WO2013080860A1

WO2013080860A1 - 非接触給電装置

Info

Publication number: WO2013080860A1
Application number: PCT/JP2012/080206
Authority: WO
Inventors: 山本　幸宏
Original assignee: 株式会社豊田自動織機
Priority date: 2011-11-28
Filing date: 2012-11-21
Publication date: 2013-06-06

Abstract

　非接触給電装置は、給電設備（１０）と受電設備（２１）とを備える。前記給電設備（１０）は、一次コイル（１４）を備えた第１共振器（１１）と、前記第１共振器（１１）に交流を供給する電源部（１２）とを備える。前記受電設備（２１）は、二次コイル（２７）を備えた第２共振器（２２）と、前記第２共振器（２２）が受電した電力が供給される負荷（２５）とを備える。前記一次コイル（１４）と前記二次コイル（２７）とのうちの一方は小コイルであり、他方は大コイルである。前記小コイルの外径は、前記大コイルの内径よりも小さく形成される。前記第１共振器（１１）に前記電源部（１２）から交流を供給することによって共振で前記第２共振器（２２）に非接触電力伝送を行うときには、前記小コイルを備えた共振器（１１）の少なくとも一部は、前記大コイルを備えた共振器（２２）内に配置されている。

Description

非接触給電装置

　本開示は、非接触給電装置に関する。詳しくは一対のコイル間の磁気的結合により非接触で給電側から受電側に電力を供給する非接触給電装置に関する。

　給電側の一次コイルと受電側の二次コイルとの間の電磁誘導を利用して、給電側から受電側に電力を供給する非接触給電装置が、知られている。この種の非接触給電装置は、電気自動車やハイブリッド車に搭載された二次電池を充電するための給電装置たとえば充電装置として、広く利用されることが見込まれている。

　非接触給電装置を用いる車両の非接触充電システムでは、給電側の一次コイルは地上に設置されており、車両側の二次コイルは、車体の床面の外側に設置されている。非接触給電装置を用いる車両の非接触充電システムにおいて受電効率を高めるためには、給電部と受電部との位置ズレやギャップ長変化の許容範囲は、厳しく制限される必要がある。しかし、車両を決められた位置に正確に止めることは困難であり、車両を決められた位置に正確に止めることを強いるシステムは、一般人にとって利用し難い。

　そのため、非接触給電装置において、種々の形状の一次コイルや二次コイルが開発されている。例えば、ギャップ長が大きい場合に、両コイル間の結合係数が低くなってしまい、大きな漏れインダクタンスが発生するおそれがある。そのような漏れインダクタンスの発生を抑制するための対策として、例えば特開２０１１－４５１９５号公報では、一次コイル及び二次コイルにそれぞれコンデンサを接続することによって漏れインダクタンスを補償することが、行われている。

特開２０１１－４５１９５号公報

　単に電磁誘導で一次コイルから二次コイルに非接触給電を行う場合と比べると、一次側及び二次側にそれぞれコイルとコンデンサを設けて、共振で非接触の電力伝送を行う場合には、一次コイルと二次コイルとのズレの許容範囲は、大きくなる。しかし、一般技術では、一次コイルの中心と二次コイル中心との距離が最小の状態が効率最大であり、その状態からのズレをどれだけ許容するかという観点で、ズレの許容範囲が設定されている。したがって一般技術では、ズレの許容範囲を大きくすることは難しかった。

　本開示の目的は、移動体の停止位置の精度を緩和しても、効率良く給電側から受電側へ電力伝送を行うことができる非接触給電装置を提供することにある。

　本開示の一側面によれば、非接触給電装置は、給電設備と受電設備とを備える。前記給電設備は、一次コイルを備えた第１共振器と、前記第１共振器に交流を供給する電源部とを備える。前記受電設備は、二次コイルを備えた第２共振器と、前記第２共振器が受電した電力が供給される負荷とを備える。前記一次コイルと前記二次コイルとのうちの一方は小コイルであり、他方は大コイルである。前記小コイルの外径は、前記大コイルの内径よりも小さく形成される。前記第１共振器に前記電源部から交流を供給することによって共振で前記第２共振器に非接触電力伝送を行うときには、前記第１共振器と前記第２共振器とのうちの前記小コイルを備えた共振器の少なくとも一部は、前記大コイルを備えた共振器内に配置されている。

　ここで、「小コイルを備えた共振器の少なくとも一部は、大コイルを備えた共振器内に配置されている」とは、いずれも共振器がコアを備えていない場合は、大コイルと小コイルとが共に単層巻であれば、両コイルが同一平面上つまり同一平面内に位置することを意味する。大コイルと小コイルとが共に複層巻であれば、両コイルの少なくとも１層が同一平面内に位置することを意味する。換言すれば、両コイルの少なくとも一層が互いに重なるように位置することを意味する。また、大コイル及び小コイルのいずれか一方が複層巻で他方が単層巻の場合は、単層巻きのコイルが複層巻のコイルと重なる任意の位置に配置された状態を意味する。換言すれば、単層巻きのコイルが、複層巻のコイルの一部と同一平面内に位置することを意味する。コイルがコアを備える場合は、コアの端部が共振器の端部となる。

　この態様では、給電側つまり一次側から受電側つまり二次側への非接触電力伝送が、第１共振器と第２共振器との共振で行われるため、一次コイルと二次コイルとの位置関係つまり大コイルと小コイルとの位置関係の精度を緩和しても効率良く電力伝送が行われる。この態様は、非接触電力伝送を共振で行う一般技術と異なり、非接触電力伝送は、一方のコイルつまり小コイルを備えた共振器の少なくとも一部が、他方のコイルつまり大コイルを備えた共振器内に配置された状態で行われる。したがって、一方のコイルと他方のコイルとの位置関係のズレの許容範囲を大きく設定することが可能になる。

　一態様としては、前記非接触電力伝送を行う状態において最大効率で電力伝送が行われる前記第１共振器及び前記第２共振器の位置関係が、前記小コイルの中心が前記大コイルの中心とはズレている状態となる位置関係になるように、前記第１共振器及び前記第２共振器は、設定されている。非接触電力伝送を行う状態において、例えば両共振器のコイルの中心が互いに一致する際に最大効率で電力伝送が行われるように第１共振器と第２共振器との位置関係が設定された場合には、位置ズレの許容範囲は、コイルの中心を中心とした円の内方である。しかし、この態様では、非接触電力伝送を行う状態において最大効率で電力伝送が行われる第１共振器及び第２共振器の位置関係が、両共振器のコイルの中心がズレた状態となる位置関係であるように設定されているため、両コイルの中心のズレの分だけ、位置ズレの許容範囲が拡がる。

　一態様としては、前記第１共振器及び前記第２共振器のうちの少なくとも一方は、磁性体コアを備え、前記磁性体コアは、前記磁性体コアの長さが、前記磁性体コアを備えた共振器が有するコイルの軸方向の長さ以上になるように、形成されている。この態様では、例えば前記共振器が磁性体コアを備えていないような場合に比べて、強い誘導起電力が発生し、安定して電力が伝送される。

　一態様としては、前記大コイルを備えた共振器は、筒状の前記磁性体コアを備える。第１共振器及び第２共振器が共に磁性体コアを備える場合は、大コイルを備えた共振器が備える磁性体コアは筒状となる。大コイルは、筒状の前記磁性体コアの外周に巻回されても内周に配置されてもよい。この態様では、第１共振器の磁性体コアの両端に生じる磁極の極性と、第２共振器の磁性体コアの両端に生じる磁極の極性とが共振サイクルで反転することによって、一次側から二次側に非接触で電力伝送が行われる。したがって、コイルの軸方向に沿った位置ズレの許容範囲は、拡がる。

　一態様としては、筒状の前記磁性体コアは、大径磁性体コアであり、前記小コイルを備えた共振器は、小径磁性体コアを備える。前記大径磁性体コアの長さは、前記小径磁性体コアよりも短く形成される。非接触電力伝送を行うときには前記小径磁性体コアが前記大径磁性体コアを貫通するように、前記小径磁性体コアと前記大径磁性体コアとは配置される。この態様では、小径磁性体コアを大径磁性体コア内に配置することで、小コイルを備えた共振器の少なくとも一部を大コイルを備えた共振器内に配置しやすい。

　一態様としては、前記受電設備は、車両に搭載され、前記車両は、前記負荷として整流器及びバッテリを備える。バッテリを充電するために、受電設備が搭載された車両を、非接触給電が効率良く行われる位置に正確に停止させることは、一般的には運転者にとって難しい。しかしこの態様では、受電設備は前記非接触給電装置の一部を構成する要件を備えるため、非接触給電が効率良く行われる停止位置の許容範囲が広くなり、運転者が車両を目的の位置に停止する操作は容易になる。

　一態様としては、前記受電設備は、車両に搭載される。前記磁性体コアは、扁平に形成された筒状の磁性体コアである。前記大コイルを備えた共振器は、筒状の前記磁性体コアを備える。前記非接触電力伝送を行う状態において、前記磁性体コアの断面の長径が前記車両の車幅方向に沿って位置するように、前記磁性体コアは、配置されている。ここで、「磁性体コアの断面の長径が車両の車幅方向に沿って位置する」とは、大コイルが受電設備のコイルである場合には、扁平な磁性体コアの断面の長径が車両の車幅方向に沿って延びるように、受電設備が車両に搭載されていることを意味する。大コイルが給電設備のコイルの場合は、扁平な磁性体コアの断面の長径が、非接触給電を受けるために所定位置に停止した車両の車幅方向に沿って延びるように、給電設備が配置されていることを意味する。

　運転者が車両を目的の位置に停止させる場合、前後方向のズレは、車輪止め等を用いて小さくすることはできる。しかし、左右方向のズレは運転者の技量に依存する。したがって、左右方向の位置ズレの許容範囲が広いほど、運転者が車両を目的の位置に停止する操作は、容易になる。この態様では、大コイルを備えた共振器が備える筒状の磁性体コアは扁平に形成され、非接触電力伝送を行う状態において磁性体コアの断面の長径が車両の車幅方向に沿って位置するように配置されている。したがって、非接触給電が効率良く行われる車両停止位置の左右方向の許容範囲が広くなり、運転者が車両を目的の位置に停止させる操作は、より容易になる。

　一態様としては、前記受電設備は、前記車両の前部又は後部に搭載されている。この態様では、例えば受電設備が車両の他の部分に搭載される場合に比べて、車両への受電設備の搭載スペースを確保することが容易になり、運転者は、充電のための所定停止位置に容易に車両を停止させることができる。この態様ではさらに、給電設備を容易に設置できる。

第１実施形態の非接触充電システムの模式図。図１の一次共振器と二次共振器との関係を示す概略図。図１の一次共振器と二次共振器とを軸方向から見た状態の関係を示す模式図。図１の一次共振器と二次共振器の位置関係と電力伝送効率との関係を説明するための模式図。図２Ａの非接触充電システムの作用を説明するための概略図。図２Ａの非接触充電システムの作用を説明するための概略図。別例の一次共振器と二次共振器とを軸方向から見た状態の関係を示す模式図。別例の一次共振器と二次共振器とを示す概略図。別例のコアに対するコイルの位置関係を示す模式図。シールド装置を備えた実施形態の模式図。シールド装置を備えた実施形態の模式図。別例の模式図。別例の模式図。

　（第１実施形態）
　以下は、本開示を車載のバッテリを充電するための非接触充電システムに具体化した第１実施形態を、図１～図４Ｂにしたがって説明する。図１に示すように、非接触給電装置としての非接触充電システムは、地上に設けられる給電設備１０と、移動体としての車両２０に搭載された受電設備２１とで構成されている。

　給電設備１０は、第１共振器１１と、第１共振器１１に交流を供給する電源部１２と、電源コントローラ１３とを備える。第１共振器１１は、小コイルとしての一次コイル１４と、一次コイル１４に接続された第１コンデンサＣ１と、棒状や円柱状の小径磁性体コア１５とを備える。一次コイル１４は、小径磁性体コア１５に複数回巻回されることによって、多層巻のコイルを形成している。小径磁性体コア１５は、その両端が一次コイル１４の両端から突出するように、形成されている。電源部１２は、電源コントローラ１３からの指令によって、第１共振器１１に交流を所定周波数で出力する。

　受電設備２１は、車両２０の後部に搭載されており、例えば、図示しないナンバープレートの下のあたりに配設される。受電設備２１は、第２共振器２２と、整流器２３と、充電器２４と、充電器２４に接続された二次電池としてのバッテリ２５と、車両コントローラ２６とを備える。整流器２３、充電器２４及びバッテリ２５は、負荷を構成する。充電器２４は、整流器２３で整流された直流の電圧を、バッテリ２５に充電するのに適した電圧に変換する図示しないＤＣ／ＤＣコンバータを備える。車両コントローラ２６は、充電時に充電器２４のＤＣ／ＤＣコンバータのスイッチング素子を制御する。電源コントローラ１３と車両コントローラ２６とは、図示しない一対の無線通信装置を介して互いに通信できるように構成されている。

　第２共振器２２は、大コイルとしての二次コイル２７と、二次コイル２７に接続された第２コンデンサＣ２と、筒状（円筒状）の大径磁性体コア２８とを備える。大コイルとしての二次コイル２７の内径は、小コイルとしての一次コイル１４の外径よりも大きい。二次コイル２７は、大径磁性体コア２８の内側で複数回巻回されることによって、多層巻のコイルを形成している。二次コイル２７は、二次コイル２７の両端が大径磁性体コア２８の両端よりも内側に位置するように、形成されている。大径磁性体コア２８は、その長さが小径磁性体コア１５よりも短くなるように、形成されている。

　図１に示すように、給電設備１０及び受電設備２１は、一次コイル１４及び小径磁性体コア１５の中心と、二次コイル２７及び大径磁性体コア２８の中心とが互いに同じ高さとなるように、設けられている。車両２０がバックで充電停止位置まで移動し終わった状態において、非接触充電システムが電源部１２から一次コイル１４に交流を供給し、共振により非接触電力伝送を行うときには、一次コイル１４が、二次コイル２７及び大径磁性体コア２８の内側に配置されることと、小径磁性体コア１５が、二次コイル２７及び大径磁性体コア２８を貫通するように配置されることとが可能である。

　図２Ａ，図２Ｂに示すように、非接触充電システムは、一次コイル１４、小径磁性体コア１５、二次コイル２７及び大径磁性体コア２８の中心それぞれが軸方向から見て互いに一致できるように、構成されている。そのため、一般的には一次コイル１４及び二次コイル２７の中心それぞれが軸方向から見て互いに一致する状態を基準として、効率良く電力伝送が行われる許容範囲が、設定されてもよい。しかし、第１実施形態では、第１共振器１１及び第２共振器２２が非接触電力伝送を行う状態において最大効率で電力伝送が行われる第１共振器１１及び第２共振器２２の位置関係が、第１共振器１１の一次コイル１４の中心が第２共振器２２の二次コイル２７の中心とはズレた状態となる位置関係になるように、第１共振器１１及び第２共振器２２は、設定されている。つまり一次コイル１４の中心が二次コイル２７の中心からズレた場合の中の一態様で、最も効率良く電力伝送が行われるように、第１共振器１１及び第２共振器２２は設定されている。

　上記のように非接触充電システムを構成する理由は、以下の通りである。運転者が車両をバックで運転して二次コイル２７の中心が一次コイル１４の中心と一致するように、目的位置に停止させる場合、その車両停止位置では、二次コイル２７の中心が一次コイル１４の中心から一定の距離だけズレている確率が高い。しかし、一次コイル１４の中心と二次コイル２７の中心とが互いに一致した状態で電力伝送効率が最大となるように第１共振器１１と第２共振器２２とが設定されている場合には、電力伝送効率が最大となる車両停止位置は、一点しかない。その場合、目標とする効率以上で電力伝送が行われる車両停止位置の許容範囲は、狭くなる。

　それに対して、大径磁性体コア２８の中心が小径磁性体コア１５の中心から一定の距離だけズレている態様で電力伝送効率が最大となるように第１共振器１１と第２共振器２２とが設定されている場合には、電力伝送効率が最大となる車両停止位置は、一点ではなく、図３に示すように、破線で示す円４０に対応する位置である。円４０は、最大効率で給電される場合の大径磁性体コア２８に対する小径磁性体コア１５の中心位置がとりうる軌跡を示す。円４０の中心は、大径磁性体コア２８の中心と一致するが、小径磁性体コア１５の中心とは一致しない。そのため、効率最大で電力伝送が行われる車両停止位置から同じズレ量が許容される場合、図３の態様の車両停止許容範囲は、例えば効率最大で電力伝送が行われる車両停止位置が一点しかない態様の停止許容範囲よりも広くなる。

　次は、前記のように構成された非接触充電システムの作用を説明する。
　バッテリ２５に充電することを必要と運転者が判断した場合には、運転者は、車両２０を給電設備１０の所定位置にバックで停止させる。電源コントローラ１３に、車両２０は、図示しない通信装置を用いて充電要求や給電要求を通信したり報知したりする。

　電源コントローラ１３は、車両２０から充電要求を受信すると、電源部１２が第１共振器１１に交流を所定周波数で出力するように、電源部１２に指令を行う。よって、電源部１２から一次コイル１４に所定周波数の交流電力が出力される。一次コイル１４に交流が供給されると、一次コイル１４に流れる電流によって生じた磁界により小径磁性体コア１５が磁化され、小径磁性体コア１５の両端に磁極が生じる。一次コイル１４に流れる電流の方向によって、小径磁性体コア１５に生じる磁極のＮ極とＳ極とが決まり、電流の方向が変化するたびに、図４Ａに示すように、小径磁性体コア１５の右端にＮ極が生じ、且つ小径磁性体コア１５の左端にＳ極が生じる状態と、図４Ｂに示すように、小径磁性体コア１５の左端にＮ極が生じ、且つ小径磁性体コア１５の右端にＳ極が生じる状態とが繰り返される。図４Ａと図４Ｂに示す状態では、小径磁性体コア１５が大径磁性体コア２８を貫通している。図４Ａに示すように、小径磁性体コア１５の右端にＮ極が生じ、且つ小径磁性体コア１５の左端にＳ極が生じる状態では、大径磁性体コア２８の右端にＳ極が生じ、且つ大径磁性体コア２８の左端にＮ極が生じる。一方、図４Ｂに示すように、小径磁性体コア１５の左端にＮ極が生じ、且つ小径磁性体コア１５の右端にＳ極が生じる状態では、大径磁性体コア２８の左端にＳ極が生じ、且つ大径磁性体コア２８の右端にＮ極が生じる状態となる。共振サイクルで図４Ａの状態と図４Ｂの状態とが繰り返されることによって、受電設備２１の二次コイル２７に非接触で電力伝送が行われる。二次コイル２７が受電した電力は、整流器２３で整流された後、充電器２４に供給される。そして、充電器２４がバッテリ２５の充電に適した電圧に電力の電圧を昇圧することで、バッテリ２５は充電される。

　小径磁性体コア１５が存在する状態では、一次コイル１４の巻数や、一次コイル１４が巻回されている部分の小径磁性体コア１５の長さに拘らず、磁極は、小径磁性体コア１５の両端に生じるが、理想的には小径磁性体コア１５の中間部には生じない。大径磁性体コア２８においても、磁極は大径磁性体コア２８の端部に生じ、理想的には大径磁性体コア２８の中間部には生じない。小径磁性体コア１５の磁極と大径磁性体コア２８の磁極との互いの磁気的結合で、一次コイル１４から二次コイル２７への電力伝送が行われる。

　第１共振器１１の一次コイル１４が第２共振器２２の二次コイル２７内に配置された状態で充電が行われる場合には、充電効率が最適な位置から一定距離の範囲を、一次コイル１４と二次コイル２７との互いの位置関係のズレの許容範囲とすることが可能となる。そのため、ズレの許容範囲を広くすることができる。

　車両コントローラ２６は、例えば、バッテリ２５の電圧が所定電圧になった時点からの経過時間から、充電が完了したことを判断し、充電が完了すると、電源コントローラ１３に充電完了信号を送信する。電源コントローラ１３は、充電完了信号を受信すると電力伝送を終了する。満充電になる前に、運転者が充電終了を要求した場合にも、電源コントローラ１３に給電終了要求が送信され、電源コントローラ１３は電力伝送を終了する。

　第１実施形態では、以下に示す効果が得られる。
　（１）非接触給電装置としての非接触充電システムは、給電設備１０と、受電設備２１とを備え、給電設備１０は、第１共振器１１と、第１共振器１１に交流を供給する電源部１２とを備える。受電設備２１は、第２共振器２２と、第２共振器２２が受電した電力が供給される負荷とを備える。第１共振器１１は、一次コイル１４と、一次コイル１４に接続された第１コンデンサＣ１と、一次コイル１４が巻回された小径磁性体コア１５とを備える。第２共振器２２は、二次コイル２７と、二次コイル２７に接続された第２コンデンサＣ２と、二次コイル２７が巻回された大径磁性体コア２８とを備える。小コイルとしての一次コイル１４の外径は、大コイルとしての二次コイル２７の内径よりも小さく形成される。かつ第１共振器１１に電源部１２から交流を供給することによって共振で非接触電力伝送を行うときには、第１共振器１１の少なくとも一部は、第２共振器２２内に配置されることができる。一次コイル１４が小径磁性体コア１５を備えているので、小径磁性体コア１５の端部が第１共振器１１の端部である。二次コイル２７が大径磁性体コア２８を備えているので、大径磁性体コア２８の端部が第２共振器２２の端部である。したがって、移動体たとえば車両２０の停止位置の精度を緩和しても、効率良く給電側から受電側へ電力伝送が行われる。

　（２）非接触電力伝送を行う場合に最大効率で電力伝送が行われる第１共振器１１及び第２共振器２２の位置関係は、第１共振器１１のコイルつまり一次コイル１４の中心が第２共振器２２のコイルつまり二次コイル２７の中心とはズレた状態となる位置関係であるように、第１共振器１１及び第２共振器２２は、設定されている。したがって、最大効率で電力伝送されるときの一次コイル１４の中心と二次コイル２７の中心の、位置ズレの許容範囲は拡がる。

　（３）第１共振器１１が小径磁性体コア１５を備え、且つ第２共振器２２が大径磁性体コア２８を備えるため、磁界は、小径磁性体コア１５の両端部と大径磁性体コア２８の両端部とに集中する。したがって、例えば小径磁性体コア１５や大径磁性体コア２８を備えていない場合に比べて、第１実施形態では、強い誘導起電力つまり強い磁界が発生し、安定した電力伝送を行うことができる。

　（４）小径磁性体コア１５は、小径磁性体コア１５を備えた第１共振器１１が有する一次コイル１４の軸方向の長さよりも長くなるように形成され、大径磁性体コア２８は、大径磁性体コア２８を備えた第２共振器２２が有する二次コイル２７の軸方向の長さよりも長くなるように形成されている。したがって、例えば小径磁性体コア１５が一次コイル１４の軸方向の長さと同じになるように形成され、且つ大径磁性体コア２８が二次コイル２７の軸方向の長さと同じになるように形成されているような場合に比べて、第１実施形態では、車両２０の前後方向の停止位置の許容範囲は広くなる。

　（５）第２共振器２２が備える大径磁性体コア２８は、筒状である。そのため、非接触電力伝送を行う場合には、第１共振器１１の小径磁性体コア１５の両端に生じる磁極と、第２共振器２２の大径磁性体コア２８の両端に生じる磁極の極性とが共振サイクルで反転することによって、給電側つまり一次側から受電側つまり二次側に非接触で電力伝送が行われる。

　（６）受電設備２１は車両２０に搭載され、車両２０は負荷として整流器２３及びバッテリ２５を備える。バッテリ２５を充電するために、受電設備２１が搭載された車両２０を、非接触給電が効率良く行われる位置に正確に停止させることは、一般的には運転者にとって難しい。しかし第１実施形態の受電設備２１では、非接触給電が効率良く行われる車両停止位置の許容範囲が広いため、運転者が車両を目的の位置に停止する操作、すなわち受電のために停止する操作は、容易になる。

　（７）受電設備２１は車両２０の後部に搭載されている。したがって、例えば受電設備２１を車両２０の他の部分、例えば、車体の側面や車両２０の床下等に搭載するような場合に比べて、車両２０への受電設備２１の搭載スペースを確保することが容易になり、且つ運転者が充電のための所定停止位置に車両２０を停止する操作が容易になる。さらに、給電設備１０の設置も簡単になる。

　実施形態は、上記の態様に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化されてもよい。
　図５に示すように、筒状の大径磁性体コア２８の断面が扁平つまり略楕円形に形成され、且つ楕円形の長径が車両２０の車幅方向に沿って位置するように、大径磁性体コア２８は、車両２０に搭載されていてもよい。円４０も扁平であり、大径磁性体コア２８の断面の長径と同じ方向に延びる。運転者が車両２０を目的の位置に停止させる場合、前後方向の車両２０のズレを、車輪止め等を用いて小さくすることは容易である。一方、左右方向の車両２０のズレは運転者の技量に依存するため、左右方向の車両２０のズレを小さくすることは、一般的には困難である。しかしこの態様では、左右方向の位置ズレの許容範囲が大きいため、運転者が車両を目的の位置に停止する操作は、容易になる。つまりこの構成では、第２共振器２２が備える筒状の大径磁性体コア２８の断面が扁平に形成され、且つ断面の長径が車両２０の車幅方向に沿って位置するように、大径磁性体コア２８が車両２０に搭載されている。したがって、非接触給電が効率良く行われるための車両停止位置の左右方向の許容範囲が広くなり、運転者が車両２０を目的の位置に停止させる操作は、より容易になる。

　図６に示すように、非接触充電システムは、一次コイル１４の内径を二次コイル２７の外径よりも大きく形成してもよい。具体的には非接触充電システムは、給電側の共振器である第１共振器１１のコアとして、円筒状の大径磁性体コア２８を使用し、受電側の共振器である第２共振器２２のコアとして、棒状の小径磁性体コア１５を使用する。つまり第１実施形態では、一次コイル１４が小コイルであり、二次コイル２７が大コイルであるが、図６では、一次コイル１４が大コイルであり、二次コイル２７が小コイルである。

　図７に示すように、筒状たとえば円筒状の大径磁性体コア２８が第２共振器２２に使用される場合、二次コイル２７は、大径磁性体コア２８の外周に巻回されてもよい。もしくは筒状たとえば円筒状の大径磁性体コア２８が第１共振器１１に使用される場合、一次コイル１４は、大径磁性体コア２８の外周に巻回されてもよい。

　筒状の大径磁性体コア２８は、円筒状や楕円筒状に限定されず、長円形筒状や多角筒状であってもよい。
　筒状の大径磁性体コア２８の内方に配置される小径磁性体コア１５は、円柱状に限定されず、角柱状や楕円柱状の棒状や、扁平な板状であってもよい。

　第１共振器１１及び第２共振器２２が非接触電力伝送をするための位置に配置された状態において、第１共振器１１及び第２共振器２２を覆う磁気シールド装置が、設けられてもよい。例えば磁気シールド装置では、図８Ａと図８Ｂに示すように、大径磁性体コア２８が非磁性体の支持部材２９を介して金属製の第２支持板３０に支持され、第２支持板３０には、蛇腹部３１ａを有する筒状の第２シールド部材３１が、大径磁性体コア２８を囲むように固定されている。小径磁性体コア１５は、非磁性体の第１支持部材１６を介して金属製の第１支持板１７に支持されている。第２シールド部材３１とほぼ同径の筒状の第１シールド部材１８は、第１支持板１７に固定されている。図８Ｂに示すように、第１共振器１１及び第２共振器２２が互いに非接触電力伝送をするための位置に配置された状態では、第１共振器１１及び第２共振器２２は、第２支持板３０、第２シールド部材３１、第１シールド部材１８、及び第１支持板１７によって囲繞されている。この構成は、車両２０のシャーシやボディ等の磁性体たとえば鉄板において渦電流が発生することが抑制されるので、伝送効率が低下することを抑制される。磁束が外部に漏れることも防止される。

　給電設備１０及び受電設備２１において、一次コイル１４及び小径磁性体コア１５の中心と、二次コイル２７及び大径磁性体コア２８の中心とは、必ずしも互いに同じ高さでなくてもよい。

　受電設備２１が車両２０の後部に搭載される態様において、受電設備２１は、ナンバープレートの下方ではなく、上方に搭載されてもよい。
　受電設備２１は、車両２０の後部に限らず、例えば、車両２０の前部や中間部に搭載されてもよい。受電設備２１は、車両後部に搭載する場合と同様に、車両２０の前部に搭載されてもよい。受電設備２１が車両２０の中間部に搭載される場合には、図９に示すように、第２共振器２２は、二次コイル２７及び大径磁性体コア２８の中心線が地上面に対して直交する方向に延びるように、車両２０に搭載される。図９では、給電設備１０の第１共振器１１は、地上に形成された穴３５の中に配設され、小径磁性体コア１５は、非磁性体の支持部を介してシリンダ１９に支持されている。第１共振器１１は、シリンダ１９の作動によって、図９に示すように地上面の下に位置する待機位置と、小径磁性体コア１５が大径磁性体コア２８を貫通する状態になる給電位置とに移動される。穴３５の開口は、車両２０が支障なく地上面上を移動できるように、図示しないカバーで覆われている。

　○　第２共振器２２の二次コイル２７と大径磁性体コア２８の中心線とが車両２０の前後方向に延びるように、受電設備２１が車両２０に搭載された場合に、第１共振器１１は、移動できるように構成されてもよい。つまり、車両２０のみが移動することによって非接触電力伝送が行われるのではなく、車両２０と、第１共振器１１との両方が移動することによって、非接触電力伝送が行われるように第１共振器１１と第２共振器２２とが配置される。例えば、図１０に示すように、第１共振器１１の小径磁性体コア１５が、水平に配設されたシリンダ１９によって、待機位置と給電位置とに移動するように構成されてもよい。

　○　第２共振器２２は、車両２０の側部に設けられてもよい。この場合、給電設備１０の第１共振器１１の中心が第２共振器２２の中心と同じ高さであるように配置され、第１共振器１１は、車両２０の前後方向とは直交する方向に沿って、待機位置や給電位置に移動する。

　○　一次コイル１４及び二次コイル２７は、複層巻に限定されず、単層巻であってもよい。
　○　第１共振器１１及び第２共振器のいずれか一方が棒状の小径磁性体コア１５を備え、他方が筒状の大径磁性体コア２８を備えた構成の場合、小径磁性体コア１５の長さは、必ずしも大径磁性体コア２８を貫通できる長さである必要は無い。あるいは小径磁性体コア１５の長さは、大径磁性体コア２８の長さと同じでもよく、もしくは小径磁性体コア１５の長さは、大径磁性体コア２８の長さよりも短くてもよい。

　○　小径磁性体コア１５が大径磁性体コア２８よりも長い場合に、小径磁性体コア１５が大径磁性体コア２８を貫通した状態ではなく、小径磁性体コア１５の一端が大径磁性体コア２８内に存在する状態で非接触電力伝送が行われるように、小径磁性体コア１５と大径磁性体コア２８は、構成されてもよい。小径磁性体コア１５が大径磁性体コア２８と同じ長さの場合や、小径磁性体コア１５が大径磁性体コア２８よりも短い場合においても、小径磁性体コア１５の第１端が大径磁性体コア２８内に存在し、且つ第２端が大径磁性体コア２８から突出する状態で、非接触電力伝送が行われるように、小径磁性体コア１５と大径磁性体コア２８は、構成されてもよい。

　○　第１共振器１１に設けられる一次コイル１４と、第２共振器２２に設けられる二次コイル２７とは、小径磁性体コア１５や大径磁性体コア２８がない空芯コイルであってもよい。第１共振器１１と第２共振器２２がいずれもコアを備えておらず、かつ一次コイル１４と二次コイル２７とが共に単層巻であれば、第１共振器１１から共振で前記第２共振器２２に非接触電力伝送が行われるときには、一次コイル１４は、二次コイル２７と同一平面内に位置する。一次コイル１４と二次コイル２７とが共に複層巻であれば、非接触電力伝送が行われるときには、一次コイル１４の少なくとも一部が、二次コイル２７内に配置される。一次コイル１４及び二次コイル２７のいずれか一方が複層巻で他方が単層巻であれば、非接触電力伝送が行われるときには、単層巻のコイルの少なくとも一部が複層巻のコイル内に配置される。

　○　第１共振器１１には、一次コイル１４に接続された第１コンデンサＣ１が設けられなくてもよい。第２共振器２２には、二次コイル２７に接続された第２コンデンサＣ２が設けられなくてもよい。

　○　非接触電力伝送が行われるときに、第１共振器１１の一次コイル１４及び小径磁性体コア１５の中心線と、第２共振器２２の二次コイル２７及び大径磁性体コア２８の中心線とが互いに平行に配置される構成に、第１共振器１１と第２共振器２２とは、限定されない。一次コイル１４及び小径磁性体コア１５の中心線である第１中心線と、二次コイル２７及び大径磁性体コア２８の中心線である第２中心線とが互いに直交する状態でない限り、第１中心線が第２中心線と交差するように、第１共振器１１と第２共振器２２とは、配置されてもよい。しかし、第１中心線が第２中心線に平行に近い方が、電力伝送効率は、高くなる。

　○　車両２０は、運転者を必要とする車両に限定されず、例えば、無人搬送車であってもよい。
　○　非接触給電装置は、車両に搭載されたバッテリ２５を充電することに限定されない。非接触給電装置は、他の移動体が備えるバッテリ、例えば、自走式のロボットが備えるバッテリを充電してもよい。

　○　バッテリ２５が屋内で充電される場合、給電設備１０の第１共振器１１は、充電時における移動体の停止位置の上方に、例えば天井に設けられてもよい。
　○　充電器２４を設けずに、二次コイル２７から出力される交流電流を整流器２３で整流した後にバッテリ２５を直接充電するように、非接触給電装置は、構成されてもよい。

　○　電源部１２は、交流出力の周波数が変更可能であるように、または変更不能であるように、構成されてよい。
　○　上記いずれかの実施形態において、共振ではなく電磁誘導で非接触電力伝送が行われてもよい。

　Ｃ１…第１コンデンサ、Ｃ２…第２コンデンサ、１０…給電設備、１１…第１共振器、１２…電源部、１４…一次コイル、１５…小径磁性体コア、２８…大径磁性体コア、２０…車両、２１…受電設備、２２…第２共振器、２３…負荷を構成する整流器、２４…負荷を構成する充電器、２５…負荷を構成するバッテリ、２７…二次コイル。

Claims

　給電設備と受電設備とを備えた非接触給電装置であって、
　前記給電設備は、一次コイルを備えた第１共振器と、前記第１共振器に交流を供給する電源部とを備え、
　前記受電設備は、二次コイルを備えた第２共振器と、前記第２共振器が受電した電力が供給される負荷とを備え、
　前記一次コイルと前記二次コイルとのうちの一方は小コイルであり、他方は大コイルであり、前記小コイルの外径は、前記大コイルの内径よりも小さく形成され、
　前記第１共振器に前記電源部から交流を供給することによって共振で前記第２共振器に非接触電力伝送を行うときには、前記第１共振器と前記第２共振器とのうちの前記小コイルを備えた共振器の少なくとも一部は、前記大コイルを備えた共振器内に配置されている、非接触給電装置。
　前記非接触電力伝送を行う状態において最大効率で電力伝送が行われる前記第１共振器及び前記第２共振器の位置関係が、前記小コイルの中心が前記大コイルの中心とはズレている状態となる位置関係になるように、前記第１共振器及び前記第２共振器は、設定されている、
　請求項１に記載の非接触給電装置。
　前記第１共振器及び前記第２共振器のうちの少なくとも一方は、磁性体コアを備え、
　前記磁性体コアは、前記磁性体コアの長さが、前記磁性体コアを備えた共振器が有するコイルの軸方向の長さ以上になるように、形成されている、
　請求項１に記載の非接触給電装置。
　前記大コイルを備えた共振器は、筒状の前記磁性体コアを備える、
　請求項３に記載の非接触給電装置。
　筒状の前記磁性体コアは、大径磁性体コアであり、
　前記小コイルを備えた共振器は、小径磁性体コアを備え、
　前記大径磁性体コアの長さは、前記小径磁性体コアよりも短く形成され、
　非接触電力伝送を行うときには前記小径磁性体コアが前記大径磁性体コアを貫通するように、前記小径磁性体コアと前記大径磁性体コアとは配置される、
　請求項４に記載の非接触給電装置。
　前記受電設備は、車両に搭載され、
　前記車両は、前記負荷として整流器及びバッテリを備える、
　請求項１～請求項５のいずれか１項に記載の非接触給電装置。
　前記受電設備は、車両に搭載され、
　前記磁性体コアは、扁平に形成された筒状の磁性体コアであり、
　前記大コイルを備えた共振器は、筒状の前記磁性体コアを備え、
　前記非接触電力伝送を行う状態において、前記磁性体コアの断面の長径が前記車両の車幅方向に沿って位置するように、前記磁性体コアは、配置されている、
　請求項３に記載の非接触給電装置。
　前記受電設備は、前記車両の前部又は後部に搭載されている、
　請求項６又は請求項７に記載の非接触給電装置。
　一次コイルを備えた第１共振器と、前記第１共振器に交流を供給する電源部とを備えた給電設備から、非接触で電力を受電する受電設備であって、
　前記受電設備は、二次コイルを備えた第２共振器と、前記第２共振器が受電した電力が供給される負荷とを備え、
　前記一次コイルと前記二次コイルとのうちの一方は小コイルであり、他方は大コイルであり、前記小コイルの外径は、前記大コイルの内径よりも小さく形成され、
　前記第１共振器に前記電源部から交流が供給されることによって共振で前記第２共振器に非接触電力伝送が行われるときには、前記第１共振器と前記第２共振器とのうちの前記小コイルを備えた共振器の少なくとも一部は、前記大コイルを備えた共振器内に配置されている、受電設備。
　二次コイルを備えた第２共振器と、前記第２共振器が受電した電力が供給される負荷とを備えた受電設備に、非接触で電力を伝送する給電設備であって、
　前記給電設備は、一次コイルを備えた第１共振器と、前記第１共振器に交流を供給する電源部とを備え、
　前記一次コイルと前記二次コイルとのうちの一方は小コイルであり、他方は大コイルであり、前記小コイルの外径は、前記大コイルの内径よりも小さく形成され、
　前記第１共振器に前記電源部から交流を供給することによって共振で前記第２共振器に非接触電力伝送を行うときには、前記第１共振器と前記第２共振器とのうちの前記小コイルを備えた共振器の少なくとも一部は、前記大コイルを備えた共振器内に配置されている、給電設備。