JP6468165B2 - 非接触給電用の受電器 - Google Patents

Description

本発明は、送電素子と非接触で結合して非接触給電を行うための受電器に関するものである。

従来、送電素子と受電素子が結合して非接触給電を行う技術が、特許文献１に記載されている。この特許文献１の技術では、受電器が送電素子に対向して配置される。そして受電器は、送電素子から得た電力を機能部に供給する。そして、受電器に取り付けられた磁石が磁性体に吸引されることで、当該受電器が送電素子に対向して位置決めされる。

特開２００９−１５９６８３号公報

送電素子と受電素子の結合による非接触充電においては、送電電極と受電電極の間の距離の変動があると、無線電力伝送効率に変動がある。したがって、電力の安定供給のためには、送電素子と受電素子の距離の変動を抑えることが望ましい。このためには、送電素子に対する受電器の位置決めを強固にすることが望ましい。

本発明は上記点に鑑み、送電素子と非接触で結合して非接触給電を行うと共に位置決め用の磁石を有する受電器において、送電素子に対する受電器の位置決めを従来よりも強固にする提供することを目的とする。

上記目的を達成するための請求項１に記載の発明は、磁性体（２、６ａ、６ｂ、６ｃ）に吸引されることで送電素子（３３ａ、３３ｂ）に対向して位置決めされ、前記送電素子から得た電力を機能部（２１）に供給する受電器であって、主構造部材（１３）と、前記主構造部材に取り付けられ、前記送電素子（３３ａ、３３ｂ）と非接触で結合するための受電素子（１１２ａ、１１２ｂ）と、前記主構造部材の内部に収容されると共に前記主構造部材に支持され、前記送電素子と前記受電素子の結合を介して前記送電素子から電力を得て前記機能部に供給する供給回路（１４、１９ｂ、１９ｃ）と、前記主構造部材に取り付けられると共に前記主構造部材に支持され、当該受電器が前記送電素子に対向して位置決めされる際に前記磁性体に吸引されるための１個以上の磁石（１２１ａ、１２１ｂ）と、前記１個以上の磁石のうち少なくとも１個を覆うと共に樹脂部材である少なくとも１個の樹脂カバー（１２２ａ、１２２ｂ）と、前記少なくとも１個の樹脂カバーの各々を覆うと共に磁性体である少なくとも１個の磁性体カバー（１２３ａ、１２３ｂ）と、を備え、前記１個以上の磁石は、前記主構造部材の外側に配置されており、それにより、前記１個以上の磁石は、前記受電素子と前記送電素子とが結合する際、前記磁性体との間に前記主構造部材を挟まずに前記磁性体と対向可能となっている受電器。

このように、１個以上の磁石は、主構造部材の外側に配置され、それにより、受電素子と送電素子とが結合する際、１個以上の磁石と磁性体とが、間に主構造部材を挟まずに磁性体と対向可能となっている。このようになっていることで、供給回路等を支持するために比較的分厚い部材となっている主構造部材の分だけ、１個以上の磁石と磁性体の間隔を短縮し、吸引力をより強くすることができる。

なお、上記および特許請求の範囲における括弧内の符号は、特許請求の範囲に記載された用語と後述の実施形態に記載される当該用語を例示する具体物等との対応関係を示すものである。

非接触給電システムの概略構成図である。 非接触給電システムの電気的構成図である。 受電器１の斜視図である。 受電器１の正面図である。 受電器１の左側面図である。 受電器１の右側面図である。 受電器１の部品展開図である。 図６のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ断面図である。 図８のＩＸ部分の拡大図である。 図９のＸ−Ｘ断面図である。 図９のＸＩ−ＸＩ断面図である。 図８のＸＩＩ−ＸＩＩ断面図である。 第２実施形態の非接触給電システムの概略構成図である。

（第１実施形態）
以下、第１実施形態について説明する。図１に示すように、本実施形態の非接触給電システムは、建物または車両において実現され、受電器１、壁２、送電シート３、給電アダプタ５を有している。この非接触給電システムは、送電シート３から受電器１に電界結合方式で非接触給電を行う。

壁２は、建物の壁として、車両の車体として実現される磁性体（例えば強磁性体）である。壁２としては、永久磁石でない鉄製でもよいし、永久磁石であってもよい。この壁２には、送電シート３が貼り付けられている。

送電シート３は、壁２に接着される。この送電シート３は、絶縁部材３０、給電線３１ａ、給電線３１ｂ、一方側送電電極３２ａ、他方側送電電極３２ｂ、一方側送電電極３３ａ、他方側送電電極３３ｂ、一方側送電電極３４ａ、他方側送電電極３４ｂを備えている。

絶縁部材３０は、壁２の一部または全部を覆い、一方側の面を壁２に向け、他方側の面を受電器１に向けるシート形状の樹脂部材である。この絶縁部材３０は、壁２側の面が壁２に接着剤等で接着される。そして、給電時、受電器１側の面が受電器１と接触する。この絶縁部材３０は、内包する部材３１ａ、３１ｂ、３２ａ、３２ｂ、３３ａ、３３ｂ、３４ａ、３４ｂを保護する。

給電線３１ａは、導体であり、絶縁部材３０内に埋め込まれる。この給電線３１ａは、給電アダプタ５の２つの出力端子の一方と電気的に接続し、一方側送電電極３２ａ、３３ａ、３４ａと電気的に接続する。

給電線３１ｂは、導体であり、絶縁部材３０内に埋め込まれる。この給電線３１ｂは、給電アダプタ５の２つの出力端子の他方と電気的に接続し、他方側送電電極３２ｂ、３３ｂ、３４ｂと電気的に接続する。

一方側送電電極３２ａ、３３ａ、３４ａの各々は、一枚の板形状の導体であり、絶縁部材３０内に埋め込まれる送電素子である。これら一方側送電電極３２ａ、３３ａ、３４ａの各々は、壁２および絶縁部材３０と平行に配置される。そして一方側送電電極３２ａ、３３ａ、３４ａの各々は、給電時に受電器１の電極（後述する一方側受電電極１１２ａ、他方側受電電極１１２ｂ）と平行に対向し、電界を発生させる。また、一方側送電電極３２ａ、３３ａ、３４ａの各々は、給電線３１ａと電気的に接続され、給電時に、受電器１の一方側受電電極１１２ａと容量結合する。一方側送電電極３２ａ、３３ａ、３４ａの各々は、送電素子に対応する。

他方側送電電極３２ｂ、３３ｂ、３４ｂの各々は、一枚の板形状の導体であり、絶縁部材３０内に埋め込まれる。これら他方側送電電極３２ｂ、３３ｂ、３４ｂの各々は、壁２および絶縁部材３０と平行に配置される。また他方側送電電極３２ｂ、３３ｂ、３４ｂの各々は、給電時に受電器１の受電シート１１と平行に対向し、電界を発生させる。また、他方側送電電極３２ｂ、３３ｂ、３４ｂの各々の各々は、給電線３１ｂと電気的に接続し、給電時に、受電器１の一方側受電電極１１２ａと容量結合する。他方側送電電極３２ｂ、３３ｂ、３４ｂの各々は、送電素子に対応する。

なお、一方側送電電極３２ａと他方側送電電極３２ｂが隣り合って配置されて一組の電極対を構成し、一方側送電電極３３ａと他方側送電電極３３ｂが隣り合って配置されて更に別の一組の電極対（図２中ではコンデンサとして記載）を構成し、一方側送電電極３４ａと他方側送電電極３４ｂが隣り合って配置されて更に別の一組の電極対を構成する。このように、送電シート３においては、複数組の電極対が複数の位置に配置されている。そして受電器１は、これら複数の電極対のいずれか１つに対向して配置されることで、当該電極対から非接触で給電を受ける。

以下では、一方側送電電極３３ａ、他方側送電電極３３ｂを一組の電極対の代表として説明する。ただし、他の送電シート３内の電極対についても、一方側送電電極３３ａ、他方側送電電極３３ｂと同じことが言える。

シールド３５は、一枚のシート形状の導体であり、絶縁部材３０内に埋め込まれる。また、シールド３５は、その厚み方向と垂直な方向に、絶縁部材３０と同等の広がりを有する。またシールド３５は、壁２、絶縁部材３０と平行に配置される。そしてシールド３５は、一方側送電電極３２ａ、３３ａ、３４ａの各々と給電線３１ａの間、かつ、他方側送電電極３２ｂ、３３ｂ、３４ｂの各々と給電線３１ｂの間に介在する。また、シールド３５は、給電線３１ａ、３１ｂ、一方側送電電極３２ａ、３３ａ、３４ａ、他方側送電電極３２ｂ、３３ｂ、３４ｂと導通しない。このようになっていることで、シールド３５は、シールド３５の受電器１側に対する給電線３１ａ、３１ｂの電界の影響を低減することができる。

給電アダプタ５は、建物内または車両内の、送電シート３から離れた目立たない場所に配置され、送電シート３に電力供給を行う装置である。この給電アダプタ５は、ＡＣＤＣ変換器５１、ＤＣＡＣ変換器５２、送電側同調整合部５３を有している。

ＡＣＤＣ変換器５１は、商用電源から受けた交流を直流に変換すると共に降圧してＤＣＡＣ変換器５２に供給する。ＤＣＡＣ変換器５２は、ＤＣＡＣ変換器５２から供給された直流を高周波（例えば５００ｋＨｚ以上数十ＭＨｚ以下の高周波）の交流に変換して送電側同調整合部５３に出力する。このように、ＡＣＤＣ変換器５１、ＤＣＡＣ変換器５２は、商用電源から非接触用の高周波の交流を生成する。

送電側同調整合部５３は、コンデンサ、トランス、コイルを有し、２つの入力端子がＤＣＡＣ変換器５２と電気的に接続する。また、送電側同調整合部５３の２つの出力端子のうち一方が給電線３１ａに電気的に接続し、他方が給電線３１ｂに電気的に接続する。そして送電側同調整合部５３は、一方側送電電極３３ａおよび他方側送電電極３３ｂから成る電極対とＤＣＡＣ変換器５２の同調および整合を実現する。なお、送電側同調整合部５３のトランスは昇圧も行う。この結果、高電圧かつ高周波の交流が一方側送電電極３３ａと他方側送電電極３３ｂに印加される。なお、ＡＣＤＣ変換器５１で降圧して送電側同調整合部５３で昇圧するのは、ＤＣＡＣ変換器５２に印加される電圧を抑えてＤＣＡＣ変換器５２の故障率低下および変換効率向上を実現するためである。

次に、受電器１について説明する。受電器１は、給電時に図１に示すように送電シート３に取り付けられることで、一方側送電電極３３ａ、他方側送電電極３３ｂに対向して取り付けられて位置決めされる。そして、その位置決めされた状態で、一方側送電電極３３ａ、他方側送電電極３３ｂから受電器１に給電される。この際、受電器１は、送電シート３が発生した電界を捕捉、降圧、整流、出力安定化を行って内部の機能部２１へ電力を供給する。

以下では、便宜的に、図１に示すように、送電シート３に位置決めされた状態における、送電シート３に対して直交する方向を前後方向とする。そして更に、当該前後方向のうち、受電器１から送電シート３への方向を前方向とし、送電シート３から受電器１への方向を後方向とする。

この受電器１は、図２、図３、図４、図５、図６、図７、図８、図９に示す通り、受電シート１１、第１磁界発生部１２ａ、第２磁界発生部１２ｂ、主構造部材１３、受電側同調整合部１４、内部プレート１５、ネジ１６ａ、ネジ１６ｂ、基板支柱１７ａ、基板支柱１７ｂ、ネジ１８ａ、ネジ１８ａ、実装部１９、ネジ２０ａ、ネジ２０ｂ、機能部２１、ネジ２２ａ、ネジ２２ｂを備えている。そしてこの受電器１は、送電シート３の一方側送電電極３３ａ、他方側送電電極３３ｂから電気的に非接触で給電を受けて、機能部２１に供給することで、機能部２１を作動させる。

受電シート１１は、主構造部材１３の外側のうち、給電時に送電シート３と対向する側の端面（以下、前端面１３１という）に貼り付けられる。この受電シート１１は、図５、図９に示すように、絶縁材１１１、一方側受電電極１１２ａ、他方側受電電極１１２ｂ、シールド１１３を有している。

絶縁材１１１は、絶縁性のシート形状の部材であり、例えばゴム等の絶縁性の弾性部材であってもよい。絶縁材１１１は、主構造部材１３の前端面１３１に貼り付けられ、一方側受電電極１１２ａ、他方側受電電極１１２ｂを内包および被覆して保護する。また、この絶縁材１１１は給電時に、送電シート３の絶縁部材３０と対向して接触する。

一方側受電電極１１２ａは、長方形の板形状の導体であり、絶縁材１１１内に埋め込まれる受電素子である。また一方側受電電極１１２ａは、主構造部材１３側と反対側の面においては全面が絶縁材１１１によって被覆される。一方、一方側受電電極１１２ａの主構造部材１３側の面（後側面）は、大部分が絶縁材１１１によって被覆されるが、主構造部材１３の中心軸１０付近において、絶縁材１１１に被覆されずに主構造部材１３側に露出する部分がある。この露出している部分は、後述する主構造部材１３の孔を介して主構造部材１３の内部と連通している。そして、主構造部材１３側の面の主構造部材１３側に露出している部分が、給電線４１の一端に電気的に接続される。また一方側受電電極１１２ａは、絶縁材１１１と平行に配置され、給電時に一方側送電電極３３ａと平行に対向することで、一方側送電電極３３ａと容量結合する。

他方側受電電極１１２ｂは、長方形の板形状の導体であり、絶縁材１１１内に埋め込まれる受電素子である。そして他方側受電電極１１２ｂは、主構造部材１３側と反対側の面においては全面が絶縁材１１１によって被覆される。一方、他方側受電電極１１２ｂの主構造部材１３側の面は、大部分が絶縁材１１１によって被覆されるが、主構造部材１３の中心軸１０付近において、絶縁材１１１に被覆されずに主構造部材１３側に露出する部分がある。この露出している部分は、後述する主構造部材１３の孔を介して主構造部材１３の内部と連通している。そして、主構造部材１３側の面の主構造部材１３側に露出している部分が、給電線４２の一端に電気的に接続される。また、他方側受電電極１１２ｂは、絶縁材１１１と平行に配置されている。また、他方側受電電極１１２ｂは、一方側受電電極１１２ａとは平行かつ同一面内に並んでかつ互いに離れて配置される。この他方側受電電極１１２ｂは、給電時に他方側送電電極３３ｂと平行に対向することで、他方側送電電極３３ｂと容量結合する。

シールド１１３は、シート形状の導体である。このシールド１１３は、絶縁材１１１内に埋め込まれ、厚み方向と垂直な方向に、一方側受電電極１１２ａと他方側受電電極１１２ｂを合わせたものより広い広がりを有し、また、絶縁部材３０よりも狭い広がりを有する。またシールド１１３は、絶縁材１１１、一方側受電電極１１２ａ、他方側受電電極１１２ｂと平行に配置される。より具体的には、シールド１１３は、一方側受電電極１１２ａ、他方側受電電極１１２ｂと主構造部材１３の前端面１３１との間に介在する。また、シールド１１３は、一方側受電電極１１２ａ、他方側受電電極１１２ｂ、給電線４１、４２と導通しない。したがって、シールド１１３は、シールド１１３の一方側受電電極１１２ａ、他方側受電電極１１２ｂ側に対する給電線４１、４２および供給回路１４、１９ｂ、１９ｃの電界の影響を低減する機能を有する。

第１磁界発生部１２ａは、図７に示すように、円柱形状の部材であり、図７、図８に示すように、主構造部材１３の外側において、主構造部材１３の第１窪部１３２ａに収容され、壁２に吸引されるための磁界を発生する。この第１磁界発生部１２ａは、第１磁石１２１ａ、第１樹脂カバー１２２ａ、第１磁性体カバー１２３ａを有する。

第１磁石１２１ａは、フェライト等の磁化された磁性体（すなわち永久磁石）であり、その形状は円柱形状である。また、第１磁石１２１ａは、主構造部材１３の外側において、第１窪部１３２ａに収容され、後側底面（一方の底面）が第１窪部１３２ａの底面に対向し、前側底面（他方の底面）が受電シート１１に対向している。また、側面全体および後側底面全体が、第１樹脂カバー１２２ａに接触すると共に接着され、第１樹脂カバー１２２ａに覆われている。また、図３、図５に示すように、前側底面の半分程度の部分が、受電シート１１の絶縁材１１１に覆われており、残りの半分程度の部分が、受電器１の外部に露出している。また、絶縁材１１１、一方側受電電極１１２ａ、他方側受電電極１１２ｂは、第１磁石１２１ａの送電電極３３ａ、３３ｂ側の端部である前側底面と比べて、送電電極３３ａ、３３ｂ側に突出している。

第１樹脂カバー１２２ａは、非導電性かつ非磁性体の樹脂から成り、前側に開いた有底円筒形状の部材である。この第１樹脂カバー１２２ａは、主構造部材１３の外側において、第１窪部１３２ａに収容され、後側底面が第１窪部１３２ａの底面に対向している。また、第１樹脂カバー１２２ａは、第１磁石１２１ａを内部に収容する。また、第１樹脂カバー１２２ａの側面全体および後側底面全体が、第１磁性体カバー１２３ａに接触すると共に接着され、第１磁性体カバー１２３ａに覆われている。また、絶縁材１１１、一方側受電電極１１２ａ、他方側受電電極１１２ｂは、第１樹脂カバー１２２ａの送電電極３３ａ、３３ｂ側の端部である前端と比べて、送電電極３３ａ、３３ｂ側に突出している。この第１樹脂カバー１２２ａは、第１磁石１２１ａと第１磁性体カバー１２３ａの間に介在し、第１磁石１２１ａと第１磁性体カバー１２３ａの接触を防止する。

第１磁性体カバー１２３ａは、磁性体（具体的には鉄）であり、その形状は、前側に開いた有底円筒形状である。ただし、第１磁性体カバー１２３ａの後側底面の中央には、ねじ孔が形成されている。そして、このねじ孔にネジ１８ａが螺合することで、第１磁性体カバー１２３ａが第１窪部１３２ａに固定される。

また、第１磁性体カバー１２３ａは、主構造部材１３の外側において、第１窪部１３２ａに接触して収容され、後側底面が第１窪部１３２ａの底面に対向して接触している。また、第１磁性体カバー１２３ａは、第１磁石１２１ａおよび第１樹脂カバー１２２ａを内部に収容する。また、絶縁材１１１、一方側受電電極１１２ａ、他方側受電電極１１２ｂは、第１磁性体カバー１２３ａの送電電極３３ａ、３３ｂ側の端部である前端よりも、送電電極３３ａ、３３ｂ側に突出している。

この第１磁性体カバー１２３ａは、第１磁石１２１ａの側面および底面を覆うことで、第１磁石１２１ａの磁界が主構造部材１３内の供給回路１４、１９ｂ、１９ｃおよび機能部２１に影響する程度を低減る磁気シールドとして機能する。

第２磁界発生部１２ｂは、図７に示すように、円柱形状の部材であり、図７、図８に示すように、主構造部材１３の外側において、第２窪部１３２ｂに収容され、壁２に吸引されるための磁界を発生する。図１２に示すように、第１磁界発生部１２ａと第２磁界発生部１２ｂは、全体として、主構造部材１３の中心軸１０を基準として２回対称（すなわち１８０°対称）に配置されている。この第２磁界発生部１２ｂは、第２磁石１２１ｂ、第２樹脂カバー１２２ｂ、第２磁性体カバー１２３ｂを有している。

第２磁石１２１ｂは、フェライト等の磁化された磁性体（すなわち永久磁石）であり、その形状は円柱形状である。また、第２磁石１２１ｂは、主構造部材１３の外側において、第２窪部１３２ｂに収容され、後側底面（一方の底面）が第２窪部１３２ｂの底面に対向し、前側底面（他方の底面）が受電シート１１に対向している。また、第２磁石１２１ｂの側面全体および後側底面全体が、第２樹脂カバー１２２ｂに接触して接着され、第２樹脂カバー１２２ｂに覆われている。また、図３、図５に示すように、前側底面の半分程度の部分が、受電シート１１の絶縁材１１１に覆われており、残りの半分程度の部分が、受電器１の外部に露出している。また、絶縁材１１１、一方側受電電極１１２ａ、他方側受電電極１１２ｂは、第２磁石１２１ｂの送電電極３３ａ、３３ｂ側の端部である前側底面よりも、送電電極３３ａ、３３ｂ側に突出している。また、図１２に示すように、第１磁石１２１ａと第２磁石１２１ｂは、全体として、主構造部材１３の中心軸１０を基準として２回対称（すなわち１８０°対称）に配置されている。

第２樹脂カバー１２２ｂは、非導電性かつ非磁性体の樹脂から成り、前側に開いた有底円筒形状の部材である。この第２樹脂カバー１２２ｂは、主構造部材１３の外側において、第２窪部１３２ｂに収容され、後側底面が第２窪部１３２ｂの底面に対向している。また、第２樹脂カバー１２２ｂは、第２磁石１２１ｂを内部に収容する。また、第１樹脂カバー１２２ａの側面全体および後側底面全体が、第２磁性体カバー１２３ｂに接触して接着され、第２磁性体カバー１２３ｂに覆われている。また、絶縁材１１１、一方側受電電極１１２ａ、他方側受電電極１１２ｂは、第２樹脂カバー１２２ｂの送電電極３３ａ、３３ｂ側の端部である前端よりも、送電電極３３ａ、３３ｂ側に突出している。図１２に示すように、第１樹脂カバー１２２ａと第２樹脂カバー１２２ｂは、全体として、主構造部材１３の中心軸１０を基準として２回対称（すなわち１８０°対称）に配置されている。この第２樹脂カバー１２２ｂは、第２磁石１２１ｂと第２磁性体カバー１２３ｂの間に介在し、第２磁石１２１ｂと第２磁性体カバー１２３ｂの接触を防止する。

第２磁性体カバー１２３ｂは、磁性体（具体的には鉄）であり、その形状は、前側に開いた有底円筒形状である。ただし、第２磁性体カバー１２３ｂの後側底面の中央には、ねじ孔が形成されている。そして、このねじ孔にネジ１８ｂが螺合することで、第２磁性体カバー１２３ｂが第２窪部１３２ｂに固定される。

図１２に示すように、第１磁性体カバー１２３ａと第２磁性体カバー１２３ｂは、全体として、主構造部材１３の中心軸１０を基準として２回対称（すなわち１８０°対称）に配置されている。

また、第２磁性体カバー１２３ｂは、主構造部材１３の外側において、第２窪部１３２ｂに接触して収容され、後側底面が第２窪部１３２ｂの底面に対向して接触している。また、第２磁性体カバー１２３ｂは、第２磁石１２１ｂおよび第２樹脂カバー１２２ｂを内部に収容する。また、絶縁材１１１、一方側受電電極１１２ａ、他方側受電電極１１２ｂは、第２磁性体カバー１２３ｂの送電電極３３ａ、３３ｂ側の端部である前端よりも、送電電極３３ａ、３３ｂ側に突出している。

この第２磁性体カバー１２３ｂは、第２磁石１２１ｂの側面および底面を覆うことで、第２磁石１２１ｂの磁界が主構造部材１３内の供給回路１４、１９ｂ、１９ｃおよび機能部２１に影響する程度を低減る磁気シールドとして機能する。

主構造部材１３は、樹脂製の部材であり、その形状は、図７等に示すように、後側に開いた有底円筒形状である。主構造部材１３の中心軸１０は、主構造部材１３の重心を含み、かつ、前後方向に平行な方向である。主構造部材１３の前側の底部には、主構造部材１３の前端面１３１から後側（すなわち、送電シート３とは反対側）に円筒形に窪んだ第１窪部１３２ａ、第２窪部１３２ｂが形成されている。上述した通り、この第１窪部１３２ａ、第２窪部１３２ｂに、第１磁界発生部１２ａ、第２磁界発生部１２ｂがそれぞれ収容される。また、図７、図８、図９に示すように、前側の底部には、主構造部材１３の中心軸１０を含む孔が形成されている。また、第１窪部１３２ａ、第２窪部１３２ｂは、図１２に示すように、全体として、主構造部材１３の中心軸１０を基準として２回対称の形状になっている。送電シート３から受電器１への給電時、前端面１３１が送電シート３に平行に対向する。

また、図８に示すように、主構造部材１３の内部に、受電側同調整合部１４、内部プレート１５、ネジ１６ａ、ネジ１６ｂ、基板支柱１７ａ、基板支柱１７ｂ、ネジ１８ａ、ネジ１８ｂ、実装部１９、ネジ２０ａ、ネジ２０ｂ、給電線４１、給電線４２が固定的に取り付けられて収容されている。

受電器１が一方側送電電極３３ａ、他方側送電電極３３ｂに対向して位置決めされ、その結果、主構造部材１３が送電シート３に取り付けられた際、主構造部材１３は、受電シート１１、受電側同調整合部１４、内部プレート１５、ネジ１６ａ、ネジ１６ｂ、基板支柱１７ａ、基板支柱１７ｂ、ネジ１８ａ、ネジ１８ｂ、実装部１９、ネジ２０ａ、ネジ２０ｂ、機能部２１、給電線４１、および給電線４２を支持する。

受電側同調整合部１４は、一方側受電電極１１２ａおよび他方側受電電極１１２ｂから成る電極対と整流部１９ｂ、ＤＣＤＣ変換器１９ｃ、機能部２１との同調および整合を実現する回路である。この受電側同調整合部１４は、図２、図８に示す通り、コイル１４ａ、トランス１４ｂ、コンデンサ１４ｃを有している。

コイル１４ａは、円筒形状の鉄芯の廻りに１本の銅線が多数回巻回された、略円筒形状の部材である。このコイル１４ａは、主構造部材１３の内部の前端付近に配置され、かつ、図７に示すように、主構造部材１３の中心軸１０を中心とする周方向において、第１窪部１３２ａと第２窪部１３２ｂの２つの間隙のうち、一方の間隙に配置されている。コイル１４ａの軸方向は、主構造部材１３の中心軸１０の方向と平行になっている。また、コイル１４ａの側面が内部プレート１５の２つの切り欠き部のうちコイル１４ａ用の切り欠き部に当接することで、内部プレート１５および主構造部材１３によって支持される。また、コイル１４ａの上記１本の導線の一端が給電線４１の他端に電気的に接続し、他端がトランス１４ｂに電気的に接続する。

トランス１４ｂは、円筒形状の鉄芯の廻りに２本の銅線が多数回巻回された、略円筒形状の部材である。このトランス１４ｂは、図８に示すように、主構造部材１３の内部の前端付近に配置され、かつ、図７に示すように、主構造部材１３の中心軸１０を基準とする周方向において、第１窪部１３２ａと第２窪部１３２ｂの間隙のうち、コイル１４ａが無い他方の間隙に配置されている。トランス１４ｂの軸方向は、主構造部材１３の中心軸１０方向と平行である。また、トランス１４ｂの側面が内部プレート１５の２つの切り欠き部のうちトランス１４ｂ用の切り欠き部に当接することで、内部プレート１５および主構造部材１３によって支持される。図１２に示すように、コイル１４ａとトランス１４ｂは、全体として、主構造部材１３の中心軸１０を基準として２回対称に配置されている。また、トランス１４ｂの上記２本の導線のうち入力側導線の一端がコイル１４ａの上記他端に電気的に接続し、他端が給電線４２の他端に電気的に接続する。上記２本の導線のうち出力側導線の一端がコンデンサ１４ｃに電気的に接続し、他端が整流部１９ｂに電気的に接続する。

コンデンサ１４ｃは、図７、図８に示すように、後述する基板１９ａに実装され、一端がトランス１４ｂの出力側導線の上記一端に接続し、他端が整流部１９ｂに接続する。

給電線４１は、図２、図７、図９、図１１、図１２に示すように、一端が一方側受電電極１１２ａの後側面に電気的に接続され、他端が、コイル１４ａに電気的に接続される。

より具体的には、給電線４１は、図９に示すように、一方側受電電極１１２ａの後側面のうち主構造部材１３側に露出する面と接続し、そこから、シールド１１３の中央の孔および主構造部材１３の中央の孔を通って、コイル１４ａの上記１本の導線の上記一端に電気的に接続される。なお、図８では、給電線４１の図示は省略している。

給電線４２は、図２、図７、図９、図１１、図１２に示すように、一端が他方側受電電極１１２ｂの後側面に電気的に接続され、他端が、トランス１４ｂに電気的に接続される。

より具体的には、給電線４２は、図９に示すように、他方側受電電極１１２ｂの後側面のうち主構造部材１３側に露出する面と接続し、そこから、シールド１１３の中央の孔および主構造部材１３の中央の孔を通って、トランス１４ｂの上記入力側導線の上記他端に電気的に接続される。なお、図８では、給電線４２の図示は省略している。

内部プレート１５は、樹脂製または金属製の部材であり、図７に示すように、コイル１４ａの切り欠き部およびトランス１４ｂ用の切り欠き部が形成された板形状を有している。この内部プレート１５は、ネジ１８ａ、１８ｂによって主構造部材１３内に固定されることで、コイル１４ａおよびトランス１４ｂを支持する。

基板支柱１７ａ、１７ｂは、それぞれ、樹脂製または金属製の棒形状の部材であり、図７に示すように、内部プレート１５と基板１９ａの間に配置される。基板支柱１７ａの一端がネジ１６ａによって内部プレート１５に固定され、他端がネジ２０ａによって基板１９ａに固定される。また、基板支柱１７ｂの一端がネジ１６ｂによって内部プレート１５に固定され、他端がネジ２０ｂによって基板１９ａに固定される。基板支柱１７ａ、１７ｂがこのように固定されることで、内部プレート１５と基板１９ａの間隔が保持される。

実装部１９は、主構造部材１３の内部およびコイル１４ａ、トランス１４ｂの後側かつ機能部２１の前方に配置され、基板１９ａ、整流部１９ｂ、ＤＣＤＣ変換器１９ｃ等を有している。基板１９ａには、コンデンサ１４ｃ、整流部１９ｂ、ＤＣＤＣ変換器１９ｃ等が実装されている。

整流部１９ｂは、基板１９ａ上に実装された回路である。整流部１９ｂに２つある入力端の一方がコンデンサ１４ｃの上記他端に電気的に接続し、２つある入力端の他方がトランス１４ｂの出力側導線の他端に電気的に接続する。また、整流部１９ｂに２つある出力端がＤＣＤＣ変換器１９ｃに接続する。この整流部１９ｂは、受電側同調整合部１４から受けた電流を全波整流してＤＣＤＣ変換器１９ｃに出力する。

ＤＣＤＣ変換器１９ｃは、基板１９ａ上に実装された回路であり、整流部１９ｂから印加された電圧を降圧して機能部２１に出力する。

機能部２１は、半球形状の部材であり、主構造部材１３の後端にネジ２２ａ、２２ｂで固定される。この機能部２１は、給電時に、ＤＣＤＣ変換器１９ｃから電力が供給されると、その供給された電力を利用して作動する。機能部２１は、例えば、カメラであってもよいし、無線通信機であってもよい。

非接触給電システムの構成は以上の通りである。次に、このような非接触給電システムにおける給電時の作動について説明する。なお、送電シート３は、給電を行う前に、既に壁２に固定されている。また、受電器１は、給電が行われる前は、壁２、送電シート３から離れた場所に置かれている。また、送電シート３は、給電が行われる前から、一方側送電電極３３ａ、他方側送電電極３３ｂは、それぞれ、給電線３１ａ、給電線３１ｂを介して、給電アダプタ５から高電圧かつ高周波の交流が供給され、その交流により、電界を発生している。

給電時には、作業者が、受電器１を持って、受電器１の受電シート１１が取り付けられている側を送電シート３に向ける。このとき、作業者は、一方側受電電極１１２ａと一方側送電電極３３ａが対向し、他方側受電電極１１２ｂと他方側送電電極３３ｂが平行に対向するよう、受電器１の位置および姿勢を調整する。この時点では、受電器１と送電シート３は接触していない。

次に、作業者は、現在の姿勢のまま受電器１を送電シート３に近づけ、受電シート１１の絶縁材１１１を送電シート３の絶縁部材３０に接触させる。この結果、一方側受電電極１１２ａと一方側送電電極３３ａが、主構造部材１３を挟まず、絶縁材１１１と絶縁部材３０のみを挟んで近接した状態で平行に対向する。また、一方側受電電極１１２ａの前側端面と壁２とが、主構造部材１３を挟まず、送電シート３と空気のみを挟んだ状態で、壁２と対向する。また、他方側受電電極１１２ｂと他方側送電電極３３ｂが、絶縁材１１１と絶縁部材３０のみを挟んで近接した状態で平行に対向する。

このように近接した状態では、磁力により、第１磁石１２１ａと第２磁石１２１ｂが壁２に吸引される。その結果、受電器１全体が送電シート３に対して位置決めされ、作業者が受電シート１１から手を離しても、送電シート３に対する受電器１の位置は変化しなくなる。

受電器１が送電シート３に対して位置決めされた状態においては、主構造部材１３は、第１磁界発生部１２ａ、第２磁界発生部１２ｂに支持された状態になる。またこのとき、受電シート１１、受電側同調整合部１４、内部プレート１５、ネジ１６ａ、ネジ１６ｂ、基板支柱１７ａ、基板支柱１７ｂ、ネジ１８ａ、ネジ１８ｂ、実装部１９、ネジ２０ａ、ネジ２０ｂ、機能部２１、ネジ２２ａ、ネジ２２ｂは、主構造部材１３に支持された状態になる。

このように、主構造部材１３は内部に収容する部材を支持するため、および、第１磁界発生部１２ａ、第２磁界発生部１２ｂに支持されるために、高い強度が要求される。その結果、主構造部材１３の厚みは、受電シート１１に比べて大きくなりがちである。

受電器１が送電シート３に対して位置決めされると、一方側送電電極３３ａと一方側受電電極１１２ａが容量結合し、他方側送電電極３３ｂと他方側受電電極１１２ｂが容量結合する。これにより、一方側受電電極１１２ａおよび他方側受電電極１１２ｂが、それぞれ、一方側送電電極３３ａの電界および他方側送電電極３３ｂの電界を捕捉する。

そして、捕捉された電界に基づく交流が、受電側同調整合部１４を介して一方側受電電極１１２ａ、他方側受電電極１１２ｂから整流部１９ｂに供給され、整流部１９ｂがこの交流を直流に整流してＤＣＤＣ変換器１９ｃに供給する。そしてＤＣＤＣ変換器１９ｃが、整流部１９ｂから供給された直流を降圧して機能部２１に供給する。そして機能部２１は、整流部１９ｂから供給された直流を利用して作動する。

以上説明した通り、第１磁石１２１ａ、第２磁石１２１ｂは、主構造部材１３の外側に配置されている。それにより、第１磁石１２１ａ、第２磁石１２１ｂは、一方側受電電極１１２ａ、他方側受電電極１１２ｂと一方側送電電極３３ａ、他方側送電電極３３ｂとがそれぞれ結合する際、壁２との間に主構造部材１３を挟まずに、壁２と対向可能となっている。

このようになっていることで、受電側同調整合部１４等を支持するために比較的分厚い部材となっている主構造部材の分だけ、第１磁石１２１ａ、第２磁石１２１ｂと壁２の間隔を短縮し、第１磁石１２１ａ、第２磁石１２１ｂと壁２の吸引力をより強くすることができる。第１磁石１２１ａ、第２磁石１２１ｂと壁２の吸引力を強くすることができれば、受電器１の送電シート３からの脱落、位置ずれの可能性が低減される。

また、一方側受電電極１１２ａ、他方側受電電極１１２ｂは、主構造部材１３の外側に配置されている。それにより、一方側受電電極１１２ａ、１１２ｂは、一方側送電電極３３ａ、他方側送電電極３３ｂとそれぞれ容量結合する際、一方側送電電極３３ａ、他方側送電電極３３ｂとの間に主構造部材１３を挟まずに一方側送電電極３３ａ、他方側送電電極３３ｂと対向可能となっている。

このように、一方側受電電極１１２ａ、他方側受電電極１１２ｂが主構造部材１３の外側に配置されており、それにより、一方側受電電極１１２ａ、他方側受電電極１１２ｂは、一方側送電電極３３ａ、他方側送電電極３３ｂと容量結合する際、送電素子との間に主構造部材を挟まずに送電素子と対向可能となっている。このようになっていることで、供給回路、１個以上の磁石等を支持するために比較的分厚い部材である主構造部材の分だけ、送電素子と受電素子の間隔を短縮し、容量結合を強くすることができる。

また、一方側送電電極３３ａ、他方側送電電極３３ｂと一方側受電電極１１２ａ、他方側受電電極１１２ｂの結合は容量結合である。容量結合に用いられる電極は、電磁誘導に用いられるコイルに比べて薄く形成できるので、送電素子と受電素子の距離を縮めることによる効果がより顕著に表れる。

また、主構造部材１３は、一方側送電電極３３ａ、他方側送電電極３３ｂと対向する側において、一方側送電電極３３ａ、他方側送電電極３３ｂとは反対の側に窪む第１窪部１３２ａ、第２窪部１３２ｂを有している。また、第１磁石１２１ａ、第２磁石１２１ｂは、一方側受電電極１１２ａ、他方側受電電極１１２ｂは、それぞれ、第１窪部１３２ａ、第２窪部１３２ｂに収容される。また、一方側受電電極１１２ａ、他方側受電電極１１２ｂは、第１磁石１２１ａ、第２磁石１２１ｂの一方側送電電極３３ａ、他方側送電電極３３ｂ側の端部よりも、一方側送電電極３３ａ、他方側送電電極３３ｂ側に突出している。

仮に第１磁石１２１ａ、第２磁石１２１ｂの一方側送電電極３３ａ、他方側送電電極３３ｂ側の端部が一方側受電電極１１２ａ、他方側受電電極１１２ｂよりも突出していれば、その突出分だけ、一方側送電電極３３ａ、他方側送電電極３３ｂと一方側受電電極１１２ａ、他方側受電電極１１２ｂの間の距離が長くなってしまう可能性がある。したがって、上記のように、一方側受電電極１１２ａ、他方側受電電極１１２ｂは、第１磁石１２１ａ、第２磁石１２１ｂの一方側送電電極３３ａ、他方側送電電極３３ｂ側の端部よりも、一方側送電電極３３ａ、他方側送電電極３３ｂ側に突出しているようにすれば、一方側送電電極３３ａ、他方側送電電極３３ｂと一方側受電電極１１２ａ、他方側受電電極１１２ｂの間に無駄な空間ができることを防ぐことができ、送電距離を短くすることができる。

また、第１磁石１２１ａ、第２磁石１２１ｂの各々を覆う樹脂部材である第１樹脂カバー１２２ａ、第２樹脂カバー１２２ｂが設けられている。また、これら第１樹脂カバー１２２ａ、第２樹脂カバー１２２ｂの各々を覆う磁性体である第１磁性体カバー１２３ａ、第２磁性体カバー１２３ｂが設けられている。

そして、これら第１樹脂カバー１２２ａおよび第１磁性体カバー１２３ａは、第１磁石１２１ａと主構造部材１３の間に介在する。また、第２樹脂カバー１２２ｂおよび第２磁性体カバー１２３ｂは、第２磁石１２１ｂと主構造部材１３の間に介在する。

このようになっていることで、第１磁石１２１ａ、第２磁石１２１ｂから主構造部材１３の内部への磁界の漏洩を抑えることができる。ひいては、第１磁石１２１ａ、第２磁石１２１ｂとコイル１４ａ、トランス１４ｂを含む他の部品との電磁的干渉を防ぐことができる。

また、第１磁石１２１ａ、第２磁石１２１ｂ磁石は、所定の中心軸１０を基準として２回対称になっているこのようになっていることで、送電シート３に位置決めされた受電器１にかかる重力のバランスが良好になり易く、安定した位置決め、ひいては安定した受電が可能になる。

また、受電側同調整合部１４と一方側受電電極１１２ａ、他方側受電電極１１２ｂを繋ぐ給電線４１、４２は、主構造部材１３の内部において、受電側同調整合部１４から伸び、主構造部材１３に形成された孔を通って主構造部材１３の外部に出て、一方側受電電極１１２ａ、他方側受電電極１１２ｂに接続される。

このようになっていることで、基板や給電線４１の曲げが不要なので、給電線４１が長寿命化する。また、供給回路１４、１９ｂ、１９ｃから一方側受電電極１１２ａ、他方側受電電極１１２ｂまでの線路長さが短くなるので、給電線４１、４２に加わる外乱によって一方側受電電極１１２ａ、他方側受電電極１１２ｂの電気的特性が劣化する可能性が低減される。

（第２実施形態）
次に第２実施形態について説明する。本実施形態の非接触給電システムは、第１実施形態の非接触給電システムに対して、壁２を壁４および磁石シート６ａ、６ｂ、６ｃに置き換えたものである。

壁４は、第１実施形態の壁２に対して、その材質を変更したものである。壁４は、鉄でも他の磁性体でもなく、例えば木製であってもよいし、モルタル製であってもよいし、樹脂製であってもよい。

この場合、受電器１の第１磁石１２１ａ、第１樹脂カバー１２２ａは、磁力によって壁２に吸引されることはない。そこで、本実施形態は、送電シート３の壁４側の面に、磁石シート６ａ、６ｂ、６ｃを貼り付け、更に、送電シート３と磁石シート６ａ、６ｂ、６ｃを壁４に貼り付ける。

磁石シート６ａ、６ｂ、６ｃの各々は、シート形状の永久磁石であり、一方側の面が送電シート３に貼り付けられ、他方側の面が壁４に貼り付けられる。送電シート３に近づけられた第１磁石１２１ａ、第２磁石１２１ｂと互いに吸引し合うような配置で、送電シート３、壁４に取り付けられる。

このようにすることで、壁４が磁性体でなくても、第１磁石１２１ａ、第２樹脂カバー１２２ｂが磁石シート６ａ、６ｂ、６ｃのいずれかに吸引されることで、受電器１の位置決めが可能になる。なお、磁石シート６ａ、６ｂ、６ｃは、磁石シートは給電シートと一体化していてもよい。

（他の実施形態）
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。また、上記各実施形態は、互いに無関係なものではなく、組み合わせが明らかに不可な場合を除き、適宜組み合わせが可能である。また、上記各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではない。また、上記各実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではない。特に、ある量について複数個の値が例示されている場合、特に別記した場合および原理的に明らかに不可能な場合を除き、それら複数個の値の間の値を採用することも可能である。また、上記各実施形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その形状、位置関係等に限定されるものではない。また、本発明は、上記各実施形態に対する以下のような変形例も許容される。なお、以下の変形例は、それぞれ独立に、上記実施形態に適用および不適用を選択できる。すなわち、以下の変形例のうち任意の組み合わせを、上記実施形態に適用することができる。

（変形例１）
上記実施形態では、給電アダプタ５は交流の商用電源から電力の供給を受けている。しかし、非接触給電システムが車両に配置される場合、すなわち、壁２が車体である場合は、給電アダプタ５は、交流の商用電源ではなく直流の車載バッテリから電力の供給を受けてもよい。その場合、給電アダプタ５のＡＣＤＣ変換器５１は、省略するか昇降圧用のＤＣＤＣ変換器に置き換える。

（変形例２）
上記実施形態においては、受電器１は、第１磁石１２１ａ、第２磁石１２１ｂという２個の永久磁石を有している。しかし、受電器１の送電シート３への位置決めのために壁２または磁石シート６ａ、６ｂ、６ｃに吸引される磁石の数は、１個でもよいし、３個以上でもよい。

もし、受電器１が有する磁石の数がＮ個（ただしＮは２以上）である場合、それらＮ個の磁石は、全体として、中心軸１０を基準としてＮ回対称に配置されていれば、受電器１を送電シート３に取り付けるときの重みバランスが良好になる。ひいては、安定した受電が可能になる。

また、受電器１が有する磁石の数がＭ個（ただしＮは１以上）である場合、それらＭ個の磁石のうち、１個以上（例えば、１個、２個、Ｍ個全部）の磁石が、第１磁石１２１ａと同様に、第１樹脂カバー１２２ａと樹脂カバーおよび第１磁性体カバー１２３ａと同じ第１磁性体カバーに覆われていてもよい。

また、受電器１が有するすべての磁石のうち、全部が主構造部材１３の外側にあってもよいし、一部のみが主構造部材１３の外側にあってもよい。その場合は、主構造部材１３の外側にある磁石のみが、特許請求の範囲の磁石に相当する。

（変形例３）
上記実施形態において、受電器１は機能部２１の一部に含まれているが、機能部２１は受電器１の外部にあって、受電器１から離れていてもよい。

（変形例４）
上記実施形態では、送電シート３は壁２、４に接着剤で固定されているが、接着剤ではなく磁石、ピンなどで壁２、４に取り付けられてもよい。

（変形例５）
上記第２実施形態の磁石シート６ａ、６ｂ、６ｃと送電シート３は、一体に形成されていてもよい。

（変形例６）
上記実施形態の一方側送電電極３２ａ、３３ａ、３４ａ、他方側送電電極３２ｂ、３３ｂ、３４ｂ、一方側受電電極１１２ａ、他方側受電電極１１２ｂは、電界結合方式の非接触給電を行うための送電素子および受電素子として機能している。しかし、送電素子および受電素子は、電界結合方式の非接触給電を行うための素子に限らず、例えば、電磁誘導方式の非接触給電を行うための素子であってもよい。その場合、非接触給電システムにおいては、電磁誘導方式の非接触給電で受電器１に給電される。

１ 受電器
２、４ 壁
３２ａ、３３ａ、３４ａ 一方側送電電極
３２ｂ、３３ｂ、３４ｂ 他方側送電電極
１１２ａ 一方側受電電極
１１２ｂ 他方側受電電極
１３２ａ 第１窪部
１３２ｂ 第２窪部

Claims (6)

1. 磁性体（２、６ａ、６ｂ、６ｃ）に吸引されることで送電素子（３３ａ、３３ｂ）に対向して位置決めされ、前記送電素子から得た電力を機能部（２１）に供給する受電器であって、
   主構造部材（１３）と、
   前記主構造部材に取り付けられ、前記送電素子（３３ａ、３３ｂ）と非接触で結合するための受電素子（１１２ａ、１１２ｂ）と、
   前記主構造部材の内部に収容されると共に前記主構造部材に支持され、前記送電素子と前記受電素子の結合を介して前記送電素子から電力を得て前記機能部に供給する供給回路（１４、１９ｂ、１９ｃ）と、
   前記主構造部材に取り付けられると共に前記主構造部材に支持され、当該受電器が前記送電素子に対向して位置決めされる際に前記磁性体に吸引されるための１個以上の磁石（１２１ａ、１２１ｂ）と、
   前記１個以上の磁石のうち少なくとも１個を覆うと共に樹脂部材である少なくとも１個の樹脂カバー（１２２ａ、１２２ｂ）と、
   前記少なくとも１個の樹脂カバーの各々を覆うと共に磁性体である少なくとも１個の磁性体カバー（１２３ａ、１２３ｂ）と、を備え、
   前記１個以上の磁石は、前記主構造部材の外側に配置されており、それにより、前記１個以上の磁石は、前記受電素子と前記送電素子とが結合する際、前記磁性体との間に前記主構造部材を挟まずに前記磁性体と対向可能となっている受電器。
2. 前記受電素子は、前記主構造部材の外側に配置されており、それにより、前記受電素子は、前記送電素子と結合する際、前記送電素子との間に前記主構造部材を挟まずに前記送電素子と対向可能となっている請求項１に記載の受電器。
3. 前記送電素子は電極であり、
   前記受電素子は電極であり、
   前記送電素子と前記受電素子の結合は容量結合である請求項２に記載の受電器。
4. 前記主構造部材は、前記送電素子と対向する側において、前記送電素子とは反対の側に窪む窪部（１３２ａ、１３２ｂ）を有し、
   前記１個以上の磁石は、前記窪部に収容され、
   前記受電素子は、前記１個以上の磁石の前記送電素子側の端部よりも、前記送電素子側に突出している請求項１ないし３のいずれか１つに記載の受電器。
5. 前記１個以上の磁石は、Ｎ個の磁石であり、Ｎは２以上であり、
   前記Ｎ個の磁石は、全体として、所定の軸（１０）を基準としてＮ回対称に配置されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の受電器。
6. 前記供給回路と前記受電素子とを繋ぐ給電線（４１、４２）を備え、
   前記給電線は、前記主構造部材の内部において、前記供給回路から伸び、前記主構造部材に形成された孔を通って前記主構造部材の外部に出て、前記受電素子に接続される請求項１ないし５のいずれか１つに記載の受電器。

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