JP2014143843A - 非接触給電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】不要輻射及び漏洩電流の低減を図ることが可能な非接触給電装置を提供する。
【解決手段】非接触給電装置２００は、受電コイル２２を有し、送電コイル１２と磁気的結合により送電コイル１２から非接触で受電するものであって、受電コイル２２を収納する筐体Ｃと、受電コイル２２からの高周波電力を直流化する整流器２６と、を備え、筐体Ｃは、受電コイル２２に加えて整流器２６を収納する。これにより、受電コイル２２と整流器２６との間のワイヤーハーネスが短くなり、不要輻射を低減することができる。また、両者間のワイヤーハーネスが短くなることから、ワイヤーハーネスと車両ボディとの浮遊容量についても低減できることとなり、漏洩電流についても低減することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、非接触給電装置に関する。

従来、受電コイルを有し、地上に設けられた送電コイルとの磁気的結合により非接触で電気自動車等の車両バッテリの充電を行う非接触給電装置が提案されている。このような非接触給電装置は、受電コイルに加えて、受電した高周波電力を直流化するための整流器を備えている（特許文献１参照）。

特開２０１１−２５０４９８号公報

しかし、特許文献１に記載の非接触給電装置において、受電コイル及び整流器は筐体内に収められ、これら筐体同士をワイヤーハーネスで接続する構成となっているため、以下の問題があった。

第１に、受電コイルと整流器との間に配索されるワイヤーハーネスにループ電流が流れてワイヤーハーネスからの不要な電波が放射（以下不要輻射という）されてしまう。特にこのハーネスが長い場合には、不要輻射が大きくなってしまう。

第２に、高電圧が高周波で印加されるワイヤーハーネスが車両ボディ付近に引き回されることとなると、ハーネスと車両ボディとの浮遊容量が形成されてしまう。このため、この浮遊容量と、車両ボディ及び地表面の浮遊容量とを介して、電流が漏洩してしまう。

本発明はこのような従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、不要輻射及び漏洩電流の低減を図ることが可能な非接触給電装置を提供することにある。

本発明に係る非接触給電装置は、受電コイルを収納する筐体を備え、筐体は、受電コイルに加えて整流器を収納する。

本発明によれば、筐体は受電コイルに加えて整流器を収納するため、受電コイルと整流器との間のワイヤーハーネスが短くなり、不要輻射を低減することができる。また、両者間のワイヤーハーネスが短くなることから、ワイヤーハーネスと車両ボディとの浮遊容量についても低減できることとなり、漏洩電流についても低減することができる。従って、不要輻射及び漏洩電流の低減を図ることができる。

なお、ここでいう受電コイル及び整流器を収納する筐体は、受電コイルを収納する筐体と整流器を収納する筐体とを接触させた場合についても含む概念である。すなわち、この場合、受電コイルを収納する筐体と整流器を収納する筐体とで、上記の受電コイルを収納する１つの大きな筐体となり、この大きな筐体が受電コイルに加えて整流器を収納することとなる。

本実施形態に係る非接触給電装置を含む非接触給電システムの概略構成図である。 図１に示した筐体の構成を示す一部断面図であって、（ａ）は第１の例を示し、（ｂ）は第２の例を示し、（ｃ）は第３の例を示している。 本実施形態に係る非接触給電装置の筐体の内部構成を示す平面図である。 本実施形態に係る非接触給電装置の筐体の内部構成を示す第２の平面図である。

以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本実施形態に係る非接触給電装置を含む非接触給電システムの概略構成図である。図１に示すように、本実施形態に係る非接触給電システム１は、車両Ｖに搭載される非接触給電装置２００と、地上側に設けられる地上側ユニット１００とを備え、地上側ユニット１００の送電コイル１２から非接触給電装置２００の受電コイル２２に対して非接触で電力を供給し、車両Ｖに設けられる車両バッテリ２８を充電するシステムである。

地上側ユニット１００は、給電スタンドや駐車場などに設置されるものであって、送電コイル１２と受電コイル２２とを上下に対向させた場合において、両コイル１２，２２の磁気的結合により送電コイル１２から受電コイル１２に対して非接触で送電するものである。このような地上側ユニット１００は、上記した送電コイル１２に加えて、電力制御部１１、無線通信部１４、及び制御部１５を備えている。

電力制御部１１は、交流電源３００から送電される交流電力を高周波の交流電力に変換し、送電コイル１２に送電するための回路であり、整流部１１１と、ＰＦＣ（Ｐｏｗｅｒ
Ｆａｃｔｏｒ Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ）回路１１２と、インバータ１１３と、センサ１１４とを備えている。

整流部１１１は、交流電源３００に電気的に接続され、交流電源３００からの出力交流電力を整流する回路である。ＰＦＣ回路１１２は、整流部１１１からの出力波形を整形することで力率を改善するための回路であり、整流部１１１とインバータ１１３との間に接続されている。インバータ１１３は、平滑コンデンサやＩＧＢＴ等のスイッチング素子を有したＰＷＭ制御回路等を含む電力変換回路であって、制御部１５によるスイッチング制御信号に基づいて、直流電力を高周波の交流電力に変換し、送電コイル１２に供給するものである。センサ１１４は、ＰＦＣ回路１１２とインバータ１１３との間に接続され、電流や電圧を検出するものである。

送電コイル１２は、非接触給電装置２００側の受電コイル２２に対して非接触で電力を供給するためのコイルであって、駐車スペースの表面と平行な方向に円形形状に巻かれている。このような送電コイル１２は、車両Ｖが適切な駐車位置に駐車されると、受電コイル２２と距離を保った状態で受電コイル２２の直下に位置するようになっている。

無線通信部１４は、非接触給電装置２００側の無線通信部２４と双方向に通信を行うものである。無線通信部１４と無線通信部２４との間の通信周波数には、インテリジェントキーなどの車両周辺機器への干渉を考慮して、車両周辺機器で使用される周波数より高い周波数が設定されている。無線通信部１４及び無線通信部２４との間の通信には、例えば各種の無線ＬＡＮ方式などの遠距離に適した通信方式が用いられている。

制御部１５は、地上側ユニット１００全体を制御する部分であり、電力制御部１１、及
び無線通信部１４を制御するものである。制御部１５は、無線通信部１４と無線通信部２４との間の通信により、地上側ユニット１００からの電力供給を開始する旨の制御信号を車両Ｖ側に送信したり、地上側ユニット１００から電力を受給したい旨の制御信号を車両Ｖ側から受信したりする。制御部１５は、センサ１１４の検出電流に基づいて、インバータ１１３のスイッチング制御を行い、送電コイル１２から送電される電力を制御する。

非接触給電装置２００は、上記した受電コイル２２に加えて、無線通信部２４と、制御部２５と、整流部２６と、リレー部２７と、車両バッテリ２８と、インバータ２９と、モータ３０と、通知部３２とを備えている。

受電コイル２２は、地上側ユニット１００の送電コイル１２から非接触にて給電を受けるコイルであって、車両Ｖの底面部、特に後方の車輪の間に設けられている。この受電コイル２２は、送電コイル１２と同様に、駐車スペースの表面と平行な方向に円形形状に巻かれている。このような受電コイル２２は、車両Ｖが適切な駐車位置に駐車されると、送電コイル１２と距離を保った状態で送電コイル１２の直上に位置するようになっている。

無線通信部２４は、地上側ユニット１００側に設けられた無線通信部１４と双方向に通信を行うものである。整流部２６は、受電コイル２２に接続され、受電コイル２２からの高周波電力を直流化する整流回路により構成されている。リレー部２７は、制御部２５の制御によりオン及びオフが切り変わるリレースイッチを備え、当該リレースイッチをオフにすることにより、車両バッテリ２８側と、充電回路部側となる受電コイル２２及び整流部２６とを切り離す機能を有している。

車両バッテリ２８は、車両Ｖの電力源となるものであり、複数の二次電池を接続することで構成されている。インバータ２９は、ＩＧＢＴ等のスイッチング素子を有したＰＷＭ制御回路等の制御回路であって、スイッチング制御信号に基づいて、車両バッテリ２８から出力される直流電力を交流電力にし、モータ３０に供給するものである。モータ３０は、例えば三相の交流電動機により構成され、車両Ｖを駆動させるための駆動源となるものである。

制御部２５は、車両バッテリ２８の充電を制御すると共に、無線通信部２４を制御するコントローラである。制御部２５は、無線通信部２４及び無線通信部１４を介して充電を開始する旨の信号を地上側ユニット１００の制御部１５に送信する。また、制御部２５は、図示しない、車両Ｖ全体を制御するコントローラとＣＡＮ通信網で接続されている。当該コントローラは、インバータ２９のスイッチング制御や、車両バッテリ２２の充電状態（ＳＯＣ）を管理する。さらに、制御部２５は、当該コントローラにより、車両バッテリ２２のＳＯＣに基づいて満充電に達した場合に、充電を終了する旨の信号を、地上側ユニット１００の制御部１５に送信する。

通知部３２は、ドライバが視認可能に設けられるナビのディスプレイ、警告ランプ、及びスピーカ等であって、制御部２５からの信号に基づいて、各種情報をドライバに提供するものである。

しかし、このような非接触給電装置２００では、受電コイル２２及び整流器２６がそれぞれ筐体内に収められ、これら筐体同士をワイヤーハーネスで接続する構成となっているため、以下の問題があった。

すなわち、第１に、受電コイル２２と整流器２６との間に配索されるワイヤーハーネスにループ電流が流れてワイヤーハーネスから不要輻射されてしまう。特にこのハーネスが長い場合には、不要輻射が大きくなってしまう。また、第２に、高電圧が高周波で印加さ
れるワイヤーハーネスが車両ボディ付近に引き回されることとなると、ハーネスと車両ボディとの浮遊容量が形成されてしまう。このため、この浮遊容量と、車両ボディ及び地表面の浮遊容量とを介して、電流が漏洩してしまう。

そこで、本実施形態に係る非接触給電装置２００は、受電コイル２２及び整流器２６の双方を同一の筐体Ｃ内に収納することとしている。これにより、両者間のワイヤーハーネスが短くなり、不要輻射を低減することができる。また、両者間のワイヤーハーネスが短くなることから、ワイヤーハーネスと車両ボディとの浮遊容量についても低減できることとなり、漏洩電流についても低減することができる。

図２は、図１に示した筐体Ｃの構成を示す一部断面図であって、（ａ）は第１の例を示し、（ｂ）は第２の例を示し、（ｃ）は第３の例を示している。

図２に示すように、筐体Ｃは、送電コイル側の樹脂体Ｃ１と送電コイル反対側の金属体Ｃ２とにより構成されている。より具体的に図２（ａ）に示す例では、車両Ｖ側の面が開放された箱状の樹脂体Ｃ１と、平板形状の金属体Ｃ２とにより構成されている。

一般に受電コイル２２を収納する筐体Ｃは、送電コイル側が樹脂体Ｃ１により構成されている必要がある。送電コイル側が金属体であると、金属の異物が存在する場合と同様に発熱してしまうからである。また、受電コイル２２を収納する筐体Ｃは、送電コイル反対側が金属体Ｃ２により構成されている。送電コイル反対側が金属体Ｃ２により構成されることで、車両Ｖへの磁力線をシールドすることができるからである。

なお、筐体Ｃは、箱状の樹脂体Ｃ１と平板板形状の金属体Ｃ２とによって構成される場合に限らず、図２（ｂ）に示すように、板状の樹脂体Ｃ１と、送電コイル側の面が開放された箱状の金属体Ｃ２とにより構成されていてもよい。さらに、筐体Ｃは、図２（ｃ）に示すように、車両Ｖ側の面が開放された箱状の樹脂体Ｃ１と、送電コイル側の面が開放された箱状の金属体Ｃ２とにより構成されていてもよい。また、上記にて板状と表現する樹脂体Ｃ１や金属体Ｃ２については、一部に突起部や傾斜部等を備えていてもよい。

本実施形態では図２（ａ）〜（ｃ）に示すような筐体Ｃに、受電コイル２２のみならず、整流器２６も収納するようにしている。

図３は、本実施形態に係る非接触給電装置２００の筐体Ｃの内部構成を示す平面図である。図３に示すように、筐体Ｃ内には、上記した受電コイル２２及び整流器２６に加えて、共振コンデンサ基板Ｃ３と、プリント基板Ｃ４と、出力フィルタインダクタＣ５と、出力フィルタコンデンサＣ６とを備えている。

共振コンデンサ基板Ｃ３は共振コンデンサを搭載する基板である。プリント基板Ｃ４は、出力フィルタインダクタＣ５と、出力フィルタコンデンサＣ６とを搭載する基板である。出力フィルタインダクタＣ５は、いわゆるチョークコイルであって、目的の周波数より低い周波数の電流（電力）を通し、目的の周波数より高い電流を阻止するためのインダクタである。出力フィルタコンデンサＣ６は、目的の周波数よりも高い周波数の電流（電力）を通し、目的の周波数より低い電流を阻止する特性を持ち、これによりバッテリーに目的の周波数より低周波の電流を通し、高周波の電流を阻止するためのコンデンサである。

また、図３に示すように、整流器２６はダイオードによって構成されている。このような整流器２６は、図３からも明らかなように、金属体Ｃ２上に実装されている。このため、整流器２６で発生する熱を効率良く放出することができ、放熱効果を高めることができる。

加えて、金属体Ｃ２は筐体内側に凸となる凸部Ｃ７を有し、整流器２６は凸部Ｃ７に絶縁を確保した状態で実装されている。このため、放熱部位の剛性が高まることとなり、車両走行時において放熱部が撓み難くなり、撓みより整流器２６が凸部から剥がれてしまう可能性を低減することができる。

また、この凸部Ｃ７はその周縁部に傾斜面Ｃ８を有している。このため、凸部の周縁部が垂直である場合よりも熱の拡散経路を広くすることとなり、放熱効果の向上を図ることができる。

図４は、本実施形態に係る非接触給電装置２００の筐体Ｃの内部構成を示す第２の平面図である。筐体Ｃの内部構成については、図４に示すように、配置されていることが望ましい。

図４に示すように、第２の例において凸部Ｃ７は筐体Ｃの中央部に形成されている。そして、整流器２６は、筐体Ｃの中央部に形成される凸部Ｃ７上に絶縁を確保した状態で実装されている。これにより、凸部Ｃ７が筐体Ｃの端部に形成される場合よりも、冷却面積が広くなり放熱効果の向上を図ることができるようになっている。なお、ここでいう中央部とは、図３に示すような端部を除く概念である。

また、図４に示すように、出力フィルタインダクタＣ５についても発熱することから、第２の例では、出力フィルタインダクタＣ５についても絶縁を確保した状態で金属体Ｃ上に実装されている。これにより、出力フィルタインダクタＣ５についても効率良く放熱することができる。

次に、図３及び図４を参照して、本実施形態に係る非接触給電装置２００の作用について説明する。

まず、車両Ｖが適正な位置に駐車されて、非接触給電が開始したものとする。このとき、受電コイル２２にて受電された高周波電力は筐体Ｃ内のワイヤーハーネスを通じて整流器２６に至る。しかし、このワイヤーハーネスは、筐体Ｃ内にて配索されるものであるから、その長さは短いものとなっている。これにより、不要輻射が低減されることとなるまた、ワイヤーハーネスが短いことから、ワイヤーハーネスと車両ボディとの浮遊容量についても低減されることとなる。故に、漏洩電流についても低減されることとなる。

さらに、整流器２６は発熱することとなる。この整流器２６の熱は、金属体Ｃ２を通じて放出されることとなる。すなわち、本実施形態において金属体Ｃ２は、車両Ｖへの磁力線をシールドするシールド部材の機能に加えて、冷却器として機能することとなる。

また、整流器２６は、凸部Ｃ７上に実装されている。ここで、筐体Ｃは、車両走行時において振動を受けることとなる。このため、整流器２６を金属体Ｃ２に実装すると、整流器２６が振動によって金属体Ｃ２から剥がれてしまう可能性がある。しかし、凸部Ｃ７上に実装されることにより、車両走行時において放熱部（凸部Ｃ７）が撓み難くなり、撓みより整流器が凸部Ｃ７から剥がれてしまう可能性が低減されることとなる。

さらに、凸部Ｃ７は、その周縁部が傾斜面Ｃ８となっている。このため、周縁部が垂直である場合と比較して、熱の拡散経路が広くとられることとなり、より効率良く放熱が行われることとなる。

また、図４に示す例のように、凸部Ｃ７が筐体Ｃの中央部に設けられる場合には、熱を満遍なく周囲方向に拡散できることとなり、一層効率良く放熱が行われることとなる。

このようにして、本実施形態に係る非接触給電装置２００によれば、筐体Ｃは、受電コイル２２に加えて整流器２６を収納するため、両者間のワイヤーハーネスが短くなり、不要輻射を低減することができる。また、両者間のワイヤーハーネスが短くなることから、ワイヤーハーネスと車両ボディとの浮遊容量についても低減できることとなり、漏洩電流についても低減することができる。従って、不要輻射及び漏洩電流の低減を図ることができる。

また、整流器２６は金属体Ｃ２上に実装されているため、整流器２６で発生する熱を効率良く放出することができ、放熱効果を高めることができる。

また、金属体Ｃ２は内側に凸となる凸部Ｃ７を有し、整流器２６は凸部Ｃ７に実装されているため、放熱部位の剛性が高まることとなり、車両走行時において放熱部が撓み難くなり、撓みより整流器２６が凸部から剥がれてしまう可能性を低減することができる。

また、凸部Ｃ７は筐体Ｃの中央部に形成されているため、冷却面積が広くなり放熱効果の向上を図ることができる。

また、凸部Ｃ７はその周縁部が傾斜面Ｃ８となっているため、凸部Ｃ７の周縁部が垂直である場合よりも熱の拡散経路を広くすることとなり、放熱効果の向上を図ることができる。

以上、実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものでは無く、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、変更を加えてもよい。

例えば本実施形態では、１つの筐体Ｃを図示しているが、これに限らず、例えば受電コイル２２を収納する筐体と整流器２６を収納する筐体と接触させるようにしてもよい。この場合、受電コイル２２を収納する筐体と整流器２６を収納する筐体との双方により１つの筐体Ｃのように作用することとなり、本実施形態と同様の効果を得ることができるからである。また、１つの筐体内に受電コイル２２を収納する部屋と、整流器２６を収納する部屋とを設けるようにしてもよい。

１…非接触給電システム
１００…地上ユニット
１１…電力制御部
１１１…整流部
１１２…ＰＦＣ回路
１１３…インバータ
１１４…センサ
１２…送電コイル
１４…無線通信部
１５…制御部
２００…非接触給電装置
２２…受電コイル
２４…無線通信部
２５…制御部
２６…整流部
２７…リレー部
２８…車両バッテリ
２９…インバータ
３０…モータ
３２…通知部
３００…交流電源
Ｃ…筐体
Ｃ１…樹脂体
Ｃ２…金属体
Ｃ３…共振コンデンサ基板
Ｃ４…プリント基板
Ｃ５…出力フィルタインダクタ
Ｃ６…出力フィルタコンデンサ
Ｃ７…凸部
Ｃ８…傾斜面
Ｖ…車両

Claims (5)

1. 受電コイルを有し、送電コイルと磁気的結合により送電コイルから非接触で受電する非接触給電装置であって、
   前記受電コイルを収納する筐体と、
   前記受電コイルからの高周波電力を直流化する整流器と、を備え、
   前記筐体は、前記受電コイルに加えて前記整流器を収納する
   ことを特徴とする非接触給電装置。
2. 前記筐体は、前記送電コイル側の樹脂体と前記送電コイル反対側の金属体とにより構成され、
   前記整流器は、前記金属体上に実装されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の非接触給電装置。
3. 前記金属体は、前記筐体の内側に凸となる凸部を有し、
   前記整流器は、前記凸部上に実装されている
   ことを特徴とする請求項２に記載の非接触給電装置。
4. 前記凸部は、前記筐体の中央部に形成されている
   ことを特徴とする請求項３に記載の非接触給電装置。
5. 前記凸部は、その周縁部が傾斜面となっている
   ことを特徴とする請求項３又は請求項４のいずれかに記載の非接触給電装置。

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