(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】2024-10-21
(45)【発行日】2024-10-29
(54)【発明の名称】無線電力伝送システム
(51)【国際特許分類】
H02J 50/20 20160101AFI20241022BHJP
H02J 50/27 20160101ALI20241022BHJP
H02J 50/23 20160101ALI20241022BHJP
H01Q 9/42 20060101ALI20241022BHJP
H01Q 7/00 20060101ALI20241022BHJP
【ＦＩ】
H02J50/20
H02J50/27
H02J50/23
H01Q9/42
H01Q7/00
【請求項の数】
7
(21)【出願番号】P 2022579334
(86)(22)【出願日】2021-10-25
(86)【国際出願番号】 JP2021039282
(87)【国際公開番号】W WO2022168376
(87)【国際公開日】2022-08-11
【審査請求日】2023-07-24
(31)【優先権主張番号】P 2021014963
(32)【優先日】2021-02-02
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(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】110000914
【氏名又は名称】弁理士法人ＷｉｓｅＰｌｕｓ
(72)【発明者】
【氏名】佐伯 洋昌
【審査官】大濱 伸也
(56)【参考文献】
【文献】特開２００８－１９９８８２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１２－２２２９６１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１９－０９２２５１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－０９８３３４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０２０－０８９２０９（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１４／１５７０３０（ＷＯ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０２Ｊ ５０／２０
Ｈ０２Ｊ ５０／２７
Ｈ０２Ｊ ５０／２３
Ｈ０１Ｑ ９／４２
Ｈ０１Ｑ ７／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
適宜な導電率を有する電磁波遮蔽部材によって全体が包囲された構造体と、少なくとも１つの送電部と、少なくとも１つの受電部と、を備え、前記受電部は、受電アンテナ配線と整流回路とを備える受電器から構成され、
前記受電アンテナ配線は、同一平面内に形成され、それぞれの一端が前記整流回路に接続され、前記整流回路に接続されている一端とは異なる他端が互いに向き合うように配置された開放端となっている２本の配線構造を有するとともに、前記配線構造において複数の屈曲部を有し、
前記屈曲部で区切られた配線部位が延びている方向に対して垂直な方向に見たとき、３組以上の配線部位がそれぞれ対向しており、
互いに対向している配線部位のうち、対向している部分が最も長い配線部位同士は平行であり、
それぞれの受電アンテナ配線を見たとき、屈曲部の数が同じであり、かつ、同一配線上で対向している配線部位の組の数も同じである、無線電力伝送システム。
【請求項2】
互いに対向している配線部位のうち、対向している部分が２番目に長い配線部位同士も平行である、請求項１に記載の無線電力伝送システム。
【請求項3】
適宜な導電率を有する電磁波遮蔽部材によって全体が包囲された構造体と、少なくとも１つの送電部と、少なくとも１つの受電部と、を備え、前記送電部は、送電アンテナ取付部と送電アンテナ配線とを備える送電器から構成され、
前記送電アンテナ取付部は、前記電磁波遮蔽部材と電気的に接触しないように設置されており、
前記送電アンテナ配線は、前記電磁波遮蔽部材からなる壁面に対して平行になるように前記構造体の内側に形成され、その一端が前記送電アンテナ取付部と電気的に接続され、他端が開放端となっている配線構造を有するとともに、前記配線構造において４箇所以上８箇所以下の屈曲部を有し、
前記屈曲部で区切られた配線部位が延びている方向に対して垂直な方向に見たとき、同一配線上の配線部位と対向する位置で平行している別の配線部位が存在し、
前記送電アンテナ取付部との接続部から前記開放端までの前記送電アンテナ配線の経路に沿って観測したときに、前記対向する位置で平行している配線部位の経路が互いに逆向きである、無線電力伝送システム。
【請求項4】
前記送電アンテナ配線を前記構造体の内側から見たときに、前記構造体の床面に平行な第一直線と、前記送電アンテナ取付部との接続部と前記接続部に最も近い第一屈曲部とを通る第二直線とのなす角度θが、０度≦θ≦９０度または１８０度≦θ≦２７０度を満たす、請求項３に記載の無線電力伝送システム。
【請求項5】
前記角度θが、０度≦θ≦６０度または１８０度≦θ≦２４０度を満たす、請求項４に記載の無線電力伝送システム。
【請求項6】
前記送電アンテナ取付部との接続部から前記接続部に最も近い第一屈曲部に至る前記送電アンテナ配線の配線部位である第一送電アンテナ配線部は、前記構造体の壁面のうち、前記送電アンテナ取付部が設置された壁面以外のいずれかの壁面に対して平行であり、かつ、前記第一屈曲部から前記第一屈曲部の次に前記接続部に近い第二屈曲部に至る前記送電アンテナ配線の配線部位である第二送電アンテナ配線部は、前記構造体の壁面のうち、前記送電アンテナ取付部が設置された壁面、および、前記第一送電アンテナ配線部と平行な壁面以外のいずれかの壁面に対して平行である、請求項３～５のいずれか１項に記載の無線電力伝送システム。
【請求項7】
前記受電部は、受電アンテナ配線と整流回路とを備える受電器から構成され、
前記受電アンテナ配線は、同一平面内に形成され、それぞれの一端が前記整流回路に接続され、前記整流回路に接続されている一端とは異なる他端が互いに向き合うように配置された開放端となっている２本の配線構造、または、同一平面内に形成され、両端が前記整流回路に接続されたループ形状の１本の配線構造を有するとともに、いずれの配線構造においても複数の屈曲部を有し、
前記受電アンテナ配線の前記屈曲部で区切られた配線部位が延びている方向に対して垂直な方向に見たとき、３組以上の配線部位がそれぞれ対向しており、
前記受電アンテナ配線において、互いに対向している配線部位のうち、対向している部分が最も長い配線部位同士は平行である、請求項３～６のいずれか１項に記載の無線電力伝送システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、無線電力伝送システムに関する。具体的には、本発明は、高周波電磁波を送電する送電器を用いる無線電力伝送システムに関するものである。本発明の無線電力伝送システムは、倉庫内、工場内、車両内部など、壁面で囲まれた空間内に配置されたデバイス等へ高い送電効率で無線電力を供給する際に、受電器の設置方位の自由度を高めるための構造および電子機器に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、ＩＯＴ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｏｆ Ｔｈｉｎｇｓ）デバイスの爆発的な増加に伴って、これらへの電力供給方法に課題が生じている。膨大なデバイスへの配線接続は困難であり、また、電池を電源とする場合には消耗した電池の交換に多大な労力を要する問題がある。これらを解決するために、無線にて電力を伝送する技術が期待されている。
【0003】
非特許文献１には、金属で囲まれた空間内を共振器に見立て、共振器固有の共振周波数で送電部から電磁波を照射し、共振器内の受電器へ送電する無線電力伝送システムが開示されている。このとき、モノポール型の送電アンテナと、２つの直交したコイル状のアンテナを取り付けることで、無線電力伝送を実現している。非特許文献１の筆者によると、２つのコイルアンテナを直交配置することで、異なる方位からの電磁波の受電を可能とする工夫が施されている。
【0004】
特許文献１には、非特許文献１と同様に、金属で囲まれた空間内を共振器に見立て、共振器固有の共振周波数で送電部から電磁波を照射し、共振器内の受電器へ送電する無線電力伝送システムが開示されている。特許文献１では、第一の受電器と第二の受電器が平行に対向されて配置されており、これを導体柱で接続する構造を有した受電器が開示されている。この構造によって送電部と受電部の見通しが悪くとも受電部に高効率で電力を送電できるとされている。
【0005】
非特許文献２には、金属で囲まれた空間内を共振器に見立て、共振器固有の共振周波数で送電部から電磁波を照射し、共振器内の受電器へ送電する無線電力伝送システムが開示されている。非特許文献２では、プリント基板上に形成したパッチアンテナを２つ用意し、それぞれ共振器の向かい合った面に、互いに直交するように配置した送電アンテナを利用して、無線電力伝送を実現している。非特許文献２の筆者によれば、このアンテナは空洞共振器内でのみ動作することを指摘している。すなわち共振器内の共振現象を利用した送電では、開放空間で用いられる一般的なアンテナとは異なる原理で、電磁波の送電が行われていることを指摘している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【文献】特開２０２０－０８９２０９号公報
【非特許文献】
【0007】
【文献】Ｈ．Ｍｅｉ，Ｋ．Ａ．Ｔｈａｎｃｋｓｔｏｎ，Ｒ．Ａ．Ｂｅｒｃｉｃｈ，Ｊ．Ｇ．Ｒ．Ｊｅｆｆｅｒｙｓ，ａｎｄ Ｐ．Ｐ．Ｉｒａｚｏｑｕｉ，“Ｃａｖｉｔｙ Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｐｏｗｅｒ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｆｒｅｅｌｙ Ｍｏｖｉｎｇ Ａｎｉｍａｌ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ，” ＩＥＥＥ Ｂｉｏｍｅｄ．Ｅｎｇ．，Ｖｏｌ．６４，Ｎｏ．４，ｐｐ．７７５－７８５ Ｊｕｎｅ ２０１６
【文献】Ｓ．Ｒａｈｉｍｉｚａｄｅｈ，Ｓ．Ｋｏｒｈｕｍｍｅｌ，Ｂ．Ｋａｓｌｏｎ，Ｚ．Ｐｏｐｏｖｉｃ，“Ｓｃａｌａｂｌｅ ａｄａｐｔｉｖｅ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｐｏｗｅｒｉｎｇ ｏｆ ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｄｅｖｉｃｅｓ ｉｎ ａｎ ｏｖｅｒ－ｍｏｄｅｄ ｃａｖｉｔｙ，” Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ Ｐａｐｅｒ：Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｐｏｗｅｒ Ｔｒａｎｓｆｅｒ（ＷＰＴ），２０１３ ＩＥＥＥ
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
金属で囲まれた空間内を共振器に見立て、共振器固有の共振周波数で送電する無線電力伝送システムにおいて、既存の方法では薄型の受電器を利用しつつ、受電器が高い設置自由度を持つことが可能となる、適切な送受電アンテナの設計が明らかとなっていない。
【0009】
非特許文献１に記載の方式の場合、１つのモノポールアンテナを用いた送電器と、２つの互いに直交したコイルアンテナを受電器に用いることによって、受電が許容される受電器配置の自由度を高める方法が開示されている。このような受電方位の自由度が高い特徴は、ＩＯＴデバイスへの利用の観点で望ましい。その一方で、直径７ｍｍと直径５ｍｍのコイルアンテナが直交するように配置される構成となるため、受電器の形状が立体的になってしまい、ＩＯＴデバイスに取り付けるには厚すぎる課題がある。
【0010】
特許文献１に記載の方式の場合、第一の受電器と第二の受電器が平行に対向されて配置されており、これを導体柱で接続する受電器構造が示されている。文献中には受電可能な方位については記述がないために、受電可能な方位については明らかにされておらず、受電可能な方位を高める工夫が施されていない。また、第一と第二の受電器が立体的に配置されるために、ＩＯＴデバイスに取り付けるには厚すぎる課題がある。
【0011】
非特許文献２に記載の方式の場合、送電アンテナは対向する共振器の２面それぞれに１つずつ設置されている。しかし、これは送電回路が２つ必要となることを意味しており、実用面では高コストな手法となってしまう。また、文献中には受電回路に関する詳細な記述は示されておらず、そもそも適切なアンテナ設計は明らかにはなっていない。加えて、送受電アンテナが共振器内でのみ動作し、開放空間では動作しない旨が指摘されているが、共振器内でどのような条件を満たしたときにアンテナが動作するかは明らかにされていない。
【0012】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、受電器が薄型であり、設置方位に高い自由度を有する無線電力伝送システム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】
【0013】
本発明の無線電力伝送システムは、第１の態様において、適宜な導電率を有する電磁波遮蔽部材によって全体が包囲された構造体と、少なくとも１つの送電部と、少なくとも１つの受電部と、を備え、上記受電部は、受電アンテナ配線と整流回路とを備える受電器から構成され、上記受電アンテナ配線は、同一平面内に形成され、それぞれの一端が上記整流回路に接続され、上記整流回路に接続されている一端とは異なる他端が互いに向き合うように配置された開放端となっている２本の配線構造、または、同一平面内に形成され、両端が上記整流回路に接続されたループ形状の１本の配線構造を有するとともに、いずれの配線構造においても複数の屈曲部を有し、上記屈曲部で区切られた配線部位が延びている方向に対して垂直な方向に見たとき、３組以上の配線部位がそれぞれ対向しており、互いに対向している配線部位のうち、対向している部分が最も長い配線部位同士は平行である。
【0014】
本発明の無線電力伝送システムは、第２の態様において、適宜な導電率を有する電磁波遮蔽部材によって全体が包囲された構造体と、少なくとも１つの送電部と、少なくとも１つの受電部と、を備え、上記送電部は、送電アンテナ取付部と送電アンテナ配線とを備える送電器から構成され、上記送電アンテナ取付部は、上記電磁波遮蔽部材と電気的に接触しないように設置されており、上記送電アンテナ配線は、上記電磁波遮蔽部材からなる壁面に対して平行になるように上記構造体の内側に形成され、その一端が上記送電アンテナ取付部と電気的に接続され、他端が開放端となっている配線構造を有するとともに、上記配線構造において４箇所以上８箇所以下の屈曲部を有し、上記屈曲部で区切られた配線部位が延びている方向に対して垂直な方向に見たとき、同一配線上の配線部位と対向する位置で平行している別の配線部位が存在し、上記送電アンテナ取付部との接続部から上記開放端までの上記送電アンテナ配線の経路に沿って観測したときに、上記対向する位置で平行している配線部位の経路が互いに逆向きである。
【発明の効果】
【0015】
本発明によれば、受電器が薄型であり、設置方位に高い自由度を有する無線電力伝送システムを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【図1】本発明に係る無線電力伝送システムの一例の構成図である。
【図2】本発明に係る送電部３の一例の模式図である。
【図3】本発明に係る送電部３における送電アンテナ配線６の模式図である。
【図4】本発明に係る送電部３における送電アンテナ配線６ａの模式図である。
【図5A】送電アンテナ配線６ａが回転する前の模式図である。
【図5B】送電アンテナ配線６ａが回転した後の模式図である。
【図6】本発明に係る送電部３における送電アンテナ配線６ｂの模式図である。
【図7】本発明に係る送電部３における送電アンテナ配線６ｃの模式図である。
【図8】本発明に係る受電部４の一例の模式図である。
【図9】受電アンテナ配線１０ａを備える受電部４の模式図である。
【図10】受電アンテナ配線１０ｂを備える受電部４の模式図である。
【図11】受電アンテナ配線１０ｃを備える受電部４の模式図である。
【図12】本発明の実施例１に係る送電部１５の模式図である。
【図13】受電アンテナ配線１０ｄを備える受電部４の模式図である。
【図14】本発明の実施例１に係る無線電力伝送システムにおける、受電アンテナ面方位と受電アンテナ配線方位に対する、通過特性Ｓ２１の関係を示すグラフである。
【図15】本発明の実施例２に係る無線電力伝送システムにおける、受電アンテナ面方位と受電アンテナ配線方位に対する、通過特性Ｓ２１の関係を示すグラフである。
【図16】本発明の実施例５に係る無線電力伝送システムにおける、受電アンテナ面方位と受電アンテナ配線方位に対する、通過特性Ｓ２１の関係を示すグラフである。
【図17】本発明の実施例６に係る無線電力伝送システムにおいて、送電アンテナ配線６ａが回転していない状態の模式図である。
【図18】本発明の実施例６に係る無線電力伝送システムにおいて、送電アンテナ配線６ａが回転した状態の模式図である。
【図19】本発明の実施例６に係る無線電力伝送システムにおける、受電器の各設置方向に対する送電アンテナ配線の回転角と通過特性Ｓ２１の関係を示すグラフである。
【図21】本発明の実施例７に係る無線電力伝送システムにおける電界強度分布の模式図である。
【図22】本発明の実施例７に係る無線電力伝送システムにおける、受電部の相対位置と通過特性Ｓ２１の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0017】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【0018】
本明細書において、要素間の関係性を示す用語（例えば「垂直」、「平行」、「直交」など）、および、要素の形状を示す用語は、厳格な意味のみを表す表現ではなく、実質的に同等な範囲、例えば数％程度の差異をも含むことを意味する表現である。
【0019】
図１は本発明に係る無線電力伝送システムの一例の構成図である。図１において、無線電力伝送システム１は、適宜な導電率を有する電磁波遮蔽部材２によって全体が包囲された構造体を共振器に見立て、その内部に、少なくとも１つの送電部３と、少なくとも１つの受電部４とを備える。すなわち、無線電力伝送システム１は無線電力伝送を実現する構造物の全体を指している。なお、構造体の形状は直方体形状に限定されるものではなく、例えば、ＺＸ面が五角形である五角柱形状、ＺＸ面が台形である四角柱形状、ＺＸ面が半円である半円柱形状などであってもよい。
【0020】
電磁波遮蔽部材２は導電性を有していれば特に限定されないが、好ましくは銅、アルミニウム、鉄、ステンレス、ニッケルなどの金属材料が挙げられる。あるいは、酸化亜鉛、酸化チタン、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）などの導電性酸化物材料、グラファイト、有機導電材料などが挙げられる。これらは上記部材からなる複数の層で構成されてもよい。また、導電性を有していれば合金または混合物であっても構わない。加えて、電力供給する周波数において電磁波遮蔽部材として動作するのであれば、形状は板状、メッシュ状、膜状、ポーラス状などであってもよい。また、電磁波遮蔽部材２は表面保護などの目的で、電磁波透過素材で被覆してあっても構わない。なお、電磁波遮蔽部材２における電磁波遮蔽は、無線電力伝送に供される周波数においてのみ電磁波を遮蔽できればよい。すなわち、無線電力伝送用周波数とは異なる周波数での通信に対して遮蔽しない使い方も可能である。
【0021】
送電部３の構成について図２を用いて説明する。送電部３は、例えば、送電アンテナ取付部５と送電アンテナ配線６とを備える送電器から構成される。送電アンテナ取付部５は金属製であり、電磁波遮蔽部材２からなる壁面に対して概ね垂直に設置されることが好ましい。また、送電アンテナ取付部５は、それ自体が送電アンテナの一部として機能してもよい。送電アンテナ取付部５は、電磁波遮蔽部材２と電気的に接触しないように設置されつつ、電磁波遮蔽部材２を貫通して共振器（構造体）の外側に設置された送電回路に電気的に接続される。このとき、接続部と送電回路の接続には、適宜ＳＭＡ（Ｓｕｂ Ｍｉｎｉａｔｕｒｅ Ｔｙｐｅ Ａ）端子などのコネクタを介してもよい。なお、上記送電回路と送電部３との間のインピーダンスを調整する整合回路は、共振器内外のどちらに設置しても構わない。
【0022】
送電アンテナ配線６は、プリント基板などの上に配線してもよいが、送電アンテナ取付部５を折り曲げて配線にしても構わない。送電アンテナ配線６は、電磁波遮蔽部材２からなる共振器の壁面に対して概ね水平になるように形成されることが好ましい。
【0023】
送電アンテナ配線６の構造について図３を用いて説明する。送電アンテナ配線６は、その一端が送電アンテナ取付部５と電気的に接続されており、他端は開放端７となっている配線構造を有する。送電アンテナ配線６は、上記配線構造において屈曲部を有している。例えば、送電アンテナ配線６は、送電アンテナ取付部５との接続部から近い順に第一屈曲部８ａおよび第二屈曲部８ｂという２箇所の屈曲部を有している。図３に示すように、送電アンテナ配線６を、第一屈曲部８ａと第二屈曲部８ｂで区切られた配線部位ごとに着目し、例えば第一送電アンテナ配線部９ａ、第二送電アンテナ配線部９ｂおよび第三送電アンテナ配線部９ｃを定義する。送電アンテナ配線６は、屈曲部で区切られた配線部位が延びている方向に対して垂直な方向に見たとき、第一送電アンテナ配線部９ａと第三送電アンテナ配線部９ｃの関係のように、同一配線上の配線部位と対向する位置で平行している別の配線部位が存在するような構造を有している。この場合、送電アンテナ配線６と送電アンテナ取付部５の接続部から開放端７までの送電アンテナ配線６の経路に沿って観測したときに、上記対向する位置で平行している配線部位の経路が互いに逆向きであることを特徴としている。
【0024】
送電部３は、送電アンテナ配線６に代えて、図４に示す送電アンテナ配線６ａを備えてもよい。送電アンテナ配線６ａは、送電アンテナ取付部５との接続部から近い順に第一屈曲部８ａ、第二屈曲部８ｂ、第三屈曲部８ｃおよび第四屈曲部８ｄという４箇所の屈曲部を有するとともに、屈曲部で区切られた配線部位である第一送電アンテナ配線部９ａ、第二送電アンテナ配線部９ｂ、第三送電アンテナ配線部９ｃ、第四送電アンテナ配線部９ｄおよび第五送電アンテナ配線部９ｅを有している。第一送電アンテナ配線部９ａと第三送電アンテナ配線部９ｃは、屈曲部で区切られた配線部位が延びている方向に対して垂直な方向に見たとき、対向する位置で互いに平行であり、また、送電アンテナ配線６ａと送電アンテナ取付部５の接続部から開放端７までの送電アンテナ配線６ａの経路に沿って観測したときに、配線部位の経路が互いに逆向きである。同様に、第三送電アンテナ配線部９ｃと第五送電アンテナ配線部９ｅは、屈曲部で区切られた配線部位が延びている方向に対して垂直な方向に見たとき、対向する位置で互いに平行であり、また、送電アンテナ配線６ａと送電アンテナ取付部５の接続部から開放端７までの送電アンテナ配線６ａの経路に沿って観測したときに、配線部位の経路が互いに逆向きである。一方、第一送電アンテナ配線部９ａと第五送電アンテナ配線部９ｅは、互いに平行ではあるが、対向する位置にないため、配線部位の経路が逆向きである必要はない。同様に、第二送電アンテナ配線部９ｂと第四送電アンテナ配線部９ｄは、互いに平行ではあるが、対向する位置にないため、配線部位の経路が逆向きである必要はない。
【0025】
送電部３が例えば送電アンテナ配線６ａを備える場合、図５Ａおよび図５Ｂに示すように、送電アンテナ配線６ａが送電アンテナ取付部５を軸に回転したような構造を有していてもよい。送電アンテナ配線６ａを構造体の内側から見たときに、図５Ｂに示すように、構造体の床面に平行な第一直線Ｌ１と、送電アンテナ取付部５との接続部と上記接続部に最も近い第一屈曲部８ａとを通る第二直線Ｌ２とのなす角度をθと定義したとき、角度θが、０度≦θ≦９０度または１８０度≦θ≦２７０度を満たすことが好ましく、０度≦θ≦６０度または１８０度≦θ≦２４０度を満たすことがより好ましい。
【0026】
また、図５Ａに示すように、送電アンテナ取付部５との接続部から上記接続部に最も近い第一屈曲部８ａに至る送電アンテナ配線６ａの配線部位（すなわち第一送電アンテナ配線部９ａ）は、構造体の壁面のうち、送電アンテナ取付部５が設置された壁面以外のいずれかの壁面に対して平行であり、かつ、第一屈曲部８ａから第一屈曲部８ａの次に上記接続部に近い第二屈曲部８ｂに至る送電アンテナ配線６ａの配線部位（すなわち第二送電アンテナ配線部９ｂ）は、構造体の壁面のうち、送電アンテナ取付部５が設置された壁面、および、第一送電アンテナ配線部９ａと平行な壁面以外のいずれかの壁面に対して平行であってもよい。
【0027】
送電部３において、送電アンテナ配線が有する屈曲部の数は、４箇所以上８箇所以下であることが好ましい。
【0028】
図６に示す送電アンテナ配線６ｂは、送電アンテナ取付部５との接続部から近い順に第一屈曲部８ａ、第二屈曲部８ｂ、第三屈曲部８ｃ、第四屈曲部８ｄ、第五屈曲部８ｅ、第六屈曲部８ｆ、第七屈曲部８ｇおよび第八屈曲部８ｈという８箇所の屈曲部を有するとともに、屈曲部で区切られた配線部位である第一送電アンテナ配線部９ａ、第二送電アンテナ配線部９ｂ、第三送電アンテナ配線部９ｃ、第四送電アンテナ配線部９ｄ、第五送電アンテナ配線部９ｅ、第六送電アンテナ配線部９ｆ、第七送電アンテナ配線部９ｇ、第八送電アンテナ配線部９ｈおよび第九送電アンテナ配線部９ｉを有している。第一送電アンテナ配線部９ａと第三送電アンテナ配線部９ｃは、屈曲部で区切られた配線部位が延びている方向に対して垂直な方向に見たとき、対向する位置で互いに平行であり、また、送電アンテナ配線６ｂと送電アンテナ取付部５の接続部から開放端７までの送電アンテナ配線６ｂの経路に沿って観測したときに、配線部位の経路が互いに逆向きである。同様に、第三送電アンテナ配線部９ｃと第五送電アンテナ配線部９ｅ、第五送電アンテナ配線部９ｅと第七送電アンテナ配線部９ｇ、第七送電アンテナ配線部９ｇと第九送電アンテナ配線部９ｉは、各々、屈曲部で区切られた配線部位が延びている方向に対して垂直な方向に見たとき、対向する位置で互いに平行であり、また、送電アンテナ配線６ｂと送電アンテナ取付部５の接続部から開放端７までの送電アンテナ配線６ｂの経路に沿って観測したときに、配線部位の経路が互いに逆向きである。
【0029】
図７に示す送電アンテナ配線６ｃは、送電アンテナ取付部５との接続部から近い順に第一屈曲部８ａ、第二屈曲部８ｂ、第三屈曲部８ｃ、第四屈曲部８ｄ、第五屈曲部８ｅ、第六屈曲部８ｆおよび第七屈曲部８ｇという７箇所の屈曲部を有するとともに、屈曲部で区切られた配線部位である第一送電アンテナ配線部９ａ、第二送電アンテナ配線部９ｂ、第三送電アンテナ配線部９ｃ、第四送電アンテナ配線部９ｄ、第五送電アンテナ配線部９ｅ、第六送電アンテナ配線部９ｆ、第七送電アンテナ配線部９ｇおよび第八送電アンテナ配線部９ｈを有している。第一送電アンテナ配線部９ａと第三送電アンテナ配線部９ｃは、屈曲部で区切られた配線部位が延びている方向に対して垂直な方向に見たとき、対向する位置で互いに平行であり、また、送電アンテナ配線６ｃと送電アンテナ取付部５の接続部から開放端７までの送電アンテナ配線６ｃの経路に沿って観測したときに、配線部位の経路が互いに逆向きである。同様に、第三送電アンテナ配線部９ｃと第五送電アンテナ配線部９ｅ、第三送電アンテナ配線部９ｃと第七送電アンテナ配線部９ｇは、各々、屈曲部で区切られた配線部位が延びている方向に対して垂直な方向に見たとき、対向する位置で互いに平行であり、また、送電アンテナ配線６ｃと送電アンテナ取付部５の接続部から開放端７までの送電アンテナ配線６ｃの経路に沿って観測したときに、配線部位の経路が互いに逆向きである。また、第四送電アンテナ配線部９ｄと第六送電アンテナ配線部９ｆ、第六送電アンテナ配線部９ｆと第八送電アンテナ配線部９ｈについても、各々、屈曲部で区切られた配線部位が延びている方向に対して垂直な方向に見たとき、対向する位置で互いに平行であり、また、送電アンテナ配線６ｃと送電アンテナ取付部５の接続部から開放端７までの送電アンテナ配線６ｃの経路に沿って観測したときに、配線部位の経路が互いに逆向きである。
【0030】
送電部３において、送電アンテナ配線が有する屈曲部の角度は特に限定されないが、概ね直角であることが好ましい。屈曲部の角度は、それぞれ同じでもよく、異なっていてもよい。また、屈曲部に丸みが付いていてもよい。
【0031】
受電部４の構成について図８を用いて説明する。受電部４は、例えば、受電アンテナ配線１０と整流回路１１とを備える受電器から構成される。必要に応じてスイッチ、整合回路等を取り付けてもよい。受電アンテナ配線１０は、同一平面内に形成され、それぞれの一端が整流回路１１に接続され、整流回路１１に接続されている一端とは異なる他端が互いに向き合うように配置された開放端１２となっている２本の配線構造を有する。受電アンテナ配線１０は、上記配線構造において複数の屈曲部を有している。例えば、一方の受電アンテナ配線１０は、整流回路１１との接続部から近い順に第一屈曲部１３ａ、第二屈曲部１３ｂおよび第三屈曲部１３ｃという３箇所の屈曲部を有している。図８に示すように、一方の受電アンテナ配線１０を、第一屈曲部１３ａ、第二屈曲部１３ｂおよび第三屈曲部１３ｃで区切られた配線部位ごとに着目し、例えば第一受電アンテナ配線部１４ａ、第二受電アンテナ配線部１４ｂ、第三受電アンテナ配線部１４ｃおよび第四受電アンテナ配線部１４ｄを定義する。同様に、他方の受電アンテナ配線１０は、整流回路１１との接続部から近い順に第一屈曲部１５ａ、第二屈曲部１５ｂおよび第三屈曲部１５ｃという３箇所の屈曲部を有するとともに、屈曲部で区切られた配線部位である第一受電アンテナ配線部１６ａ、第二受電アンテナ配線部１６ｂ、第三受電アンテナ配線部１６ｃおよび第四受電アンテナ配線部１６ｄを有している。
【0032】
受電アンテナ配線１０においては、屈曲部で区切られた配線部位が延びている方向に対して垂直な方向に見たとき、第一受電アンテナ配線部１４ａと第一受電アンテナ配線部１６ａ、第二受電アンテナ配線部１４ｂと第四受電アンテナ配線部１４ｄ、第三受電アンテナ配線部１４ｃと第三受電アンテナ配線部１６ｃ、第二受電アンテナ配線部１６ｂと第四受電アンテナ配線部１６ｄが、それぞれ対向しており、そのうち、対向している部分が最も長い第三受電アンテナ配線部１４ｃと第三受電アンテナ配線部１６ｃは互いに平行である。このように、受電アンテナ配線が２本の配線構造を有する場合においては、屈曲部で区切られた配線部位が延びている方向に対して垂直な方向に見たとき、３組以上の配線部位がそれぞれ対向しており、互いに対向している配線部位のうち、対向している部分が最も長い配線部位同士は平行であることを特徴としている。
【0033】
受電アンテナ配線１０においては、互いに対向している配線部位のうち、対向している部分が２番目に長い配線部位同士も平行であることが好ましい。すなわち、第二受電アンテナ配線部１４ｂと第四受電アンテナ配線部１４ｄが互いに平行であるか、または、第二受電アンテナ配線部１６ｂと第四受電アンテナ配線部１６ｄが互いに平行であるか、あるいは、どちらも互いに平行であることが好ましい。なお、図８では、第二受電アンテナ配線部１４ｂと第二受電アンテナ配線部１６ｂが同じ長さであり、第四受電アンテナ配線部１４ｄと第四受電アンテナ配線部１６ｄが同じ長さであるように示されているが、第二受電アンテナ配線部１４ｂと第二受電アンテナ配線部１６ｂの長さおよび第四受電アンテナ配線部１４ｄと第四受電アンテナ配線部１６ｄの長さは同じでもよく、異なっていてもよい。第二受電アンテナ配線部１４ｂと第二受電アンテナ配線部１６ｂの長さおよび第四受電アンテナ配線部１４ｄと第四受電アンテナ配線部１６ｄの長さが異なる場合、互いに対向している配線部位のうち、対向している部分が２番目に長い配線部位同士が平行であることに加えて、対向している部分が３番目に長い配線部位同士も平行であることが好ましい。
【0034】
受電アンテナ配線１０においては、互いに対向している配線部位のうち、整流回路１１との接続部から開放端１２までの受電アンテナ配線１０の経路に沿って観測したときに、配線部位の経路が互いに逆向きになっている配線部位同士が平行であることが好ましい。
【0035】
受電部４は、受電アンテナ配線１０に代えて、図９に示す受電アンテナ配線１０ａを備えてもよい。受電アンテナ配線１０ａは、同一平面内に形成され、両端が整流回路１１に接続されたループ形状の１本の配線構造を有する。受電アンテナ配線１０ａは、上記配線構造において複数の屈曲部を有している。例えば、受電アンテナ配線１０ａは、整流回路１１との一方の接続部から他方の接続部に向かって第一屈曲部１３ａ、第二屈曲部１３ｂ、第三屈曲部１３ｃ、第四屈曲部１３ｄ、第五屈曲部１３ｅおよび第六屈曲部１３ｆという６箇所の屈曲部を有するとともに、屈曲部で区切られた配線部位である第一受電アンテナ配線部１４ａ、第二受電アンテナ配線部１４ｂ、第三受電アンテナ配線部１４ｃ、第四受電アンテナ配線部１４ｄ、第五受電アンテナ配線部１４ｅ、第六受電アンテナ配線部１４ｆおよび第七受電アンテナ配線部１４ｇを有している。
【0036】
受電アンテナ配線１０ａにおいては、屈曲部で区切られた配線部位が延びている方向に対して垂直な方向に見たとき、第一受電アンテナ配線部１４ａと第七受電アンテナ配線部１４ｇ、第二受電アンテナ配線部１４ｂと第四受電アンテナ配線部１４ｄ、第三受電アンテナ配線部１４ｃと第五受電アンテナ配線部１４ｅ、第四受電アンテナ配線部１４ｄと第六受電アンテナ配線部１４ｆが、それぞれ対向しており、そのうち、対向している部分が最も長い第三受電アンテナ配線部１４ｃと第五受電アンテナ配線部１４ｅは互いに平行である。このように、受電アンテナ配線が１本の配線構造を有する場合においても、屈曲部で区切られた配線部位が延びている方向に対して垂直な方向に見たとき、３組以上の配線部位がそれぞれ対向しており、互いに対向している配線部位のうち、対向している部分が最も長い配線部位同士は平行であることを特徴としている。
【0037】
受電アンテナ配線１０ａにおいては、互いに対向している配線部位のうち、対向している部分が２番目に長い配線部位同士も平行であることが好ましい。すなわち、第二受電アンテナ配線部１４ｂと第四受電アンテナ配線部１４ｄが互いに平行であるか、または、第四受電アンテナ配線部１４ｄと第六受電アンテナ配線部１４ｆが互いに平行であるか、あるいは、どちらも互いに平行であることが好ましい。なお、図９では、第二受電アンテナ配線部１４ｂと第六受電アンテナ配線部１４ｆが同じ長さであるように示されているが、第二受電アンテナ配線部１４ｂと第六受電アンテナ配線部１４ｆの長さは同じでもよく、異なっていてもよい。第二受電アンテナ配線部１４ｂと第六受電アンテナ配線部１４ｆの長さが異なる場合、互いに対向している配線部位のうち、対向している部分が２番目に長い配線部位同士が平行であることに加えて、対向している部分が３番目に長い配線部位同士も平行であることが好ましい。
【0038】
受電アンテナ配線１０ａにおいては、互いに対向している配線部位のうち、整流回路１１との一方の接続部から他方の接続部までの受電アンテナ配線１０ａの経路に沿って観測したときに、配線部位の経路が互いに逆向きになっている配線部位同士が平行であることが好ましい。
【0039】
受電部４において、受電アンテナ配線が２本の配線構造を有する場合、図８に示すように、それぞれの受電アンテナ配線を見たとき、屈曲部の数が同じであり、かつ、同一配線上で対向している配線部位の組の数も同じであることが好ましい。この場合、それぞれの受電アンテナ配線における各配線部位の長さは、同じでもよく、異なっていてもよい。
【0040】
図１０は、屈曲部の数が同じであり、かつ、同一配線上で対向している配線部位の組の数も同じである受電アンテナ配線１０ｂを備える受電部４の模式図である。一方の受電アンテナ配線１０ｂは、整流回路１１との接続部から近い順に第一屈曲部１３ａおよび第二屈曲部１３ｂという２箇所の屈曲部を有するとともに、屈曲部で区切られた配線部位である第一受電アンテナ配線部１４ａ、第二受電アンテナ配線部１４ｂおよび第三受電アンテナ配線部１４ｃを有している。同様に、他方の受電アンテナ配線１０ｂは、整流回路１１との接続部から近い順に第一屈曲部１５ａおよび第二屈曲部１５ｂという２箇所の屈曲部を有するとともに、屈曲部で区切られた配線部位である第一受電アンテナ配線部１６ａ、第二受電アンテナ配線部１６ｂおよび第三受電アンテナ配線部１６ｃを有している。
【0041】
受電アンテナ配線１０ｂにおいては、屈曲部で区切られた配線部位が延びている方向に対して垂直な方向に見たとき、第一受電アンテナ配線部１４ａと第三受電アンテナ配線部１４ｃ、第二受電アンテナ配線部１４ｂと第二受電アンテナ配線部１６ｂ、第一受電アンテナ配線部１６ａと第三受電アンテナ配線部１６ｃが、それぞれ対向しており、そのうち、対向している部分が最も長い第二受電アンテナ配線部１４ｂと第二受電アンテナ配線部１６ｂは互いに平行である。従って、屈曲部で区切られた配線部位が延びている方向に対して垂直な方向に見たとき、３組以上の配線部位がそれぞれ対向しており、互いに対向している配線部位のうち、対向している部分が最も長い配線部位同士は平行である。
【0042】
受電アンテナ配線１０ｂにおいては、互いに対向している配線部位のうち、対向している部分が２番目に長い配線部位同士も平行であることが好ましい。すなわち、第一受電アンテナ配線部１４ａと第三受電アンテナ配線部１４ｃが互いに平行であるか、または、第一受電アンテナ配線部１６ａと第三受電アンテナ配線部１６ｃが互いに平行であるか、あるいは、どちらも互いに平行であることが好ましい。なお、図１０では、第一受電アンテナ配線部１４ａと第一受電アンテナ配線部１６ａが同じ長さであり、第三受電アンテナ配線部１４ｃと第三受電アンテナ配線部１６ｃが同じ長さであるように示されているが、第一受電アンテナ配線部１４ａと第一受電アンテナ配線部１６ａの長さおよび第三受電アンテナ配線部１４ｃと第三受電アンテナ配線部１６ｃの長さは同じでもよく、異なっていてもよい。第一受電アンテナ配線部１４ａと第一受電アンテナ配線部１６ａの長さおよび第三受電アンテナ配線部１４ｃと第三受電アンテナ配線部１６ｃの長さが異なる場合、互いに対向している配線部位のうち、対向している部分が２番目に長い配線部位同士が平行であることに加えて、対向している部分が３番目に長い配線部位同士も平行であることが好ましい。
【0043】
受電アンテナ配線１０ｂにおいては、互いに対向している配線部位のうち、整流回路１１との接続部から開放端１２までの受電アンテナ配線１０ｂの経路に沿って観測したときに、配線部位の経路が互いに逆向きになっている配線部位同士が平行であることが好ましい。
【0044】
受電部４において、受電アンテナ配線が２本の配線構造を有する場合、それぞれの受電アンテナ配線を見たとき、屈曲部の数が異なり、かつ、同一配線上で対向している配線部位の組の数も異なっていてもよい。
【0045】
図１１は、屈曲部の数が異なり、かつ、同一配線上で対向している配線部位の組の数も異なる受電アンテナ配線１０ｃを備える受電部４の模式図である。一方の受電アンテナ配線１０ｃは、整流回路１１との接続部から近い順に第一屈曲部１３ａ、第二屈曲部１３ｂおよび第三屈曲部１３ｃという３箇所の屈曲部を有するとともに、屈曲部で区切られた配線部位である第一受電アンテナ配線部１４ａ、第二受電アンテナ配線部１４ｂ、第三受電アンテナ配線部１４ｃおよび第四受電アンテナ配線部１４ｄを有している。他方の受電アンテナ配線１０ｃは、整流回路１１との接続部から近い順に第一屈曲部１５ａおよび第二屈曲部１５ｂという２箇所の屈曲部を有するとともに、屈曲部で区切られた配線部位である第一受電アンテナ配線部１６ａ、第二受電アンテナ配線部１６ｂおよび第三受電アンテナ配線部１６ｃを有している。
【0046】
受電アンテナ配線１０ｃにおいては、屈曲部で区切られた配線部位が延びている方向に対して垂直な方向に見たとき、第一受電アンテナ配線部１４ａと第三受電アンテナ配線部１４ｃ、第二受電アンテナ配線部１４ｂと第四受電アンテナ配線部１４ｄ、第三受電アンテナ配線部１４ｃと第二受電アンテナ配線部１６ｂ、第一受電アンテナ配線部１６ａと第三受電アンテナ配線部１６ｃが、それぞれ対向しており、そのうち、対向している部分が最も長い第三受電アンテナ配線部１４ｃと第二受電アンテナ配線部１６ｂは互いに平行である。従って、屈曲部で区切られた配線部位が延びている方向に対して垂直な方向に見たとき、３組以上の配線部位がそれぞれ対向しており、互いに対向している配線部位のうち、対向している部分が最も長い配線部位同士は平行である。
【0047】
受電アンテナ配線１０ｃにおいては、互いに対向している配線部位のうち、対向している部分が２番目に長い配線部位同士も平行であることが好ましい。すなわち、第二受電アンテナ配線部１４ｂと第四受電アンテナ配線部１４ｄが互いに平行であるか、または、第一受電アンテナ配線部１６ａと第三受電アンテナ配線部１６ｃが互いに平行であるか、あるいは、どちらも互いに平行であることが好ましい。なお、図１１では、第四受電アンテナ配線部１４ｄと第三受電アンテナ配線部１６ｃが同じ長さであり、第二受電アンテナ配線部１４ｂと第四受電アンテナ配線部１４ｄとが対向している部分の長さと第一受電アンテナ配線部１６ａと第三受電アンテナ配線部１６ｃとが対向している部分の長さが同じであるように示されているが、第四受電アンテナ配線部１４ｄと第三受電アンテナ配線部１６ｃの長さは同じでもよく、異なっていてもよい。第四受電アンテナ配線部１４ｄと第三受電アンテナ配線部１６ｃの長さが異なる場合、互いに対向している配線部位のうち、対向している部分が２番目に長い配線部位同士が平行であることに加えて、対向している部分が３番目に長い配線部位同士も平行であることが好ましい。
【0048】
受電アンテナ配線１０ｃにおいては、互いに対向している配線部位のうち、整流回路１１との接続部から開放端１２までの受電アンテナ配線１０ｃの経路に沿って観測したときに、配線部位の経路が互いに逆向きになっている配線部位同士が平行であることが好ましい。
【0049】
受電部４において、受電アンテナ配線が１本の配線構造を有する場合、図９に示すように、受電アンテナ配線を２分割して見たとき、屈曲部の数が同じであり、かつ、同一配線上で対向している配線部位の組の数も同じであることが好ましい。この場合、それぞれの受電アンテナ配線における各配線部位の長さは、同じでもよく、異なっていてもよい。また、受電アンテナ配線を２分割して見たとき、屈曲部の数が異なり、かつ、同一配線上で対向している配線部位の組の数も異なっていてもよい。
【0050】
受電部４において、受電アンテナ配線が有する屈曲部の角度は特に限定されないが、概ね直角であることが好ましい。屈曲部の角度は、それぞれ同じでもよく、異なっていてもよい。また、屈曲部に丸みが付いていてもよい。
【0051】
以上のように送電部３および受電部４のアンテナを設計することによって、受電器が薄型であり、設置方位に高い自由度を有する無線電力伝送システムを実現できる。
【0052】
無線電力伝送システム１は電磁波遮蔽部材２で遮蔽された空間を有するため、共振器として考えることができる。共振器の水平方向の長さがａ（Ｘ軸方向）およびｂ（Ｙ軸方向）であり、垂直方向の長さがｃ（Ｚ軸方向）である場合、共振周波数ｆｒは数式１のように決定することができる。
【0053】
［数式１］
ｆｒ＝ｖ／（２π×（μｒ×εｒ）１／２）×｛（ｍπ／ａ）２＋（ｎπ／ｂ）２＋（ｐπ／ｃ）２｝１／２
ｆｒ＝ｖ／（２π×（μｒ×εｒ）１／２）×｛（ｍπ／ａ）２＋（ｎπ／ｂ）２＋（ｐπ／ｃ）２｝１／２
【0054】
ここで、ｖは光速、μｒは比透磁率、εｒは比誘電率、ｍ、ｎ、ｐはそれぞれ整数を示している。
【0055】
本発明の無線電力伝送システムは上述の実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の範囲内において、種々の応用、変更を加えることが可能である。
【実施例】
【0056】
以下、本発明の無線電力伝送システムをより具体的に開示した実施例を示す。なお、本発明は、これらの実施例のみに限定されるものではない。
【0057】
［実施例１］
実施例１では、送電部３と、受電部４と、アルミニウムプレートとアルミニウムフレームからなる電磁波遮蔽部材２で形成される共振器（構造体）から構成される、図１に示す無線電力伝送システム１を考える。ただし、送電部３に代えて、図１２に示す送電部１５を設置した。
実施例１では、送電部３と、受電部４と、アルミニウムプレートとアルミニウムフレームからなる電磁波遮蔽部材２で形成される共振器（構造体）から構成される、図１に示す無線電力伝送システム１を考える。ただし、送電部３に代えて、図１２に示す送電部１５を設置した。
【0058】
本発明の実施例１に係る無線電力伝送システムに供される共振器は、Ｘ軸方向の長さが８８０ｍｍ、Ｙ軸方向の長さが５４０ｍｍ、Ｚ軸方向の長さが７２０ｍｍの直方体形状をしている。送電部１５はＹＺ面の概ね中央部に設置されている。また、受電部４は共振器の中央位置に設置されている。
【0059】
【0060】
受電部４として、図８に示す受電アンテナ配線１０、図９に示す受電アンテナ配線１０ａまたは図１３に示す受電アンテナ配線１０ｄの３種類の構造が検討された。図１３に示す受電アンテナ配線構造は、いわゆるダイポールアンテナ構造である。
【0061】
受電アンテナ配線１０、１０ａまたは１０ｄを形成する面を受電アンテナ面方位、整流回路１１から受電アンテナ配線１０、１０ａまたは１０ｄが延びる方向を受電アンテナ配線方位としてここでは定義する。例えば、図８、図９および図１３に示す受電部４では、受電アンテナ面方位は紙面に平行な方向であり、受電アンテナ配線方位は左右方向である。このように準備された無線電力伝送システム１において、送電部１５と受電部４との間の通過特性Ｓ２１を、解析シミュレーションソフトＦｅｍｔｅｔ（登録商標）を利用して解析した。
【0062】
本発明の実施例１に係る無線電力伝送システムにおける、受電アンテナ面方位と受電アンテナ配線方位に対する、通過特性Ｓ２１の関係を図１４に示す。ＩＯＴデバイスの駆動や、ＩＯＴデバイス用の電池への充電を行うためには、無線電力伝送効率が１％以上であること、すなわちＳ２１が－２０ｄＢ以上であることが望ましい。図１４より、図８および図９に示す受電アンテナ配線構造では、受電アンテナ面方位／受電アンテナ配線方位が、ＺＸ面／Ｚ方位、ＺＸ面／Ｘ方位、ＸＹ面／Ｘ方位、ＸＹ面／Ｙ方位において、前述のＳ２１の特性を満たしていることが理解できる。一方で、ダイポールアンテナ構造を有した図１３の形状では、希望するＳ２１の特性を満たしているのはＺＸ面／Ｚ方位、ＸＹ面／Ｙ方位のみであることが判る。
【0063】
以上より、図８または図９に示すような受電アンテナ配線の構造を有する受電部４を用いることによって、非特許文献１または特許文献１の課題であった立体的な配線構造を利用する必要がなくなり、同時に、受電許容方位を増やす利点が得られることが判明した。
【0064】
［実施例２］
実施例２では、実施例１と同じ共振器の中央に、図８に示す構造を有する受電部４を設置し、図４に示す送電アンテナ配線６ａを有する送電部３または図１２に示すモノポールアンテナ構造を有する送電部１５を取り付けた無線電力伝送システム１を考える。
実施例２では、実施例１と同じ共振器の中央に、図８に示す構造を有する受電部４を設置し、図４に示す送電アンテナ配線６ａを有する送電部３または図１２に示すモノポールアンテナ構造を有する送電部１５を取り付けた無線電力伝送システム１を考える。
【0065】
このように準備された無線電力伝送システム１において、送電部３または１５と受電部４との間の通過特性Ｓ２１を、解析シミュレーションソフトＦｅｍｔｅｔ（登録商標）を利用して解析した。
【0066】
本発明の実施例２に係る無線電力伝送システムにおける、受電アンテナ面方位と受電アンテナ配線方位に対する、通過特性Ｓ２１の関係を図１５に示す。図１５より、図１２に示すモノポール型の送電部１５を利用した無線電力伝送システムでは、Ｓ２１が－２０ｄＢ以上であるのは受電アンテナ面方位／受電アンテナ配線方位が、ＺＸ面／Ｚ方位、ＺＸ面／Ｘ方位、ＸＹ面／Ｘ方位、ＸＹ面／Ｙ方位であったのに対して、図４に示すＳ字型の送電部３を利用した無線電力伝送システムでは、ＺＸ面／Ｚ方位、ＺＸ面／Ｘ方位、ＹＺ面／Ｙ方位、ＹＺ面／Ｚ方位、ＸＹ面／Ｘ方位、ＸＹ面／Ｙ方位において、Ｓ２１が－２０ｄＢ以上である。
【0067】
以上より、図４に示すような送電アンテナ配線の構造を有する送電部３を用いることによって、受電器の設置方位の自由度が更に高まることが判明した。
【0068】
［実施例３］
実施例３では、送電アンテナ配線の屈曲部の数を０～１２の範囲で変更したこと以外は、実施例２と同様の方法で通過特性Ｓ２１を解析した。なお、屈曲部の数が４である場合が実施例２に相当する。
実施例３では、送電アンテナ配線の屈曲部の数を０～１２の範囲で変更したこと以外は、実施例２と同様の方法で通過特性Ｓ２１を解析した。なお、屈曲部の数が４である場合が実施例２に相当する。
【0069】
送電アンテナ配線の屈曲部の数と通過特性Ｓ２１の関係を表１に示す。表１では、実用的に利用可能である－２０ｄＢ以上のＳ２１が得られた条件を灰色で示している。表１の結果より、好ましい屈曲部の数が４以上８以下の範囲であることが明らかとなった。
【0070】
【表1】
【0071】
［実施例４］
実施例１～実施例３はいずれも共振器の内部での検討結果である。非特許文献２で開示された検討では、共振器の外部では無線電力伝送システムが動作しない旨の結果が得られている。そこで、実施例１および実施例２において、受電器と送電器の配置をそのままにして、電磁波遮蔽部材を取り去った条件を検討した。その結果、実施例１および実施例２のいずれの形態においても、共振が発生しないために、無線電力伝送が不可能であることが明らかとなった。
実施例１～実施例３はいずれも共振器の内部での検討結果である。非特許文献２で開示された検討では、共振器の外部では無線電力伝送システムが動作しない旨の結果が得られている。そこで、実施例１および実施例２において、受電器と送電器の配置をそのままにして、電磁波遮蔽部材を取り去った条件を検討した。その結果、実施例１および実施例２のいずれの形態においても、共振が発生しないために、無線電力伝送が不可能であることが明らかとなった。
【0072】
［実施例５］
実施例５では、実施例１と同じ共振器の中央に、図１３に示すダイポールアンテナ構造を有する受電部４を設置し、図４に示す送電アンテナ配線６ａを有する送電部３または図１２に示すモノポールアンテナ構造を有する送電部１５を取り付けた無線電力伝送システム１を考える。
実施例５では、実施例１と同じ共振器の中央に、図１３に示すダイポールアンテナ構造を有する受電部４を設置し、図４に示す送電アンテナ配線６ａを有する送電部３または図１２に示すモノポールアンテナ構造を有する送電部１５を取り付けた無線電力伝送システム１を考える。
【0073】
このように準備された無線電力伝送システム１において、送電部３または１５と受電部４との間の通過特性Ｓ２１を、解析シミュレーションソフトＦｅｍｔｅｔ（登録商標）を利用して解析した。
【0074】
本発明の実施例５に係る無線電力伝送システムにおける、受電アンテナ面方位と受電アンテナ配線方位に対する、通過特性Ｓ２１の関係を図１６に示す。図１６より、従来のダイポールアンテナ構造を有する受電部４を用いた場合であっても、図４に示すような送電アンテナ配線の構造を有する送電部３を用いることによって、受電器の設置方位の自由度が高まることが判明した。
【0075】
［実施例６］
実施例６では、図１７および図１８に示すように送電部３を構成する送電アンテナ配線６ａを回転させて、角度θ（図５Ａおよび図５Ｂ参照）を０度～３６０度の範囲で変更したこと以外は、実施例２と同様の方法で通過特性Ｓ２１を解析した。なお、角度θが０度または３６０度である場合が実施例２に相当する。
実施例６では、図１７および図１８に示すように送電部３を構成する送電アンテナ配線６ａを回転させて、角度θ（図５Ａおよび図５Ｂ参照）を０度～３６０度の範囲で変更したこと以外は、実施例２と同様の方法で通過特性Ｓ２１を解析した。なお、角度θが０度または３６０度である場合が実施例２に相当する。
【0076】
本発明の実施例６に係る無線電力伝送システムにおける、受電器の各設置方向に対する送電アンテナ配線の回転角と通過特性Ｓ２１の関係を図１９に示す。また、図１９に示す６方向の伝送電力比の平均値と送電アンテナ配線の回転角の関係を図２０に示す。図１９より、送電アンテナ配線の回転角、すなわち送電アンテナ配線の角度θが０度≦θ≦９０度または１８０度≦θ≦２７０度を満たす場合、全ての面において希望する通過特性Ｓ２１を満たしている。さらに、図２０より、送電アンテナ配線の回転角、すなわち送電アンテナ配線の角度θが０度≦θ≦６０度または１８０度≦θ≦２４０度を満たす場合、伝送電力比を０．５以上とすることができる。
【0077】
そのため、図１７に示すように、送電アンテナ取付部との接続部から第一屈曲部に至る第一送電アンテナ配線部が、構造体の壁面のうち、送電アンテナ取付部が設置された壁面以外のいずれかの壁面に対して平行であり、かつ、第一屈曲部から第二屈曲部に至る第二送電アンテナ配線部が、構造体の壁面のうち、送電アンテナ取付部が設置された壁面、および、第一送電アンテナ配線部と平行な壁面以外のいずれかの壁面に対して平行である場合であっても、高い電力伝送効率が得られることが明らかとなった。
【0078】
［実施例７］
図２１は本発明の実施例７に係る無線電力伝送システムにおける電界強度分布の模式図である。本発明の実施例７に係る無線電力伝送システムに供される共振器は、Ｘ軸方向の長さが５００ｍｍ、Ｙ軸方向の長さが６００ｍｍ、Ｚ軸方向の長さが４００ｍｍの直方体形状をしている。
図２１は本発明の実施例７に係る無線電力伝送システムにおける電界強度分布の模式図である。本発明の実施例７に係る無線電力伝送システムに供される共振器は、Ｘ軸方向の長さが５００ｍｍ、Ｙ軸方向の長さが６００ｍｍ、Ｚ軸方向の長さが４００ｍｍの直方体形状をしている。
【0079】
Ｘ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向の中央位置を０として、受電部４をＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向のいずれかに移動させたときの通過特性Ｓ２１を、解析シミュレーションソフトＦｅｍｔｅｔ（登録商標）を利用して解析した。
【0080】
本発明の実施例７に係る無線電力伝送システムにおける、受電部の相対位置と通過特性Ｓ２１の関係を図２２に示す。図２２より、受電部が設置される場所の電界強度が高い受電部の相対位置が－２００ｍｍから＋２００ｍｍの範囲では、Ｓ２１が－２ｄＢ以上であり、受電部の位置がどこであっても無線電力伝送が可能であることが判る。
【符号の説明】
【0081】
１ 無線電力伝送システム
２ 電磁波遮蔽部材
３、１５ 送電部
４ 受電部
５ 送電アンテナ取付部
６、６ａ、６ｂ、６ｃ 送電アンテナ配線
７ 送電アンテナ配線の開放端
８ａ 送電アンテナ配線の第一屈曲部
８ｂ 送電アンテナ配線の第二屈曲部
８ｃ 送電アンテナ配線の第三屈曲部
８ｄ 送電アンテナ配線の第四屈曲部
８ｅ 送電アンテナ配線の第五屈曲部
８ｆ 送電アンテナ配線の第六屈曲部
８ｇ 送電アンテナ配線の第七屈曲部
８ｈ 送電アンテナ配線の第八屈曲部
９ａ 第一送電アンテナ配線部
９ｂ 第二送電アンテナ配線部
９ｃ 第三送電アンテナ配線部
９ｄ 第四送電アンテナ配線部
９ｅ 第五送電アンテナ配線部
９ｆ 第六送電アンテナ配線部
９ｇ 第七送電アンテナ配線部
９ｈ 第八送電アンテナ配線部
９ｉ 第九送電アンテナ配線部
１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ 受電アンテナ配線
１１ 整流回路
１２ 受電アンテナ配線の開放端
１３ａ、１５ａ 受電アンテナ配線の第一屈曲部
１３ｂ、１５ｂ 受電アンテナ配線の第二屈曲部
１３ｃ、１５ｃ 受電アンテナ配線の第三屈曲部
１３ｄ 受電アンテナ配線の第四屈曲部
１３ｅ 受電アンテナ配線の第五屈曲部
１３ｆ 受電アンテナ配線の第六屈曲部
１４ａ、１６ａ 第一受電アンテナ配線部
１４ｂ、１６ｂ 第二受電アンテナ配線部
１４ｃ、１６ｃ 第三受電アンテナ配線部
１４ｄ、１６ｄ 第四受電アンテナ配線部
１４ｅ 第五受電アンテナ配線部
１４ｆ 第六受電アンテナ配線部
１４ｇ 第七受電アンテナ配線部
Ｌ１ 構造体の床面に平行な第一直線
Ｌ２ 送電アンテナ取付部との接続部と上記接続部に最も近い第一屈曲部とを通る第二直線
θ 第一直線と第二直線とのなす角度
２ 電磁波遮蔽部材
３、１５ 送電部
４ 受電部
５ 送電アンテナ取付部
６、６ａ、６ｂ、６ｃ 送電アンテナ配線
７ 送電アンテナ配線の開放端
８ａ 送電アンテナ配線の第一屈曲部
８ｂ 送電アンテナ配線の第二屈曲部
８ｃ 送電アンテナ配線の第三屈曲部
８ｄ 送電アンテナ配線の第四屈曲部
８ｅ 送電アンテナ配線の第五屈曲部
８ｆ 送電アンテナ配線の第六屈曲部
８ｇ 送電アンテナ配線の第七屈曲部
８ｈ 送電アンテナ配線の第八屈曲部
９ａ 第一送電アンテナ配線部
９ｂ 第二送電アンテナ配線部
９ｃ 第三送電アンテナ配線部
９ｄ 第四送電アンテナ配線部
９ｅ 第五送電アンテナ配線部
９ｆ 第六送電アンテナ配線部
９ｇ 第七送電アンテナ配線部
９ｈ 第八送電アンテナ配線部
９ｉ 第九送電アンテナ配線部
１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ 受電アンテナ配線
１１ 整流回路
１２ 受電アンテナ配線の開放端
１３ａ、１５ａ 受電アンテナ配線の第一屈曲部
１３ｂ、１５ｂ 受電アンテナ配線の第二屈曲部
１３ｃ、１５ｃ 受電アンテナ配線の第三屈曲部
１３ｄ 受電アンテナ配線の第四屈曲部
１３ｅ 受電アンテナ配線の第五屈曲部
１３ｆ 受電アンテナ配線の第六屈曲部
１４ａ、１６ａ 第一受電アンテナ配線部
１４ｂ、１６ｂ 第二受電アンテナ配線部
１４ｃ、１６ｃ 第三受電アンテナ配線部
１４ｄ、１６ｄ 第四受電アンテナ配線部
１４ｅ 第五受電アンテナ配線部
１４ｆ 第六受電アンテナ配線部
１４ｇ 第七受電アンテナ配線部
Ｌ１ 構造体の床面に平行な第一直線
Ｌ２ 送電アンテナ取付部との接続部と上記接続部に最も近い第一屈曲部とを通る第二直線
θ 第一直線と第二直線とのなす角度
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5A】
【図5B】
【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】