JP2017063612A - 非接触送電装置、および、非接触給電システム - Google Patents
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Abstract
【課題】設置作業を容易にし、高周波電流が流れることによるノイズを抑制することができる非接触送電装置を提供する。
【解決手段】車両に備えられた受電装置Bに非接触で電力を伝送する非接触送電装置Aにおいて、送電コイル2と、送電コイル2に高周波電力を供給する電源回路1とを1つの筐体4に収納するようにした。非接触送電装置Aの設置作業は筐体4を設置するだけなので、電源回路1と送電コイル2とを別々に設置し、両者を電源ケーブルで接続する場合と比べて、設置作業が容易になる。また、送電コイル2と電源回路1とが筐体4内部の配線で接続されるので、別々に設置された送電コイル2と電源回路1とを電源ケーブルで接続した場合と比べて、高周波電流が流れることによるノイズを抑制することができる。
【選択図】図1
【解決手段】車両に備えられた受電装置Bに非接触で電力を伝送する非接触送電装置Aにおいて、送電コイル2と、送電コイル2に高周波電力を供給する電源回路1とを1つの筐体4に収納するようにした。非接触送電装置Aの設置作業は筐体4を設置するだけなので、電源回路1と送電コイル2とを別々に設置し、両者を電源ケーブルで接続する場合と比べて、設置作業が容易になる。また、送電コイル2と電源回路1とが筐体4内部の配線で接続されるので、別々に設置された送電コイル2と電源回路1とを電源ケーブルで接続した場合と比べて、高周波電流が流れることによるノイズを抑制することができる。
【選択図】図1
Description
本発明は、電気自動車などに非接触で電力の伝送を行う非接触送電装置、および、非接触送電装置を備えた非接触給電システムに関する。
負荷と電源とを直接接続することなく、電源が出力する電力を非接触で負荷に伝送する非接触給電システムが開発されている。当該技術は、例えば、電気自動車などへの給電に応用されている。
電気自動車への給電の場合、車体に備えられた受電装置と、例えば駐車場などに備えられた送電装置との間で、電力の伝送が行われる。受電装置は車体底面に配置された受電コイルを備えており、送電装置は駐車場などの床面に配置された送電コイルを備えている。受電コイルと送電コイルとが磁気結合することで、非接触で電力の伝送が行われる。送電装置は、送電コイルに高周波電力を供給する電源装置を備えている。電源装置は、例えば駐車場の壁面などに配置されており、電力系統から供給される電力を高周波電力に変換して、電源ケーブルを介して送電コイルに出力する(例えば、特許文献1など参照)。
しかしながら、電源装置と送電コイルとを接続する電源ケーブルには高周波電流が流れるので、電源ケーブルの周囲には電磁波によるノイズが発生する。また、電源装置を壁面に設置し、送電コイルを床面に設置し、両者を電源ケーブルで接続するので、送電装置の設置作業が煩雑であった。
本発明は上記した事情のもとで考え出されたものであって、設置作業を容易にし、高周波電流が流れることによるノイズを抑制することができる非接触送電装置を提供することを目的としている。
上記課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。
本発明の第1の側面によって提供される非接触送電装置は、車両に備えられた受電装置に非接触で電力を伝送する非接触送電装置であって、送電コイルと、前記送電コイルに高周波電力を供給する電源回路と、箱形の容器であり、前記送電コイルおよび前記電源回路を内部に収納する筐体とを備えており、前記送電コイルは、中央に空間が設けられたコイルであり、前記筐体を平面視したときの中央に配置され、前記電源回路を構成する各回路は、前記送電コイルの中央の空間に配置されていることを特徴とする。
本発明の第2の側面によって提供される非接触送電装置は、車両に備えられた受電装置に非接触で電力を伝送する非接触送電装置であって、送電コイルと、前記送電コイルに高周波電力を供給する電源回路と、箱形の容器であり、前記送電コイルおよび前記電源回路を内部に収納する筐体とを備えており、前記送電コイルは、前記筐体を平面視したときの中央に配置され、前記電源回路を構成する各回路は、前記筐体を平面視したときの四隅に配置されていることを特徴とする。
本発明の第3の側面によって提供される非接触送電装置は、車両に備えられた受電装置に非接触で電力を伝送する非接触送電装置であって、送電コイルと、前記送電コイルに高周波電力を供給する電源回路と、箱形の容器であり、前記送電コイルおよび前記電源回路を内部に収納する筐体とを備えており、前記送電コイルは、中央に空間が設けられたコイルであり、前記筐体を平面視したときの中央に配置され、前記電源回路を構成する各回路は、前記送電コイルの中央の空間、および、前記筐体を平面視したときの四隅に配置されている。
本発明の好ましい実施の形態においては、前記筐体の形状は、平面視において略正方形である。
本発明の好ましい実施の形態においては、前記筐体は、前記送電コイルが配置される第1収納部と、前記電源回路が配置される第2収納部とを備え、前記第2収納部は、前記第1収納部の、前記車両の移動方向に配置されている。
本発明の好ましい実施の形態においては、前記第1収納部は床面に埋設されており、前記第2収納部は上面が床面から露出して、当該上面に開閉可能な蓋が設けられている。
本発明の好ましい実施の形態においては、前記第2収納部の、前記車両の移動方向および鉛直方向に略直交する方向の寸法は、前記車両の左右のタイヤ間隔より長い。
本発明の好ましい実施の形態においては、前記筐体は、上面に、前記車両のタイヤを保持するためのタイヤ保持部を備えている。
本発明の好ましい実施の形態においては、前記送電コイルは、前記筐体を上方から見たときの中央に配置され、前記電源回路を構成する各回路は、前記筐体を上方から見たときの四隅または前記送電コイルの中央に配置されている。
本発明の第4の側面によって提供される非接触給電システムは、本発明の第1の側面によって提供される非接触送電装置と、前記受電装置とを備えていることを特徴とする。
本発明によると、送電コイルに高周波電力を供給する電源回路と、送電コイルとを1つの筐体に収納した。設置作業は当該筐体を設置するだけなので、電源回路と送電コイルとを別々に設置し、両者を電源ケーブルで接続する場合と比べて、設置作業が容易になる。また、送電コイルと電源回路とが筐体内部の配線で接続されるので、別々に設置された送電コイルと電源回路とを電源ケーブルで接続した場合と比べて、高周波電流が流れることによるノイズを抑制することができる
本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して具体的に説明する。
図1および図2は、第1実施形態に係る非接触送電装置を説明するための図である。図1(a)は、第1実施形態に係る非接触給電システムの全体構成を説明するための図である。図1(b)は、第1実施形態に係る非接触送電装置の機能構成を示す図である。図2(a)は、非接触送電装置の外観を示す斜視図である。図2(b)は、非接触送電装置の筐体内部を簡略化して示した斜視図であり、筐体のうち下面以外を省略したものである。
図1(a)に示すように、非接触給電システムCは、電気自動車などの車体に備えられた受電装置Bと、駐車場などの床面に埋設された非接触送電装置Aとを備えている。受電装置Bは、非接触送電装置Aから送電される高周波電力を受電し、図示しない蓄電池に供給する。受電装置Bは車体底面に配置された受電コイルを備えており、当該受電コイルは非接触送電装置Aが備えている送電コイル2(後述)と磁気結合する。非接触送電装置Aは、受電装置Bに高周波電力を送電する。非接触送電装置Aは送電コイル2を備えており、当該送電コイル2は受電装置Bが備えている受電コイルと磁気結合する。
送電コイル2および受電コイルは、渦巻状に巻回された平面コイルであり、それぞれコイル面が床面に対して略平行になるように配置されている。給電を行う場合は、図1(a)に示すように、受電装置Bが非接触送電装置Aの真上にきて、上方から見て受電コイルが送電コイル2に重なり合うように、電気自動車を配置する。送電コイル2に高周波電流が流れることで磁束が変化し、この磁束に鎖交する受電コイルに高周波電流が流れる。これにより、非接触送電装置Aから受電装置Bに、非接触で電力を供給することができる。
図1(b)に示すように、非接触送電装置Aは、電源回路1、送電コイル2、および、共振コンデンサ3を備えている。
電源回路1は、電力系統Dから供給される三相交流電力を、高周波電力に変換して、送電コイル2に出力する。なお、単相交流電力を高周波電力に変換するようにしてもよい。電源回路1は、フィルタ回路11、整流回路12、インバータ回路13、および、制御回路14を備えている。
フィルタ回路11は、例えばローパスフィルタを備えており、電力系統Dより入力される三相交流電力から、ノイズや高調波を除去する。整流回路12は、入力される三相交流電力を直流電力に変換する。整流回路12は、例えば、6個の半導体整流素子をブリッジ接続した全波整流回路と、全波整流後の電圧レベルを平滑化する平滑回路とを備えている。
インバータ回路13は、制御回路14から入力されるPWM信号に基づいて、整流回路12から入力される直流電力を、所定周波数の高周波電力に変換する。インバータ回路13は、例えば、4個のスイッチング素子をブリッジ接続した、周知の電圧制御型インバータ回路で構成される。スイッチング素子としては、例えば、バイポーラトランジスタ、電界効果トランジスタ、サイリスタ、IGBT、MOSFET等の半導体スイッチング素子が用いられる。4個のスイッチング素子は、制御回路14から入力されるPWM信号によって、各スイッチング素子のオン状態とオフ状態とを切り替えることで、整流回路12から入力される直流電力を交流電力に変換する。なお、スイッチング素子にはそれぞれ、ダイオードが逆並列で接続されており、スイッチング素子の切り替えによって発生する逆起電力による逆方向の電圧が印加されないようにしている。
制御回路14は、インバータ回路13を制御するものである。制御回路14は、検出されたインバータ回路13の出力電流や出力電圧、出力電力が目標値になるようにフィードバック制御を行う。なお、制御回路14は、PWM制御を行うようにしてもよいし、フェーズシフト制御を行うようにしてもよい。なお、電源回路1の各部の構成は上記したものに限定されない。
送電コイル2は、電源回路1より供給される高周波電力を、受電装置Bに送電するものである。送電コイル2は、渦巻状に巻回された平面コイルであり、非接触送電装置Aが設置された時にコイル面が床面に対して略平行になるように、配置されている。
共振コンデンサ3は、送電コイル2に直列接続されて、直列共振回路を構成するためのものである。
図2に示すように、非接触送電装置Aを構成する各部品は、筐体4に収納されている。筐体4は、第1収納部42および第2収納部43を備えている。図2(b)に示すように、送電コイル2は、コイル面が筐体4の上面と略平行になるようにして、第1収納部42に収納されている。
また、電源回路1を構成するフィルタ回路11、整流回路12、インバータ回路13および制御回路14と、共振コンデンサ3とは、プリント基板5に搭載されて、第2収納部43に収納されている。図2(b)においては記載を省略しているが、プリント基板5には、搭載された各回路、送電コイル2に接続するための接続線、および、電力系統Dからの電力入力線をそれぞれ接続するための配線がされている。なお、図2(b)においては、フィルタ回路11、整流回路12、制御回路14および共振コンデンサ3が、それぞれ1つのモジュールとして、インバータ回路13が2つのスイッチング素子モジュールとして、プリント基板5に搭載されているが、これは簡略化して記載したものであり、実際のプリント基板5への搭載の仕方は、限定されない。
図2(a)に示すように、第2収納部43の上面は第1収納部42の上面より高くなっており、第2収納部43の上面には蓋41が設けられている。非接触送電装置Aは、図1(a)に示すように、駐車場の床面に埋設されて、第2収納部43の上面のみが露出するように設置される。蓋41を開けることにより、第2収納部43に収納されている各部品の修理や交換、メンテナンスを行うことができる。送電コイル2は故障しにくく、メンテナンスはほとんど必要ないので、本実施形態では、送電コイル2が収納される第1収納部42は床面に完全に埋設されている。なお、第1収納部42の上面も床面から露出するようにして、蓋を設けるようにしてもよい。この場合、第2収納部43の上面を第1収納部42の上面より高くする必要はない。
非接触送電装置Aは床面に埋設されるように設置され、このとき、電力系統Dからの電力入力線も床面に埋設される。したがって、床面には第2収納部43の上面のみが露出した状態になり、非接触送電装置Aの存在が気にならない。また、電力入力線に足を引っかけてしまう危険性がない。また、図1(a)に示すように、非接触送電装置Aは、第1収納部42と第2収納部43とが電気自動車の移動方向に並ぶように、設置される。本実施形態では、第1収納部42が、第2収納部43の、電気自動車の前進する方向側(図1(a)においては左側)になるように設置されている。なお、第1収納部42が、第2収納部43の、電気自動車の後退する方向側(図1(a)においては右側)になるように設置してもよい。これにより、床面に埋設された非接触送電装置Aの、電気自動車の移動方向および鉛直方向に略直交する方向(図1(a)においては紙面の表裏方向)の寸法(以下では「幅」とする)を小さくすることができ、非接触送電装置Aが電気自動車のタイヤに踏まれることを抑制することができる。
本実施形態によると、送電コイル2に高周波電力を供給する電源回路1と送電コイル2とが1つの筐体4に収納されて、一体として設置される。設置作業は当該筐体4を設置するだけなので、電源回路1と送電コイル2とを別々に設置し、両者を電源ケーブルで接続する場合と比べて、設置作業が容易になる。また、送電コイル2と電源回路1とが筐体4内部の配線で接続されるので、別々に設置された送電コイル2と電源回路1とを電源ケーブルで接続した場合と比べて、高周波電流が流れることによるノイズを抑制することができる。さらに、電源回路1と送電コイル2とを別々に設置して両者を接続する場合に必要となる電源ケーブルを省略することができるので、コストを低減することができる。
なお、本実施形態においては、非接触送電装置Aが床面に埋設され、第2収納部43の上面のみが露出するように設置される場合について説明したが、これに限られない。例えば、図3(a)に示すように、非接触送電装置Aが床面上に設置されるようにしてもよい。また、各部品のメンテナンスが必要ないのであれば、図3(b)に示すように、非接触送電装置A全体が床面に埋設されてしまっていてもよい。なお、これらの場合、第2収納部43の上面を第1収納部42の上面より高くしなくてもよい。
本実施形態においては、送電コイル2および受電コイルが床面に対して略平行となるように設けられている場合について説明したが、これに限られない。例えば、図4(a)に示すように、受電装置Bが車体の後部に配置され、非接触送電装置Aが車庫の壁面に配置され、送電コイル2および受電コイルが床面に対して略垂直になるようにしてもよい。また、図4(b)に示すように、受電装置Bが車体の側面に配置され、非接触送電装置Aが車庫の壁面に配置され、送電コイル2および受電コイルが床面に対して略垂直になるようにしてもよい。要するに、送電コイル2と受電コイルとが略平行で向かい合う位置に配置できるように、それぞれ、車体と車庫(駐車場)に配置されていればよい。
本実施形態においては、共振コンデンサ3を送電コイル2に直列接続した場合について説明したが、これに限られず、共振コンデンサ3を送電コイル2に並列接続するようにしてもよい。また、本実施形態においては、電磁誘導方式で送電を行う場合について説明したが、これに限られず、磁界共鳴方式で送電を行うようにしてもよい。
次に、非接触送電装置を非接触給電のための位置決めにも利用する場合について、第2実施形態として以下に説明する。
図5は、第2実施形態に係る非接触送電装置を説明するための図である。図5(a)は、非接触送電装置を側方から見た図であり、図1(a)に対応する図である。図5(b)は、非接触送電装置を上方から見た図である。電気自動車は破線で示している。図5において、第1実施形態に係る非接触送電装置A(図1(a)および図2(a)参照)と同一
または類似の要素には、同一の符号を付している。
または類似の要素には、同一の符号を付している。
図5に示す非接触送電装置A’は、筐体4の形状が第1実施形態に係る非接触送電装置Aと異なる。具体的には、非接触送電装置A’の第2収納部43は、高さ(鉛直方向の寸法)が高くなっており、幅W2が、電気自動車の左右のタイヤ間隔W1より長くなっている。これにより、筐体4の第2収納部43は、電気自動車の移動を停止させる、いわゆる車止めとしての機能を果たす。電気自動車は、後輪が第2収納部43に当接することで、それ以上移動(図5においては後退)することができない。したがって、電気自動車の後輪と受電装置B(より具体的には受電コイル)との移動方向での距離Lに応じて、送電コイル2の配置場所を決めておけば、電気自動車が後輪を第2収納部43に当接させて駐車したときに、受電コイルが送電コイル2に向かい合う位置に配置されるようにすることができる。
第2実施形態によると、非接触送電装置A’を非接触給電のための位置決めに利用することができる。また、本実施形態においても、第1実施形態と同様の効果を奏することができる。
なお、第2実施形態においては、電気自動車を後退させて駐車する場合について説明したが、これに限られない。前進させて駐車する場合は、前輪と受電装置Bとの移動方向での距離に応じて、送電コイル2の配置場所を決めておけばよい。
第2実施形態に係る非接触送電装置A’の場合、後輪が第2収納部43に当接した後、電気自動車が前進して、後輪が第2収納部43から離れてしまった場合、受電コイルが送電コイル2に向かい合う位置から前方にずれた位置に配置されることになる。この場合、給電にロスが生じたり、時間がかかったりする場合がある。図6に示すように、非接触送電装置A’の筐体4の上面に、電気自動車のタイヤを保持するための凹部であるタイヤ保持部44を設ければ、後輪が第2収納部43に当接した後、離れてしまうことを抑制することができる。これにより、非接触給電のための位置決めを、より正確にすることができる。
次に、非接触送電装置の大きさを、より小さくするための工夫について、第3実施形態として以下に説明する。
図7は、第3実施形態に係る非接触送電装置を説明するための図である。図7は、非接触送電装置の筐体内部を簡略化して示した図であり、図2(b)に対応する図を上方から見たものである。図7においても、筐体のうち下面以外を省略している。図7において、第1実施形態に係る非接触送電装置A(図2(b)参照)と同一または類似の要素には、
同一の符号を付している。
同一の符号を付している。
図7に示す非接触送電装置A”は、上方から見た筐体4の形状が略正方形であり、筐体4の中央に送電コイル2が配置され、その他の回路がそれぞれ四隅に配置されている点で、第1実施形態に係る非接触送電装置Aと異なる。なお、送電コイル2以外の各回路の配置の仕方は限定されない。
第3実施形態によると、送電コイル2以外の各回路を、送電コイル2と筐体4との隙間のスペースに配置することで、上方から見た非接触送電装置A”の大きさを、第1実施形態に係る非接触送電装置Aより、小さくすることができる。また、本実施形態においても、第1実施形態と同様の効果を奏することができる。
なお、第3実施形態においては、送電コイル2以外の各回路を筐体4の四隅に配置した場合について説明したが、これに限られない。例えば、送電コイル2が中央に空間があるドーナツ型の平面コイルの場合、当該中央の空間にも各回路を配置するようにしてもよい。
本発明に係る非接触送電装置および非接触給電システムは、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係る非接触送電装置および非接触給電システムの各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。
A,A’,A” 非接触送電装置
1 電源回路
11 フィルタ回路
12 整流回路
13 インバータ回路
14 制御回路
2 送電コイル
3 共振コンデンサ
4 筐体
41 蓋
42 第1収納部
43 第2収納部
44 タイヤ保持部
5 プリント基板
B 受電装置 C 非接触給電システム
D 電力系統
1 電源回路
11 フィルタ回路
12 整流回路
13 インバータ回路
14 制御回路
2 送電コイル
3 共振コンデンサ
4 筐体
41 蓋
42 第1収納部
43 第2収納部
44 タイヤ保持部
5 プリント基板
B 受電装置 C 非接触給電システム
D 電力系統
Claims (5)
- 車両に備えられた受電装置に非接触で電力を伝送する非接触送電装置であって、
送電コイルと、
前記送電コイルに高周波電力を供給する電源回路と、
箱形の容器であり、前記送電コイルおよび前記電源回路を内部に収納する筐体と、
を備えており、
前記送電コイルは、中央に空間が設けられたコイルであり、前記筐体を平面視したときの中央に配置され、
前記電源回路を構成する各回路は、前記送電コイルの中央の空間に配置されている、
ことを特徴とする非接触送電装置。 - 車両に備えられた受電装置に非接触で電力を伝送する非接触送電装置であって、
送電コイルと、
前記送電コイルに高周波電力を供給する電源回路と、
箱形の容器であり、前記送電コイルおよび前記電源回路を内部に収納する筐体と、
を備えており、
前記送電コイルは、前記筐体を平面視したときの中央に配置され、
前記電源回路を構成する各回路は、前記筐体を平面視したときの四隅に配置されている、
ことを特徴とする非接触送電装置。 - 車両に備えられた受電装置に非接触で電力を伝送する非接触送電装置であって、
送電コイルと、
前記送電コイルに高周波電力を供給する電源回路と、
箱形の容器であり、前記送電コイルおよび前記電源回路を内部に収納する筐体と、
を備えており、
前記送電コイルは、中央に空間が設けられたコイルであり、前記筐体を平面視したときの中央に配置され、
前記電源回路を構成する各回路は、前記送電コイルの中央の空間、および、前記筐体を平面視したときの四隅に配置されている、
ことを特徴とする非接触送電装置。 - 前記筐体の形状は、平面視において略正方形である、
請求項1ないし3のいずれかに記載の非接触送電装置。 - 請求項1ないし4のいずれかに記載の非接触送電装置と、
前記受電装置と、
を備えていることを特徴とする非接触給電システム。
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