KR20150012262A - 수전 장치 및 송전 장치 - Google Patents

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KR20150012262A
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신지 이치카와
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도요타지도샤가부시키가이샤
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Abstract

수전 장치는, 내부에 수용부가 형성된 제1 하우징(24)과, 제1 하우징(24) 내에 배치된 코어(21)와, 제1 하우징(24) 내에 배치되고, 코어(21)에 설치된 제2 코일(22)과, 제1 하우징(24) 내에 배치됨과 함께, 제2 코일(22)에 접속된 제1 전기 기기와, 제1 하우징(24)의 내표면과 제2 코일(22)의 사이와, 제1 하우징(24)의 내표면과 제1 전기 기기의 사이에 배치된 제1 절연 부재(40)와, 냉매를 유통시켜서, 제2 코일(22) 및 제1 전기 기기를 냉각하는 냉각 장치를 구비하고, 제2 코일(22)과 제1 전기 기기는, 제1 절연 부재(40)를 사이에 끼워서 제1 하우징(24)의 내표면에 설치되고, 제1 전기 기기는 제2 코일(22)보다 냉매의 유통 방향의 상류에 배치된다.

Description

수전 장치 및 송전 장치{POWER RECEPTION DEVICE AND POWER TRANSMISSION DEVICE}
본 발명은 수전 장치 및 송전 장치에 관한 것이다.
최근 들어, 환경에 대한 배려로 배터리 등의 전력을 사용하여 구동륜을 구동시키는 하이브리드 차량이나 전기 자동차 등이 주목받고 있다.
특히 최근에는, 상기와 같은 배터리를 탑재한 전동 차량에 있어서, 플러그 등을 사용하지 않고 비접촉으로 배터리를 충전 가능한 와이어리스 충전이 주목받고 있다.
예를 들어, 일본 특허 공개 제2011-50127호 공보에 기재된 비접촉 전력 급전 장치는, 수전부 및 송전부를 구비하고, 송전부 및 수전부는, 모두 H 형상의 코어와, 이 코어에 장착된 코일을 포함한다.
코어는, 2개의 자극부와, 이 2개의 자극부간에 형성되고, 코일이 권회된 미세 폭 피코일부를 포함한다.
상기 2개의 자극부는, 미세 폭 피코일부의 중심을 지나, 2개의 자극부에 수직으로 교차하는 대칭 축에 대하여 선대칭이 되도록 형성되어 있고, 코어는, 상기 대칭 축에 대칭인 H자 형상이 되도록 형성되어 있다.
일본 특허 공개 제2011-50127호 공보
일반적으로, 수전부와 송전부의 사이에서 전력 전송을 행하면, 수전부의 코일의 온도나 송전부의 코일의 온도 등이 상승한다.
이로 인해, 상기와 같은 수전부를 구비한 수전 장치는, 수전부를 냉각하는 냉각 장치를 구비할 필요가 있다. 마찬가지로, 상기와 같은 송전부를 구비한 송전 장치는, 송전부를 냉각하는 냉각 장치를 구비할 필요가 있다.
이로 인해, 종래의 수전 장치나 송전 장치에서는, 장치 자체가 대형화하기 쉽다는 문제가 있었다.
본 발명은 상기와 같은 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 그 제1 목적은, 장치의 대형화를 억제하면서도, 수전부를 양호하게 냉각할 수 있는 수전 장치를 제공하는 것이다. 제2 목적은, 장치의 대형화를 억제하면서도, 송전부를 양호하게 냉각할 수 있는 송전 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 수전 장치는, 제1 코일을 포함하는 송전부로부터 비접촉으로 전력을 수전하는 수전 장치이다. 수전 장치는, 내부에 수용부가 형성된 하우징과, 하우징 내에 배치된 코어와, 하우징 내에 배치되고, 코어에 설치된 제2 코일과, 하우징 내에 배치됨과 함께, 제2 코일에 접속된 전기 기기와, 하우징의 내표면과 제2 코일의 사이와, 하우징의 내표면과 전기 기기의 사이에 배치된 절연 부재와, 냉매를 유통시켜서, 제2 코일 및 전기 기기를 냉각하는 냉각 장치를 구비한다.
상기 제2 코일과 전기 기기는, 절연 부재를 사이에 두고 하우징의 내표면에 설치된다. 상기 전기 기기는 제2 코일보다 냉매의 유통 방향의 상류에 배치된다.
바람직하게는, 상기 전기 기기는, 제2 코일에 접속된 캐패시터와, 제2 코일이 수전한 전류를 정류하는 정류기를 포함한다. 상기 정류기는, 캐패시터보다 냉매의 유통 방향의 상류측에 배치된다. 상기 캐패시터는, 제2 코일보다 냉매의 유통 방향의 상류측에 배치된다.
바람직하게는, 상기 전기 기기는, 제2 코일에 접속된 캐패시터와, 제2 코일이 수전한 전류를 정류하는 정류기를 포함한다. 상기 캐패시터는, 정류기보다 냉매의 유통 방향의 상류측에 배치된다. 상기 정류기는, 제2 코일보다 냉매의 유통 방향의 상류측에 배치된다.
바람직하게는, 상기 제2 코일은, 제1 권회 축의 주위를 둘러싸도록 형성된다. 상기 코어는, 제2 코일이 권회되는 제1 축부와, 제1 축부의 제1 단부에 형성되고, 제1 권회 축이 연장되는 방향과 교차하는 제1 교차 방향으로 연장되는 제1 자극부와, 제1 축부의 제2 단부에 형성되고, 제1 교차 방향으로 연장되는 제2 자극부를 포함한다. 상기 제1 교차 방향에서의 제1 축부의 폭은, 제1 교차 방향에서의 제1 자극부의 길이 및 제2 자극부의 길이보다 짧다. 상기 제1 교차 방향에서의 제1 자극부의 중앙에 위치하는 제1 중앙부와, 제1 교차 방향에서의 제2 자극부의 중앙에 위치하는 제2 중앙부는, 제1 교차 방향에서의 제1 축부의 중앙에 위치하는 제3 중앙부보다 제1 교차 방향의 일측에 위치한다. 상기 전기 기기는, 제1 축부에 대하여 제1 교차 방향의 일측에 배치됨과 함께, 제1 자극부 및 제2 자극부의 사이에 배치된다. 바람직하게는, 상기 냉각 장치는, 하우징 내에 냉매를 공급한다.
바람직하게는, 상기 제2 코일은, 제1 권회 축의 주위를 둘러싸도록 형성된다. 상기 냉각 장치는, 제1 권회 축이 연장되는 방향과 교차하는 제1 교차 방향에 냉매를 공급한다. 바람직하게는, 상기 하우징은 밀폐된다.
바람직하게는, 상기 제2 코일과 제2 코일에 접속된 캐패시터에 의해, 송전부로부터 비접촉으로 전력을 수전하는 수전부가 형성된다. 상기 송전부의 고유 주파수와 수전부의 고유 주파수의 차는, 수전부의 고유 주파수의 10％ 이하이다.
바람직하게는, 상기 제2 코일과 제2 코일에 접속된 캐패시터에 의해, 송전부로부터 비접촉으로 전력을 수전하는 수전부가 형성된다. 상기 수전부와 송전부의 결합 계수는 0.1 이하이다.
바람직하게는, 상기 제2 코일과 제2 코일에 접속된 캐패시터에 의해, 송전부로부터 비접촉으로 전력을 수전하는 수전부가 형성된다. 상기 수전부는, 수전부와 송전부의 사이에 형성되고, 또한 특정한 주파수로 진동하는 자계와, 수전부와 송전부의 사이에 형성되고, 또한 특정한 주파수로 진동하는 전계 중 적어도 한쪽을 통해 송전부로부터 전력을 수전한다.
본 발명에 따른 송전 장치는, 제1 코일을 포함하는 수전부에 비접촉으로 전력을 송전하는 송전 장치. 송전 장치는, 외부에 수용부가 형성된 하우징과, 하우징 내에 배치된 코어와, 하우징 내에 배치되고, 코어에 설치된 제1 코일과, 하우징 내에 배치됨과 함께, 제1 코일에 접속된 전기 기기와, 하우징의 내표면과 제1 코일의 사이와, 하우징의 내표면과 전기 기기의 사이에 배치된 절연 부재와, 냉매를 유통시켜서, 제1 코일 및 전기 기기를 냉각하는 냉각 장치를 구비한다.
상기 제1 코일과 전기 기기는, 절연 부재를 사이에 두고 하우징의 내표면에 설치된다. 상기 전기 기기는 제1 코일보다 냉매의 유통 방향의 상류에 배치된다.
바람직하게는, 상기 전기 기기는, 제1 코일에 접속된 캐패시터를 포함한다.
바람직하게는, 상기 제1 코일은, 제2 권회 축의 주위를 둘러싸도록 형성된다. 상기 코어는, 제1 코일이 권회되는 제2 축부와, 제2 축부의 제3 단부에 형성되고, 제2 권회 축이 연장되는 방향과 교차하는 제2 교차 방향으로 연장되는 제3 자극부와, 제2 축부의 제4 단부에 형성되고, 제2 교차 방향으로 연장되는 제4 자극부를 포함한다. 상기 제2 교차 방향에서의 제2 축부의 폭은, 제2 교차 방향에서의 제3 자극부의 길이 및 제4 자극부의 길이보다 짧다. 상기 제2 교차 방향에서의 제3 자극부의 중앙에 위치하는 제4 중앙부와, 제2 교차 방향에서의 제4 자극부의 중앙에 위치하는 제5 중앙부는, 제2 교차 방향에서의 제2 축부의 중앙에 위치하는 제6 중앙부보다 제2 교차 방향의 일측에 위치한다. 상기 전기 기기는, 제2 축부에 대하여 제2 교차 방향의 일측에 배치됨과 함께, 제3 자극부 및 제4 자극부의 사이에 배치된다.
바람직하게는, 상기 냉각 장치는, 하우징 내에 냉매를 공급한다.
바람직하게는, 상기 제1 코일은, 제2 권회 축의 주위를 둘러싸도록 형성된다. 상기 냉각 장치는, 제2 권회 축이 연장되는 방향과 교차하는 제2 교차 방향으로 냉매를 공급한다. 바람직하게는, 상기 하우징은 밀폐된다.
바람직하게는, 상기 제1 코일과, 제1 코일이 접속된 캐패시터에 의해, 수전부에 비접촉으로 전력을 송전하는 송전부가 형성된다. 상기 송전부의 고유 주파수와 수전부의 고유 주파수의 차는, 수전부의 고유 주파수의 10％ 이하이다.
바람직하게는, 상기 제1 코일과, 제1 코일이 접속된 캐패시터에 의해, 수전부에 비접촉으로 전력을 송전하는 송전부가 형성된다. 상기 수전부와 송전부의 결합 계수는, 0.1 이하이다.
바람직하게는, 상기 제1 코일과, 제1 코일이 접속된 캐패시터에 의해, 수전부에 비접촉으로 전력을 송전하는 송전부가 형성된다. 상기 송전부는, 수전부와 송전부의 사이에 형성되고, 또한 특정한 주파수로 진동하는 자계와, 수전부와 송전부의 사이에 형성되고, 또한 특정한 주파수로 진동하는 전계 중 적어도 한쪽을 통해서 수전부에 전력을 송전한다.
본 발명에 따른 수전 장치에 의하면, 장치의 대형화를 억제하면서도, 수전부를 양호하게 냉각할 수 있다. 본 발명에 따른 송전부에 의하면, 장치의 대형화를 억제하면서도, 송전부를 양호하게 냉각할 수 있다.
도 1은 본 실시 형태에 따른 수전 장치와, 송전 장치와, 전력 전송 시스템을 모식적으로 도시하는 모식도이다.
도 2는 전동 차량(10)의 좌측 측면을 도시하는 측면도이다.
도 3은 전동 차량(10)의 저면도이다.
도 4는 수전 장치(11)를 도시하는 단면도이다.
도 5는 수전 장치(11)의 분해 사시도이다.
도 6은 고정 부재(27) 및 페라이트 코어(21)를 모식적으로 도시하는 분해 사시도이다.
도 7은 수전 장치(11)의 평단면도이다.
도 8은 도 7의 VIII-VIII선에서의 단면도이다.
도 9는 실드(25)와 절연 부재(40)를 도시하는 평면도이다.
도 10은 정류기(13) 및 캐패시터(23)의 주위의 구성을 도시하는 단면도이다.
도 11은 절연 부재(40) 등의 고정 형태의 변형예를 도시하는 단면도이다.
도 12는 도 11에 도시된 소자(23a) 및 그 주위의 구성을 도시하는 단면도이다.
도 13은 수전부(20)와 송전부(56)를 대향 배치시킨 상태를 도시하는 사시도이다.
도 14는 도 13에 나타내는 송전 장치(50)의 단면도이다.
도 15는 수전부(20) 등의 기기를 제거한 상태에서의 실드(62)를 도시하는 평면도이다.
도 16은 전력 전송 시스템의 시뮬레이션 모델을 도시하는 모식도이다.
도 17은 고유 주파수의 어긋남(％)과 전송 효율(％)의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 18은 고유 주파수(f0)를 고정한 상태에서, 에어 갭(AG)을 변화시켰을 때의 전력 전송 효율과, 제1 코일(58)에 공급되는 전류의 주파수(f3)의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 19는 전류원 또는 자류원으로부터의 거리와 전자계의 강도의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 20은 도 13에서 수전부(20)와 송전부(56)의 사이의 가로 어긋남량과, 전력 전송 효율의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 21은 비교예로서의 수전부(20) 및 송전부(56)와의 사이의 위치 어긋남량과, 전력 전송 효율의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 22는 수전 장치(11)의 변형예를 도시하는 단면도이다.
도 23은 수전 장치(11) 및 그 주위에 위치하는 구성을 도시하는 단면도이다.
도 24는 수전 장치(11) 및 그 주위의 구성을 모식적으로 도시하는 사시도이다.
도 25는 송전 장치(50) 및 그 주위의 구성을 도시하는 사시도이다.
도 26은 송전 장치(50) 및 그 주위의 구성을 도시하는 사시도이다.
도 27은 수전 장치(11)의 제2 변형예를 도시하는 단면도이다.
도 28은 수전 장치(11)의 제3 변형예를 도시하는 단면도이다.
도 1은, 본 실시 형태에 따른 수전 장치와, 송전 장치와, 전력 전송 시스템을 모식적으로 도시하는 모식도이다.
본 실시 형태 1에 관한 전력 전송 시스템은, 수전 장치(11)를 포함하는 전동 차량(10)과, 송전 장치(50)를 포함하는 외부 급전 장치(51)를 갖는다. 전동 차량(10)의 수전 장치(11)는, 송전 장치(50)가 설치된 주차 스페이스(52)의 소정 위치에 정차하여, 주로, 송전 장치(50)로부터 전력을 수전한다.
주차 스페이스(52)에는, 전동 차량(10)을 소정의 위치에 정차시키도록, 버팀목이나 주차 위치 및 주차 범위를 나타내는 라인이 설치되어 있다.
외부 급전 장치(51)는, 교류 전원(53)에 접속된 고주파 전력 드라이버(54)와, 고주파 전력 드라이버(54) 등의 구동을 제어하는 제어부(55)와, 이 고주파 전력 드라이버(54)에 접속된 송전 장치(50)를 포함한다. 송전 장치(50)는, 송전부(56)를 포함하고, 송전부(56)는, 페라이트 코어(57)와, 페라이트 코어(57)에 감겨진 제1 코일(58)과, 이 제1 코일(58)에 접속된 캐패시터(59)를 포함한다. 또한, 캐패시터(59)는 필수적인 구성은 아니다. 제1 코일(58)은 고주파 전력 드라이버(54)에 접속되어 있다.
송전부(56)는, 제1 코일(58)의 인덕턴스와, 제1 코일(58)의 부유 용량 및 캐패시터(59)의 캐패시턴스로 형성된 전기 회로를 포함한다.
도 1에서, 전동 차량(10)은, 수전 장치(11)와, 수전 장치(11)에 접속된 정류기(13)와, 이 정류기(13)에 접속된 DC/DC 컨버터(14)와, 이 DC/DC 컨버터(14)에 접속된 배터리(15)와, 파워 컨트롤 유닛(PCU(Power Control Unit))(16)과, 이 파워 컨트롤 유닛(16)에 접속된 모터 유닛(17)과, DC/DC 컨버터(14)나 파워 컨트롤 유닛(16) 등의 구동을 제어하는 차량 ECU(Electronic Control Unit)(12)를 구비한다. 또한, 본 실시 형태에 따른 전동 차량(10)은, 도시하지 않은 엔진을 구비한 하이브리드 차량이지만, 모터에 의해 구동되는 차량이라면, 연료 전지 차량도 포함한다.
정류기(13)는, 수전 장치(11)에 접속되어 있어, 수전 장치(11)로부터 공급되는 교류 전류를 직류 전류로 변환하여, DC/DC 컨버터(14)에 공급한다.
DC/DC 컨버터(14)는, 정류기(13)로부터 공급된 직류 전류의 전압을 조정하여, 배터리(15)에 공급한다. 또한, DC/DC 컨버터(14)는, 필수적인 구성이 아니며 생략해도 된다. 이 경우에는, 외부 급전 장치(51)에 임피던스를 정합하기 위한 정합기를 송전 장치(50)와 고주파 전력 드라이버(54)의 사이에 설치함으로써, DC/DC 컨버터(14)의 대용을 할 수 있다.
파워 컨트롤 유닛(16)은, 배터리(15)에 접속된 컨버터와, 이 컨버터에 접속된 인버터를 포함하고, 컨버터는, 배터리(15)로부터 공급되는 직류 전류를 조정(승압)하여, 인버터에 공급한다. 인버터는, 컨버터로부터 공급되는 직류 전류를 교류 전류로 변환하여, 모터 유닛(17)에 공급한다.
모터 유닛(17)은, 예를 들어 3상 교류 모터 등이 채용되어 있으며, 파워 컨트롤 유닛(16)의 인버터로부터 공급되는 교류 전류에 의해 구동한다.
또한, 전동 차량(10)은, 엔진 또는 연료 전지를 더 구비한다. 모터 유닛(17)은, 발전기로서 주로 기능하는 모터 제너레이터와, 전동기로서 주로 기능하는 모터 제너레이터를 포함한다.
수전 장치(11)는 수전부(20)를 포함한다. 수전부(20)는, 페라이트 코어(21)와, 이 페라이트 코어(21)의 외주면에 감겨진 제2 코일(22)과, 제2 코일(22)에 접속된 캐패시터(23)를 포함한다. 또한, 수전부(20)에서도, 캐패시터(23)는, 필수적인 구성은 아니다. 제2 코일(22)은 정류기(13)에 접속되어 있다. 제2 코일(22)은 부유 용량을 갖는다. 이로 인해, 수전부(20)는, 제2 코일(22)의 인덕턴스와, 제2 코일(22) 및 캐패시터(23)의 캐패시턴스에 의해 형성된 전기 회로를 갖는다. 또한, 캐패시터(23)는 필수적인 구성이 아니며, 생략할 수 있다.
도 2는, 전동 차량(10)의 좌측의 측면을 도시하는 측면도이다. 도 3은, 전동 차량(10)의 저면도이다.
도 2에서, 전동 차량(10)은, 차량 본체(70)와, 차량 본체(70)에 설치된 차륜을 포함한다. 차량 본체(70) 내에는, 모터 유닛(17)이나 엔진 등이 수용되는 구동실(80)과, 구동실(80)보다 전동 차량(10)의 진행 방향 후방측에 배치되고, 탑승원이 승강 가능한 탑승원 수용실(81)과, 이 탑승원 수용실(81)보다 진행 방향 후방측에 배치된 화물실(68)이 형성되어 있다.
전동 차량(10)의 좌측면(71)에는, 탑승원 수용실(81)에 연통하는 승강용 개구부(82L)가 형성되어 있다. 차량 본체(70)는, 승강용 개구부(82L)를 개폐하는 도어(83L)와, 승강용 개구부(82L)보다 진행 방향 전방측에 배치된 프론트 펜더(84L)와, 프론트 펜더(84)보다 진행 방향 전방측에 배치된 프론트 범퍼(86)를 포함한다.
차량 본체(70)는, 승강용 개구부(82L)보다 진행 방향 후방측에 배치된 리어 펜더(85L)와, 리어 펜더(85L)보다 진행 방향 후방측에 배치된 리어 범퍼(87)를 포함한다.
도 3에서, 전동 차량(10)의 저면(76)이란, 전동 차량(10)의 타이어가 지면과 접지된 상태에서, 전동 차량(10)에 대하여, 연직 방향 하방으로 떨어진 위치에서 전동 차량(10)을 보았을 때에 보이는 면이다. 이 도 3에 도시한 바와 같이, 전동 차량(10)은, 차량의 폭 방향으로 배열하는 전륜(18R) 및 전륜(18L)과, 차량의 폭 방향으로 배열하는 후륜(19R) 및 후륜(19L)을 포함한다. 또한, 전륜(18R, 18L)은, 후륜(19R, 19L)보다 차량 전방측에 배치되어 있다. 수전부(20)는, 후륜(19R, 19L)의 사이에 배치되어 있다.
전동 차량(10)은, 차량 내부와 차량 외부를 구획하는 플로어 패널(49)과, 플로어 패널(49)의 하면에 배치된 사이드 멤버(47)와, 플로어 패널(49)의 하면에 배치된 크로스 멤버를 포함한다.
도 4는, 수전 장치(11)를 도시하는 단면도이며, 도 5는, 수전 장치(11)의 분해 사시도이다. 이 도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이, 수전 장치(11)는, 수전부(20)와, 수전부(20)에 접속 정류기(13)와, 수전부(20) 및 정류기(13)를 수용하는 하우징(24)과, 냉각 장치(108)를 포함한다.
하우징(24)은, 하방을 향해 개구하도록 형성된 실드(25)와, 실드(25)의 개구부를 폐색하도록 설치된 덮개부(26)를 포함한다. 실드(25)와 덮개부(26)가 협동함으로써, 수전부(20) 및 정류기(13)를 수용하는 수용실이 형성되어 있다.
실드(25)는, 천장판부(25a)와, 천장판부(25a)의 주연부로부터 하방을 향해 현수되도록 형성된 주위벽부(25b)를 포함한다. 주위벽부(25b)는, 복수의 벽부(25c 내지 25f)를 포함하고, 이들 복수의 벽부(25c 내지 25f)가 서로 접속되어, 환상의 주위벽부(25b)가 형성되어 있다. 벽부(25c) 및 벽부(25e)는, 제2 코일(22)의 권회 축(O1)이 연장되는 방향으로 배열하고, 벽부(25d) 및 벽부(25f)는, 제2 코일(22)의 권회 축(O1)에 수직인 방향으로 배열하고 있다. 또한, 실드(25)의 형상으로서는, 이러한 형상에 한정되지 않고, 다각형 형상, 원형 액상, 타원형 형상 등 각종 형상을 채용할 수 있다.
주위벽부(25b)의 하단부에 의해 개구부가 형성되어 있고, 덮개부(26)는 이 개구부를 폐색한다. 냉각 장치(108)는 벽부(25e)의 외주면에 설치되어 있다. 냉각 장치(108)는, 냉매로서의 냉각풍(C1)을 하우징(24) 내에 공급한다. 또한, 벽부(25e)에는, 냉각풍(C1)이 인입되는 개구부가 형성되어 있고, 덮개부(26)에도 냉각풍(C1)이 인입되는 개구부(102)가 형성되어 있다. 실드(25)의 주위벽부(25c)에는, 냉각풍(C1)이 흘러나오는 개구부(101)가 형성되어 있고, 덮개부(26)에도, 냉각풍(C1)이 흘러나오는 개구부가 형성되어 있다.
수전부(20)는, 판상으로 형성된 페라이트 코어(21)와, 이 페라이트 코어(21)를 상하면으로부터 끼워 넣는 고정 부재(27)와, 이 고정 부재(27)에 권회된 제2 코일(22)과, 이 제2 코일(22)에 접속된 캐패시터(23)를 포함한다.
도 6은, 고정 부재(27) 및 페라이트 코어(21)를 모식적으로 도시하는 분해 사시도이다. 페라이트 코어(21)는, 고정 부재(27) 내에 배치되어 있다. 도 7은, 수전 장치(11)의 평단면도이다. 이 도 6 및 도 7에 도시한 바와 같이, 페라이트 코어(21)는, 고정 부재(27) 내에 수용되어 있다. 페라이트 코어(21)는, 판상으로 형성되어 있고, 제1 주표면으로서의 하면과, 제2 주표면으로서의 상면을 포함한다. 이 페라이트 코어(21)는, 제2 코일(22)이 권회되는 축부(33)와, 축부(33)의 한쪽의 단부에 형성된 자극부(34a)와, 축부(33)의 다른 쪽 단부에 형성된 자극부(34b)를 포함한다.
권회 축(O1)에 대하여 수직인 방향에서의 축부(33)의 폭을 폭(W1)이라 하고, 권회 축(O1)에 대하여 수직인 방향에서의 자극부(34a) 및 자극부(34b)의 폭을 폭(W2)이라 하면, 폭(W2)은, 폭(W1)보다 크다.
자극부(34a)는, 축부(33)의 단부로부터 권회 축(O1)이 연장되는 방향으로 연장되도록 형성된 연장부(35a)와, 연장부(35a)의 일단부로부터 돌출된 돌출부(35b)와, 연장부(35a)의 타단부로부터 돌출되도록 형성된 돌출부(35c)를 포함한다.
권회 축(O1)에 대하여 수직인 방향에서의 연장부(35a)의 폭은, 축부(33)의 폭(W1)과 동일하다. 돌출부(35b)는, 연장부(35a)로부터 권회 축(O1)과 교차하는 방향으로 돌출된다. 또한, 도 7에 나타내는 예에서는, 돌출부(35b)는, 연장부(35a)의 단부로부터 권회 축(O1)에 수직인 방향으로 돌출된다. 돌출부(35c)는, 연장부(35a)에 대하여 돌출부(35b)와 반대측에 형성되어 있고, 연장부(35a)로부터 권회 축(O1)에 교차하는 방향으로 돌출되어 있다. 축부(33)(연장부(35a))로부터 돌출부(35b)가 돌출되는 길이를 길이(L1)라 한다. 또한, 축부(33)(연장부(35a))로부터 돌출부(35c)가 돌출되는 길이를 길이(L2)라 하면, 길이(L1)는, 길이(L2)보다 크다. 자극부(34b)는 자극부(34a)와 마찬가지로 형성되어 있다.
자극부(34b)는, 축부(33)의 단부로부터 권회 축(O1)으로 연장되는 방향으로 연장되도록 형성된 연장부(36a)와, 이 연장부(36a)의 일단부로부터 돌출되는 돌출부(36b)와, 연장부(36a)의 타단부로부터 돌출되는 돌출부(36c)를 포함한다.
권회 축(O1)에 대하여 수직인 방향에서의 연장부(36a)의 폭은, 축부(33)의 폭(W1)과 동일하다. 돌출부(36b)는, 연장부(36a)로부터 권회 축(O1)과 교차하는 방향으로 돌출된다. 또한, 도 7에 나타내는 예에서는, 돌출부(36b)는, 권회 축(O1)과 직교하는 방향으로 돌출된다. 돌출부(36c)는, 연장부(36a)의 단부로부터 권회 축(O1)과 직교하는 방향으로 돌출된다. 여기서, 돌출부(36b)가 축부(33)(연장부(36a))로부터 돌출되는 길이는, 돌출부(36c)가 축부(33)(연장부(36a))로부터 돌출되는 길이보다 길다.
돌출부(35b)와 돌출부(36b)는, 권회 축(O1)이 연장되는 방향으로 서로 간격을 두고 대향하고 있고, 돌출부(35c)와 돌출부(36c)는, 권회 축(O1)이 연장되는 방향으로 서로 간격을 두고 대향하고 있다. 권회 축(O1)과 직교하는 방향에서의 축부(33)의 중앙부를 중앙부(P1)라 한다. 권회 축(O1)과 직교하는 방향에서의 자극부(34a)의 중앙부를 중앙부(P2)라 하고, 권회 축(O1)과 직교하는 방향에서의 자극부(34b)의 중앙부를 중앙부(P3)라 한다. 중앙부(P2)와 중앙부(P3)는, 중심부(P1)보다, 권회 축(O1)과 직교하는 방향의 일측에 위치하고 있다. 본 실시 형태에서는, 중앙부(P2)와 중앙부(P3)는, 중심부(P1)보다 냉각 장치(108)측에 위치하고 있다.
도 6에 도시한 바와 같이, 페라이트 코어(21)의 상면에 배치된 절연편(30)과, 페라이트 코어(21)의 하면에 배치된 절연편(31)을 포함하고, 도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이, 절연편(30)과 절연편(31)은, 볼트 등의 고정 부재(28)에 의해 일체화되어, 실드(25)의 천장판부(25a)에 고정되어 있다.
도 7에서, 고정 부재(27)는, 페라이트 코어(21)의 축부(33)를 덮는 협폭부(37)와, 협폭부(37)의 일단부에 형성되고, 자극부(34a)를 덮도록 형성된 광폭부(38a)와, 협폭부(37)의 타단부에 형성되고, 자극부(34b)를 덮도록 형성된 광폭부(38b)를 포함한다. 협폭부(37)는, 축부(33)와 마찬가지로 판상으로 형성되어 있다.
그리고, 협폭부(37)와, 광폭부(38a)와, 광폭부(38b)에 의해, 오목부(39)가 형성된다.
제2 코일(22)은, 고정 부재(27)를 사이에 끼워서 페라이트 코어(21)에 감겨져 있고, 제2 코일(22)은, 권회 축(O1)의 주위를 둘러싸도록, 코일 선을 권회하여 형성되어 있다. 제2 코일(22)은, 한쪽의 단부로부터 다른 쪽의 단부를 향함에 따라서, 권회 축(O1)이 연장되는 방향으로 변위하도록 형성되어 있다. 제2 코일(22)이 협폭부(37)의 외주면에 권회되어 있다. 제2 코일(22) 중, 협폭부(37)의 하면측에 위치하는 부분은, 권회 축(O1)이 연장되는 방향과 교차하는 방향으로 연장된다.
정류기(13)와 캐패시터(23)는, 상기 오목부(39) 내에 배치되어 있다. 이에 의해, 데드 스페이스의 저감이 도모되어 있으며, 수전부(20)의 소형화가 도모되어 있다. 정류기(13) 및 캐패시터(23) 등의 전기 기기는, 제2 코일(22)보다 냉각 장치(108)에 가까운 위치에 설치되어 있다. 구체적으로는, 캐패시터(23)는, 제2 코일(22)보다 냉각 장치(108)측에 배치되어 있다. 정류기(13)는, 캐패시터(23)보다 냉각 장치(108)측에 배치되어 있다.
정류기(13)는, 기판(13b)과, 이 기판(13b) 위에 실장된 복수의 소자(13a)를 포함한다. 소자(13a)는, 예를 들어 다이오드 등의 전자 소자이다. 캐패시터(23)도, 기판(23b)과, 이 기판(23b) 위에 실장된 복수의 소자(23a)를 포함한다. 소자(23a)로서는, 예를 들어 세라믹 콘덴서 등이다.
도 8은, 도 7의 VIII-VIII선에서의 단면도이며, 도 9는, 실드(25)와 절연 부재(40)를 도시하는 평면도이다. 도 8 및 도 9에 도시한 바와 같이, 수전 장치(11)는, 천장판부(25a)의 내표면에 직접 설치된 절연 부재(40)를 구비한다.
절연 부재(40)는, 수전부(20)와 실드(25)의 내표면과의 사이에 설치된 수전부용 절연 부재(41)와, 정류기(13)와 실드(25)의 내표면과의 사이에 설치된 기기용 절연 부재(42)를 포함한다.
수전부용 절연 부재(41)는, 제2 코일(22) 및 캐패시터(23)와 실드(25)의 사이에 설치되어, 제2 코일(22)과 실드(25)의 사이의 전기적인 절연을 확보하고 있다.
수전부용 절연 부재(41)는, 코일용 절연 부재(43)와, 캐패시터용 절연 부재(44)를 포함한다. 코일용 절연 부재(43)는, 제2 코일(22)과 실드(25)의 사이에 배치되고, 캐패시터용 절연 부재(44)는, 캐패시터(23)와 실드(25)의 사이에 배치되어 있다.
코일용 절연 부재(43) 및 캐패시터용 절연 부재(44)는, 천장판부(25a)에 직접 설치되어 있다. 코일용 절연 부재(43)는, 제2 코일(22)과 실드(25)의 전기적인 절연을 확보하고, 캐패시터용 절연 부재(44)는, 캐패시터(23)와 실드(25)의 사이의 전기적인 절연을 확보한다.
기기용 절연 부재(42)도, 천장판부(25a)에 직접 설치되어 있어, 기기용 절연 부재(42a)는 정류기(13)와 천장판부(25a)의 사이의 전기적인 절연을 확보한다. 기기용 절연 부재(42)와, 코일용 절연 부재(43)와, 캐패시터용 절연 부재(44)는, 모두 판상으로 형성되어 있다.
도 10은, 정류기(13) 및 캐패시터(23)의 주위의 구성을 도시하는 단면도이다. 이 도 10에 도시한 바와 같이, 캐패시터(23)는, 기판(23b)과, 기판(23b)의 주 표면 위에 실장된 소자(23a)를 포함한다. 정류기(13)는, 기판(13b)과, 이 기판(13b)의 주 표면 위에 실장된 소자(13a)를 포함한다.
그리고, 캐패시터용 절연 부재(44)와 캐패시터(23)는, 볼트 등의 고정 부재(48b)에 의해 천장판부(25a)에 고정되어 있다. 마찬가지로, 정류기(13)와, 캐패시터용 절연 부재(44)는, 고정 부재(48a)에 의해 천장판부(25a)에 고정되어 있다. 이와 같이, 캐패시터(23) 및 정류기(13)는, 절연 부재를 사이에 끼워 실드에 고정되어 있다.
이와 같이, 정류기(13)는, 기기용 절연 부재(42)를 사이에 끼워서 천장판부(25a)에 면 접촉하고 있고, 캐패시터(23)는, 캐패시터용 절연 부재(44)를 사이에 끼워서 천장판부(25a)에 고정되어 있다.
도 4에서, 제2 코일(22)은, 고정 부재(27)의 둘레면에 권회되어 있고, 고정 부재(28)에 의해, 제2 코일(22)은 코일용 절연 부재(43)에 가압되어 있다. 또한, 고정 부재(28)에 의해, 제2 코일(22)이 권회된 고정 부재(27)는 실드(25)에 고정되어 있다. 이와 같이, 제2 코일(22)은, 코일용 절연 부재(43)를 사이에 끼워서 실드(25)의 내표면에 면 접촉되어 있다.
상기 도 8 등에 나타내는 예에서는, 수전부(20), 정류기(13) 및 캐패시터(23)를 실드에 설치하는 구조로서, 절연 부재(40)를 천장판부(25a)에 접촉시킨 상태에서 고정하는 경우에 대하여 설명했지만, 절연 부재(40)와 천장판부(25a)의 사이에 다른 부재를 배치해도 된다.
도 11은, 절연 부재(40) 등의 고정 형태의 변형예를 도시하는 단면도이다. 도 11에 도시하는 예에서는, 절연 부재(40)와 천장판부(25a)의 사이에는, 열전도성 부재(45)가 배치되어 있다. 도 12는, 도 11에 도시된 소자(23a) 및 그 주위의 구성을 도시하는 단면도이다. 이 도 12에 도시한 바와 같이, 캐패시터용 절연 부재(44)와 천장판부(25a)의 사이에는, 열전도성 부재(45)가 배치되어 있다.
열전도성 부재(45)는, 예를 들어 절연성의 저경도 재료로 형성되어 있고 점성을 갖는 것이다. 열전도성 부재(45)로서는, 예를 들어 열전도성 저경도 아크릴 등을 채용할 수 있다. 열전도성 부재(45)는, 캐패시터용 절연 부재(44)와 천장판부(25a)를 접착한다.
또한, 열전도성 부재(45)는, 절연 부재(40)와 천장판부(25a)의 사이에 배치되는 부재의 일례이며, 다른 절연 재료나 도전 재료를 배치해도 된다.
이렇게 형성된 수전 장치(11)는, 도 4에 도시한 바와 같이, 전동 차량(10)의 저면(76)측에 설치되어 있다. 수전 장치(11)의 고정 방법은, 각종 방법을 채용할 수 있다. 예를 들어, 수전 장치(11)를 사이드 멤버(47)나 크로스 멤버로부터 현가하도록 해도 된다. 또는, 수전 장치(11)를 이 플로어 패널(49)에 고정하도록 해도 된다. 또한, 수전 장치(11)로부터 하면측에 언더 커버를 배치하도록 해도 된다.
이와 같이, 「수전 장치(11)를 저면(76)측에 배치하는」이란, 전동 차량(10)의 하방에서 전동 차량(10)을 보았을 때에, 반드시 수전 장치(11)를 육안으로 볼 수 있는 위치에 설치되어 있을 필요는 없다. 이 때문에, 예를 들어 수전 장치(11)는, 플로어 패널(49)보다 하방측에 배치되어 있다.
도 13은, 수전부(20)와 송전부(56)를 대향 배치시킨 상태를 도시하는 사시도이다. 또한, 도 13에서, 수전 장치(11)에 설치된 덮개부(26)는 도시되어 있지 않다.
이 도 13에 도시한 바와 같이, 전력 전송 시에는, 수전부(20)와 송전부(56)는, 서로 에어 갭을 두고 대향하도록 배치된다.
송전 장치(50)는, 송전부(56)와, 내부에 송전부(56)를 수용하는 하우징(60)과, 냉각 장치(105)를 구비한다.
하우징(60)은, 구리 등의 금속 재료에 의해 형성된 실드(62)와, 실드(62)에 설치된 수지성의 덮개 부재(63)를 포함한다.
도 14는, 도 13에 나타내는 송전 장치(50)의 단면도이다. 이 도 14 및 도 13에 도시한 바와 같이, 실드(62)는, 저면부(62a)와, 이 저면부(62a)의 외주연부로부터 상방을 향해 상승하도록 환상으로 형성된 주위벽부(62b)를 포함한다. 주위벽부(62b)의 환상으로 연장되는 상단부에 의해 상방을 향해 개구되는 개구부가 형성되어 있다. 주위벽부(62b)는, 개구부(114)가 형성된 벽부와, 복수의 개구부(116)가 형성된 벽부를 포함하고, 개구부(114)가 형성된 벽부와, 개구부(116)가 형성된 벽부의 사이에는, 캐패시터(59)와, 제2 코일(22)이 위치하고 있다. 덮개 부재(63)는, 실드(62)의 주위벽부의 상단부에 의해 형성된 개구부를 폐색하도록 형성되어 있다. 덮개 부재(63)에는, 개구부(114)에 연통하는 개구부(115)와, 개구부(116)에 연통하는 개구부(117)가 형성되어 있다.
그리고, 덮개 부재(63) 및 실드(62)가 협동하여, 송전부(56)를 수용하는 수용실을 형성하고 있다. 냉각 장치(105)는, 개구부(114)가 형성된 주위벽부(62b)의 외주면에 설치되어 있다. 냉각 장치(105)로부터의 냉각풍(C2)은, 개구부(114, 115)를 지나서, 하우징(60) 내에 인입되고, 개구부(116, 117)를 지나서, 하우징(60)의 외부로 배기된다.
송전부(56)는, 하우징(60) 내에 수용된 고정 부재(61)와, 고정 부재(61) 내에 수용된 페라이트 코어(57)와, 고정 부재(61)의 외주면에 장착된 제1 코일(58)과, 하우징(60) 내에 수용된 캐패시터(59)를 포함한다. 제1 코일(58)은, 고정 부재(61)에 권회되어 있다. 캐패시터(59)는, 제1 코일(58)보다 냉각 장치(105)측에 배치되어 있다. 페라이트 코어(57)는, 고정 부재(61) 내에 수용되어 있다. 고정 부재(61)는, 도 13에 도시한 바와 같이, 페라이트 코어(57)의 상면측에 배치된 절연편(61a)과, 페라이트 코어(57)의 하면측에 배치된 절연편(61b)을 포함한다.
도 14에서, 제1 코일(58)은, 권회 축(O2)의 주위를 둘러싸도록 형성됨과 함께, 일단부로부터 타단부를 향함에 따라서, 권회 축(O2)이 연장되는 방향으로 변위하도록 형성되어 있다. 페라이트 코어(57)는 판상으로 형성되어 있다. 페라이트 코어(57)는, 제1 코일(58)이 권회되는 축부(65)와, 이 축부(65)의 일단부에 형성된 자극부(66)와, 축부(65)의 타단부에 형성된 자극부(67)를 포함한다.
권회 축(O2)에 수직인 방향에서의 축부(65)의 폭은, 권회 축(O2)에 수직인 방향에서의 자극부(67)의 폭과, 권회 축(O2)에 수직인 방향에서의 자극부(66)의 폭보다 작다.
자극부(67)는, 축부(65)로부터 연속해서, 권회 축(O2)이 연장되는 방향으로 돌출되는 연장부(67a)와, 연장부(67a)의 일단부로부터 권회 축(O2)과 교차하는 방향(예를 들어, 수직인 방향)으로 돌출된 돌출부(67b)와, 연장부(67a)의 타단부로부터 권회 축(O2)과 교차하는 방향(예를 들어, 수직인 방향)으로 돌출된 돌출부(67c)를 포함한다.
돌출부(66b)와, 돌출부(67b)는, 권회 축(O2)이 연장되는 방향으로 서로 대향하고, 돌출부(66c)와, 돌출부(67c)는, 서로 권회 축(O2)이 연장되는 방향에 서로 대향한다.
권회 축(O2)에 대하여 수직인 방향에서의 연장부(67a)의 폭은, 권회 축(O2)에 대하여 수직인 방향에서의 축부(65)의 폭과 실질적으로 동일하다.
연장부(67a) 또는 축부(65)로부터 돌출부(67b)가 돌출되는 돌출 길이는, 돌출부(67c)가 연장부(67a) 또는 축부(65)로부터 돌출되는 돌출 길이보다 길다.
권회 축(O2)에 대하여 수직인 방향에서의 연장부(66a)의 폭은, 권회 축(O2)에 수직인 방향에서의 축부(65)의 폭과 실질적으로 동일하다.
연장부(66a) 또는 축부(65)로부터 돌출부(66b)가 돌출되는 돌출 길이는, 돌출부(66c)가 연장부(66a) 또는 축부(65)로부터 돌출되는 돌출 길이보다 길다. 권회 축(O2)과 직교하는 방향에서의 축부(33)의 중앙부를 중앙부(P4)라 한다. 권회 축(O2)과 직교하는 방향에서의 자극부(67)의 중앙부를 중앙부(P5)라 하고, 권회 축(O2)과 직교하는 방향에서의 자극부(66)의 중앙부를 중앙부(P6)라 한다. 중앙부(P5)와 중앙부(P6)는, 중심부(P4)보다, 권회 축(O2)과 직교하는 방향의 일측에 위치하고 있다. 본 실시 형태에서는, 중앙부(P5)와 중앙부(P6)는, 중심부(P4)보다 냉각 장치(105)측에 위치하고 있다.
도 13에서, 고정 부재(61)는, 페라이트 코어(57)의 상면에 배치된 절연편(61a)과, 페라이트 코어(57)의 하면에 배치된 절연편(61b)을 포함한다.
절연편(61a) 및 절연편(61b)이 페라이트 코어(57)를 사이에 끼워 넣음으로써 페라이트 코어(57)가 보호된다.
도 14에서, 고정 부재(61)는, 축부(65)를 덮는 협폭부(69a)와, 자극부(67)를 덮는 광폭부(69b)와, 자극부(66)를 덮는 광폭부(69c)를 포함한다.
광폭부(69b)는, 협폭부(69a)의 일단부에 형성됨과 함께, 권회 축(O2)과 교차하는 방향으로 돌출된다. 광폭부(69c)는, 타단부에 형성됨과 함께, 권회 축(O2)과 교차하는 방향으로 돌출된다.
그리고, 협폭부(69a)와, 광폭부(69b)와, 광폭부(69c)에 의해, 오목부(73)가 형성되어 있다. 캐패시터(59)는, 오목부(73) 내에 배치되어 있어, 데드 스페이스의 유효 이용이 도모되어 있다. 이에 의해, 송전 장치(50)의 소형화가 도모되어 있다.
캐패시터(59)는, 저면부(62a)에 고정된 기판(59b)과, 기판(59b)의 주 표면 위에 실장된 소자(59a)를 포함한다.
도 15는, 수전부(20) 등의 기기를 제거한 상태에서의 실드(62)를 도시하는 평면도이다. 이 도 15에 도시한 바와 같이, 절연 부재(74)는, 절연 부재(74a)와, 절연 부재(74b)를 포함하고, 절연 부재(74a)는, 캐패시터(59)와 저면부(62a)의 사이의 절연을 확보한다. 절연 부재(74b)는, 제1 코일(58)과 저면부(62a)의 사이의 절연을 확보한다.
또한, 송전부(56)는, 볼트 등의 고정 부재에 의해, 저면부(62a)에 고정되어 있다. 송전부(56)가 저면부(62a)에 고정됨으로써, 제1 코일(58)이 절연 부재(74b)에 눌려져 있다. 이로 인해, 캐패시터(59)는, 절연 부재(74a)를 사이에 끼운 상태에서, 저면부(62a)에 면 접촉하고 있다. 제1 코일(58)은, 절연 부재(74b)를 사이에 끼운 상태에서 저면부(62a)에 면 접촉하고 있다.
도 1에서, 본 실시 형태에 따른 전력 전송 시스템에서는, 송전부(56)의 고유 주파수와, 수전부(20)의 고유 주파수의 차는, 수전부(20) 또는 송전부(56)의 고유 주파수의 10％ 이하이다. 이러한 범위로 각 송전부(56) 및 수전부(20)의 고유 주파수를 설정함으로써, 전력 전송 효율을 높일 수 있다. 한편, 고유 주파수의 차가 수전부(20) 또는 송전부(56)의 고유 주파수의 10％보다 커지면, 전력 전송 효율이 10％보다 작아져, 배터리(15)의 충전 시간이 길어지는 등의 폐해가 발생한다.
여기서, 송전부(56)의 고유 주파수란, 캐패시터(59)가 설치되어 있지 않은 경우에는, 제1 코일(58)의 인덕턴스와, 제1 코일(58)의 캐패시턴스로 형성된 전기 회로가 자유 진동하는 경우의 진동 주파수를 의미한다. 캐패시터(59)가 설치된 경우에는, 송전부(56)의 고유 주파수란, 제1 코일(58) 및 캐패시터(59)의 캐패시턴스와, 제1 코일(58)의 인덕턴스에 의해 형성된 전기 회로가 자유 진동하는 경우의 진동 주파수를 의미한다. 상기 전기 회로에 있어서, 제동력 및 전기 저항을 제로 또는 실질적으로 제로로 했을 때의 고유 주파수는, 송전부(56)의 공진 주파수라고도 불린다.
마찬가지로, 수전부(20)의 고유 주파수란, 캐패시터(23)가 설치되어 있지 않은 경우에는, 제2 코일(22)의 인덕턴스와, 제2 코일(22)의 캐패시턴스로 형성된 전기 회로가 자유 진동하는 경우의 진동 주파수를 의미한다. 캐패시터(23)가 설치된 경우에는, 수전부(20)의 고유 주파수란, 제2 코일(22) 및 캐패시터(23)의 캐패시턴스와, 제2 코일(22)의 인덕턴스에 의해 형성된 전기 회로가 자유 진동하는 경우의 진동 주파수를 의미한다. 상기 전기 회로에 있어서, 제동력 및 전기 저항을 제로 또는 실질적으로 제로로 했을 때의 고유 주파수는, 수전부(20)의 공진 주파수라고도 불린다.
도 16 및 도 17을 사용하여, 고유 주파수의 차와 전력 전송 효율의 관계를 해석한 시뮬레이션 결과에 대하여 설명한다. 도 16은, 전력 전송 시스템의 시뮬레이션 모델을 나타낸다. 전력 전송 시스템은, 송전 장치(90)와, 수전 장치(91)를 구비하고, 송전 장치(90)는, 코일(92)(전자기 유도 코일)과, 송전부(93)를 포함한다. 송전부(93)는, 코일(94)(공명 코일)과, 코일(94)에 설치된 캐패시터(95)를 포함한다.
수전 장치(91)는, 수전부(96)와, 코일(97)(전자기 유도 코일)을 구비한다. 수전부(96)는, 코일(99)과 이 코일(99)(공명 코일)에 접속된 캐패시터(98)를 포함한다.
코일(94)의 인덕턴스를 인덕턴스(Lt)라 하고, 캐패시터(95)의 캐패시턴스를 캐패시턴스(C1)라 한다. 코일(99)의 인덕턴스를 인덕턴스(Lr)라 하고, 캐패시터(98)의 캐패시턴스를 캐패시턴스(C2)라 한다. 이렇게 각 파라미터를 설정하면, 송전부(93)의 고유 주파수(f1)는, 다음의 식 (1)에 의해 나타내고, 수전부(96)의 고유 주파수(f2)는, 다음의 식 (2)에 의해 나타낸다.
f1=1/{2π(Lt×C1)1/2} … (1)
f2=1/{2π(Lr×C2)1/2} … (2)
여기서, 인덕턴스(Lr) 및 캐패시턴스(C1, C2)를 고정하고, 인덕턴스(Lt)만을 변화시킨 경우에 있어서, 송전부(93) 및 수전부(96)의 고유 주파수의 어긋남과, 전력 전송 효율과의 관계를 도 16에 나타내었다. 또한, 이 시뮬레이션에서는, 코일(94) 및 코일(99)의 상대적인 위치 관계는 고정한 상태이며, 또한, 송전부(93)에 공급되는 전류의 주파수는 일정하다.
도 17에 나타내는 그래프 중, 횡축은, 고유 주파수의 어긋남(％)을 나타내고, 종축은, 일정 주파수에서의 전송 효율(％)을 나타낸다. 고유 주파수의 어긋남(％)은 하기 식 (3)에 의해 나타낸다.
(고유 주파수의 어긋남)={(f1-f2)/f2}×100(％) … (3)
도 17로부터도 명백해진 바와 같이, 고유 주파수의 어긋남(％)이 ±0％인 경우에는, 전력 전송 효율은 100％ 가깝게 된다. 고유 주파수의 어긋남(％)이 ±5％인 경우에는, 전력 전송 효율은 40％가 된다. 고유 주파수의 어긋남(％)이 ±10％인 경우에는, 전력 전송 효율은 10％가 된다. 고유 주파수의 어긋남(％)이 ±15％인 경우에는, 전력 전송 효율은 5％가 된다. 즉, 고유 주파수의 어긋남(％)의 절댓값(고유 주파수의 차)이, 수전부(96)의 고유 주파수의 10％ 이하의 범위가 되도록 각 송전부 및 수전부의 고유 주파수를 설정함으로써 전력 전송 효율을 높일 수 있음을 알 수 있다. 또한, 고유 주파수의 어긋남(％)의 절댓값이 수전부(96)의 고유 주파수의 5％ 이하가 되도록, 각 송전부 및 수전부의 고유 주파수를 설정함으로써 전력 전송 효율을 보다 높일 수 있음을 알 수 있다. 또한, 시뮬레이션 소프트웨어로서는, 전자계 해석 소프트웨어(JMAG(등록 상표): 가부시끼가이샤 JSOL 제조)를 채용하고 있다.
이어서, 본 실시 형태에 따른 전력 전송 시스템의 동작에 대하여 설명한다.
도 1에서, 제1 코일(58)에는, 고주파 전력 드라이버(54)로부터 교류 전력이 공급된다. 이때, 제1 코일(58)을 흐르는 교류 전류의 주파수가 특정한 주파수가 되도록 전력이 공급되고 있다.
제1 코일(58)에 특정한 주파수의 전류가 흐르면, 제1 코일(58)의 주위에는 특정한 주파수로 진동하는 전자계가 형성된다.
제2 코일(22)은, 제1 코일(58)로부터 소정 범위 내에 배치되어 있고, 제2 코일(22)은 제1 코일(58)의 주위에 형성된 전자계로부터 전력을 수취한다.
본 실시 형태에서는, 제2 코일(22) 및 제1 코일(58)은 소위, 헬리컬 코일이 채용되어 있다. 이로 인해, 제1 코일(58)의 주위에는, 특정한 주파수로 진동하는 자계 및 전계가 형성되고, 제2 코일(22)은 주로 당해 자계로부터 전력을 수취한다.
여기서, 제1 코일(58)의 주위에 형성되는 특정한 주파수의 자계에 대하여 설명한다. 「특정한 주파수의 자계」는, 전형적으로는, 전력 전송 효율과 제1 코일(58)에 공급되는 전류의 주파수와 관련성을 갖는다. 따라서, 먼저, 전력 전송 효율과, 제1 코일(58)에 공급되는 전류의 주파수와의 관계에 대하여 설명한다. 제1 코일(58)로부터 제2 코일(22)에 전력을 전송할 때의 전력 전송 효율은, 제1 코일(58) 및 제2 코일(22)의 사이의 거리 등의 다양한 요인에 따라 변화한다. 예를 들어, 송전부(56) 및 수전부(20)의 고유 주파수(공진 주파수)를 고유 주파수(f0)라 하고, 제1 코일(58)에 공급되는 전류의 주파수를 주파수(f3)라 하고, 제2 코일(22) 및 제1 코일(58)의 사이의 에어 갭을 에어 갭(AG)이라 한다.
도 18은, 고유 주파수(f0)를 고정한 상태에서, 에어 갭(AG)을 변화시켰을 때의 전력 전송 효율과, 제1 코일(58)에 공급되는 전류의 주파수(f3)의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 18에 나타내는 그래프에 있어서, 횡축은, 제1 코일(58)에 공급하는 전류의 주파수(f3)을 나타내고, 종축은, 전력 전송 효율(％)을 나타낸다. 효율 곡선(L1)은, 에어 갭(AG)이 작을 때의 전력 전송 효율과, 제1 코일(58)에 공급하는 전류의 주파수(f3)의 관계를 모식적으로 도시한다. 이 효율 곡선(L1)에 나타낸 바와 같이, 에어 갭(AG)이 작은 경우에는, 전력 전송 효율의 피크는 주파수(f4, f5)(f4 <f5)에서 발생한다. 에어 갭(AG)을 크게 하면, 전력 전송 효율이 높아질 때의 2개의 피크는, 서로 가까워지도록 변화한다. 그리고, 효율 곡선(L2)에 나타낸 바와 같이, 에어 갭(AG)을 소정 거리보다 크게 하면, 전력 전송 효율의 피크는 1개가 되고, 제1 코일(58)에 공급하는 전류의 주파수가 주파수(f6)일 때에 전력 전송 효율이 피크가 된다. 에어 갭(AG)을 효율 곡선(L2)의 상태보다 더욱 크게 하면, 효율 곡선(L3)에 나타낸 바와 같이 전력 전송 효율의 피크가 작아진다.
예를 들어, 전력 전송 효율의 향상을 도모하기 위한 방법으로서 다음과 같은 제1 방법을 생각할 수 있다. 제1 방법으로서는, 도 1에 도시하는 제1 코일(58)에 공급하는 전류의 주파수를 일정하게 하고, 에어 갭(AG)에 맞추어 캐패시터(59)나 캐패시터(23)의 캐패시턴스를 변화시킴으로써, 송전부(56)와 수전부(20)의 사이에서의 전력 전송 효율의 특성을 변화시키는 방법을 들 수 있다. 구체적으로는, 제1 코일(58)에 공급되는 전류의 주파수를 일정하게 한 상태에서, 전력 전송 효율이 피크가 되도록, 캐패시터(59) 및 캐패시터(23)의 캐패시턴스를 조정한다. 이 방법에서는, 에어 갭(AG)의 크기에 관계없이, 제1 코일(58) 및 제2 코일(22)에 흐르는 전류의 주파수는 일정하다. 또한, 전력 전송 효율의 특성을 변화시키는 방법으로서는, 송전 장치(50)와 고주파 전력 드라이버(54)의 사이에 설치된 정합기를 이용하는 방법이나, 컨버터(14)를 이용하는 방법 등을 채용할 수도 있다.
또한, 제2 방법으로서는, 에어 갭(AG)의 크기에 기초하여, 제1 코일(58)에 공급하는 전류의 주파수를 조정하는 방법이다. 예를 들어, 도 17에서, 전력 전송 특성이 효율 곡선(L1)이 되는 경우에는, 제1 코일(58)에는 주파수가 주파수(f4) 또는 주파수(f5)의 전류를 제1 코일(58)에 공급한다. 그리고, 주파수 특성이 효율 곡선(L2, L3)이 되는 경우에는, 주파수가 주파수(f6)의 전류를 제1 코일(58)에 공급한다. 이 경우에서는, 에어 갭(AG)의 크기에 맞춰서 제1 코일(58) 및 제2 코일(22)에 흐르는 전류의 주파수를 변화시키게 된다.
제1 방법에서는, 제1 코일(58)을 흐르는 전류의 주파수는, 고정된 일정한 주파수가 되고, 제2 방법에서는, 제1 코일(58)을 흐르는 주파수는, 에어 갭(AG)에 의해 적절히 변화하는 주파수가 된다. 제1 방법이나 제2 방법 등에 의해, 전력 전송 효율이 높아지도록 설정된 특정한 주파수의 전류가 제1 코일(58)에 공급된다. 제1 코일(58)에 특정한 주파수의 전류가 흐름으로써, 제1 코일(58)의 주위에는, 특정한 주파수로 진동하는 자계(전자계)가 형성된다. 수전부(20)는, 수전부(20)와 송전부(56)의 사이에 형성되고, 또한 특정한 주파수로 진동하는 자계를 통해 송전부(56)로부터 전력을 수전하고 있다. 따라서, 「특정한 주파수로 진동하는 자계」란, 반드시 고정된 주파수의 자계라고는 할 수 없다. 또한, 상기의 예에서는, 에어 갭(AG)에 주목하여, 제1 코일(58)에 공급하는 전류의 주파수를 설정하도록 하고 있지만, 전력 전송 효율은, 제1 코일(58) 및 제2 코일(22)의 수평 방향의 어긋남 등과 같이 다른 요인에 의해서도 변화하는 것으로, 당해 다른 요인에 기초하여, 제1 코일(58)에 공급하는 전류의 주파수를 조정하는 경우가 있다.
또한, 공명 코일로서 헬리컬 코일을 채용한 예에 대하여 설명했지만, 공명 코일로서, 미앤더 라인 등의 안테나 등을 채용한 경우에는, 제1 코일(58)에 특정한 주파수의 전류가 흐름으로써, 특정한 주파수의 전계가 제1 코일(58)의 주위에 형성된다. 그리고, 이 전계를 통과시켜, 송전부(56)와 수전부(20)의 사이에서 전력 전송이 행하여진다.
본 실시 형태에 따른 전력 전송 시스템에서는, 전자계의 「정전 자계」가 지배적인 근접장(에바네센트장)을 이용함으로써, 송전 및 수전 효율의 향상이 도모되어 있다. 도 19는, 전류원 또는 자류원으로부터의 거리와 전자계의 강도와의 관계를 도시한 도면이다. 도 19를 참조하여, 전자계는 3개의 성분으로 이루어진다. 곡선(k1)은, 파원으로부터의 거리에 반비례한 성분이며, 「복사 전자계」라고 불린다. 곡선(k2)은, 파원으로부터의 거리의 2승에 반비례한 성분이며, 「유도 전자계」라고 불린다. 또한, 곡선(k3)은, 파원으로부터의 거리의 3승에 반비례한 성분이며, 「정전 자계」라고 불린다. 또한, 전자계의 파장을 「λ」라 하면, 「복사 전자계」와 「유도 전자계」와 「정전 자계」의 강도가 대략 동등해지는 거리는, λ/2π라고 나타낼 수 있다.
「정전 자계」는, 파원으로부터의 거리와 함께 급격하게 전자파의 강도가 감소하는 영역이며, 본 실시 형태에 따른 전력 전송 시스템에서는, 이 「정전 자계」가 지배적인 근접장(에바네센트장)을 이용하여 에너지(전력)의 전송이 행하여진다. 즉, 「정전 자계」가 지배적인 근접장에 있어서, 근접하는 고유 주파수를 갖는 송전부(56) 및 수전부(20)(예를 들어 한 쌍의 LC 공진 코일)를 공명시킴으로써, 송전부(56)로부터 다른 쪽의 수전부(20)에 에너지(전력)를 전송한다. 이 「정전 자계」는, 먼 곳에 에너지를 전파하지 않으므로, 먼 곳까지 에너지를 전파하는 「복사 전자계」에 의해 에너지(전력)를 전송하는 전자파에 비해, 공명법은, 더 적은 에너지 손실로 송전할 수 있다.
이와 같이, 이 전력 전송 시스템에서는, 송전부와 수전부를 전자계에 의해 공진(공명)시킴으로써 송전부와 수전부의 사이에서 비접촉으로 전력이 송전된다. 이러한 수전부와 송전부의 사이에 형성되는 전자장은, 예를 들어 근접장 공진(공명) 결합장이라고 하는 경우가 있다. 그리고, 송전부와 수전부의 사이의 결합 계수(κ)는, 예를 들어 0.3 이하 정도며, 바람직하게는 0.1 이하이다. 당연히, 결합 계수(κ)를 0.1 내지 0.3 정도의 범위도 채용할 수 있다. 결합 계수(κ)는, 이러한 값에 한정되는 것은 아니며, 전력 전송이 양호해지는 다양한 값을 취할 수 있다.
본 실시 형태의 전력 전송에서의 송전부(56)와 수전부(20)의 결합을, 예를 들어 「자기 공명 결합」, 「자계(자장) 공명 결합」, 「자장 공진(공명) 결합」, 「근접장 공진(공명) 결합」, 「전자계(전자장) 공진 결합」 또는 「전계(전기장) 공진 결합」이라고 한다.
「전자계(전자장) 공진 결합」은, 「자기 공명 결합」, 「자계(자장) 공명 결합」, 「전계(전기장) 공진 결합」 모두 포함하는 결합을 의미한다.
본 명세서 중에서 설명한 송전부(56)의 제1 코일(58)과 수전부(20)의 제2 코일(22)은, 코일 형상의 안테나가 채용되어 있기 때문에, 송전부(56)와 수전부(20)는 주로, 자계에 의해 결합하고 있고, 송전부(56)와 수전부(20)는, 「자기 공명 결합」 또는 「자계(자장) 공명 결합」하고 있다.
또한, 제1 코일(58, 22)로서, 예를 들어 미앤더 라인 등의 안테나를 채용하는 것도 가능하고, 이 경우에는, 송전부(56)와 수전부(20)는 주로, 전계에 의해 결합하고 있다. 이때에는, 송전부(56)와 수전부(20)는, 「전계(전기장) 공진 결합」하고 있다.
도 13에서, 수전부(20)와, 송전부(56)의 사이에서 전력 전송할 때에는, 제1 코일(58)에 소정의 주파수의 교류 전류가 공급된다.
제1 코일(58)에 소정의 교류 전류가 공급됨으로써, 제1 코일(58)의 주위에 소정의 주파수에서 진동하는 전자계가 형성된다. 그리고, 제2 코일(22)이 당해 전자계로부터 전력을 수전한다. 또한, 수전부(20)와 송전부(56)의 사이에 자로가 형성된다.
자로는, 자극부(66)와, 축부(65)와, 자극부(67)와, 에어 갭과, 자극부(34b)와, 축부(33)와, 자극부(34a)와, 에어 갭을 지난다.
도 20은, 도 13에서 수전부(20)와 송전부(56)의 사이의 가로 어긋남량과, 전력 전송 효율의 관계를 나타내는 그래프이다.
여기서, 권회 축(O1)이 연장되는 방향을 Y축 방향으로 한다. 권회 축(O1)에 수직인 방향에서의 방향을 X축 방향으로 한다. 그리고, 수전부(20)와 송전부(56)가 서로 연직 방향으로 이격되는 방향을 Z축 방향으로 한다.
곡선(L5)은, X축 방향에서의 수전부(20)와 송전부(56)의 위치 어긋남량과, 전력 전송 효율의 사이의 관계를 나타낸다. 곡선(L6)은, Y축 방향에서의 수전부(20)와 송전부(56)의 위치 어긋남량과, 전력 전송 효율의 사이의 관계를 나타낸다.
도 21은, 비교예로서의 수전부(20) 및 송전부(56)와의 사이의 위치 어긋남량과, 전력 전송 효율의 관계를 나타내는 그래프이다.
이 도 21의 비교예에 관한 수전부(20)는, 페라이트 코어(21)가 H자 형상으로 형성되어 있다. 구체적으로는, 도 7에서, 돌출부(35b, 36b)가 돌출되는 길이(L1)와, 돌출부(35c, 36c)가 돌출되는 길이(L2)가 동등해지도록, 축부(33)가 자극부(34a)와 자극부(34b)의 사이에 배치되어 있다. 또한, 송전부(56)도 마찬가지로 페라이트 코어가 H자 형상으로 형성되어 있다.
도 21에서, 곡선(L7)은, X축 방향의 위치 어긋남량과 전력 전송 효율의 관계를 나타낸다. 또한, 곡선(L8)은, Y축 방향에서의 위치 어긋남량과 전력 전송 효율의 관계를 나타낸다.
그리고, 도 20 및 도 21에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 전력 전송 시스템의 전력 전송 특성과, 비교예에 관한 전력 전송 시스템의 전력 전송 특성은 근사하고 있다.
이것은, 수전부(20)와 송전부(56) 모두에 자극부가 형성되어 있기 때문에, 수전부(20)와 송전부(56)가 상대적으로 위치 어긋나도, 수전부(20)와 송전부(56)의 사이에서 자로가 형성된다.
특히, 도 20으로부터도 명백해진 바와 같이, 수전부(20)와 송전부(56)가 X축 방향으로 위치 어긋났다고 해도, 높은 전력 전송 효율을 유지할 수 있음을 알 수 있다.
이와 같이, 수전부(20)와 송전부(56)의 사이에서 전력 전송을 행하면, 수전부(20) 및 송전부(56)에 탑재된 각종 기기가 발열한다.
예를 들어, 도 8에서, 제2 코일(22)과, 캐패시터(23)와, 정류기(13) 등이 발열한다. 이때, 제2 코일(22)은, 코일용 절연 부재(43)에 눌려지고, 코일용 절연 부재(43)는 천장판부(25a)에 직접 접촉하고 있다. 이로 인해, 제2 코일(22)이 발열하면, 제2 코일(22)의 열은, 주로, 구리 등의 금속 재료에 의해 형성된 실드(25)에 방열된다. 이에 의해, 제2 코일(22)이 고온으로 되는 것을 억제할 수 있다.
마찬가지로, 캐패시터용 절연 부재(44)는, 천장판부(25a)에 직접 고정되어 있기 때문에, 캐패시터(23)로부터의 열은, 양호하게 실드(25)로 방열된다.
또한, 정류기(13)도 기기용 절연 부재(42)에 고정되고, 기기용 절연 부재(42)는 천장판부(25a)에 직접 고정되어 있다. 이로 인해, 정류기(13)로부터의 열은, 실드(25)에 양호하게 방열된다.
또한, 도 11에 도시한 바와 같이, 열전도성 부재(45)와 천장판부(25a)의 사이에 열전도성 부재(45)가 설치되었다고 해도, 제2 코일(22)로부터의 열을 양호하게 천장판부(25a)에 방열할 수 있다. 마찬가지로, 캐패시터용 절연 부재(44) 및 기기용 절연 부재(42)와 천장판부(25a)의 사이에 열전도성 부재(45)가 배치되었다고 해도, 양호하게 캐패시터(23) 및 정류기(13)의 열을 실드(25)로 방열할 수 있다.
이와 같이, 실드(25)를 방열부로서 이용함으로써, 수전부(20)에 탑재된 각종 기기를 양호하게 냉각할 수 있다. 또한, 도 14 및 도 15에서, 송전부(56)에서도, 제1 코일(58) 및 캐패시터(59)로부터의 열은, 양호하게 실드(62)로 방열된다.
도 7에서, 냉각 장치(108)로부터의 냉각풍(C1)은, 실드(25)에 형성된 개구부(110)와, 덮개부(26)에 형성된 개구부(102)를 지나서, 하우징(24) 내에 인입된다. 하우징(24) 내에 인입된 냉각풍(C1)은, 덮개부(26)에 형성된 개구부(113)와 실드(25)에 형성된 개구부(112)를 지나 외부로 배기된다.
냉각풍(C1)이 하우징(24) 내를 흐름으로써, 정류기(13), 캐패시터(23) 및 제2 코일(22)이 냉각된다.
수전부(20)에 있어서, 냉각풍(C1)의 유통 방향은, 개구부(110, 102)로부터 개구부(112, 113)를 향하는 방향이다. 또한, 본 실시 형태에서는, 냉각풍(C1)의 유통 방향은, 권회 축(O1)과 교차하는 방향이다.
정류기(13) 및 캐패시터(23) 등의 전기 기기는, 제2 코일(22)보다 냉각풍(C1)의 유통 방향의 상류측에 위치하고 있기 때문에, 정류기(13)의 소자(13a) 및 캐패시터(23)의 소자(23a)를 양호하게 냉각할 수 있다. 정류기(13)는, 캐패시터(23)보다 냉각풍(C1)의 유통 방향의 상류측에 배치되어 있다. 이에 의해, 내열성이 낮은 다이오드를 양호하게 냉각할 수 있다.
제2 코일(22) 중, 협폭부(37)의 하면에 위치하는 부분이 연장되는 방향과, 냉각풍(C1)의 유통 방향은, 모두, 권회 축(O1)이 연장되는 방향과 교차하는 방향이다. 이로 인해, 냉각풍(C1)은, 제2 코일(22) 중, 협폭부(37)의 하면에 위치하는 부분을 따라서 흐른다.
이에 의해, 냉각풍(C1)이 흐를 때의 유통 저항의 저감을 도모할 수 있어, 냉각풍(C1)의 냉각 효율의 향상을 도모할 수 있다.
또한, 도 14에 도시하는 송전 장치(50)에서는, 냉각 장치(105)로부터의 냉각풍은, 개구부(114) 및 개구부(115)를 지나서 하우징(60) 내에 인입된다. 그리고, 캐패시터(59) 및 제1 코일(58)을 냉각하고, 개구부(117) 및 개구부(116)로부터 외부로 배기된다. 냉각풍(C2)의 유통 방향은, 권회 축(O2)이 연장되는 방향과 교차하는 방향이며, 캐패시터(59)는, 제1 코일(58)보다 냉각풍(C2)의 유통 방향의 상류측에 배치되어 있다.
이로 인해, 캐패시터(59)를 양호하게 냉각할 수 있다. 제1 코일(58) 중, 페라이트 코어(57)의 상면 위에 위치하는 부분은, 권회 축(O2)과 교차하는 방향으로 연장되어 있고, 냉각풍(C2)도 권회 축(O2)과 교차하는 방향으로 연장되어 있다. 이로 인해, 냉각풍(C2)은, 제1 코일(58) 중, 페라이트 코어(57)의 상면 위에 위치하는 부분을 따라서 흐른다. 이에 의해, 냉각풍(C2)의 유통 저항이 저감되어 있어, 냉각풍(C2)의 냉각 효율의 향상이 도모되어 있다.
도 22를 사용하여, 본 실시 형태 1에 관한 수전 장치(11)의 변형예에 대해 설명한다. 도 22는, 수전 장치(11)의 변형예를 도시하는 단면도이다. 또한, 도 22에 나타내는 구성 중, 상기 도 1 내지 도 21에 나타내는 구성과 동일 또는 상당하는 구성에 대해서는 동일한 부호를 부여하고 그 설명을 생략한다. 이 도 22에 나타내는 예에서는, 제2 코일(22)과 인접하는 위치에 정류기(13)가 배치되고, 캐패시터(23)는, 정류기(13)에 대하여 제2 코일(22)과 반대측에 배치되어 있다. 이로 인해, 정류기(13)는, 제2 코일(22)보다 냉각풍(C1)의 유통 방향의 상류측에 배치되고, 캐패시터(23)는, 정류기(13)보다 냉각풍(C1)의 유통 방향의 상류측에 배치되어 있다.
여기서, 캐패시터(23)의 소자(23a)의 용량은, 온도 의존성이 높다. 따라서, 이 도 22에 나타내는 예에서는, 캐패시터(23)를 정류기(13)보다 냉각풍(C1)의 유통 방향의 상류측에 배치함으로써, 소자(23a)의 용량이 변동하는 것을 억제하고 있다.
(실시 형태 2)
도 23 및 도 24를 사용하여, 본 실시 형태 2에 관한 수전 장치(11)와 송전 장치(50)에 대해 설명한다. 또한, 도 23 및 도 24에 나타내는 구성 중, 상기 도 1 내지 도 22에 나타내는 구성과 동일 또는 상당하는 구성에 대해서는, 어떤 설명을 생략하는 경우가 있다.
도 23은, 수전 장치(11) 및 그 주위에 위치하는 구성을 도시하는 단면도이며, 도 24는, 수전 장치(11) 및 그 주위의 구성을 모식적으로 도시하는 사시도이다. 이 도 23 및 도 24에 도시한 바와 같이, 하우징(24)의 상면에는, 복수의 현가부(103)가 설치되어 있고, 하우징(24)은 플로어 패널(49)의 하면에 현가되어 있다. 이로 인해, 하우징(24)의 상면과, 플로어 패널(49)의 하면의 사이에는, 간극이 형성되어 있다.
하우징(24)은 밀폐되어 있다. 냉각 장치(108)는, 하우징(24)의 외표면에 냉각풍(C1)을 분사하고 있다. 이로 인해, 실드(25)의 천장판부(25a)가 냉각풍(C1)에 의해 적극적으로 냉각된다. 본 실시 형태 2에서도, 상기 실시 형태 1에 관한 수전 장치(11)와 마찬가지로, 정류기(13)와, 캐패시터(23)는, 천장판부(25a)에 설치되어 있고, 정류기(13)와 캐패시터(23)와, 천장판부(25a)의 사이에는, 기기용 절연 부재(42)와, 캐패시터용 절연 부재(44)가 배치되어 있다.
또한, 제2 코일(22)도, 천장판부(25a)에 설치되어 있고, 제2 코일(22)과 천장판부(25a)의 사이에는, 코일용 절연 부재(43)가 설치되어 있다.
이로 인해, 천장판부(25a)에 냉각풍(C1)을 분사함으로써, 정류기(13), 캐패시터(23) 및 제2 코일(22)을 양호하게 냉각할 수 있다.
또한, 도 23에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에서도, 정류기(13)는, 캐패시터(23)보다 냉각풍(C1)의 유통 방향의 상류측에 위치하고 있고, 캐패시터(23)는, 제2 코일(22)보다, 냉각풍(C1)의 유통 방향의 상류측에 위치하고 있다. 이와 같이, 본 실시 형태에서도, 정류기(13)를 양호하게 냉각할 수 있다. 또한, 캐패시터(23)를 정류기(13)보다 냉각풍(C1)의 유통 방향의 상류측에 배치하도록 해도 된다. 이 경우에는, 캐패시터(23)를 양호하게 냉각할 수 있다. 하우징(24)은 밀봉되어 있어, 외부로부터 빗물 등의 이물이 인입되는 것이 억제되어 있다.
도 25는, 송전 장치(50) 및 그 주위의 구성을 도시하는 사시도이며, 도 26은, 송전 장치(50) 및 그 주위의 구성을 도시하는 사시도이다.
도 25 및 도 26에서, 하우징(60)은 지면에 형성된 홈부(118) 내에 수용되어 있다. 실드(62)의 저면부(62a)는, 복수의 지지 기둥(119)에 의해 지지되어 있고, 저면부(62a)와 홈부(118)의 내표면과의 사이에 간극이 형성되어 있다. 실드(62)의 주위벽부(62b)와 홈부(118)의 내표면과의 사이에도 간극이 형성되어 있다. 그리고, 각 간극은 연통되어 있고, 냉각풍(C2)이 유통하는 유로가 형성되어 있다.
냉각 장치(109)로부터의 냉각풍(C2)은, 저면부(62a)와 홈부(118)의 내표면과의 사이와, 주위벽부(62b)와 홈부(118)의 사이를 지나서, 외부로 배기된다.
본 실시 형태 2에도, 캐패시터(59)는, 주위벽부(62b)에 설치되어 있고, 캐패시터(59)와 주위벽부(62b)의 사이에는, 절연 부재(74a)가 배치되어 있다. 제1 코일(58)도, 저면부(62a)에 설치되어 있고, 제1 코일(58)과 저면부(62a)의 사이에는, 절연 부재(74b)가 배치되어 있다.
이 때문에 냉각풍(C2)이 흐름으로써, 저면부(62a)가 냉각되어, 캐패시터(59) 및 제1 코일(58)을 양호하게 냉각할 수 있다.
캐패시터(59)는, 제1 코일(58)보다 냉각풍(C2)의 유통 방향의 상류측에 배치되어 있다. 이로 인해, 캐패시터(59)를 양호하게 냉각할 수 있다.
도 27은, 수전 장치(11)의 제2 변형예를 도시하는 단면도이다. 이 도 27에 나타내는 예에서는, 페라이트 코어(21)는 H자 형상이 되도록 형성되어 있다. 이 도 27에 나타내는 예에서는, 돌출부(35b, 36b)의 돌출 길이와, 돌출부(35c, 36c)의 돌출 길이는, 실질적으로 동등하다.
이 도 27에 나타내는 예에서도, 정류기(13)는, 캐패시터(23)보다 냉각풍(C1)의 유통 방향의 상류측에 배치되어 있고, 캐패시터(23)는, 제2 코일(22)보다 냉각풍(C1)의 유통 방향의 상류측에 배치되어 있다.
도 28은, 수전 장치(11)의 제3 변형예를 도시하는 단면도이다. 이 도 28에 나타내는 예에서는, 페라이트 코어(21)는 원형 판상으로 형성되어 있고, 제2 코일(22)은, 이 판상의 페라이트 코어(21)의 하면에 배치되어 있다. 이 도 28에 나타내는 예에서는, 제2 코일(22)은 페라이트 코어(21)에 권회되어 있지 않다. 이와 같이, 페라이트 코어(21)에 설치된 제2 코일(22)은, 페라이트 코어(21)의 둘레면에 권회된 경우에 한정되지 않고, 제2 코일(22)을 페라이트 코어(21)의 주위에 배치하는 경우도 포함한다.
이 도 28에 나타내는 예에서, 캐패시터(23)는, 제2 코일(22)보다 냉각풍(C1)의 유통 방향의 상류측에 배치되어 있고, 정류기(13)는, 캐패시터(23)보다 냉각풍(C1)의 유통 방향의 상류측에 배치되어 있다.
이로 인해, 이 도 28에 나타내는 예에서도, 정류기(13)를 양호하게 냉각할 수 있다.
또한, 도 27 및 도 28에서는, 수전 장치(11)에 대하여 설명했지만, H자형 코어나 원형 코일은, 송전 장치(50)에도 적용할 수 있음은 말할 필요도 없다.
또한, 상기 실시 형태에 나타내는 수전 장치(11)에 있어서, 제2 코일(22)로부터 전자기 유도로 전력을 수전하는 전자기 유도 코일을 배치하고, 이 전자기 유도 코일을 정류기(13)에 접속하도록 해도 된다. 마찬가지로, 제1 코일(58)에 전자기 유도로 전력을 송전하는 전자기 유도 코일을 배치하고, 이 전자기 유도 코일을 고주파 전력 드라이버(54)에 접속하도록 해도 된다.
또한, 상기 실시 형태에 기재된 발명은, 당연히, 전자기 유도에 의한 전력 전송에도 적용할 수 있다.
금회 개시된 실시 형태는 모든 점에서 예시이며, 제한적인 것이 아니라고 생각되어야 한다. 본 발명의 범위는 청구범위에 의해 나타나며, 청구범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다. 또한, 상기 수치 등은 예시이며, 상기 수치 및 범위에 한정되지 않는다.
본 발명은 수전 장치 및 송전 장치에 적합하다.
10 : 전동 차량
11, 91 : 수전 장치
13 : 정류기
13a, 23a, 59a : 소자
13b, 23b, 59b : 기판
14 : 컨버터
15 : 배터리
16 : 파워 컨트롤 유닛
17 : 모터 유닛
18L, 18R : 전륜
19L, 19R : 후륜
20, 96 : 수전부
21, 57 : 페라이트 코어
22, 58, 92, 94, 97, 99 : 코일
23, 59, 95, 98 : 캐패시터
24, 60 : 하우징
25, 62 : 실드
25a : 천장판부
25b, 62b : 주위벽부
25c 내지 25f : 벽부
26 : 덮개부
40, 74, 74a, 74b : 절연 부재
41 : 수전부용 절연 부재
42, 42a : 기기용 절연 부재
43 : 코일용 절연 부재
44 : 캐패시터용 절연 부재
45 : 열전도성 부재

Claims (19)

  1. 제1 코일(58)을 포함하는 송전부로부터 비접촉으로 전력을 수전하는 수전 장치이며,
    내부에 수용부가 형성된 하우징(24)과,
    상기 하우징(24) 내에 배치된 코어(21)와,
    상기 하우징(24) 내에 배치되고, 상기 코어(21)에 설치된 제2 코일(22)과,
    상기 하우징(24) 내에 배치됨과 함께, 상기 제2 코일(22)에 접속된 전기 기기와,
    상기 하우징(24)의 내표면과 상기 제2 코일(22)의 사이와, 상기 하우징(24)의 내표면과 상기 전기 기기의 사이에 배치된 절연 부재(40)와,
    냉매를 유통시켜서, 상기 제2 코일(22) 및 상기 전기 기기를 냉각하는 냉각 장치,
    를 구비하고,
    상기 제2 코일(22)과 상기 전기 기기는, 상기 절연 부재(40)를 사이에 끼워서 상기 하우징(24)의 내표면에 설치되고,
    상기 전기 기기는 상기 제2 코일(22)보다 상기 냉매의 유통 방향의 상류에 배치된, 수전 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전기 기기는, 상기 제2 코일(22)에 접속된 캐패시터(23)와, 상기 제2 코일(22)이 수전한 전류를 정류하는 정류기(13)를 포함하고,
    상기 정류기(13)는, 상기 캐패시터(23)보다 상기 냉매의 유통 방향의 상류측에 배치되고,
    상기 캐패시터(23)는, 상기 제2 코일(22)보다 상기 냉매의 유통 방향의 상류측에 배치된, 수전 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전기 기기는, 상기 제2 코일(22)에 접속된 캐패시터(23)와, 상기 제2 코일(22)이 수전한 전류를 정류하는 정류기(13)를 포함하고,
    상기 캐패시터(23)는, 상기 정류기(13)보다 상기 냉매의 유통 방향의 상류측에 배치되고,
    상기 정류기(13)는, 상기 제2 코일(22)보다 상기 냉매의 유통 방향의 상류측에 배치된, 수전 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 코일(22)은, 제1 권회 축(O1)의 주위를 둘러싸도록 형성되고,
    상기 코어(21)는, 상기 제2 코일(22)이 권회되는 제1 축부(33)와, 상기 제1 축부(33)의 제1 단부에 형성되고, 상기 제1 권회 축(O1)이 연장되는 방향과 교차하는 제1 교차 방향으로 연장되는 제1 자극부(34a)와, 상기 제1 축부(33)의 제2 단부에 형성되고, 상기 제1 교차 방향으로 연장되는 제2 자극부(34b)를 포함하고,
    상기 제1 교차 방향에서의 상기 제1 축부(33)의 폭은, 상기 제1 교차 방향에서의 상기 제1 자극부(34a)의 길이 및 제2 자극부(34b)의 길이보다 짧고,
    상기 제1 교차 방향에서의 상기 제1 자극부(34a)의 중앙에 위치하는 제1 중앙부(P1)와, 상기 제1 교차 방향에서의 상기 제2 자극부(34b)의 중앙에 위치하는 제2 중앙부(P2)는, 상기 제1 교차 방향에서의 상기 제1 축부(33)의 중앙에 위치하는 제3 중앙부보다 상기 제1 교차 방향의 일측에 위치하고,
    상기 전기 기기는, 상기 제1 축부(33)에 대하여 상기 제1 교차 방향의 일측에 배치됨과 함께, 상기 제1 자극부(34a) 및 상기 제2 자극부(34b)의 사이에 배치된, 수전 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 냉각 장치는, 상기 하우징(24) 내에 냉매를 공급하는, 수전 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제2 코일(22)은, 제1 권회 축(O1)의 주위를 둘러싸도록 형성되고,
    상기 냉각 장치는, 상기 제1 권회 축(O1)이 연장되는 방향과 교차하는 제1 교차 방향으로 상기 냉매를 공급하는, 수전 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 하우징(24)은 밀폐된, 수전 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제2 코일(22)과 상기 제2 코일(22)에 접속된 캐패시터(23)에 의해, 상기 송전부(56)로부터 비접촉으로 전력을 수전하는 수전부가 형성되고,
    상기 송전부(56)의 고유 주파수와 상기 수전부의 고유 주파수의 차는, 상기 수전부의 고유 주파수의 10％ 이하인, 수전 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제2 코일(22)과 상기 제2 코일(22)에 접속된 캐패시터(23)에 의해, 상기 송전부(56)로부터 비접촉으로 전력을 수전하는 수전부가 형성되고,
    상기 수전부와 상기 송전부(56)의 결합 계수는, 0.1 이하인, 수전 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제2 코일(22)과 상기 제2 코일(22)에 접속된 캐패시터(23)에 의해, 상기 송전부(56)로부터 비접촉으로 전력을 수전하는 수전부가 형성되고,
    상기 수전부는, 상기 수전부와 상기 송전부(56)의 사이에 형성되고, 또한 특정한 주파수로 진동하는 자계와, 상기 수전부와 상기 송전부(56)의 사이에 형성되고, 또한 특정한 주파수로 진동하는 전계 중 적어도 한쪽을 통하여 상기 송전부(56)로부터 전력을 수전하는, 수전 장치.
  11. 제2 코일을 포함하는 수전부에 비접촉으로 전력을 송전하는 송전 장치이며,
    외부에 수용부가 형성된 하우징(60)과,
    상기 하우징(60) 내에 배치된 코어(57)와,
    상기 하우징(60) 내에 배치되고, 상기 코어(57)에 설치된 제1 코일(58)과,
    상기 하우징(60) 내에 배치됨과 함께, 상기 제1 코일(58)에 접속된 제2 전기 기기와,
    상기 하우징(60)의 내표면과 상기 제1 코일(58)의 사이와, 상기 하우징(60)의 내표면과 상기 제2 전기 기기의 사이에 배치된 절연 부재(74)와,
    냉매를 유통시켜서, 상기 제1 코일(58) 및 상기 제2 전기 기기를 냉각하는 냉각 장치,
    를 구비하고,
    상기 제1 코일(58)과 상기 제2 전기 기기는, 상기 절연 부재(74)를 사이에 끼워서 상기 하우징(60)의 내표면에 설치되고,
    상기 제2 전기 기기는 상기 제1 코일(58)보다 상기 냉매의 유통 방향의 상류에 배치된, 송전 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제2 전기 기기는, 상기 제1 코일(58)에 접속된 캐패시터(59)를 포함하는, 송전 장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 제1 코일(58)은 제2 권회 축의 주위를 둘러싸도록 형성되고,
    상기 코어(57)는, 상기 제1 코일(58)이 권회되는 제2 축부(65)와, 상기 제2 축부(65)의 제3 단부에 형성되고, 상기 제2 권회 축이 연장되는 방향과 교차하는 제2 교차 방향으로 연장되는 제3 자극부와, 상기 제2 축부(65)의 제4 단부에 형성되고, 상기 제2 교차 방향으로 연장되는 제4 자극부를 포함하고,
    상기 제2 교차 방향에서의 상기 제2 축부(65)의 폭은, 상기 제2 교차 방향에서의 상기 제3 자극부의 길이 및 제4 자극부의 길이보다 짧고,
    상기 제2 교차 방향에서의 상기 제3 자극부의 중앙에 위치하는 제4 중앙부와, 상기 제2 교차 방향에서의 상기 제4 자극부의 중앙에 위치하는 제5 중앙부는, 상기 제2 교차 방향에서의 상기 제2 축부(65)의 중앙에 위치하는 제6 중앙부보다 상기 제2 교차 방향의 일측에 위치하고,
    상기 제2 전기 기기는, 상기 제2 축부(65)에 대하여 상기 제2 교차 방향의 일측에 배치됨과 함께, 상기 제3 자극부 및 상기 제4 자극부의 사이에 배치된, 송전 장치.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 냉각 장치는, 상기 하우징(60) 내에 냉매를 공급하는, 송전 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제1 코일(58)은, 제2 권회 축의 주위를 둘러싸도록 형성되고,
    상기 냉각 장치는, 상기 제2 권회 축이 연장되는 방향과 교차하는 제2 교차 방향으로 상기 냉매를 공급하는, 송전 장치.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 하우징(60)은 밀폐된, 송전 장치.
  17. 제11항에 있어서,
    상기 제1 코일(58)과, 상기 제1 코일(58)이 접속된 캐패시터(59)에 의해, 상기 수전부에 비접촉으로 전력을 송전하는 송전부(56)가 형성되고,
    상기 송전부(56)의 고유 주파수와 상기 수전부의 고유 주파수의 차는, 상기 수전부의 고유 주파수의 10％ 이하인, 송전 장치.
  18. 제11항에 있어서,
    상기 제1 코일(58)과, 상기 제1 코일(58)이 접속된 캐패시터(59)에 의해, 상기 수전부에 비접촉으로 전력을 송전하는 송전부(56)가 형성되고,
    상기 수전부와 상기 송전부(56)의 결합 계수는, 0.1 이하인, 송전 장치.
  19. 제11항에 있어서,
    상기 제1 코일(58)과, 상기 제1 코일(58)이 접속된 캐패시터(59)에 의해, 상기 수전부에 비접촉으로 전력을 송전하는 송전부(56)가 형성되고,
    상기 송전부(56)는, 상기 수전부와 상기 송전부(56)의 사이에 형성되고, 또한 특정한 주파수로 진동하는 자계와, 상기 수전부와 상기 송전부(56)의 사이에 형성되고, 또한 특정한 주파수로 진동하는 전계 중 적어도 한쪽을 통하여 상기 수전부에 전력을 송전하는, 송전 장치.
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