(57)【要約】【課題】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給電装置を提供する。  【解決手段】高周波電源１７と高周波電源１７に接続される一次コイル１５とを有し、一次コイル１５に対向配置された二次コイル２３に電力を供給する非接触給電装置１０において、一次コイル１５に磁気結合し、共振用の第１のコンデンサ１８が接続された一次側共振コイル１６を一次コイル１５の近傍又は一体化して設けた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波電源と該高周波電源に接続される一次コイルとを有し、前記一次コイルに対向配置された二次コイルに電力を供給する非接触給電装置において、
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前記一次コイルの近傍又は一体化して設けたことを特徴とする非接触給電装置。
【請求項２】
請求項１記載の非接触給電装置において、該非接触給電装置は、車止めが設置されている駐車場スペースの所定位置に配置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記載の非接触給電装置において、該非接触給電装置は前記車止めと一体構造となっていることを特徴とする非接触給電装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１記載の非接触給電装置において、前記高周波電源は、商用電源から電力を供給されていることを特徴とする非接触給電装置。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれか１記載の非接触給電装置において、前記高周波電源は、太陽電池から電力を供給されていることを特徴とする非接触給電装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１記載の非接触給電装置において、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、例えば、受電用の二次コイルを搭載した電気自動車、搬送車等の負荷に非接触で電力を供給する非接触給電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、電池で動く電気自動車は、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
【特許文献５】特許第４３１８７４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
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。
【０００５】
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、特許文献５には、二次コイルに近接して設けられる三次コイルにコンデンサを接続した共振回路を有する非接触給電装置が提案されているが、一次コイル側には共振回路が設けられていないので、一次コイルと二次コイルの距離を離すと、二次コイルに大きな電流が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、一次コイルと二次コイルの距離を更に離しても、電力の供給が行える非接触給電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給電装置は、高周波電源と該高周波電源に接続される一次コイルとを有し、前記一次コイルに対向配置された二次コイルに電力を供給する非接触給電装置において、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前記一次コイルとは別巻きで、かつ一体化して又は分離してその近傍に又は近接して設けた。
【０００９】
ここで、高周波電源は例えば、２０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの高周波を発生させる電源をいい、通常、商用電源を整流して直流電源を得、更にインバータを用いて所定周波数の交流に変換している。なお、商用電源の代わりに太陽電池を使用することもできる。
【００１０】
本発明に係る非接触給電装置において、前記二次コイルに並列に接続される共振用の第２のコンデンサを備えてもよい。なお、この第２のコンデンサは本発明に係る非接触給電装置において、必須の構成ではない。
【００１１】
また、本発明に係る非接触給電装置において、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、前記一次コイル及び前記一次側共振コイルは無コアであってもよい。この場合、一次コイル、一次側共振コイル、二次コイルは、筒状コイルであってもよいし、平面渦巻き状に巻いたコイル（特許文献５参照）であってもよく、これらの組合せであってもよい。
【００１２】
本発明に係る非接触給電装置において、該非接触給電装置は、車止めが設置されている駐車場スペースの所定位置に配置（据え置き又は埋設）されている場合もある。そして、該非接触給電装置は前記車止めと一体構造となっていてもよい。また、前記一次コイル（及び、二次コイル）の背面側には、磁気シールド材が設けられているのが好ましい。この場合の磁気シールド材としては、高周波の磁場を効率良くシールドする材料、例えば、フェライト板等が好ましい。
【００１３】
そして、本発明に係る非接触給電装置において、前記一次側共振コイルは、前記一次コイルと前記二次コイルの間に配置されているのがよい。これによって、一次コイルによって発生させる磁場を効率的に二次コイルに導くことができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の非接触給電装置においては、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、一次側から発する磁束の量を格段に増加させることができ、距離をおいて配置された二次コイルに電力を送ることができる。
【００１５】
特に、本発明の非接触給電装置を、車止めが設置されている駐車場スペースの所定位置に設置した場合には、駐車スペースに駐車している車両のバッテリにコードレスで外部から充電することができる。
【００１６】
更に、この非接触給電装置を車（車両、自動車）の停止位置を決めるための車止めと一体構造とした場合には、車側の二次コイルを一次コイルに対向させる位置決めが正確かつ簡単にできる。また、非接触給電装置が車止めと一体となっているため設置工事が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る非接触給電装置の概略説明図である。
【図２】同非接触給電装置の説明図である。
【図３】（Ａ）、（Ｂ）は同非接触給電装置を駐車スペースに取付けた場合の側面図及び平面図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る非接触給電装置の概略説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
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の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
図１〜図３に示すように、本発明の第１の実施の形態に係る非接触給電装置１０は、例えば駐車スペースの路面１１に、車の停止位置を決めるための車止め１１ａと一体となって、駐車した車両（例えば、自動車、貨物車）１３に設けられた受電部１４に非接触で電力を供給している。以下、これらについて詳しく説明する。なお、１１ｂは壁を、１１ｃは確認用のミラーを示す。
【００１９】
図１〜図３（Ａ）、（Ｂ）に示すように、非接触給電装置１０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１５と、一次コイル１５に磁気結合し、空心で平面状に螺旋巻された一次側共振コイル１６とを分離状態（独立して巻回、即ち近傍に設けられている）で有し、この一次コイル１５には高周波電源１７が接続されている。
【００２０】
一次側共振コイル１６には共振用の第１のコンデンサ１８が接続されている。この高周波電源１７は交流電源の整流回路と、整流回路からの直流を２０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚ（この実施の形態では、２０ｋＨｚ〜３０ｋＨｚ）の高周波の交流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１５及び一次側共振コイル１６はそれぞれ矩形の絶縁板１６ａからなる支持部材の上に置かれて巻回され、全体が樹脂封止されて矩形板２０、２１となっている。なお、一次コイル１５、一次側共振コイル１６及びコンデンサ１８で受電部１４に電力を供給する給電部を構成している。
【００２１】
この実施の形態では、一次コイル１５の背面側、即ち、受電部１４に向いていない側には、磁気シールド材の一例であるフェライト板１９が設けられている。このフェライト板１９は一次コイル１５によって発生した磁束が背面側に流れ、金属物を加熱して損失（渦電流損失）が生じるのを防止している。
【００２２】
一次コイル１５及び一次側共振コイル１６を収納する矩形板２０、２１及びフェライト板１９は、その間隔が安易に変わると、全体のインダクタンスが変わり、共振周波数が変わるので、位置決め部材の一例である複数（この実施の形態では４）のボルト２３ａ、これらに螺合するナット２４ａ及び各ボルト２３ａに挿通されるカラー（位置決め管）２５ａ等によって正確に位置決めされている。
【００２３】
この実施の形態では、一次コイル１５と一次側共振コイル１６の隙間ｂは５〜１５ｍｍ、一次コイル１５とフェライト板１９との隙間ａは５〜２０ｍｍである。なお、フェライト板１９は発生する磁場によって飽和しないように（即ち、飽和磁束の例えば９０％以内となるように）その厚みを決定する。
【００２４】
コンデンサ１８は、複数の小容量のコンデンサを並列に接続し、一次側共振コイル１６に並列に接続されている。なお、高周波電源１７の発信周波数と、コンデンサ１８と一次側共振コイル１６によって構成される一次側共振回路の共振周波数とを正確に一致させると、一次側共振コイル１６及びコンデンサ１８に大量の電流が流れるので、高周波電源１７の発信周波数と一次側共振回路の共振周波数は５％未満で異なるのが好ましい。なお、一次コイル１５と一次側共振コイル１６の隙間ｂ又は一次コイル１５とフェライト板１９の隙間ａを変えることによっても、一次側共振回路の共振周波数を変えることができる。
【００２５】
受電部１４は非接触給電装置１０から１０〜５０ｃｍ（距離Ｌ）離して配置され、車両１３の底部に固定されている。受電部１４は車止め１１ａに車のタイヤ１３ａを当てて停止した場合に、一次コイル１５に対向する位置（即ち、直上位置）に配置されている。そして、受電部１４には、一次コイル１５に対向配置されて一次コイル１５に磁気結合する二次コイル２３、二次コイル２３の負荷となる充電部２４に並列に接続された共振用の第２のコンデンサ２５とを有している。二次コイル２３は一次コイル１５と同様の構造となって、矩形の絶縁板に沿って巻かれ、矩形板２６となって、背面側に配置された磁気シールド材の一例であるフェライト板２７と複数（例えば、４）のボルト２８及びナット２９によって固定されている。この実施の形態では矩形板２６とフェライト板２７の隙間ｄは２〜１０ｃｍとなっている。この矩形板２６より矩形のフェライト板２７の面積が大きくなっている。
【００２６】
二次コイル２３に接続されたコンデンサ２５は二次コイル２３と二次側共振回路を構成し、この二次側共振回路は高周波電源１７の発信周波数に一致させて、より効率的に二次コイル２３に電流を流すようにしている。なお、二次側共振回路の共振周波数を高周波電源１７の発信周波数と僅少の範囲（例えば、±１ｋＨｚの範囲）でずらして共振電流を制御することもできる。充電部２４には電池３０が接続されて、所定の電圧まで、電力を供給する構造となっている。
【００２７】
この非接触給電装置１０の動作を説明すると、車両１３を駐車スペースの特定の位置（即ち、タイヤ１３ａが車止めに当たった位置）に止め、非接触給電装置１０（詳細には一次コイル１５）と受電部１４を対向させる。高周波電源１７をオンにすると、一次コイル１５に高周波電流が流れ、一次側共振コイル１６には共振電流が流れる。なお、共振電流の大きさは、一次側共振回路の共振周波数を調整することで変更可能である。一次コイル１５からの磁束によって二次コイル２３に高周波電流が誘導され、充電部２４を介して電池３０を自動的に充電する。
【００２８】
続いて、図４に示す本発明の第２の実施の形態に係る非接触給電装置３３について説明する。
この非接触給電装置３３においては、隙間Ｌを有して配置された給電部３４と受電部３５を有し、給電部３４には、一次コイル３６及び一次側共振コイル３７と、これらが巻かれている断面Ｅ型のコア３８とを有している。一次コイル３６には高周波電源１７が、一次側共振回路３７には共振用のコンデンサ１８が接続されている。なお、コア３８はこの実施の形態ではフェライトコアからなって、有底円筒状で正面視して中央に円柱状の磁極部３９を有している。
【００２９】
受電部３５は、二次コイル４１とこの二次コイル４１が巻かれた断面Ｅ形のコア４２と、二次コイル４１に接続された充電部２４と、電池３０に接続される充電部２４に並列に接続されたコンデンサ２５とを有している。
コア４２はこの実施の形態ではフェライトコアからなって、有底円筒状で正面視して中央に円柱状の磁極部４３を有している。二次コイル４１は、一次コイル３６及び一次側共振コイル３７と同様、円筒巻（厳密には円筒多層巻）となって、一次コイル３６及び一次側共振コイル３７と二次コイル４１は断面円形の磁極部３９、４３にそれぞれ装着されている。この非接触給電装置３３の基本的動作は、非接触給電装置１０と同一であるので、動作説明は省略する。
【００３０】
本発明は実施の形態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、自動車以外に、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。
更に、一次コイルと一次側共振コイルを一つの巻線に独立して巻いて一体化することもできる。
【００３１】
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板を用いたが、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。
また、前記実施の形態では、高周波電源１７は、コンセント４５を用いた商用電源から電力の供給を受けたが、例えば、駐車スペースの上、建物の上に設けられた太陽電池等から給電を受けることもできる。
更には、この実施の形態においては、非接触給電装置１０は車止め１１ａ内に一体化して組み込んだが、その他、非接触給電装置を壁面、天井面又は柱に取付ける場合も本発明は適用される。
【符号の説明】
【００３２】
１０：非接触給電装置、１１：路面、１１ａ：車止め、１１ｂ：壁、１１ｃ：ミラー、１３：車両、１３ａ：タイヤ、１４：受電部、１５：一次コイル、１６：一次側共振コイル、１６ａ：絶縁板、１７：高周波電源、１８：コンデンサ、１９：フェライト板、２０、２１：矩形板、２３：二次コイル、２３ａ：ボルト、２４：充電部、２４ａ：ナット、２５：コンデンサ、２５ａ：カラー、２６：矩形板、２７：フェライト板、２８：ボルト、２９：ナット、３０：電池、３３：非接触給電装置、３４：給電部、３５：受電部、３６：一次コイル、３７：一次側共振コイル、３８：コア、３９：磁極部、４１：二次コイル、４２：コア、４３：磁極部、４５：コンセント
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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