(57)【要約】【課題】非接触受電装置におけるコモンモードノイズの増幅を抑制することにより、送電装置における伝導ノイズを低減する。【解決手段】フィルタ回路２５０は、ＬＣフィルタ（コイル２５４〜２６２、及びキャパシタ２５２，２５８からなるフィルタ）と、キャパシタ２６４〜２７０とを含み、キャパシタ２６４〜２７０は、コイル２５４〜２６２にそれぞれ並列に接続される。そして、キャパシタ２６４〜２７０の容量は、送電装置１００により送電される電力の周波数よりも高い周波数において、キャパシタ２６４〜２７０のインピーダンスがコイル２５４〜２６２のインピーダンスよりもそれぞれ小さくなる容量である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
送電装置から非接触で受電するように構成された受電部と、
前記受電部により受電された電力を整流するように構成された整流部と、
前記受電部と前記整流部との間に設けられたフィルタ回路と、
前記整流部と前記フィルタ回路とを収容する金属製の筐体とを備え、
前記フィルタ回路は、ＬＣフィルタとキャパシタとを含み、
前記キャパシタは、前記ＬＣフィルタに含まれるインダクタに並列に接続され、
前記キャパシタの容量は、前記送電装置により送電される電力の周波数よりも高い周波数において、前記キャパシタのインピーダンスが前記インダクタのインピーダンスよりも小さくなる容量である、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、非接触受電装置に関し、特に、送電装置から非接触で受電する非接触受電装置に関する。
【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受電装置について、たとえば、特開２０１５−０６５７５６号公報（特許文献１）は、受電部と、フィルタ回路と、整流部と、蓄電装置とを備える受電装置を開示する。フィルタ回路は、所定周波数以上の周波数成分を抑制するＬＣフィルタである。この受電装置においては、受電部により受電された電力（受電電力）はフィルタ回路（ＬＣフィルタ）を通じて蓄電装置に供給される。したがって、この受電装置によれば、受電電力に重畳された高周波のノーマルモードノイズを低減することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−０６５７５６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】
上記のような受電装置において、フィルタ回路と整流部とが金属製の筐体に収容される場合、筐体とフィルタ回路のインダクタとの間、及び筐体と整流部のダイオードとの間に浮遊容量が生じる。そして、これらの浮遊容量と、フィルタ回路に含まれるインダクタのインダクタンスとによって、筐体を含む共振経路が形成される。整流部においてコモンモードノイズが生じると、上記共振経路における共振現象により、コモンモードノイズが増幅される。増幅されたコモンモードノイズが送電装置へ伝搬されると、送電装置における伝導ノイズが増大する可能性がある。
【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、非接触受電装置においてコモンモードノイズの増幅を抑制することにより、送電装置における伝導ノイズを低減することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明のある局面に従う非接触受電装置は、受電部と、整流部と、フィルタ回路と、金属製の筐体とを備える。受電部は、送電装置から非接触で受電するように構成される。整流部は、受電部により受電された電力を整流するように構成される。フィルタ回路は、受電部と整流部との間に設けられる。金属製の筐体は、整流部とフィルタ回路とを収容する。フィルタ回路は、ＬＣフィルタとキャパシタとを含む。キャパシタは、ＬＣフィルタに含まれるインダクタに並列に接続される。そして、キャパシタの容量は、送電装置により送電される電力の周波数よりも高い周波数において、キャパシタのインピーダンスがインダクタのインピーダンスよりも小さくなる容量である。
【０００８】
この非接触受電装置においては、送電周波数よりも高い周波数においては、インダクタのインピーダンスよりもインダクタに並列に接続されたキャパシタのインピーダンスの方が小さい。したがって、整流部により生じるコモンモードノイズの多くは、インダクタを経由せずに、キャパシタを経由する。すなわち、コモンモードノイズの経路上にはインダクタが存在しないこととなる。よって、コモンモードノイズを増幅させる上述の共振現象はほとんど生じない。その結果、この非接触受電装置によれば、送電装置にコモンモードノイズがほとんど伝搬されず、送電装置における伝導ノイズを低減することができる。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、非接触受電装置におけるコモンモードノイズの増幅を抑制することにより、送電装置における伝導ノイズを低減することが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】
【００１０】
【図１】実施の形態１に従う非接触受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】仮にキャパシタが設けられなかった場合のコモンモードノイズの共振経路を示す図である。
【図３】実施の形態１に従う受電装置におけるコモンモードノイズの経路を示す図である。
【図４】実施の形態１に従う受電装置におけるコモンモードノイズを抑制することによる送電装置の伝導ノイズ抑制効果を示した図である。
【図５】仮にキャパシタが設けられなかった場合の送電装置の伝導ノイズ抑制効果を示した図である。
【図６】実施の形態２に従う受電装置２００Ａの構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
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。
【００１２】
［実施の形態１］
図１は、この発明の実施の形態１に従う非接触受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。
【００１３】
送電装置１００は、電力変換部１２０と、送電部１３０と、筐体１１０とを含む。
電力変換部１２０は、力率改善（ＰＦＣ（Power Factor Correction））回路１２２（以下、「ＰＦＣ回路１２２」と称する。）と、インバータ１２４とを含む。ＰＦＣ回路１２２は、交流系統電源４００から受ける交流電力を整流してインバータ１２４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。ＰＦＣ回路１２２には、公知の種々のＰＦＣ回路を採用し得る。
【００１４】
インバータ１２４は、ＰＦＣ回路１２２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１２４は、たとえば、単相ブリッジ回路によって構成される。
【００１５】
送電部１３０は、コイル１３４と、キャパシタ１３２とを含む。コイル１３４及びキャパシタ１３２は、共振回路を形成する。送電部１３０は、送電周波数を有する交流電力をインバータ１２４から受け、コイル１３４の周囲に生成される磁界を通じて、受電装置２００の受電部２２０（後述）へ非接触で送電する。なお、図１では、キャパシタ１３２がコイル１３４に直列に接続されているが、キャパシタ１３２はコイル１３４に並列に接続されてもよい。
【００１６】
筐体１１０は、金属製の筐体であり、電力変換部１２０及び送電部１３０を収容する。筐体１１０は、電力変換部１２０及び送電部１３０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１１０は、たとえば、アルミやステンレス、銅等の非磁性の金属部材によって構成される。また、筐体１１０は、接地線１０２を通じてアース４０２に接地されている。
【００１７】
受電装置２００は、受電部２２０と、筐体２１０と、フィルタ回路２５０と、整流部２８０と、筐体２３０と、蓄電部３００とを含む。
【００１８】
受電部２２０は、コイル２２２と、キャパシタ２２４とを含む。コイル２２２及びキャパシタ２２４は、共振回路を形成する。受電部２２０は、送電装置１００の送電部１３０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２２４がコイル２２２に直列に接続されているが、キャパシタ２２４はコイル２２２に並列に接続されてもよい。
【００１９】
筐体２１０は、金属製の筐体であり、受電部２２０を収容する。筐体２１０は、受電部２２０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２１０も、たとえば、アルミやステンレス、銅等の非磁性の金属部材によって構成される。
【００２０】
フィルタ回路２５０は、受電部２２０と整流部２８０（後述）との間に設けられる。フィルタ回路２５０は、電力線対２０２の一方の電力線上に設けられるコイル２５４，２６０と、電力線対２０２の他方の電力線上に設けられるコイル２５６，２６２と、電力線対２０２間に接続されたキャパシタ２５２，２５８とを含む。すなわち、フィルタ回路２５０は、所謂ＬＣフィルタであり、受電部２２０から供給される電力に重畳されたノーマルモードノイズを低減する。
【００２１】
また、フィルタ回路２５０は、キャパシタ２６４，２６６，２６８，２７０を含む。キャパシタ２６４，２６６，２６８，２７０は、コイル２５４，２５６，２６０，２６２にそれぞれ並列に接続される。これらキャパシタの詳細及びこれらキャパシタが設けられる理由については後程詳しく説明する。
【００２２】
なお、図１において、フィルタ回路２５０は、コイル２５４〜２６２，及びキャパシタ２５２，２５８を含むＬＣフィルタであるとしたが、必ずしもこのような構成には限定されない。フィルタ回路２５０は、少なくとも１つのコイルと、少なくとも１つのキャパシタとを含むＬＣフィルタであればよい。
【００２３】
整流部２８０は、電力線対２０４間に直列接続されたダイオード２８２，２８４と、電力線対２０４間に直列接続されたダイオード２８６，２８８とを含む。また、整流部２８０は、電力線対２０４間に直列接続されたキャパシタ２９０，２９２と、電力線対２０４間に接続されたキャパシタ２９４とを含む。電力線対２０２の一方の電力線は、ダイオード２８２，２８４間に接続され、電力線対２０２の他方の電力線は、ダイオード２８６，２８８間、及びキャパシタ２９０，２９２間に接続される。整流部２８０は、所謂単相ブリッジ整流回路であり、フィルタ回路２５０から出力される交流電力を整流して蓄電部３００へ出力する。
【００２４】
整流部２８０による整流に起因してコモンモードノイズが生じ得る。この実施の形態１に従う受電装置２００においては、このコモンモードノイズを増幅させない構成がとられている。詳細については後程説明する。
【００２５】
筐体２３０は、金属製の筐体であり、フィルタ回路２５０及び整流部２８０を収容する。筐体２３０は、フィルタ回路２５０及び整流部２８０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２３０も、たとえば、アルミやステンレス、銅等の非磁性の金属部材によって構成される。
【００２６】
蓄電部３００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等の二次電池を含んで構成される。蓄電部３００は、整流部２８０から出力される電力を蓄える。そして、蓄電部３００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３００として、電気二重層キャパシタ等も採用可能である。
【００２７】
この電力伝送システムにおいて、電力変換部１２０は、交流系統電源４００から受けた交流電力を、規格等により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１３０へ供給する。
【００２８】
送電装置１００の送電部１３０及び受電装置２００の受電部２２０の各々は、コイルとキャパシタを含み、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１３０及び受電部２２０の共振強度を示すＱ値は、１００以上であることが好ましい。
【００２９】
送電装置１００において、電力変換部１２０のインバータ１２４から送電部１３０へ送電電力が供給されると、送電部１３０のコイル１３４と受電部２２０のコイル２２２との間に形成される磁界を通じて、送電部１３０から受電部２２０へエネルギー（電力）が移動する。受電部２２０へ移動したエネルギー（電力）は、フィルタ回路２５０及び整流部２８０を通じて蓄電部３００へ供給される。
【００３０】
以上のように、受電装置２００においては、フィルタ回路２５０と整流部２８０とが金属製の筐体２３０に収容されており、筐体２３０とフィルタ回路２５０のコイル２５４〜２６２との間、及び筐体２３０と整流部２８０のダイオード２８２〜２８８との間に浮遊容量が生じる。そして、これらの浮遊容量と、フィルタ回路２５０に含まれるコイル２５４〜２６２のインダクタンスとによって、筐体２３０を含む共振経路が形成される。そして、整流部２８０において、コモンモードノイズが生じると、この共振経路における共振現象によりコモンモードノイズが増幅される。増幅されたコモンモードノイズが送電装置１００へ伝搬されると、送電装置１００における伝導ノイズが増大する可能性がある。
【００３１】
この実施の形態１に従う受電装置２００において、フィルタ回路２５０は、ＬＣフィルタ（コイル２５４〜２６２、及びキャパシタ２５２，２５８からなるフィルタ）と、キャパシタ２６４〜２７０とを含み、キャパシタ２６４〜２７０は、コイル２５４〜２６２にそれぞれ並列に接続される。そして、キャパシタ２６４〜２７０の容量は、送電装置１００により送電される電力の周波数よりも高い周波数において、キャパシタ２６４〜２７０のインピーダンスがコイル２５４〜２６２のインピーダンスよりもそれぞれ小さくなる容量である。
【００３２】
したがって、整流部２８０により生じるコモンモードノイズの多くは、コイル２５４〜２６２を経由せずに、キャパシタ２６４〜２７０を経由する。すなわち、コモンモードノイズの経路上にはコイル（インダクタ）が存在しないこととなる。よって、コモンモードノイズを増幅させる上述の共振現象はほとんど生じない。その結果、この実施の形態１に従う受電装置２００によれば、送電装置１００にコモンモードノイズがほとんど伝搬されず、送電装置１００における伝導ノイズを低減することができる。以下、キャパシタ２６４〜２７０が設けられなかった場合にコモンモードノイズが増幅される理由、及びキャパシタ２６４〜２７０が設けられることによりコモンモードノイズが抑制される理由について詳細に説明する。
【００３３】
図２は、仮にキャパシタ２６４〜２７０が設けられなかった場合のコモンモードノイズの共振経路を示す図である。図２を参照して、整流部２８０のダイオード２８２〜２８８と筐体２３０との間には浮遊容量Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３が生じる。また、フィルタ回路２５０のコイル２５４〜２６２と筐体２３０との間には浮遊容量Ｃ４，Ｃ５が生じる。その結果、コモンモードノイズの共振経路として、筐体２３０と、浮遊容量Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３と、コイル２５４〜２６２と、浮遊容量Ｃ４，Ｃ５とを経由する共振経路ＬＰ１が形成される。
【００３４】
整流部２８０により生じるコモンモードノイズが共振経路ＬＰ１に加わると、共振経路ＬＰ１の共振周波数（たとえば、数ＭＨｚ）のコモンモードノイズが共振経路ＬＰ１において増幅される。その結果、増幅されたコモンモードノイズがアース４０２を通じて送電装置１００に伝搬し、送電装置１００において伝導ノイズが増幅される。
【００３５】
図３は、図１に示した受電装置２００におけるコモンモードノイズの経路を示す図である。図３を参照して、コモンモードノイズの経路として、筐体２３０と、浮遊容量Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３と、キャパシタ２６４〜２７０と、浮遊容量Ｃ４，Ｃ５とを経由する経路ＬＰ２が形成される。これは、コモンモードノイズの周波数（＞送電周波数）においては、コイル２５４〜２６２のインピーダンスよりもキャパシタ２６４〜２７０のインピーダンスの方がそれぞれ小さいからである。
【００３６】
経路ＬＰ２上には、コイルが存在しない。したがって、経路ＬＰ２上においては、コモンモードノイズを増幅させる共振現象がほとんど生じない。その結果、この実施の形態１に従う受電装置２００によれば、送電装置１００にコモンモードノイズがほとんど伝搬されず、送電装置１００における伝導ノイズを低減することができる。
【００３７】
図４は、実施の形態１に従う受電装置２００におけるコモンモードノイズを抑制することによる送電装置１００の伝導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、受電装置２００において仮にキャパシタ２６４〜２７０が設けられなかった場合の送電装置１００の伝導ノイズ抑制効果を示した図である。
【００３８】
図４，５を参照して、横軸はノイズ周波数を示し、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に示した共振経路ＬＰ１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１に従う受電装置２００のように、キャパシタ２６４〜２７０を設けることによって、図２のように、これらのキャパシタを設けなかった場合と比較して、ノイズ電圧を効果的に低減することができる（図４）。
【００３９】
以上のように、この実施の形態１においては、キャパシタ２６４〜２７０がコイル２５４〜２６２にそれぞれ並列に接続される。そして、キャパシタ２６４〜２７０の容量は、送電装置１００により送電される電力の周波数よりも高い周波数において、キャパシタ２６４〜２７０のインピーダンスがコイル２５４〜２６２のインピーダンスよりもそれぞれ小さくなる容量である。したがって、この実施の形態１によれば、受電装置２００においてコモンモードノイズを増幅させる共振現象がほとんど生じず、その結果、送電装置１００にコモンモードノイズがほとんど伝搬されず、送電装置１００における伝導ノイズを低減することができる。
【００４０】
［実施の形態２］
この実施の形態２に従う受電装置２００Ａは、実施の形態１に従う受電装置２００と比較して、フィルタ回路の構成が異なる。
【００４１】
図６は、この実施の形態２に従う受電装置２００Ａの構成図である。図２を参照して、受電装置２００Ａは、フィルタ回路２５０Ａを備える。フィルタ回路２５０Ａは、コイル２６０Ａ，２６２Ａに並列にそれぞれ接続されたキャパシタ２６８Ａ，２７０Ａを含む。一方、フィルタ回路２５０Ａにおいては、コイル２５４Ａ，２５６Ａに並列接続されるキャパシタは設けられていない。
【００４２】
コイル２５４Ａ，２５６Ａにキャパシタが並列接続されている場合には、コイル２５４Ａ，２５６Ａを含む共振経路における共振現象をより確実に抑制することができるが、本来コイル２５４Ａ，２５６Ａを通るべき受電電力の一部がキャパシタを通ってしまい電力損失が生じる恐れがある。したがって、共振現象に影響を与えているコイルが、コイル２６０Ａ，２６２Ａであるような場合には、コイル２５４Ａ，２５６Ａにはキャパシタを並列接続しないことにより、本来コイル２５４Ａ，２５６Ａを通るべき受電電力の一部がキャパシタを通ってしまうことを防止することができる。
【００４３】
なお、キャパシタを設ける位置は必ずしもこのような例に限定されない。たとえば、コイル２６０Ａ，２７０Ａにはキャパシタを並列接続せずに、コイル２５４Ａ，２５６Ａにキャパシタを並列接続するようにしてもよい。たとえば、共振現象に影響を与えているコイルがコイル２５４Ａ，２５６Ａであるような場合には、本来コイル２６０Ａ，２６２Ａを通るべき受電電力の一部がキャパシタを通ってしまうことを防止することができる。
【００４４】
但し、コイル２６０Ａ，２６２Ａの方が、コイル２５４Ａ，２５６Ａよりもコモンモードノイズ源である整流部２８０に近いため、コイル２５４Ａ，２５６Ａにキャパシタを並列接続するよりもコイル２６０Ａ，２６２Ａにキャパシタを並列接続する方が好ましい。
【００４５】
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】
【００４６】
１００  送電装置、１０２  接地線、１１０，２１０，２３０  筐体、１２０  電力変換部、１２２  ＰＦＣ回路、１２４  インバータ、１３０  送電部、１３２，２２４，２５２，２５８，２６４，２６６，２６８，２７０，２９０，２９２，２９４  キャパシタ、１３４，２２２，２５４，２５６，２６０，２６２  コイル、２００  受電装置、２０２，２０４  電力線対、２２０  受電部、２５０  フィルタ回路、２８０  整流部、２８２，２８４，２８６，２８８  ダイオード、３００  蓄電部、４００  交流系統電源、４０２  アース、Ｃ１〜Ｃ５  浮遊容量、ＬＰ１〜ＬＰ２  共振経路。
【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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