JP2013038893A - Power transmission system - Google Patents

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Hiroyuki Yamakawa
博幸 山川
Yasuo Ito
泰雄 伊藤
Kenichiro Sato
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a power transmission system preventing a temperature rise of a vehicle body due to induction heating by capturing a leakage magnetic flux through shielding.SOLUTION: The power transmission system for transmitting power from a power transmission antenna 105 fixed on the ground to a power reception antenna 201 mounted on the bottom portion of the vehicle includes determination means for determining at the execution of power transmission whether position relationship between the power transmission antenna 105 and the power reception antenna 201 is appropriate. The projection of a shield 280 of the power reception antenna 201 in the vertical direction covers the power transmission antenna whenever the determination means determines the position relationship to be appropriate.

Description

本発明は、磁気共鳴方式の磁気共鳴アンテナが用いられるワイヤレス電力伝送システムに関する。   The present invention relates to a wireless power transmission system in which a magnetic resonance type magnetic resonance antenna is used.

近年、電源コードなどを用いることなく、ワイヤレスで電力（電気エネルギー）を伝送する技術の開発が盛んとなっている。ワイヤレスで電力を伝送する方式の中でも、特に注目されている技術として、磁気共鳴方式と呼ばれるものがある。この磁気共鳴方式は２００７年にマサチューセッツ工科大学の研究グループが提案したものであり、これに関連する技術は、例えば、特許文献１（特表２００９−５０１５１０号公報）に開示されている。   In recent years, development of technology for transmitting electric power (electric energy) wirelessly without using a power cord or the like has become active. Among wireless transmission methods, there is a technique called magnetic resonance as a technology that has attracted particular attention. This magnetic resonance method was proposed by a research group of Massachusetts Institute of Technology in 2007, and a technology related to this is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-501510.

磁気共鳴方式のワイヤレス電力伝送システムは、送電側アンテナの共振周波数と、受電側アンテナの共振周波数とを同一とし高いＱ値（１００以上）のアンテナを用いることで、送電側アンテナから受電側アンテナに対し、効率的にエネルギー伝達を行うものであり、電力伝送距離を数十ｃｍ〜数ｍとすることが可能であることが大きな特徴の一つである。   The magnetic resonance type wireless power transmission system uses an antenna having the same resonance frequency of the power transmission side antenna as that of the power reception side antenna and a high Q value (100 or more), so that the power transmission side antenna is changed to the power reception side antenna. On the other hand, energy transmission is performed efficiently, and one of the major features is that the power transmission distance can be several tens of centimeters to several meters.

上記のような磁気共鳴方式のワイヤレス電力伝送システムの好適な応用例としては、電気自動車（ＥＶ）やハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）などの車両に対する電力供給を挙げることできる。このような応用例については、例えば、特許文献２（特開２０１０−６８６５７号公報）に開示がある。
特表２００９−５０１５１０号公報 特開２０１０−６８６５７号公報 As a suitable application example of the above-described magnetic resonance type wireless power transmission system, power supply to vehicles such as an electric vehicle (EV) and a hybrid electric vehicle (HEV) can be cited. Such an application example is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-68657.
Special table 2009-501510 JP 2010-68657 A

上記のような磁気共鳴方式の電力伝送システムを電気自動車（ＥＶ）やハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）などの車両に対する電力供給に用いる場合における問題点について図８を参照して説明する。図８は、地中に埋設された送電アンテナから、車両本体部の底部に取り付けられた受電アンテナに電力伝送を行っている状態を略式的に示している。   A problem in the case where the above-described magnetic resonance type power transmission system is used for power supply to a vehicle such as an electric vehicle (EV) or a hybrid electric vehicle (HEV) will be described with reference to FIG. FIG. 8 schematically shows a state in which power is transmitted from a power transmitting antenna embedded in the ground to a power receiving antenna attached to the bottom of the vehicle main body.

このような電力伝送システムでは、送電アンテナから、車両側の受電アンテナへ電力を伝送する際、それぞれのアンテナを構成するコイルの共振周波数を一致させることで、これを行うようにしている。   In such a power transmission system, when power is transmitted from the power transmitting antenna to the power receiving antenna on the vehicle side, this is done by matching the resonance frequencies of the coils constituting each antenna.

ところで、受電アンテナは移動体である車両に搭載されているものであるので、受電アンテナが、常に、停車スペース側の送電アンテナに対して最も伝送効率が良い最適な位置にくるとは限らず、受電アンテナは最適な位置からずれていることが往々にしてある。このような受電アンテナがずれた状態で、電力伝送を行うと、漏れ磁束により、例えば車両本体部を形成する金属などが誘導加熱して温度が上昇する、という問題があった。なお、図８の例では、受電アンテナのシールドが配されていない、Hに示す部分の温度が上昇し
てしまうこととなる。 By the way, since the power receiving antenna is mounted on a vehicle that is a moving body, the power receiving antenna is not always at the optimal position with the best transmission efficiency with respect to the power transmitting antenna on the stop space side, The power receiving antenna is often shifted from the optimum position. When power transmission is performed in a state where the power receiving antenna is displaced, there is a problem that, for example, a metal that forms the vehicle main body is induction-heated due to leakage magnetic flux and the temperature rises. In the example of FIG. 8, the temperature of the portion indicated by H, where the shield of the power receiving antenna is not disposed, will rise.

上記問題を解決するために、請求項１に係る発明は、地面に固定された送電アンテナから、車両の底部に搭載された受電アンテナに対して電力を伝送する電力伝送システムであ
って、電力伝送を実行する上で、前記送電アンテナと前記受電アンテナとの位置関係が適正であるかを判定する判定手段を有すると共に、前記受電アンテナのシールドの鉛直方向の投影が、前記判定手段が適正と判定するときにおける前記送電アンテナを必ず包含することを特徴とする。 In order to solve the above problem, an invention according to claim 1 is an electric power transmission system for transmitting electric power from a power transmitting antenna fixed to the ground to a power receiving antenna mounted on a bottom portion of a vehicle. In determining whether the positional relationship between the power transmitting antenna and the power receiving antenna is appropriate, and determining that the vertical projection of the shield of the power receiving antenna is appropriate for the determining means. In this case, the power transmission antenna is necessarily included.

また、請求項２に係る発明は、地面に固定された送電アンテナから、車両の底部に搭載された受電アンテナに対して電力を伝送する電力伝送システムであって、前記受電アンテナは、コイル体と第１のシールド体と第２のシールド体とからなり、前記第１のシールド体及び前記第２のシールド体の鉛直方向の投影が、前記コイル体を包含する面積の関係を有することを特徴とする。   The invention according to claim 2 is a power transmission system for transmitting power from a power transmission antenna fixed to the ground to a power reception antenna mounted on a bottom portion of a vehicle, wherein the power reception antenna includes a coil body and a power transmission antenna. It comprises a first shield body and a second shield body, and the projections in the vertical direction of the first shield body and the second shield body have an area relationship including the coil body, To do.

また、請求項３に係る発明は、請求項２に記載の電力伝送システムにおいて、電力伝送を実行する上で、前記送電アンテナと前記受電アンテナとの位置関係が適正であるかを判定する判定手段を有すると共に、前記受電アンテナの前記と第１のシールド体及び前記第２のシールド体の鉛直方向の投影が、前記判定手段が適正と判定するときにおける前記送電アンテナを必ず包含することを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, in the power transmission system according to the second aspect, the determination means for determining whether or not the positional relationship between the power transmission antenna and the power reception antenna is appropriate in executing power transmission. And the vertical projection of the first shield body and the second shield body of the power receiving antenna necessarily includes the power transmission antenna when the determination means determines to be appropriate. To do.

本発明に係る電力伝送システムにおいては、受電アンテナのシールドの鉛直方向の投影が、送電アンテナと受電アンテナとの位置関係が適正であるかを判定する判定手段が、適正と判定するときにおける送電アンテナを必ず包含するので、受電アンテナが最適位置からずれた状態で電力伝送を行ったとしても、シールドにより漏れ磁束が捕捉されるので、車両本体部が誘導加熱で温度上昇することがない。   In the power transmission system according to the present invention, the power transmission antenna when the determination means for determining whether the projection in the vertical direction of the shield of the power reception antenna determines that the positional relationship between the power transmission antenna and the power reception antenna is appropriate is appropriate. Therefore, even if the power transmission is performed in a state where the power receiving antenna is deviated from the optimum position, the leakage magnetic flux is captured by the shield, so that the temperature of the vehicle main body does not rise due to induction heating.

本発明の実施形態に係る電力伝送システムのブロック図である。1 is a block diagram of a power transmission system according to an embodiment of the present invention. 電力伝送システムのインバーター部を示す図である。It is a figure which shows the inverter part of an electric power transmission system. 本発明の実施形態に係る電力伝送システムで用いられる受電アンテナ２０１の分解斜視図である。It is a disassembled perspective view of the receiving antenna 201 used with the electric power transmission system which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る電力伝送システムにおける受電アンテナ２０１による電力伝送の様子を示す断面の模式図である。It is a schematic diagram of the cross section which shows the mode of the electric power transmission by the power receiving antenna 201 in the electric power transmission system which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る電力伝送システムにおける判定処理のフローチャートを示す図である。It is a figure which shows the flowchart of the determination process in the electric power transmission system which concerns on embodiment of this invention. 受電アンテナ２０１と送電アンテナ１０５との位置関係を説明する模式図である。3 is a schematic diagram illustrating a positional relationship between a power receiving antenna and a power transmitting antenna. FIG. 受電アンテナ２０１と送電アンテナ１０５との位置関係を説明する模式図である。3 is a schematic diagram illustrating a positional relationship between a power receiving antenna and a power transmitting antenna. FIG. 従来技術の問題点を説明する図である。It is a figure explaining the problem of a prior art.

以下、本発明の実施形態を図面を参照しつつ説明する。図１は本発明の実施形態に係る電力伝送システムのブロック図である。なお、本発明に係るアンテナは、電力伝送システムを構成する受電側のアンテナと送電側のアンテナのいずれにも適用可能であるが、以下の実施形態においては受電側のアンテナに本発明のアンテナを適用した例につき説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram of a power transmission system according to an embodiment of the present invention. The antenna according to the present invention can be applied to both a power receiving antenna and a power transmitting antenna constituting the power transmission system. However, in the following embodiments, the antenna of the present invention is used as the power receiving antenna. The applied example will be described.

本発明のアンテナが用いられる電力伝送システムとしては、例えば、電気自動車（ＥＶ）やハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）などの車両への充電のためのシステムが想定されている。電力伝送システムは、上記のような車両に対して電力を非接触で伝送するため、当該車両を停車させることが可能な停車スペースに設けられる。車両充電用のスペースで
ある当該停車スペースには、送電アンテナ１０５などが地中部に埋設されるような構成となっている。車両のユーザーはこの電力伝送システムが設けられている停車スペースに車両を停車させて、車両に搭載されている受電アンテナ２０１と、前記送電アンテナ１０５とを対向させることによって電力伝送システムからの電力を受電する。車両を停車スペースに停車させる際には、車両搭載の受電アンテナ２０１が、送電アンテナ１０５に対して最も伝送効率が良い位置関係となるようにする。 As a power transmission system using the antenna of the present invention, for example, a system for charging a vehicle such as an electric vehicle (EV) or a hybrid electric vehicle (HEV) is assumed. Since the electric power transmission system transmits electric power to the vehicle as described above in a non-contact manner, the electric power transmission system is provided in a stop space where the vehicle can be stopped. The stop space, which is a vehicle charging space, is configured such that the power transmission antenna 105 and the like are buried in the ground. A user of the vehicle stops the vehicle in a stop space where the power transmission system is provided, and makes the power reception antenna 201 mounted on the vehicle and the power transmission antenna 105 face each other to thereby generate power from the power transmission system. Receive power. When the vehicle is stopped in the stop space, the power receiving antenna 201 mounted on the vehicle has a positional relationship with the highest transmission efficiency with respect to the power transmission antenna 105.

電力伝送システムでは、電力伝送システム１００側の送電アンテナ１０５から、受電側システム２００側の受電アンテナ２０１へ効率的に電力を伝送する際、送電アンテナ１０５の共振周波数と、受電アンテナ２０１の共振周波数とを同一とすることで、送電側アンテナから受電側アンテナに対し、効率的にエネルギー伝達を行うようにする。   In the power transmission system, when power is efficiently transmitted from the power transmission antenna 105 on the power transmission system 100 side to the power reception antenna 201 on the power reception side system 200 side, the resonance frequency of the power transmission antenna 105 and the resonance frequency of the power reception antenna 201 are By making the same, energy transmission is efficiently performed from the power transmission side antenna to the power reception side antenna.

電力伝送システム１００におけるＡＣ／ＤＣ変換部１０１は、入力される商用電源を一定の直流に変換するコンバータである。このＡＣ／ＤＣ変換部１０１からの出力は高電圧発生部１０２において、所定の電圧に昇圧されたりする。この電圧調整部１０２で生成される電圧の設定は主制御部１１０から制御可能となっている。   The AC / DC conversion unit 101 in the power transmission system 100 is a converter that converts an input commercial power source into a constant direct current. The output from the AC / DC converter 101 is boosted to a predetermined voltage in the high voltage generator 102. Setting of the voltage generated by the voltage adjustment unit 102 can be controlled from the main control unit 110.

インバーター部１０３は、高電圧発生部１０２から供給される高電圧から所定の交流電圧を生成して、整合器１０４に入力する。図２は電力伝送システムのインバーター部を示す図である。インバーター部１０３は、例えば図２に示すように、フルブリッジ方式で接続されたＱA乃至ＱDからなる４つの電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）によって構成されている。 The inverter unit 103 generates a predetermined AC voltage from the high voltage supplied from the high voltage generation unit 102 and inputs it to the matching unit 104. FIG. 2 is a diagram illustrating an inverter unit of the power transmission system. For example, as shown in FIG. 2, the inverter unit 103 includes four field effect transistors (FETs) composed of Q A to Q D connected in a full bridge system.

本実施形態においては、直列接続されたスイッチング素子ＱAとスイッチング素子ＱBの間の接続部Ｔ１と、直列接続されたスイッチング素子ＱCとスイッチング素子ＱDとの間の接続部Ｔ２との間に整合器１０４が接続される構成となっており、スイッチング素子ＱA
とスイッチング素子ＱDがオンのとき、スイッチング素子ＱBとスイッチング素子ＱCがオ
フとされ、スイッチング素子ＱBとスイッチング素子ＱCがオンのとき、スイッチング素子ＱAとスイッチング素子ＱDがオンとされることで、接続部Ｔ１と接続部Ｔ２との間に矩形波の交流電圧を発生させる。なお、本実施形態においては、各スイッチング素子のスイッチングによって生成される矩形波の周波数の範囲は数１００ｋＨｚ〜数１０００ｋＨｚ程度である。 In the present embodiment, between the connection portion T1 between the switching elements Q A and Q B connected in series and the connection portion T2 between the switching elements Q C and Q D connected in series. The matching device 104 is connected to the switching element Q A.
When the switching element Q D is on, the switching element Q B and the switching element Q C are off. When the switching element Q B and the switching element Q C are on, the switching element Q A and the switching element Q D are on. As a result, a rectangular wave AC voltage is generated between the connection portion T1 and the connection portion T2. In the present embodiment, the range of the frequency of the rectangular wave generated by switching of each switching element is about several hundred kHz to several thousand kHz.

上記のようなインバーター部１０３を構成するスイッチング素子ＱA乃至ＱDに対する駆動信号は主制御部１１０から入力されるようになっている。また、インバーター部１０３を駆動させるための周波数は主制御部１１０から制御することができるようになっている。 Drive signals for the switching elements Q A to Q D constituting the inverter unit 103 as described above are input from the main control unit 110. The frequency for driving the inverter unit 103 can be controlled from the main control unit 110.

整合器１０４は、所定の回路定数を有する受動素子から構成され、インバーター部１０３からの出力が入力される。そして、整合器１０４からの出力は送電アンテナ１０５に供給される。整合器１０４を構成する受動素子の回路定数は、主制御部１１０からの指令に基づいて調整することができるようになっている。主制御部１１０は、送電アンテナ１０５と受電アンテナ２０１とが共振するように整合器１０４に対する指令を行う。   The matching unit 104 is composed of a passive element having a predetermined circuit constant, and receives an output from the inverter unit 103. The output from the matching unit 104 is supplied to the power transmission antenna 105. The circuit constants of the passive elements constituting the matching unit 104 can be adjusted based on a command from the main control unit 110. The main control unit 110 instructs the matching unit 104 so that the power transmitting antenna 105 and the power receiving antenna 201 resonate.

送電アンテナ１０５は、誘導性リアクタンス成分を有するコイルから構成されており、対向するようにして配置される車両搭載の受電アンテナ２０１と共鳴することで、送電アンテナ１０５から出力される電気エネルギーを受電アンテナ２０１に送ることができるようになっている。   The power transmission antenna 105 is composed of a coil having an inductive reactance component, and resonates with the vehicle-mounted power reception antenna 201 arranged so as to face each other, so that the electric energy output from the power transmission antenna 105 is received by the power reception antenna. 201 can be sent.

電力伝送システム１００の主制御部１１０はＣＰＵとＣＰＵ上で動作するプログラムを
保持するＲＯＭとＣＰＵのワークエリアであるＲＡＭなどからなる汎用の情報処理部である。この主制御部１１０は、図示されている主制御部１１０と接続される各構成と協働するように動作する。 The main control unit 110 of the power transmission system 100 is a general-purpose information processing unit that includes a CPU, a ROM that holds a program that runs on the CPU, and a RAM that is a work area of the CPU. The main control unit 110 operates in cooperation with the components connected to the main control unit 110 shown in the figure.

また、通信部１２０は車両側の通信部２２０と無線通信を行い、車両との間でデータの送受を可能にする構成である。通信部１２０によって受信したデータは主制御部１１０に転送され、また、主制御部１１０は所定情報を通信部１２０を介して車両側に送信することができるようになっている。   The communication unit 120 is configured to perform wireless communication with the vehicle-side communication unit 220 so that data can be transmitted to and received from the vehicle. Data received by the communication unit 120 is transferred to the main control unit 110, and the main control unit 110 can transmit predetermined information to the vehicle side via the communication unit 120.

次に、車両側に設けられている構成について説明する。車両の受電側のシステムにおいて、受電アンテナ２０１は、送電アンテナ１０５と共鳴することによって、送電アンテナ１０５から出力される電気エネルギーを受電するものである。このような受電アンテナ２０１は、車両の底面部に取り付けられるようになっている。   Next, a configuration provided on the vehicle side will be described. In the system on the power receiving side of the vehicle, the power receiving antenna 201 receives electric energy output from the power transmitting antenna 105 by resonating with the power transmitting antenna 105. Such a power receiving antenna 201 is adapted to be attached to the bottom portion of the vehicle.

受電アンテナ２０１で受電された交流電力は、整流部２０２において整流され、整流された電力は充電制御部２０３を通してバッテリー２０４に蓄電されるようになっている。充電制御部２０３は主制御部２１０からの指令に基づいてバッテリー２０４の蓄電を制御する。また、充電制御部２０３はバッテリー２０４の残量管理なども行い得るように構成される。   The AC power received by the power receiving antenna 201 is rectified by the rectification unit 202, and the rectified power is stored in the battery 204 through the charge control unit 203. The charging control unit 203 controls the storage of the battery 204 based on a command from the main control unit 210. In addition, the charging control unit 203 is configured to perform the remaining amount management of the battery 204 and the like.

主制御部２１０はＣＰＵとＣＰＵ上で動作するプログラムを保持するＲＯＭとＣＰＵのワークエリアであるＲＡＭなどからなる汎用の情報処理部である。この主制御部２１０は、図示されている主制御部２１０と接続される各構成と協働するように動作する。   The main control unit 210 is a general-purpose information processing unit that includes a CPU, a ROM that holds programs that run on the CPU, and a RAM that is a work area of the CPU. The main controller 210 operates in cooperation with the components connected to the main controller 210 shown in the figure.

撮像部２１５は、車両の底部から地上に固定されている送電アンテナ１０５を撮像して、撮影した映像データを主制御部２１０に転送する。主制御部２１０では、映像データをもとに、実際に電力伝送を実行する上で、送電アンテナ１０５と受電アンテナ２０１との位置関係が適正であるかを判定する。   The imaging unit 215 images the power transmission antenna 105 fixed to the ground from the bottom of the vehicle, and transfers the captured video data to the main control unit 210. The main control unit 210 determines whether or not the positional relationship between the power transmitting antenna 105 and the power receiving antenna 201 is appropriate in actually executing power transmission based on the video data.

インターフェイス部２３０は、車両の運転席部に設けられ、ユーザー（運転者）に対し所定の情報などを提供したり、或いは、ユーザーからの操作・入力を受け付けたりするものであり、表示装置、ボタン類、タッチパネル、スピーカーなどで構成されるものである。ユーザーによる所定の操作が実行されると、インターフェイス部２３０から操作データとして主制御部２１０に送られ処理される。また、ユーザーに所定の情報を提供する際には、主制御部２１０からインターフェイス部２３０に対して、所定情報を表示するための表示指示データが送信される。例えば、車両が充電を受けようとして、車両充電用のスペースに停止した際、送電アンテナ１０５と受電アンテナ２０１との位置関係が適正でないと判断された場合、このインターフェイス部２３０により、運転者に対して、車両を移動させて、送電アンテナ１０５と受電アンテナ２０１との位置関係が適正となるように促すことができるようになっている。   The interface unit 230 is provided in the driver's seat of the vehicle and provides predetermined information to the user (driver) or accepts operation / input from the user. A touch panel, a speaker, and the like. When a predetermined operation by the user is executed, it is sent as operation data from the interface unit 230 to the main control unit 210 and processed. Further, when providing predetermined information to the user, display instruction data for displaying the predetermined information is transmitted from the main control unit 210 to the interface unit 230. For example, when it is determined that the positional relationship between the power transmitting antenna 105 and the power receiving antenna 201 is not appropriate when the vehicle is about to be charged and stopped in a space for charging the vehicle, the interface unit 230 allows the driver to Thus, the vehicle can be moved to prompt the positional relationship between the power transmission antenna 105 and the power reception antenna 201 to be appropriate.

また、車両側の通信部２２０は送電側の通信部１２０と無線通信を行い、送電側のシステムとの間でデータの送受を可能にする構成である。通信部２２０によって受信したデータは主制御部２１０に転送され、また、主制御部２１０は所定情報を通信部２２０を介して送電システム側に送信することができるようになっている。   Further, the vehicle-side communication unit 220 is configured to perform wireless communication with the power transmission-side communication unit 120 and to transmit and receive data to and from the power transmission-side system. Data received by the communication unit 220 is transferred to the main control unit 210, and the main control unit 210 can transmit predetermined information to the power transmission system side via the communication unit 220.

電力伝送システムで、電力を受電しようとするユーザーは、上記のような送電側のシステムが設けられている停車スペースに車両を停車させ、インターフェイス部２３０から充電を実行する旨の入力を行う。これを受けた主制御部２１０は、充電制御部２０３からのバッテリー２０４の残量を取得し、バッテリー２０４の充電に必要な電力量を算出する。
算出された電力量と送電を依頼する旨の情報は、車両側の通信部２２０から送電側のシステムの通信部１２０に送信される。これを受信した送電側システムの主制御部１１０は高電圧発生部１０２、インバーター部１０３、整合器１０４を制御することで、車両側に電力を伝送するようになっている。 In the power transmission system, a user who wants to receive power inputs the information indicating that charging is performed from the interface unit 230 by stopping the vehicle in the stop space where the power transmission side system as described above is provided. Receiving this, the main control unit 210 obtains the remaining amount of the battery 204 from the charge control unit 203 and calculates the amount of power necessary for charging the battery 204.
The calculated amount of power and information to request power transmission are transmitted from the vehicle side communication unit 220 to the communication unit 120 of the power transmission side system. The main control unit 110 of the power transmission side system that has received the information controls the high voltage generation unit 102, the inverter unit 103, and the matching unit 104 to transmit power to the vehicle side.

また、車両が充電を受けようとして、車両充電用のスペースに停止した際、送電アンテナ１０５と受電アンテナ２０１との位置関係が適正であると判断された場合には、通信部２２０から、送電側のシステムの通信部１２０に対して、実際の電力伝送実行の依頼を行うことなどができる。   In addition, when the vehicle is about to be charged and stopped in the vehicle charging space, if it is determined that the positional relationship between the power transmission antenna 105 and the power reception antenna 201 is appropriate, the communication unit 220 sends the power transmission side. A request for actual power transmission execution can be made to the communication unit 120 of this system.

次に、以上のように構成される電力伝送システム１００で用いるアンテナの具体的な構成について説明する。以下、受電アンテナ２０１に本発明の構成を採用した例について説明するが、本発明のアンテナは送電アンテナ１０５に対しても適用し得るものである。   Next, a specific configuration of the antenna used in the power transmission system 100 configured as described above will be described. Hereinafter, although the example which employ | adopted the structure of this invention for the power receiving antenna 201 is demonstrated, the antenna of this invention is applicable also to the power transmission antenna 105. FIG.

図３は本発明の実施形態に係る電力伝送システムで用いられる受電アンテナ２０１の分解斜視図であり、図４は本発明の実施形態に係る電力伝送システムにおける受電アンテナ２０１による電力伝送の様子を示す断面の模式図であり、図４における矢印は磁力線を模式的に示している。なお、以下の実施形態では、コイル体２７０として矩形平板状のものを例に説明するが、本発明のアンテナはこのようなこのような形状のコイルに限定されるものではない。例えば、コイル体２７０として円形平板状のものなども利用し得る。このようなコイル体２７０は、受電アンテナ２０１における磁気共鳴アンテナ部として機能する。この「磁気共鳴アンテナ部」は、コイル体２７０のインダクタンス成分のみならず、その浮游容量に基づくキャパシタンス成分、或いは意図的に追加したコンデンサに基づくキャパシタンス成分をも含むものである。また、明細書中でコイル体２７０としている発明特定事項は、特許請求の範囲においては、上記のようなキャパシタンス成分をも含むものとして「磁気共鳴アンテナ部」として表現されることがある。   FIG. 3 is an exploded perspective view of the power receiving antenna 201 used in the power transmission system according to the embodiment of the present invention, and FIG. 4 shows a state of power transmission by the power receiving antenna 201 in the power transmission system according to the embodiment of the present invention. It is a schematic diagram of a cross section, and the arrows in FIG. 4 schematically show magnetic lines of force. In the following embodiments, a rectangular flat plate is described as an example of the coil body 270, but the antenna of the present invention is not limited to such a coil having such a shape. For example, a circular flat plate or the like can be used as the coil body 270. Such a coil body 270 functions as a magnetic resonance antenna unit in the power receiving antenna 201. This “magnetic resonance antenna section” includes not only the inductance component of the coil body 270 but also a capacitance component based on its floating capacity, or a capacitance component based on an intentionally added capacitor. In addition, the invention specific matter that is referred to as the coil body 270 in the specification may be expressed as a “magnetic resonance antenna portion” in the claims as including the capacitance component as described above.

ケース体２６０は、受電アンテナ２０１の誘導性リアクタンス成分を有するコイル体２７０を収容するために用いられるものである。このケース体２６０は、例えばポリカーボネートなどの樹脂により構成される開口を有する箱体の形状をなしている。ケース体２６０の矩形状の底板部２６１の各辺からは側板部２６２が、前記底板部２６１に対して垂直方向に延在するようにして設けられている。そして、ケース体２６０の上方においては、側板部２６２に囲まれるような上方開口部２６３が構成されている。ケース体２６０にパッケージされた受電アンテナ２０１はこの上方開口部２６３側で車両本体部に取り付けられる。ケース体２６０を車両本体部に取り付けるためには、従来周知の任意の方法を用いることができる。なお、上方開口部２６３の周囲には、車両本体部への取り付け性を向上するために、フランジ部材などを設けるようにしても良い。   The case body 260 is used for housing the coil body 270 having the inductive reactance component of the power receiving antenna 201. The case body 260 has a box shape having an opening made of a resin such as polycarbonate. Side plate portions 262 are provided from the respective sides of the rectangular bottom plate portion 261 of the case body 260 so as to extend in a direction perpendicular to the bottom plate portion 261. An upper opening 263 that is surrounded by the side plate 262 is formed above the case body 260. The power receiving antenna 201 packaged in the case body 260 is attached to the vehicle main body on the upper opening 263 side. In order to attach the case body 260 to the vehicle main body, any conventionally known method can be used. A flange member or the like may be provided around the upper opening 263 in order to improve attachment to the vehicle main body.

コイル体２７０は、ガラスエポキシ製の矩形平板状の基材２７１と、この基材２７１上に形成される渦巻き状の導電部２７２とから構成されている。渦巻き状をなす導電部２７２の内周側の第１端部２７３、及び外周側の第２端部２７４には不図示の導電線路が電気接続される。これにより、受電アンテナ２０１によって受電した電力を整流部２０２へと導けるようになっている。このようなコイル体２７０はケース体２６０の矩形状の底板部２１６上に載置され、適当な固着手段によって底板部２１６上に固着される。   The coil body 270 includes a rectangular flat plate-like base material 271 made of glass epoxy and a spiral conductive portion 272 formed on the base material 271. A conductive line (not shown) is electrically connected to the first end portion 273 on the inner peripheral side and the second end portion 274 on the outer peripheral side of the spiral conductive portion 272. As a result, the power received by the power receiving antenna 201 can be guided to the rectifying unit 202. Such a coil body 270 is placed on the rectangular bottom plate portion 216 of the case body 260 and fixed on the bottom plate portion 216 by an appropriate fixing means.

磁性シールド体２８０は、平板状の磁性部材である。この磁性シールド体２８０を構成するためには、比抵抗が大きく、透磁率が大きく、磁気ヒステリシスが小さいものが望ましく、例えばフェライトなどの磁性材料を用いることができる。   The magnetic shield body 280 is a flat magnetic member. In order to configure the magnetic shield body 280, it is desirable that the specific resistance is large, the magnetic permeability is large, and the magnetic hysteresis is small. For example, a magnetic material such as ferrite can be used.

磁性シールド体２８０は、コイル体２７０の上方において、コイル体２７０との間であ
る程度の距離を空けて配されるようになっている。以下、磁性シールド体２８０を第１のシールド体と称することがある。 The magnetic shield body 280 is arranged above the coil body 270 with a certain distance from the coil body 270. Hereinafter, the magnetic shield body 280 may be referred to as a first shield body.

また、ケース体２６０の上方開口部２６３においては、前記上方開口部２６３を覆うような矩形平板状の金属体２９０が、磁性シールド体２８０の上方に所定距離をおいて配されるようになっている。このような金属体２９０に用いる金属材料として任意のものを用いることとができるが、本実施形態においては、例えばアルミニウムを用いている。以下、金属体２９０を第２のシールド体と称することがある。   In addition, in the upper opening 263 of the case body 260, a rectangular flat metal body 290 that covers the upper opening 263 is arranged above the magnetic shield body 280 at a predetermined distance. Yes. Any metal material used for the metal body 290 can be used. In this embodiment, for example, aluminum is used. Hereinafter, the metal body 290 may be referred to as a second shield body.

本実施形態に係る受電アンテナ２０１においては、磁性シールド体２８０及び金属体２９０の鉛直方向の投影が、コイル体２７０を必ず包含するような、面積関係となっている。より具体的には、磁性シールド体２８０及び金属体２９０が、コイル体２７０の四方側面全てにおいてはみ出す形で、磁性シールド体２８０及び金属体２９０の面積が、コイル体２７０の面積よりも大きくされる。   In the power receiving antenna 201 according to the present embodiment, the vertical projections of the magnetic shield body 280 and the metal body 290 have an area relationship such that the coil body 270 is necessarily included. More specifically, the areas of the magnetic shield body 280 and the metal body 290 are made larger than the area of the coil body 270 such that the magnetic shield body 280 and the metal body 290 protrude from all four sides of the coil body 270. .

このようなレイアウトにより、送電アンテナ１０５側で発生する磁力線は、磁性シールド体２８０を透過する率が高くなり、送電アンテナ１０５から受電アンテナ２０１への電力伝送において、車両本体部を構成する金属物による磁力線への影響が軽微となる。   With such a layout, the lines of magnetic force generated on the power transmission antenna 105 side have a high rate of transmission through the magnetic shield body 280, and in power transmission from the power transmission antenna 105 to the power reception antenna 201, the metal lines constituting the vehicle main body portion are used. The effect on the magnetic field lines is minimal.

上記のように構成された受電アンテナ２０１のＱ値が１００以上であった。なおアンテナのＱ値はインピーダンスアナライザ等の計測機器を使って計測した。   The Q value of the power receiving antenna 201 configured as described above was 100 or more. The Q value of the antenna was measured using a measuring instrument such as an impedance analyzer.

主制御部２１０では、送電アンテナ１０５と受電アンテナ２０１との位置関係が適正であるかを判定する判定手段とし機能する。これに対して、磁性シールド体２８０及び金属体２９０の平板状の面積としては、磁性シールド体２８０及び金属体２９０の鉛直方向の投影が、当該判定手段が、適正と判定するときにおける送電アンテナ１０５を必ず包含するように設定されている。これにより、受電アンテナ２０１が最適位置からずれた状態で電力伝送を行ったとしても、磁性シールド体２８０により漏れ磁束が捕捉されるので、車両本体部が誘導加熱で温度上昇することがない。   The main control unit 210 functions as a determination unit that determines whether the positional relationship between the power transmission antenna 105 and the power reception antenna 201 is appropriate. On the other hand, the planar areas of the magnetic shield body 280 and the metal body 290 include the power transmission antenna 105 when the vertical projection of the magnetic shield body 280 and the metal body 290 determines that the determination means is appropriate. Is always included. Thereby, even if power transmission is performed in a state where the power receiving antenna 201 is deviated from the optimum position, the leakage flux is captured by the magnetic shield body 280, so that the temperature of the vehicle main body does not rise due to induction heating.

以上のような判定手段と、磁性シールド体２８０及び金属体２９０の平板部の広さの関係についてより詳しく説明する。まず、受電側システムにおいて、主制御部２１０が送電アンテナ１０５と受電アンテナ２０１との位置関係が適正であるかを判定する判定処理のアルゴリズムについて説明する。図５は本発明の実施形態に係る電力伝送システムにおける判定処理のフローチャートを示す図である。このようなフローチャートは、車両が充電を受けようとして、車両充電用のスペースに停止した際に実行されるものである。   The relationship between the determination means as described above and the widths of the flat portions of the magnetic shield body 280 and the metal body 290 will be described in more detail. First, an algorithm of determination processing in which the main control unit 210 determines whether the positional relationship between the power transmitting antenna 105 and the power receiving antenna 201 is appropriate in the power receiving side system will be described. FIG. 5 is a diagram illustrating a flowchart of determination processing in the power transmission system according to the embodiment of the present invention. Such a flowchart is executed when the vehicle is about to be charged and stopped in a space for charging the vehicle.

図５において、ステップＳ１００で、判定処理開始が開始されると、続いて、ステップＳ１０１では、車両の底部に設けられた撮像部２１５により、送電アンテナ１０５の映像を取得する。次のステップＳ１０２では、取得された映像データに基づいて、送電アンテナ１０５のずれが、最適な電力伝送を行い得る位置から、所定の範囲内であるか否かが判定される。この所定の範囲とは電力伝送の効率が任意の閾値（本実施形態では、例えば、７５パーセント）以上を満足する範囲とされている。また、効率でなくても、結合係数で定義しても良い。   In FIG. 5, when the determination process start is started in step S100, subsequently, in step S101, an image of the power transmission antenna 105 is acquired by the imaging unit 215 provided at the bottom of the vehicle. In the next step S102, based on the acquired video data, it is determined whether or not the deviation of the power transmission antenna 105 is within a predetermined range from a position where optimal power transmission can be performed. This predetermined range is a range in which the efficiency of power transmission satisfies an arbitrary threshold (in this embodiment, for example, 75%) or more. Further, it may be defined by a coupling coefficient, not efficiency.

ステップＳ１０２における判定がＹＥＳであるときには、ステップＳ１０３では、実際に電力伝送を実行することが可能であると判定し、ステップＳ１０４で、通信部２２０から送電側システムに対し実際の電力伝送を行うよう通知し、ステップＳ１０７で処理を終了する。   When the determination in step S102 is YES, in step S103, it is determined that actual power transmission can be performed, and in step S104, actual power transmission is performed from the communication unit 220 to the power transmission side system. The process is terminated at step S107.

一方、ステップＳ１０２における判定がＮＯであるときには、ステップＳ１０５では、実際に電力伝送を実行することが不可能であると判定し、ステップＳ１０６で、インターフェイス部２３０を利用して、運転者に対して、車両を移動させて、送電アンテナ１０５と受電アンテナ２０１との位置関係が適正となるように促すメッセージを報知し、ステップＳ１０７で処理を終了する。   On the other hand, when the determination in step S102 is NO, it is determined in step S105 that it is impossible to actually perform power transmission. In step S106, the interface unit 230 is used to inform the driver. Then, the vehicle is moved to notify a message prompting that the positional relationship between the power transmitting antenna 105 and the power receiving antenna 201 is appropriate, and the process ends in step S107.

以上のような判定処理がなされる本発明に係る電力伝送システムにおける受電アンテナ２０１の磁性シールド体２８０及び金属体２９０の平板部の面積との関連性について説明する。   The relationship between the magnetic shield body 280 of the power receiving antenna 201 and the area of the flat plate portion of the metal body 290 in the power transmission system according to the present invention in which the determination process as described above is performed will be described.

図６及び図７は受電アンテナ２０１と送電アンテナ１０５との位置関係を説明する模式図である。
図４に示した、受電アンテナ２０１と送電アンテナ１０５との位置関係は、電力伝送を行う上で最適な位置関係である場合を示していたが、
図６及び図７では、受電アンテナ２０１と送電アンテナ１０５との位置が、最適な電力伝送実行位置よりずれている場合を示している。 6 and 7 are schematic diagrams for explaining the positional relationship between the power receiving antenna 201 and the power transmitting antenna 105. FIG.
Although the positional relationship between the power receiving antenna 201 and the power transmitting antenna 105 illustrated in FIG. 4 is an optimal positional relationship in performing power transmission,
6 and 7 illustrate a case where the positions of the power receiving antenna 201 and the power transmitting antenna 105 are deviated from the optimal power transmission execution position.

図６は、その位置ずれが、許容範囲内であり、前記の判定処理で、電力伝送実行可能と判定される場合を図示している。電力伝送実行可能と判定が出される図６に示す位置関係にアンテナ同士があるときは、受電アンテナ２０１の磁性シールド体２８０及び金属体２９０の鉛直方向の投影が、送電アンテナ１０５を必ず包含するようになっている。   FIG. 6 illustrates a case where the positional deviation is within an allowable range and it is determined in the determination process that power transmission can be performed. When there is an antenna in the positional relationship shown in FIG. 6 where it is determined that power transmission can be performed, the vertical projection of the magnetic shield body 280 and the metal body 290 of the power receiving antenna 201 must include the power transmission antenna 105. It has become.

このように、電力伝送を実行することが可能である場合には、磁性シールド体２８０及び金属体２９０の広さは、送電アンテナ１０５の励磁による漏れ磁束を確実に捕捉することが可能な程度のものとなっているので、車両本体部が誘導加熱で温度上昇することがない。   As described above, when it is possible to execute power transmission, the width of the magnetic shield body 280 and the metal body 290 is such that the leakage magnetic flux due to the excitation of the power transmission antenna 105 can be reliably captured. Therefore, the temperature of the vehicle main body does not increase due to induction heating.

一方、図７は、位置ずれが、許容範囲外であり、前記の判定処理で、電力伝送実行不可能と判定される場合を図示している。電力伝送実行が不可能であると判定が出される図７に示す位置関係にアンテナ同士があるときは、受電アンテナ２０１の磁性シールド体２８０及び金属体２９０の鉛直方向の投影は、送電アンテナ１０５を必ずしも包含していない。これによれば、磁性シールド体２８０及び金属体２９０として、不必要に広いものを利用することがないので、材料費などのコストを抑制することが可能となる。   On the other hand, FIG. 7 illustrates a case where the positional deviation is out of the allowable range, and it is determined in the determination process that power transmission cannot be performed. When there is an antenna in the positional relationship shown in FIG. 7 where it is determined that power transmission cannot be performed, the vertical projection of the magnetic shield body 280 and the metal body 290 of the power receiving antenna 201 Not necessarily included. According to this, since the magnetic shield body 280 and the metal body 290 are not unnecessarily wide, it is possible to suppress costs such as material costs.

１００・・・電力伝送システム
１０１・・・ＡＣ／ＤＣ変換部
１０２・・・電圧調整部
１０３・・・インバーター部
１０４・・・整合器
１０５・・・送電アンテナ
１１０・・・主制御部
１２０・・・通信部
２０１・・・受電アンテナ
２０２・・・整流部
２０３・・・充電制御部
２０４・・・バッテリー
２１０・・・主制御部
２１５・・・撮像部
２２０・・・通信部
２３０・・・インターフェイス部
２６０・・・ケース体
２１６・・・底板部
２６２・・・側板部
２６３・・・（上方）開口部
２７０・・・コイル体
２７１・・・基材
２７２・・・導電部
２７３・・・第１端部
２７４・・・第２端部
２８０・・・磁性シールド体
２９０・・・金属体 DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Power transmission system 101 ... AC / DC conversion part 102 ... Voltage adjustment part 103 ... Inverter part 104 ... Matching device 105 ... Power transmission antenna 110 ... Main control part 120- ..Communication unit 201 ... Receiving antenna 202 ... Rectification unit 203 ... Charge control unit 204 ... Battery 210 ... Main control unit 215 ... Imaging unit 220 ... Communication unit 230 ... Interface portion 260... Case body 216... Bottom plate portion 262. Side plate portion 263... (Upper) opening 270... Coil body 271. ..First end 274 ... second end 280 ... magnetic shield 290 ... metal body

Claims (3)

地面に固定された送電アンテナから、車両の底部に搭載された受電アンテナに対して電力を伝送する電力伝送システムであって、
電力伝送を実行する上で、前記送電アンテナと前記受電アンテナとの位置関係が適正であるかを判定する判定手段を有すると共に、
前記受電アンテナのシールドの鉛直方向の投影が、前記判定手段が適正と判定するときにおける前記送電アンテナを必ず包含することを特徴とする電力伝送システム。 A power transmission system for transmitting power from a power transmission antenna fixed to the ground to a power reception antenna mounted on the bottom of a vehicle,
In performing power transmission, having a determination means for determining whether the positional relationship between the power transmitting antenna and the power receiving antenna is appropriate,
The power transmission system according to claim 1, wherein the vertical projection of the shield of the power receiving antenna always includes the power transmission antenna when the determination unit determines that it is appropriate. 地面に固定された送電アンテナから、車両の底部に搭載された受電アンテナに対して電力を伝送する電力伝送システムであって、
前記受電アンテナは、コイル体と第１のシールド体と第２のシールド体とからなり、前記第１のシールド体及び前記第２のシールド体の鉛直方向の投影が、前記コイル体を包含する面積の関係を有することを特徴とする電力伝送システム。 A power transmission system for transmitting power from a power transmission antenna fixed to the ground to a power reception antenna mounted on the bottom of a vehicle,
The power receiving antenna includes a coil body, a first shield body, and a second shield body, and the vertical projection of the first shield body and the second shield body includes the coil body. A power transmission system characterized by having the relationship: 電力伝送を実行する上で、前記送電アンテナと前記受電アンテナとの位置関係が適正であるかを判定する判定手段を有すると共に、
前記受電アンテナの前記と第１のシールド体及び前記第２のシールド体の鉛直方向の投影が、前記判定手段が適正と判定するときにおける前記送電アンテナを必ず包含することを特徴とする請求項２に記載の電力伝送システム。 In performing power transmission, having a determination means for determining whether the positional relationship between the power transmitting antenna and the power receiving antenna is appropriate,
3. The vertical projection of the first shield body and the second shield body of the power receiving antenna necessarily includes the power transmission antenna when the determination means determines appropriate. The power transmission system described in 1.
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