JP6160701B2 - 非接触給電システムの導電体配索構造 - Google Patents

Description

本発明は、非接触給電システムの導電体配索構造に係り、特に、浮遊容量の存在により車両の電圧が高まることを抑制する技術に関する。

地上側に設けられる送電コイルから、車両に設けられる受電コイルへ非接触で電力を送電する非接触給電システムにおいては、送電コイルと受電コイルとの間に存在する浮遊容量により、車両とグランドとの間に電圧が発生するという問題が発生する。この種の従来例として、例えば、特許文献１に開示されたものが知られている。特許文献１では、非接触給電装置の周囲にて、放射電磁界が発生することを防止する技術が開示されている。

特開２０１２−２２８１４８号公報

しかしながら、特許文献１に開示された従来例は、浮遊容量による車両とグランドとの間での電圧の発生を防止することについては言及されていない。

本発明は、このような従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、浮遊容量により地上に対して車両の電圧が高まることを抑制する非接触給電システムの導電体配索構造を提供することにある。

本発明の一態様に係る非接触給電システムの導電体配索構造は、送電コイルを有する送電装置と受電コイルを有する受電装置を備え、送電装置より受電装置へ、電力を非接触で送電する非接触給電システムの導電体配索構造であり、送電コイルと受電コイルとの間に、送電コイルを励磁したときに発生する電場の高電位部と低電位部との間を跨ぐように、導電体を配索する。

図１は、本発明の実施形態に係る導電体配索構造が採用される非接触給電システムの概略構成を示す説明図である。 図２は、本発明の実施形態に係る導電体配索構造により、車両の電圧が高まることを抑制する原理を示す説明図である。 図３は、本発明の第１実施形態に係る導電体配索構造を含む送電装置の構成を示す斜視図である。 図４は、本発明の第１実施形態に係る導電体配索構造を含む送電装置の構成を示す断面図である。 図５は、本発明の第１実施形態に係る導電体配索構造が採用される送電装置の、送電コイルの構成を示す平面図、及び側面図である。 図６は、本発明の第１実施形態に係る導電体配索構造であり、接地線が電気力線に対して平行に配索された図である。 図７は、比較例に係る導電体配索構造であり、接地線が電気力線に対して直交して配索された図である。 図８は、本発明の第２実施形態に係る導電体配索構造であり、サーチコイル基板に接地線を配索した場合の説明図である。 図９は、本発明の第１実施形態に係る導電体配索構造を模式的に示す説明図である。 図１０は、本発明の第２実施形態に係る導電体配索構造を模式的に示す説明図である。 図１１は、ディスク型コイルの構成を示す平面図、及び断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

［第１実施形態の説明］
図１は、本発明の第１実施形態に係る導電体配索構造が採用される非接触給電システムの概略構成を示す説明図である。図１に示すように、非接触給電システム１０は、地上側に設けられる地上側装置３（送電装置）と、車両１に搭載される車両側装置２（受電装置）を備えている。地上側装置３には送電コイルＬ１が搭載され、車両側装置２には受電コイルＬ２が設けられている。そして、車両１を移動させることにより、送電コイルＬ１と受電コイルＬ２を対向させる。この状態で地上側装置３にて送電コイルＬ１を励磁させて電力を送電し、受電コイルＬ２にて電力を受電し、受電した電力を車両に搭載されているバッテリ（図示省略）に充電する。従って、プラグ接続などの接続操作を必要とせず、車両１に搭載されるバッテリに電力を充電することができる。

図２は、本発明に係る導電体配索構造により、非接触給電時に車両１の電圧が高まることを防止する原理を示す説明図であり、図２（ａ）は、本発明を採用しない場合、図２（ｂ）は、本発明を採用する場合を示している。

初めに、本発明を採用しない場合について説明すると、図２（ａ）に示すように、非接触給電システムは、地上側装置３に設けられる送電コイルＬ１と、車両側装置２に設けられる受電コイルＬ２が対向した状態となるので、送電コイルＬ１と受電コイルＬ２との間に浮遊容量Ｃ１が生じる。更に、車両１と地上との間には、抵抗Ｒ１及び浮遊容量Ｃ２が存在する。

従って、地上側装置３に設けられるバッテリＶＢより送電コイルＬ１に電圧を印加して該送電コイルＬ１に電流を流すと、浮遊容量Ｃ１が存在することにより受電コイルＬ２の電圧が上昇し、ひいては地上に対する車両１の電圧が高まる。

次に、本実施形態に係る導電体の配索構造を採用した場合を説明すると、本実施形態では、送電コイルＬ１と受電コイルＬ２との間に線状を成す接地線２３（導電体）が配索される。従って、図２（ｂ）に示すように、図２（ａ）に示した浮遊容量Ｃ１が２つの浮遊容量Ｃ１１，Ｃ１２に分割され、その接続点がグランドに接地されることになる。従って、送電コイルＬ１の励磁により浮遊容量Ｃ１１に生じた電圧をグランドに放出することができ、車両１の電圧が高まることを防止できる。

以下、本実施形態に係る導電体配索構造の具体的な構成について説明する。図３は、地上側装置に設けられる送電コイルＬ１、及びその周辺に設けられる接地線２３の配索構造を示す斜視図、図４は断面図である。図３に示すように、地上側装置は、矩形状の収納枠２１を備えており、該収納枠２１内には、送電コイルＬ１が設置されている。送電コイルＬ１は、鉄心２４に電線２５が巻回されて構成されている。

図５は、送電コイルＬ１の詳細な構成を示す説明図であり図５（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。図５（ａ）、（ｂ）に示すように、鉄心２４は、平板状のフェライト３１の周囲を絶縁体３２で被覆した構成をなしており、該鉄心２４に対して螺旋状に電線２５が巻回されている。そして、電線２５の両端にはそれぞれ端子３３が設けられている。従って、各端子３３に電圧を供給することにより、送電コイルＬ１を励磁させることができる。即ち、電線２５の巻回方向は、図中Ｙ方向であり、送電コイルＬ１に生じる磁束方向はＹ方向に対して直交するＸ方向となる。

また、図３，図４に示した収納枠２１の上部には、矩形枠形状の防磁壁２２が設けられている。該防磁壁２２は、アルミニウム等の導電性が高く透磁率が低い材料で形成されている。更に、この防磁壁２２の上面を覆うように、樹脂製の蓋体２６が設けられており、該蓋体２６には、複数の接地線２３が等間隔で配索されている。つまり、複数の接地線２３が樹脂製の蓋体２６にモールドされた状態で配索されている。

各接地線２３の一方の端部側（図中、符号ｑ１側）は全て開放されている。また、他方の端部側（図中ｑ２側）は全てが短絡され、この短絡点は防磁壁２２に接続され、更に、グランドに接地されている。従って、防磁壁２２及び各接地線２３は、全てグランド電位となる。

その結果、前述した図２（ｂ）に示したように、送電コイルＬ１と受電コイルＬ２との間に複数の接地線２３が配索される構造となり、送電コイルＬ１と受電コイルＬ２との間の浮遊容量により、車両１の電圧が高まることを防止できる。

図６は、図３，図４に示した送電コイルＬ１に生じる磁束方向（図中Ｘ方向）と各接地線２３の配索方向が互いに平行とされた場合の例を示している。即ち、送電コイルＬ１を励磁したときに発生する電場の高電位部Ｐ１（電圧＋Ｖ１ボルト）と、低電位部Ｐ２（電圧−Ｖ１ボルト）との間を跨ぐように、各接地線２３が配索されている。また、送電コイルＬ１に生じる電気力線は、点Ｐ１から点Ｐ２に向かう方向、即ち、磁束と同一の方向に生じており、図６に示す例では、各接地線２３が電気力線の方向と平行に配索されている。

このように、電気力線に対して平行に接地線２３を配索することにより、送電コイルＬ１を励磁したときに発生する電場の高電位部と低電位部との間を跨ぐように接地線２３（導電体）が配索されるので、接地線２３内における高電位部と低電位部との経路が短くなり、接地線２３内の電気抵抗を小さくできるため、送電コイルＬ１と受電コイルＬ２との間の寄生容量により生じる電圧を、グランドに放出し易くなる。従って、地上に対して車両１の電圧が高まることを抑制できる。

また、複数の接地線２３の一方の端部側が開放され、他方の端部側が短絡され、この短絡点がグランドに接地されるので、接地線２３による閉ループが存在せず、渦電流の発生を抑止するので不必要な温度上昇を防止できる。

図７は、上述した図６に対する比較例を示す説明図である。即ち、図６では、送電コイルＬ１を励磁したときに発生する電場の高電位部Ｐ１と、低電位部Ｐ２との間を跨ぐように、各接地線２３を配索する例について示した。これに対して、図７に示す比較例では、高電位部と低電位部を跨がずに各接地線２３を配索している。即ち、図３，図４に示した送電コイルＬ１に生じる磁束方向（図中Ｘ方向）と各接地線２３の配索方向が互いに直交している場合の例を示している。この場合には、送電コイルＬ１に生じる電気力線は、点Ｐ１から点Ｐ２に向かう方向に生じており、図７に示す例では、各接地線２３が電気力線の方向と直交して配索されている。このような構成を有する比較例では、接地線２３内の電気抵抗を小さくすることができず、送電コイルＬ１と受電コイルＬ２との間の寄生容量により生じる電圧を、グランドに放出し易くなるという、本発明の効果を達成することができない。

即ち、第１実施形態に係る導電体配索構造では、図９に示すように、送電コイルＬ１と受電コイルＬ２との間に、接地線２３が配索された蓋体２６が設けられ、更に、接地線２３は、送電コイルＬ１を励磁したときに発生する電場の高電位部と、低電位部との間を跨ぐように配索されるので、浮遊容量により生じる電圧をグランドに放出することができ、車両１の電位が高まることを防止できる。

なお、上記した実施形態では、送電コイルＬ１を励磁したときに発生する電気力線の方向と接地線２３の方向が平行である場合の例を示したが、電気力線の方向と接地線２３の方向が斜めとなるようにすることも可能である。つまり、接地線２３を配索する方向が、磁束方向（Ｘ方向）、或いは巻回方向（Ｙ方向）に対して、所定角度だけ傾いた方向とすることも可能である。

［第２実施形態の説明］
次に、本発明の第２実施形態に係る導電体配索構造について説明する。第２実施形態では、送電コイルＬ１の周囲に異物が存在する場合にこれを検出するためのサーチコイルが搭載された地上側装置３に対して、第１実施形態で示した接地線２３を配索する場合について示す。

図８は、サーチコイル基板４１の構成を示す平面図である。図８に示すように、サーチコイル基板４１は、縦方向、及び横方向に矩形状を成す複数のセンサコイル４２が設けられている。該サーチコイル基板４１は、送電コイルＬ１の上面側に設置される。そして、送電コイルＬ１と受電コイルＬ２との間で送電を開始する前に、送電コイルＬ１に微弱な電流を流す。そして、コントローラ部４３の制御により、センサコイル４２に生じる電圧変化を読み取り、この電圧変化に基づいて、送電コイルＬ１の近傍に、空き缶やボルト、金属片等の異物が存在するか否かを判断する。つまり、送電コイルＬ１の近傍に金属製の異物が存在する場合には、この異物に渦電流が発生して発熱する虞があるので、この問題を防止するために、サーチコイル基板４１を用いて、異物の存在を検出する。

第２実施形態では、このサーチコイル基板４１に接地線２３を設ける。即ち、図８に示すように、サーチコイル基板４１に複数の接地線２３を等間隔で、且つ平行に配索する。そして、前述した図３に示したように、各接地線２３の一端側を全て開放し、他端側を全て短絡させ、この短絡点をグランドに接地する。また、各接地線２３が、送電コイルＬ１を励磁したときに発生する電場の高電位部と低電位部との間を跨ぐように配置する。こうすることにより、前述した第１実施形態と同様に、送電コイルＬ１と受電コイルＬ２との間に接地線２３が配索されるので、送電コイルＬ１と受電コイルＬ２との間の浮遊容量による電圧の発生を抑制できる。その結果、車両１の電圧が高まることを抑制できる。

即ち、第２実施形態に係る導電体配索構造では、図１０に示すように、送電コイルＬ１と受電コイルＬ２との間に、接地線２３が配索されたサーチコイル基板４１が設けられるので、浮遊容量による電圧をグランドに放出することができ、車両１の電位が高まることを防止できる。また、接地線２３をサーチコイル基板４１に搭載するので、接地線２３専用の基板を作成する必要が無く、装置構成を簡素化することができる。

なお、上述した第１，第２実施形態では、送電コイルＬ１として、図５に示した如くのソレノイド型コイルを用いる例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、図１１に示すように、ディスク型コイル７１を用いることも可能である。図１１において、ディスク型コイル７１は、フェライト７２を有し、該フェライト７２の表面に絶縁材７３が設けられている。更に、該絶縁材７３の表面に電線７４が渦巻き状に巻回されており、電線７４の両端には端子７５が設けられている。そして、このように構成されたディスク型コイル７１を送電コイルとして用いた場合でも、該送電コイルと受電コイルとの間に接地線を設けることにより、車両１の電圧が高まることを抑制することができる。

以上、本発明の非接触給電システムの導電体配索構造を図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置き換えることができる。

例えば、上述した第１，第２実施形態では、接地線２３を基板内に設ける構成としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、送電コイルＬ１の近傍に被覆した接地線、或いは被覆しない接地線を設ける構成とすることも可能である。また、接地線を樹脂製の第１実施形態の蓋体２６の裏面（送電コイルＬ１の側面）に沿わせて配する構成とすることも可能であるし、蓋体の裏面に図６のようなパターンの金属プリントを行い接地線を形成することも可能である。

本発明は、非接触給電システムにてバッテリを充電する際に、車両の電圧が高まることを抑制することに利用することができる。

１ 車両
２ 車両側装置（受電装置）
３ 地上側装置（送電装置）
１０ 非接触給電システム
２１ 収納枠
２２ 防磁壁
２３ 接地線（導電体）
２４ 鉄心
２５ 電線
２６ 蓋体
３１ フェライト
３２ 絶縁体
３３ 端子
４１ サーチコイル基板
４２ センサコイル
４３ コントローラ部
７１ ディスク型コイル
７２ フェライト
７３ 絶縁材
７４ 電線
７５ 端子
Ｌ１ 送電コイル
Ｌ２ 受電コイル

Claims (4)

1. 地上側に設けられ、送電コイルを有する送電装置、及び車両に設けられ、受電コイルを有する受電装置を備え、
   前記送電装置より前記受電装置へ、電力を非接触で送電する非接触給電システムにおいて、
   前記送電コイルと前記受電コイルとの間に、前記送電コイルを励磁したときに発生する電場の高電位部と低電位部との間を跨ぐように、直線の線状をなす導電体を配索した導電体配索構造を備え、
   前記導電体は、一方の端部が開放され、他方の端部がグランドに接地されていることを特徴とする非接触給電システム。
2. 前記導電体を前記電場に生じる電気力線と平行に複数本配索することを特徴とする請求項１に記載の非接触給電システム。
3. 前記導電体は互いに平行に複数本配索され、このうち一方の端部を全て開放し、他方の端部を全て短絡し且つこの短絡点をグランドに接地することを特徴とする請求項１に記載の非接触給電システム。
4. 前記送電コイルの近傍に異物が存在することを検出するためのサーチコイル基板を備え、前記導電体を前記サーチコイル基板内に配索することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の非接触給電システム。

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