特許 5790897 ワイヤレス電力伝送システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5790897

(24)【登録日】2015年8月14日

(45)【発行日】2015年10月7日

(54)【発明の名称】ワイヤレス電力伝送システム

(51)【国際特許分類】

   H02J 17/00 20060101AFI20150917BHJP

【ＦＩ】

   H02J17/00 C

【請求項の数】4

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2015-506737(P2015-506737)

(86)(22)【出願日】2014年3月14日

(86)【国際出願番号】JP2014056837

(87)【国際公開番号】WO2014148369

(87)【国際公開日】20140925

【審査請求日】2015年5月22日

(31)【優先権主張番号】特願2013-56855(P2013-56855)

(32)【優先日】2013年3月19日

(33)【優先権主張国】JP

(31)【優先権主張番号】特願2014-31873(P2014-31873)

(32)【優先日】2014年2月21日

(33)【優先権主張国】JP

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000006231

【氏名又は名称】株式会社村田製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110000970

【氏名又は名称】特許業務法人 楓国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】市川 敬一

(72)【発明者】

【氏名】末定 剛

(72)【発明者】

【氏名】酒井 博紀

【審査官】 馬場 慎

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１３／０７３５０８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１３／００１５６９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１２／１５７０１１（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｊ １７／００

Ｈ０２Ｊ ７／００ − ７／１２

Ｈ０２Ｊ ７／３４ − ７／３６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の電極と第２の電極との間に交流電圧を給電回路から給電する送電装置と、
前記第１の電極に対向する第３の電極と、前記第２の電極に対向する第４の電極との間に生じる交流電圧を負荷回路へ供給する受電装置と、
を備えた電力伝送システムにおいて、
前記送電装置は、
第１端が前記第１の電極に接続され、第２端が前記送電装置の基準電位に接続された第１リアクタンス素子と、
第１端が前記第２の電極に接続され、第２端が前記送電装置の基準電位に接続された第２リアクタンス素子と、
を有し、
前記受電装置は、
第１端が前記第３の電極に接続され、第２端が前記受電装置の基準電位に接続された第３リアクタンス素子と、
第１端が前記第４の電極に接続され、第２端が前記受電装置の基準電位に接続された第４リアクタンス素子と、
を有し、
前記第１の電極及び前記第３の電極の間に生じる容量Ｃａａ、前記第２の電極及び前記第４の電極の間に生じる容量Ｃｐｐ、前記第１リアクタンス素子のリアクタンスをＸ１、前記第２リアクタンス素子のリアクタンスをＸ２、前記第３リアクタンス素子のリアクタンスをＸ３、前記第４リアクタンス素子のリアクタンスをＸ４で表したとき、
前記第１の電極、前記第２の電極、前記第３の電極及び前記第４の電極、ならびに、前記第１リアクタンス素子、前記第２リアクタンス素子、前記第３リアクタンス素子及び前記第４リアクタンス素子は、
前記交流電圧の基本周波数で、Ｃｐｐ／Ｃａａ＝Ｘ１／Ｘ２＝Ｘ３／Ｘ４、かつ、Ｃｐｐ≧Ｃａａ、を満足するよう設定されている、
ワイヤレス電力伝送システム。

【請求項2】

前記送電装置は、前記第１の電極及び前記第２の電極との間に前記給電回路が配置されるよう設けられ、基準電位に接続されたシールド電極を有し、
前記第１リアクタンス素子の第２端、及び前記第２リアクタンス素子の第２端は、前記シールド電極に接続されている、
請求項１に記載のワイヤレス電力伝送システム。

【請求項3】

前記受電装置は、前記第３の電極及び前記第４の電極との間に前記負荷回路が配置されるよう設けられ、基準電位に接続されたシールド電極を有し、
前記第３リアクタンス素子の第２端、及び前記第４リアクタンス素子の第２端は、前記シールド電極に接続されている、
請求項１に記載のワイヤレス電力伝送システム。

【請求項4】

前記第１リアクタンス素子、前記第２リアクタンス素子、前記第３リアクタンス素子及び前記第４リアクタンス素子の少なくとも一つは、可変リアクタンス素子を含む、請求項１から３の何れかに記載のワイヤレス電力伝送システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、容量結合（電界結合）により電力を伝送するワイヤレス電力伝送システムに関する。

【背景技術】

【0002】

ワイヤレス電力伝送システムとして、特許文献１には、容量結合により電力を伝送するシステムが開示されている。特許文献１に記載のワイヤレス電力伝送システムは、高周波高電圧発生器、パッシブ電極及びアクティブ電極を備えた送電装置と、高周波高電圧負荷、パッシブ電極及びアクティブ電極を備えた受電装置とで構成されている。そして、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とが間隙を介して近接することにより、二つの電極同士が容量結合し、送電装置から受電装置へ電力が伝送される。この容量結合方式のワイヤレス電力伝送システムでは、面積当たりの伝送電力を大きくできること、及び、搭載面内の位置自由度が高くできること、といった利点がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特表２００９−５３１００９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１に記載のワイヤレス電力伝送システムでは、受電装置の基準電位が大地電位に対して変動すると、例えばタッチパネルのように人が触れるデバイスなどで、電力伝送中に受電装置の負荷回路の誤動作が生じるといった問題がある。また、送電装置の基準電位が大地電位に対して変動すると、電源ラインへの不要伝導ノイズが発生するという問題がある。このため、容量結合方式のワイヤレス電力伝送システムでは、電力伝送中における基準電位変動の抑制が重要となる。

【0005】

そこで、本発明の目的は、受電装置側の負荷回路の動作を安定化させることができるワイヤレス電力伝送システムを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明は、第１の電極と第２の電極との間に交流電圧を給電回路から給電する送電装置と、前記第１の電極に対向する第３の電極と、前記第２の電極に対向する第４の電極との間に生じる交流電圧を負荷回路へ供給する受電装置と、を備えた電力伝送システムにおいて、前記送電装置は、第１端が前記第１の電極に接続され、第２端が前記送電装置の基準電位に接続された第１リアクタンス素子と、第１端が前記第２の電極に接続され、第２端が前記送電装置の基準電位に接続された第２リアクタンス素子と、を有し、前記受電装置は、第１端が前記第３の電極に接続され、第２端が前記受電装置の基準電位に接続された第３リアクタンス素子と、第１端が前記第４の電極に接続され、第２端が前記受電装置の基準電位に接続された第４リアクタンス素子と、を有し、前記第１の電極及び前記第３の電極の間に生じる容量Ｃａａ、前記第２の電極及び前記第４の電極の間に生じる容量Ｃｐｐ、前記第１リアクタンス素子のリアクタンスをＸ１、前記第２リアクタンス素子のリアクタンスをＸ２、前記第３リアクタンス素子のリアクタンスをＸ３、前記第４リアクタンス素子のリアクタンスをＸ４で表したとき、前記第１の電極、前記第２の電極、前記第３の電極及び前記第４の電極、ならびに、前記第１リアクタンス素子、前記第２リアクタンス素子、前記第３リアクタンス素子及び前記第４リアクタンス素子は、前記交流電圧の基本周波数で、Ｃｐｐ／Ｃａａ＝Ｘ１／Ｘ２＝Ｘ３／Ｘ４、かつ、Ｃｐｐ≧Ｃａａ、を満足するよう設定されていることを特徴とする。

【0007】

この構成では、第１の電極及び第３の電極の間に生じる容量Ｃａａと、第２の電極及び第４の電極の間に生じる容量Ｃｐｐとの比に一致するよう、四つのリアクタンス素子を用いることで、送電装置側基準電位点と受電装置側基準電位点との電位差を０とすることができる。これにより、受電装置側基準電位の電位変動を低減して、受電装置側の負荷回路の動作を安定化させることができる。

【0008】

また、第３リアクタンス素子Ｘ３及び第４リアクタンス素子Ｘ４は抵抗成分を含まないので、受電側基準電位の電位変動を広い周波数帯域にわたり低減できる。リアクタンス素子（抵抗成分がゼロ）としているが、実際の素子には抵抗成分が含まれる。ここでは、抵抗成分はリアクタンス成分に対して十分小さくする。

【0009】

前記送電装置は、前記第１の電極及び前記第２の電極との間に前記給電回路が配置されるよう設けられ、基準電位に接続されたシールド電極を有し、前記第１リアクタンス素子の第２端、及び前記第２リアクタンス素子の第２端は、前記シールド電極に接続されている、構成でもよい。

【0010】

ここで、シールド電極は、送電装置内の給電回路から生じたノイズの輻射を抑制するために設けられたものである。この構成では、このシールド電極を介して、第１リアクタンス素子及び第２リアクタンス素子の接続点が基準電位に接続されている。そして、ノイズを遮蔽する程度の面積を有するシールド電極が送電側基準電位を構成する導体に加わることで、送電装置側基準電位の安定化を図ることができる。これにより、送電装置の基準電位が大地電位に対して変動することで電源ラインへの不要なノイズが伝導（漏えい）する、という問題を回避することができる。加えて、送電装置側基準電位点と受電装置側基準電位点との電位差を０とすることができるため、受電装置側基準電位の電位変動も低減され、受電装置側の負荷回路の動作を安定化させることができる。

【0011】

前記受電装置は、前記第３の電極及び前記第４の電極との間に前記負荷回路が配置されるよう設けられ、基準電位に接続されたシールド電極を有し、前記第３リアクタンス素子の第２端、及び前記第４リアクタンス素子の第２端は、前記シールド電極に接続されている構成でもよい。

【0012】

ここで、シールド電極は、受電装置内の高電圧部（負荷回路）から生じたノイズの輻射を抑制するために設けられたものである。この構成では、このシールド電極を介して、第３リアクタンス素子及び第４リアクタンス素子の接続点が基準電位に接続されている。そして、ノイズを遮蔽する程度の面積を有するシールド電極が受電側基準電位を構成する導体に加わることで、受電装置側基準電位の安定化が図られるため、受電装置側の負荷回路の動作を安定化させることができる。加えて、送電装置側基準電位点と受電装置側基準電位点との電位差を０とすることができ、送電装置側基準電位の電位変動も低減されるため、送電装置の基準電位が大地電位に対して変動することに起因し、電源ラインへの不要なノイズが伝導（漏えい）する問題を回避できる。

【0013】

前記第１リアクタンス素子、前記第２リアクタンス素子、前記第３リアクタンス素子及び前記第４リアクタンス素子の少なくとも一つは、可変リアクタンス素子を含む構成でもよい。

【0014】

この構成では、素子を実装した後であっても、送電装置側基準電位点と受電装置側基準電位点との電位差を０とする、Ｃｐｐ／Ｃａａ＝Ｘ１／Ｘ２＝Ｘ３／Ｘ４の条件を満たすことができる。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、受電装置側基準電位の電位変動を低減し、受電装置側の負荷回路の動作を安定化させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】実施形態１に係るワイヤレス電力伝送システムの回路図

【図2】電力伝送システムを構成する送電装置及び受電装置の主要部を概念的に表した断面図

【図3】電力伝送システムを構成する送電装置及び受電装置の主要部を概念的に表した断面図

【図4】負荷回路ＲＬ側を無負荷状態とした場合において、一部を省略したワイヤレス電力伝送システムの等価回路図

【図5】ブリッジ回路を取り出して簡略化したワイヤレス電力伝送システムの等価回路図

【図6】負荷回路ＲＬ側を無負荷状態としない場合において、一部を省略したワイヤレス電力伝送システムの等価回路図

【図7】図６に示すキャパシタ及び抵抗をΔ−Ｙ変換した場合の回路図

【図8】別の例の送電装置及び受電装置の主要部を概念的に表した断面図

【図9】実施形態２に係るワイヤレス電力伝送システムの等価回路図

【図10】実施形態３に係るワイヤレス電力伝送システムを構成する送電装置及び受電装置の主要部を概念的に表した断面図

【図11】図１０に示すワイヤレス電力伝送システムの回路図

【図12】寄生容量を調整する場合のワイヤレス電力伝送システムを構成する送電装置及び受電装置の主要部を概念的に表した断面図

【発明を実施するための形態】

【0017】

（実施形態１）
図１は実施形態１に係るワイヤレス電力伝送システム３０１の回路図である。ワイヤレス電力伝送システム３０１は送電装置１０１と受電装置２０１とを備えている。受電装置２０１は負荷回路ＲＬを備えている。この負荷回路ＲＬには二次電池とその充電回路、及び入力手段としてタッチパネル（不図示）等を含んでいる。そして、受電装置２０１は、例えば携帯電子機器である。携帯電子機器としては携帯電話機、ＰＤＡ、携帯音楽プレーヤ、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は送電装置１０１に載置され、送電装置１０１は受電装置２０１の二次電池を充電する。タッチパネルは、この二次電池を電力源として駆動する。

【0018】

図１において、送電装置１０１の高周波電圧発生回路１は例えば１００ｋＨｚ〜数１０ＭＨｚの高周波電圧を発生する。高周波電圧発生回路１の発生する電圧は、昇圧トランスＴ１により昇圧されて、アクティブ電極１１及びパッシブ電極１２との間に印加される。昇圧トランスＴ１の漏れインダクタンスＬ_leakは、アクティブ電極１１とパッシブ電極１２との間に生じるキャパシタＣｓ１とで共振回路を構成している。キャパシタＣｓ１は、実素子であってもよいし、寄生容量であってもよい。

【0019】

なお、アクティブ電極１１は、本発明に係る第１の電極に相当し、パッシブ電極１２は、本発明に係る第２の電極に相当する。

【0020】

アクティブ電極１１及びパッシブ電極１２の間には、キャパシタ３１，３２が直列接続されている。詳しくは、アクティブ電極１１側にキャパシタ３１が接続され、パッシブ電極１２側にキャパシタ３２が接続されている。キャパシタ３１及びキャパシタ３２の接続点は、送電装置１０１の基準電位に接続されている。キャパシタ３１，３２は、実素子であってもよいし、アクティブ電極１１やパッシブ電極１２と送電装置の基準電位との間に構成される寄生容量であってもよいし、これらの組み合わせであってもよい。また、このキャパシタ３１，３２には、昇圧トランスＴ１の線間容量を含んでいてもよい。

【0021】

キャパシタ３１は、本発明に係る第１リアクタンス素子に相当し、キャパシタ３２は、本発明に係る第２リアクタンス素子に相当する。

【0022】

受電装置２０１が送電装置１０１に載置されると、受電装置２０１のアクティブ電極２１は、送電装置１０１のアクティブ電極１１と対向し、パッシブ電極２２はパッシブ電極１２と対向する。送電装置１０１側でアクティブ電極１１とパッシブ電極１２との間に電圧が印加された場合、アクティブ電極１１，２１が容量結合し、また、パッシブ電極１２，２２も容量結合する。この容量結合により、アクティブ電極２１及びパッシブ電極２２の間に電圧が誘起され、送電装置１０１から受電装置２０１へ電力が伝送される。

【0023】

アクティブ電極２１は、本発明に係る第３の電極に相当し、パッシブ電極２２は、本発明に係る第４の電極に相当する。

【0024】

アクティブ電極２１とパッシブ電極２２との間には、キャパシタ３３，３４が直列接続されている。詳しくは、アクティブ電極２１側にキャパシタ３３が接続され、パッシブ電極２２側にキャパシタ３４が接続されている。キャパシタ３３，３４の接続点は、受電装置２０１の基準電位に接続されている。キャパシタ３３，３４は、実素子であってもよいし、アクティブ電極２１やパッシブ電極２２と受電装置の基準電位との間に構成される寄生容量であってもよいし、これらの組み合わせであってもよい。また、このキャパシタ３３，３４には、降圧トランスＴ２の線間容量を含んでいてもよい。

【0025】

キャパシタ３３は、本発明に係る第３リアクタンス素子に相当し、キャパシタ３４は、本発明に係る第４リアクタンス素子に相当する。

【0026】

アクティブ電極２１とパッシブ電極２２との間に誘起される電圧は、降圧トランスＴ２により降圧され、インダクタＬＬ、ダイオードＤ１，Ｄ２及びＤＣ−ＤＣコンバータ２５により整流平滑され、負荷回路ＲＬへ印加される。なお、降圧トランスＴ２の１次コイルは、図１に示す、アクティブ電極２１とパッシブ電極２２との間に生じるキャパシタＣｓ２とで共振回路を構成している。キャパシタＣｓ２は、実素子であってもよいし、寄生容量であってもよい。

【0027】

図１に示すキャパシタＣａは、アクティブ電極１１，２１の間に生じる（等価的に接続される）容量であり、キャパシタＣｐは、パッシブ電極１２，２２の間に生じる（等価的に接続される）容量である。そして、キャパシタＣａのキャパシタンスをＣａａ、キャパシタＣｐのキャパシタンスをＣｐｐで表すと、アクティブ電極１１，２１及びパッシブ電極１２，２２は、Ｃａａ≦Ｃｐｐの関係が成り立つように形成されている。この関係が成り立つようにすることで、アクティブ電極１１，２１のみに高い電圧が生じ、パッシブ電極１２，２２には相対的に低い電圧を生じさせることができる。

【0028】

また、キャパシタ３１，３２，３３，３４は、受電装置２０１の基準電位の安定化を目的として設けられている。キャパシタ３１，３２，３３，３４それぞれのキャパシタンス値は、Ｃａ，Ｃｐの容量比との関係により設定される。その設定方法については後に詳述する。

【0029】

なお、送電装置１０１においては、キャパシタＣｓ１，３１，３２の合成容量と昇圧トランスＴ１の漏れインダクタンスＬ_leakとの共振周波数を、高周波電圧発生回路１の発生する高周波電圧の周波数付近に設定する。また、受電装置２０１においては、キャパシタＣｓ２，３３，３４の合成容量と降圧トランスＴ２の１次側励磁インダクタンスとの共振周波数を高周波電圧発生回路１の発生する高周波電圧の周波数付近に設定する。そうすることで、受電装置２０１が送電装置１０１に載置され、互いのアクティブ電極１１，２１、パッシブ電極１２，２２が容量結合し、送電装置１０１から受電装置２０１へ電力が伝送される際に、互いの共振回路が結合することで複合共振が形成され、高周波電圧発生回路１の発生する高周波電圧の周波数付近において、損失の少ない電力伝送を行うことができる。

【0030】

図２及び図３は電力伝送システム３０１を構成する送電装置１０１及び受電装置２０１の主要部を概念的に表した断面図である。図２は、Ｃａａ＜Ｃｐｐの関係が成り立つ場合の断面図であり、図３は、Ｃａａ＝Ｃｐｐの関係が成り立つ場合の断面図である。

【0031】

送電装置１０１の筐体１０の上面（受電装置２０１が載置される面）付近には、アクティブ電極１１とパッシブ電極１２とが設けられている。この筐体１０は、例えばＡＢＳ樹脂などのプラスチックの成形体であり、筐体１０の内部にアクティブ電極１１及びパッシブ電極１２を一体成形することによって、筐体１０の外表面を絶縁構造にしている。

【0032】

アクティブ電極１１及びパッシブ電極１２は、同一面内に設けられ、かつ、パッシブ電極１２がアクティブ電極１１の周囲を離間して取り囲むように設けられている。アクティブ電極１１をパッシブ電極１２で取り囲むことで、パッシブ電極がアクティブ電極を遮蔽する効果が得られるため、より高電圧が生じているアクティブ電極１１，２１の容量結合に起因して生じるノイズの輻射を抑制できる。

【0033】

また、送電装置１０１の筐体１０の底面付近であって、アクティブ電極１１及びパッシブ電極１２と対向する位置には、シールド電極１３が設けられている。シールド電極１３は、高電圧部となるアクティブ電極１１及びパッシブ電極１２とグランド（大地）との間を遮蔽するように設けられている。このシールド電極１３は、送電装置１０１の基準電位に接続されている。本実施形態では、シールド電極１３の基準電位は大地電位である。なお、シールド電極１３は、筐体１０に沿って、筐体１０の側面にも設けられていてもよい。また、シールド電極１３は大地に接続されていなくてもよい。

【0034】

アクティブ電極１１とパッシブ電極１２との間には、キャパシタ３１，３２が直列接続されている。キャパシタ３１，３２の接続点はシールド電極１３に接続されていて、シールド電極１３を介して基準電位に接続されている。

【0035】

筐体１０内には、高周波電圧発生回路１及び昇圧トランスＴ１を含む高周波高電圧発生回路が設けられている。この高周波高電圧発生回路は、アクティブ電極１１とパッシブ電極１２との間に高周波の高電圧を印加する。昇圧トランスＴ１の１次側は、シールド電極１３を介して基準電位に接続されている。

【0036】

受電装置２０１の筐体２０の底面（送電装置１０１の上面に載置される面）付近には、アクティブ電極２１とパッシブ電極２２とが設けられている。この筐体２０は、例えばＡＢＳ樹脂などのプラスチックの成形体であり、筐体２０の内部にアクティブ電極２１及びパッシブ電極２２を一体成形することによって、筐体２０の外表面を絶縁構造にしている。

【0037】

アクティブ電極２１及びパッシブ電極２２は、送電装置１０１と同様に、同一面内に設けられ、かつ、パッシブ電極２２がアクティブ電極２１の周囲を離間して取り囲むように設けられている。また、筐体２０の上面付近であって、アクティブ電極２１及びパッシブ電極２２と対向する位置には、シールド電極２３が設けられている。このシールド電極２３は、受電装置２０１の基準電位に接続されている。

【0038】

Ｃａａ＜Ｃｐｐの場合（図２）、パッシブ電極１２，２２の面積が、アクティブ電極１１，２１の面積よりも大きくなるよう形成されている。この場合、アクティブ電極１１と２１の間に生じる電圧は、パッシブ電極１２と２２の間に生じる電圧よりも大きくなる。また、Ｃａａ＝Ｃｐｐの場合（図３）、アクティブ電極１１，２１の面積が、パッシブ電極１２，２２の面積と同じ大きさとなるよう形成されている。この場合、アクティブ電極１１と２１の間に生じる電圧と、パッシブ電極１２と２２の間に生じる電圧とは等しくなる。

【0039】

アクティブ電極２１とパッシブ電極２２との間には、キャパシタ３３，３４が直列接続されている。キャパシタ３３，３４の接続点はシールド電極２３に接続されていて、シールド電極２３を介して受電装置２０１の基準電位に接続されている。なお、シールド電極２３は、筐体２０に沿って、筐体２０の側面にも設けられていてもよい。

【0040】

筐体２０内には、アクティブ電極２１とパッシブ電極２２との間に誘起される電圧を受ける受電側回路２４が設けられている。受電側回路２４は、図１の降圧トランスＴ２、インダクタＬＬ、ダイオードＤ１，Ｄ２、ＤＣ−ＤＣコンバータ２５及び負荷回路ＲＬ等を含む。この受電側回路２４（具体的には、降圧トランスＴ２の２次側）は、シールド電極２３を介して受電装置２０１の基準電位に接続されている。

【0041】

以下に、キャパシタ３１，３２，３３，３４の設定方法について詳述する。以下では、負荷回路ＲＬ側を無負荷状態とした場合と、無負荷状態としない場合とのそれぞれの設定方法について説明する。

【0042】

図４は、負荷回路ＲＬ側を無負荷状態とした場合において、一部を省略したワイヤレス電力伝送システム３０１の等価回路図である。図４では、キャパシタ３１，３２，３３，３４及びキャパシタＣａ，Ｃｐから構成される回路を主に示し、他の回路、例えば、受電装置２０１の受電側回路２４などを省略している。また、図４に示すＴＧは、送電装置１０１の基準電位点であり、ＲＧは受電装置２０１の基準電位点である。

【0043】

図４において、キャパシタ３１，３２のインピーダンスをＺ１，Ｚ２で表す。また、キャパシタ３３及びキャパシタＣａの直列回路のインピーダンスをＺ３、キャパシタ３４及びキャパシタＣｐの直列回路のインピーダンスをＺ４でそれぞれ表す。インピーダンスＺ１，Ｚ２は、
Ｚ１＝Ｒ１＋ｊＸ１…（１）
Ｚ２＝Ｒ２＋ｊＸ２…（２）
で表される。

【0044】

また、キャパシタ３３，３４のインピーダンスをそれぞれ、Ｒ３＋ｊＸ３、及び、Ｒ４＋ｊＸ４で表すと、インピーダンスＺ３，Ｚ４は、
Ｚ３＝１／ｊωＣａａ＋Ｒ３＋ｊＸ３…（３）
Ｚ４＝１／ｊωＣｐｐ＋Ｒ４＋ｊＸ４…（４）
で表される。

【0045】

キャパシタ３１，３２，３３，３４は、アクティブ電極１１，２１の間に生じる容量Ｃａａと、パッシブ電極１２，２２の間に生じる容量Ｃｐｐとの比に一致するよう各キャパシタンスが設定されている。すなわち、キャパシタ３１，３２，３３，３４は、高周波電圧発生回路１からの交流電圧の基本周波数において、以下の式（５）の条件を満たすように設定されている。

【0046】

Ｃｐｐ／Ｃａａ＝Ｘ１／Ｘ２＝Ｘ３／Ｘ４…（５）
なお、上述したように、Ｃａａ≦Ｃｐｐである。

【0047】

式（５）の条件を満足することで、送電装置側基準電位点ＴＧと受電装置側基準電位点ＲＧとの電位差は０となる。これは、キャパシタ３１，３２，３３，３４及びキャパシタＣａ，Ｃｐから構成される回路がブリッジ回路を形成しているからである。そのブリッジ回路を図５に示す。図５は、ブリッジ回路を取り出して簡略化したワイヤレス電力伝送システム３０１の等価回路図である。図５では、各インピーダンスＺ１，Ｚ２，Ｚ３，Ｚ４と同じ符号で、インピーダンス素子の回路を表している。

【0048】

図５に示すように、インピーダンス素子Ｚ１とインピーダンス素子Ｚ２との接続点は送電装置側基準電位点ＴＧであり、インピーダンス素子Ｚ３とインピーダンス素子Ｚ４との接続点は受電装置側基準電位点ＲＧである。このブリッジ回路の平衡条件は、
Ｚ１／Ｚ２＝Ｚ３／Ｚ４…（６）
であり、この平衡条件を満足すると、送電装置側基準電位点ＴＧと受電装置側基準電位点ＲＧとの電位差は０となる。

【0049】

前記式（１）〜（４）及び式（６）から算出される式の実部及び虚部をゼロとすると、以下の式（７）及び式（８）を得る。

【0050】

【数1】

【0051】

抵抗成分を無視すると、式（７）より、以下の式（９）となる。

【0052】

【数2】

【0053】

ｋ＝Ｃｐｐ／Ｃａａ、ｋ１＝Ｘ１／Ｘ２、ｋ２＝Ｘ３／Ｘ４とすると、式（９）は、以下の式（１０）となる。

【0054】

【数3】

【0055】

この結果、ｋ＝ｋ１＝ｋ２となり、前述の式（５）が成り立つ。このように、式（５）の条件を満たすように、キャパシタ３１，３２，３３，３４、アクティブ電極１１，２１及びパッシブ電極１２，２２を設計することで、送電装置側基準電位点ＴＧと受電装置側基準電位点ＲＧとの電位差は０となる。

【0056】

図６は、負荷回路ＲＬ側を無負荷状態としない場合において、一部を省略したワイヤレス電力伝送システム３０１の等価回路図である。図６に示す回路は、図４に示す回路に加え、抵抗Ｒが付加された構成である。図７は、図６に示すキャパシタ３３，３４及び抵抗ＲをΔ−Ｙ変換した場合の回路である。

【0057】

図７に示すＺａ，Ｚｂのインピーダンスは、以下の式（１１）及び式（１２）で表される。

【0058】

【数4】

【0059】

そして、ブリッジ回路の平衡条件から、以下の式（１３）を満足すれば、送電装置側基準電位点ＴＧと受電装置側基準電位点ＲＧとの電位差は０となる。

【0060】

【数5】

【0061】

抵抗成分Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４を無視し、ｋ＝Ｃｐｐ／Ｃａａ、ｋ１＝Ｘ１／Ｘ２、ｋ２＝Ｘ３／Ｘ４とすると、式（１３）から以下の式（１４）となる。

【0062】

【数6】

【0063】

式（１４）において、ｋ＝ｋ１＝ｋ２である場合、抵抗Ｒ、及び、ωＣａａに拘わらず、式（１４）は成立する。すなわち、前述の式（１３）が成り立ち、送電装置側基準電位点ＴＧと受電装置側基準電位点ＲＧとの電位差は０となる。

【0064】

負荷回路ＲＬ側を無負荷状態とした場合であっても、無負荷状態としない場合であっても、送電装置側基準電位点ＴＧと受電装置側基準電位点ＲＧとの電位差が０となれば、受電装置側基準電位点ＲＧの電位は送電装置１０１のグランド電位に等しくなる。通常、送電装置１０１のグランド電位は接地電位（大地電位）であるので、前記式（５）又は式（１３）の平衡条件を満たせば、受電装置２０１側の基準電位も接地電位（大地電位）に近付けることができる。そのことによって、受電装置２０１が、人が触って静電的に入力するデバイス（静電容量型タッチパネル）を有する場合、送電装置１０１から受電装置２０１への電力伝送中に、タッチパネルを操作しても、入力を受付けない、又は、意図しない入力が行われるといった誤動作をなくすことができる。

【0065】

なお、キャパシタ３１，３２，３３，３４は、何れか一つ、または全てが可変キャパシタであってもよい。この場合、キャパシタ３４を実装した後であっても、式（５）又は式（１３）を満たすことができる。そして、送電装置側基準電位点ＴＧと受電装置側基準電位点ＲＧとの電位差を０として、受電装置２０１側の基準電位の安定化が可能となる。

【0066】

なお、本実施形態では、送電装置１０１の基準電位を大地電位としているが、送電装置１０１の基準電位は大地電位でなくてもよい。この場合であっても、送電装置１０１の筐体が受電装置２０１よりも大きい場合など、送電装置１０１の基準電位のほうが受電装置２０１の基準電位よりも安定化されているため、受電装置２０１の基準電位を送電装置１０１の基準電位とほぼ等しくなるように制御することで、送電装置１０１から受電装置２０１への電力伝送中に、タッチパネルを操作しても、誤動作をなくすことができる。

【0067】

図８は、別の例の送電装置及び受電装置の主要部を概念的に表した断面図である。図８に示すように、受電装置２０１の基準電位を大地電位としてもよい。この場合にも、前記式（５）又は式（１３）の平衡条件を満たすことで、送電装置１０１の基準電位を、受電装置２０１の基準電位である大地電位とすることができる。

【0068】

（実施形態２）
実施形態２に係るワイヤレス電力伝送システムでは、受電装置が実施形態１と相違する。以下、その相違点について説明する。

【0069】

図９は実施形態２に係るワイヤレス電力伝送システム３０２の等価回路図である。ワイヤレス電力伝送システム３０２は、送電装置１０２と受電装置２０２とを備える。送電装置１０２は、実施形態１に係る送電装置１０１と同じであるため、説明は省略する。

【0070】

受電装置２０２には、アクティブ電極２１とパッシブ電極２２との間に直列接続された、インダクタ３５，３６が設けられている。詳しくは、アクティブ電極２１側にインダクタ３５が接続され、パッシブ電極２２側にインダクタ３６が接続されている。インダクタ３５，３６の接続点は、受電装置２０２の基準電位に接続されている。インダクタ３５は、本発明に係る第３リアクタンス素子に相当し、インダクタ３６は、本発明に係る第４リアクタンス素子に相当する。なお、キャパシタ３１，３２をインダクタに代えてもよい。さらに、前述のインダクタ３５，３６等は、可変インダクタンス素子であってもよい。

【0071】

なお、受電装置２０２の他の部分は、実施形態１と同じであるため、説明は省略する。

【0072】

キャパシタ３１，３２、インダクタ３５，３６及びキャパシタＣａ，Ｃｐから構成される回路は、実施形態１の図５又は図７と同様に、ブリッジ回路を形成している。インダクタ３５，３６のインダクタンスをＬ１，Ｌ２で表すと、それぞれのリアクタンスＸ５、Ｘ６は、Ｘ５＝ωＬ１、Ｘ６＝ωＬ２である。このリアクタンスＸ５、Ｘ６は、図５に示すＺ３，Ｚ４に相当する（但し、符号は逆である）。そして、式（５）又は式（１３）より、
Ｃｐｐ／Ｃａａ＝Ｘ１／Ｘ２＝Ｌ１／Ｌ２…（１５）
となる。

【0073】

式（１５）の条件を満たすように、キャパシタ３１，３２、インダクタ３５，３６、アクティブ電極１１，２１及びパッシブ電極１２，２２を設計することで、送電装置側基準電位点ＴＧと受電装置側基準電位点ＲＧとの電位差は０となる。送電装置側基準電位点ＴＧを電力送電装置のグランド電位に接続されていれば、受電装置側基準電位点ＲＧの電位は電力送電装置のグランド電位に等しくなる。通常、送電装置１０１のグランド電位は接地電位（大地電位）であるので、前記式（１５）の平衡条件を満たせば、受電装置２０２側の基準電位も接地電位（大地電位）に近付けることができる。そのことによって、受電装置２０２が、人が触って静電的に入力するデバイス（容量型タッチパネル）を有する場合、送電装置１０１から受電装置２０２への電力伝送中に、タッチパネルを操作しても、受電装置２０２の負荷回路ＲＬの誤動作をなくすことができる。

【0074】

(実施形態３)
本実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムでは、実施形態１で説明したキャパシタ３１，３２，３３，３４に相当する容量を、送電装置及び受電装置内に生じる寄生容量で構成し、受電装置の基準電位の安定化させている。以下、その相違点について説明する。

【0075】

図１０は、実施形態３に係るワイヤレス電力伝送システム３０３を構成する送電装置１０３及び受電装置２０３の主要部を概念的に表した断面図である。図１１は、図１０に示すワイヤレス電力伝送システム３０３の回路図である。なお、図１１では、キャパシタＣｓ１，Ｃｓ２は、図示を省略している。

【0076】

ワイヤレス電力伝送システム３０３では、送電装置１０３及び受電装置２０３それぞれは、各々の装置の基準電位に接続されたシールド電極１３Ａ，２３Ａを備えている。シールド電極１３Ａは、アクティブ電極１１及びパッシブ電極１２の近傍に配置され、シールド電極１３と同電位である。シールド電極２３Ａは、アクティブ電極２１及びパッシブ電極２２の近傍に配置され、シールド電極２３と同電位である。

【0077】

受電装置２０３を送電装置１０３に載置した場合、シールド電極１３Ａ，２３Ａの間には、アクティブ電極１１，２１及びパッシブ電極間１２，２２が間に介在する。高電位部分（アクティブ電極１１，２１）をシールド電極１３Ａ，２３Ａで挟み込むことで、アクティブ電極１１，２１間、及び、パッシブ電極間１２，２２間に生じる電界の漏えい（ノイズの輻射）を抑制することができる。

【0078】

送電装置１０３において、シールド電極１３Ａをアクティブ電極１１及びパッシブ電極１２の近傍に設けることで、シールド電極１３Ａとアクティブ電極１１との間、及び、シールド電極１３Ａとパッシブ電極１２との間それぞれに寄生容量が生じる。ここで、シールド電極１３Ａとアクティブ電極１１との間に生じる寄生容量をキャパシタ４１、シールド電極１３Ａとパッシブ電極１２との間に生じる寄生容量をキャパシタ４２でそれぞれ表す。

【0079】

また、受電装置２０３において、シールド電極２３Ａをアクティブ電極２１及びパッシブ電極２２の近傍に設けることで、シールド電極２３Ａとアクティブ電極２１との間、及び、シールド電極２３Ａとパッシブ電極２２との間それぞれに寄生容量が生じる。ここで、シールド電極２３Ａとアクティブ電極２１との間に生じる寄生容量をキャパシタ４３、シールド電極２３Ａとパッシブ電極２２との間に生じる寄生容量をキャパシタ４４でそれぞれ表す。

【0080】

キャパシタ４１は、本発明に係る第１リアクタンス素子に相当し、キャパシタ４２は、本発明に係る第２リアクタンス素子に相当する。また、キャパシタ４３は、本発明に係る第３リアクタンス素子に相当し、キャパシタ４４は、本発明に係る第４リアクタンス素子に相当する
送電装置１０３は、アクティブ電極１１とシールド電極１３Ａとの間に接続されたキャパシタΔ４１と、パッシブ電極１２とシールド電極１３Ａとの間に接続されたキャパシタΔ４２とを備えている。この接続構成により、図１１に示すように、キャパシタΔ４１は、キャパシタ４１に対して並列接続し、キャパシタΔ４２は、キャパシタ４２に対して並列接続した構成となる。

【0081】

受電装置１０３は、アクティブ電極２１とシールド電極２３Ａとの間に接続されたキャパシタΔ４３と、パッシブ電極２２とシールド電極２３Ａとの間に接続されたキャパシタΔ４４とを備えている。この接続構成により、図１１に示すように、キャパシタΔ４３は、キャパシタ４３に対して並列接続し、キャパシタΔ４４は、キャパシタ４４に対して並列接続した構成となる。

【0082】

この回路において、並列接続されたキャパシタ４１，Δ４１は、実施形態１で説明したキャパシタ３１に相当する。同様に、並列接続されたキャパシタ４２，Δ４２、並列接続されたキャパシタ４３，Δ４３、及び、並列接続されたキャパシタ４４，Δ４４それぞれは、実施形態１で説明したキャパシタ３２，３３，３４に相当する。そして、実施形態１で説明したように、アクティブ電極１１，２１の間に生じる容量Ｃａａと、パッシブ電極１２，２２の間に生じる容量Ｃｐｐとの比に一致するよう、各キャパシタンスの値を設定する。

【0083】

キャパシタ３１に相当する並列接続されたキャパシタ４１，Δ４１のうち、キャパシタ４１は、寄生容量である。したがって、キャパシタΔ４１の容量は、実素子の容量からなり、キャパシタ４１の容量に応じて、適宜決定される。同様に、キャパシタΔ４２，Δ４３，Δ４４それぞれの容量も、実素子の容量からなり、寄生容量であるキャパシタ４２，４３，４４の容量に応じて、適宜決定される。そして、適宜決定した容量のキャパシタΔ４１，Δ４２，Δ４３，Δ４４を接続することで、式（５）又は式（１３）の平衡条件を満たして、受電装置２０３側の基準電位を、受電装置２０３の基準電位である大地電位とすることができる。

【0084】

なお、シールド電極１３Ａ，２３Ａに穴を形成して、シールド電極１３Ａ，２３Ａと、アクティブ電極１１，２１及びパッシブ電極１２，２２との間に生じる寄生容量を調整するようにしてもよい。

【0085】

図１２は、寄生容量を調整する場合のワイヤレス電力伝送システム３０３を構成する送電装置及び受電装置の主要部を概念的に表した断面図である。

【0086】

この例では、シールド電極１３Ａに穴Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３を形成し、その穴Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３に、アクティブ電極１１及びパッシブ電極１２に接続される配線を通す構成としてある。また、シールド電極２３Ａに穴Ｈ４，Ｈ５，Ｈ６を形成し、その穴Ｈ４，Ｈ５，Ｈ６に、アクティブ電極２１及びパッシブ電極２２に接続される配線を通す構成としてある。

【0087】

この構成では、シールド電極１３Ａ，２３Ａに穴が形成された分だけ、シールド電極１３Ａ，２３Ａと、アクティブ電極１１，２１及びパッシブ電極１２，２２との対向面積が小さくなり、電極間に生じる寄生容量も小さくなる。すなわち、シールド電極１３Ａ，２３Ａに穴を形成することで、キャパシタ４１，４２，４３，４４のキャパシタンスを調整できるため、穴の径を大きく又は小さくして調整することで、キャパシタΔ４１，Δ４２，Δ４３，Δ４４を設けなくても、式（５）又は式（１３）の平衡条件を満たすようにできる場合がある。

【0088】

また、配線が、穴Ｈ１〜Ｈ６を通ることで、配線とシールド電極１３Ａ，２３Ａとの間に寄生容量が生じる場合がある。この場合、この寄生容量も考慮して、キャパシタ４１，４２，４３，４４のキャパシタンスを調整するようにしてもよい。その他、送電装置１０３及び受電装置２０３内に生じる寄生容量を考慮して、キャパシタ４１，４２，４３，４４のキャパシタンスを調整するようにしてもよい。

【0089】

なお、図１０に示すように、配線を通す穴を形成しない場合であっても、アクティブ電極１１，２１及びパッシブ電極１２，２２に接続される配線は、シールド電極１３Ａ，２３Ａの近傍を通ることがある。また、図１２の構成において、図１０に示すような実素子の容量からなるキャパシタΔ４１，Δ４２，Δ４３，Δ４４をさらに設けることにより、キャパシタンスを調整するようにしてもよい。

【0090】

さらに、配線とは関係なく、寄生容量を調整するために、配線が通る位置とは異なる位置に、シールド電極１３Ａ，２３Ａに穴を形成してもよい。

【符号の説明】

【0091】

１−高周波電圧発生回路（給電回路）
１１，２１、−アクティブ電極
１２，２２−パッシブ電極
１３，２３−シールド電極
２５−ＤＣ−ＤＣコンバータ
３１，４１−キャパシタ（第１リアクタンス素子）
３２，４２−キャパシタ（第２リアクタンス素子）
３３，４３−キャパシタ（第３リアクタンス素子）
３４−キャパシタ（第４リアクタンス素子、可変リアクタンス素子）
４４−キャパシタ（第４リアクタンス素子）
３５−インダクタ（第３リアクタンス素子）
３６−インダクタ（第４リアクタンス素子）
Δ４１，Δ４２，Δ４３，Δ４４−キャパシタ
１０１，１０２，１０３−送電装置
２０１，２０２，２０３−受電装置
３０１，３０２，３０３−ワイヤレス電力伝送システム
Ｔ１−昇圧トランス（給電回路）
Ｔ２−降圧トランス
ＲＬ−負荷回路
Ｃｓ１，Ｃｓ２−キャパシタ
Ｌ_leak−漏れインダクタンス
ＬＬ−インダクタ
Ｄ１，Ｄ２−ダイオード

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】