(57)【要約】【課題】効率的な非接触電力伝送を実現する送電装置、受電装置および非接触電力伝送システムを提供する。【解決手段】本発明の実施形態としての送電装置は、略同一平面上において、中心からみて略６０度ごとに配置された６個のインダクタと、前記インダクタに三相交流の電力信号を供給するインバータとを備え、前記インダクタは、コアと、前記コアの周囲に巻かれており、前記平面に対して略平行なコイル軸を有するコイルとを含み、前記中心からみて略１８０度離れて配置された前記インダクタのペアにおいて、前記コイル軸が略平行となり、かつ前記コイル軸が前記中心を通らないよう、前記インダクタが配置されており、前記ペアに属する前記インダクタでは、前記コイルが逆向きに巻かれ、前記インバータの前記三相交流のうち、一相の電力信号が供給されている。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
略同一平面上において、中心からみて略６０度ごとに配置された６個のインダクタと、
前記インダクタに三相交流の電力信号を供給するインバータとを備え、
前記インダクタは、コアと、前記コアの周囲に巻かれており、前記平面に対して略平行なコイル軸を有するコイルとを含み、前記中心からみて略１８０度離れて配置された前記インダクタのペアにおいて、前記コイル軸が略平行となり、かつ前記コイル軸が前記中心を通らないよう、前記インダクタが配置されており、前記ペアに属する前記インダクタでは、前記コイルが逆向きに巻かれ、前記インバータの前記三相交流のうち、一相の電力信号が供給されている、
送電装置。
【請求項２】
前記インダクタのうち、前記コイルが巻かれている部分の前記コイル軸方向の第１中心線と、前記インダクタのうち、前記コイルが巻かれている部分の前記コイル軸方向と垂直な方向の第２中心線との交点と、前記インダクタの中心点とを結ぶ線と、前記コイル軸とがなす角度が略２２度〜略５０度になるよう、前記インダクタが配置されている、
請求項１に記載の送電装置。
【請求項３】
前記インダクタのうち、前記コイルが巻かれている部分の前記コイル軸方向の第１中心線と、前記インダクタのうち、前記コイルが巻かれている部分の前記コイル軸方向と垂直な方向の第２中心線との交点と、前記インダクタの中心点とを結ぶ線と、前記コイル軸とがなす角度が略３０度〜略４０度になるよう、前記インダクタが配置されている、
請求項１に記載の送電装置。
【請求項４】
前記インダクタのうち、前記コイルが巻かれている部分の前記コイル軸方向の第１中心線と、前記インダクタのうち、前記コイルが巻かれている部分の前記コイル軸方向と垂直な方向の第２中心線との交点と、前記インダクタの中心点とを結ぶ線と、前記コイル軸とがなす角度を調整可能なロータリアクチュエータを制御する制御回路を備え、
前記送電パッドの少なくともいずれかの前記インダクタは、前記ロータリアクチュエータによって回動可能に支持されている、
請求項１に記載の送電装置。
【請求項５】
前記制御回路は、少なくとも２つの前記インダクタのコイル軸が略平行となるよう、前記ロータリアクチュエータを制御する、
請求項４に記載の送電装置。
【請求項６】
前記制御回路は、少なくとも２つの前記インダクタにおいて、前記インダクタのうち、前記コイルが巻かれている部分の前記コイル軸方向の第１中心線と、前記インダクタのうち、前記コイルが巻かれている部分の前記コイル軸方向と垂直な方向の第２中心線との交点と、前記インダクタの中心点とを結ぶ線と、前記コイル軸とがなす角度を略５０度〜略７０度になるよう、前記ロータリアクチュエータを制御する、
請求項５に記載の送電装置。
【請求項７】
前記制御回路は、少なくとも２つの前記インダクタに電力信号を供給し、前記送電パッドの残りの前記インダクタへの電力信号の供給を遮断する、
請求項４ないし６のいずれか一項に記載の送電装置。
【請求項８】
少なくともいずれかの前記インダクタは、回転支持機構によって回動可能に支持されている、
請求項１ないし３のいずれか一項に記載の送電装置。
【請求項９】
前記中心からみて略１２０度離れて配置された前記インダクタどうしの結合係数ｋｂと、前記中心からみて略１８０度離れて配置された前記インダクタどうしの結合係数ｋｃの和が、前記中心からみて略６０度離れて配置された前記インダクタどうしの結合係数ｋａに等しくなっている、
請求項１ないし８のいずれか一項に記載の送電装置。
【請求項１０】
略同一平面上において、中心からみて略６０度ごとに配置された６個のインダクタと、
前記インダクタから供給される電力信号を整流する整流回路とを備え、
前記インダクタは、コアと、前記コアの周囲に巻かれており、前記平面に対して略平行なコイル軸を有するコイルとを含み、前記中心からみて略１８０度離れて配置された前記インダクタのペアにおいて、前記コイル軸が略平行となり、かつ前記コイル軸が前記中心を通らないよう、前記インダクタが配置されており、前記ペアに属する前記インダクタでは、前記コイルが逆向きに巻かれている、
受電装置。
【請求項１１】
前記インダクタのうち、前記コイルが巻かれている部分の前記コイル軸方向の第１中心線と、前記インダクタのうち、前記コイルが巻かれている部分の前記コイル軸方向と垂直な方向の第２中心線との交点と、前記インダクタの中心点とを結ぶ線と、前記コイル軸とがなす角度が略２２度〜略５０度になるよう、前記インダクタが配置されている、
請求項１０に記載の受電装置。
【請求項１２】
前記インダクタのうち、前記コイルが巻かれている部分の前記コイル軸方向の第１中心線と、前記インダクタのうち、前記コイルが巻かれている部分の前記コイル軸方向と垂直な方向の第２中心線との交点と、前記インダクタの中心点とを結ぶ線と、前記コイル軸とがなす角度が略３０度〜略４０度になるよう、前記インダクタが配置されている、
請求項１０に記載の受電装置。
【請求項１３】
前記インダクタのうち、前記コイルが巻かれている部分の前記コイル軸方向の第１中心線と、前記インダクタのうち、前記コイルが巻かれている部分の前記コイル軸方向と垂直な方向の第２中心線との交点と、前記インダクタの中心点とを結ぶ線と、前記コイル軸とがなす角度を調整可能なロータリアクチュエータを制御する制御回路を備え、
少なくともいずれかの前記インダクタは、前記ロータリアクチュエータによって回動可能に支持されている、
請求項１０に記載の受電装置。
【請求項１４】
請求項１ないし９のいずれか一項の送電装置と、
略同一平面上において略平行に配置された少なくとも２つのインダクタと、前記インダクタから供給される電力信号を整流する整流回路とを含む受電装置とを備え、
前記受電装置の前記インダクタはコアと、前記コアの周囲に巻かれており、前記平面に略平行なコイル軸を有するコイルとを含んでいる、
非接触電力伝送システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、送電装置、受電装置および非接触電力伝送システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、バッテリーを搭載した電気自動車などへの給電を行うために非接触電力伝送技術が使われている。大容量バッテリーを短時間で充電するため、大電力の伝送が求められている。大電力の伝送を行いながら、三次高調波の低減、インダクタで発生する銅損の低減および漏えい電磁界強度の抑制をはかるため、三相交流を使った非接触電力伝送が検討されている。
【０００３】
三相交流による非接触電力伝送には、送電側（一次側）と受電側（二次側）にそれぞれ６個のインダクタを配置する方式がある。この方式では、まず、複数のインダクタどうしの不要な磁気結合による誘起電圧の発生を低減する必要がある。また、送電側と受電側のそれぞれの６個のインダクタの実装面積を抑えることが望まれる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】司城徹、岸本誠也、小川健一郎、尾林秀一、「２系統並列無線伝送システム間の干渉結合が０となるコイル位置関係の式導出」、平成２９年度電気学会全国大会論文集、平成２９年３月
【非特許文献２】日下佳祐、伊東淳一、Ａｌｅｘａｎｄｒｅ  Ｇｏｐａｌ、「デルタ結線三相１２コイル非接触給電システムの実機検証」、平成２９年電気学会産業応用部門大会、平成２９年８月、ｐ．４３９−４４２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の実施形態は、効率的な非接触電力伝送を実現する送電装置、受電装置および非接触電力伝送システムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の実施形態としての送電装置は、略同一平面上において、中心からみて略６０度ごとに配置された６個のインダクタと、前記インダクタに三相交流の電力信号を供給するインバータとを備え、前記インダクタは、コアと、前記コアの周囲に巻かれており、前記平面に対して略平行なコイル軸を有するコイルとを含み、前記中心からみて略１８０度離れて配置された前記インダクタのペアにおいて、前記コイル軸が略平行となり、かつ前記コイル軸が前記中心を通らないよう、前記インダクタが配置されており、前記ペアに属する前記インダクタでは、前記コイルが逆向きに巻かれ、前記インバータの前記三相交流のうち、一相の電力信号が供給されている。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１の実施形態に係る非接触電力伝送システムの構成例を示したブロック図。
【図２】非接触電力伝送システムに係る回路の構成例を詳細に示した図。
【図３】送電側（一次側）と受電側（二次側）のそれぞれ６個のインダクタの配置例を示した平面図。
【図４】送電回路および受電回路の構成例を詳細に示した図。
【図５】第１の実施形態に係る送電側（一次側）と受電側（二次側）のそれぞれ６個のインダクタの配置例を示した平面図。
【図６】磁気双極子近似で計算した結合係数の例を示したグラフ。
【図７】磁気双極子近似で計算した不要結合による誘起電圧のθ＝０度のときとの比の例を示したグラフ。
【図８】電磁場解析で計算した結合係数の第１例を示したグラフ。
【図９】電磁場解析で計算した不要結合による誘起電圧のθ＝０度のときとの比の第１例を示したグラフ。
【図１０】電磁場解析で計算した結合係数の第２例を示したグラフ。
【図１１】電磁場解析で計算した不要結合による誘起電圧のθ＝０度のときとの比の第２例を示したグラフ。
【図１２】送電側（一次側）と受電側（二次側）のそれぞれ６個のインダクタの配置例を示した平面図。
【図１３】第１の実施形態に係る送電側（一次側）と受電側（二次側）のそれぞれ６個のインダクタの配置例を示した平面図。
【図１４】電磁場解析で計算した結合係数の第３例を示したグラフ。
【図１５】電磁場解析で計算した不要結合による誘起電圧のθ＝０度のときとの比の第３例を示したグラフ。
【図１６】送電側（一次側）と受電側（二次側）のそれぞれ６個のインダクタの配置例を示した平面図。
【図１７】第１の実施形態に係る送電側（一次側）と受電側（二次側）のそれぞれ６個のインダクタの配置例を示した平面図。
【図１８】電磁場解析で計算した結合係数の第４例を示したグラフ。
【図１９】電磁場解析で計算した不要結合による誘起電圧のθ＝０度のときとの比の第４例を示したグラフ。
【図２０】各条件において計算されたインダクタのコイル軸の最適角度θｏの例を示したテーブル。
【図２１】送電側（一次側）と受電側（二次側）のそれぞれ６個のインダクタの配置例を示した平面図。
【図２２】第１の実施形態に係る送電側（一次側）と受電側（二次側）のそれぞれ６個のインダクタの配置例を示した平面図。
【図２３】電磁場解析で計算した結合係数の第５例を示したグラフ。
【図２４】電磁場解析で計算した不要結合による誘起電圧のθ＝０度のときとの比の第５例を示したグラフ。
【図２５】シミュレーションによって計算された磁束の方向の例を示した平面図。
【図２６】シミュレーションによって計算された磁束の方向の例を示した平面図。
【図２７】シミュレーションによって計算された磁束の方向の例を示した平面図。
【図２８】シミュレーションによって計算された磁束の方向の例を示した平面図。
【図２９】シミュレーションによって計算された磁束の方向の例を示した平面図。
【図３０】第２の実施形態に係る非接触電力伝送システムの構成例を示したブロック図。
【図３１】第２の実施形態に係る送電側（一次側）と受電側（二次側）のそれぞれ６個のインダクタの配置例を示した平面図。
【図３２】電動車両に搭載された受電側（二次側）のインダクタの配置例を示した図。
【図３３】２つのインダクタが配置された例を示した平面図。
【図３４】２つのインダクタ間の結合係数と角度Φの関係を示したグラフ。
【図３５】２つのインダクタが搭載された電動車両の例を示した図。
【図３６】２つのインダクタが搭載された電動車両の例を示した図。
【図３７】２つのインダクタが搭載された電動車両の例を示した図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。また、図面において同一の構成要素は、同じ番号を付し、説明は、適宜省略する。
【０００９】
（第１の実施形態）
図１は第１の実施形態に係る非接触電力伝送システムの構成例を示している。図１の送電装置１は、ＡＣ電源１０と、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１と、インバータ１２と、送電回路１３とを備えている。また、受電装置２は、受電回路２１と、整流回路２２と、バッテリー２３とを備えている。ＡＣ／ＤＣコンバータ１１は、ＡＣ電源１０から供給された交流の電力信号を直流に変換する。インバータ１２は、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１から供給された直流の電力信号を三相交流に変換する。インバータ１２は、電力信号の周波数調整や、電力信号の振幅調整を行ってもよい。
【００１０】
インバータ１２から出力された三相交流の電力信号は送電回路１３に供給される。送電回路１３は、非接触で受電装置２の受電回路２１に電力信号を伝送する。送電回路１３は、後述するように６個のインダクタを含んでいる。受電回路２１は、送電回路１３から非接触で伝送された電力信号を受電する。なお、受電回路２１が、送電側の６個のインダクタの全てから、電力を受電する場合は６個のインダクタを備える。一方、送電側の６個のインダクタのうちの全てのインダクタからの受電を行わない場合もある。その場合は、受電回路２１が備えるインダクタの数は６より少なくてもよい。整流回路２２は、受電回路２１から供給された交流の電力信号を直流に変換する。
【００１１】
バッテリー２３は、充放電が可能な２次電池である。２次電池の例としては、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池があるが、２次電池の種類については特に問わない。また、バッテリー２３は複数の２次電池の組み合わせであってもよい。この場合、複数の２次電池間の接続関係については問わない。なお、非接触電力伝送システムの受電装置２は必ずバッテリー２３を備えていなくてもよい。バッテリー２３に代わり、その他の装置が受電装置２の負荷側に接続されていてもよい。
【００１２】
図１に示した非接触電力伝送システムの構成は一例にしかすぎない。したがって、非接触電力伝送システムはさらにその他の構成要素を備えていてもよい。例えば、非接触電力伝送システムはフィルタ回路、リップル除去回路、ＤＣ／ＤＣコンバータなどを備えていてもよい。
【００１３】
図２は、非接触電力伝送システムのうち、インバータ１２、送電回路１３、受電回路２１、整流回路２２の部分を示している。送電回路１３は、３個のキャパシタと、６個のインダクタとを含んでいる。以下では、送電回路１３の構成例について説明する。
【００１４】
インバータ１２から出力される３本の配線は、それぞれキャパシタＣＵ１、Ｃｖ１、Ｃｗ１を介してデルタ結線（Δ結線）された複数のインダクタに接続されている。これらのキャパシタＣＵ１、Ｃｖ１、Ｃｗ１は、後述するインダクタと組み合わせされて共振回路として動作し、電力伝送効率の改善を行う。
【００１５】
インダクタＬｕｖ１ＡとインダクタＬｕｖ１Ｂは直列に接続され、同相の電流（ｉｕｖ１）が流れるペア（一次側の第１ペア）となっている。同様に、インダクタＬｗｕ１ＢとインダクタＬｗｕ１Ａは直列に接続され、同相の電流が流れるペア（一次側の第２ペア）となっている。インダクタＬｖｗ１ＡとインダクタＬｖｗ１Ｂも直列に接続され、同相の電流が流れるペア（一次側の第３ペア）となっている。同じペアに属するインダクタでは、コイルの巻かれる方向が逆向きとなっている。例えば、第１ペアにあるインダクタＬｕｖ１ＡのコイルとインダクタＬｕｖ１Ｂのコイルは逆向きに巻かれており、逆向きの磁界が生成される。逆向きの磁界は互いに打ち消し合うため、電力伝送に寄与しない漏れ磁束を減らすことができる。その他のペアのインダクタについても同様である。
【００１６】
第１ペアのインダクタに流れる電流と、第２ペアのインダクタに流れる電流との位相差は１２０度に設定されている。同様に、第２ペアのインダクタに流れる電流と、第３ペアのインダクタに流れる電流との位相差は１２０度に設定されている。さらに、第３ペアのインダクタに流れる電流と、第１ペアのインダクタに流れる電流との位相差も１２０度に設定されている。
【００１７】
受電回路２１も、３個のキャパシタと、６個のインダクタとを含んでいる。以下では、受電回路２１と整流回路２２の構成例について説明する。
【００１８】
受電回路２１でも、複数のインダクタがデルタ結線（Δ結線）されている。また、受電回路２１の出力側の３本の配線は、それぞれキャパシタＣｕ２、Ｃｖ２、Ｃｗ２を介して整流回路２２に接続されている。キャパシタＣｕ２、Ｃｖ２、Ｃｗ２も、後述するインダクタと組み合わされて共振回路として動作し、電力伝送効率の改善を行う。
【００１９】
受電回路２１のインダクタＬｕｖ２ＡとインダクタＬｕｖ２Ｂは直列に接続され、同相の電流（ｉｕｖ１）が流れるペア（二次側の第１ペア）となっている。また、インダクタＬｗｕ２ＢとインダクタＬｗｕ２Ａは直列に接続され、同相の電流が流れるペア（二次側の第２ペア）となっている。インダクタＬｖｗ２ＡとインダクタＬｖｗ２Ｂも直列に接続され、同相の電流が流れるペア（二次側の第３ペア）となっている。同じペアに属するインダクタにおいて、コイルの巻かれる方向が逆向きとなっている点は一次側（送電回路１３）と同様である。
【００２０】
非接触電力伝送が行われる際、二次側のインダクタＬｕｖ２Ａと一次側のインダクタＬｕｖ１Ａは対向して配置される。同様に、インダクタＬｕｖ２ＢとインダクタＬｕｖ１Ｂ、インダクタＬｗｕ２ＢとインダクタＬｗｕ１Ｂ、インダクタＬｗｕ２ＡとインダクタＬｗｕ１Ａ、インダクタＬｖｗ２ＡとインダクタＬｖｗ１Ａ、インダクタＬｖｗ２ＢとインダクタＬｖｗ１Ｂはそれぞれ対向して配置される。対向して配置されたインダクタ間の電磁的な結合により、非接触の電力伝送が実現される。
【００２１】
図２に示された回路の構成は一例にしかすぎない。したがって、回路の構成はこれとは異なっていてもよい。例えば、図２の構成に代わり、複数のインダクタがスター結線（Ｙ結線）された構成を用いてもよい。また、キャパシタの少なくとも一部が省略されていてもよい。キャパシタが複数のインダクタと並列的に接続されていてもよい。なお、同じペアに属するインダクタにおいて、コイルが巻かれる方向を逆向きにせず、代わりに各コイルに逆相の電流を供給してもよい。この構成でも発生する漏れ磁束を低減させることができる。
【００２２】
次に、一次側および二次側のインダクタの物理的な構成について説明する。図３は、送電側（一次側）と受電側（二次側）のそれぞれ６個のインダクタの配置例を示した平面図である。図３は、６個のインダクタが略同一平面上に配置された場合を示している。点ｏを中心とする一辺の長さがＲの正六角形の頂点上（または、点ｏを中心とする半径Ｒの円周上）に一次側のインダクタ（Ｌｗｕ１Ａ、Ｌｖｗ１Ｂ、Ｌｕｖ１Ａ、Ｌｗｕ１Ｂ、Ｌｖｗ１Ａ、Ｌｕｖ１Ｂ）が配置されている。熱伝導性の高い樹脂などを用いて送電側（一次側）、受電側（二次側）のインダクタを支持する部材（支持部材）を形成してもよい。これにより、インダクタで発生する熱を放熱することができる。ただし、支持部材の材料は、非金属材料、あるいはアルミやその合金など、磁気シールドする効果を有する金属材料が好適だがこれに限らない。また、支持部材の構造、形状については特に限定しない。
【００２３】
それぞれのインダクタは、コア１６と、となるよう、コア１６の周囲に巻かれており、（６個のインダクタが配置された）平面に対して略平行なコイル軸を有するソレノイドコイル（以下、単にコイル１７と記す）とを含む。以降では、略六面体状のコア１６が使われた場合を例に説明する。図３のコア１６（インダクタ）は平面視略長方形状となっている。ただし、コア１６（インダクタ）の形状については特に問わない。コア１６は、例えば、フェライト、電磁鋼板などの磁性体材料で形成されている。ただし、コア１６はその他の材料で形成されていてもよい。コイル１７は例えば、銅線、アルミ線、リッツ線、バスバーなどの金属によって形成されている。導電性のある材料であれば、コイル１７はその他の材料で形成されていてもよい。また、コイル１７で使われているワイヤやバスバーの表面はエナメルなどの絶縁体によって被覆されていてもよい。
【００２４】
平面視略長方形状のコア１６の幅方向の大きさをＷとする。また、平面視略長方形状のコア１６の長さ方向の大きさをＬとする。インダクタを平面視したとき、コイル１７はコア１６の幅方向に巻かれている。このため、コイル１７で生成される磁界は、インダクタ（コア）の長さ方向と略平行となる。
【００２５】
また、インダクタのうち、コイル１７が巻かれている部分の幅方向の中心線と、インダクタのうち、コイル１７が巻かれている部分の長さ方向の中心線との交点をインダクタの中心点ｃとよぶ。同じペアに属するインダクタは、インダクタの中心点ｃどうしを結んだ線分が点ｏを通るように配置されている。また、点ｏはインダクタの中心どうしを結んだ線分の中点になっている。例えば、第１ペアについてみると、インダクタＬｕｖ１Ａの中心点ｃとインダクタＬｕｖ１Ｂの中心点ｃとを結んだ線分の中点は点ｏとなっている。また、各インダクタの中心点ｃと点ｏとの間の距離をＲとする。このため、同一ペアに属するインダクタの中心点間の距離は略２Ｒとなる。
【００２６】
第１ペアを点ｏについて略６０度回転させると、第３ペア（インダクタＬｖｗ１ＢとインダクタＬｖｗ１Ａのペア）の配置とほぼ一致する。また、第３ペアを点ｏについて略６０度回転させると、第２ペア（インダクタＬｗｕ１ＡとインダクタＬｗｕ１Ｂ）の配置とほぼ一致する。このように、送電パッド１５では、合計６個のインダクタが点ｏについて略６０度ごとに配置されている。また、点ｏを中心とする正六角形の頂点と各インダクタの中心点ｃが重なるよう、各インダクタが配置されているともいえる。
【００２７】
なお、インダクタの中心点ｃを通る、コイルの長さ方向の線がコイル軸となる。コイル軸はインダクタで生成される磁界の方向と略同一方向である。図３では、同じペアに属するインダクタのコイル軸が略同一直線上にある。同じペアに属するインダクタのコイルは逆向きに巻かれているため、ため、これらの２つのインダクタから十分に離れた観測点では、２つのインダクタから生成する磁界が互いに打ち消し合う。これにより、周囲の環境中における漏れ磁界を減らすことができる。
【００２８】
すなわち、送電装置１（１次側では）では、略同一平面上において、中心（点ｏ）からみて略６０度ごとに、６個のインダクタが配置されている。インダクタは、コア１６と、コア１６の周囲に巻かれており、平面に対して略平行なコイル軸を有するコイル１７とを含む。６個のインダクタの中心（点ｏ）からみて略１８０度離れて配置されたインダクタのペアにおいて、コイル軸が略平行となり、かつコイル軸が中心（点ｏ）を通らないよう、インダクタが配置されている。同じペアに属するインダクタでは、コイル１７が逆向きに巻かれ、インバータ１２の三相交流のうち、一相の電力信号が供給されている。なお、非接触電力伝送時に一次側（送電装置１）のインダクタに対向して配置される二次側（受電装置２）のインダクタの構成も上述（図３）と同様であってもよい。
【００２９】
上述のように、一次側のインダクタと、それに対向して配置される二次側のインダクタとの間の電磁的な結合によって非接触の電力伝送が行われる。ただし、この他の組み合わせのインダクタ間においても、電磁的な結合が発生しうる。効率的な電力伝送の観点からは、電力伝送に寄与しないインダクタの組み合わせどうしにおける、電磁的な結合が最小化されることが望ましい。とくに電力伝送に寄与しないインダクタの組み合わせにおける電磁的な結合を不要結合とよぶ。
【００３０】
一次側のインダクタどうしまたは、二次側のインダクタどうしの電気的な結合は不要結合となる。図３には、同じ側のインダクタどうしの結合係数が示されている。略６０度離れて配置されたインダクタ（最近接のインダクタ）との結合係数をｋａとする。例えば、インダクタＬｗｕ１Ａの場合、インダクタＬｕｖ１ＢまたはインダクタＬｖｗ１Ｂとの結合係数がｋａとなる。また、略１２０度離れて配置されたインダクタとの結合係数をｋｂとする。例えば、インダクタＬｗｕ１Ａの場合、インダクタＬｖｗ１ＡまたはインダクタＬｕｖ１Ａとの結合係数がｋｂとなる。略１２０度離れて配置されたインダクタ（点ｏの両側に向かい合って配置されており、最も離れているインダクタ）との結合係数をｋｃとする。例えば、インダクタＬｗｕ１Ａの場合、インダクタＬｗｕ１Ｂとの結合係数がｋｃとなる。結合係数ｋｃは同一ペアに属するインダクタどうしの結合係数に相当する。なお、上述の説明における角度は、点ｏからみた中心点間の角度である。
【００３１】
上述の結合係数ｋａ、ｋｂ、ｋｃがあるため、電力伝送に寄与しない相互インダクタンスＭａ、Ｍｂ、Ｍｃが生じる。電力伝送に寄与しない相互インダクタンスによって生じる誘起電圧の発生をキャンセルすることが好ましい。以下では、図４を参照しながら、電力伝送に寄与しない相互インダクタンスによって生じる誘起電圧がキャンセルされる条件について説明する。図４は、送電回路および受電回路の構成例を詳細に示している。なお、図４では回路と送電パッド１５、受電パッド２４との対応関係の例が示されている。ただし、送電パッド１５／受電パッド２４はキャパシタなど、インダクタ以外の素子を含んでいてもよい。
【００３２】
図４の相互インダクタンスＭａ１、Ｍｂ１、Ｍｃ１と電流ｉｕｖ１、ｉｖｗ１、ｉｗｕ１を使うと、一次側のインダクタＬｕｖ１Ａに誘起される電圧ｖｕｖ１Ａは下記の式（１）のように表すことができる。
【数１】
2020150776.tif 000003
【００３３】
ここで、Ｌ１は自己インダクタンスであり、ＭはインダクタＬｕｖ１Ａと対向するインダクタＬｕｖ２Ａとの相互インダクタンスである。式（１）の右辺の第３項以降は電力伝送に寄与しない電圧成分に相当する。
【００３４】
また、式（１）の電流ｉｕｖ１、ｉｖｗ１、ｉｗｕ１は下記の式（２）のように表される。
【数２】
2020150776.tif 000004
【００３５】
式（２）を上述の式（１）に代入すると、下記の式（３）がえられる。
【数３】
2020150776.tif 000005
【００３６】
式（３）より、Ｍａ１＝Ｍｂ１＋Ｍｃ１が満たされると、不要結合による誘起電圧が発生しないことがわかる。一次側のインダクタの自己インダクタンスはすべて等しいため、不要結合による誘起電圧が発生しない条件はｋａ１＝ｋｂ１＋ｋｃ１となる。図４の受電回路２１側について式（１）〜（３）と同様の計算を行うと、二次側で不要結合による誘起電圧が発生しない条件としてｋａ２＝ｋｂ２＋ｋｃ２が求められる。
【００３７】
したがって、三相交流の非接触電力伝送システムでは、ｋａ＝ｋｂ＋ｋｃの条件が満たされるよう、送電側（一次側）と受電側（二次側）のそれぞれ６個のインダクタを配置することにより、不要結合による誘起電圧の発生を低減することができる。性能面からは、一次側と二次側の両方でｋａ＝ｋｂ＋ｋｃの条件が満たされていることが好ましい。ただし、一次側と二次側の両方で当該条件が満たされていることは必須ではない。例えば、一次側のみでｋａ＝ｋｂ＋ｋｃの条件が満たされていれば、一次側のインダクタに起因する不要結合による誘起電圧の発生を低減できる。また、二次側の受電パッド２４のみでｋａ＝ｋｂ＋ｋｃの条件が満たされていれば、二次側のインダクタに起因する不要結合による誘起電圧の発生を低減できる。
【００３８】
図３では、各インダクタのコイル軸が、正六角形の中心点ｏを通っている。ここで、正六角形とは、隣り合うインダクタの中心点ｃを結ぶことによって形成される正六角形のことをいう。ただし、各インダクタのコイル軸は、必ず正六角形の中心点ｏを通らなくてもよい。正六角形の一辺の長さはＲである。
【００３９】
例えば、図５に示されているように、各インダクタのコイル軸が、同じペアに属するインダクタの中心点ｃ間を結ぶ線に対して一定の角度θをなすよう、各インダクタを配置してもよい。図５の例では、各インダクタのコイル軸が、同じペアに属するインダクタの中心点ｃ間を結ぶ線に対してθ＝３６度の角度をなしている。同じペアに属するインダクタのコイル軸は互いに略平行となっている。上述のように、同じペアに属するインダクタのコイルは逆向きに巻かれているため、生成される磁束は略反対方向となり、互いに打ち消し合う。このため、図５の構成を使っても環境中における漏れ磁束の数を減らすことができる。以降では、上述の角度θをインダクタのコイル軸の角度とよぶものとする。
【００４０】
なお、インダクタのコイル軸の角度θを下記のように定義することができる。すなわち、インダクタのうち、コイル１７が巻かれている部分のコイル軸方向の第１中心線と、インダクタのうち、コイル１７が巻かれている部分のコイル軸方向と垂直な方向の第２中心線との交点と、インダクタの中心点とを結ぶ線と、コイル軸とがなす角度θをインダクタのコイル軸の角度と定義することが可能である。
【００４１】
電気自動車、駐車場、停留所などでは、非接触電力伝送システムを実装可能な空間または領域のサイズに制約があることもある。そこで、図５の構成を使うことにより、図３の構成と比べて送電側と受電側のそれぞれの６個のインダクタの実装面積を抑えることが可能となる。
【００４２】
図３では、物理パラメータとして、インダクタ（コア）の幅方向の大きさＷと、インダクタ（コア）の長さ方向の大きさＬと、インダクタの中心点と点ｏとの間の距離Ｒ（中心点ｃが形成する正六角形の一辺の長さＲ）とがある。また、図５では、物理パラメータとしてさらにインダクタのコイル軸の角度θがある。不要結合による誘起電圧が発生しない条件（最適条件：ｋａ＝ｋｂ＋ｋｃ）が満たされるよう、物理パラメータを調整することができる。図５の構成では、物理パラメータとしてさらにインダクタのコイル軸の角度θが追加されているため、上述の最適条件を満たす構成の探索が容易となる。Ｗ、Ｌはコアの物理的な大きさであり、必ず調整が可能であるとは限らない。一方、角度θの回転、距離Ｒはインダクタの位置合わせにより値が変えられるため、調整が比較的容易である。
【００４３】
なお、図３の構成は、図５の構成でインダクタのコイル軸の角度θが０度である場合であると解釈してもよい。
【００４４】
最適条件（ｋａ＝ｋｂ＋ｋｃ）が満たされる物理パラメータを最適パラメータとよぶものとする。また、特定のＬ、Ｗ、Ｒの値において最適条件（ｋａ＝ｋｂ＋ｋｃ）が満たされるインダクタのコイル軸の角度θを最適角度θｏとよぶものとする。以下では、各条件における最適角度θｏについて説明する。
【００４５】
最適角度θｏを計算する方法のひとつとして、磁気双極子近似がある。磁気双極子近似では、各インダクタを微小な磁気双極子とみなし、近似的な計算を行う。具体的には、ひとつの双極子が発生させる磁界と、もう一方の双極子の磁気モーメントとの内積を求める。この方法によって近似的に求められる結合係数ｋａは、下記の式（４）を用いて求めることができる。ここで、Ｃは適当に定めた定数である。
【数４】
2020150776.tif 000006
【００４６】
また、磁気双極子近似によって求められる結合係数ｋｂは下記の式（５）のようになる。
【数５】
2020150776.tif 000007
【００４７】
同様に、磁気双極子近似によって求められる結合係数ｋｃは下記の式（６）のようになる。
【数６】
2020150776.tif 000008
【００４８】
図６は、磁気双極子近似で計算した結合係数の例を示している。図６の横軸は各インダクタのコイル軸の角度θであり、縦軸は結合係数である。また、図７は磁気双極子近似で計算した不要結合による誘起電圧のθ＝０度のときとの比の例を示したグラフである。図７の横軸は各インダクタのコイル軸の角度θであり、縦軸はθ＝０度のときの不要結合による誘起電圧を１として正規化した値を示している。
【００４９】
図６を参照すると、各インダクタのコイル軸の角度θが略３４．５度であるときに、ｋａ−ｋｂ−ｋｃ＝０となっている。また、図７では、各インダクタのコイル軸の角度θが略３４．５度であるときに、不要結合による誘起電圧のθ＝０度のときとの比が最小値となっている。図７を参照すると、角度θによっては、不要結合による誘起電圧のθ＝０度のときとの比が１より小さくなっている。このように、同じペアに属するインダクタのコイル軸に角度をつけることによって、不要結合による誘起電圧を抑制できる。
【００５０】
磁気双極子近似を行うことによって、インダクタのコイル軸の最適角度θｏ＝３４．５度を求めることができる。ただし、磁気双極子近似では、インダクタを微小な磁気双極子であるとみなして計算をしているため、インダクタの物理的な大きさが考慮されていない。電磁場解析を行うことにより、インダクタの物理的な大きさや形状を含めたより高精度な最適角度θｏを計算することができる。
【００５１】
図３および図５はＲ＝３０ｃｍ、Ｌ＝２４ｃｍ、Ｗ＝１５ｃｍの送電パッド１５／受電パッド２４を略平面視したときの構成（第１の構成例）となっている。以下では、この第１の構成例について電磁場解析を行った結果を説明する（図８、図９）。
【００５２】
図８は、電磁場解析で計算した結合係数の第１例を示したグラフである。図８の横軸は各インダクタのコイル軸の角度θであり、縦軸は結合係数である。図９は、電磁場解析で計算した不要結合による誘起電圧のθ＝０度のときとの比の第１例を示したグラフである。図９の横軸は各インダクタのコイル軸の角度θであり、縦軸はθ＝０度のときの不要結合による誘起電圧を１として正規化した値を示している。
【００５３】
図８を参照すると、各インダクタのコイル軸の角度θが略３７度であるときに、ｋａ−ｋｂ−ｋｃ＝０となっている。また、図９では、各インダクタのコイル軸の角度θが略３７度であるときに、不要結合による誘起電圧のθ＝０度のときとの比が最小値となっている。すなわち、第１例における最適角度θｏは略３７度である。また、図９を参照すると、各インダクタのコイル軸の角度θを略３５度〜略３９度の範囲に設定すれば、不要結合による誘起電圧をθ＝０度の場合と比べて１０％以下に抑えることが可能である。同様に、図９を参照すると、各インダクタのコイル軸の角度θを略２３度〜略５０度の範囲に設定すれば、不要結合による誘起電圧をθ＝０度の場合と比べて５０％以下に抑えることが可能である。なお、式（２）などで示したように不要結合による誘起電圧の大きさは、略｜ｋａ−ｋｂ−ｋｃ｜に比例すると考えてよい。
【００５４】
次に、図３および図５の構成と比べて同じペアに属するインダクタ中心点間の距離を大きく設定し、Ｒ＝４０ｃｍ、Ｌ＝２４ｃｍ、Ｗ＝１５ｃｍとした場合の結果について説明する（図１０、図１１）。
【００５５】
図１０は、電磁場解析で計算した結合係数の第２例を示したグラフである。図１０の横軸は各インダクタのコイル軸の角度θであり、縦軸は結合係数である。図１１は、電磁場解析で計算した不要結合による誘起電圧のθ＝０度のときとの比の第２例を示したグラフである。図１１の横軸は各インダクタのコイル軸の角度θであり、縦軸はθ＝０度のときの不要結合による誘起電圧を１として正規化した値を示している。
【００５６】
図１０を参照すると、各インダクタのコイル軸の角度θが略３６度であるときに、ｋａ−ｋｂ−ｋｃ＝０となっている。また、図１１では、各インダクタのコイル軸の角度θが略３６度であるときに、不要結合による誘起電圧のθ＝０度のときとの比が最小値となっている。すなわち、第２例における最適角度θｏは略３６度である。また、図１１を参照すると、各インダクタのコイル軸の角度θを略３４度〜略３７度の範囲に設定すれば、不要結合による誘起電圧をθ＝０度の場合と比べて１０％以下に抑えることが可能である。同様に、図１１を参照すると、各インダクタのコイル軸の角度θを略２３度〜略４８度の範囲に設定すれば、不要結合による誘起電圧をθ＝０度の場合と比べて５０％以下に抑えることが可能である。
【００５７】
次に、第２例より同じペアに属するインダクタ中心点間の距離をさらに大きく設定した場合について説明する。具体的には、Ｒ＝５０ｃｍ、Ｌ＝２４ｃｍ、Ｗ＝１５ｃｍとした構成について説明する。図１２は、θ＝０度のときの６個のインダクタの配置例を示した平面図である。また、図１３は、各インダクタのコイル軸に角度をつけた場合における６個のインダクタの配置例を示した平面図である。
【００５８】
図１４は、電磁場解析で計算した結合係数の第３例を示したグラフである。図１４の横軸は各インダクタのコイル軸の角度θであり、縦軸は結合係数である。図１５は、電磁場解析で計算した不要結合による誘起電圧のθ＝０度のときとの比の第３例を示したグラフである。図１５の横軸は各インダクタのコイル軸の角度θであり、縦軸はθ＝０度のときの不要結合による誘起電圧を１として正規化した値を示している。
【００５９】
図１４を参照すると、各インダクタのコイル軸の角度θが略３６度であるときに、ｋａ−ｋｂ−ｋｃ＝０となっている。また、図１５では、各インダクタのコイル軸の角度θが略３６度であるときに、不要結合による誘起電圧のθ＝０度のときとの比が最小値となっている。すなわち、第３例における最適角度θｏは略３６度である。また、図１５を参照すると、各インダクタのコイル軸の角度θを略３４度〜略３８度の範囲に設定すれば、不要結合による誘起電圧をθ＝０度の場合と比べて１０％以下に抑えることが可能である。同様に、図１５を参照すると、各インダクタのコイル軸の角度θを略２３度〜略４６度の範囲に設定すれば、不要結合による誘起電圧をθ＝０度の場合と比べて５０％以下に抑えることが可能である。
【００６０】
上述では、同じペアに属するインダクタの中心点間の距離Ｒが変更された場合の結果について説明した。次に、コアのサイズが変更された場合について説明する。図１６は、Ｒ＝４０ｃｍ、Ｌ＝３２ｃｍ、Ｗ＝１５ｃｍとした場合における、６個のインダクタの配置例を示した平面図である。図１６の構成では、θ＝０度となっている。一方、図１７は、図１６の配置において、各インダクタのコイル軸に角度をつけた場合の例を示した平面図である。図１６および図１７では、上述の例に比べ、コアのサイズが長辺方向に大きくなっている。
【００６１】
図１８は、電磁場解析で計算した結合係数の第４例を示したグラフである。図１８の横軸は各インダクタのコイル軸の角度θであり、縦軸は結合係数である。図１９は、電磁場解析で計算した不要結合による誘起電圧のθ＝０度のときとの比の第４例を示したグラフである。図１９の横軸は各インダクタのコイル軸の角度θであり、縦軸はθ＝０度のときの不要結合による誘起電圧を１として正規化した値を示している。
【００６２】
図１８を参照すると、各インダクタのコイル軸の角度θが略３８．５度であるときに、ｋａ−ｋｂ−ｋｃ＝０となっている。また、図１９では、各インダクタのコイル軸の角度θが略３８．５度であるときに、不要結合による誘起電圧のθ＝０度のときとの比が最小値となっている。すなわち、第４例における最適角度θｏは略３８．５度である。また、図１９を参照すると、各インダクタのコイル軸の角度θを略３６度〜略４０度の範囲に設定すれば、不要結合による誘起電圧をθ＝０度の場合と比べて１０％以下に抑えることが可能である。同様に、図１９を参照すると、各インダクタのコイル軸の角度θを略２２度〜略４９度の範囲に設定すれば、不要結合による誘起電圧をθ＝０度の場合と比べて５０％以下に抑えることが可能である。
【００６３】
図２０は、各条件において計算されたインダクタのコイル軸の最適角度θｏの例を示したテーブルである。テーブルの行＃０は、磁気双極子近似（図６、図７）の結果をまとめたものである。また、テーブルの行＃１〜＃４は、それぞれ上述の第１例〜第４例（図８〜図１９）に対応している。
【００６４】
図２０を参照すると、磁気双極子近似によって求められた最適角度（θｏ＝略３４．５度）に比べ、電磁場解析によって求められた最適角度はいずれも大きくなっている。これは、以下に述べるようなことに起因していると考えられる。まず、磁気双極子近似の計算では電磁気的な結合の生じている２つの微小な磁気双極子の存在のみが仮定されている。一方、電磁場解析の計算では６つの一定の大きさを有するインダクタが含まれている。電磁場解析の計算では、インダクタの物理的なサイズと形状だけでなく、インダクタ間の結合やコア間の相互作用も考慮されているため、磁気双極子近似と計算値の違いが生じている。
【００６５】
ここまで説明した例では、すべてのインダクタについて、インダクタのコイル軸の角度が等しく設定されていた。ただし、必ずインダクタについて、インダクタのコイル軸の角度が等しく設定されていなくてもよい。例えば、以下のように、第１のペア、第２のペア、第３のペアのそれぞれでインダクタのコイル軸の角度が異なっていてもよい。
【００６６】
図２１は、Ｒ＝４０ｃｍ、Ｌ＝２４ｃｍ、Ｗ＝１５ｃｍとした場合における６個のインダクタの配置例を示した平面図である。図２１では、インダクタのコイル軸の角度がθ＝０度となっている。ただし、図２１の各インダクタの外側には、各ペアにおけるコイル軸の角度の基本角度θＢに対する差分Δθの例が示されている。第２ペア（インダクタＬｗｕ１Ａ、Ｌｗｕ１Ｂ）ではΔθ＝０度とし、コイル軸の角度を基本角度θＢのままとする。第１ペア（インダクタＬｕｖ１Ｂ、Ｌｕｖ１Ａ）ではΔθ＝−２度とし、コイル軸の角度を基本角度θＢより小さくする。第３ペア（インダクタＬｖｗ１Ａ、Ｌｖｗ１Ｂ）ではΔθ＝＋１度とし、コイル軸の角度を基本角度θより大きくする。
【００６７】
図２２は、図２１の構成例において基本角度θＢを３４．７度に設定した場合を示した平面図である。図２２では、第１ペアにおけるコイル軸の角度がθ＝３２．７度となっている。また、第２ペアにおけるコイル軸の角度がθ＝３４．７度となっている。第３ペアについては、コイル軸の角度がθ＝３５．７度となっている。
【００６８】
次に、図２１、図２２の構成について、電磁場解析を行った結果（図２３、図２４）について説明する。図２３は、電磁場解析で計算した結合係数の第５例を示したグラフである。図２３の横軸は第２ペアの各インダクタのコイル軸の角度θＢであり、縦軸は結合係数である。図２４は、電磁場解析で計算した不要結合による誘起電圧のθ＝０度のときとの比の第５例を示したグラフである。図２４の横軸は第２ペアの各インダクタのコイル軸の角度θＢであり、縦軸はθ＝０度のときの不要結合による誘起電圧を１として正規化した値を示している。
【００６９】
図２３を参照すると、θＢ＝略３４．７度であるときに、ｋａ−ｋｂ−ｋｃ＝０となっている。また、図２４では、θＢ＝略３４．７度であるときに、不要結合による誘起電圧のθ＝０度のときとの比が最小値となっている。すなわち、第５例において、第２ペアのインダクタの最適角度θｏは略３４．７度である。また、第１ペアのインダクタの最適角度θｏは略３２．４度である。第３ペアのインダクタの最適角度θｏは３５．７度である。この結果より、上述の図２２は、各インダクタのコイル軸の角度が最適角度θｏに設定された場合を示していることがわかる。
【００７０】
図２４を参照すると、第２ペアの各インダクタのコイル軸の角度（基本角度）θＢを略３２度〜略３７度の範囲に設定すれば、不要結合による誘起電圧をθ＝０度の場合と比べて１０％以下に抑えることが可能である。この条件を満たすため、第１ペアの各インダクタのコイル軸の角度θは略３０度〜略３５度の範囲に設定される。また、第３ペアの各インダクタのコイル軸の角度θは略３３度〜略３８度の範囲に設定される。
【００７１】
上述の各条件において求められた、不要結合による誘起電圧をθ＝０度の場合と比べて１０％以下に抑える各インダクタのコイル軸の角度θの最小値と最大値をとることができる。この場合、各インダクタのコイル軸の角度θを略３０度〜略４０度の範囲に設定してもよい。また、上述の各条件において求められた、不要結合による誘起電圧をθ＝０度の場合と比べて５０％以下に抑える各インダクタのコイル軸の角度θの最小値と最大値をとることができる。この場合、各インダクタのコイル軸の角度θを略２２度〜略５０度の範囲に設定してもよい。
【００７２】
図２１、図２２の構成例ではすべてのペアにおいてインダクタのコイル軸の角度が異なっていた。ただし、３つのペアのうち、１つのペアのインダクタのコイル軸の角度のみを異なった値に設定してもよい。
【００７３】
図２５〜図２９はシミュレーションによって計算された磁束の方向の例を示した平面図である。図２５〜２５にはＬ１〜Ｌ６の６つのインダクタが示されている。図２５は、物理パラメータがＬ＝２４ｃｍ、Ｗ＝１５ｃｍ、Ｒ＝４０ｃｍ、θ＝３６度であるときの結果を示している。図２６は、物理パラメータがＬ＝２４ｃｍ、Ｗ＝１５ｃｍ、Ｒ＝５０ｃｍ、θ＝３６度であるときの結果を示している。図２７は、物理パラメータがＬ＝２４ｃｍ、Ｗ＝１５ｃｍ、Ｒ＝３０ｃｍ、θ＝３７度であるときの結果を示している。図２８は、物理パラメータがＬ＝３２ｃｍ、Ｗ＝１５ｃｍ、Ｒ＝４０ｃｍ、θ＝３８．５度であるときの結果を示している。図２９は、物理パラメータがＬ＝３２ｃｍ、Ｗ＝１５ｃｍ、Ｒ＝４０ｃｍ、θ＝４０度であるときの結果を示している。
【００７４】
図２７では、インダクタの長さ方向の大きさＬ（２４ｃｍ）が中心点の形成する六角形の一辺の長さＲ（３０ｃｍ）の０．８倍となっており、インダクタどうしが比較的近接した状態で配置されている。図２７のようにθ＝３７度だと、インダクタＬ１のｙ軸負方向から出る磁束の一部が、隣接するインダクタＬ２のコアに向かっている。したがって、インダクタＬ１のコイル軸両側について観察すると、磁束の分布がｘ軸正側に偏っている。図２７では、この偏りが図２５および図２６に比べて大きくなっている。
【００７５】
このため、図２７のインダクタＬ１では、磁束分布についてみるとコイル軸の角度が大きくなったのと等価な状態となっている。図２７の構成に相当するシミュレーション（電磁場解析）結果である図８のグラフを参照すると、結合係数ｋｂ、ｋｃのサンプルの分布が図６と比べてθの小さい側（左側）にずれている。しかし、インダクタＬ１とインダクタＬ２間の相互作用に関連する、結合係数ｋａのサンプルの分布については、左方向へのずれが小さく、図１４（図２６に相当）、図１８（図２５の相当）との差が小さい。図２７に対応する図８のグラフで、最適角度θｏが略３７度と、他の条件と比べて大きくなっているのは、磁束分布に偏りがあるためであると推測される。
【００７６】
図２８および図２９では、コアの長さ方向の大きさＬ（３２ｃｍ）が幅方向の大きさＷ（１５ｃｍ）の約２．１３倍となっている。このため、反磁性が小さく、コイル軸の方向に磁束が集中している。θ＝３８．５度となっている図２８では、インダクタＬ１で生成された磁束の一部が、インダクタＬ３のｘ軸正方向側に集中している。ただし、θ＝４０度となっている図２９では、インダクタＬ１で生成された磁束の一部が、インダクタＬ３のｘ軸正方向側に集中する現象が目立たなくなっている。
【００７７】
このため、図２８および図２９の条件に対応する図１８のグラフを参照すると、結合係数ｋａに対応するサンプルの分布がθの大きい側（右側）に１度ほどずれている。図１８のグラフを参照すると、角度θが略３８．５度の場合に｜ｋａ−ｋｂ−ｋｃ｜＝０となっている。この最適角度θｏは他の条件で求められた値と比べて大きい。
【００７８】
上述では、インダクタのコイル軸が、同じペアに属するインダクタの中心点ｃ間を結ぶ線に対してある角度θをなしている例について説明した。ここで、角度θの方向が同じペアに属するインダクタの中心点ｃ間を結ぶ線に対して、時計回りとなっている場合があれば、反時計回りとなる場合もありうる。同じペアに属するインダクタのコイル軸が、中心点ｃ間を結ぶ線に対してなしている角度の方向が同一（すなわち、同じペアに属するインダクタのコイル軸が略平行）なのであれば、送電装置１／受電装置２において両方向の角度を有するインダクタのペアが混在していてもよい。
【００７９】
（第２の実施形態）
第１の実施形態では、送電側と受電側のそれぞれの６個のインダクタが異なる物理パラメータの組み合わせをとりうることを述べた。非接触電力伝送システムは、使用中に一部の物理パラメータが調整できるように設計されていてもよい。第２の実施形態に係る非接触電力伝送システムでは、インダクタのコイル軸の角度θが調整可能となっている。以下では、第１の実施形態との差異点を中心に第２の実施形態に係る非接触電力伝送システムを説明する。
【００８０】
図３０は、第２の実施形態に係る非接触電力伝送システムの構成例を示している。図３０の送電装置１は、図1の送電装置１の構成要素に加え、制御回路１８と、アクチュエータ１９と、無線通信回路１００とを備えている。アクチュエータ１９は、送電パッド１５のインダクタの物理パラメータの少なくとも一部を調整する。本実施形態では、アクチュエータ１９として、インダクタのコイル軸の角度θを調整するロータリアクチュエータが使われた場合を例に説明する。ただし、同じペアに属するインダクタの中心点ｃ間の距離Ｒを調整するリニアアクチュエータなど、その他の種類のアクチュエータを使ってもよい。
【００８１】
無線通信回路１００は、受電装置２の無線通信回路２５からデータを受信することができる。制御回路１８は、送電装置１の各構成要素を制御する。例えば、制御回路１８は無線通信回路１００を介して受信された受電装置２におけるインダクタの配置に関する情報に基づいて、アクチュエータ１９を制御することができる。また、制御回路１８は、当該情報に基づいて送電回路１３のインダクタへの電力信号の供給をＯＮ／ＯＦＦさせてもよい。すなわち、送電装置１は送電回路１３の一部のインダクタのみに電力信号を供給してもよい。
【００８２】
なお、送電装置１は、必ず無線通信回路１００を備えていなくてもよい。例えば、送電装置１は、有線によるデータ通信を行う通信回路を備えていてもよい。また、ユーザの操作によって、送電側（一次側）インダクタの物理パラメータの少なくとも一部が調整されてもよい。ユーザの操作によって、インダクタへの電力信号の供給がＯＮ／ＯＦＦさせてもよい。送電装置１は、センサによって受電装置２の構成を推定してもよい。この場合、使われるセンサの種類については特に問わない。
【００８３】
一方、図３０の受電装置２は、図１の受電装置２の構成要素に加え、無線通信回路２５を備えている。無線通信回路２５は、受電装置２の構成に関する情報を送電装置１の無線通信回路１００に送信する。受電パッド２４の構成に関する情報の例としては、受電側（二次側）インダクタの配置、受電側（二次側）インダクタの数、受電側（二次側）インダクタのコイル軸の角度θが挙げられる。なお、受電装置２は必ず無線通信回路２５を備えていなくてもよい。
【００８４】
次に、送電側（一次側における）インダクタの配置例について説明する。図３１は、第２の実施形態に係る送電側と受電側のそれぞれの６個のインダクタの配置例を示した平面図である。図３１では、各インダクタを底面から回動可能に支持する６つのロータリアクチュエータ１９ｒが設けられている。ここで、インダクタの底面とは、送電側（一次側）インダクタと対向する受電側（二次側）インダクタの反対側にある面のことをいう。各ロータリアクチュエータ１９ｒは対応するインダクタの中心点ｃを通るｚ軸方向の線を回転軸とした回転運動を実現する。制御回路１８は各ロータリアクチュエータ１９ｒに回転角の指定情報を含む制御信号を送信する。制御信号を受信したロータリアクチュエータ１９ｒは指定された回転角の回転運動を行う。これにより、送電側（一次側）における各インダクタのコイル軸θを所望の値に調整することが可能となる。ロータリアクチュエータ１９ｒにより、例えば、同じペアに属するインダクタのコイル軸θを等しい大きさに調整することができる。
【００８５】
ロータリアクチュエータ１９ｒは油圧駆動式であってもよいし、モータによって駆動されるものであってもよい。すなわち、ロータリアクチュエータ１９ｒの機構および方式については特に限定しない。図３１では、すべてのインダクタがロータリアクチュエータ１９ｒによって回動可能に支持されている。ただし、必ずすべてのインダクタがロータリアクチュエータ１９ｒによって回動可能に支持されていなくてもよい。例えば、一部のインダクタのみがロータリアクチュエータ１９ｒによって回動可能に支持されていてもよい。一部のインダクタは、少なくともいずれかのペアに属するインダクタであってもよい。
【００８６】
なお、ロータリアクチュエータ以外の手段によって、インダクタのコイル軸の角度調整を実現してもよい。例えば、図３１の少なくともいずれかのロータリアクチュエータ１９ｒの位置に回転支持機構を設け、インダクタのコイル軸の角度θを手動で調整できるようにしてもよい。すべてのインダクタのコイル軸の角度θが回転支持機構によって調整される場合、ロータリアクチュエータ１９ｒが省略されていてもよい。
【００８７】
本実施形態では一次側にインダクタの物理パラメータの少なくとも一部を調整する機構が設けられた場合を例に説明しているが、二次側にインダクタの物理パラメータの少なくとも一部を調整する機構が設けられていてもよい。したがって、受電装置２が制御回路と、図３１に示した配置・構成のインダクタを備えていてもよい。
【００８８】
次に、二次側の構成の例について説明する。図３２は、電動車両に搭載された受電パッドの構成例を示している。図３２では、電動車両２００の車体底部近傍に設けられている。受電側は、６つのインダクタを備えている。このため、電動車両２００は三相交流の各相の電力信号を非接触で受電することができる。
【００８９】
ただし、一次側が６つのインダクタを備えている場合であっても、二次側は必ず６つのインダクタをすべて備えていなくてもよい。例えば、受電装置２が設置される装置や移動体（例えば、比較的小型の電動車両）において受電パッド２４を実装可能な面積／体積に制約が存在する場合がある。また、移動体に搭載可能な重量の制限のため、多くのインダクタを設置することができない場合もある。
【００９０】
例えば、二次側の受電装置２は２つのインダクタを備えていてもよい。受電装置２に設けられているインダクタの数が２である場合、インダクタ間の不要結合を最小化させる条件は６つのインダクタがある場合とは異なる。以下では、２つのインダクタ間の不要結合を最小化させる条件について説明する。
【００９１】
図３３は、２つのインダクタが配置された例を示した平面図である。図３３には、インダクタＬａと、インダクタＬｂが示されている。インダクタＬａ、Ｌｂは、コア１６と、コア１６の周囲に巻きつけられたコイル１７とを備えている。また、インダクタＬａ、Ｌｂは、それぞれのコイル軸が略平行となるように配置されている。インダクタＬａの中心点ｃ１から、インダクタＬｂの中心点ｃ２に向かうベクトルをｒとする。また、インダクタＬａのコイル軸がベクトルｒとの間でなす角度をΦとする。ここで、コイル軸、インダクタの中心点の定義は第１の実施形態と同様であるものとする。
【００９２】
インダクタＬａ、Ｌｂ間の不要結合を最小化させる角度Φを求めるため、下記の式（７）を使った磁気双極子近似を行うことができる。ここで、ｒ＜＜（１／ｋ）の関係が成立すると仮定して計算を行う。
【数７】
2020150776.tif 000009
【００９３】
上述の式（７）では、各インダクタが微小な磁気双極子であるとみなしている。具体的には、ひとつの双極子が発生させる磁界と、もう一方の双極子の磁気モーメントとの内積が求められる。式（７）の計算結果を使って、下記の図３４のグラフが得られる。
【００９４】
図３４は、２つのインダクタ間の結合係数と角度Φの関係を示したグラフである。図３４の縦軸は結合係数であり、横軸は角度Φを示している。図３４を参照すると、Φ＝略５８度のときに、インダクタ間の不要結合が最小化されている。以下ではΦ＝略５８度のときに、インダクタ間の不要結合が最小化されると仮定して説明を行う。ただし、図３４において結合係数の絶対値を０．０１以下に抑えるという基準に基づき、角度Φを略５０度〜略７０度の範囲に設定してもよい。
【００９５】
図３３のインダクタＬａ、ＬｂをΦ＝略５８度になるように配置すると、不要結合が抑えられるため、一次側のインダクタに供給される電力値に関わらず、インダクタＬａ、Ｌｂの励振位相を逆相に維持しやすくなる。このため、インダクタＬａ、Ｌｂによって生成される漏れ磁束は互いに打ち消し合い、（例えば、１０ｍ離れた点における）環境中の漏えい電磁界強度を低減することができる。
【００９６】
以下では、図３５〜図３７を参照しながら上述の条件を満たす二次側（受電装置２側）のインダクタ配置の例について説明する。図３５〜図３７は、２つのインダクタが搭載された電動車両の例を示している。なお、図３５〜図３７では、破線で一次側におけるインダクタの配置が示されている。
【００９７】
図３５の電動車両２００には、一次側の（送電パッド１５の）インダクタＬｗｕ１Ａ、Ｌｗｕ１Ｂと対向する位置に２つのインダクタ（Ｌｗｕ２Ａ、Ｌｗｕ２Ｂ）が配置されている。ここで、インダクタＬｗｕ１Ａ、Ｌｗｕ１Ｂは同じペアに属しており、結合係数がｋｃとなるインダクタである。正確な位置調整がされた場合、ｚ軸方向からみると一次側のインダクタＬｗｕ１Ａの中心点ｃと、二次側のインダクタＬｗｕ２Ａの中心点ｃが重なり合う。同様に、ｚ軸方向からみると一次側のインダクタＬｗｕ１Ｂの中心点ｃと、二次側のインダクタＬｗｕ２Ｂの中心点ｃが重なり合う。
【００９８】
図３６の電動車両２００には、一次側の（送電パッド１５の）インダクタＬｗｕ１Ａ、Ｌｕｖ１Ａと対向する位置に２つのインダクタ（Ｌｗｕ２Ａ、Ｌｕｖ２Ａ）が配置されている。ここで、インダクタＬｗｕ１Ａ、Ｌｕｖ１Ａは異なるペアに属しており、結合係数がｋｂとなるインダクタである。正確な位置調整がされた場合、ｚ軸方向からみると一次側のインダクタＬｗｕ１Ａの中心点ｃと、二次側のインダクタＬｗｕ２Ａの中心点ｃが重なり合う。同様に、ｚ軸方向からみると一次側のインダクタＬｕｖ１Ａの中心点ｃと、二次側のインダクタＬｕｖ２Ａの中心点ｃが重なり合う。
【００９９】
図３７の電動車両２００には、一次側のインダクタＬｗｕ１Ｂ、Ｌｕｖ１Ａと対向する位置に２つのインダクタ（Ｌｗｕ２Ｂ、Ｌｕｖ２Ａ）が配置されている。ここで、インダクタＬｗｕ１Ｂ、Ｌｕｖ１Ａは異なるペアに属しており、結合係数がｋａとなるインダクタである。正確な位置調整がされた場合、ｚ軸方向からみると一次側のインダクタＬｗｕ１Ｂの中心点ｃと、二次側のインダクタＬｗｕ２Ｂの中心点ｃが重なり合う。同様に、ｚ軸方向からみると一次側のインダクタＬｕｖ１Ａの中心点ｃと、二次側のインダクタＬｕｖ２Ａの中心点ｃが重なり合う。
【０１００】
すなわち、受電装置２は、略同一平面上において略平行に配置された少なくとも２つのインダクタと、インダクタから供給される電力信号を整流する整流回路２２とを備えていてもよい。ここで、インダクタは、コア１６と、コア１６の周囲に巻かれており、（２つのインダクタが配置された）平面に略平行なコイル軸を有するコイル１７とを含む。
【０１０１】
図３５〜図３７の構成において、二次側の各インダクタのコイル軸が、二次側のインダクタの中心点間を結ぶ線との間に対してなす角度Φを略５０度〜略７０度の範囲に設定することができる。これにより、不要結合を抑制し、効率的な非接触電力伝送を実現することができる。また、上述のように、一次側（送電装置１側）で、二次側のインダクタとの位置合わせを行うことができる。
【０１０２】
例えば、二次側の無線通信回路２５は、二次側におけるインダクタの配置（例えば、図３５〜図３７の配置）、二次側のインダクタのコイル軸の角度Φに係る情報を一次側の無線通信回路１００に送信することができる。送電装置１の制御回路１８は、二次側から受信した情報に基づき、ロータリアクチュエータ１９ｒを制御し、二次側のインダクタと対向する（中心点ｃが重なり合う）インダクタのコイル軸の角度θを調整することができる。例えば、制御回路１８は、少なくとも２つのインダクタのコイル軸が略平行となるよう、ロータリアクチュエータ１９ｒを制御してもよい。また、制御回路１８は、少なくとも２つのインダクタにおいて、コイル軸の角度をθ＝略５０度〜略７０度の範囲に調整してもよい。
【０１０３】
また、一次側の不要結合による誘起電圧のθ＝０度のときとの比が一定比率以下となるよう、コイル軸の角度θを調整してもよい。例えば、制御回路１８は、コイル軸の角度θを略５０度以下に調整してもよい。この場合、漏れ磁束軽減の観点から、同じペアに属するインダクタのコイル軸の角度は等しく調整されていることが好ましい。
【０１０４】
また、制御回路１８は、二次側から受信した情報に基づき、電力信号を供給するインダクタを指定してもよい。例えば、図３５の配置の場合、二次側に対向する（中心点ｃが重なり合う）インダクタのある、インダクタＬｗｕ１Ａ、Ｌｗｕ１Ｂのみに電力信号を供給してもよい。これにより、電力消費の抑制を行うことができる。すなわち、制御回路１８は少なくとも２つのインダクタに電力信号を供給し、送電パッド１５の残りのインダクタへの電力信号の供給を遮断してもよい。
【０１０５】
ただし、送電装置１側で各インダクタへの電力信号の供給のＯＮ／ＯＦＦが行えない場合もある。このため、二次側にあるインダクタの数に関わらず、一次側のすべてのインダクタに電力信号を供給してもよい。
【０１０６】
上述の各実施形態に係る送電装置、受電装置、非接触電力伝送システムを用いることにより、６個の送電側（一次側）インダクタ／６個の受電側（二次側）インダクタの実装面積を抑制しつつ、インダクタ間の不要な磁気結合を最小化させることができる。これにより、三次高調波、銅損および漏えい電磁界強度の抑制をはかりながら、複数のインダクタどうしの不要な磁気結合による誘起電圧の発生を低減できる非接触電力伝送を実現することができる。
【符号の説明】
【０１０７】
１  送電装置
２  受電装置
１０  ＡＣ電源
１１  ＡＣ／ＤＣコンバータ
１２  インバータ
１３  送電回路
１６  コア
１７  コイル
１８  制御回路
１９  アクチュエータ
１９ｒ  ロータリアクチュエータ
２１  受電回路
２２  整流回路
２３  バッテリー
２５、１００  無線通信回路
２００  電動車両
【図１】
2020150776.tif 000010
【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】
2020150776.tif 000019
【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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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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