(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に設けられるフロアパネルの下側に搭載され、外部に設けられた送電部から非接触で電力を受電する受電部と、
電磁界の通過を阻止する電磁界シールドと、
電磁界が通過し、前記受電部を覆う受電部カバーと、
電磁界が通過し、前記受電部カバーを覆うアンダーカバーと、
を備え、
前記電磁界シールドは、前記受電部の下側が開放され、前記受電部から見て上側および水平方向側において前記受電部を取り囲み、
前記受電部カバーは、前記受電部の下側に位置して前記受電部を覆い、
前記アンダーカバーは、前記受電部カバーの下側に位置して前記受電部カバーを覆い、
前記電磁界シールドは、
前記フロアパネル側に位置するベース部と、
前記ベース部の縁部において前記ベース部を取り囲み、前記ベース部から下側に向けて延びる側壁部と、を含み、
前記受電部カバーは、前記受電部を覆うように前記電磁界シールドに固定され、
前記アンダーカバーは、前記電磁界シールドを覆うように前記フロアパネルに固定されている、車両。
【請求項２】
前記受電部カバーは、前記受電部を覆うように前記電磁界シールドの前記側壁部よりも前記受電部側である内側の位置において、前記ベース部に固定されている、請求項１に記載の車両。
【請求項３】
前記受電部カバーは、前記電磁界シールドの前記側壁部に固定されている、請求項１に記載の車両。
【請求項４】
前記受電部カバーは、前記電磁界シールドとの間にシール部材を介在させて前記電磁界シールドに固定されている、請求項１から３のいずれかに記載の車両。
【請求項５】
車両に設けられるフロアパネルの下側に搭載され、外部に設けられた送電部から非接触で電力を受電する受電部と、
電磁界の通過を阻止する電磁界シールドと、
電磁界が通過し、前記受電部を覆う受電部カバーと、
電磁界が通過し、前記受電部カバーを覆うアンダーカバーと、
を備え、
前記電磁界シールドは、前記受電部の下側が開放され、前記受電部から見て上側および水平方向側において前記受電部を取り囲み、
前記受電部カバーは、前記受電部の下側に位置して前記受電部を覆い、
前記アンダーカバーは、前記受電部カバーの下側に位置して前記受電部カバーを覆い、
前記電磁界シールドは、
前記フロアパネル側に位置するベース部と、
前記ベース部の縁部において前記ベース部を取り囲み、前記ベース部から下側に向けて延びる側壁部と、を含み、
前記受電部カバーは、前記受電部を覆うように前記電磁界シールドの前記側壁部を挟んで前記受電部とは反対側である外側の位置において、前記フロアパネルに固定され、
前記アンダーカバーは、前記電磁界シールドを覆うように前記フロアパネルに固定される、車両。
【請求項６】
前記受電部カバーは、前記フロアパネルとの間にシール部材を介在させて前記フロアパネルに固定されている、請求項５に記載の車両。
【請求項７】
前記送電部の固有周波数と前記受電部の固有周波数との差は、前記受電部の固有周波数の１０％以下である、請求項１または５に記載の車両。
【請求項８】
前記受電部と前記送電部との結合係数は、０．１以下である、請求項１または５に記載の車両。
【請求項９】
前記受電部は、前記受電部と前記送電部の間に形成され、かつ特定の周波数で振動する磁界と、前記受電部と前記送電部の間に形成され、かつ特定の周波数で振動する電界との少なくとも一方を通じて前記送電部から電力を受電する、請求項１または５に記載の車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境への配慮からバッテリなどの電力を用いて駆動輪を駆動させるハイブリッド車両や電気自動車などが着目されている。
【０００３】
特に近年は、上記のようなバッテリを搭載した電動車両において、プラグなどを用いずに非接触でバッテリを充電可能なワイヤレス充電が着目されている。そして、最近では非接触の充電方式においても各種の充電方式が提案されている。
【０００４】
非接触の充電方式を用いた電力伝送システムとしては、たとえば、国際公開第２０１１／１０８４０３号（特許文献１）、特開２０１０−２６８６６０号公報（特許文献２）、および特開２０１１−２０４８３６号公報（特許文献３）が挙げられる。
【０００５】
これらの電力伝送システムにおいては、車両側に受電部を備える受電装置が搭載される。実際に車両に受電部を載置するには、車両のフロアパネルの下側に受電部が配置される。この場合には、泥、石、水などの車両の外部から飛散する物から、受電部を保護する必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開第２０１１／１０８４０３号
【特許文献２】特開２０１０−２６８６６０号公報
【特許文献３】特開２０１１−２０４８３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記各特許文献には、車両のフロアパネルの下側、または、フロアパネルの近傍に受電部を備える受電装置を搭載する構成が開示されている。しかし、泥、石、水などの車両の外部から飛散する物から、受電部を保護するための具体的な構成については、開示されていない。
【０００８】
したがって、本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、本願発明の目的は、車両のフロアパネルの下側に、外部に設けられた送電部から非接触で電力を受電する受電部を搭載する場合の、具体的な当該受電部の保護構造を備える車両を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明に基づいた車両においては、車両に設けられるフロアパネルの下側に搭載され、外部に設けられた送電部から非接触で電力を受電する受電部と、電磁界の通過を阻止する電磁界シールドと、電磁界が通過し、前記受電部を覆う受電部カバーと、電磁界が通過し、前記受電部カバーを覆うアンダーカバーとを備える。
【００１０】
他の形態においては、前記電磁界シールドは、前記受電部の下側が開放され、前記受電部から見て上側および水平方向側において前記受電部を取り囲み、前記受電部カバーは、前記受電部の下側に位置して前記受電部を覆い、前記アンダーカバーは、前記受電部カバーの下側に位置して前記受電部カバーを覆う。
【００１１】
他の形態においては、上記電磁界シールドは、上記フロアパネル側に位置するベース部と、上記ベース部の縁部において上記ベース部を取り囲み、上記ベース部から下側に向けて延びる側壁部とを含み、上記受電部カバーは、上記受電部を覆うように上記電磁界シールドに固定され、上記アンダーカバーは、上記電磁界シールドを覆うように上記フロアパネルに固定されている。
【００１２】
他の形態においては、上記受電部カバーは、上記受電部を覆うように上記電磁界シールドの上記側壁部よりも上記受電部側である内側の位置において、上記ベース部に固定されている。
【００１３】
他の形態においては、上記受電部カバーは、上記電磁界シールドの上記側壁部に固定されている。
【００１４】
他の形態においては、上記受電部カバーは、上記電磁界シールドとの間にシール部材を介在させて上記電磁界シールドに固定されている。
【００１５】
他の形態においては、上記電磁界シールドは、上記フロアパネル側に位置するベース部と、上記ベース部の縁部において上記ベース部を取り囲み、上記ベース部から下側に向けて延びる側壁部とを含み、上記受電部カバーは、上記受電部を覆うように上記電磁界シールドの上記側壁部を挟んで上記受電部とは反対側である外側の位置において、上記フロアパネルに固定され、上記アンダーカバーは、上記電磁界シールドを覆うように上記フロアパネルに固定される。
【００１６】
他の形態においては、上記受電部カバーは、上記フロアパネルとの間にシール部材を介在させて上記フロアパネルに固定されている。
【００１７】
他の形態においては、上記送電部の固有周波数と上記受電部の固有周波数との差は、上記受電部の固有周波数の１０％以下である。
【００１８】
他の形態においては、上記受電部と上記送電部との結合係数は、０．１以下である。
他の形態においては、上記受電部は、上記受電部と上記送電部の間に形成され、かつ特定の周波数で振動する磁界と、上記受電部と上記送電部の間に形成され、かつ特定の周波数で振動する電界との少なくとも一方を通じて上記送電部から電力を受電する。
【発明の効果】
【００１９】
この発明によれば、車両のフロアパネルの下側に、外部に設けられた送電部から非接触で電力を受電する受電部を搭載する場合の、具体的な当該受電部の保護構造を備える車両を提供することを可能とする。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】実施の形態における送電装置、受電装置、および電力伝送システムを搭載した車両を模式的に説明する図である。
【図２】電力伝送システムのシミュレーションモデルを示す図である。
【図３】シミュレーション結果を示す図である。
【図４】固有周波数を固定した状態で、エアギャップを変化させたときの電力伝送効率と、共鳴コイルに供給される電流の周波数ｆとの関係を示す図である。
【図５】電流源（磁流源）からの距離と電磁界の強度との関係を示した図である。
【図６】実施の形態における車両の底面図である。
【図７】実施の形態における受電ユニットの構成を示す分解斜視図である。
【図８】実施の形態における受電ユニットの断面図である。
【図９】図８中のＩＸで囲まれた領域の部分拡大断面図である。
【図１０】実施の形態における受電ユニットに採用されるシール構造の平面図である。
【図１１】実施の形態における受電ユニットの他の構成を示す断面図である。
【図１２】他の実施の形態における受電ユニットの断面図である。
【図１３】他の実施の形態における受電ユニットの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明に基づいた実施の形態における送電装置、受電装置、および電力伝送システムを搭載した車両について、以下、図を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本発明の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。また、同一の部品、相当部品に対しては、同一の参照番号を付し、重複する説明は繰り返さない場合がある。また、各実施の形態における構成を適宜組み合わせて用いることは当初から予定されていることである。
【００２２】
図１を参照して、本実施の形態に係る電力伝送システムを搭載した車両について説明する。図１は、実施の形態における送電装置、受電装置、および電力伝送システムを搭載した車両を模式的に説明する図である。
【００２３】
本実施の形態に係る電力伝送システムは、受電装置４０を含む電動車両１０と、送電装置４１を含む外部給電装置２０とを有する。電動車両１０の受電装置４０は、送電装置４１が設けられた駐車スペース４２の所定位置に停車して、主に、送電装置４１から電力を受電する。
【００２４】
駐車スペース４２には、電動車両１０を所定の位置に停車させるように、輪止や、駐車位置および駐車範囲を示すラインが設けられている。
【００２５】
外部給電装置２０は、交流電源２１に接続された高周波電力ドライバ２２と、高周波電力ドライバ２２などの駆動を制御する制御部２６と、この高周波電力ドライバ２２に接続された送電装置４１とを含む。送電装置４１は、送電部２８と、電磁誘導コイル２３とを含む。送電部２８は、共鳴コイル２４（１次コイル２４とも言う）と、共鳴コイル２４に接続されたキャパシタ２５とを含む。電磁誘導コイル２３は、高周波電力ドライバ２２に電気的に接続されている。なお、この図１に示す例においては、キャパシタ２５が設けられているが、キャパシタ２５は必ずしも必須の構成ではない。
【００２６】
送電部２８は、共鳴コイル２４のインダクタンスと、共鳴コイル２４の浮遊容量およびキャパシタ２５のキャパシタンスとから形成された電気回路を含む。
【００２７】
電動車両１０は、受電装置４０と、受電装置４０に接続された整流器１３と、この整流器１３に接続されたＤＣ／ＤＣコンバータ１４と、このＤＣ／ＤＣコンバータ１４に接続されたバッテリ１５と、パワーコントロールユニット（ＰＣＵ（Power  Control  Unit））１６と、このパワーコントロールユニット１６に接続されたモータユニット１７と、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４やパワーコントロールユニット１６などの駆動を制御する車両ＥＣＵ（Electronic  Control  Unit）１８とを備える。なお、本実施の形態に係る電動車両１０は、図示しないエンジンを備えたハイブリッド車両であるが、モータにより駆動される車両であれば、電気自動車や燃料電池車両も含む。
【００２８】
整流器１３は、電磁誘導コイル１２に接続されており、電磁誘導コイル１２から供給される交流電流を直流電流に変換して、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４に供給する。
【００２９】
ＤＣ／ＤＣコンバータ１４は、整流器１３から供給された直流電流の電圧を調整して、バッテリ１５に供給する。なお、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４は必須の構成ではなく省略してもよい。この場合には、外部給電装置２０にインピーダンスを整合するための整合器を送電装置４１と高周波電力ドライバ２２との間に設けることで、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４の代用をすることができる。
【００３０】
パワーコントロールユニット１６は、バッテリ１５に接続されたコンバータと、このコンバータに接続されたインバータとを含み、コンバータは、バッテリ１５から供給される直流電流を調整（昇圧）して、インバータに供給する。インバータは、コンバータから供給される直流電流を交流電流に変換して、モータユニット１７に供給する。
【００３１】
モータユニット１７は、たとえば、三相交流モータなどが採用されており、パワーコントロールユニット１６のインバータから供給される交流電流によって駆動する。
【００３２】
なお、電動車両１０がハイブリッド車両の場合には、電動車両１０は、エンジンをさらに備える。モータユニット１７は、発電機として主に機能するモータジェネレータと、電動機として主に機能するモータジェネレータとを含む。
【００３３】
受電装置４０は、受電部２７と、電磁誘導コイル１２とを含む。受電部２７は、共鳴コイル１１（２次コイル１１とも言う）とキャパシタ１９とを含む。共鳴コイル１１は浮遊容量を有する。このため、受電部２７は、共鳴コイル１１のインダクタンスと、共鳴コイル１１およびキャパシタ１９のキャパシタンスとによって形成された電気回路を有する。なお、キャパシタ１９は、必須の構成ではなく、省略することができる。
【００３４】
本実施の形態に係る電力伝送システムにおいては、送電部２８の固有周波数と、受電部２７の固有周波数との差は、受電部２７または送電部２８の固有周波数の１０％以下である。このような範囲に各送電部２８および受電部２７の固有周波数を設定することで、電力伝送効率を高めることができる。その一方で、固有周波数の差が受電部２７または送電部２８の固有周波数の１０％よりも大きくなると、電力伝送効率が１０％より小さくなり、バッテリ１５の充電時間が長くなるなどの弊害が生じる。
【００３５】
ここで、送電部２８の固有周波数とは、キャパシタ２５が設けられていない場合には、共鳴コイル２４のインダクタンスと、共鳴コイル２４のキャパシタンスとから形成された電気回路が自由振動する場合の振動周波数を意味する。キャパシタ２５が設けられた場合には、送電部２８の固有周波数とは、共鳴コイル２４およびキャパシタ２５のキャパシタンスと、共鳴コイル２４のインダクタンスとによって形成された電気回路が自由振動する場合の振動周波数を意味する。上記電気回路において、制動力および電気抵抗をゼロもしくは実質的にゼロとしたときの固有周波数は、送電部２８の共振周波数とも呼ばれる。
【００３６】
同様に、受電部２７の固有周波数とは、キャパシタ１９が設けられていない場合には、共鳴コイル１１のインダクタンスと、共鳴コイル１１のキャパシタンスとから形成された電気回路が自由振動する場合の振動周波数を意味する。キャパシタ１９が設けられた場合には、受電部２７の固有周波数とは、共鳴コイル１１およびキャパシタ１９のキャパシタンスと、共鳴コイル１１のインダクタンスとによって形成された電気回路が自由振動する場合の振動周波数を意味する。上記電気回路において、制動力および電気抵抗をゼロもしくは実質的にゼロとしたときの固有周波数は、受電部２７の共振周波数とも呼ばれる。
【００３７】
図２および図３を用いて、固有周波数の差と電力伝送効率との関係とを解析したシミュレーション結果について説明する。図２は、電力伝送システムのシミュレーションモデルを示す。電力伝送システム８９は、送電装置９０と、受電装置９１とを備え、送電装置９０は、電磁誘導コイル９２と、送電部９３とを含む。送電部９３は、共鳴コイル９４と、共鳴コイル９４に設けられたキャパシタ９５とを含む。
【００３８】
受電装置９１は、受電部９６と、電磁誘導コイル９７とを備える。受電部９６は、共鳴コイル９９とこの共鳴コイル９９に接続されたキャパシタ９８とを含む。
【００３９】
共鳴コイル９４のインダクタンスをインダクタンスＬｔとし、キャパシタ９５のキャパシタンスをキャパシタンスＣ１とする。共鳴コイル９９のインダクタンスをインダクタンスＬｒとし、キャパシタ９８のキャパシタンスをキャパシタンスＣ２とする。このように各パラメータを設定すると、送電部９３の固有周波数ｆ１は、下記の式（１）によって示され、受電部９６の固有周波数ｆ２は、下記の式（２）によって示される。
【００４０】
ｆ１＝１／｛２π（Ｌｔ×Ｃ１）1/2｝・・・（１）
ｆ２＝１／｛２π（Ｌｒ×Ｃ２）1/2｝・・・（２）
ここで、インダクタンスＬｒおよびキャパシタンスＣ１，Ｃ２を固定して、インダクタンスＬｔのみを変化させた場合において、送電部９３および受電部９６の固有周波数のズレと、電力伝送効率との関係を図３に示す。なお、このシミュレーションにおいては、共鳴コイル９４および共鳴コイル９９の相対的な位置関係は固定した状態であって、さらに、送電部９３に供給される電流の周波数は一定である。
【００４１】
図３に示すグラフのうち、横軸は、固有周波数のズレ（％）を示し、縦軸は、一定周波数での伝送効率（％）を示す。固有周波数のズレ（％）は、下記式（３）によって示される。
【００４２】
（固有周波数のズレ）＝｛（ｆ１−ｆ２）／ｆ２｝×１００（％）・・・（３）
図３からも明らかなように、固有周波数のズレ（％）が±０％の場合には、電力伝送効率は、１００％近くとなる。固有周波数のズレ（％）が±５％の場合には、電力伝送効率は、４０％となる。固有周波数のズレ（％）が±１０％の場合には、電力伝送効率は、１０％となる。固有周波数のズレ（％）が±１５％の場合には、電力伝送効率は、５％となる。すなわち、固有周波数のズレ（％）の絶対値（固有周波数の差）が、受電部９６の固有周波数の１０％以下の範囲となるように各送電部および受電部の固有周波数を設定することで電力伝送効率を高めることができることがわかる。さらに、固有周波数のズレ（％）の絶対値が受電部９６の固有周波数の５％以下となるように、各送電部および受電部の固有周波数を設定することで電力伝送効率をより高めることができることがわかる。なお、シミュレーションソフトしては、電磁界解析ソフトウェア（JMAG（登録商標）：株式会社ＪＳＯＬ製）を採用している。
【００４３】
次に、本実施の形態に係る電力伝送システムの動作について説明する。
図１において、電磁誘導コイル２３には、高周波電力ドライバ２２から交流電力が供給される。電磁誘導コイル２３に所定の交流電流が流れると、電磁誘導によって共鳴コイル２４にも交流電流が流れる。この際、共鳴コイル２４を流れる交流電流の周波数が特定の周波数となるように、電磁誘導コイル２３に電力が供給されている。
【００４４】
共鳴コイル２４に特定の周波数の電流が流れると、共鳴コイル２４の周囲には特定の周波数で振動する電磁界が形成される。
【００４５】
共鳴コイル１１は、共鳴コイル２４から所定範囲内に配置されており、共鳴コイル１１は共鳴コイル２４の周囲に形成された電磁界から電力を受け取る。
【００４６】
本実施の形態においては、共鳴コイル１１および共鳴コイル２４は、所謂、ヘリカルコイルが採用されている。このため、共鳴コイル２４の周囲には、特定の周波数で振動する磁界が主に形成され、共鳴コイル１１は当該磁界から電力を受け取る。
【００４７】
ここで、共鳴コイル２４の周囲に形成される特定の周波数の磁界について説明する。「特定の周波数の磁界」は、典型的には、電力伝送効率と共鳴コイル２４に供給される電流の周波数と関連性を有する。そこで、まず、電力伝送効率と、共鳴コイル２４に供給される電流の周波数との関係について説明する。共鳴コイル２４から共鳴コイル１１に電力を伝送するときの電力伝送効率は、共鳴コイル２４および共鳴コイル１１の間の距離などの様々な要因よって変化する。たとえば、送電部２８および受電部２７の固有周波数（共振周波数）を固有周波数ｆ０とし、共鳴コイル２４に供給される電流の周波数を周波数ｆ３とし、共鳴コイル１１および共鳴コイル２４の間のエアギャップをエアギャップＡＧとする。
【００４８】
図４は、固有周波数ｆ０を固定した状態で、エアギャップＡＧを変化させたときの電力伝送効率と、共鳴コイル２４に供給される電流の周波数ｆ３との関係を示すグラフである。
【００４９】
図４に示すグラフにおいて、横軸は、共鳴コイル２４に供給する電流の周波数ｆ３を示し、縦軸は、電力伝送効率（％）を示す。効率曲線Ｌ１は、エアギャップＡＧが小さいときの電力伝送効率と、共鳴コイル２４に供給する電流の周波数ｆ３との関係を模式的に示す。この効率曲線Ｌ１に示すように、エアギャップＡＧが小さい場合には、電力伝送効率のピークは周波数ｆ４，ｆ５（ｆ４＜ｆ５）において生じる。エアギャップＡＧを大きくすると、電力伝送効率が高くなるときの２つのピークは、互いに近づくように変化する。そして、効率曲線Ｌ２に示すように、エアギャップＡＧを所定距離よりも大きくすると、電力伝送効率のピークは１つとなり、共鳴コイル２４に供給する電流の周波数が周波数ｆ６のときに電力伝送効率がピークとなる。エアギャップＡＧを効率曲線Ｌ２の状態よりもさらに大きくすると、効率曲線Ｌ３に示すように電力伝送効率のピークが小さくなる。
【００５０】
たとえば、電力伝送効率の向上を図るための手法として次のような第１の手法が考えられる。第１の手法としては、エアギャップＡＧにあわせて、図１に示す共鳴コイル２４に供給する電流の周波数を一定として、キャパシタ２５やキャパシタ１９のキャパシタンスを変化させることで、送電部２８と受電部２７との間での電力伝送効率の特性を変化させる手法が考えられる。具体的には、共鳴コイル２４に供給される電流の周波数を一定とした状態で、電力伝送効率がピークとなるように、キャパシタ２５およびキャパシタ１９のキャパシタンスを調整する。この手法では、エアギャップＡＧの大きさに関係なく、共鳴コイル２４および共鳴コイル１１に流れる電流の周波数は一定である。なお、電力伝送効率の特性を変化させる手法としては、送電装置４１と高周波電力ドライバ２２との間に設けられた整合器を利用する手法や、コンバータ１４を利用する手法などを採用することもできる。
【００５１】
また、第２の手法としては、エアギャップＡＧの大きさに基づいて、共鳴コイル２４に供給する電流の周波数を調整する手法である。たとえば、図４において、電力伝送特性が効率曲線Ｌ１となる場合には、共鳴コイル２４には周波数が周波数ｆ４または周波数ｆ５の電流を共鳴コイル２４を供給する。そして、周波数特性が効率曲線Ｌ２，Ｌ３となる場合には、周波数が周波数ｆ６の電流を共鳴コイル２４に供給する。この場合では、エアギャップＡＧの大きさに合わせて共鳴コイル２４および共鳴コイル１１に流れる電流の周波数を変化させることになる。
【００５２】
第１の手法では、共鳴コイル２４を流れる電流の周波数は、固定された一定の周波数となり、第２の手法では、共鳴コイル２４を流れる周波数は、エアギャップＡＧによって適宜変化する周波数となる。第１の手法や第２の手法などによって、電力伝送効率が高くなるように設定された特定の周波数の電流が共鳴コイル２４に供給される。共鳴コイル２４に特定の周波数の電流が流れることで、共鳴コイル２４の周囲には、特定の周波数で振動する磁界（電磁界）が形成される。受電部２７は、受電部２７と送電部２８の間に形成され、かつ特定の周波数で振動する磁界を通じて送電部２８から電力を受電している。したがって、「特定の周波数で振動する磁界」とは、必ずしも固定された周波数の磁界とは限らない。なお、上記の例では、エアギャップＡＧに着目して、共鳴コイル２４に供給する電流の周波数を設定するようにしているが、電力伝送効率は、共鳴コイル２４および共鳴コイル１１の水平方向のずれ等のように他の要因によっても変化するものであり、当該他の要因に基づいて、共鳴コイル２４に供給する電流の周波数を調整する場合がある。
【００５３】
なお、本実施の形態では、共鳴コイルとしてヘリカルコイルを採用した例について説明したが、共鳴コイルとして、メアンダラインなどのアンテナなどを採用した場合には、共鳴コイル２４に特定の周波数の電流が流れることで、特定の周波数の電界が共鳴コイル２４の周囲に形成される。そして、この電界をとおして、送電部２８と受電部２７との間で電力伝送が行われる。
【００５４】
本実施の形態に係る電力伝送システムにおいては、電磁界の「静電磁界」が支配的な近接場（エバネッセント場）を利用することで、送電および受電効率の向上が図られている。図５は、電流源または磁流源からの距離と電磁界の強度との関係を示した図である。図５を参照して、電磁界は３つの成分から成る。曲線ｋ１は、波源からの距離に反比例した成分であり、「輻射電磁界」と称される。曲線ｋ２は、波源からの距離の２乗に反比例した成分であり、「誘導電磁界」と称される。また、曲線ｋ３は、波源からの距離の３乗に反比例した成分であり、「静電磁界」と称される。なお、電磁界の波長を「λ」とすると、「輻射電磁界」と「誘導電磁界」と「静電磁界」との強さが略等しくなる距離は、λ／２πとあらわすことができる。
【００５５】
「静電磁界」は、波源からの距離とともに急激に電磁波の強度が減少する領域であり、本実施の形態に係る電力伝送システムでは、この「静電磁界」が支配的な近接場（エバネッセント場）を利用してエネルギー（電力）の伝送が行なわれる。すなわち、「静電磁界」が支配的な近接場において、近接する固有周波数を有する送電部２８および受電部２７（たとえば一対のＬＣ共振コイル）を共鳴させることにより、送電部２８から他方の受電部２７へエネルギー（電力）を伝送する。この「静電磁界」は遠方にエネルギーを伝播しないので、遠方までエネルギーを伝播する「輻射電磁界」によってエネルギー（電力）を伝送する電磁波に比べて、共鳴法は、より少ないエネルギー損失で送電することができる。
【００５６】
このように、この電力伝送システムにおいては、送電部と受電部とを電磁界によって共振（共鳴）させることで送電部と受電部との間で非接触で電力が送電される。このような受電部と送電部との間に形成される電磁場は、たとえば、近接場共振（共鳴）結合場という場合がある。そして、送電部と受電部との間の結合係数κは、たとえば、０．３以下程度であり、好ましくは、０．１以下である。当然のことながら、結合係数κを０．１〜０．３程度の範囲も採用することができる。結合係数κは、このような値に限定されるものでなく、電力伝送が良好となる種々の値をとり得る。
【００５７】
本実施の形態の電力伝送における送電部２８と受電部２７との結合を、たとえば、「磁気共鳴結合」、「磁界（磁場）共鳴結合」、「磁場共振（共鳴）結合」、「近接場共振（共鳴）結合」、「電磁界（電磁場）共振結合」または「電界（電場）共振結合」という。
【００５８】
「電磁界（電磁場）共振結合」は、「磁気共鳴結合」、「磁界（磁場）共鳴結合」、「電界（電場）共振結合」のいずれも含む結合を意味する。
【００５９】
本明細書中で説明した送電部２８の共鳴コイル２４と受電部２７の共鳴コイル１１とは、コイル形状のアンテナが採用されているため、送電部２８と受電部２７とは主に、磁界によって結合しており、送電部２８と受電部２７とは、「磁気共鳴結合」または「磁界（磁場）共鳴結合」している。
【００６０】
なお、共鳴コイル２４，１１として、たとえば、メアンダラインなどのアンテナを採用することも可能であり、この場合には、送電部２８と受電部２７とは主に、電界によって結合している。このときには、送電部２８と受電部２７とは、「電界（電場）共振結合」している。
【００６１】
（受電ユニット１０００）
図６から図１０を参照して、実施の形態における電動車両１０に搭載される受電ユニット１０００の具体的構成について説明する。図６は、実施の形態における電動車両１０の底面図、図７は、実施の形態における受電ユニット１０００の構成を示す分解斜視図、図８は、実施の形態における受電ユニット１０００の断面図、図９は、図８中のＩＸで囲まれた領域の部分拡大断面図、図１０は、実施の形態における受電ユニット１０００に採用されるシール構造の平面図である。
【００６２】
図６に示すように、電動車両１０の前端から前輪タイヤ１６０Ｆの後端までの領域を前部、前輪タイヤ１６０Ｆから後輪タイヤ１６０Ｒの前端までの領域を中央部、後輪タイヤ１６０Ｒの後端から電動車両１０の後端までの領域を後部と称する。
【００６３】
以下の説明においても同様である。また、電動車両１０を水平面に停車した状態において、鉛直方向上向きを上側、鉛直方向下向きを下側と称する。また、水平面に平行な方向に沿う矢視方向を水平方向と称する。
【００６４】
図６を参照して、本実施の形態における電動車両１０においては、受電ユニット１０００は、電動車両１０の後部において、リアフロアパネル５１０の下側に搭載されている。なお、受電ユニット１０００の搭載位置は、電動車両１０の後部に限定されず、中央部のセンタフロアパネル５２０の下側、または、前部のエンジンアンダフロアパネル５３０の下側に搭載してもよい。
【００６５】
図７を参照して、受電ユニット１０００は、電動車両１０に設けられるリアフロアパネル５１０の下側に搭載され、外部に設けられた送電部２８から非接触で電力を受電する受電部２７を有する受電装置４０と、電磁界の通過を阻止する電磁界シールド２００と、電磁界が通過し、受電部２７を覆う受電部カバー１００と、電磁界が通過し、受電部カバー１００を覆うアンダーカバー３００とを備える。
【００６６】
図７に示す構造の一例においては、電磁界シールド２００は、受電部２７の下側が開放され、受電部２７から見て上側および水平方向側において受電部２７を取り囲んでいる。受電部カバー１００は、受電部２７の下側に位置して受電部２７を覆うように設けられている。アンダーカバー３００は、受電部カバー１００の下側に位置して受電部カバー１００を覆うように設けられている。
【００６７】
受電装置４０は、受電部２７と正八角形の電磁誘導コイル１２を含む。受電部２７は、正八角形の共鳴コイル１１およびキャパシタ１９を有している。共鳴コイル１１および電磁誘導コイル１２は、樹脂製の支持部材１１０を用いて、電磁界シールド２００に固定されている。
【００６８】
共鳴コイル１１および電磁誘導コイル１２の形状は、正八角形に限定されず、円形、四角形、矩形、その他の形状の採用が可能である。同様に電磁界シールド２００の形状も、図示する形状に限定されるものではない。
【００６９】
また、共鳴コイル１１および電磁誘導コイル１２を上下方向に積層した配置関係を図示しているが、この配置関係には限定されない。コイルの半径方向において、共鳴コイル１１の外側に電磁誘導コイル１２を配置する構成、電磁誘導コイル１２の外側に共鳴コイル１１を配置する構成を採用することも可能である。また、電磁誘導コイル１２を設けない構成の採用も可能である。
【００７０】
本実施の形態では、共鳴コイル１１および電磁誘導コイル１２の内側に、整流器１３およびキャパシタ１９を配置している。なお、整流器１３およびＤＣ／ＤＣコンバータ１９の配置関係は、この配置関係には限定されない。
【００７１】
次に、図７および図８、特に図８を主にして、電磁界シールド２００、受電部カバー１００、およびアンダーカバー３００の具体的な形状について説明する。
【００７２】
（電磁界シールド２００）
電磁界シールド２００は、共鳴コイル１１から見て上側であるリアフロアパネル５１０側に位置するベース部２０２と、共鳴コイル１１から見て水平方向側において共鳴コイル１１を取り囲み、ベース部２０２の縁部においてベース部２０２を取り囲み、ベース部２０２から下側に向けて延びる側壁部２０１とを含む。
【００７３】
ベース部２０２には、整流器１３およびキャパシタ１９が固定されている。また、ベース部２０２には、共鳴コイル１１および電磁誘導コイル１２が、支持部材１１０を用いて固定されている。ベース部２０２には、冷却風を取り込む吸気口２０３と冷却風を排出する排出口２０４とが設けられている。
【００７４】
リアフロアパネル５１０には、吸気口用開口部５０１と、排気口用開口部５０２とが予め設けられており、吸気口２０３は吸気口用開口部５０１から突出し、排出口２０４は排気口用開口部５０２から突出している。吸気口２０３および排出口２０４には、図示していないが、電動車両１０に搭載された冷却装置が連結されている。
【００７５】
電磁界シールド２００は、受電部２７から見て上側および水平方向側において受電部２７を取り囲み、電磁界の通過を阻止するために、鉄、アルミ、銅等の金属材料が用いられている。電磁界シールド２００に、電磁界が到達した場合には、電磁界は渦電流に変換され、電磁界のシールド効果を発揮する。到達した電磁波を効率良く渦電流に変換し、シールド効果を高めるには、インピーダンスの低い材料を用いることが好ましく、銅を用いることが好ましい。
【００７６】
なお、芯材の表面にシールド効果を持たせるためにシールド処理を施してもよい。たとえば、メッキ処理、塗布処理、薄膜貼着処理等が挙げられる。
【００７７】
（受電部カバー１００）
受電部カバー１００は、共鳴コイル１１を覆うように電磁界シールド２００に固定されている。具体的には、受電部カバー１００は、共鳴コイル１１の下側に位置する底面部１０１と、底面部１０１の縁部において底面部１０１を取り囲み、底面部１０１から上側に向けて延びる側壁部１０２と、側壁部１０２の上端において共鳴コイル１１とは反対側の外側に向けて延びるフランジ部１０３とを有する。
【００７８】
本実施の形態において、側壁部１０２およびフランジ部１０３は、共鳴コイル１１を覆うように電磁界シールド２００の側壁部２０１よりも共鳴コイル１１側である内側に位置し、フランジ部１０３がボルトＢを用いて電磁界シールド２００のベース部２０２に固定されている。
【００７９】
図９および図１０を参照して、フランジ部１０３には、所定の間隔でボルト孔１０３ｈが設けられている。また、フランジ部１０３には、ベース部２０２へのボルト締結の際に、フランジ部１０３とベース部２０２との間に隙間を生じさせないようにするために、シール部材１２０が配設されている。このシール部材１２０の一例としては、柔軟性に富んだ樹脂材料、弾力性に富んだゴム材料が用いられる。
【００８０】
フランジ部１０３とベース部２０２との間にシール部材１２０を介在させることで、外部からの気体、液体の侵入を防止することができる。また、受電部カバー１００と電磁界シールド２００とにより、共鳴コイル１１、電磁誘導コイル１２、整流器１３、およびキャパシタ１９を、気密性の高い空間Ａに収容することが可能となり、吸気口２０３および排出口２０４を用いた冷却効果を高めることも可能となる。
【００８１】
受電部カバー１００は、電磁界の通過を許容しても良いことから樹脂材料を用いることができる。これにより、樹脂材料を用いた成形品により一体的に成形することができる。その結果、受電部カバー１００の形状等、設計の自由度を大きくすることができる。
【００８２】
なお、受電部カバー１００は、後述のアンダーカバー３００に対して内側に位置し、共鳴コイル１１、電磁誘導コイル１２、整流器１３、およびキャパシタ１９は、受電部カバー１００およびアンダーカバー３００により２重に覆われた状態となるため、アンダーカバー３００にシール部材１２０を設けなくても、外部からの液体および気体の侵入防止は、受電部カバー１００により確実に遮られる。よって、シール部材１２０を設けることで、より高い性能の外部からの液体および気体の侵入防止を期待することができる。
【００８３】
（アンダーカバー３００）
再び図８を参照して、アンダーカバー３００は、電磁界シールド２００および受電部カバー１００を覆うようにリアフロアパネル５１０に固定されている。具体的には、アンダーカバー３００は、受電部カバー１００の底面部１０１の下側に位置する最外底面部３０１と、最外底面部３０１の縁部において最外底面部３０１を取り囲み、最外底面部３０１から上側に向けて延びる最外側壁部３０２と、最外側壁部３０２の上端において共鳴コイル１１とは反対側の外側に向けて延びる最外フランジ部３０３とを有する。
【００８４】
本実施の形態において、最外側壁部３０２の最外フランジ部３０３は、特に図示はしていないが、ボルト等を用いてリアフロアパネル５１０に固定されている。アンダーカバー３００は、電磁界の通過を許容してもよいことから、受電部カバー１００と同様に、樹脂材料を用いた成形品を用いることができる。
【００８５】
共鳴コイル１１、電磁誘導コイル１２、整流器１３、およびキャパシタ１９は、アンダーカバー３００よりも内側に位置する受電部カバー１００により防水性および気密性の確保を期待することができる。したがって、アンダーカバー３００においては、受電部カバー１００とは異なる機能として、高圧洗車に対する変形防止機能、飛び石の衝突に対する破損防止機能、外観意匠の機能を持たせることができる。
【００８６】
また、受電部カバー１００およびアンダーカバー３００の取り付けを、ボルトＢを用いることで、受電部カバー１００およびアンダーカバー３００の着脱は容易な作業となる。その結果、一旦、受電部カバー１００およびアンダーカバー３００を取り付けた後でも、受電部カバー１００およびアンダーカバー３００を取り外して、共鳴コイル１１および電磁誘導コイル１２の調整等を容易に行なうことができる。
【００８７】
このように本実施の形態においては、電磁界の通過を阻止する電磁界シールド２００と、電磁界を通過させ、共鳴コイル１１を含む受電部２７の下側に位置して受電部２７を覆う受電部カバー１００と、電磁界を通過させ、受電部カバー１００の下側に位置して受電部カバー１００を覆うアンダーカバー３００とを備えるという、具体的な受電部２７の保護構造を備える電動車両１０の提供を可能とする。
【００８８】
なお、上記実施の形態では、リアフロアパネル５１０の下面に直接、電磁界シールド２００のベース部２０２が接する構造を採用したが、この構造には限定されない。たとえば、図１１に示すように、リアフロアパネル５１０の下面と電磁界シールド２００のベース部２０２の上面との間に隙間Ｓを生じさせる構造を採用してもよい。
【００８９】
また、図８および図１１に示す受電部カバー１００の構造は、側壁部１０２およびフランジ部１０３を設ける構造を採用したが、この構造に限定されない。たとえば、図１２に示すように、底面部１０１のみからなる受電部カバー１００を用い、底面部１０１の外周縁部が、シール部材１２０を介して電磁界シールド２００の側壁部２０１に固定される構造を採用してもよい。
【００９０】
さらに、他の構成として、図１３に示すように、受電部カバー１００の側壁部１０２を、電磁界シールド２００の側壁部２０１を挟んで受電部２７とは反対側である外側の位置において、リアフロアパネル５１０に固定される構造を採用してもよい。
【００９１】
また、上記実施の形態では、電磁界シールド２００にベース部２０２を設ける場合について説明したが、リアフロアパネル５１０をベース部２０２として用い、リアフロアパネル５１０に、このリアフロアパネル５１０から下側に向けて延びる側壁部２０１を設ける構成を採用してもよい。
【００９２】
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。本発明の範囲は上記した説明ではなくて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、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００９３】
１０  電動車両、１１，２４，９４，９９  共鳴コイル、１２，２３，９２，９７  電磁誘導コイル、１１ａ，１２ａ  支持部材、１３  整流器、１４  ＤＣ／ＤＣコンバータ、１５  バッテリ、１６  パワーコントロールユニット、１７  モータユニット、１８  車両ＥＣＵ、１９，２５，９８，９５  キャパシタ、２０  外部給電装置、２１  交流電源、２２  高周波電力ドライバ、２６  制御部、２７，９６  受電部、２８，９３  送電部、２９  インピーダンス調整器、３１  リアフロアパネル、３２  センタフロアパネル、３３  エンジンアンダフロアパネル、４０  受電装置、４１  送電装置、４２  駐車スペース、８９  電力伝送システム、１００  受電部カバー、１０１  底面部、１０２，２０１  側壁部、１０３  フランジ部、１０３ｈ  ボルト孔、１１０  支持部材、１２０  シール部材、１６０Ｆ  前輪タイヤ、１６０Ｒ  後輪タイヤ、２００  電磁界シールド、２０２  ベース部、２０３  吸気口、２０４  排出口、３００  アンダーカバー、３０１  最外底面部、３０２  最外側壁部、３０３  最外フランジ部、５０１  吸気口用開口部、５０２  排気口用開口部、５１０  リアフロアパネル、５２０  センタフロアパネル、５３０  エンジンアンダフロアパネル、１０００  受電ユニット。
【図１】
0005848182.tif 000002
【図２】
0005848182.tif 000003
【図３】
0005848182.tif 000004
【図４】
0005848182.tif 000005
【図５】
0005848182.tif 000006
【図６】
0005848182.tif 000007
【図７】
0005848182.tif 000008
【図８】
0005848182.tif 000009
【図９】
0005848182.tif 000010
【図１０】
0005848182.tif 000011
【図１１】
0005848182.tif 000012
【図１２】
0005848182.tif 000013
【図１３】
0005848182.tif 000014