JP2015153773A - 非接触給電システム - Google Patents

Abstract

【課題】非接触給電トランスの容量が大きく、位置ずれの許容範囲が大きい非接触給電システムを提供する。
【解決手段】磁極の長手方向の辺を接して縦列する四個のコイル単体を有する一次側コイルと、縦列する二個のコイル単体を有する二次側コイルと、高周波交流源から高周波交流が供給されるコイル単体を選択する選択手段とを備える。選択手段は、一次側コイルのコイル単体と二次側コイルのコイル単体との対向状況に応じて、一次側コイルの連続する二つのコイル単体、または、一つのコイル単体の両側に位置する二つのコイル単体を選択し、選択した二つのコイル単体に対して、コア部分を通過する磁束の向きが互いに逆向きになるように高周波交流源を接続する。二個のコイル単体を備える二次側コイルが、一次側コイルのコイル単体の縦列方向に位置ずれしても、給電効率の低下が回避できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、一次側コイルから、空隙を隔てて対向する二次側コイルに電磁誘導作用により電力を給電する非接触給電システムに関し、一次側コイルと二次側コイルとの位置ずれによる給電効率の低下を改善するものである。

電気自動車やプラグインハイブリッド車に搭載されたバッテリーの充電には、電気ケーブルとコネクタを用いるコンダクティブ方式が採用されているが、近年、利便性や安全性の向上を図るために、ケーブル接続が不要な非接触給電方式による充電の研究開発が各方面で行われている。
この非接触給電方式では、車両の床裏面に搭載された非接触給電トランスの二次側コイル（受電コイル）と、地上側に設置された一次側コイル（送電コイル）とを対向させて、地上側から停車中の車両に非接触で給電が行われる。
この充電システムでは、車両の停車位置が正規の位置からずれて一次側コイルと二次側コイルとの間に位置ずれが生じたときの給電効率の低下を改善することが課題の一つとされている。

これまで、コイル間の位置ずれによる給電効率の低下を改善するため、図２０に示すように、板状の角型フェライトコア１１０の周りに巻線１１１を巻回した“両側巻コイル”（“ソレノイドコイル”とも呼ばれる）が開発されている。この両側巻コイルでは、巻線が巻回されていない角型コアの両端部がそれぞれ磁極となる（従って、図２０のｙ方向が磁極の長手方向となる）。
両側巻コイルは、円形コアの片側にコイルを配置した従来の片側巻コイルに比べて、磁極の長手方向における位置ずれの許容範囲が大きい。

また、下記特許文献１には、両側巻コイルの小型軽量化を図るため、図２１に示すように、Ｈ字型のフェライトコアを用いた両側巻コイルが開示されている。このＨ型コア構造の両側巻コイルでは、Ｈ型コアの両側の平行する部分１１２が磁極部となり（従って、図２１のｙ方向が磁極の長手方向となる）、二つの磁極部を繋ぐコア部分（このコア部分の磁極の長手方向における長さは、磁極部１１２の同一方向の長さよりも短い。）に巻線１１１が巻回される。
Ｈ型コア構造の両側巻コイルにおける位置ずれの許容範囲は、角型コアを用いた両側巻コイルと略同じであり、磁極の長手方向における位置ずれの許容範囲が大きい。

本発明者等は、非接触給電トランスの容量の増大を図るため、図２２に示すように、Ｈ型コア構造の両側巻コイルをコイル単体として、その二個を、磁極の長手方向の辺同士が接触するように縦列配置した一次側コイル及び二次側コイルを先に開発した（下記非特許文献１）。
二個のコイル単体は、図２２（ａ）に示すように直列接続しても、図２２（ｂ）に示すように並列接続しても良いが、磁極間のコア部分に巻回された巻線に通電したとき、コア部分を通過する主磁束の向きが、一方のコイル単体と他方のコイル単体とで逆になるように、巻線の巻回方向や、電流の方向（即ち、高周波電源への接続の仕方）を設定する。
こうすることで、二個のコイル単体から成る一次側コイル及び二次側コイルを対向させて給電するときの磁束は、図２３のようになり、主磁束の垂直方向の向きが揃うことで、一次側コイルと二次側コイルとの間に作用する磁界が強まり、給電電力が増加する。
一方、二個のコイル単体のそれぞれから発生する漏洩磁界は、十分離れた所では相互に打ち消し合うため、漏洩磁界の大きさが大幅に低下する。

図２４は、一次側コイル及び二次側コイルが共に二個のコイル単体から成る非接触給電システムの回路構成の一例を示している。この例では、二個のコイル単体が直列接続されている。
給電側は、商用電源４１の交流を直流に変換する直流供給部４２と、直流供給部４２の出力を平滑化する平滑コンデンサ４３と、直流を高周波交流に変換するインバータ４４と、この高周波交流が入力する一次側コイルの二個のコイル単体４６、４８と、インバータ４４とコイル単体４６との間に直列接続する直列コンデンサ４５と、コイル単体４６とコイル単体４８との間に直列接続する直列コンデンサ４７とを備えている。

一方、受電側は、二次側コイルの二個のコイル単体５１、５２と、コイル単体５１に対して並列に接続された並列コンデンサ５３と、コイル単体５２に対して並列に接続された並列コンデンサ５４と、コイル単体５１、５２で受電された交流を整流する整流回路５５と、整流回路５５の出力を平滑化する平滑コンデンサ５６と、整流された電流が供給される負荷抵抗５７とを備えており、非接触給電トランスを構成する一次側コイルの二個のコイル単体４６、４８と、二次側コイルの二個のコイル単体５１、５２とを介して、給電側から受電側に給電が行われる。
なお、負荷抵抗５７はバッテリーを模擬したもので、バッテリーの充電電力Ｐ_Bと充電電圧Ｖ_Bが分かれば、負荷抵抗の値はＲ_B＝Ｖ_B ²／Ｐ_Bと計算できる。

一次側の直列コンデンサ４５、４７及び二次側の並列コンデンサ５３、５４は、一次側コイルと二次側コイルとの間に空隙を有する非接触給電トランスの漏れリアクタンスを補償して給電効率を高めるために接続されている。一次側に直列コンデンサを接続し、二次側に並列コンデンサを接続する方式は“ＳＰ方式”と呼ばれる。
ＳＰ方式では、二次側の並列コンデンサ５３、５４の各値を、非接触給電トランスへの入力周波数ｆ₀（＝ω₀／２π）において、二次側のコイル単体５１、５２とそれぞれ共振するように設定し、一次側の直列コンデンサ４５、４７の合成容量の値を、一次側電源の出力力率が１となるように設定する。

なお、下記特許文献２に記載されているように、一次側の直列コンデンサは、直列コンデンサ４５と直列コンデンサ４７とに分割せずに、それらを合成した一つのコンデンサをインバータ４４とコイル単体４６（または４７）との間に直列接続しても良い。この場合、一つの直列コンデンサの端子間電圧が高くなると言う欠点がある)。
非接触給電トランスへのコンデンサ接続方式としては、その他に、一次側に直列コンデンサを接続し、二次側にも直列コンデンサを接続する、“ＳＳ方式”と呼ばれる方式も知られている。

図２３の回路構成を備える非接触給電システムは、大容量のバッテリーを搭載する電気バスや電気トラックなどの大型車への非接触給電が可能である。

特開２０１２−１７５７９３号公報 特開２０１１−１７６９１４号公報

藤田到・山中智裕・金子裕良・ 阿部茂・ 保田富夫・ 鈴木明「電気自動車用非接触給電トランスの複数モジュール構成による大容量化」平成２４年電学産業応用部門大会論文集、No.4-9,pp.IV 111-IV 114(2012.8.23)

しかし、大型車の場合、乗用車に比べて停車位置の位置合わせが難しい。そのため、地上側の一次側コイルと、大型車に搭載された二次側コイルとの位置ずれによる給電効率の低下が懸念される。

本発明は、こうした事情を考慮して創案したものであり、非接触給電トランスの容量が大きく、且つ、位置ずれの許容範囲が大きい非接触給電システムを提供することを目的としている。

本発明は、一次側コイルから、空隙を隔てて対向する二次側コイルに電磁誘導作用により電力を給電する非接触給電システムであって、磁極の長手方向の辺を互いに接して縦列する少なくとも三個のコイル単体を有する一次側コイルと、磁極の長手方向の辺を互いに接して縦列する二個のコイル単体から成る対を少なくとも一対有する二次側コイルと、一次側コイルに高周波交流を供給する高周波交流源と、一次側コイルが有するコイル単体の内で、高周波交流源から高周波交流が供給されるコイル単体を選択するとともに、選択したコイル単体と高周波交流源との接続形態を選択する選択手段と、を備える。
コイル単体は、長手方向の辺が互いに並行する二つの磁極と、磁極の間を繋ぐコア部分と、コア部分に巻回された電線と、を備える。
選択手段は、一次側コイルのコイル単体と二次側コイルのコイル単体とが対向する状況に応じて、「一次側コイルの連続する二つのコイル単体」、または、「一次側コイルの連続する三つのコイルのうち中央コイルを除く両端の二つのコイル単体」（「一つのコイル単体の両側にある二つのコイル単体」、あるいは「一つ飛びの二つのコイル単体」とも表現する）を選択し、さらに、選択した二つのコイル単体に対して、コア部分を通過する磁束の向きが互いに逆向きになるように高周波交流源を接続する。
この非接触給電システムでは、縦列する二個のコイル単体を備える二次側コイルが、一次側コイルのコイル単体の縦列方向に位置ずれしても、給電効率の低下が回避できる。

また、本発明の非接触給電システムでは、選択手段は、二次側コイルの前記対を構成する二つのコイル単体における磁極同士の接する位置が、一次側コイルの一つのコイル単体の中心付近に対向している場合に、その一つのコイル単体の両側にある二つのコイル単体を選択し、その他の場合に、二次側コイルの二つのコイル単体が主に対向する一次側コイルの連続する二つのコイル単体を選択する。
そのため、二次側コイルのコイル単体の各々が、一次側コイルの連続する二つのコイル単体に半分ずつ跨るように位置ずれしている場合でも、給電効率の大幅な低下が避けられる。

また、本発明の非接触給電システムでは、選択手段は、二つのコイル単体を選択するに際して、一つのコイル単体の両側にある二つのコイル単体に高周波交流源を接続する選択と、連続する二つのコイル単体に高周波交流源を接続する選択とを切り替えた後、給電効率の高い方の二つのコイル単体を選択することが望ましい。
このように、連続する二つのコイル単体の駆動と、一つ飛びの二つのコイル単体の駆動とを両方試し、給電効率の高い方に切換えることで、非接触給電の高い給電効率が維持できる。

また、本発明の非接触給電システムでは、二次側コイルには図２２や図２３のように、二つのコイルの間に位置する中央磁極と、二つのコイルの両端に位置する二つの両端磁極とがある。磁極の長手方向と直交する方向（図２３のｘ方向）の磁極幅に関しては、中央磁極の磁極幅を二つの両端磁極の磁極幅の和よりも大きくすることが望ましい。
別の表現をすれば、二次側コイルの対を構成する二つのコイル単体の各々は、磁極の長手方向と直交する方向の磁極幅が異なる前記二つの磁極を有し、二次側コイルの二つのコイル単体は、前記磁極幅の広い方の磁極同士が互いに接するように縦列していることが望ましい。
このように二次側コイルの中央磁極の幅が増えることで、主磁束の磁路長、つまり磁気抵抗が小さくなり、結合係数が大きくなり、給電効率が向上する。

また、本発明の非接触給電システムでは、二次側コイルの前記対が複数の場合は、各対が、一つ分のコイル単体の間隔を空けて、縦列していることが望ましい。
こうすることで、一つのコイル単体の両側にある二つのコイル単体を駆動（後述する“スキップ駆動”）する際に、支障なく実施できる。

また、本発明の非接触給電システムでは、一次側コイルの縦列するコイル単体の両端に位置するコイル単体は、コア部分に巻回する巻線の巻数を、一次側コイルの他のコイル単体のコア部分に巻回する巻線の巻数より多くすることが望ましい。
縦列するコイル単体の構造が全て同一であると、縦列の中間に位置するコイル単体のインダクタンスは、隣接するコイル単体のコアの影響で、両端に位置するコイル単体のインダクタンスよりも上昇する。高周波電源と接続する一次側の各コイルのインダクタンスの値がほぼ均一であれば、一次側の直列コンデンサの種類を削減できる。そのため、両端に位置するコイル単体の巻数を増やして、中間位置のコイル単体のインダクタンスとバランスさせることが望ましい。

また、本発明の非接触給電システムでは、コイル単体は、磁極の長手方向の長さが、同一方向のコア部分の長さよりも長いＨ型構造を有することが望ましい。
コイル単体としてＨ型コア構造の両側巻コイルを用いることで一次側コイル及び二次側コイルの小型軽量化が可能になる。

また、本発明の非接触給電システムでは、一次側コイルに含まれる複数のコイル単体を、その縦列方向が移動体の進行方向と一致するように地上側に設置し、二次側コイルに含まれる対を構成する二つのコイル単体を、その縦列方向が移動体の前後方向と一致するように移動体に搭載する。
こうすることで、移動体の停止位置が正規の位置から前後方向に大きくずれた場合でも、高い給電効率の非接触給電が可能になる。また、移動体の車幅方向では、両側巻コイルから成るコイル単体の位置ずれの許容範囲が大きいため、車幅方向にずれても高い給電効率が維持できる。

本発明により、非接触給電トランスの容量が大きく、位置ずれの許容範囲が大きい非接触給電システムが実現できる。

本発明の実施形態に係る非接触給電トランスを示す図 図１（ａ）の非接触給電トランスの平面図 本発明の実施形態に係る非接触給電システムの選択手段を示す図 一次側コイルのコイル単体Ａとコイル単体Ｂの隣接駆動状態を示す図、 一次側コイルのコイル単体Ｃとコイル単体Ｄの隣接駆動状態を示す図 一次側コイルのコイル単体Ｂとコイル単体Ｃの隣接駆動状態を示す図 一次側コイルのコイル単体Ａとコイル単体Ｃのスキップ駆動状態を示す図 一次側コイルのコイル単体Ｂとコイル単体Ｄのスキップ駆動状態を示す図 二次側コイルを示す図 二次側コイルの回路構成の一例を示す図 二次側コイルの他の回路構成を示す図 一次側コイルと二次側コイルとの間の磁束の流れを示す図 一次側コイルと二次側コイルとの位置ずれに隣接駆動のみで対応したときの特性を示す図 給電効率実験装置の仕様を示す図 一次側コイルと二次側コイルとの位置ずれに隣接駆動及びスキップ駆動で対応したときの特性を示す図 図１５において、二次側コイルの中央の磁極幅を拡げたときの特性を示す図 前後方向の位置ずれに隣接駆動及びスキップ駆動で対応したときの前後左右方向の位置ずれと給電効率との関係を示す図 前後方向の位置ずれに隣接駆動のみで対応したときの前後左右方向の位置ずれと給電効率との関係を示す図 二次側コイルが４個（二対）のコイル単体の場合の構成を示す図 角型コアを用いた両側巻コイルを示す図 Ｈ型コアを用いた両側巻コイルを示す図 二つのコイル単体から成る一次側コイル及び二次側コイルを示す図 図２２の一次側コイル及び二次側コイルの間の磁束の流れを示す図 図２２の一次側コイル及び二次側コイルを備える非接触給電システムの回路構成を示す図

図１（ａ）は、本発明の実施形態に係る非接触給電システムの一次側コイル及び二次側コイルを示している。
一次側コイルは、Ｈ型コア構造のコイル単体の４個から成り、４個のコイル単体が、磁極の長手方向の辺を接して縦列している。二次側コイルは、Ｈ型コア構造のコイル単体の２個から成り、２個のコイル単体が、磁極の長手方向の辺を接して、一次側コイルの縦列方向と同一方向に縦列している。一次側コイル及び二次側コイルを構成するコイル単体は同一形状を有している。
一次側コイルの二次側コイルに対向する側の反対側(裏面側)には、裏面側への漏洩磁束を遮断するアルミ板１０が配置され、同様に、二次側コイルの裏面側にも漏洩磁束を遮断するアルミ板１１が配置されている。

図２（ａ）は、一次側コイルの平面図を示し、図２（ｂ）は、二次側コイルの平面図を示している。
ここでは、一次側コイルの４個のコイル単体をＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄで表し、二次側コイルの２個のコイル単体をＥ、Ｆで表すことにする。
このシステムでは、一次側コイルのＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄのコイル単体の内から、連続する二つのコイル単体（ＡとＢ、ＢとＣ、または、ＣとＤ）、あるいは、一つのコイル単体の両側に位置する二つのコイル単体（ＡとＣ、または、ＢとＤ）を選択する選択手段を備えている。選択手段は、選択した二つのコイル単体の駆動時におけるコア部分の磁束の向きが互いに逆向きになるように、選択した二つのコイル単体を高周波交流源（図２４のインバータ４４）に接続する。

図３（ａ）は、この選択手段１３の構成を示している。選択手段１３は、一次側コイルの各コイル単体とインバータ４４との間のスイッチを、図３（ｂ）に示すように、開放（未接続）、正方向接続、または逆方向接続のいずれかに切換えて、二つのコイル単体を選択し、選択した二つのコイル単体をインバータ４４に接続する。
また、このシステムでは、ＳＰ方式の一次側直列コンデンサの接続数を減らすため、直列コンデンサを分割せずに共用化している。この場合、連続する二つのコイル単体を選択したときと、一つのコイル単体の両側に位置する二つのコイル単体を選択したときとで一次側直列コンデンサの値が変わる場合も生じる。
そのため、このシステムでは、選択手段１３が一次側直列コンデンサの切換えを併せて行うようにしている。

例えば、図４に示すように、コイル単体Ａ及びコイル単体Ｄの電線の巻回方向が同一で、コイル単体Ｂ及びコイル単体Ｃの電線の巻回方向がコイル単体Ａの巻回方向と逆向きであるとする。
選択手段１３は、連続するコイル単体Ａとコイル単体Ｂとを選択する場合、図４に示すように、コイル単体Ａ及びコイル単体Ｂをインバータに正方向接続する。この接続で、駆動時のコイル単体Ａとコイル単体Ｂの磁束の向きは逆向きになる。
なお、連続する二つのコイル単体を駆動する場合を"隣接駆動”と呼ぶことにする。

図５に示すように、コイル単体Ｃとコイル単体Ｄとを選択して隣接駆動する場合も、同様に、コイル単体Ｃ及びコイル単体Ｄをインバータに正方向接続することで、隣接駆動時の両者の磁束の向きが逆向きになる。
図６に示すように、コイル単体Ｂとコイル単体Ｃとを選択して隣接駆動する場合は、コイル単体Ｂ及びコイル単体Ｃの巻回方向が同一であるため、一方を正方向接続し、他方を逆方向接続する。この接続で、コイル単体Ｂとコイル単体Ｃの隣接駆動時の磁束の向きは逆向きになる。

また、図７に示すように、コイル単体Ｂの両側のコイル単体Ａとコイル単体Ｃとを選択する場合は、コイル単体Ａとコイル単体Ｃの巻回方向が逆であるため、両者をインバータに正方向接続する。この接続で、駆動時のコイル単体Ａとコイル単体Ｃの磁束の向きは逆向きになる。
なお、一つのコイル単体を飛ばした二つのコイル単体を駆動する場合を“スキップ駆動”と呼ぶことにする。
図８に示すように、コイル単体Ｂとコイル単体Ｄとを選択してスキップ駆動する場合も、コイル単体Ｂとコイル単体Ｄの巻回方向が逆であるため、両者をインバータに正方向接続する。この接続で、スキップ駆動時のコイル単体Ｂとコイル単体Ｄの磁束の向きは逆向きになる。

一方、二次側コイルの二個のコイル単体Ｅ、Ｆは、図９に示すように、電線の巻回方向が逆向きになるように接続する。二次側は、図２４の二次側の回路構成と同様にしても良いし、また、図１０や図１１に示す二次側回路の構成を採用しても良い。

図１２は、このように構成された一次側コイル及び二次側コイルを駆動したときの磁束の流れを示している。
図１２（ａ）は、二次側コイルのコイル単体Ｅ、Ｆが、一次側コイルのコイル単体Ｂ、Ｃと対向しているとき（二次側コイルの中心点Ｏが一次側コイルのコイル単体Ｂ、Ｃの中心磁極Ｐ_BC付近にあるとき）に、コイル単体Ｂ、Ｃを隣接駆動した場合の磁束の流れを示している。
図１２（ｂ）は、二次側コイルのコイル単体Ｅ、Ｆが、一次側コイルのコイル単体Ａ、Ｂと対向しているとき（二次側コイルの中心点Ｏが一次側コイルのコイル単体Ａ、Ｂの中心磁極Ｐ_AB付近にあるとき）に、コイル単体Ａ、Ｂを隣接駆動した場合の磁束の流れを示している。なお、二次側コイルのコイル単体Ｅ、Ｆが、一次側コイルのコイル単体Ｃ、Ｄと対向しているときに、コイル単体Ｃ、Ｄを隣接駆動した場合も同様である。

また、図１２（ｃ）は、二次側コイルの中心点Ｏが、一次側コイルのコイル単体Ｂの中心Ｐ_B付近にあるときに、コイル単体Ａとコイル単体Ｃをスキップ駆動した場合の磁束の流れを示している。なお、二次側コイルの中心点Ｏが、一次側コイルのコイル単体Ｃの中心付近にあるときに、コイル単体Ｂとコイル単体Ｄをスキップ駆動した場合も同様である。
図１２（ｃ）に示すように、スキップ駆動では、二つのコイル単体から成る二次側コイルに対して左右対称な磁界が形成される。その結果、一次側コイルと二次側コイルとの間で高い磁気結合が維持され、給電効率の低下が避けられる。

これに対し、一次側コイルと二次側コイルとが図１２（ｃ）に示す位置ずれ状態に在るとき、コイル単体Ｂ、Ｃを隣接駆動すると、コイル単体Ｂが、コイル単体Ｅだけでなく、コイル単体Ｆとも磁気的に結合し、磁束の乱れが生じる。その結果、一次側コイルと二次側コイルとの間の磁気結合が低下し、給電効率が低下する。
この点は、実験により確かめられている。

図１３は、図１（ａ）に示すモデルを用い、コイル単体の縦列方向の位置ずれに対して、隣接駆動だけで対処したときの給電効率の変化を求めた給電効率実験の結果を示している。
この実験装置の仕様を図１４に示している。図１３の横軸は、図１２（ａ）に示すように、二次側コイルの中心点Ｏが一次側コイルのコイル単体Ｂ、Ｃの中心磁極Ｐ_BCの位置にあるときをｘ＝０として、ｘ方向の位置ずれの大きさを表している。図１３の縦軸は、非接触給電トランスの給電効率η_TRを表している。
図１３から明らかなように、二次側コイルのコイル単体Ｅ、Ｆがコイル単体Ｂ、Ｃに対向している状態でコイル単体Ｂ、Ｃを隣接駆動したときの給電効率は９７．６％であり、また、二次側コイルのコイル単体Ｅ、Ｆがコイル単体Ａ、Ｂに対向している状態でコイル単体Ａ、Ｂを隣接駆動したときの給電効率も９７．６％であり、極めて高い。しかし、コイル単体Ｂ、Ｃの隣接駆動からコイル単体Ａ、Ｂの隣接駆動に切り替えた点（ｘ＝１９０ｍｍ）では、給電効率が大幅に低下している。

図１５は、図１３の実験結果とともに、ｘ＝１９０ｍｍ付近でコイル単体Ａ、Ｃのスキップ駆動を行った場合の実験結果を表している。
図１５から明らかなように、スキップ駆動により、隣接駆動の最大効率よりは２．４％程度低いものの、ｘ＝１９０ｍｍ付近で、かなり高い給電効率を得ることができる。

なお、図１４に示すように、一次側コイルの両端に位置するコイル単体Ａ、Ｄの巻数を、縦列の中間に位置するコイル単体Ｂ、Ｃの巻数より多少増やしている。
これは、段落００２０で述べた理由によるものであり、隣接するコイル単体のコアの影響でインダクタンスが上昇する中間位置のコイル単体Ｂ、Ｃと、両端のコイル単体Ａ、Ｄとのインダクタンスのバランスを取り、選択した二つのコイル単体の一方がＡまたはＤで、他方がＢまたはＣであっても、それらのインダクタンスを等しくして、一次側の直列コンデンサの種類を削減できるようにしている。

また、この非接触給電トランスの給電効率は、二次側コイルを構成するコイル単体Ｅ、Ｆの中央に位置する中央磁極の磁極幅を増やすことでさらに改善できる。
図１２（ｃ）に示すスキップ駆動では、図１２（ａ）（ｂ）と比較して明らかなように、磁束の磁路長が隣接駆動に比べて長くなる。そのため、磁気抵抗が増加し、給電効率が隣接駆動より低くなると考えられる。
二次側コイルの中央の磁極幅を増やせば、相対的に主磁束の磁路長、つまり磁気抵抗が小さくなり、結合係数が大きくなり、給電効率の向上が期待できる。

図１６は、図１（ｂ）に示すように、二次側コイルを構成するコイル単体Ｅ、Ｆの中央側の磁極幅を２倍に増やしたモデルを用いて、隣接駆動及びスキップ駆動で位置ずれに対処した給電効率実験の結果を示している。
二次側コイルの中央側の磁極幅を拡大することにより、給電効率が、コイル単体Ｂ、Ｃの隣接駆動区間では平均で０．８％、コイル単体Ａ、Ｃのスキップ駆動区間では平均で１．２％、コイル単体Ａ、Ｂの隣接駆動区間では平均で０．６％向上した。
二次側コイルの中央側磁極幅の拡大により、スキップ駆動区間での給電効率が顕著に向上している。また、この中央側磁極幅の拡大により、隣接駆動時の斜め方向の不要なコイル単体間の磁気結合（例えば、図１２（ｃ）の状態でコイル単体Ｂ、Ｃの隣接駆動を行ったときのコイル単体Ｂとコイル単体Ｆの磁気結合）が抑制され、磁束の乱れが改善されるため、隣接駆動時の給電効率も改善している。

この非接触給電トランスでは、一次側コイルと二次側コイルとが実際に対向する状況のもとで、一次側コイルを構成するコイル単体の隣接駆動とスキップ駆動とを試行して、いずれの駆動において高い給電効率が得られるかを確認し、高い給電効率が得られる方の駆動を選択するようにすれば、縦列方向の位置ずれに関わらず、高い給電効率での非接触給電が可能になる。
あるいは、事前の測定により、一次側コイル及び二次側コイルの位置ずれと、高い給電効率が得られる駆動との関係を示すデータを把握して記憶・保持し、保持した関係を示すデータをもとに、隣接駆動またはスキップ駆動を選択することも可能である。

図１７は、この非接触給電トランスにおいて、一次側コイルと二次側コイルとが前後左右に位置ずれしたときの給電効率の変化を示している。ここでは、前後方向（ｘ方向）を横軸で表し、左右方向（ｙ方向）を縦軸で表している。図１７では、前後方向の位置ずれによる給電効率の低下を解消するため、隣接駆動とスキップ駆動とを実施している。
ここでは、非接触給電トランスの位置ずれ許容範囲での効率の目標を、η_TR≧９２％とし、その範囲を点線で示している。

一方、図１８は、前後方向の位置ずれによる給電効率の低下を解消するため、隣接駆動のみを実施した場合の前後左右の位置ずれと給電効率との関係を示しており、η_TR≧９２％の範囲を点線で示している。
図１８から、隣接駆動だけでは、前後方向位置ずれが１６０ｍｍ＜ｘ＜２００ｍｍの範囲で効率が９２％以下となることが分かる。
しかし、図１７から、隣接駆動にスキップ駆動を加えると、ｘ＝±５００ｍｍの範囲で効率が９２％以上となることが分かる。この範囲での最低効率は９３．５％、平均効率は９６．０％であり、高い効率を得ることができる。
一方、左右方向（ｙ方向）の位置ずれがｙ＝±２５０ｍｍの範囲では、スキップ駆動により効率が低下するコイル切替え点付近においても効率９２．１％が達成できている。

このように、この非接触給電トランスでは、前後±５００ｍｍ、左右２５０ｍｍの範囲内において、９２．１％以上の効率で給電を行うことができる。
そのため、一次側コイルに含まれる複数のコイル単体を、その縦列方向が移動体の進行方向と一致するように地上側に設置し、二次側コイルに含まれる二つのコイル単体を、その縦列方向が移動体の前後方向と一致するように移動体に搭載することにより、電気バスや電気トラック等の大型車両に対する、位置ずれの許容範囲が大きい非接触給電が可能になる。

なお、ここでは、コイル単体としてＨ型コア構造のコイル単体を用いる場合について説明したが、図２０に示す角型コアのコイル単体を用いても良い。
また、ここでは、４個のコイル単体から成る一次側コイルを示したが、一次側コイルを構成するコイル単体の数は、３以上であれば良い。
また、ここでは、二次側コイルのコイル単体の個数が２個（一対）の場合について説明したが、二次側コイルのコイル単体の個数を２ｎ個（ｎは整数）に増やしても良い。このように二次側コイルを構成するコイル単体の対を二以上にする場合は、スキップ駆動が支障なく実施できるように、二次側コイルの対（２個のコイル単体）毎にコイル単体１個分の間隔をあけることが望ましい。
図１９に、二次側コイルの単体個数が４個（二対）の場合を示している。

本発明の非接触給電システムは、非接触給電トランスの容量が大きく、広い位置ずれの許容範囲を有しており、バッテリーを搭載する大型車両や普通車両、無人搬送車など、各種移動体の非接触給電等に広く利用することができる。

１０ アルミ板
１１ アルミ板
４１ 商用電源
４２ 直流供給部
４３ 平滑コンデンサ
４４ インバータ
４５ 直列コンデンサ
４６ コイル単体
４７ 直列コンデンサ
４８ コイル単体
５１ コイル単体
５２ コイル単体
５３ 並列コンデンサ
５４ 並列コンデンサ
５５ 整流回路
５６ 平滑コンデンサ
５７ 負荷抵抗
１１０ 角型フェライトコア
１１１ 巻線
１１２ 磁極部

Claims (8)

1. 一次側コイルから、空隙を隔てて対向する二次側コイルに電磁誘導作用により電力を給電する非接触給電システムであって、
   磁極の長手方向の辺を互いに接して縦列する少なくとも三個のコイル単体を有する前記一次側コイルと、
   磁極の長手方向の辺を互いに接して縦列する二個のコイル単体から成る対を少なくとも一対有する前記二次側コイルと、
   前記一次側コイルに高周波交流を供給する高周波交流源と、
   前記一次側コイルが有するコイル単体の内で、前記高周波交流源から高周波交流が供給されるコイル単体を選択するとともに、選択した前記コイル単体と前記高周波交流源との接続形態を選択する選択手段と、
   を備え、
   前記コイル単体は、長手方向の辺が互いに並行する二つの磁極と、前記磁極の間を繋ぐコア部分と、該コア部分に巻回された電線と、を備え、
   前記選択手段は、前記一次側コイルのコイル単体と前記二次側コイルのコイル単体とが対向する状況に応じて、前記一次側コイルの連続する二つのコイル単体、または、前記一次側コイルの一つのコイル単体の両側に位置する二つのコイル単体を選択し、
   前記選択手段は、さらに、選択した前記二つのコイル単体に対して、前記コア部分を通過する磁束の向きが互いに逆向きになるように前記高周波交流源を接続する、
   ことを特徴とする非接触給電システム。
2. 請求項１に記載の非接触給電システムであって、
   前記選択手段は、
   前記二次側コイルの前記対を構成する二つのコイル単体における磁極同士の接する位置が、前記一次側コイルの一つのコイル単体の中心付近に対向している場合に、該一つのコイル単体の両側にある二つのコイル単体を選択し、
   その他の場合に、前記二次側コイルの前記二つのコイル単体が主に対向する前記一次側コイルの連続する二つのコイル単体を選択する、
   ことを特徴とする非接触給電システム。
3. 請求項１または２に記載の非接触給電システムであって、
   前記選択手段は、前記二つのコイル単体を選択するに際して、一つのコイル単体の両側にある二つのコイル単体に前記高周波交流源を接続する選択と、連続する二つのコイル単体に前記高周波交流源を接続する選択とを切り替えた後、給電効率の高い方の二つのコイル単体を選択する、
   ことを特徴とする非接触給電システム。
4. 請求項１に記載の非接触給電システムであって、
   前記二次側コイルの前記対を構成する二つのコイル単体の各々は、磁極の長手方向と直交する方向の磁極幅が異なる前記二つの磁極を有し、
   前記二次側コイルの前記二つのコイル単体は、前記磁極幅の広い方の磁極同士が互いに接するように縦列している、
   ことを特徴とする非接触給電システム。
5. 請求項１または４に記載の非接触給電システムであって、
   前記二次側コイルの前記対が、一つ分のコイル単体の間隔を空けて、複数対縦列している、
   ことを特徴とする非接触給電システム。
6. 請求項１に記載の非接触給電システムであって、
   前記一次側コイルの縦列するコイル単体の両端に位置するコイル単体は、コア部分に巻回された電線の巻数が、前記一次側コイルの他のコイル単体のコア部分に巻回された電線の巻数より多い、
   ことを特徴とする非接触給電システム。
7. 請求項１に記載の非接触給電システムであって、
   前記コイル単体は、前記磁極の長手方向の長さが、同一方向の前記コア部分の長さよりも長いＨ型構造を有する、
   ことを特徴とする非接触給電システム。
8. 請求項１から７のいずれかに記載の非接触給電システムであって、
   前記一次側コイルに含まれる複数のコイル単体は、縦列方向が移動体の進行方向と一致するように地上側に設置され、
   前記二次側コイルに含まれる前記対を構成する二つのコイル単体は、縦列方向が移動体の前後方向と一致するように該移動体に搭載される、
   ことを特徴とする非接触給電システム。