非接触給電装置
【課題】駆動機構が簡単な移動手段を用いても、移動体の停止位置の精度を緩和した状態で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。
【解決手段】給電側設備１０は、第１の共振器１１と、第１の共振器１１に交流を供給する電源部１２とを備え、受電側設備２１は第２の共振器２２と、第２の共振器２２が受電した電力が供給される負荷とを備えている。第１の共振器１１及び第２の共振器２２は、非接触電力伝送を行う状態において、両共振器１１，２２が最も近づいた状態ではなくその状態から予め設定された距離ずれた位置関係において最大効率で電力伝送が行われるように整合調整されている。給電側設備１０は、非接触電力伝送を行う状態において、第１の共振器１１を車両２０の停止位置に対応して最大効率で電力伝送可能な位置に、１軸の駆動機構で移動させる移動手段１３を備えている。
【解決手段】給電側設備１０は、第１の共振器１１と、第１の共振器１１に交流を供給する電源部１２とを備え、受電側設備２１は第２の共振器２２と、第２の共振器２２が受電した電力が供給される負荷とを備えている。第１の共振器１１及び第２の共振器２２は、非接触電力伝送を行う状態において、両共振器１１，２２が最も近づいた状態ではなくその状態から予め設定された距離ずれた位置関係において最大効率で電力伝送が行われるように整合調整されている。給電側設備１０は、非接触電力伝送を行う状態において、第１の共振器１１を車両２０の停止位置に対応して最大効率で電力伝送可能な位置に、１軸の駆動機構で移動させる移動手段１３を備えている。
【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、詳しくは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。
【背景技術】
【０００２】
非接触給電装置として、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バッテリ（二次電池）を充電するための給電装置（充電装置）として、利用の拡大が見込まれている。
【０００３】
非接触給電装置を用いる車両の非接触充電システムは、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充電を効率良く行うためには、給電部と受電部との位置ずれやギャップ長の変化の許容範囲を厳しく制限する必要がある。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、それを強いるシステムは、一般人が利用し難い。
【０００４】
従来、送電装置（給電装置）を、支軸を中心に駆動装置により充電可能位置と待機位置との間を回動させるように構成し、車両が所定の停止位置に停止した状態で、送電装置を待機位置から充電可能位置に回動させて、充電を行うようにした充電システムが提案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１８９７６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１の充電システムは、車両が予め設定された経路を走行し、走行経路に沿った充電場所で停止した状態で送電装置が待機位置から充電可能位置に回動される。したがって、送電装置を目標にして車両を所定の停止位置に停止させるのに比べて、車両を所定の停止位置に精度良く停止させ易くなる。しかし、充電が効率良く行われるためには、車両が所定の停止位置に精度良く停止することが前提になる。
【０００７】
車両の停止位置を検出して、給電装置を充電が効率良く行われ位置に移動させるには、給電装置をＸ，Ｙ方向に移動可能とするか、直線移動と回動との組み合わせで目的位置まで移動させる必要があり、移動のための駆動装置が複雑になる。
【０００８】
本発明は、前記従来の問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、駆動機構に簡単な移動手段を用いても、移動体の停止位置の精度を緩和した状態で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。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記の目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、給電側設備から移動体に搭載された受電側設備に対して前記移動体が停止した状態で非接触給電を行う非接触給電装置である。そして、前記給電側設備は、第１の共振器と、前記第１の共振器に交流を供給する電源部とを備え、前記受電側設備は第２の共振器と、前記第２の共振器が受電した電力が供給される負荷とを備えている。前記第１の共振器及び前記第２の共振器は、前記非接触電力伝送を行う状態において、両共振器が最も近づいた状態ではなくその状態から予め設定された距離ずれた位置関係において最大効率で電力伝送が行われるように整合調整されている。非接触給電装置は、前記非接触電力伝送を行う状態において、前記第１の共振器及び前記第２の共振器のいずれか一方を、前記移動体の停止位置に対応して最大効率で電力伝送可能な位置に、１軸の駆動機構で移動させることが可能な移動手段を備えている。
【００１０】
従来、非接触給電装置においては、一次側のコイルと二次側のコイルとが最も近づいた状態で、最大効率で電力伝送が行われるように一次側と二次側の整合調整を行っていたため、二次側を移動体に搭載した場合、目的の伝送効率で電力伝送を行うためには、移動体の停止位置の精度を厳しくする必要がある。しかし、この発明では、第１の共振器及び第２の共振器は、非接触電力伝送を行う状態において、両共振器が最も近づいた状態ではなくその状態から予め設定された距離ずれた位置関係において最大効率で電力伝送が行われるように整合調整されている。そして、第１の共振器及び第２の共振器のいずれか一方を、移動体の停止位置に対応して移動手段により移動させる。移動させる位置は最大効率で電力伝送可能な位置でなくても、目的とする伝送効率以上で電力伝送が可能な位置であればよい。したがって、駆動機構が簡単な移動手段を用いても、移動体の停止位置の精度を緩和した状態で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。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記移動手段は、前記第１の共振器又は前記第２の共振器を、両共振器のコイルの中心以外の位置にある軸の周囲に公転させる。この発明では、第１の共振器又は第２の共振器が公転することにより目的とする伝送効率以上で電力伝送が可能な位置に移動される。したがって、直線移動の場合に比べて、移動体の停止許容範囲が広くなる。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記移動手段は、前記給電側設備に設けられている。移動手段を受電側設備に設けると、移動体の大型化を招いたり、移動体を構成する他の機器等の設置スペースの自由度が小さくなったりする。また、受電側設備に移動手段を設ける場合は、受電側設備を搭載した移動体全てに設ける必要があるが、給電側設備に設ける場合は給電側設備を利用する移動体の数に拘らず、移動手段の数を１個とすることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、駆動機構が簡単な移動手段を用いても、移動体の停止位置の精度を緩和した状態で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。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】（ａ）は一実施形態の非接触充電システムの模式図、（ｂ）は一次コイルと二次コイルとの位置関係を示す模式平面図。
【図２】第１の共振器と第２の共振器との関係を示す概略図。
【図３】（ａ），（ｂ）は作用を説明するための概略図。
【図４】（ａ），（ｂ）は作用を説明するための模式図。
【図５】（ａ），（ｂ）は車両の停止位置ずれ範囲を前後左右方向の四角の領域とした場合の、第１の共振器の公転中心の位置を示す模式図。
【図６】（ａ），（ｂ）は車両の停止位置ずれ範囲を前後左右方向の四角の領域とした場合で、左右方向が長い場合の、第１の共振器の公転中心の位置を示す模式図。
【図７】（ａ），（ｂ）は車両の停止位置ずれ範囲を前後左右方向の四角の領域とした場合で、左右方向が長い場合の、第１の共振器の公転中心の位置を示す模式図。
【図８】（ａ），（ｂ）は車両の停止位置ずれ範囲を前後左右方向の四角の領域とした場合で、左右方向が長い場合の、第１の共振器の公転中心の位置を示す模式図。
【図９】別の実施形態の模式図。
【図１０】（ａ）は別の実施形態の模式図、（ｂ）は第１の共振器と第２の共振器との関係を示す模式図。
【図１１】別の実施形態の模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明を車載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一実施形態を図１〜図４にしたがって説明する。図１（ａ）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、地上側に設けられる給電側設備１０と、移動体としての車両２０に搭載された受電側設備２１とで構成されている。
【００１６】
給電側設備１０は、第１の共振器１１と、第１の共振器１１に交流を供給する電源部１２と、第１の共振器１１を移動させる移動手段１３と、電源側コントローラ１４とを備えている。第１の共振器１１は、一次側コイル１５と、一次側コイル１５に接続されたコンデンサＣ１と、磁性体コア１６とを備えている。一次側コイル１５は磁性体コア１６に複数回巻回されて多層巻のコイルを形成している。磁性体コア１６はその両端が一次側コイル１５の両端から突出する長さに形成されている。
【００１７】
電源部１２は、電源側コントローラ１４からの指令により第１の共振器１１に所定周波数の交流を出力する。移動手段１３は、非接触電力伝送を行う状態において、第１の共振器１１を車両２０の停止位置に対応して最大効率で電力伝送可能な位置に移動させる。
【００１８】
移動手段１３は、モータ１７と、モータ１７により回動される支持アーム１８とを備え、支持アーム１８の一端に磁性体コア１６を非磁性体製の部材を介して支持している。即ち、移動手段１３は、第１の共振器１１を車両２０の停止位置に対応して最大効率で電力伝送可能な位置に、１軸の駆動機構で移動させる。モータ１７は、電源側コントローラ１４からの指令により、第１の共振器１１のコイル即ち一次側コイル１５の中心以外の位置にある軸、この実施形態ではモータ１７の出力軸１７ａの周囲に公転させる。
【００１９】
受電側設備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。受電側設備２１は、第２の共振器２２と、整流器２３と、充電器２４と、充電器２４に接続されたバッテリ（二次電池）２５と、車両側コントローラ２６とを備えている。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で整流された直流をバッテリ２５に充電するのに適した電圧に変換するＤＣ／ＤＣコンバータ（図示せず）を備えている。車両側コントローラ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。電源側コントローラ１４と、車両側コントローラ２６とは図示しない無線通信装置を介して通信できるようになっている。
【００２０】
第２の共振器２２は、二次側コイル２７と、二次側コイル２７に接続されたコンデンサＣ２と、磁性体コア２８とを備えている。二次側コイル２７は磁性体コア２８に複数回巻回されて多層巻のコイルを形成している。磁性体コア２８はその両端が二次側コイル２７の両端から突出する長さに形成されている。
【００２１】
図１（ａ），（ｂ）に示すように、第１の共振器１１及び第２の共振器２２は、一次側コイル１５及び磁性体コア１６の中心軸と、二次側コイル２７及び磁性体コア２８の中心軸とが上下方向に延びるとともに、同じ高さとなるように設けられている。
【００２２】
第１の共振器１１及び第２の共振器２２は、非接触電力伝送を行う状態において、両共振器が最も近づいた状態ではなくその状態から予め設定された距離ずれた位置関係において最大効率で電力伝送が行われるように整合調整されている。予め設定された距離は、例えば、給電側設備１０が設けられる箇所と車両２０の停止位置スペース、第１の共振器１１及び第２の共振器２２の能力、大きさ、目的とする伝送効率等を考慮して設定される。そして、電源側コントローラ１４は、非接触電力伝送を行う状態、即ち車両２０が充電位置に停止して、車両側コントローラ２６から充電要求信号を受信すると、移動手段１３により第１の共振器１１を車両２０の停止位置に対応して最大効率で電力伝送可能な位置に移動させる。
【００２３】
電源側コントローラ１４は、第１の共振器１１が最大効率で電力伝送可能な位置に移動したか否かの判断を、反射電力や力率に基づいて行うようになっている。この実施形態では、電源部１２は、一次側コイル１５からの反射電力を検出する図示しない反射電力検出手段を備えている。電源側コントローラ１４は、反射電力検出手段を介して反射電力をモニタ可能になっており、第１の共振器１１を給電位置へ移動させる際、反射電力が最小となる位置に第１の共振器１１を移動させる。
【００２４】
次に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。
運転者はバッテリ２５の充電が必要と判断した場合は、車両２０を給電側設備１０の所定位置にバックで停止させる。そして、電源側コントローラ１４に図示しない通信装置を用いて充電要求（給電要求）を通信（報知）する。
【００２５】
電源側コントローラ１４は、車両２０から充電要求を受信すると、非接触電力伝送を開始する前に、モータ１７に駆動指令を出力して、第１の共振器１１を予め設定された伝送効率以上の効率で電力伝送が可能な位置まで移動させる。電源側コントローラ１４は、電源部１２の反射電力検出手段をモニタして、反射電力が最小となる位置に第１の共振器１１を移動させる。
【００２６】
そして、第１の共振器１１が電力伝送に適した位置に移動された状態で、電源側コントローラ１４は電源部１２に、第１の共振器１１に対して所定周波数の交流を出力するように指令を行い、電源部１２から一次側コイル１５に所定周波数の交流が出力される。一次側コイル１５に交流が供給されると、一次側コイル１５に流れる電流によって生じた磁界により磁性体コア１６が磁化されてその両端に磁極が生じる。一次側コイル１５に流れる電流の方向によって、磁性体コア１６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３（ａ）に示すように、磁性体コア１６の下端にＮ極が、上端にＳ極が生じる状態と、図３（ｂ）に示すように、磁性体コア１６の上端にＮ極が、下端にＳ極が生じる状態とが繰り返される。また、磁性体コア１６の下端にＮ極が、上端にＳ極が生じる状態では、磁性体コア２８の下端にＳ極が、上端にＮ極が生じ、磁性体コア１６の上端にＮ極が、下端にＳ極が生じる状態では、磁性体コア２８の上端にＳ極が生じ、下端にＮ極が生じる状態となる。そして、共振サイクルで図３（ａ）の状態と図３（ｂ）の状態とが繰り返され、受電側設備２１の二次側コイル２７に非接触で電力伝送が行われる。二次側コイル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、充電器２４でバッテリ２５の充電に適した電圧に昇圧されてバッテリ２５に供給されてバッテリ２５が充電される。
【００２７】
磁性体コア１６が存在する状態では、一次側コイル１５の巻き数や一次側コイル１５が巻回されている部分の磁性体コア１６の長さに拘らず、磁極は磁性体コア１６の両端に生じ、理想的には磁性体コア１６の中間部には磁極は生じない。また、磁性体コア２８においても磁極は磁性体コア２８の端部に生じ、中間部には生じない。そして、磁性体コア１６と磁性体コア２８の磁極同士の磁気的結合で電力伝送が行われる。
【００２８】
車両側コントローラ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により充電完了を判断し、充電が完了すると、電源側コントローラ１４に充電完了信号を送信する。電源側コントローラ１４は、充電完了信号を受信すると電力伝送を終了する。なお、満充電になる前に、運転者が充電終了を要求した場合も、電源側コントローラ１４に給電終了要求が送信され、電源側コントローラ１４は電力伝送を終了する。
【００２９】
非接触電力伝送を共振で行う従来技術では、第１の共振器１１及び第２の共振器２２が最も近づいた状態で、即ち図２において磁性体コア１６と磁性体コア２８との中心軸間の距離Ｌが最小の状態で、電力伝送が最大効率となるように第１の共振器１１と第２の共振器２２との整合調整を行い、その状態を基準にしてずれの許容範囲を設定する。そのため、車両２０の停止位置のずれの許容範囲が狭くなる。
【００３０】
これに対して、この実施形態では、第１の共振器１１及び第２の共振器２２が最も近づいた状態ではなくその状態から予め設定された距離ずれた位置関係において最大効率で電力伝送が行われるように整合調整されている。そのため、車両２０の停止位置のずれの許容範囲を広くすることができる。詳述すると、図４（ａ）において、第１の共振器１１の一次側コイル１５及び磁性体コア１６の中心は、出力軸１７ａを中心とした二点鎖線で示す円４０の円周上を移動可能である。そして、太い破線で示す半径ｒの円４１の円周上に第２の共振器２２の二次側コイル２７及び磁性体コア２８の中心が位置する状態、例えば、図４（ｂ）に示す状態、即ち磁性体コア１６と磁性体コア２８との距離ｄが円４１の半径ｒと同じ状態で、電力伝送が最大効率となる状態になる。そのため、破線で示す円４２内に二次側コイル２７及び磁性体コア２８の中心が位置する状態であれば、どの位置であってもモータ１７の駆動により一次側コイル１５及び磁性体コア１６を電力伝送が最大効率となる状態に移動させることができる。図４（ｂ）は図４（ａ）の状態で車両２０が停止した場合に、一次側コイル１５及び磁性体コア１６が、電力伝送が最大効率となる位置に移動した状態を示し、一次側コイル１５及び磁性体コア１６は矢印４５で示す経路で、電力伝送位置まで移動する。
【００３１】
この実施形態によれば、以下に示す効果を得ることができる。
（１）非接触給電装置としての非接触充電システムは、給電側設備１０から車両２０に搭載された受電側設備２１に対して車両２０が停止した状態で非接触給電を行う。給電側設備１０は、第１の共振器１１と、第１の共振器１１に交流を供給する電源部１２とを備え、受電側設備２１は第２の共振器２２と、第２の共振器２２が受電した電力が供給される負荷とを備えている。第１の共振器１１及び第２の共振器２２は、非接触電力伝送を行う状態において、両共振器１１，２２が最も近づいた状態ではなくその状態から予め設定された距離ずれた位置関係において最大効率で電力伝送が行われるように整合調整されている。給電側設備１０は、非接触電力伝送を行う状態において、第１の共振器１１を車両２０の停止位置に対応して最大効率で電力伝送可能な位置に、１軸の駆動機構で移動させる移動手段１３を備えている。したがって、駆動機構が簡単な移動手段を用いても、車両２０の停止位置の精度を緩和した状態で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。
【００３２】
（２）移動手段１３は、第１の共振器１１を第１の共振器１１及び第２の共振器２２のコイルの中心以外の位置にある軸の周囲に公転させる。したがって、第１の共振器１１を目的とする伝送効率以上で電力伝送が可能な位置に直線移動で移動される場合に比べて、車両２０の停止許容範囲が広くなる。
【００３３】
（３）移動手段１３は、給電側設備１０に設けられている。移動手段１３を受電側設備２１に設けると、車両２０の大型化を招いたり、車両２０を構成する他の機器等の設置スペースの自由度が小さくなったりする。また、受電側設備２１に移動手段１３を設ける場合は、受電側設備２１を搭載した車両２０全てに設ける必要があるが、給電側設備１０に設ける場合は給電側設備１０を利用する車両２０の数に拘らず、移動手段１３の数を１個とすることができる。
【００３４】
（４）第１の共振器１１及び第２の共振器２２はそれぞれ磁性体コア１６，２８を備えている。したがって、磁性体コア１６，２８を備えていない場合に比べて、強い磁界が発生し、安定して電力伝送を行うことができる。
【００３５】
（５）受電側設備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を備えている。バッテリ２５を充電するために受電側設備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運転者にとって難しい。しかし、受電側設備２１は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いため、運転者の車両停止操作の負担が少なくなる。
【００３６】
（６）受電側設備２１は車両２０の後部に搭載されている。したがって、受電側設備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場合に比べて、搭載スペースの確保が容易になるとともに、充電のための所定停止位置に車両２０を停止させる際に停止操作が容易になる。また、給電側設備１０の設置も簡単になる。
【００３７】
実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
○ 第１の共振器１１の磁性体コア１６と第２の共振器２２の磁性体コア２８との位置ずれ許容範囲は円とは限らず、図５（ａ），（ｂ）に示すように四角形としてもよい。図５（ａ），（ｂ）は、出力軸１７ａが四角形の位置ずれ許容範囲Ａ１の中心に位置する状態の場合を示している。この場合は、円４１の半径ｒが円４０の外周と許容範囲Ａ１の角との最短距離以上であれば、磁性体コア２８が許容範囲Ａ１どの位置に存在しても、磁性体コア１６を電力伝送が最大効率となる位置に移動させることができる。図５（ｂ）は図５（ａ）の状態で車両２０が停止した場合に、一次側コイル１５及び磁性体コア１６が、電力伝送が最大効率となる位置に矢印４５の経路で移動した状態を示している。
【００３８】
○ 図６（ａ），（ｂ）は、車輪止めを用いて車両２０の前後方向への位置ずれが小さく、左右方向へのずれが大きな場合に対応して、位置ずれ許容範囲Ａ２を車両２０の左右方向に長い四角形の領域とした場合の一形態を示している。なお、図６（ａ），（ｂ）において上下方向が車両２０の左右方向となる。この実施形態においても、出力軸１７ａは四角形の位置ずれ許容範囲Ａ２の中心に位置する状態に配置されている。この場合も、円４１の半径ｒが円４０の外周と許容範囲Ａ２の角との最短距離以上であれば、磁性体コア２８が許容範囲Ａ２どの位置に存在しても、磁性体コア１６を電力伝送が最大効率となる位置に移動させることができる。図６（ｂ）は図６（ａ）の状態で車両２０が停止した場合に、一次側コイル１５及び磁性体コア１６が、電力伝送が最大効率となる位置に矢印４５の経路で移動した状態を示している。
【００３９】
○ 図７（ａ），（ｂ）は、車輪止めを用いて車両２０の前後方向への位置ずれが小さく、左右方向へのずれが大きな場合に対応して、位置ずれ許容範囲Ａ２を車両２０の左右方向に長い四角形の領域とした場合の変更例を示している。なお、図７（ａ），（ｂ）において上下方向が車両２０の左右方向となる。この実施形態においては、出力軸１７ａは四角形の位置ずれ許容範囲Ａ２の中心ではなく、中心より前方寄り（図７（ａ），（ｂ）の左寄り）に位置する状態に配置されている。図７（ｂ）は図７（ａ）の状態で車両２０が停止した場合に、一次側コイル１５及び磁性体コア１６が、電力伝送が最大効率となる位置に矢印４５の経路で移動した状態を示している。
【００４０】
○ 図８（ａ），（ｂ）は、出力軸１７ａの位置が、図７（ａ），（ｂ）の場合より四角形の位置ずれ許容範囲Ａ２の中心よりさらに前方寄り（図８（ａ），（ｂ）の左寄り）に位置する状態に配置されている変更例を示す。図８（ｂ）は図８（ａ）の状態で車両２０が停止した場合に、一次側コイル１５及び磁性体コア１６が、電力伝送が最大効率となる位置に矢印４５の経路で移動した状態を示している。この場合は、図７（ａ），（ｂ）に示す場合に比べて、一次側コイル１５及び磁性体コア１６の移動量を少なくすることができる。
【００４１】
○ 図９に示すように、受電側設備２１を第２の共振器２２の二次側コイル２７及び磁性体コア２８の中心軸が車両２０の前後方向に延びる状態で車両２０に搭載してもよい。この場合、給電側設備１０の第１の共振器１１は、地上に形成された穴３１の中に配設される。モータ１７は出力軸１７ａが充電位置に停止した車両２０の前後方向と平行に延びる状態で設置されおり、一次側コイル１５及び磁性体コア１６は二次側コイル２７及び磁性体コア２８と平行な状態で待機位置と給電位置とに移動される。なお、穴３１の開口は車両２０の移動に支障がないように図示しないカバーで覆われている。
【００４２】
○ 非接触充電システムは、非接触電力伝送を行う状態において、第１の共振器１１及び第２の共振器２２のいずれか一方を、移動体（車両２０）の停止位置に対応して最大効率で電力伝送可能な位置に、１軸の駆動機構で移動させることが可能な移動手段を備えていればよい。また、１軸の駆動機構で移動させることが可能な移動手段は、軸の回動のみで移動させる構成に限らず、直線移動のみで移動させることが可能な構成であってもよい。例えば、図１０（ａ）に示すように、受電側設備２１を第２の共振器２２の二次側コイル２７及び磁性体コア２８の中心軸が車両２０の前後方向に延びる状態で車両２０に搭載し、二次側コイル２７及び磁性体コア２８が前後方向に延びる状態を維持した状態で車両２０の左右方向（車幅方向）に水平に移動可能に構成してもよい。磁性体コア２８は図示しない駆動機構により車幅方向に直線移動可能な支持体１９に、非磁性体製の部材１９ａを介して支持されている。駆動機構としては、例えば、シリンダやボールねじ機構が使用される。この場合、第１の共振器１１の磁性体コア１６と第２の共振器２２の磁性体コア２８との関係を示すと、車両２０が充電位置に停止した状態では、磁性体コア２８が直線移動する経路は、図１０（ｂ）に示すように、一次側コイル１５及び磁性体コア１６の中心を中心とした半径ｒの円４１の円周と交差する状態になる。そして、磁性体コア２８の中心が円４１の円周上に位置する状態では、電力伝送が最大効率となる状態になる。
【００４３】
○ 受電側設備２１の車両２０に対する搭載位置は車両２０の後部に限らず、例えば、車両２０の前部や中間部に搭載してもよい。前部に搭載する場合は、後部に搭載する場合と同様に搭載されるが、中間部に搭載する場合は、例えば、図１１に示すように、第２の共振器２２は、二次側コイル２７及び磁性体コア２８の中心軸が地上面に対して平行にかつ車幅方向に延びるように搭載される。また、給電側設備１０の第１の共振器１１は、地上に形成された穴３１の中に配設される。モータ１７は出力軸１７ａが充電位置に停止した車両２０の車幅方向と平行に延びる状態で設置されおり、一次側コイル１５及び磁性体コア１６は二次側コイル２７及び磁性体コア２８と平行な状態で待機位置と給電位置とに移動される。また、図１１に示す実施形態では、二次側コイル２７は充電器２４接続され、充電器２４は整流器を内蔵している。
【００４４】
○ 受電側設備２１を第２の共振器２２の二次側コイル２７及び磁性体コア２８の中心軸が車両２０の前後方向に延びる状態で車両２０に搭載する場合においても、第２の共振器２２を車両２０の中間部に配置してもよい。また、給電側設備１０の第１の共振器１１の一次側コイル１５及び磁性体コア１６の中心軸を、給電側設備１０の所定位置に停止した車両２０の中間部と対応する位置で車両２０の前後方向に延びる状態に配置してもよい。
【００４５】
○ 第２の共振器２２を車両２０の側部に設けてもよい。
○ 一次側コイル１５及び二次側コイル２７は複層巻に限らず単層巻であってもよい。
○ 磁性体コア１６，２８は一次側コイル１５あるいは二次側コイル２７を貫通する長さを有する必要は無く、一次側コイル１５及び二次側コイル２７の長さ以下の長さであってもよい。
【００４６】
○ 第１の共振器１１及び第２の共振器２２として、一次側コイル１５に接続されたコンデンサＣ１や二次側コイル２７に接続されたコンデンサＣ２に代えて、一次側コイル１５や二次側コイル２７の寄生容量をコンデンサの代用としてもよい。
【００４７】
○ 非接触電力伝送を行うときに、第１の共振器１１の一次側コイル１５及び磁性体コア１６の中心軸と、第２の共振器２２の二次側コイル２７及び磁性体コア２８の中心軸とが互いに平行に配置される構成に限らず、平行状態から多少ずれていてもよい。
【００４８】
○ 磁性体コア１６及び磁性体コア２８を省略してもよい。しかし、磁性体コア１６及び磁性体コア２８が存在する方が好ましい。
○ 給電側設備１０及び受電側設備２１は、一次側コイル１５及び磁性体コア１６の中心と、二次側コイル２７及び磁性体コア２８の中心とが同じ高さでなくてもよい。
【００４９】
○ 受電側設備２１を車両２０の後部に搭載する場合、搭載位置はナンバープレートの下でなく上側にしてもよい。
○ 電源側コントローラ１４は、反射電力検出手段を介して反射電力をモニタして、第１の共振器１１を給電位置へ移動させる際、反射電力が最小となる位置ではなく、反射電力が予め設定された閾値以下になる位置に第１の共振器１１を移動させるようにしてもよい。
【００５０】
○ 車両２０は運転者を必要とする車両に限らず、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の充電に使用するものに限らず、バッテリを備えた移動体、例えば、自走式のロボットであってもよい。
【００５１】
○ バッテリ２５への充電位置が屋内の場合、給電側設備１０の第１の共振器１１等を充電時における移動体の停止位置の上方、例えば天井に設けてもよい。
○ 充電器２４を設けずに、二次側コイル２７から出力される交流電流を整流器２３で整流した後、バッテリ２５に直接充電するようにしてもよい。
【００５２】
○ 電源部１２は、交流出力の周波数が変更可能でも変更不能でもよい。
○ 非接触電力伝送を行う状態において、第１の共振器１１及び第２の共振器２２のいずれか一方を、移動体の停止位置に対応して最大効率で電力伝送可能な位置に、１軸の駆動機構で移動させることが可能な移動手段１３を用いて移動させる代わりに、最大効率より多少効率が悪い位置、例えば、最大効率の９０％以上となる位置に移動させてもよい。
【００５３】
○ 移動体（例えば車両２０）が、ある閾値以上の効率が得られない場所に停車した場合でも、第１の共振器１１及び第２の共振器２２のいずれか一方を駆動機構で移動させて、閾値以上の効率が得られるようにしてもよい。
【００５４】
○ 図１（ａ），（ｂ）に示す構成のように、第１の共振器１１及び第２の共振器２２が、一次側コイル１５及び磁性体コア１６の中心軸と、二次側コイル２７及び磁性体コア２８の中心軸とが上下方向に延びる構成において、受電側設備２１に移動手段１３を設けて、第２の共振器２２を移動させる構成にしてもよい。
【００５５】
○ 図１０（ａ）に示す構成のように、第２の共振器２２の二次側コイル２７及び磁性体コア２８の中心軸が車両２０の前後方向に延びる状態を維持した状態で車両２０の左右方向に水平に移動可能とする代わりに、第１の共振器１１の一次側コイル１５及び磁性体コア１６を車両２０の左右方向に水平に移動可能に構成してもよい。
【００５６】
以下の技術的思想（発明）は前記実施形態から把握できる。
（１）請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の発明において、前記第１の共振器及び前記第２の共振器は、コイルと、前記コイルに接続されたコンデンサと、磁性体コアとを備えている。
【００５７】
（２）請求項１〜請求項３及び前記技術的思想（１）のいずれか１項に記載の発明において、前記移動体は車両である。
（３）前記技術的思想（２）に記載の発明において、前記車両は前記負荷として整流器及びバッテリを備えている。
【００５８】
（４）前記技術的思想（２）又は（３）に記載の発明において、前記移動手段は、前記第２の共振器を直線移動させる。
【符号の説明】
【００５９】
ｄ，Ｌ…距離、１０…給電側設備、１１…第１の共振器、１２…電源部、１３…移動手段、２１…受電側設備、２２…第２の共振器。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非接触給電装置に係り、詳しくは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。
【背景技術】
【０００２】
非接触給電装置として、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バッテリ（二次電池）を充電するための給電装置（充電装置）として、利用の拡大が見込まれている。
【０００３】
非接触給電装置を用いる車両の非接触充電システムは、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充電を効率良く行うためには、給電部と受電部との位置ずれやギャップ長の変化の許容範囲を厳しく制限する必要がある。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、それを強いるシステムは、一般人が利用し難い。
【０００４】
従来、送電装置（給電装置）を、支軸を中心に駆動装置により充電可能位置と待機位置との間を回動させるように構成し、車両が所定の停止位置に停止した状態で、送電装置を待機位置から充電可能位置に回動させて、充電を行うようにした充電システムが提案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１８９７６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１の充電システムは、車両が予め設定された経路を走行し、走行経路に沿った充電場所で停止した状態で送電装置が待機位置から充電可能位置に回動される。したがって、送電装置を目標にして車両を所定の停止位置に停止させるのに比べて、車両を所定の停止位置に精度良く停止させ易くなる。しかし、充電が効率良く行われるためには、車両が所定の停止位置に精度良く停止することが前提になる。
【０００７】
車両の停止位置を検出して、給電装置を充電が効率良く行われ位置に移動させるには、給電装置をＸ，Ｙ方向に移動可能とするか、直線移動と回動との組み合わせで目的位置まで移動させる必要があり、移動のための駆動装置が複雑になる。
【０００８】
本発明は、前記従来の問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、駆動機構に簡単な移動手段を用いても、移動体の停止位置の精度を緩和した状態で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。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記の目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、給電側設備から移動体に搭載された受電側設備に対して前記移動体が停止した状態で非接触給電を行う非接触給電装置である。そして、前記給電側設備は、第１の共振器と、前記第１の共振器に交流を供給する電源部とを備え、前記受電側設備は第２の共振器と、前記第２の共振器が受電した電力が供給される負荷とを備えている。前記第１の共振器及び前記第２の共振器は、前記非接触電力伝送を行う状態において、両共振器が最も近づいた状態ではなくその状態から予め設定された距離ずれた位置関係において最大効率で電力伝送が行われるように整合調整されている。非接触給電装置は、前記非接触電力伝送を行う状態において、前記第１の共振器及び前記第２の共振器のいずれか一方を、前記移動体の停止位置に対応して最大効率で電力伝送可能な位置に、１軸の駆動機構で移動させることが可能な移動手段を備えている。
【００１０】
従来、非接触給電装置においては、一次側のコイルと二次側のコイルとが最も近づいた状態で、最大効率で電力伝送が行われるように一次側と二次側の整合調整を行っていたため、二次側を移動体に搭載した場合、目的の伝送効率で電力伝送を行うためには、移動体の停止位置の精度を厳しくする必要がある。しかし、この発明では、第１の共振器及び第２の共振器は、非接触電力伝送を行う状態において、両共振器が最も近づいた状態ではなくその状態から予め設定された距離ずれた位置関係において最大効率で電力伝送が行われるように整合調整されている。そして、第１の共振器及び第２の共振器のいずれか一方を、移動体の停止位置に対応して移動手段により移動させる。移動させる位置は最大効率で電力伝送可能な位置でなくても、目的とする伝送効率以上で電力伝送が可能な位置であればよい。したがって、駆動機構が簡単な移動手段を用いても、移動体の停止位置の精度を緩和した状態で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。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記移動手段は、前記第１の共振器又は前記第２の共振器を、両共振器のコイルの中心以外の位置にある軸の周囲に公転させる。この発明では、第１の共振器又は第２の共振器が公転することにより目的とする伝送効率以上で電力伝送が可能な位置に移動される。したがって、直線移動の場合に比べて、移動体の停止許容範囲が広くなる。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記移動手段は、前記給電側設備に設けられている。移動手段を受電側設備に設けると、移動体の大型化を招いたり、移動体を構成する他の機器等の設置スペースの自由度が小さくなったりする。また、受電側設備に移動手段を設ける場合は、受電側設備を搭載した移動体全てに設ける必要があるが、給電側設備に設ける場合は給電側設備を利用する移動体の数に拘らず、移動手段の数を１個とすることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、駆動機構が簡単な移動手段を用いても、移動体の停止位置の精度を緩和した状態で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。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】（ａ）は一実施形態の非接触充電システムの模式図、（ｂ）は一次コイルと二次コイルとの位置関係を示す模式平面図。
【図２】第１の共振器と第２の共振器との関係を示す概略図。
【図３】（ａ），（ｂ）は作用を説明するための概略図。
【図４】（ａ），（ｂ）は作用を説明するための模式図。
【図５】（ａ），（ｂ）は車両の停止位置ずれ範囲を前後左右方向の四角の領域とした場合の、第１の共振器の公転中心の位置を示す模式図。
【図６】（ａ），（ｂ）は車両の停止位置ずれ範囲を前後左右方向の四角の領域とした場合で、左右方向が長い場合の、第１の共振器の公転中心の位置を示す模式図。
【図７】（ａ），（ｂ）は車両の停止位置ずれ範囲を前後左右方向の四角の領域とした場合で、左右方向が長い場合の、第１の共振器の公転中心の位置を示す模式図。
【図８】（ａ），（ｂ）は車両の停止位置ずれ範囲を前後左右方向の四角の領域とした場合で、左右方向が長い場合の、第１の共振器の公転中心の位置を示す模式図。
【図９】別の実施形態の模式図。
【図１０】（ａ）は別の実施形態の模式図、（ｂ）は第１の共振器と第２の共振器との関係を示す模式図。
【図１１】別の実施形態の模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明を車載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一実施形態を図１〜図４にしたがって説明する。図１（ａ）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、地上側に設けられる給電側設備１０と、移動体としての車両２０に搭載された受電側設備２１とで構成されている。
【００１６】
給電側設備１０は、第１の共振器１１と、第１の共振器１１に交流を供給する電源部１２と、第１の共振器１１を移動させる移動手段１３と、電源側コントローラ１４とを備えている。第１の共振器１１は、一次側コイル１５と、一次側コイル１５に接続されたコンデンサＣ１と、磁性体コア１６とを備えている。一次側コイル１５は磁性体コア１６に複数回巻回されて多層巻のコイルを形成している。磁性体コア１６はその両端が一次側コイル１５の両端から突出する長さに形成されている。
【００１７】
電源部１２は、電源側コントローラ１４からの指令により第１の共振器１１に所定周波数の交流を出力する。移動手段１３は、非接触電力伝送を行う状態において、第１の共振器１１を車両２０の停止位置に対応して最大効率で電力伝送可能な位置に移動させる。
【００１８】
移動手段１３は、モータ１７と、モータ１７により回動される支持アーム１８とを備え、支持アーム１８の一端に磁性体コア１６を非磁性体製の部材を介して支持している。即ち、移動手段１３は、第１の共振器１１を車両２０の停止位置に対応して最大効率で電力伝送可能な位置に、１軸の駆動機構で移動させる。モータ１７は、電源側コントローラ１４からの指令により、第１の共振器１１のコイル即ち一次側コイル１５の中心以外の位置にある軸、この実施形態ではモータ１７の出力軸１７ａの周囲に公転させる。
【００１９】
受電側設備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。受電側設備２１は、第２の共振器２２と、整流器２３と、充電器２４と、充電器２４に接続されたバッテリ（二次電池）２５と、車両側コントローラ２６とを備えている。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で整流された直流をバッテリ２５に充電するのに適した電圧に変換するＤＣ／ＤＣコンバータ（図示せず）を備えている。車両側コントローラ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。電源側コントローラ１４と、車両側コントローラ２６とは図示しない無線通信装置を介して通信できるようになっている。
【００２０】
第２の共振器２２は、二次側コイル２７と、二次側コイル２７に接続されたコンデンサＣ２と、磁性体コア２８とを備えている。二次側コイル２７は磁性体コア２８に複数回巻回されて多層巻のコイルを形成している。磁性体コア２８はその両端が二次側コイル２７の両端から突出する長さに形成されている。
【００２１】
図１（ａ），（ｂ）に示すように、第１の共振器１１及び第２の共振器２２は、一次側コイル１５及び磁性体コア１６の中心軸と、二次側コイル２７及び磁性体コア２８の中心軸とが上下方向に延びるとともに、同じ高さとなるように設けられている。
【００２２】
第１の共振器１１及び第２の共振器２２は、非接触電力伝送を行う状態において、両共振器が最も近づいた状態ではなくその状態から予め設定された距離ずれた位置関係において最大効率で電力伝送が行われるように整合調整されている。予め設定された距離は、例えば、給電側設備１０が設けられる箇所と車両２０の停止位置スペース、第１の共振器１１及び第２の共振器２２の能力、大きさ、目的とする伝送効率等を考慮して設定される。そして、電源側コントローラ１４は、非接触電力伝送を行う状態、即ち車両２０が充電位置に停止して、車両側コントローラ２６から充電要求信号を受信すると、移動手段１３により第１の共振器１１を車両２０の停止位置に対応して最大効率で電力伝送可能な位置に移動させる。
【００２３】
電源側コントローラ１４は、第１の共振器１１が最大効率で電力伝送可能な位置に移動したか否かの判断を、反射電力や力率に基づいて行うようになっている。この実施形態では、電源部１２は、一次側コイル１５からの反射電力を検出する図示しない反射電力検出手段を備えている。電源側コントローラ１４は、反射電力検出手段を介して反射電力をモニタ可能になっており、第１の共振器１１を給電位置へ移動させる際、反射電力が最小となる位置に第１の共振器１１を移動させる。
【００２４】
次に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。
運転者はバッテリ２５の充電が必要と判断した場合は、車両２０を給電側設備１０の所定位置にバックで停止させる。そして、電源側コントローラ１４に図示しない通信装置を用いて充電要求（給電要求）を通信（報知）する。
【００２５】
電源側コントローラ１４は、車両２０から充電要求を受信すると、非接触電力伝送を開始する前に、モータ１７に駆動指令を出力して、第１の共振器１１を予め設定された伝送効率以上の効率で電力伝送が可能な位置まで移動させる。電源側コントローラ１４は、電源部１２の反射電力検出手段をモニタして、反射電力が最小となる位置に第１の共振器１１を移動させる。
【００２６】
そして、第１の共振器１１が電力伝送に適した位置に移動された状態で、電源側コントローラ１４は電源部１２に、第１の共振器１１に対して所定周波数の交流を出力するように指令を行い、電源部１２から一次側コイル１５に所定周波数の交流が出力される。一次側コイル１５に交流が供給されると、一次側コイル１５に流れる電流によって生じた磁界により磁性体コア１６が磁化されてその両端に磁極が生じる。一次側コイル１５に流れる電流の方向によって、磁性体コア１６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３（ａ）に示すように、磁性体コア１６の下端にＮ極が、上端にＳ極が生じる状態と、図３（ｂ）に示すように、磁性体コア１６の上端にＮ極が、下端にＳ極が生じる状態とが繰り返される。また、磁性体コア１６の下端にＮ極が、上端にＳ極が生じる状態では、磁性体コア２８の下端にＳ極が、上端にＮ極が生じ、磁性体コア１６の上端にＮ極が、下端にＳ極が生じる状態では、磁性体コア２８の上端にＳ極が生じ、下端にＮ極が生じる状態となる。そして、共振サイクルで図３（ａ）の状態と図３（ｂ）の状態とが繰り返され、受電側設備２１の二次側コイル２７に非接触で電力伝送が行われる。二次側コイル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、充電器２４でバッテリ２５の充電に適した電圧に昇圧されてバッテリ２５に供給されてバッテリ２５が充電される。
【００２７】
磁性体コア１６が存在する状態では、一次側コイル１５の巻き数や一次側コイル１５が巻回されている部分の磁性体コア１６の長さに拘らず、磁極は磁性体コア１６の両端に生じ、理想的には磁性体コア１６の中間部には磁極は生じない。また、磁性体コア２８においても磁極は磁性体コア２８の端部に生じ、中間部には生じない。そして、磁性体コア１６と磁性体コア２８の磁極同士の磁気的結合で電力伝送が行われる。
【００２８】
車両側コントローラ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により充電完了を判断し、充電が完了すると、電源側コントローラ１４に充電完了信号を送信する。電源側コントローラ１４は、充電完了信号を受信すると電力伝送を終了する。なお、満充電になる前に、運転者が充電終了を要求した場合も、電源側コントローラ１４に給電終了要求が送信され、電源側コントローラ１４は電力伝送を終了する。
【００２９】
非接触電力伝送を共振で行う従来技術では、第１の共振器１１及び第２の共振器２２が最も近づいた状態で、即ち図２において磁性体コア１６と磁性体コア２８との中心軸間の距離Ｌが最小の状態で、電力伝送が最大効率となるように第１の共振器１１と第２の共振器２２との整合調整を行い、その状態を基準にしてずれの許容範囲を設定する。そのため、車両２０の停止位置のずれの許容範囲が狭くなる。
【００３０】
これに対して、この実施形態では、第１の共振器１１及び第２の共振器２２が最も近づいた状態ではなくその状態から予め設定された距離ずれた位置関係において最大効率で電力伝送が行われるように整合調整されている。そのため、車両２０の停止位置のずれの許容範囲を広くすることができる。詳述すると、図４（ａ）において、第１の共振器１１の一次側コイル１５及び磁性体コア１６の中心は、出力軸１７ａを中心とした二点鎖線で示す円４０の円周上を移動可能である。そして、太い破線で示す半径ｒの円４１の円周上に第２の共振器２２の二次側コイル２７及び磁性体コア２８の中心が位置する状態、例えば、図４（ｂ）に示す状態、即ち磁性体コア１６と磁性体コア２８との距離ｄが円４１の半径ｒと同じ状態で、電力伝送が最大効率となる状態になる。そのため、破線で示す円４２内に二次側コイル２７及び磁性体コア２８の中心が位置する状態であれば、どの位置であってもモータ１７の駆動により一次側コイル１５及び磁性体コア１６を電力伝送が最大効率となる状態に移動させることができる。図４（ｂ）は図４（ａ）の状態で車両２０が停止した場合に、一次側コイル１５及び磁性体コア１６が、電力伝送が最大効率となる位置に移動した状態を示し、一次側コイル１５及び磁性体コア１６は矢印４５で示す経路で、電力伝送位置まで移動する。
【００３１】
この実施形態によれば、以下に示す効果を得ることができる。
（１）非接触給電装置としての非接触充電システムは、給電側設備１０から車両２０に搭載された受電側設備２１に対して車両２０が停止した状態で非接触給電を行う。給電側設備１０は、第１の共振器１１と、第１の共振器１１に交流を供給する電源部１２とを備え、受電側設備２１は第２の共振器２２と、第２の共振器２２が受電した電力が供給される負荷とを備えている。第１の共振器１１及び第２の共振器２２は、非接触電力伝送を行う状態において、両共振器１１，２２が最も近づいた状態ではなくその状態から予め設定された距離ずれた位置関係において最大効率で電力伝送が行われるように整合調整されている。給電側設備１０は、非接触電力伝送を行う状態において、第１の共振器１１を車両２０の停止位置に対応して最大効率で電力伝送可能な位置に、１軸の駆動機構で移動させる移動手段１３を備えている。したがって、駆動機構が簡単な移動手段を用いても、車両２０の停止位置の精度を緩和した状態で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。
【００３２】
（２）移動手段１３は、第１の共振器１１を第１の共振器１１及び第２の共振器２２のコイルの中心以外の位置にある軸の周囲に公転させる。したがって、第１の共振器１１を目的とする伝送効率以上で電力伝送が可能な位置に直線移動で移動される場合に比べて、車両２０の停止許容範囲が広くなる。
【００３３】
（３）移動手段１３は、給電側設備１０に設けられている。移動手段１３を受電側設備２１に設けると、車両２０の大型化を招いたり、車両２０を構成する他の機器等の設置スペースの自由度が小さくなったりする。また、受電側設備２１に移動手段１３を設ける場合は、受電側設備２１を搭載した車両２０全てに設ける必要があるが、給電側設備１０に設ける場合は給電側設備１０を利用する車両２０の数に拘らず、移動手段１３の数を１個とすることができる。
【００３４】
（４）第１の共振器１１及び第２の共振器２２はそれぞれ磁性体コア１６，２８を備えている。したがって、磁性体コア１６，２８を備えていない場合に比べて、強い磁界が発生し、安定して電力伝送を行うことができる。
【００３５】
（５）受電側設備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を備えている。バッテリ２５を充電するために受電側設備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運転者にとって難しい。しかし、受電側設備２１は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いため、運転者の車両停止操作の負担が少なくなる。
【００３６】
（６）受電側設備２１は車両２０の後部に搭載されている。したがって、受電側設備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場合に比べて、搭載スペースの確保が容易になるとともに、充電のための所定停止位置に車両２０を停止させる際に停止操作が容易になる。また、給電側設備１０の設置も簡単になる。
【００３７】
実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
○ 第１の共振器１１の磁性体コア１６と第２の共振器２２の磁性体コア２８との位置ずれ許容範囲は円とは限らず、図５（ａ），（ｂ）に示すように四角形としてもよい。図５（ａ），（ｂ）は、出力軸１７ａが四角形の位置ずれ許容範囲Ａ１の中心に位置する状態の場合を示している。この場合は、円４１の半径ｒが円４０の外周と許容範囲Ａ１の角との最短距離以上であれば、磁性体コア２８が許容範囲Ａ１どの位置に存在しても、磁性体コア１６を電力伝送が最大効率となる位置に移動させることができる。図５（ｂ）は図５（ａ）の状態で車両２０が停止した場合に、一次側コイル１５及び磁性体コア１６が、電力伝送が最大効率となる位置に矢印４５の経路で移動した状態を示している。
【００３８】
○ 図６（ａ），（ｂ）は、車輪止めを用いて車両２０の前後方向への位置ずれが小さく、左右方向へのずれが大きな場合に対応して、位置ずれ許容範囲Ａ２を車両２０の左右方向に長い四角形の領域とした場合の一形態を示している。なお、図６（ａ），（ｂ）において上下方向が車両２０の左右方向となる。この実施形態においても、出力軸１７ａは四角形の位置ずれ許容範囲Ａ２の中心に位置する状態に配置されている。この場合も、円４１の半径ｒが円４０の外周と許容範囲Ａ２の角との最短距離以上であれば、磁性体コア２８が許容範囲Ａ２どの位置に存在しても、磁性体コア１６を電力伝送が最大効率となる位置に移動させることができる。図６（ｂ）は図６（ａ）の状態で車両２０が停止した場合に、一次側コイル１５及び磁性体コア１６が、電力伝送が最大効率となる位置に矢印４５の経路で移動した状態を示している。
【００３９】
○ 図７（ａ），（ｂ）は、車輪止めを用いて車両２０の前後方向への位置ずれが小さく、左右方向へのずれが大きな場合に対応して、位置ずれ許容範囲Ａ２を車両２０の左右方向に長い四角形の領域とした場合の変更例を示している。なお、図７（ａ），（ｂ）において上下方向が車両２０の左右方向となる。この実施形態においては、出力軸１７ａは四角形の位置ずれ許容範囲Ａ２の中心ではなく、中心より前方寄り（図７（ａ），（ｂ）の左寄り）に位置する状態に配置されている。図７（ｂ）は図７（ａ）の状態で車両２０が停止した場合に、一次側コイル１５及び磁性体コア１６が、電力伝送が最大効率となる位置に矢印４５の経路で移動した状態を示している。
【００４０】
○ 図８（ａ），（ｂ）は、出力軸１７ａの位置が、図７（ａ），（ｂ）の場合より四角形の位置ずれ許容範囲Ａ２の中心よりさらに前方寄り（図８（ａ），（ｂ）の左寄り）に位置する状態に配置されている変更例を示す。図８（ｂ）は図８（ａ）の状態で車両２０が停止した場合に、一次側コイル１５及び磁性体コア１６が、電力伝送が最大効率となる位置に矢印４５の経路で移動した状態を示している。この場合は、図７（ａ），（ｂ）に示す場合に比べて、一次側コイル１５及び磁性体コア１６の移動量を少なくすることができる。
【００４１】
○ 図９に示すように、受電側設備２１を第２の共振器２２の二次側コイル２７及び磁性体コア２８の中心軸が車両２０の前後方向に延びる状態で車両２０に搭載してもよい。この場合、給電側設備１０の第１の共振器１１は、地上に形成された穴３１の中に配設される。モータ１７は出力軸１７ａが充電位置に停止した車両２０の前後方向と平行に延びる状態で設置されおり、一次側コイル１５及び磁性体コア１６は二次側コイル２７及び磁性体コア２８と平行な状態で待機位置と給電位置とに移動される。なお、穴３１の開口は車両２０の移動に支障がないように図示しないカバーで覆われている。
【００４２】
○ 非接触充電システムは、非接触電力伝送を行う状態において、第１の共振器１１及び第２の共振器２２のいずれか一方を、移動体（車両２０）の停止位置に対応して最大効率で電力伝送可能な位置に、１軸の駆動機構で移動させることが可能な移動手段を備えていればよい。また、１軸の駆動機構で移動させることが可能な移動手段は、軸の回動のみで移動させる構成に限らず、直線移動のみで移動させることが可能な構成であってもよい。例えば、図１０（ａ）に示すように、受電側設備２１を第２の共振器２２の二次側コイル２７及び磁性体コア２８の中心軸が車両２０の前後方向に延びる状態で車両２０に搭載し、二次側コイル２７及び磁性体コア２８が前後方向に延びる状態を維持した状態で車両２０の左右方向（車幅方向）に水平に移動可能に構成してもよい。磁性体コア２８は図示しない駆動機構により車幅方向に直線移動可能な支持体１９に、非磁性体製の部材１９ａを介して支持されている。駆動機構としては、例えば、シリンダやボールねじ機構が使用される。この場合、第１の共振器１１の磁性体コア１６と第２の共振器２２の磁性体コア２８との関係を示すと、車両２０が充電位置に停止した状態では、磁性体コア２８が直線移動する経路は、図１０（ｂ）に示すように、一次側コイル１５及び磁性体コア１６の中心を中心とした半径ｒの円４１の円周と交差する状態になる。そして、磁性体コア２８の中心が円４１の円周上に位置する状態では、電力伝送が最大効率となる状態になる。
【００４３】
○ 受電側設備２１の車両２０に対する搭載位置は車両２０の後部に限らず、例えば、車両２０の前部や中間部に搭載してもよい。前部に搭載する場合は、後部に搭載する場合と同様に搭載されるが、中間部に搭載する場合は、例えば、図１１に示すように、第２の共振器２２は、二次側コイル２７及び磁性体コア２８の中心軸が地上面に対して平行にかつ車幅方向に延びるように搭載される。また、給電側設備１０の第１の共振器１１は、地上に形成された穴３１の中に配設される。モータ１７は出力軸１７ａが充電位置に停止した車両２０の車幅方向と平行に延びる状態で設置されおり、一次側コイル１５及び磁性体コア１６は二次側コイル２７及び磁性体コア２８と平行な状態で待機位置と給電位置とに移動される。また、図１１に示す実施形態では、二次側コイル２７は充電器２４接続され、充電器２４は整流器を内蔵している。
【００４４】
○ 受電側設備２１を第２の共振器２２の二次側コイル２７及び磁性体コア２８の中心軸が車両２０の前後方向に延びる状態で車両２０に搭載する場合においても、第２の共振器２２を車両２０の中間部に配置してもよい。また、給電側設備１０の第１の共振器１１の一次側コイル１５及び磁性体コア１６の中心軸を、給電側設備１０の所定位置に停止した車両２０の中間部と対応する位置で車両２０の前後方向に延びる状態に配置してもよい。
【００４５】
○ 第２の共振器２２を車両２０の側部に設けてもよい。
○ 一次側コイル１５及び二次側コイル２７は複層巻に限らず単層巻であってもよい。
○ 磁性体コア１６，２８は一次側コイル１５あるいは二次側コイル２７を貫通する長さを有する必要は無く、一次側コイル１５及び二次側コイル２７の長さ以下の長さであってもよい。
【００４６】
○ 第１の共振器１１及び第２の共振器２２として、一次側コイル１５に接続されたコンデンサＣ１や二次側コイル２７に接続されたコンデンサＣ２に代えて、一次側コイル１５や二次側コイル２７の寄生容量をコンデンサの代用としてもよい。
【００４７】
○ 非接触電力伝送を行うときに、第１の共振器１１の一次側コイル１５及び磁性体コア１６の中心軸と、第２の共振器２２の二次側コイル２７及び磁性体コア２８の中心軸とが互いに平行に配置される構成に限らず、平行状態から多少ずれていてもよい。
【００４８】
○ 磁性体コア１６及び磁性体コア２８を省略してもよい。しかし、磁性体コア１６及び磁性体コア２８が存在する方が好ましい。
○ 給電側設備１０及び受電側設備２１は、一次側コイル１５及び磁性体コア１６の中心と、二次側コイル２７及び磁性体コア２８の中心とが同じ高さでなくてもよい。
【００４９】
○ 受電側設備２１を車両２０の後部に搭載する場合、搭載位置はナンバープレートの下でなく上側にしてもよい。
○ 電源側コントローラ１４は、反射電力検出手段を介して反射電力をモニタして、第１の共振器１１を給電位置へ移動させる際、反射電力が最小となる位置ではなく、反射電力が予め設定された閾値以下になる位置に第１の共振器１１を移動させるようにしてもよい。
【００５０】
○ 車両２０は運転者を必要とする車両に限らず、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の充電に使用するものに限らず、バッテリを備えた移動体、例えば、自走式のロボットであってもよい。
【００５１】
○ バッテリ２５への充電位置が屋内の場合、給電側設備１０の第１の共振器１１等を充電時における移動体の停止位置の上方、例えば天井に設けてもよい。
○ 充電器２４を設けずに、二次側コイル２７から出力される交流電流を整流器２３で整流した後、バッテリ２５に直接充電するようにしてもよい。
【００５２】
○ 電源部１２は、交流出力の周波数が変更可能でも変更不能でもよい。
○ 非接触電力伝送を行う状態において、第１の共振器１１及び第２の共振器２２のいずれか一方を、移動体の停止位置に対応して最大効率で電力伝送可能な位置に、１軸の駆動機構で移動させることが可能な移動手段１３を用いて移動させる代わりに、最大効率より多少効率が悪い位置、例えば、最大効率の９０％以上となる位置に移動させてもよい。
【００５３】
○ 移動体（例えば車両２０）が、ある閾値以上の効率が得られない場所に停車した場合でも、第１の共振器１１及び第２の共振器２２のいずれか一方を駆動機構で移動させて、閾値以上の効率が得られるようにしてもよい。
【００５４】
○ 図１（ａ），（ｂ）に示す構成のように、第１の共振器１１及び第２の共振器２２が、一次側コイル１５及び磁性体コア１６の中心軸と、二次側コイル２７及び磁性体コア２８の中心軸とが上下方向に延びる構成において、受電側設備２１に移動手段１３を設けて、第２の共振器２２を移動させる構成にしてもよい。
【００５５】
○ 図１０（ａ）に示す構成のように、第２の共振器２２の二次側コイル２７及び磁性体コア２８の中心軸が車両２０の前後方向に延びる状態を維持した状態で車両２０の左右方向に水平に移動可能とする代わりに、第１の共振器１１の一次側コイル１５及び磁性体コア１６を車両２０の左右方向に水平に移動可能に構成してもよい。
【００５６】
以下の技術的思想（発明）は前記実施形態から把握できる。
（１）請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の発明において、前記第１の共振器及び前記第２の共振器は、コイルと、前記コイルに接続されたコンデンサと、磁性体コアとを備えている。
【００５７】
（２）請求項１〜請求項３及び前記技術的思想（１）のいずれか１項に記載の発明において、前記移動体は車両である。
（３）前記技術的思想（２）に記載の発明において、前記車両は前記負荷として整流器及びバッテリを備えている。
【００５８】
（４）前記技術的思想（２）又は（３）に記載の発明において、前記移動手段は、前記第２の共振器を直線移動させる。
【符号の説明】
【００５９】
ｄ，Ｌ…距離、１０…給電側設備、１１…第１の共振器、１２…電源部、１３…移動手段、２１…受電側設備、２２…第２の共振器。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
給電側設備から移動体に搭載された受電側設備に対して前記移動体が停止した状態で非接触電力伝送を行う非接触給電装置であって、
前記給電側設備は、第１の共振器と、前記第１の共振器に交流を供給する電源部とを備え、
前記受電側設備は第２の共振器と、前記第２の共振器が受電した電力が供給される負荷とを備え、
前記第１の共振器及び前記第２の共振器は、前記非接触電力伝送を行う状態において、両共振器が最も近づいた状態ではなくその状態から予め設定された距離ずれた位置関係において最大効率で電力伝送が行われるように整合調整されており、
前記非接触電力伝送を行う状態において、前記第１の共振器及び前記第２の共振器のいずれか一方を、前記移動体の停止位置に対応して最大効率で電力伝送可能な位置に、１軸の駆動機構で移動させることが可能な移動手段を備えていることを特徴とする非接触給電装置。
【請求項２】
前記移動手段は、前記第１の共振器又は前記第２の共振器を、両共振器のコイルの中心以外の位置にある軸の周囲に公転させる請求項１に記載の非接触給電装置。
【請求項３】
前記移動手段は、前記給電側設備に設けられている請求項２に記載の非接触給電装置。
【請求項１】
給電側設備から移動体に搭載された受電側設備に対して前記移動体が停止した状態で非接触電力伝送を行う非接触給電装置であって、
前記給電側設備は、第１の共振器と、前記第１の共振器に交流を供給する電源部とを備え、
前記受電側設備は第２の共振器と、前記第２の共振器が受電した電力が供給される負荷とを備え、
前記第１の共振器及び前記第２の共振器は、前記非接触電力伝送を行う状態において、両共振器が最も近づいた状態ではなくその状態から予め設定された距離ずれた位置関係において最大効率で電力伝送が行われるように整合調整されており、
前記非接触電力伝送を行う状態において、前記第１の共振器及び前記第２の共振器のいずれか一方を、前記移動体の停止位置に対応して最大効率で電力伝送可能な位置に、１軸の駆動機構で移動させることが可能な移動手段を備えていることを特徴とする非接触給電装置。
【請求項２】
前記移動手段は、前記第１の共振器又は前記第２の共振器を、両共振器のコイルの中心以外の位置にある軸の周囲に公転させる請求項１に記載の非接触給電装置。
【請求項３】
前記移動手段は、前記給電側設備に設けられている請求項２に記載の非接触給電装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１３−１１５９０９（Ｐ２０１３−１１５９０９Ａ）
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５９３５６（Ｐ２０１１−２５９３５６）
【出願日】平成２３年１１月２８日（２０１１．１１．２８）
【出願人】（０００００３２１８）株式会社豊田自動織機 (4,162)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月２８日（２０１１．１１．２８）
【出願人】（０００００３２１８）株式会社豊田自動織機 (4,162)
【Ｆターム（参考）】
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