WO2023248574A1 - 移動体給電システムおよび移動体装置 - Google Patents

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正樹 斎藤
ティタポーン デトモド
健治 寺尾
真洋 大坊
旭飛 佐藤
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Sumida Corp
Iwate University NUC
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Definitions

  • the present invention relates to a mobile power supply system and a mobile device.
  • multiple primary coils are embedded in the road at predetermined intervals, a secondary coil is installed in the vehicle, and when the vehicle (secondary coil) passes over the primary coil, the primary coil and the secondary coil are Electric power is supplied from the primary coil to the vehicle (secondary coil) by electromagnetic coupling of the coils (for example, see Patent Document 1).
  • an AC vector potential detection device using a vector potential coil formed by winding a solenoid coil in an annular shape has been developed (see, for example, Patent Document 2).
  • a shield penetration device has been developed that utilizes the property that a vector potential passes through an electromagnetic shield (see, for example, Patent Document 3).
  • the present invention has been made in view of the above problems, and provides a mobile power supply system that realizes power supply to a mobile device at a relatively low cost, and a mobile device that can be used in the mobile power supply system.
  • the purpose is to
  • the mobile power supply system includes a primary conductor through which an alternating current is conducted, and a vector potential generated by the alternating current flowing through the primary conductor, which is sensed in a non-contact manner, and a current generated from a voltage difference due to the vector potential. and a mobile device equipped with a vector potential coil that conducts.
  • the primary conductor is a part or all of a conductive wire that is continuously arranged along the moving path of the mobile device, and the vector potential coil is a vector potential coil that continuously moves the vector potential coil when the mobile device is on the moving path. Senses potential without contact and conducts current.
  • a mobile device non-contactly generates a vector potential generated by an alternating current flowing through a primary conductor that is part or all of a conductor that is continuously arranged along a moving path of the mobile device. It is equipped with a vector potential coil that conducts the current generated from the voltage difference due to the vector potential sensed by the vector potential coil.
  • the vector potential coil continuously senses vector potential in a non-contact manner and conducts current when the mobile device is on a moving route.
  • the present invention it is possible to obtain a mobile power supply system that realizes power supply to a mobile device at a relatively low cost, and a mobile device that can be used in the mobile power supply system.
  • FIG. 1 is a perspective view showing an example of a mobile power supply system according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view illustrating a primary conductor and a vector potential coil in the mobile power supply system shown in FIG.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a change in power receiving efficiency with respect to a positional shift of the power receiving side with respect to the power transmitting side in a verification experiment.
  • FIG. 4 is a block diagram showing an example of the electrical configuration of the mobile power supply system shown in FIG. 1.
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of a plurality of primary conductors along a multi-lane road in the mobile power supply system shown in FIG. FIG.
  • FIG. 6 is a diagram showing an example of a meandering primary conductor on a road in an urban area in the mobile power supply system shown in FIG.
  • FIG. 7 is a diagram showing an example of a primary conductor in a parking lot in the mobile power supply system shown in FIG. 1.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view showing an example of the arrangement of vector potential coils 2 in a mobile device according to Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 9 is a sectional view showing another example of the arrangement of the vector potential coil 2 in the mobile device according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a side view showing an example of a mobile power supply system according to Embodiment 3 of the present invention.
  • FIG. 11 is a front view showing an example of the installation position of the vector potential coil in the third embodiment.
  • FIG. 12 is a front view showing an example of the vector potential coil 2 and the ferromagnetic member 2A in the mobile device according to the fourth embodiment.
  • FIG. 13 is a front view showing an example of the vector potential coil 2 and the ferromagnetic member 2B in the mobile device according to the fifth embodiment.
  • FIG. 14 is a front view showing an example of the vector potential coil 2 in the mobile device according to the sixth embodiment.
  • FIG. 15 is a front view showing an example of the vector potential coil 2 and the ferromagnetic member 2C in the mobile device according to the seventh embodiment.
  • FIG. 16 is a front view showing an example of the vector potential coil 2 and the ferromagnetic member 2D in the mobile device according to the eighth embodiment.
  • FIG. 17 is a front view showing an example of the vector potential coil 2 in the mobile device according to the ninth embodiment.
  • FIG. 18 is a top view showing an example of the vector potential coil 2 in the mobile device according to the tenth embodiment.
  • FIG. 19 is a circuit diagram illustrating a resonant circuit in a mobile device according to Embodiment 11.
  • FIG. 20 is a diagram showing simulation results of the output voltage of the power supply device 6 in the eleventh embodiment.
  • FIG. 1 is a perspective view showing an example of a mobile power supply system according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the mobile power supply system shown in FIG. 1 includes a primary conductor 1 and a vehicle 101 equipped with a vector potential coil 2, and supplies power from the primary conductor 1 to the vector potential coil 2 using vector potential.
  • the vehicle 101 is a type of mobile device that moves on a road 102 as a travel route, and in this case is an electric vehicle.
  • the vector potential coil (hereinafter also referred to as VP coil) 2 non-contactly senses the vector potential generated by the alternating current flowing through the primary conductor 1, and conducts the current (alternating current) induced by the vector potential. Note that even if the vehicle 101 is not running and is stopped, if an alternating current is conducted through the primary conductor 1, the above-mentioned alternating current is induced in the VP coil 2.
  • the primary conductor 1 is part or all of a (non-wound) conductive wire that is continuously arranged along a travel path of the mobile device (here, a road 102 on which the vehicle 101 can pass).
  • the primary conductor 1 has a linear or curved shape depending on the shape of the road 102.
  • the primary conductor 1 is buried at a predetermined depth D in the center of a road 102 (lane).
  • a coated conducting wire is used as the primary conductor 1, and is insulated from the ground.
  • the VP coil 2 continuously senses the vector potential in a non-contact manner and conducts current when the vehicle 101 (mobile device) is on the moving route (here, the road 102 where the primary conductor 1 is installed). .
  • FIG. 2 is a perspective view illustrating the primary conductor 1 and vector potential coil 2 in the mobile power supply system shown in FIG. 1.
  • the VP coil 2 is a solenoid coil extending along a curved coil axis, and the primary conductor 1 is positioned inward of the curve of the coil axis. It is arranged so that Further, the VP coil 2 is arranged such that the coil axis (the winding center line of the VP coil 2) extends within a plane 1P perpendicular to the primary conductor 1.
  • the shape of the coil axis is an open curve, and the shape is such that the angle seen from the primary conductor 1 at each position of the coil axis from one end of the VP coil 2 to the other end monotonically increases or decreases. has. Therefore, in the direction of the inside of the curve, the VP coil 2 forms an opening 13 .
  • the shape of the coil axis is preferably an arc with the primary conductor 1 (that is, the alternating current flowing through the primary conductor 1) as the center, and the primary conductor 1 is preferably formed at the center of curvature of the coil axis.
  • the VP coil 2 is arranged in such a manner that the VP coil 2 is arranged as shown in FIG. Therefore, the curvature (radius of curvature) of the coil axis may be set depending on the buried depth D of the primary conductor 1 and the installation height of the VP coil 2 from the road surface of the road 102.
  • the VP coil 2 is placed close to the alternating current (that is, the primary conductor 1), for example, the VP coil 2 is placed at a position of 1 m or less, or 0.5 m or less from the primary conductor 1.
  • the VP coil 2 is installed in the vehicle 101 so as to be arranged.
  • the central angle ⁇ of the circular arc of the coil shaft (the central angle of a fan shape with the circular arc as the outer periphery) is 180 degrees or less. Since the sensed vector potential increases in proportion to this central angle ⁇ , it is preferable that this central angle ⁇ is large.
  • This central angle ⁇ is any angle greater than 0 degrees and less than 360 degrees, and may also be (a) any angle greater than 0 degrees and less than 180 degrees, and (b) less than 0 degrees. (c) may be any angle greater than 0 degrees and less than 45 degrees; or (d) greater than 0.5 degrees and 360 degrees. Furthermore, (e) it may be any angle between 0.5 degrees and 180 degrees, and (f) 0.5 degrees and above and 90 degrees.
  • angles It may be any of the following angles: (e) It may be any angle between 0.5 degrees and 45 degrees; (f) Any angle between 0.5 degrees and 25 degrees. or (g) any angle greater than or equal to 2 degrees and less than 360 degrees; and (h) any angle greater than or equal to 2 degrees and less than 180 degrees. (i) Any angle between 2 degrees and 90 degrees; (j) Any angle between 2 degrees and 45 degrees.
  • (k) may be any angle greater than or equal to 25 degrees, or (l) may be any angle greater than or equal to 5 degrees and less than 360 degrees; (m) It may be any angle of 5 degrees or more and 180 degrees or less, (n) It may be any angle of 5 degrees or more and 90 degrees or less, (o) 5 degrees or more and (p) may be any angle of 45 degrees or less, or (p) may be any angle of 5 degrees or more and 25 degrees or less.
  • an ideal curve is an arc that is part of a circle, but due to manufacturing and layout considerations, it does not necessarily have to be an arc, and any smooth curved shape is sufficient. If the primary conductor 1 is placed in the concave (inward) direction, a relatively large vector potential can be sensed.
  • the alternating current induced in the VP coil 2 will be explained.
  • the intensity of the vector potential VP(t) decreases in inverse proportion to the distance from the primary conductor 1.
  • the time differential of the vector potential VP(t) is proportional to the electric field, and the result of line integration of the electric field along the winding path is the induced voltage. Therefore, in the VP coil 2, a high voltage is generated in the part close to the primary conductor 1, and a low voltage is generated in the part far from the primary conductor 1. Since they are in phase, the difference in voltage between the two becomes an induced voltage. , if the number of turns of the VP coil 2 is increased, a proportional voltage will be generated. Therefore, an alternating current is induced in the VP coil 2 as the vector potential VP(t) due to the alternating current I(t) of the primary conductor 1 changes over time.
  • the induced voltage of the vector potential is not attenuated by electromagnetic shielding, so even if the body and chassis of the vehicle 101 have magnetic shielding properties, the AC of the primary conductor 1 An alternating current is induced in the VP coil 2 as the vector potential due to the current changes over time.
  • This equation is a relational equation of magnetic flux ⁇ , B is the magnetic flux density, and ⁇ A is the rotation of the vector potential A.
  • the last term is based on Stokes' theorem, and magnetic flux can be expressed as a vector potential.
  • This equation expresses Faraday's electromagnetic induction using magnetic flux as a vector potential.
  • Faraday's electromagnetic induction states that when the magnetic flux inside a coil changes over time, a proportional voltage is generated.
  • the minus sign refers to Lenz's law, which states that voltage is generated in a direction that prevents changes in magnetic flux.
  • the magnetic flux is expressed as a vector potential, it becomes a circuit integral using the above-mentioned relational expression of the magnetic flux ⁇ , and the circuit integral is a closed line integral.
  • the integral path does not necessarily have to be closed, and a voltage is generated according to the length of the integral path of the line integral (in other words, it is not a circular integral, but an angle from 0 to ⁇ ).
  • the voltage of that part is given by the line integral that does not go around (does not go around once). That is, even if there is an opening 13 in the integral path, a voltage is generated. Therefore, even if there is no magnetic flux inside the coil, if a vector potential is induced, voltage can be induced.
  • ⁇ is the central angle of the circular arc formed by the coil axis. For example, when ⁇ is ⁇ , the output voltage V 2 becomes half of that of one round.
  • the following equation is a theoretical equation for determining the open circuit voltage generated across the VP coil 2 from the current flowing through the primary conductor 1, depending on the shape parameters of the vector potential convergence coil and the characteristics of the magnetic material.
  • the VP coil 2 has an arc shape, and the primary conductor 1 is located at the center of the circle including the arc.
  • V2 is the output voltage of VP coil 2
  • N is the number of winding layers of VP coil 2
  • r is the winding coil radius of VP coil 2
  • d is the diameter of the coil wire of VP coil 2.
  • R is the bending radius of the VP coil 2
  • I0 is the current amplitude of the primary conductor 1
  • ⁇ is the angular frequency of the above-mentioned alternating current
  • ⁇ 0 is the vacuum permeability
  • ⁇ re is the strength coefficient described later.
  • It is the effective relative permeability of the magnetic material member
  • ⁇ is the arc angle (center angle) of the VP coil 2 (0 ⁇ 360 [deg])
  • k is the winding gap ratio
  • t is the time. .
  • the inventors conducted a verification experiment using the VP coil 2 and a conventional spiral coil. Specifically, for the VP coil 2, an alternating current of 5 A and 20 kHz was conducted through the linear conductor part (primary conductor 1), and the other conductor parts were electromagnetically shielded with a 2 mm thick steel pipe. , when the VP coil 2 (center angle: approximately 180 degrees) is arranged parallel to the vertical plane of the straight conductor part, and there is a 5 mm thick iron plate between the VP coil 2 and the straight conductor part. The output power of the VP coil 2 was measured for the cases where the VP coil 2 and the VP coil 2 were not provided.
  • the spiral coil on the power transmitting side and the spiral coil on the power receiving side are arranged so as to face each other, and an alternating current of 5 A and 20 kHz is conducted to the spiral coil on the power transmitting side, and the spiral coil on the power receiving side The output power of the spiral coil was measured.
  • the vehicle 101 is made of a member having magnetic shielding properties (steel, stainless steel, etc.), and the VP coil 2 is disposed within the vehicle 101.
  • the load resistance connected to the receiving coil was set to 0.15 ⁇ when a similar iron plate was inserted between the transmitting coil and the receiving coil, and when it was not inserted.
  • the output power of the receiving coil was measured by varying the resistance up to 1.00 ⁇ .
  • the output power of the power-receiving coil with the iron plate shield was below the measurement limit of the measuring instrument used, and the power transmittance was approximately 0%.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating changes in power receiving efficiency with respect to positional deviation of the power receiving side relative to the power transmitting side in a verification experiment.
  • the plane perpendicular to the primary conductor 1 is the XY plane, and the primary conductor 1 is aligned along the Z axis.
  • the VP coil is placed at the origin (0,0) of the XY plane, with both ends of the VP coil 2 aligned in the X-axis direction, and the plane containing the coil axis of the VP coil 2 being parallel to the XY plane.
  • the plane perpendicular to the winding surface of the power transmitting coil is taken as the XY plane, and the center of the power transmitting coil is placed at the origin (0,0) of the XY plane.
  • the ratio power receiving efficiency
  • FIG. 3 uses contour lines to express the distribution of power receiving efficiency with respect to the positional deviation of the VP coil 2 and the distribution of the power receiving efficiency with respect to the positional deviation of the spiral coil. As shown in FIG. 3, for the VP coil 2, even if a positional shift occurs, the power receiving efficiency decreases relatively little. That is, in the case of the VP coil 2, for example, even if the position of the moving body on which the VP coil 2 is installed is shifted from the primary conductor 1, the power reception efficiency remains relatively unchanged.
  • FIG. 4 is a block diagram showing an example of the electrical configuration of the mobile power supply system shown in FIG. 1.
  • the vehicle 101 includes, in addition to the above-mentioned VP coil 2, an internal device 4 including an electrical system such as a motor 3 that drives the wheels, a controller for the motor 3, a secondary battery unit 5, and a power supply device 6. Equipped with. Further, as infrastructure, a primary conductor 1 is laid, and a power distribution device 1A that conducts the above-mentioned alternating current to the primary conductor 1 is installed. The power distribution device 1A conducts an alternating current at a predetermined frequency and a predetermined amplitude. For example, the primary conductor 1 and the power distribution device 1A may be provided for each road link, or may be provided for each predetermined distance.
  • the secondary battery unit 5 includes one or more secondary battery modules that store drive power for the motor 3.
  • the power supply device 6 supplies power to the motor 3, internal device 4, secondary battery unit 5, etc. based on the current induced in the VP coil 2.
  • the power supply device 6 includes an AC/DC converter circuit and a charging circuit for the secondary battery unit 5, and converts the AC power induced in the VP coil 2 into DC power with the AC/DC converter circuit, and converts the AC power induced in the VP coil 2 into DC power with the charging circuit.
  • the secondary battery unit 5 may be charged based on the DC power, and the DC power and/or the power stored in the secondary battery unit 5 may be supplied to the motor 3, internal device 4, etc.
  • the VP coil 2 may be one solenoid coil, or the VP coil 2 may be a plurality of solenoid coils.
  • the plurality of VP coils 2 are electrically connected in series or in parallel as necessary.
  • the plurality of VP coils 2 may be arranged horizontally or vertically.
  • the power supply device 6 is provided with a plurality of AC/DC converter circuits for the plurality of VP coils 2, and the outputs of the plurality of AC/DC converter circuits are connected in series or in parallel, and the outputs are connected in series or in parallel. Electric power may be supplied to the motor 3, internal device 4, and secondary battery unit 5.
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of a plurality of primary conductors 1 along a multi-lane road in the mobile power supply system shown in FIG. 1.
  • the primary conductor 1-1A, 1-1B, 1-2A, and 1-2B are arranged in each of the plurality of lanes 111A, 111B, 112A, and 112B. Further, the primary conductors 1-1A, 1-1B, 1-2A, and 1-2B are arranged in parallel with each other.
  • any two of the primary conductors 1-1A, 1-1B, 1-2A, and 1-2B are approximately close to each other at each point. They are arranged at equal intervals. Part or all of the primary conductors 1-1A, 1-1B, 1-2A, and 1-2B are electrically connected in series or in parallel as necessary. Furthermore, alternating currents I1(t), I2(t), I3(t), and I4(t) at the same frequency are applied to the primary conductors 1-1A, 1-1B, 1-2A, and 1-2B are electrically connected in a forward direction (a predetermined direction) or a reverse direction (a direction opposite to a predetermined direction).
  • alternating currents I1(t), I2(t), I3(t), and I4(t) the sum of alternating currents I1(t) and I3(t) conducting in the forward direction and the sum of alternating currents I1(t) and I3(t) conducting in the reverse direction.
  • the direction and amplitude of each current are set so that the difference from the sum of alternating currents I2(t) and I4(t) is approximately zero.
  • the magnetic field caused by the alternating current that conducts in the forward direction and the magnetic field caused by the alternating current that conducts in the opposite direction have opposite phases to each other, suppressing magnetic fields and EMC (Electromagnetic Compatibility) noise to the outside (surrounding area, etc.) .
  • EMC Electromagnetic Compatibility
  • the road 102 has an odd number (three in this case) of lanes 111A, 111B, 112, and the primary conductors 111A, 111B, 112 are laid in parallel to each other. Even if the AC currents I5(t), I6(t), and I7(t) of those lanes 111A, 111B, and 112 are connected in the forward direction, The direction and amplitude of each current are set so that the difference between the current I7(t) and the sum of the alternating currents I7(t) conducting in the opposite direction is approximately zero. As a result, the magnetic field caused by the alternating current that conducts in the forward direction and the magnetic field caused by the alternating current that conducts in the opposite direction have opposite phases to each other, so that the magnetic field and EMC noise to the outside are suppressed.
  • the difference between the sum of the AC currents conducting in the forward direction and the sum of the AC currents conducting in the reverse direction is the same, regardless of the number of lanes on the road 102.
  • the alternating currents in two lanes adjacent to each other may be in phase with each other or may be in phase with each other.
  • FIG. 6 is a diagram showing an example of a meandering primary conductor 1 on a road in an urban area in the mobile power supply system shown in FIG. 1.
  • roads 102 in an urban area, there are roads 102 in a substantially grid shape around a plurality of buildings 103, and meandering primary conductors 1 are laid on the roads 102, as shown in FIG. 6, for example. That is, in this case, the primary conductor 1 has a shape such that an alternating current is conducted in a meandering manner.
  • FIG. 7 is a diagram showing an example of the primary conductor 1 in a parking lot in the mobile power supply system shown in FIG. 1.
  • the above-mentioned travel path includes one or more parking spaces for the vehicle 101 in the parking lot, for example, as shown in FIG.
  • the center of each parking space 201A is laid along the direction of the parked vehicle (parked vehicle 101). As a result, power is supplied to the parked vehicle 101.
  • the power distribution device 1A conducts an alternating current to the primary conductor 1 laid along the travel route (road 102, parking space 201A, etc.). A magnetic field and vector potential based on this alternating current are generated around the primary conductor 1 (on the road 102, on the parking space 201A, etc.).
  • the alternating current I(t) flowing through the primary conductor 1 causes a time-varying vector to be placed at the installation position of the VP coil 2.
  • a potential VP(t) is generated, and an alternating current is induced in the VP coil 2 by this time-varying vector potential VP(t).
  • the power supply device 6 converts AC power based on the AC current induced in the VP coil 2 into DC power, and supplies the DC power to the motor 3, internal device 4, secondary battery unit 5, etc. In addition, during a period when sufficient power is not obtained from the VP coil 2 (such as when driving in a section where the primary conductor 1 is not installed), the power supply device 6 uses the power obtained from the secondary battery unit 5 to power the motor. 3 and internal device 4.
  • an alternating current is conducted through the primary conductor 1, and the vehicle 101 as a mobile device is equipped with the VP coil 2.
  • the vector potential generated by the alternating current flowing through the conductor 1 is sensed without contact, and the current induced by the vector potential is made conductive.
  • the primary conductor 1 is a part or all of a conductive wire that is continuously arranged along a road 102, a parking space 201A, etc. as a travel route of the mobile device, and the VP coil 2 is a When a vehicle 101 is on a road 102 as a moving route, a parking space 201A, etc., vector potential is continuously sensed in a non-contact manner and current is conducted.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view showing an example of the arrangement of vector potential coils 2 in a mobile device according to Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 9 is a sectional view showing another example of the arrangement of the vector potential coil 2 in the mobile device according to the second embodiment of the present invention.
  • the VP coil 2 is installed together with the secondary battery unit 5 on the undercarriage of the vehicle 101 or at the bottom 101A of the body (inside the body). (on top of the body bottom 101A). Since the secondary battery unit 5 for motive power in the vehicle 101 (electric vehicle) is heavy, the secondary battery unit 5 is normally installed on the chassis or body bottom 101A of the vehicle 101.
  • the VP coil 2 is arranged along the outer shape of the secondary battery unit 5 at least on the upper surface of the secondary battery unit 5.
  • the VP coil 2 is arranged on the top surface and side surface of the secondary battery unit 5.
  • the VP coil 2 may be arranged within the thickness of the case 122 of the power storage member 121 in the secondary battery unit 5.
  • the case 122 includes a lower container 122A and a lid 122B, and is disposed within the thickness of one or both of the lower container 122A and the lid 122B.
  • the VP coil 2 is arranged so that the coil axis (the winding center line of the VP coil 2) extends within a plane 1P perpendicular to the primary conductor 1.
  • Embodiment 2 Note that the other configurations and operations of the mobile device and mobile power supply system according to Embodiment 2 are the same as in Embodiment 1, so the description thereof will be omitted.
  • the VP coil 2 is placed near the primary conductor 1 because the VP coil 2 is arranged on the vehicle chassis or the bottom part 101A of the body together with the relatively heavy secondary battery unit 5.
  • the power supply device 6 together with the VP coil 2 in the secondary battery unit 5
  • the wiring between the VP coil 2 and the power supply device 6 and the wiring between the power supply device 6 and the secondary battery unit 5 can be simplified. Becomes shorter.
  • FIG. 10 is a side view showing an example of a mobile power supply system according to Embodiment 3 of the present invention.
  • the mobile device is a locomotive or a train
  • the movement route is a track
  • the primary conductor has a linear or curved shape depending on the shape of the track. has.
  • the primary conductor is an overhead wire 301 such as a trolley wire
  • the mobile device is an electric train 302.
  • the primary conductor (overhead wire 301) may be a covered conductor instead of a bare wire such as a trolley wire.
  • the electric train 302 has the same electrical configuration (FIG. 4) as the vehicle 101 described above.
  • FIG. 11 is a front view showing an example of the installation position of the vector potential coil 2 in the third embodiment.
  • the VP coil 2 is arranged on the end wall 302B of the train 302.
  • the VP coil 2 is installed inside the end wall 302B, but the VP coil 2 may be installed outside the end wall 302B.
  • the VP coil 2 is similar to that in the first embodiment, and is a solenoid coil extending along a curved coil axis, as shown in FIG. 301 (primary conductor) is arranged so as to be located inward of the curve of the coil axis. Further, the VP coil 2 is arranged so that the coil axis (the winding center line of the VP coil 2) extends within a plane perpendicular to the overhead wire 301.
  • the shape of the coil shaft is preferably an arc with the overhead wire 301 (that is, the alternating current flowing through the overhead wire 301) as the center, and the VP is arranged such that the overhead wire 301 is placed at the center of curvature of the coil shaft.
  • a coil 2 is arranged. Therefore, the curvature (radius of curvature) of the coil axis may be set according to the installation height of the VP coil 2.
  • the VP coil 2 is preferably placed close to the alternating current (that is, the overhead wire 301), for example, the VP coil 2 is placed at a position 2 m or less, or 1 m or less from the overhead wire 301.
  • the VP coil 2 with a curved coil axis is used here, one or more VP coils 2 (described later) with a straight coil axis may be used instead. In that case, the VP coil 2 may be placed outside or inside the roof of the train 302.
  • the body of the electric train 302 may be composed of magnetically shielding members (a roof made of steel, stainless steel, etc., a gable wall, a side wall, etc.), and the VP coil 2 is made of such a member. It may be placed inside a building frame.
  • Embodiment 3 the other configurations and operations of the mobile device and the mobile power supply system according to Embodiment 3 are the same as those in Embodiment 1 or 2, and therefore their description will be omitted. Further, here, the VP coil 2 is provided in the electric train 302, but the same applies to a locomotive.
  • the third embodiment as in the first embodiment, it is sufficient to continuously lay the primary conductor 1 along the track (a route on which a rail or the like is laid), and the power supply Since it is not necessary to arrange a large number of power supply coils on the primary side of the mobile device, power can be supplied to the mobile device (here, the train 302, etc.) at a relatively low cost.
  • FIG. 12 is a front view showing an example of the vector potential coil 2 and the ferromagnetic member 2A in the mobile device (the above-mentioned vehicle 101, electric train 302, etc.) according to the fourth embodiment.
  • a ferromagnetic member 2A is arranged inside the VP coil 2.
  • This ferromagnetic member 2A has a shape along the coil axis of the VP coil 2.
  • the ferromagnetic member 2A is a member made of a conductive ferromagnetic material (for example, a metal magnetic material such as permalloy), and one coil of the VP coil 2 is attached to one end 2A1 of the ferromagnetic member 2A. The ends are electrically connected.
  • two wires from the other coil end of the VP coil 2 and the other end of the ferromagnetic member 2A adjacent to the other coil end to the power supply device 6 can be laid together. It becomes easy to install two wires.
  • the VP coil 2 is formed by winding a thin copper wire around a thick ferromagnetic wire as the ferromagnetic member 2A formed in an arc shape. As shown in FIG. 12, one end of this thin copper wire is electrically connected to the ferromagnetic member 2A (end portion 2A1), and the other end is connected to one terminal.
  • the ferromagnetic member 2A also serves as a current return path and is connected to the other terminal.
  • a paramagnetic member having a similar shape may be used instead of the ferromagnetic member 2A.
  • the vector potential is enhanced according to the effective magnetic permeability.
  • Embodiment 4 Note that the other configurations and operations of the mobile device according to Embodiment 4 are the same as in any of Embodiments 1 to 3, so their explanations will be omitted.
  • FIG. 13 is a front view showing an example of the vector potential coil 2 and the ferromagnetic member 2B in the mobile device (the above-mentioned vehicle 101, electric train 302, etc.) according to the fifth embodiment.
  • a ferromagnetic member 2B is arranged inside the VP coil 2.
  • the ferromagnetic member 2B has a shape along the coil axis of the VP coil 2, and further extends outside the curve of the VP coil 2 (the coil axis portion of the VP coil 2) to form a closed magnetic path. There is.
  • the ferromagnetic member 2B is a member made of a conductive ferromagnetic material (for example, a metal magnetic material such as permalloy), and is connected to one coil of the VP coil 2 at a connection point 2B1 on one coil end side of the VP coil 2. The end is electrically connected to the ferromagnetic member 2B.
  • a conductive ferromagnetic material for example, a metal magnetic material such as permalloy
  • a lead wire is electrically connected at the connection point 2B2 on the other coil end side of the VP coil 2, and two wires are connected from the other coil end of the VP coil 2 and the lead wire to the power supply device 6. can be laid all at once, making it easy to lay two wires.
  • a gap 2B3 is formed in the ferromagnetic member 2B on the outside of the curve of the VP coil 2, and the gap 2B3 allows current to pass through the portion of the ferromagnetic member 2B outside the curve of the VP coil 2. It is no longer conductive.
  • the transition part between the inner part and the outer part of the ferromagnetic member 2B is made continuous and smooth without any sharp bends in order to reduce the influence of magnetic flux leakage or decrease in magnetic permeability due to bending. It is preferable to have a curved shape. Further, the ferromagnetic member 2B may be formed by connecting a plurality of members.
  • Embodiment 5 Note that the other configurations and operations of the mobile device according to Embodiment 5 are the same as in Embodiment 4, so their explanations will be omitted.
  • FIG. 14 is a front view showing an example of the vector potential coil 2 in the mobile device (the above-mentioned vehicle 101, train 302, etc.) according to the sixth embodiment.
  • the VP coil 2 includes an inner solenoid coil 2-1 and an outer solenoid coil 2-2, which have the same coil axis and have different coil diameters.
  • One coil end of the coil 2-1 and one coil end of the outer solenoid coil 2-2 are electrically connected.
  • the inner solenoid coil 2-1 and the outer solenoid coil 2-2 each function as one VP coil. Therefore, the VP coil 2 of the sixth embodiment electrically functions as two VP coils.
  • the configuration is such that they are connected in series in the same phase.
  • the inner solenoid coil 2-1 and the outer solenoid coil 2-2 are arranged so that the vector potential and magnetic field generated by the inner solenoid coil 2-1 and the vector potential and magnetic field generated by the outer solenoid coil 2-2 are in the same direction. It is wound and connected as follows.
  • Embodiment 6 Note that the other configurations and operations of the mobile device according to Embodiment 6 are the same as in any of Embodiments 1 to 3, and therefore their descriptions will be omitted.
  • FIG. 15 is a front view showing an example of the vector potential coil 2 and the ferromagnetic member 2C in the mobile device (the above-mentioned vehicle 101, electric train 302, etc.) according to the seventh embodiment.
  • the VP coil 2 includes an inner solenoid coil 2-1 and an outer solenoid coil 2-2 similar to those in the sixth embodiment. Furthermore, in the seventh embodiment, as shown in FIG. 15, for example, a ferromagnetic member 2C is arranged inside the VP coil 2 (inner solenoid coil 2-1). This ferromagnetic member 2C is similar to the above-described ferromagnetic member 2A. However, the VP coil 2 and the ferromagnetic member 2C are not electrically connected, and the ferromagnetic member 2C does not need to have electrical conductivity.
  • Embodiment 7 Note that the other configurations and operations of the mobile device according to Embodiment 7 are the same as in Embodiment 6, so their explanations will be omitted.
  • FIG. 16 is a front view showing an example of the vector potential coil 2 and the ferromagnetic member 2D in the mobile device (the above-mentioned vehicle 101, electric train 302, etc.) according to the eighth embodiment.
  • the VP coil 2 includes an inner solenoid coil 2-1 and an outer solenoid coil 2-2 similar to those in the sixth and seventh embodiments. Furthermore, in the eighth embodiment, as shown in FIG. 16, for example, a ferromagnetic member 2D is arranged inside the VP coil 2 (inner solenoid coil 2-1). This ferromagnetic member 2D has a shape along the coil axis of the VP coil 2, and further extends outside the curve of the VP coil 2 (the coil axis portion of the VP coil 2) to form a closed magnetic path. There is. Note that the VP coil 2 and the ferromagnetic member 2D are not electrically connected, and there is no need to provide the gap as described above. Moreover, the ferromagnetic member 2D does not need to have electrical conductivity.
  • Embodiment 8 Note that the other configurations and operations of the mobile device according to Embodiment 8 are the same as those in Embodiment 7, so their description will be omitted.
  • FIG. 17 is a front view showing an example of the vector potential coil 2 in the mobile device (the above-mentioned vehicle 101, train 302, etc.) according to the ninth embodiment.
  • the VP coil 2 is wound along a linear coil axis, but the inclination angle of the winding direction (coil It is wound so that the angle (angle between the axial direction and the winding direction) A0 to A5 gradually changes.
  • the inclination angle at the center of the VP coil 2 is 90 degrees, and the further away from the center, the smaller the inclination angle becomes (A0>A1>A2>A3>A4>A5).
  • Embodiment 9 Note that the other configurations and operations of the mobile device according to Embodiment 9 are the same as in any of Embodiments 1 to 3, and therefore their description will be omitted.
  • FIG. 18 is a top view showing an example of the vector potential coil 2 in the mobile device (the above-mentioned vehicle 101, train 302, etc.) according to the tenth embodiment.
  • the VP coil 2 is wound along a linear coil axis.
  • a plurality of VP coils 2 are arranged, and the plurality of VP coils 2 are electrically connected in series or in parallel.
  • the power supply device 6 includes a plurality of AC/DC converter circuits for the plurality of VP coils 2, and connects the outputs of the plurality of AC/DC converter circuits in series or in parallel.
  • parallel outputs may be used to supply power to a power storage capacitor or the above-mentioned electronic device.
  • four VP coils 2 are provided in FIG. 18, it may be one to three, or five or more.
  • each VP coil 2 is arranged so that the coil axis extends in a perpendicular plane 1P with respect to the primary conductor (primary conductor 1, overhead wire 301, etc.), and along the direction of the primary conductor, a plurality of VP coils 2 are arranged. That is, the plurality of VP coils 2 are arranged so that the coil axes of the plurality of VP coils 2 are included in a single plane.
  • Embodiment 10 Note that the other configurations and operations of the mobile device according to Embodiment 10 are the same as in any of Embodiments 1 to 3, and therefore their descriptions will be omitted.
  • FIG. 19 is a circuit diagram illustrating a resonant circuit in a mobile device (the vehicle 101, train 302, etc. described above) according to the eleventh embodiment.
  • capacitors C1 and C3 are connected in parallel to the VP coil 2. Note that capacitors C1 and C3 are provided for each VP coil 2, and in FIG. 19, two capacitors C1 and C3 are connected to two VP coils 2, respectively.
  • the power supply device 6 shown in FIG. 19 also includes a full-wave rectifier circuit (a diode bridge of diodes D1 to D4 and a diode bridge of diodes D5 to D6) and a smoothing circuit as an AC/DC converter circuit 151 for each VP coil 2. It includes capacitors C2 and C4. The full-wave rectifier circuits of the two VP coils 2 and the outputs of the smoothing capacitors C2 and C4 are connected in series and are used as the output of the power supply device 6. The output voltage of the power supply device 6 is applied to the secondary battery unit 5, the load Z (the motor 3, the internal device 4, etc.), and the like.
  • the number of VP coils 2 is two, but it may be one or three or more, and the higher the number of stages connected in series, the higher the voltage can be obtained. Further, the outputs of these AC/DC converter circuits 151 may be connected in parallel, and in that case, a large current can be obtained. Moreover, the above-mentioned full-wave rectifier circuit may be an active type FET bridge that operates even at a lower voltage.
  • FIG. 20 is a diagram showing simulation results of the output voltage of the power supply device 6 in the eleventh embodiment.
  • the coupling coefficient between the primary conductor and the VP coil is 0.1
  • the primary conductor The simulation results of the output voltage when the frequency of the alternating current is 1 kHz are shown.
  • the broken line in FIG. 20 shows the time transition of the voltage at the first stage (the voltage at the connection point between the diodes D3 and D4 and the diodes D5 and D6), and the solid line in FIG.
  • the figure shows the time transition of the second stage voltage).
  • FIG. 20 it can be seen that a DC output voltage can be obtained depending on the number of stages.
  • Embodiment 11 Note that the other configurations and operations of the mobile device according to Embodiment 11 are the same as in any of Embodiments 1 to 10, and therefore their explanations will be omitted.
  • a resonant circuit including the VP coil 2 having the same resonant frequency as the frequency of the alternating current of the primary conductor is provided, and the alternating current flowing through the VP coil 2 is provided. becomes larger.
  • one or more VP coils 2 are arranged on one of the front and rear end walls of the train 302, but one or more VP coils 2 are arranged on both the front and rear end walls of the train 302.
  • a VP coil 2 may also be arranged.
  • the frame of the mobile device may be made of aluminum or FRP (Fiber Reinforced Plastics), and if the frame of the mobile device is FRP, the frame has VP.
  • the coil 2 may be built in, and the VP coil 2 may be formed integrally with the frame.
  • the VP coil 2 may induce an alternating current by sensing a change in magnetic flux density due to an alternating current in the primary conductor.
  • the VP coil 2 is placed on the gable wall or the roof, but it may be placed on the floor instead.
  • the VP coil 2 should be placed on the floor so that the primary conductor is positioned toward the inside of the curve of the VP coil 2. You can.
  • the VP coil 2 has a two-layer structure in the radial direction of the inner solenoid coil 2-1 and the outer solenoid coil 2-2, but if the number of layers is even , the number of layers may be four or more. In that case, either end of the solenoid coil 2-i is connected to the solenoid coil 2-(i+1) of the next layer so that the solenoid coils 2-i of all layers are electrically connected in series.
  • the frequency of the alternating current may be 50Hz or 60Hz, which is the same as that of the commercial power source, or may be a frequency higher than the commercial power source (for example, any one of 100 Hz to 1 kHz, or any one of 1 kHz to 10 kHz). ). If the power distribution device 1A supplies AC current with a higher frequency than the commercial power source, a power plant with that frequency may be added to supply AC power with that frequency to the power distribution device 1A, or the AC power of the commercial power source may be It is also possible to perform frequency conversion on the frequency and supply AC power of that frequency to the power distribution device 1A.
  • the above-mentioned primary conductor may be placed below or above the passing mobile device on the movement route, or may be placed on the side of the passing moving device. may be placed.
  • the VP coil 2 is arranged in the mobile device so as to be close to the primary conductor depending on the arrangement position of the primary conductor, and when the VP coil 2 has a curved coil axis, the VP coil 2 is arranged in the direction toward the inside of the curve.
  • the VP coil 2 is arranged so that the primary conductor is arranged.
  • the locomotives and electric trains 302 are various types of railway vehicles, and the locomotives and electric trains 302 include those that move on a set of rails, monorail vehicles, and specific It also includes guided rail type railway vehicles that run along guide rails with rubber tire wheels, magnetic levitation type railway vehicles, etc.
  • one primary conductor 1 is laid for one travel route (lane, etc.), but instead, multiple primary conductors are laid for one travel route (lane, etc.). A conductor 1 may be laid.
  • the present invention is applicable to mobile devices such as electric vehicles, for example.

Landscapes

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Abstract

１次導体１に交流電流が導通し、移動体装置（車両１０１など）は、ベクトルポテンシャルコイル２を備えており、そのベクトルポテンシャルコイル２は、１次導体１を導通する交流電流によって発生するベクトルポテンシャルを非接触で感受しそのベクトルポテンシャルによって誘起する電流を導通させる。さらに、１次導体１は、移動体装置の移動経路（道路１０２など）に沿って連続的に配置されている導線の一部または全部であり、ベクトルポテンシャルコイル２は、移動体装置（車両１０１など）が移動経路（道路１０２など）にあるときに連続的にベクトルポテンシャルを非接触で感受し電流を導通させる。

Description

移動体給電システムおよび移動体装置
　本発明は、移動体給電システムおよび移動体装置に関するものである。
　あるシステムでは、道路に所定間隔で複数の１次コイルが埋め込まれ、車両に２次コイルが設置され、車両（２次コイル）が１次コイル上を通過する際に、１次コイルと２次コイルの電磁結合によって、１次コイルから車両（２次コイル）へ電力が供給される（例えば特許文献１参照）。
　他方、ソレノイドコイルを円環状に巻回したベクトルポテンシャルコイルを使用した交流のベクトルポテンシャルの検出装置が開発されている（例えば特許文献２参照）。また、ベクトルポテンシャルが電磁シールドを透過する特性を利用したシールド透過装置が開発されている（例えば特許文献３参照）。
特表２０１５－５１０７４６号公報 特許第６９５０９２５号明細書 国際公開ＷＯ２０１５／０９９１４７
　しかしながら、上述のシステムの場合、１次コイルの直上に２次コイルが位置する際には、両者の電磁結合の結合係数は比較的高くなるものの、２次コイルが１次コイルの直上からずれると、結合係数が急速に低下する。そのため、１次コイル上を通過する車両の２次コイルに十分な電力を供給するためには、非常に短い時間に大きな電流を１次コイルに導通させる必要があり、複数の１次コイルに電流を導通させる駆動回路のコストがかかり、ひいては、システムのコストが高くなってしまう。
　本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、比較的低コストで移動体装置への給電を実現する移動体給電システム、およびその移動体給電システムに使用可能な移動体装置を得ることを目的とする。
　本発明に係る移動体給電システムは、交流電流が導通する１次導体と、１次導体を導通する交流電流によって発生するベクトルポテンシャルを非接触で感受しそのベクトルポテンシャルによる電圧差から生じられた電流を導通させるベクトルポテンシャルコイルを備えた移動体装置とを備える。１次導体は、前記移動体装置の移動経路に沿って連続的に配置されている導線の一部または全部であり、ベクトルポテンシャルコイルは、移動体装置が移動経路にあるときに連続的にベクトルポテンシャルを非接触で感受し電流を導通させる。
　本発明に係る移動体装置は、当該移動体装置の移動経路に沿って連続的に配置されている導線の一部または全部である１次導体を導通する交流電流によって発生するベクトルポテンシャルを非接触で感受しベクトルポテンシャルによる電圧差から生じられた電流を導通させるベクトルポテンシャルコイルを備える。ベクトルポテンシャルコイルは、当該移動体装置が移動経路にあるときに連続的にベクトルポテンシャルを非接触で感受し電流を導通させる。
　本発明によれば、比較的低コストで移動体装置への給電を実現する移動体給電システム、およびその移動体給電システムに使用可能な移動体装置が得られる。
図１は、本発明の実施の形態１に係る移動体給電システムの一例を示す斜視図である。 図２は、図１に示す移動体給電システムにおける１次導体およびベクトルポテンシャルコイルについて説明する斜視図である。 図３は、検証実験における送電側に対する受電側の位置ずれに対する受電効率の変化について説明する図である。 図４は、図１に示す移動体給電システムの電気的構成の一例を示すブロック図である。 図５は、図１に示す移動体給電システムにおいて、複数車線の道路に沿った複数の１次導体の一例を示す図である。 図６は、図１に示す移動体給電システムにおいて、市街地の道路におけるミアンダ状の１次導体の一例を示す図である。 図７は、図１に示す移動体給電システムにおいて、駐車場における１次導体の一例を示す図である。 図８は、本発明の実施の形態２に係る移動体装置におけるベクトルポテンシャルコイル２の配置の一例を示す断面図である。 図９は、本発明の実施の形態２に係る移動体装置におけるベクトルポテンシャルコイル２の配置の別の例を示す断面図である。 図１０は、本発明の実施の形態３に係る移動体給電システムの一例を示す側面図である。 図１１は、実施の形態３におけるベクトルポテンシャルコイルの設置位置の一例について示す正面図である。 図１２は、実施の形態４に係る移動体装置におけるベクトルポテンシャルコイル２および強磁性体部材２Ａの一例を示す正面図である。 図１３は、実施の形態５に係る移動体装置におけるベクトルポテンシャルコイル２および強磁性体部材２Ｂの一例を示す正面図である。 図１４は、実施の形態６に係る移動体装置におけるベクトルポテンシャルコイル２の一例を示す正面図である。 図１５は、実施の形態７に係る移動体装置におけるベクトルポテンシャルコイル２および強磁性体部材２Ｃの一例を示す正面図である。 図１６は、実施の形態８に係る移動体装置におけるベクトルポテンシャルコイル２および強磁性体部材２Ｄの一例を示す正面図である。 図１７は、実施の形態９に係る移動体装置におけるベクトルポテンシャルコイル２の一例を示す正面図である。 図１８は、実施の形態１０に係る移動体装置におけるベクトルポテンシャルコイル２の一例を示す上面図である。 図１９は、実施の形態１１に係る移動体装置における共振回路について説明する回路図である。 図２０は、実施の形態１１における電源装置６の出力電圧のシミュレーション結果を示す図である。
　以下、図に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
実施の形態１．
　図１は、本発明の実施の形態１に係る移動体給電システムの一例を示す斜視図である。
　図１に示す移動体給電システムは、１次導体１と、ベクトルポテンシャルコイル２を備えた車両１０１とを備え、ベクトルポテンシャルを利用して１次導体１からベクトルポテンシャルコイル２へ電力を供給する。
　１次導体１には交流電流が導通する。車両１０１は、移動経路としての道路１０２上を移動する移動体装置の一種であり、ここでは、電動自動車である。また、ベクトルポテンシャルコイル（以下、ＶＰコイルともいう）２は、１次導体１を導通する交流電流によって発生するベクトルポテンシャルを非接触で感受しベクトルポテンシャルによって誘起する電流（交流電流）を導通させる。なお、車両１０１が走行しておらず停車中であっても、１次導体１に交流電流が導通していれば、ＶＰコイル２において上述の交流電流が誘起される。
　１次導体１は、移動体装置の移動経路（ここでは車両１０１の通行可能な道路１０２など）に沿って連続的に配置されている（非巻回の）導線の一部または全部である。実施の形態１では、１次導体１は、道路１０２の形状に応じた直線的または曲線的な形状を有する。１次導体１は、例えば図１に示すように、道路１０２（車線）の中央の所定深さＤの位置に埋設されている。なお、例えば、１次導体１には、被覆された導線が使用され、地面とは絶縁されている。
　ＶＰコイル２は、車両１０１（移動体装置）が移動経路（ここでは、１次導体１が設置されている道路１０２）にあるときに連続的にベクトルポテンシャルを非接触で感受し電流を導通させる。
　図２は、図１に示す移動体給電システムにおける１次導体１およびベクトルポテンシャルコイル２について説明する斜視図である。
　この実施の形態では、例えば図２に示すように、ＶＰコイル２は、湾曲したコイル軸に沿って延びているソレノイドコイルであって、１次導体１が、コイル軸の湾曲の内側方向に位置するように配置されている。また、１次導体１に対する垂直面１Ｐ内でコイル軸（ＶＰコイル２の巻回中心線）が延びるようにＶＰコイル２が配置されている。ここでは、コイル軸の形状は、開曲線状とされ、ＶＰコイル２の一端から他端までコイル軸の各位置についての、１次導体１から見た角度が単調に増加または減少するような形状を有する。したがって、湾曲内側方向において、ＶＰコイル２は開口部１３を形成する。
　なお、コイル軸の形状は、１次導体１（つまり、１次導体１を導通する交流電流）を中心とした円弧状であることが好ましく、また、コイル軸の曲率中心に１次導体１が配置されるようにＶＰコイル２が配置されることが好ましい。このため、コイル軸の曲率（曲率半径）は、１次導体１の埋設深さＤおよび道路１０２の路面からのＶＰコイル２の設置高さに応じて設定されるようにしてもよい。さらに、ＶＰコイル２は、交流電流（つまり、１次導体１）から近い位置に配置されるのが好ましく、例えば、１次導体１から１ｍ以下、あるいは０．５ｍ以下の位置にＶＰコイル２が配置されるようにＶＰコイル２は車両１０１に設置される。
　また、この実施の形態では、コイル軸の円弧の中心角θ（円弧を外周とした扇形の中心角）が１８０度以下とされる。この中心角θに比例して、感受されるベクトルポテンシャルが大きくなるため、この中心角θが大きいほうが好ましい。この中心角θは、０度より大きく３６０度未満のいずれかの角度とされ、さらに、（ａ）０度より大きく１８０度以下のいずれかの角度とされてもよく、（ｂ）０度より大きく９０度以下のいずれかの角度とされてもよく、（ｃ）０度より大きく４５度以下のいずれかの角度とされてもよく、あるいは、（ｄ）０．５度以上であり３６０度未満のいずれかの角度とされてもよく、さらに、（ｅ）０．５度以上であり１８０度以下のいずれかの角度とされてもよく、（ｆ）０．５度以上であり９０度以下のいずれかの角度とされてもよく、（ｅ）０．５度以上であり４５度以下のいずれかの角度とされてもよく、（ｆ）０．５度以上であり２５度以下のいずれかの角度とされてもよく、あるいは、（ｇ）２度以上であり３６０度未満のいずれかの角度とされてもよく、さらに、（ｈ）２度以上であり１８０度以下のいずれかの角度とされてもよく、（ｉ）２度以上であり９０度以下のいずれかの角度とされてもよく、（ｊ）２度以上であり４５度以下のいずれかの角度とされてもよく、（ｋ）２度以上であり２５度以下のいずれかの角度とされてもよく、あるいは、（ｌ）５度以上であり３６０度未満のいずれかの角度とされてもよく、さらに、（ｍ）５度以上であり１８０度以下のいずれかの角度とされてもよく、（ｎ）５度以上であり９０度以下のいずれかの角度とされてもよく、（ｏ）５度以上であり４５度以下のいずれかの角度とされてもよく、（ｐ）５度以上であり２５度以下のいずれかの角度とされてもよい。
　なお、コイル軸の形状については円の一部である円弧が理想的な曲線であるが、製造や配置の都合上で、必ずしも円弧である必要はなく、なめらかな曲線の形状であればよく、その凹側（内側）方向に１次導体１が配置されれば、比較的大きなベクトルポテンシャルを感受できる。
　ここで、ＶＰコイル２に誘起する交流電流について説明する。例えば図２に示すように、交流電流Ｉ（ｔ）の方向（つまり、１次導体１の方向）に平行にベクトルポテンシャルＶＰ（ｔ）が（同じ向きで）発生し、その交流電流Ｉ（ｔ）（つまり、１次導体１）からの距離に反比例して、ベクトルポテンシャルＶＰ（ｔ）の強度は小さくなる。ベクトルポテンシャルＶＰ（ｔ）の時間微分が、電界に比例し、その電界を巻線の経路で線積分した結果が誘導電圧になる。そのため、ＶＰコイル２において、１次導体１に近い部分には高い電圧が、１次導体１から遠い部分には低い電圧が発生し、それらは同相であるので、両者の電圧差が誘導電圧となり、ＶＰコイル２の巻数を増やせば、それに比例した電圧が発生する。したがって、１次導体１の交流電流Ｉ（ｔ）によるベクトルポテンシャルＶＰ（ｔ）が時間変化することでＶＰコイル２に交流電流が誘起する。
　また、上述の特許文献３で示されているようにベクトルポテンシャルの誘導電圧は電磁シールドによって減衰しないため、車両１０１のボディーや車台が磁気遮蔽性を有していても、１次導体１の交流電流によるベクトルポテンシャルが時間変化することでＶＰコイル２に交流電流が誘起する。
　ここで、数式を用いてベクトルポテンシャルに関する理論的な説明を行う。
　この式は、磁束Φの関係式であり、Ｂは磁束密度であり、∇×ＡはベクトルポテンシャルＡの回転である。最後の項は、ストークスの定理によるものであり、磁束をベクトルポテンシャルで表すことができる。
　この式は、磁束を用いたファラデーの電磁誘導を、ベクトルポテンシャルで表現したものである。ファラデーの電磁誘導は、コイルの内側にある磁束が時間変化すると、それに比例した電圧が発生するというものである。マイナスの符号は、磁束の変化を妨げる方向に電圧が発生するというレンツの法則を意味している。ここで、磁束をベクトルポテンシャルで表すと上述の磁束Φの関係式を用いて周回積分となり、周回積分は閉じた線積分である。しかし、ベクトルポテンシャルで表した場合は、積分経路は必ずしも閉じている必要はなく、線積分の積分経路の長さに応じた電圧が発生する（つまり、周回積分ではなく、角度が０からθまでの周回しない（一周しない）線積分で、その部分の電圧が与えられる）。すなわち、積分経路に開口部１３があっても電圧が発生する。そのため、コイルの内部に磁束がなくても、ベクトルポテンシャルが誘起されれば、電圧の誘導が可能となる。なお、θはコイル軸による円弧の中心角であり、例えばθがπの時は、出力電圧Ｖ２が一周の時の半分になる。
　次式は、ベクトルポテンシャル収束コイルの形状パラメーターと磁性材料の特性により、１次導体１を導通する電流からＶＰコイル２の両端に発生する開放電圧を求める理論式である。ここで、ＶＰコイル２は円弧状であり、１次導体１がその円弧を含む円の中心にあるものとする。
　ここで、Ｖ２はＶＰコイル２の出力電圧であり、ＮはＶＰコイル２の巻層数であり、ｒはＶＰコイル２の巻線コイル半径であり、ｄはＶＰコイル２のコイル線の直径であり、ＲはＶＰコイル２の曲げ半径であり、Ｉ０は１次導体１の電流振幅であり、ωは上述の交流電流の角周波数であり、μ０は真空透磁率であり、μｒｅは後述の強磁性体部材の実効比透磁率であり、θはＶＰコイル２の円弧角度（中心角）であり（０＜θ＜３６０［ｄｅｇ］）、ｋは巻線隙間率であり、ｔは時間である。
　例えば、この式において、Ｎ＝２、ｒ＝０．１ｍ、ｄ＝０．００２ｍ、Ｒ＝０．５ｍ、Ｉ０＝１００Ａ、ω＝２π×１０００ｒａｄ／ｓ、μｒｅ＝１００、θ＝π／４ｒａｄ、およびｋ＝０．０１の場合、ＶＰコイル２の出力電圧Ｖ２（振幅）は、約３１０Ｖとなる。
　また、この式において、Ｎ＝１０、ｒ＝０．１ｍ、ｄ＝０．００２ｍ、Ｒ＝１ｍ、Ｉ０＝１００Ａ、ω＝２π×５０ｒａｄ／ｓ、μｒｅ＝１００、θ＝π／４ｒａｄ、およびｋ＝０．０１の場合、ＶＰコイル２の出力電圧Ｖ２（振幅）は、約７７Ｖとなる。
　ここで、当該ＶＰコイル２によるベクトルポテンシャルの、電磁シールドの透過についての検証実験の結果について説明する。
　発明者らは、ＶＰコイル２と従来の渦巻き状のコイルとを用いて検証実験を行った。具体的には、ＶＰコイル２については、直線状の導体部分（１次導体１）に５Ａおよび２０ｋＨｚの交流電流を導通させ、他の導体部分は２ｍｍ厚の鋼管で電磁シールドを施した状態で、直線状の導体部分の垂直面に平行になるようにＶＰコイル２（中心角：約１８０度）を配置し、ＶＰコイル２と直線状の導体部分との間に５ｍｍ厚の鉄板がある場合およびない場合について、ＶＰコイル２の出力電力を測定した。また、渦巻き状のコイルについては、送電側の渦巻き状コイルと受電側の渦巻き状コイルを互いに対向するように配置し、送電側の渦巻き状コイルに５Ａおよび２０ｋＨｚの交流電流を導通させ、受電側の渦巻き状コイルの出力電力を測定した。
　ＶＰコイル２についての測定では、ＶＰコイル２に接続する負荷抵抗を１０．２Ωから５０．８Ωまで変化させた際に、４２．１～４４．１％の電力透過率（シールドなしの場合の出力電力とシールドありの場合の出力電力との比率）が確認された。このように、磁束が遮蔽されている状態でも、ベクトルポテンシャルで電力が伝達されることが確認された。
　なお、この実施の形態では、車両１０１は、磁気遮蔽性を有する部材（スチール、ステンレスなど）で構成されており、ＶＰコイル２は、車両１０１内に配置されている。
　他方、渦巻き状のコイルについての測定では、送電側コイルと受電側コイルとの間に同様の鉄板を挿入した場合および挿入しなった場合において、受電側コイルに接続する負荷抵抗を０．１５Ωから１．００Ωまで変化させて受電側コイルの出力電力を測定した。その結果、鉄板によるシールドありの場合の受電側コイルの出力電力は、使用した測定器の測定限界以下であり、電力透過率は略０％であった。
　図３は、検証実験における送電側に対する受電側の位置ずれに対する受電効率の変化について説明する図である。図３に示すように、位置ずれに対する受電効率の変化の測定に関し、ＶＰコイル２についての測定では、１次導体１に垂直な平面をＸ－Ｙ平面とし、１次導体１をＺ軸に沿ってＸ－Ｙ平面の原点（０，０）に配置し、ＶＰコイル２の両端がＸ軸方向に配列しＶＰコイル２のコイル軸を含む平面がＸ－Ｙ平面と平行になるようにＶＰコイル２を配置し、１次導体１を固定したままで、Ｘ軸方向およびＹ軸方向において、ＶＰコイル２の位置（Ｘｉ，Ｙｊ）を２次元的に移動させた場合（ｉ＝１，・・・，ｍ、ｊ＝２，・・・，ｎ）のＶＰコイル２の出力電力を測定し、基準点（０，Ｙ１）での電力に対する各位置（Ｘｉ，Ｙｊ）での電力の比率（受電効率）を導出した。
　同様に、渦巻き状コイルについての測定では、送電側コイルの巻回面に垂直な平面をＸ－Ｙ平面とし、送電側コイルの中心がＸ－Ｙ平面の原点（０，０）に配置されるように送電側コイルを配置し、送電側コイルを固定したままで、Ｘ軸方向およびＹ軸方向において、受電側コイルの位置（Ｘｉ，Ｙｊ）を２次元的に移動させた場合（ｉ＝１，・・・，ｍ、ｊ＝２，・・・，ｎ）の受電側コイルの出力電力を測定し、基準点（０，Ｙ１）での電力に対する各位置（Ｘｉ，Ｙｊ）での電力の比率（受電効率）を導出した。
　これにより、２次元的な受電効率の分布が得られた。なお、受電効率については、基準点（０，Ｙ１）を１００％としており、基準点（０，Ｙ１）から離れるほど低下する。図３は、ＶＰコイル２についての位置ずれに対する受電効率の分布および渦巻き状コイルについての位置ずれに対する受電効率の分布を等高線で表現している。図３に示すように、ＶＰコイル２については、位置ずれが生じても受電効率の低下が比較的小さい。つまり、ＶＰコイル２の場合、例えばＶＰコイル２が設置される移動体の位置が、１次導体１からずれていても、受電効率が比較的低下せずに済む。
　図４は、図１に示す移動体給電システムの電気的構成の一例を示すブロック図である。
　図４に示すように、車両１０１は、上述のＶＰコイル２の他、車輪を駆動するモータ３、モータ３のコントローラなどといった電装系を含む内部装置４、２次電池ユニット５、および電源装置６を備える。また、インフラストラクチャとして、１次導体１が敷設されるとともに、１次導体１に上述の交流電流を導通させる配電装置１Ａが設置される。配電装置１Ａは、所定の周波数かつ所定の振幅で交流電流を導通させる。例えば、１次導体１および配電装置１Ａは、道路リンクごとに設けられてもよいし、所定距離ごとに設けられてもよい。
　２次電池ユニット５は、モータ３の駆動電力を蓄積する１または複数の２次電池モジュールを備えている。
　電源装置６は、ＶＰコイル２に誘起される電流に基づいて、モータ３、内部装置４、２次電池ユニット５などに電力供給する。電源装置６は、ＡＣ／ＤＣコンバータ回路、および２次電池ユニット５の充電回路を内蔵し、ＶＰコイル２に誘起された交流電力をＡＣ／ＤＣコンバータ回路で直流電力に変換し、充電回路で、その直流電力に基づき２次電池ユニット５の充電を行い、その直流電力および／または２次電池ユニット５に蓄積された電力をモータ３、内部装置４などに供給するようにしてもよい。
　なお、ＶＰコイル２は、１つのソレノイドコイルでもよいし、ＶＰコイル２は、複数のソレノイドコイルでもよい。複数のＶＰコイル２を使用する場合には、必要に応じて、複数のＶＰコイル２は電気的に直列または並列に結線される。複数のＶＰコイル２は、水平方向に配列されていてもよいし、垂直方向に配列されていてもよい。また、電源装置６が複数のＶＰコイル２に対して複数のＡＣ／ＤＣコンバータ回路をそれぞれ備え、複数のＡＣ／ＤＣコンバータ回路の出力を直列または並列に接続し、直列または並列された出力で、モータ３、内部装置４、２次電池ユニット５に電力供給するようにしてもよい。
　図５は、図１に示す移動体給電システムにおいて、複数車線の道路に沿った複数の１次導体１の一例を示す図である。
　例えば図５（Ａ）に示すように道路１０２が複数の車線１１１Ａ，１１１Ｂ，１１２Ａ，１１２Ｂを備えている場合（道路１０２が片側２車線の対面道路である場合）、１次導体１－１Ａ，１－１Ｂ，１－２Ａ，１－２Ｂが、複数の車線１１１Ａ，１１１Ｂ，１１２Ａ，１１２Ｂのそれぞれに配置される。また、１次導体１－１Ａ，１－１Ｂ，１－２Ａ，１－２Ｂは、互いに並行して配置されている。直線状の道路１０２であっても曲線状の道路であっても、１次導体１－１Ａ，１－１Ｂ，１－２Ａ，１－２Ｂのうちの任意の２本は、各地点において互いに略同一の間隔となるように配置されている。そして、１次導体１－１Ａ，１－１Ｂ，１－２Ａ，１－２Ｂの一部または全部は、必要に応じて電気的に直列にまたは並列に接続される。さらに、互いに同一の周波数で交流電流Ｉ１（ｔ），Ｉ２（ｔ），Ｉ３（ｔ），Ｉ４（ｔ）が、それぞれ、複数の車線１１１Ａ，１１１Ｂ，１１２Ａ，１１２Ｂにおける１次導体１－１Ａ，１－１Ｂ，１－２Ａ，１－２Ｂを順方向（所定方向）または逆方向（所定方向の逆方向）に導通する。ここで、交流電流Ｉ１（ｔ），Ｉ２（ｔ），Ｉ３（ｔ），Ｉ４（ｔ）について、順方向に導通する交流電流Ｉ１（ｔ），Ｉ３（ｔ）の総和と、逆方向に導通する交流電流Ｉ２（ｔ），Ｉ４（ｔ）の総和との差が略ゼロとなるように、各電流の向きおよび振幅が設定される。これにより、順方向に導通する交流電流による磁場と逆方向に導通する交流電流による磁場とが互いに逆相となるため、外部（周辺地域など）に対する磁場やＥＭＣ（Electromagnetic Compatibility）ノイズが抑制される。
　また、例えば図５（Ｂ）に示すように道路１０２が奇数（ここでは、３つ）の車線１１１Ａ，１１１Ｂ，１１２を備えており、１次導体１１１Ａ，１１１Ｂ，１１２が互いに並行して敷設されている場合でも、それらの車線１１１Ａ，１１１Ｂ，１１２の交流電流Ｉ５（ｔ），Ｉ６（ｔ），Ｉ７（ｔ）について、順方向に導通する交流電流Ｉ５（ｔ），Ｉ６（ｔ）の総和と、逆方向に導通する交流電流Ｉ７（ｔ）の総和との差が略ゼロとなるように、各電流の向きおよび振幅が設定される。これにより、順方向に導通する交流電流による磁場と逆方向に導通する交流電流による磁場とが互いに逆相となるため、外部に対する磁場やＥＭＣノイズが抑制される。
　なお、上述のように、道路１０２が複数の車線を有する場合、道路１０２における車線数に拘わらず、順方向に導通する交流電流の総和と、逆方向に導通する交流電流の総和との差が略ゼロとなるように、各電流の向きおよび振幅を設定することで、外部に対する磁場やＥＭＣノイズが抑制される。また、互いに隣接する２つの車線における交流電流は、互いに同相であっても逆相であってもよい。
　図６は、図１に示す移動体給電システムにおいて、市街地の道路におけるミアンダ状の１次導体１の一例を示す図である。
　例えば、市街地では、複数の建物１０３の周囲に略格子状の道路１０２があり、その道路１０２において、例えば図６に示すように、ミアンダ状の１次導体１が敷設される。つまり、この場合、１次導体１は、交流電流がミアンダ状に導通するような形状を有する。
　図７は、図１に示す移動体給電システムにおいて、駐車場における１次導体１の一例を示す図である。
　上述の移動経路が、駐車場における、車両１０１のための１または複数の駐車スペースを含む場合、例えば図７に示すように、１次導体１は、駐車場２０１において、複数の駐車スペース２０１Ａ（例えば各駐車スペース２０１Ａの中央）を駐車車両（駐車中の車両１０１）の向きに沿うように敷設される。これにより、駐車中の車両１０１に電力供給が行われる。
　次に、実施の形態１に係る移動体給電システムの動作について説明する。
　配電装置１Ａは、移動経路（道路１０２、駐車スペース２０１Ａなど）に沿って敷設された１次導体１に交流電流を導通させる。この交流電流に基づく磁場やベクトルポテンシャルが１次導体１の周囲（道路１０２上、駐車スペース２０１Ａ上など）に発生している。
　そして、車両１０１が１次導体１の上に位置するとき（走行中または停止中）、１次導体１を導通する交流電流Ｉ（ｔ）によって、ＶＰコイル２の設置位置に、時間変化するベクトルポテンシャルＶＰ（ｔ）が発生しており、この時間変化するベクトルポテンシャルＶＰ（ｔ）によってＶＰコイル２に交流電流が誘起する。
　車両１０１において、電源装置６は、ＶＰコイル２に誘起した交流電流に基づく交流電力を直流電力に変換し、その直流電力を、モータ３、内部装置４、２次電池ユニット５などに供給する。また、電源装置６は、ＶＰコイル２から電力が十分得られない期間（１次導体１が敷設されていない区間を走行中のときなど）においては、２次電池ユニット５から得られる電力をモータ３や内部装置４に供給する。
　以上のように、上記実施の形態１によれば、１次導体１に交流電流が導通し、移動体装置としての車両１０１は、ＶＰコイル２を備えており、そのＶＰコイル２は、１次導体１を導通する交流電流によって発生するベクトルポテンシャルを非接触で感受しそのベクトルポテンシャルによって誘起する電流を導通させる。さらに、１次導体１は、移動体装置の移動経路としての道路１０２、駐車スペース２０１Ａなどに沿って連続的に配置されている導線の一部または全部であり、ＶＰコイル２は、移動体装置としての車両１０１が移動経路としての道路１０２、駐車スペース２０１Ａなどにあるときに連続的にベクトルポテンシャルを非接触で感受し電流を導通させる。
　これにより、給電用の１次側コイルを所定間隔で多数配置する必要がなく、移動経路に沿って１次導体１を連続的に敷設することで走行中でも連続的に給電可能となり、給電用の１次側コイルによって瞬間的に大電力を給電する場合に比べ、１次側の設備規模が小さくなり、比較的低コストで移動体装置（ここでは車両１０１）への給電が実現される。
　また、給電用の１次側コイルによって瞬間的に大電力を給電する場合に比べ、１次側に導通する交流電流の振幅の変化が少ないため、給電に起因する輻射ノイズが少なくて済む。
実施の形態２．
　図８は、本発明の実施の形態２に係る移動体装置におけるベクトルポテンシャルコイル２の配置の一例を示す断面図である。図９は、本発明の実施の形態２に係る移動体装置におけるベクトルポテンシャルコイル２の配置の別の例を示す断面図である。
　例えば図８または図９に示すように、実施の形態２に係る移動体装置としての車両１０１では、ＶＰコイル２が２次電池ユニット５とともに車両１０１の車台やボディー底部１０１Ａ（ボディー内部であってボディー底部１０１Ａの上）に配置される。車両１０１（電動自動車）における動力用の２次電池ユニット５の重量が大きいため、通常、２次電池ユニット５は、車両１０１の車台またはボディー底部１０１Ａに設置される。
　実施の形態２では、例えば図８に示すように、ＶＰコイル２は、２次電池ユニット５の少なくとも上面において２次電池ユニット５の外形に沿って配置されている。ここでは、ＶＰコイル２は、２次電池ユニット５の上面および側面に配置されている。
　また、実施の形態２では、例えば図９に示すように、ＶＰコイル２は、２次電池ユニット５における蓄電部材１２１のケース１２２の肉厚内に配置されるようにしてもよい。この場合、ケース１２２は、下部容器１２２Ａとフタ１２２Ｂとを備え、下部容器１２２Ａおよびフタ１２２Ｂの一方または両方の肉厚内に配置される。
　実施の形態２においても、実施の形態１と同様に、１次導体１に対する垂直面１Ｐ内でコイル軸（ＶＰコイル２の巻回中心線）が延びるようにＶＰコイル２が配置されている。
　なお、実施の形態２に係る移動体装置および移動体給電システムのその他の構成および動作については、実施の形態１と同様であるので、その説明を省略する。
　以上のように、上記実施の形態２によれば、比較的重量の大きい２次電池ユニット５とともにＶＰコイル２が車台またはボディー底部１０１Ａに配置されるため、ＶＰコイル２が１次導体１の近くに配置される。さらに、ＶＰコイル２とともに電源装置６を２次電池ユニット５に設置することで、ＶＰコイル２と電源装置６との間の配線、および電源装置６と２次電池ユニット５との間の配線が短くなる。
実施の形態３．
　図１０は、本発明の実施の形態３に係る移動体給電システムの一例を示す側面図である。実施の形態３に係る移動体給電システムでは、移動体装置が機関車または電車であり、移動経路は、軌道であり、１次導体は、その軌道の形状に応じた直線的または曲線的な形状を有する。ここでは、図１０に示すように、１次導体は、トロリー線などの架線３０１であり、移動体装置が電車３０２とされる。なお、非接触で電力供給が行われるため、実施の形態３に係る移動体給電システムでは、１次導体（架線３０１）は、トロリー線などの裸線ではなく被覆導線としてもよい。なお、電車３０２は、上述の車両１０１と同様の電気的構成（図４）を有する。
　図１１は、実施の形態３におけるベクトルポテンシャルコイル２の設置位置の一例について示す正面図である。
　例えば図１１に示すように、この実施の形態では、ＶＰコイル２は、当該電車３０２の妻壁３０２Ｂに配置されている。この実施の形態では、妻壁３０２Ｂの内側にＶＰコイル２が設置されるが、妻壁３０２Ｂの外側にＶＰコイル２を設置してもよい。
　さらに、この実施の形態では、ＶＰコイル２は、実施の形態１と同様のものであって、例えば図１１に示すように、湾曲したコイル軸に沿って延びているソレノイドコイルであって、架線３０１（１次導体）が、コイル軸の湾曲の内側方向に位置するように配置されている。また、架線３０１に対する垂直面内でコイル軸（ＶＰコイル２の巻回中心線）が延びるようにＶＰコイル２が配置されている。
　なお、コイル軸の形状は、架線３０１（つまり、架線３０１を導通する交流電流）を中心とした円弧状であることが好ましく、また、コイル軸の曲率中心に架線３０１が配置されるようにＶＰコイル２が配置されることが好ましい。このため、コイル軸の曲率（曲率半径）は、ＶＰコイル２の設置高さに応じて設定されるようにしてもよい。さらに、ＶＰコイル２は、交流電流（つまり、架線３０１から近い位置に配置されるのが好ましく、例えば、架線３０１から２ｍ以下、あるいは１ｍ以下の位置にＶＰコイル２が配置される。
　なお、ここでは、コイル軸が湾曲しているＶＰコイル２が使用されているが、その代わりに、コイル軸が直線状である１または複数のＶＰコイル２（後述）を使用してもよい。その場合、電車３０２の屋根の外側または内側にそのＶＰコイル２を配置してもよい。
　この実施の形態では、当該電車３０２の躯体は、磁気遮蔽性を有する部材（スチール製、ステンレス製などの屋根、妻壁、側壁など）で構成されていてもよく、ＶＰコイル２は、そのような躯体内に配置されていてもよい。
　なお、実施の形態３に係る移動体装置および移動体給電システムのその他の構成および動作については、実施の形態１または２と同様であるので、その説明を省略する。また、ここでは、電車３０２にＶＰコイル２が設けられているが、機関車でも同様である。
　以上のように、上記実施の形態３によれば、実施の形態１と同様に、軌道（レールなどの敷設されている経路）に沿って１次導体１を連続的に敷設すればよく、給電の１次側に給電用のコイルを多数配置する必要がないため、比較的低コストで移動体装置（ここでは電車３０２など）への給電が実現される。
実施の形態４．
　図１２は、実施の形態４に係る移動体装置（上述の車両１０１、電車３０２など）におけるベクトルポテンシャルコイル２および強磁性体部材２Ａの一例を示す正面図である。
　実施の形態４では、例えば図１２に示すように、ＶＰコイル２の内部に、強磁性体部材２Ａが配置されている。この強磁性体部材２Ａは、ＶＰコイル２のコイル軸に沿った形状を有する。また、強磁性体部材２Ａは、導電性のある強磁性材料（例えばパーマロイなどといった金属磁性体）の部材であり、強磁性体部材２Ａの一方の端部２Ａ１に、ＶＰコイル２の一方のコイル端が電気的に接続されている。これにより、ＶＰコイル２の他方のコイル端、およびその他方のコイル端に近接する強磁性体部材２Ａの他方の端部から電源装置６までの２本の配線をまとめて敷設することができ、２本の配線の敷設が簡単になる。
　具体的には、例えば、ＶＰコイル２は、円弧状に形成された強磁性体部材２Ａとしての強磁性体の太線の周囲に細い銅線を巻きつけることで形成されている。図１２に示すように、この細い銅線の一端は、強磁性体部材２Ａ（端部２Ａ１）に電気的に接続され、他端は、一方の端子に接続される。そして、強磁性体部材２Ａは、電流の戻り経路を兼ねており、他方の端子に接続される。なお、強磁性体部材２Ａの代わりに同様の形状の常磁性体の部材を使用してもよい。強磁性体の場合の方が、実効透磁率に応じてベクトルポテンシャルが増強される。
　なお、実施の形態４に係る移動体装置のその他の構成および動作については実施の形態１～３のいずれかと同様であるので、その説明を省略する。
実施の形態５．
　図１３は、実施の形態５に係る移動体装置（上述の車両１０１、電車３０２など）におけるベクトルポテンシャルコイル２および強磁性体部材２Ｂの一例を示す正面図である。
　実施の形態５では、例えば図１３に示すように、ＶＰコイル２の内部に、強磁性体部材２Ｂが配置されている。この強磁性体部材２Ｂは、ＶＰコイル２のコイル軸に沿った形状を有し、さらに、ＶＰコイル２の湾曲（ＶＰコイル２のコイル軸の部分）の外側に延びて閉磁路を形成している。
　強磁性体部材２Ｂは、導電性のある強磁性材料（例えばパーマロイなどといった金属磁性体）の部材であり、ＶＰコイル２の一方のコイル端側の接続点２Ｂ１において、ＶＰコイル２の一方のコイル端が、強磁性体部材２Ｂに電気的に接続されている。
　また、ＶＰコイル２の他方のコイル端側の接続点２Ｂ２において、引き出し線が電気的に接続されており、ＶＰコイル２の他方のコイル端、およびその引き出し線から電源装置６まで２本の配線をまとめて敷設することができ、２本の配線の敷設が簡単になる。
　なお、この強磁性体部材２Ｂには、ＶＰコイル２の湾曲の外側においてギャップ２Ｂ３が形成されており、ギャップ２Ｂ３によって、強磁性体部材２Ｂにおける、ＶＰコイル２の湾曲の外側の部分を電流が導通しないようになっている。
　また、強磁性体部材２Ｂにおける内側部分と外側部分との移行部分は、磁束の漏洩や曲げ加工による透磁率減少の影響を小さくするために、急峻な屈曲箇所のないように、連続的に滑らかな曲線状とされることが好ましい。また、強磁性体部材２Ｂは複数部材を連結して形成されるようにしてもよい。
　なお、実施の形態５に係る移動体装置のその他の構成および動作については実施の形態４と同様であるので、その説明を省略する。
実施の形態６．
　図１４は、実施の形態６に係る移動体装置（上述の車両１０１、電車３０２など）におけるベクトルポテンシャルコイル２の一例を示す正面図である。
　実施の形態６では、例えば図１４に示すように、ＶＰコイル２は、互いに同一のコイル軸を有する、コイル径の互いに異なる内側ソレノイドコイル２－１および外側ソレノイドコイル２－２を備え、内側ソレノイドコイル２－１の一方のコイル端と外側ソレノイドコイル２－２の一方のコイル端とが電気的に接続されている。内側ソレノイドコイル２－１および外側ソレノイドコイル２－２は、それぞれ１本のＶＰコイルとして機能するものであり、したがって、実施の形態６のＶＰコイル２は、電気的には、２本のＶＰコイルを同相で直列接続した構成となっている。なお、内側ソレノイドコイル２－１および外側ソレノイドコイル２－２は、内側ソレノイドコイル２－１によって発生するベクトルポテンシャルおよび磁界と外側ソレノイドコイル２－２によって発生するベクトルポテンシャルおよび磁界とがそれぞれ同一方向となるように巻回され接続されている。
　したがって、内側ソレノイドコイル２－１の他方のコイル端および外側ソレノイドコイル２－２の他方のコイル端から電源装置６まで２本の配線をまとめて敷設することができ、２本の配線の敷設が簡単になる。
　なお、実施の形態６に係る移動体装置のその他の構成および動作については実施の形態１～３のいずれかと同様であるので、その説明を省略する。
実施の形態７．
　図１５は、実施の形態７に係る移動体装置（上述の車両１０１、電車３０２など）におけるベクトルポテンシャルコイル２および強磁性体部材２Ｃの一例を示す正面図である。
　実施の形態７では、例えば図１５に示すように、ＶＰコイル２は、実施の形態６と同様の内側ソレノイドコイル２－１および外側ソレノイドコイル２－２を備える。さらに、実施の形態７では、例えば図１５に示すように、ＶＰコイル２（内側ソレノイドコイル２－１）の内部に、強磁性体部材２Ｃが配置されている。この強磁性体部材２Ｃは、上述の強磁性体部材２Ａと同様のものである。ただし、ＶＰコイル２と強磁性体部材２Ｃとは電気的に接続されておらず、強磁性体部材２Ｃは、導電性を有していなくてもよい。
　なお、実施の形態７に係る移動体装置のその他の構成および動作については実施の形態６と同様であるので、その説明を省略する。
実施の形態８．
　図１６は、実施の形態８に係る移動体装置（上述の車両１０１、電車３０２など）におけるベクトルポテンシャルコイル２および強磁性体部材２Ｄの一例を示す正面図である。
　実施の形態８では、例えば図１６に示すように、ＶＰコイル２は、実施の形態６，７と同様の内側ソレノイドコイル２－１および外側ソレノイドコイル２－２を備える。さらに、実施の形態８では、例えば図１６に示すように、ＶＰコイル２（内側ソレノイドコイル２－１）の内部に、強磁性体部材２Ｄが配置されている。この強磁性体部材２Ｄは、ＶＰコイル２のコイル軸に沿った形状を有し、さらに、ＶＰコイル２の湾曲（ＶＰコイル２のコイル軸の部分）の外側に延びて閉磁路を形成している。なお、ＶＰコイル２と強磁性体部材２Ｄとは、電気的に接続されておらず、上述のようなギャップを設ける必要はない。また、強磁性体部材２Ｄは、導電性を有していなくてもよい。
　なお、実施の形態８に係る移動体装置のその他の構成および動作については実施の形態７と同様であるので、その説明を省略する。
実施の形態９．
　図１７は、実施の形態９に係る移動体装置（上述の車両１０１、電車３０２など）におけるベクトルポテンシャルコイル２の一例を示す正面図である。
　実施の形態９では、例えば図１７に示すように、ＶＰコイル２は、直線状のコイル軸に沿って巻回されているが、コイル軸の方向に沿って、巻回方向の傾斜角（コイル軸方向と巻回方向とのなす角度）Ａ０～Ａ５が徐々に変化するように巻回されている。具体的には、ＶＰコイル２の中心の傾斜角が９０度となっており、中心から離れるほど、傾斜角が小さくなっている（Ａ０＞Ａ１＞Ａ２＞Ａ３＞Ａ４＞Ａ５）。これにより、湾曲したＶＰコイル２と同様に効率的に上述のベクトルポテンシャルを感受できる。
　なお、実施の形態９に係る移動体装置のその他の構成および動作については実施の形態１～３のいずれかと同様であるので、その説明を省略する。
実施の形態１０．
　図１８は、実施の形態１０に係る移動体装置（上述の車両１０１、電車３０２など）におけるベクトルポテンシャルコイル２の一例を示す上面図である。
　実施の形態１０では、例えば図１８に示すように、ＶＰコイル２は、直線状のコイル軸に沿って巻回されている。なお、この実施の形態では、複数のＶＰコイル２が配置されており、この複数のＶＰコイル２は電気的に直列または並列に結線される。また、（例えば後述のように）電源装置６が複数のＶＰコイル２に対して複数のＡＣ／ＤＣコンバータ回路をそれぞれ備え、複数のＡＣ／ＤＣコンバータ回路の出力を直列または並列に接続し、直列または並列された出力で、蓄電用のキャパシタや上述の電子機器に電力供給するようにしてもよい。なお、図１８では、４つのＶＰコイル２が設けられているが、１本～３本のいずれかでもよく、５本以上でもよい。
　ここでは、１次導体（１次導体１、架線３０１など）に対する垂直面１Ｐにおいて、コイル軸が延びるように各ＶＰコイル２が配置されており、その１次導体の方向に沿って、複数のＶＰコイル２が配列されている。つまり、複数のＶＰコイル２のコイル軸が単一平面に含まれるように、複数のＶＰコイル２は配列されている。
　なお、実施の形態１０に係る移動体装置のその他の構成および動作については実施の形態１～３のいずれかと同様であるので、その説明を省略する。
実施の形態１１．
　図１９は、実施の形態１１に係る移動体装置（上述の車両１０１、電車３０２など）における共振回路について説明する回路図である。
　例えば図１９に示すように、実施の形態１１に係る移動体装置（車両１０１、電車３０２など）では、ＶＰコイル２に並列にキャパシタＣ１，Ｃ３が接続されている。なお、キャパシタＣ１，Ｃ３は、ＶＰコイル２ごとに設けられており、図１９では、２つのＶＰコイル２に２つのキャパシタＣ１，Ｃ３がそれぞれ接続されている。
　また、図１９に示す電源装置６は、各ＶＰコイル２について、ＡＣ／ＤＣコンバータ回路１５１として、全波整流回路（ダイオードＤ１～Ｄ４のダイオードブリッジおよびダイオードＤ５～Ｄ６のダイオードブリッジ）並びに平滑用のキャパシタＣ２，Ｃ４を備える。そして、２つのＶＰコイル２の全波整流回路および平滑用のキャパシタＣ２，Ｃ４の出力が直列に接続されており、電源装置６の出力とされている。電源装置６の出力電圧は、２次電池ユニット５、負荷Ｚ（モータ３、内部装置４など）などに印加される。なお、ここでは、ＶＰコイル２が２個であるが、１個または３個以上でもよく、直列接続する段数が増えるほど高電圧が得られる。また、それらのＡＣ／ＤＣコンバータ回路１５１の出力を並列接続してもよく、その場合には、大電流が得られる。また、上述の全波整流回路は、より低電圧でも動作する能動型のＦＥＴブリッジでもよい。
　ここで、出力電圧のシミュレーション結果について説明する。図２０は、実施の形態１１における電源装置６の出力電圧のシミュレーション結果を示す図である。図２０は、一次導線とＶＰコイルとの結合係数が０．１であり、長さＬｅｎの一次導線（直線導体）の自己インダクタンスＬ００（＝μ０×Ｌｅｎ／８π）が５μＨであり、一次導線の交流電流の周波数が１ｋＨｚである場合の出力電圧のシミュレーション結果を示している。図２０における破線は、一段目の電圧（ダイオードＤ３，Ｄ４とダイオードＤ５，Ｄ６との接続点の電圧）の時間遷移を示しており、図２０における実線は、電源装置６の出力電圧（つまり、二段目の電圧）の時間遷移を示している。図２０に示すように、段数に応じた直流出力電圧が得られることがわかる。
　なお、実施の形態１１に係る移動体装置のその他の構成および動作については実施の形態１～１０のいずれかと同様であるので、その説明を省略する。
　以上のように、上記実施の形態１１では、１次導体の交流電流の周波数と同一の共振周波数を有する、ＶＰコイル２を含めた共振回路が設けられており、ＶＰコイル２に導通する交流電流を大きくなる。
　なお、上述の実施の形態に対する様々な変更および修正については、当業者には明らかである。そのような変更および修正は、その主題の趣旨および範囲から離れることなく、かつ、意図された利点を弱めることなく行われてもよい。つまり、そのような変更および修正が請求の範囲に含まれることを意図している。
　例えば、上記実施の形態では、電車３０２の前方および後方の妻壁の一方に１または複数のＶＰコイル２が配置されているが、電車３０２の前方および後方の妻壁の両方に１または複数のＶＰコイル２を配置してもよい。
　また、上記実施の形態において、移動体装置の躯体は、アルミやＦＲＰ（Fiber Reinforced Plastics）で構成されていてもよく、また、移動体装置の躯体がＦＲＰである場合には、その躯体にＶＰコイル２を内蔵させて、躯体と一体的にＶＰコイル２を形成してもよい。
　また、上記実施の形態において、ＶＰコイル２は、１次導体の交流電流による磁束密度の変化を感受して交流電流を誘起するようにしてもよい。
　また、上記実施の形態では、ＶＰコイル２は妻壁または屋根に配置されているが、その代わりに、床に配置されていてもよい。例えば、１次導体がレール側に敷設されている場合には、ＶＰコイル２の湾曲内側方向にその１次導体が位置するように配置されるようにＶＰコイル２が床に配置されるようにしてもよい。
　また、上記実施の形態６～８では、ＶＰコイル２が、径方向において、内側ソレノイドコイル２－１および外側ソレノイドコイル２－２の２層構造となっているが、層数が偶数であれば、４層以上の層数でもよい。その場合、すべての層のソレノイドコイル２－ｉが電気的に直列接続されるように、ソレノイドコイル２－ｉのいずれかの端部で次層のソレノイドコイル２－（ｉ＋１）に接続される。
　また、上記実施の形態において、交流電流の周波数は、商用電源と同一である５０Ｈｚまたは６０Ｈｚとしてもよいし、商用電源より高い周波数（例えば、１００Ｈｚ～１ｋＨｚのいずれか、あるいは１ｋＨｚ～１０ｋＨｚのいずれか）としてもよい。配電装置１Ａが商用電源より高い周波数の交流電流を供給する場合、その周波数の発電所を増設し、その周波数の交流電力を配電装置１Ａに供給するようにしてもよいし、商用電源の交流電力に対して周波数変換を行って、その周波数の交流電力を配電装置１Ａに供給するようにしてもよい。
　また、上記実施の形態において、上述の１次導体は、移動経路において、通過する移動体装置より下に配置されても上に配置されてもよく、また、通過する移動体装置の側方に配置されてもよい。ＶＰコイル２は、１次導体の配置位置に応じて、１次導体に近接するように移動体装置に配置され、また、ＶＰコイル２が湾曲したコイル軸を有する場合には、湾曲内側方向に１次導体が配置されるように、ＶＰコイル２は配置される。
　また、上記実施の形態において、上述の機関車や電車３０２は各種鉄道の車両であって、上述の機関車や電車３０２には、１組のレール上を移動するものの他、モノレールの車両、特定の経路において、ゴムタイヤの車輪によって案内レールに沿って走行する方式の案内軌条式鉄道の車両、磁気浮上式鉄道の車両なども含まれる。
　また、上記実施の形態においては、１つの移動経路（車線など）について１本の１次導体１が敷設されているが、その代わりに、１つの移動経路（車線など）について複数本の１次導体１を敷設してもよい。
　本発明は、例えば、電動自動車などの移動体装置に適用可能である。

Claims (18)

  1. 　交流電流が導通する１次導体と、
    　前記１次導体を導通する交流電流によって発生するベクトルポテンシャルを非接触で感受し前記ベクトルポテンシャルによる電圧差から生じられた電流を導通させるベクトルポテンシャルコイルを備えた移動体装置とを備え、
    　前記１次導体は、前記移動体装置の移動経路に沿って連続的に配置されている導線の一部または全部であり、
    　前記ベクトルポテンシャルコイルは、前記移動体装置が前記移動経路にあるときに連続的に前記ベクトルポテンシャルを非接触で感受し前記電流を導通させること、
    　を特徴とする移動体給電システム。
  2. 　前記移動体装置は、車両であり、
    　前記移動経路は、道路であり、
    　前記１次導体は、前記道路の形状に応じた直線的または曲線的な形状を有すること、
    　を特徴とする請求項１記載の移動体給電システム。
  3. 　前記道路は、複数の車線を備え、
    　前記１次導体は、前記複数の車線のそれぞれに、互いに並行して配置されており、
    　前記交流電流は、それぞれ、前記複数の車線における前記１次導体を順方向または逆方向に導通し、
    　各時点において、前記順方向に導通する前記交流電流の総和と、前記逆方向に導通する前記交流電流の総和との差は、略ゼロとなること、
    　を特徴とする請求項２記載の移動体給電システム。
  4. 　前記移動経路は、駐車場における、前記車両のための１または複数の駐車スペースを含むことを特徴とする請求項２記載の移動体給電システム。
  5. 　前記１次導体は、前記交流電流がミアンダ状に導通するような形状を有することを特徴とする請求項２記載の移動体給電システム。
  6. 　前記移動体装置は、機関車または電車であり、
    　前記移動経路は、軌道であり、
    　前記１次導体は、前記軌道の形状に応じた直線的または曲線的な形状を有すること、
    　を特徴とする請求項１記載の移動体給電システム。
  7. 　移動体装置において、
    　当該移動体装置の移動経路に沿って連続的に配置されている導線の一部または全部である１次導体を導通する交流電流によって発生するベクトルポテンシャルを非接触で感受し前記ベクトルポテンシャルによる電圧差から生じられた電流を導通させるベクトルポテンシャルコイルを備え、
    　前記ベクトルポテンシャルコイルは、当該移動体装置が前記移動経路にあるときに連続的に前記ベクトルポテンシャルを非接触で感受し前記電流を導通させること、
    　を特徴とする移動体装置。
  8. 　前記移動体装置は、車両であり、
    　前記１次導体は、前記道路に埋設されており、
    　前記ベクトルポテンシャルコイルは、前記車両の車台またはボディー底部に配置されていること、
    　を特徴とする請求項７記載の移動体装置。
  9. 　前記移動体装置は、車両であり、
    　前記１次導体は、前記道路に埋設されており、
    　前記車両は、２次電池ユニットを備え、
    　前記２次電池ユニットは、前記車両の車台またはボディー底部に配置され、
    　前記ベクトルポテンシャルコイルは、前記２次電池ユニットの少なくとも上面に配置されていること、
    　を特徴とする請求項７記載の移動体装置。
  10. 　前記移動体装置は、車両であり、
    　前記１次導体は、前記道路に埋設されており、
    　前記車両は、２次電池ユニットを備え、
    　前記２次電池ユニットは、前記車両の車台またはボディー底部に配置され、
    　前記ベクトルポテンシャルコイルは、前記２次電池ユニットのケースの肉厚内に配置されていること、
    　を特徴とする請求項７記載の移動体装置。
  11. 　前記移動体装置は、磁気遮蔽性を有する部材で構成され、
    　前記ベクトルポテンシャルコイルは、前記移動体装置内に配置されていること、
    　を特徴とする請求項７記載の移動体装置。
  12. 　前記ベクトルポテンシャルコイルは、湾曲したコイル軸に沿って延びているソレノイドコイルであって、前記１次導体が前記湾曲の内側方向に位置するように配置されていることを特徴とする請求項７記載の移動体装置。
  13. 　前記ベクトルポテンシャルコイルの内部に配置され、前記ベクトルポテンシャルコイルのコイル軸に沿った形状の強磁性体部材をさらに備えることを特徴とする請求項１２記載の移動体装置。
  14. 　前記強磁性体部材は、前記湾曲の外側に延びて閉磁路を形成することを特徴とする請求項１３記載の移動体装置。
  15. 　前記ベクトルポテンシャルコイルは、互いに同一のコイル軸を有する、コイル径の互いに異なる内側ソレノイドコイルおよび外側ソレノイドコイルを備え、
    　前記内側ソレノイドコイルの一方のコイル端と前記外側ソレノイドコイルの一方のコイル端とが電気的に接続されていること、
    　を特徴とする請求項７記載の移動体装置。
  16. 　前記内側ソレノイドコイルの内部に配置され、前記コイル軸に沿った形状の強磁性体部材をさらに備えることを特徴とする請求項１５記載の移動体装置。
  17. 　前記ベクトルポテンシャルコイルは、直線状のコイル軸に沿って巻回されており、また、前記コイル軸の方向に沿って、巻回方向の傾斜角が徐々に変化するように巻回されていることを特徴とする請求項７記載の移動体装置。
  18. 　前記ベクトルポテンシャルコイルとともに共振回路を構成するキャパシタをさらに備えることを特徴とする請求項７記載の移動体装置。
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