JP2011135754A - 非接触受電装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】共鳴法を用いた非接触給電において、電力の伝送効率を低下させることなくシールドの小型化が可能な非接触受電装置およびその製造方法を提供する。
【解決手段】共鳴法を用いた非接触給電により受電が可能なコイルユニット４００は、自己共振コイル１１０と、自己共振コイル１１０の共鳴周波数を調整するための容量が可変なコンデンサ４４０とを含む。シールド１９１は、電磁場の周囲への漏洩を防止するために、自己共振コイル１１０の周囲に配置される。そして、非接触受電装置の製造方法は、コイルユニット４００を設置する工程Ｓ１００と、シールド１９１を設置する工程Ｓ１１０と、共鳴周波数が所定の周波数となるように、コンデンサ４４０の容量をシールド１９１およびコイルユニット４００の間の距離に応じて調整する工程Ｓ１３０とを備える。
【選択図】図１３

Description

本発明は、非接触受電装置およびその製造方法に関し、より特定的には、共鳴法における共鳴周波数の調整が可能な非接触受電装置およびその製造方法に関する。

近年、環境に配慮した車両として、蓄電装置（たとえば二次電池やキャパシタなど）を搭載し、蓄電装置に蓄えられた電力から生じる駆動力を用いて走行する車両が注目されている。このような車両には、たとえば電気自動車、ハイブリッド自動車、燃料電池車などが含まれる。

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。

特開２００９−１０６１３６号公報（特許文献１）は、共鳴法によって車両外部の電源からワイヤレスで充電電力を受電し、車両に搭載された蓄電装置を充電する技術が開示される。

また、特開平８−１６３７９２号公報（特許文献２）は、電磁誘導を用いた非接触充電に関して、フェライトコアを利用することによってコイルの小型化および効率化を図る技術が開示される。

特開２００９−１０６１３６号公報 特開平８−１６３７９２号公報

共鳴法を用いた非接触による電力伝送においては、上述のように電磁場を介して電力が送電される。共鳴法においては、送電距離が比較的長距離であるため、発生する電磁場の範囲は、電磁誘導を用いた場合と比較して広範囲となることが考えられる。

この自己共振コイルを含むコイルユニットの周囲に発生する電磁場は、他の電気機器などに対しては電磁ノイズとなる場合があり、たとえばラジオなどの雑音の原因になり得る。また、電磁場内に導電体が有る場合には、電磁場による電磁誘導によって導電体が加熱される場合があり、温度上昇によって機器の故障の原因にもなり得る。

そのため、共鳴法を用いた電力伝送においては、送電、受電を行なう方向以外については発生する電磁場を遮蔽することが望ましく、コイルユニットの周囲にシールドが配置される場合がある。

また、共鳴法を用いて給電する場合、車両の搭載スペースの問題から、このシールドをできるだけ小型化することが必要となる場合がある。

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、共鳴法を用いた非接触給電において、電力の伝送効率を低下させることなくシールドの小型化が可能な非接触受電装置およびその製造方法を提供することである。

本発明よる非接触受電装置の製造方法は、非接触電力伝達のためのコイルユニットとシールドとを含む非接触受電装置の製造方法であって、コイルユニットは、自己共振コイルと、自己共振コイルの共鳴周波数を調整するための調整部とを含む。自己共振コイルは、電磁共鳴による電磁場を介して、電力の受電が可能である。シールドは、受電方向を除いた、自己共振コイルの周囲に設置され、電磁場の周囲への漏洩を防止する。そして、非接触受電装置の製造方法は、コイルユニットを設置する工程と、シールドを設置する工程と、共鳴周波数が所定の周波数となるように、シールドにおける自己共振コイルを貫く電磁場に垂直な面とコイルユニットとの間の距離に応じて調整部を調整する工程とを備える。

好ましくは、調整部は、自己共振コイルの両端に接続され、共鳴周波数を調整するために容量の変更が可能なコンデンサを含む。

好ましくは、コンデンサは、容量が固定された第１のコンデンサと、自己共振コイルに対して第１のコンデンサに並列に接続され、容量の変更が可能な第２のコンデンサとを含む。

好ましくは、コンデンサは、自己共振コイルの内部に配置される。
好ましくは、調整部は、共鳴周波数を調整するためにインダクタンスの変更が可能なインダクタンス変更部を含む。

好ましくは、インダクタンス変更部は、自己共振コイルに直列に接続された可変コイルを含む。

好ましくは、シールドは銅製の導電体を含む。
本発明による非接触受電装置は、自己共振コイルと、シールドと、調整部とを備える。自己共振コイルは、電磁共鳴による電磁場を介して電力の受電が可能である。シールドは、受電方向を除いた、自己共振コイルの周囲に設置され、電磁場の周囲への漏洩を防止する。調整部は、自己共振コイルの共鳴周波数が所定の周波数となるように、シールドにおける自己共振コイルを貫く電磁場に垂直な面と自己共振コイルの間との距離に応じて自己共振コイルの共鳴周波数を調整する。

好ましくは、調整部は、自己共振コイルの両端に接続され、共鳴周波数を調整するために容量の変更が可能なコンデンサを含む。

好ましくは、コンデンサは、容量が固定された第１のコンデンサと、自己共振コイルに対して第１のコンデンサに並列に接続され、容量の変更が可能な第２のコンデンサとを含む。

好ましくは、コンデンサは、自己共振コイルの内部に配置される。
好ましくは、調整部は、共鳴周波数を調整するためにインダクタンスの変更が可能なインダクタンス変更部を含む。

好ましくは、インダクタンス変更部は、自己共振コイルに直列に接続された可変コイルを含む。

本発明によれば、共鳴法を用いた非接触給電に用いる非接触受電装置について、電力の伝送効率を低下させることなくシールドの小型化を図ることができる。

本発明の実施の形態に従う非接触受電装置を有する、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。 図１に示したコイルケースの構造を説明するための図である。 車両における、コイルユニットとコイルケースとの位置関係を説明するための第１の図である。 車両における、コイルユニットとコイルケースとの位置関係を説明するための第２の図である。 車両における、コイルユニットとコイルケースとの位置関係を説明するための第３の図である。 コイルケースの大きさと伝送効率との関係を示す図である。 受電側のコイルユニットの外観図である。 本実施の形態のコイルユニットの回路の一例を示す図である。 本実施の形態のコイルユニットの回路の他の例を示す図である。 本実施の形態のコイルユニットの回路のさらに他の例を示す図である。 本実施の形態に従う非接触受電装置の製造方法の各工程を説明するためのフローチャートである。

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り返さない。

図１は、本発明の実施の形態に従う非接触受電装置を有する、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、非接触給電システムは、車両１００と、給電装置２００とを備える。車両１００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、コイルケース１９０とを含む。また、車両１００は、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とをさらに含む。なお、二次自己共振コイル１１０、二次コイル１２０およびコイルケース１９０によって非接触受電装置が形成される。

車両１００の構成は、モータにより駆動される車両であれば、図１に示される構成に限らない。たとえば、モータと内燃機関とを備えるハイブリッド車両や、燃料電池を備える燃料電池自動車などを含む。

二次自己共振コイル１１０は、たとえば車体下部に設置される。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してもよいが、所定の容量を得るために別途コンデンサ（図示せず）をコイルの両端に接続してもよい。

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と同軸上に設置され、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によって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。

コイルケース１９０は、二次コイル１２０および二次自己共振コイル１１０を内部に収納する。

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、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蓄電装置１５０に直接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が含まれる。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、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、ハイブリッド車両の場合には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、給電装置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、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、コイルケース２５０とを含む。

交流電源２１０は、車両外部の電源であり、たとえば商用電源である。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〜十数ＭＨｚである。

一次コイル２３０は、一次自己共振コイル２４０と同軸上に設置され、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、たとえば地面近傍に設置される。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、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、コイルの浮遊容量であるが、二次自己共振コイル１１０と同様に別途コンデンサ（図示せず）をコイルの両端に接続してもよい。

この一次自己共振コイル２４０も、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。

コイルケース２５０は、一次コイル２３０および一次自己共振コイル２４０を内部に収納する。

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〜十数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（コイルにコンデンサが接続される場合には、コンデンサの容量を含む）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」によってエネルギー（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、図１に示したコイルケース１９０，２５０の構造を詳しく説明するための図である。なお、この図４では、二次自己共振コイル１１０および二次コイル１２０を含んで構成される受電側のコイルユニット（以下「受電ユニット」とも称する。）は、円柱状に簡略化して記載される。また、一次自己共振コイル２４０および一次コイル２３０含んで構成される送電側のコイルユニット（以下「送電ユニット」とも称する。）についても同様に円柱状に簡略化して記載される。

図４を参照して、コイルケース１９０は、最も面積の大きい面１９５が送電ユニットと対向するように設置される。コイルケース１９０は、たとえば面１９５が開口した箱状に形成される。そして、面１９５以外の５つの面には、送電ユニットからの受電時に受電ユニットの周囲に生成される共鳴電磁場（近接場）が周囲へ漏洩することを防止するために、電磁遮蔽材（以下、「シールド」とも称する。）（図示せず）がコイルケース１９０の内面を覆うように貼付される。シールドは低インピーダンスの物質であって、たとえば薄い銅箔などが用いられる。なお、コイルケース１９０自体を、シールドを用いて形成するようにしてもよい。

そして、二次自己共振コイル１１０および二次コイル１２０を含んで構成される受電ユニットがコイルケース１９０内に設置され、受電ユニットは、コイルケース１９０の開口部分（面１９５）を介して送電ユニットから受電する。なお、最も面積の大きい面１９５が送電ユニットと対向するように設置したのは、送電ユニットから受電ユニットへの伝送効率をできるだけ確保するためである。

コイルケース２５０についても、最も面積の大きい面２５５が受電ユニットと対向するように設置される。コイルケース２５０は、たとえば面２５５が開口した箱状に形成されている。そして、面２５５以外の５つの面は、送電時に受電ユニットの周囲に生成される共鳴電磁場が周囲へ漏洩することを防止するために、シールドがコイルケース２５０の内面を覆うように貼付される。

そして、一次自己共振コイル２４０および一次コイル２３０を含んで構成される送電ユニットがコイルケース２５０内に設置され、送電ユニットは、コイルケース２５０の開口部分（面２５５）を介して受電ユニットへ送電する。なお、最も面積の大きい面２５５が受電ユニットと対向可能なように設置したのも、送電ユニットから受電ユニットへの伝送効率をできるだけ確保するためである。

なお、コイルケース１９０，２５０の形状は、図４に示されるような断面が四角形の形状には限られず、円形、楕円形や四角形以外の多角形としてもよい。

図５は、車両１００における、受電ユニット４００とコイルケース１９０との位置関係を説明するための図である。図５および後述する図６，図７は、車両の進行方向に垂直な断面を示したものである。

図５を参照して、車両１００に搭載される受電ユニット４００は、送電ユニット５００と対向する面が、地面に対して車体の底面１０６とほぼ同じ高さとなるように設置される。コイルユニット４００と地面（すなわち、給電装置２００側のコイルユニット５００）との距離は、車両の駆動輪１０５および車両の底面１０６の位置関係で決定される。

コイルケース１９０は、車両の底面１０６上に、受電ユニット４００を覆うように設置される。また、コイルケース１９０の内面には、シールド１９１が貼付される。このコイルケース１９０とコイルユニット４００との距離（図５中のＤ１）は、図６の場合のコイルケース１９０Ａのように車両の搭載スペースによって制限されることがある。また、車両によっては、コイルケースを別個に取り付ける構成ではなく、車体の底面に、図７のように受電ユニット４００の収納が可能な凹部１０７が形成され、その内面にシールドを貼付することによってコイルケースの機能を有するようにしてもよい。

図８に、コイルケースの大きさと伝送効率との関係を示す。図８の横軸には、コイルユニットとコイルケース（すなわち、シールド）との距離が示され、縦軸には、コイルユニットのインダクタンス、送電ユニットに戻ってくる反射電力および電力の伝送効率が示される。

図８を参照して、コイルユニットとシールドとの距離が大きい場合は、コイルユニット内の自己共振コイルのインダクタンスはほぼ一定の値を示す。しかし、コイルユニットとシールドとの距離が小さくなると、シールドによって自己共振コイルの透磁率が変化するので、図８の曲線Ｗ１０ようにインダクタンスが増加したり、曲線Ｗ１１ようにインダクタンスが減少したりする。なお、インダクタンスの変化については、シールドの材質によって異なる。

ここで、自己共鳴コイルの共鳴周波数ｆは、コイルのインダクタンスをＬ、リアクタンスをＣとすると、式（１）のように表わすことができる。

ｆ＝１／｛２π・（ＬＣ）^1/2｝ … （１）
そのため、インダクタンスＬが変化すると、それによって自己共振コイルの共鳴周波数ｆが変化する。このように、送電ユニットと受電ユニットのインピーダンスがアンマッチとなって共鳴周波数がずれてしまうと、給電装置から送電された電力のうち、受電側に伝達できなかった反射電力が、図８の曲線Ｗ２０のように増加する。

給電システムの伝送効率は、式（２）のように送電電力に対する受電電力の割合で表わされ、受電電力は、送電電力から送電できなかった反射電力およびコイルやシールドで消費される損失を差し引いたものとなる。

伝送効率（％）＝受電電力／送電電力×１００
＝（送電電力−反射電力−損失）／送電電力×１００ … （２）
そのため、反射電力が大きくなると、それに対応して、電力の伝送効率も、シールドがない場合（図８中のＷ３０）と比較して低下する（図８中のＷ３１）。

共鳴法では、図１で示したような給電システムにおいて、送電ユニット５００内の自己共振コイル２４０と、受電ユニット４００内の自己共振コイル１１０との間で、所定の共鳴周波数で共鳴を行なうことによって電力が伝送される。このとき、給電装置２００については、様々な種類の車両に対して送電することができるように、基本的には送電ユニット５００の共鳴周波数は固定に設定される場合がある。

また、受電側である車両１００のコイルユニット４００においても、コストの低減を目的として、異なる車両に対して同一のタイプのコイルユニットを採用することが考えられる。そのため、上述のように、コイルユニット４００とシールド１９１との距離が制限されるような車両の場合には、伝送効率が著しく低下する場合が起こり得る。

そこで、本実施の形態においては、コイルユニットとシールドとの距離に対応して共鳴周波数の調整が可能なコイルユニットを有する非接触受電装置を用いることによって、共鳴法を用いた非接触給電システムにおいて、電力の伝送効率の低下を抑制しつつ、コイルケースの小型化を可能とする。

図９に、受電側のコイルユニット４００の外観図を示す。
図９を参照して、コイルユニット４００は、二次自己共振コイル１１０と、二次コイル１２０と、ボビン４３０と、コンデンサ４４０とを含む。

二次自己共振コイル１１０は、ボビン４３０の外周または内周に沿うように巻回される。二次コイル１２０は、ボビン４３０および二次自己共振コイル１１０と同軸上に設置される。そして、二次自己共振コイル１１０は、図９に示されるように、一般的には二次コイル１２０よりも送電ユニットに近い側に設置される。

コンデンサ４４０は、容量の変更が可能な可変コンデンサであり、ボビン４３０の内部に設置される。コンデンサ４４０は、二次自己共振コイル１１０の両端に接続され、ＬＣ共振回路を構成する。

図１０に、本実施の形態のコイルユニット４００の回路を示す。コンデンサ４４０は、二次自己共振コイル１１０の両端に接続される。上述の式（１）から理解できるように、このコンデンサ４４０の容量を変更することによって、共鳴周波数を調整することができる。そのため、シールド１９１とコイルユニット４００との距離が小さくなって二次自己共振コイル１１０のインダクタンスが変化した場合に、その変化を補償するようにコンデンサ４４０の容量を変化させることによって、共鳴周波数を所定の周波数に維持することが可能となる。なお、設計段階においてシールド１９１とコイルユニット４００との距離が異なる値に設定される場合には、コンデンサ４４０の容量を変化させることに代えて、浮遊容量の異なる二次自己共振コイルを採用するように仕様を変更してもよい。

なお、このコンデンサ４４０については、図１１のコンデンサ４４０Ａに示すように、容量が固定のコンデンサ４４１と、容量が可変なコンデンサ４４２とが、二次自己共振コイル１１０に対して並列に接続されるような構成とすることも可能である。

コイルユニット４００の共振周波数については、基本的には送電側の共振周波数と一致させるように設計されるので、共振周波数が決まると、二次自己共振コイル１１０の基準のインダクタンスに対応した所定のコンデンサ容量が定まる。そのため、コンデンサ容量の可変範囲は、基本的には、コイルユニットとシールドとの距離によって変化するインダクタンスを補償することができる範囲で足りる。また、送電側と受電側との距離のばらつきをある程度補償できるように可変範囲を設定してもよい。一般的に、容量が可変なコンデンサの価格は、容量が固定のコンデンサの価格と比較して高価となる場合が多い。そのため、図１１のように、インダクタンスの変化に対応して必要となる可変範囲を有する小容量の可変コンデンサ４４２と、基準インダクタンスに対応して定まる所定の容量近傍の容量を有する大容量の固定容量のコンデンサ４４１とを用いることによって、図１０のように大きな可変範囲を有する大容量の可変コンデンサ４４０を備える場合と比較してコストの低減が期待できる。

また、図１２に示すように、コンデンサを固定容量のコンデンサ４４０Ｂとするとともに、インダクタンスが変更可能な可変コイル１１５を、二次自己共振コイル１１０とコンデンサ４４０Ｂとの間に直列に接続する構成としてもよい。この場合、インダクタンスを変更することによって共鳴周波数を調整することができる。さらに、可変コンデンサおよび可変コイルの両方を備える構成としてもよい。

図１３は、共鳴周波数の調整が可能なコイルユニットを有する非接触受電装置の製造方法の各工程を説明するためのフローチャートである。図１３においては、各工程をステップ（以下、ステップをＳと略す。）で示す。

本実施の形態に従う非接触受電装置の製造方法においては、まずＳ１００にて、コイルユニット４００が車体に設置される。

次に、Ｓ１１０にて、シールド１９１が貼付されたコイルケース１９０が車体に設置される。なお、図７で説明したように車体自体によってコイルケースを形成する場合には、車体にシールド１９１が貼付される。

次に、Ｓ１２０にて、コイルユニット４００とシールド１９１との間の距離が測定される。

そして、Ｓ１３０にて、予め実験等によって設定されたマップ等を用いて、コンデンサ４４０の容量、および／または可変コイル１１５のインダクタンスが、コイルユニット４００とシールド１９１との間の距離に対応して変更される。これによって、共鳴周波数の調整が行なわれる。

なお、Ｓ１３０の共鳴周波数の調整に際しては、たとえば実際に給電装置から送電を行なって、その受電電力の大きさを測定しながら、受電電力が最大となるようにコンデンサ４４０の容量等を調整するようにしてもよい。

以上のように、共鳴周波数の調整が可能な受電側コイルユニットを用いて、図１３に示される工程に従って非接触受電装置を製造することによって、コイルユニットとシールドとの間の距離が近接するにつれて変化する共鳴周波数を、送電側のコイルユニットの共鳴周波数にマッチするように調整することができる。その結果、給電時の電力の伝送効率の低下を抑制しつつ、シールドを小型化することが可能となる。

なお、上述の説明においては、車両に搭載される非接触受電装置の製造方法について説明したが、給電装置側の非接触送電装置についても同様に適用可能である。すなわち、給電装置側の送電ユニットとコイルケースとの間の距離に対応して、送電ユニットの共鳴周波数を所定の周波数に調整するようにしてもよい。

なお、本実施の形態のコンデンサ４４０，４４０Ａおよび可変コイル１１５は、本発明における「調整部」の一例である。本実施の形態の可変コイル１１５は、本発明における「インダクタンス変更部」の一例である。

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。

１００ 車両、１０５ 駆動輪、１０６ 底面、１０７ 凹部、１１０，３４０ 二次自己共振コイル、１１５ 可変コイル、１２０，３５０ 二次コイル、１３０ 整流器、１４０ ＤＣ／ＤＣコンバータ、１５０ 蓄電装置、１６０ ＰＣＵ、１７０ モータ、１８０ 車両ＥＣＵ、１９０，１９０Ａ，２５０ コイルケース、１９１ シールド、１９５，２５５ 面、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、３１０ 高周波電源、３６０ 負荷、４００，５００ コイルユニット、４３０ ボビン、４４０，４４０Ａ，４４０Ｂ，４４１ コンデンサ、４４２ 可変コンデンサ。

Claims (13)

1. 非接触給電を行なうためのコイルユニットとシールドとを含む非接触受電装置の製造方法であって、
   前記コイルユニットは、
   電磁共鳴による電磁場を介して、電力の受電が可能な自己共振コイルと、
   前記自己共振コイルの共鳴周波数を調整するための調整部とを含み、
   前記シールドは、受電方向を除いた、前記自己共振コイルの周囲に設置され、前記電磁場の周囲への漏洩を防止し、
   前記製造方法は、
   前記コイルユニットを設置する工程と、
   前記シールドを設置する工程と、
   前記共鳴周波数が所定の周波数となるように、前記シールドにおける前記自己共振コイルを貫く前記電磁場に垂直な面と前記コイルユニットとの間の距離に応じて、前記調整部を調整する工程とを備える、非接触受電装置の製造方法。
2. 前記調整部は、
   前記自己共振コイルの両端に接続され、前記共鳴周波数を調整するために容量の変更が可能なコンデンサを含む、請求項１に記載の非接触受電装置の製造方法。
3. 前記コンデンサは、
   容量が固定された第１のコンデンサと、
   前記自己共振コイルに対して前記第１のコンデンサに並列に接続され、容量の変更が可能な第２のコンデンサとを含む、請求項２に記載の非接触受電装置の製造方法。
4. 前記コンデンサは、前記自己共振コイルの内部に配置される、請求項２または３に記載の非接触受電装置の製造方法。
5. 前記調整部は、
   前記共鳴周波数を調整するためにインダクタンスの変更が可能なインダクタンス変更部を含む、請求項１に記載の非接触受電装置の製造方法。
6. 前記インダクタンス変更部は、
   前記自己共振コイルに直列に接続された可変コイルを含む、請求項５に記載の非接触受電装置の製造方法。
7. 前記シールドは銅製の導電体を含む、請求項１に記載の非接触受電装置の製造方法。
8. 電磁共鳴による電磁場を介して、電力の受電が可能な自己共振コイルと、
   受電方向を除いた、前記自己共振コイルの周囲に設置され、前記電磁場の周囲への漏洩を防止するためのシールドと、
   前記自己共振コイルの共鳴周波数が所定の周波数となるように、前記シールドにおける前記自己共振コイルを貫く前記電磁場に垂直な面と前記自己共振コイルとの間の距離に応じて、前記自己共振コイルの共鳴周波数を調整するための調整部とを備える、非接触受電装置。
9. 前記調整部は、
   前記自己共振コイルの両端に接続され、前記共鳴周波数を調整するために容量の変更が可能なコンデンサを含む、請求項８に記載の非接触受電装置。
10. 前記コンデンサは、
    容量が固定された第１のコンデンサと、
    前記自己共振コイルに対して前記第１のコンデンサに並列に接続され、容量の変更が可能な第２のコンデンサとを含む、請求項９に記載の非接触受電装置。
11. 前記コンデンサは、前記自己共振コイルの内部に配置される、請求項９または１０に記載の非接触受電装置。
12. 前記調整部は、
    前記共鳴周波数を調整するためにインダクタンスの変更が可能なインダクタンス変更部を含む、請求項８に記載の非接触受電装置。
13. 前記インダクタンス変更部は、
    前記自己共振コイルに直列に接続された可変コイルを含む、請求項１２に記載の非接触受電装置。

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