JP7141922B2 - 非接触電力伝送装置及び非接触電力伝送システム - Google Patents

Description

本開示は、移動体内の受電コイルに非接触電力伝送する技術に関する。

移動体内の受電コイルに非接触電力伝送する技術が、電動車両、電子機器搭載カート、ＦＡ（Ｆａｃｔｏｒｙ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ）用製造パレット、及び、これらに装着された電子タグに対して、非接触電力伝送する目的で適用されている。

特開２０１８－０７４８５６号公報

従来技術の非接触電力伝送システムの構成を図１に示す。従来技術の非接触電力伝送システムＳは、直流電源１、送電ユニット２－１、２－２、２－３、２－４及び移動体３－１、３－２、３－３から構成される。送電ユニット２－１、２－２、２－３、２－４は、移動方向に延びて移動方向に沿って互いに間隔を詰めてこの順序で設けられる。移動体３－１は、送電ユニット２－１上に位置し、移動体３－２は、送電ユニット２－２と送電ユニット２－３との境界上に位置し、移動体３－３は、送電ユニット２－４上に位置する。

送電ユニット２－ｍ（ｍ＝１～４）は、送電電源２１－ｍ、送電コイル２２－ｍ及び移動体ガイド２３－ｍから構成される。移動体３－ｎ（ｎ＝１～３）は、受電コイル３１－ｎ、受電電源３２－ｎ、蓄電素子３３－ｎ及び負荷３４－ｎから構成される。

直流電源１は、送電電源２１－ｍに直流電圧を出力する。送電電源２１－ｍは、直流電圧を交流電圧に変換し、それぞれ、送電コイル２２－ｍを独立の位相で駆動する。送電コイル２２－ｍは、移動方向に延びて受電コイル３１－ｎに非接触電力伝送し、移動方向に沿って互いに間隔を空けて設けられる。ここで、上記間隔の移動方向に沿った長さは、受電コイル３１－ｎの移動方向に沿った長さより短い。よって、受電コイル３１－ｎは、移動方向に沿って互いに隣り合う送電コイル２２－ｍの境界上に位置し得る。

移動体ガイド２３－ｍは、移動方向に延びて移動方向に沿って互いに間隔を詰めて設けられる。受電コイル３１－ｎは、送電コイル２２－ｍから非接触電力伝送される。受電電源３２－ｎは、交流電圧を直流電圧に変換し、それぞれ、蓄電素子３３－ｎに受電電力を供給する。蓄電素子３３－ｎは、受電電力を蓄電し、それぞれ、負荷３４－ｎに蓄電電力を供給する。負荷３４－ｎは、移動体３－ｎの移動機構（台車等）、移動体３－ｎの駆動機構（搬送機等）及び移動体３－ｎに装着された電子タグ等である。

従来技術の送受電コイル間の磁界結合を図２に示す。上記のように、送電電源２１－ｍは、それぞれ、送電コイル２２－ｍを独立の位相で駆動する。よって、送電コイル２２－ｍは、それぞれ、独立の位相で磁界を発生させる。最良の場合は、移動方向に沿って互いに隣り合う送電コイル２２－ｍは、互いに同相で磁界を発生させる。最悪の場合は、移動方向に沿って互いに隣り合う送電コイル２２－ｍは、互いに逆相で磁界を発生させる。図２では、最悪の場合における送受電コイル間の磁界結合について説明する。

送電コイル２２－１、２２－２、２２－３、２２－４の発生磁界は、上面図ではそれぞれ、紙面手前方向、紙面奥行方向、紙面手前方向、紙面奥行方向であり、側面図ではそれぞれ、紙面上向き方向、紙面下向き方向、紙面上向き方向、紙面下向き方向である。

受電コイル３１－１は、送電コイル２２－１上に位置する。そして、受電コイル３１－１と送電コイル２２－１との間の鎖交磁界は、上面図では紙面手前方向であり、側面図では紙面上向き方向であり、十分に大きい有限値である。よって、送電コイル２２－１から受電コイル３１－１への非接触電力伝送は、最悪の場合でも可能である。

受電コイル３１－３は、送電コイル２２－４上に位置する。そして、受電コイル３１－３と送電コイル２２－４との間の鎖交磁界は、上面図では紙面奥行方向であり、側面図では紙面下向き方向であり、十分に大きい有限値である。よって、送電コイル２２－４から受電コイル３１－３への非接触電力伝送は、最悪の場合でも可能である。

受電コイル３１－２は、送電コイル２２－２、２２－３の境界上に位置する。ここで、受電コイル３１－２と送電コイル２２－２との間の鎖交磁界は、上面図では紙面奥行方向であり、側面図では紙面下向き方向であり、十分に大きい有限値である。そして、受電コイル３１－２と送電コイル２２－３との間の鎖交磁界は、上面図では紙面手前方向であり、側面図では紙面上向き方向であり、十分に大きい有限値である。しかし、受電コイル３１－２と送電コイル２２－２との間の鎖交磁界と、受電コイル３１－２と送電コイル２２－３との間の鎖交磁界とは、相殺を生じさせる。よって、送電コイル２２－２、２２－３から受電コイル３１－２への非接触電力伝送は、最悪の場合では不能である。

そこで、他の技術として、移動体３－ｎの移動範囲にわたって、送電コイル２２－ｍを１個の送電コイルにまとめる方法がある。しかし、移動距離の増減、移動軌道の変更及び負荷台数の増減に対して、送電コイル及び送電電源の再設計及び交換が必要である。

そして、他の技術として、移動体３－ｎの移動位置を検出して、送電コイル２２－ｍをＯＮ／ＯＦＦ制御する方法もある（特許文献１を参照）。しかし、高速で移動し得て台数が増減し得る移動体３－ｎの移動位置を検出する装置が必要である。

さらに、他の技術として、送電電源２１－ｍの駆動位相を同期させて、送電コイル２２－ｍの磁界位相を同期させる方法もある。しかし、高周波の電圧を出力する送電電源２１－ｍの駆動位相を高速の通信を通して同期させる装置が必要である。

そこで、前記課題を解決するために、本開示は、移動体内の受電コイルに非接触電力伝送するにあたり、移動方向に延びる複数の送電コイルを移動方向に沿って互いに間隔を空けて設けたうえで、移動体の移動位置を検出せず、複数の送電電源の駆動位相を同期させず、移動範囲内の任意位置で非接触電力伝送を可能にすることを目的とする。

前記課題を解決するために、受電コイルが移動方向に沿って互いに隣り合う送電コイルの境界上に位置するときであっても、受電コイルと一の送電コイルとの間の鎖交磁界と、受電コイルと他の送電コイルとの間の鎖交磁界とが、相殺を生じさせないようにする。

具体的には、まず、一の期間において、一の送電コイルの発生磁界を他の送電コイルの発生磁界より強くする。しかし、当該一の期間では、他の送電コイル上に位置する受電コイルは、非接触電力伝送されない可能性がある。そのために、次に、他の期間において、一の送電コイルの発生磁界を他の送電コイルの発生磁界より弱くする。そして、当該一の期間と当該他の期間とを、移動体の移動位置に関わらず交互に出現させる。

具体的には、本開示は、移動体の移動方向に延びて前記移動体内の受電コイルに非接触電力伝送し、前記移動方向に沿って互いに間隔を空けて設けられ、前記間隔の前記移動方向に沿った長さが前記受電コイルの前記移動方向に沿った長さより短い複数の送電コイルと、各々の前記送電コイルを独立の位相で駆動する複数の送電電源と、前記移動方向に沿って互いに隣り合う前記送電コイルについて、一の前記送電コイルの発生磁界が他の前記送電コイルの発生磁界より強い一の期間と、一の前記送電コイルの発生磁界が他の前記送電コイルの発生磁界より弱い他の期間と、が前記移動体の移動位置に関わらず交互に出現するように、前記複数の送電電源を制御する送電制御部と、を備えることを特徴とする非接触電力伝送装置である。

この構成によれば、移動方向に延びる複数の送電コイルを移動方向に沿って互いに間隔を空けて設けたうえで、移動体の移動位置を検出せず、複数の送電電源の駆動位相を同期させず、移動範囲内の任意位置で非接触電力伝送を可能にすることができる。

また、本開示は、前記送電制御部は、前記一の期間及び前記他の期間を等しい長さに制御することを特徴とする非接触電力伝送装置である。

この構成によれば、移動範囲内の任意位置で均等な非接触電力伝送を可能にすることができる。そして、移動方向に沿って互いに隣り合う送電コイルの境界上の位置であっても、１個の送電コイル上の位置と比べて、非接触電力伝送効率が若干低くなるだけである。

また、本開示は、隣り合う前記送電コイルのうちの発生磁界がより強い前記送電コイルと、前記受電コイルと、が互いに対向する領域の前記移動方向に沿った長さが、前記受電コイルの前記移動方向に沿った長さにほぼ等しいときには、発生磁界がより強い前記送電コイルが、前記移動体内の負荷での消費電力を供給することが可能になるように、前記送電制御部は、前記一の期間及び前記他の期間を短すぎない長めの長さに制御することを特徴とする非接触電力伝送装置である。

この構成によれば、受電コイルが発生磁界のより強い送電コイル上に位置するときには、移動体内の負荷での消費電力に見合う非接触電力伝送を可能にすることができる。

また、本開示は、隣り合う前記送電コイルについて、一の前記送電コイルの発生磁界が有限値であり、他の前記送電コイルの発生磁界がほぼ０である前記一の期間と、一の前記送電コイルの発生磁界がほぼ０であり、他の前記送電コイルの発生磁界が有限値である前記他の期間と、が交互に出現するように、前記送電制御部は、前記複数の送電電源を制御することを特徴とする非接触電力伝送装置である。

この構成によれば、受電コイルが移動方向に沿って互いに隣り合う送電コイルの境界上に位置するときであっても、受電コイルと一の送電コイルとの間の鎖交磁界と、受電コイルと他の送電コイルとの間の鎖交磁界とが、全く相殺を生じさせないようにできる。

また、本開示は、隣り合う前記送電コイルのうちの発生磁界が有限値である前記送電コイルと、前記受電コイルと、が互いに対向する領域の前記移動方向に沿った長さが、前記受電コイルの前記移動方向に沿った長さのほぼ半分又はそれ以下であるときでも、発生磁界が有限値である前記送電コイルは、前記受電コイルに非接触電力伝送することが可能であることを特徴とする非接触電力伝送装置である。

この構成によれば、受電コイルが移動方向に沿って互いに隣り合う送電コイルの境界上に位置するときであっても、受電コイルに非接触電力伝送することができる。

また、本開示は、隣り合う前記送電コイルのうちの発生磁界がほぼ０である前記送電コイルと、前記受電コイルと、が互いに対向する領域の前記移動方向に沿った長さが、前記受電コイルの前記移動方向に沿った長さにほぼ等しいときでも、発生磁界がほぼ０である前記送電コイルが、発生磁界が有限値である状態に遷移し、前記受電コイルに非接触電力伝送し、前記移動体内の蓄電素子を電池切れにしないことが可能になるように、前記送電制御部は、前記一の期間及び前記他の期間を長すぎない短めの長さに制御することを特徴とする非接触電力伝送装置である。

この構成によれば、受電コイルが発生磁界のほぼ０である送電コイル上に位置するときであっても、移動体内の蓄電素子が電池切れになる前に、その送電コイルの発生磁界が有限値になるため、受電コイルに非接触電力伝送することができる。

また、本開示は、隣り合う前記送電コイルについて、一の前記送電コイルの発生磁界がより大きい有限値であり、他の前記送電コイルの発生磁界がより小さい有限値である前記一の期間と、一の前記送電コイルの発生磁界がより小さい有限値であり、他の前記送電コイルの発生磁界がより大きい有限値である前記他の期間と、が交互に出現するように、前記送電制御部は、前記複数の送電電源を制御することを特徴とする非接触電力伝送装置である。

この構成によれば、受電コイルが移動方向に沿って互いに隣り合う送電コイルの境界上に位置するときであっても、受電コイルと一の送電コイルとの間の鎖交磁界と、受電コイルと他の送電コイルとの間の鎖交磁界とが、一部相殺を生じさせないようにできる。

また、本開示は、隣り合う前記送電コイルのうちの発生磁界がより大きい有限値である前記送電コイルと、前記受電コイルと、が互いに対向する領域の前記移動方向に沿った長さが、前記受電コイルの前記移動方向に沿った長さのほぼ半分であるときでも、発生磁界がより大きい有限値である前記送電コイルは、前記受電コイルに非接触電力伝送することが可能であることを特徴とする非接触電力伝送装置である。

この構成によれば、受電コイルが移動方向に沿って互いに隣り合う送電コイルの境界上に位置するときであっても、受電コイルに非接触電力伝送することができる。

また、本開示は、隣り合う前記送電コイルのうちの発生磁界がより小さい有限値である前記送電コイルと、前記受電コイルと、が互いに対向する領域の前記移動方向に沿った長さが、前記受電コイルの前記移動方向に沿った長さにほぼ等しいときでも、（１）発生磁界がより小さい有限値である前記送電コイルは、前記受電コイルに非接触電力伝送することが可能である、又は、（２）発生磁界がより小さい有限値である前記送電コイルが、発生磁界がより大きい有限値である状態に遷移し、前記受電コイルに非接触電力伝送し、前記移動体内の蓄電素子を電池切れにしないことが可能になるように、前記送電制御部は、前記一の期間及び前記他の期間を長すぎない短めの長さに制御することを特徴とする非接触電力伝送装置である。

この構成によれば、受電コイルが発生磁界のより小さい有限値である送電コイル上に位置するときであっても、（１）その送電コイルの発生磁界がある程度は大きければ、受電コイルに非接触電力伝送することができ、（２）その送電コイルの発生磁界がその程度に大きくなくても、移動体内の蓄電素子が電池切れになる前に、その送電コイルの発生磁界がより大きい有限値になるため、受電コイルに非接触電力伝送することができる。

また、本開示は、以上に記載の非接触電力伝送装置と、前記受電コイルと、受電電力を蓄電する蓄電素子と、を設ける前記移動体と、を備えることを特徴とする非接触電力伝送システムである。

この構成によれば、受電コイルが発生磁界のより弱い送電コイル上に位置するときであっても、受信コイルへの非接触電力伝送を待たずに、負荷への電力供給を行なえる。

このように、本開示は、移動体内の受電コイルに非接触電力伝送するにあたり、移動方向に延びる複数の送電コイルを移動方向に沿って互いに間隔を空けて設けたうえで、移動体の移動位置を検出せず、複数の送電電源の駆動位相を同期させず、移動範囲内の任意位置で非接触電力伝送を可能にすることができる。

従来技術の非接触電力伝送システムの構成を示す図である。 従来技術の送受電コイル間の磁界結合を示す図である。 本開示の第１実施形態の非接触電力伝送システムの構成を示す図である。 本開示の第１実施形態の非接触電力伝送システムの構成を示す図である。 本開示の第１実施形態の送受電コイル間の磁界結合を示す図である。 本開示の第２実施形態の非接触電力伝送システムの構成を示す図である。 本開示の第２実施形態の非接触電力伝送システムの構成を示す図である。 本開示の第２実施形態の送受電コイル間の磁界結合を示す図である。 本開示の送受電コイルのコイル形状及び位置関係を示す図である。

添付の図面を参照して本開示の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本開示の実施の例であり、本開示は以下の実施形態に制限されるものではない。

（本開示の第１実施形態の非接触電力伝送システム）
本開示の第１実施形態の非接触電力伝送システムの構成を図３及び図４に示す。図３に示した非接触電力伝送システムＳは、従来技術の非接触電力伝送システムＳに加えて、送電制御部４及び送電スイッチ５から構成される。図４に示した非接触電力伝送システムＳは、従来技術の非接触電力伝送システムＳに加えて、送電制御部４から構成される。

本開示の第１実施形態では、移動体３－ｎの移動方向に沿って互いに隣り合う送電コイル２２－ｍについて、一の送電コイル２２－ｍの発生磁界が有限値であり、他の送電コイル２２－ｍの発生磁界がほぼ０である一の期間と、一の送電コイル２２－ｍの発生磁界がほぼ０であり、他の送電コイル２２－ｍの発生磁界が有限値である他の期間と、が移動体３－ｎの移動位置に関わらず交互に出現するように、送電制御部４（及び送電スイッチ５）は、複数の送電電源２１－ｍを制御する。

図３に示した非接触電力伝送システムＳでは、送電スイッチ５の入力端子には、直流電源１が接続され、送電スイッチ５の第１出力端子には、送電電源２１－１、２１－３が接続され、送電スイッチ５の第２出力端子には、送電電源２１－２、２１－４が接続される。そして、当該一の期間では、送電制御部４は、送電スイッチ５の入力端子と第１出力端子とを接続することにより、直流電源１と送電電源２１－１、２１－３とを接続する。一方で、当該他の期間では、送電制御部４は、送電スイッチ５の入力端子と第２出力端子とを接続することにより、直流電源１と送電電源２１－２、２１－４とを接続する。

図４に示した非接触電力伝送システムＳでは、送電制御部４は、各々の送電電源２１－ｍに対して、ＯＮ制御信号又はＯＦＦ制御信号を出力する。つまり、当該一の期間では、送電制御部４は、送電電源２１－１、２１－３に対して、ＯＮ制御信号を出力する一方で、送電電源２１－２、２１－４に対して、ＯＦＦ制御信号を出力する。一方で、当該他の期間では、送電制御部４は、送電電源２１－１、２１－３に対して、ＯＦＦ制御信号を出力する一方で、送電電源２１－２、２１－４に対して、ＯＮ制御信号を出力する。

本開示の第１実施形態の送受電コイル間の磁界結合を図５に示す。上記のように、送電電源２１－ｍは、それぞれ、送電コイル２２－ｍを独立の位相で駆動する。よって、送電コイル２２－ｍは、それぞれ、独立の位相で磁界を発生させる。最良の場合は、移動方向に沿って互いに隣り合う送電コイル２２－ｍは、互いに同相で磁界を発生させる。最悪の場合は、移動方向に沿って互いに隣り合う送電コイル２２－ｍは、互いに逆相で磁界を発生させる。図５では、最悪の場合における送受電コイル間の磁界結合について説明する。

図５の上半分に示したように、当該一の期間では、送電コイル２２－１、２２－３の発生磁界は、上面図ではそれぞれ、紙面手前方向、紙面手前方向であり、側面図ではそれぞれ、紙面上向き方向、紙面上向き方向であり、十分に大きい有限値である。一方で、送電コイル２２－２、２２－４の発生磁界は、ほぼ０であると言える。

受電コイル３１－１は、送電コイル２２－１上に位置する。そして、受電コイル３１－１と送電コイル２２－１との間の鎖交磁界は、上面図では紙面手前方向であり、側面図では紙面上向き方向であり、十分に大きい有限値である。よって、送電コイル２２－１から受電コイル３１－１への非接触電力伝送は、最悪の場合でも可能である。

ここで、隣り合う送電コイル２２－１、２２－２のうちの発生磁界が有限値である送電コイル２２－１と、受電コイル３１－１と、が互いに対向する領域の移動方向に沿った長さは、受電コイル３１－１の移動方向に沿った長さにほぼ等しい。このときには、発生磁界が有限値である送電コイル２２－１が、移動体３－１内の負荷３４－１での消費電力を供給することが可能になるように、送電制御部４は、当該一の期間（及び当該他の期間）を短すぎない長めの長さに制御することが望ましい。そして、送電電源２１－１の最大出力は、送電ユニット２－１上に位置可能な移動体３－ｎの最大台数と、各移動体３－ｎ内の負荷３４－ｎ及びそれ以外での消費電力と、に基づいて設定することが望ましい。

受電コイル３１－２は、送電コイル２２－２、２２－３の境界上に位置する。ここで、受電コイル３１－２と送電コイル２２－２との間の鎖交磁界は、ほぼ０である。そして、受電コイル３１－２と送電コイル２２－３との間の鎖交磁界は、上面図では紙面手前方向であり、側面図では紙面上向き方向であり、十分に大きい有限値である。つまり、受電コイル３１－２と送電コイル２２－３との間の鎖交磁界は、受電コイル３１－２と送電コイル２２－２との間の鎖交磁界により、全く相殺されない。よって、送電コイル２２－２、２２－３から受電コイル３１－２への非接触電力伝送は、最悪の場合でも可能である。

ここで、隣り合う送電コイル２２－２、２２－３のうちの発生磁界が有限値である送電コイル２２－３と、受電コイル３１－２と、が互いに対向する領域の移動方向に沿った長さは、受電コイル３１－２の移動方向に沿った長さのほぼ半分又はそれ以下になることがあり得る。このときでも、発生磁界が有限値である送電コイル２２－３は、受電コイル３１－２に非接触電力伝送することが可能であることが望ましい。

受電コイル３１－３は、送電コイル２２－４上に位置する。そして、受電コイル３１－３と送電コイル２２－４との間の鎖交磁界は、ほぼ０である。よって、送電コイル２２－４から受電コイル３１－３への非接触電力伝送は、最良の場合でも不能である。もっとも、蓄電素子３３－３から負荷３４－３への電力供給は、当該一の期間でも可能である。

ここで、隣り合う送電コイル２２－３、２２－４のうちの発生磁界がほぼ０である送電コイル２２－４と、受電コイル３１－３と、が互いに対向する領域の移動方向に沿った長さは、受電コイル３１－３の移動方向に沿った長さにほぼ等しい。このときでも、発生磁界がほぼ０である送電コイル２２－４が、図５の下半分に示すように、発生磁界が有限値である状態に遷移し、受電コイル３１－３に非接触電力伝送し、移動体３－３内の蓄電素子３３－３を電池切れにしないことが可能になるように、送電制御部４は、当該一の期間（及び当該他の期間）を長すぎない短めの長さに制御することが望ましい。

図５の下半分に示したように、当該他の期間では、送電コイル２２－２、２２－４の発生磁界は、上面図ではそれぞれ、紙面奥行方向、紙面奥行方向であり、側面図ではそれぞれ、紙面下向き方向、紙面下向き方向であり、十分に大きい有限値である。一方で、送電コイル２２－１、２２－３の発生磁界は、ほぼ０であると言える。

受電コイル３１－３は、送電コイル２２－４上に位置する。そして、受電コイル３１－３と送電コイル２２－４との間の鎖交磁界は、上面図では紙面奥行方向であり、側面図では紙面下向き方向であり、十分に大きい有限値である。よって、送電コイル２２－４から受電コイル３１－３への非接触電力伝送は、最悪の場合でも可能である。

受電コイル３１－２は、送電コイル２２－２、２２－３の境界上に位置する。ここで、受電コイル３１－２と送電コイル２２－２との間の鎖交磁界は、上面図では紙面奥行方向であり、側面図では紙面下向き方向であり、十分に大きい有限値である。そして、受電コイル３１－２と送電コイル２２－３との間の鎖交磁界は、ほぼ０である。つまり、受電コイル３１－２と送電コイル２２－２との間の鎖交磁界は、受電コイル３１－２と送電コイル２２－３との間の鎖交磁界により、全く相殺されない。よって、送電コイル２２－２、２２－３から受電コイル３１－２への非接触電力伝送は、最悪の場合でも可能である。

受電コイル３１－１は、送電コイル２２－１上に位置する。そして、受電コイル３１－１と送電コイル２２－１との間の鎖交磁界は、ほぼ０である。よって、送電コイル２２－１から受電コイル３１－１への非接触電力伝送は、最良の場合でも不能である。もっとも、蓄電素子３３－１から負荷３４－１への電力供給は、当該他の期間でも可能である。

ところで、送電制御部４は、当該一の期間及び当該他の期間を等しい長さに制御することが望ましい。すると、移動体３－ｎの移動範囲内の任意位置で均等な非接触電力伝送を可能にすることができる。そして、移動体３－ｎの移動方向に沿って互いに隣り合う送電コイル２２－ｍの境界上の位置であっても、ある１個の送電コイル２２－ｍ上の位置と比べて、非接触電力伝送効率が若干低くなるだけである。

このように、移動体３－ｎ内の受電コイル３１－ｎに非接触電力伝送するにあたり、移動方向に延びる複数の送電コイル２２－ｍを移動方向に沿って互いに間隔を空けて設けたうえで、移動体３－ｎの移動位置を検出せず、複数の送電電源２１－ｍの駆動位相を同期させず、移動範囲内の任意位置で非接触電力伝送を可能にすることができる。

（本開示の第２実施形態の非接触電力伝送システム）
本開示の第２実施形態の非接触電力伝送システムの構成を図６及び図７に示す。図６に示した非接触電力伝送システムＳは、従来技術の非接触電力伝送システムＳに加えて、送電制御部４、直流電源１に代わる高出力電源６、直流電源１に代わる低出力電源７及び送電スイッチ８から構成される。図７に示した非接触電力伝送システムＳは、従来技術の非接触電力伝送システムＳに加えて、送電制御部４から構成される。

本開示の第２実施形態では、移動体３－ｎの移動方向に沿って互いに隣り合う送電コイル２２－ｍについて、一の送電コイル２２－ｍの発生磁界がより大きい有限値であり、他の送電コイル２２－ｍの発生磁界がより小さい有限値である一の期間と、一の送電コイル２２－ｍの発生磁界がより小さい有限値であり、他の送電コイル２２－ｍの発生磁界がより大きい有限値である他の期間と、が移動体３－ｎの移動位置に関わらず交互に出現するように、送電制御部４（及び送電スイッチ８）は、複数の送電電源２１－ｍを制御する。

図６に示した非接触電力伝送システムＳでは、送電スイッチ８の第１入力端子には、高出力電源６が接続され、送電スイッチ８の第２入力端子には、低出力電源７が接続され、送電スイッチ８の第１出力端子には、送電電源２１－１、２１－３が接続され、送電スイッチ８の第２出力端子には、送電電源２１－２、２１－４が接続される。そして、当該一の期間では、送電制御部４は、送電スイッチ８の第１入力端子と第１出力端子とを接続するとともに、送電スイッチ８の第２入力端子と第２出力端子とを接続することにより、高出力電源６と送電電源２１－１、２１－３とを接続し、低出力電源７と送電電源２１－２、２１－４とを接続する。一方で、当該他の期間では、送電制御部４は、送電スイッチ８の第１入力端子と第２出力端子とを接続するとともに、送電スイッチ８の第２入力端子と第１出力端子とを接続することにより、高出力電源６と送電電源２１－２、２１－４とを接続し、低出力電源７と送電電源２１－１、２１－３とを接続する。

図７に示した非接触電力伝送システムＳでは、送電制御部４は、各々の送電電源２１－ｍに対して、高出力制御信号又は低出力制御信号を出力する。つまり、当該一の期間では、送電制御部４は、送電電源２１－１、２１－３に対して、高出力制御信号を出力する一方で、送電電源２１－２、２１－４に対して、低出力制御信号を出力する。一方で、当該他の期間では、送電制御部４は、送電電源２１－１、２１－３に対して、低出力制御信号を出力する一方で、送電電源２１－２、２１－４に対して、高出力制御信号を出力する。

本開示の第２実施形態の送受電コイル間の磁界結合を図８に示す。上記のように、送電電源２１－ｍは、それぞれ、送電コイル２２－ｍを独立の位相で駆動する。よって、送電コイル２２－ｍは、それぞれ、独立の位相で磁界を発生させる。最良の場合は、移動方向に沿って互いに隣り合う送電コイル２２－ｍは、互いに同相で磁界を発生させる。最悪の場合は、移動方向に沿って互いに隣り合う送電コイル２２－ｍは、互いに逆相で磁界を発生させる。図８では、最悪の場合における送受電コイル間の磁界結合について説明する。

図８の上半分に示したように、当該一の期間では、送電コイル２２－１、２２－３の発生磁界は、上面図ではそれぞれ、紙面手前方向、紙面手前方向であり、側面図ではそれぞれ、紙面上向き方向、紙面上向き方向であり、より大きい有限値である。一方で、送電コイル２２－２、２２－４の発生磁界は、上面図ではそれぞれ、紙面奥行方向、紙面奥行方向であり、側面図ではそれぞれ、紙面下向き方向、紙面下向き方向であり、より小さい有限値である。

受電コイル３１－１は、送電コイル２２－１上に位置する。そして、受電コイル３１－１と送電コイル２２－１との間の鎖交磁界は、上面図では紙面手前方向であり、側面図では紙面上向き方向であり、より大きい有限値である。よって、送電コイル２２－１から受電コイル３１－１への非接触電力伝送は、最悪の場合でも可能である。

ここで、隣り合う送電コイル２２－１、２２－２のうちの発生磁界がより大きい有限値である送電コイル２２－１と、受電コイル３１－１と、が互いに対向する領域の移動方向に沿った長さは、受電コイル３１－１の移動方向に沿った長さにほぼ等しい。このときには、発生磁界がより大きい有限値である送電コイル２２－１が、移動体３－１内の負荷３４－１での消費電力を供給することが可能になるように、送電制御部４は、当該一の期間（及び当該他の期間）を短すぎない長めの長さに制御することが望ましい。そして、送電電源２１－１の最大出力は、送電ユニット２－１上に位置可能な移動体３－ｎの最大台数と、各移動体３－ｎ内の負荷３４－ｎ及びそれ以外での消費電力と、に基づいて設定することが望ましい。

受電コイル３１－２は、送電コイル２２－２、２２－３の境界上に位置する。ここで、受電コイル３１－２と送電コイル２２－２との間の鎖交磁界は、上面図では紙面奥行方向であり、側面図では紙面下向き方向であり、より小さい有限値である。そして、受電コイル３１－２と送電コイル２２－３との間の鎖交磁界は、上面図では紙面手前方向であり、側面図では紙面上向き方向であり、より大きい有限値である。つまり、受電コイル３１－２と送電コイル２２－３との間の鎖交磁界は、受電コイル３１－２と送電コイル２２－２との間の鎖交磁界により、一部しか相殺されない。よって、送電コイル２２－２、２２－３から受電コイル３１－２への非接触電力伝送は、最悪の場合でも可能である。

ここで、隣り合う送電コイル２２－２、２２－３のうちの発生磁界がより大きい有限値である送電コイル２２－３と、受電コイル３１－２と、が互いに対向する領域の移動方向に沿った長さは、受電コイル３１－２の移動方向に沿った長さのほぼ半分になることがあり得る。このときでも、発生磁界がより大きい有限値である送電コイル２２－３は、受電コイル３１－２に非接触電力伝送することが可能であることが望ましい。

受電コイル３１－３は、送電コイル２２－４上に位置する。そして、受電コイル３１－３と送電コイル２２－４との間の鎖交磁界は、上面図では紙面奥行方向であり、側面図では紙面下向き方向であり、より小さい有限値である。よって、送電コイル２２－４から受電コイル３１－３への非接触電力伝送は、最悪の場合でも可能である。たとえ、送電コイル２２－４から受電コイル３１－３への非接触電力伝送が、最悪の場合には不能でも、蓄電素子３３－３から負荷３４－３への電力供給は、当該一の期間でも可能である。

ここで、隣り合う送電コイル２２－３、２２－４のうちの発生磁界がより小さい有限値である送電コイル２２－４と、受電コイル３１－３と、が互いに対向する領域の移動方向に沿った長さは、受電コイル３１－３の移動方向に沿った長さにほぼ等しい。このときでも、発生磁界がより小さい有限値である送電コイル２２－４が、図８の下半分に示すように、発生磁界がより大きい有限値である状態に遷移し、受電コイル３１－３に非接触電力伝送し、移動体３－３内の蓄電素子３３－３を電池切れにしないことが可能になるように、送電制御部４は、当該一の期間（及び当該他の期間）を長すぎない短めの長さに制御することが望ましい。

図８の下半分に示したように、当該他の期間では、送電コイル２２－２、２２－４の発生磁界は、上面図ではそれぞれ、紙面奥行方向、紙面奥行方向であり、側面図ではそれぞれ、紙面下向き方向、紙面下向き方向であり、より大きい有限値である。一方で、送電コイル２２－１、２２－３の発生磁界は、上面図ではそれぞれ、紙面手前方向、紙面手前方向であり、側面図ではそれぞれ、紙面上向き方向、紙面上向き方向であり、より小さい有限値である。

受電コイル３１－３は、送電コイル２２－４上に位置する。そして、受電コイル３１－３と送電コイル２２－４との間の鎖交磁界は、上面図では紙面奥行方向であり、側面図では紙面下向き方向であり、より大きい有限値である。よって、送電コイル２２－４から受電コイル３１－３への非接触電力伝送は、最悪の場合でも可能である。

受電コイル３１－２は、送電コイル２２－２、２２－３の境界上に位置する。ここで、受電コイル３１－２と送電コイル２２－２との間の鎖交磁界は、上面図では紙面奥行方向であり、側面図では紙面下向き方向であり、より大きい有限値である。そして、受電コイル３１－２と送電コイル２２－３との間の鎖交磁界は、上面図では紙面手前方向であり、側面図では紙面上向き方向であり、より小さい有限値である。つまり、受電コイル３１－２と送電コイル２２－２との間の鎖交磁界は、受電コイル３１－２と送電コイル２２－３との間の鎖交磁界により、一部しか相殺されない。よって、送電コイル２２－２、２２－３から受電コイル３１－２への非接触電力伝送は、最悪の場合でも可能である。

受電コイル３１－１は、送電コイル２２－１上に位置する。そして、受電コイル３１－１と送電コイル２２－１との間の鎖交磁界は、上面図では紙面手前方向であり、側面図では紙面上向き方向であり、より小さい有限値である。よって、送電コイル２２－１から受電コイル３１－１への非接触電力伝送は、最悪の場合でも可能である。たとえ、送電コイル２２－１から受電コイル３１－１への非接触電力伝送が、最悪の場合には不能でも、蓄電素子３３－１から負荷３４－１への電力供給は、当該一の期間でも可能である。

ところで、送電制御部４は、当該一の期間及び当該他の期間を等しい長さに制御することが望ましい。すると、移動体３－ｎの移動範囲内の任意位置で均等な非接触電力伝送を可能にすることができる。そして、移動体３－ｎの移動方向に沿って互いに隣り合う送電コイル２２－ｍの境界上の位置であっても、ある１個の送電コイル２２－ｍ上の位置と比べて、非接触電力伝送効率が若干低くなるだけである。

このように、移動体３－ｎ内の受電コイル３１－ｎに非接触電力伝送するにあたり、移動方向に延びる複数の送電コイル２２－ｍを移動方向に沿って互いに間隔を空けて設けたうえで、移動体３－ｎの移動位置を検出せず、複数の送電電源２１－ｍの駆動位相を同期させず、移動範囲内の任意位置で非接触電力伝送を可能にすることができる。

（本開示の送受電コイルのコイル形状及び位置関係）
本開示の送受電コイルのコイル形状及び位置関係を図９に示す。図９では、送電コイル２２－１、２２－２及び受電コイル３１－１のみを抽出する。

図９の上段では、送電コイル２２－１、２２－２及び受電コイル３１－１は、それぞれ、移動体３－ｎの移動方向と平行な方向に延びる平行二線と、平行二線の末端を接続する末端二線と、を備える。受電コア３５－１は、受電コイル３１－１のコアであり、送電コイル２２－１、２２－２の平行二線の間の溝を貫通しない。よって、受電コイル３１－１が送電コイル２２－１、２２－２の境界上を通過する際の構造上の問題はない。

図９の中段では、送電コイル２２－１、２２－２及び受電コイル３１－１は、それぞれ、移動体３－ｎの移動方向と平行な方向に延びる平行二線と、平行二線の末端を接続する末端二線と、を備える。受電コア３５－１は、受電コイル３１－１のコアであり、送電コイル２２－１、２２－２の平行二線の間の溝を貫通する。そこで、送電コイル２２－１、２２－２の末端二線を図９の紙面下向きに屈曲させることにより、受電コア３５－１が送電コイル２２－１、２２－２の末端二線と干渉することなく、受電コイル３１－１が送電コイル２２－１、２２－２の境界上を通過することができる。

図９の下段では、送電コイル２２－１、２２－２及び受電コイル３１－１は、それぞれ、移動体３－ｎの移動方向と平行な方向に延びるコアと、コアに巻回される導線と、を備える。ここで、図９の上段及び中段に示した溝の問題はない。よって、受電コイル３１－１が送電コイル２２－１、２２－２の境界上を通過する際の構造上の問題はない。

本開示の非接触電力伝送装置及び非接触電力伝送システムは、電動車両、電子機器搭載カート、ＦＡ（Ｆａｃｔｏｒｙ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ）用製造パレット、及び、これらに装着された電子タグに対して、非接触電力伝送する目的で適用することができる。

Ｓ：非接触電力伝送システム
１：直流電源
２－１、２－２、２－３、２－４：送電ユニット
３－１、３－２、３－３：移動体
４：送電制御部
５：送電スイッチ
６：高出力電源
７：低出力電源
８：送電スイッチ
２１－１、２１－２、２１－３、２１－４：送電電源
２２－１、２２－２、２２－３、２２－４：送電コイル
２３－１、２３－２、２３－３、２３－４：移動体ガイド
３１－１、３１－２、３１－３：受電コイル
３２－１、３２－２、３２－３：受電電源
３３－１、３３－２、３３－３：蓄電素子
３４－１、３４－２、３４－３：負荷
３５－１：受電コア

Claims (10)

1. 移動体の移動方向に延びて前記移動体内の受電コイルに非接触電力伝送し、前記移動方向に沿って互いに間隔を空けて設けられ、前記間隔の前記移動方向に沿った長さが前記受電コイルの前記移動方向に沿った長さより短い複数の送電コイルと、
   各々の前記送電コイルを独立の位相で駆動する複数の送電電源と、
   前記移動方向に沿って互いに隣り合う前記送電コイルについて、一の前記送電コイルの発生磁界が他の前記送電コイルの発生磁界より強い一の期間と、一の前記送電コイルの発生磁界が他の前記送電コイルの発生磁界より弱い他の期間と、が前記移動体の移動位置に関わらず交互に出現するように、前記複数の送電電源を制御する送電制御部と、
   を備えることを特徴とする非接触電力伝送装置。
2. 前記送電制御部は、前記一の期間及び前記他の期間を等しい長さに制御する
   ことを特徴とする、請求項１に記載の非接触電力伝送装置。
3. 隣り合う前記送電コイルのうちの発生磁界がより強い前記送電コイルと、前記受電コイルと、が互いに対向する領域の前記移動方向に沿った長さが、前記受電コイルの前記移動方向に沿った長さにほぼ等しいときには、発生磁界がより強い前記送電コイルが、前記移動体内の負荷での消費電力を供給することが可能になるように、前記送電制御部は、前記一の期間及び前記他の期間を短すぎない長めの長さに制御する
   ことを特徴とする、請求項１又は２に記載の非接触電力伝送装置。
4. 隣り合う前記送電コイルについて、一の前記送電コイルの発生磁界が有限値であり、他の前記送電コイルの発生磁界がほぼ０である前記一の期間と、一の前記送電コイルの発生磁界がほぼ０であり、他の前記送電コイルの発生磁界が有限値である前記他の期間と、が交互に出現するように、前記送電制御部は、前記複数の送電電源を制御する
   ことを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載の非接触電力伝送装置。
5. 隣り合う前記送電コイルのうちの発生磁界が有限値である前記送電コイルと、前記受電コイルと、が互いに対向する領域の前記移動方向に沿った長さが、前記受電コイルの前記移動方向に沿った長さのほぼ半分又はそれ以下であるときでも、発生磁界が有限値である前記送電コイルは、前記受電コイルに非接触電力伝送することが可能である
   ことを特徴とする、請求項４に記載の非接触電力伝送装置。
6. 隣り合う前記送電コイルのうちの発生磁界がほぼ０である前記送電コイルと、前記受電コイルと、が互いに対向する領域の前記移動方向に沿った長さが、前記受電コイルの前記移動方向に沿った長さにほぼ等しいときでも、発生磁界がほぼ０である前記送電コイルが、発生磁界が有限値である状態に遷移し、前記受電コイルに非接触電力伝送し、前記移動体内の蓄電素子を電池切れにしないことが可能になるように、前記送電制御部は、前記一の期間及び前記他の期間を長すぎない短めの長さに制御する
   ことを特徴とする、請求項４又は５に記載の非接触電力伝送装置。
7. 隣り合う前記送電コイルについて、一の前記送電コイルの発生磁界がより大きい有限値であり、他の前記送電コイルの発生磁界がより小さい有限値である前記一の期間と、一の前記送電コイルの発生磁界がより小さい有限値であり、他の前記送電コイルの発生磁界がより大きい有限値である前記他の期間と、が交互に出現するように、前記送電制御部は、前記複数の送電電源を制御する
   ことを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載の非接触電力伝送装置。
8. 隣り合う前記送電コイルのうちの発生磁界がより大きい有限値である前記送電コイルと、前記受電コイルと、が互いに対向する領域の前記移動方向に沿った長さが、前記受電コイルの前記移動方向に沿った長さのほぼ半分であるときでも、発生磁界がより大きい有限値である前記送電コイルは、前記受電コイルに非接触電力伝送することが可能である
   ことを特徴とする、請求項７に記載の非接触電力伝送装置。
9. 隣り合う前記送電コイルのうちの発生磁界がより小さい有限値である前記送電コイルと、前記受電コイルと、が互いに対向する領域の前記移動方向に沿った長さが、前記受電コイルの前記移動方向に沿った長さにほぼ等しいときでも、（１）発生磁界がより小さい有限値である前記送電コイルは、前記受電コイルに非接触電力伝送することが可能である、又は、（２）発生磁界がより小さい有限値である前記送電コイルが、発生磁界がより大きい有限値である状態に遷移し、前記受電コイルに非接触電力伝送し、前記移動体内の蓄電素子を電池切れにしないことが可能になるように、前記送電制御部は、前記一の期間及び前記他の期間を長すぎない短めの長さに制御する
   ことを特徴とする、請求項７又は８に記載の非接触電力伝送装置。
10. 請求項１から９のいずれかに記載の非接触電力伝送装置と、
    前記受電コイルと、受電電力を蓄電する蓄電素子と、を設ける前記移動体と、
    を備えることを特徴とする非接触電力伝送システム。

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