(57)【要約】【課題】電力脈動を抑制しつつ、装置構成を簡略化できる技術を提供する。【解決手段】走行中非接触給電システムは、道路の進行方向に沿って設置された複数の１次コイル１１２と、車両２００に搭載された２次コイル２１２とを用いて車両の走行中に車両に給電する。１次コイル１１２と２次コイル２１２のうちの一方が単相コイルであり、他方が多相コイルである。【選択図】図２Ｄ
2020005489.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
道路の進行方向に沿って設置された複数の１次コイル（１１２）と、車両（２００）に搭載された２次コイル（２１２）とを用いて前記車両の走行中に前記車両に給電する走行中非接触給電システムであって、
前記１次コイルと前記２次コイルのうちの一方が単相コイルであり、他方が多相コイルである、走行中非接触給電システム。
【請求項２】
請求項１に記載の走行中非接触給電システムであって、
前記１次コイルは単相コイルであり、前記２次コイルは多相コイルである、走行中非接触給電システム。
【請求項３】
請求項２に記載の走行中非接触給電システムであって、
前記２次コイルは、第１相コイルと第２相コイルとで構成された２相コイルである、走行中非接触給電システム。
【請求項４】
請求項３に記載の走行中非接触給電システムであって、
前記車両の前後方向に測った前記第１相コイルと前記第２相コイルのずれ幅（Ｄｂ）が、前記１次コイルの電気角の９０度に相当する長さ（Ｄａ／４）よりも大きく設定されている、走行中非接触給電システム。
【請求項５】
請求項３に記載の走行中非接触給電システムであって、
前記車両の前後方向に測った前記第１相コイルと前記第２相コイルのずれ幅（Ｄｂ）が、前記１次コイルの電気角の１０２±６度の範囲内に相当する値に設定されている、走行中非接触給電システム。
【請求項６】
請求項３に記載の走行中非接触給電システムであって、
前記第１相コイルと前記第２相コイルの相互インダクタンスが、０±０．０１μＨの範囲内にある、走行中非接触給電システム。
【請求項７】
請求項３に記載の走行中非接触給電システムであって、
前記１次コイルと前記２次コイルの結合係数の２乗の２次成分の振幅が、０から０．００１までの範囲内にある、走行中非接触給電システム。
【請求項８】
請求項３〜７のいずれか一項に記載の走行中非接触給電システムであって、
前記２次コイルには磁性体ヨーク（２１４）が設けられており、
前記車両の前後方向に測った前記２次コイル用の前記磁性体ヨークの長さ（Ｌ２１４）が、前記１次コイルの電気角の３６０度に相当する長さ（Ｄａ）よりも大きく設定されている、走行中非接触給電システム。
【請求項９】
請求項２に記載の走行中非接触給電システムであって、
Ｍを３以上の整数としたとき、前記２次コイルは、Ｍ個のコイルで構成されたＭ相コイルである、走行中非接触給電システム。
【請求項１０】
請求項９に記載の走行中非接触給電システムであって、
前記車両の前後方向に測った前記Ｍ個のコイルの相互のずれ幅（Ｄｂ）が、前記１次コイルの電気角の（３６０÷Ｍ）度に相当する長さよりも大きく設定されている、走行中非接触給電システム。
【請求項１１】
請求項９又は１０に記載の走行中非接触給電システムであって、
前記車両の前後方向に沿って並ぶ前記Ｍ個のコイルのうちの中央に存在する特定相のコイルは、他の相のコイルよりもコイル面積が小さく設定されている、走行中非接触給電システム。
【請求項１２】
請求項９〜１１のいずれか一項に記載の走行中非接触給電システムであって、
前記２次コイルには磁性体ヨーク（２１４）が設けられており、
前記車両の前後方向に沿って並ぶ前記Ｍ個のコイルのうちの中央に存在する特定相のコイルは、他の相のコイルよりも前記磁性体ヨークからの距離が大きな位置に設置されている、走行中非接触給電システム。
【請求項１３】
請求項１２に記載の走行中非接触給電システムであって、
前記Ｍ個のコイルは、前記車両の前後方向に沿って延びるコイルエンド（Ｃｅ）と、前記車両の幅方向に沿って延びる主コイル部（Ｍｃ）とを有しており、
前記Ｍ個のコイルを前記磁性体ヨークの表面に垂直な方向から観察したとき、前記コイルエンドは前記磁性体ヨークの外側に配置されている、走行中非接触給電システム。
【請求項１４】
請求項９〜１３のいずれか一項に記載の走行中非接触給電システムであって、
前記Ｍ個のコイルのうちの少なくとも１相のコイルの巻き方向は、他の相のコイルの巻き方向と異なる、走行中非接触給電システム。
【請求項１５】
請求項１４に記載の走行中非接触給電システムであって、
前記Ｍ個のコイルの巻き方向は、前記車両の前後方向に沿った前記Ｍ個のコイルの配列順に、交互に逆方向となっている、走行中非接触給電システム。
【請求項１６】
請求項１４又は１５に記載の走行中非接触給電システムであって、
前記車両の前後方向に測った前記Ｍ個のコイルの相互のずれ幅（Ｄｂ）が、前記１次コイルの電気角の（３６０÷Ｍ÷２）度以上（３６０÷Ｍ÷２＋２０）度以下の範囲内に相当する値に設定されている、走行中非接触給電システム。
【請求項１７】
請求項９〜１６のいずれか一項に記載の走行中非接触給電システムであって、
Ｗｃを各コイルの巻線幅としたとき、前記車両の前後方向に測った各コイルの長さが、前記１次コイルの電気角の（１８０−１８０÷Ｍ−Ｗｃ）度に相当する値以下に設定されている、走行中非接触給電システム。
【請求項１８】
請求項１〜１７のいずれか一項に記載の走行中非接触給電システムであって、
前記１次コイルには磁性体ヨーク（１１４）が設けられており、
前記１次コイル用の前記磁性体ヨークは、前記１次コイルのコイル線が存在する位置以外の位置に設けられたギャップを有する、走行中非接触給電システム。
【請求項１９】
請求項１〜１８のいずれか一項に記載の走行中非接触給電システムであって、
前記１次コイルには第１共振コンデンサ（１１６）が並列に接続されており、
前記２次コイルには第２共振コンデンサ（２１６）が並列に接続されている、走行中非接触給電システム。
【請求項２０】
請求項１〜１９のいずれか一項に記載の走行中非接触給電システムであって、更に、
直流電圧を供給する電源回路（１３０）と、
前記電源回路に接続されたハイサイドスイッチ（２１）とローサイドスイッチ（２２）をそれぞれ有し、前記複数の１次コイルに交流電圧を供給する複数の送電回路（１２０）と、
を備え、
前記複数の１次コイルは互いに直列に接続されており、
隣接する前記１次コイルの間の接続点は、共振コンデンサ（１１６）を介して、前記複数の送電回路のうちの１つの送電回路の前記ハイサイドスイッチと前記ローサイドスイッチとの間の接続点に接続されている、走行中非接触給電システム。
【請求項２１】
請求項１〜２０のいずれか一項に記載の走行中非接触給電システムに使用される非接触給電装置（１００）であって、
前記複数の１次コイル（１１２）と、
直流電圧を供給する電源回路（１３０）と、
前記電源回路の直流電圧を交流電圧に変換して前記複数の１次コイルに供給する複数の送電回路（１２０）と、
を備える非接触給電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、車両の走行中に非接触で車両に給電する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、車両の走行中に非接触で車両に給電する技術が開示されている。この従来技術では、道路に設置される１次コイルと車両に搭載される２次コイルは、それぞれ３相コイルとして構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２０１５−５２１４５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来技術では、１次コイルと２次コイルの両方が３相コイルなので、走行中の電力脈動は小さいが、装置が大型化してしまいコストも増大するという問題がある。そこで、電力脈動を抑制しつつ、装置構成を簡略化できる技術が望まれていた。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示の一形態によれば、道路の進行方向に沿って設置された複数の１次コイル（１１２）と、車両（２００）に搭載された２次コイル（２１２）とを用いて前記車両の走行中に前記車両に給電する走行中非接触給電システムが提供される。この走行中非接触給電システムでは、前記１次コイルと前記２次コイルのうちの一方が単相コイルであり、他方が多相コイルである。
【０００６】
この走行中非接触給電システムによれば、１次コイル（１１２）と２次コイル（２１２）のうちの一方が単相コイルであり、他方が多相コイルなので、簡素な構成で電力脈動の少ない給電を行うことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】走行中非接触給電システムの全体構成を示すブロック図。
【図２Ａ】１次コイルが３相で２次コイルが単相のコイル構成を示す説明図。
【図２Ｂ】１次コイルが２相で２次コイルが単相のコイル構成を示す説明図。
【図２Ｃ】１次コイルが単相で２次コイルが３相のコイル構成を示す説明図。
【図２Ｄ】１次コイルが単相で２次コイルが２相のコイル構成を示す説明図。
【図３Ａ】Ｓ−Ｓ方式（１次側直列２次側直列方式）の共振回路を示す説明図。
【図３Ｂ】Ｐ−Ｐ方式（１次側並列２次側並列方式）の共振回路を示す説明図。
【図３Ｃ】Ｐ−Ｓ方式（１次側並列２次側直列方式）の共振回路を示す説明図。
【図３Ｄ】Ｓ−Ｐ方式（１次側直列２次側並列方式）の共振回路を示す説明図。
【図３Ｅ】ＰＳ−Ｐ方式（１次側並列直列２次側並列方式）の共振回路を示す説明図。
【図３Ｆ】他の共振回路を示す説明図。
【図４Ａ】コイル構成と共振方式の組み合わせ毎のコイル効率を示す説明図。
【図４Ｂ】コイル構成と共振方式の組み合わせ毎の電力脈動を示す説明図。
【図４Ｃ】コイル構成と他の共振方式の組み合わせ毎の電力脈動を示す説明図。
【図５】コイル構成の評価結果を示す説明図。
【図６Ａ】１次コイルが多相で２次コイルが単相の場合のインバータ出力を示す説明図。
【図６Ｂ】１次コイルが単相で２次コイルが多相の場合のインバータ出力を示す説明図。
【図７Ａ】１次コイルが単相で２次コイルが３相の場合の電力脈動を示す説明図。
【図７Ｂ】１次コイルが単相で２次コイルが２相の場合の電力脈動を示す説明図。
【図８Ａ】図８Ｂと図８Ｃに対して基準となる構成の電力脈動を示す説明図。
【図８Ｂ】２次コイルの２相コイルのずれ幅を１次コイルの電気角の９０度に相当する長さより大きくした構成の電力脈動を示す説明図。
【図８Ｃ】２次コイルの磁性体ヨークの長さを１次コイルの電気角の３６０度に相当する長さより大きくした構成の電力脈動を示す説明図。
【図９Ａ】２相の２次コイルの機械的位相と１次コイル／２次コイルの結合係数の２乗の２次成分の振幅との関係を示すグラフ。
【図９Ｂ】２相の２次コイルの機械的位相と相互インダクタンスとの関係を示すグラフ。
【図９Ｃ】２相の２次コイルの機械的位相と電力脈動との関係を示すグラフ。
【図１０Ａ】図１０Ｂと図１０Ｃに対して基準となる３相の２次コイルの電力脈動を示す説明図。
【図１０Ｂ】３相の２次コイルの各コイルのずれ幅を１次コイルの電気角の１２０度に相当する長さより大きくした構成の電力脈動を示す説明図。
【図１０Ｃ】３相の２次コイルの磁性体ヨークの長さを１次コイルの電気角の３６０度に相当する長さより大きくした構成の電力脈動を示す説明図。
【図１１Ａ】３相の２次コイルのコイルエンドを磁性体ヨークの外側に配置した構成を示す説明図。
【図１１Ｂ】３相の２次コイルのうちの中央のコイルのコイル面積を他のコイルのコイル面積よりも小さくした構成を示す説明図。
【図１２Ａ】３相の２次コイルのうちの中央のコイルを他のコイルよりも磁性体ヨークからの距離が大きな位置に設置した構成を示す説明図。
【図１２Ｂ】３相の２次コイルの各コイルの磁性体ヨークからの距離を順次大きくした構成を示す説明図。
【図１３Ａ】３相の２次コイルの各コイルの巻き方を同じにした構成を示す説明図。
【図１３Ｂ】３相の２次コイルの各コイルの巻き方を交互に逆方向とした構成を示す説明図。
【図１４Ａ】５相の２次コイルの各コイルの巻き方を同じにした構成を示す説明図。
【図１４Ｂ】５相の２次コイルの各コイルの巻き方を交互に逆方向とした構成を示す説明図。
【図１５Ａ】３相の２次コイルのｚ方向の配置を示す説明図。
【図１５Ｂ】３相の２次コイルの各コイルの長さを短くした構成と配置を示す説明図。
【図１６Ａ】１次コイルの磁性体ヨークを密に配置した場合の電力脈動を示す説明図。
【図１６Ｂ】１次コイルの磁性体ヨークにギャップを設けた場合の電力脈動を示す説明図。
【図１７Ａ】送電回路の回路構成と電流経路の例を示す説明図。
【図１７Ｂ】図１７Ａの送電回路を用いて実現可能な他の電流経路を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
図１に示すように、走行中非接触給電システムは、道路ＲＳに設置された非接触給電装置１００と、道路ＲＳを走行する車両２００とを含み、車両２００の走行中に非接触給電装置１００から車両２００に給電することが可能なシステムである。車両２００は、例えば、電気自動車やハイブリッド車として構成される。図１において、ｘ軸方向は車両２００の進行方向を示し、ｙ軸方向は車両２００の幅方向を示し、ｚ軸方向は鉛直上方向を示す。後述する他の図におけるｘ，ｙ，ｚ軸の方向も、図１と同じ方向を示している。
【０００９】
非接触給電装置１００は、複数の送電コイル部１１０と、複数の送電コイル部１１０に交流電圧を供給する複数の送電回路１２０と、複数の送電回路１２０に直流電圧を供給する電源回路１３０と、受電コイル位置検出部１４０とを備えている。
【００１０】
複数の送電コイル部１１０は、道路ＲＳの進行方向に沿って設置されている。個々の送電コイル部１１０は、１次コイルを含んでいる。１次コイルを「送電コイル」とも呼ぶ。送電コイル部１１０の具体的な構成例については後述する。１次コイルは送電コイル部１１０として構成されている必要はなく、道路ＲＳの進行方向に沿って複数の１次コイルが設置されていればよい。
【００１１】
複数の送電回路１２０は、電源回路１３０から供給される直流電圧を高周波の交流電圧に変換して送電コイル部１１０の１次コイルに印加するインバータ回路である。電源回路１３０は、直流電圧を送電回路１２０に供給する回路である。例えば、電源回路１３０は、外部電源の交流電圧を整流して直流電圧を出力するＡＣ／ＤＣコンバータ回路として構成される。電源回路１３０が出力する直流電圧は、完全な直流電圧でなくてもよく、或る程度の変動（リップル）を含んでいても良い。
【００１２】
受電コイル位置検出部１４０は、車両２００に搭載されている受電コイル部２１０の位置を検出する。受電コイル位置検出部１４０は、例えば、複数の送電回路１２０における送電電力や送電電流の大きさから受電コイル部２１０の位置を検出しても良く、或いは、車両２００との無線通信や車両２００の位置を検出する位置センサを利用して受電コイル部２１０の位置を検出しても良い。複数の送電回路１２０は、受電コイル位置検出部１４０で検出された受電コイル部２１０の位置に応じて、受電コイル部２１０に近い１つ以上の送電コイル部１１０を用いて送電を実行する。
【００１３】
車両２００は、受電コイル部２１０と、受電回路２２０と、メインバッテリ２３０と、モータジェネレータ２４０と、インバータ回路２５０と、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路２６０と、補機バッテリ２７０と、補機２８０と、制御装置２９０とを備えている。
【００１４】
受電コイル部２１０は、２次コイルを含んでおり、送電コイル部１１０の１次コイルとの間の電磁誘導によって誘導起電力を生じる装置である。２次コイルを「受電コイル」とも呼ぶ。受電回路２２０は、受電コイル部２１０から出力される交流電圧を、メインバッテリ２３０の充電に適した直流電圧に変換する回路である。例えば、受電回路２２０は、交流電圧を直流電圧に変換する整流回路と、その直流電圧を昇圧するＤＣ／ＤＣコンバータ回路とを含む回路として構成される。受電回路２２０から出力される直流電圧は、メインバッテリ２３０の充電に利用することができ、また、補機バッテリ２７０の充電や、モータジェネレータ２４０の駆動、及び、補機２８０の駆動にも利用可能である。
【００１５】
メインバッテリ２３０は、モータジェネレータ２４０を駆動するための比較的高い直流電圧を出力する２次電池である。モータジェネレータ２４０は、３相交流モータとして動作し、車両２００の走行のための駆動力を発生する。モータジェネレータ２４０は、車両２００の減速時にはジェネレータとして動作し、３相交流電圧を発生する。インバータ回路２５０は、モータジェネレータ２４０がモータとして動作するとき、メインバッテリ２３０の直流電圧を３相交流電圧に変換してモータジェネレータ２４０に供給する。インバータ回路２５０は、モータジェネレータ２４０がジェネレータとして動作するとき、モータジェネレータ２４０が出力する３相交流電圧を直流電圧に変換してメインバッテリ２３０に供給する。
【００１６】
ＤＣ／ＤＣコンバータ回路２６０は、メインバッテリ２３０の直流電圧を、より低い直流電圧に変換して補機バッテリ２７０及び補機２８０に供給する。補機バッテリ２７０は、補機２８０を駆動するための比較的低い直流電圧を出力する２次電池である。補機２８０は、空調装置や電動パワーステアリング装置等の周辺装置である。
【００１７】
制御装置２９０は、車両２００内の各部を制御する。制御装置２９０は、走行中非接触給電を受ける際には、受電回路２２０を制御して受電を実行する。
【００１８】
図２Ａに示すように、送電コイル部１１０は、１次コイル１１２と、磁性体ヨーク１１４とを有している。受電コイル部２１０は、２次コイル２１２と、磁性体ヨーク２１４とを有している。この例では、１次コイル１１２は、Ｕ相コイル１１２ｕとＶ相コイル１１２ｖとＷ相コイル１１２ｗとを含む３相コイルとして構成されている。３つのコイル１１２ｕ，１１２ｖ，１１２ｗはスター結線又はデルタ結線されている。２次コイル２１２は、単相コイルとして構成されている。各コイル１１２ｕ，１１２ｖ，１１２ｗ，２１２は、２以上の巻数を有する集中巻コイルとして構成されているが、図２Ａでは簡略化して描かれている。各コイルのコイル線を示す丸の中に付されている黒丸「・」とバツ印「×」は、電流方向が逆方向であることを示している。後述する他の図も同様である。
【００１９】
磁性体ヨーク１１４，２１４はいわゆるバックヨークであり、コイル１１２，２１２の周辺の磁束密度を高めるために使用されている。送電コイル部１１０の磁性体ヨーク１１４は、１次コイル１１２の裏側に配置されている。「１次コイル１１２の裏側」とは、１次コイル１１２と２次コイル２１２の間のギャップと反対の側を意味する。同様に、受電コイル部２１０の磁性体ヨーク２１４は、２次コイル２１２の裏側に配置されている。磁性体ヨーク１１４，２１４とは別に、１次コイル１１２と２次コイル２１２に磁性体コアを設けてもよい。また、磁性体ヨーク１１４，２１４の裏側に、非磁性金属製の磁気シールド板をそれぞれ設けてもよい。
【００２０】
図２Ａには、１次コイル１１２の３つのコイル１１２ｕ，１１２ｖ，１１２ｗによる３相の電圧波形Ｕ，Ｖ，Ｗが描かれている。１次コイル１１２に印加する交流電圧の周波数は、１次コイル１１２から２次コイル２１２への送電に関して、車両２００の走行中にも２次コイル２１２がほぼ停止していると見なせる程度に十分に高い周波数に設定される。図２Ａにおいて、２次コイル２１２がｘ方向（右方向）に一定速度で移動すると仮定すると、２次コイル２１２の移動周波数ｆ212を次式で算出できる。
ｆ212＝１／｛ｐ112／ｖ212｝      …（１）
ここで、ｐ112は１次コイル１１２のピッチ［ｍ］、ｖ212は２次コイル２１２の移動速度［ｍ／ｓ］である。
この移動周波数ｆ212は、２次コイル２１２が複数の１次コイル１１２の配列方向に沿って進行するときの周波数であると考えることができる。例えば、走行中非接触給電における２次コイル２１２の移動周波数ｆ212が数十Ｈｚ〜数百Ｈｚの範囲の場合には、１次コイル１１２に印加する交流電圧の周波数は数十ｋＨｚ〜数百ｋＨｚの範囲の値に設定される。このように、１次コイル１１２に印加する交流電圧の周波数を２次コイル２１２の移動周波数ｆ212よりも十分に大きな値に設定すれば、１次コイル１１２から２次コイル２１２への送電に関しては、車両２００の走行中にも２次コイル２１２がほぼ停止していると見なすことができる。但し、車両２００が走行すると、１次コイル１１２と２次コイル２１２の相互の位置関係が変化するので、送電電力に変動（電力脈動）が生じる。この電力脈動については後述する。
【００２１】
図２Ｂに示すように、１次コイル１１２をＡ相コイル１１２ａとＢ相コイル１１２ｂとを含む２相コイルとし、２次コイル２１２を単相コイルとしてもよい。図２Ｂには、１次コイル１１２の２つのコイル１１２ａ，１１２ｂによる２相の電圧波形Ａ，Ｂが描かれている。図２Ａ及び図２Ｂにおいて、１次コイル１１２は、２相や３相に限らず、４相以上としてもよい。換言すれば、２次コイル２１２が単相コイルの場合には、１次コイル１１２は、２相以上の多相コイルとして構成することができる。
【００２２】
図２Ｃに示すように、１次コイル１１２を単相コイルとし、２次コイル２１２を３相コイルとしてもよい。或いは、図２Ｄに示すように、１次コイル１１２を単相コイルとし、２次コイル２１２を２相コイルとしてもよい。２次コイル２１２は、２相や３相に限らず、４相以上としてもよい。換言すれば、１次コイル１１２が単相コイルの場合には、２次コイル２１２は、２相以上の多相コイルとして構成することができる。
【００２３】
以上の説明から理解できるように、１次コイル１１２と２次コイル２１２のうちの一方を単相コイルとし、他方を多相コイルとすることが好ましい。この構成によれば、１次コイル１１２と２次コイル２１２の両方を多相コイルとする場合に比べて、簡素な構成で走行中の電力脈動の少ない給電を行うことが可能である。この点については更に後述する。
【００２４】
図３Ａ〜図３Ｆに示すように、送電コイル部１１０と受電コイル部２１０は、共振コンデンサ１１６，２１６をそれぞれ含んでいる。共振コンデンサ１１６，２１６による代表的な共振方式には、以下が存在する。
（１）Ｓ−Ｓ方式（１次側直列２次側直列方式）
Ｓ−Ｓ方式は、図３Ａに示すように、１次コイル１１２とその共振コンデンサ１１６が直列接続されており、２次コイル２１２とその共振コンデンサ２１６も直列接続されている共振方式である。
（２）Ｐ−Ｐ方式（１次側並列２次側並列方式）
Ｐ−Ｐ方式は、図３Ｂに示すように、１次コイル１１２とその共振コンデンサ１１６が並列接続されており、２次コイル２１２とその共振コンデンサ２１６も並列接続されている共振方式である。
（３）Ｐ−Ｓ方式（１次側並列２次側直列方式）
Ｐ−Ｓ方式は、図３Ｃに示すように、１次コイル１１２とその共振コンデンサ１１６が並列接続されており、２次コイル２１２とその共振コンデンサ２１６が直列接続されている共振方式である。
（４）Ｓ−Ｐ方式（１次側直列２次側並列方式）
Ｓ−Ｐ方式は、図３Ｄに示すように、１次コイル１１２とその共振コンデンサ１１６が直列接続されており、２次コイル２１２とその共振コンデンサ２１６が並列接続されている共振方式である。
【００２５】
図３Ｅ及び図３Ｆは、他の共振方式を示している。図３Ｅは、１次コイル１１２に並列接続された共振コンデンサ１１６ｐと、１次コイル１１２に直列接続された共振コンデンサ１１６ｓとが設けられた例である。図３Ｆは、図３Ｅの共振コンデンサ１１６ｓに、更にコイル１１３ａ，１１３ｂを直列接続し、２つのコイル１１３ａ，１１３ｂの間の接続点に共振コンデンサ１１６ｐの一端を接続した例である。図３Ｅと図３Ｆの共振方式は、１次コイル１１２と２次コイル２１２のそれぞれに共振コンデンサが並列に接続されている点で、図３Ｂに示したＰ−Ｐ方式と共通している。図３Ｅ及び図３Ｆの例では２次コイル２１２には共振コンデンサ２１６が並列接続されているが、２次コイル２１２の側は任意の共振方式を適用可能である。
【００２６】
共振方式としては、共振コンデンサ１１６が１次コイル１１２に並列に接続された共振方式を使用することが好ましい。２次コイル２１２についても同様である。この理由は、コイルに並列に接続された共振コンデンサを使用する場合には、１次コイル１１２と２次コイル２１２の結合係数に対する共振電流の依存度が小さくなるので、走行中の電力脈動を低減できるからである。
【００２７】
図３Ａ〜図３Ｆで説明した各種の共振方式は、図２Ａ〜図２Ｄで説明した各種のコイル構成と任意に組み合わせることが可能である。図３Ａ〜図３Ｆでは、図示の便宜上、１次コイル１１２と２次コイル２１２をそれぞれ１つのコイルとして描いているが、図２Ａ〜図２Ｄで説明したように、１次コイル１１２と２次コイル２１２の一方を単相コイルとし、他方を多相コイルとして構成することが好ましい。
【００２８】
図４Ａ及び図４Ｂに示すように、２次コイル２１２の進行方向位置に応じた給電特性は、コイル構成と共振方式の組み合わせによって異なる。ここでは、コイル構成として、１次コイル１１２と２次コイル２１２が共に単相である構成と、１次コイル１１２が単相で２次コイル２１２が２相である構成と、の２つのコイル構成を使用した。また、共振方式として、Ｓ−Ｓ方式とＰ−Ｐ方式との２つの共振方式を使用した。そして、２つのコイル構成と２つの共振方式による４つの組み合わせについて、車両２００が一定速度で走行する条件下で、給電特性をシミュレーションによって評価した。給電特性としては、図４Ａに示すコイル効率と、図４Ｂに示す電力脈動とを評価した。
【００２９】
図４Ａに示すように、コイル効率は、２次コイル２１２の進行方向位置に依存する。２次コイル２１２の進行方向位置とは、車両２００の進行方向（図２Ｃのｘ方向）に沿った複数の１次コイル１１２に対する２次コイル２１２の相対位置を意味する。１次コイル１１２と２次コイル２１２が共に単相である場合には、２次コイル２１２の進行方向位置においてコイル効率がゼロとなる位置が存在する。コイル効率がゼロという意味は、２次コイル２１２で受電できないことを意味する。一方、１次コイル１１２が単相で２次コイル２１２が２相である場合には、コイル効率がゼロになることがなく、コイル効率も高い値で安定している。特に、Ｐ−Ｐ方式の場合には、Ｓ−Ｓ方式よりもコイル効率が高く、かつ、安定している点で好ましい。図４Ａの傾向は、２次コイル２１２が３相以上の場合も同様である。
【００３０】
図４Ｂに示すように、１次コイル１１２が単相で２次コイル２１２が２相である場合には、１次コイル１１２と２次コイル２１２が共に単相である場合に比べて、走行中の電力脈動も小さい点で好ましい。電力脈動は、出力電力の最大値を最小値で除した値である。１次コイル１１２と２次コイル２１２が共に単相である場合は走行中の電力脈動が大きいので、同一の平均電力を出力するための瞬時電力が大きくなり、機器の大型化、高コスト化に繋がるという問題がある。更に、２次側の電力が不安定になることや、メインバッテリ２３０への入力電力の変動による電池劣化も問題となる。これに対して、１次コイル１１２が単相で２次コイル２１２が２相である場合には走行中の電力脈動が十分に小さいので、これらの問題点を解消できる。特に、Ｐ−Ｐ方式はＳ−Ｓ方式よりも電力脈動が更に小さい点で好ましい。図示は省略するが、Ｐ−Ｐ方式は、Ｓ−Ｐ方式やＰ−Ｓ方式よりも電力脈動が小さい。図４Ｂの傾向は、２次コイル２１２が３相以上の場合も同様である。
【００３１】
図４Ｃに示すように、共振方式として図３Ｅや図３Ｆの方式を用いた場合にも、電力脈動を十分に低減することが可能である。この傾向は、２次コイル２１２が３相以上の場合も同様である。
【００３２】
図５に示す各種のコイル構成＃１〜＃４の特性は、図４Ａ及び図４Ｂに示したものと同様のシミュレーションを行って得られた結果である。ここでは、コイル構成として、１次コイル１１２が単相又は多相であり、２次コイル２１２が単相又は多相である４つのコイル構成＃１〜＃４を比較している。コイル効率の観点からは、図４Ａで説明したように、１次コイル１１２と２次コイル２１２が共に単相である構成＃１よりも、１次コイル１１２と２次コイル２１２のうちの少なくとも一方が多相である構成＃２〜＃４の方が好ましい。電力脈動についても、図４Ｂで説明したように、１次コイル１１２と２次コイル２１２が共に単相である構成＃１よりも、１次コイル１１２と２次コイル２１２のうちの少なくとも一方が多相である構成＃２〜＃４の方が好ましい。
【００３３】
位置変動ロバスト性は、１次コイル１１２と２次コイル２１２の相互の位置が最適位置からｙ方向やｚ方向にずれた場合におけるコイル効率への影響を意味している。位置変動ロバスト性が高いことは、１次コイル１１２と２次コイル２１２がｙ方向やｚ方向に位置ずれしてもコイル効率がそれほど変動しないことを意味する。位置変動ロバスト性に関しても、１次コイル１１２と２次コイル２１２が共に単相である構成＃１よりも、１次コイル１１２と２次コイル２１２のうちの少なくとも一方が多相である構成＃２〜＃４の方が好ましい。
【００３４】
インフラコスト（「インフラストラクチャ・コスト」の略）は、非接触給電装置１００と車両２００の給電用の構成に要するコストである。インフラコストの観点では、１次コイル１１２と２次コイル２１２が共に単相である構成＃１が最も優れているが、１次コイル１１２が単相で２次コイル２１２が多相の構成＃３も十分に優れていると評価できる。一方、１次コイル１１２が多相で２次コイル２１２が単相の構成＃２は、１次コイル１１２が単相で２次コイル２１２が多相の構成＃３に比べてインフラコストがやや高い。また、１次コイル１１２と２次コイル２１２が共に多相の構成＃４は、インフラコストが最も高い点で好ましくない。
【００３５】
図５に示した４つの特性から考えると、１次コイル１１２と２次コイル２１２のうちの一方が単相で他方が多相である構成＃２，＃３が好ましく、１次コイル１１２が単相で２次コイル２１２の多相である構成＃３が特に好ましい。
【００３６】
図６Ａ及び図６Ｂに比較して示すように、１次コイル１１２が単相で２次コイル２１２が多相である構成は、１次コイル１１２が多相で２次コイル２１２が単相である構成に比べて、インバータ効率の観点からも好ましい。図６Ａのコイル構成は、図２Ａと同じであり、１次コイル１１２が３相で２次コイル２１２が単相である。図６Ｂのコイル構成は、図２Ｃと同じであり、１次コイル１１２が単相で２次コイル２１２が３相である。図６Ａ及び図６Ｂの下部には、送電回路１２０のインバータの出力電圧と出力電流の変化が描かれている。
【００３７】
図６Ａのように、１次コイル１１２を多相とすると、１次コイル１１２の各相と２次コイル２１２の結合係数に差が生じる。図６Ａの状態では、１次コイル１１２のＵ相コイル１１２ｕと２次コイル２１２の結合係数が１次コイル１１２の他の相のコイル１１２ｖ、１１２ｗと２次コイル２１２の結合係数に対し大きくなっている。複数の相の結合係数が異なると、複数の相のインピーダンスが異なってしまうため、複数の相に同一の相電圧を印加しても電流が複数の相で異なってしまい、電流の不均衡が生じる。電流の不平衡が生じると位相のずれを引き起こし、結果として送電回路１２０のインバータの力率が悪化する。力率悪化はインバータの損失を増加させる。
【００３８】
一方、図６Ｂのように、１次コイル１１２を単相とすることで、送電回路１２０のインバータの力率を高めることができ、インバータの損失を低減できる。また、１次コイル１１２を単相とすれば、送電コイル部１１０や送電回路１２０の簡素化、具体的には、素子数低減及び巻線形状の簡素化、による低コスト化を実現可能である。
【００３９】
図７Ａ及び図７Ｂに比較して示すように、１次コイル１１２を単相とした場合に、２次コイル２１２を３相とするよりも２相とする方が、走行中の電力脈動の低減の観点から好ましい。図７Ａのコイル構成は、図２Ｃと同じであり、１次コイル１１２が単相で２次コイル２１２が３相である。図７Ｂのコイル構成は、図２Ｄと同じであり、１次コイル１１２が単相で２次コイル２１２が２相である。図７Ａ及び図７Ｂの下部には、送電回路１２０のインバータの出力電力の変化が描かれている。
【００４０】
図７Ａに示すように、２次コイル２１２を３相とすると、３つのコイル２１２ｕ，２１２ｖ，２１２ｗの中央に配置されるコイル２１２ｕと、端部に配置されるコイル２１２ｖ，２１２ｗとが存在するコイル配置となる。この結果として、３相の電気特性（すなわち、インピーダンス）に不平衡が生じ、この不平衡により電力脈動が生じる。不平衡が生じた場合には、出力電力の周波数は、出力電圧や出力電流の２倍の周波数となる。一方、図７Ｂに示すように、２次コイル２１２を２相とすれば、２相のコイル２１２ａ，２１２ｂが互いに等価な位置で配置されるので、２相の間に電気特性に差が生じない。この結果、２次コイル２１２を２相とすれば、２次コイル２１２を３相にした場合に比べて、電力脈動が小さくなるという利点がある。
【００４１】
図８Ａは、図８Ｂ及び図８Ｃの基準となる構成であり、図７Ｂと同じコイル構成を示している。図８Ａでは、以下のパラメータが図示されている。
・Ｄａ：１次コイル１１２の電気角の３６０度に相当する長さ。これは、複数の１次コイル１１２のピッチに等しい。
・Ｄｂ：車両２００の前後方向に測った２次コイル２１２の第１相コイル２１２ａと第２相コイル２１２ｂのずれ幅。
・Ｌ２１４：車両２００の前後方向に測った２次コイル２１２用の磁性体ヨーク２１４の長さ。
図８Ａの例では、Ｄｂ＝Ｄａ／４であり、Ｌ２１４＝Ｄａである。Ｄａ／４は、１次コイル１１２の電気角の９０度に相当する長さである。
【００４２】
図８Ｂは、２次コイル２１２の第１相コイル２１２ａと第２相コイル２１２ｂのずれ幅Ｄｂを、図８Ａよりも大きくして、Ｄｂ＞Ｄａ／４とした場合を示している。図８Ａのように、Ｄｂ＝Ｄａ／４とした場合には、第１相コイル２１２ａの往路のコイル線と復路のコイル線のうちの一方が受電コイル部２１０の端部に存在し、他方が中央に存在する配置となる。この結果、端部側のコイル線による磁束が弱まってしまい、第１相コイル２１２ａの磁気的な位置が等価的に受電コイル部２１０の中央に寄ってしまう。第２相コイル２１２ｂも同様である。２次コイル２１２を２相とした場合に、２相のコイル２１２ａ，２１２ｂの磁気的な位置が２次コイル２１２の電気角の１周期の１／４だけずれていない場合には、２相のコイル２１２ａ，２１２ｂの起電力にアンバランスが生じてしまい、これによって電力脈動が生じる。そこで、図８Ｂでは、第１相コイル２１２ａと第２相コイル２１２ｂのずれ幅Ｄｂを、１次コイル１１２の電気角の９０度に相当する長さＤａ／４よりも大きく設定している。このように２相のコイル２１２ａ，２１２ｂの設置位置をずらすことにより、それらの磁気的な相対位置を２次コイル２１２の電気角の１周期の１／４に近づけることができ、電力脈動を低減することが可能である。このような効果は、２次コイル２１２の相数に拘わらずに得られるが、２次コイル２１２を２相コイルとした場合に特に顕著である。
【００４３】
図８Ｃは、２次コイル２１２用の磁性体ヨーク２１４の長さＬ２１４を図８Ａよりも大きくして、Ｌ２１４＞Ｄａとした場合を示している。上述したように、図８Ａの構成では、第１相コイル２１２ａの往路のコイル線と復路のコイル線のうちの一方が磁性体ヨーク２１４の端部に存在し、他方が中央に存在する配置となるので、２相のコイル２１２ａ，２１２ｂの起電力にアンバランスが生じてしまい、これによって電力脈動が生じる。そこで、図８Ｃでは、磁性体ヨーク２１４の長さＬ２１４を図８Ａから大きく変更し、１次コイル１１２の電気角の３６０度に相当する長さＤａよりも大きく設定している。この結果、２相のコイル２１２ａ，２１２ｂの磁気的な相対位置を２次コイル２１２の電気角の１周期の１／４に近づけることができ、電力脈動を低減することが可能である。このような効果も、２次コイル２１２の相数に拘わらずに得られるが、２次コイル２１２を２相コイルとした場合に特に顕著である。
【００４４】
図９Ａに示すように、２相の２次コイル２１２を使用したときのシミュレーション結果によれば、１次コイル／２次コイル間の結合係数ｋの２乗の２次成分の振幅は、２次コイル２１２の機械的位相（電気角表示（°））に依存する。「結合係数ｋの２乗の２次成分の振幅」とは、結合係数ｋの２乗の値ｋ２の最大値と最小値の差分である。結合係数ｋの２乗の値ｋ２については、例えば図２Ｄや図７Ｂに示した構成において、２次コイル２１２のＡ相コイル２１２ａと１次コイル１１２との結合係数をｋ１ａとし、２次コイル２１２のＢ相コイル２１２ｂと１次コイル１１２との結合係数をｋ１ｂとすると、ｋ２＝ｋ１ａ２＋ｋ１ｂ２が成立する。「２次コイル２１２の機械的位相」とは、前述した図８Ａのずれ幅Ｄｂと同じものであり、車両の前後方向に測った第１相コイル２１２ａと第２相コイル２１２ｂのずれ幅Ｄｂを、１次コイル１１２の電気角で表したものを意味している。結合係数ｋの２乗の値ｋ２（＝ｋ１ａ２＋ｋ１ｂ２）は、１次コイル１１２と２次コイル２１２の相対位置に依らずに一定となることが理想である。しかし、実際には、結合係数ｋの２乗の値ｋ２は１次コイル１１２と２次コイル２１２の相対位置に応じて多少変化するので、結合係数ｋの２乗の２次成分はゼロとならない。また、一般に、結合係数ｋの振幅は２次コイル２１２の受電電圧に比例し、受電電力は受電電圧の２乗に比例するので、受電電力の２次成分である電力脈動は、結合係数ｋの２乗の２次成分の振幅に比例する。これらの特性を考慮すると、電力脈動を低減するためには、結合係数ｋの２乗の２次成分の振幅を可能な限り小さくすることが好ましい。具体的には、結合係数ｋの２乗の２次成分の振幅が０から０．００１までの範囲内となるように２次コイル２１２を構成することが好ましい。また、図９Ａのシミュレーション結果においては、２次コイル２１２の機械的位相を１次コイル１１２の電気角の１０７±２度の範囲内に相当する値に設定することが好ましい。
【００４５】
また、図９Ｂに示すシミュレーション結果によれば、２次コイル２１２の第１相コイルと第２相コイルの相互インダクタンスＭａｂも、２次コイル２１２の機械的位相（電気角表示（°））に依存する。２次コイル２１２の相互インダクタンスＭａｂは無効電力に寄与するので、電力脈動を小さくするためには、２次コイル２１２の相互インダクタンスＭａｂの絶対値を可能な限り小さくすることが好ましい。具体的には、２次コイル２１２の相互インダクタンスＭａｂが０±０．０１μＨの範囲内に収まるように２次コイル２１２を構成することが好ましい。また、図９Ｂのシミュレーション結果においては、２次コイル２１２の機械的位相を１次コイル１１２の電気角の１１５±２度の範囲内に相当する値に設定することが好ましい。
【００４６】
更に、図９Ｃに示すシミュレーション結果によれば、電力脈動自体が２次コイル２１２の機械的位相（電気角表示（°））に依存する。このシミュレーション結果において、電力脈動を小さくするためには、２次コイル２１２の機械的位相を１次コイル１１２の電気角の１０２±６度の範囲内に相当する値に設定することが好ましく、１０２±４度の範囲内に相当する値に設定することが更に好ましく、１０２±２度の範囲内に相当する値に設定することが最も好ましい。図９Ｃの結果は、図９Ａで説明した結合係数ｋの２乗の２次成分の振幅の影響と、図９Ｂで説明した相互インダクタンスＭａｂの影響と、の両方を考慮した場合の結果に相当する。図９Ａ〜図９Ｃで説明した２次コイル２１２の機械的位相の好ましい範囲は、互いに異なるが、これらのいずれを採用するかは、他の事情を考慮して適宜選択することが可能である。なお、図９Ａ〜図９Ｃは、１次コイル１１２と２次コイル２１２のｙ方向のずれがない状態、すなわち、互いの中心線が一致した状態でシミュレーションを行った結果である。
【００４７】
図１０Ａ〜図１０Ｃは、３相の２次コイル２１２を使用した場合について、前述した図８Ａ〜図８Ｃと同様の構成を示している。図１０Ａでは、以下のパラメータが図示されている。
・Ｄａ：１次コイル１１２の電気角の３６０度に相当する長さ。
・Ｄｂ：車両２００の前後方向に測った２次コイル２１２の各相のコイル２１２ｖ，２１２ｕ，２１２ｗのずれ幅。
・Ｌ２１４：車両２００の前後方向に測った２次コイル２１２用の磁性体ヨーク２１４の長さ。
図１０Ａの例では、Ｄｂ＝Ｄａ／３であり、Ｌ２１４＝Ｄａである。Ｄａ／３は、１次コイル１１２の電気角の１２０度に相当する長さである。また、図１０Ａの下部には、車両の進行に伴う送電電力の変化が描かれている。
【００４８】
図１０Ｂは、３相の２次コイル２１２の３つのコイル２１２ｖ，２１２ｕ，２１２ｗのずれ幅Ｄｂを図１０Ａよりも大きくして、Ｄｂ＞Ｄａ／３とした場合を示している。図１０Ａのように、Ｄｂ＝Ｄａ／３とした場合には、Ｖ相コイル２１２ｖの往路のコイル線と復路のコイル線のうちの一方が受電コイル部２１０の端部に存在し、他方が中央に存在する配置となる。この結果、端部側のコイル線による磁束が弱まってしまい、Ｖ相コイル２１２ｖの磁気的な位置が等価的に受電コイル部２１０の中央に寄ってしまう。Ｗ相コイル２１２ｗも同様である。２次コイル２１２を３相とした場合に、３相のコイル２１２ｖ，２１２ｕ，２１２ｗの磁気的な位置が２次コイル２１２の電気角の１周期の１／３だけずれていない場合には、３相のコイル２１２ｖ，２１２ｕ，２１２ｗの起電力にアンバランスが生じてしまい、これによって電力脈動が生じる。そこで、図１０Ｂでは、各コイル２１２ｖ，２１２ｕ，２１２ｗのずれ幅Ｄｂを、１次コイル１１２の電気角の１２０度に相当する長さＤａ／３よりも大きく設定している。このように３相のコイル２１２ｖ，２１２ｕ，２１２ｗの設置位置をずらすことにより、それらの磁気的な相対位置を２次コイル２１２の電気角の１周期の１／３に近づけることができ、電力脈動を低減することが可能である。このような効果は、２次コイル２１２の相数が３よりも大きな場合にも得ることが可能である。具体的には、２次コイル２１２の相数Ｍを３以上の整数としたとき、車両の前後方向ｘに測ったＭ個のコイルの相互のずれ幅Ｄｂを、１次コイル１１２の電気角の（３６０÷Ｍ）度に相当する長さよりも大きく設定することが好ましい。なお、２次コイル２１２の相数Ｍは、通常は素数である。
【００４９】
図１０Ｃは、２次コイル２１２用の磁性体ヨーク２１４の長さＬ２１４を図１０Ａよりも大きくして、Ｌ２１４＞Ｄａとした場合を示している。上述したように、図１０Ａの構成では、Ｖ相コイル２１２ｖとＷ相コイル２１２ｗのそれぞれについて、往路のコイル線と復路のコイル線のうちの一方が磁性体ヨーク２１４の端部に存在し、他方が中央に存在する配置となるので、各コイル２１２ｖ，２１２ｕ，２１２ｗの起電力にアンバランスが生じてしまい、これによって電力脈動が生じる。そこで、図１０Ｃでは、磁性体ヨーク２１４の長さＬ２１４が図１０Ａよりも大きくなるように変更し、１次コイル１１２の電気角の３６０度に相当する長さＤａよりも大きくしている。この結果、３相のコイル２１２ｖ，２１２ｕ，２１２ｗの磁気的な相対位置を２次コイル２１２の電気角の１周期の１／３に近づけることができ、電力脈動を低減することが可能である。このような効果も、２次コイル２１２の相数に拘わらずに得られる。すなわち、２次コイル２１２の相数Ｍを３以上としたとき、車両の前後方向ｘに測ったＭ個のコイルの相互のずれ幅Ｄｂは、１次コイル１１２の電気角の（３６０÷Ｍ）度に相当する長さよりも大きく設定されることが好ましい。
【００５０】
図１１Ａに示すように、３相の２次コイル２１２を磁性体ヨーク２１４の表面に垂直な方向から観察したとき、２次コイル２１２のコイルエンドＣｅを磁性体ヨーク２１４の外側に配置してもよい。この例において、Ｗ相のコイル２１２ｗは、主コイル部ＭｃとコイルエンドＣｅとに区分されている。主コイル部Ｍｃは車両の幅方向ｙに沿って延びるコイル部分であり、コイルエンドＣｅは車両の前後方向ｘに沿って延びるコイル部分である。他の相のコイル２１２ｕ，２１２ｖも同様である。コイルエンドＣｅを磁性体ヨーク２１４の外側に配置するようにすれば、コイルエンドＣｅの磁束が通る磁路の磁気抵抗を、主コイル部Ｍｃの磁束が通る磁路の磁気抵抗よりも大きくすることができる。ここで、「コイルエンドＣｅの磁束」とは、コイルエンドＣｅを流れる電流に応じて生成される磁束を意味する。「主コイル部Ｍｃの磁束」も同様に、主コイル部Ｍｃを流れる電流に応じて生成される磁束を意味する。前述した図１０Ａと図１０Ｃの比較で説明したように、磁性体ヨーク２１４の長さＬ２１４が短い場合には、３つのコイル２１２ｖ，２１２ｕ，２１２ｗの相互インダクタンスが相間で不平衡になり、電力脈動の原因となり得る。そこで、コイルエンドＣｅを磁性体ヨーク２１４の外側に配置するようにすれば、相互インダクタンスの不平衡を低減して電力脈動を小さくすることが可能である。このような効果は、２次コイル２１２の相数が３を超える場合にも得られる。
【００５１】
図１１Ｂに示すように、２次コイル２１２を磁性体ヨーク２１４の表面に垂直な方向から観察したとき、３つのコイル２１２ｖ，２１２ｕ，２１２ｗのうちの中央に存在する特定の相のコイル２１２ｕのコイル面積Ｓｕを、他の相のコイル２１２ｖ，２１２ｗのコイル面積Ｓｖ，Ｓｗよりも小さく設定してもよい。ここで、「コイル面積」とは、１つのコイルで囲われる領域の面積を意味する。前述した図１１Ａの例では、車両２００の幅方向ｘに沿ったＵ相コイル２１２ｕとＶ相コイル２１２ｖの間の距離、及び、Ｕ相コイル２１２ｕとＷ相コイル２１２ｗの間の距離よりも、Ｖ相コイル２１２ｖとＷ相コイル２１２ｗの間の距離の方が長い。このため、Ｖ相／Ｗ相間の相互インダクタンスＭｖｗが、他の相互インダクタンスＭｕｖ，Ｍｗｕよりも小さくなり、相互インダクタンスのバランスが悪いために電力脈動の原因となる。これに対して、図１１Ｂに示すように、中央に存在する特定の相のコイル２１２ｕのコイル面積Ｓｕを他の相のコイル２１２ｖ，２１２ｗのコイル面積Ｓｖ，Ｓｗよりも小さくすれば、相互インダクタンスＭｕｖ，Ｍｗｕが小さくなるので、３つの相互インダクタンスＭｕｖ，Ｍｖｗ，Ｍｗｕがほぼ等しくなるようにバランスさせることができ、電力脈動を小さくすることが可能である。このような効果は、２次コイル２１２の相数が３を超える場合にも得られる。
【００５２】
図１２Ａに示すように、３相の２次コイル２１２のうちの中央に配置されているＵ相コイル２１２ｕを、他の相のコイル２１２ｖ，２１２ｗよりも磁性体ヨーク２１４からの距離が大きな位置に設置するようにしてもよい。前述した図１０Ａの例では、３つのコイル２１２ｖ，２１２ｕ，２１２ｗは、いずれも磁性体ヨーク２１４の表面に接するように配置されている。この場合には、車両２００の幅方向ｘに沿ったＵ相コイル２１２ｕとＶ相コイル２１２ｖの間の距離、及び、Ｕ相コイル２１２ｕとＷ相コイル２１２ｗの間の距離よりも、Ｖ相コイル２１２ｖとＷ相コイル２１２ｗの間の距離の方が長い。このため、Ｖ相／Ｗ相間の相互インダクタンスＭｖｗが、他の相互インダクタンスＭｕｖ，Ｍｗｕよりも小さくなり、相互インダクタンスのバランスが悪いために電力脈動の原因となる。これに対して、図１２Ａに示すように、Ｕ相コイル２１２ｕを他の相のコイル２１２ｖ，２１２ｗよりも磁性体ヨーク２１４からの距離が大きな位置に設置すれば、相互インダクタンスＭｕｖ，Ｍｗｕが小さくなるので、３つの相互インダクタンスＭｕｖ，Ｍｖｗ，Ｍｗｕをバランスさせることができ、電力脈動を小さくすることが可能である。
【００５３】
図１２Ｂに示すように、中央にあるＵ相コイル２１２ｕのみでなく、他の１つの相のコイル（例えばＶ相コイル２１２ｖ）も磁性体ヨーク２１４から離れた位置に設置するようにしても良い。この場合に、３つのコイル２１２ｖ，２１２ｕ，２１２ｗのうちで、車両の前後方向ｘに沿った配列順の中央により近いコイルほど磁性体ヨーク２１４からの距離がより大きくなるように各コイルを配置することが好ましい。こうすれば、３つの相互インダクタンスＭｕｖ，Ｍｖｗ，Ｍｗｕを更にバランスさせることができ、電力脈動を更に小さくすることが可能である。
【００５４】
なお、図１２Ａ及び図１２Ｂと同様の構成は、２次コイル２１２の相数が３以上の場合に適用可能である。すなわち、相数Ｍを３以上としたとき、車両の前後方向ｘに沿って並ぶＭ個のコイルのうちの中央に存在する特定相のコイルを、他の相のコイルよりも磁性体ヨーク２１４からの距離が大きな位置に設置することが好ましい。また、Ｍ個のコイルのうちで、車両の前後方向ｘに沿った配列順の中央により近いコイルほど磁性体ヨーク２１４からの距離がより大きくなるように各コイルを配置することが更に好ましい。更に、これらの構成において、前述した図１１Ａで説明したように２次コイル２１２のコイルエンドＣｅを磁性体ヨーク２１４の外側に配置すれば、電力脈動を更に小さくできる。
【００５５】
図１３Ａに示すように、３相の２次コイル２１２の各コイル２１２ｗ，２１２ｕ，２１２ｖの巻き方を同じにした構成も採用可能である。図１３Ａの下部には、各コイルのコイル線を流れる電流の向きを示している。この場合に、隣接する各相の間の位相差を１２０度にするために、３つのコイル２１２ｗ，２１２ｕ，２１２ｖの相互のずれ幅Ｄｂが、１次コイル１１２の電気角の１２０度に相当する値に設定される。
【００５６】
図１３Ｂに示すように、３相の２次コイル２１２のうち、特定の１相のコイル２１２ｕの巻き方を他の相のコイル２１２ｖ，２１２ｗと逆方向にするようにしても良い。この場合には、隣接する各相の間の位相を１２０度にするために、３つのコイル２１２ｖ，２１２ｕ，２１２ｗの相互のずれ幅Ｄｂを、１次コイル１１２の電気角の６０度に相当する値に設定することができる。このとき、隣接するＶ相コイル２１２ｖとＵ相コイル２１２ｕの間のずれ幅Ｄｂは電気角の６０度に相当するが、Ｕ相コイル２１２ｕの巻き方が逆方向なのでＵ相コイル２１２ｕの電流の位相が−１８０度となり、Ｖ相コイル２１２ｖとＵ相コイル２１２ｕの位相差は１２０度（＝｜６０−１８０｜）となる。なお、車両の前後方向ｘに沿った個々のコイルの長さＬ２１２は任意に設定できるが、個々のコイルの長さＬ２１２を図１３Ａと同じに維持した場合には、図１３Ｂの２次コイル２１２の全体の長さＬ１ｂは、図１３Ａの２次コイル２１２の全体の長さＬ１ａに比べて小さくなる。このように、３相の２次コイル２１２では、各相のコイルの巻き方向を車両の前後方向ｘに沿ったコイルの配列順に交互に逆方向にすることによって、２次コイル２１２の全体のサイズを小さくすることができる。
【００５７】
図１４Ａに示すように、５相の２次コイル２１２についても、各コイル２１２ａ〜２１２ｅの巻き方を同じにした構成を採用可能である。この場合に、隣接する各相の間の位相差を７２度にするために、５つのコイル２１２ａ〜２１２ｅの相互のずれ幅Ｄｂが、１次コイル１１２の電気角の７２度に相当する値に設定される。
【００５８】
図１４Ｂに示すように、５相の２次コイル２１２の各コイルの巻き方を、コイルの配列順に逆方向にしても良い。この場合には、隣接する各相の間の位相を７２度にするために、３つのコイルの相互のずれ幅Ｄｂを、１次コイル１１２の電気角の３６度に相当する値に設定することができる。なお、車両の前後方向ｘに沿った個々のコイルの長さＬ２１２を図１４Ａと同じに維持した場合には、図１４Ｂの２次コイル２１２の全体の長さＬ２ｂは、図１４Ａの２次コイル２１２の全体の長さＬ２ａに比べて小さくなる。このように、５相の２次コイル２１２でも、各相のコイルの巻き方向を車両の前後方向ｘに沿ったコイルの配列順に交互に逆方向とすることによって、２次コイル２１２の全体のサイズを小さくすることができる。
【００５９】
図１３Ｂ及び図１４Ｂで説明したコイルの好ましい巻き方は、２次コイル２１２の相数Ｍが３以上の場合に適用可能である。一般に、２次コイル２１２の相数Ｍを３以上の整数としたとき、少なくとも１相のコイルの巻き方向を、他の相のコイルの巻き方向と異なる方向とすることが好ましく、特に、巻き方向を交互に逆方向とすることが好ましい。また、車両の前後方向ｘに測ったＭ個のコイルの相互のずれ幅Ｄｂを、１次コイル１１２の電気角の（３６０÷Ｍ÷２）度に相当する長さよりも大きく設定することが好ましい。但し、ずれ幅Ｄｂを１次コイル１１２の電気角の（３６０÷Ｍ）度に相当する長さよりも過度に大きくすると、却って２次コイル２１２のサイズが大きくなる可能性がある。この点を考慮すると、車両の前後方向ｘに測ったＭ個のコイルの相互のずれ幅Ｄｂが、１次コイル１１２の電気角の（３６０÷Ｍ÷２）度以上（３６０÷Ｍ÷２＋２０）度以下の範囲内に相当する値に設定されることが特に好ましい。これらのいずれかの構成を採用すれば、２次コイル２１２の全体のサイズを小さくすることができる。
【００６０】
図１５Ａは、図１３Ｂに示した３相の２次コイル２１２について、３つのコイル２１２ｖ，２１２ｕ，２１２ｗの平面的な配置と、ｚ方向の配置とを示したものである。ｚ方向は、磁性体ヨーク２１４の表面と垂直な方向である。なお、図１５Ａでは図示の便宜上、磁性体ヨーク２１４の図示を省略している。この例では、車両の前後方向ｘに測った個々のコイルの長さＬ２１２は１８０度に設定されており、３つのコイル２１２ｖ，２１２ｕ，２１２ｗがｚ方向に沿って順に積層されているので、２次コイル２１２の全体のｚ方向の高さＨ１ａは比較的大きい。
【００６１】
図１５Ｂに示すように、車両の前後方向ｘに測った個々のコイルの長さＬ２１２を図１５Ａよりも小さくすることによって、２次コイル２１２の全体の高さＨ１ｂを小さくすることが可能である。このとき、コイルの長さＬ２１２は、以下の（２）式を満たすことが好ましい。
Ｌ２１２≦１８０−１８０÷Ｍ×Ｎ−Ｗｃ      …（２）
ここで、Ｍは２次コイル２１２の相数、Ｎは１以上（Ｍ−２）以下の整数、Ｗｃは各コイルの巻線幅である。また、上記（２）式の右辺は、１次コイル１１２の電気角で表されている。
上記（２）式の右辺はＮ＝１の場合に最も大きいので、これを考慮すると上記（２）式は次の（３）式に書き換えることができる。
Ｌ２１２≦１８０−１８０÷Ｍ−Ｗｃ          …（３）
３相コイルの場合には、Ｎは１しか取り得ないので、上記（２）式と（３）式は同じである。
【００６２】
３相の２次コイル２１２の各コイルの長さＬ２１２が上記（２）式又は（３）式を満足する場合には、図１５Ｂの下部に示すように、２つのコイル２１２ｖ，２１２ｗを互いに交差させること無しに、磁性体ヨーク２１４から同じ高さ位置に並べて配置することができ、残りの１つのコイル２１２ｕをそれらの上に積層できる。この結果、２次コイル２１２の全体のｚ方向の高さＨ１ｂを、図１５Ａにおける高さＨ１ａに比べて小さくできる点で好ましい。上記（２）式又は（３）式は、相数Ｍが３以上の場合に適用可能である。このとき、上記（２）式又は（３）式を満たした上で、更に、Ｍ個のコイルうちの２つ以上のコイルを磁性体ヨーク２１４から同じ高さ位置に並べて配置することが好ましい。
【００６３】
図１６Ａ及び図１６Ｂに比較して示すように、１次コイル１１２用の磁性体ヨーク１１４にギャップ１１４ｇを設けることが電力脈動の低減の観点から好ましい。図１６Ａのコイル構成は、図２Ｄと同じであり、１次コイル１１２が単相で２次コイル２１２が２相である。１次コイル１１２用の磁性体ヨーク１１４は、隙間なく並べられている。図１６Ａでは、中央の１次コイル１１２のみに通電し、両端の１次コイル１１２には通電していない場合に発生する主磁束ＭＦと漏洩磁束ＬＦとが描かれている。複数の磁性体ヨーク１１４を隙間なく並べると、通電していない１次コイル１１２の磁性体ヨーク１１４にも磁束が広がるので漏洩磁束ＬＦが大きくなり、この結果、電磁妨害や、人体暴露、金属過熱などの不具合を生じる可能性がある。仮に、磁性体ヨーク１１４の磁気抵抗を高めると、漏洩磁束ＬＦは低減するが、効率が低下したり、磁束密度分布の歪みにより電力脈動が増加したりする可能性がある。
【００６４】
一方、図１６Ｂでは、磁性体ヨーク１１４が、１次コイル１１２のコイル線が存在する位置以外の位置に設けられたギャップ１１４ｇを有している。具体的には、隣接する１次コイル１１２の境界に相当する位置にギャップ１１４ｇがそれぞれ設けられている。１次コイル１１２のコイル線が存在する位置以外の位置に設けられたギャップ１１４ｇを設けるようにすれば、ギャップ１１４ｇが磁気的ギャップとして機能するので、漏洩磁束ＬＦを低減することができる。また、主磁束ＭＦはギャップ１１４ｇを通過しないので、ギャップ１１４ｇによって主磁束ＭＦは低下せず、給電性能が低下することもない。この結果、図１６Ａで説明した不具合が解消されるので、効率が向上し、電力脈動を低減できる。なお、ギャップ１１４ｇは、磁気的なギャップとして機能すればよいので、隙間として形成されていても良く、あるいは、隙間に樹脂や非磁性金属などの非磁性体を充填したものとして形成されていても良い。
【００６５】
図１７Ａに示すように、送電回路１２０は、２つのスイッチを有するハーフブリッジ回路として構成することが好ましい。図１７Ａでは、隣接する３つの送電回路１２０_1，１２０_2，１２０_3と、３つの１次コイル１１２_1，１１２_2，１１２_3と、３つの共振コンデンサ１１６_1，１１６_2，１１６_3を含む回路構成の例が示されている。回路要素の符号の末尾に付された追加符号「_1」「_2」「_3」は、３つの回路を区別するために便宜的に付したものである。区別の必要が無い場合には、追加符号「_1」「_2」「_3」の無い符号を用いて説明する。
【００６６】
個々の送電回路１２０は、電源回路１３０に接続されており、電源回路１３０から直流電圧を受けている。送電回路１２０は、ハイサイドスイッチ２１と、ローサイドスイッチ２２と、これらの２つのスイッチ２１，２２に並列に接続されたコンデンサ２３とを有している。コンデンサ２３は省略可能である。スイッチ２１，２２にスイッチング信号を供給するスイッチング信号生成回路は図示が省略されている。ハイサイドスイッチ２１とローサイドスイッチ２２の間の接続点ＮＰは、共振コンデンサ１１６を介して１次コイル１１２の一端に接続されている。複数の１次コイル１１２は、互いに直列に接続されている。隣接する１次コイル１１２の間の接続点ＣＰは、共振コンデンサ１１６を介して、１つの送電回路１２０のハイサイドスイッチ２１とローサイドスイッチ２２との間の接続点ＮＰに接続されている。
【００６７】
図１７Ａでは、電流経路ＣＲの一例が破線で示されている。この電流経路ＣＲは、第１の送電回路１２０_1のハイサイドスイッチ２１_1と第３の送電回路１２０_3のローサイドスイッチ２２_3とがオンで、他のスイッチがオフとなったときに形成される経路である。この状態では、２つの１次コイル１１２_1，１１２_2が１組の１次コイルとして働いている。電流経路ＣＲと逆向きに電流を流す場合には、第１の送電回路１２０_1のローサイドスイッチ２２_1と第３の送電回路１２０_3のハイサイドスイッチ２１_3とがオンとなり、他のスイッチがオフとなる。
【００６８】
図１７Ｂは、図１７Ａと同じ回路構成において、図１７Ａとは異なる電流経路ＣＲ１，ＣＲ２を形成した例を示している。第１の電流経路ＣＲ１は、第１の送電回路１２０_1のローサイドスイッチ２２_1と第２の送電回路１２０_2のハイサイドスイッチ２１_2とがオンとなって形成される経路である。第２の電流経路ＣＲ２は、第２の送電回路１２０_2のハイサイドスイッチ２１_1と第３の送電回路１２０_3のローサイドスイッチ２２_3とがオンとなって形成される経路である。この状態では、２つの１次コイル１１２_1，１１２_2がそれぞれ１次コイルとして働いている。図１７Ａと図１７Ｂでは、電流経路における１次コイル１１２と共振コンデンサ１１６の接続状態が異なるので、共振条件も異なる。従って、共振コンデンサ１１６の容量は、図１７Ａと図１７Ｂのいずれの電流経路を使用するかに応じて予め適切な値に設定される。
【００６９】
図１７Ａ及び図１７Ｂの回路構成によれば、ハイサイドスイッチ２１とローサイドスイッチ２２とを有する簡単な構成の送電回路１２０を用いて送電を行うことができるので、フルブリッジ回路で構成された送電回路を用いる場合に比べてスイッチ素子の数を低減することが可能である。
【００７０】
本開示は上述した実施形態やその変形例に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能である。また、上述した種々の特徴的な構成は、互いに矛盾しない限り、任意に組み合わせて採用することが可能である。
【符号の説明】
【００７１】
２１…ハイサイドスイッチ、２２…ローサイドスイッチ、１００…非接触給電装置、１１０…送電コイル部、１１２…１次コイル、１１４…磁性体ヨーク、１１４ｇ…ギャップ、１１６…共振コンデンサ、１２０…送電回路、１３０…電源回路、１４０…受電コイル位置検出部、２００…車両、２１０…受電コイル部、２１２…２次コイル、２１２ａ…第１相コイル、２１２ｂ…第２相コイル、２１４…磁性体ヨーク、２１６…共振コンデンサ、２２０…受電回路
【図１】
2020005489.tif 000003
【図２Ａ】
2020005489.tif 000004
【図２Ｂ】
2020005489.tif 000005
【図２Ｃ】
2020005489.tif 000006
【図２Ｄ】
2020005489.tif 000007
【図３Ａ】
2020005489.tif 000008
【図３Ｂ】
2020005489.tif 000009
【図３Ｃ】
2020005489.tif 000010
【図３Ｄ】
2020005489.tif 000011
【図３Ｅ】
2020005489.tif 000012
【図３Ｆ】
2020005489.tif 000013
【図４Ａ】
2020005489.tif 000014
【図４Ｂ】
2020005489.tif 000015
【図４Ｃ】
2020005489.tif 000016
【図５】
2020005489.tif 000017
【図６Ａ】
2020005489.tif 000018
【図６Ｂ】
2020005489.tif 000019
【図７Ａ】
2020005489.tif 000020
【図７Ｂ】
2020005489.tif 000021
【図８Ａ】
2020005489.tif 000022
【図８Ｂ】
2020005489.tif 000023
【図８Ｃ】
2020005489.tif 000024
【図９Ａ】
2020005489.tif 000025
【図９Ｂ】
2020005489.tif 000026
【図９Ｃ】
2020005489.tif 000027
【図１０Ａ】
2020005489.tif 000028
【図１０Ｂ】
2020005489.tif 000029
【図１０Ｃ】
2020005489.tif 000030
【図１１Ａ】
2020005489.tif 000031
【図１１Ｂ】
2020005489.tif 000032
【図１２Ａ】
2020005489.tif 000033
【図１２Ｂ】
2020005489.tif 000034
【図１３Ａ】
2020005489.tif 000035
【図１３Ｂ】
2020005489.tif 000036
【図１４Ａ】
2020005489.tif 000037
【図１４Ｂ】
2020005489.tif 000038
【図１５Ａ】
2020005489.tif 000039
【図１５Ｂ】
2020005489.tif 000040
【図１６Ａ】
2020005489.tif 000041
【図１６Ｂ】
2020005489.tif 000042
【図１７Ａ】
2020005489.tif 000043
【図１７Ｂ】
2020005489.tif 000044