JPH08237890A - 自動車への非接触式電力供給装置 - Google Patents

自動車への非接触式電力供給装置

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JPH08237890A
JPH08237890A JP7039476A JP3947695A JPH08237890A JP H08237890 A JPH08237890 A JP H08237890A JP 7039476 A JP7039476 A JP 7039476A JP 3947695 A JP3947695 A JP 3947695A JP H08237890 A JPH08237890 A JP H08237890A
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coil
vehicle
charging
battery
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Kazuteru Aragai
和照 新貝
Akira Gojima
亮 伍島
Takamichi Nakamura
雄有 中村
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Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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Abstract

(57)【要約】 【目的】電力供給ケーブルを接続することなく、搭載し
たバッテリーを効果的に充電することのできる自動車へ
の非接触式電力供給装置を得る。 【構成】地上側に第１のコイル１１、供給電源１２、電
源制御装置１３、供給指令部１４を備えた電気供給スタ
ンド１０を設置し、車両２０に第２のコイル２１、充電
制御回路２２、バッテリー２３を搭載する。バッテリー
２３を充電する時には、第２のコイル２１が第１のコイ
ル１１の直上となるように車両２０を停車させ、供給指
令部１４の操作により電源制御装置１３から供給電源１
２へ制御信号を出力し、供給電源１２から第１のコイル
１１に交流の励磁電流を供給し、誘導磁束を発生させ
る。この誘導磁束により第２のコイル２１に誘起される
交流の誘導起電力を充電制御回路２２ににより直流へと
変換し、得られる直流電流をバッテリー２３へと供給し
て充電する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、主として電気自動車に
駆動用の電気エネルギーを非接触にて供給する非接触式
電力供給装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、大気環境に対する関心の高まりに
つれて、排出ガスによる大気汚染を伴う従来のガソリン
や軽油を燃料とする自動車に相対するものとして、排出
ガスのないクリーンな自動車として電気エネルギーを原
動力とする電気自動車が注目され、ようやく使用され始
めている。
【０００３】電気自動車は、バッテリーを搭載し、蓄え
られたエネルギーを徐々に取り出して、車両駆動の原動
力に用いるもので、バッテリーには、充電することによ
り再利用が可能な二次電池が用いられる。現在、鉛蓄電
池が最も多く用いられているが、さらにエネルギー密度
の高いニッケル−カドミウム電池や、ニッケル−水銀電
池など、多くの種類の電池が電気自動車用のバッテリー
として研究、試用されている。
【０００４】いづれの電池においても、走行にともなっ
て蓄積されたエネルギーが消費され、充電が必要になる
と、電気自動車を電気供給スタンドへと導き、電力供給
ケーブルを電気自動車のコンセントへと接続して充電す
る操作が用いられているのが通例である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記のように、電気自
動車に搭載したバッテリーの蓄積エネルギーが少なくな
れば、従来用いられているように、電気供給スタンドで
充電することにより再び正常走行ができることとなる。
しかしながら、この方法でバッテリーの充電を行うに
は、車両を電気供給スタンドに停車させたのち、電力供
給ケーブルを電気自動車のコンセントへ接続しなければ
ならないという煩わしさの問題があり、また、充電に長
時間を要してしまうという難点がある。
【０００６】本発明は、このような問題点を考慮してな
されたもので、その目的は、電力供給ケーブルの接続作
業を排除し、搭載したバッテリーを効果的に充電するこ
とのできる自動車への非接触式電力供給装置、さらに
は、車両を停止させることなく走行中に搭載したバッテ
リーの充電が行える非接触式電力供給装置を提供するこ
とにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明においては、自動車への電力供給装置を、
地上に設置される少なくとも１個の第１のコイルと、第
１のコイルに交流電気エネルギーを供給する供給電源
と、供給電源を制御する電源制御装置と、車両に搭載さ
れる少なくとも１個の第２のコイルと、第１のコイルの
発生する誘導磁束により第２のコイルに誘起する電流を
充電するバッテリーと、バッテリーへの充電操作を制御
する充電制御回路とを備えてなるものとする。
【０００８】さらに、上記の電源制御装置に、手動操作
信号、あるいは、無線、赤外線、または超音波のうちの
いずれかの非接触手段を用いて発信される充電供給指令
信号を受けて、電源制御装置へ第１のコイルを励磁し誘
導磁束を発生させる信号を出力する供給司令部を付設す
る。また、自動車への電力供給装置を、地上に縦列に設
置される複数の第１のコイルと、これら第１のコイルの
それぞれに個別に連結され交流電気エネルギーを供給す
る供給電源と、これらの供給電源を制御する供給電源制
御回路と、車両に搭載される第２のコイルと、第１のコ
イルの発生する誘導磁束により第２のコイルに誘起する
電流を充電するバッテリーと、バッテリーへの充電操作
を制御する充電制御回路とを有し、かつ、車両に無線、
赤外線、または超音波のうちのいずれかの非接触手段を
用いて充電供給指令信号を送信する発信器を備え、地上
にこの充電供給指令信号を受信する応答器と、供給電源
に供給された電力量あるいは料金を算出してその値を表
示し、あるいは、または同時に、無線、赤外線、または
超音波のうちのいずれかの非接触手段を用いて伝送する
制御表示部とを備えてなるものとする。
【０００９】さらに、上記の供給電源制御回路を、複数
の第１のコイルを同時に励磁するように供給電源を制御
する回路とする。あるいは、上記の供給電源制御回路
を、車両の移動を第１のコイルのインピーダンスの変化
により検出し、車両の近傍にある１個の第１のコイルの
み励磁するよう供給電源を制御する回路とする。
【００１０】なお、複数の第１のコイルは、通常走行レ
ーンの側端に充電レーンを設けて縦列に配置することが
できる。
【００１１】
【作用】図６は、上記の構成による本発明の自動車の非
接触式電力供給装置の電力供給の基本原理を説明する模
式図である。図示したように、地上に、第１のコイル１
１と、第１のコイル１１に交流電気エネルギーを供給す
る供給電源１２とを備えた電気供給スタンド１０を配置
し、車両２０に、第２のコイル２１と、第２のコイル２
１の誘導起電力により生じる電流を充電するバッテリー
２３と、バッテリー２３への充電操作を制御する充電制
御回路２２とを搭載、配置して構成される非接触式電力
供給装置において、第２のコイル２１が第１のコイル１
１に直近するように車両２０を停車させ、第１のコイル
１１に、式(1) で示される交流電流Ｉを供給電源１２よ
り供給し通電する。
【００１２】
【数１】Ｉ＝Ｉ0 sin(ωｔ−φ) (1) 交流電流Ｉが通電されると、第１のコイル１１は誘導磁
束３１を生じ、第１のコイル１１との間に相互インダク
タンスＭをもつ第２のコイル２１には、次式(2) で表さ
れる誘導起電力ｅが発生する。
【００１３】
【数２】ｅ＝Ｍ・（ｄＩ／ｄｔ） (2) 発生した交流の誘導起電力ｅを、充電制御回路２２にお
いて直流へと変換し、得られた直流電流をバッテリー２
３へと供給すれば、バッテリー２３が充電されることと
なる。すなわち、電力供給ケーブルを接続しなくても、
非接触式により、搭載したバッテリーの充電が可能とな
る。
【００１４】式(2) のように誘導起電力ｅは相互インダ
クタンスＭによって定まる。二つのコイルが互いに近接
し、略平行となるように、第１のコイル１１を地表近く
に配置し、第２のコイル２１を車両２０の底部に配置す
れば、相互インダクタンスＭが大きくなるので、搭載し
たバッテリーを効率よく充電することができる。なお、
上記の説明では、車両２０は停止しているものとして説
明したが、車両２０が走行中であっても誘導起電力ｅは
生じる。したがって、走行に伴う二つのコイルの相対位
置の変動により相互インダクタンスＭが変動し、誘導起
電力ｅに変動が生じるが、充電制御回路２２で調整する
ことにより停止中と同様にバッテリーを充電することが
できる。とくに、地上に第１のコイルを次々と縦列に配
置して、各コイルより誘導磁束を発生させ、そのコイル
上に車両を走行させることとすれば、走行中の車両に搭
載された第２のコイルに連続して誘導起電力ｅを発生さ
せることができるので、非接触で効果的にバッテリーを
充電することができる。
【００１５】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を用いて説明す
る。図１は、本発明の自動車への非接触式電力供給装置
の第１の実施例の基本構成を簡略化して示す模式図であ
る。本図に示した非接触式電力供給装置は、地上側の電
気供給スタンド１０に配置した第１のコイル１１、供給
電源１２、電源制御装置１３、ならびに供給指令部１４
と、車両２０に搭載した第２のコイル２１、充電制御回
路２２、ならびに車両２０の駆動走行に必要な電気エネ
ルギーを蓄積するバッテリー２３から構成されている。
【００１６】本構成の非接触式電力供給装置によりバッ
テリー２３の充電を行う際には、車両２０を電気供給ス
タンド１０に停車させ、図示しない手動ボタンを操作す
ることにより、供給指令部１４から電源制御装置１３へ
の制御信号を出力させ、供給電源１２より第１のコイル
１１へと所定の交流電流を供給して誘導磁束を発生させ
る。この誘導磁束により車両２０に搭載された第２のコ
イル２１に誘導起電力が発生するので、充電制御回路２
２により交流から直流へと変換し、バッテリー２３が充
電される。
【００１７】充電が進行し、バッテリー２３が飽和状態
に近づくと、充電制御回路２２よりバッテリー２３へ供
給される電流が減少しゼロに近づく。したがって、供給
電源１２において供給電流値よりバッテリー２３の飽和
状態を確認し、第１のコイル１１への交流電流の供給を
停止することにより、充電操作が完了する。本充電操作
において、第１のコイル１１へ供給された供給電力量は
供給電源１２に設置した図示しない電力量計により計測
され、電源制御装置１３へと送られて、料金とともに表
示される。
【００１８】なお、上記の装置では、手動ボタンの操作
により、供給指令部１４から電源制御装置１３へ制御信
号を出力し、供給電源１２より第１のコイル１１へと所
定の交流電流を供給しているが、手動ボタンの操作の代
わりに、カードの差し込みによる手動操作、あるいは無
線、赤外線、超音波等の非接触の指令信号を送信するこ
とにより、供給指令部１４から電源制御装置１３へ制御
信号を出力することとしてもよい。また、紙幣や貨幣、
あるいはカードの投入により電源制御装置１３へ制御信
号を出力することとすれば、無人の電気供給スタンド１
０においても自動的にバッテリー２３を充電でき、効率
的である。
【００１９】図２は、本発明の自動車への非接触式電力
供給装置の第２の実施例の基本構成を簡略化して示す模
式図である。本構成の非接触式電力供給装置は走行状態
にある車両２０に電力を供給することを目的とした装置
で、充電レーンの路面の下に車両２０の走行方向に縦列
に配置された複数の第１のコイル４１Ａ、４１Ｂ、４１
Ｃ、・・、これらのコイルにそれぞれ個別に接続された
供給電源４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃ、・・、これらの複数
の供給電源に接続された供給電源制御回路４３、この供
給電源制御回路４３に接続され充電レーンの終端に設置
された制御表示器４４、および同じく供給電源制御回路
４３に接続され充電レーンの始端に設置された応答器４
５とにより構成される電気供給システム４０と、車両２
０に搭載された第２のコイル２１、このコイルに接続さ
れた充電制御回路２２、充電制御回路２２で充電される
バッテリー２３、および充電制御回路２２に付設された
発信器２４とにより構成されている。
【００２０】本構成の非接触式電力供給装置により車両
２０に搭載された第２のコイル２１の充電を行う際に
は、まず走行中の車両２０の発信器２４より地上の電気
供給システム４０の応答器４５へと無線により充電指令
信号、および車両２０の固有の識別番号やバッテリーの
充電状況等の車両データ信号を発信させる。充電指令信
号を受けた応答器４５は供給電源制御回路４３にコイル
励磁信号を送る。この信号をもとに供給電源４２Ａ、４
２Ｂ、４２Ｃ、・・により励磁電流が供給され、第１の
コイル４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃ、・・が励磁され、誘導
磁束を発生する。走行中の車両２０の第２のコイル２１
には誘導磁束により誘導起電力が発生するので、充電制
御回路２２により交流から直流へと変換し、バッテリー
２３へ直流電流を送ることにより、バッテリー２３が充
電されることとなる。
【００２１】バッテリー２３の充電が進行し、車両２０
が充電レーンの端まで来ると、供給電源制御回路４３に
接続された制御表示器４４に、供給した電力量ならびに
その料金のデータが表示され、同時に制御表示器４４よ
り車両２０の発信器２４に備えられた受信部へ無線によ
り上記の電力供給データ信号が送られる。発信器２４は
電力供給データ信号を受けて車両２０内の図示しないデ
ィスプレイへ表示するとともに、場合によっては器内の
メモリーに記憶させる。
【００２２】また、上記の車両データ信号と電力供給デ
ータ信号とにより記録される各車両の料金は、各車両に
固有の識別番号をもとにカードあるいは預金口座引き落
としにより精算される。なお、本実施例では、走行中の
車両２０の発信器２４より地上の電気供給システム４０
の応答器４５への充電指令信号および車両データ信号を
無線により発信させるものとし、また制御表示器４４よ
り車両２０の発信器２４の受信部への電力供給データ信
号も無線により発信させるものとしているが、無線でな
く赤外線あるいは超音波等の非接触により信号の発受信
が行える手段であれば同様の効果が得られることは説明
するまでもなく明らかである。
【００２３】なお、本実施例において、充電レーンに配
置された第１のコイル４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃ、・・の
励磁方法としては、図３に示す方法と、図４に示す方法
を採ることができる。図３に示す方法は、コイル励磁信
号を受けると、供給電源制御回路４３によって、すべて
の供給電源４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃ、・・が連結された
第１のコイルへ励磁電流を供給するように制御するもの
で、第１のコイルをすべて励磁して誘導磁束３１を発生
させる方法である。この方法では、すべての第１のコイ
ルが誘導磁束３１を生じているので、この上を走行する
車両２０のバッテリーが確実に充電されるという利点が
ある。
【００２４】図４に示す方法は、コイル励磁信号を受け
た供給電源制御回路４３が、さらに車両２０の位置検出
信号を受けて、車両２０に搭載の第２のコイルに直近す
る第１のコイル、例えば図４に示した例においては第１
のコイル４２Ｂにのみ励磁電流を供給するように、供給
電源４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃ、・・を制御するもので、
充電レーンに配置された第１のコイル４１Ａ、４１Ｂ、
４１Ｃ、・・を、車両２０の走行に同期させて、１個づ
つ順次励磁し、誘導磁束３１を発生させるものである。
車両２０の位置検出信号としては、充電レーンの路側に
設置した光センサーあるいは超音波センサー等により得
られる検出信号を用いればよく、また、第１のコイルそ
れぞれについて常時インピーダンスを測定し、車両２０
の接近に伴って生じる変化を検知して得られる検出信号
を用いてもよい。この方法では、車両２０の第２のコイ
ルに直近する第１のコイルのみ励磁され、バッテリーの
充電に寄与しない他の多数の第１のコイルについては通
電されないので、損失が抑制され、走行する車両２０の
バッテリーが効率的に充電されることとなる。
【００２５】また、本実施例に示した走行車両への電力
供給操作を車両の通常走行に支障を及ぼすことなく実施
するには、車両の走行する道路に通常の走行レーンと分
離された専用の充電レーンを用いることが必要である。
図５は、本発明の自動車への非接触式電力供給装置の第
２の実施例の構成機器を敷設した充電レーンを設けた自
動車道路の構成例を示す模式図である。図に見られるよ
うに、通常走行レーン５１の側端に充電レーン５２が設
けられ、充電レーン５２には、複数の第１のコイル４１
が縦列に埋設され、図示しない供給電源および供給電源
制御回路が設置されている。また充電レーン５２の始端
には応答器４５が、終端には制御表示器４５が配置され
ている。図示しない第２のコイル、充電制御回路、バッ
テリー、ならびに発信器を搭載した車両２０は、バッテ
リーの消費が進み充電が必要になると、この充電レーン
５２へ入線し、走行しながらバッテリーを充電し、再び
通常走行レーン５１へ戻って通常走行を続けることとな
る。
【００２６】なお、上記のごとき実施例による自動車へ
の非接触式電力供給装置は、バッテリーに蓄積した電気
エネルギーを用いて走行する電気自動車への電力供給に
特に効果的に利用されるものであるが、電気自動車に限
らずガソリンや軽油を用いて走行する自動車にあって
も、電気系統のバッテリーへの電力供給に使用できる装
置である。
【００２７】
【発明の効果】上述のように、本発明によれば、自動車
への電力供給装置を、地上に設置される少なくとも１個
の第１のコイルと、第１のコイルに交流電気エネルギー
を供給する供給電源と、供給電源を制御する電源制御装
置と、車両に搭載される少なくとも１個の第２のコイル
と、第１のコイルの発生する誘導磁束により第２のコイ
ルに誘起する電流を充電するバッテリーと、バッテリー
への充電操作を制御する充電制御回路とを備えてなるも
のとしたので、地上の第１のコイルの誘導磁束により車
両に搭載されるバッテリーが充電できることとなり、特
に車両に電力供給ケーブルを接続しなくても、バッテリ
ーを効果的に充電することのできる自動車への非接触式
電力供給装置が得られることとなった。
【００２８】さらに、上記の電源制御装置に、手動操作
信号、あるいは、無線、赤外線、または超音波のうちの
いずれかの非接触手段を用いて発信される充電供給指令
信号を受けて、電源制御装置へ第１のコイルを励磁し誘
導磁束を発生させる信号を出力する供給司令部を付設す
ることとすれば、自動的に車両に搭載されるバッテリー
を充電できるので、自動車への非接触式電力供給装置と
して好適である。
【００２９】また、自動車への電力供給装置を、地上に
縦列に設置される複数の第１のコイルと、これら第１の
コイルのそれぞれに個別に連結され交流電気エネルギー
を供給する供給電源と、これらの供給電源を制御する供
給電源制御回路と、車両に搭載される第２のコイルと、
第１のコイルの発生する誘導磁束により第２のコイルに
誘起する電流を充電するバッテリーと、バッテリーへの
充電操作を制御する充電制御回路とを有し、かつ、車両
に無線、赤外線、または超音波のうちのいずれかの非接
触手段を用いて充電供給指令信号を送信する発信器を備
え、地上にこの充電供給指令信号を受信する応答器と、
供給電源に供給された電力量あるいは料金を算出してそ
の値を表示し、あるいは、または同時に、無線、赤外
線、または超音波のうちのいずれかの非接触手段を用い
て伝送する制御表示部とを備えてなるものとすれば、車
両が走行中にあっても、地上の第１のコイルの誘導磁束
により車両に搭載されるバッテリーが充電できることと
なり、かつ充電操作が自動的に行われるので、自動車へ
の非接触式電力供給装置として特に好適である。
【００３０】さらに、上記の供給電源制御回路を、複数
の第１のコイルを同時に励磁するように供給電源を制御
する回路とすれば、車両が走行中にあっても確実にバッ
テリーが充電できる自動車への非接触式電力供給装置が
得られることとなる。また、上記の供給電源制御回路
を、車両の移動を第１のコイルのインピーダンスの変化
により検出し、車両の近傍にある１個の第１のコイルの
み励磁するよう供給電源を制御する回路とすれば、地上
の第１のコイルは所要のコイルのみ通電されることとな
り、効率的にバッテリーが充電できる自動車への非接触
式電力供給装置が得られることとなる。
【００３１】なお、複数の第１のコイルを通常走行レー
ンの側端に設けた充電レーンに縦列に設置することとす
れば、通常の走行を妨げることなく充電を行うことがで
き好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の自動車への非接触式電力供給装置の第
１の実施例の基本構成を簡略化して示す模式図
【図２】本発明の自動車への非接触式電力供給装置の第
２の実施例の基本構成を簡略化して示す模式図
【図３】図２に示した自動車への非接触式電力供給装置
の第２の実施例における第１のコイルの励磁方法の例を
簡略化して示す模式図
【図４】図２に示した自動車への非接触式電力供給装置
の第２の実施例における第１のコイルの励磁方法の他の
例を簡略化して示す模式図
【図５】本発明の自動車への非接触式電力供給装置の第
２の実施例の構成機器を敷設した充電レーンを設けた自
動車道路の構成例を示す模式図
【図６】本発明の自動車への非接触式電力供給装置にお
ける電力供給の基本原理を説明する模式図
【符号の説明】１０ 電気供給スタンド １１ 第１のコイル １２ 供給電源 １３ 電源制御装置 １４ 供給指令部２０ 車両 ２１ 第２のコイル ２２ 充電制御回路 ２３ バッテリー ２４ 発信器 ３１ 誘導磁束４０ 電気供給システム ４１Ａ，Ｂ，Ｃ 第１のコイル ４２Ａ，Ｂ，Ｃ 供給電源 ４３ 供給電源制御回路 ４４ 制御表示器 ４５ 応答器

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】地上に設置される少なくとも１個の第１の
    コイルと、該第１のコイルに交流電気エネルギーを供給
    する供給電源と、該供給電源を制御する電源制御装置
    と、車両に搭載される少なくとも１個の第２のコイル
    と、前記第１のコイルの発生する誘導磁束により該第２
    のコイルに誘起する電流を充電するバッテリーと、該バ
    ッテリーへの充電操作を制御する充電制御回路とを備え
    てなることを特徴とする自動車への非接触式電力供給装
    置。
  2. 【請求項２】手動操作信号、あるいは、無線、赤外線、
    または超音波のうちのいずれかの非接触手段を用いて発
    信される充電供給指令信号を受け、前記電源制御装置へ
    前記第１のコイルを励磁し誘導磁束を発生させる信号を
    出力する供給司令部を、前記電源制御装置に付設したこ
    とを特徴とする請求項１記載の自動車への非接触式電力
    供給装置。
  3. 【請求項３】地上に縦列に設置される複数の第１のコイ
    ルと、複数の該第１のコイルのそれぞれに個別に連結さ
    れ交流電気エネルギーを供給する供給電源と、複数の該
    供給電源を制御する供給電源制御回路と、車両に搭載さ
    れる第２のコイルと、前記第１のコイルの発生する誘導
    磁束により該第２のコイルに誘起する電流を充電するバ
    ッテリーと、該バッテリーへの充電操作を制御する充電
    制御回路とを有し、かつ、車両に無線、赤外線または超
    音波のうちいずれかの非接触手段を用いて充電供給指令
    信号を送信する発信器を備え、地上に前記充電供給指令
    信号を受信する応答器と、前記供給電源に供給された電
    力量あるいは料金を算出してその値を表示し、あるい
    は、または同時に、無線、赤外線または超音波のうちい
    ずれかの非接触手段を用いて伝送する制御表示部とを備
    えてなることを特徴とする自動車への非接触式電力供給
    装置。
  4. 【請求項４】前記供給電源制御回路が、前記の複数の第
    １のコイルを同時に励磁するよう前記の複数の供給電源
    を制御するものであることを特徴とする請求項３記載の
    自動車への非接触式電力供給装置。
  5. 【請求項５】前記供給電源制御回路が、前記車両の移動
    を前記の第１のコイルのインピーダンスの変化により検
    出し、該車両の近傍にある１個の前記第１のコイルのみ
    励磁するよう前記の複数の供給電源を制御するものであ
    ることを特徴とする請求項３記載の自動車への非接触式
    電力供給装置。
  6. 【請求項６】前記複数の第１のコイルが、通常走行レー
    ンの側端に設けた充電レーンに縦列に設置されることを
    特徴とする請求項３ないし５のいずれかの項に記載の自
    動車への非接触式電力供給装置。
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