特開 2018-201290 非接触電力伝送装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2018-201290(P2018-201290A)

(43)【公開日】2018年12月20日

(54)【発明の名称】非接触電力伝送装置

(51)【国際特許分類】

   H02J 50/10 20160101AFI20181122BHJP

   H02J 7/00 20060101ALI20181122BHJP

   H01F 38/14 20060101ALI20181122BHJP

【ＦＩ】

   H02J50/10

   H02J7/00 301D

   H01F38/14

【審査請求】未請求

【請求項の数】16

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】22

(21)【出願番号】特願2017-104426(P2017-104426)

(22)【出願日】2017年5月26日

(71)【出願人】

【識別番号】000003067

【氏名又は名称】ＴＤＫ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100115738

【弁理士】

【氏名又は名称】鷲頭 光宏

(74)【代理人】

【識別番号】100121681

【弁理士】

【氏名又は名称】緒方 和文

(74)【代理人】

【識別番号】100130982

【弁理士】

【氏名又は名称】黒瀬 泰之

(72)【発明者】

【氏名】村井 康弘

【テーマコード（参考）】

5G503

【Ｆターム（参考）】

5G503GB08

(57)【要約】

【課題】電力伝送ユニットの接続作業を行う作業者がその出力レベルを手元で調整することが容易な非接触電力伝送装置を提供する。
【解決手段】非接触電力伝送装置１は、少なくとも一方から他方へ電力を非接触にて伝送する第１及び第２の電力伝送ユニット１０，２０と、第２の電力伝送ユニット２０が固定的に収容されるとともに第１の電力伝送ユニット１０を着脱可能に収容し、第２の電力伝送ユニット２０に対する第１の電力伝送ユニット１０の位置合わせ及び固定を行うフレーム３０とを備える。受電側の電力伝送ユニット２０の出力レベルは、フレーム３０内に収容された第１の電力伝送ユニット１０の第２の電力伝送ユニット２０に対する向きによって変化する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

少なくとも一方から他方へ電力を非接触にて伝送する第１及び第２の電力伝送ユニットと、
前記第２の電力伝送ユニットが固定的に収容されるとともに前記第１の電力伝送ユニットを着脱可能に収容し、前記第２の電力伝送ユニットに対する前記第１の電力伝送ユニットの位置合わせ及び固定を行うフレームとを備え、
受電側の電力伝送ユニットの出力レベルは、前記フレーム内に収容された前記第１の電力伝送ユニットの前記第２の電力伝送ユニットに対する向きによって変化することを特徴とする非接触電力伝送装置。

【請求項2】

前記フレーム内に収容された前記第１の電力伝送ユニットの前記第２の電力伝送ユニットに対する向きは、前記第１の電力伝送ユニットを前記フレーム内に挿入する方向によって変化する、請求項１に記載の非接触電力伝送装置。

【請求項3】

前記第１及び第２の電力伝送ユニットは、電力伝送時に互いに結合する第１及び第２の結合素子をそれぞれ含み、
第１の結合素子と第２の結合素子との重なり度は、前記第１の電力伝送ユニットを前記フレーム内に挿入する方向によって変化する、請求項１又は２に記載の非接触電力伝送装置。

【請求項4】

前記第１及び第２の結合素子の中心位置は、前記第１及び第２の電力伝送ユニットの中心位置とそれぞれ一致しており、
前記第２の電力伝送ユニットの中心位置に対する前記第１の電力伝送ユニットの中心位置のオフセット量は、前記第１の電力伝送ユニットを前記フレーム内に挿入する方向によって変化する、請求項３に記載の非接触電力伝送装置。

【請求項5】

第１及び第２の結合素子の中心位置は、第１及び第２の電力伝送ユニットの中心位置からそれぞれオフセットされており、
前記フレーム内に収容された前記第１の電力伝送ユニットの中心位置は、前記第１の電力伝送ユニットを前記フレーム内に挿入する方向によらず前記第２の電力伝送ユニットの中心位置と一致している、請求項３に記載の非接触電力伝送装置。

【請求項6】

前記フレームは、
第１の開口部と、
前記第１の開口部と異なる向きを有する第２の開口部を有し、
前記第１の電力伝送ユニットが前記第１の開口部から前記フレーム内に挿入されたときの前記受電側の電力伝送ユニットの第１の出力レベルは、前記第１の電力伝送ユニットが前記第２の開口部から前記フレーム内に挿入されたときの前記受電側の電力伝送ユニットの第２の出力レベルと異なる、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の非接触電力伝送装置。

【請求項7】

前記フレームは、
前記第１及び第２の開口部と異なる向きを有する第３の開口部と、
前記第１乃至第３の開口部と異なる向きを有する第４の開口部とをさらに有し、
前記第１の電力伝送ユニットが前記第３の開口部から前記フレーム内に挿入されたときの前記受電側の電力伝送ユニットの第３の出力レベルは、前記第１及び第２の出力レベルと異なり、
前記第１の電力伝送ユニットが前記第４の開口部から前記フレーム内に挿入されたときの前記受電側の電力伝送ユニットの第４の出力レベルは、前記第１乃至第３の出力レベルと異なる、請求項６に記載の非接触電力伝送装置。

【請求項8】

前記第２の開口部は、前記第１の開口部と反対側に位置している、請求項６又は７に記載の非接触電力伝送装置。

【請求項9】

前記第２の開口部は、前記第１の開口部と反対側に位置しており、
前記第３の開口部は、前記第１及び第２の開口部と直交しており、
前記第４の開口部は、前記第３の開口部の反対側に位置している、請求項７に記載の非接触電力伝送装置。

【請求項10】

前記フレームは、
前記第１の開口部から前記フレーム内に挿入された前記第１の電力伝送ユニットを固定する第１のロック機構と、
前記第２の開口部から前記フレーム内に挿入された前記第１の電力伝送ユニットを固定する第２のロック機構をさらに有し、
前記第１のロック機構によって前記フレーム内に固定された前記第１の電力伝送ユニットの前記第２の電力伝送ユニットに対する第１のオフセット量は、前記第２のロック機構によって前記フレーム内に固定された前記第１の電力伝送ユニットの前記第２の電力伝送ユニットに対する第２のオフセット量と異なる、請求項６に記載の非接触電力伝送装置。

【請求項11】

前記フレームは、
当該フレーム内に収容された前記第１の電力伝送ユニットと対向するアッパーフレームと、
前記アッパーフレームを支持すると共に、当該フレーム内への前記第１の電力伝送ユニットの挿入をガイドするサイドフレームとをさらに含み、
前記第１及び第２のロック機構の各々は、前記アッパーフレームに形成された板バネ部と、前記板バネ部の先端部に形成され、前記フレーム内に収容された前記第１の電力伝送ユニットに係合する爪部とを有する、請求項１０に記載の非接触電力伝送装置。

【請求項12】

前記フレームは、
前記第１の開口部から前記フレーム内に挿入された前記第１の電力伝送ユニットを固定する第１のロック機構と、
前記第２の開口部から前記フレーム内に挿入された前記第１の電力伝送ユニットを固定する第２のロック機構と、
前記第３の開口部から前記フレーム内に挿入された前記第１の電力伝送ユニットを固定する第３のロック機構と、
前記第４の開口部から前記フレーム内に挿入された前記第１の電力伝送ユニットを固定する第４のロック機構とをさらに有し、
前記第１のロック機構によって前記フレーム内に固定された前記第１の電力伝送ユニットの前記第２の電力伝送ユニットに対する第１のオフセット量は、前記第２のロック機構によって前記フレーム内に固定された前記第１の電力伝送ユニットの前記第２の電力伝送ユニットに対する第２のオフセット量と異なり、
前記第３のロック機構によって前記フレーム内に固定された前記第１の電力伝送ユニットの前記第２の電力伝送ユニットに対する第３のオフセット量は、前記第１及び第２のオフセット量と異なり、
前記第４のロック機構によって前記フレーム内に固定された前記第１の電力伝送ユニットの前記第２の電力伝送ユニットに対する第４のオフセット量は、前記第１乃至第３のオフセット量と異なる、請求項７に記載の非接触電力伝送装置。

【請求項13】

前記フレームは、
当該フレーム内に収容された前記第１の電力伝送ユニットと対向するアッパーフレームと、
前記アッパーフレームを支持すると共に、当該フレーム内への前記第１の電力伝送ユニットの挿入をガイドするサイドフレームとをさらに含み、
前記第１乃至第４のロック機構の各々は、前記アッパーフレームに形成された板バネ部と、前記板バネ部の先端部に形成され、前記フレーム内に収容された前記第１の電力伝送ユニットに係合する爪部とを有する、請求項１２に記載の非接触電力伝送装置。

【請求項14】

前記フレームは、前記第１の電力伝送ユニットを回転させる回転機構を有し、
前記フレーム内に収容された前記第１の電力伝送ユニットが回転することによって前記第１の電力伝送ユニットの前記第２の電力伝送ユニットに対する向きが変化する、請求項１に記載の非接触電力伝送装置。

【請求項15】

前記第１及び第２の電力伝送ユニットは、電力伝送時に互いに結合する第１及び第２の結合素子をそれぞれ含み、
第１及び第２の電力伝送ユニット内の結合素子の中心位置は、第１及び第２の電力伝送ユニットの中心位置からオフセットされており、
前記第１の結合素子と前記第２の結合素子との重なり度は、前記第１の電力伝送ユニットの前記第２の電力伝送ユニットに対する向きによって変化する、請求項１４に記載の非接触電力伝送装置。

【請求項16】

前記第１の電力伝送ユニットは、電力を送電する送電ユニットであり、
前記第２の電力伝送ユニットは、前記送電ユニットから送電された電力を受電する受電ユニットである、請求項１乃至１５のいずれか一項に記載の非接触電力伝送装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、非接触電力伝送装置に関し、特に、送電ユニットと受電ユニットとの位置合わせ構造に関する。

【背景技術】

【0002】

電源ケーブルや電源コードを用いずに電力を伝送する非接触電力伝送技術が注目されている。非接触電力伝送技術は、電気的に非接触な状態を保ちながら送電側から受電側に電力を供給できることから、電車、電気自動車等の輸送機器、家電製品、電子機器、無線通信機器、玩具、産業機器といった様々な製品への応用が期待されている。

【0003】

非接触電力伝送技術に関し、例えば特許文献１には、一次側から二次側へ電気的に非接触で電力伝送を行わせるようにした非接触給電カプラが記載されている。この非接触給電カプラは、トランスの一次コイルと二次コイルに相当する一次側磁気ユニットと二次側磁気ユニットからなり、両ユニット間を磁気的に結合させることにより、電気的に非接触な状態を保ちながら交流電力を伝送することができるものである。また、一次側磁気ユニットの一次側コアは、鍔部と柱部を有する断面が略Ｔ字状に形成されたものであり、柱部の先端にはその柱部よりも細径の棒状ガイド部が同軸に突出するように取り付けられている。また二次側磁気ユニットの二次側コアは、一次側コアと共に閉磁路を形成できるように壺型に形成されており、一次側コアのガイド部の長さは壺型コアの深さよりも大きく、壺型コアの底面中央には上記ガイド部の貫挿を案内するガイド孔が設けられているので、非熟練者でも簡単に手際良く操作可能である。

【0004】

また特許文献２には、高い充電効率を維持しながら、充電用コネクタを受電用コネクタに確実に接続して保持することが可能なワイヤレス給電システムが記載されている。このワイヤレス給電システムは、インレットタイプのコネクタである充電用コネクタと、充電用コネクタが接続される受電用コネクタとを備えており、充電用コネクタのコネクタ胴体を受電用コネクタの挿入部に挿入したとき、コネクタ胴体の一端側に配置された送電部（送電用コイル）が受電用コネクタの受電本体部の一方の端面に配置された受電部（受電用コイル）と対向するので、送電部から受電部にワイヤレスで送電することが可能となっている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特許３８６４０９４号公報

【特許文献2】特開２０１６−７３０１６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

非接触電力伝送技術では接続端子を外部に露出させなくてよく、接続端子の腐食等の劣化の問題がないことから、水分や油分等が多く存在する汚損環境下においても好ましく用いられている。しかしながら、汚損環境下で受電ユニットに接続されたＬＥＤ照明の調光を行いたい場合やモーターの出力を可変したい場合、汚損環境下の作業エリアから遠く離れた機械室などに設置された電源部の電源電圧、動作周波数、パルス幅等を変更するため、作業者は汚損環境エリアの外に移動しなければならず、作業性が悪いという問題がある。電源出力の変更をリモコン等により行うケースも考えられるが、防水・防塵構造の高価なリモコンが必要になり、リモコンボタンの細かな操作も必要となるため作業性が悪い。したがって、汚損環境下では定期的に室内外を移動するＬＥＤ照明の調光等を簡単に行うことができないという問題がある。

【0007】

したがって、本発明の目的は、電力伝送ユニットの接続作業を行う作業者がその手元で出力レベルを容易に調整することが可能な非接触電力伝送装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記課題を解決するため、本発明による非接触電力伝送装置は、少なくとも一方から他方へ電力を非接触にて伝送する第１及び第２の電力伝送ユニットと、前記第２の電力伝送ユニットが固定的に収容されるとともに前記第１の電力伝送ユニットを着脱可能に収容し、前記第２の電力伝送ユニットに対する前記第１の電力伝送ユニットの位置合わせ及び固定を行うフレームとを備え、受電側の電力伝送ユニットの出力レベルは、前記フレーム内に収容された前記第１の電力伝送ユニットの前記第２の電力伝送ユニットに対する向きによって変化することを特徴とする。

【0009】

本発明によれば、第１の電力伝送ユニットの向きを変えるだけの簡単な方法で受電側の出力レベルを変えることができる。したがって、汚損環境下で作業する作業者は、受電側の出力レベルを手元で容易に調整することができ、安価な構成で利便性の高い非接触電力伝送装置を提供することができる。

【0010】

本発明において、前記フレーム内に収容された前記第１の電力伝送ユニットの前記第２の電力伝送ユニットに対する向きは、前記第１の電力伝送ユニットを前記フレーム内に挿入する方向によって変化することが好ましい。この構成によれば、第１の電力伝送ユニットの挿入方向を変えるだけの簡単な方法で受電側の出力レベルを変えることができ、出力レベルを変えるための複雑な機構は一切不要である。したがって、安価な構成で利便性の高い非接触電力伝送装置を提供することができる。

【0011】

本発明において、前記第１及び第２の電力伝送ユニットは、電力伝送時に互いに結合する第１及び第２の結合素子をそれぞれ含み、第１の結合素子と第２の結合素子との重なり度は、前記第１の電力伝送ユニットを前記フレーム内に挿入する方向によって変化することが好ましい。この構成によれば、第１の電力伝送ユニットの挿入方向を変えるだけの簡単な方法で第１の結合素子と第２の結合素子との重なり度（対向面積）を変えることができる。第１の結合素子と第２の結合素子との重なり度が変わることにより両者の結合度（磁気結合又は容量結合）が変化するので、受電側の出力レベルを変えることができる。

【0012】

本発明において、前記第１及び第２の結合素子の中心位置は、前記第１及び第２の電力伝送ユニットの中心位置とそれぞれ一致しており、前記第２の電力伝送ユニットの中心位置に対する前記第１の電力伝送ユニットの中心位置のオフセット量は、前記第１の電力伝送ユニットを前記フレーム内に挿入する方向によって変化することが好ましい。この構成によれば、第１の電力伝送ユニットの挿入方向によってフレーム内の第１の電力伝送ユニットと第２の電力伝送ユニットとの重なり度が変わると共に、第１の電力伝送ユニット内の第１の結合素子と第２の電力伝送ユニット内の第２の結合素子との重なり度も変わるので、第１の電力伝送ユニットの挿入方向を変えるだけの簡単な方法で受電側の出力レベルを変えることができる。

【0013】

本発明において、第１及び第２の結合素子の中心位置は、第１及び第２の電力伝送ユニットの中心位置からそれぞれオフセットされており、前記フレーム内に収容された前記第１の電力伝送ユニットの中心位置は、前記第１の電力伝送ユニットを前記フレーム内に挿入する方向によらず前記第２の電力伝送ユニットの中心位置と一致していることもまた好ましい。この構成によれば、フレーム内の第１の電力伝送ユニットと第２の電力伝送ユニットとの重なり度を変えなくても、第１の電力伝送ユニットの挿入方向を変えるだけで第１の電力伝送ユニット内の第１の結合素子と第２の電力伝送ユニット内の第２の結合素子との重なり度が変わるので、第１の電力伝送ユニットの挿入方向を変えるだけの簡単な方法で受電側の出力レベルを変えることができる。

【0014】

本発明において、前記フレームは、第１の開口部と、前記第１の開口部と異なる向きを有する第２の開口部を有し、前記第１の電力伝送ユニットが前記第１の開口部から前記フレーム内に挿入されたときの前記受電側の電力伝送ユニットの第１の出力レベルは、前記第１の電力伝送ユニットが前記第２の開口部から前記フレーム内に挿入されたときの前記受電側の電力伝送ユニットの第２の出力レベルと異なることが好ましい。この構成によれば、第１の電力伝送ユニットの挿入方向を変えるだけの簡単な方法で受電側の出力レベルの少なくとも２段階の変化を容易に実現することができる。

【0015】

本発明において、前記フレームは、前記第１及び第２の開口部と異なる向きを有する第３の開口部と、前記第１乃至第３の開口部と異なる向きを有する第４の開口部とをさらに有し、前記第１の電力伝送ユニットが前記第３の開口部から前記フレーム内に挿入されたときの前記受電側の電力伝送ユニットの第３の出力レベルは、前記第１及び第２の出力レベルと異なり、前記第１の電力伝送ユニットが前記第４の開口部から前記フレーム内に挿入されたときの前記受電側の電力伝送ユニットの第４の出力レベルは、前記第１乃至第３の出力レベルと異なることが好ましい。この構成によれば、第１の電力伝送ユニットの挿入方向を変えるだけの簡単な方法で受電側の出力レベルの４段階の変化を容易に実現することができる。

【0016】

本発明において、前記第２の開口部は、前記第１の開口部と反対側に位置していることが好ましい。この構成によれば、第１の開口部からフレーム内に侵入した異物は第２の開口部から排出されやすく、フレーム内に異物が蓄積し難い。またフレーム内に異物が侵入しても第１の開口部又は第２の開口部を通じてフレーム内の掃除が容易である。したがって、フレーム内に堆積した異物が第１の電力伝送ユニットと干渉して第１の電力伝送ユニットと第２の電力伝送ユニットとの位置ずれが生じ、あるいは第１の電力伝送ユニットと第２の電力伝送ユニットとの間に異物が挟まって両者の密着度が低下（結合素子間の距離が拡大）することにより、両者の磁気結合度が低下して電力伝送効率が低下することを防止することができる。

【0017】

本発明において、前記第２の開口部は、前記第１の開口部と反対側に位置しており、前記第３の開口部は、前記第１及び第２の開口部と直交しており、前記第４の開口部は、前記第３の開口部の反対側に位置していることが好ましい。この構成によれば、第３の開口部からフレーム内に侵入した異物は第４の開口部から排出されやすく、フレーム内に異物が蓄積し難い。またフレーム内に異物が侵入しても第３の開口部又は第４の開口部を通じてフレーム内の掃除が容易である。したがって、フレーム内に堆積した異物が第１の電力伝送ユニットと干渉して第１の電力伝送ユニットと第２の電力伝送ユニットとの位置ずれが生じ、あるいは第１の電力伝送ユニットと第２の電力伝送ユニットとの間に異物が挟まって両者の密着度が低下（結合素子間の距離が拡大）することにより、両者の磁気結合度が低下して電力伝送効率が低下することを防止することができる。

【0018】

本発明において、前記フレームは、前記第１の開口部から前記フレーム内に挿入された前記第１の電力伝送ユニットを固定する第１のロック機構と、前記第２の開口部から前記フレーム内に挿入された前記第１の電力伝送ユニットを固定する第２のロック機構をさらに有し、前記第１のロック機構によって前記フレーム内に固定された前記第１の電力伝送ユニットの前記第２の電力伝送ユニットに対する第１のオフセット量は、前記第２のロック機構によって前記フレーム内に固定された前記第１の電力伝送ユニットの前記第２の電力伝送ユニットに対する第２のオフセット量と異なることが好ましい。この構成によれば、第１の電力伝送ユニットの挿入方向を変えるだけの簡単な方法で、第２の電力伝送ユニットに対する第１の電力伝送ユニットのオフセット量を異ならせることができ、これにより受電側の出力レベルを変化させることができる。

【0019】

本発明において、前記フレームは、当該フレーム内に収容された前記第１の電力伝送ユニットと対向するアッパーフレームと、前記アッパーフレームを支持すると共に、当該フレーム内への前記第１の電力伝送ユニットの挿入をガイドするサイドフレームとをさらに含み、前記第１及び第２のロック機構の各々は、前記アッパーフレームに形成された板バネ部と、前記板バネ部の先端部に形成され、前記フレーム内に収容された前記第１の電力伝送ユニットに係合する爪部とを有することが好ましい。この構成によれば、２つの挿入口を持つフレームに第１の電力伝送ユニットを挿入する際、第１の電力伝送ユニットはフレームに設けられた爪部と係合することによって固定されるが、第１の電力伝送ユニットの挿入方向により両者の重なり度（対向面積）が変化するので、出力レベルの２段階の変化を容易に実現することができる。

【0020】

本発明において、前記フレームは、前記第１の開口部から前記フレーム内に挿入された前記第１の電力伝送ユニットを固定する第１のロック機構と、前記第２の開口部から前記フレーム内に挿入された前記第１の電力伝送ユニットを固定する第２のロック機構と、前記第３の開口部から前記フレーム内に挿入された前記第１の電力伝送ユニットを固定する第３のロック機構と、前記第４の開口部から前記フレーム内に挿入された前記第１の電力伝送ユニットを固定する第４のロック機構とをさらに有し、前記第１のロック機構によって前記フレーム内に固定された前記第１の電力伝送ユニットの前記第２の電力伝送ユニットに対する第１のオフセット量は、前記第２のロック機構によって前記フレーム内に固定された前記第１の電力伝送ユニットの前記第２の電力伝送ユニットに対する第２のオフセット量と異なり、前記第３のロック機構によって前記フレーム内に固定された前記第１の電力伝送ユニットの前記第２の電力伝送ユニットに対する第３のオフセット量は、前記第１及び第２のオフセット量と異なり、前記第４のロック機構によって前記フレーム内に固定された前記第１の電力伝送ユニットの前記第２の電力伝送ユニットに対する第４のオフセット量は、前記第１乃至第３のオフセット量と異なることもまた好ましい。この構成によれば、第１の電力伝送ユニットの挿入方向を変えるだけの簡単な方法で、第２の電力伝送ユニットに対する第１の電力伝送ユニットのオフセット量を異ならせることができ、これにより受電側の出力レベルを変化させることができる。

【0021】

本発明において、前記フレームは、当該フレーム内に収容された前記第１の電力伝送ユニットと対向するアッパーフレームと、前記アッパーフレームを支持すると共に、当該フレーム内への前記第１の電力伝送ユニットの挿入をガイドするサイドフレームとをさらに含み、前記第１乃至第４のロック機構の各々は、前記アッパーフレームに形成された板バネ部と、前記板バネ部の先端部に形成され、前記フレーム内に収容された前記第１の電力伝送ユニットに係合する爪部とを有することが好ましい。この構成によれば、４つの挿入口を持つフレームに第１の電力伝送ユニットを挿入する際、第１の電力伝送ユニットはフレームに設けられた爪部と係合することによって固定されるが、第１の電力伝送ユニットの挿入方向により両者の重なり度（対向面積）が変化するので、出力レベルの４段階の変化を容易に実現することができる。すなわち、第１の電力伝送ユニットのフレーム内への挿入口をさらに増やした構造により、第１の電力伝送ユニットの挿入方向により両者の重なり度（対向面積）がさらに変化するので、出力レベルの４段階の変化を容易に実現することができる。

【0022】

本発明において、前記フレームは、前記第１の電力伝送ユニットを回転させる回転機構を有し、前記フレーム内に収容された前記第１の電力伝送ユニットが回転することによって前記第１の電力伝送ユニットの前記第２の電力伝送ユニットに対する向きが変化することが好ましい。この構成によれば、フレーム内に収容された状態の第１の電力伝送ユニットを回転させるだけで受電側の出力レベルを変えることができる。したがって、汚損環境下で作業する作業者は、受電側の出力レベルを手元で容易に調整することができ、利便性の高い非接触電力伝送装置を提供することができる。

【0023】

本発明において、前記第１及び第２の電力伝送ユニットは、電力伝送時に互いに結合する第１及び第２の結合素子をそれぞれ含み、第１及び第２の電力伝送ユニット内の結合素子の中心位置は、第１及び第２の電力伝送ユニットの中心位置からオフセットされており、前記第１の結合素子と前記第２の結合素子との重なり度は、前記第１の電力伝送ユニットの前記第２の電力伝送ユニットに対する向きによって変化することが好ましい。この構成によれば、第２の電力伝送ユニットに対する第１の電力伝送ユニットの中心位置をオフセットさせることなく第１の結合素子と第２の結合素子との重なり度を容易に変化させることができる。したがって、作業者は、受電側の出力レベルを手元で容易に調整することができ、利便性の高い非接触電力伝送装置を提供することができる。

【0024】

本発明において、前記第１の電力伝送ユニットは、電力を送電する送電ユニットであり、前記第２の電力伝送ユニットは、前記送電ユニットから送電された電力を受電する受電ユニットであることが好ましい。これによれば、受電ユニットに対して送電ユニットを着脱可能な非接触電力伝送装置を提供することができる。

【発明の効果】

【0025】

本発明によれば、電力伝送ユニットの接続作業を行う作業者がその手元で出力レベルを容易に調整することが可能な非接触電力伝送装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0026】

【図1】図１は、本発明の第１の実施の形態による非接触電力伝送装置の構造を示す略斜視図である。

【図2】図２は、送電ユニット１０又は受電ユニット２０の基本構造を示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ'線に沿った側面断面図である。

【図3】図３は、送電ユニット１０と受電ユニット２０とを組み合わせた状態を示す側面断面図である。

【図4】図４は、非接触電力伝送装置１の略斜視図であって、特に送電ユニット１０の挿入方向（Ｙ１方向）から見た斜視図である。

【図5】図５は、非接触電力伝送装置１の略斜視図であって、特に送電ユニット１０の挿入方向と反対方向（Ｙ２方向）から見た斜視図である。

【図6】図６（ａ）〜（ｃ）は、受電ユニット２０に対する送電ユニット１０の接続動作を説明するための略側面断面図であって、第１の開口部３０Ａから送電ユニット１０を挿入する場合を示している。

【図7】図７（ａ）〜（ｃ）は、受電ユニット２０に対する送電ユニット１０の接続動作を説明するための略側面断面図であって、第２の開口部３０Ｂから送電ユニット１０を挿入する場合を示している。

【図8】図８は、本発明の第２の実施の形態による非接触電力伝送装置の構造を示す略斜視図である。

【図9】図９（ａ）〜（ｄ）は、送電ユニットの挿入方向と送電ユニットと受電ユニットとの重なり度との関係を説明するための平面図である。

【図10】図１０（ａ）〜（ｆ）は、本発明の第３の実施の形態による非接触電力伝送装置の構成を示す図であって、特に、（ａ）は送電ユニット１０内の送電コイル１１Ａのレイアウトを示す平面図、（ｂ）は受電ユニット２０内の受電コイル１１Ｂのレイアウトを示す平面図、（ｃ）〜（ｆ）は送電ユニット１０を受電ユニット２０に設置したときの位置関係を示す平面図である。

【図11】図１１（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第４の実施の形態による非接触電力伝送装置の構成を示す略平面図である。

【図12】図１２（ａ）及び（ｂ）は、図１１（ａ）のＡ−Ａ線に沿った非接触電力伝送装置の断面図であって、（ａ）は固定状態、（ｂ）は回転可能な状態をそれぞれ示している。

【発明を実施するための形態】

【0027】

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。

【0028】

図１は、本発明の第１の実施の形態による非接触電力伝送装置の構造を示す略斜視図である。

【0029】

図１に示すように、この非接触電力伝送装置１は、電力を非接触にて送電する送電ユニット１０と、電力を非接触にて受電する受電ユニット２０と、受電ユニット２０が固定的に収容されると共に送電ユニット１０を着脱可能に収容し、受電ユニット２０に対する送電ユニット１０の位置合わせ及び固定を行うフレーム３０とを備えている。

【0030】

送電ユニット１０及び受電ユニット２０は、電力伝送コイル及びその駆動回路基板が一つのケース内に収容されてパッケージ化された電力伝送ユニットである。送電ユニット１０は、電力を送電する送電コイル及びインバータ等の送電回路を有しており、外部直流電源から電源ケーブル１５Ａを介して送電ユニット１０に供給された電力は、送電回路によって交流電力に変換された後、送電コイルに供給され、送電コイルからは交流電力が電磁エネルギーとして出力される。また受電ユニット２０は、送電コイルからの電力を受電する受電コイル及び整流平滑回路等の受電回路を有しており、受電ユニット２０が受電した交流電力は、受電回路内の整流平滑回路によって直流電力に変換された後、電源ケーブル１５Ｂを介して例えばＬＥＤなどの負荷に供給される。

【0031】

フレーム３０は送電ユニット１０と受電ユニット２０とを機械的に接続するためのコネクタ構造を有しており、受電ユニット２０はフレーム３０と一体化されている。送電ユニット１０はフレーム３０を介して受電ユニット２０に取り付けられ、受電ユニット２０からの取り外しも容易である。このように、フレーム３０と一体化された受電ユニット２０は、送電ユニット１０と機械的に接続されるが、送電ユニット１０との電気的な接点を持たない無接点でコネクタを構成している。送電ユニット１０が受電ユニット２０と対向する位置で固定されることにより、送電ユニット１０から受電ユニット２０への電力伝送効率を高めることができる。

【0032】

フレーム３０は、送電ユニット１０の第１の挿入口を構成する第１の開口部３０Ａと、第１の開口部３０Ａの反対側に設けられ、送電ユニット１０の第２の挿入口を構成する第２の開口部３０Ｂとを有している。送電ユニット１０は、第１の開口部３０Ａが設けられたＹ１方向（第１の方向）からフレーム３０に挿入することができ、また第２の開口部３０Ｂが設けられたＹ２方向（第２の方向）からもフレーム３０内に挿入することができる。またフレーム３０には、第１の開口部３０Ａからフレーム３０内に挿入された送電ユニット１０の位置を固定するロック機構３５Ａと、第２の開口部３０Ａからフレーム３０内に挿入された送電ユニット１０の位置を固定するロック機構３５Ｂが設けられている。

【0033】

送電ユニット１０及び受電ユニット２０の概略形状は同一であり、特に平面視で線対称及び回転対称であるため、受電ユニット２０に対する送電ユニット１０の位置決めは容易である。また、送電ユニット１０及び受電ユニット２０には同一の形状及びサイズのケースが用いられており、構成部品の共通化によるコストダウンが図られている。

【0034】

本実施形態において、送電ユニット１０及び受電ユニット２０の平面形状は矩形であり、Ｙ方向の幅はＸ方向の幅よりも広い。これに対し、フレーム３０の平面形状は図１に示すように略正方形であり、Ｙ方向の幅はＸ方向の幅とほぼ等しい。

【0035】

図２は、送電ユニット１０又は受電ユニット２０の基本構造を示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ'線に沿った側面断面図である。

【0036】

図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、送電ユニット１０及び受電ユニット２０の基本的な構造は同じであり、電力伝送コイル１１と、電力伝送コイル１１に接続された回路基板１２と、電力伝送コイル１１と回路基板１２とを収容する薄型のケース１３とを備えている。送電ユニット１０において、電力伝送コイル１１は送電コイル１１Ａ（第１の結合素子）であり、回路基板１２は送電コイル１１Ａを駆動するためのインバータ等の送電回路が実装された送電回路基板１２Ａである。また受電ユニット２０である場合、電力伝送コイル１１は受電コイル１１Ｂ（第２の結合素子）であり、回路基板１２は受電コイル１１Ｂからの交流電力を直流電力に変換する整流平滑回路等の受電回路が実装された受電回路基板１２Ｂである。

【0037】

電力伝送コイル１１は平面視にてケース１３の中央に配置されており、電力伝送コイル１１の中心位置はケース１３の中心位置と一致している。また電力伝送コイル１１は、回路基板１２よりもケース本体１３ａの底面側に配置されており、回路基板１２はケース１３の蓋１３ｂ寄り（上面寄り）に配置されている。電力伝送コイル１１は支持基板１４の主面に渦巻状に巻回されてなるスパイラルコイルである。電力伝送コイル１１の支持基板１４は磁性体からなることが好ましい。この場合、電力伝送コイル１１は支持基板１４よりもケース本体１３ａの底面側に配置されている。磁性シートや薄い磁性基板を電力伝送コイル１１の磁性コアとして使用し、磁性コアを電力伝送コイル１１よりも回路基板１２寄りに配置することにより、給電方向と反対面への磁気を遮蔽（抑制）することができる。

【0038】

詳細は後述するが、ケース１３の蓋１３ｂの上面には凸部１３ｄ及びストッパー１３ｓが形成されている。凸部１３ｄ及びストッパー１３ｓは、フレーム３０にセットした送電ユニット１０の位置決め固定のために設けられている。またストッパー１３ｓは送電ユニット１０をフレーム３０から引き出す際のつまみ部として使用される。

【0039】

図３は、送電ユニット１０と受電ユニット２０とを組み合わせた状態を示す側面断面図である。

【0040】

図３に示すように、送電ユニット１０をフレーム３０内に挿入して受電ユニット２０と組み合わせた状態では、送電ユニット１０及び受電ユニット２０のケース１３の底面どうしが対向し、これにより送電コイル１１Ａと受電コイル１１Ｂとが対向して近接配置されるので、両者は磁気結合可能となる。送電コイル１１Ａから発生した磁束は受電コイル１１Ｂと鎖交するので、送電ユニット１０から受電ユニット２０へ非接触で電力を供給することができる。送電ユニット１０と受電ユニット２０とを電気的に直接接続する接触給電方式の場合、接続端子が外部に露出するため、水分（湿度）や油分等が多量に存在する汚損環境下では接続端子が劣化しやすく、送電ユニット１０の挿抜が頻繁に行われる場合には接続端子の劣化が顕著である。しかし、本実施形態においては、電気的に非接触な状態を保ちながら送電ユニット１０から受電ユニット２０へ電力を伝送するので、接続端子の劣化の問題がなく、汚損環境下でも電力伝送ユニットの耐久性及び信頼性を確保することができる。

【0041】

フレーム３０は、第１の開口部３０Ａと、第１の開口部３０Ａの反対側に位置している第２の開口部３０Ｂと、第１の開口部３０Ａからフレーム３０内に挿入された送電ユニット１０の位置を固定する第１のロック機構３５Ｂと、第２の開口部３０Ｂからフレーム３０内に挿入された送電ユニット１０の位置を固定する第２のロック機構３５Ｂとを有している。図示の送電ユニット１０は第１の開口部３０Ａからフレーム３０内に挿入された状態を示している。第１及び第２のロック機構３５Ａ，３５Ｂの各々は、凸部１３ｄと係合する爪部３７Ａ，３７Ｂをそれぞれ有している。

【0042】

本実施形態において、第１の開口部３０Ａから第１のロック機構３５Ａの爪部３７Ａまでの第１の距離Ｌ_Ａ、第２の開口部３０Ｂから第２のロック機構３５Ｂの爪部３７Ｂまでの第２の距離Ｌ_Ｂとするとき、Ｌ_Ａ＞Ｌ_Ｂとなっている。そのため、第１の開口部３０Ａから挿入した送電ユニット１０の受電ユニット２０に対する固定位置は、第２の開口部３０Ｂから挿入した送電ユニット１０の受電ユニット２０に対する固定位置と異なるものとなる。

【0043】

図４及び図５は、非接触電力伝送装置１の略斜視図であって、特に図４は送電ユニット１０の挿入方向（Ｙ１方向）から見た斜視図、また図５は図４と反対方向（Ｙ２方向）から見た斜視図である。

【0044】

図４及び図５に示すように、本実施形態によるフレーム３０は樹脂製であり、フレーム３０の上面を構成する平板状のアッパーフレーム３１と、アッパーフレーム３１を支持するサイドフレーム３２，３３と、フレーム３０の底面を構成するボトムフレーム３４とを有している。本実施形態において、サイドフレーム３２，３３は、受電ユニット２０の長手方向と平行な２つ側面の外側をカバーする互いに平行な左右の側壁を構成しており、送電ユニット１０のフレーム３０内への挿入をガイドするガイド部材としても機能する。

【0045】

アッパーフレーム３１は、送電ユニット１０の収容スペースを挟んでフレーム３０内の受電ユニット２０と対向しており、フレーム３０内に送電ユニット１０を収容した時には送電ユニット１０の蓋１３ｂと対向する。サイドフレーム３２，３３と直交する２つの側面には第１の開口部３０Ａ及び第２の開口部３０Ｂが設けられている。フレーム３０の内部空間は、電力伝送ユニットの上下二段の収容スペースであり、下段スペースには受電ユニット２０が常時収容されており、上段スペースには送電ユニット１０が着脱自在に収容される。

【0046】

第１及び第２の開口部３０Ａ，３０Ｂは共に送電ユニット１０の挿入口を構成しており、そのため送電ユニット１０を挿入可能な開口形状を有している。特に、サイドフレーム３２，３３のＹ方向の両端面にはフランジ部３２ｆ、３３ｆがそれぞれ形成されると共に、フランジ部３２ｆ、３３ｆの一部を切り欠いてなるガイド溝３０ｇが形成されている。フランジ部３２ｆ、３３ｆは、送電ユニット１０のケース１３の幅方向両側に突出する蓋１３ｂの端部１３ｇと干渉するが、蓋１３ｂの高さをガイド溝３０ｇの位置に合わせて挿入することにより蓋１３ｂとフランジ部３２ｆ、３３ｆとの干渉を回避して送電ユニット１０をケース１３内に挿入することができる。この場合、送電ユニット１０のケース１３の蓋１３ｂの端部１３ｇはガイドレールとして機能し、送電ユニット１０のケース１３の蓋１３ｂの端部１３ｇをガイド溝３０ｇに嵌合させることで受電ユニット２０に対する送電ユニット１０の幅方向（Ｘ方向）及び高さ方向（Ｚ方向）の位置合わせを確実に行うことができる。

【0047】

フレーム３０のアッパーフレーム３１には、第１の開口部３０Ａからフレーム３０内に挿入された送電ユニット１０をロックする第１のロック機構３５Ａと、第２の開口部３０Ｂからフレーム３０内に挿入された送電ユニット１０をロックする第２のロック機構３５Ｂが設けられている。第１及び第２のロック機構３５Ａ，３５Ｂは、アッパーフレーム３１を平面視で略Ｕ字状に切り欠いて板バネ部を形成し、この板バネ部の先端に下向きの爪部を設けたものである。第１のロック機構３５Ａの爪部又は第２のロック機構３５Ｂを送電ユニット１０の上面に設けられた凸部１３ｄに係合させることにより、送電ユニット１０を固定することができる。

【0048】

本実施形態において、第１の開口部３０Ａから見た第１のロック機構３５Ａの形成位置と第２の開口部３０Ｂから見た第２のロック機構３５Ｂの形成位置は異なっている。そのため、第１の開口部３０Ａから挿入されてフレーム３０内に固定された送電ユニット１０の受電ユニット２０との重なり度は、第２の開口部３０Ｂから挿入されてフレーム３０内に固定された送電ユニット１０と異なる。したがって、送電ユニット１０を第１の開口部３０Ａから挿入した時と第２の開口部３０Ｂから挿入した時とで受電ユニット２０からの出力レベルを変えることができる。

【0049】

図６及び図７は、受電ユニット２０に対する送電ユニット１０の接続動作を説明するための略側面断面図であって、特に図６（ａ）〜（ｃ）は第１の開口部３０Ａから送電ユニット１０を挿入する場合、図７（ａ）〜（ｃ）は第２の開口部３０Ｂから送電ユニット１０を挿入する場合をそれぞれ示している。

【0050】

図６（ａ）に示すように、送電ユニット１０を第１の開口部３０Ａからフレーム３０内に挿入すると、送電ユニット１０はガイド溝３０ｇに沿って前進し、送電ユニット１０の上面に設けられた凸部１３ｄは徐々に第１のロック機構３５Ａの爪部３７Ａに近づく。図６（ｂ）に示すように、凸部１３ｄが爪部３７Ａに当接すると、爪部３７Ａ及び板バネ部３６Ａは凸部１３ｄによって上方に押し上げられ、板バネ部３６Ａは弾性変形する。このとき、送電ユニット１０の送電コイル１１Ａと受電ユニット２０の受電コイル１１Ｂは、結合度が小さい状態で磁気結合し始める。

【0051】

図６（ｃ）に示すように、送電ユニット１０をさらに奥へスライドさせると、爪部３７Ａは凸部１３ｄを乗り越えた後、板バネ部３６Ａの弾性力によって下方に押し下げられて凸部１３ｄと係合する。このときフレーム３０の端面３０ｅ_Ａ（アッパーフレーム３１の端面）が送電ユニット１０の上面に設けられたストッパー１３ｓに当接し、送電ユニット１０のそれ以上奥への挿入が阻止される。したがって、送電ユニット１０は受電ユニット２０と対向する位置でフレーム３０に固定され、送電ユニット１０の送電コイル１１Ａと受電ユニット２０の受電コイル１１Ｂとの磁気結合度は大きくなる。この固定位置において、送電ユニット１０は受電ユニット２０と完全に重なり合っており、送電コイル１１Ａのコイル軸Ｃ_Ａの受電コイル１１Ｂのコイル軸Ｃ_Ｂに対するオフセット量はゼロである。そのため、送電コイル１１Ａと受電コイル１１Ｂとの磁気結合度を最大にすることができ、受電ユニット２０の出力レベルＰ_１を最大にすることができる。

【0052】

次に図７（ａ）に示すように、送電ユニット１０を第２の開口部３０Ｂからフレーム３０内に挿入すると、送電ユニット１０はガイド溝３０ｇに沿って前進し、送電ユニット１０の上面に設けられた凸部１３ｄは徐々に第２のロック機構３５Ｂの爪部３７Ｂに近づく。図７（ｂ）に示すように、凸部１３ｄが爪部３７Ｂに当接すると、爪部３７Ｂ及び板バネ部３６Ｂは凸部１３ｄによって上方に押し上げられ、板バネ部３６Ｂは弾性変形する。このとき、送電ユニット１０の送電コイル１１Ａと受電ユニット２０の受電コイル１１Ｂは、結合度が小さい状態で磁気結合し始める。

【0053】

図７（ｃ）に示すように、送電ユニット１０をさらに奥へスライドさせると、爪部３７Ｂは凸部１３ｄを乗り越えた後、板バネ部３６Ｂの弾性力によって下方に押し下げられて凸部１３ｄと係合する。このときフレーム３０の端面３０ｅ_Ｂ（アッパーフレーム３１の端面）が送電ユニット１０の上面に設けられたストッパー１３ｓに当接し、送電ユニット１０のそれ以上奥への挿入が阻止される。したがって、送電ユニット１０は受電ユニット２０と対向する位置でフレーム３０に固定され、送電ユニット１０の送電コイル１１Ａと受電ユニット２０の受電コイル１１Ｂとの磁気結合度は大きくなる。この固定位置では、送電コイル１１Ａのコイル軸Ｃ_Ａの受電コイル１１Ｂのコイル軸Ｃ_Ｂに対するオフセット量ｄが大きいため、受電ユニット２０の出力レベルＰ_２は、出力レベルＰ_１よりも小さくなる（Ｐ_２＜Ｐ_１）。

【0054】

上記のように、第２の開口部３０Ｂから第２のロック機構３５Ｂの爪部３７Ｂまでの第２の距離Ｌ_Ｂは、第１の開口部３０Ａから第１のロック機構３５Ａの爪部３７Ａまでの第１の距離Ｌ_Ａよりも短い（図３参照）。そのため、第１の開口部３０Ａから挿入したときの送電ユニット１０と受電ユニット２０との重なり度は、第２の開口部３０Ｂから挿入したときの送電ユニット１０と受電ユニット２０との重なり度と異なるものとなる。これにより、第１の開口部３０Ａから挿入したときの送受電コイル間の磁気結合度と第２の開口部から挿入したときの送受電コイル間の磁気結合度も変わるので、送電ユニット１０の挿入方向を変えるだけの簡単な方法で受電側の出力レベルを変えることが可能となる。

【0055】

なお第１のロック機構３５Ａによる送電ユニット１０と受電ユニット２０とのロックを解除する場合には爪部３７Ａの上方に設けられた突起部３８Ａを引っ張り上げればよい。これにより板バネ部３６Ａと共に爪部３７Ａが持ち上がり、爪部３７Ａと凸部１３ｄとの係合が解除される。第２のロック機構３５Ｂによる送電ユニット１０と受電ユニット２０とのロックを解除する場合も同様に突起部３８Ｂを引っ張り上げればよい。したがって、送電ユニット１０のロックを解除してフレーム３０から取り出すことができる。

【0056】

受電ユニット２０には送電ユニット１０が常に接続されているわけではなく、受電ユニット２０への電力供給が不要な場合には送電ユニット１０が取り外されることも多い。そのような場合、フレーム３０の上段スペースは空いたままである。汚損環境下においてこのような上段スペースの空き状況が続くと、第１の開口部３０Ａから異物が侵入してフレーム３０内に異物が蓄積しやすい。特に従来のように第１の開口部３０Ａが形成された側面とは反対側の側面に第２の開口部３０Ｂが設けられておらず側壁で塞がれている場合には、フレーム３０内に多量の異物が蓄積し、第１の開口部３０Ａから異物を取り出すことも非常に困難である。

【0057】

しかし、本実施形態においては、第１の開口部３０Ａとは反対側にも第２の開口部３０Ｂが設けられているので、第１の開口部３０Ａからフレーム３０内に侵入したごみ等の異物が第２の開口部３０Ｂから排出されやすく、フレーム３０内に異物が蓄積し難い。またフレーム３０内に異物が侵入しても第１の開口部３０Ａまたは第２の開口部３０Ｂを通じてフレーム３０内の掃除が容易である。したがって、フレーム３０内に堆積した異物が送電ユニット１０と干渉して送電ユニット１０と受電ユニット２０との位置ずれが生じ、あるいは送電ユニット１０と受電ユニット２０との間に異物が挟まって両者の密着度が低下（コイル間の距離が拡大）することにより、両者の磁気結合度が低下して電力伝送効率が低下することを防止することができる。

【0058】

以上説明したように、本実施形態による非接触電力伝送装置１は、２方向から送電ユニット１０をセット可能であり、送電ユニット１０の挿入方向を変えるだけで受電ユニット２０の中心位置に対する送電ユニット１０の中心位置のオフセット量が変わり、受電ユニット２０に対する送電ユニット１０のオフセット量が変わることにより、送電コイル１１Ａと受電コイル１１Ｂとの重なり度及び磁気結合度が変わり、これにより受電ユニット２０の出力レベルが変化する。したがって、汚損環境下において出力レベルを手元で容易に可変することができ、安価な構成で利便性の高い非接触電力伝送装置を提供することができる。

【0059】

図８は、本発明の第２の実施の形態による非接触電力伝送装置の構造を示す略斜視図である。

【0060】

図８に示すように、この非接触電力伝送装置２の特徴は、フレーム３０の４つの側面に４つの開口部３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄがそれぞれ設けられており、送電ユニット１０を４方向から挿入可能な点にある。すなわち、フレーム３０は、送電ユニット１０の第１の挿入口を構成する第１の開口部３０Ａと、第１の開口部３０Ａの反対側に設けられ、送電ユニット１０の第２の挿入口を構成する第２の開口部３０Ｂと、送電ユニット１０の第３の挿入口を構成する第３の開口部３０Ｃと、第３の開口部３０Ｃの反対側に設けられ、送電ユニット１０の第４の挿入口を構成する第４の開口部３０Ｄとを有している。第１及び第２の開口部３０Ａ，３０Ｂと、第３及び第４の開口部３０Ｃ，３０Ｄは互いに直交関係にあり、よって第１の開口部３０Ａからの第１の挿入方向（Ｙ１方向）及び第２の開口部３０Ｂからの第２の挿入方向（Ｙ２方向）と、第３の開口部３０Ｃからの第３の挿入方向（Ｘ１方向）及び第４の開口部３０Ｄからの第４の挿入方向（Ｘ２方向）は互いに直交している。説明の便宜上、図８には４つの送電ユニット１０を示しているが、フレーム３０内にはいずれか一つの送電ユニット１０だけを収容可能である。

【0061】

４方向からの挿入を実現するため、フレーム３０には４つのロック機構が設けられている。すなわち、フレーム３０は、第１の開口部３０Ａからフレーム３０内に挿入された送電ユニット１０をロックする第１のロック機構３５Ａと、第２の開口部３０Ｂからフレーム３０内に挿入された送電ユニット１０をロックする第２のロック機構３５Ｂと、第３の開口部３０Ｃからフレーム３０内に挿入された送電ユニット１０をロックする第３のロック機構３５Ｃと、第４の開口部３０Ｄからフレーム３０内に挿入された送電ユニット１０をロックする第４のロック機構３５Ｄとを有している。第１〜第４のロック機構３５Ａ〜３５Ｄは、フレーム３０のアッパーフレーム３１の第１〜第４の開口部３０Ａ〜３０Ｄ寄りにそれぞれ設けられている。第１〜第４のロック機構３５Ａ〜３５Ｄはいずれも、アッパーフレーム３１を切り欠いて形成された板バネ部の先端部に爪部が形成されたものであり、爪部が送電ユニット１０側の凸部１３ｄに係合することにより、送電ユニット１０は固定される。

【0062】

本実施形態において、第１〜第４の開口部３０Ａ〜３０Ｄから見た第１〜第４のロック機構３５Ａ〜３５Ｄの形成位置はそれぞれ異なっている。詳細には、第１の開口部３０Ａから第１のロック機構３５Ａの爪部までの第１の距離Ｌ_Ａ、第２の開口部３０Ｂから第２のロック機構３５Ｂの爪部までの第２の距離Ｌ_Ｂ、第３の開口部３０Ｃから第３のロック機構３５Ｃの爪部までの第１の距離Ｌ_Ｃ、第４の開口部３０Ｄから第４のロック機構３５Ｄの爪部までの第２の距離Ｌ_Ｄとするとき、Ｌ_Ａ＞Ｌ_Ｂ＞Ｌ_Ｃ＞Ｌ_Ｄの関係を有している。そのため、各開口部３０Ａから挿入してフレーム３０内に固定された送電ユニット１０の中心位置の受電ユニット２０の中心位置に対するオフセット量も相互に異なるものとなる。これにより、送電コイル１１Ａの受電コイル１１Ｂに対するオフセット量も変化する。

【0063】

図９（ａ）〜（ｄ）は、送電ユニットの挿入方向と送電ユニットと受電ユニットとの重なり度との関係を説明するための平面図である。

【0064】

図９（ａ）に示すように、Ｙ_１方向から第１の開口部３０Ａに送電ユニット１０を挿入してセットする場合、送電ユニット１０の長手方向は受電ユニット２０の長手方向と一致し、送電ユニット１０は第１のロック機構３５Ａによって受電ユニット２０と完全に重なる位置で固定され、送電ユニット１０と受電ユニット２０のコイル軸は一致する（オフセットなし）。そのため、送電コイル１１Ａと受電コイル１１Ｂの磁気結合度は最大となり、受電ユニット２０の出力レベルＰ_１は最大となる。

【0065】

図９（ｂ）に示すように、Ｙ_１方向と逆方向のＹ_２方向から第２の開口部３０Ｂに送電ユニット１０を挿入してセットする場合、送電ユニット１０の長手方向は受電ユニット２０の長手方向と一致しているが、送電ユニット１０は第２のロック機構３５Ｂによって受電ユニット２０と完全に重なる位置よりも少し手前で固定され、送電コイル１１Ａのコイル軸は受電コイル１１Ｂのコイル軸に対してオフセットされる。そのため、送電コイル１１Ａと受電コイル１１Ｂの磁気結合度は図９（ａ）の場合よりも少し小さくなり、受電ユニット２０の出力レベルＰ_２は出力レベルＰ_１よりも小さくなる（Ｐ_２＜Ｐ_１）。

【0066】

図９（ｃ）に示すように、Ｙ_１方向及びＹ_２方向と直交するＸ_１方向から第３の開口部３０Ｃに送電ユニット１０を挿入してセットする場合、送電ユニット１０の長手方向の向きは受電ユニット２０の長手方向と直交しており、送電コイル１１Ａのコイル軸は受電コイル１１Ｂのコイル軸に対してオフセットされ、送電コイル１１Ａと受電コイル１１Ｂとの重なり度は図９（ｂ）の場合よりも小さくなる。そのため、送電コイル１１Ａと受電コイル１１Ｂの磁気結合度もさらに小さくなり、受電ユニット２０の出力レベルＰ_３は出力レベルＰ_２よりも小さくなる（Ｐ_３＜Ｐ_２＜Ｐ_１）。

【0067】

図９（ｄ）に示すように、Ｘ_１方向と逆方向のＸ_２方向から第４の開口部３０Ｄに送電ユニット１０を挿入してセットする場合、送電ユニット１０の長手方向の向きは受電ユニット２０の長手方向と直交しており、送電コイル１１Ａのコイル軸は受電コイル１１Ｂのコイル軸に対してオフセットされ、送電コイル１１Ａと受電コイル１１Ｂとの重なり度は図９（ｃ）の場合よりも小さくなる。そのため、送電コイル１１Ａと受電コイル１１Ｂの磁気結合度もさらに小さくなり、受電ユニット２０の出力レベルＰ_４は出力レベルＰ_３よりもさらに小さくなる（Ｐ_４＜Ｐ_３＜Ｐ_２＜Ｐ_１）。

【0068】

このように、受電ユニット２０の出力レベルは送電ユニット１０をフレーム３０内に挿入する方向によってＰ_１＞Ｐ_２＞Ｐ_３＞Ｐ_４の順で変化するので、送電ユニット１０の設置作業を行っている手元で出力レベルを調整することが可能となる。すなわち、非接触電力伝送装置から遠く離れた位置に設けられた送電ユニット１０に電力を供給する外部電源の出力レベルを調整する必要がなく、出力レベルを調整する際の作業性を向上させることができる。また電源出力の変更のため、防水・防塵構造の高価なリモコンを用意する必要がなく、さらに受電ユニット２０のケース面に出力レベル調整スイッチを設けることなく単純な密閉パッケージを採用することができ、装置の耐久性及び信頼性の向上と低コスト化を図ることができる。

【0069】

図１０（ａ）〜（ｆ）は、本発明の第３の実施の形態による非接触電力伝送装置の構成を示す図であって、特に、（ａ）は送電ユニット１０内の送電コイル１１Ａのレイアウトを示す平面図、（ｂ）は受電ユニット２０内の受電コイル１１Ｂのレイアウトを示す平面図、（ｃ）〜（ｆ）は送電ユニット１０を受電ユニット２０に設置したときの位置関係を示す平面図である。

【0070】

図１０（ａ）及び（ｂ）に示すように、本実施形態による非接触電力伝送装置３の特徴は、送電ユニット１０のケース１３Ａの中心１３_ＯＡからオフセットされた位置に送電コイル１１Ａの中心１１_ＯＡが配置されており、また受電ユニット２０のケース１３Ｂの中心１３_ＯＢからオフセットされた位置に受電コイル１１Ｂの中心１１_ＯＢが配置されている点にある。送電コイル１１Ａ及び受電コイル１１Ｂの縦横方向のオフセット量は同じに設定されている。ただし、送電コイル１１Ａはケース１３Ａの中心１３_ＯＡよりも図中の左方向にオフセットされており、受電コイル１１Ｂはケース１３Ｂの中心１３_ＯＢよりも図中の右方向にオフセットされている。

【0071】

第１及び第２の実施の形態では、送電ユニット１０の挿入方向によって送電ユニット１０の受電ユニット２０に対する固定位置（オフセット量）が変わり、これにより送電コイル１１Ａと受電コイル１１Ｂとの重なり度（対向面積）も変化するが、本実施形態では送電ユニット１０の挿入方向によって送電ユニット１０の受電ユニット２０に対する固定位置（オフセット量）は変化しない。すなわち、送電ユニット１０のケース１３Ａの中心１３_ＯＡは、受電ユニット２０のケース１３Ｂの中心１３_ＯＢと一致するようにセットされ、第１乃至第４のロック機構３５Ａ〜３５Ｄも送電ユニット１０と受電ユニット２０の中心位置どうしが一致するように送電ユニット１０を固定する。

【0072】

図１０（ｃ）に示すように、Ｙ_１方向から第１の開口部３０Ａ内に送電ユニット１０を挿入してセットする場合、送電ユニット１０と受電ユニット２０は完全に重なり合い、両者の中心位置１３_ＯＡ，１３_ＯＢは一致すると共に、送電ユニット１０内の送電コイル１１Ａと受電ユニット２０内の受電コイル１１Ｂも完全に重なり合い、送電コイル１１Ａの受電コイル１１Ｂに対するオフセット量はゼロとなる。そのため、送電コイル１１Ａと受電コイル１１Ｂの磁気結合度は最大となり、受電ユニット２０の出力レベルＰ_１は最大となる。

【0073】

図１０（ｄ）に示すように、Ｙ_１方向と逆方向のＹ_２方向から第２の開口部３０Ｂに送電ユニット１０を挿入してセットする場合、送電ユニット１０と受電ユニット２０は完全に重なり合い、両者の中心位置１３_ＯＡ，１３_ＯＢは一致するが、送電ユニット１０内の送電コイル１１Ａと受電ユニット２０内の受電コイル１１Ｂとの重なり度は小さくなる。そのため、送電コイル１１Ａと受電コイル１１Ｂの磁気結合度も小さくなり、受電ユニット２０の出力レベルＰ_２は出力レベルＰ_１よりも小さくなる（Ｐ_２＜Ｐ_１）。

【0074】

図１０（ｅ）に示すように、Ｙ_１方向及びＹ_２方向と直交するＸ_１方向から第３の開口部３０Ｃに送電ユニット１０を挿入してセットする場合、送電ユニット１０と受電ユニット２０の中心位置１３_ＯＡ，１３_ＯＢは一致するが、送電ユニット１０内の送電コイル１１Ａと受電ユニット２０内の受電コイル１１Ｂとの重なり度（磁気結合度）は図１０（ａ）の場合よりも小さく且つ図１０（ｂ）の場合よりも大きくなる。そのため、受電ユニット２０の出力レベルＰ_３は、Ｐ_１＞Ｐ_３＞Ｐ_２となる。

【0075】

図１０（ｆ）に示すように、Ｘ_１方向と逆方向のＸ_２方向から第４の開口部３０Ｄ内に送電ユニット１０を挿入してセットする場合、送電ユニット１０と受電ユニット２０の中心位置１３_ＯＡ，１３_ＯＢは一致するが、図１０（ｅ）の場合と同様に、送電ユニット１０内の送電コイル１１Ａと受電ユニット２０内の受電コイル１１Ｂとの重なり度（磁気結合度）は図１０（ａ）の場合よりも小さく且つ図１０（ｂ）の場合よりも大きくなる。そのため、受電ユニット２０の出力レベルＰ_４は、Ｐ_１＞Ｐ_４＞Ｐ_２となる。なお本実施形態においてはＰ_４＝Ｐ_３となるが、送電コイル１１Ａ及び受電コイル１１Ｂの縦横方向のオフセット量を変えるか、或いは送電コイル１１Ａの形状を受電コイル１１Ｂの形状と変えることにより、Ｐ_４≠Ｐ_３とすることも可能である。

【0076】

このように、本実施形態による非接触電力伝送装置３は、フレーム３０内に収容された送電ユニット１０の中心位置は、送電ユニット１０をフレーム３０内に挿入する方向によらず受電ユニット２０の中心位置と一致しているが、送電ユニット１０内の送電コイル１１Ａの中心位置及び受電ユニット２０内の受電コイル１１Ｂの中心位置をそれぞれオフセットすることにより、送電コイル１１Ａの挿入方向に合わせて受電ユニット２０の出力レベルを多段に変化させることができる。

【0077】

図１１（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第４の実施の形態による非接触電力伝送装置の構成を示す略平面図である。また、図１２（ａ）及び（ｂ）は、図１１（ａ）のＡ−Ａ線に沿った非接触電力伝送装置の断面図であって、（ａ）は固定状態、（ｂ）は回転可能な状態をそれぞれ示している。

【0078】

図１１及び図１２に示すように、本実施形態による非接触電力伝送装置４は、第３の実施の形態の変形例であって、送電ユニット１０をフレーム３０に装着した状態のまま、受電ユニット２０に対する送電ユニット１０の向きを変えることができる点にある。第２の実施の形態と同様に、送電ユニット１０内の送電コイル１１Ａの中心位置及び受電ユニット２０内の受電コイル１１Ｂの中心位置はそれぞれオフセットされている。

【0079】

図１１（ａ）は、受電ユニット２０に対する送電ユニット１０の傾きが０°（傾き無し）の場合、図１１（ｂ）は４５°の場合、図１１（ｃ）は９０°の場合をそれぞれ示しているが、送電ユニット１０の角度は任意に設定可能である。そして図１１（ａ）のときの送電ユニット１０内の送電コイル１１Ａと受電ユニット２０内の受電コイル１１Ｂの位置関係は図１０（ｃ）のようになる。また図１１（ｃ）のときの送電ユニット１０内の送電コイル１１Ａと受電ユニット２０内の受電コイル１１Ｂの位置関係は図１０（ｅ）のようになる。

【0080】

このような回転機構を実現するため、フレーム３０は上下方向に分割されており、上側フレームは回転可能に構成されている。すなわち図１２（ａ）に示すように、フレーム３０は、回転軸Ｃ_Ｚを中心に回転する上側フレーム４１と、回転軸Ｃ_Ｚを中心に回転しない下側フレーム４２とを有しており、送電ユニット１０は上側フレーム４１に固定されており、受電ユニット２０は下側フレーム４２に固定されている。下側フレーム４２は回転軸Ｃ_Ｚ上に配置された回転シャフト４３の軸受け４４に接続されており、回転シャフト４３の下端は上側フレーム４１に接続されており、回転シャフト４３の上端はハンドル部４５に接続されている。上側フレーム４１は回転シャフト４３と同軸配置されたコイルバネ４６によって下方に付勢されており、図１２（ｂ）に示すようにハンドル部４５を上方に引き上げた状態で回転させることにより、送電ユニット１０を上側フレーム４１と共に回転させることができ、受電ユニット２０に対する送電ユニット１０の向きを変えることができる。

【0081】

以上説明したように、本実施形態による非接触電力伝送装置４は、送電ユニット１０をフレーム３０内にセットした状態のまま、受電ユニット２０に対する向きを変えることができる。したがって、送電ユニット１０の向きを細かく設定することができ、これにより出力レベルを細かく調整することができる。また、送電ユニット１０をフレーム３０に取り付けたり取り外したりしなくても出力レベルを調整できるので、作業性をさらに向上させることができる。

【0082】

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。

【0083】

例えば、上記実施形態においては、受電ユニット２０にフレーム３０を固定し、送電ユニット１０を着脱自在な構成としているが、本発明はこのような構成に限定されず、送電ユニット１０にフレーム３０を固定し、受電ユニット２０を着脱自在な構成としてもよい。さらに、双方向の電力伝送を行う一対の電力伝送ユニットを対象としてもよい。

【0084】

また上記実施形態において、各ロック機構の爪部は、送電ユニット１０側の凸部１３ｄに係合するが、送電ユニット１０側に形成された凹部に係合してもよい。

【0085】

また上記実施形態においてはフレーム３０の平面形状が四角形であるため最大で４方向からの挿入が可能な構成となっているが、例えば六角形であれば最大で６方向からの挿入が可能であり、送電ユニット１０の挿入方向及びその数は特に限定されない。

【0086】

また上記実施形態においては、一対の電力伝送コイル（送電コイル及び受電コイル）を用いた電磁誘導方式による非接触給電を例に挙げたが、本発明はこ電磁誘導方式に限定されるものではなく、一対の電力伝送コイルを用いた磁界共鳴方式や、対向配置される一対の電力伝送電極を用いた電界結合方式を採用するものであってもよい。この場合、一対の電極の一方（第１の結合素子）が送電ユニット１０側に設けられ、他方（第２の結合素子）が受電ユニット２０側に設けられる。

【符号の説明】

【0087】

１〜４ 非接触電力伝送装置
１０ 送電ユニット（電力伝送ユニット）
１１ 電力伝送コイル
１１Ａ 送電コイル
１１Ｂ 受電コイル
１１_ＯＡ 送電コイルの中心
１１_ＯＢ 受電コイルの中心
１２ 回路基板
１２Ａ 送電回路基板
１２Ｂ 受電回路基板
１３ ケース
１３Ａ 送電ユニットのケース
１３Ｂ 送電ユニットのケース
１３_ＯＡ 送電ユニットのケースの中心位置
１３_ＯＢ 受電ユニットのケースの中心位置
１３ａ ケース本体
１３ｂ 蓋
１３ｄ 凸部
１３ｆ_１，１３ｆ_２ 突起
１３ｇ 蓋の端部（ガイドレール）
１３ｓ ストッパー
１４ 支持基板
１５Ａ，１５Ｂ 電源ケーブル
２０ 受電ユニット（電力伝送ユニット）
３０ フレーム
３０Ａ 第１の開口部
３０Ｂ 第２の開口部
３０Ｃ 第３の開口部
３０Ｄ 第４の開口部
３０ｅ_Ａ フレームの端面
３０ｅ_Ｂ フレームの端面
３０ｇ ガイド溝
３１ アッパーフレーム
３２，３３ サイドフレーム
３２ｆ，３３ｆ フランジ部
３４ ボトムフレーム
３５Ａ 第１のロック機構
３５Ｂ 第２のロック機構
３５Ｃ 第３のロック機構
３５Ｄ 第４のロック機構
３６Ａ，３６Ｂ 板バネ部
３７Ａ，３７Ｂ 爪部
３８Ａ，３８Ｂ 突起部
４１ 上側フレーム
４２ 下側フレーム
４３ 回転シャフト
４４ 軸受け
４５ ハンドル部
４６ コイルバネ
Ｃ_Ａ，Ｃ_Ｂ コイル軸
Ｃ_Ｚ 回転軸

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】