図面 (/)

この項目の情報は公開日時点(2018年10月11日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (8)

課題

大気中、電磁波信号伝搬損失が大気中での伝搬損に比較して大きい物質中、塩分濃度が0%から10%までの真水中もしくは海水中、あるいはこれらの組み合わせの中で、給電装置受電装置、および非接触給電システムを安価に提供する。

解決手段

非接触給電装置および非接触給電システムは、給電コイル受電コイルとを、非飽和状態とし、非共振状態とし、共振状態に近い非共振状態とし、負荷Q値が50以下とし、負荷時電圧変動率が50%以下であり、あるいはこれらを組合わせとし、給電コイルに周波数が50Hzから41MHz超までの交流電源によって励磁電流を駆動することによって、前記給電コイルから高出力の変動磁界放射させ、前記放射された変動磁界によって、近距離間での非接触給電を可能とし、中距離間での磁力波通信を合わせて可能にする。

概要

背景

従来から、給電コイル空心コイルを用いる非接触電力伝送装置が提案されている。(例えば、特許文献1〜4)
特開2012−151208号
特許第5437650号
特開2012−143106号
特開2016−123187号

特許文献1に記載されている従来の「共鳴コイル保持部材共鳴コイルユニット、及び、非接触電力伝送装置」によれば、「段落[0070]共鳴コイル52は、図7に示すように、例えば、直径5mmの銅線平板状(渦巻き状)に複数回(n回)巻回した、内径D1が450mm、外径D2が600mm、空心コイルである。」とされている。
しかしながら、特許文献1の方法では、高い周波数で空心コイルを共振させることから、電磁波信号放射されるため、大気中でも給電効率を低下させ、海水中での非接触給電阻害するとともに、電磁波通信などへの妨害に対する対策が必要であるなどの問題点がある。

特許文献2に記載されている従来の「非接触給電装置」によれば、「段落[0006]そして該エアギャップ磁路に、共振回路を構成する共振コイルが配設されている。
該共振回路は、該1次側電源回路や該2次側負荷側回路から独立しており、該共振コイルは、該エアギャップの磁路に対し励磁無効電力を供給する。」とされている。
しかしながら、特許文献2の方法では、高電圧化された共振回路が独立して設けられており、電磁波信号が放射されるため、大気中でも給電効率を低下させ、海水中での非接触給電を阻害するとともに、電磁波通信などへの妨害に対する対策が必要であるなどの問題点がある。

特許文献3に記載されている従来の「磁界共鳴方式の非接触給電装置」によれば、「段落[解決手段]この非接触給電装置15は、送電側回路6について、送電コイル3と並列コンデンサ11が配されて、並列共振回路が形成され、高周波電源9側の回路部分と、並列コンデンサ11や送電コイル3側の回路部分とが、コンデンサ21,22による電界結合によって、接続されている。
」とされている。
しかしながら、特許文献3の方法では、送電コイル3と並列コンデンサ11が配されて、並列共振回路が形成され、22による電界結合(結合コンデンサ)によって、接続されているため、高い共振電圧が発生し、電磁波信号が放射されるため、大気中でも給電効率を低下させ、海水中での非接触給電を阻害するとともに、電磁波通信などへの妨害に対する対策が必要であるなどの問題点がある。

特許文献4に記載されている従来の「ワイヤレス給電装置」によれば、「ワイヤレス電力伝送装置101は、商用周波数を含む任意の周波数の交流電源から、直接あるいはトランス33を介して給電手段のコイル11aを駆動し、少なくとも、給電手段のコイルと受電手段のコイル12aとの両方に、非共振状態のコイルを用い、かつ簡易な調整・制御手段を用い、高効率にワイヤレス電力伝送する。」とされている。
しかしながら、特許文献4の方法では、「変動磁界によって誘導結合するワイヤレス電力伝送装置を安価に提供する。」ことを課題としており、ワイヤレス電力伝送システムとしての訴求が為されておらず、限定された用途に限られている問題点がある。

概要

大気中、電磁波信号の伝搬損失が大気中での伝搬損に比較して大きい物質中、塩分濃度が0%から10%までの真水中もしくは海水中、あるいはこれらの組み合わせの中で、給電装置受電装置、および非接触給電システムを安価に提供する。非接触給電装置および非接触給電システムは、給電コイルと受電コイルとを、非飽和状態とし、非共振状態とし、共振状態に近い非共振状態とし、負荷Q値が50以下とし、負荷時電圧変動率が50%以下であり、あるいはこれらを組合わせとし、給電コイルに周波数が50Hzから41MHz超までの交流電源によって励磁電流を駆動することによって、前記給電コイルから高出力の変動磁界を放射させ、前記放射された変動磁界によって、近距離間での非接触給電を可能とし、中距離間での磁力波通信を合わせて可能にする。

目的

この発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、給電コイルおよび/あるいは受電コイルを非飽和状態とし、給電コイルおよび/あるいは受電コイルを非共振状態とし、給電コイルおよび/あるいは受電コイルを共振状態に近い非共振状態とし、給電コイルおよび/あるいは受電コイルの負荷Q値を50以下とし、負荷時電圧変動率が50%以下とし、共振周波数が駆動する交流電源の周波数より低い状態とし、単線路とし、複線路とし、平行2線路とし、四角形のコイルとし、円状のコイルとし、あるいはこれらの組合せとし、給電コイルから高出力の変動磁界を放射し、前記放射された高出力の変動磁界が受電コイルと誘導結合することによって生じる起電力出力電源とする非接触給電装置に関するものであり、電磁波信号の放射を抑制し、高い給電効率であり、大気中、電磁波信号の伝搬損失が大気中での伝搬損に比較して大きい物質中、塩分濃度が0%から10%までの真水中もしくは海水中、あるいはこれらの組み合わせの中で、近距離間から中距離間までを含め、ファラデー電磁誘導の法則に基づき、変動磁界によって誘導結合する非接触給電装置および非接触給電システムを安価に提供することを目的とする。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

この技術が所属する分野

ライセンス契約や譲渡などの可能性がある特許掲載中! 開放特許随時追加・更新中 詳しくはこちら

請求項1

電磁誘導を用いて受電装置電力を供給するための給電装置であって、給電コイルと、当該給電コイルに励磁電流を流すための交流電源と、上記励磁電流の位相を調整するための位相調整手段と、を備え、上記給電コイルが単線路および/あるいは複線路であり、上記給電コイルと上記位相調整手段は、並列および直列に結合し、上記給電コイルの誘導性リアクタンスと、上記並列に接続された位相調整手段の容量性リアクタンスと、上記給電コイルの周辺に存在する浮遊容量の容量性リアクタンスとが、共振状態に近い非共振状態であり、上記給電コイルの誘導性リアクタンスと、上記直列に接続された位相調整手段の容量性リアクタンスとが、共振状態に近い非共振状態であることを特徴とする給電装置。

請求項2

電磁誘導を用いて受電装置に電力を供給するための給電装置であって、給電コイルと、当該給電コイルに励磁電流を流すための交流電源と、上記励磁電流の位相を調整するための位相調整手段と、を備え、上記給電コイルが単線路および/あるいは複線路であり、上記給電コイルと上記位相調整手段は、並列および直列に結合し、上記励磁電流の角振動数をω、上記給電コイルの誘導性リアクタンスをωL1、上記給電コイルと直列に接続された上記位相調整手段の容量性リアクタンスを1/ωC1、上記受電装置の内部抵抗をRとした際に、−R<ωL1(1−(1/(ω×ω×L1×C1)))<Rまたは、0<ωL1/R<50であることを特徴とする給電装置。

請求項3

上記給電コイルが、扁平で幅広な単線路および/あるいは扁平で幅広な複線路であることを特徴とする請求項1または2に記載の給電装置。

請求項4

上記給電コイルが、上記交流電源から、直接、もしくはリアクタを介し、あるいはトランスを介し、上記励磁電流を供給されることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の給電装置。

請求項5

上記給電コイルが、商用電源の、送配電線あるいは屋内配線を兼ねていることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の給電装置。

請求項6

請求項1から5のいずれかに記載の給電装置から、電磁誘導を用いて電力が供給される受電コイルを備えた受電装置。

請求項7

上記受電コイルと直列および/あるいは並列に結合した位相調整手段を備え、当該受電コイルと直列および/あるいは並列に結合した位相調整手段の容量性リアクタンスと、上記受電コイルの誘導性リアクタンスとが、略同一であることを特徴とする請求項6に記載の受電装置。

請求項8

上記受電コイルと直列に結合した位相調整手段を備え、上記励磁電流の角振動数をω、上記受電コイルの誘導性リアクタンスをωL2、上記受電コイルと接続された上記位相調整手段の容量性リアクタンスを1/ωC2、上記受電装置の内部抵抗をRとした際に、−R<ωL2(1−(1/(ω×ω×L2×C2)))<Rまたは、0<ωL2/R<50であることを特徴とする請求項6に記載の受電装置。

請求項9

上記受電コイルが、上記給電コイルと垂直方向に対向する角形コイルであることを特徴とする請求項6から8のいずれかに記載の受電装置。

請求項10

請求項1から5のいずれかに記載の給電装置と、請求項6から9のいずれかに記載の受電装置と、を備えた非接触給電システム

請求項11

上記給電コイルまたは上記受電コイルから発生する変動磁界を用いたデジタル情報通信機能を有することを特徴とする請求項10に記載の非接触給電システム。

請求項12

上記受電コイルが、移動体あるいは移動手段に搭載されることを特徴とする請求項11に記載の非接触給電システム。

技術分野

0001

この発明は、大気中、電磁波信号伝搬損失が大気中での伝搬損に比較して大きい物質中、塩分濃度が0%から10%までの真水中もしくは海水中、あるいはこれらの組み合わせの中で、近距離間から中距離間までを含め、ファラデー電磁誘導の法則に基づき、変動磁界によって誘導結合する非接触給電装置および非接触給電システムを実現するためのものである。

背景技術

0002

従来から、給電コイル空心コイルを用いる非接触電力伝送装置が提案されている。(例えば、特許文献1〜4)
特開2012−151208号
特許第5437650号
特開2012−143106号
特開2016−123187号

0003

特許文献1に記載されている従来の「共鳴コイル保持部材共鳴コイルユニット、及び、非接触電力伝送装置」によれば、「段落[0070]共鳴コイル52は、図7に示すように、例えば、直径5mmの銅線平板状(渦巻き状)に複数回(n回)巻回した、内径D1が450mm、外径D2が600mm、空心コイルである。」とされている。
しかしながら、特許文献1の方法では、高い周波数で空心コイルを共振させることから、電磁波信号が放射されるため、大気中でも給電効率を低下させ、海水中での非接触給電阻害するとともに、電磁波通信などへの妨害に対する対策が必要であるなどの問題点がある。

0004

特許文献2に記載されている従来の「非接触給電装置」によれば、「段落[0006]そして該エアギャップ磁路に、共振回路を構成する共振コイルが配設されている。
該共振回路は、該1次側電源回路や該2次側負荷側回路から独立しており、該共振コイルは、該エアギャップの磁路に対し励磁無効電力を供給する。」とされている。
しかしながら、特許文献2の方法では、高電圧化された共振回路が独立して設けられており、電磁波信号が放射されるため、大気中でも給電効率を低下させ、海水中での非接触給電を阻害するとともに、電磁波通信などへの妨害に対する対策が必要であるなどの問題点がある。

0005

特許文献3に記載されている従来の「磁界共鳴方式の非接触給電装置」によれば、「段落[解決手段]この非接触給電装置15は、送電側回路6について、送電コイル3と並列コンデンサ11が配されて、並列共振回路が形成され、高周波電源9側の回路部分と、並列コンデンサ11や送電コイル3側の回路部分とが、コンデンサ21,22による電界結合によって、接続されている。
」とされている。
しかしながら、特許文献3の方法では、送電コイル3と並列コンデンサ11が配されて、並列共振回路が形成され、22による電界結合(結合コンデンサ)によって、接続されているため、高い共振電圧が発生し、電磁波信号が放射されるため、大気中でも給電効率を低下させ、海水中での非接触給電を阻害するとともに、電磁波通信などへの妨害に対する対策が必要であるなどの問題点がある。

0006

特許文献4に記載されている従来の「ワイヤレス給電装置」によれば、「ワイヤレス電力伝送装置101は、商用周波数を含む任意の周波数の交流電源から、直接あるいはトランス33を介して給電手段のコイル11aを駆動し、少なくとも、給電手段のコイルと受電手段のコイル12aとの両方に、非共振状態のコイルを用い、かつ簡易な調整・制御手段を用い、高効率にワイヤレス電力伝送する。」とされている。
しかしながら、特許文献4の方法では、「変動磁界によって誘導結合するワイヤレス電力伝送装置を安価に提供する。」ことを課題としており、ワイヤレス電力伝送システムとしての訴求が為されておらず、限定された用途に限られている問題点がある。

発明が解決しようとする課題

0007

この発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、給電コイルおよび/あるいは受電コイル非飽和状態とし、給電コイルおよび/あるいは受電コイルを非共振状態とし、給電コイルおよび/あるいは受電コイルを共振状態に近い非共振状態とし、給電コイルおよび/あるいは受電コイルの負荷Q値を50以下とし、負荷時電圧変動率が50%以下とし、共振周波数が駆動する交流電源の周波数より低い状態とし、単線路とし、複線路とし、平行2線路とし、四角形のコイルとし、円状のコイルとし、あるいはこれらの組合せとし、給電コイルから高出力の変動磁界を放射し、前記放射された高出力の変動磁界が受電コイルと誘導結合することによって生じる起電力出力電源とする非接触給電装置に関するものであり、電磁波信号の放射を抑制し、高い給電効率であり、大気中、電磁波信号の伝搬損失が大気中での伝搬損に比較して大きい物質中、塩分濃度が0%から10%までの真水中もしくは海水中、あるいはこれらの組み合わせの中で、近距離間から中距離間までを含め、ファラデーの電磁誘導の法則に基づき、変動磁界によって誘導結合する非接触給電装置および非接触給電システムを安価に提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0008

この発明に係わる非接触給電装置は、給電コイルおよび受電コイルを非飽和状態とし、給電コイルおよび/あるいは受電コイルを非共振状態とし、給電コイルおよび/あるいは受電コイルを共振状態に近い非共振状態とし、給電コイルおよび/あるいは受電コイルの負荷Q値を50以下とし、負荷時電圧変動率を50%以下とし、共振周波数が駆動する交流電源の周波数より低い状態とし、給電コイルを単線路、複線路、平行2線路、円状のコイル、あるいは角形のコイルとし、あるいはこれらの組合せとし、前記給電コイルに周波数が50Hzから41MHzを超える比較的に低い周波数の交流電源を駆動して、前記給電コイルから高出力の変動磁界を放射させ、前記高出力の変動磁界によって前記受電コイルに誘起する起電力を大容量の電源出力とすることによって、電磁波信号の放射を抑制し、電力伝送効率が高く、大気中、電磁波信号の伝搬損失が大気中での伝搬損に比較して大きい物質中、塩分濃度が0%から10%までの真水中もしくは海水中、あるいはこれらの組み合わせの中で、近距離間での非接触給電から中距離間での磁力波通信までを含め、変動磁界によって誘導結合する非接触給電装置および非接触給電システムを実現可能とするものである。

0009

ここで、配電手段が、前記非飽和状態の給電コイルに、交流電源を、直接供給し、周波数を変換して駆動し、トランスを介して駆動し、位相調整手段を直列に接続して供給し、位相調整手段を並列に接続して供給し、リアクトルとコンデンサとを含む位相調整手段を直列に接続して供給し、リアクトルとコンデンサとを含む位相調整手段を並列に接続して供給し、前記交流電源の電源入力端子にリアクトルを接続して駆動し、あるいはこれらを組合せて駆動し、前記給電コイルから周波数が50Hzから41MHzを超える高出力の変動磁界を放射させ、前記高出力の変動磁界によって前記受電コイルに誘起する起電力を、直接出力し、トランスを介して出力し、位相調整手段を直列に接続して出力し、周波数を変換して出力し、直流電圧に変換して出力し、あるいはこれらの組合せによって、蓄電手段に対して急速充電を可能とする非接触給給電装置および非接触給電システムを実現する。

0010

また、前記給電コイルを単線路、複線路、あるいは平行2線路で構成し、前記給電コイルと受電コイルとを共振状態に近い非共振状態とすることによって、走行中の移動車両に非接触給電を可能とし、並列駐車中あるいは縦列駐車中の複数台の車両に非接触で急速給電を可能とすることができる。
また、前記給電コイルおよび前記受電コイルを共振状態に近い非共鳴状態とすることで、コイル間の広帯域伝送が可能となり、磁力波通信用アンテナとして共用が可能となり、前記給電コイルと前記受電コイルとの間でデジタル情報伝送を可能とし、大気中では、前記デジタル情報に基づいて、前記配電手段が、EV車両からの交流電源の起動停止要求を受信し、前記要求に基いて交流電源の起動停止を制御し、水中あるいは海水中では、給電支援手段あるいは給電支援プラットホームが、潜航手段からの給電起動停止要求を受信し、前記潜航手段を誘導制御し、非接触給電の起動停止を制御し、あるいはこれらの組合せを行うことができる。

0011

本発明に係る給電装置の具体的な構成は、電磁誘導を用いて受電装置に電力を供給し、受電装置が備える蓄電手段に当該電力を蓄電させるための給電装置であって、給電コイルと、当該給電コイルに励磁電流を流すための交流電源と、上記励磁電流の位相を調整するための位相調整手段とを備え、上記給電コイルと上記位相調整手段とは、並列および直列に結合し、上記給電コイルの誘導性リアクタンスと、上記並列に接続された位相調整手段の容量性リアクタンスと、上記給電コイルの周辺に存在する浮遊容量の容量性リアクタンスとが、共振状態に近い非共振状態であり、上記給電コイルの誘導性リアクタンスと、上記直列に接続された位相調整手段の容量性リアクタンスとが、共振状態に近い非共振状態であることを特徴とするものである。

0012

また、本発明に係る受電装置の具体的な構成は、上記の給電装置から、電磁誘導を用いて電力が供給される受電装置であって、受電コイルと、上記受電コイルが受電した電力を蓄電する蓄電手段とを備えたものである。
特に、上記受電コイルと直列に結合した位相調整手段を備え、当該受電コイルと直列に結合した位相調整手段の容量性リアクタンスと、上記受電コイルの誘導性リアクタンスとが、略同一であることを特徴とするものである。

0013

さらに、本発明に係る非接触給電システムは上記の給電装置と、上記の受電装置とを備えたものである。

発明の効果

0014

本発明の非接触給電装置および非接触給電システムは、給電コイルおよび受電コイルを水平方向に対向させ、給電コイルおよび受電コイルを非飽和状態とし、給電コイルおよび/あるいは受電コイルを非共振状態とし、給電コイルおよび/あるいは受電コイルを共振状態近い非共鳴状態とし、給電コイルおよび/あるいは受電コイルの負荷Q値を50以下とし、負荷時電圧変動率を50%以下とし、給電コイルをロングスパンの単線路、複線路、平行2線路、四角形のコイル、あるいは円状のコイルとし、あるいはこれらの組合せとし、前記給電コイルから周波数が50Hzから41MHzを超える高出力の変動磁界を放射することによって、高効率でありかつ大容量であり、大気中、電磁波信号の伝搬損失が大気中での伝搬損に比較して大きい物質中、塩分濃度が0%から10%までの真水中もしくは海水中、あるいはこれらの組み合わせの中で、近距離間での非接触給電から中距離間での磁力波通信までを含め、変動磁界によって誘導結合する非接触給電装置および非接触給電システムを安価に実現できる利点がある。

図面の簡単な説明

0015

本発明の第1の実施形態における非接触給電装置の構成図
本発明の第1の実施形態における非接触給電装置の他の構成図
本発明の第1の実施形態における非接触給電装置の他の構成図
本発明の第1の実施形態における非接触給電装置の他の構成図
本発明の第1の実施形態におけるコイルの断面図
本発明の第2の実施形態における非接触給電システムの構成図
本発明の第2の実施形態における非接触給電システムの他の構成図

実施例

0016

図1から図7に示すように、大気中、電磁波信号の伝搬損失が大気中での伝搬損に比較して大きい物質中、塩分濃度が0%から10%までの真水中もしくは海水中、あるいはこれらの組み合わせの中で、ファラデーの電磁誘導の法則に基づく非接触給電装置および非接触給電システムにおいて、前記非接触給電装置が、少なくとも、配電手段と、受電手段とから構成され、前記配電手段が、少なくとも、給電コイルを有し、前記給電コイルが、非飽和状態であり、非共振状態であり、共振状態に近い非共振状態であり、50以下の負荷Q値であり、負荷時電圧変動率が50%以下であり、駆動する交流電源の周波数より低い共振周波数であり、単線路であり、複線路であり、平行2線路であり、四角形のコイルであり、円状のコイルであり、広い帯域幅であり、あるいはこれらの組合せであり、前記受電手段が、少なくとも、受電コイルを有し、前記受電コイルが、非飽和状態であり、非共振状態であり、共振状態に近い非共振状態であり、50以下の負荷Q値であり、負荷時電圧変動率が50%以下であり、駆動する交流電源の周波数より低い共振周波数であり、四角形のコイルであり、円状のコイルであり、広い帯域幅であり、あるいはこれらの組合せであり、

0017

前記給電コイルと受電コイルとが、水平方向に対向し、垂直方向に対向し、あるいはこれらの組合せで対向し、前記配電手段が、前記給電コイルに50Hzから41MHzを超える交流電源を、直接駆動し、周波数を変換して駆動し、トランスを接続して駆動し、位相調整手段を直列に接続して駆動し、位相調整手段を並列に接続して駆動し、位相調整手段を直並列に接続して供給し、リアクトルとコンデンサとを含む位相調整手段を直列に接続して駆動し、リアクトルとコンデンサとを含む位相調整手段を並列に接続して駆動し、前記交流電源の電源入力端子にリアクトルを接続して駆動し、給電制御手段を接続して駆動し、給電手段を接続して駆動し、あるいはこれらを組み合わせて駆動して、前記給電コイルから高出力の変動磁界を放射させ、前記受電手段が、前記給電コイルから放射された高出力の変動磁界によって前記受電コイルに誘起する起電力を、直接出力し、インピーダンス変換手段を介して出力し、トランスを介して出力し、位相調整手段を直列に接続して出力し、位相調整手段を並列に接続して出力し、位相調整手段を直並列に接続して出力し、受電制御手段を接続して出力し、周波数手段を介して出力し、整流手段を接続し直流電圧に変換して出力し、蓄電手段に接続して出力し、あるいはこれらを組合せて出力する。

0018

また、図1から図7に示すように、前記給電コイルが、前記供給する交流電源によって生じる磁束密度を、飽和させない空心であり、飽和させない構成であり、飽和させない構造であり、当該コイルの面積内で磁束密度がほぼ均一であり、前記受電コイルの方向に増加させる構造であり、あるいはこれらの組合せである。
また、図1から図7に示すように、前記給電コイルの誘導性リアクタンスと、前記位相調整手段の容量性リアクタンスと、前記給電コイルの周辺に存在する浮遊容量の容量性リアクタンスとが、非共振状態であり、共振状態に近い非共振状態であり、50以下の負荷Q値であり、負荷時電圧変動率が50%以下であり、駆動する交流電源の周波数より低い共振周波数であり、あるいはこれらの組合せである。

0019

また、図1から図7に示すように、前記受電コイルが、前記給電コイルから放射された変動磁界と誘導結合する磁束密度を、飽和させない空心であり、飽和させない構成であり、飽和させない構造であり、当該コイルの面積内で起電力がほぼ均一であり、あるいはこれらの組合せである。
また、図1から図7に示すように、前記受電コイルの誘導性リアクタンスと、前記位相調整手段の容量性リアクタンスと、前記受電コイルの周辺に存在する浮遊容量の容量性リアクタンスとが、非共振状態であり、共振状態に近い非共振状態であり、50以下の負荷Q値であり、負荷時電圧変動率が50%以下であり、誘起する起電力の周波数より低い共振周波数であり、あるいはこれらの組合せである。

0020

また、図1から図7に示すように、前記給電コイルと位相調整手段と浮遊容量とからなる直列合成リアクタンス値と、前記受電コイルと位相調整手段と浮遊容量とからなる直列合成リアクタンス値との何れか一方あるいは両方が、前記蓄電手段の内部抵抗を含めた直列抵抗値より小さい値である。
また、図1から図7に示すように、前記給電コイルが、絶縁されたテープ状の平打ち導体あるいは平角導体複数枚重ねて構成され、単線路で構成され、複線路で構成され、平行2線路で構成され、四角形のコイルで構成され、2回巻以内で構成され、空心であり、前記平打ち導体あるいは平角導体の1枚の厚さが表皮厚さ以内であり、複数枚の絶縁薄板を重ねた厚さであり、面積内に高誘電率誘電体を有し、面積外に高誘電率の誘電体を有し、全体を耐熱良熱伝導性樹脂成型品に封じ込め、絶縁物により全体を含浸し、線状に配置され、面状に配置され、1面を除き良導電材ケース内収納され、輸送可能な長さでユニット化され、あるいはこれらの組合せである。

0021

また、図1から図7に示すように、前記受電コイルが、絶縁されたテープ状の平打ち導体あるいは平角導体を複数枚重ねて構成され、四角形のコイルで構成され、ループ状に構成され、渦巻状に構成され、フラットワイズ巻に構成され、ソレノイド巻で構成され、複数回巻で構成され、空心であり、前記平打ち導体あるいは平角導体の1枚の厚さが表皮厚さ以内であり、面積内に高誘電率の誘電体を有し、面積外に高誘電率の誘電体を有し、全体を耐熱良熱伝導性樹脂成型品に封じ込め、絶縁物により全体を含浸し、1面を除き良導電材のケース内に収納され、全体をユニット化し、あるいはこれらの組合せである。

0022

また、図1から図7に示すように、前記平行2線路を構成する平打ち導体の幅が、前記平行2線路の間隔から絶縁距離の1000倍以内を差し引いた値である。
また、図1から図7に示すように、前記交流電源が、定電圧直列共振インバーターであり、定電流並列共振インバータであり、定電圧直並列共振形インバータであり、ハーフブリッジインバータであり、フルブリッジインバータであり、負荷インピーダンスより低い出力インピーダンスであり、リアクトルとコンデンサとを直列接続した位相調整手段に対し電源ON時突入電流を供給可能であり、定振幅デジタル変調が可能であり、あるいはこれらの組合せである。

0023

また、図1から図7に示すように、前記受電コイルに誘起する起電力が、前記給電コイルに供給される交流電源の電圧に依存し、前記給電コイルに供給される励磁電流に依存し、前記給電コイルの形状に依存し、前記給電コイルの誘導性リアクタンスに依存し、前記給電コイルと受電コイルとの間隔に依存し、前記給電コイルの巻き数に依存し、前記受電コイルの巻き数に依存し、前記給電コイルと受電コイルとの巻線比に依存し、前記給電コイルの面積に依存し、前記受電コイルの面積に依存し、前記給電コイルの磁性体の透磁率に依存し、前記受電コイルの磁性体の透磁率に依存し、あるいはこれらの組合せに依存する。
また、図1から図7に示すように、前記受電コイルに誘起する起電力が、前記位相調整手段と直列に接続され、前記位相調整手段と並列に接続され、前記位相調整手段を介さずに接続され、整流手段と接続され、蓄電手段と接続され、50以下の負荷Q値で接続され、負荷時電圧変動率が50%以下で接続され、インピーダンス変換手段に接続され、あるいはこれらの組合せで接続される。

0024

また、図1から図7に示すように、前記蓄電手段の充電電流が、前記受電コイルのインピーダンス、前記位相調整手段のインピーダンス、前記整流手段のインピーダンス、前記蓄電手段のインピーダンス、前記蓄電手段の端子電圧、あるいはこれらの組合せによって制限され、前記誘起起電力に対して負荷力率規定値内である。
また、図1から図7に示すように、前記蓄電手段が、リチウムイオン電池であり、大容量のコンデンサであり、電気二重層のコンデンサであり、リチウムイオンキャパシタであり、前記受電コイルのリアクタンス値より大きな内部抵抗値であり、あるいはこれらの組合せであり、大電流による急速充電を可能にする。

0025

また、図1から図7に示すように、前記給電コイルが、規定の間隔でクロスされ、メッシュ状に配置され、遠隔エリアへの変動磁界の放射を抑制するよう構成され、前記受電コイルが、クロスされた地点を検知して距離を計測し、コイルの中心部から逸脱するのを検知して走行方向の制御を行い、あるいはこれらの組合せである。
また、図1から図7に示すように、前記給電コイルを平打ち導体によって構成し、前記平打ち導体と高誘電率の絶縁物とをサンドイッチ状に重ね合わせてフラットワイズ巻とし、絶縁物を含浸して防水処理を行い、前記平打ち導体の幅広側を水平方向にしてドラム巻き取り、前記ドラムから巻き戻して地面に設置し、前記平打ち導体の幅広側を水平方向にして車両による輸送可能な長さのユニット構造とし、前記平打ち導体の幅広側を地面に対して水平方向に設置し、あるいはこれらの組合せによって工事費経済化を図る。

0026

また、図1から図7に示すように、前記給電コイルが、送電線を兼ねており、配電線を兼ねており、地下埋設されており、屋内配線を兼ねており、単線路であり、複線路であり、平行2線路であり、円形のコイルであり、角形のコイルであり、扁平な板状コイルであり、床上に設置され、天井に設置され、壁に設置され、上に設置され、あるいはこれらの組合せであり、前記受電コイルが前記給電コイルと誘導結合して非接触給電を受ける。
また、図1から図7に示すように、前記給電コイルあるいは受電コイルのいずれか一方の面積を他方のコイルの面積より広くし、前記給電コイルあるいは受電コイルのいずれか一方の長辺を他方のコイルの長辺より大きくし、前記給電コイルあるいは受電コイルのいずれか一方の短辺を他方のコイルの短辺より広くし、あるいはこれらを組合せることで、前記給電コイルと受電コイルとの位置合わせを容易にする。
また、図1から図7に示すように、前記給電コイルが移動体への給電エリア内に複数組が設けられ、前記給電コイルが移動体への給電エリアに沿って複数組が設けられ、あるいはこれらの組合せで設けられ、前記複数組の給電コイルの内少なくとも1組の給電コイルと前記受電コイルとが誘導結合を継続する。

0027

また、図1から図7に示すように、前記給電コイルが設置される場合、前記給電コイルの背面に存在する構造物による給電効率の低下を抑制するために、前記給電コイルの背面に、渦電流損の少ない導電体を設置し、高飽和磁束密度の磁性体を設置し、変動磁界を反射する素材を設置し、あるいはこれらの組合せを設置する。
また、図1から図7に示すように、前記受電コイルが設置される場合、前記受電コイルの背面に存在する構造物による給電効率の低下を抑制するために、前記受電コイルの背面に、渦電流損の少ない導電体を設置し、高飽和磁束密度の磁性体を設置し、変動磁界を反射する素材を設置し、あるいはこれらの組合せを設置する。

0028

また、図1から図7に示すように、前記配電手段が、複数の給電コイルを並列に接続し、前記複数の給電コイルを直列に接続し、前記交流電源を共通に設けて接続し、単相あるいは多相の交流電源を接続し、前記位相調整手段を共通に設けて接続し、あるいはこれらの組合せによって、給電サービスエリアを拡大し、かつ同時に給電可能な受電コイルの数を増加させる。
また、図1から図7に示すように、前記配電手段が、該当する給電コイルへの交流電源の起動停止を制御し、前記受電手段とデジタル情報の送受信を行い、当該受電手段への課金情報収集を要求し、前記課金情報をセンターサーバー発信し、交流電源の電圧を制御し、過電圧を保護し、供給電流を制御し、過電流を抑制し、あるいはこれらを組合せを行う。
また、図1から図7に示すように、前記受電手段が、前記配電手段との間でデジタル情報の受送信を行い、給電の起動停止要求を送信し、誘起起電力の起動停止を制御し、出力電圧を制御し、過電圧を保護し、出力電流を制御し、過電流を抑制し、課金情報を送信し、課金情報を収集し、あるいはこれらを組合せを行う。

0029

また、図1から図7に示すように、前記給電コイルが前記分布容量および浮遊容量を含む位相調整手段と非共振状態でありあるいは共振状態に近い非共振状態であり、前記受電コイルが前記分布容量および浮遊容量を含む位相調整手段と非共振状態でありあるいは共振状態に近い非共振状態であり、前記給電コイルと受電コイルとの何れか一方あるいは両方が磁力波通信と非接触給電とで共用されあるいは併設され、前記給電コイルと受電コイルとの何れか一方あるいは両方が防水されて水中あるいは海水中に没せられ、あるいはこれらの組合で磁力波通信と非接触給電とを可能にする。
また、図1から図7に示すように、前記交流電源の周波数が、前記給電コイルと受電コイルとの何れか一方あるいは両方を非共振状態で動作可能とする周波数帯であり、30kHz以下の周波数帯であり、高周波利用設備割り当てられた周波数帯であり、ISMバンド割当てられた周波数帯であり、あるいはこれらの組合せによって、磁力波通信と大電力の非接触給電との何れか一方あるいは両方を可能とする。

0030

また、図1から図7に示すように、前記給電コイルと前記受電コイルとの間の広帯域伝送特性を利用して、相互間でデジタル情報を送受信し、相互間でデジタル情報を交換し、相互間の距離を測定し、相互間の位置する方向を測定し、相互間の位置関係を制御し、相互間の自動運転を制御し、相互間の非接触給電を制御し、あるいはこれらの組合せを行う。
また、図1から図7に示すように、前記給電コイルと前記受電コイルとの相互間で送受信されるデジタル情報によって、前記給電コイルに供給される交流電源をパルス幅変調(Pulse-Width Modulation)し、前記給電コイルに供給される交流電源をパルス位相変調(Pulse-Phase Modulation)し、前記給電コイルに供給される交流電源を定振幅変調し、前記給電コイルから放射される変動磁界信号を変調し、あるいはこれらの組合せによって、前記給電コイルから変調された変動磁界信号が送信される。

0031

また、図1から図7に示すように、前記受電コイルが、MI(Magnetro-Impedance)素子を用いて構成され、前記MI素子ミキサとして構成し、前記MI素子を複数組用いアレイ状に配置して構成し、あるいはこれらの組合せで構成し、変動磁界信号の高感度な受信を可能にする。
また、図1から図7に示すように、前記給電コイル、前記受電コイル、あるいはこれらの両方が、潜航する潜航手段に搭載され、非接触給電支援手段あるいは非接触給電プラットホームに搭載され、海上を航行する船舶に搭載され、海上を飛行する飛行艇に搭載され、海上の中継手段に搭載され、あるいはこれらの組合せに搭載される。

0032

また、図1から図7に示すように、水中あるいは海水中を潜航する潜航手段が、非接触給電手段を搭載し、非接触受電手段を搭載し、非接触給電制御手段を搭載し、非接触受電制御手段を搭載し、変動磁界信号による磁力波通信手段を搭載し、蓄電手段を搭載し、推進制御手段を搭載し、あるいはこれらの組合せを搭載し、特定の潜航手段が他方の潜航手段に対して非接触給電を行い、相互間の通信を行い、あるいはこれらの両方を行う。
また、図1から図7に示すように、前記非接触給電支援手段あるいは非接触給電プラットホームが、電力ケーブルを通じて直流電源あるいは交流電源の供給を受け、単線路、複線路、平行2線路、四角形、円状、あるいはこれらの組合せによる給電コイルから変動磁界を水中あるいは海水中に放射し、水中あるいは海水中で活動中の潜航手段に搭載された受電コイルに誘起する起電力を整流手段によって直流電圧に変換し、前記潜航手段に搭載された蓄電手段を充電する。

0033

また、図1から図7に示すように、路面上を移動する移動手段が、非接触受電手段を搭載し、非接触給受電制御手段を搭載し、変動磁界信号による磁力波通信手段を搭載し、蓄電手段を搭載し、運転制御手段を搭載し、あるいはこれらの組合せを搭載し、路面に設置された非接触給電手段を利用し、非接触給受電制御手段を利用し、変動磁界信号による磁力波通信手段を利用し、あるいはこれらの組合せを利用し、非接触給電を受けかつ磁力波通信を行う。
また、図1から図7に示すように、前記配電手段が、電力ケーブルを通じて直流電源あるいは交流電源の供給を受け、単線路、複線路、平行2線路、角形、円形、線状、面状、あるいはこれらの組合せによる給電コイルから変動磁界を大気中に放射し、前記移動手段に搭載された受電コイルに前記放射された変動磁界によって誘起する起電力を整流手段によって直流電圧に変換し、前記移動手段に搭載された蓄電手段を前記直流電圧によって充電する。

0034

また、図1から図7に示すように、センターサーバを含む運用管制手段、衛星通信網海洋上の中継手段、前記配電手段、給受電制御手段、および前記受電手段が連携してデジタル情報ネットワークを構成し、前記ネットワーク内で伝送されるデジタル情報に基づいて、移動体からの交流電源の起動停止要求を送受信し、前記起動停止要求に基いて前記交流電源の起動停止を制御し、前記起動停止要求に基いて電力料金課金し、運用・操縦に必要な情報を中継し、運用・操縦に必要な情報を交換し、運転制御・運転操縦を支援し、あるいはこれらの組合せを行う。

0035

また、図1から図7に示すように、センターサーバを含む交通管制手段、前記配電手段、給受電制御手段、および前記受電手段が連携してデジタル情報ネットワークを構成し、前記ネットワーク内で伝送されるデジタル情報に基づいて、移動体からの交流電源の起動停止要求を送受信し、前記起動停止要求に基いて前記交流電源の起動停止を制御し、前記起動停止要求に基いて電力料金を課金し、運用・運転に必要な情報を中継し、運用・運転に必要な情報を交換し、運転制御・運転操作を支援し、あるいはこれらの組合せを行う。
また、図1から図7に示すように、移動体が信号機によって一時停止させられる道路に沿って前記給電コイルを設置し、前記移動体が停止中に非接触給電を受ける。

0036

(実施の形態1)
図1は、本発明の第1の実施形態における非接触給電装置の構成図であり、101は非接触給電装置、11は給電コイル、41は受電コイル、21a、21bは給電コイルの入力端子、51a、51bは受電コイルの出力端子、31は交流電源、32a、32bは並列に接続された位相調整手段、33は配電手段、34は直列に接続された位相調整手段、61は蓄電手段、62は整流手段、63は受電手段、64は直列に接続された位相調整手段、100は給電コイルと受電コイルとの間隔である。

0037

ここで、前記給電コイル11および受電コイル41は、空心であり、磁束密度が非飽和状態であり、飽和磁束密度が高い磁性体の周辺に設けられ、前記コイルと磁性体とが直接密着せず間隔を置いて設けられ、あるいはこれらの組合せであり、お互いに間隔100を隔て、水平方向に対向しているものとする。
また、前記各コイルは、駆動する交流電源によって、磁束密度が飽和しない構成であり、磁束密度が飽和しない構造であり、あるいは大電流を駆動できる空心とする必要がある。
また、前記給電コイル11と、位相調整手段32a、32bと位相調整手段34と、交流電源31とは、定電圧直並列共振形インバータを構成するものとする。

0038

また、前記給電コイル11の誘導性リアクタンスと、前記並列に接続された位相調整手段32a、32bの容量性リアクタンスと、前記給電コイルの周辺に存在する浮遊容量の容量性リアクタンスとが、非共振状態であり、共振状態に近い非共振状態であり、50以下の負荷Q値であり、負荷時電圧変動率が50%以下であり、前記給電コイル11に流れる励磁電流を相互に循環して交流電源31の負担を軽減し、前記給電コイル11から放射される電磁波信号の放射を抑制し、かつ変動磁界を効率よく外部に放射するものとする。
また、前記給電コイル11の誘導性リアクタンスと、前記直列に接続された位相調整手段34の容量性リアクタンスとが、非共振状態であり、共振状態に近い非共振状態であり、50以下の負荷Q値であり、負荷時電圧変動率が50%以下であり、前記給電コイル11に流れる実効負荷電流力率を改善し、かつ前記給電コイル11から放射される電磁波信号の放射を抑制するものとする。

0039

また、前記受電コイルの誘導性リアクタンスと、前記受電コイルと直列に接続された位相調整手段64の容量性リアクタンスと、前記受電コイルの周辺に存在する浮遊容量の容量性リアクタンスとが、非共振状態であり、共振状態に近い非共振状態で有り、50以下の負荷Q値であり、負荷時電圧変動率が50%以下であり、電磁波信号の再放射を抑制し、前記給電コイルから放射された変動磁界から起電力を効率よく誘起し、蓄電手段61に有効電力を供給するものとする。
また、前記配電手段33が、前記給電コイル11に、周波数が50Hzから41MHzを超える交流電源を、直接供給し、トランスを介して駆動し、位相制御手段を直列に接続して供給し、位相制御手段を並列に接続して供給し、リアクタを介して駆動し、周波数を変換して駆動し、あるいはこれらの組合せで大電流の励磁電流を駆動し、前記給電コイルから高出力の変動磁界を放射させ、前記受電手段63が、前記受電コイル41に誘起する起電力を、直接出力し、トランスを介して出力し、位相調整手段を直列に接続して出力し、周波数を変換して出力し、インピーダンスを変換して出力し、整流手段62によって直流電圧に変換して出力し、蓄電手段に出力し、あるいはこれらを組合せて大電流の電源として出力し、全体として非接触給電装置を構成する。

0040

ここで、前記給電コイル11を駆動する交流電源の電圧をEin*Sin(ωt)とし、前記給電コイル11のインダクタンスをL1とし、ω=2πf=変動磁界の角周波数とすると、入力端子21a、21bに供給される励磁電流Iin(A)は、Iin=(Ein/ωL1)Cos(ωt)となり、大きな励磁電流となるので、前記給電コイルの入力端子側に位相調整手段32a、32bを並列に接続することで、前記交流電源に流れる励磁電流を給電コイルと並列に接続する位相調整手段32a、32bとの間で循環させ、前記給電コイルと直列に接続する位相調整手段34によって負荷力率を改善した状態で、前記給電コイルに大きな励磁電流を供給することができる。

0041

なお、前記給電コイルと、位相調整手段32a、32bおよび前記給電コイルの周辺に存在する浮遊容量とは、非共振状態であり、共振状態に近い非共振状態であり、負荷Qが50以下であり、負荷時電圧変動率が50%以下であり、あるいはこれらの組合せとすることで、電磁波信号の放射を抑制し、変動磁界を効率よく放射し、大気中、電磁波信号の伝搬損失が大気中での伝搬損に比較して大きい物質中、塩分濃度が0%から10%までの真水中もしくは海水中、あるいはこれらの組み合わせの中での非接触給電と磁力波通信とが可能となる。

0042

また、前記給電コイルの半径をa1、面積をS1、巻き数をN1、磁性体の比透磁率をμe1とし、前記給電コイル11bの地点から距離Z(m)の位置で生じる磁束密度Bは、前記給電コイルと受電コイルとが水平方向に対向し、相対距離をD=(a1^2+Z^2)^(1/2)で表すと、ビオサバール法則より、
B={(Ein/ωL1)*(μ0*μe1*N1*S1)/[2π(a1^2+Z^2)^(3/2)]}Cos(ωt)={(Ein/ωL1)*(μ0*μe1*N1*S1)/(2π*D^3)}Cos(ωt) −−(1)
となる。

0043

そこで、前記給電コイルと受電コイルとが円状コイルの場合、給電コイルのインダクタンスが近似式として、L1=1.94*10^-6*μe1*N1^2*S1から求められ、前記受電コイルの巻数をN2とし、前記受電コイルの面積をS2とし、μ0=4π*10E-7とし、前記受電コイルの磁性体の比透磁率をμe2とすると、前記受電コイルに誘起する起電力Eoutは、ファラデーの電磁誘導の法則より、
Eout=-dΦ/dt=-N2*S2*dB/dt={[(Ein/10)*(μe2*(N2/N1)*S2)]/D^3]}Sin(ωt)−−(2)
となり、交流電源の電圧と同相であり、振幅の項にωを含まないことから、広帯域特性を有するので、ソースフオロア回路を用いて前記起電力をそのまま出力すると、デジタル通信のための磁力波アンテナとしても共用できることを示す。

0044

しかし、前記受電コイルを非接触給電に用いるためには、前記起電力から実効電力を出力する必要があり、前記受電コイルのリアクタンスωL2(Ω)と蓄電手段の内部抵抗R(Ω)との関係がωL2<Rの場合には、前記受電コイルが非共振状態であっても、前記蓄電手段に流れる電流Iout(A)は、
Iout=Eout/(R+jωL2)≒Eout/(R)={[(Ein/(10*R))*(μe2*(N2/N1)*S2)]/D^3}Sin(ωt)−−(3)
となり、前記蓄電手段に実効電流が流れ、大気中でも海水中でも非接触給電に適用できることになる。
一方、前記関係ωL2<Rが成立しない場合には、前記蓄電手段に流れる電流Iout(A)の負荷力率が低下し、給電効率が低下する問題が生じる。

0045

そこで、前記受電コイルにリアクタンスが(1/ωC2)の位相調整手段を直列に接続し、(1/(ω^2*L2*C2))≒1とすると、前記蓄電手段に流れる電流Iout(A)は、
Iout=Eout/(R+jωL2(1-(1/(ω^2*L2*C2)))≒Eout/(R)={[(Ein/(10*R))*(μe2*(N2/N1)*S2)]/D^3}Sin(ωt)−−(4)
となり、前記蓄電手段に起電力と同相の充電電流が流れることになり、実効電力が出力される。
なお、前記(4)式において、前記位相調整手段が直列に接続された場合でも、ωL2(1-(1/(ω^2*L2*C2))<Rが成立する場合を前記受電コイルが共振状態に近い非共振状態で有るものとし、前記受電コイルが共振状態に近い非共振状態で有り、受電コイルの負荷Q値(ωL2/R)が50以下であり、前記受電コイルの共振周波数が駆動する交流電源の周波数より低い状態であり、負荷時電圧変動率が50%以下であり、あるいはこれらの組合せによって、前記受電コイルから再放射される電磁波信号が抑制されるので、海水中での非接触給電が可能となる。

0046

また、前記給電コイルが磁性体に密着して巻かれており、前記給電コイルに大電流が駆動されると、前記給電コイルから中心点に向かってr(m)の点での磁束密度Br(テスラ)は、Br=μ0*μe1*N1*Iin/2rで表され、r≒0の点では、前記供給電流Iin(A)が大きくなると、前記磁束密度が磁性体の飽和磁束密度を容易に超えるので、少なくともコイルの近辺では空心とする必要がある。
また、大電力を非接触給電するためには、前記給電コイルと受電コイルの両方が大電流によって磁束密度が飽和しないようにするため、空心であり、大電流によって磁束密度が飽和しない構成であり、磁束密度が飽和しない構造であり、あるいはこれらの組合せであり、前記給電コイルの面積内から放射される変動磁界の磁束密度を均一に近づけ、前記受電コイルから誘起する起電力を均一に近づけ、あるいはこれらの対策が必要となる。

0047

ここで、前記受電コイルから実効電力が出力されると、それと等価な実効電力が交流電源から給電されることになるが、前記給電コイルのリアクタンスωL1(Ω)と蓄電手段の内部抵抗R(Ω)との関係がωL1<Rの場合には、交流電源に対する負荷力率が高く給電効率も良好であるが、前記関係ωL2<Rが成立しない場合には、前記給電コイルにリアクタンスが(1/ωC1)の位相調整手段34を直列に接続することで対策する必要がある。
また、前記位相調整手段34が給電コイルと直列に接続された場合でも、ωL1(1-(1/(ω^2*L1*C1))<Rが成立し、前記給電コイルが共振状態に近い非共振状態で有り、前記交流電源の出力インピーダンスを負荷インピーダンスより低くし、前記給電コイルのリアクタンスを小さくし、給電コイルの負荷Q値(ωL1/R)が50以下であり、前記給電コイルの共振周波数が駆動する交流電源の周波数より低い状態であり、負荷時電圧変動率が50%以下であり、あるいはこれらの組合せであれば、前記給電コイルから放射される電磁波信号が抑制されるので、海水中での非接触給電が可能となる。

0048

また、前記配電手段33には、交流電源の起動停止、課金情報の収集、複数組の給電コイルの切替え、複数組の給電コイルの合成、あるいはこれらを組合せた機能を付加するものとする。
また、前記給電コイルと受電コイルとの間隔の変化によって、前記受電コイルに誘起する起電力が変化するので、センサーを設けて前記起電力を常時監視し、受電コイルのタップ切替え、リアクトルのタップ切替え、位相調整手段のタップ切替え、給電コイルを駆動する交流電源のパルス幅を制御し、あるいはこれらの組合せなどの調整と制御が必要である。

0049

また、前記給電コイルを路面下に埋設しあるいは前記受電コイルをEV車に搭載する場合に、前記給電コイルの下面あるいは受電コイルの上側に、非磁性体良導体板を配置することで、路面下に存在する物体あるいはEV車の車体に生じる渦電流損を軽減するとともに、前記良導体板とは逆方向に向けて変動磁界の放射を増大させる効果が期待できる。
また、前記給電コイルから放射される変動磁界の磁力線の方向が一定方向に反射するように、前記良導電体板を湾曲させ、あるいは少なくとも1面が開放された良導電体のケースとすることで、前記給電コイルの利得あるいは指向性の改善が期待できる。

0050

また、前記受電コイルに誘起する起電力が、前記給電コイルに供給される交流電源の電圧に依存し、前記給電コイルの誘導性リアクタンスに依存し、前記給電コイルと受電コイルとの間隔に依存し、前記受電コイルの巻き数と給電コイルの巻き数との比に依存し、前記受電コイルの面積に依存し、前記受電コイルの磁性体の比透磁率に依存し、あるいはこれらの組合せに依存することから、これらのパラメータの組み合わせを変化させることで、誘起する起電力を試算して最適化することができる。
また、前記給電コイルおよび受電コイルに、扁平平角導体の短辺を表皮効果によって抵抗値が過大とならない範囲内の絶縁薄板導体を複数枚重ねた厚さとし、あるいは平角導体と絶縁物とをサンドウイッチ状に重ね合わすことで、表皮効果による損失の増加を軽減することができる。

0051

図2は、本発明の第1の実施形態における非接触給電装置の他の構成図であり、102は非接触給電装置、11は平行2線路の給電コイル、41は受電コイル、21a、21bは給電コイルの入力端子、51a、51bは受電コイルの出力端子、31は交流電源、32a、32bは並列に接続された位相調整手段、33は配電手段、34は直列に接続された位相調整手段、61は蓄電手段あるいは負荷抵抗、62は整流手段あるいは直流への変換手段、63は受電手段(図示せず)、64は直列に接続された位相調整手段、100は給電コイルと受電コイルとの間隔(図示せず)、105は給電コイルの断面図である。

0052

ここで、前記給電コイル11と、受電コイル41とは、共にあるいは何れかが、空心であり、非飽和状態であり、非共振状態であり、共振状態に近い非共振状態であり、水平方向に対向しており、あるいはこれらの組合せであり、給電コイル側には大きな励磁電流を駆動して高出力の変動磁界を放射し、受電コイルから高出力の起電力を誘起することができる。
また、給電コイル11に、単線路、複線路、平行2線路、長方形ループコイル、長方形のヘリカルコイル、長方形の渦巻コイル、あるいはこれらの組合せよる扁平平角のコイルを水平方向に接地して用い、走行車線に沿って設置し、給電サービスエリア内に設置し、シームレス長尺の給電コイルを構成し、あるいはこれらの組合せにより複数のEV車に搭載された受電コイルに対して同時に大電力の非接触給電を可能にする。
また、前記給電コイルを複数区間に分割し、複数区間で交差させ、あるいはこれらの組合せにより距離情報を発生させることができる。

0053

なお、給電コイルには常時大きな励磁電流が流れるので、前記給電コイルと並列に接続する位相調整手段をリアクトル32bとコンデンサ32aとの直列接続とすることで、前記交流電源31を起動時に流れる突入電流を抑制し、かつ前記給電コイルと直列に接続する位相調整手段34によって力率を改善するとともに、受電手段からの給電要求が無い場合には給電コイルへの電流供給を切断するか、前記給電コイルへの供給電圧を低下させるなどの対策が必要である。
また、前記給電コイルおよび/あるいは受電コイルを平打ち導体によって構成し、前記平打ち導体と高誘電率の絶縁物とをサンドイッチ状に重ね合わせ、図5に示すフラットワイズ巻とし、高誘電率の絶縁物を含浸させて防水処理を行い、前記平打ち導体を水平方向としてドラムに巻き取り、前記平打ち導体を地面に対して水平方向に設置し、前記コイルに分布容量あるいは浮遊容量を付加して前記位相調整手段の負担を軽減し、あるいはこれらの組合せにより経済化を図ることができる。

0054

また、前記給電コイルおよび/あるいは受電コイルの誘導性リアクタンスと、前記位相調整手段の容量性リアクタンスと、前記給電コイルの周辺に存在する浮遊容量の容量性リアクタンスとを、非共振状態とし、共振状態に近い非共振状態とし、50以下の負荷Q値とし、負荷時電圧変動率が50%以下とし、交流電源の周波数より低い共振周波数とし、あるいはこれらの組合せによって、前記給電コイルから放射される電磁波信号を抑制することが可能となり、前記受電コイルから再放射される電磁波信号を抑制することが可能となり、水中あるいは海水中では変位電流の放射あるいは再放射を抑制できるので、渦電流損による損失を抑制できることから、給電コイルから海水中において大きな変動磁界を高い効率で外部へ放射し、受電コイルに大きな起電力を高い効率で誘起することが可能となる。

0055

また、前記給電コイルを扁平平行2線路として道路面に水平に設置し、前記受電コイルを四角形のコイルとして前記給電コイルと対向して移動体に設置し、前記給電コイルを駆動する交流電源の電圧をEin*Sin(ωt)とすると、前記受電コイルに誘起する起電力Eoutは、
Eout=-dΦ/dt=[((Ein/Ly1)*N2*S2)/(2^0.5*D1*ACOSH(Lx1/w1))]Sin(ωt) −−(5)
となる。
ここで、Ly1=扁平平行2線路の長さ、N2=受電コイルの巻き数、S2=受電コイルの面積、D1=給電コイルと受電コイルとの相対距離=((d1/2)^2+Z^2)^0.5、Lx1=扁平平行2線路の間隔、w1=扁平平行2線路の幅、t1=扁平平行2線路の厚さとし、t1<<w1とする。
また、前記(5)式によれば、起電力が、(1)受電コイルの巻き数N2と面積S2とに比例して増加し、(2)相対距離D1に反比例して増加し、(3)平行2線路の幅w1がLx1に近づく程増加することを示している。

0056

また、前記受電コイルのリアクタンスωL2(Ω)と蓄電手段の内部抵抗R(Ω)との関係がωL2<Rの場合には、前記受電コイルが非共振状態であっても、前記蓄電手段に流れる電流Iout(A)は、
Iout=Eout/(R+jωL2)≒Eout/(R)=[((Ein/(Ly1*R))*N2*S2)/(2^0.5*D1*ACOSH(Lx1/w1))]Sin(ωt) −−(6)
となり、前記蓄電手段に実効電流が流れ、大気中でも海水中でも非接触給電が可能となる。
また、前記関係ωL2<Rが成立しない場合には、前記受電コイルにリアクタンスが(1/ωC2)の位相調整手段を直列に接続し、(1/(ω^2*L2*C2))≒1とし、共振状態に近い非共振とすることで前記蓄電手段に起電力と同相の充電電流が流れることになる。

0057

ただし、前記位相調整手段が受電コイルと直列に接続された場合でも、前記受電コイルが共振状態に近い非共振状態で有り、受電コイルの負荷Q値(ωL2/R)が50以下であり、負荷時電圧変動率が50%以下であり、前記受電コイルの共振周波数が駆動する交流電源の周波数より低い状態であり、あるいはこれらの組合せによって、前記受電コイルから再放射される電磁波信号が抑制されるので、海水中での非接触給電が可能となる。
また、前記給電コイルにおいて前記位相調整手段が直列に接続された場合でも、ωL1(1-(1/(ω^2*L1*C1))<Rが成立し前記給電コイルが共振状態に近い非共振状態で有り、給電コイルの負荷Q値(ωL1/R)が50以下であり、負荷時電圧変動率が50%以下であり、前記給電コイルの共振周波数が駆動する交流電源の周波数より低い状態であり、あるいはこれらの組合せによって、前記給電コイルから放射される電磁波信号が抑制されるので、海水中での非接触給電が可能となる。

0058

また、前記給電コイルを幅広の平打ち導体を用いて構成すると、長辺が500m程度までの給電コイルをドラムに巻き取り、専用のトレーラで輸送した後に、道路表面の比較的に浅い部分にドラムを巻戻しながら埋設し、あるいは、給電コイルをユニット化して輸送する場合、トレーラで輸送可能な長さが制限されるため、制限寸法内でユニット化することで、輸送および設置工事の経済化が図れる利点がある。
また、前記長尺の給電コイル全体が、耐熱良熱伝導性樹脂成型品に封じ込められ、絶縁物により含浸され、少なくとも1面が開けた良導電材を設け、あるいはこれらの組合せでユニット化できる。

0059

図3は、本発明の第1の実施形態における非接触給電装置の他の構成図であり、103は非接触給電装置の構成図、301aから301dは給電コイル、300aから300dは街路ブロックである。
ここで、前記給電コイル301aから301dは、左側走行中のEV車が交差点において信号待ちする区間に設置され、EV車が一時停車している間に非接触給電を可能とする。

0060

また、前記給電コイル301aから301dは、空心であり、非飽和状態であり、非共振状態であり、共振状態に近い非共振状態であり、受電コイル(表示せず)とは水平方向に対向しており、あるいはこれらの組合せであり、給電コイル側には大きな励磁電流を駆動して高出力の変動磁界を放射し、受電コイルから高出力の起電力を誘起することができる。
また、給電コイル301aから301dは、単線路であり、複線路であり、平行2線路であり、長方形のループコイルであり、長方形の渦巻コイルであり、あるいはこれらの組合せよる長尺のコイルであり、走行車線に沿って設置し、シームレスで長尺の給電コイルを構成し、あるいはこれらの組合せにより複数のEV車に搭載された受電コイルに対して同時に大電力の非接触給電を可能にする。

0061

また、前記配電手段(表示せず)によって、前記複数の給電コイルを並列に接続し、前記複数の給電コイルを直列に接続し、前記交流電源を共通に設けて接続し、単相あるいは多相の交流電源を接続し、前記位相調整手段を共通に設けて接続し、あるいはこれらの組合せによって、給電サービスエリアを拡大し、かつ同時に給電可能な受電コイルの数を増加させることができる。
また、前記複数の給電コイルを直列に接続する場合には、前記位相調整手段の耐圧を増加させる必要があるが、前記位相調整手段の容量値を減少させることができるので、前記位相調整手段の負担を軽減できるメリットが得られる。

0062

なお、給電コイルには、常時大きな励磁電流が流れるので、並列に接続する位相調整手段、無効電力補償手段、位相補償手段、あるいはこれらの組合せを設け、力率を改善するとともに、受電手段からの給電要求が無い場合には給電コイルへの電流供給を切断するか、前記給電コイルへの供給電圧を低下させるか、磁力波通信機能を維持させるなどの対策が必要である。
また、前記給電コイルを扁平平打ち導体によって構成し、前記扁平平打ち導体と高誘電率の絶縁物とをサンドイッチ状に重ね合わせ、図5に示すフラットワイズ巻とし、高誘電率の絶縁物を含浸させて防水処理を行い、前記平打ち導体を水平方向としてドラムに巻き取り、前記平打ち導体を地面に対して水平方向に設置し、前記コイルに分布容量あるいは浮遊容量を付加して前記位相調整手段の負担を軽減し、あるいはこれらの組合せにより経済化を図ることができる。

0063

図4は、本発明の第1の実施形態における非接触給電装置の他の構成図であり、104は海水中での非接触給電装置、11は給電コイル、31は交流電源、32a、32bは並列に接続する位相調整手段、34は直列に接続する位相調整手段、37は配電手段側防水ケース、41は受電コイル、61は蓄電手段、62は整流手段あるいは直流電圧への変換手段、64は直列に接続する位相調整手段、67は受電手段側防水ケース、100は給電コイルと受電コイルとの間隔(表示せず)である。

0064

ここで、前記給電コイルおよび/あるいは受電コイルを、非共振状態とし、共振状態に近い非共振状態とし、あるいは負荷Q値が50以下とし、負荷時電圧変動率が50%以下とすることで、前記給電コイルからの電磁波信号の放射を抑制し、前記受電コイルからの電磁波の再放射を抑制することが可能となり、塩分濃度が0%から10%までの真水中もしくは海水中で生じる渦電流損を軽減できるので、近距離間で高い給電効率で非接触給電が可能となり、中距離間で磁力波通信が可能となる。
また、前記交流電流の周波数が、前記受電コイルを動作可能とする周波数帯であり、30kHz以下の周波数帯であり、高周波利用設備に割り当てられた周波数帯であり、6.78MHz、13.56MHz、20.34MHz、27.12MHz、および40.68MHzを含むISMバンドに割当てられた周波数帯であり、あるいはこれらを組み合わせることによって、海水中での大電力の非接触給電が可能となる。

0065

また、前記受電コイルを動作可能とする周波数帯、あるいは30kHz以下の周波数帯を用いる場合には、前記給電コイルが、単線路であり、複線路であり、あるいは平行2線路であり、前記受電コイルが四角形のコイルであり、かつ、前記給電コイルを海底に設置し、海水中に浮遊させて海底にアンカーで固定して設置し、あるいは海面に浮遊させて設置することで、大電力の非接触給電プラットホームが実現できる。
あるいは、前記交流電源が海上に停泊中の船舶から直接供給され、あるいは防水ケース内に設けられた周波数変換手段によって所要の周波数に変換されて供給される。

0066

また、前記防水ケースは、深海での使用に耐えるように耐圧構造であり、絶縁物を充填した構造であり、前記給電コイルと受電コイルとが対向している面が開放された構造であり、前記対向している面を除き導電体の構造物で蔽われた構造であり、あるいはこれらの組合せであるものとする。
また、前記受電コイルが潜航中の潜航ロボットに搭載され、前記潜航ロボットが停止中あるいは潜航中に非接触給電を可能とし、および/あるいは磁力波通信によって前記非接触給電プラットホームとの接近と非接触給電とを相互間で制御可能となる。

0067

図5は、本発明の第1の実施形態におけるコイルの構成図であり、105はコイルの断面図、81aから81cは扁平平打ち導体あるいは扁平平角導体、82a、82bは平行2線路の断面、83は変動磁界である。
ここで、前記導体81aから81cは、短辺の表皮抵抗許容値内である厚さの扁平平打ち導体あるいは扁平平角導体とし、高誘電率の絶縁物と交互に巻き回され、並列に接続されており、フラットワイズ巻となっており、長辺方向が水平方向に配置され、単線路、複線路、平行2線路、あるいはこれらの組合せを構成し、変動磁界83が垂直方向に放射される。

0068

特に、前記導体の幅が前記平行2線路の間隔に近づく程、変動磁界83の放射強度が増加し、通常平行2線路間の絶縁距離の1000倍以内に設定される。
同様に、前記扁平平打ち導体あるいは扁平平角導体が垂直方向に配置され、単線路、複線路、平行2線路、円形あるいは角形の閉ループコイル、あるいはこれらの組合せを構成し、変動磁界を垂直方向に放射させても同様な効果が得られる。
また、前記コイルを給電コイルとして用いる場合、大きな励磁電流を駆動する必要があり、フラットワイズ巻とすることで分布容量を附加できることから、力率を改善するために必要な並列に接続される位相調整手段の負担を軽減することができる。

0069

また、前記コイルを成形した後に前記絶縁物を含浸することで、ユニット構造となり、工場での生産が可能となる。
また、前記ユニット構造は、少なくとも、前記給電コイルと受電コイルとが対向する面を除き、金属ケース金属構造物、あるいは耐圧構造物で覆われており、変動磁界83を対向する方向に集中して放射することができる。

(実施の形態2)

0070

図6は、本発明の第2の実施形態における非接触給電システムの構成図であり、91a、91bは潜航手段であり、92a、92bは推進手段であり、93a、93bは磁力波アンテナ兼非接触給受電コイルであり、94a、94bは非接触給受電手段であり、95a、95bは磁力波通信手段であり、96a、96bは推進制御手段である。
ここで、前記潜航手段91a、91bは、海水中で活動する潜航艇であり、海水中で活動する潜航支援艇であり、海水中に設置された非接触給電プラットホームであり、海上に停泊中の非接触給電プラットホームであり、あるいはこれらの組合せであり、かつ、他方に対して非接触給電を行い、他方から非接触給電を受け、相互間で磁力波通信を行い、あるいはこれらの組合せを行う機能を有するものとする。

0071

また、前記磁力波アンテナ兼非接触給受電コイル93a、93bは、磁力波アンテナと非接触給受電コイルとが共用され、あるいは磁力波界アンテナと非接触給受電コイルとが並設されるものとする。
また、前記潜航艇の何れかが蓄電池の電力を消耗し給電を受ける必要が生じた場合、周辺に位置する給電支援艇91bに対し磁力波アンテナからデジタル情報により変調された変動磁界信号を送信して給電を要請すると、前記給電支援艇91bは前記潜航艇91aまでの距離と方向を高精度で検知し、推進制御手段によって推進手段を制御し、前記潜航艇91aに接近を試みることができる。

0072

前記潜航艇91aと給電支援艇91bとは、磁力波通信手段95a、95bによってデジタル情報の交換を行い、お互いの非接触給受電コイルが給電可能な範囲に位置するよう推進手段を制御し、両者を誘導制御し、あるいは位置関係を保ちながら非接触給受電を行うことができる。
前記変動磁界信号は変動磁界によって伝搬あるいは拡散し、伝搬速度は毎秒約300kmであり、大気中での超音波信号の約1000倍の速度であるので、相互間の通信に遅れを生じず、海水面での反射が生じないことから、高品質の通信が可能となる。

0073

また、前記デジタル情報の交換がパルス幅変調方式を含む定振幅変調方式によって行われ、かつ、前記デジタル情報を含む磁力波信号の周波数帯が、前記受電コイルを海水中での通信を可能にする周波数帯であり、30kHz以下の周波数帯であり、高周波利用設備に割り当てられた周波数帯であり、6.78MHz、13.56MHz、20.34MHz、27.12MHz、および40.68MHzを含むISMバンドに割当てられた周波数帯であり、あるいはこれらを組み合わであり、かつ、占有周波数帯域幅広帯域であるものとする。

0074

図7は、本発明の第2の実施形態における非接触給受電システムの他の構成図であり、11は給電コイル、41は受電コイル、33は配電手段、35は給受電制御手段、36は給電手段、61は蓄電手段、62は整流手段(図示せず)、63は受電手段、66は給受電制御手段、68は移動手段、202は路面である。
ここで、前記移動手段68は、EV車であり、搬送車であり、ハイブリッド車であり、あるいはこれらの組合せであり、前記受電コイル41に誘起する起電力は受電手段63に接続され、内蔵する整流手段62によって直流電圧に変換され、給受電制御手段66を介して蓄電手段61を充電し、充電された電力によって前記移動手段67に電力を供給する。

0075

一方、配電手段33から給受電制御手段35を介して給電手段36に電力ケーブルを通して商用周波数の交流電源が供給され、前記給電手段36によって直接あるいは周波数を変換して給電コイル11に励磁電流を駆動し、前記給電コイル11から前記受電コイル41に向けて大きな変動磁界を放射し、前記変動磁界が前記受電コイル41に誘導結合して起電力を誘起する。
更に、給受電制御手段66と給受電制御手段35とは各々変動磁界信号による磁力波通信手段(表示せず)を内蔵し、受電コイル41と給電コイル11とを変動磁界を誘起する磁力波アンテナとして共用し、あるいは前記受電コイルあるいは給電コイルとは別に磁力波アンテナを並設して制御信号の送受信を行い、非接触給電の起動・停止要求、課金情報、位置情報自動運転情報、あるいはこれらの組合せによる情報交換を行うものとする。

0076

また、前記デジタル情報の交換がパルス幅変調方式を含む定振幅変調方式によって行われ、かつ、前記デジタル情報を含む変動磁界信号の周波数帯が、前記受電コイルを非共鳴状態あるいは非共振状態で動作可能とする周波数帯であり、30kHz以下の周波数帯であり、高周波利用設備に割り当てられた周波数帯であり、6.78MHz、13.56MHz、20.34MHz、27.12MHz、および40.68MHzを含むISMバンドに割当てられた周波数帯であり、あるいはこれらを組み合わせであり、かつ、占有周波数帯域幅が法により規定された範囲であるものとする。

0077

以上の説明では、前記給電コイルと受電コイルとを非飽和状態で用いることによって、給電コイルおよび受電コイルに大きな電流を流せるので、大容量の非接触給電装置が高い給電効率で実現できることについて述べたが、同時に、前記給電コイルと受電コイルとを非共鳴状態あるいは非共振状態で用い、負荷Q値が50以下であり、負荷時電圧変動率が50%以下であり、共鳴周波数あるいは共振周波数が交流電源の周波数より低い状態であり、非共鳴状態あるいは非共振状態である受電コイルのリアクタンス値が蓄電手段の内部抵抗値より小さい値であり、あるいはこれらの組合せによって、大気中、電磁波信号の伝搬損失が大気中での伝搬損に比較して大きい物質中、塩分濃度が0%から10%までの真水中もしくは海水中、あるいはこれらの組み合わせの中での非接触給電装置および非接触給電システムを安価に実現できるなど、多様な展開が可能となる。

0078

また、図1から図7に示すように、移動体が信号機によって一時停車させられる道路面に沿って前記給電コイルを設置し、前記移動体が停車中に非接触給電を行うことができる。

0079

本発明は上記のように構成されているため、前記給電コイルと受電コイルとが、非飽和状態であり、非共鳴状態あるいは非共振状態であり、負荷Qが50以下であり、負荷時電圧変動率が50%以下であり、あるいはこれらの組合せであることから、本発明を利用して、走行中あるいは停車中のEV車への大電力の非接触給電を行い、潜航中、歩行中、あるいは走行中のロボットへの大電力の非接触給電を行い、各種の家電製品への非接触給電を行い、水中あるいは海水中で潜航手段に非接触給電を行い、デジタル情報ネットワークを構成して非接触給電システムの効率化を図り、あるいはこれらの組合せを含む広範囲な用途への応用あるいは適用が可能である。

0080

11給電コイル
41受電コイル
21a、21b接続端子
51a、51b 接続端子
31交流電源
32a、32b並列に接続する位相調整手段
33配電手段
34直列に接続する位相調整手段
35 給受電制御手段
36給電手段
37 防水ケース

0081

61、61a、61b蓄電手段
62、62a、62b整流手段
63受電手段
64、64a、64b直列に接続する位相調整手段
66 給受電制御手段
67防水ケース
68 移動手段
81a、81b、81c平打ち導体あるいは平角導体
82a、82b 平行2線路の断面
83変動磁界
91a、91b潜航手段
92a、92b推進手段
93a、93b磁力波アンテナ兼非接触給受電コイル
94a、94b 非接触給受電手段
95a、95b磁力波通信手段
96a、96b 推進制御手段

0082

100給電コイルと受電コイルとの間隔
101非接触給電装置の構成図
102 非接触給電装置の他の構成図
103 非接触給電装置の他の構成図
104海水中での非接触給電装置の構成図
105コイルの構断面
106非接触給電システムの構成図
107 非接触給電システムの他の構成図
201海水面
202 路面
300a、300b、300c街路ブロック
301a、301b、301c 路面給電装置

ページトップへ

この技術を出願した法人

この技術を発明した人物

ページトップへ

関連する挑戦したい社会課題

関連する公募課題

ページトップへ

技術視点だけで見ていませんか?

この技術の活用可能性がある分野

分野別動向を把握したい方- 事業化視点で見る -

ページトップへ

おススメ サービス

おススメ astavisionコンテンツ

新着 最近 公開された関連が強い技術

この 技術と関連性が強い人物

関連性が強い人物一覧

この 技術と関連する社会課題

関連する挑戦したい社会課題一覧

この 技術と関連する公募課題

関連する公募課題一覧

astavision 新着記事

サイト情報について

本サービスは、国が公開している情報(公開特許公報、特許整理標準化データ等)を元に構成されています。出典元のデータには一部間違いやノイズがあり、情報の正確さについては保証致しかねます。また一時的に、各データの収録範囲や更新周期によって、一部の情報が正しく表示されないことがございます。当サイトの情報を元にした諸問題、不利益等について当方は何ら責任を負いかねることを予めご承知おきのほど宜しくお願い申し上げます。

主たる情報の出典

特許情報…特許整理標準化データ(XML編)、公開特許公報、特許公報、審決公報、Patent Map Guidance System データ