JP2024064821A - 電力伝送装置 - Google Patents

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俊哉 橋本
Toshiya Hashimoto
眞 橋本
Makoto Hashimoto
和良 大林
Kazuyoshi Obayashi
正樹 金▲崎▼
Masaki Kanezaki
恵亮 谷
Keisuke Tani
宜久 山口
Yoshihisa Yamaguchi
優一 竹村
Yuichi Takemura
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Abstract

Figure 2024064821000001
【課題】漏洩磁界による損失を効果的に低減する。
【解決手段】他の電力伝送装置との間で非接触にて電力を伝送するのに用いられる電力伝送装置は、非接触で電力を送電又は受電する環状のコイル２２、４４と、電力伝送方向Ｄにおいてコイルに対して他の電力伝送装置側とは反対側に配置された環状のシールド部材５１と、を有する。シールド部材は、電力伝送方向に見たときに、コイルに少なくとも部分的に重なると共に、電力の伝送方向に見たときに、シールド部材の内周がコイルの内周からコイルとシールド部材との間の間隙の４倍の長さだけ内側の位置よりも外側に位置するように構成される。
【選択図】図３

Description

本開示は、電力伝送装置に関する。
従来から、走行中の車両に電力を送電する地上給電装置が知られている（例えば、特許文献１）。特に、特許文献１に記載の地上給電装置は、送電コイルと、送電コイルの電磁界をシールドするシールド部材とを有し、送電コイルは、道路の表面側から見たときにシールド部材の内側に配置される。加えて、特許文献１には、シールド部材の内側に、副シールド部材を設けることも開示されている。
特開２０２０－１５０７５４号公報
特許文献１に記載された地上給電装置などの電力伝送装置では、漏洩磁界による損失を効果的に低減するために、シールド部材の構造や配置に改善の余地がある。
上記課題に鑑みて、本開示の目的は、漏洩磁界による損失を効果的に低減することができるシールド部材を有する電力伝送装置を提供することにある。
本開示の要旨は以下のとおりである。
（１）他の電力伝送装置との間で非接触にて電力を伝送するのに用いられる電力伝送装置であって、
非接触で電力を送電又は受電する環状のコイルと、
電力の伝送方向において前記コイルに対して前記他の電力伝送装置側とは反対側に配置された環状のシールド部材と、を有し、
前記シールド部材は、前記電力の伝送方向に見たときに、前記コイルに少なくとも部分的に重なると共に、前記電力の伝送方向に見たときに、前記シールド部材の内周が前記コイルの内周から前記コイルと前記シールド部材との間の間隙の４倍の長さだけ内側の位置よりも外側に位置するように構成される、電力伝送装置。
（２）前記シールド部材は、前記電力の伝送方向に見たときに、前記シールド部材の外周が前記コイルの外周から前記間隙の４倍の長さだけ外側の位置よりも内側に位置するように構成される、上記（１）に記載の電力伝送装置。
（３）前記シールド部材は、電力の伝送方向に見たときに、前記シールド部材の外周が前記コイルの外周から前記間隙の２倍の長さだけ外側の位置よりも外側に位置し且つ／又は前記シールド部材の内周が前記コイルの内周から前記間隙の２倍の長さだけ内側の位置よりも内側に位置するように構成される、上記（１）又は（２）に記載の電力伝送装置。
（４）他の電力伝送装置との間で非接触にて電力を伝送するのに用いられる電力伝送装置であって、
非接触で電力を送電又は受電する環状のコイルと、
電力の伝送方向において前記コイルに対して前記他の電力伝送装置側とは反対側に配置されたシールド部材と、
前記コイルと前記シールド部材との間に設けられた環状の磁性部材と、を有し、
前記シールド部材は、前記電力の伝送方向に見たときに、前記コイルに少なくとも部分的に重なると共に、前記電力の伝送方向に見たときに、前記シールド部材の内周が前記コイルの内周及び前記磁性部材の内周のうち内側に位置する方から前記コイルと前記シールド部材との間の間隙の４倍の長さだけ内側の位置よりも外側に位置するように構成される、電力伝送装置。
（５）前記シールド部材は、前記電力の伝送方向に見たときに、前記シールド部材の外周が前記コイルの外周及び前記磁性部材の外周のうち外側に位置する方から前記間隙の４倍の長さだけ外側の位置よりも内側に位置するように構成される、上記（４）に記載の電力伝送装置。
（６）前記シールド部材は、前記電力の伝送方向に見たときに、前記シールド部材の外周が前記コイルの外周及び前記磁性部材の外周のうち外側に位置する方から前記間隙の２倍の長さだけ外側の位置よりも外側に位置し且つ／又は前記シールド部材の内周が前記コイルの内周及び前記磁性部材の内周のうち内側に位置する方から前記間隙の２倍の長さだけ内側の位置よりも内側に位置するように構成される、上記（４）又は（５）に記載の電力伝送装置。
（７）前記コイルは、その全体が道路面と平行な平面上に延びるように配置され、
前記シールド部材は、その全体が道路面と平行な平面上に延びるように構成される、上記（１）～（６）のいずれか１つに記載の電力伝送装置。
（８）前記シールド部材は、少なくとも一部が前記電力の伝送方向の成分を有するような方向に延びるように構成される、上記（１）～（６）のいずれか１つに記載の電力伝送装置。
（９）前記シールド部材の外周は、前記電力の伝送方向に延びる、上記（８）に記載の電力伝送装置。
（１０）当該電力伝送装置は、車両に非接触で電力を伝送するのに用いられる地上給電装置であり、前記コイルは鉄筋が埋め込まれた道路に配置される、上記（１）～（９）のいずれか１項に記載の電力伝送装置。
（１１）前記金属埋設物は、前記コイルからの距離が４００ｍｍ以下になるように、又は前記コイルからの距離が非接触で電力を受電する車両の受電コイルと前記コイルとの間の距離の２倍以下になるように配置される特徴とする、上記（１０）に記載の電力伝送装置。
（１２）前記電力伝送装置は、前記コイルに電力を供給するインバータ回路を備える、上記（１）～（１１）のいずれか１項に記載の電力伝送装置。
本開示によれば、漏洩磁界による損失を効果的に低減することができるシールド部材を有する電力伝送装置が提供される。
図１は、地上給電装置を含む非接触給電システムの構成を概略的に示す図である。 図２は、送電コイルが埋め込まれている道路の地中の断面を概略的に示す図である。 図３は、送電コイル及びシールド部材の構成を概略的に示す図である。 図４は、シールド部材の送電コイルからの片側のはみ出し量と、鉄筋において生じる損失との関係を示す図である。 図５は、送電コイル及びシールド部材の構成を概略的に示す図である。 図６は、第二実施形態に係る送電コイル、コア及びシールド部材の構成を概略的に示す、図３と同様な図である。 図７は、シールド部材５１のコア５２からの片側のはみ出し量と、鉄筋において生じる損失との関係を示している。 図８は、第三実施形態に係る送電コイル及びシールド部材の構成を概略的に示す、図３と同様な図である。 図９は、シールド部材の第２部分の第１部分からの超過長さと、鉄筋において生じる損失との関係を示している。
以下、図面を参照して実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同様な構成要素には同一の参照番号を付す。
第一実施形態
＜非接触給電システムの概要＞
図１は、第一実施形態に係る地上給電装置１を含む非接触給電システム１００の構成を概略的に示す図である。非接触給電システム１００は、道路Ｒに設けられる地上給電装置１と、地上給電装置１から電力を受電可能な車両５とを有する。非接触給電システム１００では、地上給電装置１から車両５へ磁界共振結合（磁界共鳴）による非接触電力伝送が行われる。地上給電装置１は、車両５との間で非接触にて電力を伝送するのに用いられる電力伝送装置として機能する。また、車両５は、地上給電装置１との間で非接触にて電力を伝送するのに用いられる電力伝送装置として機能する。本実施形態では、車両５が停車しているときのみならず、車両５の走行中にも非接触電力伝送が行われる。
地上給電装置１は、非接触で車両５に送電するように構成された送電ユニット３２を有し、車両５は、非接触で電力を受電するように構成された受電ユニット１４を有する。地上給電装置１の送電ユニット３２に電力が供給されると送電ユニット３２の送電コイル４４により磁界が生成される。車両５の受電ユニット１４の受電コイル２２が送電コイル４４上に位置すると、送電コイル４４によって発生した磁界により受電コイル２２に電流が流れ、よって受電ユニット１４により電力が受電される。
＜車両の構成＞
次に、図１を参照して、車両５の構成について説明する。図１に示されるように、車両５は、モータ１１、バッテリ１２、パワーコントロールユニット（ＰＣＵ）１３、受電ユニット１４、及び電子制御ユニット（ＥＣＵ）１５を有する。車両５は、モータ１１が車両５を駆動する電動車両（ＢＥＶ）、又はモータ１１に加えて内燃機関が車両５を駆動するハイブリッド車両（ＨＥＶ）である。
モータ１１は、例えば交流同期モータであり、電動機及び発電機として機能する。モータ１１は、電動機として機能するときには、バッテリ１２に蓄えられた電力を動力源として駆動される。モータ１１の出力は減速機及び車軸を介して車輪に伝達される。
バッテリ１２は、充電可能な二次電池であり、例えば、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池等から構成される。バッテリ１２は車両５の走行に必要な電力（例えばモータ１１の駆動電力）を蓄える。受電ユニット１４が受電した電力がバッテリ１２に供給されると、バッテリ１２が充電される。バッテリ１２が充電されると、バッテリ１２の充電率（ＳＯＣ：State Of Charge）が回復する。なお、バッテリ１２は、車両５に設けられた充電ポートを介して地上給電装置１以外の外部電源によっても充電可能であってもよい。
ＰＣＵ１３はモータ１１及びバッテリ１２に電気的に接続される。ＰＣＵ１３は、インバータ、昇圧コンバータ及びＤＣ／ＤＣコンバータを有する。インバータは、バッテリ１２から供給された直流電力を交流電力に変換し、交流電力をモータ１１に供給する。昇圧コンバータは、バッテリ１２に蓄えられた電力がモータ１１に供給されるときに、必要に応じてバッテリ１２の電圧を昇圧する。ＤＣ／ＤＣコンバータは、バッテリ１２に蓄えられた電力がヘッドライト等の電子機器に供給されるときに、バッテリ１２の電圧を降圧する。
受電ユニット１４は、送電ユニット３２から受電し、受電した電力をバッテリ１２に供給する。受電ユニット１４は、受電側共振回路２１、受電側整流回路２４及び充電回路２５を有する。
受電側共振回路２１は、路面との距離が小さくなるように車両５の底部に配置される。受電側共振回路２１は、受電コイル２２及び受電側共振コンデンサ２３を有する。本実施形態では、受電コイル２２が、路面に対する距離が規定の距離になるように配置される。受電コイル２２は、周りに磁界が生じると、受電コイル２２に電流が流れるように構成される。受電コイル２２と受電側共振コンデンサ２３とは共振器を構成する。受電コイル２２及び受電側共振コンデンサ２３の各種パラメータ（受電コイル２２の外径及び内径、受電コイル２２の巻数、受電側共振コンデンサ２３の静電容量、等）は、受電側共振回路２１の共振周波数が送電側共振回路４３の共振周波数と一致するように定められる。なお、受電側共振回路２１の共振周波数と送電側共振回路４３の共振周波数とのずれ量が小さければ、例えば受電側共振回路２１の共振周波数が送電側共振回路４３の共振周波数の±１０％の範囲内であれば、受電側共振回路２１の共振周波数は送電側共振回路４３の共振周波数と必ずしも一致している必要はない。
受電側整流回路２４は受電側共振回路２１及び充電回路２５に電気的に接続される。受電側整流回路２４は、受電側共振回路２１から供給される交流電力を整流して直流電力に変換し、直流電力を充電回路２５に供給する。受電側整流回路２４は例えばＡＣ／ＤＣコンバータである。
充電回路２５は受電側整流回路２４及びバッテリ１２に電気的に接続される。充電回路２５は、受電側整流回路２４から供給された直流電力をバッテリ１２の電圧レベルに変換してバッテリ１２に供給する。送電ユニット３２から送電された電力が受電ユニット１４によってバッテリ１２に供給されると、バッテリ１２が充電される。充電回路２５は例えばＤＣ／ＤＣコンバータである。
ＥＣＵ１５は車両５の各種制御を行う。例えば、ＥＣＵ１５は、受電ユニット１４の充電回路２５に電気的に接続され、送電ユニット３２から送電された電力によるバッテリ１２の充電を制御すべく充電回路２５を制御する。また、ＥＣＵ１５は、ＰＣＵ１３に電気的に接続され、バッテリ１２とモータ１１との間の電力の授受を制御すべくＰＣＵ１３を制御する。
＜地上給電装置の構成＞
次に、図１を参照して、地上給電装置１の構成について概略的に説明する。図１に示されるように、地上給電装置１は、電源３１と、送電ユニット３２と、コントローラ３３と、を有する。
電源３１は、送電ユニット３２に電力を供給する。電源３１は、例えば、単層交流電力を供給する商用交流電源である。なお、電源３１は、三相交流電力を供給する他の交流電源であってもよいし、燃料電池のような直流電源であってもよい。
送電ユニット３２は、電源３１から供給された電力を非接触で車両５へ送電する。送電ユニット３２は、送電側整流回路４１、インバータ回路４２及び送電側共振回路４３を有する。送電ユニット３２の送電側共振回路４３、特に送電側共振回路４３の送電コイル４４は、図１に示されるように、車両５が走行する道路Ｒ内（地中）に、例えば車両５が走行する車線の中央に、一列に埋め込まれる。なお、送電ユニット３２の送電側整流回路４１及びインバータ回路４２は、地中に埋め込まれてもよいし、地上に配置されてもよい。
送電側整流回路４１は、電源３１及びインバータ回路４２に電気的に接続される。送電側整流回路４１は、電源３１から供給される交流電力を整流して直流電力に変換し、直流電力をインバータ回路４２に供給する。送電側整流回路４１は例えばＡＣ／ＤＣコンバータである。本実施形態では、一つの送電ユニット３２に一つの送電側整流回路４１が設けられる。なお、電源３１が直流電源である場合には、送電側整流回路４１は省略されてもよい。
インバータ回路４２は送電側整流回路４１及び送電側共振回路４３に電気的に接続される。インバータ回路４２は、送電側整流回路４１から供給された直流電力を、電源３１の交流電力よりも高い周波数の交流電力（高周波交流電力）に変換し、高周波交流電力を送電側共振回路４３に供給する。本実施形態では、送電ユニット３２は、送電側共振回路４３の数に対応する数のインバータ回路４２を有する。各インバータ回路４２は、それぞれ対応する一つの互いに異なる送電側共振回路４３に接続される。
送電側共振回路４３は、送電コイル４４と送電側共振コンデンサ４５とを有する。送電コイル４４は、環状に形成されると共に、電流が流れると、非接触で電力を伝送すべく磁界を発生させる。送電コイル４４と送電側共振コンデンサ４５とは共振器を構成する。送電コイル４４及び送電側共振コンデンサ４５の各種パラメータ（送電コイル４４の外形及び内径、送電コイル４４の巻数、送電側共振コンデンサ４５の静電容量、等）は、送電ユニット３２の共振周波数が所定の設定値になるように定められる。所定の設定値は、例えば１０ｋＨｚ～１００ＧＨｚであり、好ましくは、非接触電力伝送用の周波数帯域としてＳＡＥ ＴＩＲ Ｊ２９５４規格によって定められた８５ｋＨｚである。
コントローラ３３は、例えば汎用コンピュータであり、地上給電装置１の各種制御を行う。特に、コントローラ３３は、送電ユニット３２のインバータ回路４２に電気的に接続され、送電ユニット３２による送電を制御すべくインバータ回路４２を制御する。具体的には、例えば、コントローラ３３は、任意のセンサ（図示せず）からの出力に基づいて車両５が上に位置している送電コイル４４を特定すると共に、特定された送電コイル４４に電力を供給するようにインバータ回路４２を制御する。コントローラ３３は、各種処理を実行するプロセッサと、プロセッサに各種処理を実行させるためのプログラム及びプロセッサが各種処理を実行するときに使用される各種データ等を記憶するメモリと、を有する。
このように構成された非接触給電システム１００では、図１に示されるように車両５の受電コイル２２が地上給電装置１の送電コイル４４と対向しているときに、送電側共振回路４３に交流電力が供給されて送電コイル４４によって交番磁界が生成される。このように交番磁界が生成されると、交番磁界の振動が、受電コイル２２に伝達される。この結果、電磁誘導によって受電コイル２２に誘導電流が流れ、誘導電流によって受電側共振回路２１に誘導起電力が発生する。すなわち、送電側共振回路４３を含む送電ユニット３２から受電側共振回路２１を含む受電ユニット１４へ電力が伝送される。
＜送電コイル周りの構成＞
次に、図２及び図３を参照して、道路Ｒに埋め込まれた送電コイル４４周りの構成について説明する。図２は、送電コイル４４が埋め込まれている道路Ｒの地中の断面を概略的に示す図である。
図２に示されるように、道路Ｒは、複数の層状に形成されており、表面から、表層Ｒ１、中間層Ｒ２、基層Ｒ３、路盤Ｒ４の順に配置される。表層Ｒ１は、道路表面に露出した層であり、表層Ｒ１上を走行する車両５が安全に走行することができるように適当なすべり抵抗を有する材料、例えば、例えば、高機能アスファルト等のアスファルト混合物で形成される。中間層Ｒ２は、表層Ｒ１の直下に設けられた送電コイル４４が埋め込まれている層であり、例えば、アスマチックアスファルト等のアスファルト混合物で形成される。基層Ｒ３は、中間層Ｒ２と路盤Ｒ４との間に配置されて交通荷重を分散する層であり、例えば、鉄筋コンクリートで構成される。したがって、基層Ｒ３には、鉄筋Ｓが道路Ｒの路面と平行な平面内に埋め込まれる。特に、本実施形態では、鉄筋Ｓは、基層Ｒ３内に格子状に埋め込まれるが、道路Ｒの路面と平行な平面内に埋め込まれれば、どのような態様で埋め込まれてもよい。路盤Ｒ４は、基層Ｒ３と路床（図示せず）との間に配置され、例えば、セメント安定化処理混合物で構成される。また、本実施形態では、送電コイル４４が埋め込まれた中間層Ｒ２は鉄筋Ｓが埋め込まれた基層Ｒ３よりも路面側に位置するため、送電コイル４４は、路面と鉄筋Ｓとの間に設けられている。換言すると、送電コイル４４は、鉄筋Ｓよりも路面側に配置される。
具体的には、本実施形態では、表層Ｒ１の厚さは、例えば、２０ｍｍ～６０ｍｍ、３０ｍｍ～５０ｍｍ、又は約４０ｍｍである。また、中間層Ｒ２の厚さは、例えば、２０ｍｍ～６０ｍｍ、３０ｍｍ～５０ｍｍ、又は約４０ｍｍである。加えて、基層Ｒ３の厚さは、例えば、１１０ｍｍ～３１０ｍｍ、１６０ｍｍ～２６０ｍｍ、又は約２１０ｍｍである。さらに路盤Ｒ４の厚さは、１００ｍｍ～３００ｍｍ、１５０ｍｍ～２５０ｍｍ、又は約２００ｍｍである。
また、本実施形態では、鉄筋Ｓは、例えば、基層Ｒ３の上面（基層Ｒ３と中間層Ｒ２との境界面）から３０ｍｍ～１１０ｍｍ、５０ｍｍ～９０ｍｍ、又は約７０ｍｍ下方に配置される。換言すると、鉄筋Ｓは、基層Ｒ３の上面から、基層Ｒ３の厚さの１／２～１／４、又は約１／３下方に配置される。加えて、鉄筋Ｓは、車両５の走行方句に平行な方向（縦方向）と車両５の走行方向に垂直な方向（横方向）とに延びるように配置される。車両５の走行方句に平行な方向に延びる鉄筋Ｓは、車両５の走行方向に対して垂直な方向において７５ｍｍ～３００ｍｍ間隔で、１００ｍｍ～２００ｍｍ間隔で又は約１５０ｍｍ間隔で配置される。一方、車両５の走行方句に対して垂直な方向に延びる鉄筋Ｓは、車両５の走行方向に平行な方向において１５０ｍｍ～４５０ｍｍ間隔で、２００ｍｍ～４００ｍｍ間隔で、又は約３００ｍｍ間隔で配置される。
ところで、送電コイル４４の下方に鉄筋が設けられると、送電コイル４４によって交番磁界が発生したときに、磁束が鉄筋を貫くことによって鉄筋内に渦電流が発生し、転勤による磁気損失が大きくなる。そこで、本実施形態では、図２に示されるように、送電コイル４４と鉄筋Ｓとの間に環状のシールド部材５１が設けられる。
図３は、送電コイル４４及びシールド部材５１の構成を概略的に示す図である。図３は、一つの送電コイル４４と、この送電コイル４４に対応する一つのシールド部材５１とを示している。図３（Ａ）は、送電コイル４４及びシールド部材５１の平面図であり、図３（Ｂ）は、送電コイル４４及びシールド部材５１の断面側面図である。
図３に示されるように、送電コイル４４は、角が丸まった四角形の環状に形成される。また、図２に示されるように、送電コイル４４は、その全体が道路Ｒの路面と平行な平面上で延びるように配置される。図１に示されるように、送電コイル４４上に車両５の受電コイル２２が位置するときに送電コイル４４から受電コイル２２への電力の伝送が行われる。したがって、本実施形態では、送電コイル４４から受電コイル２２への電力の伝送方向Ｄ（以下、単に「電力伝送方向Ｄ」という）は、道路Ｒの路面と垂直な方向である。なお、送電コイル４４は必ずしも角が丸まった四角形の環状に形成されていなくてもよく、例えば円形の環状に形成されても良い。送電コイル４４は必ずしも道路Ｒの路面と平行な平面上で延びなくてもよく、例えば路面に対して傾斜した平面上で延びてもよい。
シールド部材５１は、送電コイル４４からの漏洩磁界をシールドするのに用いられる。シールド部材５１は、非接触電力伝送用の周波数帯域における比透磁率が１よりも小さい材料で形成されている。具体的には、シールド部材５１は、アルミニウム、ニッケル、銅等の導電性を有する非磁性体で形成されている。
図３に示されるようにシールド部材５１は、平板状に形成される（図３（Ｂ）参照）と共に、角が丸まった四角形の環状に形成される（図３（Ａ）参照）。また、シールド部材５１の環状部分の幅Ｗｓ（道路Ｒの路面と水平な平面上であってシールド部材５１の環状部分の周方向に対して垂直な方向における長さ）は、送電コイル４４の環状部分の幅Ｗｃ（道路Ｒの路面と水平な平面上であって送電コイル４４の環状部分の周方向に対して垂直な方向における長さ）よりも大きい。なお、シールド部材５１は送電コイル４４と同様な形状を有していれば必ずしも角が丸まった四角形の環状に形成されていなくてもよく、例えば角が丸まっていない四角形の環状、四角形以外の多角形の環状、円形の環状に形成されても良い。
また、図３に示されるように、シールド部材５１は、その全体が、送電コイル４４が設けられた平面と平行な平面上に配置される。したがって、シールド部材５１は、その全体が道路Ｒの路面と平行な平面上で延びるように配置される。なお、シールド部材５１は、必ずしも送電コイル４４が設けられた平面と平行な平面状に配置されていなくてもよく、例えば送電コイル４４が設けられた平面に対して傾斜した平面上で延びてもよい。
さらに、シールド部材５１は、電力伝送方向Ｄにおいて、送電コイル４４に対して路面側とは反対側に配置される。よって、送電コイル４４上に車両５が位置している場合には、シールド部材５１は、電力伝送方向Ｄにおいて、送電コイル４４に対して車両５側とは反対側に配置される。
また、シールド部材５１は、図３に示されるように、電力伝送方向Ｄに見たときに、送電コイル４４と重なるように配置される。特に、本実施形態では、シールド部材５１は、電力伝送方向Ｄに見たときに、送電コイル４４全体と重なるように配置される。
さらに、本実施形態では、シールド部材５１は、電力伝送方向Ｄに見たときに、送電コイル４４の内周から内側にはみ出すように延びる。特に、本実施形態では、電力伝送方向Ｄにおける送電コイル４４とシールド部材５１との間隙の大きさをＧとしたときに、シールド部材５１は、電力伝送方向Ｄに見たときに、シールド部材５１の内周が送電コイル４４の内周から間隙Ｇの４倍の長さだけ内側の位置よりも外側に位置するように構成される。加えて、シールド部材５１は、電力伝送方向Ｄに見たときに、シールド部材５１の内周が送電コイル４４の内周から間隙Ｇの２倍の長さだけ内側の位置よりも内側に位置するように構成される。すなわち、シールド部材５１の内周と送電コイル４４の内周との間の距離（送電コイル４４の内周からのシールド部材５１のはみ出し量）Ｌｉｎは、間隙Ｇの２倍から４倍の長さとされる（２Ｇ≦Ｌｉｎ≦４Ｇ）。
また、本実施形態では、シールド部材５１は、電力伝送方向Ｄに見たときに、送電コイル４４の外周から外側にはみ出すように延びる。特に、本実施形態では、シールド部材５１は、電力伝送方向Ｄに見たときに、シールド部材５１の外周が、送電コイル４４の外周から間隙Ｇの４倍の長さだけ外側の位置よりも内側に位置するように構成される。加えて、シールド部材５１は、電力伝送方向Ｄに見たときに、シールド部材５１の外周が、送電コイル４４の外周から間隙Ｇの２倍の長さだけ外側の位置よりも外側に位置するように構成される。すなわち、シールド部材５１の外周と送電コイル４４の外周との間の距離（送電コイル４４の外周からのシールド部材５１のはみ出し量）Ｌｏｕｔは、間隙Ｇの２倍から４倍の長さとされる（２Ｇ≦Ｌｏｕｔ≦４Ｇ）。
図４は、シールド部材５１の送電コイル４４からの片側のはみ出し量Ｌと、鉄筋において生じる損失との関係を示す図である。特に、図４は、表層Ｒ１、中間層Ｒ２、基層Ｒ３及び路盤Ｒ４の厚さをそれぞれ４０ｍｍ、４０ｍｍ、２１０ｍｍ及び２００ｍｍとし、鉄筋Ｓを基層Ｒ３の上面から７０ｍｍに横方向に１５０ｍｍ間隔で縦方向に３００ｍｍ間隔で配置した場合を示している。また、図４は、シールド部材５１と送電コイル４４との間隙が、それぞれ６ｍｍの場合と１２ｍｍの場合とを示している。
図４に示されるように、間隙が６ｍｍの場合、鉄筋において生じる損失は、はみ出し量が１２．５ｍｍで十分に小さくなると共に、２５ｍｍを超えるとほとんど変化しなくなる。同様に、間隙が１２ｍｍの場合、鉄筋において生じる損失は、はみ出し量が２５ｍｍで十分に小さくなると共に、５０ｍｍを超えるとほとんど変化しなくなる。したがって、本実施形態のように、はみ出し量Ｌが間隙Ｇの２倍から４倍の長さになるようにシールド部材５１を構成することにより、シールド部材５１として用いる材料を最小限に抑えつつ、鉄筋において生じる損失を十分に低減することができる。
＜変形例＞
上記実施形態では、シールド部材５１は、電力伝送方向Ｄに見たときに、送電コイル４４の内周から内側に及び送電コイル４４の外周から外側にはみ出すように形成されている。しかしながら、図５（Ａ）に示されるように、シールド部材５１は、電力伝送方向Ｄに見たときに、送電コイル４４からはみ出さずに、その全体が送電コイル４４の全体と互いに重なるように形成されてもよい。図４に示されるように、鉄筋において生じる損失は、はみ出し量Ｌがゼロであっても比較的小さいため、シールド部材５１の全体が送電コイル４４の全体と互いに重なる場合でも、損失を比較的小さく抑えることができる。なお、シールド部材５１は、電力伝送方向Ｄに見たときに、シールド部材５１の外周及び内周のうち一方のみが送電コイル４４の外周又は内周と面一となるように形成されてもよい。
或いは、シールド部材５１は、図５（Ｂ）に示されるように、電力伝送方向Ｄに見たときに、その内周が送電コイル４４の内周から外側に引っ込み、その外周が送電コイル４４の外周から内側に引っ込むように形成されてもよい。なお、シールド部材５１は、電力伝送方向Ｄに見たときに、シールド部材５１の外周及び内周のうち一方のみが送電コイル４４の外周又は内周から引っ込むように形成されてもよい。いずれにせよ、シールド部材５１は、電力伝送方向Ｄに見たときに少なくとも部分的に送電コイル４４と重なるように形成される。図５（Ａ）及び図５（Ｂ）のいずれの場合においても、シールド部材５１は、その外周が送電コイル４４の外周から間隙Ｇの４倍の長さだけ外側の位置よりも内側に位置し、その内周が送電コイル４４の内周から間隙Ｇの４倍の長さだけ内側の位置よりも外側に位置するように構成される。
また、上記実施形態では磁気損失を招く部材として鉄筋Ｓが道路に埋め込まれている場合を例にとって説明している。しかしながら、金属製のガス管、水道管、系統配電用の電線、電線の埋設用管など、鉄筋Ｓ以外の金属埋設物においても同様に磁気損失が生じる。したがって、鉄筋Ｓ以外の金属埋設物が埋め込まれている場合にも、同様に本実施形態に係る電力伝送装置を用いることができる。特に、金属埋設物と送電コイル４４との距離が短い場合にシールド部材５１が必要となり、金属埋設物と送電コイル４４との距離が４００ｍｍ以下である場合、又は電力転送距離の２倍以下である場合に、シールド部材５１を設けることによる効果が高くなる。なお、電力転送距離は、車両５の規定の高さに設けられた受電コイル２２と送電コイル４４との間の距離である。
第二実施形態
次に、図６及び図７を参照して、第二実施形態に係る地上給電装置１について説明する。第二実施形態に係る地上給電装置１の構成は基本的に第一実施形態に係る地上給電装置１と同様である。以下では、第一実施形態に係る地上給電装置１とは異なる部分を中心に説明する。
図６は、第二実施形態に係る送電コイル４４、コア５２及びシールド部材５１の構成を概略的に示す、図３と同様な図である。図６（Ａ）は、送電コイル４４、コア５２及びシールド部材５１の平面図であり、図６（Ｂ）は、送電コイル４４、コア５２及びシールド部材５１の断面側面図である。
図６に示されるように、本実施形態では、電力伝送方向Ｄにおいて送電コイル４４とシールド部材５１との間にコア５２が設けられる。コア５２は、透磁率の高い磁性体で形成された磁性材料の一例である。コアは、例えば、フェライト、圧粉磁心、ダストコア等の軟磁性体で形成されている。コア５２を設けることにより、磁束の通り道が作られ、その結果、送電コイル４４のインダクタンスを高めることができる。
図６に示されるように、コア５２は、平板状に形成される（図６（Ｂ）参照）と共に、角が丸まった四角形の環状に形成される（図６（Ａ）参照）。また、コア５２の環状部分の幅Ｗｒ（道路Ｒの路面と水平な平面上であってコア５２の環状部分の周方向に対して垂直な方向における長さ）は、送電コイル４４の環状部分の幅Ｗｃよりも大きく且つシールド部材５１の幅Ｗｓよりも小さい。なお、コア５２は送電コイル４４と同様な形状を有していれば必ずしも角が丸まった四角形の環状に形成されていなくてもよく、例えば角が丸まっていない四角形の環状、四角形以外の多角形の環状、円形の環状に形成されても良い。
また、図６に示されるように、コア５２は、その全体が、送電コイル４４が設けられた平面と平行な平面上に配置される。したがって、コア５２は、その全体が道路Ｒの路面と平行な平面上で延びるように配置される。なお、コア５２は、必ずしも送電コイル４４が設けられた平面と平行な平面状に配置されていなくてもよく、例えば送電コイル４４が設けられた平面に対して傾斜した平面上で延びてもよい。
また、コア５２は、図６に示されるように、電力伝送方向Ｄに見たときに、送電コイル４４と重なるように配置される。特に、本実施形態では、コア５２は、電力伝送方向Ｄに見たときに、送電コイル４４全体と重なるように配置される。さらに、本実施形態では、コア５２は、電力伝送方向Ｄに見たときに、送電コイル４４の内周から内側にはみ出すように形成される。加えて、本実施形態では、コア５２は、電力伝送方向Ｄに見たときに、送電コイル４４の外周から外側にはみ出すように形成される。なお、コア５２は、送電コイル４４の内周及び外周のうち一方のみからはみ出すように形成されてもよい。
そして、本実施形態では、シールド部材５１は、電力伝送方向Ｄに見たときに、コア５２の内周から内側にはみ出すように延びる。特に、本実施形態では、電力伝送方向Ｄにおける送電コイル４４とシールド部材５１との間隙の大きさをＧとしたときに、シールド部材５１は、電力伝送方向Ｄに見たときに、シールド部材５１の内周がコア５２の内周から間隙Ｇの４倍の長さだけ内側の位置よりも外側に位置するように構成される。加えて、シールド部材５１は、電力伝送方向Ｄに見たときに、シールド部材５１の内周がコア５２の内周から間隙Ｇの２倍の長さだけ内側の位置よりも内側に位置するように構成される。すなわち、シールド部材５１の内周とコア５２の内周との間の距離（コア５２の内周からのシールド部材５１のはみ出し量）Ｌ’ｉｎは、間隙Ｇの２倍から４倍の長さとされる（２Ｇ≦Ｌ’ｉｎ≦４Ｇ）。
また、本実施形態では、シールド部材５１は、電力伝送方向Ｄに見たときに、コア５２の外周から外側にはみ出すように延びる。特に、本実施形態では、シールド部材５１は、電力伝送方向Ｄに見たときに、シールド部材５１の外周が、コア５２の外周から間隙Ｇの４倍の長さだけ外側の位置よりも内側に位置するように構成される。加えて、シールド部材５１は、電力伝送方向Ｄに見たときに、シールド部材５１の外周が、コア５２の外周から間隙Ｇの２倍の長さだけ外側の位置よりも外側に位置するように構成される。すなわち、シールド部材５１の外周とコア５２の外周との間の距離（コア５２の外周からのシールド部材５１のはみ出し量）Ｌ’ｏｕｔは、間隙Ｇの２倍から４倍の長さとされる（２Ｇ≦Ｌｏｕｔ≦４Ｇ）。
図７は、シールド部材５１のコア５２からの片側のはみ出し量Ｌ’と、鉄筋において生じる損失との関係を示している。特に、図７は、道路Ｒや鉄筋Ｓを図４における条件と同様な条件とし、送電コイル４４とコア５２との間隔を５ｍｍ、コア５２とシールド部材５１との間隔を５ｍｍとしたときの関係を示している。特に、図７は、電力伝送方向Ｄに見たときにコア５２の送電コイル４４からのはみ出し量が０ｍｍの場合と、１２．５ｍｍの場合とを示している。
図７に示されるように、コア５２が送電コイル４４からはみ出しているか否かに関わらず、シールド部材５１のコア５２からのはみ出し量Ｌ’が同一であれば、鉄筋において生じる損失は同程度となる。一方、シールド部材５１の送電コイル４４からのはみ出し量が同一であっても、シールド部材５１のコア５２からのはみ出し量Ｌ’が異なると、鉄筋において生じる損失が変化する。例えば、コア５２の送電コイル４４からのはみ出し量が１２．５ｍｍであってシールド部材５１のコア５２からのはみ出し量Ｌ’が０ｍｍである場合と、コア５２の送電コイル４４からのはみ出し量が０ｍｍであってシールド部材５１のコア５２からのはみ出し量Ｌ’が１２．５ｍｍである場合とを比較すると、いずれの場合もシールド部材５１の送電コイル４４からのはみ出し量は１２．５ｍｍで同一であるが鉄筋において生じる損失は大きく異なる。本実施形態では、送電コイル４４とシールド部材５１との間にコア５２が設けられている場合に、シールド部材５１のコア５２からのはみ出し量Ｌ’が間隙Ｇに基づいて設定されるため、鉄筋において生じる損失を適切に低減することができる。
なお、本実施形態では、コア５２は送電コイル４４の内周よりも内側にはみ出していてコア５２の内周が送電コイル４４の内周よりも内側に位置する。しかしながら、コア５２の内周が送電コイル４４の内周よりも外側に位置してもよい。この場合には、シールド部材５１は、上記第一実施形態と同様に、その内周と送電コイル４４の内周との間の距離が間隙Ｇの２倍から４倍の長さになるように形成される。したがって、シールド部材５１は、電力伝送方向Ｄに見たときに、シールド部材５１の内周が送電コイル４４の内周及びコア５２の内周のうち内側に位置する方から、間隙Ｇの２倍から４倍だけ内側に位置するように構成される。
同様に、本実施形態では、コア５２は送電コイル４４の外周よりも外側にはみ出していてコア５２の外周が送電コイル４４の外周よりも外側に位置する。しかしながら、コア５２の外周が送電コイル４４の外周よりも外側に位置してもよい。この場合には、シールド部材５１は、上記第一実施形態と同様に、その外周と送電コイル４４の外周との間の距離が間隙Ｇの２倍から４倍の長さになるように形成される。したがって、シールド部材５１は、電力伝送方向Ｄに見たときに、シールド部材５１の外周が送電コイル４４の外周及びコア５２の外周のうち外側に位置する方から、間隙Ｇの２倍から４倍だけ外側に位置するように構成される。
第三実施形態
次に、図８及び図９を参照して、第三実施形態に係る地上給電装置１について説明する。第三実施形態に係る地上給電装置１の構成は基本的に第一実施形態又は第二実施形態に係る地上給電装置１と同様である。以下では、第一実施形態及び第二実施形態に係る地上給電装置１とは異なる部分を中心に説明する。
図８は、第三実施形態に係る送電コイル４４及びシールド部材５１の構成を概略的に示す、図３と同様な図である。上記第一実施形態及び第二実施形態では、シールド部材５１は、平板状に且つ環状に形成されていた。これに対して、図８に示されるように、本実施形態では、シールド部材５１は、平板状且つ環状の第１部分５１ａと、筒状の第２部分５１ｂとを有するように構成される。
第１部分５１ａは、第１実施形態におけるシールド部材と同様に構成される。また、第１部分５１ａは、その全体が、送電コイル４４が設けられた平面と平行な平面上に配置される。一方、第２部分５１ｂは、その内面が第１部分５１ａの外周に結合されるように構成される。また、図８に示されるように、第２部分５１ｂは、電力伝送方向Ｄに延びる。特に第２部分５１ｂは、第１部分５１ａとの結合部分から道路Ｒの路面に向かって、すなわち送電コイル４４上に車両５が位置している場合には車両５側に向かって延びる。したがって、本実施形態では、シールド部材５１は、その外周が電力伝送方向Ｄに延びるように形成されている。なお、シールド部材５１の第１部分５１ａと第２部分５１ｂとは別体として形成されて結合されてもよいし、一体的に形成されてもよい。
本実施形態では、第１部分５１ａは、電力伝送方向Ｄに見たときに、シールド部材５１の外周が送電コイル４４の外周から間隙Ｇの１倍から４倍だけ外側に位置するように構成される。また、本実施形態では、第１部分５１ａは、電力伝送方向Ｄに見たときに、シールド部材５１の内周が送電コイル４４の外周から間隙Ｇの１倍から４倍だけ内側に位置するように構成される。加えて、本実施形態では、第２部分５１ｂは、電力伝送方向Ｄにおいて、間隙Ｇの１倍から４倍の長さに亘って延びるように構成される。
図９は、シールド部材５１の第２部分５１ｂの第１部分５１ａからの超過長さと、鉄筋において生じる損失との関係を示している。図９は、シールド部材５１の第１部分５１ａと送電コイル４４との間隙Ｇが６ｍｍの場合を示している。また、図９は、電力伝送方向Ｄに見たときに、第１部分５１ａの内周が送電コイル４４の内周から１２．５ｍｍに位置し、第１部分５１ａの外周が送電コイル４４の外周から１２．５ｍｍに位置する場合を示している。
図９中の実線は、本実施形態のように電力伝送方向Ｄに延びる第２部分５１ｂを第１部分５１ａの外周に配置した場合の関係を示している。また、図９中の一点鎖線は、電力伝送方向Ｄに延びる第２部分を第１部分５１ａの内周に配置した場合の関係を示している。さらに、図９中の二点鎖線は、電力伝送方向Ｄに延びる第２部分を第１部分５１ａの外周及び内周それぞれに配置した場合の関係を示している。これら実線、一点鎖線、二点鎖線における超過長さは、第１部分との結合部分からの電力伝送方向Ｄにおける第２部分の長さを表している。加えて、図９中の破線は、シールド部材を第１部分５１ａから外側に向かって広げた場合（電力伝送方向Ｄに延びる第２部分を有さない場合）を示している。この破線における超過長さは、第１部分５１ａから外側に広がった部分の外周と第１部分５１ａの外周との長さを表している。
図９の実線及び二点鎖線からわかるように、本実施形態のように、シールド部材５１を、その第２部分が第１部分５１ａの外周から電力伝送方向Ｄに延びるように形成することにより、単純にシールド部材５１を外側に向かって広げた場合（図９中の破線）に比べて、鉄筋において生じる損失を低減することができる。
なお、上記実施形態では、第２部分５１ｂは、電力伝送方向Ｄに延びるように形成される。しかしながら、第２部分５１ｂは、電力伝送方向Ｄの成分を有するように延びていれば、必ずしも電力伝送方向Ｄに延びていなくてもよい。したがって、第２部分５１ｂは、例えば、第１部分５１ａの外周から外側に且つ道路Ｒの路面方向に向かって斜めに延びるように形成されてもよい。
また、上記第一実施形態から第三実施形態では、地上給電装置１の送電コイル４４の周りにシールド部材５１を設けた場合について説明している。しかしながら、車両５の受電コイル２２の周りに同様にシールド部材を設けてもよい。この場合、シールド部材は受電コイル２２と車両５の車体を構成する金属部材との間に配置され、シールド部材によって斯かる金属部材における損失を低減することができる。
以上、本発明に係る好適な実施形態を説明したが、本発明はこれら実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載内で様々な修正及び変更を施すことができる。
１ 地上給電装置
５ 車両
１４ 受電ユニット
２１ 受電側共振回路
２２ 受電コイル
３２ 送電ユニット
４３ 送電側共振回路
４４ 送電コイル
５１ シールド部材
５２ コア

Claims (12)

  1. 他の電力伝送装置との間で非接触にて電力を伝送するのに用いられる電力伝送装置であって、
    非接触で電力を送電又は受電する環状のコイルと、
    電力の伝送方向において前記コイルに対して前記他の電力伝送装置側とは反対側に配置された環状のシールド部材と、を有し、
    前記シールド部材は、前記電力の伝送方向に見たときに、前記コイルに少なくとも部分的に重なると共に、前記電力の伝送方向に見たときに、前記シールド部材の内周が前記コイルの内周から前記コイルと前記シールド部材との間の間隙の４倍の長さだけ内側の位置よりも外側に位置するように構成される、電力伝送装置。
  2. 前記シールド部材は、前記電力の伝送方向に見たときに、前記シールド部材の外周が前記コイルの外周から前記間隙の４倍の長さだけ外側の位置よりも内側に位置するように構成される、請求項１に記載の電力伝送装置。
  3. 前記シールド部材は、電力の伝送方向に見たときに、前記シールド部材の外周が前記コイルの外周から前記間隙の２倍の長さだけ外側の位置よりも外側に位置し且つ／又は前記シールド部材の内周が前記コイルの内周から前記間隙の２倍の長さだけ内側の位置よりも内側に位置するように構成される、請求項１又は２に記載の電力伝送装置。
  4. 他の電力伝送装置との間で非接触にて電力を伝送するのに用いられる電力伝送装置であって、
    非接触で電力を送電又は受電する環状のコイルと、
    電力の伝送方向において前記コイルに対して前記他の電力伝送装置側とは反対側に配置されたシールド部材と、
    前記コイルと前記シールド部材との間に設けられた環状の磁性部材と、を有し、
    前記シールド部材は、前記電力の伝送方向に見たときに、前記コイルに少なくとも部分的に重なると共に、前記電力の伝送方向に見たときに、前記シールド部材の内周が前記コイルの内周及び前記磁性部材の内周のうち内側に位置する方から前記コイルと前記シールド部材との間の間隙の４倍の長さだけ内側の位置よりも外側に位置するように構成される、電力伝送装置。
  5. 前記シールド部材は、前記電力の伝送方向に見たときに、前記シールド部材の外周が前記コイルの外周及び前記磁性部材の外周のうち外側に位置する方から前記間隙の４倍の長さだけ外側の位置よりも内側に位置するように構成される、請求項４に記載の電力伝送装置。
  6. 前記シールド部材は、前記電力の伝送方向に見たときに、前記シールド部材の外周が前記コイルの外周及び前記磁性部材の外周のうち外側に位置する方から前記間隙の２倍の長さだけ外側の位置よりも外側に位置し且つ／又は前記シールド部材の内周が前記コイルの内周及び前記磁性部材の内周のうち内側に位置する方から前記間隙の２倍の長さだけ内側の位置よりも内側に位置するように構成される、請求項４又は５に記載の電力伝送装置。
  7. 前記コイルは、その全体が道路面と平行な平面上に延びるように配置され、
    前記シールド部材は、その全体が道路面と平行な平面上に延びるように構成される、請求項１又は４に記載の電力伝送装置。
  8. 前記シールド部材は、少なくとも一部が前記電力の伝送方向の成分を有するような方向に延びるように構成される、請求項１又は４に記載の電力伝送装置。
  9. 前記シールド部材の外周は、前記電力の伝送方向に延びる、請求項８に記載の電力伝送装置。
  10. 当該電力伝送装置は、車両に非接触で電力を伝送するのに用いられる地上給電装置であり、前記コイルは金属埋設物が埋め込まれた道路に、前記金属埋設物よりも路面側に配置される、請求項１又は４に記載の電力伝送装置。
  11. 前記金属埋設物は、前記コイルからの距離が４００ｍｍ以下になるように、又は前記コイルからの距離が非接触で電力を受電する車両の受電コイルと前記コイルとの間の距離の２倍以下になるように配置される特徴とする、請求項１０に記載の電力伝送装置。
  12. 前記電力伝送装置は、前記コイルに電力を供給するインバータ回路を備える、請求項１又は４に記載の電力伝送装置。
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