(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワイヤレス給電装置から移動体に搭載されるワイヤレス受電装置にワイヤレスで電力伝送するワイヤレス電力伝送システムであって、
前記ワイヤレス給電装置は、交流電流が流れると第１磁界を発生する給電コイルと、交流電流が流れると第２磁界を発生する補助給電コイルと、を備え、
前記ワイヤレス受電装置は、前記第１磁界または前記第２磁界を介して電力を受電する受電コイルと、前記受電コイルに接続される整流部と、前記整流部に接続され、前記移動体に搭載される蓄電部を充電する充電部と、を備え、
前記給電コイルおよび前記補助給電コイルは、前記移動体の進行方向に沿って、手前側から前記補助給電コイル、前記給電コイルの順で配置され、
前記第２磁界の強度は、前記第１磁界の強度より小さく、
前記充電部は、前記第１磁界を介して受電した電力を受ける前に、前記第２磁界を介して受電した電力を受けて起動を開始することを特徴とするワイヤレス電力伝送システム。
【請求項２】
前記ワイヤレス受電装置は、補助受電コイルをさらに備え、
前記整流部は、前記補助受電コイルと接続され、
前記受電コイルおよび前記補助受電コイルは、前記移動体の進行方向前側から前記補助受電コイル、前記受電コイルの順で配置され、
前記補助受電コイルは、前記第１磁界または前記第２磁界を介して電力を受電することを特徴とする請求項１に記載のワイヤレス電力伝送システム。
【請求項３】
前記ワイヤレス給電装置は、前記給電コイルに接続され、前記給電コイルに電力を供給する第１インバータと、前記補助給電コイルに接続され、前記補助給電コイルに電力を供給する第２インバータと、前記給電コイルを流れる電流を検知する第１検知部と、前記第２インバータと前記補助給電コイルとの間の接続状態を切換える切換部と、を備え、
前記切換部は、前記第１検知部により検知した電流が閾値を超えたとき、前記第２インバータと前記補助給電コイルとの接続を遮断することを特徴とする請求項１または２に記載のワイヤレス電力伝送システム。
【請求項４】
前記ワイヤレス給電装置は、前記補助給電コイルを流れる電流を検知する第２検知部と、前記給電コイルを前記移動体の進行方向と交差する方向に移動させる動作部を、備え、
前記補助給電コイルは、複数のコイルを含み、
前記動作部は、前記第２検知部により検知した前記複数のコイルそれぞれを流れる電流に基づき、前記給電コイルを移動させることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のワイヤレス電力伝送システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワイヤレス電力伝送システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、電気自動車や携帯機器において、電源ケーブルを用いることなく外部から電力をワイヤレスで供給するワイヤレス電力伝送技術が注目されている。
【０００３】
このようなワイヤレス電力伝送技術において、例えば、特許文献１では、走行中の車両（電気自動車）に電力を供給し、車両に搭載された蓄電池を充電する走行中充電に関する給電装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１６６９９２号公報
【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に開示される技術では、受電した電力は充電部を介して蓄電装置に充電するように構成されており、この充電動作には充電部を起動させるための時間が必要となるため、受電を開始しても、即座に充電動作が開始できないという問題がある。そのため、走行中充電のように電気自動車が高速で給電エリアに進入した場合、受電を開始しても、充電部が起動するまでの間、蓄電装置への充電が行われない区間が存在し、効率的な充電動作が行われないという問題があった。
【０００６】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、走行中充電において、充電部の充電動作のレスポンスを向上させ、効率的な充電動作が可能なワイヤレス電力伝送システム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】
【０００７】
本発明に係るワイヤレス電力伝送システムは、ワイヤレス給電装置から移動体に搭載されるワイヤレス受電装置にワイヤレスで電力伝送するワイヤレス電力伝送システムであって、ワイヤレス給電装置は、交流電流が流れると第１磁界を発生する給電コイルと、交流電流が流れると第２磁界を発生する補助給電コイルを備え、ワイヤレス受電装置は、第１磁界または第２磁界を介して電力を受電する受電コイルと、受電コイルに接続される整流部と、整流部に接続され、移動体に搭載される蓄電部を充電する充電部と、を備え、給電コイルおよび補助給電コイルは、移動体の進行方向に沿って、手前側から補助給電コイル、給電コイルの順で配置され、第２磁界の強度は第１磁界の強度より小さく、充電部は、第１磁界を介して受電した電力を受ける前に、第２磁界を介して受電した電力を受けて起動を開始することを特徴とする。
【０００８】
本発明によれば、給電コイルおよび補助給電コイルは、移動体の進行方向に沿って、手前側から補助給電コイル、給電コイルの順で配置され、充電部は、第１磁界を介して受電した電力を受ける前に、第２磁界を介して受電した電力を受けて起動を開始している。そのため、補助給電コイルから給電され、受電コイルにより受電された電力が先行して充電部に供給されることから、充電部の起動が開始し、充電部をスタンバイ状態とすることができる。つまり、充電部は即座に充電動作が可能となっている。したがって、走行中充電において、充電部の充電動作のレスポンスを向上させ、効率的な充電動作が可能となる。
【０００９】
また、本発明に係るワイヤレス電力伝送システムにおいては、補助給電コイルの発生する第２磁界の強度は、給電コイルの発生する第１磁界の強度より小さくなっている。そのため、補助給電コイルが発生する第２磁界を介して受電した電力を受けて充電部の起動を開始する際に発生する漏洩電磁ノイズが抑制される。したがって、漏洩電磁ノイズによる周囲の電子機器への影響を防止しつつ、充電部の起動を即座に実行することができる。
【００１０】
好ましくは、ワイヤレス受電装置は、補助受電コイルをさらに備え、整流部は、補助受電コイルと接続され、受電コイルおよび補助受電コイルは、移動体の進行方向前側から補助受電コイル、受電コイルの順で配置され、補助受電コイルは、第１磁界または第２磁界を介して電力を受電するとよい。この場合、補助給電コイルから給電される電力が、受電コイルにより受電する前に、補助受電コイルにより受電して充電部に供給されることから、充電部の起動をより早めることが可能となる。したがって、給電コイルから給電された電力を受電コイルで受電するときには、確実に充電部をスタンバイ状態とすることができる。
【００１１】
好ましくは、ワイヤレス給電装置は、給電コイルに接続され、給電コイルに電力を供給する第１インバータと、補助給電コイルに接続され、補助給電コイルに電力を供給する第２インバータと、給電コイルを流れる電流を検知する第１検知部と、第２インバータと補助給電コイルとの間の接続状態を切り換える切換部と、を備え、切換部は、第１検知部により検知した電流が閾値を超えたとき、第２インバータと補助給電コイルとの接続を遮断するとよい。この場合、受電コイルが給電コイルからの電力を受電開始したときには、補助給電コイルからの給電が停止される。したがって、受電コイルが給電コイルからの電力を受電中に補助給電コイルが動作しないため、無駄な電力消費を抑制することができる。
【００１２】
好ましくは、ワイヤレス給電装置は、補助給電コイルを流れる電流を検知する第２検知部と、給電コイルを移動体の進行方向と交差する方向に移動させる動作部を、備え、補助給電コイルは、複数のコイルを含み、動作部は、第２検知部により検知した複数のコイルそれぞれを流れる電流に基づき、給電コイルを移動させるとよい。この場合、給電コイルが給電した電力を受電コイルが受電する前に、給電コイルを給電に適した位置に移動させることが可能となる。したがって、電力伝送効率を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、走行中充電において、充電部の充電動作のレスポンスを向上させ、効率的な充電動作が可能なワイヤレス電力伝送システムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムの模式図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムの給電コイル部と給電側共振コンデンサを拡大して示す模式構成図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムの補助給電コイル部と補助給電側共振コンデンサを拡大して示す模式構成図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムの給電コイル、補助給電コイルおよび受電コイルの配置を説明するための図である。
【図５】本発明の第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムの受電コイル部と受電側共振コンデンサを拡大して示す模式構成図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムの模式図である。
【図７】本発明の第２実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムの給電コイル、補助給電コイルおよび受電コイルの配置を説明するための図である。
【図８】図３で示した本発明の第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムの補助給電コイル部と補助給電側共振コンデンサとは別の本発明の第２実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムの補助給電コイル部と補助給電側共振コンデンサを拡大して示す模式構成図である。
【図９】本発明の第３実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムの模式図である。
【図１０】本発明の第３実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムの補助受電コイル部と補助受電側共振コンデンサを拡大して示す模式構成図である。
【図１１】本発明の第３実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムの給電コイル、補助給電コイル、受電コイルおよび補助受電コイルの配置を説明するための図である。
【図１２】本発明の第４実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムの模式図である。
【図１３】本発明の第５実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムの模式図である。
【図１４】本発明の第５実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムの補助給電コイル部と補助給電側共振コンデンサを拡大して示す模式構成図である。
【図１５ａ】本発明の第５実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムにおいて、移動体が給電エリアに進入する前の状態を示す図である。
【図１５ｂ】本発明の第５実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムにおいて、移動体が給電エリアに進入を開始した状態を示す図である。
【図１５ｃ】本発明の第５実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムにおいて、受電コイルが給電コイルに重なり始めた状態を示す図である。
【図１５ｄ】本発明の第５実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムにおいて、給電コイルを給電に適した位置に移動させる前の状態を示す図である。
【図１５ｅ】本発明の第５実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムにおいて、給電コイルを給電に適した位置に移動させた状態を示す図である。
【図１５ｆ】本発明の第５実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムにおいて、受電コイルが給電コイルに重なり始めた状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。
【００１６】
（第１実施形態）
まず、図１〜図５を参照して、本発明の第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム１０の構成について説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムを示す模式図である。図２は、本発明の第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムの給電コイル部と給電側共振コンデンサを拡大して示す模式構成図である。図３は、本発明の第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムの補助給電コイル部と補助給電側共振コンデンサを拡大して示す模式構成図である。図４は、本発明の第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムの給電コイル、補助給電コイルおよび受電コイルの配置を説明するための図である。図５は、本発明の第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムの受電コイル部と受電側共振コンデンサを拡大して示す模式構成図である。なお、図４においては、説明の便宜上、筐体等の図示を省略した給電コイル、補助給電コイル、受電コイルを図示している。
【００１７】
ワイヤレス電力伝送システム１０は、図１に示されるように、ワイヤレス給電装置１００と、ワイヤレス受電装置２００と、を有する。ワイヤレス給電装置１００は、地上に配設される給電設備に搭載され、ワイヤレス受電装置２００は、移動体５００に搭載されている。ここで、ワイヤレス受電装置２００が搭載される移動体５００は、内蔵のバッテリーに蓄えられた電力を利用して推進力を発生させるものであれば特に制限されず、電気自動車（ＥＶ：Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｖｅｈｉｃｌｅ）やハイブリッド自動車（ＨＶ：Ｈｙｂｒｉｄ  Ｖｅｈｉｃｌｅ）などの車両が挙げられる。また、ワイヤレス受電装置２００が搭載される移動体５００は、電気自動車やハイブリッド自動車だけではなく、工場内で物品等を搬送する走行車や移動ロボットなども挙げられる。さらに、ワイヤレス受電装置２００が搭載される移動体５００としては、車輪を持たず、外部の駆動手段によって移動するエレベータにおけるエレベータかごなどもあげられる。なお、本実施形態では、ワイヤレス受電装置２００を電気自動車に搭載した例を用いて説明する。
【００１８】
ワイヤレス給電装置１００は、電源１１０と、第１インバータ１２０と、第２インバータ１２１と、給電コイル部１３０と、給電側共振コンデンサ１３３と、補助給電コイル部１４０と、補助給電側共振コンデンサ１４３を有する。ワイヤレス受電装置２００は、受電コイル部２１０と、受電側共振コンデンサ２１３と、整流部２４０と、充電部２５０と、を有する。
【００１９】
電源１１０は、直流電力を後述する第１インバータ１２０および第２インバータ１２１に供給する。電源１１０としては、直流電力を出力するものであれば特に制限されず、商用交流電源を整流・平滑した直流電源、二次電池、太陽光発電した直流電源、あるいはスイッチングコンバータなどのスイッチング電源装置などが挙げられる。
【００２０】
第１インバータ１２０および第２インバータは、電源１１０から供給される直流電力を交流電力に変換する機能を有している。本実施形態では、第１インバータ１２０は、電源１１０から供給される直流電力を交流電力に変換し、後述する給電コイル部１３０に供給し、第２インバータ１２１は、電源１１０から供給される直流電力を交流電力に変換し、後述する補助給電コイル部１４０に供給する。第１インバータ１２０および第２インバータ１２１としては、図示しない複数のスイッチング素子がブリッジ接続されたスイッチング回路から構成される。このスイッチング回路を構成するスイッチング素子としては、例えばＭＯＳ−ＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ−Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）やＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などが挙げられる。
【００２１】
給電コイル部１３０は、第１インバータ１２０から供給された交流電力を後述する受電コイル部２１０に給電する機能を有する。この給電コイル部１３０は、地中あるいは地面近傍に配置される。本実施形態では、給電コイル部１３０は、図２に示されるように、給電コイル１３１と、磁性体１３２と、を有し、絶縁性を有する筺体１３４によってパッケージングされている。なお、給電コイル部１３０は、給電コイル１３１のみから構成されていてもよい。
【００２２】
給電コイル１３１は、交流電流が流れると第１磁界を発生させる。具体的には、給電コイル１３１は、第１インバータ１２０から所定の駆動周波数の交流電圧が供給されると、交流電流が流れて交流磁界（第１磁界）を発生させる。この給電コイル１３１は、銅やアルミニウムなどの導線を複数撚り合わせたリッツ線を巻回して形成され、形状としては、例えば平面コイルやソレノイドコイルが挙げられる。なお、給電コイル１３１の巻数は、所望の電力伝送効率に基づいて適宜設定される。
【００２３】
磁性体１３２は、磁路の磁気抵抗を減らし、コイル間の磁気的な結合を高める作用を有する。つまり、磁性体１３２は、給電コイル１３１が効率良く磁界を発生するための機能を果たす。なお、給電コイル１３１を平面コイルで構成する場合、磁性体１３２は、給電コイル１３１の後述する受電コイル２１１と対向する面とは反対側である給電コイル１３１の背面側に設置され、板状または棒状の磁性材料から構成される。このとき、磁性体１３２と給電コイル１３１の間には、絶縁性のシートが設置されていてもよい。一方、給電コイル１３１をソレノイドコイルで構成する場合、磁性体１３２は、ソレノイドコイルのコイル軸を貫通するように設置され、コアとして機能することとなる。このとき、中空状の絶縁性ボビンに磁性体１３２を挿入し、この絶縁性ボビンの外表面に給電コイル１３１の導線を巻回するようにしてもよい。本実施形態では、図２に示されるように、平面コイルから構成される給電コイル１３１と、この給電コイル１３１の背面側であって、給電コイル１３１のコイル軸方向と直交する方向に沿って伸びる板状の磁性体１３２から構成されている。この磁性体１３２としては、比較的透磁率の高いフェライトなどが挙げられる。
【００２４】
給電側共振コンデンサ１３３は、給電コイル１３１と接続されており、給電コイル１３１とともに給電側ＬＣ共振回路を形成している。給電側共振コンデンサ１３３は、給電側ＬＣ共振回路の共振周波数を調整する機能を有する。この給電側共振コンデンサ１３３は、給電コイル１３１に直列接続されていてもよく、並列接続されていてもよく、あるいは直並列接続されていてもよい。そして、給電側ＬＣ共振回路の共振周波数を後述する受電側ＬＣ共振回路の共振周波数とほぼ等しく構成することで、高効率な磁界共鳴方式のワイヤレス電力伝送を実現することが可能となる。なお、図２では、給電側共振コンデンサ１３３は、給電コイル部１３０の筐体１３４から離間して配置されているがこれに限られることなく、給電コイル部１３０の筐体１３４の外表面に設置されていてもよく、給電コイル部１３０の筐体１３４の内部に収納されていても構わない。
【００２５】
補助給電コイル部１４０は、第２インバータ１２１から供給された交流電力を後述する受電コイル部２１０に給電する機能を有する。本実施形態では、補助給電コイル部１４０は、図３に示されるように、補助給電コイル１４１と、磁性体１４２と、を有し、絶縁性を有する筐体１４４によってパッケージングされている。なお、補助給電コイル部１４０は、補助給電コイル１４１のみから構成されていてもよい。本実施形態では、補助給電コイル部１４０は、給電コイル部１３０と同様に、地中あるいは地面近傍に配置されることとなる。
【００２６】
補助給電コイル１４１は、交流電流が流れると第２磁界を発生させる。具体的には、補助給電コイル１４１は、第２インバータ１２１から所定の駆動周波数の交流電圧が供給されると、交流電流が流れて交流磁界（第２磁界）を発生させる。この補助給電コイル１４１は、銅やアルミニウムなどの導線を複数撚り合わせたリッツ線を巻回して形成され、形状としては、例えば平面コイルやソレノイドコイルが挙げられる。本実施形態では、補助給電コイル１４１から発生する第２磁界の強度は、給電コイル１３１から発生する第１磁界の強度よりも小さくなっている。具体的には、第２インバータ１２１から補助給電コイル部１４０に供給される交流電力の交流電流を小さくすることにより、補助給電コイル１４１から発生する第２磁界の強度が給電コイル１３１から発生する第１磁界の強度より小さくなるように調整してもよく、補助給電コイル１４１の巻数を少なくすることにより、補助給電コイル１４１から発生する第２磁界の強度が給電コイル１３１から発生する第１磁界の強度よりも小さくなるように調整してもよい。このように、補助給電コイル１４１から発生する第２磁界の強度が、給電コイル１３１から発生する第１磁界の強度よりも小さいと、補助給電コイル１４１が発生する第２磁界を介して受電した電力を受けて後述する充電部２５０の起動を開始する際に発生する漏洩電磁ノイズが抑制される。したがって、漏洩電磁ノイズによる周囲の電子機器への影響を防止しつつ、充電部２５０の起動を即座に実行することができる。また、本実施形態では、補助給電コイル１４１の外形寸法は、給電コイル１３１の外形寸法よりも小さくなっている。具体的には、本実施形態のように、補助給電コイル１４１および給電コイル１３１が平面コイルから構成される場合は、補助給電コイル１４１を構成する導線の最外周部分により画定される外形面積が、給電コイル１３１を構成する導線の最外周部分により画定される外形面積より小さくなっている。
【００２７】
給電コイル１３１および補助給電コイル１４１は、図４に示されるように、移動体５００の進行方向に沿って、手前側から補助給電コイル１４１、給電コイル１３１の順で配置されている。つまり、補助給電コイル１４１は、給電コイル１３１よりも移動体５００の進行方向に沿って手前側に位置することになる。したがって、移動体５００が給電エリアに進入した際に、補助給電コイル１４１が先行して受電コイル２１１に重なることとなる。ここで、移動体５００の進行方向に沿った手前側とは、移動体５００の進行に合わせて変化する。具体的には、移動体５００が前進してワイヤレス給電装置１００が配設されている給電エリアに進入する場合は、移動体５００の進行方向に沿った手前側とは、移動体５００の前方部に近接する側となり、補助給電コイル１４１は、給電コイル１３１よりも移動体５００の前方部に近接して配置されることとなる。一方、移動体５００が後退してワイヤレス給電装置１００が配設されている給電エリアに進入する場合は、移動体５００の進行方向に沿った手前側とは、移動体５００の後方部に近接する側となり、補助給電コイル１４１は、給電コイル１３１よりも移動体５００の後方部に近接して配置されることとなる。なお、本実施形態では、移動体５００として電気自動車の例を用いて説明しているが、移動体５００がエレベータかごの場合についても同様である。すなわち、エレベータかごが上昇してワイヤレス給電装置１００が配設されている給電エリアに進入する場合、移動体５００の進行方向に沿った手前側とは、エレベータかごの上方部に近接する側となり、エレベータかごが下降してワイヤレス給電装置１００が配設されている給電エリアに進入する場合、移動体５００の進行方向に沿った手前側とは、エレベータかごの下方部となる。さらに、本実施形態では、補助給電コイル１４１の中心は、給電コイル１３１の中心から移動体５００の進行方向に沿って手前側に伸ばした仮想線上に位置している。またさらには、補助給電コイル１４１は、平面視した場合、給電コイル１３１と重ならない範囲で近接して配置されている。なお、補助給電コイル１４１と給電コイル１３１の離間距離は、後述する充電部２５０の起動時間や移動体５００の走行速度に基づいて設定されることとなる。
【００２８】
磁性体１４２は、磁路の磁気抵抗を減らし、コイル間の磁気的な結合を高める作用を有する。つまり、磁性体１４２は、補助給電コイル１４１が効率よく磁界を発生するための機能を果たす。なお、補助給電コイル１４１を平面コイルで構成する場合、磁性体１４２は、補助給電コイル１４１の後述する受電コイル２１１と対向する面とは反対側である背面側に設置され、板状または棒状の磁性材料から構成される。このとき、磁性体１４２と補助給電コイル１４１の間には、絶縁性のシートが設置されていてもよい。一方、補助給電コイル１４１をソレノイドコイルで構成する場合、磁性体１４２は、ソレノイドコイルのコイル軸を貫通するように設置され、コアとして機能することとなる。このとき、中空状の絶縁性ボビンに磁性体１４２を挿入し、この絶縁性ボビンの外表面に補助給電コイル１４１の導線を巻回するようにしてもよい。本実施形態では、図３に示されるように、平面コイルから構成される補助給電コイル１４１と、この補助給電コイル１４１の背面側であって、補助給電コイル１４１のコイル軸方向と直交する方向に沿って伸びる板状の磁性体１４２から構成されている。この磁性体１４２としては、比較的透磁率の高いフェライトなどが挙げられる。
【００２９】
補助給電側共振コンデンサ１４３は、補助給電コイル１４１と接続されており、補助給電コイル１４１とともに補助給電側ＬＣ共振回路を形成している。補助給電側共振コンデンサ１４３は、補助給電側ＬＣ共振回路の共振周波数を調整する機能を有する。この補助給電側共振コンデンサ１４３は、補助給電コイル１４１に直列接続されていてもよく、並列接続されていてもよく、あるいは直並列接続されていてもよい。そして、補助給電側ＬＣ共振回路の共振周波数を後述する受電側ＬＣ共振回路の共振周波数とほぼ等しく構成することで、高効率な磁界共鳴方式のワイヤレス電力伝送を実現することが可能となる。なお、図３では、補助給電側共振コンデンサ１４３は、補助給電コイル部１４０の筐体１４４から離間して配置されているがこれに限られることなく、補助給電コイル部１４０の筐体１４４の外表面に設置されていてもよく、補助給電コイル部１４０の筐体１４４の内部に収納されていても構わない。
【００３０】
受電コイル部２１０は、ワイヤレス給電装置１００から給電された交流電力を受電する機能を有する。本実施形態では、受電コイル部２１０は、移動体５００の下部に搭載されることとなる。この受電コイル部２１０は、図５に示されるように、受電コイル２１１と、磁性体２１２と、を有し、絶縁性を有する筐体によってパッケージングされている。なお、受電コイル部２１０は、受電コイル２１１のみから構成されていてもよい。
【００３１】
受電コイル２１１は、給電コイル１３１が発生する第１磁界または補助給電コイル１４１が発生する第２磁界を介して、給電コイル１３１または補助給電コイル１４１から電力を受電する。具体的には、受電コイル２１１は、給電コイル１３１が発生する第１磁界または補助給電コイル１４１が発生する第２磁界により、電磁誘導作用による起電力が生じ、この起電力に基づく交流電流が流れる。そして、受電コイル２１１に発生した交流電流は、後述する整流部２４０に供給される。本実施形態では、受電コイル２１１は、第１磁界および第２磁界を介して、給電コイル１３１および補助給電コイル１４１から電力を受電する。この受電コイル２１１は、銅やアルミニウムなどの導線を複数撚り合わせたリッツ線を巻き回して形成され、形状としては、例えば平面コイルやソレノイドコイルが挙げられる。なお、受電コイル２１１の巻数は、所望の電力伝送効率に基づいて適宜設定される。
【００３２】
磁性体２１２は、磁路の磁気抵抗を減らし、コイル間の磁気的な結合を高める作用を有する。つまり、磁性体２１２は、給電コイル１３１および補助給電コイル１４１が発生する交流磁界を効率良く受電コイル２１１に集中させる機能を果たす。なお、受電コイル２１１を平面コイルで構成する場合、磁性体２１２は、受電コイル２１１の給電コイル１３１および補助給電コイルと対向する面とは反対側である背面側に設置され、板状または棒状の磁性材料から構成される。このとき、磁性体２１２と受電コイル２１１の間には、絶縁性のシートが設置されていてもよい。一方、受電コイル２１１をソレノイドコイルで構成する場合、磁性体２１２は、ソレノイドコイルのコイル軸を貫通するように設置され、コアとして機能することとなる。このとき、中空状の絶縁性ボビンに磁性体２１２を挿入し、この絶縁性ボビンの外表面に受電コイル２１１の導線を巻回するようにしてもよい。本実施形態では、図５に示されるように、平面コイルから構成される受電コイル２１１と、この受電コイル２１１の背面側であって、受電コイル２１１のコイル軸方向と直交する方向に沿って伸びる板状の磁性体２１２から構成されている。この磁性体２１２としては、比較的透磁率の高いフェライトなどが挙げられる。
【００３３】
受電側共振コンデンサ２１３は、受電コイル２１１と接続されており、受電コイル２１１とともに受電側ＬＣ共振回路を形成している。受電側共振コンデンサ２１３は、受電側ＬＣ共振回路の共振周波数を調整する機能を有する。この受電側共振コンデンサ２１３は、受電コイル２１１に直列接続されていてもよく、並列接続されていてもよく、あるいは直並列接続されていてもよい。そして、受電側ＬＣ共振回路の共振周波数を給電側ＬＣ共振回路および補助給電側ＬＣ共振回路の共振周波数とほぼ等しく構成することで、高効率な磁界共鳴方式のワイヤレス電力伝送を実現することが可能となる。なお、図５では、受電側共振コンデンサ２１３は、受電コイル部２１０の筐体２１４から離間して配置されているがこれに限られることなく、受電コイル部２１０の筐体２１４の外表面に設置されていてもよく、受電コイル部２１０の筐体２１４の内部に収納されていても構わない。
【００３４】
整流部２４０は、受電コイル２１１が受電した交流電力を直流電力に整流して、後述する充電部２５０に出力する。整流部２４０を構成する素子としては、トランジスタやダイオード等の半導体素子が挙げられる。例えば、複数のダイオードがブリッジ接続されたブリッジ型回路と、このブリッジ型回路に並列に接続され、整流された電圧を平滑して直流電圧を生成する平滑コンデンサから構成される。
【００３５】
充電部２５０は、整流部２４０により整流された直流電力の電圧を、移動体５００に搭載される蓄電部３２０を充電するための電圧に変換する機能を有する。具体的には、充電部２５０は、整流部２４０に接続されており、起動回路２５１と、電力変換回路２５２から構成される。これにより、整流部２４０から直流電力が供給されると、この直流電力を受けて充電部２５０内部の起動回路２５１が起動し、供給された直流電力が、起動回路２５１により充電部２５０内部の電力変換回路２５２の起動用の電力に変換されて電力変換回路２５２に供給される。電力変換回路２５２は、起動用の電力を受けて起動状態となり、整流部２４０から供給される直流電圧を蓄電部３２０への充電電圧に変換して蓄電部３２０に出力する。すなわち、充電部２５０は、整流部２４０から供給される直流電力により、起動回路２５１、電力変換回路２５２の順に起動したのち、電力変換回路２５２による充電動作が開始されることとなる。ここで、起動回路２５１が消費する電力は、電力変換回路２５２が蓄電部３２０の充電動作のために出力する電力に比べて極めて小さいものの、起動回路２５１に電力が供給されてから起動するまでに時間を要することから、電力変換回路２５２による充電動作が開始するまでに時間を要し、即座に充電動作が開始できない。本実施形態では、給電コイル１３１および補助給電コイル１４１は、移動体５００の進行方向に沿って、手前側から補助給電コイル１４１、給電コイル１３１の順で配置されていることから、充電部２５０は、給電コイル１３１が発生する第１磁界を介して受電した電力を受ける前に、補助給電コイル１４１が発生する第２磁界を介して受電した電力を受けて起動を開始することとなる。したがって、充電部２５０は、給電コイル１３１が発生する第１磁界を介して受電した電力を受ける際には、既にスタンバイ状態となっている。このように構成される充電部２５０としては、整流部２４０から出力される直流電圧および蓄電部３２０の定格電圧に応じて、昇圧型コンバータ、昇降圧型コンバータ、降圧型コンバータ等の非絶縁型が用いられる。また、充電部２５０は、トランスを用いる絶縁型であってもよく、複数の素子を用いるインターリーブ型であっても構わない。蓄電部３２０は、移動体５００に搭載されており、繰り返し充電可能な電池であれば特に制限されず、例えばリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池などが挙げられる。また、蓄電部３２０は、蓄電量の高い電気二重層キャパシタ（ＥＤＬＣ：Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｄｏｕｂｌｅ−Ｌａｙｅｒ  Ｃａｐａｃｉｔｏｒ）であってもよく、電力を一時的に蓄え、蓄えられた電力を負荷部に供給することが可能な電力バッファとして機能するものであっても構わない。
【００３６】
このような構成を備えることにより、ワイヤレス給電装置１００からワイヤレス受電装置２００にワイヤレスにて電力伝送するワイヤレス電力伝送システム１０が実現される。
【００３７】
続いて、本実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム１０の給電動作について説明する。
【００３８】
まず、ワイヤレス受電装置２００を備えた移動体５００が、ワイヤレス給電装置１００が配設されている給電エリアに進入する。移動体５００が給電エリアに進入すると、先行して補助給電コイル１４１が受電コイル２１１と重なる。このとき、補助給電コイル１４１が発生する第２磁界を介して受電コイル２１１に電力が給電される。受電コイル２１１で受電した電力は、整流部２４０によって整流され、整流部２４０から出力された直流電力は、充電部２５０に供給される。充電部２５０に整流部２４０から直流電力が供給されると、この電力を受けて充電部２５０内部の起動回路２５１が起動し、供給された直流電力が、起動回路２５１により充電部２５０内部の電力変換回路２５２の起動用の電力に変換されて電力変換回路２５２に供給され、電力変換回路２５２が起動用の電力を受けて起動状態となる。つまり、充電部２５０は、給電コイル１３１が発生する第１磁界を介して受電した電力を受ける前に、補助給電コイル１４１が発生する第２磁界を介して受電した電力を受けて起動を開始し、スタンバイ状態に移行する。一方、充電動作が準備されている間も移動体５００は進行し続けるため、続いて給電コイル１３１が、受電コイル２１１と重なる。このとき、給電コイル１３１が発生する第１磁界を介して受電コイル２１１に電力が給電される。受電コイル２１１が受電した電力は、整流部２４０によって整流され、整流部２４０から出力された直流電力は、充電部２５０に供給される。ここで、充電部２５０は、即座に充電動作が可能なスタンバイ状態に移行しているため、充電部２５０に供給された直流電圧は、充電部２５０内部の電力変換回路２５２によって蓄電部３２０への充電電圧に変換され、蓄電部３２０に充電される。このように、給電コイル１３１からの電力を受電コイル２１１で受電するときには、補助給電コイル１４１により給電され受電コイル２１１で受電した電力で充電部２５０が起動し、スタンバイ状態になっている。そのため、受電コイル２１１が給電コイル１３１から給電される電力を受電した直後から蓄電部３２０への充電が開始されることとなる。つまり、受電コイル２１１が給電コイル１３１から給電される電力を受電してから蓄電部３２０への充電動作が開始するまでの充電部２５０の充電動作のレスポンスが向上する。
【００３９】
以上のように、本実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム１０は、ワイヤレス給電装置１００と、ワイヤレス受電装置２００とを有し、ワイヤレス給電装置１００は、交流電流が流れると第１磁界を発生する給電コイル１３１と、交流電流が流れると第２磁界を発生する補助給電コイル１４１と、を備え、ワイヤレス受電装置２００は、第１磁界または第２磁界を介して電力を受電する受電コイル２１１と、受電コイル２１１に接続される整流部２４０と、整流部２４０に接続され、移動体５００に搭載される蓄電部３２０を充電する充電部２５０と、を備え、給電コイル１３１および補助給電コイル１４１は、移動体５００の進行方向に沿って、手前側から補助給電コイル１４１、給電コイル１３１の順で配置され、第２磁界の強度は、第１磁界の強度より小さく、充電部２５０は、第１磁界を介して受電した電力を受ける前に、第２磁界を介して受電した電力を受けて起動を開始している。そのため、補助給電コイル１４１から給電され、受電コイル２１１により受電された電力が先行して充電部２５０に供給されることから、充電部２５０の起動が開始し、充電部２５０をスタンバイ状態とすることができる。つまり、充電部２５０は即座に充電動作が可能となっている。したがって、走行中充電において、充電部２５０の充電動作のレスポンスを向上させ、効率的な充電動作が可能となる。
【００４０】
また、本発明に係るワイヤレス電力伝送システム１０においては、補助給電コイル１４１の発生する第２磁界の強度は、給電コイル１３１の発生する第１磁界の強度より小さくなっている。そのため、補助給電コイル１４１が発生する第２磁界を介して受電した電力を受けて充電部２５０の起動を開始する際に発生する漏洩電磁ノイズが抑制される。したがって、漏洩電磁ノイズによる周囲の電子機器への影響を防止しつつ、充電部２５０の起動を即座に実行することができる。
【００４１】
（第２実施形態）
次に、図６〜図８を参照して、本発明の第２実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム２０の構成について説明する。図６は、本発明の第２実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムの模式図である。図７は、本発明の第２実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムの給電コイル、補助給電コイルおよび受電コイルの配置を説明するための図である。図８は、図３で示した本発明の第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムの補助給電コイル部と補助給電側共振コンデンサとは別の本発明の第２実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムの補助給電コイル部と補助給電側共振コンデンサを拡大して示す模式構成図である。なお、図７においては、説明の便宜上、筐体等の図示を省略した給電コイル、補助給電コイル、受電コイルを図示している。
【００４２】
ワイヤレス電力伝送システム２０は、第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム１０と同様に、ワイヤレス給電装置１００と、ワイヤレス受電装置２００と、を有する。ワイヤレス給電装置１００は、電源１１０と、第１インバータ１２０と、第２インバータ１２１と、給電コイル部１３０と、給電側共振コンデンサ１３３と、補助給電コイル部１４０と、補助給電コイル部１４５と、補助給電側共振コンデンサ１４３と、補助給電側共振コンデンサ１４６と、を有し、ワイヤレス受電装置２００は、受電コイル部２１０と、受電側共振コンデンサ２１３と、整流部２４０と、充電部２５０と、を有する。電源１１０、第１インバータ１２０、給電コイル部１３０、給電側共振コンデンサ１３３、第２インバータ１２１、補助給電コイル部１４０、補助給電側共振コンデンサ１４３、受電コイル部２１０、受電側共振コンデンサ２１３、整流部２４０と充電部２５０の構成は、第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム１０と同様である。すなわち、第２実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム２０は、補助給電コイル部１４５と補助給電側共振コンデンサ１４６を備えている点において、第１実施形態と相違する。以下、第１実施形態と異なる点を中心に説明する。なお、第１実施形態では、移動体５００が前進あるいは後退してワイヤレス給電装置１００が配設されている給電エリアに進入する例を用いて説明したが、本実施形態では、移動体５００が前進および後退してワイヤレス給電装置１００が配設されている給電エリアに進入する例について説明する。
【００４３】
補助給電コイル部１４５は、第２インバータ１２１から供給された交流電力を受けて第２磁界を発生し、受電コイル部２１０に給電する機能を有する。補助給電コイル部１４５の構成は、図８に示されるように、補助給電コイル１４１と、磁性体１４２と、を有し、絶縁性を有する筐体１４４によってパッケージングされている。なお、補助給電コイル部１４５は、補助給電コイル１４１のみから構成されていてもよい。本実施形態では、補助給電コイル部１４５は、給電コイル部１３０と同様に、地中あるいは地面近傍に配置されることとなる。
【００４４】
補助給電コイル部１４５の補助給電コイル１４１は、図７に示されるように、給電コイル１３１を基準に、移動体５００の進行方向に沿って補助給電コイル部１４０の補助給電コイル１４１とは反対側に配置されている。したがって、移動体５００が前進してワイヤレス給電装置１００が配設されている給電エリアに進入する際は、移動体５００の進行方向に沿って、手前側から補助給電コイル部１４０の補助給電コイル１４１、給電コイル１３１の順で位置することとなり、移動体５００が後退してワイヤレス給電装置１００が配設されている給電エリアに進入する際は、移動体５００の進行方向に沿って、手前側から補助給電コイル部１４５の補助給電コイル１４１、給電コイル１３１の順で位置することとなる。つまり、本実施形態では、移動体５００が前進してワイヤレス給電装置１００が配設されている給電エリアに進入した場合、および、移動体５００が後退してワイヤレス給電装置１００が配設されている給電エリアに進入した場合のいずれにおいても、給電コイル１３１よりも移動体５００の進行方向に沿って手前側に補助給電コイル部１４０の補助給電コイル１４１あるいは補助給電コイル部１４５の補助給電コイル１４１が位置することとなる。また、補助給電コイル部１４５の補助給電コイル１４１の中心は、給電コイル１３１の中心から移動体５００の進行方向に沿って伸ばした仮想線上に位置している。さらに、補助給電コイル部１４５の補助給電コイル１４１は、平面視した場合、給電コイル１３１と重ならない範囲で近接して配置されている。なお、補助給電コイル部１４５の補助給電コイル１４１と給電コイル１３１の離間距離は、充電部２５０の起動時間や移動体５００の走行速度に基づいて設定されることとなる。
【００４５】
補助給電側共振コンデンサ１４６は、補助給電コイル部１４５の補助給電コイル１４１と接続されており、補助給電コイル部１４５の補助給電コイル１４１とともに補助給電側ＬＣ共振回路を形成している。補助給電側共振コンデンサ１４６は、補助給電側ＬＣ共振回路の共振周波数を調整する機能を有する。この補助給電側共振コンデンサ１４６は、補助給電コイル部１４５の補助給電コイル１４１に直列接続されていてもよく、並列接続されていてもよく、あるいは直並列接続されていてもよい。そして、補助給電側ＬＣ共振回路の共振周波数を受電側ＬＣ共振回路の共振周波数とほぼ等しく構成することで、高効率な磁界共鳴方式のワイヤレス電力伝送を実現することが可能となる。なお、図８では、補助給電側共振コンデンサ１４６は、補助給電コイル部１４５の筐体１４４から離間して配置されているがこれに限られることなく、補助給電コイル部１４５の筐体１４４の外表面に設置されていてもよく、補助給電コイル部１４５の筐体１４４の内部に収納されていても構わない。
【００４６】
続いて、本実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム２０の給電動作について説明する。
【００４７】
まず、ワイヤレス受電装置２００を備えた移動体５００が、ワイヤレス給電装置１００が配設されている給電エリアに前進して進入する。移動体５００が給電エリアに進入すると、先行して補助給電コイル部１４０の補助給電コイル１４１が受電コイル２１１と重なる。このとき、補助給電コイル部１４０の補助給電コイル１４１が発生する第２磁界を介して受電コイル２１１に電力が給電される。受電コイル２１１で受電した電力は、整流部２４０によって整流され、整流部２４０から出力された直流電力は、充電部２５０に供給される。充電部２５０に整流部２４０から直流電力が供給されると、この電力を受けて充電部２５０内部の起動回路２５１が起動し、供給された直流電力が、起動回路２５１により充電部２５０内部の電力変換回路２５２の起動用の電力に変換されて電力変換回路２５２に供給され、電力変換回路２５２が起動用の電力を受けて起動状態となる。つまり、充電部２５０は、給電コイル１３１が発生する第１磁界を介して受電した電力を受ける前に、補助給電コイル部１４０の補助給電コイル１４１が発生する第２磁界を介して受電した電力を受けて起動を開始し、スタンバイ状態に移行する。一方、充電動作が準備されている間も移動体５００は進行し続けるため、続いて給電コイル１３１が、受電コイル２１１と重なる。このとき、給電コイル１３１が発生する第１磁界を介して受電コイル２１１に電力が給電される。受電コイル２１１が受電した電力は、整流部２４０によって整流され、整流部２４０から出力された直流電力は、充電部２５０に供給される。ここで、充電部２５０は、即座に充電動作が可能なスタンバイ状態に移行しているため、充電部２５０に供給された直流電圧は、充電部２５０内部の電力変換回路２５２によって蓄電部３２０への充電電圧に変換され、蓄電部３２０に充電される。このように、給電コイル１３１からの電力を受電コイル２１１で受電するときには、補助給電コイル部１４０の補助給電コイル１４１により給電され受電コイル２１１で受電した電力で充電部２５０の起動が開始し、スタンバイ状態になっている。そのため、受電コイル２１１が給電コイル１３１から給電される電力を受電した直後から蓄電部３２０への充電が開始されることとなる。つまり、受電コイル２１１が給電コイル１３１から給電される電力を受電してから蓄電部３２０への充電動作が開始するまでの充電部２５０の充電動作のレスポンスが向上する。
【００４８】
続いて、移動体５００が、ワイヤレス給電装置１００が配設されている給電エリアに後退して進入すると、先行して補助給電コイル部１４５の補助給電コイル１４１が受電コイル２１１と重なる。このとき、補助給電コイル部１４５の補助給電コイル１４１が発生する第２磁界を介して受電コイル２１１に電力が給電される。受電コイル２１１で受電した電力は、整流部２４０によって整流され、整流部２４０から出力された直流電力は、充電部２５０に供給される。充電部２５０に整流部２４０から直流電力が供給されると、この電力を受けて充電部２５０内部の起動回路２５１が起動し、供給された直流電力が、起動回路２５１により充電部２５０内部の電力変換回路２５２の起動用の電力に変換されて電力変換回路２５２に供給され、電力変換回路２５２が起動用の電力を受けて起動状態となる。つまり、充電部２５０は、給電コイル１３１が発生する第１磁界を介して受電した電力を受ける前に、補助給電コイル部１４５の補助給電コイル１４１が発生する第２磁界を介して受電した電力を受けて起動を開始し、スタンバイ状態に移行する。一方、充電動作が準備されている間も移動体５００は進行し続けるため、続いて給電コイル１３１が、受電コイル２１１と重なる。このとき、給電コイル１３１が発生する第１磁界を介して受電コイル２１１に電力が給電される。受電コイル２１１が受電した電力は、整流部２４０によって整流され、整流部２４０から出力された直流電力は、充電部２５０に供給される。ここで、充電部２５０は、即座に充電動作が可能なスタンバイ状態に移行しているため、充電部２５０に供給された直流電圧は、充電部２５０内部の電力変換回路２５２によって蓄電部３２０への充電電圧に変換され、蓄電部３２０に充電される。このように、給電コイル１３１からの電力を受電コイル２１１で受電するときには、補助給電コイル部１４５の補助給電コイル１４１により給電され受電コイル２１１で受電した電力で充電部２５０の起動が開始し、スタンバイ状態になっている。そのため、受電コイル２１１が給電コイル１３１から給電される電力を受電した直後から蓄電部３２０への充電が開始されることとなる。つまり、移動体５００が前進および後退のいずれかによってワイヤレス給電装置１００が配設されている給電エリアに進入したとしても、受電コイル２１１が給電コイル１３１から給電される電力を受電してから蓄電部３２０への充電動作が開始するまでの充電部２５０の充電動作のレスポンスが向上する。
【００４９】
以上のように、本実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム２０は、ワイヤレス給電装置１００と、ワイヤレス受電装置２００とを有し、ワイヤレス給電装置１００は、交流電流が流れると第１磁界を発生する給電コイル１３１と、交流電流が流れると第２磁界を発生する補助給電コイル１４１と、を備え、ワイヤレス受電装置２００は、第１磁界または第２磁界を介して電力を受電する受電コイル２１１と、受電コイル２１１に接続される整流部２４０と、整流部２４０に接続され、移動体５００に搭載される蓄電部３２０を充電する充電部２５０と、を備え、給電コイル１３１および補助給電コイル１４１は、移動体５００の進行方向に沿って、手前側から補助給電コイル１４１、給電コイル１３１の順で配置され、第２磁界の強度は、第１磁界の強度より小さく、充電部２５０は、第１磁界を介して受電した電力を受ける前に、第２磁界を介して受電した電力を受けて起動を開始している。そのため、補助給電コイル１４１から給電され、受電コイル２１１により受電された電力が先行して充電部２５０に供給されることから、充電部２５０の起動が開始し、充電部２５０をスタンバイ状態とすることができる。つまり、充電部２５０は即座に充電動作が可能となっている。したがって、走行中充電において、充電部２５０の充電動作のレスポンスを向上させ、効率的な充電動作が可能となる。
【００５０】
また、本発明に係るワイヤレス電力伝送システム２０においては、補助給電コイル１４１の発生する第２磁界の強度は、給電コイル１３１の発生する第１磁界の強度より小さくなっている。そのため、補助給電コイル１４１が発生する第２磁界を介して受電した電力を受けて充電部２５０の起動を開始する際に発生する漏洩電磁ノイズが抑制される。したがって、漏洩電磁ノイズによる周囲の電子機器への影響を防止しつつ、充電部２５０の起動を即座に実行することができる。
【００５１】
（第３実施形態）
次に、図９〜図１１を参照して、本発明の第３実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム３０の構成について説明する。図９は、本発明の第３実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムの模式図である。図１０は、本発明の第３実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムの補助受電コイル部と補助受電側共振コンデンサを拡大して示す模式構成図である。図１１は、第３実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムの給電コイル、補助給電コイル、受電コイルおよび補助受電コイルの配置を説明するための図である。なお、図１１においては、説明の便宜上、筐体等の図示を省略した給電コイル、補助給電コイル、受電コイル、補助受電コイルを図示している。
【００５２】
ワイヤレス電力伝送システム３０は、第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム１０と同様に、ワイヤレス給電装置１００と、ワイヤレス受電装置２００と、を有する。ワイヤレス給電装置１００は、電源１１０と、第１インバータ１２０と、第２インバータ１２１と、給電コイル部１３０と、給電側共振コンデンサ１３３と、補助給電コイル部１４０と、補助給電側共振コンデンサ１４３と、を有し、ワイヤレス受電装置２００は、受電コイル部２１０と、受電側共振コンデンサ２１３と、補助受電コイル部２２０と、補助受電側共振コンデンサ２２３と、整流部２４０と、充電部２５０と、を有する。電源１１０、第１インバータ１２０、第２インバータ１２１、給電コイル部１３０、給電側共振コンデンサ１３３、補助給電コイル部１４０、補助給電側共振コンデンサ１４３、受電コイル部２１０、受電側共振コンデンサ２１３、整流部２４０、充電部２５０の構成は、第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム１０と同様である。すなわち、第３実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム３０は、第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム１０に加えて、補助受電コイル部２２０と、補助受電側共振コンデンサ２２３を備えている点において、第１実施形態と相違する。以下、第１実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００５３】
補助受電コイル部２２０は、受電コイル部２１０と同様に、ワイヤレス給電装置１００から供給された交流電力を受電する機能を有し、受電した交流電力を整流部２４０に供給する。この補助受電コイル部２２０は、図１０に示されるように、補助受電コイル２２１と、磁性体２２２と、を有し、絶縁性を有する筐体２２４によってパッケージングされている。なお、補助受電コイル部２２０は、補助受電コイル２２１のみから構成されていてもよい。本実施形態では、補助受電コイル部２２０は、受電コイル部２１０と同様に、移動体５００の下部に搭載されることとなる。具体的には、図９に示されるように、補助受電コイル部２２０は、移動体５００の進行方向において、受電コイル部２１０よりも移動体５００の前側下部に配置されている。
【００５４】
補助受電コイル２２１は、整流部２４０に接続されており、給電コイル１３１が発生する第１磁界または補助給電コイル１４１が発生する第２磁界を介して交流電力を受電する。具体的には、給電コイル１３１が発生する第１磁界または補助給電コイル１４１が発生する第２磁界により、電磁誘導作用による起電力が生じ、この起電力に基づく交流電流が流れる。そして、補助受電コイル２２１に発生した交流電流は、整流部２４０に供給される。この補助受電コイル２２１は、銅やアルミニウムなどの導線を複数撚り合わせたリッツ線を巻回して形成され、形状としては、例えば平面コイルやソレノイドコイルが挙げられる。補助受電コイル２２１の単位時間当たりに受電する電力量は、受電コイル２１１の単位時間当たりに受電する電力量よりも小さくなっている。本実施形態では、補助受電コイル２２１の外形寸法が受電コイル２１１の外形寸法より小さくなっており、これにより受電する電力量を調整している。具体的には、本実施形態のように、補助受電コイル２２１および受電コイル２１１が平面コイルから構成される場合、補助受電コイル２２１を構成する導線の最外周部分により画定される外形面積が、受電コイル２１１を構成する導線の最外周部分により画定される外形面積より小さくなっている。なお、補助受電コイル２２１の巻数は、受電する電力量に基づいて適宜設定され、受電コイル２１１の巻数よりも少なくても構わない。
【００５５】
受電コイル２１１および補助受電コイル２２１は、図１１に示されるように、移動体５００の進行方向に沿って、進行方向前側から補助受電コイル２２１、受電コイル２１１の順で配置されている。つまり、補助受電コイル２２１は、受電コイル２１１よりも移動体５００の進行方向前側に位置することとなる。ここで、移動体５００の進行方向前側とは、移動体５００の進行に合わせて変化する。具体的には、移動体５００が前進してワイヤレス給電装置１００が配設されている給電エリアに進入する場合は、移動体５００の進行方向前側は移動体５００の前方部となり、補助受電コイル２２１は、受電コイル２１１よりも移動体５００の前方下部に配置されることとなる。一方、移動体５００が後退してワイヤレス給電装置１００が配設されている給電エリアに進入する場合は、移動体５００の進行方向前側は移動体５００の後方部となり、補助受電コイル２２１は、受電コイル２１１よりも移動体５００の後方下部に配置されることとなる。なお、本実施形態では、移動体５００として電気自動車の例を用いて説明しているが、移動体５００がエレベータかごの場合についても同様である。すなわち、エレベータかごが上昇してワイヤレス給電装置１００が配設されている給電エリアに進入する場合、エレベータかごの進行方向前側は上方部となり、エレベータかごが下降してワイヤレス給電装置１００が配設されている給電エリアに進入する場合、エレベータかごの進行方向前側は下方部となる。また、補助受電コイル２２１の中心は、受電コイル２１１の中心から移動体５００の進行方向における前方側に伸ばした仮想線上に位置している。さらに、補助受電コイル２２１は、平面視した場合、受電コイル２１１と重ならないように配置されている。なお、補助受電コイル２２１と受電コイル２１１の離間距離は、充電部２５０の起動時間や移動体５００の走行速度に基づいて設定されることとなる。
【００５６】
磁性体２２２は、磁路の磁気抵抗を減らし、コイル間の磁気的な結合を高める作用を有する。つまり、磁性体２２２は、補助給電コイル１４１が発生する磁界を効率良く補助受電コイル２２１に集中させる機能を果たす。なお、補助受電コイル２２１を平面コイルで構成する場合、磁性体２２２は、補助受電コイル２２１の給電側のコイルと対向する面とは反対側である背面側に設置され、板状または棒状の磁性材料から構成される。このとき、磁性体２２２と補助受電コイル２２１の間には、絶縁性のシートが設置されていてもよい。一方、補助受電コイル２２１をソレノイドコイルで構成する場合、磁性体２２２は、ソレノイドコイルのコイル軸を貫通するように設置され、コアとして機能することとなる。このとき、中空状の絶縁性ボビンに磁性体２２２を挿入し、この絶縁性ボビンの外表面に補助受電コイル２２１の導線を巻回するようにしてもよい。本実施形態では、図１０に示されるように、平面コイルから構成される補助受電コイル２２１と、この補助受電コイル２２１の背面側であって、補助受電コイル２２１のコイル軸方向と直交する方向に沿って伸びる板状の磁性体２２２から構成されている。この磁性体２２２としては、比較的透磁率の高いフェライトなどが挙げられる。
【００５７】
補助受電側共振コンデンサ２２３は、補助受電コイル２２１と接続されており、補助受電コイル２２１とともに補助受電側ＬＣ共振回路を形成している。補助受電側共振コンデンサ２２３は、補助受電側ＬＣ共振回路の共振周波数を、補助給電側ＬＣ共振回路の共振周波数とほぼ等しくなるように調整する機能を有する。この補助受電側共振コンデンサ２２３は、補助受電コイル２２１に直列接続されていてもよく、並列接続されていてもよく、あるいは直並列接続されていてもよい。なお、補助受電側ＬＣ共振回路を形成しなくても、補助受電コイル２２１のみで受電した電力で、充電部２５０を起動する電力が確保できるのであれば、補助受電側ＬＣ共振回路を形成する必要はなく、補助受電側共振コンデンサ２２３は不要となる。なお、図１０では、補助受電側共振コンデンサ２２３は、補助受電コイル部２２０の筐体２２４から離間して配置されているがこれに限られることなく、補助受電コイル部２２０の筐体２２４の外表面に設置されていてもよく、補助受電コイル部２２０の筐体２２４の内部に収納されていても構わない。
【００５８】
続いて、本実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム３０の給電動作について説明する。
【００５９】
まず、ワイヤレス受電装置２００を備えた移動体５００が、ワイヤレス給電装置１００が配設されている給電エリアに進入する。移動体５００が給電エリアに進入すると、先行して補助受電コイル２２１が補助給電コイル１４１と重なる。このとき、補助給電コイル１４１が発生する第２磁界を介して補助受電コイル２２１に電力が給電される。補助受電コイル２２１で受電した電力は、整流部２４０によって整流され、整流部２４０から出力された直流電力は、充電部２５０に供給される。充電部２５０に整流部２４０から直流電力が供給されると、この電力を受けて充電部２５０内部の起動回路２５１が起動し、供給された直流電力が、起動回路２５１により充電部２５０内部の電力変換回路２５２の起動用の電力に変換されて電力変換回路２５２に供給され、電力変換回路２５２が起動用の電力を受けて起動状態となる。つまり、充電部２５０は、給電コイル１３１が発生する第１磁界を介して受電した電力を受ける前に、補助給電コイル１４１が発生する第２磁界を介して受電した電力を受けて起動を開始し、スタンバイ状態に移行する。さらに、移動体５００が進行し続けると、補助受電コイル２２１は給電コイル１３１と重なる。このとき、給電コイル１３１が発生する第１磁界を介して補助受電コイル２２１に電力が給電される。補助受電コイル２２１で受電した電力は、整流部２４０によって整流され、整流部２４０から出力された直流電力は、充電部２５０に供給される。このとき、充電部２５０は、補助受電コイル２２１で受電した電力で既に起動が開始しているため、充電部２５０の起動が維持されつつ、充電部２５０の起動の維持に使われる電力をこえた電力は蓄電部３２０に充電される。さらに、移動体５００が進行し続けると、続いて受電コイル２１１が補助給電コイル１４１と重なる。このとき、補助給電コイル１４１が発生する第２磁界を介して受電コイル２１１に電力が給電される。受電コイル２１１で受電した電力は、整流部２４０によって整流され、整流部２４０から出力された直流電力は、充電部２５０に供給される。充電部２５０は、補助受電コイル２２１で受電した電力で既に起動が開始しているため、充電部２５０の起動が維持されつつ、充電部２５０の起動の維持に使われる電力をこえた電力は蓄電部３２０に充電される。さらに、移動体５００が進行し続けると、続いて受電コイル２１１が、給電コイル１３１と重なる。このとき、給電コイル１３１が発生する第１磁界を介して受電コイル２１１に電力が給電される。受電コイル２１１が受電した電力は、整流部２４０によって整流され、整流部２４０から出力された直流電力は、充電部２５０に供給される。ここで、充電部２５０は、すでに起動が開始しているため、充電部２５０に供給された直流電圧は、即座に充電部２５０内部の電力変換回路２５２によって蓄電部３２０への充電電圧に変換され、蓄電部３２０に充電される。このように、給電コイル１３１からの電力を受電コイル２１１で受電するときには、補助受電コイル２２１が補助給電コイル１４１より受電した受電電力で充電部２５０が起動し、スタンバイ状態になっているとともに、補助受電コイル２２１が給電コイル１３１より受電した電力ならびに受電コイル２１１が補助給電コイル１４１より受電した電力で充電部２５０の起動が維持されている。そのため、受電コイル２１１が電力を受電した直後から蓄電部３２０への充電が開始されることとなる。つまり、受電コイル２１１が電力を受電してから蓄電部３２０への充電動作が開始するまでの充電部２５０の充電動作のレスポンスが向上する。
【００６０】
以上のように、本実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム３０は、ワイヤレス受電装置２００が、補助受電コイル２２１をさらに備え、整流部２４０は、補助受電コイル２２１と接続され、受電コイル２１１および補助受電コイル２２１は、移動体５００の進行方向前側から補助受電コイル２２１、受電コイル２１１の順で配置され、補助受電コイル２２１は、第１磁界または第２磁界を介して電力を受電している。そのため、補助給電コイル１４１から給電される電力が、受電コイル２１１により受電する前に、補助受電コイル２２１により受電して充電部２５０に供給されることから、充電部２５０の起動をより早めることが可能となる。したがって、給電コイル１４１から給電された電力を受電コイル２１１で受電するときには、確実に充電部２５０をスタンバイ状態とすることができる。
【００６１】
（第４実施形態）
次に、図１２を参照して、本発明の第４実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム４０の構成について説明する。図１２は、本発明の第４実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムの模式図である。
【００６２】
ワイヤレス電力伝送システム４０は、第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム１０と同様に、ワイヤレス給電装置１００と、ワイヤレス受電装置２００と、を有する。ワイヤレス給電装置１００は、電源１１０と、第１インバータ１２０と、第２インバータ１２１と、給電コイル部１３０と、給電側共振コンデンサ１３３と、補助給電コイル部１４０と、補助給電側共振コンデンサ１４３と、第１検知部１５１と、切換部１６０と、を有し、ワイヤレス受電装置２００は、受電コイル部２１０と、受電側共振コンデンサ２１３と、整流部２４０と、充電部２５０と、を有する。電源１１０、第１インバータ１２０、第２インバータ１２１、給電コイル部１３０、給電側共振コンデンサ１３３、補助給電コイル部１４０、補助給電側共振コンデンサ１４３、受電コイル部２１０、受電側共振コンデンサ２１３、整流部２４０と充電部２５０の構成は、第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム１０と同様である。すなわち、第４実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム４０は、第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム１０に加えて、第１検知部１５１と、切換部１６０を備えている点において、第１実施形態と相違する。以下、第１実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００６３】
第１検知部１５１は、第１インバータ１２０と給電コイル１３１との間に設けられ、給電コイル１３１を流れる電流を検知する機能を有する。すなわち、給電コイル１３１に受電コイル２１１が重なって、受電コイル２１１による電力の受電が開始されたことを、給電コイル１３１に流れる電流を検知して認識するものである。この第１検知部１５１には、閾値が設定されており、第１検知部１５１で検知した電流の値が閾値を超えたとき、出力信号を後述する切換部１６０に出力する。なお、閾値は、給電コイル１３１から受電コイル２１１に電力伝送され、受電コイル２１１が電力を受電するときに給電コイル１３１を流れる電流の最小の値が設定される。この第１検知部１５１は、電流センサやカレントトランスから構成される。
【００６４】
切換部１６０は、第２インバータ１２１と補助給電コイル１４１との間に設けられ、第１検知部１５１よりの出力信号を受け取ったときに、第２インバータ１２１と補助給電コイル１４１との間の接続状態を切換える。具体的には、切換部１６０は、給電コイル１３１を流れる電流が閾値を超えない状態では、第１検知部１５１からの出力信号が入力されないため、第２インバータ１２１と補助給電コイル１４１との接続状態を維持し、給電コイル１３１を流れる電流が閾値を超えたときには、第１検知部１５１からの出力信号が入力され、第２インバータ１２１と補助給電コイル１４１との接続を遮断する。すなわち、切換部１６０は、第１検知部１５１により検知された電流が閾値を超えたとき、第２インバータ１２１と補助給電コイル１４１との間の接続を遮断することとなる。ここで、第２インバータ１２１と補助給電コイル１４１との間の接続とは、電気的な接続のことを意味する。この切換部１６０としては、半導体スイッチやリレーが用いられる。
【００６５】
続いて、本実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム４０の給電動作について説明する。
【００６６】
まず、ワイヤレス受電装置２００を備えた移動体５００が、ワイヤレス給電装置１００が配設されている給電エリアに進入する。移動体５００が給電エリアに進入すると、先行して補助給電コイル１４１が受電コイル２１１と重なる。このとき、補助給電コイル１４１が発生する第２磁界を介して受電コイル２１１に電力が給電される。受電コイル２１１で受電した電力は、整流部２４０によって整流され、整流部２４０から出力された直流電力は、充電部２５０に供給される。充電部２５０に整流部２４０から直流電力が供給されると、この電力を受けて充電部２５０内部の起動回路２５１が起動し、供給された直流電力が、起動回路２５１により充電部２５０内部の電力変換回路２５２の起動用の電力に変換されて電力変換回路２５２に供給され、電力変換回路２５２が起動用の電力を受けて起動状態となる。つまり、充電部２５０は、給電コイル１３１が発生する第１磁界を介して受電した電力を受ける前に、補助給電コイル１４１が発生する第２磁界を介して受電した電力を受けて起動を開始し、スタンバイ状態に移行する。一方、充電動作が準備されている間も移動体５００は進行し続けるため、続いて給電コイル１３１が、受電コイル２１１と重なる。このとき、給電コイル１３１が発生する第１磁界を介して受電コイル２１１に電力が給電される。受電コイル２１１が受電した電力は、整流部２４０によって整流され、整流部２４０から出力された直流電力は、充電部２５０に供給される。ここで、充電部２５０は、即座に充電動作が可能なスタンバイ状態に移行しているため、充電部２５０に供給された直流電圧は、充電部２５０内部の電力変換回路２５２によって蓄電部３２０への充電電圧に変換され、蓄電部３２０に充電される。このように、給電コイル１３１からの電力を受電コイル２１１で受電するときには、補助給電コイル１４１により給電され受電コイル２１１で受電した電力で充電部２５０が起動し、スタンバイ状態になっている。そのため、受電コイル２１１が給電コイル１３１から給電される電力を受電した直後から蓄電部３２０への充電が開始されることとなる。本実施形態では、給電コイル１３１からの電力を受電コイル２１１で受電開始すると、第１検知部１５１で検知される電流が閾値を超える。第１検知部１５１で検知された電流が閾値を超えると、第１検知部１５１より出力信号が切換部１６０に出力される。切換部１６０が第１検知部１５１からの出力信号を受け取ると、切換部１６０によって第２インバータ１２１と補助給電コイル１４１との間の接続が遮断され、補助給電コイル１４１からの給電が停止される。つまり、補助給電コイル１４１での電力消費は発生しないこととなる。
【００６７】
以上のように、本実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム４０は、ワイヤレス給電装置１００が、給電コイル１３１に接続され、給電コイル１３１に電力を供給する第１インバータ１２０と、補助給電コイル１４１に接続され、補助給電コイル１４１に電力を供給する第２インバータ１２１と、給電コイル１３１を流れる電流を検知する第１検知部１５１と、第２インバータ１２１と補助給電コイル１４１との間の接続状態を切り換える切換部１６０と、を備え、切換部１６０は、給電コイル１３１を流れる電流が閾値を超えたときに、第２インバータ１２１と補助給電コイル１４１との接続を遮断している。そのため、受電コイル２１１が給電コイル１３１からの電力を受電開始したときには、補助給電コイル１４１からの給電が停止される。したがって、受電コイル２１１が給電コイル１３１からの電力を受電中に補助給電コイル１４１が動作しないため、無駄な電力消費を抑制することができる。
【００６８】
（第５実施形態）
次に、図１３〜図１６を参照して、本発明の第５実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム５０の構成について説明する。図１３は、本発明の第５実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムの模式図である。図１４は、本発明の第５実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムの補助給電コイル部と補助給電側共振コンデンサを拡大して示す模式構成図である。図１５ａは、本発明の第５実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムにおいて、移動体が給電エリアに進入する前の状態を示す図である。図１５ｂは、本発明の第５実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムにおいて、移動体が給電エリアに進入を開始した状態を示す図である。図１５ｃは、本発明の第５実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムにおいて、受電コイルが補助給電コイルに重なり始めた状態を示す図である。図１５ｄは、本発明の第５実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムにおいて、給電コイルを給電に適した位置に移動させる前の状態を示す図である。図１５ｅは、本発明の第５実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムにおいて、給電コイルを給電に適した位置に移動させた状態を示す図である。図１５ｆは、本発明の第５実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムにおいて、受電コイルが給電コイルに重なり始めた状態を示す図である。なお、図１５ａ〜図１５ｆにおいては、説明の便宜上、筐体等の図示を省略した給電コイル、第１〜第３補助給電コイル、受電コイルを図示している。
【００６９】
ワイヤレス電力伝送システム５０は、第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム１０と同様に、ワイヤレス給電装置１００と、ワイヤレス受電装置２００と、を有する。ワイヤレス給電装置１００は、電源１１０と、第１インバータ１２０と、第２インバータ１２１と、給電コイル部１３０と、給電側共振コンデンサ１３３と、補助給電コイル部１９０と、補助給電側共振コンデンサ１９３と、動作部１８１と、第２検知部１５２を有し、ワイヤレス受電装置２００は、受電コイル部２１０と、受電側共振コンデンサ２１３と、整流部２４０と、充電部２５０と、を有する。電源１１０、第１インバータ１２０、第２インバータ１２１、給電コイル部１３０、給電側共振コンデンサ１３３、受電コイル部２１０、受電側共振コンデンサ２１３、整流部２４０と充電部２５０の構成は、第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム１０と同様である。すなわち、第５実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム５０は、第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム１０の補助給電コイル部１４０と補助給電側共振コンデンサ１４３に代えて、補助給電コイル部１９０と補助給電側共振コンデンサ１９３と、を備え、またさらに、動作部１８１と、第２検知部１５２を備えている点において、第１実施形態と相違する。以下、第１実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００７０】
補助給電コイル部１９０は、第２インバータ１２１から供給された交流電力を受電コイル部２１０に給電する機能を有する。本実施形態では、補助給電コイル部１９０は、図１４に示されるように、補助給電コイル１９１と、磁性体１９２と、を有し、絶縁性を有する筐体１９４によってパッケージングされている。なお、補助給電コイル部１９０は、補助給電コイル１９１のみから構成されていてもよい。本実施形態では、補助給電コイル部１９０は、給電コイル部１３０と同様に、地中あるいは地面近傍に配置されることとなる。
【００７１】
給電コイル１３１および補助給電コイル１９１は、図１５ａに示されるように、移動体５００の進行方向に沿って、手前側から補助給電コイル１９１、給電コイル１３１の順で配置されている。つまり、補助給電コイル１９１は、給電コイル１３１よりも移動体５００の進行方向に沿って手前側に位置することになる。したがって、移動体５００が給電エリアに進入した際に、補助給電コイル１９１が先行して受電コイル２１１に重なることとなる。補助給電コイル１９１は、複数のコイルから構成され、本実施形態では、第１補助給電コイル１９１ａ、第２補助給電コイル１９１ｂ、第３補助給電コイル１９１ｃの３つのコイルから構成されている。第１〜第３補助給電コイル１９１ａ〜１９１ｃは、地中あるいは地面近傍において、互いに重なり合わないように位置している。具体的には、第２補助給電コイル１９１ｂの中心は、給電コイル１３１の中心から移動体５００の進行方向に沿って手前側に伸ばした仮想線上に位置し、第１および第３補助給電コイル１９１ａ，１９１ｃは、給電コイル１３１の中心から移動体５００の進行方向に沿って手前側に伸ばした仮想線に対して線対称になるように位置している。またさらには、第１〜第３補助給電コイル１９１ａ〜１９１ｃは、第１〜第３補助給電コイル１９１ａ〜１９１ｃの中心同士を結ぶ仮想線が移動体５００の進行方向と直交する方向に平行となるように位置している。すなわち、第１〜第３補助給電コイル１９１ａ〜１９１ｃは、移動体５００の進行方向と直交する方向に並置されている。ここで、本実施形態では、第１〜第３補助給電コイル１９１ａ〜１９１ｃは、それぞれ補助給電側共振コンデンサ１９３と接続され補助給電側ＬＣ共振回路を形成している。なお、図１４では、３つの補助給電側共振コンデンサ１９３は、それぞれ補助給電コイル部１９０の筐体１９４から離間して配置されているがこれに限られることなく、補助給電コイル部１９０の筐体１９４の外表面に設置されていてもよく、補助給電コイル部１９０の筐体１９４の内部に収納されていても構わない。また、第１〜第３補助給電コイル１９１ａ〜１９１ｃは、磁性体１９２とともに１つの筐体１９４にパッケージングされているがこれに限られることなく、第１〜第３補助給電コイル１９１ａ〜１９１ｃが別々の筐体にそれぞれのコイルに対応する磁性体とともにパッケージングされていてもよい。
【００７２】
第２検知部１５２は、第２インバータ１２１と補助給電コイル１９１との間に設けられ、補助給電コイル１９１を流れる電流を検知する。すなわち、受電コイル２１１への給電電力を、補助給電コイル１９１を流れる電流を検知して認識するものである。ここで、補助給電コイル１９１からの電力を受電コイル２１１で受電する際の電力伝送効率が良い場合、つまり、補助給電コイル１９１の位置が、受電コイル２１１への給電に適した位置の場合、補助給電コイル１９１を流れる電流が小さくなる。一方、電力伝送効率が悪い場合、つまり、補助給電コイル１９１の位置が、受電コイル２１１への給電に適した位置ではない場合、補助給電コイル１９１を流れる電流が大きくなる。この第２検知部１５２は、電流を検知したとき、検知した電流の値を後述する動作部１８１に出力する。なお、第２検知部１５２は、電流センサやカレントトランスから構成される。
【００７３】
動作部１８１は、給電コイル１３１を移動体５００の進行方向と交差する方向に移動させる機能を有する。動作部１８１は、図１３に示されるように給電コイル部１３０を動作部１８１上面に搭載し、地中あるいは地面近傍を、第２検知部１５２からの電流の値に基づいて、給電コイル部１３０を介して、給電コイル１３１を移動させることができる。具体的には、動作部１８１は、第２検知部１５２と接続され、第２検知部１５２で検知した第１〜第３補助給電コイル１９１ａ〜１９１ｃを流れる電流のうち、電流の値が最も小さい補助給電コイルの位置に給電コイル１３１を移動させる。すなわち、移動体５００の進行に伴って、複数の補助給電コイル１９１を流れる電流の値に変化が生じたときに、電流の値に変化が生じた補助給電コイル１９１のうち、第２検知部１５２で検知される電流の値が最も小さい補助給電コイル１９１の位置が最も電力伝送効率の良い位置であるため、この位置に給電コイル１３１を移動させることで、給電コイル１３１を給電に適した位置に配置させることが可能となる。この動作部１８１としては、単軸ロボット、直動アクチュエータ、あるいは、ボールねじとサーボモータで構成されるサーボステージなど、サーボ制御できるものであってもよい。
【００７４】
続いて、図１５を参照して、本実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム５０の給電コイル部１３０の位置合わせ動作について説明する。
【００７５】
まず、図１５ａに示すとおり、ワイヤレス受電装置２００を備えた移動体５００が、ワイヤレス給電装置１００が配設されている給電エリアに進入する前の状態から、給電エリアの第１〜第３補助給電コイル１９１ａ〜１９１ｃが配置されている側に向かって進行すると、図１５ｂに示すとおり、先行して、第１補助給電コイル１９１ａが、受電コイル２１１と重なる。このとき、第１補助給電コイル１９１ａが発生する第２磁界を介して受電コイル２１１に電力が給電される。受電コイル２１１で受電が始まると、第１補助給電コイル１９１ａを流れる電流が変化する。第２検知部１５２は、第１〜第３補助給電コイル１９１ａ〜１９１ｃを流れる電流を検知しており、第１補助給電コイル１９１ａを流れる電流の値を動作部１８１に通知する。動作部１８１は、第２検知部１５２からの通知を受けて、電流の値が変化したのは第１補助給電コイル１９１ａであることを認識する。移動体５００が進行すると、図１５ｃに示すとおり、第１補助給電コイル１９１ａと受電コイル２１１の重なる範囲が拡大するとともに、第２補助給電コイル１９１ｂが受電コイル２１１に重なり始める。このとき、第１補助給電コイル１９１ａから受電コイル２１１への電力伝送が継続しつつ、新たに第２補助給電コイル１９１ｂが発生する第２磁界を介して受電コイル２１１に電力が給電される。受電コイル２１１で、第２補助給電コイル１９１ｂから給電された電力の受電が始まると、第２補助給電コイル１９１ｂを流れる電流が変化する。第２検知部１５２は、第２補助給電コイル１９１ｂを流れる電流を検知し、電流の値を動作部１８１に通知する。移動体５００の進行に伴い、第２検知部１５２で検知する第１補助給電コイル１９１ａの電流の値および第２補助給電コイル１９１ｂの電流の値が次第に減少していくが、さらに移動体５００が進行し、受電コイル２１１の中心位置が第１〜第３補助給電コイル１９１ａ〜１９１ｃの中心位置（補助給電コイル１９１の中心位置）を超えると、今度は電流の値は増加に転じる。ここで、図１５ｄに示すとおり、受電コイル２１１が第２補助給電コイル１９１ｂよりも第１補助給電コイル１９１ａの中心近傍を通過することから、電流の値が減少から増加に転じる際に第１補助給電コイル１９１ａを流れる電流が第２補助給電コイル１９１ｂを流れる電流より小さくなる。これにより、動作部１８１は、検知された電流の値が最も小さかった補助給電コイル１９１が第１補助給電コイル１９１ａであることを認識し、図１５ｅに示すとおり、給電コイル１３１を第１補助給電コイル１９１ａの移動体５００の進行方向と直交する方向の位置に移動させる。つまり、この位置が、給電コイル１３１が受電コイル２１１に給電するために適した位置であるため、給電コイル１３１が給電した電力を受電コイル２１１が受電する前に、給電コイル１３１を給電に適した位置に移動させることができる。そして、図１５ｆに示す、受電コイル２１１が給電コイル１３１に重なり、給電コイル１３１から給電された電力を受電コイル２１１が受電開始するときには、給電コイル１３１は給電に適した位置に移動されている。
【００７６】
以上のように、本実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム４０は、ワイヤレス給電装置１００が、補助給電コイル１９１を流れる電流を検知する第２検知部１５２と、給電コイル１３１を移動体５００の進行方向と交差する方向に移動させる動作部１８１を、備え、補助給電コイル１９１は、複数のコイルを含み、動作部１８１は、第２検知部１５２により検知した複数のコイルそれぞれを流れる電流に基づき、給電コイル１３１を移動させている。そのため、給電コイル１３１が給電した電力を受電コイル２１１が受電する前に、給電コイル１３１を給電に適した位置に移動させることが可能となる。したがって、電力伝送効率を向上させることができる。
【００７７】
以上、本発明を実施の形態をもとに説明したが、本発明は上述の実施形態に限られることなく、様々な変形や変更が可能である。上述の実施形態では、第２〜第５実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム２０〜５０における特徴的構成ならびに機能を、第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム１０に適用した例を用いて説明したがこれに限られることなく、他の実施形態に組み合わせても構わない。
【符号の説明】
【００７８】
１０，２０，３０，４０，５０…ワイヤレス電力伝送システム、１００…ワイヤレス給電装置、１１０…電源、１２０…第１インバータ、１２１…第２インバータ、１３０…給電コイル部、１３１…給電コイル、１３２…磁性体、１３３…給電側共振コンデンサ、１４０，１４５，１９０…補助給電コイル部、１４１，１９１…補助給電コイル、１４２，１９２…磁性体、１４３，１４６，１９３…補助給電側コンデンサ、１５１…第１検知部、１５２…第２検知部、１６０…切換部、１８１…動作部、１９１ａ…第１補助給電コイル、１９１ｂ…第２補助給電コイル、１９１ｃ…第３補助給電コイル、２００…ワイヤレス受電装置、２１０…受電コイル部、２１１…受電コイル、２１２…磁性体、２１３…受電側共振コンデンサ、２２０…補助受電コイル部、２２１…補助受電コイル、２２２…磁性体、２２３…補助受電側共振コンデンサ、２４０…整流部、２５０…充電部、２５１…起動回路、２５２…電力変換回路、３２０…蓄電部、５００…移動体、１３４，１４４，１９４，２１４，２２４…筺体。
【図１】
0006583037.tif 000002
【図２】
0006583037.tif 000003
【図３】
0006583037.tif 000004
【図４】
0006583037.tif 000005
【図５】
0006583037.tif 000006
【図６】
0006583037.tif 000007
【図７】
0006583037.tif 000008
【図８】
0006583037.tif 000009
【図９】
0006583037.tif 000010
【図１０】
0006583037.tif 000011
【図１１】
0006583037.tif 000012
【図１２】
0006583037.tif 000013
【図１３】
0006583037.tif 000014
【図１４】
0006583037.tif 000015
【図１５ａ】
0006583037.tif 000016
【図１５ｂ】
0006583037.tif 000017
【図１５ｃ】
0006583037.tif 000018
【図１５ｄ】
0006583037.tif 000019
【図１５ｅ】
0006583037.tif 000020
【図１５ｆ】
0006583037.tif 000021