JP6315344B2

JP6315344B2 - 非接触電力伝送装置

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Publication number: JP6315344B2
Application number: JP2014559569A
Authority: JP
Inventors: 裕明栗原; 藤田　篤志; 篤志藤田; 秀樹定方; 大森　義治; 義治大森; 別荘　大介; 大介別荘
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2013-01-30
Filing date: 2014-01-28
Publication date: 2018-04-25
Anticipated expiration: 2034-01-28
Also published as: EP2953146A1; US20150332826A1; JPWO2014119285A1; WO2014119285A1; EP2953146A4; US9543065B2

Description

本開示は、非接触電力伝送に好適な非接触電力伝送装置に関するものである。

図９は、従来の非接触電力伝送装置の構成を示す模式図である。図９において、地上には送電のための電源に接続された送電装置２が配置され、電気推進車両３には受電装置４が搭載されている。送電装置２は受電装置４と対向する領域を覆うカバー５と、受電装置４と対向しない領域を覆うベース６からなる筐体を有し、送電装置２の筐体内部には、一次コイル７が設けられている。受電装置４には受電のための二次コイル８が設けられている。送電時、送電装置２に備わる一次コイル７に交流電流が与えられ磁束が形成される。磁束によって受電装置４に備わる二次コイル８に誘導起電力が生じ、これによって一次コイル７から二次コイル８へと電力が非接触で伝達される。

図１０は、図９の送電装置の断面図である。図１０において、一次コイル７は複数の磁性体１２と、磁性体１２の一部または全体を覆うコイルボビン１３と、コイルボビン１３に巻きつけられるコイル線１４から構成されている。

受電装置４は、例えば車載バッテリー（図示せず）に接続され、上述したようにして伝達された電力が車載バッテリーに充電される。この車載バッテリーに蓄積された電力により車載のモータ（図示せず）が駆動される。なお、非接触電力伝送処理の間、送電装置２と受電装置４との間では、例えば無線通信装置（図示せず）により必要な情報交換が行われる。

特開平８−１２６１２０号公報

送電装置２は上から荷重がかかることが予想される。例えば、送電を行う前の段階で、電気推進車両３は送電装置２と受電装置４を向い合わせるように移動してくる。しかしその過程で電気推進車両３が送電装置２の上に乗り上げて、送電装置２の筐体に大きな荷重かかかる危険性がある。特にカバー５は送電装置２と対向する位置に設けられている（筐体の表面に配される）ため直接荷重がかかりやすい。また例えば、送電装置２が壁面上に取り付けられ電気推進車両３に踏まれない構成としても、電気推進車両３が横から接触して大きな荷重がかかることが考えられる。そのため、大きな荷重が加わった送電装置２のカバー５やベース６といった筐体が破損する可能性がある。仮に筐体が破損しない場合でも、変形したカバー５やベース６が筐体内部に配置されている一次コイル７などの部品に接触して荷重が加わり、結果的に破損する可能性がある。そのため、送電装置２には荷重に耐え変形や破損が起こりにくい強度が求められる。

しかしながら、一次コイル７により磁束を発生させ二次コイル８に送電を行うため、カバー５に強度の高い金属を使用することはできない。また構造的に強度を高めるため筐体内部の特に中央部に支持構造を設けることが考えられるが、筐体内部には一次コイル７が一面に配置されたているためスペースが無く、仮に筐体中央付近に支持構造を設けようとすると、支持構造が一次コイル７の上に乗るような構造となってしまう。この場合、筐体が変形して内部に配置された一次コイル７に接触したときと同様に、少しのひずみで一次コイル７に力を加える構造となり、一次コイル７が破損する危険性が高くなる。

それゆえに、本開示は、上からの踏み付け荷重に対する送電装置の強度を増し、安全性の高い非接触電力伝送装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため本開示によって次のような解決手段を講じた。本開示の一態様によれば、受電装置に非接触で電力を伝送する送電装置を備えた非接触電力伝送装置であって、前記送電装置は、当該送電装置の外郭のうち前記受電装置と対向する領域を覆うカバーと、当該送電装置の外郭のうち前記受電装置と対向しない領域を覆うベースと、前記カバーと前記ベースに覆われた空間に配置される磁性体と、前記磁性体の一部または全体を覆うコイルボビンと、前記コイルボビンに巻きつけられ、入力された交流電流により磁束を発生させるコイル線と、を備え、前記コイルボビンは荷重支持部を有する構成としたものである。

この構成によって、荷重支持部によってカバー中央付近を支えることで、カバーの強度を増すことができる。また荷重支持部はカバーを支えることでカバーから力が加わるが、コイル線には力を加えることなくベースへと伝えることでコイル線を破損させることなく荷重を支えることができる。

また、特に上記一態様の荷重支持部を、コイルボビン外面に設けられ、コイル線の内側から巻きつけられたコイル線の間を通り、コイル線の外周から突出する高さを持つ構成としたものである。

この構成によって、カバーに荷重が加わってカバー変形しても、変形したカバーがコイル線に接触して力を加えることを避けることができる。

さらに、特に上記一態様の荷重支持部を、コイルボビン内面に設けられ、ボビン内面上側とボビン内面下側をつなぐ構成としたものである。

磁性体もカバーの材質に比べて強度が弱く破損しやすい。また磁性体が破損すると、磁性体による支えがなくなってカバーも破損したり、カバーの変形が大きくなってコイル線に力が加わったりすることが考えられるが、コイルボビン内部に荷重支持部を設けることでカバーから伝わった力が磁性体に加わることを避け破損を防ぐことができる。

本開示によれば、コイルボビンの一部を荷重支持部とすることで、カバー中央付近を支えることが出来、カバーの強度を増すことが可能になる。なお、この構成の場合、荷重支持部はカバーを支えるためカバーから力が加わるが、コイル線には力を加えず直接ベースへと力を伝えることが可能になるため、コイル線を破損させることなく荷重を支えることができる。

図１は、実施の形態に係る非接触電力伝送装置の送電装置の垂直断面図である。図２は、実施の形態に係る非接触電力伝送装置の送電装置の水平断面図である。図３は、実施の形態に係る非接触電力伝送装置の送電装置の水平断面図である。図４は、電気推進車両が乗り上げた場合の送電装置の垂直断面図である。図５は、変形例１に係る非接触電力伝送装置の送電装置の垂直断面図である。図６は、変形例２に係る非接触電力伝送装置の送電装置の垂直断面図である。図７は、変形例３に係る非接触電力伝送装置の送電装置の垂直断面図である。図８は、変形例４に係る非接触電力伝送装置の送電装置の垂直断面図である。図９は、従来の非接触電力伝送装置の構成を示す模式図である。図１０は、従来の非接触電力伝送装置の送電装置の垂直断面図である。

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本開示が限定されるものではない
（実施の形態）
図１は、実施の形態に係る非接触電力伝送装置の送電装置の垂直断面図である。なお、本開示の非接触電力伝送装置は、磁界を発生させる送電装置１５を有し、受電装置（図示せず）が、発生した磁界から電力を受電することによって、送電装置１５から受電装置への非接触による電力の伝送が行われる。ここで、受電装置は、図４の電気推進車両１６に搭載されるものであり、具体的には、図９に示す電気推進車両３に搭載されるような受電装置４であってもよい。

送電装置１５は地面上に配置され、受電装置は電気推進車両１６（図４参照）に配置される。電力伝送を行う際には電気推進車両１６を移動し、送電装置１５と受電装置が対向するよう位置に調整される。

送電装置１５の筐体は、受電装置と対向する領域を覆うカバー１８と、受電装置と対向しない領域を覆うベース１９から構成されている。カバー１８は電力伝送のために発生させる磁界によって発熱しないように非金属材料、例えば樹脂やＦＲＰ、コンクリートなどで構成されている。

カバー１８とベース１９に覆われた送電装置１５の内部には、磁性体２０、磁性体２０の少なくとも一部を覆うコイルボビン２１、コイルボビン２１の外面に巻きつけられたコイル線２２が配置されている。コイル線２２には交流電流が入力され、磁束を発生させる。

コイルボビン２１には、荷重支持部２３が設けられている。荷重支持部２３は、第１の荷重支持部２４と第２の荷重支持部２５とを有する。

第１の荷重支持部２４は、コイル線２２の隙間を通り、コイルボビン２１のコイル線２２が巻きつけられた面からカバー１８（またはベース１９）方向に、コイル線２２より突出するまで延在している。なお、本実施の形態においては、第１の荷重支持部２４の先端はカバー１８とベース１９にそれぞれ接している。

第２の荷重支持部２５は、コイルボビン２１の内側に設けられ、コイルボビン２１内面上側とコイルボビン２１内面下側をつなぐ形状となっている。

図２は、送電装置１５の水平平面図である。図２において、第１の荷重支持部２４はコイルボビン２１に巻き付けられたコイル線２２の間に設けられており、その両端は図１の垂直方向と同様にコイル線２２より突出（水平方向）している。図２では第１の荷重支持部２４は切れ目無くつながった構成を用いて説明しているが、左右のコイル線２２をつなぐために少なくとも１か所、切欠き部（図示せず）を有している場合もある。

また、図３のように第１の荷重支持部２４が複数に分割されている場合や、コイル線２２より突出（水平方向）していない場合もある。

電気推進車両１６は、送電装置１５によって発生される磁界によって受電装置で電力を受けようとする。電力伝送を行うためには、受電装置と送電装置１５が対向する位置関係にあることが必要であるため、電気推進車両１６は車体全体を動かすことで送電装置１５の位置を合わせるよう操作される。しかし、誤った操作によって電気推進車両１６が送電装置１５の上に乗り上げる事態が発生することがある。

図４は、電気推進車両が乗り上げた場合の送電装置の垂直断面図である。この場合、カバー１８に対して電気推進車両１６の荷重が加わるため、カバー１８は変形しようとする。一般的にカバー１８は非金属材料で構成されているため、強度が弱く変形しやすい。

しかし、本実施の形態の場合は、カバー１８に接するように配置されている第１の荷重支持部２４（上方）によってカバー１８が支えられるため、変形が抑えられる。

具体的に、第１の荷重支持部２４（上方）に加わった荷重は、第２の荷重支持部２５、第１の荷重支持部２４（下方）を通じて、ベース１９に到達する。ベース１９は、送電装置１５の受電装置と対向しない領域を覆うため、強度の高い金属材料などで構成されている。したがって、到達した電気推進車両１６の荷重を支えることができる。さらに、ベース１９の下方は地面であるため、ベース１９に加わった力は地面へと逃げる。また、第１の荷重支持部２４はコイル線２２よりも突出する高さとなるよう構成されているため、カバー１８が若干変形してもカバー１８とコイル線２２が接触することはなく、直接コイル線２２に荷重が加わることは無い。

このように、本実施の形態を用いた場合は、荷重によって破損しやすいコイル線２２や磁性体２０に荷重が加わることがないため、破損を防ぐことが可能になる。

なお、電気推進車両１６が送電装置１５に乗り上げる際、第１の荷重支持部２４の真上ではなく、第１の荷重支持部２４が無い場所に乗り上げることも考えられる。しかし、第１の荷重支持部２４で支えられる部分はほぼ変形しないため梁状となる長さは短くなる。そのため、荷重支持部２３が無い場合に比べてカバー１８の変形量は小さくなる。

電気推進車両１６が送電装置１５から降りるとカバー１８に加わっていた力はなくなるため、カバー１８は元の状態に戻る。

（変形例１）
図５は、変形例１に係る非接触電力伝送装置の送電装置の垂直断面図である。本変形例では、図１の荷重支持部２３を第１の荷重支持部２４のみで構成している。この構成の場合、まず第１の荷重支持部２４でカバー１８に加わる荷重を受けることで、第１の荷重支持部２４から下にかかる荷重は分散する。その後荷重は磁性体２０にかかるが、磁性体２０はコイル線２２に比べ一般に強度が強いため、分散した荷重であれば磁性体２０に荷重がかかっても破損を防ぐことが可能になる。さらに第２の荷重支持部２５の存在していた領域を磁性体２０で埋めることで、実施の形態１と比べて送電装置１５の電力伝送効率を上げることができる。

（変形例２）
図６は、変形例２に係る非接触電力伝送装置の送電装置の垂直断面図である。本変形例では、図１の荷重支持部２３に対して、さらに第１の荷重支持部２４を追加している。この構成の場合、カバー１８のたわみをさらに軽減することが可能になる。

なお、図６においては第１の荷重支持部２４の数を増やしたが、数は変更せずに位置を変えてもよい。第１の荷重支持部２４と第２の荷重支持部２５の数や位置を異ならせることで、それぞれ第１の荷重支持部２４は巻きつけられるコイル線２２に合わせた位置に配置でき、第２の荷重支持部２５は磁性体２０の形状に合わせて形状を変化させることができる。

（変形例３）
図７は、変形例３に係る非接触電力伝送装置の送電装置の垂直断面図である。本変形例では、図１の荷重支持部２３の代わりに、コイルボビン２１に荷重支持取り付け部２６を設け、コイルボビン２１とは別に設けられた荷重支持取り付け部品２７を組み合わせて荷重支持部２３として構成している。

本変形例においても、荷重支持取り付け部品２７はコイル線２２よりも突出する高さとなるよう構成されているため、カバー１８が若干変形してもカバー１８とコイル線２２が接触することはなく、コイル線２２に荷重が直接加わることは無い。

（変形例４）
図８は、変形例４に係る非接触電力伝送装置の送電装置の垂直断面図である。本変形例では、コイルボビン２１をモールド材で構成し、磁性体２０とコイル線２２とを一体に形成している。この場合も、他の変形例と同様の効果を得ることが出来る。

なお、本実施の形態および変形例において、荷重支持部２３は常にカバー１８とベース１９と接する構造を用いて説明したが、カバー１８の上に荷重が加わっていない状態（カバー１８が変形していない状態）では隙間をあける構造とし、カバー１８が変形すると隙間がなくなり荷重支持部２３によって支えられるような構成としてもよい。

以上のように、本開示は、送電装置に荷重が加わっても内部に配置されたコイル線や磁性体が破損しないため、例えば大きな荷重が加わる可能性がある物で、コイルなど荷重に弱い部品が内部の多くの領域を占めることで荷重支持のための構造を設けることが困難な装置に有用である。

１５送電装置
１６電気推進車両
１８カバー
１９ベース
２０磁性体
２１コイルボビン
２２コイル線
２３荷重支持部
２４第１の荷重支持部
２５第２の荷重支持部
２６荷重支持取り付け部
２７荷重支持取り付け部品

Claims

受電装置に非接触で電力を伝送する送電装置を備えた非接触電力伝送装置であって、
前記送電装置は、
当該送電装置の外郭のうち前記受電装置と対向する領域を覆うカバーと、
当該送電装置の外郭のうち前記受電装置と対向しない領域を覆うベースと、
前記カバーと前記ベースに覆われた空間に配置される磁性体と、
前記磁性体の一部または全体を覆うコイルボビンと、
前記コイルボビンに巻きつけられ、入力された交流電流により磁束を発生させるコイル線と、を備え、
前記コイルボビンは、荷重支持部を有し、
前記荷重支持部は、前記コイルボビン外面に設けられ、前記コイル線の内側から巻きつけられた前記コイル線の間を通り、前記コイル線の外周から突出する高さを持つ構成を含む
ことを特徴とする非接触電力伝送装置。
前記荷重支持部は、前記コイルボビン内面に設けられ、前記コイルボビンの軸方向と垂直をなす方向において、前記コイルボビン内面上側と前記コイルボビン内面下側をつなぐ構成を含む
ことを特徴とする請求項１に記載の非接触電力伝送装置。