JP6009920B2 - 非接触受電装置およびそれを備える車両、非接触送電装置、ならびに非接触電力伝送システム - Google Patents
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Description
対向する面とは反対側の受電コイル部の背面側において、第1のコアに対面するように配設される。導体板は、受電コイル部とキャンセルコイル部との間において、第1および第2のコアに対面するように配設される。
イルとを含む。キャンセルコイル部は、板状の第2のコアと、第2のコアに巻回される第2のコイルとを含む。第2のコアは、送電コイル部の送電時に送電コイル部が受電装置と対向する面とは反対側の送電コイル部の背面側において、第1のコアに対面するように配設される。導体板は、送電コイル部とキャンセルコイル部との間において、第1および第2のコアに対面するように配設される。
図1は、この発明の実施の形態1による電力伝送システムの全体構成図である。図1を参照して、この電力伝送システムは、車両100と、送電装置200とを備える。車両100は、受電コイル部110と、整流回路120と、蓄電装置130と、動力生成装置140と、車両ECU(Electronic Control Unit)150とを含む。また、車両100は、電流センサ152と、キャンセルコイル部112と、導体板114と、発振器116とをさらに含む。
置130として大容量のキャパシタも採用可能である。なお、特に図示しないが、整流回路120と蓄電装置130との間に、整流回路120の出力電圧を調整するDC−DCコンバータをさらに設けてもよい。
ては、後ほど詳しく説明する。
シタ335とを含む。一次コイル330は、キャパシタ335とともに共振回路を形成し、高周波電源220から供給される交流電力を受電コイル部110へ非接触で送電する。なお、特に図示しないが、一次コイル330およびキャパシタ335によって閉ループを形成し、高周波電源220から出力される交流電力を電磁誘導により一次コイル330へ供給するコイルを別途設けてもよい。
る。このように各パラメータを設定すると、第2コイル393の固有周波数f1は、下記の式(1)によって示され、第3コイル396の固有周波数f2は、下記の式(2)によって示される。
f2=1/{2π(Lr×C2)1/2}・・・(2)
ここで、インダクタンスLrおよびキャパシタンスC1,C2を固定して、インダクタンスLtのみを変化させた場合において、第2コイル393および第3コイル396の固有周波数のズレと電力伝送効率との関係を図4に示す。なお、このシミュレーションにおいては、共振コイル394および共振コイル399の相対的な位置関係は固定とし、さらに、第2コイル393に供給される電流の周波数は一定である。
図4からも明らかなように、固有周波数のズレ(%)が0%の場合には、電力伝送効率は100%近くとなる。固有周波数のズレ(%)が±5%の場合には、電力伝送効率は40%程度となる。固有周波数のズレ(%)が±10%の場合には、電力伝送効率は10%程度となる。固有周波数のズレ(%)が±15%の場合には、電力伝送効率は5%程度となる。すなわち、固有周波数のズレ(%)の絶対値(固有周波数の差)が、第3コイル396の固有周波数の10%以下の範囲となるように第2コイル393および第3コイル396の固有周波数を設定することで、電力伝送効率を実用的なレベルに高めることができることがわかる。さらに、固有周波数のズレ(%)の絶対値が第3コイル396の固有周波数の5%以下となるように第2コイル393および第3コイル396の固有周波数を設定すると、電力伝送効率をさらに高めることができるのでより好ましい。なお、シミュレーションソフトしては、電磁界解析ソフトウェア(FEKO:ファラッド株式会社製)を採用している。
し、縦軸は、電力伝送効率(%)を示す。効率曲線L1は、エアギャップAGが小さいときの電力伝送効率と、送電コイル部230に供給される電流の周波数f3との関係を模式的に示す。この効率曲線L1に示すように、エアギャップAGが小さい場合には、電力伝送効率のピークは周波数f4,f5(f4<f5)において生じる。エアギャップAGを大きくすると、電力伝送効率が高くなるときの2つのピークは、互いに近づくように変化する。そして、効率曲線L2に示すように、エアギャップAGを所定距離よりも大きくすると、電力伝送効率のピークは1つとなり、送電コイル部230に供給される電流の周波数が周波数f6のときに電力伝送効率がピークとなる。エアギャップAGを効率曲線L2の状態よりもさらに大きくすると、効率曲線L3に示すように電力伝送効率のピークが小さくなる。
た成分であり、「誘導電磁界」と称される。また、曲線k3は、波源からの距離の3乗に反比例した成分であり、「静電磁界」と称される。なお、電磁界の波長を「λ」とすると、「輻射電磁界」と「誘導電磁界」と「静電磁界」との強さが略等しくなる距離は、λ/2πと表わすことができる。
イル330の電流と同期し、かつ、逆向きとする。
6とは逆向きである。このような磁界F7は、たとえば、受電コイル部110と同方向に巻回されたコイルに受電コイル部110と逆位相の電流を発振器116から流すことによって生成することができる。磁界F7は、磁界F6と逆向きであるので、磁界F6,F7は互いに打消しあう。
0)とキャンセルコイル部112(232)との間に導体板114(234)が設けられるので、そのような導体板114(234)が設けられない場合に比べて、キャンセルコイル部112(232)による漏洩磁界の低減効果を維持しつつ、キャンセルコイル部112(232)と受電コイル部110(送電コイル部230)との結合係数を小さくすることができる。これにより、送電コイル部230と受電コイル部110との間の結合係数に対するキャンセルコイル部112(232)の影響が抑制される。したがって、この実施の形態1によれば、漏洩磁界を低減しつつ電力の伝送効率の低下を抑制することができる。
この実施の形態2では、上記の実施の形態1とキャンセルコイル部112,232の配置が異なる。すなわち、実施の形態2では、車両100のキャンセルコイル部112は、受電コイル部110の側方に配設され、送電装置200のキャンセルコイル部232も、送電コイル部230の側方に配設される。そして、キャンセルコイル部112と受電コイル部110との間、およびキャンセルコイル部232と送電コイル部230との間には、導体板が設けられる。
実施の形態3では、送電装置から車両への送電時に受電コイル部110から発生する漏洩磁界を打消すための磁界を発生するキャンセルコイル部112が送電装置側に設けられる。これにより、上記の実施の形態1,2と比べて車両を軽量化できる。
ャンセルコイル部232が発生するように、送電コイル部230の電流(すなわち、高周波電源220が生成する交流電流)の位相に基づいて発振器236を制御する。
図22は、実施の形態4による電力伝送システムの全体構成図である。図22を参照して、この電力伝送システムは、車両100Aと、送電装置200Bとを備える。車両100Aについては、図17を用いて説明したとおりである。送電装置200Bは、図1に示した送電装置200の構成において、移相器242をさらに含み、ECU240に代えてECU240Bを含む。
交流電流をキャンセルコイル部232へ出力する。
上記の各実施の形態においては、受電コイル部110および送電コイル部230ならびにキャンセルコイル部112,232の各々は、横置きの板状コアにコイルが巻回される構成(このようなコイル部は「ソレノイド型コイル」とも称される。)としたが、この実施の形態5では、各コイル部が「ディスク型コイル」とも称される後述の構成から成る場合が示される。
Aおよび受電コイル部110Aに対面するように導体板114Bが配設される。
実施の形態5の構成では、導体板114B,234Dが設けられることによって送電コイル部230Aと受電コイル部110Aとの間の結合係数に対するキャンセルコイル部112A(232A)の影響が抑制されるが、導体板114B,234Dに渦電流が発生するので効率が低下する。
この実施の形態6では、上記の実施の形態5とキャンセルコイル部112A,232Aの配置が異なる。すなわち、実施の形態6では、車両のキャンセルコイル部112Aは、受電コイル部110Aの側方に配設され、送電装置のキャンセルコイル部232Aも、送電コイル部230Aの側方に配設される。そして、キャンセルコイル部112Aと受電コイル部110Aとの間、およびキャンセルコイル部232Aと送電コイル部230Aとの間に導体板が設けられる。
部110Aと略同一平面に並設されるので、キャンセルコイル部112Aを設けることによる受電部の厚みの増加を抑制することができる。したがって、この実施の形態6によれば、受電部の車両への搭載性が向上する。また、送電装置においても、キャンセルコイル部232Aを設けることによる送電部の厚みの増加を抑制することができる。
これまでは、送電コイル部(受電コイル部)の電流と逆位相で、かつ、同期した電流を生成してキャンセルコイル部に流すものとしたが、この実施の形態7では、これをより簡易に実現する方法が示される。
U、242 移相器、250 整合器、310,315 可変コンデンサ、320,364,370 コイル、330 一次コイル、335,350 キャパシタ、340 二次コイル、360,362,366,368 コア。
Claims (11)
- 送電装置から送出される電力を非接触で受電する受電コイル部と、
前記受電コイル部の受電時に前記受電コイル部から発生する漏洩磁界を打消すための磁界を発生するキャンセルコイル部と、
前記受電コイル部と前記キャンセルコイル部との間に配設される導体板とを備え、
前記受電コイル部は、
板状の第1のコアと、
前記第1のコアに巻回される第1のコイルとを含み、
前記キャンセルコイル部は、
前記第1のコアと略同一平面に配設される板状の第2のコアと、
前記第2のコアに巻回される第2のコイルとを含み、
前記導体板は、前記受電コイル部の受電時に前記受電コイル部が前記送電装置と対向する面とは反対側の前記受電コイル部の背面側において前記第1のコアに対面し、かつ、前記第1のコアに対向する面とは反対側の面において前記第2のコアに対面するように配設される、非接触受電装置。 - 前記受電コイル部の固有周波数と前記送電装置の送電コイル部の固有周波数との差は、前記受電コイル部の固有周波数または前記送電コイル部の固有周波数の±10%以下である、請求項1に記載の非接触受電装置。
- 前記受電コイル部と前記送電装置の送電コイル部との結合係数は0.3以下である、請求項1に記載の非接触受電装置。
- 前記受電コイル部は、前記受電コイル部と前記送電装置の送電コイル部との間に形成される磁界と、前記受電コイル部と前記送電コイル部との間に形成される電界との少なくとも一方を通じて、前記送電コイル部から受電し、
前記磁界および前記電界は、前記受電コイル部と前記送電コイル部との間に形成され、かつ、特定の周波数で振動する、請求項1に記載の非接触受電装置。 - 請求項1に記載の非接触受電装置と、
前記非接触受電装置によって受電された電力を蓄える蓄電装置と、
前記蓄電装置に蓄えられた電力によって走行駆動力を発生する電動機とを備える車両。 - 受電装置へ非接触で電力を送出する送電コイル部と、
前記送電コイル部の送電時に前記送電コイル部から発生する漏洩磁界を打消すための磁界を発生するキャンセルコイル部と、
前記送電コイル部と前記キャンセルコイル部との間に配設される導体板とを備え、
前記送電コイル部は、
板状の第1のコアと、
前記第1のコアに巻回される第1のコイルとを含み、
前記キャンセルコイル部は、
前記第1のコアと略同一平面に配設される板状の第2のコアと、
前記第2のコアに巻回される第2のコイルとを含み、
前記導体板は、前記送電コイル部の送電時に前記送電コイル部が前記受電装置と対向する面とは反対側の前記送電コイル部の背面側において前記第1のコアに対面し、かつ、前記第1のコアに対向する面とは反対側の面において前記第2のコアに対面するように配設される、非接触送電装置。 - 前記受電装置の受電コイル部から発生する漏洩磁界を打消すための磁界を前記キャンセルコイル部に発生させるための電流を生成し、その生成された電流を前記キャンセルコイル部へ出力する電流生成部をさらに備える、請求項6に記載の非接触送電装置。
- 前記送電コイル部の固有周波数と前記受電装置の受電コイル部の固有周波数との差は、前記送電コイル部の固有周波数または前記受電コイル部の固有周波数の±10%以下である、請求項6に記載の非接触送電装置。
- 前記送電コイル部と前記受電装置の受電コイル部との結合係数は0.3以下である、請求項6に記載の非接触送電装置。
- 前記送電コイル部は、前記送電コイル部と前記受電装置の受電コイル部との間に形成される磁界と、前記送電コイル部と前記受電コイル部との間に形成される電界との少なくとも一方を通じて、前記受電コイル部へ送電し、
前記磁界および前記電界は、前記送電コイル部と前記受電コイル部との間に形成され、かつ、特定の周波数で振動する、請求項6に記載の非接触送電装置。 - 受電装置へ非接触で電力を送出する送電コイル部と、
送電装置から送出される電力を非接触で受電する受電コイル部と、
前記送電コイル部から前記受電コイル部への送電時に前記送電コイル部から発生する漏洩磁界を打消すための磁界を発生する第1のキャンセルコイル部と、
前記送電コイル部から前記受電コイル部への送電時に前記受電コイル部から発生する漏洩磁界を打消すための磁界を発生する第2のキャンセルコイル部と、
前記送電コイル部と前記第1のキャンセルコイル部との間に配設される第1の導体板と、
前記受電コイル部と前記第2のキャンセルコイル部との間に配設される第2の導体板とを備え、
前記送電コイル部は、
板状の第1のコアと、
前記第1のコアに巻回される第1のコイルとを含み、
前記第1のキャンセルコイル部は、
前記第1のコアと略同一平面に配設される板状の第2のコアと、
前記第2のコアに巻回される第2のコイルとを含み、
前記第1の導体板は、前記送電コイル部の送電時に前記送電コイル部が前記受電装置と対向する面とは反対側の前記送電コイル部の背面側において前記第1のコアに対面し、かつ、前記第1のコアに対向する面とは反対側の面において前記第2のコアに対面するように配設され、
前記受電コイル部は、
板状の第3のコアと、
前記第3のコアに巻回される第3のコイルとを含み、
前記第2のキャンセルコイル部は、
前記第3のコアと略同一平面に配設される板状の第4のコアと、
前記第4のコアに巻回される第4のコイルとを含み、
前記第2の導体板は、前記受電コイル部の受電時に前記受電コイル部が前記送電装置と対向する面とは反対側の前記受電コイル部の背面側において前記第3のコアに対面し、かつ、前記第3のコアに対向する面とは反対側の面において前記第4のコアに対面するように配設される、非接触電力伝送システム。
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