JP7731107B2 - 給電装置および給電システム - Google Patents

Description

本開示は、移動体に、路面や床面から電力を給電する技術に関する。

近年、車輪を用いて移動する移動に、路面や床面から非接触で給電する技術が種々提案されている。例えば、体特許文献１には、車輪に中継コイルを設け、走行中の車両に中継コイルを介して給電する構成が開示されている。

特開２０２１－２３００３号公報

特許文献１の構成は、送電コイルから、タイヤに設けた中継コイルを介して、車両側の受電コイルに電力を供給するものであり、送電コイルと中継コイルの間隔を狭くして、伝送効率を高めることができる優れたものであるが、車輪が回転すると送電コイルや受電コイルに対する中継コイルの位置が変わるため、システム全体での伝送効率を一層高める構成が要望されている。

本開示の一形態によれば、給電装置が提供される。この給電装置は、移動体（２００）に搭載された受電コイル（２４０）と、前記移動体の移動に伴って、前記移動体が移動する面に沿って配置された送電コイル（４０）と前記受電コイルとの間の電力の供給を順次中継する複数の中継コイル（７０）と、前記受電コイルに接続され、前記移動体で用いられる電力を受け取る受電回路（２３０）と、を備え、前記複数の中継コイルの各々は、前記移動体の移動位置に応じて、前記送電コイルと磁界結合する第１コイル（７１）と、前記第１コイルが前記送電コイルと磁界結合するときに前記受電コイルと磁界結合する第２コイル（７２）と、前記第１コイルと前記第２コイルとを接続する接続回路（９０）とを備え、前記複数の中継コイルは、前記移動体の車輪（６０）の周方向に沿って設けられ、前記移動体の移動に伴う前記車輪の回転位置に応じて、前記送電コイルから前記受電コイルへの前記電力の中継を順次行ない、前記接続回路は、前記第１コイルおよび前記第２コイルの少なくとも一方の共振周波数の設定に関与する共振コンデンサ（Ｃｔ１，Ｃｗ１）を備え、前記共振コンデンサが、前記第１コイルおよび前記第２コイルの少なくとも一方に並列に接続された並列共振コンデンサ、または前記第１コイルおよび前記第２コイルに対して直列共振用のコイルを介して並列に接続された並列共振コンデンサ、のいずれかを備えることで、並列特性を有する。この形態によれば、送電コイルと第１コイルとの間隔、第２コイルと受電コイルの間隔をいずれも狭くできるので、電力の伝送効率を高めることができる。更に、複数の中継コイルのうち、送電コイルに正対しない他の中継コイルに流れる電流を抑制して、給電装置の給電効率を高めることができる。

なお、本開示は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、給電装置の他、給電システムやその設計方法など種々の態様で実施できる。

実施形態の給電装置を備えた電力伝送システムを示す説明図である。 送電回路から受電回路までを示す説明図である。 車輪の中心軸に沿った方向から車輪を見たときの構成を示す説明図である。 図２のＩＩＩ－ＩＩＩ断面により車輪の内部構成を示す説明図である。 第１コイルを車輪の中心軸から見た状態を模式的に示す説明図である。 第２コイルを車輪の中心軸から見た状態を模式的に示す説明図である。 給電装置の電気的な構成の概略を示す回路図である。 車輪の位相と、自己インダクタンスの関係を示す説明図である。 第１実施形態のＰＳ共振方式の中継コイルの構成と共振条件とを示す説明図である。 参考例としてのＳＳ共振方式の中継コイルの構成と共振条件とを示す説明図である。 第１コイルと第２コイルとの電流減少率を示すグラフである。 参考例と第１実施例において給電される電力をバッテリ電圧の違いにより示す説明図である。 給電される平均電力を、参考例のＳＳ共振方式と第１実施形態のＰＳ共振方式との比較において示す説明図である。 第１実施形態のＰＳ共振方式による給電装置の等価回路を示す説明図である。 ＰＳ共振方式の電圧方程式を示す説明図である。 第２から第４実施形態の中継コイルの構成と共振条件を示す説明図である。 第１から第４実施形態までの構成おける第１コイルと第２コイルとの電流減少率を示すグラフである。 第１から第４実施形態において給電される電力をバッテリ電圧の違いにより示す説明図である。 第２から第４実施形態において給電される平均電力を比較して示す説明図である。 第３実施形態のＳＰ共振方式による給電装置の等価回路を示す説明図である。 第３実施形態のＳＰ共振方式の電圧方程式を示す説明図である。 第４実施形態のＳＰＳ共振方式による給電装置の等価回路を示す説明図である。 第４実施形態のＳＰＳ共振方式の電圧方程式を示す説明図である。 第５から第７実施形態の中継コイルの構成と共振条件を示す説明図である。 第８実施形態の給電装置における中継コイルの配列の一例を示す説明図である。 第８実施形態の変形例を示す説明図である。

Ａ．第１実施形態：
（Ａ１）電力伝送システムの全体構成：
第１実施形態の給電装置２５０を含む電力伝送システム５００の概略構成を、図１Ａに示す。電力伝送システム５００は、移動体の一種である車両２００に、車両２００が移動する面に対応する道路１０５から、電力を供給するシステムである。電力伝送システム５００は、図示するように、道路１０５に設けられた送電システム１００と、車両２００に搭載される給電装置２５０とを備える。電力伝送システム５００は、車両２００の停車中あるいは走行中において、送電システム１００から車両２００の給電装置２５０に、車輪６０に設けられた中継コイル７０を用いて電力を伝送する。車輪６０は、道路１０５に接触しているが、電気的には、送電システム１００とは非接触である。送電システム１００からの電力は、車輪６０に複数個設けられた中継コイル７０のうちの一つを中継して、給電装置２５０に伝送される。電力伝送の詳しいメカニズムは後で詳しく説明する。

非接触での電力伝送をうける車両２００は、例えば、電気をエネルギ源としてモータを駆動して動力を得る電気自動車やモータの他に内燃機関などの動力源を搭載したハイブリッド車として構成される。なお、車両２００は、４輪車に限るものではなく、３輪車でもよく、オートバイなどの２輪車やトラックなどの車輪数の多い車両、あるいは工場内などで用いられる搬送車や自走式のロボットなどであってもよい。こうした車両などの移動体が移動する面は、屋外の道路１０５であってもよく、屋内の床面などであってもよい。

道路１０５側の送電システム１００は、道路１０５に埋設された複数の送電コイル４０と、複数の送電コイル４０のそれぞれに交流電圧を印加して電力を供給する複数の送電回路３０と、複数の送電回路３０に電力を供給する外部電源１０（以下「電源１０」と略す）と、コイル位置検出部２０と、制御装置５０と、を備えている。

複数の送電コイル４０は、本実施形態では、道路１０５の進行方向に沿って設置されている。送電コイル４０は、一方向のみならず、２次元的に配列してもよい。送電回路３０は、電源１０から供給される直流電圧を高周波の交流電圧に変換して送電コイル４０に印加する回路である。送電回路３０については、後述する。電源１０は、直流電圧を送電回路３０に供給する回路である。例えば、電源１０は、系統電源から力率改善回路（ＰＦＣ）を介して送電回路３０へ供給される。ＰＦＣについては、図示を省略している。電源１０が出力する直流電圧は、完全な直流電圧でなくてもよく、ある程度の変動（リップル）を含んでいても良い。なお、送電回路３０と送電コイル４０の間には、通常フィルタが設けられるが、図１Ａでは、図示を省略している。フィルタについては、送電に関わる電気回路を説明する際に併せて説明する。

コイル位置検出部２０は、車両２００の車輪６０に搭載されている中継コイル７０の、送電コイル４０に対する相対的な位置を検出する。コイル位置検出部２０は、例えば、複数の送電回路３０における送電電力や送電電流の大きさから中継コイル７０の位置を検出しても良く、あるいは、車両２００との無線通信や車両２００の位置を検出する位置センサを利用して中継コイル７０の位置を検出してもよい。中継コイル７０は、車輪６０に設けられているので、車輪６０の位置を、車輪６０から受ける荷重などを利用して検出するようにしてもよい。制御装置５０は、コイル位置検出部２０で検出された中継コイル７０の位置に応じて、中継コイル７０に近い１つ以上の送電回路３０と送電コイル４０に送電を実行させる。

（Ａ２）給電装置の構成：
車両２００は、給電装置２５０を構成する中継コイル７０，受電回路２３０，および受電コイル２４０の他、メインバッテリ２１０と、補機バッテリ２１５と、制御装置２２０と、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路２６０と、インバータ回路２７０と、モータジェネレータ２８０と、補機２９０等を備えている。車輪６０は、タイヤ６２とホイール６４とを有しており、受電コイル２４０は、車輪６０のホイール６４の内側（中心軸６１側）に設けられている。受電コイル２４０には、受電回路２３０が接続されている。受電回路２３０の出力には、メインバッテリ２１０と、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路２６０の高圧側と、インバータ回路２７０と、が接続されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ回路２６０の低圧側には、補機バッテリ２１５と、補機２９０とが接続されている。インバータ回路２７０には、モータジェネレータ２８０が接続されている。

図１Ａの受電回路２３０は、受電コイル２４０から出力される交流電流を直流電流に変換する整流回路を含む。なお、受電回路２３０は、整流回路にて生成した直流の電圧を、メインバッテリ２１０の充電に適した電圧に変換するＤＣ／ＤＣコンバータ回路を含んでいても良い。受電回路２３０から出力される直流の電力は、メインバッテリ２１０の充電や、インバータ回路２７０を介したモータジェネレータ２８０の駆動に利用することができ、また、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路２６０を用いて直流の電圧を降圧することで、補機バッテリ２１５の充電や、補機２９０の駆動にも利用可能である。

メインバッテリ２１０は、モータジェネレータ２８０を駆動するための比較的高い直流電圧を出力する２次電池である。モータジェネレータ２８０は、３相交流モータとして動作し、車両２００の走行のための駆動力を発生する。モータジェネレータ２８０は、車両２００の減速時にはジェネレータとして動作し、３相交流電圧を発生する。インバータ回路２７０は、モータジェネレータ２８０がモータとして動作するとき、メインバッテリ２１０の直流電圧を３相交流電圧に変換してモータジェネレータ２８０に供給する。インバータ回路２７０は、モータジェネレータ２８０がジェネレータとして動作するとき、モータジェネレータ２８０が出力する３相交流電圧を直流電圧に変換してメインバッテリ２１０に供給する。

ＤＣ／ＤＣコンバータ回路２６０は、メインバッテリ２１０の直流電圧を、補機２９０の駆動に適した直流電圧に変換して補機バッテリ２１５及び補機２９０に供給する。補機バッテリ２１５は、補機２９０を駆動するための直流電圧を出力する２次電池である。補機２９０は、車両２００の空調装置や電動パワーステアリング装置、ヘッドライト、ウインカ、ワイパー等の周辺装置や車両２００の様々なアクセサリーを含む。ＤＣ／ＤＣコンバータ回路２６０は、電圧変換の必要がなければ無くてもよい。

制御装置２２０は、車両２００内の上述した各部を制御する。制御装置２２０は、走行中非接触給電を受ける際には、受電回路２３０を制御して、受電に必要な処理を実行する。

（Ａ３）中継コイルの構成：
中継コイル７０は、車輪６０に設けられている。中継コイル７０は、図１Ｂに示すように、第１コイル７１と第２コイル７２と両者を接続する共振接続回路９０とを有する。中継コイル７０は、車輪６０の回転軸を中心として、等角度に、つまり中心角で６０度ずつ離間して、６個設けられている。６個の中継コイル７０を区別する場合には、中継コイル７０ａ，７０ｂ，７０ｃ，７０ｄ，７０ｅ，７０ｆと呼ぶが、特に区別を要しない場合には、中継コイル７０と呼ぶ。図１Ｂでは、中継コイル７０ａとこれに隣接する中継コイル７０ｂおよび中継コイル７０ｆを示している。各組の中継コイル７０において、第１コイル７１と第２コイル７２と共振接続回路９０とは、有線接続されている。

中継コイル７０の第１コイル７１は、ホイール６４の外側、すなわちタイヤ６２側に設けられており、第２コイル７２は、ホイール６４の内側に設けられている。従って、車輪６０の中心軸６１から第１コイル７１までの間隔と、中心軸６１から第２コイル７２までの間隔は異なっており、中心軸６１から第１コイル７１までの間隔の方が大きい。そのため、第１コイル７１は、第２コイル７２よりも道路１０５に埋設された送電コイル４０に近づくことができる。車輪６０が回転し、第１コイル７１が道路１０５に埋設された送電コイル４０と対向すると、第１コイル７１と送電コイル４０とは磁界結合し、交流電圧が印加された送電コイル４０との間の電磁誘導によって第１コイル７１に交流の誘導電流が生じる。第１コイル７１と第２コイル７２とは、共振接続回路９０を介して接続されており、この誘導電流は、導線を通って第１コイル７１から第２コイル７２に流れる。このとき、受電コイル２４０は、第２コイル７２と対向する位置に位置しており、第２コイル７２と受電コイル２４０とは磁界結合する。その結果、受電コイル２４０には、交流の誘導電流が流れている第２コイル７２との間の電磁誘導によって交流の誘導電流を生じる。中継コイル７０は、このように、第１コイル７１と第２コイル７２を用いて、送電コイル４０から受電コイル２４０への電力の伝送を中継する。すなわち、電力は、図１Ｂに示すように、送電回路３０から送電コイル４０、中継コイル７０（第１コイル７１、第２コイル７２）、受電コイル２４０を経て、受電回路２３０に伝送される。

図２は、車輪６０の中心軸６１に沿った方向から車輪６０を見たときの構成を示す説明図である。図２では、理解の便を図って、右半分を透視図として示している。第１コイル７１は、ホイール６４の外周６４ｏの外側、かつ、タイヤ６２の内部に設けられている。第２コイル７２は、ホイール６４の外周６４ｏの内側に設けられている。受電コイル２４０は、ホイール６４の外周６４ｏよりも内側において、車両２００に設置されている。受電コイル２４０は、例えば、ディスクブレーキのブレーキキャリパと同様の仕組みで車両２００に取り付けられている。そのため、車両２００の走行状態によらず、受電コイル２４０と車輪６０との相対的な位置は、変わらない。

図２では、一部の中継コイル７０ａ，７０ｂ，７０ｃ，７０ｄのみを図示している。隣接する中継コイル７０において、互いの第１コイル７１は重なっておらず、互いの第２コイル７２も重なっていない。従って、第１コイル７１、第２コイル７２の車輪６０の周に沿った方向の大きさは、それぞれ、配置される位置における円周の１／６弱となっている。なお、隣接する２つの第１コイル７１が重なっていてもよく、隣接する２つの第２コイル７２が重なっていてもよい。なお、６個の中継コイル７０を、３個ずつ用いて、３相を構成していてもよい。

図３は、中心軸６１と垂直な方向から車輪６０を見たときの構成を示す説明図である。図３では、一部を透視した図としている。第１コイル７１は、ホイール６４よりも外側のタイヤ６２の内部において、熱伝導板８０に保持されて配置されている。熱伝導板８０は、熱伝導性の高いアルミニウム製であり、同じくアルミダイキャストであるホイール６４の外周面に、別体または一体に設けられている。この熱伝導板８０には、第１実施形態では、表面を絶縁処理した上で、後述する並列共振コンデンサ（Ｃｔ１）が取り付けられている。なお、熱伝導板８０に共振接続回路９０全体を取り付けてもよい。第１コイル７１と第２コイル７２とが、タイヤ６２とホイール６４とにそれぞれ配置されているため、両者を有線接続する導線はホイール６４を貫通している。貫通箇所はシールが施され、タイヤ６２の気密は保持される。

第１コイル７１と第２コイルとは、中心軸６１から見たときに、第１実施形態では、重なりの位置に配置されている。前記第１コイルと前記第２コイルとを通過する軸から第２コイル７２と受電コイル２４０との間の間隔Ｇ２は、第１コイル７１と送電コイル４０との間の間隔Ｇ１よりも狭くなっている。図３に示すように、タイヤ６２は、道路１０５と接触しており、道路１０５の凹凸により変形する。この変形する領域に第１コイル７１が存在すると、第１コイル７１が変形するなどの影響を受ける。そのため、第１コイル７１とタイヤ６２の外縁との間には、ある程度の間隔Ｇ１が必要である。これに対し、受電コイル２４０と車輪６０との相対的な位置は、道路１０５の凹凸の影響を受けずに変わらない。そのため、第２コイル７２と受電コイル２４０との間の間隔Ｇ２を狭くできる。実際、第２コイル７２と受電コイル２４０との間の間隔Ｇ２は、第１コイル７１と送電コイル４０との間の間隔Ｇ１よりも狭い。第２コイル７２と受電コイル２４０との間の間隔Ｇ２を狭くすると、第２コイル７２から受電コイル２４０への伝送効率を高めることができる。

図４は、第１コイル７１を車輪６０の中心軸６１から見た図であり、図５は、第２コイル７２を車輪６０の中心軸６１から見た図である。図４、図５では、コイル７１、７２の一部の図示を省略している。第１コイル７１、第２コイル７２は、それぞれ渦巻き状に巻かれている。第１コイル７１と第２コイル７２のターン数は、第１コイル７１と第２コイル７２に所望されるインダクタンス値に基づいて決定され、第１実施形態では、およそ５から１０ターンである。図４に示すように、中心軸６１から見て第１コイル７１に時計回りの誘導電流が流れるときには、第２コイル７２には、図５に示すように、中心軸６１から見て反時計回りの誘導電流が流れる。逆に、中心軸６１から見て第１コイル７１に反時計回りの誘導電流が流れるときには、第２コイル７２には、中心軸６１から見て時計回りの誘導電流が流れる。第１コイル７１と第２コイルとは、中心軸６１から見たときに、重なりの位置に配置されているので、第１コイル７１と第２コイル７２に流れる電流により発生する磁界は互いに打ち消し、漏洩電磁界を抑制できる。

図６は、電力伝送システム５００の電気的な概略構成を示す回路図である。送電回路３０は、電源１０からの電力供給を受けて動作する。各送電回路３０は、インバータ３５とフィルタ３６とを備える。フィルタ３６は、本実施形態では、パンドパスフィルタとして機能するイミタンス変換器である。各送電回路３０は、電力入力側に平滑コンデンサ３７を備え、出力側に共振コンデンサ３８と送電コイル４０とを備える。第１実施形態では、送電コイル４０と共振コンデンサ３８を直列に接続するＳＳ方式を採用している。ＳＳ方式の代わりに、送電コイル４０と共振コンデンサを並列に接続するＰＰ方式、あるいは、共振コンデンサを直列及び並列に有するＳＰＳ方式を採用してもよい。

車輪６０に設けられた中継コイル７０を介して電力を受け取る受電回路２３０は、受電コイル２４０に直列に接続された共振コンデンサ２３２と、フィルタ２４１と、全波整流を行なう整流器２４３と、平滑コンデンサ２４５と、を備える。このフィルタ２４１も、本実施形態では、イミタンス変換器として構成した。受電回路２３０が受電した電力は、整流器２４３により直流に変換され、メインバッテリ２１０を充電する。メインバッテリ２１０の電圧は任意であるが、例えば１００ボルトや４００ボルトなどのものを用いることができる。このため、必要に応じて、整流器２４３とメインバッテリ２１０との間に、両者の電圧に対応したＤＣ／ＤＣコンバータを設ける。

図６に示すように、本実施形態では、中継コイル７０は、車輪６０の周方向に沿って、中心角として６０度おきに、６つ配置されている。各中継コイル７０ａから７０ｆは、第１コイル７１および第２コイル７２と、両者を接続する共振接続回路９０とを備える。なお、中継コイル７０の数は１つでも良いし、複数個でもよく、その数は任意である。車輪６０が回転すると、中継コイル７０も回転し、道路１０５に対向する第１コイル７１が順次切り替わり、第１コイル７１に対向する送電コイル４０も順次切り替わる。また、受電コイル２４０に対抗する第２コイル７２も順次切り替わる。共振接続回路９０は、送電コイル４０に対向する位置に至った中継コイル７０の第１コイル７１を含む回路の共振周波数が、送電コイル４０に印加される交流電源の周波数に近いものとなり、かつ受電コイル２４０に対向する位置に至った中継コイル７０の第２コイル７２を含む回路の共振周波数が、共振コンデンサ２３２と受電回路２３０とが形成する回路の共振周波数に近いものとなるようにしている。共振周波数は、その時点での各コイル７１，７２を貫く磁束によるコイルの自己インダクタンス、共振接続回路９０に含まれる共振コンデンサの容量などにより決定される。本実施形態では、共振周波数は、おおよそ８５ＫＨｚとした。共振接続回路９０の構成については、後で詳しく説明する。

図７は、車輪６０の位相と、中継コイル７０の第１コイル７１と第２コイル７２の自己インダクタンスとの関係を示す説明図である。図の下段に示したように、各中継コイル７０の第１コイル７１が送電コイル４０と対向したときに、各中継コイル７０の自己インダクタンスが最も大きくなる。位相０°では中継コイル７０ａの第１コイル７１ａが送電コイル４０と対向しており、第１コイル７１ａの合成インダクタンスＬｔ１が極大になっている。同様に、位相６０°では中継コイル７０ｂの第１コイル７１ｂが送電コイル４０と対向し、中継コイル７０ｂの自己インダクタンスＬｔ２が極大になっている。位相１２０°では中継コイル７０ｃ第１コイル７１ｃが送電コイル４０と対向し、位相１８０°では中継コイル７０ｄの第１コイル７１ｄが送電コイル４０と対向し、それぞれ、中継コイル７０ｃの自己インダクタンスＬｔ３、中継コイル７０ｄの自己インダクタンスＬｔ４が極大になっている。すなわち、中継コイル７０ａ、７０ｂ、７０ｃ、７０ｄは、位相が０°、６０°、１２０°、１８０°で自己インダクタンスＬｔが極大となり、第１コイル７１と送電コイル４０とが最も結合する。中継コイル７０ｅ，７０ｆについても同様である。

他方、各中継コイル７０ａから７０ｆの第２コイル７２ａから７２ｆは、図７上段に示したように、受電コイル２４０に対向する位置に至ると、受電コイル２４０に対向する位置の中継コイル７０ａから７０ｆのインダクタンスＬｗ１からＬｗ６が、それぞれが極大となる。なお、送電コイル４０や受電コイル２４０は、磁性体を備えており、各中継コイル７０の第１コイル７１や第２コイル７２が近づくと、磁性体により各コイルのインダクタンスは大きく変化する。後述する共振コンデンサの容量は、変化するインダクタンスの極大値を用いて求めることが好ましい。なお、磁性体は、送電コイル４０および受電コイル２４０の片方にのみ設けてもよいし、いずれにも設けない構成としてもよい。

一つの中継コイル７０に着目すれば、その第１コイル７１が送電コイル４０と対向するときに、自己インダクタンスが最大となる。共振接続回路９０内に設けられた共振コンデンサ（後述）の容量は、この自己インダクタンスの最大値を用いて、第１コイル７１の共振周波数が、送電コイル４０に印加される交流電圧の周波数と一致または近傍となるように設定されている。なお、このとき、第１コイルを含む回路のインピーダンスは十分に小さいものとして、共振周波数を計算してもよいし、実測によって共振周波数を求めて、共振コンデンサの容量を設定してもよい。同様に、第２コイルにおける共振周波数は、第２コイルを含む回路のインピーダンスが十分に小さければ、第２コイルが受電コイルに対向する際における第２コイルのインダクタンス値と共振コンデンサの容量とにより定まる。そこで、第２コイルにおける共振周波数が、受電コイル２４０が受電する際の設計周波数と一致または近傍となるとように、共振コンデンサの容量を設定する。本実施形態では、第１コイル７１が送電コイル４０と対向するときに、受電コイル２４０が第２コイル７２と対向する位置に至るので、送電コイル４０と第１コイル７１との間の結合係数ｋａ、第２コイル７２と受電コイル２４０との間の結合係数ｋｂをいずれも最大にでき、送電コイル４０から中継コイル７０を介した受電コイル２４０への送電効率を高めることができる。

（Ａ３）中継共振回路９０の構成と働き：
第１実施形態における中継共振回路９０の構成と働きについて以下説明する。図８Ａは、第１実施形態における中継共振回路９０の構成を示す。第１実施形態の中継共振回路９０は、第１コイル７１と第２コイル７２とを接続する回路に、直列に接続された直列共振コンデンサＣｗ１と並列に接続された並列共振コンデンサＣｔ１とを備える。この回路構成をＰＳ共振方式と呼ぶ。これに対して、図８Ｂに参考例として示す中継共振回路９０Ｓの回路構成は、共振コンデンサＣｔ１、Ｃｗ１を、第１コイル７１，第２コイル７２に直列に接続しているので、ＳＳ共振方式（直列方式）と呼ぶ。

コンデンサについては、符号とその容量とを、共にＣｔ１、Ｃｗ１のように記載する。第１コイル７１のインダクタンスはＬｔ１、電流はＩｔ１として記載する。同様に、第２コイル７２のインダクタンスはＬｗ１、電流はＩｗ１として記載する。コンデンサの容量Ｃ、コイルのインダクタンスＬ、コイルに流れる電流Ｉなどに添えられた添え字ｔは、タイヤ側、つまり第１コイル７１側を、添え字ｗは、ホイール側、つまり第２コイル７２側を、それぞれ表わしている。符号Ｉａｒｃは、共振電流を示している。

図示するように、第１コイル７１と並列共振コンデンサＣｔ１とは、ホイール６４の外周６４ｏより外側、つまりタイヤ６２内に設けられ、第２コイル７２とこれに接続された直列共振コンデンサＣｗ１とは、ホイール６４内に設けられている。また、既に説明した様に、並列共振コンデンサＣｔ１は、第１実施形態では、熱伝導板８０に搭載されている。

図８Ａ下段に、ＰＳ共振方式の中継共振回路９０における共振条件を示す式を掲載した。図示するように、
ω・Ｌｔ１－１／（ω・Ｃｔ１）＝０
ω・Ｌｗ１－１／（ω・Ｃｗ１）＋１／（ω・Ｃｔ１）＝０
を満たす周波数Ｆ（ω＝２πＦ）が共振周波数となる。
他方、参考例として、ＳＳ共振方式の中継共振回路における共振条件を示す式を、図８Ｂの下段に示した。ＳＳ共振方式では、共振の条件は、
ω・Ｌｔ１－１／（ω・Ｃｔ１）＝０
ω・Ｌｗ１－１／（ω・Ｃｗ１）＝０
である。

第１実施形態では、中継共振回路９０はＰＳ共振方式を採用しており、並列特性を有している。この場合の中継コイル７０を用いた電力給電に関係する各種特性を、参考例であるＳＳ共振方式と比較して、図９、図１０、図１１に示した。図９の上段は、位相６０度毎に設けられた６個の中継コイル７０ａから７０ｆのうち、一つの中継コイル７０ａが送電コイル４０に正対している場合に、他の中継コイル７０ｂから７０ｆの第１コイル７１ｂから７１ｆに流れる電流を正規化して示している。図では、縦軸は電流減少率であり、ＳＳ共振方式とＰＳ共振方式とでタイヤ側の第１コイル７１ａに流れる電流を同じ大きさ１．０に正規化した上で、第１コイル７１ｂから７１ｆのそれぞれに流れる電流Ｉｔ２からＩｔ６を、第１コイル７１ａに流れる電流Ｉｔ１との比Ｉｔ２／Ｉｔ１からＩｔ６／Ｉｔ１として示す。縦軸を電流減少率としているのは、各第１コイルに流れる電流を、送電コイル４０に正対している第１コイル７１に流れる電流に対する割合として示しているからである。従って、電流減少率は、値が小さいほど、無駄な電流が流れていないことを示す。

同様に、図９の下段には、位相６０度毎に設けられた６個の中継コイル７０ａから７０ｆのうち、一つの中継コイル７０ａが送電コイル４０に正対している場合に、他の中継コイル７０ｂから７０ｆの第２コイル７２ｂから７２ｆに流れる電流を示している。図では、縦軸は電流減少率であり、ＳＳ共振方式とＰＳ共振方式とでタイヤ側の第２コイル７２ａに流れる電流を同じ大きさ１．０に正規化した上で、第２コイル７２ｂから７２ｆのそれぞれに流れる電流Ｉｗ２からＩｗ６を、第２コイル７１ａに流れる電流Ｉｗ１との比Ｉｗ２／Ｉｗ１からＩｗ６／Ｉｗ１として示す。この場合も、電流減少率は、値が小さいほど、無駄な電流が流れていないことを示す。

送電コイル４０から受電コイル２４０に電力の供給を行なうので、送電コイル４０に正対している中継コイル７０、図６に示した状態では、中継コイル７０ａのみに電流が流れ、他の中継コイル７０ｂから７０ｆには電流が流れないのが理想的であるとしても、現実は、他の中継コイル７０ｂから７０ｆにも電流が生じる。これらの電流は、給電に寄与しない無駄な電力として消費され、実際には熱に変換される。

本実施形態では、中継共振回路９０にＰＳ共振方式を採用し、並列特性を持たせているので、図９に示したように、ＳＳ共振方式と比べて、他の中継コイル７０ｂから７０ｆにおける電流減少率が第１コイルと第２コイルにおいて、共に小さく、無駄な電力消費が小さくなっていることが分かる。このため、タイヤ６２内およびホイール６４内での発熱が小さくなり、これらの部位の温度上昇を低減することができる。タイヤ６２やホイール６４は、一般に閉鎖された空間であり、冷却手段を持たないので、発熱を低減できる効果は大きい。

図１０は、参考例としてのＳＳ共振方式と本実施形態のＰＳ共振方式での給電時の電力の位相変化を示すグラフである。図において実線は、給電電圧、つまりメインバッテリ２１０の充電電圧が１００ボルトの場合を、破線は給電電圧が４００ボルトの場合を示す。図は、一つの中継コイル７０が送電コイル４０に正対している状態を角度θ＝０として、位相±６０度、つまり車輪６０の１／３回転（±６０度）分の給電電力の変化を示す。図示するように、給電に用いる電圧が変化した場合、ＳＳ共振方式では、ピーク時の供給電力が頭打ちになるのに対して、ＰＳ共振方式の場合は、図７に示した理論的な電流量に対応する電力が供給されていることが分かる。

更に、図１１は、ＳＳ共振方式とＰＳ共振方式において給電される平均電力を比較して示すグラフである。図において、一次側フィルタとは、図６に示したフィルタ３６であり、２次側フィルタとは、同図におけるフィルタ２４１である。この例では、両フィルタ３６，２４１として、イミタンス変換器をフィルタとして用いた。イミタンス変換器とは，２端子対回路であって１つの端子対から見たインピーダンスが，他の端子対に接続された回路又は素子のアドミタンスに比例するものを言う。こうしたイミタンス変換器を用いると、若干の損失は発生するものの、ノイズフィルタとして機能し、コイル間の変換特性が改善される。

図１１に示すように、本実施形態ＰＳ共振方式によって道路側から車両２００へに給電される平均電力は、メインバッテリ２１０が１００ボルトの場合でも４００ボルトの場合でも、参考例のＳＳ共振方式の場合より、小さかった。他方、図９に示したように、送電コイル４０に正対していない中継コイル７０（以下、非対向コイルという）の第１コイル７１に流れる電流は、参考例のＳＳ共振方式の場合に流れる電流より小さい。このため、図１１に示したように、中継コイル７０を介した給電の平均電力量が、ＳＳ方式と同等か下回るとしても、送電コイル４０から受電コイル２４０への電力の授受に直接関与しない非対向コイルに流れる電流による損失を小さく抑えることができ、電力伝送システム５００全体としての効率を適切なものにし得る。特に、非対向コイルに流れる電流量を低減することで、非対向コイルでの損失によって生じる発熱を低減できるので、密閉空間であり冷却が容易ではない車輪６０内の空間の温度上昇を低減できる効果は大きい。

こうしたＰＳ共振方式の場合の回路構成とその等価回路を図１２に示す。等価回路では、送電コイル４０と第１コイル７１との結合は、両コイルの相互インダクタンスＭｐ２ｔ１と、両コイルのそれぞれの自己インダクタンスとに分けている。同様に、中継コイル７０の第２コイル７２と受電コイル２４０との結合も、両コイルの相互インダクタンスＭｗ１ｓと、両コイルのそれぞれの自己インダクタンスとに分けている。また、等価回路から電圧方程式（１）から（４）を立て、これを解いて、各電流Ｉｐ，Ｉｔ，Ｉｗ，Ｉｓを求め、ここから共振条件を求めたものを図１３に示した。なお、等価回路では、送電コイル４０と受電コイル２４０に対向している中継コイル７０以外のコイル（非対向コイルという）の影響は考慮していない。

（Ａ４）第１実施形態の効果：
以上説明した第１実施形態によれば、中継コイル７０を用いた給電において、中継共振回路９０の構成を、共振コンデンサに並列特性を持たせたＰＳ共振方式としているので、車輪６０に配置された複数の中継コイル７０のうち、送電コイル４０と受電コイル２４０に対向して給電に関わっている中継コイル７０（例えば中継コイル７０ａ）以外の中継コイル７０ｂから７０ｆに流れる電流を抑制できるので、中継コイル７０を介した給電の平均電力量を大きくでき、電力伝送システム５００の効率を高めることができる。

また、この第１実施形態では、送電コイル４０と受電コイル２４０との間の中継コイル７０が配置され、第１コイル７１は、ホイール６４の外側であってタイヤ６２の内部に配置されているので、第１コイル７１と、道路１０５に埋設された送電コイル４０との間隔Ｇ１を狭くできる。また、第２コイル７２と受電コイル２４０とは、いずれもホイール６４の内側に配置されているので、第２コイル７２と受電コイル２４０との間隔Ｇ２を狭くできる。従って、第１実施形態によれば、中継コイル７０を第１コイル７１と第２コイル７２に分離したことにより、送電コイル４０と第１コイル７１との間隔、第２コイル７２と受電コイル２４０の間隔をいずれも狭くでき、しかも第１コイル７１と第２コイル７２とは、中継共振回路９０を介して直接接続しているので、この間の損失は極めて小さく、結果的に送電コイル４０から受電コイル２４０へのトータルの電力の伝送効率を高めることができる。

更に、第１実施形態によれば、車輪６０の中心軸６１から見たとき、第１コイル７１を流れる誘導電流の向きと、第２コイル７２を流れる誘導電流の向きが逆であるので、漏洩電磁界を抑制できる。なお、車輪６０の中心軸６１から見たとき、第１コイル７１を流れる誘導電流の向きと、第２コイル７２を流れる誘導電流の向きを逆向きにしなくてもよい。なお、第１コイル７１と第２コイル７２との配置によっては、両コイルにより生じる磁界の方向は、同一であってもよいいし、反対であってもよい。

Ｂ．第２から第４実施形態：
次に、第２から第４実施形態について説明する。第２から第４実施形態との電力伝送システム５００およびこれに用いられる給電装置２５０は、第１実施形態と、中継共振回路９０の構成を除いて、他は同一である。第２から第４実施形態の中継コイル７０の中継共振回路９０Ａから９０Ｃの構成を、図１４に示す。図示するように、第２実施形態の中継共振回路９０Ａは、第１コイル７１および第２コイル７２に対して、並列接続された共振コンデンサＣｔｗ１を備える。第２実施形態では、直列共振コンデンサは備えていない。この中継共振回路９０Ａは、並列特性を備える。これをＰ共振方式と呼ぶ。共振条件は、図１４の第２実施形態の欄の下段に示した。

同様に、第３実施形態の中継共振回路９０Ｂは、図示するように、第１コイル７１に対して直列共振コンデンサＣｔ１を直列に接続し、第２コイル７２に対して並列共振コンデンサＣｗ１を並列に接続した構成を備える。従って、この中継共振回路９０Ｂは、並列特性を備える。これをＳＰ共振方式と呼ぶ。共振条件は、図１４の第３実施形態の欄の下段に示した。

第４実施形態の中継共振回路９０Ｃは、図示するように、第１コイル７１に対して第１直列共振コンデンサＣｔ１を直列に接続し、第２コイル７２に対して第２直列共振コンデンサＣｗ１を直列に接続し、更にこれらに並列に接続された並列共振コンデンサＣｔｗ１を備える。従って、この中継共振回路９０Ｃは、並列特性を備える。これをＳ＋Ｐ＋Ｓ（以下、略してＳＰＳ）共振方式と呼ぶ。共振条件は、図１４の第４実施形態の欄の下段に示した。

これら第２から第４実施形態における第１コイル７１と第２コイル７２との電流低減率を図１５に、また各実施形態における給電電力の位相変化を図１６に、更に各実施形態において給電される平均電力を図１７に、それぞれ示した。図１５に示したように、第２から第４実施形態のいずれでも、非対向コイルに流れる電流は、参考例のＳＳ共振方式の場合に流れる電流より小さい。このため、図１７に示したように、第２から第４実施形態において、中継コイル７０を介した給電の平均電力量が、ＳＳ方式と同等か下回るとしても、送電コイル４０から受電コイル２４０への電力の授受に直接関与しない非対向コイルに流れる電流による損失を小さく抑えることができ、電力伝送システム５００全体としての効率を適切なものにし得る。また、非対向コイルに流れる電流量を低減することで、非対向コイルでの損失によって生じる発熱を低減できるので、密閉空間であり冷却が容易ではない車輪６０内の空間の温度上昇を低減できる効果は、第１実施形態同様に大きい。

第３実施形態のＳＰ共振方式の場合の回路構成とその等価回路を図１８に、第４実施形態のＳＰＳ共振方式の場合の回路構成とその等価回路を図２０に、それぞれ示す。等価回路の考え方は、第１実施形態（図１２）と同様である。また、等価回路から電圧方程式を立て、これを解いて、各電流Ｉｐ，Ｉｔ，Ｉｗ，Ｉｓを求め、ここから共振条件を求める計算式を図１９、図２１に示した。なお、これらの等価回路でも、非対向コイルの影響は考慮していない。

Ｃ．第５から第７実施形態：
次に、第５から第７実施形態について説明する。第５から第７実施形態との電力伝送システム５００およびこれに用いられる給電装置２５０は、第１，第３，第４実施形態と、中継共振回路９０，９０Ｂ，９０Ｃの構成を除いて、他は同一である。第５から第７実施形態の中継コイル７０の中継共振回路９０Ｄから９０Ｆの構成を、図２２に示す。図示するように、第５から７実施形態の中継共振回路９０Ｄから９０Ｆは、第１，第３，第４実施形態における直列共振コンデンサＣｗ１、Ｃｔ１を２分割して第１コイル７１および第２コイル７２から見て両側に配置している点を除いて、他は第１，第３，第４実施形態と同様である。従って、これらの中継共振回路９０Ｄから９０Ｆは、第１，第３，第４実施形態と同様に、並列特性を備える。各実施形態の共振条件は、図２２の下段に示した。なお、直列共振コンデンサの容量の分割は、共振条件を満たす容量を等分または略等分に分割すればよい。例えば、Ｃｔ１＝２・Ｃｔ１′とすればよい。

これら第５から第７実施形態の中継共振回路９０Ｄから９０Ｆは、いずれも第１，第３，第４実施形態のそれぞれと同様の作用効果を奏する上、耐ノイズ性を高めることができるという効果を奏する。これらの中継共振回路９０Ｄから９０Ｆを用いた電力伝送システム５００の作用効果も、第１，第３，第４実施形態のそれぞれと同様である。

Ｄ．第８実施形態：
上記各実施形態では、中継コイル７０を、車両２００の車輪６０に、中心軸６１の同心円円周上に複数設け、地上側の送電回路３０から電力供給を受ける構成としたが、複数の中継コイル７０を直線状に配置した場合も、非対向コイルに流れる電流を抑制でき、他の実施形態と同様の作用効果を奏する。図２３は、移動体側に設けられた受電回路２３０の受電コイル２４０と地上側の送電コイル４０との間に、中継コイル７０Ｘから７０Ｚが配置された例を示す。中継コイル７０は３つ限らないことは第１実施形態等と同様である。

この第８実施形態では、中継コイル７０Ｘから７０Ｚに合わせて、地上側の送電回路３０や送電コイル４０を用意したが、図２４の変形例に示すように、複数の中継コイル７０Ｘ等に対して、一つの送電回路３０および送電コイル４０を用意する構成としてもよい。こうした直線状に中継コイル７０Ｘ等を用意して給電する構成としては、例えば、鋼板を帯状につなぎ、前後の車輪を取り巻いた無限軌道車の直線部分に適用したり、ロボットのリニアモータに適用するといった場合がある。

Ｅ．他の構成例：
その他の実施形態について以下説明する。
（１）その他の実施形態の一つは、給電装置として形態である。この給電装置は、移動体に搭載された受電コイルと、前記移動体の移動に伴って、前記移動体が移動する面に沿って配置された送電コイルと前記受電コイルとの間の電力の供給を順次中継する複数の中継コイルと、前記受電コイルに接続され、前記移動体で用いられる電力を受け取る受電回路と、を備え、前記複数の中継コイルの各々は、前記移動体の移動位置に応じて、前記送電コイルと磁界結合する第１コイルと、前記第１コイルが前記送電コイルと磁界結合するときに前記受電コイルと磁界結合する第２コイルと、前記第１コイルと前記第２コイルとを接続する接続回路とを備え、前記接続回路は、前記第１コイルおよび前記第２コイルの少なくとも一方の共振周波数の設定に関与する共振コンデンサ（Ｃｔ１，Ｃｗ１）を備え、前記共振コンデンサが並列特性を有する。こうすれば、送電コイルと第１コイルとの間隔、第２コイルと受電コイルの間隔をいずれも狭くできるので、電力の伝送効率を高めることができる。更に、共振周波数の設定に関与する共振コンデンサが並列特性を有することから、複数の中継コイルのうち、送電コイルに正対しない他の中継コイルに流れる電流を抑制して、給電装置の給電効率を高めることができる。

第１コイルにおける共振周波数は、第１コイルを含む回路のインピーダンスが十分に小さければ、第１コイルが送電コイルに対向する際における第１コイルのインダクタンス値と共振コンデンサの容量とにより定まる。そこで、第１コイルにおける共振周波数が、送電コイルから送電される電力の周波数と一致または近傍となるとように、共振コンデンサの容量を設定してよい。同様に、第２コイルにおける共振周波数は、第２コイルを含む回路のインピーダンスが十分に小さければ、第２コイルが受電コイルに対向する際における第２コイルのインダクタンス値と共振コンデンサの容量とにより定まる。そこで、第２コイルにおける共振周波数が、受電コイルが受電する際の設計周波数と一致または近傍となるとように、共振コンデンサの容量を設定してよい。

この給電装置は、移動体であれば、車輪を有する車両や平行移動するロボットなど、種々のものに適用可能である。車輪は単輪から多輪まで幾つでもよい。無限軌道車などにも適用可能である。また、移動体が移動する面は、路面はもとより、床面など、屋内外を問わない。平面であることが望ましいが、曲面や僅かな段差のある面であっても差し支えない。移動体が走行する面は、別途、磁力や静電気力などで移動体を面に吸着して、面に接した状態に維持できれば、水平面である必要はなく、壁面や天井面などであってもよい。また、中継コイルは、車輪などの周方向に配置するもの以外に、複数の中継コイルを直線状に配列した構成も可能である。例えば、ホバークラフトのように、移動体を浮上させ、移動体底面に複数の中継コイルを配置し、移動体が走行する面に設けた送電コイルに正対する中継コイルを介して電力の供給をうけるような構成とすることも可能である。中継コイルの数は、複数個であれば幾つでもよく、上記実施形態で示した６個以外に２から５個、あるいは７個以上であってもよい。

複数の中継コイルは、各々が、送電コイルと磁界結合する第１コイルと受電コイルと磁界結合する第２コイルとを接続した構成を備えればよく、更に他のコイルを備えてもよい。第１コイル、第２コイルの磁界結合には、磁性体を介在させてもよく、させなくてもよい。

（２）こうした構成において、前記共振コンデンサは、前記第１コイルおよび前記第２コイルに共通に並列接続されたものとしてよい。つまり、第１コイルと第２コイルとで閉回路を形成し、両者に並列に共振コンデンサを接続した構成としてよい。こうすれば、簡単な構成で、共振コンデンサに並列特性を持たせることができ、複数の中継コイルのうち、送電コイルに正対しない他の中継コイルに流れる電流の抑制と共振条件の設定のバランスを図ることができる。共振コンデンサは一つでもよいが、ノイズ対策の観点から、第１コイル側と第２コイル側とにそれぞれ設けてもよい。

（３）こうした構成において、前記共振コンデンサは、前記第１コイルに並列接続された並列共振コンデンサと、前記第２コイルに直列接続された直列共振コンデンサと、から構成されたものとしてよい。こうすれば、第１コイルと送電コイルとの共振に並列特性を持たせ、第２コイルと受電コイルとの共振は直列特性を持たせることができ、複数の中継コイルのうち、送電コイルに正対しない他の中継コイルに流れる電流の抑制と共振条件の設定のバランスを図ることができる。直列共振コンデンサは一つでもよいが、ノイズ対策の観点から、第２コイルの両端にそれぞれ設けてもよい。

（４）こうした（３）の構成において、前記共振コンデンサの容量は、前記送電コイルと共振用の第１コンデンサとを通る回路に印加される送電電圧、前記送電コイルのインダクタンス、前記第１コンデンサの容量、前記送電コイルと前記第１コイルとの相互インダクタンスおよび回路インピーダンスを考量した第１電圧方程式、前記第１コイルと前記並列共振コンデンサとを含む回路における前記第１コイルのインダクタンス、前記並列共振コンデンサの容量、前記送電コイルと前記第１コイルとの相互インダクタンスおよび回路インピーダンスを考量した第２電圧方程式、前記第２コイルと前記並列共振コンデンサと前記直列共振コンデンサとを含む回路における前記第２コイルのインダクタンス、前記並列共振コンデンサの容量、前記直列共振コンデンサの容量、前記第２コイルと前記受電コイルとの相互インダクタンスおよび回路インピーダンスを考量した第３電圧方程式、前記受電コイルと共振用の第２コンデンサとを通る回路における前記受電コイルのインダクタンス、前記第２コンデンサの容量、前記受電コイルと前記第２コイルとの相互インダクタンスおよび回路インピーダンスを考量した第４電圧方程式、からなる連立方程式の解により定めたものとしてよい。こうすれば、理論的な解析により共振コンデンサの容量を適切な値に設定することができる。

（５）こうした構成において、前記共振コンデンサは、前記第１コイルに直列接続された直列共振コンデンサと、前記第２コイルに並列接続された並列共振コンデンサと、から構成されたものとしてよい。こうすれば、第１コイルと送電コイルとの共振に直列特性を持たせ、第２コイルと受電コイルとの共振は並列特性を持たせることができ、複数の中継コイルのうち、送電コイルに正対しない他の中継コイルに流れる電流の抑制と共振条件の設定のバランスを図ることができる。直列共振コンデンサは一つでもよいが、ノイズ対策の観点から、第１コイルの両端にそれぞれ設けてもよい。

（６）こうした（５）の構成において、前記共振コンデンサの容量は、前記送電コイルと共振用の第１コンデンサとを通る回路に印加される送電電圧、前記送電コイルのインダクタンス、前記第１コンデンサの容量、前記送電コイルと前記第１コイルとの相互インダクタンスおよび回路インピーダンスを考量した第１電圧方程式、前記第１コイルと前記直列共振コンデンサと前記並列共振コンデンサとを含む回路における前記第１コイルのインダクタンス、前記直列共振コンデンサの容量、前記並列共振コンデンサの容量、前記送電コイルと前記第１コイルとの相互インダクタンスおよび回路インピーダンスを考量した第２電圧方程式、前記第２コイルと前記並列共振コンデンサとを含む回路における前記第２コイルのインダクタンス、前記並列共振コンデンサの容量、前記第２コイルと前記受電コイルとの相互インダクタンスおよび回路インピーダンスを考量した第３電圧方程式、前記受電コイルと共振用の第２コンデンサとを通る回路における前記受電コイルのインダクタンス、前記第２コンデンサの容量、前記受電コイルと前記第２コイルとの相互インダクタンスおよび回路インピーダンスを考量した第４電圧方程式、からなる連立方程式の解により定めたものとしてよい。こうすれば、理論的な解析により共振コンデンサの容量を適切な値に設定することができる。

（７）こうした構成において、前記共振コンデンサは、前記第１コイルおよび前記第２コイルのそれぞれに直列接続された第１，第２直列共振コンデンサと、前記第１コイルおよび前記第１直列共振コンデンサと前記第２コイルおよび前記第２直列共振コンデンサとに対して、並列接続された並列共振コンデンサと、から構成されたものとしてよい。こうすれば、第１コイルと送電コイルとの共振や第２コイルと受電コイルとの共振に、直列特性と並列特性とを持たせることができ、複数の中継コイルのうち、送電コイルに正対しない他の中継コイルに流れる電流の抑制と共振条件の設定のバランスを図ることができる。第１，第２直列共振コンデンサは一つずつでもよいが、ノイズ対策の観点から、第１コイルと第２コイルとの少なくとも一方の両端に、それぞれ設けてもよい。

（８）こうした（７）構成において、前記共振コンデンサの容量は、前記送電コイルと共振用の第１コンデンサとを通る回路に印加される送電電圧、前記送電コイルのインダクタンス、前記第１コンデンサの容量、前記送電コイルと前記第１コイルとの相互インダクタンスおよび回路インピーダンスを考量した第１電圧方程式、前記第１コイルと前記第１直列共振コンデンサと前記並列共振コンデンサとを含む回路における前記第１コイルのインダクタンス、前記第１直列共振コンデンサの容量、前記並列共振コンデンサの容量、前記送電コイルと前記第１コイルとの相互インダクタンスおよび回路インピーダンスを考量した第２電圧方程式、前記第２コイルと前記第２直列共振コンデンサと前記並列共振コンデンサとを含む回路における前記第２コイルのインダクタンス、前記第２直列共振コンデンサの容量、前記並列共振コンデンサの容量、前記第２コイルと前記受電コイルとの相互インダクタンスおよび回路インピーダンスを考量した第３電圧方程式、前記受電コイルと共振用の第２コンデンサとを通る回路における前記受電コイルのインダクタンス、前記第２コンデンサの容量、前記受電コイルと前記第２コイルとの相互インダクタンスおよび回路インピーダンスを考量した第４電圧方程式、からなる連立方程式の解により定めたものとしてよい。こうすれば、理論的な解析により共振コンデンサの容量を適切な値に設定することができる。

（９）こうした（１）から（８）のいずれかの構成において、前記移動体は車輪を備え、前記複数の中継コイルは、前記車輪の周方向に沿って設けられ、前記移動体の移動に伴う前記車輪の回転位置に応じて、前記送電コイルから前記受電コイルへの前記電力の中継を順次行なうものとしてよい。こうすれば、車輪を介して、送電コイルから移動体の受電コイに効率よく、かつ連続的に電力を供給できる。車輪は、移動体に一つ以上、いくつ設けてもよいが、そのうちの全てに複数の中継コイルを設けてよく、一部の車輪に設けてもよい。複数の中継コイルをいずれかの車輪に設ける場合、車輪の周方向に沿って、各中継コイルを所定距離、あるいは所定の中心角だけ離間して配置してもよく、一部を重なったり、接するように配置してもよい。また、第１コイルと前記第２コイルとが重なりの位置に配置されており、第１コイルと第２コイルとを、車輪の回転軸から見て重なる位置に配置し、第１コイルを流れる電流の向きと、第２コイルを流れる電流の向きとが、逆向きになるようにしてもよい。第１コイルは、タイヤに用いられる金属ベルト利用し、金属ベルトに形成されたコイルパターンとして構成してもよい。

（１０）こうした（９）の構成において、前記複数の中継コイルの前記第１コイルのそれぞれは、前記車輪のタイヤ内に設けられ、前記複数の中継コイルの前記第２コイルのそれぞれは、前記車輪のホイール内に設けられるものとしてよい。こうすれば、第１コイルと送電コイルとの間隔を狭くでき、給電効率を高めることが容易となる。また、第２コイルは車軸に近づくことになるので、受電コイルと磁界結合する位置が移動体の走行する面から離すことができる。つまり、第２コイルをより移動体側にできることから、受電コイルの配置が容易となる。ここで、第１コイルと第２コイルとを接続する導線は、ホイールに設けた貫通孔などを通して配線すればよい。貫通孔と導線との間は、絶縁された状態で気密に封止すればよい。こうした封止は、絶縁性の接着剤やシーリング剤で、貫通孔と導線との隙間を埋めれば容易に実現できる。なお、第２コイルを車輪の外が設け、受電コイルと磁界結合させてもよく、この場合には、第１コイルと接続する導線は、タイヤを貫通する配置としてよい。タイヤを貫通する導線は、ホイールの場合と同様に、タイヤの気密を保持するようにすればよい。こうした導線、リッツ線またはバスバーで形成してもよい。

（１１）こうした（１０）の構成において、前記第２コイルの共振周波数を設定する前記共振コンデンサは前記ホイール内に設けてよい。こうすれば、接続回路の発熱を低減できることから、排熱しにくいホイール内の温度上昇を抑制できる。第２コイルを含めて、発熱部位は、熱伝導率の高い材料、例えば銅やアルミニウムなどで作られた熱伝導板に搭載したり、ヒートパイプ等に接続したりして、ホイールに伝熱して、排熱するようにしてもよい。

（１２）こうした（１０）の構成において、前記第１コイルの共振周波数を設定する前記共振コンデンサは前記タイヤ内に設けてよい。こうすれば、接続回路の発熱を低減できることから、排熱しにくいタイヤ内の温度上昇を抑制できる。

（１３）こうした（９）の構成において、前記複数の中継コイルは、前記車輪の回転軸に対して、前記車輪の円周を等角度に分割する位置に設けられたものとしてよい。こうすれば、移動体が定速走行していれば、受電コイルに生じる起電力のピークの間隔が一定になり、給電される電力の周波数が安定するので、受電回路を効率よく動作させることができる。なお、複数の中継コイルは、中心角を等角でない配置としてもよい。

（１４）こうした（１）から（８）の構成において、前記送電コイルおよび前記受電コイルの少なくとも一方が、前記中継コイルとの相互インダクタンスを変化させる磁性体を備え、前記共振コンデンサは、前記中継コイルのインダクタンスの極大値を用いて設定された容量を備えるものとしてよい。こうすれば、送電コイルおよび受電コイルの少なくとも一方が、中継コイルとの相互インダクタンスを変化させる磁性体を備えていても、給電装置を適切に動作させることができる。

（１５）本開示の他の態様として、給電システムが提供される。この給電システムは、上述したいずれかの給電装置と、前記移動体が走行する走行面に設けられた複数の送電コイルと、前記複数の送電コイルのうちの少なくとも一つの送電コイルであって、前記移動体が位置する送電コイルに、前記共振周波数に対応した周波数の交流電流を流す送電装置とを備える。こうすれば、給電システム全体の給電効率を高め、少ない電力で、移動体に必要な電力をまかなうことができる。移動体が、電気自動車など、電力で走行するものであれば、所定距離を走行するのに必要な送電電力低減できる。

（１６）本開示の他の態様として、給電システムの設計方法が提供される。この給電システムの設計方法は、給電装置を備える給電システムの設計方法であって、前記給電装置として、上述した（２）記載の給電装置、上述した（３）記載の給電装置、上述した（５）記載の給電装置、上述した（７）記載の給電装置、のいずれを用いるかを、前記移動体への給電中に、前記給電装置における前記複数の中継コイルのそれぞれに流れる電流によって定まる前記給電システム全体の電力効率に従って決定する。こうすれば、給電システムに適した接続回路の構成を選択して、給電システムを設計できる。

本開示は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

１０…電源（外部電源）、３０…送電回路、４０…送電コイル、５０…制御装置、６０ 車輪、６１…中心軸、６２…タイヤ、６４…ホイール、７０、７０ａ~７０ｆ…中継コイル、７１、７１ａ~７１ｆ…第１コイル、７２、７２ａから７２ｆ…第２コイル、１００…送電システム、１０５…道路、２００…車両、２２０…制御装置、２３０…受電回路、２４０…受電コイル、２５０…給電装置、２８０…モータジェネレータ、５００…電力伝送システム

Claims (14)

1. 移動体（２００）に搭載された受電コイル（２４０）と、
   前記移動体の移動に伴って、前記移動体が移動する面に沿って配置された送電コイル（４０）と前記受電コイルとの間の電力の供給を順次中継する複数の中継コイル（７０）と、
   前記受電コイルに接続され、前記移動体で用いられる電力を受け取る受電回路（２３０）と、
   を備え、
   前記複数の中継コイルの各々は、前記移動体の移動位置に応じて、前記送電コイルと磁界結合する第１コイル（７１）と、前記第１コイルが前記送電コイルと磁界結合するときに前記受電コイルと磁界結合する第２コイル（７２）と、前記第１コイルと前記第２コイルとを接続する接続回路（９０）とを備え、
   前記複数の中継コイルは、前記移動体の車輪（６０）の周方向に沿って設けられ、前記移動体の移動に伴う前記車輪の回転位置に応じて、前記送電コイルから前記受電コイルへの前記電力の中継を順次行ない、
   前記接続回路は、前記第１コイルおよび前記第２コイルの少なくとも一方の共振周波数の設定に関与する共振コンデンサを備え、前記共振コンデンサが、
   前記第１コイルおよび前記第２コイルの少なくとも一方に並列に接続された並列共振コンデンサ、または
   前記第１コイルおよび前記第２コイルに対して直列共振用のコイルを介して並列に接続された並列共振コンデンサ、
   のいずれかを備えることで、並列特性を有する、
   給電装置（２５０）。
2. 前記共振コンデンサは、
   前記第１コイルに並列接続された前記並列共振コンデンサと、
   前記第２コイルに直列接続された直列共振コンデンサと、
   から構成された、請求項１に記載の給電装置。
3. 前記共振コンデンサの容量は、
   前記送電コイルと共振用の第１コンデンサとを通る回路に印加される送電電圧、前記送電コイルのインダクタンス、前記第１コンデンサの容量、前記送電コイルと前記第１コイルとの相互インダクタンスおよび回路インピーダンスを考量した第１電圧方程式、
   前記第１コイルと前記並列共振コンデンサとを含む回路における前記第１コイルのインダクタンス、前記並列共振コンデンサの容量、前記送電コイルと前記第１コイルとの相互インダクタンスおよび回路インピーダンスを考量した第２電圧方程式、
   前記第２コイルと前記並列共振コンデンサと前記直列共振コンデンサとを含む回路における前記第２コイルのインダクタンス、前記並列共振コンデンサの容量、前記直列共振コンデンサの容量、前記第２コイルと前記受電コイルとの相互インダクタンスおよび回路インピーダンスを考量した第３電圧方程式、
   前記受電コイルと共振用の第２コンデンサとを通る回路における前記受電コイルのインダクタンス、前記第２コンデンサの容量、前記受電コイルと前記第２コイルとの相互インダクタンスおよび回路インピーダンスを考量した第４電圧方程式、
   からなる連立方程式の解により定めた、請求項２に記載の給電装置。
4. 前記共振コンデンサは、前記第１コイルおよび前記第２コイルに共通に並列に接続された並列共振コンデンサである、請求項１に記載の給電装置。
5. 前記共振コンデンサは、
   前記第１コイルに直列接続された直列共振コンデンサと、
   前記第２コイルに並列接続された前記並列共振コンデンサと、
   から構成された、請求項１に記載の給電装置。
6. 前記共振コンデンサの容量は、
   前記送電コイルと共振用の第１コンデンサとを通る回路に印加される送電電圧、前記送電コイルのインダクタンス、前記第１コンデンサの容量、前記送電コイルと前記第１コイルとの相互インダクタンスおよび回路インピーダンスを考量した第１電圧方程式、
   前記第１コイルと前記直列共振コンデンサと前記並列共振コンデンサとを含む回路における前記第１コイルのインダクタンス、前記直列共振コンデンサの容量、前記並列共振コンデンサの容量、前記送電コイルと前記第１コイルとの相互インダクタンスおよび回路インピーダンスを考量した第２電圧方程式、
   前記第２コイルと前記並列共振コンデンサとを含む回路における前記第２コイルのインダクタンス、前記並列共振コンデンサの容量、前記第２コイルと前記受電コイルとの相互インダクタンスおよび回路インピーダンスを考量した第３電圧方程式、
   前記受電コイルと共振用の第２コンデンサとを通る回路における前記受電コイルのインダクタンス、前記第２コンデンサの容量、前記受電コイルと前記第２コイルとの相互インダクタンスおよび回路インピーダンスを考量した第４電圧方程式、
   からなる連立方程式の解により定めた、請求項５に記載の給電装置。
7. 前記共振コンデンサは、
   前記第１コイルおよび前記第２コイルのそれぞれに直列接続された第１直列共振コンデンサおよび第２直列共振コンデンサと、
   前記第１コイルおよび前記第１直列共振コンデンサと前記第２コイルおよび前記第２直列共振コンデンサとに対して、並列に接続された前記並列共振コンデンサと、
   から構成された、請求項１に記載の給電装置。
8. 前記共振コンデンサの容量は、
   前記送電コイルと共振用の第１コンデンサとを通る回路に印加される送電電圧、前記送電コイルのインダクタンス、前記第１コンデンサの容量、前記送電コイルと前記第１コイルとの相互インダクタンスおよび回路インピーダンスを考量した第１電圧方程式、
   前記第１コイルと前記第１直列共振コンデンサと前記並列共振コンデンサとを含む回路における前記第１コイルのインダクタンス、前記第１直列共振コンデンサの容量、前記並列共振コンデンサの容量、前記送電コイルと前記第１コイルとの相互インダクタンスおよび回路インピーダンスを考量した第２電圧方程式、
   前記第２コイルと前記第２直列共振コンデンサと前記並列共振コンデンサとを含む回路における前記第２コイルのインダクタンス、前記第２直列共振コンデンサの容量、前記並列共振コンデンサの容量、前記第２コイルと前記受電コイルとの相互インダクタンスおよび回路インピーダンスを考量した第３電圧方程式、
   前記受電コイルと共振用の第２コンデンサとを通る回路における前記受電コイルのインダクタンス、前記第２コンデンサの容量、前記受電コイルと前記第２コイルとの相互インダクタンスおよび回路インピーダンスを考量した第４電圧方程式、
   からなる連立方程式の解により定めた、請求項７に記載の給電装置。
9. 前記複数の中継コイルの前記第１コイルのそれぞれは、前記車輪のタイヤ（６２）内に設けられ、
   前記複数の中継コイルの前記第２コイルのそれぞれは、前記車輪のホイール（６４）内に設けられた、
   請求項１に記載の給電装置。
10. 前記第２コイルの共振周波数を設定する前記共振コンデンサは前記ホイール内に設けられた、請求項９に記載の給電装置。
11. 前記第１コイルの共振周波数を設定する前記共振コンデンサは前記タイヤ内に設けられた、請求項９に記載の給電装置。
12. 前記複数の中継コイルは、前記車輪の回転軸に対して、前記車輪の円周を等角度に分割する位置に設けられた、請求項１に記載の給電装置。
13. 前記送電コイルおよび前記受電コイルの少なくとも一方が、前記中継コイルのインダクタンスを変化させる磁性体を備え、
    前記共振コンデンサは、前記中継コイルのインダクタンスの極大値を用いて設定された容量を備える、
    請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の給電装置。
14. 請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の給電装置と、
    前記移動体が走行する走行面に設けられた複数の送電コイルと、
    前記複数の送電コイルのうちの少なくとも一つの送電コイルであって、前記移動体が位置する送電コイルに、前記共振周波数に対応した周波数の交流電流を流す送電装置（１００）と、
    を備えた電力伝送システム（５００）。