(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
非接触で送電装置から電力を受電する受電部を有する受電装置であって、
前記受電部は、第１ノードと、第２ノードと、前記第１ノードおよび前記第２ノードの間に順次直列に接続された第１コンデンサと、第１コイルと、第２コンデンサと、第２コイルと、第３コンデンサとを備える、受電装置。
【請求項２】
前記第２コンデンサの容量は、前記第１コンデンサおよび前記第３コンデンサの容量よりも小さい、請求項１に記載の受電装置。
【請求項３】
前記第１コイルのインダクタンスと、前記第２コイルのインダクタンスとは一致または実質的に一致する、請求項２に記載の受電装置。
【請求項４】
非接触で受電装置に電力を送電する送電部を有する送電装置であって、
前記送電部は、第３ノードと、第４ノードと、前記第３ノードおよび前記第４ノードの間に順次直列に接続された第４コンデンサと、第３コイルと、第５コンデンサと、第４コイルと、第６コンデンサとを含む、送電装置。
【請求項５】
前記第４コンデンサの容量と、前記第６コンデンサの容量とは、実質的に一致し、前記第５コンデンサの容量は、前記第４コンデンサの容量よりも小さい、請求項４に記載の送電装置。
【請求項６】
前記第３コイルのインダクタンスと、前記第４コイルのインダクタンスは、一致または実質的に一致する、請求項５に記載の送電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、受電装置および送電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から非接触で送電装置から受電装置に電力を送電する電力送電システムについて各種提案されている。
【０００３】
受電装置は、共振回路を含む受電部と、この受電部を収容する筐体とを含み、共振回路は、受電コイルおよび受電コンデンサを含む。送電装置は、共振回路を含む送電部と、この送電部を収容する筐体を含み、共振回路は、送電コイルおよび送電コンデンサを含む。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【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２０１３−８０７８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
受電部および送電部の共振回路は、１つのコイルと、このコイルに接続された１つのコンデンサとによって構成されていることが一般的である。
【０００６】
この直列ＬＣ共振回路に交流電流を流すと、コンデンサの電圧およびコイルの電圧は、交流電流の周波数に応じて変動する。この際、コンデンサの電圧位相とコイルの電圧位相とは、反転した状態になる。たとえば、コンデンサにおいて電圧降下するときには、コイルにおいて電圧上昇し、コンデンサにおいて電圧上昇する際にはコイルにおいて電圧降下する。この結果、電力伝送中において、コイルおよびコンデンサの接続部位の電圧の絶対値は、共振回路の他の部分の電圧の絶対値よりも高い状態になる。
【０００７】
このように、コイルとコンデンサとの接続部位の電圧の絶対値が高くなるので、共振回路の全体の平均電圧の絶対値も高くなる。
【０００８】
このため、受電部および送電部の共振回路の周囲に筐体などの部材が配置されていると、共振回路と筐体との間の電位差が大きくなり、特に、コンデンサおよびコイルの接続部位と筐体との間の電位差が大きくなる。
【０００９】
本発明の第１の目的は、上記のような課題に鑑みてなされたものであって、受電装置の共振回路において、電圧の絶対値が大きくなる部位が生じることが抑制された受電装置を提供することである。本発明の第２の目的は、送電装置において、電圧の絶対値が大きくなる部位が生じることが抑制された送電装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る受電装置は、非接触で送電装置から電力を受電する受電部を有する受電装置である。上記受電部は、第１ノードと、第２ノードと、第１ノードおよび第２ノードの間に順次直列に接続された第１コンデンサと、第１コイルと、第２コンデンサと、第２コイルと、第３コンデンサとを備える。
【００１１】
上記の受電装置によれば、第１コンデンサ、第２コンデンサおよび第３コンデンサの電圧位相と、第１コイルおよび第２コイルの電圧位相とは反転した状態である。このため、たとえば、第１コイルおよび第２コイルにおいて電圧上昇が生じるタイミングにおいては、第１コンデンサ、第２コンデンサおよび第３コンデンサにおいて電圧降下が生じる。
【００１２】
第１コイルと第２コイルを直列に接続したコイルと、第１コイルおよび第２コイルとを比較すると、各第１コイルおよび第２コイルで生じる電圧上昇値は、第１コイルおよび第２コイルを直列に接続したコイルの電圧上昇値よりも小さい。これにより、各第１コイルおよび第２コイル内で生じる電圧上昇量または電圧降下量を低減することができる。
【００１３】
そして、第１コイルの両端側に第１コンデンサおよび第２コンデンサを配置することで、第１コイルの電圧の絶対値が大きくなることを抑制することができ、第２コイルの両端側に第２コンデンサおよび第４コンデンサを配置することで、第２コイルの電圧の絶対値が大きくなることを抑制することができる。
【００１４】
その結果、第１コンデンサ、第１コイル、第２コンデンサ、第２コイルおよび第３コンデンサにおける電圧分布は、全体的に低くなる。
【００１５】
本発明に係る送電装置は、非接触で受電装置に電力を送電する送電部を有する送電装置である。上記送電部は、第３ノードと、第４ノードと、第３ノードおよび第４ノードの間に順次直列に接続された第４コンデンサと、第３コイルと、第５コンデンサと、第４コイルと、第６コンデンサとを含む。
【００１６】
上記の送電装置においては、第４コンデンサ、第３コイル、第５コンデンサ、第４コイルおよび第６コンデンサに生じる電圧分布を全体的に低く抑えることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る受電装置によれば、受電部において電圧分布を全体的に低く抑えることができる。本発明に係る送電装置によれば、送電部において電圧分布を全体的に低く抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】非接触充電システム１を模式的に示す模式図である。
【図２】非接触充電システム１を模式的に示す回路図である。
【図３】送電装置３の分解斜視図である。
【図４】送電部４０を示す回路図である。
【図５】受電装置５を示す分解斜視図である。
【図６】受電部９０を示す回路図である。
【図７】送電部４０に送電周波数の交流電流が供給された時に、コンデンサ１４、コイル１７、コンデンサ１５、コイル１８およびコンデンサ１６における電圧分布を示すグラフである。
【図８】電力を受電しているときにおける受電部９０内における電圧分布を示すグラフである。
【図９】比較例に係る送電部５０の回路図である。
【図１０】比較例に係る受電部６０の回路図である。
【図１１】送電部５０の電圧分布を示すグラフである。
【図１２】受電部６０の電圧分布を示すグラフである。
【図１３】本実施の形態に係る送電部１４０の変形例を示す模式図である。
【図１４】図１３に示す送電部１４０において、送電部１４０の電圧分布の瞬時値を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１は、非接触充電システム１を模式的に示す模式図であり、図２は、非接触充電システム１を模式的に示す回路図である。図１および図２に示すように、非接触充電システム１は、車両２に搭載された受電ユニット４と、受電ユニット４に非接触で電力を送電する送電装置３とを備える。
【００２０】
受電ユニット４は、受電装置５と、受電装置５に接続されると共に受電装置５から供給される交流電力を直流電力に変換してバッテリ７に供給する整流器６と、整流器６に接続されたバッテリ７とを含む。受電装置５は、受電部９０と、この受電部９０を収容するケース８０とを含む。バッテリ７は、図示しないコンバータに電力を供給する。コンバータは、インバータに電力を供給して、インバータは回転電機に電力を供給する。回転電機は、たとえば、車輪などを駆動する。
【００２１】
送電装置３は、送電部４０と、送電部４０に接続された周波数変換器１１と、周波数変換器１１および送電部４０を収容するケース２０とを含む。周波数変換器１１は電源１０に接続される。周波数変換器１１は、電源１０から供給される交流電流の周波数を調整する。
【００２２】
図２において、送電部４０および受電部９０は、いずれも、複数のコンデンサおよびコイルによって共振回路が形成されている。送電部４０の共振回路の共振周波数と、受電部９０の共振回路の共振周波数とは、一致、または、実質的に一致している。
【００２３】
なお、共振周波数が実質的に一致しているとは、各共振回路の共振周波数の差が数ｋＨｚ以内であることを意味する。共振周波数の差が上記の範囲内であれば、送電部４０および受電部９０の間で良好に電力伝送を実施することができるためである。
【００２４】
また、送電部４０の共振回路のＱ値は、１００以上であり、受電部９０の共振回路のＱ値も１００以上である。
【００２５】
上記のように、送電部４０および受電部９０の共振周波数およびＱ値を設定することで、送電部４０および受電部９０の間で高効率に電力送電および受電をすることができる。
【００２６】
図３は、送電装置３の分解斜視図である。この図３に示すように、送電装置３は、送電部４０と、この送電部４０を内部に収容するケース２０とを含む。
【００２７】
ケース２０は、地面などに配置される金属製のベース板２２と、ベース板２２の上面に設けられた金属製の仕切板２３と、蓋２４とを含む。
【００２８】
蓋２４は、樹脂製の樹脂蓋２５と、金属製の金属蓋２６とを含む。樹脂蓋２５がベース板２２の一部を覆うように配置されることで、送電部４０を収容する空間が形成される。また、金属蓋２６がベース板２２の上面を覆うように配置されることで、周波数変換器１１を収容する空間が形成される。
【００２９】
仕切板２３は、送電部４０が収容される空間と、周波数変換器１１が収容される空間を区画するようにベース板２２の上面に形成されている。
【００３０】
周波数変換器１１は、複数の高電圧素子２９を含み、金属蓋２６は、当該周波数変換器１１を保護すると共に各高電圧素子２９から発せられるノイズが周囲に伝播することを抑制する。
【００３１】
樹脂蓋２５は、樹脂によって形成されており、磁場や磁束の通過を許容する材料によって形成されている。
【００３２】
送電部４０は、フェライト２１と、このフェライト２１の上面に設けられたコイルユニット１２と、フェライト２１の下面側に配置されたコンデンサユニット１３とを含む。
【００３３】
フェライト２１は、複数の分割フェライトを環状に配置して形成された外周環状コア３６と、この外周環状コア３６の内周縁部に接触するように外周環状コア３６の上面に配置された中央フェライト３５とを含む。中央フェライト３５も複数の分割フェライトを間隔をあけて配置することで形成されており、中央フェライト３５は、外周環状コア３６の開口部を閉塞するように配置されている。
【００３４】
コイルユニット１２は、外周環状コア３６の上面上に配置されたコイル１７と、コイル１７の上面上に配置されたコイル１８とを含む。
【００３５】
コイル１７およびコイル１８は、巻軸Ｏ１の周囲を取り囲むようにコイル線を巻回することで形成されており、巻軸Ｏ１が上下方向に向くようにコイル１７およびコイル１８は配置されている。なお、コイル１７およびコイル１８として、平面渦巻きコイルが採用されている。
【００３６】
コイル１７の一方の端部には、周波数変換器１１に接続された配線３１が接続されている。コンデンサ１６には周波数変換器１１に接続された配線３３が接続されている。
【００３７】
コンデンサユニット１３は、コンデンサ１４と、コンデンサ１５と、コンデンサ１６とを含み、各コンデンサ１４，１５，１６は、フェライト２１の下面側に配置されている。
【００３８】
図４は、送電部４０を示す回路図である。この図４に示すように、送電部４０は、ノード２７およびノード２８と、ノード２７およびノード２８の間に順次直列になるように接続されたコンデンサ１４と、コイル１７と、コンデンサ１５と、コイル１８と、コンデンサ１６とを含む。
【００３９】
具体的には、コンデンサ１４の一方の電極は、ノード２７（配線３１）に接続され、コンデンサ１４の他方の電極は、コイル１７の一方の端部に接続されている。コイル１７の他方の端部は、コンデンサ１５の一方の電極に接続され、コンデンサ１５の他方の電極は、コイル１８の一方の端部に接続されている。コイル１８の他方の端部は、コンデンサ１６の一方の電極に接続されている。コンデンサ１６の他方の電極は、ノード２８（配線３３）に接続されている。
【００４０】
なお、ノード２７は、コンデンサ１４の一方の電極と周波数変換器１１とを接続する結線点であり、ノード２８は、コンデンサ１６の他方の電極と周波数変換器１１とを接続する結線点である。
【００４１】
図５は、受電装置５を示す分解斜視図である。この図５に示すように、受電装置５は、受電部９０と、この受電部９０を内部に収容するケース８０とを含む。
【００４２】
ケース８０は、車両のフロアパネル下に配置されるベース板８４と、このベース板８４を下方から覆うように配置される樹脂蓋８５とを含む。
【００４３】
ベース板８４は、たとえば、金属などから形成されており、シールドとして機能する。なお、ベース板８４と、フロアパネルとの間に別途、シールド板を配置する場合にはベース板８４を樹脂材料によって形成してもよい。
【００４４】
樹脂蓋８５は、磁場や磁束を透過可能な材料によって形成されており、たとえば、樹脂材料によって形成されている。樹脂蓋８５は、下方からベース板８４を覆うように設けられており、樹脂蓋８５をベース板８４に装着することで、受電部９０を収容する空間が内部に形成される。
【００４５】
受電部９０は、フェライト８１と、コンデンサユニット９と、コイルユニット８とを含む。フェライト８１は、環状に配置された複数の分割フェライトを含む外周環状フェライト８２と、この外周環状フェライト８２の下面に配置された中央フェライト８３とを含む。中央フェライト８３も、複数の分割フェライトを含み、外周環状フェライト８２の開口部を閉塞するように配置されている。
【００４６】
コイルユニット８は、外周環状フェライト８２の下面に配置されたコイル４４と、このコイル４４の下面に配置されたコイル４５とを含む。
【００４７】
コイル４４およびコイル４５は、巻軸Ｏ２の周囲を取り囲むようにコイル線を巻回して形成されており、コイル４４およびコイル４５は、巻軸Ｏ２が上下方向に延びるように配置されている。なお、コイル４４，４５は、平面渦巻きコイルが採用されている。
【００４８】
コンデンサユニット９は、コンデンサ４１と、コンデンサ４２と、コンデンサ４３とを含む。コイル４４の一方の端部には、整流器６に接続された配線８６が接続され、コンデンサ４３には、整流器６に接続された配線８８が接続されている。
【００４９】
図６は、受電部９０を示す回路図である。この図６に示すように、受電部９０は、ノード４６およびノード４７と、ノード４６およびノード４７の間に順次直列になるように接続されたコンデンサ４１とコイル４４とコンデンサ４２とコイル４５とコンデンサ４３とを含む。
【００５０】
図１を参照して、非接触充電システム１において、送電装置３から受電装置５に電力を非接触で電力を送電する際には、電源１０から周波数変換器１１に交流電流が供給される。周波数変換器１１は、周波数を調整して送電部４０に供給しており、送電部４０に供給される電流の送電周波数は、送電部４０の共振周波数である。
【００５１】
図７は、送電部４０に送電周波数の交流電流が供給された時に、コンデンサ１４、コイル１７、コンデンサ１５、コイル１８およびコンデンサ１６における電圧分布を示すグラフである。図７において、横軸は位置を示し、縦軸は電圧を示す。
【００５２】
送電部４０に供給される交流電流Ｉ１の一般式は下記式（１）のように示すことができ、送電部４０に印加される電圧Ｖ１は、下記式（２）で示すことができる。
Ｉ１＝Ｉ０１ｓｉｎωｔ・・・（１）
Ｖ１＝Ｉ０１×｜Ｚ｜ｓｉｎ（ωｔ＋θ）・・・（２）
ただし、θ、Ｚおよび｜Ｚ｜は、下記の通りである。
θ＝ｔａｎ−１[{ωＬ１７＋ωＬ１８−１／（ωＣ１４）−１／（ωＣ１５）−１／（ωＣ１６）}／Ｒ]
Ｚ＝Ｒ＋ｊ{ωＬ１７＋ωＬ１８−１／（ωＣ１４）−１／（ωＣ１５）−１／（ωＣ１６）}
｜Ｚ｜＝[Ｒ２＋{ωＬ１７＋ωＬ１８−１／（ωＣ１４）−１／（ωＣ１５）−１／（ωＣ１６）｝２]１/2
「Ｉ０１」は、交流電流Ｉ１の最大値、「ω」は、交流電流の角速度である。「Ｚ」は、送電部４０のインピーダンスである。「Ｌ１７」は、コイル１７のインダクタンスであり、「Ｌ１８」は、コイル１８のインダクタンスである。「Ｃ１４」は、コンデンサ１４の容量であり、「Ｃ１５」は、コンデンサ１５の容量である。「Ｃ１６」は、コンデンサ１６の容量である。「Ｒ」は、コイル１７，１８およびコンデンサ１４，１５，１６の等価直列抵抗（図示せず）である。
【００５３】
ここで、本実施の形態において、送電部４０に供給される電流の送電周波数は、送電部４０の共振周波数である。
【００５４】
このため、送電周波数（送電部４０の共振周波数）を送電周波数ｆ１とすると、その時の角速度は、ω１＝２πｆ１となる。
【００５５】
この際、回路のインピーダンスは最少値をとり、送電部４０においては、抵抗成分（Ｒ）は、無視できるほど小さいため、｜Ｚ｜は、０となる。
【００５６】
このため、上記式（２）は、下記のように示すことができる。
Ｖ＝Ｉ０１×｜Ｚ｜ｓｉｎ（ω１ｔ＋θ）＝０
すなわち、この送電部４０においては、送電部４０の両端電圧はいずれも、常に、０Ｖになる。
【００５７】
ここで、コンデンサ１４，１５，１６に送電周波数ｆ１の電流を流したときについて検討する。コンデンサ１４，１５，１６のノード２７側の電極の電位を０Ｖとすると、コンデンサ１４，１５，１６のノード２８側の電極の電圧Ｖ１４，Ｖ１５，Ｖ１６は、各々下記式（３）〜（５）によって示すことができる。
Ｖ１４＝[Ｉ０１ｓｉｎ（ω１ｔ−π／２）]／（ω１Ｃ１４）・・・（３）
Ｖ１５＝[Ｉ０１ｓｉｎ（ω１ｔ−π／２）]／（ω１Ｃ１５）・・・（４）
Ｖ１６＝[Ｉ０１ｓｉｎ（ω１ｔ−π／２）]／（ω１Ｃ１６）・・・（５）
また、コイル１７およびコイル１８に送電周波数ｆ１の電流を流したときについて検討する。コイル１７およびコイル１８において、ノード２７側の端部の電位を０Ｖとすると、コイル１７およびコイル１８のノード２８側の端部の電圧Ｖ１７，Ｖ１８は、下記式（６）、（７）によって示すことができる。
Ｖ１７＝ωＬ１７Ｉ０１ｓｉｎ（ω１ｔ＋π／２）・・・（６）
Ｖ１８＝ωＬ１８Ｉ０１ｓｉｎ（ω１ｔ＋π／２）・・・（７）
上記式（３）〜（７）から明らかなように、各コンデンサ１４，１５，１６の電圧位相と、コイル１７，１８の電位位相とは、πずれた状態になっている。
【００５８】
このため、たとえば、コンデンサ１４，１５，１６内で電圧上昇する際には、各コイル１７，１８内では電圧降下する。
【００５９】
図７に示すグラフは、送電部４０に送電周波数ｆ１の電流を供給したときにおける瞬時値を示すグラフであり、ｔ＝ｔ１とする。この図７に示すタイミングにおいては、コンデンサ１４，１５，１６において電圧降下が生じ、コイル１７，１８において電圧上昇が生じているタイミングを示す。
【００６０】
図７に示す例においては、コイル１７のインダクタンスＬ１７と、コイル１８のインダクタンスＬ１８とは、一致または実質的に一致するように設定されている。
Ｌ１７＝Ｌ１８・・・（８）
また、コンデンサ１４の容量Ｃ１４と、コンデンサ１６の容量Ｃ１６とは一致または実質的に一致するように形成されている。コンデンサ１５の容量Ｃ１５は、容量Ｃ１４，Ｃ１６よりも小さく、容量Ｃ１４，Ｃ１６の半分となるように設定されており、具体的には、下記式（９）の関係式を満たすように設定されている。
Ｃ１５＝Ｃ１４／２＝Ｃ１６／２・・・（９）
さらに、各容量Ｃ１４，Ｃ１５，Ｃ１６と、インダクタンスＬ１７，Ｌ１８との間には、下記式（１０）に示す関係式が成立するように設定されている。
２／ω１Ｃ１４＝１／ω１Ｃ１５＝２／ω１Ｃ１６＝ω１Ｌ１７＝ω１Ｌ１８・・・（１０）
上記式（９）および式（１０）に示されるように、各インダクタンスおよび各容量が設定されているので、たとえば、ノード４６において０Ｖであった電位は、コンデンサ１４とコイル１７との接合部位では、−Ａ１（Ｖ）まで低下する。コンデンサ１４によって電圧がＡ１下降する。
｜Ａ１｜＝｜[Ｉ０１ｓｉｎ（ω１ｔ１−π／２）]／（ω１Ｃ１４）｜
そして、コイル１７とコンデンサ１５との接続部位においては、Ａ１（Ｖ）まで上昇する。すなわち、コイル１７によって電圧が２Ａ１上昇する。
｜２Ａ１｜＝｜ωＬ１７Ｉ０１ｓｉｎ（ω１ｔ１＋π／２）｜・・・（１１）
そして、コンデンサ１５とコイル１８との間の接合部位の電位は、−Ａ１（Ｖ）まで低下する。すなわち、コンデンサ１５によって電圧が２Ａ１下降する。
｜２Ａ１｜＝｜[Ｉ０１ｓｉｎ（ω１ｔ１−π／２）]／（ω１Ｃ１５）｜
そして、コイル１８およびコンデンサ１６の接合部位は、Ａ１（Ｖ）まで上昇する。すなわち、コイル１８によって電圧が２Ａ１上昇する。
｜２Ａ１｜＝｜ωＬ１８Ｉ０１ｓｉｎ（ω１ｔ１＋π／２）｜・・・（１２）
そして、ノード４７は、０Ｖまで低下になる。すなわち、コンデンサ１６によって電圧がＡ１下降する。
｜Ａ１｜＝｜[Ｉ０１ｓｉｎ（ω１ｔ１−π／２）]／（ω１Ｃ１６）｜
図７に示すように、電力送電時において、送電部内の電圧分布は平均すると、０Ｖになる。このため、送電部４０の全体に亘って、低い電圧に抑えることができる。なお、ｔが変動しても、送電部４０内の平均電圧が０Ｖに維持される。
【００６１】
図８は、電力を受電しているときにおける受電部９０内における電圧分布を示すグラフである。送電部４０に送電周波数ｆ１の交流電流が供給されると、送電部４０の周囲に磁場が形成される。この磁場の周波数も送電周波数ｆ１となり、この磁場から電力を受電する受電部９０においても、周波数が送電周波数ｆ１の電流が流れる。
【００６２】
ここで、受電電流を受電電流Ｉ２とし、受電電圧を受電電圧Ｖ２とすると、受電電流Ｉ２および受電電圧Ｖ２の一般式は、下記の式（１３）および式（１４）で示すことができる。
Ｉ２＝Ｉ０２ｓｉｎωｔ・・・（１３）
Ｖ２＝Ｉ０２×｜Ｚ｜ｓｉｎ（ωｔ＋θ）・・・（１４）
ただし、θ、Ｚおよび｜Ｚ｜は、下記の通りである。
θ＝ｔａｎ−１[｛ωＬ４４＋ωＬ４５−１／（ωＣ４１）−１／（ωＣ４２）−１／（ωＣ４３）}／Ｒ］
Ｚ＝Ｒ＋ｊ{ωＬ４４＋ωＬ４５−１／（ωＣ４１）−１／（ωＣ４２）−１／（ωＣ４３）}
｜Ｚ｜＝[Ｒ２＋｛ωＬ４４＋ωＬ４５−１／（ωＣ４１）−１／（ωＣ４２）−１／（ωＣ４３）２]1/2
「Ｉ０２」は、受電電流Ｉ２の最大値、「ω」は、交流電流の角速度である。「Ｚ」は、受電部９０のインピーダンスである、「Ｌ４４」は、コイル４４のインダクタンスであり、「Ｌ４５」は、コイル４５のインダクタンスである。「Ｃ４１」は、コンデンサ４１の容量であり、「Ｃ４２」は、コンデンサ４２の容量である。「Ｃ４３」は、コンデンサ４３の容量である。「Ｒ」は、コイル４４，４５およびコンデンサ４１，４２，４３の等価直列抵抗である（図示せず）。
【００６３】
ここで、受電部９０の共振周波数と、送電部４０の共振周波数とが一致しているため、受電部９０に送電周波数ｆ１の電流が流れると、受電部９０のインピーダンスが最少となる。受電部９０においても、抵抗成分（Ｒ）は無視できるほど小さいため、受電部９０に送電周波数ｆ１の電流が流れると、受電部９０のノード４６およびノード４７の電圧は、０Ｖになる。
【００６４】
ここで、コンデンサ４１、４２、４３に送電周波数ｆ１の電流が流れたときについて検討する。コンデンサ４１、４２，４３において、ノード４６側の電極の電位を０Ｖとすると、コンデンサ４１、４２，４３のノード４７側の電極の電圧Ｖ４１，Ｖ４２、Ｖ４３は、各々下記式（１５）〜（１７）によって示すことができる。
Ｖ４１＝[Ｉ０２ｓｉｎ（ω１ｔ−π／２）]／（ω１Ｃ４１）・・・（１５）
Ｖ４２＝[Ｉ０２ｓｉｎ（ω１ｔ−π／２）]／（ω１Ｃ４２）・・・（１６）
Ｖ４３＝[Ｉ０２ｓｉｎ（ω１ｔ−π／２）]／（ω１Ｃ４３）・・・（１７）
また、コイル４４およびコイル４５に送電周波数ｆ１の電流が流れたときについて検討する。コイル４４およびコイル４５において、ノード４６側の端部の電位を０Ｖとすると、コイル４４およびコイル４５のノード４７側の端部の電圧Ｖ４４，Ｖ４５は、下記式（１８）、（１９）によって示すことができる。
Ｖ４４＝ωＬ４４Ｉ０２ｓｉｎ（ω１ｔ＋π／２）・・・（１８）
Ｖ４５＝ωＬ４５Ｉ０２ｓｉｎ（ω１ｔ＋π／２）・・・（１９）
上記式（１５）〜（１９）から明らかなように、各コンデンサ４１，４２，４３の電圧位相と、コイル４４，４５の電位位相とは、πずれた状態になっている。
【００６５】
このため、たとえば、コンデンサ４１，４２，４３内で電圧上昇する際には、各コイル４４，４５内では電圧降下する。
【００６６】
図８に示すグラフは、受電部９０に送電周波数ｆ１の電流が流れたときにおける瞬時値を示すグラフであり、ｔ＝ｔ２とする。そして、この図８に示すタイミングにおいては、コンデンサ４１，４２，４３において電圧降下が生じ、コイル４４，４５において電圧上昇が生じている。
【００６７】
図８に示す例においては、コイル４４のインダクタンスＬ４４と、コイル４５のインダクタンスＬ４５とは、一致または実質的に一致するように設定されている。
Ｌ４４＝Ｌ４５・・・（２０）
また、コンデンサ４１の容量Ｃ４１と、コンデンサ４２の容量Ｃ４３とは一致または実質的に一致するように形成されている。コンデンサ４２の容量Ｃ４２は、容量Ｃ４１，Ｃ４３よりも小さく、容量Ｃ４１，Ｃ４３の半分となるように設定されており、具体的には、下記式（２１）の関係式を満たすように設定されている。
Ｃ４２＝Ｃ４１／２＝Ｃ４３／２・・・（２１）
さらに、各容量Ｃ４１，Ｃ４３と、インダクタンスＬ４４，Ｌ４５との間には、下記式（２２）に示す関係式が成立するように設定されている。
２／ω１Ｃ４１＝１／ω１Ｃ４２＝２／ω１Ｃ４３＝ω１Ｌ４４＝ω１Ｌ４５・・・（２２）
上記式（２１）および式（２２）に示されるように、各インダクタンスおよび各容量が設定されているので、たとえば、ノード４６において０Ｖであった電位は、コンデンサ４１とコイル４４との接合部位では、−Ａ２（Ｖ）まで低下する。すなわち、コンデンサ４１において、電圧がＡ２下降する。
｜Ａ２｜＝｜[Ｉ０２ｓｉｎ（ω１ｔ２−π／２）]／（ω１Ｃ４１）｜
そして、コイル４４とコンデンサ４２との接続部位においては、Ａ２（Ｖ）まで上昇する。すなわち、コイル４４によって、電圧が２Ａ２上昇する。
｜２Ａ２｜＝｜ωＬ４４Ｉ０２ｓｉｎ（ω１ｔ２＋π／２）｜・・・（２３）
そして、コンデンサ４２とコイル４５との間の接合部位の電位は、−Ａ２（Ｖ）まで低下する。すなわち、コンデンサ４２によって電圧が２Ａ２下降する。
｜２Ａ２｜＝｜[Ｉ０２ｓｉｎ（ω１ｔ２−π／２）]／（ω１Ｃ４２）｜
そして、コイル４５およびコンデンサ４３の接合部位は、Ａ２（Ｖ）まで上昇する。すなわち、コイル４５によって電圧が２Ａ２上昇する。
｜２Ａ２｜＝｜ωＬ４５Ｉ０２ｓｉｎ（ω１ｔ２＋π／２）｜・・・（２４）
そして、ノード４７は、０Ｖまで低下になる。すなわち、コンデンサ４３によって電位がＡ２下降する。
｜Ａ２｜＝｜[Ｉ０２ｓｉｎ（ω１ｔ２−π／２）]／（ω１Ｃ４３）｜
図８に示すように、電力送電時において、受電部９０内の電圧分布は平均すると、０Ｖになる。このため、受電部９０の全体に亘って、低い電圧に抑えることができる。なお、ｔが変動したとしても、受電部９０内の平均電圧は０Ｖに維持される。
【００６８】
ここで、本実施の形態に係る受電部および送電部の作用および効果について、比較例としての送電部５０および受電部６０を用いて説明する。
【００６９】
図９は、比較例に係る送電部５０の回路図である。この図９に示すように、送電部５０は、ノード５１とノード５４との間に、互いに直列になるように接続されたコンデンサ５２およびコイル５３を含む。
【００７０】
なお、送電部５０の共振周波数と、図４に示す送電部４０の共振周波数とは、一致している。
【００７１】
このため、コンデンサ５２の容量をＣ５２とし、コイル５３のインダクタンスをＬ５３とすると、下記の式（２５）および式（２６）が成立する。
Ｌ５３＝Ｌ１７＋Ｌ１８・・・（２５）
１／Ｃ５２＝１／Ｃ１４＋１／Ｃ１５＋１／Ｃ１６・・・（２６）
そして、図１１において、送電部５０の共振周波数が送電周波数ｆ１に一致または実質的に一致しているため、送電部５０に送電周波数ｆ１の交流電流が流れると、送電部５０においてもインピーダンスが０となる。これにより、電力伝送中において、送電部５０の両端の電圧は、０Ｖになる。また、図１１に示すタイミングと、図４に示すタイミングは、同じであり、この図１１においても、ｔ＝ｔ１である。
【００７２】
そして、コンデンサ５２のノード５１側の電極の電圧が０Ｖであり、コンデンサ５２およびコイル５３の接続部位の電圧−Ｂ１は、下記式（２７）によって示すことができる。
−Ｂ１＝−｜[Ｉ０１ｓｉｎ（ω１ｔ１−π／２）]／（ω１Ｃ５２）｜・・・（２７）
そして、コイル５３においてＢ１だけ電圧上昇する。
Ｂ１＝｜ωＬ４４Ｉ０１ｓｉｎ（ω１ｔ１＋π／２）｜・・・（２８）
ここで、図７に示す、｜Ａ１｜と、図１１に示す｜Ｂ１｜とを比較する。
【００７３】
上記の式（１１）および式（１２）によれば、｜Ａ１｜は、下記のように示すことができる。
｜Ａ１｜＝｜ωＬ１７Ｉ０１ｓｉｎ（ω１ｔ１＋π／２）｜／２
｜Ａ１｜＝｜ωＬ１８Ｉ０１ｓｉｎ（ω１ｔ１＋π／２）｜／２
ここで、上記の式と、式（２６）および式（２７）と、によれば、下記の式（２９）のようになる。
｜Ｂ１｜＝２×｜Ａ１｜・・・（２９）
従いまして、本実施の形態に係る送電部４０によれば、比較例に係る送電部５０よりも電圧の絶対値の最大値を低くすることができる。さらに、図７および図１１からも明らかなように、本実施の形態に係る送電部４０によれば、比較例に係る送電部５０よりも平均電圧を低く抑えることができる。
【００７４】
これにより、たとえば、図３において、コイルユニット１２と、フェライト２１との間の電位差を低く抑えることができる。フェライト２１とコイルユニット１２の間の電位差を低く抑えることで、フェライト２１とコイルユニット１２との間に寄生容量が形成されたとしても、フェライト２１の電位が高くなることを抑制することができる。フェライト２１の電位が高くなることを抑制することができるので、フェライト２１とベース板２２との間の電位差が大きくなることを抑制することができる。これにより、コイルユニット１２と、ベース板２２との間の電位差も低く抑えることができる。
【００７５】
さらに、コイルユニット１２に生じる電圧の絶対値の最大値を低く抑えることができるので、コイルユニット１２と、コイルユニット１２の周囲に設けられたフェライト２１やベース板２２との間に生じる電位差も低く抑えることができる。
【００７６】
特に、図７に示すように、コンデンサ１５の容量Ｃ１５を他のコンデンサ１４，１６の容量Ｃ１４，Ｃ１６よりも小さくしているので、コンデンサ１５で生じる電圧降下（電圧上昇）は、コンデンサ１４，１６で生じる電圧降下（電圧上昇）よりも大きくなる。
【００７７】
これにより、コイル１７で大きく電圧上昇（電圧降下）したとしても、コンデンサ１５で大きく電圧降下（電圧上昇）させることで、送電部４０の平均電圧が大きくなることを抑制することができる。
【００７８】
さらに、コイル１７のインダクタンスＬ１７と、コイル１８のインダクタンスＬ１８とを一致または実質的に一致させることで、受電部９０に生じる電圧分布がコンデンサ１５を中心として、対称的に分布することになる。これにより、受電部９０の平均電圧を０に近づけることができる。
【００７９】
なお、インダクタンスＬ１７と、インダクタンスＬ１８とが実質的に一致するとは、インダクタンスＬ１７とインダクタンスＬ１８との差が、インダクタンスＬ１７の５％以下であることを意味する。インダクタンスの差が上記の範囲内であれば、送電部４０内の電圧分布の平均電圧は、０に近似した値になるためである。
【００８０】
図１０は、比較例に係る受電部６０の回路図である。この図１０に示すように、受電部６０は、ノード６１およびノード６４の間に互いに直列になるように接続されたコンデンサ６２およびコイル６３を含む。
【００８１】
この受電部６０の共振周波数と、受電部９０の共振周波数とは、いずれも、送電周波数ｆ１と一致または実質的に一致するように形成されている。
【００８２】
このため、コンデンサ６２の容量をＣ６２とし、コイル５３のインダクタンスをＬ５３とすると、下記の式（３０）および式（３１）が成立する。
Ｌ６３＝Ｌ４４＋Ｌ４５・・・（３０）
１／Ｃ６２＝１／Ｃ４１＋１／Ｃ４２＋１／Ｃ４３・・・（３１）
さらに、受電部６０においても、受電部６０の共振周波数が送電周波数ｆ１に一致しているため、受電部６０に送電周波数ｆ１の電流が流れることで、図１２に示すように、ノード６１およびノード６４の電位は、０Ｖになる。
【００８３】
そして、コンデンサ６２およびコイル６３の接続部位の電圧−Ｂ２は、下記式（３２）で示すことができる。なお、図１２に示すタイミングと、図８に示すタイミングは、同じであり、この図１２に示す例においては、ｔ＝ｔ２である。
−Ｂ２＝−｜[Ｉ０２ｓｉｎ（ω１ｔ２−π／２）]／（ω１Ｃ５２）｜・・・（３２）
そして、コイル６３において、Ｂ２だけ電圧上昇する。
Ｂ２＝｜ωＬ６４Ｉ０２ｓｉｎ（ω１ｔ２＋π／２）｜・・・（３３）
ここで、図８に示すグラフと図１２に示すグラフとを比較する。
【００８４】
上記の式（２３）および式（２４）によれば、｜Ａ２｜は、下記のように示すことができる。
｜Ａ２｜＝｜ωＬ４４Ｉ０２ｓｉｎ（ω１ｔ２＋π／２）｜／２
｜Ａ２｜＝｜ωＬ４５Ｉ０２ｓｉｎ（ω１ｔ２＋π／２）｜／２
ここで、上記の２式と、式（３０）によれば、｜Ｂ２｜と｜Ａ２｜との関係式は下記のように示すことができる。
｜Ｂ２｜＝２×｜Ａ２｜・・・（３４）
この式（３４）からも明らかなように、本実施の形態に係る受電部９０に生じる電圧の絶対値の最大値を、比較例に係る受電部６０の電圧の最大値の絶対値よりも低く抑えることができる。これにより、本実施の形態に係る受電部９０によれば、受電部９０の周囲に配置される各種の部材と、受電部９０との間に生じる電位差を小さく抑えることができる。
【００８５】
さらに、図８および図１２からも明らかなように、受電部９０の全体の平均電位を比較例の受電部６０の全体の平均電位よりも低く抑えることができる。
【００８６】
特に、コンデンサ４２の容量Ｃ４２は、コンデンサ４１，４３の容量Ｃ４１，Ｃ４３よりも小さくなるように設定されているため、コンデンサ４２で生じる電圧降下（電圧上昇）は、コンデンサ４１，４３で生じる電圧降下（電圧上昇）よりも大きい。
【００８７】
これにより、コイル４４において、大きく電圧上昇したとしても、コンデンサ４２において、大きく電圧降下させることができ、受電部９０全体における平均電圧が大きくなることを抑制することができる。
【００８８】
さらに、コイル４４のインダクタンスＬ４４と、コイル４５のインダクタンスＬ４５とは、一致または実質的に一致するように形成されているので、受電部９０内の電圧分布がコンデンサ４２を中心として対称的に分布することになる。これにより、受電部９０全体の平均電圧を０に近づけることができる。
【００８９】
上記の図７に示す送電部４０においては、上記式（８）に示すように、コイル１７およびコイル１８のインダクタンスが互いに一致または実質的に一致するように形成しているが、当該構成は必須の構成ではない。
【００９０】
さらに、上記式（９）に示すように、各コンデンサの容量が設定されているが、当該構成は、必須の構成ではない。
【００９１】
図１３は、本実施の形態に係る送電部４０の変形例を示す模式図である。この図１３に示す例においては、ノード２７およびノード２８の間で、コンデンサ１１４、コイル１１７、コンデンサ１１５、コイル１１８およびコンデンサ１１６が互いに直列になるように接続されている。
【００９２】
ここで、コイル１１７のインダクタンスをＬ１１７とし、コイル１１８のインダクタンスをＬ１１８とする。
【００９３】
そして、Ｌ１１７＞Ｌ１７＝Ｌ１８＞Ｌ１１８となるように設定されている。
図１４は、図１３に示す送電部１４０において、送電部１４０の電圧分布の瞬時値（ｔ＝ｔ１）を示すグラフである。このように構成された送電部１４０においては、コンデンサ１１４において電圧が降下し、そして、コイル１１７において、電圧が上昇する。そして、コンデンサ１１５において電圧が降下し、コイル１１８において電圧が上昇する。そして、コンデンサ１１６において、電圧が降下する。
【００９４】
ここで、図１４に示す電圧分布と、図１１に示す電圧分布とを比較する。変形例のコイル１１７のインダクタンスＬ１１７は、比較例のコイル５３のインダクタンスＬ５３よりも小さい。
【００９５】
このため、コイル１１７で生じる電圧上昇量（Ａ３＋Ａ４）は、コイルコイル５３内で生じる電圧上昇量（Ｂ１）よりも少ない。
【００９６】
さらに、コイル１１７に接続されたコンデンサ１１４によって電圧降下が生じているため、コイル１１７の電圧が全体的に低くなっている。このため、｜Ａ３｜および｜Ａ４｜は、｜Ｂ１｜よりも遥かに小さく抑えられている。
【００９７】
同様にコイル１１８においても、コイル１１８内で電圧が上昇する一方で、コンデンサ１１５において電圧が下降しているため、図１４に示す電圧Ａ６の｜Ａ６｜は、｜Ｂ１｜よりも遥かに小さくなる。
【００９８】
このように、ノード２７およびノード２８の間で、コンデンサと、コイルと、コンデンサと、コイルと、コンデンサとを順次直列に接続することで、送電部に生じる電圧の絶対値の最大値を低くすることができると共に、送電部の平均電圧を低く抑えることができる。
【００９９】
なお、受電部においても、コイル４４のインダクタンスと、コイル４５のインダクタンスを一致させることや、コンデンサ４２の容量を、コンデンサ４１およびコンデンサ４３の容量よりも大きくすることは必須の構成ではない。
【０１００】
すなわち、受電部においても、ノード４６およびノード４７の間に、コンデンサ４１と、コイル４４と、コンデンサ４２と、コイル４５と、コンデンサ４３とを順次直列になるように接続することで、１つのコイルおよび１つのコンデンサを互いに直列に接続した場合よりも、平均電圧および電圧の最大値の絶対値を小さく抑えることができる。
【０１０１】
以上、本発明に基づいた各実施の形態および各実施例について説明したが、今回開示された事項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。
【産業上の利用可能性】
【０１０２】
本発明は、受電装置および送電装置に適用することができる。
【符号の説明】
【０１０３】
１  非接触充電システム、２  車両、３  送電装置、４  受電ユニット、５  受電装置、６  整流器、７  バッテリ、８，１２  コイルユニット、９，１３  コンデンサユニット、１０  電源、１１  周波数変換器、１４，１５，１６，４１，４２，４３，５２，６２，１１４，１１５，１１６  コンデンサ、１７，１８，４４，４５，５３，６３，１１７，１１８  コイル、２０，８０  ケース、２１，８１  フェライト、２２，８４  ベース板、２３  仕切板、２４  蓋、２５，８５  樹脂蓋、２６  金属蓋、２７，２８，４６，４７，５１，５４，６１，６４  ノード、２９  高電圧素子、３１，３３，８６，８８  配線、３５，８３  中央フェライト、３６  外周環状コア、４０，５０，１４０  送電部、６０，９０  受電部、８２  外周環状フェライト。
【図１】
0006580855.tif 000002
【図２】
0006580855.tif 000003
【図３】
0006580855.tif 000004
【図４】
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【図５】
0006580855.tif 000006
【図６】
0006580855.tif 000007
【図７】
0006580855.tif 000008
【図８】
0006580855.tif 000009
【図９】
0006580855.tif 000010
【図１０】
0006580855.tif 000011
【図１１】
0006580855.tif 000012
【図１２】
0006580855.tif 000013
【図１３】
0006580855.tif 000014
【図１４】
0006580855.tif 000015