JP6325793B2

JP6325793B2 - 非接触給電装置

Info

Publication number: JP6325793B2
Application number: JP2013215342A
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: 2018-05-16
Anticipated expiration: 2033-10-16
Also published as: JP2015079822A

Description

本発明は、一次側コイルユニットから二次側コイル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、一次側コイルユニットから二次側コイルユニットへ電力を供給する非接触給電装置において、一次側巻線部が二次側巻線部との対向方向から傾斜可能に設けられたものが提案されている（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、一次側巻線部を二次側巻線部に向けて傾斜させることで、対向方向と交差する方向においてコイルユニット同士が位置ずれした場合に給電効率が低下することを防止している。

特開２０１３−１０６４４４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、より大きな位置ずれに対応するためには一次側巻線部の傾斜角度を大きくする必要があり、対向方向における一次側巻線部の移動範囲が大きくなり、装置全体が大型化してしまうという不都合があった。

本発明の目的は、コイルユニット同士の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、一次側コイルユニットから二次側コイルユニットへ電力を供給する非接触給電装置であって、前記一次側コイルユニットは、電線が巻き回されることで形成された一次側巻線部を備え、前記二次側コイルユニットは、電線が巻き回されることで形成された二次側巻線部を備え、前記一次側巻線部と前記二次側巻線部とのうち少なくとも一方は、前記一次側コイルユニットと前記二次側コイルユニットとの対向方向に交差する方向に分割されるとともに、該一次側コイルユニットと該二次側コイルユニットとの位置ずれに応じて前記対向方向からそれぞれ同じ向きに傾斜可能に設けられていることを特徴とする。

以上のような本発明によれば、巻線部を傾斜させることでコイルユニット同士の位置ずれによる給電効率の低下を防止することができる。さらに、巻線部が対向方向と交差する方向において分割されていることで、交差する方向における分割された巻線部の寸法がそれぞれ小さく形成され、傾斜させた際の対向方向の移動範囲を小さくすることができ、コイルユニットを収容する収容部材の対向方向寸法を小さくして装置全体を小型化することができる。

また、巻線部を分割しない構成と比較して、収容部材の対向方向寸法が同じであっても、より大きな角度で巻線部の各部を傾斜させることができ、給電効率の低下を防止することができる。尚、巻線部は、対向方向に交差する少なくとも一方向に傾斜可能に設けられていればよい。また、分割された巻線部を構成する各部は、直列に接続されていてもよいし並列に接続されていてもよい。

この際、本発明の非接触給電装置では、前記一次側巻線部と前記二次側巻線部とは、互いに同数に分割されることで複数の巻線部対を形成することが好ましい。このような構成によれば、一次側巻線部と二次側巻線部とが互いに同数に分割されていることで、各巻線部対同士が強く電磁結合するように巻線部を傾斜させることができ、給電効率の低下をさらに防止することができる。

さらに、本発明の非接触給電装置では、前記一次側コイルユニットは、一次側鉄心を備えるとともに、前記対向方向と交差する方向を軸方向として前記電線が該一次側鉄心に巻き付けられて前記一次側巻線部が形成され、前記二次側コイルユニットは、二次側鉄心を備えるとともに、前記対向方向と交差する方向を軸方向として前記電線が該二次側鉄心に巻き付けられて前記二次側巻線部が形成され、前記一次側鉄心と前記二次側鉄心とのうち少なくとも一方を傾斜させることで、前記一次側巻線部と前記二次側巻線部とのうち少なくとも一方が傾斜可能に設けられていることが好ましい。

このような構成によれば、周囲に巻線部が形成された鉄心を傾斜させることで、巻線部を容易に傾斜させることができる。さらに、分割された巻線部は、対向方向及び軸方向に交差する方向に並設されるとともに、並設方向に傾斜可能に設けられていることが好ましく、このような構成によれば、軸方向と交差する並設方向、即ち、コイルユニット同士の位置ずれによって給電効率が低下しやすい方向に巻線部を傾斜させることで、給電効率の低下を効果的に防止することができる。

また、本発明の非接触給電装置では、前記一次側巻線部及び前記二次側巻線部は、前記対向方向を軸方向として前記電線が巻き回されて形成されていることが好ましい。このような構成によれば、軸方向と対向方向とが一致し、これらの方向と交差する方向におけるコイルユニット同士の位置ずれによって給電効率が低下しやすい構成において、巻線部がこの交差する方向に傾斜可能に設けられていることで、給電効率の低下を効果的に防止することができる。

以上のような本発明の非接触給電装置によれば、複数に分割された巻線部が傾斜可能に設けられていることで、コイルユニット同士の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。

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を示す斜視図である。前記非接触給電装置の要部を示す側面図である。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。

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、一次側コイルユニット２１を備えた給電側ユニット２と、二次側コイルユニット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、後述する傾斜手段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。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、一次側コイルユニット２１と二次側コイルユニット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２１１及び一次側鉄心２１２を備えた一次側コイルユニット２１と、一次側コイルユニット２１を収容するシールドケース２２と、一次側鉄心２１２の面直方向がＸＺ平面に位置するように一次側鉄心２１２を傾斜させる図示しない傾斜手段と、を有して構成されている。

一次側鉄心２１２は、Ｘ方向に並設された第１一次側鉄心２１２Ａと第２一次側鉄心２１２Ｂとを備えている。

一次側巻線部２１１は、第１一次側鉄心２１２Ａ及び第２一次側鉄心２１２Ｂに電線４がＹ方向を軸方向としてそれぞれ螺旋状に巻きつけられた第１一次側巻線部２１１Ａと第２一次側巻線部２１１Ｂとを備えている。また、第１一次側巻線部２１１Ａと第２一次側巻線部２１１Ｂとが図１中Ｙ方向手前側において直列に接続されるとともに、第２一次側巻線部２１１Ｂが第１一次側巻線部２１１Ａと極性を反転させて（螺旋の方向を逆転させて）巻きつけられていることで、一次側巻線部２１１に電流が流れた際に、第１一次側巻線部２１１Ａと第２一次側巻線部２１１Ｂとから発生する磁束が同じ方向を向くように設けられている。このように、互いに独立して螺旋状に形成された第１一次側巻線部２１１Ａと第２一次側巻線部２１１Ｂとが接続されていることで、一次側巻線部２１１は二つに分割されている。

受電側ユニット３は、二次側巻線部３１１及び二次側鉄心３１２を備えた二次側コイルユニット３１と、二次側コイルユニット３１を収容するシールドケース３２と、二次側鉄心３１２をＺ方向からＸ方向に向けてそれぞれ傾斜させる図示しない傾斜手段と、を有して構成されている。二次側巻線部３１１は第１二次側巻線部３１１Ａ及び第２二次側巻線部３１１Ｂを備え、二次側鉄心３１２は第１二次側鉄心３１２Ａ及び第２二次側鉄心３１２Ｂを備え、二次側コイルユニット３１は一次側コイルユニット２１と略同様に構成されている。

以上の給電側ユニット２及び受電側ユニット３において、第１一次側巻線部２１１Ａと第１二次側巻線部３１１Ａとが巻線部対を形成とともに、第２一次側巻線部２１１Ｂと第２二次側巻線部３１１Ｂとが巻線部対を形成する。

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、３に基づいて説明する。まず、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を検出する。次に、制御手段が給電側ユニット２と受電側ユニット３とのＺ方向間隔と、検出した位置ずれ量ΔＸと、に基づいて傾斜手段を制御し、一次側鉄心２１２及び二次側鉄心３１２を傾斜させる。このとき、第１一次側鉄心２１２Ａと第１二次側鉄心３１２Ａとが正対するようにする。即ち、第１一次側鉄心２１２Ａ及び第１二次側鉄心３１２Ａのそれぞれの面内の略中心同士を結ぶ直線が面直方向に向くように傾斜させる。また、第２一次側鉄心２１２Ｂ及び第２二次側鉄心３１２Ｂについても略同様に傾斜させる。

また、一次側鉄心２１２と二次側鉄心３１２とを正対させようとした際にシールドケース２２、３２内の可動範囲を超えてしまう場合は、図３に示すように、可動範囲において最大の角度を有するように一次側鉄心２１２及び二次側鉄心３１２を傾斜させる。

一次側鉄心２１２及び二次側鉄心３１２が傾斜することで、各鉄心２１２、３１２に巻きつけられた一次側巻線部２１１及び二次側巻線部３１１が傾斜する。このとき、第１一次側巻線部２１１Ａで発生した磁束が第１二次側巻線部３１１Ａに鎖交しやすくなるとともに、第２一次側巻線部２１１Ｂで発生した磁束が第２二次側巻線部３１１Ｂ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る損失が低減される。

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、傾斜手段によって一次側巻線部２１１及び二次側巻線部３１１が傾斜可能に設けられていることで、コイルユニット２１、３１同士の位置ずれによる給電効率の低下を防止することができる。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２１１、３１１が傾斜することで、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２１１が第１一次側巻線部２１１Ａと第２一次側巻線部２１１Ｂとに分割されるとともに、二次側巻線部３１１が第１二次側巻線部３１１Ａとに第２二次側巻線部３１１Ｂとに分割されていることで、分割せずに形成した巻線部を略同一の角度で傾斜させる構成、即ち、図３に二点鎖線で示すような巻線部を傾斜させる構成と比較して、シールドケース２２、３２のＺ方向寸法を小さくして装置全体を小型化することができる。また、シールドケース２２、３２に分割しない巻線部を収容する構成と比較して、一次側巻線部２１１及び二次側巻線部３１１の傾斜可能な角度を大きくすることができ、給電効率の低下をさらに防止することができる。

また、一次側巻線部２１１と二次側巻線部３１１とがそれぞれ二つに分割されて巻線部対を形成していることで、一次側巻線部と二次側巻線部とが異なる数に分割される構成と比較して、巻線部２１１、３１１同士の電磁結合を強くすることができ、給電効率を上昇させることができる。

また、一次側鉄心２１２及び二次側鉄心３１２が設けられていることで、巻線部が空心で形成された構成と比較して一次側コイルユニット２１及び二次側コイルユニット３１のインダクタンスを大きくすることができ、給電効率を上昇させることができる。さらに、鉄心２１２、３１２を傾斜させることで巻線部２１１、３１１を容易に傾斜させることができる。

また、一次側巻線部２１１及び二次側巻線部３１１がＸＺ平面内で傾斜可能に設けられている、即ち、一次側コイルユニット２１と二次側コイルユニット３１との位置ずれによって給電効率が低下しやすい方向（軸方向と交差する方向）において傾斜可能に設けられていることで、給電効率の低下を効果的に防止することができる。

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２１１及び二次側巻線部３１１がそれぞれ二つに分割されるとともに傾斜可能であるものとしたが、一次側巻線部と二次側巻線部とのうち少なくとも一方が分割され、分割された巻線部が傾斜可能であればよく、例えば、一次側巻線部が三以上に分割されてそれぞれ傾斜可能に設けられるとともに、同数に分割された二次側巻線部が傾斜不能に設けられていてもよいし、一次側巻線部と二次側巻線部とが異なる数で分割されていてもよい。

また、前記実施形態では、分割された一次側巻線部２１１及び二次側巻線部３１１がＸ方向に並設されるものとしたが、分割された各巻線部がＸＹ平面内の任意の方向に並設されていてもよい。また、二つ以上の巻線部が軸方向であるＹ方向に並設されている場合であっても、それぞれが傾斜可能に設けられていれば分割されているとみなすことができるとともに、前記実施形態と略同様の効果を奏することができる。

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とともに、一次側巻線部２１１及び二次側巻線部３１１の面直方向をＸ方向に向けるように傾斜可能に設けられるものとしたが、一次側巻線部２１１及び二次側巻線部３１１は、面直方向をＹ方向に向けるように傾斜可能に設けられていてもよいし、Ｘ方向及びＹ方向に向けて傾斜可能に設けられることでＸＹ平面の任意の方向に向けて傾斜可能な構成であってもよい。また、給電側ユニット及び受電側ユニットは、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、Ｚ方向を板厚方向とする一次側鉄心２１２及び二次側鉄心３１２が設けられるものとしたが、一次側鉄心及び二次側鉄心は、Ｚ方向に延びる柱状に形成されていてもよいし、省略されていてもよい。

また、前記実施形態では、一次側巻線部２１１及び二次側巻線部３１１が軸方向をＹ方向に向けて設けられるものとしたが、図４に示すように、一次側巻線部２１３及び二次側巻線部３１３が軸方向をＺ方向に向けて設けられていてもよい。このような構成によれば、前記実施形態と略同様に給電効率の低下を防ぐとともにシールドケース２２、３２のＺ方向寸法を小さくして装置全体を小型化することができる。さらに、このように軸方向がＺ方向（対向方向）に向いた構成においてはＸＹ平面に沿った方向における位置ずれによって給電効率が低下しやすいことから、一次側巻線部２１３と二次側巻線部３１３とのうち少なくとも一方をＺ方向から傾斜させることで、給電効率の低下を効果的に防止することができる。

また、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が傾斜手段を備えるものとしたが、傾斜手段は省略されていてもよく、例えば、コイルユニットが給電側ユニット及び受電側ユニットに回動自在に支持されるとともに、ローレンツ力によって回動して傾斜することで巻線部同士が正対す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２１１及び二次側巻線部３１１の分割された二つの巻線部が直列に接続されるものとしたが、分割された巻線部は並列に接続されていてもよく、例えば、第１一次側巻線部及び第２一次側巻線部が前記実施形態に対してそれぞれ二倍の巻数を有するとともに半分の電線断面積を有して並列に接続される構成であってもよく、このような構成における一次側巻線部の起磁力は前記実施形態と略同一であり、略同様の効果を奏することができる。従って、分割された巻線部は、電源やバッテリの電圧や電流、周波数に応じて適宜な巻数及び断面積を有するとともに適宜な方法で接続されていればよい。

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
２１一次側コイルユニット
２１１一次側巻線部
２１２一次側鉄心
３１二次側コイルユニット
３１１二次側巻線部
３１２二次側鉄心
４電線

Claims

一次側コイルユニットから二次側コイルユニットへ電力を供給する非接触給電装置であって、
前記一次側コイルユニットは、電線が巻き回されることで形成された一次側巻線部を備え、
前記二次側コイルユニットは、電線が巻き回されることで形成された二次側巻線部を備え、
前記一次側巻線部と前記二次側巻線部とのうち少なくとも一方は、前記一次側コイルユニットと前記二次側コイルユニットとの対向方向に交差する方向に分割されるとともに、該一次側コイルユニットと該二次側コイルユニットとの位置ずれに応じて前記対向方向からそれぞれ同じ向きに傾斜可能に設けられていることを特徴とする非接触給電装置。
前記一次側巻線部と前記二次側巻線部とは、互いに同数に分割されることで複数の巻線部対を形成することを特徴とする請求項１に記載の非接触給電装置。
前記一次側コイルユニットは、一次側鉄心を備えるとともに、前記対向方向と交差する方向を軸方向として前記電線が該一次側鉄心に巻き付けられて前記一次側巻線部が形成され、
前記二次側コイルユニットは、二次側鉄心を備えるとともに、前記対向方向と交差する方向を軸方向として前記電線が該二次側鉄心に巻き付けられて前記二次側巻線部が形成され、
前記一次側鉄心と前記二次側鉄心とのうち少なくとも一方を傾斜させることで、前記一次側巻線部と前記二次側巻線部とのうち少なくとも一方が傾斜可能に設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の非接触給電装置。
前記一次側巻線部及び前記二次側巻線部は、前記対向方向を軸方向として前記電線が巻き回されて形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の非接触給電装置。