JP6430304B2 - 非接触給電装置 - Google Patents

Description

本発明は、送電コイルから受電コイルに非接触で電力を給電する非接触給電装置に関し、漏れ磁束の低減を可能にしたものである。

電源コードや送電ケーブルの接続を必要としない非接触給電は、電気シェーバー等の家電製品やモバイル機器のバッテリーを充電するために広く利用されている。また、大電力給電が必要な無人搬送車や電気自動車等への非接触給電の利用も実用化されつつある。
本発明者等は、先に、電動アシスト自転車に搭載されたバッテリーを、自転車から取り外さずに充電する非接触給電装置を提案している（下記特許文献１、特許文献２）。

特許文献１の装置では、図９に示すように、電動アシスト自転車の前輪の軸位置に長方形の固定板６６を取り付け、この固定板６６に被施錠部（ロック金具）６１と、非接触給電トランスの受電コイル６５とを固定している。この受電コイル６５は、図１０に示すように、円柱状コアに電線を巻回して構成されている。
また、駐輪スタンドの側に、図１０に示すように、断面コ字状のコアにコイルを巻回した非接触給電トランスの送電コイル７３を固定している。
電動アシスト自転車を、ロック金具６１が駐輪スタンドの施錠機構の位置に達するまで移動させると、図９（ｄ）に示すように、受電コイル６５が送電コイル７３のコ字状コアの中に入り込み、非接触給電が開始される。

また、特許文献２では、図１１に示すように、駐輪スタンドに配置する送電コイルと、電動アシスト自転車に配置する受電コイルとが同一の平型構造を有する非接触給電トランスを提案している。平型構造の送電コイル及び受電コイルは、フェライトから成るコア部材４１に電線４２が巻回されて構成され、コア部材４１は、矩形状の外形を有する板状部４１１と、この板状部４１１の対向する辺に沿って、板状部４１１の同一面側に平行に配置された直方体状の磁極部４１２とから成り、電線４２は、磁極部４１２の間の板状部４１１の部分に巻回されている。
送電コイル及び受電コイルは、それらが正対したとき、互いの磁極部４１２が対向するように駐輪スタンド及び電動アシスト自転車に配置される。

特願２０１４−２７６８８ 特願２０１５−５４９９３

非接触給電装置では、送電コイルに高周波交流が供給され、それに伴って受電コイルを貫く磁束が高い周波数で変化し、そのために受電コイルに高周波交流が誘起されて給電が行われる。
しかし、非接触給電装置では、給電に寄与しない漏れ磁束の発生が避けられない。
多大な漏れ磁束は、健康に影響を及ぼす可能性があり、国際非電離放射線防護委員会（ＩＣＮＩＲＰ）は、一般市民の曝露に関する基準レベル値を公表し、２５Ｈｚ〜４００Ｈｚの磁界強度が１．６×１０²Ｈ、４００Ｈｚ〜３ｋＨｚの磁界強度が６．４×１０⁴／ｆ・Ｈ（ｆはＨｚ）、３ｋＨｚ〜１０ＭＨｚの磁界強度が２１Ｈを超えないことを提案している。
また、漏れ磁束は、隣接部品や周辺回路にも影響を与える。
また、漏れ磁束は、受電コイルが鎖交する主磁束を減少させ、給電効率を低下させる要因になる。

本発明は、こうした事情を考慮して創案したものであり、漏れ磁束の低減が可能な非接触給電装置を提供することを目的としている。

本発明は、非接触給電トランスを構成する送電コイルと受電コイルとを備える非接触給電装置であって、送電コイルと受電コイルとは相対的な移動が可能であり、送電コイルと受電コイルとの間の非接触給電は、送電コイルの巻線と受電コイルの巻線とが、それらの巻回方向が平行する状態で対向する非接触給電位置に送電コイルまたは受電コイルが移動して行われる。
そして、送電コイル及び受電コイルには、金属板から成るシールド板が固定されており、送電コイルと受電コイルとが非接触給電位置にあるとき、送電コイル及び受電コイルを囲む、前記巻回方向に直交する上側の第１の面、前記巻回方向に直交する下側の第２の面、送電コイルの背面側で第１の面と第２の面とに接続する第３の面、受電コイルの背面側で第１の面と第２の面とに接続する第４の面、対向する送電コイル及び受電コイルの側方で第１の面と第２の面とに接続する第５の面及び第６の面の内、少なくとも第１の面、第２の面、第３の面及び第４の面がシールド板で塞がれており、且つ、送電コイルに固定されたシールド板と受電コイルに固定されたシールド板とは、それらの端部近傍で互いに重なっている、ことを特徴とする。
この非接触給電装置では、少なくとも、非接触給電時に漏れ磁束が多く発生する面がシールド板で覆われるため、漏れ磁束を減らすことができる。

また、本発明の非接触給電装置では、送電コイルと受電コイルとが非接触給電位置にあるとき、第１の面、第２の面、第３の面、第４の面、第５の面及び第６の面の全てがシールド板で塞がれるように構成しても良い。
こうすることで漏れ磁束をさらに減らすことができる。

また、本発明の非接触給電装置では、シールド板をアルミ板で構成することが好ましい。
アルミ板は、成形が容易であり、磁気遮蔽効果も高い。

また、本発明の非接触給電装置では、送電コイル及び受電コイルの一方のコイルは、巻線が巻回された矩形状の板状コア部材と、板状コア部材の巻線が巻回されていない端面の一方に接続する第１の板状コアと、板状コア部材の巻線が巻回されていない端面の他方に接続する第２の板状コアと、を有し、第１の板状コア及び第２の板状コアと板状コア部材とが略直角を成すように交差しており、
前記一方のコイルに固定された一方のシールド板は、少なくとも、板状コア部材の背面、第１の板状コアの外面、及び、第２の板状コアの外面を覆うとともに、一方のシールド板の端部が、第１の板状コア及び第２の板状コアの板状コア部材に接していない側の端面を覆い、
送電コイル及び受電コイルの他方のコイルは、柱状コア部材と、柱状コア部材に巻回された巻線とを有し、
前記他方のコイルに固定された他方のシールド板は、他方のコイルの背面を覆う平板であって、この平板の外周が他方のコイルの固着領域よりも外側に拡がっており、
送電コイルと受電コイルとが非接触給電位置にあるとき、一方のシールド板の第１の板状コア及び第２の板状コアの端面を覆う端部と、他方のシールド板を構成する平板の外周とが重なることを特徴とする。
この送電コイル及び受電コイルを備える非接触給電トランスは、送電コイルと受電コイルとの位置がずれても、高い給電効率を維持することができ、この送電コイル及び受電コイルにシールド板を設けることで、この非接触給電トランスの漏れ磁束を減らすことができる。

また、本発明の非接触給電装置では、送電コイル及び受電コイルは、フェライト等の磁性材料から成るコア部材と、コア部材に巻回された巻線とを有し、コア部材は、矩形状の外形を有する板状部と、板状部の対向する辺に沿って、板状部の同一面側に平行に配置された直方体状の磁極部とを有し、巻線は、磁極部間の板状部の部分に巻回され、送電コイル及び受電コイルは、非接触給電位置において、磁極部が互いに対向し、
送電コイル及び受電コイルの一方に固定された一方のシールド板は、少なくとも、板状部の背面、磁極部の一方が設けられた板状部の側面、及び、磁極部の他方が設けられた板状部の側面を覆い、
送電コイル及び受電コイルの他方に固定された他方のシールド板は、少なくとも、板状部の背面、磁極部の一方が設けられた板状部の側面、及び、磁極部の他方が設けられた板状部の側面を覆うとともに、板状部の前記側面の各々を覆う他方のシールド板の端部が、前記側面を超えて延びており、
送電コイルと受電コイルとが非接触給電位置にあるとき、一方のシールド板の板状部の側面を覆う端部と、他方のシールド板の前記側面を超えて延びる端部とが重なることを特徴とする。
この平型構造の非接触給電トランスは、位置ずれには弱い面があるが、高い最大給電効率が得られる。この送電コイル及び受電コイルにシールド板を設けることで、平型構造の非接触給電トランスの漏れ磁束を減らすことができる。

本発明の非接触給電装置は、漏れ磁束を減らすことができ、周辺に影響を与える磁界強度を弱めることができる。また、非接触給電トランスをシールド板で覆っているため、異物の混入が防止できる。また、非接触給電面には人の手が触れられないため、不用意に強い電磁界の曝露を受けることが避けられる。

本発明の第１の実施形態に係る非接触給電装置の送電コイル及び受電コイルを示す斜視図 図１の送電コイル及び受電コイルの断面図 図１の送電コイル及び受電コイルの非接触給電時の状態を示す斜視図 図３の送電コイル及び受電コイルの断面図 本発明の第２の実施形態に係る非接触給電装置の送電コイル及び受電コイルを示す斜視図図３の送電側装置を示す図 図５の送電コイル及び受電コイルの断面図 図５の送電コイル及び受電コイルの非接触給電時の状態を示す斜視図 図７の送電コイル及び受電コイルの断面図 電動アシスト自転車に搭載した非接触給電装置を示す図 図９の非接触給電装置を構成する送電コイル及び受電コイルの断面図 異なる構造の非接触給電装置の送電コイル及び受電コイルを示す図

（第１の実施形態）
図１は、断面コ字状のコアに巻線を巻回した送電コイル１０にシールド用の金属板１５を固定し、柱状コア部材に巻線を巻回した受電コイル２０にシールド用の金属板２５を固定した非接触給電装置を示している。図２は、その断面図である。金属板１５、２５はアルミ等の金属から成る。

送電コイル１０は、図２に示すように、巻線１０１が巻回された矩形状の板状コア部材１０２と、板状コア部材１０２の巻線１０１が巻回されていない上側の端面に接続する第１の板状コア１０３と、板状コア部材１０２の巻線１０１が巻回されていない下側の端面に接続する第２の板状コア１０４とから成り、第１の板状コア１０３と板状コア部材１０２、及び第２の板状コア１０４と板状コア部材１０２は、それぞれ直角に交差している。
送電コイル１０の外周は、図２に示すように、樹脂の成形体１６で覆われている。なお、図１では成形体１６の記載を省略している。
金属板１５は、送電コイル１０の上面、背面、下面、第１の板状コア１０３の先端面及び第２の板状コア１０４の先端面を覆うように成形体１６を介して送電コイル１０に固定されている。

一方、受電コイル２０は、柱状コア２０２と、柱状コア２０２に巻回された巻線２０１とを有し、受電コイル２０の外周は、図２に示すように、樹脂の成形体２６で覆われている。なお、図１では成形体２６の記載を省略している。
金属板２５は、平板状の板から成り、この金属板２５の中央部分に成形体２６の一面が固定されている。

図３は、送電コイル１０と受電コイル２０とが非接触給電位置にあるときの状態を示している。図４は、その断面図を示している。なお、図３では成形体１６、２６の記載を省略している。
送電コイル１０と受電コイル２０とが非接触給電位置にあるとき、送電コイル１０の巻線１０１と受電コイル２０の巻線２０１とは対向し、且つ、それらの巻線１０１、２０１の巻回方向（図３、図４では上下方向）が平行している。
このとき、受電コイル２０の金属板２５は、送電コイル１０の第１の板状コア１０３の先端と第２の板状コア１０４の先端との間の開口を塞ぎ、また、金属板２５の上側の端部が、第１の板状コア１０３の先端面を覆う金属板１５の端部と重なり、金属板２５の下側の端部が、第２の板状コア１０４の先端面を覆う金属板１５の端部と重なる。
そのため、図３に示すように、非接触給電位置にある送電コイル１０及び受電コイル２０の上側の面、下側の面、送電コイル１０の背面側の面、及び、受電コイル２０の背面側の面は、金属板１５または金属板２５で覆われる。

金属板１５、２５は、非接触給電時に漏れ磁束が当たると、渦電流が誘起されて逆向きの磁束を発生する。そのため、漏れ磁束が打ち消される。
この装置では、非接触給電時に漏れ磁束の密度が高くなる面を金属板１５、２５で覆っているため、非接触給電時の漏れ磁束を効果的に減らすことができる。また、金属板１５の端面と金属板２５の端面とが重なっているため、金属板１５と金属板２５との接合部分から磁束が漏れる恐れもない。

また、この装置では、図３において金属板で覆われていない面（即ち、対向する送電コイル１０及び受電コイル２０の側方に位置する二面）を覆う金属片を金属板１５または金属板２５から延長して、非接触給電位置にある送電コイル１０及び受電コイル２０の上側の面、下側の面、送電コイル１０の背面側の面、受電コイル２０の背面側の面、並びに、対向する送電コイル１０及び受電コイル２０の両方の側面を全て金属板１５、２５で覆うようにすれば、非接触給電時の漏れ磁束をさらに少なくすることができる。
なお、ここでは、図１の右側を送電コイル、左側を受電コイルとしているが、右側を受電コイル、左側を送電コイルとしても良い。

（第２の実施形態）
図５は、平型構造の送電コイル８０にシールド用の金属板（アルミ板）８５を固定し、平型構造の受電コイル９０にシールド用の金属板（アルミ板）９５を固定した非接触給電装置を示している。図６は、その断面図である。
平型構造の送電コイル８０は、図６に示すように、巻線８０１が巻回された矩形状の板状コア部材８０２と、板状コア部材８０２の上下の辺に沿って配置された直方体状の磁極部８０３、８０４とから成る。
送電コイル８０の外周は、図６に示すように、樹脂の成形体８６で覆われている。なお、図５では成形体８６の記載を省略している。

金属板８５は、送電コイル８０の上面、背面及び下面を覆うように成形体８６を介して送電コイル８０に固定されている。
一方、平型構造の受電コイル９０は、送電コイル８０と同様に、巻線９０１が巻回された矩形状の板状コア部材９０２と、直方体状の磁極部９０３、９０４とから成り、受電コイル９０の外周が樹脂の成形体９６で覆われている。なお、図５では成形体９６の記載を省略している。
金属板９５は、受電コイル９０の上面、背面及び下面を覆うように成形体９６を介して受電コイル９０に固定されているが、上面を覆う金属板、及び、下面を覆う金属板は、送電コイル８０の金属板８５と異なり、成形体９６を超えて金属板単独で延びている。

図７は、平型構造の送電コイル８０と受電コイル９０とが非接触給電位置にあるときの状態を示している。図８は、その断面図を示している。なお、図７では成形体８６、９６の記載を省略している。
送電コイル８０と受電コイル９０とが非接触給電位置にあるとき、送電コイル８０の巻線８０１と受電コイル９０の巻線９０１とは対向し、且つ、それらの巻線８０１、９０１の巻回方向が平行している。
このとき、受電コイル９０の金属板９５における上側の端部は、送電コイル８０の上面を覆う金属板８５の端部と重なり、金属板９５の下側の端部は、送電コイル８０の下面を覆う金属板８５の端部と重なる。
そのため、図７に示すように、非接触給電位置にある送電コイル８０及び受電コイル９０の上側の面、下側の面、送電コイル８０の背面側の面、及び、受電コイル９０の背面側の面は、金属板８５または金属板９５で覆われる。

この装置では、非接触給電時に漏れ磁束の密度が高くなる面を金属板８５、９５で覆っているため、非接触給電時の漏れ磁束を効果的に減らすことができる。また、金属板８５の端面と金属板９５の端面とが重なっているため、金属板８５と金属板９５との接合部分から磁束が漏れる恐れもない。
また、この装置では、図７において金属板で覆われていない面（即ち、対向する送電コイル８０及び受電コイル９０の側方に位置する二面）を覆う金属片を金属板８５または金属板９５から延長して、非接触給電位置にある送電コイル８０及び受電コイル９０の上側の面、下側の面、送電コイル８０の背面側の面、受電コイル９０の背面側の面、並びに、対向する送電コイル８０及び受電コイル９０の両方の側面を全て金属板８５、９５で覆うようにすれば、非接触給電時の漏れ磁束をさらに少なくすることができる。
なお、ここでは、図５の右側を送電コイル、左側を受電コイルとしているが、逆であっても良い。
また、ここでは、シールド用の金属板として成形性に富むアルミ板を使用したが、銅板や真鍮板など、その他の金属や合金の板を使用しても良い。

このように、本発明の非接触給電装置は、ＩＣＮＩＲＰの指針を十分に満たすレベルに漏れ磁束を減らすことができる。また、非接触給電トランスをシールド板で覆っているため、異物の混入が防止でき、また、非接触給電面に人の手が触れることを防止できる。

本発明の非接触給電装置は、給電時の漏れ磁束を減らすことが可能であり、充電池を備える電動アシスト自転車や電動アシスト三輪車、電動バイク、無人搬送車等の移動用産業機器、前面や背面に給電機構を備える電気自動車等の給電に広く利用することができる。

１０ 送電コイル
１５ 金属板
１６ 成形体
２０ 受電コイル
２５ 金属板
２６ 成形体
４１ コア部材
４２ 電線
６１ 被施錠部
６５ 受電コイル
６６ 固定板
７３ 送電コイル
８０ 送電コイル
８５ 金属板
８６ 成形体
９０ 受電コイル
９５ 金属板
９６ 成形体
１０１ 巻線
１０２ 板状コア部材
１０３ 第１の板状コア
１０４ 第２の板状コア
２０１ 巻線
２０２ 柱状コア
４１１ 板状部
４１２ 磁極部
８０１ 巻線
８０２ 板状コア部材
８０３ 磁極部
８０４ 磁極部
９０１ 巻線
９０２ 板状コア部材
９０３ 磁極部
９０４ 磁極部

Claims (5)

1. 非接触給電トランスを構成する送電コイルと受電コイルとを備える非接触給電装置であって、
   前記送電コイルと前記受電コイルとは相対的な移動が可能であり、
   前記送電コイルと前記受電コイルとの間の非接触給電は、前記送電コイルの巻線と前記受電コイルの巻線とが、それらの巻回方向が平行する状態で対向する非接触給電位置に前記送電コイルまたは受電コイルが移動して行われ、
   前記送電コイル及び受電コイルには、金属板から成るシールド板が固定されており、
   前記送電コイルと前記受電コイルとが前記非接触給電位置にあるとき、前記送電コイル及び受電コイルを囲む、前記巻回方向に直交する上側の第１の面、前記巻回方向に直交する下側の第２の面、前記送電コイルの背面側で前記第１の面と前記第２の面とに接続する第３の面、前記受電コイルの背面側で前記第１の面と前記第２の面とに接続する第４の面、対向する前記送電コイル及び受電コイルの側方で前記第１の面と前記第２の面とに接続する第５の面及び第６の面の内、少なくとも前記第１の面、第２の面、第３の面及び第４の面が前記シールド板で塞がれており、且つ、前記送電コイルに固定された前記シールド板と前記受電コイルに固定された前記シールド板とは、それらの端部近傍で互いに重なっている、
   ことを特徴とする非接触給電装置。
2. 請求項１に記載の非接触給電装置であって、
   前記送電コイルと前記受電コイルとが前記非接触給電位置にあるとき、前記第１の面、第２の面、第３の面、第４の面、第５の面及び第６の面が前記シールド板で塞がれていることを特徴とする非接触給電装置。
3. 請求項１または２に記載の非接触給電装置であって、
   前記シールド板がアルミ板、銅板または真鍮板から成ることを特徴とする非接触給電装置。
4. 請求項１から３のいずれかに記載の非接触給電装置であって、
   前記送電コイル及び受電コイルの一方のコイルは、巻線が巻回された矩形状の板状コア部材と、前記板状コア部材の巻線が巻回されていない端面の一方に接続する第１の板状コアと、前記板状コア部材の巻線が巻回されていない端面の他方に接続する第２の板状コアと、を有し、前記第１の板状コア及び第２の板状コアと前記板状コア部材とが略直角を成すように交差しており、
   前記一方のコイルに固定された一方の前記シールド板は、少なくとも、前記板状コア部材の背面、前記第１の板状コアの外面、及び、前記第２の板状コアの外面を覆うとともに、前記一方のシールド板の端部が、前記第１の板状コア及び第２の板状コアの前記板状コア部材に接していない側の端面を覆い、
   前記送電コイル及び受電コイルの他方のコイルは、柱状コア部材と、該柱状コア部材に巻回された巻線とを有し、
   前記他方のコイルに固定された他方の前記シールド板は、前記他方のコイルの背面を覆う平板であって、該平板の外周が前記他方のコイルの固着領域よりも外側に拡がっており、
   前記送電コイルと前記受電コイルとが前記非接触給電位置にあるとき、前記一方のシールド板の前記第１の板状コア及び第２の板状コアの端面を覆う端部と、前記他方のシールド板を構成する前記平板の外周とが重なることを特徴とする非接触給電装置。
5. 請求項１から３のいずれかに記載の非接触給電装置であって、
   前記送電コイル及び受電コイルは、フェライトから成るコア部材と、該コア部材に巻回された巻線とを有し、
   前記コア部材は、矩形状の外形を有する板状部と、該板状部の対向する辺に沿って、該板状部の同一面側に平行に配置された直方体状の磁極部とを有し、
   前記巻線は、前記磁極部間の前記板状部の部分に巻回され、
   前記送電コイル及び受電コイルは、前記非接触給電位置において、前記磁極部が互いに対向し、
   前記送電コイル及び受電コイルの一方に固定された一方の前記シールド板は、少なくとも、前記板状部の背面、前記磁極部の一方が設けられた前記板状部の側面、及び、前記磁極部の他方が設けられた前記板状部の側面を覆い、
   前記送電コイル及び受電コイルの他方に固定された他方の前記シールド板は、少なくとも、前記板状部の背面、前記磁極部の一方が設けられた前記板状部の側面、及び、前記磁極部の他方が設けられた前記板状部の側面を覆うとともに、前記板状部の前記側面の各々を覆う前記他方のシールド板の端部が、前記側面を超えて延びており、
   前記送電コイルと前記受電コイルとが前記非接触給電位置にあるとき、前記一方のシールド板の前記板状部の前記側面を覆う端部と、前記他方のシールド板の前記側面を超えて延びる端部とが重なることを特徴とする非接触給電装置。