(57)【要約】  本発明は、電力伝送システムの送電装置に背面誘電体と遮断体を備えるようにし、送電装置のコイルと受電装置のコイルが離れた場合での、媒体に抵抗として消滅してしまう電磁エネルギを低減することができるようにしたものである。  送電装置（１１）は、媒体を介して受電装置（１２）と対向する。前記送電装置（１１）は、送電用コイル（１１１）と、前記受電装置と対向する第１面（１１２Ａ）および前記第１面とは反対側の第２面（１１２Ｂ）を有し、前記送電用コイル（１１１）を覆う誘電体を有する包含部（１１２）と、前記包含部の第２面（１１２Ｂ）に設けられ、前記包含部と対向する第１面（１１３Ａ）と前記第１面とは反対側の第２面（１１３Ｂ）を有する背面誘電体（１１３）と、前記背面誘電体の第２面（１１３Ｂ）に設けられた遮蔽体（１４）とを備える。
2014185490.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
媒体を介して対向する送電装置と受電装置とを備える電力伝送システムであって、
前記送電装置は、
送電用コイルと、
前記受電装置と対向する第１面および前記第１面とは反対側の第２面を有し、前記送電用コイルを覆う誘電体を有する第１包含部と、
前記第１包含部の第２面に設けられ、前記第１包含部と対向する第１面と前記第１面とは反対側の第２面を有する第１背面誘電体と、
前記第１背面誘電体の第２面に設けられた第１遮蔽体と、
を備え、
前記受電装置は、
受電用コイルと、
前記送電装置と対向する第１面および前記第１面とは反対側の第２面を有し、前記受電用コイルを覆う誘電体を有する第２包含部と、
前記第２包含部の第２面に設けられ、前記第２包含部と対向する第１面と前記第１面とは反対側の第２面を有する第２背面誘電体と、
前記第２背面誘電体の第２面に設けられた第２遮蔽体と、
を備え、
前記送電装置は、前記送電装置と、前記受電装置と、前記媒体を含む電力伝送経路のインピーダンスで決定される共振周波数で電力を送る
電力伝送システム。
【請求項２】
前記送電装置のインピーダンスを構成するキャパシタンス成分をＣ１で表し、前記受電装置のインピーダンスを構成するキャパシタンス成分をＣ２で表し、前記送電装置と前記受電装置と前記媒体とで形成される容量のキャパシタンス成分をＣ３で表し、前記送電装置と前記受電装置との距離をｄで表す場合、
３０ｃｍ＞Ｃ３×ｄ／（Ｃ１＋Ｃ２）＞０．５ｃｍの関係を満たす
請求項１に記載の電力伝送システム。
【請求項３】
前記送電装置は、
前記送電装置のインピーダンスを可変するように構成されたインピーダンス調整部
をさらに備える請求項１または請求項２に記載の電力伝送システム。
【請求項４】
前記受電装置は、
前記受電装置のインピーダンスを可変するように構成されたインピーダンス調整部
をさら備える請求項１から３のいずれか一項に記載の電力伝送システム。
【請求項５】
前記送電装置は、前記送電装置のインピーダンスを可変するように構成された第１のインピーダンス調整部をさらに備え、
前記受電装置は、前記受電装置のインピーダンスを可変するように構成された第２のインピーダンス調整部をさらに備え、
前記第１のインピーダンス調整部は、
前記送電装置のインピーダンスを構成するキャパシタンス成分と前記第１のインピーダンス調整部のキャパシタンス成分との合成容量成分をＣ１０と表し、前記受電装置のインピーダンスを構成するキャパシタンス成分と前記第２のインピーダンス調整部のキャパシタンス成分との合成容量成分をＣ２０と表し、前記送電装置と前記受電装置と前記媒体とで形成される容量のキャパシタンス成分をＣ３で表し、前記送電装置と前記受電装置との距離をｄと表す場合、
３０ｃｍ＞Ｃ３×ｄ／（Ｃ１０＋Ｃ２０）＞０．５ｃｍの関係を満たすようにインピーダンスを調整する
請求項１または請求項２に記載の電力伝送システム。
【請求項６】
前記送電装置は、前記送電装置のインピーダンスを可変するように構成された第１のインピーダンス調整部をさらに備え、
前記受電装置は、前記受電装置のインピーダンスを可変するように構成された第２のインピーダンス調整部をさらに備え、
前記第２のインピーダンス調整部は、
前記送電装置のインピーダンスを構成するキャパシタンス成分と前記第１のインピーダンス調整部のキャパシタンス成分との合成容量成分をＣ１０と表し、前記受電装置のインピーダンスを構成するキャパシタンス成分と前記第２のインピーダンス調整部のキャパシタンス成分との合成容量成分をＣ２０と表し、前記送電装置と前記受電装置との距離をｄと表す場合、
３０ｃｍ＞Ｃ３×ｄ／（Ｃ１０＋Ｃ２０）＞０．５ｃｍの関係を満たすようにインピーダンスを調整する
請求項１または請求項２に記載の電力伝送システム。
【請求項７】
媒体を介して受電装置と対向する送電装置であって、
送電用コイルと、
前記受電装置と対向する第１面および前記第１面とは反対側の第２面を有し、前記送電用コイルを覆う誘電体を有する包含部と、
前記包含部の第２面に設けられ、前記包含部と対向する第１面と前記第１面とは反対側の第２面を有する背面誘電体と、
前記背面誘電体の第２面に設けられた遮蔽体と、
を備える送電装置。
【請求項８】
媒体を介して送電装置と対向する受電装置であって、
受電用コイルと、
前記送電装置と対向する第１面および前記第１面とは反対側の第２面を有し、前記受電用コイルを覆う誘電体を有する包含部と、
前記包含部の第２面に設けられ、前記包含部と対向する第１面と前記第１面とは反対側の第２面を有する背面誘電体と、
前記背面誘電体の第２面に設けられた遮蔽体と、
を備える受電装置。
【請求項９】
媒体を介して対向する送電装置と受電装置とを備える電力伝送システムのための電力伝送方法であって、
送電用コイルと、前記受電装置と対向する第１面および前記第１面とは反対側の第２面を有し、前記送電用コイルを覆う誘電体を有する第１包含部と、前記第１包含部の第２面に設けられ、前記第１包含部と対向する第１面と前記第１面とは反対側の第２面を有する第１背面誘電体と、前記第１背面誘電体の第２面に設けられた第１遮蔽体とを備える送電装置を用意し、
受電用コイルと、前記送電装置と対向する第１面および前記第１面とは反対側の第２面を有し、前記受電用コイルを覆う誘電体を有する第２包含部と、前記第２包含部の第２面に設けられ、前記第２包含部と対向する第１面と前記第１面とは反対側の第２面を有する第２背面誘電体と、前記第２背面誘電体の第２面に設けられた第２遮蔽体とを備える受電装置を用意し、
前記送電装置と、前記受電装置と、前記媒体を含む電力伝送経路のインピーダンスで決定される共振周波数で電力を送る
ことを含む電力伝送システム。
【請求項１０】
媒体を介して受電装置と対向する送電装置のための電力伝送方法であって、
送電用コイルと、前記受電装置と対向する第１面および前記第１面とは反対側の第２面を有し、前記送電用コイルを覆う誘電体を有する包含部と、前記包含部の第２面に設けられ、前記包含部と対向する第１面と前記第１面とは反対側の第２面を有する背面誘電体と、前記背面誘電体の第２面に設けられた遮蔽体とを備える送電装置を用意し、
前記送電装置と、前記受電装置と、前記媒体を含む電力伝送経路のインピーダンスで決定される共振周波数で電力を送る
ことを含む電力伝送方法。
【請求項１１】
媒体を介して送電装置と対向する受電装置のための電力伝送方法であって、
受電用コイルと、前記送電装置と対向する第１面および前記第１面とは反対側の第２面を有し、前記受電用コイルを覆う誘電体を有する包含部と、前記包含部の第２面に設けられ、前記包含部と対向する第１面と前記第１面とは反対側の第２面を有する背面誘電体と、前記背面誘電体の第２面に設けられた遮蔽体とを用意し、
前記送電装置と、前記受電装置と、前記媒体とを含む電力伝送経路のインピーダンスで決定される共振周波数で電力を受け取る
ことを含む電力伝送方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、媒体中の電力伝送システム、送電装置、受電装置、及び電力伝送方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、海中の資源探査用機器や、地震の早期発見のための海底地震センサ網の普及が進んでいる。これらの機器へ電力供給を行う装置の需要が高まっている。電力供給を行う装置には、周囲が海水であることから海水中でも効率よく電力を伝送できる無線電力伝送技術を用いる必要がある。無線電力伝送技術は、電力供給用の金属プラグを露出させる必要がなく、４［Ｓ／ｍ］程度の導電率を有する海水中であってもショートする恐れのない技術である必要がある。【０００３】
一般的に、電力を無線で送受電する送電装置は、導線を複数巻きして形成されたコイルを有する。この送電装置のコイルに交流電力を印加することで、コイルに鎖交する磁束が発生する。この磁束が、受電装置のコイルと鎖交することで受電装置のコイルに誘導電流を生じさる。その結果、電力の伝送が行われる。【０００４】
無線技術については、例えば、特許文献１には、無線のミリ波信号を利用して、端末装置本体とメモリーカード等の着脱可能の電子デバイスとが電磁誘導方式の通信を行う技術が開示されている。
特許文献２には、磁性体を用いて、送電装置と受電装置のインダクタンス値を増大させ、電力伝送の長距離化を図る電磁誘導を用いた技術が開示されている。
特許文献３には、Ｑ値の高いコイルを用いて、同一の周波数で共鳴（磁界共鳴）させることで、送電装置と受電装置の間の相互インダクタンスを向上させ、電力伝送の長距離化を図る電磁誘導を用いた技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】日本国特開２０１１−０２２６４０号公報
【特許文献２】日本国特許第４７７２７４４号公報
【特許文献３】日本国特表２０１２−５０４３８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１〜３に開示の電磁誘導技術を用いた無線電力伝送技術において、効率よく電力伝送を行うためには、送電装置のコイルと受電装置のコイルとの間の距離をほぼ密接させる必要があった。そのため、例えば潜水艇が海水中で電力伝送を行う対象である場合、潜水艇へ電力を供給する際、潜水艇と電力供給元装置との位置合わせを高精度に行わなければならない。このため、安定的に電力供給することが困難である。【０００７】
特許文献２と特許文献３に記載されている電力伝送の長距離化技術についても、大気中での電力伝送の長距離化技術を海水中に適用しようとしても、わずかな電力伝送効率しか得られないことが明らかとなっている。これは、空気の導電率と誘電率は海水とは著しく異なり、媒質が大気である場合の電力伝送のメカニズムは媒質が海水である場合と異なることに起因する。空気の導電率は０［Ｓ／ｍ］である。空気の比誘電率は約１である。海水の導電率は約４［Ｓ／ｍ］である。海水の比誘電率は約８１である。【０００８】
無線電力が大気中を伝搬する場合と、海水中を伝搬する場合の物理的相違点について簡単に説明する。
大気中の電力伝送の場合、その媒質（大気）中でのエネルギの損失は海水中に比べ小さい。電力伝送効率の低下の要因は、主に、コイルでの導体損失、送電装置と受電装置の間の整合損、漏れ磁束などの反射損、そして放射損から成る。特に、特許文献２に記載されている技術では、Ｑ値の高いコイルを用いて、送受電装置近傍にエネルギを溜める非放射現象とすることで、この放射損を効果的に抑制している。【０００９】
海水中の電力伝送の場合、その媒質（海水）が一定の導電性を有しているため、媒質による電力消費がエネルギ損失となる。このエネルギ損失の要因は、海水中の導電率と海水中に発生した電界に起因する。すなわち、この導電率と電界の積に比例した電位勾配が海水中で発生することで損失が生じる。また、海水は導電性が高いため、海水中において、送電装置から無指向にエネルギを出力すると、対向する受電装置に到達せずに消失するエネルギが増加するという問題がある。したがって、海水中で効率よく電力伝送を行うためには、対向するコイル面同士を繋ぐような指向性を持たせ、両方のコイル面に対してほぼ垂直なエネルギの流れを形成する必要がある。
ここでのコイル面は、コイルを流れる電流により形成されるループを外形として含む面のことである。【００１０】
上述した大気中と海水中のエネルギの伝搬メカニズムの相違を考慮すると、特許文献１に記載されている技術を用いて海水のような良導体媒質中でミリ波信号を伝送させることは特に困難である。例えば、６０［ＧＨｚ］のミリ波の場合、海水中での伝搬においてエネルギが４分の１に減衰する距離は１００［μｍ］以下となる。よって、海水中において１０［ｃｍ］以上の伝搬を行うことは非常に困難である。【００１１】
特許文献２に記載されている磁性体や共鳴を用いた技術により、海水中の電力供給の長距離化を行う場合について説明する。この場合、磁束が増加する一方で、その増加する磁束に付随して、海水中に放射する電界成分も増加する。結果として、電力伝送効率は上昇しない。さらに特許文献２に記載されている磁性体や共鳴を用いた技術は非放射現象を用いる技術である。このため、導電性の高い媒質中で、電力伝送の長距離化を実現することが根本的に難しい。【００１２】
特許文献３に示すような、関連する磁界共鳴技術を用いる場合について説明する。この場合、大気中では、送電装置のコイルと受電装置のコイルの共振周波数を等しくするだけで、効率のよいエネルギ伝送を行うことができた。しかしながら、海水中においては、その比誘電率が８１と大きいため、共振周波数は、送電装置と受電装置の間にある媒質のインピーダンスの影響を大きく受ける。このため、単純な送受電装置の共鳴現象を用いるだけでは、エネルギ伝送を行うことが困難である。また、磁界共鳴技術は非放射現象を用いる技術であるため、導電性の高い媒質中で、電力伝送の長距離化を実現することが根本的に難しい。【００１３】
図４０の表に示すような各種媒質も、比較的高い導電率と比誘電率を有している。したがって、海水中のほか、このような媒質中を無線で電力伝送しようとする場合にも、同様の問題が生じ得る。【００１４】
また、無線電力伝送の長距離化を実現しても、送電装置と受電装置から生じる漏れ電磁界の周囲への影響を考える必要がある。例えば、潜水艇に対して電力伝送システムを適用する場合、潜水艇に搭載されている制御回路は、送受電装置からの漏れ電磁界の影響を受けて誤作動や故障を引き起こす可能性がある。【００１５】
そのため、電力伝送システムの送電装置と受電装置の周囲には、アンテナから発生する電磁界の漏れを防止する遮蔽構造が必要である。しかし、遮蔽構造がアンテナに近すぎる場合、遮蔽構造を貫く磁束が変化するとその磁束の変化を打ち消すように遮蔽構造内で渦電流が発生し、電力伝送システムの送電効率を低下させる。そのため、伝送効率の低下を可能な限り抑制し、かつ、アンテナから発生する電磁界の漏れを可能限り防止する遮蔽構造を備える電力伝送システムの実現が課題である。【００１６】
この発明の目的の一例は、上記課題を解決する電力伝送システム、送電装置、受電装置、及び電力伝送方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の第１の実施態様に係る電力伝送システムは、媒体を介して対向する送電装置と受電装置とを備える。前記送電装置は、送電用コイルと、前記受電装置と対向する第１面および前記第１面とは反対側の第２面を有し、前記送電用コイルを覆う誘電体を有する第１包含部と、前記第１包含部の第２面に設けられ、前記第１包含部と対向する第１面と前記第１面とは反対側の第２面を有する第１背面誘電体と、前記第１背面誘電体の第２面に設けられた第１遮蔽体とを備える。前記受電装置は、受電用コイルと、前記送電装置と対向する第１面および前記第１面とは反対側の第２面を有し、前記受電用コイルを覆う誘電体を有する第２包含部と、前記第２包含部の第２面に設けられ、前記第２包含部と対向する第１面と前記第１面とは反対側の第２面を有する第２背面誘電体と、前記第２背面誘電体の第２面に設けられた第２遮蔽体とを備える。前記送電装置は、前記送電装置と、前記受電装置と、前記媒体を含む電力伝送経路のインピーダンスで決定される共振周波数で電力を送る。【００１８】
本発明の第２の実施態様に係る送電装置は、媒体を介して受電装置と対向する。前記送電装置は、送電用コイルと、前記受電装置と対向する第１面および前記第１面とは反対側の第２面を有し、前記送電用コイルを覆う誘電体を有する包含部と、前記包含部の第２面に設けられ、前記包含部と対向する第１面と前記第１面とは反対側の第２面を有する背面誘電体と、前記背面誘電体の第２面に設けられた遮蔽体とを備える。【００１９】
本発明の第３の実施態様に係る受電装置は、媒体を介して送電装置と対向する。前記受電装置は、受電用コイルと、前記送電装置と対向する第１面および前記第１面とは反対側の第２面を有し、前記受電用コイルを覆う誘電体を有する包含部と、前記包含部の第２面に設けられ、前記包含部と対向する第１面と前記第１面とは反対側の第２面を有する背面誘電体と、前記背面誘電体の第２面に設けられた遮蔽体とを備える。【００２０】
本発明の第４の実施態様に係る電力伝送システムは、媒体を介して対向する送電装置と受電装置とを備える電力伝送システムに用いられる。前記電力伝送方法であって、送電用コイルと、前記受電装置と対向する第１面および前記第１面とは反対側の第２面を有し、前記送電用コイルを覆う誘電体を有する第１包含部と、前記第１包含部の第２面に設けられ、前記第１包含部と対向する第１面と前記第１面とは反対側の第２面を有する第１背面誘電体と、前記第１背面誘電体の第２面に設けられた第１遮蔽体とを備える送電装置を用意し、受電用コイルと、前記送電装置と対向する第１面および前記第１面とは反対側の第２面を有し、前記受電用コイルを覆う誘電体を有する第２包含部と、前記第２包含部の第２面に設けられ、前記第２包含部と対向する第１面と前記第１面とは反対側の第２面を有する第２背面誘電体と、前記第２背面誘電体の第２面に設けられた第２遮蔽体とを備える受電装置を用意し、前記送電装置と、前記受電装置と、前記媒体を含む電力伝送経路のインピーダンスで決定される共振周波数で電力を送ることを含む。【００２１】
本発明の第５の実施態様に係る電力伝送方法は、媒体を介して受電装置と対向する送電装置に用いられる。前記電力伝送方法は、送電用コイルと、前記受電装置と対向する第１面および前記第１面とは反対側の第２面を有し、前記送電用コイルを覆う誘電体を有する包含部と、前記包含部の第２面に設けられ、前記包含部と対向する第１面と前記第１面とは反対側の第２面を有する背面誘電体と、前記背面誘電体の第２面に設けられた遮蔽体とを備える送電装置を用意し、前記送電装置と、前記受電装置と、前記媒体を含む電力伝送経路のインピーダンスで決定される共振周波数で電力を送ることを含む。【００２２】
本発明の第６の実施態様に係る電力伝送方法は、媒体を介して送電装置と対向する受電装置に用いられる。前記電力伝送方法は、受電用コイルと、前記送電装置と対向する第１面および前記第１面とは反対側の第２面を有し、前記受電用コイルを覆う誘電体を有する包含部と、前記包含部の第２面に設けられ、前記包含部と対向する第１面と前記第１面とは反対側の第２面を有する背面誘電体と、前記背面誘電体の第２面に設けられた遮蔽体とを用意し、前記送電装置と、前記受電装置と、前記媒体とを含む電力伝送経路のインピーダンスで決定される共振周波数で電力を受け取ることを含む。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の実施形態によれば、送電装置のコイルと受電装置のコイルがほぼ密接した状態から離れた場合に、媒体に拡散して消滅してしまう電磁エネルギを低減することができる。結果として、媒体中における無線電力伝送の長距離化が可能となる。さらに、送電装置と受電装置が生成する電磁界を遮蔽することで、送電装置および受電装置からの漏れ電磁界の影響を受けて制御回路が誤作動や故障を引き起こすことを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施形態による送電装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の実施形態による受電装置の構成を示す図である。
【図３】本発明の第一の実施形態による電力伝送システムの構成を示す図である。
【図４】第一の実施形態における、送電装置から送電された電力が受電装置へ伝搬する際の電力伝送システムの等価回路の一部を示す図である。
【図５】第一の実施形態における、送電装置、受電装置の容量成分及び送電装置と受電装置との間に生じる容量成分が電力伝送効率に与える影響を示す図である。
【図６】第一の実施形態における、送電用コイルの外径と送電側包含部の寸法との比が電力伝送効率に与える影響を示す図である。
【図７】第一の実施形態による電力伝送システムにおける電界ベクトルと磁界ベクトルを示す図である。
【図８】第一の実施形態による電力伝送システムにおける電界ベクトルと磁界ベクトルに基づいて生じるポインティングベクトル（エネルギの流れ）を示す図である。
【図９】本発明の第二の実施形態による電力伝送システムの構成を示す図である。
【図１０】本発明の第三の実施形態による電力伝送システムの構成を示す図である。
【図１１】本発明の第四の実施形態による電力伝送システムの構成を示す図である。
【図１２】第四の実施形態における、第一誘電体の誘電正接及び第二誘電体の誘電正接の比が電力伝送効率に与える影響を示す図である。
【図１３】第四の実施形態第一誘電体の比誘電率及び第二誘電体の比誘電率が電力伝送効率に与える影響を示す図である。
【図１４】本発明の第五の実施形態による電力伝送システムの構成を示す図である。
【図１５】本発明の第六の実施形態による電力伝送システムの構成を示す図である。
【図１６】本発明の第七の実施形態による電力伝送システムの構成を示す図である。
【図１７】本発明の第八の実施形態による電力伝送システムの構成を示す図である。
【図１８】本発明の第五の実施形態による電力伝送システムの効果を実証するためのシミュレーションモデルを示す図である。
【図１９】本発明の実施例１における送電装置の上面概略図である。
【図２０】本発明の実施例１における電力伝送効率のシミュレーション結果を示す図である。
【図２１】本発明の実施例１の三次元電磁界シミュレーションにおける送電装置と受電装置近傍の電界を示す図である。
【図２２】本発明の実施例１の三次元電磁界シミュレーションにおける送電装置４１と受電装置近傍の磁界を示す図である。
【図２３】本発明の実施例１の三次元電磁界シミュレーションにおける送電装置と受電装置近傍のポインティングベクトルを示す図である。
【図２４】本発明の実施例１による電力伝送システムで使用した媒質を海水から大気に変更した場合のポインティングベクトルのシミュレーション結果を示す図である。
【図２５】関連する磁界共鳴技術を用いた場合の大気中におけるポインティングベクトルのシミュレーション結果を示す図である。
【図２６】本発明の第五の実施形態による電力伝送システムの効果を実証するためのシミュレーションモデルを示す図である。
【図２７】本発明の実施例２におけるスパイラルコイルの上面概略図である。
【図２８】本発明の実施例２におけるスパイラルコイルの側面概略図である。
【図２９】本発明の実施例２におけるループコイルの上面概略図である。
【図３０】本発明の実施例２におけるループコイルの側面概略図である。
【図３１】本発明の第五の実施形態による電力伝送システムの効果を実証するためのシミュレーションモデルを示す図である。
【図３２】本発明の実施例３における送電装置の側面概略図である。
【図３３】本発明の実施例３における送電装置のスパイラルコイルを受電装置側から見た図である。
【図３４】本発明の実施例３における送電装置のスパイラルコイルを受電装置側から見た図である。
【図３５】本発明の実施例３における受電装置のスパイラルコイルを送電装置側から見た図である。
【図３６】本発明の実施例３における受電装置のスパイラルコイルを送電装置側から見た図である。
【図３７】本発明の実施例３における電力伝送効率のシミュレーション結果を示す図である。
【図３８】本発明の第五の実施形態による電力伝送システムの効果を実証するためのシミュレーションモデルを示す図である。
【図３９】本発明の実施例４における電力伝送効率のシミュレーション結果を示す図である。
【図４０】各種媒質の導電率と比誘電率をまとめた表を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図１は、本発明の実施形態に係る送電装置１１の構成を示す図である。
送電装置１１は、図１で示すように、少なくとも、送電用コイル（第１コイル）１１１と、送電用コイル１１１を覆う誘電体を有する送電側包含部１１２と、を備える。第１包含部１１２は、第１包含部１１２と称する場合がある。送電装置１１は、受電装置１２と対向する面と反対側の面に送電側背面誘電体１１３と送電側遮蔽体１１４とを備えている。送電側背面誘電体１１３は、第１背面誘電体１１３と称する場合がある（送電側背面誘電体２１４、３１５についても同様）。送電側遮蔽体１１４は、第１遮蔽体１１４と称する場合がある（送電側遮蔽体２１５、３１６、４１６、５１６、６１６についても同様）。送電用コイル１１１は導線などの導体を複数回巻いて形成されている。送電用コイル１１１として、ヘリカルコイルやスパイラルコイルを用いてもよい。しかしながら、送電用コイル１１１はこれらに限定されない。
【００２６】
図２は、本発明の実施形態に係る受電装置の構成を示す図である。
受電装置１２は、図２で示すように、少なくとも、受電用コイル（第２コイル）１２１と、受電用コイル１２１を覆う誘電体を有する受電側包含部１２２と、を備える。受電側包含部１２２は、第２包含部１２２と称する場合がある。受電装置１２は、送電装置１１と対向する面と反対側の面に受電側背面誘電体１２３と受電側遮蔽体１２４とを備えている。受電側背面誘電体１２３は、第２背面誘電体１２３と称する場合がある（受電側背面誘電体２２４、３２５、７２１についても同様）。受電側遮蔽体１２４は、第２遮蔽体１２４と称する場合がある（受電側遮蔽体２２５、３２６、４２６、５２６、６２６、７２２についても同様）。受電用コイル１２１は導線などの導体を複数回巻いて形成されている。受電用コイル１２１として、ヘリカルコイルやスパイラルコイルを用いてもよい。しかしながら、受電用コイル１２１これらに限定されない。
【００２７】
＜第一の実施形態＞
図３は、本発明の第一の実施形態による電力伝送システム１の構成を示す図である。
以下、本発明の第一の実施形態による電力伝送システム１を、図面を参照して説明する。
電力伝送システム１は、図３の（ａ）部に示すように、送電装置１１及び受電装置１２を備える。送電装置１１及び受電装置１２は、良導体媒質（媒体）１３に覆われている。
送電装置１１は、送電用コイル１１１と、送電用コイル１１１を覆う誘電体を有する第１包含部１１２とを備える。送電装置１１は、さらに、第１背面誘電体１１３と第１遮蔽体１１４とを備えている。第１包含部１１２は、受電装置１２と対向する正面（第１面）１１２Ａと、正面１１２Ａとは反対側の背面（第２面）１１２Ｂとを有する。第１背面誘電体１１３は、第１包含部１１２の背面１１２Ｂに設けられている。第１背面誘電体１１３は、第１包含部１１２と対向する正面（第１面）１１３Ａと、正面１１３Ａとは反対側の背面（第２面）１１３Ｂとを有する。第１遮蔽体１１４は、第１背面誘電体１１３の背面１１３Ｂに設けられている。
受電装置１２は、受電用コイル１２１と、受電用コイル１２１を覆う誘電体を有する第２包含部１２２とを備える。受電装置１２は、さらに、第２背面誘電体１２３と第２遮蔽体１２４とを備えている。第２包含部１２２は、送電装置１１と対向する正面（第１面）１２２Ａと、正面１２２Ａとは反対側の背面（第２面）１２２Ｂとを有する。第２背面誘電体１２３は、第２包含部１２２の背面１２２Ｂに設けられている。第２背面誘電体１２３は、第２包含部１２２と対向する正面（第１面）１２３Ａと、正面１２３Ａとは反対側の背面（第２面）１２３Ｂとを有する。第２遮蔽体１２４は、第２背面誘電体１２３の背面１２３Ｂに設けられている。
送電用コイル１１１と受電用コイル１２１は、複数回巻いた銅線などの導体である。送電用コイル１１１と受電用コイル１２１として、ヘリカルコイルや、スパイラルコイルを用いてもよい。しかしながら、送電用コイル１１１と受電用コイル１２１はこれらに限定されない。第１遮蔽体１１４と第２遮蔽体１２４は、送電装置１１と受電装置１２による電力伝送の伝送効率を可能な限り低下させないような位置に配置する。
図３の（ｂ）部は、第１遮蔽体１１４を図３の（ａ）部における矢印Ａ方向から見た形状を示す図である。第１遮蔽体１１４は、矢印Ａ方向から見て第１背面誘電体１１３を覆うように配置する。同様に、第２遮蔽体１２４は、矢印Ａ方向とは逆方向から見て第２背面誘電体１２３を覆うように配置する。
第１の実施形態において、送電コイルおよび受電コイルを電力伝送用コイルと総称する。送電装置１１は受電装置１２の機能を有していてもよい。受電装置１２は送電装置１１の機能を有していてもよい。送電装置１１と受電装置１２とは、同一の構成を有していてもよい。
【００２８】
第１包含部１１２、第１背面誘電体１１３、第２包含部１２２、第２背面誘電体１２３は、例えば、ポリエチレン、ポリイミド、ポリアミド、フッ素樹脂、アクリルなどの、比誘電率が２〜２０程度で、誘電正接が０．０１以下の誘電体で構成してもよい。
【００２９】
図４０は、各種媒質の導電率と比誘電率をまとめた表を示す図である。
ここでは、各実施形態における良導体媒質は海水であることを前提として説明するが、本発明はこれに限定されない。良導体媒質とは、磁界が入射した場合に、磁界により、内部に誘導電流を生じる媒質である。良導体媒質は、例えば図４０の表に示す河川、淡水、水道水、土、コンクリートのように、導電率が１×１０−４［Ｓ／ｍ］程度以上で、比誘電率が１より大きな物質であってもよいし、これらの組み合わせであってもよい。
【００３０】
第一の実施形態の電力伝送システム１において、第１包含部１１２を構成する誘電体の比誘電率と第１背面誘電体１１３を構成する誘電体の比誘電率は、異なっていてもよいし同一であってもよい。また、第１包含部１１２を構成する誘電体の誘電正接と第１背面誘電体１１３を構成する誘電体の誘電正接は、異なっていてもよいし同一であってもよい。
同様に、第一の実施形態の電力伝送システム１において、第２包含部１２２を構成する誘電体の比誘電率と第２背面誘電体１２３を構成する誘電体の比誘電率は、異なっていてもよいし同一であってもよい。第２包含部１２２を構成する誘電体の誘電正接と第２背面誘電体１２３を構成する誘電体の誘電正接は、異なっていてもよいし同一であってもよい。
第１背面誘電体１１３と第２背面誘電体１２３の少なくとも一方は、空気であってもよい。
【００３１】
図４は、送電装置１１から送電された電力が受電装置１２へ伝搬する際の電力伝送システム１の等価回路の一部を示す図である。
ここでは、第１遮蔽体１１４と第２遮蔽体１２４が、後に図３９で示すように、送電装置１１と受電装置１２による電力伝送の伝送効率を殆ど低下させないような場合（第１遮蔽体１１４と第２遮蔽体１２４の厚さが１００［ｍｍ］以上の場合）を想定している。そのため、送電装置１１から送電された電力の受電装置１２への伝搬効率には第１遮蔽体１１４と第２遮蔽体１２４が無関係であるとみなして、第１遮蔽体１１４と第２遮蔽体１２４とを電力伝送システム１の等価回路から省略している。
送電装置１１の等価回路は、送電用コイル１１１と、送電側インピーダンス調整部１１５とで構成される。第１インピーダンス調整部１１５は、第１インピーダンス調整部１１５と称する場合がある。第１インピーダンス調整部１１５は、Ｌ１、Ｌ２、Ｃ１、Ｃ２、Ｌ３、Ｃ３から成る電力伝送経路のインピーダンスを調整する。送電用コイル１１１のインピーダンスは、主に、誘導成分（インダクタンス成分）Ｌ１と、送電用コイル１１１と第１包含部１１２で形成される容量成分（キャパシタンス成分）Ｃ１から成る。誘導成分Ｌ１および容量成分Ｃ１は、コイルの形状、巻き数、銅線の太さ、及び、第１包含部１１２を構成する誘電体の誘電率やそのサイズ等によって一意に定まる。同様に、受電用コイル１２１のインピーダンスは、主に、誘導成分Ｌ２と、受電用コイル１２１と第２包含部１２２で形成される容量成分Ｃ２とから成る。誘導成分Ｌ２および容量成分Ｃ２は、コイルの形状、巻き数、銅線の太さ、及び、第２包含部１２２を構成する誘電体の誘電率やそのサイズ等によって一意に定まる。
第１インピーダンス調整部１１５及び受電側インピーダンス調整部１２５を単にインピーダンス調整部と総称する。第２インピーダンス調整部１２５は、第２インピーダンス調整部１２５と称する場合がある。
【００３２】
送電装置１１に供給された交流電力は、上述したＬ１、Ｌ２、Ｃ１、Ｃ２、Ｌ３、Ｃ３から成る電力伝送経路を伝搬し、受電装置１２へと伝搬する。“Ｌ３”は、送電用コイル１１１と受電用コイル１２１における相互インダクタンス成分である。“Ｃ３”は、送電装置１１と受電装置１２及び良導体媒質１３で構成される容量成分である。
【００３３】
送電装置１１から受電装置１２へ電力が伝搬する際の伝送効率を上げるためには、その電力伝送経路において、伝搬する交流電力の周波数でインピーダンス整合がとることが肝要である。図４で示したように、第１インピーダンス調整部１１５は可変容量の容量成分Ｃ１’を備える。また、第２インピーダンス調整部１２５に可変容量の容量成分Ｃ２’を備える。容量成分Ｃ１’およびＣ２’を調整することにより、任意の周波数でインピーダンス整合が得られる。このようにすれば、送電装置１１から受電装置１２への送電中に送電装置１１と受電装置１２の位置関係が変化し、Ｃ３の値が変動した場合でも、その変動を補償するようにＣ１’、Ｃ２’を適宜調整すれば、共振を維持して安定的な電力を供給することができる。
容量の可変手段として、バラクタダイオード（可変容量ダイオード）を用いてもよく、複数の容量をスイッチトランジスタと組み合わせて構成してもよい。
【００３４】
以降においては、送電用コイル１１１自身が有する容量成分と可変容量が有する容量成分との合成容量成分をＣ１０と表記し、合成容量成分Ｃ１０を、送電装置１１のインピーダンスを構成している容量成分Ｃ１０として説明する。同様に、受電用コイル１２１自身が有する容量成分と可変容量が有する容量成分との合成容量成分をＣ２０と表記し、合成容量成分Ｃ２０を、受電装置１２のインピーダンスを構成している容量成分Ｃ２０として説明する。
【００３５】
第一の実施形態の電力伝送システム１においては、容量成分Ｃ１０、容量成分Ｃ２０、容量成分Ｃ３、および距離ｄが所定の条件を満たす場合に、特に高い電力伝送効率を得ることができる。距離ｄは、送電装置１１と受電装置１２との間隔を示す。
【００３６】
図５は、送電装置１１、受電装置１２の容量成分及び送受電装置間に生じる容量成分が電力伝送効率に与える影響を示す図である。図５の縦軸は、電力伝送効率を示す。図５の横軸は、「送電装置１１および受電装置１２間に生じる容量成分Ｃ３」×「送電装置１１と受電装置１２との距離ｄ」／（「送電装置１１の容量Ｃ１０」＋「受電装置１２の容量Ｃ２０」）を示す。
図５によると、インピーダンス整合がとられている場合に、上記Ｃ１０［ｐＦ］、Ｃ２０［ｐＦ］，Ｃ３［ｐＦ］，ｄ［ｃｍ］が式（１）の条件を満たすときに、特に高い電力伝送効率が得られることがわかる。
【００３７】
【数１】
2014185490.tif 000003
【００３８】
インピーダンス整合がとれていればインピーダンス調整回路が無くてもよい。その場合は、「３０＞Ｃ３×ｄ／（Ｃ１＋Ｃ２）＞０．５」の関係を満たすときに、特に高い電力伝送効率が得られる。
第一の実施形態において数１００［ｋＨｚ］〜１［ＭＨｚ］程度の周波数帯の電力を考えた場合、３次元電磁界シミュレーションによれば、送電用コイル１１１、受電用コイル１２１の外形面積が１０［ｃｍ２］〜３０［ｃｍ２］程度、送電装置１１と受電装置１２の距離ｄが５［ｃｍ］〜６０［ｃｍ］程度の条件で、式（１）を満たすことができる。
【００３９】
第一の実施形態による電力伝送システム１においては、送電用コイル１１１の外径と第１包含部１１２の寸法との比、及び、受電用コイル１２１の外径と第２包含部１２２の寸法との比が所定の条件を満たす場合に、特に高い電力伝送効率を得ることができる。
【００４０】
図６は、送電用コイル１１１の外径と第１包含部１１２の寸法との比が電力伝送効率に与える影響を示す図である。
図６の（ｂ）部は、第１包含部１１２のコイル面に沿う方向の大きさｄ１、および送電用コイル１１１の外径ｄ２を示す。図６の（ａ）部によると、大きさｄ１を固定し、外径ｄ２を可変して、比（ｄ１／ｄ２）を１．２以上にすることで、電力伝送システム１は、作製可能な最小比である１の場合よりも５［％］以上の高い電力伝送効率を得ることができる。さらに、電力伝送システム１が最小比よりも１０［％］以上の高い電力伝送効率を得たい場合には、比（ｄ１／ｄ２）の値は１．４以上にすればよい。ただし、受電用コイル１２１の外径と第２包含部１２２の寸法が送電用コイル１１１の外径と第１包含部１１２の寸法と同様に変更される必要がある。
送電装置１１、受電装置１２共に上記の条件を満たせば、電力伝送システム１において、より高い効果を得ることができる。
ここでのコイル面は、コイルを流れる電流により形成されるループを外形として含む面のことである。
【００４１】
次に、第一の実施形態による電力伝送システム１の具体的な動作について説明する。
まず、送電装置１１の交流電源（図示せず）が所定の周波数で交流電力を出力する。次に、出力された交流電力は、第１インピーダンス調整部１１５を介して、送電用コイル１１１に供給される。送電用コイル１１１は、その交流電力を電磁エネルギとして外部（良導体媒質１３）へと送電する。受電装置１２の受電用コイル１２１は、送電された電磁エネルギを受電する。ここで、第１インピーダンス調整部１１５及び第２インピーダンス調整部１２５は、送電装置１１、受電装置１２、良導体媒質１３の各インピーダンスの合成インピーダンスが伝送電力の周波数で共振するように調整されている。受電用コイル１２１によって受電された電力は、第２インピーダンス調整部１２５、およびコンバータ（図示せず）に順に供給される。このコンバータによって交流から直流に変換されたエネルギが目的とする対象物（例えば、二次電池やセンサ等）に供給される。以上により、電力伝送が完了する。
【００４２】
第一の実施形態による電力伝送システム１では、送電装置１１、受電装置１２、良導体媒質１３の各インピーダンスの合成インピーダンスで決定される共振周波数で電力を出力することで、受電用コイル１２１に受電される電力を最大とすることができる。また、第１包含部１１２及び第２包含部１２２は、良導体媒質１３中への電界の拡がりを抑える。これにより、良導体媒質１３中に拡散して消滅する電磁エネルギを抑える効果がある。
【００４３】
図７は、第一の実施形態による電力伝送システム１における電界ベクトルと磁界ベクトルを示す図である。図７において、“Ｅ”は電界を表し、“Ｈ”は磁界を表す。
図８は、第一の実施形態による電力伝送システム１における電界ベクトルと磁界ベクトルに基づいて生じるポインティングベクトルＶ（エネルギの流れ）を示す図である。
図７は、電力伝送時において、送電装置１１と受電装置１２の間に生じる電界と磁界のシミュレーション結果を模式的に示した図である。図７で示すように、第一の実施形態の電力伝送システム１では、第１包含部１１２及び第２包含部１２２が良導体媒質１３中への電界の拡がりを抑える。所定の良導体媒質１３とコイルに流れる電流により発生する磁界が良導体媒質１３に渦電流を生じさせる。その渦電流が新たな磁界を作り出す。このような現象を繰り返すことで、コイル面に対して電界と磁界をほぼ平行にすることができる。その結果、図８に示すように、送電装置１１から受電装置１２へのポインティングベクトルＶ（エネルギの流れ）をコイル面に対してほぼ垂直に生じさせることが可能となる。
【００４４】
第１インピーダンス調整部１１５及び第２インピーダンス調整１２５部は、さらにインダクタなどを備え、インピーダンスを調整してもよい。良導体媒質１３は、電力伝送システム１おいて電力伝送経路のインピーダンスで決定される共振周波数で電力伝送を行う際に、送電装置１１から受電装置１２へ向かうポインティングベクトルをコイル面にほぼ垂直にするような媒質である。
【００４５】
以上より、第一の実施形態による電力伝送システム１は、送電装置１１と受電装置１２が比較的離れた近傍界であっても、良導体媒質に拡散して消滅してしまう電磁エネルギを抑えることができる。結果として、海水等の良導体媒質中における無線電力伝送で長距離化が可能となる。また、第一の実施形態では、第１遮蔽体１１４と第２遮蔽体１２４が、送電装置１１及び受電装置１２が生成する漏れ電磁界を遮蔽することで、送電装置１１と受電装置１２からの漏れ電磁界の影響を受けて制御回路が誤作動や故障を引き起こすことを防止することができる。
【００４６】
＜第二の実施形態＞
図９は、本発明の第二の実施形態による電力伝送システム２の構成を示す図である。
図９で示すように、本発明の第二の実施形態による電力伝送システム２では、第１遮蔽体１１４が、送電装置１１の背面だけではなく、側面も覆っている。また、第２遮蔽体１２４も同様に、受電装置１２の背面だけではなく、側面も覆っている。より具体的には、第１遮蔽体１１４は、第１背面誘電体１１３の背面１１３Ｂだけでなく、第１包含部１１２の側面１１２Ｃおよび第１背面誘電体１１３の側面１１３Ｃも覆っている。同様に、第２遮蔽体１２４は、第２背面誘電体１２３の背面１２３Ｂだけでなく、第２包含部１２２の側面１２２Ｃおよび第２背面誘電体１２３の側面１２３Ｃも覆っている。第２の実施形態による電力伝送システム２は、送電装置１１と受電装置１２が比較的離れた近傍界であっても、良導体媒質に拡散して消滅してしまう電磁エネルギを抑えることができる。結果として、海水等の良導体媒質中における無線電力伝送で長距離化が可能となる。また、第二の実施形態による電力伝送システム２において、第１遮蔽体１１４と第２遮蔽体１２４が、送電装置１１及び受電装置１２が生成する漏れ電磁界を遮蔽することで、送電装置１１と受電装置１２からの漏れ電磁界の影響を受けて制御回路が誤作動や故障を引き起こすことを防止することができる。また、送電装置１１と受電装置１２の側面から漏れる電磁界を遮蔽することで、送電装置１１と受電装置１２からの漏れ電磁界の影響を受けて制御回路が誤作動や故障を引き起こすことを防止することができる。
【００４７】
＜第三の実施形態＞
図１０は、本発明の第三の実施形態による電力伝送システム３の構成を示す図である。
図１０で示すように、本発明の第三の実施形態による電力伝送システム３では、第１背面誘電体１１３と第１遮蔽体１１４が、送電装置１１の背面だけではなく、送電装置１１の側面も覆っている。同様に、第２背面誘電体１２３と第２遮蔽体１２４も同様に、受電装置１２の背面だけではなく、受電装置１２の側面も覆っている。より具体的には、第１背面誘電体１１３は、第１包含部１１２の背面１１２Ｂおよび側面１１２Ｃを覆っている。第１遮蔽体１１４は、第１背面誘電体１１３の背面１１３Ｂおよび側面１１３Ｃを覆っている。同様に、第２背面誘電体１２３は、第２包含部１２２の背面１２２Ｂおよび側面１２２Ｃを覆っている。第２遮蔽体１２４は、第２背面誘電体１２３の背面１２３Ｂおよび側面１２３Ｃを覆っている。第３の実施形態による電力伝送システム３は、送電装置１１と受電装置１２が比較的離れた近傍界であっても、良導体媒質に拡散して消滅してしまう電磁エネルギを抑えることができる。結果として、海水等の良導体媒質中における無線電力伝送で長距離化が可能となる。また、第三の実施形態による電力伝送システム３において、第１遮蔽体１１４と第２遮蔽体１２４が、送電装置１１及び受電装置１２が生成する漏れ電磁界遮蔽することで、送電装置１１と受電装置１２からの漏れ電磁界の影響を受けて制御回路が誤作動や故障を引き起こすことを防止することができる。さらに、送電装置１１と受電装置１２の側面から漏れる電磁界遮蔽することで、送電装置１１と受電装置１２からの漏れ電磁界の影響を受けて制御回路が誤作動や故障を引き起こすことを防止することができる。
【００４８】
＜第四の実施形態＞
図１１は、本発明の第四の実施形態による電力伝送システム４の構成を示す図である。
次に、本発明の第四の実施形態による電力伝送システム４を、図面を参照して説明する。
電力伝送システム４は、図１１で示すように、送電装置２１及び受電装置２２を備える。送電装置２１及び受電装置２２は、良導体媒質（媒体）２３に覆われている。
送電装置２１は、送電用コイル（第１コイル）２１１と、第一送電側包含部２１２と、第二送電側包含部２１３とを備える。第一送電側包含部２１２は、第１の一次包含部２１２と称する場合がある（第一送電側包含部３１２、６１２についても同様）。第二送電側包含部２１３は、第１の二次包含部２１３と称する場合がある（第二送電側包含部３１３、６１３についても同様）。第１の一次包含部２１２は、送電用コイル２１１を覆う第一誘電体を有する。第１の二次包含部２１３は、第１の一次包含部２１２を覆う第二誘電体を有する。より具体的には、第１の一次包含部２１２の正面２１２Ａ、背面２１２Ｂおよび側面２１２Ｃは、第１の二次包含部２１３により覆われている。送電装置２１は、さらに、第１背面誘電体２１４と第１遮蔽体２１５とを備えている。第１の二次包含部２１３は、受電装置２２と対向する正面（第１面）２１３Ａと、正面２１３Ａとは反対側の背面（第２面）２１３Ｂとを有する。第１背面誘電体２１４は、第１の二次包含部２１３の背面２１３Ｂに設けられている。第１背面誘電体２１４は、第１の二次包含部２１３と対向する正面（第１面）２１４Ａと、正面２１４Ａとは反対側の背面（第２面）２１４Ｂとを有する。第１遮蔽体２１５は、第１背面誘電体２１４の背面２１４Ｂに設けられている。
受電装置２２は、受電用コイル（第２コイル）２２１と、第一受電側包含部２２２と、第二受電側包含部２２３とを備える。第一受電側包含部２２２は、第２の一次包含部２２２と称する場合がある（第一受電側包含部３１３、６１３についても同様）。第二受電側包含部２２３は、第２の二次包含部２２３と称する場合がある（第二受電側包含部３２３、６２３についても同様）。第２の一次包含部２２２は、受電用コイル２２１を覆う第一誘電体を有する。第２の二次包含部２２３は、第２の一次包含部２２２を覆う第二誘電体を有する。より具体的には、第２の一次包含部２２２の正面２２２Ａ、背面２２２Ｂおよび側面２２２Ｃは、第２の二次包含部２２３により覆われている。受電装置２２は、送電装置２１と対向する面と反対側の面に第２背面誘電体２２４と第２遮蔽体２２５とを備えている。第２の二次包含部２２３は、送電装置２１と対向する正面（第１面）２２３Ａと、正面２２３Ａとは反対側の背面（第２面）２２３Ｂとを有する。第２背面誘電体２２４は、第２の二次包含部２２３の背面２２３Ｂに設けられている。
第１遮蔽体２１５と第２遮蔽体２２５は、送電装置２１と受電装置２２による電力伝送の伝送効率を可能な限り低下させないような位置に配置する。
第１の一次包含部２１２および第２の一次包含部２２２を一次包含部と総称する。また、本発明の実施形態の電力伝送システム４において、第１の二次包含部２１３および第２の二次包含部２２３を二次包含部と総称する。
【００４９】
第１の一次包含部２１２、第１の二次包含部２１３、第１背面誘電体２１４、第２の一次包含部２２２、第１の二次包含部２２３、第１背面誘電体２２４は、例えば、ポリエチレン、ポリイミド、ポリアミド、フッ素樹脂、アクリルなどの、比誘電率が２〜２０程度で、誘電正接が０．０１以下の誘電体で構成してもよい。
【００５０】
第１の一次包含部２１２を構成する第一誘電体の比誘電率と、第１の二次包含部２１３を構成する第二誘電体の比誘電率と、第１背面誘電体２１４の比誘電率は、異なっていてもよいし同一であってもよい。第１の一次包含部２１２を構成する第一誘電体の誘電正接と、第１の二次包含部２１３を構成する第二誘電体の誘電正接と、第１背面誘電体２１４の誘電正接は、異なっていてもよいし同一であってもよい。
同様に、第２の一次包含部２２２を構成する第一誘電体の比誘電率と、第２の二次包含部２２３を構成する第二誘電体の比誘電率と、第２背面誘電体２２４の比誘電率は、異なっていてもよいし同一であってもよい。第２の一次包含部２２２を構成する第一誘電体の誘電正接と、第２の二次包含部２２３を構成する第二誘電体の誘電正接と、第２背面誘電体２２４の誘電正接は、異なっていてもよいし同一であってもよい。
第１背面誘電体２１４と第２背面誘電体２２４の少なくとも一方は、空気であってもよい。
【００５１】
図１１で示した電力伝送システム４では、送電装置２１と受電装置２２の両方が一次包含部と二次包含部を備えているが、このような構成に限られない。送電装置２１と受電装置２２の何れか一方のみが一次包含部と二次包含部を備えてもよい。第四の実施形態の電力伝送システム４が、第一の実施形態で説明したインピーダンス調整部を備えていてもよい。
【００５２】
第４の実施形態の電力伝送システム４は、第１の一次包含部２１２及び第１の二次包含部２１３を構成する各誘電体の誘電正接が所定の条件を満たす場合に、さらに高い電力伝送効率を得ることができる。
【００５３】
図１２は、第一誘電体の誘電正接及び第二誘電体の誘電正接の比が電力伝送効率に与える影響を示す図である。
ここでは、第１遮蔽体２１５と第２遮蔽体２２５が、送電装置２１と受電装置２２による電力伝送の伝送効率を殆ど低下させないような場合を想定している。そのため、送電装置２１から送電された電力の受電装置２２への伝搬効率には第１遮蔽体２１５と第２遮蔽体２２５が無関係であるとして、以下の電力伝送システム４の説明から省略する。図１２の縦軸は、電力伝送効率を示す。図１２の横軸は、第一誘電体の誘電正接に対する第二誘電体の誘電正接の比を示す。図１２は、第二誘電体の比誘電率が１０であり、第一誘電体の比誘電率が２．１である場合を示す。
図１２で示すように、電力伝送システム４において、第二誘電体の誘電正接を第一誘電体の誘電正接よりも大きくすることで、より高い電力伝送効率が得られる。第１の理由は、送電装置２１における第１の二次包含部２１３を構成する第二誘電体が、良導体媒質２３への電界の拡がりを抑制するためである。第２の理由は、第１の一次包含部２１２を構成する第一誘電体の誘電正接を小さくすることで、送電用コイル２１１近傍における誘電損失が低減されるためである。第３の理由は、受電装置２２における第２の二次包含部２２３を構成する第二誘電体が、良導体媒質２３への電界の拡がりを抑制するためである。第４の理由は、第２の一次包含部２２２を構成する第一誘電体の誘電正接を小さくすることで、受電用コイル２２１近傍における誘電損失が低減さるためである。
【００５４】
第４の実施形態の電力伝送システム４は、第１の一次包含部２１２及び第１の二次包含部２１３を構成する各誘電体の誘電率が所定の条件を満たす場合に、さらに高い電力伝送効率を得ることができる。
【００５５】
図１３は、第一誘電体の比誘電率及び第二誘電体の比誘電率が電力伝送効率に与える影響を示す図である。図１３の縦軸は、電力伝送効率を示す。図１３の横軸は、第一誘電体の比誘電率に対する第二誘電体の比誘電率の比を示す。図１３は、第一誘電体の誘電正接および第二誘電体の誘電正接が一定である場合を示す。
図１３で示すように、電力伝送システム４において、第二誘電体の比誘電率を第一誘電体の比誘電率よりも大きくすることで、より高い電力伝送効率が得られる。
【００５６】
次に、第四の実施形態による電力伝送システム４の具体的な動作について説明する。
まず、送電装置２１の交流電源（図示せず）が所定の周波数で交流電力を出力する。次に、出力された交流電力は、送電用コイル２１１に供給される。送電用コイル２１１は、その交流電力を電磁エネルギとして外部（良導体媒質２３）へと送電する。受電装置２２の受電用コイル２２１は、送電された電磁エネルギを受電する。ここで、送電装置２１、受電装置２２、良導体媒質２３の各インピーダンスの合成インピーダンスは、送電用コイル２１１および受電用コイル２２１が伝送電力の周波数で共振するように調整されている。受電用コイル２２１によって受電された電力は、コンバータ（図示せず）に入力される。このコンバータで交流から直流に変換されたエネルギが目的とする対象物（例えば、二次電池やセンサ等）に供給される。以上により、電力伝送が完了する。
【００５７】
第四の実施形態による電力伝送システム４では、送電装置２１、受電装置２２、良導体媒質２３の各インピーダンスの合成インピーダンスによって決定される共振周波数で電力を伝送することで、受電用コイル２２１に受電される電力を最大とすることができる。また、第１の二次包含部２１３及び第２の二次包含部２２３は、良導体媒質２３中への電界の拡がりを抑える。これにより、良導体媒質２３中に拡散して消滅する電磁エネルギを抑えることができる。また、第１の一次包含部２１２及び第２の一次包含部２２２は、送電用コイル２１１及び受電用コイル２２１近傍における誘電損失を低減させる効果がある。
【００５８】
以上より、第四の実施形態による電力伝送システム４は、第一の実施形態による電力伝送システム１よりもさらに高い電力伝送効率を得ることができる。また、第四の実施形態による電力伝送システム４において、第１遮蔽体２１５と第２遮蔽体２２５が、送電装置２１及び受電装置２２が生成する漏れ電磁界遮蔽することで、送電装置２１と受電装置２２からの漏れ電磁界の影響を受けて制御回路が誤作動や故障を引き起こすことを防止することができる。
【００５９】
＜第五の実施形態＞
図１４は、本発明の第五の実施形態による電力伝送システム５の構成を示す図である。
次に、本発明の第五の実施形態による電力伝送システム５を、図面を参照して説明する。
電力伝送システム５は、図１４で示すように、送電装置３１及び受電装置３２を備える。送電装置３１及び受電装置３２は、良導体媒質（媒体）３３に覆われている。
送電装置３１は、送電用コイル（第１コイル）３１１と、第１の一次包含部３１２と、第１の二次包含部３１３と、第三送電側包含部３１４とを備える。第三送電側包含部３１４は、第１の三次包含部３１４と称する場合がある（第三送電側包含部６１４についても同様）。第１の一次包含部３１２は、送電用コイル３１１を覆う第一誘電体を有する。第１の二次包含部３１３は、第１の一次包含部３１２を覆う第二誘電体を有する。第１の三次包含部３１４は、第１の二次包含部３１３を覆う第三誘電体を有する。より具体的には、第１の一次包含部３１２の正面３１２Ａ、背面３１２Ｂおよび側面３１２Ｃは、第１の二次包含部３１３により覆われている。第１の二次包含部３１３の正面３１３Ａ、背面３１３Ｂおよび側面３１３Ｃは、第１の三次包含部３１４により覆われている。送電装置３１は、さらに、第１背面誘電体３１５と第１遮蔽体３１６とを備えている。第１の三次包含部３１４は、受電装置３２と対向する正面（第１面）３１４Ａと、正面３１４Ａとは反対側の背面（第２面）３１４Ｂとを有する。第１背面誘電体３１５は、第１の三次包含部３１４の背面３１４Ｂに設けられている。
受電装置３２は、受電用コイル（第２コイル）３２１と、第２の一次包含部３２２と、第２の二次包含部３２３と、第三受電側包含部３２４とを備える。第三受電側包含部３２４は、第２の三次包含部３２４と称する場合がある（第三受電側包含部６２４についても同様）。第２の一次包含部３２２は、受電用コイル３２１を覆う第一誘電体を有する。第２の二次包含部３２３は、第２の一次包含部３２２を覆う第二誘電体を有する。第２の三次包含部３２４は、第２の二次包含部３２３を覆う第三誘電体を有する。より具体的には、第２の一次包含部３２２の正面３２２Ａ、背面３２２Ｂおよび側面３２２Ｃは、第２の二次包含部３２３により覆われている。第２の二次包含部３２３の正面３２３Ａ、背面３２３Ｂおよび側面３２３Ｃは、第２の三次包含部３２４により覆われている。受電装置３２は、さらに、第２背面誘電体３２５と第２遮蔽体３２６とを備えている。第２の三次包含部３２４は、送電装置３１と対向する正面（第１面）３２４Ａと、正面３２４Ａとは反対側の背面（第２面）３２４Ｂとを有する。第２背面誘電体３２５は、第２の三次包含部３２４の背面３２４Ｂに設けられている。
第１遮蔽体３１６と第２遮蔽体３２６は、送電装置３１と受電装置３２による電力伝送の伝送効率を可能な限り低下させないような位置に配置する。
第１の三次包含部３１４及び第２の三次包含部３２４を被覆部と総称する。
【００６０】
第１の一次包含部３１２、第１の三次包含部３１４、第１背面誘電体３１５、第２の一次包含部３２２、第２の三次包含部３２４、第２背面誘電体３２５は、例えば、ポリエチレン、ポリイミド、ポリアミド、フッ素樹脂、アクリルなどの、比誘電率が２〜２０程度で、誘電正接が０．０１以下の誘電体で構成してもよい。
【００６１】
第１の二次包含部３１３及び第２の二次包含部３２３は、良導体媒質３３（海水）の比重と等しく、導電率の低い液体（例えば、純水、蒸留水など）から成る。このような構成により、第１の二次包含部３１３および第２の二次包含部３２３は、良導体媒質３３中（海水中）において、浮き沈みしない中性浮力として働く。第１の二次包含部３１３又は第２の二次包含部３２３を中性浮力とすることができれば、電力伝送システム５は、海水中を浮沈する際に特別な比重調整用の機構を備える必要がなくなる。このため、電力伝送システム５を低コストで実現することができる。
第三誘電体から成る第１の三次包含部３１４は、液体である第１の二次包含部３１３を物理的に閉じ込める。第三誘電体から成る第２の三次包含部３２４は、液体である第２の二次包含部３２３を物理的に閉じ込める。
【００６２】
第五の実施形態の電力伝送システム５において、第１の一次包含部３１２を構成する第一誘電体の比誘電率と、第１の二次包含部３１３を構成する第二誘電体の比誘電率と、第１の三次包含部３１４を構成する第三誘電体の比誘電率と、第１背面誘電体３１５の比誘電率は、異なっていてもよいし同一であってもよい。第１の一次包含部３１２を構成する第一誘電体の誘電正接と、第１の二次包含部３１３を構成する第二誘電体の誘電正接と、第１の三次包含部３１４を構成する第三誘電体の誘電正接と、第１背面誘電体３１５の誘電正接は、異なっていてもよいし同一であってもよい。
同様に、第５の実施形態の電力伝送システム５において、第２の一次包含部３２２を構成する第一誘電体の比誘電率と、第２の二次包含部３２３を構成する第二誘電体の比誘電率と、第２の三次包含部３２４を構成する第三誘電体の比誘電率と、第２背面誘電体３２５の比誘電率は、異なっていてもよいし同一であってもよい。第２の一次包含部３２２を構成する第一誘電体の誘電正接と、第２の二次包含部３２３を構成する第二誘電体の誘電正接と、第２の三次包含部３２４を構成する第三誘電体の誘電正接と、第２背面誘電体３２５の誘電正接は、異なっていてもよいし同一であってもよい。
第１背面誘電体３１５と第２背面誘電体３２５の少なくとも一方は、空気であってもよい。
【００６３】
図１４で示した電力伝送システム５では、送電装置３１と受電装置３２の両方が上述同様の一次包含部と二次包含部を備えているが、このような構成に限られない。送電装置３１と受電装置３２の何れか一方のみが一次包含部と二次包含部を備えてもよい。第五の実施形態の電力伝送システム５が、第一の実施形態で説明したインピーダンス調整部を備えていてもよい。
【００６４】
次に、第五の実施形態による電力伝送システム５の具体的な動作について説明する。
ただし、ここでは、第１遮蔽体３１６と第２遮蔽体３２６が、送電装置３１と受電装置３２による電力伝送の伝送効率を殆ど低下させないような場合を想定している。そのため、送電装置３１から送電された電力の受電装置３２への伝搬効率には第１遮蔽体３１６と第２遮蔽体３２６が無関係であるとみなして、以下の電力伝送システム５の説明から省略する。
まず、送電装置３１の交流電源（図示せず）が所定の周波数で交流電力を出力する。次に、出力された交流電力は、送電用コイル３１１に供給される。送電用コイル３１１は、その交流電力を電磁エネルギとして外部（良導体媒質３３）へと送電する。受電装置３２の受電用コイル３２１は、送電された電磁エネルギを受電する。ここで、送電装置３１、受電装置３２、良導体媒質３３の各インピーダンスの合成インピーダンスは、送電用コイル３１１および受電用コイル３２１が伝送電力の周波数で共振するように調整されている。受電用コイル３２１によって受電された電力は、コンバータ（図示せず）に入力される。このコンバータで交流から直流に変換されたエネルギが目的とする対象物（例えば、二次電池やセンサ等）に供給される。以上により、電力伝送が完了する。
【００６５】
第五の実施形態による電力伝送システム５では、送電装置３１、受電装置３２、良導体媒質３３の各インピーダンスの合成インピーダンスによって決定される共振周波数で電力を伝送することで、受電用コイル３２１に受電される電力を最大とすることができる。第五の実施形態による電力伝送システム５において、第１遮蔽体２１５と第２遮蔽体２２５が、送電装置２１及び受電装置２２が生成する漏れ電磁界から送電装置２１及び受電装置２２の外部装置を遮蔽することができる。
また、第１の二次包含部３１３及び第２の二次包含部３２３は、良導体媒質３３中への電界の拡がりを抑える。これにより、良導体媒質３３中に拡散して消滅する電磁エネルギを抑えることができる。また、第１の一次包含部３１２及び第２の一次包含部３２２は、送電用コイル３１１及び受電用コイル３２１近傍における誘電損失を低減させる効果がある。
【００６６】
以上より、第五の実施形態による電力伝送システム５は、特別な比重調整用の機構を備える必要がない。このため、電力伝送システム５は、第一乃至第四の実施形態による電力伝送システム１〜４よりも低コストで実現することができる。また、第五の実施形態による電力伝送システム５において、第１遮蔽体３１６と第２遮蔽体３２６が、送電装置３１及び受電装置３２が生成する漏れ電磁界遮蔽することで、送電装置３１と受電装置３２からの漏れ電磁界の影響を受けて制御回路が誤作動や故障を引き起こすことを防止することができる。
【００６７】
＜第六の実施形態＞
図１５は、本発明の第六の実施形態による電力伝送システム６の構成を示す図である。
図１５で示すように、第六の実施形態による電力伝送システム６において、電力供給源１４は、送電装置１１と、第１背面誘電体１１３と、第１遮蔽体１１４を備えている。潜水艇１５は、受電装置１２と、第２背面誘電体１２３と、第２遮蔽体１２４を備えている。電力伝送システム６によれば、潮流が起こって電力供給源１４と潜水艇１５の位置関係がほぼ密接した状態から変動した場合であっても、所定の良導体媒質１３とコイルに流れる電流により発生する磁界が良導体媒質１３に渦電流を生じさせ、その渦電流が新たな磁界を作り出すことを繰り返す。その結果、コイル面に対して電界と磁界をほぼ平行にすることができ、電力伝送効率のよい安定した電力供給を行うことが可能になる。
【００６８】
＜第七の実施形態＞
図１６は、本発明の第七の実施形態による電力伝送システム７の構成を示す図である。
図１６で示すように、第七の実施形態による電力伝送システム７において、潜水艇１６は、送電装置１１と、第１背面誘電体１１３と、第１遮蔽体１１４を備えている。潜水艇１７は、受電装置１２と、第２背面誘電体１２３と、第２遮蔽体１２４を備えている。本発明の第七の実施形態による電力伝送システム７によれば、潮流が起こって潜水艇１６と潜水艇１７の位置関係がほぼ密接した状態から変動した場合であっても、所定の良導体媒質１３とコイルに流れる電流により発生する磁界が良導体媒質１３に渦電流を生じさせ、その渦電流が新たな磁界を作り出すことを繰り返す。その結果、コイル面に対して電界と磁界をほぼ平行にすることができ、電力伝送効率のよい安定した電力供給を行うことが可能になる。
【００６９】
潜水艇１６と潜水艇１７は、送電装置１１を受電装置として用い、受電装置１２を送電装置として用いることで、双方向に電力供給を行うことが可能である。別法として、潜水艇１６と潜水艇１７は、送電装置１１と受電装置１２の両方を備えていてもよい。
受電装置１２を備える潜水艇１７は、船舶または海底に敷設されたセンサ装置等であってもよい。
【００７０】
＜第八の実施形態＞
図１７は、本発明の第八の実施形態による電力伝送システム８の構成を示す図である。
図１７で示すように、第八の実施形態による電力伝送システム８において、送電装置１１と、第１背面誘電体１１３と、第１遮蔽体１１４は電源ケーブル１８の接続部に備えられている。受電装置１２と、第２背面誘電体１２３と、第２遮蔽体１２４は、電源ケーブル１９の接続部に備えられている。本発明の第八の実施形態による電力伝送システム８によれば、海水（良導体媒質１３）の中であっても、無線で電力供給を行うことで、電源ケーブル間を非接触で接続することが可能になる。その結果、電源ケーブルの交換が容易で、磨耗することなく信頼性も向上する。
【００７１】
電源ケーブル１８と電源ケーブル１９は、送電装置１１を受電装置として用い、受電装置１２を送電装置として用いることで、双方向に電力供給を行うことが可能となる。電源ケーブル１８と電源ケーブル１９各々は、送電装置１１と受電装置１２の両方を備えていてもよい。
【００７２】
電力伝送システム８の送電装置１１及び受電装置１２は無線で情報通信する機能を搭載していてもよい。送電装置１１を送信機として用い、受電装置１２を受信器として用いることで、無線通信用の機構を別途設ける必要がなくなる。情報通信と電力伝送とで共通の機構を使用することにより、電力伝送システム８は、小型で低コストの通信システムとして利用することができる。
【実施例１】
【００７３】
図１８は、本発明の第五の実施形態による電力伝送システム５の効果を実証するためのシミュレーションモデルを示す図である。
次に、図１８のシミュレーションモデルを用いた第五の実施形態による電力伝送システム５の効果を実証したシミュレーションについて説明する。
ここでは、第１遮蔽体４１６と第２遮蔽体４２６が、送電装置４１と受電装置４２による電力伝送の伝送効率を殆ど低下させないような場合を想定している。そのため、送電装置４１から送電された電力の受電装置４２への伝搬効率には第１遮蔽体４１６と第２遮蔽体４２６が無関係であるとみなしている。よって、第１遮蔽体４１６と第２遮蔽体４２６については以下の電力伝送システム５の説明から省略する。
第五の実施形態による電力伝送システム５は、図１８で示すように、送電装置４１及び受電装置４２を備えている。また、送電装置４１及び受電装置４２は、良導体媒質として海水４３で覆われている。送電装置４１は、給電ポートＰｓ１を有するヘリカルコイル（送電用コイル、第１コイル）４１１と、内部誘電体（第一送電側包含部、第１の一次包含部）４１２と、外部誘電体（第二送電側包含部、第１の二次包含部）４１３と、被覆誘電体（第三送電側包含部、第１の三次包含部）４１４を備えている。受電装置４２は、受電ポートＰｒ１を有するヘリカルコイル（受電用コイル、第２コイル）４２１と、内部誘電体（第一受電側包含部、第１の二次包含部）４２２と、外部誘電体（第二受電側包含部、第１の二次包含部）４２３と、被覆誘電体（第三受電側包含部、第２の三次包含部）４２４を備えている。【００７４】
図１９は、本発明の実施例１における送電装置４１の上面概略図である。
ヘリカルコイル４１１は、図１９で示すように、直径２［ｍｍ］の導線を外径２２０［ｍｍ］、内径１００［ｍｍ］で２９巻きした単層スパイラルコイル２個を、距離３［ｍｍ］離して対向させた構造をしている。給電ポートＰｓ１は、コイルに電界を発生させるための電力印加端子である。この対向させたヘリカルコイル４１１に対して給電ポートＰｓ１から交流電力が印加される。内部誘電体４１２はフッ素樹脂で構成されている。被覆誘電体４１４はアクリルで構成されている。被覆誘電体４１４のサイズは、縦２５５［ｍｍ］、横２５５［ｍｍ］、高さ１９［ｍｍ］である。電力伝送システム５の共振周波数は約１［ＭＨｚ］である。ここで、本実施例では、スパイラルコイル４１１の外径のサイズｄ２と、被覆誘電体のサイズｄ１の比（ｄ１／ｄ２）が、１より大きい１．１６であっても、電力伝送システム５は充分高い電力伝送効率を得ている。比（ｄ１／ｄ２）を、１．１６より大きくすれば、電力伝送システム５はさらに高い電力伝送効率を得ることができる。
受電装置４２の構成は、送電装置４１と同一である。ただし、ここで示した構成は一例であって、送電装置４１と受電装置４２とが必ずしも同一の構成である必要はない。【００７５】
図２０は、本発明の実施例１における電力伝送効率のシミュレーション結果を示す図である。
送電装置４１と受電装置４２との距離ｄを１０［ｃｍ］とし、海水中において電力伝送効率のシミュレーションを行った。その結果、電力伝送効率は、図２０で示すように、伝送電力の周波数（ｆ）が１［ＭＨｚ］付近において、４０［％］以上と高い値となった。【００７６】
図２１は、本発明の実施例１の三次元電磁界シミュレーションにおける送電装置４１と受電装置４２近傍の電界を示す図である。図２１の（ａ）部は側断面図を示す。図２１の（ｂ）部は平面断面図を示す。
図２２は、本発明の実施例１の三次元電磁界シミュレーションにおける送電装置４１と受電装置４２近傍の磁界を示す図である。図２２の（ａ）部は側断面図を示す。図２２の（ｂ）部は平面断面図を示す。
図２３は、本発明の実施例１の三次元電磁界シミュレーションにおける送電装置４１と受電装置４２近傍のポインティングベクトルを示す図である。図２３の（ａ）部は側断面図を示す。図２３の（ｂ）部は平面断面図を示す。
実施例１の三次元電磁界シミュレーションにおける送電装置４１と受電装置４２近傍の電界は、図２１で示すように、コイル面と平行な面に沿って回転している。磁界は、図２２で示すように、コイル面と平行な面に沿って放射状に生成されている。ポインティングベクトル（エネルギの流れ）は、このような電界と磁界の流れに基づいて、図２３で示すように、コイル面とほぼ垂直な方向に発生する。この結果、送電装置４１と受電装置４２との距離が１０［ｃｍ］程度離れた海水中であっても、コイル面に対してほぼ垂直な方向にエネルギの流れが形成され、海水中での長距離化が可能となる。また、本実施例による電力伝送システム５において、第１遮蔽体４１６と第２遮蔽体４２６が、送電装置４１及び受電装置４２が生成する漏れ電磁界を遮蔽する。その結果、送電装置４１と受電装置４２からの漏れ電磁界の影響を受けて制御回路が誤作動や故障を引き起こすことを防止することができる。【００７７】
図２４は、本発明の実施例１による電力伝送システム５で使用した媒質を海水から大気に変更した場合のポインティングベクトルのシミュレーション結果を示す図である。図２４の（ａ）部は側断面図を示す。図２４の（ｂ）部は平面断面図を示す。
図２４は、大気中において、本実施例による電力伝送システム５の送電装置４１と受電装置４２を１０［ｃｍ］離したときのポインティングベクトルのシミュレーション結果を示している。
図２４からわかるように、実施例１による電力伝送システム５で使用した媒質を海水から大気に変更した場合、送受電装置面に対して垂直なエネルギの流れは生じず、エネルギは螺旋を描くような流れとなっている。すなわち、コイル面に対してほぼ垂直なエネルギの流れが生じる現象は、良導体媒質中を伝搬するエネルギ特有の現象であり、大気中を伝搬する際には生じない現象である。本発明の実施形態は、良導体媒質中を伝搬するエネルギ特有のコイル面に対してほぼ垂直なエネルギの流れが生じるという現象を利用している。【００７８】
図２５は、関連する磁界共鳴技術を用いた場合の大気中におけるポインティングベクトルのシミュレーション結果を示す図である。図２５（ａ）部は、送電装置１００１および受電装置１００２を横から見た側断面図を示す。図２５の（ｂ）部は、送電装置１００１および受電装置１００２を上から見た平面断面図を示す。
図２５からわかるように、関連する磁界共鳴技術を用いた場合も、図２４と同様、コイル面に対して垂直なエネルギの流れは生じず、エネルギは螺旋を描くような流れとなっている。しかしながら、図２５の場合における電力伝送効率は９０［％］である。既に述べたように、この関連する技術による電力伝送システムを用いて、海水中において、無線電力伝送を試みても高い電力伝送効率は得られない。具合的には、シミュレーションの結果では、１０［ｃｍ］の距離で１０［％］程度の電力伝送効率しか得られないことがわかった。【００７９】
送電装置１００１の送電用コイルと受電装置１００２の受電用コイルを貫く鎖交磁束が最大となる位相条件における磁界は、図２２で示した本実施例の三次元電磁界シミュレーションにおける送電装置４１と受電装置４２近傍の磁界と同一である。
関連する磁界共鳴技術と、本実施例による電力伝送システム５との物理的な相違点について、以下で説明する。
本実施例による電力伝送システム５では、図２２で示したように、送電装置４１の送電用コイル４１１を貫く鎖交磁束と、受電装置４２の受電用コイル４２１を貫く鎖交磁束が互いに逆方向の向きとなることで、磁界が最大となり、コイル面に対して平行な磁界を生成する。
一方、関連する磁界共鳴を用いた無線電力伝送技術では、密結合にした場合に共振周波数が２つに分割し、高い方の共振周波数において、送電装置１００１と受電装置１００２のコイルを貫く鎖交磁束の位相が逆相となることが一般に知られている。また、同技術において、共振周波数が分割しない疎結合の状態においては、送電装置１００１と受電装置１００２のコイルを貫く鎖交磁束の位相が同相となることが一般に知られている。
本実施例が関連する磁界共鳴技術との本質的に違う点は、密結合状態ではなく、共振周波数が分割しない疎結合の状態で、送電装置４１の送電用コイル４１１と受電装置４２の受電用コイル４２１を貫く鎖交磁束の位相が逆相となることである。
【実施例２】
【００８０】
図２６は、本発明の第五の実施形態による電力伝送システム５の効果を実証するためのシミュレーションモデルを示す図である。
次に、図２６のシミュレーションモデルを用いた第五の実施形態による電力伝送システム５の効果を実証したシミュレーションについて説明する。
ここでは、第１遮蔽体５１６と第２遮蔽体５２６が、送電装置５１と受電装置５２による電力伝送の伝送効率を殆ど低下させないような場合を想定している。そのため、送電装置５１から送電された電力の受電装置５２への伝搬効率には第１遮蔽体５１６と第２遮蔽体５２６が無関係であるとみなす。よって、第１遮蔽体５１６と第２遮蔽体５２６については以下の電力伝送システム５の説明から省略する。
第五の実施形態による電力伝送システム５は、図２６で示すように、送電装置５１及び受電装置５２を備えている。送電装置５１及び受電装置５２は、良導体媒質として海水５３で覆われている。送電装置５１は、スパイラルコイル５１１１と、給電ポートＰｓ２を有するループコイル５１１２と、内部誘電体（第１の一次包含部）５１２と、外部誘電体（第１の二次包含部）５１３と、被覆誘電体（第１の三次包含部）５１４を備えている。受電装置５２は、スパイラルコイル５２１１と、受電ポートＰｒ２を有するループコイル５２１２と、内部誘電体（第１の二次包含部）５２２と、外部誘電体（第１の二次包含部）５２３と、被覆誘電体（第２の三次包含部）５２４を備えている。【００８１】
図２７は、本発明の実施例２におけるスパイラルコイル５１１１の上面概略図である。
図２８は、本発明の実施例２におけるスパイラルコイル５１１１の側面概略図である。
スパイラルコイル５１１１は、フッ素樹脂から成る誘電体基板５１１３と金属配線から成るスパイラル配線５１１４で構成される。誘電体基板５１１３は、厚さＬｔ１が１［ｍｍ］、縦Ｌｈ１が２７０［ｍｍ］、横Ｌｗ１が２７０［ｍｍ］である。スパイラル配線５１１４は、縦Ｌｈ２が２６０［ｍｍ］、横Ｌｗ２が２６０［ｍｍ］、配線幅が６［ｍｍ］、厚さＬｔ２が５０［μｍ］、スパイラル配線５１１４は、１０巻きである。
スパイラルコイル５２１１は、スパイラルコイル５１１１と同様の寸法である。
ただし、ここで示した寸法は一例であって、スパイラルコイル５１１１とスパイラルコイル５２１１が同一の寸法でなくてもよい。【００８２】
図２９は、本発明の実施例２におけるループコイル５１１２の上面概略図である。
図３０は、本発明の実施例２におけるループコイル５１１２の側面概略図である。
ループコイル５１１２は、フッ素樹脂から成る誘電体基板５１１５と金属配線から成るループ配線５１１６で構成される。誘電体基板５１１５は、厚さＬｔ３が１［ｍｍ］、縦Ｌｈ３が２７０［ｍｍ］、横Ｌｗ３が２７０［ｍｍ］である。ループ配線５１１６は、縦Ｌｈ４が２６０［ｍｍ］、横Ｌｗ４が２６０［ｍｍ］、配線幅が６［ｍｍ］、厚さＬｔ４が５０［μｍ］である。
ループコイル５２１２は、ループコイル５１１２と同様の寸法である。ただし、ここで示した寸法は一例であって、ループコイル５１１２とループコイル５２１２が同一の寸法でなくてもよい。【００８３】
スパイラルコイル５１１１とループコイル５１１２は、内部誘電体５１２内において３ｍｍ離している。送電装置５１と受電装置５２との距離ｄを１０［ｃｍ］とし、海水中において電力伝送効率のシミュレーションを行った。その結果、電力伝送効率は、伝送電力の周波数ｆが１［ＭＨｚ］付近において、５５［％］以上と高い値となった。
本実施例では、受電装置５２は、送電装置５１と同一の構成である。ただし、ここで示した構成は一例であって、送電装置５１と受電装置５２とが必ずしも同一の構成である必要はない。【００８４】
本実施例のように、誘電体基板上にコイルを形成することで量産性が増すと共に、作製精度が高まり、個体毎の特性ばらつきを低減することができる。そうすることで、送電装置５１と受電装置５２の共振周波数を同一にすることができ、より高い電力伝送効率を得ることが可能となる。結果として、海水等の良導体媒質中における無線電力伝送で長距離化が可能となる。また、本実施例による電力伝送システム５において、第１遮蔽体５１６と第２遮蔽体５２６が、送電装置５１及び受電装置５２が生成する漏れ電磁界を遮蔽する。その結果、送電装置５１と受電装置５２からの漏れ電磁界の影響を受けて制御回路が誤作動や故障を引き起こすことを防止することができる。
【実施例３】
【００８５】
図３１は、本発明の第五の実施形態による電力伝送システム５の効果を実証するためのシミュレーションモデルを示す図である。
次に、図３１のシミュレーションモデルを用いた第五の実施形態による電力伝送システム５の効果を実証したシミュレーションについて説明する。
ここでは、第１遮蔽体６１６と第２遮蔽体６２６が、送電装置６１と受電装置６２による電力伝送の伝送効率を殆ど低下させないような場合を想定している。そのため、送電装置６１から送電された電力の受電装置６２への伝搬効率には第１遮蔽体６１６と第２遮蔽体６２６が無関係であるとみなす。よって、第１遮蔽体６１６と第２遮蔽体６２６については以下の電力伝送システム５の説明から省略する。
第五の実施形態による電力伝送システム５は図３１で示すように、送電装置６１及び受電装置６２を備えている。送電装置６１及び受電装置６２は、良導体媒質として海水６３で覆われている。
送電装置６１は、送電用コイルと、第１の一次包含部６１２と、第１の二次包含部６１３と、第１の三次包含部６１４を備えている。送電用コイルは、スパイラルコイル６１１１とスパイラルコイル６１１２から成る。第１の一次包含部６１２は、送電用コイルを覆う第一誘電体から成る。第１の二次包含部６１３は、第１の一次包含部６１２を覆う第二誘電体から成る。第１の三次包含部６１４は、第１の二次包含部６１３を覆う第三誘電体から成る。スパイラルコイル６１１１は給電ポートＰｓ３を有する。スパイラルコイル６１１２は給電ポートＰｓ４を有する。
受電装置６２は、受電用コイルと、第２の一次包含部６２２と、第２の二次包含部６２３と、第１の三次包含部６２４を備えている。受電用コイルは、スパイラルコイル６２１１とスパイラルコイル６２１２から成る。第２の一次包含部６２２は、受電用コイルを覆う第一誘電体から成る。第２の二次包含部６２３は、第２の一次包含部６２２を覆う第二誘電体から成る。第１の三次包含部６２４は、第２の二次包含部６２３を覆う第三誘電体から成る。スパイラルコイル６２１１は受電ポートＰｒ３を有する。スパイラルコイル６２１２は受電ポートＰｒ４を有する。【００８６】
本実施例におけるシミュレーションモデルにおいて、第１の二次包含部６１３は、図３１で示すように、第１の一次包含部６１２の上面及び下面（コイル面と平行な面）のみを覆う構造となっている。すなわち、第１の一次包含部６１２は、２つの第１の二次包含部６１３で挟み込まれる構造となっている。一方、第１の一次包含部６１２の側面（コイル面と垂直な面）は、直接、第１の三次包含部６１４によって覆われる構造となっている。
同様に、第２の二次包含部６２３は、第２の一次包含部６２２の上面及び下面（コイル面と平行な面）のみを覆う構造となっている。すなわち、第２の一次包含部６２２は、２つの第２の二次包含部６２３で挟み込まれる構造となっている。一方、第２の一次包含部６２２の側面（コイル面と垂直な面）は、直接、第２の三次包含部６２４によって覆われる構造となっている。【００８７】
図３２は、本発明の実施例３における送電装置６１の側面概略図である。
第１の一次包含部６１２は、縦Ｌ２が２５０［ｍｍ］、横が２５０［ｍｍ］、高さＬ５が４．５［ｍｍ］のフッ素樹脂で構成されている。第１の一次包含部６１２を構成するフッ素樹脂の比誘電率は１０．２、誘電正接は０．００２３である。
また、第１の二次包含部６１３は、縦Ｌ２が２５０［ｍｍ］、横が２５０［ｍｍ］、高さＬ４、Ｌ９が６［ｍｍ］のフッ素樹脂を２つ用いて構成されている。第１の二次包含部６１３を構成する比誘電率は６．２、誘電正接は０．００１９である。
第１の三次包含部６１４は、縦Ｌ１が２６０［ｍｍ］、横が２６０［ｍｍ］、高さＬ１１が２６．５［ｍｍ］、厚さＬ３、Ｌ１０、Ｌ１２、Ｌ１３が５［ｍｍ］のアクリルで構成されている。第１の三次包含部６１４を構成するアクリルの比誘電率は３．３、誘電正接は０．０４である。
図３２において、距離Ｌ６が１［ｍｍ］、距離Ｌ７が０．５［ｍｍ］、距離Ｌ８が１［ｍｍ］である。本実施例においては、受電装置６２も、上述した送電装置６１と同一の構成に設定してシミュレーションを行っている。【００８８】
図３３は、本発明の実施例３における送電装置６１のスパイラルコイル６１１１を受電装置６２側から見た図である。
図３４は、本発明の実施例３における送電装置６１のスパイラルコイル６１１２を受電装置６２側から見た図である。
スパイラルコイル６１１１は、５０巻の導体から成る配線で構成されている。スパイラルコイル６１１１の外周辺Ｌｈ５、Ｌｗ５は、２０８［ｍｍ］である。スパイラルコイル６１１１の配線の直径は１［ｍｍ］、配線の間隔は１［ｍｍ］である。
スパイラルコイル６１１２は、スパイラルコイル６１１１と同サイズに設定した。スパイラルコイル６１１１とスパイラルコイル６１１２は、０．５［ｍｍ］（Ｌ７）離して配置されている。スパイラルコイル６１１１の最外周の端部とスパイラルコイル６１１２の最外周の端部とが、高周波電力の給電ポートＰｓ３、Ｐｓ４となる。スパイラルコイル６１１１の螺旋の向きとスパイラルコイル６１１２の螺旋の向きは、給電ポートＰｓ３、Ｐｓ４を介して、同一方向に磁界が発生する向きで構成する。【００８９】
図３５は、本発明の実施例３における受電装置６２のスパイラルコイル６２１１を送電装置６１側から見た図である。
図３６は、本発明の実施例３における受電装置６２のスパイラルコイル６２１２を送電装置６１側から見た図である。
スパイラルコイル６２１１は、５０巻の導体から成る配線で構成されている。スパイラルコイル６２１１の外周辺Ｌｈ７、Ｌｗ７は、２０８［ｍｍ］である。スパイラルコイル６２１１の配線の直径は１［ｍｍ］、配線の間隔は１［ｍｍ］である。
スパイラルコイル６２１２は、スパイラルコイル６２１１と同サイズに設定した。スパイラルコイル６２１１とスパイラルコイル６２１２は、０．５［ｍｍ］離して配置されている。スパイラルコイル６２１１の最外周の端部とスパイラルコイル６２１２の最外周の端部とが、高周波電力の受電ポートＰｒ３、Ｐｒ４となる。スパイラルコイル６２１１の螺旋の向きとスパイラルコイル６２１２の螺旋の向きは、受電ポートＰｒ３、Ｐｒ４を介して、同一方向に磁界が発生する向きで構成する。【００９０】
図３７は、本発明の実施例３における電力伝送効率のシミュレーション結果を示す図である。
送電装置６１と受電装置６２とが海水中で１０［ｃｍ］離れている場合、電力伝送効率のシミュレーション結果は、図３７で示すように、電力伝送効率が７２［％］以上という高い値となった。共振周波数は約１４０［ｋＨz］である。
本実施例における受電装置６２の構成は、送電装置６１と同一の構成である。ただし、ここで示した構成は一例であって、送電装置６１と受電装置６２とが必ずしも同一の構成である必要はない。【００９１】
本実施例によるシミュレーションで示したように、コイルを被覆する誘電体を複数で構成することで、誘電体内の損失を増加させずに、低周波化することが可能になり、高い電力伝送効率が得られる。その結果、潜水艇は、海底、又は、海底の土の中、もしくは、海水中に設置されたセンサに対して安定的に給電することが可能となる。また、本実施例による電力伝送システム５において、第１遮蔽体６１６と第２遮蔽体６２６が、送電装置６１及び受電装置６２が生成する漏れ電磁界を遮蔽する。その結果、送電装置６１と受電装置６２からの漏れ電磁界の影響を受けて制御回路が誤作動や故障を引き起こすことを防止することができる。
【実施例４】
【００９２】
図３８は、本発明の第五の実施形態による電力伝送システム５の効果を実証するためのシミュレーションモデルを示す図である。
次に、図３８のシミュレーションモデルを用いた第五の実施形態による電力伝送システム５の効果を実証したシミュレーションについて説明する。
第五の実施形態による電力伝送システム５は、図３８で示すように、送電装置７１及び受電装置７２を備えている。送電装置７１は、実施例３で示した送電装置６１と同一の構造である。受電装置７２は、実施例３で示した受電装置６２と同一の構造である。
送電装置７１及び受電装置７２は、良導体媒質として海水７３で覆われている。本実施例では、受電装置７２のみが、誘電体である第２背面誘電体７２１と遮蔽体である第２遮蔽体７２２を備えている。【００９３】
本実施例のシミュレーションモデルにおいて、第２背面誘電体７２１は、縦が２６０［ｍｍ］、横が２６０［ｍｍ］、厚さが０〜２００［ｍｍ］のアクリルで構成される。第２背面誘電体７２１を構成するアクリルの比誘電率は３．３、誘電正接は０．０４である。第２遮蔽体７２２はアルミニウムで構成されている。【００９４】
図３９は、本発明の実施例４における電力伝送効率のシミュレーション結果を示す図である。
送電装置７１と受電装置７２とが海水中で１０［ｃｍ］程度離れている場合、電力伝送効率のシミュレーション結果は、図３９で示すように、第２背面誘電体の厚さを１００［ｍｍ］程度以上にすることで、第２遮蔽体７２２を備えない場合と同様７２［％］以上の高い値となった。共振周波数は約１４０［ｋＨz］である。第２背面誘電体７２１の厚さが１００［ｍｍ］以上の場合にも同様の効果が得られる。
本実施例では、受電装置７２のみが、誘電体である第２背面誘電体７２１と遮蔽体である第２遮蔽体７２２を備えている。ただし、ここで示した構成は一例であって、送電装置７１と受電装置７２の両方が誘電体と遮蔽体を備えてもよい。
本実施例では共振周波数が１４０［ｋＨｚ］の場合のシミュレーション結果を示したが、この共振周波数の値は一例に過ぎない。共振周波数が１４０［ｋＨｚ］と異なる場合には、伝送効率に影響を与えない第２背面誘電体７２１の厚さは１００［ｍｍ］程度以上とは異なる値になる。
以上、実施形態及び実施例を参照して本願発明を示し説明したが、本願発明は上記実施形態及び実施例に限定されない。当業者であれば、請求項によって画定される本願発明の範囲を逸脱しないで、構成や詳細に様々な変更をすることができることが理解されるであろう。【００９５】
上記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記の用にも記載されうるが、以下には限られない。【００９６】
（付記１）媒体を介して対向する送電装置と受電装置とを備える電力伝送システムであって、
前記送電装置は、
送電用コイルと、
前記受電装置と対向する第１面および前記第１面とは反対側の第２面を有し、前記送電用コイルを覆う誘電体を有する第１包含部と、
前記第１包含部の第２面に設けられ、前記第１包含部と対向する第１面と前記第１面とは反対側の第２面を有する第１背面誘電体と、
前記第１背面誘電体の第２面に設けられた第１遮蔽体と、
を備え、
前記受電装置は、
受電用コイルと、
前記送電装置と対向する第１面および前記第１面とは反対側の第２面を有し、前記受電用コイルを覆う誘電体を有する第２包含部と、
前記第２包含部の第２面に設けられ、前記第２包含部と対向する第１面と前記第１面とは反対側の第２面を有する第２背面誘電体と、
前記第２背面誘電体の第２面に設けられた第２遮蔽体と、
を備え、
前記送電装置は、前記送電装置と、前記受電装置と、前記媒体を含む電力伝送経路のインピーダンスで決定される共振周波数で電力を送る
電力伝送システム。【００９７】
（付記２）前記送電装置のインピーダンスを構成するキャパシタンス成分をＣ１で表し、前記受電装置のインピーダンスを構成するキャパシタンス成分をＣ２で表し、前記送電装置と前記受電装置と前記媒体とで形成される容量のキャパシタンス成分をＣ３で表し、前記送電装置と前記受電装置との距離をｄで表す場合、
３０ｃｍ＞Ｃ３×ｄ／（Ｃ１＋Ｃ２）＞０．５ｃｍの関係を満たす
付記１に記載の電力伝送システム。【００９８】
（付記３）前記送電装置は、
前記送電装置のインピーダンスを可変するように構成されたインピーダンス調整部
をさらに備える付記１または付記２に記載の電力伝送システム。
（付記４）前記受電装置は、
前記受電装置のインピーダンスを可変するように構成されたインピーダンス調整部
をさら備える付記１から３のいずれか一に記載の電力伝送システム。【００９９】
（付記５）前記送電装置は、前記送電装置のインピーダンスを可変するように構成された第１のインピーダンス調整部をさらに備え、
前記受電装置は、前記受電装置のインピーダンスを可変するように構成された第２のインピーダンス調整部をさらに備え、
前記第１のインピーダンス調整部は、
前記送電装置のインピーダンスを構成するキャパシタンス成分と前記第１のインピーダンス調整部のキャパシタンス成分との合成容量成分をＣ１０と表し、前記受電装置のインピーダンスを構成するキャパシタンス成分と前記第２のインピーダンス調整部のキャパシタンス成分との合成容量成分をＣ２０と表し、前記送電装置と前記受電装置と前記媒体とで形成される容量のキャパシタンス成分をＣ３で表し、前記送電装置と前記受電装置との距離をｄと表す場合、
３０ｃｍ＞Ｃ３×ｄ／（Ｃ１０＋Ｃ２０）＞０．５ｃｍの関係を満たすようにインピーダンスを調整する
付記１または付記２に記載の電力伝送システム。【０１００】
（付記６）前記送電装置は、前記送電装置のインピーダンスを可変するように構成された第１のインピーダンス調整部をさらに備え、
前記受電装置は、前記受電装置のインピーダンスを可変するように構成された第２のインピーダンス調整部をさらに備え、
前記第２のインピーダンス調整部は、
前記送電装置のインピーダンスを構成するキャパシタンス成分と前記第１のインピーダンス調整部のキャパシタンス成分との合成容量成分をＣ１０と表し、前記受電装置のインピーダンスを構成するキャパシタンス成分と前記第２のインピーダンス調整部のキャパシタンス成分との合成容量成分をＣ２０と表し、前記送電装置と前記受電装置との距離をｄと表す場合、
３０ｃｍ＞Ｃ３×ｄ／（Ｃ１０＋Ｃ２０）＞０．５ｃｍの関係を満たすようにインピーダンスを調整する
付記１または付記２に記載の電力伝送システム。【０１０１】
（付記７）前記送電用コイルの外径に対する前記第１包含部のコイル面に沿う方向の大きさの比が１．２よりも大きい
付記１から付記６の何れか一に記載の電力伝送システム。
（付記８）前記受電用コイルの外径に対する前記第１包含部のコイル面に沿う方向の大きさの比が１．２よりも大きい
付記１から付記７の何れか一に記載の電力伝送システム。【０１０２】
（付記９）前記第１包含部は、
前記送電用コイルを覆う第一誘電体を有する第１の一次包含部と、
前記第１の一次包含部を覆う第二誘電体を有する第１の二次包含部と、
を備え、
前記第２包含部は、
前記受電用コイルを覆う第一誘電体を有する第２の二次包含部と、
前記第１の二次包含部を覆う第二誘電体を有する第２の二次包含部と、
を備える付記１から付記８の何れか一に記載の電力伝送システム。【０１０３】
（付記１０）前記第１包含部は、
前記第１の二次包含部を覆う誘電体を有する被覆誘電体
を備え、
前記第２包含部は、
前記第２の二次包含部を覆う誘電体を有する被覆誘電体
を備える、
付記９に記載の電力伝送システム。【０１０４】
（付記１１）前記第二誘電体は、前記媒体と比重が等しい誘電体から成る
付記９または付記１０に記載の電力伝送システム。【０１０５】
（付記１２）前記第一誘電体の誘電正接は、前記第二誘電体の誘電正接よりも低いか、または、同一である
付記９から付記１１の何れか一に記載の電力伝送システム。【０１０６】
（付記１３）前記第一誘電体の比誘電率は、前記第二誘電体の比誘電率よりも低いか、または、同一である
付記９から付記１２の何れか一に記載の電力伝送システム。【０１０７】
（付記１４）前記媒体の導電率は１×１０−４より高く、かつ、前記媒体の比誘電率は１より高い
付記１から付記１３の何れか一に記載の電力伝送システム。【０１０８】
（付記１５）前記媒体が、海水、河川、淡水、水道水、土およびコンクリートの少なくとも一を含む
付記１から付記１４の何れか一に記載の電力伝送システム。【０１０９】
（付記１６）前記媒体の中に発生した電界の少なくとも一部が、前記送電用コイルのコイル面または前記受電用コイルのコイル面に対してほぼ平行に回転しており、かつ、前記媒体の中に発生した磁界の少なくとも一部が、前記送電用コイルのコイル面または前記受電用コイルのコイル面に対してほぼ平行に向いている
付記１から付記１５の何れか一に記載の電力伝送システム。【０１１０】
（付記１７）前記送電用コイルを貫く鎖交磁束と、前記受電用コイルを貫く鎖交磁束が、磁界が最大となる位相条件で、互いに逆方向の向きとなり、前記送電用コイルのコイル面と前記受電用コイルのコイル面に対して平行な磁界となっている
付記１６に記載の電力伝送システム。【０１１１】
（付記１８）海水中に設置した電力供給源、船舶または潜水艇に前記送電装置を搭載し、海水中に設置したセンサ、船舶または潜水艇に前記受電装置を搭載し、前記送電装置から前記受電装置に無線で電力を送る
付記１から付記１７の何れか一に記載の電力伝送システム。【０１１２】
（付記１９）前記送電装置は、海水中に敷設された２つの電源ケーブルの一方の電源ケーブルの接続部に設置され、前記受電装置は、他方の電源ケーブルの接続部に設置され、前記送電装置から前記受電装置へ無線で電力を送る
付記１から付記１８の何れか一に記載の電力伝送システム。【０１１３】
（付記２０）前記送電装置を情報伝送する送信機として用い、前記受電装置を情報伝送する受信機として用いることで、電力伝送と無線通信を同時に行う
付記１から付記１９の何れか一に記載の電力伝送システム。【０１１４】
（付記２１）媒体を介して受電装置と対向する送電装置であって、
送電用コイルと、
前記受電装置と対向する第１面および前記第１面とは反対側の第２面を有し、前記送電用コイルを覆う誘電体を有する包含部と、
前記包含部の第２面に設けられ、前記包含部と対向する第１面と前記第１面とは反対側の第２面を有する背面誘電体と、
前記背面誘電体の第２面に設けられた遮蔽体と、
を備える送電装置。【０１１５】
（付記２２）媒体を介して送電装置と対向する受電装置であって、
受電用コイルと、
前記送電装置と対向する第１面および前記第１面とは反対側の第２面を有し、前記受電用コイルを覆う誘電体を有する包含部と、
前記包含部の第２面に設けられ、前記包含部と対向する第１面と前記第１面とは反対側の第２面を有する背面誘電体と、
前記背面誘電体の第２面に設けられた遮蔽体と、
を備える受電装置。【０１１６】
（付記２３）媒体を介して対向する送電装置と受電装置とを備える電力伝送システムのための電力伝送方法であって、
送電用コイルと、前記受電装置と対向する第１面および前記第１面とは反対側の第２面を有し、前記送電用コイルを覆う誘電体を有する第１包含部と、前記第１包含部の第２面に設けられ、前記第１包含部と対向する第１面と前記第１面とは反対側の第２面を有する第１背面誘電体と、前記第１背面誘電体の第２面に設けられた第１遮蔽体とを備える送電装置を用意し、
受電用コイルと、前記送電装置と対向する第１面および前記第１面とは反対側の第２面を有し、前記受電用コイルを覆う誘電体を有する第２包含部と、前記第２包含部の第２面に設けられ、前記第２包含部と対向する第１面と前記第１面とは反対側の第２面を有する第２背面誘電体と、前記第２背面誘電体の第２面に設けられた第２遮蔽体とを備える受電装置を用意し、
前記送電装置と、前記受電装置と、前記媒体を含む電力伝送経路のインピーダンスで決定される共振周波数で電力を送る
ことを含む電力伝送システム。【０１１７】
（付記２４）媒体を介して受電装置と対向する送電装置のための電力伝送方法であって、
送電用コイルと、前記受電装置と対向する第１面および前記第１面とは反対側の第２面を有し、前記送電用コイルを覆う誘電体を有する包含部と、前記包含部の第２面に設けられ、前記包含部と対向する第１面と前記第１面とは反対側の第２面を有する背面誘電体と、前記背面誘電体の第２面に設けられた遮蔽体とを備える送電装置を用意し、
前記送電装置と、前記受電装置と、前記媒体を含む電力伝送経路のインピーダンスで決定される共振周波数で電力を送る
ことを含む電力伝送方法。【０１１８】
（付記２５）媒体を介して送電装置と対向する受電装置のための電力伝送方法であって、
受電用コイルと、前記送電装置と対向する第１面および前記第１面とは反対側の第２面を有し、前記受電用コイルを覆う誘電体を有する包含部と、前記包含部の第２面に設けられ、前記包含部と対向する第１面と前記第１面とは反対側の第２面を有する背面誘電体と、前記背面誘電体の第２面に設けられた遮蔽体とを用意し、
前記送電装置と、前記受電装置と、前記媒体とを含む電力伝送経路のインピーダンスで決定される共振周波数で電力を受け取る
ことを含む電力伝送方法。【０１１９】
この出願は、２０１３年５月１５日に出願された日本国特願２０１３−１０３０６２を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
【産業上の利用可能性】
【０１２０】
本発明は、電力伝送システム、送電装置、受電装置、及び電力伝送方法に適用してもよい。
【符号の説明】
【０１２１】
１、２、３、４、５、６、７、８・・・電力伝送システム
１１、２１、３１、４１、５１、６１、７１・・・送電装置
１２、２２、３２、４２、５２、６２、７２・・・受電装置
１３、２３・・・良導体媒質（媒体）
１４・・・電力供給源
１５、１６、１７・・・潜水艇
１８、１９・・・電源ケーブル
３３・・・良導体媒質（海水）
４３、５３、６３、７３・・・海水
１１１、２１１、３１１・・・送電用コイル（第１コイル）
１１２・・・送電側包含部（第１包含部）
１１３、２１４、３１５・・・送電側背面誘電体（第１背面誘電体）
１１４、２１５、３１６、４１６、５１６、６１６・・・第１遮蔽体（第１遮蔽体）
１１５・・・送電側インピーダンス調整部（第１インピーダンス調整部）
１２１、２２１、３２１・・・受電用コイル（第２コイル）
１２２・・・受電側包含部（第２包含部）
１２３、２２４、３２５、７２１・・・受電側背面誘電体（第２背面誘電体）
１２４、２２５、３２６、４２６、５２６、６２６、７２２・・・受電側遮蔽体（第２遮蔽体）
１２５・・・受電側インピーダンス調整部（第２インピーダンス調整部）
２１２、３１２、６１２・・・第一送電側包含部（第１の一次包含部）
２１３、３１３、６１３・・・第二送電側包含部（第１の二次包含部）
２２２、３２２、６２２・・・第一受電側包含部（第２の一次包含部）
２２３、３２３、６２３・・・第二受電側包含部（第２の二次包含部）
３１４、６１４・・・第三送電側包含部（第１の三次包含部）
３２４、６２４・・・第三受電側包含部（第２の三次包含部）
４１１・・・ヘリカルコイル（送電用コイル、第１コイル）
４１２、５１２・・・内部誘電体（第一送電側包含部、第１の一次包含部）
４１３、５１３・・・外部誘電体（第二送電側包含部、第１の二次包含部）
４１４、５１４・・・被覆誘電体（第三送電側包含部、第１の三次包含部）
４２１・・・ヘリカルコイル（受電用コイル、第２コイル）
４２２、５２２・・・内部誘電体（第一受電側包含部、第２の一次包含部）
４２３、５２３・・・外部誘電体（第二受電側包含部、第２の二次包含部）
４２４、５２４・・・被覆誘電体（第三受電側包含部、第２の三次包含部）
５１１１、５２１１、６１１１、６１１２、６２１１、６２１２・・・スパイラルコイル
５１１２、５２１２・・・ループコイル
５１１３、５１１５・・・誘電体基板
５１１４・・・スパイラル配線
５１１６・・・ループ配線
【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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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【国際調査報告】
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