JP5482967B1 - ワイヤレス電力伝送システム - Google Patents

Abstract

送電装置と受電装置とが重なる（並ぶ）方向に対して垂直な平面内での送電装置と受電装置との相対的位置関係の変化が生じても、所定レベル以上の電力伝送効率を安定して実現する。送電装置（１０）には、送電側アクティブ電極（１２）と送電側パッシブ電極（１３）が形成されている。受電装置（２０）には、受電側アクティブ電極（２２）と受電側パッシブ電極（２３）が形成されている。送電側アクティブ電極（１２）は、第１方向に短く第２方向に長い矩形である。受電側アクティブ電極（２２）は、第１方向に長く第２方向に短い矩形である。送電側アクティブ電極（１２）と受電側アクティブ電極（２２）とは、送電装置（１０）上の受電装置（２０）が移動できる載置許可範囲（１００）において、対向する領域の第１方向の長さと第２方向の長さとが変化しないように形成されている。

Description

本発明は、送電装置と受電装置とを結線せずに、送電装置から受電装置へ電力を伝送するワイヤレス電力伝送システムに関する。

従来、ワイヤレス電力伝送システムとして、磁界結合方式の電力伝送システムや、電界結合方式の電力伝送システムが考案されている。

磁界結合方式の電力伝送システムは、送電装置と受電装置とにそれぞれコイルを備える。磁界結合方式の電力伝送システムは、送電側コイルと受電側コイルとを磁界結合させることで、送電装置から受電装置へ電力を伝送している。

電界結合方式の電力伝送システムは、送電装置と受電装置のそれぞれに結合電極を備える。電界結合方式の電力伝送システムは、送電側結合電極と受電側結合電極とを電界結合し、すなわち、送電側結合電極と受電側結合電極とでコンデンサを形成し、当該コンデンサを介して高周波高電圧信号を伝送することで、送電装置から受電装置へ電力を伝送している。

電界結合方式の電力伝送システムは、電界結合方式での送電側結合電極と受電側結合電極との相対的位置関係が磁界結合方式での送電側コイルと受電側コイルとの相対的位置関係と比較して厳密でなくても、送電装置から受電装置へ電力を伝送できるという利点がある。

このような電界結合方式の電力伝送システムは、例えば特許文献１に記載されており、基本構成として図１５の構成からなる。

図１５は、特許文献１に記載の電力伝送システムと同じ、一般的な電界結合方式の電力伝送システムの基本構成を示す図である。一般的な電界結合方式の電力伝送システムは、送電装置１０、受電装置２０を備える。送電装置１０は、高周波高電圧発生回路１１、送電側アクティブ電極１２、および送電側パッシブ電極１３を備える。高周波高電圧発生回路１１には、送電側アクティブ電極１２と送電側パッシブ電極１３とが接続されている。

受電装置２０は、高周波高電圧負荷回路２１、受電側アクティブ電極２２、および受電側パッシブ電極２３を備える。

送電装置１０から電力を送電する場合、受電装置２０は、受電側アクティブ電極２２が送電側アクティブ電極１２と所定の空隙４を介して所定面積以上で対向するように、送電装置１０に対して配置される。なお、受電側パッシブ電極２３の一部と、送電側パッシブ電極１３も所定の空隙４を介して対向するように、受電装置２０は、送電装置１０に対して配置される。

図１５の構成からなる電界結合方式の電力伝送システムでは、送電側アクティブ電極１２と受電側アクティブ電極２２との対向面積によって、電力伝送効率が大きく影響を受ける。送電側アクティブ電極１２と受電側アクティブ電極２２との対向面積が大きければ電力伝送効率が高く、送電側アクティブ電極１２と受電側アクティブ電極２２との対向面積が小さければ電力伝送効率が低くなる。したがって、所定の電極伝送効率を実現するには、所定の対向面積を常に維持する必要がある。

特表２００９−５３１００９号公報

しかしながら、受電装置２０を送電装置１０に結線することなく、例えば、上述のように、送電装置１０の天面上に受電装置２０を載置する態様では、受電装置２０と送電装置１０との相対的位置関係が常に正確同じであるとは限らず、送電側アクティブ電極１２と受電側アクティブ電極２２との相対的位置関係が変化することがある。

例えば、矩形の筐体からなる受電装置２０をテーブル等の送電装置１０上に載置して電力伝送しようとした場合に、この載置方向に垂直な平面内において、受電装置２０の送電装置１０上での位置が、二次元的に変化することがある。

この二次元的な相対的位置関係の変化が生じると、送電側アクティブ電極１２と受電側アクティブ電極２２との対向面積が小さくなってしまい、電力伝送効率が低下してしまうことがあった。

したがって、本発明の目的は、送電装置と受電装置とが重なる（並ぶ）方向に対して垂直な平面内での送電装置と受電装置との相対的位置関係の変化が生じても、電力伝送効率の低下を十分に抑圧することができる、電界結合方式の電力伝送システムを提供することにある。

この発明は、交流発生回路および該交流発生回路に接続する送電側アクティブ電極及び送電側パッシブ電極と備えた送電装置と、負荷回路および該負荷回路に接続する受電側アクティブ電極及び受電側パッシブ電極とを備えた受電装置と、を備え、送電側アクティブ電極と受電側アクティブ電極とを対向させ、前記送電側パッシブ電極と前記受電側パッシブ電極とを対向させて電力伝送するワイヤレス電力伝送システムに関し、次の特徴を有する。送電側アクティブ電極と受電側アクティブ電極とが対向する面に平行な平面を構成し互いに直交する第１方向と第２方向とにおいて、送電装置と受電装置との相対的位置が、第１方向と第２方向とのそれぞれにおいて所定範囲内で移動可能である。

移動可能な範囲内において、送電側アクティブ電極と受電側アクティブ電極との一方のアクティブ電極が、他方のアクティブ電極に対して、第１方向に沿って相対的位置が変化しても、送電側アクティブ電極と前記受電側アクティブ電極との対向領域における第２方向の長さが一定である。

移動可能な範囲内において、送電側アクティブ電極と受電側アクティブ電極との一方のアクティブ電極が、他方のアクティブ電極に対して、第２方向に沿って相対的位置が変化しても、送電側アクティブ電極と受電側アクティブ電極との対向領域における第１方向の長さが一定である。

一方のアクティブ電極の第１方向に沿った長さはｂであり、第２方向に沿った長さはａである。他方のアクティブ電極の第１位方向に沿った長さはＢであり、第２方向に沿った長さはＡである。

この条件において、
ｂ＜Ｂ且つＡ＜ａ
または、
Ｂ＜ｂ且つａ＜Ａである。

これらの条件を満たす形状で、送電側アクティブ電極と受電側アクティブ電極とが形成されている。

この構成を適用することで、上述のように、第１方向と第２方向とに沿った移動可能な範囲内において、送電側アクティブ電極と受電側アクティブ電極との対向面積が一定になる。これにより、送電装置と受電装置との相対的位置関係の変化に影響されることなく、一定の電力伝送効率が実現される。

また、この発明のワイヤレス電力伝送システムでは、次の構成を適用することもできる。第１方向に沿った移動可能なズレ許容長さはΔＬ１であり、第２方向に沿った移動可能なズレ許容長さはΔＬ２である。この条件において、
ｂ＜Ｂ＝ｂ＋ΔＬ１且つＡ＜ａ＝Ａ＋ΔＬ２
または、
Ｂ＜ｂ＝Ｂ＋ΔＬ１且つａ＜Ａ＝ａ＋ΔＬ２である。

この構成では、第１方向と第２方向とに沿った移動可能な範囲内において、送電側アクティブ電極と受電側アクティブ電極との対向面積が一定になる構成において、送電側アクティブ電極と受電側アクティブ電極とを、より小さく形成できる。これにより、送電装置および受電装置を、より小型に形成できる。

また、この発明のワイヤレス電力伝送システムでは、次の構成であることが好ましい。

送電装置は、送電側アクティブ電極の第１方向に沿った両側に間隔を開け、且つ第２方向に沿った両端に間隔を開けて送電側パッシブ電極を備える。

受電装置は、受電側アクティブ電極の第１方向に沿った両側に間隔を開け、且つ第２方向に沿った両端に間隔を開けて受電側パッシブ電極を備える。

送電側パッシブ電極と受電側パッシブ電極は、該移動可能な範囲内において、少なくとも一部が対向する形状からなる。

一方のアクティブ電極に対応する一方のパッシブ電極の第１方向に沿った間隔の長さはｄであり、第２方向に沿った間隔の長さはｃであり、他方のアクティブ電極に対応する他方のパッシブ電極の第１位方向に沿った間隔の長さはＤであり、第２方向に沿った間隔の長さはＣである。

この条件において、
ｂ＜Ｂ＜（ｂ＋ｄ）／２且つＡ＜ａ＜（Ａ＋Ｃ）／２
または、
Ｂ＜ｂ＜（Ｂ＋Ｄ）／２且つａ＜Ａ＜（ａ＋ｃ）／２である。

この構成では、移動可能範囲内で送電装置と受電装置との相対的位置関係が変化しても、送電側アクティブ電極と受電側パッシブ電極が対向せず、受電側アクティブ電極と送電側パッシブ電極も対向しない。これにより、より確実に電力伝送効率を高効率に保持することができる。

また、この発明のワイヤレス電力伝送システムでは、次の構成にすることもできる。

送電装置は、送電側アクティブ電極の第１方向に沿った両側に間隔を開け、且つ第２方向に沿った両端に間隔を開けて送電側パッシブ電極を備える。

受電装置は、受電側アクティブ電極の第１方向に沿った両側に間隔を開け、且つ第２方向に沿った両端に間隔を開けて受電側パッシブ電極を備える。

送電側パッシブ電極と受電側パッシブ電極は、該移動可能な範囲内において、少なくとも一部が対向する形状からなる。

この構成では、パッシブ電極がアクティブ電極を囲むように形成する場合に限らず、パッシブ電極を形成する具体的な態様を示している。

また、この発明は次の構成とすることもできる。

送電側アクティブ電極と受電側アクティブ電極との間隔と、送電側パッシブ電極と受電側パッシブ電極との間隔とが異なる。

この構成では、送電側アクティブ電極および受電側アクティブ電極や送電側パッシブ電極および受電側パッシブ電極の形成自由度が向上する。また、送電側アクティブ電極と受電側アクティブ電極との結合度や、送電側パッシブ電極と受電側パッシブ電極との結合度の設定自由度も向上する。

また、この発明のワイヤレス電力伝送システムは、送電側アクティブ電極と受電側アクティブ電極との間隔は、送電側パッシブ電極と受電側パッシブ電極との間隔よりも長いことが好ましい。

この構成では、送電側アクティブ電極と受電側アクティブ電極との間隔が広くなり、こられアクティブ電極間の絶縁性を向上させることができる。

また、この発明のワイヤレス電力伝送システムでは、送電側アクティブ電極および受電側アクティブ電極は、第１方向および第２方向に辺を有する矩形であることが好ましい。

この構成を適用することで、上述の構成を実現でき、上述の作用が得られる送電側アクティブ電極および受電側アクティブ電極の形状を容易な形状で実現できる。

送電装置と受電装置とが重なる（並ぶ）方向に対して垂直な平面内での送電装置と受電装置との相対的位置関係の変化が生じても、所定レベル以上の電力伝送効率を安定して実現することができる。

本発明の第１の実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムの実施態様を示す外観斜視図である。 本発明の第１の実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムの実施態様を示す平面図および側面図である。 送電側アクティブ電極１２、送電側パッシブ電極１３、受電側アクティブ電極２２、および受電側パッシブ電極２３の平面図である。 送電側アクティブ電極１２と受電側アクティブ電極２２とがそれぞれの中心付近で重なるように配置された場合の平面図である。 第１方向に沿ったズレ許容長さΔＬ１と送電側アクティブ電極の長さｂと受電側アクティブ電極の長さＢとの関係を示す図、および、第２方向に沿ったズレ許容長さΔＬ２と送電側アクティブ電極の長さａと受電側アクティブ電極の長さＡとの関係を示す図である。 受電装置が第１方向に沿って移動した場合の送電側アクティブ電極、送電側パッシブ電極、受電側アクティブ電極、受電側パッシブ電極の位置関係を示す図である。 受電装置が第２方向に沿って移動した場合の送電側アクティブ電極、送電側パッシブ電極、受電側アクティブ電極、受電側パッシブ電極の位置関係を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムの送電側アクティブ電極、送電側パッシブ電極、受電側アクティブ電極、および受電側パッシブ電極の位置関係を示す斜視図である。 本実施形態のワイヤレス電力伝送システムにおけるズレ許容長さΔＬ１、ΔＬ２の概念を示す平面図である。 本発明の第３の実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムの送電側アクティブ電極と受電側アクティブ電極の形状を示す図である。 本発明の第４の実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムの送電側アクティブ電極と受電側アクティブ電極の形状を示す図である。 本発明の第５の実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムの送電側アクティブ電極と受電側アクティブ電極の形状を示す図である。 本発明の第６の実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムの送電側アクティブ電極、送電側パッシブ電極、受電側アクティブ電極、および受電側パッシブ電極の形状を示す図である。 本発明の第７の実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムの送電側アクティブ電極と受電側アクティブ電極との距離、および、送電側パッシブ電極と受電側パッシブ電極との距離を明示した基本構成を示す図である。 特許文献１に記載の電力伝送システムと同じ、一般的な電界結合方式の電力伝送システムの基本構成を示す図である。

本発明の第１の実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムについて、図を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムの実施態様を示す外観斜視図である。図２（Ａ）は本発明の第１の実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムの実施態様を示す平面図であり、図２（Ｂ）はその側面図である。なお、図１、図２では、本実施形態の構成を分かりやすくするように、送電装置および受電装置内に配置された各アクティブ電極および各パッシブ電極を外部からでも見えるように図示している。

本実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムは、送電装置１０と受電装置２０とを備える。送電装置１０は、例えば、図１、図２に示すように、受電装置２０が載置される表面を備える載置台のようなものである。受電装置２０は、例えば、図１、図２に示すように、ノートパソコン等の電子機器である。

送電装置１０は、上述の図１５に示すように、高周波高電圧発生回路１１、送電側アクティブ電極１２、および送電側パッシブ電極１３を備える。これら高周波高電圧発生回路１１、送電側アクティブ電極１２、および送電側パッシブ電極１３は、送電装置１０内に配置されている。高周波高電圧発生回路１１は、高周波（１００ｋＨｚ〜数１０ＭＨｚ）で高電圧（数１００Ｖ〜数ｋＶ）の交流電圧を発生する。

送電側アクティブ電極１２と送電側パッシブ電極１３は、高周波高電圧発生回路１１に接続されている。高周波高電圧の交流電圧は、送電側アクティブ電極１２と送電側パッシブ電極１３との間に印加される。この際、送電側パッシブ電極１３は基準電位を規定することにより、送電側アクティブ電極１２側が高電圧側となる。

送電側アクティブ電極１２と送電側パッシブ電極１３は、具体的な形状は後述するが、平板状の電極である。送電側アクティブ電極１２と送電側パッシブ電極１３は、それぞれの平板面が送電装置１０の表面に対して平行になるように配置されている。送電側アクティブ電極１２と送電側パッシブ電極１３は、送電装置１０内の送電装置１０の表面近傍に配置されている。

送電装置１０の表面には、受電装置２０が載置される許可範囲である載置許可範囲１００が設定されている。載置許可範囲１００は、送電装置１０の表面における直交する第１方向と第２方向に沿った長さによって設定されている。例えば、図１、図２に示すように、載置許可範囲１００の第１方向に沿った長さは、第１方向載置範囲距離Ｌ１で設定されている。載置許可範囲１００の第２方向に沿った長さは、第２方向載置範囲距離Ｌ２で設定されている。すなわち、載置許可範囲１００は、送電装置１０の表面に直交する方向（第１方向と第２方向に直交する方向）である第３方向から見て、矩形である。

以下に詳細を示す本実施形態の構成を用いることで、受電装置２０は、載置許可範囲１００内に収まるように載置されてさえいれば、どの位置であって、同じ電力伝送効率で電力が供給される。

受電装置２０は、第１筐体２０１および第２筐体２０２を備える。なお、本実施形態の例では、ノートパソコンを例にしているため、第２筐体２０２を備えるが、受電装置２０は、送電装置１０の表面に載置される第１筐体２０１が少なくともあればよい。第１筐体２０１の裏面は平坦面である。

受電装置２０は、上述の図１５に示すように、高周波高電圧負荷回路２１、受電側アクティブ電極２２、および受電側パッシブ電極２３を備える。これらは、第１筐体２０１内に内蔵されている。

受電側アクティブ電極２２と受電側パッシブ電極２３は、具体的な形状は後述するが、平板状の電極である。受電側アクティブ電極２２と受電側パッシブ電極２３は、それぞれの平板面が受電装置２０の裏面に対して平行になるように配置されている。受電側アクティブ電極２２と受電側パッシブ電極２３は、受電装置２０内の受電装置２０の裏面近傍に配置されている。

この際、詳細な形状は後述するが、受電装置２０を送電装置１０の表面に載置した時に、受電側アクティブ電極２２は送電側アクティブ電極１２に所定面積で対向し、受電側パッシブ電極２３は、送電側パッシブ電極１３に所定面積で対向するように、形成されている。受電側アクティブ電極２２および受電側パッシブ電極２３は、高周波高電圧負荷回路２１に接続されている。

高周波高電圧負荷回路２１は、送電装置１０から伝送された高周波高電圧を、降圧整流して、所定電圧の直流電圧を生成し、受電もしくは受電装置２０の機能デバイスの電源として利用する。

このような構成からなる送電装置１０および受電装置２０において、送電側アクティブ電極１２、送電側パッシブ電極１３、受電側アクティブ電極２２、および受電側パッシブ電極２３は、次に示すような形状で形成されている。

図３は、送電側アクティブ電極１２、送電側パッシブ電極１３、受電側アクティブ電極２２、および受電側パッシブ電極２３の平面図である。図４は、送電側アクティブ電極１２と受電側アクティブ電極２２とがそれぞれの中心付近で重なるように配置された場合の平面図である。

送電側アクティブ電極１２は、第１方向および第２方向に直交する第３方向に沿って見た形状が矩形状である。送電側アクティブ電極１２の第１方向の長さはｂであり、第２方向の長さはａである。ここで、ａ＞ｂである。すなわち、送電側アクティブ電極１２は、第１方向の長さｂが第２方向の長さａよりも短い矩形に形成されている。

送電側パッシブ電極１３は、第１方向および第２方向に直交する第３方向に沿って見て、送電側アクティブ電極１２を囲むような開口部１４を有する矩形に形成されている。送電側パッシブ電極１３の第１方向の開口幅はｄである。送電側パッシブ電極１３の第２方向の開口幅はｃである。

このような開口部１４を有する送電側パッシブ電極１３に対して、送電側アクティブ電極１２は、送電側アクティブ電極１２の第１方向の中心と第２方向の中心とが開口部１４の中心に略一致するように、配置されている。

受電側アクティブ電極２２は、第１方向および第２方向に直交する第３方向に沿って見た形状が矩形状である。受電側アクティブ電極２２の第１方向の長さはＢであり、第２方向の長さはＡである。ここで、Ａ＜Ｂである。すなわち、受電側アクティブ電極２２は、第１方向の長さＢが第２方向の長さＡよりも長い矩形に形成されている。

受電側パッシブ電極２３は、第１方向および第２方向に直交する第３方向に沿って見て、受電側パッシブ電極２２を囲むような開口部２４を有する矩形に形成されている。受電側パッシブ電極２３の第１方向の開口幅はＤである。受電側パッシブ電極２３の第２方向の開口幅はＣである。

このような開口部２４を有する受電側パッシブ電極２３に対して、受電側アクティブ電極２２は、受電側アクティブ電極２２の第１方向の中心と第２方向の中心とが開口部２４の中心に略一致するように、配置されている。

ここで、送電側アクティブ電極１２の第１方向の長さｂと受電側アクティブ電極２２の第１方向の長さＢとは、ｂ＜Ｂの関係を有する。すなわち、送電側アクティブ電極１２の第１方向の長さｂは、受電側アクティブ電極２２の第１方向の長さＢよりも短い。

さらに、送電側アクティブ電極１２の第２方向の長さａと受電側アクティブ電極２２の第２方向の長さＡとは、Ａ＜ａの関係を有する。すなわち、送電側アクティブ電極１２の第２方向の長さａは、受電側アクティブ電極２２の第１方向の長さＡよりも長い。

このような構成とすることで、送電装置１０の表面上で、受電装置２０が第１方向および第２方向に所定量ずれても、送電側アクティブ電極１２と受電側アクティブ電極２２との対向面積が変化せず、電力伝送効率の低下を抑制することができる。

なお、送電側アクティブ電極１２と受電側アクティブ電極２２の長い方は、図５に示すように、載置許可範囲１００の第１方向に沿ったズレ許容長さΔＬ１および第２方向に沿ったズレ許容長さΔＬ２によって規定することができる。載置許可範囲１００の第１方向載置範囲距離Ｌ１から、受電装置２０の第１方向に沿った長さを差分することで設定できる。ズレ許容長さΔＬ２は、載置許可範囲１００の第２方向載置範囲距離Ｌ２から、受電装置２０の第２方向に沿った長さを差分することで設定できる。

図５（Ａ）は、第１方向に沿ったズレ許容長さΔＬ１と送電側アクティブ電極１２の長さｂと受電側アクティブ電極２２の長さＢとの関係を示す図である。図５（Ｂ）は、第２方向に沿ったズレ許容長さΔＬ２と送電側アクティブ電極１２の長さａと受電側アクティブ電極２２の長さＡとの関係を示す図である。

図５（Ａ）に示すように、載置許可範囲１００の第１方向に対する境界位置に受電装置２０が載置された場合、受電側アクティブ電極２２の長さＢは、送電側アクティブ電極１２の長さｂとズレ許容長さΔＬ１を加算したものになる。すなわち、Ｂ＝ｂ＋ΔＬ１となる。

図５（Ｂ）に示すように、載置許可範囲１００の第２方向に対する境界位置に受電装置２０が載置された場合、送電側アクティブ電極１２の長さａは、受電側アクティブ電極１２の長さＡとズレ許容長さΔＬ２を加算したものになる。すなわち、ａ＝Ａ＋ΔＬ２となる。

したがって、Ｂ＝ｂ＋ΔＬ１とし、ａ＝Ａ＋ΔＬ２とすれば、載置許可範囲１００に受電装置２０が載置されればいずれの位置でも電力伝送効率が低下せず、且つ、送電側アクティブ電極１２と受電側アクティブ電極２２が不要に長くなることを防止できる。これにより、電力伝送効率を保証しながら、受電装置２０をできる限る小型に形成することができる。

さらに、本実施形態の構成では、次の構成を備えることにより、さらなる電力伝送効率の低下要素を排除することができる。

図６は、受電装置２０が第１方向に沿って移動した場合の送電側アクティブ電極１２、送電側パッシブ電極１３、受電側アクティブ電極２２、受電側パッシブ電極２３の位置関係を示す図である。図６（Ａ）は第１方向に沿った一方方向に移動した場合を示し、図６（Ｂ）は第１方向に沿った他方方向に移動した場合を示す。

図６に示すように、受電装置２０が送電装置１０上で第１方向に沿って移動すると、第１方向に長い受電側アクティブ電極２２の第１方向に沿った端部が、送電側パッシブ電極１３に近接する。ここで、受電側アクティブ電極２２と送電側パッシブ電極１３とが対向すると、これらの電極間にキャパシタが発生し、電力伝送効率が低下することが分かっている。

したがって、載置許可範囲１００内において受電装置２０が送電装置１０上で第１方向に沿って移動しても、受電側アクティブ電極２２と送電側パッシブ電極１３とが対向しないように寸法を設定すれば、電力伝送効率の低下を防止できる。

ここで、開口部１４における第１方向の開口幅が広く載置許可範囲１００内の第１方向の境界まで、受電装置２０を移動させても、受電側アクティブ電極２２と送電側パッシブ電極１３とが対向しない場合には、上述のズレ許容長さΔＬ１によって、受電側アクティブ電極２２の長さＢを規定すればよい。

一方、開口部１４の第１方向の開口幅ｄを大きく取れない場合には、次のような寸法設計を行えばよい。

載置許可範囲１００内の第１方向の境界まで受電装置２０を移動させた時に受電側アクティブ電極２２と送電側パッシブ電極１３とが重なり合わないようにするためには、図６（Ａ）、図６（Ｂ）に示す関係から、送電側アクティブ電極１２の長さｂ、受電側アクティブ電極２２の長さＢ、および、送電側パッシブ電極１３の開口幅ｄは、２Ｂ−ｂ＜ｄの関係を満たせばよい。したがって、受電側アクティブ電極２２の長さＢを、Ｂ＜（ｂ＋ｄ）／２とすればよい。

図７は、受電装置２０が第２方向に沿って移動した場合の送電側アクティブ電極１２、送電側パッシブ電極１３、受電側アクティブ電極２２、受電側パッシブ電極２３の位置関係を示す図である。図７（Ａ）は第２方向に沿った一方方向に移動した場合を示し、図７（Ｂ）は第２方向に沿った他方方向に移動した場合を示す。

図７に示すように、受電装置２０が送電装置１０上で第２方向に沿って移動すると、第２方向に長い送電側アクティブ電極１２の第１方向に沿った端部が、受電側パッシブ電極２３に近接する。ここで、送電側アクティブ電極１２と受電側パッシブ電極２３とが対向すると、これらの電極間にキャパシタが発生し、電力伝送効率が低下することが分かっている。

したがって、載置許可範囲１００内において受電装置２０が送電装置１０上で第２方向に沿って移動しても、送電側アクティブ電極１２と受電側パッシブ電極２３とが対向しないように寸法を設定すれば、電力伝送効率の低下を防止できる。

ここで、開口部２４における第２方向の開口幅が広く載置許可範囲１００内の第２方向の境界まで、受電装置２０を移動させても、送電側アクティブ電極１２と受電側パッシブ電極２３とが対向しない場合には、上述のズレ許容長さΔＬ２によって、送電側アクティブ電極１２の長さａを規定すればよい。

一方、開口部２４の第２方向の開口幅Ｃを大きく取れない場合には、次のような寸法設計を行えばよい。

載置許可範囲１００内の第２方向の境界まで受電装置２０を移動させた時に送電側アクティブ電極１２と受電側パッシブ電極２３とが重なり合わないようにするためには、図７（Ａ）、図７（Ｂ）に示す関係から、受電側アクティブ電極３２の長さＡ、送電側アクティブ電極１２の長さａ、および、受電側パッシブ電極２３の開口幅Ｃは、２ａ−Ａ＜Ｃの関係を満たせばよい。したがって、受電側アクティブ電極２２の長さＢを、ａ＜（Ａ＋Ｃ）／２とすればよい。

このような構成とすることで、受電装置２０が送電装置１０の表面で第１方向もしくは第２方向の少なくとも一方に沿って移動し、載置許可範囲１００内のいずれの位置にあっても、送電側アクティブ電極１２と受電側アクティブ電極２２との対向面積が変化せず、且つ、送電側アクティブ電極１２と受電側パッシブ電極２３とが対向せず、受電側アクティブ電極２２と送電側パッシブ電極１３とが対向しない。これにより、電力伝送効率の低下を防止することができる。

次に、第２の実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムについて、図を参照して説明する。図８は、本発明の第２の実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムの送電側アクティブ電極、送電側パッシブ電極、受電側アクティブ電極、および受電側パッシブ電極の位置関係を示す斜視図である。

本実施形態のワイヤレス電力伝送システムでは、送電側パッシブ電極１３Ａおよび受電側パッシブ電極２３Ａの形状および配置位置が異なるものであり、他の構成は第１の実施形態に示したワイヤレス電力伝送システムと同じである。

送電側パッシブ電極１３Ａは、送電側アクティブ電極１２を挟んで、受電側アクティブ電極２２と反対側に配置されている。送電側パッシブ電極１３Ａは、送電側アクティブ電極１２に対して、第３方向に沿って所定距離離間されている。送電側パッシブ電極１３Ａは、第３方向に沿って見て矩形である。送電側パッシブ電極１３Ａと、送電側アクティブ電極１２とは、第３方向に沿って見て重なり合っている。

受電側パッシブ電極２３Ａは、受電側アクティブ電極２２を挟んで、送電側アクティブ電極１２と反対側に配置されている。受電側パッシブ電極２３Ａは、受電側アクティブ電極２２に対して、第３方向に沿って所定距離離間されている。受電側パッシブ電極２３Ａは、第３方向に沿って見て矩形である。受電側パッシブ電極２３Ａと、受電側アクティブ電極２２とは、第３方向に沿って見て重なり合っている。

受電側パッシブ電極２３Ａと送電側パッシブ電極１３Ａは、所定面積で対向するように形成されている。

このような構成では、送電側アクティブ電極１２が送電側パッシブ電極１３Ａに囲まれていない。受電側アクティブ電極２２が受電側パッシブ電極２３Ａに囲まれていない。

したがって、上述のＡ＜ａ、且つ、ｂ＜Ｂを満たすように、送電側アクティブ電極１２および受電側アクティブ電極２２を形成すればよい。

さらに、図９は、本実施形態のワイヤレス電力伝送システムにおけるズレ許容長さΔＬ１、ΔＬ２の概念を示す平面図である。図９に示すように、ズレ許容長さΔＬ１、ΔＬ２が与える送電側アクティブ電極１２の長さおよび受電側アクティブ電極２２の長さへの規制の要件は、第１の実施形態と同じである（図２、図５参照）。したがって、上述の第１の実施形態と同様に、ズレ許容長さΔＬ１、ΔＬ２で、送電側アクティブ電極１２および受電側アクティブ電極２２の上限を規定してもよい。

このような構成であっても、第１の実施形態と同様に、受電装置２０が送電装置１０の表面で第１方向もしくは第２方向の少なくとも一方に沿って移動し、載置許可範囲１００内のいずれの位置にあっても、電力伝送効率の低下を防止することができる。

また、上記のように、送電側パッシブ電極が送電側アクティブ電極を挟んで受電側アクティブ電極と反対側に配置され、受電側パッシブ電極が受電側アクティブ電極を挟んで送電側アクティブ電極と反対側に配置される構成では、ｂ＜Ｂ且つＡ＜ａまたは、Ｂ＜ｂ且つａ＜Ａの構成を採用することにより、例えばＡ＜ａ且つＢ＜ｂの構成と比べて、送信側アクティブ電極と受信側アクティブ電極の重なり合わない面積が小さくなるため、送信側アクティブ電極と受信側パッシブ電極の間、及び受信側アクティブ電極と送信側パッシブ電極の間の浮遊容量が低減される。

次に、第３の実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムについて、図を参照して説明する。図１０は、本発明の第３の実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムの送電側アクティブ電極と受電側アクティブ電極の形状を示す図である。図１０（Ａ）は、送電側アクティブ電極および受電側アクティブ電極がともに第１方向に長い場合を示し、図１０（Ｂ）は、送電側アクティブ電極および受電側アクティブ電極がともに第２方向に長い場合を示す。なお、ワイヤレス電力伝送システムを構成する他の構成要素は、上述の第１、第２の実施形態と同じであり、図示や説明は省略する。

図１０（Ａ）に示すように、送電側アクティブ電極１２Ｂの第１方向に長さｂ１は、第２方向の長さａ１よりも長い（ｂ１＞ａ１）。受電側アクティブ電極２２Ｂの第１方向に長さＢ１は、第２方向の長さＡ１よりも長い（Ｂ１＞Ａ１）。

送電側アクティブ電極１２Ｂの第１方向の長さｂ１は、受電側アクティブ電極２２Ｂの第１方向長さＢ１よりも短い（ｂ１＜Ｂ１）。送電側アクティブ電極２２Ｂの第２方向長さａ１は、受電側アクティブ電極２２Ｂの第２方向の長さＡ１よりも長い（ａ１＞Ａ１）。

このような構成でも、第１方向と第２方向とで、送電側アクティブ電極１２Ｂと受電側アクティブ電極２２Ｂとの長短関係が反転するので、上述の各実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

図１０（Ｂ）に示すように、送電側アクティブ電極１２Ｃの第１方向に長さｂ２は、第２方向の長さａ２よりも短い（ｂ２＜ａ２）。受電側アクティブ電極２２Ｃの第１方向に長さＢ２は、第２方向の長さＡ２よりも短い（Ｂ２＜Ａ２）。

送電側アクティブ電極１２Ｃの第１方向の長さｂ２は、受電側アクティブ電極２２Ｃの第１方向長さＢ２よりも短い（ｂ２＜Ｂ２）。送電側アクティブ電極２２Ｃの第２方向長さａ２は、受電側アクティブ電極２２Ｃの第２方向の長さＡ２よりも長い（ａ２＞Ａ２）。

このような構成でも、第１方向と第２方向とで、送電側アクティブ電極１２Ｃと受電側アクティブ電極２２Ｃとの長短関係が反転するので、上述の各実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

次に、第４の実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムについて、図を参照して説明する。図１１は、本発明の第４の実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムの送電側アクティブ電極と受電側アクティブ電極の形状を示す図である。

本実施形態のワイヤレス電力伝送システムでは、第１、第２の実施形態に示したワイヤレス電力伝送システムに対して、送電側アクティブ電極１２Ｄ、受電側アクティブ電極２２Ｄの形状が異なるものであり、他の構成要素は、上述の第１、第２の実施形態と同じであり、図示や説明は省略する。

送電側アクティブ電極１２Ｄおよび受電側アクティブ電極２２Ｄは、第３方向に沿って見て、平行四辺形である。

送電側アクティブ電極１２Ｄは、第１方向の長さが第２方向の長さよりも短い形状からなる。送電側アクティブ電極１２Ｄは、第１方向に平行で且つ第２方向に沿って所定距離離間した二辺を有する。これらの二辺は、第１方向の位置がずれている。送電側アクティブ電極１２Ｄは、これら第１方向に平行な二辺を繋ぐように、第１方向と第２方向に対して所定の角度を有する平行な二辺を備える。これにより、送電側アクティブ電極１２Ｄは、第１辺に平行な辺を有する平行四辺形で形成される。

受電側アクティブ電極２２Ｄは、第２方向の長さが第１方向の長さよりも短い形状からなる。受電側アクティブ電極２２Ｄは、第２方向に平行で且つ第１方向に沿って所定距離離間した二辺を有する。これらの二辺は、第２方向の位置がずれている。受電側アクティブ電極２２Ｄは、これら第１方向に平行な二辺を繋ぐように、第１方向と第２方向に対して所定の角度を有する平行な二辺を備える。これにより、受電側アクティブ電極２２Ｄは、第１辺に平行な辺を有する平行四辺形で形成される。

受電側アクティブ電極２２Ｄの形状の第１方向に平行な二辺は、送電側アクティブ電極１２Ｄの第１方向に平行な二辺よりも長い。さらに、受電側アクティブ電極２２Ｄの形状の第１、第２方向に角度を有する二辺は、送電側アクティブ電極１２Ｄの第１、第２方向に平行な二辺と平行で、且つ送電側アクティブ電極１２Ｄの第１、第２方向に平行な二辺よりも短い。

このような形状であっても、第１、第２の実施形態と同様に、受電装置２０が送電装置１０の表面で第１方向もしくは第２方向の少なくとも一方に沿って移動しても、電力伝送効率が低下することを防止できる。

次に、第５の実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムについて、図を参照して説明する。図１２は、本発明の第５の実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムの送電側アクティブ電極と受電側アクティブ電極の形状を示す図である。

本実施形態のワイヤレス電力伝送システムでは、第１、第２の実施形態に示したワイヤレス電力伝送システムに対して、送電側アクティブ電極１２Ｅ、受電側アクティブ電極２２Ｅの形状が異なるものであり、他の構成要素は、上述の第１、第２の実施形態と同じであり、図示や説明は省略する。

送電側アクティブ電極１２Ｅおよび受電側アクティブ電極２２Ｅは、第３方向に沿って見て、長円形である。

送電側アクティブ電極１２Ｅは、第１、第２の実施形態に示した送電側アクティブ電極１２の第２方向に沿った両端に半円形の領域を追加したものである。このような形状の場合、送電側アクティブ電極１２Ｅの第２方向の長さは、半円形の領域を含まない長さａ４として、上述の条件を満たすようにすればよい。すなわち、送電側アクティブ電極１２Ｅの第２方向の長さａ４が、受電側アクティブ電極２２Ｅの第２方向の長さＡ４よりも長くなるようにすればよい（ａ４＞Ａ４）。

受電側アクティブ電極２２Ｅは、第１、第２の実施形態に示した受電側アクティブ電極２２の第２方向に沿った両端に半円形の領域を追加したものである。このような形状の場合、受電側アクティブ電極２２Ｅの第２方向の長さは、半円形の領域を含まない長さＢ４として、上述の条件を満たすようにすればよい。すなわち、受電側アクティブ電極２２Ｅの第１方向の長さＢ４が、送電側アクティブ電極１２Ｅの第１方向の長さｂ４よりも長くなるようにすればよい（Ｂ４＞ｂ４）。

このような構成であっても、上述の第１、第２の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。なお、追加される領域は、半円に限らず、三角形等の多角形であって、楕円形等の辺が曲線のものであってもよい。

次に、本発明の第６の実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムについて、図を参照して説明する。図１３は、本発明の第６の実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムの送電側アクティブ電極、送電側パッシブ電極、受電側アクティブ電極、および受電側パッシブ電極の形状を示す図である。

本実施形態のワイヤレス電力伝送システムでは、第２の実施形態に示したワイヤレス電力伝送システムに対して、送電側パッシブ電極１３Ｆ、受電側パッシブ電極２３Ｆの形状が異なるものであり、他の構成要素は、上述の第２の実施形態と同じであり、図示や説明は省略する。

送電側パッシブ電極１３Ｆは、第２方向に沿って送電側アクティブ電極１２を挟んで配置される部分電極１３１，１３２を備える。部分電極１３１，１３２は、第１方向に長く、第２方向に短い矩形である。送電側パッシブ電極１３Ｆは、第１方向に沿って送電側アクティブ電極１２を挟んで配置される部分電極１３３，１３４を備える。部分電極１３３，１３４は、第２方向に長く、第１方向に短い矩形である。部分電極１３１，１３２，１３３，１３４は、これらの部分電極および送電側アクティブ電極１２Ｆが形成された面と異なる面に形成された接続導体１３５によって接続されている。このような構成では、第２方向に離間した部分電極１３１，１３２の距離が、上述の開口幅ｃに相当する。また、第１方向に離間した部分電極１３３，１３４の距離が、上述の開口幅ｄに相当する。

受電側パッシブ電極２３Ｆは、第２方向に沿って送電側アクティブ電極２２を挟んで配置される部分電極２３１，２３２を備える。部分電極２３１，２３２は、第１方向に長く、第２方向に短い矩形である。受電側パッシブ電極２３Ｆは、第１方向に沿って送電側アクティブ電極２２を挟んで配置される部分電極２３３，２３４を備える。部分電極２３３，２３４は、第２方向に長く、第１方向に短い矩形である。部分電極２３１，２３２，２３３，２３４は、これらの部分電極および送電側アクティブ電極１２Ｆが形成された面と異なる面に形成された接続導体２３５によって接続されている。このような構成では、第２方向に離間した部分電極２３１，２３２の距離が上述の開口幅Ｃに相当する。また、第１方向に離間した部分電極２３３，２３４の距離が上述の開口幅Ｄに相当する。

このような構成であっても、上述の第２の実施形態と同様の寸法関係を満たすことで、第２の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

次に、本発明の第７の実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムについて、図を参照して説明する。図１４は、本発明の第７の実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムの送電側アクティブ電極と受電側アクティブ電極との距離、および、送電側パッシブ電極と受電側パッシブ電極との距離を明示した基本構成を示す図である。

図１４に示すように、本実施形態のワイヤレス電力伝送システムでは、送電側アクティブ電極１２と受電側アクティブ電極２２の距離（間隔）Ｇａの方が、送電側パッシブ電極２２と受電側パッシブ電極２３との距離（間隔）Ｇｐよりも狭い。

このように、電圧の高い送電側アクティブ電極１２と受電側アクティブ電極２２の距離を大きくすることで、アクティブ電極の絶縁性をより高く確保することができる。さらに、図１４に示すように、送電側アクティブ電極１２と受電側アクティブ電極２２の間に絶縁フィルム４１，４２を配置することで、アクティブ電極の絶縁性をさらに高く確保することができる。

なお、上述の各実施形態では、各アクティブ電極が第１方向に長く第２方向に短い、もしくは、第１方向に短く第２方向に長い形状である場合を示したが、送電側アクティブ電極もしくは受電側アクティブ電極の一方を、第１方向の長さと第２方向の長さが同じ正方形で形成してもよい。

また、上述の各実施形態における送電側アクティブ電極および送電側パッシブ電極の形状と、受電側アクティブ電極および受電側パッシブ電極の形状とが逆であってもよい。

また、上述の各実施形態の送電側アクティブ電極および送電側パッシブ電極の形状は、本願発明の実施形態に係る数例を示すものであり、次の要件を満たす形状であれば、他の形状であってもよい。載置許可範囲１００において送電装置と受電装置との位置関係が第１方向もしくは第２方向のいずれかに変位した場合に、送電側アクティブ電極と受電側アクティブ電極との対向面積が変化しない形状であればよい。

１０：送電装置、
１１：高周波高電圧発生回路、
１２，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄ，１２Ｅ：送電側アクティブ電極、
１３，１３Ａ，１３Ｆ：送電側パッシブ電極、
２０：受電装置、
２１：高周波高電圧負荷回路、
２２，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ，２２Ｅ：受電側アクティブ電極、
２３，２３Ａ，２３Ｆ：受電側パッシブ電極、
４１，４２：絶縁フィルム、
１００：載置許可範囲、
１３１，１３２，１３３，１３４，２３１，２３２，２３３，２３４：部分電極

Claims (8)

1. 交流発生回路と、該交流発生回路に接続する送電側アクティブ電極及び送電側パッシブ電極とを備えた送電装置と、
   負荷回路と、該負荷回路に接続する受電側アクティブ電極及び受電側パッシブ電極とを備えた受電装置と、を備え、
   前記送電側アクティブ電極と前記受電側アクティブ電極とを対向させ、前記送電側パッシブ電極と前記受電側パッシブ電極とを対向させて電力伝送するワイヤレス電力伝送システムであって、
   前記送電側アクティブ電極と前記受電側アクティブ電極とが対向する面に平行な平面を構成し、互いに直交する第１方向と第２方向とにおいて、
   前記送電装置と前記受電装置との相対的位置が、第１方向と第２方向とのそれぞれにおいて所定範囲内で移動可能であり、
   該移動可能な範囲内において、
   前記送電側アクティブ電極と前記受電側アクティブ電極との一方のアクティブ電極が、他方のアクティブ電極に対して、前記第１方向に沿って相対的位置が変化しても、前記送電側アクティブ電極と前記受電側アクティブ電極との対向領域における前記第２方向の長さが一定であり、
   前記送電側アクティブ電極と前記受電側アクティブ電極との一方のアクティブ電極が、他方のアクティブ電極に対して、前記第２方向に沿って相対的位置が変化しても、前記送電側アクティブ電極と前記受電側アクティブ電極との対向領域における前記第１方向の長さが一定となる形状で、前記送電側アクティブ電極と前記受電側アクティブ電極とが形成され、
   前記一方のアクティブ電極の前記第１方向に沿った長さはｂであり、前記第２方向に沿った長さはａであり、
   前記他方のアクティブ電極の前記第１方向に沿った長さはＢであり、前記第２方向に沿った長さはＡである場合に、
   ｂ＜Ｂ且つＡ＜ａ
   または、
   Ｂ＜ｂ且つａ＜Ａである、ワイヤレス電力伝送システム。
2. 前記第１方向に沿った移動可能なズレ許容長さはΔＬ１であり、
   前記第２方向に沿った移動可能なズレ許容長さはΔＬ２であり、
   ｂ＜Ｂ＝ｂ＋ΔＬ１且つＡ＜ａ＝Ａ＋ΔＬ２
   または、
   Ｂ＜ｂ＝Ｂ＋ΔＬ１且つａ＜Ａ＝ａ＋ΔＬ２である、請求項１に記載のワイヤレス電力伝送システム。
3. 前記送電装置は、
   前記送電側アクティブ電極の第１方向に沿った両側に間隔を開け、且つ第２方向に沿った両端に間隔を開けて前記送電側パッシブ電極を備え、
   前記受電装置は、
   前記受電側アクティブ電極の第１方向に沿った両側に間隔を開け、且つ第２方向に沿った両端に間隔を開けて前記受電側パッシブ電極を備え、
   前記送電側パッシブ電極と前記受電側パッシブ電極は、該移動可能な範囲内において、少なくとも一部が対向する形状からなり、
   前記一方のアクティブ電極に対応する一方のパッシブ電極の前記第１方向に沿った間隔の長さはｄであり、前記第２方向に沿った間隔の長さはｃであり、
   前記他方のアクティブ電極に対応する他方のパッシブ電極の前記第１方向に沿った間隔の長さはＤであり、前記第２方向に沿った間隔の長さはＣである場合に、
   ｂ＜Ｂ＜（ｂ＋ｄ）／２且つＡ＜ａ＜（Ａ＋Ｃ）／２
   または、
   Ｂ＜ｂ＜（Ｂ＋Ｄ）／２且つａ＜Ａ＜（ａ＋ｃ）／２である、請求項１または請求項２に記載のワイヤレス電力伝送システム。
4. 前記送電装置は、
   前記送電側アクティブ電極の第１方向に沿った両側に間隔を開け、且つ第２方向に沿った両端に間隔を開けて送電側パッシブ電極を備え、
   前記受電装置は、
   前記受電側アクティブ電極の第１方向に沿った両側に間隔を開け、且つ第２方向に沿った両端に間隔を開けて受電側パッシブ電極を備え、
   前記送電側パッシブ電極と前記受電側パッシブ電極は、該移動可能な範囲内において、少なくとも一部が対向する形状からなる、請求項１に記載のワイヤレス電力伝送システム。
5. 前記送電側アクティブ電極と前記受電側アクティブ電極との間隔と、前記送電側パッシブ電極と前記受電側パッシブ電極との間隔とが異なる、請求項３または請求項４に記載のワイヤレス電力伝送システム。
6. 前記送電側アクティブ電極と前記受電側アクティブ電極との間隔は、前記送電側パッシブ電極と前記受電側パッシブ電極との間隔よりも長い、請求項５に記載のワイヤレス電力伝送システム。
7. 前記送電側アクティブ電極および前記受電側アクティブ電極は、前記第１方向および前記第２方向に辺を有する矩形である、請求項１乃至請求項６のいずれかに記載のワイヤレス電力伝送システム。
8. 前記送電側パッシブ電極が前記送電側アクティブ電極を挟んで前記受電側アクティブ電極と反対側に配置され、
   前記受電側パッシブ電極が前記受電側アクティブ電極を挟んで前記送電側アクティブ電極と反対側に配置される、請求項１乃至請求項７のいずれかに記載のワイヤレス電力伝送システム。

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