(57)【要約】【課題】電力送電効率の低下を抑制することが可能な構成を備える電力伝送システムを提供する。【解決手段】送電部４１０に対向した状態で送電部４１０から非接触で電力を受電する受電部２１０を有する電力伝送システムであって、送電部４１０は、送電コイル４５０を含み、受電部２１０は、受電コイル２５０を含み、送電コイル４５０のソレノイド長さＬ１は、受電コイル２５０のソレノイド長さＬ２よりも長い。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
送電部に対向した状態で前記送電部から非接触で電力を受電する受電部を有する電力伝送システムであって、
前記送電部は、送電コイルを含み、
前記受電部は、受電コイルを含み、
前記送電コイルのソレノイド長さは、前記受電コイルのソレノイド長さよりも長い、電力伝送システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非接触で電力を送電装置から受電する受電装置を備える電力伝送システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１〜７に開示されているように、非接触で電力を送受電する送電装置および受電装置を用いる電力伝送システムが知られている。このような電力伝送システムにおいては、送電装置に用いられる送電コイルのソレノイド長さと、受電装置に用いられる受電コイルのソレノイド長さとは、実質的に一致するように形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−１５４８１５号公報
【特許文献２】特開２０１３−１４６１５４号公報
【特許文献３】特開２０１３−１４６１４８号公報
【特許文献４】特開２０１３−１１０８２２号公報
【特許文献５】特開２０１３−１２６３２７号公報
【特許文献６】特開２０１２−２０４４６９号公報
【特許文献７】特開２０１２−１７５７９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したように、送電コイルのソレノイド長さと受電コイルのソレノイド長さとを実質的に一致させることで、送電装置および受電装置のＬ値を一致させ易く、各コイルに接続するコンデンサの容量が一致したコンデンサを接続することで、各共振周波数を容易に一致させることができる。
【０００５】
しかし、上記電力伝送システムにおいては、送電コイルと受電コイルとが位置ずれすると、位置ずれ量によっては、送電コイルと受電コイルとの間の磁気経路が変化し、大きく電力伝送効率が大きく低下するおそれがある。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、電力送電効率の低下を抑制することが可能な構成を備える電力伝送システム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】
【０００７】
この電力伝送システムにおいては、送電部に対向した状態で上記送電部から非接触で電力を受電する受電部を有する電力伝送システムであって、送電部は、送電コイルを含み、上記受電部は、受電コイルを含み、上記送電コイルのソレノイド長さは、上記受電コイルのソレノイド長さよりも長い。
【０００８】
この構成によれば、送電コイルと受電コイルとが位置ずれした場合でも、送電コイルのソレノイド長さは、受電コイルのソレノイド長さよりも長いことから、送電コイルと受電コイルとの間の磁気経路を維持させることができる。
【発明の効果】
【０００９】
この電力伝送システムによれば、電力送電効率の低下を抑制することが可能な構成を備える電力伝送システムを提供する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施の形態の電力伝送システムを模式的に示す図である。
【図２】実施の形態の受電部の構造を示す斜視図である。
【図３】実施の形態の送電部の構造を示す斜視図である。
【図４】背景技術における送電部と受電部とに位置ずれが生じた場合の図である。
【図５】背景技術における送電部と受電部とに位置ずれが生じた場合の図である。
【図６】実施の形態の送電部と受電部とに位置ずれが生じた場合を示す図である。
【図７】送電コイル（一次コイル）のソレノイド長さと、ｋ値との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明に基づいた実施の形態について、以下、図面を参照しながら説明する。実施の形態の説明において、個数および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およびその量などに限定されない。実施の形態の説明において、同一の部品および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。
【００１２】
図１を参照して、実施の形態１における電力伝送システム１０００について説明する。図１は、電力伝送システム１０００の全体構成を模式的に示す図である。電力伝送システム１０００は、電動車両１００（車両）および外部給電装置３００を備える。
【００１３】
（電動車両１００）
図１を参照して、電動車両１００は、車両本体１１０および受電装置２００を備える。車両本体１１０には、車両ＥＣＵ１２０（制御部）、整流器１３０、ＤＣ／ＤＣコンバータ（以下、単に「コンバータ」と称する。）１４０、バッテリ１５０、パワーコントロールユニット（以下、単に「ＰＣＵ」と称する。）１６０、モータユニット１７０、および通信部１８０などが設けられる。受電装置２００は、受電コイル２５０を有し、車両本体１１０の底面に配置される。
【００１４】
外部給電装置３００は送電装置４００を含み、送電装置４００は送電コイル４５０を有している。受電装置２００の受電コイル２５０が送電装置４００の送電コイル４５０に対向した状態で、受電装置２００は送電装置４００から電力を非接触で受電する。受電装置２００は、受電部２１０と、受電部２１０に接続されたコンデンサ２２０と、後述のシールドとを有する。受電部２１０は、ソレノイド型のコアユニット２６０と受電コイル２５０とを有する。
【００１５】
受電コイル２５０は、浮遊容量を有し、整流器１３０に接続されている。受電コイル２５０の誘導係数と、受電コイル２５０の浮遊容量およびコンデンサ２２０の電気容量とによって、電気回路が形成される。コンデンサ２２０および受電コイル２５０は、直列に接続されるが、これらは並列に接続されていてもよい。
【００１６】
電力伝送システム１０００において、車両本体１１０が停止しているときに給電ボタンがオン状態に設定されたことを車両ＥＣＵ１２０が検出した場合、車両の動作モードは充電モードに切り替えられる。車両ＥＣＵ１２０は、通信部１８０を介して、外部給電装置３００によるバッテリ１５０の充電制御の実行を指示する。
【００１７】
（外部給電装置３００）
外部給電装置３００は、送電装置４００、高周波電力装置３１０、送電ＥＣＵ３２０、および通信部３２２を含む。高周波電力装置３１０は、交流電源３３０に接続される。交流電源３３０は、商用電源または独立電源装置等である。送電装置４００は、駐車スペース内に設けられ、高周波電力装置３１０に接続される。送電ＥＣＵ３２０は、高周波電力装置３１０などの駆動を制御する。
【００１８】
通信部３２２は、外部給電装置３００と電動車両１００との間で無線通信を行なうための通信インターフェースである。通信部３２２は、電動車両１００の通信部１８０から送信されるバッテリ情報、送電の開始、継続、および停止を指示する信号、ならびに、送電電力の増加若しくは減少を指示する信号などを受信し、これらの情報を送電ＥＣＵ３２０へ出力する。
【００１９】
送電装置４００は、送電部４１０と、送電部４１０に接続されたコンデンサ４２０と、後述のシールドとを有する。送電部４１０は、ソレノイド型のコアユニット４４０と送電コイル４５０とを有する。送電コイル４５０は、浮遊容量を有し、高周波電力装置３１０に接続されている。送電コイル４５０の誘導係数と、送電コイル４５０の浮遊容量およびコンデンサ４２０の電気容量とによって、電気回路が形成される。コンデンサ４２０および送電コイル４５０は、直列に接続されるが、これらは並列に接続されていてもよい。
【００２０】
高周波電力装置３１０は、交流電源３３０から受ける電力を高周波の電力に変換し、変換した高周波電力を送電コイル４５０へ供給する。送電コイル４５０は、受電部２１０の受電コイル２５０へ、電磁誘導により非接触で電力を送電する。
【００２１】
このように送電装置４００において、高周波電力装置３１０は、交流電源３３０から受ける電力を高周波の電力に変換し、変換した高周波電力を送電コイル４５０へ供給する。送電部４１０および受電部２１０の各々は、コイル（４５０，２５０）とコンデンサ（４２０，２２０）とを含み、伝送周波数において共振するように設計されている。送電部４１０および受電部２１０の共振強度を示すＱ値は、１００以上であることが好ましい。
【００２２】
（受電部２１０の構造）
図２を参照して、受電部２１０の構造について説明する。図２は、受電部２１０の構造を示す斜視図である。受電部２１０は、受電コイル２５０、およびコアユニット２６０を含む。コアユニット２６０には、コイル巻回軸Ｏ２を中心として、コアユニット２６０の上面および下面を含む周囲において螺旋状に受電コイル２５０が巻回されている。
【００２３】
コアユニット２６０は、上面２６０Ａ、下面２６０Ｂ、側面２６０Ｃ〜２６０Ｆを有する全体として板状の形状を有する。コアユニット２６０は、複数の分割コアが組み合わされ、この分割コアが絶縁紙により包囲されている。分割コアにはいずれもフェライトが用いられる。
【００２４】
受電コイル２５０は、コイル巻回軸Ｏ２の軸方向（コイルの磁束方向）において、所定長さのソレノイド長さ（Ｌ２）を有している。ここで、ソレノイド長さとは、コアユニット２６０に巻回された受電コイル２５０のコイル巻回軸Ｏ２方向の長さにおいて、受電コイル２５０として磁界形成に寄与する長さをいう。また、このソレノイド長さ（Ｌ２）の中心をＣＬ２とする。
【００２５】
（送電部４１０の構造）
図３を参照して、送電部４１０の構造について説明する。図３は、送電部４１０の構造を示す斜視図である。送電部４１０は、送電コイル４５０、およびコアユニット４６０を含む。コアユニット４６０には、コイル巻回軸Ｏ２を中心として、コアユニット４６０の上面および下面を含む周囲において螺旋状に送電コイル４５０が巻回されている。コイル巻回軸Ｏ２は、車両の前後方向に沿って配置されてもよいし、車両の左右方向方向に沿って配置されてもよい。
【００２６】
コアユニット４６０は、上面４６０Ａ、下面４６０Ｂ、側面４６０Ｃ〜４６０Ｆを有する全体として板状の形状を有する。コアユニット４６０は、複数の分割コアが組み合わされ、この分割コアが絶縁紙により包囲されている。分割コアにはいずれもフェライトが用いられる。
【００２７】
送電コイル４５０は、コイル巻回軸Ｏ２の軸方向（コイルの磁束方向）において、所定長さのソレノイド長さ（Ｌ１）を有している。ここで、ソレノイド長さとは、コアユニット４６０に巻回された送電コイル４５０のコイル巻回軸Ｏ２方向の長さにおいて、送電コイル４５０として磁界形成に寄与する長さをいう。また、このソレノイド長さ（Ｌ１）の中心をＣＬ１とする。
【００２８】
（電力送電効率）
次に、図４から図７を参照して、上記送電部４１０を有する送電装置４００、および上記受電部２１０を有する受電装置２００を用いた電力伝送システムの電力送電効率について説明する。図４および図５は、背景技術における送電部と受電部とに位置ずれが生じた場合の第１および第２の図、図６は、実施の形態の送電部と受電部とに位置ずれが生じた場合を示す図、図７は、送電コイル（一次コイル）のソレノイド長さと、ｋ値との関係を示す図である。
【００２９】
図４は、送電コイル４５０のソレノイド長さ（Ｌ１）と、受電コイル２５０のソレノイド長さ（Ｌ２）とが同じ長さの場合に、コイル間に位置ずれが生じた場合を示している。ここで、位置ずれとは、コイル巻回軸Ｏ２の方向に沿って、受電コイル２５０の中心ＣＬ２と、送電コイル４５０の中心ＣＬ１とがずれる場合を意味する。図４では、受電コイル２５０の中心ＣＬ２と送電コイル４５０の中心ＣＬ１とが、距離Ｚ１ずれている。
【００３０】
距離Ｚ１の位置ずれ量が小さい場合には、送電コイル４５０と受電コイル２５０との間に形成される磁界の経路は、図４に示すように、位置ずれがあっても、理想的な磁気経路Ｍを形成する。
【００３１】
しかし、図５に示すように、位置ずれ量が距離Ｚ２（＞Ｚ１）と大きくなった場合には、理想的な磁気経路Ｍが形成されなくなり、磁気経路が短絡したような状態になる。図５に示すような磁気経路Ｍ２が形成された場合には、送電コイル４５０と受電コイル２５０との間の結合系数ｋが著しく悪化する。その結果、この電力伝送システムの電力送電効率の低下を招くことになる。
【００３２】
そこで、発明者らは、図６に示すように、送電コイル（一次コイル）４５０のソレノイド長さ（Ｌ１）は、受電コイル２５０のソレノイド長さ（Ｌ２）よりも長くなる構成を採用した。この構成で、コイル巻回軸Ｏ２方向に沿って、送電コイル４５０と受電コイル２５０との間に、位置ずれ（本実施の形態では、Ｚ＝１００ｍｍ）を生じさせた状態で、送電コイル４５０のソレノイド長（Ｌ１）を変化させ、送電コイル４５０と受電コイル２５０との間の結合系数ｋの値を測定した。受電コイル（二次コイル）２５０のソレノイド長さ（Ｌ２）は、１５０ｍｍと一定の長さとした。
【００３３】
その結果、図７に示すように、受電コイル２５０のソレノイド長さ（Ｌ２）が、１５０ｍｍと一定の場合に、送電コイル４５０のソレノイド長さ（Ｌ１）を大きくしていくと、ｋ値が増加し、送電コイル４５０のソレノイド長さ（Ｌ１）が、位置ずれ（Ｚ＝１００ｍｍ）の約３倍の値以上で、結合系数ｋは、飽和することが分かった。
【００３４】
したがって、送電コイル４５０のソレノイド長さ（Ｌ２）は、受電コイル２５０のソレノイド長さ（Ｌ１）よりも長い構成を採用することで、電力送電効率の低下を抑制することが可能となる。
【００３５】
以上、各実施の形態について説明したが、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。本発明の技術的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】
【００３６】
１００  電動車両、１１０  車両本体、１２０  車両ＥＣＵ、１３０  整流器、１４０  ＤＣ／ＤＣコンバータ、１５０  バッテリ、１６０  パワーコントロールユニット（ＰＣＵ）、１７０  モータユニット、１８０，３２２  通信部、２００  受電装置、２１０  受電部、２２０，４２０  コンデンサ、２６０，４６０  コアユニット、２６０Ａ  上面、２６０Ｂ  下面、２６０Ｃ，２６０Ｄ，２６０Ｅ，２６０Ｆ  側面、２５０  受電コイル、３００  外部給電装置、３１０  高周波電力装置、３２０  送電ＥＣＵ、３３０  交流電源、４００  送電装置、４５０  送電コイル、１０００  電力伝送システム、Ｏ２  コイル巻回軸、Ｐ１  中心位置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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