JP6574285B1

JP6574285B1 - 蓄電デバイス

Info

Publication number: JP6574285B1
Application number: JP2018082372A
Authority: JP
Inventors: 圭介山本
Original assignee: Central Japan Railway Co
Current assignee: Central Japan Railway Co
Priority date: 2018-04-23
Filing date: 2018-04-23
Publication date: 2019-09-11
Anticipated expiration: 2038-04-23
Also published as: JP2019188957A

Abstract

【課題】電線の間に配置した場合であっても、接続された電線の電流の経路から拡散して電流が流れることのない蓄電デバイスを提供する。【解決手段】同一の軸線に沿って延びる２本の電線５０Ｌ、５１Ｌの向かい合う端部の間に配置される蓄電デバイス１であって、前記一方の電線５０Ｌの端部が接続される第１の接続部１０と、前記他方の電線５１Ｌの端部が接続される第２の接続部１１と、前記第１の接続部１０と前記第２の接続部１１の間に延びる棒状の蓄電部３とを少なくとも備えており、前記蓄電部３は、前記蓄電部３を流れる電流の方向の長さが、前記電流の方向と直交する方向の長さよりも長いことを特徴とする蓄電デバイス。【選択図】図１

Description

本発明は、電線を用いて構成された電気回路、特に非接触給電装置の送電回路などに用いて好適な蓄電デバイスに関する。

近年、電気自動車などの移動車両に、機械的な接触なく電力を供給する非接触給電装置の開発、実用化が行われている。この非接触給電装置では、電力を供給する送電コイルを備えた送電回路と、供給された電力を受電する受電コイルを備えた受電回路から主に構成されている。非接触給電装置では、送電コイルと受電コイルとの電磁誘導の相互誘電作用に基づいて給電が行われる。即ち、送電コイルに電流が流れて発生した磁界により受電コイルに電流が誘起されて給電が行われる。

非接触給電装置の送電回路は、高周波数の交流を発生させる電源と、送電コイルから主に構成されている。送電コイルには、回路の共振調整等のために、送電コイルのリアクタンス及び電源周波数等に応じた静電容量のコンデンサ（キャパシタ）が設けられている。このコンデンサは、送電コイルを構成する電線の途中に設けられるため、その配線設備が複雑になるとともに、配線のための大きなスペースが必要となるという問題がある。

その様な問題を解決するために、送電コイルを構成する電線を支持する支持部材の内部にコンデンサを形成し、コンデンサの両端を電線に接続する技術が提案されている。この様にすることで、電線を支持部材に配線するだけの作業で、送電コイルにコンデンサを設けることができる（特許文献１参照。）。

特開平１１−２２５４０１号公報

上述の特許文献１に記載された技術では、支持部材の内部に形成されたコンデンサが、電線に流れる電流の方向と直交する方向に延びている。このため、コンデンサを流れる電流が、電線に流れる電流の方向とは異なる方向に広がり、コンデンサが設けられた部分で給電効率が低下してしまうという問題がある。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、その設置が容易で、電線の間に接続しても、電線を流れる電流の方向と異なる方向に電流が広がることがなく、給電効率のよい非接触給電装置の送電コイルを構成することが可能な蓄電デバイスを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明の蓄電デバイスは、同一の軸線に沿って延びる２本の電線の向かい合う端部の間に配置される蓄電デバイスであって、一方の電線の端部が接続される第１の接続部と、他方の電線の端部が接続される第２の接続部と、前記第１の接続部と前記第２の接続部の間に延びる棒状の蓄電部とを少なくとも備えており、前記蓄電部は、前記蓄電部を流れる電流の方向の長さが、前記電流の方向と直交する方向の長さよりも長いことを特徴とする。

上記発明において、前記蓄電部の断面の中心を通る中心軸線が、前記中心軸線が延びる側から見たときに、前記電線の断面の内側にある様に前記蓄電部が配置されていることを特徴とすることが好ましい。

上記発明において、前記蓄電部の、前記電流の方向と直交する面における断面の所定方向の長さは、前記電線に流れる電流の方向と直交する面における前記電線の断面の直径と略同一であることを特徴とすることが好ましい。

上記発明において、前記蓄電部の断面は矩形であることを特徴とすることが好ましい。
更に上記発明において、前記蓄電部の断面は円形であることを特徴とすることが好ましい。

本発明の蓄電デバイスによれば、電線が接続される接続部の間に、蓄電部が備えられているため、接続部に電線を接続するだけの作業で電線の間に蓄電デバイスを設けることができる。また、蓄電部は、電流が流れる方向に長い棒状の形状をしているため、蓄電デバイスを流れる電流が、接続された電線に流れる電流の方向と異なる方向に広がって流れることを防ぐことができ、給電効率のよい送電コイルを構成することができるという効果を奏する。

図１（ａ）は、本発明に係る蓄電デバイスを用いた送電コイルの一実施形態を示す正面図である。図１（ｂ）は、本発明に係る蓄電デバイスを用いた送電コイルの他の例を示す正面図である。本発明に係る蓄電デバイスの一例を示す正面図である。本発明に係る蓄電デバイスの一例を示す側面図である。図４（ａ）は、本発明に係る蓄電デバイスの蓄電部を説明する概略図である。図４（ｂ）は、本発明に係る蓄電デバイスの蓄電部と電線の位置関係を説明する概略図である。図５（ａ）は、本発明に係る蓄電デバイスを用いた送電コイルと受電コイルの一状態における作用を説明する図である。図５（ｂ）は、本発明に係る蓄電デバイスを用いた送電コイルと受電コイルの他の状態における作用を説明する図である。図６（ａ）は、従来の蓄電デバイスを用いた送電コイルの一例を示す図である。図６（ｂ）は、従来の蓄電デバイスを用いた送電コイルの他の例を示す図である。

この発明の一実施形態に係る蓄電デバイス１について、図１から図５を参照しながら説明する。本実施形態では、本発明に係る蓄電デバイスが、屋外を走行する電動の移動車両に電力を供給する非接触給電装置の送電回路に用いられる例に適用して以降の説明を行う。なお、以降の説明に於いて、上下、左右、前後の方向は特に断りのない限り図中に記載の方向とする。

本実施形態に係る送電回路１００は、送電コイル２００と高周波交流電源である電源３００から主に構成されている。この送電回路１００は、送電コイル２００と図示されていない移動車両に設けられた受電コイル５００との電磁誘導の相互誘電作用に基づいて、移動車両に電力を供給するものである。送電コイル２００は、給電に必要な磁界を発生するコイルであり、その左右方向の幅がＷ_１で、同一平面内で前後方向（以降において「移動車両の進行方向」とも記載する。）に長い平面コイルである。送電コイル２００の両端は、それぞれ電源３００に接続されている。

本実施形態では、この送電コイル２００が、電線５０Ｌ〜５３Ｌ、電線５０Ｒ〜５３Ｒ、及び電線５４と、蓄電デバイス１Ａ〜１Ｈから構成されている例に適用して以降の説明を行う。なお、蓄電デバイス１Ａ〜１Ｈは同一のデバイスである。以降の説明において蓄電デバイス１Ａ〜１Ｈを総称して「蓄電デバイス１」とも記載する。

電線５０Ｌ〜５３Ｌは、それぞれの端部が互いに向かい合う様にして、前後方向に向かって直線状に配置されている。電線５０Ｒ〜５３Ｒも同様に、前後方向に向かって直線状に配置されている。また、電線５０Ｌ〜５３Ｌと電線５０Ｒ〜５３Ｒは、向かい合う電線が幅Ｗ_１の間隔で、それぞれ平行となるように配置されている。

電線５０Ｌと電線５１Ｌの間には、蓄電デバイス１Ａがその長手方向が、電線５０Ｌ及び電線５１Ｌが延びる方向と同じになるように配置されている。蓄電デバイス１Ａの両側の端部は、電線５０Ｌ及び電線５１Ｌの向かい合う側の端部と電気的に接続されている。電線５１Ｌと電線５２Ｌの間、電線５２Ｌと電線５３Ｌの間にも、それぞれ蓄電デバイス１Ｂ〜１Ｃが同様に配置され、蓄電デバイス１Ｂ〜１Ｃの両側の端部が、それぞれの電線の端部と電気的に接続されている。電線５０Ｒ〜電線５３Ｒの間にも、蓄電デバイス１Ｅ〜１Ｇが同様に配置され、蓄電デバイス１Ｅ〜１Ｇの両側の端部が、それぞれの電線の端部と電気的に接続されている。

電線５３Ｌの前側の端部には、蓄電デバイス１Ｄの一方の端部が電気的に接続されている。同様に、電線５３Ｒの前側の端部には、蓄電デバイス１Ｈの一方の端部が電気的に接続されている。また、蓄電デバイス１Ｄの前側の端部と、蓄電デバイス１Ｈの前側の端部の間は、略Ｕ字状に曲げられた電線５４が電気的に接続されている。また、電線５０Ｌ、５０Ｒの蓄電デバイス１Ａ及び蓄電デバイス１Ｅとは反対側の後側の端部は、電源３００にそれぞれ接続されている。

この様に送電コイル２００は、電線５０Ｌ〜５３Ｌ、電線５０Ｒ〜５３Ｒ、及び電線５４と、蓄電デバイス１Ａ〜１Ｈが直列に接続され、移動車両の進行方向に長く延びたループ状の平面コイルに形成されている（図１（ａ）参照）。なお、使用される電線の数、及び蓄電デバイス１の数は、上記に限定される訳ではなく、用途によって任意の数に変更可能することが可能である（図１（ｂ）参照。）。

送電コイル２００は、路面８０から所定の距離離れた一定の高さで支持されている。図３を参照して電線５０Ｌ、５１Ｌ及び蓄電デバイス１Ａを例に説明すると、電線５０Ｌ及び電線５１Ｌは、図示されていない保持具等によって、路面８０から所定の高さｈの位置に支持されている。また、蓄電デバイス１Ａも同様に、図示されていない支持部材によって、路面８０から所定の高さｈの位置に支持されている。電線５２Ｌ〜５３Ｌ及び電線５０Ｒ〜５３Ｒも同様に、図示されていない保持具等によって、路面８０から所定の高さｈの位置に支持されている。また、蓄電デバイス１Ｂ〜１Ｈも同様に蓄電デバイス１Ａと略同一の高さで支持されている。

＜蓄電デバイスの構成の説明＞
次に、主に図２〜図４を参照し、蓄電デバイス１について説明を行う。前述の様に、蓄電デバイス１Ａ〜１Ｈは同一のデバイスであるため、以降は蓄電デバイス１Ａを例に説明を行い、蓄電デバイス１Ｂ〜１Ｈの説明は省略する。なお、以降の説明において、電線５０Ｌ〜５３Ｌ、電線５０Ｒ〜５３Ｒ、及び電線５４はいずれも同一の線材からなるものであり、その直径（断面の径）は、同一の大きさであるものとする。

本実施形態に係る蓄電デバイス１Ａは、接続部１０及び接続部１１と、直方体の外装２から主に構成されている。接続部１０、１１は、蓄電デバイス１Ａの両側に配置される電線の端部に、電気的に接続される部分である。接続部１０は、外装２の後側の側面２１に設けられており、接続部１１は、側面２１と向かい合う前側の側面２２に設けられている。接続部１０、１１には、それぞれ電線の端部に設けられた公知の接続端子に対応した図示されていない接続端子が設けられており、電線側の接続端子と係合させることで蓄電デバイス１Ａをそれぞれの電線に電気的に接続して固定することができるようになっている。

外装２は、前後方向に長い略直方体のカバーであり、詳細は後述する蓄電部３を覆い保護するものである。外装２は、蓄電デバイス１Ａを屋外に設置しても、雨や埃や紫外線といった設置環境における外的要因から内部の素子を保護することが可能な公知の部材からできている。外装２の接続部１０側、及び接続部１１側のそれぞれの側の左右には、固定部２５が設けられている。この固定部２５は、支持部材８５に蓄電デバイス１を固定する際に使用される固定具である。なお、外装２は、電線５０Ｌ、５１Ｌを移動車両の軌道内に設置する際に必要となる設置空間の内側で設置可能な大きさとなっている。具体的に説明すると、少なくとも外装２の幅（左右方向の寸法）及び厚さ（上下方向の寸法）は、電線５０Ｌ、５１Ｌを設置する際に必要となる設置空間の、左右方向の幅、及び高さ方向の寸法の範囲内となっている。

外装２の内側には、蓄電デバイス１Ａを流れる電流の方向でもある、接続部１０から接続部１１に向かう方向、あるいは接続部１１から接続部１０に向かう方向に長い、図示されていない棒状の形状の蓄電部３が設けられている。ここで棒状の形状とは、一方の方向に向かって伸びる柱状の形状であって、その形状が伸びる方向の長さが、当該伸びる方向と直交する断面の任意の方向の長さよりも長いものをいう。本実施形態では、蓄電部３が、その断面が矩形の直方体形状をしている例に適用して以降の説明を行う。なお、蓄電部３の形状は直方体に限定される訳ではなく、例えば断面が円や楕円、あるいはその他の多角形の棒状の形状であってもよく、あるいは断面がその他の形状の棒状の形状であってもよい。

この蓄電部３は、図４（ａ）に示すように、一方の端部３１が接続部１０側を向き、他方の端部３２が接続部１１側を向く様にして接続部１０と接続部１１の間に配置されている。

蓄電部３は、電荷を放電自在に蓄電可能な所定の静電容量を有した図示されていない公知の電気素子と、それらを電気的に接続する図示されていない導電部から主に構成されている。本実施形態では、蓄電部３が所定の静電容量を有した公知のコンデンサ素子（キャパシタ素子）とコンデンサ素子を電気的に接続する公知の導電部材から構成されている例に適用して以降の説明を行う。なお、蓄電部３を構成する電気素子は、電荷を放電自在に蓄電可能な所定の静電容量を有したものであれば、他の公知の蓄電素子であってもよい。

蓄電部３はコンデンサ（キャパシタ）の両極である図示されていない２つの端子を備えている。この端子の一方は、導電体１２によって接続部１０に電気的に接続され、他方の端子は、導電体１３によって接続部１１に電的に接続されている。なお、図４（ａ）は説明のための概略図であり、蓄電部３、接続部１０、１１、及び導電体１２、１３の形状は、図４（ａ）に示す形状に限定される訳ではなく蓄電部３を構成する電気素子に応じた任意の形状にすることが可能である。

蓄電部３は、所定の静電容量を有しているため、接続部１０と接続部１１の間に電圧が加えられた場合には、充放電が行われて、加えられた電圧の大きさ、周波数、及び接続されている他の電気素子の特性などに応じた電流が、接続部１０から接続部１１に向かう方向、あるいは接続部１１から接続部１０に向かう方向に流れる。ここで、蓄電部３を流れる電流の方向とは、蓄電部３を巨視的に見たときに、換言すれば蓄電部３の全体を観察したときに現れる蓄電部３を流れる電流全体の方向のことをいう。同様に、蓄電デバイス１に流れる電流の方向とは、蓄電デバイス１を巨視的に見たときに、換言すれば蓄電デバイス１の全体を観察したときに現れる蓄電デバイス１を流れる電流全体の方向のことをいう。

蓄電部３の接続部１０から接続部１１に向かう方向の長さ、即ち、蓄電部３に流れる電流の方向の寸法は、接続部１０から接続部１１に向かう方向と直交する蓄電部３の断面の任意の方向の寸法よりも長くなっている。換言すれば、蓄電部３の端部３１と端部３２の間の距離は、端部３１と端部３２のそれぞれの中心を通る蓄電部３の中心軸線３５に直交する矩形の断面の対角線の寸法よりも長くなっている。なお、蓄電部３の接続部１０から接続部１１に向かう方向と直交する方向の寸法は、蓄電部３に流れる電流によって受電コイル５００に誘導される電力の給電効率に大きな影響を及ぼさない長さであることが好ましい。図４（ａ）を参照して具体的に説明すると、蓄電部３の上下方向及び左右方向の寸法は、蓄電デバイス１Ａに流れる電流によって受電コイル５００に誘導される電力が、電線５０Ｒ及び電線５０Ｌを流れる電流によって受電コイル５００に誘導される電力と略同一となるような長さであることが好ましい。換言すれば、蓄電部３の上下方向及び左右方向の寸法が、移動車両に電力を供給するにあたり問題となる程の電力の給電効率の変化が生じない、あるいは先行技術文献に記載の技術を用いた際に生じる程の電力の給電効率の変化が生じない程度の長さであることが好ましい。更に蓄電部３の上下方向及び左右方向の寸法は、電線５０Ｒ、５０Ｌの直径と略同一であることが好ましい。より具体的には、蓄電部３の上下方向及び左右方向の寸法は、電線５０Ｒ、５０Ｌの直径の約２倍程度の長さであることがより好ましく、更に電線５０Ｒ、５０Ｌの直径と同一であることがより好ましい。また、蓄電部３の矩形の断面の対角線の寸法が、電線５０Ｒ、５０Ｌの直径と略同一であってもよい。なお、蓄電部３の断面が円形である場合には、当該断面の直径が電線５０Ｒ、５０Ｌの直径の約２倍程度の長さであることがより好ましく、更に電線５０Ｒ、５０Ｌの直径と同一であることがより好ましい。また、蓄電部３の断面が多角形の場合には、当該多角形の最も長い対角線、あるいは多角形の向かい合う辺の間の距離の最も長い距離が、電線５０Ｒ、５０Ｌの直径の約２倍程度の長さであることがより好ましく、更に電線５０Ｒ、５０Ｌの直径と同一であることがより好ましい。

本実施形態では、蓄電部３の上下方向、及び左右方向の長さが等しく、それぞれ電線５０Ｌ、５１Ｌの直径の２倍の長さである例に適用して以降の説明を行う。
蓄電部３は、接続部１０及び接続部１１が電線にそれぞれ接続された際に、蓄電部３の伸びる方向に直交する任意の断面の中心を通る軸線である中心軸線が、蓄電デバイス１Ａに接続された電線の断面を通る位置となるように外装２に固定されている。図４（ｂ）を参照して具体的に説明すると、蓄電部３の中心軸線３５Ａが延びる方向から見たときに、中心軸線３５Ａが蓄電デバイス１Ａに接続された電線５０Ｌ、５１Ｌの断面の内側にあるように、蓄電部３は配置されている（図４（ｂ）参照。）。図４（ｂ）において、説明のために接続部１０、１１、及び導電体１２、１３は省略されている。

なお、蓄電部３、接続部１０及び接続部１１は、好ましくは蓄電部３の中心軸線３５Ａが、接続されたいずれかの電線の中心軸線と一致していることが好ましい。換言すれば、蓄電部３は、その３の中心軸線３５Ａが、電線５０Ｌ断面の中心を通る軸線である中心軸線６０Ｌ、又は電線５１Ｌの中心軸線６１Ｌの少なくとも一方と一致するように配置されていることが好ましい。更には、蓄電部３は、その中心軸線３５Ａが、中心軸線６０Ｌ及び中心軸線６１Ｌと一致するように配置されていることがより好ましい。本実施形態では、蓄電部３の中心軸線３５Ａが、蓄電デバイス１Ａに接続された電線５０Ｌ及び電線５１Ｌの中心軸線６０Ｌ、６１Ｌと一致している場合に適用して以降の説明を行う。なお、移動車両に電力を供給するにあたり問題となる程の電力の給電効率の変化が生じないのであれば、中心軸線３５Ａが電線５０Ｌ及び電線５０Ｒの断面の外側にあっても構わない。

＜蓄電デバイスの作用の説明＞
続いて、図１（ａ）を主に参照し、蓄電デバイス１、及び蓄電デバイス１を用いた送電コイル２００の作用について説明を行う。なお、蓄電デバイス１Ａ〜１Ｈはそれぞれ、送電コイル２００のリアクタンス、及び電源３００の電源周波数等に応じた所定の静電容量を有している例に適用して以降の説明を行う。

はじめに、電源３００から電流Ｉ_１が蓄電デバイス１Ａに向かって流れる場合、即ち電流Ｉ_１が、送電コイル２００を図１（ａ）に向かって時計回りに流れる場合について説明を行う。電源３００から蓄電デバイス１Ａに向かって電流Ｉ_１が流れると、電流Ｉ_１は、電線５０Ｌ、蓄電デバイス１Ａ、電線５１Ｌ、蓄電デバイス１Ｂ、電線５２Ｌ、蓄電デバイス１Ｃ、電線５３Ｌ、蓄電デバイス１Ｄの順番で流れる。さらに、電流Ｉ_１は、電線５４を流れて、電源３００に向かう方向で、蓄電デバイス１Ｈ、電線５３Ｒ、蓄電デバイス１Ｇ、電線５２Ｒ、蓄電デバイス１Ｆ、電線５１Ｒ、蓄電デバイス１Ｅ、電線５０Ｒの順番で流れて電源３００に戻る。なお、蓄電デバイス１Ａ〜１Ｈのそれぞれの蓄電部３は、その中心軸線が、接続された電線の中心軸線と一致する様に配置されており、蓄電部３の上下方向、及び左右方向の寸法は、電線５０Ｌ〜５３Ｌ、５０Ｒ〜５３Ｒ、５４の直径と略同一である。このため電流Ｉ_１は、電線５０Ｌ〜５３Ｌ、５０Ｒ〜５３Ｒ、５４を流れる電流の経路から大きく離れることなく蓄電デバイス１Ａ〜１Ｈを流れる。この様に電流Ｉ_１が送電コイル２００に流れると、送電コイル２００の内側に、図１（ａ）の紙面の表面から裏面に向かう方向の磁界が発生する。

次に、電源３００から電流Ｉ_２が蓄電デバイス１Ｅに向かって流れる場合、即ち電流Ｉ_２が、送電コイル２００を図１（ａ）に向かって反時計回りに流れる場合について説明を行う。電源３００から蓄電デバイス１Ｅに向かって流れた電流Ｉ_２は、電線５０Ｒ、蓄電デバイス１Ｅ、電線５１Ｒ、蓄電デバイス１Ｆ、電線５２Ｒ、蓄電デバイス１Ｇ、電線５３Ｒ、蓄電デバイス１Ｈの順番で流れる。さらに電流Ｉ_２は、電線５４を流れ、電源３００に向かう方向で、蓄電デバイス１Ｄ、電線５３Ｌ、蓄電デバイス１Ｃ、電線５２Ｌ、蓄電デバイス１Ｂ、電線５１Ｌ、蓄電デバイス１Ａ、電線５０Ｌの順番で流れ、電源３００に戻る。電流Ｉ_２は、電流Ｉ_１と同様に、電線５０Ｌ〜５３Ｌ、５０Ｒ〜５３Ｒ、５４を流れる電流の経路とは異なる方向に広がることなく蓄電デバイス１Ａ〜１Ｈを流れる。この時、送電コイル２００の内側には、図１（ａ）の紙面の裏面から表面に向かう方向の磁界が発生する。このようによって発生した磁界によって、移動車両の駆動部に電力を供給する図示されていない受電回路の受電コイル５００に電流が誘導され、電力が供給される。

ここで、図５（ａ）及び図５（ｂ）を参照して、蓄電デバイス１の配置位置が、受電コイル５００に誘導する電力の給電効率に及ぼす影響について説明する。受電コイル５００は、移動車両に搭載されるコイルで、電線などの導電性の部材が平面上にループ状に配置された平面コイルである。本実施形態では、受電コイル５００の左右方向の幅ｄｒが、送電コイル２００の幅Ｗ_１（以降において送電コイル２００の左右方向の幅を「ｄｆ」とも記載する。）よりも狭く形成されている例に適用して以降の説明を行う。

なお以降の説明では、蓄電デバイス１Ａ及び蓄電デバイス１Ｅの上方に、受電コイル５００が位置している場合に適用して説明を行う。具体的には、受電コイル５００が、送電コイル２００が延びる平面と平行に延びる平面内に配置されており、送電コイル２００の蓄電デバイス１Ａ及び蓄電デバイス１Ｅの上側にある受電コイル５００部分の左右方向の中心が、送電コイル２００の左右方向の中心と同一となる場所に位置している場合について説明を行う。

図５は、蓄電デバイス１Ａ及び蓄電デバイス１Ｅが配置されている場所における、送電コイル２００及び受電コイル５００の断面を、電源３００側から見た図である。なお以降において、蓄電デバイス１Ａ、蓄電デバイス１Ｅのそれぞれの蓄電部３の断面の半径、及び電線５０Ｌ〜５３Ｌ、５０Ｒ〜５３Ｒ、及び５４の断面の半径はいずれも同一であり、その大きさは半径ａである例に適用して説明を行う。また、半径ａを基準として、送電コイル２００の幅ｄｆ、即ち蓄電デバイス１Ａの蓄電部３の中心軸線３５Ａ（以降において「蓄電デバイス１Ａの中心軸線３５Ａ」とも記載する。）と、蓄電デバイス１Ｅの蓄電部３の中心軸線３５Ｅ（以降において「蓄電デバイス１Ｅの中心軸線３５Ｅ」とも記載する。）との間の距離は４０ａであり、受電コイル５００の左右方向の幅ｄｒは３３ａである例に適用して以降の説明を行う。また、送電コイル２００と受電コイル５００との間の上下方向の距離ｈ_１、即ち送電コイル２００が延びる平面であって電線５０Ｌ、５１Ｌ、５０Ｒ，５１Ｒの中心軸線６０Ｌ、６１Ｌ、６０Ｒ、６１Ｒを含む平面と、受電コイル５００が延びる平面との間の距離ｈ_１は、１３ａであるものとする。また、図５において、蓄電デバイス１Ａには、図５の紙面の表面から裏面に向かう方向に電流＋Ｉが流れ、蓄電デバイス１Ｅには、その大きさが電流Ｉと同一で、流れる方向が逆向きの電流−Ｉが、図５の紙面の裏面から表面に向かう方向に流れている例に適用して以降の説明を行う。

＜蓄電デバイス１の中心軸線と電線の中心軸線が一致している場合＞
はじめに、図５（ａ）を参照して、蓄電デバイス１Ａの中心軸線３５Ａが、蓄電デバイス１Ａに接続された電線５０Ｌ、５１Ｌの中心軸線６０Ｌ、６１Ｌと一致しており、蓄電デバイス１Ｅの中心軸線３５Ｅが、蓄電デバイス１Ａに接続された電線５０Ｒ、５１Ｒの中心軸線６０Ｒ，６１Ｒと一致している場合について説明を行う。

図５（ａ）においてｒ１１は、蓄電デバイス１Ａの中心軸線３５Ａから、図５における受電コイル５００の左側の端部までの距離を示している。ｒ１２は、蓄電デバイス１Ａの中心軸線３５Ａから、図５における受電コイル５００の右側の端部までの距離を示している。また、ｒ２１は蓄電デバイス１Ｅの中心軸線３５Ｅから、図５における受電コイル５００の左側の端部までの距離を示している。ｒ２２は、蓄電デバイス１Ｅの中心軸線３５Ｅから、図５における受電コイル５００の右側の端部までの距離を示している。前述のように、受電コイル５００はその左右方向の中心が、送電コイル２００の左右方向の中心と一致するようにして、送電コイル２００の上側に位置している。即ち、距離ｒ１１とｒ２２及び距離ｒ１２と距離ｒ２２がそれぞれ等しい距離となる場所に位置している。

非接触給電装置において、送電コイル２００から受電コイル５００に伝達される電力の給電効率は、送電コイル２００から発生する磁束の受電コイル５００との鎖交量によって定まる。ここで、蓄電デバイス１Ａを流れる電流＋Ｉからの単位長さあたりの鎖交磁束をφ＋、蓄電デバイス１Ｅを流れる電流−Ｉからの単位長さあたりの鎖交磁束をφ−とすると、それぞれは下式で表される。

ここで、Ｂ＋は、中心軸線３５Ａから距離ｒだけ離れた図５内の任意の場所における電流＋Ｉによって生じる磁界の磁束密度であり、Ｈ＋は同一の場所における磁界強度である。Ｂ−は、中心軸線３５Ｅから距離ｒだけ離れた図５内の任意の場所における電流−Ｉによって生じる磁界の磁束密度であり、Ｈ―は同一の場所における磁界強度である。また、μは送電コイル２００が設置される環境の透磁率である。なお上式では、説明のために、電流＋Ｉは中心軸線３５Ａを、電流−Ｉは中心軸線３５Ｅを流れているものとして鎖交磁束φ＋、及び鎖交磁束φ−を表している。

上記の２式から、受電コイル５００を貫く全鎖交磁束φは下式で表される。

前述のように、距離ｒ１１とｒ２２及び距離ｒ１２と距離ｒ２２は同一の距離である。そこで、ｒ１１＝ｒ２２、ｒ１２＝ｒ２２とすると、受電コイル５００を貫く全鎖交磁束φは下式のように表される。

距離ｒ１１と距離ｒ１２は、送電コイル２００の幅ｄｆ（蓄電デバイス１Ａの中心軸線３５Ａと蓄電デバイス１Ｅの中心軸線３５Ｅとの間の距離）、受電コイル５００の左右方向の幅ｄｒ、及び蓄電デバイス１Ａ、１Ｅの中心軸線３５Ａ、３５Ｅと受電コイル５００との上下方向の距離ｈ_２、換言すれば中心軸線３５Ａ、３５Ｅを含む平面と受電コイル５００を含む平面の間の距離ｈ_２によって定まる。ここで、中心軸線３５Ａは電線５０Ｌ、５１Ｌの中心軸線６０Ｌ、６１Ｌと一致しており、中心軸線３５Ｅは電線５０Ｒ、５１Ｒの中心軸線６０Ｒ，６１Ｒと一致しているため、中心軸線３５Ａ、３５Ｅと受電コイル５００との上下方向の距離ｈ_２は、送電コイル２００と受電コイル５００との間の上下方向の距離ｈ_１と等しい。従って、ｒ１１、ｒ１２を算出すると、それぞれはおよそｒ１１＝１３．３ａ、ｒ１２＝３９．３ａである。この結果から、受電コイル５００を貫く全鎖交磁束φは下式で表される。

＜蓄電デバイス１の中心軸線と電線の中心軸線がずれている場合＞
続いて、蓄電デバイス１Ａ、１Ｅの中心軸線３５Ａ、３５Ｅが、電線５０Ｌ、５１Ｌ、５０Ｒ、５１Ｒの中心軸線６０Ｌ、６１Ｌ、６０Ｒ、６１Ｒからがずれている場合について説明する。

はじめに、図５（ｂ）を参照して蓄電デバイス１Ａの中心軸線３５Ａが電線５０Ｌ、５１Ｌの中心軸線６０Ｌ、６１Ｌから、電線の断面の半径の２／３の距離（２／３ａ）だけ下側にずれた位置にあり、蓄電デバイス１Ｅの中心軸線３５Ｅが、電線５０Ｒ、５１Ｒの中心軸線６０Ｒ，６１Ｒから、電線の断面の半径の２／３の距離（２／３ａ）だけ下側にずれた位置にある場合に適用して以降の説明を行う。

この場合、蓄電デバイス１Ａの中心軸線３５Ａと受電コイル５００との間の上下方向の距離ｈ_２は、半径ａを基準としておよそ１４ａである。このため、中心軸線３５Ａと受電コイル５００の左側の端部までの距離ｒ１１はおよそ１４．３ａ、中心軸線３５Ａと受電コイル５００の右側の端部までの距離ｒ１２はおよそ３９．３ａとなる。このため、この場合における受電コイル５００を貫く全鎖交磁束φ_１は下式の様に表される。

続いて、中心軸線３５Ａが電線５０Ｌ、５１Ｌの中心軸線６０Ｌ、６１Ｌから半径ａの距離だけ下側にずれた位置あり、中心軸線３５Ｅが電線５０Ｒ、５１Ｒの中心軸線６０Ｒ，６１Ｒから半径ａの距離だけ下側にずれた位置にある場合について説明を行う。

この場合には、蓄電デバイス１Ａの中心軸線３５Ａと受電コイル５００との間の上下方向の距離ｈ_２は、半径ａを基準としておよそ１４．３ａである。このため、中心軸線３５Ａと受電コイル５００の左側の端部までの距離ｒ１１は、およそ１４．７ａ、中心軸線３５Ａと受電コイル５００の右側の端部までの距離ｒ１２は、およそ３９．４ａとなる。このため、この場合における受電コイル５００を貫く全鎖交磁束φ_２は下式の様に表される。

即ち、蓄電デバイス１Ａ及び蓄電デバイス１Ｅの配置位置が、電線５０Ｌ、５１Ｌ、５０Ｒ、５１Ｒの中心軸線６０Ｌ、６１Ｌ、及び中心軸線６０Ｒ，６１Ｒからずれたとしても、蓄電デバイス１Ａ、１Ｅの中心軸線３５Ａ，３５Ｅが、それぞれの電線の断面の範囲内にある場合には、受電コイル５００を貫く全鎖交磁束の変化は、中心軸線３５Ａ，３５Ｅが、それぞれ中心軸線６０Ｌ、６１Ｌ及び中心軸線６０Ｒ，６１Ｒと一致している場合と比較して数％であり、給電効率に及ぼす影響は少ないと言える。

上記の構成からなる蓄電デバイス１によれば、接続部１０と接続部１１の間に、電流の流れる方向に長い棒状（立方体形状）の蓄電部３が設けられている。このため、電線の端部を接続部１０、及び接続部１１に接続するだけで、例えば送電コイル２００を構成する電線の間に容易にコンデンサを設けることができる。またこの際に、接続のための複雑な配線設備を設けたり、配線スペースが必要になったりすることはない。また、蓄電デバイス１は、電線に流れる電流の方向と直交する方向に延出する部分がない。このため、電線の間に配置しても、蓄電デバイス１を流れる電流が、電線を流れる電流の方向と異なる方向に拡散して広がることはない。先行技術では、送電コイルに設けられたコンデンサが電線に流れる電流の方向と直交する方向に延びているため、コンデンサが設けられた部分において、受電コイルとコンデンサ部分に流れる電流とのギャップが広がってしまい、給電効率が低下してしまうという問題が生じていた。一方、本発明に係る蓄電デバイス１を非接触給電装置の送電コイル２００に用いれば、蓄電デバイス１を流れる電流が受電コイル５００から大きく離れて流れることはないため、蓄電デバイス１を設けた部分において給電効率が低下することのない、給電効率のよい送電コイル２００を提供することが可能となる。

また、本発明に係る蓄電デバイス１では、蓄電デバイス１を電線に接続した際に、蓄電部３の中心軸線３５が、接続された電線の断面の内側にある様に蓄電部３が配置される。このため、蓄電デバイス１を流れる電流の経路が、電線を流れる電流の経路から大きくずれて流れることが防がれる。このため、蓄電デバイス１が設けられた箇所で給電効率が低下してしまうことが防がれて、給電効率のよい非接触給電装置を提供することが可能となる。なお、本発明に係る蓄電デバイス１は、先行技術の様に電流が受電コイル５００から離れて流れる様な延出した部分はないため、仮に中心軸線３５が電線の断面の外側となる様に配置されたとしても、先行技術のコンデンサを用いた送電コイルの様に給電効率が低下することはない。

また、蓄電デバイス１の蓄電部３の断面の所定方向の長さ、即ち断面の上下、左右方向の長さは、蓄電デバイス１に接続される電線の直径と略同一、具体的には電線の直径の２倍の長さとなっている。このため、蓄電デバイス１を流れる電流は、蓄電デバイス１に接続された電線の電流の経路の一定の距離の範囲内で流れることになり、電線を流れる電流の方向と異なる方向に大きく拡散して広がることはない。従って蓄電デバイス１を非接触給電装置の送電コイル２００に用いれば、蓄電デバイス１を設けた部分において給電効率が大きく低下することのない、さらに給電効率のよい送電コイル２００を提供することが可能となる。

また、蓄電部３の断面は、矩形形状をしている。このため、蓄電デバイス１を流れる電流の経路は、蓄電デバイス１に接続された電線の経路から大きく外れて広がって流れることなく、同一の経路の範囲で流れる。このため、蓄電デバイス１を用いた非接触給電装置の送電コイル２００において、蓄電デバイス１を設けた部分において電流が広がって流れることはなく、給電効率が低下してしまうことが効果的に防がれる。このため、更に給電効率のよい送電コイル２００を提供することが可能となる。

また、蓄電部３の断面は、蓄電デバイス１に接続される電線の断面と同様の円形とすれば、蓄電デバイス１を流れる電流の経路は、蓄電デバイス１に接続された電線の経路から外れて広がって流れることなく、同一の経路の範囲で流れる。このため、蓄電デバイス１を用いた非接触給電装置の送電コイル２００において、蓄電デバイス１を設けた部分において電流が広がって流れることはなく、給電効率が低下してしまうことが効果的に防がれる。このため、更に給電効率のよい送電コイル２００を提供することが可能となる。

また、蓄電デバイス１の蓄電部３は、電流の流れる方向に長い棒状の形状をしているため、蓄電デバイス１の外装２の大きさや形状を、接続される電線に近い大きさの統一した形状とすることができる。即ち、蓄電デバイス１の形状を、電線を配置する際に必要となる空間の内側で、設置可能な形状とすることができる。このため、蓄電デバイス１を配置するために特別な施工を行う必要がなく、送電コイル２００が配置される任意の場所に設けることが可能な蓄電デバイスを提供することができる。そして、その様な蓄電デバイス１を用いることで、例えば送電コイル２００の共振調整のために必要なコンデンサ容量を、送電コイル２００の任意の場所に分散して設けることが容易となる。

図６（ａ）を参照して具体的に説明すると、従来のコンデンサを用いた送電コイル６００では、コンデンサ６１０が一定の大きさを有しており、また給電効率低下の原因となるため、その配置場所は制限されていた。一方、本発明に係る蓄電デバイス１では、任意の場所に設置可能で、給電効率が低下してしまう畏れもないことから、複数の蓄電デバイス１を送電コイルの複数の箇所に設けて、送電コイルに必要なコンデンサを分散して配置することができる。

また、本発明にかかる蓄電デバイス１を用いて送電コイルを構成すれば、例えば移動車両の軌道の変更等の理由によって、送電コイルの長さを変更する場合の作業も容易に行うことができる。具体的に説明すると、従来のコンデンサを用いて構成した送電コイル６００では、そのコイルの長さを変更した場合には、リアクタンスが変更となるため、コンデンサ６１０を、長さが変更された送電コイル６２０のリアクタンスに応じた静電容量のコンデンサ６３０に交換する必要があった（図６（ａ）、図６（ｂ）参照。）。一方、図１（ａ）に示す様に、複数の蓄電デバイス１と電線を接続して構成した送電コイル２００であれば、送電コイルの長さに応じ、電線及び蓄電デバイス１を追加、あるいは取り除きをするだけの作業で、送電コイルの長さを容易に変更することができる。

なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。上記実施形態では本発明に係る蓄電デバイス１が、電気で駆動する移動車両に電力を供給する非接触給電装置の送電コイルに用いられた例に適用して説明を行ったがこれに限定される訳ではない。例えば、蓄電デバイス１を、工場などの屋内にて物資を搬送する搬送システムに用いられる非接触給電装置の送電コイルに用いてもよい。あるいは、非接触給電装置以外の装置やシステムにて用いられる他の公知の電気回路に用いてもよい。また、本発明を上記の実施形態に適用したものに限られることなく、これらの実施形態を適宜組み合わせた実施形態に適用してもよく、特に限定するものではない。

１、１Ａ〜１Ｈ・・・蓄電デバイス２・・・外装３・・・蓄電部
１０，１１・・・接続部１２，１３・・・導電体２１，２２・・・側面
２５・・・固定部３１，３２・・・端部
３５、３５Ａ、３５Ｅ・・・中心軸線
５０Ｌ〜５３Ｌ，５０Ｒ〜５３Ｒ、５４・・・電線
６０Ｌ、６１Ｌ、６０Ｒ、６１Ｒ・・・中心軸線８０・・・路面
１００・・・送電回路２００・・・送電コイル
３００・・・電源４００・・・受電回路５００・・・受電コイル
６００、６２０・・・送電コイル６１０、６３０・・・コンデンサ

Claims

同一の軸線に沿って延びる２本の電線の向かい合う端部の間に配置される蓄電デバイスであって、
一方の電線の端部が接続される第１の接続部と、
他方の電線の端部が接続される第２の接続部と、
前記第１の接続部と前記第２の接続部の間に延びる棒状の蓄電部と、
を少なくとも備えており、
前記蓄電部は、前記第１の接続部から前記第２の接続部に向かう第１の方向の長さが、前記第１の方向と直交する第２の方向の長さよりも長く、前記蓄電部の断面の中心を通る中心軸線が、前記中心軸線が延びる側から見たときに、前記電線の断面の内側にある様に配置されている
ことを特徴とする蓄電デバイス。
前記蓄電部の、前記第１の方向と直交する面における断面の所定方向の長さは、前記電線に流れる電流の方向と直交する面における前記電線の断面の直径と略同一であることを特徴とする請求項１に記載の蓄電デバイス。
前記蓄電部の断面は矩形であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の蓄電デバイス。
前記蓄電部の断面は円形であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の蓄電デバイス。