(57)【要約】給電部１１と受電部１３の距離を離しても、電力の供給が効率良く行える非接触電力供給装置１０を提供する。高周波電源１６に接続される一次コイル１４を備えた給電部１１と、給電部１１に隙間を有して配置され、一次コイル１４に磁気結合して一次コイル１４から電力の供給を受ける二次コイル２３を備える受電部１３とを有する非接触電力供給装置１０において、給電部１１に、一次コイル１４に磁気結合し、共振用の第１のコンデンサ１７が接続された一次側共振コイル１５を設けると共に、受電部１３に、二次コイル２３に磁気結合し、共振用の第２のコンデンサ３４が接続された二次側共振コイル２２を設けた。
2010137495.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２０ｋＨｚ〜２００ｋＨｚの発振周波数を有する高周波電源に接続される一次コイルを備えた給電部と、該給電部に隙間を有して対向配置され、前記一次コイルに磁気結合して該一次コイルから電力の供給を受ける二次コイルを備える受電部とを有する非接触電力供給装置において、
前記給電部に、前記一次コイルに磁気結合し、共振用の第１のコンデンサが接続された一次側共振コイルを設けると共に、前記受電部に、前記二次コイルに磁気結合し、共振用の第２のコンデンサが接続された二次側共振コイルを設けたことを特徴とする非接触電力供給装置。
【請求項２】
請求項１記載の非接触電力供給装置において、前記一次コイルと前記一次側共振コイルとは独立して巻回され、前記二次コイルと前記二次側共振コイルとは独立して巻回されていることを特徴とする非接触電力供給装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の非接触電力供給装置において、前記一次コイルと前記一次側共振コイルとは、それぞれ無コアで平面状に螺旋巻され、更に、前記二次コイルと前記二次側共振コイルとは、それぞれ無コアで平面状に螺旋巻されていることを特徴とする非接触電力供給装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１記載の非接触電力供給装置において、前記給電部には、前記一次コイルの前側に前記一次側共振コイルが配置され、前記受電部には、前記二次コイルの前側に前記二次側共振コイルが配置され、電力供給状態では、前記一次コイル、前記一次側共振コイル、前記二次側共振コイル、前記二次コイルの順にそれぞれが配置されていることを特徴とする非接触電力供給装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１記載の非接触電力供給装置において、前記一次側共振コイルと前記第１のコンデンサで形成される一次側共振回路の共振周波数は、前記高周波電源の発振周波数に対して±３〜２０％の範囲で相違し、前記二次側共振コイルと前記第２のコンデンサで形成される二次側共振回路の共振周波数は、前記高周波電源の発振周波数に対して±３％以内の誤差の範囲で同一であることを特徴とする非接触電力供給装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１記載の非接触電力供給装置において、前記一次側共振コイル及び前記一次コイルの背部にはフェライトコアからなる第１の磁気シールド板が、前記二次側共振コイル及び前記二次コイルの背部にはフェライトコアからなる第２の磁気シールド板がそれぞれ配置されていることを特徴とする非接触電力供給装置。
【請求項７】
請求項１〜５のいずれか１記載の非接触電力供給装置において、前記二次側共振コイル及び前記二次コイルは、フェライトコアを用いて形成されるＥ型コアの中央磁極部に巻回されていることを特徴とする非接触電力供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば移動自動車の負荷（例えば、バッテリ、電球、機械装置の電源等）に非接触で電力を供給する非接触電力供給装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、工場等で電池で動く車両は、定期的に電池を充電する必要があり、所定の場所に配置された充電器の近くに車両を止めて、接続コードを用いて車両の電池と充電器を接続し、電池への充電が行われていた。ところが、接続コードを用いて電池へ充電する場合、接続コードを電力供給源に接続する等、極めて手間であるので、例えば、特許文献１〜３に示すように、車両に非接触で電力を供給することが行われている。この特許文献１〜３においては、高周波電源に接続された一次コイルと、負荷に接続される二次コイルを有し、一次コイル側又は二次コイル側にＬ（リアクトル）とＣ（キャパシティ）からなる共振回路が設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−９４８６２号公報
【特許文献２】特開２００６−３２５３５０号公報
【特許文献３】ＷＯ２００６／０２２３６５号公報
【特許文献４】特開昭６３−７３８３７号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】テスラコイル−Ｗｉｋｉｐｅｄｉａ、（平成２１年５月２０日検索）、インターネット＜URL：http://ja.wikipedia.org/wiki/テスラコイル＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１〜３に記載のように、一次コイル側又は二次コイル側に共振回路を組み込むと、大きな負荷電流を得にくいという問題が発生した。この理由については、明確ではないが、回路に負荷が接続されているので、回路のキュー（Ｑ）が下がると推定される。
特許文献４の図７には、可飽和鉄心を用い、負荷を接続する二次コイルの他に、共振用のコンデンサ（キャパシター）を負荷とする共振コイルを設けた電力供給装置が提案され、このキャパシター回路と二次コイルは電気的に絶縁状態であることが記載されている。しかしながら、このように構成しても、一次コイルと二次コイルの隙間が大きくなると、受電効率が極端に落ちて実用化にはならないという問題がある。【０００６】
一方、非特許文献１には、二次コイルの共振を利用する共振変圧器を用いたテスラコイルが提案され、二次側の系が共振状態にある場合には、一次回路側の誘導性インピーダンスが激減し一次コイルの発生する磁界が二次コイルに引き込まれて一次、二次間に非常に強い結合が得られることが記載されている。
しかしながら、これらの装置においては、一次コイルと二次コイルの間隔を離すと、二次コイルに大きな電流は発生しないという問題がある。【０００７】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、給電部と受電部の距離を離しても、電力の供給が十分に行える非接触電力供給装置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】
【０００８】
前記目的に沿う本発明に係る非接触電力供給装置は、２０ｋＨｚ〜２００ｋＨｚの発振周波数を有する高周波電源に接続される一次コイルを備えた給電部と、該給電部に隙間を有して対向配置され、前記一次コイルに磁気結合して該一次コイルから電力の供給を受ける二次コイルを備える受電部とを有する非接触電力供給装置において、
前記給電部に、前記一次コイルに磁気結合し、共振用の第１のコンデンサが接続された一次側共振コイルを設けると共に、前記受電部に、前記二次コイルに磁気結合し、共振用の第２のコンデンサが接続された二次側共振コイルを設けた。【０００９】
また、本発明に係る非接触電力供給装置において、前記一次コイルと前記一次側共振コイルとは独立して巻回され、前記二次コイルと前記二次側共振コイルとは独立して巻回されているのが好ましい。【００１０】
本発明に係る非接触電力供給装置において、前記一次コイルと前記一次側共振コイルとは、それぞれ無コアで平面状に螺旋巻され、更に、前記二次コイルと前記二次側共振コイルとは、それぞれ無コアで平面状に螺旋巻されているのが好ましい。【００１１】
本発明に係る非接触電力供給装置において、前記給電部には、前記一次コイルの前側に前記一次側共振コイルが配置され、前記受電部には、前記二次コイルの前側に前記二次側共振コイルが配置され、電力供給状態では、前記一次コイル、前記一次側共振コイル、前記二次側共振コイル、前記二次コイルの順にそれぞれが配置されているのが好ましい。【００１２】
本発明に係る非接触電力供給装置において、前記一次側共振コイルと前記第１のコンデンサで形成される一次側共振回路の共振周波数は、前記高周波電源の発振周波数に対して±３〜２０％の範囲で相違し、前記二次側共振コイルと前記第２のコンデンサで形成される二次側共振回路の共振周波数は、前記高周波電源の発振周波数に対して±３％以内の誤差の範囲で同一であるのがより好ましい。【００１３】
本発明に係る非接触電力供給装置において、前記一次側共振コイル及び前記一次コイルの背部にはフェライトコアからなる第１の磁気シールド板を、前記二次側共振コイル及び前記二次コイルの背部にはフェライトコアからなる第２の磁気シールド板をそれぞれ配置することもできる。【００１４】
そして、本発明に係る非接触電力供給装置において、前記二次側共振コイル及び前記二次コイルは、フェライトコアを用いて形成されるＥ型コアの中央磁極部に巻回されていることもできる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る非接触電力供給装置は、給電部に、一次コイルに磁気結合し、共振用の第１のコンデンサが接続された一次側共振コイルを設けているので、一次コイル側（即ち、一次側）に共振回路を構成でき、従って、一次コイルを通過する磁束の量を格段に増加させることができる。また、受電部に、二次コイルに磁気結合し、共振用の第２のコンデンサが接続された二次側共振コイルを設けているので、二次コイル側（即ち、二次側）に共振回路を構成でき、二次コイルを通過する磁束の量も格段に増加させることができる。そして、一次コイル側の共振周波数と二次コイル側の共振周波数を一致させると、給電部と受電部が多少離れていても磁気結合が密になり、電力の伝搬効率が増加する。【００１６】
特に、本発明に係る非接触電力供給装置において、一次コイルと一次側共振コイルとが独立して巻回され、二次コイルと二次側共振コイルとが独立して巻回された場合には、一次側及び二次側共振コイルの電流による発熱の影響を受けない。更には、一次コイルと一次側共振コイルの間隔及び二次コイルと二次側共振コイルとの間隔も調整できる。【００１７】
本発明に係る非接触電力供給装置において、一次コイルと一次側共振コイル、並びに二次コイルと二次側共振コイルとを、それぞれ無コアで平面状に螺旋巻した場合には、装置の製造が容易であり、お互いコイルの間隔の調整も容易となる。【００１８】
本発明に係る非接触電力供給装置において、給電部には、一次コイルの前側に一次側共振コイルが配置され、受電部には、二次コイルの前側に二次側共振コイルが配置され、電力供給状態では、一次コイル、一次側共振コイル、二次側共振コイル、二次コイルの順にそれぞれが配置した場合には、一次コイル及び二次コイルの発熱が減少する。この理由は、一次側共振コイルと二次側共振コイルとの間に大量の磁束が生じ、その間に一次コイルや二次コイルがあると加熱されるが、一次側共振コイルと二次側共振コイルの外側にこれらのコイルがある場合は、通過する磁束が少ないので、一次コイル及び二次コイルの加熱が減少するものと解される。【００１９】
そして、本発明に係る非接触電力供給装置において、一次側共振コイルと第１のコンデンサで形成される一次側共振回路の共振周波数は、高周波電源の発振周波数に対して±３〜２０％の範囲で相違し、二次側共振コイルと第２のコンデンサで形成される二次側共振回路の共振周波数は、高周波電源の発振周波数に対して±３％以内の誤差の範囲で同一であるようにした場合には、一次側共振コイルに流れる電流を制御できるので、一次側共振コイルからの発熱が減少する。そして、二次側共振コイルは一次コイルから発生する磁束を効率よく集めることができる。【００２０】
本発明に係る非接触電力供給装置において、一次側共振コイル及び一次コイルの背部にはフェライトコアからなる第１の磁気シールド板が、二次側共振コイル及び二次コイルの背部にはフェライトコアからなる第２の磁気シールド板がそれぞれ配置されている場合には、漏洩磁束を少なくして余分な箇所の加熱を防止し、送電効率を高めることができる。【００２１】
また、本発明に係る非接触電力供給装置において、二次側共振コイル及び二次コイルが、フェライトコアを用いて形成されるＥ型コアの中央磁極部に巻回されている場合には、受電側の磁束漏れや発熱を押さえて、給電部から受電部の送電効率を更に高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１の実施例に係る非接触電力供給装置の概略説明図である。
【図２】同非接触電力供給装置の説明図である。
【図３】同非接触電力供給装置に使用する給電部及び受電部の説明図である。
【図４】同非接触電力供給装置の受電部の平面図である。
【図５】本発明の非接触電力供給装置の動作を説明するためのグラフである。
【図６】本発明の第２の実施例に係る非接触電力供給装置の概略説明図である。
【図７】（Ａ）、（Ｂ）は同非接触電力供給装置の給電部の正面図及び断面図である。
【図８】（Ａ）、（Ｂ）は同非接触電力供給装置の受電部の正面図及び断面図である。
【図９】本発明に係る非接触電力供給装置の作用効果を確認するために行った実験に使った装置の説明図である。
【図１０】高周波電源の発振周波数と出力の関係を示すグラフである。
【図１１】給電部と受電部の間の距離と出力電圧の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施例につき説明し、本発明の理解に供する。
図１〜図４に示すように、本発明の第１の実施例に係る非接触電力供給装置１０は、側壁、床部又は天井部に配置された給電部１１と、移動車両１２に給電部１１と対向配置して設けられた受電部１３とを有している。以下、これらについて詳しく説明する。
【００２４】
図２〜図４に示すように、給電部１１には空心（無コア）で平面状に螺旋巻された（渦巻平面状に巻かれた）一次コイル１４と、一次コイル１４に磁気結合する一次側共振コイル１５とを分離状態で有し、この一次コイル１４には高周波電源１６が接続され、一次側共振コイル１５には共振用の第１のコンデンサ１７が接続されている。この高周波電源１６は交流電源の整流回路と、整流回路からの直流を２０ｋＨｚ〜２００ｋＨｚ（この実施例では、２０ｋＨｚ〜３０ｋＨｚ）の高周波に変換するインバータ回路とを有している。なお、この一次コイル１４及び一次側共振コイル１５はそれぞれ矩形の絶縁板からなる支持部材１４ａ、１５ａの上に置かれて巻回され、全体が樹脂封止されている。
【００２５】
この実施例では、床部に給電部１１が配置されているので、受電部１３に近い側（即ち、上側）に一次側共振コイル１５が、その後側（下側）に一次コイル１４が配置され、更にその後側（下側）にフェライトコアからなる第１の磁気シールド板１９（図１では省略されている）が配置されている。この第１の磁気シールド板１９の広さは、一次コイル１４及び一次側共振コイル１５の全広さより大きくなって、一次コイル１４を底から覆うようになっている。例えば、正方形の第１の磁気シールド板１９の一辺は、一次側共振コイル１５の外径の１．１〜１．５倍程度となっている。
【００２６】
一次コイル１４の直上に設けられている一次側共振コイル１５は、一次コイル１４の上面とは、例えば、０〜４０ｍｍの垂直隙間ｂを有し、一次コイル１４と第１の磁気シールド板１９との隙間ａ間隔は５〜３０ｍｍの範囲である。なお、一次コイル１４と一次側共振コイル１５の隙間ｂ、及び一次コイル１４と第１の磁気シールド板１９との隙間ａを調整可能とすることもできる。
【００２７】
なお、この実施例では、一次コイル１４の巻数は２５〜４０ターン、直径（コイルの外径）は１８０〜３００ｍｍとなって、一次側共振コイル１５は一次コイル１４と同一大きさで、その巻数が１０〜１５ターンとなっている。
【００２８】
移動車両１２の底部に搭載されている受電部１３は、給電部１１に近い方から、二次側共振コイル２２、二次コイル２３、フェライトコアからなる第２の磁気シールド板２４がそれぞれ隙間ｃ、ｄを有して配置されている。なお、二次側共振コイル２２、二次コイル２３は、無コアで平面状に螺旋巻（渦巻）されて、それぞれ矩形の絶縁板からなる支持部材２２ａ、２３ａの上に樹脂封止されている。第２の磁気シールド板２４は、二次コイル２３を十分に覆う広さを有し、二次側共振コイル２２、二次コイル２３によって発生する磁束の漏洩をできるだけ少なくし、更には、二次コイル２３の背面側にある機器が加熱されないようにしている。
【００２９】
分離独立して配置された二次側共振コイル２２と二次コイル２３の隙間ｃは例えば、０〜４０ｍｍとなって、二次コイル２３と第２の磁気シールド板２４との隙間ｄは５〜３０ｍｍとなっている。二次コイル２３と第２の磁気シールド板２４との隙間ｄは調整可能とすることもできる。
二次側共振コイル２２の巻数は１０〜１５ターン、二次コイル２３の巻数は５〜７ターンとなっている。なお、二次コイル２３に中間タップを設けてもよい。
【００３０】
一次側共振コイル１５の矩形の支持部材１５ａ、一次コイル１４の矩形の支持部材１４ａ、及び第１の磁気シールド板１９は、四隅に貫通孔が設けられ、貫通孔にそれぞれ挿通する雄ねじ３０と雄ねじ３０に螺合する雌ねじによって固定されている。また、二次側共振コイル２２を支持する矩形の支持部材２２ａ、二次コイル２３を支持する矩形の支持部材２３ａ、及び第２の磁気シールド板２４は、四隅に貫通孔が設けられ、貫通孔にそれぞれ挿通する雄ねじ３３と雄ねじ３３に螺合する雌ねじによって固定されている。
【００３１】
二次側共振コイル２２には共振用の第２のコンデンサ３４が接続されている。第１のコンデンサ１７及び第２のコンデンサ３４はそれぞれ複数の小容量のコンデンサを複数並列に接続し、大電流が流れるリード線の容量を確保している。
二次コイル２３には、充電部（充電器）３５が接続されて、高周波電流を直流に整流し、電池３６を充電している。なお、当然のことながら、一次側共振コイル１５、一次コイル１４、二次側共振コイル２２及び二次コイル２３は磁気結合している。
【００３２】
一次コイル１４に供給される高周波電源１６の発振周波数は２０ｋＨｚ〜２００ｋＨｚ（好ましくは、２０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚ、更に好ましくは、２０ｋＨｚ〜３０ｋＨｚ）の範囲にあり、高周波電源１６の発振周波数ｐ（ｋＨｚ）に対し、一次側共振コイル１５と第１のコンデンサ１７によって形成される一次側共振回路の共振周波数Ａ１（ｋＨｚ）は、±３〜２０％の範囲で差異があるのが好ましい。従って、この場合一次側共振回路の共振周波数Ａ１は、０．８ｐ〜０．９７ｐ（ｋＨｚ）又は１．０３ｐ〜１．２ｐ（ｋＨｚ）の範囲にある。なお、高周波電源の周波数が８０ｋＨｚを超える場合は、一次側共振回路の共振周波数Ａ１（ｋＨｚ）は、±３〜１０％の範囲で差異があるのがよい。
【００３３】
これによって、一次側共振コイル１５及び第１のコンデンサ１７を流れる電流は、一次側共振回路の共振周波数を高周波電源１６の発振周波数に一致させた場合に比較して激減して、一次側共振コイル１５からの発生する熱も抑制される。給電部１１から受電部１３に伝わる磁束は、一次側共振コイル１５を流れる電流によって制御される。なお、一次側共振回路の共振周波数の設定は、受電部１３を全く考慮しないで行うのがよい。
【００３４】
この共振周波数の設定は、給電部１１においては、共振用の第１のコンデンサ１７の容量調整を行うことによって行うのが好ましいが、一次側共振コイル１５と一次コイル１４の隙間ｂ、又は一次コイル１４と第１の磁気シールド板１９の隙間ａの調整を合わせて行ってもよい。
【００３５】
二次側共振コイル２２と第２のコンデンサ３４によって形成される二次側共振回路の共振周波数は、高周波電源１６の発振周波数ｐに一致しているが、正確に合わせるのは困難であるので、±３％程度の誤差があっても、動作に支障は生じない。従って、二次側共振回路の共振周波数Ａ２は、０．９７ｐ〜１．０３ｐ（ｋＨｚ）の間にあるのが好ましいことになる。なお、二次側共振回路の共振周波数の調整は、受電部１３で独立で行うことは困難であるので、給電部１１を作動させて行うのがよい。
【００３６】
また、受電部１３の共振周波数の設定は、共振用の第２のコンデンサ３４の容量調整を行うのが簡単であるが、更に微調整を行う場合には、二次側共振コイル２２と二次コイル２３の隙間ｃ、又は二次コイル２３と第２の磁気シールド板２４との隙間ｄを調整してもよい。
なお、給電部１１と受電部１３の共振周波数の調整は、給電部１１と受電部１３の隙間Ｌが２００ｍｍ〜３００ｍｍと大きいので、独立に行っても大きな誤差は生じないし、これらを独立に調整した後、正規位置にセットして、再調整を行うことによって、正確に周波数設定が可能となる。
【００３７】
図１に示すように、この非接触電力供給装置１０において、移動車両１２の検知回路３８を設け、高周波電源１６のスイッチボックス３９をオンにすることもできる。検知回路３８としてはサーチコイルに微小の電流を流し、受電部１３の二次側共振コイル２２又は二次コイル２３をそのインピーダンスの変化から検知するようにすることもできる。
【００３８】
続いて、本発明の作用効果を確認する第１の実験例について説明する。
図３に示す回路で、充電部３５の代わりに、１００Ｗの電球を５個並列に接続したものを負荷とし、給電部１１及び受電部１３の共振周波数を２５ｋＨｚ、高周波電源１６の発振周波数を２５ｋＨｚとして、Ｌの長さを変えた場合の、電球の電圧Ｖｒｍｓを図５に示す。この実施例によれば、Ｌの長さが２３０ｍｍの場合に、最大の出力を示す。
【００３９】
従って、図５の結果から、給電部１１と受電部１３の距離Ｌを適正範囲（又は適正値）に設定すれば、適正範囲より距離Ｌが小さくなっても、受電電力は増加しないで減少するので、機器の過度の電流による故障等を防止できる。
【００４０】
また、図５において、距離Ｌを１５０ｍｍにすると、高周波電源の発振周波数を２５ｋＨｚとした場合には、出力が大きく減少する。そこで、高周波電源の発振周波数を上下すると、２５．７ｋＨｚ（Ｑ点）と、２４．７ｋＨｚ（Ｐ点）で最大になり、それを過ぎるとまた下がる。そして、距離Ｌを８０ｍｍにすると高周波電源の発振周波数を２５ｋＨｚとした場合には、出力が更に大きく減少するが、発振周波数を上下すると、２４ｋＨｚ（Ｒ点）と２７ｋＨｚ（Ｓ点）で最大値が発生する。
【００４１】
以上のことから、最初に距離Ｌを決めて、全体を一定の共振周波数に合わせていても、距離Ｌを小さくすると、給電部１１と受電部１３の磁気結合が変わって、給電部１１と受電部１３との共振周波数が個別に変わる（即ち、給電部１１と受電部１３が別々の共振周波数を有する）ことが判る。なお、距離Ｌが小さくなると、送受電効率は高まり、距離Ｌが２３０ｍｍの時の電力より、共振時の送信電力は増加するはずであるが、今回の実験では高周波電源の容量が十分で無かったので、多少下がった結果となった。
【００４２】
続いて、図６〜図８を参照しながら、本発明の第２の実施例に係る非接触電力供給装置４５について説明する。この実施例において、第１の実施例に係る非接触電力供給装置１０と同一の構成要素については同一の符号を付して詳しい説明を省略する。
図６、図７に示すように、本発明の第２の実施例に係る非接触電力供給装置４５は、側壁（又は床部若しくは天井部）に配置された給電部４６と、給電部４６に対向配置されて、例えば自動車、搬送台車等の移動車両４７に設けられた受電部４８とを有している。以下、これらについて詳しく説明する。
【００４３】
給電部４６には空心で渦巻き平面状に巻かれた一次コイル４９が固定状態で配置され、この一次コイル４９には高周波電源１６が接続されている。この高周波電源１６は２０ｋＨｚ〜２００ｋＨｚ（この実施例では、２０ｋＨｚ〜３０ｋＨｚ）の高周波電力を出力している。
【００４４】
一次コイル４９は、図７（Ａ）、（Ｂ）に示すように、空心で角部が丸くなった角形（円形、楕円形であってもよい）で、かつ渦巻き平面状に銅線を８〜１０回巻いて構成されている。また、この一次コイル４９に隣り合わせて一次側共振コイル５０が配置されている。この一次コイル４９と一次側共振コイル５０との間は絶縁シート５１を配置するのが好ましい。この実施例では、一次側共振コイル５０は、一次コイル４９と同一構造となっている。
【００４５】
この一次側共振コイル５０には、第１のコンデンサ５２が直列に接続され、一次側共振回路を構成している。５３、５４は一次側共振コイル５０のリード線であり、５５、５６は一次コイル４９のリード線である。また、平面状となったこの一次コイル４９の背部には、高周波磁気特性のよいフェライトコアからなるシールド板（磁気シールド板）５７が配置されている。第１のコンデンサ５２は、例えば高周波使用時に十分内部抵抗の小さい（ｔａｎδの小さい)、複数のコンデンサを並列に接続して構成されるのが好ましい。
【００４６】
図８（Ａ）、（Ｂ）に示すように、受電部４８には分離状態で配置された二次コイル５８と二次側共振コイル５９を有し、これらの二次コイル５８と二次側共振コイル５９は、それぞれＥ形コア６１の中央磁極部６２に巻かれている。二次側共振コイル５９の巻数は１２回、二次コイル１７の巻数は２回プラス２回の計４回で、中点を出力している。図８（Ａ）において、６３、６４は二次側共振コイル５９の接続用リード線で、第２のコンデンサ６０が接続され、６５〜６８はそれぞれ２回巻の二次コイル５８の接続用リード線となっている。
【００４７】
Ｅ形コア６１は、平面視してＥ形に成形された４枚のフェライトコア板を重ね合わせて形成され、中央磁極部６２の両側に端側磁極部６９、７０を有して、全体として、通過する磁束によって飽和しないような断面積を有している。このＥ形コア６１の奥側に二次コイル５８が手前側に二次側共振コイル５９が配置されている。即ち、二次側共振コイル５９は二次コイル５８より一次コイル４９に近い側に配置されている。これらの二次コイル５８及び二次側共振コイル５９は樹脂封止することもできるが、この実施例では空冷環境を保つため、樹脂封止はされていない。
【００４８】
本発明とは相違して、この第２の実施例に係る非接触電力供給装置４５において、二次側共振コイル５９を省略し、二次コイル５８のみとした場合、Ｅ形コア６１の厚みは二次コイル５８のみを収納できればよいので、薄くし且つ軽量化を図ることができる。なお、場合によっては、二次側共振コイル５９をそのまま残して、一次側共振コイル５０を省略することも可能であるが、この場合は、給電部４６と受電部４８の磁気的結合を密にする必要がある。従って、このような一次側共振コイルや二次側共振コイルを省略した非接触電力供給装置も考えられるが、一次側共振コイルや二次側共振コイルを設けた非接触電力供給装置の方がより電力の送電効率が向上し、更に給電部と受電部との距離を大きくとることができる。
【００４９】
給電部４６の後側に設けられている前記したシールド板５７の平面視した寸法は、図８（Ａ）に示すように正面視したＥ形コア６１の縦寸法ｅ及び横寸法ｇと同一か、多少広くなっている。シールド板５７の厚みは発生する磁束によって飽和しないような断面積を有する厚みとなっている。このように、二次コイル５８をＥ形コア６１に巻き、一次コイル４９の背面にシールド板５７を設けることによって、全体の漏洩磁束を小さくすることができると共に、給電部４６から受電部４８への電力伝達効率を高めることができる。更に、二次側共振回路を設けることによって、給電部４６及び受電部４８の距離Ｌを伸ばすことができる。
【００５０】
二次コイル５８には、整流回路を含む充電回路７２が接続され、負荷である電池（バッテリ）７３に直流電力を供給するようになっている。なお、この移動車両４７には、この電池７３を電源とするモータ及び制御装置が設けられ、車輪を駆動している。
【００５１】
次に、本発明に係る非接触電力供給装置の作用、効果を確認した第２の実験例について、図９〜図１１を参照しながら説明する。
実験において、給電部１１及び受電部１３については、図２に示した非接触電力供給装置１０と同一の構成のものを使用した。二次コイル２３に接続される負荷８０は、２００Ｗ電球を１０個（負荷ＲＬ＝５Ω）又は５個（負荷ＲＬ＝１０Ω）並列に接続して使用した。
【００５２】
給電部１１と受電部１３とのギャップＬを１００ｍｍとし、受電部１３の二次側共振コイル２２と第２のコンデンサ３４で構成される二次側共振回路の共振周波数を約２５ｋＨｚとし、高周波電源１６の発振周波数を変えた場合の、負荷８０の負荷電圧との関係を図１０の中央部に示す。そして、図１０の下部には一次側共振コイル１５と二次側共振コイル２２の両端の電圧（即ち、共振電圧）を示す。なお、この実験例では、一次側共振コイル１５と第１のコンデンサ１７によって形成される一次側共振回路の共振周波数は約２８ｋＨｚとした。また、Ｖｐｐはピークトゥーピーク電圧を、Ｖｏｐは振幅電圧を示す。
【００５３】
この実験では、図１０のＰ１とＰ２の部分に、給電部１１から受電部１３に同程度の電力を供給するピーク領域があるが、Ｐ１の領域では、一次側共振回路の共振電圧も１０００Ｖｐｐと高くなっており、結果として一次側共振コイル１５に流れる電流も多いことになる。ところが、Ｐ２の領域、例えば、２５．２ｋＨｚにおいては、一次側共振コイル１５の電圧が３５０〜４００Ｖｐｐと小さくなり、その時の負荷電圧は、１００〜１２５Ｖｏｐとなって同程度の電力を効率良く受電部１３に供給できている。
【００５４】
従って、この実験から、一次側共振回路の共振周波数は、高周波電源の発振周波数から適当な範囲でずらすのが好ましく、種々の実験から、高周波電源の発振周波数の例えば±３〜２０％の範囲で相違するのが好ましいことが確認された。また、二次側共振回路の共振周波数は、高周波電源の発振周波数と大きく異なると、受電性能が下がるので、±３％の範囲で同一であることが好ましいことが確認された。なお、図１０に示す実験においては、二次側共振回路の共振周波数の設定は、二次コイル、一次コイル、一次側共振周波数を全く考慮しないで行っているので、組み合わせた場合の二次側共振回路の共振周波数は、二次側共振コイルと第２のコンデンサのみの共振周波数とは多少の誤差があることも確認された。
【００５５】
図１１は、高周波電源１６の発振周波数を２５ｋＨｚに固定し、給電部１１と受電部１３との距離Ｌが１００ｍｍである場合に、負荷電圧が最大となるように、一次側共振回路及び二次側共振回路の共振周波数を設定し、距離Ｌを変えた場合の負荷電圧の変化を示す。これによって、給電部１１と受電部１３の距離Ｌを変える（即ち、距離Ｌが小さくなっても）と、一次側及び二次側間のリアクタンスが変化するので、これに伴い、一次側共振周波数（及び二次側共振周波数）も変わって、出力が下がるものと思慮される。
【００５６】
本発明は前記実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲で、形状、寸法、巻数などは変更できる。なお、移動車両には自動車を含み、また、ロボット、移動又は固定状態の設備機械等への給電を行う場合も本発明は適用される。更に、給電部と受電部の取付け位置は縦及び横の任意であり、給電部と受電部の距離Ｌはその場の状況に応じて適宜変更できる。
【００５７】
また、前記実施例においては、一次コイル１４及び一次側共振コイル１５は無コアであったが、軸心にコアを設ける（即ち、有心コア）こともできる。更には、二次コイル２３及び二次側共振コイル２２においてもその軸心にコアを設けることもできる。
そしてまた、一次コイル１４、一次側共振コイル１５、二次コイル２３及び二次側共振コイル２２は平面状に螺旋巻していたが、これらの一部又は全部を筒状巻や多重巻とする場合も本発明は適用される。
【００５８】
なお、以上の発明において、磁気シールド板としてフェライトコアを用いたが、高周波特性がよく鉄損が少ない材料であれば、他の素材を使用することもできる。
更に、以上の実施例においては、高周波電源の周波数は２０ｋＨｚ〜３０ｋＨｚの範囲で実験されているが、２０ｋＨｚ〜２００ｋＨｚの範囲でも本発明が成り立つことは当然である。
【符号の説明】
【００５９】
１０：非接触電力供給装置、１１：給電部、１２：移動車両、１３：受電部、１４：一次コイル、１５：一次側共振コイル、１４ａ、１５ａ：支持部材、１６：高周波電源、１７：第１のコンデンサ、１９：第１の磁気シールド板、２２：二次側共振コイル、２３：二次コイル、２２ａ、２３ａ：支持部材、２４：第２の磁気シールド板、３０、３３：雄ねじ、３４：第２のコンデンサ、３５：充電部、３６：電池、３８：検知回路、３９：スイッチボックス、４５：非接触電力供給装置、４６：給電部、４７：移動車両、４８：受電部、４９：一次コイル、５０：一次側共振コイル、５１：絶縁シート、５２：第１のコンデンサ、５３〜５６：リード線、５７：シールド板、５８：二次コイル、５９：二次側共振コイル、６０：第２のコンデンサ、６１：Ｅ形コア、６２：中央磁極部、６３〜６８：リード線、６９、７０：端側磁極部、７２：充電回路、７３：電池、８０：負荷
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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