(57)【要約】【課題】簡単な構成で、電力の伝送効率が小さくはならず、移動体が横方向にずれても電力の伝送効率が大きく変わることのない移動体給電システムを提供する。【解決手段】この移動体給電システム１は、地面側の送電装置２から移動体３の受電装置４に非接触で給電し得るものであって、送電装置２は、地面表面に沿って延伸する送電板２１と、送電板２１に送電接続線２２を介して一端が接続される送電共振器コイル２３と、を備え、受電装置４は、送電板２１に対向する受電板４１と、受電板４１に受電接続線４２を介して一端が接続される受電共振器コイル４３と、を備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
地面側の送電装置から移動体の受電装置に非接触で給電し得る移動体給電システムであって、
前記送電装置は、
地面表面に沿って延伸する送電板と、
該送電板に送電接続線を介して一端が接続される送電共振器コイルと、
を備え、
前記受電装置は、
前記送電板に対向する受電板と、
該受電板に受電接続線を介して一端が接続される受電共振器コイルと、
を備えていることを特徴とする移動体給電システム。
【請求項２】
請求項１に記載の移動体給電システムにおいて、
前記送電板は、インダクタンス成分を有する部材で接地されていることを特徴とする移動体給電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動体に非接触で給電する移動体給電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、電気自動車などの移動体に地面側から非接触で（無線で）給電する（電力を供給する）移動体給電システムが各種提案されている。電磁界は、放射電磁界（電磁波）と非放射電磁界（エバネッセント場）に分類でき、非放射電磁界を用いた非接触での給電には、電磁誘導結合方式、容量結合方式、共振器結合方式などがある。
【０００３】
例えば、特許文献１〜５には、電磁誘導により給電する電磁誘導結合方式の移動体給電システムが記載されている。特許文献１では、移動体にコイルが設けられ、地面側には直流送電線が設けられたものが開示されている。特許文献２では、移動体の車輪の中にコイルが設けられ、地面側には車輪の幅とほぼ同じ幅の１次側インダクタが移動体の移動路に沿って地上に敷設されたものが開示されている。特許文献３では、移動体にコイルが設けられ、地面側には多数のコイルが移動体の移動方向に沿って列設されたものが開示されている。特許文献４では、移動体にループ状のコイルが設けられ、地面側には、移動体の移動方向に沿って長いループ状をなすとともに途中で交叉したコイルが設けられたものが開示されている。特許文献５では、移動体にコイルが設けられ、地面側には、線状に形成された導体が設けられたものが開示されている。また、例えば、特許文献６には、容量により受電側と送電側が結合することで給電する容量結合方式の移動体給電システムが記載されている。特許文献６には、移動体の第１車輪と第２車輪の下方にそれぞれ、地面側の第１導体と第２導体を設置し第１導体と第２導体の間に交流電力を印加しているものが開示されている。
【０００４】
また、例えば、特許文献７〜９には、移動体側（受電側）と地面側（送電側）に共振コイルを設け、それらを共振させることで給電する共振器結合方式の移動体給電システムが記載されている。特許文献７では、移動体側の共振コイルは、車体下部又は車輪に設けられており、地面側の共振コイルは中心軸を鉛直方向にして巻かれているものが開示されている。特許文献８では、移動体側の共振コイルを車輪の中に設け、地面側のインダクタンス成分を有する直線延伸部分が車輪の位置の下になり得るようにしたものが開示されている。特許文献９では、地面側の共振コイルは移動体側の共振コイルよりもサイズを大きくしているものが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０７−１７０６１２号公報
【特許文献２】特開平０８−１２６１０６号公報
【特許文献３】特開２００９−７１９０９号公報
【特許文献４】特開２０１１−２２３７０３号公報
【特許文献５】特開２０１３−４２６１６号公報
【特許文献６】特開２０１２−１７５８６９号公報
【特許文献７】特開２００９−１０６１３６号公報
【特許文献８】特開２０１４−１９５３５０号公報
【特許文献９】特開２０１１−１０９９０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１〜８に開示されている移動体給電システムは、移動体が横方向（移動方向に直交する方向））にずれると電力の伝送効率が大きく変わるため、移動体を正確に横方向に位置制御しなければならない。また、特許文献９に開示の移動体給電システムは、移動体の横方向のずれを考慮しているが、電流を流すことにより発生する磁気の分布が広いため、結合係数が小さいので、得られる電力の伝送効率には限界がある。
【０００７】
本願発明者は、共振器結合方式の移動体給電システムを鋭意研究し、簡単な構成で、電力の伝送効率が小さくはならず、移動体が横方向にずれても電力の伝送効率が大きく変わることのないものを案出した。
【０００８】
本発明は、係る事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、簡単な構成で、電力の伝送効率が小さくはならず、移動体が横方向にずれても電力の伝送効率が大きく変わることのない移動体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】
【０００９】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の移動体給電システムは、地面側の送電装置から移動体の受電装置に非接触で給電し得る移動体給電システムであって、前記送電装置は、地面表面に沿って延伸する送電板と、該送電板に送電接続線を介して一端が接続される送電共振器コイルと、を備え、前記受電装置は、前記送電板に対向する受電板と、該受電板に受電接続線を介して一端が接続される受電共振器コイルと、を備えていることを特徴とする。
【００１０】
請求項２に記載の移動体給電システムは、請求項１に記載の移動体給電システムにおいて、前記送電板は、インダクタンス成分を有する部材で接地されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の移動体給電システムによれば、簡単な構成で、電力の伝送効率が小さくはならず、移動体が横方向にずれても電力の伝送効率が大きく変わることがない。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態に係る移動体給電システムの概略を示すものであって、（ａ）が平面図、（ｂ）が側面図、（ｃ）が斜視図である。
【図２】同上の移動体給電システムの実験条件を示すものであって、（ａ）が移動体給電システムの側面図、（ｂ）が実験で用いた受電板を拡大して示す平面図である。
【図３】同上の移動体給電システムの実験結果を示すグラフである。
【図４】同上の移動体給電システムの変形例を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための形態を説明する。本発明の実施形態に係る移動体給電システム１は、図１（ａ）〜（ｃ）に示すように、地面側の送電装置２から移動体３の受電装置４に非接触で給電し得るものである。なお、地面とは、路面や床面など、移動体がそれに対して移動するもののことである。また、移動体とは、自動車等の車両や移動型ロボットなどが含まれる。
【００１４】
送電装置２は、送電板２１と送電接続線２２と送電共振器コイル２３を備えている。
【００１５】
送電板２１は、地面表面に沿って延伸する。延伸する方向は、移動体３が移動する方向（以下、移動方向）である。送電板２１は、横方向（移動方向に直交する方向）よりも移動方向が長くなっている。
【００１６】
送電接続線２２は、送電板２１と送電共振器コイル２３の一端を接続する。送電接続線２２と送電板２１の接続点は、送電坂２１の端部又はその近傍で有れば特に制限はないが、送電坂２１の上面（図１（ｂ）参照）又は側面などが可能である。送電接続線２２は、曲げることも可能である。
【００１７】
送電共振器コイル２３は、特に位置が限定されるものではないが、例えば、送電板２１の上方（図１（ｂ）参照）に又は送電板２１に水平に並べて設置することが可能である。また、送電共振器コイル２３は、スパイラルコイルを用いることができる。送電共振器コイル２３は、上述したように、その一端が送電接続線２２を介して送電坂２１に接続されているが、他端は、開放（オープン）状態（図１（ａ）、（ｃ）参照）とすることができる。送電共振器コイル２３は、２分の１波長共振モードで共振することになる。
【００１８】
詳細には、送電装置２は、更に、送電制御器２４を備えている。送電制御器２４は、電力用高周波電源２４ａと結合ループ２４ｂとを有している。電力用高周波電源２４ａは、結合ループ２４ｂを介して送電側共振器コイル２３を励振する。結合ループ２４ｂは、送電側共振器コイル２３に電磁誘導結合しており、インピーダンスの整合を行う。結合ループ２４ｂは、他の公知のインピーダンス整合手段で置き換えることも可能である。
【００１９】
受電装置４は、移動体３に搭載されている。受電装置４は、受電板４１と受電接続線４２と受電共振器コイル４３を備えている。
【００２０】
受電板４１は、移動体３が移動するとき、送電板４１に対向しながら移動する。受電板４１の面積は、送電板４１よりも小さい。送電板４１は、平板状であれば、様々な形状が可能である（図２（ｂ）参照）。
【００２１】
受電接続線４２は、受電板４１と受電共振器コイル４３の一端を接続する。受電接続線４２と受電板４１の接続点は、受電坂４１の上面（図１（ｂ）参照）又は側面などが可能である。受電接続線４２は、曲げることも可能である。
【００２２】
受電共振器コイル４３は、通常、受電板４１の上方に設置される（図１（ｂ）参照）が、これには限られない。また、受電共振器コイル４３は、スパイラルコイルを用いることができる。受電共振器コイル４３は、上述したように、その一端が受電接続線４２を介して受電板４１に接続されているが、他端は、開放（オープン）状態（図１（ａ）、（ｃ）参照）とすることができる。受電共振器コイル４３は、２分の１波長共振モードで共振することになる。
【００２３】
詳細には、受電装置４は、更に、負荷制御器４４を備えている。負荷制御器４４は、結合ループ４４ａと負荷４４ｂとを有している。結合ループ４４ａは、受電共振器コイル４３に電磁界結合しており、インピーダンスの整合を行う。受電共振器コイル４３に伝送された電力は、結合ループ４４ａを介して負荷４４ｂに供給される。負荷４４ｂは、充電回路など移動体３の所要の機能のための回路である。なお、結合ループ４４ａは、他の公知のインピーダンス整合手段で置き換えることも可能である。
【００２４】
以上説明した構成の移動体給電システム１は、送電共振器コイル２３と受電共振器コイル４３が共振することにより、送電装置２から移動体３の受電装置４に給電する。移動体給電システム１は、簡単な構成であり、また、後述する実験で述べるように電力の伝送効率が小さくはならない。また、移動体給電システム１では、移動体３と地面側との間は、対向する受電板４１と送電板２１との間の容量による結合により、電力が非接触で伝送される。従って、伝送効率は、受電板４１が送電板２１に重なった位置に有って重なった面積が変わらなければ、移動体３が横方向にずれても電力の伝送効率が大きく変わることがない。
【００２５】
なお、送電板２１は、その面積が比較的大きいので、無視できない浮遊容量が寄生して電力の伝送特性に影響して来る場合がある。この場合、インダクタンス成分を有する部材（例えば、インダクタンス成分が少なくてよい場合は、所定の太さの電気導線など）で接地することでその影響を抑止することも可能である。また、移動体３は、浮遊容量を介して地面側と高周波的につながっている。
【００２６】
次に示す移動体給電システム１についての実験は、移動体３の位置が変わったときの電力の伝送特性を確認したものである。図２（ａ）に示す区間１〜区間６に受電板４１（移動体３）を位置させた。図２（ａ）において、区間０が１５ｃｍ、区間１〜区間６がそれぞれ３０．８ｃｍである。送電板２１は、移動方向の長さが２００ｃｍ、横方向の長さが２５ｃｍの銅板とした。受電板４１は、図２（ｂ）に示す形状のもので、移動方向の長さが２０ｃｍ（図２（ｂ）においてＬ４１で示す）、横方向の最大の長さ（図２（ｂ）においてＷ４１で示す）が１４ｃｍ、総面積が約２２０ｃｍ２の銅板加工材を用いた。送電板２１と送電共振器コイル２３の間及び受電板４１と受電共振器コイル４３の間の間はともに、２０ｃｍ離し、その間を送電接続線２２、受電接続線４２で接続した。送電共振器コイル２３と受電共振器コイル４３はともに、線径１ｍｍの銅線を均一ピッチで１５ターン巻いた直径１５ｃｍのスパイラルコイル（自己インダクタンスが１１μＨ、線間容量が２ｐＦ）を用いた。
【００２７】
図３に、送電板２１と受電板４１との間の状態を変えて求めた伝送効率を示す。図３の横軸の数字は区間１〜区間６の区間番号である。曲線ａと曲線ｂは、空気層による絶縁を模擬するため、発泡スチロールを送電板２１と受電板４１との間に挿入したものの伝送効率である。送電板２１と受電板４１との間の距離は、曲線ａが２ｃｍ、曲線ｂが８ｃｍである。曲線ｃは、送電坂２１の上に厚さ６ｃｍのコンクリートを設置し、その上に厚さ２ｃｍの発泡スチロールを設置したものの伝送効率である。
【００２８】
曲線ａ、ｂ、ｃについて、基本的にどの位置においても安定的に電力が伝送されており、伝送効率は、受電板４１の位置（つまり移動体３位置）により大きくは変わらないことが分かる。曲線ａでは、伝送効率は大体、７０％〜８０％前後である。曲線ｂと曲線ｃではともに、大体、５０％〜６０％であり、それらは同程度である。このように、電力の伝送効率は、小さくはならず、実用化可能な範囲である。なお、図２（ｂ）に示す受電板４１を底面に貼り付けた車のおもちゃを移動体３とした実験において、移動体３（受電装置４）が送電装置２から電力を受電して走行するのを確認している。
【００２９】
以上、本発明の実施形態に係る移動体給電システムについて説明したが、本発明は、上述の実施形態に記載したものに限られることなく、特許請求の範囲に記載した事項の範囲内でのさまざまな設計変更が可能である。例えば、本実施形態では、送電板２１の横方向の長さが受電板４１の横方向の長さよりも大きいものを説明したが、図４に示すように、受電板４１の横方向の長さが送電板２１の横方向の長さよりも大きいものとすることも可能である。このようにすると、受電板４１の横方向の長さの余分（図４においてΔＷで示す）だけ移動体３が横方向にずれたとしても、受電板４１と送電板２１との重なった面積が変わらず、電力の伝送効率が大きく変わることがない。また、この場合、送電板２１の総面積を小さくできるので、コストが削減できるとともに送電板２１に寄生する浮遊容量を小さくできる。
【符号の説明】
【００３０】
１    移動体給電システム
２    送電装置
２１  送電板
２２  送電接続線
２３  送電共振器コイル
２４  送電制御器
２４ａ  電力用高周波電源
２４ｂ  結合ループ
３    移動体
４    受電装置
４１  受電板
４２  受電接続線
４３  受電共振器コイル
４４  負荷制御器
４４ａ  結合ループ
４４ｂ  負荷
【図１】
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【図２】
2018148681.tif 000004
【図３】
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【図４】
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