WO2012115047A1

WO2012115047A1 - 移動体用非接触給電装置

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Publication number: WO2012115047A1
Application number: PCT/JP2012/053996
Authority: WO
Inventors: 阿部　茂; 富夫保田; 鈴木　明
Original assignee: 株式会社テクノバ; 国立大学法人埼玉大学
Priority date: 2011-02-21
Filing date: 2012-02-20
Publication date: 2012-08-30
Also published as: US8963489B2; JP5658592B2; CN103380562A; EP2680398A1; EP2680398A4; JP2012175793A; CN103380562B; EP2680398B1; US20130320759A1

Abstract

　送電コイルと受電コイルとの位置ずれが許容範囲内か否かを簡単に判断できる移動体用非接触給電装置を提供する。送電コイル及び受電コイルはＨ型コアを有し、送電コイルのＨ型コアの磁極部にはサーチコイルＣｙ１ａ，Ｃｙ１ｂ，Ｃｙ２ａ，Ｃｙ２ｂ，Ｃｘ１，Ｃｘ２が装着されている。Ｃｙ１ａ，Ｃｙ１ｂ，Ｃｙ２ａ，Ｃｙ２ｂの検出電圧で、送電コイルと受電コイルとのｙ方向の位置ずれを検出し、Ｃｘ１，Ｃｘ２の検出電圧でｘ方向の位置ずれを検出する。この非接触給電装置では、位置ずれの方向性をも識別できる。

Description

移動体用非接触給電装置

　本発明は、電気自動車などの移動体に非接触で給電する移動体用非接触給電装置に関し、送電コイルと受電コイルとの給電時の位置ずれが許容範囲内であるか否かを容易に判別できるようにしたものである。

　非接触給電装置は、送電コイル（一次コイル）及び受電コイル（二次コイル）から成る非接触給電トランスと、送電コイル及び受電コイルに接続したコンデンサとを含み、送電コイルと受電コイルとの間の電磁誘導を利用して送電コイルから受電コイルに電力を供給する。
　この非接触給電装置を含む非接触給電システムは、非接触給電装置の送電コイルに高周波交流を供給する高周波電源と、非接触給電装置の受電コイルに送られた交流を直流に変換する二次側整流器とを備えており、車両充電用の非接触給電システムでは、高周波電源に接続する送電コイルが給電ステーションの地面に設置され、受電コイルが自動車の床の下面に搭載され、受電コイルに誘起される高周波交流が、車両内に設置された二次側整流器で整流されて車両の二次電池を充電する。

　車両充電用の非接触給電装置の場合、送電コイルと受電コイルとの水平方向の位置ずれや上下方向のギャップ長の変動が生じ易い。大きな位置ずれをそのままにして給電を行うと、給電効率が著しく低下するほか、受電コイル周辺の車両の床下面を加熱する、車両外部への漏れ磁束の強度が大きくなるなどの不都合を生じる。
　そのため、車両充電用の非接触給電システムでは、送電コイルと受電コイルとの前後、左右、及び、上下の位置ずれの許容範囲を決めて、給電する車両に、受電コイルが送電コイルに対して許容範囲内に入るように停車させることを求めている。

　この許容範囲（給電可能範囲）は、駐車時の利便性、位置ずれによる漏れ磁束の悪影響がないこと、一次二次の電圧比の変化範囲の制約、等を考慮して、例えば、図２０のように設定される。図２０では、送電コイルを３、受電コイルを５、送電コイル３の中心Ｏに対する受電コイル５の中心Ｐの許容範囲をＤで表している。
　前後方向（ｘ方向）は、標準状態（位置ずれ０の状態）から４５ｍｍまでの位置ずれを許容する。
　左右方向（ｙ方向）は、標準状態（位置ずれ０の状態）から１５０ｍｍまでの位置ずれを許容する。
　上下方向（ｚ方向）は、標準状態（７０ｍｍのギャップ長）から３０ｍｍまでの位置ずれを許容する。
　図２０で線分ＯＰのｚ方向成分（長さ）は送電コイルと受電コイルとの間の機械的ギャップ長を表している。

　欧州のバスの給電ステーションでは、図２１（ａ）に示すように地中に送電コイル３を設置した道路の路肩にコンクリートブロック７２を配置し、バスがこれにタイヤ７１を擦らせて、左右方向の位置ずれがない位置で停止する方法が採られている。また、上下方向については、図２１（ｂ）に示すように、受電コイル５を降下させ、スペーサ７３を介して地面に当接させると、適正なギャップ長になるように設計されている。
　また、下記特許文献１には、図２２に示すように、送電コイル３及び受電コイル５を、コアの片面に巻線を配置したコイル（片側巻コイル）で構成し、送電コイル３及び受電コイル５の中央に通信用コイル１５を設置して、通信用コイル１５間の通信感度が所定レベルに達したとき、送電コイル３と受電コイル５とが給電可能範囲に入ったと判断する非接触給電装置が開示されている。
　また、非接触給電の回路方式には、後述するように、下記特許文献２や非特許文献１、２などに記載された各種の方式が知られている。

特開２００８－２８８８８９号公報国際公開２００７－０２９４３８号公報

金井研二，金子裕良，阿部　茂，一次直列二次並列コンデンサを用いた移動型非接触給電の電圧比問題とその解決法，半導体電力変換研究会, SPC-10-021, (2010.1.29) M. Budhia, G.A. Covic, and J.T. Boys "A New Magnetic Coupler for Inductive Power Transfer Electric Vehicle Charging Systems" to be presented at 36th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society, IECON 2010, Phoenix AZ, USA, Nov. 7-10, 2010）

　しかし、コンクリートブロックで車両の左右位置を規制して受電コイルを給電可能範囲内に導く方式は、運転が難しい上、タイヤも痛む可能性があり、一般の乗用車に適用することが難しい。また、受電トランスを上下に動かす方式は、システムが複雑になり、コストアップに繋がる。また、これらの機械的に位置を規制する方式は、狭い許容範囲での給電を強いるものであり、コイルの巻回方式等を工夫して給電可能範囲の拡大を可能にした非接触給電トランスの利点が生かせない。
　また、送電コイル及び受電コイルに設けた通信用コイル間の通信感度に基づいて給電可能範囲を判定する方式は、給電可能範囲外と判定されたときに、車両を前進させればよいのか、後退させればよいのか、あるいは、右に寄せるべきか、左に寄せるべきか、修正の方向性が分かり難いという欠点がある。また、給電可能範囲も通信コイルの送信範囲の大きさで決まり、非接触給電装置の性能に合わせることが困難である。

　本発明は、こうした事情を考慮して創案したものであり、送電コイルと受電コイルとの位置ずれが許容範囲内か否かを簡単に判断することができ、また、許容範囲外の位置ずれを修正する際の方向性が識別可能な移動体用非接触給電装置を提供することを目的としている。

　本発明は、高周波電源に接続する送電コイルが地上側に設置され、送電コイルにギャップを介して対向する受電コイルが移動体側に設置され、送電コイルから受電コイルに給電が行われる移動体用非接触給電装置であって、送電コイル及び受電コイルはＨ字状のコアを有し、コアの平行するコア部分が磁極部を構成し、対向する磁極部の中間部位を接続するコア部分が電線を巻回するための電線巻回部を構成し、受電コイルは、平行する磁極部が移動体の前後方向と直交するように該移動体に設置される。そして、送電コイルまたは受電コイルのＨ字状のコアは、磁極部の少なくとも一方が、電線巻回部から磁極部の一端の方向に進行する磁束及びその逆方向に進行する磁束と鎖交する第１のサーチコイルＳＣ１と、電線巻回部から磁極部の他端の方向に進行する磁束及びその逆方向に進行する磁束と鎖交する第２のサーチコイルＳＣ２とを具備し、また、送電コイルと受電コイルとが給電可能範囲内にあるか否かを識別するために第１のサーチコイルＳＣ１または第２のサーチコイルＳＣ２で検出された電圧を利用する給電可能範囲識別手段を備えることを特徴とする。
　第１、第２のサーチコイルＳＣ１、ＳＣ２の検出電圧は、左右方向の位置ずれに対する感度が高いため、ＳＣ１、ＳＣ２の検出電圧を用いて、受電コイルと送電コイルとの左右方向における位置ずれが許容範囲内にあるか否かを判定することができる。

　また、本発明の移動体用非接触給電装置では、送電コイルまたは受電コイルのＨ字状のコアが、さらに、電線巻回部の延長方向に磁極部を直進する磁束及びその逆方向に進行する磁束と鎖交する第３のサーチコイルＳＣ３を具備し、給電可能範囲識別手段は、第３のサーチコイルＳＣ３で検出された電圧をも利用して、送電コイルと受電コイルとが給電可能範囲内にあるか否かを識別することを特徴とする。
　第３のサーチコイルＳＣ３の検出電圧は、前後方向の位置ずれに対する感度が高いため、ＳＣ３の検出電圧を用いて、受電コイルと送電コイルとの前後方向における位置ずれが許容範囲内にあるか否かを判定することができる。

　また、本発明の移動体用非接触給電装置では、送電コイルと高周波電源との間に直列に接続する一次側コンデンサと、受電コイルに並列に接続する二次側共振コンデンサとを備え、高周波電源の出力電圧である一次電圧をＶIN、受電コイルの両端に加わる二次電圧をＶ2、送電コイルの巻数をＮ1、受電コイルの巻数をＮ2とするとき、給電可能範囲識別手段が、
　ｂ＝（ＶIN／Ｖ2）（Ｎ2／Ｎ1）　　（数１）
で表されるｂの値をも利用して、送電コイルと受電コイルとが給電可能範囲内にあるか否かを識別することを特徴とする。
　送電コイルに直列に適切な値の一次側コンデンサを接続し、受電コイルに並列に二次側共振コンデンサを接続した回路では、（数１）が成り立ち、一次電圧ＶINと二次電圧Ｖ2と送電コイル及び受電コイルの巻数比ａ（＝Ｎ1／Ｎ2）とから、ｂの値が計算できる。
一次電圧と二次電圧の電圧比はギャップ長の位置ずれに対する感度が高いため、ｂの値を用いて、受電コイルと送電コイルとのギャップ長における位置ずれが許容範囲内にあるか否かを判定することができる。

　また、本発明の移動体用非接触給電装置では、第１のサーチコイルＳＣ１及び第２のサーチコイルＳＣ２は、磁極部をコイル内に含めるように磁極部の外周に巻回し、第３のサーチコイルＳＣ３は、電線巻回部の延長方向に延びる磁極部の面と電線巻回部の延長方向に直交する磁極部の側面とをコイル内に含めるように磁極部の面上に配置する。
　第１、第２のサーチコイルＳＣ１、ＳＣ２は、コイル内の磁極部を通過する磁束の変化に応じて誘導起電力を発生し、第３のサーチコイルＳＣ３は、コイル断面積内を通過する磁束の変化に応じて誘導起電力を発生する。

　また、本発明の移動体用非接触給電装置では、送電コイルまたは受電コイルのＨ字状コアの磁極部を、隙間を空けて配置した二本のコアで構成し、第１のサーチコイルＳＣ１及び第２のサーチコイルＳＣ２は、この二本のコアをコイル内に含めるように二本のコアの外周に巻回し、第３のサーチコイルＳＣ３は、二本のコアの隙間を繋ぐコア材に巻回するようにしても良い。
　こうすることで第３のサーチコイルＳＣ３の検出精度を高めることができる。

　また、本発明の移動体用非接触給電装置では、給電可能範囲識別手段が、送電コイルと受電コイルとが給電可能範囲内に無い場合に、給電可能範囲内に入るための移動方向の情報を提供する。
　そのため、給電可能範囲から外れているときの対処の仕方が分かり易い。

　また、本発明の移動体用非接触給電装置では、給電可能範囲識別手段を車両内に設置し、給電可能範囲識別手段が提供する移動方向の情報を、車両内に装備されたカーナビゲーション装置の表示画面に表示するようにしても良い。
　給電可能範囲に入るための移動方向の情報を、ヒューマンインターフェイスを通じて提供することができる。

　本発明の移動体用非接触給電装置は、送電コイルと受電コイルとの位置ずれが給電可能範囲に含まれるか否かを的確に判断することができる。また、給電可能範囲から外れる場合に、移動体の位置をどちらの方向に修正すれば良いかを認識することができる。

車両充電用の非接触給電システムを示す図図１の回路図図２の回路における非接触給電トランス部の詳細等価回路を示す図Ｈ型コアを示す図送電コイル及び受電コイルが両側巻コイルである非接触給電トランスの磁束を示す図車両のｘ方向及びｙ方向を示す図本発明の実施形態に係る移動体用非接触給電装置の送電コイルを示す図前後方向の位置ずれに伴うサーチコイルの検出電圧を示す図非接触給電トランスの送電コイルと受電コイルとがｘ方向にずれたときの磁界分布を示す図左右方向の位置ずれに伴うサーチコイルの検出電圧を示す図非接触給電トランスの送電コイルと受電コイルとがｙ方向にずれたときの磁界分布を示す図前後・左右の位置ずれとｂの値との関係を示す図（ギャップ長４０ｍｍ）前後・左右の位置ずれとｂの値との関係を示す図（ギャップ長７０ｍｍ）前後・左右の位置ずれとｂの値との関係を示す図（ギャップ長１００ｍｍ）給電可能範囲識別装置及び表示装置が設置された給電ステーションを示す図位置ずれの許容範囲を判別するフローチャート図１６のフローチャートで位置ずれの許容範囲内と判別される範囲を示す図本発明の実施形態に係る送電コイルの他の例を示す図給電可能範囲識別装置及び表示装置が設置された車両を示す図位置ずれの許容範囲の例従来の位置ずれの判別方式１を示す図従来の位置ずれの判別方式２を示す図非特許文献１に記載された一次側に並列コンデンサを用いる非接触給電方式を示す図非特許文献２に記載された一次側に並列コンデンサを用いる非接触給電方式を示す図

　図１は、本発明の非接触給電装置をプラグインハイブリッド車の充電に用いたときの形態を模式的に示している。
　充電を受けるプラグインハイブリッド車は、エンジン５４とともにモータ５３を駆動源として搭載し、モータ用の電源である二次電池５１と、二次電池の直流を交流に変換してモータに供給するインバータ５２とを備えている。
　二次電池５１への給電を行う非接触給電システムは、地上側に、商用電源の交流を直流に変換する整流器１０と、直流から高周波交流を生成するインバータ２０と、非接触給電トランス３０の一方である送電コイル３１と、送電コイルに直列接続された一次側直列コンデンサ３２とを備えており、車両側に、非接触給電トランス３０の他方である受電コイル３３と、二次電池のために交流を直流に変換する整流器４０と、受電コイルと整流器との間に並列接続された二次側並列共振コンデンサ３４とを備えている。

　図２は、この非接触給電システムの回路図を示している。また、図２の非接触給電トランスと一次側直列コンデンサ及び二次側並列コンデンサとを含む回路の詳細等価回路を図３に示している。
　この回路では、特許文献２（国際公開２００７－０２９４３８号公報）に記載されているように、一次側直列コンデンサの値ＣS及び二次側並列共振コンデンサの値ＣPを次式のように設定する。
　　ω0＝２πｆ0　（数２）
　　１／ω0ＣP＝ω0Ｌ2＝ｘP＝ｘ0’＋ｘ2　　　（数３）
　　１／ω0ＣS＝ｘS’＝｛（ｘ0’・ｘ2）／（ｘ0’＋ｘ2）｝＋ｘ1’　（数４）
（ただし、ｆ0：高周波電源の周波数、ｘP：二次側並列コンデンサＣPの容量リアクタンス、Ｌ2：受電コイルの自己インダクタンス、ｘS’：二次側に換算した一次側直列コンデンサＣSの容量リアクタンス、ｘ0’：二次側に換算した励磁リアクタンス、ｘ1’：二次側に換算した一次漏れリアクタンス、ｘ2：二次漏れリアクタンス）

　（数３）は二次側並列コンデンサが受電コイルの自己インダクタンスと電源周波数で共振する条件を示しており、（数４）は２次側負荷が等価抵抗ＲLで表されるとき、高周波電源の出力から見た非接触給電装置側のインピーダンスが純抵抗となり、高周波電源の出力力率が１となる条件を示している。出力力率が１であると、高周波電源の皮相電力が出力電力に一致し電源の小型化が可能になる上に、図２のように電源がブリッジ型インバータで構成されるときは、ソフトスイッチングが可能になり、インバータの効率が上がるという大きな利点がある。なお、電気自動車の非接触給電装置の場合、２次側負荷ＲLは一般に純抵抗と見なすことができる。

　このように設定すると、非接触給電トランスが理想トランスと等価になり、次の（数５）（数６）の関係が成立つ。
　　ＶIN＝ａｂＶ2、　ＩIN＝ＩD／ａｂ　　（数５）
　　ａ＝Ｎ1／Ｎ2、　ｂ＝ｘ0’／（ｘ0’＋ｘ2）　（数６）
　ａは、送電コイルと受電コイルとの巻数比である。ｂは、結合係数ｋと良く似た値であり、一次電圧ＶINと二次電圧Ｖ2と巻数比ａとから、
　　ｂ＝（ＶIN／Ｖ2）（１／ａ）　　　（数７）
により計算できる。
　送電コイル３１と受電コイル３３とのギャップ長は、一次電圧ＶINと二次電圧Ｖ2との電圧比に大きく影響する。そのため、電圧比（ＶIN／Ｖ2）は、ギャップ長の適否を判別する指標に成り得る。本発明では、電圧比（ＶIN／Ｖ2）の指標としてｂの値を用いている。

　送電コイル３１及び受電コイル３３は、図４に示すように、Ｈ字形状のコア（Ｈ型コア）８０を有している。Ｈ型コア８０の平行するコア部分８１、８２は、磁束が出入する磁極部を構成し、対向する磁極部８１、８２の中間部位を接続するコア部分８３は、電線５０が巻回される電線巻回部８３を構成する。
　送電コイル３１及び受電コイル３３がＨ型コアに電線を巻回した両側巻コイルから成る非接触給電トランスでは、図５に示すように、主磁束３５が、送電コイル３１のＨ型コアの磁極部３１８１から受電コイル３３のＨ型コアの磁極部３３８１に進入し、電線５０が巻回された電線巻回部３３８３のコア中を通り、他方の磁極部３３８２から送電コイル３１のＨ型コアの磁極部３１８２に進入し、電線巻回部３１８３のコア中を通って磁極部３１８１に達するように巡回する。そして、次の瞬間には逆ルートで巡回し、これを交互に繰り返す。なお、この非接触給電トランスでは、漏洩磁束を磁気遮蔽するため、コイルの背面にアルミ板６５、６６を配置する。

　受電コイル３３は、平行する磁極部８１、８２が、自動車の前後方向（図６のｘ方向）と直交し、自動車の左右方向（図６のｙ方向）と平行になるように自動車の床面の外側に設置される。
　送電コイル３１のＨ型コアには、図７（ａ）の斜視図、図７（ｂ）の平面図、図７（ｃ）の側面図に示すように、電線巻回部８３から磁極部８１の一端８１１の方向に進行する磁束（及びその逆方向に進行する磁束）と鎖交するサーチコイルＣｙ１ａ（前記第１のサーチコイルＳＣ１）と、電線巻回部８３から磁極部８１の他端８１２の方向に進行する磁束（及びその逆方向に進行する磁束）と鎖交するサーチコイルＣｙ２ａ（前記第２のサーチコイルＳＣ２）と、電線巻回部８３から磁極部８２の一端８２１の方向に進行する磁束（及びその逆方向に進行する磁束）と鎖交するサーチコイルＣｙ１ｂ（前記第１のサーチコイルＳＣ１）と、電線巻回部８３から磁極部８２の他端８２２の方向に進行する磁束（及びその逆方向に進行する磁束）と鎖交するサーチコイルＣｙ２ｂ（前記第２のサーチコイルＳＣ２）と、電線巻回部８３の延長方向に磁極部８１を直進する磁束（及びその逆方向に進行する磁束）と鎖交するサーチコイルＣｘ１（前記第３のサーチコイルＳＣ３）と、電線巻回部８３の延長方向に磁極部８２を直進する磁束（及びその逆方向に進行する磁束）と鎖交するサーチコイルＣｘ２（前記第３のサーチコイルＳＣ３）とが設けられている。

　サーチコイルＣｙ１ａ、Ｃｙ２ａは、磁極部８１を構成するコア部材に巻回され、サーチコイルＣｙ１ｂ、Ｃｙ２ｂは、磁極部８２を構成するコア部材に巻回されている。
　また、サーチコイルＣｘ１は、コイルの開口が、電線巻回部８３の延長方向に延びる磁極部８１の面と、電線巻回部８３の延長方向に直交する磁極部８１の側面とに跨るように、これらの面上に配置され、サーチコイルＣｘ２は、コイルの開口が、電線巻回部８３の延長方向に延びる磁極部８２の面と、電線巻回部８３の延長方向に直交する磁極部８２の側面とに跨るように、これらの面上に配置されている。この例では、全てのサーチコイルの巻数を１０回巻に設定している。
　これらのサーチコイルは、コイル開口内の磁束の変化に応じて誘導起電力を発生し、起電力の電圧が給電可能範囲識別手段（不図示）に入力し、給電可能範囲識別手段は、これらの電圧を利用して、送電コイル３１と受電コイル３３とが給電可能範囲内にあるか否かを識別する。

　この送電コイル３１に対し、ギャップ長を一定（７０ｍｍ）に設定して、受電コイル３３を＋ｘ方向（前方向：サーチコイルＣｘ１の方向）にずらすと、サーチコイルＣｘ１の電圧Ｖｘ１及びサーチコイルＣｘ２の電圧Ｖｘ２が図８のように変化する。図８は、横軸にｘ方向のずれの量を示し、縦軸にサーチコイルＣｘ１、Ｃｘ２の電圧を示している。また、図８では、ｙ方向（左右方向）のずれ量を０（標準状態）から５０ｍｍ単位で増やしたときのサーチコイルＣｘ１、Ｃｘ２の電圧Ｖｘ１、Ｖｘ２を示している。
　図８から、＋ｘ方向（前方向）へのずれ量が多くなるほど、サーチコイルＣｘ１の検出電圧Ｖｘ１が、単調に増加していることが分かる。また、逆に、－ｘ方向（後方向）にずらした場合は、サーチコイルＣｘ２の検出電圧がずれ量に応じて、単調に増加する。
　このように、サーチコイルＣｘ１及びサーチコイルＣｘ２の電圧Ｖｘ１、Ｖｘ２は、ｘ方向（前後方向）の位置ずれに対する感度が高く、また、電圧Ｖｘ１、Ｖｘ２から位置ずれの方向性を知ることができる。
　なお、図９には、電力１００Ｗで給電を行う非接触給電トランスの送電コイル（下側）と受電コイル（上側）とがｘ方向に４５ｍｍずれたときの磁界分布を示している。この図から、サーチコイルＣｘ１、Ｃｘ２が設置される送電コイルの磁極位置（丸印）での磁束量が、送電コイルの前後で異なっていることが分かる。

　また、図１０は、ギャップ長を一定（７０ｍｍ）に設定して、受電コイル３３を＋ｙ方向にずらしたときのサーチコイルの検出電圧を示している。ここでは、サーチコイルＣｙ１ａの検出電圧Ｖｙ１ａとサーチコイルＣｙ１ｂの検出電圧Ｖｙ１ｂとの平均値をＶｙ１（＝（Ｖｙ１ａ＋Ｖｙ１ｂ）／２）、サーチコイルＣｙ２ａの検出電圧Ｖｙ２ａとサーチコイルＣｙ２ｂの検出電圧Ｖｙ２ｂとの平均値をＶｙ２（＝（Ｖｙ２ａ＋Ｖｙ２ｂ）／２）として縦軸に示し、横軸にｙ方向のずれの量を示している。また、図１０では、ｘ方向（前方向）のずれ量を０（標準状態）から１５ｍｍ単位で増やしたときの電圧Ｖｙ１、Ｖｙ２を示している。
　図１０から、＋ｙ方向（サーチコイルＣｙ１ａ、Ｃｙ１ｂの方向）へのずれ量が多くなるほど、サーチコイルＣｙ１ａ、Ｃｙ１ｂの検出電圧が、単調に増加しているのが分かる。また、逆に、－ｙ方向（サーチコイルＣｙ２ａ、Ｃｙ２ｂの方向）にずらした場合は、サーチコイルＣｙ２ａ、Ｃｙ２ｂの検出電圧がずれ量に応じて単調に増加する。
　このように、サーチコイルＣｙ１ａ、Ｃｙ１ｂ及びサーチコイルＣｙ２ａ、Ｃｙ２ｂの電圧Ｖｙ１、Ｖｙ２は、ｙ方向（左右方向）の位置ずれに対する感度が高く、また、電圧Ｖｙ１、Ｖｙ２から位置ずれの方向性を知ることができる。
　なお、図１１には、電力１００Ｗで給電を行う非接触給電トランスの送電コイル（下側）と受電コイル（上側）とがｙ方向に１５０ｍｍずれたときの磁界分布を示している。この図から、サーチコイルＣｙ１ａ、Ｃｙ２ａが設置される送電コイルの磁極位置（楕円印）での磁束量が、送電コイルの左右で異なっていることが分かる。

　また、図１２は、ギャップ長を４０ｍｍ（図２０の給電可能範囲の下限）に設定し、ｘ方向及びｙ方向のずれ量を変えてｂの値を測定した結果を示している。また、図１３は、ギャップ長を７０ｍｍ（標準状態）に設定し、ｘ方向及びｙ方向のずれ量を変えてｂの値を測定した結果を示している。また、図１４は、ギャップ長を１００ｍｍ（給電可能範囲の上限）に設定し、ｘ方向及びｙ方向のずれ量を変えてｂの値を測定した結果を示している。なお、図１２、図１３、図１４に示した点線の四角は、図２０の前後方向及び左右方向の許容範囲を表している。
　図１２、図１３、図１４から、ｂの値は、ギャップ長の位置ずれ（ｚ方向の位置ずれ）によって大きく変化し、ｚ方向の位置ずれに対する感度が高いことが分かる。また、ｂの値から、ギャップ長のずれの方向性を知ることができる。

　そのため、送電コイルに対する受電コイルの位置ずれの許容範囲は、ｂの値、サーチコイルＣｙ１ａ、Ｃｙ１ｂ、Ｃｙ２ａ、Ｃｙ２ｂの検出電圧Ｖｙ１、Ｖｙ２、及び、サーチコイルＣｘ１、Ｃｘ２の検出電圧Ｖｘ１、Ｖｘ２を指標に用いて設定することが可能である。
　これらの指標を用いて許容範囲を設定した場合は、位置ずれの方向性を知ることができるため、許容範囲外であるときの修正が容易である。

　例えば、図１５に示すように、送信コイル３１に設けられたサーチコイルＣｘ１、Ｃｘ２、Ｃｙ１ａ、Ｃｙ１ｂ、Ｃｙ２ａ、Ｃｙ２ｂの検出電圧を取得して停車位置の適否を判定する給電可能範囲識別装置７４と、給電可能範囲識別装置７４から送られた情報を運転者に向けて表示する表示装置７５とを給電ステーションに設置して、車両が給電可能な範囲に停車しているかどうか、給電可能範囲から外れている場合に、どの方向に停車位置を修正すればよいかを表示装置７５に表示することができる。
　給電可能範囲識別装置７４は、サーチコイルＣｘ１の検出電圧Ｖｘ１とサーチコイルＣｘ２の検出電圧Ｖｘ２との差分が閾値未満で、Ｖｘ１及びＶｘ２が規定値以下である場合に、車両の前後方向の停車位置は適正と判断する。また、サーチコイルＣｙ１ａ、Ｃｙ１ｂの検出電圧から算出した電圧Ｖｙ１と、サーチコイルＣｙ２ａ、Ｃｙ２ｂの検出電圧から算出した電圧Ｖｙ２との差分が閾値未満で、Ｖｙ１及びＶｙ２が規定値以下である場合に、車両の左右方向の停車位置は適正と判断する。また、車両の通信手段５５から二次電圧の情報を取得して（数７）によりｂの値を算出し（ＶIN、ａは標準化された値であるとする）、ｂの値が規定範囲内である場合に、ギャップ長は適正と判断する。
　そして、表示装置７５に給電が可能である旨を表示する。

　また、給電可能範囲識別装置７４は、Ｖｘ１とＶｘ２との差分が閾値を超え、Ｖｘ１＞Ｖｘ２であるときは、表示装置７５に「後退してください」と表示し、Ｖｘ１＜Ｖｘ２であるときは「前進してください」と表示する。また、Ｖｙ１とＶｙ２との差分が閾値を超え、Ｖｙ１＞Ｖｙ２であるときは、表示装置７５に「右に寄ってください」と表示し、Ｖｙ１＜Ｖｙ２であるときは「左に寄ってください」と表示する。また、ｂの値が規定範囲より大きい場合に、ギャップ長の広い給電レーンに移るように表示し、ｂの値が規定範囲より小さい場合に、ギャップ長の狭い給電レーンに移るように表示する。
　なお、表示装置７５は交通信号のような着色電灯でも良い。
　また、給電可能範囲識別装置７４の情報を通信手段５５により車両に送り、車内の表示装置５７に表示するようにしても良い。

　また、図１３、図１４から明らかなように、位置ずれの許容範囲を図２０のように寸法で設定した場合は、許容範囲内であっても、ｂの値が低い（給電効率が低い）領域が含まれるが、ｂの値とサーチコイルの検出電圧とで許容範囲を設定する場合は、ｂの値とサーチコイルの検出電圧とを組合わせることで、精密な許容範囲の設定が可能になる。
　図１６は、その一例である許容範囲の判別フローチャートを示している。
　この判別では、位置ずれの許容範囲を決定するに当たり、
（１）図１２、図１３、図１４から分かるように、ｂの値は、ギャップ長の位置ずれ（ｚ方向の位置ずれ）に対する感度は高いが、前後方向（ｘ方向）や左右方向（ｙ方向）の位置ずれの影響も受ける。
（２）同様に、サーチコイルの電圧Ｖｘ１，Ｖｘ２はｘ方向の位置ずれに対する感度は高いが、ｙ方向やｚ方向の位置ずれの影響も受ける。
（３）また、サーチコイルの電圧Ｖｙ１～Ｖｙ４はｙ方向の位置ずれに対する感度は高いが、ｘ方向やｚ方向の位置ずれの影響も受ける。
（４）また、図８、図１０から分かるように、サーチコイルの電圧は、位置ずれが増えれば一様に増える。
と言う測定結果を利用している。

　ステップ１：図１４の測定結果から、ｂの値が０．２より小さい場合は、ギャップ長が給電可能範囲（図２０）の上限を超えるため、給電範囲外とする。また、図１２の測定結果から、ｂが、０．５５を超える場合は、ギャップ長が給電可能範囲の下限を下回るため、給電範囲外とする。０．２≦ｂ≦０．５５であれば、ステップ２に移行する。
　ステップ２：図１０の測定結果から、サーチコイルの電圧Ｖｙ１、Ｖｙ２が２２Ｖを超えるときは、ｙ方向の許容限度を超えるため、給電範囲外とする。Ｖｙ１、Ｖｙ２≦２２Ｖであればステップ３に移行する。
　ステップ３：図８、図１３の測定結果から、Ｖｘ１、Ｖｘ２＜３．１Ｖの場合は、０．２≦ｂ＜０．３５であるとき、許容範囲内とする。
　ステップ４：前後方向の位置ずれがステップ３より大きくなるＶｘ１、Ｖｘ２＜３．３Ｖの場合は、ｂの値をさらに高めて、０．３５≦ｂ＜０．４５であるとき、許容範囲内とする。
　ステップ５：ステップ４の条件を満たさない場合でも、図１２の測定結果から、０．４５≦ｂ＜０．５５であるときは、許容範囲内とする。
　図１７は、図１６のフローチャートによって定まる位置ずれの許容範囲を示している。
　このように、ｂの値とサーチコイルの検出電圧とを指標に位置ずれの許容範囲を設定する場合は、精密な許容範囲の設定が可能になる。

　図１８は、送電コイルの他の例を示している。
　この送電コイルは、Ｈ字状コアの磁極部のそれぞれが、二本のコア部材９１１及び９１２、９２１及び９２２から成り、サーチコイルＣｙ１ａ、Ｃｙ２ａは、二本のコア部材９１１、９１２の外周に巻回され、サーチコイルＣｙ１ｂ、Ｃｙ２ｂは、二本のコア部材９２１、９２２の外周に巻回され、また、サーチコイルＣｘ１は、コア部材９１１及び９１２の隙間を繋ぐコア部材９１３の外周に巻回され、サーチコイルＣｘ２は、コア部材９２１及び９２２の隙間を繋ぐコア部材９２３の外周に巻回されている。
　この送電コイルでは、サーチコイルＣｘ１、Ｃｘ２が電線巻回部の延長方向に直進する磁束（及びその逆方向に進行する磁束）を漏れなく捕捉できるため、サーチコイルＣｘ１、Ｃｘ２の検出精度が向上し、前後方向の位置ずれに対する許容範囲を高精度に判別することができる。

　なお、ここでは、非接触給電方式として、一次側に直列コンデンサを挿入し、二次側に並列共振コンデンサを挿入する方式を示したが、非接触給電方式には、非特許文献１や非特許文献２に記載された、一次側に並列コンデンサを挿入し、二次側に並列共振コンデンサを挿入する方式や、その他の方式が知られている。図２３には、非特許文献１に記載された回路方式を示し、図２４には、非特許文献２に記載された回路方式を示している。
　これらの回路方式でも、第１、第２、第３のサーチコイルを位置ずれの指標に用いることが可能である。

　また、ここでは、第１、第２、第３のサーチコイルの検出電圧、及び、ｂの値を利用して、送電コイルに対する受電コイルのｘ方向（前後方向）、ｙ方向（左右方向）及びｚ方向（ギャップ長）の位置ずれが許容範囲内か否かを判別する場合について説明したが、例えば、前後方向の位置ずれは、車両の前後方向の停止位置を図１のタイヤ止め７等で規制し、ギャップ長は一定と仮定し、左右方向の位置ずれの可否だけを、第１及び第２のサーチコイルの検出電圧を利用して判別するようにしても良い。
　また、ギャップ長は一定と仮定し、左右方向の位置ずれの可否を、第１及び第２のサーチコイルの検出電圧を利用して判別し、前後方向の位置ずれの可否を、第３のサーチコイルの検出電圧を利用して判別することも可能である。

　また、ここでは、第１、第２、第３のサーチコイルを送電コイルのＨ型コアの方に設ける場合について説明したが、受電コイルのＨ型コアの方に第１、第２、第３のサーチコイルを設けることも可能である。このとき、受電コイルのＨ型コアは、図７や図１８のように構成される。
　図１９は、受電コイル３３のサーチコイルの検出電圧を取得して停車位置の適否を判定する給電可能範囲識別装置５６と、その判定情報を表示する表示装置５７とを車内に設けた場合を示している。
　給電可能範囲識別装置５６は、サーチコイルの検出電圧から、停車位置の前後・左右の適否を判定することができ、また、停車位置が適切でない場合に、どちらの方向に修正すれば良いかを識別することができる。また、ギャップ長の適否を判定する際に、二次電圧の情報を車内から取得して（数７）によりｂの値を算出することができる（ＶIN、ａは標準化された値を用いても良いし、ＶINの値を通信手段５５で地上のインバータから車内の給電可能範囲識別装置５６に伝えても良い）。
　また、表示装置５７には、車内に装備されているカーナビ装置の表示画面を用いることが可能であり、停車位置が適切でないときに給電可能範囲識別装置５６から指示される修正方向をカーナビ画面上に矢印等で表示して車両の移動を誘導することもできる。

　本発明の移動体用非接触給電装置は、送電コイルと受電コイルとの位置ずれが給電可能範囲に含まれるか否かを的確に判断することができ、自動車や搬送車や移動ロボットなどの移動体に広く利用することができる。

　３　　　　送電コイル
　５　　　　受電コイル
　７　　　　タイヤ止め
　１０　　　整流器
　２０　　　インバータ
　３０　　　非接触給電トランス
　３１　　　送電コイル
　３２　　　一次側直列コンデンサ
　３３　　　受電コイル
　３４　　　二次側並列共振コンデンサ
　３５　　　主磁束
　４０　　　整流器
　５０　　　電線
　５１　　　二次電池
　５２　　　インバータ
　５３　　　モータ
　５４　　　エンジン
　５５　　　通信手段
　５６　　　給電可能範囲識別装置
　５７　　　表示装置（車内）
　６５　　　アルミ板
　６６　　　アルミ板
　７１　　　タイヤ
　７２　　　コンクリートブロック
　７３　　　スペーサ
　７４　　　給電可能範囲識別装置
　７５　　　表示装置（地上）
　８０　　　Ｈ型コア
　８１　　　磁極部
　８２　　　磁極部
　８３　　　電線巻回部
　８１１　　磁極部端部
　８１２　　磁極部端部
　８２１　　磁極部端部
　８２２　　磁極部端部
　９１１　　コア部材
　９１２　　コア部材
　９１３　　コア部材
　９２１　　コア部材
　９２２　　コア部材
　９２３　　コア部材
　３１８１　磁極部
　３１８２　磁極部
　３１８３　電線巻回部
　３３８１　磁極部
　３３８２　磁極部
　３３８３　電線巻回部
　Ｃｘ１　　サーチコイル
　Ｃｘ２　　サーチコイル
　Ｃｙ１ａ　サーチコイル
　Ｃｙ１ｂ　サーチコイル
　Ｃｙ２ａ　サーチコイル
　Ｃｙ２ｂ　サーチコイル

Claims

　高周波電源に接続する送電コイルが地上側に設置され、前記送電コイルにギャップを介して対向する受電コイルが移動体側に設置され、前記送電コイルから前記受電コイルに給電が行われる移動体用非接触給電装置であって、
　前記送電コイル及び受電コイルはＨ字状のコアを有し、該コアの平行するコア部分が磁極部を構成し、対向する前記磁極部の中間部位を接続するコア部分が電線を巻回するための電線巻回部を構成し、
　前記受電コイルは、平行する前記磁極部が移動体の前後方向と直交するように該移動体に設置され、
　前記送電コイルまたは受電コイルのＨ字状のコアは、前記磁極部の少なくとも一方が、前記電線巻回部から前記磁極部の一端の方向に進行する磁束及びその逆方向に進行する磁束と鎖交する第１のサーチコイルと、前記電線巻回部から前記磁極部の他端の方向に進行する磁束及びその逆方向に進行する磁束と鎖交する第２のサーチコイルとを具備し、
　さらに、前記送電コイルと前記受電コイルとが給電可能範囲内にあるか否かを識別するために前記第１のサーチコイルまたは第２のサーチコイルで検出された電圧を利用する給電可能範囲識別手段を備える
ことを特徴とする移動体用非接触給電装置。
　請求項１に記載の移動体用非接触給電装置であって、前記送電コイルまたは受電コイルのＨ字状のコアは、さらに、前記電線巻回部の延長方向に前記磁極部を直進する磁束及びその逆方向に進行する磁束と鎖交する第３のサーチコイルを具備し、前記給電可能範囲識別手段は、前記第３のサーチコイルで検出された電圧をも利用して、前記送電コイルと前記受電コイルとが給電可能範囲内にあるか否かを識別することを特徴とする移動体用非接触給電装置。
　請求項１または２に記載の移動体用非接触給電装置であって、前記送電コイルと前記高周波電源との間に直列に接続する一次側コンデンサと、前記受電コイルに並列に接続する二次側共振コンデンサとを備え、前記高周波電源の出力電圧である一次電圧をＶIN、前記受電コイルの両端に加わる二次電圧をＶ2、前記送電コイルの巻数をＮ1、前記受電コイルの巻数をＮ2とするとき、前記給電可能範囲識別手段は
　ｂ＝（ＶIN／Ｖ2）（Ｎ2／Ｎ1）
で表されるｂの値をも利用して、前記送電コイルと前記受電コイルとが給電可能範囲内にあるか否かを識別することを特徴とする移動体用非接触給電装置。
　請求項１に記載の移動体用非接触給電装置であって、前記第１のサーチコイル及び第２のサーチコイルは、前記磁極部をコイル内に含めるように前記磁極部の外周に巻回されていることを特徴とする移動体用非接触給電装置。
　請求項２に記載の移動体用非接触給電装置であって、前記第３のサーチコイルは、前記電線巻回部の延長方向に延びる前記磁極部の面と前記延長方向に直交する前記磁極部の側面とをコイル内に含めるように前記磁極部の面上に配置されていることを特徴とする移動体用非接触給電装置。
　請求項２に記載の移動体用非接触給電装置であって、前記送電コイルまたは受電コイルのＨ字状のコアは、前記磁極部が、隙間を空けて配置された二本のコアから成り、前記第１のサーチコイル及び第２のサーチコイルは、前記二本のコアをコイル内に含めるように前記二本のコアの外周に巻回され、前記第３のサーチコイルは、前記二本のコアの隙間を繋ぐコア材に巻回されていることを特徴とする移動体用非接触給電装置。
　請求項１または２に記載の移動体用非接触給電装置であって、前記給電可能範囲識別手段は、前記送電コイルと前記受電コイルとが給電可能範囲内に無い場合に、給電可能範囲内に入るための移動方向の情報を提供することを特徴とする移動体用非接触給電装置。
　請求項７に記載の移動体用非接触給電装置であって、前記給電可能範囲識別手段が、車両内に設置され、前記給電可能範囲識別手段から提供される前記移動方向の情報が、車両内に装備されたカーナビゲーション装置の表示画面に表示されることを特徴とする移動体用非接触給電装置。