JP2003209020A - 非接触給電カプラ - Google Patents
非接触給電カプラInfo
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- Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
Landscapes
- Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
Abstract
に、たとえば既存のガソリン車の給油口に収めることが
できようにコンパクト化することができ、さらに非熟練
者でも簡単に手際良く操作できて、仮に誤使用があって
も破損しにくい非接触給電カプラを提供する。 【解決手段】 一次側から二次側へ電気的に非接触で電
力伝送を行わせるようにした非接触給電カプラにおい
て、一次側コア11は鍔部11aと柱部11bを有する
断面略T字状に形成し、上記柱部11bの先端にはその
柱部よりも細径の棒状ガイド部15を同軸に突出するよ
うに取り付ける。二次側のコア21は壺型に形成し、一
次側のコア11と共に閉磁路を形成できるようにする。
上記ガイド部15の長さh1は上記壺型コア21の深さ
h2よりも大きくし、上記壺型コア21の底面中央には
上記ガイド部15の貫挿を案内するガイド孔25を設け
る。
Description
接触給電カプラに関し、たとえば電気自動車や電気機器
等への給電や充電を非接触で行うのに利用して有効な技
術に関する。
他の電気機器への給電や充電を非接触で行う手段とし
て、磁気結合方式の非接触給電カプラが提供されてい
る。この非接触給電カプラは、トランスの一次コイルと
二次コイルに相当する一次側磁気ユニットと二次側磁気
ユニットからなり、両ユニット間を磁気的に結合させる
ことにより、電気的に非接触状態を保ちながら交流(高
周波)電力の伝送を行わせることができる。この方式の
給電カプラは、漏電や感電の危険が少ない、接触不良等
の故障要因が少ない、といったメリットを期待できる。
また、スパーク火花による引火事故の防止に有効で、火
気厳禁の場所での使用にも適している。たとえば、既存
のガソリンスタンドにて電気自動車の給電サービスを行
うのには、引火の危険が少ない非接触型給電カプラが適
している。
給電カプラは上述したように多くのメリットが期待され
るが、磁気結合で電力伝送を行わせるためには、給電側
と受電側の双方にそれぞれコイルと磁性コアからなる磁
気ユニットが必要である。これに加えて、両ユニットを
正しく磁気結合させるための位置合わせ手段も必要とな
る。このため、非接触給電カプラは、コンセントやプラ
グなどの通常の接触式給電具と異なり、構成が複雑で大
型になりやすく、その扱いも簡単でないという問題があ
った。
機の充電台のように、きわめて小規模の給電では、磁気
結合式の非接触給電カプラが実用化されている。しか
し、電気自動車の充電のように、比較的大電力の給電用
途では、たとえばガソリンスタンドのアルバイト従業員
や客が簡単に操作して使用できるようなものはなかっ
た。
に完了させるために大電力の給電が必要となる。この給
電を非接触給電カプラを使って行うためには、給電側
(充電スタンド)と受電側(電気自動車)の双方にそれ
ぞれ上記磁気ユニットを設置するが、各ユニットはそれ
ぞれ必要な給電電力に見合う容量規模のものでなければ
ならない。
ン車の車体を流用して製作するのが製造コスト的に有利
で合理的である。また、電気自動車への給電を一般のガ
ソリン車(ディーゼル車を含む内燃機関動力の自動車)
のようにスタンドで行わせるためには、給電を受ける受
電口を一般のガソリン車の給油口と同じ場所に配置する
のが合理的である。
使用実績があるガソリン車の車体構造や使用様式をなる
べくそのままの形で流用するのが経済的で合理的ある。
このため、非接触給電カプラの磁気ユニットはガソリン
車の給油口に収まるようなものが望ましい。また、磁気
ユニットを外し忘れて自動車を発進させても、カプラや
充電装置を破損する恐れがないようなものが望まれる。
そして、非熟練のアルバイト従業員や客でも、簡単に手
際良く操作できることが必要である。
れたもので、比較的大電力の給電にも適しているととも
に、たとえば既存のガソリン車の給油口に収めることが
できようにコンパクト化することができ、さらに非熟練
者でも簡単に手際良く操作できて、仮に誤使用があって
も破損しにくいような非接触給電カプラを提供すること
にある。
段は、それぞれに軟磁性コアとコイルを有する一次側磁
気ユニットと二次側磁気ユニットを装脱着可能に磁気結
合させることにより、一次側から二次側へ電気的に非接
触で電力伝送を行わせるようにした非接触給電カプラに
おいて、次の構成手段(1)〜(5)を備えたことを特
徴とする非接触給電カプラ。
面が略T字状に形成されている。 (2)上記柱部の先端にはその柱部よりも細径の棒状ガ
イド部が同軸に突出するように取り付いている。 (3)二次側のコアは壺型に形成され、一次側のコアと
共に閉磁路を形成する。 (4)上記ガイド部の長さが上記壺型コアの深さよりも
大きい。 (5)上記壺型コアの底面中央に上記ガイド部の貫挿を
案内するガイド孔を有する。
適しているとともに、たとえば既存のガソリン車の給油
口に収めることができようにコンパクト化することがで
き、さらに非熟練者でも簡単に手際良く操作できて、仮
に誤使用があっても破損しにくい非接触給電カプラを提
供することができる。
発明は上記手段に関連して次のような手段も提供する。
すなわち、上記鍔部は円盤状とし、上記柱部は円柱状と
する。上記壺型コアは円筒状とする。これにより、たと
えば、回転方向の回転方向の位置合せを不要にできるな
どの利点が得られる。
側コイルは上記壺型コアの内側面に沿って巻回する。磁
気損失および渦電流損失の発生を防止するため、上記棒
状ガイド部は非磁性かつ非導電性とする。上記鍔部の上
面にはその鍔部よりも大径の枠部を取り付ける。その枠
部はたとえばフランジ状にする。そして、その枠部も非
磁性かつ非導電性にすることが好ましい。
一方、望ましくは両方共に、非磁性かつ非導電性の物質
でモールドして耐衝撃性を高める。また、一次側コイル
と二次側コイルの少なくとも一方、望ましくは両方共
に、エッジワイズコイルにして大電力使用に適応させ
る。一次側コアと二次側コアの合せ面をテーパ面とする
ことで、磁路抵抗を低くすることができる。棒状ガイド
部の先端にまるみ、または曲面テーパ形状を持たせる
と、ガイド孔への挿入を行いやすくすることができる。
る形状とすることにより、コアの磁気的結合状態を良好
にすることができる。さらに、ガイド孔にはテーパ面を
形成するとよい。ガイド部がガイド孔に挿入される際に
は、一次側コイルと二次側コイル間に常に一定以上の間
隙が保たれるようにする。
部に、外部に通じる通気路を設けると、コアの温度上昇
による損失増加を抑えることができる。通気路として
は、一次側から送気された冷却用空気を流通させるよう
な通気路、または二次側の壺型コアの外側から吸気して
冷却用空気を流通させるような通気路がある。
プラの一実施例を示す。同図に示す非接触給電カプラは
磁気結合方式であって、一次側磁気ユニット10と二次
側磁気ユニット20とによって構成される。両ユニット
10,20はトランスの一次コイルと二次コイルに相当
し、互いに磁気結合することによって、電気的に非接触
状態を保ちながら交流(高周波)電力の伝送を行う。
らなる軟磁性コア11、このコア11を励磁する一次側
コイル12、非磁性かつ非導電体からなる棒状ガイド部
15、および非磁性および非導電体からなるフランジ状
枠部16によって構成されている。各部材(11,1
2,15,16)は一体に組み立てられている。
とこの鍔部11aの中央から垂直に突出する円柱部11
bとを一体に有して断面が略T字状(錘状)に形成され
ている。鍔部11aの外周縁部には、円柱部11b側か
ら見て斜めに後退するテーパ面13が形成されている。
また、円柱部11bの先端部分には、円柱径が先端に向
かって連続的に縮小するテーパ面14が形成されてい
る。
の円柱部11bに一定の厚みで巻回されている。このコ
イル12は、大電力使用に適したエッジワイズコイルで
あって、衝撃等による損傷を防止するために非磁性かつ
非導電性の物質でモールドされている。棒状ガイド部1
5は上記円柱部11bよりもやや細径の丸棒状で、上記
円柱部11bの先端からその円柱部と同軸にまっすぐ伸
びて突出するように取り付けられている。この棒状ガイ
ド部15は円柱部11bよりも細径であるが、円柱部1
1bの先端部分に上記テーパ面14が形成されているこ
とにより、円柱部11bとの間は段差が無く連続してい
る。
大径の円盤状で、鍔部11aの外郭を保護するような状
態で、その鍔部11aの上面に取り付けられている。こ
の枠部16は鍔部11aを補強および保護するほかに、
コイル12のリード線引き出し部にもなっている。
性かつ非導電性のものを使用する。これは磁気損失およ
び渦電流損失の発生を防止するためである。さらには、
耐衝撃性と表面潤滑性のある材質、たとえばポリアミド
やポリエステル系の高強度樹脂が望ましい。上記フラン
ジ状枠部16も同様の理由で非磁性かつ非導電性のもの
を使用するが、これは耐衝撃性と表面潤滑性のある材質
が望ましい。具体的は、たとえばポリアミドやポリエス
テル系の高強度樹脂が使用できる。ガイド部15と枠部
16は共に、接着等によってコア11と強固に一体化さ
れている。
ユニット10に対応して、フェライトからなる軟磁性コ
ア21とこのコア21を磁心とする二次側コイル22を
有する。二次側コア21は直円筒状の壺型であって、壺
の内側面に沿って二次側コイル22が巻回されている。
このコイル22は、大電力使用に適したエッジワイズコ
イルであって、衝撃等による損傷を防止するために非磁
性かつ非導電性の物質でモールドされている。壺型コア
21の開口部は一次側コア11の鍔部11aに寸法およ
び形状的に適合し、その鍔部11aによって密に施蓋さ
れるようになっている(図2)。このため、壺型コア2
1の開口縁には、上記鍔部11aのテーパ面13に形状
対応して面接触するテーパ面23が形成されている。ま
た、壺型コア21の底面中央には、上記棒状ガイド部1
5を挿通させて上記円柱部11bを中心位置に案内する
ガイド孔25が設けられている。このガイド孔25には
テーパ面24が形成されている。このテーパ面24は、
上記棒状ガイド部15の挿入ガイドをなすとともに、上
記円柱部11bのテーパ面14に形状対応して面接触す
る。つまり、上記円柱部11aの先端部分が嵌合するよ
うになっている。
結合状態を示す。同図に示す結合状態では、一次側のコ
ア11と二次側のコア21が、一次側のガイド部15と
二次側のガイド孔25により互いに位置決めされて、断
面がEI型あるいはEE型の閉磁路を形成する。この状
態で一次側のコイル12に交流を通電すると、その通電
による励磁によって二次側のコイル22に起電力が生
じ、これにより、一次側から二次側へ非接触の電力伝送
が行われる。
的な筒状閉磁路を形成するので、体積の割に大きな磁路
面積を得ることができる。これにより、非接触給電カプ
ラは、その外径Rの割に大きな伝送電力を扱うことがで
きる。一般のガソリン車の給油口に納めるためには外径
を10cm以下にすることが望まれるが、そのような比
較的小さな外径(R≦10cm)でも、電気自動車の急
速充電に対応できるだけの電力定格を持たせることがで
きる。
コア21が互いにテーパ面13,23同士で合わさるよ
うになっているが、このテーパ面同士の面接触は、コア
11,21間の接触面積を大きく確保して磁路抵抗を低
くするのに適している。磁路抵抗の低下は等価的に磁路
面積を大きくするのと同じ効果をもたらす。さらに、実
施例では、二次側コイル22を壺型コア21の内側面に
配置しているが、これにより、カプラ全体を筒状の磁性
体で磁気シールドした状態にすることができる。このこ
とは、電磁ノイズの輻射防止および磁束漏れによる効率
低下の回避にそれぞれ有効である。
気ユニット10を上記ガイド部15と上記ガイド孔25
による案内に任せながら二次側磁気ユニット20に装着
することにより、簡単かつ正確に行うことができる。給
電が終わって結合を解除するときは、一次側磁気ユニッ
ト10を引き上げて外せばよい。この装脱着の操作は、
ガソリン車の給油口に給油ノズルを差し込むのと同様の
操作感覚で、非熟練者にも簡単に手際良く行わせること
ができる。また、給電中に誤って自動車を発進させて
も、一次側磁気ユニット10が外れるだけで、それによ
ってカプラや充電装置が直ちに破損するようなことには
ならない。
成し、これに合せて一次側のT字状コア11も円柱部1
1bと円盤状の鍔部11aを持つように形成している
が、これにより、一次側磁気ユニット10と二次側磁気
ユニット20は互いにどの方向からでも結合することが
できる。つまり、一次側磁気ユニット10を二次側磁気
ユニット20に装着する操作において、回転方向の位置
合せが不要になっている。これにより、操作性をさらに
高めることができる。
側の壺型コア21の深さh2よりも大きくしてある(図
1)。これにより、そのガイド部15がガイド孔25に
挿入されて案内される状態になるまでは、一次側のコイ
ル12を二次側のコア21およびコイル22のどちらか
らも離した状態にすることができる。一次側のコイル1
2が二次側のコア21内に入るのは、ガイド部15とガ
イド孔25による案内が確実に作用する状態のときであ
る。これにより、一次側磁気ユニット10を二次側磁気
ユニット20に装着する際に、一次側コイル12が二次
側コア21あるいは二次側コイル22に当たるのを確実
に回避させることができる。
次側磁気ユニット20に装置するときの状態とその装着
を案内するガイド孔25付近の拡大断面を示す。上述し
たように、一次側磁気ユニット10は、ガイド部15と
ガイド孔25による案内に任せながら、二次側磁気ユニ
ット20に正確に装着することができるが、その装着に
際しては、同図に示すように、一次側コイル12と二次
側コイル22間に常に一定以上の間隙(>d)が保たれ
るようにすることが望ましい。つまり、一次側磁気ユニ
ット10を二次側磁気ユニット20に装着するときに、
一次側コイル12の端が二次側コイル22の端に当たら
ないようにする。
孔25に挿入されたガイド部15の傾斜可能範囲を規制
することができるように、そのガイド孔25の長さや形
状を決めればよい。ガイド孔25にはテーパ面24が形
成されていて、そのテーパ面24がガイド部15の挿入
を行いやすく案内するが、そのテーパ面24の傾斜をあ
る程度以大きくすれば、それによって上記間隙(>d)
が確保できるような傾斜可能範囲を設定することができ
る。テーパ面24の傾斜を大きくした場合、そのテーパ
面24によるガイド部15の挿入案内範囲が狭まるが、
これはガイド部15の先端にまるみを持たせるか、ある
いはその先端を曲面状のテーパに形成することによって
解決できる。
面あるいはコンクリート面に落とした状態を示す。一次
側磁気ユニット10は使用者が誤って落とすことが考え
られる。この場合、フェライトからなるコア11がコン
クリート等の固い面に当たると、衝撃によって割れる確
率が高い。しかし、上述した一次側磁気ユニット10
は、同図に示すように、地面等の上に置いたときに、そ
の地面等に触れるのは棒状ガイド部15とフランジ状枠
部16であって、コア11は地面から離れて浮いた状態
にある。したがって、上記一次側磁気ユニット10が誤
って落とされても、コア11は保護されて破損から免れ
ることができる。
は、比較的大電力の給電にも適しているとともに、たと
えば既存のガソリン車の給油口に収めることができよう
にコンパクト化することができ、さらに非熟練者でも簡
単に手際良く操作できて、仮に誤使用があっても破損し
にくいという利点を備えることができる。
示す。同図の(a)〜(c)にそれぞれ示す非接触給電
カプラは、一次側コア11および/または二次側コア2
1の内部に、外部に通じる通気路17を設けることによ
り、給電時にコア11,12の冷却を行えるようにして
ある。図中の矢印はその通気路17によって形成される
空気の流通経路を示す。
に、一次側のフランジ状枠部16側から空気を送るよう
にすれば、給電側の設備だけでコア11,21の強制空
冷を行わせることができる。給電側に送気設備を設ける
ことが難しい場合は、(b)に示すように、受電側にて
壺型コア21の外側から吸気を行うようにすればよい。
いずれの場合も、コア11,21を効率良く空冷するこ
とができる。
により特性が低下して損失が増えるが、上記冷却によ
り、その特性低下による損失増加を抑えることができ
る。これにより、非接触給電カプラの電力定格を大きく
することができる。
ても、(a)〜(c)のように、外部に通じる通気路1
7を設けるだけで、自然対流による冷却効果をある程度
得ることができる。
施例の非接触給電カプラは、一次側コア11の鍔部11
aと二次側コア21の開口縁部をそれぞれテーパではな
く平坦に形成してあるが、このような形状のコア11,
21であっても、本発明の主要な効果は十分に得ること
ができる。
いて説明したが、本発明は上述した以外にも種々の態様
が可能である。たとえば、一次側のフランジ状枠部16
は、筒状あるいはその他の形状の枠部であってもよい。
また、本発明は電気自動車に限らず、電気自転車や電動
工具等の非接触給電にも適用可能である。
も適しているとともに、たとえば既存のガソリン車の給
油口に収めることができようにコンパクト化することが
でき、さらに非熟練者でも簡単に手際良く操作できて、
仮に誤使用があっても破損しにくい非接触給電カプラを
提供することができる。
す断面図および斜視図である。
を示す断面図である。
着するときの状態とその一部を拡大した断面図である。
した状態を示す断面図である。
い実施例を示す断面図である。
Claims (20)
- 【請求項1】 それぞれに軟磁性コアとコイルを有する
一次側磁気ユニットと二次側磁気ユニットを装脱着可能
に磁気結合させることにより、一次側から二次側へ電気
的に非接触で電力伝送を行わせるようにした非接触給電
カプラにおいて、次の構成手段(1)〜(5)を備えた
ことを特徴とする非接触給電カプラ。(1)一次側コア
は鍔部と柱部を有して断面が略T字状に形成されてい
る。 (2)上記柱部の先端にはその柱部よりも細径の棒状ガ
イド部が同軸に突出するように取り付いている。 (3)二次側のコアは壺型に形成され、一次側のコアと
共に閉磁路を形成する。 (4)上記ガイド部の長さが上記壺型コアの深さよりも
大きい。 (5)上記壺型コアの底面中央に上記ガイド部の貫挿を
案内するガイド孔を有する。 - 【請求項2】 請求項1において、前記鍔部が円盤状で
あることを特徴とする非接触給電カプラ。 - 【請求項3】 請求項1または2において、前記柱部が
円柱状であることを特徴とする非接触給電カプラ。 - 【請求項4】 請求項1〜3のいずれかにおいて、前記
柱部に一次側コイルが巻回されていることを特徴とする
非接触給電カプラ。 - 【請求項5】 請求項1〜4のいずれかにおいて、前記
壺型コアが円筒状であることを特徴とする非接触給電カ
プラ。 - 【請求項6】 請求項1〜5のいずれかにおいて、前記
壺型コアの内側面に沿って二次側コイル巻回されている
ことを特徴とする非接触給電カプラ。 - 【請求項7】 請求項1〜6のいずれかにおいて、前記
棒状ガイド部が非磁性かつ非導電性であることを特徴と
する非接触給電カプラ。 - 【請求項8】 請求項1〜7のいずれかにおいて、前記
鍔部の上面にその鍔部よりも大径の枠部が取り付いてい
ることを特徴とする非接触給電カプラ。 - 【請求項9】 請求項8において、前記枠部がフランジ
状であることを特徴とする非接触給電カプラ。 - 【請求項10】 請求項8または9において、前記枠部
が非磁性かつ非導電性であることを特徴とする非接触給
電カプラ。 - 【請求項11】 請求項1〜10のいずれかにおいて、
一次側コイルと二次側コイルの少なくとも一方が非磁性
かつ非導電性の物質でモールドされていることを特徴と
する非接触給電カプラ。 - 【請求項12】 請求項1〜11のいずれかにおいて、
一次側コイルと二次側コイルの少なくとも一方がエッジ
ワイズコイルであることを特徴とする非接触給電カプ
ラ。 - 【請求項13】 請求項1〜12のいずれかにおいて、
一次側コアと二次側コアの合せ面がテーパ面であること
を特徴とする非接触給電カプラ。 - 【請求項14】 請求項1〜13のいずれかにおいて、
前記棒状ガイド部の先端にまるみ、または曲面テーパ形
状を持たせたことを特徴とする非接触給電カプラ。 - 【請求項15】 請求項1〜14のいずれかにおいて、
前記ガイド孔は前記柱部の先端部分が嵌合する形状であ
ることを特徴とする非接触給電カプラ。 - 【請求項16】 請求項1〜15のいずれかにおいて、
前記ガイド孔にテーパ面が形成されていることを特徴と
する非接触給電カプラ。 - 【請求項17】 請求項1〜16のいずれかにおいて、
前記ガイド部が前記ガイド孔に挿入される際に、一次側
コイルと二次側コイル間に常に一定以上の間隙が保たれ
るようにしたことを特徴とする非接触給電カプラ。 - 【請求項18】 請求項1〜17のいずれかにおいて、
一次側コアおよび/または二次側コアの内部に、外部に
通じる通気路を設けたことを特徴とする非接触給電カプ
ラ。 - 【請求項19】 請求項18において、一次側から送気
された冷却用空気を流通させるような通気路が形成され
ていることを特徴とする非接触給電カプラ。 - 【請求項20】 請求項19において、二次側の壺型コ
アの外側から吸気して冷却用空気を流通させるような通
気路が形成されていることを特徴とする非接触給電カプ
ラ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002003852A JP3864094B2 (ja) | 2002-01-10 | 2002-01-10 | 非接触給電カプラ |
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