(57)【要約】【課題】非接触給電システムにおける、送電コイルを除く路側装置の汎用性を高める。【解決手段】送電コイル及び送電装置を有し、当該送電コイルから非接触で磁界共振により電動車両の受電コイルに送電する、非接触給電の路側装置であって、送電コイルの大きさに関わらず、送電コイルのインダクタンス及び送電コイルと受電コイルとの間の結合係数によって決まる電力伝送の係数が一定値から変化することを抑制するよう、インダクタンス及び結合係数が設計されている。【選択図】図１
2020065360.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送電コイル及び送電装置を有し、当該送電コイルから非接触で磁界共振により電動車両の受電コイルに送電する、非接触給電の路側装置であって、
前記送電コイルの大きさに関わらず、前記送電コイルのインダクタンス及び前記送電コイルと前記受電コイルとの間の結合係数によって決まる電力伝送の係数が一定値から変化することを抑制するよう、前記インダクタンス及び前記結合係数が設計されている、非接触給電の路側装置。
【請求項２】
前記結合係数をｋ、前記インダクタンスをＬとすると、前記係数とはｋ（Ｌ１／２）である請求項１に記載の非接触給電の路側装置。
【請求項３】
受電コイル、受電装置、及び、バッテリを搭載する電動車両と、
送電コイル及び送電装置を有し、当該送電コイルから非接触で磁界共振により前記受電コイルに送電する路側装置と、を備えた非接触給電システムであって、
前記送電コイルの大きさに関わらず、前記送電コイルのインダクタンス及び前記送電コイルと前記受電コイルとの間の結合係数によって決まる電力伝送の係数が、一定値から変化することを抑制するよう、前記インダクタンス及び前記結合係数が設計されている非接触給電システム。
【請求項４】
送電コイルから非接触で磁界共振により電動車両の受電コイルに送電する非接触給電の路側装置における前記送電コイルの製造方法であって、
相対的に小型の送電コイルと大型の送電コイルとを製造する場合、
前記小型の送電コイルはインダクタンスを相対的に高く設計し、前記大型の送電コイルはインダクタンスを相対的に低く設計することで、前記送電コイルの大きさに関わらず、前記送電コイルのインダクタンス及び前記結合係数によって決まる電力伝送の係数の変化を抑制する、送電コイルの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非接触給電の路側装置、非接触給電システム、及び、送電コイルの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車の普及に伴って、バッテリを充電するために、プラグイン方式での充電の他、例えば磁界共振を利用した非接触給電が考えられている。非接触給電の場合は、路側の送電コイルに対して電気自動車の受電コイルが正確に位置決めされることが必要である。但し、多少の位置ずれに対しては、送電・受電の効率低減を抑制する技術も提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−９３０２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一方、近年、高精度の自動駐車が可能となってきており、その場合、位置決めが正確であるため、路側の送電コイルを、コンパクトで低価格なものとすることができる。しかしながら、少なくとも現状では、すべての電気自動車が自動駐車できるわけではないので、路側の送電コイルをすべてコンパクト化することはできない。運転者の運転によって駐車する場合は、多少の位置ずれはやむをえない。多少の位置ずれがあっても送電できるようにするためには、比較的大型の送電コイルを使用する必要がある。
【０００５】
送電コイルの種類に合わせて路側の送電装置（インバータ等）も設計しなければならないとなると、路側の装置の汎用性が乏しく、開発コスト的にも不利である。
かかる課題に鑑み、本発明は、非接触給電システムにおける、送電コイルを除く路側装置の汎用性を高めることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示は、以下の発明を含む。但し、本発明は、特許請求の範囲によって定められるものである。
【０００７】
（非接触給電の路側装置）
本発明の一表現に係る非接触給電の路側装置は、送電コイル及び送電装置を有し、当該送電コイルから非接触で磁界共振により電動車両の受電コイルに送電する、非接触給電の路側装置であって、前記送電コイルの大きさに関わらず、前記送電コイルのインダクタンス及び前記送電コイルと前記受電コイルとの間の結合係数によって決まる電力伝送の係数が一定値から変化することを抑制するよう、前記インダクタンス及び前記結合係数が設計されている。
【０００８】
（非接触給電システム）
また、本発明の一表現に係る非接触給電システムは、受電コイル、受電装置、及び、バッテリを搭載する電動車両と、送電コイル及び送電装置を有し、当該送電コイルから非接触で磁界共振により前記受電コイルに送電する路側装置と、を備えた非接触給電システムであって、前記送電コイルの大きさに関わらず、前記送電コイルのインダクタンス及び前記送電コイルと前記受電コイルとの間の結合係数によって決まる電力伝送の係数が、一定値から変化することを抑制するよう、前記インダクタンス及び前記結合係数が設計されている。
【０００９】
（送電コイルの製造方法）
また、本発明の一表現に係る送電コイルの製造方法は、送電コイルから非接触で磁界共振により電動車両の受電コイルに送電する非接触給電の路側装置における前記送電コイルの製造方法であって、相対的に小型の送電コイルと大型の送電コイルとを製造する場合、前記小型の送電コイルはインダクタンスを相対的に高く設計し、前記大型の送電コイルはインダクタンスを相対的に低く設計することで、前記送電コイルの大きさに関わらず、前記送電コイルのインダクタンス及び前記結合係数によって決まる電力伝送の係数の変化を抑制する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、送電コイルを除く路側装置の汎用性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、路側装置から自動駐車機能付きの電気自動車に、磁界共振の非接触給電により給電する非接触給電システムの一例を示す図である。
【図２】図２は、送電コイルと、受電コイルとの関係を示す回路図である。
【図３】図３は、路側装置から、自動駐車機能付きではない電気自動車に、磁界共振の非接触給電により給電する非接触給電システムの一例を示す図である。
【図４】図４は、送電コイルと、受電コイルとの関係を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
［実施形態の要旨］
本発明の実施形態の要旨としては、少なくとも以下のものが含まれる。
【００１３】
（１）開示するのは、送電コイル及び送電装置を有し、当該送電コイルから非接触で磁界共振により電動車両の受電コイルに送電する、非接触給電の路側装置であって、前記送電コイルの大きさに関わらず、前記送電コイルのインダクタンス及び前記送電コイルと前記受電コイルとの間の結合係数によって決まる電力伝送の係数が一定値から変化することを抑制するよう、前記インダクタンス及び前記結合係数が設計されている、非接触給電の路側装置である。
【００１４】
このような非接触給電の路側装置では、例えば小型の送電コイルと大型の送電コイルとがあったとしても、電力伝送の係数は不変若しくは少なくとも変化が抑制されるので、小型の送電コイルと大型の送電コイルとで、共通の送電装置を使用することができる。言い換えれば、１つの送電装置を、複数種類の送電コイルに使用することができ、送電コイルを除く路側装置の汎用性を高めることができる。
【００１５】
（２）なお、（１）の非接触給電の路側装置において、例えば、前記結合係数をｋ、前記インダクタンスをＬとすると、前記係数とはｋ（Ｌ１／２）である。
このように、ｋ（Ｌ１／２）を一定値とするよう設計すれば１つの送電装置を複数種類の送電コイルに使用することができる。
【００１６】
（３）また、非接触給電システムとしては、受電コイル、受電装置、及び、バッテリを搭載する電動車両と、送電コイル及び送電装置を有し、当該送電コイルから非接触で磁界共振により前記受電コイルに送電する路側装置と、を備えた非接触給電システムであって、前記送電コイルの大きさに関わらず、前記送電コイルのインダクタンス及び前記送電コイルと前記受電コイルとの間の結合係数によって決まる電力伝送の係数が、一定値から変化することを抑制するよう、前記インダクタンス及び前記結合係数が設計されている非接触給電システムである。
【００１７】
このような非接触給電システムでは、路側装置において、例えば小型の送電コイルと大型の送電コイルとがあったとしても、電力伝送の係数は不変若しくは少なくとも変化が抑制されるので、小型の送電コイルと大型の送電コイルとで、共通の送電装置を使用することができる。言い換えれば、１つの送電装置を、複数種類の送電コイルに使用することができ、送電コイルを除く路側装置の汎用性を高めることができる。
【００１８】
（４）また、送電コイルの製造方法という観点では、送電コイルから非接触で磁界共振により電動車両の受電コイルに送電する非接触給電の路側装置における前記送電コイルの製造方法であって、相対的に小型の送電コイルと大型の送電コイルとを製造する場合、前記小型の送電コイルはインダクタンスを相対的に高く設計し、前記大型の送電コイルはインダクタンスを相対的に低く設計することで、前記送電コイルの大きさに関わらず、前記送電コイルのインダクタンス及び前記結合係数によって決まる電力伝送の係数の変化を抑制する、送電コイルの製造方法である。
【００１９】
このような送電コイルの製造方法によれば、小型の送電コイルと大型の送電コイルとで電力伝送の係数は不変若しくは少なくとも変化が抑制されるので、路側装置では、小型の送電コイルと大型の送電コイルとで、共通の送電装置を使用することができる。言い換えれば、１つの送電装置を、複数種類の送電コイルに使用することができ、送電コイルを除く路側装置の汎用性を高めることができる。なお、インダクタンスは例えば巻き数を変えることによって比較的容易に調整可能である。
【００２０】
［実施形態の詳細］
以下、本発明の一実施形態に係る、非接触給電の路側装置、非接触給電システム、及び、送電コイルの製造方法について、図面を参照して説明する。
【００２１】
《小型の送電コイルの場合》
図１は、路側装置１から自動駐車機能付きの電気自動車２に、磁界共振の非接触給電により給電する非接触給電システム１００の一例を示す図である。図において、路側装置１は、送電装置（インバータ）１１及び小型（例えば上から見て３０ｃｍ角の正方形）の送電コイル１２を備えている。送電装置１１は、商用電力系統３から交流電力の供給を受けている。送電装置１１は、５０又は６０Ｈｚの交流電圧を高周波（例えば８５ｋＨｚ）の交流電圧に変換する。送電コイル１２は、送電装置１１から受けた高周波の交流電圧により電磁波を発生し、磁界共振により、電力を受電コイル２１に伝送する。
【００２２】
電気自動車２は、受電コイル２１と、受電装置２２と、リチウムイオンのバッテリ２５とを備えている。受電コイル２１は、送電コイル１２から電力を受け取る。受電装置２２は、整流部２３と、電圧調整部２４とを備えている。整流部２３は、受電コイル２１が受け取った電力を整流して直流電圧・直流電流に変換する。電圧調整部２４は、ＤＣ／ＤＣコンバータであり、整流部２３から受け取った直流電圧を、バッテリ２５の充電に適した電圧に変換する。このようにして、バッテリ２５が充電される。
【００２３】
自動駐車機能付きの電気自動車２であれば、小型の送電コイル１２に対しても正確に位置決めして駐車することができる。このような自動駐車機能付きの電気自動車２による駐車としては、特定車両が特定駐車場に車庫入れする場合、例えば自宅車庫への自家用車の駐車や、宅配業者の宅配車両が配送センター等の車庫へ駐車する場合が考えられる。
【００２４】
図２は、送電コイル１２と、受電コイル２１との関係を示す回路図である。図において、送電コイル１２は、インダクタンスＬ１２と、キャパシタンスＣ１２とを備えている。入力電圧はＶｉｎ、入力電流はＩｉｎとする。また、受電コイル２１は、インダクタンスＬ２１と、キャパシタンスＣ２１とを備えている。出力電圧はＶｏｕｔ、出力電流はＩｏｕｔとする。結合係数はｋＬとする。インダクタンスＬ１２と、キャパシタンスＣ１２とは、ＬＣ共振の状態となる。同様に、インダクタンスＬ２１と、キャパシタンスＣ２１とは、ＬＣ共振の状態となる。
【００２５】
この場合、以下の関係が成り立つ。
Ｖｉｎ＝ｋＬωＬ１２×（Ｌ２１／Ｌ１２）１／２Ｉｏｕｔ
＝ωＩｏｕｔ（Ｌ２１１／２）×ｋＬ（Ｌ１２１／２）      ・・・（１）
Ｖｏｕｔ＝ｋＬωＬ１２×（Ｌ２１／Ｌ１２）１／２Ｉｉｎ
＝ωＩｉｎ（Ｌ２１１／２）×ｋＬ（Ｌ１２１／２）      ・・・（２）
なお、ωは送電する際の角周波数（２πｆ）である。
【００２６】
《大型の送電コイルの場合》
図３は、路側装置１から、主として自動駐車機能付きではない電気自動車２に、磁界共振の非接触給電により給電する非接触給電システム１００の一例を示す図である。図において、路側装置１は、送電装置（インバータ）１１及び大型（例えば上から見て１００ｃｍ角の正方形）の送電コイル１３を備えている。送電装置１１は、商用電力系統３から交流電力の供給を受けている。送電装置１１は、５０又は６０Ｈｚの交流電圧を高周波（例えば８５ｋＨｚ）の交流電圧に変換する。送電コイル１３は、送電装置１１から受けた高周波の交流電圧により電磁波を発生し、磁界共振により、電力を受電コイル２１に伝送する。
【００２７】
電気自動車２は、受電コイル２１と、受電装置２２と、リチウムイオンのバッテリ２５とを備えている。受電コイル２１は、送電コイル１２から電力を受け取る。受電装置２２は、整流部２３と、電圧調整部２４とを備えている。整流部２３は、受電コイル２１が受け取った電力を整流して直流電圧・直流電流に変換する。電圧調整部２４は、ＤＣ／ＤＣコンバータであり、整流部２３から受け取った直流電圧を、バッテリ２５の充電に適した電圧に変換する。このようにして、バッテリ２５が充電される。
【００２８】
自動駐車機能付きではない電気自動車２の場合、若干の位置決めのずれが生じ得るので、多少のずれがあっても送電を可能とするには、大きめの送電コイル１３が必要となる。このような駐車としては、不特定車両が不特定場所に駐車する場合、例えば、買い物客が商業施設へ駐車する場合等が考えられる。なお、自動駐車機能付きの電気自動車２は、このような大型の送電コイル１３を備える場所へも問題なく駐車することができる。
【００２９】
図４は、送電コイル１３と、受電コイル２１との関係を示す回路図である。図において、送電コイル１３は、インダクタンスＬ１３と、キャパシタンスＣ１３とを備えている。入力電圧はＶｉｎ、入力電流はＩｉｎとする。また、受電コイル２１は、インダクタンスＬ２１と、キャパシタンスＣ２１とを備えている。出力電圧はＶｏｕｔ、出力電流はＩｏｕｔとする。結合係数はｋＳとする。インダクタンスＬ１３と、キャパシタンスＣ１３とは、ＬＣ共振の状態となる。同様に、インダクタンスＬ２１と、キャパシタンスＣ２１とは、ＬＣ共振の状態となる。
【００３０】
この場合、以下の関係が成り立つ。
Ｖｉｎ＝ｋＳωＬ１３×（Ｌ２１／Ｌ１３）１／２Ｉｏｕｔ
＝ωＩｏｕｔ（Ｌ２１１／２）×ｋＳ（Ｌ１３１／２）      ・・・（３）
Ｖｏｕｔ＝ｋＳωＬ１３×（Ｌ２１／Ｌ１３）１／２Ｉｉｎ
＝ωＩｉｎ（Ｌ２１１／２）×ｋＳ（Ｌ１３１／２）      ・・・（４）
電気自動車２側のインダクタンスＬ２１と、キャパシタンスＣ２１とは、移動体としての制限もあって、図１の電気自動車２であっても、図３の電気自動車２であっても同じである。
【００３１】
《対比》
ここで、式（１）と式（３）とを再掲して対比すると、以下の通りである。
Ｖｉｎ＝ωＩｏｕｔ（Ｌ２１１／２）×ｋＬ（Ｌ１２１／２）      ・・・（１）
Ｖｉｎ＝ωＩｏｕｔ（Ｌ２１１／２）×ｋＳ（Ｌ１３１／２）      ・・・（３）
また、式（２）と式（４）とを再掲して対比すると、以下の通りである。
Ｖｏｕｔ＝ωＩｉｎ（Ｌ２１１／２）×ｋＬ（Ｌ１２１／２）      ・・・（２）
Ｖｏｕｔ＝ωＩｉｎ（Ｌ２１１／２）×ｋＳ（Ｌ１３１／２）      ・・・（４）
【００３２】
式（１）と式（３）とが互いに同じであり、かつ、式（２）と式（４）とが互いに同じであれば、送電装置１１は、送電コイルが小型か大型かに関わらず、同じ動作をすることになり、共通に使用できる。式（１）と式（３）とを対比すると、送電側に依存する電力伝送の係数ともいえる部分が、ｋＬ（Ｌ１２１／２）であるか、又は、ｋＳ（Ｌ１３１／２）であるかだけの違いである。同様に、式（２）と式（４）とを対比すると、やはり、電力伝送の係数ともいえる部分が、ｋＬ（Ｌ１２１／２）であるか、又は、ｋＳ（Ｌ１３１／２）であるかだけの違いである。
【００３３】
従って、式（１）と式（３）とが互いに同じであり、かつ、式（２）と式（４）とが互いに同じである条件とは、
ｋＬ（Ｌ１２１／２）＝ｋＳ（Ｌ１３１／２）      ・・・（５）
である。すなわち、送電コイルのインダクタンスＬの平方根√Ｌと、結合係数ｋとの積が不変であれば、送電コイルの種類にかかわらず、送電装置１１は共通に使用できるということになる。言い換えれば、１つの送電装置１１を、複数種類の送電コイルに使用することができる。
【００３４】
式（５）は、結合係数に差があれば、それを補うように、インダクタンスを増大又は減少させれば等式が成り立つことを示している。
なお、結合係数は一般に、小型コイルより大型コイルの方が大きくなる傾向にある。これは、コア材の大きさが大きい方が結合係数を高めるのに支配的だからである。従って、結合係数は、コイルの形状と受電コイル２１との相対位置によって概ね決まり、実際には、設計で結合係数を調整できる度合いは小さい。一方、コイルは、その巻き数を変えることにより、比較的容易にインダクタンスを調整することができる。そのため、式（５）の値を決める主なパラメータはインダクタンスであると考えられる。
【００３５】
《まとめ》
以上のように、上記実施形態における非接触給電の路側装置１は、送電コイル１２，１３及び送電装置１１を有し、当該送電コイル１２，１３から非接触で磁界共振により電気自動車２の受電コイル２１に送電する。そして、送電コイル１２，１３の大きさに関わらず、送電コイル１２，１３のインダクタンス及び送電コイル１２，１３と受電コイル２１との間の結合係数によって決まる電力伝送の係数が一定値（不変）となるよう、インダクタンス及び結合係数が設計されている。但し、厳密に一定値でなくても、送電装置１１が使用できる程度の僅かな差であれば、現実には特に問題ない。従って、一定値でなくても、一定値から変化することを抑制するよう、インダクタンス及び結合係数が設計されていればよい。
【００３６】
このような非接触給電の路側装置１では、例えば小型の送電コイル１２と大型の送電コイル１３とがあったとしても、電力伝送の係数は不変若しくは少なくとも変化が抑制されるので、小型の送電コイル１２と大型の送電コイル１３とで、共通の送電装置１１を使用することができる。言い換えれば、１つの送電装置１１を、複数種類の送電コイルに使用することができる。
【００３７】
その他、このような路側装置１を含む非接触給電システム１００としても同様のことがいえる。また、送電コイルの製造方法という観点からは、相対的に小型の送電コイルと大型の送電コイルとを製造する場合、小型の送電コイルはインダクタンスを相対的に高く設計し、大型の送電コイルはインダクタンスを相対的に低く設計する。これにより、送電コイルの大きさに関わらず、送電コイルのインダクタンス及び結合係数によって決まる電力伝送の係数が一定値から変化することを抑制する。従って、小型の送電コイル１２と大型の送電コイル１３とで、共通の送電装置１１を使用することができる。言い換えれば、１つの送電装置１１を、複数種類の送電コイルに使用することができる。
【００３８】
《その他》
なお、上記実施形態は電気自動車について述べたが、電動の産業車両等、その他の電動車両であっても同様に送電コイルを設計して送電装置を共用することができる。
【００３９】
《補記》
なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００４０】
１  路側装置
２  電気自動車
３  商用電力系統
１１  送電装置
１２，１３  送電コイル
２１  受電コイル
２２  受電装置
２３  整流部
２４  電圧調整部
２５  バッテリ
１００  非接触給電システム
Ｃ１２，Ｃ１３  キャパシタンス
Ｃ２１  キャパシタンス
Ｌ１２，Ｌ１３  インダクタンス
Ｌ２１  インダクタンス
ＫＳ，ＫＬ  結合係数
【図１】
2020065360.tif 000003
【図２】
2020065360.tif 000004
【図３】
2020065360.tif 000005
【図４】
2020065360.tif 000006