JP6208528B2

JP6208528B2 - 非接触給電装置

Info

Publication number: JP6208528B2
Application number: JP2013215343A
Authority: JP
Inventors: 肇寺山; 和義加々美; 田中　信吾; 信吾田中
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2013-10-16
Filing date: 2013-10-16
Publication date: 2017-10-04
Anticipated expiration: 2033-10-16
Also published as: JP2015080324A

Description

本発明は、給電側ユニットから受電側ユニットへ電力を供給する非接触給電装置に関する。

従来、鉄心がスライド自在に設けられることで巻線部同士の位置ずれを補正する非接触給電装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載された非接触給電装置では、図４に示すように、一次側鉄心１０１及び二次側鉄心１０２が対向方向に突出した突出部１０３、１０４を備えるとともに、一次側鉄心１０１が図４中左右方向にスライド自在に設けられている。各鉄心１０１、１０２をそれぞれ備えた給電側ユニット１０５と受電側ユニット１０６とに左右方向における位置ずれが生じると、突出部１０３、１０４同士が正対する（即ち、左右方向において略同一位置となる）ように一次側鉄心１０１がスライドすることで、漏れ磁束を低減して給電効率の低下を防止している。

特開２０１３−９０３９２号公報

しかしながら、特許文献１に記載の非接触給電装置では、磁束が一次側鉄心１０１から突出部１０３を通過して二次側鉄心１０２の突出部１０４に向かうため、給電側ユニット１０５と受電側ユニット１０６とが一次側鉄心１０１の可動範囲よりも大きく位置ずれした場合、突出部１０３、１０４を設けない構成よりも磁束が遠回りして二次側鉄心１０２に向かうことになり、給電効率が低下してしまう可能性があった。

さらに、大きな位置ずれが生じた場合に突出部１０３、１０４同士を正対させるためには、一次側ユニット１０５の左右方向寸法を大きくする必要があり、装置全体が大型化してしまうという不都合が考えられる。

本発明の目的は、位置ずれによる給電効率の低下を防止するとともに装置全体を小型化することができる非接触給電装置を提供することにある。

本発明の非接触給電装置は、給電側ユニットから受電側ユニットへ電力を供給する非接触給電装置であって、前記給電側ユニットは、一次側巻線部を備えた一次側コイルユニットを有して構成され、前記受電側ユニットは、二次側巻線部を備えた二次側コイルユニットを有して構成され、前記給電側ユニットと前記受電側ユニットとのうち少なくとも一方は、前記一次側巻線部と前記二次側巻線部との対向方向と交差する方向において該一次側巻線部又は該二次側巻線部をスライド可能に支持する支持手段と、該一次側巻線部又は該二次側巻線部を該支持手段上で移動させる移動手段と、を有して構成され、前記移動手段が前記一次側巻線部と前記二次側巻線部とを前記交差する方向における位置ずれに応じて相対移動させ、前記一次側コイルユニット及び前記二次側コイルユニットは、それぞれ鉄心を備えるとともに、前記交差する方向を軸方向として前記一次側巻線部及び前記二次側巻線部がそれぞれ該鉄心の周囲に形成され、前記支持手段は、前記一次側巻線部又は前記二次側巻線部を前記鉄心に沿ってスライド可能に支持することを特徴とする。

以上のような本発明によれば、一次側巻線部と二次側巻線部とを互いの位置ずれに応じて相対移動させることで、巻線部同士を正対させるか、正対位置に近づけることができ、給電効率の低下を防止することができるとともに、鉄心を設けたり鉄心に突出部を形成したりする必要がなく、装置の構成を簡単化することができる。さらに、一次側巻線部と二次側巻線部が可動範囲よりも大きく位置ずれした場合であっても、巻線部同士を相対移動させることによる効果を得ることができ、巻線部が適宜な可動範囲を有するように給電側ユニット及び受電側ユニットを形成することで、装置全体を小型化することができる。尚、支持手段及び移動手段は、対向方向と交差する方向のうち少なくとも一方向において巻線部をスライドさせるものであればよい。

この際、本発明の非接触給電装置では、前記給電側ユニット及び前記受電側ユニットは、前記支持手段と前記移動手段とをそれぞれ備えることが好ましい。このような構成によれば、給電側ユニット及び受電側ユニットが支持手段と移動手段とを備える、即ち、一次側巻線部と二次側巻線部とがスライド可能に設けられていることで、位置ずれが一次側の可動範囲と二次側の可動範囲との和以下であれば巻線部同士を正対させることができ、いずれか一方の巻線部が移動可能に設けられる構成と比較して、給電側ユニットと受電側ユニットとのうち一方がスライド方向（交差する方向）に大型化することを防止することができる。

また、支持手段が巻線部を鉄心に沿ってスライド可能に支持することで、構成が複雑化することを防ぎつつコイルユニットのインダクタンスを大きくすることができる。さらに、対向方向と交差する方向に軸方向が一致している、即ち、巻線部が軸方向にスライドするように設けられていることで、巻線部を鉄心に沿って容易にスライドさせることができる。

以上のような本発明の非接触給電装置によれば、一次側巻線部と二次側巻線部とを互いの位置ずれに応じて相対移動させることで、給電効率の低下を防止するとともに装置全体を小型化することができる。

本発明の実施形態に係る非接触給電装置を示す斜視図である。前記非接触給電装置の動作説明図である。本発明の変形例に係る非接触給電装置を示す斜視図である。従来技術の非接触給電装置を示す側面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態の非接触給電装置１は、図１に示すように、一次側巻線部２１を備えた給電側ユニット２と、二次側巻線部３１を備えた受電側ユニット３と、給電側ユニット２と受電側ユニット３との相対位置を検出する図示しない検出手段と、を有して構成されている。受電側ユニット３は、図示しない車両に設けられてバッテリに接続され、給電側ユニット２は、駐車スペースの適宜な位置に設置されて図示しない電源に接続されており、これらの給電側ユニット２及び受電側ユニット３を介して電源からバッテリに給電可能に構成されている。

尚、非接触給電装置１は、電磁誘導方式であってもよいし、適宜な回路素子を備えた磁界共鳴方式であってもよい。また、本実施形態におけるＸ方向、Ｙ方向、及び、Ｚ方向は、図１に示す通りとする。図１において、給電側ユニット２と受電側ユニット３とがＺ方向に対向するとともにＸＹ平面において略同一位置に設けられることで、一次側巻線部２１と二次側巻線部３１とが位置ずれなく正対している。さらに、給電側ユニット２及び受電側ユニット３は、Ｘ方向が車両の幅方向に向くように設けられている。

給電側ユニット２は、一次側巻線部２１と、一次側巻線部２１をスライド可能に支持する支持手段２２と、一次側巻線部２１を支持手段２２上で移動させる移動手段としてのモータ２３と、一次側巻線部２１、支持手段２２、及び、モータ２３を収容するシールドケース２４と、検出手段の検出結果に基づいてモータ２３を制御する図示しない制御手段と、を有して構成されている。

一次側巻線部２１は、Ｘ方向を軸方向として電線２１１がボビン２１２に螺旋状に巻きつけられることで形成されている。ボビン２１２は、後述する板状の鉄心２２１をＹ方向及びＺ方向から囲むように形成されることで、鉄心２２１に沿ってスライド可能に支持される。また、ボビン２１２には、モータ２３の後述するギア２３１と噛み合うラック部２１２ａが形成されている。

支持手段２２は、Ｚ方向を板厚方向とする板状の鉄心２２１と、鉄心２２１をシールドケース２４に固定する固定部２２２と、を有して構成されている。この鉄心２２１と一次側巻線部２１とが一次側コイルユニットとして機能する。

モータ２３は、先端に設けられたギア２３１を回転させることでボビン２１２をＸ方向に移動させるように設けられている。

受電側ユニット３は、二次側巻線部３１と、二次側巻線部３１をスライド可能に支持する支持手段３２と、二次側巻線部３１を支持手段３２上で移動させる移動手段としてのモータ３３と、二次側巻線部３１、支持手段３２、及び、モータ３３を収容するシールドケース３４と、検出手段の検出結果に基づいてモータ３３を制御する図示しない制御手段と、を有して構成されている。

二次側巻線部３１は、一次側巻線部２１と略同様に、Ｘ方向を軸方向として巻きつけられた電線３１１と、ラック部３１２ａが形成されたボビン３１２と、を備えている。また、支持手段３２は、支持手段２２と略同様に、板状の鉄心３２１と、固定部３２２とを備え、二次側巻線部３１と鉄心３２１とが二次側コイルユニットとして機能する。さらに、モータ３３は、モータ２３と略同様に先端にギア３３１を備えている。

次に、車両を駐車スペースに駐車して給電側ユニット２と受電側ユニット３とにＸ方向にずれが生じた際の非接触給電装置１の動作について、図２も参照して説明する。まず、図２に二点鎖線で示すように、一次側巻線部２１が給電側ユニット２内のＸ方向略中央部に位置するとともに、二次側巻線部３１が受電側ユニット３内のＸ方向略中央部に位置するように、モータ２３、３３をそれぞれ回転させる。これにより、給電側ユニット２と受電側ユニット３との位置ずれと巻線部同士２１、３１同士の位置ずれが略等しくなる。次に、検出手段が図２に示す給電側ユニット２と受電側ユニット３との位置ずれ量ΔＸを検出し、給電側ユニット２と受電側ユニット３とに設けられた制御手段が、ボビン２１２、３１２が互いに近づくようにモータ２３、３３を回転させ、一次側巻線部２１と二次側巻線部３１とをＸ方向の逆向きにΔＸ／２だけ移動させる。

図２に実線で示すように一次側巻線部２１と二次側巻線部３１とが正対する（即ち、Ｘ方向において略同一位置となる）と、一次側巻線部２１で発生した磁束が二次側巻線部３１に鎖交しやすくなることで、給電時に磁束が他の構造体に侵入することによって発生する損失が低減される。

また、ΔＸ／２が一次側巻線部２１及び二次側巻線部３１の可動範囲よりも大きい場合は、一次側巻線部２１及び二次側巻線部３１を可動範囲内で最大限移動させて互いに近づける。

このような本実施形態によれば、以下のような効果がある。即ち、一次側巻線部２１と二次側巻線部３１との位置ずれに応じて一次側巻線部２１と二次側巻線部３１とを相対移動させることで、給電効率の低下を防止することができるとともに、鉄心２２１、３２１に突出部を形成する必要がなく、構成を簡単化することができる。さらに、給電側ユニット２と受電側ユニット３とが一次側巻線部２１及び二次側巻線部３１の可動範囲の和よりも大きく位置ずれした場合であっても、巻線部２１、３１同士を相対移動させることによる効果を得ることができ、巻線部２１、３１が適宜な可動範囲を有するように給電側ユニット２及び受電側ユニット３を形成することで、装置全体を小型化することができる。また、給電側ユニット２と受電側ユニット３とのＸ方向のずれに対応して巻線部２１、３１同士を相対移動させることで、車両の駐車位置に対する前後方向（Ｙ方向）のずれをタイヤ止め等によって防ぐ一方で幅方向（Ｘ方向）にずれが生じてしまった場合であっても、給電効率の低下を最小限に抑えることができる。

さらに、一次側巻線部２１及び二次側巻線部３１がスライド可能に設けられていることで、位置ずれが各巻線部２１、３１の可動範囲の和以下であれば巻線部２１、３１同士を正対させることができ、いずれか一方がスライド可能に設けられる構成と比較して、一方のユニットが大型化してしまうことを防ぐことができる。

また、支持手段２２、３２がそれぞれ一次側巻線部２１と二次側巻線部３１とを鉄心２２１、３２１に沿ってスライド可能に支持していることで、構成が複雑化することを防ぎつつ一次側コイルユニット及び二次側コイルユニットのインダクタンスを大きくすることができる。

また、一次側巻線部２１及び二次側巻線部３１が軸方向であるＸ方向にスライド可能に設けられていることで、巻線部２１、３１を鉄心２２１、３２１に沿って容易にスライドさせることができる。

なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的が達成できる他の構成等を含み、以下に示すような変形等も本発明に含まれる。例えば、前記実施形態では、一次側巻線部２１及び二次側巻線部３１がそれぞれＸ方向にスライド可能に設けられるものとしたが、一次側巻線部２１と二次側巻線部３１とのうち一方がスライド可能に設けられていてもよい。また、巻線部がＸＹ平面上の少なくとも一方向にスライド可能に設けられていればよく、例えば、巻線部内側のＹ方向寸法が鉄心のＹ方向寸法よりも大きく形成されることで巻線部がＹ方向に移動可能に設けられる構成であってもよいし、一次側巻線部と二次側巻線部とが異なる方向にスライド可能に設けられていてもよい。

また、前記実施形態では、支持手段２２、３２が鉄心２２１、３２１を備えるものとしたが、鉄心２２１、３２１は省略されていてもよく、例えば、鉄心２２１、３２１と略同一形状の板状部材上をボビン２１２、３１２がスライドする構成であってもよいし、シールドケースの内側にレール部が形成されることでボビンの一部がレール部によってスライド可能に支持される構成であってもよい。

また、前記実施形態では、一次側巻線部２１及び二次側巻線部３１がＸ方向に軸方向を向けて形成されるものとしたが、図３に示すように、Ｚ方向を軸方向として電線２１１Ｂ、３１１Ｂが巻き回されることで一次側巻線部２１Ｂ及び二次側巻線部３１Ｂが形成されていてもよい。このように巻線部の対向方向と軸方向とが一致する構成においては、これらの方向に交差するＸＹ平面に沿った方向の位置ずれによって給電効率が低下しやすいことから、巻線部同士を相対移動させることで給電効率の低下を効果的に防止することができる。また、このような構成においては、巻線部２１、３１はＸ方向だけでなくＹ方向にも相対移動可能に設けられることが好ましい。尚、巻線部２１Ｂ、３１Ｂを支持する板状部材２２１Ｂ、３２１Ｂは、鉄心であってもよいし、透磁率の低い部材で形成されていてもよい。

また、前記実施形態では、移動手段としてモータ２３、３３を例示したが、移動手段は、巻線部２１、３１をＸＹ平面内で移動させるものであればよく、例えば、巻線部２１、３１のスライド方向に軸が出没可能に設けられた直動モータであってもよい。

また、前記実施形態では、一次側巻線部２１及び二次側巻線部３１がボビン２１２、３１２を備えるものとしたが、ボビンは省略されていてもよく、螺旋状に巻き回された電線が支持手段に直接支持されるとともに移動手段によって移動させられる構成であってもよい。

また、前記実施形態では、給電側ユニット２及び受電側ユニット３がＸ方向を車両幅方向に向けて設けられるものとしたが、給電側ユニット２及び受電側ユニット３は、巻線部の軸方向（Ｙ方向）が車両幅方向に向くように設けられていてもよい。

また、前記実施形態では、非接触給電装置１は車両に設けられたバッテリに給電するためものとしたが、電源から任意の電気機器に非接触で給電する装置であればよい。

その他、本発明を実施するための最良の構成、方法などは、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、且つ、説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、形状、材質、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。従って、上記に開示した形状、材質などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状、材質などの限定の一部、もしくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。

１非接触給電装置
２給電側ユニット
３受電側ユニット
２１一次側巻線部
２２支持手段
２３モータ（移動手段）
３１二次側巻線部
３２支持手段
３３モータ（移動手段）
２２１鉄心
３２１鉄心

Claims

給電側ユニットから受電側ユニットへ電力を供給する非接触給電装置であって、
前記給電側ユニットは、一次側巻線部を備えた一次側コイルユニットを有して構成され、
前記受電側ユニットは、二次側巻線部を備えた二次側コイルユニットを有して構成され、
前記給電側ユニットと前記受電側ユニットとのうち少なくとも一方は、前記一次側巻線部と前記二次側巻線部との対向方向と交差する方向において該一次側巻線部又は該二次側巻線部をスライド可能に支持する支持手段と、該一次側巻線部又は該二次側巻線部を該支持手段上で移動させる移動手段と、を有して構成され、
前記移動手段が前記一次側巻線部と前記二次側巻線部とを前記交差する方向における位置ずれに応じて相対移動させ、
前記一次側コイルユニット及び前記二次側コイルユニットは、それぞれ鉄心を備えるとともに、前記交差する方向を軸方向として前記一次側巻線部及び前記二次側巻線部がそれぞれ該鉄心の周囲に形成され、
前記支持手段は、前記一次側巻線部又は前記二次側巻線部を前記鉄心に沿ってスライド可能に支持することを特徴とする非接触給電装置。
前記給電側ユニット及び前記受電側ユニットは、前記支持手段と前記移動手段とをそれぞれ備えることを特徴とする請求項１に記載の非接触給電装置。