JP6665392B2 - 非接触電力伝送システム、および、受電装置 - Google Patents

Description

本発明は、平行二線路を利用して非接触で電力の伝送を行う非接触電力伝送システム、および、受電装置に関する。

負荷と電源とを直接接続することなく、電源が出力する電力を非接触で負荷に伝送する方法が開発されている。当該技術は、一般的に、非接触電力伝送やワイヤレス給電と呼ばれている。当該技術は、携帯電話や家電製品、電気自動車などへの給電に応用されている。

例えば特許文献１には、２本の導体線を平行に敷設した平行二線路に高周波電力を供給し、受電部のコイルを平行二線路に磁気的に結合させる非接触電力伝送システムが記載されている。非接触電力伝送システムでは、受電装置の小型軽量化を図るために、波長が１０〜１００［ｍ］（周波数が３〜３０［ＭＨｚ］）程度（例えば１３．５６［ＭＨｚ］）の高周波電力を伝送する。

特開２０１４-１８３６６８号公報

平行二線路の線路長が１００［ｍ］以上になる場合、線路長は波長を無視できなくなるので、平行二線路を分布乗数回路として扱う必要がある。この場合、平行二線路上で進行波と反射波とが重なり合って、定在波が発生する。したがって、平行二線路近傍の磁界の強度が、平行二線路が延びる方向の位置によって、大きく異なる。つまり、平行二線路上のどの位置で受電するかによって、受電装置が受電できる電力が変化してしまい、電流定在波の谷の位置付近では、受電電力が大幅に減少してしまう。

本発明は上記した事情のもとで考え出されたものであって、平行二線路上の受電位置によって受電電力が大きく変化してしまうことを抑制できる非接触電力伝送システムを提供することを目的としている。

上記課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。

本発明の第１の側面によって提供される非接触電力伝送システムは、送電装置から受電装置に非接触で電力を伝送する非接触電力伝送システムであって、前記送電装置は、２本の導体の線路を平行に設置した平行二線路を有する送電ユニットと、前記送電ユニットに高周波電力を供給する高周波電源装置とを備えており、前記受電装置は、前記平行二線路に磁気的に結合する磁界アンテナと、前記磁界アンテナに接続された共振コンデンサと、前記磁界アンテナが受電した高周波電力を直流電力に変換する第１整流回路とを有する第１受電ユニットと、前記平行二線路に電界的に結合する電界アンテナと、前記電界アンテナに接続された共振コイルと、前記電界アンテナが受電した高周波電力を直流電力に変換する第２整流回路とを有する第２受電ユニットと、前記第１受電ユニットが出力する直流電力と第２受電ユニットが出力する直流電力とを合成して、負荷に供給する合成部とを備えていることを特徴とする。この構成によると、磁界アンテナが受電した電力と、電界アンテナが受電した電力とが、それぞれ整流され合成されて、負荷に供給される。平行二線路上の電流定在波と電圧定在波とでは位相が９０°ずれているので、磁界アンテナが受電する電力と、電界アンテナが受電する電力とが互いに補完し合うことができる。これにより、平行二線路上の受電位置によって受電電力が大きく変化してしまうことを抑制できる。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記各線路は、帯状であり、前記磁界アンテナは、コイルを備えており、前記電界アンテナは、２つの導体板を備えている。この構成によると、帯状の各線路と電界アンテナの各導体板とで形成されるコンデンサの静電容量を大きくすることができる。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記電界アンテナと前記磁界アンテナとは、前記平行二線路が延びる方向において、略同じ位置に配置されている。この構成によると、電界アンテナと磁界アンテナとが略同じ位置で受電するので、磁界アンテナが受電する電力と、電界アンテナが受電する電力との補完関係にずれが生じにくい。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記電界アンテナは、前記磁界アンテナと比べて、より前記平行二線路に近い位置に配置されている。この構成によると、電界アンテナと平行二線路との距離を短くして静電容量を大きくすることができる。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記磁界アンテナは、前記電界アンテナの２つの導体板の間に配置されている。この構成によると、磁界アンテナのコイル面を、平行二線路によって構成される送電コイルのコイル面により近づけることができるので、両コイルの結合係数をより大きくすることができる。また、磁界アンテナおよび電界アンテナを配置する領域の高さ寸法を小さくすることができる。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記共振コンデンサは、前記磁界アンテナに直列接続されている。この構成によると、第１受電ユニットを直列共振回路とすることができる。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記共振コンデンサは、前記磁界アンテナに並列接続されている。この構成によると、第１受電ユニットを並列共振回路とすることができる。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記共振コイルは、前記電界アンテナの一方の導体板と前記第２整流回路との間に直列接続されている。この構成によると、第２受電ユニットを直列共振回路とすることができる。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記共振コイルは、前記電界アンテナと前記第２整流回路との間に並列接続されている。この構成によると、第２受電ユニットを並列共振回路とすることができる。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記合成部は、前記第１受電ユニットと前記第２受電ユニットとを並列接続させている。この構成によると、第１受電ユニットの出力電圧と第２受電ユニットの出力電圧のうち高い方の電圧を負荷に出力することで、第１受電ユニットが受電した電力と第２受電ユニットが受電した電力を合成して出力することができる。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記合成部は、前記第１受電ユニットと前記第２受電ユニットとを直列接続させている。この構成によると、第１受電ユニットの出力電圧と第２受電ユニットの出力電圧を合成した電圧を負荷に出力することで、第１受電ユニットが受電した電力と第２受電ユニットが受電した電力を合成して出力することができる。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記高周波電源装置は、インピーダンス整合器を備えている。この構成によると、反射波電力を抑制することができる。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記平行二線路は、道路上に敷設または道路に埋設されており、前記受電装置は、車に搭載されており、前記磁界アンテナと前記電界アンテナとは、前記車の車体底面に配置されている。この構成によると、受電装置を搭載した車が道路上を走行するときに、平行二線路が送電する電力を効率よく受電することができる。

本発明の第２の側面によって提供される受電装置は、２本の導体の線路を平行に設置した平行二線路から非接触で伝送される電力を受電する受電装置であって、前記平行二線路に磁気的に結合する磁界アンテナと、前記磁界アンテナに接続された共振コンデンサと、前記磁界アンテナが受電した高周波電力を直流電力に変換する第１整流回路とを有する第１受電ユニットと、前記平行二線路に電界的に結合する電界アンテナと、前記電界アンテナに接続された共振コイルと、前記電界アンテナが受電した高周波電力を直流電力に変換する第２整流回路とを有する第２受電ユニットと、前記第１受電ユニットが出力する直流電力と第２受電ユニットが出力する直流電力とを合成して、負荷に供給する合成部とを備えていることを特徴とする。この構成によると、磁界アンテナが受電した電力と、電界アンテナが受電した電力とが、それぞれ整流され合成されて、負荷に供給される。平行二線路上の電流定在波と電圧定在波とでは位相が９０°ずれているので、磁界アンテナが受電する電力と、電界アンテナが受電する電力とが互いに補完し合うことができる。これにより、平行二線路上の受電位置によって受電電力が大きく変化してしまうことを抑制できる。

本発明によると、磁界アンテナが受電した電力と、電界アンテナが受電した電力とが、それぞれ整流され合成されて、負荷に供給される。平行二線路上の電流定在波と電圧定在波とでは位相が９０°ずれているので、磁界アンテナが受電する電力と、電界アンテナが受電する電力とが互いに補完し合うことができる。これにより、平行二線路上の受電位置によって受電電力が大きく変化してしまうことを抑制できる。

本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。

第１実施形態に係る非接触電力伝送システムを示す概略図である。 第１実施形態に係る非接触電力伝送システムの全体構成を示す回路図である。 第１実施形態に係る受電装置の変形例を示す概略図である。 第１実施形態に係る受電装置の他の変形例を示す概略図である。 第２実施形態に係る非接触電力伝送システムを説明するための図である。 第３実施形態に係る非接触電力伝送システムを説明するための図である。 第１〜第３実施形態に係る非接触電力伝送システムの変形例を示す概略図である。 第１〜第３実施形態に係る非接触電力伝送システムの他の変形例を示す概略図である。

以下、本発明の実施の形態を、受電装置を電気自動車に搭載した場合を例にして、図面を参照して具体的に説明する。

図１は、第１実施形態に係る非接触電力伝送システム１Ａを示す概略図である。同図（ａ）は、非接触電力伝送システム１Ａの全体構成を示しており、平行二線路上を走行する電気自動車を上から見た状態を示している。同図（ｂ）は、電気自動車の側面を見た状態（内部の記載を一部省略）を示している。図２は、非接触電力伝送システム１Ａの全体構成を示す回路図である。

図１および図２に示すように、非接触電力伝送システム１Ａは、送電装置２と受電装置３とを備えている。送電装置２は、高周波電力を発生させ、発生させた高周波電力を非接触で受電装置３に送電する。受電装置３は、送電装置２から送電された高周波電力を非接触で受電する。受電装置３は、受電した高周波電力を直流電力に変換して負荷４に供給する。負荷４は、例えば蓄電デバイスであり、受電装置３から供給される直流電力を蓄電し、電気自動車Ｖを駆動するモータなどに電力を供給する。なお、電気自動車Ｖは、蓄電デバイスを備えず、受電装置３から供給される直流電力でモータなどを直接駆動するようにしてもよい。この場合は、モータなどが負荷４に相当する。

送電装置２は、高周波電源装置２１および送電ユニット２２を備えている。

高周波電源装置２１は、高周波電力を送電ユニット２２に供給するものである。高周波電源装置２１は、一定の大きさの高周波電力を出力するものである。高周波電源装置２１は、直流電源装置２１ａ、インバータ回路２１ｂ、および、インピーダンス整合器２１ｃを備えている。

直流電源装置２１ａは、直流電力を生成して出力するものである。直流電源装置２１ａは、整流回路、平滑コンデンサ、および、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路を備えている。直流電源装置２１ａは、商用電源から入力される交流電圧（例えば、商用電圧２００［Ｖ］など）を整流回路によって整流し、平滑コンデンサによって平滑することで、直流電圧に変換する。そして、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路によって、所定のレベル（目標電圧）の直流電圧に変換して、インバータ回路２１ｂに出力する。なお、直流電源装置２１ａの構成は限定されず、所定のレベルの直流電圧を出力するものであればよい。

インバータ回路２１ｂは、直流電力を高周波電力に変換するものであり、直流電源装置２１ａより入力される直流電力を高周波電力に変換して、送電ユニット２２に出力する。インバータ回路２１ｂは、例えば、単相フルブリッジ型のインバータ回路であり、４個のスイッチング素子を備えている。本実施形態では、スイッチング素子として、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）を使用している。なお、スイッチング素子はＭＯＳＦＥＴに限定されず、バイポーラトランジスタ、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor : 絶縁ゲート・バイポーラトランジスタ）などであってもよい。

インバータ回路２１ｂは、図示しない制御回路から高周波制御信号を入力され、当該高周波制御信号に応じて各スイッチング素子のオン状態とオフ状態とを切り替えることで、直流電力を高周波電力に変換する。高周波制御信号は、所定の周波数ｆ₀（例えば１３．５６［ＭＨｚ］など）でハイレベルとローレベルとを繰り返すパルス信号（なお、正弦波信号などでもよい）である。周波数ｆ₀は、スイッチング素子をスイッチングさせる周波数なので、以下では「スイッチング周波数ｆ₀」と記載する場合がある。スイッチング素子は、高周波制御信号がローレベルのときオフ状態になり、高周波制御信号がハイレベルのときオン状態になる。

インバータ回路２１ｂの出力端には、出力電力を検出するための電力センサ（図示なし）が設けられている。制御回路は、当該電力センサが検出した出力電力を、所定の目標電力に一致させるようにフィードバック制御を行っている。具体的には、制御回路は、電力センサが検出した出力電力と設定された目標電力との偏差をゼロにするための制御パルス信号を生成する。そして、当該制御パルス信号を図示しないドライブ回路で増幅して、高周波制御信号としてインバータ回路２１ｂに出力する。これにより、インバータ回路２１ｂの出力電力は、設定された目標電力に制御される。なお、インバータ回路２１ｂおよび制御回路の構成は上記したものに限られず、出力電力を設定された目標電力に制御できるものであればよい。

インピーダンス整合器２１ｃは、インバータ回路２１ｂに入力される反射波電力を抑制するものである。平行二線路上の電気自動車Ｖの位置や数によって、高周波電源装置２１の出力端から負荷側をみたインピーダンスは変化する。インピーダンス整合器２１ｃは、インバータ回路２１ｂの出力端から負荷側を見たインピーダンスをインバータ回路２１ｂの出力端から直流電源装置２１ａ側を見たインピーダンスに整合させて、インバータ回路２１ｂの出力端で反射される反射波電力を抑制する。なお、インピーダンス整合器２１ｃの構成は限定されない。

なお、高周波電源装置２１の構成は、上記したものに限定されない。高周波電源装置２１は、所定の高周波電力を出力するものであればよい。

送電ユニット２２は、高周波電源装置２１から供給される高周波電力を、受電装置３の第１受電ユニット３１および第２受電ユニット３２に送電するものであり、線路２２ａ，２２ｂを備えている。

線路２２ａおよび線路２２ｂは、帯状の導体であり、互いに平行となる平行二線路として、道路の表面に敷設されている。本実施形態においては、線路２２ａおよび線路２２ｂとして、厚さ０．１ｍｍ〜１ｃｍ程度、幅１ｃｍ〜１０ｃｍ程度の銅板を用いている。なお、線路２２ａおよび線路２２ｂの各寸法は限定されず、素材も限定されない。また、道路の表面に敷設するのではなく、道路の地表付近に埋設するようにしてもよい。線路２２ａと線路２２ｂとの間隔は、数ｃｍ〜１ｍ程度であり、使用される電気自動車Ｖの車幅などから適宜設計される。

線路２２ａおよび線路２２ｂは、電気自動車Ｖが走行する道路に沿って延びている。線路２２ａの一方端（図１（ａ）においては左端）は、高周波電源装置２１の出力端子の一方に接続されている。また、線路２２ｂの一方端は、高周波電源装置２１の出力端子の他方に接続されている。線路２２ａの他方端（図１（ａ）においては右端）と線路２２ｂの他方端とは、短絡されている。線路２２ａおよび線路２２ｂからなる平行二線路は、高周波電源装置２１が出力する電力を送出する送電アンテナとして機能する。当該平行二線路は、巻き数が１ターンの送電コイルＬｔとして機能し、同時に、２つの送電電極板２２ａ，２２ｂとして機能する（図２参照）。なお、本実施形態においては、線路２２ａの他方端と線路２２ｂの他方端とが短絡されているが、これに限られず、絶縁されていてもよいし、特定のインピーダンスを介して接続されていてもよい。

受電装置３は、第１受電ユニット３１、第２受電ユニット３２、および、合成部３３を備えている。

第１受電ユニット３１は、磁界アンテナ３１ａ、共振コンデンサ３１ｂおよび整流平滑回路３１ｃを備えている。

磁界アンテナ３１ａは、線路２２ａおよび線路２２ｂと同じ幅の銅板を、平面視において略矩形のＣ字形状に形成した、巻き数が１ターンのコイルであり、電気自動車Ｖの車体底面に、コイル面が道路と略平行となるように配置されている。磁界アンテナ３１ａは、送電コイルＬｔ（線路２２ａおよび線路２２ｂからなる平行二線路）と磁気結合して、非接触で受電する受電コイルとして機能する。なお、図１（ａ）においては、磁界アンテナ３１ａ、電界アンテナ３２ａ，３２ｂおよび線路２２ａ，２２ｂの重なり具合がわかりやすくなるように、磁界アンテナ３１ａを形成する銅板の幅寸法を、実際より小さく記載している。電気自動車Ｖの走行中、磁界アンテナ３１ａの電気自動車Ｖの進行方向と平行な部分は、それぞれ、平面視において、線路２２ａおよび線路２２ｂと重なるようになっている。なお、磁界アンテナ３１ａの形状、寸法および材質は、これに限定されない。磁界アンテナ３１ａは、送電コイルＬｔ（線路２２ａおよび線路２２ｂからなる平行二線路）を流れる電流によって変化する磁束に、より鎖交する形状が望ましい。したがって、磁界アンテナ３１ａの電気自動車Ｖの進行方向の寸法は、大きい方が望ましい。また、コイル面の形状は円形状より矩形状が望ましい。また、磁界アンテナ３１ａの巻き数は、１ターンに限定されず、複数ターンとしてもよい。また、磁界アンテナ３１ａを銅板で形成するのではなく、銅線で形成してもよい。

共振コンデンサ３１ｂは、磁界アンテナ３１ａに直列接続されて、直列共振回路を構成するためのものである。

磁界アンテナ３１ａおよび共振コンデンサ３１ｂは、共振周波数が高周波電源装置２１より供給される高周波電力の周波数ｆ₀（スイッチング周波数ｆ₀）と一致するように設計される。すなわち、磁界アンテナ３１ａの自己インダクタンスＬ_Rと、共振コンデンサ３１ｂのキャパシタンスＣ_Rとが、下記（１）式の関係になるように設計される。

整流平滑回路３１ｃは、磁界アンテナ３１ａが受電した高周波電力を直流電力に変換するものである。整流平滑回路３１ｃは、４つのダイオードをブリッジ接続した全波整流回路を備えている。また、整流平滑回路３１ｃは、整流後の出力を平滑するための平滑回路も備えている。なお、整流平滑回路３１ｃの構成は限定されず、高周波電力を直流電力に変換するものであればよい。整流平滑回路３１ｃから出力される直流電力は、合成部３３に出力される。

磁界アンテナ３１ａが送電コイルＬｔ（線路２２ａおよび線路２２ｂからなる平行二線路）と磁気結合することで、第１受電ユニット３１は、送電装置２から送電される高周波電力を受電する。すなわち、送電コイルＬｔに高周波電流が流れることで磁束が変化し、この磁束に鎖交する磁界アンテナ３１ａに高周波電流が流れる。これにより、送電装置２から第１受電ユニット３１に、非接触で電力を供給することができる。

線路２２ａおよび線路２２ｂは道路の表面に敷設されており、磁界アンテナ３１ａは電気自動車Ｖの車体底面に配置されている。したがって、線路２２ａおよび線路２２ｂによって構成される送電コイルＬｔのコイル面と、受電コイルとして機能する磁界アンテナ３１ａのコイル面との距離は、電気自動車Ｖの走行中でも変化せず、両コイルの結合係数は一定である。

第２受電ユニット３２は、電界アンテナ３２ａ，３２ｂ、共振コイル３２ｃおよび整流平滑回路３２ｄを備えている。

電界アンテナ３２ａ，３２ｂは、線路２２ａ，２２ｂと同じ幅の矩形状の銅板であり、電気自動車Ｖの車体底面に、互いに略平行となり、かつ、各板面が道路と略平行となるように配置されている。電界アンテナ３２ａ，３２ｂは、送電電極板２２ａ，２２ｂ（線路２２ａ，２２ｂ）と電界結合して、非接触で受電する受電電極板として機能する。なお、図１（ａ）においては、磁界アンテナ３１ａ、電界アンテナ３２ａ，３２ｂおよび線路２２ａ，２２ｂの重なり具合がわかりやすくなるように、電界アンテナ３２ａ，３２ｂの幅寸法を、実際より大きく記載している。電気自動車Ｖの走行中、電界アンテナ３２ａ，３２ｂは、それぞれ、平面視において、線路２２ａ，２２ｂと重なるようになっている。なお、電界アンテナ３２ａ，３２ｂの形状、寸法および材質は、これに限定されない。電界アンテナ３２ａ（３２ｂ）は、線路２２ａ（２２ｂ）との間で形成されるコンデンサの静電容量をより大きくできる形状、寸法、配置が望ましい。したがって、電界アンテナ３２ａ，３２ｂの電気自動車Ｖの進行方向の寸法は、大きい方が望ましい。また、電気自動車Ｖの幅方向の位置が変化しても、静電容量が変化しないように、電界アンテナ３２ａ，３２ｂの幅寸法を大きくしてもよい。また、本実施形態においては、電界アンテナ３２ａ（３２ｂ）と線路２２ａ（２２ｂ）との距離を短くして静電容量を大きくするために、電界アンテナ３２ａ，３２ｂを磁界アンテナ３１ａよりも道路側に配置している（図１参照）。

共振コイル３２ｃは、電界アンテナ３２ａと整流平滑回路３２ｄとの間に直列接続されて、直列共振回路を構成するためのものである。なお、共振コイル３２ｃは、電界アンテナ３２ｂと整流平滑回路３２ｄとの間に直列接続されていてもよい。

電界アンテナ３２ａ，３２ｂおよび共振コイル３２ｃは、磁界アンテナ３１ａおよび共振コンデンサ３１ｂと同様に、共振周波数が高周波電源装置２１より供給される高周波電力の周波数ｆ₀（スイッチング周波数ｆ₀）と一致するように設計される。

整流平滑回路３２ｄは、電界アンテナ３２ａ，３２ｂが受電した高周波電力を直流電力に変換するものである。整流平滑回路３２ｄは、整流平滑回路３１ｃと同様の構成である。なお、整流平滑回路３２ｄの構成は限定されず、高周波電力を直流電力に変換するものであればよい。整流平滑回路３２ｄから出力される直流電力は、合成部３３に出力される。

電界アンテナ３２ａ，３２ｂが送電電極板２２ａ，２２ｂ（線路２２ａ，２２ｂ）と電界結合することで、第２受電ユニット３２は、送電装置２から送電される高周波電力を受電する。すなわち、送電電極板２２ａ，２２ｂ（線路２２ａ，２２ｂ）間の電位差が、電界アンテナ３２ａ，３２ｂ間に発生し、電界アンテナ３２ａと電界アンテナ３２ｂとの間に高周波電流が流れる。これにより、送電装置２から第２受電ユニット３２に、非接触で電力を供給することができる。

また、電界アンテナ３２ａ，３２ｂも電気自動車Ｖの車体底面に配置されているので、線路２２ａと電界アンテナ３２ａとの距離、および、線路２２ｂと電界アンテナ３２ｂとの距離も、電気自動車Ｖの走行中でも変化しない。したがって、線路２２ａと電界アンテナ３２ａとで形成されるコンデンサの静電容量、および、線路２２ｂと電界アンテナ３２ｂとで形成されるコンデンサの静電容量は一定である。

合成部３３は、第１受電ユニット３１と第２受電ユニット３２とを、互いに並列接続させる。合成部３３は、第１受電ユニット３１の出力電圧と第２受電ユニット３２の出力電圧のうち高い方の電圧を負荷４に出力することで、第１受電ユニット３１が受電した電力と第２受電ユニット３２が受電した電力を合成して負荷４に出力する。

本実施形態によると、平行二線路（線路２２ａ，２２ｂ）から送電された高周波電力は、磁界アンテナ３１ａと電界アンテナ３２ａ，３２ｂとで受電される。第１受電ユニット３１は、磁界アンテナ３１ａが受電した高周波電力を直流電力に変換して合成部３３に出力する。また、第２受電ユニット３２は、電界アンテナ３２ａ，３２ｂが受電した高周波電力を直流電力に変換して合成部３３に出力する。合成部３３は、第１受電ユニット３１から入力される電力と第２受電ユニット３２から入力される電力とを合成して負荷４に出力する。平行二線路上の電流定在波と電圧定在波とでは位相が９０°ずれているので、磁界アンテナ３１ａが受電する電力と、電界アンテナ３２ａ，３２ｂが受電する電力とは、互いに補完し合うことができる。例えば受電位置が電流定在波の谷の位置付近の場合、磁界アンテナ３１ａが受電する電力は小さくなるが、電圧定在波の山の位置になるので電界アンテナ３２ａ，３２ｂが受電する電力は大きくなる。逆に、受電位置が電圧定在波の谷の位置付近の場合、電界アンテナ３２ａ，３２ｂが受電する電力は小さくなるが、電流定在波の山の位置になるので磁界アンテナ３１ａが受電する電力は大きくなる。これにより、平行二線路上の受電位置によって受電電力が大きく変化してしまうことを抑制できる。

なお、図１においては、磁界アンテナ３１ａの右側に配線を接続して、共振コンデンサ３１ｂなどを接続し、電界アンテナ３２ａ，３２ｂの右側に配線を接続して、共振コイル３２ｃなどを接続している例を記載しているが、これに限られない。例えば、磁界アンテナ３１ａの向きを図１とは逆にして、左側に配線を接続してもよい。また、共振コンデンサ３１ｂや共振コイル３２ｃなどの配置場所は限定されない。

また、上記第１実施形態においては、磁界アンテナ３１ａと電界アンテナ３２ａ，３２ｂとが、平面視において重なる場合について説明したが、磁界アンテナ３１ａおよび電界アンテナ３２ａ，３２ｂの配置は、これに限られない。

図３は、受電装置３の変形例を説明するための図である。同図（ａ）は、送電装置３が搭載された電気自動車Ｖを上から見た状態を示しており、同図（ｂ）は、電気自動車Ｖの側面を見た状態を示している。同図において、第１実施形態に係る受電装置３(図１参照）と同一または類似の要素には、同一の符号を付している。当該変形例に係る受電装置３は、磁界アンテナ３１ａが電界アンテナ３２ａと電界アンテナ３２ｂとの間に配置されている点で、第１実施形態に係る受電装置３と異なる。当該変形例においては、磁界アンテナ３１ａのコイル面を、線路２２ａおよび線路２２ｂによって構成される送電コイルＬｔのコイル面により近づけることができるので、両コイルの結合係数をより大きくすることができる。また、磁界アンテナ３１ａおよび電界アンテナ３２ａ，３２ｂを配置する領域の高さ寸法を小さくすることができる（図３（ｂ）参照）。しかし、送電コイルＬｔのコイル面から発生する磁束に鎖交する面積が小さくなるので、磁界アンテナ３１ａが受電できる電力が減少する。

図４は、受電装置３の他の変形例を説明するための図である。同図（ａ）は、送電装置３が搭載された電気自動車Ｖを上から見た状態（磁界アンテナ３１ａおよび電界アンテナ３２ａ，３２ｂ以外の記載を省略している）を示しており、同図（ｂ）は、電気自動車Ｖの側面を見た状態を示している。同図において、第１実施形態に係る受電装置３(図１参照）と同一または類似の要素には、同一の符号を付している。当該変形例に係る受電装置３は、平面視において、磁界アンテナ３１ａと電界アンテナ３２ａ，３２ｂとが、並んで配置されている点で、第１実施形態に係る受電装置３と異なる。当該変形例においても、磁界アンテナ３１ａのコイル面を、線路２２ａおよび線路２２ｂによって構成される送電コイルＬｔのコイル面により近づけることができるので、両コイルの結合係数をより大きくすることができる。また、磁界アンテナ３１ａおよび電界アンテナ３２ａ，３２ｂを配置する領域の高さ寸法を小さくすることができる（図３（ｂ）参照）。また、図３の変形例とは異なり、送電コイルＬｔのコイル面から発生する磁束に鎖交する面積は変わらない。しかし、磁界アンテナ３１ａと電界アンテナ３２ａ，３２ｂとで、平行二線路（線路２２ａ，２２ｂ）の延びる方向の配置位置が異なるので、磁界アンテナ３１ａが受電する電力と、電界アンテナ３２ａ，３２ｂが受電する電力との補完関係にずれが生じる。したがって、平行二線路上の受電位置による受電電力の変化が、磁界アンテナ３１ａと電界アンテナ３２ａ，３２ｂとで平行二線路の延びる方向の配置位置を一致させた場合より大きくなる。なお、配置位置のずれの長さが、用いる高周波電力の波長（例えば１０〜１００［ｍ］）と比べて充分小さい場合は、ずれによる影響は少ない。

なお、図４においては、磁界アンテナ３１ａの左側に配線を接続し、電界アンテナ３２ａ，３２ｂの右側に配線を接続している例を記載しているが、これに限られない。例えば、磁界アンテナ３１ａの向きを図４とは逆にして、右側に配線を接続してもよい。また、電界アンテナ３２ａ，３２ｂの左側に配線を接続してもよい。また、磁界アンテナ３１ａと電界アンテナ３２ａ，３２ｂの配置場所を、図４とは反対にしてもよい。

また、上記第１実施形態においては、第１受電ユニット３１および第１受電ユニット３２がいずれも直列共振回路である場合について説明したが、これに限られない。

図５は、第２実施形態に係る非接触電力伝送システム１Ｂを説明するための図である。同図（ａ）は、非接触電力伝送システム１Ｂの全体構成を示す回路図である。同図（ｂ）は、非接触電力伝送システム１Ｂの全体構成を示す概略図である。図５において、第１実施形態に係る非接触電力伝送システム１Ａ（図１（ａ）および図２参照）と同一または類似の要素には、同一の符号を付している。非接触電力伝送システム１Ｂは、第１受電ユニット３１’および第１受電ユニット３２’がいずれも並列共振回路である点で、第１実施形態に係る非接触電力伝送システム１Ａと異なる。

第１受電ユニット３１’は、共振コンデンサ３１ｂが磁界アンテナ３１ａに並列接続されており、並列共振回路を構成している。磁界アンテナ３１ａおよび共振コンデンサ３１ｂは、共振周波数が高周波電源装置２１より供給される高周波電力の周波数ｆ₀（スイッチング周波数ｆ₀）と一致するように設計される。

第２受電ユニット３２’は、共振コイル３２ｃが電界アンテナ３２ａ，３２ｂと整流平滑回路３２ｄとの間に並列接続されており、並列共振回路を構成している。電界アンテナ３２ａ，３２ｂおよび共振コイル３２ｃは、共振周波数が高周波電源装置２１より供給される高周波電力の周波数ｆ₀（スイッチング周波数ｆ₀）と一致するように設計される。

第２実施形態においても、第１実施形態と同様の効果を奏することができる。なお、第１受電ユニット３１と第２受電ユニット３２’との組み合わせ、または、第１受電ユニット３１’と第２受電ユニット３２との組み合わせのように、一方を直列共振回路とし、他方を並列共振回路としてもよい。

上記第１および第２実施形態においては、合成部３３が第１受電ユニット３１と第２受電ユニット３２とを互いに並列接続させる場合について説明したが、これに限られない。合成部３３が第１受電ユニット３１と第２受電ユニット３２とを互いに直列接続させる場合を、第３実施形態として、以下に説明する。

図６は、第３実施形態に係る非接触電力伝送システム１Ｃを説明するための図であり、全体構成を示す回路図である。図６において、第１実施形態に係る非接触電力伝送システム１Ａ（図２参照）と同一または類似の要素には、同一の符号を付している。非接触電力伝送システム１Ｃは、合成部３３’が第１受電ユニット３１と第２受電ユニット３２とを互いに直列接続させる点で、第１実施形態に係る非接触電力伝送システム１Ａと異なる。

合成部３３’は、第１受電ユニット３１と第２受電ユニット３２とを、互いに直列接続させる。合成部３３’は、第１受電ユニット３１の出力電圧と第２受電ユニット３２の出力電圧を合成した電圧を負荷４に出力することで、第１受電ユニット３１が受電した電力と第２受電ユニット３２が受電した電力を合成して負荷４に出力する。

第３実施形態によると、合成部３３’は、第１受電ユニット３１と第２受電ユニット３２とを互いに直列接続させて、第１受電ユニット３１から入力される電力と第２受電ユニット３２から入力される電力とを合成して負荷４に出力する。よって、第３実施形態においても、磁界アンテナ３１ａが受電する電力と、電界アンテナ３２ａ，３２ｂが受電する電力とは、互いに補完し合うことができるので、平行二線路上の受電位置によって受電電力が大きく変化してしまうことを抑制できる。

なお、第３実施形態においては、第１受電ユニット３１および第２受電ユニット３２をいずれも直列共振回路としているが、これに限られず、いずれも並列共振回路（図５参照）としてもよい。また、一方を直列共振回路とし、他方を並列共振回路としてもよい。

上記第１〜第３実施形態においては、平行二線路が道路の表面と平行となるように配置されている場合について説明したが、これに限られない。例えば、図７に示すように、平行二線路が道路の表面に対して略直交するように配置されていてもよい。この場合は、図７に示すように、磁界アンテナ３１ａおよび電界アンテナ３２ａ，３２ｂを、電気自動車Ｖの車体側面に、コイル面または板面が道路と略直交するように配置すればよい。

また、上記第１〜第３実施形態においては、平行二線路（線路２２ａおよび線路２２ｂ）が帯状の導体である場合について説明したが、これに限られない。例えば、図８に示すように、線路２２ａおよび線路２２ｂを、線状の導体としてもよい。この場合、電界アンテナ３２ａ（３２ｂ）と線路２２ａ（２２ｂ）との間で形成されるコンデンサの静電容量をより大きくするためには、図８（ｂ）に示す概略斜視図のように、電界アンテナ３２ａ（３２ｂ）を筒形状とし、線路２２ａ（２２ｂ）がその内部を貫通するように配置すればよい。

また、上記第１〜第３実施形態においては、受電装置３を電気自動車Ｖに搭載した場合について説明したが、これに限られない。例えば、予め設定された循環経路に沿って自動走行する無人搬送車（ＡＧＶ：Automated Guided Vehicle）や、レール上を走行する車両などの、電力を用いる移動体に搭載するようにしてもよい。

本発明に係る非接触電力伝送システムおよび受電装置は、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係る非接触電力伝送システムおよび受電装置の各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。

１Ａ，１Ｂ，１Ｃ 非接触電力伝送システム
２ 送電装置
２１ 高周波電源装置
２１ａ 直流電源装置
２１ｂ インバータ回路
２１ｃ インピーダンス整合器
２２ 送電ユニット
２２ａ，２２ｂ 線路（平行二線路）
３ 受電装置
３１，３１’ 第１受電ユニット
３１ａ 磁界アンテナ
３１ｂ 共振コンデンサ
３１ｃ 整流平滑回路（第１整流回路）
３２，３２’ 第２受電ユニット
３２ａ、３２ｂ 電界アンテナ
３２ｃ 共振コイル
３２ｄ 整流平滑回路（第２整流回路）
３３，３３’ 合成部
４ 負荷
Ｖ 電気自動車

Claims (14)

1. 送電装置から受電装置に非接触で電力を伝送する非接触電力伝送システムであって、
   前記送電装置は、
   ２本の導体の線路を平行に設置した平行二線路を有する送電ユニットと、
   商用電源から入力される交流電力を高周波電力に変換して、前記送電ユニットに供給する高周波電源装置と、
   を備えており、
   前記受電装置は、
   前記平行二線路に磁気的に結合する磁界アンテナと、前記磁界アンテナに接続された共振コンデンサと、前記磁界アンテナが受電した高周波電力を直流電力に変換する第１整流回路と、を有する第１受電ユニットと、
   前記平行二線路に電界的に結合する電界アンテナと、前記電界アンテナに接続された共振コイルと、前記電界アンテナが受電した高周波電力を直流電力に変換する第２整流回路と、を有する第２受電ユニットと、
   前記第１受電ユニットが出力する直流電力と第２受電ユニットが出力する直流電力とを合成して出力する合成部と、
   前記合成部が出力する直流電力を蓄電する蓄電デバイスと、
   を備えている、
   ことを特徴とする非接触電力伝送システム。
2. 前記各線路は、帯状であり、
   前記磁界アンテナは、コイルを備えており、
   前記電界アンテナは、２つの導体板を備えている、
   請求項１に記載の非接触電力伝送システム。
3. 前記電界アンテナと前記磁界アンテナとは、前記平行二線路が延びる方向において、略同じ位置に配置されている、
   請求項２に記載の非接触電力伝送システム。
4. 前記電界アンテナは、前記磁界アンテナと比べて、より前記平行二線路に近い位置に配置されている、
   請求項２または３に記載の非接触電力伝送システム。
5. 前記磁界アンテナは、前記電界アンテナの２つの導体板の間に配置されている、
   請求項２ないし４のいずれかに記載の非接触電力伝送システム。
6. 前記共振コンデンサは、前記磁界アンテナに直列接続されている、
   請求項２ないし５のいずれかに記載の非接触電力伝送システム。
7. 前記共振コンデンサは、前記磁界アンテナに並列接続されている、
   請求項２ないし５のいずれかに記載の非接触電力伝送システム。
8. 前記共振コイルは、前記電界アンテナの一方の導体板と前記第２整流回路との間に直列接続されている、
   請求項２ないし７のいずれかに記載の非接触電力伝送システム。
9. 前記共振コイルは、前記電界アンテナと前記第２整流回路との間に並列接続されている、
   請求項２ないし７のいずれかに記載の非接触電力伝送システム。
10. 前記合成部は、前記第１受電ユニットと前記第２受電ユニットとを並列接続させている、
    請求項２ないし９のいずれかに記載の非接触電力伝送システム。
11. 前記合成部は、前記第１受電ユニットと前記第２受電ユニットとを直列接続させている、
    請求項２ないし９のいずれかに記載の非接触電力伝送システム。
12. 前記高周波電源装置は、インピーダンス整合器を備えている、
    請求項２ないし１１のいずれかに記載の非接触電力伝送システム。
13. 前記平行二線路は、道路上に敷設または道路に埋設されており、
    前記受電装置は、車に搭載されており、
    前記磁界アンテナと前記電界アンテナとは、前記車の車体底面に配置されている、
    請求項１ないし１２のいずれかに記載の非接触電力伝送システム。
14. ２本の導体の線路を平行に設置した平行二線路から非接触で伝送される電力を受電する受電装置であって、
    前記平行二線路に磁気的に結合する磁界アンテナと、前記磁界アンテナに接続された共振コンデンサと、前記磁界アンテナが受電した高周波電力を直流電力に変換する第１整流回路と、を有する第１受電ユニットと、
    前記平行二線路に電界的に結合する電界アンテナと、前記電界アンテナに接続された共振コイルと、前記電界アンテナが受電した高周波電力を直流電力に変換する第２整流回路と、を有する第２受電ユニットと、
    前記第１受電ユニットが出力する直流電力と第２受電ユニットが出力する直流電力とを合成して出力する合成部と、
    前記合成部が出力する直流電力を蓄電する蓄電デバイスと、
    を備えている、
    ことを特徴とする受電装置。

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