JP5779276B2

JP5779276B2 - 無線給電装置

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Publication number: JP5779276B2
Application number: JP2014501861A
Authority: JP
Inventors: 武中山
Original assignee: Hitachi Power Solutions Co Ltd
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Priority date: 2012-02-27
Filing date: 2012-02-27
Publication date: 2015-09-16
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Description

電磁誘導の相互作用を利用して電力を供給する無線給電装置に関する。

電動式移動体等に搭載された二次電池へ電力系統から電力を送ることで当該二次電池に電力を蓄える給電装置には、当該電力系統と当該二次電池を有線接続しない無線給電装置がある。無線給電装置に関する技術としては、電線を扁平に巻き回した構造を有する送信部側の巻線（１次コイル）および受信部側の巻線（２次コイル）と、当該２つの巻線をそれぞれ配設するための平板状の磁心コアを備えたものがある（特許第４３５６８４４号参照）。いわゆる有線給電装置では、電動式移動体の運転手がその都度車を降りて充電ステーションなどに設置された給電用のコンセントに接続するなどの操作が必要となるが、無線給電装置を用いれば、電力系統を備える送信部から二次電池を備える受信部に電磁誘導の相互作用を利用して電力を供給することができるので、運転者の乗降を伴う動作が不要となって利便性が向上する。しかし、この種の技術では、送受信部間が無線であることにより充電効率が低下する点が課題として挙げられる。

無線給電装置において充電効率を上げるためには、充電中の送信部と受信部の間隔を狭める等して磁気結合係数を可能な限り上げることが必要となる。この点を鑑みた技術としては、地表に設けた収納室（凹部）に送信部（１次側カプラ）を格納するとともに、モータで駆動する昇降機構を当該送信部に接続し、当該昇降機構により当該送信部を上昇させることで、電動式移動体に設置された受信部（２次側カプラ）との間隙を狭めるものがある（特開２０００−１５２５１２号公報参照）。また、送受信部の少なくとも一方の対向面側に永久磁石を配置して、その磁気吸引力により送受信部間の間隙を狭めるものもある（特開２００８−１２０３５７号公報、特開２００８−２１５０２８号公報参照）。

特許第４３５６８４４号特開２０００−１５２５１２号公報特開２００８−１２０３５７号公報特開２００８−２１５０２８号公報

しかしながら、特開２０００−１５２５１２号公報で開示された技術では、受信部に向けて送信部を移動させる操作が必要となる。そのため、充電時間の長時間化が懸念されるとともに、駆動機構やそれを制御する制御機構が別途必要となるため、装置が複雑化し高価となる点が懸念される。

また、特開２００８−１２０３５７号公報及び特開２００８−２１５０２８号公報で開示された技術では、送受信部の片方もしくは両方の対向面側に永久磁石が別途配置されており、しかも当該磁石は送受信部が互いに引き付け合う程に強力なものである。そのため、給電時以外も周辺に散在する磁性体ごみ（例えば、釘や鉄片など）を吸引し、さらに携帯電話などの電子機器にも悪影響を与えることが懸念される。また、確実に互いに磁気吸引しあうためには、送信部の高さ位置まで受信部を下げる必要があり、特に、電動式移動体の路面上に突出した送信部が他の構造物と衝突することが懸念される。

本発明の目的は、上記各課題を鑑みてなされたものであり、充電中における送受信部間の磁気結合係数を簡素な構成で向上可能な無線給電装置を提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するために、電線を巻き回して形成された第１巻線部と、電線を巻き回して形成され、前記第１巻線部の軸方向において前記第１巻線部と間隔を介して配置される第２巻線部と、前記第１巻線部及び前記第２巻線部を前記軸方向から挟むように配置される１対の磁性体部材とを備え、前記１対の磁性体部材のうち少なくとも一方の磁性体部材は、前記軸方向において対向する他方の磁性体部材に向かって突出した突起部を備え、前記１対の磁性体部材のうち少なくとも一方の磁性体部材は、前記軸方向において対向する他方の磁性体部材に向かって、前記第１巻線部又は前記第２巻線部とは別個に、進退可能に保持されており、前記第１巻線部及び前記第２巻線部と前記１対の磁性体部材における一方の磁性体部材との間に設置された第３巻線部をさらに備え、当該１対の磁性体部材における一方の磁性体部材は、前記突起部を備え、前記軸方向において対向する他方の磁性体部材に向かって、前記第１巻線部又は前記第２巻線部とは別個に、進退可能に保持されており、前記第３巻線部は、前記第１巻線部及び前記第２巻線部に対して前記軸方向に相対移動可能に保持されているものとする。

本発明によれば、充電中における送受信部間の磁気結合係数が向上するので、充電効率を向上させることができる。

本発明の第１の実施の形態に係る無線給電装置の全体構成図。本発明の第１の実施の形態に係る受信部６及び送信部８の周辺の拡大図（非充電）。本発明の第１の実施の形態に係る受信部６及び送信部８の周辺の拡大図（充電中）。本発明の第１の実施の形態に係る巻線部１５、非磁性体部材２１及び磁性体部材２３の斜視図（非充電）。本発明の第１の実施の形態に係る巻線部１５、非磁性体部材２１及び磁性体部材２３の斜視図（充電中）。本発明の比較例に係る無線給電装置における送信部８０の主要部分の斜視図。本発明の比較例に係る無線給電装置における給電中の送受信部８０，６０の断面と磁力線８６を示した図。本発明の第２の実施の形態に係る受信部６Ａ及び送信部８Ａの周辺の拡大図（充電中）。本発明の第３の実施の形態に係る受信部６及び送信部８Ｂの周辺の拡大図（充電中）。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。図１は本発明の第１の実施の形態に係る無線給電装置の全体構成図である。この図に示す無線給電装置は、二次電池２に接続された受信部（受電部）６と、電磁誘導の相互作用を利用して受信部６に無線で電力を供給するための送信部（給電部）８を備えている。ここでは、二次電池２及び受信部６を搭載するものとして二次電池２によって駆動される電動式移動体１（例えば、図１に示した電気自動車や、軌条に沿って走行する電車・モノレール等）を例に挙げて説明するが、充電可能な蓄電池を備えるものであれば本発明に係る無線給電装置は適用可能である。

受信部６は、巻線部１８及び磁性体部１４（ともに後述）を有しており、受信側制御部５を介して二次電池２に接続されている。二次電池２には送信部８から供給される電力が蓄えられる。二次電池２に蓄えられた電力は、車輪３に機械的に連結されたモータ４に供給され、モータ４を駆動する。これにより電動式移動体１が走行する。

制御部５は、二次電池２の充電制御に関する処理を主に実行するためのもので、アンテナ１２が接続されている。アンテナ１２は、送信部８のアンテナ１３（後述）との間で、二次電池２への充電の開始と終了や、受信部６及び送信部８の状態（例えば、各巻線部１８，１５の温度や相対位置）等、各種情報の授受を行うためのものである。

なお、図１に示した受信部６は、送信部８が埋設された地面７に対向するように電動式移動体１の底面に設置されているが、送信部８に対向配置されれば良く、送信部８の設置位置に応じて他の場所に設置しても良い。例えば、送信部８が電動式移動体１の側面に設置される場合には、当該送信部８に対向するように電動式移動体１の側面に設置すれば良いし、送信部８が電動式移動体１の上方に設置される場合には、電動式移動体１の上面に設置すれば良い。

送信部８は、巻線部１５及び磁性体部２３（ともに後述）を有しており、ケーブル（電力線）９を介して電源１０に接続されている。電源１０は給電側制御部１１に接続されている。制御部１１は、受信部６への給電制御に関する処理を主に実行するためのもので、アンテナ１３が接続されている。図１に示した例で二次電池２に充電する場合、電動式移動体１は、地面７に埋設された送信部８に受信部６が対向するように静止される。なお、図１に示した送信部８は、地面（路面）７に埋設されているが、既述のように受信部６と対向配置されれば他の場所に設置しても良い。

次に本発明の第１の実施の形態に係る受信部６及び送信部８の周辺（図１中に破線で示した領域２０）の詳細構成について説明する。図２及び図３は本発明の第１の実施の形態に係る受信部６及び送信部８の周辺の拡大図である。図２は送信部８の巻線部１５に通電していない状態（すなわち、非充電の状態）を示し、図３は送信部８の巻線部１５に通電した状態（すなわち、充電中の状態）を示す。なお、先の図と同じ部分には同じ符号を付し説明を適宜省略することがある（後の図でも同様とする）。

これらの図において、受信部６は、磁性体から成る磁性体部材１４と、所定の軸（図２，３の例では中心軸１７）の周りに電線を巻き回して形成した略扁平状の巻線部（２次コイル）１８を備えている。巻線部１８は、樹脂などの接着剤等で磁性体部材１４に接着されている。また、巻線部１８は、電動式移動体１の外部に設置される送信部８の巻線部１５と同軸１７上で対向可能なように、磁性体部材１４よりも電動式導体１の外側（外表面側）に位置するように設けられている。

本実施の形態に係る磁性体部材１４は、板状に形成されており、固定金具１９によって電動式移動体１の底面に略水平に取り付けられている。また、本実施の形態に係る巻線部１８は、略水平に固定された送信部８側の巻線部１５と同軸１７上で対向可能なように、磁性体部材１４の下面（地面７側の面）に略水平に接着されている。なお、このように巻線部１８を設置すると、電動式移動体１から巻線部１８が突出することが避けられるため、巻線部１８に障害物が衝突することが抑制できる。

なお、必要であれば、磁性体部材１４と巻線部１８を非磁性体から成る部材（図示せず）に固定しても本発明の効果は失われない。その場合は、当該非磁性体部材を板状に形成し、固定金具２０等を用いて電動式移動体１の底面に固定することが好ましい。

送信部８は、磁性体から成る磁性体部材２３と、所定の軸（図２，３の例では中心軸１７）の周りに電線を巻き回して形成した略扁平状の巻線部（１次コイル）１５と、非磁性体から成る非磁性体部材２１を備えている。

図２，３に示した状態では、巻線部１５は、中心軸１７方向において巻線部１８と所定の間隔を介して配置されている。磁性体部材２３は、受信部６の磁性体部材１４とともに巻線部１８及び巻線部１５を中心軸１７方向の両側から挟むように配置された１対の磁性体部材を構成している。また、磁性体部材２３は、中心軸１７方向において対向する磁性体部材１４に向かって突出した突起部２２（中心突起部２２ａ及び外周突起部２２ｂ）を備えており、磁性体部材１４に向かって、巻線部１８又は巻線部１５とは別個に、中心軸１７方向に進退可能に保持されている。これにより、巻線部１５に通電すると、図３に示すように、磁気吸引力によって磁性体部材２３を重力に抗して上方へ移動させることができる。

巻線部１５、磁性体部材２３及び非磁性体部材２１は、地面７に設けた凹部２４内に収納されており、凹部２４は非磁性体からなる蓋２６で覆われている。蓋２６は、固定金具２７によって地面７に固定されている。凹部２４内では、受信部６の巻線部１８と同軸１７上で対向可能なように地表（蓋２６）に最も近い位置に巻線部１５が位置しており、巻線部１５を基準として地表から離れる方向（すなわち、凹部２４の底面）に向かって、非磁性体部材２１、磁性体部材２３の順で配置されている。蓋２６及び非磁性体部材２１には、磁性体部材２３の突起部２２に対応する位置に複数の孔４６，４１が設けられている。

本実施の形態に係る非磁性体部材２１は、板状に形成されており、固定金具２５によって凹部２４内で略水平に設置されている。また、本実施の形態に係る巻線部１５は、受信部６側の巻線部１８と同軸１７上で対向可能なように、非磁性体部材２１の上面に略水平に樹脂等の接着剤又は固定具（図示せず）で接着されている。

なお、受信部６及び送信部８における巻線部１８，１５の巻線の材質としては、表皮効果による渦電流損を低減する観点からリッツ線などが好適である。また、磁性体部材１４，２３の材質としては、いわゆる強磁性を示すものが好適であり、渦電流を抑制する観点からはフェライトなどがさらに好適である。また、送信部８における非磁性体部材２１の材質としては、高抵抗の非磁性体である繊維強化プラスチックなどが好適である。

図４及び図５は本発明の第１の実施の形態に係る巻線部１５、非磁性体部材２１及び磁性体部材２３の斜視図である。図４は巻線部１５に通電していない状態（すなわち、非充電の状態）を示し、図５は巻線部１５に通電した状態（すなわち、充電中の状態）を示す。

これらの図に示すように、本実施の形態に係る磁性体部材２３は、板状に形成された本体部２３ａと、当該本体部２３ａから上方に向かって突出した突起部２２を備えている。図に示した例では突起部２２として、巻線部１５の中空部を通過するように設けられた中心突起部２２ａと、巻線部１５の外周部を通過するように設けられた外周突起部２２ｂが設けられている。図に示した中心突起部２２ａは、中心軸１７と同軸上に設けられた略円柱状に形成されており、その径は巻線部１５の中空部の径よりも小さく設定されている。また、図に示した外周突起部２２ｂは、巻線部１５の径よりも大きな径を有する円柱側面を略３分割したものとなっている。

なお、図示の例では、充電効率を向上させる観点から、中心突起部２２ａ及び外周突起部２２ｂの双方を設けることとしたが、このうちのいずれか１つの突起部２２ａ，２２ｂを設ければ、１対の磁性体部材２３，１４の中心軸１７方向における間隔を小さくすることができるので、充電効率の向上に寄与する。さらに、中心突起部２２ａと外周突起部２２ｂは、１対の磁性体部材２３，１４の間に形成される間隙の距離を縮めることができるものであれば良く、図示した形状以外のものに代替可能である。例えば、外周突起部２２ｂとしては、円柱側面の分割数を変更したものや、複数の円柱を集合させたものや、磁性針を林立させて集合させたものや、巻線部１５の外周の一部のみに設けられたもの等も利用できる。

なお、磁気結合係数を向上して充電効率の増大を図る観点からは、巻線部１５の通電時に発生する磁場に吸引されて磁性体部材２３が上方に移動したときに、中心突起部２２ａ及び外周突起部２２ｂの少なくとも一方が磁性体部材１４に接触するように、各突起部２２ａ，２２ｂの高さを設定することが好ましい。ただし、突起部２２が磁性体部材１４と接触しなくても磁気結合係数は向上するため、従来と比較して充電効率を向上させることができる。

また、非磁性体部材２１には、突起部２２ａ，２２ｂに対応する位置に複数の孔４１が加工されている。このように非磁性体部材２１に孔４１を設けると、図２及び図５に示すように、突起部２２ａ，２２ｂを孔４１に差し込んだ状態で凹部２４内に磁性体部材２３を保持することができる。これにより、磁性体部材２３が中心軸１７周りに回転することを非磁性体部材２１によって抑制できるとともに、非磁性体部材２１を、磁性体部材２３が上方へ移動する際の移動方向を規定するガイドとすることができる。

次に図１に戻って上記のように構成される本実施の形態に係る無線給電装置を用いた二次電池２への充電方法の手順について説明する。電動式移動体１の運転者は、アンテナ１２，１３を介して検知される送受信部８，６間の相対距離が所定の範囲内に収まるように、電動式移動体１を移動し、その位置決めを行う。これにより、送受信部８，６における１対の巻線部１５，１８が対向配置される。

次に、電動式移動体１の運転者の指示、又は予め送受信部８，６間の相対距離情報を基に設定されたソフトウェアの指示、又は運転者等の操作者から送信側制御部１１に直接入力された指示等に従い、送信側制御部１１から電源１０に対して通電開始指示が発せられる。これにより送信部８の巻線部１５に所定の周波数（例えば、１０ｋＨｚ）の交流電流が通電される。この時、巻線部１５が作る磁場により磁気吸引力が発生する。これにより、磁性体部材２３が巻線部１５側へ引寄せられ、磁性体部材２３は図２に示した位置から図３に示した位置へ移動して磁性体部材１４に接近する。なお、この状態には、磁性体部材２３を磁性体部材１４に接近させるための特別な駆動機構やこれを制御するための制御機構を必要とすることなく達成可能であり、特別な操作も不要である。

そして、受信部６側の巻線部１８と鎖交する送信部８側の巻線部１５の作る交番磁場による電磁誘導作用により、受信部６側の巻線部１８に誘導電流が流れ、電動式移動体１に搭載された整流器（図示せず）を経て二次電池２への充電が行われる。この時、磁気吸引力によって引き寄せられた磁性体部材２３の突起部２２（２２ａ，２２ｂ）が蓋２６の孔４６から突き出て、送信部６の磁性体部材１４に接近する。すなわち、突起部２２は、１対の巻線部１５，１８によって中心軸１７方向に形成される間隙内に磁気吸引力により移動する。これにより送受信部８，６の巻線部１５，１８が作る磁力線１６（図３参照）の殆どが磁気抵抗の低い磁性体部材１４、突起部２２及び磁性体部材２３を通過することになるので、送受信部８，６間の磁気結合係数が向上して、充電効率を向上させることができる。

二次電池２への充電が所定量行われると、受信部６側の制御部５がその状態を検知し、又は操作者による終了指示を受信部６側の制御部５が受ける。これにより、アンテナ１２，１３を介して送信部８の制御部１１に通電終了の指令が伝達され、制御部１１は電源１０に対して通電終了の信号を送信する（操作者による制御部１１への直接的な終了指示で電源１０による通電を終了しても良い）。これにより送信部６側の巻線部１５への通電が終了するため、巻線部１５と磁性体部材２３の間の磁気吸引力が無くなり、磁性体部材２３の自重により、磁性体部材２３は凹部２４内を下降して元の位置（図２で示した位置）へ戻る。これにより、突起部２２の上端は蓋２６の下方（凹部２４の内部）に移動する（図３参照）。すなわち、巻線部１５が非通電のときには、突起部２２は、１対の巻線部１５，１８で形成される間隙の外部に位置する。これにより、突起部２２が外部に突出して地面上の障害物になることは無い。

ここで、本発明による効果の理解を助けるために、図６，７を用いて本発明の比較例に係る無線給電装置について説明する。

図６は当該比較例に係る無線給電装置における送信部の主要部分の斜視図である。なお、受信部６０（図７参照）は、送信部８０と概ね同じ外観をしているため、ここでは説明は省略する。この図に示す送信部８０は、主に磁性体部材８４と巻線部８５から構成され、巻線部８５は電源へと繋がるケーブル８９に接続されている。

図７は給電中の送受信部８０，６０の断面と磁力線８６を示した図である。磁力線８６は、巻線部８５と巻線部８８の中心軸８７に沿った部分と、磁性体部材８９内の面方向に沿った部分と、巻線部８８周辺部から巻線部８５の周辺部へ向かう部分と、磁性体部材８４内の面方向に沿った部分に分けられる。しかし、図７から明らかなように、当該比較例に係る無線給電装置では、巻線部８５と巻線部８８の間に間隙９０が形成されてしまうので、磁気結合係数が低下して充電効率が低下してしまう。

これに対して、上記のように構成した本実施の形態によれば、磁性体部材２３に設けた突起部２２によって、１対の巻線部１５，１８間に形成される間隙の間隔を上記比較例よりも小さくすることができるので、充電効率を向上することができる。また、本実施の形態によれば、特段の駆動機構又は制御機構を設けることなく磁性体部材２３の位置を変えることができるので、磁気結合の高い送受信部８，６を構成することが可能となる。これにより、運転者の乗降とケーブル脱着操作が不要な無線給電という利便性を享受しつつ、新たな制御機構付き駆動機構を必要とせず、従来技術よりも高給電効率が実現可能となり、より短時間の充電が実現可能となる。

また、本実施の形態によれば、優れた給電効率により低コスト化を図ることもできる。即ち、本実施の形態によれば、従来技術よりも低い送電電流で、従来技術と同等の充電時間を達成できるため、巻線部１５，１８の導体として、従来技術よりも安価な細い導体が適用可能となる。また、電源１０として、従来よりも出力電力の低い安価なものが適用可能となる。また、磁気回路上に磁性体部材２３および突起部２２を配置することにより、送受信部８，６の作る磁力線の殆どを強磁性体内を通過させることが可能となり、周辺への漏洩磁場を低減することが可能となる。

さらに、本実施の形態に係る無線給電装置を用いれば、突起部２２により閉磁気回路を形成できるので、充電時以外の時間帯は送受信部８，６間の距離を大きくできる。これにより受信部６が路面障害物と衝突する懸念や、送信部８が路面移動体と衝突する懸念を低減できる。

次に本発明に係る他の実施の形態について説明する。図８は本発明の第２の実施の形態に係る受信部６Ａ及び送信部８Ａの周辺の拡大図である。本実施の形態に係る無線給電装置の全体構成は、図１に示したものと同じため、構成の異なる領域２０の拡大図のみを示した。図８は送信部８Ａの巻線部１５に通電した状態（充電中）を示し、磁性体部材１４Ａはばね３０の復元力（引っ張り力）に抗して巻線部１５に向かって吸引されている。

この図に示すように、本実施の形態に係る無線給電装置は、送信部８Ａと、受信部６Ａを備えている。送信部８Ａは、略平板状の磁性体部材２３Ａを備えており、磁性体部材２３Ａの上面には樹脂等の接着剤等で巻線部１５が接着されている。送信部８Ａを構成する各部材は凹部２４内に格納されている。磁性体部材２３Ａは固定金具２５を介して凹部２４の壁面に固定されている。凹部２４は蓋２６で覆われている。必要であれば、磁性体部材２３Ａと巻線部１５は非磁性体部材（図示せず）に固定しても本発明の効果を得ることができる。なお、その場合には、当該非磁性部材を固定金具２５を利用して凹部２４の壁面に固定することが好ましい。

受信部６Ａは、巻線部１８と、樹脂等の接着剤等で巻線部１８が下面に接着された非磁性体部材２１Ａと、巻線部１８又は巻線部１５とは別個に、中心軸１７の方向に進退可能に保持された磁性体部材１４Ａを備えている。磁性体部材１４Ａは、第１の実施の形態の磁性体部材２３と同様に突起部２２を有しており、当該突起部２２は非磁性体部材２１Ａに加工された孔４１Ａに差し込んだ状態で保持されている。

非磁性体部材２１Ａは、支持金具２１によって電動式移動体１の底面に固定されている。磁性体部材１４Ａは、電動式移動体１内に設けられた凹部２９に格納されており、凹部２９の上面に取り付けられたばね３０を介して支持されている。ばね（付勢手段）３０は、磁性体部材２３Ａに向かって進退可能に保持された磁性体部材１４Ａを、磁性体部材２３Ａから離れる方向（すなわち、上方）に付勢している。これにより、送信部８Ａの巻線部１５に通電しない状態（非充電状態）では、磁性体部材１４Ａはばね３０の復元力（引っ張り力）によって、突起部２２が電動式移動体１の走行の邪魔にならない程度の位置で凹部２９内に保持されている。なお、磁性体部材１４Ａの付勢手段としては、図８に示したばね３０以外の弾性体を利用しても良い。

本実施の形態における充電手順は第１の実施の形態と概ね同じであるため、以下では異なる部分のみを説明する。上記のように構成された本実施の形態において、巻線部１５に通電されると、電磁誘導作用により巻線部１８に誘導電流が流れる。そして巻線部１８が作る磁場により磁気吸引力が発生し、磁性体部材１４Ａを巻線部１８側へ引寄せ、突起部２２の下端が送信部８（蓋２６）に接近することになる。これにより、送受信部８、６の巻線部１５、１８が作る磁力線１６の殆どが、磁気抵抗の低い磁性体部材１４Ａ、突起部２２及び磁性体部材２３Ａを通過することになるため、送受信部８，６間の磁力結合係数を向上させることができる。一方、充電が終了し巻線部１８の通電が無くなると、磁性体部材１４Ａに働いていた磁気吸引力が消失し、ばね３０の復元力により磁性体部材１４Ａは充電前の位置に戻る。

したがって、本実施の形態によっても、第１の実施の形態と同様の効果を発揮することができる。特に、本実施の形態のようにばね３０で磁性体部材１４Ａを支持すると、充電終了後は磁性体部材１４Ａを確実に充電前の位置（初期位置）に戻すことができる。そのため、第１の実施の形態と比較すれば、突起部２２が障害物として路面などに残存する可能性を低減できるという点がメリットとなる。

なお、本実施の形態では、受信部６Ａ側の磁性体部材１４Ａをばね３０を利用して軸１７方向に進退可能に保持した場合について説明したが、送信部側の磁性体部材を進退可能に保持しても良い。また、第１の実施の形態と第２の実施の形態を組み合わせたもの、すなわち、送信部及び受信部の双方における磁性体部材を軸方向１７に進退可能に保持した構成としても良い。また、その場合、第２の実施の形態で開示したばね３０により支持した磁性体部材１４Ａと同じ様に、送信部側の強磁性体部材２３を凹部２４内でばねを用いて支持しても良い。

図９は本発明の第３の実施の形態に係る受信部６及び送信部８Ｂの周辺の拡大図である。本実施の形態に係る無線給電装置の全体構成は、図１に示したものと同じため、構成の異なる領域２０の拡大図のみを示した。図９は送信部８Ｂの巻線部１５に通電した状態（充電中）を示し、磁性体部材２３が巻線部１５，３１に向かって吸引されている。

本実施の形態は、送信部８Ｂにおける非磁性体部材２１の下面と磁性体部材２３の上面の間に位置するように第３の巻線部３１を設け、１次コイルを２つにした点で第１の実施の形態と異なる。巻線部３１は、巻線部１５と直列に、かつ中心軸１７回りに同じ向きに電流が流れるように結線されている。また、巻線部３１は、磁性体部材２３の上面に樹脂等の接着剤又は固定具（図示せず）によって接着されており、巻線部３１の中空部には突起部２２ａが挿入されている。すなわち、巻線部３１は、中心軸１７の方向において磁性体部材２３とともに進退可能に保持されており、１対の巻線部１５，１８に対して中心軸方向１７に相対移動可能になっている。なお、磁気吸引力の低減を抑制する観点からは、本実施の形態のように巻線部１５と巻線部３１の間に非磁性体部材を挿入することが好ましい。また、巻線部３１の材質としては、他の巻線部１５，１８と同じくリッツ線が好適である。

本実施の形態における充電手順は第１の実施の形態と概ね同じであるため、以下では異なる部分のみを説明する。上記のように構成された本実施の形態において、巻線部１５に通電されると、これと同時に巻線部３１にも通電される。この時、巻線部１５と巻線部３１には互いにローレンツ力による吸引力が作用する。また、巻線部１５の作る磁場により磁性体部材２３にも磁気吸引力が作用する。この２種類の吸引力により、巻線部３１及び磁性体部材２３は巻線部１５側へ引寄せられ、突起部２２の上端部が受信部６に接近することになる。これにより、送受信部８Ｂ，６の巻線部１５，１８，３１が作る磁力線の殆どが、磁気抵抗の低い磁性体部材１４、突起部２２および磁性体部材２３を通過することになるため、送受信部８Ｂ，６間の結合係数を向上させることができる。一方、充電が終了し巻線部１５，３１の通電が無くなると、磁性体部材２３に働いていた磁気吸引力が消失し、その自重により磁性体部材２３は充電前の位置に戻る。

特に、本実施の形態によれば、送信部８Ｂに２つの巻線部１５，３１を設けたので、第１の実施の形態と比較して磁気吸引力によって受信部６側に引き寄せる対象の重量が相対的に重くなるものの（すなわち、単純に比較すれば、巻線部３１の分だけ重くなる）、発生する磁気吸引力の大きさを相対的に大きくすることができるので、条件によっては第１又は第２の実施の形態よりも充電効率を向上させることができる。また、第１の実施の形態と同様の効果も発揮することができる。

なお、本実施の形態では、１対の巻線部１５，１８と送信部８Ｂ側の磁性体部材２３との間に巻線部３１を設ける場合について説明したが、これに代えて１対の巻線部１５，１８と受信部６側の磁性体部材１４との間（すなわち、巻線部１８と磁性体部材１４の間）に巻線部３１を設けても良い。

ところで、上記の各実施の形態では、簡易な構成で構成可能である点と、充電時の電動式移動体１の位置決めが容易である点等を優先させる観点から、１対の巻線部１５，１８を軸１７方向から挟むように配置された１対の磁性体部材１４，２３の一方（磁性体部材２３）に突起部２２を設けるとともに、当該一方の磁性体部材２３を軸１７方向に進退可能に保持する場合について説明した。しかし、第２の実施の形態についての説明の最後で触れたように、１対の磁性体部材１４，２３の両方に突起部２２を設けるとともに、当該１対の磁性体部材１４，２３の両方を進退可能に保持しても、本発明はその効果を発揮することができる。

また、充電効率を向上する観点からは、１対の磁性体部材１４，２３のうち進退可能に保持されたものが１対の巻線部１５，１８のうち近い方と対向する面の面積は、当該１対の巻線部１５，１８のうち近い方の直径を有する円の面積よりも大きくすることが好ましい。これは、磁性体部材の面積を大きくすると、巻線部が発生する磁気吸引力から受ける影響を大きくすることができるので、相対的に大きな突起部２２を形成し易くなり、充電効率を向上できる可能性が高くなるからである。本実施の形態では、この観点に基づいて、磁性体部材２３を略板状に形成し、当該板の大きさを巻線部１５よりも大きくしている。すなわち、巻線部１５の直径を有する円の全体を磁性体部材２３上に投影可能になっている。

１…電動式移動体、２…二次電池、５…受信部側制御部、６…受信部（受電部）、７…地面、８…送信部（給電部）、９…ケーブル、１０…電源、１１…送信部側制御部、１２，１３…アンテナ、１４…磁性体部材（受信部側）、１５…巻線部（１次コイル）、１６…磁力線、１７…中心軸、１８…巻線部（２次コイル）、１９…固定金具、２１…非磁性体部材、２２…突起部、２３…磁性体部材（送信部側）、２３ａ…本体部（磁性体部材）、２４…凹部、２５…固定金具、２６…蓋、２７…固定金具、２９…凹部、３０…ばね、３１…巻線部（１次コイル）、４１…孔、４６…孔

Claims

電線を巻き回して形成された第１巻線部と、
電線を巻き回して形成され、前記第１巻線部の軸方向において前記第１巻線部と間隔を介して配置される第２巻線部と、
前記第１巻線部及び前記第２巻線部を前記軸方向から挟むように配置される１対の磁性体部材とを備え、
前記１対の磁性体部材のうち少なくとも一方の磁性体部材は、前記軸方向において対向する他方の磁性体部材に向かって突出した突起部を備え、
前記１対の磁性体部材のうち少なくとも一方の磁性体部材は、前記軸方向において対向する他方の磁性体部材に向かって、前記第１巻線部又は前記第２巻線部とは別個に、進退可能に保持されており、
前記第１巻線部及び前記第２巻線部と前記１対の磁性体部材における一方の磁性体部材との間に設置された第３巻線部をさらに備え、
当該１対の磁性体部材における一方の磁性体部材は、前記突起部を備え、前記軸方向において対向する他方の磁性体部材に向かって、前記第１巻線部又は前記第２巻線部とは別個に、進退可能に保持されており、
前記第３巻線部は、前記第１巻線部及び前記第２巻線部に対して前記軸方向に相対移動可能に保持されていることを特徴とする無線給電装置。
電線を巻き回して形成された第１巻線部と、
電線を巻き回して形成され、前記第１巻線部の軸方向において前記第１巻線部と間隔を介して配置される第２巻線部と、
前記第１巻線部及び前記第２巻線部を前記軸方向から挟むように配置される１対の磁性体部材とを備え、
前記１対の磁性体部材のうち少なくとも一方の磁性体部材は、前記軸方向において対向する他方の磁性体部材に向かって突出した突起部を備え、
前記１対の磁性体部材のうち少なくとも一方の磁性体部材は、前記軸方向において対向する他方の磁性体部材に向かって、前記第１巻線部又は前記第２巻線部とは別個に、進退可能に保持されており、
前記突起部は、前記第１巻線部及び前記第２巻線部のうち一方が通電されたときに発生する吸引力により、前記第１巻線部及び前記第２巻線部によって前記軸方向に形成される間隙内に移動し、当該一方の巻線部が非通電のときに当該間隙の外部に位置することを特徴とする無線給電装置。
請求項１又は２に記載の無線給電装置において、
前記１対の磁性体部材のうち一方の磁性体部材のみが、前記突起部を備え、かつ他方の磁性体部材に向かって、前記第１巻線部又は前記第２巻線部とは別個に、進退可能に保持されていることを特徴とする無線給電装置。
請求項１から３のいずれかに記載の無線給電装置において、
前記１対の磁性体部材のうち対向する他方の磁性体部材に向かって、前記第１巻線部又は前記第２巻線部とは別個に、進退可能に保持されたものが前記第１巻線部及び前記第２巻線部のうち近い方と対向する面の面積は、当該第１巻線部及び第２巻線部のうち近い方の直径を有する円の面積よりも大きいことを特徴とする無線給電装置。
請求項１から４のいずれかに記載の無線給電装置において、
前記１対の磁性体部材のうち他方の磁性体部材に向かって、前記第１巻線部又は前記第２巻線部とは別個に、進退可能に保持されたものを、当該他方の磁性体部材から離れる方向に付勢する付勢手段をさらに備えることを特徴とする無線給電装置。
請求項１から５のいずれかに記載の無線給電装置において、
前記１対の磁性体部材のうち他方の磁性体部材に向かって、前記第１巻線部又は前記第２巻線部とは別個に、進退可能に保持されたものは、前記第１巻線部及び前記第２巻線部のうち一方が通電されたときに発生する吸引力により、前記対向する他方の磁性体部材に接近することを特徴とする無線給電装置。
請求項１から６のいずれかに記載の無線給電装置において、
前記１対の磁性体部材のうち、前記軸方向において対向する他方の磁性体部材に向かって、前記第１巻線部又は前記第２巻線部とは別個に、進退可能に保持されたものは一方の磁性体部材のみであり、
当該進退可能に保持された磁性体部材には、前記第１巻線部及び前記第２巻線部のうち近い巻線部の中空部を通過するように設けられた中心突起部と、当該近い巻線部の外周部を通過するように設けられた外周突起部とが、前記突起部として設けられており、
前記軸方向において、前記進退可能に保持された磁性体部材と、前記近い巻線部との間に固定された非磁性体部材をさらに備え、
当該非磁性体部材は、前記中心突起部と前記外周突起部に対応する位置に設けられた孔を備え、当該孔には、前記中心突起部と前記外周突起部が差し込まれていることを特徴とする無線給電装置。