(57)【要約】      （修正有）【課題】移動体に対しても給電を行うことができる、非接触給電システムを提供する。【解決手段】非接触給電システムは、線状に形成された第１給電導体と、前記第１給電導体と対向するように配置された、少なくとも一つの受電コイルと、を備え、前記受電コイルは、前記第１給電導体と平行に延びる第１平行部と、当該平行部の両端部を結ぶ連結部とを有する環状に形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
線状に形成された第１給電導体と、
前記第１給電導体と対向するように配置された、少なくとも一つの受電コイルと、を備え、
前記受電コイルは、前記第１給電導体と平行に延びる第１平行部と、当該平行部の両端部を結ぶ連結部とを有する環状に形成されている、非接触給電システム。
【請求項２】
前記第１給電体には第１コンデンサが接続されている、請求項１に記載の非接触給電システム。
【請求項３】
前記受電コイルに接続される負荷と、
前記負荷に接続される第２コンデンサと
をさらに備えている、請求項１または２に記載の非接触給電システム。
【請求項４】
前記連結部に、前記第１給電導体と平行に延びる第２平行部が設けられている、請求項１から３のいずれかに記載の非接触給電システム。
【請求項５】
前記第１給電導体、第１平行部、及び第２平行部と同一平面上にあり、且つ前記第１給電導体と平行に延び、当該第１給電導体とは、異なる方向に電流が流れる線状に形成された第２給電導体をさらに備えている、請求項４に記載の非接触給電システム。
【請求項６】
前記受電コイルが複数設けられている、請求項１から５のいずれかに記載の非接触給電システム。
【請求項７】
前記受電コイルを前記第１給電導体に沿って移動させるガイド部材をさらに備えている、請求項１から６のいずれかに記載の非接触給電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非接触給電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
非接触で電力を供給するシステムについては、従来より種々の研究がなされており、実用化も進められている。例えば、特許文献１には、コイル間で給電を行うシステムが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２５９１７２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、コイル間で給電を行うシステムは、コイル同士を対向させた状態で給電を行うため、給電を行う位置が制限されるという問題がある。また、コイル間の給電では、両コイルの軸心を一致させる必要があり、位置決めが難しいという問題もある。本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、給電を行う位置を制限することなく、且つ位置決めが容易な非接触給電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】
【０００５】
本発明に係る非接触給電システムは、線状に形成された第１給電導体と、前記給電導体と対向するように配置された、少なくとも一つの受電コイルと、を備え、前記受電コイルは、前記第１給電導体と平行に延びる第１平行部と、当該平行部の両端部を結ぶ連結部とを有する環状に形成されている。
【０００６】
この構成によれば、線状に形成された第１給電導体と対向するように配置された受電コイルに、第１給電導体と平行に延びる第１平行部を設けているため、第１給電導体に電流を供給すれば、受電コイルに給電が行われる。このように、受電コイルに第１給電導体に平行な部分を設けておけば給電を行うことができるため、受電コイルは、第１給電導体に沿ういずれの位置にも配置することができる。したがって、給電を行う位置が制限されず、自由度の高いシステムを構築することができる。また、受電コイルの第１平行部を給電導体に沿わせるだけで給電が行えるため、位置決めも容易に行うことができる。なお、第１給電導体は、直線状、曲線状、あるいはこれらを混在させた形態とすることができる。
【０００７】
上記受電コイルにおいては、連結部の配置は種々の態様にすることができるが、例えば、連結部を、第１給電導体と第１平行部とを通過する平面上に配置すると、さらに効果的に給電を行うことができる。
【０００８】
また、連結部に、第１給電導体と平行に延びる第２平行部を設けると、さらに効果的に給電を行うことができる。
【０００９】
上記システムにおいて、第１給電体には第１コンデンサを接続することができる。このようなコンデンサを設けることで、力率補正が行われ、第１給電導体に接続される電源が小さい容量であっても、十分に必要な励磁を行うことができる。
【００１０】
また、上記システムにおいて、受電コイルに接続される負荷と、この負荷に接続される第２コンデンサと、をさらに設けることができる。このようにすると、受電コイルの漏れリアクタンスによる電圧降下とコンデンサの電圧降下とが等しくなり、両電圧降下が相殺されて、受電コイルに誘起した起電力のほとんどは負荷に印加される。
【００１１】
上記非接触給電システムにおいては、第１給電導体、第１平行部、及び第２平行部と同一平面上にあり、且つ第１給電導体と平行に延び、第１給電導体とは、異なる方向に電流が流れる線状に形成された第２給電導体をさらに設けることができる。このようにすると、第２給電導体によって受電コイルと鎖交する磁束が多くなるため、より高い出力を得ることができる。なお、第２給電導体は、第１給電導体と同様に、直線状、曲線状、あるいはこれらを混在させた形態にすることができる。但し、第１給電導体と平行に配置する必要がある。
【００１２】
上記非接触給電システムにおいては、受電コイルを複数設けることができる。例えば、第１給電導体の軸線を中心として、その周囲に複数の受電コイルを環状に配置することできる。
【００１３】
また、上記非接触給電システムにおいては、受電コイルを、給電導体に沿って移動させるガイド部材を設けることができる。上記のように、本発明のシステムでは、受電コイルを配置する位置が制限されないため、受電コイルを給電導体に沿って移動させることができる。したがって、上記のようなガイド部材を設けることで、受電コイルを移動体として、移動しながらの給電が可能となる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る非接触給電システムによれば、給電を行う位置を制限されることなく、また位置決めを容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本実施形態に係る非接触給電システムの平面図である。
【図２】図１の断面図である。
【図３】図１の断面図である。
【図４】図１の非接触給電システムの他の例を示す断面図である。
【図５】図１の非接触給電システムの他の例を示す平面図及び断面図である。
【図６】図１の非接触給電システムの他の例を示す断面図である。
【図７】図１の非接触給電システムの他の例を示す平面図である。
【図８】図１の非接触給電システムの他の例を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明に係る非接触給電システムの一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。図１は本実施形態に係る非接触給電システムの平面図、図２は図１の断面図である。
【００１７】
図１及び図２に示すように、この非接触給電システムは、直線状の給電導体１と、これに近接する受電コイル２とで、構成されている。給電導体１は、一本又は複数の導線を束ねることで構成されており、交流電源３及び共振用の第１コンデンサ７が直列に接続されている。一方、受電コイル２は、給電導体１と平行に配置されるものであり、矩形状のフレーム２１と、その外周面に巻き付けられた導線２２とで構成されている。フレーム２１は、平面視で長方形状に形成され、二つの長辺２１ａ，２１ｂがともに給電導体１と同一平面上にあるように配置される。なお、フレーム２１は、ステンレス、プラスチック、紙、磁器などの非磁性体で形成することができる。導線２２は、フレーム２１に複数回巻き付けられ、その両端部はフレーム２１から外部へ延びる出力用の導線２２１，２２２として機能する。また、出力用の導線２２２の一方には負荷４が直列に接続され、この負荷４と受電コイル２との間に共振用の第２コンデンサ６が直列に接続されている。なお、本実施形態では、受電コイル２の導線２２において給電導体１と近接する長辺２２ａが本発明の第１平行部に相当し、他の部分が連結部に相当する。
【００１８】
次に、上記のように構成された非接触給電システムのメカニズムについて説明する。図３は、図１の断面図である。図３に示す寸法で、給電導体１と受電コイル２を設け、給電導体１に電流Ｉが流れている場合、両者の相互インダクタンスＭは、次の式で求められる。すなわち、平面視長方形の受電コイル２と鎖交する磁束Φは給電導体１から距離ｘだけ離れた位置の磁束密度Ｂｘを積分したものであるから、磁束Φは、以下の通りである。
【数１】
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したがって、相互インダクタンスＭは、以下の式で表される。
【数２】
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但し、μ０は、真空の透磁率＝４π×１０−７［Ｈ／ｍ］
【００１９】
以上より、相互インダクタンスＭは、給電導体１と受電コイル２が対面する長さｂと比例関係にあることが分かる。よって、必要な出力を得るには必要な対面長さに製作した受電コイル２を使用すれば、従来のような鉄心を使用することなく、非接触給電を行うことが可能となる。
【００２０】
また、給電導体１には、共振用のコンデンサ７が直列に接続されているため、力率補正が行われる。すなわち、給電導体１において磁束を発生させる励磁電流は、電源電圧に対して約９０度の位相差の遅れ電流であるため、力率補正を施すことで、小さい電源容量でも十分に必要な励磁を行うことが可能となる。なお、図１に示す例では、電源３に対してコンデンサ７を直列に接続し、電圧降下を相殺しているが、コンデンサ７を電源３に対して並列に接続することもでき、これによって、電流を相殺することができる。
【００２１】
一方、受電コイル２に電流が流れると磁束が発生し、この磁束が受電コイル２自身と鎖交して受電コイル２に電圧を誘起する。これが電圧降下として作用するため、負荷４に加わる電圧が小さくなるおそれがある。また、給電導体１と受電コイル２との磁気結合状態が著しく低いとき、受電コイル２の漏れインダクタンスは受電コイル２の自己インダクタンスにほぼ等しい。そこで、図１に示すように、受電コイル２と負荷４との間にコンデンサ６を接続し、受電コイル２の漏れリアクタンスによる電圧降下とコンデンサ６の電圧降下を等しくすると、両電圧降下が相殺され、受電コイル２に誘起した起電力のほとんどは負荷４に印加される。
【００２２】
以上のように、本実施形態によれば、線状に形成された給電導体１と対向するように配置された受電コイル２に、給電導体１と平行に延びる部分２１ａ，２１ｂを設けているため、給電導体１に電流を供給すれば、受電コイル２に給電が行われる。このように、受電コイル２に給電導体１に平行な部分を設けておけば給電を行うことができるため、受電コイル２は、第１給電導体１に沿ういずれの位置にも配置することができる。したがって、給電を行う位置が制限されないため、自由度の高いシステムを展開することができる。また、受電コイル２の第１平行部２２ａを給電導体１に沿わせるだけで給電が行えるため、位置決めも容易に行うことができる。そのため、例えば、受電コイル２を給電導体１に対して移動させることができる。あるいは、給電導体１を床や壁の中に埋め込んでおけば、受電コイル２をその床や壁に接触させることにより、受電を行うことができる。
【００２３】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて、種々の変更が可能である。例えば、上記実施形態では、一つの受電コイル２を用いたが、複数の受電コイル２を用いることができる。例えば、図４に示すように、給電導体１の軸線を中心とし、この周囲に、上述したように受電コイル２を配置することができる。すなわち、給電導体１からは、軸線の周囲に磁束Φが生じるため、この磁束Φが受電コイル２に鎖交するように配置すれば、複数の受電コイル２が配置されていたとしても、給電が可能となる。
【００２４】
また、図５に示すように、互いに平行に延びる２つの給電導体を配置し、その間に受電コイルを配置することもできる。ここでは、説明の便宜上、符号１の給電導体を第１給電導体と称し、符号５の給電導体を第２給電導体と称することとする。両給電導体１，５は、同一の材料で構成されている。但し、電流の流れる方向が互いに反対となっている。受電コイル２は、２つの長辺（第１平行部，第２平行部）２１ａ，２１ｂが両給電導体１，５を通る平面上にある。このような構成により、受電コイル１には、２つの給電導体１，５からの磁束が鎖交するため、より高い出力を得ることができる。なお、図示は省略するが、第２給電導体５にも電源及びコンデンサが接続される。
【００２５】
また、受電コイル２が長方形の場合、両長辺２１ａ，２１ｂが給電導体１と同一平面上に配置されていなくてもよく、図６に示すように、両長辺２１ａ，２１ｂが給電導体１と平行であればよい。受電コイル２の形状は、上記実施形態以外のものでも適用することができる。例えば、受電コイル２を平面視で、短辺が給電導体１と平行な長方形や、正方形にすることもできる。また、図７に示すように、給電導体１に近接する部分に直線状の平行部２５を設け、この平行部２５の両端に曲線状の連結部２６を設けて、全体として環状に形成することもできる。
【００２６】
また、図８に示すように、受電コイル２が、給電導体１と平行に移動できるような、ガイドレール９を設けることもできる。この例では、給電導体１と平行に一対のガイドレール９を設け、このガイドレール９上に受電コイルを移動可能に配置している。例えば、給電導体１からの給電により、受電コイル２がガイドレール９上を自走できるようにすることもできる。なお、ガイドレールの形態は種々のものがあり、受電コイル２が給電導体１と平行に移動できるものであれば、特には限定されない。
【実施例】
【００２７】
以下、本発明の実施例について説明する。但し、本発明は、以下の実施例には限定されない。
【００２８】
ここでは、実施例１として図１に示す非接触給電システムを作製し、実施例２として図５に示す非接触給電システムを作製した。また、参考例として、２個の円形コイルによる非接触給電システムも作製した。各部材の仕様は以下の通りである。
・給電導体：断面積２ｍｍ２のＩＶ線
・受電コイル：非磁性材で構成した長方形のフレームに（リッツ線0.12φ100C）の導線を巻き付け、３１０×１５０ｍｍの長方形のコイルを準備した。巻数は、３４ターンである。また、インダクタンスは０．６８ｍＨである。
・円形コイル：直径３００ｍｍ円形で、巻数は、３３ターンである。
・電源電圧：２００Ｖ
・負荷抵抗：１１．８５Ω
・コンデンサ：０．２８μＦ
【００２９】
上記のような非接触給電システムにおいて、受電コイルと給電導体との距離を変更しつつ、入出力比を測定した。結果は以下の通りである。
【表１】
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【００３０】
上記のように、実施例１，２は、円形コイルを用いた参考例と比べると、入出力比が低いが、概ね必要な出力を得ることができることが分かる。特に、給電導体と受電コイルとの距離を小さくすることで、入出力比が高まり、距離が５０ｍｍの場合には、実施例２が参考例を上回っている。
【００３１】
また、実施例１，２について、受電コイルを１m/sの速度で給電導体に沿って移動したところ、静止時と全く変化がなく、同等の入出力比を得ることができた。
【符号の説明】
【００３２】
１  給電導体（第１給電導体）
２  受電コイル
５  第２給電導体
６  第２コンデンサ
７  第１コンデンサ
９  ガイド部材
【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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【図７】
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【図８】
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