(57)【要約】【課題】交流系統電源へ伝導される伝導エミッションを低減可能な非接触送電装置を提供する。【解決手段】送電装置１００は、電力ケーブル１０２と、電力変換部１１８と、送電部１２４と、筐体１３０と、インダクタ１３２とを備える。電力ケーブル１０２は、交流系統電源３００に接続される交流電力線１０４と接地線１０６とを含む。筐体１３０は、金属製であり、電力変換部１１８及び送電部１２４を収容する。インダクタ１３２は、接地線１０６の筐体１３０側の端部１０７と筐体１３０との間に電気的に接続され、接地線１０６に重畳されるコモンモードノイズを抑制する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流系統電源に接続される交流電力線と接地線とを含む電力ケーブルと、
前記交流電力線に接続され、前記交流電力線から受ける電力を送電電力に変換するように構成された電力変換部と、
前記電力変換部から供給される送電電力を、受電装置の受電部と磁気的に結合することによって前記受電部へ非接触で送電するように構成された送電部と、
前記電力変換部及び前記送電部を収容する金属製の筐体と、
前記接地線の前記筐体側の端部と前記筐体との間に電気的に接続され、前記接地線に重畳されるコモンモードノイズを抑制するインピーダンス素子とを備える非接触送電装置。
【請求項２】
前記インピーダンス素子は、インダクタを含む、請求項１に記載の非接触送電装置。
【請求項３】
前記インピーダンス素子は、前記筐体の内部に設けられる、請求項１又は請求項２に記載の非接触送電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、非接触送電装置に関し、特に、交流系統電源から交流電力の供給を受けて受電装置へ非接触で送電する非接触送電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
送電装置の送電部が受電装置の受電部と磁気的に結合することによって、送電装置から受電装置へ非接触で電力を伝送する電力伝送システムが知られている（たとえば特許文献１〜６参照）。
【０００３】
このような電力伝送システムに用いられる送電装置について、たとえば、特開２０１４−２０７７９４号公報（特許文献１）は、インバータと送電コイル（送電部）との間に、所定周波数以上の周波数成分を抑制するＬＣフィルタが配設される非接触給電装置（送電装置）を開示している。このようなＬＣフィルタが設けられることにより、送電コイルから放射される磁界エミッションを低減することができる（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−２０７７９４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】
【０００５】
上記のような送電装置においては、送電コイルから放射される磁界エミッションの低減のほか、交流系統電源へ伝導される伝導エミッション（交流系統電源から供給される交流電力よりも高周波のコモンモードノイズ）も十分に低減する必要がある。
【０００６】
送電装置においては、インバータ等の電力変換部や送電部を収容する金属製の筐体とアースとの間や、電力ケーブルの交流電力線と接地線との間に、浮遊容量が存在する。この浮遊容量と交流電力線のインダクタンスとによって、アースを含む共振経路が形成されると、共振経路においてコモンモードノイズが増幅され得る。特に、送電装置が、たとえば非接触で受電可能な車両への送電のような大型の電力伝送システムに用いられる場合には、上記の浮遊容量や交流電力線のインダクタンスが大きくなり、交流系統電源に悪影響を与えるコモンモードノイズが共振経路において増幅され得る。その結果、交流系統電源へ伝導される伝導エミッションを十分に低減できない可能性がある。
【０００７】
この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、交流系統電源へ伝導される伝導エミッションを低減可能な非接触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】
【０００８】
この発明に従う非接触送電装置は、電力ケーブルと、電力変換部と、送電部と、筐体と、インピーダンス素子とを備える。電力ケーブルは、交流系統電源に接続される交流電力線と接地線とを含む。電力変換部は、交流電力線に接続され、交流電力線から受ける電力を送電電力に変換するように構成される。送電部は、電力変換部から供給される送電電力を、受電装置の受電部と磁気的に結合することによって受電部へ非接触で送電するように構成される。筐体は、金属製であり、電力変換部及び送電部を収容する。インピーダンス素子は、接地線の筐体側の端部と筐体との間に電気的に接続され、接地線に重畳されるコモンモードノイズを抑制する。
【０００９】
この非接触送電装置においては、電力変換部及び送電部を収容する金属製の筐体とアースとの間、及び電力ケーブルの交流電力線と接地線との間に生じる浮遊容量に起因して、アースを含む共振経路が形成される。すなわち、交流電力線、交流電力線と接地線との間の浮遊容量、金属製の筐体、筐体とアースとの間の浮遊容量、アース、交流系統電源、及び再び上記交流電力線を通じた共振経路が形成される。ここで、この非接触送電装置は、上記の共振経路において、接地線の筐体側の端部と筐体との間に電気的に接続されてコモンモードノイズを抑制するインピーダンス素子を備えるので、ノイズ電流（コモンモードノイズ）に対して上記の共振経路のインピーダンスが上昇する。したがって、この非接触送電装置によれば、共振現象により増大し得るノイズ電流（コモンモードノイズ）を効果的に低減させることができる。その結果、交流系統電源へ伝導される伝導エミッションを低減させることができる。
【００１０】
好ましくは、インピーダンス素子は、インダクタを含む。
ノイズ電流（コモンモードノイズ）は、高調波を含む高周波であるところ、この非接触送電装置によれば、インピーダンス素子はインダクタを含むので、ノイズ電流（コモンモードノイズ）をより効果的に低減させることができる。その結果、交流系統電源へ伝導される伝導エミッションを十分に低減させることができる。
【００１１】
好ましくは、インピーダンス素子は、筐体の内部に設けられる。
この非接触送電装置によれば、インピーダンス素子によりノイズ電流（コモンモードノイズ）を効果的に低減させつつ、インピーダンス素子から放射される電磁ノイズが周囲に放射されるのを抑制することができる。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によれば、交流系統電源へ伝導される伝導エミッションを低減可能な非接触送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】この発明の実施の形態に従う非接触送電装置が適用される電力伝送システムの全体構成図である。
【図２】図１に示す送電装置において、仮にインダクタが設けられないとした場合に形成され得るノイズの共振経路を説明するための図である。
【図３】図１に示す送電装置におけるノイズの共振経路を説明するための図である。
【図４】図１に示す送電装置のノイズ抑制効果を示した図である。
【図５】図２で説明した、仮にインダクタが設けられないとした場合のノイズ抑制効果を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本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、図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
【００１５】
図１は、この発明の実施の形態に従う非接触送電装置が適用される電力伝送システムの全体構成図である。図１を参照して、この電力伝送システムは、送電装置１００と、受電装置２００とを備える。受電装置２００は、たとえば、送電装置１００から供給され蓄えられた電力を用いて走行可能な車両に搭載され得る。すなわち、送電装置１００は、携帯機器等の小型の機器へ電力を供給するような小型の装置ではなく、車両等に搭載される受電装置２００へ大電力を供給可能な大型の装置であり、たとえば数ｋＷの電力を受電装置２００へ非接触で送電することができる。
【００１６】
送電装置１００は、電力ケーブル１０２と、電力変換部１１８と、送電部１２４と、筐体１３０と、インダクタ１３２とを含む。
【００１７】
電力ケーブル１０２は、交流電力線１０４と、接地線１０６とを含む。交流電力線１０４は、交流系統電源３００（たとえばＡＣ２００Ｖ）に接続され、交流系統電源３００から受ける交流電力を電力変換部１１８へ供給する。なお、交流電力線１０４は、交流電力線１０４の交流系統電源３００側の端部に設けられるプラグによって交流系統電源３００に接続されたり、ブレーカボックスや分電盤内のケーブル接続端子において交流系統電源３００に接続されたりする。
【００１８】
接地線１０６は、交流電力線１０４とともに電力ケーブル１０２に含まれる。この実施の形態では、接地線１０６の筐体１３０側の端部１０７は、筐体１３０に直接接続されるのではなく、インダクタ１３２を介して筐体１３０に接続される。なお、接地線１０６は、交流系統電源３００側においては、図示のようにアースに直接接続されてもよいし、交流電力線１０４と交流系統電源３００との接続部（上記のプラグやブレーカボックス内の接続端子等）を通じてアースに接続されてもよい。
【００１９】
インダクタ１３２は、接地線１０６の筐体１３０側の端部１０７と筐体１３０との間に電気的に接続される。このインダクタ１３２は、接地線１０６に重畳されるコモンモードノイズを抑制するためのものである。すなわち、インダクタ１３２は、高周波のコモンモードノイズ（たとえば数ＭＨｚ）に対して高インピーダンスに作用する。また、この実施の形態に従う送電装置１００では、インダクタ１３２は、金属製の筐体１３０（後述）の内部に設けられる。このインダクタ１３２の機能については、後ほど詳しく説明する。
【００２０】
電力変換部１１８は、力率改善（ＰＦＣ（Power  Factor  Correction））回路１２０（以下「ＰＦＣ回路１２０」と称する。）と、インバータ１２２とを含む。ＰＦＣ回路１２０は、交流電力線１０４から受ける交流電力を整流してインバータ１２２へ供給するとともに、入力電流を正弦波に近づけることで力率を改善することができる。このＰＦＣ回路１２０には、公知の種々のＰＦＣ回路を採用し得る。なお、ＰＦＣ回路１２０に代えて、力率改善機能を有しない整流器を採用することも可能である。
【００２１】
インバータ１２２は、ＰＦＣ回路１２０から受ける直流電力を、所定の送電周波数を有する送電電力（交流）に変換する。所定の送電周波数は、規格等によって定められる周波数であり、たとえば数十ｋＨｚである。インバータ１２２は、たとえば単相ブリッジ回路によって構成される。
【００２２】
送電部１２４は、コイル１２６と、キャパシタ１２８とを含む。コイル１２６及びキャパシタ１２８は、共振回路を形成する。送電部１２４は、送電周波数を有する交流電力をインバータ１２２から受け、コイル１２６の周囲に生成される磁界を通じて、受電装置２００の受電部２０２（後述）へ非接触で送電する。
【００２３】
なお、図１では、キャパシタ１２８は、コイル１２６に直列に接続されているが、コイル１２６に並列に接続されてもよい。また、特に図示していないが、電力変換部１１８と送電部１２４との間に、ＬＣフィルタを含んで構成されるノーマルモードフィルタを設けてもよい。
【００２４】
筐体１３０は、金属製の筐体であり、電力変換部１１８及び送電部１２４を収容する。筐体１３０は、電力変換部１１８及び送電部１２４から放射される電磁ノイズが周囲へ放射されないように、筐体外部に対して電磁ノイズを遮蔽する。筐体１３０には、インダクタ１３２を介して、電力ケーブル１０２の接地線１０６の端部１０７が電気的に接続される。なお、図１では、電力変換部１１８及び送電部１２４が一つの筐体１３０に収容されているが、筐体１３０は、電力変換部１１８を収容する部分と、送電部１２４を収容する部分とに分けられてもよい。筐体１３０は、たとえば、アルミやステンレス、銅などの非磁性の金属部材によって構成される。
【００２５】
受電装置２００は、受電部２０２と、筐体２０４と、整流部２０６と、蓄電部２０８とを含む。受電部２０２は、コイルとキャパシタとを含む。コイル及びキャパシタは、共振回路を形成する。受電部２０２は、送電装置１００の送電部１２４から出力される交流電力を、磁界を通じて非接触で受電する。なお、図１では、キャパシタがコイルに直列に接続されているが、キャパシタはコイルに並列に接続されてもよい。
【００２６】
筐体２０４は、金属製の筐体であり、受電部２０２を収容する。筐体２０４は、受電部２０２から放射される電磁ノイズが周囲へ放射されないように、筐体外部に対して電磁ノイズを遮蔽する。筐体２０４も、たとえば、アルミやステンレス、銅などの非磁性の金属部材によって構成される。
【００２７】
整流部２０６は、受電部２０２によって受電された交流電力を整流して蓄電部２０８へ出力する。なお、特に図示しないが、整流部２０６も、別途設けられる筐体或いは筐体２０４に収容されてもよい。また、受電部２０２と整流部２０６との間に、ＬＣフィルタを含んで構成されるノーマルモードフィルタを設けてもよい。
【００２８】
蓄電部２０８は、再充電可能な直流電源であり、たとえばリチウムイオン電池やニッケル水素電池などの二次電池を含んで構成される。蓄電部２０８は、整流部２０６から出力される電力を蓄える。そして、蓄電部２０８は、その蓄えられた電力を車両の負荷駆動装置（図示せず）等へ供給する。なお、蓄電部２０８として電気二重層キャパシタ等も採用可能である。
【００２９】
この電力伝送システムにおいては、交流系統電源３００から電力ケーブル１０２の交流電力線１０４を通じて電力変換部１１８へ電力が供給される。電力変換部１１８は、交流電力線１０４から受ける電力を、規格等によって定められる所定の送電周波数を有する送電電力（交流）に変換し、送電部１２４へ供給する。
【００３０】
送電装置１００の送電部１２４及び受電装置２００の受電部２０２の各々は、コイルとキャパシタとを含み、送電周波数において共振するように設計されている。送電部１２４及び受電部２０２の共振強度を示すＱ値は、１００以上であることが好ましい。
【００３１】
送電装置１００において、電力変換部１１８のインバータ１２２から送電部１２４へ送電電力が供給されると、送電部１２４のコイル１２６と受電部２０２のコイルとの間に形成される磁界を通じて、送電部１２４から受電部２０２へエネルギー（電力）が移動する。受電部２０２へ移動したエネルギー（電力）は、整流部２０６を通じて蓄電部２０８へ供給される。
【００３２】
この送電装置１００においては、電力ケーブル１０２の交流電力線１０４と接地線１０６との間に浮遊容量Ｃ１，Ｃ２が存在する。また、電力変換部１１８及び送電部１２４を収容する金属製の筐体１３０とアース３０４との間にも浮遊容量Ｃ３が存在する。これらの浮遊容量Ｃ１〜Ｃ３と交流電力線１０４のインダクタンスＬとによって、アース３０４を含む共振経路が形成されると、共振経路においてコモンモードノイズが増幅され得る。
【００３３】
この送電装置１００は、上述のように車両等に搭載される受電装置２００へ大電力を供給可能な大型の装置であり、浮遊容量Ｃ１〜Ｃ３は大きなものとなる。また、送電装置１００が駐車スペース等に配設されることを考慮して、交流系統電源３００に接続される電力ケーブル１０２の長さは１０ｍ以上になることもあり、交流電力線１０４のインダクタンスＬも大きい。これらにより、交流系統電源３００に悪影響を与えるコモンモードノイズが上記の共振経路において増幅され得る。
【００３４】
そこで、この実施の形態に従う送電装置１００では、上記の共振経路において、高周波のコモンモードノイズ（たとえば数ＭＨｚ）に対して高インピーダンスに作用するインダクタ１３２が設けられる。具体的には、インダクタ１３２は、接地線１０６の筐体１３０側の端部１０７と筐体１３０との間に電気的に接続され、接地線１０６に重畳されるコモンモードノイズを抑制する。以下、この点について説明する。
【００３５】
図２は、図１に示した送電装置１００において、仮にインダクタ１３２が設けられないとした場合に形成され得るノイズの共振経路を説明するための図である。図２を参照して、交流電力線１０４と接地線１０６との間に生じる浮遊容量Ｃ１，Ｃ２、及び筐体１３０とアース３０４との間に生じる浮遊容量Ｃ３を通じて、ノイズの共振経路ＬＰ１が形成される。仮にインダクタ１３２が設けられない場合には、共振経路ＬＰ１は、交流電力線１０４、浮遊容量Ｃ１，Ｃ２、接地線１０６、筐体１３０、浮遊容量Ｃ３、アース３０４、及び交流系統電源３００を含んで形成される。
【００３６】
この共振経路ＬＰ１にノイズが加わると、共振経路ＬＰ１の共振周波数（たとえば数ＭＨｚ）のノイズが共振経路ＬＰ１において増幅される。その結果、交流系統電源３００へ伝導される伝導エミッションが増大する。
【００３７】
なお、ノイズの発生源については、たとえば、受電装置２００の整流部２０６（図１）がノイズ源となり得る。整流部２０６において発生した高周波のノイズは、たとえばアース３０４を通じて送電装置１００へ伝播し得る。共振経路ＬＰ１では、共振周波数のインピーダンスが小さいので、受電装置２００からアース３０４を通じて受けるノイズの共振周波数の成分が共振経路ＬＰ１において増大する。なお、ノイズの発生源については、受電装置２００の整流部２０６だけではなく、送電装置１００のインバータ１２２（図１）等もノイズ源となり得る。
【００３８】
図３は、図１に示した送電装置１００におけるノイズの共振経路を説明するための図である。図３を参照して、上述のように、交流電力線１０４と接地線１０６との間に生じる浮遊容量Ｃ１，Ｃ２、及び筐体１３０とアース３０４との間に生じる浮遊容量Ｃ３を通じて、ノイズの共振経路ＬＰ２が形成される。図１に示した送電装置１００では、インダクタ１３２が設けられており、共振経路ＬＰ２は、具体的には、交流電力線１０４、浮遊容量Ｃ１，Ｃ２、接地線１０６、インダクタ１３２、筐体１３０、浮遊容量Ｃ３、アース３０４、及び交流系統電源３００を含んで形成される。
【００３９】
このように、この実施の形態に従う送電装置１００では、高周波において高インピーダンスに作用するインダクタ１３２が共振経路ＬＰ２に含まれることによって、高周波のコモンモードノイズに対して共振経路ＬＰ２のインピーダンスが上昇する。したがって、この送電装置１００によれば、共振現象により増大し得るノイズ電流（コモンモードノイズ）を効果的に低減させることができる。その結果、交流系統電源３００へ伝導される伝導エミッションを低減させることができる。
【００４０】
図４は、実施の形態に従う送電装置１００のノイズ抑制効果を示した図である。なお、比較例として、図５は、図２で説明した、仮にインダクタが設けられないとした場合のノイズ抑制効果を示した図である。
【００４１】
図４及び図５を参照して、横軸はノイズの周波数を示し、縦軸はノイズ電圧（アースに対するノイズの大きさ）を示す。周波数ｆｒは、図２，図３で示した共振経路ＬＰ１，ＬＰ２の共振周波数（たとえば数ＭＨｚ）である。図１に示した実施の形態に従う送電装置１００のように、接地線１０６の筐体１３０側の端部１０７と筐体１３０との間に電気的に接続されるインダクタ１３２が設けられることによって、図２に示したように仮にインダクタ１３２が設けられないとした場合（図５）に比べて、ノイズ電圧を効果的に低減することができる（図４）。
【００４２】
以上のように、この実施の形態においては、接地線１０６の筐体１３０側の端部１０７と筐体１３０との間に電気的に接続されてコモンモードノイズを抑制するインダクタ１３２が設けられる。これにより、コモンモードノイズに対して、交流電力線１０４と接地線１０６との間に生じる浮遊容量Ｃ１，Ｃ２、及び筐体１３０とアース３０４との間に生じる浮遊容量Ｃ３を通じて形成される共振経路のインピーダンスが上昇する。したがって、この実施の形態によれば、共振現象により増大し得るノイズ電流（コモンモードノイズ）を効果的に低減させることができる。その結果、交流系統電源３００へ伝導される伝導エミッションを低減させることができる。
【００４３】
また、この実施の形態によれば、インダクタ１３２は、金属製の筐体１３０の内部に設けられるので、インダクタ１３２によりノイズ電流（コモンモードノイズ）を効果的に低減させつつ、インダクタ１３２から放射される電磁ノイズが周囲に放射されるのを抑制することができる。
【００４４】
なお、上記の実施の形態においては、インダクタ１３２を設けることによって、コモンモードノイズに対して共振経路のインピーダンスを上昇させるものとしたが、インダクタ１３２に代えて抵抗素子を設けてもよい。インダクタ１３２程ではないものの、抵抗素子によっても、コモンモードノイズに対して共振経路のインピーダンスを上昇させることができるので、共振現象により増大し得るノイズ電流（コモンモードノイズ）を低減させることができる。
【００４５】
また、上記の実施の形態においては、インダクタ１３２は、筐体１３０の内部に設けられるものとしたが、インダクタ１３２から放射される電磁ノイズがそれ程問題にならないレベルの場合等には、インダクタ１３２は、筐体１３０の外部に設けられてもよい。なお、インダクタ１３２が筐体１３０の外部に設けられる場合であっても、共振現象により増大し得るノイズ電流（コモンモードノイズ）を効果的に低減させることができる。
【００４６】
また、特に図示しないが、交流電力線１０４に重畳されるノイズを除去するためのフィルタ回路を交流電力線１０４に設けてもよい。
【００４７】
なお、上記の実施の形態においては、送電装置１００は、たとえば車両に搭載された受電装置２００へ非接触で電力を供給するものとしたが、この発明の適用範囲は、このような車両の給電システムに必ずしも限定されるものではない。
【００４８】
なお、上記において、筐体１３０は、この発明における「金属製の筐体」の一実施例に対応し、インダクタ１３２は、この発明における「インピーダンス素子」の一実施例に対応する。
【００４９】
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、上記した実施の形態の説明ではなくて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及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】
【００５０】
１００  送電装置、１０２  電力ケーブル、１０４  交流電力線、１０６  接地線、１０７  端部、１１８  電力変換部、１２０  ＰＦＣ回路、１２２  インバータ、１２４  送電部、１２６  コイル、１２８  キャパシタ、１３０，２０４  筐体、１３２  インダクタ、２００  受電装置、２０２  受電部、２０６  整流部、２０８  蓄電部、３００  交流系統電源、３０４  アース、Ｃ１〜Ｃ３  浮遊容量、ＬＰ１，ＬＰ２  共振経路。
【図１】
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【図２】
2017093142.tif 000004
【図３】
2017093142.tif 000005
【図４】
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【図５】
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