JP7447457B2

JP7447457B2 - 非接触給電システム

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Publication number: JP7447457B2
Application number: JP2019224374A
Authority: JP
Inventors: 侑生中屋敷; 将也 ▲高▼橋
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2019-12-12
Filing date: 2019-12-12
Publication date: 2024-03-12
Anticipated expiration: 2039-12-12
Also published as: EP4074535A4; US20220302766A1; CN114788130A; EP4074535A1; WO2021117507A1; JP2021093883A

Description

本開示は、非接触給電システムに関する。

路面に配置される送電コイルから車両側の受電コイルに非接触で給電する電気自動車が知られている。このような電気自動車において、電力伝送効率を高くするために、車両中の送電コイルと受電コイルとの間となる位置に、コイルとコンデンサとを用いた共振回路を有する中継器を備える技術が知られている（例えば、特許文献１）。

国際公開第２０１１／１０８４０３号

このような中継器において、装置全体を小型化し、車両や路面への配置の自由度を向上したいといった要望がある。

本開示は、以下の形態として実現することが可能である。

本開示の一形態によれば、車両用の非接触給電システム（３００）が提供される。この非接触給電システムは、第一コンデンサ（１１６）と交流電力を送電する送電コイル（１１２）とを有し、前記送電コイルと前記第一コンデンサとによって規定される第一共振周波数を有する送電器（１００）と、第二コンデンサ（２１６）と交流電力を受電する受電コイル（２１２）とを有し、前記受電コイルと前記第二コンデンサとによって規定される第二共振周波数を有する受電器（２０５）と、前記送電コイルから受電した交流電力を前記受電コイルに送電する中継器（２７０，２７０ｂ）と、を備える。前記中継器は、前記送電コイルから送電される交流電力を受電するための中継受電コイル部（２５０，２５０ｂ）であって、前記第一共振周波数と同一の周波数である第一自己共振周波数を形成するための第一浮遊容量（２５７，２５７ｂ）を規定する少なくとも一のコイルを備える中継受電コイル部と、前記受電器に交流電力を送電するための中継送電コイル部（２６０，２６０ｂ）であって、前記第二共振周波数と同一の周波数である第二自己共振周波数を形成するための第二浮遊容量（２６７，２６７ｂ）を規定する少なくとも一のコイルを備える中継送電コイル部と、を含んでよい。

この形態の非接触給電システムによれば、送電コイルから受電した交流電力を受電コイルに送電する中継器が備えられる。中継器の中継受電コイル部は、少なくとも一のコイルによって、第一共振周波数と同一の周波数である第一自己共振周波数を形成するための第一浮遊容量を規定する。中継送電コイル部は、少なくとも一のコイルによって、第二共振周波数と同一の周波数となる第二自己共振周波数を形成するための第二浮遊容量を規定する。そのため、中継器は、コンデンサを備えることなく、送電器から交流電力を受電し、受電器に交流電力を送電することができる。したがって、中継器を小型化することができ、中継器の配置の自由度を向上することができる。

非接触給電システムの構成を表す説明図。非接触給電システムの回路構成を表す説明図。中継器に含まれるコイルの構成を表す説明図。図３のＩＶ－ＩＶ位置の断面図。図３のＶ－Ｖ位置の断面図。第２実施形態での中継器のコイルの構成を表す説明図。図６のＶＩＩ－ＶＩＩ位置の断面図。第２実施形態の非接触給電システムの回路構成を表す説明図。他の実施形態での中継受電コイル部の構成を表す図。他の実施形態での中継受電コイル部の構成を表す図。他の実施形態での中継受電コイル部の構成を表す図。

Ａ．第１実施形態：
図１および図２を用いて本実施形態の非接触給電システム３００の構成について説明する。図１に示すように、本実施形態の非接触給電システム３００は、送電器１００から非接触で車両２００に電力を供給することが可能なシステムである。非接触給電システム３００は、道路ＲＳに設置される送電器１００と、車両２００に搭載される受電器２０５と、送電器１００からの交流電力を受電して受電器２０５に送電する中継器２７０とを含む。

送電器１００は、送電共振回路１１０と、送電回路１２０と、電源回路１３０とを備えている。送電共振回路１１０と、送電回路１２０と、電源回路１３０とは、道路ＲＳの内部に埋設されている。送電共振回路１１０および送電回路１２０は、複数を備えてよく、車両２００の進行方向となる道路ＲＳの延在方向に沿って連続的に備えられてよい。送電回路１２０および電源回路１３０は、道路ＲＳ内部に埋設されている必要はなく、例えば、道路ＲＳ上において、車両２００の走行の弊害とならない位置に備えられてよい。送電回路１２０および電源回路１３０は、送電共振回路１１０近傍に備えられることが好ましい。

電源回路１３０は、直流電力を送電回路１２０に供給する。送電回路１２０は、インバータ回路やフィルタ回路を有する交流変換回路である。送電回路１２０は、電源回路１３０から供給される直流電力を高周波の交流電力に変換して送電共振回路１１０に供給する。

送電共振回路１１０は、電磁誘導現象を利用して送電コイル１１２に誘導された交流電力を中継器２７０の中継受電コイル部２５０に送電する。送電共振回路１１０は、図２に示すように、送電コイル１１２と、共振コンデンサとして機能する第一コンデンサ１１６とを含んでいる。第一コンデンサ１１６の電気容量と、送電コイル１１２の自己インダクタンスとによって規定される共振周波数を、以下、第一共振周波数とも呼ぶ。

車両２００は、例えば、電気自動車やハイブリッド車等の駆動モータを搭載する車両で構成される。車両２００は、図１に示すように、中継器２７０と、受電器２０５と、バッテリ２３０とを備えている。受電器２０５は、受電共振回路２１０と、受電回路２２０とを有している。

受電共振回路２１０は、図２に示すように、受電コイル２１２と、共振コンデンサとして機能する第二コンデンサ２１６とを含んでいる。受電共振回路２１０は、中継器２７０の中継送電コイル部２６０に誘導された交流電力を受電コイル２１２から受電する。第二コンデンサ２１６の電気容量と、受電コイル２１２の自己インダクタンスとによって規定される共振周波数を、以下、第二共振周波数とも呼ぶ。

受電回路２２０は、受電共振回路２１０から出力される交流電力を直流電力に変換する。受電回路２２０は、例えば、フィルタ回路と、交流電力を直流電力に変換する整流回路と、負荷としてのバッテリ２３０の充電に適した直流電力に変換する電力変換回路とを有する。バッテリ２３０は、車両２００の駆動源である駆動モータを駆動するための直流電力を出力する２次電池である。受電回路２２０から出力される直流電力は、バッテリ２３０の充電に利用することができる。受電回路２２０からの直流電力は、図示しない補機バッテリの充電や、駆動モータや補機の駆動に利用されてよい。

中継器２７０は、送電共振回路１１０から受電した交流電力を、受電共振回路２１０に送電する。中継器２７０は、図１に示すように、送電コイル１１２から送電される交流電力を受電する中継受電コイル部２５０と、受電器２０５に交流電力を送電する中継送電コイル部２６０とを備える。

図３に示すように、中継受電コイル部２５０は、本実施形態において、第一中継受電コイル２５１と、第二中継受電コイル２５２との２つのコイルを備える。中継送電コイル部２６０は、第一中継送電コイル２６１と、第二中継送電コイル２６２との２つのコイルを備える。第一中継受電コイル２５１と第二中継受電コイル２５２、および第一中継送電コイル２６１と第二中継送電コイル２６２は、略平板状の形状を有しており、略矩形の断面形状を有する銅配線が複数回巻き回されて形成される。第一中継受電コイル２５１と第二中継受電コイル２５２、および第一中継送電コイル２６１と第二中継送電コイル２６２は、例えば、銅板をコイル状に切り出したものを樹脂モールドすることによって得ることができる。

本実施形態において、中継器２７０は、図３に示すように、いわゆるオープン方式のコイルを備えている。より具体的には、第一中継受電コイル２５１の一端２５１Ｔ１と第一中継送電コイル２６１の一端２６１Ｔ１とは、配線Ｃ１によって電気的に接続されている。第一中継受電コイル２５１の他端２５１Ｔ２および第一中継送電コイル２６１の他端２６１Ｔ２は、開放されている。第二中継受電コイル２５２の一端２５２Ｔ１と第二中継送電コイル２６２の一端２６２Ｔ１とは、配線Ｃ２によって電気的に接続されている。第二中継受電コイル２５２の他端２５２Ｔ２および第二中継送電コイル２６２の他端２６２Ｔ２は、開放されている。

第一中継受電コイル２５１は、図３に示すように、コイル外周側に配置され第一中継送電コイル２６１と電気的に接続される一端２５１Ｔ１からコイル中心に向かって右巻きのコイルである。第二中継受電コイル２５２は、コイル外周側に配置され第二中継送電コイル２６２と電気的に接続される一端２５２Ｔ１からコイル中心に向かって左巻きのコイルである。第二中継受電コイル２５２は、一端２５２Ｔ１からコイル中心に向かって右巻きのコイルであってもよい。第一中継受電コイル２５１と第二中継受電コイル２５２との各コイルの構成が逆であってよく、より具体的には、第一中継受電コイル２５１が、コイル外周側に配置され第一中継送電コイル２６１と電気的に接続される一端２５１Ｔ１からコイル中心に向かって左巻きのコイルであり、第二中継受電コイル２５２が、コイル外周側に配置され第二中継送電コイル２６２と電気的に接続される一端２５２Ｔ１からコイル中心に向かって右巻きのコイルであってよい。これら第一中継受電コイル２５１と第二中継受電コイル２５２とからなる中継受電コイル部２５０のコイル構成の組み合わせを、「第一の組み合わせ」とも呼ぶ。

第一中継受電コイル２５１と、第二中継受電コイル２５２とは、互いの面が平行な状態で対向し、互いの軸心が一致する状態で車両２００の下部に配置されている。第一中継受電コイル２５１は、第二中継受電コイル２５２よりも車両２００の下側、すなわち送電器１００側に配置される。第一中継受電コイル２５１と第二中継受電コイル２５２とは、送電コイル１１２と磁気共鳴するための共振コイルとして機能する。

第一中継受電コイル２５１では、図４に示すように、コイルを構成する導体配線の垂直断面での幅Ｗ１が、厚みＴ１よりも大きい。第一中継受電コイル２５１の導体配線間の距離Ｌ１は、第一中継受電コイル２５１と第二中継受電コイル２５２との距離Ｇ１よりも大きい。第一中継受電コイル２５１と第二中継受電コイル２５２との距離Ｇ１とは、第一中継受電コイル２５１と第二中継受電コイル２５２との最短距離のことを意味する。第二中継受電コイル２５２も第一中継受電コイル２５１と同様に構成されている。

第一中継受電コイル２５１と第二中継受電コイル２５２とは、直列に接続される浮遊容量を発生させる程度に互いに近接した状態で固定されている。換言すれば、第一中継受電コイル２５１と第二中継受電コイル２５２との距離Ｇ１が、直列の浮遊容量を発生させる程度に小さくなるように調整されている。第一中継受電コイル２５１と第二中継受電コイル２５２とに発生する浮遊容量は、第一中継受電コイル２５１および第二中継受電コイル２５２間で直列に接続される浮遊容量のほか、例えば各コイルの導体配線間で並列に接続される浮遊容量が発生する。本実施形態において、直列の浮遊容量が、並列の浮遊容量よりも優位な程度に大きくなるように構成されているので、直列の浮遊容量のみを発生させるものとして扱う。第一中継受電コイル２５１と第二中継受電コイル２５２との間に発生する直列の浮遊容量の合成容量を、以下、第一浮遊容量２５７とも呼ぶ。

本実施形態において、図４に示すように、第一中継受電コイル２５１と第二中継受電コイル２５２との間には、誘電体材料２５６が配置されている。誘電体材料２５６は、例えばチタン酸バリウムのような強誘電体である。誘電体材料２５６は、強誘電体のほか、酸化アルミニウムやフォルステライトなどの常誘電体であってよく、比誘電率が１以上の任意の誘電体材料であってよい。

中継受電コイル部２５０は、第一中継受電コイル２５１と、第二中継受電コイル２５２と、第一浮遊容量２５７とによって規定される第一自己共振周波数を有する。第一自己共振周波数は、送電器１００の送電共振回路１１０の第一共振周波数と同一となるように設定されている。第一自己共振周波数の直列共振周波数は、並列共振周波数よりも小さい周波数である。第一中継受電コイル２５１および第二中継受電コイル２５２は、送電コイル１１２と磁気結合して送電器１００から交流電力を受電する。

図３に示すように、中継送電コイル部２６０は、第一中継送電コイル２６１と、第二中継送電コイル２６２とを備える。第一中継送電コイル２６１は、図３に示すように、コイル外周側に配置され第一中継送電コイル２６１と電気的に接続される一端２６１Ｔ１からコイル中心に向かって右巻きのコイルである。第二中継送電コイル２６２は、コイル外周側に配置され第二中継受電コイル２５２と電気的に接続される一端２６２Ｔ１からコイル中心に向かって左巻きのコイルである。第二中継送電コイル２６２は、一端２６２Ｔ１からコイル中心に向かって右巻きのコイルであってもよい。第一中継送電コイル２６１と第二中継送電コイル２６２との各コイルの構成が逆であってよく、より具体的には、第一中継送電コイル２６１が、コイル外周側に配置され第一中継受電コイル２５１と電気的に接続される一端２６１Ｔ１からコイル中心に向かって左巻きのコイルであり、第二中継送電コイル２６２が、コイル外周側に配置され第二中継受電コイル２５２と電気的に接続される一端２６２Ｔ１からコイル中心に向かって右巻きのコイルであってよい。これら第一中継送電コイル２６１と第二中継送電コイル２６２とからなる中継送電コイル部２６０のコイル構成の組み合わせを、「第四の組み合わせ」とも呼ぶ。

第一中継送電コイル２６１と第二中継送電コイル２６２とは、互いの面が平行な状態で対向し、互いの軸心が一致する状態で車両２００内に配置されている。第二中継送電コイル２６２は、第一中継送電コイル２６１よりも受電器２０５側に位置し、受電コイル２１２と互いの軸心が一致するように配置されている。第一中継送電コイル２６１と第二中継送電コイル２６２とは、受電コイル２１２と磁気共鳴するための共振コイルとして機能する。第一中継送電コイル２６１および第二中継送電コイル２６２の軸心と、第一中継受電コイル２５１および第二中継受電コイル２５２の軸心とは一致しなくともよい。

第一中継送電コイル２６１では、図５に示すように、コイルを構成する導体配線の垂直断面での幅Ｗ２が、厚みＴ２よりも大きい。第一中継送電コイル２６１の導体配線間の距離Ｌ２は、第一中継送電コイル２６１と第二中継送電コイル２６２との距離Ｇ２よりも大きい。第一中継送電コイル２６１と第二中継送電コイル２６２との距離Ｇ２とは、第一中継送電コイル２６１と第二中継送電コイル２６２との最短距離のことを意味する。第二中継送電コイル２６２も第一中継送電コイル２６１と同様に構成されている。本実施形態において、第一中継送電コイル２６１と第二中継送電コイル２６２との間には、誘電体材料２５６が配置されている。

第一中継送電コイル２６１と第二中継送電コイル２６２とは、直列に接続される浮遊容量を発生させる程度に互いに近接した状態で固定されている。換言すれば、第一中継送電コイル２６１と第二中継送電コイル２６２との距離Ｇ２が、直列の浮遊容量を発生させる程度に小さくなるように調整されている。本実施形態において、直列の浮遊容量が、並列の浮遊容量よりも優位な程度に大きくなるように構成されているので、直列の浮遊容量のみを発生させるものとして扱う。第一中継送電コイル２６１と第二中継送電コイル２６２との間に発生する直列の浮遊容量の合成容量を、以下、第二浮遊容量２６７とも呼ぶ。

中継送電コイル部２６０は、第一中継送電コイル２６１と、第二中継送電コイル２６２と、第二浮遊容量２６７とによって規定される第二自己共振周波数を有する。第二自己共振周波数は、受電器２０５の受電共振回路２１０の第二共振周波数と同一となるように設定されている。第二自己共振周波数の直列共振周波数は、並列共振周波数よりも小さい周波数である。第一中継送電コイル２６１および第二中継送電コイル２６２は、受電コイル２１２と磁気結合して受電器２０５に交流電力を送電する。

以上説明したように、本実施形態の非接触給電システム３００によれば、送電コイル１１２から受電した交流電力を受電コイル２１２に送電する中継器２７０が備えられる。中継受電コイル部２５０は、第一中継受電コイル２５１と第二中継受電コイル２５２とによって、第一共振周波数と同一の周波数となる第一自己共振周波数を形成するための第一浮遊容量２５７を規定する。中継送電コイル部２６０は、第一中継送電コイル２６１と、第二中継送電コイル２６２とによって、第二共振周波数と同一の周波数となる第二自己共振周波数を形成するための第二浮遊容量２６７を規定する。そのため、中継器２７０は、コンデンサを備えることなく、送電器１００から交流電力を受電し、受電器２０５に交流電力を送電することができる。したがって、中継器２７０を小型化することができ、中継器２７０の配置の自由度を向上することができる。

本実施形態の非接触給電システム３００によれば、直列に接続される第一浮遊容量２５７を発生させる第一中継受電コイル２５１と第二中継受電コイル２５２と、直列に接続される第二浮遊容量２６７を発生させる第一中継送電コイル２６１と第二中継送電コイル２６２とを含むオープン方式のコイルを備えている。中継受電コイル部２５０と中継送電コイル部２６０とが電気的に接続されるので、例えば、中継受電コイル部２５０と中継送電コイル部２６０とを互いに離間して配置するなど、互いの軸心が一致しない位置に配置することができるので、中継器２７０の配置の自由度を向上することができる。中継受電コイル部２５０と中継送電コイル部２６０とは、直列の浮遊容量を利用して共振させるので、回路設計が容易となる。

本実施形態の非接触給電システム３００によれば、中継受電コイル部２５０の各コイルが第一の組み合わせで構成されている。より具体的には、第一中継受電コイル２５１は、電気的に接続されるコイル外周側の一端２５１Ｔ１から右巻きのコイルであり、第二中継受電コイル２５２は、電気的に接続されるコイル外周側の一端２５２Ｔ１から左巻きのコイルである。各コイルにおいて、電気的に接続される一端側がコイル外周側に配置されているので、各コイルの軸方向での導体配線の重複が発生しない。したがって、各コイルの銅板からの加工を容易にすることができる。

本実施形態の非接触給電システム３００によれば、中継送電コイル部２６０の各コイルが第四の組み合わせで構成されている。より具体的には、第一中継送電コイル２６１は、電気的に接続されるコイル外周側の一端２６１Ｔ１から右巻きのコイルであり、第二中継送電コイル２６２は、電気的に接続されるコイル外周側の一端２６２Ｔ１から左巻きのコイルである。各コイルにおいて、電気的に接続される一端側がコイル外周側に配置されているので、各コイルの軸方向での導体配線の重複が発生しない。したがって、各コイルの銅板からの加工を容易にすることができる。

本実施形態の非接触給電システム３００によれば、第一中継受電コイル２５１における導体配線の垂直断面での幅Ｗ１が、厚みＴ１よりも大きい。第一中継受電コイル２５１と第二中継受電コイル２５２との導体配線において、互いに対向し合う面積が大きくされ、各コイルにおいて導体配線間で対向する面積が小さく構成されている。第一中継受電コイル２５１の導体配線間の距離Ｌ１は、第一中継受電コイル２５１と第二中継受電コイル２５２との距離Ｇ１よりも大きい。第一中継受電コイル２５１と第二中継受電コイル２５２との導体配線間の距離が小さくされ、各コイルにおいて導体配線間の距離が大きくなるように構成されている。したがって、第一中継受電コイル２５１と第二中継受電コイル２５２とで直列に接続される第一浮遊容量２５７を大きくすることができる。

本実施形態の非接触給電システム３００によれば、第一中継送電コイル２６１における導体配線の垂直断面での幅Ｗ２が、厚みＴ２よりも大きい。第一中継送電コイル２６１と第二中継送電コイル２６２との導体配線において、互いに対向し合う面積が大きくされ、各コイルにおいて導体配線間で対向する面積が小さく構成されている。第一中継送電コイル２６１の導体配線間の距離Ｌ２は、第一中継送電コイル２６１と第二中継送電コイル２６２との距離Ｇ２よりも大きい。第一中継送電コイル２６１と第二中継送電コイル２６２との間の距離が小さくされ、各コイルにおいて導体配線間の距離が大きくなるように構成されている。したがって、第一中継送電コイル２６１と第二中継送電コイル２６２とで直列に接続される第二浮遊容量２６７を大きくすることができる。

本実施形態の非接触給電システム３００によれば、第一中継受電コイル２５１と第二中継受電コイル２５２との間、および第一中継送電コイル２６１と第二中継送電コイル２６２との間には、誘電体材料２５６が配置されている。誘電体材料２５６によって第一浮遊容量２５７および第二浮遊容量２６７を大きくすることができるので、例えば、第一中継送電コイル２６１と第二中継送電コイル２６２との各コイルの巻き回し数を削減することができる。

Ｂ．第２実施形態：
第２実施形態の非接触給電システム３００では、ショート方式のコイルを有する中継器２７０ｂを備えている。第２実施形態の非接触給電システム３００は、中継器２７０に代えて中継器２７０ｂを備える点で第１実施形態の非接触給電システム３００と相違し、その他の構成は第１実施形態の非接触給電システム３００と同様である。図６に示すように、中継器２７０ｂは、中継受電コイル部２５０ｂと、中継送電コイル部２６０ｂとを備える。

中継受電コイル部２５０ｂは、第三中継受電コイル２５３を備え、中継送電コイル部２６０ｂは、第三中継送電コイル２６３を備える。本実施形態において、第三中継受電コイル２５３および第三中継送電コイル２６３は、略平板状の形状を有しており、略矩形の断面形状を有する銅配線が複数回巻き回されて形成される。第三中継受電コイル２５３および第三中継送電コイル２６３は、例えば、銅板をコイル状に切り出して、導体配線間に誘電体材料２５６を充填することによって得ることができる。第三中継受電コイル２５３および第三中継送電コイル２６３には、平板状のコイルのほか、断面形状が円形や角形の導体をらせんに巻き回したばね状の巻き線コイル（スプリング型コイルとも呼ばれる）や、平板状のコイルを複数積層した積層コイルなどの種々のコイルが用いられてよい。誘電体材料２５６は、コイルの種類ごとの導体配線間に対応する位置に配置されてよい。

第三中継受電コイル２５３は、車両２００の下部に配置されている。第三中継送電コイル２６３は、第三中継送電コイル２６３よりも受電器２０５側に位置し、受電コイル２１２と互いの軸心が一致するように配置されている。第三中継受電コイル２５３の軸心と、第三中継送電コイル２６３の軸心とは一致しなくともよい。

図６に示すように、第三中継受電コイル２５３の一端２５３Ｔ１は、配線Ｃ３１によって第三中継送電コイル２６３の一端２６３Ｔ１と電気的に接続されている。第三中継受電コイル２５３は、コイル外周側に配置され第三中継送電コイル２６３と電気的に接続される一端２５３Ｔ１から右巻きのコイルである。第三中継受電コイル２５３の他端２５３Ｔ２は、配線Ｃ３２によって第三中継送電コイル２６３の他端２６３Ｔ２と電気的に接続されている。第三中継送電コイル２６３は、コイル外周側に配置され、第三中継受電コイル２５３と電気的に接続される一端２６３Ｔ１から右巻きのコイルである。

図７に示すように、第三中継受電コイル２５３の導体配線間の距離Ｌ３は、並列に接続される浮遊容量を発生させる程度に小さくなるように調整されている。本実施形態において、誘電体材料２５６は、第三中継受電コイル２５３の導体配線間に配置されている。このように、本実施形態では、第三中継受電コイル２５３の導体配線間において並列に接続される浮遊容量が大きくなるように構成されている。なお、第三中継送電コイル２６３の構成は、第三中継受電コイル２５３の構成と同様であるので説明を省略する。

第三中継受電コイル２５３に発生する並列の浮遊容量の合成容量を、第一浮遊容量２５７ｂとも呼び、第三中継送電コイル２６３に発生する並列の浮遊容量の合成容量を、第二浮遊容量２６７ｂとも呼ぶ。中継器２７０ｂは、図８に示す回路で表すことができる。

中継受電コイル部２５０ｂは、第三中継受電コイル２５３と、第一浮遊容量２５７ｂとによって規定される第一自己共振周波数を有する。第一自己共振周波数は、送電器１００の送電共振回路１１０の第一共振周波数と同一となるように設定されている。第三中継受電コイル２５３は、送電コイル１１２と磁気共鳴するための共振コイルとして機能し、送電コイル１１２と磁気結合されることにより、送電器１００から交流電力を受電する。

中継送電コイル部２６０ｂは、第三中継送電コイル２６３と、第二浮遊容量２６７ｂとによって規定される第二自己共振周波数を有する。第二自己共振周波数は、受電器２０５の受電共振回路２１０の第二共振周波数と同一となるように設定されている。第三中継送電コイル２６３は、受電コイル２１２と磁気共鳴するための共振コイルとして機能し、受電コイル２１２と磁気結合されることにより、受電器２０５に交流電力を送電する。

以上説明したように、本実施形態の非接触給電システム３００によれば、並列に接続される第一浮遊容量２５７ｂを発生させる第三中継受電コイル２５３と、並列に接続される第二浮遊容量２６７ｂを発生させる第三中継送電コイル２６３とを含むショート方式のコイルを備えている。したがって、中継器２７０ｂにコンデンサを備えることなく、送電器１００から交流電力を受電し、受電器２０５に交流電力を送電することができる。中継受電コイル部２５０ｂと中継送電コイル部２６０ｂとが電気的に接続されるので、中継受電コイル部２５０ｂと中継送電コイル部２６０ｂとを互いに離間して配置するなど、互いの軸心が一致しない位置に配置することができ、中継器２７０ｂの配置の自由度を向上することができる。

本実施形態の非接触給電システム３００によれば、第三中継受電コイル２５３の導体配線間、および第三中継送電コイル２６３の導体配線間に、誘電体材料２５６が配置されている。誘電体材料２５６によって並列に接続される第一浮遊容量２５７ｂおよび第二浮遊容量２６７ｂを大きくすることができ、例えば、第三中継受電コイル２５３と、第三中継送電コイル２６３との各コイルの巻き回し数を削減することができる。

Ｃ．他の実施形態：
（Ｃ１）図９に示すように、上記第１実施形態での中継受電コイル部２５０において、更に、第一中継受電コイル２５１の中心に、第一導電板２５９が備えられ、第二中継受電コイル２５２の中心に、第一導電板２５９に対向する第二導電板２５８が備えられてもよい。この形態の非接触給電システム３００によれば、第一中継受電コイル２５１と第二中継受電コイル２５２との導体配線間での対向面積を大きくすることができ、直列に接続される第一浮遊容量２５７を大きくすることができる。各導電板２５８，２５９は、コイルの形成時の加工においてコイルと一体的に形成されてもよく、コイルとは別体である平板状の導電体をコイル中心に取り付けてもよい。図９に示すように、第一導電板２５９には、第一中継受電コイル２５１の軸心となる位置に、第一中継受電コイル２５１の磁束を通すための開口２５９ｃが備えられ、第二導電板２５８には、第二中継受電コイル２５２の軸心となる位置に、第二中継受電コイル２５２の磁束を通すための開口２５８ｃが備えられる。各導電板２５８，２５９は、開口２５８ｃ、２５９ｃを設けるほか、各コイルの磁束の形成を阻害しない位置に配置されてもよい。

（Ｃ２）上記第１実施形態での中継送電コイル部２６０において、更に、第一中継送電コイル２６１の中心に、第三導電板が備えられ、第二中継送電コイル２６２の中心に、第三導電板に対向する第四導電板が備えられてもよい。第三導電板および第四導電板の構成は第一導電板２５９および第二導電板２５８の構成と同様であってよい。この形態の非接触給電システム３００によれば、第一中継送電コイル２６１と第二中継送電コイル２６２との導体配線間での対向面積を大きくすることができ、第二浮遊容量２６７を大きくすることができる。各導電板は、コイルの形成時の加工においてコイルと一体的に形成されてもよく、コイルとは別体である平板状の導電体をコイル中心に取り付けてもよい。第三導電板および第四導電板は、開口を設けるほか、各コイルの磁束の形成を阻害しない位置に配置されてもよい。

（Ｃ３）上記第１実施形態において、中継受電コイル部２５０の第一中継受電コイル２５１と第二中継受電コイル２５２とが第一の組み合わせで構成されている。これに対して、図１０に示すように、第一中継受電コイル２５１と第二中継受電コイル２５２とが、以下の第二の組み合わせで構成されていてもよい。より具体的には、図１０に示すように、第二中継受電コイル２５２は、コイル外周側に配置され第二中継送電コイル２６２と電気的に接続される一端２５２Ｔ１からコイル中心に向かって右巻きのコイルである。第一中継受電コイル２５１は、コイル外周側に配置され、開放される他端２５１Ｔ２からコイル中心に向かって右巻きのコイルである。第一中継受電コイル２５１の一端２５１Ｔ１は、図１０に示すように、コイル中心からコイル外周側に至るまで延伸されてよい。第一中継受電コイル２５１は、他端２５１Ｔ２からコイル中心に向かって左巻きのコイルであってもよい。第一中継受電コイル２５１と第二中継受電コイル２５２との各コイルの構成が逆であってよく、より具体的には、第一中継受電コイル２５１が、コイル外周側に配置され第一中継送電コイル２６１と電気的に接続される一端２５１Ｔ１からコイル中心に向かって右巻きのコイルであってよく、第二中継受電コイル２５２が、コイル外周側に配置され、開放される他端２５２Ｔ２からコイル中心に向かって右巻きのコイルであってよい。

（Ｃ４）上記第１実施形態において、中継受電コイル部２５０の第一中継受電コイル２５１と第二中継受電コイル２５２とが第一の組み合わせで構成されている。これに対して、図１１に示すように、第一中継受電コイル２５１と第二中継受電コイル２５２とが、以下の第三の組み合わせで構成されていてもよい。より具体的には、図１１に示すように、第二中継受電コイル２５２は、コイル外周側に配置され開放される他端２５２Ｔ２からコイル中心に向かって左巻きのコイルである。第二中継受電コイル２５２の一端２５２Ｔ１は、図１１に示すように、コイル中心からコイル外周側に至るまで延伸されてよい。第一中継受電コイル２５１は、コイル外周側に配置され、開放される他端２５１Ｔ２からコイル中心に向かって右巻きのコイルである。第一中継受電コイル２５１の一端２５１Ｔ１は、図１１に示すように、コイル中心からコイル外周側に至るまで延伸されてよい。第一中継受電コイル２５１は、他端２５１Ｔ２からコイル中心に向かって左巻きのコイルであってもよい。第一中継受電コイル２５１と第二中継受電コイル２５２との各コイルの構成が逆であってよく、より具体的には、第一中継受電コイル２５１が、コイル外周側に配置され開放される他端２５１Ｔ２からコイル中心に向かって左巻きのコイルであってよく、第二中継受電コイル２５２が、コイル外周側に配置され、開放される他端２５２Ｔ２からコイル中心に向かって右巻きのコイルであってよい。

（Ｃ５）上記第１実施形態において、中継送電コイル部２６０の第一中継送電コイル２６１と第二中継送電コイル２６２とが第四の組み合わせで構成されている。これに対して、第一中継送電コイル２６１と第二中継送電コイル２６２とが、以下の第五の組み合わせで構成されていてもよい。より具体的には、第二中継送電コイル２６２は、コイル外周側に配置され第二中継送電コイル２６２と電気的に接続される一端２６２Ｔ１からコイル中心に向かって右巻きのコイルである。第一中継送電コイル２６１は、コイル外周側に配置され、開放される他端２６１Ｔ２からコイル中心に向かって右巻きのコイルである。第一中継送電コイル２６１の一端２６１Ｔ１は、コイル中心からコイル外周側に至るまで延伸されてよい。第一中継送電コイル２６１は、他端２６１Ｔ２からコイル中心に向かって左巻きのコイルであってもよい。第一中継送電コイル２６１と第二中継送電コイル２６２との各コイルの構成が逆であってよく、より具体的には、第一中継送電コイル２６１が、コイル外周側に配置され第一中継受電コイル２５１と電気的に接続される一端２６１Ｔ１からコイル中心に向かって右巻きのコイルであってよく、第二中継送電コイル２６２が、コイル外周側に配置され、開放される他端２６２Ｔ２からコイル中心に向かって右巻きのコイルであってよい。

（Ｃ６）上記第１実施形態において、中継送電コイル部２６０の第一中継送電コイル２６１と第二中継送電コイル２６２とが第四の組み合わせで構成されている。これに対して、第一中継送電コイル２６１と第二中継送電コイル２６２とが、以下の第六の組み合わせで構成されていてもよい。より具体的には、第二中継送電コイル２６２は、コイル外周側に配置され開放される他端２６２Ｔ２からコイル中心に向かって左巻きのコイルである。第二中継送電コイル２６２の一端２６２Ｔ１は、コイル中心からコイル外周側に至るまで延伸されてよい。第一中継送電コイル２６１は、コイル外周側に配置され、開放される他端２６１Ｔ２からコイル中心に向かって右巻きのコイルである。第一中継送電コイル２６１の一端２６１Ｔ１は、コイル中心からコイル外周側に至るまで延伸されてよい。第一中継送電コイル２６１は、他端２６１Ｔ２からコイル中心に向かって左巻きのコイルであってもよい。第一中継送電コイル２６１と第二中継送電コイル２６２との各コイルの構成が逆であってよく、より具体的には、第一中継送電コイル２６１が、コイル外周側に配置され開放される他端２６１Ｔ２からコイル中心に向かって左巻きのコイルであってよく、第二中継送電コイル２６２が、コイル外周側に配置され、開放される他端２６２Ｔ２からコイル中心に向かって右巻きのコイルであってよい。

（Ｃ７）上記各実施形態において、中継受電コイル部２５０，２５０ｂは、車両２００の下部に配置されているが、中継受電コイル部２５０，２５０ｂは、例えば、車両２００のタイヤやホイールなど、車両２００において送電共振回路１１０と磁気結合できる任意の位置に配置されてよい。中継送電コイル部２６０，２６０ｂは、受電共振回路２１０と磁気結合できる車両２００の任意の位置に配置されてよい。中継受電コイル部および中継送電コイル部の双方が、道路ＲＳに配置されてもよい。

（Ｃ８）上記第１実施形態において、第一中継受電コイル２５１および第二中継受電コイル２５２では、コイルを構成する導体配線の垂直断面での幅Ｗ１である例を示し、第一中継送電コイル２６１および第二中継送電コイル２６２では、導体配線の幅Ｗ２である例を示した。これに対して、第一中継受電コイル２５１、第二中継受電コイル２５２、第一中継送電コイル２６１、第二中継送電コイル２６２の少なくともいずれかの導体配線において、例えば、コイルの外周側での幅よりもコイルの中心側での幅の方が大きくなる等、直列の浮遊容量が大きくなるように、コイルの外周側の幅とコイルの中心側の幅とが異なるように設定されてよい。この形態の非接触給電システム３００によれば、コイルの外形面積を変えることなく、直列に接続される浮遊容量を増大させることができる。

（Ｃ９）上記第１実施形態において、第一中継受電コイル２５１では、導体配線の垂直断面での幅Ｗ１が、厚みＴ１よりも大きく、導体配線間の距離Ｌ１は、第一中継受電コイル２５１と第二中継受電コイル２５２との距離Ｇ１よりも大きい例を示した。これに対して、第一中継受電コイル２５１では、導体配線の垂直断面での幅Ｗ１が、厚みＴ１よりも小さくてもよく、導体配線間の距離Ｌ１は、第一中継受電コイル２５１と第二中継受電コイル２５２との距離Ｇ１よりも小さくてもよい。

（Ｃ１０）上記第１実施形態において、第一中継送電コイル２６１では、導体配線の幅Ｗ２が、厚みＴ２よりも大きく、導体配線間の距離Ｌ２は、第一中継送電コイル２６１と第二中継送電コイル２６２との距離Ｇ２よりも大きい例を示した。これに対して、第一中継送電コイル２６１では、導体配線の幅Ｗ２が、厚みＴ２よりも小さく、導体配線間の距離Ｌ２は、第一中継送電コイル２６１と第二中継送電コイル２６２との距離Ｇ２よりも小さくてもよい。

（Ｃ１１）上記第１実施形態において、第一中継受電コイル２５１と第二中継受電コイル２５２との間、および第一中継送電コイル２６１と第二中継送電コイル２６２との間には、誘電体材料２５６が配置されているが、誘電体材料２５６は配置されていなくてもよい。

（Ｃ１２）上記第２実施形態において、誘電体材料２５６が、第三中継受電コイル２５３の導体配線間に配置されているが、誘電体材料２５６は配置されていなくてもよい。

（Ｃ１３）上記第１実施形態において、第一中継受電コイル２５１と第二中継受電コイル２５２との間、および第一中継送電コイル２６１と第二中継送電コイル２６２との間に一種類の誘電体材料２５６が配置されている例を示した。これに対して、第一中継受電コイル２５１と第二中継受電コイル２５２との間、第一中継送電コイル２６１と第二中継送電コイル２６２との間の少なくともいずれか一方には、例えば、コイル中心側に高い比誘電率を有する誘電体材料を配置し、コイル外周側にコイル中心側よりも低い比誘電率を有する誘電体材料を配置するなど、直列の浮遊容量が大きくなるように、異なる比誘電率を有する複数の誘電材料がコイル間に配置されてもよい。この形態の非接触給電システム３００によれば、直列に接続される浮遊容量をより大きくさせることができる。

（Ｃ１４）上記第一の組み合わせから第六の組み合わせにおいて、第一中継受電コイル２５１の一端２５１Ｔ１が、第二中継送電コイル２６２の一端２６２Ｔ１と電気的に接続され、第二中継受電コイル２５２の一端２５２Ｔ１が、第一中継送電コイル２６１の一端２６１Ｔ１と電気的に接続されてよい。

本開示は、上述の実施形態や変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

１００…送電器、１１２…送電コイル、１１６…第一コンデンサ、２０５…受電器、２１２…受電コイル、２１６…第二コンデンサ、２５０，２５０ｂ…中継受電コイル部、２５７，２５７ｂ…第一浮遊容量、２６０，２６０ｂ…中継送電コイル部、２６７，２６７ｂ…第二浮遊容量、２７０，２７０ｂ…中継器、３００…非接触給電システム

Claims

車両用の非接触給電システム（３００）であって、
第一コンデンサ（１１６）と、交流電力を送電する送電コイル（１１２）とを有し、前記送電コイルと前記第一コンデンサとによって規定される第一共振周波数を有する送電器（１００）と、
第二コンデンサ（２１６）と、交流電力を受電する受電コイル（２１２）とを有し、前記受電コイルと前記第二コンデンサとによって規定される第二共振周波数を有する受電器（２０５）と、
前記送電コイルから受電した交流電力を前記受電コイルに送電する中継器（２７０，２７０ｂ）と、を備え、
前記中継器は、
前記送電コイルから送電される交流電力を受電するための中継受電コイル部（２５０，２５０ｂ）であって、前記第一共振周波数と同一の周波数である第一自己共振周波数を形成するための第一浮遊容量（２５７，２５７ｂ）を規定する少なくとも一のコイルを備える中継受電コイル部と、
前記受電器に交流電力を送電するための中継送電コイル部（２６０，２６０ｂ）であって、前記第二共振周波数と同一の周波数である第二自己共振周波数を形成するための第二浮遊容量（２６７，２６７ｂ）を規定する少なくとも一のコイルを備える中継送電コイル部と、を含む、
非接触給電システム。
請求項１に記載の非接触給電システムであって、
前記中継受電コイル部は、２つのコイルとして、第一中継受電コイル（２５１）と、前記第一中継受電コイルに対して前記受電器側で近接して対向し、直列に接続される前記第一浮遊容量を発生させるための第二中継受電コイル（２５２）とを備え、
前記中継送電コイル部は、２つのコイルとして、第一中継送電コイル（２６１）と、前記第一中継送電コイルに対して前記送電器側で近接して対向し、直列に接続される前記第二浮遊容量を発生させるための第二中継送電コイル（２６２）とを備え、
前記第一中継受電コイルの一端（２５１Ｔ１）と前記第一中継送電コイルの一端（２６１Ｔ１）とが電気的に接続され、前記第一中継受電コイルの他端（２５１Ｔ２）および前記第一中継送電コイルの他端（２６２Ｔ２）が開放され、
前記第二中継受電コイルの一端（２５２Ｔ１）と前記第二中継送電コイルの一端（２６２Ｔ１）とが電気的に接続され、前記第二中継受電コイルの他端（２５２Ｔ２）および前記第二中継送電コイルの他端（２６２Ｔ２）が開放され、
前記第一自己共振周波数の直列共振周波数は、前記送電コイルから送電される交流電力の周波数と一致するように設定され、前記第一自己共振周波数の並列共振周波数よりも小さい周波数であり、
前記第二自己共振周波数の直列共振周波数は、前記受電コイルが受電する交流電力の周波数と一致するように設定され、前記第二自己共振周波数の並列共振周波数よりも小さい周波数である、
非接触給電システム。
請求項２に記載の非接触給電システムであって、
前記中継受電コイル部の前記第一中継受電コイルおよび前記第二中継受電コイルは、
一方のコイルが、コイル外周側に配置され電気的に接続される一端から右巻きの平面状のコイルであり、他方のコイルが、電気的に接続される一端をコイル外周側に配置される平面状のコイルである第一の組み合わせと、
一方のコイルが、コイル外周側に配置され電気的に接続される一端から右巻きの平面状のコイルであり、他方のコイルが、開放される他端をコイル外周側に配置される平面状のコイルである第二の組み合わせと、
一方のコイルが、コイル外周側に配置され開放される他端から左巻きの平面状のコイルであり、他方のコイルが、開放される他端をコイル外周側に配置される平面状のコイルである第三の組み合わせと、の少なくともいずれかの組み合わせを有する、
非接触給電システム。
請求項２または請求項３に記載の非接触給電システムであって、
前記中継送電コイル部の前記第一中継送電コイルおよび前記第二中継送電コイルは、
一方のコイルが、コイル外周側に配置され電気的に接続される一端から右巻きの平面状のコイルであり、他方のコイルが、電気的に接続される一端をコイル外周側に配置される平面状のコイルである第四の組み合わせと、
一方のコイルが、コイル外周側に配置され電気的に接続される一端から右巻きの平面状のコイルであり、他方のコイルが、開放される他端をコイル外周側に配置される平面状のコイルである第五の組み合わせと、
一方のコイルが、コイル外周側に配置され開放される他端から左巻きの平面状のコイルであり、他方のコイルが、開放される他端をコイル外周側に配置される平面状のコイルである第六の組み合わせと、の少なくともいずれかの組み合わせを有する、
非接触給電システム。
請求項２から請求項４までのいずれか一項に記載の非接触給電システムであって、
前記中継受電コイル部は
前記第一中継受電コイルの中心に、第一導電板（２５９）が備えられ、
前記第二中継受電コイルの中心に、前記第一導電板に対向する第二導電板（２５８）が備えられる、
非接触給電システム。
請求項２から請求項５までのいずれか一項に記載の非接触給電システムであって、
前記中継送電コイル部は
前記第一中継送電コイルの中心に、第三導電板が備えられ、
前記第二中継送電コイルの中心に、前記第三導電板に対向する第四導電板が備えられる、
非接触給電システム。
請求項２から請求項６までのいずれか一項に記載の非接触給電システムであって、
前記中継受電コイル部と、前記中継送電コイル部との少なくともいずれか一方に含まれるコイルにおいて、コイル外周側の線幅とコイル中心側の線幅とが異なる、
非接触給電システム。
請求項２から請求項７までのいずれか一項に記載の非接触給電システムであって、
前記中継受電コイル部の前記第一中継受電コイルと、前記第二中継受電コイルとにおいて、
コイルを構成する導体の間の距離Ｌ１は、前記第一中継受電コイルと前記第二中継受電コイルとの最短距離Ｇ１よりも大きく、
導体の断面における幅Ｗ１は、導体の断面における厚みＴ１よりも大きい、
非接触給電システム。
請求項２から請求項８までのいずれか一項に記載の非接触給電システムであって、
前記中継送電コイル部の前記第一中継送電コイルと、前記第二中継送電コイルとにおいて、
コイルを構成する導体の間の距離Ｌ２は、前記第一中継送電コイルと前記第二中継送電コイルとの間の最短距離Ｇ２よりも大きく、
導体の断面における幅Ｗ２は、導体の断面における厚みＴ２よりも大きい、
非接触給電システム。
請求項２から請求項９までのいずれか一項に記載の非接触給電システムであって、
前記中継受電コイル部の前記第一中継受電コイルと前記第二中継受電コイルとの間、もしくは前記中継送電コイル部の前記第一中継送電コイルと前記第二中継送電コイルとの間の少なくともいずれか一方に、誘電体材料（２５６）が配置される、
非接触給電システム。
請求項１０に記載の非接触給電システムであって、
前記誘電体材料は、異なる比誘電率を有する複数の誘電体材料を含む、
非接触給電システム。
請求項１に記載の非接触給電システムであって、
前記中継受電コイル部は、並列に接続される前記第一浮遊容量を発生させる第三中継受電コイル（２５３）を備え、
前記中継送電コイル部は、並列に接続される前記第二浮遊容量を発生させる第三中継送電コイル（２６３）を備え、
前記第三中継受電コイルの一端（２５３Ｔ１）と、前記第三中継送電コイルの一端（２６３Ｔ１）とが電気的に接続され、前記第三中継受電コイルの他端（２５３Ｔ２）と、前記第三中継送電コイルの他端（２６３Ｔ２）とが電気的に接続され、
前記第一自己共振周波数の並列共振周波数は、前記送電コイルから送電される交流電力の周波数と一致するように設定され、
前記第二自己共振周波数の並列共振周波数は、前記受電コイルが受電する交流電力の周波数と一致するように設定される、
非接触給電システム。
請求項１２に記載の非接触給電システムであって、
前記中継受電コイル部の前記第三中継受電コイル、もしくは前記中継送電コイル部の前記第三中継送電コイルの少なくともいずれか一方において、コイルの線間に誘電体材料（２５６）が配置される、
非接触給電システム。