(57)【要約】【課題】送電線路を用いるものであって、簡単な構造でありながら、送電線路の整合を取り易くして末端付近に至るまで適切に送電線路から無接触でもって電力を高い比率で伝送できる無接触電力伝送装置を提供する。【解決手段】この無接触電力伝送装置１Ａは、交流電源２から末端に向けて送電する送電線路３を構成するものであって直線状に延伸する開放型の第１の線路３１と、直線状に延伸する電磁結合部分４１ａを有した第２の線路４１Ａを少なくとも有する受電体４Ａと、を備え、受電体４Ａの第２の線路４１Ａの電磁結合部分４１ａが第１の線路３１と延伸方向を一致するように重ねて配置されたときに隙間を有し、それらが電磁結合することによって、交流電源２の電力が第１の線路３１から第２の線路４１Ａに分配されて伝送される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源から末端に向けて送電する送電線路を構成するものであって直線状に延伸する開放型の第１の線路と、
直線状に延伸する電磁結合部分を有した第２の線路を少なくとも備える受電体と、が設けられ、
前記受電体の第２の線路の前記電磁結合部分が第１の線路と延伸方向を一致するように重ねて配置されたときに隙間を有し、それらが電磁結合することによって、前記交流電源の電力が第１の線路から第２の線路に分配されて伝送されることを特徴とする無接触電力伝送装置。
【請求項２】
請求項１に記載の無接触電力伝送装置において、
前記受電体は、第２の線路の前記電磁結合部分の交流電源側に負荷が設けられており、第２の線路に伝送された電力がこの負荷に供給されることを特徴とする無接触電力伝送装置。
【請求項３】
請求項１に記載の無接触電力伝送装置において、
前記受電体の第２の線路は、ループ状を成し、かつ、直線状に延伸する第２の電磁結合部分を有し、
前記受電体は、更に、第２の線路の第２の電磁結合部分の延伸方向に延伸する電磁結合部分を有した第３の線路を備え、
第３の線路の電磁結合部分が第２の線路の第２の電磁結合部分と隙間を有した状態で重ねて配置され電磁結合することによって、第２の線路に伝送された電力が第２の線路から第３の線路に伝送されることを特徴とする無接触電力伝送装置。
【請求項４】
請求項３に記載の無接触電力伝送装置において、
前記受電体は、第３の線路の前記電磁結合部分の交流電源側に負荷が設けられており、第３の線路に伝送された電力がこの負荷に供給されることを特徴とする無接触電力伝送装置。
【請求項５】
請求項３又は４に記載の無接触電力伝送装置において、
前記受電体は前記送電線路の末端側に設けられ、その前段側にその他の受電体が設けられていることを特徴とする無接触電力伝送装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の無接触電力伝送装置において、
第２の線路の少なくとも前記電磁結合部分及び第１の線路は、薄板状であって、ブロードサイドにおいて重ねて配置されることを特徴とする無接触電力伝送装置。
【請求項７】
請求項６に記載の無接触電力伝送装置において、
第２の線路は、前記電磁結合部分を第１の線路から幅方向にずらすことによって、第１の線路との隙間を一定にしつつ伝送される電力を小さくすることを特徴とする無接触電力伝送装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載の無接触電力伝送装置において、
前記送電線路は通路又は道路に固定され、前記受電体は移動しながら送電線路から電力を受け取ることを特徴とする無接触電力伝送装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかに記載の無接触電力伝送装置において、
第２の線路の前記電磁結合部分は、誘導成分及び／又は容量成分が付加されるよう幅方向に突出した突出部が設けられていることを特徴とする無接触電力伝送装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の無接触電力伝送装置において、
前記突出部は、誘導成分が付加されるようその先端部が接地導体に接続されていることを特徴とする無接触電力伝送装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の無接触電力伝送装置において、前記突出部は、中央近傍に１個設けられていることを特徴とする無接触電力伝送装置。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれかに記載の無接触電力伝送装置において、
少なくとも第２の線路の前記電磁結合部分は、メタマテリアルからなることを特徴とする無接触電力伝送装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エバネセント界の空間的な結合を用いた無接触電力伝送装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、無接触（無線）で電力を伝送する無接触電力伝送装置の研究開発が盛んに行われている。無接触電力伝送装置は、機械的な接触を必要としないため、耐久性が高く、騒音が少ないなどの利点がある。このような無接触電力伝送装置には、遠方まで伝播する電磁波を用いて行うものと、伝播せず近傍にしか存在しない電磁場（エバネセント界）の空間的な結合を用いて行うものと、がある。電磁波を用いて行うものは、特別な制御をしない限り、電力の受信側が存在しなくても、電力の送信側のエネルギーが周囲に放射される。エバネセント界の空間的な結合を用いて行うものは、受信側が存在すればそれとの結合に応じて、送信側が有する電力（エネルギー）がそれに伝送される。
【０００３】
特許文献１には、エバネセント界の空間的な結合による電磁誘導を利用した無接触電力伝送装置が記載されている。このものは、パンタグラフなどに応用しようとするものであって、交流電源から末端に向けて送電する送電線路（ケーブル）が有り、先端に１次コイルが設けられスイッチによりそれへの通電のオンオフ制御が可能な多数の送信側ユニットが送電線路の所要箇所に接続されている。この１次コイルと電磁誘導により結合をする２次コイルを有して移動する受信側の受電体（移動体）を、１次コイルと２次コイルが近接配置となるようにすることにより、送電線路に沿って移動しながらでも、送電線路から受電体に電力が伝送されるとしている。また、特許文献２には、エバネセント界の空間的な結合による共振を利用し、送信側と受信側にともに設けられたループ状の導体などの共振器に共振を起こさせて電力を伝送する無接触電力伝送装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−７１９０９号公報
【特許文献２】特表２００９−５０１５１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載のものは、送電線路の所要箇所に設けた送信側ユニットが複雑であり、また、多数のユニットのオンオフ制御により無駄な電流が流れたり送電線路が不整合となって電力の反射が起こったりし易く、送電線路の末端付近まで適切に送電させることは必ずしも容易ではない。特許文献２には、送電線路を用いるような記載はなく、また、送電線路を用いるものに応用したとしても、特許文献１と同様な課題が残ると考えられる。
【０００６】
本発明は、係る事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、送電線路を用いるものであって、簡単な構造でありながら、送電線路の整合を取り易くして末端付近に至るまで適切に送電線路から無接触でもって電力を高い比率で伝送できる無接触電力伝送装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の無接触電力伝送装置は、交流電源から末端に向けて送電する送電線路を構成するものであって直線状に延伸する開放型の第１の線路と、直線状に延伸する電磁結合部分を有した第２の線路を少なくとも有する受電体と、を備え、前記受電体の第２の線路の前記電磁結合部分が第１の線路と延伸方向を一致するように重ねて配置されたときに隙間を有し、それらが電磁結合することによって、前記交流電源の電力が第１の線路から第２の線路に分配されて伝送されることを特徴とする。
【０００８】
請求項２に記載の無接触電力伝送装置は、請求項１に記載の無接触電力伝送装置において、前記受電体は、第２の線路の前記電磁結合部分の交流電源側に負荷が設けられており、第２の線路に伝送された電力がこの負荷に供給されることを特徴とする。
【０００９】
請求項３に記載の無接触電力伝送装置は、請求項１に記載の無接触電力伝送装置において、前記受電体の第２の線路は、ループ状を成し、かつ、直線状に延伸する第２の電磁結合部分を有し、前記受電体は、更に、第２の線路の第２の電磁結合部分の延伸方向に延伸する電磁結合部分を有した第３の線路を備え、第３の線路の電磁結合部分が第２の線路の第２の電磁結合部分と隙間を有した状態で重ねて配置され電磁結合することによって、第２の線路に伝送された電力が第２の線路から第３の線路に伝送されることを特徴とする。
【００１０】
請求項４に記載の無接触電力伝送装置は、請求項３に記載の無接触電力伝送装置において、前記受電体は、第３の線路の前記電磁結合部分の交流電源側に負荷が設けられており、第３の線路に伝送された電力がこの負荷に供給されることを特徴とする。
【００１１】
請求項５に記載の無接触電力伝送装置は、請求項３又は４に記載の無接触電力伝送装置において、前記受電体は前記送電線路の末端側に設けられ、その前段側にその他の受電体が設けられていることを特徴とする。
【００１２】
請求項６に記載の無接触電力伝送装置は、請求項１〜５のいずれかに記載の無接触電力伝送装置において、第２の線路の少なくとも前記電磁結合部分及び第１の線路は、薄板状であって、ブロードサイドにおいて重ねて配置されることを特徴とする。
【００１３】
請求項７に記載の無接触電力伝送装置は、請求項６に記載の無接触電力伝送装置において、第２の線路は、前記電磁結合部分を第１の線路から幅方向にずらすことによって、第１の線路との隙間を一定にしつつ伝送される電力を小さくすることを特徴とする。
【００１４】
請求項８に記載の無接触電力伝送装置は、請求項１〜７のいずれかに記載の無接触電力伝送装置において、前記送電線路は通路又は道路に固定され、前記受電体は移動しながら送電線路から電力を受け取ることを特徴とする。
【００１５】
請求項９に記載の無接触電力伝送装置は、請求項１〜８のいずれかに記載の無接触電力伝送装置において、第２の線路の前記電磁結合部分は、誘導成分及び／又は容量成分が付加されるよう幅方向に突出した突出部が設けられていることを特徴とする。
【００１６】
請求項１０に記載の無接触電力伝送装置は、請求項９に記載の無接触電力伝送装置において、前記突出部は、誘導成分が付加されるようその先端部が接地導体に接続されていることを特徴とする。
【００１７】
請求項１１に記載の無接触電力伝送装置は、請求項１０に記載の無接触電力伝送装置において、前記突出部は、中央近傍に１個設けられていることを特徴とする。
【００１８】
請求項１２に記載の無接触電力伝送装置は、請求項１〜１１のいずれかに記載の無接触電力伝送装置において、少なくとも第２の線路の前記電磁結合部分は、メタマテリアルからなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の無接触電力伝送装置によれば、受電体の第２の線路の電磁結合部分が第１の線路の一部と延伸方向を一致するように重ねて配置されたときに隙間を有し、それらが電磁結合することによって、交流電源の電力が第１の線路から第２の線路に分配されて伝送されるように構成したので、非常に簡単な構造でありながら、送電線路の整合を取り易くして末端付近に至るまで適切に送電線路から無接触でもって電力を高い比率で伝送できるものとなる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態に係る無接触電力伝送装置１Ａの構成を示す模式図である。
【図２】同上の無接触電力伝送装置１Ａの主要部分の構造を示すものであって、（ａ）が平面図、（ｂ）が側面図である。
【図３】同上の無接触電力伝送装置１Ａの電力の伝送の特性図である。
【図４】同上の無接触電力伝送装置１Ａを応用した構成を示す模式図である。
【図５】本発明の別の実施形態に係る無接触電力伝送装置１Ｂの構成を示す模式図である。
【図６】同上の無接触電力伝送装置１Ｂの主要部分の構造を示すものであって、（ａ）が平面図、（ｂ）が側面図である。
【図７】同上の無接触電力伝送装置１Ｂの電力の伝送の特性図である。
【図８】同上の無接触電力伝送装置１Ｂを応用した構成を示す模式図である。
【図９】本発明の実施形態に係る無接触電力伝送装置１Ａの受電体４Ａの構造を変形した無接触電力伝送装置１Ｃの、（ａ）が平面図、（ｂ）が側面図である。
【図１０】図２と同様の構造のものであって、（ａ）が平面図、（ｂ）が側面図である。
【図１１】（ａ）が図９の構造について、（ｂ）が図１０の構造についての電力の伝送の特性図である。
【図１２】図９の構造についての電力の伝送の別の特性図である。
【図１３】本発明の実施形態に係る無接触電力伝送装置１Ｂの受電体４Ｂの構造を変形した無接触電力伝送装置１Ｄの、（ａ）が平面図、（ｂ）が側面図である。
【図１４】図６と同様の構造のものであって、（ａ）が平面図、（ｂ）が側面図である。
【図１５】（ａ）が図１３の構造について、（ｂ）が図１４の構造についての電力の伝送の特性図である。
【図１６】同上の無接触電力伝送装置１Ａの受電体４Ａの構造を変形した無接触電力伝送装置１Ｅの、ａ）が平面図、（ｂ）が側面図である。
【図１７】同上の無接触電力伝送装置１Ｃの受電体４Ａの構造を変形した無接触電力伝送装置１Ｆの、ａ）が平面図、（ｂ）が側面図である。
【図１８】図１７の構造についての電力の伝送の特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明を実施するための好ましい形態を図面を参照しながら説明する。本発明の実施形態に係る無接触電力伝送装置１Ａは、図１の模式図に示すように、交流電源２から末端に向けて送電する送電線路３を構成するものであって直線状（凹凸がないよう一様）に延伸する第１の線路３１の途中から無接触で受電体４Ａに電力を取り出して、受電体４Ａが含む電源回路や充電回路などの負荷４０に電力を供給するものである。送電線路３の２つ線（第１の線路３１がその一部となる電力線（電力信号線）、及び接地線）の末端（終端）では、それらの間に終端抵抗３ａが付加されている。
【００２２】
無接触電力伝送装置１Ａの第１の線路３１は、開放型の線路であり、それを通る電力（電力信号）によるエバネセント界は少なくとも一方向に開放されていて他のものに遮断されていない。より詳しくは、図２の構造図に示すように、第１の線路３１は、ブロードサイド（幅広の面）が上側と下側の面となっている薄板状（扁平状）の導体であって、ブロードサイドの幅Ｓａが一様なものである。第１の線路３１は、エバネセント界は少なくとも上方に開放されている。なお、図２において省略しているが、第１の線路３１と平行に、その下方或いは側方に接地線が設けられている。また、第１の線路３１は長く延伸しており、その両端は、入力端Ｔ１と出力端Ｔ２である。入力端Ｔ１に交流電源２からの電力が入力される。なお、第１の線路３１は、１の材質から成り、厚み（ナローサイドの幅）が一様である。後述の第２の線路４１Ａ、４１Ｂ、第３の線路４２についても、同様である。
【００２３】
受電体４Ａは、直線状に延伸する電磁結合部分４１ａを有した第２の線路４１Ａを備える。第２の線路４１Ａの電磁結合部分４１ａは、第１の線路３１と延伸方向を一致するように平行に重ねて配置されたときに、所要の隙間Ｓｅを有し、それらがエバネセント界により電磁結合することになる。より詳しくは、図２に示すように、第２の線路４１Ａの電磁結合部分４１ａは上側と下側の面がブロードサイドとなっており、その下側の面は、第１の線路３１の上側の面との間に隙間Ｓｅを有している。第２の線路４１Ａの電磁結合部分４１ａと第１の線路３１がブロードサイドにおいて重ねて配置されると、それらは強く電磁結合する。第２の線路４１Ａの両端は、出力端Ｔ３と出力端Ｔ４である。上記の負荷４０は、出力端Ｔ４、すなわち、第２の線路４１Ａの電磁結合部分４１ａの入力端Ｔ１側（すなわち、交流電源２側）に接続されている。なお、図２においては、接地導体は省略している。
【００２４】
無接触電力伝送装置１Ａについてのシミュレーションを示す。図２における第１の線路３１の幅Ｓａを一様に１．７ｍｍとし、第２の線路４１Ａの電磁結合部分４１ａの長さＳｂと幅Ｓｃをそれぞれ、１６．７ｍｍ、０．６ｍｍとし、電磁結合部分４１ａ以外の第２の線路４１Ａの幅Ｓｄを１．７ｍｍとした。第２の線路４１Ａの電磁結合部分４１ａと第１の線路３１の隙間Ｓｅは、０．２ｍｍとした。なお、各線路は比誘電率３．３７の絶縁材料の中に形成されているものとした。こうすると、線路の支持が強固なものとなる。図３は、入力端Ｔ１に入力される電力信号の周波数を変えたとき、入力端Ｔ１に反射される電力の比率Ｓ１１、出力端Ｔ２に出力される電力の比率Ｓ２１、出力端Ｔ３に出力される電力の比率Ｓ３１、出力端Ｔ４に出力される電力の比率Ｓ４１を示している。
【００２５】
図３において出力端Ｔ４に出力される電力の比率Ｓ４１の曲線が示すように、入力端Ｔ１に入力された電力は、出力端Ｔ４に大きな比率で分配されている。その最大値は、−３ｄＢ程度（５０％程度）であって、入力端Ｔ１に入力された電力信号の周波数が２．５ＧＨｚ近傍のときに最大値が得られる。これは、第２の線路４１Ａの電磁結合部分４１ａの長さＳｂが１６．７ｍｍであるので、それが電力信号の周波数が２．５ＧＨｚ近傍のときのその１／４波長にほぼ一致するからである。第１の線路３１との電磁結合により第２の線路４１Ａの電磁結合部分４１ａを成す各部に伝達された電力は、合成され、ほとんどが出力端Ｔ４に進行する電力となる。これは、方向性結合器の原理と同様である。出力端Ｔ４に出力される電力の比率Ｓ４１は、最大値が得られる周波数から小さく又は大きくなっていくに従って小さくなる。
【００２６】
図３において入力端Ｔ１に反射される電力の比率Ｓ１１の曲線が示すように、入力端Ｔ１に反射される電力は、周波数が約２．５ＧＨｚでは−１２ｄＢ程度と少ない。また、出力端Ｔ３に出力される電力の比率Ｓ３１の曲線が示すように、出力端Ｔ３に出力される電力は、周波数が約２．５ＧＨｚでは−２０ｄＢ程度と非常に少ない。
【００２７】
このように、入力端Ｔ１に入力される電力（交流電源２の電力）は、第１の線路３１から第２の線路４１Ａに分配されて伝送され、出力端Ｔ４を介して負荷４０に供給される。そのとき、第２の線路４１Ａの電磁結合部分４１ａの長さＳｂを電力信号の波長の１／４或いはその近傍にすることにより、出力端Ｔ４に出力される電力の比率Ｓ４１を最大値近くにすることができる。また、第２の線路４１Ａの電磁結合部分４１ａを第１の線路３から離れるように幅Ｓａ方向にずらして電磁結合を小さくし、出力端Ｔ４に出力される電力の比率Ｓ４１を小さくすることができ、それにより、第２の線路４１Ａに伝送されて負荷４０に供給される電力が小さくなるよう調整することもできる。
【００２８】
一方、入力端Ｔ１に反射される電力が少ない、すなわち第１の線路３１（及びそれによって構成される送電線路３）の整合が取れているので、末端付近に至るまで第１の線路３１から無接触で電力を受電体４Ａに高い比率で伝送できる。
【００２９】
また、電力の伝送が第１の線路３１と受電体４Ａの第２の線路４１Ａの電磁結合部分４１ａの電磁結合によるものなので、コイルなどが存在せず、構造が非常に簡単である。そのため、無接触電力伝送装置１Ａは故障が少なく、耐久性の高いものとなる。
【００３０】
次に、受電体４Ａが送電線路３に沿って移動する場合を説明する。第１の線路３１の幅Ｓａは一様であるので、第２の線路４１Ａの電磁結合部分４１ａを重ねるのは第１の線路３１のいずれの位置であっても出力端Ｔ４に出力される電力の比率Ｓ４１や入力端Ｔ１に反射される電力の比率Ｓ１１は変わらない。すなわち、受電体４Ａが移動しながらでも、電力を受電体４１に高い比率で分配し、送電線路３においては反射される電力を少なくすることができる。
【００３１】
塵埃を嫌う工場のクリーンルームや人体に悪影響を及ぼすような場所において、受電体４Ａの通路に送電線路３を固定しておけば、受電体４Ａは、移動しながらでも送電線路３から無接触で電力を受け取り、常に稼動できることになる。また、電気自動車などの車両の充電の場合、送電線路３を道路（レーンなど）に固定し、送電線路３に沿ってその上を車両（受電体４Ａ）が移動して行けば、停車することなく充電できるようにすることも可能である。
【００３２】
無接触電力伝送装置１Ａは、例えば図４に示すように、送電線路３に沿って受電体４Ａを複数設けることが可能である。図４中の受電体４Ａ１、４Ａ２、４Ａ３がそれぞれ−３ｄＢの電力を取り出せるとすると、送電線路３の交流電源２に近い受電体４Ａ１には、交流電源２が出力する電力の１／２程度が伝送される。その次の受電体４Ａ２には、受電体４Ａ１によって取り出された残りの電力の１／２程度（すなわち、交流電源２が出力する電力の１／４程度）が伝送される。その次の受電体４Ａ３には、受電体４Ａ１、４Ａ２によって取り出された残りの電力の１／２程度（すなわち、交流電源２が出力する電力の１／８程度）が伝送される。受電体４Ａ１、４Ａ２、４Ａ３に伝送された残りの電力は、終端抵抗３ａで消費される。１つの受電体４Ａ（例えば、受電体４Ａ１）が取り出す電力が余り大きくならないように、第２の線路４１Ａの電磁結合部分４１ａを第１の線路３１から幅Ｓａ方向にずらして電磁結合を弱めることも可能である。なお、受電体４Ａの数は、３個に限らず２個或いは４個以上とすることができるのは勿論である。また、終端抵抗３ａの部分は、それを同等なインピーダンスの整流回路や充電回路などに置き換えて、終端抵抗３ａで消費される電力を有効利用することも可能である。
【００３３】
次に、本発明の別の実施形態に係る無接触電力伝送装置１Ｂについて説明する。この無接触電力伝送装置１Ｂは、上記の無接触電力伝送装置１Ａとは受電体が異なる。無接触電力伝送装置１Ｂの受電体４Ｂは、図５の模式図に示すように、上記と同様の電磁結合部分４１ａを有した第２の線路４１Ｂが大略ロ字形のループ状を成し、かつ、電磁結合部分４１ａと対向する位置に、直線状に延伸する第２の電磁結合部分４１ｂを有している。受電体４Ｂは、更に、第２の線路４１Ｂの第２の電磁結合部分４１ｂの延伸方向に延伸する電磁結合部分４２ａを有した第３の線路４２を備える。第３の線路４２の電磁結合部分４２ａは、第２の線路４１Ｂの第２の電磁結合部分４１ｂに所要の隙間を有した状態で平行に重ねて配置され、エバネセント界により電磁結合している。
【００３４】
より詳しくは、図６の構造図に示すように、第２の線路４１Ｂの第２の電磁結合部分４１ｂと第３の線路４２の電磁結合部分４２ａはそれぞれ、上側と下側の面がブロードサイドとなっており、ブロードサイドにおいて互いに重ねて配置され、強く電磁結合している。第３の線路４２の両端は、出力端Ｔ３と出力端Ｔ４である。上記の負荷４０は、出力端Ｔ４、すなわち、第３の線路４２の電磁結合部分４２ａの入力端Ｔ１側（すなわち、交流電源２側）に接続されている。なお、図６においては、接地導体は省略している。
【００３５】
無接触電力伝送装置１Ｂについてのシミュレーションを示す。図６における第１の線路３１の幅Ｓａを一様に１．８ｍｍとし、第２の線路４１Ｂの電磁結合部分４１ａの長さＳｂと、第２の線路４１Ｂの第２の電磁結合部分４１ｂ及び第３の線路４２の電磁結合部分４２ａの長さＳｆと、をともに１６．７ｍｍとし、第２の線路４１Ｂの電磁結合部分４１ａの幅Ｓｃを０．７ｍｍとし、第２の線路４１Ｂの第２の電磁結合部分４１ｂ及び第３の線路４２の電磁結合部分４２ａの幅Ｓｇを０．６ｍｍとし、電磁結合部分４１ａ及び第２の電磁結合部分４１ｂ以外の第２の線路４１Ｂの幅Ｓｄを１．８ｍｍとし、電磁結合部分４２ａ以外の第３の線路４２の幅Ｓｈを１．８ｍｍとした。第２の線路４１Ｂの電磁結合部分４１ａと第１の線路３１間の隙間Ｓｅと、第２の線路４１Ｂの第２の電磁結合部分４１ｂと第３の線路４２の電磁結合部分４２ａ間の隙間Ｓｉと、はともに０．２ｍｍとした。また、第２の線路４１Ｂの全体の長さ（ループの長さ）は、６６．８ｍｍとした。なお、各線路は比誘電率３．３７の絶縁材料の中に形成されているものとした。図７は、入力端Ｔ１に入力される電力信号の周波数を変えたとき、入力端Ｔ１に反射される電力の比率Ｓ１１、出力端Ｔ２に出力される電力の比率Ｓ２１、出力端Ｔ３に出力される電力の比率Ｓ３１、出力端Ｔ４に出力される電力の比率Ｓ４１を示している。
【００３６】
図７において出力端Ｔ４に出力される電力の比率Ｓ４１の曲線が示すように、入力端Ｔ１に入力された電力は、出力端Ｔ４に非常に大きな比率で分配されている。その最大値は、０ｄＢ程度が得られ、入力端Ｔ１に入力された電力信号の周波数が２．５ＧＨｚ近傍のときに最大値が得られる。前述の通り、第２の線路４１Ｂの電磁結合部分４１ａの長さＳｂが１６．７ｍｍであるので、電力信号の周波数が２．５ＧＨｚ近傍のとき、第２の線路４１Ｂに伝送された電力は、電磁結合部分４１ａの入力端Ｔ１側に進行する。そして、第２の線路４１Ｂの全体の長さが６６．８ｍｍであって電力信号の１波長にほぼ一致するので、第２の線路４１Ｂに伝送された電力は共振し増幅される。そして、その電力は、第２の線路４１Ｂの第２の電磁結合部分４１ｂと第３の線路４２の電磁結合部分４２ａの電磁結合により第３の線路４２に伝送され、ほとんどが出力端Ｔ４に進行するものとなる。出力端Ｔ４に出力される電力の比率Ｓ４１は、最大値が得られる周波数から小さく又は大きくなっていくに従って小さくなる。
【００３７】
図７において入力端Ｔ１に反射される電力の比率Ｓ１１の曲線が示すように、入力端Ｔ１に反射される電力は、周波数が約２．５ＧＨｚでは−１５ｄＢ程度と少ない。また、出力端Ｔ３に出力される電力の比率Ｓ３１の曲線が示すように、出力端Ｔ３に出力される電力は、周波数が約２．５ＧＨｚでは−２６ｄＢ程度と非常に少ない。
【００３８】
このように、入力端Ｔ１に入力される電力（交流電源２の電力）は、第１の線路３１から第２の線路４１Ｂに分配されて伝送され、更に、第２の線路４１Ｂから第３の線路４２に伝送され、出力端Ｔ４を介して負荷４０に供給される。そのとき、第２の線路４１Ｂの電磁結合部分４１ａの長さＳｂと、第２の線路４１Ｂの第２の電磁結合部分４１ｂ及び第３の線路４２の電磁結合部分４２ａの長さＳｆと、をともに電力信号の波長の１／４或いはその近傍にし、第２の線路４１Ｂの全体の長さを電力信号の１波長或いはその近傍にすることにより、出力端Ｔ４に出力される電力の比率Ｓ４１を最大値近くにすることができる。無接触電力伝送装置１Ｂは、無接触電力伝送装置１Ａよりも多少構造は複雑になるが、送電線路３から受電体４Ｂに伝送できる電力の比率をより高くすることができる。第１の線路３１の整合が取り易いことや移動する受電体４Ｂにも適用できることなどは、無接触電力伝送装置１Ａと同様である。
【００３９】
無接触電力伝送装置１Ｂは、無接触電力伝送装置１Ａについて図４を用いて述べたのと同様にして、受電体４Ｂを複数設けることが可能である。この場合、１つの受電体４Ｂが取り出せる電力は、無接触電力伝送装置１Ａにおける受電体４Ａよりも大きいので、１つの受電体４Ｂが取り出す電力が大き過ぎないように調整する。
【００４０】
また、図８に示すように、送電線路３の末端側に受電体４Ｂを設け、その前段側に複数の受電体４Ａ１、４Ａ２、４Ａ３を設けるようにすることも可能である。このようにすると、受電体４Ａ１、４Ａ２、４Ａ３によって取り出された残りの電力のほぼ全てを受電体４Ｂが送電線路３から取り出すことができるので、終端抵抗３ａで消費される電力を極めて少なくすることが可能になる。
【００４１】
次に、受電体４Ａ（又は４Ｂ）の構造を変形し、第２の線路４１Ａ（又は４１Ｂ）の電磁結合部分４１ａに幅方向（延伸方向に対して垂直方向）に突出した突出部を設けたものを説明する。
【００４２】
図９は、無接触電力伝送装置１Ａの受電体４Ａを変形し、第２の線路４１Ａの電磁結合部分４１ａに幅方向に突出した突出部４１ａａを設け、その先端部を接地導体４９にスルーホール４９ａ内の導体を介して接続することにより、誘導成分を付加した無接触電力伝送装置１Ｃを示している。図１０は、比較のために、上記図２と同様の無接触電力伝送装置１Ａの構造のもの、すなわち、突出部４１ａａとスルーホール４９ａがない構造のものを示している。
【００４３】
図１１（ａ）は図９の構造について、図１１（ｂ）は図１０の構造について、入力端Ｔ１に入力される電力信号の周波数を変えたとき、入力端Ｔ１に反射される電力の比率Ｓ１１、出力端Ｔ２に出力される電力の比率Ｓ２１、出力端Ｔ３に出力される電力の比率Ｓ３１、出力端Ｔ４に出力される電力の比率Ｓ４１のシミュレーションの結果である。これらのシミュレーションでは、第２の線路４１Ａの電磁結合部分４１ａと第１の線路３１の隙間Ｓｅを大きくして０．５ｍｍとし、より実際の場合に近づけるように、第２の線路４１Ａの電磁結合部分４１ａと第１の線路３１の隙間Ｓｅには空気（すなわち、比誘電率１．０）が有るとし、その他の各線路間には比誘電率３．３８の絶縁材料が有るとしている。
【００４４】
図１１（ａ）のシミュレーションでは、第１の線路３１の幅Ｓａと第２の線路４１Ａの電磁結合部分４１ａの幅Ｓｃをともに２．０ｍｍとし、電磁結合部分４１ａ以外の第２の線路４１Ａの幅Ｓｄを２．０ｍｍとした。第２の線路４１Ａの電磁結合部分４１ａの長さＳｂを、２５．５ｍｍとした。突出部４１ａａは、第２の線路４１Ａの電磁結合部分４１ａの中央に設け、突出の長さＳｊを１．５ｍｍ、スルーホール４９ａを直径１ｍｍ、長さ１．４ｍｍとした。図１１（ｂ）のシミュレーションでは、第１の線路３１の幅Ｓａ、第２の線路４１Ａの電磁結合部分４１ａの幅Ｓｃ、電磁結合部分４１ａ以外の第２の線路４１Ａの幅Ｓｄをすべて２．４ｍｍとした。なお、これらの寸法は若干、図１１（ａ）とは異なるが、影響は小さいことは確認している。そして、第２の線路４１Ａの電磁結合部分４１ａの長さＳｂを１７．０ｍｍとした。
【００４５】
図１１（ｂ）のシミュレーション結果は、出力端Ｔ４に出力される電力の比率Ｓ４１が、入力端Ｔ１に入力された電力信号の周波数が２．５ＧＨｚ近傍のときに最大値の−６ｄＢ程度となっており、そのときの入力端Ｔ１に反射される電力の比率Ｓ１１は、−１７ｄＢ程度となっている。また、入力端Ｔ１に反射される電力の比率Ｓ１１が、周波数が大きくなるにつれて増大している。この点は、上記の図３で示したシミュレーション結果と顕著に異なっており、その原因は、図１１（ｂ）のシミュレーションでは、第２の線路４１Ａの電磁結合部分４１ａと第１の線路３１の隙間Ｓｅには空気が有って第１の線路３１の周囲の絶縁材料が非均質となり、それにより第１の線路３１が不整合となっているためである。
【００４６】
これに対し、図１１（ａ）においては、出力端Ｔ４に出力される電力の比率Ｓ４１は、入力端Ｔ１に入力された電力信号の周波数が２．５ＧＨｚ近傍のときに−３．５ｄＢ程度となっており、そのとき入力端Ｔ１に反射される電力の比率Ｓ１１は、−１７．５ｄＢ程度である。また、入力端Ｔ１に反射される電力の比率Ｓ１１は、周波数が２．５ＧＨｚ近傍で安定し、周波数がそれよりも大きくなっても増大していない。これは、第１の線路３１の不整合を第２の線路４１Ａの電磁結合部分４１ａの誘導成分でキャンセルしているためである。
【００４７】
このように、第２の線路４１Ａの電磁結合部分４１ａに誘導成分を付加することにより、第２の線路４１Ａの電磁結合部分４１ａと第１の線路３１の隙間Ｓｅを大きくしても、出力端Ｔ４に出力される電力の比率Ｓ４１を十分確保できる上に、入力端Ｔ１に反射される電力の比率Ｓ１１を小さくすることができる。
【００４８】
また、図１２は、電力信号の周波数を２．４５ＧＨｚとし、突出部分４１ａａを２個設けて第２の線路４１Ａの電磁結合部分４１ａの中央から対称的に離して行ったシミュレーション結果である。この結果より、２個の突出部分４１ａａ、４１ａａは、中央に接触して設けられると、出力端Ｔ４に出力される電力の比率Ｓ４１が最も大きく、反射される電力の比率Ｓ１１は最も小さい。従って、突出部分４１ａａは中央近傍に１個として設けるのが好ましい。
【００４９】
図１３は、無接触電力伝送装置１Ｂの受電体４Ｂを変形し、第２の線路４１Ｂの電磁結合部分４１ａに幅方向に突出した突出部４１ａａを設け、その先端部を接地導体４９にスルーホール４９ａ内の導体を介して接続することにより、誘導成分を付加した無接触電力伝送装置１Ｄを示している。図１４は、比較のために、上記図６と同様の無接触電力伝送装置１Ｂの構造のもの、すなわち、突出部４１ａａとスルーホール４９ａがない構造のものを示している。
【００５０】
図１５（ａ）は図１３の構造について、図１５（ｂ）は図１４の構造について、入力端Ｔ１に入力される電力信号の周波数を変えたとき、入力端Ｔ１に反射される電力の比率Ｓ１１、出力端Ｔ２に出力される電力の比率Ｓ２１、出力端Ｔ３に出力される電力の比率Ｓ３１、出力端Ｔ４に出力される電力の比率Ｓ４１のシミュレーションの結果である。これらのシミュレーションでは、第２の線路４１Ｂの電磁結合部分４１ａと第１の線路３１の隙間Ｓｅを大きくして０．５ｍｍとし、第２の線路４１Ｂの電磁結合部分４１ａと第１の線路３１の隙間Ｓｅには空気（すなわち、比誘電率１．０）が有るとし、その他の各線路間には比誘電率３．３８の絶縁材料が有るとしている。
【００５１】
図１５（ａ）のシミュレーションでは、第１の線路３１の幅Ｓａと第２の線路４１Ｂの電磁結合部分４１ａの幅Ｓｃをともに２．４ｍｍとし、電磁結合部分４１ａ以外の第２の線路４１Ｂの幅Ｓｄを２．４ｍｍとした。第２の線路４１Ａの電磁結合部分４１ａの長さＳｂを、２０．０ｍｍとした。突出部４１ａａは、第２の線路４１Ａの電磁結合部分４１ａの中央に設け、突出の長さＳｊを１．５ｍｍ、スルーホール４９ａを直径１ｍｍ、長さ１．５ｍｍとした。図１５（ｂ）のシミュレーションでは、第１の線路３１の幅Ｓａ、第２の線路４１Ａの電磁結合部分４１ａの幅Ｓｃ、電磁結合部分４１ａ以外の第２の線路４１Ａの幅Ｓｄをすべて２．４ｍｍとした。第２の線路４１Ａの電磁結合部分４１ａの長さＳｂを１８．６ｍｍとした。
【００５２】
図１５（ｂ）のシミュレーション結果は、出力端Ｔ４に出力される電力の比率Ｓ４１が、入力端Ｔ１に入力された電力信号の周波数が２．５ＧＨｚ近傍のときに−２．５ｄＢ程度となっており、そのときの入力端Ｔ１に反射される電力の比率Ｓ１１は、−８ｄＢ程度となっている。このような、入力端Ｔ１に反射される電力の比率Ｓ１１の増大は、第２の線路４１Ｂの電磁結合部分４１ａと第１の線路３１の隙間Ｓｅには空気が有って第１の線路３１の周囲の絶縁材料が非均質となり、それにより第１の線路３１が不整合となっているためである。
【００５３】
これに対し、図１５（ａ）においては、出力端Ｔ４に出力される電力の比率Ｓ４１は、入力端Ｔ１に入力された電力信号の周波数が２．５ＧＨｚ近傍のときに−０ｄＢ程度となっており、そのとき入力端Ｔ１に反射される電力の比率Ｓ１１は、−１７ｄＢ程度と小さくなっている。これは、第１の線路３１の不整合を第２の線路４１Ｂの電磁結合部分４１ａの誘導成分でキャンセルしているためである。このように、第２の線路４１Ｂの電磁結合部分４１ａに誘導成分を付加することにより、第２の線路４１Ｂの電磁結合部分４１ａと第１の線路３１の隙間Ｓｅを大きくしても、出力端Ｔ４に出力される電力の比率Ｓ４１を十分確保できる上に、入力端Ｔ１に反射される電力の比率Ｓ１１を小さくすることができる。
【００５４】
このように、受電体４Ａ（又は４Ｂ）の第２の線路４１Ａ（又は４１Ｂ）の電磁結合部分４１ａに誘導成分を付加することにより、優れた特性を得ることができる。この他に第２の線路４１Ａ（又は４１Ｂ）の電磁結合部分４１ａに幅方向に突出した突出部を設ける例として、容量成分を付加するものがあげられる。例えば、無接触電力伝送装置１Ａの受電体４Ａを変形した図１６に示す無接触電力伝送装置１Ｅのように、電磁結合部分４１ａに幅方向に突出した比較的面積が広い突出部４１ａｂを設けて第１の線路３１との間の容量成分を付加することが可能である。
【００５５】
また、誘導成分と容量成分をともに付加することも可能である。図１７は、上記の無接触電力伝送装置１Ｃを更に変形し、第２の線路４１Ａの電磁結合部分４１ａの両端部に幅方向に突出した突出部４１ａｂ’、４１ａｂ’を設けて第１の線路３１との間の容量成分を付加した無接触電力伝送装置１Ｆを示している。図１８は、この構造について、入力端Ｔ１に入力される電力信号の周波数を変えたとき、入力端Ｔ１に反射される電力の比率Ｓ１１、出力端Ｔ２に出力される電力の比率Ｓ２１、出力端Ｔ３に出力される電力の比率Ｓ３１、出力端Ｔ４に出力される電力の比率Ｓ４１のシミュレーションの結果である。第１の線路３１の幅Ｓａ、第２の線路４１Ａの電磁結合部分４１ａの長さＳｂ、第２の線路４１Ａの電磁結合部分４１ａの幅Ｓｃ、第２の線路４１Ａの電磁結合部分４１ａと第１の線路３１の隙間Ｓｅ、突出の長さＳｊ、スルーホール４９ａの直径及び長さ、は、上記の図１１（ａ）のシミュレーションの場合と同様である。なお、電磁結合部分４１ａ以外の第２の線路４１Ａの幅Ｓｄは狭めているが、影響は小さいものである。
【００５６】
図１８においては、出力端Ｔ４に出力される電力の比率Ｓ４１は、入力端Ｔ１に入力された電力信号の周波数が２．５ＧＨｚ近傍のときに−２．５ｄＢ程度となっており、そのとき入力端Ｔ１に反射される電力の比率Ｓ１１は、−２５ｄＢ程度となっている。このように、出力端Ｔ４に出力される電力の比率Ｓ４１と、入力端Ｔ１に反射される電力の比率Ｓ１１が改善されている。
【００５７】
以上、本発明の実施形態に係る無接触電力伝送装置について説明したが、本発明は、上述の実施形態に記載したものに限られることなく、特許請求の範囲に記載した事項の範囲内でのさまざまな設計変更が可能である。例えば、第１の線路３１と第２の線路４１Ａ（又は４１Ｂ）の電磁結合部分４１ａ間や第２の線路４１Ｂの第２の電磁結合部分４１ｂと第３の線路４２の電磁結合部分４２ａ間のブロードサイドの重なりは、上下方向（鉛直方向）に限らず、第１の線路３１を配置する場所に応じて、水平方向も可能である。また、各線路は薄板状のものを用い、線路間の電磁結合はブロードサイドにおいて行うのが極めて好ましいのであるが、少なくとも一部の電磁結合をナローサイド（幅狭の面）において行うことも可能である。場合によっては、棒状（断面が円形或いは楕円形状）の線路を用いることも可能である。
【００５８】
また、適用する交流電源２や負荷４０にとっては、低い周波数（例えば、１０ＭＨｚ程度以下）の交流の方が処理がし易く製造コストが低い。そのような周波数の場合、第２の線路４１Ａ（又は４１Ｂ）の電磁結合部分４１ａは大変長く（例えば、１０ｍ程度）、取り扱いが難しい。そのため、第２の線路４１Ａ（又は４１Ｂ）の電磁結合部分４１ａに、誘電率と透磁率の両方の符号や大きさが制御可能な人工物質であるメタマテリアル（例えば、右手/左手系複合線路（ＣＲＬＨ線路））を用いることが可能である。この場合、第２の線路４１Ａ（又は４１Ｂ）の電磁結合部分４１ａの長さを短くすることができるとともに、上記の出力端Ｔ４に出力される電力の比率Ｓ４１の最大値を０ｄＢ程度に上昇させることも可能と考えられる。
【符号の説明】
【００５９】
１Ａ、１Ｂ    無接触電力伝送装置
２    交流電源
３    送電線路
３１  第１の線路
４Ａ、４Ｂ  受電体
４０  負荷
４１Ａ、４１Ｂ  第２の線路
４１ａ  第２の線路の電磁結合部分
４１ｂ  第２の線路の第２の電磁結合部分
４２  第３の線路
４２ａ  第３の線路の電磁結合部分
Ｓｅ  第１の線路と第２の線路の電磁結合部分の隙間
【図１】
2011072176.tif 000003
【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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