JP2014239175A - Non-contact power transmission device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、電気自動車等の移動体に搭載された移動体側コイルとインフラ側コイルとの間で電力を伝送する非接触電力伝送装置に関する。 The present invention relates to a non-contact power transmission device that transmits power between a moving body side coil and an infrastructure side coil mounted on a moving body such as an electric vehicle.
電気自動車等の移動体に電力を供給したり、逆に移動体側から電力の供給を受けたりする装置としては、インフラ側と移動体側を、接触式のコネクタを介して接続する方式が一般的である。
しかし、コネクタの挿抜は面倒であることから、電力を電磁誘導の原理を用いて非接触で伝送する方式が開発されている。
As a device for supplying electric power to a moving body such as an electric vehicle or conversely receiving electric power from the moving body side, a method of connecting the infrastructure side and the moving body side via a contact-type connector is generally used. is there.
However, since the insertion and removal of the connector is troublesome, a system for transmitting electric power in a non-contact manner using the principle of electromagnetic induction has been developed.
この装置として、地上に置かれたインフラ側のリング状コイルに交流電流を流し、これにより発生した磁束を移動体の下面に装着された移動体側のリング状コイルによって電磁誘導の原理で電流に復元し、非接触により移動体側で電力を得るものが知られている(例えば、特許文献1参照)。
この方式によれば、接触式のコネクタのように挿抜の手間が不要で、かつ浸水時にも漏電による感電の危険が小さいという利点がある。
なお、非接触とは、接点を介して導通する電流による電力伝送を行わないという意味で用いられる技術用語であり、導通に関わらないカバーその他が物理的に接触しないという意味ではない。
As this device, alternating current is passed through the ring coil on the infrastructure side placed on the ground, and the magnetic flux generated by this is restored to the current by the principle of electromagnetic induction by the ring coil on the mobile body side mounted on the lower surface of the mobile body. In addition, a device that obtains electric power on the moving body side in a non-contact manner is known (see, for example, Patent Document 1).
According to this method, there is an advantage that there is no need to insert and remove like a contact type connector, and there is a small risk of electric shock due to electric leakage even during flooding.
Note that non-contact is a technical term used to mean that power is not transmitted by a current that is conducted through a contact, and does not mean that a cover or the like that is not involved in conduction is not in physical contact.
しかしながら、上記特許文献1に記載された非接触電力伝送装置を用いた場合、この装置は移動体である自動車の底部に取付けられるが、そもそも自動車の底部は障害物との衝突を避けるために地面に対して低く設定できないために、インフラ側のコイルと自動車側のコイルとの間のギャップはあまり小さくできない。
このため、両コイル間の結合係数を大きくできない。
電磁誘導による電力伝送の効率は、結合係数が高いほど高くできるため、結合係数の低さは効率悪化の要因になるという問題点があった。
また、結合係数が低いということは、漏洩磁束が大きいということなので、EMC(電磁両立性)や、漏洩する磁界、電界に対する人体防護の観点からも好ましくないという問題点もあった。
However, when the non-contact power transmission device described in Patent Document 1 is used, this device is attached to the bottom of a vehicle that is a moving body. In the first place, the bottom of the vehicle is grounded to avoid a collision with an obstacle. Therefore, the gap between the infrastructure coil and the automobile coil cannot be made very small.
For this reason, the coupling coefficient between both coils cannot be increased.
Since the efficiency of power transmission by electromagnetic induction can be increased as the coupling coefficient is higher, there is a problem that the lower coupling coefficient causes the efficiency to deteriorate.
In addition, since the low coupling coefficient means that the leakage magnetic flux is large, there is also a problem that it is not preferable from the viewpoint of EMC (electromagnetic compatibility), leakage magnetic field, and human body protection against an electric field.
この発明は、かかる問題点を解決することを課題とするものであって、インフラ側コイルと移動体側コイルとの間の結合係数が高く、効率、EMC、人体防護の観点からも好ましい非接触電力伝送装置を提供することを目的とする。 The present invention has an object to solve such problems, and has a high coupling coefficient between the infrastructure side coil and the moving body side coil, which is preferable from the viewpoint of efficiency, EMC, and human body protection. An object is to provide a transmission apparatus.
この発明に係る非接触電力伝送装置は、棒状のコア、及びこのコアに導線が巻回された巻線を有するインフラ側コイルと、移動体に設けられているとともに前記インフラ側コイルと接近して対向し、棒状のコア、及びこのコアに導線が巻回された巻線を有する移動体側コイルと、を備え、電磁誘導の相互誘電作用に基づき、前記インフラ側コイルと前記移動体側コイルとの間で電力を伝送する非接触電力伝送装置であって、
前記インフラ側コイルと前記移動体側コイルとの間に前記インフラ側コイルと前記移動体側コイルとを磁気的に接続する一対の接続コアが設けられている。
A non-contact power transmission device according to the present invention is provided with an infrastructure side coil having a rod-shaped core and a winding around which a conducting wire is wound, and is provided in a moving body and approaches the infrastructure side coil. A movable body side coil having a rod-shaped core and a winding around which a conductive wire is wound, and based on a mutual dielectric action of electromagnetic induction, between the infrastructure side coil and the movable body side coil. A non-contact power transmission device that transmits power at
A pair of connection cores that magnetically connect the infrastructure side coil and the mobile body side coil are provided between the infrastructure side coil and the mobile body side coil.
この発明に係る非接触電力伝送装置によれば、インフラ側コイルと移動体側コイルとの間にインフラ側コイルと移動体側コイルとを磁気的に接続する一対の接続コアが設けられているので、閉じたループ回路の磁気回路が可能となり、漏洩磁束の発生を抑制し、結合係数が高く、効率、EMC、人体防護の観点からも好ましい非接触電力伝送装置を得ることができる。 According to the non-contact power transmission device according to the present invention, since the pair of connection cores that magnetically connect the infrastructure side coil and the mobile body side coil are provided between the infrastructure side coil and the mobile body side coil, In addition, a magnetic circuit of a loop circuit is possible, a generation of leakage magnetic flux is suppressed, a coupling coefficient is high, and a contactless power transmission device that is preferable from the viewpoint of efficiency, EMC, and human body protection can be obtained.
以下、この発明の非接触電力伝送装置の実施の形態について図に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the non-contact power transmission apparatus of the present invention will be described with reference to the drawings.
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1に係る非接触電力伝送装置の正面断面図、図2は移動体側コイル30の下面断面図である。
この非接触電力伝送装置は、給電エリアに設けられたインフラ側コイル10と、移動体である自動車の底部に取付けられているとともにインフラ側コイル10と接近して対向した移動体側コイル30と、インフラ側コイル10と移動体側コイル30との間に設けられインフラ側コイル10と移動体側コイル30とを磁気的に接続する一対の接続コア20と、を備えている。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a front sectional view of a non-contact power transmission apparatus according to Embodiment 1 of the present invention, and FIG. 2 is a bottom sectional view of a moving
This non-contact power transmission device includes an infrastructure-
上記移動体側コイル30は、自動車(図示せず)の底部に取付けられた矩形状のベース35と、このベース35上にインフラ側コイル10側に突出したリング状の突起部36と、この突起部36に取付けられた棒状のコア31と、このコア31に導線が巻回された巻線32と、を備えている。
コア31は、両端部に自動車の移動方向に沿って延びた拡張コア33を有している。
突起部36のうち、拡張コア33から自動車の進行方向(図2の矢印方向)側の部位は、対向した辺部が外方向に膨大した三角形状のガイド部34である。
The moving body-
The
A portion of the
上記インフラ側コイル10は、給電エリアの地面に固定されたケース13と、このケース13内に支持部材(図示せず)を介して支持された棒状のコア11と、このコア11に導線が巻回された巻線12と、を備えている。
The
上記接続コア20は、隣接した同士が互いに屈曲自在の第1のコア要素である球状コア要素22及び第2のコア要素である凹状コア要素21からなるコア部23と、各コア部23を交互に連なるように重ねられた接続コア本体26を覆った弾性チューブ24と、を備えている。
球状コア要素22は、全体形状が球であり、その大円に沿って全周に凸部25が形成されている。凹状コア要素21は、両側で球状コア要素22の半球面と摺動自在に面接触している。
The connecting
The
上記移動体側コイル30の巻線32には、巻線32の電磁特性を計測できる電磁特性測定装置(図示せず)が接続されている。
An electromagnetic characteristic measuring device (not shown) that can measure the electromagnetic characteristics of the
次に、上記構成の非接触電力伝送装置の動作について説明する。
先ず、自動車を給電エリアに定置されたインフラ側コイル10上に、移動体側コイル30を接近させるように移動させる。
このとき、自動車の下面に装着された移動体側コイル30のガイド部34がインフラ側コイル10から導出した接続コア20の先端部を押し拡げ、左右一対の接続コア20の先端部がそれぞれ移動体側コイル30の左右の拡張コア33に接触するように導く。
Next, the operation of the non-contact power transmission apparatus having the above configuration will be described.
First, the vehicle is moved so that the moving
At this time, the
この後、電磁特性特定装置を用いて接続コア20が拡張コア33に正しく接触しているかどうか、またインフラ側コイル10と移動体側コイル30との間で異常があるかどうかを検知する。
そして、正しく接触し、また異常が無いことが確認した後、インフラ側コイル10に交流を励磁電流として通電することにより、電流に比例した磁界が巻線12の周囲に生じ、インフラ側コイル10に形成された磁束が、接続コア20を介して移動体側コイル30の巻線32を鎖交し、その結果移動体側コイル30に起電力が生成される。
移動体側コイル30は車載バッテリ(図示せず)に接続されており、移動体側コイル30で生成された電力は車載バッテリに充電される。
Thereafter, it is detected whether the connecting
Then, after confirming that the contact is correct and that there is no abnormality, a magnetic field proportional to the current is generated around the winding 12 by energizing the
The moving
以上説明したように、この実施の形態による非接触電力伝送装置によれば、インフラ側コイル10と移動体側コイル30との間にインフラ側コイル10と移動体側コイル30とを磁気的に接続する一対の接続コア20が設けられているので、インフラ側コイル10のコア11と移動体側コイル30のコア31とが、接続コア20を介して磁気的に大きなギャップの無い、磁気抵抗の小さい閉ループの磁気回路が形成される。隣接したコア部23間、接続コア20と拡張コア33との接触部では多少のギャップが生じることは避けられないが、背景技術の欄で説明した装置のコイル間の大きなギャップに比べれば、これらの小さなギャップによる磁気抵抗の増加は無視できる程度に小さい。
従って、インフラ側コイル10と移動体側コイル30との間の結合係数が高く、効率、EMCが向上し、また漏洩する磁界、電界に対する人体に対する影響を抑制することができる。
As described above, according to the contactless power transmission device according to this embodiment, a pair of magnetically connecting the
Therefore, the coupling coefficient between the
また、接続コア20は、可撓性であるので、インフラ側コイル10に対する移動体側コイル30の左右方向(自動車の進行方向に対する左右方向)の多少の位置ずれが生じても閉ループの磁気回路が確保される。
Further, since the connecting
また、移動体側コイル30のコア31は、両端部に自動車の移動方向に延びた拡張コア33を有しているので、インフラ側コイル10に対する移動体側コイル30の前後方向(自動車の進行方向)の多少の位置ずれが生じても閉ループの磁気回路が確保される。
Moreover, since the
また、移動体側コイル30は、拡張コア33に接続コア20の端部を導くガイド部34を有しているので、接続コア20の端部は、拡張コア33に確実に導かれる。
Moreover, since the moving
また、接続コア20は、球状コア要素22と、この球状コア要素22の半球面と面接触した凹状コア要素21とを有しているので、インフラ側コイル10に対する移動体側コイル30の左右方向の多少の位置ずれに対して簡単な構成で追随して閉ループの磁気回路が確保される。
Further, since the connecting
また、フェライトなどの、安価で性能の良い磁性体を製造するためには、上下2面割りの成形型を用いる。従って、成型時に多少の型ずれやパーティングラインの発生が避けられない。
これに対して、この球状コア要素22は、その大円に沿って凸部25が形成されているので、球状コア要素22が回転してもパーティングラインが凹状コア要素21の摺動面に入り込むようなことはなく、型ずれやパーティングラインによって、球状コア要素22と凹状コア要素21との間の摺動面に浮きが発生して磁気抵抗が増加するといった不都合の発生を防止することができる。
In addition, in order to produce an inexpensive and high-performance magnetic material such as ferrite, an upper and lower split mold is used. Therefore, some mold shift and parting line are unavoidable during molding.
On the other hand, since this
また、隣接したコア部23同士が接続されて構成された接続コア本体26は、全面が弾性チューブ24で覆われているので、接続コア本体26が保護され、接続コア20の長寿命化を図ることができる。
In addition, since the connecting core body 26 configured by connecting
また、移動体側コイル30は、巻線32と接続され巻線32の電磁特性を計測する電磁特性測定装置を備えているので、接続コア20が正しく拡張コア33に接触していれば、移動体側コイル30のインダクタンスが大きくなり、インダクタンスを監視することにより、正しく接続されたかどうかを検知することができる。
In addition, since the moving
また、電磁特性測定装置は、巻線32に複数の周波数の電流を流して巻線32の電磁特性を測定することで、インフラ側コイル10と移動体側コイル30との間に小動物、缶等の異物の存在、接触等の異常を検知することができる。
In addition, the electromagnetic characteristic measuring apparatus measures the electromagnetic characteristics of the winding 32 by flowing currents of a plurality of frequencies through the winding 32, so that a small animal, a can, or the like is interposed between the
なお、上記実施の形態では、移動体側コイル30に、拡張コア33及びガイド部34を設けたが、拡張コア33及びガイド部34をインフラ側コイル10に設けてもよい。
また、自動車によって前進、または後進させて移動体側コイル30をインフラ側コイル10に対向させることになるが、この場合、その自動車の前進、後進に応じて移動体側コイル30を180°回転させて自動車に搭載することで対応することができる。
また、移動体側コイル30の巻線32に交流電流を流せば、それによって発生する磁束によってインフラ側コイル10の巻線12に誘導電流が流れるため、移動体側コイル30からインフラ側コイル10に電力を伝送することもできる。
また、電磁特性測定装置は、移動体側コイル30とともにインフラ側コイル10にも備えてもよいし、インフラ側コイル10のみに備えてもよい。
また、移動体として自動車について説明したが、自動車に限定されず、例えば電車等であってもよい。
In the above embodiment, the
Further, the moving
Further, if an alternating current is passed through the winding 32 of the moving
Further, the electromagnetic characteristic measuring device may be provided in the
Moreover, although the automobile has been described as the moving body, it is not limited to the automobile, and may be, for example, a train.
また、接続コア20は、下端部の1箇所のみにコア部23を設けたものであっても、コア部23の変形が大きくなり、弾性チューブ24の負担が大きくなって寿命が問題となるものの適用できる。
また、コア部23の接触面は球面形としたが、屈曲時にも磁性体相互の接触面積が大きく取れる構造であればよく、円筒面形や樽面形としてもよい。
また、接続コアには、ゴム状の樹脂と磁性粉とを混合して成形した複合磁性材料を用いてもよく、性能や耐久性はやや落ちるが、同様に変形可能な接続コアを安価に得ることができる。
Further, even if the connecting
Further, although the contact surface of the
In addition, a composite magnetic material formed by mixing rubber-like resin and magnetic powder may be used for the connection core, and although the performance and durability are slightly reduced, a similarly deformable connection core is obtained at a low cost. be able to.
10 インフラ側コイル、11 コア、12 巻線、13 ケース、20 接続コア、21 凹状コア要素、22 球状コア要素、23 コア部、24 弾性チューブ、25 凸部、26 接続コア本体、30 移動体側コイル、31 コア、32 巻線、33 拡張コア、34 ガイド部、35 ベース、36 突起部。
DESCRIPTION OF
この発明に係る非接触電力伝送装置は、棒状のコア、及びこのコアに導線が巻回された巻線を有するインフラ側コイルと、移動体に設けられているとともに前記インフラ側コイルと接近して対向し、棒状のコア、及びこのコアに導線が巻回された巻線を有する移動体側コイルと、を備え、電磁誘導の相互誘電作用に基づき、前記インフラ側コイルと前記移動体側コイルとの間で電力を伝送する非接触電力伝送装置であって、
前記インフラ側コイルと前記移動体側コイルとの間に前記インフラ側コイルと前記移動体側コイルとを磁気的に接続する一対の接続コアが設けられており、
前記接続コアは、可撓性であり、
前記移動体側コイルの前記コアまたは前記インフラ側コイルの前記コアは、両端部に前記移動体の移動方向に延びた拡張コアを有している。
A non-contact power transmission device according to the present invention is provided with an infrastructure side coil having a rod-shaped core and a winding around which a conducting wire is wound, and is provided in a moving body and approaches the infrastructure side coil. A movable body side coil having a rod-shaped core and a winding around which a conductive wire is wound, and based on a mutual dielectric action of electromagnetic induction, between the infrastructure side coil and the movable body side coil. A non-contact power transmission device that transmits power at
A pair of connecting cores that magnetically connect the infrastructure side coil and the mobile body side coil are provided between the infrastructure side coil and the mobile body side coil ,
The connecting core is flexible;
The core of the movable body side coil or the core of the infrastructure side coil has extended cores extending in the moving direction of the movable body at both ends .
以上説明したように、この実施の形態による非接触電力伝送装置によれば、インフラ側コイル10と移動体側コイル30との間にインフラ側コイル10と移動体側コイル30とを磁気的に接続する一対の接続コア20が設けられているので、インフラ側コイル10のコア11と移動体側コイル30のコア31とが、接続コア20を介して磁気的に大きなギャップの無い、磁気抵抗の小さい閉ループの磁気回路が形成される。隣接したコア部23間、接続コア20と拡張コア33との接触部では多少のギャップが生じることは避けられないが、背景技術の欄で説明した装置のコイル間の大きなギャップに比べれば、これらの小さなギャップによる磁気抵抗の増加は無視できる程度に小さい。
従って、インフラ側コイル10と移動体側コイル30との間の結合係数が高く、効率、EMCが向上し、また漏洩する磁界、電界に対する人体の影響を抑制することができる。
As described above, according to the contactless power transmission device according to this embodiment, a pair of magnetically connecting the
Therefore, it is possible coupling coefficient between the
Claims (10)
前記インフラ側コイルと前記移動体側コイルとの間に前記インフラ側コイルと前記移動体側コイルとを磁気的に接続する一対の接続コアが設けられている非接触電力伝送装置。 A rod-shaped core, and an infrastructure-side coil having a winding around which a conducting wire is wound, and a movable body and close to and opposed to the infrastructure-side coil, the rod-shaped core and the core A non-contact power transmission device for transmitting power between the infrastructure-side coil and the mobile-side coil based on a mutual dielectric action of electromagnetic induction. There,
A non-contact power transmission device in which a pair of connection cores that magnetically connect the infrastructure side coil and the moving body side coil are provided between the infrastructure side coil and the moving body side coil.
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