JP6176396B2 - 冷却装置及び非接触給電システム - Google Patents

Description

本発明は、冷却装置及び非接触給電システムに関する。
本願は、２０１４年５月１９日に、日本に出願された特願２０１４−１０３６１２号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

下記特許文献１には、道路等に設けられる１次コイルと、車両に設けられる２次コイルとの間の磁気結合または磁気共鳴を利用して、１次コイルから非接触で高周波電力を受け取る車両搭載受電装置が開示されている。このような磁気結合等を利用する非接触給電システムにおいては、高周波電力をやり取りするコイル等が発熱するため、その冷却が行われている。

下記特許文献１の車両搭載受電装置は、受電コイルと、受電コイルを収納するコイル室と、回転方向を正回転と逆回転との間で切り替えることができる双方向ファンとを含んで構成されている。これにより、受電コイルの冷却が必要なときは、車室側から受電コイルを経由して外気側に流す放熱流れとし、蓄電装置の暖機が必要なときは、外気側から受電コイルを経由して車室側に流す暖機流れとする。

また、下記特許文献２には、受電部及び電池を有する受電装置と給電部を有する送電装置とを用いて非接触で電力の授受を行う充電ユニットが開示されている。この充電ユニットにおいては、受電装置内で発生した熱を送電装置に伝えるように、受電装置と送電装置とが接触する部分に熱伝導部が設けられていて、送電装置側に伝えた熱をヒートシンクを介して外部に放熱する。

日本国特開２０１２−１５６０８３号公報 日本国特開２０１２−１３０１７７号公報

しかしながら、上記従来技術には、次のような問題がある。
特許文献１の技術は、車両に搭載したファンで冷却する方式であるため、当該冷却装置により車両が大型化する、という問題がある。
特許文献２の技術は、冷却対象となる受電装置側にファン等を搭載せずに、熱を接触により受電装置側から送電装置側に伝達する方式であるが、受電装置と送電装置との相対位置が厳密に固定されていないと伝熱効率が極端に低下する。このため、車両のような移動体を冷却対象とする場合には、停車時に移動体を正確に位置決めするために時間を要してしまう、という問題がある。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、受電装置と送電装置とが相対移動可能な関係にあるときに、位置決めに時間を要することなく、非接触給電により発熱したコイルを適切に冷却することのできる冷却装置及び非接触給電システムの提供を目的とする。

本発明の第１の態様の冷却装置は、移動可能な受電装置に対しコイルを用いた非接触給電を行う送電装置に付設され、前記受電装置に設けられたコイルを冷却液の噴き付けによって冷却する。

また、本発明の第２の態様の冷却装置においては、移動可能な送電装置からコイルを用いた非接触給電を受ける受電装置に付設され、前記送電装置に設けられたコイルを冷却液の噴き付けによって冷却する。

また、本発明の第３の態様の冷却装置においては、前記受電装置に設けられた前記コイルと熱的に接続された伝熱板を有し、前記冷却装置は、前記受電装置に設けられた前記コイル及び前記伝熱板の少なくともいずれか一方に向かって前記冷却液を噴き付ける。

また、本発明の第４の態様の冷却装置においては、前記送電装置に設けられた前記コイルと熱的に接続された伝熱板を有し、前記冷却装置は、前記送電装置に設けられた前記コイル及び前記伝熱板の少なくともいずれか一方に向かって前記冷却液を噴き付ける。

また、本発明の第５の態様の冷却装置においては、前記冷却装置は、前記非接触給電のときに前記コイル同士が対向する対向方向に対し、斜めに前記冷却液を噴き付ける。

また、本発明の第６の態様の冷却装置においては、前記冷却装置は、ジェット状及びミスト状の少なくともいずれか一方で前記冷却液を噴き付ける。

また、本発明の第７の態様の冷却装置においては、前記冷却装置は、冷却液噴出口が設けられた冷却液噴出部材を備え、前記冷却液噴出部材は、非磁性且つ非導電性を有する。

また、本発明の第８の態様の冷却装置においては、前記冷却液噴出部材の少なくとも一部は、前記非接触給電のときに前記コイル同士が対向する対向領域に設けられている。

また、本発明の第９の態様の冷却装置においては、前記送電装置に設けられた前記コイル及び前記受電装置に設けられた前記コイルの少なくとも一方は、非磁性且つ非導電性のカバー部材によって覆われている。

また、本発明の第１０の態様の冷却装置においては、前記送電装置に設けられた前記コイルと前記受電装置に設けられた前記コイルとの内、重力方向において下側のコイルを覆う前記カバー部材は、前記重力方向に対し、斜めに傾いている。

また、本発明の第１１の態様の冷却装置においては、噴き付けられた後の前記冷却液の少なくとも一部を回収する受け部材を有する。

また、本発明の第１２の態様は、少なくともいずれか一方が移動可能な受電装置と送電装置との間において、コイルを用いた非接触給電を行う非接触給電システムであって、前記受電装置及び前記送電装置に設けられた前記コイルのうち、少なくともいずれか一方を冷却する冷却装置として、先に記載の冷却装置を有する。

本発明によれば、受電装置と送電装置とが相対位置が固定されずとも、冷却液が噴き付け中に空中で放散し、また、噴き付け後には濡れ広がるため、もしくは冷却液を複数個所から吹き付けることにより、広範囲を冷却することができる。このため、位置ずれを許容して、コイルを冷却することができ、高い冷却能力が得られる。
したがって、本発明では、受電装置と送電装置とが相対移動可能な関係にあるときに、位置決めに時間を要することなく、非接触給電により発熱したコイルを適切に冷却することのできる冷却装置及び非接触給電システムが得られる。

本発明の第１実施形態における非接触給電システムの全体構成図である。 本発明の第１実施形態における冷却装置を示す構成図である。 本発明の第１実施形態における冷却液噴出部材の配置を示す平面図である。 本発明の第２実施形態における冷却装置の構成図である。 本発明の第３実施形態における冷却装置の構成図である。 本発明の第３実施形態における冷却液噴出部材を示す平面図である。 本発明の第４実施形態における冷却装置の構成図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態における非接触給電システム１の全体構成図である。
非接触給電システム１は、少なくともいずれか一方が移動可能な受電装置と送電装置との間で非接触給電を行う。本実施形態では、図１に示すように、車両１０が受電装置であり、車両１０が停車する停車ステーション２０が送電装置である。車両１０は、路面２に設けられた停車ステーション２０に対して相対移動可能である。

車両１０には、受電用の受電側パッド１１が設けられている。一方で、停車ステーション２０には、送電用の送電側パッド２１が設けられている。受電側パッド１１は、地上側の送電側パッド２１と対向可能に車両１０の底部に設けられている。この受電側パッド１１は、コイル１１ａを有し、送電側パッド２１のコイル２１ａと電磁的に結合することによって電力を非接触で受電する。受電側パッド１１は、コイル１１ａと、コイル１１ａを覆うカバー部材１１ｂと、から構成されている。また、送電側パッド２１は、コイル２１ａと、コイル２１ａを覆うカバー部材２１ｂと、から構成されている。カバー部材１１ｂ，２１ｂは、非接触給電において電力を伝達する電磁界を妨げないよう、非磁性且つ非導電性の材料で構成されている。

本実施形態の非接触給電システム１における送電側パッド２１から受電側パッド１１への非接触給電は、磁界共鳴方式に基づいて行われる。すなわち、コイル２１ａとコイル１１ａとには各々に共振回路を構成するための共振用コンデンサ（不図示）が接続されている。また、例えば共振用コンデンサの静電容量は、コイル２１ａと共振用コンデンサとからなる送電側共振回路の共振周波数とコイル１１ａと共振用コンデンサとからなる受電側共振回路の共振周波数とは同一周波数となるように設定されている。

車両１０には、受電側パッド１１の他に、受電側電力変換回路１２と、負荷１３とが設けられている。
受電側電力変換回路１２は、送電側パッド２１から受電側パッド１１が非接触給電により受電した受電電力を直流電力に変換して負荷１３に供給する電力変換回路である。すなわち、この受電側電力変換回路１２は、負荷１３に応じた電流を負荷１３に供給する。なお、受電側電力変換回路１２は、直流入力の場合は、整流回路のみであっても良いし、さらにＤＣ／ＤＣコンバータを含む構成であってもよい。また、受電側電力変換回路１２は、交流入力の場合は、ＡＣ／ＡＣ交換機能を有する構成、例えば、整流回路、ＤＣ／ＤＣコンバータ、ＤＣ／ＡＣコンバータ、または、マトリクスコンバータ等を含む構成であってもよい。なお、使用するコンバータは、非絶縁型（チョッパ等）と絶縁型（トランス使用等）の双方を含む。

負荷１３は、車両１０の駆動動力源として十分な電力を蓄えることが可能な二次電池であり、例えばリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池等である。なお、負荷１３は、蓄電デバイス（バッテリ、大容量コンデンサ等）、抵抗使用負荷（発熱体、照明機器等）、インダクタンス使用負荷（モータ等）等であってもよい。

受電側パッド１１の周囲には、伝熱板１４が設けられている。伝熱板１４は、受電側パッド１１の背面側に配置され、受電側パッド１１を支持している。また、伝熱板１４上には、受電側電力変換回路１２及び負荷１３が設けられており、伝熱板１４は、受電側パッド１１、受電側電力変換回路１２及び負荷１３と熱的に接続されている。この伝熱板１４は、例えば伝熱性を有するアルミニウム等の金属材から形成されている。

一方で、送電側パッド２１は、受電側パッド１１と対向可能に路面２に設けられている。停車ステーション２０には、送電側パッド２１の他に、送電側直流交流変換回路２２と、送電側電力変換回路２３と、外部電源２４とが設けられている。
送電側直流交流変換回路２２は、送電側のインバータ回路であって、ハーフブリッジやフルブリッジ等の一般的に使用される回路を含み、送電側電力変換回路２３から電力を磁界共鳴方式の非接触給電の共振周波数に応じた交流電力に変換してコイル２１ａに供給する。

送電側電力変換回路２３は、外部電源２４から供給される電力を送電側直流交流変換回路２２に応じた直流電力に変換して送電側直流交流変換回路２２に供給する電力変換回路である。なお、送電側電力変換回路２３は、交流入力の場合は、ＡＣ／ＤＣ変換機能を有する構成であってもよい。また、送電側電力変換回路２３は、交流入力の場合は、ＰＦＣ（力率改善）機能を有する構成であってもよい。また、送電側電力変換回路２３は、直流入力の場合は、ＤＣ／ＤＣ機能を有する構成であってもよい。なお、使用するコンバータは、非絶縁型（チョッパ等）と絶縁型（トランス使用等）の双方を含む。
外部電源２４は、例えば商用電源、太陽電池、風力発電等であって、その電力を送電側電力変換回路２３に供給する。なお、外部電源２４が直流入力の場合は、送電側電力変換回路２３が無く、送電側直流交流変換回路２２に直接に直流入力を繋ぐ構成であってもよい。

この非接触給電システム１は、車両１０及び停車ステーション２０に設けられたコイル１１ａ，２１ａのうち、少なくともいずれか一方（本実施形態では両方）を冷却する冷却装置３０を有する。本実施形態の冷却装置３０は、停車ステーション２０に付設されている。

図２は、本発明の第１実施形態における冷却装置３０を示す構成図である。図３は、本発明の第１実施形態における冷却液噴出部材３１の配置を示す平面図である。
冷却装置３０は、図２に示すように、冷却液Ｗの噴き付けによってコイル１１ａ，２１ａを冷却する構成である。本実施形態の冷却液Ｗは、例えば上水道の水である。上水道の水は、非磁性且つ導電性が低いため、非接触給電で磁界が発生するエリアに水が存在しても、コイル１１ａとコイル２１ａとの間の磁界は乱されにくい。そのため、水が存在しても、非接触給電の電力効率は低下しにくい。なお、非磁性且つ導電性の低い液体であれば、冷却液Ｗの種類は問わない。

冷却装置３０は、図２に示すように、冷却液噴出部材３１と、冷却液流通ライン３２と、電磁弁３３と、ポンプ３４と、を有する。
冷却液噴出部材３１には、冷却液噴出口３５が形成されている。本実施形態の冷却液噴出部材３１は、先端部に冷却液噴出口３５が形成されたノズルである。この冷却液噴出部材３１は、非接触給電において電力を伝達する電磁界を妨げないよう、非磁性且つ非導電性の材料で構成された部品、例えば樹脂成型部品である。

冷却液噴出部材３１は、非接触給電のときに受電側パッド１１と送電側パッド２１が対向する対向面１１Ａ，２１Ａのうち対向面２１Ａ上に設けられている。冷却液噴出口３５は、非接触給電のときにコイル１１ａ，２１ａ同士が対向する対向方向（図２において紙面上下方向）に対し、斜めに傾いている。この冷却液噴出部材３１は、コイル１１ａ，２１ａの間の非接触給電で電磁界が発生する対向領域Ａの外側から斜め上に冷却液Ｗを噴出し、コイル１１ａに向けて冷却液Ｗの噴き付けを行う構成である。

冷却液噴出部材３１は、図３に示すように、対向面２１Ａ上に複数設けられている。本実施形態の冷却装置３０は、ジェット状及びミスト状の少なくともいずれか一方で冷却液Ｗを噴き付ける構成となっており、ジェット状に冷却液Ｗを噴出する冷却液噴出口３５を備える冷却液噴出部材３１ａと、ミスト状に冷却液Ｗを噴出する冷却液噴出口３５を備える冷却液噴出部材３１ｂと、を有する。冷却液噴出部材３１ａと冷却液噴出部材３１ｂは、例えば図３に示すように、カバー部材２１ｂの周縁部に沿って交互に配置されている。

冷却液流通ライン３２は、図２に示すように、複数の冷却液噴出部材３１に冷却液Ｗを供給する。冷却液流通ライン３２は、下流側で冷却液噴出部材３１毎に分岐しており、その分岐したライン毎に電磁弁３３が設けられている。電磁弁３３は、冷却液流通ライン３２の流路を開閉する。なお、電磁弁３３ａは、ジェット状に冷却液Ｗを噴出する冷却液噴出部材３１ａに接続された冷却液流通ライン３２の流路を開閉する。また、電磁弁３３ｂは、ミスト状に冷却液Ｗを噴出する冷却液噴出部材３１ｂに接続された冷却液流通ライン３２の流路を開閉する。

電磁弁３３は、金属部品を含むため、コイル１１ａ，２１ａの間の非接触給電で電磁界が発生するエリア（送電側パッド２１ないしその近傍）より外側に設けられている。また、冷却液流通ライン３２の当該電磁界が発生するエリアに侵入する部分は、非接触給電において電力を伝達する電磁界を妨げないよう、非磁性且つ非導電性の材料、例えば樹脂ホース等から形成することが好ましい。この冷却液流通ライン３２は、上流側でポンプ３４と接続されている。ポンプ３４は、冷却液噴出部材３１から噴出する冷却液Ｗの水圧を高める。このポンプ３４は、例えば上水道等と接続されている。

上記構成の冷却装置３０は、電磁弁３３ａ，３３ｂを開閉駆動することにより、噴き付ける冷却液Ｗをジェット状とミスト状とに切り換えられる構成である。本実施形態の冷却装置３０は、電磁弁３３ａを開くと共に電磁弁３３ｂを閉じてジェット状に冷却液Ｗを噴き付ける第１モードと、電磁弁３３ａを閉じると共に電磁弁３３ｂを開いてミスト状に冷却液Ｗを噴出する第２モードと、電磁弁３３ａを開くと共に電磁弁３３ｂを開いてジェット状及びミスト状の両方で冷却液Ｗを噴き付ける第３モードとに切り換え可能である。なお、第３モードのときは、他のモードよりも冷却液Ｗの水圧を高くする必要があるため、ポンプ３４の駆動回転数を上昇させるように制御することが好ましい。

冷却装置３０は、コイル１１ａ，２１ａの発熱量に基づいて動作する構成である。コイル１１ａ，２１ａの発熱量は、例えば、受電側電力変換回路１２に流れる電力と、送電側電力変換回路２３に流れる電力とを計測し、比較することで求めることができる。送電側電力変換回路２３に流れる電力の全てが受電側電力変換回路１２に送られるわけではなく、送電側電力変換回路２３に流れる電力の一部は、各回路２３、１２やコイル１１ａ，２１ａの配線抵抗等で熱として失われる。そのため、両者の電力差は、給電としてではなく熱としての損失と判断できる。冷却装置３０は、車両１０と停車ステーション２０と不図示の通信手段を介して通信し、両者の電力差が一定値を超えていれば、損失が大きい。すなわち、コイル１１ａ，２１ａの発熱量が大きいと判断し、冷却液Ｗを噴き付ける。また、冷却装置３０は、コイル１１ａ，２１ａの発熱量に基づいて第１〜第３モードを切り換える。
なお、コイル１１ａ，２１ａの発熱量は、温度センサから計測することもできる。例えば、温度センサをカバー部材２１ｂ上に設置し、滴下してくる冷却液Ｗの温度が一定値を超えていれば、冷却装置３０は、コイル１１ａ，２１ａの発熱量が大きいと判断し、冷却液Ｗを噴き付けるように構成してもよい。

コイル１１ａ，２１ａは、カバー部材１１ｂ，２１ｂに覆われており、防水性を有する。カバー部材１１ｂ，２１ｂは、液密にコイル１１ａ，２１ａを収容しており、冷却液Ｗが侵入してコイル巻線の絶縁が劣化することを防止している。カバー部材１１ｂ，２１ｂは、耐水性を有する樹脂成型部品であり、非磁性且つ非導電性を有する。なお、コイル１１ａ，２１ａとカバー部材１１ｂ，２１ｂの間に伝熱性の高い材料（例えば非磁性且つ非導電性を有する伝熱シート）を物理的に埋め、コイル１１ａ，２１ａからカバー部材１１ｂ，２１ｂへの熱伝導性を高めてもよい。また、コイル１１ａ，２１ａをカバー部材１１ｂ，２１ｂで覆う代わりに、コイル１１ａ，２１ａを非磁性且つ非導電性を有する樹脂（例えばエポキシ樹脂等）で封止することにより、コイル１１ａ，２１ａに耐水性を持たせてもよい。

次に、このように構成された非接触給電システム１の給電動作について説明する。
非接触給電システム１は、図１に示すように、車両１０と停車ステーション２０との間で非接触給電を行う。車両１０の停車位置は、ドライバーの運転操作に依存するため、ある程度のバラツキを持つ。なお、給電に関しては、コイル１１ａ，２１ａの間の電力伝送に磁界共鳴方式を採用しており、車両１０及び停車ステーション２０の両方に設けられたコイル１１ａ，２１ａの位置ずれに強く、高効率且つ長距離の電力伝送を実現できる。

非接触給電を行うと、高周波電力をやり取りするコイル１１ａ，２１ａ等が発熱する。送電側パッド２１が設けられている停車ステーション２０は、地上側に設けられており、熱容量を大きくすることができる、もしくは放熱フィン等を設け放熱能力を高くすることができる。このため、コイル２１ａの温度は、ほとんど上昇しない。一方、受電側パッド１１が設けられている車両１０は、停車ステーション２０に比べて熱容量が小さく、コイル１１ａの温度は比較的容易に上昇する。

非接触給電システム１は、図２に示すように、冷却液Ｗを噴き付ける冷却装置３０を有する。冷却装置３０は、電磁弁３３を開き、冷却液Ｗを冷却液噴出部材３１に供給する。冷却液噴出部材３１には冷却液噴出口３５が設けられており、冷却液Ｗは、冷却液噴出口３５からコイル１１ａに向かって噴き付けられる。冷却液Ｗは、対向面１１Ａに広範囲に噴き付けられて、カバー部材１１ｂを介してコイル１１ａで発生した熱を除去する。また、対向面１１Ａに噴き付けられた冷却液Ｗは、対向面２１Ａ上に滴下し、カバー部材２１ｂを介してコイル２１ａで発生した熱も除去する。

冷却液Ｗは、受電側パッド１１が送電側パッド２１に概ね正対するが位置ずれを伴うような位置にある場合であっても、冷却液噴出部材３１からの噴き付けにより空中である程度の範囲で放散し、噴き付け後には濡れ広がるため、受電側パッド１１を広範囲で冷却することができる。したがって、車両１０と停車ステーション２０との位置ずれを許容して、受電側パッド１１を冷却することができ、高い冷却能力を得ることができる。なお、本実施形態では、受電側パッド１１を冷却することにより、伝熱板１４を介して受電側電力変換回路１２や負荷１３も冷却することができる（図１参照）。

また、本実施形態においては、冷却装置３０は、非接触給電のときにコイル１１ａ，２１ａ同士が対向する対向方向に対し、斜めに冷却液Ｗを噴き付ける。この構成によれば、冷却液Ｗを垂直に噴き付ける場合と比べて、冷却液Ｗを広範囲に放散させて噴き付けることができる。したがって、車両１０と停車ステーション２０とのより大きな位置ずれを許容して、受電側パッド１１を冷却することができ、高い冷却能力を得ることができる。

また、冷却装置３０は、ジェット状及びミスト状の少なくともいずれか一方で冷却液Ｗを噴き付ける。ジェット状の冷却液Ｗは、指向性が高く狙った場所を冷却でき、また、噴き付け後の濡れ広がり性も高い。このジェット状の冷却液Ｗの噴き付けは、例えば風が吹く野外における冷却に好適に用いることができる。また、ミスト状の冷却液Ｗは、拡散性が高く広範囲を冷却でき、また、微小の水滴が気化し易く気化熱による恩恵を受けやすい。このミスト状の冷却液Ｗの噴き付けは、例えば風があまり吹かないガレージ内における冷却に好適に用いることができる。

冷却装置３０は、電磁弁３３ａ，３３ｂの開閉駆動によって、噴き付ける冷却液Ｗをジェット状とミスト状とに切り換えることができる。本実施形態の冷却装置３０は、コイル１１ａ，２１ａの発熱量に基づいて第１〜第３モードを切り換える。仮にガレージ内における非接触給電においては、冷却装置３０は、例えば、受電側電力変換回路１２に流れる電力と送電側電力変換回路２３に流れる電力との差が第１の閾値を超えたときに、第１モードに切り替えてジェット状の冷却液Ｗの噴き付けを行い、その電力の差が第１の閾値より大きい第２の閾値を超えたときに、第２モードに切り替えてミスト状の冷却液Ｗの噴き付けを行い、その電力の差が第２の閾値より大きい第３の閾値を超えたときに、第３モードに切り替えてジェット状及びミスト状の両方の冷却液Ｗの噴き付けを行う。この構成によれば、コイル１１ａ，２１ａの発熱量に応じた効率のよい冷却が可能となる。なお、風が吹く野外の場合は、ジェット状の方がミスト状よりも冷却効率が高くなるため、上記制御段階の第１モードと第２モードとを逆にしてもよい。

また、本実施形態においては、冷却液噴出部材３１は、非磁性且つ非導電性を有する。この構成によれば、冷却液噴出部材３１が非接触給電の電磁界の形成を妨げたり、渦電流により発熱したりすることはない（若しくは、あったとしても小さい）。したがって、図２に示すように、非接触給電の効率を低下させずに、非接触給電のときにコイル１１ａ，２１ａ同士が対向する対向面２１Ａ上に冷却液噴出部材３１を設けることができる。このように、冷却液噴出部材３１を送電側パッド２１の対向面２１Ａ上に収めて配置することで、冷却装置３０の省スペース化を図ることができる。

また、本実施形態においては、コイル１１ａ，２１ａは、非磁性且つ非導電性のカバー部材１１ｂ，２１ｂによって覆われている。この構成によれば、カバー部材１１ｂ，２１ｂが非接触給電の電磁界の形成を妨げたり、渦電流により発熱したりすることはない（若しくはあったとしても小さい）。カバー部材１１ｂは、下方から冷却液Ｗが噴き付けられてもコイル１１ａまで浸入しないように防水する。また、カバー部材２１ｂは、上方からコイル１１ａを冷却した冷却液Ｗが落ちてきてもコイル２１ａまで浸入しないように防水する。

このように、上述の本実施形態によれば、車両１０と停車ステーション２０との間において、コイル１１ａ，２１ａを用いた非接触給電を行う非接触給電システム１であって、車両１０及び停車ステーション２０に設けられたコイル１１ａ，２１ａのうち、少なくともいずれか一方を、冷却液Ｗの噴き付けによって冷却する冷却装置３０を有する、という構成を採用することによって、位置ずれを許容して、車両１０に冷却構造を設けることなくコイル１１ａ，２１ａを冷却することができ、高い冷却能力が得られる。
したがって、本実施形態では、車両１０と停車ステーション２０とが相対移動可能な関係にあるときに、位置決めに時間を要することなく、非接触給電により発熱したコイル１１ａ，２１ａを適切に冷却することのできる冷却装置３０及び非接触給電システム１が得られる。

また、本実施形態の冷却装置３０は、冷却中に車両１０と停車ステーション２０との位置関係が変わった場合にも、冷却液Ｗは放散するため、コイル１１ａ，２１ａを適切に冷却することができる。車両１０と停車ステーション２０との位置関係が変わる場合とは、風に吹かれて車両１０が左右にゆれたり、車両１０の積載量の変化により車体が上下にゆれたりする場合である。この状況は、特に、車両１０が、乗用車のように、タイヤと車体の間にサスペンションを有する場合に生じ得る。
更に、本実施形態の冷却装置３０は、停車ステーション２０に付設されているため、冷却液流通ライン３２を車両側にまで延ばす必要がない。冷却液流通ライン３２を車両側にまで延ばす場合には、車両１０が移動するために、冷却液流通ライン３２を、車両１０の移動に応じて、車両１０に取り付けたり、車両１０から取り外す必要が生じる。冷却液流通ライン３２が着脱自在であると、冷却液流通ライン３２は、着脱の度に摩耗するおそれがある。しかし、本実施形態では、冷却液流通ライン３２（冷却装置３０）は、停車ステーション２０に固定されるため、着脱部等が不要であり、耐久性を確保できる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。

図４は、本発明の第２実施形態における冷却装置３０の構成図である。
図４に示すように、第２実施形態では、冷却液噴出部材３１の構成、及び、受け部材４０が設けられている点で、上記実施形態と異なる。

第２実施形態の冷却液噴出部材３１は、冷却液噴出口３５が設けられたホースである。この冷却液噴出部材３１は、樹脂製ホースであり、非磁性且つ非導電性を有する。樹脂製ホースは、例えば、図４に示されるような形状に形成され、形状が変化しない配管であったり、図４に示す形状に曲げられた可撓性を有する配管である。冷却液噴出部材３１の冷却液噴出口３５が設けられた一端部は、非接触給電のときにコイル１１ａ，２１ａ同士が対向する対向領域Ａに設けられている。冷却液噴出部材３１の一端部は、対向面２１Ａに開口するカバー部材１１ｂの孔部２１ｂ１から露出する。なお、冷却液噴出部材３１と孔部２１ｂ１との間はシール剤で液密に封止する。また、冷却液噴出部材３１は、カバー部材１１ｂの内部を通り、カバー部材１１ｂの側部から露出する他端部を介して冷却液流通ライン３２と接続されている。

受け部材４０は、噴き付けられた後の冷却液Ｗの少なくとも一部を回収する。受け部材４０は、カバー部材２１ｂと一体で設けられ、カバー部材１１ｂの周縁部から外側に延出するフランジ形状を有する。この受け部材４０は、対向面２１Ａに対して斜め上方に延在している。受け部材４０の側部には、排液ライン４１が接続されている。排液ライン４１は、受け部材４０が回収した冷却液Ｗを対向面２１Ａ上から排液する。

また、第２実施形態の冷却装置３０は、送電側パッド２１の上方に受電側パッド１１が位置し、且つ、コイル１１ａ，２１ａの間で非接触給電が行われている（電力が伝送されている）間、冷却液Ｗを噴き付ける。なお、給電中かどうかは、例えば、送電側電力変換回路２３への電力指令値が一定値を超えているかどうか、若しくは、送電側電力変換回路２３及び受電側電力変換回路１２に流れる電流値の計測値が一定値を超えているかどうかで判定する。また、第２実施形態の冷却装置３０は、給電停止後も一定時間、冷却液Ｗの噴き付けを行うように設定されており、非接触給電で発生した熱を確実に除去するように構成されている。

上記構成の第２実施形態によれば、冷却液噴出部材３１を介して冷却液Ｗをコイル１１ａに向けて噴き付けて冷却することができる。冷却液Ｗは、受電側パッド１１が送電側パッド２１に概ね正対するが位置ずれを伴うような位置にある場合であっても、冷却液噴出部材３１からの噴き付けにより空中で、ある程度の範囲で放散し、噴き付け後には濡れ広がるため、受電側パッド１１を広範囲で冷却することができる。したがって、車両１０と停車ステーション２０との位置ずれを許容して、受電側パッド１１を冷却することができ、高い冷却能力を得ることができる。

また、第２実施形態においては、冷却液噴出部材３１の少なくとも一部は、非接触給電のときにコイル１１ａ，２１ａ同士が対向する対向領域Ａに設けられている。この構成によれば、対向領域Ａの外側から冷却液Ｗを噴き付ける場合よりも、コイル１１ａに対して近くから冷却液Ｗを噴き付けることができるため、コイル１１ａの発熱し易い箇所に重点的に冷却液Ｗを噴き付け易くなる。また、冷却液噴出部材３１は、非磁性且つ非導電性を有するため、非接触給電の電磁界の形成を妨げたり、渦電流により発熱したりすることはない（若しくはあったとしても小さい）。また、冷却液噴出部材３１は、カバー部材１１ｂの内部を通るため、カバー部材１１ｂの内部からコイル２１ａを冷却することもできる。

また、第２実施形態においては、噴き付けられた後の冷却液Ｗの少なくとも一部を回収する受け部材４０を有する。この構成によれば、コイル２１ａのカバー部材２１ｂの上面を、滴下してくる冷却液Ｗを回収できるように大型に拡張した受け皿状とし、回収した冷却液Ｗを対向面２１Ａ上から排液ライン４１を介して排液することができる。これにより、送電側パッド２１の周囲が冷却液Ｗで濡れないようにすることができるため、例えばガレージ等の建物内で好適に使用することができる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。

図５は、本発明の第３実施形態における冷却装置３０の構成図である。図６は、本発明の第３実施形態における冷却液噴出部材３１を示す平面図である。
図５に示すように、第３実施形態では、伝熱板１４及びカバー部材１１ｂの構成、及び、冷却液噴出部材３１の構成が、上記実施形態と異なる。

第３実施形態の伝熱板１４は、コイル１１ａを収容するコイル収容部１５を有する。コイル収容部１５は、コイル１１ａの背面側及び側面側を囲う。このため、コイル１１ａは、車両１０から下方に突出しない。伝熱板１４は、非接触給電の際にコイル１１ａ，２１ａとの間に形成される電磁界を遮らないように配置されている。また、伝熱板１４は、電磁的なシールドを兼ねている。一方、第３実施形態のカバー部材１１ｂは、板状に形成されており、コイル収容部１５の開口及び外側に延出する伝熱板１４を覆っている。

第３実施形態の冷却液噴出部材３１は、コイル１１ａ及び伝熱板１４に向かって冷却液Ｗを噴き付ける構成である。この冷却液噴出部材３１には、図６に示すように、複数の冷却液噴出口３５が設けられている。冷却液噴出部材３１は、所定高さの板状に形成された樹脂成形のマニホールド部品であり、内部に、第１の環状流路５０と、第２の環状流路５１と、複数の接続流路５２とが形成されている。第１の環状流路５０は、冷却液流通ライン３２と接続されると共に、対向面２１Ａに開口する複数の冷却液噴出口３５が連通している。第２の環状流路５１は、第１の環状流路５０より内側に設けられ、第１の環状流路５０と複数の接続流路５２を介して接続されると共に、対向面２１Ａに開口する複数の冷却液噴出口３５が連通している。

上記構成の第３実施形態によれば、冷却液噴出部材３１を介して冷却液Ｗをコイル１１ａに向けて噴き付けて冷却することができる。冷却液Ｗは、受電側パッド１１が送電側パッド２１に概ね正対するが位置ずれを伴うような位置にある場合であっても、冷却液噴出部材３１からの噴き付けにより空中で、ある程度の範囲で放散し、噴き付け後には濡れ広がるため、受電側パッド１１を広範囲で冷却することができる。したがって、車両１０と停車ステーション２０との位置ずれを許容して、受電側パッド１１を冷却することができ、高い冷却能力を得ることができる。

また、第３実施形態においては、コイル１１ａと熱的に接続された伝熱板１４を有し、冷却装置３０は、コイル１１ａ及び伝熱板１４の両方に向かって冷却液Ｗを噴き付ける。この構成によれば、コイル１１ａに向かって冷却液Ｗを噴き付けてコイル１１ａを冷却することができ、また、伝熱板１４に向かって冷却液Ｗを噴き付けて間接的にコイル１１ａを冷却することができる。したがって、車両１０と停車ステーション２０とのより大きな位置ずれを許容して、受電側パッド１１を冷却することができ、高い冷却能力を得ることができる。また、図６に示すように冷却液噴出部材３１を形成すれば、送電側パッド２１上に突起物がなくなるため、頑強性を高めることができる。

（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。

図７は、本発明の第４実施形態における冷却装置３０の構成図である。
図７に示すように、第４実施形態では、カバー部材１１ｂ，２１ｂの構成、及び、冷却液噴出部材３１の構成が、上記実施形態と異なる。

第４実施形態のカバー部材１１ｂは、コイル収容部１５の開口に嵌り込むように設けられており、伝熱板１４が車両１０の底部に露出するようにしている。なお、カバー部材１１ｂとコイル収容部１５との間はシール剤で液密にシールする。また、第４実施形態のカバー部材２１ｂは、停車ステーション２０に設けられたコイル２１ａと車両１０に設けられたコイル１１ａとの内、重力方向において下側のコイル２１ａを覆っている。このカバー部材２１ｂは、重力方向に向かって斜めに傾く傾斜部２１Ａ１を有する。この傾斜部２１Ａ１は、対向面２１Ａを形成しており、カバー部材２１ｂの中央部から周縁部に向かうに従って下方に傾斜する構成である。なお、カバー部材２１ｂの周囲には、排液溝２５が形成されており、排液溝２５の底部には排液ライン４１が接続されている。

第４実施形態の冷却液噴出部材３１は、傾き調整装置６０を有する。冷却液噴出部材３１は、傾き調整装置６０によって、少なくともコイル１１ａ（カバー部材１１ｂ）に向かって冷却液Ｗを噴き付け可能な角度と、伝熱板１４に向かって冷却液Ｗを噴き付け可能な角度に調整可能な構成である。また、第４実施形態の冷却装置３０は、傾き調整装置６０を駆動させる制御ユニット６１を有する。制御ユニット６１は、コイル１１ａの大きさに応じて傾き調整装置６０の駆動を制御する。制御ユニット６１は、例えばコイル１１ａ，２１ａをアンテナとして信号伝送に流用することにより、車両１０と停車ステーション２０との無線通信を可能とし、当該無線通信によって車両１０に搭載されたコイル１１ａの大きさに関する情報を送受信し、そのコイル１１ａの大きさに応じて傾き調整装置６０の駆動を制御する構成である。

コイル１１ａ，２１ａの大きさは、非接触給電が可能であれば任意であり、図７に示すように、コイル１１ａとコイル２１ａとが同等の大きさの場合もあれば、コイル１１ａがコイル２１ａよりも小さい場合もある。例えば、コイル１１ａがコイル２１ａと同等または小さい場合には、制御ユニット６１は、冷却液噴出部材３１の傾きを、コイル１１ａの発熱部（コイル巻線が配置されているカバー部材１１ｂの箇所）に向くように調整する。また、コイル１１ａがコイル２１ａよりも大幅に小さい場合には、冷却液Ｗが当たらない可能性があるため、制御ユニット６１は、冷却液噴出部材３１の傾きを伝熱板１４に向くように調整する。

上記構成の第４実施形態によれば、冷却液噴出部材３１を介して冷却液Ｗをコイル１１ａに向けて噴き付けて冷却することができる。冷却液Ｗは、受電側パッド１１が送電側パッド２１に概ね正対するが位置ずれを伴うような位置にある場合であっても、冷却液噴出部材３１からの噴き付けにより空中で、ある程度の範囲で放散し、噴き付け後には濡れ広がるため、受電側パッド１１を広範囲で冷却することができる。したがって、車両１０と停車ステーション２０との位置ずれを許容して、受電側パッド１１を冷却することができ、高い冷却能力を得ることができる。

また、第４実施形態においては、コイル１１ａと熱的に接続された伝熱板１４を有し、冷却装置３０は、コイル１１ａまたは伝熱板１４に向かって冷却液Ｗを噴き付ける。コイル１１ａに冷却液Ｗを噴き付けると、発熱部（コイル巻線）を直接的に冷却することができ、冷却効率が高い。また、コイル１１ａの大きさによっては、冷却液Ｗを当て難い場合もあるため、伝熱板１４に冷却液Ｗを噴き付けることで間接的にコイル１１ａを冷却することができる。このように、この構成によれば、コイル１１ａの大きさに応じて冷却液噴出部材３１の傾きを調整して効率的な冷却を行うことができる。

また、第４実施形態においては、カバー部材２１ｂは、重力方向に向かって斜めに傾いている。この構成によれば、コイル２１ａのカバー部材２１ｂの上面に滴下してくる冷却液Ｗを自重により対向面２１Ａから落下させ、冷却液Ｗが溜まらないようにすることができる。なお、対向面２１Ａから落下した冷却液Ｗは、排液溝２５に溜まり、排液ライン４１を介して排液される。これにより、送電側パッド２１の周囲が冷却液Ｗで濡れないようにすることができるため、例えばガレージ等の建物内で好適に使用することができる。

以上、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

例えば、上記実施形態では、冷却液Ｗとして上水道から供給される水を例示した。しかしながら、非磁性且つ導電性の低いものであれば、冷媒の種類は問わず、本システムを寒冷地方に設置する場合には、例えば、エチレングリコールなどの不凍液、水に不凍液を混ぜたもの、若しくは油等の凝固点が低いものを用いてもよい。水以外の冷媒を使用する場合、第２実施形態もしくは第４実施形態において、回収した冷却液を排液せず、フィルタを通してゴミ等を除去して、再度冷却液として利用すると、冷却液を有効に利用することができる。また、例えば、外気温を測定する温度センサを設け、冷却液Ｗが凍るような温度ならば、冷却装置３０は、冷却液Ｗを噴射しないように電磁弁３３を制御する構成であってもよい。

また、例えば、上記実施形態では、冷却装置３０がコイル１１ａ，２１ａの両方を冷却する構成について説明したが、コイル１１ａ，２１ａのいずれか一方を冷却する構成であってもよい。例えば、冷却液噴出部材３１を送電側パッド２１に向けて設けて、コイル２１ａのみを冷却する構成であってもよい。

また、例えば、上記実施形態では、伝熱板１４を介して受電側電力変換回路１２や負荷１３を冷却する構成について説明したが、受電側電力変換回路１２や負荷１３を冷却することが不要である場合には、伝熱板１４は省略して、冷却装置３０は受電側パッド１１のみを冷却する構成であってもよい。

また、上記第４実施形態では、カバー部材２１ｂは重力方向に向かって斜めに傾く傾斜部２１Ａ１として外向きに傾いている形状（たとえば円錐形状や角錐形状）を有しているが、本発明はこの形状に限定されない。たとえば、傾斜部２１Ａ１は内向きに傾いている形状（たとえば逆円錐形状）であってもよい。この場合、冷却液Ｗはカバー部材２１ｂの中央部に集まるので、排液ライン４１をカバー部材２１ｂの中央部に配設することにより冷却液Ｗを排液することができる。この場合、さらに排液溝２５を省略してもよい。

また、例えば、上記実施形態では、地上側の停車ステーション２０から給電して車両１０の底部に給電すると説明したが、給電の方向は問わない。例えば、壁から車両１０の側部あるいは前部あるいは後部に給電してもよいし、天井から車両１０の屋根部に給電する構成であってもよい。

また、例えば、上記実施形態では、受電装置が車両１０で送電装置が停車ステーション２０である場合を例示したが、この構成に限定されることなく、例えば受電装置が停車ステーション２０で送電装置が車両１０であってもよい。また、本発明は、受電装置及び送電装置の少なくともいずれか一方が、車両であっても、船舶や航空機等の移動体等であっても適用することができる。

また、例えば、本発明は大きな位置ずれを許容可能な磁界共鳴方式の非接触給電と組み合わせることにより特に効果を発揮するが、電磁誘導方式など他の方式の非接触給電と組み合わせても非接触給電により発生する熱を除去することができる。

また、例えば、上記各実施形態の構成の置換、組み合わせは適宜可能である。

本発明によれば、受電装置と送電装置とが相対移動可能な関係にあるときに、位置決めに時間を要することなく、非接触給電により発熱したコイルを適切に冷却することのできる冷却装置及び非接触給電システムを提供をすることができる。

１…非接触給電システム
１０…車両（受電装置）
１１ａ…コイル
１１ｂ…カバー部材
１４…伝熱板
２０…停車ステーション（送電装置）
２１ａ…コイル
２１ｂ…カバー部材
２１Ａ１…傾斜部
３０…冷却装置
３１…冷却液噴出部材
３５…冷却液噴出口
４０…受け部材
Ａ…対向領域
Ｗ…冷却液

Claims (13)

1. 冷却液噴出口が設けられた冷却液噴出部材を備え、
   移動可能な受電装置に対しコイルを用いた非接触給電を行う送電装置に付設され、前記受電装置に設けられたコイルを前記冷却液噴出口からの冷却液の噴き付けによって冷却し、
   前記冷却液噴出部材は、非磁性且つ非導電性を有する冷却装置。
2. 冷却液噴出口が設けられた冷却液噴出部材を備え、
   移動可能な送電装置からコイルを用いた非接触給電を受ける受電装置に付設され、前記送電装置に設けられたコイルを前記冷却液噴出口からの冷却液の噴き付けによって冷却し、
   前記冷却液噴出部材は、非磁性且つ非導電性を有する冷却装置。
3. 前記冷却液噴出部材の少なくとも一部は、前記非接触給電のときに前記コイル同士が対向する対向領域に設けられている請求項１に記載の冷却装置。
4. 前記冷却液噴出部材の少なくとも一部は、前記非接触給電のときに前記コイル同士が対向する対向領域に設けられている請求項２に記載の冷却装置。
5. 移動可能な受電装置に対しコイルを用いた非接触給電を行う送電装置に付設され、前記
   受電装置に設けられたコイルを冷却液の噴き付けによって冷却し、
   噴き付けられた後の前記冷却液の少なくとも一部を回収する受け部材を有する冷却装置。
6. 移動可能な送電装置からコイルを用いた非接触給電を受ける受電装置に付設され、前記送電装置に設けられたコイルを冷却液の噴き付けによって冷却し、
   噴き付けられた後の前記冷却液の少なくとも一部を回収する受け部材を有する冷却装置。
7. 前記受電装置に設けられた前記コイルと熱的に接続された伝熱板を有し、
   前記冷却装置は、前記受電装置に設けられた前記コイル及び前記伝熱板の少なくともいずれか一方に向かって前記冷却液を噴き付ける請求項１、３、５のいずれか一項に記載の冷却装置。
8. 前記送電装置に設けられた前記コイルと熱的に接続された伝熱板を有し、
   前記冷却装置は、前記送電装置に設けられた前記コイル及び前記伝熱板の少なくともいずれか一方に向かって前記冷却液を噴き付ける請求項２、４、６のいずれか一項に記載の冷却装置。
9. 前記冷却装置は、前記非接触給電のときに前記コイル同士が対向する対向方向に対し、斜めに前記冷却液を噴き付ける請求項１〜８のいずれか一項に記載の冷却装置。
10. 前記冷却装置は、ジェット状及びミスト状の少なくともいずれか一方で前記冷却液を噴き付ける請求項１〜９のいずれか一項に記載の冷却装置。
11. 前記送電装置に設けられた前記コイル及び前記受電装置に設けられた前記コイルの少なくとも一方は、非磁性且つ非導電性のカバー部材によって覆われている請求項１〜１０のいずれか一項に記載の冷却装置。
12. 前記送電装置に設けられた前記コイルと前記受電装置に設けられた前記コイルとの内、重力方向において下側のコイルを覆う前記カバー部材は、前記重力方向に対し、斜めに傾いている請求項１１に記載の冷却装置。
13. 少なくともいずれか一方が移動可能な受電装置と送電装置との間において、コイルを用いた非接触給電を行う非接触給電システムであって、
    前記受電装置及び前記送電装置に設けられた前記コイルのうち、少なくともいずれか一方を冷却する冷却装置として、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の冷却装置を有する非接触給電システム。

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