(57)【要約】【課題】磁場共振型のワイヤレス給電の生活空間への応用方法を提案する。【解決手段】ワイヤレス電力伝送システム１００の目的は、給電コイルＬ２と受電コイルＬ３の磁場共振現象に基づき、給電コイルＬ２から受電コイルＬ３へワイヤレス給電することである。ワイヤレス電力伝送システム１００には、給電コイルＬ２、受電コイルＬ３、ロードコイルＬ４および送電制御回路２００などが含まれる。送電制御回路２００は、給電コイルＬ２に交流電力を供給することにより、給電コイルＬ２から受電コイルＬ３に交流電力を供給させる。ロードコイルＬ４は受電コイルＬ３と磁気結合することにより、受電コイルＬ３から交流電力を受電する。そして、調光ガラス３０８は、ロードコイルＬ４から交流電力を供給される。調光ガラス３０８の透明度は、ロードコイルＬ４が受電した交流電力により変化する。【選択図】図７
2012165632.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
給電コイルと受電コイルの磁場共振現象に基づき、前記給電コイルから前記受電コイルにワイヤレス給電するためのシステムであって、
前記給電コイルと、
前記受電コイルと、
前記給電コイルに交流電力を供給することにより、前記給電コイルから前記受電コイルに前記交流電力を給電させる送電制御回路と、
前記受電コイルと磁気結合することにより前記受電コイルから前記交流電力を受電するロードコイルと、
前記ロードコイルから前記交流電力を供給される調光ガラスと、を備え、
前記調光ガラスの透明度は、前記ロードコイルが受電した前記交流電力により変化することを特徴とするワイヤレス電力伝送システム。
【請求項２】
前記給電コイルと前記受電コイルは、いずれも建造物の内壁に設置されることを特徴とする請求項１に記載のワイヤレス電力伝送システム。
【請求項３】
前記給電コイルは前記建造物の天井に設置され、前記受電コイルは前記建造物の側壁に設置されることを特徴とする請求項２に記載のワイヤレス電力伝送システム。
【請求項４】
前記受電コイルおよび前記ロードコイルは、前記調光ガラスを囲む形状にて設置されることを特徴とする請求項１に記載のワイヤレス電力伝送システム。
【請求項５】
前記給電コイルは、車体の内壁に設置され、
前記調光ガラスは、車窓に設置されることを特徴とする請求項１に記載のワイヤレス電力伝送システム。
【請求項６】
前記受電コイルおよび前記ロードコイルは、前記車窓の窓枠に設置されることを特徴とする請求項５に記載のワイヤレス電力伝送システム。
【請求項７】
室内の明るさを計測する光センサを更に備え、
前記送電制御回路は、前記光センサにより検出される光量に応じて、前記給電コイルへ供給すべき交流電力を調整することを特徴とする請求項１に記載のワイヤレス電力伝送システム。
【請求項８】
人感センサを更に備え、
前記送電制御回路は、前記人感センサが反応したとき、前記給電コイルへの交流電力の供給を停止することにより前記調光ガラスを不透明化することを特徴とする請求項１に記載のワイヤレス電力伝送システム。
【請求項９】
複数の調光ガラスそれぞれに対応して複数の前記受電コイルが設けられ、一つの前記給電コイルから前記複数の受電コイルにまとめて給電することを特徴とする請求項１に記載のワイヤレス電力伝送システム。
【請求項１０】
前記調光ガラスは、エレベータの外壁として設置されることを特徴とする請求項１に記載のワイヤレス電力伝送システム。
【請求項１１】
前記エレベータの昇降路の一部に設置される磁性体により前記給電コイルのインダクタンスを一時的に変化させることを特徴とする請求項１０に記載のワイヤレス電力伝送システム。
【請求項１２】
給電コイルと受電コイルの磁場共振現象に基づき、前記給電コイルから前記受電コイルにワイヤレス給電するためのシステムであって、
前記給電コイルと、
前記受電コイルと、
前記給電コイルに交流電力を供給することにより、前記給電コイルから前記受電コイルに前記交流電力を給電させる送電制御回路と、
前記受電コイルと磁気結合することにより前記受電コイルから前記交流電力を受電するロードコイルと、
前記ロードコイルから前記交流電力を供給される電気錠と、を備え、
前記電気錠は、前記ロードコイルが受電した前記交流電力により解錠または施錠されることを特徴とするワイヤレス電力伝送システム。
【請求項１３】
給電コイルと受電コイルの磁場共振現象に基づき、前記給電コイルから前記受電コイルにワイヤレス給電するためのシステムであって、
建造物の一部として設置される前記給電コイルと、
前記建造物の一部として設置される前記受電コイルと、
前記給電コイルに交流電力を供給することにより、前記給電コイルから前記受電コイルに前記交流電力を給電させる送電制御回路と、
前記受電コイルと磁気結合することにより前記受電コイルから前記交流電力を受電するロードコイルと、
前記ロードコイルから前記交流電力を供給される照明器具と、を備え、
前記照明器具は、前記ロードコイルが受電した前記交流電力により点灯することを特徴とするワイヤレス電力伝送システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワイヤレス給電に関し、特に、その生活空間への応用に関する。
【背景技術】
【０００２】
電源コードなしで電力を供給するワイヤレス給電技術が注目されつつある。現在のワイヤレス給電技術は、（Ａ）電磁誘導を利用するタイプ（近距離用）、（Ｂ）電波を利用するタイプ（遠距離用）、（Ｃ）磁場の共振現象を利用するタイプ（中距離用）の３種類に大別できる。
【０００３】
電磁誘導を利用するタイプ（Ａ）は、電動シェーバーなどの身近な家電製品において一般的に利用されているが、近距離でしか使えないという課題がある。電波を利用するタイプ（Ｂ）は、遠距離で使えるが電力が小さいという課題がある。共振現象を利用するタイプ（Ｃ）は、比較的新しい技術であり、数ｍ程度の中距離でも高い電力伝送効率を実現できることから特に期待されている。たとえば、ＥＶ（Electric Vehicle）の車両下部に受電コイルを埋め込み、地中の給電コイルから非接触にて電力を送り込むという案も検討されている。以下、タイプ（Ｃ）を「磁場共振型」とよぶ。
【０００４】
磁場共振型は、マサチューセッツ工科大学が２００６年に発表した理論をベースとしている（特許文献１参照）。特許文献１では、４つのコイルを用意している。これらのコイルを給電側から順に「エキサイトコイル」、「給電コイル」、「受電コイル」、「ロードコイル」とよぶことにする。エキサイトコイルと給電コイルは近距離にて向かい合わされ、電磁結合する。同様に、受電コイルとロードコイルも近距離にて向かい合わされ、電磁結合する。これらの距離に比べると、給電コイルから受電コイルまでの距離は「中距離」であり、比較的大きい。このシステムの目的は、給電コイルから受電コイルにワイヤレス給電することである。
【０００５】
エキサイトコイルに交流電力を供給すると、電磁誘導の原理により給電コイルにも電流が流れる。給電コイルが磁場を発生させ、給電コイルと受電コイルが磁気的に共振すると、受電コイルには大きな電流が流れる。電磁誘導の原理によりロードコイルにも電流が流れ、ロードコイルと直列接続される負荷から電力が取り出される。磁場共振現象を利用することにより、給電コイルから受電コイルの距離が大きくても高い電力伝送効率を実現できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国公開２００８／０２７８２６４号公報
【特許文献２】特開２００６−２３００３２号公報
【特許文献３】国際公開２００６／０２２３６５号公報
【特許文献４】米国公開２００９／００７２６２９号公報
【特許文献５】特開２００６−７４８４８号公報
【特許文献６】特開平７−４０７９号公報
【特許文献７】特開平６−９５１６９号公報
【特許文献８】特開平５−２８７９６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献６、７は調光ガラスに関する文献である。調光ガラスの透明度は通電により変化する。しかし、特許文献６、７のような調光ガラスの設置方法の場合、壁に配線工事を施す必要が生じる。また、接点部にゴミが溜まると動作不良を起こしやすい。特許文献８は、調光ガラスではないが、扉枠から自動扉にトランスを介して電力を供給している（上記（Ａ）の電磁誘導型）。扉枠と自動扉は非接触であるものの、トランス近辺までは配線を設ける必要がある。本発明者は、このような問題点を磁場共振型のワイヤレス給電により解決できるのではないかと考えた。
【０００８】
磁場共振型のワイヤレス給電は研究段階にあるため、実際の応用についてはあまり提案がなされていないのが現状である。本発明の目的は、磁場共振型のワイヤレス給電の生活空間への応用方法を提案することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明にかかるワイヤレス電力伝送システムは、給電コイルと受電コイルの磁場共振現象に基づき、給電コイルから受電コイルにワイヤレス給電するためのシステムである。このシステムは、給電コイルと、受電コイルと、給電コイルに交流電力を供給することにより、給電コイルから受電コイルに交流電力を給電させる送電制御回路と、受電コイルと磁気結合することにより受電コイルから交流電力を受電するロードコイルと、ロードコイルから交流電力を供給される調光ガラスを備える。調光ガラスの透明度は、ロードコイルが受電した交流電力により変化する。
【００１０】
調光ガラスの透明度をワイヤレス給電により制御するため、配線構造をシンプルにできる。また、磁場共振型の場合、給電コイルと受電コイルを近距離にて向かい合わせる必要がないため、調光ガラスを設置可能な場所が給電コイルの位置によって制約されにくいというメリットもある。
【００１１】
給電コイルと受電コイルは、いずれも建造物の内壁に設置されてもよい。たとえば、給電コイルは建造物の天井に設置され、受電コイルは建造物の側壁に設置されてもよい。
【００１２】
受電コイルおよびロードコイルは、調光ガラスを囲む形状にて設置されてもよい。受電コイルやロードコイルは、コイル面積が大きいほど交流電力を受電しやすくなる。調光ガラスを囲むようにこれらのコイルを設置すれば、充分なコイル面積を確保しやすくなる。また、受電コイルやロードコイルを調光ガラスのガラス枠と一体化させれば、美観を損ないにくいというメリットがある。
【００１３】
給電コイルは、車体の内壁に設置されてもよい。そして、調光ガラスは、車窓に設置されてもよい。このような方法によれば、車の窓の透明度をワイヤレス給電にて制御できる。受電コイルおよびロードコイルは、車窓の窓枠に設置されてもよい。
【００１４】
室内の明るさを計測する光センサを更に備えてもよい。送電制御回路は、光センサにより検出される光量が所定の閾値以下となったとき、給電コイルに交流電力を供給することにより調光ガラスを透明化してもよい。このような制御方法によれば、室内の明るさが低下したときに、調光ガラスを透明化し、外光を積極的に取り込みやすくなる。なお、逆に不透明化してもよい。
【００１５】
人感センサを更に備えてもよい。送電制御回路は、人感センサが反応したとき、給電コイルへの交流電力の供給を停止することにより調光ガラスを不透明化してもよい。このような制御方法によれば、人が存在するときだけ調光ガラスを不透明化することにより、プライバシーを守りやすくなる。
【００１６】
複数の調光ガラスそれぞれに対応して複数の受電コイルが設けられ、一つの給電コイルから複数の受電コイルにまとめて給電してもよい。
【００１７】
調光ガラスは、エレベータの外壁として設置されてもよい。エレベータの昇降路の一部に設置される磁性体により給電コイルのインダクタンスを一時的に変化させてもよい。エレベータの位置に応じて電力伝送効率が変化するため、エレベータの位置に応じて調光ガラスの透明度を制御できる。
【００１８】
本発明に係るワイヤレス電力伝送システムは、給電コイルと受電コイルの磁場共振現象に基づき、給電コイルから受電コイルにワイヤレス給電するためのシステムである。このシステムは、給電コイルと、受電コイルと、給電コイルに交流電力を供給することにより、給電コイルから受電コイルに交流電力を給電させる送電制御回路と、受電コイルと磁気結合することにより受電コイルから交流電力を受電するロードコイルと、ロードコイルから交流電力を供給される電気錠と、を備える。電気錠は、ロードコイルが受電した交流電力により解錠または施錠される。
【００１９】
本発明に係るワイヤレス電力伝送システムは、給電コイルと受電コイルの磁場共振現象に基づき、給電コイルから受電コイルにワイヤレス給電するためのシステムである。このシステムは、建造物の一部として設置される給電コイルと、建造物の一部として設置される受電コイルと、給電コイルに交流電力を供給することにより、給電コイルから受電コイルに交流電力を給電させる送電制御回路と、受電コイルと磁気結合することにより受電コイルから交流電力を受電するロードコイルと、ロードコイルから交流電力を供給される照明器具と、を備える。照明器具は、ロードコイルが受電した交流電力により点灯する。
【００２０】
なお、以上の構成要素の任意の組み合わせ、本発明の表現を方法、装置などの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、磁場共振型のワイヤレス給電の利点を生活利便性の向上につなげやすくなる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】第１実施形態におけるワイヤレス電力伝送システムの原理図である。
【図２】ワイヤレス電力伝送システムを浴室に応用した場合の模式図である。
【図３】ワイヤレス電力伝送システムをショーケースに応用した場合の模式図である。
【図４】非通電時における調光ガラスの状態を示す模式図である。
【図５】通電時における調光ガラスの状態を示す模式図である。
【図６】給電コイルと受電コイルの間に発生する磁場の模式図である。
【図７】第１実施形態におけるワイヤレス電力伝送システムの構成図である。
【図８】受電ＬＣ共振回路のインピーダンスと駆動周波数の関係を示すグラフである。
【図９】位相差指示電圧と駆動周波数の関係を示すグラフである。
【図１０】ワイヤレス電力伝送システムを電気錠や室内灯等に応用した場合の模式図である。
【図１１】ワイヤレス受電装置を形成した湾曲型の調光ガラスの外観図である。
【図１２】ワイヤレス電力伝送システムを車両に応用した場合の模式図である。
【図１３】ワイヤレス電力伝送システムにより天窓の透明度を制御する場合の模式図である。
【図１４】ワイヤレス電力伝送システムによりトイレ扉の透明度を制御する場合の模式図である。
【図１５】ワイヤレス電力伝送システムによりエレベータの窓の透明度を制御する場合の模式図である。
【図１６】第２実施形態におけるワイヤレス電力伝送システムの原理図である。
【図１７】第２実施形態におけるワイヤレス電力伝送システムのシステム構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態を説明する。
【００２４】
［第１実施形態］
図１は、第１実施形態におけるワイヤレス電力伝送システム１００の原理図である。第１実施形態におけるワイヤレス電力伝送システム１００は、ワイヤレス給電装置１１６とワイヤレス受電装置１１８を含む。ワイヤレス給電装置１１６は給電ＬＣ共振回路３００を含む。ワイヤレス受電装置１１８は、受電コイル回路１３０とロード回路１４０を含む。そして、受電コイル回路１３０により受電ＬＣ共振回路３０２が形成される。
【００２５】
給電ＬＣ共振回路３００は、キャパシタＣ２と給電コイルＬ２を含む。受電ＬＣ共振回路３０２は、キャパシタＣ３と受電コイルＬ３を含む。給電コイルＬ２と受電コイルＬ３の磁場結合を無視できるほど両者が充分に離れた状態において給電ＬＣ共振回路３００および受電ＬＣ共振回路３０２それぞれの共振周波数が同一となるように、キャパシタＣ２、給電コイルＬ２、キャパシタＣ３、受電コイルＬ３が設定される。この共通の共振周波数をｆｒ０とする。
【００２６】
給電コイルＬ２と受電コイルＬ３を充分に磁場結合できる程度に近づけた状態では、給電ＬＣ共振回路３００、受電ＬＣ共振回路３０２およびその間に発生する相互インダクタンスにより新たな共振回路が形成される。この新共振回路は、相互インダクタンスの影響により２つの共振周波数ｆｒ１、ｆｒ２を有する（ｆｒ１＜ｆｒ０＜ｆｒ２）。ワイヤレス給電装置１１６が、給電源ＶＧから共振周波数ｆｒ１にて交流電力を給電ＬＣ共振回路３００に供給すると、新共振回路の一部である給電ＬＣ共振回路３００は共振点１（共振周波数ｆｒ１）で共振する。給電ＬＣ共振回路３００が共振すると、給電コイルＬ２は共振周波数ｆｒ１の交流磁場を発生させる。同じく新共振回路の一部である受電ＬＣ共振回路３０２もこの交流磁場により共振する。給電ＬＣ共振回路３００と受電ＬＣ共振回路３０２が同一の共振周波数ｆｒ１にて共振するとき、給電コイルＬ２から受電コイルＬ３に最大の電力伝送効率にてワイヤレス給電がなされる。ワイヤレス受電装置１１８の負荷ＬＤから受電電力が出力電力として取り出される。なお、新共振回路は、共振点１（共振周波数ｆｒ１）だけでなく共振点２（共振周波数ｆｒ２）でも共振可能である。
【００２７】
この原理図に示すワイヤレス給電装置１１６は、エキサイトコイルＬ１を含んでいないがエキサイトコイルＬ１を含む場合でも基本的な原理は同じである。
【００２８】
図２は、ワイヤレス電力伝送システム１００を浴室３０４に応用した場合の模式図である。浴室３０４の天井には給電コイルＬ２がはめこまれている。給電コイルＬ２には送電制御回路２００から共振周波数ｆｒ１にて交流電力が供給される。このため、給電コイルＬ２は浴室３０４に共振周波数ｆｒ１の交流磁場を発生させる。すなわち、浴室３０４にはワイヤレス給電装置１１６が設置される。
【００２９】
浴室３０４の側壁には１つの浴室扉３０６と２つの窓３１０、３１２がはめこまれている。浴室扉３０６、窓３１０、３１２には、それぞれ調光ガラス３０８ａ〜３０８ｃがはめこまれている。また、調光ガラス３０８ａ〜３０８ｃを取り囲むように受電コイルＬ３ａ〜Ｌ３ｃが配線される。図示しないが、受電コイルＬ３の外側には更にロードコイルが配線され、受電コイルＬ３とロードコイルは電磁的に強く結合する。ロードコイルは調光ガラス３０８と有線で接続される。すなわち、浴室３０４にはワイヤレス受電装置１１８も設置される。
【００３０】
送電制御回路２００が給電コイルＬ２に共振周波数ｆｒ１の交流電力を供給すると、給電コイルＬ２から共振周波数ｆｒ１にて交流電力を供給し、各受電コイルＬ３が交流電力を受電し、調光ガラス３０８にも交流電力が供給される。詳細は図４、図５に関連して後述するが、調光ガラス３０８は通電時に透明となり非通電時に不透明となる性質を有する。したがって、送電制御回路２００の給電制御により、各調光ガラス３０８の透明度を制御できる。
【００３１】
入浴時においては各調光ガラス３０８を不透明にしてプライバシーを保護してもよい。あるいは、入浴時においてはむしろ調光ガラス３０８が透明となるように制御してもよい。たとえば、ホテルに設置される浴室３０４の場合、入浴時に窓の調光ガラス３０８を透明化することにより、浴室３０４から景観を楽しめるように制御してもよい。浴室３０４にワイヤレス電力伝送システム１００を応用する場合、給電コイルＬ２と受電コイルＬ３を有線で接続する必要がない。特に、浴室３０４のような湿度の高い空間で配線を簡略化できることはメリットが大きい。
【００３２】
図３は、ワイヤレス電力伝送システム１００をショーケース３１４に応用した場合の模式図である。ショーケース３１４の上部には給電コイルＬ２が設置されている。給電コイルＬ２には送電制御回路２００から共振周波数ｆｒ１にて交流電力が供給される。
【００３３】
ショーケース３１４にはスライド式窓３１６が設置され、スライド式窓３１６には調光ガラス３０８が設置される。また、調光ガラス３０８を取り囲むように受電コイルＬ３やロードコイル（図示せず）が設置される。
【００３４】
この場合にも、給電コイルＬ２と受電コイルＬ３を有線接続する必要がないため、スライド式窓３１６の位置に関わらず安定した給電が可能である。たとえば、スライド式窓３１６を大きく開けたときには調光ガラス３０８を不透明にし、それ以外のときには調光ガラス３０８と透明にしてもよい。スライド式窓３１６の開閉と調光ガラス３０８の透明度を連動させるという演出により、ショーケース３１４に内蔵される商品に対する顧客の注目を集めやすくなる。
【００３５】
次に、調光ガラス３０８の仕組みについて説明する。
【００３６】
図４は、非通電時における調光ガラス３０８の状態を示す模式図である。調光ガラス３０８においては、２枚の板ガラス３１８が液晶シート３２２を挟む。液晶シート３２２に含まれる液晶分子３２０は極性を有する。２つの板ガラス３１８は、スイッチＳＷを介して交流電源である給電源ＶＧと接続される。スイッチＳＷがオフのときには、液晶シート３２２に含まれる液晶分子３２０の向きはランダムであるため、調光ガラス３０８は入射光を散乱させる。このため、非通電時においては調光ガラス３０８は不透明となる。
【００３７】
図５は、通電時における調光ガラス３０８の状態を示す模式図である。スイッチＳＷがオンのときには、液晶分子３２０は同一方向を向く。この結果、調光ガラス３０８は入射光を透過するようになる。このため、通電時においては調光ガラス３０８は透明となる。
【００３８】
図６は、給電コイルＬ２と受電コイルＬ３の間に発生する磁場の模式図である。受電コイルＬ３の外周にはロードコイルＬ４が設置される。このため、受電コイルＬ３とロードコイルＬ４は電磁的に強く結合する。建造物の天井等に設置された給電コイルＬ２から発生した磁束の一部は、建造物の側壁等に設置される受電コイルＬ３を通過する。給電コイルＬ２と受電コイルＬ３を互いに向かい合わせた方が電力伝送効率は高くなるが、図６に示すように対向させない場合でも磁場共振型の場合には充分な交流電力を受電コイルＬ３に供給できる。したがって、給電コイルＬ２と受電コイルＬ３の距離や方向を比較的自由に設定できるというメリットがある。また、１つの給電コイルＬ２から複数の受電コイルＬ３に同時に交流電力を供給できるというメリットもある。
【００３９】
図７は、第１実施形態におけるワイヤレス電力伝送システム１００のシステム構成図である。送電制御回路２００は交流電源として機能し、駆動周波数ｆｏの交流電力を給電コイルＬ２に供給する。電流検出回路２０４は、給電コイルＬ２に流れる交流電流の電流位相を計測する。位相比較回路１５０は、送電制御回路２００が発生させる交流電圧の電圧位相と電流検出回路２０４により検出される電流位相を比較する。駆動周波数ｆｏが共振周波数ｆｒ１と一致していれば、電流位相と電圧位相も一致する。位相比較回路１５０が電流位相と電圧位相のずれ（位相差）を検出すると、送電制御回路２００は駆動周波数ｆｏと共振周波数ｆｒ１のずれが解消されるように駆動周波数ｆｏを調整する。このような構成により、ワイヤレス給電装置１１６は駆動周波数ｆｏを共振周波数ｆｒ１に追随させる。
【００４０】
より具体的には、電流検出回路２０４により検出された電流波形を示す信号Ｓ０は、位相比較回路１５０に入力される。送電制御回路２００が発生させる交流電圧の電圧波形を示す信号Ｔ０も位相比較回路１５０に入力される。位相比較回路１５０は、信号Ｔ０と信号Ｓ０の位相差を示す位相差指示電圧ＳＣ（直流電圧）を出力する。送電制御回路２００は、位相差指示電圧ＳＣに基づき、図９に示すグラフを参照して駆動周波数ｆｏを変化させることにより、位相差を解消する。たとえば、米国出願１３／０９６５５９号や米国仮出願６１／４４７８６７号などに開示されるメカニズムにて信号ＳＣを制御してもよい。
【００４１】
ワイヤレス受電装置１１８においては、受電コイルＬ３とキャパシタＣ３により受電ＬＣ共振回路３０２が形成される。
【００４２】
給電コイルＬ２と受電コイルＬ３は同一形状である必要はない。給電コイルＬ２が共振周波数ｆｒ１にて交流磁場を発生させると、給電コイルＬ２と受電コイルＬ３が磁場結合し、受電コイルＬ３に交流電流が流れる。給電コイルＬ２が発生させる交流磁場によって受電コイルＬ３とキャパシタＣ３も共振する。
【００４３】
受電コイルＬ３とロードコイルＬ４は互いに向かい合っている。受電コイルＬ３とロードコイルＬ４の距離はゼロである。このため、受電コイルＬ３とロードコイルＬ４は電磁的に強く結合（電磁誘導による結合）している。受電コイルＬ３に交流電流が流れることにより、ロードコイルＬ４に起電力が発生し、ロードコイルＬ４に交流電流が流れる。
【００４４】
ワイヤレス給電装置１１６の給電コイルＬ２から送電された交流電力は、ワイヤレス受電装置１１８の受電コイルＬ３により受電され、ＡＣ／ＤＣコンバータ１２０によりいったん直流化され、ＤＣ／ＡＣコンバータ１２２により調光ガラス３０８の規定周波数の交流電力に変換される。こうして、調光ガラス３０８に交流電力が供給される。ワイヤレス給電装置１１６からワイヤレス受電装置１１８に交流電力が供給されるとき、調光ガラス３０８は透明になる。特に、共振周波数ｆｒ１にて交流電力が受電コイルＬ３に供給されるとき、調光ガラス３０８の透明度は最大となる。
【００４５】
図８は、受電ＬＣ共振回路３０２のインピーダンスＺと駆動周波数ｆｏの関係を示すグラフである。縦軸は、受電コイル回路１３０（キャパシタＣ３と受電コイルＬ３の直列回路）のインピーダンスＺを示す。横軸は駆動周波数ｆｏを示す。インピーダンスＺは、共振時において最低値Ｚｍｉｎとなる。共振時にＺｍｉｎ＝０となるのが理想であるが、受電コイル回路１３０には若干の抵抗成分が含まれるため、Ｚｍｉｎは通常ゼロとはならない。
【００４６】
図８においては、駆動周波数ｆｏ＝共振周波数ｆｒ１となるとき、インピーダンスＺは最低となり、受電コイル回路１３０は共振状態となる。駆動周波数ｆｏと共振周波数ｆｒ１がずれると、インピーダンスＺにおける容量性リアクタンスまたは誘導性リアクタンスが優勢となるためインピーダンスＺも大きくなる。
【００４７】
駆動周波数ｆｏが共振周波数ｆｒ１と一致するとき、給電コイルＬ２には共振周波数ｆｒ１にて交流電流が流れ、受電コイル回路１３０にも共振周波数ｆｒ１にて交流電流が流れる。受電コイル回路１３０の受電コイルＬ３およびキャパシタＣ３は、共振周波数ｆｒ１にて共振するため、給電コイルＬ２から受電コイルＬ３への電力伝送効率は最大となる。
【００４８】
図９は、位相差指示電圧ＳＣと駆動周波数ｆｏの関係を示すグラフである。図９に示す関係は、送電制御回路２００において設定されている。電流位相と電圧位相の位相差ｔｄは、共振周波数ｆｒ１と駆動周波数ｆｏの差に比例する。そこで、位相比較回路１５０は、位相差ｔｄに応じて位相差指示電圧ＳＣの変化量を決定し、送電制御回路２００はその変化量に応じて駆動周波数ｆｏを決定する。
【００４９】
共振周波数ｆｒ１＝１００ｋＨｚとして説明する。初期状態では駆動周波数ｆｏ＝１００ｋＨｚに設定される。このとき、位相差指示電圧ＳＣ＝３．０（Ｖ）に初期設定される。共振周波数ｆｒ１が１００ｋＨｚから９０ｋＨｚに変化した場合を想定する。駆動周波数ｆｏ（＝１００ｋＨｚ）＞共振周波数ｆｒ１（＝９０ｋＨｚ）となるため、位相差ｔｄ＜０となる。位相差ｔｄは、共振周波数ｆｒ１の変化量（−１０ｋＨｚ）に比例する。位相検出回路１１４は、位相差ｔｄに応じて位相差指示電圧ＳＣの変化量を決定する。上記設例では、位相比較回路１５０は位相差指示電圧ＳＣの変化量を−１（Ｖ）とし、新たな位相差指示電圧ＳＣ＝２（Ｖ）を出力する。送電制御回路２００は、図９のグラフに示す関係にしたがって、位相差指示電圧ＳＣ＝２．０（Ｖ）に対応する駆動周波数ｆｏ＝９０ｋＨｚを出力する。このような処理により、共振周波数ｆｒ１が変化しても駆動周波数ｆｏを自動的に追随させることができる。
【００５０】
図１０は、ワイヤレス電力伝送システム１００を電気錠２１０や室内灯２０６等に応用した場合の模式図である。調光ガラス３０８に限らず、さまざまな電気製品の制御にワイヤレス電力伝送システム１００を応用可能である。図１０に示す部屋の場合、内壁に給電コイルＬ２が設置されている。給電コイルＬ２には送電制御回路２００から共振周波数ｆｒ１にて交流電力が供給される。
【００５１】
内壁には、扉２０２が設けられ、扉２０２は電気錠２１０ａ、２１０ｂにより施錠される。また、内壁には非常灯２０８、天井には室内灯２０６ａ、２０６ｂが設置される。電気錠２１０ａ、２１０ｂ、非常灯２０８、室内灯２０６ａ、２０６ｂにはそれぞれ受電コイルＬ３ａ〜Ｌ３ｅやロードコイル（図示せず）が設置される。
【００５２】
給電コイルＬ２から供給される交流電力により、室内灯２０６ａ、２０６ｂ、非常灯２０８は点灯する。また、電気錠２１０ａ、２１０ｂの駆動電力も給電コイルＬ２から供給される。１つのワイヤレス給電装置１１６から供給される交流電力が複数のワイヤレス受電装置１１８に供給されることになる。複数の分散された電化製品（室内灯２０６等）に対して、１つの給電コイルＬ２からまとめてワイヤレスにて交流電力を供給できるため、配線数を減少させることができる。
【００５３】
図１１は、ワイヤレス受電装置１１８を形成した湾曲型の調光ガラス２１２の外観図である。平板型の調光ガラス３０８に限らず、湾曲型の調光ガラス２１２の透明度をワイヤレス電力伝送システム１００にて制御することも可能である。図１１においては、調光ガラス２１２の外周に沿って受電コイルＬ３とキャパシタＣ３が設置される。受電コイルＬ３は、調光ガラス２１２に内蔵されてもよいし、表面上にプリントされてもよい。受電コイルＬ３の内側にはロードコイルＬ４が設置される。また、ロードコイルＬ４には整流回路２１４が接続される。この場合にも、調光ガラス２１２の外部に設けられたワイヤレス給電装置１１６から調光ガラス２１２に交流電力を供給すれば、調光ガラス２１２の透明度を制御できる。
【００５４】
図１２は、ワイヤレス電力伝送システム１００を車両２１６に応用した場合の模式図である。車両２１６において、後部扉２１８の車窓２２０は調光ガラス２２２である。後部扉２１８には、受電コイルＬ３やロードコイルＬ４、整流回路２１４などのワイヤレス受電装置１１８が内蔵されている。また、車両２１６の天井には給電コイルＬ２（図示せず）が内蔵されている。このような構成によれば、車窓２２０の透明度を変化させることができる。
【００５５】
たとえば、停車中には給電を停止すれば調光ガラス２２２が不透明になり、乗客のプライバシーが守られる。走行中、あるいは、所定速度以上で車両２１６が走行するときには、歩行者から車内をのぞき見られるリスクは少ないため、走行中はワイヤレス給電を行って調光ガラス２２２を透明化すれば、乗客が車外の景色を楽しむことができる。
【００５６】
図１３は、ワイヤレス電力伝送システム１００により天窓２２４の透明度を制御する場合の模式図である。図１３に示す部屋の床には給電コイルＬ２が内蔵されている。また、天窓２２４は調光ガラス２２６で形成され、その周囲に受電コイルＬ３やロードコイル（図示せず）が設置される。すなわち、床の給電コイルＬ２から発生する磁場により、調光ガラス２２６の透明度が制御される。
【００５７】
光センサ２２８は、室内の明るさを検出する。室内が明るさが所定の閾値以上となるとき光センサ２２８は光検知信号を送電制御回路２００に送る。送電制御回路２００は、給電コイルＬ２と共に床に内蔵されている。送電制御回路２００は、光検知信号を受信するとワイヤレス給電を停止させる。この結果、調光ガラス２２６は不透明になる。すなわち、室内が充分に明るいときには天窓２２４から取り込まれる外光を制限する。一方、室内が暗くなると送電制御回路２００はワイヤレス給電を再開する。調光ガラス２２６は透明になり、外光が室内に取り込まれやすくなる。このような制御方法によれば、直射日光が強い時間帯では調光ガラス２２６を不透明化することにより外光を制限し、更に、室温の上昇を抑制することができる。
【００５８】
光ではなく湿度により調光ガラス２２６の透明度を制御してもよい。たとえば、室外に湿度計を設置しておく。湿度が低いとき、すなわち、天気がよいときには調光ガラス２２６を透明化し、積極的に外光を取り込む。一方、湿度が高いとき、特に、霧が出るほど湿度が高いときには給電を停止し、調光ガラス２２６を不透明化してもよい。
【００５９】
図１４は、ワイヤレス電力伝送システム１００によりトイレ扉の透明度を制御する場合の模式図である。扉１０６には、調光ガラス１０４がはめこまれている。調光ガラス１０４の周囲には受電コイルＬ３およびロードコイルＬ４（図示せず）が設置され、トイレの天井には給電コイルＬ２が設置される。トイレに人が入ると人感センサ１０２が検出信号を送電制御回路２００（図示せず）に送り、給電コイルＬ２から受電コイルＬ３への給電が中止される。送電制御回路２００は、トイレの天井部等に設置される。
【００６０】
すなわち、トイレが無人のときには給電コイルＬ２から受電コイルＬ３に給電がなされ、調光ガラス１０４は透明化される。この結果、外部からトイレに人がいないことを確認できる。トイレに人が入ったときには調光ガラス１０４は不透明化され、プライバシーを保護する。トイレ以外にも、無人貸出機、ＡＴＭ（Automatic teller machine）、カラオケボックス、電話ボックス等にも人感センサ１０２とワイヤレス電力伝送システム１００の組み合わせを応用可能である。
【００６１】
図１５は、ワイヤレス電力伝送システム１００によりエレベータ装置のエレベータかご１０８の窓の透明度を制御する場合の模式図である。エレベータかご１０８の天井に給電コイルＬ２と図示しない送電制御回路２００を設置する。エレベータかご１０８の窓に受電コイルＬ３とロードコイルＬ４を設置する。窓は調光ガラス１１０であり、給電コイルＬ２から受電コイルＬ３には常時ワイヤレス給電されている。ただし、ワイヤレス給電装置１１６は共振周波数ｆｒ１から離れた周波数帯にて交流電力を供給するため、通常、調光ガラス１１０は不透明となっている。
【００６２】
昇降路１１４の一部には磁性体１１２が埋め込まれている。図１５の場合、地上部分に磁性体１１２が設置されている。エレベータかご１０８（給電コイルＬ２）が磁性体１１２に近づくと、給電コイルＬ２のインダクタンスが変化する。これは、空芯コイルに鉄芯を入れるとインダクタンスが変化するのと同様の原理である。給電コイルＬ２の内側でなく外側に磁性体１１２を設置する場合にも、給電コイルＬ２の磁気特性を変化させることができる。このとき、給電コイルＬ２は共振周波数ｆｒ１にて交流電力を供給し、調光ガラス１１０は透明になる。いいかえれば、エレベータかご１０８が地上に出たときに調光ガラス１１０が透明化するように、磁性体１１２の位置や大きさ、透磁率等のパラメータを適切に設定しておく。
【００６３】
このような制御方法によれば、エレベータかご１０８が地上に出たときに、不透明の窓が透明化して急激に視界が開けるという視覚的効果を演出できる。地下のような景色の望めないところでは調光ガラス１１０を不透明にしておき、地上のような景色のよいところでは調光ガラス１１０を透明化すればよい。あるいは、アトリウム（吹き抜け）に隣接するエレベータかご１０８であれば、アトリウム通過時に調光ガラス１１０を透明化してもよい。調光ガラス１１０の透明・不透明は瞬間的に切り換える必要はない。展望台のエレベータかご１０８であれば、エレベータかご１０８が上昇するにつれて徐々に調光ガラス１１０の透明度を高めるという演出も考えられる。具体的には、複数枚の調光ガラス１１０を重ねておき、１枚ずつ順番に透明化していけば、このような演出が可能となる。
【００６４】
なお、磁性体１１２ではなく、ソフトウェア等により調光ガラス１１０を制御することも可能である。たとえば、エレベータかご１０８の位置に応じて駆動周波数ｆｏを変化させれば、エレベータかご１０８の位置に応じて透明度を変化させることができる。
【００６５】
［第２実施形態］
図１６は、第２実施形態におけるワイヤレス電力伝送システム１００の原理図である。第２実施形態におけるワイヤレス電力伝送システム１００も、ワイヤレス給電装置１１６とワイヤレス受電装置１１８を含む。ただし、ワイヤレス受電装置１１８は受電ＬＣ共振回路３０２を含むが、ワイヤレス給電装置１１６は給電ＬＣ共振回路３００を含まない。すなわち、給電コイルＬ２は、ＬＣ共振回路の一部とはなっていない。より具体的には、給電コイルＬ２は、ワイヤレス給電装置１１６に含まれる他の回路要素とは共振回路を形成しない。給電コイルＬ２に対しては、直列・並列のいずれにもキャパシタが挿入されない。したがって、電力を伝送するときの周波数においては、給電コイルＬ２は非共振となる。
【００６６】
給電源ＶＧは、共振周波数ｆｒ１の交流電流を給電コイルＬ２に供給する。給電コイルＬ２は共振しないが、共振周波数ｆｒ１の交流磁場を発生させる。受電ＬＣ共振回路３０２は、この交流磁場により共振する。この結果、受電ＬＣ共振回路３０２には大きな交流電流が流れる。本発明者の検討により、ワイヤレス給電装置１１６においては必ずしもＬＣ共振回路を形成する必要がないことが判明した。給電コイルＬ２は、給電ＬＣ共振回路の一部ではないため、ワイヤレス給電装置１１６としては共振周波数ｆｒ１にて共振状態には移らない。一般的には、磁場共振型のワイヤレス給電は、給電側と受電側双方に共振回路を形成し、それぞれの共振回路を同一の共振周波数ｆｒ１（＝ｆｒ０）で共振させることにより、大電力の送電が可能となると解釈されている。しかし、給電ＬＣ共振回路３００を含まないワイヤレス給電装置１１６であっても、ワイヤレス受電装置１１８が受電ＬＣ共振回路３０２を含んでさえいれば、磁場共振型のワイヤレス給電を実現可能であることがわかった。
【００６７】
給電コイルＬ２と受電側コイルＬ３とが磁場結合しても、キャパシタＣ２が省略されているため新たな共振回路（共振回路同士の結合による新たな共振回路）が形成されない。この場合、給電コイルＬ２と受電側コイルＬ３との磁場結合は、その結合が強くなればなるほど受電ＬＣ共振回路３０２の共振周波数に影響を及ぼす。この共振周波数、すなわち共振周波数ｆｒ１近傍の周波数の交流電流を給電コイルＬ２に供給することにより、磁場共振型のワイヤレス給電が実現可能となる。また、キャパシタＣ２が不要であるためサイズやコスト面でも有利となる。
【００６８】
図１７は、第２実施形態におけるワイヤレス電力伝送システム１００のシステム構成図である。第２実施形態のワイヤレス電力伝送システム１００においては、キャパシタＣ２が省略されている。その他の点は、第１実施形態のワイヤレス電力伝送システム１００と同様である。
【００６９】
以上、本実施形態におけるワイヤレス電力伝送システム１００について説明した。ワイヤレス電力伝送システム１００により調光ガラスの透明度を制御する場合、電気配線を簡略化できる。特に、給電コイルＬ２と受電コイルＬ３のレイアウト自由度が高まるというメリットがある。また、ワイヤレス電力伝送システム１００によれば、１つの給電コイルＬ２から複数の受電コイルＬ３に交流電力をまとめて供給できる。ワイヤレス電力伝送システム１００は、調光ガラスに限らず、電気錠や室内照明などさまざまなインテリア製品への電力供給にも応用可能である。
【００７０】
以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。実施の形態は例示であり、いろいろな変形および変更が本発明の特許請求範囲内で可能なこと、またそうした変形例および変更も本発明の特許請求の範囲にあることは当業者に理解されるところである。従って、本明細書での記述および図面は限定的ではなく例証的に扱われるべきものである。
【００７１】
ワイヤレス電力伝送システム１００において伝送される「交流電力」は、エネルギーに限らず、信号として伝送されてもよい。アナログ信号やデジタル信号をワイヤレスにて送電する場合にも、本発明におけるワイヤレス電力伝送方法を適用可能である。
【００７２】
変形例として、太陽電池と調光ガラスを組み合わせたシステムを想定する。このシステムにおいて、太陽電池はワイヤレス給電装置１１６、調光ガラスはワイヤレス受電装置１１８の一部である。太陽電池は給電コイルＬ２を内蔵し、調光ガラスには受電コイルＬ３とロードコイルＬ４が設置される。太陽電池は、給電コイルＬ２により調光ガラスに給電する。調光ガラスは、太陽電池の表面を覆うように設置される。
【００７３】
送電制御回路２００は、太陽電池の発電量を検出し、給電の停止・再開を制御する。単位時間あたりの発電量が閾値以上となるには、いいかえれば、発電量が大きいときには太陽電池から調光ガラスに給電する。調光ガラスは透明になるため、いいかえれば、調光ガラスの光透過率が高まるため、太陽電池は効率的に発電できる。一方、単位時間あたりの発電量が閾値未満のときには、調光ガラスへの給電を中止する。たとえば、曇り日においては調光ガラスへの給電が停止される。このときには、不透明化した調光ガラスにより太陽電池のパネル面が隠される。
【００７４】
このような制御方法によれば、晴天時のような発電効率の高い時間帯においては豊富に得られる電気エネルギーで調光ガラスを透明化することにより発電効率を高め、悪天候時のような発電効率の低い時間帯においては太陽電池のパネル面を不透明化した調光ガラスで隠してしまうため、発電効率と景観維持を両立させやすくなる。今後、太陽電池が普及すると、街の景観を守ることも重要課題になってくると考えられる。
【符号の説明】
【００７５】
１００  ワイヤレス電力伝送システム、１０２  人感センサ、１０４  調光ガラス、１０６  扉、１０８  エレベータかご、１１０  調光ガラス、１１２  磁性体、１１４  昇降路、１１６  ワイヤレス給電装置、１１８  ワイヤレス受電装置、１２０  ＡＣ／ＤＣコンバータ、１２２  ＤＣ／ＡＣコンバータ、１３０  受電コイル回路、１４０  ロード回路、１５０  位相比較回路、２００  送電制御回路、２０２  扉、２０４  電流検出回路、２０６  室内灯、２０８  非常灯、２１０  電気錠、２１２  調光ガラス、２１４  整流回路、２１６  車両、２１８  後部扉、２２０  車窓、２２２  調光ガラス、２２４  天窓、２２６  調光ガラス、２２８  光センサ、３００  給電ＬＣ共振回路、３０２  受電ＬＣ共振回路、３０４  浴室、３０６  浴室扉、３０８  調光ガラス、３１０  窓、３１２  窓、３１４  ショーケース、３１６  スライド式窓、３１８  板ガラス、３２０  液晶分子、３２２  液晶シート、Ｌ２  給電コイル、Ｌ３  受電コイル、Ｌ４  ロードコイル、Ｃ２  キャパシタ、Ｃ３  キャパシタ、ＬＤ  負荷、ＳＷ  スイッチ、ＶＧ  給電源
【図１】
2012165632.tif 000003
【図２】
2012165632.tif 000004
【図３】
2012165632.tif 000005
【図４】
2012165632.tif 000006
【図５】
2012165632.tif 000007
【図６】
2012165632.tif 000008
【図７】
2012165632.tif 000009
【図８】
2012165632.tif 000010
【図９】
2012165632.tif 000011
【図１０】
2012165632.tif 000012
【図１１】
2012165632.tif 000013
【図１２】
2012165632.tif 000014
【図１３】
2012165632.tif 000015
【図１４】
2012165632.tif 000016
【図１５】
2012165632.tif 000017
【図１６】
2012165632.tif 000018
【図１７】
2012165632.tif 000019