(57)【要約】      （修正有）【課題】安価な平板スパイラルコイルを使いしかも表皮効果や近接効果による電力ロスの少ないワイヤレス電力伝送コイルユニットを提供する。【解決手段】本発明は、スパイラル状に巻回された平板状のコイル２とコイル２に対向して設けられた磁気シールド１とを備えたワイヤレス電力伝送コイルユニットであって、コイル２の中周部に位置する任意の巻線のコイル導体とこれに隣接する巻線のコイル導体との間隙が、コイル内周側または外周側に位置する任意の巻線のコイル導体とこれに隣接する巻線のコイル導体との間隙よりも狭い。【選択図】図３
2020047614.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スパイラル状に巻回された平板状のコイルと前記コイルに対向して設けられた磁気シールドとを備えたワイヤレス電力伝送コイルユニットであって、
前記コイルの中周部に位置する任意の巻線のコイル導体とこれに隣接する巻線のコイル導体との間隙が、コイル内周側または外周側に位置する任意の巻線のコイル導体とこれに隣接する巻線のコイル導体との間隙よりも狭いことを特徴とするワイヤレス電力伝送コイルユニット。
【請求項２】
少なくともコイル内周部および外周部に位置する任意の巻線のコイル導体とこれらにそれぞれ隣接する巻線のコイル導体との間隙に磁性体が設けられたことを特徴とする請求項１に記載のワイヤレス電力伝送コイルユニット。
【請求項３】
前記コイルの前記磁気シールドと対向する側の面の全面に磁性体が設けられたことを特徴とする請求項２に記載のワイヤレス電力伝送コイルユニット。
【請求項４】
前記コイルの間隙部の磁性体は前記磁気シールドと対向するのと反対の側に前記コイルより突出して設けられたことを特徴とする請求項２または請求項３に記載のワイヤレス電力伝送コイルユニット。
【請求項５】
前記コイルの前記磁気シールドと対向するのと反対の側の面の一部に磁性体が設けられたことを特徴とする請求項４に記載のワイヤレス電力伝送コイルユニット。
【請求項６】
前記コイル内周部の任意の巻線のコイルにおいては内周側に、スパイラル外周部の任意の巻線のコイルにおいては外周側に、それぞれ偏在させて磁性体が設けられたことを特徴とする、請求項５に記載のワイヤレス電力伝送コイルユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、非接触で電力を伝送できる非接触給電用のワイヤレス電力伝送コイルユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電気自動車やハイブリッド型自動車などの車両のバッテリーの充電に対して、電磁誘導方式のワイヤレス給電装置の使用が検討されている。ワイヤレス給電装置では、送電コイルに高周波の交流電流（概ね数１０ｋＨｚ〜２００ｋＨｚ）を通電し、送電コイルから発生する高周波磁界を受電コイルが受け取ることで、非接触で電力送電する。
【０００３】
このような非接触給電装置において、装置の薄型化に対応してスパイラル状（らせん状）の断面矩形の平面コイルが用いることが従来検討されている。また高周波磁界によって周囲の金属製部品に渦電流が発生し異常発熱が起きることを回避するため、フェライト等からなる磁気シールドをコイル近傍に配置している（例えば、特許文献１）。このように伝送コイルユニットは、平面コイルと磁気シールドの組合せで構成される。
【０００４】
一般的に、伝送コイルユニットにおいて、コイルに通電した際、コイル断面を囲むように磁力線が発生する。また磁力線は、磁気シールドの透磁率が高いため、磁気シールドの表面から垂直に流れるよう分布する。またコイルは複数の導体（コイル導体）が回巻されており、コイル導体同士が互いに近接している。このため、コイルには、自身を流れる電流による表皮効果と近接するコイル導体に生じる渦電流による近接効果の両方が存在する。したがって、各コイル導体を流れる電流は導体内部で偏ったものとなっており、特にコイルの内周部でコイル導体内の内周側に、外周部でコイル導体内の外周側に偏ったものとなって、それらの部分で電流が集中し磁力線も集中する。
【０００５】
特に特許文献１に示されたコイルは、断面矩形が平面であるため高周波表皮厚さが薄く、その薄い部分に上記の電流が集中して流れる。このため銅損が発生して交流抵抗が高くなり、その結果電力伝送効率が低下する。磁束を外に出さない単体のコイルあるいはインダクタでは、鎖交する渡り磁束密度に応じて、コイル内周と外周のコイル導体の幅を細く、中周の導体の幅を太くすることで、銅損の発生を極力抑えているものがある（特許文献３）。しかし、このような構成のコイルをワイヤレス電力伝送に用いる場合、対面して置かれる磁気シールドの影響を考慮する必要がある。
【０００６】
このような問題に対して、コイルの巻線として多数の絶縁素線をより合わせたリッツ線を使用することが知られている（例えば、特許文献３）。リッツ線は、細い素線（例えば線径０．１ｍｍ以下のエナメル線）を数多く（例えば５００本以上）より合わせた線であり、上記表皮効果や近接効果による高周波損失を抑制することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１３−２０１２９６号公報
【特許文献２】特開平１１−４０４３８号公報
【特許文献３】特開２０１６−２１９２５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、リッツ線は素線が細くしかも本数が多いため、製造コストが高いという問題があった。そこで、本発明は、上記事情に鑑み、平面スパイラルコイルの表皮効果や近接効果による高周波損失（銅損）を低減し、交流抵抗の増大を抑制して、低コストで製造可能な非接触給電用の伝送コイルユニットを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本開示の一態様に係る非接触給電用伝送コイルユニットは、スパイラル状に巻回された平板状のコイルと前記コイルに対向して設けられた磁気シールドとを備えたワイヤレス電力伝送コイルユニットであって、前記コイルの中周部に位置する任意の巻線のコイル導体とこれに隣接する巻線のコイル導体との間隙が、コイル内周側または外周側に位置する任意の巻線のコイル導体とこれに隣接する巻線のコイル導体との間隙よりも狭いことを特徴とする。
【００１０】
少なくともコイル内周部および外周部に位置する任意の巻線のコイル導体とこれらにそれぞれ隣接する巻線のコイル導体との間隙に磁性体が設けられてもよい。
【００１１】
前記コイルの前記磁気シールドと対向する側の面の全面に磁性体が設けられてもよい。
【００１２】
前記コイルの間隙部の磁性体は前記磁気シールドと対向するのと反対の側に前記コイルより突出して設けられてもよい。
【００１３】
前記コイルの前記磁気シールドと対向するのと反対の側の面の一部に磁性体が設けられてもよい。
【００１４】
前記コイル内周部の任意の巻線のコイルにおいては内周側に、スパイラル外周部の任意の巻線のコイルにおいては外周側に、それぞれ偏在させて磁性体が設けられてもよい。
【発明の効果】
【００１５】
本開示の一態様によれば、平板上のスパイラルコイル導体の表面および側面に集中していた磁束線を磁性層に誘導してコイル導体を貫通する磁力線の数を減少でき、これによりコイル導体内の渦電流を抑えてコイルの交流抵抗（銅損）を低減することが可能となり、リッツ線を使った場合とほぼ同等もしくはそれ以上の伝送効率を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】一般的なスパイラルコイルユニットの平面図と断面図
【図２】本開示の第１の実施の形態のワイヤレス伝送コイルユニットの断面図
【図３】本開示の第２の実施の形態のワイヤレス伝送コイルユニットの断面図
【図４】本開示の第２の実施の形態のワイヤレス伝送コイルユニットの拡大断面図
【図５】ワイヤレス伝送コイルユニットにおける磁性体の効果を示す説明図
【図６】本開示の実施例１のワイヤレス伝送コイルユニットの断面図
【図７】受電側リッツ線コイルユニットの構成図
【図８】送電側リッツ線コイルユニットの構成図
【図９】本開示の実施例２におけるワイヤレス伝送コイルユニットの解析モデル図
【図１０】本開示の実施例２における銅板コイルの磁束と電流分布図
【図１１】本開示の実施例２におけるＭＰＣコイルの磁束と電流分布図
【図１２】本開示の実施例２におけるＭＰＣコイルの形状寸法図
【図１３】本開示の実施例３における各種コイルの電気特性
【図１４】本開示の実施例４における各種コイルユニットの伝送効率
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本開示の一態様に係る実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００１８】
まず図１に一般的な平面スパイラルコイル型のワイヤレス伝送コイルユニットの構成を示す。スパイラル状に形成されたコイル導体部（Ｃｏｐｐｅｒ）と磁気シールド（Ｆｅｒｒｉｔｅ）とが対向して設けられていることが特徴である。図１において破線四角で囲った部分は半径方向の断面図であり、以降本実施の形態ではこのような半径方向の断面図でもってワイヤレス伝送コイルユニットの構造的特徴を説明する。
【００１９】
図２は本開示の第１の実施の形態のワイヤレス伝送コイルユニットの断面図である。図２において１は磁気シールドであり、フェライト等の磁性体により構成されている。２はコイルであり、銅またはアルミ等のコイル導体（２ａ）をスパイラル状にしかも平板状に製造したものである。製造方法としては、一枚の金属版をプレスやエッチングなどの方法でスパイラル状に切り取るものでもよいし、鋳造するものでもよいし、また帯状の導体を平面上で巻いて作成したものであってもよい。磁気シールド１とコイル２は直には接触していないが、間に非磁性の絶縁材（樹脂、セラミック、等）を挟んでもよい（図示せず）。
【００２０】
図２において、スパイラルコイルの中周部に位置する任意の巻線のコイル２ｃとこれに隣接する巻線のコイルとの間隙２ｄは、コイル内周側および外周側の任意の巻線のコイル導体（２ａ、２ｅ）と各々に隣接する巻線のコイル導体との間隙（２ｂ、２ｆ）よりも狭いことを特徴とする。なお、本実施の形態において、内周とはコイル２の巻き数をＮ（Ｎ＞８）として最内から外側にＮ／４〜Ｎ／２巻きまでの領域を言い、外周とは最外から内側に１〜Ｎ／３巻きまでの領域を言う。中周とは、前記内周および外周で囲まれた領域を言うものとする。
【００２１】
以上のようにコイル２を構成することにより、銅損を低減させるように磁力線の通る経路を制御することができる。一般に、背面に磁気シールド１を有したコイルユニットにおいては、コイル２からは、内周から外周にかけて円弧状の磁力線が発生する。すなわち図５（ａ）に示されるように、磁気シールド（Ｆｅｒｒｉｔｅ）内を通りつつ、内周では上向きに、中周では水平（コイルと平行）に、外周では下向きに、磁力線が発生する。
【００２２】
そこで、磁力線が水平となる中周付近では互いに隣接するコイル導体の間隙（２ｂ）をできるだけ狭めたほうが、磁束は磁気シールド１側に（上下方向に）方向を変えずにそのままコイル２と平行になりやすい。一方、磁力線が上下性成分を含むコイルの内周および外周側では、できるだけコイル導体に磁力線を交差させないように、前記中周部とは逆に間隙（２ｂおよび２ｆ）の間隙を拡げて、なるべく多くの磁束を磁気シールド１の側に逃がす方がよい。
【００２３】
以上のように、本実施の形態においては中周部に位置する任意の巻線のコイル２ｃとこれに隣接する巻線のコイルとの間隙２ｄを、内周側および外周側の任意の巻線のコイル導体（２ａ、２ｅ）と各々に隣接する巻線のコイル導体との間隙（２ｂ、２ｆ）よりも狭くすることにより、コイル内周から外周にかけて円弧状に発生する磁力線を効率よく磁気シールド１に誘導することができ、その結果、コイル導体に鎖交する磁束を低減することができ、さらにその結果、渦電流による銅損を低減することができる。
【００２４】
なお、間隙２ｂ、２ｄ、２ｆを調整するにあたり、図２にはコイル導体２ａ、２ｃ、２ｅの幅を変える方法を採っているが、本実施の形態はこの方法には限定されない。コイル導体の幅を均一にして、巻回のピッチを変えるようにしてもよい。
【００２５】
以下、本開示の第２の実施の形態について説明する。図３は本開示の第２の実施の形態のワイヤレス伝送コイルユニットの断面図である。図３において磁気シールド１とコイル２は図２に示したものと同様の機能を有するものである。本実施の形態においては、コイル２の少なくとも内周側および外周側の間隙２ｂ、２ｄ、２ｆとその周辺に磁性体３（３ａ、３ｂ、３ｃ）が設けられている。なお、磁性体３は絶縁体である樹脂の中に磁性紛が練り込まれたコンポジット磁性材であってもよい。
【００２６】
図４は図３の部分拡大図である。まず、少なくとも内周側および外周側の任意の巻線のコイル導体２ａとこれに隣接する巻線のコイル導体との間隙２ｂに磁性体３ｂが設けられている。この磁性体３ｂがコイル２を鎖交する磁束を磁性体の壁で左右に誘導することで鎖交磁束を減らしている。
【００２７】
また、コイル２の記磁気シールド１と対向する側（以降、コイル下面ともいう）の面の全面に磁性体３ａが設けられている。この磁性体により磁気シールドに引き寄せられる磁束を磁性体に誘導し、コイル上部やコイル端部に鎖交する磁束を低減している。
【００２８】
また、コイル２の中周部を除く間隙部の磁性体３は磁気シールド１と対向するのと反対の側にコイル導体２ａの上面より突出して設けられている。さらにコイル導体の磁気シールド１と対向するのと反対の側の面（以降、コイル上面ともいう）の一部に磁性体３ｃが設けられている。この磁性体は、内周においてはコイル導体２ａの内周側のみを覆うように、外周においてはコイル導体の外周側のみを覆うように、偏在して設けられている。
【００２９】
以上の構成により、コイルに鎖交する磁束を極力低減することができるようになり、近接効果によるコイル導体内の電流の偏りを軽減できるようになり、その結果第１の実施の形態の構成のものよりもさらに損失を低減することができる。
【００３０】
上記第1および第２の実施の形態におけるワイヤレス伝送コイルユニットの構成例ならびに解析およびシミュレーションの結果について、以下の実施例において説明する。
【実施例】
【００３１】
まず、一般的な構造を有するワイヤレス伝送コイルユニット（図１）の断面およびそこを流れる電流と、そこから発生する磁力性の模式図を図５（ａ）に示す。図５において、磁気シールド１としてフェライト（Ｆｅｒｒｉｔｅ）を、コイル導体２ａとして銅板（Ｃｏｐｐｅｒ）を用いている。図５（ａ）に示されるように、磁力線は磁気シールドを通ってコイル内周側から外周側に円弧上に形成される。コイル導体（Ｃｏｐｐｅｒ）断面中、〇囲い×印の記号は導体中を紙面上から下方向に流れる電流を意味する。この電流はコイル導体を貫通する磁力線に応じて片寄りが生じる。すなわち、磁力線が斜めに交差する導体（内周部の外周寄り、外周部の内周寄り）では角部に電流が集中する。また磁束はフェライトに引き寄せられることにより、コイル上部に電流が片寄る傾向にもある。
【００３２】
ここで、コイル導体に挟まれた間隙に磁性体の壁を設けると（図５（ｂ））、磁力線の流れが変わり、これに応じて電流分布も変化する。つまり、コイルのより内周側とより外周側の巻線において、電流がコイル端部と上部に片寄る。また、コイル中周部の巻線に流れる電流はコイル上部に片寄る傾向にある。
【００３３】
そこで、さらに実施の形態２で示したように、コイル上面偏在位置に磁性体を設けると（図５（ｃ））、端部の片寄りを低減することができる。さらにコイル下面（磁気シールド１と対向する側）全面に磁性体を設けて、磁気シールド１（フェライト）に引き寄せられる磁束をこの磁性材料に通すことにより、コイルの内側と外側の巻線における電流が上部だけではなく側面にも流れるようになる。このように磁束の流れを、磁性体を用いて制御することで銅損を低減し、電流の片寄りを抑えることができる。
【００３４】
（実施例１）ワイヤレス伝送用コイルユニットの構造
図６は第２の実施形態のワイヤレス伝送用コイルユニット（以下、ＭＰＣ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｐａｔｈ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）コイルユニット）の受電側の具体的構造を示したものである。図６において（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図、（ｃ）は構造図をそれぞれ示す。コイル２（Ｃｏｉｌ）はスパイラル形状で巻数Ｎ＝１０である。また、放射電磁界低減のためにコイル背面にフェライト（磁気シールド１）を設けている。銅板（コイル導体２ａ）は厚さ１．５  ｍｍで、コイル巻線間と電流密度の片寄りが生じる部分に磁性体（３ｂ、３ｃ）が設けられてある。また、コイル下部にも磁性体（３ａ）を用いた。コイル下部の磁性体とフェライトの間隙は３ｍｍで、フェライトの厚さは５ｍｍである。
【００３５】
（比較例１）リッツ線コイルを用いたワイヤレス伝送用コイルユニットの構造
図７はコイルとしてリッツ線を用いた受電側のコイルユニット（以下、ＬＣＷコイル）の構造を示したものである。図７（ａ）に平面図、（ｂ）に断面図、（ｃ）に構造図を示した。実施例１のＭＰＣコイルユニットと同じ巻数Ｎ＝１０である。また放射電磁界低減のため、フェライトとアルミニウム板を用いている。ＬＣＷコイル線は導体径０．０５ｍｍの銅線を段階的に４２００本撚っている（図７（ｃ））。仕上がり外径は５ｍｍである。
【００３６】
図８は送電側のＬＣＷコイルの構造であり、図８（ａ）に平面図、（ｂ）に断面図を示した。全体形状は受電側よりも横長であるが、使用しているリッツ線は受電側コイルと同じものである。
【００３７】
（実施例２）コイルユニットの磁場解析
本実施例においては、ワイヤレス伝送用コイルユニットの解析にあたり、二次元交流磁場解析（Ａｎｓｙｓ  Ｍａｘｗｅｌｌ）を用いた。さらに磁場解析結果から、受電コイルの抵抗Ｒ、インダクタンスＬ、Ｑ値を算出した。また三次元交流磁場解析から相互インダクタンスＭを算出し、これらの値から下記式（１）〜（４）を用いて伝送効率ηｃを算出した。なお、解析条件を表１に示した。コイルに用いる磁性体３はアモルファス粉末を用いた磁性コンポジット材料を適用するとした。
【表１】
2020047614.tif 000003
【数１】
2020047614.tif 000004
【数２】
2020047614.tif 000005
【数３】
2020047614.tif 000006
【数４】
2020047614.tif 000007
ここで、Ｑ１：送電コイルのＱ値、Ｑ２：受電コイルのＱ値、Ｕ：性能指標、ηｃ：伝送効率（％）とする。
【００３８】
図９に二次元円筒座標系での解析モデルを示した。コイルの実際の形状は正方形状であるが、解析では円筒座標系であるため、コイルの線長とピッチを同じにして、円形にして解析を行った。図１０、図１１に二次元円筒座標系での解析を示す。なお、図１０はコイル中周部の間隙を狭くした実施の形態１のタイプ（以下、銅板コイル）について、図１１は銅板コイルの間隙とその周辺に磁性体を設けた実施の形態２のタイプ（ＭＰＣコイル）についてそれぞれシミュレーションしたものである。
【００３９】
磁場解析に用いたコイルの形状寸法について以下説明する。総巻き数Ｎ＝１０、コイル導体間のピッチは７ｍｍとした。内周部（最内周から外側に５巻きまで）におけるコイル導体間の間隙は２．２ｍｍとした。外周部（最外周から内側に２巻きまで）については、最外周（１巻目）と２巻目のコイル導体間の間隙を２．２ｍｍ、２巻目と３巻目（中周部との境）を１．２ｍｍとした。
【００４０】
さらに図１０（銅板コイルモデル）に磁力線と電流分布のシミュレーション結果を示す。コイル中周部では磁力線は綺麗に平行状態となっているが、コイルの内周側と外周側ではコイル平面に対して垂直に磁束が鎖交する。そのため、左右に電流の片寄りが生じる。なお、電流分布は図中濃淡で示されている。例えば、コイル導体中白っぽい部分が電流の多く流れている部分である。コイル中周部でも磁力線は平行ではあるもののコイル導体と平行に鎖交するため、コイル導体上部と端部に電流の片寄りが生じる。
【００４１】
図１０のコイルの間隙とその周辺に磁性体を設けたＭＰＣコイルのシミュレーション結果を図１１に示す。なお、本実施例では、磁性体がコイル上面より突出している高さは１ｍｍ、コイル下面全面を覆う磁性体の厚さは０．５ｍｍとした。コイル上面を一部覆う磁性体の長さは０．４ｍｍ〜０．６ｍｍとした。磁性体の形状寸法の詳細については図１２に示す。            
【００４２】
ＭＰＣコイル（図１１）では、コイル巻線の内側と外側においてコイル平面に対して垂直に鎖交する磁束を磁性体の壁で左右に誘導することで、コイル導体との鎖交を極力抑えている。また、コイル端部などの電流の片寄りが大きい場所に磁性体を用いるので、鎖交磁束も低減している。ただ、コイル巻線の中央では磁束がコイル平面に対して平行に鎖交するため、コイル上部に電流の片寄りが生じている。しかし、コイル下面に磁性体を用いることで、フェライトに引き寄せられる磁束を磁性体に誘導し、コイル上部やコイル端部に鎖交する磁束を低減させている。              
【００４３】
（実施例３）コイルユニットのインピーダンス特性
本実施例では、図１０（銅板）および図１１（ＭＰＣ）のコイルユニットのインピーダンス特性を、電磁界解析を用いて算出した。なお比較のため、ＬＣＷコイルと送電コイルのインピーダンスもインピーダンスアナライザインピーダンスアナライザ（Ａｇｉｌｅｎｔ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ  ４２９４Ａ）を用いて測定した。また結合係数ｋは伝送距離ｌ＝１５０ｍｍの条件で測定した。コイルの同相直列接続でのインダクタンスＬａ、逆相接続でのインダクタンスＬｂを測定し、相互インダクタンスＭを算出した。また、送電コイルのインダクタンスＬ１と受電コイルのインダクタンスＬ２、相互インダクタンスＭからコイルの結合係数ｋを算出した。測定した結合係数ｋおよびコイルのＱ値を用いてコイルの性能指標Ｕを算出した。最後に性能指標Ｕから伝送効率ηｃを算出した。図１３にそれぞれのコイルユニットのインピーダンス特性を示す。
【００４４】
図１３（ａ）において、銅板コイル、ＭＰＣコイル、ＬＣＷコイル、送電コイルの８５ｋＨｚにおける抵抗はそれぞれ１８７．４ｍΩ、８０．２ｍΩ、３２．６ｍΩ、２９．５ｍΩと示される。一般的な銅板のコイルユニットに対し、第２の実施の形態の磁束経路制御技術を適用することにより、抵抗値は１８７．４ｍΩから８０．２ｍΩまで低減した（図１３（ｂ））。このとき、銅板コイルユニット、第２の実施形態のコイルユニット、ＬＣＷコイルユニット、送電コイルユニットの８５ｋＨｚにおけるインダクタンスはそれぞれ４０．１μＨ、４３．６μＨ、３７．７μＨ、４０．３μＨであった。なお、送電コイルは受電コイルと比べて巻数は少ないが、外径が大きいためインダクタンスは受電用のＬＣＷよりも大きい。第２の実施形態のコイルユニットは、電流密度の片寄りを抑える効果があるため、銅板コイルに比べてインダクタンスがわずかに増加している。
【００４５】
図１３（ｃ）に銅板コイルユニット、ＭＰＣコイルユニット、ＬＣＷコイルユニット、送電コイルユニットの８５ｋＨｚにおけるＱ値を示す。それぞれ、１１４、２９０、６１０、７２４であった。ＭＰＣコイルは銅板コイルに比べて抵抗が半減しインダクタンスが向上したため、Ｑ値が２．５倍増加した。
【００４６】
表２に図１３に示されたインピーダンス特性と結合係数ｋ、伝送効率ηをまとめて示す。結合係数と効率についてより詳細に説明する。図１４に性能指数Ｕ（（３）式）を横軸にプロットしたコイルの伝送効率を示す。まずは電磁界解析ソフト（Ｍａｘｗｅｌｌ  ３Ｄ）を用いて銅板コイルとＭＰＣコイルの相互インダクタンスを算出し、（２）式から結合係数を計算した。またＬＣＷコイルと送電コイルは同相直列接続でのインダクタンスＬａ、逆相接続でのインダクタンスＬｂを測定し、（１）式を用いて相互インダクタンスＭを算出した。
【表２】
2020047614.tif 000008
【００４７】
銅板コイル、ＭＰＣコイル、ＬＣＷコイルの結合係数はそれぞれ０．１０２（測定値）、０．１２５（計算値）、０．１７５（計算値）であった。ＭＰＣコイルに用いられる磁性材料は送電コイルからの磁束を受電コイルに誘導するため、銅板コイルと比較してＭＰＣコイルの結合係数ｋは高い。電流の片寄りを抑制し、コイル面に電流を流すことで、電流に鎖交する磁束が増加し、結合係数ｋが向上したと考えられる。
【００４８】
図１４に示されるように、銅板コイル、ＭＰＣコイル、ＬＣＷコイルにおける効率はそれぞれ９４．５８％（解析値）、９７．５４  ％（解析値）、９７．２９  ％（測定値）であった。銅板コイルに比べてＭＰＣコイルは磁束経路制御技術を用いることで銅損が低減し、抵抗Ｒは減少する。また、電流密度の片寄りが抑えられたことにより、インダクタンスが増加し、その結果Ｑ値が向上した。ＭＰＣコイルは銅板コイルに比べて受電コイルに磁束を誘導する効果があり、結合係数が高い。よって銅板コイルの効率が９４．５８％であるのに対してＭＰＣコイルは９７．５４％と２．９６ポイント向上した。またＬＣＷコイルの９７．２９％（測定値）に対してＭＰＣコイルは９７．５４％（解析値）であり、ＭＰＣコイルとＬＣＷコイルはほぼ同等の伝送効率が見込まれる。
【００４９】
以上、本開示の一態様に係る実施の形態について説明した。第１の実施形態ではコイル導体間の間隙を中周部で狭めることによりコイル導体をなるべく避けるように磁力線を制御することができ。さらに第２の実施形態では、コイル間隙に磁性体の壁を設け、またコイル端部に磁性体を偏在して配置したことにより、端部の電流の片寄りを低減した。さらに第２の実施形態では、コイル下部に磁性体を用いる事により、フェライトに引き寄せられる磁束を磁性材料に通すことで、コイル上部に流れる電流密度を低減した。これらの工夫により、リッツ線よりはるかに簡素な構造にもかかわらず、リッツ線とほぼ同等の伝送効率を有する、ワイヤレス伝送コイルユニットを実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明は、電気自動車、携帯電話機、家電機器、医療機器その他充電池を内蔵した機器向けの、非接触給電システムに利用することができる。
【符号の説明】
【００５１】
１  磁気シールド
２  コイル
２ａ、２ｃ、２ｅ  コイル導体
２ｂ、２ｄ、２ｆ  間隙
３（３ａ、３ｂ、３ｃ）  磁性体
【図１】
2020047614.tif 000009
【図２】
2020047614.tif 000010
【図３】
2020047614.tif 000011
【図４】
2020047614.tif 000012
【図５】
2020047614.tif 000013
【図６】
2020047614.tif 000014
【図７】
2020047614.tif 000015
【図８】
2020047614.tif 000016
【図９】
2020047614.tif 000017
【図１０】
2020047614.tif 000018
【図１１】
2020047614.tif 000019
【図１２】
2020047614.tif 000020
【図１３】
2020047614.tif 000021
【図１４】
2020047614.tif 000022