JP5601152B2 - ワイヤレス電力伝送システムおよび送電装置 - Google Patents

Description

本発明はワイヤレスで電力を伝送するシステムおよび送電装置に関するものである。

代表的なワイヤレス電力伝送システムとして、送電装置の一次コイルから受電装置の二次コイルに磁界を利用して電力を伝送する磁界結合方式の電力伝送システムが知られている。しかし、磁界結合で電力を伝送する場合、各コイルを通る磁束の大きさが起電力に大きく影響するため、一次コイルと二次コイルとの相対位置関係に高い精度が要求される。また、コイルを利用するため、装置の小型化が難しい。

一方、特許文献１，２に開示されているような電界結合方式のワイヤレス電力伝送システムも知られている。このシステムでは、送電装置の結合電極から受電装置の結合電極に電界を介して電力が伝送される。この方式は、結合電極の相対位置精度が比較的緩く、また、結合電極の小型・薄型化が可能である。

図１は特許文献１の電力伝送システムの基本構成を示す図である。この電力伝送システムは送電装置と受電装置とで構成される。送電装置には、高周波高電圧発生回路１、パッシブ電極２及びアクティブ電極３を備えている。受電装置には、高周波高電圧負荷回路５、パッシブ電極７及びアクティブ電極６を備えている。そして、送電装置のアクティブ電極３と受電装置のアクティブ電極６とが空隙４を介して近接することにより、この二つの電極同士が電界結合する。

送電装置のパッシブ電極、送電装置のアクティブ電極、受電装置のアクティブ電極及び受電装置のパッシブ電極は、それらが互いに平行に配置されている。

特許文献２の電力伝送システムでは、送電装置は交流信号生成部により生成された交流信号に共振する第１共振回路と給電電極を有する。受電装置は電気信号を生成する受電電極と、電気信号に共振する第２共振回路と、共振された電気信号から直流電力を生成する整流部及び回路負荷を有する。送電装置のアクティブ電極とパッシブ電極とは一平面上に設けられ、受電装置のアクティブ電極とパッシブ電極が相手側の各電極と所定間隔を隔てて対向するように設けられている。また、この特許文献２の図１８〜図２１には、受電装置側のアクティブ電極を複数の分割電極で構成しておき、受電装置を載置した時に送電装置の第１、第２アクティブ電極対して重なる受電装置の分割電極をアクティブ電極として選択的に動作させることが示されている。

特表２００９−５３１００９号公報 特開２００９−２９６８５７号公報

特許文献１の電力伝送システムにおいては、送電装置と受電装置のアクティブ電極同士を近接させて電極間に強い電場を形成するとともに、送電装置と受電装置のパッシブ電極同士間に生じる容量をなるべく大きくする。そのためパッシブ電極を大きくする必要がある。縦方向に狭くされた空間に送電ユニットのパッシブ電極、送電ユニットのアクティブ電極、受電ユニットのアクティブ電極および受電ユニットのパッシブ電極が縦方向に配置されると浮遊容量が過大になりがちである。特許文献２の電力伝送システムにおいても、アクティブ電極とパッシブ電極が一面に隣接配置されているので、アクティブ電極とパッシブ電極とに近接配置された回路基板との間の浮遊容量が過大になりがちである。そのため、いずれも結合度が大きくなく、伝送効率が低いという問題があった。

また、特許文献２の電力伝送システムにおいては、受電装置側に多くのアクティブ電極を設けておく必要があり、その選択回路も複雑と成らざるを得ない。

本発明は、装置を大型化することなく、電力伝送に寄与しない浮遊容量を小さくして電力伝送効率を高め、且つ簡素な構成で送電装置に対する受電装置の載置の向きの自由度を高めた、ワイヤレス電力伝送システムおよび送電装置を提供することを目的としている。

（１）本発明のワイヤレス電力伝送システムは、受電装置が載置される載置面と、高周波高電圧を発生する送電回路と、前記高周波高電圧が印加される送電側アクティブ電極および送電側パッシブ電極を有する送電装置と、
受電回路と、この受電回路に接続された受電側アクティブ電極および受電側パッシブ電極を有する受電装置と、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が、および前記送電側パッシブ電極と前記受電側パッシブ電極とがそれぞれ電界結合して、前記送電装置から前記受電装置に電力を伝送するワイヤレス電力伝送システムにおいて、
前記送電側アクティブ電極は、前記載置面の中心を通り第１方向に帯状に延びる送電側第１アクティブ電極と、前記載置面の中心を通り前記第１方向に対して交差する第２方向へ帯状に延びる送電側第２アクティブ電極と、を含み、
前記送電側第１アクティブ電極または前記送電側第２アクティブ電極への前記高周波高電圧の供給を切り替える切替回路を備えたことを特徴としている。

この構造によれば、電力伝送に寄与しない浮遊容量が小さくなって電力伝送効率が高く、且つ送電装置に対する受電装置の載置の向きの自由度が高い。

（２）例えば、前記送電側パッシブ電極は、例えば前記送電側第１アクティブ電極および前記送電側第２アクティブ電極を挟んで、前記受電側アクティブ電極および前記受電側パッシブ電極の反対側に配置される。この構造により、送電装置のアクティブ電極と受電装置のアクティブ電極を高電圧で結合させることができる。

（３）前記送電側第１アクティブ電極と前記送電側第２アクティブ電極とは直交またはほぼ直交している。この構造により、簡素な構造で位置自由度が向上し、また、浮遊容量を低減できる。

（４）前記受電側アクティブ電極の形状は短冊状であることが好ましい。このことにより、浮遊容量の低減効果が大きい。

（５）前記送電側第１アクティブ電極の前記送電側第２アクティブ電極に対する近接位置、および前記送電側第２アクティブ電極の前記送電側第１アクティブ電極に対する近接位置には、例えば突起状の拡張電極パターンが設けられている。この構造により、斜め方向の位置自由度を確保できる。

（６）前記拡張電極パターンは、例えば送電側第１アクティブ電極の中心から送電側第１アクティブ電極に沿って延びる方向に対して４５°及び−４５°の方向へそれぞれ突出する第１の凸部と、送電側第２アクティブ電極の中心線からの高さが受電側アクティブ電極の短辺の長さのほぼ１／２である第２の凸部とを含む。

この構成により、電力送電装置に対して電力受電装置が斜め方向に対向した状態でも、浮遊容量を増大させないで結合度を向上させることができ、高い効率で電力伝送できる。

（７）例えば、前記送電側第１アクティブ電極の延びる方向に対して４５°の方向に前記受電側アクティブ電極の長辺が平行になるように配置したときに、前記第１の凸部のうち前記受電側アクティブ電極に対向する面積が、対向しない面積より大きく、且つ前記受電側アクティブ電極は前記第２の凸部に対向しない。

この構成により、斜め４５°方向の位置で送電側第１アクティブ電極がオンとなり、浮遊容量を増大させないで結合度を向上させることができるので高い効率で電力伝送できる。

（８）また、例えば前記第１の凸部の面積は前記第２の凸部の面積より大きい。

本発明によれば、装置を大型化することなく、電力伝送に寄与しない浮遊容量を小さくして電力伝送効率を高め、且つ簡素な構成で送電装置に対する受電装置の載置の向きの自由度を高めた、ワイヤレス電力伝送システムおよび送電装置を構成できる。

図１は特許文献１の電力伝送システムの基本構成を示す図である。 図２（Ａ）は第１の実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム４０１の平面図、図２（Ｂ）はその平面図である。 図３（Ａ）、図３（Ｂ）は電装置１０１に対する受電装置２０１の典型的な二つの載置状態と切替回路３１による切替状態を示す平面図である。 図４は送電装置１０１および受電装置２０１の回路構成図である。 図５は制御部３３の処理内容を示すフローチャートである。 図６（Ａ）、図６（Ｂ）、図６（Ｃ）は、送電装置の二つのアクティブ電極を選択的に用いるための構成例である。 図７は第３の実施形態に係る送電装置１０３のアクティブ電極の形状を示す平面図である。 図８は、送電装置の第１アクティブ電極１２Ａ、第２アクティブ電極１２Ｂ−１，１２Ｂ−２に対する受電装置のアクティブ電極の典型的な位置関係を示す平面図である。 図９（Ａ）〜図９（Ｇ）は、送電装置の第１アクティブ電極１２Ａ、第２アクティブ電極１２Ｂ−１，１２Ｂ−２に対する受電装置のアクティブ電極の位置関係の例、および送電装置の第１アクティブ電極１２Ａまたは第２アクティブ電極１２Ｂ−１，１２Ｂ−２のいずれが選択されるかの例を示す平面図である。 図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）は、第１の凸部１２ＡＰおよび第２の凸部１２ＢＰの変形例を示す平面図である。

《第１の実施形態》
図２（Ａ）は第１の実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム４０１の平面図、図２（Ｂ）はその平面図である。このワイヤレス電力伝送システム４０１は送電装置１０１と受電装置２０１とで構成されている。但し、図２（Ａ）及び図２（Ｂ）においては、送電装置１０１および受電装置２０１の内部の各電極を透視して（筐体を透明化して）表している。

送電装置１０１はパッシブ電極１１、第１アクティブ電極１２Ａおよび第２アクティブ電極１２Ｂを備え、受電装置２０１はパッシブ電極２１とアクティブ電極２２を備えている。ワイヤレス電力伝送システム４０１において、送電装置１０１の第１アクティブ電極１２Ａまたは第２アクティブ電極１２Ｂと受電装置のアクティブ電極２２とが、および送電装置１０１のパッシブ電極１１と受電装置２０１のパッシブ電極２１とがそれぞれ電界結合して、送電装置１０１から受電装置２０１に電力が伝送される。

送電装置１０１の筐体の上面は受電装置２０１が載置される載置面１３である。第１アクティブ電極１２Ａは載置面１３の中心を通り第１方向に帯状に延びている。第２アクティブ電極１２Ｂは、載置面１３の中心を通り、前記第１方向に対して平面視で直交する第２方向へ帯状に延びている。

送電装置１０１の筐体内には送電回路と切替回路３１を備えている。送電回路は第１アクティブ電極１２Ａまたは第２アクティブ電極１２Ｂとパッシブ電極１１との間に高周波高電圧を印加する。前記切替回路は第１アクティブ電極１２Ａまたは第２アクティブ電極１２Ｂのいずれかを選択する。

図２（Ｂ）に表れているように、送電装置１０１のパッシブ電極１１は、送電装置１０１の第１アクティブ電極１２Ａおよび第２アクティブ電極１２Ｂを挟んで、受電装置２０１のアクティブ電極２２および受電装置２０１のパッシブ電極２１の反対側に配置されている。

受電装置のアクティブ電極２２は長手方向を有する形状すなわち短冊状を成している。この受電装置２０１のアクティブ電極２２は送電装置１０１の第１アクティブ電極１２Ａまたは第２アクティブ電極１２Ｂに対向する。受電装置２０１のパッシブ電極２１は送電装置１０１のパッシブ電極１１に対向する。この状態で、アクティブ電極同士およびパッシブ電極同士が電界結合する。この構造により、送電装置のアクティブ電極と受電装置のアクティブ電極を高電圧で結合させることができる。

図３（Ａ）、図３（Ｂ）は、送電装置１０１に対する受電装置２０１の典型的な二つの載置状態と切替回路３１による切替状態を示す平面図である。送電回路１１１は所定の高周波高電圧を発生し、切替回路３１は送電回路１１１の出力電圧を第１アクティブ電極１２Ａまたは第２アクティブ電極１２Ｂのいずれかへ印加する。

図３（Ａ）ように、受電装置２０１のアクティブ電極２２が送電装置１０１の第１アクティブ電極１２Ａと対向している状態では、切替回路３１は第１アクティブ電極１２Ａを選択する。図３（Ｂ）ように、受電装置２０１のアクティブ電極２２が送電装置１０１の第２アクティブ電極１２Ｂと対向している状態では、切替回路３１は第２アクティブ電極１２Ｂを選択する。このようにして、送電装置１０１に対して受電装置２０１を横置きしても縦置きしても電力伝送が可能となる。切替回路３１によって選択されていない方のアクティブ電極は開放状態であるので、送電装置１０１のパッシブ電極１１および受電装置２０１のパッシブ電極２１のいずれとの間にも浮遊容量が生じない。そのため、高い結合度が維持できる。

なお、第１アクティブ電極１２Ａと第２アクティブ電極１２Ｂとの交差位置は、互いの対向面積がなるべく小さくなるように、交差位置のみ電極幅を細くしてもよい。このことにより、第１、第２アクティブ電極１２Ａ、１２Ｂ間に発生する浮遊容量をより抑えることができる。

図４は送電装置１０１および受電装置２０１の回路構成図である。送電回路１１１において、定電圧電源３５は商用電源を入力して例えば一定の直流電圧（例えばＤＣ５Ｖ）を発生する電源回路である。定電流電源３６は一定の直流電流を発生する電源回路である。切替回路３４は定電圧電源３５または定電流電源３６の一方を選択して駆動制御回路／検出回路３２へ与える。駆動制御回路／検出回路３２は定電圧電源３５または定電流電源３６を電源として、例えば１００ｋＨｚ〜数１０ＭＨｚの高周波電圧を発生するとともに、定電流電源３６から供給される電圧ＤＣＶの検出および定電圧電源３５から供給される電流ＤＣＩを検出する。制御部３３は、後述のとおり駆動制御回路／検出回路３２および切替回路３１，３４を制御する。

受電装置２０１の受電回路２１１は、パッシブ電極２１（図２（Ｂ）参照）とアクティブ電極２２との間に、例えば降圧トランス及びインダクタによる降圧回路が接続されている。また、この降圧トランスの二次側には負荷回路が接続されている。この負荷回路は整流平滑回路と負荷となる機器の回路とで構成されている。負荷となる機器の回路は二次電池を含んでもよい。

例えば、受電装置２０１は送電装置１０１に載置することによって内部の二次電池が充電される装置であり、携帯電子機器としては携帯電話、ノート型ＰＣ、デジタルカメラなどが挙げられる。受電装置２０１は、二次電池を内蔵しない充電器または電源であってもよい。この場合、受電した電力を外部に出力して別の機器に給電または充電するようにしてもよい。

図５は前記制御部３３の処理内容を示すフローチャートである。
先ず、切替回路３４を定電流電源３６側に設定する（Ｓ１）。また、切替回路３１を第１アクティブ電極１２Ａ側に設定する（Ｓ２）。次に、駆動周波数をスイープしつつ駆動回路／検出回路３２を駆動させる（Ｓ３）。そして、前記直流電圧ＤＣＶの極大値の有無を判定する（Ｓ４）。極大値が無ければ、第２アクティブ電極１２Ｂ側に切り替えて、同様の処理を行う（Ｓ５→Ｓ３）。

ＤＣＶに極大値が有れば、その周波数を駆動周波数に設定する（Ｓ６）。そして、切替回路３４を定電圧電源３５側に切り替える。このことによって給電（電力伝送）が開始される（Ｓ７）。

その後、駆動電流ＤＣＩを検出する（Ｓ８）。そして、駆動電流ＤＣＩが閾値ＤＣＩｔｈ１を下回るまで待つ（Ｓ９→Ｓ８・・・）。

駆動電流ＤＣＩが閾値ＤＣＩｔｈ１を下回れば、駆動回路／検出回路３２の駆動を停止する（Ｓ１０）。

その後は、ステップＳ１へ戻る。このことによって、ステップＳ１以降の処理が繰り返されるが、受電装置の二次電池は既に満充電状態であるので、ステップＳ９の判定条件を満たす。そのため繰り返し充電されることはない。

受電装置が取り除かれて、別の充電を要する受電装置が載置されたなら、以上に述べた手順で第１アクティブ電極または第２アクティブ電極が選択されて電力伝送により充電がなされることになる。

なお、送電回路１１１が発生する交流電圧の周波数は、送電装置１０１および受電装置２０１の周囲の誘電性媒質（すなわち空気）での波長が、送電装置１０１および受電装置２０１の大きさに比べて長い関係にある。すなわち準静電場により電力伝送される。このことにより、電磁波放射の形で輻射（分散）されるエネルギーが少ないので、電力伝送効率が高まる。また、送電回路１１１が発生する交流電圧の周波数は、輻射される電磁波エネルギーが、送電装置１０１から受電装置２０１へ伝搬される電界エネルギーに比べて小さい範囲で、できるだけ高い周波数とする。このことによって、送電装置側アクティブ電極１２Ａ，１２Ｂ、送電装置側パッシブ電極１１、受電装置側アクティブ電極２２、受電装置側パッシブ電極２１のそれぞれの面積が小さくても（小さい割に）伝送電力を高めることができる。同じ伝送電力である場合は結合電極の電圧を低めることができる。したがって、小型でありながら電力伝送効率の高い電力伝送システムが構成できる。これらのことは第２の実施形態以降の各実施形態についても同様である。

《第２の実施形態》
図６（Ａ）、図６（Ｂ）、図６（Ｃ）は、送電装置の二つのアクティブ電極を選択的に用いるための構成例である。
図６（Ａ）は、電源部３７、駆動部３２−１、昇圧部３２−２を兼用し、切替回路３１によって昇圧部３２−２の出力電圧を第１アクティブ電極１２Ａまたは第２アクティブ電極１２Ｂに供給するように構成されたものである。ここで昇圧部３２−２は例えば昇圧トランスであり、駆動部３２−１は昇圧トランスの１次側を駆動するスイッチング素子およびそのスイッチング素子の駆動回路である。図６（Ａ）の例は図４に示した送電装置１０１の構成に相当する。すなわち、電源部３７は定電圧電源３５、駆動部３２−１および昇圧部３２−２は駆動回路／検出回路３２にそれぞれ相当する。

図６（Ａ）の構成によれば、第１アクティブ電極と第２アクティブ電極以外の多くの回路部分が共用できるので、小型、低コスト化に有利である。

図６（Ｂ）は、電源部３７、駆動部３２−１を兼用し、切替回路３８によって昇圧部３２−２Ａ，３２−２Ｂを選択的に駆動し、出力電圧を第１アクティブ電極１２Ａまたは第２アクティブ電極１２Ｂに供給するように構成されたものである。

図６（Ｃ）は、電源部３７を兼用し、切替回路３９によって駆動部３２−１Ａ，３２−１Ｂおよび昇圧部３２−２Ａ，３２−２Ｂを選択的に駆動し、出力電圧を第１アクティブ電極１２Ａまたは第２アクティブ電極１２Ｂに供給するように構成されたものである。

前記切替回路３１，３８，３９の切替制御は第１アクティブ電極１２Ａまたは第２アクティブ電極１２Ｂのいずれが受電装置のアクティブ電極２２に対向しているかに応じて行われる。

図６（Ｂ）または図６（Ｃ）に示したように二つの昇圧部を備える構成では、共振系が二つ存在することになるので、共振系同士が相互作用しないようにすることが重要である。そのために、（１）アクティブ電極１２Ａ，１２Ｂ間の結合を物理的に弱める。（２）共振周波数を故意にずらす。という構成が有効である。（２）の構成で、例えば二つの共振系のうちオフ側の共振系の昇圧トランスの一次側をオープンにすると、昇圧トランスのインピーダンスＬと結合部のキャパシタンスＣとでＬＣ共振周波数（不要共振周波数）が決定される。また、ショートにすると昇圧トランスの漏れインダクタンス成分Ｌと結合部のキャパシタンスＣとでＬＣ共振周波数（不要共振周波数）が決定される。いずれの場合でも、二つの共振系のうちオン側の共振系の動作周波数を上記不要共振周波数に近接しないように設定すればよい。

《第３の実施形態》
図７は第３の実施形態に係る送電装置１０３のアクティブ電極の形状を示す平面図である。この送電装置１０３は第１アクティブ電極１２Ａと第２アクティブ電極１２Ｂ−１，１２Ｂ−２を備えている。第２アクティブ電極１２Ｂ−１と１２Ｂ−２は分離されているが、選択時には同電位が印加される。この二つの第２アクティブ電極１２Ｂ−１，１２Ｂ−２の先端部がそれぞれ対向する、第１アクティブ電極１２Ａの部分には細線部１２ＡＳが形成されている。第１アクティブ電極１２Ａの第２アクティブ電極１２Ｂ−１，１２Ｂ−２に対する近接位置には四つの第１の凸部１２ＡＰが形成されている。また、第２アクティブ電極１２Ｂ−１，１２Ｂ−２の第１アクティブ電極１２Ａに対する近接位置に第２の凸部１２ＢＰが形成されている。

第１の凸部１２ＡＰは第１アクティブ電極１２Ａの中心（細線部１２ＡＳの位置）から第１アクティブ電極１２Ａに沿って延びる方向に対して４５°及び−４５°の方向へそれぞれ突出する。第２の凸部１２ＢＰは第２アクティブ電極１２Ｂ−１，１２Ｂ−２の中心線からの高さ（線幅方向）が、後に示す受電装置のアクティブ電極の短辺の長さの約１／２である。また、この例では第１アクティブ電極１２Ａがより広い角度範囲で選択されるので、第１アクティブ電極１２Ａに設けられている第１の凸部１２ＡＰの面積は第２アクティブ電極１２Ｂ−１，１２Ｂ−２に設けられている第２の凸部１２ＢＰの面積より大きい。

このように第２アクティブ電極が二つのアクティブ電極１２Ｂ−１，１２Ｂ−２に分離されているので、第１アクティブ電極１２Ａと第２アクティブ電極１２Ｂ−１，１２Ｂ−２を同一平面（同一層）に形成することができる。そのため、送電側の第１アクティブ電極および第２アクティブ電極と受電側アクティブ電極との重なり面積でそれぞれの結合容量が定まる。したがって、送電側の第１アクティブ電極および第２アクティブ電極が異なる平面に形成される場合に比べて浮遊容量を増大させることなく高効率で電力伝送できる。

図８は、送電装置の第１アクティブ電極１２Ａ、第２アクティブ電極１２Ｂ−１，１２Ｂ−２に対する受電装置のアクティブ電極の典型的な位置関係を示す平面図である。
受電装置のアクティブ電極２２が図中２２（Ｔ）で示すように横配置された場合は、その受電装置のアクティブ電極２２は送電装置の第２アクティブ電極１２Ｂ−１，１２Ｂ−２および第２の凸部１２ＢＰとの間に静電容量が生じて電界結合する。このとき、受電装置のアクティブ電極２２は送電装置の第１アクティブ電極１２Ａおよび第１の凸部１２ＡＰとの間には不要な浮遊容量が殆ど生じない。また、第２アクティブ電極１２Ｂ−１，１２Ｂ−２と交差する第１アクティブ電極１２Ａの部分が細線部１２ＡＳであるため、この細線部１２ＡＳと受電装置のアクティブ電極２２との間に生じる浮遊容量は充分小さい。

受電装置のアクティブ電極２２が図中２２（Ｌ）で示すように縦配置された場合は、その受電装置のアクティブ電極２２は送電装置の第１アクティブ電極１２Ａ、その細線部１２ＡＳおよび第１の凸部１２ＡＰとの間に静電容量が生じて電界結合する。このとき、受電装置のアクティブ電極２２は送電装置の第２アクティブ電極１２Ｂ−１，１２Ｂ−２および第２の凸部１２ＢＰとの間には不要な浮遊容量が殆ど生じない。

受電装置のアクティブ電極２２が図中２２（Ｓ）で示すように斜め配置された場合は、その受電装置のアクティブ電極２２は送電装置の第１アクティブ電極１２Ａの細線部１２ＡＳおよび第１の凸部１２ＡＰとの間に静電容量が生じて電界結合する。このとき、受電装置のアクティブ電極２２は送電装置の第２アクティブ電極１２Ｂ−１，１２Ｂ−２および第２の凸部１２ＢＰとの間には不要な浮遊容量が殆ど生じない。

図９（Ａ）〜図９（Ｇ）は、送電装置の第１アクティブ電極１２Ａ、第２アクティブ電極１２Ｂ−１，１２Ｂ−２に対する受電装置のアクティブ電極の位置関係の例、および送電装置の第１アクティブ電極１２Ａまたは第２アクティブ電極１２Ｂ−１，１２Ｂ−２のいずれが選択されるかの例を示す平面図である。
図９（Ａ）は図８における縦置き（この例では、受電装置２０１の長手方向が横向きになるので、受電装置の向きで表現すると横置き）に相当し、図９（Ｄ）は図８における斜め置きに相当し、図９（Ｇ）は図８における横置き（受電装置２０１の長手方向が縦向きになるので、受電装置の向きで表現すると縦置き）に相当する。送電装置の第１アクティブ電極１２Ａおよび第２アクティブ電極１２Ｂ−１，１２Ｂ−２に対する受電装置のアクティブ電極の向きが図９（Ａ）に示す横置きの状態から図９（Ｄ）に示す斜め４５度までの角度範囲では、第１アクティブ電極１２Ａが選択される。また、送電装置１０１に対する受電装置２０１の向きが図９（Ｅ）に示す状態から図９（Ｇ）に示す状態までの角度範囲では、第２アクティブ電極１２Ｂ−１，１２Ｂ−２が選択される。

図９（Ａ）の状態を０度、図９（Ａ）の状態を４５度、図９（Ｇ）の状態を９０度、と表現すると、０度から４５度の角度範囲において、受電装置のアクティブ電極２２と送電装置１０１の第１アクティブ電極１２Ａおよび第１の凸部（図７中の１２ＡＰ）との間に静電容量が生じて電界結合する。このとき、受電装置のアクティブ電極２２は送電装置の第２アクティブ電極１２Ｂ−１，１２Ｂ−２および第２の凸部１２ＢＰとの間に生じる不要な浮遊容量は小さい。また、４５度を超える角度から９０度までの角度範囲において、受電装置のアクティブ電極２２と送電装置１０１の第２アクティブ電極１２Ｂ−１，１２Ｂ−２および第２の凸部（図７中の１２ＢＰ）との間に静電容量が生じて電界結合する。このとき、受電装置のアクティブ電極２２は送電装置の第１アクティブ電極１２Ａおよび第１の凸部１２ＡＰとの間に生じる不要な浮遊容量は小さい。

なお、図９に示した例では、０度から９０度までの角度範囲について示したが、第１の凸部１２ＡＰおよび第２の凸部１２ＢＰの形状は左右対称形であるので、９０度から１８０度までの角度範囲についても同様である。すなわち、９０度を超える角度から１３５度までの角度範囲において、受電装置のアクティブ電極２２と送電装置１０１の第２アクティブ電極１２Ｂ−１，１２Ｂ−２および第２の凸部（図７中の１２ＢＰ）との間に静電容量が生じて電界結合する。また、１３５度を超える角度から１８０度の角度範囲において、受電装置のアクティブ電極２２と送電装置１０１の第１アクティブ電極１２Ａおよび第１の凸部（図７中の１２ＡＰ）との間に静電容量が生じて電界結合する。

図７に示した送電装置のアクティブ電極に設ける第１の凸部１２ＡＰおよび第２の凸部１２ＢＰの形状は図７に示したものに限らない。例えば、図１０（Ａ）に示すように、第２の凸部１２ＢＰが第１の凸部１２ＡＰと同様の形状であってもよい。すなわち、第２の凸部１２ＢＰは、第２アクティブ電極１２Ｂ−１．１２Ｂ−２Ａの対向する位置の近傍から第２アクティブ電極１２Ｂ−１，１２Ｂ−２に沿って延びる方向に対して４５°及び−４５°の方向へそれぞれ突出する形状であってもよい。

因みに、図１０（Ｂ）に示すように、第１の凸部１２ＡＰが第１アクティブ電極１２Ａの中心線からの高さ（線幅方向）が、受電装置のアクティブ電極の短辺の長さの約１／２であるような形状とした場合には浮遊容量が大きくなる。すなわち、図１０（Ｂ）において、受電装置のアクティブ電極２２が図中２２（Ｓ）で示すように斜め配置された場合に、ハッチングした領域が結合に寄与しない浮遊容量形成部となる。そのため、４５度の斜め配置状態で選択される送電装置のアクティブ電極と受電装置のアクティブ電極２２との結合に寄与しない浮遊容量が大きくならないように第１の凸部または第２に凸部の形状を定めることが重要である。

なお、図７に示した細線部１２ＡＳが無くて、第１アクティブ電極１２Ａが二つに分離されていてもよい。

１１…送電装置側パッシブ電極
１２Ａ…送電装置側第１アクティブ電極
１２ＡＰ…第１の凸部
１２ＡＳ…細線部
１２Ｂ…送電装置側第２アクティブ電極
１２ＢＰ…第２の凸部
１３…載置面
２１…受電装置側パッシブ電極
２２…受電装置側アクティブ電極
３１，３４…切替回路
３４…切替回路
３５…定電圧電源
３６…定電流電源
３８，３９…切替回路
１０１，１０３…送電装置
１１１…送電回路
２０１…受電装置
２１１…受電回路
４０１…ワイヤレス電力伝送システム

Claims (12)

1. 受電装置が載置される載置面と、高周波高電圧を発生する送電回路と、前記高周波高電圧が印加される送電側アクティブ電極および送電側パッシブ電極を有する送電装置と、
   受電回路と、この受電回路に接続された受電側アクティブ電極および受電側パッシブ電極を有する受電装置と、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が、および前記送電側パッシブ電極と前記受電側パッシブ電極とがそれぞれ電界結合して、前記送電装置から前記受電装置に電力を伝送するワイヤレス電力伝送システムにおいて、
   前記送電側アクティブ電極は、前記載置面の中心を通り第１方向に帯状に延びる送電側第１アクティブ電極と、前記載置面の中心を通り前記第１方向に対して交差する第２方向へ帯状に延びる送電側第２アクティブ電極と、を含み、
   前記送電側第１アクティブ電極または前記送電側第２アクティブ電極への前記高周波高電圧の供給を切り替える切替回路を備えた、ワイヤレス電力伝送システム。
2. 前記送電側パッシブ電極は前記送電側第１アクティブ電極および前記送電側第２アクティブ電極を挟んで、前記受電側アクティブ電極および前記受電側パッシブ電極の反対側に配置される、請求項１に記載のワイヤレス電力伝送システム。
3. 前記送電側第１アクティブ電極と前記送電側第２アクティブ電極とは直交している、請求項１または２に記載のワイヤレス電力伝送システム。
4. 前記受電側アクティブ電極の形状は短冊状である、請求項１〜３のいずれかに記載のワイヤレス電力伝送システム。
5. 前記送電側第１アクティブ電極の前記送電側第２アクティブ電極に対する近接位置、および前記送電側第２アクティブ電極の前記送電側第１アクティブ電極に対する近接位置に、前記送電側第１アクティブ電極および前記送電側第２アクティブ電極がなす平面と同一平面方向に設置された突起状の拡張電極パターンが設けられている、請求項２〜４のいずれかに記載のワイヤレス電力伝送システム。
6. 前記拡張電極パターンは、送電側第１アクティブ電極の中心から送電側第１アクティブ電極に沿って延びる方向に対して４５°及び−４５°の方向へそれぞれ突出する第１の凸部と、送電側第２アクティブ電極の中心線からの高さが受電側アクティブ電極の短辺の長さの１／２である第２の凸部とを含む、請求項５に記載のワイヤレス電力伝送システム。
7. 前記送電側第１アクティブ電極の延びる方向に対して４５°の方向に前記受電側アクティブ電極の長辺が平行になるように配置したときに、前記第１の凸部のうち前記受電側アクティブ電極に対向する面積が、対向しない面積より大きく、且つ前記受電側アクティブ電極は前記第２の凸部に対向しない、請求項６に記載のワイヤレス電力伝送システム。
8. 前記第１の凸部の面積は前記第２の凸部の面積より大きい、請求項６または７に記載のワイヤレス電力伝送システム。
9. 受電装置が載置される載置面と、高周波高電圧を発生する送電回路と、前記高周波高電圧が印加される送電側アクティブ電極および送電側パッシブ電極を有する送電装置と、
   受電回路と、この受電回路に接続された受電側アクティブ電極および受電側パッシブ電極を有する受電装置と、を備えて、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、および前記送電側パッシブ電極と前記受電側パッシブ電極とがそれぞれ電界結合して、前記送電装置から前記受電装置に電力を伝送するワイヤレス電力伝送システムに用いる送電装置であって、
   前記送電側アクティブ電極は、前記載置面の中心を通り第１方向に帯状に延びる送電側第１アクティブ電極と、前記載置面の中心を通り前記第１方向に対して交差する第２方向へ帯状に延びる送電側第２アクティブ電極と、を含み、
   前記送電側第１アクティブ電極または前記送電側第２アクティブ電極への前記高周波高電圧の供給を切り替える切替回路を備えた、送電装置。
10. 前記送電側パッシブ電極は前記送電側第１アクティブ電極および前記送電側第２アクティブ電極を挟んで、前記受電側アクティブ電極および前記受電側パッシブ電極の反対側に配置される、請求項９に記載の送電装置。
11. 前記受電側アクティブ電極の形状は短冊状である、請求項９または１０に記載の送電装置。
12. 前記送電側第２アクティブ電極が前記載置面の中心で第１、第２の電極部に分離されていて、前記送電側第１アクティブ電極と前記第１、第２の電極部とが同一平面に形成されている、請求項９〜１１のいずれかに記載の送電装置。

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