(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、
前記送電装置は、
外部の直流電源の直流電力を交流電力に変換する送電回路と、
前記送電回路と接続される第１のコイルと、
前記第１のコイルと誘導結合する第２のコイルと、
前記第２のコイルと接続され、前記交流電力を送電する２つの送電電極と、を含み、
前記受電装置は、
前記２つの送電電極と対向して配置され、前記２つの送電電極と容量結合し、前記送電された交流電力を非接触で受電する２つの受電電極と、
前記２つの受電電極と接続される第３のコイルと、
前記第３のコイルと誘導結合する第４のコイルと、
前記第４のコイルと接続され、前記受電した交流電力を直流電力に変換する受電回路と、を含み、
ｉ）前記第１のコイルと、前記第１のコイルと前記送電回路との間に配置された第１のキャパシタとを含む送電側直列共振回路と、
ｉｉ）前記第２のコイルと、前記第２のコイルと前記２つの送電電極との間に配置された第２のキャパシタとを含む送電側並列共振回路との組み合わせ、および、
ｉ）前記第３のコイルと、前記第３のコイルと前記２つの受電電極との間に配置された第３のキャパシタとを含む受電側並列共振回路と、
ｉｉ）前記第４のコイルと、前記第４のコイルと前記受電回路との間に配置された第４のキャパシタとを含む受電側直列共振回路との組み合わせを有する、
無線電力伝送システム。
【請求項２】
前記２つの送電電極と、前記２つの送電電極と対向して配置された前記２つの受電電極との間に空隙を有する、
請求項１に記載の無線電力伝送システム。
【請求項３】
前記交流電力の角周波数をω、前記第２のコイルのインダクタンス値をＬ２、前記２つの送電電極と前記２つの受電電極との間のキャパシタンス値をＣとするとき、以下（１）式を満たす、
ωＬ２＜１／（ωＣ）  （１）
請求項１または２に記載の無線電力伝送システム。
【請求項４】
前記交流電力の角周波数をω、前記第２のコイルのインダクタンス値をＬ２、前記２つの送電電極と前記２つの受電電極との間のキャパシタンス値をＣとするとき、以下（２）式を満たす、
１０ωＬ２＜１／（ωＣ）  （２）
請求項１または２に記載の無線電力伝送システム。
【請求項５】
前記第１のコイルのインダクタンス値をＬ１、前記第２のコイルのインダクタンス値をＬ２とするとき、前記インダクタンス値Ｌ１に対する前記インダクタンス値Ｌ２の比であるインダクタンス比Ｎ（＝Ｌ２/Ｌ１）が、
１＜Ｎ＜１５  を満たす、
請求項１〜４のいずれか１項に記載の無線電力伝送システム。
【請求項６】
前記第１のコイルのインダクタンス値をＬ１、前記第２のコイルのインダクタンス値をＬ２とするとき、前記インダクタンス値Ｌ１に対する前記インダクタンス値Ｌ２の比であるインダクタンス比Ｎ（＝Ｌ２/Ｌ１）が、
３＜Ｎ＜８  を満たす、
請求項１〜５のいずれか１項に記載の無線電力伝送システム。
【請求項７】
前記第３のコイルのインダクタンス値をＬ３、前記第４のコイルのインダクタンス値をＬ４とするとき、前記インダクタンス値Ｌ４に対する前記インダクタンス値Ｌ３の比であるインダクタンス比Ｎ（＝Ｌ３/Ｌ４）が、
１＜Ｎ＜１５  を満たす、
請求項１〜６のいずれか１項に記載の無線電力伝送システム。
【請求項８】
前記第３のコイルのインダクタンス値をＬ３、前記第４のコイルのインダクタンス値をＬ４とするとき、前記インダクタンス値Ｌ４に対する前記インダクタンス値Ｌ３の比であるインダクタンス比Ｎ（＝Ｌ３/Ｌ４）が、
３＜Ｎ＜８  を満たす、
請求項１〜６のいずれか１項に記載の無線電力伝送システム。
【請求項９】
請求項１から８のいずれかに記載の無線電力伝送システムにおいて用いられる送電装置。
【請求項１０】
前記２つの送電電極と、前記２つの送電電極と対向して配置された前記２つの受電電極との間に空隙を有する、
請求項９に記載の送電装置。
【請求項１１】
前記交流電力の角速度をω、前記第２のコイルのインダクタンス値をＬ２、前記２つの送電電極と前記２つの受電電極との間のキャパシタンス値をＣとするとき、以下（３）式を満たす、
ωＬ２＜１／（ωＣ）  （３）
請求項９または１０に記載の送電装置。
【請求項１２】
前記交流電力の角速度をω、前記第２のコイルのインダクタンス値をＬ２、前記２つの送電電極と２つの受電電極との間のキャパシタンス値をＣとするとき、以下（４）式を満たす、
１０ωＬ２＜１／（ωＣ）  （４）
請求項９または１０に記載の送電装置。
【請求項１３】
前記第１のコイルのインダクタンス値をＬ１、前記第２のコイルのインダクタンス値をＬ２とするとき、前記インダクタンス値Ｌ１に対する前記インダクタンス値Ｌ２の比であるインダクタンス比Ｎ（＝Ｌ２/Ｌ１）が、
１＜Ｎ＜１５  を満たす、
請求項９〜１２のいずれか１項に記載の送電装置。
【請求項１４】
前記第１のコイルのインダクタンス値をＬ１、前記第２のコイルのインダクタンス値をＬ２とするとき、前記インダクタンス値Ｌ１に対する前記インダクタンス値Ｌ２の比であるインダクタンス比Ｎ（＝Ｌ２/Ｌ１）が、
３＜Ｎ＜８  を満たす、
請求項９〜１２のいずれか１項に記載の送電装置。
【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無線電力伝送システムおよび送電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話機や電気自動車などの移動性を伴う機器に、無線（非接触）で電力を伝送する無線（非接触）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、電界結合方式は、一対の送電電極と一対の受電電極とを対向させ、一対の送電電極に交流電力を供給することにより、受電電極側へ電力を非接触で伝送することができる。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負荷（例えば可動ロボット等）に電力を伝送する用途で好適に用いられ得る。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２０１０−１９３６９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
かかる従来技術では、送電電極と受電電極とが近接している場合や、それらの間に比誘電率の高い誘電体が設けられている場合には、高効率の非接触電力伝送が可能である。しかし、送電電極と受電電極との間の距離が長い場合や、比誘電率の高い誘電体が設けられていない場合には、高い効率で電力を伝送できなかった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本開示の一態様に係る無線電力伝送システムは、
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、
前記送電装置は、
外部の直流電源の直流電力を交流電力に変換する送電回路と、
前記送電回路と接続される第１のコイルと、
前記第１のコイルと誘導結合する第２のコイルと、
前記第２のコイルと接続され、前記交流電力を送電する２つの送電電極と、を含み、
前記受電装置は、
前記２つの送電電極と対向して配置され、前記２つの送電電極と容量結合し、前記送電された交流電力を非接触で受電する２つの受電電極と、
前記２つの受電電極と接続される第３のコイルと、
前記第３のコイルと誘導結合する第４のコイルと、
前記第４のコイルと接続され、前記受電した交流電力を直流電力に変換する受電回路と、を含み、
ｉ）前記第１のコイルと、前記第１のコイルと前記送電回路との間に配置された第１のキャパシタとを含む送電側直列共振回路と、
ｉｉ）前記第２のコイルと、前記第２のコイルと前記２つの送電電極との間に配置された第２のキャパシタとを含む送電側並列共振回路との組み合わせ、および、
ｉ）前記第３のコイルと、前記第３のコイルと前記２つの受電電極との間に配置された第３のキャパシタとを含む受電側並列共振回路と、
ｉｉ）前記第４のコイルと、前記第４のコイルと前記受電回路との間に配置された第４のキャパシタとを含む受電側直列共振回路と、の組み合わせの少なくとも一方の組み合わせを有する。
【０００６】
これら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な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、送電電極と受電電極との間の距離が長い場合や、比誘電率の高い誘電体が設けられていない場合であっても、従来よりも高い効率で電力を伝送することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施形態１におけ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】実施形態１の無線電力伝送システムの概略構成を示すブロック図である。
【図３】実施形態１の無線電力伝送システムの概略構成を示す回路図である。
【図４】送電回路１１０の構成例を模式的に示す図である。
【図５】受電回路２１０の構成例を模式的に示す図である。
【図６】実施形態２の無線電力伝送システムの概略構成を示す回路図である。
【図７】実施形態３の無線電力伝送システムの概略構成を示す回路図である。
【図８】実施形態４の無線電力伝送システムの概略構成を示す回路図である。
【図９】実施形態５の無線電力伝送システムの概略構成を示す回路図である。
【図１０】実施例および比較例における一対の送電電極１２０と一対の受電電極２２０との配置関係を模式的に示す図である。
【図１１】送電電極１２０および受電電極２２０の等価回路を示す図である。
【図１２】整合トランスにおけるインダクタンス比ＮとＱ値との関係を示すグラフである。
【図１３】特許文献１に開示された電力供給システムに類似する無線電力伝送システムの回路構成例（比較例）を示す図である。
【図１４Ａ】図１３に示す構成における各部のインピーダンスの関係を示す図である。
【図１４Ｂ】図１３に示す構成から誘電体３２０を除去し、電極間の距離を長くした場合における各部のインピーダンスの関係を示す図である。
【図１５Ａ】従来の構成における送電装置１００における共振器構成を示す図である。
【図１５Ｂ】図１５Ａに示す構成における電源側（図の左側）の共振回路を、直列共振回路に置換した構成を示す図である。
【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１３は、特許文献１に開示された電力供給システムに類似する無線電力伝送システムの回路構成例（比較例）を示す図である。このシステムは、電力を伝送する送電装置１００と、伝送された電力を受け取る受電装置２００とを備える。送電装置１００が備える２つの送電電極１２０と、受電装置２００が備える２つの受電電極２２０との間で、電力が非接触で伝送される。
【００１２】
送電装置１００は、外部の直流電源３１０から供給された直流電力を交流電力に変換して出力する送電回路１１０と、送電回路１１０に接続された第１並列共振回路１３０と、第１並列共振回路１３０に磁気的に結合する第２並列共振回路１４０と、第２並列共振回路１４０に接続された２つの送電電極１２０とを備えている。第１並列共振回路１３０は、コイルＬ１とキャパシタＣ１とが並列に接続された構成を有する。第２並列共振回路１４０は、コイルＬ２とキャパシタＣ２とが並列に接続された構成を有する。コイルＬ１とコイルＬ２とは、結合係数ｋ１で結合する変圧器を構成する。コイルＬ１とコイルＬ２との巻数比（１：Ｎ１）は、所望の変圧比を実現する値に設定されている。
【００１３】
受電装置２００は、一対の送電電極１２０から伝送された交流電力を受け取る一対の受電電極２２０と、一対の受電電極２２０に接続された第３並列共振回路２３０と、第３並列共振回路２３０に磁気的に結合する第４並列共振回路２４０と、第４並列共振回路２４０から出力された交流電力を直流電力に変換して負荷３３０に供給する受電回路２１０とを備えている。第３並列共振回路２３０は、コイルＬ３とキャパシタＣ３とが並列に接続された構成を有する。第４並列共振回路２４０は、コイルＬ４とキャパシタＣ４とが並列に接続された構成を有する。コイルＬ３とコイルＬ４とは、結合係数ｋ２で結合する変圧器を構成する。コイルＬ３とコイルＬ４との巻数比（Ｎ２：１）は、所望の変圧比を実現する値に設定されている。
【００１４】
４つの並列共振回路１３０、１４０、２３０、２４０の共振周波数は一致しており、送電回路１１０は、その共振周波数に等しい周波数の交流電力を出力する。これにより、各並列共振回路は、電力伝送時に共振状態になり、非常に高いインピーダンスをもつことになる。
【００１５】
送電電極１２０と受電電極２２０とは、互いに近接して対向するように配置される。送電電極１２０と受電電極２２０との間には、比誘電率の高い誘電体３２０（例えば床面）が設けられる。従来技術では、このような構成により、２つの送電電極１２０と２つの受電電極２２０との間のキャパシタンスＣｍ１、Ｃｍ２を極力高い状態にして電力が伝送される。その理由は、送電電極１２０と受電電極２２０との相対位置がずれたとしても、安定して電力を伝送できるようにするためである。キャパシタンスＣｍ１、Ｃｍ２をできる限り大きくすることにより、電極１２０、２２０のインピーダンスが、共振時の並列共振回路２３０、２４０のインピーダンスよりも遥かに小さくなる。その結果、送電電極１２０と受電電極２２０との相対位置のずれが生じてキャパシタンスＣｍ１、Ｃｍ２が変動した場合でも、負荷３３０に与えられる電圧の変動を小さくすることができる。
【００１６】
以上のように、特許文献１の構成では、電極のインピーダンスを小さくするために、キャパシタンスＣｍ１、Ｃｍ２を大きくする必要がある。そのために、電極間の距離をできる限り小さくし、かつ、電極間に誘電率の高い誘電体３２０が配置される。
【００１７】
しかし、そのような構成では、送電装置１００および受電装置２００の相互の配置関係に制約が生じる。幅広い用途に応用できるようにするためには、電極間に誘電体を設けずに空隙（air gap）にした場合や、電極間の距離が比較的長い場合（例えば、１０ｍｍ〜数十ｍｍ）であっても高い伝送効率を維持できることが望まれる。
【００１８】
本願発明者らは、図１３に示す構成において、誘電体３２０を除去したり、電極間の距離を大きくしたりした場合には、電極間のインピーダンスが高くなり、インピーダンス整合が困難になることを見出した。以下、図１４Ａおよび図１４Ｂを参照しながら、この問題を説明する。
【００１９】
図１４Ａは、図１３に示す構成における各部のインピーダンスの関係を示している。図１４Ｂは、図１３に示す構成から誘電体３２０を除去し、電極間の距離を長くした場合における各部のインピーダンスの関係を示している。図１４Ａに示すように、電極間に誘電体３２０が存在し、かつ、電極間の距離が短い場合、電極間のインピーダンスは、例えば数Ω程度の小さい値になる。この場合、送電回路１１０のインピーダンスＺ１と送電電極１２０のインピーダンスＺ２とを整合させることは比較的容易である。同様に、受電電極２２０のインピーダンスＺ３と負荷側のインピーダンスＺ４とを整合させることは比較的容易である。
【００２０】
しかし、図１４Ｂに示すように、誘電体３２０を除去し、かつ、電極間の間隔を、例えば１０ｍｍ程度に広くした場合、キャパシタンスが非常に小さくなる。インピーダンスＺとキャパシタンスＣとの間には、伝送される交流電力の角周波数をωとして、Ｚ＝１／（ωＣ）の関係がある。このため、キャパシタンスが非常に小さくなると、電極間のインピーダンスは非常に大きい値（例えば数ｋΩ）になる。この場合、送電回路１１０のインピーダンスＺ１および受電回路のインピーダンスＺ４（例えば数Ω）に比べて電極側のインピーダンスＺ２およびＺ３が大きくなりすぎるため、整合が困難になる。その結果、電力伝送効率を高くすることができない。
【００２１】
上記の問題は、図１３に示す構成において、送電装置１００および受電装置２００の両方が、２つの並列共振回路の組み合わせを有することに起因している。本願発明者らは、送電装置１００および受電装置２００の少なくとも一方における２つの共振回路を、直列共振回路と並列共振回路との組み合わせにすることにより、上記の問題を解決できることを見出した。以下、図１５Ａおよび図１５Ｂを参照しながら、この点を説明する。
【００２２】
図１５Ａは、従来の構成における送電装置１００における共振器構成を示している。図１５Ｂは、図１５Ａに示す構成における電源側（図の左側）の並列共振回路を直列共振回路に置換した構成を示している。図１５Ａに示す従来の構成では、電源側および電極側（図の右側）の両方の共振器が並列共振回路であるため、共振時（即ち、周波数ｆが共振周波数ｆ０に一致する時）のインピーダンスが両共振器ともに無限大になる。このため、電源側の低いインピーダンスと電極側の高いインピーダンスとを整合させることは困難である。
【００２３】
一方、図１５Ｂに示す構成では、電源側の共振回路を直列共振回路にすることにより、電源側の低いインピーダンスと、電極側の高いインピーダンスとを整合させることができる。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１５Ｂ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。
【００２４】
上記のことは、送電装置１００に限らず、受電装置２００についても同様に成立する。すなわち、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好適に実現することができる。
【００２５】
以上の考察により、本発明者らは、以下に説明する本開示の各態様を想到するに至った。
【００２６】
本開示の一態様に係る無線電力伝送システムは、
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、
前記送電装置は、
外部の直流電源の直流電力を交流電力に変換する送電回路と、
前記送電回路と接続される第１のコイルと、
前記第１のコイルと誘導結合する第２のコイルと、
前記第２のコイルと接続され、前記交流電力を送電する２つの送電電極と、を含み、
前記受電装置は、
前記２つの送電電極と対向して配置され、前記２つの送電電極と容量結合し、前記送電された交流電力を非接触で受電する２つの受電電極と、
前記２つの受電電極と接続される第３のコイルと、
前記第３のコイルと誘導結合する第４のコイルと、
前記第４のコイルと接続され、前記受電した交流電力を直流電力に変換する受電回路と、を含み、
ｉ）前記第１のコイルと、前記第１のコイルと前記送電回路との間に配置された第１のキャパシタとを含む送電側直列共振回路と、
ｉｉ）前記第２のコイルと、前記第２のコイルと前記２つの送電電極との間に配置された第２のキャパシタとを含む送電側並列共振回路との組み合わせ、および、
ｉ）前記第３のコイルと、前記第３のコイルと前記２つの受電電極との間に配置された第３のキャパシタとを含む受電側並列共振回路と、
ｉｉ）前記第４のコイルと、前記第４のコイルと前記受電回路との間に配置された第４のキャパシタとを含む受電側直列共振回路と、の組み合わせの少なくとも一方の組み合わせを有する。
【００２７】
上記態様によれば、無線電力伝送システムは、
ｉ）前記第１のコイルと、前記第１のコイルと前記送電回路との間に配置された第１のキャパシタとを含む送電側直列共振回路と、
ｉｉ）前記第２のコイルと、前記第２のコイルと前記２つの送電電極との間に配置された第２のキャパシタとを含む送電側並列共振回路との組み合わせ、および、
ｉ）前記第３のコイルと、前記第３のコイルと前記２つの受電電極との間に配置された第３のキャパシタとを含む受電側並列共振回路と、
ｉｉ）前記第４のコイルと、前記第４のコイルと前記受電回路との間に配置された第４のキャパシタとを含む受電側直列共振回路と、の組み合わせの少なくとも一方の組み合わせを有する。
【００２８】
これにより、送電装置および受電装置の少なくとも一方において、電極に近い側に並列共振回路が配置され、電極から遠い側に直列共振回路が配置されるため、電極間のインピーダンスが高い場合でも、インピーダンス整合を好適に実現することができる。
【００２９】
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や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のを避け、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。
【００３０】
（実施形態１）
まず、本開示の第１の実施形態を説明する。
【００３１】
図１は、本実施形態におけ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。この例では、床面３０の下に埋め込まれた一対の送電電極１２０を有する送電装置から、一対の受電電極を有する輸送ロボット１０に無線で電力が伝送される。本システムでは、既に説明した電界結合方式の無線電力伝送が行われる。一対の送電電極１２０は、床面３０に沿って平行に延びており、その上を、輸送ロボット１０が電力を受け取りながら物を搬送することができる。
【００３２】
図２は、本実施形態の無線電力伝送システムの概略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、輸送ロボット１０とを備える。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１２０と、送電回路１２０と接続される送電側直列共振回路１３０ｓと、送電側直列共振回路１３０ｓと誘導結合する送電側並列共振回路１４０ｐと、送電側並列共振回路１４０ｐと接続され、交流電力を送電する２つの送電電極１２０とを有する。輸送ロボット１０は、受電装置２００と、負荷３１０とを備える。受電装置２００は、２つの送電電極１２０と容量結合し、送電された交流電力を非接触で受電する２つの受電電極２２０と、２つの受電電極２２０と接続される受電側並列共振回路２３０ｐと、受電側並列共振回路２３０ｐと誘導結合する受電側直列共振回路２４０ｓと、受電側直列共振回路２４０ｓに接続され、受電し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。負荷３１０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。
【００３３】
図３は、本実施形態の無線電力伝送システムの概略構成を示す回路図である。図示されるように、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、結合係数ｋ１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（１：Ｎ１）は、所望の変圧比を実現する値に設定されている。
【００３４】
受電装置２００における並列共振回路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、結合係数ｋ２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（Ｎ２：１）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ている。
【００３５】
このように、本実施形態の無線電力伝送システムは、送電側直列共振回路１３０ｓと送電側並列共振回路１４０ｐとの組み合わせ、および、受電側並列共振回路２３０ｐと受電側並列共振回路２４０ｓとの組み合わせの両方を備えている。
【００３６】
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。
【００３７】
図４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（例えばＩＧＢＴまたはＭＯＳＦＥＴ等のトランジスタ）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。制御回路１１２は、各スイッチング素子のオン（導通）およびオフ（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マイクロコントローラ（マイコン）等のプロセッサとを有する。図示される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。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。
【００３８】
図５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が、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。受電側直列共振回路２４０ｓから出力される電圧・電流などを測定する各種センサを受電回路２１０中に含めてもよい。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
共振回路１３０ｓ、１４０ｐ、２３０ｐ、２４０ｓの共振周波数ｆ０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。なお、共振回路１３０ｓ、１４０ｐ、２３０ｐ、２４０ｓの各々の共振周波数ｆ０は、伝送周波数ｆ０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、より好ましくは２０ｋＨｚ〜１０ＧＨｚ、さらに好ましくは２０ｋＨｚ〜２０ＭＨｚ、さらに好ましくは２０ｋＨｚ〜１ＭＨｚに設定され得る。
【００４２】
本実施形態では、送電電極１２０と受電電極２２０との間は空隙であり、その距離は比較的長い（例えば、１０ｍｍ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、電極１２０、２２０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。このため、本実施形態では、電極１２０、２２０に近い側に並列共振回路１４０ｐ、２３０ｐが配置され、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。
【００４３】
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。その結果、後述するように、従来よりも高い効率で電力を伝送できる。
【００４４】
（実施形態２）
次に、本開示の第２の実施形態を説明する。
【００４５】
図６は、本実施形態の無線電力伝送システムの概略構成を示す回路図である。本実施形態では、受電装置２００が、実施形態１における受電側並列共振回路２３０ｐの代わりに、第３のコイルＬ３を有する回路２３０ｃを有している点で実施形態１と異なっている。ここで、第４のコイルＬ４のインダクタンス値Ｌ４は、第３のコイルＬ３のインダクタンス値Ｌ３よりも小さい。その他の点は、実施形態１と同じである。
【００４６】
すなわち、本実施形態における無線電力伝送システムでは、送電装置１００は、ｉ）第１のコイルと、第１のコイルと送電回路１１０との間に直列に配置された第１のキャパシタとを含む送電側直列共振回路１３０ｓと、ｉｉ）第２のコイルと、第２のコイルと２つの送電電極１２０との間に並列に配置された第２のキャパシタとを含む送電側並列共振回路１４０ｐと、の組み合わせを有している。一方、受電装置２００は、ｉ）インダクタンス値Ｌ３を有する第３のコイルと、ｉｉ）インダクタンス値Ｌ３よりも低いインダクタンス値Ｌ４を有する第４のコイルと、第４のコイルと受電回路２１０との間に配置された第４のキャパシタを含む受電側直列共振回路２４０ｓと、の組み合わせを有している。
【００４７】
本実施形態では、受電装置２００は直列共振回路と並列共振回路との組み合わせを有しないが、送電装置１００は当該組み合わせを有している。そのため、送電装置１００におけるインピーダンス整合を容易に行うことができる。よって、本実施形態の構成でも、後述するように、従来よりも高い伝送効率を実現し得る。
【００４８】
（実施形態３）
次に、本開示の第３の実施形態を説明する。
【００４９】
図７は、本実施形態の無線電力伝送システムの概略構成を示す回路図である。本実施形態では、送電装置１００が、実施形態１における送電側並列共振回路１４０ｐの代わりに、第２のコイルＬ２を有する回路１４０ｃを有している点で実施形態１と異なっている。ここで、第２のコイルＬ２のインダクタンス値Ｌ２は、第１のコイルＬ１のインダクタンス値Ｌ１よりも大きい。その他の点は、実施形態１と同じである。
【００５０】
すなわち、本実施形態における送電装置１００は、ｉ）インダクタンス値Ｌ１を有する第１のコイルと、第１のコイルと送電回路１１０との間に直列に配置された第１のキャパシタとを含む送電側直列共振回路１３０ｓと、ｉｉ）インダクタンス値Ｌ１よりも高いインダクタンス値Ｌ２を有する第２のコイルと、の組み合わせを有している。一方、受電装置２００は、ｉ）第３のコイルと、第３のコイルと２つの受電電極２２０との間に並列に配置された第３のキャパシタとを含む受電側並列共振回路２３０ｐと、ｉｉ）第４のコイルと、第４のコイルと受電回路２１０との間に直列に配置された第４のキャパシタとを含む受電側直列共振回路２４０ｓと、の組み合わせを有している。
【００５１】
本実施形態では、送電装置１００は直列共振回路と並列共振回路との組み合わせを有しないが、受電装置２００は当該組み合わせを有している。そのため、受電装置２００におけるインピーダンス整合を容易に行うことができる。よって、本実施形態の構成でも、後述するように、従来よりも高い伝送効率を実現し得る。
【００５２】
（実施形態４）
次に、本開示の第４の実施形態を説明する。
【００５３】
図８は、本実施形態の無線電力伝送システムの概略構成を示す回路図である。本実施形態では、送電装置１００が、実施形態１における送電側直列共振回路１３０ｐの代わりに、並列共振回路１３０ｐを有している点で実施形態１と異なっている。その他の点は、実施形態１と同じである。
【００５４】
本実施形態では、送電装置１００は直列共振回路と並列共振回路との組み合わせを有しないが、受電装置２００は当該組み合わせを有している。そのため、受電装置２００におけるインピーダンス整合を容易に行うことができる。よって、本実施形態の構成でも、後述するように、従来よりも高い伝送効率を実現し得る。
【００５５】
（実施形態５）
次に、本開示の第５の実施形態を説明する。
【００５６】
図９は、本実施形態の無線電力伝送システムの概略構成を示す回路図である。本実施形態では、受電装置２００が、実施形態１における受電側直列共振回路２３０ｓの代わりに、並列共振回路２３０ｐを有している点で実施形態１と異なっている。その他の点は、実施形態１と同じである。
【００５７】
本実施形態では、受電装置２００は直列共振回路と並列共振回路との組み合わせを有しないが、送電装置１００は当該組み合わせを有している。そのため、送電装置１００におけるインピーダンス整合を容易に行うことができる。よって、本実施形態の構成でも、後述するように、従来よりも高い伝送効率を実現し得る。
【００５８】
（実施例）
次に、本開示の実施例を説明する。
【００５９】
本発明者らは、実施形態１〜５の各構成を有する無線電力伝送システムの回路シミュレーションを行い、図１３に示す比較例の構成と比較することにより、本開示の実施形態の効果を検証した。
【００６０】
図１０は、本実施例および比較例における一対の送電電極１２０と一対の受電電極２２０との配置関係を模式的に示す図である。２つの送電電極１２０を、間隔１００ｍｍを隔てて平行に並べ、それらに対向するように２つの受電電極２２０を配置した。各送電電極１２０のサイズは１００ｍｍ2×１０００ｍｍ2とし、各受電電極２２０のサイズは１００×４００ｍｍ2とした。送電電極１２０と受電電極２２０との間の距離は１０ｍｍに設定した。
【００６１】
図１１は、送電電極１２０および受電電極２２０の等価回路を示す図である。２つの送電電極１２０と２つの受電電極２２０とによって構成される２つのコンデンサのキャパシタンスをＣｍ１、Ｃｍ２とする。また、２つの送電電極１２０間のキャパシタンスをＣ２２とし、２つの受電電極２２０間のキャパシタンスをＣ３３とする。本実施例および比較例では、Ｃｍ１＝Ｃｍ２＝９３．２ｐＦ、Ｃ２２＝４４．５ｐＦ、Ｃ３３＝９．８９ｐＦとした。このＣ２２あるいはＣ３３を利用して並列共振回路を構成したならば、Ｃ２あるいはＣ３は省略しても構わない。他のパラメータについては、第２のコイルのインダクタンス値Ｌ２と、第３のコイルのインダクタンス値Ｌ３とを、ともに１００μＨに設定した。直列共振回路と並列共振回路との組み合わせによって構成される整合トランスのＱ値は３００とした。ここで、第１のコイルのインダクタンス値Ｌ１に対する第２のコイルのインダクタンス値Ｌ２の比Ｌ２／Ｌ１を、インダクタンス比Ｎ１とする。同様に、第４のコイルのインダクタンス値Ｌ４に対する第３のコイルのインダクタンス値Ｌ３の比Ｌ３／Ｌ４を、インダクタンス比Ｎ２とする。インダクタンス比は、巻数比に一致する。伝送周波数ｆは、４８０ｋＨｚに設定した。
【００６２】
各コイルには、直径４０μｍの素線を３７５本縒ったリッツ線を用い、２層に巻いた直径８０ｍｍのスパイラルコイルを使用した。各コイルの上下２０ｍｍの位置に、磁気シールドを配置した。高インピーダンス側の第２コイルおよび第３コイルのインダクタンスＬ２、Ｌ３を１００μＨに固定し、低インピーダンス側の第１コイルおよび第４コイルのインダクタンスＬ１、Ｌ４の巻数を調整することによってインピーダンスができる限り整合するように調整した。
【００６３】
表１は、実施形態１〜５、および比較例の各々の構成におけるインダクタンス比（巻数比）Ｎ１、Ｎ２、結合係数ｋ１、ｋ２、および電力の伝送効率を示している。表２は、各構成におけるキャパシタのキャパシタンス値Ｃ１〜Ｃ４を示している。
【００６４】
【表１】
0006618006.tif 000002
【００６５】
【表２】
0006618006.tif 000003
【００６６】
表１、２に示す各パラメータは、それぞれの構成において、インピーダンスの不整合に伴う効率の低下を最小限にするように設定された。表１に示すように、直列共振回路および並列共振回路の組み合わせを少なくとも１つ有する実施形態１〜５の構成では、比較例の構成と比較して効率が向上することが確認された。なお、比較例の構成では、インピーダンスの不整合を最小限にするために、巻数比Ｎ１、Ｎ２を、２０という非常に大きい値に設定した。このような大きい巻数比は、Ｑ値の低下を招くため、通常は使用されない。通常使用される巻数比に設定した場合には、比較例の構成では、インピーダンスが整合せず、その結果、伝送効率が表１に示す値よりもさらに低くなる。
【００６７】
本開示の実施形態の効果は、２つの送電電極１２０と２つの受電電極２２０との間のインピーダンスが大きいほど顕著である。電極間のインピーダンスは、電極間のキャパシタンスをＣ、伝送される電力の角周波数をωとして、１／（ωＣ）で表される。ここで、電極間のキャパシタンスＣは、前述のキャパシタンスＣｍ１、Ｃｍ２の一方または平均値である。電極間のインピーダンスが、例えば第２のコイルのインピーダンスωＬ２よりも高くなる場合には、本開示の実施形態の効果をより顕著に得ることができる。したがって、ωＬ２＜１／（ωＣ）を満たすことが好ましい。さらに好ましくは、１０ωＬ２＜１／（ωＣ）を満たすように各構成要素が設計される。
【００６８】
次に、直列共振回路と並列共振回路との組み合わせによって構成される整合トランスにおけるインダクタンス比ＮとＱ値との関係を説明する。ここで、インダクタンス比Ｎは、インダクタンス値Ｌ１に対するインダクタンス値Ｌ２の比Ｎ１（＝Ｌ２／Ｌ１）、またはインダクタンス値Ｌ４に対するインダクタンス値Ｌ３の比Ｎ２（＝Ｌ３／Ｌ４）である。Ｑ値は、損失の低さを表す指標であり、Ｑ値が大きいほど損失が低いことを意味する。よって、整合トランスのＱ値をできる限り高くすることが望まれる。
【００６９】
図１２は、整合トランスにおけるインダクタンス比ＮとＱ値との関係を示すグラフである。ここで、Ｑ値は、高インピーダンス側のコイル（第２コイルまたは第３コイル）のＱ値をＱLhi、低インピーダンス側のコイル（第１コイルまたは第４コイル）のＱ値をＱLloとして、√（ＱLhi＊ＱLlo）で表される。ここでは、前述の検証に用いた条件と同様の条件で、高インピーダンス側のコイルのインダクタンスＬｈｉを１００μＨに固定し、低インピーダンス側のコイルの巻数を３〜５０の範囲で変化させることによってインピーダンス比Ｎを変化させた。
【００７０】
図１２からわかるように、１＜Ｎ＜１５を満たすとき、Ｑ値がピーク値の７０％以上という高い値になった。さらに、３＜Ｎ＜８を満たすとき、Ｑ値がピーク値の９０％以上という非常に高い値になった。したがって、インダクタンス値Ｌ１に対するインダクタンス値Ｌ２の比、またはインダクタンス値Ｌ４に対するインダクタンス値Ｌ３の比であるインダクタンス比Ｎは、好ましくは１＜Ｎ＜１５を満たすように設計され、さらに好ましくは３＜Ｎ＜８を満たすように設計される。
【００７１】
以上のように、本開示は、以下の項目に記載の無線電力伝送システムおよび送電装置を含む。
【００７２】
［項目１］
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、
前記送電装置は、
外部の直流電源の直流電力を交流電力に変換する送電回路と、
前記送電回路と接続される第１のコイルと、
前記第１のコイルと誘導結合する第２のコイルと、
前記第２のコイルと接続され、前記交流電力を送電する２つの送電電極と、を含み、
前記受電装置は、
前記２つの送電電極と対向して配置され、前記２つの送電電極と容量結合し、前記送電された交流電力を非接触で受電する２つの受電電極と、
前記２つの受電電極と接続される第３のコイルと、
前記第３のコイルと誘導結合する第４のコイルと、
前記第４のコイルと接続され、前記受電した交流電力を直流電力に変換する受電回路と、を含み、
ｉ）前記第１のコイルと、前記第１のコイルと前記送電回路との間に配置された第１のキャパシタとを含む送電側直列共振回路と、
ｉｉ）前記第２のコイルと、前記第２のコイルと前記２つの送電電極との間に配置された第２のキャパシタとを含む送電側並列共振回路との組み合わせ、および、
ｉ）前記第３のコイルと、前記第３のコイルと前記２つの受電電極との間に配置された第３のキャパシタとを含む受電側並列共振回路と、
ｉｉ）前記第４のコイルと、前記第４のコイルと前記受電回路との間に配置された第４のキャパシタとを含む受電側直列共振回路と、の組み合わせの少なくとも一方の組み合わせを有する、
無線電力伝送システム
上記態様によれば、無線電力伝送システムは、
ｉ）前記第１のコイルと、前記第１のコイルと前記送電回路との間に配置された第１のキャパシタとを含む送電側直列共振回路と、
ｉｉ）前記第２のコイルと、前記第２のコイルと前記２つの送電電極との間に配置された第２のキャパシタとを含む送電側並列共振回路との組み合わせ、および、
ｉ）前記第３のコイルと、前記第３のコイルと前記２つの受電電極との間に配置された第３のキャパシタとを含む受電側並列共振回路と、
ｉｉ）前記第４のコイルと、前記第４のコイルと前記受電回路との間に配置された第４のキャパシタとを含む受電側直列共振回路と、の組み合わせの少なくとも一方の組み合わせを有する。
【００７３】
これにより、送電装置および受電装置の少なくとも一方において、電極に近い側に並列共振回路が配置され、電極から遠い側に直列共振回路が配置されるため、電極間のインピーダンスが高い場合でも、インピーダンス整合を好適に実現することができる。
【００７４】
［項目２］
ｉ）前記第１のコイルと、前記第１のコイルと前記送電回路との間に配置された前記第１のキャパシタとを含む送電側直列共振回路と、
ｉｉ）前記第２のコイルと、前記第２のコイルと前記２つの送電電極との間に配置された第２のキャパシタとを含む送電側並列共振回路との組み合わせ、および、
ｉ）前記第３のコイルと、前記第３のコイルと前記２つの受電電極との間に配置された前記第３のキャパシタとを含む受電側並列共振回路と、
ｉｉ）前記第４のコイルと、前記第４のコイルと前記受電回路との間に配置された第４のキャパシタとを含む受電側直列共振回路と、の組み合わせの両方の組み合わせを有する、
項目１に記載の無線電力伝送システム。
【００７５】
上記態様によれば、送電装置および受電装置の両方において、電極に近い側に並列共振回路が配置され、電極から遠い側に直列共振回路が配置されるため、インピーダンス整合をより好適に実現することができる。
【００７６】
［項目３］
ｉ）前記第１のコイルと、前記第１のコイルと前記送電回路との間に配置された第１のキャパシタとを含む送電側直列共振回路と、
ｉｉ）前記第２のコイルと、前記第２のコイルと前記２つの送電電極との間に配置された第２のキャパシタとを含む送電側並列共振回路と、の組み合わせ、および、
ｉ）インダクタンス値Ｌ３を有する前記第３のコイルと、
ｉｉ）前記インダクタンス値Ｌ３より低いインダクタンス値Ｌ４を有する前記第４のコイルと、前記第４のコイルと前記受電回路との間に配置された第４のキャパシタを含む受電側直列共振回路と、の組み合わせを有する、
項目１に記載の無線電力伝送システム。
【００７７】
上記態様によれば、送電装置において、電極に近い側に並列共振回路が配置され、電極から遠い側に直列共振回路が配置されるため、インピーダンス整合を好適に実現することができる。
【００７８】
［項目４］
ｉ）インダクタンス値Ｌ１を有する前記第１のコイルと、前記第１のコイルと前記送電回路との間に配置された前記第１のキャパシタとを含む送電側直列共振回路と、
ｉｉ）前記インダクタンス値Ｌ１より高いインダクタンス値Ｌ２を有する前記第２のコイルと、の組み合わせ、および、
ｉ）前記第３のコイルと、前記第３のコイルと前記２つの受電電極との間に配置された前記第３のキャパシタとを含む受電側並列共振回路と、
ｉｉ）前記第４のコイルと、前記第４のコイルと前記受電回路との間に配置された第４のキャパシタとを含む受電側直列共振回路と、の組み合わせを有する、
項目１に記載の無線電力伝送システム。
【００７９】
上記態様によれば、受電装置において、電極に近い側に並列共振回路が配置され、電極から遠い側に直列共振回路が配置されるため、インピーダンス整合を好適に実現することができる。
【００８０】
［項目５］
前記２つの送電電極と、前記２つの送電電極と対向して配置された前記２つの受電電極との間に空隙を有する、
項目１〜４のいずれか１項に記載の無線電力伝送システム。
【００８１】
上記態様によれば、電極間が空隙であり、比誘電率の高い誘電体が配置される必要がないため、電極間の構成を簡単にすることができる。
【００８２】
［項目６］
前記交流電力の角周波数をω、前記第２のコイルのインダクタンス値をＬ２、前記２つの送電電極と前記２つの受電電極との間のキャパシタンス値をＣとするとき、以下（１）式を満たす、
ωＬ２＜１／（ωＣ）  （１）
項目１〜５のいずれか１項に記載の無線電力伝送システム。
【００８３】
上記態様によれば、電極間のインピーダンスが第２のコイルのインピーダンスよりも高いため、インピーダンス整合の効果をより顕著に得ることができる。
【００８４】
［項目７］
前記交流電力の角周波数をω、前記第２のコイルのインダクタンス値をＬ２、前記２つの送電電極と前記２つの受電電極との間のキャパシタンス値をＣとするとき、以下（３）式を満たす、
１０ωＬ２＜１／（ωＣ）  （３）
項目１〜５のいずれか１項に記載の無線電力伝送システム。
【００８５】
上記態様によれば、電極間のインピーダンスが第２のコイルのインピーダンスよりも顕著に高いため、インピーダンス整合の効果をさらに顕著に得ることができる。
【００８６】
［項目８］
前記第１のコイルのインダクタンス値をＬ１、前記第２のコイルのインダクタンス値をＬ２とするとき、前記インダクタンス値Ｌ１に対する前記インダクタンス値Ｌ２の比であるインダクタンス比Ｎ（＝Ｌ２/Ｌ１）が、
１＜Ｎ＜１５  を満たす、
項目１〜７のいずれか１項に記載の無線電力伝送システム。
【００８７】
上記態様によれば、Ｑ値を例えばピーク値の７０％以上という高い値にすることができる。
【００８８】
［項目９］
前記第１のコイルのインダクタンス値をＬ１、前記第２のコイルのインダクタンス値をＬ２とするとき、前記インダクタンス値Ｌ１に対する前記インダクタンス値Ｌ２の比であるインダクタンス比Ｎ（＝Ｌ２/Ｌ１）が、
３＜Ｎ＜８  を満たす、
項目１〜８のいずれか１項に記載の無線電力伝送システム。
【００８９】
上記態様によれば、Ｑ値を例えばピーク値の９０％以上という高い値にすることができる。
【００９０】
［項目１０］
前記第３のコイルのインダクタンス値をＬ３、前記第４のコイルのインダクタンス値をＬ４とするとき、前記インダクタンス値Ｌ４に対する前記インダクタンス値Ｌ３の比であるインダクタンス比Ｎ（＝Ｌ３/Ｌ４）が、
１＜Ｎ＜１５  を満たす、
項目１〜９のいずれか１項に記載の無線電力伝送システム。
【００９１】
上記態様によれば、Ｑ値を例えばピーク値の７０％以上という高い値にすることができる。
【００９２】
［項目１１］
前記第３のコイルのインダクタンス値をＬ３、前記第４のコイルのインダクタンス値をＬ４とするとき、前記インダクタンス値Ｌ４に対する前記インダクタンス値Ｌ３の比であるインダクタンス比Ｎ（＝Ｌ３/Ｌ４）が、
３＜Ｎ＜８  を満たす、
項目１〜９のいずれか１項に記載の無線電力伝送システム。
【００９３】
上記態様によれば、Ｑ値を例えばピーク値の９０％以上という高い値にすることができる。
【００９４】
［項目１２］
送電装置と、受電装置と、を備える無線電力伝送システムにおける送電装置であって、
外部の直流電源の直流電力を交流電力に変換する送電回路と、
前記送電回路と接続される第１のコイルと、
前記第１のコイルと誘導結合する第２のコイルと、
前記第２のコイルと接続され、前記交流電力を送電する２つの送電電極と、を含み、
前記受電装置は、
前記２つの送電電極と対向して配置され、前記２つの送電電極と容量結合し、前記送電された交流電力を非接触で受電する２つの受電電極と、
前記２つの受電電極と接続される第３のコイルと、
前記第３のコイルと誘導結合する第４のコイルと、
前記第４のコイルと接続され、前記受電した交流電力を直流電力に変換する受電回路と、を含み、
前記第１のコイルと、前記第１のコイルと前記送電回路との間に配置された第１のキャパシタとを含む送電側直列共振回路と、
前記第２のコイルと、前記第２のコイルと前記２つの送電電極との間に配置された第２のキャパシタとを含む送電側並列共振回路との組み合わせを有する、
送電装置。
【００９５】
上記態様によれば、送電装置は、
前記第１のコイルと、前記第１のコイルと前記送電回路との間に配置された第１のキャパシタとを含む送電側直列共振回路と、
前記第２のコイルと、前記第２のコイルと前記２つの送電電極との間に配置された第２のキャパシタとを含む送電側並列共振回路との組み合わせを有する、
これにより、送電装置において、電極に近い側に並列共振回路が配置され、電極から遠い側に直列共振回路が配置されるため、電極間のインピーダンスが高い場合でも、インピーダンス整合を好適に実現することができる。
【００９６】
［項目１３］
前記２つの送電電極と、前記２つの送電電極と対向して配置された前記２つの受電電極との間に空隙を有する、
項目１２に記載の送電装置。
【００９７】
上記態様によれば、電極間が空隙であり、比誘電率の高い誘電体が配置される必要がないため、電極間の構成を簡単にすることができる。
【００９８】
［項目１４］
前記交流電力の角速度をω、前記第２のコイルのインダクタンス値をＬ２、前記電極間のキャパシタンス値をＣとするとき、以下（４）式を満たす、
ωＬ２＜１／（ωＣ）  （４）
項目１２または１３に記載の送電装置。
【００９９】
上記態様によれば、電極間のインピーダンスが第２のコイルのインピーダンスよりも高いため、インピーダンス整合の効果をより顕著に得ることができる。
【０１００】
［項目１５］
前記交流電力の角速度をω、前記第２のコイルのインダクタンス値をＬ２、前記２つの送電電極と２つの受電電極との間のキャパシタンス値をＣとするとき、以下（５）式を満たす、
１０ωＬ２＜１／（ωＣ）  （５）
項目１２または１３に記載の送電装置。
【０１０１】
上記態様によれば、電極間のインピーダンスが第２のコイルのインピーダンスよりも顕著に高いため、インピーダンス整合の効果をさらに顕著に得ることができる。
【０１０２】
［項目１６］
前記第１のコイルのインダクタンス値をＬ１、前記第２のコイルのインダクタンス値をＬ２とするとき、前記インダクタンス値Ｌ１に対する前記インダクタンス値Ｌ２の比であるインダクタンス比Ｎ（＝Ｌ２/Ｌ１）が、
１＜Ｎ＜１５  を満たす、
項目１２〜１５のいずれか１項に記載の無線電力伝送システム。
【０１０３】
上記態様によれば、Ｑ値を例えばピーク値の７０％以上という高い値にすることができる。
【０１０４】
［項目１７］
前記第１のコイルのインダクタンス値をＬ１、前記第２のコイルのインダクタンス値をＬ２とするとき、前記インダクタンス値Ｌ１に対する前記インダクタンス値Ｌ２の比であるインダクタンス比Ｎ（＝Ｌ２/Ｌ１）が、
３＜Ｎ＜８  を満たす、
項目１２〜１５のいずれか１項に記載の無線電力伝送システム。
【０１０５】
上記態様によれば、Ｑ値を例えばピーク値の９０％以上という高い値にすることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１０６】
本開示の技術は、例えば、ロボット、電気自動車、携帯電話機などの機器に、非接触で電力を供給する用途に利用可能である。
【符号の説明】
【０１０７】
１０    輸送ロボット
２０    送電電極
３０    床面
１００  送電装置
１１０  送電回路
１２０  送電電極
１３０  第１並列共振回路
１３０ｓ  送電側直列共振回路
１４０  第２並列共振回路
１４０ｐ  送電側並列共振回路
２００  受電装置
２１０  受電回路
２２０  受電電極
２３０  第３並列共振回路
２３０ｐ  受電側並列共振回路
２４０  第４並列共振回路
２４０ｓ  受電側直列共振回路
３１０  直流電源
３２０  誘電体
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１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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