JP5746267B2 - 非接触電力伝送装置 - Google Patents

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。

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。

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。

特開２０１０−９３１８０号公報

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。

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。

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。

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。

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である。 図１の非接触電力伝送装置の移動体側コイルの底断面図であってインフラ側コイルの方から視たときの図である。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

Claims (8)

1. 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非接触電力伝送装置。
2. 前記拡張コアを有する前記インフラ側コイルまたは前記移動体側コイルは、前記拡張コアに前記接続コアの端部を導くガイド部を有している請求項１に記載の非接触電力伝送装置。
3. 前記接続コアは、隣接した同士が互いに屈曲自在の第１のコア要素及び第２のコア要素からなるコア部を有する請求項１または２に記載の非接触電力伝送装置。
4. 前記第１のコア要素は、全体形状が球である球状コア要素であり、前記第２のコア要素は、前記球状コア要素の半球面と面接触した凹状コア要素である請求項３に記載の非接触電力伝送装置。
5. 前記球状コア要素は、その大円に沿って凸部が形成されている請求項４に記載の非接触電力伝送装置。
6. 隣接した前記コア部同士が接続されて構成された接続コア本体は、全面が弾性チューブで覆われている請求項３〜５の何れか１項に記載の非接触電力伝送装置。
7. 前記移動体側コイル及び前記インフラ側コイルの少なくとも一方には、前記巻線と接続され巻線の電磁特性を計測する電磁特性測定装置を備えている請求項１〜６の何れか１項に記載の非接触電力伝送装置。
8. 前記電磁特性測定装置は、前記巻線に複数の周波数の電流を流すことで巻線の電磁特性を測定する請求項７に記載の非接触電力伝送装置。

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