特許 7570678 無線給電装置

(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】

(24)【登録日】2024-10-11

(45)【発行日】2024-10-22

(54)【発明の名称】無線給電装置

(51)【国際特許分類】

   H02J 50/05 20160101AFI20241015BHJP

   B60L 5/00 20060101ALN20241015BHJP

   B60L 53/12 20190101ALN20241015BHJP

   B60M 7/00 20060101ALN20241015BHJP

【ＦＩ】

H02J50/05

B60L5/00 B

B60L53/12

B60M7/00 X

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2020216852

(22)【出願日】2020-12-25

(65)【公開番号】P2022102234

(43)【公開日】2022-07-07

【審査請求日】2023-10-03

(73)【特許権者】

【識別番号】304027349

【氏名又は名称】国立大学法人豊橋技術科学大学

(74)【代理人】

【識別番号】110000567

【氏名又は名称】弁理士法人サトー

(72)【発明者】

【氏名】大平 孝

(72)【発明者】

【氏名】阿部 晋士

(72)【発明者】

【氏名】馬場 涼一

(72)【発明者】

【氏名】唐川 祐一郎

【審査官】杉田 恵一

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－１７０１４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－０４８３３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１４－５２４７２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１４－５２４７２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１０／００８７１４３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】宮本康平,服部励治，電界結合型無線電力伝送における電極形状と回路考察，２０１４年電子情報通信学会通信ソサイエティ大会通信講演論文集１，日本，電子情報通信学会，2014年09月23日，p.448，B-21-13

【文献】水谷陽太,笹谷拓也,成末義哲,川原圭博,浅見徹，受電器アレイとシート型送電器を用いた電界結合無線電力伝送における極板形状に関する一検討，電子情報通信学会 信学技報，日本，電子情報通信学会，2016年11月，WPT2016-38，pages.7-11

【文献】熊谷耕輔,中原海司,坂井尚貴,大平孝,矢田祐之,早川浩二朗,相京秀幸，電界結合型２次元ＷＰＴに向けた受電電極の最適構造，電子情報通信学会 信学技報，日本，電子情報通信学会，2018年10月，vol.118, no.227，pages.79-83，WPT2018-43

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ６０Ｌ ５／００

Ｂ６０Ｌ ５３／１２

Ｂ６０Ｍ ７／００

Ｈ０２Ｊ ７／００

Ｈ０２Ｊ ５０／０５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

一対の第一電極および第二電極を有する櫛形の送電電極部と、
前記送電電極部に対して移動可能であり、前記送電電極部と対向し、前記送電電極部との間の電界結合を用いて非接触で電力を受け取る受電電極部と、を備える無線給電装置であって、
前記送電電極部は、隣り合う前記第一電極と前記第二電極との間の距離が距離ｂに設定され、
前記受電電極部は、直径を直径２ｒとする仮想的な円内に内接するとしたとき、前記距離ｂと前記直径２ｒとの間に、
２ｒ＜ｂ
が成立するとともに、
前記受電電極部は、前記送電電極部との最小重なり面積Ｓｍｉｎが最大となるように配置されている無線給電装置。

【請求項2】

前記受電電極部は、２つ以上設けられ、
前記第一電極および前記第二電極の幅をａとし、
任意の中心点Ｃから前記受電電極部の中心までの距離を距離Ｒとし、
前記中心点Ｃにおいて、前記中心点Ｃと複数の前記受電電極部の中心とを結ぶ仮想的な直線が形成する角度を角度θとしたとき、
前記距離Ｒは、
Ｒ＝（ａ＋ｂ）／ｓｉｎθ
である請求項１記載の無線給電装置。

【請求項3】

前記距離Ｒと、前記直径２ｒとしたとき、
２＜Ｒ／ｒ
である請求項２記載の無線給電装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本実施形態は、無線給電装置に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば電動化された車両などの移動体へ電力を供給する方法として、非接触で電力を供給する無線給電装置が知られている。車両用の無線給電装置は、主として地上に設けられている送電電極部と、車両に設けられこの送電電極部から電力の供給を受ける受電電極部とから構成されている。そして、この無線給電の方式として、電界結合を用いることが提案されている（特許文献１など参照）。

【0003】

しかしながら、無線給電装置を車両に適用する場合、車両は送電電極部が設けられている地面を移動したり、任意の位置で回転したりする。このように、車両に移動や回転が生じると、地上側の送電電極部と車両側の受電電極部とが重なり合う面積、つまり送電電極部と受電電極部との間に形成されるコンデンサの結合面積は変化する。結合面積に変化が生じると、送電電極部に電力を供給する電源を基準とするインピーダンスも変化する。このインピーダンスの変化は、電力の反射を招き、送電効率の低下だけでなく、電源に悪影響を及ぼすという問題がある。また、車両の移動や回転によって結合面積が「０」になると、電力の供給自体が不可能になるという問題がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０２０－４８３３９号公報

【非特許文献】

【0005】

【文献】宮本康平、他１名、「電界結合型無線電力伝送における電極形状と回路考察」、２０１４年電子情報通信学会通信ソサイエティ大会通信講演論文集１、ｐ．４４８、２０１４年３月

【文献】水谷陽太、他４名、「受電器アレイとシート型送電器を用いた電界結合無線電力伝送における極板形状に関する一検討」、電子情報通信学会 信学技報 ＷＰＴ２０１６－３８、ｐｐ．７－１１、２０１６年１１月

【文献】熊谷耕輔、他６名、「電界結合型２次元ＷＰＴに向けた受電電極の最適構造」、電子情報通信学会 信学技報 ＷＰＴ２０１８－４３、ｖｏｌ．１１８、ｎｏ．２２７、ｐｐ．７９－８３、２０１８年１０月

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

そこで、送電電極部と受電電極部との間の結合面積の変化にともなうインピーダンスの変化を低減し、送電効率を向上する無線給電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】

【0007】

本実施形態の無線給電装置では、受電電極部は、送電電極部における第一電極と第二電極との間の距離、つまりこれらの間隔を距離ｂとしたとき、２ｒ＜ｂとなる直径２ｒの仮想的な円に内接している。受電電極部をこのような条件に設定することにより、受電電極部が設けられた移動体が移動や回転しても、受電電極部は、送電電極部の第一電極または第二電極のいずれか一方とのみ重なる。そのため、送電電極部と受電電極部との間には、不要な電気的な容量つまり静電容量の生成が回避される。

【0008】

仮に、１つの受電電極部が２つの送電電極部と重なると、１つの受電電極部あたり２つの静電容量が発生する。受電電極部が設けられた移動体が移動や回転すると、発生した２つの静電容量はそれぞれ変動する。この場合、例えば整合回路などを用いることにより一方の静電容量の変化による影響を低減することができても、他方の静電容量の変化による影響の低減は困難である。つまり、２つの静電容量が発生するとき、これら２つの静電容量の変化に対して同時に影響を低減することは困難である。

【0009】

本実施形態では、受電電極部の直径２ｒと距離ｂとの間に、２ｒ＜ｂの関係が成立することにより、１つの受電電極部は常に１つの送電電極部との間に静電容量を発生する。そのため、例えば整合回路などの追加の構成を必要とすることなく、インピーダンスの変化にともなう反射電力の低減が図られる。したがって、送電電極部と受電電極部との間の結合面積の変化にともなうインピーダンスの変化を低減することができ、送電効率を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】一実施形態による無線給電装置を適用した電力供給システムを示す模式的な斜視図

【図2】一実施形態による無線給電装置を適用した電力供給システムの地上部および移動体を示す模式的な側面図

【図3】図２の矢印III方向から見た模式図

【図4】一実施形態による無線給電装置の送電電極部を示す模式的な平面図

【図5】一実施形態による無線給電装置の送電電極部と受電電極部との位置的な関係を示す模式図

【図6】一実施形態による無線給電装置の受電電極部を設定するための仮想的な円を示す概略図

【図7】一実施形態による無線給電装置において仮想的な円内に内接する受電電極部の例を示す概略図

【図8】無線給電装置において、１つの受電電極部が２つの送電電極部と重なるとき、形成される静電容量を示す模式図

【図9】一実施形態による無線給電装置において、１つの受電電極部が１つの送電電極部と重なるとき、形成される静電容量を示す模式図

【図10】一実施形態による無線給電装置において、五角形の頂点に受電電極部を配置する例を示す模式図

【図11】一実施形態による無線給電装置において、正三角形の頂点および中心に受電電極部を配置する例を示す模式図

【図12】図１１に示す例において、距離Ｒと最小重なり面積Ｓｍｉｎと受電電極部の半径ｒとの関係を示す概略図

【図13】一実施形態による無線給電装置において、正方形の頂点および中心に受電電極部を配置する例を示す模式図

【図14】図１３に示す例において、距離Ｒと最小重なり面積Ｓｍｉｎと受電電極部の半径ｒとの関係を示す概略図

【図15】一実施形態による無線給電装置において、正五角形の頂点に受電電極部を配置するとき、距離Ｒと最小重なり面積Ｓｍｉｎと受電電極部の半径ｒとの関係を示す概略図

【図16】一実施形態による無線給電装置において、正六角形の頂点に受電電極部を配置するとき、距離Ｒと最小重なり面積Ｓｍｉｎと受電電極部の半径ｒとの関係を示す概略図

【図17】一実施形態による無線給電装置において、正Ｎ角形の各頂点および中心に受電電極部を配置するとき、径比率Ｒ／ｒと最小重なり面積率Ｒｍｉｎと頂点の数Ｎとの関係を示す概略図

【図18】一実施形態による無線給電装置において、正Ｎ角形の各頂点に受電電極部を配置するとき、径比率Ｒ／ｒと最小重なり面積率Ｒｍｉｎと頂点の数Ｎとの関係を示す概略図

【図19】一実施形態による無線給電装置において、受電電極部と送電電極部との位置的な関係を示す模式図

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、一実施形態による無線給電装置を適用した電力供給システムについて説明する。
図１から図３に示すように、電力供給システム１０は、移動体１１および地上部１２を備えている。地上部１２は、例えば道路、駐車場、工場など、移動体１１を用いる電力供給システム１０を提供する設備に設けられている。移動体１１は、例えば電動の車両などである。移動体１１は、例えば人や貨物を搭載可能であり、地上部１２から供給された電力を利用して走行する。移動体１１は、無人での走行または有人での走行のいずれであってもよい。

【0012】

無線給電装置２０は、高周波生成部２１、送電電極部２２および受電電極部２３を備えている。高周波生成部２１は、図示しないインバータなどの高周波を生成する回路を有している。高周波生成部２１は、電源２４から供給された電力を用いて高周波を生成し、送電電極部２２へ供給する。高周波生成部２１で生成した高周波は、送電電極部２２から出力される。受電電極部２３は、送電電極部２２との間の電界結合を用いて、送電電極部２２から出力された電力を非接触、つまり無線で受け取る。

【0013】

送電電極部２２は、例えば地上部１２の床面や壁面などの設置面２５に設けられている。設置面２５は、平面や曲面など設備に応じた任意の面である。送電電極部２２は、一対の第一電極３１および第二電極３２を有している。第一電極３１および第二電極３２は、櫛形に形成されている。具体的には、図４に示すように第一電極３１は、幹部３１１と、この幹部３１１から分岐する平行な複数の枝部３１２とを有している。同様に、第二電極３２は、幹部３２１と、この幹部３２１から分岐する平行な複数の枝部３２２とを有している。第一電極３１は、図１に示すように高周波生成部２１の一方の端子に接続され、第二電極３２は、高周波生成部２１の他方の端子に接続されている。第一電極３１の枝部３１２は、第二電極３２の枝部３２２の間に設けられている。これにより、櫛形の第一電極３１と第二電極３２とは、図４に示すように幹部３１１および幹部３２１が伸びる方向において、互いに離間しつつ、枝部３１２と枝部３２２とが櫛歯状に噛み合った形で交互に配置される。

【0014】

送電電極部２２を構成する第一電極３１および第二電極３２は、図５に示すようにいずれもその幅が幅ａに設定されている。つまり、第一電極３１において幹部３１１から分岐する枝部３１２は、その短手方向の幅が幅ａである。同様に、第二電極３２において、幹部３２１から分岐する枝部３２２は、その短手方向の幅が幅ａである。そして、第一電極３１と第二電極３２との間の間隔は、距離ｂに設定されている。つまり、隣り合って配置されている第一電極３１の枝部３１２と第二電極３２の枝部３２２との間の距離は、距離ｂである。したがって、第一電極３１の枝部３１２と第二電極３２の枝部３２２とは、距離ｂの空間を形成して隣り合っている。

【0015】

受電電極部２３は、図２に示すように送電電極部２２との間に空間を形成して対向している。送電電極部２２と受電電極部２３との間には、誘電体である空気が存在する。受電電極部２３は、上述のように送電電極部２２との間の電界結合を用いて、送電電極部２２から出力された電力を非接触で受け取る。本実施形態の場合、受電電極部２３は、移動体１１の底面に設けられている。例えば送電電極部２２を設備の壁面に設ける場合、受電電極部２３は移動体１１の側面に設けてもよい。

【0016】

移動体１１は、図１から図３に示すように受電電極部２３に加え、本体４１、制御部４２、バッテリ４３および駆動部４４を有している。本体４１は、移動体１１を構成する制御部４２、バッテリ４３および駆動部４４に加え、運搬する人や物などを搭載可能である。制御部４２は、受電電極部２３で送電電極部２２から電界結合で受け取った高周波を直流に整流する図示しない整流回路を有している。バッテリ４３は、例えばリチウムイオン電池などの二次電池やキャパシタなどで構成され、整流された電力を蓄える。駆動部４４は、モータ４４１および車輪４４２などを有しており、モータ４４１によって車輪４４２を駆動する。制御部４２は、バッテリ４３への充電および駆動部４４の駆動を含め、移動体１１の全体を制御する。受電側の移動体１１に設けられているバッテリ４３およびモータ４４１は、電力を消費する負荷に相当する。負荷は、バッテリ４３およびモータ４４１に限らず、例えば移動体１１の照明や空調機器など電力を消費するものが含まれる。

【0017】

次に、本実施形態による無線給電装置２０における送電電極部２２と受電電極部２３との関係について詳細に説明する。
受電電極部２３は、図６に示すように直径を直径２ｒとする仮想的な円Ａに内接するように設定されている。つまり、受電電極部２３は、直径２ｒの円Ａを設定したとき、この円Ａと同一形状の円Ａであることが好ましい。この仮想的な円Ａは、半径ｒである。また、受電電極部２３は、円Ａと同一形状でなくても、例えば図７に示すようにこの円Ａに内接する多角形に設定してもよい。さらに、受電電極部２３は、例えば図７に示すように円Ａに内包されつつ、一部が欠けた形状や楕円形状などであってもよい。このように、受電電極部２３は、直径２ｒの円Ａに少なくとも一部が内接する形状に設定されている。より詳細には、受電電極部２３は、最長となる対角線に相当する長さ、または最長となる長軸の長さが、直径２ｒの円Ａの内側に収まっていればよい。

【0018】

また、この直径２ｒの円Ａは、上述の第一電極３１と第二電極３２との間の距離ｂとの間に、２ｒ＜ｂが成立する。つまり、受電電極部２３の直径２ｒは、第一電極３１と第二電極３２との間の距離ｂよりも小さい。直径２ｒと距離ｂとの間に２ｒ＜ｂが成立することにより、１つの受電電極部２３は、同時に２つ以上の第一電極３１または第二電極３２と重なることがない。すなわち、受電電極部２３が設けられた移動体１１が回転や移動しても、１つの受電電極部２３が対向するのは、第一電極３１または第二電極３２の少なくともいずれか一方である。

【0019】

図８に示すように受電電極部２３の直径２ｒと距離ｂとの間の関係が２ｒ＞ｂであるとき、受電電極部２３１は、第一電極３１との間に静電容量Ｃ１＋を形成するとともに、第二電極３２との間に静電容量Ｃ１－を形成する。同様に、受電電極部２３２は、第一電極３１との間に静電容量Ｃ２＋を形成し、第二電極３２との間に静電容量Ｃ２－を形成する。この場合、受電電極部２３１と第二電極３２との間に形成される静電容量Ｃ１－、および受電電極部２３２と第一電極３１との間に形成される静電容量Ｃ２＋は、寄生的な静電容量である。そのため、送電電極部２２から受電電極部２３へ高効率で安定した電力の供給を行なうためには、これら寄生的な静電容量である静電容量Ｃ１－および静電容量Ｃ２＋は、できるだけ小さくすること、さらには「０」にすることが好ましい。

【0020】

これに対し、図９に示すように本実施形態の受電電極部２３の直径２ｒと距離ｂとの間の関係が２ｒ＜ｂであるとき、受電電極部２３１は第一電極３１との間に静電容量Ｃ１＋を形成するだけであり、受電電極部２３２は第二電極３２との間に静電容量Ｃ２－を形成するだけである。これにより、受電電極部２３を搭載する移動体１１が回転や移動しても、移動体１１に搭載されている受電電極部２３は、１つにつき常に１つの第一電極３１または第二電極３２と対向する。この場合、受電電極部２３は、第一電極３１との間に静電容量Ｃ１＋、第二電極３２との間に静電容量Ｃ２－を形成することとなる。そのため、負荷である移動体１１側から見たインピーダンスを大きく設定するだけで、受電電極部２３を搭載する移動体１１の回転や移動にともなって送電電極部２２と受電電極部２３との間の重なりが変化しても、電源２４側から見たインピーダンスの変動が低減される。その結果、インピーダンスの変動に起因する送電電極部２２から高周波生成部２１側への電力の反射が低減され、送電効率の低下や電源２４の損傷の低減が図られる。

【0021】

次に、移動体１１に受電電極部２３を２つ以上設ける場合の条件について説明する。移動体１１に２つ以上の受電電極部２３を設ける場合、各受電電極部２３は、次のような関係を満たすことが好ましい。
Ｒ＝（ａ＋ｂ）／ｓｉｎθ 式（１）

【0022】

式（１）において、ａは、図５に示すように上述の第一電極３１の枝部３１２および第二電極３２の枝部３２２の幅である。また、距離ｂは、第一電極３１の枝部３１２と第二電極３２の枝部３２２との間の距離である。移動体１１に２つ以上の受電電極部２３が配置されているとき、各受電電極部２３の中心は、図５に示すように任意の中心点Ｏから同一の距離にある。この中心点Ｏから各受電電極部２３までの距離は、式（１）におけるＲである。そして、この中心点Ｏにおいて、中心点Ｏと各受電電極部２３の中心とを結ぶ仮想的な直線Ｌが形成する角度はθである。角度θは、受電電極部２３の数によって算出される。具体的には、θ＝３６０°／Ｎで算出される。Ｎは、受電電極部２３の数である。図５に示すように受電電極部２３が３つの場合、角度θはθ＝１２０°である。このように、仮想的な任意の中心点Ｏと各受電電極部２３の中心までの距離Ｒは、上記の式（１）に示す関係を満たしている。このように、距離Ｒを設定することにより、複数の受電電極部２３のうちの少なくとも１つが第一電極３１に重なり、他の少なくとも１つが第二電極３２に重なることになる。そして、上記のように直径２ｒと距離ｂとの関係を規定することにより、複数の受電電極部２３の任意の１つは、第一電極３１および第二電極３２と同時に重なることがない。

【0023】

上記のように受電電極部２３の直径２ｒと距離ｂとの関係を設定することにより、移動体１１に複数の受電電極部２３を設ける場合でも、１つの受電電極部２３と第一電極３１または第二電極３２との間の形成される静電容量は１つに限定される。そのため、上記の条件を満たすことにより、受電側となる移動体１１にはより多くの受電電極部２３を設けることができる。その結果、送電電極部２２と受電電極部２３との間で重なる重なり面積Ｓｏ、つまり電力を伝達する面積を拡大することができる。

【0024】

図１０に示すように、例えば移動体１１に５つの送電電極部２２を設ける例について説明する。図１０において、第一電極３１と重なる受電電極部２３の面積をＳ１とし、第二電極３２と重なる受電電極部２３の面積をＳ２とする。このとき、下記の式（２）に示す重なり面積Ｓｏが大きくなるほど、図９で示した静電容量Ｃ１＋および静電容量Ｃ２－は増大する。
Ｓｏ＝（Ｓ１×Ｓ２）／（Ｓ１＋Ｓ２） 式（２）

【0025】

ここで、重なり面積Ｓｏは、第一電極３１および第二電極３２と重なる受電電極部２３のうち、重なり合う面積が大きな２つを抽出し、式（２）を用いて算出される。図１０に示す例の場合、受電電極部２３ａおよび受電電極部２３ｂは、重なり合う面積が大きな２つの受電電極部２３として抽出される。最小重なり面積Ｓｍｉｎは、受電側である移動体１１の回転や移動を考慮したとき、上記の式（２）で算出される重なり面積Ｓｏの最小値である。上述のように、最小値である最小重なり面積Ｓｍｉｎが大きくなるほど、送電電極部２２と受電電極部２３との間に形成される静電容量が大きくなり、送電効率が向上する。

【0026】

次に、受電電極部２３の半径ｒと、上述の距離Ｒとの間の関係について説明する。最小重なり面積Ｓｍｉｎを最大限に確保するためには、受電電極部２３の半径ｒと距離Ｒとの間には、次の式（３）のような関係があることが好ましい。以下、Ｒ／ｒは、径比率ともいう。
２＜Ｒ／ｒ 式（３）

【0027】

図１１に示すように正三角形の中心と各頂点に受電電極部２３を配置する例について説明する。このような配置の場合、受電電極部２３の半径ｒを変化させると、最小重なり面積Ｓｍｉｎは、距離Ｒに対して、図１２に示すような関係となる。この図１２からもわかるように、最小重なり面積Ｓｍｉｎは、受電電極部２３の半径ｒごとに距離Ｒに依存する極大値が存在する。この図１２から、図１１に示す受電電極部２３の配置の場合、Ｒ＝３．２×ｒの関係があるとき、最小重なり面積Ｓｍｉｎは最大となる。

【0028】

同様に、図１３に示すように正方形の中心と各頂点に受電電極部２３を配置する例の場合、半径ｒと距離Ｒとの間には、図１４に示す関係から、Ｒ＝３．３２×ｒの関係があるとき、最小重なり面積Ｓｍｉｎは最大となる。また、図示しないが正五角形の各頂点に受電電極部２３を配置した場合、半径ｒと距離Ｒとの間には、図１５に示す関係からＲ＝２．７３×ｒの関係があるとき、最小重なり面積Ｓｍｉｎは最大となる。さらに、図示しないが正六角形の各頂点に受電電極部２３を配置した場合、半径ｒと距離Ｒとの間には、図１６に示す関係から、Ｒ＝２．９３×ｒの関係があるとき、最小重なり面積Ｓｍｉｎは最大となる。これらのような傾向から、式（３）に示すように２＜Ｒ／ｒであるとき、最小重なり面積Ｓｍｉｎは十分に確保されることが分かる。

【0029】

上記した傾向をより詳細に考察するために、受電電極部２３を、正Ｎ角形の各頂点および中心に配置した実施例１と、正Ｎ角形の各頂点のみに配置した実施例２とを比較する。図１７および図１８は、径比率Ｒ／ｒと、最小重なり面積率Ｒｍｉｎ（％）との関係を示している。最小重なり面積率Ｒｍｉｎは、下記の式（４）によって算出される。図１７および図１８では、受電電極部２３を配置する正Ｎ角形の頂点の数が径比率Ｒ／ｒおよび最小重なり面積率（％）に与える影響を示している。図１７は実施例１の結果を示し、図１８は実施例２の結果を示している。
Ｒｍｉｎ＝Ｓｍｉｎ／Ｓｍａｘ×１００ 式（４）

【0030】

上記の式（４）において、Ｓｍａｘは、最大重なり面積である。最大重なり面積Ｓｍａｘとは、２つの受電電極部２３の面積に相当する。つまり、最大重なり面積Ｓｍａｘは、受電電極部２３の１つが第一電極３１と完全に重なり、受電電極部２３の他の１つが第二電極３２と完全に重なったときの面積に相当する。したがって、最小重なり面積率Ｒｍｉｎは、１００％となるとき、複数の受電電極部２３を搭載する移動体１１がいかなる位置およびいかなる回転角度であっても、受電電極部２３の少なくとも１枚が送電電極部２２の第一電極３１と重なり、他の少なくとも１枚が第二電極３２と重なっていることを示す。つまり、最小重なり面積率Ｒｍｉｎは、受電電極部２３と送電電極部２２との重なりが最大となる面積に対する、最小重なり面積Ｓｍｉｎの比である。

【0031】

図１７に示す実施例１では、最小重なり面積Ｓｍｉｎを確保するためには、受電電極部２３は３つの頂点つまり三角形の各頂点および中心への配置が必要である。すなわち、実施例１の場合、受電電極部２３は、頂点の数であるＮ＝３に、中心の１つを加えた、Ｎ＝３＋１が最小値となる。また、図１８に示す実施例２では、最小重なり面積Ｓｍｉｎを確保するためには、受電電極部２３は５つの頂点つまり五角形の各頂点に配置が必要である。すなわち、実施例２の場合、受電電極部２３は、頂点の数であるＮ＝５が最小値となる。

【0032】

これら図１７および図１８から、径比率が２より大きい、つまり２＜Ｒ／ｒであれば、最小重なり面積率Ｒｍｉｎは０以上になることがわかる。また、Ｎが概ね１０以下であるとき、径比率Ｒ／ｒと最小重なり面積率Ｒｍｉｎとの間には、周期性を含む増減が生じることが分かる。一方、Ｎが５０を超えると、径比率Ｒ／ｒと最小重なり面積率Ｒｍｉｎとの間には、安定した関係が生じることが分かる。

【0033】

図１９は、Ｒ／ｒ＝２となるＮ＝４の受電電極部２３と送電電極部２２との関係を示す模式図Ｍ１、およびＲ／ｒ＜２となるＮ＝３の受電電極部２３と送電電極部２２との位置的な関係を示す模式図Ｍ２である。非接触の無線給電を実現するには、２つの受電電極部２３が少なくとも１つの第一電極３１と少なくとも１つの第二電極３２に重なる必要がある。しかし、Ｒ／ｒ＝２、またはＲ／ｒ＜２のとき、受電電極部２３を搭載した移動体１１の状態によって、図１９に示すように受電電極部２３と第一電極３１および第二電極３２との重なりが生じない状態が発生する。そのため、最小重なり面積Ｓｍｉｎが０となる状態が生じ、無線給電は実現できない。したがって、式（３）に示すように径比率Ｒ／ｒは、２＜Ｒ／ｒであることが求められる。

【0034】

以上説明した一実施形態では、受電電極部２３は、送電電極部２２における第一電極３１と第二電極３２との間の距離ｂとしたとき、２ｒ＜ｂとなる直径２ｒの仮想的な円Ａに内接する。受電電極部２３をこのような条件に設定することにより、受電電極部２３が設けられた移動体１１が移動や回転しても、受電電極部２３は、送電電極部２２の第一電極３１または第二電極３２のいずれか一方とのみ重なる。そのため、送電電極部２２と受電電極部２３との間には、不要な電気的な容量つまり不要な静電容量の生成が回避される。

【0035】

本実施形態では、受電電極部２３の直径２ｒと距離ｂとの間に、２ｒ＜ｂの関係が成立することにより、１つの受電電極部２３は常に１つの送電電極部２２との間に静電容量が発生する。そのため、例えば整合回路などの追加の構成を必要とすることなく、インピーダンスの変化にともなう反射電力の低減が図られる。したがって、送電電極部２２と受電電極部２３との間の結合面積の変化にともなうインピーダンスの変化を低減することができ、送電効率を向上することができる。

【0036】

また、本実施形態では、２つ以上の受電電極部２３を備える場合、これら受電電極部２３の間には、式（１）が成立する。式（１）のように受電電極部２３の直径２ｒと距離ｂとの関係を設定することにより、受電電極部２３と第一電極３１または第二電極３２との間の形成される静電容量は１つに限定される。そのため、受電側となる移動体１１にはより多くの受電電極部２３を設けることができ、送電電極部２２と受電電極部２３との間で重なる重なり面積Ｓｏ、つまり電力を伝達する面積を拡大することができる。

【0037】

さらに、本実施形態では、径比率Ｒ／ｒを、２＜Ｒ／ｒに設定している。これにより、２つ以上の受電電極部２３を搭載した移動体１１がいかなる位置へ移動したり、いかなる角度回転したりしても、そのうちの少なくとも１つの受電電極部２３は第一電極３１と重なり、他の少なくとも１つの受電電極部２３は第二電極３２と重なる。そのため、最小重なり面積Ｓｍｉｎは、「０」となることなく、確実に確保される。したがって、受電側の移動体１１の姿勢にかかわらず、送電電極部２２から受電電極部２３へ無線給電を達成することができる。

【0038】

以上説明した本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。

【符号の説明】

【0039】

図面中、２０は無線給電装置、２２は送電電極部、２３は受電電極部、３１は第一電極、３２は第二電極を示す。

【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】