(57)【要約】【課題】整流部のダイオードの熱交換を好適に行いつつ、小型化を図ることができる受電機器及びその受電機器を備えた非接触電力伝送装置を提供すること。【解決手段】非接触電力伝送装置１０は、地上に設けられた地上側機器１１と、車両に搭載された車両側機器２１とを備えている。車両側機器２１には、１次側コイル１３ａから非接触で高周波電力を受電可能な２次側コイル２３ａと、２次側コイル２３ａから発生する電磁波を規制する２次側シールド４２と、２次側コイル２３ａにて受電された高周波電力を整流する整流器２４とが設けられている。ここで、整流器２４のダイオード２４ａは２次側シールド４２に接触している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電力が入力される１次側コイルを有する送電機器から非接触で前記交流電力を受電可能な受電機器において、
前記１次側コイルから非接触で前記交流電力を受電可能な２次側コイルと、
ダイオードを有し、前記２次側コイルにて受電された交流電力を整流する整流部と、
前記２次側コイルから発生し得る電磁波を規制するシールドと、
を備え、
前記ダイオードは、前記シールドと熱的に接続されていることを特徴とする受電機器。
【請求項２】
前記整流部、前記２次側コイル及び前記シールドは、ユニット化されていることを特徴とする請求項１に記載の受電機器。
【請求項３】
前記２次側コイルが捲回される板状のコアを備え、
前記２次側コイルは、当該２次側コイルの軸線方向が前記コアの板厚方向と直交する方向に一致するように捲回され、
前記シールドは、
前記コアにおける前記板厚方向と直交する面と対向して配置される板状のベース部と、
前記ベース部から前記２次側コイル側に向けて起立して設けられ、互いに対向する一対の対向部と、
を備え、
前記ダイオードは、前記一対の対向部の互いに対向する面のいずれか一方の面に接触した状態で配置されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の受電機器。
【請求項４】
交流電力が入力される１次側コイルを有する送電機器と、
前記送電機器から非接触で前記交流電力を受電可能な受電機器と、
を備えた非接触電力伝送装置において、
前記受電機器として請求項１〜３のうちいずれか一項に記載の受電機器を備えていることを特徴とする非接触電力伝送装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、受電機器及び非接触電力伝送装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、電源コードや送電ケーブルを用いない非接触電力伝送装置として、例えば磁場共鳴を用いたものが知られている。例えば特許文献１の非接触電力伝送装置は、交流電源と、交流電源から交流電力が入力される１次側の共振コイルとを有する送電機器を備えている。また、非接触電力伝送装置は、１次側の共振コイルと磁場共鳴可能な２次側の共振コイルを有する受電機器を備えている。そして、１次側の共振コイルと２次側の共振コイルとが磁場共鳴することにより、送電機器から受電機器に交流電力が伝送される。受電機器に伝送された交流電力は、受電機器に設けられた整流器により直流電力に整流され、車両用バッテリに入力される。これにより、車両用バッテリが充電される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１０６１３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、整流器に用いられるダイオードにおいては、交流電力が流れる際に熱が発生するため、整流器の発熱が問題となり易い。かといって、整流器の発熱を抑制するべく、放熱用のヒートシンクを設けると、整流器が大型なものとなり、受電機器の大型化が懸念される。特に、車両等に搭載される受電機器においては、受電機器の大型化は問題となり易い。
【０００５】
なお、上述した事情は、磁場共鳴によって電力伝送を行う構成に限られず、電磁誘導によって電力伝送を行う構成においても同様である。
本発明は、上述した事情を鑑みてなされたものであり、整流部のダイオードの熱交換を好適に行いつつ、小型化を図ることができる受電機器及びその受電機器を備えた非接触電力伝送装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、交流電力が入力される１次側コイルを有する送電機器から非接触で前記交流電力を受電可能な受電機器において、前記１次側コイルから非接触で前記交流電力を受電可能な２次側コイルと、ダイオードを有し、前記２次側コイルにて受電された交流電力を整流する整流部と、前記２次側コイルから発生し得る電磁波を規制するシールドと、を備え、前記ダイオードは、前記シールドと熱的に接続されていることを特徴とする。
【０００７】
かかる発明によれば、ダイオードとシールドとが熱的に接続されているため、ダイオード及びシールド間にて熱交換を行うことができる。これにより、２次側コイルから発生する電磁波を規制するシールドを用いて、ダイオードの温度調整を好適に行うことができる。よって、ダイオードの温度調整を行うための構成を設ける必要がないため、構成の簡素化を図ることができ、その結果受電機器の小型化を図ることができる。
【０００８】
請求項２に係る発明は、前記整流部、前記２次側コイル及び前記シールドは、ユニット化されていることを特徴とする。かかる発明によれば、整流部、２次側コイル及びシールドがユニット化されているため、シールドを用いたダイオードの温度調整を行いつつ、受電機器の更なる小型化を図ることができる。
【０００９】
請求項３に係る発明は、前記２次側コイルが捲回される板状のコアを備え、前記２次側コイルは、当該２次側コイルの軸線方向が前記コアの板厚方向と直交する方向に一致するように捲回され、前記シールドは、前記コアにおける前記板厚方向と直交する面と対向して配置される板状のベース部と、前記ベース部から前記２次側コイル側に向けて起立して設けられ、互いに対向する一対の対向部と、を備え、前記ダイオードは、前記一対の対向部の互いに対向する面のいずれか一方の面に接触した状態で配置されていることを特徴とする。かかる発明によれば、ダイオードは、シールドによって形成されたデッドスペースである一対の対向部の互いに対向する面のいずれか一方の面に接触した状態で配置されているため、一対の対向部の互いに対向する面とは反対側の面に接触している構成と比較して、受電機器の更なる小型化を図ることができる。
【００１０】
請求項４に係る発明は、交流電力が入力される１次側コイルを有する送電機器と、前記送電機器から非接触で前記交流電力を受電可能な受電機器と、を備えた非接触電力伝送装置において、前記受電機器として請求項１〜３のうちいずれか一項に記載の受電機器を備えていることを特徴とする。かかる発明によれば、ダイオードの温度調整を好適に行いつつ、受電機器の小型化を図ることができる非接触電力伝送装置を提供することができる。
【発明の効果】
【００１１】
この発明によれば、整流器のダイオードの熱交換を好適に行いつつ、小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】非接触電力伝送装置の電気的構成を示すブロック図。
【図２】送電器、受電器及び整流器の構成を模式的に示す断面図。
【図３】２次側ボックスの内部構成を模式的に示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明に係る非接触電力伝送装置（非接触電力伝送システム）について以下に説明する。なお、図３は、送電器１３側から見た場合の２次側ボックス４０の内部構成を示す。また、図示の都合上、図２においては、配線の一部、１次側コンデンサ１３ｂ及び２次側コンデンサ２３ｂ等、一部を省略して示すとともに、図３においては、配線の一部を省略して示すとともに、基板２４ｃ等を二点鎖線で示す。
【００１４】
図１に示すように、非接触電力伝送装置１０は、地上に設けられた地上側機器１１と、車両に搭載された車両側機器２１とを備えている。地上側機器１１が送電（１次側）機器に対応し、車両側機器２１が受電（２次側）機器に対応する。
【００１５】
地上側機器１１は、所定の周波数の高周波電力（交流電力）を出力可能な高周波電源１２（交流電源）を備えている。高周波電源１２はインフラとしての系統電源から入力される電力を高周波電力に変換し、その変換された高周波電力を出力可能に構成されている。
【００１６】
高周波電源１２から出力された高周波電力は、非接触で車両側機器２１に伝送され、車両側機器２１に設けられた車両用バッテリ２２に入力される。具体的には、非接触電力伝送装置１０は、地上側機器１１及び車両側機器２１間の電力伝送を行うものとして、地上側機器１１に設けられた送電器１３と、車両側機器２１に設けられた受電器２３とを備えている。
【００１７】
送電器１３及び受電器２３は同一の構成となっており、両者は磁場共鳴可能に構成されている。具体的には、送電器１３は、並列に接続された１次側コイル１３ａ及び１次側コンデンサ１３ｂからなる共振回路を備えている。受電器２３は、並列に接続された２次側コイル２３ａ及び２次側コンデンサ２３ｂからなる共振回路を備えている。両者の共振周波数は同一に設定されている。
【００１８】
かかる構成によれば、高周波電力が送電器１３（１次側コイル１３ａ）に入力された場合、送電器１３と受電器２３（２次側コイル２３ａ）とが磁場共鳴する。これにより、受電器２３は送電器１３のエネルギの一部を受け取る。すなわち、受電器２３は、送電器１３から高周波電力を受電する。
【００１９】
車両側機器２１には、受電器２３にて受電された高周波電力を整流する整流器（整流部）２４が設けられている。整流器２４は、ダイオード２４ａを備えており、当該ダイオード２４ａを用いて高周波電力を直流電力に整流する。
【００２０】
車両側機器２１には、整流器２４にて整流された直流電力の電圧値を、充電に適した電圧値に変換して車両用バッテリ２２に出力するＤＣ／ＤＣコンバータ２５が設けられている。ＤＣ／ＤＣコンバータ２５から出力された直流電力が車両用バッテリ２２に入力されることにより、車両用バッテリ２２の充電が行われる。
【００２１】
地上側機器１１には、各種制御を行う電源側コントローラ１４が設けられている。また、車両側機器２１には、ＤＣ／ＤＣコンバータ２５の制御等を行うとともに、電源側コントローラ１４と無線通信が可能に構成された車両側コントローラ２６が設けられている。非接触電力伝送装置１０は、各コントローラ１４，２６間での情報のやり取りを通じて、電力伝送の開始又は終了等を行う。
【００２２】
次に、送電器１３、受電器２３及び整流器２４等の構造について具体的に説明する。
図２に示すように、送電器１３は、その外形を構成する１次側ボックス３０を備えている。１次側ボックス３０内には、１次側コイル１３ａが捲回された矩形板状の１次側フェライトコア３１と、１次側コイル１３ａにて発生する電磁波を規制（遮断）する１次側シールド３２とが収容されている。１次側フェライトコア３１及び１次側シールド３２は、その相対位置が変動しないように固定されている。
【００２３】
車両側機器２１には、受電器２３及び整流器２４を収容可能な２次側ボックス４０が設けられている。図２及び図３に示すように、受電器２３及び整流器２４は、２次側ボックス４０に収容されることにより、ユニット化されている。
【００２４】
受電器２３は、２次側コイル２３ａが捲回された矩形板状の２次側フェライトコア４１と、２次側コイル２３ａにて発生する電磁波を規制（遮断）する２次側シールド４２とを備えている。２次側フェライトコア４１及び２次側シールド４２は、その相対位置が変動しないように固定されている。
【００２５】
各フェライトコア３１，４１は、該フェライトコア３１，４１の板厚方向に離間した位置にて互いに対向するように配置されている。この場合、各シールド３２，４２は、各フェライトコア３１，４１間に介在しないように配置されており、詳細には、各シールド３２，４２は、各フェライトコア３１，４１の互いに対向する面とは反対側の面を覆うように配置されている。換言すれば、２次側シールド４２は、２次側フェライトコア４１に対して、１次側コイル１３ａ側とは反対側に配置されているとも言える。なお、各シールド３２，４２は、各フェライトコア３１，４１から該フェライトコア３１，４１の板厚方向に離間した位置に配置されている。
【００２６】
２次側フェライトコア４１に対する２次側コイル２３ａの捲回態様及び２次側シールド４２の形状について更に詳細に説明する。
図２及び図３に示すように、２次側コイル２３ａは、その軸線方向が２次側フェライトコア４１の板厚方向と直交する方向（本実施形態では、２次側フェライトコア４１の長手方向）に一致するように捲回されている。詳細には、２次側コイル２３ａは、その軸線方向が２次側フェライトコア４１における板厚方向と直交する面に沿うように捲回されている。
【００２７】
２次側シールド４２は、金属部材で形成されており、２次側ボックス４０の内面に当接した状態で固定されている。２次側シールド４２は、所定の間隔を隔てて、２次側フェライトコア４１における板厚方向と直交する面と対向して配置される矩形板状のベース部４２ａと、ベース部４２ａにおける２次側コイル２３ａの軸線方向の両端部から起立して設けられ、互いに２次側コイル２３ａの軸線方向に対向する一対の対向部４２ｂ，４２ｃとを備えている。本実施形態の２次側シールド４２は、ベース部４２ａが２次側フェライトコア４１における１次側フェライトコア３１と対向する面とは反対側の面全体を覆うとともに、一対の対向部４２ｂ，４２ｃの間に、２次側フェライトコア４１の一部が介在するように配置されている。なお、２次側シールド４２は、接地されることなく、電気的にフローティングとなっているが、これに限られず、接地されていてもよい。
【００２８】
図２及び図３に示すように、整流器２４は、受電器２３の隣に配置されている。整流器２４は、ダイオード２４ａ及びその他の電子部品（コンデンサ等）２４ｂが搭載される基板２４ｃを備えている。整流器２４は、受電器２３に接続されているとともに、２次側ボックス４０に設けられたコネクタＣに接続されている。整流器２４によって整流された直流電力は、コネクタＣを介して２次側ボックス４０外、詳細にはＤＣ／ＤＣコンバータ２５に出力される。
【００２９】
ここで、整流器２４のダイオード２４ａは、２次側シールド４２に対して熱的に接続されている。詳細には、図３に示すように、ダイオード２４ａは、相対的に面積が広狭となる広面２４ａａ及び狭面２４ａｂを有する直方体形状である。ダイオード２４ａは、その広面２４ａａが一方の対向部４２ｂの対向方向の内側、詳細には一方の対向部４２ｂにおいて他方の対向部４２ｃと対向する内面４２ｂｂに接触した状態で固定されている。なお、内面４２ｂｂは、一方の対向部４２ｂにおける２次側コイル２３ａ側にある面であるとも言える。
【００３０】
次に、本実施形態の作用について説明する。
ダイオード２４ａが２次側シールド４２と熱的に接続されているため、ダイオード２４ａにて発生した熱が２次側シールド４２に伝達される。そして、その状態で、受電器２３及び整流器２４がユニット化されている。
【００３１】
以上詳述した本実施形態によれば以下の優れた効果を奏する。
（１）２次側シールド４２とダイオード２４ａとを熱的に接続した。これにより、２次側シールド４２がダイオード２４ａのヒートシンクとして機能する。これにより、ダイオード２４ａの放熱用ヒートシンクを別途設ける必要がないため、構成の簡素化を図ることができ、それを通じて車両側機器２１の小型化を図ることができる。
【００３２】
（２）受電器２３（２次側コイル２３ａ及び２次側シールド４２）と整流器２４とをユニット化した。詳細には、受電器２３及び整流器２４を１の２次側ボックス４０に収容する構成とし、２次側シールド４２をダイオード２４ａのヒートシンクとして用いる構成とした。これにより、両者を密接に配置することができるため、受電器２３と整流器２４とを収容する２次側ボックス４０の小型化を図ることができる。
【００３３】
（３）ダイオード２４ａを、２次側シールド４２における一方の対向部４２ｂの内面４２ｂｂに接触させる構成とした。すなわち、２次側シールド４２によって形成されたデッドスペースにダイオード２４ａを配置した。これにより、デッドスペースを利用してダイオード２４ａが配置されるため、ダイオード２４ａの設置スペースの削減を図ることができ、２次側ボックス４０の更なる小型化を図ることができる。
【００３４】
（４）ダイオード２４ａの広面２４ａａが２次側シールド４２に接触する構成とした。これにより、接触面積の拡大を図ることができ、その分伝熱性の向上を図ることができる。
【００３５】
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○  実施形態では、ダイオード２４ａは、一方の対向部４２ｂの内面４２ｂｂに接触する構成であったが、これに限られず、例えば一方の対向部４２ｂの内面４２ｂｂとは反対側の面に接触する構成であってもよい。
○  ダイオード２４ａが接触する部位は、一方の対向部４２ｂに限られず、他方の対向部４２ｃであってもよい。この場合、他方の対向部４２ｃにおいて対向方向の内側、詳細には一方の対向部４２ｂと対向する面と接触するようにダイオード２４ａを配置するとよい。要は、一対の対向部４２ｂ，４２ｃの互いに対向する面のいずれか一方の面に接触するようにダイオード２４ａを配置するとよい。
【００３６】
○  また、ダイオード２４ａが接触する部位はベース部４２ａであってもよい。ベース部４２ａに接触させる場合、ベース部４２ａの２次側コイル２３ａ側の面に接触するようにダイオード２４ａを配置してもよいし、２次側シールド４２と２次側ボックス４０の内面とに挟まれるようにダイオード２４ａを配置してもよい。
【００３７】
○  ダイオード２４ａの広面２４ａａが２次側シールド４２に接触する構成に限られず、狭面２４ａｂが２次側シールド４２に接触する構成であってもよい。また、面接触に限られず、点接触であってもよい。要は、ダイオード２４ａと２次側シールド４２との接触態様は任意である。
【００３８】
○  ２次側シールド４２に対してＤＣ／ＤＣコンバータ２５を熱的に接続してもよい。この場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ２５の外形を構成するボックスと２次側シールド４２とを接触させる構成としてもよいし、ＤＣ／ＤＣコンバータ２５を構成する素子（例えばスイッチング素子）を２次側シールド４２に接触させる構成としてもよい。さらに、受電器２３、整流器２４及びＤＣ／ＤＣコンバータ２５をユニット化してもよい。
【００３９】
○  ２次側シールド４２の具体的な形状は任意である。例えば、ベース部４２ａにおける２次側コイル２３ａの軸線方向と直交する方向の両端部に一対の対向部を設けてもよいし、一対の対向部４２ｂ，４２ｃを省略してもよい。
【００４０】
○  実施形態では、ダイオード２４ａと２次側シールド４２とが接触していたが、これに限られず、例えば熱交換可能な範囲内で両者が離間していてもよい。要は、ダイオード２４ａと２次側シールド４２とは、熱的に接続されていればよい。
【００４１】
○  整流器２４の具体的な構成は任意である。例えば複数のダイオード２４ａからなるダイオードブリッジで全波整流を行う構成であってもよいし、半波整流等であってもよい。要は、少なくとも１つのダイオード２４ａを有していればよい。
【００４２】
○  実施形態では、２次側フェライトコア４１及びベース部４２ａは矩形板状であったが、矩形である必要はなく、ベース部４２ａの板厚方向と直交する面が２次側フェライトコア４１の板厚方向と直交する面よりも広ければよい。
【００４３】
○  実施形態では、各フェライトコア３１，４１は矩形板状であったが、これに限られず、他の形状、例えば正方形状、円柱状などでもよい。
○  各コイル１３ａ，２３ａの形状は任意である。例えば各フェライトコア３１，４１が省略されたものであってもよい。また、渦巻状に捲回されたコイルであってもよい。さらに、各コイル１３ａ，２３ａの軸線方向が同一軸線上に配置されるように構成してもよい。
【００４４】
○  実施形態では、一対の対向部４２ｂ，４２ｃの間に、２次側フェライトコア４１の一部が介在していたが、これに限られず、２次側フェライトコア４１の全部が介在するようにしてもよいし、２次側フェライトコア４１が介在しない構成としてもよい。
【００４５】
○  実施形態では、各コイル１３ａ，２３ａが捲回されるコアとして、フェライトコア３１，４１を採用したが、これに限られず、フェライト以外の材料、例えばＮｄＦｅＢ、サマリウムコバルト又はＡｌＮｉＣｏといったものを用いてもよい。
【００４６】
○  高周波電源１２から出力される高周波電力の電圧波形としては、パルス波形、正弦波等任意である。
○  実施形態では、１次側コンデンサ１３ｂ及び２次側コンデンサ２３ｂを設けたが、これらを省略してもよい。この場合、各コイル１３ａ，２３ａの寄生容量を用いて磁場共鳴させる。
【００４７】
○  実施形態では、送電器１３の共振周波数と受電器２３の共振周波数とは同一に設定されていたが、これに限られず、電力伝送が可能な範囲内で両者を異ならせてもよい。
○  実施形態では、非接触電力伝送装置１０は、車両に適用されていたが、これに限られず、他の機器に適用してもよい。例えば、携帯電話のバッテリを充電するのに適用してもよい。
【００４８】
次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について以下に記載する。
（イ）前記ダイオードは、相対的に面積が広狭となる広面と狭面とを有し、
前記広面が前記シールドに接触していることを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか一項に記載の受電機器。
【００４９】
（ロ）前記整流部により整流された直流電力の電圧値を異なる電圧値に変換するＤＣ／ＤＣコンバータを備え、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、前記シールドと熱的に接続されていることを特徴とする請求項１〜３及び技術的思想（イ）のうちいずれか一項に記載の受電機器。
【符号の説明】
【００５０】
１０…非接触電力伝送装置、１１…地上側機器（送電機器）、１２…高周波電源（交流電源）、１３ａ…１次側コイル、２１…車両側機器（受電機器）、２３ａ…２次側コイル、２４…整流器、２４ａ…ダイオード、２５…ＤＣ／ＤＣコンバータ、４０…２次側ボックス、４１…２次側フェライトコア、４２…２次側シールド、４２ａ…ベース部、４２ｂ…一方の対向部、４２ｂｂ…一方の対向部の内面。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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