに対向し、
前記第４の部分は、前記第２の隙間を覆い、
前記第５の部分は、前記第４の部分から第５の隙間を隔てて位置し、前記第２の送電電極に対向し、
前記第６の部分は、前記第４の部分から第６の隙間を隔てて位置し、前記第１のシールドに対向し、
前記第３のシールドは、前記第３から第６の隙間をそれぞれ覆う４つの離間した部分を含む、
請求項１から５のいずれか１項に記載の送電装置。
【請求項７】
前記送電装置は、前記第１および第２の送電電極から前記第２の方向の逆方向に離れて位置する導電性の第４のシールドであって、前記第１および第２の隙間の少なくとも一方を覆う第４のシールドをさらに備える、請求項１から６のいずれか１項に記載の送電装置。
【請求項８】
前記第４のシールドは、前記第１の隙間を覆う部分と、前記第２の隙間を覆う部分とを含む、請求項７に記載の送電装置。
【請求項９】
前記第４のシールドは、前記第１の方向に並ぶ少なくとも６つの部分を含み、
前記少なくとも６つの部分は、
前記第１の隙間を覆う第７の部分と、
前記第７の部分から第７の隙間を隔てて位置し、前記第１の送電電極に対向する第８の部分と、
前記第７の部分から第８の隙間を隔てて位置し、前記第１のシールドに対向する第９の部分と、
前記第２の隙間を覆う第１０の部分と、
前記第１０の部分から第９の隙間を隔てて位置し、前記第２の送電電極に対向する第１１の部分と、
前記第１０の部分から第１０の隙間を隔てて位置し、前記第１のシールドに対向する第１２の部分と、
を含み、
前記送電装置は、前記第４のシールドから前記第２の方向の逆方向に離れて位置する導電性の第５のシールドであって、前記第７から第１０の隙間をそれぞれ覆う４つの離間した部分を含む第５のシールドをさらに備える、
請求項７または８に記載の送電装置。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれかに記載の送電装置と、受電装置と、を備える無線電力伝送システムであって、
前記受電装置は、
前記第１の送電電極と対向したときに、前記第１の送電電極との間に容量結合を形成する第１の受電電極と、
前記第２の送電電極と対向したときに、前記第２の送電電極との間に容量結合を形成する第２の受電電極と、
を備え、
前記２つの容量結合を介して前記交流電力を前記送電装置から前記受電装置に非接触で伝送する、
無線電力伝送システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、無線で電力を伝送する送電装置および無線電力伝送システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話機または電気自動車などの移動性を有する機器に、無線すなわち非接触で電力を伝送する無線電力伝送技術の開発が進められている。無線電力伝送技術には、電磁誘導方式および電界結合方式などの方式がある。このうち、電界結合方式では、対向する一対の送電電極と一対の受電電極とが用いられる。一対の送電電極に交流電力を供給することにより、一対の送電電極から一対の受電電極に電力が非接触で伝送される。電界結合方式は、例えば床面に設けられた一対の送電電極から、車両が有するモータ等の負荷に電力を伝送する用途で用いられる。特許文献１は、そのような電界結合方式による無線電力伝送システムの例を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１７５８６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の電界結合方式による無線電力伝送では、一対の送電電極の周囲で電界の漏洩が生じ、人体などに影響が及ぶことが危惧される。本開示は、送電電極の周囲の電界の漏洩を抑制できる新規な技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示の一態様に係る送電装置は、
平面状の表面を有する第１の送電電極と、
前記第１の送電電極から、前記第１の送電電極の前記表面に沿った第１の方向に離間して配置され、平面状の表面を有する第２の送電電極と、
前記第１および第２の送電電極に電気的に接続され、前記第１および第２の送電電極に交流電力を出力する送電回路と、
前記第１の送電電極と前記第２の送電電極との間において、前記第１の送電電極および前記第２の送電電極の各々から隙間を隔てて配置された導電性の第１のシールドと、
前記第１の送電電極の前記表面に垂直な第２の方向に、前記第１および第２の送電電極から離れて位置し、前記第１の送電電極と前記第１のシールドとの間の第１の隙間、および前記第２の送電電極と前記第１のシールドとの間の第２の隙間の少なくとも一方を覆う導電性の第２のシールドであって、前記第１の方向に並ぶ少なくとも３つの部分を含み、前記少なくとも３つの部分は、前記第１または第２の隙間を覆う第１の部分と、前記第１の部分から第３の隙間を隔てて位置し前記第１または第２の送電電極に対向する第２の部分と、前記第１の部分から第４の隙間を隔てて位置し前記第１のシールドに対向する第３の部分と、を含む、第２のシールドと、
前記第２のシールドから前記第２の方向に離れて位置し、前記第３の隙間および前記第４の隙間の少なくとも一方を覆う導電性の第３のシールドと、
を備えている。
【０００６】
上記の包括的又は具体的な態様は、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラム、又は、記録媒体で実現されてもよい。あるいは、システム、装置、方法、集積回路、コンピュータプログラム及び記録媒体の任意の組み合わせで実現されてもよい。
【発明の効果】
【０００７】
本開示の一態様によれば、電界結合方式による無線電力伝送システムにおいて、送電電極の周囲の電界の漏洩を抑制し、安全性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】電界結合方式による無線電力伝送システムの一例を模式的に示す図である。
【図２】図１に示す無線電力伝送システムの概略的な構成を示す図である。
【図３】図２に示す無線電力伝送システムの課題を説明するための図である。
【図４】送電電極間および２つの隙間の上に導電性のシールドを配置した構成の例を模式的に示す図である。
【図５】送電電極と受電電極とが構成する等価回路を示す図である。
【図６】図４における構成における送電電極間の容量成分を示す図である。
【図７】本開示の実施形態１における無線電力伝送システムを模式的に示す図である。
【図８】実施形態１における送電電極１２０ａ、１２０ｂ、第１のシールド１５０、第２のシールド１６０、および第３のシールド１７０の配置を模式的に示す斜視図である。
【図９】送電電極１２０ａ、１２０ｂ、第１のシールド１５０、第２のシールド１６０、および第３のシールド１７０の、ＸＺ面に平行な断面を示す図である。
【図１０】実施形態１における送電電極間の容量成分を示す図である。
【図１１Ａ】比較例１の構成および各部の寸法を示す図である。
【図１１Ｂ】比較例２の構成および各部の寸法を示す図である。
【図１１Ｃ】実施形態１の構成および各部の寸法を示す図である。
【図１２】実施形態１の無線電力伝送システムの概略的な構成を示すブロック図である。
【図１３】実施形態１の無線電力伝送システムのより詳細な構成例を示す回路図である。
【図１４】送電回路１１０の構成例を模式的に示す図である。
【図１５】受電回路２１０の構成例を模式的に示す図である。
【図１６】実施形態１の変形例を示す断面図である。
【図１７】本開示の実施形態２における送電電極１２０ａ、１２０ｂ、第１のシールド１５０、第２のシールド１６０、第３のシールド１７０、および第４のシールド６６０の構成を模式的に示す断面図である。
【図１８】本開示の実施形態３における送電電極１２０ａ、１２０ｂ、第１のシールド１５０、第２のシールド１６０、第３のシールド１７０、および第４のシールド６６０の構成を模式的に示す断面図である。
【図１９】本開示の実施形態４における送電電極１２０ａ、１２０ｂ、第１のシールド１５０、第２のシールド１６０、第３のシールド１７０、第４のシールド６６０、および第５のシールド６７０の構成を模式的に示す断面図である。
【図２０】本開示の他の実施形態における構成を示す断面図である。
【図２１Ａ】本開示のさらに他の実施形態における構成を示す断面図である。
【図２１Ｂ】本開示のさらに他の実施形態における構成を示す断面図である。
【図２１Ｃ】本開示のさらに他の実施形態における構成を示す断面図である。
【図２１Ｄ】本開示のさらに他の実施形態における構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
（本開示の基礎となった知見）
本開示の実施形態を説明する前に、本開示の基礎となった知見を説明する。
【００１０】
本発明者らは、「背景技術」の欄において記載した従来の無線電力伝送システムに関し、以下の課題が生じることを見出した。
【００１１】
図１は、電界結合方式による無線電力伝送システムの一例を模式的に示す図である。図示される無線電力伝送システムは、例えば工場などで物品の搬送に用いられる無人搬送車（ＡＧＶ）などの搬送ロボット１０に無線で電力を伝送するシステムである。このシステムでは、床面３０に平板状の一対の送電電極１２０ａ、１２０ｂが配置されている。搬送ロボット１０は、一対の送電電極１２０ａ、１２０ｂに対向する一対の受電電極を備え、送電電極１２０ａ、１２０ｂから伝送された交流電力を受け取る。受け取った電力は、搬送ロボット１０が有するモータまたは二次電池などの負荷に供給される。これにより、搬送ロボット１０の駆動または充電が行われる。
【００１２】
図２は、図１に示す無線電力伝送システムの概略的な構成を示す図である。この無線電力伝送システムは、送電装置１００と、搬送ロボット１０とを備える。送電装置１００は、一対の送電電極１２０ａ、１２０ｂと、送電電極１２０ａ、１２０ｂに交流電力を供給する送電回路１１０とを備えている。送電回路１１０は、例えば、インバータ回路を含む交流出力回路である。搬送ロボット１０は、受電装置２００と、負荷３３０とを備える。受電装置２００は、一対の受電電極２２０ａ、２２０ｂと、受電電極２２０ａ、２２０ｂが受け取った電力を負荷３３０が要求する電力（例えば所定の電圧の直流電圧）に変換して負荷３３０に供給する受電回路２１０とを備えている。受電回路２１０は、例えば整流回路を含む。負荷３３０は、例えばモータまたは二次電池などの、電力を消費する機器である。一対の送電電極１２０ａ、１２０ｂと、一対の受電電極２２０ａ、２２０ｂとの間の電界結合（以下、「容量結合」とも称する。）により、両者が対向した状態で電力が非接触で伝送される。
【００１３】
本発明者らは、このような無線電力伝送システムにおいては、電力伝送時に、送電電極１２０ａ、１２０ｂの間で電界の漏洩が生じ、安全性に問題が生じ得ることを見出した。
【００１４】
図３は、図２に示す無線電力伝送システムにおける漏洩電界の課題を説明するための図である。図３には、図２に示す無線電力伝送システムの構成要素のうち、一対の送電電極１２０ａ、１２０ｂのみが示されている。図３における矢印は、ある瞬間における送電電極１２０ａ、１２０ｂ間の電気力線を模式的に表している。図示されるように、一対の送電電極１２０ａ、１２０ｂの間には、電力伝送に寄与しない漏洩電界が発生する。この漏洩電界は、送電電極１２０ａ、１２０ｂが近いほど、また、伝送される電力が大きいほど増加する。
【００１５】
電界結合方式による無線電力伝送システムは、前述のように、工場などで用いられる搬送ロボット等への給電に好適に用いられ得る。そのような無線電力伝送システムにおいて伝送される電力は、例えば１ｋＷを超える比較的大きい電力であり得る。そのようなシステムでは、送電電極１２０ａ、１２０ｂ間の漏洩電界が周辺の人などの生体に及ぼす影響が危惧される。送電電極１２０ａ、１２０ｂの近くに誤って人が侵入すると、身体に悪影響を及ぼすおそれがある。
【００１６】
そこで、漏洩電界を抑制するために、送電電極１２０ａ、１２０ｂの間に導電性のシールドを配置し、さらに送電電極１２０ａ、１２０ｂとシールド１５０との隙間を覆う他の導電性のシールドを配置した構成が考えられる。図４は、そのような構成の例（比較例）を示している。
【００１７】
図４に示す比較例では、送電電極１２０ａ、１２０ｂの間に、隙間を隔てて導電性を有する第１のシールド１５０が配置されている。さらに、送電電極１２０ａと第１のシールド１５０との間の隙間、および送電電極１２０ｂとシールド１５０との間の隙間を覆うように、導電性の第２のシールド１６０ａ、１６０ｂがそれぞれ配置されている。
【００１８】
図４の比較例では、第１のシールド１５０および第２のシールド１６０ａ、１６０ｂを設けることにより、図３に示す構成と比較して、電界が集中する箇所を制限することができる。その結果、安全性を向上させることができる。
【００１９】
しかし、比較例の構成では、安全性は向上するものの、伝送効率が低下することがわかった。本発明者らは、その原因が、第１のシールド１５０および第２のシールド１６０ａ、１６０ｂに起因して送電電極１２０ａ、１２０ｂの間の容量成分が増加することにあることを見出した。
【００２０】
図５は、図２における送電電極１２０ａ、１２０ｂと受電電極２２０ａ、２２０ｂとが構成する回路を複数のキャパシタの組み合わせとして表した等価回路図である。送電電極１２０ａと受電電極２２０ａとの対、および送電電極１２０ｂと受電電極２２０ｂとの対のそれぞれは、容量Ｃｍのキャパシタとして表すことができる。送電電極１２０ａ、１２０ｂの間には、容量Ｃｔのキャパシタがあると考えることができる。受電電極２２０ａ、２２０ｂの間には、容量Ｃｒのキャパシタがあると考えることができる。
【００２１】
図６は、図４に示す導電性のシールド１５０、１６０ａ、１６０ｂの影響を模式的に示す図である。図中の矢印は、シールド１５０、１６０ａ、１６０ｂを介したエネルギの流れを模式的に示している。図３に示す構成と比較して、図４に示す構成では、シールド１５０、１６０ａ、１６０ｂの追加に伴い、これらのシールドと送電電極１２０ａ、１２０ｂとの間の容量成分Ｃｔが増加する。容量Ｃｍは殆ど変わらないため、容量成分Ｃｔの増加に伴うインピーダンスの低下により、送電電極間でエネルギが流れやすくなる。その結果、受電電極２２０ａ、２２０ｂに伝送されるエネルギが減少し、伝送効率が低下する。
【００２２】
本発明者らは、漏洩電界を抑制し、かつ伝送効率の低下を抑えるためには、送電電極間の容量Ｃｔをできるだけ増加させないシールド構造を用いればよいことを着想し、以下に説明する本開示の各態様に想到した。
【００２３】
本開示の一態様に係る送電装置は、
平面状の表面を有する第１の送電電極と、
前記第１の送電電極から、前記第１の送電電極の前記表面に沿った第１の方向に離間して配置され、平面状の表面を有する第２の送電電極と、
前記第１および第２の送電電極に電気的に接続され、前記第１および第２の送電電極に交流電力を出力する送電回路と、
前記第１の送電電極と前記第２の送電電極との間において、前記第１の送電電極および前記第２の送電電極の各々から隙間を隔てて配置された導電性の第１のシールドと、
前記第１の送電電極の前記表面に垂直な第２の方向に、前記第１および第２の送電電極から離れて位置し、前記第１の送電電極と前記第１のシールドとの間の第１の隙間、および前記第２の送電電極と前記第１のシールドとの間の第２の隙間の少なくとも一方を覆う導電性の第２のシールドであって、前記第１の方向に並ぶ少なくとも３つの部分を含み、前記少なくとも３つの部分は、前記第１または第２の隙間を覆う第１の部分と、前記第１の部分から第３の隙間を隔てて位置し前記第１または第２の送電電極に対向する第２の部分と、前記第１の部分から第４の隙間を隔てて位置し前記第１のシールドに対向する第３の部分と、を含む、第２のシールドと、
前記第２のシールドから前記第２の方向に離れて位置し、前記第３の隙間および前記第４の隙間の少なくとも一方を覆う導電性の第３のシールドと、
を備える。
【００２４】
上記態様によれば、前記第２のシールドは、前記第１の方向に並ぶ少なくとも３つの部分を含む。前記少なくとも３つの部分は、前記第１または第２の隙間を覆う第１の部分と、前記第１の部分から第３の隙間を隔てて位置し前記第１または第２の送電電極に対向する第２の部分と、前記第１の部分から第４の隙間を隔てて位置し前記第１のシールドに対向する第３の部分と、を含む。前記第３のシールドは、前記第２のシールドから前記第２の方向に離れて位置し、前記第３の隙間および前記第４の隙間の少なくとも一方を覆う。
【００２５】
このように、第２のシールドが少なくとも３つの部分に分割され、さらにそれらの間の少なくとも１つの隙間が第３のシールドによって覆われる。このような構成により、漏洩電界を低減する効果を維持しながら、送電電極間の容量成分Ｃｔを低減することができる。
【００２６】
本明細書において、シールドまたはその部分が「隙間を覆う」とは、その隙間に近接する電極の表面に垂直な方向から見たときに、シールドまたはその部分が、当該隙間の少なくとも一部と重なるように位置していることを意味する。例えば、図４に示す送電電極１２０ａ、１２０ｂ、および第１のシールド１５０が、紙面垂直方向に延びる平板状の構造を有する場合、それらの間の隙間は、当該方向に長い線状または帯状の形状を有する。第２のシールドの第１の部分は、そのような細長い形状を有する隙間の一部または全体に重なる位置に配置される。第３のシールドについても同様に、第２のシールドの第１から第３の部分の間の２つの隙間の少なくとも一部に重なる位置に配置されていればよい。
【００２７】
第１および第２の送電電極と第１のシールドとの間の隙間、および第２のシールドにおける第１から第３の部分の間の各隙間は、空気に限らず、他の電気絶縁性の材料（例えば樹脂など）からなる空間であってもよい。第１および第２の送電電極、および各シールドは、誘電体などの電気絶縁性の材料で覆われていてもよい。例えば、１枚の基板上にアルミニウムまたは銅などの金属を塗布することによって各シールドを作製してもよい。
【００２８】
以下、本開示のより具体的な実施形態を説明する。ただし、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明または実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になることを避け、当業者の理解を容易にするためである。なお、発明者らは、当業者が本開示を十分に理解するために添付図面および以下の説明を提供するのであって、これらによって特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。以下の説明において、同一または類似する構成要素については、同じ参照符号を付している。
【００２９】
（実施形態１）
図７は、本開示の実施形態１における無線電力伝送システムを模式的に示す図である。図７に示すシステムでは、図１に示すシステムと同様、床面の下または上に配置された一対の送電電極１２０ａ、１２０ｂを有する送電装置から、一対の受電電極を有する搬送ロボット１０に無線で電力が伝送される。第２の送電電極１２０ｂは、第１の送電電極１２０ａから、第１の送電電極１２０ａの表面に沿った第１の方向（この例ではＸ方向）に離間して配置されている。
【００３０】
送電電極１２０ａ、１２０ｂは、床面に沿って平行に延びており、その上を、搬送ロボット１０が電力を受け取りながら移動することができる。
【００３１】
図７には、互いに直交するＸ、Ｙ、Ｚ方向を示すＸＹＺ座標が示されている。以下の説明では、図示されているＸＹＺ座標を用いる。送電電極１２０ａ、１２０ｂ、およびシールド１５０、１６０、１７０が延びる方向をＹ方向、送電電極１２０ａ、１２０ｂの表面に垂直な方向をＺ方向、Ｙ方向およびＺ方向に垂直な方向をＸ方向とする。本明細書において、Ｘ方向を第１の方向、Ｚ方向を第２の方向、Ｙ方向を第３の方向とする。なお、本願の図面に示される構造物の向きは、説明のわかりやすさを考慮して設定されており、本開示の実施形態が現実に実施されるときの向きをなんら制限するものではない。図面に示されている構造物の全体または一部分の形状および大きさも、現実の形状および大きさを制限するものではない。
【００３２】
図８は、本実施形態における送電電極１２０ａ、１２０ｂ、第１のシールド１５０、第２のシールド１６０、および第３のシールド１７０の配置を模式的に示す斜視図である。図９は、送電電極１２０ａ、１２０ｂ、第１のシールド１５０、第２のシールド１６０、および第３のシールド１７０の配置を模式的に示すＸＺ面断面図である。
【００３３】
本実施形態の送電装置が図４に示す送電装置と異なる点は、第２のシールド１６０における２つの部分１６０ａ、１６０ｂの各々が、３つの部分に分割され、それらの部分間の隙間を覆う第３のシールド１７０が配置されている点にある。
【００３４】
前述の比較例と同様、第１の送電電極１２０ａおよび第２の送電電極１２０ｂは、いずれも平面状の表面を有する。図９に示すように、第２の送電電極１２０ｂは、第１の送電電極１２０ａから、第１の送電電極１２０ａの表面に沿った第１の方向（Ｘ方向）に離間して配置されている。送電電極１２０ａ、１２０ｂは、図２に示す送電回路１１０に電気的に接続されている。送電電極１２０ａ、１２０ｂは、送電回路１１０から出力された交流電力を受けて、受電電極２２０ａ、２２０ｂに交流電力を送出する。
【００３５】
第１の送電電極１２０ａと第２の送電電極１２０ｂとの間には、導電性を有する第１のシールド１５０が配置されている。第１のシールド１５０は、第１の送電電極１２０ａおよび第２の送電電極１２０ｂの各々から隙間を隔てて配置されている。第１の送電電極１２０ａと第１のシールド１５０との間の隙間を第１の隙間１８０ａと称する。第２の送電電極１２０ｂと第１のシールド１５０との間の隙間を第２の隙間１８０ｂと称する。
【００３６】
第２のシールド１６０は、送電電極１２０ａ、１２０ｂの表面に垂直な第２の方向（Ｚ方向）に、送電電極１２０ａ、１２０ｂから離れて位置している。第２のシールド１６０は、第１の隙間１８０ａおよび第２の隙間１８０ｂを覆っている。より具体的には、第２のシールド１６０は、第１の方向（Ｘ方向）に並ぶ６つの部分を含んでいる。６つの部分は、第１の部分１６０ａ１、第２の部分１６０ａ２、第３の部分１６０ａ３、第４の部分１６０ｂ１、第５の部分１６０ｂ２、および第６の部分１６０ｂ３である。このうち、第１の部分１６０ａ１が第１の隙間１８０ａを覆い、第４の部分１６０ｂ１が第２の隙間１８０ｂを覆っている。第２の部分１６０ａ２および第３の部分１６０ａ３は、第１の部分１６０ａ１の両側に位置している。第５の部分ｂ２および第６の部分ｂ３は、第４の部分１６０ｂ１の両側に位置している。
【００３７】
第２の部分１６０ａ２は、第１の部分１６０ａ１から−Ｘ方向に第３の隙間１９０ａ１を隔てて位置している。第２の部分１６０ａ２は、第１の送電電極１２０ａに対向している。第３の部分１６０ａ３は、第１の部分１６０ａ１から＋Ｘ方向に第４の隙間１９０ａ２を隔てて位置している。第３の部分１６０ａ３は、第１のシールド１５０に対向している。
【００３８】
第５の部分１６０ｂ２は、第４の部分１６０ｂ１から＋Ｘ方向に第５の隙間１９０ｂ１を隔てて位置している。第５の部分１６０ｂ２は、第２の送電電極１２０ｂに対向している。第６の部分１６０ｂ２は、第４の部分１６０ｂ１から−Ｘ方向に第６の隙間１９０ｂ２を隔てて位置している。第６の部分１６０ｂ２は、第１のシールド１５０に対向している。
【００３９】
第３のシールド１７０は、第２のシールド１６０から第２の方向（Ｚ方向）に離れて位置している。第３のシールド１７０は、第３の隙間１９０ａ１、第４の隙間１９０ａ２、第５の隙間１９０ｂ１、および第６の隙間１９０ｂ２をそれぞれ覆う４つの離間した部分１７０ａ１、１７０ａ２、１７０ｂ１、１７０ｂ２を含む。
【００４０】
本実施形態において、第２のシールド１６０の第１から第３の部分１６０ａ１、１６０ａ２、１６０ａ３をまとめて第２のシールド１６０ａと称することがある。同様に、第２のシールド１６０の第４から第６の部分１６０ｂ１、１６０ｂ２、１６０ｂ３をまとめて第２のシールド１６０ｂと称することがある。また、第３のシールド１７０の部分１７０ａ１、１７０ａ２をまとめて第３のシールド１７０ａと称することがある。同様に、第３のシールド１７０の部分１７０ｂ１、１７０ｂ２をまとめて第３のシールド１７０ｂと称することがある。
【００４１】
以上の構成により、送電中に隙間１８０ａ、１８０ｂの上に発生する電界は、第２のシールド１６０および第３のシールド１７０によって遮蔽され、その影響が低減される。
【００４２】
図１０は、本実施形態における送電電極１２０ａ、１２０ｂの間の容量成分を示す図である。図１０には、送電電極１２０ａ、１２０ｂ、およびシールド１５０、１６０、１７０の各部分の間に形成される容量成分のうち主なものが示されている。
【００４３】
本実施形態では、送電電極１２０ａと第２のシールドの部分１６０ａ２との間に形成される容量成分、第２のシールドの部分１６０ａ２と第３のシールドの部分１７０ａ１との間に形成される容量成分、第３のシールドの部分１７０ａ１と第２のシールドの部分１６０ａ１との間に形成される容量成分、および第２のシールドの部分１６０ａ１と送電電極１２０ａとの間に形成される容量成分が、直列に接続されていると考えることができる。このため、本実施形態においては、送電電極１２０ａと第２のシールド１６０ａとの間の容量は、図４の比較例における容量よりも小さくなる。但し、送電電極１２０ａに垂直な方向から見て、第２のシールド１６０ａにおける送電電極１２０ａと重なる部分の面積は同じであるものとする。
【００４４】
同様に、第１のシールド１５０と第２のシールド１６０ａとの間の容量についても、図４の比較例における容量よりも小さくなる。さらに、送電電極１２０ｂと第２のシールド１６０ｂとの間の容量、および第１のシールド１５０と第２のシールド１６０ｂとの間の容量についても、図４の比較例における容量よりも小さくなる。
【００４５】
このように、本実施形態の構成によれば、伝送効率に影響する導電性の部材間の容量成分を減らすことができる。このため、図４の構成と比較して、伝送効率の低下を抑えることができる。
【００４６】
本発明者らは、図１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃに示す３つの構成のそれぞれについて、図５に示す容量Ｃｔ、Ｃｍ、Ｃｒの値をシミュレーション解析によって求めた。図１１Ａは、２つの送電電極１２０ａ、１２０ｂの近傍にいずれの導電性シールドも配置されていない比較例１を示している。図１１Ｂは、２つの送電電極１２０ａ、１２０ｂの間に第１のシールド１５０が配置され、さらに２つの隙間をそれぞれ覆う第２のシールド１６０ａ、１６０ｂが配置された比較例２を示している。図１１Ｃは、本実施形態の構成を示している。各構成における各部材の寸法および配置は、図１１Ａから図１１Ｃに示すとおりである。
【００４７】
各構成における容量Ｃｔ、Ｃｍ、Ｃｒの値は、以下の表１のとおりである。
【００４８】
【表１】
2018164322.tif 000003
【００４９】
ここで、送電電極１２０ａ、１２０ｂおよび各シールド１５０、１６０、１７０の、Ｙ方向の長さは５ｍに設定した。受電電極２２０ａ、２２０ｂのＹ方向の長さは５０ｃｍに設定した。送電電極１２０ａ、１２０ｂと、受電電極２２０ａ、２２０ｂとの距離は、５ｍｍに設定した。
【００５０】
表１の結果から、本実施形態の構成、すなわち、第２のシールド１６０が複数の部分に分割され、さらに第３のシールド１７０が配置された構成により、図１１Ｂに示す構成と比較して、送電電極間の容量成分Ｃｔを低減できることが確認できた。
【００５１】
次に、本実施形態における各構成要素をより詳細に説明する。
【００５２】
本実施形態における送電電極１２０ａ、１２０ｂ、およびシールド１５０、１６０、１７０は、いずれも平板状の構造を有し、平面状の表面を有する。送電電極１２０ａ、１２０ｂ、およびシールド１５０、１６０、１７０は、例えば銅またはアルミニウムなどの導電性材料で構成される。
【００５３】
図１１Ｃに示される各構成要素の形状およびサイズは一例であり、用途に応じて様々な形状およびサイズを選択してよい。以下に、各構成要素の寸法の一例を挙げる。送電電極１２０ａ、１２０ｂ、および第１のシールド１５０の幅（Ｘ方向のサイズ）は、例えば５ｃｍ以上２００ｃｍ以下の範囲内に設定され得る。送電電極１２０ａ、１２０ｂの幅が例えば１５ｃｍである場合、送電電極１２０ａ、１２０ｂ、第１のシールド１５０、第２のシールドの部分１６０ａ１、１６０ａ２、１６０ａ３、１６０ｂ１、１６０ｂ２、１６０ｂ３、第３のシールドの部分１７０ａ１、１７０ａ２、１７０ｂ１、１７０ｂ２のそれぞれの長さ（Ｙ方向のサイズ）は、例えば５０ｃｍ以上２０ｍ以下の範囲内に設定され得る。送電電極１２０ａ、１２０ｂと第１のシールド１５０との間の隙間１８０ａ、１８０ｂの幅は、例えば０．１ｍｍ以上１００ｍｍ以下の範囲内に設定され得る。送電電極１２０ａ、１２０ｂの表面と第２のシールド１６０ａ、１６０ｂの表面との距離、および第２のシールド１６０ａ、１６０ｂの他方の表面と第３のシールド１７０ａ、１７０ｂの表面との距離は、例えば０．１ｍｍ以上１０ｍｍ以下の範囲内に設定され得る。第２のシールドの各部分１６０ａ１、１６０ａ２、１６０ａ３、１６０ｂ１、１６０ｂ２、１６０ｂ３の幅は、例えば、隙間１８０ａ、１８０ｂの幅よりも大きい値に設定され得る。第２のシールドの各部分１６０ａ１、１６０ａ２、１６０ａ３、１６０ｂ１、１６０ｂ２、１６０ｂ３の幅は、例えば１０ｍｍ以上５００ｍｍ以下の範囲内に設定され得る。第２のシールドの部分１６０ａ１、１６０ａ２、１６０ａ３の幅の合計、および部分１６０ｂ１、１６０ｂ２、１６０ｂ３の幅の合計は、送電電極１２０ａ、１２０ｂ、第１のシールド１５０のそれぞれの幅よりも大きくても小さくてもよい。
【００５４】
第３のシールドの部分１７０ａ１、１７０ａ２、１７０ｂ１、１７０ｂ２のそれぞれの幅は、例えば、隙間１９０ａ１、１９０ａ２、１９０ｂ１、１９０ｂ２のそれぞれの幅よりも大きい値に設定され得る。第３のシールドの部分１７０ａ１、１７０ａ２、１７０ｂ１、１７０ｂ２のそれぞれの幅は、例えば１０ｍｍ〜５００ｍｍの範囲内に設定され得る。第３のシールドの部分１７０ａ１、１７０ａ２の幅の合計、および部分１７０ｂ１、１７０ｂ２の幅の合計は、送電電極１２０ａ、１２０ｂ、第１のシールド１５０のそれぞれの幅よりも大きくても小さくてもよい。
【００５５】
次に、本実施形態の無線電力伝送システムの構成をより具体的に説明する。以下に説明するシステムの構成は一例であり、要求される機能および性能に応じて、適宜変更してもよい。
【００５６】
図１２は、本実施形態の無線電力伝送システムの概略的な構成を示すブロック図である。本システムは、送電装置１００と、搬送ロボット１０とを備える。
【００５７】
送電装置１００は、外部の直流電源３１０から供給される直流電力を交流電力に変換する送電回路１１０と、交流電力を送電する２つの送電電極１２０ａ、１２０ｂと、送電回路１１０と送電電極１２０ａ、１２０ｂとの間に接続された整合回路１８００とを備える。本実施形態では、送電回路１１０は、整合回路１８００を介して第１および第２の送電電極１２０ａ、１２０ｂに電気的に接続され、第１および第２の送電電極１２０ａ、１２０ｂに交流電力を出力する。
【００５８】
搬送ロボット１０は、受電装置２００と、負荷３３０とを備える。受電装置２００は、２つの送電電極１２０ａ、１２０ｂと容量結合して電力を受け取る２つの受電電極２２０ａ、２２０ｂと、２つの受電電極２２０ａ、２２０ｂに接続された整合回路２８００と、整合回路２８００に接続され、受け取った交流電力を直流電力に変換して出力する受電回路２１０とを有する。第１の受電電極２２０ａは、第１の送電電極１２０ａと対向したときに、第１の送電電極１２０ａとの間に容量結合を形成する。第２の受電電極２２０ｂは、第２の送電電極１２０ａと対向したときに、前記第２の送電電極との間に容量結合を形成する。これらの２つの容量結合を介して交流電力が送電装置１００から受電装置２００に非接触で伝送される。負荷３３０は、例えば二次電池およびモータを含み、受電回路２１０から出力された直流電力によって充電または駆動される。
【００５９】
図１３は、無線電力伝送システムのより詳細な構成例を示す回路図である。図示される例では、送電装置１００における整合回路１８００は、送電回路１１０に接続された直列共振回路１３０ｓと、送電電極１２０ａ、１２０ｂに接続され、直列共振回路１３０ｓと誘導結合する並列共振回路１４０ｐとを有する。整合回路１８００は、送電回路１１０のインピーダンスと送電電極１２０ａ、１２０ｂのインピーダンスとを整合させる。送電装置１００における直列共振回路１３０ｓは、第１のコイルＬ１と第１のキャパシタＣ１とが直列に接続された構成を有する。送電装置１００における並列共振回路１４０ｐは、第２のコイルＬ２と第２のキャパシタＣ２とが並列に接続された構成を有する。第１のコイルＬ１と第２のコイルＬ２とは、所定の結合係数で結合する変圧器を構成する。第１のコイルＬ１と第２のコイルＬ２との巻数比は、所望の変圧比（昇圧比または降圧比）を実現する値に設定される。
【００６０】
受電装置２００における整合回路２８００は、受電電極２２０ａ、２２０ｂに接続された並列共振回路２３０ｐと、受電回路２１０に接続され、並列共振回路２３０ｐと誘導結合する直列共振回路２４０ｓとを有する。整合回路２８００は、受電電極２２０ａ、２２０ｂのインピーダンスと、受電回路２１０のインピーダンスとを整合させる。並列共振回路２３０ｐは、第３のコイルＬ３と第３のキャパシタＣ３とが並列に接続された構成を有する。受電装置２００における直列共振回路２４０ｓは、第４のコイルＬ４と第４のキャパシタＣ４とが直列に接続された構成を有する。第３のコイルと第４のコイルとは、所定の結合係数で結合する変圧器を構成する。第３のコイルＬ３と第４のコイルＬ４との巻数比は、所望の変圧比を実現する値に設定される。
【００６１】
なお、整合回路１８００、２８００の構成は、図１３に示す構成に限定されない。例えば、直列共振回路１３０ｓ、２４０ｓのそれぞれに代えて、並列共振回路を設けてもよい。また、並列共振回路１４０ｐ、２３０ｐのそれぞれに代えて、直列共振回路を設けてもよい。さらには、整合回路１８００、２８００の一方または両方を省略してもよい。整合回路１８００を省略する場合、送電回路１１０と送電電極１２０ａ、１２０ｂとが直接接続される。整合回路２８００を省略する場合、受電回路２１０と受電電極２２０ａ、２２０ｂとが直接接続される。本明細書においては、整合回路１８００を設けた構成も、送電回路１１０と送電電極１２０ａ、１２０ｂとが電気的に接続された構成に該当する。同様に、整合回路２８００を設けた構成も、受電回路２１０と受電電極２２０ａ、２２０ｂとが電気的に接続された構成に該当する。
【００６２】
以下、各構成要素をより詳細に説明する。なお、本明細書では、インダクタを表す参照符号Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４は、そのインダクタのインダクタンス値を表す記号としても用いる。同様に、キャパシタを表す参照符号Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４は、そのキャパシタのキャパシタンス値を表す記号としても用いる。またインダクタＬ１とＬ２の結合係数の値をＫ１、インダクタＬ３とＬ４の結合係数の値をＫ２として表す。
【００６３】
図１４は、送電回路１１０の構成例を模式的に示す図である。この例では、送電回路１１０は、４つのスイッチング素子を含むフルブリッジ型のインバータ回路と、制御回路１１２とを有する。各スイッチング素子は、例えばＩＧＢＴまたはＭＯＳＦＥＴ等のトランジスタによって構成され得る。制御回路１１２は、各スイッチング素子の導通および非導通の状態を制御する制御信号を出力するゲートドライバと、ゲートドライバに制御信号を出力させるプロセッサとを有する。プロセッサは、例えばマイクロコントローラユニット（ＭＣＵ）におけるＣＰＵであり得る。図１４に示すフルブリッジ型のインバータ回路の代わりに、ハーフブリッジ型のインバータ回路、または、Ｅ級などの他の発振回路を用いてもよい。
【００６４】
送電回路１１０は、通信用の変復調回路や電圧・電流などを測定する各種センサを有していてもよい。通信用の変復調回路を有する場合、交流電力に重畳してデータを受電装置２００に送信することができる。本開示は、電力伝送の目的ではなく、データを送信する目的で微弱なパルス信号などの交流信号を受電装置２００に送信する形態も含まれる。そのような形態でも、微弱な電力が伝送されるといえるため、微弱な交流信号を伝送することも、「送電」または「電力伝送」の概念に含まれる。また、そのような微弱な交流信号も、「交流電力」の概念に含まれる。
【００６５】
図１５は、受電回路２１０の構成例を模式的に示す図である。この例では、受電回路２１０は、ダイオードブリッジと平滑コンデンサとを含む全波整流回路である。受電回路２１０は、他の整流器の構成を有していてもよい。受電回路２１０は、整流回路の他にも、定電圧・定電流制御回路、通信用の変復調回路などの各種の回路を含んでいてもよい。受電回路２１０は、受け取った交流エネルギを負荷３３０が利用可能な直流エネルギに変換する。直列共振回路２４０ｓから出力される電圧・電流などを測定する各種センサが受電回路２１０に含まれていてもよい。
【００６６】
共振回路１３０ｓ、１４０ｐ、２３０ｐ、２４０ｓにおける各コイルは、例えば、回路基板上に形成された平面コイルもしくは積層コイル、または、銅線、リッツ線、もしくはツイスト線などを用いた巻き線コイルであり得る。共振回路１３０ｓ、１４０ｐ、２３０ｐ、２４０ｓにおける各キャパシタには、例えばチップ形状またはリード形状を有するあらゆるタイプのキャパシタを利用できる。空気を介した２配線間の容量を各キャパシタとして機能させることも可能である。各コイルが有する自己共振特性をこれらのキャパシタの代わりに用いてもよい。
【００６７】
直流電源３１０は、例えば、商用電源、一次電池、二次電池、太陽電池、燃料電池、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ  Ｓｅｒｉａｌ  Ｂｕｓ）電源、高容量のキャパシタ（例えば電気二重層キャパシタ）、商用電源に接続された電圧変換器などの任意の電源であってよい。
【００６８】
共振回路１３０ｓ、１４０ｐ、２３０ｐ、２４０ｓの共振周波数ｆ０は、典型的には、電力伝送時の伝送周波数ｆに一致するように設定される。共振回路１３０ｓ、１４０ｐ、２３０ｐ、２４０ｓの各々の共振周波数ｆ０は、伝送周波数ｆに厳密に一致していなくてもよい。各々の共振周波数ｆ０は、例えば、伝送周波数ｆの５０〜１５０％程度の範囲内の値に設定されていてもよい。電力伝送の周波数ｆは、例えば５０Ｈｚ〜３００ＧＨｚ、ある例では２０ｋＨｚ〜１０ＧＨｚ、他の例では２０ｋＨｚ〜２０ＭＨｚ、さらに他の例では２０ｋＨｚ〜１ＭＨｚに設定され得る。
【００６９】
本実施形態では、送電電極１２０ａ、１２０ｂと受電電極２２０ａ、２２０ｂとの間は空隙であり、その距離は比較的長い（例えば、５ｍｍから２０ｍｍ程度）。そのため、電極間のキャパシタンスＣｍ１、Ｃｍ２は非常に小さく、送電電極１２０ａ、１２０ｂ、および受電電極２２０ａ、２２０ｂのインピーダンスは非常に高い（例えば、数ｋΩ程度）。これに対し、送電回路１１０および受電回路２１０のインピーダンスは、例えば数Ω程度と低い。本実施形態では、送電電極１２０ａ、１２０ｂ、および受電電極２２０ａ、２２０ｂに近い側に並列共振回路１４０ｐ、２３０ｐがそれぞれ配置され、送電回路１１０および受電回路２１０に近い側に直列共振回路１３０ｓ、２４０ｓがそれぞれ配置される。このような構成により、インピーダンスの整合を容易に行うことができる。直列共振回路は、共振時にインピーダンスがゼロ（０）になるため、低いインピーダンスとの整合に適している。一方、並列共振回路は、共振時にインピーダンスが無限大になるため、高いインピーダンスとの整合に適している。よって、図１３に示す構成のように、低いインピーダンスの電源側に直列共振回路を配置し、高いインピーダンスの電極側に並列共振回路を配置することにより、インピーダンス整合を容易に実現することができる。同様に、電極側に並列共振回路を配置し、負荷側に直列共振回路を配置することにより、受電装置２００におけるインピーダンス整合を実現し易くすることができる。
【００７０】
なお、上記のような非対称な共振回路の構成にすることは必須の要件ではない。例えば、送電電極１２０ａ、１２０ｂと受電電極２２０ａ、２２０ｂとの距離を短くしたり、これらの間に誘電体を配置したりした構成では、電極のインピーダンスが低くなるため、非対称な共振回路の構成にする必要はない。また、インピーダンス整合の問題がない場合は、整合回路１８００、２８００自体を省略してもよい。
【００７１】
本発明者らは、図１３に示す無線電力伝送システムに、図１１Ａから図１１Ｃに示す３つの構成をそれぞれ適用した場合の伝送効率をシミュレーション解析によって求めた。図１１Ａから図１１Ｃの各構成において、最も伝送効率が高くなる回路定数を求め、その回路定数を用いて電力伝送を行ったときの伝送効率を比較した。解析結果を以下の表２に示す。
【００７２】
【表２】
2018164322.tif 000004
【００７３】
表２において、効率低下量は、図１１Ａの構成を基準としたときの最大伝送効率の変化量を示している。最大伝送効率は、図１１Ａから図１１Ｃの各構成において、最も伝送効率が高くなる回路定数を用いたときの伝送効率である。各構成において使用した回路定数を以下の表３に示す。
【００７４】
【表３】
2018164322.tif 000005
【００７５】
表３において、容量値の単位はｐＦであり、インダクタンス値の単位はμＨである。 伝送周波数は４９０ｋＨｚとし、負荷値は４０Ωとした。
【００７６】
表２の結果から、本実施形態の構成により、図１１Ｂの構成と比較して、伝送効率の低下が抑えられることが確認された。
【００７７】
以上のように、本実施形態における送電装置によれば、第１および第２の送電電極１２０ａ、１２０ｂの間だけでなく、２つの隙間１８０ａ、１８０ｂの近傍の漏洩電界を抑制することができる。さらに、送電電極１２０ａ、１２０ｂの間に発生する容量を低減することができる。その結果、電界結合方式による無線電力伝送システムの伝送効率を維持しながら、安全性を向上させることができる。
【００７８】
本実施形態では、第２のシールドの片側の部分１６０ａ、１６０ｂのそれぞれが３分割され、第３のシールド１７０がそれらの隙間を覆う２層のシールド構成が用いられている。本開示はこのような構成に限定されない。例えば、図１６に示すような構成であってもよい。図１６の例では、第２のシールド１６０の片側の部分が５分割されている。第３のシールド１７０の片側の部分は、第２のシールド１６０における４つの隙間をそれぞれ覆う４つの部分に分割されている。それらの４つの部分の間の３箇所の隙間を覆う位置に、他のシールド１７２が配置されている。この例のように３層または４層以上のシールド構成を用いてもよい。つまり、第２のシールド１６０および第３のシールド１７０の分割数を増やして上に重ねる導電性シールドの数を増やしてもよい。そのような構成においても、本実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００７９】
（実施形態２）
図１７は、本開示の実施形態２の構成を模式的に示す断面図である。本実施形態における送電装置は、第１および第２の送電電極１２０ａ、１２０ｂから第２の方向の逆方向（−Ｚ方向）に離れて位置する導電性の第４のシールド６６０をさらに備えている。単一の第４のシールド６６０が、送電電極１２０ａ、１２０ｂの下側において２つの隙間１８０ａ、１８０ｂの両方を覆っている。ここで「下側」とは、受電電極２２０ａ、２２０ｂが配置される側の反対側を意味する。それ以外の点は実施形態１と同じである。
【００８０】
本実施形態のように、第４のシールド６６０を設けることにより、実施形態１と比較して、下側の漏洩電界を低減することができる。
【００８１】
第４のシールド６６０は、隙間１８０ａ、１８０ｂの一方のみを覆っていてもよい。その場合でも、一方の隙間の下部の漏洩電界を低減する効果が得られる。
【００８２】
本実施形態によれば、送電電極１２０ａ、１２０ｂ、および第１のシールド１５０の上側および下側の両方に導電性のシールドが配置される。このような構成により、漏洩電界をさらに低減することができる。隙間１８０ａ、１８０ｂの下に第４のシールド６６０を配置することにより、床面の下に存在する金属などの影響によって電極のインピーダンスが変化することを抑制できる。さらに、床面の下に存在する動物などへの影響を低減することもできる。
【００８３】
（実施形態３）
図１８は、本開示の実施形態３の構成を模式的に示す断面図である。本実施形態における送電装置も、第１および第２の送電電極１２０ａ、１２０ｂから第２の方向の逆方向（−Ｚ方向）に離れて位置する導電性の第４のシールド６６０をさらに備えている。第４のシールド６６０は、第１の隙間１８０ａを覆う部分６６０ａと、第２の隙間１８０ｂを覆う部分６６０ｂとに分割されている。それ以外の点は実施形態１と同じである。
【００８４】
本実施形態における第４のシールド６６０は、隙間１８０ａ、１８０ｂをそれぞれ覆う２つの部分６６０ａ、６６０ｂを有している。第４のシールド６６０は、２つの部分６６０ａ、６６０ｂの一方のみを有していてもよい。その場合でも、一方の隙間の下部の漏洩電界を低減することができる。
【００８５】
本実施形態によれば、送電電極１２０ａ、１２０ｂ、および第１のシールド１５０の上側および下側の両方に導電性のシールドが配置される。このような構成により、漏洩電界をさらに低減することができる。さらに、実施形態２の構成と比較して、送電電極１２０ａ、１２０ｂ間に発生する容量を低減することができる。隙間１８０ａ、１８０ｂの下に第４のシールドの部分６６０ａ、６６０ｂを配置することにより、床面の下に存在する金属などの影響によって電極のインピーダンスが変化することを抑制できる。さらに、床面の下に存在する動物などへの影響を低減することもできる。
【００８６】
（実施形態４）
図１９は、本開示の実施形態４における構成を模式的に示す図である。本実施形態においては、実施形態３の構成と比較して、第４のシールドの各部分６６０ａ、６６０ｂが３つの部分に分割され、それらの部分の間の隙間を覆う第５のシールド６７０がさらに配置されている。それ以外の点は、実施形態３と同じである。
【００８７】
本実施形態における送電装置１００は、送電電極の下側に導電性の第４のシールド６６０と、導電性の第５のシールド６７０とを備えている。第４のシールド６６０は、第１の方向（Ｘ方向）に並ぶ６つの部分を含む。６つの部分は、第７の部分６６０ａ１、第８の部分６６０ａ２、第９の部分６６０ａ３、第１０の部分６６０ｂ１、第１１の部分６６０ｂ２、第１２の部分６６０ｂ３である。第７の部分６６０ａ１は、第１の隙間１８０ａを覆う。第８の部分６６０ａ２は、第７の部分６６０ａ１から第７の隙間６９０ａ１を隔てて位置し、第１の送電電極１２０ａに対向する。第９の部分６６０ａ３は、第７の部分６６０ａ１から第８の隙間６９０ａ２を隔てて位置し、第１のシールド１５０に対向する。第１０の部分６６０ｂ１は、第２の隙間１８０ｂを覆う。第１１の部分６６０ｂ２は、第１０の部分６６０ｂ１から第９の隙間６９０ｂ１を隔てて位置し、第２の送電電極１２０ｂに対向する。第１２の部分６６０ｂ３は、第１０の部分６６０ｂ１から第１０の隙間６９０ｂ２を隔てて位置し、第１のシールド１５０に対向する。
【００８８】
第５のシールド６７０は、第４のシールド６６０から第２の方向の逆方向（−Ｚ方向）に離れて位置する。第５のシールド６７０は、隙間６９０ａ１、６９０ａ２、６９０ｂ１、６９０ｂ２をそれぞれ覆う４つの離間した部分６７０ａ１、６７０ａ２、６７０ｂ１、６７０ｂ２を含む。
【００８９】
本実施形態における第４のシールド６６０および第５のシールド６７０の構成は、第２のシールド１６０および第３のシールド１７０を、送電電極１２０ａ、１２０ｂの中心を通るＸＹ平面に平行な平面に対して対称に配置した構成である。
【００９０】
このような構成により、図１８に示す実施形態３の構成に比べ、送電電極間の容量成分をさらに低減することができる。隙間１８０ａ、１８０ｂの下にもシールド６６０、６７０が配置されているため、床面の下に存在する金属などの影響によって電極のインピーダンスが変化することを抑制することができる。また、床面の下に存在する動物などへの影響を低減することができる。
【００９１】
（他の実施形態）
以上の実施形態では、送電電極１２０ａ、１２０ｂ、第１のシールド１５０、第２のシールド１６０の各部分、第３のシールド１７０の各部分、第４のシールド６６０の各部分、および第５のシールド６７０の各部分は、いずれも平板状であるが、他の形状を有していてもよい。例えば、曲面状の形状または凹凸を有する形状を各電極または各シールドが有していてもよい。各電極および各シールドは、必ずしも床または地面に沿って配置されている必要はなく、床または地面に対して傾斜していてもよい。
【００９２】
図１６に示す構成におけるシールド１６０、１７０、１７２と同等のシールド構造を、送電電極１２０ａ、１２０ｂの下部に設けてもよい。例えば、図２０に示すようなシールド構造を採用してもよい。図２０に示す構成では、送電装置は、上側にシールド１６０、１７０、１７２を備え、下側にシールド６６０、６７０、６７２を有している。上側のシールド１６０、１７０、１７２と、下側のシールド６６０、６７０、６７２とは、送電電極１２０ａ、１２０ｂが敷設された面に対して対称に配置されている。このような構成によれば、伝送効率の低下を抑えながら、漏洩電界をさらに低減することができる。
【００９３】
以上の実施形態１〜４では、第２のシールド１６０は、６個の部分を含んでいる。図２０に示す実施形態では、第２のシールド１６０は、１０個の部分を含んでいる。しかし、第２のシールド１６０は、少なくとも３つの部分を含んでいればよい。少なくとも３つの部分は、第１の隙間１８０ａまたは第２の隙間１８０ｂを覆う第１の部分と、第１の部分から第３の隙間を隔てて位置し第１の送電電極１２０ａまたは第２の送電電極１２０ｂに対向する第２の部分と、第１の部分から第４の隙間を隔てて位置し第１のシールド１５０に対向する第３の部分とを含んでいればよい。第３のシールド１７０がＸ方向に並ぶ４つまたは８個の部分を含むことも必須の要件ではない。第３のシールド１７０は、第２のシールド１６０における第３の隙間および第４の隙間の少なくとも一方を覆っていればよい。例えば、図２１Ａから図２１Ｄに示す構成を採用してもよい。同様の構成は、送電電極１２０ａ、１２０ｂの下部の第４のシールド６６０および第５のシールド６７０についても適用できる。
【００９４】
以上のように、本開示は、以下の項目に記載の送電装置および無線電力伝送システムを含む。
【００９５】
［項目１］
平面状の表面を有する第１の送電電極と、
前記第１の送電電極から、前記第１の送電電極の前記表面に沿った第１の方向に離間して配置され、平面状の表面を有する第２の送電電極と、
前記第１および第２の送電電極に電気的に接続され、前記第１および第２の送電電極に交流電力を出力する送電回路と、
前記第１の送電電極と前記第２の送電電極との間において、前記第１の送電電極および前記第２の送電電極の各々から隙間を隔てて配置された導電性の第１のシールドと、
前記第１の送電電極の前記表面に垂直な第２の方向に、前記第１および第２の送電電極から離れて位置し、前記第１の送電電極と前記第１のシールドとの間の第１の隙間、および前記第２の送電電極と前記第１のシールドとの間の第２の隙間の少なくとも一方を覆う導電性の第２のシールドであって、前記第１の方向に並ぶ少なくとも３つの部分を含み、前記少なくとも３つの部分は、前記第１または第２の隙間を覆う第１の部分と、前記第１の部分から第３の隙間を隔てて位置し前記第１または第２の送電電極に対向する第２の部分と、前記第１の部分から第４の隙間を隔てて位置し前記第１のシールドに対向する第３の部分と、を含む、第２のシールドと、
前記第２のシールドから前記第２の方向に離れて位置し、前記第３の隙間および前記第４の隙間の少なくとも一方を覆う導電性の第３のシールドと、
を備えた送電装置。
【００９６】
［項目２］
前記第１の送電電極および前記第２の送電電極は、前記第１および第２の方向の両方に垂直な第３の方向に延びている、項目１に記載の送電装置。
【００９７】
［項目３］
前記第１のシールド、前記第２のシールド、および前記第３のシールドの少なくとも１つは、前記第３の方向に延びている、項目２に記載の送電装置。
【００９８】
［項目４］
前記第１の送電電極の前記表面および前記第２の送電電極の前記表面は、同一平面上にある、項目１から３のいずれか１項に記載の送電装置。
【００９９】
［項目５］
前記第２のシールドは、前記第１の隙間および前記第２の隙間の両方を覆っている、項目１から４のいずれか１項に記載の送電装置。
【０１００】
［項目６］
前記第２のシールドは、前記第１の方向に並ぶ少なくとも６つの部分を含み、
前記少なくとも６つの部分は、前記第１の部分、前記第２の部分、前記第３の部分、第４の部分、第５の部分、および第６の部分を含み、
前記第１の部分は、前記第１の隙間を覆い、
前記第２の部分は、前記第１の部分から前記第３の隙間を隔てて位置し、前記第１の送電電極に対向し、
前記第３の部分は、前記第１の部分から前記第４の隙間を隔てて位置し、前記第１のシールドに対向し、
前記第４の部分は、前記第２の隙間を覆い、
前記第５の部分は、前記第４の部分から第５の隙間を隔てて位置し、前記第２の送電電極に対向し、
前記第６の部分は、前記第４の部分から第６の隙間を隔てて位置し、前記第１のシールドに対向し、
前記第３のシールドは、前記第３から第６の隙間をそれぞれ覆う４つの離間した部分を含む、
項目１から５のいずれか１項に記載の送電装置。
【０１０１】
［項目７］
前記送電装置は、前記第１および第２の送電電極から前記第２の方向の逆方向に離れて位置する導電性の第４のシールドであって、前記第１および第２の隙間の少なくとも一方を覆う第４のシールドをさらに備える、項目１から６のいずれか１項に記載の送電装置。
【０１０２】
［項目８］
前記第４のシールドは、前記第１の隙間を覆う部分と、前記第２の隙間を覆う部分とを含む、項目７に記載の送電装置。
【０１０３】
［項目９］
前記第４のシールドは、前記第１の方向に並ぶ少なくとも６つの部分を含み、
前記少なくとも６つの部分は、
前記第１の隙間を覆う第７の部分と、
前記第７の部分から第７の隙間を隔てて位置し、前記第１の送電電極に対向する第８の部分と、
前記第７の部分から第８の隙間を隔てて位置し、前記第１のシールドに対向する第９の部分と、
前記第２の隙間を覆う第１０の部分と、
前記第１０の部分から第９の隙間を隔てて位置し、前記第２の送電電極に対向する第１１の部分と、
前記第１０の部分から第１０の隙間を隔てて位置し、前記第１のシールドに対向する第１２の部分と、
を含み、
前記送電装置は、前記第４のシールドから前記第２の方向の逆方向に離れて位置する導電性の第５のシールドであって、前記第７から第１０の隙間をそれぞれ覆う４つの離間した部分を含む第５のシールドをさらに備える、
項目７または８に記載の送電装置。
【０１０４】
［項目１０］
項目１から９のいずれかに記載の送電装置と、受電装置と、を備える無線電力伝送システムであって、
前記受電装置は、
前記第１の送電電極と対向したときに、前記第１の送電電極との間に容量結合を形成する第１の受電電極と、
前記第２の送電電極と対向したときに、前記第２の送電電極との間に容量結合を形成する第２の受電電極と、
を備え、
前記２つの容量結合を介して前記交流電力を前記送電装置から前記受電装置に非接触で伝送する、
無線電力伝送システム。
【産業上の利用可能性】
【０１０５】
本開示の技術は、電力によって駆動される任意の機器に利用できる。例えば、工場で用いられる無人搬送車（ＡＧＶ）などの搬送ロボットまたは電動車両に利用できる。
【符号の説明】
【０１０６】
１０    搬送ロボット
３０    床面
１００  送電装置
１１０  送電回路
１２０ａ、１２０ｂ  送電電極
１３０ｓ  直列共振回路
１４０ｐ  並列共振回路
１５０  第１のシールド
１６０、１６０ａ、１６０ｂ  第２のシールド
１６０ａ１〜１６０ａ３、１６０ｂ１〜１６０ｂ３  第２のシールド
１７０、１７０ａ、１７０ｂ  第３のシールド
１７０ａ１、１７０ａ２、１７０ｂ１、１７０ｂ２  第３のシールド
１８０ａ、１８０ｂ  隙間
１９０ａ、１９０ｂ  隙間
１８００  整合回路
１９０、１９０ａ、１９０ｂ  第３のシールド
２００  受電装置
２１０  受電回路
２２０ａ、２２０ｂ  受電電極
２３０ｐ  並列共振回路
２４０ｓ  直列共振回路
２８００  整合回路
３１０  直流電源
３３０  負荷
【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１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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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２１Ａ】
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【図２１Ｂ】
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【図２１Ｃ】
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【図２１Ｄ】
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