(57)【要約】【課題】受電コイルの発熱を防止しながら、大量の電力を受電コイルに送る非接触電力供給装置を提供する。【解決手段】周波数ｆ１の高周波電力を発生するインバータ１３に接続された送電コイル１２と、移動可能な動体物１４、１５に設けられ、送電コイル１２によって発生する交番磁場によって電力を発生する受電コイル１６と、受電コイル１６に接続されて受電コイル１６に発生した電力を直流に変換して電池３１に充電する充電制御部３０とを有し、受電コイル１６には周波数ｆ２で共振する共振回路が設けられていると共に温度センサー３３が設けられ、温度センサー３３の検知温度によって、共振回路の周波数ｆ２を変えて周波数ｆ１と共振周波数ｆ２との差を拡大し、受電コイル１６の過度な温度上昇を防止している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
周波数ｆ１の高周波電力を発生するインバータに接続された送電コイルと、移動可能な動体物に設けられ、前記送電コイルによって発生する交番磁場によって電力を発生する受電コイルと、前記動体物に搭載され、前記受電コイルに接続されて該受電コイルに発生した電力を直流に変換して電池に充電する充電制御部とを有する非接触電力供給装置において、
前記受電コイルには周波数ｆ２で共振する共振回路が設けられていると共に温度センサーが設けられ、該温度センサーの検知温度が所定値ａより高くなると、前記共振回路の周波数ｆ２を前記周波数ｆ１から遠ざけて温度上昇を防止し、前記温度センサーの検知温度が所定値ｂより低くなると前記共振回路の周波数ｆ２を前記周波数ｆ１に近づけて前記受電コイルの受電電力を増加する共振周波数調整回路が設けられていることを特徴とする非接触電力供給装置。
【請求項２】
周波数ｆ１の高周波電力を発生するインバータに接続された送電コイルと、移動可能な動体物に設けられ、前記送電コイルによって発生する交番磁場によって電力を発生する受電コイルと、前記動体物に搭載され、前記受電コイルに接続されて該受電コイルに発生した電力を直流に変換して電池に充電する充電制御部とを有する非接触電力供給装置において、
前記受電コイルには周波数ｆ２で共振する共振回路が設けられていると共に温度センサーが設けられ、該温度センサーの検知温度によって、前記共振回路の周波数ｆ２を変えて前記周波数ｆ１と前記周波数ｆ２との差を拡大し、前記受電コイルの過度な温度上昇を防止する共振周波数調整回路が設けら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、前記共振周波数調整回路には、前記電池の充電の完了を検知する充電完了センサーが設けられ、前記温度センサーの出力に関わらず、前記充電完了センサーの出力によって、前記周波数ｆ１と前記周波数ｆ２との差を拡大して前記共振回路の電流を減らす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項に記載の非接触電力供給装置において、前記共振周波数調整回路は、並列に接続されたコンデンサの容量をスイッチング手段によって切り換え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項に記載の非接触電力供給装置において、前記受電コイルは電力を発生する二次コイルと、該二次コイルに磁気結合して前記周波数ｆ２で共振する共振コイルとを個別に有してい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項に記載の非接触電力供給装置において、前記送電コイルは一定幅の平行領域を有する長尺のコイルからなって、前記動体物は複数あって、それぞれの前記動体物に前記送電コイルから電力を供給可能であ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６記載の非接触電力供給装置において、前記送電コイルには該送電コイルによって発生する磁束漏れを減らすコアが設けられていることを特徴とする非接触電力供給装置。
【請求項８】
請求項６又は７記載の非接触電力供給装置において、前記動体物は、前記送電コイルに沿って移動中に、前記送電コイルからの電力を受電可能であ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、電池を搭載した動体物（例えば、自動車、台車、移動するロボット等を含む）に接続コードを用いることなく、非接触で電力を供給する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、一次コイルに高周波電源を接続し、自動車等に搭載され一次コイルとは離れた位置にある二次コイルに電磁誘導によって一次コイルから電力を送り、自動車等に搭載されたバッテリを充電する装置が提案されている。
また、特許文献２には、給電エリア内に駐車中の各自動車の下方に送電装置を設けて、送電装置（一次コイル）から各自動車に設けられた受電装置（二次コイル）に向けて送電し、電池を充電する技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４３１８７４２号公報
【特許文献２】特開２０１０−２７３４４１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、２に記載の技術は、受電側に二次側共振コイルを有し、この共振コイルに共振電流が流れるので、発熱するという問題があった。そこで、二次側共振コイルの共振周波数を一次側のインバータの周波数から離して（遠ざけて）使用することが開示されているが、共振周波数を離すと共振電流が少なくなって、二次側に大きな電力を発生させることができないという問題があった。
【０００５】
また、二次コイルに最終的に接続される電池の充電が完了すると、電池への充電電流は流れないが、共振回路には依然として共振電流が流れ電力損失を伴うという問題があった。これらの問題は、複数の自動車（即ち、動体物）に電力を供給する場合に顕著に発生していた。
【０００６】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、動体物に搭載した受電コイルの発熱を防止し、かつ最大の電力を効率良く受電させるようにした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】
【０００７】
前記目的に沿う第１の発明に係る非接触電力供給装置は、周波数ｆ１の高周波電力を発生するインバータに接続された送電コイルと、移動可能な動体物に設けられ、前記送電コイルによって発生する交番磁場によって電力を発生する受電コイルと、前記動体物に搭載され、前記受電コイルに接続されて該受電コイルに発生した電力を直流に変換して電池に充電する充電制御部とを有する非接触電力供給装置において、
前記受電コイルには周波数ｆ２で共振する共振回路が設けられていると共に温度センサーが設けられ、該温度センサーの検知温度が所定値ａより高くなると、前記共振回路の周波数ｆ２を前記周波数ｆ１から遠ざけて温度上昇を防止し、前記温度センサーの検知温度が所定値ｂより低くなると前記共振回路の周波数ｆ２を前記周波数ｆ１に近づけて前記受電コイルの受電電力を増加する共振周波数調整回路が設けられている。
【０００８】
また、第２の発明に係る非接触電力供給装置は、周波数ｆ１の高周波電力を発生するインバータに接続された送電コイルと、移動可能な動体物に設けられ、前記送電コイルによって発生する交番磁場によって電力を発生する受電コイルと、前記動体物に搭載され、前記受電コイルに接続されて該受電コイルに発生した電力を直流に変換して電池に充電する充電制御部とを有する非接触電力供給装置において、
前記受電コイルには周波数ｆ２で共振する共振回路が設けられていると共に温度センサーが設けられ、該温度センサーの検知温度によって、前記共振回路の周波数ｆ２を変えて前記周波数ｆ１と前記周波数ｆ２との差を拡大し、前記受電コイルの過度な温度上昇を防止する共振周波数調整回路が設けられている。
【０００９】
第３の発明に係る非接触電力供給装置は、第１、第２の発明に係る非接触電力供給装置において、前記共振周波数調整回路には、前記電池の充電の完了を検知する充電完了センサーが設けられ、前記温度センサーの出力に関わらず、前記充電完了センサーの出力によって、前記周波数ｆ１と前記周波数ｆ２との差を拡大して前記共振回路の電流を減らしている。
【００１０】
第４の発明に係る非接触電力供給装置は、第１〜第３の発明に係る非接触電力供給装置において、前記共振周波数調整回路は、並列に接続されたコンデンサの容量をスイッチング手段によって切り換えている。
【００１１】
第５の発明に係る非接触電力供給装置は、第１〜第４の発明に係る非接触電力供給装置において、前記受電コイルは電力を発生する二次コイルと、該二次コイルに磁気結合して前記周波数ｆ２で共振する共振コイルとを個別に有している。
【００１２】
第６の発明に係る非接触電力供給装置は、第１〜第５の発明に係る非接触電力供給装置において、前記送電コイルは一定幅の平行領域を有する長尺のコイルからなって、前記動体物は複数あって、それぞれの前記動体物に前記送電コイルから電力を供給可能である。
【００１３】
第７の発明に係る非接触電力供給装置は、第６の発明に係る非接触電力供給装置において、前記送電コイルには該送電コイルによって発生する磁束漏れを減らすコアが設けられている。
【００１４】
そして、第８の発明に係る非接触電力供給装置は、第６、第７の発明に係る非接触電力供給装置において、前記動体物は、前記送電コイルに沿って移動中に、前記送電コイルからの電力を受電可能である。
なお、以上の発明において、受電コイルの共振回路の周波数（共振周波数）ｆ２をインバータの周波数ｆ１から遠ざける方法として、共振周波数を上げる場合と下げる場合があり、いずれであっても本発明は適用される。
【発明の効果】
【００１５】
第１〜第８の発明に係る非接触電力供給装置においては、受電コイルに温度センサーを設け、温度センサーの検知温度によって、共振回路の周波数ｆ２を変えて周波数ｆ１と共振回路の周波数（共振周波数）ｆ２との差を拡大し、受電コイルの過度な温度上昇を防止する共振周波数調整回路が設けられているので、これによって受電コイルの温度上昇を防止できる。
この場合、受電コイルの温度が下がった場合は、共振周波数ｆ２を周波数ｆ１に近づけることができ、これによって供給電力を増加できる。
【００１６】
第３の発明に係る非接触電力供給装置において、共振周波数調整回路には、電池の充電の完了を検知する充電完了センサーが設けられ、温度センサーの出力に関わらず、充電完了センサーの出力によって、発振周波数ｆ１と共振周波数ｆ２との差を拡大して共振回路の電流を減らしているので、受電コイルに流れる共振電流を減らすことができる。
【００１７】
第４の発明に係る非接触電力供給装置おいて、共振周波数調整回路は、並列に接続されたコンデンサの容量をスイッチング手段によって切り換えている。これによって、簡便にコンデンサを切り換えることができ、共振周波数ｆ２を変えることができる。
【００１８】
第５の発明に係る非接触電力供給装置において、受電コイルは電力を発生する二次コイルと、二次コイルに磁気結合して周波数ｆ２で共振する共振コイルとを個別に有しているので、共振コイルに発生する電流のみを制御すれば足りる。
【００１９】
第６の発明に係る非接触電力供給装置において、送電コイルは一定幅の平行領域を有する長尺のコイルからなって、動体物は複数あって、それぞれの動体物に送電コイルから電力を供給可能である。これによって、同時に又は個別に複数の動体物に電力を供給できる。
【００２０】
．
第７の発明に係る非接触電力供給装置において、送電コイルには送電コイルによって発生する磁束漏れを減らすコアが設けられているので、漏洩磁束が減少し、無駄なエネルギーを節約できる。
【００２１】
そして、第８の発明に係る非接触電力供給装置において、動体物は、送電コイルに沿って移動中に、送電コイルからの電力を受電可能であり、電力ケーブルの大幅な省略が可能となる。なお、信号ケーブルについては無線（電波又は光）を用いることによって完全無線化ができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る非接触電力供給装置の説明図である。
【図２】同非接触電力供給装置の正面図である。
【図３】動体物に搭載されている受電コイル周りの説明図である。
【図４】（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ共振周波数と電流との関係を示すグラフである。
【図５】同非接触電力供給装置の制御装置の一部を示すフロー図である。
【図６】（Ａ）は一次コイルにコアを設けた場合の説明図、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ矢視断面図、（Ｃ）は他例に係るコアの説明図である。
【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ながら、本発明を具体化した実施の形態について説明する。
図１、図２に示すように、本発明の一実施の形態に係る非接触電力供給装置１０は、地面１１（又は床面）に埋設された送電コイル１２と、送電コイル１２に高周波電力を供給するインバータ１３と、移動可能な動体物の一例である複数の車両１４、１５にそれぞれ搭載された受電コイル１６とを有している。以下、これらについて詳しく説明する。
【００２４】
送電コイル１２（即ち、一次コイル）は、一定幅の平行領域を有し、内幅ａが例えば１５０〜４００ｍｍ、内側長さｂが３〜１０ｍで、巻数が３〜１２ターンの長尺の巻線（コイル）からなって、導線（導体）としては、例えば、高周波特性に優れたリッツ線又は通常の絶縁銅線が使用されている。なお、必要に応じて銅パイプ又はアルミパイプを用いた導線を使用し、内部に水を流して水冷することもできる。導線は絶縁被膜で覆われたものを使用し、流す電流は通常５〜２０Ａ程度であるので、この電流に耐える電線を使用する。
【００２５】
送電コイル１２は地面（床面）１１に浅く埋設され、表面には導体は設けられていない。即ち、送電コイル１２は地面１１から露出していてもよいし、地面１１に埋設する場合は、送電コイル１２の上面に絶縁体を配置するのがよい。
更に、必要に応じて、図６（Ａ）、（Ｂ）に示すように、断面Ｅ字状のコア１７を、図６（Ｃ）に示すように、断面コ字状のコア１７ａを、送電コイル１２の底部及び側部を覆うようにして複数配置し、磁束漏れを減らし、磁気的特性を向上することもできる。なお、コア１７、１７ａは適当長さ（例えば５〜３０ｃｍ）に分断されてもよい。
【００２６】
送電コイル１２には直列（又は並列）にコンデンサ２０ａが接続され、送電コイル１２とコンデンサ２０ａによって形成される共振周波数ｆｐを、インバータ１３の発振周波数ｆ１に近づけて、インバータ１３側から見た送電コイル１２のインピーダンスを減少させて、より多くの電流が送電コイル１２内を流れるようにしている。なお、ｆ１とｆｐとの関係は、０．０５・ｆ１＜｜ｆ１−ｆｐ｜＜０．３・ｆ１であるのが好ましい。また、ｆ１は１０ｋＨｚ〜１０００ｋＨｚ（好ましくは２０〜５０ｋＨｚ）の範囲で選択するのがよい。
【００２７】
図３に示すように、各車両１４、１５の底部には地面１１から隙間を有して受電コイル１６が設けられている。この受電コイル１６は、長尺の送電コイル１２によって発生する交番磁場によって電力を発生する二次コイル１８と、二次コイル１８に並列に（即ち、重ねた状態で）磁気結合された共振コイル１９とを個別に有している。共振コイル１９には直列（又は並列）に共振周波数調整回路２０が接続されてる。なお、この実施の形態においては、車両は２台であったが、１台又は３台以上でもよい。
共振周波数調整回路２０は、Ｃ１〜Ｃ４の容量を有するコンデンサ２１〜２４と、これらのコンデンサ２２〜２４に直列に接続されたスイッチング手段２５〜２７とを有し、スイッチング手段２５〜２７のオンオフは、スイッチ素子制御部２８からの信号によって行われている。
なお、図３に示すように、漏洩磁束を減らすために、受電コイル１６に下向き開放のコア（フェライトコア）１６ａを設けるのが好ましい。
【００２８】
ここで、スイッチング手段２５〜２７として有接点の開閉器を用いることもできるが、例えば、トランジスタ、ＦＥＴ、ＭＯＳ−ＦＥＴ等の半導体素子を使用するのが耐久上から好ましい。
共振コイル１９は一定のインダクタンスＬを有しているので、コンデンサ２１〜２４を並列に接続すれば、コンデンサ２１〜２４の容量Ｃとインダクタンス（二次コイル１８からの誘導分も含む）によって決定される共振周波数ｆ２の共振回路を形成する。
この共振周波数ｆ２は、コンデンサ２１〜２４の接続状況によって、図４（Ａ）又は（Ｂのように異なる。
【００２９】
図４（Ａ）は、インバータ１３の発振周波数ｆ１より、共振周波数ｆ２が高い状態にあり、コンデンサ２１〜２４の接続状態によって（即ち、徐々にコンデンサの容量Ｃを減らすと）徐々に共振周波数ｆ２がインバータ１３の発振周波数ｆ１から遠ざかる。
一方、受電コイル１６には、温度センサー３３が設けられ、常時受電コイル１６（詳細には共振コイル１９）の温度を測定できるようになっている。
【００３０】
この温度センサー３３の出力は、共振周波数調整回路２０に入力され、共振コイル１９の温度が一定値（例えば、所定値ａ）より高くなると、共振周波数ｆ２を周波数ｆ１から遠ざけて、共振コイル１９を流れる電流を減らし、温度上昇を防止している。また、共振コイル１９の温度を測定して、共振コイル１９の温度が一定値（例えば、所定値ｂ）より低い場合は、共振周波数ｆ２を周波数ｆ１に近づけて、より多くの電流で電池３１を充電し、充電時間の短縮化を図っている。
【００３１】
この様子を、図５を参照しながら説明する。温度センサー３３の検知温度をＴthとし、共振コイル１９の許容最高温度をＴmaxとする。コンデンサ容量を一段減らすとは、並列接続されているコンデンサ２１〜２４から順次コンデンサ２４、コンデンサ２３、コンデンサ２２をスイッチング素子２７、２６、２５を作動させて順次切り離すことをいう。コンデンサ２１については常時接続されている。また、コンデンサ容量を一段増やすとは、例えば、共振コイル１９に一つのコンデンサ２１が接続されている状態から、順次コンデンサ２２、コンデンサ２３、コンデンサ２４を並列に接続することをいう。
【００３２】
なお、この実施の形態では、最小のコンデンサの容量は、Ｃ１となり、最大のコンデンサの容量はＣ１＋Ｃ２＋Ｃ３＋Ｃ４となり、図４（Ａ）に示すように、共振コイル１９に接続されたコンデンサ２１〜２４の容量を減らすと、共振周波数ｆ２は高くなってインバータ１３の周波数ｆ１から遠ざかる。
【００３３】
従って、図５に示すように、温度センサー３３の検知温度Ｔthが、許容最高温度Ｔmax（例えば、２２０℃）より小さいことを確認する（ステップＳ１)。検知温度Ｔthが、許容最高温度Ｔmaxと同じかより高い場合には、危険であるので、共振周波数調整回路２０に信号を送って、スイッチング手段２５〜２７を全部オフにして、共振周波数ｆ２を周波数ｆ１から大きくずらすか、又は共振コイル１９とコンデンサとの接続を切り離す。この処置１（ステップＳ２）によって、共振コイル１９を流れる電流は大きく減少するので、発熱が下がり共振コイル１９の温度は下がる。
【００３４】
次に、温度センサー３３の検知温度Ｔthが、Ｔ１＜Ｔth＜Ｔmax（例えば、Ｔ１（所定値ａ）＝１８０℃）の場合（ステップＳ３）は、コンデンサ容量を一段減らす（ステップＳ４）。今、仮にコンデンサ２１〜２４の全てを並列に接続していたとすると、図４（Ａ）のＣ１＋Ｃ２＋Ｃ３＋Ｃ４の状態から、Ｃ１＋Ｃ２＋Ｃ３の接続状態となり、共振コイル１９の共振周波数ｆ２が高くなって、インバータ１３の周波数ｆ１から離れる。これによって、二次コイル１８の温度が下がることになるが、温度変化に時間がかかるので、タイマーで２０〜６０秒程度のカウントを行う（ステップＳ５）。
【００３５】
この後、温度センサー３３の検知温度Ｔthが、所定の温度Ｔ２（＝所定値ｂ、例えば１３０℃）より低い場合には（ステップＳ６）、減らしたコンデンサの容量を一段増やす（ステップＳ７）。これによって、共振回路の共振周波数ｆ２が、周波数ｆ１に近づき、より多くの共振電流が流れる。この共振電流と二次電流は略一次比例するので、二次コイル１８に流れる最大電流も増加する。
【００３６】
この実施の形態では、共振周波数ｆ２を、インバータの周波数ｆ１より大きい範囲で共振回路の電流を制御したが、図４（Ｂ）に示すように、共振周波数ｆ２をインバータ１３の周波数ｆ１より小さい範囲で、コンデンサの容量変更を行うこともできる。
【００３７】
二次コイル１８によって誘起された電力は、高周波電力であるので、車両１４、１５に搭載され整流回路を含む充電制御部３０によって直流に変換し、電池３１を充電している。この実施の形態では、電池３１が過充電になると、電池３１の損傷を招くので、充電電圧を充電制御部３０の出力電圧に合わせて、電池３１の充電が完了すると、これを充電完了センサーで検知し、電池３１への充電をしないようにする。また、共振コイル１９にはこの状態でも、共振電流が流れるので、共振周波数調整回路２０に信号を与えて、共振周波数ｆ２をインバータ１３の発振周波数ｆ１から遠ざけるようにして、共振回路の電流を減らす。
【００３８】
本発明は前記した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その構成を変更することもできる。更に、本発明は具体的数字に基づいて、実施の形態を説明したが、この数値には限定されない。
前記実施の形態においては、温度センサーで受電コイルの温度を測定したが、共振コイルの温度を直接測定してもよい。
また、前記実施の形態においては、受電コイルを二次コイルと共振コイルに分離したものについて説明したが、二次コイルと共振コイルを一体化し、これに並列にコンデンサを接続する構造のものであっても本発明は適用される。
そして、前記実施の形態では、車両は固定状態で送電コイルの上に配置されているが、車両（例えば、台車）は送電コイルに沿って移動する場合も、送電コイルからの電力を受電できる。
【符号の説明】
【００３９】
１０：非接触電力供給装置、１１：地面、１２：送電コイル、１３：インバータ、１４、１５：車両、１６：受電コイル、１６ａ：コア、１７、１７ａ：コア、１８：二次コイル、１９：共振コイル、２０：共振周波数調整回路、２０ａ：コンデンサ、２１〜２４：コンデンサ、２５〜２７：スイッチング手段、２８：スイッチ素子制御部、３０：充電制御部、３１：電池、３３：温度センサー
【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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