WO2013136787A1

WO2013136787A1 - 給電装置、受電装置及び給電システム

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Publication number: WO2013136787A1
Application number: PCT/JP2013/001652
Authority: WO
Inventors: 正剛小泉; 修大橋; 剛西尾; 則明朝岡
Original assignee: パナソニック株式会社
Priority date: 2012-03-14
Filing date: 2013-03-13
Publication date: 2013-09-19
Also published as: JP2013192377A; JP6112349B2; JP5270015B1; JP2013191865A

Abstract

　給電部（１０３）は、車輌に設けられた受電部（１５３）に対して電磁誘導を利用して非接触で給電する。給電コイル（１０３ａ）は、リング状であり、受電部（１５３）と対向して受電部（１５３）に対して給電する。筐体（１０３ｂ）は、給電コイル（１０３ａ）を収納する。筐体（１０３ｂ）は、給電コイル（１０３ａ）を受電部（１５３）の方向に向かって筐体（１０３ｂ）に投影した際に給電コイル（１０３ａ）が投影される部分に、給電コイル（１０３ａ）の径方向において給電コイル（１０３ａ）の外周（２１２）に向かって徐々に給電コイル（１０３ａ）に近づくような傾斜となる傾斜部（２０２）を有する。

Description

給電装置、受電装置及び給電システム

　本発明は、車輌に設けられた受電部に対して電磁誘導を利用して非接触で給電する給電装置、受電装置及び給電システムに関する。

　従来、非接触の給電装置としては、地面に設置され、車輌に搭載されている受電部に給電するものが知られている（例えば、特許文献１）。

　特許文献１では、送電ユニットと受電ユニットの２つのユニットを備える。送電ユニットは、リング状の送電コイルを収納し、駐車スペース等の車輌が停止する位置の路面側に設けられている。受電ユニットは、リング状の受電コイルを収納し、車輌の底面の、地面に設置された送電ユニットと対向する位置に設けられている。送電ユニットの受電ユニットに対向する筐体（樹脂カバー）面は、送電コイルの径方向と平行に形成されている。

特開２０１１－１０４３５号公報

　しかしながら、従来の給電装置においては、送電ユニットの受電ユニットに対向する筐体面は送電コイルの径方向と平行であるため、送電ユニットの受電ユニットに対向する筐体面上に異物が存在する場合に、異物に対して多くの磁束が貫くことにより異物が給電中に加熱されて高温度になるという問題がある。

　本発明の目的は、給電部の受電部に対向する筐体面の少なくとも一部、または受電部の給電部に対向する筐体面の少なくとも一部を傾斜させることにより、筐体面上に存在する異物を貫く磁束を低減させ、異物が給電中に加熱されて高温度になることを抑制することができる給電装置、受電装置及び給電システムを提供することである。

　本発明の給電装置は、車輌に設けられた受電部に対して電磁誘導を利用して非接触で給電する給電装置であって、前記受電部と対向して前記受電部に対して給電するリング状の給電コイルと、前記給電コイルを収納する筐体と、を具備し、前記筐体は、前記給電コイルを前記受電部の方向に向かって前記筐体に投影した際に前記給電コイルが投影される部分に、前記給電コイルの径方向において前記給電コイルの外周に向かって徐々に前記給電コイルに近づくような傾斜となる傾斜部を有する構成を採る。

　本発明の受電装置は、車輌に設けられ、給電部から給電を受ける受電装置であって、前記給電部と対向して前記給電部から給電を受けるリング状の受電コイルと、前記受電コイルを収納する筐体と、を具備し、前記筐体は、前記受電コイルを前記給電部の方向に向かって前記筐体に投影した際に前記受電コイルが投影される部分に、前記受電コイルの径方向において前記受電コイルの外周に向かって徐々に前記受電コイルに近づくような傾斜となる傾斜部を有する構成を採る。

　本発明の給電システムは、車輌に設けられた受電装置と、前記受電装置に対して非接触で給電する給電装置とを具備する給電システムであって、前記受電装置は、前記給電装置と対向して前記給電装置から給電を受けるリング状の受電コイルと、前記受電コイルを収納する受電側筐体と、を具備し、前記給電装置は、前記受電装置と対向して前記受電装置に対して給電するリング状の給電コイルと、前記給電コイルを収納する給電側筐体と、を具備し、前記受電側筐体は、前記受電コイルを前記給電装置の方向に向かって前記受電側筐体に投影した際に前記受電コイルが投影される部分に、前記受電コイルの径方向において前記受電コイルの外周に向かって徐々に前記受電コイルに近づくように傾斜する受電側傾斜部を有し、前記給電側筐体は、前記給電コイルを前記受電装置の方向に向かって前記給電側筐体に投影した際に前記給電コイルが投影される部分に、前記給電コイルの径方向において前記給電コイルの外周に向かって徐々に前記給電コイルに近づくような傾斜となる給電側傾斜部を有する構成を採る。

　本発明によれば、給電部の受電部に対向する筐体面の少なくとも一部、または受電部の給電部に対向する筐体面の少なくとも一部を傾斜させることにより、筐体面上に存在する異物を貫く磁束を低減させ、異物が給電中に加熱されて高温度になることを抑制することができる。

本発明の実施の形態１に係る充電システムの構成を示すブロック図本発明の実施の形態１に係る給電部の斜視図図２のＡ－Ａ線断面図本発明の実施の形態１における給電コイルから発生する磁束の様子を示す図本発明の実施の形態１における筐体の傾斜部における磁束の様子を示す図本発明の実施の形態１の傾斜部の代わりに平坦部を設けた場合の磁束の様子を示す図本発明の実施の形態１の傾斜部の代わりに本実施の形態の傾斜部と反対側に傾斜した傾斜部を設けた場合の磁束の様子を示す図本発明の実施の形態１における給電中において受電部に対向する給電部の筐体上に存在する異物の温度と時間との関係を示す図本発明の実施の形態２に係る給電部の斜視図図９のＢ－Ｂ線断面図本発明の実施の形態３に係る給電部の断面図本発明の実施の形態４に係る給電部の断面図本発明の実施の形態５に係る給電システムの構成を示す図本発明の実施の形態５における給電コイルから発生する磁束の様子を示す図本発明の実施の形態５における給電コイル及び受電コイルの周辺にできる磁束の分布を示す図本発明の実施の形態６に係る充電システムの構成を示す図本発明の実施の形態１から６における傾斜部の傾斜度と異物上昇温度との関係を示す図

　以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

　（実施の形態１）
　＜充電システムの構成＞
　図１は、本発明の実施の形態１における充電システム１０の構成を示すブロック図である。

　充電システム１０は、給電装置１００、車輌１５０、蓄電池１５４及び充電装置１７０を有する。

　給電装置１００は、給電部１０３が地表ｇから露出するように地面上に設置もしくは埋設される。給電装置１００は、例えば駐車スペースに設けられ、車輌１５０の駐車中に、受電部１５３に対向して充電装置１７０に対して給電する。なお、給電装置１００の構成については後述する。

　車輌１５０は、蓄電池１５４及び充電装置１７０を有し、蓄電池１５４を動力源として走行する。車輌１５０は、例えば、ＨＥＶ（Hybrid Electric Vehicle）、ＰＥＶ（Plug-in Electric Vehicle）またはＥＶ（Electric Vehicle）といった蓄電池１５４の電力で走行する自動車である。

　蓄電池１５４は、充電装置１７０により供給される電力を蓄える。

　充電装置１７０は、車両側制御部１５１及び受電装置１６０を有し、給電装置１００から給電される電力を蓄電池１５４に供給する。なお、充電装置１７０の構成の詳細については後述する。

　車輌側制御部１５１は、受電装置１６０に対して、充電に伴う各種処理または充電停止に伴う各種処理を行うように制御する。

　受電装置１６０は、車輌側制御部１５１の制御に従って、給電装置１００から供給された電力を蓄電池１５４に供給する。なお、受電装置１６０の構成については後述する。

　＜給電装置の構成＞
　給電装置１００は、給電側通信部１０１と、給電側制御部１０２と、給電部１０３とを有する。

　給電側通信部１０１は、車輌側通信部１５２からの給電開始信号または給電停止信号を受信する。給電側通信部１０１は、受信した給電開始信号または給電停止信号を給電側制御部１０２に出力する。

　給電側制御部１０２は、給電側通信部１０１から入力した給電開始信号に従って、給電部１０３に対して給電を開始するように制御する。給電側制御部１０２は、給電側通信部１０１から入力した給電停止信号に従って、給電部１０３に対して給電を停止するように制御する。

　給電部１０３は、給電コイル１０３ａを有する。給電部１０３は、給電側制御部１０２の制御に従って、給電コイル１０３ａに所定の周波数の電流を供給することにより、電磁誘導を利用して受電部１５３に給電する。この給電は、例えば、電磁誘導方式、もしくは磁気共鳴方式にて行われる。なお、給電部１０３の構成の詳細については後述する。

　＜受電装置の構成＞
　受電装置１６０は、車輌側通信部１５２及び受電部１５３を有する。

　車輌側通信部１５２は、車輌側制御部１５１の制御に従って、充電開始信号または充電停止信号を生成し、生成した充電開始信号または充電停止信号を給電側通信部１０１に送信する。

　受電部１５３は、車輌１５０の底部に設けられ、受電コイル１５３ａを有するとともに、蓄電池１５４を充電する際に、給電部１０３と非接触状態で対向する。受電部１５３は、車輌側制御部１５１の制御に従って、給電部１０３から受電コイル１５３ａに給電された電力を蓄電池１５４に供給する。

　＜給電部の構成＞
　図２は、給電部１０３の斜視図である。図３は、図２のＡ－Ａ線断面図である。

　給電部１０３は、給電コイル１０３ａ（図３参照）及び筐体１０３ｂを有する。

　給電コイル１０３ａは、中空のリング状であり、筐体１０３ｂの内底面に載置されている。給電コイル１０３ａは、例えば、商用の電源に接続されており、この電源から電流が供給されることにより受電部１５３に給電する。給電コイル１０３ａは、例えば金属細線を巻回して形成されている。

　筐体１０３ｂは、図３に示すように、中心軸Ｐ１を含む平面で切断した断面（図２のＡ－Ａ線断面）が台形状であり、給電コイル１０３ａを収納する。筐体１０３ｂは、平坦部２０１と傾斜部２０２とを有する。筐体１０３ｂは、給電コイル１０３ａを受電部１５３の方向に向かって筐体１０３ｂに投影した際に、給電コイル１０３ａが投影される部分に傾斜部２０２を有する。

　平坦部２０１は、給電コイル１０３ａの中空の部分２０３に対向し、かつ給電コイル１０３ａの中心軸Ｐ１と交わるとともに、給電コイル１０３ａの径方向に平坦になるように形成されている。平坦部２０１は、給電の際に受電部１５３に対向する。

　傾斜部２０２は、筐体１０３ｂに設けられており、給電コイル１０３ａの径方向において平坦部２０１の端部２０４から給電コイル１０３ａの外周２１２に向かって下り傾斜、すなわち、給電コイル１０３ａに徐々に近づくような傾斜となるように形成されている。ここで、給電コイル１０３ａの径方向とは、給電コイル１０３ａの中心軸Ｐ１と直交する方向である。傾斜部２０２は、一端が平坦部２０１の端部２０４と接続し、他端が側壁部２０５と接続するように形成されている。これにより、傾斜部２０２上に存在する異物は、給電コイル１０３ａの径方向に対して所定の角度で傾斜した状態になる。この結果、給電中に傾斜部２０２上の異物が加熱されて高温度になることを防ぐことができる。なお、傾斜部２０２上の異物が加熱され難い理由については後述する。

　因みに、本実施の形態では、車輌１５０の底部の受電部１５３へ大電力を給電するので、給電コイル１０３ａの形状が大きくなり、給電部１０３と車輌１５０の底部とのクリアランスの関係から給電部１０３の筐体１０３ｂに十分な曲面を設けることはできない。そのため、筐体１０３ｂ上の異物が自然落下する様な凸形状の斜面を設けることは困難である。従って、本実施の形態のように、給電部１０３の筐体１０３ｂの受電部１５３と対向する部分に、傾斜部２０２を形成するとともに平坦部２０１を形成することにより、給電部１０３の筐体１０３ｂの受電部１５３と対向する部分全体に斜面を設ける必要がなく、車輌１５０の底面方向の高さを抑えて給電部１０３と車輌１５０の底部とのクリアランスを保つことができる。

　＜筐体と磁束との関係＞
　図４は、本実施の形態における給電コイル１０３ａから発生する磁束の様子を示す図である。図５は、本実施の形態における筐体１０３ｂの傾斜部２０２における磁束の様子を示す図である。図６は、本実施の形態の傾斜部２０２の代わりに平坦部を設けた場合の磁束の様子を示す図である。図７は、本実施の形態の傾斜部２０２の代わりに本実施の形態の傾斜部２０２と反対側に傾斜した傾斜部を設けた場合の磁束の様子を示す図である。

　図５において、本実施の形態の傾斜部２０２上に異物５０１が存在する場合との比較として、図６で説明する形状の筐体上に存在する異物６０１及び図７で説明する形状の筐体上に存在する異物７０１を破線で示す。

　本実施の形態では、図４に示すように、給電コイル１０３ａにより磁束Ｂ１が発生する。この時、図５に示すように、筐体１０３ｂの傾斜部２０２上の異物５０１は、発生する磁束Ｂ２に対して平行となり、異物５０１を貫く磁束の本数を制限することができ、給電中に異物５０１が高温度になることを抑制することができる。

　一方、傾斜部２０２に代えて、図６に示すように、給電部の筐体における受電部１５３に対向する面の全てを、給電コイル１０３ａの径方向に平坦な平坦部にした場合、または、図７に示すように、給電コイル１０３ａの外周２１２から給電コイル１０３ａの中心軸Ｐ１に向かって徐々に給電コイル１０３ａに近づく傾斜となるように傾斜部を設けた場合には、図５と比べて筐体上の異物６０１、７０１を貫く磁束Ｂ３、Ｂ４が多くなる。

　そのために、筐体上の異物は、図６及び図７に比べて、図５の方が高温度にならない。

　また、傾斜部２０２は、給電コイル１０３ａにおける中空の部分２０３の周囲の内縁部２１１と外周２１２との中間部２１３に対向していることが好ましい。その理由は、中間部２１３に対向する部分では、コイルが発生させる磁束に対して異物が平行となり、鎖交する磁束が少なくなるため、他の部分と比べて発熱が小さくなるからである。

　＜給電部の筐体上に存在する異物の温度と時間との関係＞
　図８は、給電中において受電部に対向する給電部の筐体上に存在する異物の温度と時間との関係を示す図である。図８において、Ｓ１は、傾斜部を設けない図６に示す形状の筐体上の異物の温度変化の時間推移を示し、Ｓ２は、本実施の形態の傾斜部２０２上の異物の温度変化の時間推移を示す。

　図８より、本実施の形態では、従来に比べて、異物の温度上昇を抑制することができることが明らかである。

　＜本実施の形態の効果＞
　本実施の形態によれば、給電コイルを受電部の方向に向かって筐体に投影した際に給電コイルが投影される部分に、給電コイルの径方向において給電コイルの外周に向かって徐々に給電コイルに近づくような傾斜となる傾斜部を形成することにより、傾斜部上に存在する異物が給電中に加熱されて高温度になることを抑制することができる。

　また、本実施の形態によれば、給電部の筐体の受電部と対向する部分に、傾斜部を形成するとともに平坦部を形成することにより、給電部の筐体の受電部と対向する部分全体に曲面を設ける必要がなく、車輌の底面方向の高さを抑えて給電部と車輌底面とのクリアランスを保つことができる。

　（実施の形態２）
　本実施の形態において、充電システムは、給電部１０３の代わりに給電部４００を用いる以外は図１と同一構成であるので、その説明を省略する。

　＜給電部の構成＞
　図９は、給電部４００の斜視図である。図１０は、図９のＢ－Ｂ線断面図である。なお、図９及び図１０において、図２及び図３と同一構成である部分には同一の符号を付してその説明を省略する。

　給電部４００は、給電コイル１０３ａ（図１０参照）及び筐体４００ａを有する。

　給電コイル１０３ａは、中空のリング状であり、筐体４００ａの内底面に載置されている。

　筐体４００ａは、図１０に示すように、中心軸Ｐ１を含む平面で切断した断面（図９のＢ－Ｂ線断面）が台形状であり、給電コイル１０３ａを収納する。筐体４００ａは、平坦部４０１と、傾斜部４０２と、外周部４０３とを有する。筐体４００ａは、給電コイル１０３ａを受電部１５３の方向に向かって筐体４００ａに投影した際に、給電コイル１０３ａが投影される部分に傾斜部４０２を有する。

　平坦部４０１は、給電コイル１０３ａの中空の部分２０３に対向し、かつ給電コイル１０３ａの中心軸Ｐ１と交わるとともに、給電コイル１０３ａの径方向に平坦になるように形成されている。平坦部４０１は、給電の際に受電部１５３に対向する。

　傾斜部４０２は、筐体４００ａに設けられており、給電コイル１０３ａの径方向において平坦部４０１の端部４０４から給電コイル１０３ａの外周２１２に向かって下り傾斜、すなわち、給電コイル１０３ａに徐々に近づくような傾斜となるように形成されている。これにより、傾斜部４０２上に存在する異物は、給電コイル１０３ａの径方向に対して所定の角度で傾斜した状態になる。この結果、上記の実施の形態１と同様の理由により、給電中に傾斜部４０２上の異物が加熱されて高温度になることを防ぐことができる。

　外周部４０３は、給電コイル１０３ａの径方向に平坦であり、一端が傾斜部４０２と接続するとともに、他端が筐体４００ａの側壁部４０５と接続するように形成されている。外周部４０３の傾斜部４０２と接続する側は、給電コイル１０３ａに対向する。外周部４０３は、給電する際に、受電部１５３に対向する。

　なお、上記の実施の形態１と同様の理由により、傾斜部４０２は、給電コイル１０３ａの中間部２１３に対向していることが好ましい。

　＜本実施の形態の効果＞
　本実施の形態によれば、上記の実施の形態１の効果に加えて、給電コイルの径方向の端部に平坦な外周部を設ける。これにより、傾斜部の長さを短くすることができるので、その分筐体の厚みを薄くすることができ、傾斜部上の異物の発熱を抑えた上で車体とのクリアランスを十分にとることができる。

　（実施の形態３）
　本実施の形態において、充電システムは、給電部１０３の代わりに給電部５００を用いる以外は図１と同一構成であるので、その説明を省略する。

　＜給電部の構成＞
　図１１は、給電部５００の断面図である。なお、図１１において、図３と同一構成である部分には同一の符号を付してその説明を省略する。また、給電部５００の形状は、平坦部５０１、傾斜部５０２及び側壁部５０４の寸法が多少異なる以外は図２と同一形状であるので、給電部５００の斜視図を省略する。また、図１１は、給電部５００を図２のＡ－Ａ線に相当する線で切断した際の断面図である。

　給電部５００は、給電コイル１０３ａ及び筐体５００ａを有する。

　給電コイル１０３ａは、中空のリング状であり、筐体５００ａの内底面に載置されている。

　筐体５００ａは、図１１に示すように、中心軸Ｐ１を含む平面で切断した断面が台形状であり、給電コイル１０３ａを収納する。筐体５００ａは、平坦部５０１及び傾斜部５０２を有する。筐体５００ａは、給電コイル１０３ａを受電部１５３の方向に向かって筐体５００ａに投影した際に、給電コイル１０３ａが投影される部分に傾斜部５０２を有する。

　平坦部５０１は、中央部が給電コイル１０３ａの中空の部分２０３に対向するとともに、端部５０３が給電コイル１０３ａに対向する。平坦部５０１は、給電コイル１０３ａの中心軸Ｐ１と交わるとともに給電コイル１０３ａの径方向に平坦になるように形成されている。平坦部５０１は、給電の際に受電部１５３に対向する。

　傾斜部５０２は、筐体５００ａに設けられており、給電コイル１０３ａの径方向において平坦部５０１の端部５０３から給電コイル１０３ａの外周２１２に向かって下り傾斜、すなわち、給電コイル１０３ａに徐々に近づくような傾斜となるように形成されている。傾斜部５０２は、一端が平坦部５０１の端部５０３と接続し、他端が側壁部５０４と接続するように形成されている。これにより、傾斜部５０２上に存在する異物は、給電コイル１０３ａの径方向に対して所定の角度で傾斜した状態になる。この結果、上記の実施の形態１と同様の理由により、充電中に傾斜部５０２上の異物が加熱されて高温度になることを防ぐことができる。

　なお、傾斜部５０２は、上記実施の形態１と同様の理由により、給電コイル１０３ａの中間部２１３に対向していることが好ましい。

　＜本実施の形態の効果＞
　本実施の形態によれば、平坦部の内面の端部が給電コイルに対向するように平坦部を形成した。これにより、上記の実施の形態１の効果に加えて、傾斜部上の異物が発熱し易い中間部では発熱を抑えつつ、傾斜部の長さを短くすることができ、筐体の厚みを薄くすることができるとともに、車体とのクリアランスを保つことができる。

　（実施の形態４）
　図１２は、給電部６００の断面図である。なお、図１２において、図３と同一構成である部分には同一の符号を付してその説明を省略する。また、給電部６００の形状は、平坦部６０１、傾斜部６０２、平坦部６０３及び側壁部６０５の寸法が多少異なる以外は図９と同一形状であるので、給電部６００の斜視図を省略する。また、図１２は、給電部６００を図９のＢ－Ｂ線に相当する線で切断した際の断面図である。

　給電部６００は、給電コイル１０３ａ及び筐体６００ａを有する。

　給電コイル１０３ａは、中空のリング状であり、筐体６００ａの内底面に載置されている。

　筐体６００ａは、図１２に示すように、中心軸Ｐ１を含む平面で切断した断面が台形状であり、給電コイル１０３ａを収納する。筐体６００ａは、平坦部６０１と、傾斜部６０２と、外周部６０３とを有する。筐体６００ａは、給電コイル１０３ａを受電部１５３の方向に向かって筐体６００ａに投影した際に、給電コイル１０３ａが投影される部分に傾斜部６０２を有する。

　平坦部６０１は、中央部が給電コイル１０３ａの中空の部分２０３に対向するとともに、端部６０４が給電コイル１０３ａに対向する。平坦部６０１は、給電コイル１０３ａの中心軸Ｐ１と交わるとともに給電コイル１０３ａの径方向に平坦になるように形成されている。平坦部６０１は、給電の際に受電部１５３に対向する。

　傾斜部６０２は、筐体６００ａに設けられており、給電コイル１０３ａの径方向において平坦部６０１の端部６０４から給電コイル１０３ａの外周２１２に向かって下り傾斜、すなわち、給電コイル１０３ａに徐々に近づくような傾斜となるように形成されている。傾斜部６０２は、一端が平坦部６０１の端部６０４と接続し、他端が外周部６０３と接続するように形成されている。これにより、傾斜部６０２上に存在する異物は、給電コイル１０３ａに対して所定の角度で傾斜した状態になる。この結果、上記の実施の形態１と同様の理由により、給電中に傾斜部６０２上の異物が加熱されて高温度になることを防ぐことができる。

　外周部６０３は、給電コイル１０３ａの径方向に平坦であり、一端が傾斜部６０２と接続するとともに、他端が側壁部６０５と接続するように形成されている。外周部６０３の傾斜部６０２と接続する側は、給電コイル１０３ａと対向する。外周部６０３は、給電する際に、受電部１５３に対向する。

　なお、傾斜部６０２は、上記実施の形態１と同様の理由により、給電コイル１０３ａの中間部２１３に対向していることが好ましい。

　＜本実施の形態の効果＞
　本実施の形態によれば、給電コイルの径方向に平坦な外周部を設けるとともに、平坦部の内面の端部が給電コイルに対向するように平坦部を形成する。これにより、上記の実施の形態１の効果に加えて、傾斜部上の異物が発熱し易い中間部では発熱を抑えつつ、傾斜部の長さを短くすることができ、筐体の厚みを薄くすることができるとともに、車体とのクリアランスを保つことができる。

　（実施の形態５）
　図１３は、本発明の実施の形態５に係る給電システム１１００の構成を示す図である。なお、図１３において、図２及び図３と同一構成である部分には同一の符号を付してその説明を省略する。また、本実施の形態における充電システムは、受電部１５３の代わりに受電部７００を用いる以外は図１と同一構成であるので、その説明を省略する。

　＜受電部の構成＞
　受電部７００は、受電コイル７００ａ及び筐体７００ｂを有する。

　受電コイル７００ａは、中空のリング状であり、筐体７００ｂの内天面に接した状態で筐体７００ｂに収納されている。受電コイル７００ａは、例えば金属細線を巻回して形成されている。

　筐体７００ｂは、図１３に示すように中心軸Ｐ１を含む平面で切断した断面が台形状であり、受電コイル７００ａを収納する。筐体７００ｂは、平坦部７０１と傾斜部７０２とを有する。筐体７００ｂは、受電コイル７００ａを給電部１０３の方向に向かって筐体７００ｂに投影した際に、受電コイル７００ａが投影される部分に傾斜部７０２を有する。

　平坦部７０１は、受電コイル７００ａの中空の部分７０３に対向し、かつ受電コイル７００ａの中心軸Ｐ１と交わるとともに、受電コイル７００ａの径方向（中心軸Ｐ１に対して直交する方向）に平坦になるように形成されている。平坦部７０１は、給電を受ける際に給電部１０３に対向する。

　傾斜部７０２は、筐体７００ｂに設けられており、受電コイル７００ａの径方向において平坦部７０１の端部７０４から受電コイル７００ａの外周７１２に向かって受電コイル７００ａに徐々に近づくような傾斜となるように形成されている。傾斜部７０２は、一端が平坦部７０１の端部７０４と接続し、他端が側壁部７０５と接続するように形成されている。

　また、傾斜部７０２は、受電コイル７００ａにおける中空の部分７０３の周囲の内縁部７１１と外周７１２との中間部７１３に対向していることが好ましい。その理由は、中間部７１３に対向する部分では、コイルが発生させる磁束に対して異物が平行となり、鎖交する磁束が少なくなるため、他の部分と比べて発熱が小さくなるからである。

　＜異物の発熱について＞
　図１４は、本実施の形態における給電コイル１０３ａ及び受電コイル７００ａから発生する磁束の様子を示す図である。

　給電効率を向上させるためには、図１３及び図１４に示すように、給電部１０３と受電部７００とを近づける必要がある。給電部１０３と受電部７００とを近づけた際に、給電部１０３の筐体１０３ｂと受電部７００の筐体７００ｂとの間に異物１４０１が挟まり、筐体７００ｂの傾斜部７０２上に異物１４０１が張り付いたような状態となる可能性がある。

　この場合、本実施の形態では、電部７００に傾斜部７０２を設けたので、傾斜部７０２上に存在する異物１４０１は、受電コイル７００ａの径方向に対して傾斜した状態になる。これにより、図１４に示すように、Ｂ４が異物１４０１を貫く量が小さくなるため、異物１４０１が加熱されて高温度になることを防ぐことができる。

　＜筐体の設計＞
　図１５は、本実施の形態における給電コイル１０３ａ及び受電コイル７００ａの周辺にできる磁束の分布を示す図である。図１５において、磁束を表している線の長さが長いほど磁場が強いことを示している。また、図１５において、矢印Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４、Ｍ５、Ｍ６は、異物が筐体に載りうる側における磁場の強い位置の磁束の向きを示している。なお、図１５において異物が筐体に載らない側でも磁場の強い位置が存在するが、図１５では異物が筐体に載らない側における矢印の記載を省略している。

　筐体１０３ｂの傾斜部２０２の傾きは、傾斜部２０２上の異物を通過する磁束が少なくなるように設計されている。また、筐体７００ｂの傾斜部７０２の傾きは、傾斜部７０２上の異物を通過する磁束が少なくなるように設計されている。

　具体的には、給電コイル１０３ａ及び受電コイル７００ａに流れる電流分布の変化から、マクスウェルの方程式を用いて、給電コイル１０３ａ及び受電コイル７００ａの周辺の空間内の各点の磁束密度の大きさ及び向きを求めることができる。即ち、図１５に示すような磁束の分布を求めることができる。これより、矢印Ｍ４、Ｍ５、Ｍ６に沿って傾斜する傾斜部２０２を有する筐体１０３ａを設計するとともに、矢印Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３に沿って傾斜する傾斜部７０２を有する筐体７００ｂを設計する。

　なお、上記実施の形態１～実施の形態４においても、給電側の筐体は、上記の方法により設計する。

　＜本実施の形態の効果＞
　本実施の形態によれば、受電効率を向上させるために受電部と給電部とを近づけた場合においても、受電部に形成された傾斜部上に存在する異物は、受電コイルの径方向に対して傾いた状態になる。これにより、上記の実施の形態１の効果に加えて、給電効率を向上させるために給電部と受電部とを近づける場合においても、異物が加熱されて高温度になることを防ぐことができる。

　＜本実施の形態の変形例＞
　本実施の形態において、給電部を図２及び図３と同一構成にしたが、本発明はこれに限らず、給電部を図９～図１２の何れかと同一構成にすることができる。この際、受電部における傾斜部は、給電部に形成されている傾斜部と対向する位置に設けられる。

　（実施の形態６）
　図１６は、本発明の実施の形態６に係る充電システム１２００の構成を示す図である。なお、図１６において、図２及び図１３と同一構成である部分には同一の符号を付してその説明を省略する。また、異物の発熱が抑制される理由は、上記実施の形態５と同様であるので、その説明を省略する。また、本実施の形態における充電システムは、受電部１５３の代わりに受電部７００を用いる以外は図１と同一構成であるので、その説明を省略する。

　＜可動部の構成＞
　可動部８００は、筐体８０１、モータ８０２及び支柱部８０３ａ、８０３ｂを有している。

　筐体８０１は、地表ｇに設置され、モータ８０２及び支柱部８０３ａ、８０３ｂを収納している。筐体８０１の天面は給電部１０３の底面と接している。

　モータ８０２は、例えば、商用の電源から電力の供給を受けて、支柱部８０３ａ、８０３ｂを可動させる。

　支柱部８０３ａは、モータ８０２により時計方向に回転して、筐体８０１を介して給電部１０３を上方に持ち上げる。支柱部８０３ａは、モータ８０２により反時計方向に回転して、筐体８０１を介して給電部１０３を下方に降下させる。

　支柱部８０３ｂは、モータ８０２の駆動力により反時計方向に回転して、筐体８０１を介して給電部１０３を上方に持ち上げる。支柱部８０３ｂは、モータ８０２の駆動力により時計方向に回転して、筐体８０１を介して給電部１０３を下方に降下させる。

　＜給電部及び可動部の動作＞
　可動部８００は、給電部１０３により給電する際には、支柱部８０３ａ、８０３ｂをモータ８０２により可動させることにより、給電部１０３を上方に上昇させる。これにより、給電部１０３と受電部７００とは接近し、効率よく給電することができる。

　この際に、給電部１０３の傾斜部２０２と受電部７００の傾斜部７０２との間に挟まった異物は、筐体７００ｂに張り付いたような状態となる可能性がある。従って、給電中に傾斜部２０２と傾斜部７０２との間に挟まった異物が加熱されて高温度になることを防ぐことができる。

　一方、可動部８００は、給電部１０３による給電を終了した後に、支柱部８０３ａ、８０３ｂをモータ８０２の駆動力により可動させて、給電部１０３を下方に降下させる。これにより、給電部１０３と受電部７００とは離れて、車輌１５０を安全に移動させることができる。

　なお、受電側及び給電側の筐体は、上記実施の形態５で説明した方法と同様の方法により設計することができる。

　＜本実施の形態の効果＞
　本実施の形態によれば、上記の実施の形態１及び実施の形態５の効果に加えて、給電部を可動させるので、異物が加熱されて高温度になることを防いで効率よく給電することができるとともに、給電が終了した後には車輌を安全に移動させることができる。

　＜本実施の形態の変形例＞
　本実施の形態において、給電部を図２と同一構成にしたが、本発明はこれに限らず、給電部を図８～図１０の何れかと同一構成にすることができる。この際、受電部における傾斜部は、給電部に形成されている傾斜部と対向する位置に設けられる。

　＜全ての実施の形態に共通の変形例＞
　上記実施の形態１～実施の形態６において、傾斜部２０２、４０２、５０２、６０２、７０２、の傾斜度を最適値に設定することができる。以下、傾斜部２０２の傾斜度の最適値について説明する。

　車輌１５０の受電コイル１５３ａに電磁誘導を利用して非接触で給電する場合、給電部１０３の筐体１０３ｂ上に存在する異物としては、硬貨、プルタブ、またはクリップ等の主として２センチメートル×２センチメートル程度の金属異物が対象となる。

　図１７は、２センチメートル×２センチメートルの金属異物が給電部１０３の筐体１０３ｂ上に存在した場合の金属異物の上昇温度と経過時間との関係を示したものである。図１７は、傾斜部２０２の傾斜度を１８度、２０度、及び４５度の３パターンで変化させた場合について表している。ここで、傾斜度とは、中心軸Ｐ１に直交する平面と、傾斜部２０２との成す角度のうちの鋭角を言う。

　車輌１５０の蓄電池１５４に対する非接触充電を考えた場合、電力伝送を阻害せずに、かつ、車輌１５０による踏みつけの荷重に耐えるには、給電部１０３の筐体１０３ｂを樹脂性とすることが有力となる。樹脂性の筐体１０３ｂの場合、耐熱温度は２４０度程度となる。筐体１０３ｂの耐熱温度を２４０度、周辺環境温度を最大７０度、及びマージン温度を２０度と考えた場合、異物上昇温度は１５０度程度まで許容される。

　図１７より、傾斜度が１８度では、異物上昇温度は１５０度を超えてしまう。これに対し、傾斜度が２０度では、異物上昇温度は１５０度を超えない。傾斜度が４５度では、傾斜度が２０度の場合と比べて、さらに異物上昇温度が抑えられている。

　以上により、異物上昇温度を規定内とするためには、傾斜度を２０度以上とするとよいことが分かる。

　筐体１０３ｂは、傾斜部２０２の傾斜度を２０度以上とした場合、円錐状となって高さ方向の厚みが厚くなり、受電部１５３と接触してしまう可能性がある。そのため、傾斜面２０２の傾斜度を２０度以上とした場合、筐体１０３ｂに平坦部２０１を形成することは、筐体１０３ｂの薄型化にはとりわけ有効である。

　なお、上記の傾斜度の最適値については、傾斜部２０２以外の傾斜部４０２、５０２、６０２、７０２についても同様であるので、その説明を省略する。

　また、上記実施の形態１～実施の形態６において、給電部の筐体の形状または受電部の筐体の形状を円錐の上部を平面で切り取ったような形状にしたが、本発明はこれに限らず、多角錐の上部を平面で切り取ったような形状でもよい。

　また、上記実施の形態１～実施の形態６において、給電部の筐体の受電部に対向する側の一部または受電部の筐体の給電部に対向する側の一部に傾斜部を設けたが、本発明はこれに限らず、給電部の筐体の受電部に対向する側の全部または受電部の筐体の給電部に対向する側の全部に傾斜部を設けてもよい。給電部の筐体の受電部に対向する側の全部または受電部の筐体の給電部に対向する側の全部に傾斜部を設けることにより、異物が加熱されて高温度になることを確実に防ぐことができる。

　２０１２年３月１４日出願の特願２０１２－５７１５２の日本出願に含まれる明細書、図面及び要約書の開示内容は、すべて本願に援用される。

　本発明にかかる給電装置、受電装置及び給電システムは、車輌に設けられた受電部に対して非接触で給電するのに好適である。

　１０３　給電部
　１０３ａ　給電コイル
　１０３ｂ　筐体
　１５３　受電部
　２０１　平坦部
　２０２　傾斜部
　２０３　中空の部分
　２０４　端部
　２０５　側壁部
　２１１　内縁部
　２１２　外周
　２１３　中間部

Claims

　車輌に設けられた受電部に対して電磁誘導を利用して非接触で給電する給電装置であって、
　前記受電部と対向して前記受電部に対して給電するリング状の給電コイルと、
　前記給電コイルを収納する筐体と、
　を具備し、
　前記筐体は、
　前記給電コイルを前記受電部の方向に向かって前記筐体に投影した際に前記給電コイルが投影される部分に、前記給電コイルの径方向において前記給電コイルの外周に向かって徐々に前記給電コイルに近づくような傾斜となる傾斜部を有する、
　給電装置。
　前記筐体は、
　前記傾斜部に加えて、前記受電部に対向し、前記給電コイルの中心軸と交わるとともに前記径方向に平坦な平坦部を有し、
　前記傾斜部は、
　前記平坦部の端部から前記給電コイルの外周に向かって徐々に前記給電コイルに近づくように形成される、
　請求項１記載の給電装置。
　前記受電部は、
　前記車輌の底部に設けられ、
　前記給電コイルは、
　前記車輌の底部と対向する地面に設けられている、
　請求項１記載の給電装置。
　前記傾斜部は、
　２０度以上の傾斜度を有する、
　請求項１記載の給電装置。
　車輌に設けられ、給電部から給電を受ける受電装置であって、
　前記給電部と対向して前記給電部から給電を受けるリング状の受電コイルと、
　前記受電コイルを収納する筐体と、
　を具備し、
　前記筐体は、
　前記受電コイルを前記給電部の方向に向かって前記筐体に投影した際に前記受電コイルが投影される部分に、前記受電コイルの径方向において前記受電コイルの外周に向かって徐々に前記受電コイルに近づくような傾斜となる傾斜部を有する、
　受電装置。
　前記筐体は、
　前記傾斜部に加えて、前記給電部に対向し、前記受電コイルの中心軸と交わるとともに前記径方向に平坦な平坦部を有し、
　前記傾斜部は、
　前記平坦部の端部から前記受電コイルの外周に向かって徐々に前記受電コイルに近づくように形成される、
　請求項５記載の受電装置。
　前記傾斜部は、
　２０度以上の傾斜度を有する、
　請求項５記載の受電装置。
　車輌に設けられた受電装置と、前記受電装置に対して非接触で給電する給電装置とを具備する給電システムであって、
　前記受電装置は、
　前記給電装置と対向して前記給電装置から給電を受けるリング状の受電コイルと、
　前記受電コイルを収納する受電側筐体と、
　を具備し、
　前記給電装置は、
　前記受電装置と対向して前記受電装置に対して給電するリング状の給電コイルと、
　前記給電コイルを収納する給電側筐体と、
　を具備し、
　前記受電側筐体は、
　前記受電コイルを前記給電装置の方向に向かって前記受電側筐体に投影した際に前記受電コイルが投影される部分に、前記受電コイルの径方向において前記受電コイルの外周に向かって徐々に前記受電コイルに近づくように傾斜する受電側傾斜部を有し、
　前記給電側筐体は、
　前記給電コイルを前記受電装置の方向に向かって前記給電側筐体に投影した際に前記給電コイルが投影される部分に、前記給電コイルの径方向において前記給電コイルの外周に向かって徐々に前記給電コイルに近づくような傾斜となる給電側傾斜部を有する、
　給電システム。
　前記給電装置は、
　前記給電コイルを受電装置に近づく方向に可動させる可動部をさらに具備する、
　請求項８記載の給電システム。