二次コイルユニットおよび電力伝送システム
【課題】設置または搭載するためのスペースの縮小を図ることを可能とする二次コイルユニットおよび電力伝送システムを提供する。
【解決手段】収容筐体１３２においては、第１冷媒通路ＣＲ１１の内部に、車両側キャパシタ１９および整流器１３を配置している。また、冷却風の流れ方向から見て、第１冷媒通路ＣＲ１１の内部において、整流器１３を車両側キャパシタ１９の下流側に配置している。
【解決手段】収容筐体１３２においては、第１冷媒通路ＣＲ１１の内部に、車両側キャパシタ１９および整流器１３を配置している。また、冷却風の流れ方向から見て、第１冷媒通路ＣＲ１１の内部において、整流器１３を車両側キャパシタ１９の下流側に配置している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次コイルユニットおよび電力伝送システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境への配慮からバッテリなどの電力を用いて駆動輪を駆動させるハイブリッド車両や電気自動車などが着目されている。
【０００３】
特に近年は、上記のようなバッテリを搭載した電動車両において、プラグなどを用いずに非接触でバッテリを充電可能なワイヤレス充電が着目されている。
【０００４】
たとえば、特開２０１０−２６８６６０号公報（特許文献１）、特開２０１０−２８４０１１号公報（特許文献２）、および、国際公開第２０１０／０４１３２１号（特許文献３）には、電磁共鳴を利用して電力の送電および受電を行なう非接触の電力伝送システムが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−２６８６６０号公報
【特許文献２】特開２０１０−２８４０１１号公報
【特許文献３】国際公開第２０１０／０４１３２１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した非接触の電力伝送システムを用いた電力の送電および受電においては、送電側である一次コイルユニットと、受電側である二次コイルユニットとが用いられる。また、各コイルユニットを設置または搭載するためのスペースは、小さい方が好ましい。特に、車両側に搭載するコイルユニットは、搭載スペースが限られることから、より小さい方が好ましいといえる。
【０００７】
本発明は、上記のような課題に鑑みてなされた発明であって、その目的は、設置または搭載するためのスペースの縮小を図ることを可能とする二次コイルユニットおよび電力伝送システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に基づいた二次コイルユニットにおいては、外部に設けられた一次共鳴コイルと間隔をあけて配置され、上記一次共鳴コイルと電磁界共振結合を行なう二次共鳴コイルと、上記二次共鳴コイルに接続されるキャパシタと、上記二次共鳴コイルと電磁誘導結合を行なう電磁誘導コイルと、上記電磁誘導コイルに接続される整流器と、上記二次共鳴コイル、上記キャパシタ、上記電磁誘導コイルおよび上記整流器を収容する筐体と、を備える。
【０００９】
上記筐体は、上記二次共鳴コイル、上記キャパシタ、上記電磁誘導コイルおよび上記整流器を冷却する冷媒を通過させるための冷媒通路を含み、上記冷媒流れの方向から見て、上記整流器は上記キャパシタの下流側に配置されている。
【００１０】
好ましくは、上記冷媒通路は、上記整流器および上記キャパシタが配置され、上記整流器および上記キャパシタを冷却する冷媒を通過させる第１冷媒通路と、上記二次共鳴コイルおよび上記電磁誘導コイルが配置され、上記二次共鳴コイルおよび上記電磁誘導コイルを冷却する冷媒を通過させる第２冷媒通路とを有する。
【００１１】
好ましくは、上記筐体は、円筒形状のボビンを有し、上記キャパシタおよび上記整流器は、上記ボビンの内周面側に配置され、上記二次共鳴コイルおよび上記電磁誘導コイルは、上記ボビンの外周面に装着され、上記ボビンの内周面側に上記第１冷媒通路が設けられ、上記ボビンの外周面側に上記第２冷媒通路が設けられる。
【００１２】
好ましくは、上記冷媒流れの方向から見て、上記整流器の下流側に上記二次共鳴コイルおよび上記電磁誘導コイルが配置されている。
【００１３】
好ましくは、上記筐体は、円筒形状のボビンを有し、上記二次共鳴コイルおよび上記電磁誘導コイルは、上記ボビンの外周面に装着され、上記キャパシタおよび上記整流器は、上記ボビンの内周面側に配置され、上記ボビンは、その側壁に貫通孔を有し、上記冷媒通路として、上記ボビンの内周面側に導入された冷媒が、上記貫通孔を通じて上記ボビンの外周側に送り出される通路が形成される。
【００１４】
好ましくは、上記整流器は、機器と、上記機器を収容し、通風孔を有する整流器筐体とを含み、上記冷媒通路内において、上記冷媒流れの方向に上記通風孔が対向するように、上記整流器筐体が配置される。
【００１５】
この発明に基づいた電力伝送システムにおいては、上述したいずれかに記載の二次コイルユニットと、上記二次共鳴コイルと間隔をあけて配置され、上記二次共鳴コイルと電磁界共振結合を行なう上記一次側共鳴コイルを含む一次コイルユニットとを備える。
【発明の効果】
【００１６】
この発明の二次コイルユニットおよび電力伝送システムによれば、設置または搭載するためのスペースの縮小を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施の形態１における電動車両と、電動車両に電力を給電する外部給電装置と、電動車両および外部給電装置を含む電力伝送システムを模式的に示す図である。
【図２】共鳴法による送電および受電の原理を説明するための模式図である。
【図３】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４】実施の形態１における車両側コイルユニットの構造を示す縦断面図である。
【図５】図４中のＶ−Ｖ線矢視断面に沿った横断面図である。
【図６】整流器の概略構造を示す斜視図である。
【図７】実施の形態２における車両側コイルユニットの構造を示す縦断面図である。
【図８】図７中のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線矢視断面に沿った横断面図である。
【図９】実施の形態３における二次コイルユニットの構造を示す横断面図である。
【図１０】図９中の矢印Ｘ方向から見た図である。
【図１１】図９中のＸＩ−ＸＩ線矢視断面に沿った横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明に基づいたに二次コイルユニットおよび電力伝送システムついて、以下、図を参照しながら説明する。なお、以下に説明する各実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本発明の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。また、同一の部品、相当部品に対しては、同一の参照番号を付し、重複する説明は繰り返さない場合がある。また、各実施の形態における構成を適宜組み合わせて用いることは当初から予定されていることである。
【００１９】
（実施の形態１）
図１から図６を用いて、実施の形態１に係る車両と、外部給電装置と、車両および外部給電装置を含む電力伝送システムについて説明する。
【００２０】
図１は、電動車両１０および外部給電装置２０を含む電力伝送システムを模式的に示す図である。
【００２１】
本実施の形態に係る電力伝送システムは、電動車両１０と、外部給電装置２０とを含む。電動車両１０は、外部給電装置２０が設けられた駐車スペース４２の所定位置に停車して、主に、外部給電装置２０から電力を受電する。なお、電動車両１０は、外部給電装置２０に電力を供給することもできる。
【００２２】
駐車スペース４２には、電動車両１０を所定の位置に停車するように、輪止やラインが設けられている。
【００２３】
外部給電装置２０は、交流電源２１に接続された高周波電力ドライバ２２と、高周波電力ドライバ２２などの駆動を制御する制御部２６と、この高周波電力ドライバ２２に接続された設備側コイルユニット４１とを含む。設備側コイルユニット４１は、主に、非接触電力送電装置として機能し、設備側コイルユニット４１は、設備側共鳴コイル２４と、設備側共鳴コイル２４に接続された設備側キャパシタ２５と、設備側共鳴コイル２４と電気的に接続される設備側電磁誘導コイル２３とを含む。
【００２４】
交流電源２１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２２は、交流電源２１から受け取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設備側電磁誘導コイル２３に供給する。なお、高周波電力ドライバ２２が生成する高周波電力の周波数は、たとえば１Ｍ〜数十ＭＨｚである。
【００２５】
設備側電磁誘導コイル２３に上記の高周波電力が供給されることで、設備側電磁誘導コイル２３から発生する磁束量が経時的に変化する。
【００２６】
設備側共鳴コイル２４は、設備側電磁誘導コイル２３と電磁誘導結合しており、設備側共鳴コイル２４からの磁束量が変化することで、電磁誘導により設備側共鳴コイル２４にも高周波の電流が流れる。
【００２７】
この際、設備側共鳴コイル２４に流れる高周波電流の周波数と、設備側電磁誘導コイル２３のリラクタンスおよび設備側キャパシタ２５の容量によって決まる共振周波数とが実質的に一致するように、設備側電磁誘導コイル２３に電流が供給される。設備側共鳴コイル２４および設備側キャパシタ２５は、直列ＬＣ共振器として機能する。
【００２８】
そして、設備側共鳴コイル２４の周囲に当該共振周波数と実質的に同じ周波数の電界および磁界が形成される。このようにして、設備側共鳴コイル２４の周囲には、所定周波数の電磁場（電磁界）が形成される。
【００２９】
そして、電動車両１０は、設備側共鳴コイル２４および設備側キャパシタ２５によって形成された直列ＬＣ共振器と同じ共振周波数を持つ直列ＬＣ共振器を備えており、当該ＬＣ共振器と、設備側共鳴コイル２４および設備側キャパシタ２５によって形成されたＬＣ共振器とが電磁界共振結合することで、外部給電装置２０から電動車両１０に電力が送電される。
【００３０】
なお、電動車両１０と外部給電装置２０とは、設備側共鳴コイル２４および設備側キャパシタ２５によって形成される電磁場のうち、近接場（エバネッセント場）を主に利用して、外部給電装置２０側から電動車両１０に電力を供給している。当該電磁共鳴法を利用したワイヤレス送電・受電方法の詳細については、後述する。
【００３１】
電動車両１０は、主に非接触電力受電装置として機能する車両側コイルユニット４０と、車両側コイルユニット４０に接続されたＤＣ／ＤＣコンバータ１４と、このＤＣ／ＤＣコンバータ１４に接続されたバッテリ１５と、パワーコントロールユニット（ＰＣＵ（Power Control Unit））１６と、このパワーコントロールユニット１６に接続されたモータユニット１７と、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４やパワーコントロールユニット１６などの駆動を制御する車両ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１８とを備える。なお、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４を省略してもよい。
【００３２】
なお、本実施の形態に係る電動車両１０は、図示しないエンジンを備えたハイブリッド車両であるが、モータにより駆動される車両であれば、電気自動車や燃料電池車両にも本願発明を適用することができる。
【００３３】
車両側コイルユニット４０は、車両側共鳴コイル１１と、この車両側共鳴コイル１１に接続された車両側キャパシタ１９と、車両側共鳴コイル１１と電磁誘導により結合する車両側電磁誘導コイル１２と、車両側電磁誘導コイル１２に接続された整流器１３とを含む。なお、車両側コイルユニット４０の詳細な構成については後述する。
【００３４】
車両側共鳴コイル１１と車両側キャパシタ１９は、直列ＬＣ共振器を構成しており、車両側共鳴コイル１１および車両側キャパシタ１９によって形成された直列ＬＣ共振器の共振周波数と、設備側共鳴コイル２４および設備側キャパシタ２５によって形成された直列ＬＣ共振器の共振周波数とは実質的に一致している。
【００３５】
ここで設備側共鳴コイル２４に、当該ＬＣ共振器の共振周波数と同じ周波数の高周波電流が供給されると、周波数が当該共振周波数の電磁場（電磁界）が発生する。
【００３６】
そして、設備側共鳴コイル２４から、たとえば、数ｍ以内程度の範囲内に、車両側共鳴コイル１１が配置されると、車両側共鳴コイル１１および車両側キャパシタ１９によって形成されるＬＣ共振器が共鳴して、車両側共鳴コイル１１に電流が流れる。このように、車両側共鳴コイル１１と、設備側共鳴コイル２４とは、電磁界共振結合する。
【００３７】
車両側電磁誘導コイル１２は、車両側共鳴コイル１１と電磁誘導結合して、車両側共鳴コイル１１が受電した電力を取り出す。車両側電磁誘導コイル１２が車両側共鳴コイル１１から順次電力を取り出すことで、電磁場を介して車両側共鳴コイル１１に設備側共鳴コイル２４から順次電力が供給される。このように、車両側コイルユニット４０と、設備側コイルユニット４１とは、所謂、電磁共鳴方式のワイヤレス送電・受電方式が採用されている。
【００３８】
整流器１３は、車両側電磁誘導コイル１２に接続されており、車両側電磁誘導コイル１２から供給される交流電流を直流電流に変換して、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４に供給する。
【００３９】
ＤＣ／ＤＣコンバータ１４は、整流器１３から供給された直流電流の電圧を調整して、バッテリ１５に供給する。
【００４０】
パワーコントロールユニット１６は、バッテリ１５に接続されたコンバータと、このコンバータに接続されたインバータとを含み、コンバータは、バッテリ１５から供給される直流電流を調整（昇圧）して、インバータに供給する。インバータは、コンバータから供給される直流電流を交流電流に変換して、モータユニット１７に供給する。
【００４１】
モータユニット１７は、たとえば、三相交流モータなどが採用されており、パワーコントロールユニット１６のインバータから供給される交流電流によって駆動する。
【００４２】
なお、電動車両１０がハイブリッド車両の場合には、電動車両１０は、エンジン、動力分割機構とをさらに備え、モータユニット１７は、発電機として主に機能するモータジェネレータと、電動機として主に機能するモータジェネレータとを含む。
【００４３】
上記のように本実施の形態１に係る車両側コイルユニット４０と設備側コイルユニット４１との間は、ワイヤレス送電・受電方式であって、電磁場を利用した共鳴法が採用されている。
【００４４】
図２は、共鳴法による送電および受電の原理を説明するための模式図であって、この図２を用いて、共鳴法による送電および受電の原理を説明する。
【００４５】
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。
【００４６】
具体的には、高周波電源３１に一次コイル３２を接続し、電磁誘導により一次コイル３２と磁気的に結合される一次共鳴コイル３３へ、１Ｍ〜数十ＭＨｚの高周波電力を給電する。一次共鳴コイル３３は、コイル自身のインダクタンスと浮遊容量（コイルにコンデンサが接続される場合には、コンデンサの容量を含む）とによるＬＣ共振器であり、一次共鳴コイル３３と同じ共振周波数を有する二次共鳴コイル３４と電磁場（近接場）を介して共鳴する。
【００４７】
そうすると、一次共鳴コイル３３から二次共鳴コイル３４へ電磁場を介してエネルギー（電力）が移動する。二次共鳴コイル３４へ移動したエネルギー（電力）は、電磁誘導により二次共鳴コイル３４と磁気的に結合される二次コイル３５によって取出され、負荷３６へ供給される。なお、共鳴法による送電は、一次共鳴コイル３３と二次共鳴コイル３４との共鳴強度を示すＱ値がたとえば１０よりも大きいときに実現される。
【００４８】
なお、図２の構成と図１の構成の対応関係を示すと、図１に示す交流電源２１および高周波電力ドライバ２２は、図２の高周波電源３１に相当する。また、図１に示す設備側電磁誘導コイル２３は、図２の一次コイル３２に相当する。さらに、図１に示す設備側共鳴コイル２４および設備側キャパシタ２５は、図３の一次共鳴コイル３３および一次共鳴コイル３３の浮遊容量に相当する。
【００４９】
図１に示す車両側共鳴コイル１１および車両側キャパシタ１９は、図２に示す二次共鳴コイル３４および二次共鳴コイル３４の浮遊容量に相当する。
【００５０】
図１に示す車両側電磁誘導コイル１２は、図２の二次コイル３５に相当する。そして、図１に示す整流器１３、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４およびバッテリ１５は、図２に示す負荷３６に相当する。
【００５１】
さらに、実施の形態１に係るワイヤレス送電・受電方式は、電磁界の「静電界」が支配的な近接場（エバネッセント場）を利用することで、送電および受電効率の向上が図られている。
【００５２】
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つの成分から成る。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、「静電界」と称される。
【００５３】
「静電界」は、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であり、共鳴法では、この「静電界」が支配的な近接場（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、「静電界」が支配的な近接場において、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（一次共鳴コイル）から他方の共鳴器（二次共鳴コイル）へエネルギー（電力）を伝送する。この「静電界」は遠方にエネルギーを伝播しないので、遠方までエネルギーを伝播する「輻射電界」によってエネルギー（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。
【００５４】
このように、実施の形態１に係る電動車両１０と、外部給電装置２０とは、電磁場の近接場の共鳴を利用して、電動車両１０の車両側コイルユニット４０と、外部給電装置２０の設備側コイルユニット４１との間で電力の送電や受電を行なっている。
【００５５】
（車両側コイルユニット１３１Ａ）
次に、図４から図６を参照して、本実施の形態における車両側コイルユニット１３１Ａについて詳細に説明する。なお、図４は、車両側コイルユニット１３１Ａの構造を示す縦断面図、図５は、図４中のＶ−Ｖ線矢視断面に沿った横断面図、図６は、整流器１３の概略構造を示す斜視図である。
【００５６】
この車両側コイルユニット１３１Ａは、図１おける車両側コイルユニット４０に相当する。
【００５７】
図４および図５を参照して、この車両側コイルユニット１３１Ａは、設備側に設けられた設備側（一次）共鳴コイル２４（図１参照）と間隔をあけて配置され、設備側共鳴コイル２４と電磁界共振結合を行なう車両側（二次）共鳴コイル１１と、この車両側共鳴コイル１１に接続される車両側キャパシタ１９と、車両側共鳴コイル１１と電磁誘導結合を行なう車両側電磁誘導コイル１２と、この車両側電磁誘導コイル１２に接続される整流器１３と、車両側共鳴コイル１１、車両側キャパシタ１９、車両側電磁誘導コイル１２、および整流器１３を収容する収容筐体１３２とを備えている。
【００５８】
収容筐体１３２は、車両側共鳴コイル１１、車両側キャパシタ１９、車両側電磁誘導コイル１２、および整流器１３を収容し、車両側共鳴コイル１１、車両側キャパシタ１９、車両側電磁誘導コイル１２、および整流器１３を冷却する冷媒を通過させるための第１冷媒通路ＣＲ１１および第２冷媒通路ＣＲ１２を含んでいる。収容筐体１３２は、樹脂部材とシールド部材との組合せた板材を用いて形成されている。なお、シールド部材のみを用いて成形しても良い。
【００５９】
本実施の形態においては、収容筐体１３２は、中空状の円筒形状のボビン１２８を有している。整流器１３および車両側キャパシタ１９は、円筒形状のボビン１２８の内周面側に配置され、ボビン１２８の内部には、整流器１３および車両側キャパシタ１９を冷却する冷媒を通過させる第１冷媒通路ＣＲ１１が設けられている。
【００６０】
また、車両側共鳴コイル１１および車両側電磁誘導コイル１２は、ボビン１２８の外周面に装着される。このボビン１２８の外周面側には、車両側共鳴コイル１１および車両側電磁誘導コイル１２を冷却する冷媒を通過させる環状の第２冷媒通路ＣＲ１２が設けられている。
【００６１】
収容筐体１３２の一方側には、第１冷媒通路ＣＲ１１および第２冷媒通路ＣＲ１２に冷媒を導入するための導入管１３３が設けられている。この導入管１３３の内部には、送風機１２７が配設されている。また、ボビン１２８を挟んで、収容筐体１３２の導入管１３３とは反対側には、排出管１３４が設けられている。
【００６２】
さらに、ボビン１２８には、導入管１３３が対向する側面に導入口１３５が設けられ、排出管１３４が対向する側面に排出口１３６が設けられている。なお、本実施の形態おいては、冷媒として冷却風を用いる場合を示し、図中において冷却風の流れを矢印Ｆで示している。
【００６３】
導入管１３３からの冷却風の一部は、導入口１３５から第１冷媒通路ＣＲ１１に流れ込み、整流器１３および車両側キャパシタ１９の冷却を行なう。
【００６４】
導入管１３３からの冷却風の一部は、環状の第２冷媒通路ＣＲ１２においてボビン１２８の外周面に沿って流れ、車両側共鳴コイル１１および車両側電磁誘導コイル１２の冷却を行なう。
【００６５】
第１冷媒通路ＣＲ１１および第２冷媒通路ＣＲ１２を通過した冷却風は、排出管１３４から収容筐体１３２の外部に放出される。
【００６６】
ここで、本実施の形態における収容筐体１３２においては、第１冷媒通路ＣＲ１１の内部に、車両側キャパシタ１９および整流器１３を配置している。従来、整流器１３は、車両側コイルユニット１３１Ａの内部には収容されていない機器であったことから、車両側において、車両側コイルユニット１３１Ａの従来から存在していた空き空間に整流器１３を配置することで、車両側における設置または搭載するためのスペースの縮小を図ることが可能となる。
【００６７】
ここで、整流器１３は発熱する機器である。整流器１３を車両側コイルユニット１３１Ａの内部に配置した場合には、車両側コイルユニット１３１Ａの内部温度が上昇する。一方、車両側キャパシタ１９は、熱によって容量が変化することから、車両側コイルユニット１３１Ａの内部温度には注意を要し、車両側キャパシタ１９自身の温度は安定していることが好ましい。
【００６８】
そこで、本実施の形態おける車両側コイルユニット１３１Ａにおいては、冷却風の流れ方向から見て、第１冷媒通路ＣＲ１１の内部において、整流器１３を車両側キャパシタ１９の下流側に配置している。これにより、車両側キャパシタ１９の周囲の雰囲気温度を安定させることができるため、車両側コイルユニット１３１Ａの内部に整流器１３を配置した場合であっても、車両側キャパシタ１９自身の温度を安定させることができる。
【００６９】
なお、整流器１３自身も効率良く冷却することが好ましい。整流器１３は、図６に示すように、機器として半導体素子基板１３ｂおよび放熱ブロック１３ｃとが、整流器筐体１３ａの内部に収容されている。また、整流器筐体１３ａは、放熱ブロック１３ｃからの熱を整流器筐体１３ａに放出するための通風孔１３ｄ，１３ｅを有している。
【００７０】
したがって、第２冷媒通路ＣＲ１２の内部に整流器１３を配置する場合には、冷却風流れの方向に通風孔１３ｄ，１３ｅが対向するように、整流器筐体１３ａを配置することで、整流器１３の内部に効率良く冷却風を通過させて、冷却効率を向上させることができる。
【００７１】
以上、本実施の形態における車両側コイルユニット１３１Ａによれば、収容筐体１３２の内部に整流器１３を配置していることから、車両側における設置または搭載するためのスペースの縮小を図ることが可能となる。
【００７２】
また、冷却風の流れ方向から見て、第１冷媒通路ＣＲ１１の内部において、整流器１３を車両側キャパシタ１９の下流側に配置している。これにより、整流器１３の温度上昇の影響を受けることなく、車両側キャパシタ１９自身の温度を安定させることができるとともに、整流器１３を冷却することも可能となる。
【００７３】
（実施の形態２）
次に、図７および図８を参照して、実施の形態２における車両側コイルユニット１３１Ｂの構造について説明する。なお、図７は、車両側コイルユニット１３１Ｂの構造を示す縦断面図、図８は、図７中のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線矢視断面に沿った横断面図である。
【００７４】
本実施の形態における車両側コイルユニット１３１Ｂと上記実施の形態１における車両側コイルユニット１３１Ａとの相違点は、冷媒通路の構造にあり、その他の構成は同じである。したがって、同一の部品、相当部品に対しては、同一の参照番号を付し、重複する説明は繰り返さない。
【００７５】
本実施の形態における車両側コイルユニット１３１Ｂの冷媒通路の構造は、円筒形状のボビン１２８の軸方向からボビン１２８の内周面側に冷却風を導入するための導入管１４０が設けられ、導入管１４０の内部には、送風機１２７が配設されている。なお、本実施の形態では、ボビン１２８の上方側に導入管１４０を設けているが、ボビン１２８の下方側に導入管１４０を設けても良い。
【００７６】
導入管１４０が設けられる位置とは略反対側のボビン１２８の側面には、連通口１３５ａが設けられている。これにより、ボビン１２８の内部において、導入管１４０から連通口１３５ａに向かう第１冷媒通路ＣＲ２１が形成される。
【００７７】
このボビン１２８に形成された第１冷媒通路ＣＲ２１の内部においても、実施の形態１の場合と同様に、冷却風の流れ方向から見て、整流器１３を車両側キャパシタ１９の下流側に配置している。
【００７８】
さらに、実施の形態１と同様に、ボビン１２８の外周面側に、環状の車両側共鳴コイル１１および車両側電磁誘導コイル１２を冷却する冷媒を通過させる第２冷媒通路ＣＲ２２が設けられている。冷却風流れから見た場合には、第１冷媒通路ＣＲ２１から第２冷媒通路ＣＲ２２は一本の冷媒通路を構成する。
【００７９】
また、導入管１４０を挟んで、連通口１３５ａとは反対側に位置する収容筐体１３２には、第２冷媒通路ＣＲ２２に連通する排出管１３４が設けられている。
【００８０】
以上、本実施の形態における車両側コイルユニット１３１Ｂの構造であっても、収容筐体１３２の内部に整流器１３を配置していることから、車両側における設置または搭載するためのスペースの縮小を図ることが可能となる。
【００８１】
また、実施の形態１の場合と同様に、冷却風の流れ方向から見て、第１冷媒通路ＣＲ２１の内部において、整流器１３を車両側キャパシタ１９の下流側に配置している。その結果、整流器１３の温度上昇の影響を受けることなく、車両側キャパシタ１９自身の温度を安定させることができるとともに、整流器１３を冷却することも可能となる。
【００８２】
（実施の形態３）
次に、図９から図１１を参照して、実施の形態３における車両側コイルユニット１３１Ｃの構造について説明する。なお、図９は、本実施の形態における車両側コイルユニット１３１Ｃの構造を示す横断面図、図１０は、図９中の矢印Ｘ方向から見た図、図１１は、図９中のＸＩ−ＸＩ線矢視断面に沿った横断面図である。
【００８３】
本実施の形態における車両側コイルユニット１３１Ｃと上記実施の形態１における車両側コイルユニット１３１Ａとの相違点は、冷媒通路の構造にある。したがって、同一の部品、相当部品に対しては、同一の参照番号を付し、重複する説明は繰り返さない。
【００８４】
本実施の形態における車両側コイルユニット１３１Ｃの冷媒通路の構造は、収容筐体１３２の外部から半径方向に沿ってボビン１２８を貫通する導入管１３３が設けられ、この導入管１３３により、第１冷媒通路ＣＲ３１が形成されている。また、第１冷媒通路ＣＲ３１の内部には、送風機１２７が配設されている。
【００８５】
また、ボビン１２８の側面には、導入管１３３の第１冷媒通路ＣＲ３１に通じる連通口１３５ａが設けられている。なお、実施の形態１では、円筒形状のボビン１２８の内部が第１冷媒通路ＣＲ３１を構成していたが、本実施の形態では、ボビン１２８の内部を貫通する導入管１３３の内部が第１冷媒通路ＣＲ３１を構成している。
【００８６】
この第１冷媒通路ＣＲ３１の内部には、車両側キャパシタ１９および整流器１３は配置され、実施の形態１および２と同様に、冷却風の流れ方向から見て、整流器１３を車両側キャパシタ１９の下流側に配置している。
【００８７】
さらに、実施の形態１と同様に、ボビン１２８の外周面側に、環状の車両側共鳴コイル１１および車両側電磁誘導コイル１２を冷却する冷媒を通過させる第２冷媒通路ＣＲ３２が設けられている。冷却風流れから見た場合には、第１冷媒通路ＣＲ３１から第２冷媒通路ＣＲ３２は一本の冷媒通路を構成する。
【００８８】
また、収容筐体１３２の外周面の導入管１３３の近傍には、導入管１３３の冷媒導入口を両側から挟む位置に、第２冷媒通路ＣＲ３２に連通する排出管１３４が２箇所設けられている。
【００８９】
以上、本実施の形態における車両側コイルユニット１３１Ｃの構造であっても、収容筐体１３２の内部に整流器１３を配置していることから、車両側における設置または搭載するためのスペースの縮小を図ることが可能となる。
【００９０】
また、実施の形態１の場合と同様に、冷却風の流れ方向から見て、第１冷媒通路ＣＲ３１の内部において、整流器１３を車両側キャパシタ１９の下流側に配置している。その結果、整流器１３の温度上昇の影響を受けることなく、車両側キャパシタ１９自身の温度を安定させることができるとともに、整流器１３を冷却することも可能となる。
【００９１】
また、上記実施の形態では、車両側コイルユニット、および、設備側コイルユニットに、電磁誘導コイルを有するコイルユニットを採用した場合について説明しているが、電磁誘導コイルを有さないコイルユニットであっても、本発明の構成を適用することが可能である。
【００９２】
以上のように本発明の実施の形態について説明を行なったが、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。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００９３】
本発明は、二次コイルユニットおよび電力伝送システムに適用することができる。
【符号の説明】
【００９４】
１０ 電動車両、１１ 車両側共鳴コイル、１２ 車両側電磁誘導コイル、１３ 整流器、１３ａ 整流器筐体、１３ｂ 半導体素子基板、１３ｃ 放熱ブロック、１３ｄ，１３ｅ 通風孔、１４ コンバータ、１５ バッテリ、１６ パワーコントロールユニット、１７ モータユニット、１９ 車両側キャパシタ、２０ 外部給電装置、２１ 交流電源、２２ 高周波電力ドライバ、２３ 設備側電磁誘導コイル、２４ 設備側共鳴コイル、２５ 設備側キャパシタ、２６ 制御部、３１ 高周波電源、３２ 一次コイル、３３ 一次共鳴コイル、３４ 二次共鳴コイル、３５ 二次コイル、３６ 負荷、４０，１３１Ａ，１３１Ｂ，１３１Ｃ 車両側コイルユニット、４１ 設備側コイルユニット、４２ 駐車スペース、１２７ 送風機、１２８ ボビン、１３２ 収容筐体、１３３，１４０ 導入管、１３４ 排出管、１３５ 導入口、１３５ａ 連通口、１３６ 排出口、ＣＲ１１，ＣＲ２１，ＣＲ３１ 第１冷媒通路、ＣＲ１２，ＣＲ２２，ＣＲ３２ 第２冷媒通路。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次コイルユニットおよび電力伝送システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境への配慮からバッテリなどの電力を用いて駆動輪を駆動させるハイブリッド車両や電気自動車などが着目されている。
【０００３】
特に近年は、上記のようなバッテリを搭載した電動車両において、プラグなどを用いずに非接触でバッテリを充電可能なワイヤレス充電が着目されている。
【０００４】
たとえば、特開２０１０−２６８６６０号公報（特許文献１）、特開２０１０−２８４０１１号公報（特許文献２）、および、国際公開第２０１０／０４１３２１号（特許文献３）には、電磁共鳴を利用して電力の送電および受電を行なう非接触の電力伝送システムが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−２６８６６０号公報
【特許文献２】特開２０１０−２８４０１１号公報
【特許文献３】国際公開第２０１０／０４１３２１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した非接触の電力伝送システムを用いた電力の送電および受電においては、送電側である一次コイルユニットと、受電側である二次コイルユニットとが用いられる。また、各コイルユニットを設置または搭載するためのスペースは、小さい方が好ましい。特に、車両側に搭載するコイルユニットは、搭載スペースが限られることから、より小さい方が好ましいといえる。
【０００７】
本発明は、上記のような課題に鑑みてなされた発明であって、その目的は、設置または搭載するためのスペースの縮小を図ることを可能とする二次コイルユニットおよび電力伝送システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に基づいた二次コイルユニットにおいては、外部に設けられた一次共鳴コイルと間隔をあけて配置され、上記一次共鳴コイルと電磁界共振結合を行なう二次共鳴コイルと、上記二次共鳴コイルに接続されるキャパシタと、上記二次共鳴コイルと電磁誘導結合を行なう電磁誘導コイルと、上記電磁誘導コイルに接続される整流器と、上記二次共鳴コイル、上記キャパシタ、上記電磁誘導コイルおよび上記整流器を収容する筐体と、を備える。
【０００９】
上記筐体は、上記二次共鳴コイル、上記キャパシタ、上記電磁誘導コイルおよび上記整流器を冷却する冷媒を通過させるための冷媒通路を含み、上記冷媒流れの方向から見て、上記整流器は上記キャパシタの下流側に配置されている。
【００１０】
好ましくは、上記冷媒通路は、上記整流器および上記キャパシタが配置され、上記整流器および上記キャパシタを冷却する冷媒を通過させる第１冷媒通路と、上記二次共鳴コイルおよび上記電磁誘導コイルが配置され、上記二次共鳴コイルおよび上記電磁誘導コイルを冷却する冷媒を通過させる第２冷媒通路とを有する。
【００１１】
好ましくは、上記筐体は、円筒形状のボビンを有し、上記キャパシタおよび上記整流器は、上記ボビンの内周面側に配置され、上記二次共鳴コイルおよび上記電磁誘導コイルは、上記ボビンの外周面に装着され、上記ボビンの内周面側に上記第１冷媒通路が設けられ、上記ボビンの外周面側に上記第２冷媒通路が設けられる。
【００１２】
好ましくは、上記冷媒流れの方向から見て、上記整流器の下流側に上記二次共鳴コイルおよび上記電磁誘導コイルが配置されている。
【００１３】
好ましくは、上記筐体は、円筒形状のボビンを有し、上記二次共鳴コイルおよび上記電磁誘導コイルは、上記ボビンの外周面に装着され、上記キャパシタおよび上記整流器は、上記ボビンの内周面側に配置され、上記ボビンは、その側壁に貫通孔を有し、上記冷媒通路として、上記ボビンの内周面側に導入された冷媒が、上記貫通孔を通じて上記ボビンの外周側に送り出される通路が形成される。
【００１４】
好ましくは、上記整流器は、機器と、上記機器を収容し、通風孔を有する整流器筐体とを含み、上記冷媒通路内において、上記冷媒流れの方向に上記通風孔が対向するように、上記整流器筐体が配置される。
【００１５】
この発明に基づいた電力伝送システムにおいては、上述したいずれかに記載の二次コイルユニットと、上記二次共鳴コイルと間隔をあけて配置され、上記二次共鳴コイルと電磁界共振結合を行なう上記一次側共鳴コイルを含む一次コイルユニットとを備える。
【発明の効果】
【００１６】
この発明の二次コイルユニットおよび電力伝送システムによれば、設置または搭載するためのスペースの縮小を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施の形態１における電動車両と、電動車両に電力を給電する外部給電装置と、電動車両および外部給電装置を含む電力伝送システムを模式的に示す図である。
【図２】共鳴法による送電および受電の原理を説明するための模式図である。
【図３】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４】実施の形態１における車両側コイルユニットの構造を示す縦断面図である。
【図５】図４中のＶ−Ｖ線矢視断面に沿った横断面図である。
【図６】整流器の概略構造を示す斜視図である。
【図７】実施の形態２における車両側コイルユニットの構造を示す縦断面図である。
【図８】図７中のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線矢視断面に沿った横断面図である。
【図９】実施の形態３における二次コイルユニットの構造を示す横断面図である。
【図１０】図９中の矢印Ｘ方向から見た図である。
【図１１】図９中のＸＩ−ＸＩ線矢視断面に沿った横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明に基づいたに二次コイルユニットおよび電力伝送システムついて、以下、図を参照しながら説明する。なお、以下に説明する各実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本発明の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。また、同一の部品、相当部品に対しては、同一の参照番号を付し、重複する説明は繰り返さない場合がある。また、各実施の形態における構成を適宜組み合わせて用いることは当初から予定されていることである。
【００１９】
（実施の形態１）
図１から図６を用いて、実施の形態１に係る車両と、外部給電装置と、車両および外部給電装置を含む電力伝送システムについて説明する。
【００２０】
図１は、電動車両１０および外部給電装置２０を含む電力伝送システムを模式的に示す図である。
【００２１】
本実施の形態に係る電力伝送システムは、電動車両１０と、外部給電装置２０とを含む。電動車両１０は、外部給電装置２０が設けられた駐車スペース４２の所定位置に停車して、主に、外部給電装置２０から電力を受電する。なお、電動車両１０は、外部給電装置２０に電力を供給することもできる。
【００２２】
駐車スペース４２には、電動車両１０を所定の位置に停車するように、輪止やラインが設けられている。
【００２３】
外部給電装置２０は、交流電源２１に接続された高周波電力ドライバ２２と、高周波電力ドライバ２２などの駆動を制御する制御部２６と、この高周波電力ドライバ２２に接続された設備側コイルユニット４１とを含む。設備側コイルユニット４１は、主に、非接触電力送電装置として機能し、設備側コイルユニット４１は、設備側共鳴コイル２４と、設備側共鳴コイル２４に接続された設備側キャパシタ２５と、設備側共鳴コイル２４と電気的に接続される設備側電磁誘導コイル２３とを含む。
【００２４】
交流電源２１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２２は、交流電源２１から受け取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設備側電磁誘導コイル２３に供給する。なお、高周波電力ドライバ２２が生成する高周波電力の周波数は、たとえば１Ｍ〜数十ＭＨｚである。
【００２５】
設備側電磁誘導コイル２３に上記の高周波電力が供給されることで、設備側電磁誘導コイル２３から発生する磁束量が経時的に変化する。
【００２６】
設備側共鳴コイル２４は、設備側電磁誘導コイル２３と電磁誘導結合しており、設備側共鳴コイル２４からの磁束量が変化することで、電磁誘導により設備側共鳴コイル２４にも高周波の電流が流れる。
【００２７】
この際、設備側共鳴コイル２４に流れる高周波電流の周波数と、設備側電磁誘導コイル２３のリラクタンスおよび設備側キャパシタ２５の容量によって決まる共振周波数とが実質的に一致するように、設備側電磁誘導コイル２３に電流が供給される。設備側共鳴コイル２４および設備側キャパシタ２５は、直列ＬＣ共振器として機能する。
【００２８】
そして、設備側共鳴コイル２４の周囲に当該共振周波数と実質的に同じ周波数の電界および磁界が形成される。このようにして、設備側共鳴コイル２４の周囲には、所定周波数の電磁場（電磁界）が形成される。
【００２９】
そして、電動車両１０は、設備側共鳴コイル２４および設備側キャパシタ２５によって形成された直列ＬＣ共振器と同じ共振周波数を持つ直列ＬＣ共振器を備えており、当該ＬＣ共振器と、設備側共鳴コイル２４および設備側キャパシタ２５によって形成されたＬＣ共振器とが電磁界共振結合することで、外部給電装置２０から電動車両１０に電力が送電される。
【００３０】
なお、電動車両１０と外部給電装置２０とは、設備側共鳴コイル２４および設備側キャパシタ２５によって形成される電磁場のうち、近接場（エバネッセント場）を主に利用して、外部給電装置２０側から電動車両１０に電力を供給している。当該電磁共鳴法を利用したワイヤレス送電・受電方法の詳細については、後述する。
【００３１】
電動車両１０は、主に非接触電力受電装置として機能する車両側コイルユニット４０と、車両側コイルユニット４０に接続されたＤＣ／ＤＣコンバータ１４と、このＤＣ／ＤＣコンバータ１４に接続されたバッテリ１５と、パワーコントロールユニット（ＰＣＵ（Power Control Unit））１６と、このパワーコントロールユニット１６に接続されたモータユニット１７と、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４やパワーコントロールユニット１６などの駆動を制御する車両ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１８とを備える。なお、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４を省略してもよい。
【００３２】
なお、本実施の形態に係る電動車両１０は、図示しないエンジンを備えたハイブリッド車両であるが、モータにより駆動される車両であれば、電気自動車や燃料電池車両にも本願発明を適用することができる。
【００３３】
車両側コイルユニット４０は、車両側共鳴コイル１１と、この車両側共鳴コイル１１に接続された車両側キャパシタ１９と、車両側共鳴コイル１１と電磁誘導により結合する車両側電磁誘導コイル１２と、車両側電磁誘導コイル１２に接続された整流器１３とを含む。なお、車両側コイルユニット４０の詳細な構成については後述する。
【００３４】
車両側共鳴コイル１１と車両側キャパシタ１９は、直列ＬＣ共振器を構成しており、車両側共鳴コイル１１および車両側キャパシタ１９によって形成された直列ＬＣ共振器の共振周波数と、設備側共鳴コイル２４および設備側キャパシタ２５によって形成された直列ＬＣ共振器の共振周波数とは実質的に一致している。
【００３５】
ここで設備側共鳴コイル２４に、当該ＬＣ共振器の共振周波数と同じ周波数の高周波電流が供給されると、周波数が当該共振周波数の電磁場（電磁界）が発生する。
【００３６】
そして、設備側共鳴コイル２４から、たとえば、数ｍ以内程度の範囲内に、車両側共鳴コイル１１が配置されると、車両側共鳴コイル１１および車両側キャパシタ１９によって形成されるＬＣ共振器が共鳴して、車両側共鳴コイル１１に電流が流れる。このように、車両側共鳴コイル１１と、設備側共鳴コイル２４とは、電磁界共振結合する。
【００３７】
車両側電磁誘導コイル１２は、車両側共鳴コイル１１と電磁誘導結合して、車両側共鳴コイル１１が受電した電力を取り出す。車両側電磁誘導コイル１２が車両側共鳴コイル１１から順次電力を取り出すことで、電磁場を介して車両側共鳴コイル１１に設備側共鳴コイル２４から順次電力が供給される。このように、車両側コイルユニット４０と、設備側コイルユニット４１とは、所謂、電磁共鳴方式のワイヤレス送電・受電方式が採用されている。
【００３８】
整流器１３は、車両側電磁誘導コイル１２に接続されており、車両側電磁誘導コイル１２から供給される交流電流を直流電流に変換して、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４に供給する。
【００３９】
ＤＣ／ＤＣコンバータ１４は、整流器１３から供給された直流電流の電圧を調整して、バッテリ１５に供給する。
【００４０】
パワーコントロールユニット１６は、バッテリ１５に接続されたコンバータと、このコンバータに接続されたインバータとを含み、コンバータは、バッテリ１５から供給される直流電流を調整（昇圧）して、インバータに供給する。インバータは、コンバータから供給される直流電流を交流電流に変換して、モータユニット１７に供給する。
【００４１】
モータユニット１７は、たとえば、三相交流モータなどが採用されており、パワーコントロールユニット１６のインバータから供給される交流電流によって駆動する。
【００４２】
なお、電動車両１０がハイブリッド車両の場合には、電動車両１０は、エンジン、動力分割機構とをさらに備え、モータユニット１７は、発電機として主に機能するモータジェネレータと、電動機として主に機能するモータジェネレータとを含む。
【００４３】
上記のように本実施の形態１に係る車両側コイルユニット４０と設備側コイルユニット４１との間は、ワイヤレス送電・受電方式であって、電磁場を利用した共鳴法が採用されている。
【００４４】
図２は、共鳴法による送電および受電の原理を説明するための模式図であって、この図２を用いて、共鳴法による送電および受電の原理を説明する。
【００４５】
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。
【００４６】
具体的には、高周波電源３１に一次コイル３２を接続し、電磁誘導により一次コイル３２と磁気的に結合される一次共鳴コイル３３へ、１Ｍ〜数十ＭＨｚの高周波電力を給電する。一次共鳴コイル３３は、コイル自身のインダクタンスと浮遊容量（コイルにコンデンサが接続される場合には、コンデンサの容量を含む）とによるＬＣ共振器であり、一次共鳴コイル３３と同じ共振周波数を有する二次共鳴コイル３４と電磁場（近接場）を介して共鳴する。
【００４７】
そうすると、一次共鳴コイル３３から二次共鳴コイル３４へ電磁場を介してエネルギー（電力）が移動する。二次共鳴コイル３４へ移動したエネルギー（電力）は、電磁誘導により二次共鳴コイル３４と磁気的に結合される二次コイル３５によって取出され、負荷３６へ供給される。なお、共鳴法による送電は、一次共鳴コイル３３と二次共鳴コイル３４との共鳴強度を示すＱ値がたとえば１０よりも大きいときに実現される。
【００４８】
なお、図２の構成と図１の構成の対応関係を示すと、図１に示す交流電源２１および高周波電力ドライバ２２は、図２の高周波電源３１に相当する。また、図１に示す設備側電磁誘導コイル２３は、図２の一次コイル３２に相当する。さらに、図１に示す設備側共鳴コイル２４および設備側キャパシタ２５は、図３の一次共鳴コイル３３および一次共鳴コイル３３の浮遊容量に相当する。
【００４９】
図１に示す車両側共鳴コイル１１および車両側キャパシタ１９は、図２に示す二次共鳴コイル３４および二次共鳴コイル３４の浮遊容量に相当する。
【００５０】
図１に示す車両側電磁誘導コイル１２は、図２の二次コイル３５に相当する。そして、図１に示す整流器１３、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４およびバッテリ１５は、図２に示す負荷３６に相当する。
【００５１】
さらに、実施の形態１に係るワイヤレス送電・受電方式は、電磁界の「静電界」が支配的な近接場（エバネッセント場）を利用することで、送電および受電効率の向上が図られている。
【００５２】
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つの成分から成る。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、「静電界」と称される。
【００５３】
「静電界」は、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であり、共鳴法では、この「静電界」が支配的な近接場（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、「静電界」が支配的な近接場において、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（一次共鳴コイル）から他方の共鳴器（二次共鳴コイル）へエネルギー（電力）を伝送する。この「静電界」は遠方にエネルギーを伝播しないので、遠方までエネルギーを伝播する「輻射電界」によってエネルギー（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。
【００５４】
このように、実施の形態１に係る電動車両１０と、外部給電装置２０とは、電磁場の近接場の共鳴を利用して、電動車両１０の車両側コイルユニット４０と、外部給電装置２０の設備側コイルユニット４１との間で電力の送電や受電を行なっている。
【００５５】
（車両側コイルユニット１３１Ａ）
次に、図４から図６を参照して、本実施の形態における車両側コイルユニット１３１Ａについて詳細に説明する。なお、図４は、車両側コイルユニット１３１Ａの構造を示す縦断面図、図５は、図４中のＶ−Ｖ線矢視断面に沿った横断面図、図６は、整流器１３の概略構造を示す斜視図である。
【００５６】
この車両側コイルユニット１３１Ａは、図１おける車両側コイルユニット４０に相当する。
【００５７】
図４および図５を参照して、この車両側コイルユニット１３１Ａは、設備側に設けられた設備側（一次）共鳴コイル２４（図１参照）と間隔をあけて配置され、設備側共鳴コイル２４と電磁界共振結合を行なう車両側（二次）共鳴コイル１１と、この車両側共鳴コイル１１に接続される車両側キャパシタ１９と、車両側共鳴コイル１１と電磁誘導結合を行なう車両側電磁誘導コイル１２と、この車両側電磁誘導コイル１２に接続される整流器１３と、車両側共鳴コイル１１、車両側キャパシタ１９、車両側電磁誘導コイル１２、および整流器１３を収容する収容筐体１３２とを備えている。
【００５８】
収容筐体１３２は、車両側共鳴コイル１１、車両側キャパシタ１９、車両側電磁誘導コイル１２、および整流器１３を収容し、車両側共鳴コイル１１、車両側キャパシタ１９、車両側電磁誘導コイル１２、および整流器１３を冷却する冷媒を通過させるための第１冷媒通路ＣＲ１１および第２冷媒通路ＣＲ１２を含んでいる。収容筐体１３２は、樹脂部材とシールド部材との組合せた板材を用いて形成されている。なお、シールド部材のみを用いて成形しても良い。
【００５９】
本実施の形態においては、収容筐体１３２は、中空状の円筒形状のボビン１２８を有している。整流器１３および車両側キャパシタ１９は、円筒形状のボビン１２８の内周面側に配置され、ボビン１２８の内部には、整流器１３および車両側キャパシタ１９を冷却する冷媒を通過させる第１冷媒通路ＣＲ１１が設けられている。
【００６０】
また、車両側共鳴コイル１１および車両側電磁誘導コイル１２は、ボビン１２８の外周面に装着される。このボビン１２８の外周面側には、車両側共鳴コイル１１および車両側電磁誘導コイル１２を冷却する冷媒を通過させる環状の第２冷媒通路ＣＲ１２が設けられている。
【００６１】
収容筐体１３２の一方側には、第１冷媒通路ＣＲ１１および第２冷媒通路ＣＲ１２に冷媒を導入するための導入管１３３が設けられている。この導入管１３３の内部には、送風機１２７が配設されている。また、ボビン１２８を挟んで、収容筐体１３２の導入管１３３とは反対側には、排出管１３４が設けられている。
【００６２】
さらに、ボビン１２８には、導入管１３３が対向する側面に導入口１３５が設けられ、排出管１３４が対向する側面に排出口１３６が設けられている。なお、本実施の形態おいては、冷媒として冷却風を用いる場合を示し、図中において冷却風の流れを矢印Ｆで示している。
【００６３】
導入管１３３からの冷却風の一部は、導入口１３５から第１冷媒通路ＣＲ１１に流れ込み、整流器１３および車両側キャパシタ１９の冷却を行なう。
【００６４】
導入管１３３からの冷却風の一部は、環状の第２冷媒通路ＣＲ１２においてボビン１２８の外周面に沿って流れ、車両側共鳴コイル１１および車両側電磁誘導コイル１２の冷却を行なう。
【００６５】
第１冷媒通路ＣＲ１１および第２冷媒通路ＣＲ１２を通過した冷却風は、排出管１３４から収容筐体１３２の外部に放出される。
【００６６】
ここで、本実施の形態における収容筐体１３２においては、第１冷媒通路ＣＲ１１の内部に、車両側キャパシタ１９および整流器１３を配置している。従来、整流器１３は、車両側コイルユニット１３１Ａの内部には収容されていない機器であったことから、車両側において、車両側コイルユニット１３１Ａの従来から存在していた空き空間に整流器１３を配置することで、車両側における設置または搭載するためのスペースの縮小を図ることが可能となる。
【００６７】
ここで、整流器１３は発熱する機器である。整流器１３を車両側コイルユニット１３１Ａの内部に配置した場合には、車両側コイルユニット１３１Ａの内部温度が上昇する。一方、車両側キャパシタ１９は、熱によって容量が変化することから、車両側コイルユニット１３１Ａの内部温度には注意を要し、車両側キャパシタ１９自身の温度は安定していることが好ましい。
【００６８】
そこで、本実施の形態おける車両側コイルユニット１３１Ａにおいては、冷却風の流れ方向から見て、第１冷媒通路ＣＲ１１の内部において、整流器１３を車両側キャパシタ１９の下流側に配置している。これにより、車両側キャパシタ１９の周囲の雰囲気温度を安定させることができるため、車両側コイルユニット１３１Ａの内部に整流器１３を配置した場合であっても、車両側キャパシタ１９自身の温度を安定させることができる。
【００６９】
なお、整流器１３自身も効率良く冷却することが好ましい。整流器１３は、図６に示すように、機器として半導体素子基板１３ｂおよび放熱ブロック１３ｃとが、整流器筐体１３ａの内部に収容されている。また、整流器筐体１３ａは、放熱ブロック１３ｃからの熱を整流器筐体１３ａに放出するための通風孔１３ｄ，１３ｅを有している。
【００７０】
したがって、第２冷媒通路ＣＲ１２の内部に整流器１３を配置する場合には、冷却風流れの方向に通風孔１３ｄ，１３ｅが対向するように、整流器筐体１３ａを配置することで、整流器１３の内部に効率良く冷却風を通過させて、冷却効率を向上させることができる。
【００７１】
以上、本実施の形態における車両側コイルユニット１３１Ａによれば、収容筐体１３２の内部に整流器１３を配置していることから、車両側における設置または搭載するためのスペースの縮小を図ることが可能となる。
【００７２】
また、冷却風の流れ方向から見て、第１冷媒通路ＣＲ１１の内部において、整流器１３を車両側キャパシタ１９の下流側に配置している。これにより、整流器１３の温度上昇の影響を受けることなく、車両側キャパシタ１９自身の温度を安定させることができるとともに、整流器１３を冷却することも可能となる。
【００７３】
（実施の形態２）
次に、図７および図８を参照して、実施の形態２における車両側コイルユニット１３１Ｂの構造について説明する。なお、図７は、車両側コイルユニット１３１Ｂの構造を示す縦断面図、図８は、図７中のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線矢視断面に沿った横断面図である。
【００７４】
本実施の形態における車両側コイルユニット１３１Ｂと上記実施の形態１における車両側コイルユニット１３１Ａとの相違点は、冷媒通路の構造にあり、その他の構成は同じである。したがって、同一の部品、相当部品に対しては、同一の参照番号を付し、重複する説明は繰り返さない。
【００７５】
本実施の形態における車両側コイルユニット１３１Ｂの冷媒通路の構造は、円筒形状のボビン１２８の軸方向からボビン１２８の内周面側に冷却風を導入するための導入管１４０が設けられ、導入管１４０の内部には、送風機１２７が配設されている。なお、本実施の形態では、ボビン１２８の上方側に導入管１４０を設けているが、ボビン１２８の下方側に導入管１４０を設けても良い。
【００７６】
導入管１４０が設けられる位置とは略反対側のボビン１２８の側面には、連通口１３５ａが設けられている。これにより、ボビン１２８の内部において、導入管１４０から連通口１３５ａに向かう第１冷媒通路ＣＲ２１が形成される。
【００７７】
このボビン１２８に形成された第１冷媒通路ＣＲ２１の内部においても、実施の形態１の場合と同様に、冷却風の流れ方向から見て、整流器１３を車両側キャパシタ１９の下流側に配置している。
【００７８】
さらに、実施の形態１と同様に、ボビン１２８の外周面側に、環状の車両側共鳴コイル１１および車両側電磁誘導コイル１２を冷却する冷媒を通過させる第２冷媒通路ＣＲ２２が設けられている。冷却風流れから見た場合には、第１冷媒通路ＣＲ２１から第２冷媒通路ＣＲ２２は一本の冷媒通路を構成する。
【００７９】
また、導入管１４０を挟んで、連通口１３５ａとは反対側に位置する収容筐体１３２には、第２冷媒通路ＣＲ２２に連通する排出管１３４が設けられている。
【００８０】
以上、本実施の形態における車両側コイルユニット１３１Ｂの構造であっても、収容筐体１３２の内部に整流器１３を配置していることから、車両側における設置または搭載するためのスペースの縮小を図ることが可能となる。
【００８１】
また、実施の形態１の場合と同様に、冷却風の流れ方向から見て、第１冷媒通路ＣＲ２１の内部において、整流器１３を車両側キャパシタ１９の下流側に配置している。その結果、整流器１３の温度上昇の影響を受けることなく、車両側キャパシタ１９自身の温度を安定させることができるとともに、整流器１３を冷却することも可能となる。
【００８２】
（実施の形態３）
次に、図９から図１１を参照して、実施の形態３における車両側コイルユニット１３１Ｃの構造について説明する。なお、図９は、本実施の形態における車両側コイルユニット１３１Ｃの構造を示す横断面図、図１０は、図９中の矢印Ｘ方向から見た図、図１１は、図９中のＸＩ−ＸＩ線矢視断面に沿った横断面図である。
【００８３】
本実施の形態における車両側コイルユニット１３１Ｃと上記実施の形態１における車両側コイルユニット１３１Ａとの相違点は、冷媒通路の構造にある。したがって、同一の部品、相当部品に対しては、同一の参照番号を付し、重複する説明は繰り返さない。
【００８４】
本実施の形態における車両側コイルユニット１３１Ｃの冷媒通路の構造は、収容筐体１３２の外部から半径方向に沿ってボビン１２８を貫通する導入管１３３が設けられ、この導入管１３３により、第１冷媒通路ＣＲ３１が形成されている。また、第１冷媒通路ＣＲ３１の内部には、送風機１２７が配設されている。
【００８５】
また、ボビン１２８の側面には、導入管１３３の第１冷媒通路ＣＲ３１に通じる連通口１３５ａが設けられている。なお、実施の形態１では、円筒形状のボビン１２８の内部が第１冷媒通路ＣＲ３１を構成していたが、本実施の形態では、ボビン１２８の内部を貫通する導入管１３３の内部が第１冷媒通路ＣＲ３１を構成している。
【００８６】
この第１冷媒通路ＣＲ３１の内部には、車両側キャパシタ１９および整流器１３は配置され、実施の形態１および２と同様に、冷却風の流れ方向から見て、整流器１３を車両側キャパシタ１９の下流側に配置している。
【００８７】
さらに、実施の形態１と同様に、ボビン１２８の外周面側に、環状の車両側共鳴コイル１１および車両側電磁誘導コイル１２を冷却する冷媒を通過させる第２冷媒通路ＣＲ３２が設けられている。冷却風流れから見た場合には、第１冷媒通路ＣＲ３１から第２冷媒通路ＣＲ３２は一本の冷媒通路を構成する。
【００８８】
また、収容筐体１３２の外周面の導入管１３３の近傍には、導入管１３３の冷媒導入口を両側から挟む位置に、第２冷媒通路ＣＲ３２に連通する排出管１３４が２箇所設けられている。
【００８９】
以上、本実施の形態における車両側コイルユニット１３１Ｃの構造であっても、収容筐体１３２の内部に整流器１３を配置していることから、車両側における設置または搭載するためのスペースの縮小を図ることが可能となる。
【００９０】
また、実施の形態１の場合と同様に、冷却風の流れ方向から見て、第１冷媒通路ＣＲ３１の内部において、整流器１３を車両側キャパシタ１９の下流側に配置している。その結果、整流器１３の温度上昇の影響を受けることなく、車両側キャパシタ１９自身の温度を安定させることができるとともに、整流器１３を冷却することも可能となる。
【００９１】
また、上記実施の形態では、車両側コイルユニット、および、設備側コイルユニットに、電磁誘導コイルを有するコイルユニットを採用した場合について説明しているが、電磁誘導コイルを有さないコイルユニットであっても、本発明の構成を適用することが可能である。
【００９２】
以上のように本発明の実施の形態について説明を行なったが、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。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００９３】
本発明は、二次コイルユニットおよび電力伝送システムに適用することができる。
【符号の説明】
【００９４】
１０ 電動車両、１１ 車両側共鳴コイル、１２ 車両側電磁誘導コイル、１３ 整流器、１３ａ 整流器筐体、１３ｂ 半導体素子基板、１３ｃ 放熱ブロック、１３ｄ，１３ｅ 通風孔、１４ コンバータ、１５ バッテリ、１６ パワーコントロールユニット、１７ モータユニット、１９ 車両側キャパシタ、２０ 外部給電装置、２１ 交流電源、２２ 高周波電力ドライバ、２３ 設備側電磁誘導コイル、２４ 設備側共鳴コイル、２５ 設備側キャパシタ、２６ 制御部、３１ 高周波電源、３２ 一次コイル、３３ 一次共鳴コイル、３４ 二次共鳴コイル、３５ 二次コイル、３６ 負荷、４０，１３１Ａ，１３１Ｂ，１３１Ｃ 車両側コイルユニット、４１ 設備側コイルユニット、４２ 駐車スペース、１２７ 送風機、１２８ ボビン、１３２ 収容筐体、１３３，１４０ 導入管、１３４ 排出管、１３５ 導入口、１３５ａ 連通口、１３６ 排出口、ＣＲ１１，ＣＲ２１，ＣＲ３１ 第１冷媒通路、ＣＲ１２，ＣＲ２２，ＣＲ３２ 第２冷媒通路。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部に設けられた一次共鳴コイルと間隔をあけて配置され、前記一次共鳴コイルと電磁界共振結合を行なう二次共鳴コイルと、
前記二次共鳴コイルに接続されるキャパシタと、
前記二次共鳴コイルと電磁誘導結合を行なう電磁誘導コイルと、
前記電磁誘導コイルに接続される整流器と、
前記二次共鳴コイル、前記キャパシタ、前記電磁誘導コイルおよび前記整流器を収容する筐体と、を備え、
前記筐体は、前記二次共鳴コイル、前記キャパシタ、前記電磁誘導コイルおよび前記整流器を冷却する冷媒を通過させるための冷媒通路を含み、
前記冷媒流れの方向から見て、前記整流器は前記キャパシタの下流側に配置されている、二次コイルユニット。
【請求項２】
前記冷媒通路は、
前記整流器および前記キャパシタが配置され、前記整流器および前記キャパシタを冷却する冷媒を通過させる第１冷媒通路と、
前記二次共鳴コイルおよび前記電磁誘導コイルが配置され、前記二次共鳴コイルおよび前記電磁誘導コイルを冷却する冷媒を通過させる第２冷媒通路とを有する、請求項１に記載の二次コイルユニット。
【請求項３】
前記筐体は、円筒形状のボビンを有し、
前記キャパシタおよび前記整流器は、前記ボビンの内周面側に配置され、
前記二次共鳴コイルおよび前記電磁誘導コイルは、前記ボビンの外周面に装着され、
前記ボビンの内周面側に前記第１冷媒通路が設けられ、
前記ボビンの外周面側に前記第２冷媒通路が設けられる、
請求項２に記載の二次コイルユニット。
【請求項４】
前記冷媒流れの方向から見て、前記整流器の下流側に前記二次共鳴コイルおよび前記電磁誘導コイルが配置されている、請求項１に記載の二次コイルユニット。
【請求項５】
前記筐体は、円筒形状のボビンを有し、
前記二次共鳴コイルおよび前記電磁誘導コイルは、前記ボビンの外周面に装着され、
前記キャパシタおよび前記整流器は、前記ボビンの内周面側に配置され、
前記ボビンは、その側壁に貫通孔を有し、
前記冷媒通路として、前記ボビンの内周面側に導入された冷媒が、前記貫通孔を通じて前記ボビンの外周側に送り出される通路が形成される、請求項４に記載の二次コイルユニット。
【請求項６】
前記整流器は、
機器と、
前記機器を収容し、通風孔を有する整流器筐体と、を含み、
前記冷媒通路内において、前記冷媒流れの方向に前記通風孔が対向するように、前記整流器筐体が配置される、請求項１から５のいずれかに記載の二次側コイルユニット。
【請求項７】
請求項１から６のいずれかに記載の二次コイルユニットと、
前記二次共鳴コイルと間隔をあけて配置され、前記二次共鳴コイルと電磁界共振結合を行なう前記一次側共鳴コイルを含む一次コイルユニットと、を備える電力伝送システム。
【請求項１】
外部に設けられた一次共鳴コイルと間隔をあけて配置され、前記一次共鳴コイルと電磁界共振結合を行なう二次共鳴コイルと、
前記二次共鳴コイルに接続されるキャパシタと、
前記二次共鳴コイルと電磁誘導結合を行なう電磁誘導コイルと、
前記電磁誘導コイルに接続される整流器と、
前記二次共鳴コイル、前記キャパシタ、前記電磁誘導コイルおよび前記整流器を収容する筐体と、を備え、
前記筐体は、前記二次共鳴コイル、前記キャパシタ、前記電磁誘導コイルおよび前記整流器を冷却する冷媒を通過させるための冷媒通路を含み、
前記冷媒流れの方向から見て、前記整流器は前記キャパシタの下流側に配置されている、二次コイルユニット。
【請求項２】
前記冷媒通路は、
前記整流器および前記キャパシタが配置され、前記整流器および前記キャパシタを冷却する冷媒を通過させる第１冷媒通路と、
前記二次共鳴コイルおよび前記電磁誘導コイルが配置され、前記二次共鳴コイルおよび前記電磁誘導コイルを冷却する冷媒を通過させる第２冷媒通路とを有する、請求項１に記載の二次コイルユニット。
【請求項３】
前記筐体は、円筒形状のボビンを有し、
前記キャパシタおよび前記整流器は、前記ボビンの内周面側に配置され、
前記二次共鳴コイルおよび前記電磁誘導コイルは、前記ボビンの外周面に装着され、
前記ボビンの内周面側に前記第１冷媒通路が設けられ、
前記ボビンの外周面側に前記第２冷媒通路が設けられる、
請求項２に記載の二次コイルユニット。
【請求項４】
前記冷媒流れの方向から見て、前記整流器の下流側に前記二次共鳴コイルおよび前記電磁誘導コイルが配置されている、請求項１に記載の二次コイルユニット。
【請求項５】
前記筐体は、円筒形状のボビンを有し、
前記二次共鳴コイルおよび前記電磁誘導コイルは、前記ボビンの外周面に装着され、
前記キャパシタおよび前記整流器は、前記ボビンの内周面側に配置され、
前記ボビンは、その側壁に貫通孔を有し、
前記冷媒通路として、前記ボビンの内周面側に導入された冷媒が、前記貫通孔を通じて前記ボビンの外周側に送り出される通路が形成される、請求項４に記載の二次コイルユニット。
【請求項６】
前記整流器は、
機器と、
前記機器を収容し、通風孔を有する整流器筐体と、を含み、
前記冷媒通路内において、前記冷媒流れの方向に前記通風孔が対向するように、前記整流器筐体が配置される、請求項１から５のいずれかに記載の二次側コイルユニット。
【請求項７】
請求項１から６のいずれかに記載の二次コイルユニットと、
前記二次共鳴コイルと間隔をあけて配置され、前記二次共鳴コイルと電磁界共振結合を行なう前記一次側共鳴コイルを含む一次コイルユニットと、を備える電力伝送システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−２４４７２２（Ｐ２０１２−２４４７２２Ａ）
【公開日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１１１２９３（Ｐ２０１１−１１１２９３）
【出願日】平成２３年５月１８日（２０１１．５．１８）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月１８日（２０１１．５．１８）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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