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(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】P2024131364
(43)【公開日】2024-09-30
(54)【発明の名称】コイルユニット
(51)【国際特許分類】
H01F 38/14 20060101AFI20240920BHJP
H02J 50/12 20160101ALI20240920BHJP
【ＦＩ】
H01F38/14
H02J50/12
【審査請求】有
【請求項の数】4
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023041580
(22)【出願日】2023-03-16
(71)【出願人】
【識別番号】000005326
【氏名又は名称】本田技研工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100165179
【弁理士】
【氏名又は名称】田▲崎▼ 聡
(74)【代理人】
【識別番号】100126664
【弁理士】
【氏名又は名称】鈴木 慎吾
(74)【代理人】
【識別番号】100154852
【弁理士】
【氏名又は名称】酒井 太一
(74)【代理人】
【識別番号】100194087
【弁理士】
【氏名又は名称】渡辺 伸一
(72)【発明者】
【氏名】勝谷 仁
(57)【要約】
【課題】非接触電力伝送での出力密度の増大及び不要放射の低減によって、結合係数を向上させることができるコイルユニットを提供する。
【解決手段】コイルユニットは、車両に搭載される受電装置４の受電部１５と、制御装置１７とを備える。受電部１５は、直列に接続される二次側コイル及び二次側キャパシタを備える。二次側コイルは送電装置２から非接触で伝送される交流電力を受け取る。二次側コイルは、送電装置２の一次側コイルから非接触で伝送される交流電力を受け取る際に、一次側コイルに対して逆相の通電電流を生じさせる。二次側キャパシタの容量は、二次側コイル及び二次側キャパシタに応じた２つの共振点のうち高周波側の共振点ＲＰＨに応じて設定される。
【選択図】図１
【解決手段】コイルユニットは、車両に搭載される受電装置４の受電部１５と、制御装置１７とを備える。受電部１５は、直列に接続される二次側コイル及び二次側キャパシタを備える。二次側コイルは送電装置２から非接触で伝送される交流電力を受け取る。二次側コイルは、送電装置２の一次側コイルから非接触で伝送される交流電力を受け取る際に、一次側コイルに対して逆相の通電電流を生じさせる。二次側キャパシタの容量は、二次側コイル及び二次側キャパシタに応じた２つの共振点のうち高周波側の共振点ＲＰＨに応じて設定される。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
送電装置の送電側コイルから非接触で伝送される交流電力を受け取る際に、前記送電側コイルに対して逆相の通電電流を生じさせるコイルを備える
コイルユニット。
コイルユニット。
【請求項2】
所定の同一方向から見る状態にて、前記コイルの巻き方向は、前記送電側コイルの巻き方向に対して逆方向に設定される
請求項１に記載のコイルユニット。
請求項１に記載のコイルユニット。
【請求項3】
前記コイルに直列に接続される共振用のキャパシタを備え、
前記キャパシタの容量は、前記コイル及び前記キャパシタに応じた２つの共振点のうち高周波側の共振点に応じて設定される
請求項１又は請求項２に記載のコイルユニット。
前記キャパシタの容量は、前記コイル及び前記キャパシタに応じた２つの共振点のうち高周波側の共振点に応じて設定される
請求項１又は請求項２に記載のコイルユニット。
【請求項4】
前記高周波側の共振点に対応する周波数を、前記送電装置による電力伝送の要求周波数に設定する制御装置を備える
請求項３に記載のコイルユニット。
請求項３に記載のコイルユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、コイルユニットに関する。
【背景技術】
【0002】
近年、より多くの人々が手ごろで信頼でき、持続可能かつ先進的なエネルギーへのアクセスを確保できるようにするため、エネルギーの効率化に貢献する二次電池を搭載する車両での充給電に関する研究開発が行われている。
従来、非接触での電力伝送により車両の外部から車両に電力を供給する非接触電力伝送システムでは、車両の外部の送電側コイルと車両の受電側コイルとに対して漏洩磁束（つまり、送電側コイル及び受電側コイルと鎖交する主磁束以外の磁束）を低減する構成が知られている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。
従来、非接触での電力伝送により車両の外部から車両に電力を供給する非接触電力伝送システムでは、車両の外部の送電側コイルと車両の受電側コイルとに対して漏洩磁束（つまり、送電側コイル及び受電側コイルと鎖交する主磁束以外の磁束）を低減する構成が知られている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０１１－２３４４９６号公報
【特許文献2】特開２０１４－１９３０１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ところで、二次電池を搭載する車両での充給電に関する技術においては、充給電の出力及び効率を向上させることが望まれている。例えば、上記従来技術の非接触電力伝送システムでは、地上高を低くする等の車両形状の変更を必要とすること無しに、出力密度を増大させるとともに不要放射の発生を抑制することによって、結合係数を向上させることが望まれている。
【0005】
本発明は、非接触電力伝送での出力密度の増大及び不要放射の低減によって、結合係数を向上させることができるコイルユニットを提供することを目的とする。そして、延いてはエネルギーの効率化に寄与するものである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記課題を解決して係る目的を達成するために、本発明は以下の態様を採用した。
（１）：本発明の一態様に係るコイルユニット（例えば、実施形態でのコイルユニット１０）は、送電装置（例えば、実施形態での送電装置２）の送電側コイル（例えば、実施形態での一次側コイル８ａ）から非接触で伝送される交流電力を受け取る際に、前記送電側コイルに対して逆相の通電電流を生じさせるコイル（例えば、実施形態での二次側コイル１５ａ）を備える。
（１）：本発明の一態様に係るコイルユニット（例えば、実施形態でのコイルユニット１０）は、送電装置（例えば、実施形態での送電装置２）の送電側コイル（例えば、実施形態での一次側コイル８ａ）から非接触で伝送される交流電力を受け取る際に、前記送電側コイルに対して逆相の通電電流を生じさせるコイル（例えば、実施形態での二次側コイル１５ａ）を備える。
【0007】
（２）：上記（１）に記載のコイルユニットでは、所定の同一方向から見る状態にて、前記コイルの巻き方向は、前記送電側コイルの巻き方向に対して逆方向に設定されてもよい。
【0008】
（３）：上記（１）又は（２）に記載のコイルユニットは、前記コイルに直列に接続される共振用のキャパシタ（例えば、実施形態での二次側キャパシタ１５ｃ）を備え、前記キャパシタの容量は、前記コイル及び前記キャパシタに応じた２つの共振点のうち高周波側の共振点（例えば、実施形態での共振点ＲＰＨ）に応じて設定されてもよい。
【0009】
（４）：上記（３）に記載のコイルユニットは、前記高周波側の共振点に対応する周波数を、前記送電装置による電力伝送の要求周波数に設定する制御装置（例えば、実施形態での制御装置１７）を備えてもよい。
【発明の効果】
【0010】
上記（１）によれば、送電側コイルに対して逆相の通電電流を生じさせるコイルを備えることによって、磁界結合と電界結合による位相をずらし、磁界結合係数と電界結合係数の打ち消し合いを抑制することができる。電界結合による結合係数の低減を抑制することによって、出力密度を向上させることができる。
例えば送電側コイルに対して同相の通電電流を生じさせるコイルを備える場合に比べて、送電側コイルとコイルとの間のギャップの増大に伴う結合係数の低下を抑制することができ、結合係数を向上させることができる。さらに、送電側コイル及びコイルの周辺の磁束密度が不要な放射によって増大することを抑制することができる。
例えば送電側コイルに対して同相の通電電流を生じさせるコイルを備える場合に比べて、送電側コイルとコイルとの間のギャップの増大に伴う結合係数の低下を抑制することができ、結合係数を向上させることができる。さらに、送電側コイル及びコイルの周辺の磁束密度が不要な放射によって増大することを抑制することができる。
【0011】
上記（２）の場合、送電側コイルに対して逆相の通電電流を生じさせるコイルを容易に設けることができる。
【0012】
上記（３）の場合、例えばキャパシタの容量が反共振点に応じて設定される場合に比べて、主磁束を阻害するような漏洩磁束の発生を抑制し、コイルへ伝達される磁束の減少を抑制することができる。漏洩磁束による結合係数の低下を抑制することによって、出力密度を向上させることができる。
【0013】
上記（４）の場合、非接触電力伝送での出力密度の増大及び不要放射の低減によって、結合係数を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1】本発明の実施形態のコイルユニットを備える非接触電力伝送システムの構成を示す図。
【図2】本発明の実施形態での非接触電力伝送システムの送電部及び受電部の構成を示す図。
【図3】本発明の実施形態での送電装置の一次側コイルと受電装置の二次側コイルとを示す斜視図。
【図4】本発明の実施形態のコイルユニットでのインピーダンスと周波数との対応関係の例を示すグラフ図。
【図5】本発明の実施形態のコイルユニットでのインピーダンス及び位相と周波数との対応関係の実測例を示すグラフ図。
【図6】本発明の実施形態のコイルユニット及び第１比較例の各々での磁束密度分布の例を示す図。
【図7】本発明の実施形態のコイルユニット及び第２比較例の各々での結合係数ｋと、一次側コイルと二次側コイルとの間のギャップとの対応関係の例を示すグラフ図。
【図8】本発明の実施形態のコイルユニット及び第２比較例の各々での磁束密度分布の例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【0015】
以下、本発明の実施形態に係るコイルユニットについて、添付図面を参照しながら説明する。
図１は、実施形態のコイルユニット１０を備える非接触電力伝送システム１の構成を示す図である。図２は、実施形態での非接触電力伝送システム１の送電部８及び受電部１５の構成を示す図である。
実施形態のコイルユニット１０は、例えば、非接触での電力伝送により車両等の移動体の外部から移動体に電力を供給する非接触電力伝送システム１の一部を構成する。実施形態のコイルユニット１０は、例えば、車両等の移動体に搭載されている。車両は、例えば、電気自動車、ハイブリッド車両及び燃料電池車両等の電動車両である。
図１は、実施形態のコイルユニット１０を備える非接触電力伝送システム１の構成を示す図である。図２は、実施形態での非接触電力伝送システム１の送電部８及び受電部１５の構成を示す図である。
実施形態のコイルユニット１０は、例えば、非接触での電力伝送により車両等の移動体の外部から移動体に電力を供給する非接触電力伝送システム１の一部を構成する。実施形態のコイルユニット１０は、例えば、車両等の移動体に搭載されている。車両は、例えば、電気自動車、ハイブリッド車両及び燃料電池車両等の電動車両である。
【0016】
（非接触電力伝送システム）
図１に示すように、実施形態の非接触電力伝送システム１は、例えば、車両の走行路等に設置される送電装置２と、車両に搭載される駆動制御装置３及び受電装置４とを備える。
図１に示すように、実施形態の非接触電力伝送システム１は、例えば、車両の走行路等に設置される送電装置２と、車両に搭載される駆動制御装置３及び受電装置４とを備える。
【0017】
送電装置２は、例えば、電源部６と、送電電力変換部７と、送電部８とを備える。なお、送電装置２は、例えば、車両の走行路での所定の電力伝送区間に複数の少なくとも送電部８を備えてもよい。
電源部６は、例えば、商用電源等の交流電源と、交流電力を直流電力に変換するＡＣ－ＤＣコンバータと、電力平滑用のキャパシタとを備える。電源部６は、交流電源から供給される交流電力をＡＣ－ＤＣコンバータによって直流電力に変換する。
電源部６は、例えば、商用電源等の交流電源と、交流電力を直流電力に変換するＡＣ－ＤＣコンバータと、電力平滑用のキャパシタとを備える。電源部６は、交流電源から供給される交流電力をＡＣ－ＤＣコンバータによって直流電力に変換する。
【0018】
送電電力変換部７は、例えば、直流電力を交流電力に変換するインバータを備える。送電電力変換部７のインバータは、例えば２相でブリッジ接続される複数のスイッチング素子及び整流素子によって形成されるブリッジ回路と、電圧平滑用のキャパシタとを備える。各スイッチング素子は、例えば、ＳｉＣ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｃａｒｂｉｄｅ）のＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉ－ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等のトランジスタである。複数のスイッチング素子は、各相で対を成すハイサイドアーム及びローサイドアームのトランジスタである。整流素子は、例えば、各トランジスタに並列に接続される還流ダイオードである。電圧平滑用のキャパシタは、ブリッジ回路に並列に接続される。
【0019】
送電部８は、例えば、磁界共鳴又は電磁誘導等の磁界結合により、高周波の磁界の変化によって電力を送る。図２に示すように、送電部８は、例えば、直列に接続される一次側コイル８ａ、一次側抵抗８ｂ及び一次側キャパシタ８ｃによって形成される共振回路を備える。送電部８は、例えば、共振回路に流れる電流Ｉｔを検出する電流センサ等のセンサを備える。
【0020】
例えば、送電装置２は、予め設定される駆動周波数又は受電装置４から受け取る希望周波数の情報に応じて、送電電力変換部７の各スイッチング素子のオン（導通）及びオフ（遮断）のスイッチングを制御することによって、車両の受電装置４への電力伝送を行う。
【0021】
図１に示すように、車両の駆動制御装置３は、例えば、蓄電装置１１と、蓄電電圧変換部１２と、電力変換部１３と、回転電機１４とを備える。車両の受電装置４は、例えば、受電部１５と、受電電力変換部１６とを備える。駆動制御装置３及び受電装置４は、例えば、共通の制御装置１７を備える。
なお、例えば蓄電装置１１を動力源として駆動する電気自動車等の場合、駆動制御装置３は蓄電電圧変換部１２を備えていなくてもよい。例えば蓄電装置１１及び内燃機関を動力源として駆動するハイブリッド車両等の場合、駆動制御装置３は蓄電電圧変換部１２を備えていてもよい。
なお、例えば蓄電装置１１を動力源として駆動する電気自動車等の場合、駆動制御装置３は蓄電電圧変換部１２を備えていなくてもよい。例えば蓄電装置１１及び内燃機関を動力源として駆動するハイブリッド車両等の場合、駆動制御装置３は蓄電電圧変換部１２を備えていてもよい。
【0022】
蓄電装置１１は、蓄電電圧変換部１２に接続される。蓄電装置１１は、車両の外部の送電装置２から非接触で伝送される電力によって充電される。蓄電装置１１は、蓄電電圧変換部１２及び電力変換部１３を介して回転電機１４との間で電力を授受する。
蓄電装置１１は、例えば、リチウムイオンバッテリ等のバッテリと、バッテリの電流を検出する電流センサ及びバッテリの電圧を検出する電圧センサとを備える。
なお、例えば電気自動車等において蓄電電圧変換部１２を備えていない場合、蓄電装置１１は、後述する電力変換部１３及び受電電力変換部１６に接続される。
蓄電装置１１は、例えば、リチウムイオンバッテリ等のバッテリと、バッテリの電流を検出する電流センサ及びバッテリの電圧を検出する電圧センサとを備える。
なお、例えば電気自動車等において蓄電電圧変換部１２を備えていない場合、蓄電装置１１は、後述する電力変換部１３及び受電電力変換部１６に接続される。
【0023】
蓄電電圧変換部１２は、電力変換部１３及び受電電力変換部１６に接続される。蓄電電圧変換部１２は、例えば、昇圧及び降圧の双方向の電圧変換を行う電圧制御器を備える。電圧制御器は、双方向の電圧変換によって蓄電装置１１の充電及び放電時に入力電力及び出力電力を変換する。蓄電電圧変換部１２の電圧制御器は、例えば、１対の第１リアクトルと、第１素子モジュールと、電圧平滑用のキャパシタとを備える。
【0024】
１対の第１リアクトルは、相互に逆極性に磁気結合されることによって複合型リアクトルを形成する。１対の第１リアクトルは、第１素子モジュールの各相のハイサイドアームとローサイドアームとの接続点に接続される。
第１素子モジュールは、例えば２相でブリッジ接続される複数のスイッチング素子及び整流素子によって形成される第１ブリッジ回路を備える。各スイッチング素子は、例えば、ＳｉＣのＭＯＳＦＥＴ等のトランジスタである。複数のスイッチング素子は、各相で対を成すハイサイドアーム及びローサイドアームのトランジスタである。整流素子は、例えば、各トランジスタに並列に接続される還流ダイオードである。電圧平滑用のキャパシタは、蓄電装置１１に並列に接続される。
蓄電電圧変換部１２は、直列に接続される抵抗及びトランジスタを備える。抵抗及びトランジスタは、第１ブリッジ回路に並列に接続される。
第１素子モジュールは、例えば２相でブリッジ接続される複数のスイッチング素子及び整流素子によって形成される第１ブリッジ回路を備える。各スイッチング素子は、例えば、ＳｉＣのＭＯＳＦＥＴ等のトランジスタである。複数のスイッチング素子は、各相で対を成すハイサイドアーム及びローサイドアームのトランジスタである。整流素子は、例えば、各トランジスタに並列に接続される還流ダイオードである。電圧平滑用のキャパシタは、蓄電装置１１に並列に接続される。
蓄電電圧変換部１２は、直列に接続される抵抗及びトランジスタを備える。抵抗及びトランジスタは、第１ブリッジ回路に並列に接続される。
【0025】
電圧制御器の１対の第１リアクトル及び第１素子モジュールは、いわゆる２相のインターリーブによって電圧変換を行う。２相のインターリーブでは、１対の第１リアクトルに接続される２相のトランジスタのうちで第１の相のトランジスタのスイッチング制御の１周期と、第２の相のトランジスタのスイッチング制御の１周期とは、相互に半周期だけずらされる。
【0026】
電力変換部１３は、回転電機１４に接続される。電力変換部１３は、例えば、直流電力と交流電力との変換を行う電力変換器を備える。電力変換器は、例えば、第２素子モジュールと、電圧平滑用のキャパシタとを備える。
第２素子モジュールは、例えば、３相でブリッジ接続される複数のスイッチング素子及び整流素子によって形成される第２ブリッジ回路を備える。各スイッチング素子は、例えば、ＳｉＣのＭＯＳＦＥＴ等のトランジスタである。複数のスイッチング素子は、各相で対を成すハイサイドアーム及びローサイドアームのトランジスタである。整流素子は、例えば、各トランジスタに並列に接続される還流ダイオードである。電圧平滑用のキャパシタは、第２ブリッジ回路に並列に接続される。
第２素子モジュールは、例えば、３相でブリッジ接続される複数のスイッチング素子及び整流素子によって形成される第２ブリッジ回路を備える。各スイッチング素子は、例えば、ＳｉＣのＭＯＳＦＥＴ等のトランジスタである。複数のスイッチング素子は、各相で対を成すハイサイドアーム及びローサイドアームのトランジスタである。整流素子は、例えば、各トランジスタに並列に接続される還流ダイオードである。電圧平滑用のキャパシタは、第２ブリッジ回路に並列に接続される。
【0027】
第２素子モジュールは、電力の授受によって回転電機１４の動作を制御する。第２素子モジュールは、例えば回転電機１４の力行時には、正極及び負極の直流端子から入力される直流電力を３相交流電力に変換して、３相交流電力を３相の交流端子から回転電機１４に供給する。第２素子モジュールは、回転電機１４の３相のステータ巻線への通電を順次転流させることによって回転駆動力を発生させる。
第２素子モジュールは、例えば回転電機１４の回生時には、回転電機１４の回転に同期がとられた各相のスイッチング素子のオン（導通）及びオフ（遮断）の駆動によって、３相のステータ巻線から入力される３相交流電力を直流電力に変換する。第２素子モジュールは、３相交流電力から変換された直流電力を、蓄電電圧変換部１２を介して蓄電装置１１に供給することが可能である。
第２素子モジュールは、例えば回転電機１４の回生時には、回転電機１４の回転に同期がとられた各相のスイッチング素子のオン（導通）及びオフ（遮断）の駆動によって、３相のステータ巻線から入力される３相交流電力を直流電力に変換する。第２素子モジュールは、３相交流電力から変換された直流電力を、蓄電電圧変換部１２を介して蓄電装置１１に供給することが可能である。
【0028】
回転電機１４は、例えば、車両の走行駆動用に設けられる３相交流のブラシレスＤＣモータである。回転電機１４は、界磁用の永久磁石を有する回転子と、回転子を回転させる回転磁界を発生させる３相のステータ巻線を有する固定子とを備える。３相のステータ巻線は、電力変換部１３の３相の交流端子に接続される。
回転電機１４は、電力変換部１３から供給される電力により力行動作することによって回転駆動力を発生させる。回転電機１４は、例えば、車両の車輪に連結可能である場合、電力変換部１３から供給される電力により力行動作することによって走行駆動力を発生させる。回転電機１４は、車両の車輪側から入力される回転動力により回生動作することによって発電電力を発生させてもよい。回転電機１４は、車両の内燃機関に連結可能である場合、内燃機関の動力によって発電してもよい。
回転電機１４は、電力変換部１３から供給される電力により力行動作することによって回転駆動力を発生させる。回転電機１４は、例えば、車両の車輪に連結可能である場合、電力変換部１３から供給される電力により力行動作することによって走行駆動力を発生させる。回転電機１４は、車両の車輪側から入力される回転動力により回生動作することによって発電電力を発生させてもよい。回転電機１４は、車両の内燃機関に連結可能である場合、内燃機関の動力によって発電してもよい。
【0029】
受電部１５は、受電電力変換部１６に接続される。受電部１５は、例えば、磁界共鳴又は電磁誘導などの磁界結合により、送電部８から伝えられる高周波の磁界の変化によって電力を受け取る。図２に示すように、受電部１５は、例えば、直列に接続される二次側コイル１５ａ、二次側抵抗１５ｂ及び二次側キャパシタ１５ｃによって形成される共振回路を備える。受電部１５は、例えば、共振回路に流れる電流Ｉｒを検出する電流センサ等のセンサを備える。
【0030】
図１に示す受電電力変換部１６は、電力変換部１３に接続される。受電電力変換部１６は、交流電力を直流電力に変換する、いわゆるフルブリッジレス型（又はブリッジレス及びトーテムポール型）の力率改善（ＰＦＣ：Ｐｏｗｅｒ Ｆａｃｔｏｒ Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ）回路を備える。いわゆるブリッジレスＰＦＣは、ブリッジ接続される複数のダイオードによるブリッジ整流器を備えていないＰＦＣであって、いわゆるトーテムポールＰＦＣは、同方向に直列に接続（トーテムポール接続）される同一導電型の一対のスイッチング素子を備えるＰＦＣである。
【0031】
受電電力変換部１６は、例えば、２相でブリッジ接続される複数のスイッチング素子及び整流素子によって形成される第３ブリッジ回路と、電圧平滑用のキャパシタとを備える。各スイッチング素子は、例えば、ＳｉＣのＭＯＳＦＥＴ等のトランジスタである。複数のスイッチング素子は、各相で対を成すハイサイドアーム及びローサイドアームのトランジスタである。整流素子は、例えば、各トランジスタに並列に接続される還流ダイオードである。電圧平滑用のキャパシタは、第３ブリッジ回路に並列に接続される。
【0032】
例えば、受電部１５及び受電電力変換部１６を備える受電装置４は、送電装置２による電力伝送の周波数の情報に応じて、受電電力変換部１６の各スイッチング素子のオン（導通）及びオフ（遮断）のスイッチングを制御することによって、送電装置２から伝送される電力を受け取る。
【0033】
制御装置１７は、例えば、車両の駆動制御装置３及び受電装置４を統合的に制御する。制御装置１７は、例えばＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）などのプロセッサによって所定のプログラムが実行されることにより機能するソフトウェア機能部である。ソフトウェア機能部は、ＣＰＵなどのプロセッサ、プログラムを格納するＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、データを一時的に記憶するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）及びタイマーなどの電子回路を備えるＥＣＵである。なお、制御装置１７の少なくとも一部は、ＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）などの集積回路であってもよい。
【0034】
制御装置１７は、例えば、各スイッチング素子をオン（導通）及びオフ（遮断）に駆動するタイミングを示す制御信号を生成するとともに、制御信号に基づいて各スイッチング素子を実際にオン及びオフに駆動するためのゲート信号を生成する。
例えば、制御装置１７は、受電装置４の各スイッチング素子のスイッチングを制御することによって、送電装置２から受け取る交流電力を直流電力に整流しつつ、入力電圧及び入力電流の力率改善を行う。
例えば、制御装置１７は、受電装置４の各スイッチング素子のスイッチングを制御することによって、送電装置２から受け取る交流電力を直流電力に整流しつつ、入力電圧及び入力電流の力率改善を行う。
【0035】
例えば、制御装置１７は、受電装置４の複数のスイッチング素子を同期的にオン及びオフに駆動する同期整流動作と、二次側コイル１５ａを短絡する短絡動作とによって、目標出力に応じた出力を制御する。
例えば、制御装置１７は、送電装置２から送られる電力によって受電部１５に発生する電流、つまり二次側コイル１５ａに流れる電流Ｉｒの大きさ及び位相に応じて同期整流動作を制御する。制御装置１７は、受電電力変換部１６の複数のスイッチング素子を、いわゆるゼロ電圧スイッチング（ＺＶＳ：Ｚｅｒｏ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）のソフトスイッチングで制御する。ゼロ電圧スイッチング（ＺＶＳ）では、各スイッチング素子は、各相のデッドタイム期間のオフ状態での出力容量（寄生容量）の放電によって両端電圧がゼロにされてからターンオン（オフ状態からオン状態への切り換え）が実行される。
例えば、制御装置１７は、受電電力変換部１６の各相のハイサイドアームでゼロ電圧スイッチング（ＺＶＳ）の同期整流動作を継続させつつ、各相のローサイドアームのみオンにすることで短絡動作を制御する。
例えば、制御装置１７は、送電装置２から送られる電力によって受電部１５に発生する電流、つまり二次側コイル１５ａに流れる電流Ｉｒの大きさ及び位相に応じて同期整流動作を制御する。制御装置１７は、受電電力変換部１６の複数のスイッチング素子を、いわゆるゼロ電圧スイッチング（ＺＶＳ：Ｚｅｒｏ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）のソフトスイッチングで制御する。ゼロ電圧スイッチング（ＺＶＳ）では、各スイッチング素子は、各相のデッドタイム期間のオフ状態での出力容量（寄生容量）の放電によって両端電圧がゼロにされてからターンオン（オフ状態からオン状態への切り換え）が実行される。
例えば、制御装置１７は、受電電力変換部１６の各相のハイサイドアームでゼロ電圧スイッチング（ＺＶＳ）の同期整流動作を継続させつつ、各相のローサイドアームのみオンにすることで短絡動作を制御する。
【0036】
例えば、制御装置１７は、送電装置２による電力伝送に要求する周波数（要求周波数）を、一次側コイル８ａと二次側コイル１５ａとの間の距離に関連する車両の最低地上高及び車両での受電装置４の搭載レイアウト、送電装置２と受電装置４との間の電力伝送の状態、電力伝送の所望の効率及び出力（電力）等に基づいて設定する。
制御装置１７は、送電装置２と車両との間の適宜の通信によって、要求周波数を送電装置２に送信する。送電装置２と車両との間の通信は、例えば、送電装置２及び受電装置４の各コイル８ａ，１５ａ間での誘起電圧による通信又は送電装置２及び車両の各々に追加的に設けられる通信装置による無線通信等である。
制御装置１７は、送電装置２と車両との間の適宜の通信によって、要求周波数を送電装置２に送信する。送電装置２と車両との間の通信は、例えば、送電装置２及び受電装置４の各コイル８ａ，１５ａ間での誘起電圧による通信又は送電装置２及び車両の各々に追加的に設けられる通信装置による無線通信等である。
【0037】
実施形態のコイルユニット１０は、例えば、車両に搭載される受電装置４の受電部１５と、制御装置１７とを備える。
図３は、実施形態での送電装置２の一次側コイル８ａと受電装置４の二次側コイル１５ａとを示す斜視図である。
図３に示すように、所定の同一方向Ｆから見る状態にて、受電装置４の二次側コイル１５ａの巻き方向は、送電装置２の一次側コイル８ａの巻き方向に対して逆方向に設定される。所定の同一方向Ｆは、例えば、一次側コイル８ａ及び二次側コイル１５ａの対向する方向等である。つまり、送電装置２の一次側コイル８ａと受電装置４の二次側コイル１５ａとは、電力伝送時に互いに逆相の通電電流を生じさせるように設けられる。
図３は、実施形態での送電装置２の一次側コイル８ａと受電装置４の二次側コイル１５ａとを示す斜視図である。
図３に示すように、所定の同一方向Ｆから見る状態にて、受電装置４の二次側コイル１５ａの巻き方向は、送電装置２の一次側コイル８ａの巻き方向に対して逆方向に設定される。所定の同一方向Ｆは、例えば、一次側コイル８ａ及び二次側コイル１５ａの対向する方向等である。つまり、送電装置２の一次側コイル８ａと受電装置４の二次側コイル１５ａとは、電力伝送時に互いに逆相の通電電流を生じさせるように設けられる。
【0038】
図４は、実施形態のコイルユニット１０でのインピーダンスＺと周波数との対応関係の例を示すグラフ図である。図４に示す実線は電力伝送の効率が最大となる最適負荷抵抗を有する場合であり、破線は負荷抵抗が無い場合である。
図４に示すように、実施形態のコイルユニット１０でのインピーダンスＺの周波数特性は、受電装置４の直列に接続される二次側コイル１５ａ、二次側抵抗１５ｂ及び二次側キャパシタ１５ｃによって形成される共振回路に応じた２つの共振点を有する。低周波側でインピーダンスＺが極小となる共振点ＲＰＬは同相の共振モードを示し、高周波側でインピーダンスＺが極小となる共振点ＲＰＨは逆相の共振モードを示す。２つの共振点ＲＰＬ，ＲＰＨの間でインピーダンスＺが極大となる反共振点ＡＲＰは同相の共振モードと逆相の共振モードとの切り換わりを示す。
図４に示すように、実施形態のコイルユニット１０でのインピーダンスＺの周波数特性は、受電装置４の直列に接続される二次側コイル１５ａ、二次側抵抗１５ｂ及び二次側キャパシタ１５ｃによって形成される共振回路に応じた２つの共振点を有する。低周波側でインピーダンスＺが極小となる共振点ＲＰＬは同相の共振モードを示し、高周波側でインピーダンスＺが極小となる共振点ＲＰＨは逆相の共振モードを示す。２つの共振点ＲＰＬ，ＲＰＨの間でインピーダンスＺが極大となる反共振点ＡＲＰは同相の共振モードと逆相の共振モードとの切り換わりを示す。
【0039】
コイルユニット１０での二次側キャパシタ１５ｃの容量は、例えば、所定の常温状態で高周波側の共振点ＲＰＨに対応する周波数（高周波モードの周波数）ｆｈｉが、送電装置２の要求周波数となるように設定される。
例えば、下記数式（１）に示すように、高周波モードの周波数ｆｈｉと、一次側コイル８ａ及び二次側コイル１５ａの各々の固有周波数ｆ０とは、一次側コイル８ａと二次側コイル１５ａとの結合係数ｋによって記述される。なお、固有周波数ｆ０は、例えば、８５ｋＨ等の所定周波数に設定される。
例えば、下記数式（１）に示すように、高周波モードの周波数ｆｈｉと、一次側コイル８ａ及び二次側コイル１５ａの各々の固有周波数ｆ０とは、一次側コイル８ａと二次側コイル１５ａとの結合係数ｋによって記述される。なお、固有周波数ｆ０は、例えば、８５ｋＨ等の所定周波数に設定される。
【0040】
【数1】
【0041】
上記数式（１）に基づき、共振点を高周波モードの周波数ｆｈｉに合わせるために、一次側キャパシタ８ｃの容量Ｃ１及び二次側キャパシタ１５ｃの容量Ｃ２は、下記数式（２）に示すように設定される。下記数式（２）において、各容量Ｃ１，Ｃ２は、高周波モードの周波数ｆｈｉと、一次側コイル８ａの自己インダクタンスＬ１と、二次側コイル１５ａの自己インダクタンスＬ２と、一次側コイル８ａと二次側コイル１５ａとの結合係数ｋとによって記述される。
制御装置１７は、インピーダンスＺの周波数特性での２つの共振点ＲＰＬ，ＲＰＨのうち高周波側の共振点ＲＰＨに対応する周波数ｆｈｉを、送電装置２による電力伝送に対する要求周波数に設定する。
制御装置１７は、インピーダンスＺの周波数特性での２つの共振点ＲＰＬ，ＲＰＨのうち高周波側の共振点ＲＰＨに対応する周波数ｆｈｉを、送電装置２による電力伝送に対する要求周波数に設定する。
【0042】
【数2】
【0043】
図５は、実施形態のコイルユニット１０でのインピーダンス及び位相と周波数との対応関係の実測例を示すグラフ図である。図５に示すインピーダンス及び位相は、例えば、所定抵抗値（例えば、１Ω等）のシャント抵抗にて、受電部１５の共振回路に流れる電流Ｉｒを計測することによって得られる。
図５に示すように、高周波モードの周波数ｆｈｉで位相差がゼロ及びインピーダンスが極小になること、つまり共振点となることが認められる。
図５に示すように、高周波モードの周波数ｆｈｉで位相差がゼロ及びインピーダンスが極小になること、つまり共振点となることが認められる。
【0044】
図６は、実施形態のコイルユニット１０及び第１比較例の各々での磁束密度分布（一次側コイル８ａ及び二次側コイル１５ａの対向方向に平行な断面での磁束密度分布）の例を示す図である。実施形態のコイルユニット１０では、二次側キャパシタ１５ｃの容量は高周波側の共振点ＲＰＨに対応する容量Ｃ２に設定される。第１比較例では、二次側キャパシタ１５ｃの容量は反共振点ＡＲＰに対応する容量に設定される。
図６に示すように、例えば一次側コイル８ａの近傍領域Ａ等において、第１比較例では、主磁束を打ち消すような漏洩磁束が生じることによって、二次側コイル１５ａへ伝達される磁束が減少することが認められる。これに対して実施形態では、主磁束を阻害するような漏洩磁束の発生が抑制されることによって、二次側コイル１５ａへ伝達される磁束の減少が抑制されることが認められる。
図６に示すように、例えば一次側コイル８ａの近傍領域Ａ等において、第１比較例では、主磁束を打ち消すような漏洩磁束が生じることによって、二次側コイル１５ａへ伝達される磁束が減少することが認められる。これに対して実施形態では、主磁束を阻害するような漏洩磁束の発生が抑制されることによって、二次側コイル１５ａへ伝達される磁束の減少が抑制されることが認められる。
【0045】
図７は、実施形態のコイルユニット１０及び第２比較例の各々での結合係数ｋと、一次側コイル８ａと二次側コイル１５ａとの間のギャップとの対応関係の例を示すグラフ図である。図８は、実施形態のコイルユニット１０及び第２比較例の各々での磁束密度分布（一次側コイル８ａ及び二次側コイル１５ａの対向方向に平行な断面での磁束密度分布）の例を示す図である。
実施形態のコイルユニット１０では、送電装置２の一次側コイル８ａと受電装置４の二次側コイル１５ａとは、電力伝送時に互いに逆相の通電電流を生じさせるように、いわゆる差動型に設けられる。第２変形例では、送電装置２の一次側コイル８ａと受電装置４の二次側コイル１５ａとは、電力伝送時に互いに同相の通電電流を生じさせるように、いわゆる和動型に設けられる。第２変形例では、対向方向等の所定の同一方向から見る状態にて、受電装置４の二次側コイル１５ａの巻き方向は、送電装置２の一次側コイル８ａの巻き方向に対して同方向に設定される。
実施形態のコイルユニット１０では、送電装置２の一次側コイル８ａと受電装置４の二次側コイル１５ａとは、電力伝送時に互いに逆相の通電電流を生じさせるように、いわゆる差動型に設けられる。第２変形例では、送電装置２の一次側コイル８ａと受電装置４の二次側コイル１５ａとは、電力伝送時に互いに同相の通電電流を生じさせるように、いわゆる和動型に設けられる。第２変形例では、対向方向等の所定の同一方向から見る状態にて、受電装置４の二次側コイル１５ａの巻き方向は、送電装置２の一次側コイル８ａの巻き方向に対して同方向に設定される。
【0046】
図７に示すように、実施形態では、第２変形例に比べて、一次側コイル８ａと二次側コイル１５ａとの間のギャップの増大に伴う結合係数ｋの低下が抑制されていることが認められる。
下記数式（３）に示すように、一次側コイル８ａと二次側コイル１５ａとの結合係数ｋは、磁界結合係数ｋｍと電界結合係数ｋｃとの差によって記述される。実施形態では、差動型により磁界結合と電界結合による位相をずらすことによって、各結合係数ｋｍ，ｋｃの打ち消し合いを抑制し、電界結合による結合係数ｋの低減を抑制する。
下記数式（３）に示すように、一次側コイル８ａと二次側コイル１５ａとの結合係数ｋは、磁界結合係数ｋｍと電界結合係数ｋｃとの差によって記述される。実施形態では、差動型により磁界結合と電界結合による位相をずらすことによって、各結合係数ｋｍ，ｋｃの打ち消し合いを抑制し、電界結合による結合係数ｋの低減を抑制する。
【0047】
【数3】
【0048】
図８に示すように、例えば一次側コイル８ａ及び二次側コイル１５ａの周辺領域Ｂ等において、第２比較例では、不要な放射によって周辺の磁束密度が増大していることが認められる。これに対して実施形態では、不要な放射が低減されていることによって、周辺の磁束密度の増大が抑制されていることが認められる。
【0049】
上述したように、実施形態のコイルユニット１０によれば、一次側コイル８ａに対して逆相の通電電流を生じさせる二次側コイル１５ａを備えることによって、磁界結合と電界結合による位相をずらし、磁界結合係数ｋｍと電界結合係数ｋｃの打ち消し合いを抑制することができる。電界結合による結合係数ｋの低減を抑制することによって、出力密度を向上させることができる。
例えば一次側コイル８ａに対して同相の通電電流を生じさせる二次側コイルを備える場合に比べて、一次側コイル８ａと二次側コイル１５ａとの間のギャップの増大に伴う結合係数ｋの低下を抑制することができ、結合係数ｋを向上させることができる。さらに、一次側コイル８ａ及び二次側コイル１５ａの周辺の磁束密度が不要な放射によって増大することを抑制することができる。
例えば一次側コイル８ａに対して同相の通電電流を生じさせる二次側コイルを備える場合に比べて、一次側コイル８ａと二次側コイル１５ａとの間のギャップの増大に伴う結合係数ｋの低下を抑制することができ、結合係数ｋを向上させることができる。さらに、一次側コイル８ａ及び二次側コイル１５ａの周辺の磁束密度が不要な放射によって増大することを抑制することができる。
【0050】
所定の同一方向Ｆから見る状態にて、受電装置４の二次側コイル１５ａの巻き方向は、送電装置２の一次側コイル８ａの巻き方向に対して逆方向に設定されることによって、一次側コイル８ａに対して逆相の通電電流を生じさせる二次側コイル１５ａを容易に設けることができる。
【0051】
二次側キャパシタ１５ｃの容量は、インピーダンスＺの周波数特性での２つの共振点ＲＰＬ，ＲＰＨのうち高周波側の共振点ＲＰＨに対応する容量Ｃ２に設定されることにより、例えば二次側キャパシタ１５ｃの容量が反共振点ＡＲＰに応じて設定される場合に比べて、主磁束を阻害するような漏洩磁束の発生を抑制することができる。漏洩磁束による結合係数ｋの低下を抑制して、二次側コイル１５ａへ伝達される磁束の減少を抑制することによって、出力密度を向上させることができる。
高周波側の共振点ＲＰＨに対応する周波数を、送電装置２による電力伝送の要求周波数に設定する制御装置１７を備えることにより、非接触電力伝送での出力密度の増大及び不要放射の低減によって、結合係数ｋを向上させることができる。
高周波側の共振点ＲＰＨに対応する周波数を、送電装置２による電力伝送の要求周波数に設定する制御装置１７を備えることにより、非接触電力伝送での出力密度の増大及び不要放射の低減によって、結合係数ｋを向上させることができる。
【0052】
（変形例）
以下、実施形態の変形例について説明する。なお、上述した実施形態と同一部分については、同一符号を付して説明を省略又は簡略化する。
上述した実施形態では、非接触電力伝送システム１は、蓄電装置１１の入出力電力を変換する蓄電電圧変換部１２を備えるとしたが、これに限定されず、蓄電電圧変換部１２は省略されてもよい。
例えば、蓄電装置１１及び内燃機関を動力源として駆動するハイブリッド車両等の場合、駆動制御装置３は蓄電電圧変換部１２を備え、蓄電装置１１を動力源として駆動する電気自動車等の場合、駆動制御装置３は蓄電電圧変換部１２を備えていなくてもよい。
以下、実施形態の変形例について説明する。なお、上述した実施形態と同一部分については、同一符号を付して説明を省略又は簡略化する。
上述した実施形態では、非接触電力伝送システム１は、蓄電装置１１の入出力電力を変換する蓄電電圧変換部１２を備えるとしたが、これに限定されず、蓄電電圧変換部１２は省略されてもよい。
例えば、蓄電装置１１及び内燃機関を動力源として駆動するハイブリッド車両等の場合、駆動制御装置３は蓄電電圧変換部１２を備え、蓄電装置１１を動力源として駆動する電気自動車等の場合、駆動制御装置３は蓄電電圧変換部１２を備えていなくてもよい。
【0053】
本発明の実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【0054】
１…非接触電力伝送システム、２…送電装置、３…駆動制御装置、４…受電装置、６…電源部、７…送電電力変換部、８…送電部、８ａ…一次側コイル（送電側コイル）、１０…コイルユニット、１１…蓄電装置、１２…蓄電電圧変換部、１３…電力変換部、１４…回転電機、１５…受電部、１５ａ…二次側コイル（コイル）、１５ｃ…二次側キャパシタ（キャパシタ）、１６…受電電力変換部、１７…制御装置。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
