(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
各々が複数のコンデンサを直列接続することにより構成される少なくとも３個の直列コンデンサが並列接続されたコンデンサアレイと、
前記コンデンサアレイと共振現象を生じることにより受電装置の受電コイルに非接触で送電する送電コイルとを備え、
前記複数の直列コンデンサは、第１の直列コンデンサと、前記第１の直列コンデンサよりも静電容量の大きい第２の直列コンデンサとを含み、
前記第２の直列コンデンサは、前記コンデンサアレイにおいて、前記第１の直列コンデンサよりも外側に配置される、非接触送電装置。
【請求項２】
各々が複数のコンデンサを直列接続することにより構成される少なくとも３個の直列コンデンサが並列接続されたコンデンサアレイと、
前記コンデンサアレイと共振現象を生じることにより送電装置の送電コイルから非接触で受電する受電コイルとを備え、
前記複数の直列コンデンサは、第１の直列コンデンサと、前記第１の直列コンデンサよりも静電容量の大きい第２の直列コンデンサとを含み、
前記第２の直列コンデンサは、前記コンデンサアレイにおいて、前記第１の直列コンデンサよりも外側に配置される、非接触受電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、非接触送電装置及び非接触受電装置に関し、特に、複数のコンデンサを有する非接触送電装置及び非接触受電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
送電装置から受電装置に非接触で電力伝送を行う非接触電力伝送システムが知られている（特許文献１〜６参照）。非接触電力伝送システムにおいては、たとえば、コンデンサとコイルとの共振現象を利用することにより非接触電力伝送が実現される。特開２０１５−１３８９４２号公報（特許文献１）は、送電装置及び受電装置に用いられるコンデンサモジュールを開示する。このコンデンサモジュールにおいては、複数のコンデンサを直列接続することにより構成された直列コンデンサが複数並列接続されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−１３８９４２号公報
【特許文献２】特開２０１３−１５４８１５号公報
【特許文献３】特開２０１３−１４６１５４号公報
【特許文献４】特開２０１３−１４６１４８号公報
【特許文献５】特開２０１３−１１０８２２号公報
【特許文献６】特開２０１３−１２６３２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１のように複数のコンデンサによりコンデンサモジュールが形成される場合、静電容量が異なる複数種類のコンデンサを組合わせることによりコンデンサモジュールの静電容量を調整することが考えられる。たとえば、静電容量の異なる様々な直列コンデンサを複数（たとえば、３個以上）並列接続することにより所望の静電容量のコンデンサモジュール（コンデンサアレイ）を作成することが考えられる。
【０００５】
しかしながら、直列コンデンサが少なくとも３個並列接続されたコンデンサアレイにおいて、静電容量が大きい直列コンデンサが内側（たとえば、中央部分）に集中すると、コンデンサアレイの内側における発熱が大きくなる。静電容量が大きいほど、直列コンデンサのインピーダンスが低下し、大きい電流が流れるためである。そして、コンデンサアレイの内側は外側と比較して放熱性が低いため、内側における発熱が外側よりも大きくなると、コンデンサアレイにおける発熱密度（単位時間における単位面積あたりの発熱量）の偏りが大きくなる。
【０００６】
この発明は、このような問題を解決するためになされたものであって、その目的は、送電時にコンデンサアレイにおいて生じる発熱密度の偏りを抑制することができる非接触送電装置を提供することである。
【０００７】
また、この発明の別の目的は、受電時にコンデンサアレイにおいて生じる発熱密度の偏りを抑制することができる非接触受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】
【０００８】
この発明のある局面に従う非接触送電装置は、コンデンサアレイと、送電コイルとを備える。コンデンサアレイは、各々が複数のコンデンサを直列接続することにより構成される少なくとも３個の直列コンデンサが並列接続されたものである。送電コイルは、コンデンサアレイと共振現象を生じることにより受電装置の受電コイルに非接触で送電する。複数の直列コンデンサは、第１の直列コンデンサと、第１の直列コンデンサよりも静電容量の大きい第２の直列コンデンサとを含む。そして、第２の直列コンデンサは、コンデンサアレイにおいて、第１の直列コンデンサよりも外側に配置される。
【０００９】
この発明の別の局面に従う非接触受電装置は、コンデンサアレイと、受電コイルとを備える。コンデンサアレイは、各々が複数のコンデンサを直列接続することにより構成される少なくとも３個の直列コンデンサが並列接続されたものである。受電コイルは、コンデンサアレイと共振現象を生じることにより送電装置の送電コイルから非接触で受電する。複数の直列コンデンサは、第１の直列コンデンサと、第１の直列コンデンサよりも静電容量の大きい第２の直列コンデンサとを含む。そして、第２の直列コンデンサは、コンデンサアレイにおいて、第１の直列コンデンサよりも外側に配置される。
【００１０】
したがって、これらの非接触送電装置及び非接触受電装置においては、コンデンサアレイのうち外側の方が内側よりも発熱が大きくなる。コンデンサアレイのうち外側の方が内側よりも放熱性が高いため、静電容量の大きい第２の直列コンデンサがコンデンサアレイの内側に配置される場合と比較して、コンデンサアレイにおいて生じる発熱密度の偏りは抑制される。
【発明の効果】
【００１１】
この発明によれば、送電時にコンデンサアレイにおいて生じる発熱密度の偏りを抑制できる非接触送電装置を提供することができる。
【００１２】
また、この発明によれば、受電時にコンデンサアレイにおいて生じる発熱密度の偏りを抑制できる非接触受電装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】非接触電力伝送システムの概略構成図である。
【図２】送電装置のカバーを開放した状態の斜視図である。
【図３】コンデンサアレイにおけるコンデンサの配置を示す図である。
【図４】発熱密度の偏りが大きいコンデンサアレイの例を説明するための参考図である。
【図５】コンデンサアレイに含まれる各直列コンデンサの静電容量を示す図である。
【図６】受電装置のカバーを開放した状態の斜視図である。
【図７】コンデンサアレイに含まれる各直列コンデンサの静電容量を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、この発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
【００１５】
［実施の形態１］
図１は、この発明の実施の形態１に従う非接触送電装置が適用される非接触電力伝送システムの概略構成図である。なお、図中、矢印Ｄは鉛直方向下方を示し、矢印Ｕは鉛直方向上方を示す。これらについては、図２，６においても共通する。
【００１６】
図１を参照して、非接触電力伝送システム１は、車両１００と、送電装置２０と、交流電源２００とを備える。車両１００は、受電装置１０を含み、受電装置１０は、不図示の受電コイルを有する受電部１１を含む。送電装置２０は、不図示の送電コイル（後述）を有する送電部２１と、周波数変換器２２とを含む。送電部２１及び周波数変換器２２については後程詳細に説明する。
【００１７】
受電部１１は、送電部２１から非接触で受電するように構成される。車両１００においては、受電部１１により受電された電力が不図示の蓄電装置に供給される。車両１００は、蓄電装置の電力により走行駆動力を生じ、走行することができる。交流電源２００は、たとえば、系統電源である。
【００１８】
送電部２１の送電コイルは、交流電源２００から交流電力の供給を受けることにより磁界を形成し、形成された磁界を通じて受電部１１の受電コイルに非接触で送電する。なお、送電コイルにおける導線の巻き数は、送電コイルと受電コイルとの間の距離、並びにＱ値（たとえばＱ≧１００）及び結合係数κが大きくなるように適宜設計される。
【００１９】
図２は、送電装置２０のカバーを開放した状態の斜視図である。図２を参照して、周波数変換器２２は、交流電源２００から交流電力の供給を受け、交流電力の周波数を所望の周波数に変換する。送電部２１は、周波数変換器２２から供給された交流電力を受電装置１０に非接触で送電する。周波数変換器２２は、配線を通じて送電部２１に接続されている。
【００２０】
送電部２１は、コンデンサアレイ２４と、送電コイル２６と、フェライト２８とを含む。コンデンサアレイ２４は、複数のコンデンサを有する。より具体的には、コンデンサアレイ２４は、複数の直列コンデンサが並列接続されたコンデンサモジュールである。直列コンデンサとは、複数のコンデンサが直列接続されたものである。コンデンサアレイ２４は、フェライト２８の下方に配置されている。コンデンサアレイ２４については後程詳細に説明する。
【００２１】
送電コイル２６とコンデンサアレイ２４とは、周波数変換器２２と配線を通じて接続されている。送電コイル２６は、コンデンサアレイ２４と共振現象を生じることにより、受電装置１０の受電コイルに非接触で送電する。送電コイル２６は、フェライト２８に巻回されている。フェライト２８は、コアとして機能する。
【００２２】
図３は、コンデンサアレイ２４におけるコンデンサの配置を示す図である。図３を参照して、コンデンサアレイ２４は、直列コンデンサ３０，４０，５０，６０，７０が並列接続されることで構成されている。直列コンデンサ３０は、５つのコンデンサ３２が直列接続されることにより構成されている。直列コンデンサ４０，５０，６０，７０の各々も、直列コンデンサ３０と同様に、５つのコンデンサが直列接続されることにより構成されている。
【００２３】
コンデンサアレイ２４のように複数のコンデンサによりコンデンサモジュールが形成される場合、静電容量が異なる複数種類のコンデンサを組合わせることによりコンデンサモジュールの静電容量を調整することが考えられる。たとえば、静電容量の異なる様々な直列コンデンサを複数（たとえば、３個以上）並列接続することにより所望の静電容量のコンデンサアレイを作成することが考えられる。
【００２４】
しかしながら、直列コンデンサが少なくとも３個並列接続されたコンデンサアレイにおいて、静電容量が大きい直列コンデンサが内側（たとえば、中央部分）に集中すると、コンデンサアレイの内側における発熱が大きくなる。静電容量が大きいほど、直列コンデンサのインピーダンスが低下し、大きい電流が流れるためである。そして、コンデンサアレイの内側は外側と比較して放熱性が低いため、内側における発熱が外側よりも大きくなると、コンデンサアレイにおける発熱密度の偏りが大きくなる。
【００２５】
図４は、発熱密度の偏りが大きいコンデンサアレイの例を説明するための参考図である。図４を参照して、コンデンサアレイ５００は、直列コンデンサ５１０，５２０，５３０，５４０，５５０が並列接続されることにより構成されている。この例においては、直列コンデンサの静電容量は大、中、小の３種類存在するものとする。そして、直列コンデンサ５１０，５２０，５３０，５４０，５５０の静電容量は、それぞれ、中、中、大、大、小であるとする。
【００２６】
この場合には、静電容量が大である直列コンデンサ５３０は、コンデンサアレイ５００の中央部分に配置されている。さらに、静電容量が大である直列コンデンサ５４０は、直列コンデンサ５３０に隣接して配置されている（コンデンサアレイ５００の内側）。コンデンサアレイ５００の中央部分は端部（外側）と比較して放熱性が低いため、直列コンデンサ５３０，５４０が発する熱は放熱されにくい。一方、静電容量が中である直列コンデンサ５１０と、静電容量が小である直列コンデンサ５５０とは、コンデンサアレイ５００の端部に配置されている。コンデンサアレイ５００の端部は放熱性が高いため、直列コンデンサ５１０，５５０が発する熱は放熱されやすい。すなわち、コンデンサアレイ５００においては、発熱が大きい部分の放熱性は低く、発熱が大きくない部分の放熱性は高いこととなる。その結果、コンデンサアレイ５００においては、発熱密度の偏りが大きくなる。
【００２７】
発熱密度の偏りを抑制するために、この実施の形態１に従う送電装置２０が備えるコンデンサアレイ２４において、静電容量の大きい直列コンデンサは、静電容量の小さい直列コンデンサよりも外側に配置される。
【００２８】
図５は、コンデンサアレイ２４に含まれる各直列コンデンサの静電容量を示す図である。図５を参照して、コンデンサアレイ２４において、直列コンデンサ３０，４０，５０，６０，７０の静電容量は、それぞれ、大、中、小、中、大である。すなわち、静電容量の大きい直列コンデンサ３０，７０は、直列コンデンサ３０，７０より静電容量が小さい直列コンデンサ４０，５０，６０よりもコンデンサアレイ２４において外側に配置されている。言い換えると、静電容量が大きい直列コンデンサほどコンデンサアレイ２４において外側に配置されている。
【００２９】
したがって、送電装置２０においては、コンデンサアレイ２４のうち外側の方が内側（中央部分）よりも発熱が大きくなる。コンデンサアレイ２４のうち外側の方が内側（中央部分）よりも放熱性が高いため、静電容量の大きい直列コンデンサがコンデンサアレイ２４の内側（中央部分）に配置される場合と比較して、発熱密度の偏りは抑制される。
【００３０】
なお、この実施の形態１においては、コンデンサアレイ２４として５行５列にコンデンサが配置されている例を示したが、コンデンサの配置はこれに限定されない。たとえば、５行１０列や１０行３列といった配置であってもよい。
【００３１】
［実施の形態２］
実施の形態１では、送電装置２０に含まれるコンデンサアレイ２４において、静電容量の大きい直列コンデンサが静電容量の小さい直列コンデンサよりも外側に配置された。この実施の形態２では、受電装置１０Ａに含まれるコンデンサアレイにおいて、静電容量の大きい直列コンデンサが静電容量の小さい直列コンデンサよりも外側に配置される。なお、送電装置及び受電装置の何れか一方のコンデンサアレイにおいて静電容量の大きい直列コンデンサが静電容量の小さい直列コンデンサよりも外側に配置されることとしてもよいし、両方のコンデンサアレイにおいて、静電容量の大きい直列コンデンサが静電容量の小さい直列コンデンサよりも外側に配置されることとしてもよい。
【００３２】
図６は、受電装置１０Ａのカバーを開放した状態の斜視図である。図６を参照して、受電装置１０Ａは、受電部１１Ａを備える。受電部１１Ａは、たとえば、送電装置２０の送電部２１（図１）から非接触で受電する。
【００３３】
受電部１１Ａは、コンデンサアレイ８０と、受電コイル９０と、フェライト９５とを含む。コンデンサアレイ８０は、複数のコンデンサを有する。より具体的には、コンデンサアレイ８０は、複数の直列コンデンサが並列接続されたコンデンサモジュールである。コンデンサアレイ８０は、フェライト９５の上方に配置されている。
【００３４】
受電コイル９０は、コンデンサアレイ８０と共振現象を生じることにより、送電装置２０の送電コイルから非接触で受電する。受電コイル９０は、フェライト９５に巻回されている。フェライト９５は、コアとして機能する。
【００３５】
図７は、コンデンサアレイ８０に含まれる各直列コンデンサの静電容量を示す図である。図７を参照して、コンデンサアレイ８０は、直列コンデンサ８１，８２，８３，８４、８５を含む。直列コンデンサ８１，８２，８３，８４，８５の静電容量は、それぞれ、大、中、小、中、大である。すなわち、静電容量の大きい直列コンデンサ８１，８５は、直列コンデンサ８１，８５より静電容量が小さい直列コンデンサ８２，８３，８４よりもコンデンサアレイ８０において外側に配置されている。言い換えると、静電容量が大きい直列コンデンサほどコンデンサアレイ８０において外側に配置されている。
【００３６】
したがって、受電装置１０Ａにおいては、コンデンサアレイ８０のうち外側の方が内側（中央部分）よりも発熱が大きくなる。したがって、静電容量の大きい直列コンデンサがコンデンサアレイ８０の内側（中央部分）に配置される場合と比較して、発熱密度の偏りは抑制される。
【００３７】
なお、この実施の形態２においては、コンデンサアレイ８０として５行５列にコンデンサが配置されている例を示したが、コンデンサの配置はこれに限定されない。たとえば、５行１０列や１０行３列といった配置であってもよい。
【００３８】
また、実施の形態１，２においては、コンデンサアレイ２４，８０において、静電容量が大きい直列コンデンサほどコンデンサアレイ２４，８０の外側に配置されることとした。しかしながら、コンデンサアレイにおける直列コンデンサの配置はこれに限定されない。たとえば、５列の直列コンデンサが並列接続されたコンデンサアレイにおいて、一端の直列コンデンサから他端の直列コンデンサに向けて、それぞれの静電容量が中、小、大、大、中であるとする（以下、「配置例１」と称する。）。配置例１においては、静電容量が大である直列コンデンサが中央部分に配置されているため、コンデンサアレイにおける発熱密度の偏りは比較的大きいといえる。
【００３９】
しかしながら、それぞれの静電容量が小、中、大、大、中である場合（以下、「配置例２」と称する。）と比較すると、配置例１の方がコンデンサアレイにおける発熱密度の偏りは小さい。配置例２においては、静電容量が大きい直列コンデンサほどコンデンサアレイの内側に配置されているのに対して、配置例１においては、一部分において静電容量中の直列コンデンサが静電容量小の直列コンデンサよりも外側に配置されているからである。すなわち、必ずしも、静電容量が大きい直列コンデンサほどコンデンサアレイの外側に配置される必要はなく、一部分であっても、静電容量の大きい直列コンデンサが静電容量の小さい直列コンデンサよりもコンデンサアレイの外側に配置されることで発熱密度の偏りは低減される。
【００４０】
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、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】
【００４１】
１  非接触電力伝送システム、１０，１０Ａ  受電装置、１１，１１Ａ  受電部、２０  送電装置、２１  送電部、２２  周波数変換器、２４，８０，５００  コンデンサアレイ、２６  送電コイル、２８，９５  フェライト、３０，４０，５０，６０，７０，８１，８２，８３，８４，８５，５１０，５２０，５３０，５４０，５５０  直列コンデンサ、３２，４２，５２，６２，７２  コンデンサ、９０  受電コイル、１００  車両、２００  交流電源。
【図１】
0006387945.tif 000002
【図２】
0006387945.tif 000003
【図３】
0006387945.tif 000004
【図４】
0006387945.tif 000005
【図５】
0006387945.tif 000006
【図６】
0006387945.tif 000007
【図７】
0006387945.tif 000008