JP2017175719A - ワイヤレス電力伝送システム - Google Patents

Abstract

【課題】受電コイルを搭載する移動体が移動中であっても、漏洩電磁ノイズを抑制しつつ電力伝送を行うことができるワイヤレス電力伝送システムを提供すること。【解決手段】ワイヤレス給電装置１００は、電力を受けて磁界を発生する給電コイル１３１と、磁性構造体１３５を備え、ワイヤレス受電装置２００は、磁界を介して電力を受電する受電コイル２１１を備え、磁性構造体１３５は、空間を介して対向配置される第１及び第２磁性体１３６，１３７と、第１磁性体１３６と第２磁性体１３７を連結する第３磁性体１３８を有し、給電コイル１３１は、当該給電コイルの巻回軸方向が第１磁性体１３６と第２磁性体１３７との対向方向と略平行となるように空間内に配置され、受電コイル２１１は、電力伝送時、空間内を移動可能に構成されているワイヤレス電力伝送システム１０。【選択図】図２

Description

本発明は、ワイヤレス電力伝送システムに関するものである。

近年、プラグや電源ケーブルを用いないワイヤレス電力伝送技術が注目されている。ワイヤレス電力伝送技術は、ワイヤレスで電力を伝送できることから、電気自動車などの輸送機器、工場内で物品等を搬送する走行車、可動ロボット機器、エレベータといった様々な製品への応用が期待されている。

このようなワイヤレス電力伝送技術では、電磁波を使って電力を伝送することから、漏洩した電磁ノイズの作用で周囲の電気機器に影響を及ぼす問題があった。

これに対して、特許文献１では、インフラ側コイルと、移動体に設けられインフラ側コイルに近接して対向する移動体側コイルとの間で非接触で電力伝送する非接触電力伝送装置で、インフラ側コイルと移動体側コイルの間にインフラ側コイルと移動体側コイルを磁気的に接続する接続コアが設けることにより、閉じたループ回路の磁気回路が可能となり、漏洩電磁ノイズを抑制する技術が提案されている。

特開２０１４−２３９１７５号公報

しかしながら、特許文献１に開示された技術では、移動体側コイルを搭載する移動体が移動中に電力伝送を行う移動中給電への適用は考慮されておらず、電力伝送時にインフラ側コイルと移動体側コイルは接続コアにより互いに接触した状態にあるため、この状態で移動体を移動させると、コアの破損や発熱が生じる虞がある。つまり、移動体が移動中であっても、漏洩電磁ノイズを抑制しつつ電力伝送を行うことに関しては何ら検討されていなかった。

そこで、本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、受電コイルを搭載する移動体が移動中であっても、漏洩電磁ノイズを抑制しつつ電力伝送を行うことができるワイヤレス電力伝送システムを提供することを目的とする。

本発明に係るワイヤレス電力伝送システムは、ワイヤレス給電装置から移動体に搭載されるワイヤレス受電装置にワイヤレスにて電力伝送するワイヤレス電力伝送システムであって、ワイヤレス給電装置は、電力を受けて磁界を発生する給電コイルと、磁性構造体を備え、ワイヤレス受電装置は、磁界を介して電力を受電する受電コイルを備え、磁性構造体は、空間を介して対向配置される第１及び第２磁性体と、第１磁性体と第２磁性体を連結する第３磁性体を有し、給電コイルは、当該給電コイルの巻回軸方向が第１磁性体と第２磁性体との対向方向と略平行となるように空間内に配置され、受電コイルは、電力伝送時、空間内を移動可能に構成されていることを特徴とする。

本発明によれば、磁性構造体は、空間を介して対向配置される第１及び第２磁性体と、第１磁性体と第２磁性体を連結する第３磁性体を有し、給電コイルは、当該給電コイルの巻回軸方向が第１磁性体と第２磁性体との対向方向と略平行になるように空間内に配置され、受電コイルは、電力伝送時、空間内を移動可能に構成されている。そのため、電力伝送時に、給電コイルから発生し、受電コイルに鎖交した磁束の一部は、外部に漏れることなく、磁性構造体の第１〜第３の磁性体を介して給電コイルに至るように周回する。したがって、受電コイルを搭載する移動体が移動中であっても、漏洩電磁ノイズを抑制しつつ電力伝送を行うことができる。

好ましくは、給電コイルは、上記空間内であって、受電コイルの移動方向に沿って配置される複数のコイルから構成されるとよい。この場合、受電コイルを搭載する移動体が移動中に、漏洩電磁ノイズを抑制しつつ受電コイルに対して効率良く電力伝送を行うことができる。

好ましくは、給電コイルは、互いに直列接続された第１及び第２巻回部を有し、第１及び第２巻回部は、電流が流れた際に各巻回部を同一方向に鎖交する磁束を発生するように、互いの巻回軸方向が略一致し、且つ、対向方向に離間して配置されるとよい。この場合、第１及び第２巻回部の一方の巻回部から放出された磁束が他方の巻回部を介して磁性構造体に流れ込み易くなるため、漏洩電磁ノイズの抑制効果を向上させることができる。

本発明によれば、受電コイルを搭載する移動体が移動中であっても、漏洩電磁ノイズを抑制しつつ電力伝送を行うことができるワイヤレス電力伝送システムを提供できる。

本発明の第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムを充電部、蓄電部、負荷とともに示す模式図である。 本発明の第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムにおける給電部及び受電部を拡大して示す斜視図である。 本発明の第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムにおける給電部及び受電部を示す模式側面図である。 本発明の第２実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムにおける給電部及び受電部を拡大して示す斜視図である。 本発明の第３実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムにおける給電部及び受電部を示す模式側面図である。

本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。

（第１実施形態）
まず、図１〜図３を参照して、本発明の第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム１０の構成について説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムを充電部、蓄電部、負荷とともに示す模式図である。図２は、本発明の第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムにおける給電部及び受電部を拡大して示す斜視図である。図３は、本発明の第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムにおける給電部及び受電部を示す模式側面図である。なお、図３では、給電コイルが発生する磁束のうち、磁性構造体を通過する代表的な磁束のみを矢印で表している。

ワイヤレス電力伝送システム１０は、図１に示されるように、ワイヤレス給電装置１００と、ワイヤレス受電装置２００と、を有する。ワイヤレス給電装置１００は、地上に配設される給電設備に搭載され、ワイヤレス受電装置２００は、移動体５００に搭載される。ここで、ワイヤレス受電装置２００が搭載される移動体５００は、内蔵のバッテリーに蓄えられた電力を利用して推進力を発生させるものや外部からの電力供給を受けて推進力を発生させるものであれば特に制限されず、ボールねじの回転によって移動する直動型ロボットやモータによってアームが旋回する旋回型ロボットなどが挙げられる。また、ワイヤレス受電装置２００が搭載される移動体５００は、これら可動ロボットだけではなく、電気自動車（ＥＶ：Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）やハイブリッド自動車（ＨＶ：Ｈｙｂｒｉｄ Ｖｅｈｉｃｌｅ）などの車両、工場内で物品等を搬送する走行車（ＡＧＶ：Ａｏｔｏｍａｔｉｃ Ｇｕｉｄｅｄ Ｖｅｈｉｃｌｅ）、移動ロボット、あるいは車輪を持たず外部の駆動手段によって移動するエレベータにおけるエレベータかごなどが挙げられる。なお、本実施形態では、ワイヤレス受電装置２００を直動型ロボットに搭載した例を用いて説明する。

ワイヤレス給電装置１００は、電源１１０と、インバータ１２０と、給電部１３０と、を有する。

電源１１０は、直流電力を後述するインバータ１２０に供給する。電源１１０としては、直流電力を出力するものであれば特に制限されず、商用交流電源を整流・平滑した直流電源、二次電池、太陽光発電した直流電源、あるいはスイッチングコンバータなどのスイッチング電源装置などが挙げられる。

インバータ１２０は、電源１１０から供給される直流電力を交流電力に変換する機能を有している。本実施形態では、インバータ１２０は、電源１１０から供給される直流電力を交流電力に変換し、後述する給電部１３０に供給する。インバータ１２０としては、図示しない複数のスイッチング素子がブリッジ接続されたスイッチング回路から構成される。このスイッチング回路を構成するスイッチング素子としては、例えばＭＯＳ−ＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ−Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）やＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などが挙げられる。

給電部１３０は、インバータ１２０から供給された交流電力を後述する受電部２１０に給電する機能を有する。この給電部１３０は、直動型ロボットの近傍に配置される。本実施形態では、給電部１３０は、図２に示されるように、給電コイル１３１と、磁性構造体１３５と、を有している。なお、給電部１３０は、給電コイル１３１と接続し共振回路を構成する給電側共振コンデンサ（図示しない）を含んでいても構わない。また、給電コイル１３１と磁性構造体１３５は、後述する受電部２１０が移動可能な空間を確保しつつ、絶縁性を有する筺体（図示しない）によってパッケージングされていてもよい。

給電コイル１３１は、電源１１０からの電力を受けて磁界を発生させる。具体的には、給電コイル１３１は、インバータ１２０から所定の駆動周波数の交流電圧が供給されると、交流電流が流れて交流磁界を発生させる。この給電コイル１３１は、銅やアルミニウムなどの導線を複数撚り合わせたリッツ線を巻回して形成される。本実施形態では、給電コイル１３１は、リッツ線が平面状に巻回されて構成されている。このように構成される給電コイル１３１の巻数は、所望の電力伝送効率に基づいて適宜設定される。なお、給電コイル１３１は、リッツ線が螺旋状に巻回されて構成されるソレノイドコイルであっても構わない。

磁性構造体１３５は、磁路の磁気抵抗を減らし、コイル間の磁気的な結合を高める作用を有する。また、磁性構造体１３５は、給電コイル１３１が発生した磁束の一部を吸収し、給電コイル１３１が発生した磁束が外部空間に漏洩することを抑制する作用を有する。この磁性構造体１３５は、第１磁性体１３６と、第２磁性体１３７と、第３磁性体１３８と、を有する。

第１磁性体１３６は、平板状の磁性材料から構成されている。この第１磁性体１３５は、給電コイル１３１の後述する受電コイル２１１と対向する側とは反対側に配置される。つまり、第１磁性体１３６は、給電コイル１３１の背面側に配置されることとなる。本実施形態では、第１磁性体１３６の対向する２つの主面のうち鉛直上方側の主面上に給電コイル１３１が設置されている。ここで、第１磁性体１３６と給電コイル１３１との間には絶縁性のシートが介在していても構わない。このように構成される第１磁性体１３６は、給電コイル１３１が効率良く磁界を発生するための機能を果たす。なお、第１磁性体１３６を構成する磁性材料としては、比較的透磁率の高いフェライトなどが挙げられる。

第２磁性体１３７は、平板状の磁性材料から構成されている。この第２磁性体１３７は、第１磁性体１３６の鉛直上方に離間して配置されている。つまり、第１磁性体１３６と第２磁性体１３７は、空間を介して対向配置されている。具体的には、第１磁性体１３６の対向する２つの主面のうちの鉛直上方側の主面と第２磁性体１３７の対向する２つの主面のうちの鉛直下方側の主面が対向するように配置されており、給電コイル１３１が第１磁性体１３６と第２磁性体１３７の間の空間に位置するように配置されている。また、第２磁性体１３７は、第２磁性体１３７と給電コイル１３１との間に、後述する受電コイル２１１が移動可能な空間が確保される位置に配置されている。したがって、第２磁性体１３７は、電力伝送時、後述する受電コイル２１１の給電コイル１３１と対向する側とは反対側に配置されることとなる。つまり、第２磁性体１３７は、後述する受電コイル２１１の背面側に配置されることとなる。本実施形態では、第２磁性体１３７は、第１磁性体１３６と同一形状、同一寸法で構成されており、第１磁性体１３６の中心と第２磁性体１３７の中心が鉛直方向から見て略一致している。このように構成される第２磁性体１３７は、給電コイル１３１が発生した磁束が効率良く後述する受電コイル２１１に鎖交するための機能を果たす。また、第２磁性体１３７は、給電コイル１３１から発生し、後述する受電コイル２１１を鎖交して外部空間に漏洩しようとする磁束の一部や給電コイル１３１から発生し、後述する受電コイル２１１を鎖交せず外部空間に漏洩しようとする磁束の一部を吸収する機能も果たす。なお、第２磁性体１３７を構成する磁性材料としては、比較的透磁率の高いフェライトなどが挙げられる。

第３磁性体１３８は、平板状の磁性材料から構成されている。この第３磁性体１３８は、第１磁性体１３６と第２磁性体１３７との間に、第３磁性体１３８の対向する２つの主面の対向方向が第１磁性体１３６と第２磁性体１３７との対向方向と直交するように配置されている。また、第３磁性体１３８は、第１磁性体１３６と第２磁性体１３７を連結するように配置されている。具体的には、第３磁性体１３８の鉛直下方側の端部が第１磁性体１３６の鉛直上方側の主面の端部に接続され、第３磁性体１３８の鉛直上方側の端部が第２磁性体１３７の鉛直下方側の主面の端部に接続されている。これにより、第３磁性体１３８は、第１磁性体１３６と第２磁性体１３７を磁気的に連結する位置であって、電力伝送時、後述する受電コイル２１１が第１磁性体１３６と第２磁性体１３７の間の空間を移動する際に障害とならない位置に配置されることとなる。本実施形態では、第３磁性体１３８は、略Ｕ字状を呈している。このように構成される第３磁性体１３８は、第２磁性体１３７に吸収された磁束を、第１磁性体１３６を経由して給電コイル１３１に至るように促す機能を果たすとともに、給電コイル１３１から発生し、後述する受電コイル２１１を鎖交せず外部空間に漏洩しようとする磁束の一部を吸収し、第１磁性体１３６を経由して給電コイル１３１に至るように促す機能を果たす。なお、第３磁性体１３７を構成する磁性材料としては、比較的透磁率の高いフェライトなどが挙げられる。また、第１磁性体１３６、第２磁性体１３７、第３磁性体１３８は、それぞれ別々に構成されていてもよく、一体的に構成されていても構わない。

ここで、本実施形態では、給電コイル１３１は、給電コイル１３１の巻回軸方向が第１磁性体１３６と第２磁性体１３７との対向方向と略平行となるように第１磁性体１３６と第２磁性体１３７の間の空間内に配置されている。つまり、給電コイル１３１は、第１磁性体１３６、第２磁性体１３７、第３磁性体１３８によって周囲を囲むように配置されている。したがって、磁性構造体１３５によって、給電コイル１３１から発生した磁束の一部は、外部空間に漏洩することなく給電コイル１３１に至るループを形成するよう誘導されることとなる。

ワイヤレス受電装置２００は、受電部２１０と、整流部２２０と、を有する。

受電部２１０は、ワイヤレス給電装置１００の給電部１３０から給電された交流電力を受電する機能を有する。本実施形態では、受電部２１０は、図２に示されるように、移動体５００に設置される。ここで、本実施形態における移動体５００である直動型ロボットは、水平方向に直線的に伸びるねじ軸２５２と、ねじ軸２５２にボール（図示しない）を介して貫通支持される動作部２５１を有し、ねじ軸２５２の回転によって動作部２５１がねじ軸２５２の延伸方向に直線往復移動が可能に構成されている。この直動型ロボットは、例えば、動作部２５１に取り付けられる水平多関節ロボットや単軸ロボットなどの可動部（図示しない）を移動させる目的で使用される。なお、ねじ軸２５２等を収納する筐体に関しては、説明の便宜上、図示を省略している。本実施形態では、直動型ロボットの動作部２５１の側面に受電部２１０が設置され、受電部２１０は動作部２５１の移動に連動して移動可能に構成されている。この受電部２１０は、図２に示されるように、受電コイル２１１を有し、絶縁性を有する筐体によってパッケージングされている。なお、受電部２１０は、受電コイル２１１と接続し共振回路を構成する受電側共振コンデンサ（図示しない）を含んでいても構わない。また、受電部２１０は、磁路の磁気抵抗を減らし、コイル間の磁気的な結合を高める磁性体（図示しない）を有していても構わない。

受電コイル２１１は、給電コイル１３１が発生させる磁界を介して、給電コイル１３１から電力を受電する。具体的には、受電コイル２１１は、給電コイル１３１が発生する交流磁界により、電磁誘導作用による起電力が生じ、この起電力に基づく交流電流が流れる。そして、受電コイル２１１に発生した交流電流は、後述する整流部２２０に供給される。受電コイル２１１は、銅やアルミニウムなどの導線を複数撚り合わせたリッツ線を巻回して形成される。本実施形態では、受電コイル２１１は、リッツ線を平面状に巻回されて構成されている。また、受電コイル２１１は、受電コイル２１１の巻回軸方向が鉛直方向と略平行となるように動作部２５１に支持されている。この受電コイル２１１は、電力伝送時、動作部２５１により第１磁性体１３６と第２磁性体１３７の間の空間内であって、給電コイル１３１と対向する位置に移動して停止した状態で給電コイル１３１からの電力を受電してもよく、動作部に２５１により第１磁性体１３６と第２磁性体１３７の間の空間内を移動しながら給電コイル１３１からの電力を受電しても構わない。つまり、受電コイル２１１は、電力伝送時、第１磁性体１３６と第２磁性体１３７の間の空間内を移動可能に構成されている。このとき、受電コイル２１１（受電部２１０）は、第１磁性体１３６、第２磁性体１３７とは非接触状態で移動することとなる。このように構成される受電コイル２１１の巻数は、所望の電力伝送効率に基づいて適宜設定される。なお、受電コイル２１１は、リッツ線が螺旋状に巻回されて構成されるソレノイドコイルであっても構わない。

整流部２２０は、受電コイル２１１が受電した交流電力を直流電力に整流して、後述する充電部２３０に出力する。整流部２２０を構成する素子としては、トランジスタやダイオード等の半導体素子が挙げられる。例えば、複数のダイオードがブリッジ接続されたブリッジ型回路と、このブリッジ型回路に並列に接続され、整流された電圧を平滑して直流電圧を生成する平滑コンデンサから構成される。ここで、整流部２２０から出力された直流電力は、整流部２２０に接続された充電部２３０により、蓄電部２４０を充電するための電圧に変換されて蓄電部２４０に充電され、蓄電部２４０に蓄えられた電力は負荷２５０に供給されることとなる。これら充電部２３０、蓄電部２４０、負荷２５０は移動体５００に搭載されている。充電部２３０としては、整流部２２０から出力される直流電圧および蓄電部２４０の定格電圧に応じて、昇圧型コンバータ、昇降圧型コンバータ、降圧型コンバータ等の非絶縁型やトランスを用いる絶縁型あるいは複数の素子を用いるインターリーブ型などが挙げられる。蓄電部２４０としては、繰り返し充電可能な電池であれば特に制限されず、リチウムイオン二次電池、ニッケル水素二次電池、蓄電量の高い電気二重層キャパシタ（ＥＤＬＣ：Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｄｏｕｂｌｅ−Ｌａｙｅｒ Ｃａｐａｃｉｔｏｒ）、電力を一時的に蓄え、蓄えられた電力を負荷２５０に供給可能な電力バッファとして機能するものなどが挙げられる。負荷２５０としては、動作部２５１に取り付けられる水平多関節ロボットや単軸ロボットを駆動させるためのモータや電動アクチュエータなどが挙げられる。なお、本実施形態では、負荷２５０は、蓄電部２４０に蓄えられた電力を受けて動作するように構成されているがこれに限られず、受電コイル２１１が受電し整流部２２０により整流された直流電力を直接受けて動作するように構成されていても構わない。この場合、充電部２３０と蓄電部２４０を省くことができる。

このような構成を備えることにより、ワイヤレス給電装置１００からワイヤレス受電装置２００にワイヤレスにて電力伝送するワイヤレス電力伝送システム１０が実現される。

続いて、本実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム１０の給電動作について説明する。なお、本例においては、受電コイル２１１が第１磁性体１３５と第２磁性体１３６の間の空間内を移動しながら給電コイル１３１からの電力を受電する移動中給電の場合を例に用いて説明する。

まず、ワイヤレス受電装置２００を備えた移動体５００が移動し、ワイヤレス受電装置２００の受電部２１０が、ワイヤレス給電装置１００の磁性構造体１３５の第１磁性体１３６と第２磁性体１３７の間の空間内に進入する。受電部２１０が磁性構造体１３５の第１磁性体１３６と第２磁性体１３７の間の空間内に進入すると、受電コイル２１１が給電コイル１３１と重なる。このとき、給電コイル１３１が発生する交流磁界を介して受電コイル２１１に電力が伝送される。受電コイル２１１で受電した電力は、整流部２２０によって整流され、整流部２２０から出力された直流電力は、充電部２３０に供給される。充電部２３０に整流部２２０から直流電力が供給されると、充電部２３０から蓄電部２４０への充電動作が開始され蓄電部２４０への電力の蓄積が始まる。そして、蓄電部２４０に蓄えられた電力は、要求に応じて負荷２５０に供給される。ここで、ワイヤレス給電装置１００からワイヤレス受電装置２００への電力伝送において、給電コイル１３１から発生した磁束の大部分は、受電コイル２１１に鎖交して給電コイル１３１に至るように周回する。本実施形態では、受電コイル２１１の給電コイル１３１と対向する側とは反対側に第２磁性体１３７が配置されており、給電コイル１３１から発生し受電コイル２１１に鎖交した磁束の一部は、外部空間に漏洩することなく、第２磁性体１３７に吸収され、第３磁性体１３８、第１磁性体１３６を経由して給電コイル１３１に至るように周回する。また、給電コイル１３１から発生し受電コイル２１１に鎖交しない磁束の一部も、外部空間に漏洩することなく、第２磁性体１３７あるいは第３磁性体１３８に吸収され、第１磁性体１３６を経由して給電コイル１３１に至るように周回する。つまり、電力伝送時、給電コイル１３１から発生した磁束の外部空間への漏洩を防止することができる。また、給電コイル１３１から発生した磁束を誘導する磁性構造体１３５は、給電部１３０が備える構成であって、受電部２１０と接触させる必要はないため、ワイヤレス電力伝送システム１０における搭載部品の破損を招くことはない。したがって、受電コイル２１１を搭載する移動体５００が移動中であっても、漏洩電磁ノイズを抑制しつつ電力伝送を行うことができる。

以上のように、本実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム１０は、磁性構造体１３５は、空間を介して対向配置される第１及び第２磁性体１３６，１３７と、第１磁性体１３６と第２磁性体１３７を連結する第３磁性体１３８を有し、給電コイル１３１は、当該給電コイル１３１の巻回軸方向が第１磁性体１３６と第２磁性体１３７との対向方向と略平行になるように空間内に配置され、受電コイル２１１は、電力伝送時、空間内を移動可能に構成されている。そのため、電力伝送時に、給電コイル１３１から発生し、受電コイル２１１に鎖交した磁束の一部は、外部に漏れることなく、磁性構造体１３５の第１〜第３磁性体１３６〜１３８を介して給電コイル１３１に至るように周回する。したがって、受電コイル２１１を搭載する移動体５００が移動中であっても、漏洩電磁ノイズを抑制しつつ電力伝送を行うことができる。

（第２実施形態）
次に、図４を参照して、本発明の第２実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムの構成について説明する。図４は、本発明の第２実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムにおける給電部及び受電部を拡大して示す斜視図である。

第２実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムは、第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム１０と同様に、ワイヤレス給電装置１００と、ワイヤレス受電装置２００と、を有する。ワイヤレス給電装置１００は、電源１１０と、インバータ１２０と、給電部１８０と、を有し、ワイヤレス受電装置２００は、受電部２１０と、整流部２２０と、を有する。電源１１０、インバータ１２０、受電部２１０、整流部２２０の構成は、第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム１０と同様である。すなわち、第２実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムは、第１実施形態の給電部１３０に代えて給電部１８０を備えている点において、第１実施形態と相違する。以下、第１実施形態と異なる点を中心に説明する。

給電部１８０は、インバータ１２０から供給された交流電力を受電部２１０に給電する機能を有する。本実施形態では、給電部１８０は、図４に示されるように、給電コイル１８１と、磁性構造体１３５と、を有し、磁性構造体１３５は、第１磁性体１３６と、第２磁性体１３７と、第３磁性体１３８と、を有している。なお、給電部１８０は、給電コイル１８１と接続し共振回路を構成する給電側共振コンデンサ（図示しない）を含んでいても構わない。また、給電コイル１８１と磁性構造体１３５は、後述する受電部２１０が移動可能な空間を確保しつつ、絶縁性を有する筺体（図示しない）によってパッケージングされていてもよい。

給電コイル１８１は、電源１１０からの電力を受けて磁界を発生させる。具体的には、給電コイル１８１は、インバータ１２０から所定の駆動周波数の交流電圧が供給されると、交流電流が流れて交流磁界を発生させる。本実施形態では、給電コイル１８１は、複数のコイル（本実施形態では２つのコイル）から構成されている。複数のコイルは、それぞれ銅やアルミニウムなどの導線を複数撚り合わせたリッツ線を巻回して形成される。本実施形態では、複数のコイルは、それぞれリッツ線が平面状に巻回されて構成されている。また、本実施形態では、複数のコイルは、第１磁性体１３６と第２磁性体１３７との間の空間内であって、受電コイル２１１の移動方向に沿って第１磁性体１３６の対向する２つの主面のうち鉛直上方側の主面上に配置されている。すなわち、複数のコイルは、第１磁性体１３６と第２磁性体１３７の対向方向と直交する方向であって、第３磁性体１３８の対向する２つの主面の対向方向と直交する方向に並置されている。これら複数のコイルのそれぞれは、各コイルの巻回軸方向が第１磁性体１３６と第２磁性体１３７との対向方向と略平行となるように第１磁性体１３６と第２磁性体１３７との間の空間内に配置されている。なお、複数のコイルは、互いに離間して配置されていてもよく、各コイルの導線の一部が重なり合うように配置されていても構わない。ここで、第１磁性体１３６と第２磁性体１３７の基本的な構成は第１実施形態と同様であるが、給電コイル１８１である複数のコイルを第１磁性体１３６と第２磁性体１３７との間の空間に収めるため、第１磁性体１３６及び第２磁性体１３７のそれぞれの２つの主面は、受電コイル２１１の移動方向と平行な方向が長辺方向となる長方形形状を呈している。このように構成される複数のコイルの巻数は、所望の電力伝送効率に基づいて適宜設定される。なお、複数のコイルは、それぞれリッツ線が螺旋状に巻回されて構成されるソレノイドコイルであっても構わない。また、給電コイル１８１を構成する複数のコイルは、単一の筐体に収容されていてもよく、それぞれのコイルが別々の筐体に収容されていてもよい。

続いて、本実施形態係るワイヤレス電力伝送システムの給電動作について説明する。

まず、ワイヤレス受電装置２００を備えた移動体５００が移動し、ワイヤレス受電装置２００の受電部２１０が、ワイヤレス給電装置１００の磁性構造体１３５の第１磁性体１３６と第２磁性体１３７の間の空間に進入する。受電部２１０が磁性構造体１３５の第１磁性体１３６と第２磁性体１３７の間の空間に進入すると、受電コイル２１１が給電コイル１８１である複数のコイルのうち、受電コイル２１１の移動方向手前側のコイルと重なる。このとき、給電コイル１８１である複数のコイルのうち、受電コイル２１１の移動方向手前側のコイルが発生する交流磁界を介して受電コイル２１１に電力が伝送される。受電コイル２１１で受電した電力は、整流部２２０によって整流され、整流部２２０から出力された直流電力は、充電部２３０に供給される。充電部２３０に整流部２２０から直流電力が供給されると、充電部２３０から蓄電部２４０への充電動作が開始され蓄電部２４０への電力の蓄積が始まる。さらに移動体５００が移動を続けると、移動体５００の移動に合わせて受電コイル２１１も移動し、給電コイル１８１である複数のコイルのうち、受電コイル２１１の移動方向奥側のコイルに重なる。このとき、給電コイル１８１である複数のコイルのうち、受電コイル２１１の移動方向奥側のコイルが発生する交流磁界を介して受電コイル２１１に電力が伝送される。このようにして、移動中の移動体５００に対して移動中給電が行われるが、ワイヤレス給電装置１００から移動中のワイヤレス受電装置２００への電力伝送において、第１磁性体１３６と第２磁性体１３７の間の空間に、受電コイル２１１の移動方向に沿って給電コイル１８１である複数のコイルが並置されているので、移動中の移動体５００に搭載された受電コイル２１１に効率よく移動中の電力伝送を行うことができる。具体的には、本実施形態では、受電コイル２１１の給電コイル１８１である複数のコイルと対向する側とは反対側に第２磁性体１３７が配置されており、給電コイル１８１である複数のコイルから発生し移動中の受電コイル２１１に鎖交した磁束の一部は、外部空間に漏洩することなく、第２磁性体１３７に吸収され、第３磁性体１３８、第１磁性体１３６を経由して給電コイル１８１である複数のコイルに至るように周回する。また、給電コイル１８１である複数のコイルから発生し移動中の受電コイル２１１に鎖交しない磁束の一部も、外部空間に漏洩することなく、第２磁性体１３７あるいは第３磁性体１３８に吸収され、第１磁性体１３６を経由して給電コイル１８１である複数のコイルに至るように周回する。つまり、移動中の電力伝送時、給電コイル１８１である複数のコイルから発生した磁束の外部空間への漏洩を防止することができる。したがって、受電コイル２１１を搭載する移動体５００が移動中に、漏洩電磁ノイズを抑制しつつ受電コイル２１１に対して効率よく電力伝送を行うことができる。

以上のように、本実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムは、給電コイル１８１は、第１磁性体１３６及び第２磁性体１３７が対向配置して形成される空間内に、受電コイル２１１に移動方向に沿って配置される複数のコイルから構成されている。そのため、受電コイル２１１を搭載する移動体５００が移動中に、漏洩電磁ノイズを抑制しつつ受電コイル２１１に対して効率よく電力伝送を行うことができる。

（第３実施形態）
次に、図５を参照して、本発明の第３実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムの構成について説明する。図５は、本発明の第３実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムにおける給電部及び受電部を示す模式側面図である。なお、図５では、給電コイルが発生する磁束のうち、磁性構造体を通過する代表的な磁束のみを矢印で表している。

第３実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムは、第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム１０と同様に、ワイヤレス給電装置１００と、ワイヤレス受電装置２００と、を有する。ワイヤレス給電装置１００は、電源１１０と、インバータ１２０と、給電部１９０と、を有し、ワイヤレス受電装置２００は、受電部２１０と、整流部２２０と、を有する。電源１１０、インバータ１２０、受電部２１０、整流部２２０の構成は、第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム１０と同様である。すなわち、第３実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムは、第１実施形態の給電部１３０に代えて給電部１９０を備えている点において、第１実施形態と相違する。以下、第１実施形態と異なる点を中心に説明する。

給電部１９０は、インバータ１２０から供給された交流電力を受電する機能を有する。本実施形態では、給電部１９０は、図５に示されるように、給電コイル１９１と、磁性構造体１３５と、を有し、磁性構造体１３５は、第１磁性体１３６と、第２磁性体１３７と、第３磁性体１３８と、を有している。なお、給電部１９０は、給電コイル１９１と接続し共振回路を構成する給電側共振コンデンサ（図示しない）を含んでいても構わない。また、給電コイル１９１と磁性構造体１３５は、後述する受電部２１０が移動可能な空間を確保しつつ、絶縁性を有する筺体（図示しない）によってパッケージングされていてもよい。

給電コイル１９１は、インバータ１２０から所定の駆動周波数の交流電圧が供給されると、交流電流が流れて交流磁界を発生させる。本実施形態では、給電コイル１９１は、互いに直列接続された第１巻回部１３２と第２巻回部１３３を有する。第１巻回部１３２は、銅やアルミニウムなどの導線を複数撚り合わせたリッツ線を巻回して形成される。本実施形態では、第１巻回部１３２は、リッツ線が平面状に巻回されて構成されている。同様に、第２巻回部１３３は、銅やアルミニウムなどの導線を複数撚り合わせたリッツ線を巻回して形成される。本実施形態では、第２巻回部１３３は、リッツ線が平面状に巻回されて構成されている。これら第１及び第２巻回部１３２，１３３は、第１巻回部１３２の一方端がインバータ１２０に接続され、第１巻回部１３２の他方端が第２巻回部１３３の一方端に接続され、第２巻回部１３３の他方端がインバータ１２０に接続されている。本実施形態では、第１巻回部１３２と第２巻回部１３３は、交流電流が流れた際に各巻回部を同一方向に鎖交する磁束を発生するように、互いの巻回軸方向が略一致し、且つ、対向方向に離間して配置されている。具体的には、第１巻回部１３２は、第１磁性体１３６の対向する２つの主面のうち鉛直上方側の主面上（第１磁性体１３６の第２磁性体１３７と対向する側の主面上）に巻回軸方向が第１磁性体１３６と第２磁性体１３７との対向方向と略平行となるように配置され、交流電流が流れると、第１磁性体１３６から第２磁性体１３７に向かう方向に第１巻回部１３２を鎖交する磁束を発生させる。第２巻回部１３３は、第２磁性体１３７の対向する２つの主面のうち鉛直下方側の主面上（第２磁性体１３７の第１磁性体１３６と対向する側の主面上）に巻回軸方向が第１磁性体１３６と第２磁性体１３７との対向方向と略平行となるように配置され、交流電流が流れると、第１磁性体１３６から第２磁性体１３７に向かう方向に第２巻回部１３３を鎖交する磁束を発生させる。ここで、第１巻回部１３２と第２巻回部１３３は、第１巻回部１３２と第２巻回部１３３の間に移動体５００に搭載された受電コイル２１１が移動可能な空間が確保される位置に配置される。このように構成される第１及び第２巻回部１３２，１３３のそれぞれの巻数は、所望の電力伝送効率に基づいて適宜設定される。なお、第１及び第２巻回部１３２，１３３は、リッツ線が螺旋状に巻回されて構成されていても構わない。

続いて、本実施形態係るワイヤレス電力伝送システムの給電動作について説明する。

まず、ワイヤレス受電装置２００を備えた移動体５００が移動し、ワイヤレス受電装置２００の受電部２１０が、ワイヤレス給電装置１００の磁性構造体１３５の第１磁性体１３６と第２磁性体１３７の間の空間に進入する。受電部２１０が磁性構造体１３５の第１磁性体１３６と第２磁性体１３７の間の空間に進入すると、受電コイル２１１が給電コイル１９１の第１及び第２巻回部１３２，１３３と重なる。このとき、受電コイル２１１は、給電コイル１９１の第１巻回部１３２と第２巻回部１３３で形成される空間に格納された状態となる。受電コイル２１１が第１巻回部１３２と第２巻回部１３３との間の空間に格納されると、給電コイル１９１の第１及び第２巻回部１３２，１３３が発生する交流磁界を介して受電コイル２１１に電力が伝送される。受電コイル２１１で受電した電力は、整流部２２０によって整流され、整流部２２０から出力された直流電力は、充電部２３０に供給される。充電部２３０に整流部２２０から直流電力が供給されると、充電部２３０から蓄電部２４０への充電動作が開始され蓄電部２４０への電力の蓄積が始まる。本実施形態では、給電コイル１９１は第１巻回部１３２と第２巻回部１３３を有している。したがって、第１巻回部１３２から発生し受電コイル２１１に鎖交した磁束の一部は、外部空間に漏洩することなく、第２巻回部１３３によって第２磁性体１３７に吸収されるよう集束される。そして、第２磁性体１３７に吸収された磁束は、第３磁性体１３８、第１磁性体１３６を経由して第１巻回部１３２に至るように周回する。その結果、外部空間に漏洩する磁束が大幅に抑制されることから、漏洩電磁ノイズの抑制効果を向上させることができる。

以上のように、本実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムは、給電コイル１９１は、互いに直列接続された第１巻回部１３２及び第２巻回部１３３を有し、第１巻回部１３２及び第２巻回部１３３は、電流が流れた際に各巻回部を同一方向に鎖交する磁束を発生するように、互いの巻回軸方向が略一致し、且つ、対向方向に離間して配置されている。そのため、第１巻回部１３２及び第２巻回部１３３の一方の巻回部から放出された磁束が他方の巻回部を介して磁性構造体１３５に流れ込み易くなるため、漏洩電磁ノイズの抑制効果を向上させることができる。

以上、本発明を実施の形態をもとに説明したが、本発明は上述の実施形態に限られることなく、様々な変形や変更が可能である。例えば、上述の第３実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムにおける特徴的構成ならびに機能は、第２実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムに適用しても構わない。この場合においても、漏洩電磁ノイズの抑制効果を向上させることができる。また、上述の実施形態では、受電コイル２１１が直線移動可能に構成されている例を用いて説明したが、受電コイル２１１が回転移動可能に構成されている場合についても適用可能である。

１０…ワイヤレス電力伝送システム、１００…ワイヤレス給電装置、１１０…電源、１２０…インバータ、１３０，１８０，１９０…給電部、１３１，１８１，１９１…給電コイル、１３２…第１巻回部、１３３…第２巻回部、１３５…磁性構造体、１３６…第１磁性体、１３７…第２磁性体、１３８…第３磁性体、２００…ワイヤレス受電装置、２１０…受電部、２１１…受電コイル、２２０…整流部、２３０…充電部、２４０…蓄電部、２５０…負荷、２５１…動作部、２５２…ねじ軸、５００…移動体。

Claims (3)

1. ワイヤレス給電装置から移動体に搭載されるワイヤレス受電装置にワイヤレスにて電力伝送するワイヤレス電力伝送システムであって、
   前記ワイヤレス給電装置は、電力を受けて磁界を発生する給電コイルと、磁性構造体を備え、
   前記ワイヤレス受電装置は、前記磁界を介して電力を受電する受電コイルを備え、
   前記磁性構造体は、空間を介して対向配置される第１及び第２磁性体と、前記第１磁性体と前記第２磁性体を連結する第３磁性体を有し、
   前記給電コイルは、当該給電コイルの巻回軸方向が前記第１磁性体と前記第２磁性体との対向方向と略平行となるように前記空間内に配置され、
   前記受電コイルは、電力伝送時、前記空間内を移動可能に構成されていることを特徴とするワイヤレス電力伝送システム。
2. 前記給電コイルは、前記空間内であって、前記受電コイルの移動方向に沿って配置される複数のコイルから構成されていることを特徴とする請求項１に記載のワイヤレス電力伝送システム。
3. 前記給電コイルは、互いに直列接続された第１及び第２巻回部を有し、
   前記第１及び第２巻回部は、電流が流れた際に各巻回部を同一方向に鎖交する磁束を発生するように、互いの巻回軸方向が略一致し、且つ、前記対向方向に離間して配置されることを特徴とする請求項１または２に記載のワイヤレス電力伝送システム。

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