特許 6294717 電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置

(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】6294717

(24)【登録日】2018年2月23日

(45)【発行日】2018年3月14日

(54)【発明の名称】電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置

(51)【国際特許分類】

   H02J 50/05 20160101AFI20180305BHJP

【ＦＩ】

   H02J50/05

【請求項の数】9

【全頁数】23

(21)【出願番号】特願2014-58597(P2014-58597)

(22)【出願日】2014年3月20日

(65)【公開番号】特開2015-186294(P2015-186294A)

(43)【公開日】2015年10月22日

【審査請求日】2017年1月13日

(73)【特許権者】

【識別番号】000005290

【氏名又は名称】古河電気工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100123674

【弁理士】

【氏名又は名称】松下 亮

(74)【代理人】

【識別番号】100097559

【弁理士】

【氏名又は名称】水野 浩司

(72)【発明者】

【氏名】楠 正弘

(72)【発明者】

【氏名】増田 満

【審査官】 宮本 秀一

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１３／０５４８００（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１３−２２３３３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−０９９２３４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｊ５０／００−５０／９０

Ｈ０４Ｂ５／００−５／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

２つの電極と前記２つの電極に直列に接続されたインダクタとをそれぞれ有する送電カップラ及び受電カップラと、
所定の離隔距離を設けて前記送電カップラと前記受電カップラとに近接させて配置された導電体と、を備え、
前記２つの電極は、中心に配置された中心電極と該中心電極の外周に離隔して配置された外周電極とからなり、
前記導電体は、円柱状に形成された金属支柱であり、
前記送電カップラ及び前記受電カップラのそれぞれの前記中心電極の中心に円形状の貫通孔が形成されて前記金属支柱が非接触に貫通されている
ことを特徴とする電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置。

【請求項2】

前記送電カップラ及び前記受電カップラのそれぞれの前記外周電極に所定の離隔距離を設けて配置された金属壁をさらに備え、
前記金属壁の直径が外周電極の直径の１．２倍以下である
ことを特徴とする請求項１に記載の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置。

【請求項3】

前記金属壁の前記送電カップラ側の端部及び前記受電カップラ側の端部のそれぞれにショート板が設けられて前記金属支柱の両端部が接続され、
前記送電カップラと近接する前記ショート板との距離、及び前記受電カップラと近接する前記ショート板との距離、がそれぞれ前記送電カップラと前記受電カップラとの距離の１／６以上である
ことを特徴とする請求項２に記載の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置。

【請求項4】

前記金属支柱及び／または前記金属壁が切断されて前記送電カップラ側と前記受電カップラ側とに分離され、
前記切断された両端部に容量結合させるための電極が設けられている
ことを特徴とする請求項２または３に記載の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置。

【請求項5】

前記送電カップラと前記受電カップラとが所定の角度で配置されるように、前記金属支柱及び前記金属壁が湾曲されている
ことを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置。

【請求項6】

前記送電カップラ及び／または前記受電カップラの前記中心電極及び前記外周電極に、半径方向の切欠き部が形成されている
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置。

【請求項7】

２つの電極と前記２つの電極に直列に接続されたインダクタとをそれぞれ有する送電カップラ及び受電カップラと、
所定の離隔距離を設けて前記送電カップラと前記受電カップラとに近接させて配置された導電体と、を備え、
前記２つの電極は、矩形状に形成されて平行に配列され、
前記導電体は、前記送電カップラ及び前記受電カップラのそれぞれの前記２つの電極の対向する辺とは反対側の辺の一方または両方に所定の離隔距離を設けて配置された金属板であり、
前記金属板は、前記送電カップラの一方の電極と、前記受電カップラの一方の電極とに電界結合する様に、これらの電極が対向する方向に沿って配される
ことを特徴とする電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置。

【請求項8】

前記送電カップラ及び前記受電カップラと前記金属板との距離が、前記送電カップラと前記受電カップラの幅の０．１倍以下である
ことを特徴とする請求項７に記載の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置。

【請求項9】

前記送電カップラと前記受電カップラとの間に、前記送電カップラ及び前記受電カップラと同じ形状の前記２つの電極及び前記インダクタを有する中継カップラが配置される
ことを特徴とする請求項７または８に記載の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電界共鳴によりワイヤレスで電力伝送を行う電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置に関し、特にワイヤレスで電力伝送を行う伝送距離を延伸することが可能な電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

電磁誘導や電磁共鳴によりワイヤレスで電力伝送を行う技術の開発が、これまで進められている。電磁共鳴方式で電力伝送を行う技術では、特にコイル間の磁界結合を利用して電力伝送を行う技術が広く知られている。一方、電極間の電界結合を利用して電力伝送または信号伝送を行う技術として、例えば特許文献１に開示されたものがある。特許文献１における送受カップラの伝送距離はカップラの最大寸法程度である。例えば特許文献１に記載の矩形型カップラにおいては、カップラ電極寸法が250mm×250mmで良好な特性が確保できる伝送距離は200mm程度である。これ以上伝送距離を取ると伝送効率が低下し、所望の電力を送ることが困難となる。

【0003】

電力伝送距離を延長するには特許文献１に記載の中継器を利用する方法が挙げられるが、中継器の構成は基本的に送受電カップラと同じものであり、インダクタの抵抗値に起因するロスが中継器を加えることで増加してしまう。即ち中継器を加えることは伝送距離は伸びるが伝送効率は低下してしまうという欠点がある。

【0004】

また、伝送距離延長の例としては特許文献２に開示されたものがある。特許文献２には、結合用電極上の電荷とグランドの鏡像電荷とで微小ダイポールを形成し、この微小ダイポールによる電磁界を対向する位置に配置された別の結合用電極に伝搬させる技術が記載されている。ここでは、２つの結合用電極間の距離を延伸するために、その間に誘電体または磁性体からなる伝送線路を配置している。伝送線路は、微小ダイポールとなす角度がほぼ０°の方向に配置され、高周波の電界が波動として伝搬するように構成されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１３−５５４３６３

【特許文献2】特許第５２６７６３３号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、特許文献２に開示された技術は、後述の、軸を中心に回転する回転体等の機器にワイヤレスで電力伝送する給電装置には適用することができない。回転体へ電力を供給するためには、伝送線路を回転体の回転軸と一致させる、すなわち伝送線路と回転軸とを共通化させる必要があるが、特許文献２の技術を適用するためには伝送線路を結合用電極及びグランドに貫通させる必要がある。しかし、伝送線路を結合用電極及びグランドに貫通させると、結合用電極とグランドとの結合の方が送受結合電極間の結合より強くなってしまい、結果的に伝送距離の延長が困難になるといった問題が生じる。また、後述の、作業用リフトへの適用を考慮した場合、結合用電極間に伝送線路が存在するため、電力伝送距離がほぼ固定されてしまい、伝送距離延長と可動範囲確保の両立が困難になるといった問題が生じる。

【0007】

本発明はこれらの問題を解決するためになされたものであり、回転体並びに非回転体に対し電界共鳴によりワイヤレスで電力伝送が可能でかつ伝送距離を延伸することが可能な電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置の第１の態様は、２つの電極と前記２つの電極に直列に接続されたインダクタとをそれぞれ有する送電カップラ及び受電カップラと、所定の離隔距離を設けて前記送電カップラと前記受電カップラとに近接させて配置された金属体と、を備え、前記２つの電極は、中心に配置された中心電極と該中心電極の外周に離隔して配置された外周電極とからなり、前記導電体は、円柱状に形成された金属支柱であり、前記送電カップラ及び前記受電カップラのそれぞれの前記中心電極の中心に円形状の貫通孔が形成されて前記金属支柱が非接触に貫通されていることを特徴とする。

【0010】

本発明の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置の他の態様は、前記送電カップラ及び前記受電カップラのそれぞれの前記外周電極に所定の離隔距離を設けて配置された金属壁をさらに備え、前記金属壁の直径が外周電極の直径の１．２倍以下であることを特徴とする。

【0011】

本発明の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置の他の態様は、前記金属壁の前記送電カップラ側の端部及び前記受電カップラ側の端部のそれぞれにショート板が設けられて前記金属支柱の両端部が接続され、前記送電カップラと近接する前記ショート板との距離、及び前記受電カップラと近接する前記ショート板との距離、がそれぞれ前記送電カップラと前記受電カップラとの距離の１／６以上であることを特徴とする。

【0012】

本発明の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置の他の態様は、前記金属支柱及び／または前記金属壁が切断されて前記送電カップラ側と前記受電カップラ側とに分離され、前記切断された両端部に容量結合させるための電極が設けられていることを特徴とする。

【0013】

本発明の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置の他の態様は、前記送電カップラと前記受電カップラとが所定の角度で配置されるように、前記金属支柱及び前記金属壁が湾曲されていることを特徴とする。

【0014】

本発明の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置の他の態様は、前記送電カップラ及び／または前記受電カップラの前記中心電極及び前記外周電極に、半径方向の切欠き部が形成されていることを特徴とする。

【0015】

本発明の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置の他の態様は、２つの電極と前記２つの電極に直列に接続されたインダクタとをそれぞれ有する送電カップラ及び受電カップラと、所定の離隔距離を設けて前記送電カップラと前記受電カップラとに近接させて配置された導電体と、を備え、前記２つの電極は、矩形状に形成されて平行に配列され、前記導電体は、前記送電カップラ及び前記受電カップラのそれぞれの前記２つの電極の対向する辺とは反対側の辺の一方または両方に所定の離隔距離を設けて配置された金属板であり、前記金属板は、前記送電カップラの一方の電極と、前記受電カップラの一方の電極とに電界結合する様に、これらの電極が対向する方向に沿って配されることを特徴とする。

【0016】

本発明の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置の他の態様は、前記送電カップラ及び前記受電カップラと前記金属板との距離が、前記送電カップラと前記受電カップラの幅の０．１倍以下であることを特徴とする。

【0017】

本発明の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置の他の態様は、前記送電カップラと前記受電カップラとの間に、前記送電カップラ及び前記受電カップラと同じ形状の前記２つの電極及び前記インダクタを有する中継カップラが配置されることを特徴とする。

【発明の効果】

【0018】

本発明によれば、回転体及び非回転体に対し電界共鳴によりワイヤレスで電力伝送が可能でかつ伝送距離を延伸することが可能な電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置を提供することができ、種々のカップラ設置条件を有するアプリケーションの実現を可能とする。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明の第１実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置の構成を示す斜視図である。

【図2】比較例１の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置の構成を示す斜視図である。

【図3】第１実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置の伝送効率を示すグラフである。

【図4】比較例１の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置の伝送効率を示すグラフである。

【図5】比較例１の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置における電界分布を説明する模式図である。

【図6】第１実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置における電界分布を説明する模式図である。

【図7】第１実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置における電界分布図である。

【図8】本発明の第２実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置の構成を示す斜視図である。

【図9】第２実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置の伝送効率を示すグラフである。

【図10】第３実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置の構成を示す斜視図である。

【図11】第３実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置の伝送効率を示すグラフである。

【図12】第４実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置の構成を示す斜視図である。

【図13】比較例２の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置の構成を示す断面図である。

【図14】第４実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置の伝送効率を示すグラフである。

【図15】比較例２の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置の伝送効率を示すグラフである。

【図16】第５実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置の構成を示す斜視図である。

【図17】第５実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置の伝送効率を示すグラフである。

【図18】第６実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置の構成を示す斜視図である。

【図19】比較例３の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置の構成を示す斜視図である。

【図20】第６実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置の伝送効率を示すグラフである。

【図21】比較例３の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置の伝送効率を示すグラフである。

【図22】第７実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置の構成を示す斜視図である。

【図23】比較例４の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置の構成を示す斜視図である。

【図24】第７実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置の伝送効率を示すグラフである。

【図25】比較例４の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置の伝送効率を示すグラフである。

【図26】第８実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置の構成を示す斜視図である。

【図27】第８実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置の伝送効率を示すグラフである。

【図28】第８実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置を作業用ロボットに適用した一例を示す模式図である。

【図29】第８実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置においてカップラを矩形型として作業用リフトに適用した一例を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

本発明の好ましい実施の形態における電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置について、図面を参照して詳細に説明する。なお、同一機能を有する各構成部については、図示及び説明簡略化のため、同一符号を付して示す。また、交流電源及び負荷の入力インピーダンスは、断らない限り全て５０Ωとしている。

【0021】

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態に係る電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置を、図１を用いて説明する。図１は、本実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置１００の構成を示す斜視図である。電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置１００は、電力を供給する送電カップラ１１０と、送電カップラ１１０から受電する受電カップラ１２０を備えている。

【0022】

送電カップラ１１０は、円板状の中心電極１１１と、中心電極１１１の周りに円環状に形成された外周電極１１２の２つの電極を備えている。中心電極１１１と外周電極１１２は、各中心が一致する同心円状に形成されている。同様に受電カップラ１２０も、円板状の中心電極１２１とその周りに円環状に形成された外周電極１２２を備えており、それぞれの中心が一致する同心円状に形成されている。

【0023】

送電カップラ１１０において、中心電極１１１及び外周電極１１２にはそれぞれインダクタ１１３、１１４の一端が接続されており、インダクタ１１３、１１４の他端が交流電源（図示せず）に接続される構成となっている。中心電極１１１と外周電極１１２間は容量結合電極であり、これらインダクタ１１３，１１４、中心電極１１１、外周電極１１２、交流電源にて直列共振回路を形成しており、インダクタ１１３、１１４に交流電力が供給されると、中心電極１１１と外周電極１１２との間で電界結合（容量結合）が生じる。上記の直列共振回路の共振周波数及び共振波長を、以下ではｆｃ及びλｃとする。外周電極１１２の外周の直径をλｃ／（２π）より短くして中心電極１１１及び外周電極１１２を直径λｃ／（２π）より狭い領域に配置する。これにより送電カップラからの不要放射を抑制することができる。

【0024】

同様に受電カップラ１２０においても、中心電極１２１及び外周電極１２２にそれぞれインダクタ１２３、１２４の一端が接続されており、インダクタ１２３、１２４の他端が負荷（図示せず）に接続される構成となっている。これらインダクタ１２３，１２４、中心電極１２１、外周電極１２２、負荷にて直列共振回路を形成している。送電カップラ１１０と同様、外周電極１２２の外周の直径をλｃ／（２π）より短くして中心電極１２１及び外周電極１２２を直径λｃ／（２π）より狭い領域に配置する。これにより受電カップラからの不要放射を抑制することができる。

【0025】

上記のように構成された送電カップラ１１０と受電カップラ１２０とを所定の間隔を設けて対向させて配置することで、送電カップラ１１０と受電カップラ１２０との間を電界結合（容量結合）させることができる。これにより、交流電源から送電カップラ１１０に供給された電力を、電界結合により受電カップラ１２０にワイヤレスで伝送することができ、受電カップラ１２０に接続された負荷に電力を供給することが可能となる。また、送電カップラ１１０の中心電極１１１と外周電極１１２、及び受電カップラ１２０の中心電極１２１と外周電極１２２、がそれぞれ同心円状に形成されて軸対称性を有していることから、中心軸を一致させて対向させることで、例えば受電カップラ１２０を中心軸の周りに回転させても特性は変化せず、同じ効率で電力伝送を行うことができる。なお、送電カップラ１１０と受電カップラ１２０の中心間距離をλｃ／（２π）以下に抑えることで、送受カップラは近傍界結合する形となり、送受結合に伴って生じる不要放射を抑制することができる。

【0026】

本実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置１００では、中心電極１１１、１２１の半径を７０ｍｍとし、外周電極１１２、１２２の内周の半径を２２５ｍｍ、外周の半径を２４０ｍｍとしている。これより、外周電極１１２、１２２の幅が１５ｍｍとなり、中心電極１１１の外周と外周電極１１２の内周との間、及び中心電極１２１の外周と外周電極１２２の内周との間の距離が、ともに１５５ｍｍとなっている。中心電極１１１、１２１及び外周電極１１２、１２２を形成する材料として、電気伝導性の高い例えば銅を用いることができる。

【0027】

また、インダクタ１１３、１１４は、線径１ｍｍの銅線を用いてそれぞれ巻き数１３、長さ１３．４ｍｍ、直径２１ｍｍに形成したものであり、抵抗値が一個当たり０．５Ωとなっている。インダクタ１１３、１１４は、両者の間隔が２２．５ｍｍとなるように配置されている。インダクタ１２３、１２４についても、インダクタ１１３、１１４と同様に形成されている。

【0028】

本実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置１００は、上記の構成に加えて半径１０ｍｍの金属支柱１３０を備えており、さらに中心電極１１１，１２１のそれぞれの中心に、半径２０ｍｍの貫通孔１１１ａ、１２１ａが形成されている。金属支柱１３０は、貫通孔１１１ａ、１２１ａの中心を貫通するように配置されており、貫通孔１１１ａ、１２１ａの内周とは１０ｍｍのギャップを有している。金属支柱１３０を形成する材料として、やはり銅を用いることができる。

【0029】

上記のように金属支柱１３０を貫通孔１１１ａ、１２１ａの中心に貫通させることにより、送電カップラ１１０から受電カップラ１２０にワイヤレスで電力伝送可能なカップラ間の距離を延伸させることが可能となる。本実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置１００では、送電カップラ１１０と受電カップラ１２０との間隔を例えば４５０ｍｍとすることができる。

【0030】

これに対し、金属支柱１３０を用いない図２に示す従来構成の比較例１の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置９０では、電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置１００と同程度の高い効率で電力伝送を行うために、送電カップラ１１０と受電カップラ１２０との間隔を例えば２００ｍｍとする必要がある。なお、図２に示す比較例１では、金属支柱１３０の有無を除いて電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置１００と同じ構成とするために、比較例１の中心電極１１１、１２１にもそれぞれ貫通孔１１１ａ、１２１ａを形成している。本実施形態では、金属支柱１３０を用いることで、送電カップラ１１０と受電カップラ１２０との距離を従来より２倍以上延伸することが可能となっている。

【0031】

金属支柱１３０を用いて送電カップラ１１０と受電カップラ１２０との間の距離を４５０ｍｍとしたときの伝送効率η２１を図３に示す。また、比較のために図２に示した比較例１における伝送効率η２１を図４に示す。図３、４では、横軸を周波数としており、伝送効率η２１の周波数に対する変化を示している。

【0032】

伝送効率η２１は、送電カップラ１１０から受電カップラ１２０に電力伝送される効率を示すものであり、ＳパラメータのＳ２１を用いてη２１＝｜Ｓ２１｜²で与えられる。図３、４では、伝送効率η２１に加えて反射損η１１＝｜Ｓ１１｜²、及び｜Ｓ１１｜、｜Ｓ２１｜を併せて示している。

【0033】

図４に示すように、金属支柱１３０を用いない比較例１では、送電カップラ１１０と受電カップラ１２０との距離を２００ｍｍとしたときに、共振周波数約２７ＭＨｚで約９６％の伝送効率が得られる。これに対し、金属支柱１３０を用いた本実施形態では、送電カップラ１１０と受電カップラ１２０との距離を４５０ｍｍに延伸しても、共振周波数約２７ＭＨｚで約９６％の伝送効率が得られている。本実施形態では、金属支柱１３０を電界の仲介媒体に用いることで、電力伝送距離を２００ｍｍから４５０ｍｍに延伸することが可能となっている。

【0034】

次に、中心に金属支柱１３０を配置した本実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置１００における電界分布を、図２に示した金属支柱１３０を配置しない比較例１における電界分布と比較して説明する。まず、金属支柱１３０を配置しない比較例１における電界分布を図５を用いて説明する。同図は、送電カップラ１１０及び受電カップラ１２０の中心軸を通る断面で見たときの各カップラの断面における電荷分布、及び電極間の電界分布を示している。

【0035】

送電カップラ１１０に交流電力が供給されることにより、中心電極１１１と外周電極１１２に正（＋）の電荷と負（−）の電荷が１／２周期で交互に分布する。また電界ベクトルは、１／４周期で中心電極と外周電極の結合の向きから中心電極同士、外周電極同士の結合の向きに変化し、次の１／４周期で中心電極同士、外周電極同士の結合の向きから中心電極と外周電極の結合の向きに変化するように１周期で１回転する。即ち、中心電極１１１と外周電極１１２との間で電界結合するとともに、受電カップラ１２０との間でも、例えばある時点で図５（ａ）に示すような電界分布で結合し、１／４周期後に図５（ｂ）に示すような電界分布で結合する。図５（ａ）に示す電界分布のときは、受電カップラ１２０の中心電極１２１に負の電荷が分布し、外周電極１２２には正の電荷が分布する。また、１／４周期後の図５（ｂ）に示す電界分布のときは、中心電極１２１に正の電荷が分布し、対向する送電カップラの中心電極１１１には負の電荷が分布する。

【0036】

一方、中心に金属支柱１３０を配置した本実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置１００における電界分布を図６に示す。図６は、図５と同様に送電カップラ１１０及び受電カップラ１２０の中心軸を通る断面で見たときの各カップラの断面における電荷分布、及び電極間の電界分布を示している。また、図６（ａ）、（ｂ）は、それぞれ図５（ａ）、（ｂ）に対応する時点の電荷及び電界の分布を示している。送電カップラ１１０及び受電カップラ１２０のそれぞれの電極に分布する電荷は、金属支柱１３０が配置されていないときの図５と金属支柱１３０が配置されているときの図６とで同じとなっている。

【0037】

一方電界分布については、金属支柱１３０が配置された場合には、送電カップラ１１０及び受電カップラ１２０とも、各電極が金属支柱１３０との間で電界結合することが図６に示されている。その結果、金属支柱１３０に電荷の流れが生じ、送電カップラ１１０と受電カップラ１２０との距離を大きくしても、金属支柱１３０を介した電界結合により伝送効率を低下させることなく電力伝送することが可能となる。図６（a）に示す電界分布では、主として外周電極１１２と中心電極１２１間に金属支柱１３０を介しての強い電界結合が生じている。図６（ｂ）に示す電界分布では、主として中心電極１１１と中心電極１２１間に金属支柱１３０を介しての強い電界結合が生じている。図６（ａ）、（ｂ）に示す電界分布をより詳細に表示したものを、それぞれ図７（ａ）、（ｂ）に示す。この場合金属支柱は送電側カップラ１１０における中心電極１１１と外周電極１１２間の結合、及び受電側カップラ１２０における中心電極１２１と外周電極１２２間の結合にはほとんど寄与しておらず、主に送受カップラ間の結合増大に寄与している。

【0038】

本実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置１００では、送電カップラ１１０及び受電カップラ１２０の中心軸に金属支柱１３０を配置することで、送電カップラ１１０と受電カップラ１２０との間の伝送距離を従来の約２．５倍に拡張することが可能となっている。また、本実施形態の送電カップラ１１０及び受電カップラ１２０が中心軸を中心に同心円状に形成されていることから、回転体の回転軸と金属支柱１３０とを一致させて該回転体に受電カップラ１２０を配置することで、回転体にワイヤレスで電力供給することができる。

【0039】

一例として、回転しながら作業する作業用ロボットの回転軸を金属支柱１３０に用い、該作業用ロボットに受電カップラ１２０を設置しておく。一方、貫通孔１１１ａに回転軸を貫通させて固定した送電カップラ１１０を交流電源に接続することで、作業用ロボットに必要な電力を送信カップラ１１０からワイヤレスで受電カップラ１２０に伝送し、受電カップラ１２０から作業用ロボットに供給することができる。

【0040】

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態に係る電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置を、図８を用いて説明する。図８は、本実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置２００の構成を示す斜視図である。電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置２００は、第１実施形態と同様に金属支柱１３０を備えており、これに加えて送電カップラ１１０及び受電カップラ１２０の周囲を囲むように金属壁２４０が設けられている。

【0041】

本実施形態では、送電カップラ１１０及び受電カップラ１２０を金属壁２４０で取り囲むことで、金属支柱１３０に加えて、金属壁２４０との間でも電界結合させている。より詳細には、中心電極１１１と外周電極１２２間に金属壁２４０を介しての強い電界結合が加わっている。また１/４周期後には外周電極１１２と外周電極１２２間に金属壁２４０を介しての強い電界結合が加わっている。金属壁２４０の直径は、外周電極１１２、１２２の直径の１．２倍以下とするのがよい。外周電極１１２、１２２と金属壁２４０との間隔（ギャップ）は、たとえば２０ｍｍとすることができる。外周電極１１２、１２２の外周の半径が２４０ｍｍであるが、金属壁２４０との間隔がこれと比して十分小さい、望ましくは1／１０以下であれば、中心電極と外周電極間の結合に比べて金属壁２４０と外周電極の結合が大であり、伝送距離延長の効果を得られる。

【0042】

本実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置２００では、金属支柱１３０に加えて金属壁２４０を電界結合の仲介媒体に用いていることから、金属支柱１３０及び金属壁２４０を介して送電カップラ１１０と受電カップラ１２０との間でさらに強い電界結合が実現されている。その結果、伝送効率を低下させることなく送電カップラ１１０と受電カップラ１２０との距離をさらに大きくすることができる。送電カップラ１１０と受電カップラ１２０との距離を６００ｍｍとしたときの伝送効率η２１を図９に示す。図９は、横軸を周波数としたときの本実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置２００の伝送効率η２１の変化を示している。

【0043】

図９では、図３、４と同様に、伝送効率η２１に加えて反射損η１１、｜Ｓ１１｜及び｜Ｓ２１｜を併せて示している。図９に示すように、本実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置２００では、送電カップラ１１０と受電カップラ１２０との距離を６００ｍｍとしても、この距離を２００ｍｍとした比較例１及び距離を４５０ｍｍとした第１実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置１００と同程度の共振周波数ｆｃで約９６％の伝送効率を実現することができる。本実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置２００によれば、伝送効率を低下させることなく伝送距離を比較例１の３倍まで延伸することが可能となっている。

【0044】

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態に係る電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置を、図１０を用いて説明する。図１０は、本実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置３００の構成を示す斜視図である。電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置３００は、第２実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置２００が備える金属壁２４０の下端と上端に、それぞれショート板３５１、３５２を設けている。

【0045】

ショート板３５１は金属支柱１３０の下端と金属壁２４０の下端に接続されており、ショート板３５２は金属支柱１３０の上端と金属壁２４０の上端に接続されている。これにより、金属支柱１３０と金属壁２４０とが電気的にショートされる。ショート板３５１、３５２を設けることで、送電カップラ１１０及び受電カップラ１２０から放射される電磁波を外部に漏出させないようにすることができる。

【0046】

しかしながら、ショート板３５１と送電カップラ１１０、及びショート板３５２と受電カップラ１２０、のそれぞれの距離が近いと、それぞれの間の電界結合が強くなって送電カップラ１１０と受電カップラ１２０との間の電界結合が弱くなってしまう。その結果、送電カップラ１１０から受電カップラ１２０への電力の伝送効率が低下する。

【0047】

そこで、本実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置３００では、ショート板３５１、３５２と送電カップラ１１０及び受電カップラ１２０との距離を、それぞれ送電カップラ１１０と受電カップラ１２０との距離の１／６以上としている。図１０に示す電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置３００では、送電カップラ１１０と受電カップラ１２０との間の距離を第２実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置２００と同じ６００ｍｍとするとともに、ショート板３５１、３５２と送電カップラ１１０及び受電カップラ１２０との間のそれぞれの距離を１００ｍｍとしている。

【0048】

上記のように構成された電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置３００の伝送効率η２１を図１１に示す。図１１は、横軸を周波数としたときの本実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置３００の伝送効率η２１の変化を示しており、併せて反射損η１１、｜Ｓ１１｜及び｜Ｓ２１｜を示している。本実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置３００でも共振周波数ｆｃにおいて約９５％の伝送効率を実現しており、伝送効率を低下させることなく第２実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置２００と同じ伝送距離を実現することができる。

【0049】

（第４実施形態）
本発明の第４実施形態に係る電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置を、図１２を用いて説明する。図１２は、本実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置４００の構成を示す断面図である。本実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置４００は、第３実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置３００と同様に、金属支柱４３０、金属壁４４０及びショート板３５１、３５２を備えている。図１２は、金属支柱４３０の中心を通る断面で見た断面図を示している。

【0050】

本実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置４００は、金属支柱４３０及び金属壁４４０の一部が切断されている点で、第３実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置３００と異なっている。金属支柱４３０及び金属壁４４０は、送電カップラ１１０と受電カップラ１２０とを結ぶ方向の電荷の流れを遮断するように、例えば送電カップラ１１０（受電カップラ１２０）と平行な面で切断されている。

【0051】

金属支柱４３０及び金属壁４４０が切断された状態の比較例２を図１３に示す。ここでは、送電カップラ１１０と受電カップラ１２０との間の伝送距離を、第３実施形態と同じ６００ｍｍとしている。金属支柱４３０及び金属壁４４０が切断されて送電カップラ１１０と受電カップラ１２０とを結ぶ方向の電荷の流れが遮断されると、電荷の流れに付随する電界の流れも遮断されることになる。その結果、第３実施形態において金属支柱１３０及び金属壁２４０により実現された伝送効率が大幅に劣化してしまう。但し、金属支柱４３０及び金属壁４４０の切断により形成されたギャップには、ギャップ幅に応じた容量が生じることから、電界結合が生じてわずかな電力伝送が行われる。

【0052】

そこで本実施形態では、金属支柱４３０及び金属壁４４０の切断部分に、それぞれ対向させて配置した２つの結合用電極４３１及び２つの結合用電極４４１を設けている。ここでは、結合用電極４３１の幅を１００ｍｍとし、結合用電極４４１の幅を６０ｍｍとしている。結合用電極４３１、４４１を設けることで、対向する２つの結合用電極４３１間、及び対向する２つの結合用電極４４１間、のそれぞれに変位電流が流れて電荷の流れが回復する。その結果、電荷の流れに付随する電界の流れも回復して伝送効率が再び向上する。

【0053】

本実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置４００の伝送効率η２１を図１４に示す。また、結合用電極４３１、４４１を有さない比較例２の伝送効率η２１を図１５に示す。図１４、１５は、横軸を周波数としたときの伝送効率η２１の変化を示しており、併せて反射損η１１、｜Ｓ１１｜及び｜Ｓ２１｜を示している。図１５に示す結合用電極４３１、４４１を有さない比較例２では、共振周波数ｆｃにおける伝送効率が約９．８％と大幅に劣化している。

【0054】

これに対し本実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置４００では、結合用電極４３１、４４１を設けるとともに、送電カップラ１１０と受電カップラ１２０との間の伝送距離を３００ｍｍとすることにより、図１４に示すように、共振周波数ｆｃにおける伝送効率が約９５％に回復している。伝送距離は、第３実施形態に比べて短くする必要があるが、金属支柱１３０及び金属壁２４０を有さない比較例１に比べて、伝送距離は１．５倍程度に延伸されている。

【0055】

なお、上記では本実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置４００の金属支柱４３０と金属壁４４０の両方が切断されているとしたが、これに限定されず、いずれか一方のみが切断されているものであってもよい。また、第３実施形態と同様にショート板３５１、３５２を備えるものとしたが、これに限定されず、第２実施形態のようにョート板３５１、３５２を備えないものであってもよい。

【0056】

（第５実施形態）
本発明の第５実施形態に係る電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置を、図１６を用いて説明する。図１６は、本実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置５００の構成を示す斜視図である。電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置５００は、第３実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置３００の金属支柱１３０及び金属壁２４０を湾曲させた形状を有している。

【0057】

本実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置５００では、曲率半径Ｒ＝３００ｍｍで湾曲させた金属支柱５３０及び金属壁５４０を用いることで、送電カップラ１１０と受電カップラ１２０とを略９０°の角度で配置している。また、金属壁５４０の下端と上端には、第３実施形態と同様にショート板３５１、３５２をそれぞれ備えている。本実施形態では、送電カップラ１１０と受電カップラ１２０とを９０°に限らず所定の角度で配置することが可能であり、これにより例えば所定の角度の回転面上で回転する回転体に対して、ワイヤレスで電力を供給することが可能となる。

【0058】

本実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置５００では、送電カップラ１１０と受電カップラ１２０とを略９０°の角度で配置したことにより、送電カップラ１１０と受電カップラ１２０との間の伝送距離を第３実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置３００と同じにすると伝送効率が低下する。電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置３００と同程度の高い伝送効率を実現するためには、送電カップラ１１０と受電カップラ１２０との間の伝送距離を約４８０ｍｍとするのがよい。もちろんこれより短くしても良好な伝送特性が得られるが、金属筐体の物理的な形成が難しくなる。仮に金属支柱を除去した場合は伝送特性は大幅に劣化する。なお、本実施形態では送電カップラ１１０と受電カップラ１２０との間の伝送距離を、金属支柱５３０が各カップラ面と交差する２点間の長さとしている。

【0059】

伝送距離を約４８０ｍｍとした本実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置５００の伝送効率η２１を図１７に示す。図１７は、横軸を周波数としたときの本実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置４００の伝送効率η２１の変化を示しており、併せて反射損η１１、｜Ｓ１１｜及び｜Ｓ２１｜を示している。本実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置５００では、伝送距離を約４８０ｍｍとすることで共振周波数ｆｃにおいて約９６％の伝送効率を実現している。高い伝送効率を実現するために、伝送距離を第３実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置３００より短くする必要があるものの、図２に示した金属支柱等を有さない比較例１の伝送距離の約２．４倍まで延伸することが可能となっている。

【0060】

なお、上記では本実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置５００が第３実施形態と同様にショート板３５１、３５２を備えるものとしたが、これに限定されず、第２実施形態のようにョート板３５１、３５２を備えないものであってもよい。

【0061】

（第６実施形態）
本発明の第６実施形態に係る電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置を、図１８を用いて説明する。図１８は、本実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置６００の構成を示す斜視図である。電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置６００は、第１実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置１００の送電カップラ１１０及び受電カップラ１２０に切欠き部を形成した構造を有している。なお、以下の説明は、送電カップラ１１０と受電カップラ１２０のいずれか一方のみに切欠き部が形成されている場合でも同様である。

【0062】

図１８に示す電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置６００では、送電カップラ６１０の中心電極６１１及び外周電極６１２のそれぞれに、半径方向に幅５ｍｍの切欠き部６１１ａ、６１２ａが形成されている。同様に受電カップラ６２０でも、中心電極６２１及び外周電極６２２のそれぞれに、半径方向に幅５ｍｍの切欠き部６２１ａ、６２２ａが形成されている。各切欠き部の半径方向の向きは、送電カップラ６１０と受電カップラ６２０とで異なっていてよく、また中心電極６１１と外周電極６１２との間及び中心電極６２１と外周電極６２２との間でも異なっていてよい。

【0063】

また、比較のために、図２に示した比較例１の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置９０の送電カップラ１１０及び受電カップラ１２０のそれぞれに、電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置６００と同様の切欠き部を形成した比較例３の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置９０’を図１９に示す。

【0064】

切欠き部を形成した本実施形態の送電カップラ６１０及び受電カップラ６２０を用いたときの伝送効率η２１を図２０に示す。図２０は、横軸を周波数としたときの本実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置６００の伝送効率η２１の変化を示しており、併せて反射損η１１、｜Ｓ１１｜及び｜Ｓ２１｜を示している。また、比較のために、比較例３の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置９０’の伝送効率η２１を図２１に示す。

【0065】

図２０より、本実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置６００でも、共振周波数ｆｃにおける伝送効率が第１実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置１００と同程度の約９６％を実現している。これより、伝送効率を低下させることなく送電カップラ及び受電カップラに切欠き部を形成することが可能であることが示されている。また、図２１に示す比較例３の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置９０’の伝送効率η２１でも、切欠き部を有さないときの伝送効率を示す図４とほぼ同程度の約９６％が得られている。

【0066】

（第７実施形態）
本発明の第７実施形態に係る電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置を、図２２を用いて説明する。図２２は、本実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置７００（７００ａ及び７００ｂ）の構成を示す斜視図である。本実施形態では、送受カップラの形状が第１乃至第６実施形態のものと異なっている。本実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置７００の送電カップラ７１０及び受電カップラ７２０は、それぞれ矩形形状の金属板を同一平面上に２つ平行に配列して形成されている。送電カップラ７１０は、矩形電極７１１、７１２を備え、それぞれにインダクタ７１３、７１４が接続されている。また受電カップラ７２０は、矩形電極７２１、７２２を備え、それぞれにインダクタ７２３、７２４が接続されている。

【0067】

図２２に示す電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置７００では、送電カップラ７１０及び受電カップラ７２０の寸法を２５０ｍｍ×２５０ｍｍとしており、矩形電極７１１と７１２との間、及び矩形電極７２１と７２２との間に、それぞれ３４ｍｍの間隙を設けている。

【0068】

矩形電極７１１、７１２を備えた送電カップラ７１０及び矩形電極７２１、７２２を備えた受電カップラ７２０は、ともに軸対称性を有していない。しかし、矩形電極は第６実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置６００の送受電カップラに形成された切欠き部を大きくしたものに類似すると考えられる。従って、矩形電極を用いた送受電カップラの近傍に金属板を配置することで送受電カップラ間の伝送距離を延伸できることが、第６実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置６００から推定できる。

【0069】

そこで、本実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置７００では、送電カップラ７１０及び受電カップラ７２０に近接させて金属板７６０を配置している。図２２（ａ）に示す電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置７００ａでは、送電カップラ７１０の一方の矩形電極７１１（または７１２）の他方の矩形電極７１２（又は７１１）とは反対側の辺、及び受電カップラ７２０の一方の矩形電極７２１（または７２２）の他方の矩形電極７２２（又は７２１）とは反対側の辺に、金属板７６０を近接させて配置している。また、図２２（ｂ）に示す電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置７００ｂでは、送電カップラ７１０及び受電カップラ７２０の両側に、金属板７６０を２枚配置している。送電カップラ７１０及び受電カップラ７２０の幅は２５０ｍｍであるが、カップラと金属板７６０との距離は、これと比して十分小さい、望ましくは１／１０以下であれば、送電カップラの矩形電極７１１と７１２間の電界の結合、あるいは受電カップラの矩形電極７２１と７２２間の電界の結合に比べて金属板と矩形電極の結合が大であり、伝送距離延長の効果が得られる。

【0070】

これに対し、矩形電極からなる送電カップラ及び受電カップラのみを備えて金属板７６０を備えない電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置を、比較例４として図２３に示す。比較例４の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置では、送電カップラ７１０と受電カップラ７２０との間の伝送距離を２００ｍｍとしたときに高い伝送効率が得られる。

【0071】

本実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置７００では、金属板７６０を備えることにより、送電カップラ７１０と受電カップラ７２０との間の伝送距離を比較例４より延伸することができる。図２２（ａ）に示す電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置７００ａでは、伝送距離を比較例４の約１．５倍に相当する３００ｍｍに延伸することができ、図２２（ｂ）に示す電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置７００ｂでは、伝送距離を比較例４の約３．５倍に相当する７００ｍｍに延伸することができる。

【0072】

伝送距離を上記のように設定したときの本実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置７００ａ、７００ｂ及び比較例４の伝送効率η２１を、それぞれ図２４、２５に示す。図２４、２５は、横軸を周波数としたときの伝送効率η２１の変化を示しており、併せて反射損η１１、｜Ｓ１１｜及び｜Ｓ２１｜を示している。図２４、２５より、本実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置７００ａ、７００ｂ、及び比較例４とも、約９５％の伝送効率を実現している。本実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置７００ａ、７００ｂは、同じ伝送効率で比較例４の約１．５〜３．５倍まで伝送距離を延伸することができる。

【0073】

（第８実施形態）
本発明の第８実施形態に係る電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置を、図２６を用いて説明する。図２６は、本実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置８００の構成を示す斜視図である。本実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置８００は、第１実施形態と同様に送電カップラ１１０、受電カップラ１２０及び金属支柱１３０を備えている。金属支柱１３０を備えることで送電カップラ１１０と受電カップラ１２０との間の伝送距離を延伸することができるが、本実施形態ではさらに中継カップラ８７０を備えており、これにより伝送距離をさらに延伸することが可能となっている。

【0074】

中継カップラ８７０は、中心電極８７１と外周電極８７２を有しており、それぞれにインダクタ８７３、８７４が接続されている。中継カップラ８７０では、インダクタ８７３と８７４との間がショートされている。中継カップラ８７０の中心電極８７１、外周電極８７２及びインダクタ８７３、８７４は、送電カップラ１１０及び受電カップラ１２０のそれぞれと同じ寸法とすることができる。中継カップラ８７０を送電カップラ１１０と受電カップラ１２０との間に配置し、中心電極１１１、１２１、及び８７１のそれぞれに形成された貫通孔に金属支柱１３０を貫通させることにより、伝送距離を第１実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置１００よりさらに延伸することができる。

【0075】

本実施形態では、送電カップラ１１０と中継カップラ８７０との間の伝送距離、及び中継カップラ８７０と受電カップラ１２０との間の伝送距離、をそれぞれ４５０ｍｍとしており、送電カップラ１１０と受電カップラ１２０との間の伝送距離を、第１実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置１００の伝送距離のさらに２倍の９００ｍｍに延伸することができる。本実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置８００の伝送効率η２１を図２７に示す。図２７は、横軸を周波数としたときの本実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置８００の伝送効率η２１の変化を示しており、併せて反射損η１１、｜Ｓ１１｜及び｜Ｓ２１｜を示している。

【0076】

図２７に示すように、本実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置８００では、伝送距離を９００ｍｍまで大幅に延伸しても約９２％の高い伝送効率を実現することが可能となっている。

【0077】

なお、上記では第１実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置１００に中継カップラ８７０を追加した構成について説明したが、これに限定されず、他の実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置に同様の中継カップラを追加することも可能である。例えば、送電カップラ１１０、受電カップラ１２０及び中継カップラ８７０を取り囲むように金属壁を設けてもよく、金属壁の上下端にショート板を設けてもよい。あるいは、金属支柱と金属壁を湾曲させてもよい。さらには、送受電カップラ及び中継カップラに矩形電極を用いてもよい。中継カップラは、上記いずれの実施形態においても適用可能である。

【0078】

中継カップラ８７０は、送電カップラ１１０と受電カップラ１２０との中間位置に配置する必要は必ずしもなく、例えば中間位置から所定の範囲で上下に移動させるようにすることも可能である。本実施形態の電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置８００を作業ロボットに適用した一例を図２８に示す。図示されていないが、受電カップラ１２０は誘電体等の台で支持され、カップラの先には整流器、ＤＣ−ＤＣコンバータ、モーターが接続されている。受電カップラ１２０には把持用アーム５１が設置されている。モーターの回転に伴い受電カップラ１２０は回転し、把持用アーム５１も回転する。更にモーターの回転はギア、カム等を通じ把持用アーム５１の駆動に利用されている。これにより把持用アーム５１は受電カップラ１２０から一定距離以内の任意の物体を把持することが可能となる。

【0079】

同様に中継カップラ８７０は、誘電体等の台で支持され、カップラには整流器、ＤＣ−ＤＣコンバータ、モーターが接続されている。中継カップラ８７０には溶接用アーム５２とねじ締め用アーム５３が設置されている。モーターの回転に伴い中継カップラ８７０は回転し、溶接用アーム５２とねじ締め用アーム５３も回転する。また、モーターの回転をギア、カム等を通じ上下駆動力に変換することで、中継カップラ８７０及び溶接用アーム５２とねじ締め用アーム５３を上下に駆動させることができる。更にモーターの回転は溶接用アーム５２とねじ締め用アーム５３の駆動に利用されている。これらにより溶接用アーム５２とねじ締め用アーム５３は中継カップラ８７０の回転、上下移動可能領域から一定距離以内の任意の物体に対して溶接、ねじ締めの作業を行うことができる。

【0080】

このような作業ロボットは従来はケーブルでモーターに電力を送っていたが、ケーブルを使用した場合ケーブルの取り回し、よじれ耐性などから可動域に制約を受ける。本構成であればケーブルによる稼働の制約は全く無くなり無くなり、作業領域を大幅に拡大させることができる。尚、中継カップラ８７０に給電するときは、受電カップラ１２０の出力端子はオープンとすることで、送電側カップラ１１０の出力を効率よく中継カップラ８７０に送ることが出来る。

【0081】

また、本実施形態の別の実施例として、電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置８００においてカップラを矩形型とし作業用リフトに適用した例を図２９に示す。図示されていないが、受電カップラ７２０は誘電体等の台で支持され、カップラの先には整流器、ＤＣ−ＤＣコンバータ、モーターが接続されている。モーターの回転はギア、カム等を通じ受電カップラ７２０即ち台の上下の駆動に利用されている。即ち台の上に荷物を置き荷物を上下方向に移動させることが可能となる。同様に中継カップラ８７０は誘電体等の台で支持され、カップラには整流器、ＤＣ−ＤＣコンバータ、モーターが接続されている。モーターの回転はギア、カム等を通じ中継カップラ８７０即ち台の上下の駆動に利用されている。即ち台の上に荷物を置き荷物を上下方向に移動させることが可能となる。このような作業用リフトには一般に有線ケーブルが伴うが、本構成であればケーブルの取り回しに伴うリフトの可動範囲の制約から解放される。尚、中継カップラ８７０に給電するときは、受電カップラ７２０の出力端子はオープンとすることで、送電側カップラ７１０の出力を効率よく中継カップラ８７０に送ることが出来る。

【0082】

なお、本実施の形態における記述は、本発明に係る電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置の一例を示すものであり、これに限定されるものではない。本実施の形態における電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置の細部構成及び詳細な動作等に関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

【符号の説明】

【0083】

１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００、８００ 電界共鳴型ワイヤレス電力伝送装置
１１０、６１０、７１０ 送電カップラ
１１１、１２１、６１１、６２１、８７１ 中心電極
１１１ａ、１２１ａ 貫通孔
１１２、１２２、６１２、６２２、８７２ 外周電極
１１３、１１４、１２３、１２４、７１３、７１４、７２３、７２４、８７３、８７４ インダクタ
１２０、６２０、７２０ 受電カップラ
１３０、４３０、５３０ 金属支柱
２４０，４４０、５４０ 金属壁
３５１、３５２ ショート板
４３１、４４１ 結合用電極
６１１ａ、６１２ａ、６２１ａ、６２２ａ 切欠き部
７１１、７１２、７２１、７２２ 矩形電極
７６０ 金属板
８７０ 中継カップラ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】

【図28】

【図29】