KR101197388B1

KR101197388B1 - 이동 급전식의 비접촉 급전장치

Info

Publication number: KR101197388B1
Application number: KR1020110029278A
Authority: KR
Inventors: 기타오 야마모토; 다케시 사토; 게이스케 아베; 마사시 모치즈키; 야스유키 오키요네다
Original assignee: 쇼와 히코키 고교 가부시키가이샤
Priority date: 2010-04-07
Filing date: 2011-03-31
Publication date: 2012-11-05
Also published as: CN102214956A; CN102214956B; US8528710B2; EP2375533A3; JP2011223703A; KR20110112776A; EP2375533A2; US20110248574A1

Abstract

본 발명은 첫째로, 전자파 공해의 우려가 없고, 둘째로, 에어 갭 확대를 실현할 수 있으며, 셋째로, 그로 인해 전기 자동차 보급에도 기여하는, 이동 급전식의 비접촉 급전장치를 제안하는 것을 과제로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 이동 급전식의 비접촉 급전장치는 이하를 특징으로 한다.
이 비접촉 급전장치는, 전자유도의 상호 유도작용을 토대로, 송전 코일로부터 수전 코일에 전력을 공급한다. 그리고, 그 비접촉 급전장치는, 급전시에, 수전 코일이, 정치된 송전 코일에 대해서 에어 갭을 가지면서 대응하여 이동되는, 이동 급전식으로 전력 공급 가능해져 있다. 송전 코일 및 수전 코일은, 각각 루프형상의 플랫 구조를 이루고 있다. 송전 코일로서는 교차 코일이 채용되고 있다. 교차 코일은, 수전측의 이동방향을 따라 긴 루프형상을 이루는 동시에, 도중에서 교차되어 있고, 교차에 의해 복수의 유닛이 형성되어 있다. 또한 송전 코일로서 교차 코일을 채용하는 것이 아니라, 공진(共振) 중계 코일을 송전 코일과 함께 채용하고, 이 중계 코일로서는, 교차 코일을 채용하도록 해도 된다.

Description

이동 급전식의 비접촉 급전장치{Mobile type non-contact power feeding device}

본 발명은, 이동 급전식의 비접촉 급전장치에 관한 것이다. 즉, 본 발명은 정치(定置)된 1차측, 즉 급전측, 트랙측으로부터, 이동하는 2차측, 즉 수전측, 픽업측에 비접촉으로 전력을 공급하는 비접촉 급전장치에 관한 것이다.

기술적 배경

케이블 등의 기계적 접촉 없이, 예를 들면 전기 자동차의 배터리에 전력을 공급하는 비접촉 급전장치가, 수요를 토대로 하여 개발되어 실용화되어 있다.

이 비접촉 급전장치에서는, 전자유도의 상호 유도작용을 토대로, 정치된 급전측의 송전 코일로부터, 전기 자동차 등의 이동체에 탑재된 수전측의 수전 코일에 대해서, 에어 갭을 가지고 근접 대응하면서 전력을 공급한다.

비접촉 급전장치에 의한 급전 방식으로서는, 정지 급전식이 대표적이지만, 급전을 위해서 일부러 정지할 필요가 없어 편리한 이동 급전식도 개발되어 실용화되어 있다.

정지 급전식에서는, 급전시에 이동체가 정지하고, 그로 인해 수전 코일이 송전 코일 상 등에서 정지 위치가 결정되어, 급전이 행해진다. 이에 대해서 이동 급전식에서는, 급전시에 이동체가 정지하지 않고, 수전 코일이 송전 코일 가까이를 이동하면서 급전이 행해진다.

종래 기술

한편, 이동 급전식의 비접촉 급전장치로서는, 먼저, 하기의 특허문헌 1에 나타내어진 기술이 대표적이다.

그러나, 이 비접촉 급전장치는, 공장 등에서 사용되는 자동 반송차(Automatic Guided vehicle)용으로서는 적합하지만, 도로를 주행하는 전기 자동차용으로서는 부적합하다는 난점이 있었다. 즉, 수전측의 수전 코일이, 정치된 급전측의 급전 코일에 대해서, 매우 접근한 작은 에어 갭 하에서 이동하는 것을 필요로 하고 있었다.

이에, 이와 같은 특허문헌 1의 비접촉 급전장치의 난점을 극복하기 위해서, 하기의 특허문헌 2, 3에 나타내어진 기술이 개발되어 있었다.

이 특허문헌 2, 3 중에 나타내어진 기술은, 급전측 또는/및 수전측에 대해서, 독립된 중계 회로를 공진(共振)회로로서 설치하고, 이 공진 회로의 중계 코일을 에어 갭의 자로(磁路)에 배치한 것을 특징으로 한다. 그로 인해, 이 공진 중계 방식으로 되는 이동 급전식의 비접촉 급전장치는, 커다란 에어 갭 하에서의 전력 공급이 가능해져, 예를 들면 전기 자동차에 대한 급전용으로 적합하였다.

일본국 미심사 특허공개공보 평06-506099호(PCT 국제출원의 일본어번역문) 일본국 미심사 특허공개공보 제2002-508916호(PCT 국제출원의 일본어번역문) 일본국 미심사 특허공개공보 제2009-501510호(PCT 국제출원의 일본어번역문)

그러나, 이동 급전식의 비접촉 급전장치에 대해서는, 다음의 과제가 지적되어 있었다.

(전자파의 영향에 대해서)

비접촉 급전장치에서는, 전자유도의 상호 유도작용을 토대로 하여 전력 공급이 실시된다. 그로 인해, 고주파자계(교류 변동 자계)가 강력하게 형성됨으로써, 고주파의 전자파가 강한 강도로 방사되어 확산되기 때문에, 근린 주변 환경에 대한 악영향이 우려되고 있었다.

예를 들면, 수 10 m 이상~수 100 m 이하 정도 떨어진 에어리어에 대해서, 전자파장애 및 전파방해를 발생시킬 우려 및 인체에 기능장애를 끼칠 우려 등, 전자파 공해를 일으킬 우려가 지적되고 있었다.

이에, 예를 들면 일본 국내에서는 전파법을 토대로 하여, 10 ㎑ 이상의 고주파를 사용하는 경우는, 고주파 이용 설비로서, 외부 방사되는 전자파 강도가 규제치 이하가 되도록 제한되고 있었다.

(전자파 대책에 대해서)

이에 대해서, 전술한 정지 급전식의 비접촉 급전장치는 전자 차폐 대책을 취하기 쉬웠다. 즉, 정지 급전식의 비접촉 급전장치는 급전측의 송전 코일의 루프가 작기 때문에, 송전 코일을 도전 재료를 사용한 전자파 차폐용 방자(防磁) 커버로 덮음으로써, 외부 방사되는 전자파를 규제치 이하로 반사, 흡수 및 감쇠시키는 것이 용이하였다.

이에 대해서, 이동 급전식의 비접촉 급전장치는 전자 차폐 대책을 취하기 어려웠다.

즉, 이동 급전식의 비접촉 급전장치의 급전측의 송전 코일은 수전측이 이동하는 것을 감안하여, 이동방향을 따라 장대한 루프형상을 이루고 있어, 넓은 루프 면적으로 된다. 이에, 그 송전 코일을 방자 커버로 덮는 등의 전자 차폐 대책이 용이하지 않고, 그로 인해, 외부 방사되는 전자파가 근린 주변의 떨어진 에어리어까지 도달하기 쉬웠다.

따라서, 종래의 이동 급전식의 비접촉 급전장치는, 사용 주파수가 규제치, 즉 10 ㎑를 초과하지 않는 범위에서 설정되어 사용되고 있었다.

(문제점)

한편, 비접촉 급전장치에 대해서는, 예를 들면 전기 자동차의 보급 촉진 등의 요구를 감안하여, 에어 갭 확대가 커다란 테마가 되어 있다.

이동 급전식의 비접촉 급전장치에 있어서도, 이와 같은 요구 및 테마를 감안하여, 전술한 특허문헌 2 및 3 중에 나타낸 기술이 개발되었으나, 공진 중계 방식을 채용한 관계상, 10 ㎑ 이상, 예를 들면 수 10 ㎑ 이상~100 ㎑ 이하 정도의 고주파 교류의 사용이 효율면에서 그 전제로 되어 있었다.

따라서, 이 이동 급전식의 비접촉 급전장치는, 그대로, 예를 들면 고속도로, 기타 도로를 주행하는 전기 자동차의 급전용으로 채용하면, 외부 방사되는 전자파가 한층 강해져, 전술한 전자파 공해 발생의 우려가 매우 강해져 있었다. 그로 인해, 이동 급전식의 비접촉 급전장치는 현재 상태로는 문제가 있어 채용 곤란한 상황에 있었다.

(본 발명에 대해서)

본 발명의 이동 급전식의 비접촉 급전장치는, 이와 같은 종래 기술의 실정을 감안하여, 상기 종래 기술의 과제를 해결하기 위해 이루어진 것이다.

그리고 본 발명은, 첫째로, 전자파 공해의 우려가 없고, 둘째로, 에어 갭 확대를 실현할 수 있으며, 셋째로, 그로 인해 전기 자동차 보급에도 기여 가능한, 이동 급전식의 비접촉 급전장치를 제안하는 것을 목적으로 한다.

이와 같은 과제를 해결하는 본 발명의 기술적 수단은, 특허청구범위에 기재한 바와 같이, 다음과 같다.

청구항 1에 대해서는, 다음과 같다.

청구항 1의 이동 급전식의 비접촉 급전장치는, 전자유도의 상호 유도작용을 토대로, 급전측 회로의 송전 코일로부터 수전측 회로의 수전 코일에 전력을 공급한다.

그리고 그 비접촉 급전장치는 급전시에 그 수전 코일이, 정치(定置)된 그 송전 코일에 대해서 에어 갭을 가지면서 대응하여 이동하는, 이동 급전식으로 전력 공급이 가능해져 있다.

그 송전 코일 및 그 수전 코일은 각각, 루프형상의 플랫 구조를 이루고 있고, 그 송전 코일로서는 교차 코일이 채용되어 있다.

그 교차코일은, 수전측의 이동방향을 따라 긴 루프형상을 이루는 동시에, 도중에서 교차되어 있고, 교차에 의해 복수의 유닛이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

청구항 2에 대해서는, 다음과 같다.

청구항 1의 비접촉 급전장치에 있어서, 그 교차 코일은 교차에 의해 형성된 그 유닛으로부터 발생하는 자계의 방향이, 플러스방향과 마이너스방향으로 번갈아 반전하는 것을 특징으로 한다.

청구항 3에 대해서는, 다음과 같다.

청구항 2의 비접촉 급전장치에 있어서, 그 교차 코일은 플러스방향의 자계를 발생하는 그 유닛의 면적과, 마이너스방향의 자계를 발생하는 그 유닛의 면적이, 동일한 설정으로 되는 것을 특징으로 한다.

청구항 4에 대해서는, 다음과 같다.

청구항 1의 비접촉 급전장치에 있어서, 그 수전측 회로의 수전 코일에 대응 위치하여, 중계 회로의 중계 코일이 배설(配設)되어 있다.

그리고, 그 중계 회로는 그 수전측 회로로부터 독립해 있고, 그 중계 코일은 그 중계 회로에 배치된 콘덴서와 공진하는 동시에, 그 수전 코일과 함께 이동하는 것을 특징으로 한다.

청구항 5에 대해서는, 다음과 같다.

청구항 1의 비접촉 급전장치에 있어서, 급전은 측부 급전법으로 실시되고, 그로 인해 그 급전측 회로의 송전 코일은 도로면 또는 지면에 대해서 측부측에 정치 배설되어 있는 것을 특징으로 한다.

청구항 6에 대해서는, 다음과 같다.

청구항 1의 비접촉 급전장치에 있어서, 급전은 하부 급전법으로 실시되고, 그로 인해 그 급전측 회로의 송전 코일은 도로면 또는 지면측에 정치 배설되어 있는 것을 특징으로 한다.

청구항 7에 대해서는, 다음과 같다.

청구항 1의 비접촉 급전장치에 있어서, 그 수전 코일 등의 수전측 회로는 자동차 등의 차량, 또는 기타 이동체에 탑재되어 있는 것을 특징으로 한다.

청구항 8에 대해서는, 다음과 같다.

청구항 1의 비접촉 급전장치에 있어서, 그 송전 코일에 대응 위치하여, 중계 회로의 중계 코일이 정치 배설되어 있다. 그 중계 회로는 그 급전측 회로로부터 독립해 있고, 그 중계 코일은 그 중계 회로에 배치된 콘덴서와 공진한다.

그 수전 코일은, 급전시에 그 중계 코일에 대해서, 그 에어 갭을 가지면서 대응하여 이동한다.

또한, 그 급전측 회로의 송전 코일로서, 청구항 1에 기재된 바와 같이 그 교차 코일은 채용되어 있지 않고, 이를 대신해, 그 중계 회로의 중계 코일로서 그 교차 코일이 채용되어 있는 것을 특징으로 한다.

청구항 9에 대해서는, 다음과 같다.

청구항 8의 비접촉 급전장치에 있어서, 그 중계 회로의 콘덴서는 그 교차 코일로 되는 그 중계 코일의 그 유닛마다 배치되어 있는 것을 특징으로 한다.

청구항 10에 대해서는, 다음과 같다.

청구항 8의 비접촉 급전장치에 있어서, 그 교차 코일은 교차에 의해 형성된 그 유닛으로부터 발생하는 자계의 방향이, 플러스방향과 마이너스방향으로 번갈아 반전하는 것을 특징으로 한다.

청구항 11에 대해서는, 다음과 같다.

청구항 10의 비접촉 급전장치에 있어서, 그 교차 코일은 플러스방향의 자계를 발생하는 그 유닛의 면적과, 마이너스방향의 자계를 발생하는 그 유닛의 면적이, 동일한 설정으로 되는 것을 특징으로 한다.

청구항 12에 대해서는, 다음과 같다.

청구항 8의 비접촉 급전장치에 있어서, 그 수전측 회로의 수전 코일에 대응 위치하여, 중계 회로의 중계 코일이 배설되어 있다.

그 중계 회로는 그 수전측 회로로부터 독립해 있고, 그 중계 코일은 그 중계 회로에 배치된 콘덴서와 공진하는 동시에, 그 수전 코일과 함께 이동하는 것을 특징으로 한다.

청구항 13에 대해서는 다음과 같다.

청구항 8의 비접촉 급전장치에 있어서, 급전은 측부 급전법으로 실시되고, 그로 인해 그 급전측 회로의 송전 코일 및 그 송전 코일에 대응 위치하는 그 중계 회로의 중계 코일은 도로면 또는 지면에 대해 측부측에 정치 배설되어 있는 것을 특징으로 한다.

청구항 14에 대해서는, 다음과 같다.

청구항 8의 비접촉 급전장치에 있어서, 급전은 하부 급전법으로 실시되고, 그로 인해 그 급전측 회로의 송전 코일 및 그 송전 코일에 대응 위치하는 그 중계 회로의 중계 코일은 도로면 또는 지면측에 정치 배설되어 있는 것을 특징으로 한다.

청구항 15에 대해서는, 다음과 같다.

청구항 8의 비접촉 급전장치에 있어서, 그 수전 코일 등의 수전측 회로는 자동차 등의 차량, 기타 이동체에 탑재되어 있는 것을 특징으로 한다.

작용 등에 대해서

본 발명의 작용 등은, 다음의 (1)~(10)과 같다.

(1) 이 비접촉 급전장치에서는, 급전이 이동식으로 행해진다.

(2) 그리고, 이 비접촉 급전장치는 급전시에, 송전 코일 또는/및 그 중계 코일과, 수전 코일 또는/및 그 중계 코일의 사이가, 에어 갭을 가지면서 전자 결합된다.

(3) 그로 인해, 이 비접촉 급전장치에서는, 전자유도의 상호 유도작용을 토대로, 급전측으로부터 수전측으로 전력이 공급된다.

(4) 그런데, 이 비접촉 급전장치에서는, 급전측의 장대한 루프형상을 이루는 송전 코일 또는 급전측의 중계 코일에 의해 고주파자계가 강력하게 형성되고, 그로 인해 전자파가 강력하게 방사된다.

(5) 이에 본 발명에서는, 이와 같은 송전 코일 또는 중계 코일로서, 교차 코일이 채용되고 있다. 그로 인해, 교차 코일에 있어서의 교차에 의해 형성된 각 유닛마다의 발생 자계의 방향이, 번갈아 반전하는 역극성(逆極性)으로 되어 있다.

(6) 이에 발생 후, 근린 주변 에어리어를 향해 방사된 각 자계, 그리고 전자파는, 근린 주변까지 전파되면, 확산에 의해 퍼지고 겹쳐서 서로 간섭하여 상쇄되어 대폭 약해진다.

(7) 또한, 이 비접촉 급전장치에서는, 공진 중계방식이 채용되고 있어, 공급 전력량의 손실 없이 에어 갭을 크게 취하는 것이 가능해져 있다.

(8) 즉, 이 비접촉 급전장치에서는, 공진 중계 회로의 중계 코일이 급전측 또는/및 수전측에 배설되어 있다.

(9) 따라서, 고주파자계가 한층 강력하게 형성되고, 그로 인해 전자파가 한층 강력하게 방사되게 되지만, 교차 코일을 채용하였기 때문에, 근린 주변 에어리어의 전자파의 강도는 확실하게 저하된다.

(10) 이에, 본 발명의 이동 급전식의 비접촉 급전장치는, 다음의 제1, 제2, 제3의 효과를 발휘한다.

(제1의 효과)

첫째로, 본 발명에서는 전자파 공해의 우려가 방지된다. 본 발명의 이동 급전식의 비접촉 급전장치에서는, 급전측의 송전 코일 또는 중계 회로의 중계 코일로서, 교차 코일이 채용되고 있다. 이에, 형성되어, 근린 주변 에어리어를 향해 방사된 자계는, 근린 주변 에어리어까지 전파되면, 확산에 의해 상쇄되어 약해지고, 전자파는 강도가 대폭 저하된다.

그로 인해, 근린 주변의 에어리어 환경에 대한 악영향이 확실하게 방지된다. 전술한 이런 종류의 종래예의 비접촉 급전장치와 같이, 수 10 m 이상~수 100 m 이하 정도 떨어진 에어리어에 있어서, 전자파장애 및 전파방해를 발생시킬 우려 및 인체에 기능장애를 끼칠 우려가 방지되는 등, 전자파 공해 발생의 위험은 회피된다.

(제2의 효과)

둘째로, 본 발명에서는 에어 갭 확대가 실현된다. 본 발명의 이동 급전식의 비접촉 급전장치에서는, 급전측의 송전 코일과 수전측의 수전 코일 사이에, 공진 중계 방식이 채용되어 있다.

그로 인해, 급전 전력의 손실 없이 에어 갭을 크게 취하는 것이 가능해진다. 이 비접촉 급전장치는, 예를 들면, 수 m 정도의 큰 갭 하에서도, 수 ㎾오더 이상의 대전력 공급이 가능해진다.

그리고 그때, 한층 강력한 자계가 형성되고, 그로 인해 한층 강력한 전자파가 방사되지만, 교차 코일을 채용한 것으로 인해, 전자파 공해 발생의 우려는 회피된다.

(제3의 효과)

셋째로, 그로 인해 본 발명은 전기 자동차 보급에 기여 가능하다. 본 발명의 이동 급전식의 비접촉 급전장치에서는, 전술한 바와 같이, 전자파 공해를 회피하면서 에어 갭 확대가 실현된다. 그로 인해, 손쉽고 안전한 급전 수단으로서, 고속도로, 기타 도로를 주행하는 전기 자동차에 대한 급전용으로서, 용이하게 채용 가능하다.

전기 자동차 보급의 보틀넥은, 주지와 같이, 탑재되는 배터리의 비용이 높은 점과, 중량이 무거운 점에 있다. 이에 대해, 본 발명의 비접촉 급전장치를 채용하면, 간단 용이하게 배터리로의 도중 충전이 가능해져, 그만큼, 전기 자동차의 배터리의 소용량화 및 소형화, 그리고 비용 저감 및 중량 경감 등이 실현되게 된다.

예를 들면, 본 발명의 비접촉 급전장치를 고속도로의 적소에 급전측을 연속 설치하여, 주행 중의 전기 자동차의 수전측 배터리에 급전함으로써, 고속도로에 있어서 전기 자동차의 장거리 주행도 가능해진다. 이와 같이 본 발명은, 전기 자동차의 고속도로 주행 급전, 그리고 그 보급 진전에 크게 공헌 가능하다.

전술한 제1, 제2, 제3의 효과에 의해, 이런 종류의 종래예에 존재하였던 문제가 모두 해결되는 등, 본 발명이 발휘하는 효과는 현저하게 크다.

도 1은 본 발명의 이동 급전식의 비접촉 급전장치에 대해서, 발명을 실시하기 위한 형태의 설명에 제공하는 사시 설명도로서, 도 1(A)는 제1 예를, 도 1(B)는 제2 예를 나타낸다.
도 2는 동 발명을 실시하기 위한 형태의 설명에 제공하는 도면으로서, 도 2(A)는 제3 예를, 도 2(B)는 제4 예를 나타낸다.
도 3은 동 발명을 실시하기 위한 형태의 설명에 제공하는 도면으로서, 도 3(A)는 제5 예를, 도 3(B)는 제6 예를 나타낸다.
도 4는 동 발명을 실시하기 위한 형태의 설명에 제공하는 교차 코일의 사시 설명도로서, 도 4(A)는 그 기본 원리 등을 나타내고, 도 4(B)는 급전 곤란한 위치 관계를 나타낸다.
도 5는 동 발명을 실시하기 위한 형태의 설명에 제공하는 사시 설명도로서, 도로에서의 급전법을 나타낸다.
도 6은 동 발명을 실시하기 위한 형태의 설명에 제공하는 도면으로서, 하부 급전법의 일례를 나타내며, 도 6(A)는 측면 설명도이고, 도 6(B)는 그 요부(要部) 설명도이다.

이하, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대해서, 상세하게 설명한다.

(비접촉 급전장치(1)에 대해서)

먼저, 이동 급전식의 비접촉 급전장치(1)에 대해서, 도 6을 참조하여 일반적으로 설명한다. 이 비접촉 급전장치(1)는, 전자유도의 상호 유도작용을 토대로, 급전측 회로(2)의 송전 코일(3)로부터, 수전측 회로(4)의 수전 코일(5)에, 에어 갭(A)을 가지면서 전력을 공급한다.

그리고, 이 비접촉 급전장치(1)는 급전시에, 수전 코일(5)이, 정치된 송전 코일(3)에 대해서, 에어 갭(A)을 가지면서 대응하여 이동되는, 이동 급전식으로 된다. 송전 코일(3) 및 수전 코일(5)은, 각각, 루프형상의 플랫 구조를 이룬다.

이와 같은 비접촉 급전장치(1)에 대해서, 더욱 상세하게 기술한다. 1차측, 즉 급전측, 트랙측의 급전측 회로(2)는, 급전 스탠드, 기타 급전 에어리어에 있어서, 지면, 노면, 바닥면, 또는 기타 지상(6)측에 정치 배설된다.

이에 대해서, 2차측, 즉 수전측, 픽업측의 수전측 회로(4)는, 전기 자동차(EV)나 전차 등의 차량(7), 또는 기타 이동체에 탑재된다. 수전측 회로(4)는, 그 구동용 외에, 비구동용으로서도 이용 가능하며, 도 6에 나타낸 바와 같이 차재(車載) 배터리(8)에 접속되는 것이 대표적이지만, 각종 부하(L)에 직접 접속되는 경우도 있다(도 1~도 4를 참조).

급전측 회로(2)의 송전 코일(3)은, 고주파 인버터가 사용되는 전원(9)에 접속되어 있다. 수전측 회로(4)의 수전 코일(5)은, 도 6에 나타낸 예에서는 배터리(8)에 접속 가능하게 되어 있어, 급전에 의해 충전된 배터리(8)로, 주행용 모터(10)가 구동된다. 도면 중의 11은 교류를 직류로 변환하는 컨버터, 12는 직류를 교류로 변환하는 인버터이다.

송전 코일(3) 및 수전 코일(5)은, 각각, 절연 코일 도선이 동일 면에서 루프 고리형상으로, 예를 들면 복수 회 권회(捲回)된 플랫 구조를 이루는 동시에, 이동체의 이동방향(B)을 따라 좁고 긴 직사각형 고리형상을 이룬다. 그리고 송전 코일(3)은, 수전 코일(5)과 같은 폭으로 되는 동시에, 수전 코일(5)의 수 배에서 수 10배의 장대한 루프형상을 이룬다. 예를 들면, 송전 코일(3)은 5 m×28 ㎝, 수전 코일(5)은 1 m×28 ㎝의 치수 설정으로 된다.

그리고 급전은 이동 급전식으로 실시된다. 즉 급전시에, 수전측 회로(4)의 수전 코일(5)이, 보다 장대한 급전측 회로(2)의 송전 코일(3)에 대해서, 에어 갭(A)을 가지면서 비접촉으로 순차 근접 대응하여 주행 이동한다.

전자유도의 상호 유도작용에 대해서는, 다음과 같다. 급전시에, 송전 코일(3)과 수전 코일(5) 사이에서는, 송전 코일(3)에서의 자속(磁束) 형성에 의해 수전 코일(5)에 유도기전력을 생성시키고, 그로 인해 송전 코일(3)로부터 수전 코일(5)에 전력을 공급하는 것은 공지 공용이다.

즉, 급전측 회로(2)의 송전 코일(3)에, 전원(9)으로부터, 예를 들면 10 ㎑ 이상~100 ㎑ 이하 정도의 고주파 교류를 여자 전류(exciting current)로 하여 통전함으로써, 자계가 송전 코일(3)의 코일 도선의 주위에 생기고, 자속이 코일면에 대해서 직각방향에 형성된다. 그리고, 이 자속이, 수전측 회로(4)의 수전 코일(5)을 관통하여 쇄교(interlinkage)함으로써 유도기전력이 생성되고, 그로 인해 자장이 형성되며, 형성된 자장(자계)을 이용하여 전력이 송수(送受)된다.

비접촉 급전장치(1)에서는, 이와 같은 전자유도의 상호 유도작용을 토대로, 송전 코일(3)과 수전 코일(5)의 양 회로는, 상호간의 에어 갭(A)에 자속의 자로가 형성되어, 전자 결합된다. 그로 인해 수 ㎾ 이상, 예를 들면 수 10 ㎾ 이상~수 100 ㎾ 이하 정도의 전력 공급이 실시된다.

이동 급전식의 비접촉 급전장치(1)는, 이상과 같이 되어 있다.

(본 발명의 제1 예에 대해서)

이하, 본 발명의 이동 급전식의 비접촉 급전장치(1)에 대해서 설명한다. 먼저, 도 1(A)를 참조하여, 본 발명의 제1 예의 비접촉 급전장치(1)에 대해서 설명한다.

제1 예의 비접촉 급전장치(1)에서는, 급전측의 급전측 회로(2)의 송전 코일(3)로서, 교차 코일(C)이 채용되어 있다.

급전시에는, 이 급전측의 교차 코일(C)로 되는 송전 코일(3)과 수전측의 수전 코일(5)은, 상호간의 에어 갭(A)에 자속의 자로가 형성된다. 그로 인해, 송전 코일(3)(교차 코일(C))과 수전 코일(5)의 사이가 전자 결합되어, 급전이 실행된다(비접촉 급전장치(1) 일반에 대해서, 전술한 곳을 참조).

여기서, 도 4(A)를 참조하여, 교차 코일(C)에 대해서 설명해 둔다. 이 급전측의 교차 코일(C)은, 수전측의 이동방향(B)을 따라 긴 루프형상을 이루는 동시에, 도중에서 교차되어 있고, 교차에 의해 복수의 유닛(D)이 형성되어 있다.

즉 교차 코일(C)은, 먼저, 송전 코일(3)에 대해서 전술한 곳에 준하여, 절연 코일 도선이 동일 면에서 장대한 루프형상이며, 예를 들면 복수 회(도 4(A) 및 도 1(A), 기타 도면에서는 단일 선으로 표시) 권회된 플랫 구조를 이루는 동시에, 도중의 교차 포인트(E)에서 교차되어 있고, 그로 인해 복수의 유닛(D)이 분할되어 구획 형성되어 있다.

교차 포인트(E)의 수, 즉 교차 횟수는 단수여도 되고 복수여도 되며, 도 4(A) 및 도 1, 기타 도면에서는 3이고, 4개의 유닛(D)이 형성되어 있다. 교차에 의해 형성된 각 유닛(D)의 면적(유닛(D)의 절연 코일 도선으로 둘러싸인 플랫면의 면적)은, 도 4(A) 및 도 1(A), 기타 도면에서는 공통, 즉 동일하게 설정되어 있으나, 물론 상이한 설정도 가능하다.

어느 쪽이든지, 교차 코일(C)에서는 도 4(A)에 나타낸 바와 같이, 교차에 의해 형성되는 동시에 직렬 접속된 각 유닛(D) 간에 있어서, 발생하는 자계의 방향(F)이 플러스방향과 마이너스방향으로 번갈아 반전한다.

즉, 교차 코일(C)에 전류를 공급하면 전류에 따른 자계가 발생하지만, 교차에 의해 형성된 인접하는 각 유닛(D) 마다, 상호간에 전류의 방향이 반대가 되기 때문에, 발생하는 자계의 방향이 플러스방향과 마이너스방향으로 번갈아 반전한다. 즉, 교차 코일(C)은, 교차 결합된 인접 유닛(D) 마다 자극(磁極)의 N극과 S극이 반대가 되어, 역방향의 자계가 발생한다.

그리고 교차 코일(C)은, 플러스방향의 자계를 발생하는 유닛(D)의 면적과, 마이너스방향의 자계를 발생하는 유닛(D)의 면적이 동일한 설정으로 된다.

즉, 교차 코일(C)은 플러스방향 자계의 유닛(D)의 합계 면적과, 마이너스방향 자계의 유닛(D)의 합계 면적이 동일하게 되어 있다. 또한 여기에서, 합계 면적이 동일하다는 것은, 완전하게 일치하고 있는 경우 뿐만 아니라, 약간 상이한 경우도 포함한다. 또한, 도 4(A) 및 도 1(A), 기타 도면에서는, 각 유닛(D)의 면적이 전술한 바와 같이 공통, 즉 동일하기 때문에, 플러스방향의 유닛(D)과 마이너스방향의 유닛(D)은, 같은 개수, 즉 2개씩으로 되어 있다.

제1 예에서는, 이와 같은 교차 코일(C)이 송전 코일(3)로서 채용되어 있다. 제1 예에 대해서는, 이상과 같다.

(제2 예)

다음으로, 도 1(B)를 참조하여, 본 발명의 제2 예에 대해서 설명한다. 제2 예의 비접촉 급전장치(1)에서는, 전술한 제1 예의 구성에 더하여, 수전측 도로(4)의 수전 코일(5)에 대응 위치하여, 중계 회로(13)의 중계 코일(14)이 배설되어 있다.

그리고 중계 회로(13)는, 수전측 회로(4)로부터 독립해 있고, 그 중계 코일(14)이, 중계 회로(13)에 배치된 콘덴서(15)와 공진한다.

이와 같은 제2 예의 비접촉 급전장치(1)에 대해서, 더욱 상세하게 기술한다. 제2 예에서는, 수전측에 대해서, 수전측 회로(4)의 수전 코일(5)의 에어 갭(A)측에, 수전측 중계 회로(13)의 중계 코일(14)이, 수전 코일(5)과 근접 대응 위치하여 걸맞는 크기의 긴 루프형상을 이루고, 배설되어 있다.

중계 코일(14)과 콘덴서(15)로 구성되는 이 중계 회로(13)는, 수전측 회로(4)로부터는 독립한 회로로 되는 동시에, 급전측 회로(2)의 전원(9)의 운전 주파수, 즉 회로 전체의 운전 주파수에 걸맞는 공진주파수로 공진하는, 공진 회로로 된다. 또한 본 명세서에 있어서, 공진 회로에는, 매우 높은 주파수가 사용되는 자기 공명 회로도 포함된다.

이 제2 예의 비접촉 급전장치(1)는, 급전시에, 중계 코일(14)이 콘덴서(15)와 공진함으로써, 송전 코일(3)(교차 코일(C))과, 중계 코일(14) 및 수전 코일(5)의 사이에 대해서, 커다란 에어 갭(A)이 있음에도 불구하고, 자속의 자로가 형성되어 전자 결합되어, 급전이 실시된다.

이와 같이, 제2 예에서는, 교차 코일(C)과 함께 공진 중계 방식이 채용되어 있다. 또한 제2 예에 대해서, 송전 코일(3)(교차 코일(C)) 및 기타 구성 등은, 전술한 제1 예에 준하기 때문에, 같은 부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다.

제2 예에 대해서는, 이상과 같다.

(제3 예)

다음으로, 도 2(A)를 참조하여, 본 발명의 제3 예에 대해서 설명한다. 제 3예의 비접촉 급전장치(1)에서는, 송전 코일(3)에 대응 위치하여, 중계 회로(16)의 중계 코일(17)이 정치 배설되어 있다. 중계 회로(16)는 급전측 회로(2)로부터 독립해 있고, 중계 코일(17)은 중계 회로(16)에 배치된 콘덴서(18)와 공진한다.

수전 코일(5)은 급전시에, 급전측의 중계 코일(17)에 에어 갭(A)을 가지면서 대응하여, 이동한다.

그리고, 급전측 회로(2)의 송전 코일(3)로서, 전술한 제1 예나 제2 예와 같이 교차 코일(C)은 채용되어 있지 않고, 이를 대신해, 그 중계 회로(16)의 중계 코일(17)로서 교차 코일(C)이 채용되어 있다.

이와 같은 제3 예의 비접촉 급전장치(1)에 대해서, 더욱 상세하게 기술한다. 제3 예에서는, 급전측에 대해서, 급전측 회로(2)의 송전 코일(3)의 에어 갭(A)측에, 급전측 중계 회로(16)의 중계 코일(17)이, 근접 대응 위치하여 배설되어 있다.

중계 코일(17)과 콘덴서(18)로 구성되는 이 중계 회로(16)는, 급전측 회로(2)로부터는 독립한 회로로 되는 동시에, 급전측 회로(2)의 전원(9)의 운전 주파수에 걸맞는 회로 전체의 공진주파수로 공진하는, 공진 회로로 된다.

그리고, 이 제3 예에서는, 전술한 제1 예나 제2 예와는 달리, 이와 같은 중계 회로(16)의 중계 코일(17)로서 교차 코일(C)이 채용되어 있다. 교차 코일(C)에 대해서는, 제1 예에 있어서 상세하게 기술한 곳을 참조. 또한 제3 예에서는, 중계 회로(16)의 콘덴서(18)는 중계 코일(17)(교차 코일(C))의 각 유닛(D)에 공통으로, 1개만 배설되어 있다.

또한, 이 제3 예에 있어서, 급전측 회로(2)의 송전 코일(3)은, 중계 코일(17)로서 장대한 루프형상을 이루는 교차 코일(C)이 사용되고 있는 점을 감안하여, 전술한 일반예나 제1 예 및 제2 예 등과는 달리, 장대한 루프형상이 아닌, 보다 짧고 작은 직사각형 루프형상을 이룬다.

19는 급전 전력량이 큰 경우, 급전측 회로(2)에 설치되는 콘덴서(19)이다. 그로 인해, 송전 코일(3)과 콘덴서(19)로 구성되는 급전측 회로(2)는, 전원(9)의 운전 주파수에 걸맞는 공진주파수로 공진하는 공진 회로가 된다. 또한 도 2(A)에 나타낸 예에 있어서, 콘덴서(19)는 병렬로 설치되어 있지만, 송전 코일(3)이 크고, 그로 인해 그 인덕턴스가 커져, 전류를 흐르게 하기 힘든 경우는 직렬로 설치된다(후술하는 도 3의 제5 예 및 제6 예를, 참조).

한편 급전시에, 그 제3 예에서는, 송전 코일(3)이 콘덴서(19)와 공진하고, 중계 코일(교차 코일(C))이 콘덴서(18)와 공진함으로써, 급전측의 송전 코일(3) 및 중계 코일(17)(교차 코일(C))과, 수전측의 수전 코일(5)의 사이에 대해서, 커다란 에어 갭(A)이 있음에도 불구하고, 확실하게 자속의 자로가 형성되고, 그로 인해 전자 결합되어, 급전이 실시된다.

이와 같이 제3 예에서는, 교차 코일(C)과 함께 공진 중계 방식이 채용되어 있다. 또한, 이 제3 예에 대해서, 교차 코일(C) 및 기타 구성 등에 대해서는, 전술한 제1 예에 준하기 때문에, 같은 부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다.

제3 예에 대해서는, 이상과 같다.

(제4 예)

다음으로, 도 2(B)를 참조하여, 본 발명의 제4 예에 대해서 설명한다. 제4 예의 비접촉 급전장치(1)에서는, 전술한 제3 예의 구성에 더하여, 전술한 제2 예와 동일하게 수전측 중계 회로(13)가 배설되어 있다.

이와 같이 제4 예에서는, 교차 코일(C)과 함께 공진 중계 방식이 복수 채용되어 있다. 또한, 이 제4 예에 대해서, 중계 코일(17)(교차 코일(C)), 중계 코일(14) 및 기타 구성 등은, 전술한 제2 예 및 제3 예에 준하기 때문에, 같은 부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다.

제4 예에 대해서는, 이상과 같다.

제5 예

다음으로, 도 3(A)를 참조하여, 본 발명의 제5 예에 대해서 설명한다. 제 5 예의 비접촉 급전장치(1)에서는, 전술한 제3 예의 구성에 더하여, 중계 회로(16)의 콘덴서(18)가, 중계 코일(17)(교차 코일(C))의 적어도 2 유닛(D) 이상으로 배설되어 있다. 대표적으로는, 도 3(A)에 나타낸 바와 같이 콘덴서(18)가 각 유닛(D)마다 각각 배설되어 있다.

전술한 제3 예의 콘덴서(18)는 각 유닛(D) 공통용으로서 중계 회로(16)에 1개만이 배설되어 있었던 것에 대해서, 이 제5 예에서는 복수 개의 콘덴서(18)가 배설되어 있다.

그 이유에 대해서는, 다음과 같다. 공진 회로로 되는 중계 회로(16)의 중계 코일(17)(교차 코일(C))은, 이동방향(B)을 따라 길어지면, 인덕턴스가 커진다. 이에, 그 공진주파수를 일정하게 유지하기 위해서는, 공진용의 콘덴서(18)의 용량을 인덕턴스의 크기에 반비례하여 작게 할 필요가 생긴다.

회로의 콘덴서(18)의 용량은, 직렬 접속 수에 반비례한다. 이에, 동일 용량의 콘덴서(18)의 직렬 접속 수를 늘리고, 전체 콘덴서(18)의 용량을 줄임으로써, 목적하는 바와 같이 공진주파수를 일정하게 유지하는 것이 가능해져 있다.

이와 같은 이유에 의해, 제5 예에서는, 콘덴서(18)의 직렬 접속 수가 늘어나 있고, 대표적으로는, 콘덴서(18)는 중계 코일(17)(교차 코일(C))의 각 유닛(D)마다 배설되어 있다. 그로 인해, 중계 코일(17)(교차 코일(C))의 추가적인 장대화가 안정적으로 실현된다는 이점이 있다.

이와 같이 제5 예에서는, 교차 코일(C) 및 공진 중계 방식이 채용되는 동시에, 공진용의 콘덴서(18)가 복수 사용되고 있다. 또한, 교차 코일(C) 및 기타 구성 등에 대해서는, 전술한 제3 예에 준하기 때문에, 같은 부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다.

제5 예에 대해서는 이상과 같다.

(제6 예)

다음으로, 도 3(B)를 참조하여, 본 발명의 제6 예에 대해서 설명한다. 제6 예의 비접촉 급전장치(1)에서는, 전술한 제5 예의 구성에 더하여, 제4 예 및 제2 예와 동일하게 수전측 중계 회로(13)가 배설되어 있다.

이와 같이 제6 예에서는, 교차 코일(C)과 함께 공진 중계 방식이 복수 채용되어 있다. 또한, 이 제6 예에 대해서, 중계 코일(17)(교차 코일(C)), 중계 코일(14) 및 기타 구성 등은, 전술한 제2 예 및 제5 예에 준하기 때문에, 같은 부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다.

제6 예에 대해서는 이상과 같다.

(비접촉 급전장치(1)의 배치 등에 대해서)

다음으로, 이 이동 급전식의 비접촉 급전장치(1)의 배치 등에 대해서, 도 5 및 도 6을 참조하여 설명한다.

먼저, 비접촉 급전장치(1)의 2차측, 즉 수전측, 픽업측, 즉 수전 코일(5) 등의 수전측 회로(4) 및 중계 코일(14) 등의 수전측 중계 회로(13)는, 자동차 등의 차량, 또는 기타 이동체에 탑재되어 있다.

이에 대해서, 비접촉 급전장치(1)의 1차측, 즉 급전측, 트랙측, 즉 전원(9) 및 송전 코일(3) 등의 급전측 회로(2) 및 중계 코일(17) 등의 급전측 중계 회로(16)는, 지면, 노면, 바닥면, 또는 기타 지상(6)측에 정치 배설되어 있다.

이동 급전식의 비접촉 급전장치(1)의 급전측의 배치 등에 대해서, 더욱 상세하게 기술한다. 이동 급전식의 비접촉 급전장치(1)에 의한 급전법으로서는, 측부 급전법과 하부 급전법이 대표적이다.

측부 급전법에서는, 급전측의 송전 코일(3)(교차 코일(C)) 및 중계 코일(17)(교차 코일(C))은, 지상(6)측의 도로(20)의 노면 또는 지면에 대해서, 그 갓길의 벽면 등의 측부(21)측에 정치 배설된다(전술한 제3 예~제6 예에 관해서, 도 5의 왼쪽 차선을 참조). 물론 수전측은, 전기 자동차 등의 차량(7), 또는 기타 이동체의 측부에, 수전 코일(5) 및 중계 코일(14)이 배설된다.

이에 대해서 하부 급전법에서는, 급전측의 송전 코일(3) 및 중계 코일(17)은, 지상(6)측의 도로(20)의 노면 또는 지면에, 내장시키는 등에 의해 정치 배설된다(전술한 제1 예, 제2 예에 관하여, 도 6을 참조)(제3 예~제6 예에 관해서, 도 5의 오른쪽 차선을 참조). 물론 수전측은, 전기 자동차 등의 차량(7), 또는 기타 이동체의 바닥부에, 수전 코일(5) 및 중계 코일(14)이 배설된다.

측부 급전법은, 하부 급전법에 비해, 설치 비용면 및 신뢰성 유지면 등에서 우수하다. 도 5 중 22는 중앙분리대인데, 이 중앙분리대(22)에 송전 코일(3) 및 중계 코일(17)을 정치 배치하는 형태도, 측부 급전법의 일환이다.

어느 경우에도 도 5에 나타낸 바와 같이, 비접촉 급전장치(1)의 급전측은, 전기 자동차 등의 차량(7)의 주행방향, 즉 이동방향(B)을 따라서 복수 설치되는 경우가 많고, 다수 설치되는 케이스도 많이 있다.

그리고, 각각의 급전측의 송전 코일(3)(교차 코일(C))의 각 유닛(D)과, 각각의 급전측의 중계 코일(17)(교차 코일(C))의 각 유닛(D)은, 이동방향(B)을 따라 급전 에어리어 전장에 걸쳐, 열(列)형상, 즉 대략 띠형상으로 열설(列設)된다. 그 전장은 수 10 m 이상~수 100 m 이하 정도에나 이른다.

비접촉 급전장치(1)의 배치 등에 대해서는, 이상과 같다.

(작용 등)

본 발명의 이동식의 비접촉 급전장치(1)는, 이상 설명한 바와 같이 구성되어 있다. 이에, 본 발명의 작용 등은, 이하의 (1)~(10)과 같이 된다.

(1) 비접촉 급전장치(1)에서는, 급전이 이동 급전식으로 실시된다. 즉 급전시에, 전기 자동차 등의 차량(7), 또는 기타 이동체에 탑재된 2차측, 즉 수전측, 픽업측의 수전 코일(5)(제1 예~제6 예), 더 나아가서는 중계 코일(14)(제2 예, 제4 예 및 제6 예)은, 주행 등 이동한다. 그리고, 이들은 도로(20), 또는 기타 지상(6)측에 정치 배설된 1차측, 즉 급전측, 트랙측의 송전 코일(3)(제1 예 및 제2 예), 더 나아가서는 중계 코일(17)(제3 예~제6 예)에 대해서, 에어 갭(A)을 가지면서 비접촉으로 근접 대응 위치하면서, 주행 등 이동한다.

(2) 그리고 급전시에는, 비접촉 급전장치(1)의 급전측에 있어서, 급전측 회로(2)의 송전 코일(3)이, 전원(9)으로부터의 고주파 교류를 여자 전류로 하여 통전된다. 그로 인해, 급전측과 수전측 간이, 에어 갭(A)을 가지면서 자속의 자로가 형성되어, 전자 결합된다.

즉, 송전 코일(3)(교차 코일(C))과 수전 코일(5)의 사이(제1 예), 또는, 송전 코일(3)(교차 코일(C))과 중계 코일(14) 및 수전 코일(5)의 사이(제2 예), 또는, 송전 코일(3) 및 중계 코일(17)(교차 코일(C))과 수전 코일(5)의 사이(제3 예 및 제5 예), 또는, 송전 코일(3) 및 중계 코일(17)(교차 코일(C))과, 중계 코일(14) 및 수전 코일(5)의 사이(제4 예 및 제6 예)는, 각각, 자속의 자로가 형성되어, 전자 결합된다.

(3) 비접촉 급전장치(1)에서는, 이와 같이 하여, 전자유도의 상호 유도작용을 토대로, 송전 코일(3) 또는/및 중계 코일(17)측으로부터, 중계 코일(14) 및/또는 수전 코일(5)측으로, 전력이 공급된다. 1차측, 즉 급전측, 트랙측으로부터, 2차측, 즉 수전측, 픽업측으로, 급전이 실시된다. 구체적으로는, 장대한 교차 코일(C)의 각 유닛(D)(송전 코일(3), 중계 코일(17))으로부터, 근접 대응 위치하면서 이동하는 중계 코일(14), 수전 코일(5)에 대해서, 순차 경시적으로 급전이 실시된다.

(4) 한편, 이런 종류의 비접촉 급전장치(1)에서는, 먼저, 10 ㎑ 이상~100 ㎑ 이하 정도의 고주파 교류를 사용하고 있다. 그리고, 이와 같은 고주파 교류를 사용하면서, 전자유도의 상호 작용을 토대로 급전이 실시되기 때문에, 커다란 밀도의 고주파자계(교번자계)가 형성되고, 그로 인해 강력한 고주파 전자파가 방사된다.

또한, 이와 같은 고주파자계, 그리고 고주파 전자파를 방사하는 송전측의 송전 코일(3) 또는 중계 코일(17)은, 장대한 루프형상화되어 있고, 급전 에어리어 전장에 걸쳐 수 10 m 이상~수 100 m 이하에 걸쳐, 열형상, 즉 대략 띠형상으로 전개되어 있다.

(5) 이에 본 발명에서는, 송전 코일(3)로서, 교차 코일(C)이 채용되거나(제1 예 및 제2 예), 또는, 중계 코일(17)로서 교차 코일(C)이 채용되어 있다(제3 예~제6 예).

교차 코일(C)에서는, 교차에 의해 형성된 각 유닛(D)에 대해서, 각각의 발생 자계의 방향이 역극성이 되어 플러스방향과 마이너스방향으로 번갈아 반전한다.

(6) 이에, 형성 후에, 비접촉 급전장치(1)의 급전측이 설치된 급전 에어리어로부터, 예를 들면 수 10 m 이상~수 100 m 이하 정도 떨어진 근린 주변 에어리어로 외부 방사되어 점차 확산되는 자계는, 그 근린 주변 에어리어에 있어서, 상쇄되어 약해지게 된다. 즉, 각각 인접하는 플러스방향 자계와 마이너스방향 자계는, 근린 주변 에어리어까지 전파되면, 확산에 의해 퍼지고 겹쳐서 상호 간섭한다. 그리고, 양 자계는 합성 자계를 형성하는 동시에 역극성에 기인하여 상쇄되어, 자계 밀도가 대폭 저하된다.

따라서, 비접촉 급전장치(1)의 급전측으로부터 외부 방사된 총 전자파는, 비접촉 급전장치(1)로부터 떨어진 에어리어에 있어서, 대폭 저감되어 강도가 현저하게 저하되게 된다. 이와 같이 하여, 외부 확산된 전계와 자계, 즉 전기력선과 자력선은, 양적으로 삭감되고 질적으로 강도가 저하된다.

또한, 이와 같이 플러스방향 자계와 마이너스방향 자계의 상쇄가 중요하기 때문에, 교차 코일(C)에 대해서, 플러스방향 자계를 발생하는 각 유닛(D)의 총 면적과, 마이너스방향 자계를 발생하는 각 유닛(D)의 총 면적이 동일해지는 설정으로 해 두는 것이, 이와 같은 작용 발휘에 효과적이다. 여기서, 동일해지는 설정이란, 전술한 바와 같이, 완전 일치하는 경우 뿐만 아니라, 약간 상이한 경우도 포함한다.

(7) 다른 한편, 이 비접촉 급전장치(1)에서는, 공진 중계 방식이 채용되어 있다. 즉, 이 비접촉 급전장치(1)는, 급전측의 송전 코일(3)과 수전측의 수전 코일(5) 사이에, 공진하는 중계 회로(16)의 중계 코일(17)(교차 코일(C))(제3 예~제6 예)이나, 공진하는 중계 회로(13)의 중계 코일(14)(제2 예, 제4 예 및 제6 예)을 배설하고, 상호간을 전자 결합하여 된다. 그로 인해 이 비접촉 급전장치(1)에서는, 공진에 의해 커다란 여자 무효 전력이 에어 갭(A)의 자로에 대해서 공급된다.

공진 중계 방식을 채용하면, 이와 같은 공진에 의해, 갭 급전 효율이 우수하여, 그로 인해 공급 전력량의 손실 없이, 에어 갭(A)을 크게 취하는 것이 가능해진다.

(8) 이 점에 대해서, 본 발명의 각 예의 비접촉 급전장치(1)에 대해서 검토해 둔다. 제1 예에 비해 제2 예에서는, 급전측의 송전 코일(3)(교차 코일(C))과 공진하는 중계 코일(14)이 수전측에 사용되고 있어, 에어 갭(A)이 크더라도, 양자의 전자 결합이 보다 확실히 가능해져 있다.

또한, 이 중계 코일(14)은 수전 코일(5)과 근접하여 대치하고 있어, 양자간의 전자 결합도는 매우 높다. 이에 제2 예는, 중계 코일(14)을 사용한 분량만큼, 에어 갭(A)을 보다 크게 취하는 것이 가능해진다.

이에 대해서, 제3 예 및 제5 예에서는, 급전측에 있어서, 공진하여 전자 결합하는 송전 코일(3) 및 중계 코일(17)(교차 코일(C))이 사용되고 있어, 그 분량만큼, 에어 갭(A)을 크게 취하는 것이 가능해진다.

그리고 추가적으로, 제4 예 및 제6 예에서는, 수전측에 대해서 공진하는 중계 코일(14)이 더해지므로, 에어 갭(A)을 더욱 크게 취하는 것이 가능해진다.

(9) 이와 같은 공진 중계 방식의 채용에 수반하여, 이 비접촉 급전장치(1)에서는 10 ㎑ 이상, 예를 들면 10 ㎑ 이상~100 ㎑ 이하 정도의 고주파 교류가 사용되어, 한층 강력한 자계가 형성되고, 한층 강력한 전자파가 방사된다.

그러나, 전술한 바와 같이 교차 코일(C)을 채용한 것으로 인해, 이 비접촉 급전장치(1)에서는, 근린 주변 에어리어로 방사되는 자계, 그리고 전자파의 강도는 확실하게 저하된다. 그로 인해 근린 주변 에어리어에 대한 전자파의 악영향은 회피된다.

(10) 또한, 교차 코일(C)(송전 코일(3) 또는 중계 코일(17))에 관해서는, 이 교차 포인트(E)에 이동하는 수전 코일(5) 또는 중계 코일(14)이 근접 대응 위치한 경우는, 일시적으로 급전이 곤란화된다.

교차 포인트(E)에서는 각 유닛(D) 에어리어와는 달리, 플러스방향의 자계와 마이너스방향의 자계가 상쇄되는 합성 자계가, 그 자리에서 바로 형성되고, 그로 인해 순간적으로 급전 0점이 발생한다.

즉, 교차 코일(C)(송전 코일(3) 또는 중계 코일(17))의 각 유닛(D) 에어리어에서 형성되는 각 자계에 대해서는, 플러스방향의 자계와 마이너스방향의 자계가 형성 시점에서 서로 간섭하여 바로 상쇄되는 것은, 위치적으로 있을 수 없다. 그로 인해, 각 유닛(D) 에어리어에서 형성되는 각 자계에 의해, 근접 대응 위치하면서 이동하는 수전 코일(5) 또는 중계 코일에 대해서, 경시적으로 순조롭게 급전이 행해진다.

이에 대해서 교차 포인트(E)에서는, 전술한 근린 주변 에어리어에 있어서와 마찬가지로, 서로 간섭하여 상쇄되는 합성 자계가 형성된다. 또한, 서로 간섭하여 상쇄되는 합성 자계는, 교차 포인트(E)에서는, 자계 형성 시점에서 바로 그 자리에서 형성되는 것에 대해서, 근린 주변 에어리어에서는, 각 유닛(D) 에어리어에서 형성된 자계가, 그 후 방사되어 확산된 시점에서, 즉 떨어진 근린 주변 에어리어에 전파되어 비로소 형성된다.

또한, 전기 자동차 등의 차량(7)은, 이미 충전된 배터리(8)의 전력에 의해, 이와 같은 교차 포인트(E)를 통과 가능하여, 그 영향은 거의 무시 가능하다.

작용 등에 대해서는, 이상과 같다.

1 비접촉 급전장치 A 에어 갭
2 급전측 회로 B 이동방향
3 송전 코일 C 교차 코일
4 수전측 회로 D 유닛
5 수전 코일 E 교차 포인트
6 지상 F 자장의 방향
7 차량 L 부하
8 배터리
9 전원
10 모터
11 컨버터
12 인버터
13 중계 회로
14 중계 코일
15 콘덴서
16 중계 회로
17 중계 코일
18 콘덴서
19 콘덴서
20 도로
21 측부
22 중앙분리대

Claims

전자유도의 상호 유도작용을 토대로, 급전측 회로의 송전 코일로부터 수전측 회로의 수전 코일에 전력을 공급하는 비접촉 급전장치로서,
그 비접촉 급전장치는 급전시에 그 수전 코일이, 정치(定置)된 그 송전 코일에 대해서 에어 갭을 가지면서 대응하여 이동하는, 이동 급전식으로 전력 공급 가능해져 있고,
그 송전 코일 및 그 수전 코일은 각각, 루프형상의 플랫 구조를 이루고 있으며, 그 송전 코일로서는 교차 코일이 채용되어 있고,
그 교차 코일은, 수전측의 이동방향을 따라 긴 루프형상을 이루는 동시에, 도중에서 교차되어 있고, 교차에 의해 복수의 유닛이 형성되어 있고,
그 수전측 회로의 수전 코일에 대응 위치하여, 중계 회로의 중계 코일이 배설(配設)되어 있고,
그 중계 회로는 그 수전측 회로로부터 독립해 있으며, 그 중계 코일은 그 중계 회로에 배치된 콘덴서와 공진(共振)하는 동시에, 그 수전 코일과 함께 이동하는 것을 특징으로 하는 이동 급전식의 비접촉 급전장치.
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전자유도의 상호 유도작용을 토대로, 급전측 회로의 송전 코일로부터 수전측 회로의 수전 코일에 전력을 공급하는 비접촉 급전장치로서,
그 비접촉 급전장치는 급전시에 그 수전 코일이, 정치(定置)된 그 송전 코일에 대해서 에어 갭을 가지면서 대응하여 이동하는, 이동 급전식으로 전력 공급 가능해져 있고,
그 송전 코일 및 그 수전 코일은 각각, 루프형상의 플랫 구조를 이루고 있으며, 그 송전 코일로서는 교차 코일이 채용되어 있고,
그 교차 코일은, 수전측의 이동방향을 따라 긴 루프형상을 이루는 동시에, 도중에서 교차되어 있고, 교차에 의해 복수의 유닛이 형성되어 있고,
그 송전 코일에 대응 위치하여, 중계 회로의 중계 코일이 정치 배설되어 있고, 그 중계 회로는 그 급전측 회로로부터 독립하여 있으며, 그 중계 코일은 그 중계 회로에 배치된 콘덴서와 공진하고,
그 수전 코일은, 급전시에 그 중계 코일에 대해서, 그 에어 갭을 가지면서 대응하여 이동하며,
또한, 그 급전측 회로의 송전 코일로서, 제1항에 기재된 바와 같이 그 교차 코일은 채용되어 있지 않고, 이를 대신하여, 그 중계 회로의 중계 코일로서 그 교차 코일이 채용되어 있는 것을 특징으로 하는 이동 급전식의 비접촉 급전장치.
제8항에 있어서,
그 중계 회로의 콘덴서는 그 교차 코일로 되는 그 중계 코일의 그 유닛마다 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 이동 급전식의 비접촉 급전장치.
제8항에 있어서,
그 교차 코일은 교차에 의해 형성된 그 유닛으로부터 발생하는 자계의 방향이, 플러스방향과 마이너스방향으로 번갈아 반전하는 것을 특징으로 하는 이동 급전식의 비접촉 급전장치.
제10항에 있어서,
그 교차 코일은 플러스방향의 자계를 발생하는 그 유닛의 면적과, 마이너스방향의 자계를 발생하는 그 유닛의 면적이, 동일한 설정으로 되는 것을 특징으로 하는 이동 급전식의 비접촉 급전장치.
제8항에 있어서,
그 수전측 회로의 수전 코일에 대응 위치하여, 중계 회로의 중계 코일이 배설되어 있고,
그 중계 회로는 그 수전측 회로로부터 독립하여 있으며, 그 중계 코일은 그 중계 회로에 배치된 콘덴서와 공진하는 동시에, 그 수전 코일과 함께 이동하는 것을 특징으로 하는 이동 급전식의 비접촉 급전장치.
제8항에 있어서,
급전은 측부 급전법으로 실시되고, 그로 인해 그 급전측 회로의 송전 코일 및 그 송전 코일에 대응 위치하는 그 중계 회로의 중계 코일은 도로면 또는 지면에 대해서 측부측에 정치 배설되어 있는 것을 특징으로 하는 이동 급전식의 비접촉 급전장치.
제8항에 있어서,
급전은 하부 급전법으로 실시되고, 그로 인해 그 급전측 회로의 송전 코일 및 그 송전 코일에 대응 위치하는 그 중계 회로의 중계 코일은 도로면 또는 지면측에 정치 배설되어 있는 것을 특징으로 하는 이동 급전식의 비접촉 급전장치.
제8항에 있어서,
그 수전 코일 등의 수전측 회로는 자동차 등의 차량, 또는 기타 이동체에 탑재되어 있는 것을 특징으로 하는 이동 급전식의 비접촉 급전장치.