JP2016220353A - 非接触給電システム - Google Patents

Abstract

【課題】飛び石状に配置した送電コイルを通じて、移動体のサーキュラ構造の受電コイルに安定して給電できる非接触給電システムを提供する。
【解決手段】送電コイル１１〜１４は、ソレノイド構造の二つの単位コイルから成り、単位コイルは、磁極の端辺が互いに隣接する状態で整列している。各単位コイルには、単位コイルから発生する主磁束が、磁極の接合面を含む垂直面に対して対称となるように電線が巻回され、送電コイルは、単位コイルの磁極の長手方向が移動体の移動方向と一致するように設置される。移動体の受電コイル２１がサーキュラ構造であっても安定して走行中給電を行うことができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、地上側の送電コイルから移動体に搭載された受電コイルに非接触で給電を行う非接触給電システムに関し、送電コイルと受電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。

従来から、電気自動車やプラグインハイブリッド車のバッテリーを充電するシステムとして、図２１に示すように、車両の床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）１０２と、地上側に設置された一次側コイル（送電コイル）２０２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する方式が開発されている。

この送電コイル及び受電コイルの形状は、大別して二つに分けられる。
下記特許文献１には、図２２（ｂ）に示すように、平板状のフェライト磁心２１（３１）の片面に電線２２（３２）を螺旋状に扁平に巻回したコイルが記載されている。このコイルの形態を、この明細書では「サーキュラ構造」と称することにする。
サーキュラ構造の送電コイル及び受電コイルは、図２２（ａ）に示すように、ギャップｇを介して対向した状態で、送電コイルの電線２２に高周波交流が供給されと、コイルの中心における磁束の向きとコイルの周辺における磁束の向きとが逆向きになる主磁束Ｄが発生して送電コイル及び受電コイルに鎖交する。主磁束Ｄの向きは、高周波交流の周期に応じて反転する。

一方、下記特許文献２には、図２３（ｂ）に示すように、フェライトコア６１、６３の周りに電線６２、６４を巻回した送電コイル及び受電コイルが記載されている。このコイルの形態を、この明細書では「ソレノイド構造」と称することにする。
ソレノイド構造のコイルでは、電線６２、６４が卷回されていないフェライトコア６１、６３の両端がそれぞれ磁極となる。図２３（ａ）に示すように、送電コイル及び受電コイルを対向させて送電コイルの電線６２に高周波交流を供給すると、送電コイル及び受電コイルの一端の磁極間を渡る磁束の向きと他端の磁極間を渡る磁束の向きとが逆向きになる主磁束６７が発生して送電コイル及び受電コイルに鎖交する。主磁束６７の向きは、高周波交流の周期に応じて反転する。

なお、ソレノイド構造のコイルでは、図２３（ａ）に示すように、送電コイル及び受電コイルの非対向面側に漏洩磁束６８、６９が発生する。ソレノイド構造のコイルでは、漏洩磁束６８、６９が外部に影響を及ぼさないように、送電コイル及び受電コイルの背面にアルミ板６５、６６を配して漏洩磁束を遮断している。

また、ソレノイド構造のコイルでは、下記特許文献３に記載されているように、フェライトコアとして、図２４（ｂ）に示すＨ字形のフェライトコア１４０を用いることで送電コイル及び受電コイルの小型軽量化を図ることができる。このコイルでは、図２４（ａ）に示すように、Ｈ字の横棒に相当する部分１４３に電線５０が巻回され、Ｈ字の両側の平行する部分１４１、１４２が磁極となる。

また、ソレノイド構造のコイルは、下記特許文献４に記載されているように、二つのコイルの磁極を図２５や図２６に示すように接合し、各コイル１００、２００のフェライトコアを通過する主磁束の向きが互いに逆向きになるように（換言すれば、各コイル１００、２００から発生する主磁束が、磁極同士の接合面に対して対称となるように）、フェライトコアに巻回する電線の巻回方向や、その電線の配線形態を設定することにより、大容量化を図ることができる。図２５（ａ）（ｂ）ではコイル１００、２００を直列接続し、図２６（ａ）（ｂ）ではコイル１００、２００を並列接続し、コイル１００、２００から発生する主磁束が、磁極同士の接合面に対して対称となるように配線している。

図２７は、送電コイル及び受電コイルが図２５又は図２６の結合コイルで構成されているときの主磁束を示している。結合コイルの磁極部１８０、２８０が結合した中央部分では、ギャップを介して対向する相手コイルに向かう垂直方向の主磁束の向きが揃うことにより送電コイル１０及び受電コイル２０間に作用する磁界が強まり、給電電力が増加する。一方、結合コイルを構成する各コイル１００、２００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下がる。

特開２００８−８７７３３号公報 特開２０１０−１７２０８４号公報 特開２０１１−１６６９９２号公報 ＷＯ２０１３／１７６１５２ 特開２０１４−１４７１６０号公報

本発明者等は、前記特許文献５において、所定のエリア（例えば、交差点の手前の数百メートルの道路上）に複数の送電コイルを飛び石状に配置し、このエリアを走行する車両や信号待ち等で停車する車両に搭載された受電コイルに、非接触で給電を行うシステムを提案している。
図２８は、このシステムの一例を模式的に示している。
地上側は、飛び石状に配置された送電コイル１、２、３、４と、送電コイル１、２、３、４に高周波交流を供給する高周波電源４０と、送電コイルに直列に接続された直列コンデンサＣ１とを備えており、高周波電源４０は、商用電源の交流を直流に変換するＡＣ／ＤＣコンバータ４１と、変換された直流から高周波交流を生成するインバータ４２とを有している。
車両側は、受電コイル２０と、受電コイル２０で受電された交流を整流する整流回路５１と、整流された電流で充電される蓄電素子５３と、受電コイル２０と整流回路５１との間に直列に接続された直列コンデンサＣ２とを備えている。

なお、コンデンサＣ１及びＣ２は、送電コイル及び受電コイル間にギャップが存在する状態で行われる非接触給電の効率を高めるために挿入される補償用コンデンサである。補償用コンデンサの接続方式には、図２８に示すように、送電コイルにコンデンサＣ１を直列に接続し、受電コイルにコンデンサＣ２を直列に接続する「ＳＳ方式」と、送電コイルにコンデンサＣ１を直列に接続し、受電コイルにコンデンサＣ２を並列に接続する「ＳＰ方式」とが知られている。

ここでは、送電コイル１、２、３、４及び受電コイル２０として、Ｈ字形のフェライトコアを持つソレノイド構造のコイルを使用している。送電コイル１、２、３、４及び受電コイル２０は、磁極の長手方向が車両の進行方向と一致するように路面及び車両に設置されている。
飛び石状に配置する送電コイル１、２、３、４の間隔は、磁極の長手方向の寸法をＤとするとき、隣接する送電コイルの磁極端部間の距離が２Ｄを超えないように設定されている。こうすることで、走行中の車両の受電コイル２０が二つの送電コイルの中間に位置するときでも、効率の高い給電が可能である。

しかし、サーキュラ構造のコイルは、送電コイルと受電コイルとが正対位置からずれると、給電効率が急激に低下するため、こうしたシステムへの適用が難しい。
図２９は、サーキュラ構造の送電コイルと受電コイルとが正対しているときの磁束分布（ａ）と、受電コイルが送電コイルのｘ軸方向に位置ずれしたときの磁束分布（ｂ）と、受電コイルが送電コイルのｙ軸方向に位置ずれしたときの磁束分布（ｃ）を示している。ｘ軸方向及びｙ軸方向のいずれの位置ずれでも、位置ずれ量がコイル直径の約半分になると、受電コイルの鎖交磁束が大きく減少し、ほぼ結合係数ｋ＝０となる位置が存在する。

サーキュラ構造のコイルにおいて、位置ずれによる給電効率の低下を避けるには、コイルの直径を大きくしなければならないが、コイルの直径が増えると、車両に占める受電コイルの設置面積が増大し、受電コイルの重量が重くなり、車両側に大きな負担を強いることになる。そのため、コイル径の拡大は望ましくない。

ソレノイド構造のコイルは、サーキュラ構造のコイルに比べて、位置ずれに対する許容度が大きい。これは、ソレノイド構造のコイルでは、周囲に広がる磁界が、サーキュラ構造のコイルに比べて大きいことが原因している。
図３０は、ソレノイド構造のコイルの位置ずれについて示している。
図３０（ａ）は、ソレノイド構造の送電コイルと受電コイルとが正対しているときの磁束分布を示し、同図（ｂ）は、受電コイルが送電コイルのｘ軸方向に位置ずれしたときの磁束分布、同図（ｃ）は、受電コイルが送電コイルのｙ軸方向に位置ずれしたときの磁束分布を示している。
ｙ軸方向の位置ずれでは、受電コイルに鎖交する磁束の量は略変わらず、鎖交磁束の減少量は僅かである。しかし、ｘ軸方向の位置ずれでは、ｙ軸方向の位置ずれに比べて、受電コイルに鎖交する磁束の量が減少する。
いずれにしろ、非接触給電システムでは、送電コイルと受電コイルとの位置ずれによる給電効率の低下を改善することが課題である。

本発明は、こうした事情を考慮して創案したものであり、送電コイルと受電コイルとの位置ずれによる給電効率の低下を抑えることができる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、地上側のエリアに配置された一又は複数の送電コイルから、移動体に搭載されたサーキュラ構造又はソレノイド構造の単一の受電コイルに非接触で給電を行う非接触給電システムであって、送電コイルを、二個のソレノイド構造の単位コイルで構成し、二個の単位コイルを、互いの磁極の端辺同士を接合させた状態で整列させ、送電コイルを、単位コイルの磁極の長手方向が移動体の移動方向に一致するようにエリアに設置する、ことを特徴とする。
この非接触給電システムでは、単位コイルの整列によるコイル長の拡大効果や、ソレノイド構造の単位コイルの“周囲に広がる磁界が大きい”特質を利用することで、サーキュラ構造やソレノイド構造の受電コイルの位置ずれによる給電効率の低下を抑制することができる。

また、本発明の非接触給電システムでは、受電コイルがサーキュラ構造である場合、送電コイルを構成する二個の単位コイルを電気的に直列接続又は並列接続し、単位コイルの各々に対して、電線を、単位コイルから発生する主磁束の向きが磁極同士の接合面に対して対称となるように巻回する。
ソレノイド構造の単位コイルを組み合わせることでサーキュラ構造のコイルと同様の磁界分布を形成することができ、単位コイルの組合せにより、サーキュラ構造のコイル径を増大させた場合と同様の効果を得ることができる。

また、本発明の非接触給電システムでは、受電コイルがソレノイド構造である場合、送電コイルを構成する二個の単位コイルを電気的に直列接続又は並列接続し、単位コイルの各々に対して、電線を、単位コイルから発生する主磁束の向きが磁極同士の接合面に対して対称となるように巻回する。こうすることで、二個の単位コイルの一方と受電コイルとが正対する位置を非接触給電の標準位置とする非接触給電システムを構成することができる。

また、本発明の非接触給電システムでは、受電コイルがソレノイド構造である場合、送電コイルを構成する二個の単位コイルを電気的に直列接続又は並列接続し、単位コイルの各々に対して、電線を、単位コイルから発生する主磁束の向きが同じになるように巻回する。こうすることで、二個の単位コイルの磁極接合位置と受電コイルの中央位置とが正対する位置を非接触給電の標準位置とする非接触給電システムを構成することができる。

また、本発明の非接触給電システムでは、地上側のエリアに、これら送電コイルの複数個を移動体の移動方向に沿って間隔を空けて配列することにより、受電コイルを搭載する移動体の走行中給電が可能になる。
また、本発明の非接触給電システムでは、走行中給電を行う場合、複数の送電コイルを直列又は並列に電気接続し、複数の送電コイルに対して共通の高周波電源から高周波交流を供給する。
多数の高周波電源を要しないため、低コストで走行中給電システムを構築できる。

また、本発明の非接触給電システムでは、単位コイルを、Ｈ字形コアに電線を巻回して構成することが望ましい。
Ｈ字形コアを用いるソレノイド構造のコイルは小型化できるため、送電コイルの全体形状を小さくできる。

また、本発明の非接触給電システムでは、補償用コンデンサの配置をＳＳ方式またはＳＰ方式とする。

本発明の非接触給電システムは、移動体に搭載された受電コイルがサーキュラ構造であってもソレノイド構造であっても、位置ずれによる給電効率の低下を抑えて、安定した非接触給電を可能にする。

本発明の第１の実施形態に係る非接触給電システムを示す図 図１のシステムの回路構成を示す図（送電コイル：直列、コンデンサ：ＳＰ方式） 図１のシステムにおける受電コイルの位置ずれに伴う磁束分布の変化を示す図 実験システムの回路構成を示す図 図４のシステムの実験で使用した送電コイル（ａ）と受電コイル（ｂ）を示す図 ｙ軸方向の位置ずれに伴う総合効率等の変化を示す図 ｘ軸方向の位置ずれに伴う総合効率等の変化を示す図 図１のシステムの回路構成を示す図（送電コイル：直列、コンデンサ：ＳＳ方式） 図１のシステムの回路構成を示す図（送電コイル：直列、コンデンサ：分散ＳＳ方式） 図１のシステムの回路構成を示す図（送電コイル：直列、コンデンサ：分散ＳＰ方式） 図１のシステムの回路構成を示す図（送電コイル：並列、コンデンサ：ＳＰ方式） 図１のシステムの回路構成を示す図（送電コイル：並列、コンデンサ：ＳＳ方式） 本発明の第２の実施形態に係る非接触給電システムの回路構成を示す図 図１３及び図１７のシステムの実験で使用した送電コイル（ａ）と受電コイル（ｂ）を示す図 図１３の非接触給電システムの送電コイルと受電コイルの関係を示す図 図１３の非接触給電システムの位置ずれに伴う総合効率の変化を示す図 本発明の第３の実施形態に係る非接触給電システムの回路構成を示す図 図１７の非接触給電システムの送電コイルを示す図 図１７の非接触給電システムの送電コイルと受電コイルの関係を示す図 図１７の非接触給電システムの位置ずれに伴う総合効率の変化を示す図 プラグインハイブリッド車の給電システムを示す図 サーキュラ構造のコイルを示す図 ソレノイド構造のコイルを示す図 Ｈ字形コアを有するソレノイド構造のコイルを示す図 ソレノイド構造の単位コイルを直列接続した結合コイルを示す図 ソレノイド構造の単位コイルを並列接続した結合コイルを示す図 図２５及び図２６の結合コイルの主磁束を示す図 先に提案した走行中非接触給電システムを示す図 サーキュラ構造のコイルの位置ずれに伴う磁束分布の変化を示す図 ソレノイド構造のコイルの位置ずれに伴う磁束分布の変化を示す図

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る非接触給電システムを模式的に示している。このシステムでは、サーキュラ構造の受電コイルを搭載した移動体に対して非接触給電を行う。
地上側のエリアには、図１（ａ）に示すように、複数の送電コイル１１、１２、１３、１４が飛び石状に配置されている。図１（ａ’）は、送電コイル１１、１２、１３、１４の平面図を示している。
この送電コイルの各々は、図２５（ａ）（ｂ）に示すように電気的に直列接続された（又は図２６（ａ）（ｂ）に示すように電気的に並列接続された）二つのソレノイド構造のコイルから成る。この明細書では、送電コイルを構成するソレノイド構造の各コイルを「単位コイル」と呼ぶことにする。

単位コイルは、Ｈ字形コアに電線を巻回して構成されており、送電コイルを構成する二つの単位コイルは、磁極の端の辺（長辺）が接触するように配列されている。Ｈ字形コアに巻回された電線は、図２７に示すように、電線に高周波交流が流れたとき、二つの単位コイルから発生する主磁束が、磁極同士の接合面を含む垂直面に対して対称となるようにコアに巻回され、配線されている。
送電コイル１１、１２、１３、１４は、エリア内で間隔を空けて車両の移動方向に配列されており、各送電コイルは、単位コイルの磁極の長手方向が車両の移動方向と一致するように設置されている。
図１（ｂ）は、車両に搭載されたサーキュラ構造の受電コイル２１を示し、図１（ｂ’）は、受電コイル２１の平面図を示している。
このように、車両に搭載された受電コイル２１は、その円盤状の面が送電コイル１１、１２、１３、１４の平面と平行する状態でエリア内を車両と共に移動し、又は停止する。

図２は、この非接触給電システムの回路構成を模式的に示している。
地上側は、飛び石状に配置された送電コイル１１、１２、１３、１４と、送電コイル１１、１２、１３、１４に高周波交流を供給する高周波電源４０と、送電コイルに直列に接続された直列コンデンサＣ１とを備えており、高周波電源４０は、商用電源の交流を直流に変換するＡＣ／ＤＣコンバータ４１と、変換された直流から高周波交流を生成するインバータ４２とを有している。
車両側は、受電コイル２１と、受電コイル２１で受電された交流を整流する整流回路５１と、整流された電流で蓄電素子５３を充電する充電回路５２と、受電コイル２１と整流回路５１との間に並列に接続されたコンデンサＣ２とを備えている。

図２のシステムではＳＰ方式のコンデンサ接続を採用している。ＳＰ方式のコンデンサ接続では、二次側のコンデンサＣ２の容量は、二次側に並列共振回路が形成されるように（数１）のように設定する。
ここで、ω＝２πｆ、ｆ：電源周波数、Ｌ₂：二次側自己インダクタンス、である。

また、一次側のコンデンサＣ１の容量は、一次側電源力率が１となるように、（数２）のように設定する。
ここで、ａ：巻数比（＝一次巻数／二次巻数）、ｌ₀：励磁インダクタンス、ｌ₁：励磁インダクタンス、ｌ₂：励磁インダクタンス、である。

この非接触給電システムでは、サーキュラ構造の受電コイル２１に対して、二つのソレノイド構造の単位コイルを結合した送電コイル１１、１２、１３、１４を対向させている。二つのソレノイド構造のコイルが結合した状態での磁界分布は、図２７に示すように、サーキュラ構造のコイルの磁界分布（図２２（ａ））に類似している。
そのため、二つの単位コイルを結合して送電コイルを構成することで、サーキュラ構造のコイルの径を増大させた場合と同様の効果を得ることができ、また、周囲に広がる磁界が大きい、と言うソレノイド構造のコイルの特質にも因って、サーキュラ構造の受電コイル２１の位置ずれによる給電効率の低下を改善することができる。

図３は、サーキュラ構造の受電コイルが、二つの単位コイルを結合した送電コイルに対して位置ずれしたときの磁界分布の変化を示している。サーキュラ構造の受電コイルが、二つの単位コイルを結合した送電コイルの中央に位置するときの磁束分布を（ａ）に示し、受電コイルが送電コイルのｘ軸方向（単位コイルの配列方向）に位置ずれしたときの磁束分布を（ｂ）に示し、受電コイルが送電コイルのｙ軸方向（単位コイルの磁極の長手方向）に位置ずれしたときの磁束分布を（ｃ）に示している。
受電コイルが送電コイルの中央位置からｘ軸方向に位置ずれしても、単位コイルの一つが対向するため、受電コイルでの鎖交磁束の減少は僅かである。また、受電コイルがｙ軸方向に位置ずれしても、図３０（ｃ）の場合と同様に、受電コイルに鎖交する磁束の量は略変わらない。

図６は、受電コイルが送電コイルの中央位置からｘ軸方向に位置ずれしたときの特性について測定した結果を示している。この測定は、図４で表される回路の実験装置により、図５（ａ）に示す寸法の送電コイルと、図５（ｂ）に示す寸法の受電コイルとを用いて、ギャップ１３５ｍｍ、３ｋＷ給電の条件の下で行っている。図６において、Ｉ_DC、Ｉ_L及びηは、それぞれ、図４に示すインバータ入力電流、負荷Ｒ_Lへの出力電流及び総合効率である。
また、図７は、受電コイルが送電コイルの中央位置からｙ軸方向に位置ずれしたときの特性について測定した結果を示している。
図６、図７の測定結果は、受電コイルがソレノイド構造のコイルである場合と変わりがない。

また、サーキュラ構造の受電コイルが、ｙ軸方向の位置ずれにより二つの送電コイルの間に位置する場合も、ソレノイド構造の送電コイルから周囲に大きく放射される磁界を受けるため、受電コイルがソレノイド構造のコイルである場合と同様の特性（特許文献５の図８、図１０）が得られる。

図８は、この非接触給電システムが、ＳＳ方式のコンデンサ接続を採用した場合の回路構成を示している。
この場合、二次側のコンデンサＣ２の容量は、二次側に直列共振回路が形成されるように、（数１）のように設定する。
また、一次側のコンデンサＣ１は、一次側に直列共振回路が形成されるように、（数３）のように設定する。
ここで、Ｌ₁：一次側自己インダクタンス、である。

また、一次側のコンデンサＣ１は、１箇所に挿入する代わりに、図９、図１０に示ように、Ｃ１１、Ｃ１２、Ｃ１３、Ｃ１４に分割し、高周波電源４０と送電コイル１１との間、送電コイル１１と送電コイル１２との間、送電コイル１２と送電コイル１３との間、及び、送電コイル１３と送電コイル１４との間に、それぞれ直列に接続しても良い。
この場合、Ｃ１１、Ｃ１２、Ｃ１３、Ｃ１４の容量は、Ｃ１１＝Ｃ１２＝Ｃ１３＝Ｃ１４＝４Ｃ１とし、ＳＳ方式（図９）の場合はＣ１を（数３）のように設定し、ＳＰ方式（図１０）の場合はＣ１を（数２）のように設定する。

また、複数の送電コイル１１、１２、１３、１４は、図１１、図１２に示すように、並列接続しても良い。図１１では、ＳＰ方式のコンデンサ接続を採用し、図１２では、ＳＳ方式のコンデンサ接続を採用している。

ここでは、Ｈ字形コアに電線を巻回して構成した単位コイルを用いているが、図２３に示す角型コアに電線を巻回したソレノイド構造のコイルを単位コイルとしても良い。
また、この送電コイルの１又は複数個を駐車場等に設置して、サーキュラ構造の受電コイルを搭載した車両が停車している間に、非接触充電が行われるようにしても良い。その場合、車両の停車位置が非接触給電の標準位置からずれても高効率の非接触給電が可能であるため、運転者の負担が軽減される。

（第２の実施形態）
第２の実施形態では、ソレノイド構造の受電コイルを搭載した車両に対して非接触給電を行うシステムについて説明する。
このシステムの回路図を図１３に示している。
送電コイルを構成するソレノイド構造の二つの単位コイル７１、７２は、高周波電源に対して直列接続されており、図２６に示すように、電線は、高周波交流が流れたとき、二つの単位コイル７１、７２から発生する主磁束が、磁極同士の接合面を含む垂直面に対して対称となるようにコアに巻回され、配線されている。なお、二つの単位コイル７１、７２から発生する主磁束が磁極同士の接合面に対して対称になるのであれば、二つの単位コイル７１、７２は並列接続されていても良い。

送電コイルは、単位コイルの磁極の長手方向が車両の移動方向と一致するように地上エリアに設置され、ソレノイド構造の受電コイルは、その磁極の長手方向が車両進行方向と一致するように車両に搭載される。
このシステムでは、ソレノイド構造の受電コイル８０が、二つの単位コイル７１、７２の一方と正対する位置が非接触給電の標準位置となる。
図１５（ａ）は、送電コイルを構成する二つの単位コイル７１、７２と、標準位置にある受電コイル８０との関係を示し、図１５（ｂ）は、このときの磁束分布を模式的に示している。送電コイルから生成される磁束分布と受電コイルから生成される磁束分布とが同じになるため、受電コイル８０が単位コイル７１に正対しているときは図１５（ｂ）のような磁束分布になる。

図１６は、この非接触給電システムにおいて、受電コイル８０が位置ずれしたときの総合効率ηの変化について測定した結果を示している。この測定には、図１４に示す送電コイル（ａ）及び受電コイル（ｂ）を使用した。送電コイルは図６、図７の測定に用いた図５（ａ）で示す送電コイルと同一である。
図１６（ａ）は、ｘ軸方向（単位コイルの配列方向）位置ずれと総合効率ηとの関係を示し、図１６（ｂ）は、ｙ軸方向（単位コイルの磁極の長手方向）位置ずれと総合効率ηとの関係を示している。
ｘ軸方向位置ずれ量及びｙ軸方向位置ずれ量は、受電コイル８０の標準位置からのずれを表している。
ｘ軸方向位置ずれ量に対する総合効率ηは、ｘ軸方向位置ずれ量が０のとき最大であり、受電コイル８０の中央部が単位コイル７１、７２の磁極接合部に達した時に最少となる。更に位置ずれ量が増すと、総合効率ηは上昇し、受電コイル８０が単位コイル７２に正対する位置で最大になる。

一方、ｙ軸方向位置ずれ量に対する総合効率ηは、ｙ軸方向位置ずれ量が０のとき最大であり、ｙ軸方向位置ずれ量が増すにつれて漸減する。
この非接触給電システムでは、車両が停車して非接触給電を行う場合には、受電コイル８０を、単位コイル７１、７２のどちらに正対させても良く、車両の停車位置選択の自由度が高い。
また、標準位置からｘ軸方向、ｙ軸方向に多少ずれても、高い総合効率ηが得られることを測定結果が示しており、複数の送電コイルを、車両の移動方向に間隔を空けて配列することで車両の走行中給電が可能になる。

（第３の実施形態）
第３の実施形態では、ソレノイド構造の受電コイルを搭載した車両に対して非接触給電を行う他のシステムについて説明する。
このシステムの回路図を図１７に示している。図１７は、黒丸で示す電線の巻始め、巻終わりの位置が図１３と異なる。
送電コイルを構成するソレノイド構造の二つの単位コイル１７１、１７２は、直列接続されており、図１８に示すように、電線は、高周波交流が流れたとき、二つの単位コイル１７１、１７２に同じ向きの主磁束が発生するようにコアに巻回され、配線されている。なお、二つの単位コイル１７１、１７２から発生する主磁束が同じ向きになるのであれば、二つの単位コイル１７１、１７２は並列接続されていても良い。
送電コイルは、単位コイルの磁極の長手方向が車両の移動方向と一致するように地上エリアに設置され、ソレノイド構造の受電コイルは、その磁極の長手方向が車両進行方向と一致するように車両に搭載される。
このシステムでは、単位コイル１７１及び単位コイル１７２の磁極接合位置と受電コイル１８１の中央位置とが正対する位置が非接触給電の標準位置となる。

図１９（ａ）は、送電コイルを構成する二つの単位コイル１７１、１７２と、標準位置にある受電コイル１８１との関係を示し、図１９（ｂ）は、このときの磁束分布を模式的に示している。
磁束は、単位コイル１７１の磁極から受電コイル１８１に行き、単位コイル１７２の磁極に戻る経路、或いはその逆の経路を辿る。この場合、受電コイル１８１の中央部からの磁束の出入りは無い。
図２０は、この非接触給電システムにおいて、受電コイル１８１が位置ずれしたときの総合効率ηの変化について測定した結果を示している。この測定には、図１４に示す送電コイル（ａ）及び受電コイル（ｂ）を使用した。送電コイルは図６、図７の測定に用いた図５（ａ）で示す送電コイルと同一である。
図２０（ａ）は、ｘ軸方向（単位コイルの配列方向）位置ずれと総合効率ηとの関係を示し、図２０（ｂ）は、ｙ軸方向（単位コイルの磁極の長手方向）位置ずれと総合効率ηとの関係を示している。
この測定結果は、図１６の測定結果と同様であった。
この実施形態のシステムによっても、受電コイル１８１の標準位置からの位置ずれによる給電効率の低下を抑えられることが分かる。
そのため、このシステムにより、ソレノイド構造の受電コイル１８１を搭載する車両の停車時の非接触給電や走行中給電を高い給電効率で行うことができる。

本発明の非接触給電システムは、サーキュラ構造やソレノイド構造の受電コイルを搭載した移動体への安定した非接触給電が可能であり、電気自動車やプラグインハイブリッド車等、各種移動体に広く利用することができる。

１ 送電コイル
２ 送電コイル
３ 送電コイル
４ 送電コイル
１０ 送電コイル
２０ 受電コイル
２１ フェライト磁心
２２ 電線
３１ フェライト磁心
３２ 電線
４０ 高周波電源
４１ ＡＣ／ＤＣコンバータ
４２ インバータ
５０ 電線
５１ 整流回路
５３ 蓄電素子
６１ フェライトコア
６２ 電線
６３ フェライトコア
６４ 電線
６５ アルミ板
６６ アルミ板
６７ 主磁束
６８ 漏洩磁束
６９ 漏洩磁束
７１ 単位コイル
７２ 単位コイル
８０ 受電コイル
１００ コイル
１０２ 受電コイル
１４０ Ｈ字形フェライトコア
１４１ 磁極
１４２ 磁極
１４３ 巻回部
１７１ 単位コイル
１７２ 単位コイル
１８０ 磁極部
１８１ 受電コイル
２００ コイル
２０２ 送電コイル
２８０ 磁極部
Ｃ１ コンデンサ
Ｃ２ コンデンサ

Claims (8)

1. 地上側のエリアに配置された一又は複数の送電コイルから、移動体に搭載されたサーキュラ構造又はソレノイド構造の単一の受電コイルに対して非接触で給電を行う非接触給電システムであって、
   前記送電コイルは、二個のソレノイド構造の単位コイルから成り、
   前記二個の単位コイルは、互いの磁極の端辺同士を接合した状態で整列し、
   前記送電コイルが、前記単位コイルの磁極の長手方向を前記移動体の移動方向に一致させて前記エリアに設置されている、
   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、
   前記受電コイルがサーキュラ構造を有し、
   前記送電コイルを構成する前記二個の単位コイルは、電気的に直列接続又は並列接続され、
   前記単位コイルの各々には、電線が、それらの単位コイルから発生する主磁束の向きが磁極同士の接合面に対して対称となるように巻回されている、
   ことを特徴とする非接触給電システム。
3. 請求項１に記載の非接触給電システムであって、
   前記受電コイルがソレノイド構造を有し、
   前記送電コイルを構成する前記二個の単位コイルは、電気的に直列接続又は並列接続され、
   前記単位コイルの各々には、電線が、それらの単位コイルから発生する主磁束の向きが磁極同士の接合面に対して対称となるように巻回され、
   前記二個の単位コイルの一方と前記受電コイルとが正対する位置が、非接触給電の標準位置となる、
   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、
   前記受電コイルがソレノイド構造を有し、
   前記送電コイルを構成する前記二個の単位コイルは、電気的に直列接続又は並列接続され、
   前記単位コイルの各々には、電線が、それらの単位コイルから発生する主磁束の向きが同じになるように巻回され、
   前記二個の単位コイルの磁極接合位置と前記受電コイルの中央位置とが正対する位置が、非接触給電の標準位置となる、
   ことを特徴とする非接触給電システム。
5. 請求項２、３または４に記載の非接触給電システムであって、
   前記エリアに前記送電コイルが複数配置され、
   前記複数の送電コイルが、前記移動体の移動方向に間隔を空けて配列され、
   前記受電コイルへの非接触給電が、前記複数の送電コイルと前記移動体と共に移動する前記受電コイルとの間で行われる、
   ことを特徴とする非接触給電システム。
6. 請求項５に記載の非接触給電システムであって、
   前記複数の送電コイルが直列又は並列に電気接続され、前記複数の送電コイルに対して共通の高周波電源から高周波交流が供給される、
   ことを特徴とする非接触給電システム。
7. 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であって、前記単位コイルがＨ字形コアに電線が巻回されて構成されてい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、前記送電コイルに高周波交流を供給する高周波電源と前記送電コイルとの間に補償用のコンデンサが直列接続され、
   前記移動体に搭載された前記受電コイルと該受信コイルで受電した交流を整流する整流器との間に補償用のコンデンサが直列接続又は並列接続されている、
   ことを特徴とする非接触給電システム。