JP2008109839A - 移動体に対する無接触電力伝送システム - Google Patents

Abstract

【課題】車両に対する無接触電力伝送システムを提供する。
【解決手段】地上コイルＬ１の両端が放電用スイッチＳ１を介して接続された地上側キャパシタＣ１及び地上側キャパシタＣ１の両端が充電用スイッチＳ２を介して接続された直流電源ＤＣを有する地上設備Ａと、車載コイルＬ２及び車載コイルＬ２が地上コイルＬ１との磁気結合により発生する電流で充電される車載キャパシタＣ２を有する車載設備Ｂと、充電用スイッチＳ２をオンして地上側キャパシタＣ１を充電するとともに放電用スイッチＳ１をオンして地上側キャパシタＣ１からパルス状の放電電流を地上コイルＬ１に供給する制御部３とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は移動体に対する無接触電力伝送システムに関し、特に電動車両に電力を伝送する場合に用いて有用なものである。

地球環境保全、特に二酸化炭素の増加に伴う地球温暖化防止のため、石油消費の抑制対策が種々講じられている。その一環としてガソリン車の代替車両としてのハイブリッド車乃至電気自動車（以下、電気自動車等という。）が開発された。この種の電気自動車等は車載電池を電源として電動機を駆動するものである。

一方、電気自動車等の開発と並行して電気自動車充電用の無接触送電方式も提案されている。しかし、従来の無接触送電方式はいずれも通常の電池を対象としている。ここで、電池はその出力電流と同程度乃至数倍程度の電流を連続的に供給し、時間をかけて徐々に充電していく必要がある。このため、従来の無接触送電方式では何れも連続出力の高周波によるエネルギ伝送を行う高周波カプリング方式が採用されている。

なお、無接触送電により走行体に電力エネルギを供給する技術として特許文献１及び非特許文献１がある。

特開平７−２４５８８９号公報 TECHNICAL REPORT OF IEICESPS2004-19(2005-02)(電子情報通信学会）

トラックの石油消費量は大きいため、これを電気自動車等に切替えることにより石油消費を良好に抑制することができる。ところが、乗用車と異なり、大きなパワーを要する大型貨物トラックの電動化を電池の搭載で実現するのは、電池が大きくなり過ぎてほぼ不可能とされる。一方、ブレーキ時回生用の電気二重層キャパシタ搭載のハイブリッド・トラックは実用化されているが、その蓄積エネルギでは仮に電動モードで走れたとしても距離は数百ｍと非常に短いうえに、高速道路の定速走行ではハイブリッド化による燃費改善の効果は小さい。すなわち、高速道路でのトラック走行の電動化には、車両へ外部から電力を送電する方法が必須になる。

本発明は、上記従来技術に鑑み、大型トラックも含め、車両の継続的な走行を可能とするだけでなく、電気掃除機等、使用時に移動を伴う電気製品等も含む移動体に対する無接触電力伝送システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明の第１の態様は、
固定側に配設した固定コイルの両端が放電用スイッチ手段を介して接続された固定側キャパシタ及び前記固定側キャパシタの両端が充電用スイッチ手段を介して接続された直流電源を有する固定側設備と、
前記固定コイルが形成する磁束と磁気結合し得るように移動体に搭載された移動コイル及び前記移動コイルと前記固定コイルとの磁気結合により発生する電流で充電されて前記移動体の走行用の電動機の電源となる移動側キャパシタを有する移動側設備と、
前記充電用スイッチ手段をオンして前記固定側キャパシタを充電するとともに、前記放電用スイッチ手段をオンして前記固定側キャパシタに充電しておいた電荷の放電に伴う放電電流を前記固定コイルに供給するように制御する制御手段とを有することを特徴とする移動体に対する無接触電力伝送システムにある。

本発明の第２の態様は、
上記第１の態様に記載する移動体に対する無接触電力伝送システムにおいて、
走行中の移動体を検出して移動体検出信号を送出する移動体検出手段をさらに有する一方、
前記制御手段は、前記移動体検出信号を受信して、走行中の前記移動体の前記移動コイルが前記固定コイルとその真上で磁気結合し得る位置に達した後で前記放電用スイッチ手段をオンして前記固定コイルに放電電流を供給するとともに、前記固定コイルとの前記真上での磁気結合が解除される位置に前記移動コイルが達する前に前記放電用スイッチ手段をオフして前記固定コイルに供給する放電電流を遮断するように制御するものであることを特徴とする移動体に対する無接触電力伝送システムにある。

本発明の第３の態様は、
上記第２の態様に記載する移動体に対する無接触電力伝送システムにおいて、
前記移動体検出手段は前記移動体の走行速度も検出し得るものとし、前記走行速度を表す情報も含む前記移動体検出信号を受信した前記制御手段は前記走行速度が所定の範囲に収まっていない場合には前記移動体が前記固定コイルの上方を通過している間でも前記放電用スイッチ手段のオフ状態を継続して保持するように制御することを特徴とする移動体に対する無接触電力伝送システムにある。

本発明の第４の態様は、
上記第１又は第２の態様に記載する移動体に対する無接触電力伝送システムにおいて、
前記放電電流の波形を整形する波形整形手段をさらに有し、
前記制御手段は、前記波形整形手段を介して前記放電電流の波形が放物線状に漸増する特性を有するように制御するものであることを特徴とする移動体に対する無接触電力伝送システムにある。

本発明の第５の態様は、
上記第４の態様に記載する移動体に対する無接触電力伝送システムにおいて、
前記制御手段は、前記波形整形手段を介して前記放電電流の波形が放物線状に漸増する特性を有するように制御するとともに、前記放電電流がピーク値に達した後は前記放電電流の波形が放物線状に漸減して零になるように制御するものであることを特徴とする移動体に対する無接触電力伝送システムにある。

本発明の第６の態様は、
上記第１乃至第５の態様の何れか一つに記載する移動体に対する無接触電力伝送システムにおいて、
前記制御手段は、前記放電用スイッチ手段をオフ状態とした後、次にオン状態とする前に、前記充電用スイッチ手段を一定時間オン状態とすることで前記直流電源から前記固定側キャパシタに充電電流を供給するように制御するものであることを特徴とする移動体に対する無接触電力伝送システムにある。

本発明の第７の態様は、
上記第１乃至第６の態様の何れか一つに記載する移動体に対する無接触電力伝送システムにおいて、
前記固定コイルは、前記移動コイルと磁気結合する磁束を発生する主コイルと、この主コイルの前記磁束を引き込むように前記主コイルとは反対方向の電流を供給するようにした副コイルとを有することを特徴とする移動体に対する無接触電力伝送システムにある。

本発明の第８の態様は、
上記第１乃至第６の態様の何れか一つに記載する移動体に対する無接触電力伝送システムにおいて、
前記固定コイルは、これが形成する磁界が地面に対し垂直な面内にリング状の磁束を形成するような配置とする一方、
前記移動コイルは、前記面に直交する垂直な面内に配設したものであることを特徴とする移動体に対する無接触電力伝送システムにある。

本発明の第９の態様は、
上記第１乃至第８の態様の何れか一つに記載する移動体に対する無接触電力伝送システムにおいて、
前記固定側設備は前記移動体が走行する路線に沿い多数を間欠的に配設したことを特徴とする移動体に対する無接触電力伝送システムにある。

本発明の第１０の態様は、
上記第１乃至第８の態様の何れか一つに記載する移動体に対する無接触電力伝送システムにおいて、
前記固定側設備は、前記移動体が停止される場所に配設するとともに、前記移動コイルを前記固定コイルの真上に占位させて前記移動体を停止させた状態で前記移動側キャパシタへの充電を行うようにしたものであることを特徴とする移動体に対する無接触電力伝送システムにある。

本発明の第１１の態様は、
上記第１乃至第１０の態様の何れか一つに記載する移動体に対する無接触電力伝送システムにおいて、
前記移動体は、車両であり、前記固定側設備は地上に配設された地上コイル及び地上側キャパシタを有する地上設備であり、
前記移動側設備は前記車両に搭載された車載コイル及び前記車両に搭載された車載キャパシタを有する車載設備であることを特徴とする移動体に対する無接触電力伝送システムにある。

本発明の第１２の態様は、
上記第１１の態様に記載する移動体に対する無接触電力伝送システムにおいて、
前記車両は、電動機とともに内燃機関による動力も駆動装置として搭載しているハイブリッド車であることを特徴とする移動体に対する無接触電力伝送システムにある。

本発明の第１３の態様は、
上記第１乃至第１０の態様の何れか一つに記載する移動体に対する無接触電力伝送システムにおいて、
前記移動体は、移動させながら使用する電気掃除機を含む電気製品であり、前記固定側設備は前記電気製品の走行路となる床に固定された固定コイル及び固定キャパシタを有する設備であり、
前記移動側設備は前記電気製品に搭載された搭載コイル及び前記電気製品に搭載された搭載キャパシタを有する搭載設備であることを特徴とする移動体に対する無接触電力伝送システムにある。

本発明によれば、電力パルスによる繰り返し充電を利用して従来の電力伝送と全く異なる移動体の一般的な無接触エネルギ伝送システムを構築することができる。この結果、移動体の走行路に適切な間隔で埋め込んだ固定コイルから、移動体の通過ごとに、次の固定コイルの位置までの短距離の移動に十分な移動側キャパシタを搭載した移動体への間欠的充電を行いつつコード等の電力供給線を使用することなく必要な電力を容易に供給することができる。

特に、移動体が車両である場合には、大電力パルスによる繰り返し充電を利用して従来の連続的な電力伝送と全く異なる電気自動車等の無接触エネルギ伝送システムを構築することができる。この結果、高速道路に適切な間隔で道路表面に埋め込んだ固定コイルから、車両の通過ごとに、次の固定コイルの位置までの短距離の走行に十分な車載キャパシタを搭載した移動体への間欠的充電を行い、大型トラックであっても高速道路の電動走行を実現することが可能となり、運輸の電力化に貢献するのみならず、石油消費の飛躍的な抑制効果も得ることができる。

一方、走行中に限らず、電気自動車等の停車位置、例えば交差点での急速充電や、バスへのバス停での急速充電も可能となり、これら電気自動車等の継続的な走行に資することができる。

以下本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。なお、以下に示す第１及び第２の実施の形態では移動体を車両としている。

図１は本発明の第１の実施の形態を概念的に示す説明図である。同図に示すよう固定側設備である地上設備Ａは、例えば高速道路である地上に配設した固定コイルである地上コイルＬ１、この地上コイルＬ１の両端が放電用スイッチＳ１を介して接続された固定側キャパシタである地上側キャパシタＣ１及び地上側キャパシタＣ１の両端が充電用スイッチＳ２を介して接続された直流電源ＤＣを有している。

一方、移動側設備である車載設備Ｂは、地上コイルＬ１が形成する磁束Φと磁気結合し得るように車両１に搭載された移動コイルである車載コイルＬ２及び車載コイルＬ２が地上コイルＬ１との磁気結合により発生する電流で充電されて車両１の走行用の電動機（図示せず）の電源となる移動キャパシタである車載キャパシタＣ２を有している。ここで、車載キャパシタＣ２には整流器２を介して整流した直流電流が供給される。

前述の如き地上側キャパシタＣ１及び車載キャパシタＣ２としては、大容量の電気二重層キャパシタが好適である。なお、キャパシタの一般的な特性としては短時間の大電流で充電可能であり、充電した電荷を長時間に亘って取り出すことができるという特性を有している。

ちなみに、大型トラックの定常走行時の電動機の出力を１００ｋＷ程度と考えると、１０秒（８０ｋｍ／ｈで２２０ｍ）走行するのに要するエネルギは、１００ｋＷ×１０ｓｅｃ＝１０^６Ｊｏｕｌｓ＝２７８Ｗｈとなる。このエネルギを１００ｍｓで充電するには、1ｋＶ、１０ｋＡのパルス電流が必要であるが、これは大電力パルス回路としてみれば、特に難しい水準ではない。すなわち、従来のキャパシタに較べ飛躍的な大容量化が可能な電気二重層キャパシタを利用すれば容易に実現し得る。

また、本形態における地上コイルＬ１は、車載コイルＬ２と磁気結合する磁束Φを発生する主コイルＬ１−１と、この主コイルＬ１−１の磁束Φを引き込むように主コイルＬ１−１とは反対方向の電流を供給するようにした副コイルＬ１−２とを有する。このことにより磁束Φによる磁界の範囲を制限することができ、無用の磁気的影響を排除するとともに、効率的な磁気結合も実現できる。

制御部３は充電用スイッチＳ２をオンして地上側キャパシタＣ１を充電するとともに、放電用スイッチＳ１をオンして地上側キャパシタＣ１に充電しておいた電荷の放電に伴う放電電流を地上コイルＬ１に供給するように制御する。

ここで、本形態に係る制御部３は、走行中の車両１を検出して車両検出信号Ｓを送出する車両検出センサ４の前記車両検出信号Ｓに基づき走行中の車両１の車載コイルＬ２が地上コイルＬ１の真上にあるときのみ磁束を発生するように放電用スイッチＳ１のオン乃至オフを制御する。さらに詳言すると、図２（ａ）に示すように、車両検出センサ４で検出された走行中の車両１が地上コイルＬ１とその真上で磁気結合し得る位置に達した時点以降に放電用スイッチＳ１をオンして地上コイルＬ１に放電電流を供給するとともに、図２（ｂ）に示すように、地上コイルＬ１との真上での磁気結合が解除される位置に車載コイルＬ２が達する以前に放電用スイッチＳ１をオフして地上コイルＬ１に供給する放電電流を遮断するように制御する。このことにより、車両１が地上コイルＬ１の真上に進入するときと、地上コイルＬ１の真上から退出するときの両時点において、車載コイルＬ２が地上コイルＬ１による電磁力を受けることなくスムーズに進入及び退出を行うことができる。例えば、地上コイルＬ１の長手方向（車両１の走行方向）に関する距離を５ｍとした場合、１００ｋｍ／ｈで進入した車両１は１８ｍｓで地上コイルＬ１の上方を通過するので、車両１の速度は１００ｋｍ／ｈより遅い場合がほとんどであることを考慮すれば、地上コイルＬ１には、例えば１５ｍｓのパルス電流を供給すれば良い。

地上側キャパシタＣ１の充電は、先行する車両１の車載コイルＬ２に対する地上側キャパシタＣ１の放電による電力伝送と、後行する車両１の車載コイルＬ２に対する地上側キャパシタＣ１の放電による電力伝送との間に行う。すなわち、制御部３が放電用スイッチＳ１をオフ状態とした一定時間後、次にオン状態とする前に、充電用スイッチＳ２を一定時間オン状態とすることで直流電源ＤＣから地上側キャパシタＣ１に充電電流を供給する。

かかる本形態において、車両検出センサ４が車両１の進入を検出して車両検出信号Ｓを送出することにより、地上コイルＬ１に対する車載コイルＬ２の位置関係が図２（ａ）に示すような状態になった以降、制御部３が放電用スイッチＳ１をオンするとともに、図２（ｂ）に示すような状態になる以前に放電用スイッチＳ１をオフする。この結果、予め地上側キャパシタＣ１に充電しておいた電荷が放電され地上コイルＬ１には放電電流が供給される。このときの放電電流Ｉ_１の波形を図３（ａ）に示す。同図に示す電流波形は放電用スイッチＳ１がオンになった時点であるタイミングｔ_１から直線状に漸増するとともに、放電用スイッチＳ１がオフになった時点であるタイミングｔ_２で零となる。

この結果、車載コイルＬ２には、図３（ｂ）に示すような、パルス状の誘導電圧Ｖ_２が発生し、この誘導電圧Ｖ_２に基づく図３（ｃ）に示すような充電電流Ｉ_ｃ２が車載キャパシタＣ２に供給される。この結果、地上側キャパシタＣ１に蓄積された電気エネルギが短パルスの大電流として車載キャパシタＣ２に伝送され、この車載キャパシタＣ２に蓄積される。ここで、車載キャパシタＣ２への充電電流は、負電圧が印加されないように整流器２を介して整流しているので、図３（ｃ）に示すようにタイミングｔ_２で零となる。

一方、制御部３は放電用スイッチＳ１をオフ状態とした一定時間後、次にオン状態とする前に、充電用スイッチＳ２を一定時間オン状態とする結果、地上側キャパシタＣ１に供給される充電電流は、図４に示すように、充電用スイッチＳ２がオンになった時点であるタイミングｔ_３で立ち上がり、充電用スイッチＳ２がオフになった時点であるタイミングｔ_４で立ち下がるパルス波形となる。かかる充電時間は、高速道路を走行する車両１の平均的な車間を考慮して決めればよいが、例えば５ｓｅｃ程度が好適である。

なお、図４中のｔ_１は放電用スイッチＳ１がオン状態となるタイミング、ｔ_２は放電用スイッチＳ１がオフ状態となるタイミングである。

上記実施の形態では、地上コイルＬ１と車載コイルＬ２とが所定の位置関係にあるとき車載コイルＬ２への充電が行われるように制御しているが、かかる制御は車両１が所定の速度範囲で走行している場合に良好に行うことができる。すなわち、制限速度を大きく超えるような高速で走行している場合や、渋滞等により異常な低速で走行している場合には、当該地上設備Ａが機能しないようにロックすることもできる。具体的には、車両検出センサ４で車両１の走行速度も検出し、この走行速度を表す情報もその出力信号である車両検出信号Ｓに含め、さらに車両検出信号Ｓを入力した制御部３で車両１の走行速度が所定の速度範囲に収まっていないことを検出した場合には、車両１が地上コイルＬ１の上方に在る間でも放電用スイッチＳ１をオフ状態に保持するように制御して地上コイルＬ１に地上側キャパシタＣ１からの放電電流を供給しないようにする。

図５は本発明の第２の実施の形態を概念的に示す説明図である。同図に示すように本形態に係る地上設備Ｃは、放電電流の波形を整形する波形整形回路１６を有する。一方、制御部１３は、波形整形回路１６を介して放電電流の波形が放物線状に漸増する特性を有するように制御するとともに、前記放電電流がピーク値に達した後はその波形が放物線状に漸減して零になるように制御する。その他の構成は、図１に示す第１の実施の形態と同様である。そこで、図５中、図１と同一部分には同一番号を付し、重複する説明は省略する。

図６は本形態における各部の電圧・電流波形を示す波形図で、（ａ）は地上コイルＬ１に流す放物線形状の放電電流Ｉ_１、（ｂ）は車載コイルＬ２の誘導電圧Ｖ_２、（ｃ）は車載キャパシタＣ２の充電電流Ｉ_ｃ２である。図６（ａ）に示すように、本形態に係る地上コイルＬ１に流す放電電流Ｉ_１はその波形が放物線状に漸増するとともに、ピーク値に達した後は放物線状に漸減して零になっている。ここで、漸増時の放物線と漸減時の放物線とは時間軸に平行な直線に対して対称な放物線となっている。

この結果、図６（ｂ）に示す車載コイルＬ２の誘導電圧Ｖ_２は放電電流Ｉ_１のピーク値まで直線的に増加するとともに、ピーク値の後ではこのピーク値と逆極性の電圧値から直線的に減少する特性となり、車載キャパシタＣ２の充電電流Ｉ_ｃ２を図６（ｃ）に示すように、定電流とすることができる。

このように本形態では、充電電流Ｉ_ｃ２を定電流とすることができるので、最も効率の良い充電を行うことができる。

さらに詳言すると、定電圧でキャパシタを充電する場合の効率η_ｃｖは最大で５０％であるのに対し、定電流でキャパシタを充電する場合、キャパシタの内部抵抗Ｒと容量Ｃで規定される時定数ＲＣが充電時間より十分大きければ効率η_ｃｖを１００％に近づけることができることが知られている。したがって、車載キャパシタＣ２は充電の効率η_ｃｖを向上させるためには、定電流で充電すべきである。

そこで、充電電流Ｉ_ｃ２を定電流とするための条件を検討する。車載キャパシタＣ２の充電電圧（誘導電圧Ｖ_２）と充電電流Ｉ_ｃ２との間には、車載キャパシタの内部抵抗をＲ_２とするとき次式（１）の関係がある。

Ｖ_２＝Ｖ_ｃ＋Ｒ_２・Ｉ_ｃ２ ・・・（１）
ここで、Ｖ_ｃは車載キャパシタＣ２の極間電圧であり、
Ｖ_ｃ＝Ｑ／Ｃ２＝（Ｉ_ｃ２・ｔ）／Ｃ２の関係がある。
したがって、式（１）は次式（２）のように表される。

Ｖ_２＝（Ｉ_ｃ２・ｔ）／Ｃ２＋Ｒ_２・Ｉ_ｃ２ ・・・（２）
ここで、Ｖ_２＝Ｌ_１２（ｄＩ_１／ｄｔ）（Ｌ_１２は車載コイルＬ２のインダクタンス）と表すことができるので、次式（３）の微分方程式が成立する。

（Ｉ_ｃ２・ｔ）／Ｃ２＋Ｒ_２・Ｉ_ｃ２＝Ｌ_１２（ｄＩ_１／ｄｔ）・・・（３）
式（３）を解けば、次式（４）となる。

ｔ＝０ではＩ_１＝０であるので、Ｋ＝０となり、放電電流Ｉ_１は次式（５）で与えられる。

充電時間≫２Ｃ２・Ｒ_２で使うので、ｔ≒０近傍以外では上式（５）は次式（６）のように表される。

Ｉ_１≒（Ｉ_ｃ２／２Ｃ２・Ｌ_１２）・ｔ^２ ・・・（６）

上式（６）は放電電流Ｉ_１を放物線状に変化させれば車載キャパシタＣ２の定電流充電が可能なことを示している。

したがって、本形態のように放物線状の放電電流Ｉ_１を供給することにより、所望の定電流充電を行うことができ、高効率充電が可能になる。

なお、地上コイルＬ１及び車載コイルＬ２は、図２に示すように、相対向する平行な水平面に配設するものに限定する必要はない。図７に示すように、複数個の地上コイルＬ１１を環状に配設するとともに、各地上コイルＬ１１が形成する磁束Φが道路５の表面に対して垂直な面内にリング状に形成されるように構成することもできる。このとき、車載コイルＬ１２は、前記垂直面に直交する他の垂直な面内に配設する。

かかる構成により最も効率よく地上コイルＬ１１が発生する磁束Φを車載コイルＬ１２に鎖交させることができる。

また、車両１は車載キャパシタＣ２を電源とする電気自動車等であれば特別な制限はないが、渋滞等により車載キャパシタＣ２に対する充電を行うことができない事態が発生することも考えられる。そこで、そのときには通常のエンジンで走行させることができるハイブリッド車が好適である。

図８は車両１が走行して間欠的な充電を繰り返す無接触電力伝送システムを示す説明図である。同図に示すように、当該無接触電力伝送システムの地上設備Ａは車両１が走行する道路５に沿い多数を間欠的に配設してある。ここで、地上設備Ａは、例えば平均１００ｍおきに設置してある。したがって、車両１は次の地上設備Ａの位置まで走行し得る電気エネルギを車載キャパシタＣ２（図１参照）に蓄積することができれば良い。そこで、等間隔に地上設備Ａを設置するのは不合理で、平地では間隔大、登坂路では間隔小、下り坂では最大間隔というように無駄がない設定を行う。

かかるシステムでは、車両１を走行させながら各地上設備Ａから間欠的に車載キャパシタＣ２に電気エネルギを供給することができる。

図９は車両１が停車した状態で充電を行う無接触電力伝送システムを示す説明図である。同図に示すように、当該無接触電力伝送システムにおける地上設備Ａは、車両１（例えばバス）が停車する場所に配設するとともに、車載コイルＬ２を地上コイルＬ１の真上に占位させて車両１を停車させた状態で車載キャパシタＣ２への充電を行う。この場合には、車載コイルＬ２も円形に構成することができる。

なお、上記第１及び第２の実施の形態は何れも移動体を車両１としたものであるが、これに限るものではない。移動させながら使用する電気製品である、例えば電気掃除機を移動体として当該システムを構築することもできる。この場合、固定側設備は前記電気製品の走行路となる床に固定された固定コイル及び固定キャパシタを有する設備であり、移動側設備は前記電気製品に搭載された搭載コイル及び前記電気製品に搭載された搭載キャパシタということになる。

本発明は電力の利用に関連する産業分野、自動車の製造・販売に関連する産業分野乃至道路の建設・保守等に携わる産業分野等、広い産業分野に亘って利用することができる。

本発明の第１の実施の形態に係る無接触電力伝送システムの全体を概念的に示す説明図である。 図１に示す無接触電力伝送システムにおける地上コイルと車載コイルとの位置関係を示す説明図で、（ａ）は所定の磁気結合の開始時の状態、（ｂ）は所定の磁気結合の終了時の状態をそれぞれ示している。 図１に示す無接触電力伝送システムにおける各部の電圧・電流波形を示す波形図で、（ａ）は地上コイルに流す放電電流、（ｂ）は車載コイルの誘導電圧、（ｃ）は車載キャパシタの充電電流である。 図１に示す無接触電力伝送システムにおける地上側キャパシタの充電電流の波形を示す波形図である。 本発明の第２の実施の形態に係る無接触電力伝送システムの全体を概念的に示す説明図である。 図５に示す無接触電力伝送システムにおける各部の電圧・電流波形を示す波形図で、（ａ）は地上コイルに流す放物線形状の放電電流、（ｂ）は車載コイルの誘導電圧、（ｃ）は車載キャパシタの充電電流である。 地上コイルと車載コイルとの他の例を示す説明図である。 車両が走行して間欠的な充電を繰り返す無接触電力伝送システムを示す説明図である。 車両が停車した状態で充電を行う無接触電力伝送システムを示す説明図である。

符号の説明

Ａ 地上設備
Ｂ 車載設備
１ 車両
３、１３ 制御部
４ 車両検出センサ
５ 道路
１６ 波形整形回路
Ｌ１，Ｌ１１ 地上コイル
Ｌ２，Ｌ１２ 車載コイル
Ｃ１ 地上側キャパシタ
Ｃ２ 車載キャパシタ
Ｓ 車両検出信号
Ｓ１ 放電用スイッチ
Ｓ２ 充電用スイッチ
ＤＣ 直流電源

Claims (13)

1. 固定側に配設した固定コイルの両端が放電用スイッチ手段を介して接続された固定側キャパシタ及び前記固定側キャパシタの両端が充電用スイッチ手段を介して接続された直流電源を有する固定側設備と、
   前記固定コイルが形成する磁束と磁気結合し得るように移動体に搭載された移動コイル及び前記移動コイルと前記固定コイルとの磁気結合により発生する電流で充電されて前記移動体の走行用の電動機の電源となる移動側キャパシタを有する移動側設備と、
   前記充電用スイッチ手段をオンして前記固定側キャパシタを充電するとともに、前記放電用スイッチ手段をオンして前記固定側キャパシタに充電しておいた電荷の放電に伴う放電電流を前記固定コイルに供給するように制御する制御手段とを有することを特徴とする移動体に対する無接触電力伝送システム。
2. 請求項１に記載する移動体に対する無接触電力伝送システムにおいて、
   走行中の移動体を検出して移動体検出信号を送出する移動体検出手段をさらに有する一方、
   前記制御手段は、前記移動体検出信号を受信して、走行中の前記移動体の前記移動コイルが前記固定コイルとその真上で磁気結合し得る位置に達した後で前記放電用スイッチ手段をオンして前記固定コイルに放電電流を供給するとともに、前記固定コイルとの前記真上での磁気結合が解除される位置に前記移動コイルが達する前に前記放電用スイッチ手段をオフして前記固定コイルに供給する放電電流を遮断するように制御するものであることを特徴とする移動体に対する無接触電力伝送システム。
3. 請求項２に記載する移動体に対する無接触電力伝送システムにおいて、
   前記移動体検出手段は前記移動体の走行速度も検出し得るものとし、前記走行速度を表す情報も含む前記移動体検出信号を受信した前記制御手段は前記走行速度が所定の範囲に収まっていない場合には前記移動体が前記固定コイルの上方を通過している間でも前記放電用スイッチ手段のオフ状態を継続して保持するように制御することを特徴とする移動体に対する無接触電力伝送システム。
4. 請求項１又は請求項２に記載する移動体に対する無接触電力伝送システムにおいて、
   前記放電電流の波形を整形する波形整形手段をさらに有し、
   前記制御手段は、前記波形整形手段を介して前記放電電流の波形が放物線状に漸増する特性を有するように制御するものであることを特徴とする移動体に対する無接触電力伝送システム。
5. 請求項４に記載する移動体に対する無接触電力伝送システムにおいて、
   前記制御手段は、前記波形整形手段を介して前記放電電流の波形が放物線状に漸増する特性を有するように制御するとともに、前記放電電流がピーク値に達した後は前記放電電流の波形が放物線状に漸減して零になるように制御するものであることを特徴とする移動体に対する無接触電力伝送システム。
6. 請求項１乃至請求項５の何れか一つに記載する移動体に対する無接触電力伝送システムにおいて、
   前記制御手段は、前記放電用スイッチ手段をオフ状態とした後、次にオン状態とする前に、前記充電用スイッチ手段を一定時間オン状態とすることで前記直流電源から前記固定側キャパシタに充電電流を供給するように制御するものであることを特徴とする移動体に対する無接触電力伝送システム。
7. 請求項１乃至請求項６の何れか一つに記載する移動体に対する無接触電力伝送システムにおいて、
   前記固定コイルは、前記移動コイルと磁気結合する磁束を発生する主コイルと、この主コイルの前記磁束を引き込むように前記主コイルとは反対方向の電流を供給するようにした副コイルとを有することを特徴とする移動体に対する無接触電力伝送システム。
8. 請求項１乃至請求項６の何れか一つに記載する移動体に対する無接触電力伝送システムにおいて、
   前記固定コイルは、これが形成する磁界が地面に対し垂直な面内にリング状の磁束を形成するような配置とする一方、
   前記移動コイルは、前記面に直交する垂直な面内に配設したものであることを特徴とする移動体に対する無接触電力伝送システム。
9. 請求項１乃至請求項８の何れか一つに記載する移動体に対する無接触電力伝送システムにおいて、
   前記固定側設備は前記移動体が走行する路線に沿い多数を間欠的に配設したことを特徴とする移動体に対する無接触電力伝送システム。
10. 請求項１乃至請求項８の何れか一つに記載する移動体に対する無接触電力伝送システムにおいて、
    前記固定側設備は、前記移動体が停止される場所に配設するとともに、前記移動コイルを前記固定コイルの真上に占位させて前記移動体を停止させた状態で前記移動側キャパシタへの充電を行うようにしたものであることを特徴とする移動体に対する無接触電力伝送システム。
11. 請求項１乃至請求項１０の何れか一つに記載する移動体に対する無接触電力伝送システムにおいて、
    前記移動体は、車両であり、前記固定側設備は地上に配設された地上コイル及び地上側キャパシタを有する地上設備であり、
    前記移動側設備は前記車両に搭載された車載コイル及び前記車両に搭載された車載キャパシタを有する車載設備であることを特徴とする移動体に対する無接触電力伝送システム。
12. 請求項１１に記載する移動体に対する無接触電力伝送システムにおいて、
    前記車両は、電動機とともに内燃機関による動力も駆動装置として搭載しているハイブリッド車であることを特徴とする移動体に対する無接触電力伝送システム。
13. 請求項１乃至請求項１０の何れか一つに記載する移動体に対する無接触電力伝送システムにおいて、
    前記移動体は、移動させながら使用する電気掃除機を含む電気製品であり、前記固定側設備は前記電気製品の走行路となる床に固定された固定コイル及び固定キャパシタを有する設備であり、
    前記移動側設備は前記電気製品に搭載された搭載コイル及び前記電気製品に搭載された搭載キャパシタを有する搭載設備であることを特徴とする移動体に対する無接触電力伝送システム。