JP2010087353A - 非接触電力伝達装置、非接触電力伝達装置の製造方法および非接触電力伝達装置を備えた車両 - Google Patents

Abstract

【課題】部品点数の低減および送電および受電効率の向上が図られた非接触電力伝達装置およびこの非接触電力伝達装置を備えた車両を提供する。
【解決手段】非接触受電装置は、対向配置される一次自己共振コイルとの間で、磁場の共鳴により電力の送電および受電の少なくとも一方が可能な二次自己共振コイル１１０と、中空状に形成され、内周面に沿って二次自己共振コイル１１０が保持されたボビン４０２とを備える。
【選択図】図４

Description

この発明は、非接触電力伝達装置、非接触電力伝達装置の製造方法および非接触電力伝達装置を備えた車両に関し、特に、車両外部に設けられた電源からの電力を非接触で受電可能な非接触電力伝達装置および車両に関する。

環境に配慮した車両として、電気自動車やハイブリッド車などの電動車両が大きく注目されている。これらの車両は、走行駆動力を発生する電動機と、その電動機に供給される電力を蓄える再充電可能な蓄電装置とを搭載する。なお、ハイブリッド車は、電動機とともに内燃機関をさらに動力源として搭載した車両や、車両駆動用の直流電源として蓄電装置とともに燃料電池をさらに搭載した車両である。

ハイブリッド車においても、電気自動車と同様に、車両外部の電源から車載の蓄電装置を充電可能な車両が知られている。たとえば、家屋に設けられた電源コンセントと車両に設けられた充電口とを充電ケーブルで接続することにより、一般家庭の電源から蓄電装置を充電可能ないわゆる「プラグイン・ハイブリッド車」が知られている。

一方、送電方法として、電源コードや送電ケーブルを用いないワイヤレス送電が近年注目されている。このワイヤレス送電技術としては、有力なものとして、電磁誘導を用いた送電、電磁波を用いた送電、および共鳴法による送電の３つの技術が知られている。

このうち、共鳴法は、一対の共鳴器（たとえば一対の自己共振コイル）を電磁場（近接場）において共鳴させ、電磁場を介して送電する非接触の送電技術であり、数ｋＷの大電力を比較的長距離（たとえば数ｍ）送電することも可能である（非特許文献１および特許文献３参照）。

電磁誘導の相互誘電作用に基づき送電を行う非接触給電装置としては、特開２００８−８７７３３号公報に記載された非接触給電装置が挙げられる。

この非接触給電装置は、電磁誘導の相互誘電作用に基づき、給電側の１次コイルから受電側の２次コイルに電力を供給する。そして、１次コイルおよび２次コイルは、複数本の平行導線を１セットとして同一面で扁平に渦巻き巻回した構造とされ、一定ピッチで捻回されている。１次コイルや２次コイルが配設される１次磁心コアや２次磁心コアは、フェライト製等より構成されており、平板状に形成されている。１次コイルと１次磁心コアの表面、および２次コイルと２次磁心コアの表面は、それぞれモールド樹脂にて被覆固定されている。

なお、ワイヤレス送電技術に近似する技術として、たとえば、特開平１０−３４１１０５号公報に記載された無線携帯機および無線携帯機のアンテナに関する技術が挙げられる。

この特開平１０−３４１１０５号公報に記載されたアンテナ装置は、内周面上が平滑な円筒状のボビンと、ボビンの外周面上に設けられ、所望の第１の周波数に対応するインピーダンス特性を有する第１のコイルとを備えている。さらに、このアンテナ装置は、ボビンの内周面を摺動する天板と、この天板の上面側に天板と一体に回動する調整ツマミと、この調整ツマミの下面側に所望の第２の周波数に対応するインピーダンス特性を有する第２のコイルとを備え、第１のコイルおよびボビンを覆うようにカバーが設けられている。
アンドレ・クルス（Andre Kurs）、他５名、"ワイヤレス パワー トランスファー バイア ストロングリィ カップルド マグネティック レゾナンス（Wireless Power Transfer via Strongly Coupled Magnetic Resonances）"、［online］、２００７年７月６日、サイエンス（SCIENCE）、第３１７巻、ｐ．８３−８６、［平成２００７年９月１２日検索］、インターネット＜URL：http://www.sciencemag.org/cgi/reprint/317/5834/83.pdf＞ 特開２００８−８７７３３号公報 特開平１０−３４１１０５号公報 国際公開第２００７／００８６４６号パンフレット

上記共鳴法を用いた非接触給電装置は、外部に設けられた一次自己共振コイルと共鳴することで、電力を受電する二次自己共振コイルを備えている。この一次自己共振コイルおよび二次自己共振コイルは、巻線をボビンの外表面に巻回することで構成されている。そして、各一次自己共振コイルおよび二次自己共振コイルには高電圧の交流電流が流れるため、外部から各巻線を保護するために、ボビンおよび巻線を覆うようなカバーを設ける必要がある。このため、結果的にボビンおよびカバー等の多くの部品を要する。

同様に、特開平１０−３４１１０５号公報に記載されたアンテナ装置においても、第１のコイルおよびボビンを覆うようにカバーが配置されている。

そして、特開２００８−８７７３３号公報に記載された非接触給電装置においては、１次コイルおよび２次コイルのいずれもが樹脂によって覆われている。

このため、１次コイルおよび２次コイルの巻線間と、この巻線間に位置する樹脂材によってキャパシタが形成される。そして、各コイル巻線に交流電流が流れると、当該キャパシタによる誘電損失が生じ、送電および受電効率が低くなる。

本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、部品点数の低減および送電および受電効率の向上が図られた非接触電力伝達装置、この非接触電力伝達装置の製造方法およびこの非接触電力伝達装置を備えた車両を提供することである。

本発明に係る非接触電力伝達装置は、対向配置される第１自己共振コイルとの間で、磁場の共鳴により電力の送電および受電の少なくとも一方が可能な第２自己共振コイルと、中空状に形成され、内周面に沿って第２自己共振コイルが保持されたボビンとを備える。

好ましくは、上記第２自己共振コイルおよび誘電コイルは車両に搭載され、第１自己共振コイルは車両の外部に配置され、第１自己共振コイルは第２自己共振コイルに電力を送電し、第２自己共振コイルは第１自己共振コイルから送電される電力を受電し、第２自己共振コイルおよび誘電コイルは受電装置の少なくとも一部を構成する。

好ましくは、上記第１自己共振コイルは車両に搭載され、第２自己共振コイルおよび誘電コイルは車両の外部に配置され、第２自己共振コイルは第１自己共振コイルに電力を送電し、第１自己共振コイルは第２自己共振コイルから送電される電力を受電し、第２自己共振コイルおよび誘電コイルは送電装置の少なくとも一部を構成する。

好ましくは、上記第２自己共振コイルは、第１係合部を含み、ボビンは、第１係合部と係合することで、第２自己共振コイルを係止可能な第２係合部を含む。そして、上記第１係合部と第２係合部とは、第２自己共振コイルの弾性力によって互いに係合可能とされる。

好ましくは、上記ボビンの内周面には、該ボビンの周方向に向かうにしたがって、ボビンの軸線方向に向けて延び、第２自己共振コイルを受け入れ可能な溝部が形成され、溝部を規定するボビンの内周面には、溝部内に受け入れられた第２自己共振コイルを係止するコイル係止部が形成される。

好ましくは、上記ボビンの内周面は、ボビンの一方端側から他方端に向けてボビンの内周面の周方向の長さが短くなるように形成される。そして、上記ボビンの内周面には、該ボビンの周方向に向かうにしたがって、ボビンの軸線方向に向けて延び、第２自己共振コイルを受け入れ可能な溝部が形成され、溝部の底部は、ボビンの軸方向に配列する。

好ましくは、上記ボビンは、有底筒状に形成され、第２自己共振コイルを収容する収容部が外部から区画される。好ましくは、上記ボビンを内部に収容し、磁場の放射領域を規定可能なシールド部材をさらに備える。

本発明に係る非接触電力伝達装置の製造方法は、筒状に形成されたボビンを準備する工程と、外部から負荷を加えることで第２自己共振コイルを縮径させ、縮径された第２自己共振コイルをボビン内に挿入する工程と、二次自己共振コイルに加えられた負荷を除き、第２自己共振コイルを該第２自己共振コイルの弾性力を用いて、ボビン内に係止させる工程とを備える。

本発明に係る非接触電力伝達装置の製造方法は、他の局面では、主表面を有する絶縁性の板状部材と、主表面上に設けられ、該板状部材の延在方向に配列する一方の端辺部から他方の端辺部に延びると共に、板状部材の幅方向に配列する一方の側辺部および他方の側辺部の間に間隔を隔てて複数配置された導線とを準備する工程と、導線が配置された主表面が内側に位置するように板状部材を湾曲させ、板状部材の一方の端辺部と他方の端辺部とを近接または接触させると共に、導線の一方の端辺部側の端部を該導線に対して一方の側辺部側に隣り合う他の導線の他方の端辺部側の端部に近接または接触させる工程と、導線の端部同士を接続することで、第２自己共振コイルを形成する工程とを備える。

好ましくは、上記導線は、互いに等間隔に配置され、一方端辺部と他方の端辺部との長さは、互いに一致するように形成され、一方の端辺部は、他方の端辺部に対して導線の配列方向に、導線の間隔長さ分ずれるように位置する。

本発明に係る車両は、充電可能な蓄電器と、請求項１から請求項６のいずれかに記載の非接触電力伝達装置とを備え、非接触電力伝達装置を用いて、蓄電器を充電可能とする。

本発明に係る非接触電力伝達装置およびこの非接触電力伝達装置を備えた車両によれば、部品点数の低減を図ることができると共に、送電および受電効率の向上を図ることができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

（実施の形態１）
図１は、この発明の実施の形態１による給電システムの全体構成図である。図１を参照して、この給電システムは、電動車両１００に設けられた受電装置（非接触電力伝達装置）と、給電装置（非接触電力伝達装置）２００とを備える。電動車両１００に設けられた受電装置は、二次自己共振コイル１１０と、二次コイル１２０と、整流器１３０と、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４０と、蓄電装置１５０とを含む。また、電動車両１００は、受電装置と、パワーコントロールユニット（以下「ＰＣＵ（Power Control Unit）」とも称する。）１６０と、モータ１７０と、車両ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１８０と、通信装置１９０とをさらに含む。

二次自己共振コイル１１０は、車体下部に配設されるが、給電装置２００が車両上方に配設されていれば、車体上部に配設されてもよい。二次自己共振コイル１１０は、両端がオープン（非接続）のＬＣ共振コイルであり、給電装置２００の一次自己共振コイル２４０（後述）と電磁場を介して共鳴することにより給電装置２００から電力を受電する。なお、二次自己共振コイル１１０の容量成分は、コイルの浮遊容量とするが、コイルの両端に接続されるコンデンサを設けてもよい。

二次自己共振コイル１１０は、給電装置２００の一次自己共振コイル２４０との距離や、一次自己共振コイル２４０および二次自己共振コイル１１０の共鳴周波数等に基づいて、一次自己共振コイル２４０と二次自己共振コイル１１０との共鳴強度を示すＱ値（たとえば、Ｑ＞１００）およびその結合度を示すκ等が大きくなるようにその巻数が適宜設定される。

二次コイル１２０は、二次自己共振コイル１１０と同軸上に配設され、電磁誘導により二次自己共振コイル１１０と磁気的に結合可能である。この二次コイル１２０は、二次自己共振コイル１１０により受電された電力を電磁誘導により取出して整流器１３０へ出力する。整流器１３０は、二次コイル１２０によって取出された交流電力を整流する。

ＤＣ／ＤＣコンバータ１４０は、車両ＥＣＵ１８０からの制御信号に基づいて、整流器１３０によって整流された電力を蓄電装置１５０の電圧レベルに変換して蓄電装置１５０へ出力する。なお、車両の走行中に給電装置２００から受電する場合には（その場合には、給電装置２００はたとえば車両上方または側方に配設されてもよい。）、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４０は、整流器１３０によって整流された電力をシステム電圧に変換してＰＣＵ１６０へ直接供給してもよい。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４０は、必ずしも必要ではなく、二次コイル１２０によって取出された交流電力が整流器１３０によって整流された後に直接蓄電装置１５０に与えられるようにしても良い。

蓄電装置１５０は、再充電可能な直流電源であり、たとえばリチウムイオンやニッケル水素などの二次電池を含む。蓄電装置１５０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４０から供給される電力を蓄えるほか、モータ１７０によって発電される回生電力も蓄える。そして、蓄電装置１５０は、その蓄えた電力をＰＣＵ１６０へ供給する。なお、蓄電装置１５０として大容量のキャパシタも採用可能であり、給電装置２００から供給される電力やモータ１７０からの回生電力を一時的に蓄え、その蓄えた電力をＰＣＵ１６０へ供給可能な電力バッファであれば如何なるものでもよい。

ＰＣＵ１６０は、蓄電装置１５０から出力される電力あるいはＤＣ／ＤＣコンバータ１４０から直接供給される電力によってモータ１７０を駆動する。また、ＰＣＵ１６０は、モータ１７０により発電された回生電力を整流して蓄電装置１５０へ出力し、蓄電装置１５０を充電する。モータ１７０は、ＰＣＵ１６０によって駆動され、車両駆動力を発生して駆動輪へ出力する。また、モータ１７０は、駆動輪や図示されないエンジンから受ける運動エネルギーによって発電し、その発電した回生電力をＰＣＵ１６０へ出力する。

車両ＥＣＵ１８０は、車両の走行時、車両の走行状況や蓄電装置１５０の充電状態（以下「ＳＯＣ（State Of Charge）」とも称する。）に基づいてＰＣＵ１６０を制御する。通信装置１９０は、車両外部の給電装置２００と無線通信を行なうための通信インターフェースである。

一方、給電装置２００は、交流電源２１０と、高周波電力ドライバ２２０と、一次コイル２３０と、一次自己共振コイル２４０と、通信装置２５０と、ＥＣＵ２６０とを含む。

交流電源２１０は、車両外部の電源であり、たとえば系統電源である。高周波電力ドライバ２２０は、交流電源２１０から受ける電力を高周波の電力に変換し、その変換した高周波電力を一次コイル２３０へ供給する。なお、高周波電力ドライバ２２０が生成する高周波電力の周波数は、たとえば１Ｍ〜１０数ＭＨｚである。

一次コイル２３０は、一次自己共振コイル２４０と同軸上に配設され、電磁誘導により一次自己共振コイル２４０と磁気的に結合可能である。そして、一次コイル２３０は、高周波電力ドライバ２２０から供給される高周波電力を電磁誘導により一次自己共振コイル２４０へ給電する。

一次自己共振コイル２４０は、地面近傍に配設されるが、車両上方から電動車両１００へ給電する場合には車両上方に配設されてもよい。一次自己共振コイル２４０も、両端がオープン（非接続）のＬＣ共振コイルであり、電動車両１００の二次自己共振コイル１１０と電磁場を介して共鳴することにより電動車両１００へ電力を送電する。なお、一次自己共振コイル２４０の容量成分も、コイルの浮遊容量とするが、コイルの両端に接続されるコンデンサを設けてもよい。

この一次自己共振コイル２４０も、電動車両１００の二次自己共振コイル１１０との距離や、一次自己共振コイル２４０および二次自己共振コイル１１０の共鳴周波数等に基づいて、Ｑ値（たとえば、Ｑ＞１００）および結合度κ等が大きくなるようにその巻数が適宜設定される。

通信装置２５０は、給電先の電動車両１００と無線通信を行なうための通信インターフェースである。ＥＣＵ２６０は、電動車両１００の受電電力が目標値となるように高周波電力ドライバ２２０を制御する。具体的には、ＥＣＵ２６０は、電動車両１００の受電電力およびその目標値を通信装置２５０によって電動車両１００から取得し、電動車両１００の受電電力が目標値に一致するように高周波電力ドライバ２２０の出力を制御する。また、ＥＣＵ２６０は、給電装置２００のインピーダンス値を電動車両１００へ送信することができる。

図２は、共鳴法による送電の原理を説明するための図である。図２を参照して、この共鳴法では、２つの音叉が共鳴するのと同様に、同じ固有振動数を有する２つのＬＣ共振コイルが電磁場（近接場）において共鳴することによって、一方のコイルから他方のコイルへ電磁場を介して電力が伝送される。

具体的には、高周波電源３１０に一次コイル３２０を接続し、電磁誘導により一次コイル３２０と磁気的に結合される一次自己共振コイル３３０へ１Ｍ〜１０数ＭＨｚの高周波電力を給電する。一次自己共振コイル３３０は、コイル自身のインダクタンスと浮遊容量とによるＬＣ共振器であり、一次自己共振コイル３３０と同じ共振周波数を有する二次自己共振コイル３４０と電磁場（近接場）を介して共鳴する。そうすると、一次自己共振コイル３３０から二次自己共振コイル３４０へ電磁場を介してエネルギー（電力）が移動する。二次自己共振コイル３４０へ移動したエネルギー（電力）は、電磁誘導により二次自己共振コイル３４０と磁気的に結合される二次コイル３５０によって取出され、負荷３６０へ供給される。なお、共鳴法による送電は、一次自己共振コイル３３０と二次自己共振コイル３４０との共鳴強度を示すＱ値がたとえば１００よりも大きいときに実現される。

なお、図１との対応関係について説明すると、図１の交流電源２１０および高周波電力ドライバ２２０は、図２の高周波電源３１０に相当する。また、図１の一次コイル２３０および一次自己共振コイル２４０は、それぞれ図２の一次コイル３２０および一次自己共振コイル３３０に相当し、図１の二次自己共振コイル１１０および二次コイル１２０は、それぞれ図２の二次自己共振コイル３４０および二次コイル３５０に相当する。そして、図１の整流器１３０以降が負荷３６０として総括的に示されている。

図３は、電流源（磁流源）からの距離と電磁界の強度との関係を示した図である。図３を参照して、電磁界は３つの成分を含む。曲線ｋ１は、波源からの距離に反比例した成分であり、「輻射電界」と称される。曲線ｋ２は、波源からの距離の２乗に反比例した成分であり、「誘導電界」と称される。また、曲線ｋ３は、波源からの距離の３乗に反比例した成分であり、「静電界」と称される。

「静電界」は、波源からの距離とともに急激に電磁波の強度が減少する領域であり、共鳴法では、この「静電界」が支配的な近接場（エバネッセント場）を利用してエネルギー（電力）の伝送が行なわれる。すなわち、「静電界」が支配的な近接場において、同じ固有振動数を有する一対の共鳴器（たとえば一対のＬＣ共振コイル）を共鳴させることにより、一方の共鳴器（一次自己共振コイル）から他方の共鳴器（二次自己共振コイル）へエネルギー（電力）を伝送する。この「静電界」は遠方にエネルギーを伝播しないので、遠方までエネルギーを伝播する「輻射電界」によりエネルギー（電力）を伝送する電磁波に比べて、共鳴法は、より少ないエネルギー損失で送電することができる。

図４は、受電装置４００の断面図であり、図５は、内部を一部可視化したボビン４０２の斜視図である。この図４および図５に示すように、受電装置４００は、二次自己共振コイル１１０と、二次コイル１２０と、二次自己共振コイル１１０を支持するボビン４０２と、ボビン４０２を収容するシールド４０１とを備えている。

ボビン４０２は、有底円筒状に形成されており、内部に二次自己共振コイル１１０を収容可能な収容部が規定されている。そして、開口部側を電動車両１００のフロアパネル側に向けて配置することで、ボビン４０２内の収容部が外部から区画される。

二次自己共振コイル１１０は、このボビン４０２内に支持固定されており、外部に二次自己共振コイル１１０が露出することが抑制されている。このように、ボビン４０２は、二次自己共振コイル１１０を支持するのみならず、二次自己共振コイル１１０を覆うカバーとしての機能を兼ね備えており、部品点数の低減を図ることができる。

ボビン４０２は、受電時に、一次自己共振コイル２４０に向けて配置される天板部４１０と、この天板部４１０の周縁部から垂下する周壁部４１１と、周壁部４１１によって規定された開口部４１７の開口縁部に形成された鍔部４１２とを備えている。

天板部４１０は、ボビン４０２の端部のうち、受電時に、一次自己共振コイル２４０と対向する端部に形成されており、二次自己共振コイル１１０を収容する収容部と外部を区画している。これにより、たとえば、シールド４０１を設けない場合においても、二次自己共振コイル１１０が外部に露出することを抑制することができ、二次自己共振コイル１１０に異物が付着する事などの弊害を抑制することができる。

鍔部４１２は、開口部４１７の開口縁部から外方に向けて張り出すように形成されており、鍔部４１２には、天板部４１０をシールド４０１に固定するための固定部材４０３が複数接続されている。

シールド４０１は、たとえば、銅等の金属材料や金属材料を含む布またはスポンジ等によって構成されており、二次自己共振コイル１１０と一次自己共振コイル２４０との間に生じる電磁波を反射可能な材料によって構成されている。

このシールド４０１は、中空状に形成されており、内部にボビン４０２が収容されている。このシールド４０１は、受電時に一次自己共振コイル２４０と対向する天板部４１３と、天板部４１３の外周縁部から下方に向けて垂下する周壁部４１５と、この周壁部４１５の端部に連設された底部４１６とを備えている。

そして、天板部４１３の開口部４１４は、絶縁性の閉塞部材４１８によって閉塞されている。シールド４０１は、閉塞部材４１８が下方に向くように、電動車両１００のフロアパネル上に搭載される。

このため、受電装置４００の受電時において、二次自己共振コイル１１０によって生じる電磁波は、閉塞部材４１８（開口部４１４）を通して外部に放射される一方で、電動車両１００側に向けて放射されることが抑制されている。

二次コイル１２０は、二次自己共振コイル１１０に対して閉塞部材４１８と反対側に位置しており、底部４１６に設けられたコネクタ４０５に接続されている。

この二次コイル１２０は、底部４１６に設けられた支持部材４０４によって支持固定されている。

なお、この図４に示す例においては、二次コイル１２０は、二次自己共振コイル１１０に対して閉塞部材４１８と反対側に位置しているが、当該位置に限られず、二次自己共振コイル１１０に対して、閉塞部材４１８側に設けられていてもよい。

ここで、二次自己共振コイル１１０およびボビン４０２は、底部４１６に固定されており、二次コイル１２０も支持部材４０４によって底部４１６からの距離が規定されている。このように、二次自己共振コイル１１０および二次コイル１２０のいずれもが、底部４１６に固定され、底部４１６からの距離が規定されている。

これにより、二次コイル１２０と二次自己共振コイル１１０との間の距離を正確に位置決めすることができ、二次自己共振コイル１１０の共振周波数を正確に設定することができると共に、受電効率の向上を図ることができる。

ボビン４０２には、二次自己共振コイル１１０の少なくとも一部を受け入れ、二次自己共振コイル１１０を支持可能なコイル収容溝４２０が形成されている。

コイル収容溝４２０は、ボビン４０２の周方向に向かうにしたがって、開口部４１７側から天板部４１０に向けて延び、螺旋状に形成されている。

図６は、二次自己共振コイル１１０の斜視図である。この図６に示されるように、二次自己共振コイル１１０の両端部には、係止部（第１係合部）４３０が形成されており、係止部４３０は、二次自己共振コイル１１０の端部から径方向外方に向けて屈曲している。

図７は、ボビン４０２の一部の断面図であり、図８は、図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線における断面図である。

この図７および図８に示すように、周壁部４１１の内周面のうち、コイル収容溝４２０の両端部に位置する部分には、係止部４３０と係合可能な係止溝（第２係合部）４２１が形成されている。この係止溝４２１は、コイル収容溝（溝部）４２０の底部より、ボビン４０２の径方向外方側に向けてのびており、係止部４３０を受け入れ可能となっている。

そして、二次自己共振コイル１１０の両端部に形成された係止部４３０がそれぞれ、係止溝４２１を規定する周壁部４１１の内表面と係合することで、二次自己共振コイル１１０がボビン４０２内に係止される。

ここで、二次自己共振コイル１１０は、外部から負荷が加えられていない状態においては、二次自己共振コイル１１０の直径は、ボビン４０２の内表面の直径よりも大きくなっている。

そして、ボビン４０２内に収容された二次自己共振コイル１１０は、無負荷状態のときよりも、縮径した状態でボビン４０２内に収容されている。このため、ボビン４０２内に収容された二次自己共振コイル１１０は拡径しようとしており、この弾性力によって、二次自己共振コイル１１０の係止部４３０は、係止溝４２１を規定するボビン４０２の内表面と係合している。

このように、二次自己共振コイル１１０の弾性力を用いて、二次自己共振コイル１１０をボビン４０２内に係止させることができるので、たとえば、他の固定具や接着剤等を要さず、部品点数の低減を図ることができる。

さらに、従来のコイルのように、固定用の接着剤が二次自己共振コイル１１０間に入り込むことがなく、二次自己共振コイル１１０のコイル線間に大きなキャパシタが形成されることを抑制することができる。これにより、発熱の抑制および受電効率の向上を図ることができる。

上記のように構成された受電装置４００の製造方法について図９から図１１を用いて説明する。

図９は、受電装置４００の製造工程の第１工程を示す断面図である。この図９に示すように、二次自己共振コイル１１０とボビン４０２とを準備する。この際、二次自己共振コイル１１０の直径は、ボビン４０２の開口部４１７の開口直径よりも大きくなっている。

図１０は、受電装置４００の製造工程の第２工程を示す断面図である。この図１０に示す工程においては、まず、図示されない把持装置によって、二次自己共振コイル１１０の係止部４３０を把持する。そして、把持装置は、係止部４３０を把持した状態で、二次自己共振コイル１１０の径が小さくなるように二次自己共振コイル１１０を変形させる。そして、二次自己共振コイル１１０を縮径させた状態で、ボビン４０２内に挿入する。

図１１は、受電装置４００の製造工程の第３工程を示す断面図である。この図１１に示すように、縮径させた二次自己共振コイル１１０を完全にボビン４０２内に収容した後、二次自己共振コイル１１０の各係止部４３０を係止溝４２１に挿入する。その後、把持装置が二次自己共振コイル１１０を開放することで、二次自己共振コイル１１０がコイル収容溝４２０内に収容される。

そして、二次コイル１２０が装着されたシールド４０１内に、二次自己共振コイル１１０が装着されたボビン４０２を装着する。その後、シールド４０１の開口部４１４に閉塞部材４１８を装着して、開口部４１４を閉塞する。

図１２は、ボビン４０２の変形例を示す断面図であり、図１３は、図１２の一部を拡大視した断面図である。この図１２および図１３に示すように、周壁部４１１の内周面の周方向の長さは、開口部４１７側から天板部４１０側に向かうにしたがって、小さくなるように形成されている。ここで、ボビン４０２は、たとえば、図１４に示す射出成形機などを用いて成形する。

図１４は、ボビン４０２を成形する射出成形機４６０の概略構成を示す断面図であり、この図１４に示すように、射出成形機４６０は、キャビティー４６３が形成された外金型４６１と、コア部４６６が形成された内金型４６２とを備えている。

コア部４６６の外周面には、螺旋状に延びる溝成形部４６５が形成され、コア部４６６内には、樹脂が流通する樹脂通路４６４が形成されている。

そして、ボビン４０２を成形する際には、まず、外金型４６１と内金型４６２とを接着させて、コア部４６６をキャビティー４６３内に挿入する。これにより、キャビティー４６３の内表面と、コア部４６６との間に空間が規定される。そして、樹脂が樹脂通路４６４から上記規定された空間内に供給される。その後、充填された樹脂を冷却し、内金型４６２を回転させながら外金型４６１から離間させ、成形品を取り出す。そして、成形品の内表面に、係止溝４２１を形成することで、ボビン４０２が成形される。

ここで、コア部４６６は、基部側から先端部側に向けて先細状に形成されており、コア部４６６を成形品から後退させる際にコア部４６６に生じる摩擦力の低減が図られている。これにより、成形品の内周面にヒケ（sink mark）等が生じることを抑制することができ、成形品を良好に成形することができる。

さらに、キャビティー４６３の内周面の周方向の長さは、キャビティー４６３の開口部側から底部側に向かうにしたがって、小さくなるように形成されている。これにより、成形された成形品をキャビティー４６３から押し出す際に、キャビティー４６３の内表面と成形された成形品の外表面との間に生じる摩擦力を低減することができ、成形品の外表面を良好に成形することができる。

ここで、溝成形部４６５は、コア部４６６の表面から突出するように形成されており、各溝成形部４６５の各頂点部の高さは、一致するように形成されている。具体的には、上溝成形部４６５の頂点部は、内金型４６２の回転軸線Ｏ１と平行な仮想軸線Ｌ１，Ｌ２上に位置している。

これにより、図１２および図１３に示すように、成形されたボビン４０２に形成されたコイル収容溝４２０の底部４２３は、ボビン４０２の中心軸線Ｏ２方向に配列することになる。具体的には、コイル収容溝４２０の底部４２３は、回転軸線Ｏ１に平行な仮想軸線Ｌ３，Ｌ４上に配列することになる。

このため、二次自己共振コイル１１０がコイル収容溝４２０内に装着されると、二次自己共振コイル１１０の径がいずれの位置においても一定に保たれる。これにより、二次自己共振コイル１１０がコイル収容溝４２０に装着されることで、二次自己共振コイル１１０の共振周波数が変動することを抑制することができる。

図１５は、ボビン４０２の他の例を示すボビン４０２の断面図であり、図１６は、図１５の一部を拡大視した断面図である。これら図１５および図１６に示すように、コイル収容溝４２０の開口縁部には、コイル収容溝４２０内に受け入れられた二次自己共振コイル１１０を係止する係合部（コイル係止部）４２２が形成されている。係合部４２２は、コイル収容溝４２０に沿って延びており、コイル収容溝４２０の開口縁部の両側辺部からコイル収容溝４２０の開口面積を狭めるように張り出している。そして、この係合部４２２によって、二次自己共振コイル１１０がコイル収容溝４２０から脱落することが抑制されている。

なお、係合部４２２は、樹脂により形成されているので、二次自己共振コイル１１０をコイル収容溝４２０内に装着する際には、二次自己共振コイル１１０をコイル収容溝４２０に向けて押し付けることで、係合部４２２を変形させて、二次自己共振コイル１１０をコイル収容溝４２０に装着させることができる。

（実施の形態２）
図１７から図２２を用いて、本発明の実施の形態２に係る非接触受電装置について説明する。なお、図１７から図２２に示された構成のうち、上記図１から図１６に示された構成と同一または相当する構成については、同一の符号を付してその説明を省略する場合がある。

図１７は、本発明の実施の形態２に係る受電装置に設けられたボビン４０２の斜視図である。この図１７に示すように、ボビン４０２は、絶縁性の板状部材を筒状に成形することで形成された周壁部４１１と、周壁部４１１の一方の端部に装着された天板部４１０とを備えている。

そして、周壁部４１１の内周面には、複数の導線を互いに半田で接続することで構成された二次自己共振コイル１１０が装着されている。この図１７に示す例においても、二次自己共振コイル１１０は、有底円筒状に形成されたボビン４０２内に装着されている。このため、ボビン４０２は、二次自己共振コイル１１０を保持する機能と外部から二次自己共振コイル１１０を保護する機能を兼ねており、従来のボビンとカバーを備えたコイルと比較して、部品点数の低減を図ることができる。

図１８から図２１を用いて、本実施の形態に係る受電装置について説明する。図１８は、非接触受電装置の製造工程の第１工程を示す斜視図である。この図１８に示すように、主表面上に複数の導線４３５Ａ〜４３５Ｄが装着された絶縁性の板状部材４５０を準備する。

板状部材４５０は、長方形（方形形状）に形成されており、板状部材４５０の外周縁部は、板状部材４５０の長手方向（板状部材４５０の延在方向）に配列する端辺部４３６，４３７と、板状部材４５０の短手方向（板状部材４５０の幅方向）に配列する側辺部４３８，４３９とによって規定されている。

そして、板状部材４５０の主表面上には、端辺部４３６から端辺部４３７に亘って延びる複数の導線４３５Ａ〜４３５Ｄが、板状部材４５０の幅方向に間隔を隔てて等間隔に配置されている。この図１８に示す例においては、４本の導線４３５Ａ〜４３５Ｄが、側辺部４３８と側辺部４３９との間に配列しており、各導線４３５Ａ〜４３５Ｄは、側辺部４３８，４３９に対して平行となるように配置されている。

板状部材４５０の主表面上には、各導線４３５Ａ〜４３５Ｄを受け入れると共に、各導線４３５Ａ〜４３５Ｄを係止する係止部が形成されており、各導線４３５Ａ〜４３５Ｄは、板状部材４５０の主表面上に保持されている。各導線４３５Ａ〜４３５Ｄの保持の方法としては、上記の例に限られない。たとえば、各導線４３５Ａ〜４３５Ｄに、板状部材４５０に形成された係合溝と係合する係合部を形成し、係合部を係合溝に係合させることで、各導線４３５Ａ〜４３５Ｄを板状部材４５０の主表面上に保持するようにしてもよい。

図１９は、非接触受電装置の製造工程の第２工程を示す斜視図である。この図１９に示すように、端辺部４３６と端辺部４３７とが互いに近接すると共に、各導線４３５Ａ〜４３５Ｄが内側に位置するように、板状部材４５０を湾曲させる。なお、板状部材４５０を湾曲させる際には、外部から板状部材４５０を加熱させながら湾曲させてもよい。

図２０は、非接触受電装置の製造工程の第３工程を示す斜視図である。この図２０に示すように、端辺部４３７と、端辺部４３６とを接触させる。この際、導線４３５Ｄの端辺部４３６側の端部は、導線４３５Ｄに対して、側辺部４３８側に隣り合う導線４３５Ｃの端辺部４３７側の端部と接触する。同様に、導線４３５Ｃ，４３５Ｂの端辺部４３６側の端部は、導線４３５Ｃ，４３５Ｂに対して、側辺部４３８側に隣り合う導線４３５Ｂ，４３５Ａの端辺部４３７側の端部と接触する。そして、互いに接触する端部同士を半田で接続する。これにより、二次自己共振コイル１１０が形成される。

なお、導線４３５Ａ〜４３５Ｄの端部同士を接続する半田部４４０は、板状部材４５０の端辺部４３６および端辺部４３７同士をも接続する。これにより、板状部材４５０が筒状に形成される。

図２１は、非接触受電装置の製造工程の第４工程を示す斜視図である。この図２１に示すように、側辺部４３９の一部と、側辺部４３８の一部を切断して、開口縁部が面一とされた周壁部４１１を形成する。

このように、周壁部４１１を形成したのち、側辺部４３８に天板部４１０を接着させることで、図１７に示すボビン４０２を成形することができる。このように、内部に二次自己共振コイル１１０が装着されたボビン４０２を成形した後、図４に示すように、シールド４０１内にボビン４０２を装着して、受電装置４００を製作する。

このように、本実施の形態２に係る非接触受電装置の製造方法によれば、ボビン４０２を製作する工程と、二次自己共振コイル１１０を製作する工程とを同時に行うことができ、製造工程の低減を図ることができる。

図２２は、非接触受電装置の他の製造方法を説明するための板状部材４５０の平面図である。この図２２に示す例においては、板状部材４５０は、平行四辺形となるように形成されており、端辺部４３６と端辺部４３７との長さは一致しており、さらに、端辺部４３６と端辺部４３７とは、互いに、各導線４３５Ａ〜４３５Ｄの間隔長さ分ずれるように位置している。

各導線４３５Ａ〜４３５Ｄは、端辺部４３６および端辺部４３７に垂直となるように配置されており、各導線４３５Ａ〜４３５Ｄは、板状部材４５０の幅方向に等間隔に配置されている。

このように、形成された板状部材４５０を湾曲させて、端辺部４３６と端辺部４３７とを接触させる。この際、端辺部４３６の両端部と、端辺部４３７の両端部とが互いに接触するようにする。これにより、開口部が面一とされた周壁部４１１が形成される。

また、上記のように板状部材４５０を湾曲させることで、導線４３５Ｄ，４３５Ｃ，４３５Ｂの端辺部４３７側の端部が導線４３５Ｃ，４３５Ｂ，４３５Ａの端辺部４３６側の端部と接触または近接する。

そして、各導線の端部同士を半田付けすることで、二次自己共振コイル１１０を成形すると共に、ボビン４０２を形成することができる。

なお、上記の実施の形態１，２においては、受電装置４００について説明したが、これに限られない。

すなわち、図２３に示すように、給電装置２００の一次自己共振コイル２４０および
一次コイル２３０を保持するボビンについても、適用することができる。この場合、図４に示すボビン４０２の内周面に一次自己共振コイル２４０が装着され、一次自己共振コイル２４０が装着されたボビン４０２および一次自己共振コイル２４０がたとえば地面に埋設されることになる。

そして、上記の各実施の形態で示した非接触受電装置は各種電動車両に搭載することができる。電動車両としては、動力分割装置によりエンジンの動力を分割して駆動輪とモータジェネレータとに伝達可能なシリーズ／パラレル型のハイブリッド車以外にも、その他の形式のハイブリッド車にも適用可能である。すなわち、たとえば、モータジェネレータを駆動するためにのみエンジンを用い、モータジェネレータでのみ車両の駆動力を発生する、いわゆるシリーズ型のハイブリッド車や、エンジンが生成した運動エネルギーのうち回生エネルギーのみが電気エネルギーとして回収されるハイブリッド車、エンジンを主動力として必要に応じてモータがアシストするモータアシスト型のハイブリッド車などにもこの発明は適用可能である。

また、この発明は、エンジンを備えずに電力のみで走行する電気自動車や、直流電源として蓄電装置に加えて燃料電池をさらに備える燃料電池車にも適用可能である。また、この発明は、昇圧コンバータを備えない電動車両にも適用可能である。

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明は、非接触電力伝達装置、非接触電力伝達装置の製造方法および非接触電力伝達装置を備えた車両に適用することができ、特に、車両外部に設けられた電源からの電力を非接で受電可能な非接触電力伝達装置および車両に好適である。

この発明の実施の形態１による給電システムの全体構成図である。 共鳴法による送電の原理を説明するための図である。 電流源（磁流源）からの距離と電磁界の強度との関係を示した図である。 非接触受電装置の断面図である。 内部を一部可視化したボビンの斜視図である。 二次自己共振コイルの斜視図である。 ボビンの一部の断面図である。 図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線における断面図である。 非接触受電装置の製造工程の第１工程を示す断面図である。 非接触受電装置の製造工程の第２工程を示す断面図である。 非接触受電装置の製造工程の第３工程を示す断面図である。 ボビンの変形例を示す断面図である。 図１２の一部を拡大視した断面図である。 ボビンを成形する射出成形機の概略構成を示す断面図である。 ボビンの他の例を示すボビンの断面図である。 図１５の一部を拡大視した断面図である。 本発明の実施の形態２に係る非接触受電装置に設けられたボビンの斜視図である。 非接触受電装置の製造工程の第１工程を示す斜視図である。 非接触受電装置の製造工程の第２工程を示す斜視図である。 非接触受電装置の製造工程の第３工程を示す斜視図である。 非接触受電装置の製造工程の第４工程を示す斜視図である。 非接触受電装置の他の製造方法を説明するための板状部材の平面図である。 給電装置の一部を示す断面図である。

符号の説明

１００ 電動車両、１１０ 二次自己共振コイル、１２０ 二次コイル、１３０ 整流器、１４０ コンバータ、１５０ 蓄電装置、１７０ モータ、１９０ 通信装置、２００ 給電装置、２１０ 交流電源、２２０ 高周波電力ドライバ、２３０ 一次コイル、２４０ 一次自己共振コイル、２５０ 通信装置、３１０ 高周波電源、３２０ 一次コイル、３３０ 一次自己共振コイル、３４０ 二次自己共振コイル、３５０ 二次コイル、３６０ 負荷、４００ 受電装置、４０１ シールド、４０２ ボビン、４０３ 固定部材、４０４ 支持部材、４０５ コネクタ、４１０ 天板部、４１１ 周壁部、４１２ 鍔部、４１３ 天板部、４１４ 開口部、４１５ 周壁部、４１６ 底部、４１７ 開口部、４１８ 閉塞部材、４２０ コイル収容溝、４２１ 係止溝、４２２ 係合部、４２３ 底部、４３０ 係止部。

Claims (12)

1. 対向配置される第１自己共振コイルとの間で、磁場の共鳴により電力の送電および受電の少なくとも一方が可能な第２自己共振コイルと、
   中空状に形成され、内周面に沿って前記第２自己共振コイルが保持されたボビンと、
   を備えた非接触電力伝達装置。
2. 前記第２自己共振コイルおよび誘電コイルは車両に搭載され、前記第１自己共振コイルは前記車両の外部に配置され、前記第１自己共振コイルは前記第２自己共振コイルに電力を送電し、前記第２自己共振コイルは前記第１自己共振コイルから送電される電力を受電し、前記第２自己共振コイルおよび前記誘電コイルは受電装置の少なくとも一部を構成する、請求項１に記載の非接触電力伝達装置。
3. 前記第１自己共振コイルは車両に搭載され、前記第２自己共振コイルおよび誘電コイルは前記車両の外部に配置され、前記第２自己共振コイルは前記第１自己共振コイルに電力を送電し、前記第１自己共振コイルは前記第２自己共振コイルから送電される電力を受電し、前記第２自己共振コイルおよび前記誘電コイルは送電装置の少なくとも一部を構成する、請求項１に記載の非接触電力伝達装置。
4. 前記第２自己共振コイルは、第１係合部を含み、前記ボビンは、前記第１係合部と係合することで、前記第２自己共振コイルを係止可能な第２係合部を含み、
   前記第１係合部と前記第２係合部とは、前記第２自己共振コイルの弾性力によって互いに係合可能とされた、請求項１から請求項３のいすれかに記載の非接触電力伝達装置。
5. 前記ボビンの内周面には、該ボビンの周方向に向かうにしたがって、前記ボビンの軸線方向に向けて延び、前記第２自己共振コイルを受け入れ可能な溝部が形成され、前記溝部を規定する前記ボビンの内周面には、前記溝部内に受け入れられた前記第２自己共振コイルを係止するコイル係止部が形成された、請求項１から請求項４のいずれかに記載の非接触電力伝達装置。
6. 前記ボビンの内周面は、前記ボビンの一方端側から他方端に向けて前記ボビンの内周面の周方向の長さが短くなるように形成され、
   前記ボビンの内周面には、該ボビンの周方向に向かうにしたがって、前記ボビンの軸線方向に向けて延び、前記第２自己共振コイルを受け入れ可能な溝部が形成され、
   前記溝部の底部は、前記ボビンの軸方向に配列する、請求項１から請求項４いずれかに記載の非接触電力伝達装置。
7. 前記ボビンは、有底筒状に形成され、前記第２自己共振コイルを収容する収容部が外部から区画された、請求項１から請求項６のいずれかに記載の非接触電力伝達装置。
8. 前記ボビンを内部に収容し、前記磁場の放射領域を規定可能なシールド部材をさらに備えた、請求項１から請求項７のいずれかに記載の非接触電力伝達装置。
9. 筒状に形成されたボビンを準備する工程と、
   外部から負荷を加えることで第２自己共振コイルを縮径させ、縮径された前記第２自己共振コイルを前記ボビン内に挿入する工程と、
   前記二次自己共振コイルに加えられた前記負荷を除き、前記第２自己共振コイルを該第２自己共振コイルの弾性力を用いて、前記ボビン内に係止させる工程と、
   を備えた、非接触電力伝達装置の製造方法。
10. 主表面を有する絶縁性の板状部材と、前記主表面上に設けられ、該板状部材の延在方向に配列する一方の端辺部から他方の端辺部に延びると共に、前記板状部材の幅方向に配列する一方の側辺部および他方の側辺部の間に間隔を隔てて複数配置された導線とを準備する工程と、
    前記導線が配置された前記主表面が内側に位置するように前記板状部材を湾曲させ、前記板状部材の一方の端辺部と他方の端辺部とを近接または接触させると共に、前記導線の前記一方の端辺部側の端部を該導線に対して前記一方の側辺部側に隣り合う他の導線の前記他方の端辺部側の端部に近接または接触させる工程と、
    前記導線の端部同士を接続することで、第２自己共振コイルを形成する工程と、
    を備えた、非接触電力伝達装置の製造方法。
11. 前記導線は、互いに等間隔に配置され、
    前記一方端辺部と前記他方の端辺部との長さは、互いに一致するように形成され、
    前記一方の端辺部は、他方の端辺部に対して前記導線の配列方向に、前記導線の間隔長さ分ずれるように位置する、請求項１０に記載の非接触電力伝達装置の製造方法。
12. 充電可能な蓄電器と、
    請求項１から請求項８のいずれかに記載の非接触電力伝達装置とを備え、前記非接触電力伝達装置を用いて、前記蓄電器を充電可能とされた車両。

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