JP2010268660A - 非接触電力伝達装置、車両および非接触電力伝達システム - Google Patents

Abstract

【課題】外部に設けられ、一次共振コイルを含む共鳴器と電磁場を介して共鳴することにより、一次共振コイルとの間で電力の受け渡しをすることできる二次共振コイルを備えた非接触電力伝達装置において、二次共鳴コイルの冷却が図られた非接触電力伝達装置を提供する。
【解決手段】非接触電力伝達装置１０１は、外部に設けられた共鳴器２２１と電磁場を介して共鳴し、共鳴器２２１から電力を受電することと、共鳴器２２１と電磁場を介して共鳴し、共鳴器２２１に電力を送電することとの少なくとも一方が可能な共鳴器１１２を備え、共鳴器２２１は、一次共振コイル２４０を含み、共鳴器１１２は、二次共振コイル１１０を含み、二次共振コイル１１０を冷却する冷却装置を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、非接触電力伝達装置、車両および非接触電力伝達システムに関し、特に、電磁場を介して共鳴することにより電力を伝達する非接触電力伝達装置、車両および非接触電力伝達システムに関する。

特開２０００−１１５９１５号公報には、電気自動車に電力を供給するための電気自動車充電用コネクタ装置が提案されている。

電気自動車充電用コネクタ装置は、車両側コネクタと電源側コネクタとを備えている。そして、車両側コネクタは、二次コイルユニットと、この二次コイルユニットを保持するケースとを備え、電源側コネクタは、一次コイルユニットと、この一次コイルユニットを保持するケースとを備えている。

一次コイルユニットは、一次コアと、この一次コアに装着された一次コイルとを含み、二次コイルユニットは、円筒状に形成された二次コアと、この二次コアの内周面に装着された二次コイルとを含む。二次コイルは、中空状に形成されており、この二次コイルの空芯部分に一次コイルが嵌入される。

そして、電気自動車充電用コネクタ装置は、電磁誘導を利用して一次コイルから二次コイルに電力を送電し、電源から車両に搭載された蓄電装置へと電力を供給する。ここで、車両側コネクタおよび電源側コネクタには、両者を接合方向に貫通するように複数の流路が形成されている。

そして、車両側コネクタのケースと、電源側コネクタのケース同士を接合すると、両ケースに亘って流路が連通する。この流路内を冷却風が流れることで、各コネクタが冷却される。

上記特開２０００−１１５９１５号公報に記載された電気自動車充電用コネクタは、電磁誘導を利用しているため、充電時には、一次コイルと二次コイルとを近接させる必要がある。

このため、特開２０００−１１５９１５号公報に記載された電気自動車充電用コネクタにおいては、一次コイルの空芯部分に二次コイルを嵌入させている。このように、上記電気自動車充電用コネクタ装置においては充電時に嵌入作業が必要となり、充電作業が煩雑なものと成り易くなっている。

上記のような電磁誘導を採用した充電装置においては、コイルが装着されたコアの温度が上昇すると、コアに生じるロスも大きくなる。さらに、コイルを構成する銅の抵抗も、温度が上昇すると大きくなるため、コイルおよびコアの冷却を行う必要がある。

このため、特開２０００−１１５９１５号公報に記載された電気自動車充電用コネクタにおいては、上記のような流路を設けている。

上述のように、電磁誘導を利用した電力伝達装置においては、充電作業が煩雑なものと成り易いという課題を有しており、このような課題を解決する手段として、たとえば、国際公開第２００７／００８６４６号パンフレットに記載されているように、電磁界を介して一次共振コイルと二次共振コイルとを共鳴させることで電力の授受を行う方法が考えられる。

特開２０００−１１５９１５号公報 国際公開第２００７／００８６４６号パンフレット

上記国際公開第２００７／００８６４６号パンフレットに記載された非接触電力伝達装置においては、一次共振コイルと二次共振コイルとの間をたとえば、数メートル程度、離間させた状態で、二次共振コイルと一次共振コイルとの間で電力の授受を行うことができる。その一方で、電磁場を共鳴させてコイル間で電力を授受させると、コイルの温度が高くなり、コイルのインピーダンスが変化する場合がある。

このように、コイルのインピーダンスが変化すると、コイル間で共鳴が生じ難くなり、充電効率が低下するという問題が生じる。

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、外部に設けられ、一次共振コイルを含む共鳴器と電磁場を介して共鳴することにより、一次共振コイルとの間で電力の受け渡しをすることできる二次共振コイルを備えた非接触電力伝達装置において、二次共鳴コイルの冷却が図られた非接触電力伝達装置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、外部に設けられた第１共鳴器と電磁場を介して共鳴し、第１共鳴器から電力を受電することと、第１共鳴器と電磁場を介して共鳴し、第１共鳴器に電力を送電することとの少なくとも一方が可能な第２共鳴器を備える。そして、上記第１共鳴器は、一次共振コイルを含み、第２共鳴器は、二次共振コイルを含み、非接触電力伝達装置は、二次共振コイルを冷却する冷却装置を有する。なお、本明細書中において、共鳴器とは、二次共振コイルのみで構成されたＬＣ共振器および二次共振コイルおよびキャパシタ１１１を含むＬＣ共振器のいずれも含む概念である。

好ましくは、上記第２共鳴器は、二次共振コイルに接続されたキャパシタを含み、冷却装置は、二次共振コイルを収容する収容ケースと、収容ケース内に冷媒を供給する冷媒供給装置とを含み、キャパシタは、二次共振コイルより冷媒の流通方向上流側に配置される。

好ましくは、上記冷却装置は、二次共振コイルが外周面に装着されたボビンを含み、ボビンは、収容ケース内に収容され、ボビンの外周面と収容ケースの内周面とによって、冷媒が流通可能な冷却通路が形成される。

好ましくは、上記冷却装置は、二次共振コイルを収容する収容ケースと、収容ケース内に冷媒を供給する冷媒供給装置と、二次共振コイルが外周面に装着されるボビンとを含む。そして、上記ボビンは、土台部と、土台部に回転可能に設けられた回転部と、回転部に設けられ、冷媒から受ける押圧力で回転部を回転させる羽根部とを含むと共に収容ケース内に配置され、二次共振コイルは、回転部の外周面上に設けられる。好ましくは、上記第２共鳴器は、二次共振コイルに接続されたキャパシタを含み、冷却装置は、キャパシタおよび二次共振コイルを収容する収容ケースと、収容ケース内に冷媒を供給する冷媒供給装置と、二次共振コイルが装着される中空筒状のボビンとを含み、ボビンは、収容ケース内に配置されると共に周壁部に冷媒が流通可能な流通口が形成され、キャパシタは、ボビン内に収容される。

好ましくは、上記却装置は、二次共振コイルを収容する収容ケースと、二次共振コイルが外周面に装着される中空筒状のボビンと、ボビン内に冷媒を供給する冷媒供給装置とを含む。

好ましくは、上記二次共振コイルは、ボビンの内周面に装着される。本発明に係る車両は、上記非接触電力伝達装置を備える。本発明に係る非接触電力伝達システムは、上記第１共鳴器と、上記車両とを備える。

本発明に係る非接触電力伝達装置、車両および非接触電力伝達システムによれば、二次共振コイルを含む第２共鳴器と、外部に設けられた一次共振コイルを含む第１共鳴器とを電磁場を介して良好に共鳴させることができ、電力の伝達効率の向上を図ることができる。

非接触電力伝達装置１０１を含む車両と、車両外部に設けられた非接触電力伝達装置２００とを備えた非接触電力伝達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。 非接触電力伝達装置１０１を示す斜視図である。 二次共振コイル１１０および二次コイル１２０等を示す断面図である。 図５に示すＶ−Ｖ線における断面図である。 本実施の形態２に係る非接触電力伝達装置が備える冷却装置１３１の断面図である。 図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線における断面図である。 本実施の形態に係る非接触電力伝達装置の断面図である。 図９のＸ−Ｘ線における断面図である。 本実施の形態３に係る非接触電力伝達装置の冷却装置１３１の断面図である。 図１１に示された冷却装置１３１を模式的に示す斜視図である。 本発明の実施の形態５に係る非接触電力伝達装置の冷却装置１３１の側断面図である。 図１３に示された冷却装置１３１の断面図である。 回転部１６１の外周面のうち、開口部１３８より、回転方向Ｐ後方側に位置する羽根部１６５を示す断面図である。 回転部１６１の外周面のうち、開口部１３８より回転方向Ｐ前方側に位置する羽根部１６５を示す断面図である。

本実施の形態に係る非接触電力伝達装置１０１およびこの非接触電力伝達装置１０１を備えた車両について、図１から図１６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）
図１は、非接触電力伝達装置１０１を含む車両と、車両外部に設けられた非接触電力伝達装置２００とを備えた非接触電力伝達システムの全体構成図である。図１を参照して、非接触電力伝達システムは、非接触電力伝達装置（非接触受電装置）１０１を搭載した車両１００と、車両１００の外部に設けられた非接触電力伝達装置（非接触給電装置）２００とを備えている。

車両１００は、非接触電力伝達装置１０１と、蓄電装置１５０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とを含む。非接触電力伝達装置１０１は、車両１００外部に設けられた非接触電力伝達装置２００との間で電力の伝達を行う。

非接触電力伝達装置１０１は、二次共振コイル１１０およびキャパシタ１１１を含む共鳴器１１２と、整流器１３０と、コンバータ１４０と、シールド１２２と、二次共振コイル１１０および二次コイル１２０を冷却する冷却装置とを備えている。

シールド１２２は、銅等の金属材料、銅等の金属材料を含む樹脂、銅等を含むスポンジ等によって構成されており、電磁波を反射可能とされている。このシールド１２２内に共鳴器１１２および二次コイル１２０が収容されている。シールド１２２の下端部には、開口部が形成されている。

シールド１２２および二次共振コイル１１０は、たとえば車体下部に配設される。二次共振コイル１１０の両端には、キャパシタ１１１が接続されており、この二次共振コイル１１０およびキャパシタ１１１によって共鳴器１１２（ＬＣ共振器）が構成されている。そして、二次共振コイル１１０およびキャパシタ１１１を含むＬＣ共振器が、非接触電力伝達装置２００の一次共振コイル２４０およびキャパシタ２３２を含む共鳴器２２１（ＬＣ共振器）と電磁場を介して共鳴することで、二次共振コイル１１０と非接触電力伝達装置２００の一次共振コイル２４０との間で電力の授受が行われる。具体的には、二次共振コイル１１０が一次共振コイル２４０から電力を受電することと、一次共振コイル２４０が二次共振コイル１１０から電力を受電することとの少なくとも一方が行われる。

非接触電力伝達装置２００の一次共振コイル２４０との距離や、一次共振コイル２４０を含む共鳴器２２１と二次共振コイル１１０を含む共鳴器１１２との共鳴周波数等に基づいて、一次共振コイル２４０と二次共振コイル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二次共振コイル１１０の巻数が適宜設定される。

二次コイル１２０は、二次共振コイル１１０と同軸上に配設され、電磁誘導により二次共振コイル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、車両の走行中に非接触電力伝達装置２００から受電する場合には、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よい。

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から成る。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、非接触電力伝達装置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、非接触電力伝達装置２００から車両１００への給電時、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４０を制御する。車両ＥＣＵ１８０は、たとえば、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４０を制御することによって、整流器１３０とＤＣ／ＤＣコンバータ１４０との間の電圧を所定の目標電圧に制御する。また、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（「ＳＯＣ（State Of Charge）」とも称される。）に基づいてＰＣＵ１６０を制御する。

一方、非接触電力伝達装置２００は、、一次コイル２３０および一次共振コイル２４０を含む共鳴器２２１と、交流電源２１０と、高周波電力ドライバ２２０と、シールド２３１とを含む。図１に示す例では、シールド２３１は、地面に埋め込まれており、シールド２３１内に一次共振コイル２４０と一次コイル２３０とが収容されている。このシールド２３１は、電磁波を反射可能材料によって構成されており、たとえば、シールド２３１は、銅等の金属材料、銅等の金属材料を含む樹脂、銅等を含むスポンジ等によって構成されている。なお、シールド２３１は上方に向けて開口している。

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、一次共振コイル２４０と同軸上に配設され、電磁誘導により一次共振コイル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共振コイル２４０へ給電する。

一次共振コイル２４０は、たとえば地面近傍に配設される。共鳴器２２１も、車両１００の共鳴器１１２と電磁場を介して共鳴することにより車両１００へ電力を送電する。図１に示す例では、二次共振コイル１１０および一次共振コイル２４０には、いずれにもキャパシタが接続されているが、いずれのコイルも両端がオープン（非接続）のＬＣ共振コイルとしてもよい。この場合、二次共振コイル１１０および一次共振コイル２４０の容量成分は、コイルの浮遊容量である。

この一次共振コイル２４０も、車両１００の二次共振コイル１１０との距離や、一次共振コイル２４０および二次共振コイル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。

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共振コイル３３０へ１Ｍ〜１０数ＭＨｚの高周波電力を給電する。一次共振コイル３３０には、図示されないキャパシタが接続されており、この一次共振コイル３３０と図示されないキャパシタとによってＬＣ共振器が構成されている。なお、上記キャパシタは必須の構成ではなく、一次共振コイル３３０のインダクタンスと、一次共振コイル３３０自身の浮遊容量とによって、ＬＣ共振器を構成してもよい。

同様に、二次共振コイル３４０には、図示されないキャパシタが接続されており、この二次共振コイル３４０にとこのキャパシタとによってＬＣ共振器が構成されている。なお、二次共振コイル３４０に接続されたキャパシタは、必須の構成ではなく、二次共振コイル３４０自身のインダクタンスと、二次共振コイル３４０自身の浮遊容量とによってＬＣ共振器を構成してもよい。

一次共振コイル３３０を含むＬＣ共振器の共鳴周波数と、二次共振コイル３４０を含むＬＣ共振器の共鳴周波数とは一致している。

一次共振コイル３３０を含むＬＣ共振器は、電磁場（近接場）を介して二次共振コイル３４０を含むＬＣ共振器と共鳴する。そうすると、一次共振コイル３３０から二次共振コイル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、一次共振コイル３３０と二次共振コイル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および一次共振コイル３３０に相当し、図１の二次共振コイル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つの成分から成る。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。

「静電磁界」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「静電磁界」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、「静電磁界」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（一次共振コイル）から他方の共鳴器（二次共振コイル）へエネルギー（電力）を伝送する。この「静電磁界」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、非接触電力伝達装置１０１を示す斜視図である。この図４に示すように、シールド１２２は、天板部１２３と、この天板部１２３の周縁部から下方に向けて垂下する周壁部１２４とを備えている。シールド１２２には、下方に向けて開口する開口部１２５が形成されている。なお、開口部１２５を樹脂等の電磁波に大きな影響をあたえない材料で覆ってもよい。天板部１２３は、たとえば、車両１００のフロアパネル下に配置される。

図５は、二次共振コイル１１０および二次コイル１２０等を示す断面図であり、図６は、図５に示すＶ−Ｖ線における断面図である。この図５に示すように、非接触電力伝達装置１０１は、二次共振コイル１１０および二次コイル１２０を収容するボビン収容ケース１３２と、二次共振コイル１１０および二次コイル１２０を冷却する冷却装置１３１とを備えている。冷却装置１３１は、二次共振コイル１１０および二次コイル１２０を収容するボビン収容ケース１３２と、このボビン収容ケース１３２内に冷却風を供給する冷媒供給装置１１３とを備えている。

冷媒供給装置１１３は、ボビン収容ケース１３２に接続された供気管１３３および排気管１３４と、供気管１３３内に設けられた送風機１２７とを備えている。なお、供気管１３３は、たとえば、車両本体に形成された開口部に接続されている。

そして、送風機１２７が駆動することで、車両外部から外気を取り入れ、取り入れた外気をボビン収容ケース１３２内に冷却風として供給する。ボビン収容ケース１３２内に供給された冷却風によって二次共振コイル１１０および二次コイル１２０が冷却される。

冷却装置１３１は、ボビン収容ケース１３２内に設けられた筒状に形成された樹脂製のボビン１２８を備えており、二次共振コイル１１０および二次コイル１２０は、このボビン１２８の外周面に装着されている。

二次共振コイル１１０は、二次コイル１２０よりも非接触電力伝達装置２００に近接するように配置されている。この二次共振コイル１１０は、たとえば、直径６ｍｍのＣｕ（銅）線を直径６０ｃｍのコイル状に５．２５回巻くことで構成され、二次共振コイル１１０の長さは２０ｃｍ程度とされている。二次共振コイル１１０の状態においては、二次共振コイル１１０を構成するコイル線は、二次共振コイル１１０の中心線方向に間隔があくように巻回されている。非接触電力伝達装置２００の一次共振コイル２４０も二次共振コイル１１０と同様に構成されている。

そして、図５に示すように、ボビン１２８は、円筒筒状に形成されており、ボビン１２８は中空状とされている。

二次コイル１２０は、二次共振コイル１１０よりも上方に間隔をあけて、ボビン１２８に装着されている。二次コイル１２０には取出部１２９が接続されており、取出部１２９には、図１に示す整流器１３０が接続されている。キャパシタ１１１は、二次共振コイル１１０の両端部に接続されている。

そして、二次共振コイル１１０と一次共振コイル２４０との間で電力の受け渡しが行われると、二次共振コイル１１０内に電流が流れ、二次共振コイル１１０の温度が上昇し易くなる。

冷却装置１３１は、二次共振コイル１１０を冷却することで、二次共振コイル１１０の温度上昇を抑制する。これにより、二次共振コイル１１０の温度が上昇することで、二次共振コイル１１０が変形することを抑制する。そして、二次共振コイル１１０およびキャパシタ１１１によって構成された共鳴器１１２（ＬＣ回路）の共鳴周波数（共振周波数）が変動することを抑制する。これにより、蓄電装置１５０を充電する際や蓄電装置１５０に充電された電力を外部に供給する過程においても、二次共振コイル１１０を含む共鳴器１１２と、一次共振コイル２４０を含む共鳴器２２１とを良好に共鳴させることができ、電力の受け渡しを良好に行うことができる。

供気管１３３内には、送風機１２７の下流側にキャパシタ１１１が設けられている。そして、供気管１３３内に入り込んだ冷却風は、供気管１３３内のキャパシタ１１１を冷却し、その後、ボビン収容ケース１３２内の二次共振コイル１１０および二次コイル１２０を冷却する。

ボビン収容ケース１３２の内周面は、ボビン１２８の外周面から間隔をあけて位置しており、ボビン収容ケース１３２の内周面とボビン１２８の外周面との間には、冷却風が流通可能な流通路１３７が規定されている。流通路１３７は、ボビン１２８の周方向にのびており、流通路１３７内を冷却風が流通することで、ボビン１２８の外周面に装着された二次共振コイル１１０および二次コイル１２０を良好に冷却することができる。

ここで、二次共振コイル１１０および二次コイル１２０は、ボビン１２８の外周面に巻回されており、流通路１３７は、ボビン１２８の外周面に沿って延びている。このため、流通路１３７を流れる冷却風の流通方向と二次コイル１２０および二次共振コイル１１０を構成するコイル線の延在方向とが略一致しており、冷却風が流通路１３７内を流通する際の流通抵抗の低減が図られている。二次共振コイル１１０および二次コイル１２０を冷却した冷却風は、排気管１３４からボビン収容ケース１３２の外部に排気される。

このように、キャパシタ１１１は、二次共振コイル１１０よりも冷却風の流通方向上流側に配置されており、キャパシタ１１１が優先的に冷却されている。キャパシタ１１１を優先的に冷却することで、キャパシタ１１１の容量が変動することを抑制する。これにより、キャパシタ１１１および二次共振コイル１１０を含む共鳴器１１２の共鳴周波数が変動することを抑制することができる。

供気管１３３は、たとえば、車両のフロント等に形成された取込口に接続されている。なお、本実施の形態においては、非接触電力伝達装置１０１に冷却装置１３１を設けた例について説明したが、図１に示す非接触電力伝達装置２００に冷却装置を設けるようにしてもよい。

（実施の形態２）
図７および図８を用いて、本実施の形態に係る非接触電力伝達装置について説明する。なお、図７および図８に示された構成のうち、上記図１から図６に示された構成と同一または相当する構成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７は、本実施の形態２に係る非接触電力伝達装置が備える冷却装置１３１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。

これら、図７および図８に示すように、冷却装置１３１は、キャパシタ１１１および二次共振コイル１１０を収容するボビン収容ケース１３２と、二次共振コイル１１０が外周面に装着されたボビン１２８と、ボビン収容ケース１３２内に冷却風（冷媒）を供給する冷媒供給装置１１３とを備えている。ボビン１２８は、中空円筒状に形成されており、キャパシタ１１１はボビン１２８内に収容されている。ボビン１２８の周壁部には流通口１３５および流通口１３６が形成されている。

ここで、ボビン収容ケース１３２には、供気管１３３の開口部１３８が形成されている。そして、流通口１３６は、ボビン１２８の外周面のうち、開口部１３８と対向する部分に形成されており、流通口１３６と開口部１３８とは冷却風の流通方向に配列している。

このため、開口部１３８かボビン収容ケース１３２内に入り込んだ冷却風は、流通口１３６からボビン１２８内に流入し、キャパシタ１１１を冷却する。流通口１３６から入り込む冷却風は、二次コイル１２０および二次共振コイル１１０と接触していないため、キャパシタ１１１を良好に冷却することができる。

流通口１３５は、キャパシタ１１１に対して流通口１３６と反対側に位置している。冷却風が流通口１３６からボビン１２８内に入り込み、流通口１３５から排気されるまでの間に、冷却風がキャパシタ１１１をとおり、キャパシタ１１１を良好に冷却することができる。

さらに、流通口１３６からボビン１２８内に入り込んだ冷却風の一部は、ボビン１２８の内周面に沿って流れ、ボビン１２８を冷却する。ボビン１２８が冷却されることで、キャパシタ１１１および二次コイル１２０の熱が良好にボビン１２８に放熱され、キャパシタ１１１および二次コイル１２０も冷却される。

そして、キャパシタ１１１をボビン１２８内に収容することで、非接触電力伝達装置１０１のコンパクト化を図ることができる。

なお、実施の形態においても、ボビン１２８とボビン収容ケース１３２との間に流通路１３７が規定されており、冷却風が流通路１３７内を流れることで、二次共振コイル１１０および二次コイル１２０が直接的に冷却される。

（実施の形態３）
図９および図１０を用いて、本実施の形態３に係る非接触電力伝達装置を備える冷却装置１３１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、本実施の形態に係る非接触電力伝達装置の断面図であり、図１０は、図９のＸ−Ｘ線における断面図である。

これら、図１０および図９に示すように、冷却装置１３１は、二次共振コイル１１０が収容されたボビン収容ケース１３２と、ボビン収容ケース１３２内に設けられ、外周面に二次共振コイル１１０および二次コイル１２０が装着されるボビン１２８と、ボビン１２８内に冷却風を供給する冷媒供給装置１１３とを備えている。冷媒供給装置１１３がボビン１２８内に冷却風を供給することで、ボビン１２８の内周面が冷却され、二次共振コイル１１０および二次コイル１２０をも冷却することができる。

冷媒供給装置１１３は、ボビン１２８内に設けられた筒状の内筒部１４１と、この内筒部１４１の内部と連通する供気管１４８および排気管１４９とを備えている。供気管（冷媒流通管）１４８および排気管（冷媒流通管）１４９は、ボビン１２８より上方からボビン１２８に向けて垂下している。これにより、冷却装置１３１の設置面積の低減が図られている。

内筒部１４１の外周面とボビン１２８の内周面とは互いに間隔をあけて位置しており、内筒部１４１の外周面とボビン１２８の内周面との間には、環状に延びる冷却通路１４７が形成されている。なお、ボビン１２８の開口部は、ボビン収容ケース１３２の底板によって閉塞されている。

そして、内筒部１４１内には、仕切部１４２が配置されており、この仕切部１４２によって、内筒部１４１内が供気室１４５および排気室１４６に区画されている。

供気室１４５には、供気管１４８が接続されており、排気室１４６には排気管１４９が接続されている。

内筒部１４１には、供気室１４５と冷却通路１４７とを連通する供気口１４３と、排気室１４６と冷却通路１４７とを連通する排気口１４４が形成されている。

そして、供気管１４８から冷却風が供気室１４５内に供給され、供給された冷却風は、供気口１４３から冷却通路１４７内に入り込む。冷却通路１４７内に入り込んだ冷却風は、ボビン１２８を冷却しながら冷却通路１４７内を流通する。その後、排気口１４４から排気室１４６内に入り込み、排気管１４９から排気される。

このように、ボビン１２８内に冷却風を供給することで、ボビン１２８を積極的に冷却し、このボビン１２８に装着された二次共振コイル１１０および二次コイル１２０の冷却が図られている。

なお、供気管１４８から供給される冷媒は空気等の気体状の冷媒に限られず、水等の液体状の冷媒を採用することができる。

（実施の形態４）
図１１および図１２を用いて、本発明の実施の形態４に係る非接触電力伝達装置について説明する。なお、図１１および図１２に示す構成のうち、上記図１から図１０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諸略する場合がある。

図１１は、本発明に係る実施の形態３に係る非接触電力伝達装置の冷却装置１３１の断面図である。さらに、図１２は、図１１に示された冷却装置１３１を模式的に示す斜視図である。これら図１１および図１２に示すように、冷却装置１３１は、内周面に二次共振コイル１１０および二次コイル１２０が内周面に装着された筒状のボビン１２８と、このボビン１２８内に冷媒を供給する冷媒供給装置１１３とを備える。冷媒供給装置１１３は、ボビン１２８内に設けられた内筒部１５１と、内筒部１５１とボビン１２８との間に規定された冷却通路１５２内に冷媒を供給する冷媒供給管１５３と、冷却通路１５２内の冷媒を外部に排出する冷媒排出管１５４とを備えている。冷媒供給管１５３および冷媒排出管１５４は、ボビン１２８の上方からボビン１２８に向けて垂下している。このため、冷却装置１３１の設置面積の低減が図られている。

ボビン１２８および内筒部１５１の開口端面には、閉塞板１５５が設けられており、ボビン１２８の開口部および内筒部１５１の開口部は閉塞板１５５によって閉塞されている。

そして、冷媒供給管１５３から冷却風が冷却通路１５２内に入り込み、冷媒排出管１５４から冷却風が排出される。冷却風が冷却通路１５２内を通ることで、二次コイル１２０および二次共振コイル１１０が冷却される。なお、冷媒供給管１５３から冷却通路１５２内に入り込む冷却風は、まず、二次共振コイル１１０および二次コイル１２０の巻回中心線の延在方向に流れる。そして、二次コイル１２０は、二次共振コイル１１０より上方に位置しているため、二次コイル１２０は、二次共振コイル１１０よりも冷却風（冷媒）の流通方向の上流側に位置している。このため、二次コイル１２０を積極的に冷却することができる。

ボビン１２８の内周面に二次共振コイル１１０および二次コイル１２０が装着されており、ボビン１２８は、二次共振コイル１１０および二次コイル１２０を外部から保護する機能と、二次共振コイル１１０および二次コイル１２０を所定に位置に固定する機能とを兼ね備える。

その一方で、ボビン１２８の外周面に二次共振コイル１１０等を装着した場合には、二次共振コイル１１０を外部から保護するためにケーシングを設ける必要がある一方で、本実施の形態４に係る非接触電力伝達装置１０１においては、このようなケーシングを設ける必要性がない。

このように、本実施に形態４に係る非接触電力伝達装置１０１においては、部品点数の低減も図ることができる。なお、本実施の形態に係る非接触電力伝達装置１０１においては、二次共振コイル１１０は、浮遊容量を有しており、コイル自身のインダクタンスと浮遊容量とによる共鳴器（ＬＣ共振器）となっている。

（実施の形態５）
図１３および図１４を用いて、本発明の実施の形態５に係る非接触電力伝達装置１０１について説明する。なお、図１３および図１４に示す構成のうち、上記図１から図１２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。

図１３は、本発明の実施の形態５に係る非接触電力伝達装置の冷却装置１３１の側断面図であり、図１４は、図１３に示された冷却装置１３１の断面図である。

これら図１３および図１４に示すように、冷却装置１３１は、二次共振コイル１１０および二次コイル１２０を収容するボビン収容ケース１３２と、このボビン収容ケース１３２内に冷媒としての冷却風を供給する冷媒供給装置１１３と、ボビン収容ケース１３２内に設けられ、外周面に二次共振コイル１１０および二次コイル１２０が装着されたボビン１２８とを備えている。

そして、冷媒供給装置は、ボビン収容ケース１３２に接続された供気管１３３および排気管１３４と、供気管１３３内に設けられ、ボビン収容ケース１３２内に冷却風を供給する送風機１２７とを備えている。

ボビン１２８は、ボビン収容ケース１３２に固定された土台部１６３と、土台部１６３の下端面に設けられたベアリング１６２と、ベアリング１６２によって、土台部１６３に対して相対的に回転可能に設けられた回転部１６１と、回転部１６１の外周面に複数設けられた羽根部１６５とを備えている。

そして、回転部１６１の外周面に、二次共振コイル１１０が装着されており土台部１６３の外周面に二次コイル１２０が装着されている。

そして、羽根部１６５は回転部１６１の周面に沿って間隔をあけて設けられている。なお、この図１３および図１４に示す例においては、二次共振コイル１１０にはキャパシタは接続されていない。図１３および図１４に示す例においては、二次共振コイル１１０は、浮遊容量を有しており、コイル自身のインダクタンスと浮遊容量とにより構成された共鳴器（ＬＣ共振器）となっている。

そして、供気管１３３からボビン収容ケース１３２内に冷却風が入り込むと、羽根部１６５が冷却風を受け止め、羽根部１６５に加えられた押圧力によって、回転部１６１が回転方向Ｐに回転する。

回転部１６１が回転すると、回転部１６１に装着された二次共振コイル１１０も回転し、二次共振コイル１１０のうち、開口部１３８と対向する部分も順次移る。これにより、二次共振コイル１１０のうち、開口部１３８からボビン収容ケース１３２内に入り込む冷却風によって直接冷却される部分が順次移り、二次共振コイル１１０の全周を略均等に冷却することができる。これにより、二次共振コイル１１０の位置によって熱歪みの大きさにばらつきが生じることを抑制することができる。

流通路１３７は、ボビン１２８によって分岐しており、開口部１３８かボビン収容ケース１３２内に入り込んだ冷却風は、回転方向Ｐ前方および回転方向Ｐ後方に向けて流れる。

図１５および図１６は、羽根部１６５およびその周囲に位置する構成を示す断面図である。そして、図１５は、回転部１６１の外周面のうち、開口部１３８より、回転方向Ｐ後方側に位置する羽根部１６５を示し、図１６は、回転部１６１の外周面のうち、開口部１３８より回転方向Ｐ前方側に位置する羽根部１６５を示す。

この図１５および図１６に示すように、羽根部１６５には、軸部１６６を中心に回転可能に設けられている。

羽根部１６５は、受風面１６８と、ストッパ面１６７と、斜面１６９とを含み、回転部１６１の回転中心線方向から見ると、略三角形形状となるように形成されている。

ここで、受風面１６８はストッパ面１６７より面積が大きく、軸部１６６は、受風面１６８とストッパ面１６７とによって規定される角部に設けられている。

これにより、図１６および図１４に示すように、開口部１３８より回転方向Ｐ前方側に位置する羽根部１６５の姿勢は、受風面１６８が回転部１６１の外周面から立ち上がるような姿勢となっている。さらに、ストッパ面１６７が受風面１６８の前方側に位置し、回転部１６１の外周面と当接している。このように、ストッパ面１６７が回転部１６１の外周面と当接することで、羽根部１６５の姿勢が保持されている。

そして、受風面１６８に冷却風が吹き付けられることで、回転部１６１は回転方向Ｐに回転する。

その後、羽根部１６５が排気管１３４を過ぎると、羽根部１６５は、斜面１６９側から冷却風を受け始める。このように、羽根部１６５が冷却風を受けると、羽根部１６５が軸部１６６を中心に回転する。

そして、図１５および図１４に示すように、羽根部１６５が開口部１３８より回転方向Ｐ後方側に移動すると、羽根部１６５は、図１６に示す状態から回転する。このため、１６５の受風面１６８が回転部１６１の外周面と接触すると共に、ストッパ面１６７が冷却風を受け止めている。この図１５に示す状態では、ストッパ面１６７の姿勢は、冷却風の流通方向の上流側から下流側に向けて、回転部１６１の外周面から離れるように傾斜するような姿勢となっており、ストッパ面１６７は冷却風を受け流すような姿勢となっている。

このため、図１６に示す羽根部１６５が冷却風から受ける押圧力の方が、図１５に示す羽根部１６５が冷却風から受ける押圧力の方よりも大きくなり、回転部１６１が回転方向Ｐ方向に回転する。そして、羽根部１６５が開口部１３８より、回転方向Ｐ前方側に移動すると、回転部１６１の表面を流れる冷却風が羽根部１６５を起こし、羽根部１６５は図１６に示すような姿勢となる。なお、本実施の形態５においては、回転部１６１は羽根部１６５に加えられた押圧力によって回転しているが、羽根部１６５にかえて、モータ等の駆動部から動力によって回転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０および範囲にかぎられない。

本発明は、非接触電力伝達装置、車両および非接触電力伝達システムに好適である。

１００ 車両、１０１，２００ 非接触電力伝達装置、１１０ 二次共振コイル、１１１，２３２ キャパシタ、１１２，２２１ 共鳴器、１１３ 冷媒供給装置、１２０ 二次コイル、１２２，２３１ シールド、１２７ 送風機、１２８ ボビン、１２９ 取出部、１３０ 整流器、１３１ 冷却装置、１３２ ボビン収容ケース、１４１，１５１ 内筒部、１４２ 仕切部、１４３ 供気口、１４４ 排気口、１５０ 蓄電装置、１５２ 冷却通路、１６１ 回転部、１６２ ベアリング、１６３ 土台部、１６５ 羽根部、１７０ モータ、２００ 非接触電力伝達装置、２１０ 交流電源、２２０ 高周波電力ドライバ、２３０ 一次コイル、２４０ 一次共振コイル。

Claims (10)

1. 外部に設けられた第１共鳴器と電磁場を介して共鳴し、前記第１共鳴器から電力を受電することと、前記第１共鳴器と電磁場を介して共鳴し、前記第１共鳴器に電力を送電することとの少なくとも一方が可能な第２共鳴器を備え、
   前記第１共鳴器は、一次共振コイルを含み、
   前記第２共鳴器は、二次共振コイルを含み、
   前記二次共振コイルを冷却する冷却装置を有する、非接触電力伝達装置。
2. 前記第２共鳴器は、前記二次共振コイルに接続されたキャパシタを含み、
   前記冷却装置は、前記二次共振コイルを収容する収容ケースと、前記収容ケース内に冷媒を供給する冷媒供給装置とを含み、
   前記キャパシタは、前記二次共振コイルより前記冷媒の流通方向上流側に配置された、請求項１に記載の非接触電力伝達装置。
3. 前記冷却装置は、前記二次共振コイルが外周面に装着されたボビンを含み、
   前記ボビンは、前記収容ケース内に収容され、
   前記ボビンの外周面と前記収容ケースの内周面とによって、前記冷媒が流通可能な冷却通路が形成された、請求項２に記載の非接触電力伝達装置。
4. 前記冷却装置は、前記二次共振コイルを収容する収容ケースと、前記収容ケース内に冷媒を供給する冷媒供給装置と、前記二次共振コイルが外周面に装着されるボビンとを含み、
   前記ボビンは、土台部と、前記土台部に回転可能に設けられた回転部と、前記回転部に設けられ、前記冷媒から受ける押圧力で前記回転部を回転させる羽根部とを含むと共に前記収容ケース内に配置され、
   前記二次共振コイルは、前記回転部に設けられた、請求項１に記載の非接触電力伝達装置。
5. 前記第２共鳴器は、前記二次共振コイルに接続されたキャパシタを含み、
   前記冷却装置は、前記キャパシタおよび前記二次共振コイルを収容する収容ケースと、前記収容ケース内に冷媒を供給する冷媒供給装置と、前記二次共振コイルが外周面に装着される中空筒状のボビンとを含み、
   前記ボビンは、前記収容ケース内に配置されると共に周壁部に前記冷媒が流通可能な流通口が形成され、
   前記キャパシタは、前記ボビン内に収容された、請求項１に記載の非接触電力伝達装置。
6. 前記冷却装置は、前記二次共振コイルを収容する収容ケースと、前記二次共振コイルが装着される中空筒状のボビンと、前記ボビン内に冷媒を供給する冷媒供給装置とを含む、請求項１に記載の非接触電力伝達装置。
7. 前記二次共振コイルは、前記ボビンの内周面に装着された、請求項６に記載の非接触電力伝達装置。
8. 前記冷媒供給装置は、前記ボビンの上方から前記ボビンに向けて垂下し、前記ボビンの内部と連通する冷媒流通管を含む、請求項６または請求項７に記載の非接触電力伝達装置。
9. 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を備えた車両。
10. 前記第１共鳴器と、請求項９に記載の車両とを備えた、非接触電力伝達システム。

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