(57)【要約】【課題】二次コイルと共振コイルとの結合度を高め、電流の漏れを少なくして無効電流を減らし、二次コイルで効率よく電力を取り出し、共振コイルに流れる電流を低減して発熱を抑制でき、複雑な制御が不要で、構成を簡素化できる電力供給の効率性に優れた非接触給電装置を提供する。【解決手段】コア挿通孔２６の周りに渦巻き状の導電パターン２７、２８が形成された複数の平面状二次コイル１９、２０と、コア挿通孔３２の周りに渦巻き状の導電パターン３３〜３５が形成された複数の平面状共振コイル２１〜２３が、共通のΠ字状コア１８に交互に配置され、平面状二次コイル１９、２０が並列に接続され、平面状共振コイル２１〜２３が直列に接続されることにより、受電部１６の二次コイル１４及び共振コイル１５が構成される。【選択図】図３
2019075947.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インバータを含む高周波電源から電力供給を受ける一次コイルを有する給電部と、前記一次コイルと電磁結合する二次コイル及び共振コイルを有する受電部とを備え、前記給電部から前記受電部に電力を供給する非接触給電装置であって、
前記二次コイル及び前記共振コイルは、共通のΠ字状コアに装着されており、前記共振コイルは、前記Π字状コアの周りに分割配置されて直列に接続された複数の平面状共振コイルを備え、前記二次コイルは、前記Π字状コアの周りに巻かれ、分割された前記平面状共振コイルの間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２】
請求項１記載の非接触給電装置において、前記二次コイルは、それぞれ並列に接続された偶数個の平面状二次コイルからな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、前記各平面状共振コイルは、第１の基板の片側又は両側に渦巻き状に形成された導電パターンで構成され、前記第１の基板には、該導電パターンの中央部を貫通し前記Π字状コアが挿通されるコア挿通孔が形成され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３記載の非接触給電装置において、前記各平面状二次コイルは、第２の基板の片側又は両側に渦巻き状に形成された導電パターンで構成され、前記第２の基板には、該導電パターンの中央部を貫通し前記Π字状コアが挿通されるコア挿通孔が形成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４記載の非接触給電装置において、前記第１の基板と隣り合う前記第１、第２の基板との間には絶縁材が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、前記給電部は給電側制御部を、前記受電部は電池を充電する受電側制御部をそれぞれ有し、前記給電側制御部及び前記受電側制御部には通信を相互に行う第１、第２の通信部がそれぞれ接続され、前記受電側制御部は、前記電池の充電電圧を測定する電圧計測手段と、前記電池の充電電流を測定する電流計測手段とを有し、前記電圧計測手段で測定した前記充電電圧、及び前記電流計測手段で測定した前記充電電流の測定データを前記第２の通信部から前記第１の通信部に送信し、前記給電側制御部は、前記第１の通信部で受信した前記測定データに基づいて前記インバータのＰＷＭ制御を行い、前記充電電圧が規定電圧より低い時は、前記電池への定電流制御を行い、前記充電電圧が前記規定電圧となった時は、前記電池への定電圧制御を行う充電制御手段を有することを特徴とする非接触給電装置。
【請求項７】
請求項６記載の非接触給電装置において、前記受電側制御部は、前記受電部の作動温度を測定する温度計を有し、該温度計で測定した前記受電部の前記作動温度の測定データを前記第２の通信部から前記第１の通信部に送信し、前記給電側制御部は、前記第１の通信部で受信した前記受電部の前記作動温度が、予め設定した規定温度値を超えた時に、前記インバータの動作を停止させる、前記インバータの出力を減少させる、又は前記インバータの周波数を非共振周波数側にずらす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、例えば工場内や一般道路を移動する搬送台車（例えば、ＡＧＶ）又は自動車の電池等に非接触で電力供給（充電）する非接触給電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、工場等で電池で動く車両（搬送台車）は、定期的に電池を充電する必要があり、所定の場所において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、電池への充電を行っていた。ところが、接続コードの挿抜作業には手間がかかるので、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。
【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】特許第５７０７５４３号明細書
【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（ピックアップコイル）側に共振回路を組み込むと、共振回路に大きな電流が流れ、発熱するという問題があった。
そこで、特許文献４に示すように、二次コイルの共振電流をスイッチング素子を用いて制御し、二次側共振電流を一定に保ち二次側回路の発熱を抑制した非接触電力供給装置が提案されている。
ところが、二次側で電流を制御するためには、二次側機器を備えた全ての搬送台車に電流を一定に制御する装置（制御部）が必要であり、経済上好ましくない。
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、二次コイルと共振コイルとの結合度を高め、電流の漏れを少なくして無効電流を減らし、二次コイルで効率よく電力を取り出すことにより、共振コイルに流れる電流を低減して発熱を抑制することができ、複雑な制御が不要で、構成を簡素化することができる電力供給の効率性に優れた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】
【０００５】
前記目的に沿う本発明に係る非接触給電装置は、インバータを含む高周波電源から電力供給を受ける一次コイルを有する給電部と、前記一次コイルと電磁結合する二次コイル及び共振コイルを有する受電部とを備え、前記給電部から前記受電部に電力を供給する非接触給電装置であって、
前記二次コイル及び前記共振コイルは、共通のΠ字状コアに装着されており、前記共振コイルは、前記Π字状コアの周りに分割配置されて直列に接続された複数の平面状共振コイルを備え、前記二次コイルは、前記Π字状コアの周りに巻かれ、分割された前記平面状共振コイルの間に配置されている。
ここで、共振コイルが３つ以上に分割配置され、二次コイルが２つ以上に分割配置される場合は、分割された二次コイルを並列に接続してもよい。
また、複数の平面状共振コイルを並列に接続し更にこれらを直列（即ち、直並列）に接続してもよい。
なお、Π字状とは、対向する直線辺ｐ、ｑの一端を直線辺ｒで結んだ角型Ｕ字形状をいう。
【０００６】
本発明に係る非接触給電装置において、前記二次コイルは、それぞれ並列に接続された偶数個の平面状二次コイルからなるのが好ましい。また、直列に接続した偶数個の平面状二次コイルに中間タップを設け、中間タップ回路型の整流回路を接続できる。なお、二次コイルに中間タップは設けず、整流回路にブリッジ型の全波整流回路を使用することもある。この場合は、分割された平面状二次コイルは奇数個であってもよい。
【０００７】
本発明に係る非接触給電装置において、前記各平面状共振コイルは、第１の基板の片側又は両側に渦巻き状に形成された導電パターンで構成され、前記第１の基板には、該導電パターンの中央部を貫通し前記Π字状コアが挿通されるコア挿通孔が形成されているのが好ましい。
【０００８】
本発明に係る非接触給電装置において、前記各平面状二次コイルは、第２の基板の片側又は両側に渦巻き状に形成された導電パターンで構成され、前記第２の基板には、該導電パターンの中央部を貫通し前記Π字状コアが挿通されるコア挿通孔が形成されているのが好ましい。
【０００９】
本発明に係る非接触給電装置において、前記第１の基板と隣り合う前記第１、第２の基板との間には絶縁材が配置されているのが好ましい。この絶縁材は層間の絶縁を行うと共に、共振コイル又は二次コイルに発生する熱を外部に容易に逃がすことができる材質を使用するのが好ましい。
【００１０】
本発明に係る非接触給電装置において、前記給電部は給電側制御部を、前記受電部は電池を充電する受電側制御部（整流回路を含む）をそれぞれ有し、前記給電側制御部及び前記受電側制御部には通信を相互に行う第１、第２の通信部がそれぞれ接続され、前記受電側制御部は、前記電池の充電電圧を測定する電圧計測手段と、前記電池の充電電流を測定する電流計測手段とを有し、前記電圧計測手段で測定した前記充電電圧、及び前記電流計測手段で測定した前記充電電流の測定データを前記第２の通信部から前記第１の通信部に送信し、前記給電側制御部は、前記第１の通信部で受信した前記測定データに基づいて前記インバータのＰＷＭ制御を行い、前記充電電圧が規定電圧より低い時は、前記電池への定電流制御を行い、前記充電電圧が前記規定電圧となった時は、前記電池への定電圧制御を行う充電制御手段を有することが好ましい。
【００１１】
本発明に係る非接触給電装置において、前記受電側制御部は、前記受電部の作動温度を測定する温度計を有し、該温度計で測定した前記受電部の前記作動温度の測定データを前記第２の通信部から前記第１の通信部に送信し、前記給電側制御部は、前記第１の通信部で受信した前記受電部の前記作動温度が、予め設定した規定温度値を超えた時に、前記インバータの動作を停止させる、前記インバータの出力を減少させる、又は前記インバータの周波数を非共振周波数側にずらすことが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る非接触給電装置は、二次コイル及び共振コイルが、共通のΠ字状コアに装着されており、共振コイルが、Π字状コアの周りに分割配置されて直列に接続された複数の平面状共振コイルを備え、二次コイルが、Π字状コアの周りに巻かれ、分割された平面状共振コイルの間に配置されていることにより、二次コイルと共振コイルを接近させて結合度を高めることができるので、磁場の漏れを少なくして無効電流を減らし、二次コイルで効率よく電力を取り出すことが可能となる。また、共振コイルが平面状共振コイルからなり、二次コイルが平面状に巻かれることにより、受電部を小型化すると共に放熱性を確保できる。
【００１３】
そして、必要に応じて二次コイル及び共振コイルの巻き数及び断面積を増やすことによって出力を増大させ、電気自動車やその他の機器にも対応することが可能であり、設計自在性、汎用性に優れる。さらに、二次コイル及び共振コイルが装着される共通のコアがΠ字状であることにより、両端の磁極間の距離が長くなるので、給電部（一次コイル）と受電部（二次コイル）との距離が離れても磁束漏れを小さく抑えることができ、電力供給（充電）の効率が下がり難く、実用性に優れる。
【００１４】
各平面状共振コイルが、第１の基板の片側又は両側に渦巻き状に形成された導電パターンで構成され、第１の基板に導電パターンの中央部を貫通するコア挿通孔が形成されている場合、各基板のコア挿通孔にΠ字状コアを挿通するだけで、平面状共振コイルを容易にΠ字状コアに装着することができ、コアにコイルを巻き付ける作業が不要で、量産性に優れる。
二次コイルが、それぞれ並列に接続された偶数個の平面状二次コイルからなる場合、二次コイルに流れる電流を大きくしながら、二次コイルのインピーダンスを下げることができるので、二次コイルから大電流を取り出しても、発熱を抑えることができる。また、平面状二次コイルが偶数個である場合、センタータップ型の整流回路を採用して、整流回路の簡素化することができ、生産性に優れる。
【００１５】
各平面状二次コイルが、第２の基板の片側又は両側に渦巻き状に形成された導電パターンで構成され、第２の基板に導電パターンの中央部を貫通するコア挿通孔が形成されている場合、各基板のコア挿通孔にΠ字状コアを挿通するだけで、平面状二次コイルを容易にΠ字状コアに装着することができ、コアにコイルを巻き付ける作業が不要で、量産性に優れる。また、平面状二次コイルと平面状共振コイルが基板上に形成されるので、両者の配置間隔を狭めて二次コイルと共振コイルの結合度をさらに高め、電力供給（充電）効率を向上させることができる。
第１の基板と隣り合う第１、第２の基板との間に絶縁材が配置されている場合、平面状二次コイルと平面状共振コイルとの絶縁性を維持しながら両者を近接させることができ、二次コイルと共振コイルの結合度を高めると共に、受電部の小型化を図ることができ、熱伝導性に優れた絶縁材料を使用すると、共振コイル及び二次コイルからの放熱性も高まる。
【００１６】
受電部が受電側制御部を、給電部が電池を充電する受電側制御部をそれぞれ有し、受電側制御部及び給電側制御部に通信を相互に行う第１、第２の通信部がそれぞれ接続され、受電側制御部が、電池の充電電圧を測定する電圧計測手段と、電池の充電電流を測定する電流計測手段とを有し、電圧計測手段で測定した充電電圧、及び電流計測手段で測定した充電電流の測定データを第２の通信部から第１の通信部に送信し、給電側制御部が、第１の通信部で受信した測定データに基づいてインバータのＰＷＭ制御を行い、充電電圧が規定電圧より低い時は、電池への定電流制御を行い、充電電圧が規定電圧となった時は、電池への定電圧制御を行う充電制御手段を有する場合、給電部側（一次側）で受電部側（二次側）の電圧及び電流を見ながら、インバータの出力を最適に制御することができるので、受電部で複雑な制御を行う必要がなく、受電側制御部の構成を簡素化して、非接触給電装置の普及を図ることができる。
受電側制御部が、受電部の作動温度を測定する温度計を有し、温度計で測定した受電部の作動温度の測定データを第２の通信部から第１の通信部に送信し、給電側制御部が、第１の通信部で受信した受電部の作動温度が予め設定した規定温度値を超えた時に、インバータの動作を停止させる、インバータの出力を減少させる、又はインバータの周波数を非共振周波数側にずらす場合、受電側の温度異常に応じて充電動作を停止、或いは充電条件を変更することができ、安全性に優れる。
【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ブロック図である。
【図２】（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ同非接触給電装置の二次コイル及び共振コイルの斜視図及び側面図である。
【図３】同非接触給電装置の二次コイル及び共振コイルの概略構成を示す斜視図である。
【図４】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）はそれぞれ同非接触給電装置の平面状二次コイル及び平面状共振コイルの変形例を示す左側面図、正面図、右側面図である。
【図５】同非接触給電装置を用いた場合の充電電流と時間との関係を示すグラフである。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係る非接触給電装置の一次コイル周りと、二次コイル及び共振コイル周りの説明図である。
【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。
以下、図１〜図３を参照して、本発明の第１の実施の形態に係る非接触給電装置１０について説明する。
図１に示すように、非接触給電装置１０は、インバータ１１を含む高周波電源から電力供給を受ける一次コイル１２を有する給電部１３と、一次コイル１２と電磁結合する二次コイル１４及び共振コイル１５を有する受電部１６とを備え、給電部１３から受電部１６に電力を供給することができ、受電部１６に接続された電池１７に非接触で充電できるものである。
この非接触給電装置１０は、各種機器の充電に用いることができるが、搬送台車（例えば、ＡＧＶ）や自動車の充電に好適に用いられる。その場合、給電部１３を構築物の床部、天井部、又は壁部に固定状態で設け、受電部１６を搭載した搬送台車や自動車を給電部１３に対して横（水平）移動させ、給電部１３の一次コイル１２の直上、直下、又は真横に隙間を有して受電部１６の二次コイル１４及び共振コイル１５を配置した状態で充電することができる。なお、この実施の形態では搬送台車に適用される。
【００１９】
まず、二次コイル１４及び共振コイル１５の詳細について説明する。
図１、図２（Ａ）、（Ｂ）に示すように、二次コイル１４及び共振コイル１５は、共通のフェライト製のΠ字状コア１８に装着されている。そして、二次コイル１４及び共振コイル１５は、それぞれ偶数個の平面状二次コイル１９、２０及び複数の平面状共振コイル２１〜２３を備えており、これらの平面状二次コイル１９、２０と平面状共振コイル２１〜２３はΠ字状コア１８の周りに交互に分割配置されている。なお、平面状二次コイルは、通常平面状共振コイルの間に配置されているが、分散配置された平面状二次コイルの数が少ない場合は、隣り合う平面状共振コイルの間に平面状二次コイルが配置されない場合もある。
【００２０】
図３に示すように、平面状二次コイル１９、２０は、それぞれガラスエポキシ基板等の基板（第２の基板、プリント基板）２４、２５にΠ字状コア１８が挿通される矩形のコア挿通孔２６を形成し、基板２４、２５の片面（表面）にコア挿通孔２６を中心として銅等で渦巻き状に導電パターン２７、２８を形成したものであり、平面状共振コイル２１〜２３は、それぞれガラスエポキシ基板等の基板（第１の基板、プリント基板）２９〜３１にΠ字状コア１８が挿通される矩形のコア挿通孔３２を形成し、基板２９〜３１の片面（表面）にコア挿通孔３２を中心として銅等で渦巻き状に導電パターン３３〜３５を形成したものである。
【００２１】
まず、平面状二次コイル１９、２０を並列に接続するために、基板２４、２５には導電パターン２７、２８の外端及び内端に電気接続されたスルーホール３６、３７が平面視して同一位置（重なる位置）に設けられている。さらに、基板２４、２５の所定位置には平面視して重なる位置にスルーホール３８が設けられており、スルーホール３７、３８の間は基板２４、２５の裏面で接続線３９により電気接続されている。そして、平面状二次コイル１９、２０と交互に配置される平面状共振コイル２１、２２の基板２９、３０には、平面視してスルーホール３６、３８と重なる位置にスルーホール４０、４１が設けられている。また、最外層となる基板２９には、スルーホール４０、４１に電気接続された端子４２、４３が設けられている。これにより、平面状二次コイル１９、２０と平面状共振コイル２１〜２３が交互に配置（積層）された状態で、平面状二次コイル１９、２０を並列に接続できると共に、最外層の基板２９上で端子４２、４３を利用して簡単に電気接続を行うことができる。
【００２２】
次に、平面状共振コイル２１〜２３を直列に接続するために、基板２９には導電パターン３３の内端に電気接続されたスルーホール４４が設けられ、基板２９の所定位置に設けられたスルーホール４５と基板２９の裏面で接続線４６により電気接続されている。そして、基板３０には平面視してスルーホール４５と重なる位置に、導電パターン３４の外端に電気接続されたスルーホール４７が設けられている。また、基板３０には導電パターン３４の内端に電気接続されたスルーホール４８が設けられ、基板３０の所定位置に設けられたスルーホール４９と基板３０の裏面で接続線５０により電気接続されている。そして、基板３１には平面視してスルーホール４９と重なる位置に、導電パターン３５の外端に電気接続されたスルーホール５１が設けられている。
【００２３】
さらに、平面状二次コイル１９の基板２４には、平面視してスルーホール４５、４７と重なる位置にスルーホール５２が設けられ、平面状二次コイル２０の基板２５には、平面視してスルーホール４９、５１と重なる位置にスルーホール５３が設けられている。
また、平面状共振コイル２３の基板３１には、導電パターン３５の内端に電気接続されたスルーホール５４が設けられ、基板３１の所定位置に設けられたスルーホール５５と基板３１の裏面で接続線５６により電気接続されている。そして、平面状二次コイル１９、２０の基板２４、２５及び平面状共振コイル２１、２２の基板２９、３０にも、平面視してスルーホール５５と重なる位置にスルーホール５７が設けられている。さらに、最外層となる基板２９には、導電パターン３３の外端及びスルーホール５７に電気接続された端子５８、５９が形成されている。これにより、平面状二次コイル１９、２０と平面状共振コイル２１〜２３が交互に配置（積層）された状態で、平面状共振コイル２１〜２３を直列に接続できると共に、最外層の基板２９上で端子５８、５９を利用して簡単に電気接続を行うことができる。この実施の形態では、各平面状共振コイル及び各平面状二次コイルは密着状態で積層されているが、これらを隙間を有して積層することもできる。また、各基板のスルホールを連結する導体は、半田材の他、金属線を使用することもできる（他の実施の形態でも同じ）。
【００２４】
なお、基板２４、２５、基板２９〜３１を積層する際に、各基板間は絶縁材（図示せず）で絶縁される。絶縁材の材質は適宜、選択することができるが、例えばカプトンフィルムが好適に用いられる。また、絶縁材の厚さは絶縁材の材質及び発生する電圧によって適宜、選択することができ、例えばカプトンフィルムの場合、厚さ２５μｍで２０ｋＶを絶縁することができる。
このように、平面状二次コイル１９、２０と平面状共振コイル２１〜２３を接近させて交互に配置することにより、二次コイル１４と共振コイル１５の結合度が高まるので、給電時の電流の漏れが少なくなり、無効電流を減らして、二次コイル１４で効率よく電力を取り出すことが可能となる。また、平面状二次コイル１９、２０と平面状共振コイル２１〜２３が交互に配置されることにより、二次コイル１４と共振コイル１５に同程度の電流が流れるので、従来よりも共振コイル１５に流れる電流を低減して発熱を抑制することができる。さらに、平面状二次コイル１９、２０が並列に接続され、平面状共振コイル２１〜２３が直列に接続されることにより、二次コイル１４に流れる電流を大きくしながら、二次コイル１４のインピーダンスを下げることができるので、二次コイル１４から大電流を取り出しても、発熱を抑えることができる。
ここで、二次コイル及び共振コイルを構成する平面状二次コイル及び平面状共振コイルの数、導線パターンの巻き数、スルーホールの配置、端子の取り出し位置等は、適宜、選択することができる。なお、平面状二次コイル及び平面状共振コイルを構成する導線パターンの巻き方向は同一である必要があるが、右回りでも左回りでもよい。
【００２５】
以下に、平面状二次コイル及び平面状共振コイルの変形例について説明する。上記実施の形態では、基板の片面のみに渦巻き状の導線パターンを形成したが、基板の両面に渦巻き状の導線パターンを形成することもできる。
図４（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、平面状コイル６０は、ガラスエポキシ製の基板６１にΠ字状コア１８が挿通されるコア挿通孔６２が形成され、基板６１の両面にコア挿通孔６２を中心として銅等で渦巻き状の導電パターン６３ａ、６３ｂが形成されたものである。この導電パターン６３ａ、６３ｂはスルーホール６４を介して巻き方向が同一となるように連続的に形成されており、片面のみに導線パターンを形成する場合よりも巻き数を増やすことができる。また、導電パターン６３ａ、６３ｂの外端にはスルーホール６５、６６が設けられている。これにより、平面状コイル６０を構成する導電パターン６３ａ、６３ｂの両端を基板６１内で簡単に電気接続することができ、平面状二次コイル及び平面状共振コイルとして使用することができる。なお、導電パターンは、１本だけでなく、複数本を並列に同心円の渦巻き状に配置してもよい。また、基板６１の厚さは例えば２〜５ｍｍ程度であり、導電パターン６３ａ、６３ｂの厚さは例えば０．５〜３ｍｍ程度である。
【００２６】
次に、給電部１３及び受電部１６の詳細について説明する。
図１に示すように、給電部１３は給電側制御部６７を有し、受電部１６は電池１７を充電する受電側制御部６８を有している。この受電側制御部６８の電源としては、搬送台車の電池が使用され、給電部１３の電源は通常商用電源が使用される。
そして、給電側制御部６７及び受電側制御部６８には通信を相互に行う第１、第２の通信部６９、７０がそれぞれ接続されている。ここで、第１、第２の通信部６９、７０による通信には、各種通信信号を用いることができるが、無線信号が好ましく、特に光信号が好適に用いられる。例えば、光信号を用いる場合は、第１、第２の通信部６９、７０に発光部（例えば、ＬＥＤ）と受光部（例えば、フォトダイオード）をそれぞれ設けることにより、給電部１３と受電部１６との間で光信号を送受信することができる。なお、第１の通信部６９から第２の通信部７０に信号を送信する必要がなく、第２の通信部７０から第１の通信部６９のみに信号を送信する場合、第１の通信部６９が受信機能のみを備え、第２の通信部７０が送信機能のみを備えた構成とすることができる。よって、例えば、光信号を用いる場合は、第１の通信部６９に受光部のみを設け、第２の通信部７０に発光部のみを設ければよい。
【００２７】
受電側制御部６８は、電池１７の充電電圧を測定する電圧計測手段７１、電池１７の充電電流を測定する電流計測手段７２、及び受電部１６（特に、共振コイル１５）の作動温度を測定する温度計７３を有しており、電圧計測手段７１、電流計測手段７２、及び温度計７３で測定した電池１７の充電電圧、充電電流、及び受電部１６の作動温度の測定データが、第２の通信部７０から第１の通信部６９に送信される。このとき、受電側制御部６８には、電圧計測手段７１、電流計測手段７２、及び温度計７３で測定した測定データの信号を第２の通信部７０と第１の通信部６９との間で送受信可能な通信信号に変換（変調）するための信号処理手段（例えば、光信号処理手段等の無線信号処理手段）７４が設けられている。また、給電側制御部６７には、第２の通信部７０から送信され第１の通信部６９で受信した通信信号を変換（復調）して測定データの信号を取り出し、その測定データに基づいてインバータ１１を制御する充電制御手段７５が設けられている。
【００２８】
この充電制御手段７５は、充電電圧が規定電圧より低い時は、電池１７への定電流制御を行い、充電電圧が規定電圧となった時は、電池１７への定電圧制御を行う。このとき、規定電圧は通常電池の定格電圧の１．１〜１．１５倍程度が好ましいが、本発明はこの数字に限定されるものではない。また、インバータ１１の制御方式にはＰＷＭ制御が好適に用いられる。なお、インバータ１１の電力は商用電源（例えば、三相交流）７６を整流回路７７で直流に変換することによって得られる。また、インバータ１１の動作周波数は、可聴周波数を超える２０〜１００ｋＨｚ程度が好ましいが、例えば８５ｋＨｚにすれば小型化することができる。
【００２９】
本実施の形態では、共振コイル１５に共振用コンデンサ７８が接続されることにより共振回路を構成しており、二次コイル１５の出力は整流器７９を介して負荷である電池１７に接続されている。これにより、共振コイル１５に大電流を流すことができるが、二次コイル１４及び共振コイル１５を構成する平面状二次コイル１９、２０及び平面状共振コイル２１〜２３が交互に配置され、二次コイル１４と共振コイル１５の結合度が高いため、二次コイル１４及び共振コイル１５を通過する磁束の量が同程度となり、従来に比べて共振コイル１５に流れる電流を減らして二次コイル１４に流れる電流を増加させることができ、電力を効率よく取り出して電池１７を短時間で効率的に充電することができる。なお、共振回路の共振周波数は、インバータ１１の発振周波数より大きいことが好ましいが、小さくすることもできる。
【００３０】
次に、一次コイル１２周りと、二次コイル１４及び共振コイル１５周りについて説明する。
図１に示すように、一次コイル１２が巻かれている一次側コア８０は、二次側と同様のフェライト製のΠ字状コアである。なお、一次コイル１２にはリッツ線が使用される。
そして、給電時に給電部１３の一次コイル１２に対し、隙間を有して受電部１６の二次コイル１４及び共振コイル１５を配置した際に、一次側コア８０の両側の端側磁極部８１、８２と二次側のΠ字状コア１８の両側の端側磁極部８３、８４が対向する。
【００３１】
従来の一次コイルや二次コイルでは、Ｅ形コアが用いられているが、Ｅ形コアの場合、両側の端側磁極部の間に中央磁極部が存在するため、隣り合う中央磁極部と端側磁極部との距離が短く、その間で磁束漏洩が発生し易い。よって、従来の非接触給電装置で効率的に充電を行うためには、一次コイル（給電部）と二次コイル（受電部）との距離を短くしなければならなかった。しかし、本実施の形態のΠ字状コア１８の場合、中央磁極部が存在しないため、一次側の端側磁極部８１、８２と二次側の端側磁極部８３、８４との距離ａが、端側磁極部８３、８４間の距離ｂより短ければ、磁束漏洩が発生しない。つまり、両側の端側磁極部８３、８４間の距離が、Ｅ形コアの中央磁極部と端側磁極部との距離よりも長い分、Π字状コア１８内（端側磁極部８３、８４間）の磁束漏れが小さくなり、端側磁極部８１、８２と端側磁極部８３、８４との距離ａが長くなっても充電の効率が下がり難く、実用性に優れる。
【００３２】
なお、一次コイル１２と、二次コイル１４及び共振コイル１５の巻き数は、電池１７の電圧（要求される出力）等に応じて、適宜、選択することができるが、例えば、一次コイル１２の巻き数を１０〜３０ターン程度とした場合、二次コイル１４の巻き数は例えば５〜２０ターン程度とし、共振コイル１５の巻き数は例えば１０〜５０ターン程度とすることができる。この場合の、コイルに流す電流の電流密度は１〜２．５Ａ／ｍｍ２程度とするのが好ましいが、基板上にコイルを形成する場合は放熱を確保して、例えば、２．５Ａｍｍ２以上とすることもできる（以下の実施の形態においても同じ）。
【００３３】
続いて、この非接触給電装置１０の動作について説明する。
図１に示すように、所定位置に設置された給電部１３に対し、受電部１６を有する搬送台車（例えば、ＡＧＶ）を移動させる。このとき、給電部１３若しくは給電部１３の近傍に近接センサ等のセンサ（図示せず）を設置しておき、受電部１６（搬送台車）が所定の範囲（位置）に停止したことをセンサで検知した時に、給電部１３及び受電部１６が作動可能な状態となって、充電作業が開始する。
次に、電池１７の充電電圧と充電電流が、電圧計測手段７１と電流計測手段７２で測定され、受電部１６（共振コイル１５）の作動温度が、温度計７３で測定されて、それらの測定データ（信号）が信号処理手段７４を介して第２の通信部７０から通信信号として外部に放出される。放出された通信信号は第１の通信部６９で受信され、充電制御手段７５によって、各測定データ（信号）に復調される。
【００３４】
図５に示すように、電圧計測手段７１によって検出された電圧（充電電圧Ｖ）が規定電圧（Ｖｃ）より低い場合は、電池１７への定電流制御（ＣＣ領域）を行い、電池１７の電圧が規定電圧となった場合は、電池１７への定電圧制御（ＣＶ領域）を行う。なお、規定電圧としては電池１７の定格電圧（Ｖｓ）より少し（例えば、５〜１５％程度）高い範囲とすることが好ましい。
この仕上げ充電（ＣＶ領域）が完了した後、所定時間約１０分（０〜２０分が好ましい）が経過したら、充電完了の信号を受電部１６（第２の通信部７０）から給電部１３（第１の通信部６９）に送り、給電部１３及び受電部１６の動作を停止させて充電作業が完了する。
なお、定電流制御を行った後、タイマーを作動させて（即ち、タイマー制御により）定電圧（充電）制御を行って充電制御を完了してもよい。
また、電池１７への充電電圧又は充電電流が平常値から外れて異常状態にある場合（予め設定した最大電圧値又は最大電流値を超えた場合）は、給電部１３（インバータ１１）を停止させ、警報（ランプ、ベル、その他の信号）を発することが好ましい。さらに、温度計７３で測定された受電部１６（共振コイル１５）の作動温度が、予め設定した規定温度値を超えた場合に、給電側制御部６７の指令によって、インバータ１１の動作を停止させる、インバータの出力を減少させる、又はインバータの周波数を非共振周波数側にずらす等の動作を行うことが好ましい。このとき、複数の規定温度値を設定しておき、規定温度値に応じて段階的に動作を切り替えるようにしてもよい。
【００３５】
次に、本発明の第２の実施の形態に係る非接触給電装置の一次コイル周りと、二次コイル及び共振コイル周りについて説明する。
図６において、第２の実施の形態における二次コイル８５及び共振コイル８６が、第１の実施の形態と異なる点は、二次コイル８５を構成する複数の平面状二次コイル８７、８８及び共振コイル８６を構成する平面状共振コイル８９〜９１が、Π字状コア１８の周りにリッツ線を渦巻き状に巻いて形成されている点である。ここで、平面状二次コイル８７、８８及び平面状共振コイル８９〜９１は、いずれも電気接続のために二層巻としたが、これに限定されるものではない。なお、二次コイル及び共振コイルを構成する平面状二次コイル及び平面状共振コイルの数は、適宜、選択することができる。また、平面状二次コイル及び平面状共振コイルを形成するリッツ線の太さや巻き数は、それぞれに流れる電流の大きさや電池１７の電圧（要求される出力）等に応じて、適宜、選択することができる。
本実施の形態では、平面状共振コイル８９〜９１の両側に、銅板の両面に絶縁層を形成した絶縁材９２を配置した。これにより、平面状共振コイル８９〜９１と隣接する平面状二次コイル８７、８８との絶縁性を確保すると共に、放熱性を向上させて、平面状共振コイル８９〜９１の温度上昇を防止することができる。
なお、その他の構成や動作は第１の実施の形態と同様なので、説明を省略する。
【００３６】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。
例えば、上記実施の形態では、フェライト製のΠ字状コア及び一次側コアを用いたが、高周波特性がよく鉄損（渦電流損、ヒステリシス損）が少ないその他の材料で製造されたコアを使用することもできる。また、平面状二次コイル及び平面状共振コイルの一方を基板上に導電パターンで形成し、他方をリッツ線で形成してもよい。さらに、一次コイル側にも共振コイルを設けることができる。
なお、第１、第２の通信部における信号の媒体手段として、光以外に、電波や超音波を使用することも可能である。
また、前記実施の形態において、各基板に形成されたコイル（導電パターン）の連結はスルーホールで行っているが、リード線（例えば、リッツ線）を用いて行うこともできる。
【符号の説明】
【００３７】
１０：非接触給電装置、１１：インバータ、１２：一次コイル、１３：給電部、１４：二次コイル、１５：共振コイル、１６：受電部、１７：電池、１８：Π字状コア、１９、２０：平面状二次コイル、２１〜２３：平面状共振コイル、２４、２５：基板、２６：コア挿通孔、２７、２８：導電パターン、２９〜３１：基板、３２：コア挿通孔、３３〜３５：導電パターン、３６〜３８：スルーホール、３９：接続線、４０、４１：スルーホール、４２、４３：端子、４４、４５：スルーホール、４６：接続線、４７〜４９：スルーホール、５０：接続線、５１〜５５：スルーホール、５６：接続線、５７：スルーホール、５８、５９：端子、６０：平面状コイル、６１：基板、６２：コア挿通孔、６３ａ、６３ｂ：導電パターン、６４〜６６：スルーホール、６７：給電側制御部、６８：受電側制御部、６９、７０：第１、第２の通信部、７１：電圧計測手段、７２：電流計測手段、７３：温度計、７４：信号処理手段、７５：充電制御手段、７６：商用電源、７７：整流回路、７８：共振用コンデンサ、７９：整流器、８０：一次側コア、８１〜８４：端側磁極部、８５：二次コイル、８６：共振コイル、８７、８８：平面状二次コイル、８９〜９１：平面状共振コイル、９２：絶縁材
【図１】
2019075947.tif 000003
【図２】
2019075947.tif 000004
【図３】
2019075947.tif 000005
【図４】
2019075947.tif 000006
【図５】
2019075947.tif 000007
【図６】
2019075947.tif 000008