WO2010041321A1 - 非接触電力伝達装置および非接触電力伝達装置を備える車両 - Google Patents

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真士 市川
篤志 水谷
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Definitions

  • the present invention relates to a non-contact power transmission device and a vehicle including the same, and more particularly to a technique for transmitting power from a power source outside the vehicle to the vehicle in a non-contact manner.
  • Electric vehicles such as electric cars and hybrid cars are attracting a great deal of attention as environmentally friendly vehicles. These vehicles are equipped with an electric motor that generates driving force and a rechargeable power storage device that stores electric power supplied to the electric motor.
  • the hybrid vehicle is a vehicle in which an internal combustion engine is further mounted as a power source together with an electric motor, or a fuel cell is further mounted as a direct current power source for driving the vehicle together with a power storage device.
  • a vehicle capable of charging an in-vehicle power storage device from a power source external to the vehicle in the same manner as an electric vehicle.
  • a so-called “plug-in hybrid vehicle” that can charge a power storage device from a general household power supply by connecting a power outlet provided in a house and a charging port provided in the vehicle with a charging cable is known. Yes.
  • a power transmission method wireless power transmission that does not use a power cord or a power transmission cable has recently attracted attention.
  • this wireless power transmission technology three technologies known as power transmission using electromagnetic induction, power transmission using electromagnetic waves, and power transmission using a resonance method are known.
  • the resonance method is a non-contact power transmission technique in which a pair of resonators (for example, a pair of self-resonant coils) are resonated in an electromagnetic field (near field) and transmitted through the electromagnetic field. It is also possible to transmit power over a long distance (for example, several meters) (see Patent Document 1 and Non-Patent Document 1).
  • the non-contact power transmission device employing the resonance method includes at least a self-resonant coil and a bobbin on which the self-resonant coil is mounted.
  • the non-contact power transmission device employing the resonance method to function as a charging device, a number of additional devices such as a primary coil and a rectifier are further required.
  • the present invention has been made in view of the above-described problems, and a first object thereof is to provide a non-contact power transmission device that employs a resonance method and is compact.
  • the second object is to provide a vehicle in which the non-contact power transmission device is made compact.
  • a non-contact power transmission device includes a second self-resonant coil capable of transmitting and receiving power and / or a second self-resonant coil by resonance of a magnetic field with a first self-resonant coil arranged oppositely.
  • a dielectric coil capable of at least one of taking out the electric power received by the resonance coil by electromagnetic induction and supplying electric power to the second self-resonance coil by electromagnetic induction, and the second self-resonance coil are mounted inside.
  • a bobbin in which a storage chamber capable of storing the device is defined.
  • the second self-resonant coil and the dielectric coil are mounted on the vehicle, the first self-resonant coil is disposed outside the vehicle, the first self-resonant coil transmits power to the second self-resonant coil, and the second self-resonant coil is provided.
  • the resonant coil receives power transmitted from the first self-resonant coil, and the second self-resonant coil and the dielectric coil constitute at least a part of the power receiving device.
  • the first self-resonant coil is mounted on the vehicle, the second self-resonant coil and the dielectric coil are disposed outside the vehicle, the second self-resonant coil transmits power to the first self-resonant coil, and the first self-resonant coil is provided.
  • the resonance coil receives power transmitted from the second self-resonance coil, and the second self-resonance coil and the dielectric coil constitute at least a part of the power transmission device.
  • the length of the bobbin in the axial direction is shorter than the length of the bobbin in the width direction.
  • the device housed in the bobbin housing chamber includes a capacitor connected to the second self-resonant coil.
  • the device housed in the bobbin housing chamber includes a first state selected at the time of receiving power, wherein the second self-resonant coil is magnetically coupled to the first self-resonant coil by magnetic field resonance,
  • the switching device is capable of switching between the second state selected when no power is received and the magnetic coupling due to resonance with the first self-resonant coil is weaker than the state.
  • the second self-resonant coil includes a coil main body and an impedance changing unit that changes the inductance of the coil main body, and the impedance changing unit is accommodated in the accommodation chamber.
  • the coil main body is divided into a first portion and a second portion at the central portion.
  • the impedance changing unit includes a relay provided in the central portion of the coil main body portion that connects the first portion and the second portion when receiving power and disconnects when not receiving power.
  • the relay is accommodated in the accommodation chamber. Is done.
  • the second self-resonant coil includes a coil body part and a capacitance changing part that changes the capacitance of the coil body part. And the said capacitance change part is accommodated in an accommodation chamber.
  • the capacitance changing unit is connected to the coil main body through the lead wire by the relay at the time of power reception, the lead wire connected to the end of the coil main body, the relay connected to the lead wire, A capacitor that is separated from the coil body by a relay when not receiving power is included. At least one of the relay and the capacitor is accommodated in the accommodation chamber.
  • a rectifier connected to the dielectric coil is further provided, and the rectifier is accommodated in the accommodation chamber.
  • a voltage converter connected to the dielectric coil is further provided, and the voltage converter is accommodated in the accommodation chamber.
  • the second self-resonant coil includes a winding portion that is separated from the outer peripheral surface of the bobbin and is wound along the outer peripheral surface of the bobbin, and a support portion that is connected to the bobbin and can support the winding portion. .
  • a vehicle according to the present invention includes the non-contact power transmission device.
  • the non-contact power transmission device can be made compact.
  • FIG. 1 is an overall configuration diagram of a power feeding system according to Embodiment 1 of the present invention. It is a figure for demonstrating the principle of the power transmission by the resonance method. It is the figure which showed the relationship between the distance from an electric current source (magnetic current source), and the intensity
  • FIG. 5 is a circuit diagram of the DC / DC converter shown in FIG. 4. It is the figure which showed the detailed structure of the secondary self-resonance coil in FIG. 1, FIG. It is a perspective view which shows a secondary self-resonant coil, a secondary coil, and the structure of these vicinity.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view taken along line VIII-VIII in FIG.
  • FIG. 6 is a circuit diagram illustrating a configuration of a secondary self-resonant coil used in the non-contact power receiving device of the second embodiment. It is the circuit diagram which showed the structure of secondary self-resonant coil 110A1 which is a modification of secondary self-resonant coil 110A. It is sectional drawing of the coil accommodating part which accommodates the secondary self-resonance coil and secondary coil which were shown by FIG. It is the circuit diagram which showed the structure of the secondary self-resonance coil which is a modification of a secondary self-resonance coil. It is sectional drawing of the coil accommodating part 270 which accommodates the secondary self-resonant coil and secondary coil which were shown by FIG.
  • FIG. 16 is a cross-sectional view of a coil housing portion 270 that houses the secondary self-resonant coil and the secondary coil shown in FIG. 15. It is a perspective view which shows the coil accommodating part which accommodates the primary self-resonance coil and primary coil of an electric power feeder.
  • FIG. 18 is a cross-sectional view taken along line XVIII-XVIII in FIG.
  • FIG. 1 is an overall configuration diagram of a power feeding system according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the power feeding system includes a power receiving device (non-contact power transmission device) and a power feeding device (non-contact power transmission device) 200 mounted on electric vehicle 100.
  • Power receiving device mounted on electric vehicle 100 includes secondary self-resonant coil 110, secondary coil 120, rectifier 130, DC / DC converter 140, and power storage device 150.
  • Electric vehicle 100 further includes a power control unit (hereinafter also referred to as “PCU (Power Control Unit)”) 160, a motor 170, a vehicle ECU (Electronic Control Unit) 180, and a communication device 190.
  • PCU Power Control Unit
  • the secondary self-resonant coil 110 is disposed at the lower part of the vehicle body, but may be disposed at the upper part of the vehicle body as long as the power feeding device 200 is disposed above the vehicle.
  • the secondary self-resonant coil 110 is an LC resonant coil whose both ends are open (not connected), and receives power from the power feeder 200 by resonating with a primary self-resonant coil 240 (described later) of the power feeder 200 via an electromagnetic field.
  • the capacitance component of the secondary self-resonant coil 110 is the stray capacitance of the coil, but capacitors connected to both ends of the coil may be provided.
  • the secondary self-resonant coil 110 and the secondary self-resonant coil 240 are connected to the primary self-resonant coil 240 and the secondary self-resonant coil 240 based on the distance from the primary self-resonant coil 240 and the resonance frequency of the primary self-resonant coil 240 and the secondary self-resonant coil 110.
  • the number of turns is appropriately set so that the Q value (for example, Q> 100) indicating the resonance intensity with the self-resonant coil 110 and ⁇ indicating the degree of coupling increase.
  • the secondary coil 120 is disposed coaxially with the secondary self-resonant coil 110 and can be magnetically coupled to the secondary self-resonant coil 110 by electromagnetic induction.
  • the secondary coil 120 takes out the electric power received by the secondary self-resonant coil 110 by electromagnetic induction and outputs it to the rectifier 130.
  • the rectifier 130 rectifies the AC power extracted by the secondary coil 120.
  • DC / DC converter 140 converts the power rectified by rectifier 130 into a voltage level of power storage device 150 based on a control signal from vehicle ECU 180 and outputs the voltage level to power storage device 150.
  • DC / DC converter 140 is connected by rectifier 130.
  • the rectified power may be converted into a system voltage and supplied directly to the PCU 160.
  • DC / DC converter 140 is not necessarily required, and the AC power extracted by secondary coil 120 may be directly rectified by rectifier 130 and then directly supplied to power storage device 150.
  • the power storage device 150 is a rechargeable DC power source and includes, for example, a secondary battery such as lithium ion or nickel metal hydride.
  • the power storage device 150 stores power supplied from the DC / DC converter 140 and also stores regenerative power generated by the motor 170. Then, power storage device 150 supplies the stored power to PCU 160.
  • a large-capacity capacitor can also be used as the power storage device 150, and is a power buffer that can temporarily store the power supplied from the power supply device 200 and the regenerative power from the motor 170 and supply the stored power to the PCU 160. Anything is acceptable.
  • the PCU 160 drives the motor 170 with power output from the power storage device 150 or power directly supplied from the DC / DC converter 140. PCU 160 also rectifies the regenerative power generated by motor 170 and outputs the rectified power to power storage device 150 to charge power storage device 150.
  • the motor 170 is driven by the PCU 160 to generate a vehicle driving force and output it to driving wheels. Motor 170 generates electricity using kinetic energy received from driving wheels or an engine (not shown), and outputs the generated regenerative power to PCU 160.
  • the vehicle ECU 180 controls the PCU 160 based on the traveling state of the vehicle and the state of charge of the power storage device 150 (hereinafter also referred to as “SOC (State Of Charge)”) when the vehicle is traveling.
  • Communication device 190 is a communication interface for performing wireless communication with power supply device 200 outside the vehicle.
  • power supply apparatus 200 includes AC power supply 210, high-frequency power driver 220, primary coil 230, primary self-resonant coil 240, communication apparatus 250, and ECU 260.
  • AC power supply 210 is a power supply external to the vehicle, for example, a system power supply.
  • the high frequency power driver 220 converts power received from the AC power source 210 into high frequency power, and supplies the converted high frequency power to the primary coil 230.
  • the frequency of the high-frequency power generated by the high-frequency power driver 220 is, for example, 1 M to several tens of MHz.
  • the primary coil 230 is disposed coaxially with the primary self-resonant coil 240, and can be magnetically coupled to the primary self-resonant coil 240 by electromagnetic induction.
  • the primary coil 230 feeds high-frequency power supplied from the high-frequency power driver 220 to the primary self-resonant coil 240 by electromagnetic induction.
  • the primary self-resonant coil 240 is disposed in the vicinity of the ground, but may be disposed above or to the side of the vehicle when power is supplied to the electric vehicle 100 from above the vehicle.
  • the primary self-resonant coil 240 is also an LC resonant coil whose both ends are open (not connected), and transmits electric power to the electric vehicle 100 by resonating with the secondary self-resonant coil 110 of the electric vehicle 100 via an electromagnetic field.
  • the capacitance component of the primary self-resonant coil 240 is also the stray capacitance of the coil, but capacitors connected to both ends of the coil may be provided.
  • the primary self-resonant coil 240 also has a Q value (for example, Q> based on the distance from the secondary self-resonant coil 110 of the electric vehicle 100, the resonance frequency of the primary self-resonant coil 240 and the secondary self-resonant coil 110, etc. 100), and the number of turns is appropriately set so that the degree of coupling ⁇ and the like are increased.
  • Q value for example, Q> based on the distance from the secondary self-resonant coil 110 of the electric vehicle 100, the resonance frequency of the primary self-resonant coil 240 and the secondary self-resonant coil 110, etc. 100
  • the communication device 250 is a communication interface for performing wireless communication with the electric powered vehicle 100 that is a power supply destination.
  • the ECU 260 controls the high frequency power driver 220 so that the received power of the electric vehicle 100 becomes a target value. Specifically, ECU 260 acquires the received power of electric vehicle 100 and its target value from electric vehicle 100 by communication device 250, and outputs high-frequency power driver 220 so that the received power of electric vehicle 100 matches the target value. To control. In addition, ECU 260 can transmit the impedance value of power supply apparatus 200 to electrically powered vehicle 100.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining the principle of power transmission by the resonance method.
  • this resonance method in the same way as two tuning forks resonate, two LC resonance coils having the same natural frequency resonate in an electromagnetic field (near field), and thereby, from one coil. Electric power is transmitted to the other coil via an electromagnetic field.
  • the primary coil 320 is connected to the high-frequency power source 310, and high-frequency power of 1 to 10 MHz is fed to the primary self-resonant coil 330 that is magnetically coupled to the primary coil 320 by electromagnetic induction.
  • the primary self-resonant coil 330 is an LC resonator having an inductance and stray capacitance of the coil itself, and resonates with a secondary self-resonant coil 340 having the same resonance frequency as the primary self-resonant coil 330 via an electromagnetic field (near field). .
  • energy (electric power) moves from the primary self-resonant coil 330 to the secondary self-resonant coil 340 via the electromagnetic field.
  • the energy (electric power) transferred to the secondary self-resonant coil 340 is taken out by the secondary coil 350 magnetically coupled to the secondary self-resonant coil 340 by electromagnetic induction and supplied to the load 360.
  • the AC power supply 210 and the high-frequency power driver 220 in FIG. 1 correspond to the high-frequency power supply 310 in FIG.
  • the primary coil 230 and the primary self-resonant coil 240 in FIG. 1 correspond to the primary coil 320 and the primary self-resonant coil 330 in FIG. 2, respectively, and the secondary self-resonant coil 110 and the secondary coil 120 in FIG. This corresponds to the secondary self-resonant coil 340 and the secondary coil 350 in FIG.
  • FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the distance from the current source (magnetic current source) and the strength of the electromagnetic field.
  • the electromagnetic field includes three components.
  • the curve k1 is a component that is inversely proportional to the distance from the wave source, and is referred to as a “radiated electromagnetic field”.
  • a curve k2 is a component inversely proportional to the square of the distance from the wave source, and is referred to as an “induction electromagnetic field”.
  • the curve k3 is a component inversely proportional to the cube of the distance from the wave source, and is referred to as an “electrostatic magnetic field”.
  • the resonance method energy (electric power) is transmitted using this near field (evanescent field). That is, by using a near field to resonate a pair of resonators (for example, a pair of LC resonance coils) having the same natural frequency, one resonator (primary self-resonant coil) and the other resonator (two Energy (electric power) is transmitted to the next self-resonant coil. Since this near field does not propagate energy (electric power) far away, the resonance method transmits power with less energy loss than electromagnetic waves that transmit energy (electric power) by "radiation electromagnetic field” that propagates energy far away. be able to.
  • FIG. 4 is a block diagram showing a power train configuration of electric vehicle 100 shown in FIG.
  • electrically powered vehicle 100 includes power storage device 150, system main relay SMR 1, boost converter 162, inverters 164 and 166, motor generators 172 and 174, engine 176, and power split device 177.
  • Electric vehicle 100 includes secondary self-resonant coil 110, secondary coil 120, rectifier 130, DC / DC converter 140, system main relay SMR2, vehicle ECU 180, communication device 190, and voltage sensor 191. , 192 and a current sensor 194.
  • This electric vehicle 100 is equipped with an engine 176 and a motor generator 174 as power sources.
  • Engine 176 and motor generators 172 and 174 are connected to power split device 177.
  • Electric vehicle 100 travels by a driving force generated by at least one of engine 176 and motor generator 174.
  • the power generated by the engine 176 is divided into two paths by the power split device 177. That is, one is a path transmitted to the drive wheel 178 and the other is a path transmitted to the motor generator 172.
  • Motor generator 172 is an AC rotating electrical machine, and includes, for example, a three-phase AC synchronous motor in which a permanent magnet is embedded in a rotor. Motor generator 172 generates power using the kinetic energy of engine 176 divided by power split device 177. For example, when the SOC of power storage device 150 becomes lower than a predetermined value, engine 176 is started and motor generator 172 generates power, and power storage device 150 is charged.
  • the motor generator 174 is also an AC rotating electric machine, and includes, for example, a three-phase AC synchronous motor in which a permanent magnet is embedded in a rotor, like the motor generator 172.
  • Motor generator 174 generates a driving force using at least one of the electric power stored in power storage device 150 and the electric power generated by motor generator 172. Then, the driving force of motor generator 174 is transmitted to driving wheel 178.
  • motor generator 174 when braking the vehicle or reducing acceleration on the down slope, the mechanical energy stored in the vehicle as kinetic energy or positional energy is used for rotational driving of the motor generator 174 via the drive wheels 178, and the motor generator 174 is Operates as a generator.
  • motor generator 174 operates as a regenerative brake that converts running energy into electric power and generates braking force.
  • the electric power generated by motor generator 174 is stored in power storage device 150.
  • Motor generator 174 corresponds to motor 170 in FIG.
  • Power split device 177 includes a planetary gear including a sun gear, a pinion gear, a carrier, and a ring gear.
  • the pinion gear engages with the sun gear and the ring gear.
  • the carrier supports the pinion gear so as to be able to rotate and is coupled to the crankshaft of the engine 176.
  • the sun gear is coupled to the rotation shaft of motor generator 172.
  • the ring gear is connected to the rotation shaft of motor generator 174 and drive wheel 178.
  • System main relay SMR1 is arranged between power storage device 150 and boost converter 162.
  • System main relay SMR1 electrically connects power storage device 150 to boost converter 162 when signal SE1 from vehicle ECU 180 is activated, and power storage device 150 and boost converter 162 when signal SE1 is deactivated. Break the electrical circuit between.
  • Boost converter 162 boosts the voltage output from power storage device 150 based on signal PWC from vehicle ECU 180, and outputs the boosted voltage to positive line PL2.
  • Boost converter 162 includes a DC chopper circuit, for example.
  • Inverters 164 and 166 are provided corresponding to motor generators 172 and 174, respectively. Inverter 164 drives motor generator 172 based on signal PWI 1 from vehicle ECU 180, and inverter 166 drives motor generator 174 based on signal PWI 2 from vehicle ECU 180. Inverters 164 and 166 include, for example, a three-phase bridge circuit.
  • boost converter 162 and inverters 164 and 166 correspond to PCU 160 in FIG.
  • the secondary self-resonant coil 110 is divided into two at the center, and a relay 112 is provided at the center.
  • the relay 112 is controlled to be in a connected state by a control signal SE3 from the vehicle ECU, and the impedance of the secondary self-resonant coil 110 is changed to an impedance (first state) that resonates with the primary self-resonant coil 240 in FIG. .
  • the relay 112 is controlled to be disconnected by a control signal SE3 from the vehicle ECU, and the impedance of the secondary self-resonant coil 110 is changed to an impedance (second state) that does not resonate with the primary self-resonant coil 240 of FIG. Is done.
  • System main relay SMR ⁇ b> 2 is arranged between DC / DC converter 140 and power storage device 150.
  • System main relay SMR2 electrically connects power storage device 150 to DC / DC converter 140 when signal SE2 from vehicle ECU 180 is activated, and power storage device 150 and DC when signal SE2 is deactivated. The electric circuit to / from DC converter 140 is interrupted.
  • Voltage sensor 191 detects line-to-line voltage V2 on the power transmission path between system main relay SMR2 and DC / DC converter 140, and outputs the detected value to vehicle ECU 180.
  • Voltage sensor 192 detects line-to-line voltage VH on the power transmission path between rectifier 130 and DC / DC converter 140 and outputs the detected value to vehicle ECU 180.
  • Current sensor 194 detects current I1 output from rectifier 130, and outputs the detected value to vehicle ECU 180.
  • Vehicle ECU 180 generates signals PWC, PWI1, and PWI2 for driving boost converter 162 and motor generators 172 and 174, respectively, based on the accelerator opening, vehicle speed, and other signals from each sensor, and the generated signals PWC, PWI1, and PWI2 are output to boost converter 162 and inverters 164 and 166, respectively.
  • vehicle ECU 180 activates signal SE1 to turn on system main relay SMR1, and deactivates signal SE2 to turn off system main relay SMR2.
  • vehicle ECU 180 may activate signals SE1 and SE2 to turn on system main relays SMR1 and SMR2.
  • vehicle ECU 180 deactivates signal SE1 to turn off system main relay SMR1, and activates signal SE2 to turn on system main relay SMR2.
  • Vehicle ECU 180 generates a signal PWD for controlling DC / DC converter 140 and outputs the generated signal PWD to DC / DC converter 140. Further, vehicle ECU 180 calculates received power from power supply apparatus 200 based on voltage VH from voltage sensor 192 and current I1 from current sensor 194, and supplies the calculated value together with a target value of received power by communication apparatus 190. Transmit to device 200.
  • FIG. 5 is a circuit diagram of the DC / DC converter 140 shown in FIG.
  • DC / DC converter 140 includes an orthogonal transform unit 142, a transformer unit 144, and a rectifying unit 146.
  • the orthogonal transform unit 142 includes a switching element that is driven on and off based on a signal PWD from the vehicle ECU 180, converts the DC power supplied from the rectifier 130 of FIG. 4 into AC power, and outputs the AC power to the transformer unit 144.
  • the transformer section 144 insulates the orthogonal transform section 142 and the rectifying section 146 and performs voltage conversion according to the coil turns ratio.
  • the rectifying unit 146 rectifies the AC power output from the transformer unit 144 into DC power and outputs the DC power to the power storage device 150 in FIG.
  • FIG. 6 is a diagram showing a detailed configuration of the secondary self-resonant coil 110 in FIGS. 1 and 4.
  • secondary self-resonant coil 110 is coupled to primary self-resonant coil 240 of FIG. 1 by magnetic field resonance, the first state selected at the time of receiving power, and the first state.
  • the second state selected at the time of non-power reception in which the coupling with the primary self-resonant coil 240 is weakened is configured to be switchable.
  • secondary self-resonant coil 110 has different impedances in the first state and the second state.
  • the secondary self-resonant coil 110 includes a coil main body 111 and an impedance changing unit 115 that changes the impedance of the coil main body 111.
  • the coil body 111 is divided into a first portion 113 and a second portion 114 at the center.
  • the impedance changing unit 115 includes a relay 112 that is provided at the center of the coil main body 111 and connects the first portion 113 and the second portion 114 when receiving power and disconnects when not receiving power.
  • the secondary self-resonant coil 110 operates like an antenna during power reception, the amplitude of the voltage at both ends becomes large, and the amplitude of the voltage at the center becomes almost zero. Therefore, if the relay 112 is disposed at the center of the coil main body 111, a small-sized relay having a lower withstand voltage than that provided with a relay in another portion is sufficient.
  • the power receiving side When power is transmitted by the resonance method, if the power transmission side transmits power, and the resonance frequency of the resonance coil matches, the power receiving side is a component mounted on the vehicle even if there is no intention to receive power. Electric power is received by the secondary self-resonant coil. Therefore, as shown in FIG. 6, the impedance of the secondary self-resonant coil is configured to be changeable, and when the power receiving side does not intend to receive power, the impedance is changed so that the resonance frequency does not match that of the power transmitting side. Keep it.
  • FIG. 7 is a perspective view showing the configuration of the secondary self-resonant coil 110 and the secondary coil 120 and the vicinity thereof, and FIG. 8 is a cross-sectional view taken along the line VIII-VIII in FIG. .
  • secondary self-resonant coil 110 and secondary coil 120 are housed in coil housing portion 270.
  • the coil housing part 270 includes a cylindrical bobbin 272 on which the secondary self-resonant coil 110 and the secondary coil 120 are mounted, and a cover 271.
  • the cover 271 includes a top plate portion 275 located on the bobbin 272, a peripheral wall portion 274 depending from the peripheral edge portion of the top plate portion 275, and a bottom portion 276 provided continuously to the lower end portion of the peripheral wall portion 274.
  • a storage room in which the bobbin 272 is stored is defined.
  • the bobbin 272 is fixed to the bottom portion 276, and is formed in a cylindrical shape so that at least one end portion is open. Then, the bobbin 272 is covered with the cover 271 so that the opening of the bobbin 272 is closed, and an accommodation chamber 273 capable of accommodating equipment is defined inside.
  • the length of the secondary self-resonant coil 110 in the central axis direction is shorter than the diameter of the secondary self-resonant coil 110.
  • the number of windings of the secondary coil 120 is smaller than the number of windings of the secondary self-resonant coil 110, for example, about one.
  • the length of the secondary coil 120 in the central axis direction is two times. It is shorter than the diameter of the next coil 120.
  • the length of the bobbin 272 in the central axis direction of the secondary self-resonant coil 110 and the secondary coil 120 is determined as the secondary self-resonant.
  • the length in the radial direction of coil 110 and secondary coil 120 (the length in the width direction of bobbin 272) can be made shorter.
  • the height of the coil housing part 270 is reduced, even if the coil housing part 270 is placed on the floor panel of the electric vehicle 100, it is possible to suppress the coil housing part 270 from greatly protruding from the floor panel. it can. Thereby, the mounting property in the electric vehicle 100 of a power receiving apparatus can be improved.
  • the bobbin 272 includes a peripheral wall portion 278 formed in a cylindrical shape, and a bottom portion 277 connected to the end of the peripheral wall portion 278, and the equipment accommodated in the accommodation chamber 273 is a bottom portion. 277.
  • the diameter of the bottom portion 277 is longer than the length of the bobbin 272 in the central axis direction, a wide mounting area for mounting the device is secured on the bottom portion 277. Thereby, it is not necessary to fix each device in a stacked state, and a plurality of devices can be directly fixed to the bottom portion 277.
  • the dead space in the bobbin 272 can be utilized, and the mounting efficiency can be improved.
  • the accommodation chamber 273 of the bobbin 272 houses the impedance changing unit 115 connected to the secondary self-resonant coil 110 and the rectifier 130 connected to the secondary coil 120. Yes.
  • the connector 282 of the secondary coil 120 is provided on the inner peripheral surface of the bobbin 272.
  • the connector 283 of the secondary self-resonant coil 110 is also provided on the inner peripheral surface of the bobbin 272.
  • the secondary self-resonant coil 110 and the secondary coil 120 are attached to the bobbin 272.
  • the secondary self-resonant coil 110 is positioned on the primary self-resonant coil 240 side shown in FIG.
  • the secondary coil 120 is located on the opposite side of the primary self-resonant coil 240 with respect to the secondary self-resonant coil 110.
  • the secondary self-resonant coil 110 extends along the peripheral surface of the bobbin 272, and has a winding part 117 that winds around the bobbin 272 a plurality of times, and one end fixed to the bobbin 272 and can support the winding part 117. And a support part 116. And the support part 116 is supporting the winding part 117 so that the winding part 117 may leave
  • a spiral groove is formed on the outer peripheral surface of the bobbin 272, and the secondary self-resonant coil 110 is mounted.
  • a capacitor is formed by positioning a part of the bobbin 272 between coil wires constituting the secondary self-resonant coil 110, and an alternating current is supplied to the secondary self-resonant coil 110. As a result, a portion of the bobbin 272 located between the coil wires generates heat.
  • the winding part 117 of the secondary self-resonant coil 110 is separated from the outer peripheral surface of the bobbin 272 and is exposed to the outside. Even if an alternating current is supplied, the bobbin 272 can be prevented from being heated.
  • the winding portion 117 includes a first portion 113 and a second portion 114 that are divided at the central portion in the extending direction of the secondary self-resonant coil 110.
  • a lead wire 321 connected to the impedance changing unit 115 and fixed to the bobbin 272 is connected to an end of the first portion 113 on the center side.
  • a support portion 116 fixed to the bobbin 272 is connected to the other end portion of the first portion 113.
  • a lead wire 321 connected to the impedance changing unit 115 and fixed to the bobbin 272 is connected to an end of the second portion 114 on the center side.
  • a support portion 116 fixed to the bobbin 272 is connected to the other end portion of the second portion 114.
  • both end portions of the first portion 113 are supported at positions away from the outer peripheral surface of the bobbin 272 by the support portion 116 and the lead wire 321 fixed to the bobbin 272.
  • the first portion 113 is wound along the outer peripheral surface of the bobbin 272.
  • the second portion 114 is also supported at a position away from the bobbin 272 by the lead wire 321 and the support portion 116, and is wound along the outer peripheral surface of the bobbin 272.
  • the impedance changing unit 115 is housed in the housing chamber 273 and is very close to the first portion 113 and the second portion 114, the length of the lead wire 321 can be shortened, The lead wire 321 suppresses fluctuations in the resonance frequency of the secondary self-resonant coil 110.
  • the secondary coil 120 includes a winding portion 122 that is wound along the peripheral surface of the bobbin 272 at positions away from the outer peripheral surface of the bobbin 272, and lead wires 322 that are connected to both ends of the winding portion 122. I have.
  • the lead wire 322 also extends from the end of the winding portion 122 toward the bobbin 272, is fixed to the bobbin 272, and the winding portion 122 is supported by the lead wire 322.
  • the lead wire 322 reaches the storage chamber 273 defined inside the bobbin 272 and is connected to the rectifier 130. Since the rectifier 130 is also accommodated in the accommodation chamber 273, the length of the lead wire 322 can be shortened.
  • the inner surfaces of the peripheral wall portion 274 and the bottom portion 276 shown in FIG. 7 include a shield member 280 formed of a conductive material such as copper, a metal material, a conductive cloth, a sponge, or the like. Is provided. On the other hand, no shield member is provided on the inner surface of the top plate portion 275 facing the primary self-resonant coil 240.
  • the electromagnetic field generated between the secondary self-resonant coil 110 and the primary self-resonant coil 240 is reflected by the shield member 280 and is prevented from leaking outward from the shield member 280. Then, electromagnetic waves flow through the top plate part 275 where the shield member 280 is not provided, and power is transmitted and received between the primary self-resonant coil 240 and the secondary self-resonant coil 110. Thus, leakage of the electromagnetic field can be suppressed, and the power receiving efficiency between the secondary self-resonant coil 110 and the primary self-resonant coil 240 can be improved.
  • a shield member 281 is also provided on the inner peripheral surface of the bobbin 272. Thereby, it is possible to suppress electromagnetic waves from reaching the bobbin 272, and to suppress fluctuations in the resonance frequency of the secondary self-resonant coil 110 by the impedance changing unit 115 and the rectifier 130 housed in the bobbin 272. Can do.
  • FIG. 9 is a perspective view of the coil housing portion 270 as viewed from the bottom 276 side of the cover 271. As shown in FIG. 9, the lead wire connecting the rectifier 130 and the converter 140 shown in FIG. 1 is drawn from the center of the bottom 276.
  • the second embodiment is a modification of the configuration of the secondary self-resonant coil 110 shown in FIGS. 4 and 6 of the first embodiment. Therefore, the configuration of other parts is the same as that of the first embodiment, and therefore description thereof will not be repeated.
  • FIG. 10 is a circuit diagram showing a configuration of secondary self-resonant coil 110A used in the non-contact power receiving device of the second embodiment.
  • secondary self-resonant coil 110 ⁇ / b> A is coupled to primary self-resonant coil 240 of FIG. 1 by magnetic field resonance, and is selected from the first state selected during power reception and the first state.
  • the first self-resonant coil 240 is weakly coupled, and is configured to be switchable between the second state selected when no power is received.
  • the secondary self-resonant coil 110A has different impedances in the first state and the second state.
  • secondary self-resonant coil 110 ⁇ / b> A includes a coil main body portion 311 and a capacitance changing portion 312 ⁇ / b> A that changes the capacitance of coil main body portion 311.
  • the capacitance changing unit 312A is connected to the coil main body 311 via the lead 321 by the lead 321 connected to the end of the coil main body, the relay 315 connected to the lead 321, and the relay 315 when receiving power. It includes a capacitor 313 that is connected and disconnected from the coil body 311 by the relay 315 when not receiving power.
  • the secondary self-resonant coil 110A further includes a discharge resistor 314 for bringing the capacitor 313 into a discharged state when no power is received.
  • the discharge resistor 314 is connected between both electrodes of the capacitor 313.
  • the capacitor 313 is connected between the lead wire 322 connected to the other end of the coil main body 311 and the relay 315.
  • FIG. 11 is a circuit diagram showing a configuration of a secondary self-resonant coil 110A1, which is a modification of the secondary self-resonant coil 110A.
  • secondary self-resonant coil 110A1 includes a capacitance changing unit 312A1 instead of capacitance changing unit 312A in the configuration of secondary self-resonant coil 110A.
  • Capacitance changing unit 312A1 is obtained by removing discharge resistor 314 from the configuration of capacitance changing unit 312 in FIG. 10, and the configuration of other parts is the same as that of capacitance changing unit 312, and description thereof will not be repeated.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view of the coil housing portion 270 that houses the secondary self-resonant coil 110A and the secondary coil 120 shown in FIG.
  • a rectifier 130 connected to the secondary coil 120, a relay 315, a capacitor 313, and a discharge resistor 314 connected to the coil main body 311 are contained in the accommodation chamber 273 of the bobbin 272. Contained.
  • the power receiving device can be made compact.
  • FIG. 13 is a circuit diagram showing a configuration of a secondary self-resonant coil 110B, which is a modification of the secondary self-resonant coil 110A.
  • secondary self-resonant coil 110B includes a capacitance changing unit 312B instead of capacitance changing unit 312A in the configuration of secondary self-resonant coil 110A.
  • the capacitance changing unit 312B is connected to the coil main body 311 via the lead 321 by the lead 321 connected to the end of the coil main body, the relay 315 connected to the lead 321, and the relay 315 when receiving power. It includes a capacitor 313 that is connected and disconnected from the coil body 311 by the relay 315 when not receiving power.
  • the secondary self-resonant coil 110B further includes a discharge resistor 314 for bringing the capacitor 313 into a discharged state when not receiving power.
  • Secondary self-resonant coil 110B further includes another relay 316 that disconnects discharge resistor 314 from capacitor 313 when receiving power and connects the discharge resistor to the capacitor when not receiving power.
  • the discharge resistor 314 and another relay 316 are connected in series between both electrodes of the capacitor 313.
  • the capacitor 313 is connected between the lead wire 322 connected to the other end of the coil main body 311 and the relay 315.
  • FIG. 14 is a cross-sectional view of the coil housing portion 270 that houses the secondary self-resonant coil 110B and the secondary coil 120 shown in FIG.
  • a relay 315, a capacitor 313, a discharge resistor 314, and a relay 316 connected to the coil main body are accommodated in the accommodation chamber 273 of the bobbin 272. Further, a rectifier 130 connected to the secondary coil 120 is accommodated in the accommodation chamber 273.
  • the power receiving device can be made compact.
  • FIG. 15 is a circuit diagram showing a configuration of a secondary self-resonant coil 110C, which is another modification of the secondary self-resonant coil 110A.
  • secondary self-resonant coil 110C includes a capacitance changing unit 312C instead of capacitance changing unit 312A in the configuration of secondary self-resonant coil 110A.
  • the capacitance changing unit 312C includes a lead wire 321 connected to the end of the coil main body portion, a relay 317 connected to the lead wire 321, and a relay 317 when receiving power to the coil main body portion 311 via the lead wire 321. It includes a capacitor 313 that is connected and disconnected from the coil main body 311 by a relay when not receiving power.
  • the secondary self-resonant coil 110C further includes a discharge resistor 314 for causing the capacitor 313 to be in a discharged state when not receiving power.
  • the relay 317 disconnects the discharge resistor 314 from the capacitor 313 when receiving power, and connects the discharge resistor 314 to the capacitor 313 when not receiving power.
  • the vehicle ECU 180 controls the relay 317 so that the end of the coil main body 311 is connected to one end of the capacitor and the discharge resistor 314 is disconnected from the one end during power reception.
  • the vehicle ECU 180 controls the relay 317 so that the end of the coil main body 311 is disconnected from one end of the capacitor and the one end of the capacitor is connected to the discharge resistor 314 when power is not received.
  • FIG. 16 is a cross-sectional view of the coil housing portion 270 that houses the secondary self-resonant coil 110C, the secondary coil 120, and the like shown in FIG.
  • a relay 317, a capacitor 313, and a discharge resistor 314 connected to the coil main body, and a rectifier 130 and a converter (voltage converter) 140 connected to the secondary coil 120 are accommodated. Therefore, the power receiving device can be made compact.
  • the equipment housed in the housing room 273 is not limited to the above, and may include, for example, the vehicle ECU 180, the communication device 190, a temperature sensor, and the like.
  • the present embodiment can eliminate a place where power is received by resonance in any of the vehicles when power reception is unnecessary even when power is transmitted from the power feeding device.
  • the power receiving device can be made compact.
  • FIG. 17 is a perspective view of a coil housing portion 470 that houses primary self-resonant coil 240 and primary coil 230
  • FIG. 18 is a cross-sectional view taken along line XVIII-XVIII in FIG.
  • the coil housing portion 470 includes a bobbin 472 on which the primary self-resonant coil 240 and the primary coil 230 are mounted, and a cover 471 provided so as to cover the bobbin 472. I have.
  • the bobbin 472 is formed in a cylindrical shape, and a storage chamber 473 in which equipment can be stored is defined.
  • the accommodation chamber 473 accommodates a capacitor 450 connected to the primary self-resonant coil 240 and a high-frequency power driver (frequency converter) 220 connected to the primary coil 230.
  • the power supply device 200 is made compact.
  • the devices housed in the housing chamber 473 are not limited to the above devices, and the communication device 250, the ECU 260, and the like may be housed.
  • the present invention is not limited to the power receiving device, and can also be applied to the power feeding device 200.
  • a shield member 381 is provided on the inner peripheral surface of the bobbin 472, and a shield member 380 is also provided on the inner peripheral surface of the cover 471.
  • the primary self-resonant coil 240 extends along the outer peripheral surface of the bobbin 472, a winding portion 417 provided at a position away from the outer peripheral surface of the bobbin 472, and a capacitor provided at both ends of the winding portion 417. And a lead wire 421 connected to 450.
  • the lead wire 421 is fixed to the bobbin 472 and supports the winding portion 417.
  • the primary coil 230 also includes a winding part 418 wound along the outer peripheral surface of the bobbin 472, and lead wires 422 provided at both ends of the winding part 418 and connected to the high-frequency power driver 220. It has.
  • the winding part 418 is fixed by a lead wire 421 at a position away from the outer peripheral surface of the bobbin 472.
  • a series / parallel system capable of dividing the power of engine 176 by power split device 177 and transmitting it to drive wheels 178 and motor generator 172.
  • the hybrid vehicle of the type has been described, the present invention is applicable to other types of hybrid vehicles. That is, for example, a so-called series-type hybrid vehicle that uses the engine 176 only to drive the motor generator 172 and generates the driving force of the vehicle only by the motor generator 174, or regenerative energy among the kinetic energy generated by the engine 176
  • the present invention can also be applied to a hybrid vehicle in which only the electric energy is recovered, a motor assist type hybrid vehicle in which the motor assists the engine as the main power if necessary.
  • the present invention can also be applied to an electric vehicle that does not include the engine 176 and runs only by electric power, and a fuel cell vehicle that further includes a fuel cell as a DC power supply in addition to the power storage device 150.
  • the present invention is also applicable to an electric vehicle that does not include boost converter 162.

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Abstract

 非接触電力伝達装置は、自己共振コイル(110,240)と、電磁誘導により前記自己共振コイル可能な誘電コイル(120,230)との間で電力を伝達可能とされた誘電コイルと、前記自己共振コイル(110,240)および前記誘電コイル(120,230)の少なくとも一方が装着され、内部に機器を収容可能な収容室(273,473)が規定されたボビン(272,472)とを備える。

Description

非接触電力伝達装置および非接触電力伝達装置を備える車両
 この発明は、非接触電力伝達装置およびそれを備える車両に関し、特に、車両外部の電源から車両へ非接触で電力を伝達する技術に関する。
 環境に配慮した車両として、電気自動車やハイブリッド車などの電動車両が大きく注目されている。これらの車両は、走行駆動力を発生する電動機と、その電動機に供給される電力を蓄える再充電可能な蓄電装置とを搭載する。なお、ハイブリッド車は、電動機とともに内燃機関をさらに動力源として搭載した車両や、車両駆動用の直流電源として蓄電装置とともに燃料電池をさらに搭載した車両である。
 ハイブリッド車においても、電気自動車と同様に、車両外部の電源から車載の蓄電装置を充電可能な車両が知られている。たとえば、家屋に設けられた電源コンセントと車両に設けられた充電口とを充電ケーブルで接続することにより、一般家庭の電源から蓄電装置を充電可能ないわゆる「プラグイン・ハイブリッド車」が知られている。
 一方、送電方法として、電源コードや送電ケーブルを用いないワイヤレス送電が近年注目されている。このワイヤレス送電技術としては、有力なものとして、電磁誘導を用いた送電、電磁波を用いた送電、および共鳴法による送電の3つの技術が知られている。
 このうち、共鳴法は、一対の共鳴器(たとえば一対の自己共振コイル)を電磁場(近接場)において共鳴させ、電磁場を介して送電する非接触の送電技術であり、数kWの大電力を比較的長距離(たとえば数m)送電することも可能である(特許文献1および非特許文献1参照)。
国際公開第2007/008646号パンフレット Andre Kurs et al., "Wireless Power Transfer via Strongly Coupled Magnetic Resonances"[online]、2007年7月6日、SCIENCE、第317巻、p.83-86、[2007年9月12日検索]、インターネット<URL:http://www.sciencemag.org/cgi/reprint/317/5834/83.pdf>
 共鳴法が採用された非接触電力伝達装置は、自己共振コイルと、自己共振コイルが装着されるボビンとを少なくとも備える。
 そして、共鳴法が採用された非接触電力伝達装置を充電装置として機能させるには、さらに、一次コイルおよび整流器等の多数の付属機器を要する。
 このため、共鳴法が採用された非接触電力伝達装置を実際の充電装置等として採用すると、装置自体の大きさが大きくなり、車両等に搭載するためには、装置自体のコンパクト化を図る必要が生じる。
 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、その第1の目的は、共鳴法が採用され、コンパクト化が図られた非接触電力伝達装置を提供することである。第2の目的は、非接触電力伝達装置のコンパクト化が図られた車両を提供することである。
 本発明に係る非接触電力伝達装置は、対向配置される第1自己共振コイルとの間で、磁場の共鳴により電力の送電および受電の少なくとも一方が可能な第2自己共振コイルと、第2自己共振コイルが受電した電力を電磁誘導により取り出すこと、および、第2自己共振コイルに電力を電磁誘導により給電することの少なくとも一方が可能な誘電コイルと、第2自己共振コイルが装着され、内部に機器を収容可能な収容室が規定されたボビンとを備える。
 好ましくは、第2自己共振コイルおよび誘電コイルは車両に搭載され、第1自己共振コイルは車両の外部に配置され、第1自己共振コイルは第2自己共振コイルに電力を送電し、第2自己共振コイルは第1自己共振コイルから送電される電力を受電し、第2自己共振コイルおよび誘電コイルは受電装置の少なくとも一部を構成する。
 好ましくは、第1自己共振コイルは車両に搭載され、第2自己共振コイルおよび誘電コイルは車両の外部に配置され、第2自己共振コイルは第1自己共振コイルに電力を送電し、第1自己共振コイルは第2自己共振コイルから送電される電力を受電し、第2自己共振コイルおよび誘電コイルは送電装置の少なくとも一部を構成する。
 好ましくは、上記ボビンの軸方向の長さは、ボビンの幅方向の長さよりも短くされる。
 好ましくは、上記ボビンの収容室内に収容される機器は、第2自己共振コイルに接続されたコンデンサを含む。
 好ましくは、上記ボビンの収容室内に収容される機器は、第2自己共振コイルを第1自己共振コイルと磁場の共鳴により磁気的に結合された、受電時に選択される第1状態と、第1状態よりも第1自己共振コイルとの共鳴による磁気的結合が弱められた、非受電時に選択される第2状態とが切り替え可能な切替機器とされる。
 好ましくは、上記第2自己共振コイルは、コイル本体部と、コイル本体部のインダクタンスを変更するインピーダンス変更部とを含み、インピーダンス変更部は、収容室内に収容される。
 好ましくは、上記コイル本体部は、中央部において第1部分と第2部分に分割される。そして、上記インピーダンス変更部は、コイル本体部の中央部に設けられ第1部分と第2部分とを受電時においては接続し、非受電時においては切り離すリレーを含み、リレーは、収容室内に収容される。
 好ましくは、上記第2自己共振コイルは、コイル本体部と、コイル本体部のキャパシタンスを変更するキャパシタンス変更部とを含む。そして、上記キャパシタンス変更部は、収容室内に収容される。
 好ましくは、上記キャパシタンス変更部は、コイル本体部の端部に接続される引き出し線と、引き出し線に接続されるリレーと、受電時においてはリレーによって引き出し線を介してコイル本体部に接続され、非受電時においてはリレーによってコイル本体部とは切り離されるコンデンサとを含む。そして、上記リレーおよびコンデンサの少なくとも一方は、収容室内に収容される。
 好ましくは、上記誘電コイルに接続された整流器をさらに備え、整流器は、収容室内に収容される。
 好ましくは、上記誘電コイルに接続された電圧変換器をさらに備え、電圧変換器は、収容室内に収容される。
 好ましくは、上記第2自己共振コイルは、ボビンの外周面から離れ、ボビンの外周面に沿って巻回する巻回部と、ボビンに接続され、巻回部を支持可能な支持部とを含む。
 本発明に係る車両は、上記非接触電力伝達装置を備える。
 この発明に係る非接触電力伝達装置および非接触電力伝達装置を備えた車両においては、非接触電力伝達装置のコンパクト化を図ることができる。
この発明の実施の形態1による給電システムの全体構成図である。 共鳴法による送電の原理を説明するための図である。 電流源(磁流源)からの距離と電磁界の強度との関係を示した図である。 図1に示した電動車両のパワートレーン構成を示すブロック図である。 図4に示したDC/DCコンバータの回路図である。 図1、図4における二次自己共振コイルの詳細な構成を示した図である。 二次自己共振コイル、二次コイルおよびこれらの近傍の構成を示す斜視図である。 図7のVIII-VIII線における断面図である。 コイル収容部をカバーの底部側から見た斜視図である。 実施の形態2の非接触受電装置に用いられる二次自己共振コイルの構成を示した回路図である。 二次自己共振コイル110Aの変形例である二次自己共振コイル110A1の構成を示した回路図である。 図10に示された二次自己共振コイルおよび二次コイルを収容するコイル収容部の断面図である。 二次自己共振コイルの変形例である二次自己共振コイルの構成を示した回路図である。 図13に示された二次自己共振コイルおよび二次コイルを収容するコイル収容部270の断面図である。 二次自己共振コイルの他の変形例である二次自己共振コイルの構成を示した回路図である。 図15に示された二次自己共振コイルおよび二次コイルを収容するコイル収容部270の断面図である。 給電装置の一次自己共振コイルおよび一次コイルを収容するコイル収容部を示す斜視図である。 図17におけるXVIII-XVIII線における断面図である。
符号の説明
 100 電動車両、110,110A,110B,110C 二次自己共振コイル、111 コイル本体部、112 リレー、115 インピーダンス変更部、116 支持部、117 巻回部、120 二次コイル、122 巻回部、130 整流器、140 コンバータ、142 直交変換部、144 トランス部、146 整流部、150 蓄電装置、162 昇圧コンバータ、164,166 インバータ、200 給電装置、210 交流電源、220 高周波電力ドライバ、230 一次コイル、240 一次自己共振コイル、250 通信装置、270 コイル収容部、271 カバー、272 ボビン、273 収容室、274 周壁部、275 天板部、276 底部、277 底部、278 周壁部、280 シールド部材、281 シールド部材、282 コネクタ、283 コネクタ、310 高周波電源、311 コイル本体部、312A,312B,312C キャパシタンス変更部、313 コンデンサ、314 放電抵抗、315 リレー、320 一次コイル、321,322 引き出し線、330 一次自己共振コイル、340 二次自己共振コイル、350 二次コイル、360 負荷、380 シールド部材、381 シールド部材、417 巻回部、418 巻回部、450 コンデンサ、470 コイル収容部、471 カバー、472 ボビン、473 収容室。
 以下、本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返さない。
 [実施の形態1]
 図1は、この発明の実施の形態1による給電システムの全体構成図である。図1を参照して、この給電システムは、電動車両100に搭載された受電装置(非接触電力伝達装置)と、給電装置(非接触電力伝達装置)200とを備える。電動車両100に搭載された受電装置は、二次自己共振コイル110と、二次コイル120と、整流器130と、DC/DCコンバータ140と、蓄電装置150とを含む。電動車両100は、パワーコントロールユニット(以下「PCU(Power Control Unit)」とも称する。)160と、モータ170と、車両ECU(Electronic Control Unit)180と、通信装置190とをさらに含む。
 二次自己共振コイル110は、車体下部に配設されるが、給電装置200が車両上方に配設されていれば、車体上部に配設されてもよい。二次自己共振コイル110は、両端がオープン(非接続)のLC共振コイルであり、給電装置200の一次自己共振コイル240(後述)と電磁場を介して共鳴することにより給電装置200から電力を受電する。なお、二次自己共振コイル110の容量成分は、コイルの浮遊容量とするが、コイルの両端に接続されるコンデンサを設けてもよい。
 二次自己共振コイル110は、給電装置200の一次自己共振コイル240との距離や、一次自己共振コイル240および二次自己共振コイル110の共鳴周波数等に基づいて、一次自己共振コイル240と二次自己共振コイル110との共鳴強度を示すQ値(たとえば、Q>100)およびその結合度を示すκ等が大きくなるようにその巻数が適宜設定される。
 二次コイル120は、二次自己共振コイル110と同軸上に配設され、電磁誘導により二次自己共振コイル110と磁気的に結合可能である。この二次コイル120は、二次自己共振コイル110により受電された電力を電磁誘導により取出して整流器130へ出力する。整流器130は、二次コイル120によって取出された交流電力を整流する。
 DC/DCコンバータ140は、車両ECU180からの制御信号に基づいて、整流器130によって整流された電力を蓄電装置150の電圧レベルに変換して蓄電装置150へ出力する。なお、車両の走行中に給電装置200から受電する場合には(その場合には、給電装置200はたとえば車両上方または側方に配設される。)、DC/DCコンバータ140は、整流器130によって整流された電力をシステム電圧に変換してPCU160へ直接供給してもよい。また、DC/DCコンバータ140は、必ずしも必要ではなく、二次コイル120によって取出された交流電力が整流器130によって整流された後に直接蓄電装置150に与えられるようにしても良い。
 蓄電装置150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やニッケル水素などの二次電池を含む。蓄電装置150は、DC/DCコンバータ140から供給される電力を蓄えるほか、モータ170によって発電される回生電力も蓄える。そして、蓄電装置150は、その蓄えた電力をPCU160へ供給する。なお、蓄電装置150として大容量のキャパシタも採用可能であり、給電装置200から供給される電力やモータ170からの回生電力を一時的に蓄え、その蓄えた電力をPCU160へ供給可能な電力バッファであれば如何なるものでもよい。
 PCU160は、蓄電装置150から出力される電力あるいはDC/DCコンバータ140から直接供給される電力によってモータ170を駆動する。また、PCU160は、モータ170により発電された回生電力を整流して蓄電装置150へ出力し、蓄電装置150を充電する。モータ170は、PCU160によって駆動され、車両駆動力を発生して駆動輪へ出力する。また、モータ170は、駆動輪や図示されないエンジンから受ける運動エネルギーによって発電し、その発電した回生電力をPCU160へ出力する。
 車両ECU180は、車両の走行時、車両の走行状況や蓄電装置150の充電状態(以下「SOC(State Of Charge)」とも称する。)に基づいてPCU160を制御する。通信装置190は、車両外部の給電装置200と無線通信を行なうための通信インターフェースである。
 一方、給電装置200は、交流電源210と、高周波電力ドライバ220と、一次コイル230と、一次自己共振コイル240と、通信装置250と、ECU260とを含む。
 交流電源210は、車両外部の電源であり、たとえば系統電源である。高周波電力ドライバ220は、交流電源210から受ける電力を高周波の電力に変換し、その変換した高周波電力を一次コイル230へ供給する。なお、高周波電力ドライバ220が生成する高周波電力の周波数は、たとえば1M~10数MHzである。
 一次コイル230は、一次自己共振コイル240と同軸上に配設され、電磁誘導により一次自己共振コイル240と磁気的に結合可能である。そして、一次コイル230は、高周波電力ドライバ220から供給される高周波電力を電磁誘導により一次自己共振コイル240へ給電する。
 一次自己共振コイル240は、地面近傍に配設されるが、車両上方から電動車両100へ給電する場合には車両上方または側方に配設されてもよい。一次自己共振コイル240も、両端がオープン(非接続)のLC共振コイルであり、電動車両100の二次自己共振コイル110と電磁場を介して共鳴することにより電動車両100へ電力を送電する。なお、一次自己共振コイル240の容量成分も、コイルの浮遊容量とするが、コイルの両端に接続されるコンデンサを設けてもよい。
 この一次自己共振コイル240も、電動車両100の二次自己共振コイル110との距離や、一次自己共振コイル240および二次自己共振コイル110の共鳴周波数等に基づいて、Q値(たとえば、Q>100)および結合度κ等が大きくなるようにその巻数が適宜設定される。
 通信装置250は、給電先の電動車両100と無線通信を行なうための通信インターフェースである。ECU260は、電動車両100の受電電力が目標値となるように高周波電力ドライバ220を制御する。具体的には、ECU260は、電動車両100の受電電力およびその目標値を通信装置250によって電動車両100から取得し、電動車両100の受電電力が目標値に一致するように高周波電力ドライバ220の出力を制御する。また、ECU260は、給電装置200のインピーダンス値を電動車両100へ送信することができる。
 図2は、共鳴法による送電の原理を説明するための図である。図2を参照して、この共鳴法では、2つの音叉が共鳴するのと同様に、同じ固有振動数を有する2つのLC共振コイルが電磁場(近接場)において共鳴することによって、一方のコイルから他方のコイルへ電磁場を介して電力が伝送される。
 具体的には、高周波電源310に一次コイル320を接続し、電磁誘導により一次コイル320と磁気的に結合される一次自己共振コイル330へ1M~10数MHzの高周波電力を給電する。一次自己共振コイル330は、コイル自身のインダクタンスと浮遊容量とによるLC共振器であり、一次自己共振コイル330と同じ共振周波数を有する二次自己共振コイル340と電磁場(近接場)を介して共鳴する。そうすると、一次自己共振コイル330から二次自己共振コイル340へ電磁場を介してエネルギー(電力)が移動する。二次自己共振コイル340へ移動したエネルギー(電力)は、電磁誘導により二次自己共振コイル340と磁気的に結合される二次コイル350によって取出され、負荷360へ供給される。
 なお、図1との対応関係について説明すると、図1の交流電源210および高周波電力ドライバ220は、図2の高周波電源310に相当する。また、図1の一次コイル230および一次自己共振コイル240は、それぞれ図2の一次コイル320および一次自己共振コイル330に相当し、図1の二次自己共振コイル110および二次コイル120は、それぞれ図2の二次自己共振コイル340および二次コイル350に相当する。そして、図1の整流器130以降が負荷360として総括的に示されている。
 図3は、電流源(磁流源)からの距離と電磁界の強度との関係を示した図である。図3を参照して、電磁界は3つの成分を含む。曲線k1は、波源からの距離に反比例した成分であり、「輻射電磁界」と称される。曲線k2は、波源からの距離の2乗に反比例した成分であり、「誘導電磁界」と称される。また、曲線k3は、波源からの距離の3乗に反比例した成分であり、「静電磁界」と称される。
 この中でも波源からの距離とともに急激に電磁波の強度が減少する領域があるが、共鳴法では、この近接場(エバネッセント場)を利用してエネルギー(電力)の伝送が行なわれる。すなわち、近接場を利用して、同じ固有振動数を有する一対の共鳴器(たとえば一対のLC共振コイル)を共鳴させることにより、一方の共鳴器(一次自己共振コイル)から他方の共鳴器(二次自己共振コイル)へエネルギー(電力)を伝送する。この近接場は遠方にエネルギー(電力)を伝播しないので、遠方までエネルギーを伝播する「輻射電磁界」によりエネルギー(電力)を伝送する電磁波に比べて、共鳴法は、より少ないエネルギー損失で送電することができる。
 図4は、図1に示した電動車両100のパワートレーン構成を示すブロック図である。図4を参照して、電動車両100は、蓄電装置150と、システムメインリレーSMR1と、昇圧コンバータ162と、インバータ164,166と、モータジェネレータ172,174と、エンジン176と、動力分割装置177と、駆動輪178とを含む。また、電動車両100は、二次自己共振コイル110と、二次コイル120と、整流器130と、DC/DCコンバータ140と、システムメインリレーSMR2と、車両ECU180と、通信装置190と、電圧センサ191,192と、電流センサ194とをさらに含む。
 この電動車両100は、エンジン176およびモータジェネレータ174を動力源として搭載する。エンジン176およびモータジェネレータ172,174は、動力分割装置177に連結される。そして、電動車両100は、エンジン176およびモータジェネレータ174の少なくとも一方が発生する駆動力によって走行する。エンジン176が発生する動力は、動力分割装置177によって2経路に分割される。すなわち、一方は駆動輪178へ伝達される経路であり、もう一方はモータジェネレータ172へ伝達される経路である。
 モータジェネレータ172は、交流回転電機であり、たとえばロータに永久磁石が埋設された三相交流同期電動機を含む。モータジェネレータ172は、動力分割装置177によって分割されたエンジン176の運動エネルギーを用いて発電する。たとえば、蓄電装置150のSOCが予め定められた値よりも低くなると、エンジン176が始動してモータジェネレータ172により発電が行なわれ、蓄電装置150が充電される。
 モータジェネレータ174も、交流回転電機であり、モータジェネレータ172と同様に、たとえばロータに永久磁石が埋設された三相交流同期電動機を含む。モータジェネレータ174は、蓄電装置150に蓄えられた電力およびモータジェネレータ172により発電された電力の少なくとも一方を用いて駆動力を発生する。そして、モータジェネレータ174の駆動力は、駆動輪178に伝達される。
 また、車両の制動時や下り斜面での加速度低減時には、運動エネルギーや位置エネルギーとして車両に蓄えられた力学的エネルギーが駆動輪178を介してモータジェネレータ174の回転駆動に用いられ、モータジェネレータ174が発電機として作動する。これにより、モータジェネレータ174は、走行エネルギーを電力に変換して制動力を発生する回生ブレーキとして作動する。そして、モータジェネレータ174により発電された電力は、蓄電装置150に蓄えられる。なお、モータジェネレータ174は、図1におけるモータ170に相当する。
 動力分割装置177は、サンギヤと、ピニオンギヤと、キャリアと、リングギヤとを含む遊星歯車を含む。ピニオンギヤは、サンギヤおよびリングギヤと係合する。キャリアは、ピニオンギヤを自転可能に支持するとともに、エンジン176のクランクシャフトに連結される。サンギヤは、モータジェネレータ172の回転軸に連結される。リングギヤはモータジェネレータ174の回転軸および駆動輪178に連結される。
 システムメインリレーSMR1は、蓄電装置150と昇圧コンバータ162との間に配設される。システムメインリレーSMR1は、車両ECU180からの信号SE1が活性化されると、蓄電装置150を昇圧コンバータ162と電気的に接続し、信号SE1が非活性化されると、蓄電装置150と昇圧コンバータ162との間の電路を遮断する。
 昇圧コンバータ162は、車両ECU180からの信号PWCに基づいて、蓄電装置150から出力される電圧を昇圧して正極線PL2へ出力する。なお、この昇圧コンバータ162は、たとえば直流チョッパ回路を含む。
 インバータ164,166は、それぞれモータジェネレータ172,174に対応して設けられる。インバータ164は、車両ECU180からの信号PWI1に基づいてモータジェネレータ172を駆動し、インバータ166は、車両ECU180からの信号PWI2に基づいてモータジェネレータ174を駆動する。なお、インバータ164,166は、たとえば三相ブリッジ回路を含む。
 なお、昇圧コンバータ162およびインバータ164,166は、図1におけるPCU160に相当する。
 二次自己共振コイル110は、中央部で2つに分割されており、その中央部にはリレー112が設けられている。受電時には、車両ECUからの制御信号SE3によってリレー112が接続状態に制御され、二次自己共振コイル110のインピーダンスは図1の一次自己共振コイル240と共鳴するインピーダンス(第1状態)に変更される。受電停止時には、車両ECUからの制御信号SE3によってリレー112が非接続状態に制御され、二次自己共振コイル110のインピーダンスは図1の一次自己共振コイル240と共鳴しないインピーダンス(第2状態)に変更される。
 なお、二次コイル120、整流器130およびDC/DCコンバータ140に関しては、図1で説明したとおりであるので、説明は繰返さない。システムメインリレーSMR2は、DC/DCコンバータ140と蓄電装置150との間に配設される。システムメインリレーSMR2は、車両ECU180からの信号SE2が活性化されると、蓄電装置150をDC/DCコンバータ140と電気的に接続し、信号SE2が非活性化されると、蓄電装置150とDC/DCコンバータ140との間の電路を遮断する。
 電圧センサ191は、システムメインリレーSMR2とDC/DCコンバータ140との間の送電経路の線路間電圧V2を検出し、その検出値を車両ECU180へ出力する。電圧センサ192は、整流器130とDC/DCコンバータ140との間の送電経路の線路間電圧VHを検出し、その検出値を車両ECU180へ出力する。電流センサ194は、整流器130から出力される電流I1を検出し、その検出値を車両ECU180へ出力する。
 車両ECU180は、アクセル開度や車両速度、その他各センサからの信号に基づいて、昇圧コンバータ162およびモータジェネレータ172,174をそれぞれ駆動するための信号PWC,PWI1,PWI2を生成し、その生成した信号PWC,PWI1,PWI2をそれぞれ昇圧コンバータ162およびインバータ164,166へ出力する。
 また、車両ECU180は、車両の走行時、信号SE1を活性化してシステムメインリレーSMR1をオンさせるとともに、信号SE2を非活性化してシステムメインリレーSMR2をオフさせる。なお、車両の走行中に給電装置から受電可能な場合には、車両ECU180は、信号SE1,SE2を活性化してシステムメインリレーSMR1,SMR2をともにオンさせてもよい。
 一方、車両外部の給電装置200からの受電時、車両ECU180は、信号SE1を非活性化してシステムメインリレーSMR1をオフさせるとともに、信号SE2を活性化してシステムメインリレーSMR2をオンさせる。
 車両ECU180は、DC/DCコンバータ140を制御するための信号PWDを生成し、その生成した信号PWDをDC/DCコンバータ140へ出力する。また、車両ECU180は、電圧センサ192からの電圧VHおよび電流センサ194からの電流I1に基づいて給電装置200からの受電電力を算出し、その算出値を受電電力の目標値とともに通信装置190によって給電装置200へ送信する。
 図5は、図4に示したDC/DCコンバータ140の回路図である。図5を参照して、DC/DCコンバータ140は、直交変換部142と、トランス部144と、整流部146とを含む。直交変換部142は、車両ECU180からの信号PWDに基づいてオンオフ駆動されるスイッチング素子を含み、図4の整流器130から供給される直流電力を交流電力に変換してトランス部144へ出力する。
 トランス部144は、直交変換部142と整流部146とを絶縁するとともに、コイル巻数比に応じた電圧変換を行なう。整流部146は、トランス部144から出力される交流電力を直流電力に整流して図4の蓄電装置150へ出力する。
 図6は、図1、図4における二次自己共振コイル110の詳細な構成を示した図である。
 図6を参照して、二次自己共振コイル110は、図1の一次自己共振コイル240と磁場の共鳴により磁気的に結合された、受電時に選択される第1状態と、第1状態よりも一次自己共振コイル240との結合が弱められた、非受電時に選択される第2状態とが、切り替え可能に構成される。
 好ましくは、二次自己共振コイル110は、第1状態と第2状態とで異なるインピーダンスを有する。
 具体的には、二次自己共振コイル110は、コイル本体部111と、コイル本体部111のインピーダンスを変更するインピーダンス変更部115とを含む。
 コイル本体部111は、中央部において第1部分113と第2部分114に分割される。インピーダンス変更部115は、コイル本体部111の中央部に設けられ第1部分113と第2部分114とを受電時においては接続し、非受電時においては切り離すリレー112を含む。
 二次自己共振コイル110は、受電中には、アンテナのように動作し、両端の電圧の振幅は大きくなり、中央部の電圧の振幅はほぼゼロとなる。したがって、コイル本体部111の中央部にリレー112を配置すれば、他の部分にリレーを設けるよりも耐圧が低い小型のリレーで済む。
 共鳴法で電力の送電を行なう場合には、送電側が送電をしており、共振コイルの共鳴周波数が一致していれば、受電側が受電の意思がない場合にも、車両が搭載する部品である二次自己共振コイルに電力が受電されてしまう。したがって、図6に示したように、二次自己共振コイルのインピーダンスを変更可能に構成しておき、受電側が受電の意思がない場合には送電側とは共鳴周波数が一致しないようにインピーダンスを変更しておく。
 このようにすれば、不要な場合に車両に搭載する部品に受電されることがなくなるので、好ましい。
 図7は、二次自己共振コイル110および二次コイル120とこれらの近傍の構成を示す斜視図であり、図8は、図7のVIII-VIII線における断面図である。
。図7に示すように、二次自己共振コイル110および二次コイル120は、コイル収容部270内に収容されている。
 コイル収容部270は、二次自己共振コイル110および二次コイル120が装着された円筒状のボビン272と、カバー271とを備えている。
 カバー271は、ボビン272上に位置する天板部275と、天板部275の周縁部から垂下する周壁部274と、周壁部274の下端部に連設された底部276とを備えている。そして、カバー271内には、ボビン272が収容される収容室が規定されている。
 ボビン272は、底部276に固定されており、少なくとも一方の端部が開口するように筒状に形成されている。そして、ボビン272がカバー271によって覆われることで、ボビン272の開口部が閉塞され、内部に機器を収容可能な収容室273が規定される。
 ここで、二次自己共振コイル110の中心軸線方向の長さは、二次自己共振コイル110の直径よりも短くなっている。また、二次コイル120の巻回回数は、二次自己共振コイル110の巻回回数よりも少なく、たとえば、1回程度とされており、二次コイル120の中心軸線方向の長さは、二次コイル120の直径よりも短くなっている。
 このため、二次自己共振コイル110および二次コイル120を同軸上に配置したとしても、二次自己共振コイル110および二次コイル120の中心軸線方向のボビン272の長さを、二次自己共振コイル110および二次コイル120の径方向の長さ(ボビン272の幅方向の長さ)よりも短くすることができる。
 コイル収容部270の高さが低減されているので、コイル収容部270を電動車両100のフロアパネル上に載置したとしても、コイル収容部270がフロアパネルから大きく突出するこを抑制することができる。これにより、受電装置の電動車両100内における搭載性の向上を図ることができる。
 図8において、ボビン272は、円筒状に形成された周壁部278と、周壁部278の端部に連設された底部277とを備えており、収容室273内に収容される機器は、底部277上に載置される。
 ここで、底部277の直径はボビン272の中心軸方向の長さよりも長いため、底部277において、機器を載置するための載置面積が広く確保されている。これにより、各機器を積層させた状態で固定する必要がなく、複数の機器を底部277に直接固定させることができる。
 そして、上記のように、各種機器をボビン272内に収容することで、ボビン272内のデッドスペースの活用を図ることができ、搭載効率の向上を図ることができる。
 この図8に示す例においては、ボビン272の収容室273内には、二次自己共振コイル110に接続されたインピーダンス変更部115と、二次コイル120に接続された整流器130とが収容されている。
 なお、二次コイル120のコネクタ282は、ボビン272の内周面に設けられており、同様に、二次自己共振コイル110のコネクタ283もボビン272の内周面に設けられている。これにより、受電装置の組立時に、ボビン272内に整流器130およびインピーダンス変更部115を固定した後に、整流器130と二次コイル120と接続およびインピーダンス変更部115と二次自己共振コイル110との接続作業を行うことができ、作業効率の向上を図ることができる。
 二次自己共振コイル110および二次コイル120は、ボビン272に装着されており、この図7に示す例においては、二次自己共振コイル110は、図1に示す一次自己共振コイル240側に位置しており、二次コイル120は、二次自己共振コイル110に対して一次自己共振コイル240と反対側に位置している。
 二次自己共振コイル110は、ボビン272の周面に沿って延び、ボビン272の周囲を複数回巻回する巻回部117と、一端がボビン272に固定され、巻回部117を支持可能な支持部116とを備えている。そして、巻回部117がボビン272の外周面から離れるように、支持部116は巻回部117を支持している。
 ここで、一般的なコイルにおいては、ボビン272の外周面に螺旋状の溝を形成して、二次自己共振コイル110を装着する。この一般的な装着例においては、二次自己共振コイル110を構成するコイル線間にボビン272の一部が位置することでキャパシタが形成され、二次自己共振コイル110に交流電流が供給されることで、ボビン272のうち、コイル線間に位置する部分が発熱する。
 その一方で、図7に示す例においては、二次自己共振コイル110の巻回部117は、ボビン272の外周面から離れ、さらに、外部に露出しているため、二次自己共振コイル110に交流電流が供給されたとしても、ボビン272が加熱されることを抑制することができる。
 巻回部117は、二次自己共振コイル110の延在方向の中央部で分割された第1部分113および第2部分114とを含む。第1部分113の中央部側の端部には、インピーダンス変更部115に接続され、ボビン272に固定された引き出し線321が接続されている。第1部分113の他方側の端部には、ボビン272に固定された支持部116が接続されている。第2部分114の中央部側の端部には、インピーダンス変更部115に接続され、ボビン272に固定された引き出し線321が接続されている。第2部分114の他方側の端部には、ボビン272に固定された支持部116が接続されている。
 このように、第1部分113の両端部は、ボビン272に固定された支持部116および引き出し線321によって、ボビン272の外周面から離れた位置で支持されている。そして、第1部分113は、ボビン272の外周面に沿って巻回している。
 同様に、第2部分114も、引き出し線321と、支持部116とによって、ボビン272から離れた位置で支持され、ボビン272の外周面に沿って巻回している。
 ここで、インピーダンス変更部115は、収容室273内に収容されており、第1部分113および第2部分114に非常に近接しているため、引き出し線321の長さを短くすることができ、引き出し線321により、二次自己共振コイル110の共振周波数が変動することが抑制されている。
 二次コイル120は、ボビン272の外周面から離れた位置で、ボビン272の周面に沿って巻回する巻回部122と、巻回部122の両端部に接続された引き出し線322とを備えている。
 そして、引き出し線322も、巻回部122の端部からボビン272に向けて延びており、ボビン272に固定され、巻回部122は、この引き出し線322によって支持されている。なお、引き出し線322は、ボビン272の内部に規定された収容室273に達しており、整流器130に接続されている。なお、整流器130も、収容室273内に収容されているため、引き出し線322の長さを短くすることができる。
 カバー271の内表面のうち、図7に示す周壁部274および底部276の内表面には、たとえば銅等の金属材料、金属材料等を含み導電性の布およびスポンジ等によって形成されたシールド部材280が設けられている。その一方で、一次自己共振コイル240と対向する天板部275の内表面には、シールド部材が設けられていない。
 これにより、二次自己共振コイル110および一次自己共振コイル240との間に生じる電磁界は、シールド部材280によって反射され、シールド部材280から外方に漏れ出すことが抑制される。そして、シールド部材280が設けられていない天板部275を通して電磁波が流れ、一次自己共振コイル240と二次自己共振コイル110との間で電力の送電および受電が行われる。このように、電磁界の漏れを抑制することができ、二次自己共振コイル110と一次自己共振コイル240との間における電力の受電効率の向上を図ることができる。
 ボビン272の内周面にも、シールド部材281が設けられている。これにより、電磁波がボビン272内に達することを抑制することができ、ボビン272内に収容されたインピーダンス変更部115および整流器130によって二次自己共振コイル110の共振周波数が変動することを抑制することができる。
 図9は、コイル収容部270をカバー271の底部276側から見た斜視図である。この図9に示すように、整流器130と図1に示すコンバータ140とを接続する引き出し線は、上記の底部276の中央部から引き出されている。
 [実施の形態2]
 実施の形態2は、実施の形態1の図4や図6に示した二次自己共振コイル110の構成を変形したものである。したがって、他の部分の構成については、実施の形態1と同様であるので、説明は繰返さない。
 図10は、実施の形態2の非接触受電装置に用いられる二次自己共振コイル110Aの構成を示した回路図である。
 図10を参照して、二次自己共振コイル110Aは、図1の一次自己共振コイル240と磁場の共鳴により磁気的に結合された、受電時に選択される第1状態と、第1状態よりも一次自己共振コイル240との結合が弱められた、非受電時に選択される第2状態とが切り替え可能に構成される。
 二次自己共振コイル110Aは、第1状態と第2状態とで異なるインピーダンスを有する。具体的には、二次自己共振コイル110Aは、コイル本体部311と、コイル本体部311のキャパシタンスを変更するキャパシタンス変更部312Aとを含む。
 キャパシタンス変更部312Aは、コイル本体部の端部に接続される引き出し線321と、引き出し線321に接続されるリレー315と、受電時においてはリレー315によって引き出し線321を介してコイル本体部311に接続され、非受電時においてはリレー315によってコイル本体部311とは切り離されるコンデンサ313とを含む。
 二次自己共振コイル110Aは、非受電時にコンデンサ313を電荷が放電された状態にするための放電抵抗314をさらに備える。放電抵抗314はコンデンサ313の両電極間に接続される。コンデンサ313は、コイル本体部311の他端に接続された引き出し線322とリレー315との間に接続されている。
 図11は、二次自己共振コイル110Aの変形例である二次自己共振コイル110A1の構成を示した回路図である。
 図10、図11を参照して、二次自己共振コイル110A1は、二次自己共振コイル110Aの構成において、キャパシタンス変更部312Aに代えてキャパシタンス変更部312A1を含む。キャパシタンス変更部312A1は、図10のキャパシタンス変更部312の構成において、放電抵抗314を削除したものであり、他の部分の構成はキャパシタンス変更部312と同じであり説明は繰返さない。
 図12は、上記図10に示された二次自己共振コイル110Aおよび二次コイル120を収容するコイル収容部270の断面図である。
 この図12に示す例においては、ボビン272の収容室273内には、二次コイル120に接続された整流器130と、コイル本体部311に接続されたリレー315、コンデンサ313および放電抵抗314とが収容されている。
 これにより、この図10および図12に示す例においても、受電装置のコンパクト化を図ることができる。
 図13は、二次自己共振コイル110Aの変形例である二次自己共振コイル110Bの構成を示した回路図である。
 図10、図13を参照して、二次自己共振コイル110Bは、二次自己共振コイル110Aの構成において、キャパシタンス変更部312Aに代えてキャパシタンス変更部312Bを含む。
 キャパシタンス変更部312Bは、コイル本体部の端部に接続される引き出し線321と、引き出し線321に接続されるリレー315と、受電時においてはリレー315によって引き出し線321を介してコイル本体部311に接続され、非受電時においてはリレー315によってコイル本体部311とは切り離されるコンデンサ313とを含む。
 二次自己共振コイル110Bは、非受電時にコンデンサ313を電荷が放電された状態にするための放電抵抗314をさらに備える。
 二次自己共振コイル110Bは、受電時に放電抵抗314をコンデンサ313から切り離し、非受電時に放電抵抗をコンデンサに接続する他のリレー316をさらに含む。
 コンデンサ313の両電極間に、放電抵抗314と他のリレー316とが直列に接続される。コンデンサ313は、コイル本体部311の他端に接続された引き出し線322とリレー315との間に接続されている。
 図4の車両ECU180は、受電時には、リレー315をオン状態、リレー316をオフ状態に制御し、非受電時には、リレー315をオン状態、リレー316をオフ状態に制御する。
 図14は、上記図13に示す二次自己共振コイル110Bおよび二次コイル120を収容するコイル収容部270の断面図である。
 この図14に示す例においては、コイル本体部に接続されたリレー315、コンデンサ313、放電抵抗314およびリレー316がボビン272の収容室273内に収容されている。さらに、収容室273内には、二次コイル120に接続された整流器130が収容されている。
 これにより、この図13および図14に示す例においても、受電装置のコンパクト化を図ることができる。
 図15は、二次自己共振コイル110Aの他の変形例である二次自己共振コイル110Cの構成を示した回路図である。
 図10、図13を参照して、二次自己共振コイル110Cは、二次自己共振コイル110Aの構成において、キャパシタンス変更部312Aに代えてキャパシタンス変更部312Cを含む。
 キャパシタンス変更部312Cは、コイル本体部の端部に接続される引き出し線321と、引き出し線321に接続されるリレー317と、受電時においてはリレー317によって引き出し線321を介してコイル本体部311に接続され、非受電時においてはリレーによってコイル本体部311とは切り離されるコンデンサ313とを含む。
 二次自己共振コイル110Cは、非受電時にコンデンサ313を電荷が放電された状態にするための放電抵抗314をさらに備える。
 リレー317は、受電時に放電抵抗314をコンデンサ313から切り離し、非受電時に放電抵抗314をコンデンサ313に接続する。
 車両ECU180は、受電時には、リレー317をコイル本体部311の端部をコンデンサの一方端に接続しかつその一方端から放電抵抗314を切り離すように制御する。車両ECU180は、非受電時には、リレー317をコイル本体部311の端部をコンデンサの一方端から切り離し、コンデンサのその一方端を放電抵抗314と接続するように制御する。
 図16は、図15に示された二次自己共振コイル110Cおよび二次コイル120等を収容するコイル収容部270の断面図である。
 この図16に示す例においては、コイル本体部に接続されたリレー317、コンデンサ313、および放電抵抗314と、二次コイル120に接続された整流器130およびコンバータ(電圧変換器)140が収容されており、受電装置のコンパクト化を図ることができる。
 なお、収容室273内に収容される機器としては、上記のものに限られず、たとえば、車両ECU180、通信装置190および温度センサ等を収容してもよい。
 以上説明したように、本実施の形態は、給電装置からの送電が行なわれていたとしても、受電が不要な場合に車両のいずれにも共鳴による受電をしている場所をなくすることができと共に、受電装置のコンパクト化を図ることができる。
 [実施の形態3]
 図17および図18を用いて、本発明を給電装置200に適用した例について説明する。図17は、一次自己共振コイル240および一次コイル230を収容するコイル収容部470の斜視図であり、図18は、図17におけるXVIII-XVIII線における断面図である。
 これら、図17および図18に示すように、コイル収容部470は、一次自己共振コイル240と一次コイル230とが装着されたボビン472と、このボビン472を覆うように設けられたカバー471とを備えている。
 ボビン472は、筒状に形成されており、内部に機器を収容可能な収容室473が規定されている。そして、収容室473内には、一次自己共振コイル240に接続されたコンデンサ450と、一次コイル230に接続された高周波電力ドライバ(周波数変換器)220とが収容されている。これにより、給電装置200のコンパクト化が図られている。なお、収容室473に収容される機器としては、上記のような機器に限られず、通信装置250やECU260等を収容するようにしてもよい。このように、本願発明は、受電装置に限られず、給電装置200にも適用することができる。
 このコイル収容部470においても、ボビン472の内周面には、シールド部材381が設けられており、カバー471の内周面にもシールド部材380が設けられている。
 さらに、一次自己共振コイル240は、ボビン472の外周面に沿って延び、ボビン472の外周面から離れた位置に設けられた巻回部417と、この巻回部417の両端部に設けられコンデンサ450に接続された引き出し線421とを備えている。引き出し線421は、ボビン472に固定されており、巻回部417を支持している。
 同様に、一次コイル230も、ボビン472の外周面に沿って巻回された巻回部418と、この巻回部418の両端部に設けられ、高周波電力ドライバ220に接続された引き出し線422とを備えている。そして、巻回部418は、ボビン472の外周面から離れた位置で引き出し線421によって固定されている。
 なお、上記の各実施の形態においては、図4に示したように電動車両として、動力分割装置177によりエンジン176の動力を分割して駆動輪178とモータジェネレータ172とに伝達可能なシリーズ/パラレル型のハイブリッド車について説明したが、この発明は、その他の形式のハイブリッド車にも適用可能である。すなわち、たとえば、モータジェネレータ172を駆動するためにのみエンジン176を用い、モータジェネレータ174でのみ車両の駆動力を発生する、いわゆるシリーズ型のハイブリッド車や、エンジン176が生成した運動エネルギーのうち回生エネルギーのみが電気エネルギーとして回収されるハイブリッド車、エンジンを主動力として必要に応じてモータがアシストするモータアシスト型のハイブリッド車などにもこの発明は適用可能である。
 また、この発明は、エンジン176を備えずに電力のみで走行する電気自動車や、直流電源として蓄電装置150に加えて燃料電池をさらに備える燃料電池車にも適用可能である。また、この発明は、昇圧コンバータ162を備えない電動車両にも適用可能である。
 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、上記した実施の形態の説明ではなくて請求の範囲によって示され、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。

Claims (14)

  1.  対向配置される第1自己共振コイル(240,110)との間で、磁場の共鳴により電力の送電および受電の少なくとも一方が可能な第2自己共振コイル(110,240)と、
     前記第2自己共振コイルが受電した電力を電磁誘導により取り出すこと、および、前記第2自己共振コイルに電力を電磁誘導により給電することの少なくとも一方が可能な誘電コイル(120,230)と、
     前記第2自己共振コイル(110,240)が装着され、内部に機器を収容可能な収容室(273,473)が規定されたボビン(272,472)と、
     を備えた、非接触電力伝達装置。
  2.  前記第2自己共振コイル(110)および前記誘電コイル(120)は車両に搭載され、前記第1自己共振コイル(240)は前記車両の外部に配置され、前記第1自己共振コイル(240)は前記第2自己共振コイル(110)に電力を送電し、前記第2自己共振コイル(110)は前記第1自己共振コイル(240)から送電される電力を受電し、前記第2自己共振コイル(110)および前記誘電コイル(120)は受電装置の少なくとも一部を構成する、請求の範囲第1項に記載の非接触電力伝達装置。
  3.  前記第1自己共振コイル(110)は車両に搭載され、前記第2自己共振コイル(240)および前記誘電コイル(230)は前記車両の外部に配置され、前記第2自己共振コイル(240)は前記第1自己共振コイル(110)に電力を送電し、前記第1自己共振コイル(110)は前記第2自己共振コイル(240)から送電される電力を受電し、前記第2自己共振コイル(240)および前記誘電コイル(230)は送電装置の少なくとも一部を構成する、請求の範囲第1項に記載の非接触電力伝達装置。
  4.  前記ボビン(272,472)の軸方向の長さは、前記ボビン(272,472)の幅方向の長さよりも短くされた、請求の範囲第1項に記載の非接触電力伝達装置。
  5.  前記ボビン(272,472)の収容室(273,473)内に収容される機器は、前記第2自己共振コイル(110,240)に接続されたコンデンサ(313,450)を含む、請求の範囲第1項に記載の非接触電力伝達装置。
  6.  前記ボビン(272)の収容室(273)内に収容される機器は、前記第2自己共振コイル(110)を第1自己共振コイル(240)と磁場の共鳴により磁気的に結合された、受電時に選択される第1状態と、前記第1状態よりも前記第1自己共振コイルとの共鳴による磁気的結合が弱められた、非受電時に選択される第2状態とが切り替え可能な切替機器(115)とされた、請求の範囲第1項に記載の非接触電力伝達装置。
  7.  前記第2自己共振コイル(110)は、コイル本体部(111)と、前記コイル本体部のインダクタンスを変更するインピーダンス変更部(115)とを含み、
     前記インピーダンス変更部(115)は、前記収容室(273)内に収容された、請求の範囲第1項に記載の非接触電力伝達装置。
  8.  前記コイル本体部(111)は、中央部において第1部分(113)と第2部分(114)に分割され、
     前記インピーダンス変更部(115)は、前記コイル本体部の中央部に設けられ前記第1部分と前記第2部分とを受電時においては接続し、非受電時においては切り離すリレー(112)を含み、
     前記リレー(112)は、前記収容室(273)内に収容された、請求の範囲第7項に記載の非接触電力伝達装置。
  9.  前記第2自己共振コイル(110A~110C)は、
     コイル本体部(311)と、
     前記コイル本体部のキャパシタンスを変更するキャパシタンス変更部(312A~312C)とを含み、
     前記キャパシタンス変更部(312A~312C)は、前記収容室内に収容された、請求の範囲第1項に記載の非接触電力伝達装置。
  10.  前記キャパシタンス変更部(312A~312C)は、
     前記コイル本体部(311)の端部に接続される引き出し線(321)と、
     前記引き出し線に接続されるリレー(315;317)と、
     受電時においては前記リレー(315;317)によって前記引き出し線(321)を介して前記コイル本体部(311)に接続され、非受電時においては前記リレーによって前記コイル本体部とは切り離されるコンデンサ(313)とを含み、
     前記リレーおよび前記コンデンサの少なくとも一方は、前記収容室(273)内に収容された、請求の範囲第9項に記載の非接触電力伝達装置。
  11.  前記誘電コイルに接続された整流器(130)をさらに備え、前記整流器(130)は、前記収容室(273)内に収容された、請求の範囲第1項に記載の非接触電力伝達装置。
  12.  前記誘電コイルに接続された電圧変換器(140)をさらに備え、前記電圧変換器は、前記収容室(273)内に収容された、請求の範囲第1項に記載の非接触電力伝達装置。
  13.  前記第2自己共振コイル(110,240)は、前記ボビン(272,472)の外周面から離れ、前記ボビン(272,472)の外周面に沿って巻回する巻回部(117,417)と、前記ボビン(272,472)に接続され、前記巻回部を支持可能な支持部(116)とを含む、請求の範囲第1項に記載の非接触電力伝達装置。
  14.  請求の範囲第1項に記載の非接触電力伝達装置を備えた車両。
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