JP2015164394A

JP2015164394A - 電気自動車を用いる運送システムの給集電装置設計方法及び装置

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Publication number: JP2015164394A
Application number: JP2015053758A
Authority: JP
Inventors: スー、ナム−ピョ; Nam-Pyo Suh; チョ、ドン−ホ; Dong-Ho Cho; リム、チョン−テク; Chun-Taek Rim; チョン、ソン−シプ; Seong-Jeub Jeon; キム、チュン−ホ; Jung-Ho Kim; アン、ソン−ヨン; Seung-Young Ahn
Original assignee: Korea Advanced Institute of Science and Technology KAIST
Current assignee: Korea Advanced Institute of Science and Technology KAIST
Priority date: 2010-07-15
Filing date: 2015-03-17
Publication date: 2015-09-10
Also published as: CN103003091B; AU2011277322B2; EP2594425A4; JP2013538541A; KR101156034B1; US20130304443A1; EP2594425A1; CN103003091A; US9747391B2; KR20120007775A; AU2011277322A1; SG187089A1; WO2012008672A1

Abstract

【課題】集電装置を有する車両に無線で電力を供給するための給電装置を設計する方法を提供する。
【解決手段】設計方法は、給電装置の隣接する２つの磁極間の間の間隔が入力された後に、２つの磁極の間の間隔に基づいて給電装置と集電装置との間の間隔を決定する。次に、給電装置と集電装置との間の間隔及び前記磁場の大きさに対して要求される値に基づいて給電装置に供給される電力の大きさを決定する。各機能的要求事項が互いにデカップルされている。
【選択図】図４

Description

本発明は、電気自動車を用いる運送システムの給集電装置を設計する方法及び設計のための装置に関し、さらに具体的には、移動中に外部から供給された電力を用いて走行しながら同時にバッテリを充電させることができる電気自動車を用いる運送システムの給電装置及び車両に設けられる集電装置を設計する方法及びその設計装置に関する。

従来の内燃機関車両は、化石燃料を用いて駆動する。この場合、エンジンで燃焼した後に車両の外部に排出される排気ガスは、大気汚染や地球温暖化などの環境問題の原因となっている。このような問題を解決するために、代替エネルギーを用いる車両に対する研究がなされてきた。代替エネルギーを用いる車両の中には、バッテリに充電された電気を用いるもの、水素と酸素からなる燃料電池を用いるもの、太陽熱を用いるものなどがある。この中でバッテリに充電された電気を用いる車両は、一部実用化されている。

バッテリの電力を用いる車両が解決しなければならない課題は、現在の実用化されたバッテリの容量が十分に大きくないために長距離走行が困難であるという点である。例えば、国内の環境でバッテリの電力を用いる車両が実用性を有するためには、一度の充電でソウルと釜山の間の距離、すなわち、約４００ｋｍ程の走行が可能でなければならない。しかし、従来の技術でこのような走行距離を実現するとバッテリの重さが増して電気自動車の効率が落ちる。また、内燃機関を用いる車両は、燃料を補充する場合にガソリンスタンドに短時間停車するだけで充分であるが、バッテリの電力を用いる電気自動車の場合には、バッテリの充電に長時間を必要とするため、内燃機関を用いる車両のように短時間の間に燃料を補充することが難しいという問題がある。

それと関連し、本出願人の特許第９４０，２４０号には、道路に設けられた給電装置から電力の供給を受ける車両を用いる運送システムを開示している。この文献に示されているオンライン電気自動車（Online Electric Vehicle；ＯＬＥＶ）は、地下に設けられた給電装置から電力を供給されてその電力を用いて輪を駆動するモータを作動させる。オンライン電気自動車は、給電装置が設けられた道路を走行する場合には、給電装置から供給された電力で走行し、給電装置が設けられていない道路を走行する場合には、バッテリの電力を用いる。また、供給された電力は、オンライン電気自動車のバッテリを充電するために用いてもよい。これにより、長距離運行のために大容量の重いバッテリを装着する必要がないために効率が増加し、給電装置が設けられた道路を走行する間にバッテリの充電がなされるため、充電のために長時間停車する必要がない。

オンライン電気自動車に電力を供給する給電装置と関連し、本出願人の特許出願１０−２００９−００６７７１５号に開示されたＷ型、及び１０−２００９−００９１８０２号に開示されたＩ型などの種類の型がある。特許出願１０−２００９−００６７７１５号に開示されたように、Ｗ型又はデュアルレール（dual rail）型給電装置は電極が車両の進行方向、すなわち道路の延長方向と直交する方向に配置され、給電線は車両の進行方向に沿って延長される。一方、Ｉ型給電装置は、電極が車両の進行方向に沿って配置される。給電装置は、前述した２種類の型の他にもＵ型又はモノレール（mono rail）型の給電装置として実現してもよい。Ｗ型給電装置は電極が両側及び中央に配置されるが、Ｕ型給電装置は両側にだけ配置される点に違いがある。

韓国特許第９４０，２４０号韓国特許出願第１０−２００９−００６７７１５号韓国特許出願第１０−２００９−００９１８０２号韓国特許出願第１０−２００９−００６７７１５号

本発明の目的は、前述した様々な種類の給集電装置を体系的に容易に設計する方法及びその設計のための装置を提供することにある。

このような目的を達成するために、本発明に係る集電装置を有する車両に無線で電力を供給するための給電装置を設計する方法は、（ａ）給電装置と集電装置との間の間隔が入力されるステップと、（ｂ）前記給電装置と集電装置との間の間隔に基づいて給集電コア幅又は給電装置の隣接する２つの磁極間の間隔を決定するステップと、（ｃ）給電装置で発生する磁場の大きさに対して要求される値が入力されるステップと、（ｄ）前記ステップ（ｂ）で決定された給集電コア幅又は給電装置の隣接する２つの磁極間の間隔、及び前記磁場の大きさに対して要求される値に基づいて給電装置に供給される電力の大きさを決定するステップとを含む。

前記ステップ（ｄ）以後に、（ｄ１）給電装置に電力を供給する電線の配置方法を決定するステップをさらに含んでもよい。

前記ステップ（ａ）以前に、給電装置の磁極の配列方向が入力されるステップをさらに含んでもよい。

給電装置の磁極の配列方向は、２以上の磁極が車両進行方向と平行するように延長して互いに並んでいてもよい。

給電装置の磁極の配列方向は、複数の磁極が車両進行方向に沿って直列に配列されたものであってもよい。

前記ステップ（ｄ）以後に、（ｄ２）給電装置及び集電装置で発生する電磁場（ＥＭＦ）に対する能動又は受動遮蔽方式を決定するステップをさらに含んでもよい。
前記ステップ（ｄ）以後に、（ｄ３）給電装置スイッチのオンオフ状態を決定するステップをさらに含んでもよい。

前記ステップ（ｄ）以後に、（ｄ４）給電装置で発生する交流磁場の周波数に、車両に取り付けられた集電装置を共振させることを決定するステップをさらに含んでもよい。
本発明の他の側面によると、磁場を発生させることによって集電装置を有する車両に無線で電力を供給する給電装置及び集電装置を設計する方法は、（ａ）共振周波数、給電電流値、給集電コア幅、及び集電コイルの巻数を含む設計パラメータを初期値に設定するステップと、（ｂ）集電装置に要求される最小集電容量値（以下「集電容量基準値」とする）及び給集電装置で発生が許容される最大ＥＭＦ値（以下「ＥＭＦ基準値」とする）が入力されるステップと、（ｃ）現在の設定された設計パラメータから集電容量及び発生する電磁波（ＥＭＦ）レベルを算出するステップと、（ｄ）算出された集電容量が前記集電容量基準値未満であるか、発生ＥＭＦレベルがＥＭＦ基準値超過（以下『設計条件を満たさない』とする）の場合に設定された設計パラメータのうち給電電流値を調整しながら集電容量及び発生ＥＭＦレベルの算出を繰り返すステップと、（ｅ）算出された集電容量が前記集電基準値以上で発生する電磁波（ＥＭＦ）レベルが前記ＥＭＦ基準値以下（以下『設計条件を満たす』とする）になるようにする給電電流値が存在する場合、その給電電流値、及び現在設定されている他の設計パラメータ値を最終設計パラメータに決定するステップとを含む。

前記ステップ（ｅ）において、設計条件を満たす給電電流値が存在する場合、現在設定されている設計パラメータ値を最終設計パラメータに決定する前に、（ｅ１１）現在の設定された共振周波数値が許容範囲内の最大共振周波数（以下「上限共振周波数」とする）より小さければ、前記設計パラメータのうち共振周波数を前記上限共振周波数以下の範囲に上方修正しながら集電容量算出及び発生するＥＭＦレベル算出を繰り返して設計条件を満たす最大共振周波数を求めるステップをさらに含んでもよく、以後、（ｅ１２）前記ステップ（ｅ１１）で決定された最大共振周波数、前記ステップ（ｅ）の給電電流値、及び現在設定されている他の設計パラメータ値を最終設計パラメータに決定するステップを含んでもよい。

前記ステップ（ｅ）において、設計条件を満たす給電電流値が存在しない場合、現在設定されている設計パラメータ値を最終設計パラメータに決定する前に、（ｅ２１）給集電コア幅又は磁極間の間隔（以下「給集電コア幅」と称する）を許容範囲内で増加させて給電電流値を調整しながら集電容量算出及び発生するＥＭＦレベル算出を繰り返すステップと、（ｅ２２）設計条件を満たす給集電コア幅、及び給電電流値が存在しなければ給電装置設計過程を終了し、存在する場合にステップ（ｅ２３）に進むステップと、（ｅ２３）現在の設定された共振周波数値が許容範囲内の最大共振周波数（以下「上限共振周波数」とする）より小さければ、前記設計パラメータのうち共振周波数を前記上限共振周波数以下の範囲に上方修正しながら集電容量算出及び発生するＥＭＦレベル算出を繰り返して設計条件を満たす最大共振周波数を求めるステップとをさらに含んでもよく、（ｅ２４）前記ステップ（ｅ２３）で決定された最大共振周波数、前記ステップ（ｅ２２）の給電電流値、及び現在設定されている他の設計パラメータ値を最終設計パラメータに決定するステップを含んでもよい。

前記ステップ（ｄ）で、調整する設計パラメータには集電コイルの巻数をさらに含んでもよく、前記ステップ（ｅ）で、存在するか否かを判断して最終設計パラメータに決定する設計パラメータには集電コイルの巻数をさらに含んでもよい。

前記共振周波数値は、最大可聴周波数値より大きい値に決定することが望ましい。
前記設計条件を満たすか否かの判断には、給電装置と集電装置との間の隔離距離が、予め設定された最小隔離距離以上になるかに対する判断をさらに含んでもよい。

本発明のまた他の側面によると、磁場を発生させることによって集電装置を有する車両に無線で電力を供給する給電装置を設計する方法は、（ａ）共振周波数、給電電流値、給集電コア幅、及び集電コイルの巻数を含む設計パラメータを決定する給集電装置のコア構造タイプ（ｔｙｐｅ）が入力されるステップと、（ｂ）前記設計パラメータを初期値に設定するステップと、（ｃ）集電装置に要求される最小集電容量値（以下「集電容量基準値」とする）及び給集電装置で発生が許容される最大ＥＭＦ値（以下「ＥＭＦ基準値」とする）が入力されるステップと、（ｄ）現在の設定された設計パラメータから集電容量及び発生する電磁波（ＥＭＦ）レベルを算出するステップと、（ｅ）算出された集電容量が前記集電容量基準値未満であるか、発生ＥＭＦレベルがＥＭＦ基準値超過（以下『設計条件を満たさない』とする）である場合、設定された設計パラメータのうち給電電流値を調整しながら集電容量及び発生ＥＭＦレベルの算出を繰り返すステップと、（ｆ）算出された集電容量が前記集電容量基準値以上で発生する電磁波（ＥＭＦ）レベルが前記ＥＭＦ基準値以下（以下『設計条件を満たす』とする）になるようにする給電電流値が存在する場合、その給電電流値、及び現在設定されている他の設計パラメータ値を前記コア構造タイプに対する最終設計パラメータに決定するステップとを含む。

前記ステップ（ａ）で、２以上のコア構造タイプが入力された場合、各コア構造タイプに対して順番に前記ステップ（ｂ）からステップ（ｆ）を実行できる。
前記ステップ（ｆ）で、設計条件を満たす給電電流値が存在する場合、現在設定されている設計パラメータ値を最終設計パラメータに決定する前に、（ｆ１１）現在の設定された共振周波数値が許容範囲内の最大共振周波数（以下「上限共振周波数」とする）より小さければ、前記設計パラメータのうち共振周波数を前記上限共振周波数以下の範囲に上方修正しながら集電容量算出及び発生するＥＭＦレベル算出を繰り返して設計条件を満たす最大共振周波数を求めるステップをさらに含んでもよく、以後、（ｆ１２）前記ステップ（ｆ１１）で決定された最大共振周波数、前記ステップ（ｆ）の給電電流値、及び現在設定されている他の設計パラメータ値を最終設計パラメータに決定するステップを含んでもよい。

前記ステップ（ｆ）で、設計条件を満たす給電電流値が存在しない場合、現在設定されている設計パラメータ値を最終設計パラメータに決定する前に、（ｆ２１）給集電コア幅又は磁極間の間隔（以下「給集電コア幅」と称する）を許容範囲内で増加させて給電電流値を調整しながら集電容量算出及び発生するＥＭＦレベル算出を繰り返すステップと、（ｆ２２）設計条件を満たす給集電コア幅、及び給電電流値が存在しなければ給電装置設計過程を終了し、存在する場合にステップ（ｆ２３）に進むステップと、（ｆ２３）現在の設定された共振周波数値が許容範囲内の最大共振周波数（以下「上限共振周波数」とする）より小さければ、前記設計パラメータのうち共振周波数を前記上限共振周波数以下の範囲に上方修正しながら集電容量算出及び発生するＥＭＦレベル算出を繰り返して設計条件を満たす最大共振周波数を求めるステップとをさらに含んでもよく、（ｆ２４）前記ステップ（ｆ２３）で決定された最大共振周波数、前記ステップ（ｆ２２）の給電電流値、及び現在設定されている他の設計パラメータ値を最終設計パラメータに決定するステップを含んでもよい。

前記ステップ（ｅ）で、調整する設計パラメータには集電コイルの巻数をさらに含んでもよく、前記ステップ（ｆ）で、存在するか否かを判断して最終設計パラメータに決定する設計パラメータには集電コイルの巻数をさらに含んでもよい。

前記共振周波数値は、最大可聴周波数値より大きい値に決定することが望ましい。
設計条件を満たすか否かの判断には、給電装置と集電装置との間の隔離距離が、予め設定された最小隔離距離以上になるかに対する判断をさらに含んでもよい。

本発明のまた他の側面によると、磁場を発生させることによって集電装置を有する車両に無線で電力を供給する給電装置及び集電装置を設計する装置は、共振周波数、給電電流値、給集電コア幅、及び集電コイルの巻数を含む設計パラメータから集電容量を算出する集電容量算出部と、前記設計パラメータから発生する電磁波（ＥＭＦ）レベルを算出するＥＭＦレベル算出部と、前記設計パラメータ値及び前記各設計パラメータの変動可能範囲値を格納する設計パラメータデータベースと、ユーザから前記各設計パラメータ値、前記各設計パラメータの変動可能範囲値及び、要求される集電容量及びＥＭＦレベル値を含む設計条件基準値が入力される入力部と、設計過程で算出されるデータ、設計条件基準値及び決定される設計パラメータ値を含む設計過程の各種データを表示する設計画面提供部と、予め設定された範囲の集電容量及びＥＭＦレベルを満たして給集電装置を設計するために、前記各構成要素を制御して各設計パラメータの変動に係る集電容量及びＥＭＦレベル算出、及び、これに係る設計パラメータの決定過程を制御する設計プロセス制御部とを含む。

前記設計パラメータには、前記給集電コア構造タイプをさらに含んでもよい。
前記設計条件基準値には、給電装置と集電装置との間の最小隔離距離値をさらに含んでもよい。

前記給集電装置設計装置は、前記設計パラメータから給電装置と集電装置との間の隔離距離を算出する隔離距離算出部をさらに含んでもよい。

本発明に係るオンライン電気自動車の設計方法は、機能的要求事項をデカップル（ｄｅｃｏｕｐｌｅ）しているため、容易に給電装置を設計できるようにする効果がある。
また、本発明に係る設計方法は、多様な方式の給集電装置を最適な方法で設計できるようにする効果がある。

オンライン電気自動車の長手方向と幅方向を示す図である。Ｕ型給電装置を概略的に示す図である。Ｉ型給電装置を概略的に示す図である。公理設計理論に係る給電装置の設計方法を示すフローチャートである。給集電装置の最適設計方法を示すフローチャートである。磁気誘導方式で電力を供給及び集電する給集電装置を設計する装置を示す図である。

以下、添付する図面を参照しながら発明の望ましい実施形態を詳細に説明する。これに先立ち、本明細書及び請求の範囲に用いた用語や単語は通常的、或いは事前的な意味に限定して解釈されてはならず、発明者は自身の発明を最も最善の方法として説明するために用語の概念を適切に定義できるという原則に立脚した本発明の技術的思想に符合する意味と概念であると解釈されなければならない。したがって、本明細書に記載された実施形態と図面に示した構成は、本発明の最も望ましい一実施形態に過ぎず、本発明の技術的思想を全て代弁するものではないため、本出願時点においてこれらを代替できる多様な均等物と変形例があり得ることを理解しなければならない。

本発明に係る設計方法と関連し、まずオンライン電気自動車（Online Electric Vehicle；ＯＬＥＶ）を用いる運送システムの設計変数は公理設計（axiomatic design）理論によって次のように決定することができる。

運送システムの機能的要求事項（ＦＲ：functional requirements）は次の通りである。
ＦＲ１＝車両を電力で推進させろ（Propel the vehicle with electric power）
ＦＲ２＝電力を地下に設けられた電力線から車両に伝送しろ（Transfer electricity from underground electric cable to the vehicle）
ＦＲ３＝車両を操縦しろ（Steer the vehicle）
ＦＲ４＝車両を停止させろ（Brake the vehicle）
ＦＲ５＝移動方向を転換させろ（Reverse the direction of motion）
ＦＲ６＝車両の速度を変化させろ（Change the vehicle speed）
ＦＲ７＝外部から電力供給がない場合、電力を供給しろ（Provide the electric power when there is no external electric power supply）
ＦＲ８＝地下に設けられた電力線に電力を供給しろ（Supply electric power to the underground cable）
運送システムの拘束条件（Ｃ：constraints）は次の通りである。

Ｃ１＝前記システムを統制する安全規定（Safety regulations governing electric systems）
Ｃ２＝オンライン電気自動車の価格（内燃機関車両と比べて競争力がなければならない）（Price of OLEV (should be competitive with cars with IC engines)）
Ｃ３＝地球温暖化を誘発するガスを排出しない（No emission of greenhouse gases）
Ｃ４＝システムの長期耐久性及び信頼性（Long-term durability and reliability of the system）
Ｃ５＝道路と車両底との間の間隔に対する車両関連規定（Vehicle regulation for space clearance between the road and the bottom of the vehicle）

上のような機能的要求事項（ＦＲ）及び拘束条件（Ｃ）を満たす運送システムの設計変数（ＤＰ、design parameter）は次の通りである。

ＤＰ１＝電気モータ（Electric motor）
ＤＰ２＝地下に設けられる電力線（Underground coil）
ＤＰ３＝従来のステアリングシステム（Conventional steering system）
ＤＰ４＝従来のブレーキシステム（Conventional braking system）
ＤＰ５＝電気極性（Electric polarity）
ＤＰ６＝モータによる駆動（Motor drive）
ＤＰ７＝充電可能なバッテリ（Re-chargeable battery）
ＤＰ８＝電力供給システム（Electric power supply system）

上で与えられた運送システムの機能的要求事項（ＦＲ）と設計変数（ＤＰ）は、各々８個である。また、設計行列（design matrix）は、独立である（uncouple）。しかし、このような運送システムの機能的要求事項（ＦＲ）と設計変数（ＤＰ）は、細部的な設計が完成される時まで分解（ｄｅｃｏｍｐｏｓｅ）されるべきである。

本発明では前述した運送システムの２回目の機能的要求事項（以下、『ＦＲ２』とする）と２回目の設計変数（ＤＰ２）を分解することによって、運送システムで用いられる給電装置の設計方法を提供する。ＦＲ２とＤＰ２とを再び記載すれば次の通りである。

ＦＲ２＝電力を地下に設けられた電力線から車両に伝送しろ（Transfer electricity from underground electric cable to the vehicle）
ＤＰ２＝地下に設けられる電力線（Underground coil）
上のＦＲ２とＤＰ２とは、具体的な設計概念が与えられていないため、そのままでは実現されることはない。したがって、さらに低い水準の機能的要求事項と設計変数を考慮してのみオンライン電気自動車に対する完全な概念を得ることができる。以下では、さらに低い水準に分解することによって，１）どのように電力を地面の上側から伝達されるか，及び２）集電装置の最大高さをどのように調節するか、すなわち、地面と車両に設けられた集電装置の間の間隔をどのように調節するかについて検討する。

ＦＲ２は、次のように分解してもよい。
ＦＲ２１＝交流磁場を発生させろ（Generate an alternating magnetic field）
ＦＲ２２＝磁場の磁気力水準を調節しろ（Control the power level of the magnetic field）
ＦＲ２３＝磁場の高さ（Ｈ）を調節するために磁場の形態を作れ（Shape the magnetic field to control the height of the field、H）
ＦＲ２４＝電磁波の放出を調節しろ（Control the radiation （ＥＭＦ））
ＦＲ２５＝磁場をオン／オフしろ（On/off the magnetic field）
ＦＲ２６＝車両の使用のために地下で発生する交流磁場での集電電力を最大化しろ（Maximize the pick-up of the power in the alternating magnetic field created under the ground for use in the vehicle）

前述した機能的要求事項を満たす方法は、様々な異なる方法があり得る。本発明では、独立した設計を実現するために次のように設計変数を選択する。

ＤＰ２１＝磁極を囲む交流電気場を有して地下に設けられる電力線（Underground power lines with AC field surrounding the magnetic core (ferrite)）
ＤＰ２２＝電力水準、すなわち、電流と電圧の乗（Electric power level、i.e.、current (I) times voltage (V)）
ＤＰ２３＝地下に設けられたコアによって形成される磁極の幅（Width of the magnetic poles established by the magnetic core in the ground）
ＤＰ２４＝電磁場に対する能動又は受動遮蔽（Active or passive shield for EMF）
ＤＰ２５＝電力をオン／オフするためのスイッチ（Switch that turn on/off the underground poweｒ）
ＤＰ２６＝交流磁場の周波数と共振する車両に取り付けられた集電装置（Pick-up unit mounted on the car that resonates the frequency of the alternating magnetic field）

機能的要求事項と設計変数を上のように設定すると、設計行列（design matrix）は下記のように与えられる。

上の式でＡ１１、Ａ１２などは、定数（リニアシステムの場合）又は設計変数の関数（非成形システムの場合）に与えられ、機能的要求事項と設計変数の関係を示す。数式１から分かるように、ＦＲ２１は、ＤＰ２１、ＤＰ２２、及びＤＰ２３と関連し、ＦＲ２２は、ＤＰ２２、及びＤＰ２３と関連し、ＦＲ２３は、ＤＰ２３とだけ関連する。

数式１から本発明に係る設計が純独立設計（decoupled design）であることが分かる。また、機能的要求事項｛ＦＲ２４，ＦＲ２５，ＦＲ２６｝と設計変数｛ＤＰ２４，ＤＰ２５，ＤＰ２６｝との関係は、独立している（uncoupled）ことが分かる。

機能的要求事項｛ＦＲ２１，ＦＲ２２，ＦＲ２３｝と設計変数｛ＤＰ２１，ＤＰ２２，ＤＰ２３｝との関係は、三角行列であり、これは純独立設計（decoupled design）であることを意味する。このような種類の純独立設計ではＤＰ２３を一番最初に決めなければならない。次にＤＰ２２を決定して最後にＤＰ２１を決定することによって、各機能的要求事項（ＦＲ２１，ＦＲ２２，ＦＲ２３）の値を設定する。すなわち、各機能的要求事項は、下記のように順番に決定してもよい。

数式２に記載された順序に従わなければ、機能的要求事項を独立的に決定することはできない。ＦＲ２４とＦＲ２５は、独立しているため、下記のように独立的に決定してもよい。

以下では、前述した設計方法を各々Ｕ型給電装置及びＩ型給電装置の設計方法に適用した実施形態について図１から図３を参照して具体的に説明する。図１において、ａは車両の長さ、ｂは車両の幅を示し、図２及び図３におけるＷ及びＬは、各々Ｕ型給電装置の場合はコア（磁極）幅、及びＩ型給電装置の場合はコア間の間隔を示す。

Ｕ型給電装置の場合、コア幅（Ｗ）を設定することによって地面と集電装置との間の間隔（Ｈ）を調節してもよい。これを他の方式で表現すれば次のようになる。ＦＲ２３＝Ｈ＝（定数）×ｆ（Ｗ）、ここでｆ（Ｗ）はコア幅（Ｗ）の関数を意味する。ＦＲ２２を満たすために、すなわち磁場の磁気力の水準を調節するために、電力水準、すなわち電流と電圧を設定する。例えば、電圧が決定されれば、電流を設定する。ＦＲ２１は、ＤＰ２２及びＤＰ２３の影響を受けてＤＰ２１によって調節されてもよい。例えば、車両の移動方向に沿って地下に設けられる電力線の数がＤＰ２１であってもよい。

前述した内容を数式１に適用すれば、次のような関係を得ることができる。

Ｉ型給電装置の場合、Ｕ型給電装置と同一の関係が適用される。ただし、Ｉ型給電装置の場合、ＦＲ２３が車両の移動方向に対するコアの間隔（Ｌ）の関数として表現される点に違いがある。

Ｉ型給電装置の場合、コア（磁極）が車両の移動方向に沿って配置されることによって次のような利点を有する。

１）車両の長さ（ａ）が車両の幅（ｂ）より大きいため、Ｉ型給電装置を利用すれば、磁極間の間隔を車両の長手方向、すなわち、車両の移動方向に沿ってより大きく設定してもよい。また、磁極間の間隔が大きくなることによって、地面と車両の給電装置との間の間隔（Ｈ）がより大きくなり得る。

２）磁極を車両の移動方向と同一方向に配置することによって、車両の幅方向に対して磁場を狭く形成させることができる。これにより、車両の幅方向への磁場遮蔽が有利になる。

３）車両の幅方向に１つ以上のＩ型給電装置をさらに配置して車両の幅方向に沿って同時に発生する複数の磁場を提供することによって伝送される電力を増加させることができる。

４）車両の移動方向に沿って配置された電力線間に位相遅延を導入して磁場のプロファイル（profile）を平坦にすることによって電力伝送の効率を高めることができる。
上で説明した事項に基づいて、以下では本発明に係る集電装置を有する車両に無線で電力を供給するための給電装置を設計する方法を説明する。

図４は、公理設計理論に係る給電装置の設計方法を示すフローチャートである。
まず、給電装置の形式が入力される。すなわち、Ｕ型給電装置、Ｗ型給電装置、又はＩ型給電装置、又はこのような形態を多様な方式で改善した形態のうちどの形態の給電装置であるかに関する選択が入力される（Ｓ４０１）。

Ｕ型は、図２に示した給電コア構造であって、車両進行方向と平行するように延長して互いに並んでいる２以上の磁極２１１を備える構造である。コアの車両進行方向と垂直の（左右方向の）断面２１３が「Ｕ」字型の形状であるため、Ｕ型と称する。

Ｉ型は、図３に示した給電コア構造であって、車両進行方向に沿って直列に配列された複数の磁極３１１が車両進行方向に沿って直列に１つ又は複数の列をなすように配列された形態である。磁極の車両進行方向に垂直の断面が「Ｉ」字型の形状であるため、Ｉ型と称する。

Ｗ型は，Ｕ型の給電コアが車両進行方向と並ぶように隣接して配置されたものと似た構造である。これにより、磁極の車両進行方向と垂直の（左右方向の）断面が「Ｗ」字型の形状になるため、Ｗ型と称する。

その他にも、このようなＩ型、Ｕ型、Ｗ型を一部変形して改善した多様な形態のコア構造タイプが存在する。

給電装置の形式が決定された後に、給電装置と集電装置との間の間隔（Ｈ）（図２及び図３参照）が入力される。給電装置は、地下に設けられてコアの上端部が地面と略一致するため、結果的に地面と集電装置との間の間隔が入力されるようになる。次に給電装置と集電装置との間の間隔に基づいて給電装置の隣接する２つの磁極間の間隔を決定する（Ｓ４１１，Ｓ４２１）。Ｕ型、Ｗ型給電装置又はＵ型、Ｗ型の改善形態の給電装置の場合は、車両の移動方向に垂直、すなわち道路前方を眺めた状態で左右方向に対するコア（磁極）幅（Ｗ）（図２参照）を決定し（Ｓ４１１）、Ｉ型給電装置又はＩ型の改善形態の給電装置の場合には、車両の移動方向に沿って直列に複数配列されたＩ型コア（磁極）間の間隔（Ｌ）（図３参照）を決定する（Ｓ４２１）。

給電装置と集電装置との間の間隔が決定されれば、給電装置で発生する磁場の大きさに対して要求される値が入力される。磁場の大きさは、車両の運送に必要な電力、給電装置と集電装置との間の電力伝送効率などを考慮して決定される。次に、前で決定された給電装置と集電装置との間の間隔及び磁場の大きさに対して要求される値に基づいて給電装置に供給される電力の大きさを決定する（Ｓ４１２，Ｓ４２２）。例えば、電圧の大きさが決まった場合であれば、供給される電流の大きさを決定する。

以後、給電装置に電力を供給する電線の配置方法を決定するステップをさらに含んでもよい。例えば、電力線の直径及び電力線の個数などを決定してもよい（Ｓ４１３，Ｓ４２３）。

以上で説明した公理設計（axiomatic design）理論に係る設計方法は、機能的要求事項（ＦＲ）と設計変数（ＤＰ）との関係が純独立又は独立しているため、オンライン電気自動車用給電装置を容易に設計することができる。

以下では、このような公理設計理論に係る設計方法から引き出したオンライン電気自動車の最適設計方法を説明する。
図５は、給集電装置の最適設計方法を示すフローチャートである。

最適設計の目的は、集電容量を最大化することにある。Ｐｃを集電容量、Ｖｃを集電電圧とする時、ＰｃはＶｃの自乗に比例する。すなわち、

が成り立つ。

集電電圧をそれに関係するパラメータの関数で示すとき、
Ｖ_c=Ｆ（ｆ_r，Ｉ_s，Ｎ₁，Ｎ₂，ｇ_air，Ｗ_c，Ｓ_c，Ｃ_c）
で表すことができる。ここで、各パラメータは、共振周波数ｆｒ、給電電流Ｉｓ、１次側（給電装置）コイルの巻数Ｎ₁、２次側（集電装置）コイルの巻数Ｎ₂、給電装置と集電装置との間の隔離距離ｇ_air、給集電コア幅Ｗ_c（Ｉ型の場合は、磁極間隔）、給集電コア構造Ｓ_c（Ｕ型，Ｗ型，Ｉ型，改善型）、給集電コア材料特性Ｃ_c（投資率，周波数特性）を意味する。Ｖ_cは、次の式に比例する。

一方、最適設計の他の目的は、集電効率を最大化することにある。
効率Ｅは、次の式を満たす。

ここでＲ_cは集電抵抗、Ｒ_sは給電線路抵抗（給電線路有効断面積、共振周波数関数、線路の長さ、導電率）を意味する。

給電装置設計において、隔離距離ｇ_airは次の式に比例する。

ここでｇ_airは、乗用車の場合は１２ｃｍ以上、バスなど大型車の場合には２０ｃｍ以上が保持されることが望ましい。

一方、発生する電磁波（ＥＭＦ）レベルは、一定値未満でなければならない。すなわち、発生するＥＭＦレベルをＬ_emfとする時、

が成り立ち、任意の地点における最大Ｌ_emf＜６２．５ｍＧ（受動型、ＬＣ共振コイル型、能動型遮蔽）を満たすことが望ましい。

図５を参照すると、まず、共振周波数、給電電流値、給集電コア幅、及び集電コイルの巻数を含む設計パラメータを決定する給集電装置のコア構造タイプ（ｔｙｐｅ）を入力する（Ｓ５０１）。給電コア構造タイプは、Ｉ型、Ｕ型、Ｗ型、又はこのような各形態の一部変形で改善されたタイプの型などが可能である。このような給電コア構造タイプについては、図２から図４を参照しながら前述した。

このような前記設計パラメータを初期値に設定する（Ｓ５０２）。設計パラメータは、上に挙げたパラメータの他にも多様なパラメータがあり得る。以後、集電装置に要求される最小集電容量値（以下「集電容量基準値」とする）及び給集電装置で発生が許容される最大ＥＭＦ値（以下「ＥＭＦ基準値」とする）を入力する（Ｓ５０３）。入力される値には、給電装置と集電装置との間の最小隔離距離値をさらに含んでもよい。

現在の設定された設計パラメータから集電容量及び発生する電磁波（ＥＭＦ）レベルを算出し、算出された集電容量が前記集電容量基準値未満であるか、ＥＭＦ基準値超過（以下『設計条件を満たさない』とする）である場合、設定された設計パラメータのうち給電電流値を調整しながら集電容量及び発生ＥＭＦレベルの算出を繰り返す（Ｓ５０４）。調整する設計パラメータには、集電コイルの巻数をさらに含んでもよい。

算出された集電容量が前記集電容量基準値以上であり、発生する電磁波（ＥＭＦ）レベルが前記ＥＭＦ基準値以下（以下『設計条件を満たす』とする）になるようにする給電電流値が存在するかを判断する（Ｓ５０５）。この場合、そのような条件が満たされる集電コイルの巻数値が存在するかも共に判断してもよい（Ｓ５０５）。また、図５のフローチャートには示されていないが、このような設計条件を満たすか否かの判断には、給電装置と集電装置との間の隔離距離が、予め設定された最小隔離距離以上になるかに対する判断をさらに含んでもよく、これは以下のすべての設計条件を満たすか否かを判断する場合に同一に適用されてもよい。最小隔離距離は、例えば、乗用車の場合は１２ｃｍ、バスなど大型車の場合には２０ｃｍなどと設定されてもよい。

その給電電流値、集電コイルの巻数値、及び現在設定されている他の設計パラメータ値が存在する場合は、その値を前記コア構造タイプに対する最終設計パラメータに決定してもよい（Ｓ５０７）。又は、決定前に、設計パラメータのうち現在の設定された共振周波数値が許容範囲内の最大共振周波数（以下「上限共振周波数」とする）より小さければ（Ｓ５０６）、前記設計パラメータのうち共振周波数を前記上限共振周波数以下の範囲に上方修正しながら集電容量算出及び発生するＥＭＦレベル算出を繰り返して、設計条件を満たす範囲内で最大共振周波数を求め（Ｓ５１０）、その共振周波数、その時の給電電流値、集電コイルの巻数、及び現在設定されている他の設計パラメータ値を最終設計パラメータに決定してもよい（Ｓ５０７）。

ステップＳ５０５において、条件が満たされる給電電流値及び集電コイルの巻数値が存在しない場合、給集電コア幅を許容範囲内で増加させることができる。
本図面では、給集電コア幅という用語で統一して示したが、以下にて「給集電コア幅」は、Ｕ型、Ｗ型給電装置又はＵ型、Ｗ型の改善形態の給電装置の場合は車両の移動方向に垂直、すなわち道路前方を眺めた状態で左右方向へのコア（磁極）の幅（Ｗ）を意味し（図２参照）、Ｉ型給電装置又はＩ型の改善形態の給電装置の場合には車両の移動方向に沿って直列に配列されたＩ型コア（磁極）間の間隔（Ｌ）を意味（図３参照）するものとする。

すなわち、給集電コア幅値を増加させ、給電電流値、集電コイルの巻数値などを調整しながら集電容量算出及び発生するＥＭＦレベル算出を繰り返す（Ｓ５０８）。これにより、設計条件を満たす給集電コア幅、給電電流値、及び集電コイルの巻数などの値（解）が存在すれば（Ｓ５０９）次のステップ（Ｓ５０６）に進み、存在しなければ（Ｓ５０９）設計過程を終了する。

ステップＳ５０９において、解が存在する場合、設計パラメータのうち現在の設定された共振周波数値が許容範囲内の最大共振周波数（以下「上限共振周波数」とする）より小さければ（Ｓ５０６）、前記設計パラメータのうち共振周波数を前記上限共振周波数以下の範囲に上方修正しながら集電容量算出及び発生するＥＭＦレベル算出を繰り返して、設計条件を満たす最大共振周波数を求め（Ｓ５１０）、その共振周波数、前記ステップで決定された給電電流値、集電コイルの巻数、給集電コア幅、及び現在設定されている他の設計パラメータ値を最終設計パラメータに決定してもよい（Ｓ５０７）。

このような設計過程は、最初に２以上のコア構造タイプが入力された場合、各コア構造タイプに対して自動で順番に行われるように構成してもよい。

前記共振周波数値は、騒音を減らすために最大可聴周波数値（２０ｋＨｚ）より大きい値に決定することが望ましい。

図６は、磁気誘導方式で電力を供給及び集電する給電装置及び集電装置を設計する装置６００を示す図である。

設計プロセス制御部６１０は、予め設定された範囲の集電容量及びＥＭＦレベルを満たす給集電装置を設計するために、以下各構成要素を制御して各設計パラメータの変動に係る集電容量及びＥＭＦレベル算出、及び、これに係る設計パラメータの決定過程を制御する。

集電容量算出部６２０は、共振周波数、給電電流値、給集電コア幅、及び集電コイルの巻数を含む設計パラメータから集電容量を算出する。
ＥＭＦレベル算出部６３０は、前記設計パラメータから発生する電磁波（ＥＭＦ）レベルを算出する。

隔離距離算出部６４０は、前記設計パラメータから給電装置と集電装置との間の隔離距離を算出する。

設計パラメータデータベース６５０は、前記設計パラメータ値及び前記各設計パラメータの変動可能範囲値を格納する。

入力部６６０は、ユーザから前記各設計パラメータ値、前記各設計パラメータの変動可能範囲値、及び要求される集電容量、ＥＭＦレベル値、給電装置と集電装置との間の最小隔離距離値を含む設計条件基準値が入力される。

設計画面提供部６７０は、ユーザに設計過程で算出されるデータ、設計条件基準値、及び決定される設計パラメータ値を含む設計過程の各種データを表示する。設計過程で算出されるデータには上述したように、現在の設計パラメータによって算出される集電容量、現在の設計パラメータによって発生すると算出される発生ＥＭＦレベル、現在の設計パラメータによって算出される給電装置と集電装置との間の隔離距離などを含んでもよい。

１００：オンライン電気自動車
１０、２０：集電装置
２００：Ｕ型給電装置
２１１：Ｕ型給電装置のコア（磁極）
２１２：Ｕ型給電装置の給電線
２１３：Ｕ型給電コア断面
３００：Ｉ型給電装置
３１１：Ｉ型給電装置のコア（磁極）
３１２、３１３：Ｉ型給電装置の給電線
２５０、３５０：給電装置によって形成された磁場
６００：給電装置設計装置
６１０：設計プロセス制御部
６２０：集電容量算出部
６３０：ＥＭＦレベル算出部
６４０：隔離距離算出部
６５０：設計パラメータデータベース
６６０：入力部
６７０：設計画面提供部

Claims

磁場を発生させることによって集電装置を有する車両に無線で電力を供給する給電装置及び集電装置を設計する方法であって、
（ａ）共振周波数、給電電流値、給集電コア幅、及び集電コイルの巻数を含む設計パラメータを初期値に設定するステップと、
（ｂ）集電装置に要求される最小集電容量値（以下「集電容量基準値」とする）及び給集電装置で発生が許容される最大ＥＭＦ値（以下「ＥＭＦ基準値」とする）を入力するステップと、
（ｃ）現在の設定された設計パラメータから集電容量及び発生する電磁波（ＥＭＦ）レベルを算出するステップと、
（ｄ）算出された集電容量が前記集電容量基準値未満であるか、発生ＥＭＦレベルがＥＭＦ基準値超過（以下『設計条件を満たさない』とする）である場合、設定された設計パラメータのうち給電電流値を調整しながら集電容量及び発生ＥＭＦレベルの算出を繰り返すステップと、
（ｅ）算出された集電容量が前記集電容量基準値以上で発生して電磁波（ＥＭＦ）レベルが前記ＥＭＦ基準値以下（以下『設計条件を満たす』とする）になるようにする給電電流値が存在する場合、その給電電流値、及び現在設定されている他の設計パラメータ値を最終設計パラメータに決定するステップと
を備えた給集電装置設計方法。
前記ステップ（ｅ）で設計条件を満たす給電電流値が存在する場合、現在設定されている設計パラメータ値を最終設計パラメータに決定する前に、
（ｅ１１）現在の設定された共振周波数値が許容範囲内の最大共振周波数（以下「上限共振周波数」とする）より小さければ、前記設計パラメータのうち共振周波数を前記上限共振周波数以下の範囲に上方修正しながら集電容量算出及び発生するＥＭＦレベル算出を繰り返して設計条件を満たす最大共振周波数を求めるステップと、
以後、（ｅ１２）前記ステップ（ｅ１１）で決定された最大共振周波数、前記ステップ（ｅ）の給電電流値、及び現在設定されている他の設計パラメータ値を最終設計パラメータに決定するステップと
をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の給集電装置設計方法。
前記ステップ（ｅ）で設計条件を満たす給電電流値が存在しない場合、現在設定されている設計パラメータ値を最終設計パラメータに決定する前に、
（ｅ２１）給集電コア幅又は磁極間の間隔（以下「給集電コア幅」と称する）を許容範囲内で増加させて給電電流値を調整しながら集電容量算出及び発生するＥＭＦレベル算出を繰り返すステップと、
（ｅ２２）設計条件を満たす給集電コア幅、及び給電電流値が存在しなければ給電装置設計過程を終了し、存在する場合にステップ（ｅ２３）に進むステップと、
（ｅ２３）現在の設定された共振周波数値が許容範囲内の最大共振周波数（以下「上限共振周波数」とする）より小さければ、前記設計パラメータのうち共振周波数を前記上限共振周波数以下の範囲に上方修正しながら集電容量算出及び発生するＥＭＦレベル算出を繰り返して設計条件を満たす最大共振周波数を求めるステップと、
以後、（ｅ２４）前記ステップ（ｅ２３）で決定された最大共振周波数、前記ステップ（ｅ２２）の給電電流値、及び現在設定されている他の設計パラメータ値を最終設計パラメータに決定するステップと
をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の給集電装置設計方法。
前記ステップ（ｄ）で調整する設計パラメータには、集電コイルの巻数をさらに含み、
前記ステップ（ｅ）で存在するか否かを判断して最終設計パラメータに決定する設計パラメータには、集電コイルの巻数をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の給集電装置設計方法。
前記共振周波数値は、最大可聴周波数値より大きい値に決定することを特徴とする請求項１に記載の給集電装置設計方法。
前記設計条件を満たすか否かの判断には、給電装置と集電装置との間の隔離距離が、予め設定された最小隔離距離以上になるかに対する判断がさらに含まれることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の給集電装置設計方法。
磁場を発生させることによって集電装置を有する車両に無線で電力を供給する給電装置を設計する方法であって、
（ａ）共振周波数、給電電流値、給集電コア幅、及び集電コイルの巻数を含む設計パラメータを決定する給集電装置のコア構造タイプ（ｔｙｐｅ）を入力するステップと、
（ｂ）前記設計パラメータを初期値に設定するステップと、
（ｃ）集電装置に要求される最小集電容量値（以下「集電容量基準値」とする）及び給集電装置で発生が許容される最大ＥＭＦ値（以下「ＥＭＦ基準値」とする）を入力するステップと、
（ｄ）現在の設定された設計パラメータから集電容量及び発生する電磁波（ＥＭＦ）レベルを算出するステップと、
（ｅ）算出された集電容量が前記集電容量基準値未満であるか、発生ＥＭＦレベルがＥＭＦ基準値超過（以下『設計条件を満たさない』とする）である場合、設定された設計パラメータのうち給電電流値を調整しながら集電容量及び発生ＥＭＦレベルの算出を繰り返すステップと、
（ｆ）算出された集電容量が前記集電容量基準値以上で発生する電磁波（ＥＭＦ）レベルが前記ＥＭＦ基準値以下（以下『設計条件を満たす』とする）になるようにする給電電流値が存在する場合、その給電電流値、及び現在設定されている他の設計パラメータ値を前記コア構造タイプに対する最終設計パラメータに決定するステップと
を備えた給集電装置設計方法。
前記ステップ（ａ）で２以上のコア構造タイプが入力された場合、各コア構造タイプに対して順番に前記ステップ（ｂ）からステップ（ｆ）を行うことを特徴とする請求項７に記載の給集電装置設計方法。
前記ステップ（ｆ）で設計条件を満たす給電電流値が存在する場合、現在設定されている設計パラメータ値を最終設計パラメータに決定する前に、
（ｆ１１）現在の設定された共振周波数値が許容範囲内の最大共振周波数（以下「上限共振周波数」とする）より小さければ、前記設計パラメータのうち共振周波数を前記上限共振周波数以下の範囲に上方修正しながら集電容量算出及び発生するＥＭＦレベル算出を繰り返して設計条件を満たす最大共振周波数を求めるステップと、
以後、（ｆ１２）前記ステップ（ｆ１１）で決定された最大共振周波数、前記ステップ（ｆ）の給電電流値、及び現在設定されている他の設計パラメータ値を最終設計パラメータに決定するステップと
をさらに備えたことを特徴とする請求項７に記載の給集電装置設計方法。
前記ステップ（ｆ）で設計条件を満たす給電電流値が存在しない場合、現在設定されている設計パラメータ値を最終設計パラメータに決定する前に、
（ｆ２１）給集電コア幅又は磁極間の間隔（以下「給集電コア幅」と称する）を許容範囲内で増加させて給電電流値を調整しながら集電容量算出及び発生するＥＭＦレベル算出を繰り返すステップと、
（ｆ２２）設計条件を満たす給集電コア幅、及び給電電流値が存在しなければ給電装置設計過程を終了し、存在する場合にステップ（ｆ２３）に進むステップと、
（ｆ２３）現在の設定された共振周波数値が許容範囲内の最大共振周波数（以下「上限共振周波数」とする）より小さければ、前記設計パラメータのうち共振周波数を前記上限共振周波数以下の範囲に上方修正しながら集電容量算出及び発生するＥＭＦレベル算出を繰り返して設計条件を満たす最大共振周波数を求めるステップと、
以後、（ｆ２４）前記ステップ（ｆ２３）で決定された最大共振周波数、前記ステップ（ｆ２２）の給電電流値、及び現在設定されている他の設計パラメータ値を最終設計パラメータに決定するステップと
をさらに備えたことを特徴とする請求項７に記載の給集電装置設計方法。
前記ステップ（ｅ）で調整する設計パラメータには、集電コイルの巻数をさらに含み、
前記ステップ（ｆ）で存在するか否かを判断して最終設計パラメータに決定する設計パラメータには、集電コイルの巻数をさらに含むことを特徴とする請求項７に記載の給集電装置設計方法。
前記共振周波数値は、最大可聴周波数値より大きい値に決定することを特徴とする請求項７に記載の給集電装置設計方法。
前記設計条件を満たすか否かの判断には、給電装置と集電装置との間の隔離距離が、予め設定された最小隔離距離以上になるかに対する判断がさらに含まれることを特徴とする請求項７ないし請求項１２のいずれかに記載の給集電装置設計方法。
磁場を発生させることによって集電装置を有する車両に無線で電力を供給する給電装置及び集電装置を設計する装置であって、
共振周波数、給電電流値、給集電コア幅、及び集電コイルの巻数を含む設計パラメータから集電容量を算出する集電容量算出部と、
前記設計パラメータから発生する電磁波（ＥＭＦ）レベルを算出するＥＭＦレベル算出部と、
前記設計パラメータ値及び前記各設計パラメータの変動可能範囲値を格納する設計パラメータデータベースと、ユーザから前記各設計パラメータ値、前記各設計パラメータの変動可能範囲値及び、要求される集電容量及びＥＭＦレベル値を含む設計条件基準値が入力される入力部と、
設計過程で算出されるデータ、設計条件基準値及び決定される設計パラメータ値を含む設計過程の各種データを表示する設計画面提供部と、
予め設定された範囲の集電容量及びＥＭＦレベルを満たす給集電装置を設計するために、前記各構成要素を制御して各設計パラメータの変動に係る集電容量及びＥＭＦレベル算出、及び、これに係る設計パラメータの決定過程を制御する設計プロセス制御部と
を備えた給集電装置設計装置。
前記設計パラメータには、前記給集電コア構造タイプをさらに含むことを特徴とする請求項１４に記載の給集電装置設計装置。
前記設計条件基準値には、給電装置と集電装置との間の最小隔離距離値がさらに含まれることを特徴とする請求項１４に記載の給集電装置設計装置。
前記設計パラメータから給電装置と集電装置との間の隔離距離を算出する隔離距離算出部をさらに備えたことを特徴とする請求項１４に記載の給集電装置設計装置。