(57)【要約】      （修正有）【課題】温度変化が生じても電力の伝送効率の低下を抑制できるコンデンサモジュールを提供する。【解決手段】非接触給電システムに用いられる共鳴用のコンデンサモジュールであって、共鳴周波数を決めるためのコンデンサ２１を有する容量部２と、この容量部２に電気的に接続され、巻線状に形成され、温度上昇によって隣り合う巻線３１が接触状態から離間状態となるコイル３とを備えて構成される。温度上昇によってコンデンサ２１の容量が減少してもコイル３のインダクタンスが増加するため、共鳴周波数の変動が抑制され、電力伝送効率の低下が抑制される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
非接触給電システムに用いられる共鳴用のコンデンサモジュールであって、
共鳴周波数を決めるためのコンデンサを有する容量部と、
前記容量部に電気的に接続され、巻線状に形成され、温度上昇によって隣り合う巻線が接触状態から離間状態となるコイルと、
を備えるコンデンサモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非接触給電に用いられるコンデンサモジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、非接触給電に関するものとして、例えば特開２０１３−０９０４７０号公報に記載されるように、給電部から受電部へ電磁共鳴等によって電力を供給するシステムが知られている。この給電システムは、給電側コイル、給電側コンデンサおよび給電側ループアンテナを有する給電部と、受電側コイル、受電側コンデンサおよび受電側ループアンテナを有する受電部とを備え、給電部から発せられる電力を電磁共鳴等によって非接触で受電部に電力供給を行う。また、この給電システムでは、給電側コンデンサの容量を調整する容量調整部を更に備えており、給電部の共鳴周波数と受電部の共鳴周波数を一致させてから給電動作を行うことにより、電力の伝送効率を高めようとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−０９０４７０号公報
【特許文献２】特開２００８−２６３７１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した給電システムにあっては、給電中に伝送効率が低下するおそれがある。例えば、給電側コンデンサの容量を調整し給電部の共鳴周波数と受電部の共鳴周波数を一致させてから給電動作を行ったとしても、コンデンサの温度特性により給電動作中にコンデンサ容量が変化する場合があり、この場合には給電部の共鳴周波数と受電部の共鳴周波数にずれが生じ、電力の伝送効率が低下してしまう。
【０００５】
そこで本技術分野においては、温度上昇が生じても電力の伝送効率の低下を抑制できるコンデンサモジュールの開発が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
そこで、本発明の一側面に係るコンデンサモジュールは、非接触給電システムに用いられる共鳴用のコンデンサモジュールであって、共鳴周波数を決めるためのコンデンサを有する容量部と、前記容量部に接続され、螺旋状に形成され、温度上昇によって螺旋中心に沿って伸長しインダクタンスを増加させるコイルとを備えて構成される。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、温度上昇によって容量部のコンデンサ容量が減少してもコイルのインダクタンスが増加することにより共鳴周波数の変動を抑制でき、コンデンサモジュールを用いた非接触給電システムにおける電力の伝送効率の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施形態に係るコンデンサモジュールの回路構成の概要図である。
【図２】図１のコンデンサモジュールの構成概要を示す斜視図である。
【図３】図２のコンデンサモジュールにおけるIII-IIIの断面における概要図である。
【図４】図１のコンデンサモジュールのコイルの説明図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１０】
図１は本発明の一実施形態に係るコンデンサモジュールの回路構成の概要図である。
【００１１】
本実施形態に係るコンデンサモジュール１は、非接触給電システムに用いられる共鳴用のコンデンサモジュール、コンデンサ構成部品又コンデンサ組立部品であって、コンデンサ２１を有する容量部２と、この容量部２に接続されるコイル３とを備えて構成されている。非接触給電システムは、給電部から受電部へ非接触で電力供給を行うシステムであり、例えば受電部として、電力を用いて走行する電気自動車やハイブリッド自動車が用いられ、給電部として、それらの電気自動車やハイブリッド自動車に給電する施設が用いられる。なお、本実施形態に係るコンデンサモジュール１は、自動車以外のものに給電する非接触給電するシステムに適用される場合もある。本実施形態に係るコンデンサモジュール１は、非接触給電システムにおいて、給電側に用いてもよいし、受電側に用いてもよい。
【００１２】
容量部２は、共鳴周波数を決めるためのコンデンサ２１を有している。この容量部２としては、例えば、複数のコンデンサ２１を備えるものが用いられる。具体的には、１０個のコンデンサ２１を並列に接続し、この並列に接続したものを５つ直列に接続して容量部２が構成される。このように接続されるコンデンサ２１のキャパシタ、すなわちコンデンサ容量は、非接触給電システムにおける共鳴周波数を決定するものであり、コンデンサ２１の設置数及び接続態様によって容量部２の全体のキャパシタが決定されることとなる。
【００１３】
なお、図１においては、図示の便宜上、全部のコンデンサ２１に符号２１を付すことを省略している。コンデンサ２１の接続数及び接続態様は、容量部２全体で共鳴周波数を決めるキャパシタになっていれば、他の接続数又は接続態様であってもよい。例えば、単数のコンデンサ２１を直列に接続してもよいし、２〜９個又は１０個以上のコンデンサ２１を並列接続したものを２〜４列又は６列以上直列に接続してもよい。
【００１４】
コンデンサ２１は、高温になるほどキャパシタが減少する温度特性を有するものが用いられる。コンデンサ２１としては、温度上昇によってキャパシタの変化が小さいものを用いてもよいが、温度補償のない又は温度補償性能の低い廉価なものを用いることができる。
【００１５】
容量部２にはコイル３が電気的に接続されている。例えば、容量部２から延びる二つの配線のうちの一つには、コイル３が直列に接続されている。コイル３は、巻線状に形成され、温度上昇によって隣り合う巻線３１が接触状態から離間状態となるものが用いられる。つまり、コイル３は、螺旋状に形成されるものであって、温度上昇によって螺旋中心方向に沿って伸長し、インダクタンスを増加させる。このコイル３は、容量部２のキャパシタ温度特性を補償するためのものであり、共鳴周波数を決めるインダクタやコイルとは異なるものである。このコイル３は、温度上昇しておらずコンデンサ２１の容量が減少していないときには、隣り合う巻線３１同士が接触した状態となっており、インダクタンスがゼロ又はほぼゼロである。これに対し、温度上昇した場合には、隣り合う巻線３１同士が離間した状態となり、温度上昇によってコンデンサ２１の容量が減少した分又は減少した割合に応じて、インダクタンスが増加する。また、コイル３は、そのようにインダクタンスが増加しないものであっても、温度上昇するほどインダクタンスが増加するものであればよい。この場合であっても、共鳴周波数のずれを低減又は抑制することができる。なお、図２に示されるコイル３の形状態様以外のものを用いてもよい。例えば、巻線３１の数、巻線３１の太さ、巻線３１の外径は、コイル３として所望のインダクタンスが得られるものであれば、図２に示すものから変更して用いてもよい。また、図２において、図示の便宜上、全部の巻線３１に符号３１を付すことを省略している。
【００１６】
コンデンサモジュール１の二つの端子のうち一方の端子２２には、例えば絶縁トランス（図示なし）が接続される。絶縁トランスは、コンデンサモジュールに交流電力を供給し又は交流電力を伝送するためのものである。また、コンデンサモジュール１の二つの端子のうち他方の端子２３には、共鳴コイル（図示なし）が接続される。共鳴コイルは、共鳴周波数を決めるインダクタである。この共鳴コイルのインダクタンスをＬ、容量部２全体のキャパシティをＣとすると、共鳴周波数ｆは、ｆ＝１／２π（Ｌ・Ｃ）１／２となる。非接触給電システムにおいて、給電側の共鳴周波数と受電側の共鳴周波数が一致している場合に伝送効率が高く、それらの共鳴周波数がずれるほど伝送効率が低下することとなる。
【００１７】
図２は、本実施形態に係るコンデンサモジュール１の概要を示す斜視図である。図３は、図２のIII-IIIにおけるコンデンサモジュール１の断面の概要図である。
【００１８】
図２に示すように、容量部２は、複数のコンデンサ２１を配列させて容器２４に収容して構成される。容器２４は、例えば、直方体を呈する箱型のものが用いられ、その長手方向に沿ってコンデンサ２１が列をなして並べられ、下段に三列、上段に二列として配列される。同じ列のコンデンサ２１は同方向へ向けて設置され、各列のコンデンサ２１は隣接するコンデンサ２１とリードフレーム２５を介して接続されている。また、上段に配列されるコンデンサ２１の上側にもリードフレーム２５が配置されている。コンデンサ２１は、例えば円柱状のものが用いられ、その両端がそれぞれ電極になっているものが用いられる。コイル３は、容器２４内に収容されて配置されている。このコイル３は、例えば銅などの導電性を有する金属からなる線材を螺旋状に形成したものが用いられる。コイル３の端部には、それぞれ板状を呈する端子板が取り付けられている。
【００１９】
図３に示すように、容器２４内の下側には、電極を横向きとしてコンデンサ２１の列が三列並べられて設置されている。図３の紙面奥行方向には、複数のコンデンサ２１が同じ向き配置されて並べられている。コンデンサ２１とコンデンサ２１の間にはリードフレーム２５が配置されている。リードフレーム２５は、複数のコンデンサ２１の並列回路を形成するための配線として機能している。このリードフレーム２５としては、例えば、導電性の板状部材が用いられる。リードフレーム２５は同一列の複数のコンデンサ２１のそれぞれの電極に接続され、同一列の複数のコンデンサ２１を並列に接続している。
【００２０】
容器２４内の上側には、電極を縦向きとしてコンデンサ２１の列が左右に一列ずつ配置されている。上側のコンデンサ２１は、断面Ｌ型のリードフレーム２５を介して下側のコンデンサ２１と接続されている。上側のコンデンサ２１、２１の間にはコイル３が配置されている。コイル３の一端は、上側のコンデンサ２１の上方に配置されるリードフレーム２５と接続され、その他端は、出力フレーム２６に接続されている（図２参照）。コイル３と出力フレーム２６は、例えば、フレキシブルな配線材を用いて接続される。このように接続することにより、温度上昇時にコイル３の伸長が許容され、その接続状態を維持することができる。また、コイル３の伸長が許容できれば、その他の接続方法やコイル３又は出力フレーム２６のその他の設置方法を用いてもよい。
【００２１】
図４は、コイル３の構成概要及び可変インダクタンスの説明図である。図４（ａ）は低温収縮時のコイル３を示し、図４（ｂ）は高温伸長時のコイル３を示している。
【００２２】
図４（ａ）に示すように、低温時、すなわちコイル３が伸長していないときには、螺旋中心方向に収縮しており、隣り合う巻線３１同士が接触して円柱状を呈している。このため、コイル３は、螺旋状や巻線状でなくブロック状となっており、そのインダクタンスは減少した状態となる。このときのコイル３のインダクタンスの値はゼロ又はほぼゼロとなっている。
【００２３】
図４（ｂ）に示すように、高温時には、コイル３が螺旋中心方向に向けて伸長しており、隣り合う巻線３１同士が離間することにより、コイル３が螺旋状又は巻線状となる。このため、コイル３のインダクタンスが発生し又は増加した状態となる。その際、巻線３１同士の全てが必ずしも離間していなくても、所望のインダクタンスを得られれば、一部の巻線３１、３１が離間するものであってもよい。
【００２４】
コイル３の伸長させる手段としては、例えばコイル３自体の熱膨張により伸長させればよい。この場合、コイル３として、例えば、銅などの熱膨張係数又は熱膨張率の高い金属により形成することにより、コイル３を螺旋中心方向に伸長させることができる。また、コイル３の伸長させる他の手段として、コイル３内に棒状の熱膨張部材４を挿入し、熱膨張部材４をコイル３に取り付けておいてもよい。この場合、高温時に熱膨張部材４が長手方向に伸長し、それに応じてコイル３も螺旋中心に沿って伸長してインダクタンスを増加させることができる。その際、コイル３の両端部を熱膨張部材４に取り付けておくことで、熱膨張部材４の伸長に応じてコイル３も伸長することとなる。熱膨張部材４としては、コイル３より熱膨張係数又は熱膨張率の高い材料により形成されるものが用いられる。熱膨張部材４として、アルミニウムなどの導電性材料を用いる場合には、熱膨張部材４の周囲を絶縁被覆したものを用いてもよい。なお、コイル３の伸長させる手段及び手法としては、上述したものに限られるものではなく、他の手法又は他の部材を用いて行ってもよい。
【００２５】
次に、本実施形態に係るコンデンサモジュール１の動作について説明する。
【００２６】
ここでは、コンデンサモジュール１が非接触給電システムの給電側の共鳴用コンデンサとして用いられる場合の動作について説明する。図１において、非接触給電システムでは、給電側のコンデンサモジュール１及び共鳴コイル（図示なし）を備えた発振回路により共鳴周波数となる発振が行われ、その共鳴周波数に応じた電磁波が給電側から発せられる。受電側では、給電側から発せられる電磁波を受電する。すなわち、受電側に設置される共鳴コンデンサ及び共鳴コイルが伝送されてくる電磁波と共鳴し、共鳴周波数の電力として受電することとなる。
【００２７】
このとき、給電側のコンデンサモジュール１のコンデンサ２１は、給電動作が継続して行われることにより自己ＥＳＲ（Equivalent Series Resistance：等価直列抵抗）によって発熱し、高温状態となる。これにより、コンデンサ２１の温度特性によりコンデンサ容量が小さくなってしまう。この状態で非接触給電を継続すると、給電側の共鳴周波数が受電側の共鳴周波数と比べて大きくなり、この共鳴周波数のずれ又は変動により電力伝送効率が低下することとなる。
【００２８】
これに対し、本実施形態に係るコンデンサモジュール１では、高温状態となってコンデンサ２１のコンデンサ容量が小さくなったときに、コンデンサモジュール１のコイル３が螺旋中心に沿って伸長し巻線状となることで、インダクタンスが発生し、またそのインダクタンスが増加する。このコイル３のインダクタンスの発生又は増加により、給電側と受電側の共鳴周波数がずれたり変動したりすることが抑制される。これにより、非接触給電システムにおける電力伝送効率が低下することが抑制される。
【００２９】
以上のように、本実施形態に係るコンデンサモジュール１によれば、温度上昇によってコイル３のインダクタンスが増加することにより、温度上昇によって容量部２のコンデンサ２１のキャパシタが減少しても共鳴周波数の変動が抑制される。従って、温度変化による非接触給電の電力の伝送効率が低下することを抑制することができる。
【００３０】
また、コンデンサ２１として、温度補償のないものや温度補償性能の低いものを用いても、コイル３のインダクタンス増加によりコンデンサ２１の温度補償を行えるので、低コストで共鳴周波数の変動を抑制して伝送効率の低下を抑制することができる。
【００３１】
なお、上述した実施形態は本発明に係るコンデンサモジュールの一実施形態を説明したものであり、本発明に係るコンデンサモジュールは本実施形態に記載したものに限定されるものではない。本発明に係るコンデンサモジュールは、特許請求の範囲に記載した要旨を変更しないように、実施形態に係るコンデンサモジュールを変形し、又は他のものに適用したものであってもよい。
【符号の説明】
【００３２】
１…コンデンサモジュール、２…容量部、３…コイル、４…熱膨張部材、２１…コンデンサ、２４…容器、２５…リードフレーム、３１…巻線。
【図１】
2015138942.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2015138942.tif 000006