(57)【要約】【課題】冷却装置を備える一方で、装置の大型化が抑制された非接触送電装置および非接触受電装置を提供する。【解決手段】非接触送電装置は、受電装置に非接触で送電する送電部２４と、送電部２４を冷却する冷却装置２５とを備え、送電部２４は、送電コア３０と、送電コア３０に設けられた送電コイルとを含み、冷却装置２５は、送電コア３０に設けられた固定子コアおよび固定子４１コアに設けられた固定子コイルを含む固定子４１と、固定子４１から間隔をあけて設けられると共に固定子４１に対して回転するように設けられた回転子４２と、回転子４２に設けられた冷却フィンとを含み、固定子コイルからの磁束の磁束経路は、固定子コアと送電コア３０とを通る。【選択図】図３
2017005966.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受電装置に非接触で送電する送電部と、
前記送電部を冷却する冷却装置と、
を備え、
前記送電部は、送電コアと、前記送電コアに設けられた送電コイルとを含み、
前記冷却装置は、前記送電コアに設けられた固定子コアおよび前記固定子コアに設けられた固定子コイルを含む固定子と、前記固定子から間隔をあけて設けられると共に前記固定子に対して回転するように設けられた回転子と、前記回転子に設けられた冷却フィンとを含み、
前記固定子コイルからの磁束の磁束経路は、前記固定子コアと前記送電コアとを通る、非接触送電装置。
【請求項２】
前記送電部および前記冷却装置が搭載された筐体と、
前記回転子の回転力を用いて前記送電部を前記受電装置に向けて進退移動させる進退移動装置と、
をさらに備えた、請求項１に記載の非接触送電装置。
【請求項３】
前記回転子の回転力を前記進退移動装置に伝達する状態と、前記進退移動装置への前記回転力の伝達を遮断した状態とを切り替えるクラッチ装置をさらに備え、
前記クラッチ装置が前記回転力を前記進退移動装置に伝達する状態において、前記回転子が回転することで、前記送電部と前記固定子と前記回転子とが前記進退移動装置によって進退移動し、
前記クラッチ装置が前記回転力の伝達を遮断した状態において、前記回転子が回転することで前記冷却フィンが前記送電部に冷却風を供給する、請求項２に記載の非接触送電装置。
【請求項４】
前記クラッチ装置は、前記進退移動装置に設けられた第１クラッチ板と、前記回転子に設けられた第２クラッチ板と、発生する磁力で前記第１クラッチ板を前記第２クラッチ板に接触させるクラッチコイルとを含み、
前記クラッチコイルは、前記送電コアに設けられた、請求項３に記載の非接触送電装置。
【請求項５】
前記進退移動装置は、前記筐体に固定されると共に外周面に第１螺旋溝が形成された中空のスプラインと、前記スプラインの外周面に沿って回転すると共に前記スプラインの軸方向に移動する中空のナット部と、前記スプライン内に挿入されて前記スプラインの軸方向にスライド移動できるように設けられると共に回転方向の移動が規制されたスライド軸と、前記送電部および前記ナット部の間に設けられると共に前記ナット部が前記送電部に対して回転できるように前記送電部を前記ナット部に取り付ける第１軸受部と、前記回転子および前記ナット部の間に設けられると共に前記ナット部が前記回転子に対して回転できるように前記回転子を前記ナット部に取り付ける第２軸受部とを含み、
前記送電部は、前記スライド軸に固定された、請求項２から請求項４のいずれかに記載の非接触送電装置。
【請求項６】
前記送電部は、前記受電装置に送電するときには、車両の下面に搭載された前記受電装置の下面側に位置し、
前記進退移動装置は、前記送電部を前記受電装置に向けて昇降させる、請求項２から請求項５のいずれかに記載の非接触送電装置。
【請求項７】
前記送電コイルは、上下方向に延びる第１巻軸の周囲を取り囲むように第１コイル線を巻回して形成されると共に前記送電コアの上面側に配置され、
前記固定子コイルは、上下方向に延びる第２巻軸の周囲を取り囲むように第２コイル線を巻回して形成されると共に前記送電コアの下面側に配置された、請求項１から請求項６のいずれかに記載の非接触送電装置。
【請求項８】
前記送電コアには、上下方向に貫通する貫通孔と、前記貫通孔の内周面に形成されると共に上下方向に延びる第１冷却溝と、前記送電コアの外周面に形成されると共に上下方向に延びる第２冷却溝とが形成され、
前記冷却フィンは、前記第１冷却溝および前記第２冷却溝に冷却風を供給する、請求項１から請求項７のいずれかに記載の非接触送電装置。
【請求項９】
送電装置から非接触で受電する受電部と、
前記受電部を冷却する冷却装置と、
を備え、
前記受電部は、受電コアと、前記受電コアに装着された受電コイルとを含み、
前記冷却装置は、前記受電コアに設けられた固定子コアおよび前記固定子コアに設けられた固定子コイルを含む固定子と、前記固定子から間隔をあけて設けられると共に前記固定子に対して回転するように設けられた回転子と、前記回転子に設けられた冷却フィンとを含み、
前記固定子コイルからの磁束の磁束経路は、前記固定子コアと前記受電コアとを通る、非接触受電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非接触送電装置および非接触受電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から車両に搭載された受電装置と、受電装置に非接触で送電する送電装置とを備えた非接触充電システムが知られている。
【０００３】
特開２０１３−１９８１８７号公報に記載された車両給電装置は、送電コイルと、送電コイルが搭載された自走ロボットとを備える。受電装置に送電する際には、自走ロボットが車両の下面側に入り込み、送電コイルに交流電流が供給される。これにより、送電コイルから受電装置に電力が送電される。
【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２０１３−１９８１８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般に電力送電時に送電コイルに多くの交流電流が供給される。多くの交流電流が流れると、送電コイルで大きな銅損が発生し、送電装置が高温となる。そこで、送電装置内を冷却する必要が生じるが、単純に冷却装置を送電装置に搭載したのでのは、送電装置が大型化する。なお、上記の自走ロボットを備えた送電装置においても同様の課題が発生する。
【０００６】
また受電装置においても、受電コイルに交流電流が流れ、受電コイルが高温となり、受電装置内が高温となる。
【０００７】
本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、冷却装置を備える一方で、装置の大型化が抑制された非接触送電装置および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】
非接触送電装置は、受電装置に非接触で送電する送電部と、送電部を冷却する冷却装置とを備える。上記送電部は、送電コアと、送電コアに設けられた送電コイルとを含む。上記冷却装置は、送電コアに設けられた固定子コアおよび固定子コアに設けられた固定子コイルを含む固定子と、固定子から間隔をあけて設けられると共に固定子に対して回転するように設けられた回転子と、回転子に設けられた冷却フィンとを含む。上記固定子コイルからの磁束の磁束経路は、固定子コアと送電コアとを通る。
【０００９】
上記の非接触送電装置においては、固定子コイルからの磁束の磁束経路が固定子コアおよび送電コアを通り、送電時に送電コイルの周囲に形成される磁束も送電コアを通る。このように、送電部を冷却する冷却装置と、送電部とは、送電コアを共用しており、装置全体が大型化することが抑制されている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る非接触送電装置および非接触受電装置によれば、装置が高温となることを抑制することができると共に、装置の大型化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【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】送電装置１０と受電装置６とを模式的に示す側面図である。
【図３】送電装置１０の一部を示す断面図である。
【図４】送電部２４および固定子４１を下方から視たときの斜視図である。
【図５】送電部２４および固定子４１を下方から視たときの斜視図であり、固定子コイル４６を省略した状態の斜視図である。
【図６】回転子４２の一部を示す断面図である。
【図７】固定子４１および永久磁石４７などを示す斜視図である。
【図８】固定子４１および回転子コア４８を示す斜視図である。
【図９】固定子４１および固定プレート４３などを示す斜視図である。
【図１０】進退移動装置２２を示す斜視図である。
【図１１】ナット部５２を示す斜視図である。
【図１２】車両２の下面側に入り込んだときの送電装置１０を示す断面図である。
【図１３】図１２の一部拡大断面図である。
【図１４】送電部２４を示す斜視図である。
【図１５】送電部２４の一部を示す断面図である。
【図１６】送電装置１０を示す断面図である。
【図１７】送電装置１０および受電装置６を示す断面図である。
【図１８】電力送電時における受電装置６の一部および送電部２４の一部を示す斜視図である。
【図１９】送電コア３０および受電コア８０の形状の変形例を示す斜視図である。
【図２０】非接触充電システム１の変形例を示す模式図である。
【図２１】非接触充電システムの変形例を示す模式図である。
【図２２】受電装置６Ａを示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１に示すように、本実施の形態に係る非接触充電システム１は、充電システム３が搭載された車両２と、送電システム４とを備える。
【００１３】
車両２は、充電システム３と、動力生成装置５とを含む。充電システム３は、受電装置６と、受電装置６が受電した交流電力を直流電力に変換する整流器７と、整流器７からの直流電力が供給されるバッテリ８とを含む。
【００１４】
送電システム４は、送電装置１０と、一端が送電装置１０に接続された電力ケーブル１１と、電力ケーブル１１の他端が接続された電源装置１２とを含む。
【００１５】
図２は、送電装置１０と受電装置６とを模式的に示す側面図である。この図２に示すように、受電装置６は、車両２の例えばフロアパネル１３に設けられている。送電装置１０は、台車２０と、送電ユニット２１と、送電ユニット２１を上下方向に進退移動（昇降）させる進退移動装置（昇降装置）２２と、電力ケーブル１１が収容されるコードリール２３とを含む。
【００１６】
図３は、送電装置１０の一部を示す断面図である。この図３に示すように、送電装置１０は、送電ユニット２１と、進退移動装置２２と、クラッチ装置２６とを備える。
【００１７】
送電ユニット２１は、送電部２４と、送電部２４に冷却風を供給する冷却装置２５とを含む。送電部２４は、送電コア３０と、送電コア３０に設けられた送電コイル３１と、送電コア３０の上面３７に設けられた接触検知スイッチ３２と、送電コア３０の上面に形成されたモールド樹脂３６とを含む。
【００１８】
送電コア３０は、透磁率の高い材料によって形成されており、たとえば、フェライト等によって形成されている。
【００１９】
送電コア３０の中央部には、上面３７から下面３８に達する貫通孔３３が形成され、送電コア３０の上面３７には、貫通孔３３の周囲を取り囲むように形成されたコイル溝３４が形成されている。
【００２０】
コイル溝３４には、送電コイル３１が装着されている。送電コイル３１は上下方向に延びる巻軸Ｏ１の周囲を取り囲むようにコイル線３５を巻回して形成されており、送電コイル３１は、貫通孔３３の周囲を取り囲むように設けられている。
【００２１】
図４は、送電部２４を下方から視た斜視図である。この図４に示すように、送電コア３０の外周面には複数の冷却溝３９が形成され、貫通孔３３の内周面には、複数の冷却溝４０が形成されている。
【００２２】
冷却溝３９は、外周面の周方向に間隔をあけて複数形成されており、冷却溝３９は、送電コア３０の外周面から貫通孔３３に向けて延びるように形成されている。
【００２３】
冷却溝４０は、貫通孔３３の内周面の周方向に間隔をあけて複数形成されており、冷却溝４０は、貫通孔３３の内周面から送電コア３０の外周面に向けて延びるように形成されている。
【００２４】
図３において、冷却装置２５は、送電部２４に設けられた固定子４１と、固定子４１に対して間隔をあけて設けられた回転子４２と、回転子４２の下面側に設けられた固定プレート４３と、固定プレート４３に設けられた冷却フィン４４とを含む。
【００２５】
図４に示すように、固定子４１は、送電コア３０の下面３８に形成されている。固定子４１は、送電コア３０の下面３８に周方向に間隔をあけて設けられた複数の固定子コア４５と、固定子コア４５の周囲を取り囲むように形成された固定子コイル４６とを含む。固定子コイル４６は、上下方向に延びる巻軸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いる。図５に示すように、固定子コア４５は、下面３８から突出するように設けられている。固定子コア４５は、冷却溝３９の間に位置するように配置されている。
【００２６】
この図５に示す例においては、固定子コア４５は、送電コア３０とは別体に形成されており、固定子コア４５の上面が送電コア３０に接触するように形成されている。このため、固定子コア４５を通る磁束は、送電コア３０を通るように形成されている。なお、この図５に示す例においては、送電コア３０と固定子コア４５とは別体とされているが、固定子コア４５を送電コア３０と一体的に形成してもよい。具体的には、固定子コア４５を送電コア３０の下面３８に形成された突出部として形成してもよい。
【００２７】
図６は、回転子４２の一部を示す断面図である。この図６に示すように、回転子４２は、板状に形成された固定プレート４３と、固定プレート４３の上面に設けられた板状の回転子コア４８と、回転子コア４８の上面に設けられた永久磁石４７とを含み、冷却フィン４４は、固定プレート４３に形成されている。
【００２８】
図７は、固定子４１および永久磁石４７などを示す斜視図である。この図７に示すように、複数の永久磁石４７が間隔をあけて環状に配置されている。なお、永久磁石４７は、固定子４１に対してスキューするように配置されている。
【００２９】
そして、図８に示すように、永久磁石４７の下面側に回転子コア４８が配置されている。回転子コア４８は、環状に形成されている。図９に示すように、環状の回転子コア４８の下面側に固定プレート４３が配置されている。
【００３０】
固定プレート４３は、周方向に配列する複数の分割ピース４９を含み、分割ピース４９の側辺部の一部を折り返すことで、冷却フィン４４が形成されている。なお、固定プレート４３を分割ピース４９で構成する場合に限られず、固定プレート４３を一枚の円盤構造としてもよい。
【００３１】
ここで、回転子４２の回転方向を回転方向Ｒとすると、分割ピース４９は、側辺部６５および側辺部６６を含み、側辺部６５および側辺部６６は、回転方向Ｒに順次並ぶように配置されている。
【００３２】
そして、側辺部６６に形成された冷却フィン４４ａは、下方に向けて折り返され、側辺部６５に形成された冷却フィン４４ｂは、上方に向けて折り返されている。なお、図６に示すように、冷却フィン４４は、各冷却溝３９の下方に配置されている。
【００３３】
図３において、進退移動装置２２は、台車２０の筐体に固定された固定板５０と、固定板５０の上面に固定された筒状のスプライン５１と、スプライン５１の外周面側に設けられた筒状のナット部５２と、スプライン５１およびナット部５２の間に設けられたボール５３と、スプライン５１内に挿入されたスライド軸５４とを含む。
【００３４】
図１０は、進退移動装置２２を示す斜視図である。この図１０に示すように、ナット部５２は円筒状に形成されており、図１１に示すように、ナット部５２の内周面には、螺旋溝５５が形成されている。
【００３５】
図１０において、スプライン５１も円筒状に形成されており、このスプライン５１の外周面にも螺旋溝５６が形成されている。ボール５３は、ナット部５２内に設けられ、螺旋溝５５内と螺旋溝５６内とにははまりこむように設けられている。そして、ナット部５２が周方向に回転すると、ナット部５２は、スプライン５１の軸方向に移動する。
【００３６】
スプライン５１には、貫通孔５７が形成されており、この貫通孔５７にスライド軸５４が挿入されている。
【００３７】
スライド軸５４は、貫通孔５７に挿入される軸部６０と、軸部６０の上端部に設けられた天板６１とを含む。この図１０に示す例においては、軸部６０が延びる方向に対して垂直な方向で軸部６０およびスプライン５１を断面視すると、軸部６０の断面形状と貫通孔５７の開口形状は、いずれも、長方形になるように形成されている。
【００３８】
このため、スライド軸５４は、スプライン５１に対してスプライン５１の軸方向にスライド移動することが許容される一方で、スライド軸５４は、スプライン５１の周方向に回転することが規制されている。
【００３９】
なお、軸部６０の断面形状や貫通孔５７の開口形状は、長方形形状に限られず、多角形形状などの各種形状を採用することができる。
【００４０】
図３において、クラッチ装置２６は、送電コア３０と、送電コア３０の底面に設けられたクラッチコイル７０と、固定プレート４３に設けられた磁性体７１、クラッチ板７２および磁性体７３と、クラッチ板７２の下方に設けられた揺動クラッチ７４と、揺動クラッチ７４とナット部５２とを連結する弾性支持部７５とを含む。揺動クラッチ７４は、板状の磁性体７４ｂと、磁性体７４ｂの上面に設けられたクラッチ板７４ａとを含む。また、クラッチ材は、非磁性材料により構成する。なお、クラッチ板７２，７４ａを省略して、磁性体７１、磁性体７３および磁性体７４ｂをクラッチ板として機能させてもよい。
【００４１】
図４において、クラッチコイル７０は、固定子４１よりも貫通孔３３側に設けられており、貫通孔３３の周囲を取り囲むように環状に形成されている。
【００４２】
図９において、磁性体７１は、環状に形成された固定プレート４３の内周縁部に配置され、磁性体７１は、環状に形成されている。クラッチ板７２は、磁性体７１の内周縁部に配置され、環状に形成されている。磁性体７３は、環状に形成されたクラッチ板７２の内周縁部に設けられ、環状に形成されている。
【００４３】
図３において、クラッチ板７４ａは、クラッチ板７２の下方に設けられ、磁性体７１および磁性体７３は、磁性体７４ｂの上方に配置されている。送電装置１０は、送電部２４とナット部５２との間に設けられた軸受部７６と、冷却装置２５とナット部５２との間に設けられた軸受部７７とを含む。
【００４４】
軸受部７６は、ナット部５２が送電部２４に対して回転できるように送電部２４をナット部５２に取り付けている。軸受部７７は、回転子４２とナット部５２との間に設けられると共に、ナット部５２が回転子４２に対して回転できるように、回転子４２をナット部５２に取り付ける。また、固定子４１と回転子４２とのギャップが所定値に保持されるように、固定子４１と送電コア３０と軸受部７６とが固定され、冷却装置２５と磁性体７１とクラッチ板７２と軸受部７７とが固定されている。
【００４５】
モールド樹脂３６は、送電部２４の上面を覆うと共に、送電コイル３１の表面を覆うように形成されている。接触検知スイッチ３２は、モールド樹脂３６から検知部がモールド樹脂３６から突出するように設けられている。
【００４６】
図９において、受電装置６は、環状に形成された受電コア８０と、受電コア８０に装着された受電コイル８１とを含む。
【００４７】
受電コア８０の中央部には、上面８２から下面８３に達する貫通孔８４が形成され、受電コア８０の下面８３には環状のコイル溝８７が形成されている。コイル溝８７は、貫通孔８４の周囲を取り囲むように形成されている。
【００４８】
受電コア８０の外周面には、受電コア８０の周方向に間隔をあけて複数の冷却溝８５が形成されており、冷却溝８５は、受電コア８０の外周面から貫通孔８４に向けて延びるように形成されている。
【００４９】
貫通孔８４の内周面には、内周面の周方向に向けて間隔をあけて複数形成された冷却溝８６が形成され、冷却溝８６は、貫通孔８４の内周面から受電コア８０の外周面に向けて延びるように形成されている。
【００５０】
受電コイル８１は、巻軸Ｏ３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、受電コイル８１は、貫通孔８４の周囲を取り囲むように形成されている。
【００５１】
上記のように構成された非接触充電システム１を用いて、電力伝送するときの各部材の作用または効果について説明する。
【００５２】
図１において、車両２が停車していない状態では、送電装置１０は電源装置１２の近傍に停車している。車両２が充電ステーション内に進入し、車両２が所定位置に停車すると、送電装置１０は車両２の下方に入り込む。
【００５３】
図１２は、車両２の下面側に入り込んだときの送電装置１０を示す断面図である。この図１２に示すように、ナット部５２は最下端に位置している。このため、送電部２４および冷却装置２５も最下端に位置している。
【００５４】
図１３は、図１２の一部拡大断面図である。この図１３に示すように、クラッチコイル７０には、電流が流れておらず、クラッチ板７２と、揺動クラッチ７４とは離れた状態である。そして、この図１３に示す例においては、固定子コイル４６に電流が供給されている。このため、固定子コア４５の周囲に磁束ＭＦ１が形成される。たとえば、固定子コイル４６Ａによって形成された磁束ＭＦ１は、まず、固定子コア４５Ａ内を通り、固定子コア４５Ａの近傍に位置する永久磁石４７Ａに向けて、固定子コア４５Ａの下面から出射される。そして、磁束ＭＦ１は、エアギャップを通り、永久磁石４７Ａの上面から永久磁石４７Ａ内に入り込む。そして、磁束ＭＦ１は、永久磁石４７Ａを通りぬけ、回転子コア４８内に入り込む。回転子コア４８内に入り込んだ磁束ＭＦ１は、回転子コア４８内を周方向に流れ、永久磁石４７Ａに対して周方向に隣り合う他の永久磁石４７内に入り込む。そして、磁束ＭＦ１は、当該永久磁石４７およびエアギャップを通り抜け、固定子コア４５Ａと隣り合う他の固定子コア４５内に入り込む。その後、磁束ＭＦ１は、送電コア３０内を周方向に進み、再度、固定子コア４５Ａに戻る。そして、永久磁石４７からの磁束と上記の磁束ＭＦ１とによって、回転子４２が回転する。なお、図７に示すように、永久磁石４７は、固定子コイル４６に対してスキューするように設けられているので、回転子４２が回転する際に生じるコギングトルクの発生を抑制することができる。
【００５５】
図１４に示すように、回転子４２が回転方向Ｒに回転すると、冷却フィン４４が送電部２４に冷却風を供給する。冷却フィン４４からの冷却風は、冷却溝３９、冷却溝４０および貫通孔３３の少なくともいずれかを流れる。これにより、送電部２４を冷却することができる。
【００５６】
ここで、図１３に示すように、固定子コア４５、エアギャップ、回転子コア４８、永久磁石４７、回転子コア４８、エアギャップ、固定子コア４５および送電コア３０を順次通る。このように、磁束ＭＦ１の磁気回路は、送電コア３０を通る。
【００５７】
詳細については後述するが、電力送電時にも送電コイル３１の周囲に磁束が形成され、当該磁束も送電コア３０を通る。このように、電力送電のための磁気経路と、回転子４２を回転させる磁束の磁気回路とは、いずれも、送電コア３０を通る。
【００５８】
換言すれば、送電コア３０は、電力送電のための磁束と、回転子４２を回転させるための磁束のいずれもが通り、部品の共用化が図られている。これにより、送電ユニット２１および送電装置１０の小型化が図られている。
【００５９】
ここで、回転子４２が回転する際には、送電コア３０には、当該回転力の反力が加えられる。図１２において、送電コア３０は、スライド軸５４の天板６１に固定されている。スライド軸５４は、周方向に回転することが規制されている。このため、送電コア３０に反力が加えられたとしても、送電部２４が回転することが抑制されている。
【００６０】
次に、図１５に示すように、クラッチコイル７０に電流が供給される。クラッチコイル７０に電流が流れることで、クラッチコイル７０の周囲にも磁束ＭＦ２が形成される。具体的には、磁束ＭＦ２は、送電コア３０、エアギャップ、磁性体７１、磁性体７４ｂ、磁性体７３、エアギャップおよび送電コア３０を順次通る。
【００６１】
なお、磁性体７４ｂは、磁性体７１の下方に位置する磁性部９０と、磁性部９０の下端部に連結された磁性連結部９１と、磁性連結部９１に連結されると共に磁性体７３の下方に位置する磁性部９２とを含む。磁性部９０、磁性連結部９１および磁性部９２によって、クラッチ板７４ａが収容される凹部が形成されている。そして磁束ＭＦ２が磁性体７４ｂを通るときには、磁性部９０、磁性連結部９１および磁性部９２を順次通るように流れる。
【００６２】
このように、磁束ＭＦ２の磁気回路も送電コア３０を通るように形成されている。このため、電力送電時に送電コイル３１によって形成される磁束の磁気回路と、クラッチコイル７０によって形成される磁気回路とはいずれも、送電コア３０を共用しており、装置全体の小型化が図られている。
【００６３】
上記のように磁束ＭＦ２が流れると、揺動クラッチ７４には、クラッチ板７２に近づく方向に吸引力が付与される。これにより、揺動クラッチ７４がクラッチ板７２に向けて変位しようとする。揺動クラッチ７４が変位しようとすると、弾性支持部７５が撓み、揺動クラッチ７４のクラッチ板７４ａがクラッチ板７２に接触する。
【００６４】
ここで、固定子コイル４６に電流が流れているため、固定子コイル４６の周囲に磁束ＭＦ１が形成されており、回転子４２が回転している。
【００６５】
クラッチ板７４ａがクラッチ板７２に接触することで、回転子４２の回転力が揺動クラッチ７４を通して、ナット部５２に伝達される。
【００６６】
ナット部５２が回転すると、図１６に示すように、ナット部５２は上方に上昇する。ナット部５２が上昇すると、冷却装置２５および送電ユニット２１も上昇する。このように、進退移動装置２２は、回転子４２の回転力を用いて、送電部２４および冷却装置２５を受電装置６に向けて上昇させる。
【００６７】
図１７において、送電ユニット２１が受電装置６に電力送電する送電位置に位置した状態を示す。送電ユニット２１が上昇すると、所定位置で、接触検知スイッチ３２が受電装置６の下面に接触する。接触検知スイッチ３２が受電装置６を検知すると、クラッチコイル７０への電力供給が停止される。これにより、揺動クラッチ７４は、弾性支持部７５からの弾性力によって、クラッチ板７２から離れる。揺動クラッチ７４のクラッチ板７４ａがクラッチ板７２から離れると、ナット部５２へ回転力が加えられなくなり、ナット部５２の回転が停止する。ナット部５２の回転が停止すると、送電部２４および冷却装置２５の上昇が停止する。このように、クラッチ装置２６は、回転子４２の回転力を進退移動装置２２に伝達する状態と、進退移動装置２２への回転力の伝達を遮断した状態とを切り替えることができる。
【００６８】
そして、図１７に示すように、受電装置６の直下に位置した状態で、送電コイル３１に交流電流が供給される。送電コイル３１に交流電流が流れると、送電コイル３１の周囲に磁束ＭＦ３が流れる。磁束ＭＦ３が、受電コイル８１と鎖交することで、受電コイル８１に誘導起電圧が発生し、受電コイル８１が電力を受電する。
【００６９】
ここで、送電コイル３１および受電コイル８１に交流電流が流れると、送電コイル３１および受電コイル８１で銅損が発生し、送電コイル３１および受電コイル８１が高温となる。
【００７０】
そこで、固定子コイル４６に交流電流を供給して、回転子４２を回転させる。図１８は、電力送電時における受電装置６の一部および送電部２４の一部を示す斜視図である。この図１８に示す例においては、受電装置６に形成された冷却溝８５と冷却溝３９とが巻軸Ｏ１の延びる方向に配列するように位置している。また、受電装置６の冷却溝８６と、送電コア３０に形成された冷却溝４０とが巻軸Ｏ１の延びる方向に配列するように位置している。同様に、送電コア３０に形成された貫通孔３３と、受電装置６の貫通孔８４とが、巻軸Ｏ１が延びる方向に配列している。
【００７１】
回転子４２が回転方向Ｒに回転すると、冷却フィン４４によって冷却風が、送電コア３０の冷却溝３９内を流れ、冷却溝３９を通過した冷却風は、次に、冷却溝８５内を流れる。また、貫通孔３３内または冷却溝４０内を流れた冷却風は、その後、貫通孔８４および冷却溝８６内を流れる。
【００７２】
なお、冷却溝３９または冷却溝４０を通った冷却風の一部は、送電コア３０の上面３７と、受電コア８０の下面８３との間を通り、送電コイル３１の上面および受電コイル８１の下面を冷却する。これにより、送電コイル３１および受電コイル８１を直接的に冷却することができる。
【００７３】
なお、冷却溝８５および冷却溝３９が送電コア３０の周方向にずれた状態において、回転子４２を回転させたときについて説明する。
【００７４】
冷却溝３９内を通った冷却風は、受電コア８０と送電コア３０との間のギャップに入り込む。送電コア３０の上面３７と、受電コア８０の下面８３との間を流れ、その後、冷却溝８５や冷却溝８６内を流れる。
【００７５】
ここで、図１５などに示すように、固定子コイル４６に交流電流を供給することで、固定子コイル４６の周囲に形成される磁束ＭＦ１は、送電コア３０の下面３８側を流れる。その一方で、送電コイル３１は、送電コア３０の上面３７側に設けられているため、図１７に示す磁束ＭＦ３は、下面３８およびその周囲では密度が低下する。
【００７６】
このように、送電コイル３１を上面３７側に設けると共に、固定子コイル４６を下面３８側に配置することで、磁束ＭＦ１が流れる領域と、磁束ＭＦ３が流れる領域とが離れる。その結果、送電コイル３１の周囲に形成される磁束ＭＦ３が、送電コア３０の下面から漏れ、回転子４２の回転に影響を与えることを抑制することができる。
【００７７】
クラッチコイル７０が送電コア３０の下面３８側に設けられる一方で、送電コイル３１が送電コア３０の上面３７側に設けられている。送電コイル３１によって形成される磁束ＭＦ３が送電コア３０の下面３８に達することが抑制されている。これにより、送電コア３０によって磁束ＭＦ３が形成されたとしても、磁束ＭＦ３がクラッチ装置２６の駆動に影響を与えることが抑制されている。
【００７８】
また、図１５に示すように、クラッチコイル７０は送電コア３０の貫通孔３３側に設けられており、固定子コイル４６は送電コア３０の外周面側に設けられている。このため、固定子コイル４６によって形成される磁束ＭＦ１がクラッチ装置２６の駆動に影響を与えることが抑制されている。同様に、クラッチコイル７０によって形成される磁束ＭＦ２が回転子４２の回転駆動に影響を与えることが抑制されている。
【００７９】
このように、非接触充電システム１によれば、送電中においても、送電部２４と受電装置６とを冷却することができると共に、送電部２４による電力送電と、冷却装置２５による冷却と、クラッチ装置２６の回転力の伝達および伝達の遮断の切換動作とが互いに影響することが抑制されている。
【００８０】
図１に示すバッテリ８の充電が完了すると、送電装置１０から受電装置６への送電を終了する。具体的には、図１７において、送電コイル３１への電力供給が停止される。
【００８１】
ここで、回転子４２が回転しているときには、まず、回転子４２の回転を停止させる。その後、クラッチコイル７０に交流電流を供給して、揺動クラッチ７４をクラッチ板７２に接触させる。
【００８２】
揺動クラッチ７４をクラッチ板７２に接触させた後、回転子４２を回転方向Ｒと反対方向に回転させる。図１７において、ナット部５２が回転方向Ｒと反対方向に回転すると、ナット部５２は、下方に移動する。これに伴い、送電部２４および冷却装置２５も、受電装置６から退避するように、下方に移動する。
【００８３】
そして、図１２に示すように、送電部２４および冷却装置２５が最下端に位置するとクラッチコイル７０への電力供給が停止される。これにより、ナット部５２への回転力の伝達が遮断され、ナット部５２の回転および下降が停止する。その後、図１において、送電装置１０が電源装置１２にまで退避して、充電が完了する。図１などに示す例においては、送電装置１０は図２に示す台車２０によって走行できるようになっているが、送電装置１０が台車２０を備えていることは必須の構成ではない。たとえば、送電装置１０を地面に配置するような構成であってもよい。この場合には、進退移動装置２２および送電ユニット２１が筐体に設けられ、進退移動装置２２によって送電ユニット２１が筐体から上下方向に進退移動することになる。
【００８４】
なお、上記の実施の形態においては、送電部２４および送電コア３０の形状は、上面３７が平坦面状に形成されると共に、受電コア８０の下面８３も平坦面状に形成されているが、送電コア３０および受電コア８０の形状は、各種形状を採用することができる。
【００８５】
図１９は、送電コア３０および受電コア８０の形状の変形例を示す斜視図である。この図１９に示す例においては、送電コア３０の上面３７は、上方に突出すると共に、上面３７がテーパ状に形成されている。具体的には、上面３７は、略円錐台形状に形成されている。
【００８６】
その一方で、受電コア８０の下面８３は、上方に向けて凹むように形成されており、下面８３の内周面はテーパ状に形成されている。具体的には、下面８３は、上面３７に対応して円錐台形状に形成されている。
【００８７】
上記のように構成された送電ユニット２１が受電装置６に電力送電する際には、進退移動装置２２が送電ユニット２１を受電装置６に向けて上昇させる。この際、送電ユニット２１が正確に受電装置６の下方に位置していない場合がある。
【００８８】
この場合、送電コア３０の上面３７が受電コア８０の下面８３に接触し、さらに、進退移動装置２２が送電ユニット２１を上昇させることで、送電コア３０が受電コア８０の下面８３に沿って水平方向にも移動することになる。
【００８９】
その結果、送電ユニット２１を受電装置６に対して水平方向にも正確に位置合わせさせることができる。
【００９０】
また、電力送電時に送電コイル３１に交流電流を供給すると、磁束ＭＦ３によって、送電コア３０と受電コア８０との間に、互いに引き付けられる応力が生じる。当該応力によっても、さらに、２１の送電コア３０が受電コア８０の下面８３に沿って移動することで、送電ユニット２１を受電装置６に対して正確に位置決めをさせることができる。
【００９１】
なお、上記の実施の形態においては、送電ユニット２１は、車両２の下面側に入り込み、車両２の底面に搭載された受電装置６に向けて昇降している。しかし、進退移動装置２２が送電ユニット２１を移動させる方向としては、上記のように上下方向に限られるものではない。
【００９２】
図２０は、非接触充電システム１の変形例を示す模式図である。この図２０に示す例においては、受電装置６は、車両２の後面に設けられている。
【００９３】
そして、送電システム４の進退移動装置９３は、送電ユニット２１を受電装置６に向けて進退させるために、送電ユニット２１を水平方向に移動させている。このように、送電ユニット２１を移動させる方向としては、上下方向にのみに限られず、水平方向に移動させるようにしてもよい。
【００９４】
なお、上記の実施の形態においては、送電装置１０の送電部２４に冷却装置２５を搭載した例について説明したが、受電装置６にも冷却装置を搭載するようにしてもよい。
【００９５】
図２１は、非接触充電システムの変形例を示す模式図である。この図２１に示す非接触充電システム１Ｂにおいては、受電装置６Ａが昇降するように構成されてる。
【００９６】
図２２は、受電装置６Ａを示す断面図である。
この図２２に示すように、受電装置６Ａは、受電ユニット１２１と、受電ユニット１２１を昇降させる進退移動装置１２２と、クラッチ装置１２６とを備える。
【００９７】
受電ユニット１２１は、受電部１２４と、受電部１２４を冷却する冷却装置１２５とを含む。受電部１２４は、受電コア８０と、受電コア８０の下面に形成されたコイル溝１３４に装着された受電コイル８１と、受電コア８０の下面８３に設けられた接触検知スイッチ１３２とを含む。
【００９８】
冷却装置１２５は受電コア８０の上面に設けられた固定子１４１と、固定子１４１に対して回転するように設けられた回転子１４２と、回転子１４２に設けられた固定プレート１４３と、固定プレート１４３に取り付けられた冷却フィン１４４とを含む。
【００９９】
進退移動装置１２２は、車両２のフロアパネル１３に固定された固定板１５０と、固定板１５０に固定されたスプライン１５１と、スプライン１５１の外周面側に設けられたナット部１５２と、スプライン１５１内に挿入されたスライド軸１５４と、スプライン１５１およびナット部１５２の間に設けられたボール１５３とを含む。
【０１００】
クラッチ装置１２６は、受電コア８０と、受電コア８０に上面１４０に設けられたクラッチコイル１７０と、回転子１４２に設けられた磁性体１７１、クラッチ板１７２および磁性体１７３と、ナット部１５２の外周面に設けられた弾性支持部１７５と、弾性支持部１７５によって支持された上記の揺動クラッチ１７４とを含む。
【０１０１】
回転子１４２は、軸受１７７によってナット部１５２の外周面に取り付けられており、ナット部１５２は、軸受１７７によって回転子１４２に対して相対的に回転することができる。
【０１０２】
軸受１７６は、ナット部１５２が受電部１２４に対して相対的に回転することができるように、受電部１２４をナット部１５２の外周面に取り付けている。
【０１０３】
上記のように構成された非接触充電システム１Ｂにおいては、まず、車両２が充電ステーションの所定位置で停車する。
【０１０４】
ここで、受電する際には、進退移動装置１２２が受電部１２４および冷却装置１２５を下降させる。受電部１２４および冷却装置１２５を下降させる際には、クラッチコイル１７０に電流を供給して、クラッチ板１７２とクラッチ板１７４ａとを接触させる。
【０１０５】
そして、固定子１４１の固定子コイルに電流を供給して、回転子１４２を回転させる。回転子１４２の回転力によって、進退移動装置１２２が受電ユニット１２１を下方に向けて下降させる。
【０１０６】
そして、接触検知スイッチ１３２が送電装置１０と接触すると、クラッチコイル１７０への電力供給を停止して、クラッチ板１７２およびクラッチ板１７４ａを離す。これにより、受電ユニット１２１の下降が停止する。
【０１０７】
そして、送電装置１０からの電力を受電部１２４が受電する。この際、受電コア８０内には、受電による磁束が流れ、受電コイル８１に電流が流れる。
【０１０８】
受電コイル８１が高温となることを抑制するために、回転子１４２を回転させると、回転子１４２および固定子１４１の間で形成される磁束も受電コア８０内を流れる。
【０１０９】
このように、冷却装置１２５と受電部１２４とは、いずれも、受電コア８０を共用しており、受電ユニット１２１の小型化が図られている。
【０１１０】
また、クラッチコイル１７０に電流を供給することで、クラッチコイル１７０の周囲に形成される磁束も、受電コア８０内を流れる。このように、受電部１２４、冷却装置１２５およびクラッチ装置１２６は、受電コア８０を共用しており、受電ユニット１２１が大型化することが抑制されている。なお、固定子コイル４６に交流電流を流すための制御手段の説明を省略している。当該制御手段は、たとえば、回転子４２の回転角度を検出または推定する手段と、当該手段によって検出または推定された回転角度に基づいて適切な交流電流を供給する手段とを含み、公知のモータ制御手段を採用することができる。また、送電ユニット２１が受電装置６に接触または近接したことを検知する手段として、接触検知スイッチ３２を採用した例について説明したが、当該接触検知スイッチ３２に限られない。たとえば、固定子コイル４６を流れる交流電流と、回転子４２の回転角度とに基づいて送電ユニット２１が受電装置６に接触または近接したことを検知するようにしてもよい。
【０１１１】
以上、本発明に基づいた各実施の形態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】
【０１１２】
本発明は、非接触送電装置および非接触受電装置に適用することができる。
【符号の説明】
【０１１３】
１，１Ｂ  非接触充電システム、２  車両、３  充電システム、４  送電システム、５  動力生成装置、６，６Ａ  受電装置、７  整流器、８  バッテリ、１０  送電装置、１１  電力ケーブル、１２  電源装置、１３  フロアパネル、２０  台車、２１  送電ユニット、２２，１２２  進退移動装置、２３  コードリール、２４  送電部、２５，１２５  冷却装置、２６，１２６  クラッチ装置、３０  送電コア、３１  送電コイル、３２，１３２  接触検知スイッチ、３３，５７，８４  貫通孔、３４，８７，１３４  コイル溝、３５  コイル線、３６  モールド樹脂、３７，８２，１４０  上面、３８，８３  下面、３９，４０，８５，８６  冷却溝、４１，１４１  固定子、４２，１４２  回転子、４３，１４３  固定プレート、４４，４４ａ，４４ｂ，１４４  冷却フィン、４５  固定子コア、４６  固定子コイル、４７  永久磁石、４８  回転子コア、４９  分割ピース、５０，１５０  固定板、５１，１５１  スプライン、５２，１５２  ナット部、５３，１５３  ボール、５４，１５４  スライド軸、５５，５６  螺旋溝、６０  軸部、６１  天板、６５，６６  側辺部、７０，１７０  クラッチコイル、７１，７３，７４ｂ，１７１，１７３  磁性体、７２，７４ａ，１７２，１７４ａ  クラッチ板、７４，１７４  揺動クラッチ、７５，１７５  弾性支持部、７６，７７  軸受部、８０  受電コア、８１  受電コイル、９０，９２  磁性部、９１  磁性連結部、９３  進退移動装置、１２１  受電ユニット、１２４  受電部、１７６，１７７  軸受、ＭＦ１，ＭＦ２，ＭＦ３  磁束、Ｏ１，Ｏ２，Ｏ３  巻軸、Ｒ  回転方向。
【図１】
2017005966.tif 000003
【図２】
2017005966.tif 000004
【図３】
2017005966.tif 000005
【図４】
2017005966.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
2017005966.tif 000009
【図８】
2017005966.tif 000010
【図９】
2017005966.tif 000011
【図１０】
2017005966.tif 000012
【図１１】
2017005966.tif 000013
【図１２】
2017005966.tif 000014
【図１３】
2017005966.tif 000015
【図１４】
2017005966.tif 000016
【図１５】
2017005966.tif 000017
【図１６】
2017005966.tif 000018
【図１７】
2017005966.tif 000019
【図１８】
2017005966.tif 000020
【図１９】
2017005966.tif 000021
【図２０】
2017005966.tif 000022
【図２１】
2017005966.tif 000023
【図２２】
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