(57)【要約】【課題】平衡ケーブルを接続して不要な共振の影響を低減するとともにインピーダンスを整合させることが可能な電界共鳴型カップラを提供する。【解決手段】送電用カップラ１１０に平衡ケーブル１１が接続され、受電用カップラ１２０に平衡ケーブル２１が接続されている。共振コイル１１３（１２３）と平衡ケーブル１１（２１）の伝送線１１ａ（２１ａ）との間にキャパシタ１１５（１２５）が直列に接続され、共振コイル１１４（１２４）と伝送線１１ｂ（２１ｂ）との間にキャパシタ１１６（１２６）が直列に接続されている。さらに、伝送線１１ａ、１１ｂ（２１ａ、２１ｂ）に並列にキャパシタ１１７（１２７）が接続されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の間隔を隔てて配置された第１電極及び第２電極と、それぞれ前記第１電極及び前記第２電極に接続されて共振回路を形成する第１共振コイル及び第２共振コイルと、を有する送電用カップラと、前記間隔または異なる間隔を隔てて配置された第３電極及び第４電極と、それぞれ前記第３電極及び前記第４電極に接続されて共振回路を形成する第３共振コイル及び第４共振コイルと、を有する受電用カップラと、を備え、前記第１電極及び前記第２電極と前記第３電極及び前記第４電極との間で電界共鳴させることで前記送電用カップラから前記受電用カップラにワイヤレスで電力伝送する電界共鳴型カップラであって、
前記送電用カップラ及び前記受電用カップラは、それぞれに平衡ケーブルが接続されて受電及び給電を行う
ことを特徴とする電界共鳴型カップラ。
【請求項２】
前記平衡ケーブルは、２本の線状導体が平行に配列された平行２線である
ことを特徴とする請求項１に記載の電界共鳴型カップラ。
【請求項３】
前記平行２線の少なくともいずれか一方にキャパシタが直列に接続され、前記平行２線に並列に別のキャパシタが接続されている
ことを特徴とする請求項２に記載の電界共鳴型カップラ。
【請求項４】
前記平行２線の双方に前記キャパシタが直列に接続されている
ことを特徴とする請求項３に記載の電界共鳴型カップラ。
【請求項５】
前記平衡ケーブルは、ケーブルシールドに収納されている
ことを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載の電界共鳴型カップラ。
【請求項６】
前記送電用カップラ及び前記受電用カップラは、それぞれカップラシールドに収納されている
ことを特徴とする請求項２乃至５のいずれか１項に記載の電界共鳴型カップラ。
【請求項７】
前記送電用カップラを収納するカップラシールドと前記送電用カップラに接続される平衡ケーブルを収納するケーブルシールドとが電気的に導通され、前記受電用カップラを収納するカップラシールドと前記受電用カップラに接続される平衡ケーブルを収納するケーブルシールドとが電気的に導通されている
ことを特徴とする請求項６に記載の電界共鳴型カップラ。
【請求項８】
前記ケーブルシールド及び前記カップラシールドは、グランドに電気的に導通されている
ことを特徴とする請求項７に記載の電界共鳴型カップラ。
【請求項９】
前記平行２線のいずれか一方の線状導体がグランドに電気的に導通されてコモン電流による共振点を有する不要共振閉回路が形成されており、
前記送電用カップラから前記受電用カップラへの電力伝送が行われる共振点を有する閉回路が、前記不要共振閉回路と部分的に共有する前記一方の線状導体に直列接続された直列挿入付加キャパシタと、前記不要共振閉回路と共有しない前記平行２線の他方の線状導体に直列接続された別の直列挿入付加キャパシタとを含み、
前記直列挿入付加キャパシタのキャパシタンスと前記別の直列挿入付加キャパシタのキャパシタンスとを所定の周波数で適切な比となるように設定することで、前記コモン電流による共振点と前記電力伝送が行われる共振点とを分離させている
ことを特徴とする請求項２乃至８のいずれか１項に記載の電界共鳴型カップラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電界共鳴によってワイヤレスで電力伝送を行うのに用いる電界共鳴型カップラに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電磁共鳴を用いたワイヤレス電力伝送方式は、電磁誘導を用いた方式より距離を離して電力伝送できることから、その開発が進められている。電磁共鳴のうち電界の共鳴により電力伝送する電界共鳴型ワイヤレス電力伝送については、例えば特許文献１、２に開示されているものが知られている。
【０００３】
特許文献１に記載のワイヤレス電力伝送システムは、送信用の共振回路（送信用カップラ）及び受信用の共振回路（受信用カップラ）が、それぞれ２つの電極と少なくとも１つのコイルとを備えた構成を有している。送信用カップラ及び受信用カップラにそれぞれ接続される送電用の電力ケーブル及び受電用の電力ケーブルは、各カップラの電極またはコイルに直接接続されている。電力ケーブルとして例えば同軸ケーブルを用いる場合には、各カップラが有する２つの電極の一方側に同軸ケーブルの中心導体が接続され、他方側に同軸ケーブルの外導体が接続される。
【０００４】
また特許文献２に記載のワイヤレス電力伝送システムでは、送電用カップラまたは受電用カップラに接続される同軸ケーブルが有する浮遊キャパシタ等のインピーダンス成分によって不要な共鳴が発生するのを防止するために、各カップラと同軸ケーブルとの接続部に不要共振抑制回路（バラン）が設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第５６０３５０９号公報
【特許文献２】特開２０１３−２２３３３８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に記載の従来のワイヤレス電力伝送システムでは、同軸ケーブルの外導体がグランド（以下ではＧＮＤと記す）に接続されたとき、各カップラの電極とＧＮＤとの間が電界で容量結合されることにより、不要な共振が発生するといった問題が生じる。不要共振が発生すると、同軸ケーブルの外導体に強いコモンモード電流が流れることになり、不要放射発生の要因になるといった問題が生じる。
【０００７】
また、特許文献２に記載の従来のワイヤレス電力伝送システムでは、上記の不要共振の発生を抑制するためにカップラと同軸ケーブルとの接続部にバランを設けているが、バランを接続すると内蔵するフェライトコア部等で電力ロスが発生し、発熱や伝送効率低下といった問題が生じる。さらに、バランを設けることでワイヤレス電力伝送システムが大型化、重量化するといった問題も生じる。
【０００８】
本発明はこのような問題を解決するためになされたものであり、平衡ケーブルを接続して不要な共振の発生を抑制するとともにもインピーダンスを整合させることが可能な電界共鳴型カップラを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の電界共鳴型カップラの第１の態様は、所定の間隔を隔てて配置された第１電極及び第２電極と、それぞれ前記第１電極及び前記第２電極に接続されて共振回路を形成する第１共振コイル及び第２共振コイルと、を有する送電用カップラと、前記間隔または異なる間隔を隔てて配置された第３電極及び第４電極と、それぞれ前記第３電極及び前記第４電極に接続されて共振回路を形成する第３共振コイル及び第４共振コイルと、を有する受電用カップラと、を備え、前記第１電極及び前記第２電極と前記第３電極及び前記第４電極との間で電界共鳴させることで前記送電用カップラから前記受電用カップラにワイヤレスで電力伝送する電界共鳴型カップラであって、前記送電用カップラ及び前記受電用カップラは、それぞれに平衡ケーブルが接続されて受電及び給電を行うことを特徴とする。
【００１０】
本発明の電界共鳴型カップラの他の態様は、前記平衡ケーブルは、２本の線状導体が平行に配列された平行２線であることを特徴とする。
【００１１】
本発明の電界共鳴型カップラの他の態様は、前記平行２線の少なくともいずれか一方にキャパシタが直列に接続され、前記平行２線に並列に別ののキャパシタが接続されていることを特徴とする。
【００１２】
本発明の電界共鳴型カップラの他の態様は、前記平行２線の双方に前記キャパシタが直列に接続されていることを特徴とする。
【００１３】
本発明の電界共鳴型カップラの他の態様は、前記平衡ケーブルは、ケーブルシールドに収納されていることを特徴とする。
【００１４】
本発明の電界共鳴型カップラの他の態様は、前記送電用カップラ及び前記受電用カップラは、それぞれカップラシールドに収納されていることを特徴とする。
【００１５】
本発明の電界共鳴型カップラの他の態様は、前記送電用カップラを収納する前記カップラシールドと前記送電用カップラに接続される前記平衡ケーブルを収納する前記ケーブルシールドとが電気的に導通され、前記受電用カップラを収納する前記カップラシールドと前記受電用カップラに接続される前記平衡ケーブルを収納する前記ケーブルシールドとが電気的に導通されていることを特徴とする。
【００１６】
本発明の電界共鳴型カップラの他の態様は、前記ケーブルシールド及び前記カップラシールドは、グランドに電気的に導通されていることを特徴とする。
【００１７】
本発明の電界共鳴型カップラの他の態様は、前記平行２線のいずれか一方の線状導体がグランドに電気的に導通されてコモン電流による共振点を有する不要共振閉回路が形成されており、前記送電用カップラから前記受電用カップラへの電力伝送が行われる共振点を有する閉回路が、前記不要共振閉回路と部分的に共有する前記一方の線状導体に直列接続された直列挿入付加キャパシタと、前記不要共振閉回路と共有しない前記平行２線の他方の線状導体に直列接続された別の直列挿入付加キャパシタとを含み、前記直列挿入付加キャパシタのキャパシタンスと前記別の直列挿入付加キャパシタのキャパシタンスとを所定の周波数で適切な比となるように設定することで、前記コモン電流による共振点と前記電力伝送が行われる共振点とを分離させていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、平衡ケーブルを接続して不要な共振の影響を低減するとともにインピーダンスを整合させることが可能な電界共鳴型カップラを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１実施形態の電界共鳴型カップラの構成を示す全体斜視図及び部分斜視図である。
【図２】従来例の電界共鳴型カップラの斜視図である。
【図３】電極とＧＮＤとの間に不要な共振系が形成されている状態を模式的に示す等価回路である。
【図４】従来例の電界共鳴型カップラの伝送効率の周波数特性及びスミスチャートを示すグラフである。
【図５】電界共鳴型カップラとＧＮＤとの配置関係を示す斜視図である。
【図６】同軸ケーブルが接続されていないときの従来の電界共鳴型カップラの伝送効率の周波数特性及びスミスチャートを示すグラフである。
【図７】送電用カップラ及び受電用カップラに平衡ケーブルが接続されたときの伝送効率の周波数特性及びスミスチャートを示すグラフである。
【図８】送電用カップラ及び受電用カップラに平衡ケーブルが接続されたときの等価回路である。
【図９】第１実施形態の電界共鳴型カップラの伝送効率の周波数特性及びスミスチャートを示すグラフである。
【図１０】第１実施形態の電界共鳴型カップラに平衡ケーブルが接続されたときの等価回路である。
【図１１】第１実施形態の電界共鳴型カップラに、ケーブルシールドに収納された平衡ケーブルが接続された構成を示す斜視図である。
【図１２】第１実施形態の電界共鳴型カップラにケーブルシールドに収納された平衡ケーブルが接続されたときの伝送効率の周波数特性及びスミスチャートを示すグラフである。
【図１３】第１実施形態の電界共鳴型カップラにケーブルシールドに収納された平衡ケーブルが接続されたときの等価回路である。
【図１４】本発明の第２実施形態の電界共鳴型カップラの構成を示す斜視図である。
【図１５】第２実施形態の電界共鳴型カップラの伝送効率の周波数特性及びスミスチャートを示すグラフである。
【図１６】第２実施形態の電界共鳴型カップラにケーブルシールドに収納された平衡ケーブルが接続されたときの等価回路である。
【図１７】ケーブルシールドに収納された平衡ケーブルが接続された第２実施形態の電界共鳴型カップラとＧＮＤとの相対的な配置関係を示す斜視図である。
【図１８】第２実施形態の電界共鳴型カップラにおけるケーブルシールド及びカップラシールドがＧＮＤに接続されたときの伝送効率の周波数特性及びスミスチャートを示すグラフである。
【図１９】第２実施形態の電界共鳴型カップラにおけるケーブルシールド及びカップラシールドがＧＮＤに接続されたときの等価回路である。
【図２０】本発明の第３実施形態の電界共鳴型カップラの配置及び構成を示す斜視図である。
【図２１】第３実施形態の電界共鳴型カップラに接続された平衡ケーブルの平行２線の両方がＧＮＤに接続されていないときの伝送効率の周波数特性及びスミスチャートを示すグラフである。
【図２２】第３実施形態の電界共鳴型カップラに接続された平衡ケーブルのケーブルシールドをＧＮＤに接続したときのケーブルシールドの中央部電流密度を示す斜視図である。
【図２３】第３実施形態の電界共鳴型カップラに接続された平衡ケーブルの平行２線の一方がＧＮＤに接続されたときの伝送効率の周波数特性及びスミスチャートを示すグラフである。
【図２４】第３実施形態の電界共鳴型カップラに接続された平衡ケーブルのケーブルシールド及び一方の伝送線をＧＮＤに接続したときのケーブルシールドの中央部電流密度を示す斜視図である。
【図２５】第３実施形態の電界共鳴型カップラに接続された平衡ケーブルの平行２線の一方がＧＮＤに接続されたときの等価回路である。
【図２６】第３実施形態の電界共鳴型カップラのキャパシタを調整した一例の伝送効率の周波数特性及びスミスチャートを示すグラフである。
【図２７】第３実施形態の電界共鳴型カップラのキャパシタを調整した一例におけるケーブルシールドの中央部電流密度を示す斜視図である。
【図２８】第３実施形態の電界共鳴型カップラのキャパシタを好適に調整した別の一例の伝送効率の周波数特性及びスミスチャートを示すグラフである。
【図２９】第３実施形態の電界共鳴型カップラのキャパシタを調整した別の一例におけるケーブルシールドの中央部電流密度を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明の好ましい実施の形態における電界共鳴型カップラについて、図面を参照して詳細に説明する。なお、同一機能を有する各構成部については、図示及び説明簡略化のため、同一符号を付して示す。
【００２１】
まずはじめに、従来例の電界共鳴型カップラ（以下では、電界共鳴型カップラ９００と記す）の特性について説明する。従来例の電界共鳴型カップラ９００の斜視図を図２に示す。従来例の電界共鳴型カップラ９００は、２つの電極１１１、１１２と２つの共振コイル１１３、１１４を有する送電用カップラ９１０と、２つの電極１２１、１２２と２つの共振コイル１２３、１２４を有する受電カップラ９２０を備えるものとする。そして、特許文献１と同様に、電力ケーブルとして送電用の同軸ケーブル９１及び受電用の同軸ケーブル９２を用いるものとする。同軸ケーブル９１は送電用カップラ９１０の共振コイル１１３、１１４に直接接続され、同軸ケーブル９２は受電用カップラ９２０の共振コイル１２３、１２４に直接接続されるものとする。
【００２２】
送電用の同軸ケーブル９１と送電用カップラ９１０との接続では、同軸ケーブル９１の中心導体９１ａが共振コイル１１３に接続され、外導体９１ｂが共振コイル１１４に接続される。また、受電用の同軸ケーブル９２と受電用カップラ９２０との接続では、同軸ケーブル９２の中心導体９２ａが共振コイル１２３に接続され、外導体９２ｂが共振コイル１２４に接続される。同軸ケーブル９１、９２の外導体９１ｂ、９２ｂは、いずれもグランド（ＧＮＤ）に接続されているものとする。
【００２３】
同軸ケーブル９１及び９２をそれぞれ共振コイル１１３、１１４及び共振コイル１２３、１２４に直接接続し、同軸ケーブル９１、９２の外導体９１ｂ、９２ｂをＧＮＤに接続した従来例の電界共鳴型カップラ９００の場合には、電極１１１、１１２、１２１、１２２とＧＮＤとの間に電界による容量結合が生じる。これによって不要な共振系が形成されることになり、不要共振周波数において同軸ケーブル９１、９２の外導体９１ｂ、９２ｂとＧＮＤに強いコモンモード電流が流れてしまう。
【００２４】
電極１１１、１１２、１２１、１２２とＧＮＤとの間に不要な共振系が形成されている状態を、模式的に図３（ａ）に示す。ここで、Ｃ１及びＣ２はそれぞれ電極１１１と１１２、及び電極１２１と１２２で形成されるキャパシタを示し、Ｃ’ｍはキャパシタＣ１とＣ２との間の相互結合による容量を示している。送電用カップラ９１０及び受電用カップラ９２０とも、同軸ケーブルが直接接続されたときは、電極間の共振回路に加えて電極とＧＮＤとの間の共振回路（例えば、送電用カップラ９１０側ではＣ１ａｃ、Ｃ１ｂｃ、Ｃ１ａｇ、Ｃ１ｂｇを含む系）が追加されることになり、例えば送電側の等価回路は、図３（ｂ）のように表わすことができる。
【００２５】
従来例の電界共鳴型カップラ９００に同軸ケーブル９１、９２が直接接続されたときの伝送特性をシミュレーションした結果を図４に示す。シミュレーション条件として、同軸ケーブル９１、９２及びＧＮＤの配置を図５のように想定し、それぞれのパラメータを以下のように設定するものとする。
・同軸ケーブル９１、９２
特性インピーダンスＺ０＝５０Ω
ケーブル長：８００ｍｍ
・グランド（ＧＮＤ）
２１７５ｍｍ×１５１２ｍｍの導体板を想定
送受電カップラとの距離：５００ｍｍ
【００２６】
図４（ａ）は周波数に対する伝送効率η２１（＝｜Ｓ２１｜2）の変化を示し、図４（ｂ）はスミスチャートを示している。なお、ここでは共振コイル１１３、１１４及び１２３、１２４のそれぞれのパラメータを以下のように設定している。
巻き数Ｎ１＝１３，高さＨ１＝１５．１ｍｍ、コイル径Ｄ１＝２１ｍｍ、
コイル間距離Ｌ＝２２．５４ｍｍ、コイル１個当たりの抵抗Ｒ＝０．５Ω
【００２７】
また、比較のために送受電用カップラ９１０、９２０に同軸ケーブルが接続されていないときの伝送特性を図６に示す。同軸ケーブルが接続されていないときは、図６に示すように、電極間の共振による共振点ｆ０（＝２７．１２［ＭＨｚ］）のみが現れ、伝送効率η２１＝９５．７％となっている。
【００２８】
これに対し送受電用カップラ９１０、９２０に同軸ケーブルが接続され、さらに同軸ケーブルの外導体がＧＮＤに接続された従来例の電界共鳴型カップラ９００では、図４に示すように、電極間の共振点ｆ０（＝２７．７５［ＭＨｚ］）に加えて、電極とＧＮＤとの間の共振によりさらに２つの共振点ｆ０’（＝２５．４８［ＭＨｚ］）とｆ０’’（＝３１．４４［ＭＨｚ］）が生じている。また、共振点ｆ０における伝送効率η２１＝９５．２％となっている。このように、従来例ではＧＮＤ及び外導体と電極との間に強い不要共振が形成されることになり、外導体に強いコモンモード電流が発生して不要放射波を発生させるといった問題が生じる。不要放射波が増大すると、ノイズ抑制の観点からも好ましくない。
【００２９】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態に係る電界共鳴型カップラを、図１を用いて説明する。図１は、本実施形態の電界共鳴型カップラ１００の構成を示す斜視図である。同図（ａ）は、電界共鳴型カップラ１００の全体斜視図を示し、同図（ｂ）は電界共鳴型カップラ１００の部分斜視図である。本実施形態の電界共鳴型カップラ１００は、送電用カップラ１１０と受電用カップラ１２０を備えており、送電用カップラ１１０が電力ケーブル１１で交流電源（図示せず）に接続され、受電用カップラ１２０が電力ケーブル２１で負荷（図示せず）に接続されている。
【００３０】
送電用カップラ１１０は、２つの電極１１１、１１２と２つの共振コイル１１３、１１４を備えている。２つの電極１１１、１１２は、ここでは一例として矩形状の平板電極としているが、これに限定されるものではない。電極１１１の電極１１２に近接する側の長辺とこれに対向する電極１１２の長辺とを所定の間隔を設けて平行に配置することで、電極１１１、１１２はキャパシタを形成している。共振コイル１１３、１１４は、それぞれの一端が電極１１１、１１２の端部にそれぞれ接続されている。これにより、送電用カップラ１１０は共振回路を形成している。
【００３１】
同様に受電用カップラ１２０も、２つの電極１２１、１２２と２つの共振コイル１２３、１２４を備えており、電極１２１と電極１２２の対向する２つの長辺を所定の間隔を設けて平行に配置することで、電極１２１、１２２はキャパシタを形成している。そして、共振コイル１２３、１２４のそれぞれの一端が電極１２１、１２２の端部にそれぞれ接続されて共振回路を形成している。
【００３２】
電界共鳴型カップラ１００は、送電用カップラ１１０の２つの電極１１１、１１２と、受電用カップラ１２０の２つの電極１２１、１２２とを略平行に対向配置することで、送電用カップラ１１０と受電用カップラ１２０との間で電界共鳴させることができる。すなわち、電極１１１と１２１及び電極１１２と１２２とをそれぞれ所定の間隔を設けて対向配置させ、送電側の共振コイル１１３、１１４に所定周波数の交流電力が供給されると、電極１１１、１１２と電極１２１、１２２との間で電界共鳴が行われて送電用カップラ１１０から受電用カップラ１２０に電力が供給される。
【００３３】
以下では、電界共鳴型カップラ１００の共振周波数ｆ０が、一例として２７．１２ＭＨｚに設定されているものとする。また、２つの電極１１１、１１２で形成される送電側のカップリング部、及び２つの電極１２１、１２２で形成される受電側のカップリング部の大きさを、それぞれ２５０ｍｍ×２５０ｍｍとする。両カップリング部間の距離（カップラ間距離）を、ここでは一例として２００ｍｍとする。共振コイル１１３、１１４、１２３、１２４は、線径φ＝１ｍｍの線状導体（例えば銅）を巻回して形成され、コイル径、巻き数、及び高さはすべて同じであるとし、コイル径を２１ｍｍ、巻き数を１３、高さを１５．１ｍｍとする。さらに、共振コイル１１３と１１４との間、及び共振コイル１２３と１２４との間のコイル間距離が、それぞれ２２．５４ｍｍに設定され、コイル１個当たりの抵抗Ｒが０．５Ωに設定されているものとする。
【００３４】
本実施形態の電界共鳴型カップラ１００では、交流電源から送電用カップラ１１０に交流電力を供給するための電力ケーブル１１、及び受電用カップラ１２０から負荷に電力を供給するための電力ケーブル２１として、ともに平衡ケーブルを用いている（以下では、平衡ケーブル１１及び平衡ケーブル２１とする）。平衡ケーブル１１、２１として例えば平行２線ケーブルを用いることができる。平行２線ケーブルは、例えば線径１ｍｍの線状導体（例えば銅）を２本平行に配列して形成される。平行２線の線間を例えば８．６ｍｍとしたとき、平衡ケーブル１１、２１の特性インピーダンスＺ０は約３５０Ωとなる。以下では、平衡ケーブル１１、２１の長さ、すなわち給電点から送電用カップラ１１０までの距離、及び受電用カップラ１２０から負荷までの距離、をそれぞれ８００ｍｍとする。
【００３５】
電力ケーブルに平衡ケーブル１１、２１を用いることで、電極１１１、１１２と平衡ケーブル１１との間の容量結合、及び電極１２１、１２２と平衡ケーブル２１との間の容量結合をともに無視できるレベルに落とすことが可能となり、平衡ケーブル１１、２１に流れるコモンモード電流を抑制することができる。これにより、不要放射を抑制することが可能となる。
【００３６】
しかしながら、平衡ケーブル１１、２１の特性インピーダンスは５０Ωより極めて高く、例えば上記の平行２線ケーブルを用いたときの特性インピーダンスは約３５０Ωとなる。そのため、特性インピーダンスが５０Ωの送電用カップラ１１０及び受電用カップラ１２０に平衡ケーブル１１、２１を接続すると、インピーダンス不整合のために電力の伝送効率が大幅に低下してしまう。平行２線ケーブルでは、線間を狭くするほど特性インピーダンスを低減させることができるが、５０Ωまで小さくすることは極めて困難である。
【００３７】
なお、平衡ケーブル１１と２１、及び送電用カップラ１１０と受電用カップラ１２０は、それぞれ同様の構成を有していることから、以下では主として平衡ケーブル１１及び送電用カップラ１１０について説明し、平衡ケーブル２１及び受電用カップラ１２０については必要に応じて括弧内に対応する符号を記載することとする。
【００３８】
送電用カップラ１１０及び受電用カップラ１２０にそれぞれ平衡ケーブル１１、２１を接続したときの伝送特性を、シミュレーションにより求めた結果を図７に示す。図７（ａ）は周波数に対する伝送効率η２１の変化を示し、図７（ｂ）はスミスチャートを示している。図７では、共振点がｆ０（＝２５．１９［ＭＨｚ］）のみにあり不要な共振が発生していないことが示されている。これから、平衡ケーブル１１、２１にはコモンモード電流がほとんど流れずほぼ平衡していることがわかる。共振点ｆ０における伝送効率η２１＝９５．６％となっている。しかしながら、図７（ｂ）に示されるように、共振点ｆ０（＝２５．１９［ＭＨｚ］）における給電点から見た入力インピーダンスＺｉｎ＝４３Ωとなっており、特性インピーダンスＺ０（＝５０Ω）と整合していない。
【００３９】
送電用カップラ１１０及び受電用カップラ１２０にそれぞれ平衡ケーブル１１、２１を接続したときの等価回路を図８に示す。ここでは、平衡ケーブル１１、２１のそれぞれの平行２線は、いずれもＧＮＤに接続されていないとしている。図８（ａ）は交流電源から負荷までを含む系全体の等価回路を示し、図８（ｂ）は一例として送電側の等価回路を示している。送電用カップラ１１０及び受電用カップラ１２０は、それぞれ１つの共振回路となっており、共振点を１つ有するのみである。送電用カップラ１１０及び受電用カップラ１２０のそれぞれの電極と平衡ケーブルとの容量結合が小さく無視できる程度であることから、コモンモード電流が抑制されて不要共振が発生しない。従って、共振点は１つのみとなる。
【００４０】
本実施形態の電界共鳴型カップラ１００では、送電用カップラ１１０及び受電用カップラ１２０と平衡ケーブル１１、２１とのインピーダンス整合を図るため、送電用カップラ１１０と平衡ケーブル１１との接続部、及び受電用カップラ１２０と平衡ケーブル２１との接続部、のそれぞれにインピーダンス整合用のキャパシタを介在させている。インピーダンス整合用のキャパシタの配置を、図１（ｂ）に示す部分斜視図を用いて説明する。図１（ｂ）は、一例として送電用カップラ１１０と平衡ケーブル１１との接続部を拡大して示しているが、受電用カップラ１２０と平衡ケーブル２１との接続部も同様の構造を有している。
【００４１】
図１（ｂ）において、平衡ケーブル１１（２１）は、２本の伝送線１１ａ、１１ｂ（２１ａ、２１ｂ）からなる平行２線としている。本実施形態では、共振コイル１１３（１２３）と伝送線１１ａ（２１ａ）との間にキャパシタ１１５（１２５）を直列に接続し、共振コイル１１４（１２４）と伝送線１１ｂ（２１ｂ）との間にキャパシタ１１６（１２６）を直列に接続している。さらに、伝送線１１ａ、１１ｂ（２１ａ、２１ｂ）に並列にキャパシタ１１７（１２７）を接続している。キャパシタ１１５〜１１７（１２５〜１２７）には、いずれも可変キャパシタを用いることができる。なお、ここでは平衡ケーブル１１（２１）の平行２線の両方にキャパシタを直列接続する構成としているが、これに限定されず、平行２線の少なくともいずれか一方にインピーダンス整合用のキャパシタを直列接続すればよい。
【００４２】
キャパシタ１１５〜１１７（１２５〜１２７）の容量を適切に調整することにより、送電用カップラ１１０（受電用カップラ１２０）に接続された平衡ケーブル１１（２１）の入力インピーダンスＺｉｎを特性インピーダンスＺ０（＝５０Ω）に整合させることが可能となる。キャパシタ１１５〜１１７（１２５〜１２７）の容量を適切に調整したときの本実施形態の電界共鳴型カップラ１００の伝送特性を、シミュレーションにより求めた結果を図９に示す。ここでは、キャパシタ１１５、１１６（１２５、１２６）の容量を６０ｐＦとし、キャパシタ１１７（１２７）の容量を２０ｐＦとしている。
【００４３】
キャパシタ１１５〜１１７（１２５〜１２７）の容量を上記のように調整したとき、図９（ａ）に示すように、共振点は電極間の共振点ｆ０（＝２７．５５［ＭＨｚ］）のみに現れ、不要な共振点が発生していない。よって、キャパシタ１１５〜１１７（１２５〜１２７）を追加しても、共振コイル１１３、１１４（１２３，１２４）に流れる電流は平衡しており、コモンモード電流が増大することはないことがわかる。共振点ｆ０における伝送効率η２１＝９５．６％となっている。また、図９（ｂ）に示すように、入力インピーダンスＺｉｎが５０Ωとなって特性インピーダンスＺ０と整合がとれていることがわかる。
【００４４】
本実施形態の電界共鳴型カップラ１００に平衡ケーブル１１、２１が接続されたときの等価回路を図１０に示す。ここで、平衡ケーブル１１、２１はいずれもＧＮＤに接続されていないとする。図１０（ａ）は交流電源から負荷までを含む系全体の等価回路を示し、図１０（ｂ）は一例として送電側の等価回路を示している。図１０（ｂ）では、平衡ケーブル１１と送電用カップラ１１０との間の接合部がキャパシタ（Ｃ１ｓａ、Ｃ１ｓｂ、Ｃ１ｐａ）のみで構成されることが示されている。また、平衡ケーブル１１の特性インピーダンスが５０Ωより十分大きいにもかかわらず、キャパシタＣ１ｓａ、Ｃ１ｓｂ、Ｃ１ｐａを付加することで、給電点から見た入力インピーダンスＺｉｎが５０Ωとなることが示されている。
【００４５】
送電用カップラ１１０及び受電用カップラ１２０は、それぞれ１つの共振回路となっており、共振点を１つ有するのみである。また、送電用カップラ１１０及び受電用カップラ１２０のそれぞれの電極と平衡ケーブルとの容量結合が小さく無視できる程度であることから、コモンモード電流が抑制されて不要共振が発生しない。従って、等価回路において共振点は１つだけとなる。上記のように、キャパシタ１１５〜１１７（１２５〜１２７）のみを付加してインピーダンス整合を図ることができ、キャパシタの付加により不要共振が発生してコモンモード電流が流れるといったおそれもない。すなわち、キャパシタ１１５〜１１７（１２５〜１２７）のみを追加しても、共振点ｆ０が多少変動するのみで、電界共鳴型カップラ１００の共振特性には大きな影響を与えないことがわかる。なお、共振点ｆ０については電極寸法を調整することで所定の値に設定することが可能である。
【００４６】
本実施形態の電界共鳴型カップラ１００では、電力ケーブルに平衡ケーブル１１、２１を用いることで、電極１１１、１１２、１２１、１２２との容量結合を低減させて不要共振の発生を抑制することができ、コモンモード電流を低減させることができる。これにより、不要放射を抑制することができる。また、キャパシタのみでインピーダンス整合を図ることができ、伝送効率を低下させることなく平衡ケーブル１１、２１を送電用カップラ１１０及び受電用カップラ１２０に接続することが可能となる。インピーダンス整合を図るためにインダクタを用いると、交流電流によるインダクタの抵抗量が増大して伝送効率が低下するおそれがあるが、本実施形態ではキャパシタのみでインピーダンス整合を図っていることから、伝送効率を低下させるおそれはない。
【００４７】
つぎに、電界共鳴型カップラ１００に接続された平衡ケーブル１１、２１がケーブルシールドに収納されたとき、電界共鳴型カップラ１００の共振特性にどのような影響を与えるかを以下に説明する。簡単のためキャパシタ１１５〜１１７（１２５〜１２７）を付加せずに、送電用カップラ１１０及び受電用カップラ１２０に平衡ケーブル１１、２１を接続したときの共振特性について説明する。
【００４８】
図１１は、平衡ケーブル１１及び２１がそれぞれケーブルシールド１１ｃ、２１ｃに収納された構成を示す斜視図である。平衡ケーブル１１、２１はそれぞれケーブルシールド１１ｃ、２１ｃに収納されており、両者は電気的に導通されていないものとする。また、ケーブルシールド１１ｃ、２１ｃはＧＮＤにも接続されていないものとする。平衡ケーブル１１、２１をそれぞれケーブルシールド１１ｃ、２１ｃに収納することにより、導体や人体等の弱導電性物質が平衡ケーブル１１、２１に近接しても、その影響を低減することができる。
【００４９】
ケーブルシールド１１ｃ、２１ｃの断面を一辺が１７．２ｍｍの正方形としたとき、送電用カップラ１１０及び受電用カップラ１２０の伝送特性をシミュレーションにより求めた結果を図１２に示す。図１２（ａ）は周波数に対する伝送効率η２１の変化を示し、図１２（ｂ）はスミスチャートを示している。図１２（ａ）では、共振点がｆ０（＝２５．４［ＭＨｚ］）のみにあり不要な共振が発生していないことが示されている．これより、平衡ケーブル１１、２１がケーブルシールド１１ｃ、２１ｃに収納されても不要共振は発生せず、共振コイル１１３、１１４（１２３、１２４）に流れる電流が平衡してコモンモード電流が抑制されることがわかる。共振点ｆ０における伝送効率η２１＝９２．４％となっている。
【００５０】
一方、図１２（ｂ）に示すスミスチャートでは、共振点ｆ０における入力インピーダンスＺｉｎ＝４１Ωとなり、特性インピーダンスＺ０（＝５０Ω）と整合していない。しかしながら上記説明のように、整合用のキャパシタ１１５〜１１７（１２５〜１２７）を付加して好適に調整することで、電界共鳴型カップラ１００の共振特性に大きな影響を与えずに入力インピーダンスＺｉｎを特性インピーダンスＺ０に整合させることができる。
【００５１】
送電用カップラ１１０及び受電用カップラ１２０がそれぞれ、ケーブルシールド１１ｃに収納された平衡ケーブル１１及びケーブルシールド２１ｃに収納された平衡ケーブル２１を接続したときの等価回路を図１３に示す。図１３（ａ）は交流電源から負荷までを含む系全体の等価回路を示し、図１３（ｂ）は一例として送電側の等価回路を示している。送電用カップラ１１０とケーブルシールド１１ｃとの間の容量結合Ｃ１ａｃ、Ｃ１ｂｃ、及び受電用カップラ１２０とケーブルシールド２１ｃとの間の容量結合Ｃ２ａｃ、Ｃ２ｂｃは、それぞれ十分小さく、これにより共振周波数ｆ０がシフトする可能性はあるが、不要共振が発生することはない。よって、送電用カップラ１１０及び受電用カップラ１２０のそれぞれで１つの共振回路が形成されて共振点が１つ存在するだけとなる。
【００５２】
以上より、ケーブルシールド１１ｃに収納された平衡ケーブル１１及びケーブルシールド２１ｃに収納された平衡ケーブル２１を、それぞれ送電用カップラ１１０及び受電用カップラ１２０に接続しても、不要共振が発生することはなくコモンモード電流を十分に低減することができる。従って、本実施形態の電界共鳴型カップラ１００にケーブルシールド１１ｃに収納された平衡ケーブル１１及びケーブルシールド２１ｃに収納された平衡ケーブル２１を接続し、インピーダンス整合用のキャパシタ１１５〜１１７及び１２５〜１２７を用いてインピーダンス整合を図っても、不要共振が発生することはなくコモンモード電流を十分に低減させることができる。
【００５３】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態に係る電界共鳴型カップラを、図１４を用いて説明する。図１４は、本実施形態の電界共鳴型カップラ２００の構成を示す斜視図である。本実施形態の電界共鳴型カップラ２００は、送電用カップラ１１０及び受電用カップラ１２０が、それぞれカップラシールド２３１、２３２に収納されている。また、送電用カップラ１１０にはケーブルシールド１１ｃに収納された平衡ケーブル１１が接続され、受電用カップラ１２０にはシールド２１ｃに収納された平衡ケーブル２１が接続されている。
【００５４】
図１４では、カップラシールド２３１（２３２）の寸法の一例として、電極１１１、１１２（１２１、１２２）と平行な底面の寸法を３００ｍｍ×３００ｍｍとし、高さを１００ｍｍとしている。また、カップラシールド２３１、２３２の近接する底面間の距離を１２０ｍｍとしている。カップラシールド２３１はケーブルシールド１１ｃと電気的に導通させて一体化しており、カップラシールド２３２もケーブルシールド２１ｃと電気的に導通させて一体化している。これにより、カップラ１１０、１２０及び平衡ケーブル１１、２１に対する周辺環境からの影響を低減させることができる。カップラシールド２３１を有する送電用カップラ１１０及びカップラシールド２３２を有する受電用カップラ１２０の伝送特性をシミュレーションにより求めた結果を図１５に示す。図１５（ａ）は周波数に対する伝送効率η２１の変化を示しており、ｆ０＝２３．２８［ＭＨｚ］で９３％となっている。図１５（ｂ）はスミスチャートを示している。不要な共振が発生していないことがわかる。
【００５５】
カップラシールド２３１に収納された送電用カップラ１１０及びカップラシールド２３２に収納された受電用カップラ１２０にそれぞれ、ケーブルシールド１１ｃに収納された平衡ケーブル１１及びケーブルシールド２１ｃに収納された平衡ケーブル２１を接続したときの等価回路を図１６に示す。図１６（ａ）は交流電源から負荷までを含む系全体の等価回路を示し、図１６（ｂ）は一例として送電側の等価回路を示している。ここでも、説明簡単のためキャパシタ１１５〜１１７（１２５〜１２７）を省略している。
【００５６】
図１６（ａ）に示すように、等価回路ではケーブルシールド１１ｃとカップラシールド２３１及びケーブルシールド２１ｃとカップラシールド２３２をそれぞれ一体化して表すことができ、ケーブルシールド１１ｃ、２１ｃのみの図１３に示した等価回路と比較してシールド部分が大きくなっただけの違いである。この場合でも、送電用カップラ１１０とケーブルシールド１１ｃ及びカップラシールド２３１との間の容量結合Ｃ１ａｃ、Ｃ１ｂｃ、及び受電用カップラ１２０とケーブルシールド２１ｃ及びカップラシールド２３２との間の容量結合Ｃ２ａｃ、Ｃ２ｂｃはそれぞれ十分小さく、これにより共振周波数ｆ０がシフトする可能性はあるが、不要共振が発生することはない。よって、送電用カップラ１１０及び受電用カップラ１２０のそれぞれで１つの共振回路が形成されて共振点が１つ存在するだけである。
【００５７】
以上より、ケーブルシールド１１ｃに収納された平衡ケーブル１１及びケーブルシールド２１ｃに収納された平衡ケーブル２１を、カップラシールド２３１に収納された送電用カップラ１１０及びカップラシールド２３２に収納された受電用カップラ１２０にそれぞれ接続しても、不要共振が発生することはなくコモンモード電流を十分に低減することができる。従って、ケーブルシールド１１ｃに収納された平衡ケーブル１１及びケーブルシールド２１ｃに収納された平衡ケーブル２１を本実施形態の電界共鳴型カップラ２００に接続し、インピーダンス整合用のキャパシタ１１５〜１１７（１２５〜１２７）を用いてインピーダンス整合を図っても、不要共振が発生することはなくコモンモード電流を十分に低減させることができる。
【００５８】
つぎに、一体化されたケーブルシールド１１ｃとカップラシールド２３１及びケーブルシールド２１ｃとカップラシールド２３２が、それぞれＧＮＤに接続されたとき、電界共鳴型カップラ２００の共振特性にどのような影響を与えるかを以下に説明する。ケーブルシールド１１ｃ、２１ｃ及びカップラシールド２３１、２３２とＧＮＤとの相対的な配置関係を、例えば図１７のように想定する。ここでも、カップラシールド２３１、２３２の近接する底面間の距離を１２０ｍｍとしている。また、ケーブルシールド１１ｃ、２１ｃとＧＮＤとの距離をそれぞれ５００ｍｍとする。カップラシールド２３１を有する送電用カップラ１１０及びカップラシールド２３２を有する受電用カップラ１２０の伝送特性をシミュレーションにより求めた結果を図１８に示す。図１８（ａ）は周波数に対する伝送効率η２１の変化を示しており、ｆ０＝２３．６６［ＭＨｚ］で９１％となっている。図１８（ｂ）はスミスチャートを示している。双方より不要な共振が発生していないことがわかる。
【００５９】
ケーブルシールド１１ｃ、２１ｃ及びカップラシールド２３１、２３２がＧＮＤに接続されたときの等価回路を図１９に示す。図１９（ａ）は交流電源から負荷までを含む系全体の等価回路を示し、図１９（ｂ）は一例として送電側の等価回路を示している。ここでも、説明簡単のためキャパシタ１１５〜１１７（１２５〜１２７）を省略している。
【００６０】
ケーブルシールド１１ｃ、２１ｃ及びカップラシールド２３１、２３２がＧＮＤに接続されても平衡ケーブル１１、２１はＧＮＤから浮いた状態にあるため、送電用カップラ１１０とケーブルシールド１１ｃ及びカップラシールド２３１との間の容量結合Ｃ１ａｃ、Ｃ１ｂｃ、及び受電用カップラ１２０とケーブルシールド２１ｃ及びカップラシールド２３２との間の容量結合Ｃ２ａｃ、Ｃ２ｂｃはそれぞれ十分小さく、これにより共振周波数ｆ０がシフトする可能性はあるが、不要共振が発生することはない。よって、送電用カップラ１１０及び受電用カップラ１２０のそれぞれで１つの共振回路が形成されて共振点が１つ存在するだけである。
【００６１】
以上より、ケーブルシールド１１ｃに収納された平衡ケーブル１１及びケーブルシールド２１ｃに収納された平衡ケーブル２１を本実施形態の電界共鳴型カップラ２００に接続し、ケーブルシールド１１ｃとカップラシールド２３１及びケーブルシールド２１ｃとカップラシールド２３２をそれぞれ電気的に導通させてＧＮＤに接続し、さらにインピーダンス整合用のキャパシタ１１５〜１１７（１２５〜１２７）を用いてインピーダンス整合を図っても、不要共振が発生することはなくコモンモード電流を十分に低減させることができる。
【００６２】
なお、ケーブルシールドもしくはカップラシールドを設置する効果としては、電極間に近接する部分が０電位となることが保障されるため、電極間の電気的な平衡度を保ち易くなり送受カップラ双方において反射特性、伝送特性が安定するといった点が上げられる。但しカップラシールドは電極に近づけすぎると送受カップラの結合係数が低下し、送電能力が低下するため電極とカップラシールドは一定の距離を保つ必要がある。
【００６３】
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態に係る電界共鳴型カップラを、図２０を用いて説明する。図２０は、本実施形態の電界共鳴型カップラ３００の配置及び構成を示す斜視図である。同図（ａ）は、電界共鳴型カップラ３００とＧＮＤとの相対的な配置関係を示しており、同図（ｂ）は電界共鳴型カップラ３００の部分斜視図である。本実施形態の電界共鳴型カップラ３００は、第１実施形態の電界共鳴型カップラ１００と同様の構成を有しており、共振コイル１１３（１２３）と平衡ケーブル１１（２１）の伝送線１１ａ（２１ａ）との間にキャパシタ３１５（３２５）が直列に接続され、共振コイル１１４（１２４）と平衡ケーブル１１（２１）の伝送線１１ｂ（２１ｂ）との間にキャパシタ３１６（３２６）が直列に接続されている。さらに、伝送線１１ａ、１１ｂ（２１ａ、２１ｂ）に並列にキャパシタ３１７（３２７）が接続されている。
【００６４】
上記の第１及び第２実施形態では、平衡ケーブル１１、２１が有する各平行２線（伝送線１１ａ、１１ｂ及び２１ａ、２１ｂ）のいずれもがＧＮＤに接続されていないとしていたが、本実施形態では平衡ケーブル１１、２１のそれぞれの平行２線のいずれか一方がＧＮＤに接続されている。ここでは、一例として平衡ケーブル１１の伝送線１１ｂと平衡ケーブル２１の伝送線２１ｂがＧＮＤに接続されているとする。また、平衡ケーブル１１、２１は、それぞれケーブルシールド１１ｃ、２１ｃに収納されており、ケーブルシールド１１ｃ、２１ｃもＧＮＤに接続されている。本実施形態では、平衡ケーブル１１、２１のそれぞれの伝送線１１ｂ、２１ｂがＧＮＤに接続されているため、インピーダンス整合用キャパシタ３１５〜３１７（３２５〜３２７）の各容量が、第１実施形態のインピーダンス整合用キャパシタ１１５〜１１７（１２５〜１２７）の各容量と異なっている。
【００６５】
比較のため、平衡ケーブル１１、２１のそれぞれの平行２線の両方がＧＮＤに接続されていないときの伝送特性をシミュレーションにより求めた結果を図２１に示す。ここでは、ケーブルシールド１１ｃ、２１ｃのみがＧＮＤに接続されている。また、インピーダンス整合用のキャパシタ３１５〜３１７（３２５〜３２７）は接続されていない。図２１（ａ）は周波数に対する伝送効率η２１の変化を示し、図２１（ｂ）はスミスチャートを示している。
【００６６】
図２１より、平衡ケーブル１１、２１のそれぞれの平行２線の両方がＧＮＤに接続されていないときは、ケーブルシールド１１ｃ、２１ｃをＧＮＤに接続しても共振点はｆ０（約２６ＭＨｚ）のみとなり不要な共振が発生しないことがわかる。また、このときのケーブルシールド１１ｃ、２１ｃの中央部電流密度は、図２２に示すように、共振点２６［ＭＨｚ］において給電ポート電圧１Ｖの条件にて２〜３ｍＡ／ｍ程度と十分に低いことがシミュレーションにより確認された。
【００６７】
つぎに、ケーブルシールド１１ｃ、２１ｃがＧＮＤに接続されるとともに、平衡ケーブル１１、２１のそれぞれの伝送線１１ｂ、２１ｂがＧＮＤに接続されたときの伝送特性をシミュレーションにより求めた結果を図２３に示す。ここでも、インピーダンス整合用のキャパシタ３１５〜３１７（３２５〜３２７）が接続されていない。図２３（ａ）は周波数に対する伝送効率η２１の変化を示し、図２３（ｂ）はスミスチャートを示している。
【００６８】
図２３に示すように、平衡ケーブル１１、２１のそれぞれの伝送線１１ｂ、２１ｂがＧＮＤに接続されると、共振点ｆ０以外に不要な共振が発生しており、とくに共振点ｆ０（約２６ＭＨｚ）の近傍に強い不要な共振点が発生している。このような不要共振によりコモンモード電流が流れることになる。ケーブルシールド１１ｃ、２１ｃに流れる電流は、図２４に示すように、中央部電流密度が共振点２６．３［ＭＨｚ］で１３０ｍＡ／ｍ程度になり、高い電流がケーブルシールド１１ｃ、２１ｃに流れることがシミュレーションにより確認された。
【００６９】
ケーブルシールド１１ｃ、２１ｃ及び平衡ケーブル１１、２１のそれぞれの伝送線１１ｂ、２１ｂがＧＮＤに接続されたときの等価回路を図２５に示す。図２５（ａ）は交流電源から負荷までを含む系全体の等価回路を示し、図２５（ｂ）は一例として送電側の等価回路を示している。送電用カップラ１１０及び受電用カップラ１２０には、それぞれ２つの共振回路が形成されており、これにより共振点を２つ持つことになる。また、送電側の電極１１１、１１２と受電側の電極１２１、１２２との間の電界共鳴により形成される相互キャパシタンスＣｍ’は、各カップラで形成される２つの共振回路ごとに異なる値となる（結合係数が異なる）。本例では送受結合時に不要共振がスプリットする形で２つの共振点となり、都合３つの共振点が出現している。
【００７０】
図２５（ｂ）に示す２つの共振回路のうち、左側の閉回路は主にコモンモード電流による不要共振を発生させ、右側の閉回路は主に電界共鳴による送電に供される共振を発生させる。インピーダンス整合用のキャパシタ３１５〜３１７（３２５〜３２７）は図２５におけるキャパシタ（Ｃ１ｓａ、Ｃ１ｓｂ、Ｃ１ｐａ）に相当する。キャパシタのうち、Ｃ１ｓａは２つの共振回路に共有されるが、キャパシタＣ１ｓｂ及びＣ１ｐａは、不要共振の共振周波数には大きくは影響せず、主に電界共鳴による送電に供される共振の周波数に影響する。そのため、キャパシタ（Ｃ１ｓａ、Ｃ１ｓｂ、Ｃ１ｐａ）を調整することにより、コモンモード電流による不要共振の周波数と、電界共鳴による送電に供される共振の周波数を分離することが可能となる。詳細に言えば、上記キャパシタにおいて、Ｃ１ｓａがＣ１ｓｂ以上、可能であれば２倍以上にすることが望ましい。これは図２５（ｂ）に示されるように、電極とグランドとの容量に該当するＣ１ｂｇ,Ｃ１ｂｃがＣ１ｓｂにほぼ並列に入り、Ｃ１ｓｂの等価的な容量が増加するので、それを補正することを意味する。Ｃ１ｓｂを低下させた分Ｃ１ｓａを増加させれば電界共鳴による送電に供される共振回路の共振周波数、インピーダンス整合の機能はほぼ保持される。かつＣ１ｓａの値が増加することでコモンモード電流による不要共振の周波数は低下する。即ちコモンモード電流による不要共振の周波数のみをシフトさせることとなる。
【００７１】
上記のように、平衡ケーブル１１、２１のそれぞれの伝送線１１ｂ、２１ｂがＧＮＤに接続されると不要な共振が発生することから、本実施形態の電界共鳴型カップラ３００では、インピーダンス調整用のキャパシタ３１５〜３１７及び３２５〜３２７の各容量を好適に調整することで、インピーダンス整合を図るとともに不要な共振の影響を低減させるようにしている。
【００７２】
一例として、共振コイル１１３（１２３）と平衡ケーブル１１（２１）の伝送線１１ａ（２１ａ）との間に接続されるキャパシタ３１５（３２５）の容量を７５ｐＦとし、共振コイル１１４（１２４）と平衡ケーブル１１（２１）のＧＮＤに接続された伝送線１１ｂ（２１ｂ）との間に接続されるキャパシタ３１６（３２６）の容量を７５ｐＦとし、伝送線１１ａ、１１ｂ（２１ａ、２１ｂ）に並列に接続されるキャパシタ３１７（３２７）の容量を６５ｐＦとしたときの伝送特性をシミュレーションにより求めた結果を図２６に示す。図２６（ａ）は周波数に対する伝送効率η２１の変化を示し、図２６（ｂ）はスミスチャートを示している。
【００７３】
キャパシタ３１５〜３１７（３２５〜３２７）による調整を行わない図２３の伝送特性と比較して、図２６では不要共振点（約２７ＭＨｚ）が共振点ｆ０（約２８．２ＭＨｚ）から離れた周波数に移動していることがわかる。更に、コモンモード電流に起因するもうひとつの共振点が３２ＭＨｚ付近に出現している。ケーブルシールド１１ｃ、２１ｃに流れる電流は、図２７に示すように、中央部電流密度が共振点２８．１［ＭＨｚ］で７０〜８０ｍＡ／ｍ程度になり、キャパシタ３１５〜３１７（３２５〜３２７）による調整を行わない場合に比べて大幅に低下している。
【００７４】
本実施形態の電界共鳴型カップラ３００の別の一例として、共振コイル１１３（１２３）と平衡ケーブル１１（２１）の伝送線１１ａ（２１ａ）との間に接続されるキャパシタ３１５（３２５）の容量を１１５ｐＦとし、共振コイル１１４（１２４）と平衡ケーブル１１（２１）のＧＮＤに接続された伝送線１１ｂ（２１ｂ）との間に接続されるキャパシタ３１６（３２６）の容量を５５ｐＦとし、伝送線１１ａ、１１ｂ（２１ａ、２１ｂ）に並列に接続されるキャパシタ３１７（３２７）の容量を６５ｐＦとしたときの伝送特性をシミュレーションにより求めた結果を図２８に示す。図２８（ａ）は周波数に対する伝送効率η２１の変化を示し、図２８（ｂ）はスミスチャートを示している。
【００７５】
キャパシタ３１５〜３１７（３２５〜３２７）による調整を行わない図２３の伝送特性と比較して、図２８では共振点ｆ０（約２８．２ＭＨｚ）付近ではコモンモードに起因する共振が消失している。また前述の３２ＭＨｚ付近に出ていたもう一つのコモンモードに起因する共振点は、３１．６ＭＨｚ付近にシフトしている。ケーブルシールド１１ｃ、２１ｃに流れる電流は、図２９に示すように、中央部電流密度が共振点２８．１８［ＭＨｚ］で６０〜７０ｍＡ／ｍ程度になり、キャパシタ３１５〜３１７（３２５〜３２７）による調整を行わない場合に比べてさらに大幅に低下している。また、上記の一例の場合に比べて、共振点における中央部電流密度が１５％程度低下している。
【００７６】
上記説明のように、本実施形態の電界共鳴型カップラ３００によれば、平衡ケーブル１１、２１のそれぞれの平行２線のいずれか一方がＧＮＤに接続されていても、インピーダンス調整用のキャパシタ３１５〜３１７及び３２５〜３２７の各容量を好適に調整することで、インピーダンス整合を図るとともに不要な共振点を共振点ｆ０から離すことでその影響を低減することが可能となっている。上記説明より、グランドに電気的に接続されたケーブルシールドに更にカップラシールドを接続した場合でも、本実施例の結果より容量の調整により不要共振の影響を低減できることは言うまでもない。また、ケーブルシールドもしくはカップラシールド、あるいはその両方がグランドと電気的に接続されて無い場合も同様に容量の調整により不要共振の影響を低減できることは言うまでもない。
【００７７】
なお、本実施の形態における記述は、本発明に係る電界共鳴型カップラの一例を示すものであり、これに限定されるものではない。本実施の形態における電界共鳴型カップラの細部構成及び詳細な動作等に関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【符号の説明】
【００７８】
１１、２１  平衡ケーブル
１１ａ、１１ｂ、２１ａ、２１ｂ  伝送線
１１ｃ、２１ｃ  ケーブルシールド
１００、２００、３００  電界共鳴型カップラ
１１０  送電用カップラ
１１１，１１２、１２１，１２２  電極
１１３，１１４、１２３，１２４  共振コイル
１１５〜１１７、１２５〜１２７、３１５〜３１７、３２５〜３２７  キャパシタ
１２０  受電用カップラ
２３１、２３２  カップラシールド
【図１】
2016189686.tif 000003
【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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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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