(57)【要約】【課題】給電器と受電器の位置ずれの許容量を容易に増大できる無線給電装置を提供すること。【解決手段】２つの一次コイル１１，１２と、当該２つの一次コイル１１，１２の通電時において、当該２つの一次コイル１１，１２が発生する磁束２１に鎖交するように配置される二次コイル１３とを備える。当該２つの一次コイル１１，１２の中心軸Ａ１１，Ａ１２に直交する２つの面Ｓ１１，Ｓ１２の成す角θが０より大きく３６０度未満とするように、２つの一次コイル１１，１２を配置する。【選択図】図２
2014023200.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の一次コイルと、
当該複数の一次コイルの通電時に当該複数の一次コイルのうち隣り合う２つの一次コイルが発生する磁束に鎖交するように配置される二次コイルとを備え、
前記隣り合う２つの一次コイルの中心軸に直交する２つの面の成す角は０より大きく３６０度未満であることを特徴とする無線給電装置。
【請求項２】
請求項１に記載の無線給電装置において、
前記二次コイルの中心軸は、前記隣り合う２つの一次コイルの中心点を通過する直線と同一平面上に配置したとき、当該直線と平行になることを特徴とする無線給電装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の無線給電装置において、
前記隣り合う２つの一次コイルの中心軸に直交する２つの面の成す角は１８０度であることを特徴とする無線給電装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載の無線給電装置において、
前記二次コイルの内側に配置された二次側磁性体をさらに備えることを特徴とする無線給電装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載の無線給電装置において、
前記複数の一次コイルの数は２であり、
当該２つの一次コイルのそれぞれにおける２つの端面のうち前記二次コイルから遠い面の方にそれぞれ配置された板状の一次側磁性体をさらに備えることを特徴とする無線給電装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかに記載の無線給電装置において、
前記二次コイルの中心は、前記隣り合う２つの一次コイルの中心を通過する直線の周囲に位置することを特徴とする無線給電装置。
【請求項７】
複数の一次側コイルを有し、地面に対して固定された給電器と、
前記複数の一次コイルの通電時に当該複数の一次コイルのうち隣り合う２つの一次コイルが発生する磁束に鎖交するように配置される二次側コイルを有し、移動体に搭載された受電器とを備え、
前記隣り合う２つの一次コイルの中心軸に直交する２つの面の成す角は０より大きく３６０度未満であることを特徴とする無線給電システム。
【請求項８】
請求項７に記載の無線給電システムにおいて、
前記二次コイルの中心軸は、前記移動体の長さ方向又は幅方向に保持されており、
前記隣り合う２つの一次コイルの中心点を通過する直線と前記二次コイルの中心軸が同一平面上に位置するように前記移動体を移動させたとき、前記直線は前記二次コイルの中心軸に平行であることを特徴とする無線給電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電磁誘導の相互作用を利用して電力を供給する無線給電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線給電装置は、電源と電力供給対象を有線接続することなく、電磁誘導の相互作用を利用して１次コイル（給電側コイル）から２次コイル（受電側コイル）に電力を供給するものである。例えば、二次電池等の蓄電装置を備える電動式移動体（例えば、車両、建設機械（例：油圧ショベル）、産業機械（例：フォークリフト）等）の充電は、当該蓄電装置と電源を有線接続することで行われることがあるが、無線給電装置によれば両者を有線接続することなく充電が可能になるので、充電時の運転者の乗降動作が不要となり利便性が向上する。
【０００３】
この種の給電装置としては、電線を扁平に巻き回して形成した１次コイル及び２次コイルを備え、当該１次コイルと２次コイルを同軸上に対向配置させた状態で給電するものがある。例えば、これを電気自動車に利用した場合、２次コイルを搭載した車両を運転者が１次コイル上に導いて充電作業を行うことになるが、車両毎の車幅の違いや、運転者毎の技量や車幅感覚の違い等が存在することから、１次コイルと２次コイルの位置ずれ（軸ずれ）が生じ易い点が指摘されている。位置ずれが生じると、１次コイルから２次コイルに向かう磁束が歪曲し、２次コイルで生じる誘導電流が低下する。これにより、充電時間が増加したり、１次コイルが過熱したりするおそれがある。
【０００４】
１次コイルと２次コイルの位置ずれの許容量の増加を図った無線給電装置としては、板状のフェライト（フェライト板）をコアとし、当該フェライト板にコイルを巻きつけて形成した略矩形状の扁平な１次コイル及び２次コイルを備えるものがある（特開２０１１−４９２３０号公報）。この技術では、各コイルの中心軸はフェライト板の板面と平行になり、両コイルの中心軸を平行に保持しつつ、両コイルのフェライト露出部分を重ね合わせることで給電する。このような略矩形状の扁平なコイルを利用すると、板状のコアにコイルを巻き回した方向（当該文献では「車幅方向」としている）に対する位置ずれの許容量が増加される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−４９２３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記文献に係る技術は、板状のコアにコイルを巻きつけることで、当該巻きつけた方向に対する位置ずれの許容量を増大するものであり、コイルの巻き付け方向に係る板幅を長く確保するほど位置ずれの許容量を増大できる。
【０００７】
しかし、この方法では、位置ずれの許容量を増加させるほど、巻き付け方向に係るコイル（フェライト板）の大きさが増加してしまう。すなわち、当該巻き付け方向に係る受電側の装置（車両側の２次コイル）が大型化してしまう。また、２つのコイルの中心軸を略水平に保持した状態で給電するので、２つのコイルを同軸上に配置して給電する方式（例えば、上記文献の図１４の方式）と比較して、各コイルの両端から漏洩する磁場の抑制が困難になることも指摘できる。さらに、上記文献の技術では、性能確保及び磁場漏洩抑制の観点から板状のコアが必須となると推定されるため、受電側の装置の部品点数や重量の増大を避けられない点も指摘できる。
【０００８】
本発明の目的は、給電器（１次コイル側の装置）と受電器（２次コイル側の装置）の位置ずれの許容量を容易に増大できる無線給電装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上記目的を達成するために、複数の一次コイルと、当該複数の一次コイルの通電時に当該複数の一次コイルのうち隣り合う２つの一次コイルが発生する磁束に鎖交するように配置される二次コイルとを備え、前記隣り合う２つの一次コイルの中心軸に直交する２つの面の成す角を０より大きく３６０度未満に設定する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば給電器と受電器の位置ずれの許容量を容易に増大できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態に係る無線給電システムの全体構成図。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る給電側コイルと受電側コイルの斜視図。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る給電側コイルと受電側コイルの正面図。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る給電側コイルと受電側コイルの側面図。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係る給電側コイルと受電側コイルの位置ずれが車幅方向で生じた状態を示す第１の図。
【図６】本発明の第１の実施の形態に係る給電側コイルと受電側コイルの位置ずれが車幅方向で生じた状態を示す第２の図。
【図７】本発明の第２の実施の形態に係る給電側コイルと受電側コイルの斜視図。
【図８】本発明の第２の実施の形態に係る給電側コイルと受電側コイルの位置ずれが車幅方向で生じた状態を示す図。
【図９】水平面に対して傾いた姿勢で固定された２つの給電側コイルを備える無線給電装置の模式図。
【図１０】４つの給電側コイルを備える無線給電装置の模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。  
図１は本発明の実施の形態に係る無線給電システムの全体構成図である。この図に示す無線給電システムは、電磁誘導の相互作用を利用して電気自動車等の移動体４０に無線で電力を供給するものであり、地上側の給電ステーション５０に設置された給電器５１と、移動体４０に搭載された受電器４１を備えている。図１中に示した座標系の矢印は、移動体４０の長さ方向（直進方向）と鉛直方向を示している。なお、給電器５１と受電器４１を併せて無線給電装置と称することがある。また、ここでは、移動体４０が大型の電気自動車の場合について説明するが、中型・小型の自動車、油圧ショベル及びホイールローダ等の建設機械、フォークリフト等の産業機械等、充電可能な蓄電装置を備えるものであればその他のものでも良い。
【００１３】
給電器５１は、地面６０に対して相対移動不能に固定されており、インバータ装置（制御装置）５２を介して電源５３に接続されている。インバータ装置５２及び電源５３は給電ステーション５０に設置されている。電源５３としては例えば交流電源が利用可能である。給電器５１には電気伝導性を有する線材（電線）を環状に巻いて形成した複数の給電側コイル（１次コイル）（図２等参照）が備えられており、電源５３からインバータ装置５２を介して供給される電流によって当該複数の給電コイルの周囲に磁界が発生される。なお、図１のインバータ装置５２及び電源５３は地中に埋設されているが、これらは地上に設置しても良い。
【００１４】
受電器４１は、インバータ装置（制御装置）４３を介して蓄電装置４２に接続されている。インバータ装置４３及び蓄電装置４２は移動体４０に搭載されている。蓄電装置４２としては例えばリチウムイオン電池等の二次電池やキャパシタが利用可能である。受電器４１には電気伝導性を有する線材（電線）を環状に巻いて形成した受電側コイル（２次コイル）（図２等参照）が備えられている。
【００１５】
移動体４０を適切な位置に移動させ受電器４１を給電器５１に対向配置させた状態で給電器５１に流す電流を変化させると、給電器５１で発生する磁界が変化して受電側コイルに電流（誘導電流）が流れ、蓄電装置４２が充電される。蓄電装置４２に蓄えられた電力は、インバータ装置４３に接続されたモータ４４等の電機に供給されて利用される。ここでは、移動体４０の車輪を駆動するためのモータ４４に蓄電装置４２から電力を供給する場合について説明するが、蓄電装置４２の電力供給対象は移動体４０に設置された他の電機としても良い。
【００１６】
なお、図１に示した受電器４１は、移動体４０の底面に設置されているが、移動体４０に設置するのであれば他の場所（例えば、移動体４０の側面や上面）に設置しても良い。その場合には、給電ステーションでの給電器５１の設置場所が受電器４１の設置場所に合わせて変更されることは言うまでもない。なお、図１中の給電器５１は、その上面の高さが地表面以下になるように地面６０に固定されている。
【００１７】
図２は本発明の第１の実施の形態に係る給電側コイル１１，１２と受電側コイル１３の斜視図であり、図３はその正面図であり、図４はその側面図である。各図中に示した座標系の矢印は、移動体４０の「長さ方向」（直進方向）と、移動体の「車幅方向（幅方向）」と、「鉛直方向」を示している。なお、先の図と同じ部分には同じ符号を付して説明を省略することがある（後の図も同様とする）。
【００１８】
これらの図に示すように、本実施の形態に係る給電器５１には１対（すなわち２つ）の給電側コイル（一次コイル）１１，１２が収納されており、受電器４１には１つの受電側コイル（二次コイル）１３が収納されている。各コイル１１，１２，１３は、電線を略矩形状に複数回巻き回して扁平に形成されている。図に示した例では、２つの給電側コイル１１，１２は互いに同じ形状である。一方、受電側コイル１３は、長辺方向は給電側コイル１１（１２）と同じで、短辺方向は給電側コイル１１（１２）の半分にしてある。ただし、このコイル１１，１２，１３の形状は一例に過ぎない。すなわち、本実施の形態に係る各コイル１１，１２，１３は、車幅方向の辺よりも長さ方向の辺が長い矩形状（長方形状）に形成されているが、各辺の長短を逆転させた矩形状、正方形状、円状、または楕円状等に形成しても良い。また同様に、各コイル１１，１２，１３の形状を異ならせても良い。また、各コイル１１，１２，１３に係る電線の材質としては、表皮効果による渦電流損を低減するため、リッツ線などが好適である。
【００１９】
２つの給電側コイル１１，１２の中心軸Ａ１１，Ａ１２に直交する２つの面Ｓ１１，Ｓ１２の成す角（二面角）のうち、受電側コイル１３が配置される側の角度（以下、θと称する）は、１８０度となっている。図２〜４の例では、２つの給電側コイル１１，１２は、車幅方向と長さ方向で規定される面上に位置しており、車幅方向に所定の間隔を介して配置されている。これにより、各コイル１１，１２の中心軸Ａ１１，Ａ１２の方向は鉛直方向に平行で、同じになっている。このように水平面上に給電側コイル１１，１２を並列すると、給電器５１が人や移動体等の往来の邪魔にならない。
【００２０】
また、各給電側コイル１１，１２は、長辺が「長さ方向」に沿いつつ、短辺が「車幅方向」に沿うように配置されている。なお、車幅方向における２つの給電側コイル１１，１２の間隔、すなわち両コイル１１，１２の中心点間距離（中心点Ｃ１１から中心点Ｃ１２までの距離）は、各コイル１１，１２の車幅方向の長さを半分にした値を足し併せた値より大きく設定されており、２つのコイル１１，１２が重ならないようになっている。なお、以下における「コイルの中心点」とは、当該コイルの中心軸のうち当該コイル内に含まれる部分に係る中点とする。
【００２１】
２つの給電側コイル１１，１２には、インバータ装置５２によって所定の方向に電流が流れるように構成されている。すなわち、鉛直方向における上から下に向かって各コイル１１，１２をみたとき、コイル１１に反時計回りの電流が流れるときには、コイル１２に時計回りの電流が流れるようになっている。反対に、コイル１１に時計回りの電流が流れるときには、コイル１２には反時計回りの電流が流れる。上記のように形成・配置した１対の給電側コイル１１，１２に対してこのように電流を流すと、コイル１１，１２が形成する各環の全ての内側を通過しつつ当該各環の外側は通過しない環状の磁束を含む磁界（環状の磁界）が発生する。図２，３中に点線で示した円状（楕円状）の閉曲線２１は、当該環状の磁界に係る磁力線（磁束線）を模式的に表したものであり、図２，３に示した時計回りの磁界は、コイル１１に反時計回りの電流を流し、コイル１２に時計回りの電流を流したときに現れる。
【００２２】
ところで、電磁誘導を利用して誘導電流を発生するには、給電器５１側のコイル１１，１２（１次コイル）で発生させた磁束を受電器４１側のコイル１３（２次コイル）と鎖交させる必要があるので、無線給電装置により充電可能な移動体４０の停止範囲は限られる。そこで、本実施の形態では、充電可能な範囲に移動体４０を停止させるための手段として、給電ステーション５０に車止め（車輪止め）７０が設置されている。移動体４０に係る左右の後輪が車止め７０に共に接触した位置で移動体４０を停止すれば、少なくとも移動体４０の長さ方向については充電に適した位置で移動体４０を停止できる。すなわち、給電側コイル１１，１２と受電側１３の位置関係について、図４に示した状態は車止め７０で担保できる。なお、車止め７０としては、上記に代えて、停止時の移動体４０の前方に位置し、その前輪に接触して停止位置を知らせるものを利用してもよい。この場合、移動体４０が前進することにより比較的容易に乗り超えられる高さ及び形状としても良い。さらに、前輪用・後輪用に関わらず、図示した凸状の車止め７０に代えて、地面に凹部を設けて当該凹部に車輪が位置したことを知らせる形態としても良い。
【００２３】
次に受電側コイル１３について説明する。受電側コイル１３は、給電側コイル１１，１２の通電時（すなわち、蓄電装置４２への充電時）には、当該給電側コイル１１，１２が発生する磁束２１に鎖交するように配置される。また、受電側コイル１３の中心点Ｃ１３は、当該２つの給電側コイル１１，１２の中心点Ｃ１１，点Ｃ１２を通過する直線Ｌ上に位置せず、当該直線Ｌの周囲に位置している。
【００２４】
また、受電側コイル１３の中心軸Ａ１３は、移動体４０を移動させることで中心軸Ａ１３を直線Ｌと同一平面上に配置したとき、直線Ｌと平行になるように移動体４０（受電器４１）に固定されている。なお、図２〜４に示した状態では、蓄電装置４２の充電に最も適した位置で移動体４０を停止させた状態を示している。すなわち、移動体４０の左右の後輪を車止め７０に接触させた状態（移動体４０の長さ方向に係る位置ずれの無い状態）であり、車幅方向において２つの給電側コイル１１，１２の中心点Ｃ１１，Ｃ１２から等距離の位置に受電側コイル１３の中心点Ｃ１３が位置しており、さらに中心軸Ａ１３は直線Ｌの鉛直上方に位置している。
【００２５】
また、２つの給電側コイル１１，１２の通電時における受電側コイル１３の中心軸Ａ１３の方向は、当該２つの給電側コイル１１，１２に係る２つの中心軸Ａ１１，Ａ１２の方向と異なっている。すなわち、本実施の形態では、図３に示すように、受電側コイル１３の中心軸Ａ１３の方向は車幅方向に設定されているが、給電側コイル１１，１２の中心軸Ａ１１，Ａ１２の方向は鉛直方向に設定されている。なお、本実施の形態では、受電側コイル１３の中心軸Ａ１３の方向は、２つの給電側コイル１１，１２の中心軸Ａ１１，Ａ１２とそれぞれ異なっているが、中心軸Ａ１３の方向は、２つの給電側コイル１１，１２の少なくとも一方の中心軸Ａ１１又はＡ１２の方向と異なっていれば良い（すなわち、この場合の中心軸Ａ１３の方向は、２つの給電側コイル１１，１２の中心軸Ａ１１，Ａ１２の一方に一致する。）。
【００２６】
ところで、本実施の形態に係る受電側コイル１３は、その中心軸Ａ１３が車幅方向と平行に保持されるように移動体４０の底面に固定されている。これは、主として、２つの給電側コイル１１，１２の配置方向（車幅方向）に中心軸Ａ１３の方向を一致させること（又は両者の方向をできるだけ近づけること）で、給電器５１と受電器４１の位置ずれに係る許容量を増大する観点と、受信側コイル１３と鎖交する磁束を増加して充電効率を向上させる観点とに基づくものである。
【００２７】
また、２つの給電側コイル１１，１２の中心点Ｃ１１，Ｃ１２を通過する直線Ｌから受電側コイル１３の中点Ｃ１３までの距離（図２〜４の場合は、受電側コイル１３の地面からの設置高さ）は、給電側コイル１１，１２が形成する磁界の特徴に応じて適宜調整することが好ましい。例えば、本実施の形態では、図３中の点Ｏから一方の給電側コイル１１の中心点Ｃ１１までの距離を半径とし、中心をＯとする円周上に主な磁界が形成されるものとして、当該円の半径程度の高さに中心軸Ａ１３を保持している。これにより、２つの給電側コイル１１，１２に対して図２〜４が示すように受電側コイル１３を配置させれば、給電側コイル１１，１２が発生する磁界の磁力線２１が受信側コイル１３の中心点Ｃ１３で略垂直に鎖交する。
【００２８】
上記のように構成される無線給電システムにおいて、給電器５１から受電器４１に無線給電を行う（すなわち、蓄電装置４２の充電を行う）には、まず運転者は移動体４０を充電に適した範囲に停止させることになる。
【００２９】
まず、給電側コイル１１，１２の中間点Ｏの上方又はその近傍に受電側コイル１３の中心点Ｃ１３が位置するように移動体４０を停止できた場合には、給電側コイル１１，１２と受電側コイル１３コイルの関係は図２〜４に示したものとなる。
【００３０】
上記の無線給電システムでは、２つの給電側コイル１１，１２に係る面Ｓ１１，１２の成す角θは１８０度に設定されている。このように配置した２つの給電側コイル１１，１２に通電すると、当該コイル１１，１２の上方及び下方の空間に図２，３に示したように環状の磁力線によって表される磁界が発生する。当該環状の磁界は、直線Ｌを含む空間において所定の範囲に亘って形成される。
【００３１】
２つの給電側コイル１１，１２に通電したとき、受電側コイル１３は、図２，３に示すように２つの給電側コイル１１，１２が形成する環状の磁界２１中に配置されることになるので、効率良く充電することができる。また、本実施の形態では、受電側コイル１３の中心軸Ａ１３は、直線Ｌと同一平面上に配置したとき、直線Ｌ（２つの給電側コイル１１，１２の配置方向）と平行になるように固定されている。そのため、図２，３の状態では、中心軸Ａ１３は、直線Ｌの鉛直上方に位置することになる。したがって、充電効率は他の場合と比較して顕著に高くなる。
【００３２】
ところで、移動体４０の長さ方向の位置については車止め７０をガイドにして当該範囲に停止することができるが、車幅方向に係る給電器５１と受電器４１の位置ずれの程度の大小は運転者の技量や経験等に応じて異なる。その結果、上記とは反対に、受電側コイル１３の中心点Ｃ１３が点Ｏの上方又はその近傍に位置するように移動体４０を停止できなかった場合には、車幅方向に給電器５１と受電器４１の位置ずれが生じることになる。
【００３３】
図５は車幅方向において給電側コイル１１，１２と受電側コイル１３の位置ずれが生じた状態を示す第１の図であり、図６はその第２の図である。図５では受電側コイル１３が図中の左側にずれており、図６では図中の右側にずれている。
【００３４】
この場合にも、本実施の形態では、２つの給電側コイル１１，１２によって、給電器５１と受電器４１の間に位置する空間に環状に広がった磁界２１を発生させることができるので、図２〜４の最適な位置から受電側コイル１３の位置が車幅方向（２つの給電側コイル１１，１２の配置方向）にずれても、受電側コイル１３での誘導電流の発生に有効な磁束２１ａ，２１ｂが図５，６に示すように存在する。これにより、車幅方向に位置ずれが生じても、図２〜４に示した場合よりも充電効率は相対的に低下するものの、問題無く充電できる。
【００３５】
本実施の形態における点Ｏからの車幅方向の位置ずれの許容量は、給電側コイル１１，１２の中心間距離の半分程度までが目安となる。すなわち、点Ｏの位置から当該許容量程度ずれても、給電側コイル１１，１２が発生する磁束と受電側コイル１３を鎖交させることができるので、蓄電装置４２の充電を行うことができる。
【００３６】
なお、図５，６中に示した環状の磁束（磁力線）２１ａ，２１ｂは、給電側コイル１１，１２によって形成される磁界に係る磁束２１（図２〜４参照）のうち、位置ずれした受電側コイル１３における誘導電流の発生に有効な磁束２１ａ，２１ｂを示しているに過ぎず、給電側コイル１１，１２によって形成される磁界に変化が生じる訳ではない。すなわち、図５，６の場合でも、給電側コイル１１，１２は図２〜４に示した環状の磁界を発生している。
【００３７】
ところで、仮に、２つの給電側コイル１１，１２の中心軸Ａ１１，Ａ１２が一致し、当該２つのコイル１１，１２の成す角θが０（すなわち、面Ｓ１１と面Ｓ１２が平行）であったとすると、２つの給電側コイル１１，１２に挟まれた空間内に受電側コイル１３を配置しないと効果的な充電ができないことになる。そのため、当該２つの給電側コイル１１，１２に対する受電側コイル１３の配置に制限が生じる。例えば、面Ｓ１１と面Ｓ１２が平行になるようにコイル１１，１２を鉛直方向に立てて配置した場合には、給電器５１が地表に突出して障害物となる虞がある。すなわち、線的な移動のみを行う電車等の移動体の給電装置としては良いが、面的な移動も可能な移動体（例えば、自動車）の給電装置としては設置制限が大きくなり過ぎて不向きになることがある。
【００３８】
これに対して、本実施の形態のように２つの給電側コイル１１，１２を配置すると、当該２つのコイル１１，１２の間に環状の磁界の一部として曲線状の磁界が形成されるので、θが０の場合（２つのコイル１１，１２（２つの面Ｓ１１，Ｓ１２）が平行の場合）と比較して当該２つの給電側コイル１１，１２から比較的離れた位置に受電側コイル１３を配置しても効果的な充電が可能になる。そのため、面的な移動が可能な自動車等の移動体の給電装置としても利用しやすい。
【００３９】
また、本実施の形態に係る受電側コイル１３は、中心軸Ａ１３が車幅方向と略平行になるように保持されており、受電側コイル１３が車幅方向（位置ずれの許容する方向に沿った寸法）に占める大きさは小さくて済むので、受電器４１の車幅方向の寸法を小さくすることができる。また、これにより、移動体４０の底面と受電器４１の間に非磁性体（例えば、アルミニウム）から成る板状の部材（磁場漏洩防止板）を設置することで磁場漏洩の抑制を図る場合にも、当該磁場漏洩防止板の面積は小さくて済むので、移動体４０への磁場漏洩も容易に抑制できる。
【００４０】
さらに、磁場漏洩の観点から本実施の形態をさらにみると、２つの給電側コイル１１，１２によって上記のような環状の磁界を地中側と地表側に作った場合には、まず、地中側での磁場漏洩は問題になることが少ない。また、地表側における磁場漏洩については、当該環状の領域から漏洩する磁場が少ないため、既述のように移動体４０の底面に磁場漏洩防止板を設置するだけで容易に対応可能である。したがって、本実施の形態では、全体として容易に磁場漏洩を防止できる点もメリットとなる。
【００４１】
したがって、本実施の形態によれば、給電器５１と受電器４１の位置ずれの許容量を容易に増大することができる。
【００４２】
図７は本発明の第２の実施の形態に係る給電側コイル１１，１２と受電側コイル１３の斜視図である。第１の実施の形態における給電側コイル１１，１２及び受電側コイル１３は各コイルが形成する環の中に何も挿入しない空芯コイルであったが、本実施の形態では、給電側コイル１１，１２の背面（各給電側コイル１１，１２の軸方向に配置される２つ端面のうち受電側コイル１３から遠い面）に強磁性体（例えば、鉄、フェライト）から成る板状のコア（一次側磁性体）３１，３２を取り付けており、さらに、受電側コイル１３の環の内側に強磁性体（例えば、鉄、フェライト）から成る棒状のコア（二次側磁性体）３３を備えている。なお、その他の構成については、第１の実施の形態と同じである。
【００４３】
図８は本発明の第２の実施の形態において給電側コイル１１，１２と受電側コイル１３について車幅方向の位置ずれが生じた状態を示す図である。図５，６を用いて説明した第１の実施の形態の場合には、受電側コイル１３の位置ずれに付随して給電側コイル１１，１２が発生する磁界自体には変化がなかったが、本実施の形態のように受電側コイル１３にコア３３が存在する場合には、当該コア３３に付随して磁界が変化する。例えば、図８のように受電側コイル１３の位置をずらすと、当該受電側コイル１３（コア３３）の位置に付随して磁界２１Ａが変化し非対称になる。このように、受電側コイル１３をコアコイルとした場合には、空芯コイルとした場合（第１の実施の形態の場合）よりも当該コイルと鎖交する磁束を増加させることができるので、充電効率を向上させることができる。また、本実施の形態によれば、鎖交磁束が増加するので、給電側コイル１１，１２の小型化も図ることができる。
【００４４】
さらに、本実施の形態のように給電側コイル１１，１２の背面に板状のコア３１，３２を設けると、図８に示したように外部に漏洩する磁場の発生を抑制することができるので、充電効率をさらに向上させることができる。
【００４５】
ところで、上記の各実施の形態では、２つの給電側コイル１１，１２の成す角θが１８０度の場合について説明したが、２つの給電側コイル１１，１２によって環状の磁界２１が形成できれば、θを１８０度以外の角度としても良い。強度の違いは生じるものの、理論上は、θが０より大きく３６０度未満であれば、環状の磁界の形成が可能である。
【００４６】
図９は本発明の第３の実施の形態に係る給電側コイル１１ａ，１２ａと受電側コイル１３の正面図である。この図に示す無線給電装置は、２つの給電側コイル１１ａ，１２ａを備えており、当該２つの給電側コイル１１ａ，１２ａの成す角θは０より大きく１８０度未満の値である１６０度に設定されている。このように給電側コイル１１ａ，１２ａを配置しても、環状の磁界２１を発生させることができるので、上記の各実施の形態と同様の効果を奏することができる。特に、本実施の形態では、第１の実施の形態よりも受電側コイル１３に給電側コイル１１ａ，１２ａを近づけることができるため、充電効率を向上することができる。
【００４７】
ところで、上記の各実施の形態では、上記の各実施の形態では、２つの給電側コイル１１，１２（１１ａ，１２ａ）を有する給電器５１を備えた場合について説明したが、給電器５１に係る複数の給電側コイルに係る環の内部を全て通過する磁力線が描くことができる「環状の磁界」を形成することができれば、給電器５１に備える給電側コイル１１，１２の個数は３以上としてもよい。
【００４８】
図１０は本発明の第４の実施の形態に係る給電側コイル１１ｂ，１２ｂ，１４，１５と受電側コイル１３の正面図である。この図に示す無線給電装置は、４つの給電側コイル１１ｂ，１２ｂ，１４，１５を備えている。
【００４９】
４つの給電側コイル１１ｂ，１２ｂ，１４，１５のうち、受電側コイル１３に鎖交させるための磁束の発生に影響を与えるのは、充電時の受電側コイル１３に隣りあって設置されている２つの受電側コイル１１ｂ，１２ｂである。そこで、本実施の形態のように給電側コイルが３つ以上存在する場合の給電側コイルの成す角θは、受電側コイル１３に隣り合う２つの給電側コイル１１ｂ，１２ｂを基準にする。図１０の場合、２つの給電側コイル１１ｂ，１２ｂの成す角θは、１８０度より大きく３６０度未満の値である２００度に設定されている。このように給電側コイル１１ｂ，１２ｂを配置しても、環状の磁界２１を発生させることができる。
【００５０】
給電側コイル１４は、２つの給電側コイル１１ｂ，１２ｂが発生する環状の磁界２１上であって、給電側コイル１１ｂの下方にこれと近接して設置されている。２つの給電側コイル１１ｂ，１２ｂが発生する環状の磁界２１上であって、給電側コイル１５は、給電側コイル１２ｂの下方にこれと近接して設置されている。このように相対的に下方に位置するコイル１４，１５を、相対的に上方に位置するコイル１１ｂ，１２ｂに近接させると、２つのコイル１１ｂ，１２ｂの成す角θが第１の実施形態等よりも大きくなった場合にも、受電側コイル１３の鎖交磁束の低下を抑制することができる。
【００５１】
したがって、上記のように構成した本実施の形態によっても、複数の給電側コイル１１ｂ，１２ｂ，１４，１５によって環状の磁界を形成することができ、給電器５１と受電器４１の位置ずれの許容量を容易に増大できる。
【００５２】
なお、上記の各実施の形態では、給電ステーション５０に設置した車止め７０との関係上、２つの給電側コイル１１，１２を車幅方向に配置して給電器５１を構成する場合について説明したが、その他の方向（例えば、移動体４０の長さ方向）に２つの給電側コイル１１，１２を配置して給電器５１を構成しても良い。この場合には、当該２つの給電側コイル１１，１３を配設した方向が、位置ずれを許容する主な方向となる。
【００５３】
また、図１に示した受電器４１は、給電器５１が埋設された地面６０に対向するように移動体４０の底面に設置されているが、給電器５１に対向配置されれば良く、給電器５１の設置位置に応じて他の場所に設置しても良い。例えば、給電器５１が移動体４０の側面に設置される場合には、当該給電器５１に対向するように移動体４０の側面に設置すれば良いし、給電器５１が移動体４０の上方に設置される場合には、移動体４０の上面に設置すれば良い。また、図１に示した給電器５１は、地面（路面）６０に埋設されているが、既述のように受電器４１と対向配置されれば他の場所に設置しても良い。
【００５４】
さらに、上記の各実施の形態における複数の給電側コイルの配置は、これによって形成された環状の磁界の主な磁力線が、所定の直線に対して線対称の閉曲線（楕円や円等）で描けるものであった。しかし、このような磁力線が描けるものに限られず、各給電側コイルの内部（環の内側）をすべて通過する磁力線が閉曲線で描けるものであれば、他の配置をしても本発明は適用可能である。
【００５５】
例えば、所定の面上に位置する所定の閉曲線上の異なる位置に、複数の給電側コイルの中心点が位置するように配置しつつ、さらに当該閉曲線上において各給電側コイルの中心軸と当該閉曲線が接するように配置するものがある。このように閉曲線上に配置した各給電側コイルに対して、当該閉曲線が各給電側コイルの環を貫く方向を基準として当該各給電側コイルに同じ方向に電流を流すと、当該閉曲線に概ね沿った磁力線を有する磁界が形成され、当該磁界は当該各給電側コイルが電線で形成する複数の環の全ての内側を通過する環状のものとなる。
【００５６】
なお、本発明は、上記で説明した各実施の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内の様々な変形例が含まれる。例えば、本発明は、上記の実施の形態で説明した全ての構成を備えるものに限定されず、その構成の一部を削除したものも含まれる。また、ある実施の形態に係る構成の一部を、他の実施の形態に係る構成に追加又は置換することが可能である。
【符号の説明】
【００５７】
１１，１２…給電側コイル、１３…受電側コイル、１４，１５…給電側コイル、２１…磁界（磁力線）、３１，３２，３３…磁性体（コア）、４０…移動体（電気自動車）、４１…受電器、４２…蓄電装置、４３…インバータ装置、４４…モータ、５０…給電ステーション、５１…給電器、５２…インバータ装置、５３…電源、６０…地面、７０…車止め
【図１】
2014023200.tif 000003
【図２】
2014023200.tif 000004
【図３】
2014023200.tif 000005
【図４】
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【図５】
2014023200.tif 000007
【図６】
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【図７】
2014023200.tif 000009
【図８】
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【図９】
2014023200.tif 000011
【図１０】
2014023200.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成24年12月3日(2012.12.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の一次側コイルを有し、地中に埋設されて固定された給電器と、
前記複数の一次コイルの通電時に当該複数の一次コイルのうち隣り合う２つの一次コイルが発生する磁束に鎖交するように配置される二次側コイルを有し、電動式移動体に搭載された受電器とを備え、
前記隣り合う２つの一次コイルの中心軸に直交する２つの面の成す角は０より大きく３６０度未満であり、
前記給電器から前記受電器への給電時には前記複数の一次コイルの全てが通電され、前記複数の一次コイルが形成する各環の全ての内側を通過する磁束が発生されることを特徴とする無線給電システム。
【請求項２】
請求項１に記載の無線給電システムにおいて、
前記二次コイルの中心軸は、前記電動式移動体の長さ方向又は幅方向に保持されており、
前記隣り合う２つの一次コイルの中心点を通過する直線と前記二次コイルの中心軸が同一平面上に位置するように前記電動式移動体を移動させたとき、前記直線は前記二次コイルの中心軸に平行であることを特徴とする無線給電システム。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の無線給電システムにおいて、
前記隣り合う２つの一次コイルの中心点を通過する直線と前記二次コイルの中心軸が同一平面上に位置する位置を前記電動式移動体の目標停止位置として示す指示体をさらに備え、
前記給電器から前記受電器への給電時には、前記電動式移動体は前記目標停止位置で停止されることを特徴とする無線給電システム。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載の無線給電システムにおいて、
前記複数の一次コイルは地中に埋設されて固定されるインバータに接続され、
当該インバータは地中に埋設されて固定される電源に接続されることを特徴とする無線給電システム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
本発明は、上記目的を達成するために、複数の一次側コイルを有し、地中に埋設されて固定された給電器と、前記複数の一次コイルの通電時に当該複数の一次コイルのうち隣り合う２つの一次コイルが発生する磁束に鎖交するように配置される二次側コイルを有し、電動式移動体に搭載された受電器とを備え、前記隣り合う２つの一次コイルの中心軸に直交する２つの面の成す角は０より大きく３６０度未満に設定し、前記給電器から前記受電器への給電時に前記複数の一次コイルの全てを通電することで、前記複数の一次コイルが形成する各環の全ての内側を通過する磁束を発生させるものとする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
ところで、電磁誘導を利用して誘導電流を発生するには、給電器５１側のコイル１１，１２（１次コイル）で発生させた磁束を受電器４１側のコイル１３（２次コイル）と鎖交させる必要があるので、無線給電装置により充電可能な移動体４０の停止範囲は限られる。そこで、本実施の形態では、充電可能な範囲に移動体４０を停止させるための手段として、給電ステーション５０に車止め（車輪止め、指示体）７０が設置されている。移動体４０に係る左右の後輪が車止め７０に共に接触した位置で移動体４０を停止すれば、少なくとも移動体４０の長さ方向については充電に適した位置で移動体４０を停止できる。すなわち、給電側コイル１１，１２と受電側１３の位置関係について、図４に示した状態は車止め７０で担保できる。なお、車止め７０としては、上記に代えて、停止時の移動体４０の前方に位置し、その前輪に接触して停止位置を知らせるものを利用してもよい。この場合、移動体４０が前進することにより比較的容易に乗り超えられる高さ及び形状としても良い。さらに、前輪用・後輪用に関わらず、図示した凸状の車止め７０に代えて、地面に凹部を設けて当該凹部に車輪が位置したことを知らせる形態としても良い。
【手続補正書】
【提出日】平成25年3月22日(2013.3.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の一次側コイルを有し、地面に対して固定された給電器と、
前記複数の一次コイルの通電時に当該複数の一次コイルのうち隣り合う２つの一次コイルが発生する磁束に鎖交するように配置される二次側コイルを有し、電動式移動体に搭載された受電器とを備え、
前記隣り合う２つの一次コイルの中心軸に直交する２つの面の成す角は０より大きく３６０度未満であり、
前記複数の一次コイルは、所定の面上に位置する所定の閉曲線上の異なる位置に、当該複数の一次コイルの中心点が位置するように配置されており、
前記給電器から前記受電器への給電時において、前記複数の一次コイルの全てに対して、前記閉曲線が当該複数の一次コイルの各環を貫く方向を基準として同じ方向に電流が流されることで、前記複数の一次コイルが形成する各環の全ての内側を通過する磁束が発生され、また、前記二次コイルは、前記隣り合う２つの一次コイルの間で前記閉曲線に鎖交するように配置されることを特徴とする無線給電システム。
【請求項２】
請求項１に記載の無線給電システムにおいて、
前記二次コイルの中心軸は、前記電動式移動体の長さ方向又は幅方向に保持されており、
前記隣り合う２つの一次コイルの中心点を通過する直線と前記二次コイルの中心軸が同一平面上に位置するように前記電動式移動体を移動させたとき、前記直線は前記二次コイルの中心軸に平行であることを特徴とする無線給電システム。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の無線給電システムにおいて、
前記隣り合う２つの一次コイルの中心点を通過する直線と前記二次コイルの中心軸が同一平面上に位置する位置を前記電動式移動体の目標停止位置として示す指示体をさらに備え、
前記給電器から前記受電器への給電時には、前記電動式移動体は前記目標停止位置で停止されることを特徴とする無線給電システム。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載の無線給電システムにおいて、
前記複数の一次コイルは地中に埋設されて固定されるインバータに接続され、
当該インバータは地中に埋設されて固定される電源に接続されることを特徴とする無線給電システム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
本発明は、上記目的を達成するために、複数の一次側コイルを有し、地面に対して固定された給電器と、前記複数の一次コイルの通電時に当該複数の一次コイルのうち隣り合う２つの一次コイルが発生する磁束に鎖交するように配置される二次側コイルを有し、電動式移動体に搭載された受電器とを備え、前記隣り合う２つの一次コイルの中心軸に直交する２つの面の成す角は０より大きく３６０度未満であり、前記複数の一次コイルは、所定の面上に位置する所定の閉曲線上の異なる位置に、当該複数の一次コイルの中心点が位置するように配置されており、前記給電器から前記受電器への給電時において、前記複数の一次コイルの全てに対して、前記閉曲線が当該複数の一次コイルの各環を貫く方向を基準として同じ方向に電流が流されることで、前記複数の一次コイルが形成する各環の全ての内側を通過する磁束が発生され、また、前記二次コイルは、前記隣り合う２つの一次コイルの間で前記閉曲線に鎖交するように配置されるものとする。