(57)【要約】【課題】第１に、最良の性能が得られると共に、第２に、しかもこれが簡単容易に実現される、非接触給電装置を提案する。【解決手段】この非接触給電装置Ａは、電磁誘導の相互誘導作用に基づき、１次側１から２次側２に、エアギャップｇを存し非接触で近接対応位置しつつ、電力を供給する。そして、２次側２の回路の全電気抵抗ｒ、エアギャップｇ、給電交流の周波数ｆ、形成磁束の磁気面積Ｓ、および２次側２のコイル８の巻き数Ｎ２等が、真空の透磁率μ０と共に、所定の目標式を目安として、相互調整され設定されている。又、この非接触給電装置Ａのコイル７，８は、渦巻き状に巻回されて、円形や方形の環状をなすフラット構造よりなり、磁心コア１４，１６も、フラット構造よりなる。そして１次側１は、地面，路面，床面等に定置され、２次側２は、電動車輌，その他の移動体に搭載されている。【選択図】図１
2010132023.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁誘導の相互誘導作用に基づき、１次側から２次側に、エアギャップを存し非接触で近接対応位置しつつ電力を供給する、非接触給電装置であって、
２次側回路の全電気抵抗ｒ、エアギャップｇ、給電交流の周波数ｆ、形成磁束の磁気面積Ｓ、および２次側コイルの巻き数Ｎ２が、次の目標式を目安として、相互調整され設定されていること、を特徴とする非接触給電装置。
但しμ０は、真空の透磁率である。
2010132023.tif 000025
【請求項２】
請求項１に記載した非接触給電装置において、
左辺の全電気抵抗ｒを基に、右辺のエアギャップｇ、周波数ｆ、磁気面積Ｓ、および巻き数Ｎ２が、右辺トータルで前記目標式のプラスマイナス１割以内を満足するように、相互調整，設定されていること、を特徴とする非接触給電装置。
【請求項３】
請求項２に記載した非接触給電装置において、
該１次側および２次側のコイルは、渦巻き状に巻回されて、円形や方形の環状をなすフラット構造よりなり、該１次側および２次側の該磁心コアも、フラット構造よりなること、を特徴とする非接触給電装置。
【請求項４】
請求項３に記載した非接触給電装置において、
該１次側は、地面，路面，床面等に定置され、該２次側は、電動車輌，その他の移動体に搭載されていること、を特徴とする非接触給電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非接触給電装置に関する。例えば、地面等に定置された１次側から、電気自動車等に搭載された２次側に、非接触で電力を給電する非接触給電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
《従来技術》
ケーブルやパンタグラフ等の機械的接触なしで、例えば電気自動車や電車等の移動体のバッテリーに対し、外部から電力を供給する非接触給電装置が、需要に基づき開発，実用化されている。
この非接触給電装置は、電磁誘導の相互誘導作用に基づき、給電側である１次側のコイルから、受電側である２次側のコイルへと、電力を供給する。
すなわち、地面等に定置された１次側コイルでの磁束形成により、エアギャップを存し非接触で近接対応位置せしめられ電気自動車等に搭載された２次側コイルに、誘導起電力を生成して電力を供給する（後述する図４の（１）図等を参照）。
又、このような非接触給電装置では、充電効率の向上，エアギャップの拡大，小型軽量化等のニーズが高まっており、このような各ニーズに対応すべく、いわゆるフラット構造の渦巻きコイルタイプの開発，実用化も、最近進展している。このタイプの非接触給電装置では、コイルが、渦巻き状に巻回されたフラット構造よりなると共に、フェライトコア等の磁心コアも、平板状のフラット構造をなしている（後述する図４の（２）図等を参照）。
【０００３】
《先行技術文献情報》
このような非接触給電装置としては、例えば、次の特許文献１，特許文献２に示されたものが挙げられる。
【特許文献１】特開平６−２５６５０５号公報
【特許文献２】特開２００８−０８７７３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
《問題点》
ところで、このような従来の非接触給電装置については、次の問題が指摘されていた。
この種の非接触給電装置の設計，製作に際しては、必要とされる供給電力が与えられると共に、１次側コイルの巻き数と２次側コイルとの巻き数比で、２次側の誘起電圧が決まる。そして、これらを前提として、１次側と２次側間のエアギャップ寸法、供給交流の周波数、形成磁束の磁気面積等の各設計条件が、２次側回路の全電気抵抗をも考慮して、各々個別に決定されていた。
しかしながら、これらの各設計条件の相関関係について、総合的，具体的な目安は、把握されるに至っておらず、単に設計自由度の範疇とされていた。
すなわち、非接触給電装置の性能が最良となる各設計条件間の相関関係、つまり、コイル性能が最良となる総合的，具体的目安は、未だ把握されていなかった。つまり、インダクタンスの最適値が得られ、励磁無効電力が小さく、相対的に２次側の有効電力が大きく取り出せるようになる、トータル的な設計条件の開発が望まれていた。
【０００５】
《本発明について》
本発明の非接触給電装置は、このような実情に鑑み、上記従来例の課題を解決すべくなされたものである。
そして本発明は、第１に、最良の性能が得られ、第２に、しかもこれが簡単容易に実現される、非接触給電装置を提案することを、目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
《請求項について》
このような課題を解決する本発明の技術的手段は、次のとおりである。まず、請求項１については次のとおり。
請求項１の非接触給電装置は、電磁誘導の相互誘導作用に基づき、１次側から２次側に、エアギャップを存し非接触で近接対応位置しつつ、電力を供給する。
そして、２次側回路の全電気抵抗ｒ、エアギャップｇ、給電交流の周波数ｆ、形成磁束の磁気面積Ｓ、および２次側コイルの巻き数Ｎ２が、次の目標式を目安として、相互調整され設定されていること、を特徴とする。但しμ０は、真空の透磁率である。
【０００７】
【数１】
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【０００８】
請求項２については、次のとおり。請求項２の非接触給電装置では、請求項１において
、左辺の全電気抵抗ｒを基に、右辺のエアギャップｇ、周波数ｆ、磁気面積Ｓ、および巻き数Ｎ２が、右辺トータルで前記目標式のプラスマイナス１割以内を満足するように、相互調整，設定されていること、を特徴とする
請求項３については、次のとおり。請求項３の非接触給電装置では、請求項２において、該１次側および２次側のコイルは、渦巻き状に巻回されて、円形や方形の環状をなすフラット構造よりなる。該１次側および２次側の該磁心コアも、フラット構造よりなること、を特徴とする。
請求項４については、次のとおり。請求項４の非接触給電装置では、請求項３において、該１次側は、地面，路面，床面等に定置され、該２次側は、電動車輌，その他の移動体に搭載されていること、を特徴とする。
【０００９】
《作用等について》
本発明は、このような手段よりなるので、次のようになる。
（１）非接触給電装置では、給電に際し、２次側のコイルが１次側のコイルに対し、エアギャップを存して近接対応位置決めされる。
（２）そして１次側では、コイルが通電されて磁束が形成され、もって磁束の磁路が、２次側のコイルとの間に形成される。
（３）このようにして、１次側のコイルと２次側のコイル間が電磁結合され、２次側のコイルに誘導起電力が生成される。
（４）このような電磁誘導の相互誘導作用により、電力が、１次側から２次側へと供給される。
（５）さて、この非接触給電装置の設計，製作に際しては、前記数式１に示した目標式が、性能評価の目安とされる。
（６）この目標式を目安として、２次側の全電気抵抗，エアギャップ，給電交流の周波数，形成磁束の磁気面積，および２次側コイルの巻き数、等の各設計条件が検討，相互調整，設定される。
（７）この非接触給電装置は、これらにより、最良の性能が得られるようになる。すなわち、コイル性能が最良で、励磁無効電力が小さく、有効電力が大きく取り出されるようになる。
（８）しかもこれは、非接触給電装置の設計，製作に際し、各設計条件の目標式を、性能評価の目安とすることにより、容易に実施可能である。
（９）さてそこで、本発明の非接触給電装置は、次の効果を発揮する。
【発明の効果】
【００１０】
《第１の効果》
第１に、最良の性能が得られるようになる。本発明の非接触給電装置は、２次側回路の全電気抵抗、エアギャップ、給電交流の周波数、形成磁束の磁気面積、および２次側コイルの巻き数等の各設計条件について、所定目標式を性能評価の目安として、相互調整，設定することにより、最良の性能が得られるようになる。
すなわち、前述したこの種従来例では、各設計条件が未だ設計自由度の範疇とされ、各々個別に設定されていたのに比し、各設計条件相互間の総合的，具体的な相関関係を示す目標式を、性能評価の目安とすることにより、コイル性能が最良となり、インダクタンスの最適値が的確に得られるようになる。
つまり励磁無効電力が小さく、２次側の有効電力が大きく取り出せるようになり、入力に比し出力が大で力率に優れた非接触給電装置が、設計，製作可能となる。もって、より一層の高出力確保，大電力供給も容易となる。
【００１１】
《第２の効果》
第２に、しかもこれは、簡単容易に実現される。本発明の非接触給電装置では、各設計条件の総合的，具体的な相関関係を示す目標式を、性能評価の目安として、全電気抵抗、エアギャップ、給電交流の周波数、形成磁束の磁気面積、および２次側コイルの巻き数等の各設計条件が、相互調整，設定される。
従って、上述した第１の効果は、簡単容易に実現される。すなわち、非接触給電装置の設計，製作に際しては、目標式を目安として、各設計条件を相互調整しつつ決定して行けば良く、簡単な作業により、容易に最良性能の非接触給電装置が得られるようになる。
このように、この種従来例に存した課題がすべて解決される等、本発明の発揮する効果は、顕著にして大なるものがある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
《図面について》
以下、本発明の非接触給電装置を、図面に示した発明を実施するための最良の形態に基づいて、詳細に説明する。
図１，図２は、本発明を実施するための最良の形態の説明に供する。そして図１は、コイル等の回路説明図である。図２の（１）図は、コイル等の回路説明図、（２）図は、コイル等の正面図、（３）図は、ベクトル図である。
図３，図４，図５は、非接触給電装置の一般的説明に供する。そして図３は、平面説明図、図４の（１）図は、斜視説明図、図４の（２）図は、適用例のブロック図である。図５は、適用例の側面説明図である。
【００１３】
《非接触給電装置Ａについて》
まず、図４の（２）図および図５を参照して、非接触給電装置Ａについて、一般的に説明する。
非接触給電装置Ａは、電磁誘導の相互誘導作用に基づき、１次側１から２次側２に、エアギャップｇを存し非接触で近接対応位置しつつ、電力を供給する。１次側１は、地面３，路面，床面等に定置されており、２次側２は、電動車輌４，その他の移動体に搭載されている。
【００１４】
このような非接触給電装置Ａについて、更に詳述する。まず、１次側１つまり給電側，トラック側は、図示の給電スタンド５，給電コーナー，その他の給電エリアにおいて、地面３その他に固定配置されている。
これに対し、２次側２つまり受電側，ピックアップ側は、図示の電気自動車や電車等の電動車輌４，その他の移動体に搭載されている。この種の移動体としては、例えば、各種交通システム，カートシステム，遊戯施設，工場の搬送システム等も考えられる。又、２次側２は、これらの駆動用の他、非駆動用としても利用可能である。更に、図示のように車載バッテリー６に接続されるのが代表的であるが、直接各種負荷に接続されることも考えられる。
そして、１次側１のコイル７と、２次側２のコイル８とは、給電に際し、例えば５ｃｍ〜１５ｃｍ、例えば１０ｃｍ程度の僅かな間隙空間であるエアギャップｇを存しつつ、非接触で近接対応位置される。給電に際しては、２次側２のコイル８が、１次側１のコイル７上で停止される停止給電方式が代表的であるが、１次側１のコイル７上を低速走行する移動給電方式も可能である。
停止給電方式の場合、１次側１のコイル７と２次側２のコイル８とは、上下等で対をなす対称構造よりなる。移動給電方式の場合、１次側１のコイル７は、２次側２のコイル８の移動走行方向に沿って、長目のエリアにわたって略帯状に形成される。
図示例において、２次側２のコイル８は、車載バッテリー６に接続されており、給電により充電されたバッテリー６にて、走行用のモータ９が駆動される。図中１０は、交流を直流に変換するコンバータであり、１１は、直流を交流に変換するインバータである。
非接触給電装置Ａは、一般的にはこのようになっている。
【００１５】
《相互誘導作用について》
次に、図４の（１）図を参照して、電磁誘導の相互誘導作用等について、説明しておく。この種の非接触給電装置Ａにおいて、電磁誘導の相互誘導作用に基づき電力を供給することは、公知公用である。
すなわち給電に際し、近接対応位置する１次側１のコイル７と、２次側２のコイル８との間で、コイル７での磁束形成により、コイル８に誘導起電力を生成させ、もって、コイル７からコイル８へと電力を供給することは、公知公用である。
これらについて更に詳述すると、まず、給電エリアに定置された１次側１のコイル７に対し、２次側２のコイル８が、接触なしに間隙空間であるエアギャップｇを介して、近接対応位置する。そして、１次側１のコイル７に、交流を励磁電流として通電することにより、電流に比例した磁界がコイル７の導線の周囲に生じ、磁束がコイル７の面に対して直角方向に形成される。
そして、１次側１のコイル７で形成された磁束が、２次側２のコイル８を貫き鎖交することにより、２次側２のコイル８に誘導起電力が生成される。このようにして磁場が形成され、磁界を利用して電力が送受される。コイル７側の磁束の磁気回路と、コイル８側の磁束の磁気回路とは、相互間にも磁束の磁気回路つまり磁路が形成されて、電磁結合される。
非接触給電装置Ａでは、このような電磁誘導の相互誘導作用に基づき、給電が実施される。
【００１６】
《１次側１や２次側２の構造について》
次に、図３，図４，図５を参照して、この非接触給電装置Ａの１次側１および２次側２の構造について、説明する。
１次側１のコイル７は、給電回路１２を介し電源１３（図２の（１）図を参照）に、接続されている。電源１３としては、数ｋＨｚ〜６０ｋＨｚ程度、例えば２０ｋＨｚ〜３０ｋＨｚの高周波インバータが使用される。給電回路１２には、共振同調用に組み合わされたインダクタと直列コンデンサが付設されると共に、並列コンデンサも付設されている。
図３に示したように、コイル７は、略平板状で複数回ターン方式のフラット構造をなす。すなわちコイル７は、絶縁されたコイル導線が、同一平面において相互間で並列化され平行位置関係を維持しつつ、円形や方形の渦巻き状に複数回巻回ターンされ、もって、全体的に凹凸のない平坦で肉厚の薄い扁平状のフラット構造をなすと共に、環状，略フランジ状をなしており、中央部に空間が形成されている。
磁心コア１４としては、フェライトコアが一般的に用いられ、強磁性体よりなる。そして磁心コア１４は、コイル７，８間のインダクタンスを増し電磁結合を強化すると共に、形成される磁束を誘導，収集，方向付けする。図３に示した磁心コア１４は、コイル７より大きな面積よりなり、フラットな平板状そして環状，略フランジ状をなす。コイル７と磁心コア１４とは、同心に配置されている。
【００１７】
他方、２次側２は、上述した１次側１のコイル７，給電回路１２，磁心コア１４等に対応した、コイル８，給電回路１５，磁心コア１６等を、備えている。２次側２の給電回路１５は、並列コンデンサが付設されると共に、直流変換後にバッテリー６に接続されるのが代表的である。２次側２のコイル８や磁心コア１６の構成については、図示例が停止給電方式であることに鑑み、１次側１のコイル７や磁心コア１４に準じる。
そして、１次側１および２次側２は、それぞれ、エアギャップｇ側から順に、樹脂製の表面カバー（図示せず）、コイル７，８、磁心コア１４，１６、ベースプレート１７，１８等を、備えた構造よりなる。
図３中、１９はモールド樹脂、２０は発泡材である。モールド樹脂１９は、１次側１や２次側２の表面カバーとベースプレート１７，１８との間において、介在するコイル７，８や磁心コア１４，１６を被覆固定し、これらの位置決め固定用，機械的強度確保用，放熱用等として機能する。発泡材２０は、モールド樹脂１９中に混入，埋め込まれており、主に軽量化用として用いられている。
１次側１や２次側２の構造は、このようになっている。
【００１８】
《本発明の概要について》
次に、図１および図２を参照して、本発明の概要について、説明する。
この非接触給電装置Ａは、その２次側２の回路の全電気抵抗ｒ、エアギャップｇ、給電交流の周波数ｆ、形成磁束の磁気面積Ｓ、および２次側２のコイル８の巻き数Ｎ２等が、下記の数式２（前述した数式１と同一式）に示した目標式を性能評価の目安として、相互調整され設定される。但しμ０は、真空の透磁率である。
代表的には、左辺の全電気抵抗ｒを基に、右辺のエアギャップｇ、周波数ｆ、磁気面積Ｓ、および巻き数Ｎ２等が、右辺トータルで前記目標式のプラスマイナス１割以内を満足するように、相互調整，設定されている。
【００１９】
【数２】
2010132023.tif 000004
【００２０】
《本発明の詳細：各設計条件について》
まず、図１および図２を参照して、上記数式２で示された目標式中の各設計条件について、説明する。
・２次側２の回路の全電気抵抗ｒ（単位Ω）は、２次側２の給電回路１５に定格負荷をかけた場合の電気的抵抗を示し、そのコイル８の針金抵抗（リアクタンス以外の直流抵抗）や負荷抵抗２１を含む。この全電気抵抗ｒは、非接触給電装置Ａの設計，製作に際し、前提条件として与えられる。
・エアギャップｇ（単位ｍ）は、給電に際しての１次側１と２次側２間の間隔寸法、つまりコイル７，８間距離である。非接触給電装置Ａは、エアギャップｇが大きくなるほど、給電操作が容易化する半面、１次側１と２次側２の磁気回路間の電磁結合の度合つまり表わす結合係数が小さくなり、２次側２のコイル８に誘起電圧Ｖ２が低下する。
・給電交流の周波数ｆ（単位Ｈｚ）は、電源１３にて印加される高周波の単相交流や三相交流の印加電圧に関する。非接触給電装置Ａは、高周波の周波数ｆが採択されるほど、例えば、エアギャップ８を一定とするなら、磁気面積Ｓを小さくできる。あるいは、巻き数Ｎ２を小さくできる。
【００２１】
・磁気面積Ｓ（単位ｍ２）は、形成される磁束が通過する磁心コア１４，１６の表面積をＳｆとすると、Ｓ＝Ｓｆ／２で与えられる。
すなわち、この非接触給電装置Ａでは、いわゆるフラット構造の渦巻きコイル７，８が採用され、磁心コア１４，１６もフラット構造よりなる。そして、この磁心コア１４，１６は、従来より周知のいわゆるＥ型の磁心コアから発展したものであり、Ｅ型の歯高が０となりコイル７，８を巻き付ける中央歯がないものとして把握される。従って、形成される磁束の磁気面積Ｓは、フラット構造の磁心コア１４，１６の表面積をＳｆとした場合、その１／２となる。
そして、非接触給電装置Ａの小型軽量化やコスト面等の観点からは、磁気面積Ｓの減少が望ましい。
・２次側２のコイル８の巻き数Ｎ２（単位ｔは正の整数）は、コイル８の導線の巻回（ターン）数である。そして、２次側２の誘起電圧Ｖ２は、１次側１のコイル７と２次側２のコイル８の巻き数比で決まるが、非接触給電装置Ａの小型軽量化やコスト面等の観点からは、勿論、巻き数Ｎ２の減少が望ましい。
・真空の透磁率μ０は、４π×１０−７である。
各設計条件は、このようになっている。
【００２２】
《本発明の詳細：設計への適用について》
非接触給電装置Ａの設計，製作に際しては、このような各設計条件の総合的，具体的な相関関係を示す目標式、つまり前記数式２（数式１）で示された目標式を、非接触給電装置Ａの性能評価の目安として、各設計条件の値が増減，相互調整される。
すなわち、通常のケースでは、まず最初に、前記数式２の目標式の左辺中の全電気抵抗ｒ、そして２π／ｒの値が、前提条件として与えられる。それから次に、これに対し、数式２の右辺の値がトータルで、この左辺の値に少しでも近づく様に、その許容範囲内に入る様に、右辺の各設計条件の値が、それぞれの数値増減のメリット，デメリット等を勘案しつつ検討，精査，相互調整される。
例えば、ある試作機種について、設計段階で試算した右辺のトータル値が、左辺の値を大きく上廻った場合については周波数ｆの増加、形成磁束の磁気面積Ｓの増加、２次側２コイル８の巻き数Ｎ２の増加、エアギャップｇの減少等、右辺の分子，分母の各設計条件の値が、検討，精査，相互調整されて、決定される。
逆に例えば、ある試作機種について、試算した右辺のトータル値が、左辺の値が大きく下廻った場合については、上述とは逆に、周波数ｆの減少、磁気面積Ｓの減少、コイル８巻き数Ｎ２の減少、エアギャップｇの拡大許容、等が検討，精査，相互調整されて、決定される。
なお上述したように、試算した右辺のトータル値が、左辺の値を大きく下廻った場合については、給電交流の三相化を検討してもよい。給電交流が単相の一般例に比し、三相化により、右辺のトータル値が左辺の値に近づき、見合った値となる可能性が生じる。
【００２３】
非接触給電装置Ａの設計，製作に際し、前記数式２の目標式について、右辺の値と左辺の値とが一致することが理想的であるが、実際上、数式２は一応の目安，目標として把握される。
そして、実際上の許容範囲としては、左辺の値を、右辺のトータル値がプラスマイナス１割以内程度の範囲内で、満足できれば可とする。更に具体的には、次の数式３の充足式を満たせば、可とする。
設計への適用については、以上のとおり。
【００２４】
【数３】
2010132023.tif 000005
【００２５】
《作用等》
本発明の非接触給電装置Ａは、以上説明したように構成されている。そこで、以下のようになる。
（１）非接触給電装置Ａでは、給電に際し、電動車輌４等の移動体に搭載された受電側，２次側２が、地面３，路面，床面等に定置された給電スタンド５等の給電側，１次側１に対し、エアギャップｇを存し非接触で、近接対応位置せしめられる。
そして、２次側２のコイル８が、１次側１のコイル７上にて、停止位置決め等される（図４，図５を参照）。
【００２６】
（２）そして、非接触給電装置Ａの１次側１では、電源１３そして励磁回路である給電回路１２にて、コイル７が通電される。
もって、この励磁電流としての高周波交流の通電により、１次側１のコイル７に磁束が形成され、磁束の磁路が、１次側１のコイル７と２次側２のコイル８との間に、形成される（図１等を参照）。
【００２７】
（３）このようにして、１次側１のコイル７と２次側２のコイル８とは、形成される回路間が電磁結合され、両者間に磁場が形成される。そして、１次側１のコイル７で生成された磁束が、２次側２のコイル８を貫き、もって２次側２のコイル８に、誘導起電力が生成される（図１等を参照）。
【００２８】
（４）非接触給電装置Ａでは、このような電磁誘導の相互誘導作用により、電力が、１次側１のコイル７から２次側２のコイル８へと、供給される。もって図示例では、２次側２のバッテリー６が充電される（図４，図５を参照）。
【００２９】
（５）さて、このような非接触給電装置Ａの設計，製作に際しては、前記数式２（数式１）で示された目標式、更には前記数式３で示された充足式を、その性能評価の目安として、各設計条件が検討，精査，相互調整される。
【００３０】
（６）すなわち、この数式２の目標式や数式３の充足式が、非接触給電装置Ａの性能評価の目安とされ、これをトータルの目標値や充足値として、各設計条件が設定される。
２次側２の給電回路１５の全電気抵抗ｒ、エアギャップｇ、給電交流の周波数ｆ、形成磁束の磁気面積Ｓ、および２次側２のコイル８の巻き数Ｎ２、等の各設計条件が、それぞれの数値増減のメリット，デメリット等を勘案しつつ、相互調整して決定される。そして、実際設計用の設定として、採用される。
【００３１】
（７）この非接触給電装置Ａは、このようにして各設計条件が設定されることにより、最良の性能が得られるようになる。
すなわち、コイル７，８性能が最良で、インダクタンスの最適値が得られるようになり、励磁無効電力が小さく、２次側２の実効電力が大きく取り出されるようになる。
【００３２】
（８）しかもこれは、非接触給電装置Ａの設計，製作に際し、前記数式２や数式３の目標式や充足式を目安に、各設計条件の数値を検討，相互調整して決定して行けば良く、容易に実施可能である。
本発明の作用等は、このようになっている。
【実施例１】
【００３３】
以下、図１，図２を参照しつつ、本発明の実施例について、説明する。
まず、実施例１については、次のとおり。実施例１では、本発明の非接触給電装置Ａで採用された前記数式１（数式２）の目標式について、その裏付となる導出過程や根拠を、理論的に解析する。
１）ベクトル図について：
まず、図２の（３）図において、Ｉ・Ｖは、１次側１のコイル７の励磁無効電力であり、Ｐは、２次側２の給電回路１５の負荷抵抗２１に発生する有効電力である。無効電力Ｉ・Ｖと実効電力Ｐとは、位相差９０°で直交しているので、図２の（３）図に示したベクトル図を考えることができる。そして、三角関数ｔａｎαを取れば、次の数式４の関係が成立する。
【００３４】
【数４】
2010132023.tif 000006
【００３５】
２）励磁無効電力Ｉ・Ｖについて：
まず、上記数式４の右辺の分母である、１次側１の励磁無効電力Ｉ・Ｖについて、検討する。この１次側１の無効電力Ｉ・Ｖは、２次側２の給電回路１５の全電気抵抗ｒが無限大、つまり無負荷時の励磁無効電力とする。そして、この無効電力Ｉ・Ｖつまり励磁電流Ｉ×励磁電圧Ｖは、磁束密度Ｂｇを用いて次の数式５で与えられる。
【００３６】
【数５】
2010132023.tif 000007
【００３７】
３）励磁無効電力Ｉ・Ｖの導出について：
この数式５の導出過程について、説明しておく。非接触給電装置Ａは、通常の変圧器と異なりエアギャップｇが存在するために、１次側１の励磁無効電力Ｉ・Ｖが、著しく大である、という特徴がある。そして、この無効電力Ｉ・Ｖは、下記の数式７と数式９との積として算出される。
まず、その励磁電流Ｉについては、次のとおり。１次側１において、まず、エアギャップｇの磁気抵抗Ｒｇは、磁心コア１４の磁気抵抗に比し極めて大きい。そこで近似的には、磁路に磁束を発生させる起磁力Ｎ・Ｉ（巻き数×励磁電流）は、磁束密度Ｂｇ×磁気面積Ｓ×磁気抵抗Ｒｇにより、次の数式６として把握される。もって、この数式６により、励磁電流Ｉについて、次の数式７が得られる。真空の透磁率μ０については、前述した所を参照。
【００３８】
【数６】
2010132023.tif 000008
【数７】
2010132023.tif 000009
【００３９】
次に、励磁電圧Ｖについては、次のとおり。１次側１において、コイル７に励磁電流Ｉを流し、エアギャップｇに磁束密度Ｂｇの磁束φを発生させるためには、コイル７に励磁電圧Ｖを加えなければならない。
この励磁電圧Ｖの大きさは、次の数式８で与えられる。そして、その磁束φは、磁束密度Ｂｇ×磁気面積Ｓなので、これを数式８に代入すると、励磁電圧Ｖについて、次の数式９が得られる。周波数ｆや磁気面積Ｓについては前述した所を参照。
もって、前述したように、励磁無効電力Ｉ・Ｖが、前記数式７による励磁電流Ｉと、次の数式９による励磁電圧Ｖとの積として、前記数式５のとおり算出される。そして、この励磁無効電力Ｉ・Ｖは、結局、エアギャップｇに磁束密度Ｂｇの磁束φを発生させるための無効電力である。
【００４０】
【数８】
2010132023.tif 000010
【数９】
2010132023.tif 000011
【００４１】
４）実効電力Ｐについて：
次に、前記数式４の右辺の分子である、２次側２の実効電力について、検討する。まず、２次側２の実効電力Ｐは、次の数式１０のように表わされる。ここで、２次側２の給電回路１５の電流Ｉ２は、２次側２のコイル８の自己インダクタンスをＬ２とすると、次の数式１１となる。ここでω＝２πｆである。
そこで、この数式１１を、数式１０に代入すると、次の数式１２が得られる。２次側２の全電気抵抗ｒについては、前述した所を参照。Ｖ２は誘起電圧である。
【００４２】
【数１０】
2010132023.tif 000012
【数１１】
2010132023.tif 000013
【数１２】
2010132023.tif 000014
【００４３】
さてここで、電磁気の基本公式により、２次側２の誘起電圧Ｖ２＝Ｖ１・ｋ・Ｎ２／Ｎ１であり、１次側１の励磁電圧Ｖ１＝４．４４・ｆ・Ｎ１・φである。
１次側１のコイル７の巻き数Ｎ１、２次側２のコイル８の巻き数については、前述した所を参照。ｋは、１次側１と２次側２の磁気回路間の電磁結合の度合を表わす結合係数であり、Ｖ２＝ｋ・Ｖ１・Ｎ２／Ｎ１の関係にある。
そこで、このようなＶ２，Ｖ１，ｋにより、数式１２の右辺の分子を求めると、次の数式１３となる。もって、この数式１３を前記数式１２に代入すると、有効電力Ｐについて、次の数式１４が得られる。
【００４４】
【数１３】
2010132023.tif 000015
【数１４】
2010132023.tif 000016
【００４５】
５）ｔａｎα＝Ｐ／Ｉ・Ｖの右辺について：
さて、このようにして、２次側２の実効電力Ｐが上記数式１４で得られ、１次側１の無効電力Ｉ・Ｖが前記数式５で得られた。そこで、前記数式４の右辺は、次の数式１５となる。
ここで、２次側２のコイル８の自己インダクタンスＬ２は、次の数式１６で表わされる。すなわち、非接触給電装置Ａの場合、エアギャップｇの磁気抵抗Ｒｇは、磁心コア１６の磁気抵抗に比し極めて大きく、近似的には２ｇ／μ０・Ｓとして把握されるので、自己インダクタンスＬ２は、数式１６として表わされる。
そこで、この数式１６を上記数式１５に代入して、整理すると、次の数式１７が得られる。
【００４６】
【数１５】
2010132023.tif 000017
【数１６】
2010132023.tif 000018
【数１７】
2010132023.tif 000019
【００４７】
６）Ｍ値による置き換え：
ここで、上記数式１７の右辺について、次の数式１８のＭ値を用いて部分的に置き換えると共に、このように置き換えた上記数式１７を、前記数式４に代入すると、次の数式１９が得られる。
【００４８】
【数１８】
2010132023.tif 000020
【数１９】
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【００４９】
７）結論：
さて、この数式１９において、有効電力（出力）Ｐが無効電力（入力）Ｉ・Ｖより大きくなることはないので、ｔａｎα≦１である。
さてそこで、数式１９においてｔａｎαが最大、つまり分母が最小となる条件を求めると、次の数式２０となる。
もって、この非接触給電装置Ａにおいて、その性能が最良となる設計条件は、次の数式２１のとおりである。
【００５０】
【数２０】
2010132023.tif 000022
【数２１】
2010132023.tif 000023
【００５１】
以上により、この非接触給電装置Ａについて、最良の性能が得られる各設計条件間の相関関係が解析された。つまり、前述した数式１（数式２）で示した目標式が導出され、その理論的根拠が解析された。
実施例１については、以上のとおり。
【実施例２】
【００５２】
次に、本発明の実施例２について説明する。
実施例２では、非接触給電装置Ａの実際の各設計例（試作機）について、それぞれ、その最適Ｍ値（上述した実施例１の数式２０での算出値）と、実測Ｍ値Ｍａ（実施例１の数式２１の左辺の算出値）とを比較して、その性能を評価した。
すなわち各設計例毎に、まず、２次側２の全電気抵抗ｒの値が与えられ、もって、２π／ｒで算出されて前提となる最適Ｍ値に対し、実測Ｍ値Ｍａが許容範囲内にあるか否かを評価した。
そして、許容範囲外となった設計例については、エアギャップｇ，周波数ｆ，磁気面積Ｓ，コイル８の巻き数Ｎ２，そしてコイル７の巻き数Ｎ１や結合係数等、各設計条件について再度見直しを実施した。もって、２ｇ／μ０×ｆ×Ｓ×Ｎ２２で算出される実測Ｍ値Ｍａが、最適Ｍ値の許容範囲内となるように、その設計例を改良した。
次の表１は、その結果を、ｔａｎαの値（上述した実施例１の数式１９での算出値）と共に示したものである。
【００５３】
【表１】
2010132023.tif 000024
【００５４】
表１中に示した各設計例について、給電出力（電圧）は、単相１ｋＷ（１２０Ｖ），単相３０ｋＷ（３００Ｖ），単相６０ｋＷ（６００Ｖ），単相１５０ｋＷ（６００Ｖ），三相１５０ｋＷ（６００Ｖ）に、設定されている。
そして、その実測Ｍ値Ｍａが最適Ｍ値に近くなるように、２次側２の全電気抵抗ｒを前提として、エアギャップｇ，周波数ｆ，磁気面積Ｓ，２次側２コイル８の巻き数Ｎ２，対応する１次側１コイル７の巻き数Ｎ１，結合係数ｋ等を調整した結果が、表１に示されている。
なお、設計例Ｂ（単相１５０ｋＷ，６００Ｖ）については、その実測Ｍ値Ｍａ（１．６１）が最適Ｍ値（２．６２）を大きく下廻り、ｔａｎαの値も低かった。そこで同出力（同電圧）のもとで、設計例Ｃのように、設計変更して三相化（三相１５０ｋＷ，６００Ｖ）した所、最適Ｍ値（０．８７）に対し実測Ｍ値Ｍａ（０．９６）となり、ｔａｎαも良好な結果が得られた。
実施例２については、以上のとおり。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明に係る非接触給電装置について、発明を実施するための最良の形態の説明に供し、コイル等の回路説明図である。
【図２】同発明を実施するための最良の形態の説明に供し、（１）図は、コイル等の回路説明図、（２）図は、コイル等の正面図、（３）図は、ベクトル図である。
【図３】非接触給電装置の一般的説明に供し、平面説明図である。
【図４】非接触給電装置の一般的説明に供し、（１）図は、斜視説明図、（２）図は、適用例のブロック図である。
【図５】非接触給電装置の一般的説明に供し、適用例の側面説明図である。
【符号の説明】
【００５６】
１  １次側
２  ２次側
３  地面
４  電動車輌
５  給電スタンド
６  バッテリー
７  コイル
８  コイル
９  モータ
１０  コンバータ
１１  インバータ
１２  給電回路
１３  電源
１４  磁心コア
１５  給電回路
１６  磁心コア
１７  ベースプレート
１８  ベースプレート
１９  モールド樹脂
２０  発泡材
２１  負荷抵抗
Ａ  非接触給電装置
ｆ  周波数
ｇ  エアギャップ
ｋ  結合係数
ｒ  全電気抵抗（２次側）
Ｓ  磁気面積
Ｎ２  巻き数（２次側コイル）
μ０  真空の透磁率
Ｐ  実効電力（２次側回路）
Ｉ・Ｖ  励磁無効電力（１次側）
【図１】
2010132023.tif 000026
【図２】
2010132023.tif 000027
【図３】
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【図４】
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【図５】
2010132023.tif 000030
【手続補正書】
【提出日】平成21年3月19日(2009.3.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００３】
《先行技術文献情報》
このような非接触給電装置としては、例えば、次の特許文献１，特許文献２に示されたものが挙げられる。
【特許文献１】特開平７−１７０６８１号公報（特願平６−２５６５０５）
【特許文献２】特開２００８−０８７７３３号公報