(57)【要約】【課題】装置の小型化・軽量化を実現すると共に、送電部および受電部間の間隔並びに位置ずれに対する自由度を向上すること。【解決手段】ワイヤレス電力伝送システムは、軌道上を移動する移動体に設けられた受電部と前記軌道上に設けられた送電部との間で電力伝送するワイヤレス電力伝送システムであって、前記移動体が停止した際に、前記受電部と前記送電部との間で電界共鳴を発生させる同一の共振周波数を有する共振回路を前記受電部および前記送電部の双方が備える。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軌道上を移動する移動体に設けられた受電部と前記軌道上に設けられた送電部との間で電力伝送するワイヤレス電力伝送システムであって、
前記移動体が停止した際に、前記受電部と前記送電部との間で電界共鳴を発生させる同一の共振周波数を有する共振回路を、前記受電部および前記送電部の双方が備える、
ことを特徴とするワイヤレス電力伝送システム。
【請求項２】
前記送電部および前記受電部の共振回路は、前記移動体が停止した際に電界結合を発生させるための金属板を双方が備えることを特徴とする請求項１に記載のワイヤレス電力伝送システム。
【請求項３】
前記送電部および前記受電部の共振回路は、前記移動体が停止した際に電界結合を発生させるための金属板と平板コイルとの組合せを相互に備えることを特徴とする請求項１に記載のワイヤレス電力伝送システム。
【請求項４】
前記軌道上には、前記共振回路と共振周波数が同じである中継器がさらに設けられ、
前記受電部と前記送電部とが前記中継器を介して電界共鳴を発生させることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のワイヤレス電力伝送システム。
【請求項５】
前記移動体が停止した際に、前記送電部と前記受電部との距離が１センチメートル以上３０センチメートル以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載のワイヤレス電力伝送システム。
【請求項６】
前記移動体は、前記受電部が受電した電力を蓄電するための蓄電モジュールを備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載のワイヤレス電力伝送システム。
【請求項７】
前記蓄電モジュールは、蓄電池、電気二重層キャパシタ、大容量コンデンサのいずれか、あるいはいずれかを組合せたものであることを特徴とする請求項６に記載のワイヤレス電力伝送システム。
【請求項８】
前記受電部は、前記蓄電モジュールに蓄電されている電力量が所定量より少なくなった際に電力伝送開始信号を発信する発信手段を備え、
前記送電部は、電力伝送の開始のための前記電力伝送開始信号を受信する受信手段を備えることを特徴とする請求項６または請求項７に記載のワイヤレス電力伝送システム。
【請求項９】
前記蓄電モジュールの容量および前記送電部から前記受電部への電力伝送速度に基づいて、前記軌道上に配置される前記送電部の間隔が決定されることを特徴とする請求項６〜８のいずれか１つに記載のワイヤレス電力伝送システム。
【請求項１０】
前記送電部および前記受電部は、電界遮蔽構造を有することを特徴とする請求項１〜９のいずれか１つに記載のワイヤレス電力伝送システム。
【請求項１１】
前記軌道上を移動する前記移動体は、昇降路を上下移動する昇降機の乗りかごであり、
前記受電部は、前記乗りかごの正面上部、正面下部、側面、および背面のうち少なくとも一箇所に設置され、
前記送電部は、前記乗りかごが停止した際に、前記受電部に対向する位置に設置される、
ことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１つに記載のワイヤレス電力伝送システム。
【請求項１２】
前記送電部が設置されていない位置に前記乗りかごが停止した場合、前記送電部が設置されている位置に移動制御されることを特徴とする請求項１１に記載のワイヤレス電力伝送システム。
【請求項１３】
前記送電部は、商用電源からの交流を１メガヘルツ以上１００メガヘルツ以下の周波数の交流へ変換する高周波電力変換回路を備えることを特徴とする請求項１１または請求項１２に記載のワイヤレス電力伝送システム。
【請求項１４】
前記高周波電力変換回路は、力率調整回路とコンバータ回路とインバータ回路とを組合せて構成されていることを特徴とする請求項１３に記載のワイヤレス電力伝送システム。
【請求項１５】
前記共振周波数が６．７８、１３．５６、２７．１２、４０．６８メガヘルツのいずれか、もしくはいずれかの周波数の組合せであることを特徴とする請求項１１〜１４のいずれか１つに記載のワイヤレス電力伝送システム。
【請求項１６】
前記受電部は、力率調整回路とコンバータ回路をさらに備えることを特徴とする請求項１１〜１５のいずれか１つに記載のワイヤレス電力伝送システム。
【請求項１７】
前記送電部および前記受電部の電気回路に、高周波パワー半導体素子が用いられていることを特徴とする請求項１１〜１６のいずれか１つに記載のワイヤレス電力伝送システム。
【請求項１８】
前記高周波パワー半導体素子は、窒化ガリウムもしくはガリウム砒素を半導体材料として含むことを特徴とする請求項１７に記載のワイヤレス電力伝送システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワイヤレス電力伝送システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ワイヤレス電力伝送（ＷＰＴ：wireless  power  transfer）システムを用いて、電気自動車、エレベータ、その他搬送機械等の移動体に電力を伝送するシステムが注目されている（特許文献１参照）。例えば、従来のエレベータでは、テールコードと呼ばれる電力線を乗りかごに取り付けて電力伝送がされていたが、テールコードが長くなるにつれ、電圧降下の影響が無視できなくなり、経時的な荷重による伸びや断線を防ぐため定期的な検査が必要であった。そこで、ＷＰＴシステムを用いた、テールコードを必要としない電力伝送方法の適用が検討されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−３０３１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、現状のＷＰＴシステムに広く用いられている電磁誘導方式では、送電側と受電側とで磁束を共有する必要があり、効率良く電力を送るには送電側と受電側とを近接して配置する必要があり、一次側（電力線）と二次側（受電コイル）の間隔や位置ずれに対する自由度が少ないため、施工時および運用時に精密な位置制御が必要となる。また、電磁誘導方式のＷＰＴシステムでは、太巻線による大型のコイルを必要とするため機構が大型化するという問題もある。
【０００５】
しかも、電磁誘導方式のＷＰＴシステムは、例えばエレベータに適用した場合、最下階から最上階に渡る電力線やガイドレールなどの電力供給線が必要なので、有線式と同様に電圧降下の影響は無視できない。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、その目的は、装置の小型化・軽量化を実現すると共に、送電部および受電部間の間隔並びに位置ずれに対する自由度を向上するワイヤレス電力伝送システムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかるワイヤレス電力伝送システムは、軌道上を移動する移動体に設けられた受電部と前記軌道上に設けられた送電部との間で電力伝送するワイヤレス電力伝送システムであって、前記移動体が停止した際に、前記受電部と前記送電部との間で電界共鳴を発生させる同一の共振周波数を、有する共振回路を前記受電部および前記送電部の双方が備えることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明にかかるワイヤレス電力伝送システムは、上記発明において、前記送電部および前記受電部の共振回路は、前記移動体が停止した際に電界結合を発生させるための金属板を双方が備えることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明にかかるワイヤレス電力伝送システムは、上記発明において、前記送電部および前記受電部の共振回路は、前記移動体が停止した際に電界結合を発生させるための金属板と平板コイルとの組み合わせを相互に備えることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明にかかるワイヤレス電力伝送システムは、上記発明において、前記軌道上には、前記共振回路と共振周波数が同じである中継器がさらに設けられ、前記受電部と前記送電部とが前記中継器を介して電界共鳴を発生させることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明にかかるワイヤレス電力伝送システムは、上記発明において、前記移動体が停止した際に、前記送電部と前記受電部との距離が１センチメートル以上３０センチメートル以下であることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明にかかるワイヤレス電力伝送システムは、上記発明において、前記移動体は、前記受電部が受電した電力を蓄電するための蓄電モジュールを備えることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明にかかるワイヤレス電力伝送システムは、上記発明において、前記蓄電モジュールは、蓄電池、電気二重層キャパシタ、大容量コンデンサのいずれか、あるいはいずれかを組み合わせたものであることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明にかかるワイヤレス電力伝送システムは、上記発明において、前記受電部は、前記蓄電モジュールに蓄電されている電力量が所定量より少なくなった際に電力伝送開始信号を発信する発信手段を備え、前記送電部は、電力伝送の開始のための前記電力伝送開始信号を受信する受信手段を備えることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明にかかるワイヤレス電力伝送システムは、上記発明において、前記蓄電モジュールの容量および前記送電部から前記受電部への電力伝送速度に基づいて、前記軌道上に配置される前記送電部の間隔が決定されることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明にかかるワイヤレス電力伝送システムは、上記発明において、前記送電部および前記受電部は、電界遮蔽構造を有することを特徴とする。
【００１７】
また、本発明にかかるワイヤレス電力伝送システムは、上記発明において、前記軌道上を移動する前記移動体は、昇降路を上下移動する昇降機の乗りかごであり、前記受電部は、前記乗りかごの正面上部、正面下部、側面、および背面のうち少なくとも一箇所に設置され、前記送電部は、前記乗りかごが停止した際に、前記受電部に対向する位置に設置されることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明にかかるワイヤレス電力伝送システムは、上記発明において、前記送電部が設置されていない位置に前記乗りかごが停止した場合、前記送電部が設置されている位置に移動制御されることを特徴とする。
【００１９】
また、本発明にかかるワイヤレス電力伝送システムは、上記発明において、前記送電部は、商用電源からの交流を１メガヘルツ以上１００メガヘルツ以下の周波数の交流へ変換する高周波電力変換回路を備えることを特徴とする。
【００２０】
また、本発明にかかるワイヤレス電力伝送システムは、上記発明において、前記高周波電力変換回路は、力率調整回路とコンバータ回路とインバータ回路とを組み合わせて構成されていることを特徴とする。
【００２１】
また、本発明にかかるワイヤレス電力伝送システムは、上記発明において、前記共振周波数が６．７８、１３．５６、２７．１２、４０．６８メガヘルツのいずれか、もしくはいずれかの周波数の組合せであることを特徴とする。
【００２２】
また、本発明にかかるワイヤレス電力伝送システムは、上記発明において、前記受電部は、力率調整回路とコンバータ回路をさらに備えることを特徴とする。
【００２３】
また、本発明にかかるワイヤレス電力伝送システムは、上記発明において、前記送電部および前記受電部の電気回路に、高周波パワー半導体が用いられていることを特徴とする。
【００２４】
また、本発明にかかるワイヤレス電力伝送システムは、上記発明において、前記高周波パワー半導体は、窒化ガリウムもしくはガリウム砒素を半導体材料として含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
本発明にかかるワイヤレス電力伝送システムは、装置の小型化・軽量化を実現すると共に、送電部および受電部間の間隔並びに位置ずれに対する自由度を向上することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】図１は、電界共鳴式を用いたＷＰＴシステムの基本形態を説明するための図である。
【図２】図２は、図１に示したＷＰＴシステムの等価回路を示す図である。
【図３】図３は、中継器の構成例を示す図である。
【図４】図４は、中継器を介した電界共鳴における送電カプラと受電カプラと中継カプラとの配置例を示す図である。
【図５】図５は、第１実施形態にかかるＷＰＴシステムを示す模式図である。
【図６】図６は、第１実施形態の変形例を示す模式図である。
【図７】図７は、第１実施形態の変形例を示す模式図である。
【図８】図８は、送電部における送電カプラおよび受電部における受電カプラの構成の変形例を示す図である。
【図９】図９は、受電部における受電カプラの構成の変形例を示す図である。
【図１０】図１０は、受電部における受電カプラの構成の変形例を示す図である。
【図１１】図１１は、受電部における受電カプラの構成の変形例を示す図である。
【図１２】図１２は、第１実施形態にかかるＷＰＴシステムの機能を示すブロック図である。
【図１３】図１３は、送電カプラおよび受電カプラを電界遮蔽する方法を説明する図である。
【図１４】図１４は、第２実施形態にかかるＷＰＴシステムを示す模式図である。
【図１５】図１５は、第２実施形態の変形例を示す模式図である。
【図１６】図１６は、第２実施形態に利用できる送電部および中継器の配置の例を示す図である。
【図１７】図１７は、第３実施形態にかかるＷＰＴシステムを示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下に、図面を参照して本発明にかかるＷＰＴシステムの実施形態を説明する。なお、この実施の形態により本発明が限定されるものではない。また、図面の記載において、同一または対応する要素には適宜同一の符号を付している。また、図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。
【００２８】
（Ａ）実施形態の動作原理の説明
まず、第１実施形態について説明する前に、電界共鳴式の電力伝送方法の動作原理について説明する。図１は、電界共鳴式を用いたＷＰＴシステム１の基本形態を説明するための図である。本図に示されるＷＰＴシステム１は、送電部１０と受電部２０との間で電力伝送を行うものである。
【００２９】
図１に示されるように、送電部１０は、送電カプラ１１と交流電力発生部１２と送電カプラ１１および交流電力発生部１２を繋ぐ電力線１３とを備える。一方、受電部２０は、受電カプラ２１と負荷２２と受電カプラ２１および負荷２２を繋ぐ電力線２３とを備える。送電カプラ１１は、２つの電極１４ａ，１４ｂと２つのインダクタ１５ａ，１５ｂとを備え、同様に、受電カプラ２１は、２つの電極２４ａ，２４ｂと２つのインダクタ２５ａ，２５ｂとを備えている。なお、負荷２２は、受電部２０の内部負荷に限らず、受電部２０に繋げられた外部負荷も含むものとする。
【００３０】
電極１４ａ，１４ｂ，２４ａ，２４ｂは、導電性を有する部材によって構成される。また、電極１４ａと電極１４ｂとは、所定の距離ｄ１を隔てて同一平面上に配置され、同様に、電極２４ａと電極２４ｂとは、所定の距離ｄ１を隔てて同一平面上に配置されている。さらに、電極１４ａと電極２４ａとは、所定の距離ｄ２を隔てて対向配置され、同様に、電極１４ｂと電極２４ｂとは、所定の距離ｄ２を隔てて対向配置されている。
【００３１】
なお、図１に示される構成例では、電極１４ａ，１４ｂ，２４ａ，２４ｂとして、略同一のサイズを有する矩形形状を有する金属板の電極が例示されているが、図１に示される以外の形状の電極であってもよい。例えば、円形または楕円形状の平板電極であったり、球形等の立体形状であったり、平板ではなく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。あるいは、一方の電極を金属板の電極ではなく、平板コイルとしても同様の作用を奏する。
【００３２】
電極１４ａ，１４ｂの幅と間の距離ｄ１とを合わせた合計幅Ｄは、電界共鳴に用いる波長を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２４ａ，２４ｂの幅と間の距離ｄ１とを合わせた合計幅は、上記合計幅Ｄと同一であり、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１４ａと電極２４ａとの間および電極１４ｂと電極２４ｂとの間の距離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。
【００３３】
インダクタ１５ａ，１５ｂは、例えば、導電性の線材（例えば、銅線）を巻回して構成され、電極１４ａ，１４ｂと交流電力発生部１２との間に電力線１３を介してそれぞれ接続されている。同様に、インダクタ２５ａ，２５ｂは、例えば、導電性の線材（例えば、銅線）を巻回して構成され、電極２４ａ，２４ｂと負荷２２との間に電力線２３を介してそれぞれ接続されている。
【００３４】
負荷２２は、交流電力発生部１２から出力され、送電カプラ１１および受電カプラ２１を介して伝送された電力が供給される。例えば、負荷２２は、整流装置および二次電池等によって構成され、伝送された電力が蓄電された後に利用される構成とすることも可能である。
【００３５】
図２は、図１に示したＷＰＴシステム１の等価回路を示す図である。この図２において、インピーダンス１２ａは交流電力発生部１２の出力インピーダンスを示し、Ｚ１の値を有している。また負荷２２は、ここでは入力インピーダンスであり、Ｚ０の値を有している。
【００３６】
インダクタ１５は、図１における送電カプラ１１のインダクタ１５ａ，１５ｂに対応し、Ｌ１の素子値を有している。インダクタ２５は、図１における受電カプラ２１のインダクタ２５ａ，２５ｂに対応し、Ｌ２の素子値を有している。キャパシタ２は、送電カプラ１１の電極１４ａと受電カプラ２１の電極２４ａとの間および送電カプラ１１の電極１４ｂと受電カプラ２１の電極２４ｂと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。
【００３７】
キャパシタ１４は、送電カプラ１１の電極１４ａ，１４ｂ間に生じる素子値Ｃ１のキャパシタから、素子値Ｃｍであるキャパシタ２を減じた素子値（Ｃ１−Ｃｍ）を有する。同様に、キャパシタ２４は、受電カプラ２１の電極２４ａ，２４ｂ間に生じる素子値Ｃ２のキャパシタから、素子値Ｃｍであるキャパシタ２を減じた素子値（Ｃ２−Ｃｍ）を有する。
【００３８】
上記等価回路において、インピーダンス１２ａとインダクタ１５とキャパシタ１４により構成されるＲＬＣ共振回路の共振周波数と、負荷２２とインダクタ２５とキャパシタ２４により構成されるＲＬＣ共振回路の共振周波数とは、略等しくなるように設定される。このように設定することにより、送電部１０と受電部２０との間に電界共鳴が発生し、送電部１０から受電部２０へ交流が効率よく伝送される。
【００３９】
つぎに、図３および図４を参照して中継器を介した電界共鳴式のＷＰＴシステムについて説明する。
【００４０】
図３は、中継器３０の構成例を示す図である。図３に示されるように、中継器３０は、電気的構成として、中継カプラ３１により構成されている。すなわち、中継器３０は、２つの電極３４ａ，３４ｂと２つのインダクタ３５ａ，３５ｂとこれらを繋ぐ電力線３３からなる中継カプラ３１により構成されている。
【００４１】
なお、電極３４ａ，３４ｂおよびインダクタ３５ａ，３５ｂの形状および配置は、先述の送電カプラ１１および受電カプラ２１と同様とする。また、中継カプラ３１の共振周波数は、先述の送電カプラ１１および受電カプラ２１の共振周波数と略同じになるように設定される。
【００４２】
図４は、中継器を介した電界共鳴における送電カプラ１１と受電カプラ２１と中継カプラ３１との配置例を示す図である。図４に示されるように、本配置例では、互いに対向して配置された送電カプラ１１と受電カプラ２１との間に、中継カプラ３１が送電カプラ１１および受電カプラ２１に平行となるよう挿入されている。
【００４３】
送電カプラ１１と中継カプラ３１の間の伝送距離ｄ２１および中継カプラ３１と受電カプラ２１の間の伝送距離ｄ２２は、送電カプラ１１と受電カプラ２１の間の伝送距離とほぼ等しい。したがって、本配置例では、送電カプラ１１と受電カプラ２１の間の伝送距離は（ｄ２１＋ｄ２２）に延長されることになる。
【００４４】
このように、中継器３０を配置することで、伝送損失を増加することなく、伝送距離を伸ばすことができる。
【００４５】
（第１実施形態）
次に、上記説明したＷＰＴシステムを利用した第１実施形態の説明を行う。図５は、第１実施形態にかかるＷＰＴシステムを示す模式図である。
【００４６】
図５に示されるように、第１実施形態は、軌道としての昇降路１１６を上下移動する移動体としての昇降機の乗りかご１１０に設けられた受電部１１２と、乗りかご１１０の昇降路１１６に設けられた送電部１１１との間で電力を伝送するＷＰＴシステムである。
【００４７】
乗りかご１１０は、人および荷物を乗せて昇降路１１６内を上下方向に運搬するための箱状構造物である。乗りかご１１０は、ワイヤーロープ１１４により引き上げられ、昇降路１１６内を上下移動する。ワイヤーロープ１１４は、一端が乗りかご１１０に連結され、もう一端が釣合錘１１５に連結されている。釣合錘１１５の重さは、乗りかご１１０の重量に積載容量の５０％程度を付加した重量となっており、乗りかご１１０と釣合錘１１１５とがワイヤーロープ１１４を介してバランスされている。
【００４８】
昇降路１１６には、乗りかご１１０の停止位置Ｐに対応して、送電部１１１が複数配置されている。一方、乗りかご１１０には、乗りかご１１０が停止した際に昇降路１１６に配置された送電部１１１に対応するように、受電部１１２が設けられている。乗りかご１１０は、昇降路１１６内を上下方向に移動し、例えば建物内の各階などの所定の停止位置に停止する。送電部１１１は、当該所定の停止位置Ｐに対応して配置されることになる。具体的には、乗りかご１１０が所定の停止位置に停止した際に、送電部１１１と受電部１１２との距離が１センチメートル以上３０センチメートル以下であることが好ましい。
【００４９】
乗りかご１１０は、受電部１１２が受電した電力を蓄電するための蓄電モジュール１１３を備える。例えば、蓄電モジュール１１３は、蓄電池、電気二重層キャパシタ、大容量コンデンサのいずれか、あるいはいずれかを組合せたものである。蓄電モジュール１１３は、乗りかご１１０内の電気機器への電力供給を安定化する作用を奏する。
【００５０】
なお、送電部１１１は、乗りかご１１０の停止位置のすべてに配置される必要はない。乗りかご１１０は、送電部１１１が設置されていない停止位置に乗りかご１１０が停止した場合、その後の非作動時間にて、送電部１１１が設置されている停止位置に移動されるよう制御プログラムを組むことで、乗りかご１１０は電力伝送を受けることができる。この場合、送電部１１１を設置する停止位置の間隔は、蓄電モジュール１１３の容量および送電部１１１から受電部１１２への電力伝送速度に基づいて決定すればよい。
【００５１】
なお、図５に示される送電部１１１および受電部１１２の配置は、一つの例であり、本実施形態は当該配置に限定されるものではない。図６および図７に示されるように、本実施形態には、様々な変形例が存在する。なお、以下の説明で参照する図６および図７は、図５と共通の構成を多く含むので、図５に付した参照符号と対応した参照符号を付することにより、適宜説明を省略するものとする。
【００５２】
本実施形態の変形例では、図６に示される乗りかご１２０のように、受電部１２２が乗りかご１２０の天井面付近に配置される構成とすることができる。また、図７に示される乗りかご１３０のように、受電部１３３ａ，１３３ｂを乗りかご１３０の底面付近と天井面付近とのそれぞれに設けることにより、昇降路１３６内に配置された２か所の送電部１３１から同時に電力伝送を受けるように構成することも可能である。
【００５３】
さらに、本実施形態は、送電部における送電カプラおよび受電部における受電カプラの構成についても変形例を考えることができる。図８〜図１１は、送電部における送電カプラおよび受電部における受電カプラの構成の変形例を示す図である。なお、以下の説明で参照する図８〜図１１は、図５と共通の構成を多く含むので、図５に付した参照符号と対応した参照符号を付することにより、適宜説明を省略するものとする。
【００５４】
送電カプラおよび受電カプラの電極は、面積が大きいほど、送電カプラと受電カプラとの間の伝送距離を大きくすることができる。そこで、図８に示されるように、乗りかご１４０の背面の略全面に受電カプラ１４８を取り付け、受電カプラ１４８と略同じ大きさの送電カプラ１４７との間で、電力を伝送する。ここで、乗りかご１４０の背面とは、乗りかご１４０に設けられた扉１４９の対向面である。
【００５５】
また、図９に示されるように、乗りかご１５０の背面に限らず、背面および側面に受電カプラ１５８ａ，１５８ｂ，１５８ｃを取り付ける構成とすることもできる。また、図１０に示されるように、乗りかご１６０の前面と背面とに扉１６９ａ，１６９ｂが設けられている場合もあり、このような乗りかご１６０の場合、乗りかご１６０の側面に受電カプラ１６８ａ，１６８ｂを取り付ける構成とすることもできる。さらに、図１１に示されるように、乗りかご１７０の前面と側面とに扉１７９ａ，１７９ｂが設けられている場合もあり、このような乗りかご１７０の場合、乗りかご１７０の側面に受電カプラ１７８ａ，１７８ｂを取り付ける構成とすることもできる。
【００５６】
図１２は、第１実施形態にかかるＷＰＴシステム１８０の機能を示すブロック図である。図１２に示されるように、第１実施形態のＷＰＴシステム１８０では、送電部１８１が商用電源１８５から受電した電力を受電部１８２へ伝送し、受電部１８２は伝送された電力を蓄電モジュール１８３に蓄電し、かつ乗りかご内電子電気機器１８４へ電力を供給する。
【００５７】
さらに、図１２に示されるように、ＷＰＴシステム１８０は、送電部１８１から受電部１８２への電力伝送を制御する手段を受電部１８２が有する。すなわち、送電部１８１は、常に受電部１８２へ電力伝送をしているのではなく、受電部１８２からの電力伝送指示により電力伝送が行われる。電力伝送の開始指示は、蓄電モジュール１８３に蓄電されている電力量に基づいて行われる。
【００５８】
図１２に示されるように、送電部１８１は、スイッチ１９１と高周波電力変換回路１９２と送電カプラ１９３と受信素子１９８とを備える。一方、受電部１８２は、受電カプラ１９４と交流−直流変換回路１９５と監視回路１９６と発信素子１９７とを備える。
【００５９】
スイッチ１９１は、受信素子１９８が受信した電力伝送開始信号に基づいて、商用電源１８５から受電した電力を高周波電力変換回路１９２へ通電するか否かの切換えを行う。高周波電力変換回路１９２は、商用電源１８５から受電した電力を電界共鳴に適した周波数へ変換する。電界共鳴に適した周波数とは、例えば、１メガヘルツ以上１００メガヘルツ以下の周波数であり、より具体的には、６．７８、１３．５６、２７．１２、４０．６８メガヘルツの周波数が好ましい。ただし、周波数は、ＩＳＭ（Industry-Science-Medical）バンドに含まれる他の周波数でもよい。
【００６０】
高周波電力変換回路１９２は、例えば、力率調整回路とコンバータ回路とインバータ回路とを組合せて構成されている。力率調整回路の例としては、進相コンデンサが挙げられる。また、コンバータ回路およびインバータ回路には、窒化ガリウムもしくはガリウム砒素を半導体材料として含む、スイッチング素子または整流素子などの半導体素子を利用することが好ましい。窒化ガリウムもしくはガリウム砒素が用いられている半導体素子は、高周波での利用に際し高耐圧特性を有するからである。高周波での利用に際し高耐圧特性を有する半導体素子は、高周波パワー半導体素子と呼ばれている。
【００６１】
送電カプラ１９３は、先述のように、２つの電極により構成されている。送電カプラ１９３の２つ電極は、対応する受電カプラ１９４の２つの電極と電界結合されることにより、送電カプラ１９３から受電カプラ１９４へ電界共鳴による電力伝送が行われる。
【００６２】
交流−直流変換回路１９５は、受電カプラ１９４により受電した電力を直流に変換する回路である。交流−直流変換回路１９５は、例えば、力率調整回路とコンバータ回路とを組合せて構成されている。同様に、力率調整回路の例としては、進相コンデンサが挙げられる。また、コンバータ回路には、窒化ガリウムもしくはガリウム砒素を半導体材料として含む半導体素子を利用することが好ましい。
【００６３】
直流に変換された電力は、蓄電モジュール１８３に蓄電された後、または直接、乗りかご内電子電気機器１８４により利用される。監視回路１９６は、蓄電モジュール１８３に蓄電されている電力量を監視する。蓄電モジュール１８３に蓄電されている電力量が低下している場合、監視回路１９６は、発信素子１９７が電力伝送開始信号を発信するよう発信素子１９７を制御する。
【００６４】
例えば、発信素子１９７および受信素子１９８は、それぞれ発光素子および受光素子のペアである。あるいは、近接センサやＲＦ−ＩＤ（Radio  Frequency  IDentification）タグでもよい。
【００６５】
図１３は、送電カプラ１９３および受電カプラ１９４を電界遮蔽する方法を説明する図である。図１３に示されるように、送電カプラ１９３および受電カプラ１９４は、所定範囲に近接し、送電カプラ１９３と受電カプラ１９４との間で電界結合する。このとき、送電カプラ１９３および受電カプラ１９４の外縁では、電気力線が外側に湾曲しながら結合する。したがって、送電カプラ１９３と受電カプラ１９４との間の電界が漏洩するのを防止することが好ましい。
【００６６】
図１３に示される例では、高周波電力変換回路１９２と送電カプラ１９３との間に電界遮蔽シールド１９３ａを設け、交流−直流変換回路１９５と受電カプラ１９４との間に電界遮蔽シールド１９４ａを設けている。電界遮蔽シールド１９３ａ，１９４ａは、導電性材料である。電界遮蔽シールド１９３ａ，１９４ａの配置は、例えば、送電カプラ１９３と受電カプラ１９４との間から漏洩する電気力線を遮断するように配置する。
【００６７】
なお、エレベータの乗りかごの筐体は、導電性材料により構成されており、しかもワイヤーロープによりアースされている。したがって、筐体自体が、電界遮蔽構造となり、電界遮蔽シールド１９４ａとして機能し、交流−直流変換回路１９５および搭乗者などは、送電カプラ１９３と受電カプラ１９４との間の電界による影響を受けることはない。
【００６８】
（第２実施形態）
次に、第２実施形態の説明を行う。図１４は、第２実施形態にかかるＷＰＴシステムを示す模式図である。なお、以下の第２実施形態の説明では、第１実施形態と同様の構成については適宜説明を省略する。
【００６９】
図１４に示されるように、第２実施形態にかかるＷＰＴシステムは、軌道としての昇降路２１６を上下移動する移動体としての昇降機の乗りかご２１０に設けられた受電部２１２と、乗りかご２１０の昇降路２１６に設けられた送電部２１１との間で電力を伝送するＷＰＴシステムである。
【００７０】
乗りかご２１０は、人および荷物を乗せ、一端が釣合錘２１５に連結されているワイヤーロープ２１４により引き上げられ、昇降路２１６内を上下移動する。昇降路２１６には、乗りかご２１０の停止位置Ｐに対応して、送電部２１１および中継器２１１ａが複数配置されている。一方、乗りかご２１０には、乗りかご２１０が停止した際に昇降路２１６に配置された送電部２１１または中継器２１１ａに対応するように、受電部２１２が設けられている。なお、乗りかご２１０は、受電部２１２から伝送された電力を蓄電しておく蓄電モジュール２１３を備えている。
【００７１】
中継器２１１ａは、送電部２１１が発生させる電界を受電部２１２まで中継する装置である。先述のように、中継器２１１ａは、電気的構成として、中継カプラにより構成されており、２つの電極と２つのインダクタとこれらを繋ぐ電力線から構成されている（図３参照）。また、中継器２１１ａの中継カプラの共振周波数は、送電部２１１の送電カプラおよび受電部２１２の受電カプラの共振周波数と略同じになるように設定される。
【００７２】
送電部２１１の送電カプラと中継器２１１ａの中継カプラとは、電界共鳴により結合される。さらに、中継器２１１ａの中継カプラと受電部２１２の受電カプラとは、電界共鳴により結合される。したがって、第２実施形態では、乗りかご２１０が停止している位置に送電部２１１が設けられていなくても、受電部２１２が中継器２１１ａを介して送電部２１１から電力伝送を受けることができる。
【００７３】
なお、図１４に示される送電部２１１、中継器２１１ａ、および受電部２１２の配置は、一つの例であり、本実施形態は当該配置に限定されるものではない。図１５に示されるように、本実施形態には、様々な変形例が存在する。また、図１５に示される変形例の他に、第１実施形態の変形例を本実施形態に組合せて新たな変形例を構成することもできる。なお、以下の説明で参照する図１５は、図１４と共通の構成を多く含むので、図１４に付した参照符号と対応した参照符号を付することにより、適宜説明を省略するものとする。
【００７４】
本実施形態の変形例では、図１５に示される乗りかご２２０のように、受電部２２２ａ，２２２ｂを乗りかご２２０の底面付近と天井面付近とのそれぞれに設けることにより、送電部２２１と中継器２２１ａとから同時に電力伝送を受けるように構成することも可能である。なお、図１５に示される乗りかご２２０の場合、受電部２２２ａのための蓄電モジュール２２３ａと受電部２２２ｂのための蓄電モジュール２２３ｂとが、独立して設けられているが、内部の電気配線により同一のものする構成としてもよい。
【００７５】
また、図１２を参照しながら説明した第１実施形態の機能構成と同様に、中継器２２１ａは、受光素子を備える構成とすることが好ましい。すなわち、送電部２１１ではなく、中継器２２１ａが設けられている位置に受電部２１２がある場合であっても、受光素子が電力伝送開始信号を受信し、電力伝送を開始することができるようにするためである。
【００７６】
図１６は、本実施形態に利用できる送電部および中継器の配置の例を示す図である。図１６に示される配置の例では、送電部２３１と中継器２３１ａ，２３１ｂ，２３１ｃとは、乗りかごの移動方向（図中矢印）に沿って配列されている。さらに、送電部２３１および中継器２３１ａ，２３１ｂ，２３１ｃ内の２つの電極も、乗りかごの移動方向（図中矢印）に沿って、互いに平行に配列されている。
【００７７】
一方、受電部２３２内の２つの電極は、送電部２３１および中継器２３１ａ，２３１ｂ，２３１ｃ内の２つの電極と対向するように配置されており、乗りかごが移動するにつれて、送電部２３１および中継器２３１ａ，２３１ｂ，２３１ｃの配列方向に移動する。
【００７８】
図１６に示されるように配列することにより、受電部２３２が移動した場合であっても、受電部２３２は、中継器２３１ａ，２３１ｂ，２３１ｃを介して送電部２３１から電力伝送を受けることができる。
【００７９】
（第３実施形態）
次に、第３実施形態の説明を行う。図１７は、第３実施形態にかかるＷＰＴシステム１を示す模式図である。図１７は、第３実施形態にかかるＷＰＴシステムを産業用搬送システムに応用した例を示している。
【００８０】
図１７に示されるように、第３実施形態にかかるＷＰＴシステムは、軌道としての搬送路３１３上を移動する移動体としての搬送かご３１０に設けられた受電部３１２と、搬送かご３１０の搬送路３１３に設けられた送電部３１１との間で電力を伝送するシステムである。搬送かご３１０は、搬送路３１３上を移動する収容箱であり、搬送かご３１０中に搬送物を収容する。
【００８１】
送電部３１１および受電部３１２の構成および機能は、上述実施形態と同様であるので、ここでは説明を省略する。
【００８２】
以上、実施形態に基づいて本発明の説明を行ってきたが、上記実施形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成要素を適宜組合せて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。
【符号の説明】
【００８３】
１，１８０  ワイヤレス電力伝送（ＷＰＴ）システム
１０，１１１，１３１，１８１，２１１，２３１，３１１  送電部
２０，１１２，１２２，１８２，２１２，２３２，３１２  受電部
３０  中継器
１１  送電カプラ
２１  受電カプラ
３１  中継カプラ
１２  交流電力発生部
１３，２３，３３  電力線
１４ａ，１４ｂ，２４ａ，２４ｂ，３４ａ，３４ｂ  電極
１４，２４  キャパシタ
１５，１５ａ，１５ｂ，２５，２５ａ，２５ｂ，３５ａ，３５ｂ  インダクタ
２２  負荷
１１０，１２０，１３０，１４０，１５０，１６０，１７０，２１０，２２０  乗りかご
１１３，１２３，１３３ａ，１３３ｂ，１８３，２１３，２２３ａ，２２３ｂ  蓄電モジュール
１１４，１２４，１３４，２１４，２２４  ワイヤーロープ
１１５，１２５，１３５，２１５，２２５  釣合錘
１１６，１２６，１３６，２１６，２２６  昇降路
１８４  乗りかご内電子電気機器
１８５  商用電源
１９１  スイッチ
１９２  高周波電力変換回路
１９８  受信素子
１９５  交流−直流変換回路
１９６  監視回路
１９７  発信素子
３１３  搬送路
【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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