(57)【要約】  コイルユニットは、外部に設けられた外部共鳴コイルと電磁界共振結合する共鳴コイル（１１０）を備え、共鳴コイル（１１０）は、第１巻回中心（Ｏ１）を中心として第１巻回中心（Ｏ１）の周囲を囲むように延びる外側コイル（１１５）と、外側コイル（１１５）から外側コイル（１１５）で囲まれた領域内に延び出る延出部とを含み、外部共鳴コイル（２４０）と共鳴コイル（１１０）とが電磁界共振結合しているときに、共鳴コイル（１１０）を流れる交流電流の腹となる部分を共鳴コイル（１１０）の腹部とすると、共鳴コイル（１１０）は、腹部（ＡＭ１）が延出部に位置するように形成される。
2012124029.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部に設けられた外部共鳴コイル（２４０）と電磁界共振結合する共鳴コイル（１１０）を備え、
前記共鳴コイル（１１０）は、第１巻回中心（Ｏ１）を中心として前記第１巻回中心（Ｏ１）の周囲を囲むように延びる外側コイル（１１５）と、前記外側コイル（１１５）から前記外側コイル（１１５）で囲まれた領域内に延出する延出部とを含み、
前記外部共鳴コイル（２４０）と前記共鳴コイル（１１０）とが電磁界共振結合しているときに、前記共鳴コイル（１１０）を流れる交流電流の腹となる部分を共鳴コイル（１１０）の腹部とすると、前記共鳴コイル（１１０）は、前記腹部（ＡＭ１）が前記延出部（１１４）に位置するように形成された、コイルユニット。
【請求項２】
前記共鳴コイル（１１０）は、環状に形成され、電流が流れることで形成される磁界の方向が前記外側コイル（１１５）が形成する磁界の向きと同じ向きとされた内側コイル（１１４）を含み、
前記延出部は、前記内側コイル（１１４）である、請求項１に記載のコイルユニット。
【請求項３】
前記内側コイルは、前記外側コイルに沿って間隔をあけて複数設けられ、
複数の前記内側コイルの１つに、前記腹部（ＡＭ１）が位置する、請求項２に記載のコイルユニット。
【請求項４】
前記内側コイル（１１４）は、第２巻回中心（Ｏ１１４）の周囲を囲むように延び、
前記第２巻回中心（Ｏ１１４）は、前記第１巻回中心（Ｏ１）から離れた位置に位置し、
前記共鳴コイル（１１０）は、前記腹部（ＡＭ１）が前記第２巻回中心（Ｏ１１４）よりも前記第１巻回中心（Ｏ１）側に位置するように形成された、請求項２に記載のコイルユニット。
【請求項５】
前記共鳴コイル（１１０）は、第１端部および第２端部を含み、
前記第１端部および第２端部に接続されたキャパシタをさらに備え、
前記腹部（ＡＭ１）は、前記共鳴コイル（１１０）を形成する導線の一端から他端までの長さ方向の中央部に位置する、請求項１に記載のコイルユニット。
【請求項６】
前記共鳴コイル（１１０）は、環状に形成され、電流が流れることで形成される磁界の方向が前記外側コイル（１１５）が形成する磁界の向きと同じ向きとされた内側コイル（１１４）を含み、
前記内側コイルは、前記外側コイルに沿って間隔をあけて複数設けられ、
複数の前記内側コイルは、前記共鳴コイル（１１０）の腹部（ＡＭ１）が位置する第1内側コイル（１１４）と、前記第１端部および第２端部を含み、前記キャパシタが接続された第２内側コイル（１０９）とを含む、請求項５に記載のコイルユニット。
【請求項７】
前記共鳴コイル（１１０）と前記キャパシタとによって共振回路が形成され、
前記腹部（ＡＭ１）は、前記共振回路の電流経路の中央に位置する、請求項５に記載のコイルユニット。
【請求項８】
前記共鳴コイル（１１０）と電磁誘導結合する電磁誘導コイルをさらに備えた、請求項１に記載のコイルユニット。
【請求項９】
請求項１から請求項８のいずれかに記載のコイルユニットを備えた車両であって、
前記共鳴コイル（１１０）の腹部（ＡＭ１）と前記車両の中心との間の距離は、前記第１巻回中心（Ｏ１）と前記車両の中心との間の距離よりも小さい、車両。
【請求項１０】
請求項１から請求項８のいずれかに記載のコイルユニットを備えた外部給電装置。
【請求項１１】
請求項９に記載の車両と、
請求項１０に記載の外部給電装置と、
を備えた車両給電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コイルユニット、送電装置、外部給電装置および車両充電システムに関する。
【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。そして、最近では非接触の充電方式においても各種の充電方式が提案されており、特に、共鳴現象を利用することで非接触で電力を伝送する技術が脚光を浴びている。【０００４】
たとえば、特開２０１０−７３９７６号公報に記載された車両および給電装置は、それぞれ通信コイルを備える。車両に搭載された通信コイルは、共鳴コイルと、受電コイルとを含み、給電装置に搭載された通信コイルは、共鳴コイルと給電コイルとを含む。そして、給電装置に搭載された共鳴コイルと、車両に搭載された共鳴コイルとの間で、共鳴現象を利用して電力の非接触伝送がなされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−７３９７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特開２０１０−７３９７６号公報に記載された車両および給電装置の間で非接触で電力伝送を行う際には、各共鳴コイル内に高電圧の高周波電流が流れ、各共鳴コイルの周囲には強度の高い磁場が形成される。この結果、電力伝送中に、車両の周囲に強度の高い磁場が漏れ出すおそれがある。【０００７】
本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、過度に強度の高い磁界がコイルユニットの周囲に漏れだすことが抑制されたコイルユニット、送電装置、外部給電装置および車両充電システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る共鳴コイルは、外部に設けられた外部共鳴コイルと電磁界共振結合する共鳴コイルを備える。上記共鳴コイルは、第１巻回中心を中心として第１巻回中心の周囲を囲むように延びる外側コイルと、外側コイルから外側コイルで囲まれた領域内に延び出る延出部とを含む。上記外部共鳴コイルと共鳴コイルとが電磁界共振結合しているときに、共鳴コイルを流れる交流電流の腹となる部分を共鳴コイルの腹部とすると、共鳴コイルは、腹部が延出部に位置するように形成される。【０００９】
好ましくは、上記共鳴コイルは、環状に形成され、電流が流れることで形成される磁界の方向が外側コイルが形成する磁界の向きと同じ向きとされた内側コイルを含み、延出部は、内側コイルである。好ましくは、上記内側コイルは、外側コイルに沿って間隔をあけて複数設けられ、複数の内側コイルの１つに、腹部が位置する。【００１０】
好ましくは、上記内側コイルは、第２巻回中心の周囲を囲むように延びる。上記第２巻回中心は、第１巻回中心から離れた位置に位置する。上記共鳴コイルは、腹部が第２巻回中心よりも第１巻回中心側に位置するように形成される。好ましくは、上記共鳴コイルは、第１端部および第２端部を含む。上記第１端部および第２端部に接続されたキャパシタをさらに備る。上記腹部は、共鳴コイルを形成する導線の一端から他端までの長さ方向の中央部に位置する。【００１１】
好ましくは、上記共鳴コイルは、環状に形成され、電流が流れることで形成される磁界の方向が外側コイルが形成する磁界の向きと同じ向きとされた内側コイルを含む。上記内側コイルは、外側コイルに沿って間隔をあけて複数設けられる。上記複数の内側コイルは、共鳴コイルの腹部が位置する第1内側コイルと、第１端部および第２端部を含み、キャパシタが接続された第２内側コイルとを含む。【００１２】
好ましくは、上記共鳴コイルとキャパシタとによって共振回路が形成される。上記記腹部は、共振回路の電流経路の中央に位置する。好ましくは、上記共鳴コイルと電磁誘導結合する電磁誘導コイルをさらに備える。本発明に係る車両は、上記コイルユニットを備え、共鳴コイルの腹部と車両の中心との間の距離は、第１巻回中心と車両の中心との間の距離よりも小さい。本発明に係る外部給電装置は、上記コイルユニットを備える。本発明に係る車両受電システムは、上記車両と、上記外部給電装置とを備える。
【発明の効果】
【００１３】
本願発明に係るコイルユニット、送電装置、外部給電装置および車両充電システムによれば、過度に強度の高い磁界が周囲に漏れることを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本実施の形態１の形態に係る車両１００と、車両１００に電力を給電する外部給電装置２００とを模式的に示す模式図である。
【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】車両に搭載された車両側コイルユニット１０１を模式的に示す斜視図である。
【図５】図４に示すＶ方向から車両側共鳴コイル１１０および車両側電磁誘導コイル１２０を見た平面図である。
【図６】車両側共鳴コイル１１０を詳細に説明するための分解図である。
【図７】渡り線１１６およびその周囲の構成を示す斜視図である。
【図８】車両側共鳴コイル１１０および車両側電磁誘導コイル１２０の一部を示す側面図である。
【図９】車両側共鳴コイル１１０に電流が流れたときの状態を示す模式図である。
【図１０】上記のように構成された車両側共鳴コイル１１０および車両側キャパシタ１０９を模式的に示す回路図である。
【図１１】車両側共鳴コイル１１０、車両側キャパシタ１０９および接続配線１３２Ａ，１１３によって形成されたＬＣ共振器の展開図および共振回路内を流れる電流値を示すグラフである。
【図１２】共振回路の位置とその位置の周囲に形成される電界強度ＥＦおよび磁界強度ＭＦを模式的に示すグラフである。
【図１３】車両側共鳴コイル１１０と、設備側共鳴コイル２４０とが電磁界共振結合しているときにおける車両側共鳴コイル１１０を示す平面図である。
【図１４】設備側コイルユニット２０１を模式的に示す斜視図である。
【図１５】図１４に示すＸＶ方向から設備側電磁誘導コイル２３０および設備側共鳴コイル２４０を見たときの平面図である。
【図１６】設備側共鳴コイル２４０に共振周波数の電流が流れたときにおける設備側共鳴コイル２４０の平面図である。
【図１７】電力伝送時における車両側共鳴コイル１１０および設備側共鳴コイル２４０を模式的に示す斜視図である。
【図１８】車両側共鳴コイル１１０と設備側共鳴コイル２４０とが鉛直方向に配列した状態において、車両側共鳴コイル１１０と近接場ＮＦ２との位置関係を示す平面図である。
【図１９】図１８に示す車両側共鳴コイル１１０の位置から車両側共鳴コイル１１０が位置ずれした状態を示す平面図である。
【図２０】車両１００の下面を示す斜視図である。
【図２１】図２１は、車両１００の底面図である。
【図２２】電動車両のフロアパネル１１や車両側コイルユニット１０１を示す斜視図である。
【図２３】車両１００が駐車スペース２０２の所定位置に停車したときの様子を示す一部側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１から図２３を用いて、本発明の実施１の形態に係る車両および外部給電装置について説明する。
【００１６】
図１は、本実施の形態１の形態に係る車両１００と、車両１００に電力を給電する外部給電装置２００とを模式的に示す模式図である。
【００１７】
車両１００は、外部給電装置２００が設けられた駐車スペース２０２の所定位置に停車して、主に、外部給電装置２００から電力を受電する。なお、車両１００は、外部給電装置２００に電力を供給することもできる。
【００１８】
駐車スペース２０２には、車両１００を所定の位置に停車するように、輪止２０３やラインが設けられている。
【００１９】
外部給電装置２００は、交流電源２１０に接続された高周波電力ドライバ２２０と、この高周波電力ドライバ２２０に接続された設備側コイルユニット２０１とを含む。設備側コイルユニット２０１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２０１は、設備側共鳴コイル２４０と、設備側共鳴コイル２４０に接続された設備側キャパシタ２５０と、設備側共鳴コイル２４０と電気的に接続される設備側電磁誘導コイル２３０とを含む。
【００２０】
交流電源２１０は、車両外部の電源であり、たとえば、系統電源である。高周波電力ドライバ２２０は、交流電源２１０から受け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２３０に供給する。なお、高周波電力ドライバ２２０が生成する高周波電力の周波数は、たとえば１Ｍ〜数十ＭＨｚである。
【００２１】
設備側電磁誘導コイル２３０は、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２３０から発生する磁束量が経時的に変化する。
【００２２】
設備側共鳴コイル２４０は、設備側電磁誘導コイル２３０と電磁誘導結合しており、設備側共鳴コイル２４０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２４０にも高周波の電流が流れる。
【００２３】
この際、設備側共鳴コイル２４０に流れる高周波電流の周波数と、設備側電磁誘導コイル２３０のリラクタンスと設備側キャパシタ２５０の容量Ｃと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２３０に電流が供給される。設備側共鳴コイル２４０および設備側キャパシタ２５０は、ＬＣ共振器として機能する。
【００２４】
そして、設備側共鳴コイル２４０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２４０の周囲には、所定周波数の電磁場（電磁界）が形成される。
【００２５】
そして、車両１００は、設備側共鳴コイル２４０および設備側キャパシタ２５０によって形成されたＬＣ共振器と同じ共振周波数を持つ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２４０および設備側キャパシタ２５０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２００から車両１００に電力が送電される。
【００２６】
なお、車両１００と外部給電装置２００とは、設備側共鳴コイル２４０および設備側キャパシタ２５０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２００側から車両１００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。
【００２７】
車両１００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１０１と、車両側コイルユニット１０１に接続された整流器１３０と、整流器１３０に接続されたＤＣ／ＤＣコンバータ１４０と、このＤＣ／ＤＣコンバータ１４０に接続されたバッテリ１５０と、パワーコントロールユニット（ＰＣＵ（Power  Control  Unit））１６０と、このパワーコントロールユニット１６０に接続されたモータユニット１７０と、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４０やパワーコントロールユニット１６０などの駆動を制御する車両ＥＣＵ（Electronic  Control  Unit）１８０とを備える。
【００２８】
なお、本実施の形態に係る車両１００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も含む。
【００２９】
車両側コイルユニット１０１は、車両側共鳴コイル１１０と、この車両側共鳴コイル１１０に接続された車両側キャパシタ１０９と、車両側共鳴コイル１１０と電磁誘導により結合する車両側電磁誘導コイル１２０とを含む。なお、車両側コイルユニット１０１の詳細な構成については後述する。
【００３０】
車両側共鳴コイル１１０と車両側キャパシタ１０９は、ＬＣ共振器を構成しており、車両側共鳴コイル１１０および車両側キャパシタ１０９によって形成されたＬＣ共振器の共振周波数と、設備側共鳴コイル２４０および設備側キャパシタ２５０によって形成されたＬＣ共振器の共振周波数とは実質的に一致している。
【００３１】
ここで設備側共鳴コイル２４０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。
【００３２】
そして、設備側共鳴コイル２４０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１１０が配置されると、車両側共鳴コイル１１０および車両側キャパシタ１０９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１１０に電流が流れる。このように、車両側共鳴コイル１１０と、設備側共鳴コイル２４０とは、電磁界共振結合する。
【００３３】
車両側電磁誘導コイル１２０は、車両側共鳴コイル１１０と電磁誘導結合して、車両側共鳴コイル１１０が受電した電力を取り出す。車両側電磁誘導コイル１２０が車両側共鳴コイル１１０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１１０に設備側共鳴コイル２４０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１０１と、設備側コイルユニット２０１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。
【００３４】
整流器１３０は、車両側電磁誘導コイル１２０に接続されており、車両側電磁誘導コイル１２０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１４０に供給する。
【００３５】
ＤＣ／ＤＣコンバータ１４０は、整流器１３０から供給された直流電流の電圧を調整して、バッテリ１５０に供給する。
【００３６】
パワーコントロールユニット１６０は、バッテリ１５０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１５０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１７０に供給する。
【００３７】
モータユニット１７０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１６０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。
【００３８】
なお、バッテリ１５０に蓄積された電力を交流電源２１０に供給する際には、たとえば、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４０がバッテリ１５０からの電流を昇圧して、整流器１３０に供給する。整流器１３０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４０からの直流電流を高周波電流に変換する。この高周波電流の周波数は、上記の共振周波数とされている。
【００３９】
整流器１３０は、この高周波電流を車両側電磁誘導コイル１２０に供給する。車両側共鳴コイル１１０は、電磁誘導によって車両側電磁誘導コイル１２０から高周波電流を受け取る。この高周波電流の周波数は、共振周波数と実質的に一致しており、車両側共鳴コイル１１０および車両側キャパシタ１０９によって形成されたＬＣ共振器が共振する。そして、車両側共鳴コイル１１０の周囲に周波数が上記共振周波数とされた電磁場（電磁界）が形成される。
【００４０】
そして、車両側共鳴コイル１１０から、たとえば、数ｍ程度の範囲内に設備側共鳴コイル２４０が配置されることで、設備側共鳴コイル２４０および設備側キャパシタ２５０によって形成されるＬＣ共振器が共鳴する。そして、設備側共鳴コイル２４０に供給された電力は、電磁誘導によって設備側電磁誘導コイル２３０に引き出される。設備側共鳴コイル２４０に引き出された電力は、高周波電力ドライバ２２０を通って、交流電源２１０に供給される。
【００４１】
なお、車両１００がハイブリッド車両の場合には、車両１００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１７０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。
【００４２】
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１０１と設備側コイルユニット２０１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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
具体的には、高周波電源３１０に一次コイル３２０を接続し、電磁誘導により一次コイル３２０と磁気的に結合される一次自己共振コイル３３０へ、１Ｍ〜数十ＭＨｚの高周波電力を給電する。一次自己共振コイル３３０は、コイル自身のインダクタンスと浮遊容量（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、一次自己共振コイル３３０と同じ共振周波数を有する二次自己共振コイル３４０と電磁場（近接場）を介して共鳴する。そうすると、一次自己共振コイル３３０から二次自己共振コイル３４０へ電磁場を介してエネルギー（電力）が移動する。二次自己共振コイル３４０へ移動したエネルギー（電力）は、電磁誘導により二次自己共振コイル３４０と磁気的に結合される二次コイル３５０によって取出され、負荷３６０へ供給される。なお、共鳴法による送電は、一次自己共振コイル３３０と二次自己共振コイル３４０との共鳴強度を示すＱ値がたとえば１００よりも大きいときに実現される。
【００４６】
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２１０および高周波電力ドライバ２２０は、図２の高周波電源３１０に相当する。また、図１に示す設備側電磁誘導コイル２３０は、図２の一次コイル３２０に相当する。さらに、図１に示す設備側共鳴コイル２４０および設備側キャパシタ２５０は、図３の一次自己共振コイル３３０および一次自己共振コイル３３０の浮遊容量とに相当する。
【００４７】
図１に示す車両側共鳴コイル１１０および車両側キャパシタ１０９は、図２に示す二次自己共振コイル３４０および二次自己共振コイル３４０の浮遊容量とに相当する。
【００４８】
図１に示す車両側電磁誘導コイル１２０は、図２の二次コイル３５０に相当する。そして、図１に示す整流器１３０、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４０およびバッテリ１５０は、図２に示す負荷３６０に相当する。
【００４９】
さらに、本実施の形態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。
【００５０】
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。
【００５１】
「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（一次自己共振コイル）から他方の共鳴器（二次自己共振コイル）へエネルギー（電力）を伝送する。この「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。
【００５２】
このように、本実施の形態１に係る車両１００と、外部給電装置２００とは、電磁場の近接場の共鳴を利用して、車両１００の車両側コイルユニット１０１と、外部給電装置２００の設備側コイルユニット２０１との間で電力の送電や受電を行っている。
【００５３】
ここで、車両側コイルユニット１０１と設備側コイルユニット２０１との間で電力の送電および受電を行っている際に、車両の周囲に強度の高い磁界が漏れ出すと、車両１００の周囲の電気機器などに影響を与えるおそれがある。
【００５４】
本願の発明者等は、鋭意努力の結果、受電および送電の過程において、車両側共鳴コイル１１０の特定の部位および設備側共鳴コイル２４０の特定の部位の周囲に特に強度の高い磁場が形成されることを見出した、本願発明においては、受電および送電の過程において、車両１００の周囲に強い磁場が漏れ出すことを抑制することを目的としており、以下にその具体的な構成について説明する。
【００５５】
図４は、車両に搭載された車両側コイルユニット１０１を模式的に示す斜視図である。この図４に示すように、車両側コイルユニット１０１は、車両側共鳴コイル１１０と、車両側電磁誘導コイル１２０と、車両側共鳴コイル１１０に接続された車両側キャパシタ１０９と、車両側キャパシタ１０９および車両側共鳴コイル１１０を接続する接続配線１３２Ａおよび接続配線１３２Ｂとを含む。
【００５６】
車両側共鳴コイル１１０は、端部１３１Ａおよび端部１３１Ｂとを含み、端部１３１Ａには、接続配線１３２Ａが接続されており、端部１３１Ｂには接続配線１３２Ｂが接続されている。この接続配線１３２Ａおよび接続配線１３２Ｂによって車両側キャパシタ１０９と、車両側共鳴コイル１１０とが直列に接続されている。なお、この図４に示す例においては、接続配線１３２Ａ，１３２Ｂと、車両側共鳴コイル１１０とは一体的に形成されている。具体的には、車両側共鳴コイル１１０を構成するコイル線を端部１３１Ａ，１３１Ｂで屈曲させて接続配線１３２Ａ,１３２Ｂを形成している。
【００５７】
図５は、図４に示すＶ方向から車両側共鳴コイル１１０および車両側電磁誘導コイル１２０を見た平面図である。なお、図５において、車両側電磁誘導コイル１２０は、破線で示されている。この図５および図４に示すように、車両側共鳴コイル１１０は、車両側電磁誘導コイル１２０の下方に配置されている。車両側共鳴コイル１１０は、巻回中心線Ｏ１の周囲を囲むように延びる外側コイル１１５と、この外側コイル１１５に接続され、
外側コイル１１５が取り囲む領域内に配置された複数の内側コイル１１１，１１２，１１３，１１４と、複数の渡り線１１６、１１７，１１８，１１９とを含む。
【００５８】
外側コイル１１５と、車両側電磁誘導コイル１２０とは、巻回中心線Ｏ１上に位置する位置から外側コイル１１５の中心点を見る方向に、外側コイル１１５および車両側電磁誘導コイル１２０を見ると、外側コイル１１５と車両側電磁誘導コイル１２０とは重なり合う。
【００５９】
すなわち、外側コイル１１５および車両側電磁誘導コイル１２０は、互いに一方が他方に沿うように形成されている。
【００６０】
ここで、車両側共鳴コイル１１０と車両側電磁誘導コイル１２０との間で電流の授受は電磁誘導によって行われる。
【００６１】
外側コイル１１５と車両側電磁誘導コイル１２０とは重なり合うように配置されているため、車両側共鳴コイル１１０と車両側電磁誘導コイル１２０との間で電流の授受が行われる際、車両側共鳴コイル１１０に電流が流れることで生じる磁力線の多くが車両側電磁誘導コイル１２０を通る。これにより、車両側電磁誘導コイル１２０に大きな起電力が生じ、車両側共鳴コイル１１０と車両側電磁誘導コイル１２０との間で電流の授受が良好に行われる。
【００６２】
外側コイル１１５は、巻回中心線Ｏ１の周囲に沿って延びるように形成されている。内側コイル１１１，１１２，１１３，１１４は、互いに外側コイル１１５の周方向に間隔をあけて配置されている。内側コイル１１１，１１２，１１３，１１４は、巻回中心線Ｏ１の周囲に環状に配列しており、各内側コイル１１１，１１２，１１３，１１４の巻回中心は、巻回中心線Ｏ１の周囲に等間隔に配置されている。内側コイル１１１，１１２，１１３，１１４は、外側コイル１１５の内周縁部に内接するように配置されている。このため、内側コイル１１１，１１２，１１３，１１４の各径を大きく確保することができ、受電および送電効率の向上を図ることができる。
【００６３】
内側コイル１１２には、車両側共鳴コイル１１０の端部１３１Ａ,１３１Ｂが位置しており、内側コイル１１２に車両側キャパシタ１０９が接続されている。
【００６４】
車両側共鳴コイル１１０は、１つの導線から形成されており、外側コイル１１５、内側コイル１１１，１１２，１１３，１１４および渡り線１１６、１１７，１１８，１１９は、１つの導線から一体的に形成されている。
【００６５】
車両側共鳴コイル１１０を１つの導線で構成することで、車両側共鳴コイル１１０との間で電力の授受を行う車両側電磁誘導コイル１２０を１つに集約することができ、部品点数の低減を図ることができる。なお、外側コイル１１５および内側コイル１１１，１１２，１１３，１１４は、１巻のコイルであり、車両側共鳴コイル１１０のコンパクト化が図られている。
【００６６】
図６は、車両側共鳴コイル１１０を詳細に説明するための分解図であり、車両側共鳴コイル１１０を構成する構成要素ごとに車両側共鳴コイル１１０を切断したときの分解図である。
【００６７】
この図６に示すように、外側コイル１１５は、複数の円弧部１１５ａ〜１１５ｄを含む。各円弧部１１５ａ〜１１５ｄは、図４，５に示す巻回中心線Ｏ１を中心に円弧状に延びるように形成されている。
【００６８】
なお、外側コイル１１５の形状としては、円形形状に限られず、方形形状、多角形形状、楕円形状など各種形状を採用することができる。
【００６９】
内側コイル１１１，１１２，１１３，１１４も略円形形状とされているが、円形形状に限られず、方形形状、多角形形状、楕円形状など各種形状を採用することができる。なお、内側コイル１１１，１１２，１１３，１１４の各中心線は、巻回中心線Ｏ１から離れており、巻回中心線Ｏ１を中心に配列している。
【００７０】
渡り線１１６、１１７，１１８，１１９は、内側コイル１１１，１１２，１１３，１１４と円弧部１１５ａ，１１５ｂ、１１５ｃ、１１５ｄとを接続する。
【００７１】
渡り線１１６は、円弧部１１５ａの一端と内側コイル１１１の一端とを接続し、円弧部１１５ａの他方端は、内側コイル１１２の一端に接続されている。
【００７２】
渡り線１１７は、内側コイル１１２の他方端と円弧部１１５ｂの一端とを接続し、円弧部１１５ｂの他方端は内側コイル１１３の一端に接続されている。渡り線１１８は、内側コイル１１３の他方端と円弧部１１５ｃの一端とを接続し、円弧部１１５ｃの他方端は内側コイル１１４の一端に接続されている。渡り線１１９は、内側コイル１１４の他方端と円弧部１１５ｄの一端とを接続する。円弧部１１５ｄの他方端は、内側コイル１１１の他方端に接続されている。
【００７３】
なお、図６は、車両側共鳴コイル１１０を説明するために便宜的に車両側共鳴コイル１１０を分解した状態を示しているが、車両側共鳴コイル１１０は１つの導線によって形成されている。
【００７４】
図７は、渡り線１１６およびその周囲の構成を示す斜視図である。この図７および図４に示すように、渡り線１１６は、車両側共鳴コイル１１０の一部である内側コイル１１１を跨ぐように形成されてる。
【００７５】
渡り線１１６は、車両側電磁誘導コイル１２０側に向けて膨らむように湾曲している。なお、他の渡り線１１７、１１８，１１９も、車両側電磁誘導コイル１２０と同様に形成されており、各々車両側共鳴コイル１１０の一部を跨ぐように形成されている。
【００７６】
この際、渡り線１１６、１１７，１１８，１１９と、車両側共鳴コイル１１０の一部との間の距離Ｌ２は、たとえば、車両側共鳴コイル１１０を構成する導線の直径よりも大きく設定されており、渡り線１１６、１１７，１１８，１１９と車両側共鳴コイル１１０との間で放電が生じることが抑制されている。
【００７７】
図８は、車両側共鳴コイル１１０および車両側電磁誘導コイル１２０の一部を示す側面図である。この図８に示すように、車両側電磁誘導コイル１２０は、渡り線１１６に沿って延びる湾曲部１２１を含む。
【００７８】
湾曲部１２１と渡り線１１６との間の距離Ｌ１が車両側電磁誘導コイル１２０のうち湾曲部１２１以外の部分と車両側共鳴コイル１１０との間の距離と等しくなるように、湾曲部１２１は湾曲している。
【００７９】
図４に示すように、車両側電磁誘導コイル１２０は、車両側共鳴コイル１１０の渡り線１１７，１１８、１１９に沿って延びる湾曲部１２２，１２３，１２４を含む。
【００８０】
これにより、車両側電磁誘導コイル１２０と車両側共鳴コイル１１０とは、互いに全周に亘って、互いの距離が一定距離Ｌ１となるように形成されている。
【００８１】
このように、車両側共鳴コイル１１０と車両側電磁誘導コイル１２０との間の距離が短くなる部分がないため、車両側共鳴コイル１１０および車両側電磁誘導コイル１２０に高電圧の電流が流れたとしても、車両側共鳴コイル１１０および車両側電磁誘導コイル１２０の間で放電が生じることを抑制することができる。
【００８２】
さらに、車両側電磁誘導コイル１２０および車両側共鳴コイル１１０の間の距離を一定間隔に保つことで、車両側共鳴コイル１１０に良好に起電力を発生させることができ、車両側共鳴コイル１１０および車両側電磁誘導コイル１２０の間での電力の授受を良好に行うことができる。
【００８３】
図９は、車両側共鳴コイル１１０に電流が流れたときの状態を示す模式図である。この図９に示すように、車両側共鳴コイル１１０に電流が流れると、外側コイル１１５には、電流方向Ｄ０に電流が流れる。内側コイル１１１，１１２，１１３，１１４には、電流方向Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４に電流が流れる。
【００８４】
外側コイル１１５、および内側コイル１１１，１１２，１１３，１１４に上記のような方向に電流が流れると、外側コイル１１５および内側コイル１１１，１１２，１１３，１１４によって磁界が発生する。この際、外側コイル１１５および内側コイル１１１，１１２，１１３，１１４によって発生する磁界の向きはいずれも同じ方向に向くように、外側コイル１１５および内側コイル１１１，１１２，１１３，１１４は巻かれている。
【００８５】
図１０は、上記のように構成された車両側共鳴コイル１１０および車両側キャパシタ１０９を模式的に示す回路図である。この図１０において、車両側キャパシタ１０９は、互いに対向する電極１３４および電極１３５を含み、接続配線１３２Ａおよび接続配線１３２Ｂによって、電極１３４，１３５が車両側共鳴コイル１１０の各端部１３１Ａ，１３１Ｂに接続されている。
【００８６】
設備側共鳴コイル２４０と車両側共鳴コイル１１０とが電磁界結合（電磁共鳴）する際には、車両側共鳴コイル１１０、車両側キャパシタ１０９および接続配線１１２，１１３によって形成される電流経路内に高周波の交流電流が流れる。この交流電流の周波数は、ＬＣ共振回路の共振周波数と実質的に一致しており、当該交流電流は共振状態となっている。図１１は、車両側共鳴コイル１１０、車両側キャパシタ１０９および接続配線１３２Ａ，１１３によって形成されたＬＣ共振器の展開図および共振回路内を流れる電流値を示すグラフである。
【００８７】
この図１１において、電極１３４の端部を共振回路の回路始点ＬＯとし、電極１３５の端部を共振回路の回路終端ＬＥとする。
【００８８】
図１１に示す縦軸は、電流量を示し、横軸は、共振回路の位置を示す。そして、曲線ＣＬ１は、電磁界共振結合しているときの任意の時点における電流量の分布を示す。そして、曲線ＣＬ２〜ＣＬ７は、曲線ＣＬ１の時点から時々刻々変化する電流量の分布を示す。
【００８９】
この曲線ＣＬ１〜ＣＬ７からも明らかなように、共振回路内を流れる電流は、中間位置ＬＭ１の部分が「腹」となる。なお、接続配線１３２Ａおよび電極１３４の結線位置と回路始点ＬＯとの間の距離と、電極１３５および接続配線１３２Ｂの結線位置と回路終端ＬＥとの間の距離は、実質的に等しい。また、接続配線１３２Ａの長さと、接続配線１３２Ｂの長さとは等しい。このため、中間位置ＬＭ１は、車両側共鳴コイル１１０を形成する導線の長さ方向の中央に位置している。このような共振交流電流においては、「腹」（anti-node）の部分で電流量が最大となる。そこで、車両側共鳴コイル１１０のうち、共振交流電流の「腹」となる部分を腹部ＡＭ１とする。
【００９０】
車両側共鳴コイル１１０の腹部ＡＭ１を流れる電流が最大となるため、腹部ＡＭ１の周囲で強度の高い磁界が発生する。そして、車両側共鳴コイル１１０の端部側に向かうにつれて、車両側共鳴コイル１１０の周囲に形成される磁界の強度が小さくなる。
【００９１】
その一方で、回路始点ＬＯおよび回路終端ＬＥにおける電位は高く、腹部ＡＭ１における電位は低いため、電界強度は回路始点ＬＯおよび回路終端ＬＥの周囲で大きくなり、車両側共鳴コイル１１０の腹部ＡＭ１の周囲で最小となる。
【００９２】
図１２は、共振回路の位置とその位置の周囲に形成される電界強度ＥＦおよび磁界強度ＭＦを模式的に示すグラフである。この図１２からも明らかなように、車両側共鳴コイル１１０の腹部ＡＭ１の周囲に強度の高い磁場が形成されることが分かる。
【００９３】
なお、図１１から図１２においては、車両側共鳴コイル１１０を含む共振回路について説明したが、設備側共鳴コイル２４０、設備側キャパシタ２５０および接続配線によって形成されたＬＣ共振回路においても、車両側共鳴コイル１１０を含むＬＣ共振回路と同様の電流分布、磁界強度分布および電界強度分布となる。
【００９４】
図１３は、車両側共鳴コイル１１０と、設備側共鳴コイル２４０とが電磁界共振結合しているときにおける車両側共鳴コイル１１０を示す平面図である。なお、この図１３において、破線は、磁界の強度の高い近接場を模式的に示す。
【００９５】
車両側共鳴コイル１１０と設備側共鳴コイル２４０とが電磁界共振結合すると、車両側共鳴コイル１１０には、周波数が共振周波数の交流電流が流れる。これにより、車両側共鳴コイル１１０の周囲には、近接場ＮＦ１が形成される。近接場ＮＦ１は、外側コイル１１５の周囲に形成された単位近接場ＵＮＦ０と、各内側コイル１１１〜１１４の周囲に形成された単位近接場ＵＮＦ１〜ＵＮＦ４とを含む。
【００９６】
内側コイル１１１，１１２，１１３，１１４は、巻回中心線Ｏ１の周囲に等間隔に配置されると共に、互いに巻回中心線Ｏ１を中心に対称的に配置されている。内側コイル１１１，１１２，１１３，１１４を構成するコイル線の長さはいずれも実質的に一致しており、外側コイル１１５も、巻回中心線Ｏ１を中心に対称的に形成されている。内側コイル１１２に車両側共鳴コイル１１０の端部１３１Ａおよび端部１３１Ｂが形成されている。さらに、接続配線１３２Ａおよび接続配線１３２Ｂの配線長さは、実質的に一致している。
【００９７】
そして、車両側共鳴コイル１１０の端部１３１Ｂおよび接続配線１３２Ａが内側コイル１１２に形成されているため、車両側共鳴コイル１１０の腹部ＡＭ１は、内側コイル１１２に対して巻回中心線Ｏ１と対称な内側コイル１１４に位置する。そして、腹部ＡＭ１は、内側コイル１１４に位置しており、腹部ＡＭ１の周囲には、他の部分よりも広い範囲で磁界の強度が高い近接場が形成されていることがわかる。
【００９８】
内側コイル１１４は、外側コイル１１５によって囲まれる領域内に位置している。このため、腹部ＡＭ１の周囲に強度の高い磁場が形成されたとしても、この強度の高い磁界が車両側共鳴コイル１１０の外側の広い範囲にまで広がることを抑制することができる。端部１３１Ａおよび端部１３１Ｂは、内側コイル１１２のうち、内側コイル１１２の巻回中心線Ｏ１１２よりも、巻回中心線Ｏ１側に位置している。このため、腹部ＡＭ１も内側コイル１１４のうち、内側コイル１１４の巻回中心線Ｏ１１４よりも、巻回中心線Ｏ１側に位置している。これにより、腹部ＡＭ１の周囲に形成される強度の高い磁界が、車両側共鳴コイル１１０より外側の広い範囲まで広がることを抑制することができる。
【００９９】
図１３などに示す例においては、腹部ＡＭ１は、内側コイル１１４のうち、最も巻回中心線Ｏ１に近接した部分に位置している。
【０１００】
図１４は、設備側コイルユニット２０１を模式的に示す斜視図であり、図１５は、図１４に示すＸＶ方向から設備側電磁誘導コイル２３０および設備側共鳴コイル２４０を見たときの平面図である。
【０１０１】
図１４および図１５に示すように、設備側コイルユニット２０１は、設備側共鳴コイル２４０と、この設備側共鳴コイル２４０の下方に配置された設備側電磁誘導コイル２３０と、設備側共鳴コイル２４０に接続された設備側キャパシタ２５０と、設備側キャパシタ２５０および設備側共鳴コイル２４０を接続する接続配線２５２Ａ，２５２Ｂとを含む。
【０１０２】
設備側共鳴コイル２４０は、端部２５１Ａおよび端部２５１Ｂを含む。端部２５１Ａには、接続配線２５２Ａが接続され、端部２５１Ｂには接続配線２５２Ｂが接続されている。なお、接続配線２５２Ａおよび接続配線２５２Ｂも、設備側共鳴コイル２４０を形成するコイル線を端部２５１Ａおよび端部２５１Ｂの端部で折り曲げることで形成されている。
【０１０３】
設備側共鳴コイル２４０は、車両側共鳴コイル１１０と実質的に同一の形状とされている。設備側共鳴コイル２４０は、外側コイル２４５と、この外側コイル２４５の内側に配置された複数の内側コイル２４１，２４２，２４３，２４４と、外側コイル２４５および各内側コイル２４１，２４２，２４３，２４４を接続する渡り線２４６,２４７，２４８，２４９を含む。内側コイル２４１,４２，２４３，２４４の各巻回中心線は、巻回中心線Ｏ２の周囲に等間隔に配置されている。
【０１０４】
なお、設備側共鳴コイル２４０も、車両側共鳴コイル１１０と同様に１つの導線から形成されている。このため、設備側共鳴コイル２４０との間で電力の授受を行う設備側電磁誘導コイル２３０などを１つにすることができ、装置の簡略化を図ることができる。
【０１０５】
図１５において、巻回中心線Ｏ２上の点から設備側共鳴コイル２４０の中心点を見る方向で、設備側共鳴コイル２４０および設備側電磁誘導コイル２３０を見ると、設備側電磁誘導コイル２３０は、外側コイル２４５と重なり合うように形成されている。このため、設備側共鳴コイル２４０と設備側電磁誘導コイル２３０との間の電力の授受が効率的に行われる。
【０１０６】
図１５において、外側コイル２４５は、巻回中心線Ｏ２を中心に延びる円弧状の円弧部２４５ａ，２４５ｂ、２４５ｃ、２４５ｄを含み、渡り線２４６,２４７，２４８，２４９によって、円弧部２４５ａ，２４５ｂ、２４５ｃ、２４５ｄと内側コイル２４１，２４２，２４３，２４４とが接続されている。
【０１０７】
この図１５に示す例においても、渡り線２４６,２４７，２４８，２４９は、設備側共鳴コイル２４０の一部を跨ぐように形成されており、設備側電磁誘導コイル２３０に向けて膨らむように湾曲している。
【０１０８】
図１４に示すように、設備側電磁誘導コイル２３０は、渡り線２４６,２４７，２４８，２４９の形状に合わせて湾曲する湾曲部２３１,２３２，２３３，２３４を含み、設備側電磁誘導コイル２３０および設備側共鳴コイル２４０との間で放電が生じることが抑制されている。
【０１０９】
さらに、設備側電磁誘導コイル２３０と設備側共鳴コイル２４０との間の距離を一定にすることで、設備側電磁誘導コイル２３０に良好に起電力を発生させることができ、設備側電磁誘導コイル２３０と設備側共鳴コイル２４０との間の電力の授受効率の向上が図られている。
【０１１０】
図１５において、外側コイル２４５に電流方向Ｄ１０に電流が流れる際には、内側コイル２４１，２４２，２４３，２４４には、電流方向Ｄ１１，Ｄ１２，Ｄ１３，Ｄ１４に電流が流れる。このため、外側コイル２４５によって形成される磁界の方向と、各内側コイル２４１,２４２，２４３，２４４によって形成される磁界の方向とは一致する。
【０１１１】
内側コイル２４１，２４２，２４３，２４４は、巻回中心線Ｏ２を中心に対称的に配置されている。そして、設備側コイルユニット２０１から車両側コイルユニット１０１に電力を送電する際には、設備側共鳴コイル２４０には周波数が共振周波数の交流電流が流れる。
【０１１２】
この際、設備側共鳴コイル２４０と、接続配線２５２Ａと、接続配線２５２Ｂと、設備側キャパシタ２５０とを形成する導線の長さ方向の中央部に、上記交流電流の腹が位置する。設備側キャパシタ２５０を構成する２つの電極の長さが実質的等しく、さらに、接続配線２５２Ａおよび接続配線２５２Ｂの配線長さが実質的に等しい。このため、上記交流電流の腹は、設備側共鳴コイル２４０を形成するコイル線の長さ方向の中央部に位置する。そして、設備側共鳴コイル２４０のうち、交流電流の腹となる部分を腹部ＡＭ２とする。
【０１１３】
図１６は、設備側共鳴コイル２４０に共振周波数の電流が流れたときにおける設備側共鳴コイル２４０の平面図である。なお、図１６に示す破線は、設備側共鳴コイル２４０の周囲に形成される近接場のうち、磁界の強度が高い領域を模式的に示す図である。
【０１１４】
設備側共鳴コイル２４０に共振周波数の電流が流れることで、設備側共鳴コイル２４０の周囲に近接場ＮＦ２が形成される。近接場ＮＦ２は、外側コイル２４５の周囲に形成される単位近接場ＵＮＦ１０と、各内側コイル２４１,２４２，２４３，２４４の周囲に形成される単位近接場ＵＮＦ１１，ＵＮＦ１２，ＵＮＦ１３，ＵＮＦ１４を含む。
【０１１５】
腹部ＡＭ２の周囲には、他の部分よりも広い範囲で、強度の高い磁界が形成されていることがわかる。腹部ＡＭ２は、内側コイル２４４に位置している。具体的には、腹部ＡＭ２は、内側コイル２４４のうち、内側コイル２４４の巻回中心線Ｏ２４４よりも、巻回中心線Ｏ２に近い部分に位置している。
【０１１６】
このため、腹部ＡＭ２の周囲に形成される強度の高い磁界が、設備側共鳴コイル２４０の外側において広い範囲に広がることを抑制することができる。
【０１１７】
車両１００に搭載されたバッテリ１５０を充電する際には、図１７に示すように、車両側共鳴コイル１１０は、設備側共鳴コイル２４０の上方に位置する。
【０１１８】
そして、設備側共鳴コイル２４０に共振周波数の高周波電流が流れる。そして、図１６に示すように、近接場ＮＦ２が設備側共鳴コイル２４０の周囲に形成される。
【０１１９】
図１８は、車両側共鳴コイル１１０と設備側共鳴コイル２４０とが鉛直方向に配列した状態において、車両側共鳴コイル１１０と近接場ＮＦ２との位置関係を示す平面図である。
【０１２０】
この図１８に示す状態においては、車両側共鳴コイル１１０は、近接場ＮＦ２内に位置しており、設備側共鳴コイル２４０から車両側共鳴コイル１１０に良好に電力が伝達される。
【０１２１】
図１９は、図１８に示す車両側共鳴コイル１１０の位置から車両側共鳴コイル１１０が位置ずれした状態を示す平面図である。
【０１２２】
この図１９においては、図１８に示すように、車両側共鳴コイル１１０が正常な位置から位置ずれしている。その一方で、平面視すると、車両側共鳴コイル１１０は、複数の内側コイル１１１，１１２，１１３，１１４を備えているため、車両側共鳴コイル１１０は、近接場ＮＦ２と多数の位置で交差している。このため、この図１９に示すように、車両側共鳴コイル１１０が位置ずれしたとしても、車両側共鳴コイル１１０には、設備側共鳴コイル２４０から電力が伝達され、電力の伝達効率の低減が抑制されている。
【０１２３】
さらに、複数の内側コイル１１１，１１２，１１３，１１４が外側コイル１１５の内側に配置されているため、車両側共鳴コイル１１０自体の大きさが大きくなることが抑制されている。
【０１２４】
このように、本実施の形態に係る車両側コイルユニット１０１および設備側コイルユニット２０１によれば、強度の高い磁界が各共鳴コイルの外側の広い範囲に漏れることを抑制することができるとともに、車両側共鳴コイル１１０および設備側共鳴コイル２４０とが位置ずれしたとしても、送電・受電効率の低下を抑制することができる。
【０１２５】
次に、本願発明者等は、車両側共鳴コイル１１０および設備側共鳴コイル２４０の搭載態様を工夫することで、強度の高い磁場が車両１００の周囲に漏れることを抑制しており、その詳細について図を用いて説明する。
【０１２６】
図２０は、車両１００の下面を示す斜視図であり、図２１は、車両１００の底面図であって、車両側共鳴コイル１１０の配置位置を示す底面図である。そして、図２２は、電動車両のフロアパネル１１や車両側コイルユニット１０１を示す斜視図である。
【０１２７】
図２０および図２１において、内側コイル１１４は、電動車両１００の幅方向の中央部に位置している。さらに、内側コイル１１１〜１１４のうち、内側コイル１１４が最も、電動車両１００の中心点Ｏ４に近い位置に配置されている。換言すれば、車両側共鳴コイル１１０は、腹部ＡＭ１と車両１００の中心点Ｏ４との間の距離が、巻回中心線Ｏ１と中心点Ｏ４との間の距離よりも小さくなるように配置されている。図２１に示す領域Ｒ１および領域Ｒ２は、磁界の強度の強い領域を示す。腹部ＡＭ１が車両１００の中心に近い位置に配置されているため、腹部ＡＭ１の周囲に形成される強度の高い領域Ｒ１，Ｒ２が車両１００の周囲に漏れることが抑制されている。
【０１２８】
腹部ＡＭ１は、車両１００の幅方向の中央部に配置されており、腹部ＡＭ１の周囲に形成される強度の高い磁場が車両１００の側面側から漏れることを抑制することができる。
【０１２９】
さらに、腹部ＡＭ１は、外側コイル１１５によって囲まれる領域内に位置しているため、車両側共鳴コイル１１０が所定の位置から回転した状態で電動車両１００に搭載されたとしても、強度が高い磁界が電動車両１００の周囲に漏れることを抑制することができる。たとえば、図２１に示す状態から車両側共鳴コイル１１０を９０°回転した状態で車両側共鳴コイル１１０が搭載されたとしても、腹部ＡＭ１と電動車両１００の側面との間の距離は確保されており、強度の高い磁界が電動車両１００の側面からもれることが抑制されている。
【０１３０】
図２１に示す例においては、腹部ＡＭ１は、車両１００の幅方向中央部をとおり車両１００の前後方向に延びる中心線Ｏ５上に配置されているが、この位置に限られず、中心線Ｏ５上およびその周囲に位置してもよい。
【０１３１】
図２０から図２２を参照して、車両１００は、車両の幅方向に配列する一対のサイドメンバ１０Ａ，１０Ｂと、車両の幅方向に配列する一対のリヤサイドメンバ１０Ｃ，１０Ｄと、フロアパネル１１とを含む。フロアパネル１１は、サイドメンバ１０Ａ，１０Ｂの上面と、リヤサイドメンバ１０Ｃ，１０Ｄとの上面に固定されている。車両側コイルユニット１０１は、フロアパネル１１の下面に設けられている。
【０１３２】
図２１および図２２に示すように、リヤサイドメンバ１０Ｃは、サイドメンバ１０Ａの後端に接続され、リヤサイドメンバ１０Ｄは、サイドメンバ１０Ｂの後端に接続されている。車両側コイルユニット１０１と、リヤサイドメンバ１０Ｃ，１０Ｄとの上方から車両側コイルユニット１０１とリヤサイドメンバ１０Ｃ，１０Ｄを見ると、車両側コイルユニット１０１は、リヤサイドメンバ１０Ｃおよびリヤサイドメンバ１０Ｄの間に配置されている。
【０１３３】
また、図２２に示すように、車両側コイルユニット１０１は、リヤサイドメンバ１０Ｃおよびリヤサイドメンバ１０Ｄ間に配置されており、リヤサイドメンバ１０Ｃ，１０Ｄは、フロアパネル１１の下面から突出しているため、リヤサイドメンバ１０Ｃ,リヤサイドメンバ１０Ｄによって強度の高い磁場が外部に漏れることが抑制されている。
【０１３４】
さらに、車両側コイルユニット１０１をリヤサイドメンバ１０Ｃ，１０Ｄの間に配置することで、車両１００が側突されたとしても車両側コイルユニット１０１の保護を図ることができる。特に、好ましくは、腹部ＡＭ１が、幅方向に配列する一対の後輪の間に位置するように車両側共鳴コイル１１０を配置することで、後輪によって腹部ＡＭ１の周囲に形成される磁場が車両の周囲に漏れることが抑制されると共に外部からの衝撃から車両側コイルユニット１０１を保護することができる。
【０１３５】
バッテリ１５０は、フロアパネル１１のうち、リヤサイドメンバ１０Ｃおよびリヤサイドメンバ１０Ｄの間に配置されているため、車両側コイルユニット１０１とバッテリ１５０との配線距離を短くすることができる。
【０１３６】
次に、外部給電装置２００の設備側コイルユニット２０１について詳細に説明する。図２３は、車両１００が駐車スペース２０２の所定位置に停車したときの様子を示す一部側面図である。
【０１３７】
この図２３に示すように、駐車スペース２０２には、車両１００の後輪を止める輪止２０３が設けられており、後輪が輪止２０３とあたるように車両１００を停車することで、車両１００は、駐車スペース２０２の所定位置に停車する。
【０１３８】
車両１００が、駐車スペース２０２の所定位置に停車すると、設備側コイルユニット２０１は、車両側コイルユニット１０１と鉛直方向に対向する位置に設けられている。
【０１３９】
そして、図１７に示すように、腹部ＡＭ１および腹部ＡＭ２は、互いに高さ方向に対向する。このため、腹部ＡＭ２の周囲に形成される強度の高い磁界が地面と車両の間から外部に漏れることを抑制することができる。さらに、腹部ＡＭ１と腹部ＡＭ２とが高さ方向に配列することで、車両側共鳴コイル１１０および設備側共鳴コイル２４０の結合度を高めることができ、送電効率および受電効率を高めることができる。
【０１４０】
特に、腹部ＡＭ１は、外側コイル１１５によって囲まれる領域内に位置しており、腹部ＡＭ２は、外側コイル２４５によって囲まれる領域内に位置しているため、電力伝送時に、腹部ＡＭ２の周囲に形成される強度の高い磁界が車両と地面の間から外部に漏れ出すことが抑制されている。さらに、車両側共鳴コイル１１０および設備側共鳴コイル２４０とが互いに相対的に回転した状態で対向したとしても、腹部ＡＭ１および腹部ＡＭ２の間の距離が短いため、車両側共鳴コイル１１０および設備側共鳴コイル２４０の間の伝送効率を高くすることができる。
【０１４１】
なお、本実施の形態に係る車両側共鳴コイル１１０は、腹部ＡＭ１が位置する内側コイル１１４以外にも複数の内側コイル１１１〜１１３が設けられているが、これら内側コイル１１１〜１１３は必ずしも必須の構成ではない。
【０１４２】
すなわち、腹部ＡＭ１が、外側コイル１１５によって囲まれる領域内に位置するように、腹部ＡＭ１が位置する内側コイル１１４のみを設けるようにしてもよい。この場合、典型的には、車両側キャパシタ１０９は、外側コイル１１５上に位置する。
【０１４３】
なお、設備側共鳴コイル２４０においても、同様に、腹部ＡＭ２が位置する内側コイル２４４以外の内側コイル２４１〜２４３は必ずしも必須の構成ではない。
【０１４４】
内側コイル１１１〜１１３や内側コイル２４１〜２４３を設けることで、上述のように、車両側共鳴コイル１１０および設備側共鳴コイル２４０が相対的に位置ずれしたとしても、互いに重なり合う部分を増やすこおができ、伝送効率の低下を抑制することができる。
【０１４５】
上記実施の形態においては、腹部ＡＭ１が外側コイル１１５によって囲まれる領域内に位置するように、外側コイル１１５によって囲まれる領域内に位置する内側コイル１１４を形成している。そして、車両側共鳴コイル１１０は、腹部ＡＭ１が内側コイル１１４に位置するように形成されている。
【０１４６】
このように、上記実施の形態においては、腹部ＡＭ１が外側コイル１１５によって囲まれる領域内に位置するように、内側コイル１１４が設けられている。
【０１４７】
しかし、腹部ＡＭ１を外側コイル１１５によって囲まれる領域内に配置するための手段として、内側コイルのように環状のコイルを形成することは必須ではなく、外側コイル１１５から外側コイル１１５によって囲まれる領域内に向けて延び出る延出部を形成し、この延出部上に腹部ＡＭ１が位置するように車両側共鳴コイル１１０を形成するようにしてもよい。
【０１４８】
なお、腹部ＡＭ１を外側コイル１１５によって囲まれる領域内に位置させる手段として、車両側共鳴コイル１１０に内側コイル１１４を形成した場合には、車両側共鳴コイル１１０と設備側共鳴コイル２４０とが相対的に位置ずれしたとしても、伝送効率の低下を抑制することができる。
【０１４９】
なお、設備側共鳴コイル２４０においても、同様に、内側コイルを設けずに、外側コイル２４５から外側コイル２４５によって囲まれる領域内に延び出る延出部を形成し、この延出部に腹部ＡＭ２が位置するように設備側共鳴コイル２４０を形成してもよい。
【０１５０】
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。本発明の範囲は請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。さらに、上記数値などは、例示であり、上記数値および範囲にかぎられない。
【産業上の利用可能性】
【０１５１】
本発明は、コイルユニット、送電装置、外部給電装置および車両充電システムに適用することができる。
【符号の説明】
【０１５２】
１０Ａ，１０Ｂ  サイドメンバ、１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｃ，１０Ｄ  リヤサイドメンバ、１１  フロアパネル、１００  車両、１０１  車両側コイルユニット、１０９  車両側キャパシタ、１１０  車両側共鳴コイル、１１１，１１２，１１３，１１４，２４１，２４２，２４３，２４４  内側コイル、１１５，２４５  外側コイル、１２０  車両側電磁誘導コイル、１３０  整流器、１３１Ａ，１３１Ａ，２５１Ａ，２５１Ｂ  端部、１３４，１３４  電極、１４０  コンバータ、１５０  バッテリ、１６０  パワーコントロールユニット、１７０  モータユニット、２００  外部給電装置、２０１  設備側コイルユニット、２０２  駐車スペース、２０３  輪止、２１０  交流電源、２２０  高周波電力ドライバ、２３０  設備側電磁誘導コイル、２４０  設備側共鳴コイル、２５０  設備側キャパシタ、ＡＭ１，ＡＭ２  腹部、Ｃ  容量、Ｏ１，Ｏ２，Ｏ１１２，Ｏ１１４，Ｏ２４４  巻回中心線、Ｏ４  中心点、Ｏ５  中心線。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【手続補正書】
【提出日】平成25年8月26日(2013.8.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部に設けられた外部共鳴コイルと電磁界共振結合する共鳴コイルを備え、
前記共鳴コイルは、第１巻回中心を中心として前記第１巻回中心の周囲を囲むように延びる外側コイルと、前記外側コイルから前記外側コイルで囲まれた領域内に延出する延出部とを含み、
前記外部共鳴コイルと前記共鳴コイルとが電磁界共振結合しているときに、前記共鳴コイルを流れる交流電流の腹となる部分を共鳴コイルの腹部とすると、前記共鳴コイルは、前記腹部が前記延出部に位置するように形成された、コイルユニット。
【請求項２】
前記共鳴コイルは、環状に形成され、電流が流れることで形成される磁界の方向が前記外側コイルが形成する磁界の向きと同じ向きとされた内側コイルを含み、
前記延出部は、前記内側コイルである、請求項１に記載のコイルユニット。
【請求項３】
前記内側コイルは、前記外側コイルに沿って間隔をあけて複数設けられ、
複数の前記内側コイルの１つに、前記腹部が位置する、請求項２に記載のコイルユニット。
【請求項４】
前記内側コイルは、第２巻回中心の周囲を囲むように延び、
前記第２巻回中心は、前記第１巻回中心から離れた位置に位置し、
前記共鳴コイルは、前記腹部が前記第２巻回中心よりも前記第１巻回中心側に位置するように形成された、請求項２に記載のコイルユニット。
【請求項５】
前記共鳴コイルは、第１端部および第２端部を含み、
前記第１端部および第２端部に接続されたキャパシタをさらに備え、
前記腹部は、前記共鳴コイルを形成する導線の一端から他端までの長さ方向の中央部に位置する、請求項１に記載のコイルユニット。
【請求項６】
前記共鳴コイルは、環状に形成され、電流が流れることで形成される磁界の方向が前記外側コイルが形成する磁界の向きと同じ向きとされた内側コイルを含み、
前記内側コイルは、前記外側コイルに沿って間隔をあけて複数設けられ、
複数の前記内側コイルは、前記共鳴コイルの腹部が位置する第1内側コイルと、前記第１端部および第２端部を含み、前記キャパシタが接続された第２内側コイルとを含む、請求項５に記載のコイルユニット。
【請求項７】
前記共鳴コイルと前記キャパシタとによって共振回路が形成され、
前記腹部は、前記共振回路の電流経路の中央に位置する、請求項５に記載のコイルユニット。
【請求項８】
前記共鳴コイルと電磁誘導結合する電磁誘導コイルをさらに備えた、請求項１に記載のコイルユニット。
【請求項９】
請求項１から請求項８のいずれかに記載のコイルユニットを備えた車両であって、
前記共鳴コイルの腹部と前記車両の中心との間の距離は、前記第１巻回中心と前記車両の中心との間の距離よりも小さい、車両。
【請求項１０】
請求項１から請求項８のいずれかに記載のコイルユニットを備えた外部給電装置。
【請求項１１】
請求項９に記載の車両と、
請求項１０に記載の外部給電装置と、
を備えた車両充電システム。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
好ましくは、上記共鳴コイルとキャパシタとによって共振回路が形成される。上記記腹部は、共振回路の電流経路の中央に位置する。好ましくは、上記共鳴コイルと電磁誘導結合する電磁誘導コイルをさらに備える。本発明に係る車両は、上記コイルユニットを備え、共鳴コイルの腹部と車両の中心との間の距離は、第１巻回中心と車両の中心との間の距離よりも小さい。本発明に係る外部給電装置は、上記コイルユニットを備える。本発明に係る車両充電システムは、上記車両と、上記外部給電装置とを備える。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７５】
渡り線１１６は、車両側電磁誘導コイル１２０側に向けて膨らむように湾曲している。なお、他の渡り線１１７、１１８，１１９も、渡り線１１６と同様に形成されており、各々車両側共鳴コイル１１０の一部を跨ぐように形成されている。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８６】
設備側共鳴コイル２４０と車両側共鳴コイル１１０とが電磁界結合（電磁共鳴）する際には、車両側共鳴コイル１１０、車両側キャパシタ１０９および接続配線１３２Ａ，１３２Ｂによって形成される電流経路内に高周波の交流電流が流れる。この交流電流の周波数は、ＬＣ共振回路の共振周波数と実質的に一致しており、当該交流電流は共振状態となっている。図１１は、車両側共鳴コイル１１０、車両側キャパシタ１０９および接続配線１３２Ａ，１３２Ｂによって形成されたＬＣ共振器の展開図および共振回路内を流れる電流値を示すグラフである。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１０３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１０３】
設備側共鳴コイル２４０は、車両側共鳴コイル１１０と実質的に同一の形状とされている。設備側共鳴コイル２４０は、外側コイル２４５と、この外側コイル２４５の内側に配置された複数の内側コイル２４１，２４２，２４３，２４４と、外側コイル２４５および各内側コイル２４１，２４２，２４３，２４４を接続する渡り線２４６,２４７，２４８，２４９を含む。内側コイル２４１,２４２，２４３，２４４の各巻回中心線は、巻回中心線Ｏ２の周囲に等間隔に配置されている。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１４４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１４４】
内側コイル１１１〜１１３や内側コイル２４１〜２４３を設けることで、上述のように、車両側共鳴コイル１１０および設備側共鳴コイル２４０が相対的に位置ずれしたとしても、互いに重なり合う部分を増やすことができ、伝送効率の低下を抑制することができる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１５２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１５２】
１０Ａ，１０Ｂ  サイドメンバ、１０Ｃ，１０Ｄ  リヤサイドメンバ、１１  フロアパネル、１００  車両、１０１  車両側コイルユニット、１０９  車両側キャパシタ、１１０  車両側共鳴コイル、１１１，１１２，１１３，１１４，２４１，２４２，２４３，２４４  内側コイル、１１５，２４５  外側コイル、１２０  車両側電磁誘導コイル、１３０  整流器、１３１Ａ，１３１Ａ，２５１Ａ，２５１Ｂ  端部、１３４，１３５  電極、１４０  コンバータ、１５０  バッテリ、１６０  パワーコントロールユニット、１７０  モータユニット、２００  外部給電装置、２０１  設備側コイルユニット、２０２  駐車スペース、２０３  輪止、２１０  交流電源、２２０  高周波電力ドライバ、２３０  設備側電磁誘導コイル、２４０  設備側共鳴コイル、２５０  設備側キャパシタ、ＡＭ１，ＡＭ２  腹部、Ｃ  容量、Ｏ１，Ｏ２，Ｏ１１２，Ｏ１１４，Ｏ２４４  巻回中心線、Ｏ４  中心点、Ｏ５  中心線。
【国際調査報告】
2012124029.tif 000026
2012124029.tif 000027