(57)【要約】【課題】受電コイルの配置位置が移動しても効率良い無線電力伝送が行なえ不要輻射が少ない無線電力伝送システムを構築する。【解決手段】受電コイルに受電共振用コンデンサを接続し負荷回路を接続して構成した受電コイル共振回路を有し、局所中継コイルに局所共振用コンデンサを接続して構成した局所中継共振回路を有し、前記局所中継共振回路に交流電力を供給する電力並行給電手段を有し、前記受電コイルが前記局所中継コイルに接近した場合の前記局所中継共振回路と前記受電コイル共振回路が持つ第１の共振周波数を、前記局所中継コイルに前記受電コイルが接近していない場合の前記局所中継共振回路が持つ第２の共振周波数と異ならせ、前記電力並行給電手段から前記第１の共振周波数の交流電力を給電し、前記受電コイルに接近した前記局所中継コイルを、前記交流電力を前記受電コイルに送電する中継路にする。【選択図】図３
2017212830.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受電コイルに受電共振用コンデンサを接続し負荷回路を接続して構成した受電コイル共振回路を有し、局所中継コイルに局所共振用コンデンサを接続して構成した局所中継共振回路を有し、前記局所中継共振回路に交流電力を供給する電力並行給電手段を有し、前記受電コイルが前記局所中継コイルに接近した場合の前記局所中継共振回路と前記受電コイル共振回路が持つ第１の共振周波数を、前記局所中継コイルに前記受電コイルが接近していない場合の前記局所中継共振回路が持つ第２の共振周波数と異ならせ、前記電力並行給電手段から前記第１の共振周波数の交流電力を給電し、前記受電コイルに接近した前記局所中継コイルを、前記交流電力を前記受電コイルに送電する中継路にしたことを特徴とする無線電力伝送システム。
【請求項２】
請求項１記載の無線電力伝送システムであって、前記電力並行給電手段が、前記局所中継コイルに誘導結合する給電用中継コイルを有することを特徴とする無線電力伝送システム。
【請求項３】
請求項１記載の無線電力伝送システムであって、前記電力並行給電手段が、前記局所中継共振回路に接続する電極端子を有し、前記電極端子に直列に結合容量が挿入されていることを特徴とする無線電力伝送システム。
【請求項４】
請求項１記載の無線電力伝送システムであって、前記電力並行給電手段が、前記局所中継共振回路に接続する電極端子を有し、前記電極端子に直列に結合インダクタンスが挿入されていることを特徴とする無線電力伝送システム。
【請求項５】
請求項１記載の無線電力伝送システムであって、前記電力並行給電手段が、前記局所中継共振回路に接続する電極端子を有し、前記電極端子に直列に、結合容量と結合インダクタンスの並列回路が挿入されていることを特徴とする無線電力伝送システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力を空間を越えて電気装置に給電する無線電力伝送システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
送電コイルから空間を隔てて対向する受電コイルに電力を給電する無線電力伝送システムは、電源装置の電極端子と負荷装置の電極端子を接触させずに電力を伝送できるので、電気装置の電気端子同士を接触させる接点の接触不良問題が発生しない利点がある。その利点を生かして、歯ブラシや携帯電話などに無線電力伝送システムが利用されている。
【０００３】
また、特許文献１では、電気自動車の移動位置に応じて設置した複数の送電コイルをスイッチで切り替えて通電することで受電コイルと送電コイルを１対１で誘導結合させて非接触で電気自動車に電力を伝送する無線電力伝送システムが提案されている。
【０００４】
また、特許文献２では、長い長方形の送電コイルを用いて非接触で電気自動車に電力を伝送する無線電力伝送システムが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１４−０８２８０５号公報
【特許文献２】特開２０１５−０７３３８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１においては、受電コイルと送電コイルを１対１で誘導結合させて無線電力伝送するためにスイッチ回路を必要とするので、無線電力伝送システムのコストが高くなる問題があった。
【０００７】
また、特許文献２においては、長い送電コイルを用いることで、送電コイルから多くの不要輻射（放射ノイズ）が発生する問題があった。
【０００８】
そのため、本発明の解決すべき課題は、受電コイルの配置位置が移動しても効率良い無線電力伝送が行なえ、かつ、不要輻射が少ない無線電力伝送システムを構築することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この課題を解決するために、本発明は、受電コイルに受電共振用コンデンサを接続し負荷回路を接続して構成した受電コイル共振回路を有し、局所中継コイルに局所共振用コンデンサを接続して構成した局所中継共振回路を有し、前記局所中継共振回路に交流電力を供給する電力並行給電手段を有し、前記受電コイルが前記局所中継コイルに接近した場合の前記局所中継共振回路と前記受電コイル共振回路が持つ第１の共振周波数を、前記局所中継コイルに前記受電コイルが接近していない場合の前記局所中継共振回路が持つ第２の共振周波数と異ならせ、前記電力並行給電手段から前記第１の共振周波数の交流電力を給電し、前記受電コイルに接近した前記局所中継コイルを、前記交流電力を前記受電コイルに送電する中継路にしたことを特徴とする無線電力伝送システムである。
【００１０】
この構成により、本発明は、電力並行給電手段からの交流電力を、受電コイルが接近した局所中継コイルを共振させて電流を流させて受電コイル共振回路に電力を伝送する主な中継路にする。すなわち、局所中継共振回路に電力伝送のスイッチ機能を持たせる効果がある。そして、受電コイルが接近した局所中継コイルに主に共振電流が流れ、受電コイルが接近しない局所中継コイルに流れる電流値が小さいため、不要輻射を少なくできる効果がある。
【００１１】
また、本発明は、上記の無線電力伝送システムであって、前記電力並行給電手段が、前記局所中継コイルに誘導結合する給電用中継コイルを有することを特徴とする無線電力伝送システムである。
【００１２】
また、本発明は、上記の無線電力伝送システムであって、前記電力並行給電手段が、前記局所中継共振回路に接続する電極端子を有し、前記電極端子に直列に結合容量が挿入されていることを特徴とする無線電力伝送システムである。
【００１３】
また、本発明は、上記の無線電力伝送システムであって、前記電力並行給電手段が、前記局所中継共振回路に接続する電極端子を有し、前記電極端子に直列に結合インダクタンスが挿入されていることを特徴とする無線電力伝送システムである。
【００１４】
また、本発明は、上記の無線電力伝送システムであって、前記電力並行給電手段が、前記局所中継共振回路に接続する電極端子を有し、前記電極端子に直列に、結合容量と結合インダクタンスの並列回路が挿入されていることを特徴とする無線電力伝送システムである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の無線電力伝送システムは、電力並行給電手段からの交流電力を、受電コイルが接近した局所中継コイルを主に共振させて電流を流させて受電コイル共振回路に電力を伝送する主な中継路にする。すなわち、局所中継共振回路に電力伝送のスイッチ機能を持たせる効果がある。
【００１６】
そして、受電コイルが接近した局所中継コイルに主に電流が流れるので、不要輻射を発生する原因になる電流が主に流れる局所中継コイルが、受電コイルの位置の局所中継コイルに限定される。それにより、受電コイルが移動可能な広い面積の領域に比べて十分小さな面積の領域に主な電流が流れるので、不要輻射を少なくできる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１の実施形態の無線電力伝送システムの構成を示す模式的平面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態の無線電力伝送システムの構成を示す模式的側面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態の無線電力伝送システムの等価回路である。
【図４】本発明の第１の実施形態の実施例１の無線電力伝送システムのシミュレーション結果の無線電力伝送効率をあらわすＳパラメータ（Ｓ２１）のグラフである。
【図５】本発明の第１の実施形態の実施例１の各局所中継コイルＬＭに流れる電流の周波数特性のグラフである。
【図６】本発明の第２の実施形態の無線電力伝送システムの構成を示す模式的平面図である。
【図７】本発明の第２の実施形態の実施例２の無線電力伝送システムのシミュレーション結果の無線電力伝送効率をあらわすＳパラメータ（Ｓ２１）のグラフである。
【図８】本発明の第２の実施形態の実施例２の各局所中継コイルＬＭに流れる電流の周波数特性のグラフである。
【図９】本発明の第３の実施形態の無線電力伝送システムの構成を示す模式的平面図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態の実施例３の無線電力伝送システムのシミュレーション結果の無線電力伝送効率をあらわすＳパラメータ（Ｓ２１）のグラフである。
【図１１】本発明の第３の実施形態の実施例３の各局所中継コイルＬＭに流れる電流の周波数特性のグラフである。
【図１２】本発明の第４の実施形態の無線電力伝送システムの構成を示す模式的平面図である。
【図１３】本発明の第４の実施形態の実施例４の無線電力伝送システムのシミュレーション結果の無線電力伝送効率をあらわすＳパラメータ（Ｓ２１）のグラフである。
【図１４】本発明の第４の実施形態の実施例４の各局所中継コイルＬＭに流れる電流の周波数特性のグラフである。
【図１５】本発明の第５の実施形態の無線電力伝送システムの構成を示す模式的平面図である。
【図１６】本発明の第５の実施形態の実施例５の無線電力伝送システムのシミュレーション結果の無線電力伝送効率をあらわすＳパラメータ（Ｓ２１）のグラフである。
【図１７】本発明の第５の実施形態の実施例５の各局所中継コイルＬＭに流れる電流の周波数特性のグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
＜第１の実施形態＞
（無線電力伝送システムの構成）
第１の実施形態の無線電力伝送システムの構成を、図１の平面図と図２の側面図に示す。図３に無線電力伝送システムの等価回路を示す。第１の実施形態の無線電力伝送システムは、図３の様に、受電コイルＬＵに受電共振用コンデンサＣＵを接続し負荷回路ＬＤを接続して構成した受電コイル共振回路１を有する。負荷回路ＬＤは、受電コイル共振回路１の受電コイルＬＵに直列又は並列に接続して、負荷回路ＬＤが電力を消費する。
【００１９】
（受電コイル共振回路１）
受電コイル共振回路１は、図３の様に、受電コイルＬＵに受電共振用コンデンサＣＵを接続して受電コイル共振回路１を構成する。受電コイル共振回路１の受電共振用コンデンサＣＵに並列又は直列に負荷回路ＬＤを接続する。受電コイルＬＵは、図２の側面図の様に、水平面内に配置した局所中継コイルＬＭの上方に一定の高さｈを保って配置し、図１の様に受電コイルＬＵを同時に複数の局所中継コイルＬＭに接近させて誘導結合させる。
【００２０】
それらの複数の局所中継コイルＬＭに接近させた受電コイルＬＵを、図１の位置Ａから位置Ｂまで高さｈを一定に保ったままで移動させる。
【００２１】
（局所中継共振回路２）
また、局所中継コイルＬＭに局所共振用コンデンサＣＭを接続して構成した局所中継共振回路２を図１の様に複数配置する。そして、図３の様にその複数の局所中継共振回路２へ第１の共振周波数ｆ（後に説明する）の交流電力を給電する電力並行給電手段３を備える。
【００２２】
（電力並行給電手段３）
電力並行給電手段３は、図１の様に、各局所中継共振回路２の局所中継コイルＬＭに誘導結合させる給電用中継コイルＬＰを複数有し、複数の給電用中継コイルＬＰを給電線対ＬＡに並列に接続する。その給電線対ＬＡには、交流電力を供給する電源回路ＳＣを接続するとともに、その給電線対ＬＡに並列に共用容量ＣＷを接続し複数の給電用中継コイルＬＰと組み合わせて共用容量共振器を構成する。
【００２３】
（共用容量共振器）
図１のように、電力並行給電手段３に局所中継共振回路２の局所中継コイルＬＭに接近させて誘導結合させる複数の給電用中継コイルＬＰ１からＬＰ６を設ける。給電用中継コイルＬＰ１からＬＰ６は給電線対ＬＡに並列に接続する。給電線対ＬＡには共用容量ＣＷを並列に接続して、給電用中継コイルＬＰ１からＬＰ６と組み合わせて共用容量共振器を構成する。
【００２４】
その給電線対ＬＡに電源回路ＳＣを接続して電源回路ＳＣの第１の共振周波数ｆ（後に説明する）の交流電力を共用容量共振器に給電する。その交流電力が共用容量共振器の複数の給電用中継コイルＬＰに電流を流して局所中継コイルＬＭに電磁誘導することで局所中継共振回路２を共振させる。
【００２５】
この共用容量共振器の構成は、給電線対ＬＡを用いずに、電源回路ＳＣを並列に接続した共用容量ＣＷに直接に並列に複数の給電用中継コイルＬＰを接続して構成しても良い。電源回路ＳＣを共用容量ＣＷに並列に接続する構成では、回路のインピーダンスに整合させる電源回路ＳＣの出力インピーダンスの値は高めになる。
【００２６】
本実施形態の電力並行給電手段３では、共用容量共振器の共用容量ＣＷに並列に電源回路ＳＣを接続するので、その共用容量共振器とインピーダンスを整合させる電源回路ＳＣの出力インピーダンスの値は高めになる。
【００２７】
（給電線対ＬＡ）
共用容量共振器の給電用中継コイルＬＰに電力を供給するために給電線対ＬＡを用いる場合は、その給電線対ＬＡの給電線ＬＡ１とＬＡ２に互いに逆方向の電流が流れる場合における給電線対ＬＡの自己インダクタンスを小さくすることが望ましい。そのために、帯状あるいは同軸の筒面状の２つの給電線ＬＡ１とＬＡ２の面を平行に対向させて重ねた給電線対ＬＡを用いることが出来る。
【００２８】
また、共用容量共振器の複数の給電用中継コイルＬＰは形や自己インダクタンスが異なっても良い。各給電用中継コイルＬＰの自己インダクタンスが全て異なっても、各々の給電用中継コイルＬＰが共用容量ＣＷの容量を分け合って利用し全給電用中継コイルＬＰが同じ共振周波数で共振し、無線電力伝送を高い効率で実行できる。
【００２９】
（受電コイルＬＵと局所中継コイルＬＭの誘導結合による共振周波数の変化）
本実施形態では、図１の様に、受電コイルＬＵを複数の局所中継コイルＬＭに同時に接近させ誘導結合させる。例えば、局所中継コイルＬＭを水平面に設置し、その局所中継コイルＬＭに平行な水平面内に受電コイルＬＵを設置して局所中継コイルＬＭに平行に対向させる。両コイルの間の距離は、図２の側面図の様に、受電コイルＬＵの直径以下の距離ｈの高さで隔てて接近させ誘導結合させる。
【００３０】
（第１の共振周波数と第２の共振周波数）
受電コイルＬＵが局所中継コイルＬＭに接近した場合に、その局所中継コイルＬＭを含む局所中継共振回路２（及び受電コイル共振回路１）の持つ共振周波数ｆを第１の共振周波数と定義する。一方、受電コイルＬＵが接近しない局所中継コイルＬＭを含む局所中継共振回路２が単独で存在する場合に持つ固有の共振周波数を第２の共振周波数と定義する。
【００３１】
本発明は、受電コイルＬＵが接近した局所中継コイルＬＭを含む局所中継共振回路２の第１の共振周波数が、受電コイルＬＵが接近しない局所中継コイルＬＭを含む局所中継共振回路２の固有の共振周波数である第２の共振周波数からずれる現象を利用する。
【００３２】
局所中継共振回路２の第１の共振周波数が第２の共振周波数からずれる理由は、共振電流が流れている受電コイルＬＵが発生する磁界が、受電コイルＬＵに接近した局所中継コイルＬＭに電磁誘導して電圧を発生することで、その局所中継コイルＬＭを含む局所中継共振回路２の共振周波数を変化させるからである。
【００３３】
（共用容量共振器の共振周波数を第１の共振周波数に合わせる）
電源回路ＳＣからは第１の共振周波数ｆの交流電力を電力並行給電手段３の共用容量共振器に供給する。電力並行給電手段３の共用容量共振器は、その第１の共振周波数ｆで共振するように共用容量ＣＷの容量とそれに並列に接続する複数の給電用中継コイルＬＰのインダクタンスを定める。
【００３４】
それにより、電源回路ＳＣからの第１の共振周波数ｆの交流電力により共用容量共振器が共振し、その給電用中継コイルＬＰに交流が流れ、その給電用中継コイルＬＰの交流が局所中継コイルＬＭに電磁誘導する。
【００３５】
（局所中継コイルＬＭのスイッチ機能）
受電コイルＬＵが接近した局所中継コイルＬＭは、その局所中継コイルＬＭを含む局所中継共振回路２の共振周波数が第１の共振周波数ｆであるので、その局所中継コイルＬＭに共振電流が流れる。
【００３６】
一方で、受電コイルＬＵが接近しない局所中継コイルＬＭでは、その局所中継コイルＬＭを含む局所中継共振回路２の持つ固有の共振周波数である第２の共振周波数は、電源回路ＳＣから給電される交流電力の第１の共振周波数ｆと異なるため、その局所中継コイルＬＭに流れる電流が少なくなる。
【００３７】
以上の様に、受電コイルＬＵが接近していない局所中継コイルＬＭを含む局所中継共振回路２の持つ固有の共振周波数である第２の共振周波数を、電源回路ＳＣから給電される交流電力の第１の共振周波数ｆと異ならせる。それにより、電源回路ＳＣからの第１の共振周波数ｆの交流電力は、受電コイルＬＵが接近した局所中継コイルＬＭを主な中継路にして受電コイルＬＵに送電する。
【００３８】
これにより、受電コイルＬＵが接近した局所中継コイルＬＭが電力の主な中継路になるスイッチ機能を局所中継コイルＬＭに持たせることができる。そして、交流電力を受電した受電コイルＬＵを含む受電コイル共振回路１の負荷回路ＬＤがその電力を消費する。
【００３９】
受電コイルＬＵが接近した局所中継コイルＬＭの局所中継共振回路２が電力の主な中継路になるスイッチ機能があらわれた。このスイッチ機能は、受電コイルＬＵに接近した局所中継コイルＬＭを含む局所中継共振回路２の共振周波数が、受電コイルＬＵに流れる電流が発生する磁界の電磁誘導によって、局所中継共振回路２の固有の共振周波数（第２の共振周波数）から第１の共振周波数に変化することで発揮される。
【００４０】
実際、（受電コイルＬＵに流れる電流）／（局所中継コイルＬＭ２に流れる電流）を大きくすると、（局所中継コイルＬＭ２に流れる電流）／（局所中継コイルＬＭ６に流れる電流）が大きくなる法則がある。そのため、受電コイルＬＵが接近した局所中継コイルＬＭ２に流れる電流を大きくする、すなわち、（局所中継コイルＬＭ２に流れる電流）／（局所中継コイルＬＭ６に流れる電流）の比を大きくするには、受電コイルＬＵに流れる共振電流を大きくする様に調整する必要がある。
【００４１】
受電コイルＬＵが接近した局所中継コイルＬＭが電力の主な中継路になり、主にその局所中継コイルＬＭに電流が流れるので、不要輻射を発生する原因になる電流が主に流れる局所中継コイルＬＭが、受電コイルＬＵが接近した局所中継コイルＬＭに限定される効果がある。これにより、不要輻射の発生源になる電流は、全部の局所中継コイルＬＭの領域の面積に比べて十分小さな面積の領域の電流が主になり、不要輻射を低減できる効果がある。
【００４２】
（電源回路ＳＣ）
電源回路ＳＣ側から観察される無線電力伝送システムの回路の入力インピーダンスに電源回路ＳＣの出力インピーダンスを等しくすることが、無線電力伝送システムの回路のインピーダンスを整合させ電力を効率良く伝送させるために望ましい。
【００４３】
この条件は、出力インピーダンスが十分小さい定電圧電源又は定電流電源を用いた電源回路ＳＣを用いることでも実現できる。その理由は、出力インピーダンスが十分小さい定電圧電源又は定電流電源で構成した電源回路ＳＣは、電源回路ＳＣ側から観察される無線電力伝送システムの回路の入力インピーダンスと等しい出力インピーダンスを持つ電源回路と等価な動作をするからである。
【００４４】
出力インピーダンスが十分小さい定電圧電源が電源回路ＳＣである場合は、電源回路ＳＣ側から観察される回路の入力インピーダンスの虚数成分（リアクタンス）が実数成分に比べて十分小さい場合は、その定電圧電源の電源回路ＳＣは、回路の入力インピーダンスの実数成分に反比例した電流を流す。その場合は、その電源回路ＳＣは、その回路の入力インピーダンスと等しい出力インピーダンスを持ち、内部の電圧源が出力電圧の２倍の電圧を持つ電源回路と等価である。すなわち、出力インピーダンスが回路の入力インピーダンスと等しくインピーダンスが整合している電源回路と等価である。
【００４５】
回路の入力インピーダンスの虚数成分が小さい場合は、この電源回路ＳＣの出力する電力、すなわち電圧と電流の積の大部分は実効電力になり、その実効電力の大部分が負荷回路ＬＤで有効に消費される。そのため、電源回路ＳＣとして出力インピーダンスが十分小さい定電圧電源又は定電流電源を用い、電源回路ＳＣ側から観察される回路の入力インピーダンスの虚数成分（リアクタンス）を実数成分より十分に小さくする条件で用いることで、無線電力伝送システムの無線電力伝送効率を良くできる効果がある。
【００４６】
（負荷回路ＬＤが整流回路と充電用コンデンサを持つ場合）
負荷回路ＬＤが、整流回路とその先に接続した充電用のコンデンサ又は蓄電器で構成されている場合は以下の様に動作すると考える。負荷回路ＬＤの充電用のコンデンサが充電されていない初期の状態では、負荷回路ＬＤの容量が大きい充電用コンデンサはインピーダンスが０に近くインピーダンスが小さい負荷とみなすことが出来る。
【００４７】
次に、充電用のコンデンサが充電されると、負荷回路ＬＤの整流回路が整流した電流が充電用のコンデンサに流入できなくなり、負荷回路ＬＤの充電用コンデンサはインピーダンスが大きい負荷に変わったとみなすことが出来ると考える。その様に充電用のコンデンサの充電にともない負荷回路ＬＤの負荷の大きさが変わるので、それに応じて充電用のコンデンサを充電させる電流を変える制御を行うことが望ましい。
【００４８】
（変形例１）
本実施形態の変形例１として、共用容量共振器に接続させ電源回路ＳＣを、共振用容量と局所中継コイルＬＭで構成した局所中継共振回路２に直列あるいは並列に接続し、その局所中継コイルＬＭを給電用中継コイルＬＰの１つに対向させて電源回路ＳＣの交流電力を無線で共用容量共振器に給電することもできる。
【００４９】
（変形例２）
本実施形態の変形例２として、電源回路ＳＣを共用容量共振器の給電用中継コイルＬＰの１つに直列に接続して共用容量共振器に電源回路ＳＣの交流電力を給電することもできる。
【００５０】
（変形例３）
本実施形態の変形例３として、負荷回路ＬＤと受電コイルＬＵと受電共振用コンデンサＣＵを組み合わせた受電コイル共振回路１を複数用意し、その複数の受電コイル共振回路１に同時に交流電力を給電する無線電力伝送システムを構成することができる。
【００５１】
複数の受電コイル共振回路１の各受電コイルＬＵを、共用容量共振器の複数の位置の給電用中継コイルＬＰの群に接近させて誘導結合させる。そして、電力並行給電手段３の、電源回路ＳＣに接続した共用容量ＣＷの容量とそれに並列に接続する複数の給電用中継コイルＬＰで構成した共用容量共振器の給電用中継コイルＬＰから、それら複数の受電コイル共振回路１の受電コイルＬＵに並行して電磁誘導して電力を給電することができる。
【００５２】
（変形例４）
本実施形態の変形例４として、各局所中継共振回路２の局所中継コイルＬＭからループ配線を引き出して電力並行給電手段３の１つの給電用中継コイルＬＰに誘導結合させて電力を受電するように構成することもできる。すなわち、電力並行給電手段３の１つの給電用中継コイルＬＰから複数の局所中継共振回路２に電力を給電する無線電力伝送システムを構成することができる。
【００５３】
（実施例１）
第１の実施形態の実施例１の無線電力伝送システムは、図１の様に、ループ状の受電コイルＬＵと受電共振用コンデンサＣＵと負荷回路ＬＤを直列に接続して構成した受電コイル共振回路１と、複数の局所中継共振回路２と、その複数の局所中継共振回路２へ第１の共振周波数ｆの交流電力を給電する電力並行給電手段３を有する。この無線電力伝送システムの動作を電磁界シミュレーションで調べた。
【００５４】
（受電コイル共振回路１）
実施例１の受電コイル共振回路１は、受電コイルＬＵに受電共振用コンデンサＣＵを接続して共振回路を構成し、受電共振用コンデンサＣＵに並列に負荷回路ＬＤを接続して電力を消費させた。
【００５５】
（受電コイルＬＵ）
受電コイルＬＵは、図２の様に、水平面内に配置した局所中継コイルＬＭの上方の高さｈ＝２００ｍｍに配置する。そして、図１の様に、１つの受電コイルＬＵを、複数の局所中継コイルＬＭに接近させ誘導結合させる。受電コイルＬＵとして、幅が２５ｍｍで厚さが０．５ｍｍの銅の帯で形成した大きさが２４２５ｍｍ×９００ｍｍの長方形の１巻のコイルを用いた。このコイルは６μＨの自己インダクタンスを持つ。この受電コイルＬＵに受電共振用コンデンサＣＵを接続して受電コイル共振回路１を構成した。受電共振用コンデンサＣＵの容量を０．６７μＦにし、受電コイル共振回路１の単独での固有の共振周波数を７９ｋＨｚにした。
【００５６】
（局所中継コイルＬＭ）
局所中継共振回路２の局所中継コイルＬＭは、図１の様に、コイルの配線の幅が２５ｍｍで厚さが０．５ｍｍの銅の帯で形成したコイルの面の寸法が９００ｍｍ×９００ｍｍの矩形の１巻コイルを用いた。このコイルは３μＨの自己インダクタンスを持つ。局所中継コイルＬＭに局所共振用コンデンサＣＭを接続して局所中継共振回路２を構成した。局所共振用コンデンサＣＭの容量を１．１８μＦにして局所中継共振回路２の単独での固有の共振周波数を８５ｋＨｚにした。この共振周波数８５ｋＨｚが第２の共振周波数である。
【００５７】
ここで、局所中継共振回路２の第２の共振周波数の８５ｋＨｚは受電コイル共振回路１の単独での共振周波数７９ｋＨｚより大きくしたが、局所中継共振回路２の第２の共振周波数を受電コイル共振回路１の単独での共振周波数と同じにして無線電力伝送システムを構成することもできる。この様に、局所中継共振回路２の第２の共振周波数には、設定の自由度がある。
【００５８】
図１の様に、複数の局所中継共振回路２の局所中継コイルＬＭ１からＬＭ６を、一方向に９５０ｍｍのピッチで並べて配置した。各局所中継共振回路２の局所中継コイルＬＭに電力並行給電手段３の共用容量共振器の給電用中継コイルＬＰを接近させて誘導結合させた。
【００５９】
（給電線対ＬＡ）
実施例１の電力並行給電手段３の給電線対ＬＡは給電線ＬＡ１と給電線ＬＡ２で構成する。給電線ＬＡ１と給電線ＬＡ２は、幅が５０ｍｍで厚さが０．５ｍｍの銅の帯状の給電線ＬＡ１とＬＡ２を用いた。その給電線ＬＡ１とＬＡ２の面を平行に対向させ、給電線の面の間隔を面の幅５０ｍｍの５０分の１の１ｍｍ以下にして給電線対ＬＡを構成した。そうすることで給電線対ＬＡの各給電線が持つ自己インダクタンスを共用容量共振器の給電用中継コイルＬＰのインダクタンスよりも十分小さくできる。
【００６０】
（給電用中継コイルＬＰ）
電力並行給電手段３の給電用中継コイルＬＰ１からＬＰ６は、図１のように、コイルの配線の幅が２５ｍｍで厚さが０．５ｍｍの銅の帯で形成したコイルの面の寸法が５５０ｍｍ×１２５ｍｍの矩形の１巻コイルで形成した。このコイルは１μＨの自己インダクタンスを持つ。
【００６１】
共用容量ＣＷと給電用中継コイルＬＰ１からＬＰ６で構成される共用容量共振器の単独での共振周波数は、共用容量ＣＷを１９μＦにした場合に９０ｋＨｚになり、共用容量ＣＷを１６μＦにした場合に９８ｋＨｚになった。そのどちらの条件の共用容量共振器を用いても最終結果には大きな差は出なかった。この結果は、共用容量共振器の共振周波数は、必ずしも無線電力伝送を行なうために用いる交流電力の第１の共振周波数ｆ（シミュレーションで調べた結果の９７．５ｋＨｚ）に一致させる必要は無いことを意味する。
【００６２】
共用容量共振器の単独での共振周波数は、無線電力伝送を行なう交流電力の第１の共振周波数ｆに合わせて調整することが望ましい。第１の共振周波数ｆは、局所中継共振回路２と受電コイル共振回路１を誘導結合させた場合の共振周波数である。そのため、共用容量共振器の共用容量ＣＷを１６μＦにして共用容量共振器を、無線電力伝送を行なう交流電力の第１の共振周波数ｆに近い９８ｋＨｚで共振させる。
【００６３】
（シミュレーション結果）
図４のグラフに、実施例１の電磁界シミュレーションの結果の無線電力伝送効率をＳパラメータ（Ｓ２１）で表した周波数特性のグラフを示す。このシミュレーションでは、複数の局所中継コイルＬＭに接近させた受電コイルＬＵを、図１の局所中継共振回路２の集合の位置Ａから位置Ｂまで３０７５ｍｍ移動させた。その際に、局所中継コイルＬＭからの高さｈ＝２００ｍｍを一定に保った。
【００６４】
本実施例では、局所中継コイルＬＭをスイッチ機能を持つ中継路にして、そのスイッチ機能を十分に発揮させるために、受電コイルＬＵに流れる共振電流を大きくする。そのために、（負荷回路ＬＤの入力インピーダンスＲ２）／（電源回路ＳＣの出力インピーダンスＲ１）の比を大きくして、電源回路ＳＣの出力インピーダンスＲ１を０．２４Ωにし、負荷回路ＬＤの入力インピーダンスＲ２を２６Ωにした。
【００６５】
そのシミュレーションの結果は図４のＳパラメータのグラフの様に、電源回路ＳＣの交流電力の周波数ｆが９７．５ｋＨｚの場合に、負荷回路ＬＤまで伝送する電力の伝送効率が−０．９ｄＢであった。すなわち８０％の伝送効率であった。この伝送効率はコイルの幅２５ｍｍを大きくしてコイルの抵抗を小さくしてコイルの抵抗損失を少なくすることで大きく改善でき、効率良く無線電力伝送ができると考える。この周波数９７．５ｋＨｚが第１の共振周波数ｆである。
【００６６】
また、受電コイルＬＵを位置Ａから位置Ｂまで３０７５ｍｍ移動させても、無線電力伝送効率がほとんど変わらず、受電コイルＬＵの位置によらず効率良く無線電力伝送を行える効果があった。
【００６７】
図５のグラフに、受電コイルＬＵの配置位置Ａでの、各局所中継コイルＬＭに流れる電流のグラフを示す。このグラフは、電源回路ＳＣの交流電力の周波数が９０ｋＨｚから１０５ｋＨｚでの電流値を示す。図５のグラフから、周波数９７．５ｋＨｚでは、受電コイルＬＵが接近した局所中継コイルＬＭ２に流れる電流に対して、受電コイルＬＵが接近しない局所中継コイルＬＭ６に流れる電流は１８ｄＢ程度少ない、すなわち、電流が８分の１程度に少なくなった。これにより、局所中継コイルＬＭ２の電流による不要輻射のエネルギーに対する局所中継コイルＬＭ６の不要輻射のエネルギーは６３分の１程度に弱くなる。
【００６８】
本実施例の無線電力伝送システムは、電源回路ＳＣの出力インピーダンスＲ１が０．２４Ωで、負荷回路ＬＤの入力インピーダンスＲ２が２６Ωの条件において、受電コイルＬＵが接近した局所中継コイルＬＭの電流に対し、それ以外の局所中継コイルＬＭの電流は８分の１程度に少なくなる。そのため、受電コイルＬＵが接近した局所中継コイルＬＭに主な電流が流れると言える。そして、共用容量共振器の給電用中継コイルＬＰからの電力は、電流が流れている局所中継コイルＬＭに主に供給される。
【００６９】
すなわち、給電用中継コイルＬＰと受電コイルＬＵの間の局所中継共振回路２のうち、受電コイルＬＵが接近した局所中継共振回路２が、電力を伝送する主な中継路になり、それ以外の局所中継共振回路２は中継路にならないスイッチの働きをする。そうして、受電コイルＬＵが接近していないので中継路にならない局所中継コイルＬＭに流れる共振電流が少ないので、不要輻射が少なくなる。こうして、不要輻射を主に生じる局所中継コイルＬＭは、受電コイルＬＵが接近した局所中継コイルＬＭに限定される効果がある。
【００７０】
これにより、本実施例の無線電力伝送システムは、全ての局所中継コイルＬＭの存在位置にわたる広い領域の任意の位置に受電コイルＬＵを配置して電力を無線電力伝送できる。そして、その広い領域の中で不要輻射を生じる原因の電流が主に流れる部分は受電コイルＬＵが接近した局所中継コイルＬＭの狭い領域に限定されるので、不要輻射を少なくできる効果がある。
【００７１】
＜第２の実施形態＞
（無線電力伝送システムの構成）
図６に、第２の実施形態の無線電力伝送システムの構成の平面図を示す。第２の実施形態の無線電力伝送システムは、第１の実施形態と同様に、受電コイル共振回路１を有し、局所中継共振回路２を複数有し、その局所中継共振回路２へ第１の共振周波数の交流電力を給電する電力並行給電手段３を有する。
【００７２】
（電力並行給電手段３）
第２の実施形態が第１の実施形態と異なる点は、図６の様に、電力並行給電手段３の給電線対ＬＡに並列に、結合容量ＣＰを直列に挿入した電極端子を引き出して局所中継共振回路２の局所共振用コンデンサＣＭに並列に接続することで、局所中継共振回路２の局所共振用コンデンサＣＭの電極端子に容量結合させる点にある。また、周波数ｆの交流電力を給電する電源回路ＳＣに接続する給電線対ＬＡに並列に、共用容量ＣＷと共用インダクタンスＬＷで構成する共振回路を接続する点に特徴がある。
【００７３】
その結合容量ＣＰは、図６の様に、共用容量ＣＷと共用インダクタンスＬＷに並列に引き出した複数の電極端子の先端を電極板にし、その電極板を局所共振用コンデンサＣＭを構成する電極板に平行に対向させることで局所共振用コンデンサＣＭの電極板に結合する結合容量ＣＰを形成することができる。あるいは、結合容量ＣＰ用の外付けコンデンサを電極端子に直列に挿入して、電極端子を局所共振用コンデンサＣＭの電極端子に接続することで結合容量ＣＰを組み込むことができる。
【００７４】
（変形例５）
本実施形態の電力並行給電手段３の変形例５は、複数の局所的共用インダクタンスと局所的共用容量の組を並列に給電線対ＬＡに接続して全体の共用インダクタンスＬＷと共用容量ＣＷを構成する。例えば、局所中継共振回路２毎に局所的共用インダクタンスと局所的共用容量の組を給電線対ＬＡに並列に接続する。また、複数の局所中継共振回路２毎に１組の局所的共用インダクタンスと局所的共用容量を給電線対ＬＡに並列に接続することができる。
【００７５】
変形例５は、その様にして局所中継共振回路２の近くに局所的共用インダクタンスと局所的共用容量の組の電力源を設置することで、各局所中継共振回路２は近くの組の電力源から電力を給電される。それにより、電力源から局所中継共振回路２までの配線の長さが実質的に短くなり、配線の電流による電力の損失が少なくなる効果がある。
【００７６】
第２の実施形態の無線電力伝送システムは、電源回路ＳＣが電力並行給電手段３に、受電コイルＬＵが局所中継コイルＬＭに接近した場合に変化した受電コイル共振回路１の共振周波数である第１の共振周波数ｆの交流電力を給電する。そして、電力並行給電手段３がその交流電力を容量結合を介して各局所中継共振回路２に給電する。また、電力並行給電手段３の、共用容量ＣＷと共用インダクタンスＬＷで構成する共振回路は、第１の共振周波数ｆで共振するように共用容量ＣＷの容量と共用インダクタンスＬＷのインダクタンスを定める。
【００７７】
その際に、受電コイルＬＵが局所中継コイルＬＭに接近した場合に、その局所中継コイルＬＭを含む局所中継共振回路２の共振周波数が、電力並行給電手段３から給電される交流電力の第１の共振周波数ｆに一致する。そのため、電力並行給電手段３から容量結合で局所中継共振回路２に電力が給電される。
【００７８】
一方で、受電コイルＬＵが接近しない局所中継コイルＬＭを含む局所中継共振回路２の固有の共振周波数である第２の共振周波数は、電力並行給電手段３から給電される交流電力の第１の共振周波数ｆと異なり、その局所中継コイルＬＭには共振電流が流れず、電力並行給電手段３はその局所中継共振回路２に電力を給電しない。
【００７９】
こうして、受電コイルＬＵが接近していない局所中継コイルＬＭを含む局所中継共振回路２の固有の共振周波数である第２の共振周波数を電源回路ＳＣから給電される交流電力の第１の共振周波数ｆと異ならせる事で、電源回路ＳＣからの交流電力を、受電コイルＬＵが接近した局所中継コイルＬＭを主な中継路にして受電コイル共振回路１に送電する。そして、受電コイル共振回路１に接続されている負荷回路ＬＤがその電力を消費する。
【００８０】
（実施例２）
第２の実施形態の無線電力伝送システムの実施例２を図６の平面図に示す。図６の様に、実施例２は、実施例１と同じ受電コイル共振回路１と複数の局所中継共振回路２を用いた。実施例２では、その複数の局所中継共振回路２へ結合容量ＣＰで容量結合する複数の電極端子を有する電力並行給電手段３を用いた。電力並行給電手段３は、第１の共振周波数ｆの交流電力を結合容量ＣＰを介して局所中継共振回路２へ給電する。
【００８１】
その電力並行給電手段３は、図６の様に、共用容量ＣＷと共用インダクタンスＬＷで構成した共振回路を有し、その共振回路に並列に電源回路ＳＣと給電線対ＬＡを接続した。その共振回路に並列な給電線対ＬＡから複数の電極端子を引き出し、その電極端子を、各局所中継共振回路２の局所共振用コンデンサＣＭ１〜ＣＭ６に容量結合させた。
【００８２】
この容量結合は、電極端子の先端を電極板にし、その電極板を局所共振用コンデンサＣＭを構成する電極板に平行に対向させることで容量結合させて結合容量ＣＰを形成した。図６には、容量結合を結合容量ＣＰ１〜ＣＰ６で表した。この無線電力伝送システムの動作を電磁界シミュレーションで調べた。
【００８３】
（受電コイルＬＵ）
実施例２の受電コイル共振回路１は、実施例１と同じ形の、幅が２５ｍｍで厚さが０．５ｍｍの銅の帯で形成した大きさが２４２５ｍｍ×９００ｍｍの長方形の１巻の受電コイルＬＵを用いた。この受電コイルＬＵは６μＨの自己インダクタンスを。その受電コイルＬＵを、局所中継コイルＬＭの上方の高さｈ＝２００ｍｍに配置した。
【００８４】
実施例２では、受電コイル共振回路１の固有の共振周波数を局所中継共振回路２の固有の共振周波数８５ｋＨｚと同じにするために、受電コイルＬＵに容量が０．５８μＦの受電共振用コンデンサＣＵを接続した。ここで、受電コイル共振回路１の固有の共振周波数は局所中継共振回路２の固有の共振周波数と異なっていても問題無く、受電コイルＬＵのインダクタンスと受電共振用コンデンサＣＵの容量の設定に自由度がある。
【００８５】
（局所中継コイルＬＭ）
実施例２の局所中継共振回路２の局所中継コイルＬＭは、実施例１の局所中継コイルＬＭと同じ形にし、図６の様に、コイルの配線の幅が２５ｍｍで厚さが０．５ｍｍの銅の帯で形成した、コイルの面の寸法が９００ｍｍ×９００ｍｍの矩形の１巻コイルを用いた。この局所中継コイルＬＭは３μＨの自己インダクタンスを持つ。この局所中継コイルＬＭに容量が１．１８μＦの局所共振用コンデンサＣＭを接続して局所中継共振回路２を構成し、局所中継共振回路２の単独での固有の共振周波数である第２の共振周波数を８５ｋＨｚにした。
【００８６】
図６の様に、複数の局所中継共振回路２の局所中継コイルＬＭ１からＬＭ６を、一方向に９５０ｍｍのピッチで並べて配置した。各局所中継共振回路２の局所共振用コンデンサＣＭ１〜ＣＭ６には、電力並行給電手段３の電極端子の結合容量ＣＰ１〜ＣＰ６を接続した。これにより、局所共振用コンデンサＣＭ１〜ＣＭ６が、結合容量ＣＰ１〜ＣＰ６を介して、電力並行給電手段３の、共用容量ＣＷと共用インダクタンスＬＷで構成する共振回路に容量結合した。
【００８７】
（電力並行給電手段３）
実施例２は、図６のように、電力並行給電手段３に、共用容量ＣＷと共用インダクタンスＬＷで構成する共振回路を設置した。共用インダクタンスＬＷは、図６の様に、コイルの配線の幅が２５ｍｍで厚さが０．５ｍｍの銅の帯で形成したコイルの面の寸法が４００ｍｍ×４２５ｍｍの矩形の１巻コイルで形成した。このコイルは１．１μＨの自己インダクタンスを持つ。この共用インダクタンスＬＷに２．５μＦの共用容量ＣＷを接続して９７ｋＨｚで共振する共振回路を形成した。
【００８８】
その共振回路に並列な複数の電極端子を各局所中継共振回路２の局所共振用コンデンサＣＭ１〜ＣＭ６に対向させて容量結合させた。それにより、その電極端子と局所共振用コンデンサＣＭの間に結合容量ＣＰが形成された。結合容量ＣＰの容量は０．０５μＦにした。
【００８９】
等価回路で考えると、共用容量ＣＷから並列に引き出した電極端子を局所共振用コンデンサＣＭ１〜ＣＭ６に接続し、その各局所共振用コンデンサＣＭ１〜ＣＭ６に接続する各電極端子に、結合容量ＣＰ１〜ＣＰ６を挿入した回路になる。こうして、共用容量ＣＷを結合容量ＣＰ１〜ＣＰ６を介して局所共振用コンデンサＣＭ１〜ＣＭ６に容量結合させた。
【００９０】
この共用容量ＣＷと共用インダクタンスＬＷで構成する共振回路に並列に給電線対ＬＡを接続し、給電線対ＬＡに電源回路ＳＣを接続して電源回路ＳＣから第１の共振周波数ｆの交流電力をその共振回路に給電した。給電線対ＬＡを構成する給電線ＬＡ１と給電線ＬＡ２は、幅が２００ｍｍで厚さが０．５ｍｍの銅の帯状の給電線ＬＡ１とＬＡ２の面を平行に対向させ、給電線の面の間隔をその面の幅２００ｍｍの２００分の１の１ｍｍ以下にして給電線対ＬＡを構成する。そうすることで給電線対ＬＡの各給電線が持つ自己インダクタンスが共用インダクタンスＬＷよりも十分小さくなる。
【００９１】
（シミュレーション結果）
図７のグラフに、実施例２の電磁界シミュレーションの結果の無線電力伝送効率をＳパラメータ（Ｓ２１）で表した周波数特性のグラフを示す。このシミュレーションでは、複数の局所中継コイルＬＭに接近させた受電コイルＬＵを、図６の局所中継共振回路２の集合の位置Ａから位置Ｂまで３０７５ｍｍ移動させた。その際に、局所中継コイルＬＭからの高さｈ＝２００ｍｍを一定に保った。
【００９２】
本実施例では、電源回路ＳＣの出力インピーダンスＲ１を１６Ωにし、負荷回路ＬＤの入力インピーダンスＲ２を３０Ωにした。
【００９３】
そのシミュレーションの結果は図７のＳパラメータのグラフの様に、電源回路ＳＣの交流電力の周波数ｆが９６．５ｋＨｚの場合に、負荷回路ＬＤまで伝送する電力の伝送効率が−０．５ｄＢであった。すなわち８９％の伝送効率であった。この伝送効率はコイルの幅２５ｍｍを大きくしてコイルの抵抗を小さくしてコイルの抵抗損失を少なくすることで大きく改善できると考える。この周波数９６．５ｋＨｚが第１の共振周波数ｆである。
【００９４】
また、受電コイルＬＵを位置Ａから位置Ｂまで３０７５ｍｍ移動させても、無線電力伝送効率がほとんど変わらず、受電コイルＬＵの位置によらず効率良く無線電力伝送を行える効果があった。
【００９５】
図８のグラフに、受電コイルＬＵの配置位置Ａでの、各局所中継コイルＬＭに流れる電流のグラフを示す。このグラフは、電源回路ＳＣの交流電力の周波数が９０ｋＨｚから１０５ｋＨｚでの電流値を示す。
【００９６】
図８のグラフから、本実施例の無線電力伝送システムでは、電源回路ＳＣの出力インピーダンスＲ１が１６Ωで、負荷回路ＬＤの入力インピーダンスＲ２が３０Ωの条件において、周波数９６．５ｋＨｚでは、受電コイルＬＵが接近した局所中継コイルＬＭ２に流れる電流に対して、受電コイルＬＵが接近しない局所中継コイルＬＭ６に流れる電流は１２ｄＢ程度少なくなった。
【００９７】
すなわち、受電コイルＬＵが接近した局所中継コイルＬＭの電流に対し、それ以外の局所中継コイルＬＭの電流は４分の１程度に少なくなった。そのため、電力並行給電手段３の複数の電極端子が容量結合している複数の局所中継共振回路２のうち、受電コイルＬＵが接近した局所中継共振回路２が主に受電コイルＬＵへ交流電力を伝送する中継路になり、それ以外の局所中継共振回路２は主な中継路にはならないスイッチの働きをする。
【００９８】
そして、局所中継コイルＬＭ２の電流による不要輻射のエネルギーに対する局所中継コイルＬＭ６の不要輻射のエネルギーは１６分の１程度に弱い。すなわち、受電コイルＬＵが接近していないので中継路にならない局所中継コイルＬＭに流れる共振電流が少ないので、主に不要輻射を生じる局所中継コイルＬＭは、受電コイルＬＵが接近した局所中継コイルＬＭに限定される効果がある。
【００９９】
これにより、本実施例の無線電力伝送システムは、全ての局所中継コイルＬＭの存在位置にわたる広い領域に受電コイルＬＵを配置して電力を無線電力伝送できる。そして、その広い領域の中で不要輻射を生じる原因の電流が主に流れる部分は受電コイルＬＵが接近した局所中継コイルＬＭの狭い領域に限定されるので、不要輻射を少なくできる効果がある。
【０１００】
実施例２では、電力並行給電手段３に用いた共用容量ＣＷが２．５μＦであり、第１の実施形態の実施例１が用いた１６μＦの共用容量ＣＷよりも小さな容量を用いた。実施例２の様に第２の実施形態は、電力並行給電手段３に用いる共用容量ＣＷの容量を小さくできるので、共用容量ＣＷの製造コストを低減できる効果がある。
【０１０１】
第２の実施形態も、受電コイルＬＵが局所中継コイルＬＭに接近した場合の局所中継コイルＬＭを含む局所中継共振回路２（及び受電コイル共振回路１）の持つ第１の共振周波数ｆが、局所中継共振回路２が単独で存在する場合に持つ固有の共振周波数である第２の共振周波数からずれる現象を利用している。これは、第１の共振周波数ｆの共振電流が流れている受電コイルＬＵが発生する磁界が、受電コイルＬＵに接近した局所中継コイルＬＭに電磁誘導して電圧を発生することで、その局所中継コイルＬＭを含む局所中継共振回路２の共振周波数を変化させることで生じる。
【０１０２】
第１の実施形態と第２の実施形態は、図３の様に、電源回路ＳＣから電力並行給電手段３に、第１の共振周波数ｆの交流電力を給電する。電力並行給電手段３は、その周波数ｆの交流電力を、誘導結合又は容量結合を介して局所中継コイルＬＭに給電する。そして、受電コイルＬＵに接近した局所中継コイルＬＭに主に、第１の共振周波数ｆの共振電流が誘導され、その局所中継コイルＬＭが受電コイル共振回路１まで無線電力を伝送する主な中継路になる。すなわち、局所中継コイルＬＭが、受電コイルＬＵへの接近の有無で交流電力の中継のオン／オフが制御されるスイッチとして働く無線電力伝送システムである。
【０１０３】
＜第３の実施形態＞
（無線電力伝送システムの構成）
図９に、第３の実施形態の無線電力伝送システムの構成の平面図を示す。第３の実施形態の無線電力伝送システムは、第１の実施形態と同様に、受電コイル共振回路１を有し、局所中継共振回路２を複数有し、その局所中継共振回路２へ第１の共振周波数の交流電力を給電する電力並行給電手段３を有する。
【０１０４】
（電力並行給電手段３）
第３の実施形態が先の実施形態と異なる点は、電力並行給電手段３の給電線対ＬＡに並列に、結合容量Ｃｃと結合インダクタンスＬｃの並列回路を直列に挿入した電極端子を引き出して局所中継共振回路２の局所共振用コンデンサＣＭに並列に接続する点である。また、共用容量ＣＷと共用インダクタンスＬＷ又は給電用中継コイルＬＰで構成する共振回路を使わない点である。
【０１０５】
そうして、電源回路ＳＣから、給電線対ＬＡを介して、結合容量Ｃｃと結合インダクタンスＬｃの並列回路を挿入した電極端子を通して、局所中継共振回路２へ電力を供給する。
【０１０６】
第３の実施形態の無線電力伝送システムは、例えば図９の様に、給電線対ＬＡから引き出した電極端子に直列に、結合容量Ｃｃ１と結合インダクタンスＬｃ１の並列回路の組を挿入して、その電極端子を第１の局所中継共振回路２の局所共振用コンデンサＣＭ１に並列に接続する。
【０１０７】
そして、第２の局所中継共振回路２の局所共振用コンデンサＣＭ２には、結合容量Ｃｃ２と結合インダクタンスＬｃ２の並列回路を直列に挿入した電極端子を並列に接続する。以降順次に、局所共振用コンデンサＣＭ３に並列に接続する電極端子に結合容量Ｃｃ３と結合インダクタンスＬｃ３の並列回路を直列に挿入し、局所共振用コンデンサＣＭ４に並列に接続する電極端子に結合容量Ｃｃ４と結合インダクタンスＬｃ４の並列回路を直列に挿入し、局所共振用コンデンサＣＭ５に並列に接続する電極端子に結合容量Ｃｃ５と結合インダクタンスＬｃ５の並列回路を直列に挿入し、局所共振用コンデンサＣＭ６に並列に接続する電極端子に結合容量Ｃｃ６と結合インダクタンスＬｃ６の並列回路を直列に挿入する。
【０１０８】
第３の実施形態の無線電力伝送システムは、受電コイルＬＵが局所中継コイルＬＭに接近した場合に変化した受電コイル共振回路の共振周波数を第１の共振周波数ｆとし、電源回路ＳＣが第１の共振周波数ｆの交流電力を電力並行給電手段３に給電し、電力並行給電手段３がその交流電力を電極端子に直列に接続した結合容量Ｃｃと結合インダクタンスＬｃの並列回路を通して各局所中継共振回路２に給電する。
【０１０９】
これにより、受電コイルＬＵが局所中継コイルＬＭに接近した場合に、その局所中継コイルＬＭを含む局所中継共振回路２の共振周波数ｆが、電力並行給電手段３から給電される第１の共振周波数ｆの交流電力と周波数が一致する。そのため、電力並行給電手段３から結合容量Ｃｃと結合インダクタンスＬｃを介して第１の共振周波数ｆで共振する局所中継共振回路２に電力が給電される。
【０１１０】
一方で、受電コイルＬＵが接近しない局所中継コイルＬＭを含む局所中継共振回路２の固有の共振周波数である第２の共振周波数は、電力並行給電手段３から給電される交流電力の第１の共振周波数ｆとは周波数が異なる。そのため、その局所中継共振回路２は第１の共振周波数ｆでは共振せず局所中継コイルＬＭに流れる電流が少なくなる。
【０１１１】
こうして、受電コイルＬＵが接近していない局所中継コイルＬＭを含む局所中継共振回路２の固有の共振周波数である第２の共振周波数を電源回路ＳＣから給電される交流電力の第１の共振周波数ｆと異ならせる事で、電源回路ＳＣからの交流電力を、受電コイルＬＵが接近した局所中継コイルＬＭを主な中継路にして受電コイル共振回路１に給電する。そして、受電コイル共振回路１に接続されている負荷回路ＬＤがその電力を消費する。
【０１１２】
（実施例３）
第３の実施形態の無線電力伝送システムの実施例３を図９の平面図に示す。図９の様に、ループ状の受電コイルＬＵと受電共振用コンデンサＣＵと負荷回路ＬＤを直列に接続して構成した受電コイル共振回路１と、複数の局所中継共振回路２と、その複数の局所中継共振回路２へ第１の共振周波数ｆの交流電力を給電する電力並行給電手段３を有する。この無線電力伝送システムの動作を電磁界シミュレーションで調べた。
【０１１３】
（受電コイルＬＵ）
実施例３は、受電コイル共振回路１の受電コイルＬＵは、コイルの配線の幅が１００ｍｍで厚さが０．５ｍｍの銅の帯で形成した大きさが２８００ｍｍ×９００ｍｍの長方形の１巻のコイルを用いた。この受電コイルＬＵは４．５μＨの自己インダクタンスを持つ。受電コイルＬＵに接続する受電共振用コンデンサＣＵの容量は１．０４μＦにし、この受電コイル共振回路１単独での固有の共振周波数を７４ｋＨｚにした。
【０１１４】
（局所中継コイルＬＭ）
実施例３の局所中継共振回路２の局所中継コイルＬＭは、コイルの配線の幅が５０ｍｍで厚さが０．５ｍｍの銅の帯で、コイルの面の寸法が９００ｍｍ×９００ｍｍの矩形の１巻コイルを用いた。この局所中継コイルＬＭは２．４μＨの自己インダクタンスを持つ。局所中継コイルＬＭに接続する局所共振用コンデンサＣＭの容量を１．４８μＦにして局所中継共振回路２の単独での固有の共振周波数を８５ｋＨｚにした。この共振周波数８５ｋＨｚが第２の共振周波数である。
【０１１５】
図９の様に、複数の局所中継共振回路２の局所中継コイルＬＭ１からＬＭ６を、一方向に１０００ｍｍのピッチで並べて配置した。
【０１１６】
（電力並行給電手段３）
実施例３の電力並行給電手段３は、図９のように、帯状の給電線ＬＡ１とＬＡ２を帯の面を平行に対向させて形成した給電線対ＬＡから電極端子並列に引き出して各局所中継共振回路２の局所共振用コンデンサＣＭに並列に接続した。その電極端子には直列に、結合容量Ｃｃと結合インダクタンスＬｃの並列回路を挿入した。この結合容量Ｃｃを０．２μＦにし、結合インダクタンスＬｃを５０μＨにし、この結合容量Ｃｃと結合インダクタンスＬｃの回路の共振周波数を５０ｋＨｚにした。
【０１１７】
（シミュレーション結果）
図１０のグラフに、実施例３の電磁界シミュレーションの結果の無線電力伝送効率をＳパラメータ（Ｓ２１）で表した周波数特性のグラフを示す。このシミュレーションでは、複数の局所中継コイルＬＭに接近させた受電コイルＬＵを、図９の局所中継共振回路２の集合の位置Ａから位置Ｂまで、局所中継コイルＬＭからの高さｈ＝２００ｍｍを一定に保ったままで移動させた。
【０１１８】
本実施例では、電源回路ＳＣの出力インピーダンスＲ１を２Ωにし、負荷回路ＬＤの入力インピーダンスＲ２を１０Ωにした。
【０１１９】
そのシミュレーションの結果は図１０のＳパラメータのグラフの様に、電源回路ＳＣの交流電力の周波数ｆが９１．６ｋＨｚの場合に、負荷回路ＬＤまで伝送する電力の伝送効率が−０．３５ｄＢであった。すなわち９２％の電力伝送効率があった。９１．６ｋＨｚが第１の共振周波数である。この９２％の電力伝送効率は、コイルの幅を大きくしてコイルの抵抗を小さくしてコイルの抵抗損失を少なくすることで更に電力伝送効率を大きくできると考える。
【０１２０】
また、受電コイルＬＵを位置Ａから位置Ｂまで移動させても、無線電力伝送効率がほとんど変わらず、受電コイルＬＵの位置によらず効率良く無線電力伝送を行える効果があった。
【０１２１】
図１１のグラフに、受電コイルＬＵを、局所中継コイルＬＭ３を中心にする位置に配置した場合での、局所中継コイルＬＭ３とＬＭ６に流れる電流を比較したグラフを示す。このグラフは、電源回路ＳＣの交流電力の周波数を８０ｋＨｚから９５ｋＨｚまで変えた場合の局所中継コイルＬＭの電流値を示す。
【０１２２】
図１１のグラフから、電源回路ＳＣから第１の共振周波数の９１．６ｋＨｚの交流電力を供給する場合に、受電コイルＬＵが接近した局所中継コイルＬＭ３に流れる電流値に対して、受電コイルＬＵが接近していない局所中継コイルＬＭ６に流れる電流値は１３ｄＢ程度少ない。すなわち、受電コイルＬＵが接近していない局所中継コイルＬＭ６に流れる電流値は４．５分の１程度に少ない。これにより、受電コイルＬＵが接近していない局所中継コイルＬＭ６の電流による不要輻射のエネルギーは、局所中継コイルＬＭ３の電流による不要輻射のエネルギーの２０分の１程度に少なくなる。
【０１２３】
なお、実施例３の無線電力伝送システムの構成に加えて、給電線対ＬＡの給電線ＬＡ１とＬＡ２を接続する６μＨの共用インダクタンスＬＷを実施例２の様に追加すると、局所中継コイルＬＭ６に流れる電流の周波数特性が、第１の共振周波数でその電流値が最小になるように安定化する。
【０１２４】
実施例３の無線電力伝送システムも、電力並行給電手段３の複数の電極端子が結合している複数の局所中継共振回路２のうち、受電コイルＬＵが接近した局所中継コイルＬＭを含む局所中継共振回路２が受電コイルＬＵへ交流電力を伝送する主な中継路になり、それ以外の局所中継共振回路２は中継路にならないスイッチの働きをする。受電コイルＬＵが接近していないため主な中継路にならない局所中継コイルＬＭに流れる電流は少ないので、それが発生する不要輻射を少なくできる効果がある。
【０１２５】
実施例３の無線電力伝送システムは、受電コイルＬＵが移動し得る広い領域に多くの局所中継コイルＬＭを配置することができる。そのように多くの局所中継コイルＬＭを配置して電力を受電コイルＬＵに無線電力伝送する場合に、その広い領域の中で不要輻射を生じる原因の電流が主に流れる部分は受電コイルＬＵが接近した局所中継コイルＬＭの群の狭い領域に限定される。そのため多くの局所中継コイルＬＭを配置しても発生する不要輻射を少なくできる効果がある。
【０１２６】
また、実施例３の無線電力伝送システムは、受電コイル共振回路１に並列に接続した負荷回路ＬＤの入力インピーダンスＲ２を低めの１０Ωに設定しても、局所中継共振回路２に十分なスイッチ機能を発揮させることができる効果があった。受電コイル共振回路１に並列に接続する負荷回路ＬＤの入力インピーダンスＲ２を低くした場合は、受電コイルＬＵに流す共振電流が少なくなる。本実施形態は、その様に受電コイルＬＵに流す共振電流を少なくしても十分なスイッチ機能を発揮させることができる効果がある。
【０１２７】
＜第４の実施形態＞
（無線電力伝送システムの構成）
図１２に、第４の実施形態の無線電力伝送システムの構成の平面図を示す。第４の実施形態の無線電力伝送システムは、第３の実施形態と同様に、電力並行給電手段３の給電線対ＬＡから並列に複数の電極端子を引き出しその電極端子を複数の局所中継共振回路２の局所共振用コンデンサＣＭ１〜ＣＭ６に並列に接続する。
【０１２８】
（電力並行給電手段３）
第４の実施形態が他の実施形態と異なる第１の特徴は、図１２の様に、電力並行給電手段３から並列に引き出した電極端子に直列に結合容量Ｃｃのみを挿入する点である。この構成は、第２の実施形態かから共用容量ＣＷと共用インダクタンスＬＷを除去した構成であり、結合容量Ｃｃは第２の実施形態の結合容量ＣＰに対応する。
【０１２９】
第４の実施形態が他の実施形態と異なる第２の特徴は、第４の実施形態では、受電コイルＬＵを小さくして、それが対向する局所中継コイルＬＭを１つのみにした点である。
【０１３０】
すなわち、受電コイルＬＵが同時には複数の局所中継コイルＬＭに対向しない構成であり、受電コイルＬＵが１つの局所中継コイルＬＭと１対１に対向して電力を受電する無線電力伝送システムである。
【０１３１】
結合容量Ｃｃを直列に挿入した電極端子を、電力並行給電手段３の給電線対ＬＡから並列に引き出し、局所中継共振回路２の局所共振用コンデンサＣＭに並列に接続することで、局所中継共振回路２へ電力を供給する。
【０１３２】
局所共振用コンデンサＣＭと局所中継コイルＬＭが局所中継共振回路２を構成する。局所中継共振回路２の数は１つだけでも良く、あるいは、図１２の様に複数の局所中継共振回路２を、結合容量Ｃｃ１を挿入した電極端子を介して、給電線対ＬＡに並列に接続しても良い。
【０１３３】
第４の実施形態の無線電力伝送システムは、受電コイルＬＵが局所中継コイルＬＭに接近した場合に変化した受電コイル共振回路の共振周波数を第１の共振周波数ｆとし、電源回路ＳＣが第１の共振周波数ｆの交流電力を電力並行給電手段３に給電し、電力並行給電手段３がその交流電力を電極端子に直列に接続した結合容量Ｃｃを通して各局所中継共振回路２に給電する。
【０１３４】
これにより、受電コイルＬＵが局所中継コイルＬＭに接近した場合に、その局所中継コイルＬＭを含む局所中継共振回路２の共振周波数が、電力並行給電手段３から給電される第１の共振周波数ｆの交流電力と周波数が一致する。そのため、電力並行給電手段３から結合容量Ｃｃを介して第１の共振周波数ｆで共振する局所中継共振回路２に電力が給電される。
【０１３５】
一方で、受電コイルＬＵが接近しない局所中継コイルＬＭを含む局所中継共振回路２の固有の共振周波数である第２の共振周波数は、電力並行給電手段３から給電される交流電力の第１の共振周波数ｆとは周波数が異なる。そのため、その局所中継共振回路２は第１の共振周波数ｆでは共振せず局所中継コイルＬＭに流れる電流が少なくなる。
【０１３６】
こうして、受電コイルＬＵが接近していない局所中継コイルＬＭを含む局所中継共振回路２の固有の共振周波数である第２の共振周波数を電源回路ＳＣから給電される交流電力の第１の共振周波数ｆと異ならせる事で、電源回路ＳＣからの交流電力を、受電コイルＬＵが接近した局所中継コイルＬＭを主な中継路にして受電コイル共振回路１に送電する。そして、受電コイル共振回路１に接続されている負荷回路ＬＤがその電力を消費する。
【０１３７】
（実施例４）
第４の実施形態の無線電力伝送システムの実施例４を図１２の平面図に示す。図１２の様に、ループ状の受電コイルＬＵと受電共振用コンデンサＣＵと負荷回路ＬＤを並列に接続して構成した受電コイル共振回路１と、６つの局所中継共振回路２と、その局所中継共振回路２へ第１の共振周波数ｆの交流電力を給電する電力並行給電手段３を有する。この無線電力伝送システムの動作を電磁界シミュレーションで調べた。
【０１３８】
（局所中継コイルＬＭ）
実施例４の局所中継共振回路２の局所中継コイルＬＭは、コイルの配線の幅が２００ｍｍで厚さが０．５ｍｍの銅の帯で、コイルの面の寸法が９００ｍｍ×９００ｍｍの矩形の１巻コイルを用いた。この局所中継コイルＬＭは１μＨの自己インダクタンスを持つ。局所中継コイルＬＭに接続する局所共振用コンデンサＣＭの容量を３．４μＦにして局所中継共振回路２の単独での固有の共振周波数を８５ｋＨｚにした。この共振周波数８５ｋＨｚが第２の共振周波数である。
【０１３９】
（電力並行給電手段３）
実施例４の電力並行給電手段３は、図１２のように、帯状の給電線ＬＡ１とＬＡ２を帯の面を平行に対向させて形成した給電線対ＬＡから電極端子を並列に引き出して各局所中継共振回路２の局所共振用コンデンサＣＭに並列に接続した。その電極端子には直列に、結合容量Ｃｃを挿入した。この結合容量Ｃｃを１μＦにした。
【０１４０】
（受電コイルＬＵ）
実施例４は、受電コイル共振回路１の受電コイルＬＵは、局所中継コイルＬＭと同じ形の、大きさが９００ｍｍ×９００ｍｍの長方形の１巻のコイルを用いた。この受電コイルＬＵは１μＨの自己インダクタンスを持つ。受電コイルＬＵに接続する受電共振用コンデンサＣＵの容量は、回路のインピーダンスを良く整合させるために、４μＦにし、この受電コイル共振回路１単独での固有の共振周波数を８０ｋＨｚにした。
【０１４１】
（シミュレーション結果）
図１３のグラフに、実施例４の電磁界シミュレーションの結果の無線電力伝送効率をＳパラメータ（Ｓ２１）で表した周波数特性のグラフを示す。本実施例では、電源回路ＳＣの出力インピーダンスＲ１を０．８５Ωにし、負荷回路ＬＤの入力インピーダンスＲ２を１０Ωにした。
【０１４２】
そのシミュレーションの結果は図１３のＳパラメータのグラフの様に、電源回路ＳＣの交流電力の周波数ｆが８７．６ｋＨｚの場合に、負荷回路ＬＤまで伝送する電力の伝送効率が−０．２１ｄＢであった。すなわち９５％の電力伝送効率があった。８７．６ｋＨｚが第１の共振周波数である。この９５％の電力伝送効率はコイルの幅を更に大きくしてコイルの抵抗を小さくしてコイルの抵抗損失を少なくすることで更に大きくできると考える。
【０１４３】
図１４のグラフに、受電コイルＬＵを接近させた局所中継コイルＬＭに流れる電流と、受電コイルＬＵを接近させない局所中継コイルＬＭに流れる電流を比較したグラフを示す。このグラフは、電源回路ＳＣの交流電力の周波数を６０ｋＨｚから１１０ｋＨｚまで変えた場合の、各場合の局所中継コイルＬＭの電流値を相対的に比較して示したグラフである。
【０１４４】
図１４のグラフから、電源回路ＳＣから第１の共振周波数の８７．６ｋＨｚの交流電力を供給する場合に、受電コイルＬＵが接近していない局所中継コイルＬＭ６に流れる電流値よりも、受電コイルＬＵが接近した局所中継コイルＬＭ１に流れる電流値が１０ｄＢ以上大きい。すなわち、受電コイルＬＵが接近した局所中継コイルＬＭ１に流れる電流値は局所中継コイルＬＭ６に流れる電流値３倍以上大きい。そして、受電コイルＬＵが接近していない局所中継コイルＬＭ６の電流による不要輻射のエネルギーが弱くなる。
【０１４５】
なお、図１４のグラフでは、第１の共振周波数の８７．６ｋＨｚで、受電コイルＬＵに流れる電流値と局所中継コイルＬＭ１に流れる電流値が同じ大きさである。この第１の共振周波数では、受電コイルＬＵに流れる電流と局所中継コイルＬＭ１に流れる電流が平行するコイルの配線上で互いに逆方向に流れる。そのため、受電コイルＬＵに流れる電流が発生する不要輻射と局所中継コイルＬＭ１に流れる電流が発生する不要輻射が互いに弱め合い、システム全体での不要輻射が少なくなる効果がある。
【０１４６】
実施例４の無線電力伝送システムも、電力並行給電手段３の複数の電極端子が結合している複数の局所中継共振回路２のうち、受電コイルＬＵが接近した局所中継コイルＬＭ１を含む局所中継共振回路２が受電コイルＬＵへ交流電力を伝送する主な中継路になり、それ以外の局所中継共振回路２は中継路にならないというスイッチの働きをする。受電コイルＬＵが接近していないため中継路にならない局所中継コイルＬＭに流れる共振電流が少ないので、それが発生する不要輻射を少なくできる効果がある。
【０１４７】
また、受電コイルＬＵが存在しない場合に局所中継コイルＬＭに流れる電流Ｉｍｏは、受電コイルＬＵが接近した局所中継コイルＬＭ１に流れる電流よりも少なくなった。こうして、局所中継コイルＬＭに流れる共振電流は、受電コイルＬＵが局所中継コイルＬＭに接近した場合に大きくなるスイッチ機能を持たせた無線電力伝送システムが構成できた。
【０１４８】
（変形例６）
また、実施例４の局所中継共振回路２の数を１つだけにして無線電力伝送システムを構成することができる。すなわち、局所中継コイルＬＭが１つのみの無線電力伝送システムを構成する。
【０１４９】
その場合に、回路のインピーダンスを良く整合させるために、受電コイルＬＵに接続する受電共振用コンデンサＣＵの容量を３．４μＦにし、この受電コイル共振回路１単独での固有の共振周波数を８５ｋＨｚにすることが望ましい。
【０１５０】
その場合に、電源回路ＳＣの交流電力の周波数ｆが９２．４ｋＨｚの場合に、負荷回路ＬＤまで伝送する電力の伝送効率が−０．１３ｄＢであった。すなわち９７％の電力伝送効率があった。９２．４ｋＨｚが第１の共振周波数である。
【０１５１】
また、局所中継コイルＬＭに流れる共振電流は、受電コイルＬＵが局所中継コイルＬＭに接近したときに大きくなるスイッチ機能を持つ無線電力伝送システムが構成できた。
【０１５２】
＜第５の実施形態＞
（無線電力伝送システムの構成）
図１５に、第５の実施形態の無線電力伝送システムの構成の平面図を示す。第５の実施形態の無線電力伝送システムは、第４の実施形態と同様に、受電コイルＬＵと対向させる局所中継コイルＬＭを１つにして、局所中継コイルＬＭと受電コイルＬＵを１対１で対向させる。
【０１５３】
（電力並行給電手段３）
第５の実施形態が第４の実施形態と異なる点は、電力並行給電手段３から並列に引き出した電極端子に直列に結合インダクタンスＬｃのみを挿入する点である。第５の実施形態では、１つ又は複数の局所中継共振回路２を用いて無線電力伝送システムを構成する。
【０１５４】
（実施例５）
第５の実施形態の実施例５は、局所中継共振回路２を１つにする。すなわち、局所中継コイルＬＭが１つのみの無線電力伝送システムを構成する。
【０１５５】
第５の実施形態の受電コイルＬＵと局所中継コイルＬＭは、実施例４と同じ形の、大きさが９００ｍｍ×９００ｍｍの長方形の１巻のコイルを用いた。この受電コイルＬＵは１μＨの自己インダクタンスを持つ。局所中継コイルＬＭに接続する局所共振用コンデンサＣＭの容量を３．４μＦにして局所中継共振回路２の単独での固有の共振周波数を８５ｋＨｚにした。この共振周波数８５ｋＨｚが第２の共振周波数である。
【０１５６】
また、回路のインピーダンスを良く整合させるために、受電コイルＬＵに接続する受電共振用コンデンサＣＵの容量を３．４μＦにし、この受電コイル共振回路１単独での固有の共振周波数を８５ｋＨｚにした。
【０１５７】
（電力並行給電手段３）
実施例５の電力並行給電手段３は、電力並行給電手段３から並列に引き出した電極端子に直列に挿入した結合インダクタンスＬｃを３５μＨにした。
【０１５８】
（シミュレーション結果）
図１６のグラフに、実施例５の電磁界シミュレーションの結果の無線電力伝送効率をＳパラメータ（Ｓ２１）で表した周波数特性のグラフを示す。本実施例では、電源回路ＳＣの出力インピーダンスＲ１を３Ωにし、負荷回路ＬＤの入力インピーダンスＲ２を１０Ωにした。
【０１５９】
そのシミュレーションの結果は図１６のＳパラメータのグラフの様に、電源回路ＳＣの交流電力の周波数ｆが９７ｋＨｚの場合に、負荷回路ＬＤまで伝送する電力の伝送効率が−０．１ｄＢであった。すなわち９８％の電力伝送効率があった。９７ｋＨｚが第１の共振周波数ｆである。
【０１６０】
図１７のグラフに、受電コイルＬＵを接近させた局所中継コイルＬＭに流れる電流と、受電コイルＬＵが存在しない場合に局所中継コイルＬＭに流れる電流Ｉｍｏを比較したグラフを示す。このグラフは、電源回路ＳＣの交流電力の周波数を６０ｋＨｚから１１０ｋＨｚまで変えた場合の、各場合の局所中継コイルＬＭの電流値を相対的に比較して示したグラフである。
【０１６１】
図１７のグラフで、電源回路ＳＣから供給する交流電力の周波数が９７ｋＨｚの第１の共振周波数ｆにおいて電流値を比較する。受電コイルＬＵが存在しない場合に局所中継コイルＬＭに流れる電流Ｉｍｏを、局所中継コイルＬＭに受電コイルＬＵが接近した場合に局所中継コイルＬＭに流れる電流と比較すると、受電コイルＬＵが接近すると局所中継コイルＬＭに流れる電流値が大きくなる。すなわち、受電コイルＬＵが局所中継コイルＬＭに接近すると局所中継コイルＬＭに流れる第１の共振周波数ｆの電流値が大きくなるスイッチ機能があらわれた。
【０１６２】
これにより、局所中継コイルＬＭに受電コイルＬＵが接近しない場合には、局所中継コイルＬＭに流れる電流が少ないので、その場合に局所中継コイルＬＭが発生する電流による不要輻射が少なくなる。
【０１６３】
なお、本発明は、以上の実施形態に限定されず、本発明の各コイルは１巻きコイルに限定されず、多重巻きコイルでインダクタンスが大きいコイルを使用することができる。その場合に共振回路の共振周波数を所定の設計値に維持する共振用の容量は、コイルのインダクタンスの大きさに反比例した小さな容量で足りる。
【０１６４】
また、本発明は、複数の局所中継コイルＬＭを、平面領域を埋め尽くす様に縦横方向に敷きつめて、その平面領域の何れかの位置の局所中継コイルＬＭに対向させた受電コイルＬＵに局所中継コイルＬＭから電力を給電する無線電力伝送システムを構成することもできる。
【０１６５】
また、本発明は、以上の実施形態の回路の電源回路ＳＣと負荷回路ＬＤを置き換えた回路構成の無線電力伝送システムを構成することもできる。
【０１６６】
本発明は、電源回路ＳＣから電力並行給電手段３に、第１の共振周波数ｆの交流電力を給電する。電力並行給電手段３は、その周波数ｆの交流電力を局所中継コイルＬＭに給電する。そして、受電コイルＬＵに接近した局所中継コイルＬＭに、第１の共振周波数ｆの共振電流が誘導され、それにより、その局所中継コイルＬＭが受電コイル共振回路１まで無線電力を伝送する中継路になる。すなわち、局所中継コイルＬＭが、受電コイルＬＵへの接近の有無で交流電力の中継のオン／オフが制御されるスイッチとして働く無線電力伝送システムである。
【産業上の利用可能性】
【０１６７】
本発明は、電気自動車への非接触の電力給電や、机の上に設置した電子装置に机の板を隔てて誘導電力を給電する用途に適用できる。また、半導体集積回路内で集積回路の配線層間で非接触で交流電力あるいは交流電気信号を伝送する用途に適用できる。
【符号の説明】
【０１６８】
１・・・受電コイル共振回路
２・・・局所中継共振回路
３・・・電力並行給電手段
Ａ・・・受電コイルＬＵの配置位置Ａ
Ｂ・・・受電コイルＬＵの配置位置Ｂ
Ｃｃ１、Ｃｃ２、Ｃｃ３、Ｃｃ４、Ｃｃ５、Ｃｃ６・・・結合容量
ＣＭ、ＣＭ１、ＣＭ２、ＣＭ３、ＣＭ４、ＣＭ５、ＣＭ６・・・局所共振用コンデンサ
ＣＰ１、ＣＰ２、ＣＰ３、ＣＰ４、ＣＰ５、ＣＰ６・・・結合容量
ＣＵ・・・受電共振用コンデンサ
ＣＷ・・・共用容量
ｆ・・・電源回路の交流電力の周波数
ｈ・・・局所中継コイルＬＭの上方の受電コイルＬＵの高さ
Ｉｍｏ・・・受電コイルが存在しない場合に局所中継コイルに流れる電流
ＬＡ・・・給電線対
ＬＡ１、ＬＡ２・・・給電線
Ｌｃ１、Ｌｃ２、Ｌｃ３、Ｌｃ４、Ｌｃ５、Ｌｃ６・・・結合インダクタンス
ＬＤ・・・負荷回路
ＬＭ、ＬＭ１、ＬＭ２、ＬＭ３、ＬＭ４、ＬＭ５、ＬＭ６・・・局所中継コイル
ＬＰ、ＬＰ１、ＬＰ２、ＬＰ３、ＬＰ４、ＬＰ５、ＬＰ６・・・給電用中継コイル
ＬＵ・・・受電コイル
ＬＷ・・・共用インダクタンス
Ｒ１・・・電源回路の出力インピーダンス
Ｒ２・・・負荷回路の入力インピーダンス
ＳＣ・・・電源回路
【図１】
2017212830.tif 000003
【図２】
2017212830.tif 000004
【図３】
2017212830.tif 000005
【図４】
2017212830.tif 000006
【図５】
2017212830.tif 000007
【図６】
2017212830.tif 000008
【図７】
2017212830.tif 000009
【図８】
2017212830.tif 000010
【図９】
2017212830.tif 000011
【図１０】
2017212830.tif 000012
【図１１】
2017212830.tif 000013
【図１２】
2017212830.tif 000014
【図１３】
2017212830.tif 000015
【図１４】
2017212830.tif 000016
【図１５】
2017212830.tif 000017
【図１６】
2017212830.tif 000018
【図１７】
2017212830.tif 000019