(57)【要約】【課題】車両が駐車スペースの任意の位置に駐車しても高効率で給電コイルから受電コイルに非接触で給電する。【解決手段】給電コイル１０を給電ステーションの指定領域１００に設け、受電コイル１２を車両２００に設ける。コイルの同心軸方向から見た場合に、給電コイル１０はｙ方向を長手方向とする長方形形状とし、受電コイル１２はｘ方向を長手方向とする長方形形状とする。給電コイル１０と受電コイル１２の共振周波数を一致させる。【選択図】図３Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
施設の指定領域に設けられた給電コイルと、
前記給電コイルと同一共振周波数を有し、移動体に設けられた受電コイルと、
を有し、前記移動体が前記指定領域内に位置するときに前記給電コイルと前記受電コイルが対向し、かつ、両コイルの同心軸方向から見て互いに重なる、あるいは近接する位置となるように配置されることを特徴とする給電システム。
【請求項２】
請求項１記載のシステムにおいて、
前記給電コイルは、コイル同心軸方向から見た場合に長軸および短軸を有する形状をなし、
前記受電コイルは、コイル同心軸方向から見た場合に長軸および短軸を有する形状をなし、
前記給電コイルと前記受電コイルは、前記移動体が前記指定領域内に位置するときにコイル同心軸方向から見た場合に互いに交差するように配置されることを特徴とする給電システム。
【請求項３】
請求項１記載のシステムにおいて、
前記給電コイルは、コイル同心軸方向から見た場合に長軸および短軸を有する形状をなし、
前記受電コイルは、コイル同心軸方向から見た場合に前記給電コイルの長軸に比べ短い長軸を有する形状または正多角形状または円形状のいずれかをなし、
前記給電コイルと前記受電コイルは、前記移動体が前記指定領域内に位置するときにコイル同心軸方向から見た場合に前記受電コイルが前記給電コイルと重なる、あるいは近接する位置となるように配置されることを特徴とする給電システム。
【請求項４】
請求項１記載のシステムにおいて、
前記給電コイルは、前記指定領域から立設して設けられ、
前記受電コイルは、車両の後部に設けられる
ことを特徴とする給電システム。
【請求項５】
請求項１記載のシステムにおいて、
前記給電コイルは、前記指定領域から立設して設けられ、
前記受電コイルは、車両の車輪部に設けられる
ことを特徴とする給電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は給電システムに関し、特に施設側に設けられた給電コイルから、車両等の移動体に設けられた受電コイルに非接触で電力を供給するシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、電磁誘導を利用した非接触方式の給電システムが知られている。例えば、下記の特許文献１には、電力を供給する筐体の内側に密着させた１次側コイルと、供給された電力を受け取る他の筐体の内側に密着させた２次側コイルとを対向させて電力の伝達を行う非接触電源装置において、１次側コイル及び２次側コイルをそれぞれ磁芯と巻線により構成し、いずれか一方のコイルの磁芯の断面積を他方のコイルの磁芯の外径よりも大きくすることが開示されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−２３３９３号公報
【特許文献２】ＷＯ２００７／００８６４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
１次側コイルを給電ステーション等の施設に設け、２次側コイルを車両等の移動体に設けて給電する場合を想定すると、移動体が駐車できるスペースに１次側コイルを設けることになるが、駐車スペースのどこに駐車しても効率よく給電できるようにするためには、１次側コイルあるいは２次側コイルのいずれかを大きくしなければならず、スペース状の制約が生じるとともにコスト増を招く問題がある。
【０００５】
本発明の目的は、移動体が駐車スペースの任意の位置に駐車しても高効率で給電できる給電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、施設の指定領域に設けられた給電コイルと、前記給電コイルと同一共振周波数を有し、移動体に設けられた受電コイルとを有し、前記移動体が前記指定領域内に位置するときに前記給電コイルと前記受電コイルが対向し、かつ、両コイルの同心軸方向から見て互いに重なる、あるいは近接する位置となるように配置されることを特徴とする。
【０００７】
本発明の１つの実施形態では、前記給電コイルは、コイル同心軸方向から見た場合に長軸および短軸を有する形状をなし、前記受電コイルは、コイル同心軸方向から見た場合に長軸および短軸を有する形状をなし、前記給電コイルと前記受電コイルは、前記移動体が前記指定領域内に位置するときにコイル同心軸方向から見た場合に互いに交差するように配置される。
【０００８】
また、本発明の他の実施形態では、前記給電コイルは、コイル同心軸方向から見た場合に長軸および短軸を有する形状をなし、前記受電コイルは、コイル同心軸方向から見た場合に前記給電コイルの長軸に比べ短い長軸を有する形状または正多角形状または円形状のいずれかをなし、前記給電コイルと前記受電コイルは、前記移動体が前記指定領域内に位置するときにコイル同心軸方向から見た場合に前記受電コイルが前記給電コイルと重なる、あるいは近接する位置となるように配置される。
【０００９】
また、本発明の他の実施形態では、前記給電コイルは、前記指定領域から立設して設けられ、前記受電コイルは、車両の後部に設けられる。
【００１０】
また、本発明のさらに他の実施形態では、前記給電コイルは、前記指定領域から立設して設けられ、前記受電コイルは、車両の車輪部に設けられる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、指定領域（駐車スペース）の任意の位置に駐車しても高効率で給電することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。
【００１３】
本実施形態において、給電ステーションの指定領域に移動体としての車両を停車させ、そこで給電コイルから交流電力を受けるものとする。給電ステーション側には給電コイル（あるいは１次側コイル）が設けられ、車両側には受電コイル（あるいは２次側コイル）が設けられる。受電コイルを給電コイルの近傍に配置し、給電コイルに交流電力を供給する。給電コイルと受電コイルは電磁界結合し、受電コイルは非接触で交流電力を受ける。受電した交流電力は整流器で整流した後に、車載電池に供給されて車載電池を充電する。
【００１４】
給電コイルは給電ステーションの指定領域、すなわち車両が駐車する領域に設置される。給電コイルは、そのコイル断面積が指定領域よりも小さく、かつ、その指定領域内において、コイルの同心軸から見て給電コイルと受電コイルが互いに重なる、あるいは十分近くに配置されるようにする。また、給電効率を増大させるために、給電コイルの共振周波数と受電コイルの共振周波数を一致させる。
【００１５】
図１Ａ〜図１Ｃに、給電コイル１０と受電コイル１２の相対的位置関係を示す。コイル同心軸方向から見たものである。給電コイル１０と受電コイル１２の共振周波数は一致している。
【００１６】
図１Ａは、給電コイル１０と受電コイル１２が重なるように配置している場合である。図１Ｂは、給電コイル１０と受電コイル１２は重なっていないが、受電コイル１２が給電コイル１０の近傍に配置している場合である。図１Ｃは、給電コイル１０と受電コイル１２が一部重なるように配置している場合である。図１Ａ〜図１Ｃにおいて、給電コイル１０はその位置が固定されており、受電コイル１２は車両等の移動体に設けられており、その位置が可変である。
【００１７】
図２に、図１Ａ〜図１Ｃの場合における、給電周波数を変化させた場合の効率（伝送効率）の変化を示す。図中、１Ａは図１Ａの配置における効率を示し、１Ｂは図１Ｂの配置における効率を示し、１Ｃは図１Ｃの配置における効率を示す。図１Ａ、図１Ｃの場合には効率が最大となるピークが２つ出現し、図１Ｂの場合には効率が最大となるピークが１つ出現する。いずれの場合においても、給電周波数を調整することで、９０％程度の高い効率が得られる。このことから、給電コイル１０と受電コイル１２の共振周波数を一致させるとともに、給電コイル１０と受電コイル１２が少なくともその一部において重なる、あるいは図１Ｂに示すようにたとえ重ならないとしても受電コイル１２が給電コイル１０の近傍に位置するように配置することで、給電周波数をその位置に応じて調整することで９０％以上の高い効率で給電することが可能である。
【００１８】
図３Ａ〜図３Ｃに、給電コイル１０及び受電コイル１２の具体的な形状を示す。給電コイル１０は地上側である給電ステーションの指定領域１００内に設けられ、受電コイル１２は車両２００に設けられる。車両２００は指定領域１００内に駐車するものとする。図３Ａ〜図３Ｃは、いずれも給電コイル１０が指定領域１００に埋設され、受電コイル１２は車両の底部に設けられる例である。図３Ａにおいて、給電コイル１０のコイル断面積を指定領域１００よりも小さくし、給電コイル１０をコイル同心軸方向から見た場合に一辺が他辺よりも長い長方形の形状とする。図に示すように、互いに直交する２軸をｘ方向及びｙ方向とすると、ｘ方向よりもｙ方向に長い長方形の形状とする。給電コイル１０のｙ方向長さについては、指定領域１００のｙ方向長さとほぼ等しいか、あるいは多少短い長さとすることが好適である。指定領域１００のｙ方向長さのほぼ全てにわたって給電コイル１０が延在していると言える。一方、受電コイル１２は、コイル同心軸方向から見た場合にｙ方向よりもｘ方向に長い長方形の形状とする。このように、給電コイル１０及び受電コイル１２をそれぞれコイル同心軸方向から見て長方形の形状とし、かつ、その長手方向をそれぞれ互いに直交する２つの方向の一方と他方に設定する。これにより、車両２００が指定領域１００内のどこに駐車しても、給電コイル１０と受電コイル１２は少なくともその一部が重なるように配置されることとなる。
【００１９】
また、図３Ｂにおいて、給電コイル１０のコイル断面積を指定領域１００よりも小さくし、給電コイル１０をコイル同心軸方向から見た場合に一辺が他辺よりも長い長方形の形状とする。図に示すように、互いに直交する２軸をｘ方向及びｙ方向とすると、ｙ方向よりもｘ方向に長い長方形の形状とする。指定領域１００のｘ方向長さのほぼ全てにわたって給電コイル１０が延在していえると言える。一方、受電コイル１２は、ｘ方向よりもｙ方向に長い長方形の形状とする。このように、給電コイル１０及び受電コイル１２をそれぞれコイル同心軸方向から見て長方形の形状とし、かつ、その長手方向をそれぞれ互いに直交する２つの方向の一方と他方に設定する。これにより、車両２００が指定領域１００内のどこに駐車しても、給電コイル１０と受電コイル１２は少なくともその一部が重なるように配置されることとなる。
【００２０】
また、図３Ｃにおいて、給電コイル１０のコイル断面積を指定領域１００よりも小さくし、給電コイル１０をコイル同心軸方向から見た場合に一辺が他辺よりも長い長方形の形状とする。図に示すように、互いに直交する２軸をｘ方向及びｙ方向とすると、ｘ方向よりもｙ方向に長い長方形の形状とする。一方、受電コイル１２は、ｘ方向とｙ方向の長さが等しい正方形の形状であり、かつ、ｘ方向に移動可能とする。これにより、車両２００が指定領域１００内のどこに駐車しても、受電コイル１２をｘ方向に移動させることで、給電コイル１０と受電コイル１２は少なくともその一部が重なるように配置されることとなる。なお、図３Ｃでは、受電コイル１２は初期位置としては車両の前後中心軸上に位置し、この状態で指定領域１００内に駐車する。そして、給電コイル１０に交流電力を供給しつつ、受電コイル１２をｘ方向に往復動させ、最大効率となる位置を探索してその位置に受電コイル１２を静止する。
【００２１】
図３Ａ〜図３Ｃのいずれにおいても、給電周波数は共振周波数と同一か、もしくはその近傍に設定する。好適には、給電周波数をまず共振周波数に初期設定して効率を測定する。その後、給電周波数を微少量ずつ増減させて効率を測定し、効率が最大となる周波数を探索して給電周波数とする。給電コイル１０と受電コイル１２の共振周波数を一致させ、かつ、給電コイル１０と受電コイル１２の配置を図３Ａ〜図３Ｃに示す配置とすることで、給電周波数の探索範囲を十分限定することができる。図２から分かるように、給電周波数の探索範囲は±０．５ＭＨｚ程度でよい。
【００２２】
図３Ａ〜図３Ｃは、いずれも上述したように、給電コイル１０を給電ステーションの指定領域１００内に埋設し、受電コイル１２をこの給電コイル１０に対向するように車両２００の底部に設けているが、もちろんこのような設置位置は一例にすぎず、他の設置位置も可能である。
【００２３】
図４及び図５に、給電コイル１０及び受電コイル１２の他の設置位置を示す。図４において、給電ステーションの指定領域１００の縁部に支持板が立設し、この支持板に給電コイル１０が設けられる。給電コイル１０は、鉛直方向に長く、水平方向に短い長方形の形状をなす。一方、車両２００後部の、給電コイル１０が設置された高さと略同じ高さとなる位置に受電コイル１２が設けられる。受電コイル１２は、鉛直方向に短く、水平方向に長い長方形の形状をなす。従って、車両２００が指定領域１００内に進入して後進し、車両２００の後部が支持板に接近した場合、図４（ｂ）に示すように、給電コイル１０と受電コイル１２は十文字形状に重なり合う。これは、図１Ａの配置関係と等価である。
【００２４】
また、図５において、給電ステーションの指定領域１００内に、車両２００の側部に沿うように支持板が立設し、この支持板に給電コイル１０が設けられる。給電コイル１０は水平方向に長く、鉛直方向に短い長方形の形状をなす。給電コイル１０は、車両２００の車輪と略同じ高さの位置に設けられる。一方、受電コイル１２は、車両２００の車輪に設けられる。受電コイル１２は略円形形状をなす。したがって、車両２００が指定領域１００に進入すると、図５（ｂ）に示すように給電コイル１０と受電コイル１２が重なるように配置される。
【００２５】
このように、本実施形態では、給電コイル１０を施設側の指定領域１００に設け、受電コイル１２を車両等の移動体に設け、給電コイル１０と受電コイル１２の共振周波数を一致させ、移動体が指定領域１００内に駐車した場合にコイルの同心軸方向から見たときに給電コイル１０と受電コイル１２が互いに重なるように、あるいは給電コイル１０と受電コイル１２が近接するように配置することで、高効率で給電することができる。受電コイル１２からの交流電力は整流器で整流され、車両２００に搭載された二次電池に供給され充電される。車両２００側に充電制御装置を設け、二次電池の充電状態（ＳＯＣ）を監視することも好適である。充電制御装置で二次電池の満充電状態を検出すると、その旨を車両２００のユーザに報知する。あるいは、充電制御装置で二次電池の満充電状態を検出すると、無線通信で給電ステーション側に報知し、給電コイル１０への給電を停止する。
【００２６】
本実施形態では、給電コイル１０及び受電コイル１２の形状として、図１Ａ〜図１Ｃに示すような楕円形状、図３Ａ〜図３Ｃに示すような長方形形状あるいは正方形形状、図５に示すような円形形状を例示したが、これらに限定されるものではなく、他の形状も可能である。例えば、図３Ｃにおいて、給電コイル１０を正方形形状とし、受電コイル１２を長方形形状としてもよい。また、図３Ｃにおいて、受電コイル１２を円形状あるいは楕円形状としてもよい。
【００２７】
本実施形態では、給電コイル１０と受電コイル１２の配置に関し、コイルの同心軸方向から見た場合として説明している。図６に、コイルの同心軸方向の一例を示す。給電コイル１０の同心軸３００及び受電コイル１２の同心軸４００が互いに平行となるように配置した場合、同心軸３００及び同心軸４００に平行な方向Ａがコイルの同心軸方向から見た方向に相当する。楕円形状１１はコイル同心軸方向の給電コイル１０の射影であり、楕円形状１３はコイル同心軸方向の受電コイル１２の射影である。図１Ａ〜図１Ｃや図３Ａ〜図３Ｃは、給電コイル１０及び受電コイル１２の射影を表したものである。射影において、一部重なる部分５００が存在する場合、給電コイル１０と受電コイル１２は、コイル同心軸方向から見て互いに重なるように配置されていると言うことができる。
【００２８】
なお、上述の実施形態においては、給電コイルの形状を長方形としたが、コイル同心軸方向から見た場合に長軸および短軸を有する閉形状とすることもできる。このような形状には、長方形以外に、長楕円形、角丸長方形、ひょうたん形、団子形、長六角形、長ダイヤ形などが含まれる。さらに、受電コイルについても上述の正方形、円、楕円などに限定されることなく、コイル同心軸方向から見た場合に給電コイルの長軸に比べ短い長軸を有する形状または正多角形状または円形状とすることが好適である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１Ａ】実施形態の給電コイルと受電コイルの配置説明図である。
【図１Ｂ】実施形態の給電コイルと受電コイルの配置説明図である。
【図１Ｃ】実施形態の給電コイルと受電コイルの配置説明図である。
【図２】給電周波数と効率との関係を示すグラフ図である。
【図３Ａ】実施形態の給電コイルと受電コイルの配置説明図である。
【図３Ｂ】実施形態の給電コイルと受電コイルの配置説明図である。
【図３Ｃ】実施形態の給電コイルと受電コイルの配置説明図である。
【図４】実施形態の給電コイルと受電コイルの配置説明図である。
【図５】実施形態の給電コイルと受電コイルの配置説明図である。
【図６】実施形態の給電コイルと受電コイルの配置説明図である。
【符号の説明】
【００３０】
１０  給電コイル、１２  受電コイル、１００  指定領域、２００  車両。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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