JP2010098807A - 非接触給電システム - Google Patents

Abstract

【課題】共鳴法が採用された給電方式において、外部に漏れる電磁波を低減することで給電効率の向上が図られた非接触給電システムを提供する。
【解決手段】非接触給電システムは、電源から電力を受けて送電を行う一次自己共振コイルを含む送電装置と、一次自己共振コイルから間隔を隔てて設けられ、電磁共鳴により一次自己共振コイルから送電された電力を受電する二次自己共振コイル１１０を含む受電装置と、給電時に一次自己共振コイルと二次自己共振コイル１１０との間に位置する領域Ｒの周囲を取り囲むように配置されたシールド部材４０５とを備え、シールド部材４０５の共振周波数は、一次自己共振コイルと二次自己共振コイル１１０との共鳴周波数と該共鳴周波数の３倍の周波数との間に設定される。
【選択図】図４

Description

本発明は、磁場の共鳴により電力の伝達が行われる非接触給電システムであって、特に、漏洩電磁界が周囲に拡散することが抑制された非接触給電システムに関する。

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の蓄電装置と燃料電池と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（特許文献１および非特許文献１参照）。

なお、車両の充電器を外部から充電する装置として、たとえば特開平９−１８２２１２号公報に記載された自動充電装置等が挙げられる。
特開２００８−８７７３３号公報 特開平９−１８２２１２号公報 Andre Kurs et al., "Wireless Power Transfer via Strongly Coupled Magnetic Resonances"、［online］、２００７年７月６日、SCIENCE、第３１７巻、ｐ．８３−８６、［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＞

しかし、上記共鳴法を採用した給電方式では、自己共振コイル間で生じる電磁場が外部に漏洩し、給電効率が低下するという問題が生じる。なお、上記特開平９−１８２２１２号公報に記載された自動充電装置は、共鳴法に基づく給電方式ではない。

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、共鳴法が採用された給電方式において、外部に漏れる電磁波を低減することで給電効率の向上が図られた非接触給電システムを提供することである。

本発明に係る非接触給電システムは、１つの局面では、電源から電力を受けて送電を行う第１自己共振コイルを含む送電装置と、第１自己共振コイルから間隔を隔てて設けられ、電磁共鳴により第１自己共振コイルから送電された電力を受電する第２自己共振コイルを含む受電装置と、給電時に第１自己共振コイルと第２自己共振コイルとの間に位置する送電領域の周囲を取り囲むように配置されたシールド部材とを備える。そして、上記シールド部材の共振周波数は、第１自己共振コイルと第２自己共振コイルとの共鳴周波数と該共鳴周波数の３倍の周波数との間に設定される。

本発明に係る非接触給電システムは、他の局面では、電源から電力を受けて送電を行う第１自己共振コイルを含む送電装置と、第１自己共振コイルから間隔を隔てて設けられ、電磁共鳴により第１自己共振コイルから送電された電力を受電する第２自己共振コイルを含む受電装置と、給電時に第１自己共振コイルと第２自己共振コイルとの間に位置する送電領域の周囲を取り囲むように配置されたシールド部材とを備える。好ましくは、上記第１自己共振コイルとと第２自己共振コイルとの共鳴周波数をｆとし、ｎを自然数とすると、シールド部材のインピーダンスが大きくなるピークが生じる周波数は、ｆ×（２ｎ−１）とｆ×（２ｎ＋１）との間の周波数とされる。

本発明に係る非接触給電システムは、他の局面では、電源から電力を受けて送電を行う第１自己共振コイルを含む送電装置と、第１自己共振コイルから間隔を隔てて設けられ、電磁共鳴により第１自己共振コイルから送電された電力を受電する第２自己共振コイルを含む受電装置と、給電時に第１自己共振コイルと第２自己共振コイルとの間に位置する送電領域の周囲を取り囲むように配置されたシールド部材とを備える。そして、上記シールド部材のインピーダンスが大きくなるピークが生じる周波数は、第２自己共振コイルと第１自己共振コイルとの共鳴周波数の３倍の周波数よりも大きい周波数とされる。

好ましくは、上記シールド部材は、送電領域の周囲に間隔を隔てて複数設けられる。好ましくは、上記シールド部材は、弾性変形可能に設けられた可倒性の柱部と、該柱部内に設けられたコイルとを含む。好ましくは、上記受電装置は、車両に搭載され、送電装置は車両外部に配置され、シールド部材は、給電時に送電装置側から車両に向けて延びる。そして、上記シールド部材は、柱部の先端部に車両と接触する導電性の接触部を含む。

好ましくは、上記送電装置は、穴部が形成された金属製の板状部材をさらに備え、第１自己共振コイルは、穴部内または該穴部の近傍に位置すると共に、穴部の開口縁部から離れて配置される。さらに、上記シールド部材は、穴部の開口縁部に沿って間隔を隔てて複数配置される。

本発明に係る共鳴法が採用された被接触給電システムによれば、外部に漏れる電磁波を低減することがえき、給電効率の向上を図ることができる。

本発明の実施の形態に係る共鳴法による非接触給電システムおよびこの非接触給電システムが採用された車両について、図１から図１１を用いて説明する。

なお、以下に説明する実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本発明の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。また、以下の実施の形態において、各々の構成要素は、特に記載がある場合を除き、本発明にとって必ずしも必須のものではない。また、以下に複数の実施の形態が存在する場合、特に記載がある場合を除き、各々の実施の形態の特徴部分を適宜組合わせることは、当初から予定されている。

（実施の形態１）
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。

図１は、この発明の実施の形態による非接触給電システムの全体構成図である。図１を参照して、この非接触給電システムは、電動車両１００に設けられた非接触受電装置と、車両外部に設けられた（非接触）給電装置２００とを備える。非接触受電装置は、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る。）、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、「輻射電磁界」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、「誘導電磁界」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、「静電磁界」と称される。

この中でも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があるが、共鳴法では、この近接場（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、近接場を利用して、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。この近接場は遠方にエネルギー（電力）を伝播しないので、遠方までエネルギーを伝播する「輻射電磁界」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、給電装置２００の一部を模式的に示す斜視図である。この図４に示すように、給電装置２００は、一次自己共振コイル２４０および一次コイル２３０が収容されたコイルケース４００と、地表に配置され、中央部に穴部４１１が形成された金属板４０１とをさらに備えている。

ここで、コイルケース４００は、地表から下方に向けて延びる収容穴４１０内に収容されており、コイルケース４００は、収容穴４１０の内周縁部から離れるように配置されている。なお、この図４に示す例においては、コイルケース４００の上端部と、穴部４１１の開口縁部とが水平方向に略一致するように穴部４１１内に配置されているが、これに限らず、コイルケース４００は、穴部４１１の近傍に配置されておればよい。そして、金属板４０１は、金属板４０１に形成された穴部４１１が収容穴４１０の開口部と一致するように配置されている。

このような金属板４０１が配置されることで、一次自己共振コイル２４０からの電磁波は穴部４１１から放射されることになり、電磁波の放射領域が金属板４０１によってある程度規定される。

一次自己共振コイル２４０と二次自己共振コイル１１０との磁場の共鳴により、交流電源２１０からの電力を蓄電装置１５０に供給する際には、電動車両１００に搭載された二次自己共振コイル１１０は、コイルケース４００の上方に位置する。

給電装置２００は、給電時に、一次自己共振コイル２４０と二次自己共振コイル１１０との間に位置する送電領域Ｒから水平方向に間隔を隔てて位置し、上記送電領域Ｒの周囲を取り囲むように配置されたシールド部材４０５を備えている。このシールド部材４０５は、給電時に、二次自己共振コイル１１０と一次自己共振コイル２４０との間で生じる電磁波が外部に漏洩することを抑制する。

図５は、シールド部材４０５の側断面図であり、この図５に示すように、シールド部材４０５は、弾性変形可能とされた可倒性の柱部４２１と、この柱部４２１内に収容されたコイル部４２２と、柱部４２１の上端部に設けられた導電性の頭部４２０とを備えている。

コイル部４２２の下端部（一方の端部）は、金属板４０１に接地されており、上端部（他方の端部）は頭部４２０に接続されている。

柱部４２１は、絶縁性の樹脂によって形成されており、電動車両１００と接触したとしても、電動車両１００からの小さな外力によって、図１に示すように容易に撓むように変形し、シールド部材４０５自体および電動車両１００の損傷が抑制されている。

コイル部４２２には、浮遊容量が形成されるため、図５に示すシールド部材４０５は、電気的に図６に示すよう、コイルとキャパシタとを並列に接続した電気回路（並列ＬＣ共振回路）とみなすことができる。

図７は、シールド部材４０５によって構成された並列ＬＣ共振回路のインピーダンスと周波数との関係を示すグラフであり、縦軸をインピーダンスとし、横軸を周波数としている。図８は、シールド部材４０５のシールド効果を示すグラフであり、縦軸がシールド効果を示し、横軸は周波数を示す。

この図７および図８において、ｆ１は、二次自己共振コイル１１０と一次自己共振コイル２４０との共鳴周波数であり、ｆ２は共鳴周波数の２倍周波数、ｆ３は共鳴周波数の３倍周波数とする。

そして、本実施の形態１に係る非接触給電システムにおいては、シールド部材４０５の共振周波数が２倍周波数ｆ２となるように設定されている。

これにより、シールド部材４０５のインピーダンスの最大ピークが２倍周波数ｆ２のときに生じるようになっており、周波数が共鳴周波数ｆ１のときと３倍周波数ｆ３のときとではインピーダンスが低くなっている。

そして、二次自己共振コイル１１０と一次自己共振コイル２４０との間の磁場から水平方向に進む共鳴周波数の電磁波がシールド部材４０５に達すると、コイル部４２２に電流が流れ、コイル部４２２自体が有している抵抗によって熱エネルギに変換される。これにより、共鳴周波数ｆ１の電磁波が電動車両１００下から外部に外部に放射されようとしても、シールド部材４０５によって熱エネルギに変換され、当該電磁波が外部に漏れることが抑制される。そして、図８においても示されるように、共鳴周波数ｆ１におけるシールド効果が高く、周波数が共鳴周波数ｆ１の電磁波が外部に漏れることが抑制されている。

周波数が共鳴周波数ｆ１の電磁波であっても、二次自己共振コイル１１０と一次自己共振コイル２４０との配列方向に対して垂直に進むものは給電に寄与しないものであり、当該電磁波の漏洩を防止することで給電効率の低下を招くことにはならない。

なお、言うまでもなく、２倍周波数ｆ２から共鳴周波数ｆ１に向かうにしたがって、シールド部材４０５のインピーダンスが低くなっているため、周波数が共鳴周波数ｆ１近傍の電磁波をも外部に漏洩することを抑制することができる。

さらに、３倍周波数ｆ３の電磁波がシールド部材４０５に達した場合も同様に、シールド部材４０５によって熱エネルギに変換され、当該電磁波が車両下から外部に放射されることを抑制することができる。

ここで、この図７および図８に示す例においては、シールド部材４０５のインピーダンスのピークを２倍周波数ｆ２とした例について説明したが、シールド部材４０５のピークとしては、２倍周波数ｆ２に限られない。

たとえば、シールド部材４０５のインピーダンスのピークを３倍周波数ｆ３よりも共鳴周波数ｆ１側に近づけ、周波数が３倍周波数ｆ３のときのシールド部材４０５のインピーダンスをさらに低減させ、３倍周波数ｆ３の電磁波の漏洩をさらに抑制することが挙げられる。同様に、シールド部材４０５のインピーダンスのピークを共鳴周波数ｆ１よりも３倍周波数ｆ３側に近づけることで、周波数が共鳴周波数ｆ１の電磁波の漏洩をさらに抑制することも挙げられる。

ここで、二次自己共振コイル１１０と一次自己共振コイル２４０とによって形成される磁場から生じるノイズの周波数は、周波数が共鳴周波数ｆ１の奇数倍、すなわち、ｎを自然数とすると、ｆ１×（２ｎ−１）となっている。

そこで、シールド部材４０５のインピーダンスが大きくなるピーク時の周波数をｆ１×（２ｎ−１）と、ｆ１×（２ｎ＋１）との間に位置させることで、周波数がｆ１×（２ｎ−１）の電磁波と、周波数がｆ１×（２ｎ＋１）の電磁波との漏洩を抑制することができる。このように、シールド部材４０５のインピーダンスのピークを適宜調整することで、選択的にノイズの漏洩を抑制することができる。なお、シールド部材４０５のインピーダンスのピークは、コイル部４２２の巻回回数、コイル径、コイル線の間隔等を調整することで容易に調整することができる。

なお、この場合であっても、シールド部材４０５のインピーダンスのピークが生じるッ周波数を、ｆ１×（２ｎ−１）またはｆ１×（２ｎ＋１）のいずれか一方に近づけるようにしてもよい。

そして、シールド部材４０５を金属板４０１に形成された穴部４１１の開口縁部上に配置することで、穴部４１１よりも外側から電磁波が漏れることは金属板４０１によって抑制され、穴部４１１内から電磁波が漏れることは、シールド部材４０５によって抑制される。

ここで、本実施の形態１のように、複数のシールド部材４０５を送電領域Ｒの周囲に間隔を隔てて複数配置した場合と、シールド部材４０５に代えて、送電領域Ｒの周囲を覆うような円筒状の金属製のシールド部材を配置した比較例とを比較する。

この比較例においては、シールド部材の中心軸線は、一次自己共振コイル２４０のコイル線の巻回中心軸線と一致するように配置され、一次自己共振コイル２４０のコイルの巻回中心軸線から平面視すると、一次自己共振コイル２４０は円筒状のシールド部材内に位置している。

上記のような比較例において、金属製のシールド部材に電磁波が達すると、シールド部材内には電流が誘起され、この誘起電流は金属シールドの内周面の周方向に沿って流る。そして、この誘電電流は平面視した際に、一次自己共振コイル２４０の外周側で一次自己共振コイル２４０の周囲を周回するように流れる。その一方で、一次自己共振コイル２４０内を流れる送電電流の流れる方向は、一次自己共振コイル２４０の巻回方向となっており、上記シールド部材内を流れる誘起電流と一次自己共振コイル２４０内を流れる送電電流の流通方向とは、平面視した際において略一致する。このため、シールド部材内を誘起電流が流れることで、一次自己共振コイル２４０内を流れる送電電流に影響を与え、給電効率の低下を招く場合がある。

その一方で、本発明の実施の形態１に係る非接触給電システムにおいては、シールド部材４０５は、間隔をあけて配置されている。このように、各シールド部材４０５は、周方向に分断されているため、各シールド部材４０５に電磁波が達し、シールド部材４０５内のコイル部４２２に誘起電流が流れたとしても、当該誘起電流は上記比較例のように一次自己共振コイル２４０の周囲を周回するように流れることはない。

そして、シールド部材４０５内における誘起電流と、一次自己共振コイル２４０を流れる送電電流との流通方向は全くことなり、誘起電流が送電電流に与える影響は小さいなものとなっている。このため、本実施の形態１に係る非接触給電システムにおける給電効率は、上記比較例の非接触給電システムよりも給電効率が高いものとなっている。

このような車両の非接触給電システムにおいて、電動車両１００が給電装置２００を用いて蓄電装置１５０を充電する際には、まず、二次自己共振コイル１１０が一次自己共振コイル２４０の上方に位置する給電位置に向けて、電動車両１００が給電装置２００上に進入する。

この際、図５において、シールド部材４０５の高さは、一般的な車両の車高よりも高くなっており、たとえば１５ｃｍ以上とされている。このため、電動車両１００が給電装置２００上に進入しようとしたときに、電動車両１００はシールド部材４０５と接触する。

そして、電動車両１００とシールド部材４０５とが接触すると、柱部４２１が撓むことでシールド部材４０５の高さが低くなり、シールド部材４０５は電動車両１００下に入り込む。この際、頭部４２０は電動車両１００の下面と接触する。電動車両１００は、導電性を有しており、頭部４２０には、コイル部４２２の上端部が接続されているため、頭部４２０が電動車両１００の底面と接触することで、コイル部４２２が電動車両１００に接地される。

ここで、図４において、シールド部材４０５とコイルケース４００の上端面の外周縁部との間の距離Ｍは、たとえば、シールド部材４０５の高さＨよりも短く、高さＨの半分程度とされている。

このように、コイルケース４００とシールド部材４０５とを間隔を隔てて配置することで、電動車両１００が給電位置に進入することで倒れこんだシールド部材４０５と、二次自己共振コイル１１０とが接触することが抑制されている。

（実施の形態２）
図９、図１０および適宜上記図１等を用いて、本発明の実施の形態２に係る非接触給電システムについて説明する。なお、図９および図１０に示された構成のうち、上記図１から図８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９は、本発明の実施の形態２に係る非接触給電システムに設けられたシールド部材４０５の側断面図であり、図１０は、上記図９に示されたシールド部材４０５のインピーダンス特性を示すグラフである。

図９に示す例においては、シールド部材４０５内に設けられた金属部材４２５は、上記図５に示す例と異なり、コイル線を巻回した状態となっておらず、直線状のものとされている。

このように、コイルに代えて、巻回されていない金属部材４２５を採用することで、シールド部材４０５のインピーダンスのピークは、３倍周波数ｆ３よりも高い周波数で生じる。これにより、シールド部材４０５のインピーダンスは、周波数が共鳴周波数ｆ１および３倍周波数ｆ３のときに低くなっており、シールド部材４０５は、共鳴周波数ｆ１および３倍周波数ｆ３の電磁波に対して高いシールド効果を発揮する。

さらに、この図９および図１０に示す例においては、シールド部材４０５のインピーダンスのピークは、共鳴周波数ｆ１に対して数十倍から数百倍の周波数で生じており、上記共鳴周波数ｆ１および３倍周波数ｆ３の周波数の電磁波のみならず、たとえば、５倍周波数ｆ５や７倍周波数の電磁波についてもシールド効果を発揮する。

図１１は、本発明の実施の形態２に係る給電装置２００の一部を示し、一部を断面視した側面図である。この図１１に示すように、給電装置２００は、コイルケース４００およびシールド部材４０５を昇降させる昇降機構４３１を備えている。この昇降機構４３１は、コイルケース４００を昇降させる脚部４３２と、脚部４３２に接続されると共に、シールド部材４０５を支持する支持板４３０を備えている。このため、昇降機構４３１がコイルケース４００を昇降させることで、シールド部材４０５も、コイルケース４００と一体的に昇降することになる。

支持板４３０は、金属製の板状部材から形成されており、その中央部には穴部４１２が形成されており、平面視すると、コイルケース４００は、穴部４１２の開口縁部から離れた位置であって、穴部４１２の中央部に位置している。シールド部材４０５は、穴部４１２の開口縁部に沿って間隔をあけて複数配置されている。

地面上に配置された金属板４０１は、穴部４１１の開口縁部が収容穴４１０の開口縁部より内方に張り出すように配置されている。そして、支持板４３０の外周縁部は、金属板４０１の開口縁部よりも外側に張り出している。このため、支持板４３０が上方に変位することで、支持板４３０の外周縁部と金属板４０１とが接触し、一体のシールド部材を構成する。

この図１１に示す給電装置２００においては、給電時以外の時には、昇降機構４３１は、コイルケース４００およびシールド部材４０５を給電時のときの位置よりも下方に変位させる。

そして、昇降機構４３１は、車両が給電装置２００上に進入して、電動車両１００が所定の給電位置に停車したことを確認した後、コイルケース４００およびシールド部材４０５を上方に変位させる。その後、昇降機構４３１は、シールド部材４０５が電動車両１００の底部と接触したことを確認すると、コイルケース４００およびシールド部材４０５の上昇を停止する。

このように、コイルケース４００およびシールド部材４０５を給電開始時に上昇させることで、電動車両１００が進入する度にシールド部材４０５と電動車両１００とが接触することを抑制することができ、電動車両１００およびシールド部材４０５の損傷を抑制することができる。そして、給電が完了すると、電動車両１００の発進前に、昇降機構４３１は、コイルケース４００およびシールド部材４０５を下方に退避させて、電動車両１００およびシールド部材４０５の損傷を抑制する。

なお、上記実施の形態１および実施の形態２においては、シールド部材４０５が給電装置２００側に配置された例について説明したがこれに限られず、電動車両１００側に搭載するようにしてもよい。

以上のように本発明の実施の形態について説明を行なったが、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。さらに、上記数値などは、例示であり、上記数値および範囲にかぎられない。

本発明は、磁場の共鳴により電力の伝達が行われる非接触給電システムに適用することができ、特に、漏洩電磁界が周囲に拡散することが抑制された非接触給電システムに好適である。

本発明の実施の形態による非接触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。 給電装置の一部を模式的に示す斜視図である。 シールド部材の側断面図である。 シールド部材の電気回路図である。 シールド部材によって構成された並列ＬＣ共振回路のインピーダンスと周波数との関係を示すグラフである。 シールド部材のシールド効果を示すグラフである。 本発明の実施の形態２に係る非接触給電システムに設けられたシールド部材の側断面図である。 上記図９に示されたシールド部材のインピーダンス特性を示すグラフである。 本発明の実施の形態２に係る給電装置の一部を示し、一部を断面視した側面図である。

符号の説明

１００ 電動車両、１１０，３４０ 二次自己共振コイル、１２０，３５０ 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、２３０，３２０ 一次コイル、２４０，３３０ 一次自己共振コイル、２５０ 通信装置、３１０ 高周波電源、３６０ 負荷、４００ コイルケース、４０１ 金属板、４０５ シールド部材、４１０ 収容穴、４１１，４１２ 穴部、４２０ 頭部、４２１ 柱部、４２２ コイル部、４２５ 金属部材、４３０ 支持板、４３１ 昇降機構、４３２ 脚部。

Claims (7)

1. 電源から電力を受けて送電を行う第１自己共振コイルを含む送電装置と、
   前記第１自己共振コイルから間隔を隔てて設けられ、電磁共鳴により前記第１自己共振コイルから送電された電力を受電する第２自己共振コイルを含む受電装置と、
   給電時に前記第１自己共振コイルと前記第２自己共振コイルとの間に位置する送電領域の周囲を取り囲むように配置されたシールド部材と、
   を備え、
   前記シールド部材の共振周波数は、前記第１自己共振コイルと前記第２自己共振コイルとの共鳴周波数と該共鳴周波数の３倍の周波数との間に設定された、非接触給電システム。
2. 電源から電力を受けて送電を行う第１自己共振コイルを含む送電装置と、
   前記第１自己共振コイルから間隔を隔てて設けられ、電磁共鳴により前記第１自己共振コイルから送電された電力を受電する第２自己共振コイルを含む受電装置と、
   給電時に前記第１自己共振コイルと前記第２自己共振コイルとの間に位置する送電領域の周囲を取り囲むように配置されたシールド部材と、
   を備え、
   前記第１自己共振コイルと前記と前記第２自己共振コイルとの共鳴周波数をｆとし、ｎを自然数とすると、前記シールド部材のインピーダンスが大きくなるピークが生じる周波数は、ｆ×（２ｎ−１）とｆ×（２ｎ＋１）との間の周波数とされた、非接触給電システム。
3. 電源から電力を受けて送電を行う第１自己共振コイルを含む送電装置と、
   前記第１自己共振コイルから間隔を隔てて設けられ、電磁共鳴により前記第１自己共振コイルから送電された電力を受電する第２自己共振コイルを含む受電装置と、
   給電時に前記第１自己共振コイルと前記第２自己共振コイルとの間に位置する送電領域の周囲を取り囲むように配置されたシールド部材と、
   を備え、
   前記シールド部材のインピーダンスが大きくなるピークが生じる周波数は、前記第２自己共振コイルと前記第１自己共振コイルとの共鳴周波数の３倍の周波数よりも大きい、非接触給電システム。
4. 前記シールド部材は、前記送電領域の周囲に間隔を隔てて複数設けられた、請求項１から請求項３項のいずれかに記載の非接触給電システム。
5. 前記シールド部材は、弾性変形可能に設けられた可倒性の柱部と、該柱部内に設けられたコイルとを含む、請求項１から請求項４のいずれかに記載の非接触給電システム。
6. 前記受電装置は、車両に搭載され、前記送電装置は前記車両外部に配置され、
   前記シールド部材は、給電時に前記送電装置側から前記車両に向けて延び、
   前記シールド部材は、前記柱部の先端部に前記車両と接触する導電性の接触部を含む、請求項５に記載の非接触給電システム。
7. 前記送電装置は、穴部が形成された金属製の板状部材をさらに備え、
   前記第１自己共振コイルは、前記穴部内または該穴部の近傍に位置すると共に、前記穴部の開口縁部から離れて配置され、
   前記シールド部材は、前記穴部の開口縁部に沿って間隔を隔てて複数配置された、請求項１から請求項６のいずれかに記載の非接触給電システム。

Images