JP6096169B2 - 非接触送電装置、および、非接触給電システム - Google Patents

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）。

特開２０１３−２４７７９６号公報

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１収納部は床面または壁面に埋設されており、前記第２収納部は一部の面が露出しており、当該露出した面に開閉可能な蓋が設けられていることを特徴とする。本発明の好ましい実施の形態においては、前記電源回路に電力系統からの電力を供給する電力入力線をさらに備えており、前記電力入力線は床面または壁面に埋設されている。

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、前記第２収納部は、前記露出した面に、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、前記送電コイルに直列接続されるコンデンサをさらに備えている。

本発明の第２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。

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。 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。 第１実施形態に係る非接触送電装置の他の実施例を説明するための図である。 第１実施形態に係る非接触送電装置の他の実施例を説明するための図である。 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。 第２実施形態に係る非接触送電装置の他の実施例を説明するための図である。 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。

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。

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。

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

Claims (7)

1. 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１収納部は床面または壁面に埋設されており、
   前記第２収納部は一部の面が露出しており、当該露出した面に開閉可能な蓋が設けられている、
   ことを特徴とする非接触送電装置。
2. 前記電源回路に電力系統からの電力を供給する電力入力線をさらに備えており、
   前記電力入力線は床面または壁面に埋設されている、
   請求項１に記載の非接触送電装置。
3. 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、
   請求項１または２に記載の非接触送電装置。
4. 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、
   請求項１ないし３のいずれかに記載の非接触送電装置。
5. 前記第２収納部は、前記露出した面に、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、請求項４に記載の非接触送電装置。
6. 前記送電コイルに直列接続されるコンデンサをさらに備えている、
   請求項１ないし５のいずれかに記載の非接触送電装置。
7. 請求項１ないし６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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