(57)【要約】【課題】電力を効率良く伝送できる電力伝送システムを提供すること。【解決手段】送電装置は、１組の第１組電極５１１，５１２と、第１組電極に対して所定の角度だけ回転して配置される第２組電極５１５，５１６と、第１組電極および第２組電極に対して位相差を持たせた交流電力を供給する供給手段と、第１インダクタ５１３，５１４と、第２インダクタ５１７，５１８と、を有し、受電装置は、第３組電極５２１，５２２と、第３組電極に対して所定の角度だけ回転して配置される第４組電極５２５，５２６と、第３組電極および第４組電極によって受電された交流電力の位相を合わせて出力する出力手段と、第３インダクタ５２３，５２４と、第４インダクタ５２７，５２８と、を有し、送電装置と受電装置の間は回転する電界によって電力が伝送される。【選択図】図３５
2015177651.tif 000002
【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交流電力を伝送する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１組の第１組電極と、
前記第１組電極に対して所定の角度だけ回転して配置され、前記第１組電極と同様に所定の距離を隔てて配置されるとともに、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１組の第２組電極と、
前記第１組電極および前記第２組電極に対して位相差を持たせた交流電力を供給する供給手段と、
前記供給手段と前記第１組電極の少なくとも一方の間に挿入される第１インダクタと、
前記供給手段と前記第２組電極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１組の第３組電極と、
前記第３組電極に対して所定の角度だけ回転して配置され、前記第３組電極と同様に所定の距離を隔てて配置されるとともに、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１組の第４組電極と、
前記第３組電極および前記第４組電極によって受電された交流電力の位相を合わせて出力する出力手段と、
前記出力手段と前記第３組電極の少なくとも一方の間に挿入される第３インダクタと、
前記出力手段と前記第４組電極の少なくとも一方の間に挿入される第４インダクタと、を有し、
前記送電装置と前記受電装置の間は回転する電界によって電力が伝送されることを特徴とする電力伝送システム。
【請求項２】
前記第１〜第４組電極は平板形状の電極によって構成されることを特徴とする請求項１に記載の電力伝送システム。
【請求項３】
前記第１〜第４組電極の少なくとも１つは、各組電極と対向して配置されることによりキャパシタを生成するためのサブ電極を有し、当該サブ電極によって生成されるキャパシタによって共振周波数を調整可能であることを特徴とする請求項１または２に記載の電力伝送システム。
【請求項４】
前記第１および第２組電極は導電性を有する遮蔽ボックス内に配置され、前記第３および第４組電極も同様に導電性を有する遮蔽ボックス内に配置されることを特徴とすることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電力伝送システム。
【請求項５】
前記送電装置と前記受電装置の間に配置される中継装置を有し、
当該中継装置は、
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１組の第５組電極と、
前記第５組電極に対して所定の角度だけ回転して配置され、前記第５組電極と同様に所定の距離を隔てて配置されるとともに、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１組の第６組電極と、
前記第５組電極を構成する１組の電極を接続する第５インダクタと、
前記第６組電極を構成する１組の電極を接続する第６インダクタと、を有す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、電力伝送システム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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−３４０２８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１に開示された技術では、電力伝送が適正に行われるのは、送受電コイルが対向しており、その対向間隔が５〜１０ｍｍのときとされており（特許文献１の段落
【０００５】
参照）、電力を伝送する距離を大きくできないという問題点がある。
【０００６】
そこで、本発明は、電力を効率良く、長い距離を伝送できる電力伝送システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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交流電力を伝送する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１組の第１組電極と、前記第１組電極に対して所定の角度だけ回転して配置され、前記第１組電極と同様に所定の距離を隔てて配置されるとともに、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１組の第２組電極と、前記第１組電極および前記第２組電極に対して位相差を持たせた交流電力を供給する供給手段と、前記供給手段と前記第１組電極の少なくとも一方の間に挿入される第１インダクタと、前記供給手段と前記第２組電極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１組の第３組電極と、前記第３組電極に対して所定の角度だけ回転して配置され、前記第３組電極と同様に所定の距離を隔てて配置されるとともに、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１組の第４組電極と、前記第３組電極および前記第４組電極によって受電された交流電力の位相を合わせて出力する出力手段と、前記出力手段と前記第３組電極の少なくとも一方の間に挿入される第３インダクタと、前記出力手段と前記第４組電極の少なくとも一方の間に挿入される第４インダクタと、を有し、前記送電装置と前記受電装置の間は回転する電界によって電力が伝送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、長い距離を伝送できる電力伝送システムを提供することができる。
【０００８】
また、本発明は、前記第１〜第４組電極は平板形状の電極によって構成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、長い距離を伝送できるとともに、電極の放熱特性を高めることができる。
【０００９】
また、本発明は、前記第１〜第４組電極の少なくとも１つは、各組電極と対向して配置されることによりキャパシタを生成するためのサブ電極を有し、当該サブ電極によって生成されるキャパシタによって共振周波数を調整可能であることを特徴とする。
このような構成によれば、共振周波数を簡易に調整するとともに、部品点数を減らすことができる。
【００１０】
また、本発明は、前記第１および第２組電極は導電性を有する遮蔽ボックス内に配置され、前記第３および第４組電極も同様に導電性を有する遮蔽ボックス内に配置されることを特徴とすることを特徴とする。
このような構成によれば、電極の周囲に存在する物体による影響を低減することができる。
【００１１】
また、本発明は、前記送電装置と前記受電装置の間に配置される中継装置を有し、当該中継装置は、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１組の第５組電極と、前記第５組電極に対して所定の角度だけ回転して配置され、前記第５組電極と同様に所定の距離を隔てて配置されるとともに、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１組の第６組電極と、前記第５組電極を構成する１組の電極を接続する第５インダクタと、前記第６組電極を構成する１組の電極を接続する第６インダクタと、を有することを特徴とする。
このような構成によれば、電力をさらに長い距離伝送することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、電力を効率良く伝送できる電力伝送システムを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【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】図１に示す構成例の等価回路である。
【図３】図２に示す等価回路の伝送特性を示す図である。
【図４】本発明の実施形態の原理を説明する送電用カプラの構成例を示す図である。
【図５】本発明の原理を説明す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６】図５に示す構成例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７】図５に示す構成例のパラメータＳ１１，Ｓ２１，η２１の周波数特性を示す図である。
【図８】図５に示す構成例をＺ軸を中心として９０度回転させた状態を示す図である。
【図９】図８に示す構成例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１０】図８に示す構成例のパラメータＳ１１，Ｓ２１，η２１の周波数特性を示す図である。
【図１１】本発明の第１実施形態の基本構成を示す図である。
【図１２】図１１に示す構成例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１３】図１１に示す構成例のパラメータＳ１１，Ｓ２１，η２１の周波数特性を示す図である。
【図１４】図１１に示す構成例の電界分布を示す図である。
【図１５】図１１に示す構成例をＺ軸を中心として回転させた状態を示す図である。
【図１６】図１５に示す構成例の伝送効率の周波数特性を示す図である。
【図１７】本発明の第１実施形態の構成例を示す図ある。
【図１８】図１７に示す実施形態の電力分配部の構成例を示す図である。
【図１９】図１７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２０】図１７に示す実施形態の伝送効率と反射損の周波数特性を示す図である。
【図２１】図１７に示す実施形態の電界分布を示す図である。
【図２２】図１７に示す実施形態をＺ軸を中心として回転させた状態を示す図である。
【図２３】図２２に示す回転角と伝送効率の関係を示す図である。
【図２４】図１１に示す構成例を直線移動させた状態を示す図である。
【図２５】図１７に示す実施形態を直線移動させた状態を示す図である。
【図２６】図１１および図１７の構成例を直線移動した場合の伝送効率のピークの変化を示す図である。
【図２７】本発明の第２実施形態の基本構成を説明する図である。
【図２８】図２７に示す構成例のインダクタの詳細を説明する図である。
【図２９】図２７に示す構成例の伝送効率の周波数特性を示す図である。
【図３０】図２７に示す構成例に交流電力を印加した場合に位相０度で生じる電界を示す図である。
【図３１】図２７に示す構成例に交流電力を印加した場合に位相４５度で生じる電界を示す図である。
【図３２】図２７に示す構成例に交流電力を印加した場合に位相９０度で生じる電界を示す図である。
【図３３】図２７に示す構成例に交流電力を印加した場合に位相１３５度で生じる電界を示す図である。
【図３４】図２７に示す構成例に交流電力を印加した場合に位相１８０度で生じる電界を示す図である。
【図３５】本発明の第２実施形態の構成例を示す図である。
【図３６】図３５に示す実施形態のインダクタの詳細を説明する図である。
【図３７】図３５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３８】図３５に示す実施形態に交流電力を印加した場合に位相０度で生じる電界を示す図である。
【図３９】図３５に示す実施形態に交流電力を印加した場合に位相４５度で生じる電界を示す図である。
【図４０】図３５に示す実施形態に交流電力を印加した場合に位相９０度で生じる電界を示す図である。
【図４１】図３５に示す実施形態に交流電力を印加した場合に位相１３５度で生じる電界を示す図である。
【図４２】図３５に示す実施形態に交流電力を印加した場合に位相１８０度で生じる電界を示す図である。
【図４３】図２７および図３５に示す構成例をＺ軸を中心として回転させた状態を示す図である。
【図４４】図２７に示す構成例の回転角と伝送効率の関係を示す図である。
【図４５】図３５に示す実施形態の回転角と伝送効率の関係を示す図である。
【図４６】図２７に示す構成例を直線移動させた状態を示す図である。
【図４７】図４６における移動距離と伝送効率のピークの関係を示す図である。
【図４８】図３５に示す実施形態を直線移動させた状態を示す図である。
【図４９】図４８における移動距離と伝送効率のピークの関係を示す図である。
【図５０】本発明の第３実施形態の基本構成を説明する図である。
【図５１】図５０に示す構成例の等価回路を示す図である。
【図５２】図５０に示す構成例の伝送効率と反射損の周波数特性を示す図である。
【図５３】図５０に示す構成例の入力インピーダンスの周波数特性を示す図である。
【図５４】本発明の第３実施形態の基本構成を説明する図である。
【図５５】図５４の詳細な構成例を示す図である。
【図５６】図５４の詳細な構成例を示す図である。
【図５７】図５４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５８】図５４に示す実施形態に交流電力を印加した場合に位相０度で生じる電界を示す図である。
【図５９】図５４に示す実施形態に交流電力を印加した場合に位相４５度で生じる電界を示す図である。
【図６０】図５４に示す実施形態に交流電力を印加した場合に位相９０度で生じる電界を示す図である。
【図６１】図５４に示す実施形態に交流電力を印加した場合に位相１３５度で生じる電界を示す図である。
【図６２】図５４に示す実施形態に交流電力を印加した場合に位相１８０度で生じる電界を示す図である。
【図６３】本発明の第４実施形態の基本構成を説明する図である。
【図６４】図６３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６５】図６３に示す実施形態に交流電力を印加した場合に位相０度で生じる電界を示す図である。
【図６６】図６３に示す実施形態に交流電力を印加した場合に位相４５度で生じる電界を示す図である。
【図６７】図６３に示す実施形態に交流電力を印加した場合に位相９０度で生じる電界を示す図である。
【図６８】図６３に示す実施形態に交流電力を印加した場合に位相１３５度で生じる電界を示す図である。
【図６９】図６３に示す実施形態に交流電力を印加した場合に位相１８０度で生じる電界を示す図である。
【図７０】本発明の第５実施形態の基本構成を説明する図である。
【図７１】図７０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７２】図７０に示す実施形態に交流電力を印加した場合に位相０度で生じる電界を示す図である。
【図７３】図７０に示す実施形態に交流電力を印加した場合に位相４５度で生じる電界を示す図である。
【図７４】図７０に示す実施形態に交流電力を印加した場合に位相９０度で生じる電界を示す図である。
【図７５】図７０に示す実施形態に交流電力を印加した場合に位相１３５度で生じる電界を示す図である。
【図７６】図７０に示す実施形態に交流電力を印加した場合に位相１８０度で生じる電界を示す図である。
【図７７】本発明の第５実施形態の基本構成を説明する図である。
【図７８】図７７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７９】図７７に示す実施形態に交流電力を印加した場合に位相０度で生じる電界を示す図である。
【図８０】図７７に示す実施形態に交流電力を印加した場合に位相４５度で生じる電界を示す図である。
【図８１】図７７に示す実施形態に交流電力を印加した場合に位相９０度で生じる電界を示す図である。
【図８２】図７７に示す実施形態に交流電力を印加した場合に位相１３５度で生じる電界を示す図である。
【図８３】図７７に示す実施形態に交流電力を印加した場合に位相１８０度で生じる電界を示す図である。
【図８４】電力分配部の構成例を示す図である。
【図８５】図８４に示す回路の位相特性を示す図である。
【図８６】図８４に示す回路の利得特性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
次に、本発明の実施形態について説明する。
【００１５】
（Ａ）実施形態の動作原理の説明
まず、本発明の実施形態について説明する前に、本発明の動作原理について説明する。図１は、本発明の動作原理を説明するための図である。この図の例では、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。
【００１６】
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。
【００１７】
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、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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
図２は、図１に示す電力伝送システム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２は交流電力発生部１７の出力インピーダンスを示し、インピーダンス２７は負荷２７の入力インピーダンスを示す。ここでは、ともにＺ０の値を有するとして説明する。なお、等価回路に明示されない接続線１５，１６及び接続線２５，２６の特性インピーダンスもＺ０とする。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。抵抗８は、送電用カプラの抵抗を示し、インダクタ１３，１４に付随する抵抗値である。抵抗９は、受電用カプラの抵抗を示し、インダクタ２４，２４に付随する抵抗値である。
【００２５】
図３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３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。ここでは簡易的に、送電用カプラ及び受電用カプラの抵抗値を０とおいている。この図３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でインピーダンス極大値を有し、周波数ｆＬおよびｆＨでインピーダンス整合点、すなわち、共振点を有している。ここで、周波数ｆＣは、図２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２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によって近似値として定まる。
【００２６】
交流電力発生部１７が発生する交流電力の周波数は、図３に示すｆＬからｆＨの近傍、望ましくはｆＣに設定する。交流電力の周波数がｆＬもしくはｆＨと一致していない場合でも、それらに近接していれば交流電力の周波数でのインピーダンスはＺ０に近い値を有するので、整合回路を適用することで容易に整合を取り送電装置１０から受電装置２０への挿入損失を略０ｄＢとすることが出来る。素子値Ｃｍは送受電極の相対位置関係により変動し、その結果として図３に示すＳ２１パラメータの周波数特性のグラフもＣｍの変化に応じて周波数シフトするが、交流電力の周波数が極値を取るｆＣに設定されていれば、Ｃｍ変動の影響を緩和することができる。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
図４および図５は、より具体的な構成例を示す斜視図である。ここで、図４は、送電用カプラ１１０の構成例を示している。また、図５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。
【００３０】
図４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４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。なお、具体的なＤの長さとしては、例えば、使用周波数が１３．５６ＭＨｚの場合には、５０ｃｍ程度とし、また、これと直交する方向の長さＬについても５０ｃｍ程度とすることができる。
【００３１】
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４の左下方向）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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
図５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。送電用カプラ１１０と受電用カプラ１２０は、送電用カプラ１１０の２枚の電極１１１と１１２の間に生じる電界と受電用カプラ１２０の２枚の電極１２１と１２２の間に生じる電界を略平行とし、送電用カプラ１１０の２枚の電極１１１と１１２のギャップのｘ方向の位置と受電用カプラ１２０の２枚の電極１２１と１２２のギャップのｘ方向の位置が略同じ場合に、最も効率良く電力伝送ができる。
【００３５】
つぎに、図５に示す実施形態の動作について説明する。図６は、送電用カプラ１１０と受電用カプラ１２０を２０ｃｍ隔てて対向配置した場合（ｄ２＝２０ｃｍの場合）における送電用カプラ１１０のインピーダンスＳ１１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。
【００３６】
図７は、送電用カプラ１１０と受電用カプラ１２０を２０ｃｍ隔てて対向配置した場合（ｄ２＝２０ｃｍ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、実線は伝送効率η２１（＝｜Ｓ２１｜２）の周波数特性を示している。破線は反射損η１１（＝｜Ｓ１１｜２）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し、伝送効率η２１は送電用カプラ１１０から受電用カプラ１２０への信号の伝送効率を示す。この図７に示すように、周波数２７．１２ＭＨｚにおいて、送電用カプラ１１０に入力した信号の反射が最小になるとともに、送電用カプラ１１０から受電用カプラ１２０への通過が最大になる。これにより、送電用カプラ１１０から受電用カプラ１２０への信号の伝送効率η２１が約９５％で最大となる。つまり、２０ｃｍにおいて、この電力伝送システム１はインピーダンスが整合すると言える。
【００３７】
つぎの図８は、送電用カプラ１１０と受電用カプラ１２０の角度を送電用カプラ１１０と受電用カプラ１２０の電極面方向における中心を軸として９０度回転させたときの斜視図である。このように、送電用カプラ１１０と受電用カプラ１２０が図５に示す状態から９０度回転された状態では、図６に示すスミスチャートは、図９に示すように、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しない状態となっている。また、図１０に示すように、伝送効率は略０となるとともに、反射損も略１になっている。このため、図８に示すような配置状態では、送電用カプラ１１０と受電用カプラ１２０の間で電力の伝送を行うことはできない。
【００３８】
図１１は、図１等に示す平面電極の代わりに円筒型電極を用いた場合を示している。この図の例では、送電用カプラ２１０は、直径Ｒの円筒形状を有する２本の電極２１１，２１２の軸が一致するとともに、当該軸方向がＹ軸方向に向くように配置されている。図１１、図１４、図１５においては、２本の電極２１１，２１２の軸方向の中央を原点とし、２本の電極２１１，２１２の軸方向の中央と２本の電極２２１，２２２の軸方向の中央を結ぶ方向をＺ軸とする。図中の座標軸は方向のみを示す。なお、これら２本の電極２１１，２１２は、ｄ１の距離を隔てて配置されるとともに、２本の電極２１１，２１２の両端間の長さはＤに設定されている。電極２１１，２１２の内側の対向する端部には、インダクタ２１３，２１４の一端がそれぞれ接続されている。また、インダクタ２１３，２１４の他端は、図示しない接続線の一端にそれぞれ接続されている。なお、接続線は、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、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。電極２１１，２１２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。受電用カプラ２２０も送電用カプラ２１０と同様に、直径Ｒの円筒形状を有する２本の電極２２１，２２２の軸が一致するとともに、当該軸方向がＹ軸方向に向くように配置されている。これら２本の電極２２１，２２２は、ｄ１の距離を隔てて配置されるとともに、２本の電極２２１，２２２の両端間の長さはＤに設定されている。電極２２１，２２２の対向する端部には、インダクタ２２３，２２４の一端がそれぞれ接続されている。また、インダクタ２２３，２２４の他端は、図示しない接続線の一端にそれぞれ接続されている。なお、接続線は、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、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。電極２２１，２２２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。そして、送電用カプラ２１０と受電用カプラ２２０は、Ｚ軸方向に距離ｄ２だけはなれた状態で、対向するように配置される。
【００３９】
図１２は、図１１に示す送電用カプラ２１０と受電用カプラ２２０を３１４ｍｍ隔てて対向配置した場合（ｄ２＝３１４ｍｍの場合）における送電用カプラ２１０のインピーダンスＳ１１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。この図に示すように、図１１に示す送電用カプラ２１０および受電用カプラ２２０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。
【００４０】
図１３は、送電用カプラ２１０と受電用カプラ２２０を３１４ｍｍ隔てて対向配置した場合（ｄ２＝３１４ｍｍの場合）における送電用カプラ２１０と受電用カプラ２２０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、実線は伝送効率η２１（＝｜Ｓ２１｜２）の周波数特性を示し、破線は反射損η１１（＝｜Ｓ１１｜２）を示している。この図７に示すように、周波数２７ＭＨｚ付近において、送電用カプラ２１０に入力した信号の反射が最小になるとともに、送電用カプラ２１０から受電用カプラ２２０への通過が最大になる。これにより、送電用カプラ２１０から受電用カプラ２２０への信号の伝送効率η２１が約９５％で最大となる。
【００４１】
図１４は、図１１に示す構成において、電力伝送を行った場合の送電用カプラ２１０と受電用カプラ２２０に周囲の電界の分布状態を示す図である。なお、この図において矢印の方向は電界の方向を示し、矢印の大きさは電界の大きさを示している。この図に示すように、送電用カプラ２１０の周辺には一方の電極から出る矢印と、他方の電極に入る電界が存在している。また、受電用カプラ２２０の周辺にも一方の電極から出る矢印と、他方の電極に入る電界が存在している。
【００４２】
図１５は、図１１に示す受電用カプラ２２０を送電用カプラ２１０に対してＺ軸周りに角度φだけ回転させた状態を示している。なお、図１５（Ａ）の破線は、受電用カプラ２２０と平行な線分を示している。図１６は、図１５に示すφを０〜１２０度の間で変化させた場合の伝送効率η２１のピークの変化を示す図である。図１６に示す例では、φが０〜３０度の範囲ではη２１は９０％以上を維持しているが、φが４０度よりも大きくなると急激に減少し、φが９０度になると略０％となる。この図１６から、図１１に示す構成では、送電用カプラ２１０と受電用カプラ２２０との相対的な角度φは３０度以下になるようにすることが望ましいことが分かる。
【００４３】
（Ｂ）第１実施形態の説明
図１７は、本発明の第１実施形態の構成例について説明する図である。図１７、図２１、図２２においては、２本の電極３１１，３１２の軸方向の中央を原点とし、２本の電極３１１，３１２の軸方向の中央と２本の電極３２１，３２２の軸方向の中央を結ぶ方向をＺ軸とする。図中の座標軸は方向のみを示す。なお、図１７（Ａ）は第１実施形態の斜視図であり、図１７（Ｂ）は図１７（Ａ）をＺ軸正方向から見た図であり、図１７（Ｃ）は図１７（Ａ）をＹ軸正方向から見た図である。この図に示すように、第１実施形態では、送電用カプラ３１０として、直径Ｒの円筒形状を有する第１組電極である電極３１１，３１２が距離ｄ１を隔ててＸ軸に平行に直線上に配置されるとともに、同じく、直径Ｒの円筒形状を有する第２組電極である電極３１５，３１６が距離ｄ１を隔ててＹ軸に平行に直線上に配置されている。なお、図１７（Ｃ）に示すように、電極３１１，３１２と電極３１５，３１６の間隔はｄ３とされる。すなわち、図１７の例では、電極３１１，３１２と電極３１５，３１６とは略直交するように配置されている。電極３１１，３１２の内側の端部には、インダクタ３１３，３１４の一端がそれぞれ接続されている。また、インダクタ３１３，３１４の他端は、図示しない接続線の一端にそれぞれ接続されている。なお、接続線は、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、後述する電力分配部に接続されている。電極３１１，３１２の合計幅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。電極３１５，３１６の内側の端部には、インダクタ３１７，３１８の一端がそれぞれ接続されている。また、インダクタ３１７，３１８の他端は、図示しない接続線の一端にそれぞれ接続されている。接続線は、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、後述する電力分配部に接続されている。電極３１５，３１６の合計幅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。
【００４４】
受電用カプラ３２０も送電用カプラ３１０と同様に、直径Ｒの円筒形状を有する第３組電極である電極３２１，３２２が距離ｄ１を隔ててＸ軸に平行に直線上に配置されるとともに、同じく、直径Ｒの円筒形状を有する第４組電極である電極３２５，３２６が距離ｄ１を隔ててＹ軸に平行に直線上に配置されている。図１７（Ｃ）に示すように、電極３２１，３２２と電極３２５，３２６の間隔はｄ３とされる。図１７の例では、電極３２１，３２２と電極３２５，３２６とは略直交するように配置されている。電極３２１，３２２の内側の端部には、インダクタ３２３，３２４の一端がそれぞれ接続されている。また、インダクタ３２３，３２４の他端は、図示しない接続線の一端にそれぞれ接続されている。なお、接続線は、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、後述する電力分配部に接続されている。電極３２１，３２２の合計幅Ｄは、これらの電極によって受電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。電極３２５，３２６の内側の端部には、インダクタ３２７，３２８の一端がそれぞれ接続されている。また、インダクタ３２７，３２８の他端は、図示しない接続線の一端にそれぞれ接続されている。接続線は、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、後述する電力分配部に接続されている。電極３２５，３２６の合計幅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。
【００４５】
図１８は、交流電力発生部１７から出力される電力を分配するとともに、位相をシフトして図１７に示す送電用カプラ３１０に供給する分配器の構成例を示す図である。図１８に示す例では、Ｐｏｒｔ１側に交流電力発生部１７が接続され、Ｐｏｒｔ２側にインダクタ３１３，３１４が接続される。更にＰｏｒｔ３側にインダクタ３１７，３１８が接続される。分配器は図中のＳパラメータ値に示される様に周波数依存性の無い理想的な等分配、位相９０°オフセットの特性である。即ち電力発生部１７からＰｏｒｔ１に供給される電力は、振幅が等しく、また、位相差が９０度の電力として、インダクタ３１３，３１４およびインダクタ３１７，３１８に供給される。
【００４６】
図１７に示す受信用カプラ３２０に対しても、図１８と同様の構成を有する電力合成部が接続される。すなわち、電力合成部は、図１８に示すＰｏｒｔ１には交流電力発生部１７の代わりに負荷２７が接続され、Ｐｏｒｔ２にはインダクタ３２３，３２４が接続され、Ｐｏｒｔ３にはインダクタ３２７，３２８が接続される。電極３２１，３２２および電極３２５，３２６によって受電された電力は、９０度の位相差を有しているが、電力合成部によって位相差が０に調整された後に合成され、負荷２７に供給される。
【００４７】
つぎに、図１７に示す第１実施形態の動作について説明する。交流電力発生部１７によって発生された交流電力は、図１８に示す電力分配部によって２分配されるとともに、位相差が９０度になるように調整された後、インダクタ３１３，３１４を介して電極３１１，３１２に供給されるとともに、インダクタ３１７，３１８を介して電極３１５，３１６に供給される。電極３１１，３１２と電極３１５，３１６は直交するように配置されるとともに、これらには位相差が９０度の交流電力が供給されることから、電極３１１，３１２と電極３１５，３１６からは、Ｚ軸を中心として回転する電界が発生する。このような回転する電界は、電極３２１，３２２と電極３２５，３２６によって受電され、位相が９０度ずれた交流電力として出力される。電極３２１，３２２と電極３２５，３２６から出力された交流電力は、図１８と同様の構成を有する電力合成部のＰｏｒｔ２とＰｏｒｔ３に入力され、位相差が０になるように調整された後、合成されて負荷２７に供給される。この結果、交流電力発生部１７によって発生された交流電力は、図１８に示す電力分配部によって２分配されるとともに、９０度の位相差を有するように調整された後、電極３１１，３１２と電極３１５，３１６からＺ軸周りに回転する電界として送電される。電極３２１，３２２と電極３２５，３２６は、回転する電界を受電し、図１８と同様の構成を有する電力合成部によって位相差が０になるように調整するとともに、合成さして負荷２７に供給する。
【００４８】
分配器の位相差は図１８の例では＋９０度としているが、これを−９０度としても良い。この場合は位相差を＋９０度とした場合と比べて電界の回転方向が逆になるが、電力伝送特性に差は生じない。
【００４９】
図１９は、第１実施形態の送電用カプラ３１０のインピーダンスＳ１１のスミスチャートを示している。なお、電極間の間隔ｄ１は４３ｍｍであり、ｄ１を含む電極の長さＤは７８０ｍｍであり、送電用カプラ３１０と受電用カプラ３２０の電極の間隔ｄ２は３１４ｍｍであり、電極３１１，３１２と電極３１５，３１６の間隔ｄ３および電極３２１，３２２と電極３２５，３２６の間隔ｄ３は５５ｍｍに設定されている。また、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。この図１９に示すように、第１実施形態では、送電用カプラ３１０および受電用カプラ３２０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に存在することから、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。
【００５０】
図２０は、第１実施形態の送電用カプラ３１０と受電用カプラ３２０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、実線は伝送効率η２１（＝｜Ｓ２１｜２）の周波数特性を示し、破線は反射損η１１（＝｜Ｓ１１｜２）を示している。この図２０に示すように、周波数２７．１２ＭＨｚにおいて、送電用カプラ３１０に入力した信号の反射が最小になるとともに、送電用カプラ３１０から受電用カプラ３２０への通過が最大になる。これにより、送電用カプラ３１０から受電用カプラ３２０への信号の伝送効率η２１が約９３％で最大となる。
【００５１】
図２１は、第１実施形態の電界分布を示す図である。この図２１に示すように、送電用カプラ３１０および受電用カプラ３２０の周辺には、対になる一方の電極から他方の電極に向かう電界が存在している。このような電界によって、電極間のキャパシタンスが生成されるとともに、カプラ間の電界結合によって電力が伝送される。
【００５２】
つぎに、第１実施形態の電極を回転させた場合の特性について説明する。図２２は、受電用カプラ３２０を送電用カプラ３１０に対してＺ軸を中心として角度φだけ回転させた状態を示す図である。すなわち、図２２では、受電用カプラ３２０の電極３２１，３２２および電極３２５，３２６の中心を回転軸として、角度φだけ回転させた状態を示している。
【００５３】
図２３は、図２２に示すφを０〜１２０度の間で変化させた場合の伝送効率η２１のピークの変化を示す図である。なお、図２３において実線は図１７に示す第１実施形態の特性を示し、破線は図１１に示す構成の特性を示している。図２３に示すように、図１１に示す構成の場合では、角度φが４０度よりも大きくなると急激にη２１が減少し、φが９０度になると略０％（ヌル点）となる。一方、図１７に示す第１実施形態の場合には、９０度付近で多少の落ち込みはあるものの、回転角度に拘わらず８０％以上の効率を維持している。このことから、図１７に示す第１実施形態の場合には、回転する電界によって電力を伝送することから、図１１に示す構成に比較して、回転方向のずれに強いことが分かる。
【００５４】
つぎに、第１実施形態の電極を直線移動させて場合の特性について説明する。図２４（Ａ）は図１１に示す構成において、受電用カプラ２２０をＸ方向に移動した状態を示す図である。また、図２４（Ｂ）は受電用カプラ２２０をＹ方向に移動した状態を示す図である。一方、図２５（Ａ）は図１７に示す第１実施形態の受電用カプラ３２０をＸ方向に移動した状態を示す図である。また、図２５（Ｂ）は図１７に示す第１実施形態の受電用カプラ３２０をＸ方向から角度φだけずれた方向に移動した状態を示す図である。図２６は、図２４および図２５に示す状態における移動量と、伝送効率η２１のピークの変化を示す図である。この図２５に示すように、図１１に示す構成では、Ｙ方向に移動した方（三角形で示すグラフ）が、Ｘ方向に移動した場合（菱形で示すグラフ）に比較して特性の落ち込みが大きいが、図１７に示す第１実施形態の場合では丸および四角形で示すように、移動方向によらず略同じ特性変化となっている。このため、第１実施形態では、移動方向によらず同様の特性変化となることから、送電用カプラ３１０および受電用カプラ３２０の設置の自由度を向上させることができる。また、特許文献１に示す従来技術に比較した場合に、電力の伝送距離を伸ばすことができる。
【００５５】
（Ｃ）第２実施形態の説明
つぎに、本発明の第２実施形態について説明する。以下では、第２実施形態の基本となる構成について説明した後、第２実施形態について詳細に説明する。
【００５６】
図２７は、第２実施形態の基本となる構成例について説明するための図である。図２７においては、２枚の電極４１１，４１２の対向する頂点を結ぶ方向をＹ軸、２枚の電極４１１，４１２の対向する頂点の中央を原点とし、２枚の電極４１１，４１２の対向する頂点の中央と２枚の電極４２１，４２２の対向する頂点の中央を結ぶ方向をＺ軸とする。図中の座標軸は方向のみを示す。なお、この図２７（Ａ）は斜視図を示し、図２７（Ｂ）はＺ軸正方向からの正面図を示す。図２７に示す例では、送電用カプラ４１０は、底辺の長さがＬ２、高さがＬ１の三角形状を有する電極４１１，４１２が距離ｄ１を隔てて、それぞれの頂点が対向するように配置されるとともに、対向する頂点のそれぞれにはインダクタ４１３，４１４が接続されて構成されている。電極４１１および電極４１２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。受電用カプラ４２０も同様に、底辺の長さがＬ２、高さがＬ１の三角形状を有する電極４２１，４２２が距離ｄ１を隔てて、それぞれの頂点が対向するように配置されるとともに、対向する頂点のそれぞれにはインダクタ４２３，４２４が接続されて構成されている。電極４２１および電極４２２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。なお、インダクタ４１３，４１４は図示しない接続線を介して交流電力発生部１７に接続され、また、インダクタ４２３，４２４は図示しない接続線を介して負荷２７に接続されている。
【００５７】
図２８は送電用カプラ４１０が有するインダクタ４１３，４１４の詳細な構成例を示す図である。図２８（Ａ）に示すように、インダクタ４１３，４１４は、例えば、直径２１ｍｍ、幅１３．４ｍｍ、巻き数Ｎ＝１３回、伝送周波数におけるインピーダンスが０．５Ωのコイルによって構成され、距離１０．５４ｍｍを隔てて配置される。図２８（Ｂ）に示すように、インダクタ４１３の一端４１３ａは電極４１１に接続され、他端４１３ｂは図示しない接続線を介して交流電力発生部１７に接続される。インダクタ４１４の一端４１４ａは電極４１２に接続され、他端４１４ｂは図示しない接続線を介して交流電力発生部１７に接続される。
【００５８】
図２９は、図２７に示す構成例の伝送効率η２１の周波数特性を示す図である。このときＤ＝４０６ｍｍ、Ｌ１＝１８０．８ｍｍ、ｄ１＝４４．４ｍｍ、Ｌ２＝３６１．６ｍｍ、ｄ２＝３３０ｍｍとしている。この図２９に示すように、図２７に示す構成例では、共振周波数において伝送効率９２％を有している。
【００５９】
図３０〜図３４は、図２７に示す構成例に交流電圧を印加した場合における１周期の電界の時間的を示す図である。図３０は、交流電力の位相が０度の場合の電界分布を示し、図３１〜図３４は、４５度、９０度、１３５度、および、１８０度の電界分布をそれぞれ示している。これらの図３０〜図３４に示すように、図２７に示す送電用カプラ４１０と受電用カプラ４２０の間に生じる電界は、時間の経過とともにその方向が変化するが、２枚の電極の一方から他方へ、また、他方から一方へと方向が直線的に変化する。
【００６０】
図３５は、本発明の第２実施形態の構成例を示す図である。図３５においては、２枚の電極５１１，５１２の対向する頂点を結ぶ方向をＹ軸、２枚の電極５１１，５１２の対向する頂点の中央を原点とし、２枚の電極５１１，５１２の対向する頂点の中央と２枚の電極５２１，５２２の対向する頂点の中央を結ぶ方向をＺ軸とする。図中の座標軸は方向のみを示す。なお、この図３５（Ａ）は斜視図を示し、図３５（Ｂ）はＺ軸正方向からの正面図を示す。図３５に示す例では、送電用カプラ５１０は、図２７に示す基本構成となる１組の電極が２組組み合わされて構成される。すなわち、送電用カプラ５１０は、底辺の長さがＬ２、高さがＬ１の三角形状を有する第１組電極である２枚の電極５１１，５１２が距離ｄ１を隔てて頂点が対向するように配置されるとともに、同じく、底辺の長さがＬ２、高さがＬ１の三角形状を有する第２組電極である２枚の電極５１５，５１６が距離ｄ１を隔てて頂点が対向するように配置されるとともに、電極５１１，５１２に対して所定の角度（この例では９０度）だけＺ軸周りに回転された状態で配置されている。また、電極５１１，５１２の頂点にはインダクタ５１３，５１４が接続され、電極５１５，５１６の頂点にはインダクタ５１７，５１８が接続されている。電極５１１および電極５１２の距離ｄ１を含む合計幅Ｄおよび電極５１５および電極５１６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。受電用カプラ５２０も同様に、底辺の長さがＬ２、高さがＬ１の三角形状を有する第３組電極である２枚の電極５２１，５２２が距離ｄ１を隔てて頂点が対向するように配置されるとともに、同じく、底辺の長さがＬ２、高さがＬ１の三角形状を有する第４組電極である２枚の電極５２５，５２６が距離ｄ１を隔てて頂点が対向するように配置されるとともに、電極５２１，５２２に対して所定の角度（この例では９０度）だけＺ軸周りに回転された状態で配置されている。また、電極５２１，５２２の頂点にはインダクタ５２３，５２４が接続され、電極５２５，５２６の頂点にはインダクタ５２７，５２８が接続されている。電極５２１および電極５２２の距離ｄ１を含む合計幅Ｄおよび電極５２５および電極５２６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。なお、インダクタ５１３，５１４は図示しない接続線を介して図１８に示す電力分配部のＰｏｒｔ２に接続され、インダクタ５１７，５１８は図示しない接続線を介して図１８に示す電力分配部のＰｏｒｔ３に接続される。また、インダクタ５２３，５２４は図示しない接続線を介して図１８と同様の構成を有する電力合成部のＰｏｒｔ２に接続され、インダクタ５２７，５２８は図示しない接続線を介して図１８と同様の構成を有する電力合成部のＰｏｒｔ３に接続される。
【００６１】
図３６は送電用カプラ５１０が有するインダクタ５１３，５１４，５１７，５１８の詳細な構成例を示す図である。図３６（Ａ）に示すように、インダクタ５１３，５１４は、直径２１ｍｍ、長さ１３．４ｍｍ、巻き数Ｎ＝１３回、伝送周波数におけるインピーダンスが０．５Ωのコイルによって構成され、距離１０．５４ｍｍを隔てて配置される。図３６（Ｂ）に示すように、インダクタ５１３の一端は電極５１１に接続され、他端は図示しない接続線に接続される。インダクタ５１４の一端は電極５１２に接続され、他端は図示しない接続線に接続される。また、図３６（Ａ）に示すように、インダクタ５１３，５１４の下方（図の下方）にはインダクタ５１７（および、図示しないインダクタ５１８）が配置されている。なお、インダクタ５１７およびインダクタ５１８は、インダクタ５１３，５１４と同様の構成とされている。図３６（Ｂ）に示すように、インダクタ５１７の一端は電極５１５に接続され、他端は図示しない接続線に接続される。インダクタ５１８の一端は電極５１６に接続され、他端は図示しない接続線に接続される。
【００６２】
図３７は、図３５に示す第２実施形態の伝送効率η２１の周波数特性を示す図である。このときＤ＝３６３ｍｍ、Ｌ１＝１６５．８ｍｍ、ｄ１＝４４．４ｍｍ、Ｌ２＝３３１．６ｍｍ、ｄ２＝２６６ｍｍとしている。この図３７に示すように、図３５に示す第２実施形態では、共振周波数における伝送効率９４％を有している。
【００６３】
図３８〜図４２は、図３５に示す第２実施形態に交流電圧を印加した場合における１周期の電界の時間的を示す図である。図３８は、交流電力の位相が０度の場合の電界分布を示し、図３９〜図４２は、４５度、９０度、１３５度、および、１８０度の電界分布をそれぞれ示している。これらの図３８〜図４２に示すように、図３５に示す送電用カプラ５１０と受電用カプラ５２０の間に生じる電界は、時間の経過とともにその方向が変化する。より具体的には、電界強度が高い色の濃い部分が時間の経過とともに、Ｚ軸を中心として回転していることが分かる。つまり、図３５に示す第２実施形態では、送電用カプラ５１０と受電用カプラ５２０の間に生じる電界は、交流電力の周波数に応じて回転する電界となる。
【００６４】
図４３（Ａ）は図２７に示す受電用カプラ４２０を、送電用カプラ４１０に対してＺ軸方向を中心としてφだけ回転させた状態を示す図であり、図４３（Ｂ）は図３５に示す受電用カプラ５２０を、送電用カプラ５１０に対してＺ軸方向を中心としてφだけ回転させた状態を示す図である。図４４は図４３（Ａ）に示す構成例の伝送効率のピークと回転角度との関係を示す図である。この図に示すように、図４３（Ａ）に示す構成例では、回転角度が３０度を超えると伝送効率が低下し、９０度において伝送効率は０％となる。また、９０度を超えると伝送効率が増加し、１４０度において９０％となる。図４５は、図４３（Ｂ）に示す構成例の伝送効率のピークと回転角度との関係を示す図である。この図に示すように、図４３（Ｂ）に示す構成例では、回転角度によって伝送効率のピークは変化せず、また、９０％以上を保持している。以上から、第２実施形態では、回転角度によって伝送効率が変化しない。
【００６５】
図４６（Ａ）は図２７に示す受電用カプラ４２０を、送電用カプラ４１０に対してＸ軸方向に移動させた状態を示す図であり、図４６（Ｂ）は図２７に示す受電用カプラ４２０を、送電用カプラ４１０に対してＹ軸方向に移動させた状態を示す図である。図４７は、図４６に示すように受電用カプラ４２０をＸ軸またはＹ軸方向に移動させた場合における伝送効率のピーク値の変化を示す図である。この図において、実線はＸ軸方向に移動させた場合のピーク値の変化を示し、破線はＹ軸方向に移動させた場合のピーク値の変化を示している。これらのグラフの比較から、図２７に示す構成例では、移動させる方向によって特性変化が異なり、Ｙ軸方向に移動する方が、特性劣化が大きい。また、Ｙ軸方向に移動する場合には、３００ｍｍ付近に伝送効率が０になる「ヌル点」が生じている。
【００６６】
図４８（Ａ）は図３５に示す受電用カプラ５２０を、送電用カプラ５１０に対してＸ軸方向に移動させた状態を示す図であり、図４８（Ｂ）は図３５に示す受電用カプラ５２０を、送電用カプラ５１０に対してＹ軸方向に移動させた状態を示す図である。図４９は、図４８に示すように受電用カプラ５２０をＸ軸またはＹ軸方向に移動させた場合における伝送効率のピーク値の変化を示す図である。この図において、実線はＸ軸方向に移動させた場合のピーク値の変化を示し、破線はＹ軸方向に移動させた場合のピーク値の変化を示している。これらのグラフの比較から、図３５に示す構成例では、移動させる方向による特性変化の差は小さい。
【００６７】
以上から、図３５に示す第２実施形態では、受電用カプラ５２０を、送電用カプラ５１０に対して回転移動させた場合の変化が、図２７に示す構成例に比較すると小さいことが分かる。また、Ｘ軸方向またはＹ軸方向に移動させた場合の軸による変化の差が小さいことが分かる。このため、図２７の構成例に比較すると、送電用カプラ５１０および受電用カプラ５２０を実装する際の配置の自由度を向上させることができる。また、特許文献に比較して、電力の伝送距離を伸ばすことができる。さらに、第２実施形態では、第１実施形態に比較すると、板状の電極を用いるようにしたことから、放熱性を高めることができるので、大電力の伝送が可能になる。
【００６８】
（Ｄ）第３実施形態の説明
つぎに、本発明の第３実施形態について説明する。以下では、第３実施形態の基本的な構成例について説明した後に、第３実施形態の詳細について説明する。図５０は第３実施形態の基本構成を説明するための図である。図５０では、図１に示す構成に対して、サブ電極１５１，１５２およびサブ電極１６１，１６２が追加されている。ここで、サブ電極１５１は、電極１１の裏面（図５０の下側の面）に対して、電極１１から離間するとともに絶縁した状態で取り付けられる。この結果、電極１１とサブ電極１５１は対向した状態となることから、これらの間にキャパシタが形成される。サブ電極１５２は、電極１２の下面（図５０の下側の面）に対して、電極１２から離間するとともに絶縁した状態で取り付けられる。この結果、電極１２とサブ電極１５２は対向した状態となることから、これらの間にキャパシタが形成される。サブ電極１６１，１６２も同様にして電極２１，２２の上面（図５０の上側の面）に対して離間するとともに絶縁した状態で取り付けられるので、電極２１とサブ電極１６１の間および電極２２とサブ電極１６２の間にはキャパシタが形成される。また、インダクタ１３，１４は相互に接続され、接続線１５，１６はサブ電極１５１，１５２にそれぞれ接続されている。同様に、インダクタ２３，２４は相互に接続され、接続線２５，２６はサブ電極１６１，１６２にそれぞれ接続されている。
【００６９】
図５１は図５０の等価回路の一例を示す図である。図５１では、図２と比較すると、交流電力発生源１７とグランドの間にキャパシタＣｓ１が直列的に追加され、また、負荷２７とグランドの間にキャパシタＣｓ２が直列的に追加されている。また、インダクタＬ及びそれに付随する抵抗ＲはキャパシタＣ−Ｃｍに並列に接続されている。即ちインダクタとキャパシタの並列回路にキャパシタが直列に接続された回路となっている。
【００７０】
図５２は図５０に示す構成例の伝送効率η２１と反射損η１１の周波数特性を示す図である。また、図５３は図５０に示す構成例の入力インピーダンスＺｉｎの周波数特性を示す図である。なお、これらの図５２および図５３は、共振周波数ｆ０＝２８ＭＨｚであり、インダクタ１３，１４，２３，２４のインダクタンス値は３．８４μＨで巻数は８であり、抵抗値０．３１Ωであり、サブ電極１５１，１５２，１６１，１６２の寸法は７３ｍｍ×７３ｍｍとされ、サブ電極と電極の間の比誘電率は１である場合を想定している。図５２に示すように、図５０に示す構成例では疑似共振周波数である２８ＭＨｚにおける伝送効率η２１は９０％となっている。また、図５３に示すように、インピーダンスの実数部Ｒｅは２８ＭＨｚにおいて５０Ωとなって特性インピーダンスと整合し、また、虚数部Ｉｍは２８ＭＨｚにおいて０Ωとなっている。即ち２８ＭＨｚで疑似的な直列共振動作をしていることがわかる。このように、サブ電極１５１，１５２，１６１，１６２を用いて基板上にキャパシタを形成することで、部品点数を減少させることができる。また、サブ電極の大きさを調整することで、共振周波数を調整することが可能になる。
【００７１】
図５４は本発明の第３実施形態の構成例を示している。図５４に示す第３実施形態では、図３５に示す第２実施形態に示す電極と同じ構成となっている。第３実施形態では、図３５に示す第２実施形態と比較すると、インダクタ５１３，５１４が相互に接続され、インダクタ５１７，５１８が相互に接続され、インダクタ５２３，５２４が相互に接続され、インダクタ５２７，５２８が相互に接続されている。また、電極５１１，５１２の下面（図５４の下側の面）にサブ電極７１１，７１２が設けられ、サブ電極７１１には接続線７１３が接続され、サブ電極７１２には接続線７１４が接続されている。電極５１５，５１６の上面（図５４の上側の面）にサブ電極７１５，７１６が設けられ、サブ電極７１５には接続線７１７が接続され、サブ電極７１６には接続線７１８が接続されている。また、電極５２１，５２２の上面（図５４の上側の面）にサブ電極７２１，７２２が設けられ、サブ電極７２１には接続線７２３が接続され、サブ電極７２２には接続線７２４が接続されている。電極５２５，５２６の下面（図５４の下側の面）にサブ電極７２５，７２６が設けられ、サブ電極７２５には接続線７２７が接続され、サブ電極７２６には接続線７２８が接続されている。なお、接続線７１３，７１４は図１８に示す電力分配部のＰｏｒｔ２に接続され、接続線７１７，７１８はＰｏｒｔ３に接続されている。接続線７２３，７２４は図１８と同様の構成を有する電力合成部のＰｏｒｔ２に接続され、接続線７２７，７２８はＰｏｒｔ３に接続されている。
【００７２】
図５５は、図５４に示す受電用カプラ６２０の一部を拡大して示す図である。この図に示すように、受電用カプラ６２０の電極５２１の上面には底面の長さがＬ３で高さがＬ４である直角二等辺三角形のサブ電極７２１が設けられている。なお、サブ電極７２２，７２５，７２６およびサブ電極７１１，７１２，７１５，７１６もサブ電極７２１と同じ形状を有するとともに、電極上の同じ位置に配置されている。
【００７３】
図５６は、図５４に示す送電用カプラ６１０および受電用カプラ６２０をＸ軸正方向から眺めた場合の概略構成を示す図である。図５６に示すように、送電用カプラ６１０のインダクタ５１３，５１４は相互に接続されている。また、接続線７１３，７１４はサブ電極７１１，７１２にそれぞれ接続されている。受電用カプラ６２０のインダクタ５２３，５２４は相互に接続されている。また、接続線７２３，７２４はサブ電極７２１，７２２にそれぞれ接続されている。
【００７４】
図５７は、図５４に示す第３実施形態の伝送効率η２１の周波数特性を示す図である。なお、図５７では、図５５に示すＬ１は１８０．８ｍｍとされ、Ｌ２は３３１．６ｍｍとされ、Ｌ３は８８．７ｍｍとされ、Ｌ４は４４．３５ｍｍとされ、ｄ３は２２．２ｍｍとされ、Ｄは４０６ｍｍとされている。また、図５５に示していない送受間距離ｄ２は２３０ｍｍとされている。図５７に示すように、第３実施形態は、２７．１２ＭＨｚにおいて、伝送効率η２１が８７％となる。
【００７５】
図５８〜図６２は、図５４に示す第３実施形態に交流電圧を印加した場合における１周期の電界の時間的を示す図である。図５８は、交流電力の位相が０度の場合の電界分布を示し、図５９〜図６２は、４５度、９０度、１３５度、および、１８０度の電界分布をそれぞれ示している。これらの図５８〜図６２に示すように、図５４に示す送電用カプラ６１０と受電用カプラ６２０の間に生じる電界は、時間の経過とともにその方向が変化する。より具体的には、電界強度が高い色の濃い部分が時間の経過とともに、Ｚ軸を中心として回転していることが分かる。つまり、図５４に示す第３実施形態では、送電用カプラ６１０と受電用カプラ６２０の間に生じる電界は、交流電力の周波数に応じて回転する電界となる。
【００７６】
以上に説明したように、本発明の第３実施形態では、回転する電界によって電力を伝送するようにしたので、電極の回転ずれに対する伝送特性の変化を小さくするとともに、Ｘ軸またはＹ軸方向への電極の直線ずれに対する伝送特性の差を小さくすることができる。これにより、電極の配置の自由度を高めることができる。また、特許文献に比較して、電力の伝送距離を伸ばすことができる。さらに、第３実施形態では、第１実施形態に比較すると、板状の電極を用いるようにしたことから、放熱性を高めることができるので、大電力の伝送が可能になる。
【００７７】
（Ｅ）第４実施形態の説明
つぎに、本発明の第４実施形態について説明する。図６３は、本発明の第４実施形態の構成例を示す図である。この図６３に示すように、第４実施形態では、図３５に示す第２実施形態の送電用カプラ５１０を遮蔽ボックス８１０に収容するとともに、受電用カプラ５２０を遮蔽ボックス８２０に収容する構成を有している。ここで、遮蔽ボックス８１０は、導電性の板状部材によって構成され、Ｘ方向の長さがＬｘであり、Ｙ方向の長さがＬｙであり、および、Ｚ方向の長さがＬｚとされている。遮蔽ボックス８１０の上面部には、送電用カプラ５１０が配置されている。遮蔽ボックス８２０も同様に、導電性の板状部材によって構成され、Ｘ方向の長さがＬｘであり、Ｙ方向の長さがＬｙであり、および、Ｚ方向の長さがＬｚとされている。遮蔽ボックス８２０の下面部には、受電用カプラ５２０が配置されている。このように、送電用カプラ５１０および受電用カプラ５２０を遮蔽ボックス８１０，８２０内に収容することで、カプラの周辺に存在する物体による影響を低減することができる。このため、電力伝送システムの設置時における自由度を高めるとともに、周辺に存在する物体による影響を低減し、伝送効率の低下を防ぐことができる。
【００７８】
図６４は図６３に示す第４実施形態の伝送効率の周波数特性を示す図である。なお、この図では、送電用カプラ５１０および受電用カプラ５２０は、第２実施形態の場合と同様の構成およびサイズとされている。また、遮蔽ボックス８１０，８２０のサイズは、Ｌｘ＝４７０ｍｍ、Ｌｙ＝４７０ｍｍ、Ｌｚ＝１３３ｍｍ、および、ｄ２＝２００ｍｍとされている。このような設定の場合、周波数２５．７ＭＨｚにおいて伝送効率η２１＝９５％を有している。
【００７９】
図６５〜図６９は、図６３に示す第４実施形態に交流電圧を印加した場合における１周期の電界の時間的を示す図である。図６５は、交流電力の位相が０度の場合の電界分布を示し、図６６〜図６９は、４５度、９０度、１３５度、および、１８０度の電界分布をそれぞれ示している。これらの図６５〜図６９に示すように、図６３に示す送電用カプラ５１０と受電用カプラ５２０の間に生じる電界は、時間の経過とともにその方向が変化する。より具体的には、電界強度が高い色の濃い部分が時間の経過とともに、Ｚ軸を中心として回転していることが分かる。つまり、図６３に示す第４実施形態では、送電用カプラ５１０と受電用カプラ５２０の間に生じる電界は、交流電力の周波数に応じて回転する電界となる。また、第４実施形態では、第２実施形態と比較すると、電界の範囲が狭くなっていることから、電極の周辺に配置される物体の影響をより少なくすることができる。
【００８０】
以上に説明したように、第４実施形態によれば、第２実施形態と同様の効果を期待することができるとともに、遮蔽ボックス８１０，８２０を用いることで、電極の周辺に存在する物体の影響を少なくすることができる。このため、電極の配置の自由度を高めることができる。
【００８１】
（Ｆ）第５実施形態の説明
つぎに、本発明の第５実施形態について説明する。図７０は、本発明の第５実施形態の構成例を示す図である。この図７０に示すように、第５実施形態では、図５４に示す第３実施形態の送電用カプラ６１０を遮蔽ボックス８１０に収容するとともに、受電用カプラ６２０を遮蔽ボックス８２０に収容する構成を有している。ここで、遮蔽ボックス８１０は、導電性の板状部材によって構成され、Ｘ方向の長さがＬｘであり、Ｙ方向の長さがＬｙであり、および、Ｚ方向の長さがＬｚとされている。遮蔽ボックス８１０の上面部には、送電用カプラ６１０が配置されている。遮蔽ボックス８２０も同様に、導電性の板状部材によって構成され、Ｘ方向の長さがＬｘであり、Ｙ方向の長さがＬｙであり、および、Ｚ方向の長さがＬｚとされている。遮蔽ボックス８２０の下面部には、受電用カプラ６２０が配置されている。このように、送電用カプラ６１０および受電用カプラ６２０を遮蔽ボックス８１０，８２０内に収容することで、前述したように、カプラの周辺に存在する物体による影響を低減することができる。このため、電力伝送システムの設置時における自由度を高めるとともに、周辺に存在する物体による影響を低減し、伝送効率の低下を防ぐことができる。
【００８２】
図７１は図７０に示す第５実施形態の伝送効率の周波数特性を示す図である。なお、この図では、送電用カプラ６１０および受電用カプラ６２０は、第３実施形態の場合と同様の構成およびサイズとされている。また、遮蔽ボックス８１０，８２０のサイズは、Ｌｘ＝４７０ｍｍ、Ｌｙ＝４７０ｍｍ、Ｌｚ＝１３３ｍｍ、および、ｄ２＝１８０ｍｍとされている。このような設定の場合、周波数２６．８５ＭＨｚにおいて伝送効率η２１＝８８％を有している。
【００８３】
図７２〜図７６は、図７０に示す第５実施形態に交流電圧を印加した場合における１周期の電界の時間的を示す図である。図７２は、交流電力の位相が０度の場合の電界分布を示し、図７３〜図７６は、４５度、９０度、１３５度、および、１８０度の電界分布をそれぞれ示している。これらの図７２〜図７６に示すように、図７０に示す送電用カプラ６１０と受電用カプラ６２０の間に生じる電界は、時間の経過とともにその方向が変化する。より具体的には、電界強度が高い色の濃い部分が時間の経過とともに、Ｚ軸を中心として回転していることが分かる。つまり、図７０に示す第４実施形態では、送電用カプラ６１０と受電用カプラ６２０の間に生じる電界は、交流電力の周波数に応じて回転する電界となる。また、第５実施形態では、第２実施形態と比較すると、電界の範囲が狭くなっていることから、電極の周辺に配置される物体の影響をより少なくすることができる。
【００８４】
以上に説明したように、第５実施形態によれば、第３実施形態と同様の効果を期待することができるとともに、遮蔽ボックス８１０，８２０を用いることで、電極の周辺に存在する物体の影響を少なくすることができる。このため、電極の配置の自由度を高めることができる。
【００８５】
（Ｇ）第６実施形態の説明
つぎに、本発明の第６実施形態について説明する。図７７は、本発明の第６実施形態の構成例を示す図である。この図７７に示すように、第６実施形態では、図３５に示す第２実施形態の送電用カプラ５１０と受電用カプラ５２０の間に、中継用カプラ９００が配置されている。これ以外の構成は、図３５の場合と同様である。ここで、中継用カプラ９００は、送電用カプラ５１０および受電用カプラ５２０と同様の形状およびサイズの電極９０１、９０２、９０５、９０６を有する。電極９０１、９０２が第５組電極を、電極９０５、９０６が第６組電極を構成する。図３５に示すインダクタ９０３の一端は電極９０１に接続され、他端はインダクタ９０４の他端に接続されている。インダクタ９０４の一端は電極９０２に接続され、他端はインダクタ９０３の他端に接続されている。インダクタ９０７の一端は電極９０５に接続され、他端はインダクタ９０８の他端に接続されている。インダクタ９０８の一端は電極９０６に接続され、他端はインダクタ９０７の他端に接続されている。すなわち、第６実施形態では、インダクタ９０３，９０４は相互に接続されており、また、インダクタ９０７，９０８は相互に接続されている。なお、図７７では、２つのインダクタ９０３，９０４を用いるようにしたが、これらを１つのインダクタとしてもよい。インダクタ９０７，９０８についても同様である。
【００８６】
図７８は、図７７に示す第６実施形態の伝送効率η２１の周波数特性を示す図である。なお、この図の例では、送電用カプラ５１０および受電用カプラ５２０は、第２実施形態の場合と同様のサイズとされている。また、中継用カプラ９００も送電用カプラ５１０および受電用カプラ５２０と同様のサイズとされている。また、ｄ２＝２６６ｍｍとされ、送電用カプラ５１０および受電用カプラ５２０の間の距離（＝ｄ２×２）は、中継用カプラ９００を用いない場合の２倍の距離に設定されている。このような設定の場合、周波数２７．１２ＭＨｚにおいて伝送効率η２１＝９１％を有している。
【００８７】
図７９〜図８３は、図７７に示す第６実施形態に交流電圧を印加した場合における１周期の電界の時間的を示す図である。図７９は、交流電力の位相が０度の場合の電界分布を示し、図８０〜図８３は、４５度、９０度、１３５度、および、１８０度の電界分布をそれぞれ示している。これらの図７９〜図８３に示すように、図７７に示す送電用カプラ５１０と受電用カプラ５２０の間に生じる電界は、時間の経過とともにその方向が変化する。より具体的には、電界強度が高い色の濃い部分が時間の経過とともに、Ｚ軸を中心として回転していることが分かる。つまり、図７７に示す第６実施形態では、送電用カプラ５１０と受電用カプラ５２０の間に生じる電界は、交流電力の周波数に応じて回転する電界となる。また、送電用カプラ５１０と中継用カプラ９００の間の電界と、受電用カプラ５２０と中継用カプラ９００の間の電界とは、位相が９０度ずれていることが分かる。
【００８８】
以上に説明したように、第６実施形態では、第２実施形態と同様の効果を得ることができるだけでなく、中継用カプラ９００を用いることで、伝送効率η２１を低減することなく、電力を伝送する距離を伸ばすことが可能になる。
【００８９】
（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、以上の各実施形態では、送電用カプラ、受電用カプラ、および、中継用カプラの各電極が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。
【００９０】
また、以上の各実施形態では、送電用カプラに給電する電力の位相差を９０度に設定するとともに、受電用カプラによって受電された９０度の位相差を有する電力の位相差を０度にするために、図１８に示す理想的な分配回路を用いるようにしたが、例えば、接続線の電気長によって位相差を調整するようにしてもよい。具体的には、例えば、電気長が１／４λ異なる接続線を用いることで、位相差を調整することができる。
【００９１】
図８４は分配器の他の構成例であり、交流電力発生部１７から出力される電力を分配するとともに、位相をシフトして図１７に示す送電用カプラ３１０に供給する電力分配部の詳細な構成例を示している。図８４に示す構成例では、インダクタＬｃとキャパシタＣａ，Ｃｂがπ型に接続された回路のＰｏｒｔ１側に交流電力発生部１７が接続され、Ｐｏｒｔ２側にインダクタ３１３，３１４が接続される。また、インダクタＬｄとキャパシタＣｃ，Ｃｄがπ型に接続された回路のＰｏｒｔ４側にダミー抵抗Ｚ０が接続され、Ｐｏｒｔ３側にインダクタ３１７，３１８が接続される。さらに、キャパシタＣａとインダクタＬｃの接続部分はインダクタＬａを介してキャパシタＣｃとインダクタＬｄの接続部分に接続され、キャパシタＣｂとインダクタＬｃの接続部分はインダクタＬｂを介してキャパシタＣｄとインダクタＬｄの接続部分に接続されている。図８４の下に示す表には、使用されている素子の素子値の一例を示している。この例では、設計周波数ｆは２７．１２ＭＨｚとされ、インピーダンスＺ０は５０Ωとされ、キャパシタＣａ，Ｃｂ，Ｃｃ，Ｃｄは全て２８３ｐＦとされ、インダクタＬａ，Ｌｂはともに２９３ｎＨとされ、インダクタＬｃ，Ｌｄはともに２０７ｎＨとされている。
【００９２】
図８５および図８６は図８４に示す電力分配部のＳパラメータの周波数特性を示す図である。図８６は、Ｓ１１，Ｓ２１，Ｓ３１の位相特性を示している。ここで、Ｓ１１はＰｏｒｔ１の反射損失を示し、Ｓ２１はＰｏｒｔ１からＰｏｒｔ２への挿入損失を示し、Ｓ３１はＰｏｒｔ１からＰｏｒｔ３への挿入損失を示している。図８５に示すように、一点鎖線で示すＳ２１と、破線で示すＳ３１を比較すると、伝送しようとする電力の周波数ｆ（＝２７．１２ＭＨｚ）において、位相差が略９０度となっている。図８６は、Ｓ１１，Ｓ２１，Ｓ３１の振幅特性を示している。図８６に示すように、一点鎖線で示すＳ２１と、破線で示すＳ３１を比較すると、伝送しようとする電力の周波数ｆ（＝２７．１２ＭＨｚ）において、振幅は略同じ（等振幅）となっている。このため、交流電力発生部１７からＰｏｒｔ１に供給される電力は、振幅が等しく、また、位相差が９０度の電力として、インダクタ３１３，３１４およびインダクタ３１７，３１８に供給される。
【００９３】
図１７に示す受信用カプラ３２０に対しても、図８４と同様の構成を有する電力合成部が接続される。すなわち、電力合成部は、図８４に示すＰｏｒｔ１には交流電力発生部１７の代わりに負荷２７が接続され、Ｐｏｒｔ２にはインダクタ３２３，３２４が接続され、Ｐｏｒｔ３にはインダクタ３２７，３２８が接続される。電極３２１，３２２および電極３２５，３２６によって受電された電力は、９０度の位相差を有しているが、電力合成部によって位相差が０に調整された後に合成され、負荷２７に供給される。
【００９４】
本実施形態の動作については理想的な分配回路を適用した場合と同様である。但し等分配、９０度位相差で動作する帯域が限られるため、所定の動作周波数に合わせてキャパシタンス、インダクタンス等のパラメータ設計を行うのが望ましい。
【００９５】
また、以上の各実施形態では、電極の形状は円筒型または三角形としているが、これ以外の形状としてもよい。例えば、多角形、円形、または、楕円形状であってもよい。あるいは、平板形状ではなく、湾曲したり、屈曲したりした形状であってもよいし、球形等の立体形状であってもよい。
【００９６】
また、図７７に示す第６実施形態では、第２実施形態の送電用カプラ、受電用カプラ、および、これらと同じ形状を有する中継用カプラを用いるようにしたが、例えば、図５４に示す第３実施形態と同じ形状を有する送電用カプラ、受電用カプラ、および、中継用カプラを用いるようにしてもよい。
【００９７】
また、以上の各実施形態では、電極間の位相差は９０度となるように設定したが、回転する電界が発生すればよいことから、９０度以外の位相差であってもよい。また、以上の各実施形態では、電力は２等分するようにしたが、多少の差があってもよい。
【００９８】
また、以上の各実施形態では、インダクタは電極と接続線の間に１つずつ合計２つ挿入するようにしたが、電極と接続線の少なくとも一方に挿入するようにすればよい。
【００９９】
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。
【符号の説明】
【０１００】
１  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
１１０，２１０，３１０，４１０，５１０，６１０  送電用カプラ
１１１，１１２，３１１，３１２，３１５，３１６，３２１，３２２，３２５，３２６，５１１，５１２，５１５，５１６，５２１，５２２，５２５，５２６  電極
１１３，１１４，３１３，３１４，３１７，３１８，３２３，３２４，３２７，３２８，５１３，５１４，５１７，５１８，５２３，５２４，５２７，５２８  インダクタ
１１５，１１６，１２５，１２６，７１３，７１４，７１７，７１８，７２３，７２４，７２７，７２８  接続線
１１８，１２８  回路基板
１２０，２２０，３２０，４２０，５２０，６２０  受電用カプラ
７１１，７１２，７１５，７１６，７２１，７２２，７２５，７２６  サブ電極
８１０，８２０  遮蔽ボックス
９００  中継用カプラ
【図１】
2015177651.tif 000003
【図２】
2015177651.tif 000004
【図３】
2015177651.tif 000005
【図４】
2015177651.tif 000006
【図５】
2015177651.tif 000007
【図６】
2015177651.tif 000008
【図７】
2015177651.tif 000009
【図８】
2015177651.tif 000010
【図９】
2015177651.tif 000011
【図１０】
2015177651.tif 000012
【図１１】
2015177651.tif 000013
【図１２】
2015177651.tif 000014
【図１３】
2015177651.tif 000015
【図１４】
2015177651.tif 000016
【図１５】
2015177651.tif 000017
【図１６】
2015177651.tif 000018
【図１７】
2015177651.tif 000019
【図１８】
2015177651.tif 000020
【図１９】
2015177651.tif 000021
【図２０】
2015177651.tif 000022
【図２１】
2015177651.tif 000023
【図２２】
2015177651.tif 000024
【図２３】
2015177651.tif 000025
【図２４】
2015177651.tif 000026
【図２５】
2015177651.tif 000027
【図２６】
2015177651.tif 000028
【図２７】
2015177651.tif 000029
【図２８】
2015177651.tif 000030
【図２９】
2015177651.tif 000031
【図３０】
2015177651.tif 000032
【図３１】
2015177651.tif 000033
【図３２】
2015177651.tif 000034
【図３３】
2015177651.tif 000035
【図３４】
2015177651.tif 000036
【図３５】
2015177651.tif 000037
【図３６】
2015177651.tif 000038
【図３７】
2015177651.tif 000039
【図３８】
2015177651.tif 000040
【図３９】
2015177651.tif 000041
【図４０】
2015177651.tif 000042
【図４１】
2015177651.tif 000043
【図４２】
2015177651.tif 000044
【図４３】
2015177651.tif 000045
【図４４】
2015177651.tif 000046
【図４５】
2015177651.tif 000047
【図４６】
2015177651.tif 000048
【図４７】
2015177651.tif 000049
【図４８】
2015177651.tif 000050
【図４９】
2015177651.tif 000051
【図５０】
2015177651.tif 000052
【図５１】
2015177651.tif 000053
【図５２】
2015177651.tif 000054
【図５３】
2015177651.tif 000055
【図５４】
2015177651.tif 000056
【図５５】
2015177651.tif 000057
【図５６】
2015177651.tif 000058
【図５７】
2015177651.tif 000059
【図５８】
2015177651.tif 000060
【図５９】
2015177651.tif 000061
【図６０】
2015177651.tif 000062
【図６１】
2015177651.tif 000063
【図６２】
2015177651.tif 000064
【図６３】
2015177651.tif 000065
【図６４】
2015177651.tif 000066
【図６５】
2015177651.tif 000067
【図６６】
2015177651.tif 000068
【図６７】
2015177651.tif 000069
【図６８】
2015177651.tif 000070
【図６９】
2015177651.tif 000071
【図７０】
2015177651.tif 000072
【図７１】
2015177651.tif 000073
【図７２】
2015177651.tif 000074
【図７３】
2015177651.tif 000075
【図７４】
2015177651.tif 000076
【図７５】
2015177651.tif 000077
【図７６】
2015177651.tif 000078
【図７７】
2015177651.tif 000079
【図７８】
2015177651.tif 000080
【図７９】
2015177651.tif 000081
【図８０】
2015177651.tif 000082
【図８１】
2015177651.tif 000083
【図８２】
2015177651.tif 000084
【図８３】
2015177651.tif 000085
【図８４】
2015177651.tif 000086
【図８５】
2015177651.tif 000087
【図８６】
2015177651.tif 000088