非接触給電装置
【課題】より簡単な構成で給電コイルの抵抗損失の低減が可能な非接触給電設備を提供することである。
【解決手段】共通の交流電源１０から電力が供給され、強磁性体２８を有する移動体３に対して非接触で給電する給電ユニット部２５ａ，２５ｂ，２５ｃを備える非接触給電装置２において、給電ユニット部２５ａ，２５ｂ，２５ｃは、移動体３の強磁性体２８との間の距離に応じてインダクタンスの値が変化する給電コイル２０ａ，２０ｂ，２０ｃと、移動体３の強磁性体２８が給電コイル２０ａ，２０ｂ，２０ｃに近接したときのみに給電コイル２０ａ，２０ｂ，２０ｃとともに共振回路を形成する給電コンデンサ２１ａ，２１ｂ，２１ｃと、を有し、給電ユニット部２５ａ，２５ｂ，２５ｃは、移動体３の移動状態に応じて、いずれか１つの給電ユニット部のみが移動体３に給電するように、移動体３の走行路に沿って配置される。
【解決手段】共通の交流電源１０から電力が供給され、強磁性体２８を有する移動体３に対して非接触で給電する給電ユニット部２５ａ，２５ｂ，２５ｃを備える非接触給電装置２において、給電ユニット部２５ａ，２５ｂ，２５ｃは、移動体３の強磁性体２８との間の距離に応じてインダクタンスの値が変化する給電コイル２０ａ，２０ｂ，２０ｃと、移動体３の強磁性体２８が給電コイル２０ａ，２０ｂ，２０ｃに近接したときのみに給電コイル２０ａ，２０ｂ，２０ｃとともに共振回路を形成する給電コンデンサ２１ａ，２１ｂ，２１ｃと、を有し、給電ユニット部２５ａ，２５ｂ，２５ｃは、移動体３の移動状態に応じて、いずれか１つの給電ユニット部のみが移動体３に給電するように、移動体３の走行路に沿って配置される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非接触給電装置に係り、特に、移動体に対して非接触で給電する複数の給電ユニット部を備える非接触給電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
移動体に給電を行う方法として、給電を行うための接点を設ける必要がないことから、火花放電や粉塵の発生がなく、さらに、接点磨耗がないといったメリットを有する非接触給電装置が開発されている。そして、非接触給電装置において、移動体に対して給電を行うために、移動体の搬送路に敷設されている給電コイルの長さが長くなると、その長さに比例して抵抗損失が大きくなってしまうため、当該抵抗損失の低減が求められている。例えば、特許文献１には、移動体の非接触給電設備として、搬送路に沿って敷設した給電線路に高周波の励磁電流を流すことにより、走行する移動体に対して非接触で給電する構成が開示されている。ここでは、給電線路を複数の給電線路ユニットに分割して構成し、移動体の移動に合わせて、各給電線路ユニットへの通電をＯＮ−ＯＦＦするスイッチ手段を設けたことが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−８９０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１の構成によれば、移動体の移動状態を検知するための検知センサを設ける必要があり、さらに、当該検知センサが検知した情報に基づき、移動体の移動状態に応じて電源からの電力供給が必要な給電ユニット部（給電線路ユニット）への通電をＯＮ−ＯＦＦするスイッチ手段を設ける必要がある。ここで、移動体に対して非接触で給電する給電領域が拡大すると、非接触給電装置も大規模なものにする必要がある。これにより、給電ユニット部の数を増加させる必要が生じた場合には、給電ユニット部の数を増加させる必要があるとともに、スイッチ手段の数も増加させる必要があるため、当該複数のスイッチ手段の制御装置が複雑化するといった問題点がある。また、給電ユニット部の数の増加とともに、検知センサの数も増加させる必要があるため、これらの設置スペースを余分に確保する必要があり、また、コスト増大となるといった問題がある。
【０００５】
本発明の目的は、より簡単な構成で給電コイルの抵抗損失の低減が可能な非接触給電設備を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る非接触給電装置は、共通の交流電源から電力が供給され、強磁性体を有する移動体に対して非接触で給電する複数の給電ユニット部を備える非接触給電装置において、各給電ユニット部は、移動体の強磁性体との間の距離に応じてインダクタンスの値が変化する給電コイルと、移動体の強磁性体が給電コイルに近接したときのみに給電コイルとともに共振回路を形成する給電コンデンサと、を有し、複数の給電ユニット部は、移動体の移動状態に応じて、いずれか１つの給電ユニット部のみが移動体に給電するように、移動体の走行路に沿って所定の間隔で配置されていることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明に係る非接触給電装置において、給電コンデンサは、移動体の強磁性体との間の距離が所定の範囲内となったときに給電コイルとともに共振回路を形成するように、共通の交流電源の周波数と、移動体の強磁性体との間の距離が所定の範囲内となったときの給電コイルのインダクタンスとに基づいて定められる容量値を有することが好ましい。
【０００８】
また、本発明に係る非接触給電装置において、給電コンデンサは、給電コイルに対して直列に接続され、共通の交流電源は、定電圧源であることが好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
上記構成の非接触給電装置によれば、移動体の移動状態に応じて、複数の給電ユニット部のうちのいずれか１つの給電ユニット部のみにおいて共振回路が形成される。これにより、複数の給電ユニット部の中から移動体への給電を行うために作用する給電ユニット部を自動的に切り替えることができる。したがって、上記構成の非接触給電装置によれば、不要なスイッチ手段等を設ける必要がないため、より簡単な構成で移動体に対して給電を行う給電ユニット部を自動的に切り替えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態において、非接触給電装置が敷設された走行路を移動体が移動している様子を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態において、移動体の強磁性体と給電ユニット部の給電コイルとの間の距離を横軸にとり、給電コイルのインダクタンスの変化を縦軸にとった図である。
【図３】本発明の実施の形態において、原点をＢ点とした場合の移動体の強磁性体の絶対位置を横軸にとり、移動体（強磁性体）の移動に応じて各給電コイルの有効電力を縦軸にとった図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、本発明に係る実施の形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。また、以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１２】
図１は、非接触給電装置２が敷設された走行路８を移動体３が移動している様子を示す図である。非接触給電装置２は、走行路８上を走行している移動体３に非接触で給電を行う機能を有する。
【００１３】
移動体３は、受電コイル３０と、強磁性体２８と、二次電池４０とを含んで構成される。そして、移動体３は、二次電池４０に蓄電された電力を用いて走行路８上を走行することが可能な車両である。
【００１４】
二次電池４０は、移動体３が移動するために必要な電力を供給する電池であり、例えば、リチウムイオン電池を用いて構成することができる。そして、二次電池４０は、正極側端子が受電コイル３０の一方側端子に接続され、負極側端子が受電コイル３０の他方側端子に接続されている。
【００１５】
強磁性体２８は、強い磁性を有する物質であり、鉄、コバルト、ニッケルとそれらの合金、フェライトを用いて構成することができる。また、強磁性体２８は、移動体３の車体の底部であって、走行路８との間の距離が可能な限り短くなる位置に取り付けられている。
【００１６】
受電コイル３０は、強磁性体に巻回されるコイルであり、一方側端子が二次電池４０の正極側端子に接続され、他方側端子が二次電池４０の負極側端子に接続される。受電コイル３０は、移動体３の移動状態に応じて、給電コイル２０ａあるいは給電コイル２０ｂあるいは給電コイル２０ｃとの間の電磁誘導によって、その両端に起電力（給電コイル２０ａあるいは給電コイル２０ｂあるいは給電コイル２０ｃに流れる電流によって発生する磁束変動により生じる起電力）が発生し、二次電池４０を充電することができる。
【００１７】
非接触給電装置２は、給電ユニット部２５ａ，２５ｂ，２５ｃと、交流電源１０とを含んで構成される。給電ユニット部２５ａは、給電コイル２０ａと、給電コンデンサ２１ａと、給電増幅器２２ａとを含んで構成される。給電ユニット部２５ｂは、給電コイル２０ｂと、給電コンデンサ２１ｂと、給電増幅器２２ｂとを含んで構成される。給電ユニット部２５ｃは、給電コイル２０ｃと、給電コンデンサ２１ｃと、給電増幅器２２ｃとを含んで構成される。
【００１８】
給電ユニット部２５ａと、給電ユニット部２５ｂと、給電ユニット部２５ｃとは、交流電源１０に対して並列に接続される。具体的には、交流電源１０の一方側端子には、給電ユニット部２５ａの給電増幅器２２ａの入力端子と、給電ユニット部２５ｂの給電増幅器２２ｂの入力端子と、給電ユニット部２５ｃの給電増幅器２２ｃの入力端子とが接続されている。そして、交流電源１０の他方側端子には、給電ユニット部２５ａの給電コイル２０ａの他方側端子と、給電ユニット部２５ｂの給電コイル２０ｂの他方側端子と、給電ユニット部２５ｃの給電コイル２０ｃの他方側端子とが接続される。また、交流電源１０は、適当な周波数ｆ（Ｈｚ）で所定の電力を供給する定電圧源である。
【００１９】
給電コイル２０ａは、走行路８を形成する地面の内部において、移動体３の受電コイル３０が近接した際に、給電コイル２０ａと受電コイル３０との間で電磁誘導が可能な位置に設けられる。そして、給電コイル２０ｂは、走行路８を形成する地面の内部において、給電コイル２０ａと所定の間隔を置いて設けられ、移動体３の受電コイル３０が近接した際に、給電コイル２０ａと受電コイル３０との間で電磁誘導が可能な位置に設けられる。さらに、給電コイル２０ｃは、走行路８を形成する地面の内部において、給電コイル２０ｂと所定の間隔を置いて設けられ、移動体３の受電コイル３０が近接した際に、給電コイル２０ａと受電コイル３０との間で電磁誘導が可能な位置に設けられる。このように、給電コイル２０ａと、給電コイル２０ｂと、給電コイル２０ｃは、走行路８を形成する地面の内部において、移動体３が矢印Ａ方向に移動するために走行する走行路８に沿って所定の間隔を置いて設けられている。
【００２０】
図２は、移動体３の強磁性体２８と給電ユニット部２５ａの給電コイル２０ａとの間の距離を横軸にとり、給電コイル２０ａのインダクタンスの変化を縦軸にとった図である。ここで、給電コイル２０ａのインダクタンスＬ（Ｈ）は、自己インダクタンスＬ1と相互インダクタンスＬ2が加算された値（Ｌ＝Ｌ1＋Ｌ2）となる。そして、給電コイル２０ａと強磁性体２８との間の距離が大きい場合には、強磁性体２８との磁気結合がないため、相互インダクタンスＬ2は０となり、給電コイル２０ａのインダクタンスＬは、自己インダクタンスＬ1の成分のみとなる。そして、給電コイル２０ａと強磁性体２８との間の距離が小さくなっていくと、強磁性体２８と給電コイル２０ａとの磁気結合が行われ、図２に示されるように、両者の間の距離が小さくなるほど、磁気結合が高くなるため、相互インダクタンスＬ2が大きくなる。なお、給電コイル２０ｂ，２０ｃについても強磁性体２８と給電コイル２０ａの間の関係と同様に、強磁性体２８と給電コイル２０ｂとの間の距離及び強磁性体２８と給電コイル２０ｃとの間の距離によって、給電コイル２０ｂ、給電コイル２０ｃのインダクタンスＬが変化する。
【００２１】
再び、図１に戻って、給電コンデンサ２１ａは、一方側端子には給電増幅器２２ａの出力端子に接続され、他方側端子には給電コイル２０ａの一方側端子に接続される。また、給電コンデンサ２１ａの容量値Ｃ（Ｆ）は、移動体３の強磁性体２８が給電コイル２０ａに近接して、強磁性体２８と給電コイル２０ａとの間の距離が所定の範囲内となったとき、換言すれば、強磁性体２８と給電コイル２０ａの結合係数が高く、給電コイル２０ａのインダクタンスＬが大きくなるときに、給電コイル２０ａと給電コンデンサ２１ａが共振回路として機能するように値が設定される。ここで、上記所定の範囲とは、負荷側回路へのリップルを抑制しつつ、給電コイル２０ａと給電コンデンサ２１ａが共振回路として機能させるために予め算出された最適な範囲である。このように、所定の範囲を設定することで、強磁性体２８と給電コイル２０ａの結合係数を可能な限り高くしながら、給電コイル２０ａと給電コンデンサ２１ａを共振状態とすることができ、さらに、供給電力の変動幅を小さくできるためリップルを抑制することができる。
【００２２】
ここで、ＬＣ回路が共振回路となる条件はｆ＝１／２π√ＬＣである。そして、ｆを交流電源１０の周波数、Ｌを給電コイル２０ａと強磁性体２８との間の距離が所定の範囲内となったときのインダクタンスとして、上記ｆ＝１／２π√ＬＣの式を用いて給電コンデンサ２１ａの容量値Ｃを設定する。給電コンデンサ２１ｂの容量値Ｃについても、上記給電コンデンサ２１ａと同様に、給電コイル２０ｂのインダクタンスＬの値と、交流電源の周波数ｆとに基づいて、給電コイル２０ａと強磁性体２８との間の距離が所定の範囲内となったときに給電コイル２０ｂと給電コンデンサ２１ｂとが共振回路として機能するように値を設定する。給電コンデンサ２１ｃの容量値Ｃについても、上記給電コンデンサ２１ａと同様に、給電コイル２０ｃのインダクタンスＬの値と、交流電源の周波数ｆとに基づいて、給電コイル２０ｃと強磁性体２８との間の距離が所定の範囲内となったときに給電コイル２０ｃと給電コンデンサ２１ｃとが共振回路として機能するように値を設定する。
【００２３】
給電増幅器２２ａの入力端子は、交流電源１０の一方側端子に接続され、給電増幅器２２ａの出力端子は、給電コンデンサ２１ａの一方側端子に接続される。そして、給電増幅器２２ａに入力された交流電圧が増幅されて給電コンデンサ２１ａの一方側端子に入力される。
【００２４】
給電増幅器２２ｂの入力端子は、交流電源１０の一方側端子に接続され、給電増幅器２２ｂの出力端子は、給電コンデンサ２１ｂの一方側端子に接続される。そして、給電増幅器２２ｂに入力された交流電圧が増幅されて給電コンデンサ２１ｂの一方側端子に入力される。
【００２５】
給電増幅器２２ｃの入力端子は、交流電源１０の一方側端子に接続され、給電増幅器２２ｃの出力端子は、給電コンデンサ２１ｃの一方側端子に接続される。そして、給電増幅器２２ｃに入力された交流電圧が増幅されて給電コンデンサ２１ｃの一方側端子に入力される。
【００２６】
続いて、上記構成の非接触給電装置２の作用について図１〜図３を用いて説明する。図３は、原点をＢ点（図１参照）とした場合の移動体３の強磁性体２８の絶対位置を横軸にとり、移動体３（強磁性体２８）の移動に応じて各給電コイル２０ａ，２０ｂ，２０ｃの有効電力を縦軸にとった図である。非接触給電装置２において、移動体３が図１に示されるＢ時点に位置していた場合は、図３に示されるように給電コイル２０ａの有効電力はＰ1であり、給電コイル２０ｂと給電コイル２０ｃの有効電力はＰ0（ほとんど電流が流れていない状態）である。そして、移動体３が矢印Ａ方向（図１参照）に移動して給電コイル２０ａに近接したとき（強磁性体２８と給電コイル２０ａとの間の距離が所定の範囲内となったとき）に、給電コイル２０ａと給電コンデンサ２１ａとが共振回路として機能するため、給電コイル２０ａにおける有効電力は好適に高い電力のＰ2となる。そして、移動体３の長さ（強磁性体２８の長さ）に比べて給電コイル２０ａの長さが長いため、移動体３の強磁性体２８と給電コイル２０ａとの間の距離が所定の範囲内となる間がしばらく続くため、図３に示されるように、給電コイル２０ａにおける有効電力がＰ2の状態が継続する。
【００２７】
その後、移動体３の強磁性体２８と給電コイル２０ａとの間の距離が大きくなると、給電コイル２０ａと給電コンデンサ２１ａとが共振回路として機能しなくなるため、図３に示されるように、両者の距離に応じて給電コイル２０ａにおける有効電力が小さくなっていき、その後、有効電力はＰ0（ほとんど電流が流れていない状態）となる。このとき、移動体３の強磁性体２８と給電コイル２０ａの隣に設けられる給電コイル２０ｂの間の距離が小さくなっているため、図３に示されるように、給電コイル２０ｂの有効電力の値が大きくなっていく。その後、強磁性体２８と給電コイル２０ｂとの間の距離が所定の範囲内となったときに、今度は給電コイル２０ｂと給電コンデンサ２１ｂとが共振回路として機能するので、給電コイル２０ｂにおける有効電力は好適に高い電力のＰ2となる。このとき、給電コイル２０ｃの有効電力はＰ0（ほとんど電流が流れていない状態）である。そして、移動体３の強磁性体２８と給電コイル２０ｂとの間の距離が所定の範囲内の間は、図３に示されるように、給電コイル２０ｂにおける有効電力がＰ2の状態が継続する。
【００２８】
続いて、移動体３の強磁性体２８と給電コイル２０ｂとの間の距離が大きくなると、給電コイル２０ｂと給電コンデンサ２１ｂとが共振回路として機能しなくなるので、図３に示されるように、当該距離に応じて給電コイル２０ｂにおける有効電力が小さくなっていき、その後有効電力はＰ0（ほとんど電流が流れていない状態）となる。このとき、移動体３の強磁性体２８と給電コイル２０ｂの隣に設けられる給電コイル２０ｃの間の距離が小さくなっているため、図３に示されるように、給電コイル２０ｃの有効電力の値が大きくなっていく。その後、強磁性体２８と給電コイル２０ｂとの間の距離が所定の範囲内となったときに、今度は給電コイル２０ｃと給電コンデンサ２１ｃとが共振回路として機能するので、給電コイル２０ｃにおける有効電力は好適に高い電力のＰ2となる。このとき、給電コイル２０ｃの有効電力はＰ0（ほとんど電流が流れていない状態）である。
【００２９】
上記のように、非接触給電装置２によれば、移動体３が走行路８を走行しているときに、給電コイル２０ａに近づいた場合は、給電コイル２０ａの有効電力が好適に高い状態のＰ2となり、その他の給電コイル２０ｂ，２０ｃはほとんど電流が流れない状態となっているため、給電コイル２０ａのみから給電されることとなる。そして、給電コイル２０ｂに近づいた場合は、給電コイル２０ｂの有効電力が好適に高い状態のＰ2となり、その他の給電コイル２０ａ，２０ｃはほとんど電流が流れない状態となっているため、給電コイル２０ｂのみから給電されていることとなる。それから、給電コイル２０ｃに近づいた場合は、給電コイル２０ｃの有効電力が好適に高い状態のＰ2となり、その他の給電コイル２０ａ，２０ｂはほとんど電流が流れない状態となっているため、給電コイル２０ｃのみから給電されていることとなる。
【００３０】
このように、非接触給電装置２によれば、複数の給電ユニット部２５ａ，２５ｂ，２５ｃのうち、移動体３の走行状態（走行路８における絶対位置）に応じて、給電を行うべき給電ユニット部だけが共振回路として機能し、その他の給電ユニット部は共振回路として機能せず、給電コイルにほとんど電流が流れていない状態である。したがって、非接触給電装置２では、特別にスイッチ手段や移動体３についての位置検出センサを用いることなく、移動体３の走行状態に応じて、給電を行うべき給電ユニット部のみを作用させることができる。
【符号の説明】
【００３１】
２ 非接触給電装置、３ 移動体、８ 走行路、１０ 交流電源、２０ａ，２０ｂ，２０ｃ 給電コイル、２１ａ，２１ｂ，２１ｃ 給電コンデンサ、２２ａ，２２ｂ，２２ｃ 給電増幅器、２５ａ，２５ｂ，２５ｃ 給電ユニット部、２８ 強磁性体、３０ 受電コイル、４０ 二次電池。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非接触給電装置に係り、特に、移動体に対して非接触で給電する複数の給電ユニット部を備える非接触給電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
移動体に給電を行う方法として、給電を行うための接点を設ける必要がないことから、火花放電や粉塵の発生がなく、さらに、接点磨耗がないといったメリットを有する非接触給電装置が開発されている。そして、非接触給電装置において、移動体に対して給電を行うために、移動体の搬送路に敷設されている給電コイルの長さが長くなると、その長さに比例して抵抗損失が大きくなってしまうため、当該抵抗損失の低減が求められている。例えば、特許文献１には、移動体の非接触給電設備として、搬送路に沿って敷設した給電線路に高周波の励磁電流を流すことにより、走行する移動体に対して非接触で給電する構成が開示されている。ここでは、給電線路を複数の給電線路ユニットに分割して構成し、移動体の移動に合わせて、各給電線路ユニットへの通電をＯＮ−ＯＦＦするスイッチ手段を設けたことが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−８９０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１の構成によれば、移動体の移動状態を検知するための検知センサを設ける必要があり、さらに、当該検知センサが検知した情報に基づき、移動体の移動状態に応じて電源からの電力供給が必要な給電ユニット部（給電線路ユニット）への通電をＯＮ−ＯＦＦするスイッチ手段を設ける必要がある。ここで、移動体に対して非接触で給電する給電領域が拡大すると、非接触給電装置も大規模なものにする必要がある。これにより、給電ユニット部の数を増加させる必要が生じた場合には、給電ユニット部の数を増加させる必要があるとともに、スイッチ手段の数も増加させる必要があるため、当該複数のスイッチ手段の制御装置が複雑化するといった問題点がある。また、給電ユニット部の数の増加とともに、検知センサの数も増加させる必要があるため、これらの設置スペースを余分に確保する必要があり、また、コスト増大となるといった問題がある。
【０００５】
本発明の目的は、より簡単な構成で給電コイルの抵抗損失の低減が可能な非接触給電設備を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る非接触給電装置は、共通の交流電源から電力が供給され、強磁性体を有する移動体に対して非接触で給電する複数の給電ユニット部を備える非接触給電装置において、各給電ユニット部は、移動体の強磁性体との間の距離に応じてインダクタンスの値が変化する給電コイルと、移動体の強磁性体が給電コイルに近接したときのみに給電コイルとともに共振回路を形成する給電コンデンサと、を有し、複数の給電ユニット部は、移動体の移動状態に応じて、いずれか１つの給電ユニット部のみが移動体に給電するように、移動体の走行路に沿って所定の間隔で配置されていることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明に係る非接触給電装置において、給電コンデンサは、移動体の強磁性体との間の距離が所定の範囲内となったときに給電コイルとともに共振回路を形成するように、共通の交流電源の周波数と、移動体の強磁性体との間の距離が所定の範囲内となったときの給電コイルのインダクタンスとに基づいて定められる容量値を有することが好ましい。
【０００８】
また、本発明に係る非接触給電装置において、給電コンデンサは、給電コイルに対して直列に接続され、共通の交流電源は、定電圧源であることが好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
上記構成の非接触給電装置によれば、移動体の移動状態に応じて、複数の給電ユニット部のうちのいずれか１つの給電ユニット部のみにおいて共振回路が形成される。これにより、複数の給電ユニット部の中から移動体への給電を行うために作用する給電ユニット部を自動的に切り替えることができる。したがって、上記構成の非接触給電装置によれば、不要なスイッチ手段等を設ける必要がないため、より簡単な構成で移動体に対して給電を行う給電ユニット部を自動的に切り替えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態において、非接触給電装置が敷設された走行路を移動体が移動している様子を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態において、移動体の強磁性体と給電ユニット部の給電コイルとの間の距離を横軸にとり、給電コイルのインダクタンスの変化を縦軸にとった図である。
【図３】本発明の実施の形態において、原点をＢ点とした場合の移動体の強磁性体の絶対位置を横軸にとり、移動体（強磁性体）の移動に応じて各給電コイルの有効電力を縦軸にとった図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、本発明に係る実施の形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。また、以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１２】
図１は、非接触給電装置２が敷設された走行路８を移動体３が移動している様子を示す図である。非接触給電装置２は、走行路８上を走行している移動体３に非接触で給電を行う機能を有する。
【００１３】
移動体３は、受電コイル３０と、強磁性体２８と、二次電池４０とを含んで構成される。そして、移動体３は、二次電池４０に蓄電された電力を用いて走行路８上を走行することが可能な車両である。
【００１４】
二次電池４０は、移動体３が移動するために必要な電力を供給する電池であり、例えば、リチウムイオン電池を用いて構成することができる。そして、二次電池４０は、正極側端子が受電コイル３０の一方側端子に接続され、負極側端子が受電コイル３０の他方側端子に接続されている。
【００１５】
強磁性体２８は、強い磁性を有する物質であり、鉄、コバルト、ニッケルとそれらの合金、フェライトを用いて構成することができる。また、強磁性体２８は、移動体３の車体の底部であって、走行路８との間の距離が可能な限り短くなる位置に取り付けられている。
【００１６】
受電コイル３０は、強磁性体に巻回されるコイルであり、一方側端子が二次電池４０の正極側端子に接続され、他方側端子が二次電池４０の負極側端子に接続される。受電コイル３０は、移動体３の移動状態に応じて、給電コイル２０ａあるいは給電コイル２０ｂあるいは給電コイル２０ｃとの間の電磁誘導によって、その両端に起電力（給電コイル２０ａあるいは給電コイル２０ｂあるいは給電コイル２０ｃに流れる電流によって発生する磁束変動により生じる起電力）が発生し、二次電池４０を充電することができる。
【００１７】
非接触給電装置２は、給電ユニット部２５ａ，２５ｂ，２５ｃと、交流電源１０とを含んで構成される。給電ユニット部２５ａは、給電コイル２０ａと、給電コンデンサ２１ａと、給電増幅器２２ａとを含んで構成される。給電ユニット部２５ｂは、給電コイル２０ｂと、給電コンデンサ２１ｂと、給電増幅器２２ｂとを含んで構成される。給電ユニット部２５ｃは、給電コイル２０ｃと、給電コンデンサ２１ｃと、給電増幅器２２ｃとを含んで構成される。
【００１８】
給電ユニット部２５ａと、給電ユニット部２５ｂと、給電ユニット部２５ｃとは、交流電源１０に対して並列に接続される。具体的には、交流電源１０の一方側端子には、給電ユニット部２５ａの給電増幅器２２ａの入力端子と、給電ユニット部２５ｂの給電増幅器２２ｂの入力端子と、給電ユニット部２５ｃの給電増幅器２２ｃの入力端子とが接続されている。そして、交流電源１０の他方側端子には、給電ユニット部２５ａの給電コイル２０ａの他方側端子と、給電ユニット部２５ｂの給電コイル２０ｂの他方側端子と、給電ユニット部２５ｃの給電コイル２０ｃの他方側端子とが接続される。また、交流電源１０は、適当な周波数ｆ（Ｈｚ）で所定の電力を供給する定電圧源である。
【００１９】
給電コイル２０ａは、走行路８を形成する地面の内部において、移動体３の受電コイル３０が近接した際に、給電コイル２０ａと受電コイル３０との間で電磁誘導が可能な位置に設けられる。そして、給電コイル２０ｂは、走行路８を形成する地面の内部において、給電コイル２０ａと所定の間隔を置いて設けられ、移動体３の受電コイル３０が近接した際に、給電コイル２０ａと受電コイル３０との間で電磁誘導が可能な位置に設けられる。さらに、給電コイル２０ｃは、走行路８を形成する地面の内部において、給電コイル２０ｂと所定の間隔を置いて設けられ、移動体３の受電コイル３０が近接した際に、給電コイル２０ａと受電コイル３０との間で電磁誘導が可能な位置に設けられる。このように、給電コイル２０ａと、給電コイル２０ｂと、給電コイル２０ｃは、走行路８を形成する地面の内部において、移動体３が矢印Ａ方向に移動するために走行する走行路８に沿って所定の間隔を置いて設けられている。
【００２０】
図２は、移動体３の強磁性体２８と給電ユニット部２５ａの給電コイル２０ａとの間の距離を横軸にとり、給電コイル２０ａのインダクタンスの変化を縦軸にとった図である。ここで、給電コイル２０ａのインダクタンスＬ（Ｈ）は、自己インダクタンスＬ1と相互インダクタンスＬ2が加算された値（Ｌ＝Ｌ1＋Ｌ2）となる。そして、給電コイル２０ａと強磁性体２８との間の距離が大きい場合には、強磁性体２８との磁気結合がないため、相互インダクタンスＬ2は０となり、給電コイル２０ａのインダクタンスＬは、自己インダクタンスＬ1の成分のみとなる。そして、給電コイル２０ａと強磁性体２８との間の距離が小さくなっていくと、強磁性体２８と給電コイル２０ａとの磁気結合が行われ、図２に示されるように、両者の間の距離が小さくなるほど、磁気結合が高くなるため、相互インダクタンスＬ2が大きくなる。なお、給電コイル２０ｂ，２０ｃについても強磁性体２８と給電コイル２０ａの間の関係と同様に、強磁性体２８と給電コイル２０ｂとの間の距離及び強磁性体２８と給電コイル２０ｃとの間の距離によって、給電コイル２０ｂ、給電コイル２０ｃのインダクタンスＬが変化する。
【００２１】
再び、図１に戻って、給電コンデンサ２１ａは、一方側端子には給電増幅器２２ａの出力端子に接続され、他方側端子には給電コイル２０ａの一方側端子に接続される。また、給電コンデンサ２１ａの容量値Ｃ（Ｆ）は、移動体３の強磁性体２８が給電コイル２０ａに近接して、強磁性体２８と給電コイル２０ａとの間の距離が所定の範囲内となったとき、換言すれば、強磁性体２８と給電コイル２０ａの結合係数が高く、給電コイル２０ａのインダクタンスＬが大きくなるときに、給電コイル２０ａと給電コンデンサ２１ａが共振回路として機能するように値が設定される。ここで、上記所定の範囲とは、負荷側回路へのリップルを抑制しつつ、給電コイル２０ａと給電コンデンサ２１ａが共振回路として機能させるために予め算出された最適な範囲である。このように、所定の範囲を設定することで、強磁性体２８と給電コイル２０ａの結合係数を可能な限り高くしながら、給電コイル２０ａと給電コンデンサ２１ａを共振状態とすることができ、さらに、供給電力の変動幅を小さくできるためリップルを抑制することができる。
【００２２】
ここで、ＬＣ回路が共振回路となる条件はｆ＝１／２π√ＬＣである。そして、ｆを交流電源１０の周波数、Ｌを給電コイル２０ａと強磁性体２８との間の距離が所定の範囲内となったときのインダクタンスとして、上記ｆ＝１／２π√ＬＣの式を用いて給電コンデンサ２１ａの容量値Ｃを設定する。給電コンデンサ２１ｂの容量値Ｃについても、上記給電コンデンサ２１ａと同様に、給電コイル２０ｂのインダクタンスＬの値と、交流電源の周波数ｆとに基づいて、給電コイル２０ａと強磁性体２８との間の距離が所定の範囲内となったときに給電コイル２０ｂと給電コンデンサ２１ｂとが共振回路として機能するように値を設定する。給電コンデンサ２１ｃの容量値Ｃについても、上記給電コンデンサ２１ａと同様に、給電コイル２０ｃのインダクタンスＬの値と、交流電源の周波数ｆとに基づいて、給電コイル２０ｃと強磁性体２８との間の距離が所定の範囲内となったときに給電コイル２０ｃと給電コンデンサ２１ｃとが共振回路として機能するように値を設定する。
【００２３】
給電増幅器２２ａの入力端子は、交流電源１０の一方側端子に接続され、給電増幅器２２ａの出力端子は、給電コンデンサ２１ａの一方側端子に接続される。そして、給電増幅器２２ａに入力された交流電圧が増幅されて給電コンデンサ２１ａの一方側端子に入力される。
【００２４】
給電増幅器２２ｂの入力端子は、交流電源１０の一方側端子に接続され、給電増幅器２２ｂの出力端子は、給電コンデンサ２１ｂの一方側端子に接続される。そして、給電増幅器２２ｂに入力された交流電圧が増幅されて給電コンデンサ２１ｂの一方側端子に入力される。
【００２５】
給電増幅器２２ｃの入力端子は、交流電源１０の一方側端子に接続され、給電増幅器２２ｃの出力端子は、給電コンデンサ２１ｃの一方側端子に接続される。そして、給電増幅器２２ｃに入力された交流電圧が増幅されて給電コンデンサ２１ｃの一方側端子に入力される。
【００２６】
続いて、上記構成の非接触給電装置２の作用について図１〜図３を用いて説明する。図３は、原点をＢ点（図１参照）とした場合の移動体３の強磁性体２８の絶対位置を横軸にとり、移動体３（強磁性体２８）の移動に応じて各給電コイル２０ａ，２０ｂ，２０ｃの有効電力を縦軸にとった図である。非接触給電装置２において、移動体３が図１に示されるＢ時点に位置していた場合は、図３に示されるように給電コイル２０ａの有効電力はＰ1であり、給電コイル２０ｂと給電コイル２０ｃの有効電力はＰ0（ほとんど電流が流れていない状態）である。そして、移動体３が矢印Ａ方向（図１参照）に移動して給電コイル２０ａに近接したとき（強磁性体２８と給電コイル２０ａとの間の距離が所定の範囲内となったとき）に、給電コイル２０ａと給電コンデンサ２１ａとが共振回路として機能するため、給電コイル２０ａにおける有効電力は好適に高い電力のＰ2となる。そして、移動体３の長さ（強磁性体２８の長さ）に比べて給電コイル２０ａの長さが長いため、移動体３の強磁性体２８と給電コイル２０ａとの間の距離が所定の範囲内となる間がしばらく続くため、図３に示されるように、給電コイル２０ａにおける有効電力がＰ2の状態が継続する。
【００２７】
その後、移動体３の強磁性体２８と給電コイル２０ａとの間の距離が大きくなると、給電コイル２０ａと給電コンデンサ２１ａとが共振回路として機能しなくなるため、図３に示されるように、両者の距離に応じて給電コイル２０ａにおける有効電力が小さくなっていき、その後、有効電力はＰ0（ほとんど電流が流れていない状態）となる。このとき、移動体３の強磁性体２８と給電コイル２０ａの隣に設けられる給電コイル２０ｂの間の距離が小さくなっているため、図３に示されるように、給電コイル２０ｂの有効電力の値が大きくなっていく。その後、強磁性体２８と給電コイル２０ｂとの間の距離が所定の範囲内となったときに、今度は給電コイル２０ｂと給電コンデンサ２１ｂとが共振回路として機能するので、給電コイル２０ｂにおける有効電力は好適に高い電力のＰ2となる。このとき、給電コイル２０ｃの有効電力はＰ0（ほとんど電流が流れていない状態）である。そして、移動体３の強磁性体２８と給電コイル２０ｂとの間の距離が所定の範囲内の間は、図３に示されるように、給電コイル２０ｂにおける有効電力がＰ2の状態が継続する。
【００２８】
続いて、移動体３の強磁性体２８と給電コイル２０ｂとの間の距離が大きくなると、給電コイル２０ｂと給電コンデンサ２１ｂとが共振回路として機能しなくなるので、図３に示されるように、当該距離に応じて給電コイル２０ｂにおける有効電力が小さくなっていき、その後有効電力はＰ0（ほとんど電流が流れていない状態）となる。このとき、移動体３の強磁性体２８と給電コイル２０ｂの隣に設けられる給電コイル２０ｃの間の距離が小さくなっているため、図３に示されるように、給電コイル２０ｃの有効電力の値が大きくなっていく。その後、強磁性体２８と給電コイル２０ｂとの間の距離が所定の範囲内となったときに、今度は給電コイル２０ｃと給電コンデンサ２１ｃとが共振回路として機能するので、給電コイル２０ｃにおける有効電力は好適に高い電力のＰ2となる。このとき、給電コイル２０ｃの有効電力はＰ0（ほとんど電流が流れていない状態）である。
【００２９】
上記のように、非接触給電装置２によれば、移動体３が走行路８を走行しているときに、給電コイル２０ａに近づいた場合は、給電コイル２０ａの有効電力が好適に高い状態のＰ2となり、その他の給電コイル２０ｂ，２０ｃはほとんど電流が流れない状態となっているため、給電コイル２０ａのみから給電されることとなる。そして、給電コイル２０ｂに近づいた場合は、給電コイル２０ｂの有効電力が好適に高い状態のＰ2となり、その他の給電コイル２０ａ，２０ｃはほとんど電流が流れない状態となっているため、給電コイル２０ｂのみから給電されていることとなる。それから、給電コイル２０ｃに近づいた場合は、給電コイル２０ｃの有効電力が好適に高い状態のＰ2となり、その他の給電コイル２０ａ，２０ｂはほとんど電流が流れない状態となっているため、給電コイル２０ｃのみから給電されていることとなる。
【００３０】
このように、非接触給電装置２によれば、複数の給電ユニット部２５ａ，２５ｂ，２５ｃのうち、移動体３の走行状態（走行路８における絶対位置）に応じて、給電を行うべき給電ユニット部だけが共振回路として機能し、その他の給電ユニット部は共振回路として機能せず、給電コイルにほとんど電流が流れていない状態である。したがって、非接触給電装置２では、特別にスイッチ手段や移動体３についての位置検出センサを用いることなく、移動体３の走行状態に応じて、給電を行うべき給電ユニット部のみを作用させることができる。
【符号の説明】
【００３１】
２ 非接触給電装置、３ 移動体、８ 走行路、１０ 交流電源、２０ａ，２０ｂ，２０ｃ 給電コイル、２１ａ，２１ｂ，２１ｃ 給電コンデンサ、２２ａ，２２ｂ，２２ｃ 給電増幅器、２５ａ，２５ｂ，２５ｃ 給電ユニット部、２８ 強磁性体、３０ 受電コイル、４０ 二次電池。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
共通の交流電源から電力が供給され、強磁性体を有する移動体に対して非接触で給電する複数の給電ユニット部を備える非接触給電装置において、
各給電ユニット部は、
移動体の強磁性体との間の距離に応じてインダクタンスの値が変化する給電コイルと、
移動体の強磁性体が給電コイルに近接したときのみに給電コイルとともに共振回路を形成する給電コンデンサと、
を有し、
複数の給電ユニット部は、
移動体の移動状態に応じて、いずれか１つの給電ユニット部のみが移動体に給電するように、移動体の走行路に沿って所定の間隔で配置されていることを特徴とする非接触給電装置。
【請求項２】
請求項１に記載の非接触給電装置において、
給電コンデンサは、
移動体の強磁性体との間の距離が所定の範囲内となったときに給電コイルとともに共振回路を形成するように、共通の交流電源の周波数と、移動体の強磁性体との間の距離が所定の範囲内となったときの給電コイルのインダクタンスとに基づいて定められる容量値を有することを特徴とする非接触給電装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の非接触給電装置において、
給電コンデンサは、給電コイルに対して直列に接続され、
共通の交流電源は、定電圧源であることを特徴とする非接触給電装置。
【請求項１】
共通の交流電源から電力が供給され、強磁性体を有する移動体に対して非接触で給電する複数の給電ユニット部を備える非接触給電装置において、
各給電ユニット部は、
移動体の強磁性体との間の距離に応じてインダクタンスの値が変化する給電コイルと、
移動体の強磁性体が給電コイルに近接したときのみに給電コイルとともに共振回路を形成する給電コンデンサと、
を有し、
複数の給電ユニット部は、
移動体の移動状態に応じて、いずれか１つの給電ユニット部のみが移動体に給電するように、移動体の走行路に沿って所定の間隔で配置されていることを特徴とする非接触給電装置。
【請求項２】
請求項１に記載の非接触給電装置において、
給電コンデンサは、
移動体の強磁性体との間の距離が所定の範囲内となったときに給電コイルとともに共振回路を形成するように、共通の交流電源の周波数と、移動体の強磁性体との間の距離が所定の範囲内となったときの給電コイルのインダクタンスとに基づいて定められる容量値を有することを特徴とする非接触給電装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の非接触給電装置において、
給電コンデンサは、給電コイルに対して直列に接続され、
共通の交流電源は、定電圧源であることを特徴とする非接触給電装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１１−１７６９４９（Ｐ２０１１−１７６９４９Ａ）
【公開日】平成２３年９月８日（２０１１．９．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−３９４９３（Ｐ２０１０−３９４９３）
【出願日】平成２２年２月２５日（２０１０．２．２５）
【出願人】（０００００３６０９）株式会社豊田中央研究所 (4,200)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月８日（２０１１．９．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月２５日（２０１０．２．２５）
【出願人】（０００００３６０９）株式会社豊田中央研究所 (4,200)
【Ｆターム（参考）】
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