(57)【要約】【課題】第１および第２のコイルの一方から発生する磁束が他方のコイルに及ぼす影響を抑制して電力または信号の伝送効率を高める。【解決手段】磁気結合装置１Ａは、第１のコイルユニット１０と、第１のコイルユニット１０との間で電力または信号をワイヤレス伝送する第２のコイルユニット２０とを備え、第１および第２のコイルユニット１０，２０の各々は、第１および第２のコイルと、第１のコイルと鎖交する第１の磁束φ１の磁路を構成する第１の磁性体１３，２３と、第２のコイルと鎖交する第２の磁束φ２の磁路を構成する第２の磁性体１５，２５とを備え、第２のコイルの駆動周波数は、第１のコイルの駆動周波数よりも１０倍以上高く、第１の磁性体１３，２３の透磁率は、第１のコイルの駆動周波数において第２の磁性体１５，２５の透磁率よりも高く且つ第２のコイルの駆動周波数において第２の磁性体１５，２５の透磁率よりも低い。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のコイルユニットと、
前記第１のコイルユニットとの間で電力または信号をワイヤレス伝送する第２のコイルユニットとを備え、
前記第１および第２のコイルユニットの各々は、第１および第２のコイルを有し、
前記第１および第２のコイルユニットの少なくとも一方は、前記第１のコイルと鎖交する第１の磁束の磁路を構成する第１の磁性体と、前記第２のコイルと鎖交する第２の磁束の磁路を構成する第２の磁性体とを有し、
前記第１の磁性体の透磁率は、前記第１のコイルの駆動周波数において前記第２の磁性体の透磁率よりも高く、且つ、前記第１のコイルの駆動周波数よりも高い第２のコイルの駆動周波数において前記第２の磁性体の透磁率よりも低いことを特徴とする磁気結合装置。
【請求項２】
前記第１のコイルのコイル軸は、前記第２のコイルのコイル軸と直交している、請求項１に記載の磁気結合装置。
【請求項３】
前記第２の磁性体の透磁率は異方性を有し、前記第２のコイルと鎖交する磁束が前記第２の磁性体を通過する方向における前記第２の磁性体の透磁率は、前記第１のコイルと鎖交する磁束が前記第２の磁性体を通過する方向における前記第２の磁性体の透磁率よりも高い、請求項２に記載の磁気結合装置。
【請求項４】
前記第２の磁性体は、前記第１のコイルと鎖交する磁束が前記第２の磁性体を通過する方向に向かって、磁性層と非磁性層が交互に積層された多層構造を有する、請求項３に記載の磁気結合装置。
【請求項５】
前記第１のコイルは、第１の方向にコイル軸を有するスパイラルコイルであり、
前記第２のコイルは、前記第１の方向と直交する第２の方向にコイル軸を有するソレノイドコイルである、請求項２ないし４のいずれか一項に記載の磁気結合装置。
【請求項６】
前記第１の方向から見て、前記ソレノイドコイルの平面サイズは、前記スパイラルコイルの開口部の平面サイズよりも小さい、請求項５に記載の磁気結合装置。
【請求項７】
前記スパイラルコイルは前記第１の磁性体の主面に形成されており、
前記ソレノイドコイルは前記第２の磁性体に巻回されており、
前記第１の方向から見て、前記第２の磁性体の平面サイズは、前記スパイラルコイルの開口部の平面サイズよりも小さい、請求項５または６に記載の磁気結合装置。
【請求項８】
前記第１の磁性体は、前記スパイラルコイルの開口部と平面視で重なる貫通孔を有する、請求項５ないし７のいずれか一項に記載の磁気結合装置。
【請求項９】
前記第１の磁性体と前記第２の磁性体は同一平面上に配置されない、請求項８に記載の磁気結合装置。
【請求項１０】
前記第１の方向から見て、前記ソレノイドコイルの前記第２の方向のサイズは、前記スパイラルコイルの開口部の前記第２の方向のサイズよりも大きく、
前記第１の方向から見て、前記ソレノイドコイルの前記第１の方向および前記第２の方向と直交する第３の方向のサイズは、前記スパイラルコイルの開口部の前記第３の方向のサイズよりも小さい、請求項５に記載の磁気結合装置。
【請求項１１】
前記スパイラルコイルは前記第１の磁性体の主面に形成されており、
前記ソレノイドコイルは前記第２の磁性体に巻回されており、
前記第１の方向から見て、前記第２の磁性体の前記第２の方向のサイズは、前記第１の磁性体の前記第２の方向のサイズよりも大きく、
前記第１の方向から見て、前記第２の磁性体の前記第３の方向のサイズは、前記スパイラルコイルの開口部の前記第３の方向のサイズよりも小さい、請求項１０に記載の磁気結合装置。
【請求項１２】
前記第２のコイルは、第１の方向にコイル軸を有するスパイラルコイルであり、
前記第１のコイルは、前記第１の方向と直交する第２の方向にコイル軸を有するソレノイドコイルであり、
前記第１の方向から見て、前記スパイラルコイルの平面サイズは、前記ソレノイドコイルの平面サイズよりも小さい、請求項１ないし４のいずれか一項に記載の磁気結合装置。
【請求項１３】
前記第１のコイルユニットの前記ソレノイドコイルおよび前記第２のコイルユニットの前記ソレノイドコイルは、前記第１のコイルユニットの前記スパイラルコイルと前記第２のコイルユニットの前記スパイラルコイルに挟まれた空間内に設けられている、請求項５ないし１１のいずれか一項に記載の磁気結合装置。
【請求項１４】
前記第１のコイルユニットの前記ソレノイドコイルおよび前記第２のコイルユニットの前記ソレノイドコイルは、前記第１のコイルユニットの前記スパイラルコイルと前記第２のコイルユニットの前記スパイラルコイルに挟まれた空間の外側に設けられている、請求項５ないし１２のいずれか一項に記載の磁気結合装置。
【請求項１５】
前記第１のコイルは、第１の方向にコイル軸を有する第１のソレノイドコイルであり、
前記第２のコイルは、前記第１の方向と直交する第２の方向にコイル軸を有する第２のソレノイドコイルである、請求項１ないし４のいずれか一項に記載の磁気結合装置。
【請求項１６】
前記第１の方向および前記第２の方向と直交する第３の方向から見て、前記第１のソレノイドコイルの前記第１の方向のサイズは、前記第２のソレノイドコイルの前記第１の方向のサイズよりも大きく、
前記第３の方向から見て、前記第１のソレノイドコイルの前記第２の方向のサイズは、前記第２のソレノイドコイルの前記第２の方向のサイズよりも小さい、請求項１５に記載の磁気結合装置。
【請求項１７】
前記第１のソレノイドコイルは前記第１の磁性体に巻回されており、
前記第２のソレノイドコイルは前記第２の磁性体に巻回されており、
前記第３の方向から見て、前記第１の磁性体の前記第１の方向のサイズは、前記第２の磁性体の前記第１の方向のサイズよりも大きく、
前記第３の方向から見て、前記第１の磁性体の前記第２の方向のサイズは、前記第２の磁性体の前記第２の方向のサイズよりも小さい、請求項１６に記載の磁気結合装置。
【請求項１８】
前記第１の方向および前記第２の方向と直交する第３の方向から見て、前記第２のソレノイドコイルの平面サイズは、前記第１のソレノイドコイルの平面サイズよりも小さい、請求項１５に記載の磁気結合装置。
【請求項１９】
前記第１のソレノイドコイルは前記第１の磁性体に巻回されており、
前記第２のソレノイドコイルは前記第２の磁性体に巻回されており、
前記第３の方向から見て、前記第２の磁性体の平面サイズは、前記第１の磁性体の平面サイズよりも小さい、請求項１８に記載の磁気結合装置。
【請求項２０】
前記第１のコイルユニットの前記第２のソレノイドコイルおよび前記第２のコイルユニットの前記第２のソレノイドコイルは、前記第１のコイルユニットの前記第１のソレノイドコイルと前記第２のコイルユニットの前記第１のソレノイドコイルに挟まれた空間内に設けられている、請求項１５ないし１９のいずれか一項に記載の磁気結合装置。
【請求項２１】
回転軸を中心に回転する第１の支持体と、
前記第１の支持体と一緒に回転しない第２の支持体を備え、
前記第１および第２のコイルユニットの一方は前記第１の支持体に設けられており、
前記第１および第２のコイルユニットの他方は前記第２の支持体に設けられている、請求項１に記載の磁気結合装置。
【請求項２２】
前記第１のコイルは、ソレノイドコイルであり、
前記第２のコイルは、円筒面に形成されたループコイルであり、
前記ソレノイドコイルのコイル軸は、前記回転軸方向に延在しており、
前記ループコイルのコイル軸は、前記回転軸と直交する径方向に放射状に延在している、請求項２１に記載の磁気結合装置。
【請求項２３】
前記第１および第２のコイルユニットの前記第１のコイルと前記第１および第２のコイルユニットの前記第２のコイルとの間に配置される中間磁性体をさらに備え、
前記中間磁性体は、第１の円筒磁性層と、前記第１の円筒磁性層よりも前記径方向の内側に配置された第２の円筒磁性層とを有し、
前記第１の円筒磁性層は前記第１の磁性体を構成しており、
前記第２の円筒磁性層は前記第２の磁性体を構成している、請求項２２に記載の磁気結合装置。
【請求項２４】
前記第１および第２のコイルユニットの各々の前記第１および第２のコイルよりも径方向の内側に配置される内側磁性体と、
前記第１および第２のコイルユニットの各々の前記第１および第２のコイルよりも径方向の外側に配置される外側磁性体とをさらに備え、
前記内側磁性体は前記第２の磁性体を構成しており、
前記外側磁性体は前記第１の磁性体を構成している、請求項２２または２３に記載の磁気結合装置。
【請求項２５】
前記第１および第２のコイルユニットの各々の前記第１および第２のコイルの前記回転軸方向の両側を覆う円形磁性体をさらに備え、
前記円形磁性体は前記第１の磁性体を構成している、請求項２４に記載の磁気結合装置。
【請求項２６】
前記第１および第２のコイルユニットの各々の前記第１および第２のコイルの前記回転軸方向の両側を覆う円形磁性体をさらに備え、
前記円形磁性体は、内側リング領域と、前記内側リング磁性体よりも径方向の外側に位置する外側リング領域とを有し、
前記円形磁性体の外側リング領域は前記第１の磁性体を構成しており、
前記円形磁性体の内側リング領域は前記第２の磁性体を構成している、請求項２４に記載の磁気結合装置。
【請求項２７】
前記第１および第２のコイルユニットの前記第１のコイル同士は磁気結合しており、
前記第１および第２のコイルユニットの前記第２のコイル同士は磁気結合しており、
前記第１および第２のコイルユニットの少なくとも一方は、前記第１のコイルと前記第２のコイルとの間の磁気結合を阻止する位置に配置された電磁気遮蔽部材を有する、請求項１ないし２６のいずれか一項に記載の磁気結合装置。
【請求項２８】
前記第１および第２のコイルユニットの前記第１のコイルは電力伝送を行うコイルであり、
前記第１および第２のコイルユニットの前記第２のコイルは信号伝送を行うコイルである、請求項１ないし２７のいずれか一項に記載の磁気結合装置。
【請求項２９】
前記第１コイルユニットの前記第１のコイルは、電力伝送を行う送電コイルであり、
前記第２コイルユニットの前記第１のコイルは、電力伝送を行う受電コイルであり、
前記第１コイルユニットの前記第２のコイルは、信号伝送を行う受信コイルであり、
前記第２コイルユニットの前記第２のコイルは、信号伝送を行う送信コイルである、請求項２８に記載の磁気結合装置。
【請求項３０】
前記信号伝送の周波数は、前記電力伝送の周波数よりも１０倍以上高い、請求項２８または２９に記載の磁気結合装置。
【請求項３１】
前記信号伝送は、前記電力伝送中に行われる、請求項２８ないし３０のいずれか一項に記載の磁気結合装置。
【請求項３２】
請求項２９に記載の磁気結合装置と、
入力直流電圧を交流電圧に変換して前記送電コイルに供給する送電回路と、
前記受信コイルが受信した交流信号に基づき、前記送電回路から出力される交流電圧を制御する制御回路と、
前記受電コイルに発生した交流電圧を直流電圧に変換する受電回路と、
前記受電回路の出力電圧または出力電流の大きさを示す交流信号を生成する信号生成回路と、を備えるワイヤレス電力伝送システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワイヤレスで信号や電力を伝送する磁気結合装置およびこれを用いたワイヤレス電力伝送システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
電源ケーブルや電源コードを用いずに電力を伝送するワイヤレス電力伝送技術が注目されている。ワイヤレス電力伝送技術は、送電側から受電側にワイヤレスで電力を供給できることから、電車、電気自動車等の輸送機器、家電製品、電子機器、無線通信機器、玩具、産業機器といった様々な製品への応用が期待されている。
【０００３】
ワイヤレス電力伝送する方法としては、送電コイルに電流を流して磁束を発生させ、この磁束が受電コイルに鎖交することで受電コイルに電圧を発生させて電力伝送する方法がある。受電コイルで受電したエネルギーは負荷へと供給されることとなるが、負荷はその種類によらずほとんどの場合、安定した電力、電圧または電流の供給が必要となり、これらのいずれかが一定になるように制御を行うことが求められる。
【０００４】
このような制御を実現するためには、受電側から送電側に制御信号を伝送する必要がある。制御信号を伝送する方法として、磁界結合を用いて行う方法がある。磁界結合方式は、受電側の信号送信コイルで磁束を発生させ、送電側の信号受信コイルにその磁束を鎖交させ、電圧を発生させて信号を伝送する方法である。このとき、電力伝送の磁束も発生しているので、この磁束が信号受信コイルに鎖交すると制御ができなくなる問題がある。
【０００５】
こうした背景から、電力伝送の磁束の影響を受けない磁界結合方式を構成することが課題となっている。例えば、特許文献１には、電力伝送するコイルが発生する磁界の向きHpが、信号伝送するコイルが受電する磁界の向きHsに対して直交する構造を設けることで信号伝送が電力伝送の磁束の影響を受けにくい磁界結合方式の信号送受信コイル構造が提案されている。
【０００６】
また特許文献２では、電力伝送コイルとＮＦＣ（Near Field Communication）用コイルが配置されているコイル装置が提案されている。電力伝送周波数とＮＦＣの周波数は異なっており、また、磁性材料もその周波数に合わせた材料を用いているものが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１１−３９４７号公報
【特許文献２】特開２０１３−１６９１２２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、特許文献１に開示される技術では、電力伝送するコイルと信号伝送するコイルとが近傍に配置されており、電力伝送の磁束が依然として信号伝送に影響を及ぼす虞があることから、改善の余地があった。
【０００９】
また、特許文献２に開示される技術では、ＮＦＣ用コイルは電力伝送コイルと同時に動作させないことから電力伝送中の磁束が信号伝送に与える影響が考慮されておらず、改善の余地があった。
【００１０】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、電力伝送の磁束の影響を極めて小さくした信号伝送を確立することが可能な磁気結合装置およびこれを用いたワイヤレス電力伝送システム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】
【００１１】
上記課題を解決するため、本発明による磁気結合装置は、第１のコイルユニットと、前記第１のコイルユニットとの間で電力または信号をワイヤレス伝送する第２のコイルユニットとを備え、前記第１および第２のコイルユニットの各々は、第１および第２のコイルを有し、前記第１および第２のコイルユニットの少なくとも一方は、前記第１のコイルと鎖交する第１の磁束の磁路を構成する第１の磁性体と、前記第２のコイルと鎖交する第２の磁束の磁路を構成する第２の磁性体とを有し、前記第１の磁性体の透磁率は、前記第１のコイルの駆動周波数において前記第２の磁性体の透磁率よりも高く、且つ、前記第１のコイルの駆動周波数よりも高い第２のコイルの駆動周波数において前記第２の磁性体の透磁率よりも低いことを特徴とする。
【００１２】
本発明によれば、第１のコイルの駆動周波数帯域において第１の磁性体の透磁率が第２の磁性体の透磁率よりも高くなり、第２のコイルの駆動周波数帯において第１の磁性体の透磁率が第２の磁性体の透磁率よりも低くなるため、第１および第２のコイルの一方から発生する磁束が他方のコイルに及ぼす影響を第１および第２の磁性体により抑制することができる。したがって、例えば、第１および第２のコイルユニットの第１のコイル間で電力伝送し、第２のコイル間で信号伝送する場合に、電力伝送の磁束の影響を極めて小さくした信号伝送を確立することができる。
【００１３】
本発明において、前記第１のコイルのコイル軸は、前記第２のコイルのコイル軸と直交していることが好ましい。この構成によれば、第１のコイルと鎖交する磁束の向きと第２のコイルと鎖交する磁束の向きを直交させて互いの影響を最小限に抑えることができる。
【００１４】
本発明において、前記第２のコイルと鎖交する磁束が前記第２の磁性体を通過する方向における前記第２の磁性体の透磁率は、前記第１のコイルと鎖交する磁束が前記第２の磁性体を通過する方向における前記第２の磁性体の透磁率よりも高いことが好ましい。このように、第２の磁性体の透磁率が異方性を有することにより、信号伝送における磁路の磁気抵抗の増加を抑制しつつ、第１のコイルと鎖交する磁束が第２の磁性体を通過しにくくすることができる。したがって、第１および第２のコイルの一方から発生する磁束が他方のコイルに影響を及ぼすことをより一層抑制することができる。
【００１５】
本発明において、前記第２の磁性体は、前記第１のコイルと鎖交する磁束が前記第２の磁性体を通過する方向に向かって、磁性層と非磁性層が交互に積層された多層構造を有することが好ましい。これにより、第２のコイルと鎖交する磁束の磁路の磁気抵抗の増加を抑制しつつ、第１のコイルと鎖交する磁束が第２の磁性体を通過しにくくすることができる。したがって、第１のコイルから発生する磁束が第２のコイルに及ぼす影響をより一層抑制することができる。
【００１６】
本発明において、前記第１のコイルは、第１の方向にコイル軸を有するスパイラルコイルであり、前記第２のコイルは、前記第１の方向と直交する第２の方向にコイル軸を有するソレノイドコイルであることが好ましい。この構成によれば、第１のコイルと鎖交する磁束の向きと第２のコイルと鎖交する磁束の向きを直交させて互いの影響を最小限に抑えることができる。
【００１７】
本発明において、前記第１の方向から見た前記ソレノイドコイルの平面サイズは、前記スパイラルコイルの開口部の平面サイズよりも小さいことが好ましい。これにより、スパイラルコイルから発生する磁束がソレノイドコイルに及ぼす影響を抑制することができる。
【００１８】
本発明において、前記スパイラルコイルは前記第１の磁性体の主面に形成されており、前記ソレノイドコイルは前記第２の磁性体に巻回されており、前記第１の方向から見た前記第２の磁性体の平面サイズは、前記スパイラルコイルの開口部の平面サイズよりも小さいことが好ましい。これにより、スパイラルコイルから発生する磁束がソレノイドコイルに及ぼす影響を抑制することができる。
【００１９】
本発明において、前記第１の磁性体は、前記スパイラルコイルの開口部と平面視で重なる貫通孔を有することが好ましい。これにより、第１の磁性体の低コスト化が図れるだけでなく、貫通孔に第２のコイルを挿入することによるコイルユニットの薄型化を図ることができる。
【００２０】
本発明において、前記第１の磁性体と前記第２の磁性体は同一平面上に配置されないことが好ましい。これによれば、スパイラルコイルから発生する磁束がソレノイドコイルに及ぼす影響を抑制して一対のソレノイドコイル間の伝送効率を高めることができる。
【００２１】
本発明において、前記第１の方向から見た前記ソレノイドコイルの前記第２の方向のサイズは、前記スパイラルコイルの開口部の前記第２の方向のサイズよりも大きく、前記第１の方向から見た前記ソレノイドコイルの前記第１の方向および前記第２の方向と直交する第３の方向のサイズは、前記スパイラルコイルの開口部の前記第３の方向のサイズよりも小さいことが好ましい。このような構成であっても、スパイラルコイルから発生する磁束がソレノイドコイルに及ぼす影響を抑制することができる。またソレノイドの巻き数を増やして両者の磁気結合を強めることができ、伝送効率を高めることができる。
【００２２】
本発明において、前記スパイラルコイルは前記第１の磁性体の主面に形成されており、前記ソレノイドコイルは前記第２の磁性体に巻回されており、前記第１の方向から見た前記第２の磁性体の前記第２の方向のサイズは、前記第１の磁性体の前記第２の方向のサイズよりも大きく、前記第１の方向から見た前記第２の磁性体の前記第３の方向のサイズは、前記スパイラルコイルの開口部の前記第３の方向のサイズよりも小さいことが好ましい。このような構成であっても、スパイラルコイルから発生する磁束がソレノイドコイルに及ぼす影響を抑制することができる。
【００２３】
本発明において、前記第２のコイルは、第１の方向にコイル軸を有するスパイラルコイルであり、前記第１のコイルは、前記第１の方向と直交する第２の方向にコイル軸を有するソレノイドコイルであり、前記第１の方向から見て、前記スパイラルコイルの平面サイズは、前記ソレノイドコイルの平面サイズよりも小さいことが好ましい。この構成によれば、第１のコイルと鎖交する磁束の向きと第２のコイルと鎖交する磁束の向きを直交させて互いの影響を最小限に抑えることができる。
【００２４】
本発明において、前記第１のコイルユニットの前記ソレノイドコイルおよび前記第２のコイルユニットの前記ソレノイドコイルは、前記第１のコイルユニットの前記スパイラルコイルと前記第２のコイルユニットの前記スパイラルコイルに挟まれた空間内に設けられていることが好ましい。この構成により、スパイラルコイルから発生する磁束がソレノイドコイルに及ぼす影響を容易に抑制することができる。
【００２５】
本発明において、前記第１のコイルユニットの前記ソレノイドコイルおよび前記第２のコイルユニットの前記ソレノイドコイルは、前記第１のコイルユニットの前記スパイラルコイルと前記第２のコイルユニットの前記スパイラルコイルに挟まれた空間の外側に設けられていることが好ましい。このような構成であっても、スパイラルコイルから発生する磁束がソレノイドコイルに及ぼす影響を抑制することができる。
【００２６】
本発明において、前記第１のコイルは、第１の方向にコイル軸を有する第１のソレノイドコイルであり、前記第２のコイルは、前記第１の方向と直交する第２の方向にコイル軸を有する第２のソレノイドコイルであることが好ましい。この構成によれば、第１のコイルと鎖交する磁束の向きと第２のコイルと鎖交する磁束の向きを直交させて互いの影響を最小限に抑えることができる。
【００２７】
本発明において、前記第１の方向および前記第２の方向と直交する第３の方向から見た前記第１のソレノイドコイルの前記第１の方向のサイズは、前記第２のソレノイドコイルの前記第１の方向のサイズよりも大きく、前記第３の方向から見た前記第１のソレノイドコイルの前記第２の方向のサイズは、前記第２のソレノイドコイルの前記第２の方向のサイズよりも小さいことが好ましい。
【００２８】
本発明において、前記第１のソレノイドコイルは前記第１の磁性体に巻回されており、前記第２のソレノイドコイルは前記第２の磁性体に巻回されており、前記第３の方向から見た前記第１の磁性体の前記第１の方向のサイズは、前記第２の磁性体の前記第１の方向のサイズよりも大きく、前記第３の方向から見た前記第１の磁性体の前記第２の方向のサイズは、前記第２の磁性体の前記第２の方向のサイズよりも小さいことが好ましい。
【００２９】
本発明において、前記第１の方向および前記第２の方向と直交する第３の方向から見た前記第２のソレノイドコイルの平面サイズは、前記第１のソレノイドコイルの平面サイズよりも小さいことが好ましい。これにより、第１のソレノイドコイルから発生する磁束が第２のソレノイドコイルに及ぼす影響を十分に抑制して一対の第２のソレノイドコイル間の伝送効率を高めることができる。
【００３０】
本発明において、前記第１のソレノイドコイルは前記第１の磁性体に巻回されており、前記第２のソレノイドコイルは前記第２の磁性体に巻回されており、前記第３の方向から見た前記第２の磁性体の平面サイズは、前記第１の磁性体の平面サイズよりも小さいことが好ましい。これにより、第１のソレノイドコイルから発生する磁束が第２のソレノイドコイルに及ぼす影響を十分に抑制して一対の第２のソレノイドコイル間の伝送効率を高めることができる。
【００３１】
本発明において、前記第１のコイルユニットの前記第２のソレノイドコイルおよび前記第２のコイルユニットの前記第２のソレノイドコイルは、前記第１のコイルユニットの前記第１のソレノイドコイルと前記第２のコイルユニットの前記第１のソレノイドコイルに挟まれた空間内に設けられていることが好ましい。この構成により、第１および第２のソレノイドコイルの一方から発生する磁束が他方に及ぼす影響を容易に抑制することができる。
【００３２】
本発明による磁気結合装置は、回転軸を中心に回転する第１の支持体と、前記第１の支持体と一緒に回転しない第２の支持体を備え、前記第１および第２のコイルユニットの一方は前記第１の支持体に設けられており、前記第１および第２のコイルユニットの他方は前記第２の支持体に設けられていることが好ましい。本発明によれば、回転体である第１の支持体と非回転体（または別の回転体）である第２の支持体と間で電力または信号の伝送が可能であるとともに、第１および第２のコイルの一方から発生する磁束が他方のコイルに及ぼす影響を第１および第２の磁性体により抑制することができる。
【００３３】
本発明において、前記第１のコイルは、ソレノイドコイルであり、前記第２のコイルは、円筒面に形成されたループコイルであり、前記ソレノイドコイルのコイル軸は、前記回転軸方向に延在しており、前記ループコイルのコイル軸は、前記回転軸と直交する径方向に放射状に延在していることが好ましい。このように、一対の第１のコイルのコイル軸が回転軸方向に延在しており、一対の第２のコイルのコイル軸が回転軸と直交する径方向に放射状に延在していることから、第２のコイルと鎖交する磁束の向きを第１のコイルと鎖交する磁束の向きと直交させることができる。したがって、回転体に用いられる回転型磁気結合装置において、一対の第１のコイル間の電力または信号の伝送と一対の第２のコイル間の電力または信号の伝送の互いの影響を小さくすることができる。
【００３４】
本発明において、前記第１および第２のコイルユニットの前記第１のコイルと前記第１および第２のコイルユニットの前記第２のコイルとの間に配置される中間磁性体をさらに備え、前記中間磁性体は、第１の円筒磁性層と、前記第１の円筒磁性層よりも前記径方向の内側に配置された第２の円筒磁性層とを有し、前記第１の円筒磁性層は前記第１の磁性体を構成しており、前記第２の円筒磁性層は前記第２の磁性体を構成していることが好ましい。これによれば、回転体である第１の支持体と非回転体（または別の回転体）である第２の支持体と間で電力または信号の伝送が可能であるとともに、第１および第２のコイルの一方から発生する磁束が他方のコイルに及ぼす影響を第１および第２の磁性体により抑制することができる。
【００３５】
本発明において、前記第１および第２のコイルユニットの各々の前記第１および第２のコイルよりも径方向の内側に配置される内側磁性体と、前記第１および第２のコイルユニットの各々の前記第１および第２のコイルよりも径方向の外側に配置される外側磁性体とをさらに備え、前記内側磁性体は前記第２の磁性体を構成しており、前記外側磁性体は前記第１の磁性体を構成していることが好ましい。この構成によれば、第１のコイルと鎖交する磁束の磁路と第２のコイルと鎖交する磁束の磁路の両方を適切な位置に確保して互いの影響を一層抑制することができる。
【００３６】
本発明において、前記第１および第２のコイルユニットの各々の前記第１および第２のコイルの前記回転軸方向の両側を覆う円形磁性体をさらに備え、前記円形磁性体は前記第１の磁性体を構成していることが好ましい。これによれば、第１のコイルと鎖交する磁束の磁路を適切な位置に確保して当該磁束が第２のコイルに及ぼす影響を一層抑制することができる。
【００３７】
本発明において、前記第１および第２のコイルユニットの各々の前記第１および第２のコイルの前記回転軸方向の両側を覆う円形磁性体をさらに備え、前記円形磁性体は、内側リング領域と、前記内側リング磁性体よりも径方向の外側に位置する外側リング領域とを有し、前記円形磁性体の外側リング領域は前記第１の磁性体を構成しており、前記円形磁性体の内側リング領域は前記第２の磁性体を構成していることが好ましい。これによれば、第１のコイルと鎖交する磁束の磁路と第２のコイルと鎖交する磁束の磁路の両方を適切な位置に確保して互いの影響を一層抑制することができる。
【００３８】
本発明において、前記第１および第２のコイルユニットの前記第１のコイル同士は磁気結合しており、前記第１および第２のコイルユニットの前記第２のコイル同士は磁気結合しており、前記第１および第２のコイルユニットの少なくとも一方は、前記第１のコイルと前記第２のコイルとの間の磁気結合を阻止する位置に配置された電磁気遮蔽部材を有することが好ましい。これにより、第１および第２のコイルユニットの第１および第２のコイルの一方から発生する磁束が他方のコイルに及ぼす影響を電磁気遮蔽部材により抑制することができる。電磁気遮蔽部材によって第１および第２のコイル間の磁気結合を完全に阻止することは難しいが、電磁気遮蔽部材が第１および第２のコイル間の磁気結合を阻止する位置、すなわち、磁気結合に寄与する磁束の少なくとも一部を阻止する位置に配置されることにより、第１および第２のコイル間の磁気結合度を低減させる効果が期待できる。したがって、例えば、第１および第２のコイルユニットの第１のコイル間で電力伝送し、第２のコイル間で信号伝送する場合に、電力伝送の磁束の影響を極めて小さくした信号伝送を確立することができる。
【００３９】
本発明において、前記第１および第２のコイルユニットの前記第１のコイルは電力伝送を行うコイルであり、前記第１および第２のコイルユニットの前記第２のコイルは信号伝送を行うコイルであることが好ましい。これにより、電力伝送の磁束が信号伝送コイルに及ぼす影響を一層抑制することができる。
【００４０】
本発明において、前記第１コイルユニットの前記第１のコイルは、電力伝送を行う送電コイルであり、前記第２コイルユニットの前記第１のコイルは、電力伝送を行う受電コイルであり、前記第１コイルユニットの前記第２のコイルは、信号伝送を行う受信コイルであり、前記第２コイルユニットの前記第２のコイルは、信号伝送を行う送信コイルであることが好ましい。これにより、電力伝送の磁束が信号伝送に及ぼす影響を一層抑制することができる。
【００４１】
本発明において、前記信号伝送の周波数は、前記電力伝送の周波数よりも１０倍以上高いことが好ましい。信号伝送周波数が電力伝送周波数の１０倍以上であれば、電力伝送用の交流電圧の高調波ノイズが交流信号に及ぼす影響を抑制して電力伝送側との混信を避けることができ、交流信号の伝送品質を確保することができる。
【００４２】
本発明において、前記信号伝送は、前記電力伝送中に行われることが好ましい。電力伝送中に信号伝送を行う場合には電力伝送用の交流電圧の高調波ノイズが交流信号に影響を及ぼすが、第１および第２の磁性体を設けることによりその影響を抑制することができる。
【００４３】
また、本発明によるワイヤレス電力伝送システムは、上述した本発明による磁気結合装置と、入力直流電圧を交流電圧に変換して前記送電コイルに供給する送電回路と、前記受信コイルが受信した交流信号に基づき、前記送電回路から出力される交流電圧を制御する制御回路と、前記受電コイルに発生した交流電圧を直流電圧に変換する受電回路と、前記受電回路の出力電圧または出力電流の大きさを示す交流信号を生成する信号生成回路と、を備えることを特徴とする。本発明によれば、送電コイルと受電コイルとの間で電力伝送し、送信コイルと受信コイルとの間で信号伝送する場合に、電力伝送の磁束の影響を極めて小さくした信号伝送を確立することができる。
【発明の効果】
【００４４】
本発明によれば、電力伝送の磁束の影響を極めて小さくした信号伝送を確立することが可能な磁気結合装置およびこれを用いたワイヤレス電力伝送システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】図１は、本発明の好ましい実施の形態によるワイヤレス電力伝送システムの構成を示す回路図である。
【図２】図２は、本発明の第１の実施の形態による磁気結合装置の構造を示す図であって、（ａ）は略側面断面図、（ｂ）は送電側コイルユニット１０（および受電側コイルユニット２０）の斜視図である。
【図３】図３は、磁性コアの透磁率の周波数特性を示すグラフである。
【図４】図４は、磁性コア１５，２５に用いられる信号伝送用磁性体の変形例を示す略断面図である。
【図５】図５は、本発明の第２の実施の形態による磁気結合装置の構造を示す図であって、（ａ）は略側面断面図、（ｂ）は送電側コイルユニット１０（および受電側コイルユニット２０）の斜視図である。
【図６】図６は、本発明の第３の実施の形態による磁気結合装置の構造を示す図であって、（ａ）は略側面断面図、（ｂ）は送電側コイルユニット１０（および受電側コイルユニット２０）の斜視図である。
【図７】図７は、本発明の第４の実施の形態による磁気結合装置の構造を示す図であって、（ａ）は略側面断面図、（ｂ）は送電側コイルユニット１０（および受電側コイルユニット２０）の斜視図である。
【図８】図８は、本発明の第５の実施の形態による磁気結合装置の構造を示す略断面図である。
【図９】図９は、本発明の第６の実施の形態による磁気結合装置の構造を示す略断面図である。
【図１０】図１０は、本発明の第７の実施の形態による磁気結合装置の構造を示す略断面図である。
【図１１】図１１は、本発明の第８の実施の形態による磁気結合装置の構造を示す図であって、（ａ）は略斜視図、（ｂ）は略側面断面図である。
【図１２】図１２は、本発明の第９の実施の形態による磁気結合装置の構造を示す図であって、（ａ）は略斜視図、（ｂ）は略側面断面図である。
【図１３】図１３は、本発明の第１０の実施の形態による磁気結合装置の構造を示す略断面図である。
【図１４】図１４は、図１３に示す磁気結合装置の分解図である。
【図１５】図１５は、送信コイル２２および受信コイル１２の構成を示す図であって、（ａ）は展開平面図、（ｂ）は斜視図である。
【図１６】図１６は、本発明の第１１の実施の形態による磁気結合装置の構造を示す略断面図である。
【図１７】図１７（ａ）および（ｂ）は、磁性コアの変形例を示す略斜視図である。
【図１８】図１８（ａ）〜（ｃ）は、コイルの変形例を示す略斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００４６】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。
【００４７】
図１は、本発明の好ましい実施の形態によるワイヤレス電力伝送システムの構成を示す回路図である。
【００４８】
図１に示すように、ワイヤレス電力伝送システム１００は、ワイヤレス送電装置１１０とワイヤレス受電装置１２０とを組み合わせてなり、ワイヤレス送電装置１１０からワイヤレス受電装置１２０に電力をワイヤレスで伝送するものである。
【００４９】
ワイヤレス送電装置１１０は、入力直流電圧を例えば１００ｋＨｚの交流電圧に変換して出力する送電回路１１１と、交流電圧が印加されることにより交流磁束を発生させる送電コイル１１と、ワイヤレス受電装置１２０側から送信される交流信号を受信する受信コイル１２と、受信コイル１２が受信した交流信号に基づき、送電回路１１１から出力される交流電圧を制御する制御回路１１４とを備えている。
【００５０】
送電回路１１１は、入力直流電圧を所定の直流電圧に変換する電源回路１１２と、電源回路１１２が出力する所定の直流電圧を例えば１００ｋＨｚの交流電圧に変換する電圧変換回路１１３と有している。制御回路１１４は、受信コイル１２が受信した交流信号に基づき、電源回路１１２から出力される所定の直流電圧の大きさを制御し、これにより送電回路１１１から出力される交流電圧を制御する。
【００５１】
ワイヤレス受電装置１２０は、送電コイル１１が発生させる交流磁束の少なくとも一部を受けて交流電圧を発生させる受電コイル２１と、受電コイル２１に発生した交流電圧を直流電圧に変換する受電回路１２１と、受電回路１２１の出力電圧または出力電流の大きさを示す交流信号を生成する信号生成回路１２２と、受信コイル１２に交流信号を送信する送信コイル２２とを備えている。受電回路１２１の出力電圧は例えば負荷１３０に供給される。
【００５２】
信号生成回路１２２は、例えば１０ＭＨｚの交流信号を出力する発振回路１２３と、受電回路１２１の出力電圧または出力電流の大きさに応じて発振回路１２３の電源電圧を生成する電源電圧生成回路１２４とを有しており、電源電圧生成回路１２４は、受電回路１２１の出力電圧または出力電流と目標値との差に基づき、発振回路１２３の電源電圧を制御する。
【００５３】
このように、電力伝送中に信号伝送を行い、ワイヤレス受電装置１２０の出力をワイヤレス送電装置１１０にフィードバックすることにより、ワイヤレス受電装置１２０の出力を一定に制御することができる。
【００５４】
本実施形態において電力伝送用の交流電圧の周波数が１００ｋＨｚであるのに対し、信号伝送用の交流信号の周波数は１０ＭＨｚであり、電力伝送用の交流電圧の周波数の１００倍である。このように信号伝送用の交流信号の周波数は、電力伝送用の交流電圧の周波数の１０倍以上であることが好ましい。信号伝送用の交流信号の周波数が電力伝送用の交流電圧の周波数の１０倍以上であれば、電力伝送用の交流電圧の高調波が交流信号に対するノイズとなって出力信号波形が大きく歪むことがないので、電力伝送側との混信を避けることができ、交流信号の伝送品質を確保ことができる。
【００５５】
本実施形態において、送電コイル１１、受信コイル１２、受電コイル２１、送信コイル２２は、電力および信号をワイヤレス伝送するための磁気結合装置１Ａを構成している。特に、送電コイル１１および受信コイル１２の組み合わせは送電側コイルユニット１０（第１のコイルユニット）を構成しており、受電コイル２１および送信コイル２２の組み合わせは受電側コイルユニット２０（第２のコイルユニット）を構成している。また、送電コイル１１と受電コイル２１は互いに磁気結合して電力伝送を行う一対のコイル（第１のコイル）を構成しており、送信コイル２２と受信コイル１２は互いに磁気結合して信号伝送を行う一対のコイル（第２のコイル）を構成している。
【００５６】
図２は、本発明の第１の実施の形態による磁気結合装置の構造を示す図であって、（ａ）は略側面断面図、（ｂ）は送電側コイルユニット１０（および受電側コイルユニット２０）の斜視図である。
【００５７】
図２（ａ）および（ｂ）に示すように、磁気結合装置１Ａは、電力伝送を行う送電コイル１１と信号伝送を行う受信コイル１２とを組み合わせてなる送電側コイルユニット１０と、電力伝送を行う受電コイル２１と信号伝送を行う送信コイル２２とを組み合わせてなる受電側コイルユニット２０とを備えており、送電側コイルユニット１０から受電側コイルユニット２０に電力をワイヤレスで伝送するものである。送電側コイルユニット１０および受電側コイルユニット２０は実質同一の構成を有し、図中のＺ軸方向（第１の方向）に対向配置されている。
【００５８】
送電コイル１１は、平板状の磁性コア１３（第１の磁性体）上に導線１４を渦巻状に巻回したスパイラルコイルであり、受信コイル１２は、磁性コア１５（第２の磁性体）の外周面に導線１６を螺旋状に巻回したソレノイドコイル（ヘリカルコイル）である。本実施形態において、送電コイル１１はそのコイル軸がＺ軸方向を向くように配置されているのに対し、受信コイル１２はそのコイル軸がＸ軸方向（第２の方向）を向くように配置されている。すなわち、送電コイル１１および受信コイル１２は、互いのコイル軸が略直交するように配置されており、これにより送電コイル１１と鎖交する磁束φ１の向きと受信コイル１２と鎖交する磁束φ２の向きは略直交している。
【００５９】
受電コイル２１も送電コイル１１と同様に、平板状の磁性コア２３（第１の磁性体）の主面に導線２４を渦巻状に巻回したスパイラルコイルであり、送信コイル２２も受電コイル２１と同様に、磁性コア２５（第２の磁性体）の外周面に導線２６を螺旋状に巻回したソレノイドコイル（ヘリカルコイル）である。本実施形態において、受電コイル２１はそのコイル軸がＺ軸方向を向くように配置されているのに対し、送信コイル２２はそのコイル軸がＸ軸方向を向くように配置されている。すなわち、受電コイル２１および送信コイル２２は、互いのコイル軸が略直交するように配置されており、これにより受電コイル２１と鎖交する磁束φ１の向きと送信コイル２２と鎖交する磁束φ２の向きは略直交している。
【００６０】
本実施形態において、磁性コア１５，２５の平面サイズは、送電コイル１１および受電コイル２１のループの内側の開口部の平面サイズよりも小さいことが好ましい。これにより、送信コイル２２および受信コイル１２は、送電コイル１１および受電コイル２１のループの内側に収まっている。また、信号伝送を行う送信コイル２２および受信コイル１２は、電力伝送を行う送電コイル１１と受電コイル２１に挟まれた空間内に配置されている。
【００６１】
送電コイル１１から発生する磁束φ１は、破線の矢印で示すように、送電コイル１１のループ内からＺ軸方向の上方に進行して受電コイル２１のループ内を通過することにより受電コイル２１と鎖交する。その後、磁性コア２３内を通って受電コイル２１のループの外側に向かい、Ｚ軸方向の下方に進行し、磁性コア１３内を通って送電コイル１１のループ内に戻る。こうして送電コイル１１が受電コイル２１と磁気結合することにより、ワイヤレス送電装置１１０からワイヤレス受電装置１２０に電力をワイヤレス伝送することができる。
【００６２】
また送信コイル２２から発生する磁束φ２は、実線の矢印で示すように、送信コイル２２のループ内を貫通する磁性コア２５内を通過し、Ｚ軸方向の下方に進行した後、受信コイル１２のループ内を貫通する磁性コア１５内を通過することにより受信コイル１２と鎖交する。その後、Ｚ軸方向の上方に進行し、送信コイル２２のループ内に戻る。こうして送信コイル２２が受信コイル１２と磁気結合することにより、ワイヤレス受電装置１２０からワイヤレス送電装置１１０に信号をワイヤレス伝送することができる。
【００６３】
本実施形態において、電力伝送用磁性体である磁性コア１３，２３は、信号伝送用磁性体である磁性コア１５，２５と異なる透磁率の周波数特性を有している。
【００６４】
図３は、磁性コアの透磁率の周波数特性を示すグラフである。
【００６５】
図３に示すように、磁性コア１３，２３および磁性コア１５，２５は共に、低周波からあるカットオフ周波数まで比較的高い透磁率を維持するが、カットオフ周波数を過ぎると透磁率が大きく低下する周波数特性を有する。また低周波において磁性コア１３，２３の透磁率μ１は磁性コア１５，２５の透磁率μ２よりも大きく、磁性コア１３，２３のカットオフ周波数ｆｃ１は磁性コア１５，２５のカットオフ周波数ｆｃ２よりも低い。さらに、磁性コア１３，２３のカットオフ周波数ｆｃ１は、電力伝送周波数ｆ１よりも大きく且つ信号伝送周波数ｆ２よりも低い（ｆ１＜ｆｃ１＜ｆ２）。また、磁性コア１５，２５のカットオフ周波数ｆｃ２は、信号伝送周波数ｆ２よりも大きい（ｆ２＞ｆｃ２）。
【００６６】
そのため、磁性コア１３，２３の透磁率μ１は、電力伝送周波数ｆ１において磁性コア１５，２５の透磁率μ２よりも大きいが（μ１＞μ２）、信号伝送周波数ｆ２において磁性コア１５，２５の透磁率μ２よりも小さい（μ１＜μ２）。換言すると、磁性コア１５，２５の透磁率μ２は、電力伝送周波数ｆ１において磁性コア１３，２３の透磁率μ１よりも小さいが、信号伝送周波数ｆ２において磁性コア１３，２３の透磁率μ１よりも大きい。磁性コア１３，２３および磁性コア１５，２５の透磁率の周波数特性が上記のような関係を有する場合には、磁性コア１３，２３および磁性コア１５，２５を用いて電力伝送効率および信号伝送効率をそれぞれ高めることができると共に、電力伝送の磁束が信号伝送に及ぼす影響を小さくすることができる。
【００６７】
以上説明したように、本実施形態によるワイヤレス電力伝送システム１００は、電力および信号をワイヤレス伝送するための磁気結合装置１Ａを有し、磁気結合装置１Ａは、送電コイル１１と受信コイル１２とを組み合わせてなる送電側コイルユニット１０と、受電コイル２１と送信コイル２２とを組み合わせてなる受電側コイルユニット２０とを備え、送電コイル１１および受電コイル２１は磁性コア１３，２３（第１の磁性体）を有し、送信コイル２２および受信コイル１２は磁性コア１５，２５（第２の磁性体）を有し、電力伝送周波数（第１の駆動周波数）における磁性コア１３，２３の透磁率は、磁性コア１５，２５の透磁率よりも高く、信号伝送周波数（第２の駆動周波数）における磁性コア１３，２３の透磁率は、逆に磁性コア１５，２５の透磁率よりも低いので、電力伝送および信号伝送の一方が他方に及ぼす影響を抑えることができ、特に電力伝送の磁束の影響を極めて小さくした信号伝送を確立することができ、ワイヤレス電力伝送システム１００の高性能化を図ることができる。
【００６８】
図４は、磁性コア１５，２５に用いられる信号伝送用磁性体の変形例を示す略断面図である。
【００６９】
図４に示すように、本実施形態による磁性体２８は、磁性層２８ａと非磁性層２８ｂとを交互に積層してなる多層構造体であり、透磁率に異方性を有しており、積層面に平行な方向の透磁率μａは、積層面に垂直な方向の透磁率μｂよりも低い。このような特徴を有する磁性体２８を送信コイル２２および受信コイル１２（信号伝送コイル）の磁性コア２５，１５（第２の磁性体）として用い、積層面がＺ方向、つまり送信コイル２２および受信コイル１２のコイル軸と直交し且つ送電側コイルユニット１０と受電側コイルユニット２０が対向する方向を向くように配置する。したがって、磁性体２８は、電力伝送を行うコイルと鎖交する磁束φ１が磁性体２８を通過する方向に向かって、磁性層２８ａと非磁性層２８ｂが交互に積層された多層構造を有する。こうして磁性層２８ａの延在方向を信号伝送コイルと鎖交する磁束φ２の進行方向（コイル軸方向）と一致させた場合には、磁束φ２が通過するＸ軸方向における磁性コア２５，１５の透磁率が、磁束φ１が通過するＺ軸方向における磁性コア２５，１５の透磁率よりも高くなるので、信号伝送コイルと鎖交する磁束φ２に対する透磁率を確保しつつ、電力伝送を行うコイルと鎖交する磁束φ１の影響をさらに小さくすることができる。
【００７０】
図５は、本発明の第２の実施の形態による磁気結合装置の構造を示す図であって、（ａ）は略側面断面図、（ｂ）は送電側コイルユニット１０（および受電側コイルユニット２０）の斜視図である。
【００７１】
図５（ａ）および（ｂ）に示すように、この磁気結合装置１Ｂの特徴は、送電コイル１１と受信コイル１２との間には第１の電磁気遮蔽部材１７が配置されており、受電コイル２１と送信コイル２２との間には第２の電磁気遮蔽部材２７が配置されている点にある。その他の構成は第１の実施の形態と同様であり、電力伝送周波数（第１の駆動周波数）における磁性コア１３，２３の透磁率は、磁性コア１５，２５の透磁率よりも高く、信号伝送周波数（第２の駆動周波数）における磁性コア１３，２３の透磁率は、逆に磁性コア１５，２５の透磁率よりも低い。
【００７２】
第１の電磁気遮蔽部材１７は、送電コイル１１および受電コイル２１のコイル軸方向であるＺ軸方向から見て、少なくとも受信コイル１２の導線１６の形成領域を覆うように構成されていることが好ましく、受信コイル１２が巻回された磁性コア１５を全面的に覆うように構成されていることがより好ましい。このように第１の電磁気遮蔽部材１７は送電コイル１１と受信コイル１２との磁気結合を阻止する位置に設けられているので、電力伝送の磁束が信号伝送の磁束に及ぼす影響をより一層抑制することができる。
【００７３】
第２の電磁気遮蔽部材２７は、Ｚ軸方向から見て、少なくとも送信コイル２２の導線２６の形成領域を覆うように構成されていることが好ましく、送信コイル２２が巻回された磁性コア２５を全面的に覆うように構成されていることがより好ましい。このように第２の電磁気遮蔽部材２７も受電コイル２１と送信コイル２２との磁気結合を阻止する位置に設けられているので、電力伝送の磁束が信号伝送の磁束に及ぼす影響をより一層抑制することができる。
【００７４】
第１および第２の電磁気遮蔽部材１７，２７の平面サイズは、送電コイル１１および受電コイル２１のループの内側の開口部の平面サイズよりも小さいことが好ましい。これにより、第１および第２の電磁気遮蔽部材１７，２７は、送電コイル１１および受電コイル２１のループの内側に収まっている。
【００７５】
第１の電磁気遮蔽部材１７は送電コイル１１よりも受信コイル１２に近接して配置されていることが好ましく、第２の電磁気遮蔽部材２７は受電コイル２１よりも送信コイル２２に近接して配置されていることが好ましい。電磁気遮蔽部材２７が信号伝送を行うコイル側にできるだけ近づくことにより、電力伝送効率の低下を抑制しつつ、電力伝送の磁束が信号伝送に及ぼす影響を抑制する効果を高めることができる。
【００７６】
送電コイル１１から発生する磁束φ１は、破線の矢印で示すように、送電コイル１１のループ内からＺ軸方向の上方に進行して受電コイル２１のループ内を通過することにより受電コイル２１と鎖交する。その後、磁性コア２３内を通って受電コイル２１のループの外側に向かい、Ｚ軸方向の下方に進行し、磁性コア１３内を通って送電コイル１１のループ内に戻る。こうして送電コイル１１が受電コイル２１と磁気結合することにより、ワイヤレス送電装置１１０からワイヤレス受電装置１２０に電力をワイヤレス伝送することができる。
【００７７】
また送信コイル２２から発生する磁束φ２は、実線の矢印で示すように、送信コイル２２のループ内を貫通する磁性コア２５内を通過し、Ｚ軸方向の下方に進行した後、受信コイル１２のループ内を貫通する磁性コア１５内を通過することにより受信コイル１２と鎖交する。その後、Ｚ軸方向の上方に進行し、送信コイル２２のループ内に戻る。こうして送信コイル２２が受信コイル１２と磁気結合することにより、ワイヤレス受電装置１２０からワイヤレス送電装置１１０に信号をワイヤレス伝送することができる。
【００７８】
送電コイル１１および受電コイル２１と鎖交する磁束φ１は、大きなループを構成しているが、その一部は第１および第２の電磁気遮蔽部材１７，２７によって遮られ、第１および第２の電磁気遮蔽部材１７，２７に挟まれた空間内に侵入することはできない。すなわち、送電コイル１１から発生して受電側コイルユニット２０に向かおうとする磁束φ１の一部は、第１および第２の電磁気遮蔽部材１７，２７によって阻止される。具体的には、磁束φ１の一部が第１および第２の電磁気遮蔽部材１７，２７に鎖交すると渦電流が発生し、この渦電流により生じる磁束により磁束φ１の一部は相殺されることとなる。
【００７９】
また送信コイル２２および受信コイル１２と鎖交する磁束φ２は、第１および第２の電磁気遮蔽部材１７，２７に挟まれた空間内で小さなループを構成しているため、磁束φ１の影響を受けにくい。したがって、電力伝送の磁束φ１が信号伝送の磁束φ２に及ぼす影響を抑えて信号品質を向上させることができる。
【００８０】
以上説明したように、本実施形態による磁気結合装置１Ｂは、送電側コイルユニット１０側の送電コイル１１と受信コイル１２との磁気結合を阻止する位置に配置された第１の電磁気遮蔽部材１７と、受電側コイルユニット２０側の受電コイル２１と送信コイル２２との磁気結合を阻止する位置に配置された第２の電磁気遮蔽部材２７とを有するので、電力伝送の磁束の影響を極めて小さくした信号伝送を確立することができ、ワイヤレス電力伝送システム１００の高性能化を図ることができる。
【００８１】
図６は、本発明の第３の実施の形態による磁気結合装置の構造を示す図であって、（ａ）は略側面断面図、（ｂ）は送電側コイルユニット１０（および受電側コイルユニット２０）の斜視図である。
【００８２】
図６（ａ）および（ｂ）に示すように、この磁気結合装置１Ｃの特徴は、送電コイル１１の導線１４のループに取り囲まれた磁性コア１３の中央部に貫通孔１３ａが形成されており、受電コイル２１の導線２４のループに取り囲まれた磁性コア２３の中央部にも貫通孔２３ａが形成されている点にある。その他の構成は第１の実施の形態と同様であり、電力伝送周波数（第１の駆動周波数）における磁性コア１３，２３の透磁率は、磁性コア１５，２５の透磁率よりも高く、信号伝送周波数（第２の駆動周波数）における磁性コア１３，２３の透磁率は、逆に磁性コア１５，２５の透磁率よりも低い。
【００８３】
磁性コア１３の貫通孔１３ａの平面サイズは、受信コイル１２の磁性コア１５よりも大きいことが好ましく、磁性コア２３の貫通孔２３ａの平面サイズは、送信コイル２２の磁性コア２５よりも大きいことが好ましい。
【００８４】
以上のように、本実施形態による磁気結合装置１Ｃを有するワイヤレス電力伝送システム１００は、第１の実施の形態と同様の効果を奏することができる。また、磁性コア１３，２３の低コスト化が図れるだけでなく、貫通孔１３ａ，２３ａに受信コイル１２、送信コイル２２をそれぞれ挿入することによるコイルユニットの薄型化を図ることができる。
【００８５】
図７は、本発明の第４の実施の形態による磁気結合装置の構造を示す図であって、（ａ）は略側面断面図、（ｂ）は送電側コイルユニット１０（および受電側コイルユニット２０）の斜視図である。
【００８６】
図７（ａ）および（ｂ）に示すように、この磁気結合装置１Ｄの特徴は、受信コイル１２のＸ軸方向のサイズが送電コイル１１の開口部のＸ軸方向のサイズよりも大きく、送信コイル２２のＸ軸方向のサイズが受電コイル２１の開口部のＸ軸方向のサイズよりも大きい点にある。その他の構成は第１の実施の形態と同様であり、電力伝送周波数（第１の駆動周波数）における磁性コア１３，２３の透磁率は、磁性コア１５，２５の透磁率よりも高く、信号伝送周波数（第２の駆動周波数）における磁性コア１３，２３の透磁率は、逆に磁性コア１５，２５の透磁率よりも低い。
【００８７】
受信コイル１２のＹ軸方向のサイズは送電コイル１１の開口部のＹ軸方向のサイズよりも小さく、送信コイル２２のＹ軸方向のサイズは受電コイル２１の開口部のＹ軸方向のサイズよりも小さい。さらに、磁性コア１５，２５のＸ軸方向のサイズは、磁性コア１３，２３のＸ軸方向のサイズよりも大きく、磁性コア１５，２５のＹ軸方向のサイズは、送電コイル１１および受電コイル２１の開口部のＹ軸方向のサイズよりも小さいことが好ましい。
【００８８】
送電コイル１１から発生する磁束φ１は、第１および第２の電磁気遮蔽部材１７，２７と平面視で重ならない領域を通って受電コイル２１のループ内を通過することにより受電コイル２１と鎖交する。しかし、磁束φ１の一部は第１および第２の電磁気遮蔽部材１７，２７によって遮られるので、第１および第２の電磁気遮蔽部材１７，２７に挟まれた空間内に侵入することはできない。すなわち、送電コイル１１から発生して受信コイル１２や送信コイル２２に向かおうとする磁束φ１の一部は、第１および第２の電磁気遮蔽部材１７，２７によって阻止される。したがって、電力伝送の磁束φ１が信号伝送の磁束φ２に及ぼす影響を抑えて信号品質を向上させることができる。
【００８９】
以上のように、本実施形態による磁気結合装置１Ｄを有するワイヤレス電力伝送システム１００は、第１の実施の形態と同様の効果を奏することができる。また送信コイル２２および受信コイル１２の巻き数を増やして両者の磁気結合を強めることができ、信号伝送効率を高めることができる。
【００９０】
図８は、本発明の第５の実施の形態による磁気結合装置の構造を示す略断面図である。
【００９１】
図８に示すように、この磁気結合装置１Ｅの特徴は、送電コイル１１および受電コイル２１が螺旋状のソレノイドコイルからなり、受信コイル１２および送信コイル２２が渦巻状のスパイラルコイルからなる点にある。すなわち、電力伝送を行うコイルおよび信号伝送を行うコイルの種類が第１の実施の形態とは逆になっている。その他の構成は第１の実施形態と同様である。
【００９２】
送信コイル２２および受信コイル１２の平面サイズは、送電コイル１１および受電コイル２１の平面サイズよりも小さい。そのため、送信コイル２２および受信コイル１２と鎖交する磁束φ２のループは、送電コイル１１と受電コイル２１に挟まれた空間内で周回する小さなループを形成している。これに対して、送電コイル１１および受電コイル２１を鎖交する磁束φ１のループは、送信コイル２２および受信コイル１２の外側を周回する大きなループを形成している。
【００９３】
本実施形態においても、電力伝送周波数（第１の駆動周波数）における磁性コア１３，２３の透磁率は、磁性コア１５，２５の透磁率よりも高く、信号伝送周波数（第２の駆動周波数）における磁性コア１３，２３の透磁率は、逆に磁性コア１５，２５の透磁率よりも低いので、第１の実施の形態と同様の効果を奏することができる。すなわち、電力伝送の磁束φ１が信号伝送の磁束φ２に及ぼす影響を抑えて信号品質を向上させることができ、これによりワイヤレス電力伝送システム１００の高性能化を図ることができる。
【００９４】
図９は、本発明の第６の実施の形態による磁気結合装置の構造を示す略断面図である。
【００９５】
図９に示すように、この磁気結合装置１Ｆの特徴は、電力伝送用トランスを構成する送電コイル１１と受電コイル２１に挟まれた空間の外側に信号伝送用トランスを構成する送信コイル２２と受信コイル１２が設けられており、送電コイル１１と受電コイル２１が送信コイル２２と受信コイル１２に挟まれている点にある。そのため、送信コイル２２から発生する磁束φ２は、受電コイル２１および送電コイル１１のループ内を通過すると共に、磁性コア１３，２３を貫通して受信コイル１２と鎖交し、これにより送信コイル２２と受信コイル１２が磁気結合している。
【００９６】
本実施形態においても、電力伝送周波数（第１の駆動周波数）における磁性コア１３，２３の透磁率は、磁性コア１５，２５の透磁率よりも高く、信号伝送周波数（第２の駆動周波数）における磁性コア１３，２３の透磁率は、逆に磁性コア１５，２５の透磁率よりも低いので、第１の実施の形態と同様の効果を奏することができる。すなわち、電力伝送の磁束φ１が信号伝送の磁束φ２に及ぼす影響を抑えて信号品質を向上させることができ、これによりワイヤレス電力伝送システム１００の高性能化を図ることができる。
【００９７】
図１０は、本発明の第７の実施の形態による磁気結合装置の構造を示す略断面図である。
【００９８】
図１０に示すように、この磁気結合装置１Ｇは、図６に示した第３の実施の形態による磁気結合装置１Ｃの変形例であって、送電側コイルユニット１０内の受信コイル１２の一部が磁性コア１３の貫通孔１３ａ内に収まっており、また受電側コイルユニット２０内の送信コイル２２の一部が磁性コア２３の貫通孔２３ａ内に収まっている点にある。
【００９９】
受信コイル１２は平面視で磁性コア１３の貫通孔１３ａ内に配置されているが、磁性コア１３と磁性コア１５は同一平面上に配置されず、磁性コア１５のほうが磁性コア１３よりも少し内側に配置されている。同様に、送信コイル２２は平面視で磁性コア２３の貫通孔２３ａ内に配置されているが、磁性コア２３と磁性コア２５は同一平面上に配置されるのではなく、磁性コア２５のほうが磁性コア２３よりも少し内側に配置されている。このような構成により、電力伝送の磁束φ１が信号伝送の磁束φ２に及ぼす影響を抑えて信号品質を向上させることができる。
【０１００】
本実施形態においても、電力伝送周波数（第１の駆動周波数）における磁性コア１３，２３の透磁率は、磁性コア１５，２５の透磁率よりも高く、信号伝送周波数（第２の駆動周波数）における磁性コア１３，２３の透磁率は、逆に磁性コア１５，２５の透磁率よりも低いので、第１の実施の形態と同様の効果を奏することができる。すなわち、電力伝送の磁束φ１が信号伝送の磁束φ２に及ぼす影響を抑えて信号品質を向上させることができ、これによりワイヤレス電力伝送システム１００の高性能化を図ることができる。
【０１０１】
図１１は、本発明の第８の実施の形態による磁気結合装置の構造を示す図であって、（ａ）は略斜視図、（ｂ）は略側面断面図である。
【０１０２】
図１１（ａ）および（ｂ）に示すように、この磁気結合装置１Ｈの特徴は、信号伝送コイルである送信コイル２２および受信コイル１２のみならず、電力伝送を行うコイルである送電コイル１１および受電コイル２１も螺旋状のソレノイドコイルで構成されている点にある。ただし、送電コイル１１および受電コイル２１（第１のソレノイドコイル）のコイル軸がＸ軸方向（第１の方向）を向いているのに対し、送信コイル２２および受信コイル１２（第２のソレノイドコイル）のコイル軸はＹ軸方向（第２の方向）を向いており、信号伝送を行うコイルのコイル軸と電力伝送を行うコイルのコイル軸は略直交している。
【０１０３】
図示のように、送電側コイルユニット１０において、送電コイル１１が巻回された磁性コア１３のＸ軸方向のサイズは、受信コイル１２が巻回された磁性コア１５のＸ軸方向のサイズよりも大きい。逆に、磁性コア１３のＹ軸方向のサイズは、磁性コア１５のＹ軸方向のサイズよりも小さい。そのため、磁性コア１３と磁性コア１５の組み合わせは平面視で十字状になっている。受電側コイルユニット２０の磁性コア２３と磁性コア２５の組み合わせもこれと同様である。そのため、磁束φ１のループと磁束φ２のループとを互いに直交させることができる。
【０１０４】
このように、本実施形態による磁気結合装置１Ｈは、送電コイル１１と受信コイル１２とを組み合わせてなる送電側コイルユニット１０と、受電コイル２１と送信コイル２２とを組み合わせてなる受電側コイルユニット２０とを備え、送電コイル１１および受電コイル２１は磁性コア１３，２３（第１の磁性体）を有し、送信コイル２２および受信コイル１２は磁性コア１５，２５（第２の磁性体）を有し、電力伝送周波数（第１の駆動周波数）における磁性コア１３，２３の透磁率は、磁性コア１５，２５の透磁率よりも高く、信号伝送周波数（第２の駆動周波数）における磁性コア１３，２３の透磁率は、逆に磁性コア１５，２５の透磁率よりも低いので、電力伝送および信号伝送の一方が他方に及ぼす影響を抑えることができ、特に電力伝送の磁束の影響を極めて小さくした信号伝送を確立することができ、ワイヤレス電力伝送システム１００の高性能化を図ることができる。
【０１０５】
図１２は、本発明の第９の実施の形態による磁気結合装置の構造を示す図であって、（ａ）は略斜視図、（ｂ）は略側面断面図である。
【０１０６】
図１２（ａ）および（ｂ）に示すように、この磁気結合装置１Ｉの特徴は、図１１に示した第８の実施の形態による磁気結合装置１Ｈの変形例であって、受信コイル１２および送信コイル２２の平面サイズを小さくした点にある。またこれに合わせて、磁性コア１５，２５の平面サイズも小さくなっている。
【０１０７】
送電コイル１１および受電コイル２１と鎖交する磁束φ１は大きなループを構成しているが、送信コイル２２および受信コイル１２と鎖交する磁束φ２は送電コイル１１および受電コイル２１に挟まれた空間内で小さなループを構成しており、しかも磁束φ１と直交関係にあるため、磁束φ１の影響を受けにくい。したがって、電力伝送の磁束φ１が信号伝送の磁束φ２に及ぼす影響を抑えて信号品質を向上させることができる。
【０１０８】
本実施形態による磁気結合装置１Ｉも、電力伝送周波数（第１の駆動周波数）における磁性コア１３，２３の透磁率は、磁性コア１５，２５の透磁率よりも高く、信号伝送周波数（第２の駆動周波数）における磁性コア１３，２３の透磁率は、逆に磁性コア１５，２５の透磁率よりも低いので、第８の実施の形態と同様に電力伝送の磁束の影響を極めて小さくした信号伝送を確立することができ、ワイヤレス電力伝送システム１００の高性能化を図ることができる。
【０１０９】
図１３は、本発明の第１０の実施の形態による磁気結合装置の構造を示す略断面図である。また、図１４は、図１３に示す磁気結合装置の分解図である。
【０１１０】
図１３および図１４示すように、この磁気結合装置１Ｊの特徴は、送電コイル１１と受電コイル２１との組み合わせが回転体に組み込まれた電力伝送系の回転トランスを構成しており、送信コイル２２と受信コイル１２との組み合わせが回転トランスと同じ回転体に組み込まれた信号伝送系の回転トランスを構成しており、これら２つの回転トランスの組み合わせによって回転型磁気結合装置が構成されている点にある。
【０１１１】
磁気結合装置１Ｊは、回転体である回転シャフト３０のフランジ部３０ａに取り付けられて回転シャフト３０と一緒に回転する回転ボビン３１（第１の支持体）と、非回転体４０に取り付けられた固定ボビン３２（第２の支持体）と、固定ボビン３２に設けられた送電コイル１１および受信コイル１２と、回転ボビン３１に設けられた受電コイル２１および送信コイル２２とを備えている。本実施形態において回転シャフト３０は金属製であり、回転ボビン３１および固定ボビン３２の中心部を貫通している。なお、送電コイル１１および受信コイル１２を回転体と一緒に回転させ、受電コイル２１および送信コイル２２を固定してもよい。
【０１１２】
回転ボビン３１および固定ボビン３２は樹脂製であって、各々は互いに嵌合可能なカップ形状を有している。詳細には、回転ボビン３１は開口部が下向きのカップ形状であり、固定ボビン３２は開口部が上向きのカップ形状であり、回転ボビン３１は固定ボビン３２に回転自在に嵌合されて外観上は固定ボビン３２と一体化される。固定ボビン３２は固定されているので回転ボビン３１および回転シャフト３０と一緒に回転しない。なお、固定ボビン３２および回転ボビン３１の上下方向は便宜的なものであって、固定ボビン３２を上側、回転ボビン３１を下側に配置することも可能であることは言うまでもない。
【０１１３】
回転ボビン３１および固定ボビン３２は共に二重の円筒状の側壁構造を有している。詳細には、回転ボビン３１は、円形の上面部３１ａ（主面部）と、上面部３１ａの最外周よりも径方向の内側に設けられた円筒状の外側側面部３１ｂと、外側側面部３１ｂよりも径方向の内側に設けられた内側側面部３１ｃとを備えている。また固定ボビン３２は、円形の底面部３２ａ（主面部）と、底面部３２ａの最外周よりも径方向の少し内側に設けられた外側側面部３２ｂと、外側側面部３２ｂよりも径方向の内側に設けられた内側側面部３２ｃとを備えている。図１３に示すように、回転ボビン３１を固定ボビン３２に嵌め合わせたとき、固定ボビン３２の外側側面部３２ｂと内側側面部３２ｃは、回転ボビン３１の外側側面部３１ｂと内側側面部３１ｃとの間のスペース内に配置される。
【０１１４】
送電コイル１１は固定ボビン３２の外側側面部３２ｂの外周面に多重に巻回された導線からなるソレノイドコイルであり、受電コイル２１は回転ボビン３１の外側側面部３１ｂに多重に巻回された導線からなるソレノイドコイルである。送電コイル１１および受電コイル２１にある程度の太さの導線を用いることにより、大きな電流を流すことができ、大きな電力のワイヤレス伝送が可能となる。
【０１１５】
送電コイル１１および受電コイル２１は回転シャフト３０の周囲を囲むように回転シャフト３０と同軸配置されている。本実施形態において、受電コイル２１は送電コイル１１よりも径方向の外側に同心円状に配置されているが、受電コイル２１が送電コイル１１よりも径方向の内側に同心円状に配置されるように構成してもよい。送電コイル１１の開口部は回転シャフト３０の延在方向（回転軸Ｚ方向）を向いており、受電コイル２１の開口部も回転シャフト３０の延在方向（回転軸Ｚ方向）を向いているので、受電コイル２１のコイル軸の向きは送電コイル１１のコイル軸の向きと同じである。したがって、受電コイル２１の開口部は送電コイル１１の開口部と重なっており、受電コイル２１と送電コイル１１との間には強い磁気結合が生じている。
【０１１６】
送信コイル２２は、回転ボビン３１の内側側面部３１ｃの外周面に設けられている。また、受信コイル１２は、固定ボビン３２の内側側面部３２ｃの外周面に設けられている。送信コイル２２および受信コイル１２は、各々の開口部が回転シャフト３０の周囲を囲むように回転シャフト３０と同軸配置されている。本実施形態において、受信コイル１２は送信コイル２２よりも径方向の外側に同心円状に配置されているが、受信コイル１２が送信コイル２２よりも径方向の内側に同心円状に配置されるように構成してもよい。以上の構成により、送信コイル２２および受信コイル１２のコイル軸は、回転体の径方向に放射状に延在しており、受信コイル１２の開口部は送信コイル２２の開口部と径方向に重なり合っている。
【０１１７】
図１５は、送信コイル２２および受信コイル１２の構成を示す図であって、（ａ）は展開平面図、（ｂ）は斜視図である。
【０１１８】
図１５（ａ）に示すように、送信コイル２２および受信コイル１２は、細長い略矩形のフレキシブル基板６１（絶縁フィルム）の表層または内層に導体パターン６２を印刷したものである。送信コイル２２および受信コイル１２は約１ターンのループコイルであり、フレキシブル基板６１の外周に沿ってできるだけ大きなループを描くように形成されている。送信コイル２２および受信コイル１２は、フレキシブル基板６１の長手方向の一端側から回転軸Ｚの周りを時計回りで周回した後、フレキシブル基板６１の長手方向の他端側で折り返し、回転軸Ｚの周りを反時計回りで周回して、フレキシブル基板６１の長手方向の一端側に戻る。なおループコイルのターン数は特に限定されず、１ターンよりも大きくてもよい。
【０１１９】
図１５（ｂ）に示すように、フレキシブル基板６１は回転軸Ｚの周囲を囲むように丸められて円筒体を形成しており、フレキシブル基板６１の長手方向の一端が他端に連結されることにより、フレキシブル基板６１の長手方向に位置するループコイルの端部同士が近接配置されている。送信コイル２２および受信コイル１２は円筒面に形成されているので、フレキシブル基板６１の長手方向と平行な導線部分は円周方向に延在しており、またフレキシブル基板６１の短手方向と平行な導線部分は回転軸Ｚと平行に延在している。さらに、ループコイルのコイル軸は、回転軸Ｚと直交する径方向に放射状に延在している。
【０１２０】
回転ボビン３１および固定ボビン３２の内側および外側には磁性体（フェライトコア）が設けられている。詳細には、固定ボビン３２の内側側面部３２ｃ上の受信コイル１２に重ねて設けられた２層構造の中間磁性体３３ａと、送信コイル２２および受信コイル１２よりも径方向の内側（回転ボビン３１の内側側面部３１ｃの内側）であって送信コイル２２および受信コイル１２と回転シャフト３０との間に配置された内側磁性体３３ｂと、回転ボビン３１の外側側面部３１ｂ上の受電コイル２１に重ねて設けられた外側磁性体３３ｃと、回転ボビン３１の上面部３１ａを覆う上面磁性体３３ｄと、固定ボビン３２の底面部３２ａを覆う底面磁性体３３ｅとを備えている。
【０１２１】
中間磁性体３３ａは２層構造であって、第１の円筒磁性層３３ａ１と、その内側に設けられた第２の円筒磁性層３３ａ２からなる。第１の円筒磁性層３３ａ１は、送電コイル１１および受電コイル２１の組み合わせからなる電力伝送系の回転トランスと鎖交する磁束φ１の磁路を構成しており、第２の円筒磁性層３３ａ２は、送信コイル２２および受信コイル１２の組み合わせからなる信号伝送系の回転トランスと鎖交する磁束φ２の磁路を構成している。
【０１２２】
内側磁性体３３ｂは、最内周に配置された送信コイル２２よりも径方向の内側に配置されており、特に、回転シャフト３０の周囲を囲むように回転シャフト３０と送信コイル２２との間に配置されている。この構成によれば、送信コイル２２および受信コイル１２の組み合わせからなる信号系の回転トランスの近傍に金属製の回転シャフト３０が配置されたとしても、送信コイル２２および受信コイル１２が発生する磁束が回転シャフト３０と鎖交することによる渦電流損失を低減することができる。
【０１２３】
外側磁性体３３ｃは、最外周に配置された受電コイル２１よりも径方向の外側に配置されている。この構成によれば、送電コイル１１および受電コイル２１の組み合わせからなる電力伝送系の回転トランスの近傍に金属部材が配置されたとしても、送電コイル１１および受電コイル２１が発生する磁束が金属部材と鎖交することによる渦電流損失を低減することができる。
【０１２４】
上面磁性体３３ｄおよび底面磁性体３３ｅは、外側磁性体３３ｃと共に回転ボビン３１および固定ボビン３２からなる円筒状のケース全体を覆う磁性カバーを構成している。この構成によれば、４つのコイルの回転軸方向の両側に磁路を形成することができ、送電コイル１１および受電コイル２１が発生する磁束の閉磁路と送信コイル２２および受信コイル１２が発生する磁束の閉磁路の両方を確保することができる。したがって、電力損失および信号損失をさらに低減することができる。
【０１２５】
本実施形態において、中間磁性体３３ａの第１の円筒磁性層３３ａ１、外側磁性体３３ｃ、上面磁性体３３ｄおよび底面磁性体３３ｅは、電力伝送用磁性体を構成しており、中間磁性体３３ａの第２の円筒磁性層３３ａ２および内側磁性体３３ｂは、信号伝送用磁性体を構成しており、電力伝送用磁性体は信号伝送用磁性体と異なる透磁率の周波数特性を有している。電力伝送周波数（第１の駆動周波数）における電力伝送用磁性体の透磁率は、信号伝送用磁性体の透磁率よりも高く、信号伝送周波数（第２の駆動周波数）における電力伝送用磁性体の透磁率は、信号伝送用磁性体の透磁率よりも低いので、電力伝送および信号伝送の一方が他方に及ぼす影響を抑えることができ、特に電力伝送の磁束の影響を極めて小さくした信号伝送を確立することができ、ワイヤレス電力伝送システム１００の高性能化を図ることができる。
【０１２６】
本実施形態による磁気結合装置１Ｊは、回転型磁気結合装置であるが、第１の実施の形態と同様の効果を奏することができる。すなわち、磁気結合装置１Ｊは、送電コイル１１と受信コイル１２とを組み合わせてなる送電側コイルユニット１０と、受電コイル２１と送信コイル２２とを組み合わせてなる受電側コイルユニット２０とを備え、送電コイル１１および受電コイル２１は電力伝送用磁性体（第１の磁性体）を有し、送信コイル２２および受信コイル１２は信号伝送用磁性体（第２の磁性体）を有し、電力伝送周波数（第１の駆動周波数）における電力伝送用磁性体の透磁率は、信号伝送用磁性体の透磁率よりも高く、信号伝送周波数（第２の駆動周波数）における電力伝送用磁性体の透磁率は、信号伝送用磁性体の透磁率よりも低いので、電力伝送および信号伝送の一方が他方に及ぼす影響を抑えることができ、特に電力伝送の磁束の影響を極めて小さくした信号伝送を確立することができ、ワイヤレス電力伝送システム１００の高性能化を図ることができる。
【０１２７】
図１６は、本発明の第１１の実施の形態による磁気結合装置の構造を示す略断面図である。
【０１２８】
図１６に示すように、磁気結合装置１Ｋの特徴は、上面磁性体３３ｄおよび底面磁性体３３ｅが２種類の磁性体で構成されている点にある。すなわち、回転軸Ｚ方向から見て、電力伝送を行うコイル（送電コイル１１および受電コイル２１）と重なる径方向の外側リング領域３３ｄ１，３３ｅ１には電力伝送用磁性体（第１の磁性体）が用いられ、信号伝送コイル（送信コイル２２および受信コイル１２）と重なる径方向の内側リング領域３３ｄ２，３３ｅ２には信号伝送用磁性体（第２の磁性体）が用いられている。電力伝送用磁性体および信号伝送用磁性体は同心円状に配置されている。
【０１２９】
この構成によれば、送電コイル１１および受電コイル２１の周囲が電力伝送用磁性体に囲まれるだけでなく、送信コイル２２および受信コイル１２の周囲も信号伝送用磁性体に囲まれることになるので、図１３〜図１５に示した第１０の実施の形態による磁気結合装置１Ｊよりもワイヤレス電力伝送システム１００のさらなる高性能化を図ることができる。
【０１３０】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。
【０１３１】
例えば、スパイラルコイルを形成するための磁性コア１３，２３は完全に平坦な基板形状でなくてもよく、例えば図１７（ａ）に示すように、スパイラルパターンの内側の中央部が隆起した形状であってもよい。また、図１７（ｂ）に示すように、ソレノイドコイルを形成するための磁性コアは完全に平坦な基板形状でなくてもよく、例えばコイル軸方向の両端に鍔部が設けられた形状であってもよい。
【０１３２】
また、上記実施形態においては、単純なソレノイドコイルと単純なスパイラルコイルとを組み合わせて構成しているが、例えばソレノイドコイルは図１８（ａ）に示すように、同一磁性体上に２つのスパイラルコイルの直列接続回路を形成したものであってもよく、また図１８（ｂ）に示すように、２つのスパイラルコイルの内側に磁性コアの隆起部を設けたものであってもよい。さらにまた、図１８（ｃ）に示すように、２つのスパイラルコイル間にソレノイドコイルを設けたものであってもよい。
【０１３３】
また、上記実施形態においては、送電側コイルユニット１０と受電側コイルユニット２０の両方に電力伝送用磁性体と信号伝送用磁性体を設けているが、送電側コイルユニット１０および受電側コイルユニット２０どちらか一方だけに電力伝送用磁性体と信号伝送用磁性体を設けた構成であってもよい。
【０１３４】
また上記実施形態においてコイルユニットは電力伝送を行うコイルと信号伝送を行うコイルを組み合わせてなるが、２つのコイルの両方が電力伝送を行うコイルであってもよく、あるいは２つのコイルの両方が信号伝送を行うコイルであってもよい。
【符号の説明】
【０１３５】
１Ａ〜１Ｋ    磁気結合装置
１０    送電側コイルユニット
１１    送電コイル
１２    受信コイル
１３    磁性コア（第１の磁性体）
１３ａ    磁性コアの貫通孔
１４    導線
１５    磁性コア（第２の磁性体）
１６    導線
１７    電磁気遮蔽部材
２０    受電側コイルユニット
２１    受電コイル
２２    送信コイル
２３    磁性コア（第１の磁性体）
２３ａ    磁性コアの貫通孔
２４    導線
２５    磁性コア（第２の磁性体）
２６    導線
２７    電磁気遮蔽部材
２８    磁性体
２８ａ    磁性層
２８ｂ    非磁性層
３０    回転シャフト
３０ａ    フランジ部
３１    回転ボビン
３１ａ    回転ボビンの上面部
３１ｂ    回転ボビンの外側側面部
３１ｃ    回転ボビンの内側側面部
３２    固定ボビン
３２ａ    固定ボビンの底面部
３２ｂ    固定ボビンの外側側面部
３２ｃ    固定ボビンの内側側面部
３３ａ    中間磁性体
３３ａ１    第１の円筒磁性層
３３ａ２    第２の円筒磁性層
３３ｂ    内側磁性体
３３ｃ    外側磁性体
３３ｄ    上面磁性体
３３ｄ１    上面磁性体の外側リング領域
３３ｄ２    上面磁性体の内側リング領域
３３ｅ    底面磁性体
３３ｅ１    底面磁性体の外側リング領域
３３ｅ２    底面磁性体の内側リング領域
４０    非回転体
６１    フレキシブル基板
６２    導体パターン
１００    ワイヤレス電力伝送システム
１１０    ワイヤレス送電装置
１１１    送電回路
１１２    電源回路
１１３    電圧変換回路
１１４    制御回路
１２０    ワイヤレス受電装置
１２１    受電回路
１２２    信号生成回路
１２３    発振回路
１２４    電源電圧生成回路
１３０    負荷
【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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