JP7203332B2 - 送電装置、受電装置、および無線電力伝送システム - Google Patents

Description

本開示は、送電装置、受電装置、および無線電力伝送システムに関する。

近年、携帯電話機および電気自動車などの移動性を伴う機器に、無線すなわち非接触で電力を伝送する無線電力伝送技術の開発が進められている。無線電力伝送技術には、電磁誘導方式および電界結合方式などの方式がある。このうち、電界結合方式による無線電力伝送システムは、一対の送電電極と一対の受電電極とが対向した状態で、一対の送電電極から一対の受電電極に無線で交流電力が伝送される。このような電界結合方式による無線電力伝送システムは、例えば路面または床面に設けられた一対の送電電極から負荷に電力を伝送する用途で用いられる。特許文献１は、そのような電界結合方式による無線電力伝送システムの一例を開示している。

国際公開第２０１３／１８７１０２号明細書

従来の電界結合方式による無線電力伝送では、送電電極または受電電極の周囲で電界の漏洩が生じ、周辺の電子機器の誤動作などを引き起こす可能性がある。本開示は、送電電極または受電電極の周囲の電界の漏洩を抑制できる技術を提供する。

本開示の一態様による送電装置は、電界結合方式の無線電力伝送システムにおいて用いられる送電装置であって、電極配置面に沿った第１の方向に交互に並ぶ複数の第１送電電極および複数の第２送電電極と、前記複数の第１送電電極に接続される第１端子、および前記複数の第２送電電極に接続される第２端子を備え、前記第１端子および前記第２端子から交流電力を出力する送電回路と、前記複数の第１送電電極および前記複数の第２送電電極の背面側に間隙を空けて配置され、前記送電回路における前記第１端子の電位と前記第２端子の電位との間の電位を帯びる箇所に接続される背面電極と、を備える。

本開示の他の態様による送電装置は、電界結合方式の無線電力伝送システムにおいて用いられる送電装置であって、電極配置面に沿った第１の方向に交互に並ぶ複数の第１送電電極および複数の第２送電電極と、前記複数の第１送電電極および前記複数の第２送電電極の背面側に間隙を空けて配置された背面電極と、前記複数の第１送電電極、前記複数の第２送電電極、および前記背面電極を収容する導電性の筐体であって、前記背面電極に接続された筐体と、を備える。

本開示のさらに他の態様による受電装置は、電界結合方式の無線電力伝送システムにおいて用いられる受電装置であって、電極配置面に沿った第１の方向に交互に並ぶ複数の第１受電電極および複数の第２受電電極と、前記複数の第１受電電極に接続される第１端子、および前記複数の第２受電電極に接続される第２端子を備え、前記第１端子および前記第２端子から入力された交流電力を他の電力に変換して出力する受電回路と、前記複数の第１受電電極および前記複数の第２受電電極の背面側に間隙を空けて配置され、前記受電回路における前記第１端子の電位と前記第２端子の電位との間の電位を帯びる箇所に接続される背面電極と、を備える。

本開示のさらに他の態様による受電装置は、電界結合方式の無線電力伝送システムにおいて用いられる受電装置であって、電極配置面に沿った第１の方向に交互に並ぶ複数の第１受電電極および複数の第２受電電極と、前記複数の第１受電電極および前記複数の第２受電電極の背面側に間隙を空けて配置された背面電極と、前記複数の第１受電電極、前記複数の第２受電電極、および前記背面電極を収容する導電性の筐体であって、前記背面電極に接続された筐体と、を備える。

上記の包括的または具体的な態様は、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラム、または記録媒体で実現されてもよい。あるいは、システム、装置、方法、集積回路、コンピュータプログラムおよび記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。

本開示の技術によれば、送電電極または受電電極の周囲の電界の漏洩を抑制し、周辺の電子機器の誤動作などのリスクを低減することができる。

電界結合方式による無線電力伝送システムの一例を模式的に示す図である。 電界結合方式による無線電力伝送システムの他の例を模式的に示す図である。 電界結合方式による無線電力伝送システムの他の例を模式的に示す図である。 無線電力伝送システムの概略的な構成を示す図である。 電力伝送時に送電電極の周囲に形成される電界の分布の一例を示す図である。 漏洩電界強度を低減することが可能な無線電力伝送システムの一例を模式的に示す斜視図である。 図４に示す無線電力伝送システムの概略的な構成を示す図である。 図４に示すシステムにおける漏洩電界の抑制効果を説明するための模式断面図である。 本開示の実施形態による無線電力伝送システムの構成を模式的に示すブロック図である。 送電側の電力変換回路の構成例を模式的に示す図である。 受電側の電力変換回路の構成例を模式的に示す図である。 背面電極および各側面電極と、送電回路との接続の例を示す図である。 本実施形態の効果を検証するための実験の構成を示す図である。 本実施形態の効果を検証するための実験の構成を示す図である。 実験結果を示す図である。 各電極が分割されていない構成において送電電極の周囲に形成される電界の強度分布の例を示す図である。 図１１Ａに示す構成における送電電極の背面側に、背面電極を配置した構成の例と、その場合の電界強度分布の例を示す図である。 送電電極が複数の部分電極に分割されていない構成の例を示す図である。 電界強度分布の例を示す図である。 解析結果を示すグラフである。 背面電極がない場合の構成例と、電界強度分布の例とを示す図である。 図１３Ａに示す構成に、送電電極群の背面側に背面電極を追加した構成例と、その場合の電界強度分布の例とを示す図である。 背面電極がある場合の構成例と、電界強度分布の例とを示す図である。 図１４Ａに示す構成における電界強度分布の例を示す図である。 解析結果を示すグラフである。 背面電極が複数の部分に分割された構成の例を示す図である。 単一の背面電極が設けられた構成の例を示す図である。 解析結果を示す図である。 背面電極が複数の部分に分割された構成の例を示す図である。 解析結果を示す図である。 送電装置の構成の第１の例を示す図である。 送電装置の構成の第２の例を示す図である。 送電装置の構成の第３の例を示す図である。 送電装置の構成の第４の例を示す図である。 送電装置の構成の第５の例を示す図である。 送電装置の構成の第６の例を示す図である。 送電装置の構成の第７の例を示す図である。 送電装置の構成の第８の例を示す図である。 背面電極および各側面電極と、送電回路との接続の変形例を示す図である。 送電装置における整合回路の他の例を示す図である。 受電装置における整合回路の他の例を示す図である。 送電電極群および背面電極の配置例を示す図である。 送電電極群および背面電極の他の配置例を示す図である。

（本開示の基礎となった知見）
本開示の実施形態を説明する前に、本開示の基礎となった知見を説明する。

図１Ａは、電界結合方式による無線電力伝送システムの一例を模式的に示す図である。「電界結合方式」とは、複数の送電電極を含む送電電極群と複数の受電電極を含む受電電極群との間の電界結合（以下、「容量結合」とも称する）により、送電電極群から受電電極群に無線で電力が伝送される伝送方式をいう。図示されている無線電力伝送システムは、例えば工場内で物品の搬送に用いられる無人搬送車（Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｇｕｉｄｅｄ Ｖｅｈｉｃｌｅ：ＡＧＶ）などの移動体１０に無線で電力を伝送するシステムである。このシステムでは、床面３０に平板状の一対の送電電極１２０ａ、１２０ｂが配置されている。移動体１０は、一対の送電電極１２０ａ、１２０ｂに対向する一対の受電電極を備えている。移動体１０は、送電電極１２０ａ、１２０ｂから伝送された交流電力を、一対の受電電極によって受け取る。受け取った電力は、移動体１０が有するモータ、二次電池、または蓄電用のキャパシタなどの負荷に供給される。これにより、移動体１０の駆動または充電が行われる。

図１Ａには、互いに直交するＸ、Ｙ、Ｚ方向を示すＸＹＺ座標が示されている。以下の説明では、図示されているＸＹＺ座標を用いる。送電電極１２０ａ、１２０ｂが延びる方向をＹ方向、送電電極１２０ａ、１２０ｂの表面に垂直な方向をＺ方向、Ｙ方向およびＺ方向に垂直な方向をＸ方向とする。Ｘ方向は、送電電極１２０ａ、１２０ｂが並ぶ方向である。なお、本願の図面に示される構造物の向きは、説明のわかりやすさを考慮して設定されており、本開示の実施形態が現実に実施されるときの向きをなんら制限するものではない。また、図面に示されている構造物の全体または一部分の形状および大きさも、現実の形状および大きさを制限するものではない。

図１Ａの例では、一対の送電電極１２０が地面に敷設されているが、一対の送電電極１２０は、壁などの側面、または天井などの上面に敷設されていてもよい。送電電極１２０が敷設される場所および向きに応じて、移動体１０における受電電極２２０の配置および向きが決定される。

図１Ｂは、送電電極１２０が壁などの側面に敷設された例を示している。この例では、受電電極２２０は、移動体１０の側方に配置されている。図１Ｃは、送電電極１２０が天井に敷設された例を示している。この例では、受電電極２２０は、移動体１０の天板に配置される。これらの例のように、送電電極１２０および受電電極２２０の配置には様々なバリエーションがある。

図２は、図１Ａから図１Ｃに示す無線電力伝送システムの概略的な構成を示す図である。この無線電力伝送システムは、送電装置１００と、移動体１０とを備える。送電装置１００は、一対の送電電極１２０ａ、１２０ｂと、送電電極１２０ａ、１２０ｂに交流電力を供給する送電回路１１０とを備えている。送電回路１１０は、例えば、インバータ回路を含む交流出力回路である。送電回路１１０は、不図示の直流電源から供給された直流電力を、交流電力に変換して一対の送電電極１２０ａ、１２０ｂに出力する。交流出力回路と送電電極１２０ａ、１２０ｂとの間に、インピーダンスの不整合を低減する整合回路が挿入されていてもよい。

移動体１０は、受電装置２００と、負荷３２０とを備えている。受電装置２００は、一対の受電電極２２０ａ、２２０ｂと、受電電極２２０ａ、２２０ｂが受け取った交流電力を負荷３２０が要求する直流電力に変換して負荷３２０に供給する受電回路２１０とを備えている。受電回路２１０は、例えば整流回路または周波数変換回路等の各種の回路を含み得る。受電電極２２０ａ、２２０ｂと整流回路との間に、インピーダンスの不整合を低減する整合回路が挿入されていてもよい。

負荷３２０は、例えばモータ、蓄電用のキャパシタ、または二次電池などの、電力を消費または蓄積する機器である。一対の送電電極１２０ａ、１２０ｂと、一対の受電電極２２０ａ、２２０ｂとの間の電界結合により、両者が対向した状態で電力が無線で伝送される。伝送された電力は、負荷３２０に供給される。

各送電電極は、床面に平行ではなく床面に交差して配置されることもある。例えば、壁などに配置される場合には、各送電電極は、床面にほぼ垂直に配置され得る。移動体における各受電電極も、送電電極に対向するように、床面に交差して配置され得る。このように、受電電極の配置は、送電電極の配置に応じて決定される。

このような電界結合方式の無線電力伝送システムにおいては、一般に、対向する送電電極と受電電極との間の容量が小さい。このため、大きい電力を伝送する場合には、送電電極１２０ａ、１２０ｂに高い電圧が印加される。その場合、送電電極１２０ａ、１２０ｂおよび受電電極２２０ａ、２２０ｂの周囲に漏洩する電界の強度も高くなる。

図３は、電力伝送時に送電電極１２０ａ、１２０ｂの周囲に形成される電界の分布の一例を示す図である。図３において、電界強度が高い領域ほど濃く描かれている。電子機器への電磁ノイズ等の影響を小さくするためには、各電極の周囲に分布する電界強度が高い領域の範囲を狭くすることが求められる。例えば、各電極から所定の距離だけ離れた位置における電界強度を、電子機器の定めるイミュニティ基準値を超えないようにすることが求められる。また、生体安全性を考慮して、国際非電離放射線防護委員会（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｍｍｉｓｓｉｏｎ ｏｎ Ｎｏｎ－Ｉｏｎｉｚｉｎｇ Ｒａｄｉａｔｉｏｎ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ：ＩＣＮＩＲＰ）が定める基準値を目標として、漏洩電界強度を低減する必要が発生する場合もある。

図４は、漏洩電界強度を低減することが可能な無線電力伝送システムの一例を模式的に示す斜視図である。図５は、図４に示す無線電力伝送システムの概略的な構成を示す図である。図４および図５に示すシステムでは、図１Ａから図２に示すシステムとは異なり、送電装置は、複数の第１送電電極１２０ａを含む第１送電電極群と、複数の第２送電電極１２０ｂを含む第２送電電極群とを備えている。２つの第１送電電極１２０ａと、２つの第２送電電極１２０ｂとが、各送電電極１２０ａ、２２０ａの表面に沿った第１の方向（この例ではＸ方向）に、交互に一定の間隔で並んでいる。複数の第１送電電極１２０ａおよび複数の第２送電電極１２０ｂは、床面に沿って平行に延びており、ほぼ同一平面上に配置されている。

受電装置２００は、複数の第１受電電極２２０ａを含む第１受電電極群と、複数の第２受電電極２２０ｂを含む第２受電電極群とを備えている。２つの第１受電電極２２０ａおよび２つの第２受電電極２２０ｂは、一方向（図４におけるＸ方向）に交互に並んでいる。電力伝送時には、複数の第１受電電極２２０ａは、複数の第１送電電極１２０ａにそれぞれ対向し、複数の第２受電電極２２０ｂは、複数の第２送電電極１２０ｂにそれぞれ対向する。その状態で、送電装置１００から、受電装置２００を備える移動体１０に、無線で電力が伝送される。

送電回路１１０は、交流電力を出力する２つの端子を備えている。一方の端子は、２つの第１送電電極１２０ａに接続され、他方の端子は、２つの第２送電電極１２０ｂに接続される。電力を伝送するとき、送電回路１１０は、２つの第１送電電極１２０ａに第１の電圧を印加し、２つの第２送電電極１２０ｂに、第１の電圧とは逆の位相の第２の電圧を印加する。

図６は、本システムにおける漏洩電界の抑制効果を説明するための模式断面図である。図中の矢印は、電気力線の一部を簡略的に示している。図６は、各第１送電電極１２０ａに正（＋）電圧が印加され、各第２送電電極１２０ｂに負（－）電圧が印加されている瞬間の状況を示している。他の瞬間においては、各第１送電電極１２０ａに負（－）電圧が印加され、各第２送電電極１２０ｂに正（＋）電圧が印加される。図６において、送電電極１２０ａ、１２０ｂの背面側（－Ｚ側）における電気力線の図示は省略されている。

図６に示すように、本システムでは、ある瞬間において正電圧が印加される２つの第１送電電極１２０ａと、負電圧が印加される２つの第２送電電極１２０ｂとが、Ｘ方向に交互に配置されている。このため、第１の電圧を帯びた第１送電電極１２０ａによって形成される電界と、逆位相の第２の電圧を帯びた第２送電電極１２０ｂによって形成される電界とが、部分的にキャンセルされる。その結果、主に第１送電電極１２０ａと第２送電電極１２０ｂとの間の隙間の上に形成される電界の強度が低減する。この効果は、隣り合う任意の２つの電極の間で同様に生じる。このため、本実施形態では、例えば図１Ａから図１Ｃに示すような比較的幅広の２つの送電電極を用いた場合と比較して、各電極からＺ方向に離れた領域における漏洩電界を低減することができる。

このような効果は、第１送電電極１２０ａおよび第２送電電極１２０ｂのそれぞれの数が２個とは異なる場合でも得ることができる。第１送電電極１２０ａおよび第２送電電極１２０ｂの少なくとも一方の個数が２以上であり、それらの第１送電電極および第２送電電極の少なくとも一部が交互に配置されていればよい。また、第１送電電極１２０ａの個数と第２送電電極１２０ｂの個数とが一致していなくてもよい。この点については、受電電極群についても同様である。また、送電電極群および受電電極群の一方のみが、上記のような電極構造を有していてもよい。

上記のシステムによれば、電極周辺の電界強度を低減できるが、本発明者らは、さらに電界強度を低減することが可能な構成について検討を重ね、以下に説明する本開示の実施形態の構成に想到した。以下、本開示の実施形態の概要を説明する。

本開示の一態様による送電装置は、電極配置面に沿った第１の方向に交互に並ぶ複数の第１送電電極および複数の第２送電電極と、前記複数の第１送電電極に接続される第１端子、および前記複数の第２送電電極に接続される第２端子を備え、前記第１端子および前記第２端子から交流電力を出力する送電回路と、前記複数の第１送電電極および前記複数の第２送電電極の背面側に間隙を空けて配置され、前記送電回路における前記第１端子の電位と前記第２端子の電位との間の電位を帯びる箇所に接続される背面電極と、を備える。

ここで、「電極配置面」は、厳密な平面に限らず、曲面であってもよい。全ての送電電極が同一平面上にある必要はない。この点は、後述する受電電極についても同様である。

「第１の方向に交互に並ぶ複数の第１送電電極および複数の第２送電電極」とは、これらの電極が、第１の方向に沿って、第１送電電極、第２送電電極、第１送電電極、第２送電電極、という順に並んでいることを意味する。つまり、２つの第１送電電極の間に１つの第２送電電極が配置され、２つの第２送電電極の間に１つの第１送電電極が配置される。

「背面側」とは、送電装置から無線で受電する受電装置が位置する側の反対側を意味する。背面電極は、送電回路中の、第１端子の電位と第２端子の電位との間の電位を帯びる箇所に接続される。このため、背面電極の電位は、電力伝送時に、第１送電電極の電位および第２送電電極の電位よりも小さい振幅で変動する。このような背面電極を配置することにより、特に送電電極の背面側の漏洩電界を抑制することができる。これにより、例えば周辺の機器の誤動作のリスクを低減することができる。

本開示の他の態様による送電装置は、電極配置面に沿った第１の方向に交互に並ぶ複数の第１送電電極および複数の第２送電電極と、前記複数の第１送電電極および前記複数の第２送電電極の背面側に間隙を空けて配置された背面電極と、前記複数の第１送電電極、前記複数の第２送電電極、および前記背面電極を収容する導電性の筐体であって、前記背面電極に接続された筐体と、を備える。

この構成では、背面電極は、送電装置の導電性の筐体に接続される。これにより、筐体が例えば接地されている場合に、背面電極の電位変動が、各送電電極の電位変動よりも著しく小さくなる。その結果、背面電極によって効果的に漏洩電界を抑制することが可能になる。

上記の構成において、送電装置は、複数の第１送電電極と複数の第２送電電極に交流電圧を印加する送電回路をさらに備えていてもよい。ある瞬間において、複数の第１送電電極には、第１の電圧が印加され、複数の第２送電電極には、第１の電圧とは逆位相の第２の電圧が印加される。送電装置は、送電回路を含む状態で使用されるが、送電回路を含まない状態で製造または販売されることがある。

本開示の送電装置には、多様な構造のバリエーションが存在する。例えば、以下のような構造が可能である。

前記電極配置面に垂直な方向から見たとき、前記背面電極は、前記複数の第１送電電極と前記複数の第２送電電極との間の複数の間隙の少なくとも１つに重なっていてもよい。

前記背面電極は、複数の部分に分割されていてもよい。

前記複数の部分は、前記第１の方向、または前記第１の方向に交差し前記電極配置面に平行な第２の方向に並んでいてもよい。

前記電極配置面に垂直な方向から見たとき、前記複数の部分は、前記第１の方向に並び、前記複数の第１送電電極と前記複数の第２送電電極との間の複数の間隙にそれぞれ重なっていてもよい。

前記複数の第１送電電極、前記複数の第２送電電極、および前記背面電極は、前記第１の方向に交差し前記電極配置面に平行な第２の方向に延びた構造を有していてもよい。

前記送電装置は、前記複数の第１送電電極、および前記複数の第２送電電極の少なくとも一方から、前記第１の方向に、間隙を空けて配置され、前記送電回路における前記第１端子の電位と前記第２端子の電位との間の電位を帯びる箇所、または前記導電性の筐体に接続される１つ以上の側面電極をさらに備えていてもよい。

前記側面電極は、前記複数の第１送電電極、および前記複数の第２送電電極の両側に位置していてもよい。

側面電極を設けることにより、送電電極群のうちの、端に位置する電極の近傍、特に側方の漏洩電界を抑制することができる。２つの側面電極が、前記電極配置面に垂直な方向から見たときに、送電電極群によって規定される領域の両側に位置するようにしてもよい。その場合、両端の２つの電極の近傍における電界強度を低減できるため、さらに高い効果を得ることができる。

前記複数の第１送電電極、および前記複数の第２送電電極は、同一平面上に配置されていてもよい。前記側面電極は、前記平面から、前記平面に垂直な方向に突出した部分を含んでいてもよい。

前記側面電極は、前記背面電極に接続されていてもよい。また、側面電極と背面電極とが単一の導電性部材によって構成されていてもよい。

前記背面電極は、前記送電回路内で、前記第１端子および前記第２端子の電位変動の振幅の１０％未満の振幅で電位が変動する箇所に接続されていてもよい。側面電極も同様に、前記送電回路内で、前記第１端子および前記第２端子の電位変動の振幅の１０％未満の振幅で電位が変動する箇所に接続されていてもよい。背面電極および側面電極の電位変動の振幅は、前記第１端子および前記第２端子の電位変動の振幅の５％よりも小さくてもよい。

前記送電回路は、前記第１端子および前記第２端子を備える整合回路を含んでいてもよい。前記整合回路は、例えば、前記第１端子に接続された第１インダクタと、前記第２端子に接続された第２インダクタと、前記第１端子と前記第１インダクタとの間の配線と、前記第２端子と前記第２インダクタとの間の配線との間に接続された第１キャパシタおよび第２キャパシタとを含んでいてもよい。前記背面電極は、前記第１キャパシタと前記第２キャパシタとの間の点に接続されていてもよい。前記側面電極も同様に、前記第１キャパシタと前記第２キャパシタとの間の点に接続されていてもよい。

前述の構造は、送電装置に限らず、受電装置においても同様に適用することができる。受電装置においても、背面電極を設けることにより、同様の電界抑制効果を得ることができる。例えば、本開示は、以下の受電装置を含む。

本開示の他の態様による受電装置は、電極配置面に沿った第１の方向に交互に並ぶ複数の第１受電電極および複数の第２受電電極と、前記複数の第１受電電極に接続される第１端子、および前記複数の第２受電電極に接続される第２端子を備え、前記第１端子および前記第２端子から入力された交流電力を他の電力に変換して出力する受電回路と、前記複数の第１受電電極および前記複数の第２受電電極の背面側に間隙を空けて配置され、前記受電回路における前記第１端子の電位と前記第２端子の電位との間の電位を帯びる箇所に接続される背面電極と、を備える。

「第１の方向に交互に並ぶ複数の第１受電電極および複数の第２受電電極」とは、これらの電極が、第１の方向に沿って、第１受電電極、第２受電電極、第１受電電極、第２受電電極、という順に並んでいることを意味する。つまり、２つの第１受電電極の間に１つの第２受電電極が配置され、２つの第２受電電極の間に１つの第１受電電極が配置される。

「背面側」とは、受電時に送電装置が位置する側の反対側を意味する。背面電極の電位は、電力伝送時に、第１受電電極の電位および第２受電電極の電位よりも小さい振幅で変動する。このような背面電極を配置することにより、特に受電電極の背面側の漏洩電界を抑制することができる。これにより、例えば周辺の機器の誤動作のリスクを低減することができる。

本開示のさらに他の態様による受電装置は、電極配置面に沿った第１の方向に交互に並ぶ複数の第１受電電極および複数の第２受電電極と、前記複数の第１受電電極および前記複数の第２受電電極の背面側に間隙を空けて配置された背面電極と、前記複数の第１受電電極、前記複数の第２受電電極、および前記背面電極を収容する導電性の筐体であって、前記背面電極に接続された筐体と、を備える。

この構成では、背面電極は、受電装置の導電性の筐体に接続される。これにより、筐体が例えば接地されている場合に、背面電極の電位変動が、各受電電極の電位変動よりも著しく小さくなる。その結果、背面電極によって効果的に漏洩電界を抑制することが可能になる。

上記の構成において、受電装置は、前記複数の第１受電電極および前記複数の第２受電電極が受け取った交流電力を他の形態の電力（例えば直流電力）に変換して出力する受電回路をさらに備えていてもよい。受電装置は、受電回路を含む状態で使用されるが、受電回路を含まない状態で製造または販売されることがある。

受電装置についても、送電装置と同様、多様な構造のバリエーションが存在する。例えば、以下のような構造が可能である。

前記電極配置面に垂直な方向から見たとき、前記背面電極は、前記複数の第１受電電極と前記複数の第２受電電極との間の複数の間隙の少なくとも１つに重なっていてもよい。

前記背面電極は、複数の部分に分割されていてもよい。

前記複数の部分は、前記第１の方向、または前記第１の方向に交差し前記電極配置面に平行な第２の方向に並んでいてもよい。

前記電極配置面に垂直な方向から見たとき、前記複数の部分は、前記第１の方向に並び、前記複数の第１受電電極と前記複数の第２受電電極との間の複数の間隙にそれぞれ重なっていてもよい。

前記複数の第１受電電極、前記複数の第２受電電極、および前記背面電極は、前記第１の方向に交差し前記電極配置面に平行な第２の方向に延びた構造を有していてもよい。

前記受電装置は、前記複数の第１受電電極、および前記複数の第２受電電極の少なくとも一方から、前記第１の方向に、間隙を空けて配置され、前記受電回路における前記第１端子の電位と前記第２端子の電位との間の電位を帯びる箇所、または前記導電性の筐体に接続される少なくとも１つの側面電極をさらに備えていてもよい。

前記側面電極は、前記複数の第１受電電極、および前記複数の第２受電電極の両側に位置していてもよい。

前記複数の第１受電電極、および前記複数の第２受電電極は、同一平面上に配置されていてもよい。前記側面電極は、前記平面から、前記平面に垂直な方向に突出した部分を含んでいてもよい。

前記側面電極は、前記背面電極に接続されていてもよい。

本明細書において、複数の第１送電電極および複数の第２送電電極のまとまりを、「送電電極ユニット」と称することがある。また、複数の第１受電電極および複数の第２受電電極のまとまりを、「受電電極ユニット」と称することがある。これらの電極ユニットは、シート状構造体を備えていてもよい。各電極は、シート状構造体の内部にあってもよい。シート状構造体に含まれる基板に形成された導電体パターンを各電極として用いてもよい。シート状構造体は、例えば、複数の層を有する積層構造体であってもよい。背面電極は、それらの層のうちの１つの層に設けられ得る。側面電極を設けた構成では、側面電極は、送電電極または受電電極とは異なる層に設けられていてもよいし、同一の層に設けられていてもよい。

本開示の一態様による無線電力伝送システムは、前述のいずれかの態様に係る送電装置と、前記送電装置から電力を無線で受け取る受電装置とを備える。本開示の他の態様による無線電力伝送システムは、電力を無線で送出する送電装置と、前述のいずれかの態様に係る受電装置とを備える。無線電力伝送システムは、前述のいずれかの態様に係る送電装置と、前述のいずれかの態様に係る受電装置の両方を備えていてもよい。

ある実施形態において、第１受電電極の数は、第１送電電極の数に等しく、第２受電電極の数は、第２送電電極の数に等しい。そのような実施形態では、電力伝送時において、複数の第１受電電極は、複数の第１送電電極に対向し、複数の第２受電電極は、複数の第２送電電極に対向する。これらの互いに対向する電極の間の電界結合により、電力が無線で伝送される。効率的な電力伝送を実現するために、送電電極ユニットと受電電極ユニットとの間で、第１送電電極の数、第２送電電極の数、第１受電電極の数、第２受電電極の数、各電極の幅、各電極の配置は、一致するように設計され得る。ただし、これらが厳密に一致していない場合でも、電力伝送は可能である。例えば、第１受電電極の数は、第１送電電極の数とは異なっていてもよく、第２受電電極の数も、第２送電電極の数とは異なっていてもよい。その場合であっても、各電極の幅を適切に設計することにより、良好な電力伝送特性を実現することが可能である。また、第１受電電極と第２受電電極のそれぞれの幅は、第１送電電極と第２送電電極のそれぞれの幅と異なっていてもよい。第１の方向に並ぶ複数の送電電極の相互の間隔と、複数の受電電極の相互の間隔とを適切に設計することでも、良好な電力伝送を実現することが可能である。

受電装置は、例えば移動体に搭載され得る。本開示における「移動体」は、前述のような車両に限定されず、電力によって駆動される任意の可動物体を意味する。移動体には、例えば、電気モータおよび１以上の車輪を備える電動車両が含まれる。そのような車両は、例えば、前述の移動体などの無人搬送車（Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｇｕｉｄｅｄ Ｖｅｈｉｃｌｅ：ＡＧＶ）、フォークリフト、天井走行式搬送機構（Ｏｖｅｒｈｅａｄ Ｈｏｉｓｔ Ｔｒａｎｓｆｅｒ：ＯＨＴ）、電気自動車（ＥＶ）、電動カート、電動車椅子であり得る。本開示における「移動体」には、車輪を有しない可動物体も含まれる。例えば、二足歩行ロボット、マルチコプターなどの無人航空機（Ｕｎｍａｎｎｅｄ Ａｅｒｉａｌ Ｖｅｈｉｃｌｅ：ＵＡＶ、所謂ドローン）、有人の電動航空機、およびエレベータも、「移動体」に含まれる。

以下、本開示の実施形態をより具体的に説明する。ただし、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明および実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になることを避け、当業者の理解を容易にするためである。なお、発明者は、当業者が本開示を十分に理解するために添付図面および以下の説明を提供するのであって、これらによって特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。以下の説明において、同一または類似する機能を有する構成要素については、同じ参照符号を付している。

（実施形態）
図７は、本開示の例示的な実施形態による無線電力伝送システムの構成を模式的に示すブロック図である。この無線電力伝送システムは、送電装置１００と、受電装置２００とを備える。受電装置２００は、例えば図１Ａから図１Ｃ、および図４に示されるような移動体１０に搭載され得る。

送電装置１００は、送電回路１１０と、複数の第１送電電極１２０ａと、複数の第２送電電極１２０ｂと、２つの側面電極１４０と、背面電極１３０とを備える。第１送電電極１２０ａおよび第２送電電極１２０ｂは、電極配置面に沿った一つの方向に沿って交互に並んでいる。以下、第１送電電極１２０ａおよび第２送電電極１２０ｂをまとめて、「送電電極群１２０」と称することがある。背面電極１３０は、第１送電電極１２０ａおよび第２送電電極１２０ｂの背面側に間隙を空けて配置されている。２つの側面電極１４０は、送電電極群１２０の両側に位置している。より具体的には、送電電極群１２０のうち、両端に位置する第１送電電極１２０ａおよび第２送電電極１２０ｂの外側に、間隙を空けて配置されている。

送電回路１１０は、複数の第１送電電極１２０ａに接続される第１端子１１１と、複数の第２送電電極１２０ｂに接続される第２端子１１２とを備える。送電回路１１０は、第１端子１１１および第２端子１１２から交流電力を出力する。背面電極１３０は、送電回路１１０における第１端子１１１の電位と第２端子１１２の電位との間の電位を帯びる箇所１１３に接続されている。各側面電極１４０も同様に、送電回路１１０における第１端子１１１の電位と第２端子１１２の電位との間の電位を帯びる箇所１１３に接続されている。

本実施形態における送電回路１１０は、電力変換回路１７０と、整合回路１８０とを備える。電力変換回路１７０は、例えば、外部の電源３１０から出力された直流電力を交流電力に変換するインバータ回路を含む。整合回路１８０は、電力変換回路１７０と送電電極群１２０とのインピーダンスを整合させる回路である。本実施形態では、整合回路１８０内で電位変動が比較的小さい箇所に、背面電極１３０および各側面電極１４０が接続されている。なお、背面電極１３０および各側面電極１４０は、整合回路１８０内で電位変動が小さい箇所に代えて、送電装置１００が備える導電性の筐体に接続されていてもよい。筐体が接地される構成においては、背面電極１３０および各側面電極１４０を筐体に接続することにより、背面電極１３０および各側面電極１４０の電位変動を効果的に抑制できる。

受電装置２００は、受電回路２１０と、複数の第１受電電極２２０ａと、複数の第２受電電極２２０ｂと、２つの側面電極２４０と、背面電極２３０とを備える。第１受電電極２２０ａおよび第２受電電極２２０ｂは、受電装置２００の電極配置面に沿った一つの方向に沿って交互に並んでいる。以下、第１受電電極２２０ａおよび第２受電電極２２０ｂをまとめて、「受電電極群２２０」と称することがある。背面電極２３０は、第１受電電極２２０ａおよび第２受電電極２２０ｂの背面側に間隙を空けて配置されている。２つの側面電極２４０は、受電電極群２２０の両側に位置している。より具体的には、受電電極群２２０のうち、両端に位置する第１受電電極２２０ａおよび第２受電電極２２０ｂの外側に、間隙を空けて配置されている。

受電回路２１０は、複数の第１受電電極２２０ａに接続される第１端子２１１と、複数の第２受電電極２２０ｂに接続される第２端子２１２とを備える。受電回路２１０は、第１端子２１１および第２端子２１２から入力された交流電力を直流電力などの他の電力に変換して出力する。背面電極２３０は、受電回路２１０における第１端子２１１の電位と第２端子２１２の電位との間の電位を帯びる箇所２１３に接続されている。各側面電極２４０も同様に、受電回路２１０における第１端子２１１の電位と第２端子２１２の電位との間の電位を帯びる箇所２１３に接続されている。

本実施形態における受電回路２１０は、電力変換回路２７０と、整合回路２８０とを備える。電力変換回路２７０は、例えば、受電電極群２２０から入力された交流電力を直流電力に変換する整流回路を含む。整合回路２８０は、電力変換回路２７０と受電電極群２２０とのインピーダンスを整合させる回路である。本実施形態では、整合回路２８０内で電位変動が比較的小さい箇所に、背面電極２３０および各側面電極２４０が接続されている。なお、受電装置２００における背面電極２３０および各側面電極２４０は、受電回路２１０内で電位変動が小さい箇所に代えて、受電装置２００が備える導電性の筐体に接続されていてもよい。筐体が接地される構成においては、背面電極２３０および各側面電極２４０を筐体に接続することにより、背面電極２３０および各側面電極２４０の電位変動を効果的に抑制できる。

送電電極１２０ａ、１２０ｂ、受電電極２２０ａ、２２０ｂ、背面電極１３０、２３０、側面電極１４０、２４０、送電装置１００の筐体、および受電装置２００の筐体の各々は、任意の導電性材料から構成され得る。例えば、アルミニウム、銅、鉄、または合金などの導電性材料が使用され得る。

図７に示す例では、受電装置２００は、充放電制御回路２９０および蓄電装置３３０をさらに備えている。蓄電装置３３０は、例えば二次電池または蓄電用のキャパシタなどの、電力を蓄えるデバイスである。受電回路２１０は、受電電極群２２０が受け取った交流電力を、蓄電装置３３０および図示されていない電気モータなどの負荷が要求する電圧、例えば所定の直流電圧に変換して出力する。充放電制御回路２９０は、蓄電装置３３０の充電および放電を制御する回路である。充放電制御回路２９０は、蓄電装置３３０の電圧と充電状態（Ｓｔａｔｅｓ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ：ＳＯＣ）を監視しながら、当該電圧が所定の値に達するまで、蓄電装置３３０に電力を供給する。これにより、蓄電装置３３０の充電が実現される。受電装置２００は、例えばモータ制御回路および駆動輪などの、図示されていない他の構成要素も備え得る。

図８Ａは、電力変換回路１７０の構成例を模式的に示す図である。この例では、電力変換回路１７０は、４つのスイッチング素子（例えばＩＧＢＴまたはＭＯＳＦＥＴ等のトランジスタ）を含むフルブリッジ型のインバータ回路と、送電制御回路１６０とを有する。送電制御回路１６０は、各スイッチング素子のオン（導通）およびオフ（非導通）の状態を制御する制御信号を出力するゲートドライバと、ゲートドライバに制御信号を出力させるマイクロコントローラ（マイコン）等のプロセッサとを有する。図示されるフルブリッジ型のインバータ回路の代わりに、ハーフブリッジ型のインバータ回路、または、Ｅ級などの他の発振回路を用いてもよい。

送電回路１１０は、通信用の変復調回路や電圧・電流などを測定する各種センサを有していてもよい。通信用の変復調回路を有する場合、交流電力に重畳してデータを受電装置２００に送信することができる。電源３１０が交流電源の場合、電力変換回路１７０は、入力された交流電力を、周波数または電圧の異なる他の形態の交流電力に変換する。

電源３１０は、例えば、商用電源、一次電池、二次電池、太陽電池、燃料電池、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）電源、高容量のキャパシタ（例えば電気二重層キャパシタ）、商用電源に接続された電圧変換器などの任意の電源であってよい。本実施形態では電源３１０は直流電源であるが、交流電源であってもよい。

電力伝送の周波数は、例えば５０Ｈｚ～３００ＧＨｚ、ある例では２０ｋＨｚ～１０ＧＨｚ、他の例では７９ｋＨｚ～２０ＭＨｚ、さらに他の例では７９ｋＨｚ～１４ＭＨｚに設定され得る。

図８Ｂは、受電側の電力変換回路２７０の構成例を模式的に示す図である。この例では、電力変換回路２７０は、ダイオードブリッジと平滑コンデンサとを含む全波整流回路である。電力変換回路２７０は、半波整流回路または倍電圧整流回路などの他の整流器の構成を有していてもよい。電力変換回路２７０は、整流回路の他にも、定電圧・定電流制御回路、通信用の変復調回路などの各種の回路を含んでいてもよい。電力変換回路２７０は、受け取った交流エネルギを負荷３２０が利用可能な直流エネルギに変換する。

移動体１０の筐体、送電電極１２０ａ、１２０ｂ、および受電電極２２０ａ、２２０ｂのそれぞれのサイズは、特に限定されないが、例えば以下のサイズに設定され得る。送電電極１２０ａ、１２０ｂの長さ（Ｙ方向のサイズ）は、例えば５０ｃｍ～２０ｍの範囲内に設定され得る。送電電極１２０ａ、１２０ｂのそれぞれの幅（Ｘ方向のサイズ）は、例えば０．５ｃｍ～１ｍの範囲内に設定され得る。側面電極１４０を送電電極群の少なくとも一方のサイドに配置する場合、その幅は、例えば０．５ｍｍ～２００ｍｍの範囲内に設定され得る。移動体１０の筐体の進行方向および横方向におけるそれぞれのサイズは、例えば、２０ｃｍ～５ｍの範囲内に設定され得る。受電電極２２０ａ、２２０ｂのそれぞれの長さ（進行方向におけるサイズ）は、例えば５ｃｍ～２ｍの範囲内に設定され得る。受電電極２２０ａ、２２０ｂのそれぞれの幅（横方向におけるサイズ）は、例えば０．５ｃｍ～１ｍの範囲内に設定され得る。側面電極２４０を受電電極群の少なくとも一方のサイドに配置する場合、その幅は、例えば０．５ｍｍ～２００ｍｍの範囲内に設定され得る。送電電極間のギャップ、および受電電極間のギャップは、例えば１ｍｍ～４０ｃｍの範囲内に設定され得る。但し、これらの数値範囲に限定されない。

本実施形態において、送電電極１２０ａ、１２０ｂの長さは、移動体１０の筐体の進行方向におけるサイズよりも大きい。例えば、送電電極１２０ａ、１２０ｂの長さは、移動体１０の筐体の進行方向におけるサイズの２倍以上１００倍以下であり得る。ある例において、送電電極１２０ａ、１２０ｂの長さは、移動体１０の筐体の進行方向におけるサイズの５倍以上２０倍以下であり得る。このように、移動体１０の筐体のサイズよりも著しく長い送電電極群１２０を用いることにより、移動体１０が移動しながら充電することができる。

図９は、背面電極１３０および各側面電極１４０と、送電回路１１０との接続の例を示す図である。この例では、送電電極群１２０、背面電極１３０、および２つの側面電極１４０が、送電電極シート１５０内に配置されている。受電電極群２２０は、受電電極シート２５０内に配置されている。なお、図９では、受電電極シート２５０以外の受電装置２００の構成要素の図示は省略されている。

この例では、整合回路１８０が、第１端子１８０ａと、第２端子１８０ｂとを備えている。整合回路１８０は、第１端子１８０ａに接続された第１インダクタＬｔ１と、第２端子１８０ｂに接続された第２インダクタＬｔ２と、第１端子１８０ａと第１インダクタＬｔ１との間の配線と、第２端子１８０ｂと第２インダクタＬｔ２との間の配線との間に接続された第１キャパシタＣｔ１および第２キャパシタＣｔ２とを含む。この例における整合回路１８０は、さらに、第３キャパシタＣｔ３と、第４キャパシタＣｔ４と、第３インダクタＬｔ３とを含む。第３キャパシタＣｔ３は、第１インダクタＬｔ１と電力変換回路１７０の出力端子の一方との間に直列回路素子として接続されている。第４キャパシタＣｔ４は、第２インダクタＬｔ２と電力変換回路１７０の出力端子の他方との間に直列回路素子として接続されている。第３インダクタＬｔ３は、第１インダクタＬｔ１と第３キャパシタＣｔ３との間の配線と、第２インダクタＬｔ２と第４キャパシタＣｔ４との間の配線との間に並列回路素子として接続されている。背面電極１３０は、第１キャパシタＣｔ１と第２キャパシタＣｔ２との間の点に接続されている。また、各側面電極１４０は、背面電極１３０に接続されており、間接的に、第１キャパシタＣｔ１と第２キャパシタＣｔ２との間の上記点に接続されている。

本明細書では、インダクタを表すＬｔ１、Ｌｔ２などの参照符号は、そのインダクタのインダクタンス値を表す記号としても用いる。同様に、キャパシタを表すＣｔ１などの参照符号は、そのキャパシタのキャパシタンス値を表す記号としても用いる。

キャパシタＣｔ１およびＣｔ２のキャパシタンスは、同一または互いに近い値に設定され得る。インダクタンスＬｔ１およびＬｔ２のインダクタンスも、同一または互いに近い値に設定され得る。キャパシタンスＣｔ３およびＣｔ４のキャパシタンスも同様に、同一または互いに近い値に設定され得る。

このような構成によれば、電力伝送中に、背面電極１３０、および各側面電極１４０の電位変動が抑制される。このため、送電電極群１２０の近傍の電界を効果的に抑制でき、リーク電流または漏電のリスクも低減できる。

なお、図９に示す整合回路１８０の構成は一例に過ぎず、整合回路１８０の構成は、必要な電力伝送特性に応じて適宜選択される。また、電力変換回路１７０と送電電極群１２０との間のインピーダンス整合の必要がない場合は、整合回路１８０を省略してもよい。その場合、背面電極１３０および各側面電極１４０は、電力変換回路１７０内の電位変動が比較的小さい箇所に接続され得る。

図９には示されていないが、受電装置２００における背面電極２３０および各側面電極２４０と、受電回路２１０との接続も、同様の構成で実現できる。

次に、本実施形態による漏洩電界の抑制効果を確認するために行った実験の結果を説明する。

図１０Ａは、本実験の構成を示す図である。本実験では、送電電極シート１５０と受電電極シート２５０とを、水平面に垂直にした状態で、支持台４００の上に図１０Ａに示すように配置した。この状態で、送電電極シート１５０から受電電極シート２５０に電力を伝送したときに各電極の周囲に発生する電界の強度を電界測定器４２０で測定した。測定は、電界測定器４２０の位置を図１０Ｂに示すように変えて、電極の周囲の１５箇所で行った。実験は、以下の（ａ）から（ｃ）の３つの構成について行った。
（ａ）背面電極１３０が設けられていない構成
（ｂ）図９に示すように、背面電極１３０を、送電回路１１０内で、２つの端子１８０ａおよび１８０ｂの電位の中点に接続した構成
（ｃ）背面電極１３０は設けられているが、背面電極１３０が送電回路１１０のいずれの部分にも接続されていない構成

図１０Ｃは、本実験の結果を示す図である。図１０Ｃにおいて、横軸の「観測点」の番号は、図１０Ｂに示す番号に対応している。縦軸は、漏洩電界の強度を示している。図１０Ｃに示されるように、背面電極１３０を設けることにより、送電電極シート１５０の背面側、側面側、および前面側のいずれについても漏洩電界強度が低減する。特に、本実施形態のように、背面電極１３０と送電回路１１０の電位の中点とを接続することにより、特に背面側の漏洩電界の抑制効果が高くなることがわかる。

背面電極１３０を設けることによる効果は、例えば図２に示す例のように、第１送電電極１２０ａ、第２送電電極１２０ｂ、第１受電電極２２０ａ、第２受電電極２２０ｂの各々が分割されていない構成においても得ることができる。

図１１Ａは、各電極が分割されていない構成において送電電極１２０ａおよび１２０ｂの周囲に形成される電界の強度分布の例を示す図である。図１１Ａの上の図に示す送電電極１２０ａおよび１２０ｂの構成では、図１１Ａの下の図に示す電界強度分布が得られる。

図１１Ｂは、図１１Ａに示す構成における送電電極１２０ａおよび１２０ｂの背面側に、背面電極１３０を配置した構成の例と、その場合の電界強度分布の例を示す図である。この例においても、背面電極１３０は、送電回路１１０の電位の中点の箇所に接続されている。

これらの図からわかるように、送電電極１２０ａおよび１２０ｂが複数の部分電極に分割されていない構成においても、背面電極１３０を設けることにより、背面側の電界強度を低減させることができる。

次に、背面電極１３０の幅を変化させた場合の電界抑制効果の変化について説明する。

図１２Ａは、送電電極１２０ａ、１２０ｂが複数の部分電極に分割されていない構成の例を示している。本発明者らは、図１２Ａに示す構成において、背面電極１３０の幅２Ｗ_BGを変化させた場合に、図１２Ｂに示す観測線の位置で観測される電界強度がどのように変化するかを確認する解析を行った。図１２Ｃは、当該解析の結果を示すグラフである。図１２Ｃは、背面電極１３０の幅２Ｗ_BGを、５ｍｍ、５０ｍｍ、１００ｍｍ、４００ｍｍのそれぞれの値に設定したときの観測線における電界の強度分布の例を示している。図１２Ｃからわかるように、背面電極１３０の幅が大きいほど、電界強度を大きく低減することができる。

図１３Ａおよび図１３Ｂは、２つの第１送電電極１２０ａと２つの第２送電電極１２０ｂとが交互に並ぶ例における電界強度分布の例を示している。図１３Ａは、背面電極１３０がない場合の構成例と、電界強度分布の例とを示している。図１３Ｂは、図１３Ａに示す構成に、送電電極群１２０の背面側に背面電極１３０を追加した構成例と、その場合の電界強度分布の例とを示している。これらの図からわかるように、電極の分割により、隣り合う２つの電極間の隙間の上の領域の漏洩電界が抑制される。さらに、背面電極１３０を設けることにより、背面側の漏洩電界を大きく低減できる。

本発明者らは、図１３Ｂに示す構成においても、背面電極１３０の幅を変化させた場合の、背面側の電界強度の変化を確認する解析を行った。図１４Ａに示す構成において、背面電極１３０の幅２Ｗ_BGを変化させた場合に、図１４Ｂに示す観測線の位置で観測される電界強度がどのように変化するかを確認した。図１４Ｃは、当該解析の結果を示すグラフである。図１４Ｃは、背面電極１３０の幅２Ｗ_BGを、５ｍｍ、５０ｍｍ、１００ｍｍ、４００ｍｍのそれぞれの値に設定したときの観測線における電界の強度分布の例を示している。図１４Ｃからわかるように、この例においても、背面電極１３０の幅が大きいほど、電界強度を大きく低減することができる。

以上のように、背面電極１３０を設け、かつ背面電極１３０の電位を、第１送電電極１２０ａの電位と第２送電電極１２０ｂの電位との間の電位になるようにすることにより、送電電極群１２０の背面側の漏洩電界を低減することができる。同様の効果は、受電電極群２２０の背面側、すなわち、送電電極群１２０が位置する側の反対側に、同様の背面電極２３０を配置した場合にも得られる。また、背面電極１３０を、送電装置１００における接地された導電性の筐体に接続した構成、および背面電極２３０を、受電装置２００における接地された導電性の筐体に接続した構成においても同様の効果が得られる。

以上の効果は、背面電極１３０を複数の部分に分割した場合でも得ることができる。以下、背面電極１３０が複数の部分に分割されている例における電界抑制効果を説明する。

図１５Ａは、背面電極１３０が複数の部分に分割された構成の例を示す図である。この例では、背面電極１３０の複数の部分は、送電電極１２０ａおよび１２０ｂの配列方向と同じ第１の方向に並んでいる。電極配置面に垂直な方向から見たとき、当該複数の部分は、複数の第１送電電極１２０ａと複数の第２送電電極１２０ｂとの間の複数の間隙にそれぞれ重なるように配置されている。この例では、背面電極１３０は３つの部分に分割されている。背面電極１３０の分割数は３とは異なっていてもよい。

本発明者らは、図１５Ａに示す背面電極１３０のうち、中央の部分の幅Ｗ_GCを変化させた場合の電界強度の変化を確認する解析を行った。この解析では、図１５Ａに示す背面電極１３０のうち、両側の２つの部分の幅Ｗ_GSを１３５ｍｍに固定して行った。比較のため、図１５Ｂに示すように、背面電極１３０が分割されていない構成についても電界強度を解析した。電界強度は、図１４Ｂに示す例と同様、観測線上で比較した。

図１５Ｃは、本解析の結果を示している。背面電極１３０の両端の部分の幅Ｗ_GSを１３５ｍｍで固定した条件では、中央の部分の幅Ｗ_GCが大きいほど、背面側中央部の電界強度が低減することが確認された。

本発明者らはまた、図１６Ａに示すように、中央部の幅Ｗ_GCを固定して、両側の部分の幅Ｗ_GSを中央側に広がるように変化させた場合の電界強度の変化も確認した。図１６Ｂは、幅Ｗ_GSが４０ｍｍ、１３５ｍｍ、１６０ｍｍ、２１０ｍｍのそれぞれの構成と、図１５Ｂに示す構成における観測線での電界強度の例を示している。図１５Ｂに示すように、背面電極１３０の中央の部分の幅Ｗ_GCが固定の条件において、両サイドの２つの部分の幅Ｗ_GSが内側に近付くほど、漏洩電界の抑制効果が向上する。特に、Ｗ_GSが１６０ｍｍおよび２１０ｍｍの２つの条件では、図１５Ｂに示す単一の背面電極１３０を用いた場合よりも、背面側の外側の部分における電界抑制効果が高いことが確認された。

次に、本実施形態の変形例を説明する。

図７に示す例では、送電装置１００は、背面電極１３０と、２つの側面電極１４０とを備えるが、側面電極１４０を備えていなくてもよい。あるいは、送電電極群１２０の片側にのみ側面電極１４０が配置されていてもよい。受電装置２００についても同様に、側面電極２４０を備えていなくてもよい。あるいは、受電電極群２２０の片側にのみ側面電極２４０が配置されていてもよい。また、送電装置１００および受電装置２００の一方のみが背面電極を備えていてもよい。各背面電極は、前述のように、複数の部分に分割されていてもよい。

図１７Ａは、送電装置１００が側面電極１４０を備えていない構成の例を示す図である。このような構成においても、背面電極１３０が配置されているため、電極の背面側の漏洩電界を抑制することができる。

図１７Ｂは、送電装置１００が側面電極１４０を備えておらず、背面電極１３０が複数の部分に分割されている例である。このように、背面電極１３０が複数の部分に分割されていても、前述のように、背面側の漏洩電界を抑制できる。

図１７Ｃは、送電電極群１２０の両サイドに離間して２つの側面電極１４０が配置された例を示している。この例では、背面側から見たとき、単一の背面電極１３０が、送電電極群１２０および２つの側面電極１４０が配置された領域を覆っている。

図１７Ｄは、送電装置１００が２つの側面電極１４０を備え、背面電極１３０が複数の部分に分割された例を示している。この例では、背面側から見たとき、背面電極１３０の複数の部分が、送電電極群１２０および２つの側面電極１４０の間の隙間を覆っている。

図１７Ｅおよび図１７Ｆは、送電装置１００が、送電電極群１２０の両サイドに２つの側面電極１４０を備える他の例を示している。これらの例では、各側面電極１４０は、第１送電電極１２０ａおよび第２送電電極１２０ｂが配置された平面から、当該平面に垂直な方向に突出した部分を含んでいる。このような構造によれば、送電電極群１２０の側方の漏洩電界の抑制効果が向上する。

図１７Ｇおよび図１７Ｈは、背面電極１３０と側面電極１４０とが接続されており、単一の構造体を形成している。背面電極１３０と側面電極１４０とは、同一の導電材料から形成されていてもよいし、異なる導電材料から形成されていてもよい。図１７Ｈの例のように、当該単一構造体の底部に複数のスリットが形成されていてもよい。

図１８は、背面電極１３０および各側面電極１４０と、送電回路１１０との接続の変形例を示す図である。この例では、背面電極１３０および側面電極１４０のそれぞれが、送電回路１１０における電位の中点に直接接続されている。このような構成を採用してもよいし、図９に示す例のように、側面電極１４０が背面電極１３０を介して間接的に中点電位に接続されていてもよい。

図１９Ａは、送電装置１００における整合回路１８０の他の例を示す図である。図１９Ｂは、受電装置２００における整合回路２８０の他の例を示す図である。これらの例では、整合回路１８０、２８０は、トランスを有し、昇圧または降圧するように構成されている。図１９Ａの例においては、交流電力が出力される２つの入力端子Ｔ１およびＴ２に、送電電極１２０ａおよび１２０ｂがそれぞれ接続され、２つの端子Ｔ１およびＴ２の電位の中間の電位を帯びる端子Ｔｃに、背面電極１３０および側面電極１４０が接続される。図１９Ｂの例においては、２つの入力端子Ｒ１およびＲ２に、受電電極２２０ａおよび２２０ｂがそれぞれ接続され、２つの端子Ｒ１およびＲ２の電位の中間の電位を帯びる端子Ｒｃに、背面電極２３０および側面電極２４０が接続される。

なお、送電装置１００において、背面電極１３０および側面電極１４０は、送電回路１１０の電位の中点に代えて、送電装置１００の導電性の筐体に接続されていてもよい。受電装置２００においても、背面電極２３０および側面電極２４０は、受電回路２１０の電位の中点に代えて、受電装置２００の導電性の筐体に接続されていてもよい。そのような構成であっても、筐体が接地される場合には、同様の効果を奏することができる。

図２０Ａおよび図２０Ｂは、送電電極群１２０および背面電極１３０の配置例を示す図である。図２０Ａの例では、送電電極群１２０および背面電極１３０は、いずれも電極配置面に沿って延びるシート状の構造を有する。この例における背面電極１３０は、複数の部分に分割され、複数の部分は送電電極群１２０の配列方向に沿って並んでいる。背面電極１３０の各部分は、送電電極群１２０のうちの隣り合う２つの送電電極の間の隙間を覆うように配置されている。図２０Ｂの例では、背面電極１３０は、２次元的に並ぶ複数の小さい部分に分割されている。図２０Ｂの例では、複数の部分は、送電電極群１２０の配列方向、およびこれに交差する方向に沿って２次元的に配列されている。この例でも、背面電極１３０の各部分は、送電電極群１２０のうちの隣り合う２つの送電電極の間の隙間を覆うように配置されている。このように、背面電極１３０の配置には様々な変形が可能である。

以上の説明では、主に送電装置１００側の構成を例示したが、受電装置２００側の構成についても、上記の各変形例の構成を同様に適用できる。

以上の実施形態では、各電極は、同一の方向に平行に延びた構造を有しているが、用途によってはそのような構造でなくてもよい。例えば、各電極が、正方形などの矩形形状を有していてもよい。そのような矩形形状の複数の電極が一方向に並ぶ形態であれば、本開示の技術を適用できる。また、全ての電極の表面が同一平面上にあることは必須の要件ではない。さらに、各電極の表面は、完全に平面的な形状を有している必要はなく、例えば湾曲した形状または凹凸を含む形状を有していてもよい。また、各電極は、路面に対して傾斜していてもよい。

以上の説明において、送電電極ユニットに関して行った説明は、矛盾がない限り、受電電極ユニットにもそのまま適用できる。同様に、受電電極ユニットに関して行った説明は、矛盾がない限り、送電電極にユニットにもそのまま適用できる。

本開示の実施形態における無線電力伝送システムは、前述のように、工場内における物品の搬送用のシステムとして利用され得る。移動体１０は、物品を積載する荷台を有し、工場内を自律的に移動して物品を必要な場所に搬送する台車として機能する。しかし、本開示における無線電力伝送システムおよび移動体は、このような用途に限らず、他の様々な用途に利用され得る。例えば、移動体は、ＡＧＶに限らず、他の産業機械、サービスロボット、電気自動車、フォークリフト、マルチコプター（ドローン）、エレベータ等であってもよい。無線電力伝送システムは、工場内に限らず、例えば、店舗、病院、家庭、道路、滑走路その他のあらゆる場所で利用され得る。

本開示の技術は、電力によって駆動される任意の機器に利用できる。例えば、電気自動車（ＥＶ）、工場で用いられる無人搬送車（ＡＧＶ）、または無人航空機（ＵＡＶ）などの移動体に利用され得る。

１０ 移動体
３０ 床面
１００ 送電装置
１１０ 送電回路
１２０ａ、１２０ｂ 送電電極
１３０ 背面電極
１４０ 側面電極
１５０ 送電電極シート
１６０ 送電制御回路
１７０ 電力変換回路
１８０ 整合回路
２００ 受電装置
２１０ 受電回路
２２０ａ、２２０ｂ 受電電極
２３０ 背面電極
２４０ 側面電極
２５０ 受電電極シート
２７０ 電力変換回路
２８０ 整合回路
２９０ 充放電制御回路
３１０ 電源
３２０ 負荷
３３０ 蓄電装置
４００ 支持台
４２０ 電界測定器

Claims (14)

1. 電界結合方式の無線電力伝送システムにおいて用いられる送電装置であって、
   電極配置面に沿った第１の方向に交互に並ぶ複数の第１送電電極および複数の第２送電電極と、
   前記複数の第１送電電極に接続される第１端子、および前記複数の第２送電電極に接続される第２端子を備え、前記第１端子および前記第２端子から交流電力を出力する送電回路と、
   前記複数の第１送電電極および前記複数の第２送電電極の背面側に間隙を空けて配置され、前記送電回路における前記第１端子の電位と前記第２端子の電位との間の電位を帯びる箇所に接続される背面電極と、
   前記複数の第１送電電極、および前記複数の第２送電電極の少なくとも一方から、前記第１の方向に、間隙を空けて配置され、前記送電回路における前記第１端子の電位と前記第２端子の電位との間の電位を帯びる箇所に接続される１つ以上の側面電極と、
   を備え、
   前記側面電極は、前記背面電極に接続されている、
   送電装置。
2. 電界結合方式の無線電力伝送システムにおいて用いられる送電装置であって、
   電極配置面に沿った第１の方向に交互に並ぶ複数の第１送電電極および複数の第２送電電極と、
   前記複数の第１送電電極および前記複数の第２送電電極の背面側に間隙を空けて配置された背面電極と、
   前記複数の第１送電電極、前記複数の第２送電電極、および前記背面電極を収容する導電性の筐体であって、前記背面電極に接続された筐体と、
   前記複数の第１送電電極、および前記複数の第２送電電極の少なくとも一方から、前記第１の方向に、間隙を空けて配置され、前記筐体に接続される１つ以上の側面電極と、
   を備え、
   前記側面電極は、前記背面電極に接続されている、
   送電装置。
3. 前記側面電極は、前記複数の第１送電電極、および前記複数の第２送電電極の両側に位置する、請求項１または２に記載の送電装置。
4. 前記複数の第１送電電極、および前記複数の第２送電電極は、同一平面上に配置され、
   前記側面電極は、前記平面から、前記平面に垂直な方向に突出した部分を含む、請求項１から３のいずれかに記載の送電装置。
5. 電界結合方式の無線電力伝送システムにおいて用いられる送電装置であって、
   電極配置面に沿った第１の方向に交互に並ぶ複数の第１送電電極および複数の第２送電電極と、
   前記複数の第１送電電極に接続される第１端子、および前記複数の第２送電電極に接続される第２端子を備え、前記第１端子および前記第２端子から交流電力を出力する送電回路と、
   前記複数の第１送電電極および前記複数の第２送電電極の背面側に間隙を空けて配置され、前記送電回路における前記第１端子の電位と前記第２端子の電位との間の電位を帯びる箇所に接続される背面電極と、
   を備え、
   前記背面電極は、前記送電回路内で、前記第１端子および前記第２端子の電位変動の振幅の１０％未満の振幅で電位が変動する箇所に接続される、送電装置。
6. 電界結合方式の無線電力伝送システムにおいて用いられる送電装置であって、
   電極配置面に沿った第１の方向に交互に並ぶ複数の第１送電電極および複数の第２送電電極と、
   前記複数の第１送電電極に接続される第１端子、および前記複数の第２送電電極に接続される第２端子を備え、前記第１端子および前記第２端子から交流電力を出力する送電回路と、
   前記複数の第１送電電極および前記複数の第２送電電極の背面側に間隙を空けて配置され、前記送電回路における前記第１端子の電位と前記第２端子の電位との間の電位を帯びる箇所に接続される背面電極と、
   前記複数の第１送電電極、および前記複数の第２送電電極の少なくとも一方から、前記第１の方向に、間隙を空けて配置され、前記送電回路における前記第１端子の電位と前記第２端子の電位との間の電位を帯びる箇所に接続される１つ以上の側面電極と、
   を備え、
   前記背面電極は、前記送電回路内で、前記第１端子および前記第２端子の電位変動の振幅の１０％未満の振幅で電位が変動する箇所に接続される、送電装置。
7. 電界結合方式の無線電力伝送システムにおいて用いられる送電装置であって、
   電極配置面に沿った第１の方向に交互に並ぶ複数の第１送電電極および複数の第２送電電極と、
   前記複数の第１送電電極に接続される第１端子、および前記複数の第２送電電極に接続される第２端子を備え、前記第１端子および前記第２端子から交流電力を出力する送電回路と、
   前記複数の第１送電電極および前記複数の第２送電電極の背面側に間隙を空けて配置され、前記送電回路における前記第１端子の電位と前記第２端子の電位との間の電位を帯びる箇所に接続される背面電極と、
   を備え、
   前記送電回路は、前記第１端子および前記第２端子を備える整合回路を含み、
   前記整合回路は、さらに、
   前記第１端子に接続された第１インダクタと、
   前記第２端子に接続された第２インダクタと、
   前記第１端子と前記第１インダクタとの間の配線と、前記第２端子と前記第２インダクタとの間の配線との間に接続された第１キャパシタおよび第２キャパシタと、
   を含み、
   前記背面電極は、前記第１キャパシタと前記第２キャパシタとの間の点に接続されている、
   送電装置。
8. 電界結合方式の無線電力伝送システムにおいて用いられる送電装置であって、
   電極配置面に沿った第１の方向に交互に並ぶ複数の第１送電電極および複数の第２送電電極と、
   前記複数の第１送電電極に接続される第１端子、および前記複数の第２送電電極に接続される第２端子を備え、前記第１端子および前記第２端子から交流電力を出力する送電回路と、
   前記複数の第１送電電極および前記複数の第２送電電極の背面側に間隙を空けて配置され、前記送電回路における前記第１端子の電位と前記第２端子の電位との間の電位を帯びる箇所に接続される背面電極と、
   前記複数の第１送電電極、および前記複数の第２送電電極の少なくとも一方から、前記第１の方向に、間隙を空けて配置され、前記送電回路における前記第１端子の電位と前記第２端子の電位との間の電位を帯びる箇所に接続される１つ以上の側面電極と、
   を備え、
   前記送電回路は、前記第１端子および前記第２端子を備える整合回路を含み、
   前記整合回路は、さらに、
   前記第１端子に接続された第１インダクタと、
   前記第２端子に接続された第２インダクタと、
   前記第１端子と前記第１インダクタとの間の配線と、前記第２端子と前記第２インダクタとの間の配線との間に接続された第１キャパシタおよび第２キャパシタと、
   を含み、
   前記背面電極は、前記第１キャパシタと前記第２キャパシタとの間の点に接続されている、
   送電装置。
9. 電界結合方式の無線電力伝送システムにおいて用いられる受電装置であって、
   電極配置面に沿った第１の方向に交互に並ぶ複数の第１受電電極および複数の第２受電電極と、
   前記複数の第１受電電極に接続される第１端子、および前記複数の第２受電電極に接続される第２端子を備え、前記第１端子および前記第２端子から入力された交流電力を他の電力に変換して出力する受電回路と、
   前記複数の第１受電電極および前記複数の第２受電電極の背面側に間隙を空けて配置され、前記受電回路における前記第１端子の電位と前記第２端子の電位との間の電位を帯びる箇所に接続される背面電極と、
   前記複数の第１受電電極、および前記複数の第２受電電極の少なくとも一方から、前記第１の方向に、間隙を空けて配置され、前記受電回路における前記第１端子の電位と前記第２端子の電位との間の電位を帯びる箇所に接続される１つ以上の側面電極と、
   を備え、
   前記側面電極は、前記背面電極に接続されている、
   受電装置。
10. 電界結合方式の無線電力伝送システムにおいて用いられる受電装置であって、
    電極配置面に沿った第１の方向に交互に並ぶ複数の第１受電電極および複数の第２受電電極と、
    前記複数の第１受電電極および前記複数の第２受電電極の背面側に間隙を空けて配置された背面電極と、
    前記複数の第１受電電極、前記複数の第２受電電極、および前記背面電極を収容する導電性の筐体であって、前記背面電極に接続された筐体と、
    前記複数の第１受電電極、および前記複数の第２受電電極の少なくとも一方から、前記第１の方向に、間隙を空けて配置され、前記筐体に接続される１つ以上の側面電極と、
    を備え、
    前記側面電極は、前記背面電極に接続されている、
    受電装置。
11. 前記側面電極は、前記複数の第１受電電極、および前記複数の第２受電電極の両側に位置する、請求項９または１０に記載の受電装置。
12. 前記複数の第１受電電極、および前記複数の第２受電電極は、同一平面上に配置され、
    前記側面電極は、前記平面から、前記平面に垂直な方向に突出した部分を含む、請求項９から１１のいずれかに記載の受電装置。
13. 請求項１から８のいずれかに記載の送電装置と、
    前記送電装置から無線で電力を受け取る受電装置と、
    を備える無線電極伝送システム。
14. 電力を無線で送出する送電装置と、
    請求項９から１２のいずれかに記載の受電装置であって、前記送電装置から無線で電力を受け取る受電装置と、
    を備える無線電極伝送システム。

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