(57)【要約】【課題】非接触充電装置において、コイル近傍に配置される金属物質への誘起電圧と、浮遊容量に流れる漏洩電流による放射ノイズを低減する。【解決手段】１次側コイル１８の近傍に配置される１次側電界シールド１４を１次側接続手段１５で１次側整流回路の出力端を接続し、２次側コイル１９の近傍に配置される２次側電界シールド２０を２次側接続手段２６で２次側整流回路２２の出力端と接続することにより、金属物質への誘起電圧を抑制でき、感電などの事故を未然に防止でき安全性が向上するだけでなく、１次および２次コイルと金属物質間の浮遊容量に流れる漏洩電流を低減し、放射ノイズを抑制することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
受電装置へと非接触で電力を供給する給電装置であって、前記給電装置は、商用電源から高周波交流電流を発生させる電力変換回路と、入力された前記高周波交流電流により磁束を発生する一次コイルと、前記一次コイルの近傍に配置される導電体と、前記導電体を電力変換回路に接続する１次側接続手段とを備えた非接触充電装置。
【請求項２】
商用電源を整流する１次側整流回路を備え、前記１次側整流回路の出力端に１次側接続手段を接続した請求項１に記載の非接触充電装置。
【請求項３】
前記１次側接続手段により前記導電体が接地されていることを特徴とした請求項１に記載の非接触充電装置。
【請求項４】
給電装置側から非接触で電力供給を受ける受電装置であって、前記受電装置は、前記給電装置側の一次コイルで発生した磁束に応じて起電力を発生する二次コイルと、前記２次コイルから入力された電力を整流してバッテリーに出力する２次側整流回路と、前記２次コイルの近傍に配置される導電体と、前記導電体を前記２次側整流回路に接続する２次側接続手段とを備えた非接触充電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば電気自動車やプラグインハイブリッド車のような電気推進車両等の充電に用いられる非接触充電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１２は、従来の非接触充電装置１０６の構成を示す模式図である。図１２において、地上側の電源１０９の電源盤に接続された非接触給電装置（１次側）Ｆが、電気推進車両に搭載された受電装置（２次側）Ｇに対し、給電時において、物理的接続なしに空隙空間であるエアギャップを介して対峙するよう配置される。このような配置状態で、給電装置Ｆに備わる１次コイル１０７に交流電流が与えられ磁束が形成されると、受電装置Ｇに備わる２次コイル１０８に誘導起電力が生じ、これによって、１次コイル１０７から２次コイル１０８へと電力が非接触で伝達される。
【０００３】
受電装置Ｇは、例えば車載バッテリー１１０に接続され、上述したようにして伝達された電力が車載バッテリー１１０に充電される。この車載バッテリー１１０に蓄積された電力により車載のモータ１１１が駆動される。なお、非接触給電処理の間、給電装置Ｆと受電装置Ｇとの間では、例えば無線通信装置１１２により必要な情報交換が行われる。
【０００４】
図１３は、給電装置Ｆ及び受電装置Ｇの内部構造を示す模式図である。特に、図１３（ａ）は、給電装置Ｆを上方から、また、受電装置Ｇを下方から見たときの内部構造を示す模式図である。図１３（ｂ）は、給電装置Ｆ及び受電装置Ｇを側方から見たときの内部構造を示す模式図である。
【０００５】
図１３において、給電装置Ｆは、１次コイル１０７、１次磁心コア１１３、背板１１５、及びカバー１１６等を備える。受電装置Ｇは、簡単に述べると、給電装置Ｆと対称的な構造を有しており、２次コイル１０８、２次磁心コア１１４、背板１１５、カバー１１６等を備え、１次コイル１０７と１次磁心コア１１３の表面、および２次コイル１０８と２次磁心コア１１４の表面は、それぞれ、発泡材１１８が混入されたモールド樹脂１１７にて被覆固定されている。
【０００６】
すなわち、給電装置Ｆ，受電装置Ｇ共に、背板１１５とカバー１１６間にモールド樹脂１１７が充填され、内部の１次コイル１０７、２次コイル１０８、更には１次磁心コア１１３、２次磁心コア１１４の表面が、被覆固定されている。モールド樹脂１１７は、例えばシリコン樹脂製よりなり、このように内部を固めることにより、１次，２次コイル１０７，１０８を位置決め固定し、その機械的強度を確保すると共に、放熱機能も発揮する。すなわち、１次，２次コイル１０７，１０８は、励磁電流が流れジュール熱により発熱するが、モールド樹脂１１７の熱伝導により放熱され、冷却される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−８７７３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
給電装置Ｆは車両下方に配置されるため、車両を駐車する際に給電装置Ｆに乗り上げる可能性がある。このような加重に耐えるため背板１１５は金属物で構成されることが望ましいが、金属製の背板１１５を１次コイル近傍に配置すると誘起電圧が発生し感電の危険が生じる。また、給電装置Ｆは屋外に設置されるためカバー１１６の外側に金属物質が接近する可能性もあるが、１次コイル近傍では感電する危険が生じる。また、１次コイル近傍に金属物質が配置されると１次コイルと金属物質間の浮遊容量に流れる漏洩電流が増大する。
【０００９】
特に、給電装置Ｆは図１２に示すように、大地上に接触するように設置された場合、１次コイルと大地間の浮遊容量に流れる漏洩電流２９が大きくなり、感電だけでなくノイズが増大するなどの課題もある。また、漏電遮断機が誤動作するなど動作も不安定となる。仮に、大地上に設置されない場合でも金属製背板２７への漏洩電流による感電対策として商用電源６のアースラインと金属製背板２７とを接続する場合、前述した問題と同様に漏洩電流がアースラインに流れることによってノイズが増大するといった問題がある。
【００１０】
また、受電装置Ｇにおいても走行中の振動に耐えるため、背板および背板と車体の接続部は金属製が望ましいが同様に感電の危険が生じるといった課題がある。また２次コイル近傍に金属物質が配置されると図１２に示すように２次コイルと金属物質間の浮遊容量に流れる漏洩電流３０が増大するなど、感電だけでなく、ノイズが増大するなどの課題もある。
【００１１】
それゆえに、本発明は、１次および２次コイルの近傍に配置される金属物質への誘起電圧だけでなく、漏洩電流も抑制可能な非接触充電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】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明は、受電装置へと非接触で電力を供給する給電装置であって、前記給電装置は、商用電源から高周波交流電流を発生させる電力変換回路と、入力された前記高周波交流電流により磁束を発生する一次コイルと、前記一次コイルの近傍に配置される電界シールドと、前記電界シールドを電力変換回路に接続する接続手段とを備えている。
【００１３】
また、本発明の別の態様は、給電装置側から非接触で電力供給を受ける受電装置であって、前記受電装置は、前記給電装置側の一次コイルで発生した磁束に応じて起電力を発生する二次コイルと、前記２次コイルから入力された電力を整流してバッテリーに出力する２次側整流回路と、前記２次コイルの近傍に配置される電界シールドと、前記電界シールドを前記２次側整流回路に接続する接続手段とを備えている。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、非接触充電装置の給電装置や受電装置は、それぞれ電界シールドと接続手段により電力変換回路または整流回路の安定電位に接続されることにより、１次および２次コイル近傍に配置される金属物質への誘起電圧を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る電力制御装置を備えた非接触充電装置のブロック図
【図２】図１の非接触充電装置の外観図（車両側方からみた図）
【図３】図１の非接触充電装置の外観図（車両後方からみた図）
【図４】図１の地上コイルユニットの側面断面図で、１次側電界シールド１４を、１次側コイル１８を覆うように配置した状態を示す図
【図５】同地上コイルユニットの側面断面図で、１次側電界シールド１４を１次側コイル１８と金属製背板２７との間に配置した状態を示す図
【図６】同地上コイルユニットの側面断面図で、１次側電界シールド１４を１次側コイル１８と金属製背板２７との間および１次側コイル１８側面に配置した状態を示す図
【図７】同地上コイルユニットの側面断面図で、１次側電界シールド１４を１次側コイル１８とカバー２８との間に配置した状態を示す図
【図８】１次側電界シールド１４を１次側コイル１８とカバーとの間および１次側コイル１８側面に配置した状態を示す図
【図９】（ａ）は図１の１次側電界シールド１４（２０）の上面図（ｂ）は１次側電解シールド１４（２０）の他の形態を示す上面図
【図１０】図１のコイル１８（１９）と電界シールド１４（２０）の上面図
【図１１】図４の漏洩電流の流れ方を示す図
【図１２】従来の非接触充電装置の構成を示す模式図
【図１３】図１２の給電装置（受電装置）に対峙して配置される受電装置（給電装置）の内部構造を示す模式図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の一態様は、受電装置へと非接触で電力を供給する給電装置であって、前記給電装置は、商用電源から高周波交流電流を発生させる電力変換回路と、入力された前記高周波交流電流により磁束を発生する一次コイルと、前記一次コイルの近傍に配置される電界シールドと、前記電界シールドを電力変換回路に接続する接続手段とを備えている。
【００１７】
また、本発明の別の一態様は、給電装置側から非接触で電力供給を受ける受電装置であって、前記受電装置は、前記給電装置側の一次コイルで発生した磁束に応じて起電力を発生する二次コイルと、前記２次コイルから入力された電力を整流してバッテリーに出力する２次側整流回路と、前記２次コイルの近傍に配置される電界シールドと、前記電界シールドを前記２次側整流回路に接続する接続手段とを備えている。
【００１８】
このような構成によれば、電力伝送中に１次および２次コイルに高周波交流電流が流れ各コイルに高電圧が発生しても、１次および２次コイルの近傍に配置された金属物質への誘起電圧を抑制でき、感電などの事故を未然に防止でき安全性が向上する。
【００１９】
また、１次および２次コイルと金属物質間の浮遊容量に流れる漏洩電流を低減し、放射ノイズを抑制することができる。
【００２０】
電界シールドは抵抗率の低い物質、例えば非磁性ステンレス、アルミ、銅などを用いることが望ましい。抵抗率が低い物質を用いることで、送電コイルから発生する磁束と電界シールドが磁気結合して誘導加熱されても発熱量が少なく安全性の高い電解シールドとすることができる。また誘導加熱されないように誘導電流が流れるループをカットする形状とすることで、電界シールド自体の温度上昇を防止することができる。
【００２１】
さらに、電界シールドは、１次および２次コイルに流れる高周波電流の周波数と上記材質で決まる誘導電流の浸透深さと同等以下の厚みとすることで、誘導加熱による温度上昇を防止することができる。
【００２２】
また、接続手段は所定のインピーダンスを介して電力変換回路または２次側整流回路に接続される。このインピーダンスは電界シールドと回路を接続するラインのインピーダンスであり、非常に小さいため電界シールド自体が接続された電力変換回路または２次側整流回路の安定電位とすることができる。
【００２３】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２４】
図１は、本発明に係る非接触充電装置のブロック図である。また、図２及び図３は車両が駐車スペースに設置された状態の外観図である。図１、図２及び図３に示されるように、非接触充電装置は、例えば駐車スペースに設置される給電装置２と、例えば電気推進車両に搭載される受電装置４とで構成される。
【００２５】
給電装置２は、商用電源６に接続される１次側整流回路８と、インバータ部１０と、制御部（例えば、マイコン）１６とを備えた電力変換回路１７と、１次側コイル１８と１次側電界シールド１４とを備えたコイルユニット１２と、１次側電界シールド１４と１次側整流回路の出力端を接続する接続手段２５とを備えている。
【００２６】
一方、受電装置４は、２次側コイル１９と、２次側電界シールド２０とを備えたコイルユニット２１と、２次側整流回路２２と、負荷（バッテリー）２３と、制御部（例えば、マイコン）２４と、２次側電界シールド２０と２次側整流回路２２とを接続する２次側接続手段２６とを備えている。
【００２７】
給電装置２において、商用電源６は、低周波交流電源である２００Ｖ商用電源であり、１次側整流回路８の入力端に接続され、１次側整流回路８の出力端はインバータ部１０の入力端に接続され、インバータ部１０の出力端はコイルユニット１２に接続されている。一方、受電装置４においては、コイルユニット２１の出力端は２次側整流回路２２の入力端に接続され、２次側整流回路２２の出力端はバッテリー２３に接続されている。また、１次側電界シールド１４は１次側整流回路８の出力端（高電位側または低電位側のいずれか一方）に接続手段２５で接続している。
【００２８】
また、コイルユニット１２は地上に敷設され、電力変換回路１７は、例えばコイルユニット１２から所定距離だけ離隔した位置に立設される。一方、コイルユニット２１は、例えば車体底部（例えば、シャーシ）に取り付けられる。
【００２９】
制御部１６は制御部２４と無線通信を行い、制御部２４は、検知したバッテリー２３の残電圧に応じて電力指令値を決定し、決定した電力指令値を制御部１６に送信する。制御部１６は、コイルユニット１２で検知した給電電力と、受信した電力指令値とを比較し、電力指令値が得られるようにインバータ部１０を駆動する。
【００３０】
給電中、制御部２４は受電電力を検知し、バッテリー２３に過電流や過電圧がかからないように、制御部１６への電力指令値を変更する。
【００３１】
図２に示されるように、給電装置２から受電装置４に給電するに際し、コイルユニット２１は、車両を適宜移動させることでコイルユニット１２に対向して配置され、制御部１６がインバータ部１０を駆動制御することで、コイルユニット１２とコイルユニット２１との間に高周波の電磁場が形成される。受電装置４は、高周波の電磁場より電力を取り出し、取り出した電力でバッテリー２３を充電する。
【００３２】
図４にコイルユニット１２の側面の断面図を示す。
【００３３】
図４に示されるように１次側コイル１８と、金属製の背板２７と、コイルユニット１２の上部および側面を覆うカバー２８と、を備える。図４では１次側電界シールド１４は１次側コイル１８を覆うように配置される。このように高周波高電圧を発生する１次側コイル１８の外部を接続手段２５で１次側整流回路８の出力端に接続されて安定電位となっている１次側電界シールド１４で覆うことで、１次側コイル１８の近傍に金属物質があっても誘起電圧を抑制することが可能となり、安全性を向上することができる。
【００３４】
また、図５に示されるように地上コイルユニット周囲に金属物質が挿入する可能性が低い場合、１次側コイル１８と金属製背板２７との間にのみ１次側電界シールド１４を配置しても良い。
【００３５】
さらに、図６に示されるようにコイルユニット１２上部には金属物質が挿入される可能性は低いが、側面近傍に金属物質が挿入される可能性がある場合は１次側コイル１８の側面と、１次側コイル１８と金属製背板２７との間にのみ１次側電界シールド１４を配置しても良い。
【００３６】
図４〜図６に示されるように１次側コイル１８と背板２７間に１次側電界シールド１４を配置することで、コイルユニット１２を図２に示すように屋外の大地（大地上に設置されたコンクリートやアスファルトも同様）に設置した場合、金属製背板２７は大地（アース）電位となるが、１次側コイル１８と大地間の浮遊容量に流れる漏洩電流ｉ０は図１１のように減少し、発生するノイズを抑制することが可能となる。からまた漏電遮断機の誤動作も抑制できる。
【００３７】
図７および図８に示されるように背板２７の強度が問題なければ、地上コイルユニット周囲に金属物質が挿入される可能性がある方向のみ１次側電界シールド１４を配置しても良い。
【００３８】
以上のように、１次側電界シールド１４を配置することにより、安全性を向上するだけでなく、１次または２側次コイルと金属物質間の浮遊容量に流れる漏洩電流を低減し、放射ノイズを抑制することができる。
【００３９】
コイルユニット２１の２次側電界シールド２０においても同様であるが、１次側電界シールド１４と２次側電界シールド２０の形状が異なっても何ら問題ない。
【００４０】
１次側コイル１８および２次側コイル１９に流れる高周波電流によって、近傍に配置される金属製の電界シールドが誘導加熱されないような形状としている。電界シールドの上部概観図を図９に示す。１次側コイル１８および２次側コイル１９と対向するように配置される電界シールドが、図９（ａ）に示される形状の場合、図中の誘導電流が流れ誘導加熱されてしまう。
【００４１】
そのため、図９（ｂ）に示されるように誘導電流の流れる経路をカットした形状としている。図９（ｂ）に示される形状からさらにカット数を増やしても良い。
【００４２】
また、１次および２次コイルの内周部よりも内側、およびコイルの外周部より外側は磁束量が多く特に誘導加熱されやすいため、図１１のような形状の場合には、電界シールドの内径をコイルの内径以上、電界シールドの外形をコイルの外形以下となるようにしている。図１０に形状を示す。図１０に示されるような形状とすることで電界シールドの温度上昇を抑制することができる。
【００４３】
さらに、１次側または２次側いずれか一方にのみ電界シールドを配置しても良い。
【００４４】
なお、上記様々な実施形態のうちの任意の実施形態を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
以上のように、本発明に係る非接触充電装置の給電装置及び受電装置では、給電装置から受電装置への給電中にコイル近傍に配置される金属物質への誘起電圧を抑制可能となり、感電事故を防止することができる。またコイルと金属物質間の浮遊容量に流れる漏洩電流を抑制することが可能となり、放射ノイズを低減することが可能となる。
【００４６】
以上のような構成とすることにより、安全性向上と低ノイズ化が実現できるようになり、電気推進車両の受電装置への給電等に有用である。
【符号の説明】
【００４７】
２    給電装置
４    受電装置
６    商用電源
８    １次側整流回路
１０  インバータ部
１２  コイルユニット
１４  １次側電界シールド
１６  制御部
１７  電力変換回路
１８  １次側コイル
２０  ２次側電界シールド
２１  車両側コイルユニット
２２  ２次側整流回路
２３  バッテリー
２４  受電装置側制御部
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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